JP4511654B2 - Expression cloning process for discovery, characterization and isolation of genes encoding polypeptides having predetermined properties - Google Patents

Expression cloning process for discovery, characterization and isolation of genes encoding polypeptides having predetermined properties Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、発現遺伝子技術および発現クローニングの分野に関する。より詳細には、本発明は、予め決定された特性(例えば、細胞局在位置、構造、酵素的機能、または他の分子に対する親和性)を有する転写されたポリペプチドをコードする核酸配列の同定、特徴づけおよび単離、ならびに対応するポリペプチドの産生に関連する。
【0002】
【従来の技術】
(一般的背景)
タンパク質は、生物において最も重要な生体分子である;タンパク質の構造構成要素および触媒としての役割に加え、タンパク質は、調節プロセスにおける重要な役割を担う。細胞増殖および代謝機能の両方の調節は、主として多数の細胞性タンパク質および細胞外タンパク質の協同作用により、制御されそして行われる。Lehninger,A.L.,1975「Biochemistry」,Worth Publishers Inc., New York, New York。例えば、重要な生理学的応答に影響を及ぼす多くの種類のシグナル伝達経路は、タンパク質の分子間相互作用によりタンパク質を介して作動する。Metzler,D.E.,1977「Biochemistry」, Academic Press Inc., London。さらに、遺伝子の転写およびそのような転写の調節は、多数のタンパク質因子の相互依存に依存し、そして制御される。Wainwright,S.D.,「Control Mechanisms and Protein Synthesis」, Columbia University Press, New York and London。
【0003】
多細胞生物の適切な機能は、細胞内の生体分子の相互作用のみに依存するわけではなく、個々の細胞はまた、適切にコミュニケートしなけらばならない。このような細胞間コミュニケーションおよび環境と細胞の相互作用は、しばしば、細胞外表面上のレセプターの作用および関連した細胞内シグナル伝達機構により実現される。Poste,G., Nicholson,G.L., 1976,「The Cell Surface」, Elseviere, Amsterdam。情報は、細胞環境を介してコミュニケートされ、遺伝子発現または細胞内のタンパク質活性を調節する。細胞外環境における分泌タンパク質は、それにより、特定の細胞機能に対し強力な調節効果を発揮する。
【0004】
上記の概要に照らして、細胞機能の非常に単純化されたパラダイム(細胞局在位置、構造、結合パートナーに対する親和性、または生理条件下での酵素活性を含む特定のタンパク質の特性)は、このタイプの機能を高度に示すようである。特定の細胞局在位置に関して、例えば、分泌タンパク質は、シグナルの細胞間コミュニケーターとして機能するようであるが、細胞外ドメインおよび細胞内ドメインを有する膜結合レセプターは、細胞内に細胞外シグナルをおそらく伝達するようである。細胞質タンパク質は、細胞内シグナル伝達物質およびコーディネーターとして機能し得る。Jeter,J.R.,Cameron,I.L.,Padilla,I.L.,Padilla,G.M.Zimmerman,A.M.,1978,「Cell Cycle Regulation」, London。核タンパク質は、遺伝子調節の特定の局面に関与するようである。Zawelら、1995, Annu. Rev. Biochem. 64:533−561。ゴルジ体またはERで見出される成熟タンパク質は、タンパク質前駆体の翻訳後プロセシング(例えば、切断または炭水化物の添加)において調節的役割を担い得る。Hirschberg, 1987, C. Annu. Rev. Biochem.56:63−87。
【0005】
(膜結合タンパク質)
多年の間、細胞機能のパラダイムは、特定の新規のレセプターおよびそれぞれの機能における膜結合タンパク質の同定に焦点をあてた、多数の薬物の発見プログラムを動機付けた。Porter,R.およびO’Connor,M.,1970,「Molecular Properties of Drug Receptors, Ciba Foundation Symposium」,J&A Churchill, London。実際に多くの実例は、膜レセプターの不適切な機能は、癌のような重篤な代謝疾患および増殖疾患の発症の顕著な供給源であるとの結論を強いる。例えば、真性糖尿病の特定の形態、すなわち非インシュリン依存性糖尿病(NIDDM)は、インシュリンレセプターの変異により生じ得る。Ullrichら、1985, Nature 313:756−761; Tairaら、1989, Science 245:63−66。さらに、すべての哺乳動物の癌の30%は、レセプターチロシンキナーゼHER2の増幅と関連する。Bargmanら、1986, Cell 45:649−657; Slamonら、1989, Science 244:707−712。レセプターを標的とする伝統的な薬剤発見プログラムに加え、野心的に探求された目的は、比較ゲノム学(例えば、病理学的状態における遺伝子発現の変化の決定を可能にする)を用いて、可能性のある遺伝子治療標的として膜結合レセプターを同定するようになった。Welsら、1995, Gene
159:(1):73−80。
【0006】
(分泌タンパク質)
レセプターは、主に重要な潜在的治療標的として考慮されているが、分泌タンパク質は、潜在的治療剤として、特に興味深い。分泌タンパク質は、しばしば、シグナル伝達機能またはホルモン機能を有し、それ故、高度かつ特異的な生物学的活性を有する。Schoen,F.J.,1994「Robbins Pathologic Basis of Disease」, W.B.Saunders Company, Philadelphia。例えば、分泌タンパク質は、分化および増殖、血液凝固および血栓崩壊、体細胞増殖および細胞死、ならびに免疫反応のような生理学的反応を制御する。Schoen,F.J.,1994,「 Robbins Pathologic Basis of Disease 」, W.B.Saunders Company, Philadelphia 。
【0007】
顕著な資金と研究の努力が、生物学的機能を制御する新規の分泌タンパク質の発見および調査のために、拡大されてきた。そのような分泌タンパク質の多くは、サイトカインおよびペプチドホルモンを含み、そして治療剤として製造され、使用される。Zavyalovら、1997, APMIS 105(3):161−186。しかし、数千の予想される分泌タンパク質のうち、ほんのいくつかのみが、現在治療化合物として使用される。ヒト生物体の現在まで発見されていない分泌タンパク質の多くは、生理学的障害を直すのに効果的であり、従って新規薬物の有望な候補であると、期待され得る。
【0008】
過去において、新規のサイトカインおよびホルモンタンパク質は、タンパク質画分または精製タンパク質に対するその応答についての特定の細胞型をアッセイすることにより同定された。Lauffenburgerら、1996, Biotechnology and Bioengineering 52(1):61−80。他の研究者は、DNAレベルの配列類似性を用い、新規のインターフェロンおよびインターロイキンをクローン化した。Naboriら、1992, Analyt. Biochem. 205(1):42−46。さらに別のアプローチにおいて、ディファレンシャルディスプレイ技術は、刺激された細胞対刺激されない細胞の発現パターンを比較するために使用された。Nagataら、1980, Nature 287:401−408。これら全ての方法は、特定の分泌ポリペプチドの同定および単離をもたらし得る。
【0009】
近年、選択マーカーとしてインベルターゼ遺伝子を用いる、酵母における新規分泌型哺乳動物タンパク質をコードするためのcDNAを同定するためのスクリーニング方法が記述された。米国特許第5,536,637号(「637特許」)を参照のこと。開示された技術は、哺乳動物cDNAのリーダー配列は、そのリーダー配列を欠損したインベルターゼタンパク質の搬出に効果的であるという概念に頼っている。このアプローチは、部分cDNAをもたらし、次にこれは、全長cDNAライブラリーをスクリーニングするために使用され得る。次に、目的の新規タンパク質は、標準的であるが骨の折れる技術(サブクローニング、組換え宿主の形質転換、発現、精製プロセスの開発および実行を含む)により作られ得る。さらに、637特許に記載されるアッセイは酵母で行われているので、単離された産物のグリコシル化パターンは、哺乳動物において生成された天然産物と有意に異なる。この差は、分泌されるタンパク質(レセプターの細胞外ドメインにもあてはまる)の非常に重要な特徴がそのグリコシル化パターンおよび炭水化物組成であるという事実に鑑みると、主要な障害である。Rademacherら、1988, Annu. Rev. Biochem. 57:785−838。
【0010】
(核タンパク質)
核において、DNAの複製および遺伝子の転写の両方が、実際に行われる。多くの核タンパク質は、転写因子として、細胞周期レギュレーターとして、または両方として、これらのプロセスに直接関与する。いくつかの核タンパク質は、環境の変化に応答して、特定の代謝タンパク質の発現を起こす原因である。Zawelら、1995, Annu. Rev. Biochem. 64:533−561。他の多くは、細胞増殖の調節に直接関与する。Jeter,J.R., Cameron,I.L.,Padilla,G.M.,Zimmerman,A.M.,1978,「Cell Cycle Regulation」,London。後者のクラスのタンパク質は、2つの一般的なカテゴリーに分類される:(1)癌遺伝子を含む優性形質転換遺伝子;および(2) 癌抑制遺伝子およびプログラムされた細胞死(「アポトーシス」)に関与する産物をコードする遺伝子を含む劣性細胞増殖遺伝子。
【0011】
癌遺伝子は、一般的に、細胞増殖の促進と関連するタンパク質をコードする。細胞分裂は、正常組織の発生の重要な部分であり、そして組織の再生において重要な役割を担い続けるので、癌遺伝子活性の適切な調節は、生物体の生存にとって必須である。しかし、癌遺伝子の不適切な発現または不適当な活性制御は、制御されない細胞増殖を誘導し、そして癌のような重篤な疾患の発症を生じる。Weinberg, 1994, CA Cancer J. Clin. 44:160−170。
【0012】
他方、癌抑制遺伝子は、通常、細胞増殖の「ブレーキ」として作用し、従って、癌遺伝子の活性に対抗する。従って、癌抑制遺伝子の不活性化(例えば、変異または増殖阻害効果の除去を介する)は、増殖制御の喪失を生じ得、そして癌のような細胞増殖性疾患が発症し得る。Weinberg, 1994, CA Cancer J.Clin. 44:160−170。
【0013】
癌抑制遺伝子と関連するのは、その産物が細胞の増殖の調節よりはむしろ、アポトーシスの制御に関連する遺伝子であり、これらは体における細胞の生存に影響を与える。正常細胞において、監視系は、増殖調節機構がインタクトであることを保証すると考えられている;異常が検出される場合、監視系は、アポトーシスにおいて最高に達する自殺プログラムのスイッチを入れる。
【0014】
アポトーシスのプロセスに関与するいくつかの遺伝子が、記載されている。例えば、CollinsおよびLopez Rivas, 1993, TIBS18:307−308; Martinら、1994, TIBS 19:26−30を参照のこと。アポトーシスに耐性の細胞は、通常細胞を超える利点を有し、そしてその通常の対応物よりも増殖して組織を占有する傾向がある。結果として、アポトーシスに関与する遺伝子の不活性化は、腫瘍の進行を生じ得、そして実際には、腫瘍形成の重要な段階である。
【0015】
したがって、核タンパク質の同定は、目的の2つの領域を扱う。第1に、癌遺伝子は、癌の処置のための高度に特異的な薬物の開発のための役に立つ標的でありやすい。第2に、腫瘍サプレッサーおよびアポトーシスを誘導するタンパク質は、癌の処置のための薬剤として有用であり得る。
【0016】
(他の細胞局在位置)
残りの多くの細胞局在位置もまた、特定の機能と関連する。例えば、ほとんどの代謝酵素は、ミトコンドリアに局在する。Lehninger,A.L.,1975, 「Biochemistry」, Worth Publishers Inc., New York。従って、ミトコンドリアタンパク質は、代謝疾患の処置のための標的を明らかにし得る。ゴルジ体よびERは、タンパク質の翻訳後のプロセッシングに関連する;そのようなプロセスは、タンパク質折り畳みおよびグリコシル化に関連する疾患の処置のための役立つ標的である。Rademacherら、1988, Ann. Rev. Biochem. 57:785−838。
【0017】
(酵素活性)
特定の酵素活性は、タンパク質の機能の指標であり得る。例えば、キナーゼは、頻繁にシグナル伝達プロセスに関与する。
【0018】
(構造)
タンパク質はまた、タンパク質の機能を示す。実際、類似の構造のタンパク質は、頻繁に特定の機能的特性を共有する。従って、目的の特定の機能を有する既知のタンパク質の構造と関連する構造を有するタンパク質を同定することにより、そのような機能を有するさらなるタンパク質を明らかにし得る。
【0019】
一般的に、目的の特性(例えば、細胞における局在位置、結合パートナーへの親和性、酵素活性、構造など)により、予めタンパク質を分類することを可能にする方法が、所望される。そのような方法は、例えば、サイトカインのような分泌タンパク質、レセプターのような膜結合タンパク質、転写因子のような核タンパク質、呼吸タンパク質のようなミトコンドリアタンパク質などのライブラリーを生成することを可能にする。さらに、適切なグリコシル化パターンを達成するために、哺乳動物細胞において任意の産物のスクリーニング、単離、および産生を行うことが所望される。最後に、もっとも好ましい方法は、さらに、部分DNA配列よりむしろ、目的のタンパク質自体の同定および単離を可能にする。
【0020】
本発明は、この必要性を扱う。本発明は、予め決定された特性(細胞局在位置、構造、酵素的機能、または他の分子との親和性を含むがこれらに限定されない)のポリペプチドをコードする発現ライブラリーの生成のための方法および発現系を提供する。本発明の方法および発現系は、目的の新規のタンパク質をコードする核酸の同定および単離を可能にする。方法および発現系は、さらに、今までのところ解明されていないレセプター/リガンドの関係を同定するための強力な系を提供する。提供される方法は、哺乳動物系を含む広範な種々の宿主細胞系において使用され得るので、この方法は適切な炭水化物組成を有する発現産物を提供する。
【0021】
(発明の要旨)
本発明は、以下を提供する:
1.目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸の同定方法であり、該方法は以下の工程:a.複数の真核生物宿主細胞を含む組成物を提供する工程であって、ここで各宿主細胞は異なるメンバーを含む発現系を有し、各メンバーは制御エレメントと作動可能に連結した外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含む、工程;b.該真核生物宿主細胞を、該外因性タンパク質が発現するが、該真核生物宿主細胞の内因性タンパク質の発現は抑制される条件下で培養する工程;およびc.目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含むメンバーを同定する工程、を包含する、方法。
【0022】
2.前記特性が、予め決定された細胞局在位置である、項1に記載の方法。
【0023】
3.前記予め決定された細胞局在位置が、細胞外空間である、項2に記載の方法。
【0024】
4.前記予め決定された細胞局在位置が、細胞膜である、項2に記載の方法。
【0025】
5.前記予め決定された細胞局在位置が、核、リソソーム、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、ペルオキシソーム、エンドソーム、および細胞質からなる群から選択される、項2に記載の方法。
【0026】
6.前記特性が、結合パートナーに対する結合親和性である、項1に記載の方法。
【0027】
7.前記特性が、酵素活性である、項1に記載の方法。
【0028】
8.前記特性が、構造的特性である、項1に記載の方法。
【0029】
9.前記外因性タンパク質が標識されるが、前記内因性タンパク質の発現が抑制される、項1に記載の方法。
【0030】
10.前記外因性タンパク質が、放射性マーカーおよび分光学的に検出可能なマーカーからなる群より選択されるマーカーで標識される、項9に記載の方法。
【0031】
11.前記放射性マーカーが、放射性アミノ酸および放射性糖からなる群より選択される、項10に記載の方法。
【0032】
12.前記メンバーの各々が、個別の真核生物宿主細胞において発現される、項1に記載の方法。
【0033】
13.前記制御エレメントが、ウイルス由来である、項9に記載の方法。
【0034】
14.前記ウイルスが、内因性タンパク質の発現を抑制する、項13に記載の方法。
【0035】
15.前記ウイルスが、アルファウイルスである、項13に記載の方法。
【0036】
16.前記アルファウイルスが、シンドビスウイルス、セムリキ森林ウイルス、ベネズエラウマ脳脊髄炎ウイルスからなる群より選択される、項15に記載の方法。
【0037】
17.前記発現系が、さらにウイルス粒子の生成を指向する、項13に記載の方法。
【0038】
18.前記ウイルス粒子を前記外因性タンパク質より分離する工程をさらに包含する、項17に記載の方法。
【0039】
19.前記ウイルス粒子が、前記外因性タンパク質より、濾過、クロマトグラフィー、または沈殿を介して分離される、項18に記載の方法。
【0040】
20.前記制御エレメントが、前記ウイルスの増殖に必要な少なくとも1つの機能を欠損する、項14に記載の方法。
【0041】
21.前記ウイルスの増殖に必要な前記機能が、ヘルパー機能を介して提供される、項20に記載の方法。
【0042】
22.前記ヘルパー機能が、ウイルスパッケージング細胞株またはヘルパーウイルス粒子により提供される、項21に記載の方法。
【0043】
23.前記制御エレメントが、外因性タンパク質をコードする前記核酸の発現を指向し得るが、内因性タンパク質の発現が抑制されるウイルス由来である、項1に記載の方法。
【0044】
24.前記内因性タンパク質の発現が、該内因性タンパク質をコードする核酸の転写または翻訳の阻害により抑制される、項23に記載の方法。
【0045】
25.前記制御エレメントが、細胞性RNAポリメラーゼIIのインヒビター存在下で、前記外因性タンパク質をコードする前記組換え核酸の転写を促進し、ここで工程bにおいて、前記真核生物宿主細胞を、細胞性RNAポリメラーゼIIのインヒビターの有効量の存在下で培養する、項1に記載の方法。
【0046】
26.前記インヒビターが、アクチノマイシンD、アフラトキシンB1、およびアマトキシンからなる群より選択される、項25に記載の方法。
【0047】
27.前記ウイルス粒子が、可溶化ウイルスタンパク質を産生し、ここで、該可溶化ウイルスタンパク質の産生が減少する、項17に記載の方法。
【0048】
28.前記ウイルスの可溶化タンパク質の産生が、プロテアーゼインヒビターの使用により減少する、項27に記載の方法。
【0049】
29.前記ウイルスの可溶化タンパク質の産生が、変異ウイルス株の使用により減少する、項27に記載の方法。
【0050】
30.前記変異ウイルス株が、温度感受性シンドビス変異体ts20、ts10、およびts23からなる群より選択される、項29に記載の方法。
【0051】
31.前記ウイルスの可溶化タンパク質の産生が、該ウイルスのタンパク質の切断が欠損する細胞株の使用により減少する、項27に記載の方法。
【0052】
32.前記細胞株が、タンパク質PE2のE2およびE3への切断を欠損する、項31に記載の方法。
【0053】
33.外因性タンパク質をコードする前記核酸が、ポリペプチドをコードする複数の異なる核酸を含有する核酸ライブラリー由来である、項1に記載の方法。
【0054】
34.前記複数のメンバーが、前記真核生物宿主細胞の物理的な分離を用いてスクリーニングされる、項1に記載の方法であって、ここで該宿主細胞の各々が該複数のメンバーの1つの個別のメンバーを保有する、方法。
【0055】
35.前記物理的な分離が、半固形培地における前記真核生物宿主細胞の分離により達成される、項34に記載の方法。
【0056】
36.前記物理的な分離が、真核生物宿主細胞を別々のコンパートメントに配置する工程により達成され、ここで、各コンパートメントは、前記複数の発現系と同一の発現系を保有する宿主細胞を含む、項34に記載の方法。
【0057】
37.前記発現系が、自律複製可能である、項1に記載の方法。
【0058】
38.目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸の同定方法であり、該方法は以下の工程:a.複数の真核生物宿主細胞を含む組成物を提供する工程であって、ここで各宿主細胞は異なるメンバーを含む発現系を有し、各メンバーは制御エレメントと作動可能に連結した外因性タンパク質をコードする組換え核酸を有する組換えウイルスを含む、工程;b.該真核生物宿主細胞を、該外因性タンパク質が発現される条件下で培養する工程;およびc.目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含むメンバーを同定する工程、を包含する、方法。
【0059】
39.前記特性が、予め決定された細胞局在位置である、項38に記載の方法。
【0060】
40.前記予め決定された細胞局在位置が、細胞外空間である、項39に記載の方法。
【0061】
41.前記予め決定された細胞局在位置が、細胞膜である、項39に記載の方法。
【0062】
42.前記予め決定された細胞局在位置が、核、リソソーム、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、ペルオキシソーム、エンドソーム、および細胞質からなる群から選択される、項39に記載の方法。
【0063】
43.前記特性が、結合パートナーに対する結合親和性である、項38に記載の方法。
【0064】
44.前記特性が、酵素活性である、項38に記載の方法。
【0065】
45.前記特性が、構造的特性である、項38に記載の方法。
【0066】
46.前記真核生物宿主細胞を、前記外因性タンパク質が発現されるが、前記真核生物宿主細胞の内因性タンパク質の発現が抑制される条件下で培養される、項38に記載の方法。
【0067】
47.前記外因性タンパク質が標識されるが、前記内因性タンパク質の発現が抑制される、項38に記載の方法。
【0068】
48.前記外因性タンパク質が、放射性マーカーおよび分光学的に検出可能なマーカーからなる群より選択されるマーカーで標識される、項47に記載の方法。
【0069】
49.前記放射性マーカーが、放射性アミノ酸および放射性糖からなる群より選択される、項48に記載の方法。
【0070】
50.前記メンバーの各々が、個別の真核生物宿主細胞において発現される、項38に記載の方法。
【0071】
51.前記ウイルスが、内因性タンパク質の発現を抑制する、項38に記載の方法。
【0072】
52.前記ウイルスが、アルファウイルスである、項38に記載の方法。
【0073】
53.前記アルファウイルスが、シンドビスウイルス、セムリキ森林ウイルス、ベネズエラウマ脳脊髄炎ウイルスからなる群より選択される、項52に記載の方法。
【0074】
54.前記ウイルスが、さらにウイルス粒子の生成を指向する、項38に記載の方法。
【0075】
55.前記ウイルス粒子を前記外因性タンパク質から分離する工程をさらに包含する、項54に記載の方法。
【0076】
56.前記ウイルス粒子が、前記外因性タンパク質から、濾過、クロマトグラフィー、または沈殿を介して分離される、項55に記載の方法。
【0077】
57.前記ウイルスが、該ウイルスの増殖に必要な少なくとも1つの機能を欠損する、項51に記載の方法。
【0078】
58.前記ウイルスの増殖に必要な前記機能が、ヘルパー機能を介して提供される、項57に記載の方法。
【0079】
59.前記ヘルパー機能が、ウイルスパッケージング細胞株またはヘルパーウイルス粒子により提供される、項58に記載の方法。
【0080】
60.前記ウイルスが、外因性タンパク質をコードする前記核酸の発現を指向し得るが、内因性タンパク質の発現が抑制される、項38に記載の方法。
【0081】
61.前記内因性タンパク質の発現が、該内因性タンパク質をコードする核酸の転写または翻訳の阻害により抑制される、項60に記載の方法。
【0082】
62.前記ウイルス粒子が、可溶化ウイルスタンパク質を産生し、ここで、前記可溶化ウイルスタンパク質の産生が減少する、項54に記載の方法。
【0083】
63.前記ウイルスの可溶化タンパク質の産生が、プロテアーゼインヒビターの使用により減少する、項62に記載の方法。
【0084】
64.前記ウイルスの可溶化タンパク質の産生が、変異ウイルス株の使用により減少する、項62に記載の方法。
【0085】
65.前記変異ウイルス株が、温度感受性シンドビス変異ts20、ts10、およびts23からなる群より選択される、項64に記載の方法。
【0086】
66.前記ウイルスの可溶化タンパク質の産生が、該ウイルスのタンパク質の切断が欠損する細胞株の使用により減少する、項62に記載の方法。
【0087】
67.前記細胞株が、タンパク質PE2のE2およびE3への切断を欠損する、項66に記載の方法。
【0088】
68.外因性タンパク質をコードする前記核酸が、ポリペプチドをコードする複数の異なる核酸を含有する核酸ライブラリー由来である、項38に記載の方法。
【0089】
69.前記複数のメンバーが、前記真核生物宿主細胞の物理的な分離を用いてスクリーニングされる、項38に記載の方法であって、ここで該宿主細胞の各々が該複数のメンバーの1つの個別のメンバーを保有する、方法。
【0090】
70.前記物理的な分離が、半固形培地における前記真核生物宿主細胞の分離により達成される、項69に記載の方法。
【0091】
71.前記物理的な分離が、真核生物宿主細胞を別々のコンパートメントに配置する工程により達成され、ここで、各コンパートメントは、前記複数の発現系と同一の発現系を保有する宿主細胞を含む、項69に記載の方法。
【0092】
72.前記組換えウイルスが、自己複製可能である、項38に記載の方法。
【0093】
73.予め決定された目的の特性を有するタンパク質をコードする遺伝子発現ライブラリーの生成方法であり、該方法は以下の工程:a.複数の真核生物宿主細胞を含む組成物を提供する工程であって、ここで各宿主細胞は異なるメンバーを含む発現系を有し、各メンバーは制御エレメントと作動可能に連結した外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含む、工程;b.該真核生物宿主細胞を、該外因性タンパク質が発現するが、該真核生物宿主細胞の内因性タンパク質の発現は抑制される条件下で培養する、工程;およびc.目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含むメンバーを同定する工程、を包含する、方法。
【0094】
74.外因性タンパク質をコードする前記核酸が、異なるポリペプチドをコードする複数の核酸を含む核酸ライブラリー由来である、項73に記載の方法。
【0095】
75.予め決定された細胞局在位置に局在するタンパク質をコードする複数の発現系を含む遺伝子発現ライブラリーであり、項73に記載の方法で生成される、遺伝子発現ライブラリー。
【0096】
76.前記タンパク質が、分泌タンパク質である、項75に記載の発現ライブラリー。
【0097】
77.前記タンパク質が、細胞膜結合レセプターである、項75に記載の発現ライブラリー。
【0098】
78.前記細胞局在位置が、核、リソソーム、およびミトコンドリアからなる群から選択される、項75に記載の発現ライブラリー。
【0099】
79.項73に記載の方法を用いて生成される、外因性タンパク質のライブラリー。
【0100】
80.複数の異なるメンバーを有する真核生物発現系の集団を含む核酸ライブラリーであって、各メンバーは制御エレメントと作動可能に連結した外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含み、ここで、該制御エレメントは該外因性タンパク質の発現を指向するが、該真核生物宿主細胞の内因性タンパク質の発現は抑制される、核酸ライブラリー。
【0101】
81.予め決定された目的の特性を有するタンパク質をコードする遺伝子発現ライブラリーの生成方法であり、該方法は以下の工程:a.複数の真核生物宿主細胞を含む組成物を提供する工程であって、ここで各宿主細胞は異なるメンバーを含む発現系を有し、各メンバーは制御エレメントと作動可能に連結した外因性タンパク質をコードする組換え核酸を有する組換えウイルスを含む、工程;b.該真核生物宿主細胞を、該外因性タンパク質が発現する条件下で培養する工程;およびc.目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含むメンバーを同定する工程、を包含する、方法。
【0102】
82.外因性タンパク質をコードする前記核酸が、異なるポリペプチドをコードする複数の核酸を含有する核酸ライブラリー由来である、項81に記載の方法。
【0103】
83.予め決定された細胞局在位置に局在するタンパク質をコードする複数の発現系を含む遺伝子発現ライブラリーであり、項81に記載の方法で生成される、遺伝子発現ライブラリー。
【0104】
84.前記タンパク質が、分泌タンパク質である、項83に記載の発現ライブラリー。
【0105】
85.前記タンパク質が、細胞膜結合レセプターである、項83に記載の発現ライブラリー。
【0106】
86.前記細胞局在位置が、核、リソソーム、およびミトコンドリアからなる群から選択される、項83に記載の発現ライブラリー。
【0107】
87.項81に記載の方法を用いて生成される、外因性タンパク質のライブラリー。
【0108】
88.複数の異なるメンバーを有する真核生物発現系の集団を含む核酸ライブラリーであって、各メンバーは制御エレメントと作動可能に連結した外因性タンパク質をコードする組換え核酸を有する組換えウイルスを含む、核酸ライブラリー。
【0109】
本発明は、一般に、発現遺伝子技術および発現クローニングの分野に関する。より詳細には、本発明は、所定の特性(これには、細胞局在位置、構造、酵素機能、および他の分子との親和性、ならびに対応するポリペプチドの産生を含むがこれらに限定されない)を有するポリペプチドをコードする転写された核酸配列の同定、特徴付け、および単離に関する。
【0110】
より詳細には、本発明は、目的の所定の特性を有するタンパク質をコードする核酸を同定するための方法に関する。このような特性は、特定の細胞局在位置、構造、酵素機能、または他の分子との親和性を含み得る。本発明の1つの実施態様において、複数の真核生物宿主細胞が提供され、ここで、各宿主細胞は、各メンバーが制御エレメントと作動可能に連結した、外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含む、異なるメンバーを含む発現系を有する。第二の工程において、真核生物宿主細胞は、真核生物宿主細胞の内因性タンパク質の発現を抑制しつつ、外因性タンパク質が発現される条件下で培養される。この時間枠において、外因性タンパク質は、必要に応じて標識されるか、または処理していない外因性タンパク質からの識別を可能にする方法で処理され得る。最後に、目的の特性を有する外因性タンパク質(単数または複数)をコードする発現系のメンバー(単数または複数)が同定される。
【0111】
本発明の別の局面において、目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸を同定するための方法は、複数の真核生物宿主細胞を提供することによって達成され、ここで、各宿主細胞は、異なるメンバーを含む発現系を有し、そして各メンバーは制御エレメントに作動可能に連結された、外因性タンパク質をコードする組換え核酸を有する組換えウイルスを含む。この真核生物宿主細胞を培養して、外因性タンパク質を発現させ、そして目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸を発現する発現系を同定する。必要に応じて、発現系は、真核生物宿主細胞の内因性タンパク質産生を抑制しつつ、外因性タンパク質の発現をし得る。任意の種類の組換え真核生物ウイルスが使用され得るが、特に有利なウイルスはアルファウイルスである。さらに、外因性タンパク質は、内因性タンパク質より優先的に標識され得るかまたは識別され得る。組換えウイルスは、ウイルス粒子の生成を指向することおよび複製することが可能であり得、または組換えウイルスは、増殖に必要な機能を欠失し得る。
【0112】
本発明にはまた、目的の所定の特性を有するタンパク質をコードする遺伝子発現ライブラリーを生成するための方法が含まれる。1つの局面において、このような方法は、複数の真核生物宿主細胞を提供する工程であって、各宿主細胞が異なるメンバーを含む発現系を有し、各メンバーが制御エレメントに作動可能に連結された、外因性タンパク質をコードする組換え核酸を有する、工程、上記真核生物宿主細胞の内因性タンパク質の発現を抑制しつつ上記外因性タンパク質を発現する条件下でこの真核生物宿主細胞を培養する工程、ならびに目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸を発現するメンバーを同定する工程を包含する。別の局面において、この方法は、複数の真核生物宿主細胞を提供する工程であって、各宿主細胞が異なるメンバーを含む発現系を有し、各メンバーが制御エレメントに作動可能に連結された、外因性タンパク質をコードする組換え核酸を有する組換えウイルスである、工程、この真核生物宿主細胞を培養してこの外因性タンパク質を発現させる工程、ならびに目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸を発現するメンバーを同定する工程を包含する。本発明は、このような方法を使用して同定されたタンパク質のライブラリーをさらに包含する。さらに、本発明は、各メンバーが真核生物宿主細胞での発現のための制御エレメントに作動可能に連結された、外因性タンパク質をコードする組換え核酸を有する、複数のメンバーを含む真核生物発現系の集団を有する核酸ライブラリーを含む。1つの実施態様において、制御エレメントは、真核生物宿主細胞における内因性タンパク質の発現を抑制しつつ、外因性タンパク質の発現を指向する。さらに別の実施態様において、制御エレメントは、真核生物ウイルスに由来する。
【0113】
(IV.定義)
本明細書において使用される用語は、一般に、当該分野で代表的に使用されるとおりである。以下の用語は、本明細書において使用される場合、以下の一般的な意味を有することが意図される。
【0114】
用語「細胞局在位置」とは、細胞の状況において定義された局在化をいい、これには、細胞外空間および任意の定義された細胞内区画(これには、核、ミトコンドリア、リソゾーム、小胞体(ER)、ゴルジ、細胞質、細胞膜、エンドサイトーシスベシクルまたはエキソサイトーシスベシクル、細胞骨格、ペルオキシゾームが含まれるがこれらに限定されない)が含まれる。細菌または植物細胞において、細胞局在位置はさらに、細胞壁および葉緑体を含み得る。
【0115】
用語「制御エレメント」とは、作動可能に連結したポリペプチドをコードする核酸の発現を指向し得る核酸成分をいう。一般に、「制御エレメント」は、遺伝子情報の転写および/または翻訳に必要とされる調節配列を含む。制御エレメントは、特定の条件または環境下で、内因性宿主タンパク質の発現を抑制しつつ作動可能に連結した核酸の選択的発現を促進する成分をさらに含む。必要に応じて,「制御エレメント」は、作動可能に連結した核酸のパッケージングを容易にする成分をさらに含み得る。
【0116】
用語「外因性タンパク質」とは、組換え核酸によってコードされるタンパク質をいう。「外因性タンパク質」が細胞において発現される場合、細胞またはその先祖に導入された組換え核酸によってコードされる。本発明の発現系において、外因性タンパク質をコードする核酸は、制御エレメントに作動可能に連結されている。いくつかの環境において、外因性タンパク質は、細胞によって内因的に産生されるものと同じタンパク質であり得る。
【0117】
用語「ウイルス」とは、細胞中に遺伝情報を導入し得る生物体(entity)をいう。遺伝情報は、RNA、DNA、またはそれらの誘導体の形態で導入され得る。細胞は、真核生物性または原核生物性であり得る。
【0118】
【発明の実施の形態】
(V.発明の詳細な説明)
(A.本発明の一般的な概観)
本発明は、所定の特性(これには、細胞局在位置、構造、酵素機能、または他の分子との親和性を含むがこれらに限定されない)を有するポリペプチドをコードする、転写された核酸配列を迅速に同定、特徴付け、および単離することを可能にする方法および発現系に関する。本発明は、発現系の永続的な部分である内因性細胞タンパク質および組換えタンパク質を含む、系に存在する独特の外因性の目的のタンパク質とすべての他の「共通する」タンパク質との間の識別を可能にする物質および組成物を本発明者らが驚くべき発見したことに部分的に基づく。一般に、本発明の方法は、真核生物宿主細胞系を使用する。この系には、発現系が、本発明に従って、任意のさらなる特徴について導入されている。好ましくは、使用される発現系は、1真核生物細胞当たり、1回のみの発現系の導入を可能にする固有の特徴を有する。このような系は、個々の発現される配列の迅速な1工程クローニングを可能にするという利点を有する。
【0119】
以下により詳細に記載する系は、多数の利点を有する。第一に、本発明の系は、1工程での全長cDNAのクローニングを指向することを可能にする発現クローニング系である。第二に、これは、目的のタンパク質の迅速な発現をサブクローニングおよび産生細胞株の樹立のようなさらなる煩わしい手間をかけることなく、容易にさせる。第三に、産物が哺乳動物細胞において発現され得るので、この系は、正確に折り畳まれ、グリコシル化され、かつ活性な物質を生じ得る。第四に、この系は、タンパク質の性質の明白な知識なしに、物質の迅速な精製を可能にする。第五に、これは、任意の状況(動物を含む)における結合の部位の迅速な同定を容易にする物質の標識を可能にする。最後に、この系は、培養された細胞、組織、または動物への遺伝子の移入に有用なベクターを直接提供する。
【0120】
1つの局面において、本発明は、所定の特性(例えば、細胞局在位置)を有する新規のおよび公知のタンパク質の同定および単離を可能にする方法を開示する。より詳細には、適切な宿主細胞系において発現される独特の外因性タンパク質をコードする複数の発現系内で、開示された方法は、目的の細胞区画に位置する外因性タンパク質をコードするこれらの発現系を同定し、そして単離することを可能にする。この方法は、その局面の1つにおいて、特定の時間枠の間、内因性タンパク質の合成を抑制しつつ、外因性タンパク質の高度の発現を可能にする、使用される発現系をの独特な特徴に基づく。この時間枠の間、発現された外因性タンパク質が特定の検出される方法(例えば、放射能標識)で処理される場合、それらは、選択された細胞画分内で容易に同定され得る。あるいは、内因性タンパク質の合成が抑制される時間枠の前に発現されるすべてのタンパク質は、同定され得る方法で処理され得る;この場合、内因性タンパク質の発現を阻害しつつこのような処置の後で発現される外因性タンパク質は、処理によって生じる特徴を示さないことによって同定され得る。
【0121】
1つの局面において、本発明の方法は、分泌タンパク質をコードする個々の発現系を同定および単離するのに使用され得る。宿主細胞系の内因性タンパク質の発現が抑制される時間枠の間、外因性タンパク質は、例えば、放射性アミノ酸とのインキュベーションにより標識される。続いて、すべての分泌タンパク質は、個々の発現系を含む宿主細胞から分離される。この分離は、分泌タンパク質画分を、それが由来する宿主細胞/発現系と相関づけることを可能にする様式で行われる。例えば、個々の発現系を含む宿主細胞は、半固体の培地(例えば、個々のクローンまたはコロニーの物理的分離を可能にする濃度での軟寒天)において増殖され得る。分泌タンパク質が、例えば、ニトロセルロースフィルターにおける垂直拡散プロセスによって細胞から分離される(これは、フィルターを半固体培地の上部におくことによって達成され得る)場合、分泌タンパク質は、この半固体培地における対応する宿主細胞の物理的分布パターンを正確に反映するパターンでフィルターに結合する。従って、外因性分泌タンパク質を含むこれらの宿主細胞/発現系は、分泌タンパク質の画分における標識の存在によって容易に同定され得る。
【0122】
同様に、この方法を適用して、本願の明細書においてより詳細に記載するように、膜会合タンパク質、核タンパク質、ミトコンドリアタンパク質、リソソームタンパク質、ゴルジ装置タンパク質、ERタンパク質などを同定および単離し得る。手短には、上記の原理を、改変を伴って適用して、目的の任意の他の所定の細胞位置に局在化された外因性タンパク質を同定および単離し得る。さらに、本発明の方法および発現系を適用して、特定の酵素活性、結合パートナーに対する結合親和性、または目的の構造を有する外因性タンパク質をコードする核酸を同定および単離し得る。
【0123】
第二の一般的な局面において、本発明は、所定の結合分子および基質(リガンド)が利用可能である外因性タンパク質をコードする核酸の発現クローニングを可能にする方法を提供する。例えば、公知のレセプターに対する未知の分泌リガンドを同定するために、レセプタータンパク質を、タンパク質と飽和する(すなわち、いかなるタンパク質分子にももはや結合しない)ような様式で、フィルター(例えば、ニトロセルロース)に固定し得る。標準的な方法を用いて決定され得る、レセプターのリガンドを発現することが公知の供給源からの発現された核酸を用いて調製された、複数の発現系が提供される。発現系はまた、個々の発現系を含む宿主細胞が、例えば、半固体の培地において細胞を増殖させることによって、同定可能な方法で、物理的に分離可能である様式で適切な宿主細胞に導入され、そして発現される。同様に、分泌タンパク質を含む発現系の同定について記載されるように、外因性タンパク質は、内因性タンパク質の発現が抑制される時間枠内に標識される。続いて、分泌タンパク質は、レセプタータンパク質で飽和しているニトロセルロースフィルターへと移される。フィルター上のすべての結合位置がタンパク質で飽和されている(前出を参照のこと)ので、レセプターに結合しているリガンドのみがフィルターに接着し得る。レセプターのリガンドに対応する外因性タンパク質は、その標識に起因して同定され得、そしてそれに由来する発現系と相関付けられ得る。従って、所定のリガンドに対するレセプターがクローニングされ、そして宿主細胞へのこの標識されたリガンドの結合が検出される場合、標識されたリガンドは、複数の発現系を含む宿主細胞に供され、そして宿主細胞に対するこの標識されたリガンドの結合が検出される。リガンド結合を生じる個々の発現系は、単離され得る。
【0124】
本発明によって提供される発現系によって提供される1つの利点は、発現系が広範な種々の宿主細胞に導入され得、そして発現され得ることである。従って、レセプターおよびリガンドの発現クローニングは、レセプターおよびリガンドに由来するものと同じかまたは関連のある種の宿主細胞系において行われ得る。これは、種依存性であることが公知であり、そしてレセプターリガンド結合に影響を与え得るグリコシル化パターンの意義に特に照らせば、価値ある特徴である。
【0125】
(B.所定の特性を有するタンパク質の同定および単離のためのプロセス)
1.発現系
本発明によって提供される方法についての1つの重要な成分は、多数の特徴を有する発現ベクターである。本発明の方法を実施するために、1つ以上の独特の発現系が生成され、そして真核生物宿主細胞に導入され、これによって、概して各細胞が独特の型の発現系を含む宿主細胞の集団をもたらす。しかし、この宿主細胞の集団は、同じ発現系を有するいくつかの細胞を含み得ることが理解される。
【0126】
一般に、本発明によって提供される発現系は、2つの重要なエレメントを含む核酸分子である。第一に、これは、制御エレメントを含む;第二に、これは、「外因性タンパク質」と称する組換えタンパク質をコードする異種核酸(これは、制御エレメントに作動可能に連結される)を含む。
【0127】
(制御エレメント)
最も基本的な型において、制御エレメントは、外因性タンパク質の転写および翻訳を容易にする成分を含む。好ましくは、制御エレメントはまた、特定の環境下において宿主内の内因性タンパク質の発現を抑制しつつ、発現タンパク質の選択的発現を促進する成分であるか、またはこの成分を含む。制御エレメントは、以下に詳述するように、さらなる成分をさらに含み得る。
【0128】
本発明の実施に有用な制御エレメントは、多数の供給源に由来し得る。代表的には、制御エレメントは、ウイルスに由来する。真核生物細胞における発現を指向し得る種々のウイルス制御エレメントが記載されている。特に好ましい制御エレメントは、特定の環境下で内因性タンパク質の発現を阻害しつつ真核生物細胞における核酸の発現をさらに促進し得る。このようなウイルス制御エレメントはともに、すでに記載されており、そしてまだ発見されていないものは本発明の範囲内である。
【0129】
RNAウイルスの群のウイルスが本発明にとって好ましいベクターである。アルファウイルスの群の最も好ましいウイルスがウイルスベクターとして使用される。なぜなら、それらは、それ自身が宿主タンパク質合成をブロックする能力を有するからである。適切なアルファウイルスの例は、シンドビスウイルス、セムリキ森林ウイルス、またはベネズエラウマ脳炎ウイルスである。種々のアルファウイルス由来の制御エレメントが記載されている。とりわけ、LiljestroemおよびGaroff、1991、Biotechnology 9:356−361;Hahnら、1992、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:2679−2683;Bredenbeek,1993、J.Virol.67:6439−6446を参照のこと。
【0130】
アルファウイルスは、トガウイルス科の正鎖RNAウイルスである。Straussら、1994、Microbiological Reviews、491〜562頁。アルファウイルスは、広範な宿主細胞(これは、哺乳動物、鳥類、両生類、爬虫類、および昆虫類)において機能し得る。アルファウイルスのゲノムは、このゲノムウイルスの核酸によってコードされるタンパク質の発現を大量に指向し得るエレメントを含む。
【0131】
アルファウイルスゲノムによってコードされるタンパク質の発現は、宿主細胞のゲノムによってコードされるタンパク質の発現には依存しない。細胞遺伝子の転写は、ウイルスがコードする核酸の発現に明白には影響せずに、停止され得る。さらに、アルファウイルスのウイルスゲノムの細胞における発現は、細胞メッセンジャーRNA分子の翻訳の阻害をもたらすことが見い出された。Frolovら、1994、J.Virol.68:1721−1727。アルファウイルスが媒介する細胞におけるタンパク質の発現のこの特徴は、、本発明の実施に特に有用である。
【0132】
組換え核酸が第二のサブゲノムプロモーターまたは別の遺伝子エレメントの下流のゲノムにおける部位に挿入され得、これが外因性核酸の発現へと導き得る、例えば、アルファウイルス群の多数の二重サブゲノムベクターが提供される。Hahnら、PNAS、89:2679−2683。例えば、内部リボソーム進入部位がシンドビスウイルスバックグラウンドにおいて機能的であることは周知である。細胞質において耐性遺伝子(例えば、ネオマイシン耐性遺伝子)の上流にウイルス内部リボソーム進入部位を含むRNA分子は、G418を用いる選択を生存するのに充分である。従って、ウイルス内部リボソーム進入部位は、翻訳に充分である。また、ゲノム内の多くの部位が、外因性核酸の発現について機能的である。構造遺伝子の上流または下流に第二のサブゲノム的プロモーター/発現カセットを含むシンドビスウイルスベクターが操作されている。 Frolovら、1996、PNAS、93:11371−11377。さらに、クローニング容量の増加およびベクターの安全性の増強のために、構造タンパク質は、パッケージング細胞株またはヘルパーウイルス粒子のいずれかによって提供されるヘルパー機能によって供給され得る。Bredenbeekら、1993、J.Virol.6433−6446頁。レプリコンから構造タンパク質を除去することは、使用されるベクターのクローニング容量を増加させ、これは、大きな分泌タンパク質および糖タンパク質のクローニングにとって有利である。以下を参照のこと。これらの実施例を用いて指摘されるように、遺伝子配置の多くの改変が本発明の範囲内で可能である。
【0133】
アルファウイルス制御エレメントが最も好ましいが、宿主細胞のタンパク質合成が停止する場合に、ウイルス制御下でタンパク質合成が生じ得る合成の規準を満たす多数の他のウイルス制御エレメントが使用され得る。本発明に従えば、種々の方法を適用して、宿主細胞タンパク質合成からウイルスタンパク質合成を分離し得る。例えば、タンパク質をコードするすべての真核生物遺伝子は、RNAポリメラーゼIIによって転写される。従って,転写についてRNAポリメラーゼIIを使用しない制御エレメントが使用される場合、宿主タンパク質合成は、RNAポリメラーゼIIインヒビターを用いて選択的に阻害され得る;転写の阻害はまた、結果的に翻訳の阻害を導く。
【0134】
種々の他のRNAポリメラーゼII特異的インヒビターが記載され、そして本発明のこの実施態様の実施について有用である。当業者は、どのRNAポリメラーゼII特異的インヒビターを使用するべきかを容易に理解する。例えば、抗生物質は、そのような阻害に有用なものとして実証されている。このような抗生物質は、例えば、アクチノマイシンD、アフラトキシンB1、アマトキシンであり、これらは、本発明のこの実施態様の実施について有用である。
【0135】
本発明の別の実施態様において、制御エレメントが、原核生物細胞に由来し得る。その場合、発現系はまた、細菌性RNAポリメラーゼをコードする遺伝子を含む。次いで、宿主転写はまた、アクチノマイシンD、アフラトキシンB1、アマトキシンのようなRNAポリメラーゼIIインヒビターを用いて選択的に阻害され得る。当業者は、本発明の実施の際にどの制御エレメント用いるべきかを容易に理解する。
【0136】
本発明のさらに別の実施態様において、真核生物系に由来する制御エレメントが本発明の発現系において使用され得る。例えば、制御エレメントとしてRNAポリメラーゼIまたはIIIに特異的なプロモーターまたはエンハンサーエレメントを使用し得る。これは、外因性タンパク質をコードする核酸の発現を、RNAポリメラーゼIまたはIIIに依存性にするが、RNAポリメラーゼIIには依存性にはしない。真核生物宿主細胞においてタンパク質をコードする遺伝子がRNAポリメラーゼIIによって転写されることが実証されており、そして当該分野においてRNAポリメラーゼIIのみがこのような転写を担うと考えられている。従って、本実施態様の実施において、例えば、RNAポリメラーゼII特異的なインヒビターを添加すること、従って外因性タンパク質の発現に対するこのような効果なしに内因性タンパク質の発現を阻害することによってRNAポリメラーゼII依存性転写を阻害し得る。
【0137】
(外因性タンパク質をコードする核酸)
上記に示すように、本発明の発現系は、制御エレメントに加えて、制御エレメントに作動可能に連結されている外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含む。この組換え核酸は、任意の供給源(すなわち、任意の生物、組織または細胞型、疾患状態など)に由来し得る。本発明の1つの実施態様において、複数の異なる核酸が複数の発現系に挿入され、その結果、各々が独特の外因性タンパク質をコードする複数の発現系が生成される。あるいは、特徴付けられる1つの特定の外因性タンパク質をコードする1つの目的の公知または未知の核酸は、発現系に挿入され得る。
【0138】
本発明の1つの実施態様において、外因性タンパク質をコードする核酸成分は、核酸ライブラリー由来であり得る。この実施態様は、特に、目的の、予め決定された特性を有する外因性タンパク質をコードする核酸を同定および単離することを目的にする場合、特に好ましい。ライブラリーは、目的の組織または細胞型から得られ得る。このライブラリーは、cDNAライブラリー、ゲノムライブラリー、RNAライブラリー、異種RNAライブラリーまたは当業者に公知である任意の種類の生物、組織、または細胞型由来の転写された核酸を含む任意の他の種類のライブラリーであり得る。好ましい実施態様において、ライブラリーは、哺乳動物供給源由来であり、最も好ましい実施態様においては、ヒト供給源を形成するが、爬虫類、両生類、鳥類、昆虫、植物、真菌、細菌細胞などにも由来し得る。いくつかの例では、組み換え核酸は、サブトラクティブライブラリー由来であり、例えば、対応する健康組織との比較した場合、疾患状態において示差的に発現されるcDNAを含むライブラリーである。核酸ライブラリーは、代表的には多くの異なる核酸種を含み、それぞれの種は、ライブラリーでの他の種と比較する場合、異なる核酸配列を有する。ライブラリーの核酸種の数、つまり複雑性は、パラメーターの数に依存して広範に異なり得る。例えば、cDNAライブラリーの場合、ライブラリーの複雑性は、cDNAライブラリーを生成するために使用されるRNAプールの複雑性に依存する。適切な核酸ライブラリーは、標準的な方法を使用して生成され得る、特に、Sambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第二版.,Cold Spring Harbor(1989)を参照のこと。あるいは、適切なライブラリーは多くの商業的供給源から入手され得、以下を含むがこれらに限定されない、Clontech、Palo Alto、California;およびStratagene,La Jolla,California。
【0139】
必要に応じて、遺伝子ライブラリーを、E.coli、ファージ、酵母などで増殖し得る。
【0140】
あるいは、外因性タンパク質をコードする核酸は、目的の組織または細胞型から単離されたmRNA由来であり得る。この場合、mRNAはcDNAに逆転写される。細胞性mRNAまたは好ましくはmRNAを用いて出発して、多くの方法がcDNAの調製について公知である。最も好ましく指向されたcDNAは、クローンがセンス方向に挿入物を有するようにウイルス性ベクターに挿入され得るcDNAが生成される。 例えば、Stratageneは、指向されるcDNAの生成のためのいくつかのキットを提供する(λZAP cDNA キット)。さらに、cDNAの生成についての標準的なプロトコールが、利用可能であり、そして 特に、Sambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第二版.,Cold Spring Harbor(1989)中で見出される。
【0141】
本発明の別の実施態様では、外因性タンパク質をコードする核酸は、目的の特定かつ特異的な核酸である。このように生成される発現系は、目的の特定の核酸またはタンパク質の特徴づけについて特に有用である。なぜなら、核酸分子によってコードされるタンパク質が、細胞中のどこに位置するか決定することを都合良く可能にし、それにより当業者に対してこのタンパク質の機能についての重要な情報を明らかにするからである。
【0142】
目的の核酸は、DNAまたはRNAであり得る。核酸がDNAまたはRNAとして利用可能であろうとなかろうと、本発明の発現系の一部としての制御エレメントで容易に使用され得る。一旦、当業者が本発明の方法について有用である制御エレメントを選択すると、この制御エレメントを有する目的の核酸を使用する日常的な実験のみが必要とされる。
【0143】
例えば、目的の核酸がRNAの形態で利用可能であり、そして選択の制御エレメントがDNAの形態で利用可能である場合、目的の核酸は、日常的な逆転写アッセイを使用してDNAに換えられ得る。制御エレメントもまた、日常的な転写アッセイの使用によりRNAに換えられ得る。いずれかの転換の後、得られた2つのDNAまたはRNA分子が日常的なDNAリガーゼアッセイまたはRNAリガーゼアッセイを使用して共に連結され得る。最後に、目的の核酸および組み合わされた制御エレメントを含む、得られた発現系は、次いで本発明において使用され得る。上記の実施例に類似して、目的の核酸がDNAの形態および制御エレメントがRNAの形態で利用可能である場合、いずれかの日常的な変換方法が適用され得、続いて適切な日常的なリガーゼ方法が適用され得る。当業者は、本発明を実施するために、転写、逆転写または連結のどの手順を次に行うか容易に知る。
【0144】
あるいは、目的の核酸は任意の種のDNAであり得る。これは以下を含むがこれらに限定されない、相補的DNA(「cDNA」)、ゲノムDNA、さらなる核酸分子を含むように操作されたcDNA、または任意の他の種のDNA 。任意の種のDNAは、本発明の方法において使用され得る。任意の種のDNAは日常的な連結アッセイを使用することにより制御エレメント分子に連結され得る。ゲノムDNAの発現は、充分に本発明の範囲内にある。なぜなら、真核生物細胞型の使用がゲノムDNAの転写を通じて生成される異種RNA分子の必要なプロセシングを容易にし、細胞性タンパク質合成について有用であるメッセンジャーRNAを産生する。
【0145】
外因性タンパク質をコードする核酸は、cDNAライブラリーまたはRNAまたは任意の他の供給源由来である場合、標準的な手順を使用して発現系に組込まれ得る。このような組み込みは、例えば、制御エレメント分子を有するライブラリーの核酸分子を接続させるためのDNA連結またはRNA連結手順により容易にされ得る。
【0146】
さらに、cDNAまたはRNAとウイルス性ベクターとの組み立ての異なる方法が利用可能である。DNAとしての核酸の標準的な連結が、組み立て工程を実施するための好ましい方法である。当然、他の方法も適している(例えば、RNA分子がT4 RNAリガーゼ酵素を使用して連結され得る)。多くの標準的な方法が利用可能であり、そして、例えば、Sambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第二版.,Cold Spring Harbor(1989)において記載される。
【0147】
(ウイルス性増殖)
本発明の実施におけるウイルス由来の制御エレメントを使用した場合、将来の実験方法について利用可能である発現系を有するためにウイルスを増殖することを必要とされ得る。ウイルスの増殖は、ウイルス粒子の組み立てを容易にする特定の分子成分の利用可能性を必要とする。タンパク質の場合において、いくつかの分子成分は、代表的には、特定のウイルスに依存して、ウイルス性ゲノムの核酸によりコードされなければならない。しかし、これは、ウイルス性ゲノムの得られる誘導体が、ウイルス粒子中にパッケージされる能力を維持しながら、無制限の数の核酸分子をウイルスのゲノムには付加し得ない。
【0148】
それゆえ、本発明の方法における特徴づけのためにウイルスゲノムへ組み込まれ得る目的の核酸のサイズの最大化を試みる場合、そのゲノムの野生型ウイルスゲノムゲノムに見出される核酸分子を欠失することが必要である。しかし、このような欠失は、得られる発現系が制御エレメントが由来するウイルスを増殖することを不可能にする。
【0149】
しかし、この問題は、ウイルス増殖について必要とされる成分を提供するヘルパー機能の使用により克服され得る。本発明の1つの実施態様において、このようなヘルパー機能は、ヘルパー核酸の使用により提供され得る。ヘルパー核酸は、例えば、アルファウイルスの増殖を容易にするために、アルファウイルスに基づく発現系について使用されるような欠損ヘルパーRNAであり得る。
【0150】
本発明の別の実施態様において、このようなヘルパー機能は、パッケージング細胞株を通じて提供され得る。パッケージング細胞株は、ウイルスゲノムにより通常コードされるウイルス増殖について必要である成分をそのゲノム中にコードするが、クローニングの有用性の目的のために欠失される。それゆえ、これらの成分は、本発明の方法において使用される細胞株中で発現され、そしてウイルスの増殖が容易にされる。
【0151】
このようなパッケージング細胞株の産生は、日常的な実験を使用することにより充分に当業者の知識の範囲内である。例えば、本発明の実施のために選択されるウイルスに依存して、ウイルスゲノムから欠失された正確に同じヌクレオチド配列を取得し得、選択された細胞株において核酸の高レベルの発現を容易にすることが公知である制御エレメントにそれを連結し得、そして得られた核酸を細胞株にトランスフェクトし得る。このようなベクターの例を、以下に提供する。具体的には、ベクター987BBneo(配列番号2)は、Ca−リン酸法でBHK21細胞にトランスフェクトされ得、そして続いて公知の方法に従って200mg/lのG418が選択され得る。例えば、これは、新しい特性を有する細胞株の樹立のための標準的なスクリーニング手順(例えば、特定の毒素に対する耐性を提供するマーカーの存在についてのスクリーニングのような)の使用によりさらに容易にされ得る。このようなマーカー(例えば、細胞にネオマイシン選択に耐性を与えるネオマイシン耐性遺伝子のような)は、ウイルス増殖について必要である成分をコードする核酸分子および選択した細胞株について特異的である制御エレメントを含む発現系に含まれ得る。
【0152】
2.宿主細胞への発現系の導入
発現系、または代表的には外因性タンパク質をコードするライブラリー挿入物を含む複数の独自の発現系は、適切な真核生物宿主細胞中に導入される。この様式において、複数の真核生物宿主細胞が提供され得、ここで、各宿主細胞は異なるメンバーを含む発現系を有する。当然ながら、この集団において、同じメンバーを含む複数の宿主細胞が存在し得る。宿主細胞は任意の種類の生物由来であり得、これは、発現系の適合性に依存する。好ましくは、宿主細胞は、外因性タンパク質をコードする組換え核酸の細胞供給源(これは、好ましい実施態様においては哺乳動物である)に対して同一かまたは関連する。
【0153】
真核生物宿主細胞への発現系の導入は、多くの異なる周知の手順を使用して実施され得る。CaPo4、ポリエチレンイミン、リポフェクション、エレクトロポレーションを用いたトランスフェクションは、核酸を動物細胞に導入するための僅かな数の利用可能な技術である。細胞質中の耐性遺伝子(例えば、ネオマイシン耐性遺伝子)の上流のウイルス内在性リボソーム導入部位を含むRNA分子は、G418での選択を生存するために十分である。それゆえ、ウイルス性内在性リボソーム導入部位は翻訳について十分である。アルファウイルスの利点は、それらの広範な宿主範囲(多種の異なる組織に由来する哺乳動物、昆虫、鳥類、両生類、および爬虫類細胞)への感染、および異なる度合いの形質転換が報告されている。外因性ウイルス性核酸を含む細胞は、上清から、または細胞溶解によって収集され得るウイルス粒子を生成するために使用され得る。あるいは、外因性核酸を含む細胞は、フィーダー培養物中でのプラーク形成を誘導するために使用され得る。
【0154】
3.予め決定された特性を有する外因性タンパク質の同定および単離のためのスクリーニングプロセス
個別の外因性タンパク質についてのスクリーニングを容易にするために、異なるウイルス性クローンの物理的分離を可能にし、そして目的の外因性の新規の分泌タンパク質または糖タンパク質からウイルス性粒子および/またはウイルスタンパク質の物理的分離を可能にする細胞培養物が提供される。
【0155】
本発明に従って、新規の放射能標識したタンパク質または糖タンパク質を分泌するクローンの検出が、様々な方法において実施され得る。ウイルス性クローンの物理的な分離は、例えば、アガロースまたはカルボキシメチルセルロースを含む正常の培養培地からなる半固形倍地中でのプラーク形成により達成され得る(ファージスクリーニングに類似する)。あるいは、単一のウイルス粒子(限定希釈により単離される)またはプラーク精製クローンが、例えば、動物細胞を含む96ウェルプレート中に播種され得る。96ウェルプレートのフィーダー層への単一細胞の添加は、単一クローンの細胞を感染する。ウイルス性クローンの物理的分離の他の方法が、本発明の範囲を超えることなく実行可能である。
【0156】
(残留宿主タンパク質合成のブロッキング)
ウイルスにコードされた外因性タンパク質の選択的標識が所望される場合、宿主細胞タンパク質合成はサイレントでなければならない。本発明に従って、いくつかの方法が細胞性タンパク質の合成を抑制するために使用され得る。ウイルスは、細胞性タンパク質合成を完全に阻止することから(前出を参照のこと)、アルファウイルス群のウイルスを使用することによって、この問題に取り組む。あるいは、使用される制御エレメントに依存して(前出を参照のこと)他のウイルスが使用される場合、宿主細胞特異的RNAポリメラーゼII転写および翻訳は、アクチノマイシンD、アフラトキシンB1、アマトキシンのような薬剤の添加により特異的に抑制され得る。すべての細胞がウイルス性複製に供されない場合においてもまた、細胞の残りの部分が、この物質を用いて転写/翻訳を停止され得る。Condreayら、1988、J.Virol、62:2629−2635。
【0157】
(標識工程)
本発明の好ましい実施態様において、発現系により発現される外因性タンパク質は、時間枠の期間中(この期間では、内因性タンパク質の発現が抑制されているが、外因性タンパク質が発現されている)の特異的な標識による宿主細胞系の内因性タンパク質から識別可能にされ得る。例えば、適切な長さと強度の放射性標識されたアミノ酸のパルスが適用され、その結果、十分な放射性タンパク質が検出のためのクローンから回収され得る。この系は、少なくとも3次元で変化し得る(すなわち、(1)パルス長、(2)パルス強度、および(3)プラークの部位)。
【0158】
十分な細胞がウイルス性複製を生じ、そしてウイルスコードされたタンパク質を発現し、そしてRNAポリメラーゼIIの転写および/または翻訳の抑制が完全である、感染後の適切な時間において、放射性アミノ酸のパルスが培養物に添加される。当然ながら、パルス−チェイス時間、異なるプラークサイズ、アイソトープの選択、オートラジオグラフィーの態様(X線フィルムに対するホスホイメージャー)などの多くの異なる組み合わせが適切である。標識する時間、アイソトープ、濃度などの適切な組み合わせの例を実施例中で与える。放射性アミノ酸の適用は、続くチェイス期間を伴うパルスとして実施され得る。他のスキームは適切である(例えば、放射性アミノ酸の連続的な取込み)。タンパク質が沈殿可能で、それゆえ除去し得る特定の条件下では、単量体アミノ酸は沈殿しない。適切なアイソトープは、任意の20個の天然アミノ酸における、35S、3H、14Cである。あるいは、内因性タンパク質は、新規の合成された外因性タンパク質と識別が可能であるような方法で処理され得る。本発明の処理は、1)シアリダーゼによる細胞表面からのシアル酸残基の除去。外因性の発現系から合成されつつある新しい膜タンパク質は、検出を可能にする細胞表面上にシアル酸残基を示し、2)内因性タンパク質のタンパク質分解消化(例えば、細胞表面上)である。他の方法が可能であり、そして本発明の範囲内である。
【0159】
(可溶性ウイルスタンパク質)
ウイルスタンパク質を含むウイルス由来の制御エレメントの発現系を使用した場合、外因性タンパク質が発現される場合に発現される可溶性ウイルスタンパク質の問題と遭遇し得る。この問題は、異なる程度であり得る。例えば、半固体の培地(例えば、軟寒天プレート)に基づくスクリーニング方法を使用する場合、このような可溶性ウイルス性タンパク質は、外因性タンパク質に結合するために設計された膜に結合し得る。
【0160】
本発明の1つの実施態様において、このような可溶性ウイルス性タンパク質は、このような可溶性ウイルス性タンパク質の流れを結合するかまたは止め得るフィルターを使用することにより、所望の外因性タンパク質についてのスクリーニングに干渉することから阻止される。別の実施態様では、可溶性ウイルス性タンパク質に特異的な抗体は、このような濾紙に、可溶性ウイルス性タンパク質が結合するように付着する。可溶性ウイルス性タンパク質の流れと結合または止めるのに有用である種々の濾紙が、記載されている。当業者は、どのフィルターが本発明の実施のために使用すべきか容易に知る。このようなフィルターに、可溶性ウイルス性タンパク質について特異的である抗体を付着させることもまた、充分に当業者の知識の範囲内である。本発明の別の実施態様では、抗体が半固体培地と架橋される(例えば、NuFix Agarose、FMC Bioproducts Rockland USA、これらはスクリーンとウイルスタンパク質との干渉を阻止する)。
【0161】
本発明の別の実施態様では、可溶性ウイルス性タンパク質の生成は、血清含有培地の使用により減少される。任意の減少量が所望され、好ましくはウイルスタンパク質のバックグラウンドにおける目的の分泌タンパク質の検出が可能であるレベルまでである。可溶性ウイルス性タンパク質の生成を減少させるさらに別の方法は、プロテアーゼインヒビターまたはインヒビターの使用による。可溶性ウイルス性タンパク質の量を減少させるためのプロテアーゼインヒビターの使用の例は、実際の実施例として以下に例示される。任意の1つまたは複数のプロテアーゼインヒビターが使用され得、そしてこれらは当業者に周知である。
【0162】
本発明の別の実施態様において、可溶性ウイルス性タンパク質の生成は、変異体ウイルスに基づく制御エレメントを含む発現系の使用により減少される。本発明のこの実施態様について有用である種々の変異体ウイルス株が、記載されている。
【0163】
当業者は、どの変異ウイルス株を、この実施態様について使用すべきか容易に知る。例えば、アルファウイルス属の変異ウイルス株が、本発明のこの実施態様の実施について有用であることが記載されてきた。本発明のこの実施態様の実施について有用である変異シンドビスウイルス株は、例えば、ts20、ts10、およびts23の遺伝子型を有する(Lindquistら、1986、Virology、151:10−20;Ariasら、1983、J.Mol.Biol.,168:87−102;CarletonおよびBrown,1996,J.Virol.,70:952−959)。このような温度感受性ウイルス変異体は、PE2の切断における欠損(ts20)およびE1の折り畳みにおいて欠損(ts10;ts23)である。結果として、ウイルスタンパク質は、非許容温度では細胞表面に到達しない。可溶性タンパク質の漏出は、これらの変異体の使用により減少される。
【0164】
本発明の別の実施態様において、可溶性ウイルス性タンパク質の生成は、本発明の方法におけるウイルス性タンパク質のタンパク質分解を欠失する細胞株を使用して減少される。ウイルス性タンパク質のタンパク質分解を欠失する種々の細胞株が記載されている。Watsonら、1991、J,Virol.65:2332−2339。
【0165】
当業者は、どの細胞株がウイルス性タンパク質のタンパク質分解を欠失する細胞株かどうかを容易に知る。本発明のこの実施態様における実施について有用である細胞株は、本発明の方法において使用されるウイルスのタンパク質のタンパク質分解の切断を欠失する。例えば、本発明の実施においてアルファウイルスを使用する場合、ウイルスタンパク質のPE2からE2およびE3の切断を欠失する記載された細胞株が有用であり得る。
【0166】
本発明のより特定のスクリーニングプロセスが、以下に例証される。
【0167】
(コンパートメントスクリーニング)
本発明の1つの実施態様について、外因性タンパク質をコードする独自の発現系を含む宿主細胞は、それらを分離したコンパートメントに配置することによりスクリーニングされ得る。例えば、個別の細胞が物理的に拾われ、そして別個のコンパートメント、例えば、96ウェルプレート中の1つのウェルに配置される。当然ながら、もし所望ならば、多数の細胞がコンパートメントまたはウェルに配置され得、群中の細胞のスクリーニングを容易にする。あるいは、ウイルス粒子は、1コンパートメントあたり1pfuに希釈され、モノクローンを誘導する。
【0168】
(半固体培地スクリーニング)
本発明の別の実施態様において、本発明の方法において使用される細胞は、軟寒天中でこれらを増殖させることにより分離され得る。例えば、細胞は発現系の核酸でトランスフェクトされ得、次いで半固体培地(すなわち、軟寒天)でのプレート上で展開される。この軟培地または半固体培地は、例えば、アガロースまたはカルボキシメチルセルロースを含む通常の増殖培地からなり得る。あるいは、細胞のコンフルエントな層をウイルス(例えば、アルファウイルス)プラークを1〜3mmのサイズまでの増殖を可能にするMOIで感染させる。感染後3時間で、ウイルス溶液を除去し、そして半固体培地で置換する。この半固体培地は、ウイルス粒子の拡散を阻害し、そしてプラーク形成を可能にする。当業者に公知である半固体培地において細胞を維持する他の方法もまた、本発明に範囲内にある。
【0169】
一旦、軟寒天または半固体培地にプレートされると、宿主細胞はスクリーニングされ得る。これは、プレート上の物質の側方拡散を減少させることを可能にし、それ故異なる外因性タンパク質を発現する発現系を含む種々の細胞またはウイルスの交差混入を減少させる。さらに、この実験設定は、細胞により分泌されるタンパク質(例えば、目的の核酸によりコードされる細胞外タンパク質)の細胞からこのようなタンパク質を結合し得るフィルターへの流入を可能にする。タンパク質の結合について有用であるフィルターは、例えば、ニトロセルロースフィルターおよびPVDFまたはナイロン膜である。
【0170】
一旦、外因性タンパク質がフィルターに結合すると、これらは当業者に公知の異なる方法によりスクリーニングされ得る。本発明の1つの実施態様では、外因性タンパク質を、フィルター上のこれらの位置を決定するために選択的に標識する(前出を参照のこと)。例えば、フィルムに対してフィルターを暴露することにより、フィルムは、一旦現像すると、標識された外因性タンパク質を結合したフィルターのスポットに並列されるような場所に暗い点を有する。正常な表示を使用する場合、当業者はフィルム上のそれぞれのスポットを軟寒天プレート上の領域へと相関付け得る。従って、フィルム上のスポットに生じる外因性タンパク質を発現する細胞を位置付けし得る。それゆえ、分泌され、そしてフィルム上のスポットに生じる外因性タンパク質をコードする核酸を含む特定の発現系もまた位置付けし得る。
【0171】
本発明の別の実施態様において、フィルターをリガンドに曝露することによって、結合した外因性のタンパク質を有するフィルターをスクリーニングし得る。例えば、選択される1つの方法は、結合した外因性のタンパク質を有するフィルターを、標識したレクチンに曝露し、それによって分泌糖タンパク質をスクリーニングすることであり得る。または、例えば、特定の翻訳後修飾(例えば、糖部分のような)に特異的な抗体を用いてフィルターをスクリーニングし得る。また、目的の特定のタンパク質に特異的な抗体を使用し得る。
【0172】
さらに、この系は外因性タンパク質からのウイルス粒子の容易な分離を促進する。分離は、例えば異なるろ紙の使用(すなわち、ウイルス粒子に結合または、ウイルス粒子の流れを停止させるが、しかし外因性タンパク質には結合せず、その流れの停止もしないもの)によって達成し得る。このさらなるろ紙は、外因性タンパク質を結合するフィルターの下に配置され得る。それゆえに、ウイルス粒子は外因性タンパク質を結合するろ紙には到達しない。
【0173】
フィルターは、例えば、可溶性ウイルスタンパク質に対する抗体を、可溶性ウイルスタンパク質を結合するが外因性タンパク質を結合しないフィルターに付着させることによって、より効果的にされ得る。
【0174】
(分泌タンパク質の検出および単離)
本発明の好ましい実施態様において、サンプルは分泌された放射活性タンパク質の検出および放射能対バックグラウンドの検出のために調製される。
【0175】
選択されたクローンの物理的な分離の方法に従って、分泌タンパク質または糖タンパク質の異なる検出の様式が適用され得る。例えば、単一のクローンがマイクロタイタープレート中に接種される場合、上清中の分泌された放射活性タンパク質または糖タンパク質の沈殿は、例えばTCA法を用いて実行され得る(Maら、1994, Cancer Chemother. Pharmacol.38(4):391−394)。クローンの物理的な分離が半固体の増殖培地を用いて達成された場合、次いで分泌された放射活性タンパク質または糖タンパク質を捕獲した膜は、洗浄されそしてオートラジオグラフィーのために調製される。多くの異なる市販の膜またはフィルターがトレーサー膜として有用である。膜において捕獲されたタンパク質は、放射活性タンパク質を分泌するクローンが検出され得るように結合される必要がある。いくつかの異なる洗浄手順は、沈殿性タンパク質を膜に連結し、そして取り込まれていない放射活性アミノ酸を除去するために適用され得る。増感剤を用いる、または用いないX線フィルムへの曝露およびりん光画像法を含むいくつかの方法が、オートラジオグラフィーのために適切である。
【0176】
(リガンド選択)
本発明の別の実施態様において、異なる外因性タンパク質を発現する発現系を含む細胞は、リガンド認識によって分離され得る。例えば、細胞膜のレセプター分子をコードする目的の核酸のスクリーニングの場合、このようなレセプターを認識し得るリガンドは、このようなレセプターを発現する細胞をスクリーニングするために使用され得る。このスクリーニングは、例えば、固体支持体にリガンドを付着させる工程、および固体支持体上のリガンドに目的のタンパク質を発現する細胞を曝露させる工程によって行われ得る。目的の膜レセプター分子を発現する細胞を結合することによって、このようなレセプターを発現する細胞は、このようなレセプターを発現しない細胞から分離され得る。
【0177】
本発明の1つの実施態様において、リガンドはタンパク質であり得る。別の実施態様において、リガンドは抗体であり得る。なお別の実施態様において、リガンドはレクチンであり得る。さらなる実施態様において、リガンドは非タンパク質であり得る。リガンドの選択は、そのために選択されるタンパク質に依存する。ペプチド骨格、翻訳後修飾、または他の基準に基づくタンパク質を結合可能な大量のリガンドが記載されてきた。当業者は、本発明の本実施態様の実行のためにどのリガンドが有用であるかを容易に知る。
【0178】
本発明の別の実施態様において、リガンドは固体支持体に結合される。本実施態様の実行のために有用な種々の固体支持体が記載されてきた。例えば、リガンドを、外因性タンパク質を発現する細胞を加えるプレートに結合させ得る。一旦リガンドが結合しているプレート上に置かれると、細胞がリガンドを認識する膜タンパク質を発現する場合、細胞はリガンドに結合する。リガンドに結合した細胞は、それゆえに、洗浄溶液がリガンドに結合しない細胞の除去のために加えられた場合に、プレートに残存する。このようにして、リガンドを結合する膜レセプターを発現する細胞は、発現しない細胞から除去される。結果的に、これは膜レセプターおよびそれらをコードする核酸を同定するための迅速かつ単純な方法である。膜レセプターは薬物開発の主要な標的であるので、本発明の本実施態様は、製薬研究および薬物発見のために非常に有用である。
【0179】
(膜タンパク質選択)
本発明の別の実施態様において、細胞外ドメインを有する膜タンパク質である外因性タンパク質に基づく外因性タンパク質を発現する細胞を選択し得る。例えば、細胞内で外因性タンパク質を発現させ得、一方内在性タンパク質の発現は阻害されるか、または発現系を使用して、その操作が内在性タンパク質の発現を阻害する(前出を参照のこと)。
【0180】
このセットアップを使用して、例えば、内在性タンパク質の発現の阻害が起こった後(しかし、外因性タンパク質の発現はまだ継続している)、細胞をプロテアーゼ処理し得る。細胞表面から、細胞外のタンパク質性の突出(すなわち、細胞膜レセプターなど)が取り除かれた後、外因性タンパク質の発現がこのような突出を補充し得る。しかし、このような補充は、特定の細胞中で発現している外因性タンパク質が膜レセプター分子である場合にのみ生じる。
【0181】
それゆえに、この工程において、膜レセプター分子をコードする発現系を含む細胞のみが、細胞外のタンパク質性の突出を有する。このような突出は、このような結合が、結合するタンパク質の構造に関して特異的であるか、または非特異的であるかに関係なく、タンパク質に結合する任意の構造に細胞を結合させるために使用され得る。次いで、このようなタンパク質結合構造に結合する細胞は、例えば、外因性タンパク質をコードする核酸の配列に関してさらに分析され得る。タンパク質を結合する種々の構造が記載されており、当業者に周知である。例えば、ニトロセルロース、PVDFまたはナイロンのフィルターが、タンパク質結合構造として、本実施態様において使用され得る。当業者に公知の、タンパク質に結合する他の構造もまた、本発明の範囲内である。
【0182】
(膜糖タンパク質スクリーニング)
本発明の1つの実施態様において、細胞膜糖タンパク質が、本発明の方法を使用して同定される。細胞膜糖タンパク質の同定を容易にするために、本発明の本実施態様の実行に有用な種々の方法が記載されてきた。例えば、細胞表面の糖残基の化学的反応性を改変し得、それによってこのような糖残基の特異的な認識および同定を容易にし得る。化学的反応性のこのような改変に有用な1つの方法は、例えば、反応性のケトン基の細胞表面オリゴサッカライドへの導入である。Mahalら、1997, Science 276:1125−1128。この方法において、新規な化学的反応基を細胞表面の糖タンパク質に導入する。この方法が、外因性タンパク質が本発明の方法において発現されるような条件下で適用され、一方内在性タンパク質の発現が阻害される場合、外因性タンパク質は好ましく反応基を取り込み、それによって外因性タンパク質の認識を容易にする。当業者に公知の他の方法は本発明の本実施態様の実行に有用であり、そしてまた本発明の範囲内である。
【0183】
本発明の別の実施態様において、膜糖タンパク質はそのような膜糖タンパク質の選択的グリコシル化を介する本発明の方法を使用して、同定される。選択的に膜タンパク質をグリコシル化するための種々の方法が公知であり、そして本発明の範囲内である。例えば、まず、シアリダーゼ活性を示す酵素の使用によって、細胞表面のすべてのシアル酸残基を除去し得る。そのような除去の後、本発明の方法を使用して、細胞内で外因性タンパク質を発現させ、一方内在性タンパク質の発現は阻害される。それによって、外因性タンパク質はシアル化した(sialiated)形態で好ましく細胞表面に輸送され、その改善された同定を容易にする。
【0184】
(目的の他の細胞フラクションに局在するタンパク質のスクリーニング)
1つの実施態様において、本発明は、一般的なアプローチを提供し、それを用いて任意の目的の細胞位置に局在する外因性タンパク質をコードする核酸を含む発現系が、同定され得る。外因性タンパク質をコードする独特な核酸を含む、発現系を有する宿主細胞は、個々の発現系を含むそれぞれの宿主細胞の物理的な分離が可能である様式で提供される。好ましくは、発現系はウイルス制御エレメントを含む。最も好ましくは、宿主細胞/発現系は、発現系を含むウイルス粒子を宿主細胞から放出されることを可能にする。
【0185】
例えば、宿主細胞は半固体培地上でプレートされ得る。最初に、ウイルス粒子を、フィルター上に捕獲し得る条件下、および時間に、ウイルス粒子を結合可能なフィルターが半固体培地上に置かれる。当業者は、どんなフィルターが本発明の本実施態様の産生に有用であり得るかを容易に知る。例えば、フィルターはニトロセルロースフィルターであり得る。フィルターに付随するウイルス粒子を有する第1のフィルターは、発現系を含む感染性のウイルス粒子の回収を容易にするような様式で処理される。続いて、半固体培地中の宿主細胞は、発現された外因性タンパク質の標識を可能にし、内在性タンパク質の発現は阻害される、組成物に曝露される。例えば、外因性タンパク質は放射性アミノ酸を用いて標識され得、一方内在性タンパク質発現は抑制される。次の工程では、半固体培地中の宿主細胞は、目的の細胞内画分/細胞内区画の回収を可能にするものであり、そして/または目的の細胞内画分/細胞内区画の回収を可能にすることの条件を整える。当業者は、考慮のもとでいかなる条件が細胞内区画/画分に依存して適切かを知る。次の工程では、それに結合していた、例えば、目的の細胞内画分内に含まれる特定の構造に対する抗体を有する、第2のフィルターが、半固体培地上に置かれる。フィルターが飽和していること(すなわち、任意のさらなる分子がその表面に結合することを許容しない)が重要である。第2のフィルターは、所定の目的の細胞区画が接着することを許容するような条件下で、そしてそのような時間、置かれる。例えば、目的の細胞成分が核にある場合、核膜表面タンパク質に対する抗体が、フィルターに付着される。別の区画では、対応する方法が使用される。従って、第2のフィルターは、第1のフィルターの「レプリカ」を構成し、ここで第1のフィルターは回収可能な発現系をそれに付着させ、一方第2のフィルターは目的の細胞成分に由来するタンパク質を付着させる。宿主細胞のこれらの個々のクローンは、目的の細胞内画分/細胞内成分内に位置する外因性タンパク質をコードする核酸を含む発現系を含み、標識の存在を通して同定され得る。さらに、細胞成分は当該分野において周知の古典的な方法(例えば、示差的遠心分離)を使用して物理的に分離され得る。
【0186】
(既知のレセプターの未知のリガンドの同定)
1つの実施態様において、本発明は、目的の既知のレセプターの未知の分泌リガンドの同定を可能にする。外因性タンパク質をコードする独特な組換え核酸を含む発現系を含む宿主細胞は、それらが物理的に分離可能な様式で培養される。例えば、この目的のために、宿主細胞は半固体培地中で培養され得る。細胞は、発現された外因性タンパク質の標識化を可能にし、一方内在性タンパク質の発現は阻害される組成物とともに、インキュベートされる。目的のレセプタータンパク質を用いてコートしたフィルターは、それによってすべての結合部位は飽和され(レセプタータンパク質または他の任意の中性タンパク質のいずれかによって)、すべての分泌タンパク質がフィルターに移動できるような条件および時間で、半固体培地上に置かれる。フィルター上のすべてのタンパク質結合部位は飽和しているので、目的のレセプターに結合した分泌タンパク質のみが、フィルターに接着する。これらの外因性タンパク質は、それらの標識によって同定され得る。フィルターはレプリカ(すなわち、もともとのプレートの鏡像)を表すので、目的のレセプターのリガンドをコードする核酸を含む発現系を含むコロニーは、容易に同定され得る。
【0187】
(既知のリガンドの未知のレセプターの同定)
1つの実施態様において、本発明は、既知のリガンドに対する未知のレセプターの同定を可能にする。外因性タンパク質をコードする独特な組換え核酸を含む発現系を含む宿主細胞は、それらが物理的に分離可能な方法で培養される。例えば、細胞のコンフルエント層は、複数の発現系を有する感染ウイルスの低MOIで感染され得る。感染後、細胞は、37℃付近に融点を有する半固体培地(例えば、低融点アガロース)中34℃でインキュベートされる。十分な大きさのプラークが産生された後、フィルターは、プレートのレプリカとして働くウイルス粒子を捕獲するのに十分な時間、表面(top)に配置される。続いて、プレートを39℃まで加熱することによって、アガロースを溶解させる。アガロースの除去および洗浄の後、細胞を、選択した標識化リガンドと共にインキュベートする。細胞の洗浄後、リガンドの結合は、オートラジオグラフィーによって検出され得る。次いで、目的の発現系(および核酸)を含むウイルス粒子は、レプリカフィルターから回収され得る。
【0188】
(4.目的の外因性タンパク質を含むウイルス粒子の回収)
次の工程では、サンプルまたは増加した放射能が観察された領域からのこれらのウイルス粒子は、同定され、そして回収される。ウェルまたは目的の外因性タンパク質が検出されたプラークの位置の同定は、現像したフィルムを用いてさかのぼり得、そしてウイルス粒子が回収され得る。この点において、目的のタンパク質の発現を生じる核酸配列を含む組換えウイルス粒子が、収集される。本発明により、この粒子が、例えば、以下に記載される手順の1つに適用され得る。
【0189】
C.所定の特性のタンパク質をコードする、同定された発現系の適用
所定の特性、例えば細胞局在位置、構造、酵素的機能、または他の分子に対する親和性を有する、上記のスクリーニング方法を用いて選択された発現系のプールは、さらなるスクリーニング手順のために使用され得る。あるいは、個々の発現系は、ランダムに拾い上げられ得、そして特徴付けおよび機能的分析に供され得る。下記を参照のこと。
【0190】
(夾雑を避けるためのさらなるスクリーニングラウンド)
個々のクローンは拾い上げられ得、そして工程3および4の手順は、クローンをプラーク精製するため、および夾雑を避けるために反復され得る。
【0191】
(ウイルス粒子の数を増すための、ウイルス粒子の継代)
単離され、必要に応じて継代により増幅されたウイルス粒子は、以下の手順の1つに適用され得る。分泌タンパク質または糖タンパク質をコードする外因性の核酸を含むウイルス粒子のための多数の有用な適用は明白であり、そのいくつかが以下に記載される。それゆえに本発明は、上記に記載の適用に限定されない。
【0192】
(標識化された形態、または標識化されていない形態のいずれかにおける、新規な分泌タンパク質または糖タンパク質の産生を誘導する細胞培養物の感染)
単離されたウイルス粒子を用いて、例えば、T−フラスコ、スピナーフラスコ、ローラーボトル、バイオリアクター、灌流リアクターなどの容器中で増殖させた基質細胞株に感染させることによって、大量スケールで、新規な分泌タンパク質または糖タンパク質は産生され得る。上記で選択された遺伝子構築物の性質に依存して、産生はわずかに異なる条件下で起こる。1つの方法のベクターがパッケージング細胞株でパッケージングされる場合、粒子は1回のラウンドの感染(従ってMOIは1より大きいべきである)だけを誘導する。また、新規な分泌タンパク質または糖タンパク質の産生のために、広い領域の宿主細胞株が使用され得る。新規の分泌タンパク質または糖タンパク質の標識化は、上記のように放射活性アミノ酸の添加によって達成され得る。これは、生成物の形成が、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動および続くオートラジオグラフィーによって容易にモニターされ得るという利点を提供する。この方法において、未知の生成物が、産生パラメーターの最適化のために容易に検出され得る。
【0193】
(そのように産生された上清の、その放射性標識による、タンパク質精製または単離方法、および新規な分泌タンパク質もしくは糖タンパク質の検出への適用)
新規な分泌タンパク質または糖タンパク質は、標準的なタンパク質精製技術を使用して、上記の工程の上清から容易に精製され得る。産生の間に、分泌タンパク質を標識する独特の可能性は(前出を参照のこと)、精製プロセスを顕著に単純化する。クロマトグラフィーカラムまたはそれに類するものからの溶出物は、サンプルコレクターを使用して自動的に収集され得る。新規な分泌タンパク質を含むサンプルは、放射能の検出によって容易に同定され得る。富化され、精製された物質はこの方法で入手され得る。標識されていない物質は、標識していない細胞培養上清への同一のクロマトグラフィー条件の適用によって入手され得る。
【0194】
D.個々の同定したタンパク質の特徴付けおよび機能的分析
当該分野において公知のいくつかの手順が、個々の同定された外因性タンパク質のさらなる特徴付けおよび機能的分析のために利用され得る。
【0195】
1.外因性タンパク質をコードする核酸の配列決定
1つの実施態様において、回収されたウイルス粒子における外因性核酸の同定および配列は、標準的な方法による配列決定によって研究され得る。適切なプロトコールの詳細な記載は、例えば、Sambrookら、Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 第2版、 Cold Spring Harbor (1989) に見出され得る。
【0196】
データベースにおける既知のポリヌクレオチド配列との配列比較は、同定され、単離された外因性タンパク質の機能に関する指標を示し得る。
【0197】
2.同定された外因性タンパク質の発現パターンの分析
1つの実施態様において、同定された外因性タンパク質またはそのフラグメントのcDNAが、そのmRNAの発現を検出するためのプローブとして使用される。例えば、組織サンプルの切片が、調製され得、適切な標識化プローブを用いて、インサイチュハイブリダイゼーションによって試験され得る。あるいは、mRNA抽出物が調製され得、ノーザンブロット分析において分析され得る。あるいは、同定されたタンパク質のcDNA配列に従って設計された合成オリゴヌクレオチドが生成され得、ハイブリダイゼーションプローブとして使用され得る。適切なプロトコールの詳細な記載は、例えば、Sambrookら、Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 第2版、 Cold Spring Harbor (1989) に見出され得る。
【0198】
1つの実施態様において、遺伝子発現のレベルは、その転写の検出および測定によってアッセイされる。例えば、既知の、またはその遺伝子を過剰発現もしくは過少発現すると考えられている特定の細胞型あるいは組織(例えば、ガン性組織)からのRNAは、本明細書に記載されているようなハイブリダイゼーションまたはPCR技術を利用することによって単離され、そして試験される。単離された細胞は、細胞培養、患者、または実験動物に由来し得る。このような分析は、その遺伝子発現の活性化または不活性化を含む、同定された外因性タンパク質をコードする遺伝子の発現パターンの定量的および定性的な両方の局面を示し得る。
【0199】
ノーザンブロット、サザンブロット、およびインサイチュハイブリダイゼーションのためのハイブリダイゼーションプローブは、32P、35S、および3H(インサイチュハイブリダイゼーションの場合)のような放射性核種、またはアビジン/ビオチンカップリング系を介してプローブにカップリングしたアルカリホスファターゼのような酵素的標識物などを含む、種々のレポーターグループによって標識され得る。標識されたハイブリダイゼーションプローブは、DNAおよびRNA分子の合成のために当該分野で公知の任意の方法によって調製され得る。下記のV1.H.節を参照のこと。核酸ハイブリダイゼーションプローブに関するさらなる使用は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)のためのプライマーとしてのそれらの使用を含む。PCRは、米国特許第4,965,188号、同第4,683,195号、および同第4,800,195号に詳細に記載される。
【0200】
DNAは、点突然変異、挿入、欠失、および染色体再編成を含む、遺伝子構造を含む異常を検出するための、生物学的サンプルのハイブリダイゼーションまたは増幅アッセイにおいて使用され得る。そのようなアッセイは、サザン分析、単鎖多型分析(SSCP)およびPCR分析を含むが、それらに限定されない。
【0201】
同定された外因性タンパク質をコードする遺伝子の特定の変異の検出のための診断方法は、例えば、サンプル(例えば、患者サンプル由来、または他の適切な細胞供給源に由来する)から得られた組換えDNA分子、クローニングした遺伝子またはその縮重改変体を、組換えDNA分子、クローニングした遺伝子またはその縮重改変体を含む、1つ以上の標識化された核酸試薬と、これらの試薬の、遺伝子内のそれらの相補的配列への特異的アニーリングに好ましい条件下で、接触およびインキュベートさせる工程を含み得る。好ましくは、これらの核酸試薬の長さは少なくとも15〜30ヌクレオチドである。インキュベーション後、すべてのアニーリングしなかった核酸は核酸分子ハイブリッドから除去される。次いで、ハイブリダイズした核酸の存在は、存在する場合、検出される。このような検出系を使用することによって、目的の細胞型または組織からの核酸は、例えば、膜のような固体支持体に、またはマイクロタイタープレートもしくはポリスチレンビーズ上のようなプラスチック表面に固定され得る。この場合、インキュベーション後に、アニ−ルしていない、標識核酸試薬が容易に除去される。残存している、アニ−ルした、標識遺伝子の核酸試薬の検出は、当該分野で周知である、標準的な技術の使用によって行われる。核酸試薬がアニ−ルした配列は、遺伝子変異が存在するかどうかを決定するために、正常な遺伝子配列から予測されたアニーリングパターンと比較される。
【0202】
患者サンプル中または他の適切な細胞供給源における、その遺伝子に特異的な核酸分子の検出のための他の方法は、例えばPCR(Mullis,K.B.,1987,米国特許第4,683,202号に記載される実験的な実施態様、前出を参照のこと)による遺伝子の増幅を含み得、続いて当業者に周知の技術を使用して増幅された分子の検出を行う。変異が測定されるように意図される場合、生ずる増幅配列は、遺伝子変異が存在するかどうかを決定するために、増幅された核酸がその遺伝子の正常なコピーのみを含む場合に、予想される配列と比較され得る。
【0203】
3.抗体を使用して同定された外因性タンパク質の検出
目的の同定された外因性タンパク質、または保存された改変体もしくはそのペプチドフラグメントに対して指向された抗体はまた、インビボでの発現パターンに関するさらなる識見を得るために使用され得る。抗体はまた、遺伝子の発現レベルにおける異常性、またはその遺伝子産物の構造および/もしくは時間的、組織、細胞性、または細胞下の位置における異常性を検出するために使用され得、そして、例えば、生検組織におけるように、インビボまたはインビトロで作用され得る。
【0204】
分析は、任意の組織もしくは細胞型において、または標識された抗体を用いて、なおインビボで、試験動物において、行なわれ得る。あるいは、分析されるべき組織または細胞型は、例えば、ガン組織のような、目的の同定された外因性タンパク質を異常に発現することが公知である(または、推測される)組織または細胞型を含み得る。
【0205】
本明細書中で使用されるタンパク質単離方法は、例えば、HarlowおよびLane(Harlow,E.およびLane,D.,1988,「Antibodies:A Laboratory Manual」,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,New York)に記載されるような方法であり得る。単離された細胞は、細胞培養物、実験動物、または患者由来であり得る。
【0206】
例えば、抗体、または本発明において有用な抗体のフラグメントは、目的の同定された外因性タンパク質、または保存された改変体もしくはそのペプチドフラグメントの存在を、定量的または定性的に検出するために使用され得る。これは、例えば、光学顕微鏡、フローサイトメトリー、または蛍光定量的検出と組み合わされた、蛍光標識された抗体(この章の下記を参照のこと)を使用して免疫蛍光技術によって達成され得る。
【0207】
本発明において有用な、抗体(もしくは、そのフラグメント)、または融合もしくは結合されたタンパク質は、さらに、目的の同定された外因性タンパク質、または保存された改変体もしくはそのペプチドフラグメントのインサイチュ検出のために、あるいは触媒的サブユニット結合のために(標識された触媒サブユニット融合タンパク質の場合)、免疫蛍光、免疫電子顕微鏡、または非イムノアッセイのように、組織学的に使用され得る。
【0208】
インサイチュ検出は、患者から組織学的検体を取り出し、それに標識された抗体または本発明の融合タンパク質を適用することによって達成され得る。抗体(もしくはフラグメント)または融合タンパク質は、標識された抗体(またはフラグメント)を生物学的サンプルに被覆する(overlay)ことによって、好ましくは適用される。このような手順の使用により、目的の同定された外因性タンパク質、または保存された改変体もしくはペプチドフラグメントの存在だけでなく、試験された組織における分布もまた決定することが可能である。本発明を使用して、当業者は、任意の広範な種々の組織学的方法(例えば、染色手順)がこのようなインサイチュ検出を達成するために変更され得ることを容易に理解する。
【0209】
目的の同定された外因性タンパク質、または保存された改変体もしくはそのペプチドフラグメントのためのイムノアッセイおよび非イムノアッセイは、代表的には、サンプル(例えば、生物学的体液、組織抽出物、新鮮に採集した細胞、または細胞培養においてインキュベートされた細胞溶解物)を、目的の同定された外因性タンパク質、または保存された改変体もしくはそのペプチドフラグメントを同定し得る検出可能に標識された抗体の存在下でインキュベートする工程、および結合した抗体を当該分野に周知の多数の技術のいずれかによって検出する工程を包含する。
【0210】
生物学的サンプルは、固相支持体またはキャリア(例えば、ニトロセルロース、または細胞、細胞粒子、もしくは可溶性タンパク質を固定化し得る他の固体支持体)との接触に供され、そして固定化され得る。次いで、支持体は適切な緩衝液で洗浄され、続いて検出可能に標識された抗体または融合タンパク質で処理され得る。次いで、固相支持体は、非結合抗体または融合タンパク質を除去するために、緩衝液で2回目の洗浄をされ得る。次いで、固体支持体上の結合標識の量は、従来の手段によって検出される。
【0211】
「固相支持体またはキャリア」によって、抗原または抗体を結合し得る任意の支持体が意図される。周知の支持体またはキャリアには、ガラス、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、デキストラン、ナイロン、アミラーゼ、天然および改変セルロース、ポリアクリルアミド、斑糲岩、および磁鉄鉱が挙げられる。キャリアの性質は、本発明の目的のために、ある程度可溶性であるかまたは不溶性のいずれかであり得る。支持体材料は、結合した分子が抗原または抗体に結合し得る限り、実質的に任意の可能性のある構造コンフィギュレーションを有し得る。従って、支持体コンフィギュレーションは、球状(例えば、ビーズにおいて)、または円筒状(例えば、試験管の内表面において)、または桿状体の外表面であり得る。あるいは、表面は、シート、試験片(test strip)などのように平らであり得る。好ましい支持体には、ポリスチレンビーズが含まれる。当業者は、抗体または抗原の結合のための多くの他の適切なキャリアを知っているか、または同様のものを容易に得ることが出来る。
【0212】
所定のロットの抗体または融合タンパク質の結合活性は、周知の方法によって決定される。当業者は、操作的および最適なアッセイ条件を容易に決定し得る。
【0213】
抗体に関して、抗体が検出可能に標識され得る方法の1つは、同様のものを酵素に結合し、そしてエンザイムイムノアッセイ(EIA)において使用することによる(Voller,1978,Diagnostic Horizons 2:1−7,Microbiological Associates Quarterly Publication,Walkersville,MD);Vollerら、1978,J.Clin.Pathol.31:507−520;Butler,1981,Meth.Enzymol.73:482−523;Maggio,E.(編),1980,Enzume Immunoassay,CRC Press,Boca Raton,FL,;Ishikawaら(編),1981,Enzyme Immunoassay,Kgaku Shoin,Tokyo)。抗体に結合した酵素は、例えば、分光光度計、蛍光光度計によって、または視覚的な手段によって検出され得る化学部分を生成するような様式において、適切な基質(好ましくは、発色性基質)と反応する。抗体を検出可能に標識するために使用され得る酵素には、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、ブドウ球菌ヌクレアーゼ、Δ−5−ステロイドイソメラーゼ、酵母アルコールデヒドロゲナーゼ、α−グリセロリン酸、デヒドロゲナーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼ、アルカリホスファターゼ、アスパラギナーゼ、グルコースオキシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、リボヌクレアーゼ、ウレアーゼ、カタラーゼ、グルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ、グルコアミラーゼ、およびアセチルコリンエステラーゼが含まれるが、これらに限定されない。検出は、酵素に対する発色性基質を使用する比色法によって達成され得る。検出はまた、同様に調製した標準との比較において、基質の酵素反応の程度の視覚的な比較によって達成され得る。
【0214】
検出はまた、任意の種々の他のイムノアッセイを使用して達成され得る。例えば、抗体または抗体フラグメントを放射活性的に標識することによって、ラジオイムノアッセイ(RIA)の使用によって、目的の同定された外因性タンパク質を検出することが可能である(例えば、Weintraub,B.,Principles of Radioimmunoassays,Seventh Training Course on Radioligand Assay Techniques,The Endocrine Society,March,1986を参照のこと)。放射活性同位体は、ガンマカウンターまたはシンチレーションカウンターの使用のような手段によって、またはオートラジオグラフィーによって検出され得る。
【0215】
抗体を蛍光化合物で標識することもまた可能である。蛍光標識された抗体が適切な波長の光に暴露されると、次いでその存在は、蛍光に起因して検出され得る。最も通常使用される蛍光標識化合物は、フルオレセインイソチオシアネート、ローダミン、フィコエリトリン、フィコシアニン、アロフィコシアニン、o−フタルアルデヒド、およびフルオレスカミンである。
【0216】
抗体はまた、152Eu、または他のランタン系列のような蛍光発光金属を使用して検出可能に標識され得る。これらの金属は、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)またはエチレンジアミン四酢酸(EDTA)のような金属キレート群を使用して抗体に結合され得る。
【0217】
抗体はまた、抗体を化学発光化合物に結合することによって検出可能に標識され得る。次いで化学発光タグ化抗体の存在は、化学的反応の経過の間に生じる発光の存在を検出することによって決定される。特に有用な化学発光標識化合物の例は、ルミノール、イソルミノール、セロマティック(theromatic)アクリジニウムエステル、イミダゾール、アクリジニウム塩、およびオキザレート(oxalate)エステルである。
【0218】
同様に、生物発光化合物は、本発明の抗体を標識するために使用され得る。生物発光は、触媒性タンパク質が化学発光反応の効果を増加させる生物学的系において見出される化学発光の型である。生物発光タンパク質の存在は、発光の存在を検出することによって決定される。標識の目的に重要な生物発光化合物は、ルシフェリン、ルシフェラーゼ、およびエクオリンである。
【0219】
(動物組織または細胞の感染)
上記の手順によって得られたウイルス粒子は、組織または動物への目的の遺伝子の送達のための遺伝子移入ベクターとして使用され得る。このアプローチは、目的のタンパク質の性質の研究に有用であるか、または、例えば、宿主でのその発現の結果として新規のタンパク質に対する抗体の生成のために使用され得る。
【0220】
E.予め決定された特性を有するタンパク質の使用
本発明の方法および発現系を使用して、同定、特徴付け、および単離された核酸、ならびにより重要には、それによってコードされるタンパク質は、多数の適用に有用であり得る。第1に、多くの場合、それらは研究適用および実験室使用に有用であり、例えば、新規の増殖因子、サイトカイン、またはホルモンの発見および単離は、以前には培養され得なかった培養における細胞の増殖を容易にし得る。膜レセプター、細胞質タンパク質、ならびに核タンパク質の発見および単離は、重要な細胞性シグナル伝達および制御過程におけるさらなる識見を得るために有用である。細胞小器官タンパク質の発見および単離は、代謝、同化作用、およびプロセシング機能へのさらなる識見を提供し得る。
【0221】
しかし、本発明によって同定および単離されたいくつかの遺伝子および遺伝子産物は、治療剤、または代替的に、治療標的として直接使用され得る。
【0222】
1.治療剤としての使用
本発明の発現系を用いて同定および単離されたタンパク質(特に、分泌タンパク質)は、治療剤として有用であり得る。事実、多数の既に公知の分泌タンパク質(サイトカインおよびペプチドホルモンを含む)は製造され、そして治療剤として使用されている。多くの重篤な疾患は、細胞間コミュニケーターとして、例えば、環境の変化または他の生理学的必要性に対する応答において、作用する特定の分泌タンパク質の欠如または不十分な量によって引き起こされる。周知の例には、最も頻繁には、ペプチドホルモンインスリンの産生の欠損によって引き起こされる糖尿病がある。多くの他の例が公知である。これまで全ての分泌タンパク質のうちのほんの少しの割合が、同定、単離、および特徴づけられているという事実に関して、本発明によって網羅されていない多くの新規の分泌タンパク質が、疾患(異常な細胞増殖、代謝シグナル、または細胞が適切に連絡し得ない特定の他の可能性に関連する疾患が含まれるが、これらに限定されない)の処置のための治療化合物として有用であることが、期待され得る。
【0223】
さらに、他の細胞局在位置に由来するタンパク質は、治療剤に有用であり得る。例えば、核内で発現する多数のタンパク質には、アポトーシス誘導性タンパク質または腫瘍サプレッサーが含まれ、処置(例えば、ガン)のための薬剤として使用される傾向がある。
【0224】
当業者は、本発明の方法および発現系を使用して、同定したどのタンパク質が治療標的として有用であり得るかを決定し得る。例えば、阻害性抗体またはアンチセンスストラテジーを使用するインビボアッセイは、タンパク質の機能を解明するために使用され得る。さらに、タンパク質の精製形態は、治療化合物としてのそれらの価値を決定するために、動物疾患モデルにおける細胞性アッセイおよび試験のために使用され得る。
【0225】
2.治療標的としての使用
本発明の別の重要な局面は、治療病理学的障害のための特異的な治療標的として働くタンパク質を提供することである。分泌タンパク質の不適切な機能または分泌タンパク質の発生量に関連する多くの疾患が、それぞれのタンパク質(またはその等価物)の投与によって処置され得る場合、この状況は、しばしば、細胞内に位置するタンパク質に対して異なる。ホルモンまたはサイトカインの産生における欠損は、しばしば、生理学的応答を回復するための投与によって治療され得る。対照的に、特に細胞膜および核において、多くの他の細胞性機能は、それらの機能が不相応である場合、重篤な疾患(ガンおよび他の増殖障害、ならびに種々の代謝性疾患を含む)の原因であり得る多数のタンパク質が含まれることが公知である。例えば、乳ガンは、全発症の30%において、細胞表面レセプター(すなわち、レセプターチロシンキナーゼHER2)の過剰発現によって生じると考えられる。Slamon,1989、前出。この型の乳ガンは、適切な標的部位へのHER2インヒビターの投与によって処置され得ると考えられている。代謝性疾患の例として、II型糖尿病(インスリン非依存性糖尿病、NIDDM)は、異常な発現または欠損インスリンレセプターによって引き起こされ得る。Taira.1989、前出。II型糖尿病は、レセプターを抑制し、そしてインスリンレセプターのシグナル伝達経路の下流の分子を活性化する治療化合物を用いて処置され得る。あるいは、II型糖尿病は、欠損インスリンレセプターを活性化し得る化合物で処置され得る。
【0226】
多くの疾患(不適切な細胞増殖に関連する疾患、および代謝性欠損に関連する疾患の両方)の場合、生物学的原因はいまだに同定されていないが、細胞性タンパク質の不相応な機能または発生量に起因すると考えられる。本発明の方法によって同定されたタンパク質は、標的化治療アプローチの開発(薬物開発および遺伝子治療を含む)、または診断薬/試薬としての開発に有用である。
【0227】
本発明の方法によって同定されたタンパク質が治療標的として使用される場合、タンパク質は、その活性を調節することにより、化合物の同定および単離に適切なアッセイに供され得る。
【0228】
F.本発明の方法によって同定されたタンパク質に対して指向された抗体の生成および使用
当該分野において公知の種々の手順は、本発明の方法を使用して同定および単離された組換え的に産生されたタンパク質のエピトープに対する抗体の産生のために使用され得る。このような抗体には、ポリクローナル、モノクローナル、キメラ、単鎖、Fabフラグメント、およびFab発現ライブラリーによって産生されるフラグメントが含まれるが、これらに限定されない。
【0229】
本発明の1つの実施態様において、このような抗体は、本発明の方法によって同定されたタンパク質の発現パターン、発生量、機能、および他の特徴の研究のためのツールとして使用される。例えば、細胞または組織切片は抗体に暴露され得、本発明の同定されたタンパク質の発現特異性および発生量を特徴付け得る。種々の型の抗体(モノクローナル、ポリクローナル、および単鎖抗体を含む)は、同定されたタンパク質の、細胞および組織特異的発現パターンを決定するような実験のために使用され得る。細胞または組織切片において発現されるタンパク質に結合する抗体の検出を可能にする多数の技術が、十分確立されている。
【0230】
さらに、標識された抗体(例えば、放射標識された抗体)は、インビボで、同定されたタンパク質の発現パターンおよび発生量を決定するために使用され得る。前出を参照のこと。例えば、標識された抗体は、試験体に注入され得、そしてその結合部位は、同定されたタンパク質が位置する細胞および/または組織型を決定するためにモニターされ得る。本来同定および単離された目的のタンパク質が、試験動物とは異なる種の産物であることは確かなので、ポリクローナル抗体の使用が好ましい。従って、例えば、抗体を生成するために使用される同定されたタンパク質がヒト由来であり、そして試験体がヒトでない場合、例外はあるが、ポリクローナル抗体が好ましい。
【0231】
さらに、抗体は、本発明の方法および発現系を用いて同定されたタンパク質の生理学的機能を分析するために使用され得る。例えば、阻害性抗体(すなわち、目的の同定されたタンパク質の特定の機能的エピトープに結合する抗体)は、合理的または経験的に同定され、そして試験細胞または実験動物に注入され得る。細胞、特定の組織、または生理学的機能における効果が同定され、同定されたタンパク質の生物学的な役割、および異常なまたは病理学的状態におけるその潜在的な環境を解明し得る。一旦、疾患発症における生物学的機能および役割が同定されると、標的化された処置ストラテジーの開発および設計が開始され得る。このようなストラテジーの1つは、標的タンパク質の機能を都合良く調節する化合物の同定および単離であり、これは以下により詳細に記載される。
【0232】
他の実施態様において、抗体は、例えば、診断剤または治療剤として有用である。治療剤として、中和抗体(すなわち、リガンド、基質、またはアダプター分子と結合について競合する抗体、または本発明のタンパク質が治療標的として使用される場合、このタンパク質を妨害する抗体)が、特に好ましい目的である。
【0233】
診断剤としての使用のために、同定されたタンパク質に結合するモノクローナル抗体は放射活性標識され、注入後の体内での位置および分布の検出を可能にする。放射活性タグ化された抗体は、本発明の同定されたタンパク質の発現に関連する腫瘍および転移の存在をインビボで画像化するための非侵入性診断ツールとして使用され得る。
【0234】
細胞障害性因子を体内の特定の部位に標的化する免疫毒素もまた設計され得る。例えば、高親和性モノクローナル抗体は、細菌または植物毒素(例えば、ジフテリア毒素、アブリン、またはリシン)に共有結合され得る。抗体/ハイブリッド分子の調製の一般的な方法は、抗体における一級アミノ基を攻撃し、そしてジスルフィド交換によって抗体に毒素を結合させる、SPDPのようなチオール架橋試薬の使用を含み得る。ハイブリッド抗体は、本発明の方法によって同定されたタンパク質を発現する細胞を特異的に除去するために使用され得る。
【0235】
抗体の産生のために、種々の宿主動物(ウサギ、マウス、ラットなどを含むが、これらに限定されない)は、目的の同定されたタンパク質を注入することによって免疫される。種々のアジュバント(フロイントのアジュバント(完全および不完全)、水酸化アルミニウムのような無機質ゲル、表面活性物質(例えば、リゾレシチン、pluronicポリマー、ポリアニオン、ペプチド、オイルエマルジョン、キーホールリンペットヘモシアニン、ジニトロフェノール)、および潜在的に有用なヒトアジュバント(例えば、BCG(bacille Calmette−Guerin)およびCorynebacterium parvum)が含まれるが、これらに限定されない)が、宿主種に依存して、免疫学的応答を増強させるために使用され得る。
【0236】
本発明のタンパク質に対するモノクローナル抗体は、培養における連続的な細胞株によって抗体分子の産生を提供する任意の技術を使用して調製され得る。これらには、KohlerおよびMilstein,1975,Nature 256:495−497によって本来記載されるハイブリドーマ技術、ヒトB細胞ハイブリドーマ技術(Kosborら、1983,Immunology Today 4:72;Coteら、1983,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.80:2026−2030)、およびEBV−ハイブリドーマ技術(Coleら、1985,Monoclonal Antibodiesand Cancer Therapy,Alan R.Liss,Inc.,77−96頁)が含まれるが、これらに限定されない。さらに、適切な生物学的活性のヒト抗体分子からの遺伝子とともに、適切な抗原特異性のマウス抗体分化からの遺伝子をスプライスすることによって、「キメラ抗体」の産生のために開発された技術(Morrisonら、1984,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.81:6851−6855;Neubergerら、1984,Nature 312:604−608;Takedaら、1985,Nature 314:452−454)が使用され得る。あるいは、単鎖抗体の産生について記載された技術(米国特許第4,946,778号)が、本発明のタンパク質に特異的な単鎖抗体を産生するために適合され得る。
【0237】
細胞増殖遺伝子の特異的な結合部位を含む抗体フラグメントは、公知の技術によって生成され得る。例えば、このようなフラグメントには、抗体分子のペプシン消化によって産生され得るF(ab’)2フラグメント、およびF(ab’)2フラグメントのジスルフィド結合を還元することによって生成され得るFabフラグメントが含まれるが、これらに限定されない。あるいは、本発明のタンパク質の所望の特異性を有するモノクローナルFabフラグメントの迅速かつ容易な同定を可能にする、Fab発現ライブラリーが構築され得る(Huseら、1989,Science 246:1275−1281)。
【0238】
G.アンチセンスアプローチおよびリボザイムの開発のための目的の標的タンパク質をコードする同定された核酸の使用
細胞増殖遺伝子mRNAの翻訳を阻害するために機能するアンチセンスDNAもしくはRNA分子またはリボザイムを含むオリゴヌクレオチドまたはオリゴリボヌクレオチド配列の開発および使用は、2つの目的のいずれかを満たし得る。第1に、このようなアプローチは、本発明の方法を用いて同定された新規のタンパク質の機能を研究するために使用され得る。第2に、これらのアプローチは、一旦、タンパク質の機能および病理学的状態におけるその関与が確立されると、実際の治療方法として働き得る。例えば、アンチセンスDNAまたはRNA分子は、標的化されたmRNAに結合し、次いでタンパク質の翻訳を妨げることによって、標的化された遺伝子の翻訳を直接ブロックするように作用する。
【0239】
リボザイムは、RNAの特異的な切断を触媒し得る酵素的RNA分子である。リボザイム作用のメカニズムは、標的RNAの相補的配列へのリボザイム分子の部位特異的ハイブリダイゼーション、続いてエンドヌクレオチド分解的(endonucleolytic)切断に関与するようである。本発明の1つの実施態様において、リボザイム分子は、本発明の方法を用いて同定された遺伝子のmRNAのエンドヌクレオチド分解的切断を特異的に触媒するように操作される。
【0240】
リボザイム活性の適切な標的部位は、第一に標的分子を潜在的なリボザイム切断モチーフについてスキャニングし、第二に同定された切断認識部位を含有する標的分子の領域に対応する約15〜25アミノ酸の構造的特徴を評価することによって同定される。さらに、候補標的の適合性はまた、リボヌクレアーゼ保護アッセイを使用して、相補的オリゴヌクレオチドとのハイブリダイゼーションへの接近可能性を試験することによって評価され得る。Bordonaroら、1994、Biotechniques 16:428−430。
【0241】
本発明の標識されたハイブリダイゼーションプローブアンチセンスDNAおよびRNAオリゴヌクレオチドおよびリボザイムは、DNAおよびRNA分子の合成のための当該分野で任意の公知の方法によって調製される。例えば、オリゴヌクレオチドは、Applied Biosystemsによって販売されている装置のような市販のDNAまたはRNA合成機を使用して化学的に合成され得る。あるいは、RNA分子は、アンチセンスRNA分子をコードするDNA配列のインビトロおよびインビボでの転写によって生成され得る。このようなDNA配列は、T3、T7、またはSP6ポリメラーゼプロモーターのような適切なRNAポリメラーゼプロモーターを含む広範な種々のベクター中に組み込まれ得る。あるいは、アンチセンスRNAを合成するアンチセンスcDNA構築物は、構成的にまたは誘導的に、細胞株中に安定に導入され得る。
【0242】
DNAおよびRNA分子に対する種々の改変が、細胞内安定性および半減期を増大する手段として導入され得る。例えば、リボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチドの隣接配列は、分子の5’および/または3’末端に付加され得るか、あるいはホスホジエステル連結よりもむしろホスホロチオエートまたは2’O−メチルが、オリゴヌクレオチド骨格内で使用され得る。Xuら、1996, Nucleic Acid Res. 24:1602−1607。
【0243】
H. 同定され、単離され、そして特徴付けられたタンパク質を標的化する化合物の生成
1.化合物の同定
本発明の、同定され、そして特徴付けられたタンパク質の機能を改変し、阻害し、または増強する化合物の同定および単離のために、同定されたタンパク質を発現する適切な細胞系が利用され得る。あるいは、本発明のプロセスによって同定されたタンパク質は、それらの活性を特異的に妨害する化合物の同定および単離についてのインビトロまたはインビボアッセイのために単離および使用され得る。一般に、利用されるアッセイのタイプは、標的として使用された同定されたタンパク質(以下、「標的タンパク質」と呼ぶ)の性質および機能的特徴に大きく依存する。例えば、標的タンパク質が増殖因子レセプターである場合、増殖に対する化合物の影響が測定される細胞アッセイが利用され得る。標的タンパク質が、分泌されたタンパク質である場合、適切な系(例えば、分泌されたタンパク質の機能を測定することを可能にさせるレセプター系)に対する単離された分泌されたタンパク質の効果を包含するアッセイが利用され得る。標的タンパク質が転写因子である場合、転写因子によって制御される遺伝子の発現に対する化合物の影響をアッセイすることを可能にする細胞系が利用され得る。標的タンパク質がアポトーシス調節因子である場合、細胞死(または生存)が応答性標的タンパク質によって駆動される細胞系が利用され得、そして化合物の影響がアッセイされ得る。
【0244】
より詳細には、標的タンパク質を発現する適切なアッセイ系における細胞は、化学的化合物または化合物ライブラリーに曝露され、所望の調節効果を有する化合物を同定し得る。あるいは、標的タンパク質が、任意の供給源からの化合物の高処理量試験を可能にするように設計された適切な発現系において発現され得、標的タンパク質に対して結合するか、または測定可能な阻害効果を有する分子を同定するために必要に応じて単離される。
【0245】
本発明の方法を使用して同定および単離された標的タンパク質をコードするヌクレオチド配列は、組換えDNA技術の周知の方法を使用して、対応する精製されたタンパク質を生成するために使用され得る。単離された後の遺伝子の発現についての方法を教示する多くの刊行物には、Gene Expression Technology, Methods and Enzymology. Vol.:185、Goeddel編、Academic Press, San Diego, California (1990)がある。
【0246】
標的タンパク質として選択された本発明のタンパク質は、種々の宿主細胞(原核生物かまたは真核生物のいずれか)において発現され得る。多くの場合、宿主は、真核生物であり、より好ましくは宿主は、哺乳動物である。宿主細胞は、本発明の方法を用いて同定されたタンパク質をコードする核酸配列が天然に存在する(すなわち、内因性の)種と同一の種か、または異なる種のいずれかに由来し得る。それらの細胞の位置に従ったタンパク質の元々の同定および単離について初めに使用された発現系(前出を参照のこと)以外の細胞発現系において、組換えDNA技術によって選択された標的タンパク質を産生する利点には、調節化合物の同定についての最適化されたアッセイ系の開発が含まれる。一般に、本発明の発現系は、それらが大量の組換えタンパク質の産生のための系を容易に提供するという利点を有する。しかし、当業者が理解する特定の状況下で、代替の発現系は、いくつかの場合には、精製のためのタンパク質の高度に富化された供給源、および単純化された精製手順の利用可能性を得るのに有利であることが証明され得る。タンパク質の組換え産生のための方法は、一般に、当該分野で非常に良く確立されており、そしてとりわけSambrookら(前出)において見出され得る。
【0247】
本発明の実施態様において、本発明の同定されたタンパク質をコードする発現ベクターで形質転換された細胞は、その遺伝子配列の発現および組換え産生されたタンパク質の細胞培養からの回収に有利な条件下で培養される。組換え体細胞によって産生された目的の標的タンパク質は、遺伝子の性質および使用された特定の遺伝子構築物に依存して、分泌され得るか、または細胞内に含まれ得る。一般に、分泌された形態での組換えタンパク質を調製することがより都合が良い。精製工程は、産生および産生された特定のタンパク質の性質に依存する。精製の方法論は、当該分野で周知である;当業者は、精製条件をどのように最適化するかを理解する。特定のタンパク質についての精製条件を最適化する方法の一般的なプロトコルは、とりわけ、Scopes:Protein Purification: Principles and Practice, 1982,Springer−Verlag New York, Heidelberg, Berlinにおいて見出され得る。
【0248】
組換え産生に加えて、ペプチドフラグメントは、固相技術を使用して、直接的ペプチド合成によって産生され得る。Stewartら、Solid−Phase Peptide Synthesis (1969), W. H. Freeman Co., San Francisco;およびMerrifield, 1963, J. Am. Chem. Soc. 85:2149−2154を参照のこと。
【0249】
インビトロポリぺプチド合成は、手動の技術を使用して、または自動化によって行い得る。自動化合成は、例えば、Applied Biosystems 431A Peptides Synthesizer (Foster City, California)を使用して、製造業者によって供給される取扱説明書に提供される説明に従って、達成され得る。
【0250】
本発明の1つの実施態様において、標的タンパク質を発現する標的タンパク質および/または標的タンパク質を発現する細胞株を使用して、細胞増殖遺伝子活性のアゴニストまたはアンタゴニストとして作用する抗体、ペプチド、有機分子、または他のリガンドをスクリーニングする。例えば、活性(例えば、標的タンパク質の酵素活性)、またはリガンド、アダプター分子、もしくは基質とのその相互作用を妨害し得る抗体は、標的タンパク質の機能を阻害するために使用される。標的タンパク質の機能の増幅が所望される場合、例えば、対応するシグナル伝達経路のリガンド、アダプター分子、または基質を模倣する抗体が、開発され得る。明らかに、所望の場合には、標的タンパク質の活性、機能、または特異性を改変する抗体が精製され得る。
【0251】
あるいは、ペプチドライブラリーまたは有機化合物の、組換え的に発現された標的タンパク質または標的タンパク質を発現する細胞株でのスクリーニングは、その生物学的活性を阻害、増幅、または改変することによって機能する治療用分子の同定に有用であり得る。
【0252】
合成化合物、天然の産物、および潜在的に生物学的に活性な物質の他の供給源は、多くの方法によってスクリーニングされ得る。試験化合物の標的タンパク質の機能を阻害、増強、または調節する能力は、標的タンパク質の機能を測定する適切なアッセイを用いて決定され得る。例えば、応答(例えば、酵素活性のような活性、またはリガンド、アダプター分子、または基質に結合する標的タンパク質の能力)は、インビトロアッセイにおいて決定され得る。細胞アッセイは、セカンドメッセンジャーの生成の調節、細胞内代謝の変化、または細胞増殖に対する効果をモニターするために開発され得る。これらのアッセイは、これらの目的のために開発された従来の技術を使用して行われ得る。最後に、試験化合物の、標的タンパク質の機能を阻害、増強、または調節する能力は、適切な動物モデルにおいてインビボで測定される。例えば、マウスモデルは、固形腫瘍の発達を阻害する化合物の能力、または固形腫瘍のサイズを減少させる効果をモニターするために使用される。
【0253】
本発明の1つの実施態様において、固相支持体に結合したアミノ酸のすべての可能な組み合わせからなるランダムペプチドライブラリーは、標的タンパク質の機能を妨害し得るペプチドを同定するために使用される。例えば、ペプチドは、所定の標的タンパク質の、リガンド結合部位、アダプター分子結合部位、もしくは基質結合部位、または標的タンパク質の他の機能的ドメイン(例えば、酵素ドメイン)への結合について同定され得る。従って、ペプチドライブラリーのスクリーニングは、その活性を妨害するので治療的価値を有する化合物を生じ得る。
【0254】
標的タンパク質に結合し得る分子の同定は、ペプチドライブラリーを組換え可溶性標的タンパク質でスクリーニングすることによって達成され得る。選択された標的タンパク質の発現および精製のための方法は、目的の機能的ドメインに依存して、組換え全長タンパク質またはそのフラグメントを発現するために使用され得る。
【0255】
標的タンパク質と相互作用し複合体を形成するペプチド/固相支持体を同定および単離するために、標的タンパク質分子またはそのフラグメントを標識または「タグ化」することが必要である。例えば、標的タンパク質は、アルカリホスファターゼまたは西洋ワサビペルオキシダーゼのような酵素に、またはフルオレセインイソチオシアネート(FITC)、フィコエリチン(PE)、またはローダミンを含み得る蛍光標識のような他の試薬に結合体化し得る。任意の所与の標識の標的タンパク質への結合は、当該分野で日常的な技術を使用することによって行われ得る。
【0256】
可溶性のタンパク質分子またはそのフラグメントを使用することに加えて、別の実施態様において、標的タンパク質に結合するペプチドが、インタクトな細胞使用して同定され得る。インタクトな細胞の使用は、細胞膜の脂質ドメインが機能的であることを必要とする細胞表面レセプターを含む標的タンパク質である場合に好ましい。本発明の方法および発現系を用いて同定される標的タンパク質を発現する細胞株を生成するための方法。この技術において使用される細胞は、生細胞または固定化細胞のいずれかであり得る。細胞は、ランダムペプチドライブラリーとともにインキュベートされ、そしてライブラリー中の特定のペプチドに結合する。標的細胞と関連する固相支持体/ペプチドとの間のこのように形成された複合体は、当該分野で公知の標準的な方法(示差的遠心分離を含む)によって単離され得る。
【0257】
標的タンパク質が、膜結合レセプター、または細胞膜の脂質ドメインが機能的であることを要求するレセプターである場合、全細胞アッセイに代わるものは、レセプター分子を標識または「タグ」が結合し得るリポソームへと再構築することである。
【0258】
別の実施態様において、選択された標的タンパク質、または単離された標的タンパク質またはそのフラグメントを発現する細胞株は、標的タンパク質の活性(適用可能な場合には、シグナル伝達)を阻害、増強、または調節する分子をスクリーニングするために使用される。このような分子には、低有機または無機化合物、あるいは標的タンパク質の活性に影響を与えるか、またはそのリガンド、アダプター分子、または基質との複合体形成を促進または防止する他の分子が含まれ得る。合成化合物、天然の産物、および潜在的に生物学的に活性な物質の他の供給源は、当業者に一般に知られる多くの方法によってスクリーニングされ得る。
【0259】
例えば、試験分子の選択された標的タンパク質の機能を妨害する能力は、標準的な生化学的技術を使用して測定され得る。あるいは、他のタンパク質の触媒活性の活性化もしくは抑制、リン酸化、脱リン酸化、または他の改変、セカンドメッセンジャー産生の活性化もしくは調節、細胞内のイオンレベルの変化、シグナリング分子の結合、解離、もしくは転移、または特定の遺伝子の転写または翻訳のような細胞応答もまた、モニターされ得る。これらのアッセイは、スクリーニングの経過において、これらの目的のために開発された従来の技術を使用することによって行われ得る。
【0260】
さらに、標的タンパク質の機能に対する効果は、シグナル伝達経路を介して、種々の細胞性プロセスに影響を与え得る。そのシグナリング経路の制御下での細胞プロセスには、正常な細胞機能、増殖、分化、細胞の形状の維持、接着、さらには、正常なまたは潜在的に有害なプロセス(例えば、調節されていない細胞増殖、接触阻害の欠損、および分化または細胞死のブロッキング)が含まれるが、これらに限定されない。当該分野で公知の技術による任意の記載された細胞プロセスの定性的または定量的な観察および測定は、スクリーニングの過程において、シグナル伝達のためのスコアリングの手段として有利に使用され得る。
【0261】
本発明の選択された標的タンパク質と相互作用する化合物のスクリーニング、同定、および評価のための種々の技術が利用され得る。その化合物は、上記標的タンパク質の制御下で、種々の細胞プロセスに影響を与え得る。
【0262】
例えば、標的タンパク質またはその機能的誘導体は、純粋なまたは半純粋な形態において、膜の調製物中で、または全ての生細胞もしくは固定化細胞において、化合物とインキュベートされる。続いて、適切な条件下で、標的タンパク質機能に対する化合物の効果が、例えば、その活性またはそのシグナル伝達を測定し、そしてその化合物なしで同じ条件下でインキュベートされた標的タンパク質の活性と比較することによって、綿密に検査され、それにより、その化合物が標的タンパク質の活性を刺激または阻害するか否かが決定される。
【0263】
化合物のスクリーニングのための選択された標的タンパク質を発現する全細胞の使用に加えて、本発明は、可溶性のまたは固定化した標的タンパク質を使用する方法もまた含む。例えば、標的タンパク質に結合し得る分子は、生物学的または化学的調製物内にて同定され得る。例えば、標的タンパク質またはその機能的なフラグメント(例えば、目的の特定のドメインを含むフラグメント)は、固相マトリックスに固定化され、続いて化学的または生物学的調製物が、固定化標的タンパク質と化合物が結合するのに十分な時間接触される。次いで、任意の未結合の物質が、固相マトリックスから洗浄除去され、そして固相に結合した化合物の存在が検出され、これにより、化合物が同定される。次いで、適切な手段が、結合化合物を溶出するために使用される。
【0264】
2.候補試験化合物の供給源
標的タンパク質の活性の調節因子を同定するためのアッセイのために使用される試験化合物は、任意の商業的供給源(Aldrich(1001 West St. Paul Ave.,Milwaukee、WI 53233)、Sigma Chemical (P.O. Box 14508、St. Louis、MO 63178)、Fluka Chemie AG(Industriestrasse25、CH−9471 Buchs, Switzerland (Fluka Chemical Corp.980 South 2nd Street、Ronkonkoma、NY 11779))、Eastman Chemical Company、Fine Chemicals (P.O Box 431、Kingsport,TN 37662)、Boehringer Mannheim GmbH(Sandhofer Strasse116、D−68298 Mannheim)、Takasago(4Volvo Drive、Rockleigh、NJ 07647)、SST Corporation(635 Brighton Road、Clifton、NJ 07012)、Ferro(111 West Irene Road、Zachary、LA 70791)、Riedel−deHaenAktiengesellschaft(P.O.Box D−30918、Seelze、Germany)、PPG Industries Inc.、Fine Chemicals(One PPG Place、34th Floor、Pittsburgh、PA 15272)から得られ;さらに、微生物、真菌、または植物の抽出物を含む任意の種類の天然の産物が、本発明のアッセイカスケードを使用してスクリーニングされ得る。
【0265】
3.そのあらかじめ決定された特性に従う本発明の標的タンパク質の活性を調節するための化合物の使用のための表示
標的タンパク質の性質および機能に従って、上記の例示されたアッセイおよび方法によって同定される化合物は、細胞増殖の調節因子または特定の代謝機能の調節因子であり得る。このように、本発明のプロセスおよびアッセイによって産生される化合物は、異常な、制御されていない、または不適切な細胞増殖(過剰なまたは減少した増殖を含む)に関連する疾患の処置に有用である。あるいは、化合物は、異常な代謝機能に関連する疾患の処置のために有用であり得る。
【0266】
多くの疾患状態は、過剰のまたは減少した細胞増殖を含む。一般に、これらの疾患の多くは、DNA配列または細胞増殖に影響を与える低分子で処理され得る。いくつかの場合には、目的は、増殖を刺激することであり;他の場合には、細胞の増殖を予防または阻害することである。細胞増殖を直接含む疾患のリストには、ガン、乾癬、炎症性疾患(例えば、慢性関節リウマチ)、再狭窄、免疫学的活性化もしくは抑制(組織注射)、神経変性、または神経細胞の拡張、およびウイルス感染が含まれるが、これらに限定されない。
【0267】
多くの疾患は、異常な代謝機能(真性糖尿病、線維症、嚢胞性線維症が含まれるが、これらに限定されない)を含む。さらに、病理学的状態は、異常な細胞増殖および代謝欠損の両方に関連する。
【0268】
従って、上記の方法によって同定される治療的有効量の化合物を含む薬学的組成物は、制御されていないかまたは不適切な細胞増殖によって駆動される疾患(神経膠腫、黒色腫、カポジ肉腫、乾癬、血管腫のようなガン、および卵巣ガン、乳ガン、肺ガン、膵臓ガン、前立腺ガン、結腸ガン、および類表皮ガン、慢性関節リウマチ、再狭窄、免疫学的活性化または抑制(組織拒絶を含む)、神経細胞の神経変性または拡張を含む);ならびに代謝不全に関連する疾患(真性糖尿病、線維症、嚢胞性線維症を含むが、これらに限定されない)の処置のために有用である。
【0269】
I.投与の処方物/経路
本発明は、治療用組成物の2つの形態を提供する。第一に、本発明は、天然に存在する機能的ポリぺプチドもしくはペプチド、またはこれらの機能的フラグメントもしくは誘導体に類似している医薬を提供する。このような医薬は、例えば、その天然の形態において分泌されるタンパク質である;このようなタンパク質は、本発明の発現系を用いて直接同定され得る。このタイプの医薬には、サイトカイン、ホルモン、成長因子などが含まれるが、これらに限定されない。第二に、本発明は、本発明の方法および発現系を使用して同定される標的タンパク質の機能を調節する治療化合物を提供する。代表的には、これらのタイプの化合物は、低有機分子であるが、これらはまた、ペプチド化合物および抗体を含む。当業者は、以下の投与方法、処方、および処置方法が、選択される化合物および処置されるべき疾患のタイプに依存して調整される必要があることを理解する。
【0270】
同定された治療化合物は、ヒト患者に、単独でまたは薬学的組成物中において投与され得る。組成物中で、それらは適切なキャリアまたは賦形剤と、種々の障害を処置または低減するための治療的有効用量で混合されている。治療的有効用量とは、例えば、細胞増殖の減少もしくは増大、または代謝機能の再構築において決定された兆候の軽減を生じるのに十分な化合物の量をいう。本出願の化合物の処方および投与のための技術は、「Remington’s Pharmaceuticals Sciences」、Mack Publishing Co., Easton, PA, 最新版において見出され得る。
【0271】
1.投与の経路
適切な投与の経路には、例えば、経口、経直腸、経粘膜、または経腸投与;筋肉内、皮下、髄内注射、およびくも膜下内、直接脳室内、血管内、腹腔内、鼻内、または眼内注射を含む非経口送達が含まれる。
【0272】
あるいは、本発明の化合物を、全身的な様式ではなく、局所的に、例えば、化合物を固形腫瘍に、しばしばデポット(depot)中において、または徐放処方物中において、直接注入することにより投与し得る。
【0273】
さらに、例えば、腫瘍特異的抗体でコートされたリポソームにおいて、標的化薬物送達系を介して薬物を投与し得る。リポソームは、腫瘍に標的化され、そして腫瘍により選択的に取り込まれる。
【0274】
2.組成物/処方物
本発明の薬学的組成物は、従来の混合、溶解、顆粒化(granulating)、糖衣錠形成(dragee−making)、微粒子化(levigating)、乳化、カプセル化、包括化(entrapping)、または凍結乾燥化プロセスの手段によって製造され得る。
【0275】
従って、本発明による使用のための薬学的組成物は、賦形剤および補助剤(これらは、薬学的に使用され得る調製物への活性な治療用化合物の加工を容易にする)を含む1つ以上の生理的に受容可能なキャリアを使用する従来の様式で処方され得る。適切な処方物は、選択される投与の経路に依存する。
【0276】
注入のためには、本発明の薬剤は、水溶液、好ましくは、ハンクス溶液、リンガー液、または生理学的な生理食塩緩衝液のような生理学的に適合した緩衝液中に処方され得る。経粘膜投与のためには、浸透されるべき関門に適切な浸透剤が処方物に使用される。このような浸透剤は、一般的に、当該分野で公知である。
【0277】
経口投与のためには、治療用化合物は、活性な治療用化合物を、当該分野で周知の薬学的に受容可能なキャリアとを組み合わせることによって、容易に処方され得る。このようなキャリアは、本発明の治療用化合物を、錠剤、ピル、糖衣錠、カプセル、液、ゲル、シロップ、スラリー、懸濁物などのように、処置される患者による経口摂取のために処方されることが可能である。経口使用のための薬学的調製物は、固型賦形剤として、所望であれば、錠剤または糖衣錠コアを得るために適切な補助剤の添加後、必要に応じて得られる混合物を粉砕し、そして顆粒の混合物を加工して得られ得る。適切な賦形剤としては、糖(ラクトース、スクロース、マンニトール、またはソルビトールを含む)のような充填剤;例えば、トウモロコシデンプン、小麦デンプン、コメデンプン、ポテトデンプン、ゼラチン、ガムトラガント、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、および/またはポリビニルピロリドン(PVP)のようなセルロース調製物が挙げられる。所望であれば、架橋ポリビニルピロリドン、寒天、またはアルギン酸もしくはその塩(例えば、アルギン酸ナトリウム)のような崩壊剤が添加され得る。
【0278】
糖衣錠コアは、適切なコーティングとともに提供される。この目的のためには、濃縮した糖溶液が使用され得、これは、必要に応じて、アラビアゴム、タルク、ポリビニルピロリドン、カルボポルゲル(carbopol gel)、ポリエチレングリコール、および/または二酸化チタン、ラッカー溶液、ならびに適切な有機溶媒または溶媒混合物を含み得る。染料または色素は、活性な治療用化合物用量の異なる組み合わせを同定または特徴付けるために、錠剤または糖衣錠コーティングに添加され得る。
【0279】
経口的に使用され得る薬学的調製物としては、ゼラチンから作製されるプッシュフィット(push−fit)カプセル、ならびにゼラチンおよびグリセロールまたはソルビトールのような可塑剤から作製される軟封入カプセルが挙げられる。プッシュフィットカプセルは、ラクトースのような充填剤、デンプンのような結合剤、および/またはタルクもしくはステアリン酸マグネシウムのような滑沢剤、ならびに必要に応じて安定剤と混合した活性成分を含み得る。軟カプセルにおいて、活性な治療用化合物は、脂肪油、流動パラフィン、または液体ポリエチレングリコールのような適切な液に溶解または懸濁され得る。さらに、安定剤が添加され得る。経口投与のための全ての処方物は、このような投与に適切な投薬量であるべきである。
【0280】
口腔内投与のためには、組成物は、従来の様式で処方された錠剤またはトローチの形態をとり得る。
【0281】
吸入による投与のためには、本発明による使用のための治療用化合物は、適切な噴霧剤(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、または他の適切なガス)の使用とともに、加圧パックまたは噴霧器からのエアロゾルスプレー提示の形態で都合よく送達される。加圧エアロゾルの場合において、投薬量単位は、測定された量を送達するためのバルブを提供することによって決定され得る。吸入器または注入器における使用のための、例えばゼラチンのカプセルおよびカートリッジが処方され得、これは、治療用化合物の粉末混合物およびラクトースまたはデンプンのような適切な粉末基剤を含む。
【0282】
治療用化合物は、注射によって、例えば、大量注射または連続注入によって、非経口投与のために処方され得る。注射のための処方物は、単位投薬量形態において、例えば、アンプルまたは複数用量の容器において、さらなる保存剤とともに存在し得る。組成物は、懸濁物、溶液、または油および水性ビヒクル中エマルジョンのような形態をとり得、そして懸濁剤、安定化剤、および/または分散剤のような処方剤を含み得る。
【0283】
非経口投与のための薬学的処方物は、水溶性形態中の活性化な治療用化合物の水溶液を含む。さらに、活性な化合物の懸濁物は、適切な油注射懸濁物として調製され得る。適切な親油性溶媒またはビヒクルとしては、ゴマ油のような脂肪油、エチルオレートもしくはトリグリセリドのような合成脂肪酸エステル、またはリポソームが挙げられる。水性注射懸濁物は、懸濁物の粘度を増加する物質(例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ソルビトール、またはデキストラン)を含み得る。必要に応じて、懸濁物はまた、治療用化合物の溶解度を増加する適切な安定剤または薬剤を含み、高度に濃縮された溶液の調製を可能にし得る。
【0284】
あるいは、活性成分は、使用の前に、適切なビヒクル(例えば、滅菌無発熱物質水)で構成されるために粉末形態であり得る。
【0285】
治療用化合物はまた、座薬または保持(retention)浣腸(例えば、カカオバターまたは他のグリセリドのような従来の座薬基剤を含む)のような直腸組成物に処方され得る。
【0286】
以前に記載される処方物に加えて、治療用化合物はまた、蓄積調製物(depot preparation)として処方され得る。このような長時間作用性処方物は、移植(例えば、皮下または筋肉内)または筋肉内注射によって投与され得る。従って、例えば、治療用化合物は、適切なポリマー材料または疎水性材料(例えば、受容可能な油中のエマルジョンとして)またはイオン交換樹脂とともに、あるいは節約型(sparingly)可溶性誘導体(例えば、節約型可溶性塩)として処方され得る。
【0287】
本発明の疎水性治療用化合物のための薬学的キャリアは、ベンジルアルコール、非極性界面活性剤、水混和性有機ポリマー、および水相を含む共溶媒系である。
【0288】
共溶媒系は、VPD共溶媒系であり得る。VPDは、3%w/vベンジルアルコール、8%w/vの非極性界面活性剤ポリソルベート80、および65%w/vポリエチレングリコール300の溶液であり、無水エタノールで総容量にした。VPD共溶媒系(VPD:5W)は、水溶液中5%デキストロースで1:1に希釈したVPDからなる。この共溶媒系は、疎水性治療用化合物を十分溶解し、そしてそれ自体、全身性投与時に低い毒性を生じる。自然に、共溶媒系の割合は、その溶解度および毒性特徴を破壊せずに、かなり変化し得る。さらに、共溶媒成分の同一性は変化し得る:例えば、他の低毒性非極性界面活性剤は、ポリソルベート80の代わりに使用され得る;ポリエチレングリコールの画分サイズは、変化し得る;他の生体適合性ポリマーは、ポリエチレングリコール(例えば、ポリビニルピロリドン)と置き換え得る;ならびに他の糖または多糖類は、デキストロースと置換され得る。
【0289】
あるいは、疎水性薬学的治療用化合物のための他の送達系が使用され得る。リポソームおよびエマルジョンは、疎水性薬物のための送達ビヒクルまたはキャリアの例として周知である。通常はかなりの毒性を有するが、ジメチルスルフォキシドのような特定の有機溶媒もまた使用され得る。
【0290】
さらに、治療用化合物は、治療用薬剤を含む固型疎水性ポリマーの半透性マトリクスのような持続性放出系を用いて送達され得る。種々の持続性放出材料は確立されており、そして当業者に周知である。持続性放出カプセルは、それらの化学的性質に依存して、数週間から100日までにわたって、治療用化合物を放出し得る。
【0291】
治療剤の化学的性質および生物学的安定性に依存して、タンパク質安定性のためのさらなるストラテジーが使用され得る。
【0292】
薬学的組成物はまた、適切な固体またはゲル相キャリアまたは賦形剤を含み得る。このようなキャリアまたは賦形剤の例としては、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、種々の糖、デンプン−セルロース誘導体、ゼラチン、およびポリエチレングリコールのようなポリマーが挙げられるがこれらに限定されない。
【0293】
本発明の多くの治療用化合物は、薬学的に適合性の対イオンとの塩として提供され得る。薬学的に適合な塩は、多くの酸(塩酸、硫酸、酢酸、乳酸、酒石酸、リンゴ酸、コハク酸などを含むがこれらに限定されない)とともに形成され得る。塩は、対応する遊離塩基形態である水性溶媒間または他のプロトン性溶媒において、より可溶性である傾向がある。
【0294】
3.有効な投薬量
本発明の使用に適切な薬学的組成物は、活性成分がその意図された目的を達成するのに有効な量で含まれる組成物を含む。より詳細には、治療的に有効な量は、処置される被検体の発症を予防するかまたは存在する症状を緩和するのに有効な量を意味する。有効な量の決定は、特に本明細書中に提供される詳細な開示に照らして、当業者の能力の範囲内で十分である。
【0295】
本発明の方法において使用される任意の治療用化合物については、治療的に有効な用量は、細胞培養アッセイから最初に推定され得る。例えば、用量は、動物モデルに処方されて、細胞培養で決定されるようなIC50を含む循環濃度範囲(すなわち、細胞増殖活性の半最大(half−maximal)の阻害または活性化、あるいは代謝機能の回復を達成する試験治療用化合物の濃度)を達成し得る。このような情報は、ヒトにおいて有用な用量をより正確に決定するために使用され得る。
【0296】
治療的に有効な用量とは、患者において症状の寛解または生存の延長を生じる治療用化合物の量をいう。このような治療用化合物の毒性および治療効果は、細胞培養物または実験動物において、例えば、LD50(集団の50%までの致死用量)およびED50(集団の50%において治療的に効果的な用量)を決定するための標準的な薬学的手順によって決定され得る。毒性と治療効果と間の用量比は治療指数であり、そしてLD50とED50との間の比として示され得る。高い治療指数を示す治療用化合物が好ましい。
【0297】
これらの細胞培養アッセイおよび動物研究から得られるデータは、ヒトにおける使用のための投薬量範囲を処方するのに使用され得る。このような治療用化合物の投薬量は、好ましくは、ほとんどまたは全く毒性を有さないED50を含む循環濃度の範囲内である。投薬量は、使用される投薬形態および利用される投与の経路に依存して、この範囲内で変化し得る。正確な処方、投与の経路、および投薬量は、患者の状態を参照して、個々の医師によって選択され得る。(例えば、Finglら、1975, 「The Pharmacological Basis of Therapeutics」、第1章、第1ページ)。
【0298】
投薬量および間隔は、キナーゼ調節効果を維持するのに十分な活性部分の血漿レベル、または最小効果濃度(MEC)を提供するように、個々に調整され得る。MECは、各治療用化合物について変化するが、インビトロでのデータから推定され得る;例えば、本明細書中に記載のアッセイを用いて、キナーゼの50〜90%阻害を達成するのに必要な濃度。MECを達成するのに必要な投薬量は、個体の特長および投与の経路に依存する。しかし、HPLCアッセイまたはバイオアッセイを使用して、血漿濃度を決定し得る。
【0299】
投薬間隔もまた、MEC値を用いて決定され得る。治療用化合物は、その時間の10〜90%、好ましくは30〜90%、そして最も好ましくは50〜90%の間、MECを超える血漿レベルを維持するレジメを用いて投与されるべきである。局所投与および選択的取り込みの場合、薬物の有効な局所濃度は、血漿濃度に関与し得ない。
【0300】
投与される組成物の量は、もちろん、処置される被検体、被検体の体重、苦痛の重症度、投与の様式、および薬を処方する医師の判断に依存する。
【0301】
4.パッケージング
組成物は、所望であれば、活性成分を含む1つ以上の単位投薬形態を含み得るパックまたはディスペンサーデバイス中に存在し得る。パックは、例えば、金属またはプラスチックホイル(例えば、ブリスターパック)を含み得る。パックまたはディスペンサーデバイスは、投与のための説明書を添付し得る。適合する薬学的キャリア中に処方される本発明の治療用化合物を含む組成物が調製され、適切な容器中に配置され、そして指示された条件の処置についてラベルされ得る。ラベルに示される適切な条件としては、細胞増殖の阻害または活性化、代謝機能の回復、腫瘍の処置、関節炎の処置などが挙げられ得る。
【0302】
本発明の選択系の生成および使用についての以下の実施例は、当業者には、本発明のより明確な理解および実施を可能にする。しかし、本発明は、本発明の単一の局面の例示としてのみ意図される例示的な実施態様による範囲に制限されず、そして機能的に等価である方法は、本発明の範囲内である。実際に、本明細書中に記載されるものに加えて、本発明の種々の改変は、前述の説明および添付の図面から、当業者には明らかになる。このような改変は、上記の請求の範囲内であることが意図される。
【0303】
VI.実施例
A.材料および方法
以下は、以下に示される実施例に使用される実験手順および材料である。
【0304】
(cDNAライブラリーのSinRep5ベクターへの構築)
任意の組織または細胞株の全mRNAを、供給者の推奨に従ってQuickPrep(Micro mRNA精製キット(Pharmacia, Pharmacia Biotech Europe GmbH, Duebendorf, Switzerland)を使用して単離する。供給者の説明書に従ってStratagene(Staragene AG, Basel, Switzerland)ZAP cDNA合成キットを用いて、第1鎖合成を5−メチル−シトシンの存在下で行い、内部StuI制限部位を保護する。RNaseHでの簡潔な消化の後、第2鎖をDNAポリメラーゼIを用いて合成して、T4 DNAポリメラーゼ(3’エキソヌクレアーゼ活性)によって陥凹され得る3’オーバーハングを産生する。二本鎖DNAを、最後に、pSinRep5ベクターに連結する(Invitrogen, NV Leek, Netherl;図5およびBredenbeekら、1993, J.Virol. 11:6439−6446を参照のこと)。続いて得られたDNAをStuIで消化し、インビトロ転写のためにプラスミドを線状化する。
【0305】
TEベクター(図6およびFrolovら、1996, PNAS 93:11371−11377を参照のこと;pTE5’2Jの完全な配列は、配列番号1に与えられる)におけるcDNAライブラリーの構築を、本質的にpSinRep5について記載されたように行う。唯一の例外は、第2鎖合成の間に5−メチル−アデノシンを使用して、内部XbaI制限部位を保護して、得られるDNAフラグメントをpTEプラスミドpTE SEAPに、XbaI/StuIまたはApaIを介してクローン化することである。
【0306】
本研究で使用したプラスミドを、表1に詳細に記載する。
【0307】
表I
DNA構築物の説明:
pSinRep5構築物:
pSinRep5: Invitrogen Sindbis
expression systemよりEuropean Headquarters:Invitrogen, NV Leek, Netherland
Bredenbeekら、1993年11月、J.Virology 67:6439−6446。
【0308】
SP6プロモーター: 9933〜9951
非構造遺伝子: 60〜7598
サブゲノムプロモーター: 7580〜7603
転写開始: 7598
多重クローニング部位: 7647〜7689
ポリAテイル: 7997〜8033
Amp耐性遺伝子: 8227〜9085
ColE1起点: 9232〜9861。
【0309】
pSinRep5 EPO: XbaI/SphIで消化したpSinRep5をEPOの合成EPO配列(XbaI/SphI)と連結した。EPOの配列は添付:配列1を参照のこと。
【0310】
pSinRep5 SEAP: XbaI/StuIで消化し、そしてpSEAP2BasicのNheI/ClaIフラグメントと連結したpSinRep5、Clontech Laboratories,Inc., Palo Alto, USA。pSinRep5 lacZ:Invitrogen Sindbis expression systemに由来。
【0311】
pTE構築物:
pTE5’2J: 関連ベクターpTE3’2Jの一般的な説明は以下に記載される:Hahnら、1992,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:2679−2683。Frolovら、1996,Proc.Natl.Acad.Sci. USA 93:11371−11377。TE5’2Jの詳細な配列は配列番号1に示される。
【0312】
pTE5’2J EPO: pTEをXbaI/ApaIで消化し、pSinRep5に由来するXbaI/ApaIEPOフラグメントと連結した。
【0313】
pTE5’2J SEAP: pTEをApaIで消化し、末端を、XbaIでの消化の前にクレノウ酵素で処理した。ベクターをpSEAP 2Basic(Clontech Laboratories,Inc., Palo Alto USA)由来のNheI/ClaIフラグメントと連結した。
【0314】
pTE5’2J CAT: pTE5’2JをXbaIで消化し、末端を、標準的な手順に従ってクレノウ酵素で満たした。添付の配列3に示されるCAT PCRフラグメントを、平滑末端化してベクターTE5’2Jに連結した。
【0315】
ヘルパー構築物:
DHEB: Bredenbeekら、1993, J.Virology 67:6439−6446。
【0316】
987BBneo: (配列番号2)。
【0317】
(シンドビスcDNAライブラリーのインビトロ転写)
線状化ベクターDNA( NotI消化によって線状化したpSinRep5またはpTE;EcoRI消化によって線状化したヘルパーDNA DH−EB(Bredenbeekら、1993, J.Virol. 11:6439−6446))を、QiaQuick PCR精製カラム(QIAGEN AG,Basel, Switzerland)を通して精製することによってRNaseを含まないようにし、そしてDEPC−H2Oで溶出した。続くインビトロでの転写を、SP6インビトロ転写キット(Invitroscript CAP Kit, Invitrogen BV, NV Leek, The Netherlands)を使用して、製造業者の推奨に従って行った。得られた5’キャップ化mRNAを、還元および非還元アガロースゲルで分析した。
【0318】
(シンドビスウイルス粒子の生成)
2〜5μgのインビトロ転写したmRNAを、Invitrogenのマニュアルに従って(Invitroscript CAP Kit, Invitrogen BV, NV Leek, The Netherlands)、BHK21細胞(ATCC受託番号CCL10)にエレクトロポレートしたか(TE構築物について)、または同時エレクトロポレートした(PSinRep5およびヘルパーDH−EBについて)。pSinRep5の5’キャップ化mRNAは、ウイルスの非構造タンパク質をコードし、これはウイルス複製工程を誘導する。同時エレクトロポレートしたヘルパーmRNA(DH−EB)は、ウイルス構造タンパク質を送達した。1%FCSを含むTurbodomaHP−1培地中で、5%CO2、37℃にて18時間のインキュベーションの後、細胞上清を採取し、そして放出された感染性ウイルス粒子の量を、プラークアッセイによって決定した。
【0319】
(プラークアッセイ)
採取したウイルス粒子(前出を参照のこと)の希釈系列を、6ウェルプレートにおける90%コンフルエントなBHK21細胞において、1mlのTurbodoma HP−1(1:104、1:5×104、1:105、1:5×105、1:106、1:5×106)で行った。37℃にて2時間のインキュベーションの後、相補性群C、D,およびEからの温度感受性変異体の場合において、プレートを、30℃の許容温度でインキュベートした(Lindquistら、1986, Virology 151:10−20; Ariasら、J.Mol.Biol. 168:87−102;CarletonおよびBrown, 1996, J.Virol. 70:952−959)。培地を、Turbodoma HP−1培地(F.Messi博士、Cell Culture Technologies, Zurich, CH)中2mlの41℃の暖かい0.8%アガロース(Carl Roth GmbH, Karlsruhe,Germany)で置き換えた。許容温度での2日間のインキュベーション後、1〜4mm直径のプラークが形成された。プラークを計数し、そして1mlあたりに対応するプラーク形成単位(「pfu」)数を計算した。
【0320】
(アガロースブロットアッセイ(ABA))
60mmディッシュにおいて90%コンフルエントなBHK21細胞層を、許容温度にて、2時間、約800〜1000プラーク形成単位を含むHP−1培地とともにインキュベートした。上清を1×HP−1中の41℃の暖かい0.8%アガロースの1.5mmの層で細胞を重層することによって置き換え、そして細胞を、許容温度にて2時間インキュベートした。分泌されたタンパク質を、感染された細胞の35S Met/Cys標識によって検出した。この目的のために、培地を、20μCi 35S Met/Cys(Hartmann Analytic GmbH, Braunschweig, Germany)を添加する前に、2mlのRPMI 1640(Met/Cys欠損培地)で30分間置き換えた。
【0321】
ウイルスタンパク質の放出を、プロテアーゼインヒビターのカクテルおよび/または実施例に記載のシンドビスウイルス糖タンパク質に対する架橋抗体を添加することによって阻害した。温度感受性シンドビス変異体を、標識前に2時間40℃に変えて、ウイルス粒子放出を阻害した。細胞およびアガロース層を1mlのRPMI 1640(Met/Cys欠損培地)で2回洗浄する前に、20μCi 35S Met/Cysを、37℃にて2時間適用した。後に、予め湿らせたニトロセルロース膜を、アガロースの頂部に4〜20時間置いた。膜を取り出し、そして実施例に記載の0.1%Triton X100(Sigma, St.Louis, USA)を含む緩衝液で洗浄し、そして乾燥後にX線フィルム(Hyperfilm bmax, Amersham, Sweden)に暴露した。発色したX線フィルム上の黒いスポットは、分泌タンパク質についてのcDNAを含むシンドビスウイルス粒子を示した。
【0322】
(選択されたウイルス粒子の増幅)
ポジティブプラークを、アガロースの重層を有するX線フィルムの重層により同定した。対応するプラークを、10μlのチップで採取し、そして200μlのPBS中で4℃にて一晩溶出させた。アガロースをペレット化した後、12ウェルプレート中の60%コンフルエントなBHK21細胞を、0.5mlのTurbodoma HP−1中で、溶出されたウイルスを用いて許容温度にて2時間感染させ、次いで、培地を1mlのTurbodoma HP−1培地で置換させた。許容温度にて20時間のインキュベートの後、細胞上清を収集し、そして2mlのTurbodoma HP−1中の1:20希釈物を、60%コンフルエントのBHK 21細胞を含むT25フラスコ中で2時間インキュベートし、次いでその培地を10mlのHP−1培地で置換した。20時間のインキュベート後、得られた上清は約104〜106pfu/ml(T25上清あたり総計約105〜107pfuに相当する)を含んだ。
【0323】
(選択されたシンドビスウイルス粒子の配列決定)
ウイルスRNAを、ウイルスRNA単離キット(High Pure Viral RNA Kit,Boehringer Mannheim,Mannheim,Germany)を用いて単離し、そしてRT−PCRを、製造業者の推奨に従って、Gibco(Gibco/BRL,Life Technologies AG,Basel,Switzerland)によるSuperscriptの1工程RT−PCRを用いて行った。RT−PCRのための3’プライマーは、オリゴGCGCGGGCCCT20(ポリAテイル(tail)に特異的)またはオリゴGCGCGGGCCCCGCTGCGTGGCATTATGCACC(シンドビスウイルスの3’CIS配列に特異的)のいずれかであり;5’プライマーは、オリゴGCGCGGGCCCCGCTGCGTGGCATTATGCACCであった。RT−PCR産物を、制限酵素Bsp120IおよびEcoRIを用いて消化し、ゲル精製し、そしてpBluescript(EcoRIおよびBsp120Iを用いて消化した)に連結し、そして最後に、多重クローニング部位のオリゴ「約40の正方向および逆方向のプライマー」を用いて配列決定した。
【0324】
(シンドビスウイルス感染細胞の免疫蛍光顕微鏡法)
6ウェルプレート中の60%コンフルエントのBHK 21細胞を、膜タンパク質(レセプター)をコードする異種cDNAを含むシンドビスウイルス粒子を含む1mlのHP−1培地中、0.1moiで、許容温度にて2時間感染させた。感染の20時間後、細胞を、細胞解離溶液(Sigma−Aldrich,Steinheim,Germany)を用いて解離し、そして1%BSAのHBSS中で、4℃にて2回洗浄させた。次いで、再懸濁された細胞を、100ng/mlと1μg/mlとの間の濃度のリガンド−フラッグ(ligand−flag)融合タンパク質、および5μg/mlのモノクローナル抗体M2とともに氷上で15分間インキュベートした。細胞を、2回洗浄し、次いで1%BSAのHBSS中で10μg/mlのFITC結合二次抗体とともに4℃にて30分間インキュベートした。1%BSAのHBSSを用いた2回の洗浄工程の後、細胞を、免疫蛍光顕微鏡法を用いて分析したか(Leica DMIL,Leica,Heerburg,Switzerland)、または細胞を、FACSソーターを用いて分析および分類した。
【0325】
(ts2、ts20のクローニングおよびDH−EBにおける二重変異ts2、20)
変異ts2、ts20、およびこれらの2つの変異の組み合わせを、以下のオリゴヌクレオチドを使用するPCRによりDH−EBに挿入した(Bredenbeekら、1993,J.Virology 6439〜6446頁):
プライマー:
オリゴ AatII GCACTTAAGTTGGAGGCCGAC
オリゴ BssHII GGCACTCACGGCGCGCTTTACAGGC
オリゴ HpaI.1 GCAATGTtAAcaGGTCTGTATCTAATTGG
オリゴ HpaI.2 CAGACCtgTTaACATTGCTCACCACCAGG
オリゴ PvuI.1 GACAGCGGTCGatCGATCATGGATAACTC
オリゴ PvuI.2 GAGTTATCCATGATCGatCGACCGCTGTC。
【0326】
分析のために使用した制限部位に下線を付し、変異されたヌクレオチドは、小文字かつ太字で示されている。PCR反応を、以下の組み合わせで行った。
【0327】
PCR1:オリゴ AatII−オリゴ HpaI.1(ts20について)
PCR2:オリゴ BssHII−オリゴ HpaI.2(ts20について)
PCR3:オリゴ AatII−オリゴ PvuI.1(ts2について)
PCR4:オリゴ BssHII−オリゴ Pvu.I.2(ts2について)。
【0328】
100pmolの各オリゴおよび5ngの鋳型DNAを、4単位のTaqまたはPwoポリメラーゼ、0.1μMのdNTPおよび1.5mMのMgSO4を含む100μlの反応混液において使用した。ポリメラーゼを、PCR反応を開始する前に(開始点は95℃)直接添加した。温度サイクルは、以下の通りである:95℃、1.5分間、続いて95℃(30秒)、54℃(30秒)、72℃(120秒)を5サイクル、そして続いて95℃(30秒)、64℃(30秒)、72℃(120秒)を25サイクル。
【0329】
4つのPCR(PCR1〜4)フラグメントを、Qia spin PCRキット(QIAGEN,Inc.,Chatsworth,CA 91311,USA)を用いて精製し、そして最後に適切な緩衝液中で10単位のDraIIIおよびHpaI、HpaIおよびBssHII、DraIIIおよびPvuI、またはBssHIIおよびPvuIをそれぞれに用いて消化された。この消化を、37℃にて6時間行い、次いでDNAフラグメントをゲル精製(gene−clean;Bio 101 Inc.,Vista, CA 92083,USA)した。精製されたPCRフラグメント1および2、ならびにフラグメント3および4を、最終的に、DraIII/BssHII消化され、そしてゲル精製されたpDH−EBに連結した(Bredenbeekら、J.Virology 1993年11月,6439〜6446頁)。得られたベクターの正確な配列を、制限酵素消化によりチェックし、そして以下のプライマーを用いるDNA配列決定により確認した:
オリゴ配列 ts2 :TTCCAAGCCATCAGAGGGG
オリゴ配列 ts20:AGATTAGCACCTCAGGACCG。
【0330】
正確なベクターDH−EB ts2およびDH−EB ts20を、適切な緩衝液中で10単位のBsp68IおよびEcoRIを用いて、37℃にて4時間消化した。pDH−EB ts2の4.5kbのDNAフラグメントおよびpDH−EB ts20の3.4kbのフラグメントを、ゲル精製し(上記のように)、そしてDH−EB ts2、20を作製するために連結した。得られたベクターの正確な配列を、制限酵素消化により確認し、そしてプライマーオリゴ配列ts2およびオリゴ配列ts20(上記)を用いたDNA配列決定により確認した。
【0331】
(分泌タンパク質のmg量の産生)
BHK 21細胞のバッチを、目的のタンパク質を含むウイルスの上清を用いて感染させた。後の精製は、数ミリグラムの純粋なタンパク質を生じた。
【0332】
(B.実施例1:予め決定された局在性を用いた核酸コードタンパク質のコンパートメントスクリーニング(compartment screening)および同定)
BHK細胞のコンフルエントな培養物を、2つの異なる核酸(pSinRep5 EPOおよびpSinRep5 lacZ(両方ともヘルパー構築物DHBBでパッケージングされている))を有する2つの発現系を含むウイルス粒子を用いて感染させた。1つの培養物は、ネガティブコントロールとして感染させなかった(Vial 1、図1Aにおけるレーン1)。感染の24時間後、細胞をメチオニンおよびシステインを欠く飢餓培地中で30分間飢餓させた。10μCi 35S Met/Cysのパルス刺激を加え、そして30分後に新しい培地により置換した。インキュベートの2時間後、細胞および細胞上清を収集した。細胞をLaemmli緩衝液中で再懸濁し、そして10分間煮沸した。500μlの上清を600μlのメタノールおよび200μlのクロロホルムに添加した。上層を捨て、そして沈澱したタンパク質を800μlのメタノールの添加によりペレット化した。沈澱した上清タンパク質および細胞ペレットの両方を、25μlのLaemmli緩衝液中に再懸濁し、そしてそのタンパク質を15%SDSポリアクリルアミドゲル上で分離した。乾燥後、ゲルをX線フィルムに一晩曝露した。上清中に見出される標識されたタンパク質を、図1Aに示されるゲル上で電気泳動した;図1Bは、図1Aのレーン1および2における上清に対応する細胞ペレット中に見出される標識されたタンパク質を示す。
【0333】
分泌されたタンパク質をコードする核酸の同定は、X線フィルム上でのバンドの検出により可能であり(図1A)、これは、外因性の発現系によりコードされる、上清中の標識されたタンパク質に独特の結果である。図1Aのレーン1は、感染されてない細胞(外因性の発現系を含まない)が、いくつかの未同定タンパク質を分泌することを示す。対応する細胞ペレットは、図1Bに示され、ここで多くのタンパク質が標識され、そして多数のバンドが可視化される。図1Aにおける空のレーン2は、バイアル2中の細胞内タンパク質をコードする核酸を含む発現系の存在を示す。従って、図1B中のレーン2は、細胞ペレット由来の単一の標識されたタンパク質から生じた独特のバンドの存在により、この知見を確証する。他の内因性タンパク質の全ての発現を(レーン1と比較して)抑制し、独特な標識化、そしてバイアル2の核酸を細胞内タンパク質(このタンパク質は、lacZが実際に細胞内タンパク質であるという公表された知見を確証する)をコードする核酸として明瞭に同定することを可能にした。図1Aのレーン6における、上清中の単一の放射性タンパク質から生じた強いバンドは、分泌タンパク質をコードする核酸を含む発現系の存在を示す。バイアル6(図1Aおよび図1Bにおけるレーン6)は、pSinRep5 EPO構築物で感染された。この知見は、EPOが分泌タンパク質であることを確証する。内因性タンパク質の発現を再び抑制し、独特な標識化、そしてバイアル6の核酸を分泌タンパク質をコードする核酸として明瞭に同定することを可能にした。レーン3〜5は、2つの発現系の混合物由来の標識された分泌タンパク質を示す。10%、50%、そして90%で、EPO発現系の比率を増加させることは、上清中にさらに独特な標識されたタンパク質を生じる。これらの結果は、コンパートメントスクリーニングが、予め決定された細胞局在位置のタンパク質をコードする核酸を同定し得ることを示す。
【0334】
(C.実施例2:半固形培地スクリーニングのための分泌タンパク質からの標識されたウイルス粒子の分離)
半固形培地において、分泌タンパク質をコードする発現系の同定の最適化のために、以下のことが好ましい:a)内因性タンパク質合成を抑制する;ならびにb)標識されたウイルス粒子および他の標識された可溶性ウイルスタンパク質をスクリーニングの干渉から防ぐ。35mmディッシュ中のコンフルエントなBHK21細胞の層を、二重サブゲノム性(double subgenomic)感染性のウイルス粒子であるpTEC5’2JCATまたはpTE5’2JEPOを5MOIで用いて感染させた。ネガティブコントロールとして、感染してないBHK 21細胞を使用した。感染の14時間後、培地を除去し、そして細胞を1ディッシュあたり10μCi35SMet/Cysを含むRPMI 1640培地中、4mmの0.8%アガロースで重層した。ゲル化の後、培養物を1mlのCys/Metを含まないRPMIで重層し、そしてその培地を、2時間、4時間および8時間後に収集した。タンパク質を沈澱させ、そして15%SDSゲル上で分離した。ゲルをX線フィルムに一晩曝露した。内因性タンパク質の合成は、再度阻害され、そして標識化は特異的であった(図2:レーン1〜3とレーン4〜9との比較)ことを示し得た。さらに、ウイルス粒子の拡散もまた阻害された。なぜなら、3つの構造ウイルスタンパク質(キャプシド、E1、およびE2)の特徴的パターンを検出し得なかった(レーン4〜9)からである。
【0335】
ウイルス性に感染させた培養物の両方の上清において、約60kDサイズの標識されたタンパク質が存在していた(レーン4〜9)。このタンパク質は、ウイルスタンパク質であり、シンドビスウイルスの糖タンパク質の1つのタンパク質分解性の切断により生じ得ることが推測された。pTE5’2JEPOの場合、8時間後に、EPOのサイズを有するさらなるタンパク質が検出され(レーン9)、これは半固形培地スクリーニングの主な実現可能性を示す。この実験は、標識されたウイルス粒子を、0.8%アガロース中での制限された拡散により、分泌タンパク質から分離できることを示す。しかし、さらに処置することなく、可溶性ウイルスタンパク質の放出が生じる。このような放出は、好ましくない。なぜなら、その放出は表現型スクリーニングに干渉し得るからである。実施例3は、所望されないウイルスタンパク質の放出を阻害する方法を記載している。
【0336】
(D. 実施例3:ウイルス性可溶性タンパク質の放出の阻害)
コンフルエントなBHK細胞の層を、二重サブゲノム性pTE5’2JCATウイルス粒子を5MOIで用いて感染させた。感染の14時間後、培地を除去し、そして細胞を1ディシュあたり10μCi35SMet/Cysおよび種々の量のMini Protean プロテアーゼインヒビターのカクテル溶液(Boehringer Mannheim,Rotkreuz,Switzerlandの説明書に記載されるように7回濃縮した)を含むRPMI 1640培地中、4mmの0.8%アガロースで重層した。100μl、20μl、10μl、5μl、および1μlを用いた(図3中のレーン1〜5)。ゲル化の後、培養物を1mlのCys/Metを含まないRPMIで重層し、培地を4時間後に収集した。タンパク質を沈澱させ、そして15%SDSゲル上で分離した。ゲルをX線フィルムに一晩曝露した。結果(図3に示される)は、ウイルスタンパク質の放出が、プロテアーゼインヒビターの添加により阻害されることを示した。20μl/ml(レーン1および2)を超える濃度で、可溶型タンパク質の放出を阻害し、これはウイルス粒子およびウイルスタンパク質のどちらもアガロース層を通って拡散しないこと、および内因性タンパク質またはウイルスタンパク質は、スクリーニングを干渉しないことを示した。
【0337】
(E. 実施例4:半固形培地スクリーニングにおける核酸の混合物中での予め決定された酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸の同定)
ホスファターゼ活性を有するタンパク質をコードする核酸を含む発現系を、2つの発現系の混合物において同定した。pSinRep5 lacZおよびpSinRep5 SEAPを、ヘルパーDHEBを用いて個々にパッケージングし、感染性の粒子を産生した。2つの発現系を10:1の比(pSinRep5 lacZ:pSinRep5 SEAP)で混合した。35mmディッシュ中のコンフルエントなBHK 21細胞の層をこの発現系の混合物で、またはpSinRep5 lacZ発現系のみで感染させた。感染の2時間後、培地を除去し、細胞を1.5mlの0.8%アガロースの1×HP−1培地で重層した。
【0338】
2日後に、ニトロセルロースフィルターをアガロースの頂部に4時間置いた。フィルターを取り出し、PBS中で洗浄し、そして100mM TrisHCl、100mM NaCl、370mg/ニトロブルーテトラゾリウム、および250mg/lの5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルホスフェート(全てSigma)の溶液中に置き、アルカリホスファターゼ活性を検出した。
【0339】
10%のpSinRep5 SEAP発現系を含むサンプルにおいて、アルカリホスファターゼ活性を有する2つの空間的に異なる領域を検出し得た(図5)。スクリーニングにおいて、基質の酵素変換を生じる2つの対応プラークおよびネガティブに染色する領域からのネガティブコントロールを単離した。次いで、細胞培養物を、0.5%グルタルアルデヒドのPBS中で固定し、そしてlacZ活性を使用説明書「シンドビス発現系」(Invitrogen,San Diego,USA)に記載されるようにX−Gal染色により細胞を検出した(示さず)。この細胞培養物において青色に染色された約20〜30のプラークは、オリジナルの発現系の分布を示す。
【0340】
ポジティブなアルカリホスファターゼのプラークおよびネガティブコントロール由来のウイルスを、PBS中で一晩、4℃にて振とうすることにより溶出させた。PBSを、35mmディッシュ中の新しいコンフルエントなBHK細胞の培養物に添加し、そしてSEAP活性を以下のアッセイにより感染の2日後に確認した。500μlの2×SEAP緩衝液(2mM L−ホモアルギニン、0.2M ジエタノールアミン、0.1mM MgCl2の水溶液)+100μlの基質溶液(120mM ニトロフェニルホスフェートの水溶液)を熱非働化した(10分、60℃)400μlの細胞培養物の上清と混合した。SEAP活性は、培養物のポジティブ領域からのサンプルにおける紫色から黄色への色の変化により表され、これに対しネガティブコントロールは色の変化を生じなかった。この実施例は、予め決定された酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸を含む発現系を、半固形培地スクリーニグにおける発現系の混合物から単離し得ることを示す。
【0341】
(F.実施例5:発現系の安定な増幅)
実施例4からのポジティブなウイルス粒子(SEAPをコードする核酸を含む)を3継代にわたって増幅した。実施例4の35mmディッシュからの上清の1%を、BHK 21を含む80%コンフルエントなT25(25cm2)細胞培養物フラッシュ(flash)を感染させるために使用した。感染の24時間後、上清を除去し、そしてSEAP活性についてアッセイした。この上清におけるSEAP活性を、このサンプル中の素早い色の変化により証明した。粒子をこのようにして総計4回継代し、これにより、108のファクターにより5日以内で発現系を増幅した。この結果は、この発現系が、迅速かつ効率的に増幅され、大量の目的のタンパク質を産生することを示す。さらに、この過程は、タンパク質の機能のさらなる研究について利益となる発現系の実質的量および任意の他の哺乳動物系における有用性を与える。
【0342】
(G:実施例6:半固形培地スクリーニングにおける核酸の混合物中の分泌タンパク質をコードする核酸の同定)
ホスファターゼ活性を有する分泌タンパク質をコードする核酸を含む発現系を、2つの発現系の混合物において同定した。pSinRep5’LacZおよびpSinRep5’ SEAPをヘルパーDHEBを用いて個々にパッケージングし、感染性の粒子を生じた。60mmディッシュ中の90%コンフルエントなBHK 21細胞層(Easy Grip,Falcon 3004,Becton Dickinson and Company,England)を約780プラーク形成単位(「pfu」)のpSinRep5 LacZ および20pfuのpSinRep5 SEAP(分泌型アルカリホスファターゼ)を含む1mlの1×HP−1培地とともに37℃にて2時間インキュベートした。培地を除去した後、細胞を41℃温0.8%アガロース(Carl Roth GmbH,Karlsruhe,Germany)のHP−1培地3mlで重層し、次いで、5%CO2中、37℃にて2日間インキュベートした。
【0343】
アガロースを、1mlの1×RPMI 1640 Metー/Cysーで10分間重層し、次いで1mlの新しい1×RPMI 1640 Metー/Cysーにより置換した。30分間の飢餓の後、培地を0.8mlの1×RPMI 1640 Metー/Cysー+20μCiの35S Met/Cysで置換した。4時間の標識化の後、アガロースの重層を、1mlの1×HP−1で10分間、3回洗浄し、次いで54mmの予め湿らせたニトロセルロースフィルター(0.45μmメンブレン,BA85,Schleicher&Schuell,Germany)を16〜18時間適用した。
【0344】
拡散ブロッティングを18時間進行させ、次いでSEAP活性を、紫色のスポットを生じるAP染色(10ml 100mM TrisHCl,100mM NaCl,370mg ニトロブルーテトラゾリウムおよび250mg/lの5−ブロモ−4クロロ−3インドリルホスフェート(全てSigma))により検出した(図7)。APの発色をAP染色溶液の除去、および続く洗浄工程(0.1% Triton X−100を含むTBSを用いて3回)により停止させた。次いで、ニトロセルロースを乾燥させ、X線フィルム(Hyperfilm βmax,Amersham,Sweden)に少なくとも24時間曝露し、次いでAGFA Curix 60(Schenk,Winterthur,Switzerland)machineを用いて発色させた(図7)。
【0345】
放射性スポットの座標を決定し、そしてそれと等価な領域をアガロース層から10μlチップを用いて採取した。溶出したウイルス(上記のような)を、60%コンフルエントなBHK 21の12ウェルプレートで継代した。溶出したウイルスの挿入物における、SEAPコード遺伝子の存在を、ニトロセルロースメンブレン上に4μlの上清をスポットし、そして上記のようなAP染色により決定した。
【0346】
分泌アルカリホスファターゼ染色されたフィルター上のスポットとX線フィルム上のスポットとの一致は、明らかに、分泌タンパク質をコードする核酸を、半固形培地スクリーニングを使用して、核酸の混合物中に同定し得ることを示す。
【0347】
(H.実施例7:半固形培地スクリーニングにおいてcDNAライブラリーを表すシンドビスウイルスライブラリーにおける分泌タンパク質をコードする核酸の同定)
3’末端および5’平滑末端でNot I部位を含むECV 304細胞(ATCC CRL−1998,ヒト内皮細胞株)由来の方向付けされた(directed)cDNAライブラリーをStuI、Bsp 120L消化されたpSinRep5ベクターに連結し、そして107の初代クローンをE.coli DH10bの形質転換後に得た。プラスミドDNAの調製およびNot Iを用いた線状化の後、ライブラリーを、前記のようにインビトロで転写し、そしてヘルパーDHEBを用いてパッケージングし、感染性粒子を産生した。60mmディッシュ(Easy Grip,Falcon 3004,Becton Dickinson and Company,England)中の90%コンフルエントなBHK21細胞層を、約800pfuのpSinRep5 ECV 304ライブラリーを含む1mlの1×HP−1培地とともに37℃にて2時間インキュベートした。培地を除去した後、細胞を、3mlの41℃温0.8%アガロース(Carl Roth GmbH,Karlsruhe,Germany)のHP−1培地で重層し、次いで5%CO2中、37℃にて2日間インキュベートした。
【0348】
アガロースを、1mlの新しい1×RPMI 1640 Metー/Cysーにより置換された1mlの1×RPMI 1640 Metー/Cysーで10分間重層した。30分間の飢餓の後、その培地を20μCiの35S Met/Cysを含む0.8mlの1×RPMI 1640 Metー/Cysーで置換した。4時間の標識化の後、そのアガロースの重層を、1mlの1×HP−1とともに10分間、3回洗浄し、次いで54mmの予め湿らせたニトロセルロースフィルター(0.45μmメンブレン,BA85,Schleicher&Schuell,Germany)を適用した。
【0349】
拡散ブロッティングを37℃にて18時間進行させ、次いで、ニトロセルロースを、0.1% Triton X−100を含むTBSを用いて10分間、3回洗浄し、次いでメンブレンを乾燥させ、そしてX線フィルム(Hyperfilm βmax,Amersham,Sweden)に少なくとも24時間曝露し、続いてAGFA Curix 60(Schenk,Winterthur,Switzerland)machineで発色させた。
【0350】
放射活性スポットの座標を決定し、そして等しい領域を、10μlチップを用いてアガロース層から拾った。ウイルスを、先に記載の通りに溶出させ、そして12ウェルプレート中の60%コンフルエントなBHK21細胞に継代した。6ウェルプレートにおける60%コンフルエントなBHK21細胞におけるウイルス粒子の再増幅の後、「高純度ウイルスRNAキット」(BoehringerMannheim,Mannheim、Germany)を用いてウイルスRNAを単離した。RT−PCRを、製造業者(Gibco/BRL,Life Technologies AG,Basel,Switzerland)によるSuperscript 一工程RT−PCRキットおよび先に記載したプライマーを用いて実施した。RT−PCR産物を、制限酵素Bsp120IおよびEcoRIで消化し、ゲル精製し、そしてpBluescript(EcoRIおよびBsp120Iで消化した)中に連結し、そしてマルチクローニング部位のオリゴ「−40正方向および逆方向プライマー」を用いて最終的に配列決定した。
【0351】
I.実施例8:シンドビスts変異体を用いる半固体培地スクリーニングにおける、核酸混合物中の分泌タンパク質をコードする核酸の同定
(組換えSEAPシンドビスウイルスストック)
EcoRI線状化DH−EBヘルパー構築物(DH−EB、DH−EB ts2、DH−EB ts20、DH−EB ts2,20)およびNotI線状化pSinRep 5 SEAPならびにpSinRep5 LacZ DNAを、QiaQuick PCR精製カラム(QIAGEN AG,Basel,Switzerland)での精製およびDEPC−H2Oを用いる溶出によりRNaseを含まないように作成した。SP6インビトロ転写を、製造業者Invitrogen(Invitroscript CAP Kit,Invitrogen BV,NV Leek,The Netherlands)に従って実施した。5μgのSinRep 5’SEAPおよび5μgのヘルパー転写物を、Invitrogen(Invitroscript CAP Kit,Invitrogen BV,NV Leek,The Netherlands)に従ってBHK21細胞に同時にエレクトロポレーションした。上清を、エレクトロポレーションの30時間後(30℃、5% CO2にてインキュベートした)に収集し、そしてSEAP活性についてアッセイした。4μlの上清を、ニトロセルロースメンブレン(Schleicher & Schuell)にスポットし、そしてSEAP活性を、上記のようにAP染色法により検出した(図8)。
【0352】
(ts変異体の最初の継代)
組換え体ウイルスストックを、BHK21細胞を有する60%コンフルエントな6ウェルプレートに継代した。100μlの各ストック+900μlのHP−1を、30℃にて2時間、BHK細胞に添加し、次いでウイルス上清を2ml HP−1で置換した。細胞を、30℃の許容温度にてまたは37℃の非許容温度のいずれかで24時間インキュベートし、その後上清をSEAP活性について(先に記載したように)アッセイした(図8)。
【0353】
(ts変異体についてのプラークアッセイ)
収集したウイルス粒子の希釈シリーズ(前出を参照のこと)を、60mm組織培養ディッシュ(Easy Grip,Falcon 3004,BectonDickinson and Company,England)中の90%コンフルエントなBHK21細胞において1ml Turbodoma HP−1において実施した(1:104、1:5×104、1:105、1:5×105、1:106、1:5×106)。細胞を、収集したウイルス粒子の希釈シリーズ(前出を参照のこと)にて希釈したウイルスで30℃にて2時間感染させた。次いで、上清を、HP−1中の0.8%アガロースに置換し、そして37℃または30℃にて2日間、5%CO2中でインキュベートした。次いでプラークを計数した。
【0354】
(pSinRep SEAPおよびpSinRep LacZの混合物を用いるアガロースブロットアッセイ)
分泌タンパク質をコードする核酸を含有する発現系を、2つの発現系の混合物において同定した。pSinRep5’LacZおよびpSinRep5’SEAPを、ts変異体ヘルパーDHEB(表1を参照のこと)を用いて個々にパッケージングし、感染性粒子を得た。60mmディッシュ(Easy Grip,Falcon 3004,Becton Dickinson and Company,England)中の90%コンフルエントなBHK21細胞層を、pSinRep 5 LacZ/DHEB tsの約780プラーク形成単位(「pfu」)および20 pfuのpSinRep 5 SEAP(分泌型アルカリホスファターゼ)/DHEB tsを含有する1×HP−1培地1mlを用いて30℃にて2時間インキュベートした。培地の除去後、細胞に、HP−1培地中の41℃の0.8%アガロース(Carl Roth GmbH,Karlsruhe,Germany)3mlを重層し、次いで5% CO2中で30℃にて2日間インキュベートした。
【0355】
2時間の予備飢餓の後、細胞を、5%CO2中で40℃までシフトさせた。アガロースに、1mlの1×RPMI 1640 Met-/Cys-を10分間重層し、その後1mlのRPMI培地を1mlの新鮮な1×RPMI 1640 Met-/Cys-培地で置換した。40℃にて30分間の飢餓の後、培地を、20μCiの35S Met/Cysを含有する、0.8mlの1×RPMI 1640 Met-/Cys-で置換した。40℃にて4時間の標識後、アガロース上層を、1mlの1×HP−1を用いて10分間、3回洗浄し、その後54mmの予め湿らせたニトロセルロースフィルター(0.45μmメンブレン、BA85、Schleicher & Schuell,Germany)を適用した。
【0356】
拡散ブロッティングを、18時間の間、40℃にて進行させ、その後SEAP活性をAP染色(10ml 100mM Tris−HCl、100mM NaCl、370mgニトロブルー−テトラゾリウム、および250mg/l 5−ブロモ−4−クロロ−3インドリルホスフェート(全てSigma))により検出し、紫色のスポットを得た(図8)。AP染色を、AP溶液の除去およびその後の洗浄工程(0.1% Triton X100を含有するTBSで3回)により停止させた。ニトロセルロースを乾燥し、そしてX線フィルム(Hyperfilm bmax,Amersham,Sweden)に少なくとも24時間曝露し、その後AGFA Curix 60(Schenk,Winterthur,Switzerland)装置で現像した。
【0357】
放射活性スポットの座標を決定し、そして等しい領域を、10μlピペットチップを用いてアガロース層から拾った。
【0358】
(J.実施例9:ts変異体を用いる半固体培地ライブラリースクリーニングにおける、核酸混合物中の分泌タンパク質をコードする核酸の同定)
pSinRep5’ cDNAライブラリーECV 304を、変異体ヘルパーDHEBを用いてパッケージングし、感染性粒子を得た。60mmディッシュ中(Easy Grip,Falcon 3004,Becton Dickinson and Company,England)の90%コンフルエントなBHK21細胞層を、約800 pfuのpSinRep 5 cDNAライブラリーECV 304を含有する1×HP−1培地1mlを用いて30℃にて2時間インキュベートした。培地の除去後、細胞に、HP−1培地中の0.8%アガロース(Carl Roth GmbH,Karlsruhe,Germany)3mlを重層し、次いで5% CO2中で30℃にて2日間インキュベートした。
【0359】
2時間の予備飢餓の後、細胞を、5%CO2中で40℃までシフトさせた。アガロースに、1mlの1×RPMI 1640 Met-/Cys-を10分間重層し、その後1mlの新鮮な1×RPMI 1640 Met-/Cys-培地で置換した。30分間の飢餓の後、培地を、0.8mlの1×RPMI 1640Met-/Cys-+20μCiの35S Met/Cysで置換した。4時間の標識後、アガロース上層を、1mlの1×HP−1を用いて10分間、3回洗浄し、その後54mmの予め湿らせたニトロセルロースフィルター(0.45μmメンブレン、BA85、Schleicher & Schuell,Germany)を16〜18時間適用した。
【0360】
拡散ブロッティングを、18時間の間進行させ、その後ニトロセルロースを乾燥させ、そしてX線フィルム(Hyperfilm βmax,Amersham,Sweden)に少なくとも24時間曝露し、その後AGFA Curix60(Schenk,Winterthur,Switzerland)装置で現像した。放射活性スポットの座標を決定し、そして等しい領域を、10μlピペットチップを用いてアガロース層から拾った。
【0361】
K.実施例10:シンドビスウイルスを用いる発現クローニング:FACS単細胞選別による公知のリガンドに対するレセプターのクローニング
T150フラスコ中の60%コンフルエントなBHK21培養物を、37℃にて2時間、0.1のmoiで1×HP−1培地中で感染させた。pSinRep5 hIL 13 Ra(ヒトインターロイキン13レセプター、サブユニットα;pDR2−hIL13RaからXbaIおよびPvuIIを用いて消化したhIL13 Ra.XbaIおよびStuIで消化したpSinRep5中にクローニング)/DHEBと、pSinRep 5 LacZ/DHEBの異なる希釈(1:0/1:100/1:100,000)を、0.1の総moiで用いた。次いで培地を、新鮮な1×HP−1培地で置換し、そして細胞を5% CO2中で37℃にて20時間インキュベートした。
【0362】
次いで、細胞を、5mlの細胞解離溶液(Sigma−Aldrich,Steinheim,Germany)に再懸濁し、次いで1% BSAを含有するHBSSにおいて2つのさらなる洗浄工程を行った。HBSS中の1ml 1%BSA、1μg/ml IL13flag(IBR GmbH,Waengi,Switzerlandによる)および5μg/ml mAb M2(IBR GmbH,Waengi,Switzerlandによる)を、4℃にて15分間、細胞とともにインキュベートした。細胞を、1.5ml 1%BSA/HBSSを用いて2回洗浄し、そして1ml 1% BSAおよび10μg/ml FITC結合体化二次抗体とともに4℃にて30分間インキュベートした。細胞を、4℃にてHBSS中の1% BSAを用いて2回洗浄し、そしてHBSS中に3×106/mlの濃度で再懸濁した。96ウェルプレートへの単一細胞の選別を、バックグラウンドより上のFITC蛍光強度を有する細胞について行った(図9を参照のこと)。
【0363】
図9は、インターロイキン13レセプターαが、一過性に発現されること、および選択したリガンドについて適切なレセプターを発現する単一細胞がFACS分析により選別され得ることを示す。
【0364】
(L.実施例11:シンドビスウイルスを用いる発現クローニング:既知のレセプターに対するリガンドのクローニング)
感染性シンドビスウイルスライブラリーを、二重サブゲノムシンドビスウイルスベクター(pTE)において、またはDH−EBヘルパーを同時パッケージングしたpSinRep5において、前出に記載の通りに生成する。150mmディッシュ中のコンフルエントなBHK21細胞を、約5,000 pfuの感染性シンドビスウイルスライブラリーを含有するHP−1培地を用いて2時間インキュベートする。培地の除去後、細胞に、1×HP−1培地中の0.8%アガロースを2mm重層し、そして37℃にて3日間インキュベートする。ニトロセルロースフィルターを、アガロースの上端に置き、そして少なくとも3時間インキュベートする。メンブレンを取出し、続いてTBSを用いて洗浄する。フィルターをTBS中にて15分間撹拌した後、フィルターを、1%脱脂乳中で1時間インキュベートすることによりブロッキングする。TBS中にて3回の洗浄工程の後、フィルターを、放射標識可溶化レセプターを含有するTBS中で少なくとも1時間インキュベートする。TBS中での数回の洗浄工程後、フィルターを乾燥し、そしてX線フィルムに曝露する。暗い点は、目的の選択されたレセプターの結合パートナーを発現するコロニーを示す。
【0365】
(M.実施例12:リガンドが既知の細胞結合タンパク質のクローニング)
感染性シンドビスウイルスライブラリーを、二重サブゲノムシンドビスウイルスベクター(pTE)において、またはDH−EBヘルパーを同時パッケージングしたpSinRep5において、材料および方法の節(前出)に記載の通りに生成する。BHK21細胞を、150mmディッシュ中のニトロセルロースフィルター上でコンフルエントになるまで増殖させる。細胞を、約5,000 pfuを含有するHP−1培地を用いて2時間インキュベートする。培地の除去後、細胞に、1×HP−1培地中の0.8%低融点アガロースを2mm重層し、そして37℃にて2日間インキュベートする。このインキュベーションの後、ニトロセルロースフィルターを、アガロースの上端に置き、ウイルス粒子を捕捉する。24時間のインキュベーションの後、ニトロセルロースフィルターを取出し、そして新たな150mmディッシュ中に置き、ここでBHK細胞の新たな培養物を1cm2あたり400,000細胞の細胞密度で、10% FCSを含有する培地中に添加する。細胞の接着後、この培養物に、2mmアガロースを再度重層し、そして37℃にてインキュベートする。この培養物を、後の単離のためのウイルス粒子のストックとして供する。最初のプレートを、40℃に加熱してアガロースを融解させる。融解したアガロースの除去後、細胞を、予想される局在位置(核、細胞質膜など)およびクローニングされるタンパク質の性質に従って公知の方法(PBS中の0.5%グルタルアルデヒド、3%パラホルムアルデヒド、−20℃メタノールなど)によりメンブレンに固定する。TBS中での数回の洗浄工程の後、フィルターを、放射活性標識リガンドを含有するTBS中でインキュベートする。数回の洗浄工程の後、フィルターを乾燥し、そしてX線フィルムに曝露する。暗い点は、選択されたリガンドの結合パートナーを発現するコロニーを示す。
【0366】
(N.実施例13:新規な膜タンパク質の発見および発現)
実施例6に記載した通りのpSinRep5中のシンドビスウイルスライブラリーを、DHBBヘルパーとともに同時エレクトロポレーションして前出に記載の1方向ビリオンを生成する。ウイルス力価の決定の後、987 BB neo細胞のコンフルエントな培養物(BHK21細胞をトランスフェクトして、200μg/ml G418中での選択後に987BBneo細胞株を得るベクターの記載については表Iおよび配列番号2を参照のこと)。培地の除去後、細胞に、2mmのアガロースを重層してプラーク形成を可能にさせる。3日後、Motobuら(E.C.Beuveryら(編)「Animal Cell Technology; Developments towards the 21th century」、811〜815頁(1995)Kluwer Academic Publishers)に記載される通りのコーティングしたポリエステルマットをアガロースの上端に置き、そしてBHK21細胞を上端に400,000細胞/cm2の細胞密度で、1,000,000細胞/ml培地の濃度で添加する。細胞の接着後、同量の新鮮な培地を添加し、そして培養物をさらに12時間インキュベートする。液体培地を除去し、そして標識培地(10μCiの35Sメチオニン/システイン)で置換する。12時間の取込み後、標識培地を除去し、そして培養物を10mlの通常培地の添加により洗浄する。この培地を10分毎に、計2時間置換する。全ての液体培地の除去後、細胞に、0.8%アガロースおよび0.1%トリプシンを含有する、2mmの層の培地を重層する。アガロースのゲル化後、ニトロセルロースメンブレンを、アガロースの上端に置き、そして培養物をさらに1〜6に時間インキュベートする。タンパク質分解により放出された、膜タンパク質のフラグメントは、メンブレンに拡散し、そしてニトロセルロースフィルター上に捕捉される。フィルターのオートラジオグラフィーを行うことにより、膜タンパク質をコードするクローンが示される。
【0367】
(O.実施例14:新規な細胞小器官特異的タンパク質の発見および発現)
感染性シンドビスウイルスライブラリーを、二重サブゲノムシンドビスウイルスベクター(pTE)において、またはDH−EBヘルパーを同時パッケージングしたpSinRep5において、材料および方法に記載の通りに生成する。BHK21細胞を、150mmディッシュ中でコンフルエントになるまで増殖させる。細胞を、約5,000 pfuを含有するHP−1培地を用いて2時間インキュベートする。培地の除去後、細胞に、1×HP−1培地中の0.8%低融点アガロースを2mm重層し、そして37℃にて1〜2日間インキュベートする。このインキュベーションの後、ニトロセルロースフィルターを、アガロースの上端に置き、ウイルス粒子を捕捉する。少なくとも12時間のインキュベーションの後、ニトロセルロースフィルターを取出し、そして新たな150mmディッシュ中に置き、ここでBHK細胞の新たな培養物を1cm2あたり400,000細胞の細胞密度で、10% FCSを含有する培地中に添加する。細胞の接着後、この培養物に、2mmのアガロースを再度重層し、そして37℃にてインキュベートする。この培養物を、後の単離のためのウイルス粒子のストックとして供する。
【0368】
最初のプレートに、40μCiのメチオニンおよびシステインの35S標識混合物を含有するRPMI 1640培地中の0.8%アガロースの第2層を重層する。2時間の標識後、プレートを40℃に加熱してアガロースを融解させる。融解したアガロースの除去後、細胞を、公知の方法により溶解させてインタクトな細胞小器官を得る。捕捉されるべき細胞小器官の表面タンパク質に対する固定化抗体でブロッキングされたニトロセルロースフィルターを、ホモジネートの上端に置く。数回の洗浄工程の後、フィルターを乾燥し、そしてX線フィルムに曝露する。フィルターのオートラジオグラフィーを行うことにより、所望の細胞小器官において局在するタンパク質をコードするクローンが示される。
【0369】
(P.実施例15:シンドビスウイルスを用いる発現クローニング:FACS単一細胞選別による既知のリガンドについての新たなレセプターのクローニング)
T150フラスコ中の60%コンフルエントなBHK21細胞を、2時間、0.1のmoiでpSinRep ECV cDNAライブラリーで20mlのTurbodoma HP−1培地中で感染させた。次いで培地を、40mlの新鮮な1×HP−1培地で置換し、そして細胞を5% CO2中で37℃にて20時間インキュベートする。
【0370】
次いで、細胞を、5mlの細胞解離溶液(Sigma−Aldrich,Steinheim,Germany)に再懸濁し、そして1% BSAを含有するHBSSにおいて2回洗浄する。細胞を、1%BSA、1μg/ml リガンド−flag融合タンパク質、および5μg/ml mAb M2の存在下で1mlのHBSS中で、4℃にて15分間、インキュベートし、そして1.5ml 1%BSA/HBSSを用いて2回洗浄し、続いて1ml 1% BSAおよび10μl/ml抗M2 FITCを用いて4℃にて30分間インキュベーションする。細胞を、HBSS中の1% BSAを用いて2回洗浄し、続いてHBSS中に3×106/mlの濃度で再懸濁する。96ウェルプレートへの単一細胞選別を、バックグラウンドより上のFITC活性を有する細胞について行う。
【0371】
96ウェルプレートの上清を、90%コンフルエントなBHK21細胞を有する6ウェルプレート中のプラークアッセイに用いる。プラークを、10μlピペットチップを用いて拾い、そして先に記載の通りに溶出させる。溶出したウイルスを、許容温度にて1ml Turbodoma HP−1中の60%コンフルエントなBHK21 12ウェルプレートに継代する。溶出するウイルスの挿入物を、60%BHK21細胞層を含有する6ウェルプレートにおける2ml Turbodoma HP−1培地中でのウイルス粒子の再増幅により決定する。ウイルスRNAを、「高純度ウイルスRNAキット」(Boehringer Mannheim,Mannheim、Germany)を用いて単離し、そしてRT−PCRを、製造業者(Gibco/BRL,Life Technologies AG,Basel,Switzerland)によるSuperscript 一工程RT−PCRキットおよび先に記載したプライマーを用いて実施する。pBluescript中へのRT−PCR産物の連結および配列決定を、上記の通りに行う。
【0372】
(Q:実施例16:既知の結合パートナーについてのリガンドの発現クローニング)
pSinRep5’ EPOおよびpSinRep 5 LacZを、ヘルパーDHEBとともにパッケージングして感染性粒子を得た。60mmディッシュ(Easy Grip,Falcon 3004,Becton Dickinson and Company,England)中の90%コンフルエントなBHK21細胞層を、約25〜30 pfuのpSinRep EPO/DH−EBおよび約180〜200 pfuのpSinRep 5 LacZ/DH−EBを含有する1×HP−1培地1mlとともに37℃にて2時間インキュベートした。培地の除去後、細胞に3mlの41℃に温めた、HP−1培地中の0.8%アガロース(Carl Roth GmbH,Karlsruhe、Germany)を重層し、そしてプレートを5%CO2中で37℃にて2日間インキュベートした。
【0373】
54mmの予め湿らせたニトロセルロースフィルター(0.45μmメンブレン、BA85、Schleicher & Schuell,Germany)を16時間適用し、続いてニトロセルロースを、TBS中の1% BSAを用いて2時間ブロッキングした。スクリーニングした分泌タンパク質に特異的な一次抗体(抗EPO、ポリクローナル、Research Diagnostics,Inc.,USA)を、(製造業者に従って)TBS中で1:3000の希釈で1時間インキュベートした。次いで、メンブレンをTBS 0.05% Tweenを用いて3回洗浄し、続いて二次抗体(AP結合体化抗ウサギIgG、Jackson ImmunoResearch Laboratories、Inc.,USA)を、TBS 1% BSA中1:4000の希釈でフィルターとインキュベートした。メンブレンをTBS 0.05% Tweenで洗浄した後、AP染色を上記の通りに実施した。
【0374】
AP陽性スポット(図10を参照のこと)に対応するプラークを、10μlピペットチップを用いてアガロース層から拾った。ウイルスの溶出を記載の通りに実施した。ウイルスを、60%コンフルエントなBHK21 12ウェルプレート中に継代した。溶出したウイルスの挿入物を、60% BHK21 6ウェルプレート中でのウイルス粒子の再増幅により決定し、続いてEPOに対するドットブロットを上記の通りに行った。
【0375】
図10は、既知の結合パートナー(レセプター、抗体)に対する分泌される特異的リガンドが、好結果にクローニングされ得ること、およびこの系がcDNAライブラリーを表すウイルスをスクリーニングするために効率的に用いられ得ることを示す。
【0376】
本明細書の本文に引用した全ての参考文献は、本明細書中にその全体が参考として援用される。
【図面の簡単な説明】
【図1A】核酸の混合物由来の分泌タンパク質をコードする核酸または細胞内タンパク質をコードする核酸のいずれかを含む発現系が、コンパートメントスクリーニングを使用して同定された実験を示す図である。実施例1でより詳細に記載されるような、スクリーニングした細胞培養物の上清から沈殿させた標識タンパク質のオートラジオグラムである。レーンは以下のようである:レーン1−非感染BHK21細胞;レーン2−細胞内タンパク質をコードする発現系pSinRep5 LacZでトランスフェクトした細胞;レーン6−分泌タンパク質(EPO)をコードする発現系pSinREp5 EPOでトランスフェクトした細胞;レーン3〜5は、EPOの増加量を示している、90:10、50:50、10:90の比率(sinRep5 lacZ:SinRep5 EPO)の2つの発現系の混合物を含む。タンパク質質量標準は左側に示される;EPOのタンパク質分子量は矢印で示される。
【図1B】図1Aのレーン1および2の細胞ペレットに対応する標識タンパク質のオートラジオグラムであり、細胞ペレット中のlacZタンパク質の蓄積およびpSinRep5 LacZで感染させた細胞における内因性タンパク質産生のシャットダウン(shutdown)を示す図である。
【図2】実施例2でより詳細に記載されるような分泌タンパク質由来の標識ウイルス粒子の分離を示す図である。内因性タンパク質合成のシャットダウンは、レーン1から3(非感染BHK21細胞)と比較して、レーン4〜6(TE5’2JCATで感染)およびレーン7〜9(TE5’2JEPOで感染)で明らかである。ウイルス粒子の除去は、シンドビス構造タンパク質(カプシドE1およびE2)の特徴的なパターンの非存在によって証明される。レーン9は、アガロースによるEPOのサイズのタンパク質の拡散を示す。レーン4から9において、ウイルス起源の可溶性タンパク質が見られ得る。このタンパク質はタンパク質分解性切断によって放出されると仮定される。標識タンパク質を異なる時点で回収した:2時間(レーン1,4,7)、4時間(レーン2,5,8)および8時間(レーン3,6,9)。タンパク質質量標準は左側に示され、シンドビスウイルス糖タンパク質のサイズは、上方の矢印によって示され、EPOの分子量は下方の矢印によって示される。
【図3】ウイルス可溶性タンパク質の放出がプロテアーゼインヒビターによって減少されることを証明する図である。実施例3で示されるように、35mmディッシュ中の106個のBHK21細胞をTE5’2JCATで感染させた。種々の濃度のプロテアーゼインヒビター反応混液(レーン1〜5、1mlあたり100、20、10、5、1μl)を4mmのアガロースオーバーレイへ適用した。分子質量標準を左側に示す;矢印は予測されるシンドビス糖タンパク質E1の質量を示す。
【図4】半固形培地スクリーニングの予め決定された酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸を含む発現系の同定を示す図である。BHK21細胞のコンフルエント35mmディッシュを、200pfs SinReplacZ(左側のブロット1)または200pfs SinRep lacZ/20pfuのSinRep 5 SEAPの混合物(右側のブロット2)で感染させた。酵素活性をAP染色したフィルター上で検出した。ブロット1は(lacZ発現系のみを含む)はSEAP活性においてネガティブであるが、ブロット2はSEAP活性を有する明らかな2つの領域を示す(矢印によって示される)。
【図5A】本発明を例示するために使用されたpSINベクターの模式図である。これらのベクターの供給源および構築物は表1に記載される。
【図5B】本発明を例示するために使用されたpSINベクターの模式図である。これらのベクターの供給源および構築物は表1に記載される。
【図5C】本発明を例示するために使用されたpSINベクターの模式図である。これらのベクターの供給源および構築物は表1に記載される。
【図5D】本発明を例示するために使用されたpSINベクターの模式図である。これらのベクターの供給源および構築物は表1に記載される。
【図6A】本発明を例示するために使用されるpTEベクターの模式図である。示されるベクターは、pTE5’2Jである。このベクターの供給源および構築物を表1に示す。
【図6B】本発明を例示するために使用されるpTEベクターの模式図である。示されるベクターは、pTE5’2JCATである。このベクターの供給源および構築物を表1に示す。
【図6C】本発明を例示するために使用されるpTEベクターの模式図である。示されるベクターは、pTE5’2JSEAPである。このベクターの供給源および構築物を表1に示す。
【図6D】本発明を例示するために使用されるpTEベクターの模式図である。示されるベクターは、pTE5’2JEPOである。これらのベクターの供給源および構築物を表1に示す。
【図7】パネル7Aおよびパネル7Bは、約20pfuのpSinRep 5 SEAPおよび780pfuのpSinRep 5 LacZを、1mlのTurbodomaHP−1において混合し、そしてBHK21細胞を有する60mmディッシュを、2時間感染させたことを示す写真である。アガロースブロットアッセイを実施例10に記載されるように実施した。パネル7Aは、ブロットしたSEAPタンパク質が現像したX線フィルム(パネル7B:X線フィルムに曝露させたAP染色膜)の紫色スポット(黒色スポットは標識された分泌タンパク質を示す)によって表されるAP染色したニトロセルロース膜を示す。SEAP活性を有するスポットの座標(AP染色された膜において矢印x1、x2、x3によって示され、そして現像したX線フィルムにおいて矢印y1、y2、y3に対応する)は、標識された分泌タンパク質のスポット(y1と×1、y2と×2、y3と×3を比較)と重ね合わされ得る。
【図8】パネル8A、8Bおよび8Cは、pSinRep 5 SEAP mRNAおよびpDHEBts変異mRNAを、BHK21細胞中に同時エレクトロポレーションしたことを示す図である。エレクトロポレーションした細胞の細胞上清を、エレクトロポレーションの20時間後にニトロセルロース片上へ4μlの上清をスポットすることによって分析し、そしてAP染色を、以前に記載したように実施した。全てのエレクトロポレーションは、パネル8Aに示されるように、SEAP分泌に関してポジティブであった(ニトロセルロースフィルター上の紫色スポット)。ts変異ウイルスの第1の継代物を、37℃および30℃で、感染性について試験した。感染細胞の上清を、分泌産物SEAPについてAP染色によって試験した。パネル8Bの上列は37℃でインキュベートした細胞の上清を示し、パネル8Bの下列は30℃でインキュベートした細胞の上清を示す。二重変異pSinRep5 SEAP/pDHEBts2,20は、感染後20時間で、少量のSEAPを産生した(パネルBを参照のこと)が、ウイルス粒子が増幅され、そしてパネル8Cに示されるように、多量の産物が感染後48時間で検出された。
【図9A】pSinRep 5 hIL13Rα感染BHK21細胞(約0.1のmoiで)が、免疫蛍光によって分析されたことを示す図である。発現したhIL13Rαを、IL13−flag、M2抗体および抗マウス−FITCで検出した。pSinRep 5 hIL13αによって0.1のmoiで感染させ、FACSで分析し、そして分類したBHK21である。
【図9B】pSinRep 5 hIL13Rα感染BHK21細胞(約0.1のmoiで)が、免疫蛍光によって分析されたことを示す図である。発現したhIL13Rαを、IL13−flag、M2抗体および抗マウス−FITCで検出した。免疫蛍光顕微鏡によるパネルAと同じ細胞である。
【図9C】pSinRep 5 hIL13Rα感染BHK21細胞(約0.1のmoiで)が、免疫蛍光によって分析されたことを示す図である。発現したhIL13Rαを、IL13−flag、M2抗体および抗マウス−FITCで検出した。ネガティブコントロールとしてのpSinRep5 LacZ感染細胞である。
【図9D】pSinRep 5 hIL13Rα感染BHK21細胞(約0.1のmoiで)が、免疫蛍光によって分析されたことを示す図である。発現したhIL13Rαを、IL13−flag、M2抗体および抗マウス−FITCで検出した。FACSで分析し、そして分類したpSinRep5 LacZウイルス中で1:100希釈されたpSinRep 5 hIl13Rαウイルスである。
【図10】約20pfuのpSinRep5 Epo/DHEBを200pfuのpSinRep5 LacZと混合したことを示す図である。ウイルス上清を1×HP−1培地中で3mlの0.8%、41℃の保温アガロースと置き換える前に、ウイルス上清を60mmデッシュ中で90%コンフルエントのBHK21細胞上で2時間インキュベートした。2日後、ニトロセルロース膜をアガロース上に適用し、そして拡散ブロットを14時間進行させた。ブロットしたEPOを抗EPO抗体(ウサギ)およびAP結合抗ウサギ抗体を使用して免疫検出法によって検出した。紫色スポットd1、d2、d3(および他の黒色スポット)は、pSinRep5
EPOウイルスを表す下層にあるウイルスプラーク由来のブロットしたEPOを表す。
【図11A】pSinRep 5のポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11B】pSinRep 5のポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11C】pSinRep 5のポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11D】pSinRep 5 EPOのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11E】pSinRep 5 EPOのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11F】pSinRep 5 EPOのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11G】pSinRep 5 hIL13Rαのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11H】pSinRep 5 hIL13Rαのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11I】pSinRep 5 hIL13Rαのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11J】pSinRep 5 hIL13Rαのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11K】pDH−EBのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11L】pDH−EBのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図11M】pDH−EBのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図12A】pTE5’2Jのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図12B】pTE5’2Jのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図12C】pTE5’2Jのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図12D】pTE5’2Jのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図13A 】987 BB neoのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図13B 】987 BB neoのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図13C 】987 BB neoのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図14】CATのポリヌクレオチド配列を示す図である。
【図15】合成エリスロポイエチンのXbaI/ApaIフラグメントののポリヌクレオチド配列を示す図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates generally to the field of expressed gene technology and expression cloning. More particularly, the present invention identifies nucleic acid sequences that encode a transcribed polypeptide having a predetermined property (eg, cellular location, structure, enzymatic function, or affinity for other molecules). , Characterization and isolation, and production of the corresponding polypeptide.
[0002]
[Prior art]
(General background)
Proteins are the most important biomolecules in organisms; in addition to their role as structural components and catalysts, proteins play an important role in the regulatory process. The regulation of both cell proliferation and metabolic function is controlled and performed primarily by the cooperation of numerous cellular and extracellular proteins. Lehninger, A.M. L. 1975, “Biochemistry”, Worth Publishers Inc. , New York, New York. For example, many types of signaling pathways that affect important physiological responses operate through proteins through protein molecular interactions. Metzler, D.M. E. 1977, “Biochemistry”, Academic Press Inc. , London. Furthermore, gene transcription and regulation of such transcription is dependent and controlled by the interdependence of a number of protein factors. Wainwright, S.W. D. "Control Mechanisms and Protein Synthesis", Columbia University Press, New York and London.
[0003]
The proper function of a multicellular organism does not depend solely on the interaction of biomolecules within the cell, and individual cells must also communicate appropriately. Such intercellular communication and environment-cell interactions are often realized by the action of receptors on the extracellular surface and associated intracellular signaling mechanisms. Poste, G.M. Nicholson, G .; L. , 1976, “The Cell Surface”, Elsevier, Amsterdam. Information is communicated through the cellular environment to regulate gene expression or intracellular protein activity. Secreted proteins in the extracellular environment thereby exert a strong regulatory effect on specific cellular functions.
[0004]
In light of the above summary, a very simplified paradigm of cell function (specific protein properties, including cell localization, structure, affinity for binding partners, or enzymatic activity under physiological conditions) It seems to show the function of the type highly. With regard to specific cellular localization locations, for example, secreted proteins appear to function as intercellular communicators of signals, but membrane-bound receptors with extracellular and intracellular domains probably transmit extracellular signals into the cell. It seems to do. Cytoplasmic proteins can function as intracellular signaling agents and coordinators. Jetter, J. et al. R. Cameron, I .; L. Padilla, I .; L. Padilla, G .; M.M. Zimmerman, A.M. M.M. 1978, “Cell Cycle Regulation”, London. Nuclear proteins appear to be involved in specific aspects of gene regulation. Zawel et al., 1995, Annu. Rev. Biochem. 64: 533-561. Mature proteins found in the Golgi or ER can play a regulatory role in post-translational processing of protein precursors (eg, cleavage or addition of carbohydrates). Hirschberg, 1987, C.I. Annu. Rev. Biochem. 56: 63-87.
[0005]
(Membrane-bound protein)
For many years, the cell function paradigm has motivated numerous drug discovery programs that focused on the identification of specific novel receptors and membrane-bound proteins in each function. Porter, R.A. And O'Connor, M .; , 1970, “Molecular Properties of Drug Receptors, Ciba Foundation Symposium”, J & A Churchill, London. Indeed, many examples force the conclusion that inappropriate functioning of membrane receptors is a significant source of the development of serious metabolic and proliferative diseases such as cancer. For example, a particular form of diabetes mellitus, non-insulin dependent diabetes mellitus (NIDDM), can result from mutations in the insulin receptor. Ullrich et al., 1985, Nature 313: 756-761; Taira et al., 1989, Science 245: 63-66. Furthermore, 30% of all mammalian cancers are associated with the amplification of the receptor tyrosine kinase HER2. Burgman et al., 1986, Cell 45: 649-657; Slamon et al., 1989, Science 244: 707-712. In addition to traditional drug discovery programs that target receptors, ambitiously explored objectives are possible using comparative genomics (eg, allowing determination of gene expression changes in pathological conditions) Membrane-bound receptors have been identified as potential gene therapy targets. Wels et al., 1995, Gene
159: (1): 73-80.
[0006]
(Secreted protein)
While receptors are primarily considered as important potential therapeutic targets, secreted proteins are of particular interest as potential therapeutic agents. Secreted proteins often have signal transduction or hormonal functions and therefore have a high and specific biological activity. Schoen, F.M. J. et al. 1994, “Robbins Pathological Basis of Disease”, W.M. B. Saunders Company, Philadelphia. For example, secreted proteins control physiological responses such as differentiation and proliferation, blood clotting and thrombolysis, somatic cell proliferation and cell death, and immune responses. Schoen, F.M. J. et al. 1994, “Robbins Pathological Basis of Disease”, W.M. B. Saunders Company, Philadelphia.
[0007]
Significant funding and research efforts have been expanded to discover and investigate new secreted proteins that control biological functions. Many of such secreted proteins include cytokines and peptide hormones and are manufactured and used as therapeutic agents. Zavyalov et al., 1997, APMIS 105 (3): 161-186. However, only a few of the thousands of expected secreted proteins are currently used as therapeutic compounds. Many of the secreted proteins that have not been discovered to date in human organisms can be expected to be effective in remediating physiological disorders and thus to be promising candidates for new drugs.
[0008]
In the past, novel cytokine and hormone proteins have been identified by assaying specific cell types for their response to protein fractions or purified proteins. Lauffenburger et al., 1996, Biotechnology and Bioengineering 52 (1): 61-80. Other researchers have cloned novel interferons and interleukins using DNA level sequence similarity. Nabori et al., 1992, Analyt. Biochem. 205 (1): 42-46. In yet another approach, differential display technology was used to compare the expression patterns of stimulated versus unstimulated cells. Nagata et al., 1980, Nature 287: 401-408. All these methods can lead to the identification and isolation of specific secreted polypeptides.
[0009]
Recently, screening methods have been described for identifying cDNAs for encoding novel secreted mammalian proteins in yeast using the invertase gene as a selectable marker. See US Pat. No. 5,536,637 (“637 patent”). The disclosed technology relies on the concept that the mammalian cDNA leader sequence is effective in the export of invertase proteins lacking that leader sequence. This approach results in a partial cDNA, which can then be used to screen a full length cDNA library. The new protein of interest can then be made by standard but laborious techniques including subcloning, transformation of recombinant hosts, expression, development and implementation of purification processes. Furthermore, since the assay described in the 637 patent is performed in yeast, the glycosylation pattern of the isolated product is significantly different from the natural product produced in mammals. This difference is a major obstacle in view of the fact that a very important feature of the secreted protein (which also applies to the extracellular domain of the receptor) is its glycosylation pattern and carbohydrate composition. Rademacher et al., 1988, Annu. Rev. Biochem. 57: 785-838.
[0010]
(Nuclear protein)
In the nucleus, both DNA replication and gene transcription actually take place. Many nucleoproteins are directly involved in these processes as transcription factors, cell cycle regulators, or both. Some nucleoproteins are responsible for the expression of certain metabolic proteins in response to environmental changes. Zawel et al., 1995, Annu. Rev. Biochem. 64: 533-561. Many others are directly involved in the regulation of cell growth. Jetter, J. et al. R. Cameron, I .; L. Padilla, G .; M.M. Zimmerman, A .; M.M. 1978, “Cell Cycle Regulation”, London. The latter class of proteins fall into two general categories: (1) dominant transforming genes, including oncogenes; and (2) tumor suppressor genes and programmed cell death ("apoptosis") A recessive cell proliferation gene comprising a gene encoding the product to be produced.
[0011]
Oncogenes generally encode proteins that are associated with the promotion of cell proliferation. Since cell division is an important part of normal tissue development and continues to play an important role in tissue regeneration, proper regulation of oncogene activity is essential for the survival of the organism. However, improper expression or inappropriate activity control of oncogenes induces uncontrolled cell proliferation and results in the development of serious diseases such as cancer. Weinberg, 1994, CA Cancer J. Clin. 44: 160-170.
[0012]
On the other hand, tumor suppressor genes usually act as a “brake” of cell proliferation and thus counteract the activity of oncogenes. Thus, inactivation of tumor suppressor genes (eg, via mutations or elimination of growth inhibitory effects) can result in loss of growth control and cell proliferative diseases such as cancer can develop. Weinberg, 1994, CA Cancer J. Clin. 44: 160-170.
[0013]
Associated with tumor suppressor genes are genes whose products are associated with the control of apoptosis, rather than the regulation of cell growth, and these affect cell survival in the body. In normal cells, the monitoring system is believed to ensure that the growth regulatory mechanism is intact; if an abnormality is detected, the monitoring system switches on the suicide program that reaches its highest in apoptosis.
[0014]
Several genes involved in the apoptotic process have been described. See, for example, Collins and Lopez Rivas, 1993, TIBS 18: 307-308; Martin et al., 1994, TIBS 19: 26-30. Cells that are resistant to apoptosis have advantages over normal cells and tend to proliferate and occupy tissue over their normal counterparts. As a result, inactivation of genes involved in apoptosis can result in tumor progression and is actually an important step in tumor formation.
[0015]
Thus, nucleoprotein identification deals with two regions of interest. First, oncogenes are likely to be useful targets for the development of highly specific drugs for the treatment of cancer. Secondly, tumor suppressors and proteins that induce apoptosis may be useful as agents for the treatment of cancer.
[0016]
(Other cell localization locations)
Many of the remaining cellular localization locations are also associated with specific functions. For example, most metabolic enzymes are located in mitochondria. Lehninger, A.M. L. 1975, “Biochemistry”, Worth Publishers Inc. , New York. Thus, mitochondrial proteins may reveal targets for the treatment of metabolic diseases. The Golgi apparatus and ER are associated with post-translational processing of proteins; such processes are useful targets for the treatment of diseases associated with protein folding and glycosylation. Rademacher et al., 1988, Ann. Rev. Biochem. 57: 785-838.
[0017]
(Enzyme activity)
Specific enzyme activity can be an indicator of protein function. For example, kinases are frequently involved in signal transduction processes.
[0018]
(Construction)
Protein also indicates the function of the protein. In fact, proteins of similar structure often share certain functional properties. Thus, by identifying a protein having a structure that is related to the structure of a known protein having a particular function of interest, additional proteins having such functions can be identified.
[0019]
In general, a method is desired that allows pre-classification of proteins according to properties of interest (eg, location in cells, affinity for binding partners, enzyme activity, structure, etc.). Such methods make it possible to generate libraries of secreted proteins such as cytokines, membrane-bound proteins such as receptors, nucleoproteins such as transcription factors, mitochondrial proteins such as respiratory proteins, etc. . Furthermore, it is desirable to screen, isolate, and produce any product in mammalian cells in order to achieve an appropriate glycosylation pattern. Finally, the most preferred method further allows the identification and isolation of the protein of interest itself, rather than a partial DNA sequence.
[0020]
The present invention addresses this need. The present invention provides for the generation of an expression library that encodes polypeptides of predetermined characteristics, including but not limited to cell localization location, structure, enzymatic function, or affinity with other molecules. Methods and expression systems are provided. The methods and expression systems of the present invention allow the identification and isolation of nucleic acids encoding a novel protein of interest. The methods and expression systems further provide a powerful system for identifying receptor / ligand relationships that have not been elucidated so far. Since the provided method can be used in a wide variety of host cell systems, including mammalian systems, this method provides an expression product with an appropriate carbohydrate composition.
[0021]
(Summary of the Invention)
The present invention provides the following:
1. A method for identifying a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein having a desired property, comprising the following steps: a. Providing a composition comprising a plurality of eukaryotic host cells, wherein each host cell has an expression system comprising different members, each member comprising an exogenous protein operably linked to a regulatory element. Comprising a recombinant nucleic acid encoding; b. Culturing the eukaryotic host cell under conditions in which the exogenous protein is expressed but expression of the eukaryotic host cell is suppressed; and c. Identifying a member comprising a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein having the property of interest.
[0022]
2. Item 2. The method according to Item 1, wherein the characteristic is a predetermined cell localization position.
[0023]
3. Item 3. The method according to Item 2, wherein the predetermined cell localization position is an extracellular space.
[0024]
4). Item 3. The method according to Item 2, wherein the predetermined cell localization position is a cell membrane.
[0025]
5). Item 3. The method according to Item 2, wherein the predetermined cell localization position is selected from the group consisting of nucleus, lysosome, mitochondrion, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, peroxisome, endosome, and cytoplasm.
[0026]
6). Item 2. The method according to Item 1, wherein the property is binding affinity for a binding partner.
[0027]
7). Item 2. The method according to Item 1, wherein the property is enzyme activity.
[0028]
8). Item 2. The method according to Item 1, wherein the property is a structural property.
[0029]
9. Item 2. The method according to Item 1, wherein the exogenous protein is labeled, but expression of the endogenous protein is suppressed.
[0030]
10. Item 10. The method according to Item 9, wherein the exogenous protein is labeled with a marker selected from the group consisting of a radioactive marker and a spectroscopically detectable marker.
[0031]
11. Item 11. The method according to Item 10, wherein the radioactive marker is selected from the group consisting of a radioactive amino acid and a radioactive sugar.
[0032]
12 Item 2. The method of Item 1, wherein each of said members is expressed in a separate eukaryotic host cell.
[0033]
13. Item 10. The method according to Item 9, wherein the control element is derived from a virus.
[0034]
14 Item 14. The method according to Item 13, wherein the virus suppresses expression of an endogenous protein.
[0035]
15. Item 14. The method according to Item 13, wherein the virus is an alphavirus.
[0036]
16. Item 16. The method according to Item 15, wherein the alphavirus is selected from the group consisting of Sindbis virus, Semliki Forest virus, and Venezuelan equine encephalomyelitis virus.
[0037]
17. Item 14. The method according to Item 13, wherein the expression system further directs production of virus particles.
[0038]
18. Item 18. The method according to Item 17, further comprising the step of separating the virus particles from the exogenous protein.
[0039]
19. Item 19. The method according to Item 18, wherein the virus particle is separated from the exogenous protein via filtration, chromatography, or precipitation.
[0040]
20. Item 15. The method according to Item 14, wherein the control element lacks at least one function necessary for the growth of the virus.
[0041]
21. Item 21. The method according to Item 20, wherein the function necessary for the growth of the virus is provided through a helper function.
[0042]
22. Item 22. The method according to Item 21, wherein the helper function is provided by a virus packaging cell line or a helper virus particle.
[0043]
23. Item 2. The method according to Item 1, wherein the control element is derived from a virus capable of directing the expression of the nucleic acid encoding an exogenous protein, but suppressing the expression of the endogenous protein.
[0044]
24. Item 24. The method according to Item 23, wherein the expression of the endogenous protein is suppressed by inhibition of transcription or translation of a nucleic acid encoding the endogenous protein.
[0045]
25. The control element promotes transcription of the recombinant nucleic acid encoding the exogenous protein in the presence of an inhibitor of cellular RNA polymerase II, wherein in step b, the eukaryotic host cell is transformed into cellular RNA. Item 2. The method according to Item 1, wherein the cells are cultured in the presence of an effective amount of an inhibitor of polymerase II.
[0046]
26. 26. The method of paragraph 25, wherein the inhibitor is selected from the group consisting of actinomycin D, aflatoxin B1, and amatoxin.
[0047]
27. Item 18. The method according to Item 17, wherein the virus particles produce a solubilized viral protein, wherein production of the solubilized viral protein is reduced.
[0048]
28. Item 28. The method according to Item 27, wherein the production of the solubilized protein of the virus is reduced by the use of a protease inhibitor.
[0049]
29. Item 28. The method according to Item 27, wherein the production of the solubilized protein of the virus is reduced by the use of a mutant virus strain.
[0050]
30. 30. The method of paragraph 29, wherein the mutant virus strain is selected from the group consisting of temperature sensitive Sindbis mutants ts20, ts10, and ts23.
[0051]
31. Item 28. The method according to Item 27, wherein the production of the solubilized protein of the virus is reduced by the use of a cell line deficient in cleavage of the protein of the virus.
[0052]
32. Item 32. The method according to Item 31, wherein the cell line lacks cleavage of protein PE2 into E2 and E3.
[0053]
33. Item 2. The method according to Item 1, wherein the nucleic acid encoding an exogenous protein is derived from a nucleic acid library containing a plurality of different nucleic acids encoding a polypeptide.
[0054]
34. The method of paragraph 1, wherein the plurality of members are screened using physical separation of the eukaryotic host cell, wherein each of the host cells is one individual of the plurality of members. How to own a member.
[0055]
35. 35. The method of paragraph 34, wherein the physical separation is achieved by separation of the eukaryotic host cell in a semi-solid medium.
[0056]
36. The physical separation is achieved by placing eukaryotic host cells in separate compartments, wherein each compartment comprises a host cell carrying the same expression system as the plurality of expression systems. 34. The method according to 34.
[0057]
37. Item 2. The method according to Item 1, wherein the expression system is capable of autonomous replication.
[0058]
38. A method for identifying a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein having a desired property, comprising the following steps: a. Providing a composition comprising a plurality of eukaryotic host cells, wherein each host cell has an expression system comprising different members, each member comprising an exogenous protein operably linked to a regulatory element. Comprising a recombinant virus having a recombinant nucleic acid encoding; b. Culturing the eukaryotic host cell under conditions in which the exogenous protein is expressed; and c. Identifying a member comprising a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein having the property of interest.
[0059]
39. The method according to Item 38, wherein the characteristic is a predetermined cell localization position.
[0060]
40. Item 40. The method according to Item 39, wherein the predetermined cell localization position is an extracellular space.
[0061]
41. Item 40. The method according to Item 39, wherein the predetermined cell localization position is a cell membrane.
[0062]
42. 40. The method of paragraph 39, wherein the predetermined cell localization location is selected from the group consisting of nucleus, lysosome, mitochondrion, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, peroxisome, endosome, and cytoplasm.
[0063]
43. 40. The method of paragraph 38, wherein the property is binding affinity for a binding partner.
[0064]
44. Item 39. The method according to Item 38, wherein the property is enzyme activity.
[0065]
45. Item 39. The method according to Item 38, wherein the property is a structural property.
[0066]
46. 40. The method of paragraph 38, wherein the eukaryotic host cell is cultured under conditions in which the exogenous protein is expressed but expression of the endogenous protein of the eukaryotic host cell is suppressed.
[0067]
47. The method according to Item 38, wherein the exogenous protein is labeled, but the expression of the endogenous protein is suppressed.
[0068]
48. 48. The method of paragraph 47, wherein the exogenous protein is labeled with a marker selected from the group consisting of a radioactive marker and a spectroscopically detectable marker.
[0069]
49. 49. The method of paragraph 48, wherein the radioactive marker is selected from the group consisting of a radioactive amino acid and a radioactive sugar.
[0070]
50. 40. The method of paragraph 38, wherein each of said members is expressed in a separate eukaryotic host cell.
[0071]
51. Item 39. The method according to Item 38, wherein the virus suppresses the expression of an endogenous protein.
[0072]
52. Item 39. The method according to Item 38, wherein the virus is an alphavirus.
[0073]
53. 53. The method of paragraph 52, wherein the alphavirus is selected from the group consisting of Sindbis virus, Semliki Forest virus, and Venezuelan equine encephalomyelitis virus.
[0074]
54. 40. The method of paragraph 38, wherein the virus is further directed to the production of viral particles.
[0075]
55. 55. The method of paragraph 54, further comprising separating the viral particles from the exogenous protein.
[0076]
56. 56. The method of paragraph 55, wherein the viral particles are separated from the exogenous protein via filtration, chromatography, or precipitation.
[0077]
57. Item 52. The method according to Item 51, wherein the virus lacks at least one function required for propagation of the virus.
[0078]
58. 58. The method according to Item 57, wherein the function necessary for the propagation of the virus is provided via a helper function.
[0079]
59. 59. The method of paragraph 58, wherein the helper function is provided by a viral packaging cell line or a helper virus particle.
[0080]
60. 39. The method of paragraph 38, wherein the virus can direct the expression of the nucleic acid encoding an exogenous protein, but the expression of the endogenous protein is suppressed.
[0081]
61. Item 61. The method according to Item 60, wherein expression of the endogenous protein is suppressed by inhibition of transcription or translation of a nucleic acid encoding the endogenous protein.
[0082]
62. 55. The method of paragraph 54, wherein the viral particle produces a solubilized viral protein, wherein production of the solubilized viral protein is reduced.
[0083]
63. Item 63. The method according to Item 62, wherein the production of the solubilized protein of the virus is reduced by the use of a protease inhibitor.
[0084]
64. Item 63. The method according to Item 62, wherein the production of the solubilized protein of the virus is reduced by the use of a mutant virus strain.
[0085]
65. 65. The method of paragraph 64, wherein the mutant virus strain is selected from the group consisting of temperature sensitive Sindbis mutations ts20, ts10, and ts23.
[0086]
66. Item 63. The method according to Item 62, wherein the production of the solubilized protein of the virus is reduced by the use of a cell line deficient in cleavage of the protein of the virus.
[0087]
67. 70. The method of paragraph 66, wherein the cell line lacks cleavage of protein PE2 into E2 and E3.
[0088]
68. 39. The method of paragraph 38, wherein the nucleic acid encoding an exogenous protein is derived from a nucleic acid library containing a plurality of different nucleic acids encoding a polypeptide.
[0089]
69. 40. The method of paragraph 38, wherein the plurality of members are screened using physical separation of the eukaryotic host cell, wherein each of the host cells is one individual of the plurality of members. How to own a member.
[0090]
70. 70. The method of paragraph 69, wherein the physical separation is achieved by separation of the eukaryotic host cell in a semi-solid medium.
[0091]
71. The physical separation is achieved by placing eukaryotic host cells in separate compartments, wherein each compartment comprises a host cell carrying the same expression system as the plurality of expression systems. 69. The method according to 69.
[0092]
72. Item 39. The method according to Item 38, wherein the recombinant virus is capable of self-replication.
[0093]
73. A method for generating a gene expression library encoding a protein having a predetermined property of interest, comprising the following steps: a. Providing a composition comprising a plurality of eukaryotic host cells, wherein each host cell has an expression system comprising different members, each member comprising an exogenous protein operably linked to a regulatory element. Comprising a recombinant nucleic acid encoding; b. Culturing the eukaryotic host cell under conditions in which the exogenous protein is expressed but expression of the eukaryotic host cell is suppressed; and c. Identifying a member comprising a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein having the property of interest.
[0094]
74. Item 74. The method according to Item 73, wherein the nucleic acid encoding an exogenous protein is derived from a nucleic acid library including a plurality of nucleic acids encoding different polypeptides.
[0095]
75. 74. A gene expression library comprising a plurality of expression systems encoding proteins localized at predetermined cell localization positions, which is generated by the method according to Item 73.
[0096]
76. Item 76. The expression library according to Item 75, wherein the protein is a secreted protein.
[0097]
77. Item 76. The expression library according to Item 75, wherein the protein is a cell membrane-bound receptor.
[0098]
78. The expression library according to Item 75, wherein the cell localization position is selected from the group consisting of nucleus, lysosome, and mitochondria.
[0099]
79. 74. A library of exogenous proteins generated using the method according to Item 73.
[0100]
80. A nucleic acid library comprising a population of eukaryotic expression systems having a plurality of different members, each member comprising a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein operably linked to a control element, wherein the control A nucleic acid library, wherein an element directs the expression of the exogenous protein, but the expression of the endogenous protein in the eukaryotic host cell is suppressed.
[0101]
81. A method for generating a gene expression library encoding a protein having a predetermined property of interest, comprising the following steps: a. Providing a composition comprising a plurality of eukaryotic host cells, wherein each host cell has an expression system comprising different members, each member comprising an exogenous protein operably linked to a regulatory element. Comprising a recombinant virus having a recombinant nucleic acid encoding; b. Culturing the eukaryotic host cell under conditions in which the exogenous protein is expressed; and c. Identifying a member comprising a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein having the property of interest.
[0102]
82. 84. The method according to Item 81, wherein the nucleic acid encoding an exogenous protein is derived from a nucleic acid library containing a plurality of nucleic acids encoding different polypeptides.
[0103]
83. 82. A gene expression library comprising a plurality of expression systems encoding proteins that are localized at predetermined cell localization positions, and is generated by the method according to Item 81.
[0104]
84. 84. An expression library according to Item 83, wherein the protein is a secreted protein.
[0105]
85. 84. An expression library according to Item 83, wherein the protein is a cell membrane-bound receptor.
[0106]
86. 84. The expression library according to Item 83, wherein the cell localization position is selected from the group consisting of a nucleus, a lysosome, and a mitochondria.
[0107]
87. 84. A library of exogenous proteins generated using the method according to Item 81.
[0108]
88. A nucleic acid library comprising a population of eukaryotic expression systems having a plurality of different members, each member comprising a recombinant virus having a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein operably linked to a control element; Nucleic acid library.
[0109]
The present invention relates generally to the field of expressed gene technology and expression cloning. More particularly, the present invention includes predetermined properties, including but not limited to cellular localization, structure, enzyme function, and affinity with other molecules, and production of corresponding polypeptides. ) Identification, characterization and isolation of transcribed nucleic acid sequences encoding polypeptides having
[0110]
More particularly, the present invention relates to a method for identifying a nucleic acid encoding a protein having a predetermined property of interest. Such properties may include specific cellular localization locations, structures, enzyme functions, or affinity with other molecules. In one embodiment of the invention, a plurality of eukaryotic host cells are provided, wherein each host cell contains a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein, each member operably linked to a control element. Having an expression system comprising different members. In the second step, the eukaryotic host cell is cultured under conditions in which the exogenous protein is expressed while suppressing the expression of the endogenous protein in the eukaryotic host cell. In this time frame, the exogenous protein can be labeled as required or processed in a manner that allows discrimination from unprocessed exogenous protein. Finally, the expression system member (s) encoding the exogenous protein (s) having the desired properties are identified.
[0111]
In another aspect of the invention, a method for identifying a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein having a property of interest is achieved by providing a plurality of eukaryotic host cells, wherein each host The cell has an expression system that includes different members, and each member includes a recombinant virus having a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein operably linked to a regulatory element. The eukaryotic host cell is cultured to express an exogenous protein and to identify an expression system that expresses a recombinant nucleic acid encoding the exogenous protein having the desired properties. If necessary, the expression system can express exogenous proteins while suppressing endogenous protein production in eukaryotic host cells. Although any kind of recombinant eukaryotic virus can be used, a particularly advantageous virus is an alphavirus. Furthermore, exogenous proteins can be preferentially labeled or distinguished from endogenous proteins. The recombinant virus may be capable of directing and replicating the production of viral particles, or the recombinant virus may lack functions necessary for growth.
[0112]
The present invention also includes a method for generating a gene expression library encoding a protein having a predetermined property of interest. In one aspect, such a method provides a plurality of eukaryotic host cells, each host cell having an expression system that includes a different member, each member operably linked to a control element. A recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein, wherein the eukaryotic host cell is expressed under conditions for expressing the exogenous protein while suppressing expression of the endogenous protein of the eukaryotic host cell. Culturing as well as identifying a member that expresses a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein having the desired properties. In another aspect, the method provides a plurality of eukaryotic host cells, each host cell having an expression system that includes a different member, each member operably linked to a control element. A recombinant virus having a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein, a step of culturing the eukaryotic host cell to express the exogenous protein, and an exogenous protein having the desired properties Identifying a member that expresses the recombinant nucleic acid. The invention further encompasses libraries of proteins identified using such methods. Further, the present invention provides a eukaryotic organism comprising a plurality of members, each having a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein, operatively linked to a control element for expression in a eukaryotic host cell. A nucleic acid library having a population of expression systems. In one embodiment, the control element directs the expression of the exogenous protein while suppressing the expression of the endogenous protein in the eukaryotic host cell. In yet another embodiment, the control element is derived from a eukaryotic virus.
[0113]
(IV. Definition)
The terms used herein are generally as typically used in the art. The following terms, as used herein, are intended to have the following general meaning:
[0114]
The term “cellular localization location” refers to localization defined in the context of a cell, including the extracellular space and any defined intracellular compartment (including the nucleus, mitochondria, lysosome, Endoplasmic reticulum (ER), Golgi, cytoplasm, cell membrane, endocytotic or exocytotic vesicle, cytoskeleton, peroxisomes, and the like). In bacterial or plant cells, cell localization locations can further include cell walls and chloroplasts.
[0115]
The term “control element” refers to a nucleic acid component capable of directing the expression of a nucleic acid encoding an operably linked polypeptide. In general, a “control element” includes regulatory sequences required for transcription and / or translation of genetic information. The control element further includes a component that facilitates selective expression of the operably linked nucleic acid under the specified conditions or environment while suppressing the expression of the endogenous host protein. If desired, the “control element” can further include a component that facilitates packaging of the operably linked nucleic acids.
[0116]
The term “exogenous protein” refers to a protein encoded by a recombinant nucleic acid. When an “exogenous protein” is expressed in a cell, it is encoded by a recombinant nucleic acid introduced into the cell or its ancestors. In the expression system of the present invention, the nucleic acid encoding the exogenous protein is operably linked to a control element. In some circumstances, the exogenous protein can be the same protein that is endogenously produced by the cell.
[0117]
The term “virus” refers to an entity capable of introducing genetic information into a cell. Genetic information can be introduced in the form of RNA, DNA, or derivatives thereof. The cell can be eukaryotic or prokaryotic.
[0118]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(V. Detailed Description of the Invention)
(A. General overview of the present invention)
The present invention relates to a transcribed nucleic acid encoding a polypeptide having a predetermined property, including but not limited to a cellular localization location, structure, enzyme function, or affinity with other molecules. The present invention relates to methods and expression systems that allow for the rapid identification, characterization and isolation of sequences. The present invention relates to a unique exogenous protein of interest present in the system and all other “common” proteins, including endogenous cellular proteins and recombinant proteins that are permanent parts of the expression system. Based in part on the surprising discovery we have made of materials and compositions that allow identification. In general, the methods of the present invention use eukaryotic host cell systems. In this system, an expression system has been introduced for any further features according to the invention. Preferably, the expression system used has unique characteristics that allow the introduction of only one expression system per eukaryotic cell. Such a system has the advantage of allowing rapid one-step cloning of individual expressed sequences.
[0119]
The system described in more detail below has a number of advantages. First, the system of the present invention is an expression cloning system that makes it possible to direct the cloning of full-length cDNAs in one step. Secondly, this facilitates the rapid expression of the protein of interest without further cumbersome work like subcloning and production cell line establishment. Third, since the product can be expressed in mammalian cells, this system can be correctly folded, glycosylated and yield active substances. Fourth, this system allows for the rapid purification of materials without the obvious knowledge of protein properties. Fifth, this allows labeling of substances that facilitates rapid identification of the site of binding in any situation (including animals). Finally, this system directly provides a vector useful for gene transfer into cultured cells, tissues, or animals.
[0120]
In one aspect, the present invention discloses a method that allows the identification and isolation of new and known proteins having a predetermined property (eg, cellular location). More specifically, within a plurality of expression systems that encode unique exogenous proteins that are expressed in a suitable host cell system, the disclosed methods are those that encode the exogenous proteins located in the cell compartment of interest. Allows the expression system to be identified and isolated. This method, in one of its aspects, is a unique feature of the expression system used that allows high expression of the exogenous protein while suppressing the synthesis of the endogenous protein for a specific time frame. based on. During this time frame, if expressed exogenous proteins are treated with a particular detected method (eg, radiolabel), they can be easily identified within the selected cell fraction. Alternatively, all proteins expressed prior to a time frame in which synthesis of endogenous protein is suppressed can be processed in a manner that can be identified; in this case, such treatment while inhibiting endogenous protein expression. The exogenous protein that is expressed later can be identified by not exhibiting the characteristics resulting from the treatment.
[0121]
In one aspect, the methods of the invention can be used to identify and isolate individual expression systems that encode secreted proteins. During the time frame in which expression of the host cell system's endogenous protein is suppressed, the exogenous protein is labeled, for example, by incubation with radioactive amino acids. Subsequently, all secreted proteins are separated from the host cell containing the individual expression system. This separation is performed in a manner that allows the secreted protein fraction to be correlated with the host cell / expression system from which it is derived. For example, host cells containing individual expression systems can be grown in semi-solid medium (eg, soft agar at a concentration that allows physical separation of individual clones or colonies). If the secreted protein is separated from the cells, for example by a vertical diffusion process in a nitrocellulose filter (this can be achieved by placing the filter on top of a semi-solid medium), the secreted protein is Bind to the filter in a pattern that accurately reflects the physical distribution pattern of the host cells. Thus, these host cell / expression systems containing exogenous secreted proteins can be easily identified by the presence of a label in the fraction of secreted proteins.
[0122]
Similarly, this method can be applied to identify and isolate membrane associated proteins, nuclear proteins, mitochondrial proteins, lysosomal proteins, Golgi apparatus proteins, ER proteins, etc., as described in more detail herein. Briefly, the above principles can be applied with modifications to identify and isolate exogenous proteins localized at any other predetermined cellular location of interest. In addition, the methods and expression systems of the invention can be applied to identify and isolate nucleic acids encoding exogenous proteins having specific enzyme activity, binding affinity for binding partners, or structures of interest.
[0123]
In a second general aspect, the present invention provides a method that allows expression cloning of an exogenous protein encoding a given binding molecule and substrate (ligand) available. For example, to identify an unknown secreted ligand for a known receptor, the receptor protein is immobilized on a filter (eg, nitrocellulose) in a manner that saturates the protein (ie, no longer binds any protein molecule). Can do. Multiple expression systems prepared using expressed nucleic acids from sources known to express receptor ligands, which can be determined using standard methods, are provided. Expression systems can also be introduced into suitable host cells in a manner that can be physically separated in a identifiable manner, such as by growing the cells in an individual expression system, eg, in a semi-solid medium. And expressed. Similarly, as described for the identification of expression systems containing secreted proteins, exogenous proteins are labeled within a time frame during which expression of the endogenous protein is suppressed. Subsequently, the secreted protein is transferred to a nitrocellulose filter saturated with receptor protein. Since all binding sites on the filter are saturated with protein (see above), only ligands bound to the receptor can adhere to the filter. The exogenous protein corresponding to the ligand of the receptor can be identified due to its label and correlated with the expression system derived therefrom. Thus, when a receptor for a given ligand is cloned and binding of this labeled ligand to the host cell is detected, the labeled ligand is subjected to a host cell containing multiple expression systems, and the host cell Binding of this labeled ligand to is detected. Individual expression systems that produce ligand binding can be isolated.
[0124]
One advantage provided by the expression system provided by the present invention is that the expression system can be introduced and expressed in a wide variety of host cells. Thus, expression cloning of receptors and ligands can be performed in certain host cell systems that are the same as or related to those derived from receptors and ligands. This is a valuable feature, especially in light of the significance of glycosylation patterns that are known to be species dependent and can affect receptor ligand binding.
[0125]
(B. Process for identification and isolation of proteins with predetermined properties)
1. Expression system
One important component for the methods provided by the present invention is an expression vector having a number of features. To practice the methods of the present invention, one or more unique expression systems are generated and introduced into eukaryotic host cells, whereby each cell generally contains a unique type of expression system. Bring a collective. However, it is understood that this population of host cells can include several cells having the same expression system.
[0126]
In general, the expression systems provided by the present invention are nucleic acid molecules that contain two important elements. First, it contains a control element; second, it contains a heterologous nucleic acid that encodes a recombinant protein termed “exogenous protein”, which is operably linked to the control element. .
[0127]
(Control element)
In the most basic form, control elements include components that facilitate transcription and translation of exogenous proteins. Preferably, the control element is also or comprises a component that promotes the selective expression of the expressed protein while suppressing the expression of the endogenous protein in the host under certain circumstances. The control element may further comprise additional components as detailed below.
[0128]
Control elements useful in the practice of the present invention can be derived from a number of sources. Typically, the control element is derived from a virus. Various viral regulatory elements have been described that can direct expression in eukaryotic cells. Particularly preferred regulatory elements may further promote nucleic acid expression in eukaryotic cells while inhibiting endogenous protein expression under certain circumstances. Both such viral control elements have been described and those not yet discovered are within the scope of the present invention.
[0129]
Viruses of the RNA virus group are preferred vectors for the present invention. The most preferred viruses of the group of alphaviruses are used as viral vectors. Because they have the ability to block host protein synthesis itself. Examples of suitable alphaviruses are Sindbis virus, Semliki Forest virus, or Venezuelan equine encephalitis virus. Various alphavirus-derived control elements have been described. In particular, Liljeström and Garoff, 1991, Biotechnology 9: 356-361; Hahn et al., 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 2679-2683; Bredenbeek, 1993, J. MoI. Virol. 67: 6439-6446.
[0130]
Alphaviruses are positive strand RNA viruses of the Togaviridae family. Strauss et al., 1994, Microbiological Reviews, pages 491-562. Alphaviruses can function in a wide range of host cells, which are mammals, birds, amphibians, reptiles, and insects. The genome of the alphavirus contains elements that can direct the expression of the protein encoded by the nucleic acid of the genomic virus.
[0131]
Expression of the protein encoded by the alphavirus genome is independent of the expression of the protein encoded by the host cell genome. Transcription of cellular genes can be stopped without apparently affecting the expression of the virus-encoded nucleic acid. Furthermore, it has been found that expression of alphavirus viral genomes in cells results in inhibition of translation of cellular messenger RNA molecules. Frolov et al., 1994, J. MoI. Virol. 68: 1721-1727. This feature of protein expression in alphavirus-mediated cells is particularly useful in the practice of the present invention.
[0132]
Recombinant nucleic acid can be inserted into a site in the genome downstream of a second subgenomic promoter or another genetic element, which can lead to the expression of exogenous nucleic acids, eg, multiple double subgenomic vectors of the alphavirus group Is provided. Hahn et al., PNAS, 89: 2679-2683. For example, it is well known that the internal ribosome entry site is functional in the Sindbis virus background. RNA molecules that contain a viral internal ribosome entry site upstream of a resistance gene (eg, a neomycin resistance gene) in the cytoplasm are sufficient to survive selection using G418. Thus, the viral internal ribosome entry site is sufficient for translation. Also, many sites in the genome are functional for the expression of exogenous nucleic acids. A Sindbis virus vector containing a second subgenomic promoter / expression cassette upstream or downstream of the structural gene has been engineered. Frolov et al., 1996, PNAS, 93: 11371-11377. Furthermore, for increased cloning capacity and enhanced vector safety, structural proteins can be supplied by helper functions provided by either packaging cell lines or helper virus particles. Bredenbeek et al., 1993, J. MoI. Virol. 6433-6446. Removing structural proteins from the replicon increases the cloning capacity of the vector used, which is advantageous for the cloning of large secreted and glycoproteins. See below. As pointed out with these examples, many modifications of the gene arrangement are possible within the scope of the present invention.
[0133]
Although alphavirus regulatory elements are most preferred, a number of other viral regulatory elements can be used that meet the criteria of synthesis that can result in protein synthesis under viral control when host cell protein synthesis stops. In accordance with the present invention, various methods can be applied to separate viral protein synthesis from host cell protein synthesis. For example, all eukaryotic genes that encode proteins are transcribed by RNA polymerase II. Thus, if control elements that do not use RNA polymerase II for transcription are used, host protein synthesis can be selectively inhibited using RNA polymerase II inhibitors; inhibition of transcription also results in inhibition of translation. Lead.
[0134]
A variety of other RNA polymerase II specific inhibitors have been described and are useful for the practice of this embodiment of the invention. Those skilled in the art will readily understand which RNA polymerase II specific inhibitors should be used. For example, antibiotics have been demonstrated as useful for such inhibition. Such antibiotics are, for example, actinomycin D, aflatoxin B1, amatoxin, which are useful for the practice of this embodiment of the invention.
[0135]
In another embodiment of the invention, the control element can be derived from a prokaryotic cell. In that case, the expression system also includes a gene encoding a bacterial RNA polymerase. Host transcription can then also be selectively inhibited using RNA polymerase II inhibitors such as actinomycin D, aflatoxin B1, amatoxin. Those skilled in the art will readily understand which control elements to use in the practice of the present invention.
[0136]
In yet another embodiment of the invention, control elements derived from eukaryotic systems can be used in the expression system of the invention. For example, a promoter or enhancer element specific for RNA polymerase I or III can be used as a control element. This makes the expression of the nucleic acid encoding the exogenous protein dependent on RNA polymerase I or III, but not on RNA polymerase II. It has been demonstrated that genes encoding proteins in eukaryotic host cells are transcribed by RNA polymerase II, and only RNA polymerase II is thought to be responsible for such transcription in the art. Thus, in the practice of this embodiment, RNA polymerase II-dependent, for example, by adding an RNA polymerase II-specific inhibitor and thus inhibiting the expression of the endogenous protein without such effects on the expression of the exogenous protein. It can inhibit sexual transcription.
[0137]
(Nucleic acid encoding exogenous protein)
As indicated above, the expression system of the present invention includes, in addition to the regulatory element, a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein that is operably linked to the regulatory element. The recombinant nucleic acid can be derived from any source (ie, any organism, tissue or cell type, disease state, etc.). In one embodiment of the invention, multiple different nucleic acids are inserted into multiple expression systems, resulting in multiple expression systems, each encoding a unique exogenous protein. Alternatively, a single known or unknown nucleic acid of interest encoding one particular exogenous protein to be characterized can be inserted into the expression system.
[0138]
In one embodiment of the invention, the nucleic acid component encoding the exogenous protein can be derived from a nucleic acid library. This embodiment is particularly preferred when aiming at identifying and isolating nucleic acids encoding exogenous proteins of interest and having predetermined properties. The library can be obtained from the tissue or cell type of interest. This library can be a cDNA library, genomic library, RNA library, heterologous RNA library or any other containing transcribed nucleic acid from any type of organism, tissue, or cell type known to those skilled in the art. Can be any kind of library. In preferred embodiments, the library is derived from a mammalian source, and in the most preferred embodiment forms a human source, but is also derived from reptiles, amphibians, birds, insects, plants, fungi, bacterial cells, etc. Can do. In some examples, the recombinant nucleic acid is derived from a subtractive library, eg, a library containing cDNA that is differentially expressed in a disease state when compared to the corresponding healthy tissue. A nucleic acid library typically includes a number of different nucleic acid species, each species having a different nucleic acid sequence when compared to other species in the library. The number, or complexity, of nucleic acid species in the library can vary widely depending on the number of parameters. For example, in the case of a cDNA library, the complexity of the library depends on the complexity of the RNA pool used to generate the cDNA library. Suitable nucleic acid libraries can be generated using standard methods, particularly Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition. , Cold Spring Harbor (1989). Alternatively, suitable libraries can be obtained from a number of commercial sources, including but not limited to Clontech, Palo Alto, California; and Stratagene, La Jolla, California.
[0139]
If necessary, a gene library is obtained from E. coli. E. coli, phage, yeast, etc.
[0140]
Alternatively, the nucleic acid encoding the exogenous protein can be derived from mRNA isolated from the tissue or cell type of interest. In this case, the mRNA is reverse transcribed into cDNA. Many methods are known for the preparation of cDNA, starting with cellular mRNA or preferably mRNA. Most preferably directed cDNAs are generated that can be inserted into a viral vector such that the clone has an insert in the sense direction. For example, Stratagene provides several kits for the generation of directed cDNAs (λZAP cDNA kit). In addition, standard protocols for the generation of cDNA are available, and in particular, Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition. , Cold Spring Harbor (1989).
[0141]
In another embodiment of the invention, the nucleic acid encoding the exogenous protein is the specific and specific nucleic acid of interest. The expression system thus generated is particularly useful for characterizing the particular nucleic acid or protein of interest. This is because it conveniently allows the protein encoded by the nucleic acid molecule to determine where it is located in the cell, thereby revealing important information about the function of this protein to those skilled in the art. .
[0142]
The nucleic acid of interest can be DNA or RNA. Whether the nucleic acid is available as DNA or RNA, it can easily be used in a control element as part of the expression system of the present invention. Once a person skilled in the art selects a control element that is useful for the method of the invention, only routine experimentation using the nucleic acid of interest with this control element is required.
[0143]
For example, if the nucleic acid of interest is available in the form of RNA and the control element of choice is available in the form of DNA, the nucleic acid of interest is converted to DNA using a routine reverse transcription assay. obtain. Control elements can also be replaced with RNA by use of routine transcription assays. After either conversion, the resulting two DNA or RNA molecules can be ligated together using a routine DNA ligase assay or RNA ligase assay. Finally, the resulting expression system comprising the nucleic acid of interest and the combined control elements can then be used in the present invention. Similar to the above example, if the nucleic acid of interest is available in the form of DNA and the control element is in the form of RNA, any routine transformation method can be applied followed by appropriate routine A ligase method can be applied. One skilled in the art will readily know which procedure of transcription, reverse transcription or ligation will be performed next to practice the present invention.
[0144]
Alternatively, the nucleic acid of interest can be any kind of DNA. This includes, but is not limited to, complementary DNA ("cDNA"), genomic DNA, cDNA engineered to include additional nucleic acid molecules, or any other species of DNA. Any species of DNA can be used in the methods of the invention. Any species of DNA can be ligated to the control element molecule by using routine ligation assays. The expression of genomic DNA is well within the scope of the present invention. Because the use of eukaryotic cell types facilitates the necessary processing of heterologous RNA molecules generated through transcription of genomic DNA and produces messenger RNA that is useful for cellular protein synthesis.
[0145]
If the nucleic acid encoding the exogenous protein is from a cDNA library or RNA or any other source, it can be incorporated into the expression system using standard procedures. Such incorporation can be facilitated, for example, by DNA or RNA ligation procedures to connect library nucleic acid molecules with regulatory element molecules.
[0146]
In addition, different methods of assembling cDNA or RNA and viral vectors are available. Standard ligation of nucleic acids as DNA is the preferred method for performing the assembly process. Of course, other methods are also suitable (eg, RNA molecules can be ligated using a T4 RNA ligase enzyme). Many standard methods are available and are described, for example, in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition. , Cold Spring Harbor (1989).
[0147]
(Viral growth)
When using virus-derived control elements in the practice of the present invention, it may be necessary to propagate the virus in order to have an expression system available for future experimental methods. Virus propagation requires the availability of specific molecular components that facilitate the assembly of virus particles. In the case of proteins, some molecular components must typically be encoded by nucleic acids of the viral genome, depending on the particular virus. However, this does not allow an unlimited number of nucleic acid molecules to be added to the viral genome while maintaining the ability of the resulting derivative of the viral genome to be packaged into a viral particle.
[0148]
Therefore, when attempting to maximize the size of the nucleic acid of interest that can be integrated into the viral genome for characterization in the methods of the invention, deleting the nucleic acid molecule found in the wild-type viral genomic genome of that genome is necessary. However, such a deletion makes it impossible for the resulting expression system to propagate the virus from which the control element is derived.
[0149]
However, this problem can be overcome by the use of helper functions that provide the components required for virus propagation. In one embodiment of the invention, such helper functions can be provided by the use of helper nucleic acids. The helper nucleic acid can be a defective helper RNA as used, for example, for alphavirus-based expression systems to facilitate alphavirus growth.
[0150]
In another embodiment of the invention, such helper functions can be provided through a packaging cell line. A packaging cell line encodes in its genome the components necessary for viral propagation normally encoded by the viral genome, but is deleted for purposes of cloning utility. Therefore, these components are expressed in the cell line used in the method of the invention and facilitate viral growth.
[0151]
The production of such packaging cell lines is well within the knowledge of one skilled in the art by using routine experimentation. For example, depending on the virus selected for the practice of the present invention, the exact same nucleotide sequence deleted from the viral genome can be obtained, facilitating high level expression of the nucleic acid in the selected cell line. It can be linked to a control element known to do and the resulting nucleic acid can be transfected into a cell line. Examples of such vectors are provided below. Specifically, the vector 987BBneo (SEQ ID NO: 2) can be transfected into BHK21 cells by the Ca-phosphate method and 200 mg / l G418 can be subsequently selected according to known methods. For example, this can be further facilitated by the use of standard screening procedures for the establishment of cell lines with new properties, such as screening for the presence of markers that provide resistance to specific toxins. . Such markers (eg, neomycin resistance genes that confer resistance to neomycin selection in cells) include nucleic acid molecules that encode components required for viral growth and regulatory elements that are specific for the selected cell line. It can be included in an expression system.
[0152]
2. Introduction of expression system into host cells
An expression system, or a plurality of unique expression systems, typically including a library insert encoding an exogenous protein, is introduced into a suitable eukaryotic host cell. In this manner, a plurality of eukaryotic host cells can be provided, where each host cell has an expression system comprising a different member. Of course, in this population there may be multiple host cells containing the same member. Host cells can be from any type of organism, depending on the suitability of the expression system. Preferably, the host cell is the same or associated with a cellular source of recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein, which in a preferred embodiment is a mammal.
[0153]
Introduction of expression systems into eukaryotic host cells can be performed using a number of different well-known procedures. CaPo Four Transfection using polyethyleneimine, lipofection, electroporation is a small number of available techniques for introducing nucleic acids into animal cells. An RNA molecule containing a viral endogenous ribosome entry site upstream of a resistance gene in the cytoplasm (eg, a neomycin resistance gene) is sufficient to survive selection at G418. Therefore, the viral endogenous ribosome entry site is sufficient for translation. The advantages of alphaviruses have been reported in their wide host range (infection of mammals, insects, birds, amphibians, and reptile cells from a variety of different tissues) and different degrees of transformation. Cells containing exogenous viral nucleic acid can be used to generate viral particles that can be collected from the supernatant or by cell lysis. Alternatively, cells containing exogenous nucleic acid can be used to induce plaque formation in feeder cultures.
[0154]
3. Screening process for the identification and isolation of exogenous proteins with predetermined properties
In order to facilitate screening for individual exogenous proteins, physical separation of different viral clones is possible and viral particles and / or viral proteins can be isolated from the exogenous novel secreted protein or glycoprotein of interest. A cell culture is provided that allows physical separation.
[0155]
In accordance with the present invention, detection of clones that secrete novel radiolabeled proteins or glycoproteins can be performed in a variety of ways. Physical separation of viral clones can be achieved, for example, by plaque formation in a semi-solid medium consisting of normal culture medium containing agarose or carboxymethylcellulose (similar to phage screening). Alternatively, single virus particles (isolated by limited dilution) or plaque purified clones can be seeded, for example, in 96 well plates containing animal cells. The addition of a single cell to the feeder layer of a 96 well plate infects a single clone of cells. Other methods of physical isolation of viral clones can be performed without exceeding the scope of the present invention.
[0156]
(Blocking of residual host protein synthesis)
If selective labeling of virally encoded exogenous protein is desired, host cell protein synthesis must be silent. In accordance with the present invention, several methods can be used to inhibit cellular protein synthesis. Since viruses completely block cellular protein synthesis (see above), this problem is addressed by using the alphavirus family of viruses. Alternatively, if other viruses are used, depending on the control elements used (see above), host cell specific RNA polymerase II transcription and translation can be as actinomycin D, aflatoxin B1, amatoxin Can be specifically suppressed by the addition of various drugs. Even when all cells are not subject to viral replication, the rest of the cells can be stopped transcription / translation with this material. Condrey et al., 1988, J. Am. Virol, 62: 2629-2635.
[0157]
(Labeling process)
In a preferred embodiment of the present invention, the exogenous protein expressed by the expression system is in a time frame period (in this period, the expression of the endogenous protein is suppressed, but the exogenous protein is expressed). Can be made distinguishable from the endogenous protein of the host cell system. For example, a pulse of radiolabeled amino acid of appropriate length and intensity can be applied so that sufficient radioprotein can be recovered from the clone for detection. This system can vary in at least three dimensions (ie (1) pulse length, (2) pulse intensity, and (3) plaque site).
[0158]
At an appropriate time after infection, sufficient cells will produce viral replication and express viral encoded proteins and RNA polymerase II transcription and / or translational repression will be complete. Added to the culture. Of course, many different combinations are suitable, such as pulse-chase time, different plaque sizes, isotope selection, autoradiographic aspects (phosphoimagers for X-ray film), etc. Examples of suitable combinations of labeling time, isotope, concentration, etc. are given in the examples. The application of radioactive amino acids can be performed as a pulse with a subsequent chase period. Other schemes are appropriate (eg, continuous incorporation of radioactive amino acids). Under certain conditions where the protein can be precipitated and therefore removed, the monomeric amino acids do not precipitate. Suitable isotopes are any 20 natural amino acids, 35 S, Three H, 14 C. Alternatively, the endogenous protein can be processed in such a way that it can be distinguished from the newly synthesized exogenous protein. The treatment of the present invention includes 1) removal of sialic acid residues from the cell surface with sialidase. New membrane proteins being synthesized from exogenous expression systems exhibit sialic acid residues on the cell surface that allow detection, and 2) proteolytic digestion of endogenous proteins (eg, on the cell surface). Other methods are possible and within the scope of the present invention.
[0159]
(Soluble virus protein)
When using expression systems for viral-derived control elements, including viral proteins, one may encounter problems with soluble viral proteins that are expressed when exogenous proteins are expressed. This problem can be of varying degrees. For example, when using screening methods based on semi-solid media (eg, soft agar plates), such soluble viral proteins can bind to membranes designed to bind exogenous proteins.
[0160]
In one embodiment of the invention, such soluble viral proteins are screened for the desired exogenous protein by using a filter that can bind or stop the flow of such soluble viral proteins. Blocked from interfering. In another embodiment, antibodies specific for soluble viral proteins are attached to such filter paper so that the soluble viral proteins bind. Various filter papers have been described that are useful for binding or stopping the flow of soluble viral proteins. One skilled in the art will readily know which filter should be used for the practice of the present invention. It is also well within the knowledge of those skilled in the art to attach to such a filter an antibody that is specific for soluble viral proteins. In another embodiment of the invention, the antibody is cross-linked with semi-solid medium (eg, NuFix Agarose, FMC Bioproducts Rockland USA, which prevents interference between the screen and viral proteins).
[0161]
In another embodiment of the invention, the production of soluble viral protein is reduced by the use of serum-containing media. Any amount of reduction is desired, preferably to a level that allows detection of the secreted protein of interest in the viral protein background. Yet another way to reduce the production of soluble viral proteins is by the use of protease inhibitors or inhibitors. An example of the use of a protease inhibitor to reduce the amount of soluble viral protein is illustrated below as a practical example. Any one or more protease inhibitors may be used and are well known to those skilled in the art.
[0162]
In another embodiment of the invention, the production of soluble viral proteins is reduced by the use of an expression system that includes mutant virus-based control elements. Various mutant virus strains useful for this embodiment of the invention have been described.
[0163]
One skilled in the art readily knows which mutant virus strain should be used for this embodiment. For example, mutant virus strains of the genus Alphavirus have been described as useful for the practice of this embodiment of the invention. Mutant Sindbis virus strains that are useful for the practice of this embodiment of the invention have, for example, ts20, ts10, and ts23 genotypes (Lindquist et al., 1986, Virology, 151: 10-20; Arias et al., 1983). J. Mol. Biol., 168: 87-102; Carleton and Brown, 1996, J. Virol., 70: 952-959). Such temperature sensitive virus mutants are defective in the cleavage of PE2 (ts20) and defective in the folding of E1 (ts10; ts23). As a result, viral proteins do not reach the cell surface at non-permissive temperatures. Soluble protein leakage is reduced by the use of these variants.
[0164]
In another embodiment of the invention, production of soluble viral proteins is reduced using cell lines that lack proteolysis of the viral proteins in the methods of the invention. Various cell lines have been described that lack proteolysis of viral proteins. Watson et al., 1991, J, Virol. 65: 2332-2339.
[0165]
One skilled in the art readily knows which cell lines are cell lines that lack proteolysis of the viral protein. Cell lines that are useful for practice in this embodiment of the invention lack the proteolytic cleavage of the viral protein used in the methods of the invention. For example, when using alphaviruses in the practice of the present invention, the described cell lines that lack the cleavage of viral proteins PE2 to E2 and E3 may be useful.
[0166]
More specific screening processes of the present invention are illustrated below.
[0167]
(Compartment screening)
For one embodiment of the present invention, host cells containing unique expression systems encoding exogenous proteins can be screened by placing them in a separate compartment. For example, individual cells are physically picked up and placed in a separate compartment, eg, one well in a 96 well plate. Of course, if desired, multiple cells can be placed in compartments or wells to facilitate screening of cells in the group. Alternatively, viral particles are diluted to 1 pfu per compartment to induce monoclones.
[0168]
(Semi-solid medium screening)
In another embodiment of the invention, the cells used in the methods of the invention can be isolated by growing them in soft agar. For example, cells can be transfected with expression system nucleic acids and then developed on plates in semi-solid medium (ie, soft agar). This soft or semi-solid medium can consist of a normal growth medium containing, for example, agarose or carboxymethylcellulose. Alternatively, confluent layers of cells are infected with viral (eg, alphavirus) plaques with a MOI that allows growth to a size of 1-3 mm. Three hours after infection, the virus solution is removed and replaced with semi-solid medium. This semi-solid medium inhibits the spread of virus particles and allows plaque formation. Other methods of maintaining cells in semi-solid media known to those skilled in the art are also within the scope of the present invention.
[0169]
Once plated on soft agar or semi-solid media, host cells can be screened. This makes it possible to reduce the lateral diffusion of the substance on the plate, thus reducing the cross-contamination of various cells or viruses including expression systems that express different exogenous proteins. Furthermore, this experimental setting allows the influx of proteins secreted by the cells (eg extracellular proteins encoded by the nucleic acid of interest) from the cells into a filter that can bind such proteins. Filters that are useful for protein binding are, for example, nitrocellulose filters and PVDF or nylon membranes.
[0170]
Once the exogenous proteins are bound to the filter, they can be screened by different methods known to those skilled in the art. In one embodiment of the invention, exogenous proteins are selectively labeled to determine their position on the filter (see above). For example, by exposing the filter to the film, the film will have a dark spot where it will be juxtaposed to the spot of the filter bound labeled exogenous protein once developed. When using normal displays, one skilled in the art can correlate each spot on the film to an area on the soft agar plate. Thus, cells expressing exogenous proteins that occur in spots on the film can be located. Thus, specific expression systems comprising nucleic acids encoding exogenous proteins that are secreted and occur in spots on the film can also be located.
[0171]
In another embodiment of the invention, filters with exogenous proteins bound may be screened by exposing the filter to a ligand. For example, one method selected may be to expose a filter with bound exogenous protein to a labeled lectin, thereby screening for secreted glycoproteins. Alternatively, for example, the filter can be screened with antibodies specific for a particular post-translational modification (such as a sugar moiety). In addition, antibodies specific for the particular protein of interest can be used.
[0172]
In addition, this system facilitates easy separation of viral particles from exogenous proteins. Separation can be achieved, for example, by the use of different filter papers (ie, those that bind to the virus particles or stop the flow of virus particles, but do not bind to exogenous proteins, nor do they stop the flow). This additional filter paper can be placed under a filter that binds the exogenous protein. Therefore, the virus particles do not reach the filter paper that binds the exogenous protein.
[0173]
The filter can be made more effective, for example, by attaching an antibody against the soluble viral protein to a filter that binds the soluble viral protein but not the exogenous protein.
[0174]
(Detection and isolation of secreted proteins)
In a preferred embodiment of the invention, the sample is prepared for detection of secreted radioactive protein and detection of radioactivity versus background.
[0175]
Depending on the method of physical separation of the selected clones, different modes of detection of secreted or glycoproteins can be applied. For example, if a single clone is inoculated into a microtiter plate, precipitation of secreted radioactive protein or glycoprotein in the supernatant can be performed using, for example, the TCA method (Ma et al., 1994, Cancer). Chemother. Pharmacol.38 (4): 391-394). If physical separation of the clones was achieved using a semi-solid growth medium, then the membrane that captured the secreted radioactive protein or glycoprotein is washed and prepared for autoradiography. Many different commercially available membranes or filters are useful as tracer membranes. Proteins captured at the membrane need to be bound so that clones secreting radioactive protein can be detected. Several different washing procedures can be applied to link the precipitated protein to the membrane and remove unincorporated radioactive amino acids. Several methods are suitable for autoradiography, including exposure to X-ray film with and without sensitizers and phosphorescence imaging.
[0176]
(Ligand selection)
In another embodiment of the invention, cells containing expression systems that express different exogenous proteins can be separated by ligand recognition. For example, in the case of screening for nucleic acids of interest that encode receptor molecules on cell membranes, ligands that can recognize such receptors can be used to screen for cells that express such receptors. This screening can be performed, for example, by attaching a ligand to the solid support and exposing cells expressing the protein of interest to the ligand on the solid support. By binding cells that express the membrane receptor molecule of interest, cells that express such receptors can be separated from cells that do not express such receptors.
[0177]
In one embodiment of the invention, the ligand can be a protein. In another embodiment, the ligand can be an antibody. In yet another embodiment, the ligand can be a lectin. In a further embodiment, the ligand can be a non-protein. The choice of ligand depends on the protein selected for it. Numerous ligands have been described that can bind proteins based on peptide backbones, post-translational modifications, or other criteria. Those skilled in the art will readily know which ligands are useful for the practice of this embodiment of the invention.
[0178]
In another embodiment of the invention, the ligand is bound to a solid support. Various solid supports useful for the practice of this embodiment have been described. For example, the ligand can be bound to a plate to which cells expressing exogenous protein are added. Once placed on the plate to which the ligand is bound, the cell binds to the ligand if the cell expresses a membrane protein that recognizes the ligand. Cells bound to the ligand will therefore remain on the plate when a wash solution is added to remove cells that do not bind the ligand. In this way, cells expressing membrane receptors that bind the ligand are removed from cells that do not. Consequently, this is a quick and simple method for identifying membrane receptors and the nucleic acids that encode them. Since membrane receptors are major targets for drug development, this embodiment of the invention is very useful for pharmaceutical research and drug discovery.
[0179]
(Membrane protein selection)
In another embodiment of the invention, cells expressing an exogenous protein based on an exogenous protein that is a membrane protein having an extracellular domain may be selected. For example, exogenous protein can be expressed in the cell, while expression of endogenous protein is inhibited, or using an expression system, the manipulation inhibits expression of endogenous protein (see above). thing).
[0180]
This setup can be used, for example, to protease treat cells after inhibition of endogenous protein expression has occurred (but exogenous protein expression still continues). After extracellular proteinaceous protrusions (ie, cell membrane receptors, etc.) are removed from the cell surface, the expression of exogenous proteins can replenish such protrusions. However, such recruitment occurs only when the exogenous protein expressed in a particular cell is a membrane receptor molecule.
[0181]
Therefore, in this process, only cells that contain an expression system that encodes a membrane receptor molecule have an extracellular proteinaceous overhang. Such overhangs are used to bind cells to any structure that binds to the protein, whether such binding is specific or non-specific with respect to the structure of the binding protein. Can be done. Cells that bind to such protein binding structures can then be further analyzed, for example, with respect to the sequence of the nucleic acid encoding the exogenous protein. Various structures for binding proteins have been described and are well known to those skilled in the art. For example, nitrocellulose, PVDF or nylon filters can be used in this embodiment as protein binding structures. Other structures that bind to proteins known to those skilled in the art are also within the scope of the present invention.
[0182]
(Membrane glycoprotein screening)
In one embodiment of the invention, cell membrane glycoproteins are identified using the methods of the invention. In order to facilitate the identification of cell membrane glycoproteins, various methods have been described that are useful in practicing this embodiment of the invention. For example, the chemical reactivity of cell surface sugar residues may be altered, thereby facilitating specific recognition and identification of such sugar residues. One useful method for such modification of chemical reactivity is, for example, the introduction of reactive ketone groups into cell surface oligosaccharides. Mahal et al., 1997, Science 276: 1125-1128. In this method, a new chemically reactive group is introduced into a cell surface glycoprotein. When this method is applied under conditions such that the exogenous protein is expressed in the method of the invention, while the expression of the endogenous protein is inhibited, the exogenous protein preferably incorporates a reactive group, thereby exogenous. Facilitates protein recognition. Other methods known to those skilled in the art are useful in the practice of this embodiment of the invention and are also within the scope of the invention.
[0183]
In another embodiment of the invention, membrane glycoproteins are identified using the methods of the invention through selective glycosylation of such membrane glycoproteins. Various methods for selectively glycosylating membrane proteins are known and within the scope of the present invention. For example, all sialic acid residues on the cell surface can first be removed by the use of an enzyme that exhibits sialidase activity. After such removal, the method of the present invention is used to express exogenous protein in the cell, while endogenous protein expression is inhibited. Thereby, the exogenous protein is preferably transported to the cell surface in a sialylated form, facilitating its improved identification.
[0184]
(Screening for proteins localized in other cellular fractions of interest)
In one embodiment, the present invention provides a general approach that can be used to identify expression systems that include nucleic acids encoding exogenous proteins that are localized to any cell location of interest. A host cell with an expression system that contains a unique nucleic acid encoding an exogenous protein is provided in a manner that allows physical separation of each host cell, including the individual expression system. Preferably, the expression system includes a viral control element. Most preferably, the host cell / expression system allows viral particles comprising the expression system to be released from the host cell.
[0185]
For example, host cells can be plated on semi-solid media. Initially, a filter capable of binding virus particles is placed on a semi-solid medium under conditions and at times that allow virus particles to be captured on the filter. Those skilled in the art will readily know what filters may be useful in the production of this embodiment of the invention. For example, the filter can be a nitrocellulose filter. The first filter with virus particles associated with the filter is processed in a manner that facilitates recovery of infectious virus particles containing the expression system. Subsequently, the host cells in the semi-solid medium are exposed to a composition that allows for the labeling of the expressed exogenous protein and the expression of the endogenous protein is inhibited. For example, exogenous proteins can be labeled with radioactive amino acids, while endogenous protein expression is suppressed. In the next step, the host cells in the semi-solid medium are those that allow recovery of the desired intracellular fraction / intracellular compartment and / or allow recovery of the desired intracellular fraction / intracellular compartment. Prepare the conditions to do. The person skilled in the art knows, under consideration, what conditions are appropriate depending on the intracellular compartment / fraction. In the next step, a second filter is placed on the semi-solid medium that has bound to it, for example, an antibody against a specific structure contained within the intracellular fraction of interest. It is important that the filter is saturated (ie does not allow any further molecules to bind to its surface). The second filter is placed under conditions and for such time to allow the cell compartment of interest to adhere. For example, if the cell component of interest is in the nucleus, antibodies against nuclear membrane surface proteins are attached to the filter. In another compartment, a corresponding method is used. Thus, the second filter constitutes a “replica” of the first filter, where the first filter attaches a recoverable expression system to it, while the second filter is derived from the cell component of interest. Attach proteins. These individual clones of host cells contain an expression system that includes a nucleic acid encoding an exogenous protein located within the intracellular fraction / intracellular component of interest and can be identified through the presence of the label. In addition, cellular components can be physically separated using classical methods well known in the art (eg, differential centrifugation).
[0186]
(Identification of unknown ligands of known receptors)
In one embodiment, the present invention allows the identification of an unknown secreted ligand of a known receptor of interest. Host cells containing expression systems containing unique recombinant nucleic acids encoding exogenous proteins are cultured in a manner that they are physically separable. For example, for this purpose, host cells can be cultured in semi-solid medium. The cells are incubated with a composition that allows labeling of the expressed exogenous protein while inhibiting expression of the endogenous protein. Filters coated with the receptor protein of interest are such that all binding sites are saturated (either by the receptor protein or any other neutral protein) and all secreted proteins can migrate to the filter. And on a semi-solid medium at time. Since all protein binding sites on the filter are saturated, only the secreted protein bound to the receptor of interest adheres to the filter. These exogenous proteins can be identified by their label. Since the filter represents a replica (ie, a mirror image of the original plate), colonies containing expression systems containing nucleic acids encoding ligands of the receptor of interest can be easily identified.
[0187]
(Identification of unknown receptors for known ligands)
In one embodiment, the present invention allows the identification of unknown receptors for known ligands. Host cells containing expression systems containing unique recombinant nucleic acids encoding exogenous proteins are cultured in a way that they are physically separable. For example, a confluent layer of cells can be infected with a low MOI of an infecting virus having multiple expression systems. Following infection, the cells are incubated at 34 ° C. in a semi-solid medium (eg, low melting point agarose) having a melting point around 37 ° C. After a sufficiently large plaque is produced, the filter is placed on the surface (top) for a time sufficient to capture virus particles that serve as replicas of the plate. Subsequently, the agarose is dissolved by heating the plate to 39 ° C. After agarose removal and washing, the cells are incubated with the selected labeled ligand. After washing the cells, ligand binding can be detected by autoradiography. Viral particles containing the desired expression system (and nucleic acid) can then be recovered from the replica filter.
[0188]
(4. Recovery of virus particles containing the exogenous protein of interest)
In the next step, these viral particles from the sample or areas where increased radioactivity was observed are identified and recovered. Identification of the location of the plaque in which the well or the exogenous protein of interest was detected can be traced back using the developed film and the virus particles can be recovered. In this regard, recombinant viral particles containing the nucleic acid sequence that results in the expression of the protein of interest are collected. According to the present invention, the particles can be applied, for example, to one of the procedures described below.
[0189]
C. Application of identified expression systems that encode proteins of a given property
A pool of expression systems selected using the screening methods described above that have a predetermined property, such as cell localization location, structure, enzymatic function, or affinity for other molecules, is used for further screening procedures. obtain. Alternatively, individual expression systems can be picked randomly and subjected to characterization and functional analysis. See below.
[0190]
(Further screening round to avoid contamination)
Individual clones can be picked up and the procedures of steps 3 and 4 can be repeated to plaque purify the clones and avoid contamination.
[0191]
(Passaging of virus particles to increase the number of virus particles)
Viral particles that have been isolated and optionally amplified by passage can be applied to one of the following procedures. Numerous useful applications for viral particles containing exogenous nucleic acids encoding secreted or glycoproteins are apparent, some of which are described below. The invention is therefore not limited to the applications described above.
[0192]
(Infection of cell cultures that induce the production of novel secreted proteins or glycoproteins, either in labeled or unlabeled form)
Isolated virus particles can be used on a large scale, for example, by infecting substrate cell lines grown in vessels such as T-flasks, spinner flasks, roller bottles, bioreactors, perfusion reactors, etc. Secreted or glycoproteins can be produced. Depending on the nature of the gene construct selected above, production occurs under slightly different conditions. When one method of vector is packaged in a packaging cell line, the particles induce only one round of infection (thus the MOI should be greater than 1). Also, a wide range of host cell lines can be used for the production of novel secreted proteins or glycoproteins. Labeling of the new secreted protein or glycoprotein can be accomplished by the addition of radioactive amino acids as described above. This provides the advantage that product formation can be easily monitored by SDS polyacrylamide gel electrophoresis and subsequent autoradiography. In this way, unknown products can be easily detected for optimization of production parameters.
[0193]
(Application of the so-produced supernatant to a protein purification or isolation method by its radiolabel and detection of a novel secreted protein or glycoprotein)
Novel secreted proteins or glycoproteins can be easily purified from the supernatant of the above steps using standard protein purification techniques. The unique possibility of labeling secreted proteins during production (see above) greatly simplifies the purification process. The eluate from the chromatography column or the like can be collected automatically using a sample collector. Samples containing novel secreted proteins can be easily identified by detection of radioactivity. Enriched and purified material can be obtained in this way. Unlabeled material can be obtained by application of identical chromatographic conditions to unlabeled cell culture supernatant.
[0194]
D. Characterization and functional analysis of individual identified proteins
Several procedures known in the art can be utilized for further characterization and functional analysis of individual identified exogenous proteins.
[0195]
1. Sequencing of nucleic acids encoding exogenous proteins
In one embodiment, the identification and sequencing of exogenous nucleic acids in recovered viral particles can be studied by sequencing by standard methods. A detailed description of suitable protocols can be found, for example, in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Edition, Cold Spring Harbor (1989).
[0196]
Sequence comparison with known polynucleotide sequences in the database can provide an indication of the function of the identified and isolated exogenous protein.
[0197]
2. Analysis of expression patterns of identified exogenous proteins
In one embodiment, the cDNA of the identified exogenous protein or fragment thereof is used as a probe to detect the expression of the mRNA. For example, sections of tissue samples can be prepared and examined by in situ hybridization using an appropriate labeled probe. Alternatively, mRNA extracts can be prepared and analyzed in Northern blot analysis. Alternatively, synthetic oligonucleotides designed according to the identified protein cDNA sequences can be generated and used as hybridization probes. A detailed description of suitable protocols can be found, for example, in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Edition, Cold Spring Harbor (1989).
[0198]
In one embodiment, the level of gene expression is assayed by detection and measurement of its transcription. For example, RNA from a particular cell type or tissue that is known or that is thought to over- or under-express its gene (e.g., cancerous tissue) may be hybridized as described herein or Isolated and tested by utilizing PCR technology. Isolated cells can be derived from cell cultures, patients, or experimental animals. Such an analysis may show both quantitative and qualitative aspects of the expression pattern of the gene encoding the identified exogenous protein, including activation or inactivation of the gene expression.
[0199]
Hybridization probes for Northern blot, Southern blot, and in situ hybridization are: 32 P, 35 S, and Three Can be labeled by various reporter groups, including radionuclides such as H (for in situ hybridization) or enzymatic labels such as alkaline phosphatase coupled to the probe via an avidin / biotin coupling system . Labeled hybridization probes can be prepared by any method known in the art for the synthesis of DNA and RNA molecules. The following V1. H. See section. Further uses for nucleic acid hybridization probes include their use as primers for polymerase chain reaction (PCR). PCR is described in detail in US Pat. Nos. 4,965,188, 4,683,195, and 4,800,195.
[0200]
The DNA can be used in biological sample hybridization or amplification assays to detect abnormalities, including genetic structures, including point mutations, insertions, deletions, and chromosomal rearrangements. Such assays include, but are not limited to, Southern analysis, single chain polymorphism analysis (SSCP) and PCR analysis.
[0201]
Diagnostic methods for detection of specific mutations in genes encoding identified exogenous proteins include, for example, sets obtained from samples (eg, from patient samples, or from other suitable cell sources). One or more labeled nucleic acid reagents, including recombinant DNA molecules, cloned genes or degenerate variants thereof, recombinant DNA molecules, cloned genes or degenerate variants thereof, and genes of these reagents Contacting and incubating under conditions favorable for specific annealing to their complementary sequences within. Preferably, the length of these nucleic acid reagents is at least 15-30 nucleotides. After incubation, all unannealed nucleic acids are removed from the nucleic acid molecule hybrid. The presence of hybridized nucleic acid is then detected, if present. By using such a detection system, nucleic acids from the cell type or tissue of interest can be immobilized, for example, on a solid support such as a membrane or on a plastic surface such as on a microtiter plate or polystyrene beads. . In this case, the labeled nucleic acid reagent that is not annealed is easily removed after incubation. Detection of the remaining, annealed, labeled gene nucleic acid reagent is accomplished by the use of standard techniques well known in the art. The sequence annealed by the nucleic acid reagent is compared to the annealing pattern predicted from the normal gene sequence to determine if a genetic mutation is present.
[0202]
Other methods for the detection of nucleic acid molecules specific for the gene in patient samples or in other suitable cell sources are for example PCR (Mullis, KB, 1987, US Pat. No. 4,683, U.S. Pat. The experimental embodiment described in No. 202, see supra) may be included, followed by detection of the amplified molecule using techniques well known to those skilled in the art. If the mutation is intended to be measured, the resulting amplified sequence is expected if the amplified nucleic acid contains only a normal copy of the gene to determine whether the gene mutation is present It can be compared with a sequence.
[0203]
3. Detection of exogenous proteins identified using antibodies
Antibodies directed against the identified exogenous protein of interest, or a conserved variant or peptide fragment thereof, can also be used to gain further insight into expression patterns in vivo. Antibodies can also be used to detect abnormalities in the expression level of a gene, or abnormalities in the structure and / or temporal, tissue, cellular, or subcellular location of the gene product, and for example, It can act in vivo or in vitro, as in biopsy tissue.
[0204]
The analysis can be performed in any tissue or cell type or in a test animal, still in vivo, using a labeled antibody. Alternatively, the tissue or cell type to be analyzed is a tissue or cell type that is known (or suspected) to abnormally express the identified exogenous protein of interest, such as cancer tissue, for example. May be included.
[0205]
Protein isolation methods used herein are described, for example, in Harlow and Lane (Harlow, E. and Lane, D., 1988, “Antibodies: A Laboratory Manual”, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, Cold Spring Harbour, New York). Isolated cells can be from cell cultures, laboratory animals, or patients.
[0206]
For example, antibodies, or fragments of antibodies useful in the present invention, can be used to quantitatively or qualitatively detect the presence of an identified exogenous protein of interest, or a conserved variant or peptide fragment thereof. obtain. This can be achieved, for example, by immunofluorescence techniques using fluorescently labeled antibodies (see below in this section) combined with light microscopy, flow cytometry, or fluorometric detection.
[0207]
Antibodies (or fragments thereof), or fused or conjugated proteins useful in the present invention may further be used for in situ detection of the identified exogenous protein of interest, or conserved variants or peptide fragments thereof. Alternatively, for catalytic subunit binding (in the case of labeled catalytic subunit fusion proteins), it can be used histologically, such as immunofluorescence, immunoelectron microscopy, or non-immunoassay.
[0208]
In situ detection can be accomplished by removing a histological specimen from a patient and applying a labeled antibody or fusion protein of the invention thereto. The antibody (or fragment) or fusion protein is preferably applied by overlaying the labeled antibody (or fragment) onto the biological sample. By using such a procedure, it is possible to determine not only the presence of the identified exogenous protein of interest, or conserved variants or peptide fragments, but also the distribution in the tested tissue. Using the present invention, one skilled in the art will readily understand that any of a wide variety of histological methods (eg, staining procedures) can be modified to achieve such in situ detection.
[0209]
Immunoassays and non-immunoassays for the identified exogenous proteins of interest, or conserved variants or peptide fragments thereof, are typically collected from samples (eg, biological fluids, tissue extracts, freshly collected) Cells, or cell lysates incubated in cell culture) in the presence of detectably labeled antibodies that can identify the identified exogenous protein of interest, or a conserved variant or peptide fragment thereof. And detecting bound antibody by any of a number of techniques well known in the art.
[0210]
The biological sample can be subjected to contact with a solid support or carrier (eg, nitrocellulose, or other solid support that can immobilize cells, cell particles, or soluble proteins) and can be immobilized. The support can then be washed with a suitable buffer and subsequently treated with a detectably labeled antibody or fusion protein. The solid support can then be washed a second time with buffer to remove unbound antibody or fusion protein. The amount of bound label on the solid support is then detected by conventional means.
[0211]
By “solid support or carrier” is intended any support capable of binding an antigen or antibody. Well known supports or carriers include glass, polystyrene, polypropylene, polyethylene, dextran, nylon, amylase, natural and modified cellulose, polyacrylamide, gabbro, and magnetite. The nature of the carrier can be either somewhat soluble or insoluble for the purposes of the present invention. The support material can have virtually any possible structural configuration so long as the bound molecule can bind to the antigen or antibody. Thus, the support configuration can be spherical (eg, in a bead), cylindrical (eg, in the inner surface of a test tube), or the outer surface of a rod. Alternatively, the surface can be flat, such as a sheet, test strip, and the like. Preferred supports include polystyrene beads. One skilled in the art knows many other suitable carriers for antibody or antigen binding, or can readily obtain the same.
[0212]
The binding activity of a given lot of antibody or fusion protein is determined by well-known methods. One skilled in the art can readily determine operational and optimal assay conditions.
[0213]
For antibodies, one of the ways in which antibodies can be detectably labeled is by linking the same to an enzyme and using it in an enzyme immunoassay (EIA) (Voller, 1978, Diagnostic Horizons 2: 1-7, Microbiological Associates Quarterly Publication, Walkersville, MD); Voller et al., 1978, J. Biol. Clin. Pathol. 31: 507-520; Butler, 1981, Meth. Enzymol. 73: 482-523; Maggio, E .; (Eds.), 1980, Enzyme Immunoassay, CRC Press, Boca Raton, FL; Ishikawa et al. (Eds.), 1981, Enzyme Immunoassay, Kgaku Shoin, Tokyo). The enzyme bound to the antibody reacts with an appropriate substrate (preferably a chromogenic substrate) in a manner that produces a chemical moiety that can be detected, for example, by a spectrophotometer, a fluorimeter, or by visual means. To do. Enzymes that can be used to detectably label antibodies include malate dehydrogenase, staphylococcal nuclease, Δ-5-steroid isomerase, yeast alcohol dehydrogenase, α-glycerophosphate, dehydrogenase, triose phosphate isomerase, horseradish peroxidase, Examples include, but are not limited to, alkaline phosphatase, asparaginase, glucose oxidase, β-galactosidase, ribonuclease, urease, catalase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, glucoamylase, and acetylcholinesterase. Detection can be accomplished by a colorimetric method using a chromogenic substrate for the enzyme. Detection can also be achieved by visual comparison of the extent of substrate enzymatic reaction in comparison to a similarly prepared standard.
[0214]
Detection can also be achieved using any of a variety of other immunoassays. For example, by radioactively labeling an antibody or antibody fragment, the identified exogenous protein of interest can be detected by use of a radioimmunoassay (RIA) (eg, Weintraub, B., Principles). of Radioimmunoassays, Seventh Training Course on Radioligand Assay Technologies, The Endocrine Society, March, 1986). The radioactive isotope can be detected by such means as the use of a gamma counter or a scintillation counter or by autoradiography.
[0215]
It is also possible to label the antibody with a fluorescent compound. When the fluorescently labeled antibody is exposed to light of the appropriate wavelength, its presence can then be detected due to fluorescence. The most commonly used fluorescent labeling compounds are fluorescein isothiocyanate, rhodamine, phycoerythrin, phycocyanin, allophycocyanin, o-phthalaldehyde, and fluorescamine.
[0216]
Antibodies are also 152 It can be detectably labeled using a fluorescent metal such as Eu or other lanthanum series. These metals can be attached to the antibody using metal chelates such as diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) or ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).
[0217]
The antibody can also be detectably labeled by coupling the antibody to a chemiluminescent compound. The presence of the chemiluminescent tagged antibody is then determined by detecting the presence of luminescence that occurs during the course of the chemical reaction. Examples of particularly useful chemiluminescent labeling compounds are luminol, isoluminol, thermomatic acridinium ester, imidazole, acridinium salt, and oxalate ester.
[0218]
Similarly, bioluminescent compounds can be used to label the antibodies of the present invention. Bioluminescence is a type of chemiluminescence found in biological systems where catalytic proteins increase the effectiveness of chemiluminescent reactions. The presence of a bioluminescent protein is determined by detecting the presence of luminescence. Important bioluminescent compounds for labeling purposes are luciferin, luciferase, and aequorin.
[0219]
(Animal tissue or cell infection)
Viral particles obtained by the above procedure can be used as gene transfer vectors for delivery of a gene of interest to a tissue or animal. This approach is useful for studying the properties of the protein of interest, or can be used, for example, for the production of antibodies against the new protein as a result of its expression in the host.
[0220]
E. Use of proteins with predetermined properties
Nucleic acids that have been identified, characterized, and isolated using the methods and expression systems of the invention, and more importantly, the proteins encoded thereby, can be useful for a number of applications. First, they are often useful for research applications and laboratory use, for example, the discovery and isolation of new growth factors, cytokines, or hormones can be performed in cells that have not previously been cultured. Can be easily propagated. Discovery and isolation of membrane receptors, cytoplasmic proteins, and nucleoproteins are useful to gain further insights in important cellular signaling and regulatory processes. The discovery and isolation of organelle proteins can provide further insight into metabolism, anabolism, and processing functions.
[0221]
However, some genes and gene products identified and isolated according to the present invention can be used directly as therapeutic agents, or alternatively as therapeutic targets.
[0222]
1. Use as a therapeutic agent
Proteins identified and isolated using the expression systems of the present invention, particularly secreted proteins, can be useful as therapeutic agents. In fact, a number of already known secreted proteins (including cytokines and peptide hormones) have been produced and used as therapeutic agents. Many serious diseases are caused by the lack or insufficient amount of certain secreted proteins that act as intercellular communicators, for example, in response to environmental changes or other physiological needs. A well-known example is diabetes most often caused by a deficiency in the production of the peptide hormone insulin. Many other examples are known. Many new secreted proteins not covered by the present invention with respect to the fact that only a small percentage of all secreted proteins have been identified, isolated, and characterized to date Expected to be useful as therapeutic compounds for the treatment of diseases including, but not limited to, growth, metabolic signals, or certain other possibilities that the cell cannot properly communicate with obtain.
[0223]
Furthermore, proteins derived from other cellular localization locations may be useful for therapeutic agents. For example, many proteins expressed in the nucleus include apoptosis-inducing proteins or tumor suppressors and tend to be used as agents for treatment (eg, cancer).
[0224]
One skilled in the art can use the methods and expression systems of the invention to determine which identified proteins can be useful as therapeutic targets. For example, in vivo assays using inhibitory antibodies or antisense strategies can be used to elucidate protein function. In addition, purified forms of proteins can be used for cellular assays and tests in animal disease models to determine their value as therapeutic compounds.
[0225]
2. Use as therapeutic target
Another important aspect of the present invention is to provide proteins that serve as specific therapeutic targets for therapeutic pathological disorders. When many diseases related to the inappropriate function of secreted proteins or the amount of secreted protein generated can be treated by the administration of the respective protein (or its equivalent), this situation is often the case for proteins located in cells Is different. Defects in hormone or cytokine production can often be treated by administration to restore a physiological response. In contrast, many other cellular functions, particularly in the cell membrane and nucleus, are associated with serious diseases (including cancer and other proliferative disorders, as well as various metabolic diseases) when their functions are disproportionate. It is known to contain a large number of proteins that can be causal. For example, breast cancer is thought to be caused by overexpression of cell surface receptors (ie, receptor tyrosine kinase HER2) in 30% of all cases. Slamon, 1989, supra. It is believed that this type of breast cancer can be treated by administration of a HER2 inhibitor to the appropriate target site. As an example of a metabolic disease, type II diabetes (non-insulin dependent diabetes mellitus, NIDDM) can be caused by aberrantly expressed or defective insulin receptors. Taira. 1989, supra. Type II diabetes can be treated with therapeutic compounds that inhibit the receptor and activate molecules downstream of the insulin receptor signaling pathway. Alternatively, type II diabetes can be treated with a compound that can activate a defective insulin receptor.
[0226]
For many diseases, both those associated with inappropriate cell proliferation and those associated with metabolic defects, the biological cause has not yet been identified, but the inappropriate function or amount of cellular protein It is thought to be caused by. The proteins identified by the methods of the invention are useful for the development of targeted therapeutic approaches (including drug development and gene therapy) or as diagnostics / reagents.
[0227]
When a protein identified by the methods of the invention is used as a therapeutic target, the protein can be subjected to appropriate assays for compound identification and isolation by modulating its activity.
[0228]
F. Generation and use of antibodies directed against proteins identified by the methods of the invention
Various procedures known in the art can be used for the production of antibodies against epitopes of recombinantly produced proteins identified and isolated using the methods of the invention. Such antibodies include, but are not limited to, polyclonal, monoclonal, chimeric, single chain, Fab fragments, and fragments produced by Fab expression libraries.
[0229]
In one embodiment of the invention, such antibodies are used as a tool for the study of the expression pattern, generation, function, and other characteristics of the proteins identified by the methods of the invention. For example, cells or tissue sections can be exposed to antibodies and can characterize the expression specificity and amount of identified proteins of the invention. Various types of antibodies (including monoclonal, polyclonal, and single chain antibodies) can be used for experiments such as determining the cell and tissue specific expression patterns of identified proteins. A number of techniques are well established that allow the detection of antibodies that bind to proteins expressed in cells or tissue sections.
[0230]
In addition, labeled antibodies (eg, radiolabeled antibodies) can be used in vivo to determine the expression pattern and generation of identified proteins. See above. For example, a labeled antibody can be injected into the specimen and its binding site can be monitored to determine the cell and / or tissue type where the identified protein is located. Since the protein of interest originally identified and isolated is certainly a product of a different species than the test animal, the use of polyclonal antibodies is preferred. Thus, for example, if the identified protein used to generate the antibody is human and the test specimen is not human, polyclonal antibodies are preferred, with exceptions.
[0231]
In addition, antibodies can be used to analyze the physiological function of proteins identified using the methods and expression systems of the invention. For example, inhibitory antibodies (ie, antibodies that bind to a particular functional epitope of the identified protein of interest) can be identified rationally or empirically and injected into test cells or experimental animals. Effects on cells, specific tissues, or physiological functions can be identified to elucidate the biological role of the identified protein and its potential environment in abnormal or pathological conditions. Once biological functions and roles in disease development have been identified, the development and design of targeted treatment strategies can begin. One such strategy is the identification and isolation of compounds that conveniently modulate the function of the target protein, as described in more detail below.
[0232]
In other embodiments, the antibody is useful, for example, as a diagnostic or therapeutic agent. As therapeutic agents, neutralizing antibodies (ie, antibodies that compete for binding with a ligand, substrate, or adapter molecule, or antibodies that interfere with this protein when the protein of the invention is used as a therapeutic target) are particularly preferred purposes. It is.
[0233]
For use as a diagnostic agent, monoclonal antibodies that bind to the identified protein are radioactively labeled, allowing detection of location and distribution in the body after injection. Radioactively tagged antibodies can be used as non-invasive diagnostic tools for in vivo imaging of the presence of tumors and metastases associated with expression of the identified proteins of the invention.
[0234]
Immunotoxins that target cytotoxic factors to specific sites in the body can also be designed. For example, high affinity monoclonal antibodies can be covalently linked to bacterial or plant toxins (eg, diphtheria toxin, abrin, or ricin). A general method for preparing antibody / hybrid molecules may involve the use of thiol cross-linking reagents such as SPDP that attack primary amino groups in the antibody and attach the toxin to the antibody by disulfide exchange. Hybrid antibodies can be used to specifically remove cells that express the proteins identified by the methods of the invention.
[0235]
For the production of antibodies, various host animals (including but not limited to rabbits, mice, rats, etc.) are immunized by injecting the identified protein of interest. Various adjuvants (Freund's adjuvant (complete and incomplete), inorganic gels such as aluminum hydroxide, surface active substances (eg lysolecithin, pluronic polymer, polyanion, peptide, oil emulsion, keyhole limpet hemocyanin, dinitrophenol) , And potentially useful human adjuvants, such as but not limited to BCG (bacille Calmette-Guerin) and Corynebacterium parvum, to enhance immunological responses, depending on the host species Can be used.
[0236]
Monoclonal antibodies against the proteins of the invention can be prepared using any technique that provides for the production of antibody molecules by continuous cell lines in culture. These include the hybridoma technology originally described by Kohler and Milstein, 1975, Nature 256: 495-497, the human B cell hybridoma technology (Kosbor et al., 1983, Immunology Today 4:72; Cote et al., 1983, Proc. Natl. Acad.Sci.U.S.A. 80: 2026-2030), and EBV-hybridoma technology (Cole et al., 1985, Monoclonal Antibodies and Cancer Therapy, Alan R. Liss, Inc., pp. 77-96). However, it is not limited to these. In addition, technology developed for the production of “chimeric antibodies” (Morrison) by splicing genes from mouse antibody differentiation of appropriate antigen specificity with genes from human antibody molecules of appropriate biological activity. 1984, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 81: 6851-6855; Neuberger et al., 1984, Nature 312: 604-608; Takeda et al., 1985, Nature 314: 452-454). Can be done. Alternatively, techniques described for the production of single chain antibodies (US Pat. No. 4,946,778) can be adapted to produce single chain antibodies specific for the proteins of the invention.
[0237]
Antibody fragments that contain specific binding sites for cell proliferation genes can be generated by known techniques. For example, such fragments include F (ab ′) that can be produced by pepsin digestion of antibody molecules. 2 Fragment, and F (ab ′) 2 Fab fragments that can be generated by reducing the disulfide bonds of the fragments are included, but are not limited to these. Alternatively, Fab expression libraries can be constructed that allow the rapid and easy identification of monoclonal Fab fragments with the desired specificity of the proteins of the invention (Huse et al., 1989, Science 246: 1275-1281).
[0238]
G. Use of identified nucleic acids encoding target proteins of interest for antisense approaches and ribozyme development
The development and use of antisense DNA or RNA molecules or oligonucleotides or oligoribonucleotide sequences containing ribozymes that function to inhibit the translation of cell growth gene mRNA can serve either of two purposes. First, such an approach can be used to study the function of novel proteins identified using the methods of the present invention. Second, these approaches can serve as actual therapeutic methods once the function of the protein and its involvement in pathological conditions are established. For example, antisense DNA or RNA molecules act to directly block translation of a targeted gene by binding to the targeted mRNA and then preventing protein translation.
[0239]
Ribozymes are enzymatic RNA molecules that can catalyze the specific cleavage of RNA. The mechanism of ribozyme action appears to involve site-specific hybridization of the ribozyme molecule to the complementary sequence of the target RNA, followed by endonucleolytic cleavage. In one embodiment of the present invention, ribozyme molecules are engineered to specifically catalyze endonucleolytic cleavage of mRNA of genes identified using the methods of the present invention.
[0240]
A suitable target site for ribozyme activity is about 15-25 amino acids corresponding to the region of the target molecule that first scans the target molecule for potential ribozyme cleavage motifs and second contains the identified cleavage recognition site. Identified by evaluating structural features. Furthermore, the suitability of candidate targets can also be assessed by testing accessibility to hybridization with complementary oligonucleotides using a ribonuclease protection assay. Bordonaro et al., 1994, Biotechniques 16: 428-430.
[0241]
The labeled hybridization probes antisense DNA and RNA oligonucleotides and ribozymes of the present invention are prepared by any known method in the art for the synthesis of DNA and RNA molecules. For example, oligonucleotides can be chemically synthesized using commercially available DNA or RNA synthesizers, such as equipment sold by Applied Biosystems. Alternatively, RNA molecules can be generated by in vitro and in vivo transcription of DNA sequences encoding antisense RNA molecules. Such DNA sequences can be incorporated into a wide variety of vectors including suitable RNA polymerase promoters such as T3, T7, or SP6 polymerase promoters. Alternatively, antisense cDNA constructs that synthesize antisense RNA can be stably introduced into cell lines, either constitutively or inducibly.
[0242]
Various modifications to DNA and RNA molecules can be introduced as a means of increasing intracellular stability and half-life. For example, flanking sequences of ribonucleotides or deoxyribonucleotides can be added to the 5 ′ and / or 3 ′ ends of the molecule, or phosphorothioate or 2′O-methyl rather than phosphodiester linkage is used in the oligonucleotide backbone. Can be done. Xu et al., 1996, Nucleic Acid Res. 24: 1602-1607.
[0243]
H. Generation of compounds that target identified, isolated, and characterized proteins
1. Compound identification
For identification and isolation of compounds that alter, inhibit or enhance the function of the identified and characterized proteins of the present invention, appropriate cell lines expressing the identified proteins can be utilized. . Alternatively, proteins identified by the process of the invention can be isolated and used for in vitro or in vivo assays for the identification and isolation of compounds that specifically interfere with their activity. In general, the type of assay utilized will depend largely on the nature and functional characteristics of the identified protein used as the target (hereinafter “target protein”). For example, if the target protein is a growth factor receptor, a cellular assay in which the effect of the compound on growth is measured can be utilized. If the target protein is a secreted protein, an assay that includes the effect of the isolated secreted protein on an appropriate system (eg, a receptor system that allows the function of the secreted protein to be measured) Can be used. If the target protein is a transcription factor, a cell line that allows one to assay the effect of the compound on the expression of genes controlled by the transcription factor may be utilized. If the target protein is an apoptosis regulator, cell lines in which cell death (or survival) is driven by the responsive target protein can be utilized and the effects of the compounds can be assayed.
[0244]
More particularly, cells in a suitable assay system that expresses the target protein can be exposed to a chemical compound or compound library to identify compounds having the desired modulatory effect. Alternatively, the target protein can be expressed in a suitable expression system designed to allow high-throughput testing of compounds from any source and bind to the target protein or measurable inhibition Isolated as necessary to identify molecules with effects.
[0245]
Nucleotide sequences encoding target proteins identified and isolated using the methods of the invention can be used to produce corresponding purified proteins using well-known methods of recombinant DNA technology. . Many publications teaching methods for expression of genes after they have been isolated include Gene Expression Technology, Methods and Enzymology. Vol. 185, edited by Goeddel, Academic Press, San Diego, California (1990).
[0246]
The protein of the present invention selected as the target protein can be expressed in a variety of host cells, either prokaryotic or eukaryotic. In many cases, the host is eukaryotic, more preferably the host is a mammal. The host cell can be derived from either the same species as the naturally occurring (ie, endogenous) species that encodes the protein identified using the methods of the invention, or from a different species. In cell expression systems other than the expression system originally used for the original identification and isolation of proteins according to their cell location (see above), target proteins selected by recombinant DNA technology Advantages to produce include the development of optimized assay systems for the identification of regulatory compounds. In general, the expression systems of the present invention have the advantage that they readily provide a system for the production of large quantities of recombinant proteins. However, under certain circumstances understood by those skilled in the art, alternative expression systems may in some cases utilize highly enriched sources of proteins for purification, and simplified purification procedures. It can prove to be advantageous to obtain the possibility. Methods for recombinant production of proteins are generally very well established in the art and can be found, among others, in Sambrook et al. (Supra).
[0247]
In an embodiment of the present invention, cells transformed with an expression vector encoding the identified protein of the present invention are subjected to conditions that favor expression of the gene sequence and recovery of the recombinantly produced protein from cell culture. Incubated in The target protein of interest produced by the recombinant cell can be secreted or contained within the cell, depending on the nature of the gene and the particular gene construct used. In general, it is more convenient to prepare recombinant proteins in secreted form. The purification process depends on the nature of the production and the particular protein produced. Purification methodologies are well known in the art; one skilled in the art will understand how to optimize the purification conditions. General protocols for how to optimize purification conditions for a particular protein can be found, inter alia, in Scopes: Protein Purification: Principles and Practice, 1982, Springer-Verlag New York, Heidelberg, Berlin.
[0248]
In addition to recombinant production, peptide fragments can be produced by direct peptide synthesis using solid phase techniques. Stewart et al., Solid-Phase Peptide Synthesis (1969), W.M. H. Freeman Co. San Francisco, and Merrifield, 1963, J. Am. Am. Chem. Soc. 85: 2149-2154.
[0249]
In vitro polypeptide synthesis can be performed using manual techniques or by automation. Automated synthesis can be accomplished, for example, using Applied Biosystems 431A Peptides Synthesizer (Foster City, California) according to the instructions provided in the manufacturer's instructions.
[0250]
In one embodiment of the invention, an antibody, peptide, organic molecule that acts as an agonist or antagonist of cell proliferation gene activity using a target protein that expresses the target protein and / or a cell line that expresses the target protein, or Screen for other ligands. For example, antibodies that can interfere with activity (eg, enzymatic activity of a target protein) or its interaction with a ligand, adapter molecule, or substrate are used to inhibit the function of the target protein. Where amplification of the function of the target protein is desired, for example, antibodies that mimic the ligand, adapter molecule, or substrate of the corresponding signaling pathway can be developed. Obviously, antibodies that alter the activity, function, or specificity of the target protein can be purified if desired.
[0251]
Alternatively, screening a peptide library or organic compound with a recombinantly expressed target protein or cell line that expresses the target protein functions by inhibiting, amplifying, or modifying its biological activity. It may be useful for identifying molecules for use.
[0252]
Synthetic compounds, natural products, and other sources of potentially biologically active substances can be screened by a number of methods. The ability of a test compound to inhibit, enhance, or modulate the function of a target protein can be determined using an appropriate assay that measures the function of the target protein. For example, a response (eg, an activity such as enzyme activity, or the ability of a target protein to bind to a ligand, adapter molecule, or substrate) can be determined in an in vitro assay. Cellular assays can be developed to monitor the effects on modulation of second messenger production, changes in intracellular metabolism, or cell proliferation. These assays can be performed using conventional techniques developed for these purposes. Finally, the ability of a test compound to inhibit, enhance or modulate the function of the target protein is measured in vivo in an appropriate animal model. For example, mouse models are used to monitor the ability of compounds to inhibit solid tumor development, or the effect of reducing solid tumor size.
[0253]
In one embodiment of the invention, a random peptide library consisting of all possible combinations of amino acids bound to a solid support is used to identify peptides that can interfere with the function of the target protein. For example, peptides can be identified for binding of a given target protein to a ligand binding site, adapter molecule binding site, or substrate binding site, or other functional domain (eg, an enzyme domain) of the target protein. Thus, screening of peptide libraries can yield compounds that have therapeutic value because they interfere with their activity.
[0254]
Identification of molecules that can bind to the target protein can be accomplished by screening peptide libraries with recombinant soluble target proteins. Methods for expression and purification of the selected target protein can be used to express the recombinant full-length protein or fragment thereof, depending on the functional domain of interest.
[0255]
In order to identify and isolate a peptide / solid support that interacts with the target protein to form a complex, it is necessary to label or “tag” the target protein molecule or fragment thereof. For example, the target protein may be conjugated to an enzyme such as alkaline phosphatase or horseradish peroxidase or to other reagents such as fluorescent labels that may include fluorescein isothiocyanate (FITC), phycoerythin (PE), or rhodamine. Binding of any given label to the target protein can be done by using routine techniques in the art.
[0256]
In addition to using soluble protein molecules or fragments thereof, in another embodiment, peptides that bind to the target protein can be identified using intact cells. The use of intact cells is preferred when the target protein contains a cell surface receptor that requires the lipid domain of the cell membrane to be functional. A method for generating a cell line that expresses a target protein identified using the methods and expression systems of the present invention. The cells used in this technique can be either live cells or immobilized cells. The cells are incubated with a random peptide library and bind to specific peptides in the library. The complex thus formed between the target cell and the associated solid support / peptide can be isolated by standard methods known in the art, including differential centrifugation.
[0257]
If the target protein is a membrane-bound receptor, or a receptor that requires the lipid domain of the cell membrane to be functional, an alternative to whole cell assays is to bind the receptor molecule to a liposome to which a label or “tag” can bind. To rebuild.
[0258]
In another embodiment, the cell line expressing the selected target protein, or isolated target protein or fragment thereof, inhibits, enhances, or enhances the activity of the target protein (signaling, if applicable), or Used to screen for modulating molecules. Such molecules can include small organic or inorganic compounds, or other molecules that affect the activity of the target protein or promote or prevent complex formation with its ligand, adapter molecule, or substrate. . Synthetic compounds, natural products, and other sources of potentially biologically active substances can be screened by a number of methods commonly known to those skilled in the art.
[0259]
For example, the ability of a test molecule to interfere with the function of a selected target protein can be measured using standard biochemical techniques. Alternatively, activation or suppression of the catalytic activity of other proteins, phosphorylation, dephosphorylation, or other modifications, activation or regulation of second messenger production, changes in intracellular ion levels, binding or dissociation of signaling molecules, Alternatively, cellular responses such as metastasis, or transcription or translation of specific genes can also be monitored. These assays can be performed in the screening process by using conventional techniques developed for these purposes.
[0260]
Furthermore, the effect on the function of the target protein can affect various cellular processes via signal transduction pathways. Cellular processes under the control of its signaling pathway include normal cell function, proliferation, differentiation, maintenance of cell shape, adhesion, and normal or potentially harmful processes (eg, unregulated cells Proliferation, deficiency of contact inhibition, and blocking differentiation or cell death). Qualitative or quantitative observation and measurement of any described cellular process by techniques known in the art can be advantageously used as a scoring means for signal transduction in the course of screening.
[0261]
A variety of techniques for screening, identification, and evaluation of compounds that interact with selected target proteins of the present invention may be utilized. The compound can affect various cellular processes under the control of the target protein.
[0262]
For example, the target protein or functional derivative thereof is incubated with the compound in pure or semi-pure form, in a membrane preparation, or in all living or immobilized cells. Subsequently, under appropriate conditions, the effect of the compound on the target protein function, for example, measuring its activity or its signal transduction and comparing it to the activity of the target protein incubated under the same conditions without the compound Is closely examined to determine whether the compound stimulates or inhibits the activity of the target protein.
[0263]
In addition to the use of whole cells expressing the selected target protein for compound screening, the present invention also includes a method of using a soluble or immobilized target protein. For example, molecules that can bind to a target protein can be identified within a biological or chemical preparation. For example, a target protein or a functional fragment thereof (eg, a fragment containing a specific domain of interest) is immobilized on a solid phase matrix, followed by chemical or biological preparations where the immobilized target protein and compound are Is contacted for a time sufficient to bind. Any unbound material is then washed away from the solid phase matrix and the presence of the compound bound to the solid phase is detected, thereby identifying the compound. Appropriate means are then used to elute the bound compound.
[0264]
2. Source of candidate test compounds
Test compounds used for assays to identify modulators of target protein activity are available from any commercial source (Aldrich (1001 West St. Paul Ave., Milwaukee, WI 53233), Sigma Chemical (P .O. Box 14508, St. Louis, MO 63178), Fluka Chemie AG (Industriestrasse25, CH-9471 Buchs, Switzerland (Fluka Chemical Corp.980 South 2nd Street, Ronkonkoma, NY 11779)), Eastman Chemical Company, Fine Chemicals ( P. O Box 431, Kingsport, TN 3766 ), Boehringer Mannheim GmbH (Sandhofer Strasse116, D-68298 Mannheim), Takasago (4Volvo Drive, Rockleigh, NJ 07647), SST Corporation (635 Brighton Road, Clifton, NJ 07012), Ferro (111 West Irene Road, Zachary, LA 70791 ), Riedel-deHaenAktiensellschaft (PO Box D-30918, Seelze, Germany), PPG Industries Inc., Fine Chemicals (One PPG Place, 34th Floor, 72th Pitb, Pittsbur Obtained from; Furthermore, microorganism, products of any kind of natural comprising an extract of fungal or plant, can be screened using assays cascade of the present invention.
[0265]
3. Indication for the use of a compound to modulate the activity of a target protein of the invention according to its predetermined properties
Depending on the nature and function of the target protein, the compounds identified by the above exemplified assays and methods can be modulators of cell proliferation or modulators of specific metabolic functions. Thus, the compounds produced by the processes and assays of the present invention are useful for the treatment of diseases associated with abnormal, uncontrolled or inappropriate cell proliferation (including excessive or decreased proliferation). is there. Alternatively, the compounds may be useful for the treatment of diseases associated with abnormal metabolic function.
[0266]
Many disease states involve excessive or reduced cell proliferation. In general, many of these diseases can be treated with DNA sequences or small molecules that affect cell proliferation. In some cases, the goal is to stimulate proliferation; in other cases, it is to prevent or inhibit cell proliferation. Lists of diseases involving cell proliferation directly include cancer, psoriasis, inflammatory diseases (eg rheumatoid arthritis), restenosis, immunological activation or suppression (tissue injection), neurodegeneration, or neuronal expansion, And viral infections.
[0267]
Many diseases include abnormal metabolic functions, including but not limited to diabetes mellitus, fibrosis, cystic fibrosis. Furthermore, pathological conditions are associated with both abnormal cell proliferation and metabolic defects.
[0268]
Accordingly, a pharmaceutical composition comprising a therapeutically effective amount of a compound identified by the above method is a disease (glioma, melanoma, Kaposi's sarcoma, uncontrolled or inappropriate cell growth driven) Cancers such as psoriasis, hemangiomas, and ovarian cancer, breast cancer, lung cancer, pancreatic cancer, prostate cancer, colon cancer, and epidermoid cancer, rheumatoid arthritis, restenosis, immunological activation or suppression (tissue rejection) ), Including neurodegeneration or expansion of nerve cells); as well as diseases associated with metabolic failure (including but not limited to diabetes mellitus, fibrosis, cystic fibrosis).
[0269]
I. Formulation / Route of Administration
The present invention provides two forms of therapeutic compositions. First, the present invention provides a medicament that is similar to a naturally occurring functional polypeptide or peptide, or a functional fragment or derivative thereof. Such medicaments are, for example, proteins that are secreted in their natural form; such proteins can be identified directly using the expression system of the invention. This type of medicament includes, but is not limited to, cytokines, hormones, growth factors, and the like. Second, the present invention provides therapeutic compounds that modulate the function of the target protein identified using the methods and expression systems of the present invention. Typically, these types of compounds are small organic molecules, but they also include peptide compounds and antibodies. Those skilled in the art will appreciate that the following methods of administration, formulation, and treatment need to be tailored depending on the compound selected and the type of disease to be treated.
[0270]
The identified therapeutic compound can be administered to a human patient alone or in a pharmaceutical composition. In the composition they are mixed with a suitable carrier or excipient in a therapeutically effective dose to treat or reduce various disorders. A therapeutically effective dose refers to the amount of a compound sufficient to produce, for example, a reduction or increase in cell proliferation, or a reduction in symptoms determined in remodeling metabolic function. Techniques for the formulation and administration of the compounds of this application are described in “Remington's Pharmaceuticals Sciences”, Mack Publishing Co. , Easton, PA, can be found in the latest edition.
[0271]
1. Route of administration
Suitable routes of administration include, for example, oral, rectal, transmucosal, or enteral administration; intramuscular, subcutaneous, intramedullary injection, and intrathecal, direct intraventricular, intravascular, intraperitoneal, intranasal, Or parenteral delivery including intraocular injection is included.
[0272]
Alternatively, the compounds of the invention are administered locally rather than systemically, for example, by direct injection of the compound into a solid tumor, often in a depot, or in a sustained release formulation. obtain.
[0273]
Further, for example, drugs can be administered via targeted drug delivery systems in liposomes coated with tumor-specific antibodies. Liposomes are targeted to and taken up selectively by the tumor.
[0274]
2. Composition / Formulation
The pharmaceutical compositions of the present invention may be prepared by conventional mixing, dissolving, granulating, dragee-making, levulating, emulsifying, encapsulating, entrapping, or lyophilizing. It can be manufactured by means of a process.
[0275]
Accordingly, a pharmaceutical composition for use according to the invention comprises excipients and adjuvants, which facilitate the processing of the active therapeutic compound into a pharmaceutically usable preparation 1 It can be formulated in a conventional manner using one or more physiologically acceptable carriers. Proper formulation is dependent upon the route of administration chosen.
[0276]
For injection, the agents of the invention may be formulated in aqueous solutions, preferably in physiologically compatible buffers such as Hanks's solution, Ringer's solution, or physiological saline buffer. For transmucosal administration, penetrants appropriate to the barrier to be permeated are used in the formulation. Such penetrants are generally known in the art.
[0277]
For oral administration, the therapeutic compound can be readily formulated by combining the active therapeutic compound with pharmaceutically acceptable carriers well known in the art. Such carriers are formulated for oral intake by the patient to be treated, such as tablets, pills, dragees, capsules, liquids, gels, syrups, slurries, suspensions, etc., of the therapeutic compounds of the invention. Is possible. Pharmaceutical preparations for oral use are, as a solid excipient, if desired, after addition of suitable adjuvants to obtain tablets or dragee cores, optionally milling the resulting mixture, It can then be obtained by processing a mixture of granules. Suitable excipients include fillers such as sugar (including lactose, sucrose, mannitol, or sorbitol); for example, corn starch, wheat starch, rice starch, potato starch, gelatin, gum tragacanth, methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose Cellulose preparations such as sodium carboxymethylcellulose, and / or polyvinylpyrrolidone (PVP). If desired, disintegrating agents can be added, such as cross-linked polyvinyl pyrrolidone, agar, or alginic acid or a salt thereof such as sodium alginate.
[0278]
Dragee cores are provided with suitable coatings. For this purpose, a concentrated sugar solution can be used, which if necessary includes gum arabic, talc, polyvinylpyrrolidone, carbopol gel, polyethylene glycol and / or titanium dioxide, lacquer solution, As well as suitable organic solvents or solvent mixtures. Dyestuffs or pigments may be added to the tablets or dragee coatings to identify or characterize different combinations of active therapeutic compound doses.
[0279]
Pharmaceutical preparations that can be used orally include push-fit capsules made of gelatin, as well as soft, sealed capsules made of gelatin and a plasticizer, such as glycerol or sorbitol. Push-fit capsules may contain active ingredients mixed with fillers such as lactose, binders such as starch, and / or lubricants such as talc or magnesium stearate, and optionally stabilizers. In soft capsules, the active therapeutic compound can be dissolved or suspended in suitable liquids, such as fatty oils, liquid paraffin, or liquid polyethylene glycols. In addition, stabilizers can be added. All formulations for oral administration should be in dosages suitable for such administration.
[0280]
For buccal administration, the composition may take the form of tablets or troches formulated in a conventional manner.
[0281]
For administration by inhalation, therapeutic compounds for use according to the present invention are suitable propellants (eg, dichlorodifluoromethane, trichlorofluoromethane, dichlorotetrafluoroethane, carbon dioxide, or other suitable gas). Is conveniently delivered in the form of an aerosol spray presentation from a pressurized pack or nebulizer. In the case of a pressurized aerosol, the dosage unit can be determined by providing a valve to deliver the measured amount. For example, gelatin capsules and cartridges may be formulated for use in an inhaler or insufflator, which includes a powder mixture of the therapeutic compound and a suitable powder base such as lactose or starch.
[0282]
The therapeutic compound may be formulated for parenteral administration by injection, for example by bolus injection or continuous infusion. Formulations for injection may be present in unit dosage form, eg, in ampoules or multiple dose containers, with additional preservatives. The composition may take such forms as suspensions, solutions, or emulsions in oils and aqueous vehicles, and may contain formulatory agents such as suspending, stabilizing and / or dispersing agents.
[0283]
Pharmaceutical formulations for parenteral administration include aqueous solutions of the active therapeutic compound in water-soluble form. In addition, suspensions of the active compounds can be prepared as appropriate oil injection suspensions. Suitable lipophilic solvents or vehicles include fatty oils such as sesame oil, synthetic fatty acid esters such as ethyl oleate or triglycerides, or liposomes. Aqueous injection suspensions may contain substances that increase the viscosity of the suspension, such as sodium carboxymethyl cellulose, sorbitol, or dextran. If desired, the suspension may also contain suitable stabilizers or agents that increase the solubility of the therapeutic compound, allowing the preparation of highly concentrated solutions.
[0284]
Alternatively, the active ingredient can be in powder form for constitution with a suitable vehicle (eg, sterile pyrogen-free water) before use.
[0285]
The therapeutic compounds can also be formulated in rectal compositions such as suppositories or retention enemas, eg, containing conventional suppository bases such as cocoa butter or other glycerides.
[0286]
In addition to the previously described formulations, the therapeutic compound can also be formulated as a depot preparation. Such long acting formulations can be administered by implantation (for example subcutaneously or intramuscularly) or by intramuscular injection. Thus, for example, therapeutic compounds can be combined with suitable polymeric or hydrophobic materials (eg, as an emulsion in an acceptable oil) or ion exchange resin, or sparingly soluble derivatives (eg, conserving soluble salts). ).
[0287]
A pharmaceutical carrier for the hydrophobic therapeutic compounds of the invention is a cosolvent system comprising benzyl alcohol, a nonpolar surfactant, a water-miscible organic polymer, and an aqueous phase.
[0288]
The co-solvent system can be a VPD co-solvent system. VPD was a solution of 3% w / v benzyl alcohol, 8% w / v nonpolar surfactant polysorbate 80, and 65% w / v polyethylene glycol 300, made up to absolute volume with absolute ethanol. The VPD co-solvent system (VPD: 5W) consists of VPD diluted 1: 1 with 5% dextrose in aqueous solution. This co-solvent system dissolves hydrophobic therapeutic compounds well and itself produces low toxicity upon systemic administration. Naturally, the proportion of a co-solvent system can vary considerably without destroying its solubility and toxicity characteristics. In addition, the identity of the co-solvent component can vary: for example, other low toxicity nonpolar surfactants can be used in place of polysorbate 80; the fraction size of polyethylene glycol can vary; A compatible polymer can be replaced with polyethylene glycol (eg, polyvinylpyrrolidone); as well as other sugars or polysaccharides can be replaced with dextrose.
[0289]
Alternatively, other delivery systems for hydrophobic pharmaceutical therapeutic compounds can be used. Liposomes and emulsions are well known as examples of delivery vehicles or carriers for hydrophobic drugs. Although usually toxic, certain organic solvents such as dimethyl sulfoxide can also be used.
[0290]
In addition, the therapeutic compound can be delivered using a sustained release system such as a semi-permeable matrix of solid hydrophobic polymer containing the therapeutic agent. Various sustained-release materials have been established and are well known by those skilled in the art. Sustained release capsules can release therapeutic compounds over several weeks up to 100 days, depending on their chemical nature.
[0291]
Depending on the chemical nature and biological stability of the therapeutic agent, additional strategies for protein stability can be used.
[0292]
The pharmaceutical composition may also include a suitable solid or gel phase carrier or excipient. Examples of such carriers or excipients include, but are not limited to, calcium carbonate, calcium phosphate, various sugars, starch-cellulose derivatives, gelatin, and polymers such as polyethylene glycol.
[0293]
Many therapeutic compounds of the invention can be provided as salts with pharmaceutically compatible counterions. Pharmaceutically compatible salts can be formed with many acids, including but not limited to hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, lactic acid, tartaric acid, malic acid, succinic acid, and the like. Salts tend to be more soluble between aqueous solvents that are the corresponding free base forms or in other protic solvents.
[0294]
3. Effective dosage
Pharmaceutical compositions suitable for use in the present invention include compositions wherein the active ingredient is included in an amount effective to achieve its intended purpose. More particularly, a therapeutically effective amount means an amount effective to prevent the onset of the subject being treated or to alleviate existing symptoms. The determination of an effective amount is well within the capability of those skilled in the art, especially in light of the detailed disclosure provided herein.
[0295]
For any therapeutic compound used in the method of the invention, the therapeutically effective dose can be estimated initially from cell culture assays. For example, the dosage is formulated in an animal model and is determined in cell culture. 50 A range of circulating concentrations (ie, concentrations of test therapeutic compounds that achieve half-maximal inhibition or activation of cell proliferative activity, or restoration of metabolic function). Such information can be used to more accurately determine useful doses in humans.
[0296]
A therapeutically effective dose refers to that amount of therapeutic compound that results in amelioration of symptoms or prolonged survival in a patient. Toxicity and therapeutic effects of such therapeutic compounds are demonstrated in cell cultures or experimental animals, for example LD 50 (Lethal dose up to 50% of the population) and ED 50 It can be determined by standard pharmaceutical procedures for determining (a therapeutically effective dose in 50% of the population). The dose ratio between toxic and therapeutic effects is the therapeutic index and LD 50 And ED 50 As a ratio between. Therapeutic compounds that exhibit high therapeutic indices are preferred.
[0297]
Data obtained from these cell culture assays and animal studies can be used to formulate a dosage range for use in humans. The dosage of such therapeutic compounds is preferably ED with little or no toxicity. 50 Is within the range of circulating concentration. The dosage can vary within this range depending upon the dosage form employed and the route of administration utilized. The exact formulation, route of administration, and dosage can be chosen by the individual physician in view of the patient's condition. (See, eg, Fingl et al., 1975, “The Pharmaceutical Basis of Therapeutics”, Chapter 1, page 1.)
[0298]
Dosage amount and interval may be adjusted individually to provide plasma levels of the active moiety sufficient to maintain the kinase modulating effects, or minimal effective concentration (MEC). The MEC will vary for each therapeutic compound but can be estimated from in vitro data; for example, the concentration required to achieve 50-90% inhibition of the kinase using the assays described herein . The dosage required to achieve MEC depends on the individual characteristics and route of administration. However, plasma concentrations can be determined using HPLC assays or bioassays.
[0299]
Dosage intervals can also be determined using the MEC value. The therapeutic compound should be administered using a regimen that maintains plasma levels above the MEC for between 10-90%, preferably 30-90%, and most preferably 50-90% of the time. In cases of local administration and selective uptake, the effective local concentration of the drug may not contribute to plasma concentration.
[0300]
The amount of composition administered will, of course, depend on the subject being treated, the weight of the subject, the severity of the affliction, the manner of administration, and the judgment of the physician prescribing the drug.
[0301]
4). Packaging
The composition may be present in a pack or dispenser device that may contain one or more unit dosage forms containing the active ingredients, if desired. The pack can include, for example, a metal or plastic foil (eg, a blister pack). The pack or dispenser device can be accompanied by instructions for administration. A composition comprising the therapeutic compound of the invention formulated in a compatible pharmaceutical carrier can be prepared, placed in a suitable container and labeled for treatment of the indicated condition. Appropriate conditions indicated on the label may include inhibition or activation of cell proliferation, restoration of metabolic function, treatment of tumors, treatment of arthritis, and the like.
[0302]
The following examples for the generation and use of the selection system of the present invention allow those skilled in the art to have a clearer understanding and implementation of the present invention. However, the invention is not limited in scope by the exemplary embodiments intended only as an illustration of a single aspect of the invention, and methods that are functionally equivalent are within the scope of the invention. Indeed, various modifications of the invention in addition to those described herein will become apparent to those skilled in the art from the foregoing description and accompanying drawings. Such modifications are intended to fall within the scope of the above claims.
[0303]
VI. Example
A. Materials and methods
The following are the experimental procedures and materials used in the examples shown below.
[0304]
(Construction of cDNA library into SinRep5 vector)
Total mRNA of any tissue or cell line is isolated using the QuickPrep (MicromRNA purification kit (Pharmacia, Pharmacia Biotech Europe GmbH, Duebendorf, Switzerland) according to the supplier's recommendations. First-strand synthesis is performed in the presence of 5-methyl-cytosine using a Straagene AG, Basel, Switzerland) ZAP cDNA synthesis kit to protect the internal StuI restriction site, followed by a second digestion with RNaseH. The strand is synthesized using DNA polymerase I to produce a 3 ′ overhang that can be recessed by T4 DNA polymerase (3 ′ exonuclease activity). Finally, it is ligated into the pSinRep5 vector (see Invitrogen, NV Leek, Netherlands; see FIG. 5 and Bredenbeek et al., 1993, J. Virol. 11: 6439-6446), followed by digestion with StuI. Linearize the plasmid for in vitro transcription.
[0305]
Construction of a cDNA library in a TE vector (see FIG. 6 and Frolov et al., 1996, PNAS 93: 11371-11377; the complete sequence of pTE5′2J is given in SEQ ID NO: 1) essentially consists of pSinRep5 Do as described for. The only exception is the use of 5-methyl-adenosine during second strand synthesis to protect the internal XbaI restriction site and the resulting DNA fragment into the pTE plasmid pTE SEAP via XbaI / StuI or ApaI. To clone.
[0306]
The plasmids used in this study are detailed in Table 1.
[0307]
Table I
Description of the DNA construct:
pSinRep5 construct:
pSinRep5: Invitrogen Sindbis
From the expression system European Headquarters: Invitrogen, NV Leek, Netherlands
Bredenbeek et al., November 1993, J. Am. Virology 67: 6439-6446.
[0308]
SP6 promoter: 9933-9951
Nonstructural genes: 60-7598
Subgenomic promoter: 7580-7603
Start of transfer: 7598
Multiple cloning sites: 7647-7689
Poly A tail: 7997-8033
Amp resistance gene: 8227-9085
ColE1 origin: 9232-9861.
[0309]
pSinRep5 EPO: pSinRep5 digested with XbaI / SphI was ligated with the synthetic EPO sequence of EPO (XbaI / SphI). See the attached sequence 1 for the sequence of EPO.
[0310]
pSinRep5 SEAP: pSinRep5 digested with XbaI / StuI and ligated with the NheI / ClaI fragment of pSEAP2Basic, Clontech Laboratories, Inc. , Palo Alto, USA. pSinRep5 lacZ: derived from Invitrogen Sindbis expression system.
[0311]
pTE construct:
pTE5'2J: A general description of the related vector pTE3'2J is described below: Hahn et al., 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 2679-2683. Frolov et al., 1996, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 11371-11377. The detailed sequence of TE5′2J is shown in SEQ ID NO: 1.
[0312]
pTE5′2J EPO: pTE was digested with XbaI / ApaI and ligated with the XbaI / ApaIEPO fragment derived from pSinRep5.
[0313]
pTE5'2J SEAP: pTE was digested with ApaI and the ends were treated with Klenow enzyme prior to digestion with XbaI. The vector was ligated with the NheI / ClaI fragment from pSEAP 2Basic (Clontech Laboratories, Inc., Palo Alto USA).
[0314]
pTE5'2J CAT: pTE5'2J was digested with XbaI and the ends were filled with Klenow enzyme according to standard procedures. The CAT PCR fragment shown in the attached sequence 3 was blunt-ended and ligated into the vector TE5′2J.
[0315]
Helper construct:
DHEB: Bredenbeek et al., 1993, J. MoI. Virology 67: 6439-6446.
[0316]
987BBneo: (SEQ ID NO: 2).
[0317]
(In vitro transcription of Sindbis cDNA library)
Linearized vector DNA (pSinRep5 or pTE linearized by NotI digestion; helper DNA DH-EB linearized by EcoRI digestion (Bredenbeek et al., 1993, J. Virol. 11: 6439-6446)) was prepared using QiaQuick PCR. RNase was removed by purification through a purification column (QIAGEN AG, Basel, Switzerland) and eluted with DEPC-H2O. Subsequent in vitro transcription was performed using the SP6 in vitro transcription kit (Invitroscript CAP Kit, Invitrogen BV, NV Leek, The Netherlands) according to the manufacturer's recommendations. The resulting 5 ′ capped mRNA was analyzed on reducing and non-reducing agarose gels.
[0318]
(Generation of Sindbis virus particles)
2-5 μg of in vitro transcribed mRNA was electroporated to BHK21 cells (ATCC accession number CCL10), or (for TE construct), according to Invitrogen manual (Invitroscript CAP Kit, Invitrogen BV, NV Leek, The Netherlands) Electroporated (for PSinRep5 and helper DH-EB). The 5 'capped mRNA of pSinRep5 encodes a viral nonstructural protein that induces the viral replication process. A co-electroporated helper mRNA (DH-EB) delivered viral structural proteins. 5% CO in TurbodomaHP-1 medium containing 1% FCS 2 After incubation for 18 hours at 37 ° C., cell supernatants were harvested and the amount of infectious virus particles released was determined by plaque assay.
[0319]
(Plaque assay)
A dilution series of harvested viral particles (see above) was used in 1 ml of Turbodoma HP-1 (1:10) in 90% confluent BHK21 cells in a 6-well plate. Four , 1: 5 × 10 Four 1:10 Five , 1: 5 × 10 Five 1:10 6 , 1: 5 × 10 6 ) After 2 hours incubation at 37 ° C., in the case of temperature sensitive mutants from complementation groups C, D, and E, the plates were incubated at a permissive temperature of 30 ° C. (Lindquist et al., 1986, Virology 151: 10-20; Arias et al., J. Mol. Biol. 168: 87-102; Carleton and Brown, 1996, J. Virol. 70: 952-959). The medium was replaced with 2 ml of warm 0.8% agarose (Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany) in 2 ml of Turbodoma HP-1 medium (Dr. F. Messi, Cell Culture Technologies, Zurich, CH). After 2 days incubation at an acceptable temperature, plaques of 1 to 4 mm diameter were formed. Plaques were counted and the corresponding number of plaque forming units (“pfu”) per ml was calculated.
[0320]
(Agarose blot assay (ABA))
A 90% confluent BHK21 cell layer in a 60 mm dish was incubated with HP-1 medium containing approximately 800-1000 plaque forming units for 2 hours at a permissive temperature. The supernatant was replaced by overlaying the cells with a 1.5 mm layer of warm 0.8% agarose at 41 ° C. in 1 × HP-1 and the cells were incubated at permissive temperature for 2 hours. Secreted proteins from infected cells 35 Detection was by S Met / Cys labeling. For this purpose, the medium is 20 μCi. 35 Before adding S Met / Cys (Hartmann Analytical GmbH, Braunschweig, Germany), it was replaced with 2 ml RPMI 1640 (Met / Cys deficient medium) for 30 minutes.
[0321]
Viral protein release was inhibited by adding a cocktail of protease inhibitors and / or cross-linked antibodies to the Sindbis virus glycoprotein described in the Examples. The temperature sensitive Sindbis mutant was changed to 40 ° C. for 2 hours prior to labeling to inhibit virus particle release. Before washing the cells and agarose layer twice with 1 ml RPMI 1640 (Met / Cys deficient medium), 20 μCi 35 S Met / Cys was applied for 2 hours at 37 ° C. Later, a pre-moistened nitrocellulose membrane was placed on top of the agarose for 4-20 hours. Membranes were removed and washed with a buffer containing 0.1% Triton X100 (Sigma, St. Louis, USA) as described in the examples and exposed to X-ray film (Hyperfilm bmax, Amersham, Sweden) after drying. . Black spots on the developed X-ray film showed Sindbis virus particles containing cDNA for secreted protein.
[0322]
(Amplification of selected viral particles)
Positive plaques were identified by an X-ray film overlay with an agarose overlay. Corresponding plaques were harvested with a 10 μl chip and eluted overnight at 4 ° C. in 200 μl PBS. After pelleting the agarose, 60% confluent BHK21 cells in a 12-well plate were infected with 0.5 ml of Turbodoma HP-1 with the eluted virus for 2 hours at the permissive temperature and then the medium Was replaced with 1 ml of Turbodoma HP-1 medium. After incubation for 20 hours at permissive temperature, the cell supernatant is collected and a 1:20 dilution in 2 ml of Turbodoma HP-1 is incubated for 2 hours in a T25 flask containing 60% confluent BHK 21 cells. The medium was then replaced with 10 ml of HP-1 medium. After 20 hours of incubation, the resulting supernatant is approximately 10 Four -10 6 pfu / ml (total about 10 per T25 supernatant) Five -10 7 corresponding to pfu).
[0323]
(Sequencing of selected Sindbis virus particles)
Viral RNA was isolated using a viral RNA isolation kit (High Pure Viral RNA Kit, Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany), and RT-PCR was performed according to manufacturer's recommendations, Gibco (Gibco / BRL, Life Techno Tech). , Basel, Switzerland) using Superscript one-step RT-PCR. The 3 ′ primer for RT-PCR is oligo GCGCGGGCCCT 20 (Specific for poly A tail) or oligo GCGCGGGCCCCGCTGCGGTGGCATTAGCACC (specific for the Sindbis virus 3 'CIS sequence); The RT-PCR product was digested with the restriction enzymes Bsp120I and EcoRI, gel purified and ligated to pBluescript (digested with EcoRI and Bsp120I) and finally the oligo at the multiple cloning site “about 40 of Sequencing was performed using “forward and reverse primers”.
[0324]
(Immunofluorescence microscopy of Sindbis virus-infected cells)
60% confluent BHK 21 cells in a 6-well plate were treated with 2 at a permissive temperature at 0.1 moi in 1 ml HP-1 medium containing Sindbis virus particles containing a heterologous cDNA encoding a membrane protein (receptor). Infected for hours. Twenty hours after infection, cells were dissociated using cell dissociation solution (Sigma-Aldrich, Steinheim, Germany) and washed twice at 4 ° C. in 1% BSA HBSS. The resuspended cells were then incubated for 15 minutes on ice with a ligand-flag fusion protein at a concentration between 100 ng / ml and 1 μg / ml and 5 μg / ml of monoclonal antibody M2. Cells were washed twice and then incubated for 30 minutes at 4 ° C. with 10 μg / ml FITC-conjugated secondary antibody in 1% BSA HBSS. After two washing steps with 1% BSA HBSS, the cells were analyzed using immunofluorescence microscopy (Leica DMIL, Leica, Heerburg, Switzerland) or the cells were analyzed using a FACS sorter. And classified.
[0325]
(Cloning of ts2, ts20 and double mutation ts2,20 in DH-EB)
Mutations ts2, ts20, and combinations of these two mutations were inserted into DH-EB by PCR using the following oligonucleotides (Bredenbeek et al., 1993, J. Virology 6439-6446):
Primer:
Oligo AatII GCACTTAAGTTGGAGGCGCAC
Oligo BssHII GGCACTCACGCGCGCGCTTTACAGGC
Oligo HpaI. 1 GCAAT GTtAAc aGGTCTGTATCTAATTGG
Oligo HpaI. 2 CGACCt gTTaAC ATTGCTCACCACCAGGG
Oligo PvuI. 1 GACAGCGGT CGatCG ATCATGGGAACTC
Oligo PvuI. 2 GAGTTATCCATGAT CGatCG ACCGCTTGTC.
[0326]
The restriction sites used for analysis are underlined and the mutated nucleotides are shown in lower case and bold. PCR reactions were performed in the following combinations.
[0327]
PCR 1: oligo AatII-oligo HpaI. 1 (about ts20)
PCR2: Oligo BssHII-oligo HpaI. 2 (about ts20)
PCR3: Oligo AatII-oligo PvuI. 1 (about ts2)
PCR4: Oligo BssHII-Oligo Pvu. I. 2 (for ts2).
[0328]
100 pmol of each oligo and 5 ng template DNA were transferred to 4 units of Taq or Pwo polymerase, 0.1 μM dNTP and 1.5 mM MgSO. Four Used in a 100 μl reaction mixture. Polymerase was added directly before starting the PCR reaction (starting point 95 ° C.). The temperature cycle is as follows: 95 ° C., 1.5 minutes, followed by 5 cycles of 95 ° C. (30 seconds), 54 ° C. (30 seconds), 72 ° C. (120 seconds), and subsequently 95 ° C. ( 30 cycles), 64 ° C (30 seconds), 72 ° C (120 seconds), 25 cycles.
[0329]
Four PCR (PCR1-4) fragments were purified using the Qia spin PCR kit (QIAGEN, Inc., Chatsworth, CA 91311, USA) and finally 10 units of DraIII and HpaI in an appropriate buffer, Digested with HpaI and BssHII, DraIII and PvuI, or BssHII and PvuI, respectively. This digestion was performed at 37 ° C. for 6 hours, and the DNA fragment was then gel purified (gene-clean; Bio 101 Inc., Vista, CA 92083, USA). Purified PCR fragments 1 and 2 and fragments 3 and 4 were finally ligated to DraIII / BssHII digested and gel purified pDH-EB (Bredenbeek et al., J. Virology November 1993, 6439). ~ 6446). The exact sequence of the resulting vector was checked by restriction enzyme digestion and confirmed by DNA sequencing using the following primers:
Oligo sequence ts2: TTCCAAGCCATCAGAGGGG
Oligo sequence ts20: AGATTAGCACCTCAGGACCG.
[0330]
The correct vectors DH-EB ts2 and DH-EB ts20 were digested with 10 units of Bsp68I and EcoRI in appropriate buffer for 4 hours at 37 ° C. The 4.5 kb DNA fragment of pDH-EB ts2 and the 3.4 kb fragment of pDH-EB ts20 were gel purified (as described above) and ligated to create DH-EB ts2,20. The exact sequence of the resulting vector was confirmed by restriction enzyme digestion and confirmed by DNA sequencing using primer oligo sequence ts2 and oligo sequence ts20 (above).
[0331]
(Production of mg amount of secreted protein)
A batch of BHK 21 cells was infected with a viral supernatant containing the protein of interest. Subsequent purification yielded several milligrams of pure protein.
[0332]
B. Example 1: Compartment screening and identification of nucleic acid-encoded proteins using a predetermined localization
Confluent cultures of BHK cells were infected with viral particles containing two expression systems with two different nucleic acids (pSinRep5 EPO and pSinRep5 lacZ, both packaged with the helper construct DHBB). One culture was not infected as a negative control (Vial 1, lane 1 in FIG. 1A). 24 hours after infection, cells were starved for 30 minutes in starvation medium lacking methionine and cysteine. Pulse stimulation of 10 μCi 35S Met / Cys was added and replaced with fresh medium after 30 minutes. Cells and cell supernatants were collected after 2 hours of incubation. Cells were resuspended in Laemmli buffer and boiled for 10 minutes. 500 μl of supernatant was added to 600 μl methanol and 200 μl chloroform. The top layer was discarded and the precipitated protein was pelleted by the addition of 800 μl methanol. Both precipitated supernatant protein and cell pellet were resuspended in 25 μl Laemmli buffer and the protein was separated on a 15% SDS polyacrylamide gel. After drying, the gel was exposed to X-ray film overnight. The labeled protein found in the supernatant was electrophoresed on the gel shown in FIG. 1A; FIG. 1B was labeled in the cell pellet corresponding to the supernatant in lanes 1 and 2 of FIG. 1A. Indicates protein.
[0333]
Identification of the nucleic acid encoding the secreted protein is possible by detection of a band on X-ray film (FIG. 1A), which is labeled in the supernatant encoded by an exogenous expression system. The result is unique to proteins. Lane 1 of FIG. 1A shows that uninfected cells (without exogenous expression systems) secrete some unidentified proteins. The corresponding cell pellet is shown in FIG. 1B, where many proteins are labeled and multiple bands are visualized. Empty lane 2 in FIG. 1A shows the presence of an expression system containing nucleic acid encoding intracellular protein in vial 2. Thus, lane 2 in FIG. 1B confirms this finding by the presence of a unique band resulting from a single labeled protein from the cell pellet. Repress all expression of other endogenous proteins (compared to lane 1), unique labeling, and vial 2 nucleic acid to intracellular protein (this protein is actually lacZ is an intracellular protein) It was possible to unambiguously identify as a nucleic acid encoding (confirming published findings). The strong band resulting from a single radioactive protein in the supernatant in lane 6 of FIG. 1A indicates the presence of an expression system comprising a nucleic acid encoding the secreted protein. Vial 6 (lane 6 in FIGS. 1A and 1B) was infected with the pSinRep5 EPO construct. This finding confirms that EPO is a secreted protein. Endogenous protein expression was again suppressed, allowing unique labeling and unambiguous identification of the nucleic acid in vial 6 as the nucleic acid encoding the secreted protein. Lanes 3-5 show labeled secreted proteins from a mixture of the two expression systems. Increasing the ratio of the EPO expression system by 10%, 50%, and 90% results in more unique labeled proteins in the supernatant. These results indicate that compartment screening can identify nucleic acids encoding proteins at predetermined cellular localization locations.
[0334]
C. Example 2: Separation of labeled virus particles from secreted proteins for semi-solid medium screening
For optimization of the identification of expression systems encoding secreted proteins in semi-solid media, the following are preferred: a) suppress endogenous protein synthesis; and b) labeled viral particles and other labeled Prevent soluble viral proteins from screening interferences. A layer of confluent BHK21 cells in a 35 mm dish was infected with double subgenomic infectious virus particles pTEC5'2JCAT or pTE5'2JEPO at 5 MOI. As a negative control, uninfected BHK 21 cells were used. 14 hours after infection, the medium was removed and the cells were 10 μCi per dish. 35 Layered with 4 mm 0.8% agarose in RPMI 1640 medium containing SMet / Cys. After gelation, the culture was overlaid with 1 ml of Cys / Met-free RPMI and the medium was collected after 2, 4, and 8 hours. Proteins were precipitated and separated on a 15% SDS gel. The gel was exposed to X-ray film overnight. It could be shown that endogenous protein synthesis was again inhibited and labeling was specific (Figure 2: Comparison of lanes 1-3 and lanes 4-9). In addition, viral particle spread was also inhibited. This is because the characteristic pattern of the three structural viral proteins (capsid, E1, and E2) could not be detected (lanes 4-9).
[0335]
There was a labeled protein of about 60 kD size in both supernatants of the virally infected culture (lanes 4-9). It was speculated that this protein is a viral protein and can be produced by proteolytic cleavage of one of the Sindbis virus glycoproteins. In the case of pTE5′2JEPO, an additional protein with the size of EPO was detected after 8 hours (lane 9), indicating the main feasibility of semi-solid medium screening. This experiment shows that labeled viral particles can be separated from secreted proteins by limited diffusion in 0.8% agarose. However, the release of soluble viral proteins occurs without further treatment. Such release is not preferred. This is because its release can interfere with phenotypic screening. Example 3 describes a method for inhibiting the release of unwanted viral proteins.
[0336]
D. Example 3: Inhibition of viral soluble protein release
A layer of confluent BHK cells was infected with double subgenomic pTE5′2JCAT virus particles at 5 MOI. 14 hours after infection, the medium was removed and the cells were 10 μCi per dish. 35 4 mm 0.8% agarose in RPMI 1640 medium containing cocktail solutions of SMet / Cys and various amounts of Mini Protean protease inhibitors (concentrated 7 times as described in Boehringer Mannheim, Rotkreuz, Switzerland) Layered. 100 μl, 20 μl, 10 μl, 5 μl, and 1 μl were used (lanes 1-5 in FIG. 3). After gelation, the culture was overlaid with 1 ml of RPMI without Cys / Met and the medium was collected after 4 hours. Proteins were precipitated and separated on a 15% SDS gel. The gel was exposed to X-ray film overnight. The results (shown in FIG. 3) showed that viral protein release was inhibited by the addition of protease inhibitors. At concentrations above 20 μl / ml (lanes 1 and 2), it inhibits the release of soluble protein, which neither diffuses virus particles nor viral proteins through the agarose layer, and endogenous or viral proteins Showed no interference with screening.
[0337]
(E. Example 4: Identification of a nucleic acid encoding a protein having a predetermined enzymatic activity in a mixture of nucleic acids in a semi-solid medium screening)
An expression system comprising a nucleic acid encoding a protein having phosphatase activity was identified in a mixture of the two expression systems. pSinRep5 lacZ and pSinRep5 SEAP were individually packaged with helper DHEB to produce infectious particles. The two expression systems were mixed at a 10: 1 ratio (pSinRep5 lacZ: pSinRep5 SEAP). A layer of confluent BHK 21 cells in a 35 mm dish was infected with this mixture of expression systems or with the pSinRep5 lacZ expression system alone. Two hours after infection, the medium was removed and the cells were overlaid with 1.5 ml of 0.8% agarose 1 × HP-1 medium.
[0338]
Two days later, the nitrocellulose filter was placed on top of the agarose for 4 hours. The filter is removed, washed in PBS, and placed in a solution of 100 mM TrisHCl, 100 mM NaCl, 370 mg / nitro blue tetrazolium, and 250 mg / l 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate (all Sigma). Alkaline phosphatase activity was detected.
[0339]
In a sample containing 10% pSinRep5 SEAP expression system, two spatially distinct regions with alkaline phosphatase activity could be detected (FIG. 5). In screening, two corresponding plaques resulting in enzymatic conversion of the substrate and a negative control from the negative staining area were isolated. Cell cultures were then fixed in 0.5% glutaraldehyde in PBS and lacZ activity was stained with X-Gal as described in the instructions “Sindbis expression system” (Invitrogen, San Diego, USA). Detected cells (not shown). About 20-30 plaques stained blue in this cell culture show the distribution of the original expression system.
[0340]
Positive alkaline phosphatase plaques and virus from negative controls were eluted by shaking overnight at 4 ° C. in PBS. PBS was added to a culture of fresh confluent BHK cells in a 35 mm dish and SEAP activity was confirmed 2 days after infection by the following assay. 500 μl of 2 × SEAP buffer (2 mM L-homoarginine, 0.2 M diethanolamine, 0.1 mM MgCl 2 +100 μl of substrate solution (120 mM nitrophenyl phosphate in water) was mixed with 400 μl of cell culture supernatant heat inactivated (10 min, 60 ° C.). SEAP activity was represented by a color change from purple to yellow in samples from the positive area of the culture, whereas the negative control produced no color change. This example shows that an expression system comprising a nucleic acid encoding a protein having a predetermined enzymatic activity can be isolated from a mixture of expression systems in a semi-solid medium screening.
[0341]
(F. Example 5: Stable amplification of expression system)
Positive virus particles from Example 4 (including nucleic acids encoding SEAP) were amplified over three passages. 1% of the supernatant from the 35 mm dish of Example 4 was added to 80% confluent T25 (25 cm with BHK 21). 2 ) Used to infect a cell culture flash. Supernatants were removed 24 hours after infection and assayed for SEAP activity. SEAP activity in the supernatant was demonstrated by a quick color change in the sample. The particles are thus passaged a total of 4 times, so that 10 8 The expression system was amplified within 5 days according to the above factors. This result indicates that this expression system is rapidly and efficiently amplified to produce large amounts of the protein of interest. In addition, this process provides a substantial amount of expression system and utility in any other mammalian system that will benefit further study of protein function.
[0342]
(G: Example 6: Identification of nucleic acids encoding secreted proteins in a mixture of nucleic acids in semi-solid medium screening)
An expression system comprising a nucleic acid encoding a secreted protein with phosphatase activity was identified in a mixture of the two expression systems. pSinRep5′LacZ and pSinRep5 ′ SEAP were individually packaged with the helper DHEB to generate infectious particles. 90% confluent BHK 21 cell layer (Easy Grip, Falcon 3004, Becton Dickinson and Company, England) in a 60 mm dish with about 780 plaque forming units (“pfu”) pSinRep5 LacZ and 20 pfu of SEP5 ) And 1 ml of 1 × HP-1 medium and incubated at 37 ° C. for 2 hours. After removing the medium, the cells were overlaid with 3 ml of HP-1 medium at 41 ° C. 0.8% agarose (Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany) and then 5% CO 2. 2 Incubated for 2 days at 37 ° C.
[0343]
Agarose was overlaid with 1 ml of 1 × RPMI 1640 Met / Cys for 10 minutes and then replaced with 1 ml of fresh 1 × RPMI 1640 Met / Cys. After 30 minutes of starvation, the medium was washed with 0.8 ml of 1 × RPMI 1640 Met / Cys− + 20 μCi. 35 Substitution with S Met / Cys. After 4 hours of labeling, the agarose overlay was washed 3 times for 10 minutes with 1 ml of 1 × HP-1 and then 54 mm pre-moistened nitrocellulose filter (0.45 μm membrane, BA85, Schleicher & Schuell, Germany). ) Was applied for 16-18 hours.
[0344]
Diffusion blotting was allowed to proceed for 18 hours and then SEAP activity was measured by AP staining (10 ml 100 mM TrisHCl, 100 mM NaCl, 370 mg nitroblue tetrazolium and 250 mg / l 5-bromo-4chloro-3indolyl phosphate (all Sigma)) (FIG. 7). AP color development was stopped by removal of AP staining solution and subsequent washing steps (3 times with TBS containing 0.1% Triton X-100). The nitrocellulose was then dried and exposed to X-ray film (Hyperfilm βmax, Amersham, Sweden) for at least 24 hours and then developed using an AGFA Curix 60 (Schenk, Winterthur, Switzerland) machine (FIG. 7).
[0345]
The coordinates of the radioactive spot were determined and the equivalent area was taken from the agarose layer using a 10 μl tip. Eluted virus (as described above) was passaged in 60% confluent BHK 21 12 well plates. The presence of the SEAP encoding gene in the eluted virus insert was determined by spotting 4 μl of supernatant on a nitrocellulose membrane and AP staining as described above.
[0346]
The coincidence of the spot on the secreted alkaline phosphatase-stained filter with the spot on the X-ray film can clearly identify the nucleic acid encoding the secreted protein in a mixture of nucleic acids using semi-solid media screening It shows that.
[0347]
(H. Example 7: Identification of nucleic acids encoding secreted proteins in a Sindbis virus library representing a cDNA library in semi-solid medium screening)
A directed cDNA library derived from ECV 304 cells (ATCC CRL-1998, human endothelial cell line) containing a Not I site at the 3 ′ end and 5 ′ blunt end, StuI, Bsp 120L digested pSinRep5 vector And connect to 10 7 The first clone of E. coli. Obtained after transformation of E. coli DH10b. After preparation of plasmid DNA and linearization with Not I, the library was transcribed in vitro as described above and packaged with helper DHEB to produce infectious particles. 90% confluent BHK21 cell layer in a 60 mm dish (Easy Grip, Falcon 3004, Becton Dickinson and Company, England) at 37 ° C. with 1 ml of 1 × HP-1 medium containing approximately 800 pfu of pSinRep5 ECV 304 library. Incubated for 2 hours. After removal of the medium, the cells were overlaid with 3 ml of HP-1 medium at 41 ° C. warm 0.8% agarose (Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany) and then 5% CO 2. 2 Incubated for 2 days at 37 ° C.
[0348]
Agarose was overlaid for 10 minutes with 1 ml of 1 × RPMI 1640 Met- / Cys- replaced with 1 ml of fresh 1 × RPMI 1640 Met- / Cys-. After 30 minutes of starvation, the medium was washed with 20 μCi 35 Replacement with 0.8 ml of 1 × RPMI 1640 Met / Cys containing S Met / Cys. After 4 hours of labeling, the agarose overlay was washed 3 times with 1 ml of 1 × HP-1 for 10 minutes and then a 54 mm pre-moistened nitrocellulose filter (0.45 μm membrane, BA85, Schleicher & Schuell, Germany) was applied.
[0349]
Diffusion blotting was allowed to proceed for 18 hours at 37 ° C., then the nitrocellulose was washed 3 times for 10 minutes with TBS containing 0.1% Triton X-100, then the membrane was dried and X-ray film (Hyperfilm βmax, Amersham, Sweden) was exposed for at least 24 hours followed by color development with AGFA Curix 60 (Schenk, Winterthur, Switzerland) machine.
[0350]
The coordinates of the radioactive spot were determined and an equal area was picked from the agarose layer using a 10 μl tip. Virus was eluted as previously described and passaged to 60% confluent BHK21 cells in 12 well plates. After reamplification of viral particles in 60% confluent BHK21 cells in 6-well plates, viral RNA was isolated using a “high purity viral RNA kit” (Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany). RT-PCR was performed using the Superscript single step RT-PCR kit from the manufacturer (Gibco / BRL, Life Technologies AG, Basel, Switzerland) and the primers described above. The RT-PCR product was digested with restriction enzymes Bsp120I and EcoRI, gel purified, ligated into pBluescript (digested with EcoRI and Bsp120I), and oligo “−40 forward and reverse primers” at the multiple cloning site. Was finally sequenced using.
[0351]
I. Example 8: Identification of a nucleic acid encoding a secreted protein in a nucleic acid mixture in a semi-solid medium screen using a Sindbis ts mutant
(Recombinant SEAP Sindbis virus stock)
EcoRI linearized DH-EB helper constructs (DH-EB, DH-EB ts2, DH-EB ts20, DH-EB ts2,20) and NotI linearized pSinRep 5 SEAP and pSinRep5 LacZ DNA (QiaQuick PCR purification column) QIAGEN AG, Basel, Switzerland) and DEPC-H 2 Elution with O was made so as not to contain RNase. SP6 in vitro transcription was performed according to the manufacturer Invitrogen (Invitroscript CAP Kit, Invitrogen BV, NV Leek, The Netherlands). 5 μg of SinRep 5 ′ SEAP and 5 μg of helper transcript were simultaneously electroporated into BHK21 cells according to Invitrogen (Invitroscript CAP Kit, Invitrogen BV, NV Leek, The Netherlands). The supernatant was removed 30 hours after electroporation (30 ° C., 5% CO 2 2 And assayed for SEAP activity. 4 μl of supernatant was spotted on a nitrocellulose membrane (Schleicher & Schuell) and SEAP activity was detected by AP staining as described above (FIG. 8).
[0352]
(First passage of ts mutant)
Recombinant virus stock was passaged into 60% confluent 6-well plates with BHK21 cells. 100 μl of each stock + 900 μl of HP-1 was added to BHK cells for 2 hours at 30 ° C., and then the viral supernatant was replaced with 2 ml HP-1. Cells were incubated for 24 hours at either a permissive temperature of 30 ° C. or a non-permissive temperature of 37 ° C., after which the supernatant was assayed for SEAP activity (as described above) (FIG. 8).
[0353]
(Plaque assay for ts mutant)
Dilution series of collected virus particles (see above) were performed in 1 ml Turbodoma HP-1 in 90% confluent BHK21 cells in a 60 mm tissue culture dish (Easy Grip, Falcon 3004, Becton Dickinson and Company, England). (1:10 Four , 1: 5 × 10 Four 1:10 Five , 1: 5 × 10 Five 1:10 6 , 1: 5 × 10 6 ). Cells were infected for 2 hours at 30 ° C. with virus diluted in a diluted series of collected virus particles (see above). The supernatant was then replaced with 0.8% agarose in HP-1 and 5% CO 2 for 2 days at 37 ° C. or 30 ° C. 2 Incubated in. The plaques were then counted.
[0354]
(Agarose blot assay using a mixture of pSinRep SEAP and pSinRep LacZ)
Expression systems containing nucleic acids encoding secreted proteins were identified in a mixture of two expression systems. pSinRep5′LacZ and pSinRep5′SEAP were individually packaged with the ts mutant helper DHEB (see Table 1) to obtain infectious particles. A 90% confluent BHK21 cell layer in a 60 mm dish (Easy Grip, Falcon 3004, Becton Dickinson and Company, England) was pSinRep 5 LacZ / DHEB ts with approximately 780 plaque forming units (“pfu” and 20 pfu). Incubation was performed at 30 ° C. for 2 hours with 1 ml of 1 × HP-1 medium containing SEAP (secreted alkaline phosphatase) / DHEB ts. After removal of the medium, the cells were overlaid with 3 ml of 0.8% agarose (Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany) at 41 ° C. in HP-1 medium, then 5% CO 2. 2 Incubated for 2 days at 30 ° C.
[0355]
After 2 hours pre-starvation, the cells were treated with 5% CO2. 2 Shifted to 40 ° C. In agarose, 1 ml of 1 × RPMI 1640 Met - / Cys - For 10 minutes, and then add 1 ml of RPMI medium to 1 ml of fresh 1 × RPMI 1640 Met. - / Cys - The medium was replaced. After 30 minutes of starvation at 40 ° C., the medium was washed with 20 μCi of 35 0.8 ml of 1 × RPMI 1640 Met containing S Met / Cys - / Cys - Replaced with. After labeling for 4 hours at 40 ° C., the agarose top layer was washed 3 times for 10 minutes with 1 ml of 1 × HP-1 and then 54 mm pre-moistened nitrocellulose filter (0.45 μm membrane, BA85, Schleicher & Schuell, Germany) was applied.
[0356]
Diffusion blotting was allowed to proceed for 18 hours at 40 ° C., after which SEAP activity was measured by AP staining (10 ml 100 mM Tris-HCl, 100 mM NaCl, 370 mg nitroblue-tetrazolium, and 250 mg / l 5-bromo-4-chloro- Detection with 3-indolyl phosphate (all Sigma)) gave a purple spot (FIG. 8). AP staining was stopped by removal of AP solution and subsequent washing steps (3 times with TBS containing 0.1% Triton X100). Nitrocellulose was dried and exposed to X-ray film (Hyperfilm bmax, Amersham, Sweden) for at least 24 hours before being developed in an AGFA Curix 60 (Schenk, Winterthur, Switzerland) apparatus.
[0357]
The coordinates of the radioactive spot were determined and an equal area was picked from the agarose layer using a 10 μl pipette tip.
[0358]
(J. Example 9: Identification of nucleic acids encoding secreted proteins in nucleic acid mixtures in semi-solid media library screening using ts mutants)
The pSinRep5 ′ cDNA library ECV 304 was packaged with the mutant helper DHEB to obtain infectious particles. A 90% confluent BHK21 cell layer in a 60 mm dish (Easy Grip, Falcon 3004, Becton Dickinson and Company, England) was used with 1 ml of 1 × HP-1 medium containing about 800 pfu of pSinRep 5 cDNA library ECV 304. And incubated at 30 ° C. for 2 hours. After removal of the medium, the cells were overlaid with 3 ml of 0.8% agarose (Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany) in HP-1 medium, then 5% CO2. 2 Incubated for 2 days at 30 ° C.
[0359]
After 2 hours pre-starvation, the cells were treated with 5% CO2. 2 Shifted to 40 ° C. In agarose, 1 ml of 1 × RPMI 1640 Met - / Cys - For 10 minutes, then 1 ml of fresh 1 × RPMI 1640 Met - / Cys - The medium was replaced. After 30 minutes of starvation, the medium was washed with 0.8 ml of 1 × RPMI 1640Met. - / Cys - + 20μCi 35 Substitution with S Met / Cys. After 4 hours of labeling, the agarose top layer was washed 3 times for 10 minutes with 1 ml of 1 × HP-1, then 54 mm pre-moistened nitrocellulose filter (0.45 μm membrane, BA85, Schleicher & Schuell, Germany) was applied for 16-18 hours.
[0360]
Diffusion blotting is allowed to proceed for 18 hours, after which the nitrocellulose is dried and exposed to X-ray film (Hyperfilm βmax, Amersham, Sweden) for at least 24 hours before being developed with an AGFA Curix 60 (Schenk, Winterthur, Switzerland) apparatus. did. The coordinates of the radioactive spot were determined and an equal area was picked from the agarose layer using a 10 μl pipette tip.
[0361]
K. Example 10: Expression cloning using Sindbis virus: Cloning of receptors for known ligands by FACS single cell sorting
A 60% confluent BHK21 culture in a T150 flask was infected in 1 × HP-1 medium with a moi of 0.1 at 37 ° C. for 2 hours. pSinRep5 hIL 13 Ra (human interleukin 13 receptor, subunit α; cloned into pSinRep5 digested with pBA2-hIL13Ra digested with XbaI and PvuII with hIL13Ra.XbaI and StuI) / DHEB and pSinRep 5E LacZD Different dilutions (1: 0/1: 100/1: 100,000) were used with a total moi of 0.1. The medium was then replaced with fresh 1 × HP-1 medium and the cells were replaced with 5% CO2. 2 Incubated for 20 hours at 37 ° C.
[0362]
The cells were then resuspended in 5 ml of cell dissociation solution (Sigma-Aldrich, Steinheim, Germany) followed by two additional washing steps in HBSS containing 1% BSA. 1 ml 1% BSA in HBSS, 1 μg / ml IL13flag (by IBR GmbH, Waengi, Switzerland) and 5 μg / ml mAb M2 (by IBR GmbH, Waengi, Switzerland) were incubated with the cells at 4 ° C. for 15 minutes. Cells were washed twice with 1.5 ml 1% BSA / HBSS and incubated with 1 ml 1% BSA and 10 μg / ml FITC-conjugated secondary antibody for 30 minutes at 4 ° C. Cells were washed twice with 1% BSA in HBSS at 4 ° C. and 3 × 10 3 in HBSS. 6 Resuspended at a concentration of / ml. Single cell sorting into 96 well plates was performed for cells with FITC fluorescence intensity above background (see FIG. 9).
[0363]
FIG. 9 shows that interleukin 13 receptor α is transiently expressed and that single cells expressing the appropriate receptor for the selected ligand can be sorted by FACS analysis.
[0364]
(L. Example 11: Expression cloning using Sindbis virus: Cloning of ligands for known receptors)
Infectious Sindbis virus libraries are generated as described above in dual subgenomic Sindbis virus vectors (pTE) or in pSinRep5 co-packaged with DH-EB helpers. Confluent BHK21 cells in a 150 mm dish are incubated for 2 hours with HP-1 medium containing approximately 5,000 pfu of infectious Sindbis virus library. After removal of the medium, the cells are overlaid with 2 mm 0.8% agarose in 1 × HP-1 medium and incubated at 37 ° C. for 3 days. A nitrocellulose filter is placed on top of the agarose and incubated for at least 3 hours. Remove the membrane and subsequently wash with TBS. After stirring the filter in TBS for 15 minutes, the filter is blocked by incubating in 1% skim milk for 1 hour. After three washing steps in TBS, the filter is incubated for at least 1 hour in TBS containing radiolabeled solubilized receptor. After several washing steps in TBS, the filter is dried and exposed to X-ray film. Dark spots indicate colonies expressing the binding partner of the selected receptor of interest.
[0365]
(M. Example 12: Cloning of cell binding protein with known ligand)
Infectious Sindbis virus libraries are generated as described in the Materials and Methods section (supra) in double subgenomic Sindbis virus vectors (pTE) or in pSinRep5 co-packaged with DH-EB helpers To do. BHK21 cells are grown to confluence on nitrocellulose filters in a 150 mm dish. Cells are incubated for 2 hours with HP-1 medium containing approximately 5,000 pfu. After removal of the medium, the cells are overlaid with 2 mm 0.8% low melting point agarose in 1 × HP-1 medium and incubated at 37 ° C. for 2 days. Following this incubation, a nitrocellulose filter is placed on top of the agarose to capture the virus particles. After 24 hours of incubation, the nitrocellulose filter is removed and placed in a new 150 mm dish, where a fresh culture of BHK cells is placed 1 cm. 2 Add to medium containing 10% FCS at a cell density of 400,000 cells per cell. After cell attachment, the culture is again overlaid with 2 mm agarose and incubated at 37 ° C. This culture serves as a stock of virus particles for later isolation. The first plate is heated to 40 ° C. to melt the agarose. After removal of the thawed agarose, the cells are separated by known methods (0.5% glutaraldehyde, 3% paraformaldehyde in PBS, according to the expected location (nucleus, cytoplasmic membrane, etc.) and the nature of the cloned protein. Fix to the membrane with -20 ° C methanol). After several washing steps in TBS, the filter is incubated in TBS containing radioactively labeled ligand. After several washing steps, the filter is dried and exposed to X-ray film. The dark dots indicate colonies that express the binding partner of the selected ligand.
[0366]
(N. Example 13: Discovery and expression of novel membrane proteins)
The Sindbis virus library in pSinRep5 as described in Example 6 is co-electroporated with the DHBB helper to produce the one-way virion described above. After determination of the virus titer, a confluent culture of 987 BB neo cells (Table I and SEQ ID NO: for a description of vectors that can be transfected with BHK21 cells to obtain a 987BB neo cell line after selection in 200 μg / ml G418. 2). After removal of the medium, the cells are overlaid with 2 mm agarose to allow plaque formation. Three days later, Motobu et al. (EC Beuvery et al. (Ed.) “Animal Cell Technologies the Development the 21th century”, pages 811 to 815 (1995) Kluwer Academic Publis-coated polyester as described in Kluwer Academic Publishers). And BHK21 cells at the top of 400,000 cells / cm 2 At a cell density of 1,000,000 cells / ml medium. After cell attachment, the same amount of fresh medium is added and the culture is incubated for an additional 12 hours. Remove liquid medium and label medium (10 μCi 35 (S methionine / cysteine). After uptake for 12 hours, the labeling medium is removed and the culture is washed by the addition of 10 ml normal medium. The medium is replaced every 10 minutes for a total of 2 hours. After removal of all liquid medium, the cells are overlaid with a 2 mm layer of medium containing 0.8% agarose and 0.1% trypsin. After agarose gelation, the nitrocellulose membrane is placed on top of the agarose and the culture is further incubated for 1-6 hours. Membrane protein fragments released by proteolysis diffuse to the membrane and are captured on a nitrocellulose filter. By performing autoradiography of the filters, clones encoding membrane proteins are shown.
[0367]
O. Example 14: Discovery and expression of novel organelle-specific proteins
Infectious Sindbis virus libraries are generated as described in Materials and Methods in double subgenomic Sindbis virus vectors (pTE) or in pSinRep5 co-packaged with DH-EB helpers. BHK21 cells are grown to confluence in a 150 mm dish. Cells are incubated for 2 hours with HP-1 medium containing approximately 5,000 pfu. After removal of the medium, the cells are overlaid with 2 mm 0.8% low melting point agarose in 1 × HP-1 medium and incubated at 37 ° C. for 1-2 days. Following this incubation, a nitrocellulose filter is placed on top of the agarose to capture the virus particles. After at least 12 hours of incubation, the nitrocellulose filter is removed and placed in a new 150 mm dish, where a fresh culture of BHK cells is placed 1 cm. 2 Add to medium containing 10% FCS at a cell density of 400,000 cells per cell. After cell attachment, the culture is again overlaid with 2 mm agarose and incubated at 37 ° C. This culture serves as a stock of virus particles for later isolation.
[0368]
On the first plate, 40 μCi of methionine and cysteine 35 Overlay a second layer of 0.8% agarose in RPMI 1640 medium containing the S labeling mixture. After 2 hours of labeling, the plate is heated to 40 ° C. to melt the agarose. After removal of the thawed agarose, the cells are lysed by known methods to obtain intact organelles. A nitrocellulose filter blocked with immobilized antibody against the organelle surface protein to be captured is placed on top of the homogenate. After several washing steps, the filter is dried and exposed to X-ray film. By performing autoradiography of the filter, a clone encoding a protein localized in the desired organelle is shown.
[0369]
P. Example 15: Expression cloning with Sindbis virus: Cloning of new receptors for known ligands by FACS single cell sorting
60% confluent BHK21 cells in T150 flasks were infected with 20 pLinRep ECV cDNA library in 20 ml of Turbodoma HP-1 medium at 0.1 moi for 2 hours. The medium was then replaced with 40 ml of fresh 1 × HP-1 medium and the cells were replaced with 5% CO2. 2 Incubate for 20 hours at 37 ° C.
[0370]
The cells are then resuspended in 5 ml of cell dissociation solution (Sigma-Aldrich, Steinheim, Germany) and washed twice in HBSS containing 1% BSA. Cells were incubated for 15 minutes at 4 ° C. in 1 ml HBSS in the presence of 1% BSA, 1 μg / ml ligand-flag fusion protein, and 5 μg / ml mAb M2, and 1.5 ml 1% BSA / Wash twice with HBSS followed by 30 min incubation at 4 ° C. with 1 ml 1% BSA and 10 μl / ml anti-M2 FITC. Cells were washed twice with 1% BSA in HBSS, followed by 3 × 10 3 in HBSS. 6 Resuspend at a concentration of / ml. Single cell sorting into 96 well plates is performed on cells with FITC activity above background.
[0371]
The supernatant of the 96 well plate is used for plaque assay in 6 well plates with 90% confluent BHK21 cells. Plaques are picked using a 10 μl pipette tip and eluted as described above. Eluted virus is passaged to a 60% confluent BHK21 12 well plate in 1 ml Turbodoma HP-1 at permissive temperature. The eluted viral insert is determined by reamplification of viral particles in 2 ml Turbodoma HP-1 medium in 6-well plates containing 60% BHK21 cell layers. Viral RNA was isolated using a “high purity viral RNA kit” (Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany) and RT-PCR was performed by the manufacturer (Gibco / BRL, Life Technologies AG, Basel, Switzerland process). Performed using RT-PCR kit and primers previously described. Ligation and sequencing of the RT-PCR product into pBluescript is performed as described above.
[0372]
(Q: Example 16: Expression cloning of ligands for known binding partners)
pSinRep5 ′ EPO and pSinRep 5 LacZ were packaged with helper DHEB to obtain infectious particles. A 90% confluent BHK21 cell layer in a 60 mm dish (Easy Grip, Falcon 3004, Becton Dickinson and Company, England) was added to about 25-30 pfu of pSinRep EPO / DH-EB and about 180-200 pfu pL pS Incubated with 1 ml of 1 × HP-1 medium containing DH-EB at 37 ° C. for 2 hours. After removal of the medium, the cells were overlaid with 3 ml of 0.8% agarose (Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany) in HP-1 medium warmed to 41 ° C. and the plates were 5% CO 2. 2 Incubated for 2 days at 37 ° C.
[0373]
A 54 mm pre-moistened nitrocellulose filter (0.45 μm membrane, BA85, Schleicher & Schuell, Germany) was applied for 16 hours, followed by blocking the nitrocellulose with 1% BSA in TBS for 2 hours. Primary antibodies specific for the secreted proteins screened (anti-EPO, polyclonal, Research Diagnostics, Inc., USA) were incubated for 1 hour at a dilution of 1: 3000 in TBS (according to the manufacturer). The membrane was then washed three times with TBS 0.05% Tween, followed by secondary antibody (AP-conjugated anti-rabbit IgG, Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc., USA) in 1: 1 TBS 1% BSA. Incubated with filters at a dilution of 4000. After the membrane was washed with TBS 0.05% Tween, AP staining was performed as described above.
[0374]
Plaques corresponding to AP positive spots (see FIG. 10) were picked from the agarose layer using a 10 μl pipette tip. Virus elution was performed as described. Virus was passaged into 60% confluent BHK21 12 well plates. The eluted virus insert was determined by reamplification of virus particles in a 60% BHK21 6-well plate followed by a dot blot against EPO as described above.
[0375]
FIG. 10 shows that secreted specific ligands for known binding partners (receptors, antibodies) can be successfully cloned and that this system can be used efficiently to screen viruses that represent cDNA libraries. Show you get.
[0376]
All references cited in the text of this specification are hereby incorporated by reference in their entirety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A shows an experiment in which an expression system comprising either a nucleic acid encoding a secreted protein from a mixture of nucleic acids or a nucleic acid encoding an intracellular protein was identified using compartment screening. 2 is an autoradiogram of labeled protein precipitated from the supernatant of a screened cell culture, as described in more detail in Example 1. FIG. Lanes are as follows: Lane 1 -uninfected BHK21 cells; Lane 2 -Expression system encoding intracellular protein pSinRep5 LacZ; Lane 6 -Expression system encoding secreted protein (EPO) pSinREp5 EPO Lanes 3-5 contain a mixture of the two expression systems in a ratio of 90:10, 50:50, 10:90 (sinRep5 lacZ: SinRep5 EPO) showing increasing amounts of EPO. . The protein mass standard is indicated on the left; the protein molecular weight of EPO is indicated by the arrow.
FIG. 1B is an autoradiogram of labeled proteins corresponding to the cell pellets of lanes 1 and 2 of FIG. 1A, shutting down accumulation of lacZ protein in the cell pellet and endogenous protein production in cells infected with pSinRep5 LacZ ( It is a figure which shows shutdown.
FIG. 2 shows the separation of labeled virus particles from secreted proteins as described in more detail in Example 2. Shutdown of endogenous protein synthesis is evident in lanes 4-6 (infected with TE5′2JCAT) and lanes 7-9 (infected with TE5′2JEPO) compared to lanes 1 to 3 (uninfected BHK21 cells). . Viral particle removal is evidenced by the absence of a characteristic pattern of Sindbis structural proteins (capsids E1 and E2). Lane 9 shows the diffusion of EPO size protein by agarose. In lanes 4 to 9, soluble proteins of viral origin can be seen. This protein is assumed to be released by proteolytic cleavage. Labeled proteins were collected at different time points: 2 hours (lanes 1, 4, 7), 4 hours (lanes 2, 5, 8) and 8 hours (lanes 3, 6, 9). The protein mass standard is shown on the left, the size of the Sindbis virus glycoprotein is indicated by the upper arrow and the molecular weight of EPO is indicated by the lower arrow.
FIG. 3 demonstrates that viral soluble protein release is reduced by protease inhibitors. As shown in Example 3, 10 in a 35 mm dish 6 BHK21 cells were infected with TE5′2JCAT. Various concentrations of protease inhibitor reaction mixtures (lanes 1-5, 100, 20, 10, 5, 1 μl per ml) were applied to a 4 mm agarose overlay. The molecular mass standard is shown on the left; the arrow indicates the predicted Sindbis glycoprotein E1 mass.
FIG. 4 shows the identification of an expression system comprising a nucleic acid encoding a protein having a predetermined enzyme activity for semi-solid medium screening. Confluent 35 mm dishes of BHK21 cells were infected with a mixture of 200 pfs SinReplacZ (left blot 1) or 200 pfs SinReplacZ / 20 pfu of SinRep 5 SEAP (right blot 2). Enzyme activity was detected on AP-stained filters. Blot 1 (which contains only the lacZ expression system) is negative in SEAP activity, while Blot 2 shows two distinct regions with SEAP activity (indicated by arrows).
FIG. 5A is a schematic diagram of a pSIN vector used to illustrate the present invention. The sources and constructs of these vectors are listed in Table 1.
FIG. 5B is a schematic diagram of the pSIN vector used to illustrate the present invention. The sources and constructs of these vectors are listed in Table 1.
FIG. 5C is a schematic diagram of the pSIN vector used to illustrate the present invention. The sources and constructs of these vectors are listed in Table 1.
FIG. 5D is a schematic diagram of the pSIN vector used to illustrate the present invention. The sources and constructs of these vectors are listed in Table 1.
FIG. 6A is a schematic diagram of a pTE vector used to illustrate the present invention. The vector shown is pTE5'2J. The sources and constructs of this vector are shown in Table 1.
FIG. 6B is a schematic diagram of a pTE vector used to illustrate the present invention. The vector shown is pTE5′2JCAT. The sources and constructs of this vector are shown in Table 1.
FIG. 6C is a schematic diagram of a pTE vector used to illustrate the present invention. The vector shown is pTE5'2JSEAP. The sources and constructs of this vector are shown in Table 1.
FIG. 6D is a schematic diagram of a pTE vector used to illustrate the present invention. The vector shown is pTE5'2JEPO. The sources and constructs of these vectors are shown in Table 1.
FIG. 7 Panel 7A and Panel 7B show that approximately 20 pfu of pSinRep 5 SEAP and 780 pfu of pSinRep 5 LacZ were mixed in 1 ml of TurbodomaHP-1 and infected with 60 mm dishes with BHK21 cells for 2 hours. It is a photograph shown. An agarose blot assay was performed as described in Example 10. Panel 7A shows AP staining represented by a purple spot (black spot indicates labeled secreted protein) of X-ray film (panel 7B: AP-stained film exposed to X-ray film) developed with blotted SEAP protein. 1 shows a nitrocellulose membrane. The coordinates of the spot with SEAP activity (indicated by arrows x1, x2, x3 in the AP-stained membrane and corresponding to arrows y1, y2, y3 in the developed X-ray film) are labeled secreted protein spots (Compare y1 and x1, y2 and x2, y3 and x3).
FIGS. 8A, 8B and 8C show that pSinRep 5 SEAP mRNA and pDHEBts mutant mRNA were co-electroporated into BHK21 cells. Cell supernatants of electroporated cells were analyzed by spotting 4 μl of supernatant onto nitrocellulose pieces 20 hours after electroporation and AP staining was performed as previously described. All electroporations were positive for SEAP secretion (purple spots on nitrocellulose filters) as shown in panel 8A. The first passage of the ts mutant virus was tested for infectivity at 37 ° C and 30 ° C. Infected cell supernatants were tested for secreted product SEAP by AP staining. The upper row of panel 8B shows the supernatant of cells incubated at 37 ° C, and the lower row of panel 8B shows the supernatant of cells incubated at 30 ° C. The double mutant pSinRep5 SEAP / pDHEBts2,20 produced a small amount of SEAP at 20 hours post infection (see panel B), but the viral particles were amplified and a large amount as shown in panel 8C. Product was detected 48 hours after infection.
FIG. 9A shows that pSinRep 5 hIL13Rα infected BHK21 cells (at a moi of about 0.1) were analyzed by immunofluorescence. Expressed hIL13Rα was detected with IL13-flag, M2 antibody and anti-mouse-FITC. BHK21 infected with pSinRep 5 hIL13α at 0.1 moi, analyzed by FACS and classified.
FIG. 9B shows that pSinRep 5 hIL13Rα infected BHK21 cells (at a moi of about 0.1) were analyzed by immunofluorescence. Expressed hIL13Rα was detected with IL13-flag, M2 antibody and anti-mouse-FITC. Same cells as panel A by immunofluorescence microscope.
FIG. 9C shows that pSinRep 5 hIL13Rα infected BHK21 cells (at about 0.1 moi) were analyzed by immunofluorescence. Expressed hIL13Rα was detected with IL13-flag, M2 antibody and anti-mouse-FITC. PSinRep5 LacZ infected cells as a negative control.
FIG. 9D shows that pSinRep 5 hIL13Rα infected BHK21 cells (at about 0.1 moi) were analyzed by immunofluorescence. Expressed hIL13Rα was detected with IL13-flag, M2 antibody and anti-mouse-FITC. PSinRep 5 hI13Rα virus diluted 1: 100 in pSinRep5 LacZ virus analyzed and sorted by FACS.
FIG. 10 shows that about 20 pfu of pSinRep5 Epo / DHEB was mixed with 200 pfu of pSinRep5 LacZ. The virus supernatant was incubated for 2 hours on 90% confluent BHK21 cells in a 60 mm dish before replacing the virus supernatant with 3 ml of 0.8%, 41 ° C. agarose in 1 × HP-1 medium. Two days later, a nitrocellulose membrane was applied on agarose and the diffusion blot was allowed to proceed for 14 hours. Blotted EPO was detected by immunodetection using anti-EPO antibody (rabbit) and AP-conjugated anti-rabbit antibody. Purple spots d1, d2, d3 (and other black spots) are pSinRep5
Blotted EPO from the underlying viral plaque representing EPO virus.
FIG. 11A shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5.
FIG. 11B shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5.
FIG. 11C shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5.
FIG. 11D shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5 EPO.
FIG. 11E shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5 EPO.
FIG. 11F shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5 EPO.
FIG. 11G shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5 hIL13Rα.
FIG. 11H shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5 hIL13Rα.
FIG. 11I shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5 hIL13Rα.
FIG. 11J shows the polynucleotide sequence of pSinRep 5 hIL13Rα.
FIG. 11K shows the polynucleotide sequence of pDH-EB.
FIG. 11L shows the polynucleotide sequence of pDH-EB.
FIG. 11M shows the polynucleotide sequence of pDH-EB.
FIG. 12A shows the polynucleotide sequence of pTE5′2J.
FIG. 12B shows the polynucleotide sequence of pTE5′2J.
FIG. 12C shows the polynucleotide sequence of pTE5′2J.
FIG. 12D shows the polynucleotide sequence of pTE5′2J.
FIG. 13A shows the polynucleotide sequence of 987 BB neo.
FIG. 13B shows the polynucleotide sequence of 987 BB neo.
FIG. 13C shows the polynucleotide sequence of 987 BB neo.
FIG. 14 shows a polynucleotide sequence of CAT.
FIG. 15 shows the polynucleotide sequence of the XbaI / ApaI fragment of synthetic erythropoietin.

Claims (10)

目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸の同定方法であり、該方法は以下の工程:
(a)複数の真核生物宿主細胞を含む組成物を提供する工程であって、
(i)ここで各宿主細胞は異なるメンバーを含む発現系を有し、各メンバーは制御エレメントと作動可能に連結した外因性タンパク質をコードする組換え核酸を有する組換えウイルスを含み、ここで該制御エレメントはサブゲノムプロモーターまたはウイルス内部リボソーム進入部位であり;
(ii)ここで該組換えウイルスはアルファウイルスであり;そして
(iii)ここで該組換えウイルスは自己複製可能である、工程;
(b)該真核生物宿主細胞を、該外因性タンパク質が発現される条件下で培養する工程;および
(c)目的の特性を有する外因性タンパク質をコードする組換え核酸を含むメンバーを同定する工程、
を包含する、方法。
A method for identifying a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein having a desired property, comprising the following steps:
(A) providing a composition comprising a plurality of eukaryotic host cells comprising the steps of:
(I) wherein each host cell has an expression system comprising different members, each member comprising a recombinant virus having a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein operably linked to a regulatory element, wherein The control element is a subgenomic promoter or viral internal ribosome entry site;
(Ii) wherein the recombinant virus is an alphavirus; and (iii) wherein the recombinant virus is capable of self-replication;
(B) culturing the eukaryotic host cell under conditions in which the exogenous protein is expressed; and (c) identifying a member comprising a recombinant nucleic acid encoding the exogenous protein having the property of interest. Process,
Including the method.
前記特性が、細胞膜に対して予め決定された細胞局在位置である、請求項に記載の方法。The method according to claim 1 , wherein the characteristic is a predetermined cell localization position with respect to a cell membrane . 前記特性が、結合パートナーに対する結合親和性である、請求項1に記載の方法。  The method of claim 1, wherein the property is binding affinity for a binding partner. 前記アルファウイルスが、シンドビスウイルス、セムリキ森林ウイルスおよびベネズエラウマ脳脊髄炎ウイルスからなる群より選択される、請求項1に記載の方法。  The method of claim 1, wherein the alphavirus is selected from the group consisting of Sindbis virus, Semliki Forest virus, and Venezuelan equine encephalomyelitis virus. 前記ウイルスが、さらにウイルス粒子の生成を指向する、請求項1に記載の方法。  The method of claim 1, wherein the virus is further directed to the production of virus particles. 外因性タンパク質をコードする前記核酸が、ポリペプチドをコードする複数の異なる核酸を含有する核酸ライブラリー由来である、請求項1に記載の方法。  2. The method of claim 1, wherein the nucleic acid encoding an exogenous protein is derived from a nucleic acid library containing a plurality of different nucleic acids encoding polypeptides. 前記複数のメンバーが、前記真核生物宿主細胞の物理的な分離を用いてスクリーニングされる、請求項1に記載の方法であって、ここで該宿主細胞の各々が該複数のメンバーの1つの個別のメンバーを保有する、方法。  2. The method of claim 1, wherein the plurality of members are screened using physical separation of the eukaryotic host cell, wherein each of the host cells is one of the plurality of members. A method of having individual members. 複数の異なるメンバーを有する真核生物発現系の集団を含む核酸ライブラリーであって、各メンバーは制御エレメントと作動可能に連結した外因性タンパク質をコードする組換え核酸を有する組換えウイルスを含み、
(i)ここで該制御エレメントはサブゲノムプロモーターまたはウイルス内部リボソーム進入部位であり;
(ii)ここで該組換えウイルスはアルファウイルスであり;そして
(iii)ここで該組換えウイルスは自己複製可能である、核酸ライブラリー。
A nucleic acid library comprising a population of eukaryotic expression systems having a plurality of different members, each member comprising a recombinant virus having a recombinant nucleic acid encoding an exogenous protein operably linked to a control element;
(I) where the regulatory element is a subgenomic promoter or viral internal ribosome entry site;
(Ii) wherein the recombinant virus is an alphavirus; and (iii) a nucleic acid library wherein the recombinant virus is capable of self-replication.
前記アルファウイルスはシンドビスウイルスである、請求項1に記載の方法。  The method of claim 1, wherein the alphavirus is a Sindbis virus. 前記アルファウイルスがシンドビスウイルスである、請求項に記載の核酸ライブラリー。The nucleic acid library according to claim 8 , wherein the alphavirus is Sindbis virus.
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