JP4528940B2 - 高発現の宿主細胞を選択する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、高発現の宿主細胞を選択する方法、問題のタンパク質を高収量で製造する方法、および問題のタンパク質をコードする配列の多重コピーを有する真核細胞を製造する方法に関する。
DNAを生きている宿主細胞に機能的な形で導入する方法の発見は、多くの基本的な生物学的課程を理解する鍵を提供し、重要なタンパク質および他の分子の商業的に有用な量での製造を可能にした。
そのような遺伝子移入方法の一般的な成功にかかわらず、所望のタンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞に入れ、その中で発現させる効率を制限するいくつかの一般的な問題が存在する。1つの問題は、いつ遺伝子を受け入れ細胞に首尾よく移すかを知ることである。第2の問題は、遺伝子を含むこれらの細胞と、移入課程で生き残ったが、その遺伝子を含まない細胞を区別することである。第3の問題は、その遺伝子を含み、その遺伝子によりコードされるタンパク質を高レベルで発現している細胞を同定し、単離することである。
一般に、遺伝子を真核細胞に導入する公知の方法は、非常に効率的でないという傾向がある。ある培養物中の細胞のうち、わずかな割合のみが外から加えられたDNAを取り込み、発現し、もっと少ない割合のみがそのDNAを安定に維持する。
所望のタンパク質をコードする生成物遺伝子を導入したこれらの細胞の同定は、同じ細胞に、選択可能なマーカーをコードする、選択可能な遺伝子と一般に呼ばれる他の遺伝子を導入することにより達成される。選択可能なマーカーは、抗生物質または他の薬剤に対する耐性を賦与する酵素、または宿主細胞における代謝的または異化的欠陥を補償する酵素等の、選ばれた特別の培養条件下に宿主細胞の増殖または生残りに必要なタンパク質である。例えば、真核細胞について一般的に用いられる選択可能な遺伝子は、アミノグリコシドホスホトランスフェラーゼ(APH)、ハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ(hyg)、ジヒドロフォレートリダクターゼ(DHFR)、チミジンキナーゼ(KK)、ネオマイシン、プロマイシン、グルタミンシンテターゼ、およびアスパラギンシンテターゼを含む。
選択可能マーカーをコードする第2の導入された遺伝子の宿主細胞による発現に基づいて、一つの遺伝子を導入した宿主細胞を同定する方法は、コトランスフェクテーション(またはコトランスフェクション)と呼ばれる。その方法では、所望のポリペブチドをコードする遺伝子および選択遺伝子を典型的には宿主細胞に同時に導入するが、それらは連続的に導入してもよい。同時コトランスフェクテーションの場合、所望のポリペブチドをコードする遺伝子および選択可能な遺伝子は、宿主細胞に導入する前に、単一のDNA分子に存在してもよく、或いは別のDNA分子に存在してもよい。Wigler等、Cell、16:777(1979)。次に、所望のポリペプチドをコードする遺伝子を導入した細胞は、選択可能遺伝子によりコードされる選択可能マーカーを合成するこれらの細胞の増殖または生き残りを優先的に可能にする条件下に、該細胞を培養することにより同定され、または単離される。
真核宿主細胞中に導入された遺伝子の発現のレベルは、遺伝子のコピー数、転写効率、メッセンジャーRNA(mRNA)プロセシング、安定性、および翻訳効率を含む多くの要因に左右される。従って、所望のポリペブチドの高レベル発現は、1以上のこれらの要因を最適化することを典型的には必要とするであろう。
例えば、タンパク質生産のレベルは、遺伝子のコード配列を、高レベルの転写を与えるであろう「強力な」プロモータまたはエンハンサーに共有結合的に結合させることにより増加するかも知れない。プロモータおよびエンハンサーは、転写に関与する宿主細胞においてタンパク質と特異的に相互作用するヌクレオチド配列である。Kriegler、Meth.Enzymol.、185:512(1990);Maniatis等、Science、236:1237(1987)。プロモータは遺伝子コード配列の上流に位置して、RNAポリメラーゼによる遺伝子の転写を促進する。高レベル発現のため強力なプロモーターと同定されている真核プロモータには、SV40初期プロモーター、アデノウイスルメジャー後期プロモーター、マウスメタロチオネイン−I−プロモーター、ラウスザルコーマウイルスロングターミナルリピートおよびヒトサイトメガロウイルス即時プロモータ(CMV)がある。
エンハンサーはリンクしたプロモータからの転写を刺激する。プロモーターとは異り、エンハンサーは、転写開始部位から下流に、またはプロモータから相当な距離で置かれた時、活性であるが、実際問題としてエンハンサーはプロモータと物理的および機能的にオーバーラップし得る。例えば、上に挙げた強力なプロモーターは強力なエンハンサーをも含む。Bendig、Genetic Engineering、7:91(Academic Press、1988)。
タンパク質生産のレベルは、宿主細胞中の遺伝子コピー数を増加させることによっても増加させ得る。大きい遺伝子コピー数を得る一つの方法は、例えばコトランスフェクテーションの間に選択可能な遺伝子に比べモル大過剰の生成物遺伝子を用いることにより、宿主細胞に多数の遺伝子コピーを直接的に導入することである。Kaufman、Meth.Enzymol.、185:537(1990)。しかしながら、この方法によれば少ない割合のコトランスフェクトされた細胞だけが生成物遺伝子を大コピー数で含むであろう。更に、そのような細胞を生成物遺伝子の少ないコピーを含む大部分の細胞から区別するための一般的に利用できる、便利な方法は存在しないので、労力のいる、時間のかかるスクリーニング法が、所望の高コピー数トランスフェクタントを同定するのに典型的には必要である。
大きい遺伝子コピー数を得るもう一つの方法は、宿主細胞中で自主的に複製できるベクター中で遺伝子をクローニングすることを含む。そのようなベクターの例には、エプスタインバールウイルスまたは牛パピローマウイルスに由来する哺乳類発現ベクター、および酵母の2ミクロンプラスミドベクターがある。StephensおよびHentschel、Biochem. J.、248:1(1987);Yates等、Nature、313:812(1985);Beggs、Genetic Engineering、2:175(Academic Pres、1981)。
高遺伝子コピー数を得るもう一つの方法は、宿主細胞中での遺伝子増幅を含む。遺伝子増幅は真核細胞中で比較的低頻度で自然に起る。Schimke、J.Biol.Chem.、263:5989(1988)。しかしながら遺伝子増幅は、宿主細胞を適当な選択圧にさらすことにより誘導され、または少くとも選択され得る。例えば、生成物遺伝子を増幅可能な遺伝子と共に宿主細胞中に導入し、次いで、コトランスフェクトされた細胞を、連続的に増加した濃度の選択剤にさらすことによりマーカー遺伝子の増幅について選択することは多くの場合可能である。
その目的に最も広く用いられる増幅可能な遺伝子はDHFR遺伝子であり、ジヒドロフォレートリダクターゼ酵素をコードする。DHFR遺伝子と組合せて用いる選択剤はメトトレキセート(Mtx)である。宿主細胞を、所望のタンパク質をコードする生成物遺伝子およびDHFR遺伝子でコトランスフェクトし、Mtxを含む培地中で細胞をまず培養することにより、トランスフェクタントを同定する。野性型DHFR遺伝子を用いる場合、適当な宿主細胞は、UrlaubおよびChasin、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、77:4216(1980)に記載の如く調製し、増殖させた、DHFR活性を欠いたチャイニーズハムスター卵巣(CHO)セルラインである。次にトランスフェクトされた細胞を連続的により高い濃度のMtxにさらす。これによってDHFR遺伝子の多重コピー、および付随的に生成物遺伝子の多重コピーが合成される。Schimke、J. Biol. Chem.、263:5989(1988);Axel等、米国特許第4,399,216号;Axel等、米国特許第4,634,665号。選択とその後の増幅を考慮に入れる遺伝的マーカーと共に遺伝子をコトランスフェクションすることに関する他の文献には、J. Setlow編、Genetic Engineering(Plenum Press、ニューヨーク、第9巻(1987))中のKaufman;KaufmanおよびScharp、J. Mol. Biol.、159:601(1982);Ringold等、J. Mol.Appl.Genet、1:165〜175(1981);Kaufman等、Mol. Cell Biol.、5:1750〜1759(1985);KaetzelおよびNilson、J.Biol.Chem.、263:6244〜6251(1988);Hung等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、83:261〜264(1986);Kaufman等、EMBO J.、6:87〜93(1987);JohnstonおよびKucey.Science、242:1551〜1554(1988):Urlanb等、Cell、33:405〜412(1983)がある。
DHFR増幅法を他の種類の細胞に拡張するために、メトトレキセートに対して感受性の減少したタンパク質をコードする変異体DHFR遺伝子を、通常の数の内因性の野性型のDHFR遺伝子を含む宿主細胞と組合せて用いてもよい。SimonsenおよびLevinson、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、80:2495(1983);Wigler等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、77:3567〜3570(1980):HaberおよびSchimke、Somatic Cell Genetics、8:499〜508(1982)。
別法として、宿主細胞を、生成物遺伝子、DHFR遺伝子、およびneo遺伝子などの優性な(dominant)選択可能な遺伝子でコトランスフェクトしてもよい。KimおよびWold. Cell、42:129(1985);Capon等、米国特許第4,965,199号。ネオマイシン(または関連する薬剤G418)を含む培地中で細胞を先ず培養することにより、トランスフェクタントを同定し、次にこのように同定したトランスフェクタントを、連続的に増加する濃度のMtxにさらすことによって、DHFR遺伝子および生成物遺伝子の増幅について選択する。
この議論から認識されるであろうように、高レベルの所望のタンパク質を発現する組換え宿主細胞の選択は一般に多工程の方法である。第1段階では生成物遺伝子と選択可能な遺伝子を導入した最初のトランスフェクタントを選択する。次の段階でその最初のトランスフェクタントを、選択可能遺伝子の高レベル発現についてさらに選択し、次に生成物遺伝子の高レベル発現についてランダムスクリーニングにかける。
高レベルの所望のタンパク質を発現する細胞を同定するために典型的には多数のトランスフェクタントをスクリーニングしなければならない。大多数のトランスフェクタントは最大レベルより少ない所望のタンパク質を産生する。更に、DHFRトランスフォーマントにおけるMtx耐性は、様々な程度の遺伝子増幅により少くとも部分的に与えられる。Schimke、Cell、37:705〜713(1984)。選択されなかった遺伝子の共発現の不適当さは、Wold等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、76:5684〜5688(1979)により報告されている。増幅されたDNAの不安定性は、KaufmanおよびSchimke、Mol. Cell Biol.1:1069〜1076(1981);HaberおよびSchimke、Cell、26:355〜362(1981);およびFedespiel等、J.Biol.Chem.、259:9127〜9140(1984)により報告されている。
単一工程でそのような組換え宿主細胞を直接選択するいくつかの方法が記載されている。一つの方法は、宿主細胞を生成物遺伝子とDHFR遺伝子でコトランスフェクトし、高濃度のMtxを含む培地中で直接培養することにより、高レベルのDHFRを発現する細胞を選択することを含む。その方法で選択された細胞の多くは、コトランスフェクトされた生成物遺伝子をも高レベルで発現する。PageおよびSydenham、Bio/Technology、9:64(1991)。単一工程選択についてのこの方法はその有用性が限定される或る欠点を有する。高レベルの選択剤を含む培地中で直接培養することにより得られた高発現細胞は、増殖および安定性が悪く、したがって長期の生産方法としてのそれらの有用性が限定される。PageおよびSnyderman、Bio/Technology、9:64(1991)。Mtxに対する高レベルの耐性についての単一工程選択は、増幅された遺伝子を含む細胞というよりも、変化したMtx耐性DHFR酵素を有する細胞、または変化したMtx輸送性を有する細胞を作り得る。Haber等、J.Biol.Chem.、256:9501(1981);AssarafおよびSchimke、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、84:7154(1987)。
他の方法は、転写される領域の5'末端に生成物遺伝子および3'末端に選択可能な遺伝子を含むポリシストロン性のmRNA発現ベクターを使用することを含む。ポリシストロン性mRNAの3'末端の選択可能な遺伝子の翻訳は効率が悪いので、そのようなベクターは生成物遺伝子を優先的に翻訳し、選択から生き残るために高レベルのポリシストロン性mRNAを必要とする。Kaufman、Meth.Enzymol.,185:487(1990);Kanfman,Meth.Enzymol.、185:537(1990);Kaufman等、EMBO J.、6:187(1987)。従って高レベルの所望のタンパク質生成物を発現する細胞が、特定の選択可能な遺伝子と共に用いるのに適当な選択剤を含む培地中で最初のトランスフェクタントを培養することにより、単一工程で得られ得る。しかしながら、選択可能なマーカーの翻訳におよぼす上流の生成物の読み枠の予測できない影響のため、および上流の読み枠が時にはメトトレキセート増幅の間に除かれるので、これらのベクターの有用性は変わりやすい(Kaufman等、J. Mol. Biol.、159:601〜621(1982);Levinson、Methods in Enzymology、サンディエゴ:アカデミップレス(1990))。後のベクターは、生成物遺伝子と選択可能な遺伝子の間に位置するピコルナウイルスファミリーに由来する内部の翻訳開始部位を導入した(Pelleitier等、Nature、334:320(1988);Jang等、J.Virol.、63:1651(1989))。
単一工程選択のための第3の方法は、その内部に問題のタンパク質をコードする遺伝子が位置するイントロンを含む選択可能なDNA構築物の使用を含む。米国特許第5,043,270号、およびAbrams等、J.Biol.Chem.、264(24):14016〜14021(1989)を参照。さらに別の単一工程選択法においては、イントロン改変選択可能遺伝子および問題のタンパク質をコードする遺伝子で宿主細胞をコトランスフェクトする。1992年10月15日に公開されたWO92/17566号を参照。イントロンが対応するmRNA前駆体から正しく低効率でスプライスされるような長さのイントロンを、選択可能な遺伝子の転写される領域に挿入することによりイントロン改変遺伝子を調製し、その結果、イントロン改変選択可能遺伝子から作られる選択可能なマーカーの量は、出発選択可能遺伝子から作られるそれよりも実質的に少ない。これらのベクターは組込まれたDNA構築物のインテグリティを保証するのに役立つが、選択可能な遺伝子とそのタンパク質遺伝子が別のプロモーターにより駆動されるので転写上の結合は達成されない。
単一の転写単位を有する他の哺乳動物発現ベクターが記載されている。ネオマイシン耐性遺伝子が続く、内生のMolony murine白血病ウイルス(M−MuLV)スプライスドナーおよびスプライスアクセプター部位の間にcDNAが挿入されたレトロウイルスベクターが構築されている(Cepko等、Cell、37:1053〜1062(1984))。このベクターを用いて、いくつかの種類の細胞のレトロウイルス感染後に様々な遺伝子生成物を発現させた。
米国特許第5,043,270号 WO92/17566号 PageおよびSydenham、Bio/Technology、9:64(1991) Haber等、J.Biol.Chem.、256:9501(1981); AssarafおよびSchimke、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、84:7154(1987) Kaufman、Meth.Enzymol.,185:487(1990); Kanfman,Meth.Enzymol.、185:537(1990); Kaufman等、EMBO J.、6:187(1987) Kaufman等、J. Mol. Biol.、159:601〜621(1982) Pelleitier等、Nature、334:320(1988); Jang等、J.Virol.、63:1651(1989) Abrams等、J.Biol.Chem.、264(24):14016〜14021(1989) Cepko等、Cell、37:1053〜1062(1984)
上記の欠点を心に留めて、単一のプロモーターから選択可能なマーカー(DHFR)および問題のタンパク質を発現させることにより、問題の生成物遺伝子でトランスフェクトされた安定なクローンの発現レベルに関する均一性のレベルを増加させるのが本発明の一つの目的である。
高レベルの所望のタンパク質生成物を発現する安定な、組換え宿主細胞を選択する方法を提供するのが他の目的であり、その方法は実施するに早くそして便利であり、スクリーニングする必要のあるトランスフェクトされた細胞の数を減らす。さらに、高レベルの単一および2ユニットのポリペプチドが、安定な宿主細胞トランスフェクタントのクローンまたはプールから急速に作り出されることを可能にするのが一目的である。
活性な組込み事象のために偏らせ(すなわちDNA構築物が宿主細胞のゲノムの領域中に挿入され、生成物遺伝子の高レベルの発現をもたらす)、様々な生成物遺伝子を改変の必要なしに収容することができる発現ベクターを提供するのが更なる目的である。
従って、本発明は、5'転写開始部位および3'転写終了部位、選択可能な遺伝子(好ましくは増幅可能な遺伝子)および選択可能な遺伝子の3'に設けられた生成物遺伝子、選択可能遺伝子と生成物遺伝子の両方の転写を制御する転写制御領域を含んでなり、選択可能な遺伝子はスプライスドナー部位およびスプライスアクセプター部位によって定められるイントロンの内部に位置するDNA構築物(DNA分子)に関する。スプライスドナー部位は本明細書で定義する有効なスプライスドナー配列を好ましくは有し、それによって、転写制御領域を用いて、生成物遺伝子の発現を制御する。
他の態様において本発明は問題の生成物を製造する方法を提供し、その方法は、生成物遺伝子を発現させるよう、上記のDNA構築物でトランスフェクトされた真核細胞を培養し、その生成物を回収することを含んでなる。
更なる他の態様において、本発明は生成物遺伝子の多重コピーを有する真核細胞を製造する方法を提供し、その方法は上記したDNA構築物(選択可能遺伝子は増幅可能遺伝子である)で真核細胞をトランスフェクトし、増幅剤を含む選択培地中で増幅が起るのに十分な時間細胞を増幅させ、生成物遺伝子の多重コピーを有する細胞を選択することを含んでなる。好ましくは細胞のトランスフェクションはエレクトロポレーションを用いて行う。
宿主細胞をトランスフェクションした後、大部分のトランスフェクタントは、選択可能な遺伝子によりコードされるタンパク質に特徴的な選択可能な表現型を示さないが、驚くべきことに少ない割合のトランスフェクタントは選択可能な表現型を示し、これらのトランスフェクタントの中で、大部分は、生成物遺伝子によりコードされる高レベルの所望の生成物を発現することが見出された。したがって本発明は高レベルの所望の生成物を発現する組換え宿主細胞の選択のための改良された方法を提供し、その方法は様々な真核宿主細胞について有用であり、存在する細胞選択技術に固有の問題を回避する。
定義:
本明細書に開示する「DNA構築物」は、単離物として、または他のDNA分子中に、例えば発現ベクターまたは真核宿主細胞の染色体中に組み込まれて提供され得る、天然に存在しないDNA分子を含む。
本明細書で用いる「選択可能な遺伝子」の語は、選ばれた特定の細胞培養条件下での宿主細胞の増殖または生き残りに必要な選択可能なマーカーをコードするDNAを言う。従って、選択可能な遺伝子でトランスホームされた宿主細胞は、トランスフェクトされない宿主細胞が増殖または生き残りできない或る細胞培養条件下に増殖または生き残りできるであろう。典型的には選択可能な遺伝子は薬剤に対する耐性を与え、または宿主細胞における代謝または異化欠損を補償する。選択可能な遺伝子の例を次の表に示す。Kaufman、Methods in Enzymology、185:537〜566(1990)もこれらのレビューのため参照。
Figure 0004528940
好ましい選択可能な遺伝子は増幅可能な遺伝子である。「増幅可能な遺伝子」なる語は、或る条件下に増幅される遺伝子(すなわち染色体内または染色体外の形で生き残る遺伝子のさらなるコピーが生じる)を言う。増幅可能な遺伝子は、これらの条件下に真核細胞の増殖に必要な酵素(すなわち増殖可能なマーカー)を通常コードする。例えば該遺伝子はそれによってトランスホームされた宿主細胞がMtx中で増殖する場合増幅されるDHFRをコードし得る。Kaufmanによれば、上の表1の選択可能な遺伝子は増幅可能な遺伝子でもあると考え得る。増幅可能な遺伝子であると通常考えられない選択可能な遺伝子の例はネオマイシン耐性遺伝子である(Cepko等、上記)。
本明細書で用いる「選択培地」とは、選択可能な遺伝子を有する真核細胞を増殖させるのに用いる栄養溶液を言い、したがって「選択剤」を含む。HamのF10(Sigma)、ミニマルエッセンシャルメディウム([MEM]、Sigma)、RPM1−1640(シグマ)、およびDulbeccoのModified Eagle培地([DMEM]、Sigma)の商業的に入手し得る培地は例示的な栄養溶液である。更に、HamおよびWallace、Meth.Enz.、58:44(1979);BarnesおよびSato、Anal.Biochem.、102:255(1980);米国特許第4,767,704号、第4,657,866号、第4,927,762号または第4,560,655号;WO90/03430号;WO87/00195号;米国特許Re第30,985号;または米国特許第5,122,469号(これらすべての開示は本明細書の一部を構成する)に記載されたいずれの培地も培地として用い得る。これらのいずれの培地も、ホルモンおよび/または他の増殖因子(インスリン、トランスフェリン、上皮増殖因子等の)、塩(食塩、カルシウム、マグネシウム、およびリン酸塩等の)、緩衝剤(HEPES等の)、ヌクレオシド(アデノシンおよびチミジン等の)、抗生物質(ジェンタマイシン剤などの)、微量元素(ミクロモル範囲の最終濃度で通常存在する無機化合物として定義された)、グルコースまたは等価なエネルギー源を必要に応じて補ってもよい。他の必要ないずれの補助物も当業者に知られ適当な濃度で含ませ得る。好ましい栄養溶液は牛胎児血清を含む。
「選択剤」なる語は、特別な選択可能遺伝子を欠損した宿主細胞の増殖または生き残りを妨げる物質を言う。選択剤の例は上の表1に示されている。選択剤は、増殖可能な遺伝子がDHFRならMtxなどの、増殖可能な遺伝子のコピーを増幅させるための薬品として本明細書における目的のために定義された「増幅剤」を好ましくは含む。増幅剤の例として表1を参照。
本明細書で用いる「転写開始部位」の語は、一次的な転写、すなわちmRNA前
駆体に導入された最初の核酸に対応するDNA構築物中の核酸を言い、その部位はDNA構築物の5'末端に、または5'末端に隣接して一般に設けられる。
「転写終了部位」なる語は、RNAポリメラーゼを転写終了させる、DNA構築物の3'末端に通常示される、DNAの配列を言う。
本明細書で用いる「転写制御領域」とは、選択可能な遺伝子と生成物遺伝子の転写を制御するDNA構築物の領域を言う。転写制御領域とは、構成性であっても誘導性であってもよいプロモーター配列(すなわちRNAポリメラーゼの結合に関与して転写を開始させるDNAの領域)、および場合によりエンハンサー(すなわちプロモーターに作用してその転
写を増加させる、通常、約10〜300bpのシス作用性DNA因子)を通常言う。
本明細書で用いる「生成物遺伝子」とは、所望のタンパク質またはポリペプチド生成物をコードするDNAを言う。宿主細胞で発現できるいずれの生成物遺伝子も用い得るが、本発明の方法は選択可能または増幅可能遺伝子でない生成物遺伝子の高レベル発現を得るのに特に適している。従って生成物遺伝子によりコードされるタンパク質は、典型的には、選択された特別な細胞培養条件下に宿主細胞の増殖または生き残りに必要でないものであろう。例えば、生成物遺伝子はペプチドを適切にコードし、またはその鎖長が高レベルの3次および/または4次構造を生ずるのに十分である、アミノ酸のポリペプチド配列をコードし得る。
細菌のポリペプチドまたはタンパク質の例は、例えばアルカリホスホターゼおよびβ−ラクタマーゼを含む。哺乳動物のポリペプチドまたはタンパク質の例には、レニン;ヒト成長ホルモンおよび牛成長ホルモンを含む成長ホルモン;成長ホルモンリリーシング因子;パラチロイドホルモン;チロイド刺激ホルモン;リポプロテイン;α−1−アンチトリプシン;インスリンA鎖;インスリンβ鎖;プロインスリン;小胞刺激ホルモン;カルシトニン;黄体形成ホルモン;グルカゴン;VIIIC因子、IX因子、組織因子、ウィレブランド因子等の凝固因子;プロテインC等の抗凝固因子;心房性のナトリウム排泄増加因子;肺サーファクタント;ウロキナーゼまたはヒト尿若しくは組織型プラスミノーゲン活性化因子(t−PA)等のプラスミノーゲン活性化因子;ボンベシン;トロンビン;ヘモポイエチン増殖因子;腫瘍壊死因子−αおよびβ;エンケファリナーゼ;RANTES(regulated on activation normally T-cell expressed and secreted);ヒトマクロファージ炎症性タンパク質(MIP−1−アルファ);ヒト血清アルブミン等の血清アルブミン;ムレリアン(mullerian)阻害物質;レラキシンA鎖;レラキシンB鎖;プロレラキシン;マウスゴナドトロピン関連ペプチド;β−ラクタマーゼ等の微生物タンパク質;DNアーゼ;インヒビン;アクチビン;血管内皮増殖因子(VEGF);ホルモンまたは増殖因子の受容体;インテグリン;プロテインAまたはD;リウマチ因子;骨由来神経向性因子(BDNF)、ニューロトロフィン−3,−4,−5,または−6(NT−3,NT−4,NT−5,またはNT−6)、NGF−β等の神経成長因子等の神経向性因子;血小板由来増殖因子(PDGF);aFGFおよびbFGF等の腺維芽細胞増殖因子;表皮増殖因子(EGF);TGF−β1、TGF−β2、TGF−β3、TGF−β4またはTGF−β5を含む、TGF−アルファおよびTGF−ベータ等のトランスフォーミング成長因子;インスリン様増殖因子−IおよびII(IGI−IおよびIGF−II);デス(1−3)−IGF−I(脳IGF−I);インスリン様増殖因子結合タンパク質;CD−3、CD−4、CD−8およびCD−19等のCDタンパク質;エリスロポイエチン;オステオインダクティブ因子;イムノトキシン;骨のモルホジェネチックタンパク質(BMP);インターフェロン−アルファ、−ベータ、−ガンマ等のインターフェロン;コロニー刺激因子(CSF)、例えばM−CSF、GM−CSFおよびG−CSF;インターロイキン(IL)、例えばIL−1〜IL〜10;スーパーオキシドジムスターゼ;T細胞受容体;表面膜タンパク質;崩解促進因子;例えばAIDSエンベロープのタンパク質等のウイルス抗原;輸送タンパク質;ホーミング受容体;アドレシン;制御タンパク質;抗体;イムノアドヘシンおよび上記タンパク質の断片等のキメラポリペプチドがある。
生成物遺伝子は好ましくは宿主に存在する遺伝子の発現を妨げるアンチセンス配列より成らない。好ましいタンパク質はTGF−β、TGF−α、PDGF、EGF、FGF、IGF−I、DNアーゼ、t−PA等のプラスミノーゲン活性化因子、組織因子および因子VIII等の凝固因子、レラキシンおよびインスリン等のホルモン、IFN−γ等のサイトカイン、TNF受容体IgGイムノアドヘシン(TNFr−IgG)等のキメラタンパク質、または抗IgE等の抗体の治療用タンパク質である。
本明細書で用いる「イントロン」の語は、遺伝子の転写される領域内部、またはメッセンジャーRNA前駆体内部に存在するヌクレオチド配列を言い、そのヌクレオチド配列は翻訳前に宿主細胞によりメッセンジャーRNA前駆体から切り出され、またはスプライスされることができる。本発明に用いるのに適したイントロンは、天然に存在する核酸からの精製またはデノボ合成等の周知のいくつかの方法のいずれかにより適切に調製される。多くの天然に存在する真核遺伝子中に存在するイントロンが同定され、特性決定されている。Mount.、Nuc.Acids Res.、10:459(1982)。機能的なスプライス部位を含む人工的なイントロンも記載されている。Winey等、Mol. Cell Biol.、9:329(1989);Gatermann等、Mol. Cell Biol.、9:1526(1989)。イントロンは、例えば天然に存在する核酸を適当な制限エンドヌクレアーゼで消化することにより、またはイントロンの5'および3'末端での配列に相補的なプライマーを用いるPCRクローニングにより、天然に存在する核酸得てもよい。或いは、一定の配列および長さを有するイントロンを有機化学の様々な方法を用いて合成的に調製してもよい。Narang等、Meth.Enzymol.、68:90(1979);Caruthers等、Meth.Enzymol.、154:287(1985);Froehler等、Nuc.Acids Res.、14:5399(1986)。
本明細書で用いる「スプライスドナー部位」または「SD」とは、イントロン5'末端のエクソン−イントロン境界をすぐ近くで(immediately)囲むDNA配列を言い、「エクソン」はイントロンの5'側で核酸を含む。多くのスプライスドナー部位が特性決定されており、Ohshima等、J. Mol. Biol.、195:247〜259(1987)は、これらの総説を提供する。「有効なスプライスドナー配列」とは、スプライスドナー配列を有するメッセンジャーRNA前駆体のスプライシングの効率が、定量的PCRにより測定して、約80〜99%の間、好ましくは90〜95%の間である、スプライスドナー部位をコードする核酸配列を言う。有効なスプライスドナー配列の例は、野性型(WT)のrasスプライスドナー配列、および実施例3のGAC:GTAAGTを含む。他の有効なスプライスドナー配列は、本明細書に開示するスプライシング効率測定の技術を用いて容易に選択できる。
本明細書で用いる「PCR」または「ポリメラーゼチェインリアクション」の語は、米国特許第4,683,195号(1987年7月28日発行)に記載されたインビトロ増幅法を言う。一般に、PCR法は、増幅すべき核酸配列を含むテンプレート核酸に優先的にハイブリダイズできる2つのDNAプライマーを用いる、プライマー伸長合成の繰返されたサイクルを含む。PCR法は、全ゲノムDNA、細胞のRNAから転写されたcDNA、ウイルスDNAまたはプラスミドDNAからの特別なDNA配列をクローンするのに用いることができる。WangおよびMark、PCR Protocols中、70〜75頁(Academic Press、1990);Scharf、PCR Protocols中、84〜98頁;KawasakiおよびWang、PCR Technology中、89〜97頁(Stockton Press、1989)。逆転写−ポリメラーゼチェインリアクション(RT−PCR)を用いて、スプライスされたおよびスプライスされないmRNA転写物の混合物を含むRNA試料を分析できる。イントロンをスパンするようデザインされた蛍光でタグ(tag)されたプライマーを用いて、スプライスされた、およびスプライスされない標的の両方を増幅する。その結果生じた増幅生成物をゲル電気泳動により次に分離し、適当なバンドの蛍光発光を測定することにより定量する。RNA試料中に存在するスプライスされた、およびスプライスされない転写物の量を測定するため比較を行う。
一つの好ましいスプライスドナー配列は「コンセンサススプライスドナー配列」である。その配列が進化的に高度に保存されたイントロンスプライス部位を囲むヌクレオチド配列を「コンセンサスプライスドナー配列」と言う。高級真核生物のmRNAにおいては、5'スプライス部位は、コンセンサス配列AG:GUAAGU(コロンは解裂およびライゲーション部位を示す)内部にある。酵母のmRNAでは、5'スプライス部位は、コンセンサス配列:GUAUGUにより境を限られる。Padgett等、Ann.Rev.Biochem.、55:1119(1986)。
「スプライスアクセプター部位」または「SA」なる語は、イントロンの3'末端のイントロン−エクソン境界をすぐ近くで囲む配列を言い、エクソンはイントロンの3'側で核酸を含む。多くのスプライスアクセプター部位が特性決定されており、Ohshima等、J. Mol. Biol.、195:247〜259(1987)はこれらの総説を提供する。好ましいスプライスアクセプター部位は、スプライスアクセプター部位を有するメッセンジャーRNA前駆体のスプライシングの効率が定量的PCRで測定して約80〜99%の間、好ましくは90〜95%間であるスプライスアクセプター部位をコードする核酸配列を言う有効なスプライスアクセプター部位である。スプライスアクセプター部位はコンセン配列を含み得る。高級真核生物のmRNAにおいては、3'スプライスアクセプター部位はコンセンサス配列(U/C)11NCAG:Gの内部にある。酵母のmRNAでは3'アクセプタースプライス部位はコンセンサス配列(C/U)AG:により境を限られる。Podgett等、上書。
本明細書で用いる「増幅を生ぜしめるのに十分な時間培養する」とは、DNA構築物でトランスホームされた真核宿主を、増幅剤を含む細胞培養培地中で、宿主細胞中の増幅可能な遺伝子のコピー数が(および好ましくは生成物遺伝子のコピー数も)、この培養前のトランスホームされた細胞に比べて増加するまで、物理的に培養する行為を言う。
本明細書で用いる「発現」なる語は、宿主細胞内部で起る転写または翻訳を言う。宿主細胞中の生成物遺伝子の発現レベルは、細胞中に存在する対応するmRNAの量、または細胞により作られる生成物遺伝子によりコードされるタンパク質の量に基いて測定され得る。例えば、生成物遺伝子から転写されたmRNAはノーザンハイブリダイゼーションにより望ましくは定量される。Sambrook等、Molecular Cloning:A Laboratory Manual、7.3〜7.57(Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989)。生成物遺伝子によりコードされるタンパク質は、タンパク質の生物学的活性をアッセイすることにより、またはタンパク質と反応できる抗体を用いて、ウエスタンブロッティングまたはラジオイムノアッセイ等のそのような活性と独立のアッセイを用いることにより定量できる。Sambrook等、Molecular Cloning:A Laboratory Mannual、18.1〜18.88(Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989)。
発明の実施の形態
問題のRNA配列のレベルを上昇させるため、転写される配列の安定性および/またはコピー数を高める方法および組成物を提供する。一般に本発明の方法は、所望のポリペプチドをコードする生成物遺伝子および選択可能な遺伝子(好ましくは増幅可能な遺伝子)の両方を含む発現ベクターで真核宿主細胞をトランスフェクトすることを含む。
選択可能な遺伝子および生成物遺伝子は、ゲノムDNA、細胞のRNAから転写されたcDNAから、またはインビトロ合成により得ることができる。例えば、選択可能な遺伝子または生成物遺伝子(またはそれによってコードされるタンパク質)を同定するよう設計されたプローブ(抗体または約20〜80塩基のオリゴヌクレオチド等の)でライブラリーをスクリーニングする。選択したプローブでcDNAまたはゲノムライブラリーをスクリーニングすることは、Sambrook等、Molecular Cloning:A Laboratory Mamual、(ニューヨーク:Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989)の10〜12章に記載されたような標準的な方法を用いて行い得る。選択可能な遺伝子または生成物遺伝子を単離する別の方法は、Sambrook等、上書の14節に記載のようにPCR法を用いることである。
本発明を実施する好ましい方法は、選択可能な遺伝子または生成物遺伝子を含むことが知られている様々な組織からのcDNAライブラリーをスクリーニングするために注意深く選択されたオリゴヌクレオチド配列を用いることである。プローブとして選択されたそのオリゴヌクレオチド配列は誤った陽性が最小限になるのに十分長く、十分明瞭であるべきである。
そのオリゴヌクレオチドはスクリーニングしているライブラリー中のDNAにハイブリダイズすることによりそれが検出できるよう一般に標識される。好ましい標識法は、当業界でよく知られているように、ポリヌクレオチドキナーゼで32P標識したATPを用いてそのオリゴヌクレオチドを放射標識することである。しかし、ビオチニル化または酵素標識を含むがこれらに限定されない他の方法を用いてそのオリゴヌクレオチドを標識してもよい。
時には、選択可能な遺伝子および生成物遺伝子をコードするDNAの前に、成熟タンパク質またはポリペプチドのN末端に特別な解裂部位を有するシグナル配列を置く。一般にシグナル配列は発現ベクターの成分であってもよく、または発現ベクターに挿入される選択可能な遺伝子または生成物遺伝子の一部であってもよい。ヘテロロガスなシグナル配列を用いるなら、好ましくは、宿主細胞により認識されおよびプロセシングされる(すなわちシグナルペプチダーゼにより解裂される)ものである。酵母分泌の場合、天然のシグナル配列を、例えば、酵母インベルターゼリーダー、α因子リーダー(SaccharomycesおよびKluyveromycesのα因子リーダーを含み、後者は1991年4月23日に発行された米国特許第5,010,182号に記載されている)、または酸性ホスファターゼリーダー、C.albicansグルコアミラーゼリーダー(1990年4月4日に公開されたEP362,179号)または1990年11月15日に公開されたWO/13646号に記載されたシグナルにより置換されてもよい。哺乳動物細胞発現においては、問題のタンパク質の天然のシグナル配列で十分であるが、同じ、または関連する種の分泌ポリペプチドからのシグナル配列、ウイルスの分泌リーダー、例えば単純ヘルペスgDシグナル等の、他の哺乳類シグナル配列が適し得る。そのような前駆体領域のDNAを選択可能な遺伝子または生成物遺伝子に読み枠内でライゲートする。
図1Aに示すように、選択可能な遺伝子はDNA構築物の5'末端に一般に設け、この選択可能な遺伝子の後に生成物遺伝子を置く。それ故、完全な長さの(スプライスされない)メッセージは第一オープンリーディングフレームとしてDHFRを含み、それ故DHFRタンパク質を生じて、安定なトランスフェクタントの選択を可能にする。その完全長のメッセージは、相当な量の問題のタンパク質を生ずるとは予期されない。何故ならジシストロン性のメッセージにおける第2のAUGは哺乳動物細胞のにおける翻訳の有効でないイニシエーターであるからである(Kozak.J.Cell Biol.、115:887〜903[1991])。
選択可能な遺伝子はイントロン内部に置く。イントロンは多くの真核遺伝子内部に通常存在する、非コード性ヌクレオチド配列であり、スプライシングと総称される多段階工程で新しく転写されたmRNA前駆体から除去される。
単一の機構が哺乳動物、植物および酵母細胞におけるmRNA前駆体のスプライシングに関与すると考えられる。一般に、プライシングの過程は、イントロンの5'および3'末端が正しく解裂し、生じたmRNAの末端が正確に結合することを必要とし、その結果タンパク質合成のための適当な読み枠を有する成熟mRNAが作られる。様々な、天然に存在する、および合成的に構築された変異体遺伝子の分析により、5'および3'スプライス部位におけるコンセンサス配列内部の場所の多くでのヌクレオチドの変化は成熟mRNAの合成を減少させ、または消滅させるという効果が示された。Sharp.Science、235:766(1987);Padgett等、Ann.Rev.Biochem.、55:1119(1986);Green、Ann.Rev.Genet.、20:671(1986)。変異の研究により、スプライシング部位を含むRNA2次構造はスプライシングの効率に影響することが示された。Solnick、Cell、43:667(1985);Konarska等、Cell、42:165(1985)。
イントロンの長さはスプライシングの効率にも影響し得る。ラビットのβ−グロビン遺伝子の大きいイントロン内部の異なる大きさの欠失変異を行うことにより、Wieringa等は、正しいスプライシングに必要な最小のイントロンの長さは約69ヌクレオチドであることを決定した。Cell、37:915(1984)。アデノウイルEIA領域のイントロンの同様な研究は、約78ヌクレオチドのイントロンの長さは正しいスプライシングが起るのを可能にするが、しかし低効率であることを示した。イントロンの長さを91ヌクレオチドに増加させると正常なスプライシング効率を回復させ、一方イントロンを63ヌクレオチドにトランケートすると正しいスプライシングを消滅させる。Ulfendahl等、Nuc.Acids.Res.、13:6299(1985)。
本発明において有用であるために、イントロンは、mRNAからのイントロンのスプライシングが有効であるような長さを有さなければならない。異った長さのイントロンの調製はルーチンな事項であり、de novo合成または存在するイントロンのインビトロの欠失による変異等の周知の方法を含む。典型的にはイントロンは少くとも150ヌクレオチドの長さを有する。何故ならこれより短いイントロンは非効率的にスプライスされる傾向があるからである。イントロンの長さの上限は30KB以上までであり得る。しかしながら一般的な提案としてイントロンは一般に長さで約10KB未満である。
イントロンを修飾して、インビトロで核酸を修飾するための様々な、いずれかの知られた方法を用いて、イントロン内部に通常は存在しない選択可能な遺伝子を含ませる。典型的には、イントロンを先ず制限エンドヌクレアーゼで解裂させ、次に宿主細胞発現のため、例えばDNAリガーゼ酵素によりライゲーションにより、生じた制限断片を選択可能な遺伝子に正しい方向で共有結合的に結合させることにより、選択可能遺伝子をイントロン中へ導入する。
該DNA構築物はジシストロン性である。すなわち選択可能な遺伝子および生成物遺伝子は両方とも単一の転写制御領域の転写制御下にある。上述したように転写制御領域はプロモーターを含む。酵母宿主に用いる適当なプロモーター配列は、3−ホスホグリセレートキナーゼ用プロモーター(Hitzeman等、J.Biol.Chem.、255:2073[1980])、またはエノラーゼ、グリセルアルデヒド−3−ホスフェートデハイドロゲナーゼ、ヘキソキナーゼ、ピルベートデカルボキシラーゼ、ホスホフルクトキナーゼ、グルコース−6−ホスフェートイソメラーゼ、3−ホスホグリセレートムターゼ、ピルベートキナーゼ、トリオースホスフェートイソメラーゼ、ホスホグルコースイソメラーゼ、およびグルクキナーゼ等の他の解糖系の酵素(Hess等、J.Adn Enzyme Req.、7:149[1968];およびHolland、Biochemistry、17:4900[1978])を含む。
増殖条件によりコントロールされる転写という更なる利点を有する誘導性プロモーターである他の酵母プロモーターは、アルコールデヒドロゲナーゼ2、イソチトクロムC、酸性ホスファターゼ、窒素代謝に関連する分解酵素、メタロチオネイン、グリセルアルデヒド−3−ホスフェートジヒドロゲナーゼ、およびマルトースおよびガラクトース利用に関与する酵素のプロモーター領域である。酵母発現に用いるのに適したベクターおよびプロモーターは、Hitezeman等EP73,657Aにさらに記載されている。酵母エンハンサーも酵母プロモーターと共に有利に使用される。
発現制御配列は真核生物について知られている。事実上すべての真核遺伝子は転写が開始される部位から約25〜30塩基上流に位置するATに富んだ領域を有する。多くの遺伝子の転写開始から70〜86塩基上流に見出される他の配列はCXCAAT(Xは任意のヌクレオチドである)領域である。
哺乳動物宿主細胞におけるベクターからの生成物遺伝子転写は、ポリオーマウイルス、鶏痘ウイルス(1989年7月5日に公開された英国特許第2,211,504号)、アデノウイルス(アデノウイルス2等の)、ウシパヒローマウイルス、鳥の肉腫ウイルス、サイトメガロウイルス、レトロウイルス、B型肝炎ウイルおよび最も好ましくはサルウイルス40(SV40)のウイルスのゲノムから得られるプロモーター、ヘテロロガスな哺乳動物プロモーター、例えばアクチンプロモーターまたはイムノグロブリンプロモーター、ヒートショックプロモーター、および生成物遺伝子と正常に関連するプロモーターからのプロモーターによりコントロールされる。但しそのようなプロモーターが宿主細胞系と両立することを条件とする。
SV40ウイルスの初期および後期プロモーターは、SV40ウイルス複製起源をも含むSV40制限断片として便利に得られる。Fiers等、Nature、273:113(1978);MulliganおよびBerg、Science、209:1422〜1427(1980);Pavlakis等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、78:7398〜7402(1981)。ヒトサイトメガロウイルス(CMV)の即時プロモーターはHindIIIE制限断片として便利に得られる。Greenaway等、Gene、18:355〜360(1982)。ベクターとしてウシパピローマウイルスを用いる哺乳動物宿主においてDNAを発現するシステムは米国特許第4,419,446号に開示されている。このシステムの改変が米国特許第4,601,978号に記載されている。サル細胞における免疫インターフェロンをコードするcDNAを発現させることに関するGray等、Nature、295:503〜508(1982);単純疱疹ウイルスからのチミジンキナーゼプロモーターの制御下のマウス細胞中でのヒトβ−インターフェロンcDNAの発現に関するReys等、Nature、297:598〜601(1982);培養したマウスおよびラビット細胞におけるヒトインターフェロンβ1遺伝子の発現に関するCanaaniおよびBerg.、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、79:5166〜5170(1982);プロモーターとしてラウス肉腫ウイルスのロングターミナルリピートを用いるCV−1モンキー腎細胞、チキン胚腺維芽細胞、チャイニーズハムスター卵巣細胞、Hela細胞、マウスNIH細胞における細菌のCAT配列の発現に関するGorman等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、79:6777〜6781(1982)を参照。
好ましくは、高等真核生物における転写制御領域はエンハンサー配列を含む。エンハンサーは、イントロン内部に(Banerji等、Cell、33:729[1983])並びにコード配列自体の内部に(Osborne等、Mol. Cell Bio.、4:1293[1984])、転写単位の5'側に(Lainins等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、78:993[1981])および3'側に(Lusky等、Mol. Cell Bio.、3:1108[1983])に見出され、比較的方向および位置に依存しない。多くのエンハンサーが哺乳動物遺伝子(グロビン、エラスターゼ、アルブミン、α−フェトプロテインおよびインスリン)から今や知られている。しかしながら典型的には真核細胞ウイルスからのエンハンサーを用いるであろう。例としては、複製起源の後期側のSV40エンハンサー(bp100〜270)、サイトメガロウイルス初期プロモーターエンハンサー(CMV)、複製起源の後期側にあるポリオーマエンハンサー、およびアデノウイルスエンハンサーがある。真核プロモーターの活性化のための促進因子についてのYaniv、Nature、297:17〜18(1982)も参照。エンハンサーは生成物遺伝子の5'または3'側の位置でベクター中にスプライスされ得るが、好ましくはプロモーターから5'側の部位に位置する。
DNA構築物は、転写制御領域の後に転写開始領域、および生成物遺伝子の後に転写終了領域を有する(図1Aを参照)。これらの配列は周知の技術を用いてDNA構築物中に設けられる。
DNA構築物は、複製起源(すなわちベクターが1以上の選択された宿主細胞中で複製することを可能にする核酸配列)および所望により1以上の更なる選択可能な遺伝子等の他の成分を有し得る発現ベクターの部分を通常形成する。所望のコーデイング配列および制御配列を含む適当なベクターの構築には標準的なライゲーション技術を用いる。単離されたプラスミドまたはDNA断片を解裂させ、処理し、所望の形に再ライゲートして、必要なプラスミドを作る。
一般に、クローニングベクターにおいては、複製起源は宿主の染色体DNAと独立にベクターが複製できるものであり、複製起源または自律複製配列(autonomously replicating sequence)を含む。そのような配列はよく知られている。2μプラスミドの複製起源は酵母に適しており、様々なウイルスの起源(SV40、ポリオーマ、アデノウイルス、VSVまたはBPV)が哺乳動物におけるクローニングベクターに有用である。一般に、複製起源成分は哺乳動物発現ベクターには必要でない(SV40起源は初期プロモーターを含む故にのみ典型的に用い得る)。
大ていの発現ベクターは「シャトル」ベクターである。すなわちそれは少くとも1種類の生物中で複製できるが、発現のため他の生物中にトランスフェクトできる。例えばあるベクターをE.coli中でクローニングし、次に同じベクターを、それが宿主細胞染色体と独立に複製できなくても発現のために酵母または哺乳動物細胞にトランスフェクトされる。
構築されたプラスミドにおける正しい配列を確認するための分析のために、トランスフォーマントからプラスミドを調製し、制限により分析し、および/またはMessing等、Nucleic Acids Res.、9:309(1981)の方法により、またはMaxam等、Methods in Enzymology、65:499(1980)の方法により配列決定する。
上に論じたように調製したDNA構築物を有する発現ベクターを真核宿主細胞中にトランスホームする。ベクターをクローニングし、または発現するための適当な宿主細胞は酵母またはより高等な真核細胞である。
糸状菌、酵母等の真核性微生物は生成物遺伝子を含むベクターについての適した宿主である。Saccharomyces cerevisiae、または一般的なパン酵母は、低級真核宿主微生物の中で最も一般的に用いられている。しかしながら多くの他の属、種、および株、例えばS.pombe[BeachおよびNurse、Nature、290:140(1981)]、Kluyveromyces lactis[Louvencourt等、J.Bacteriol.、737(1983)]、yarrowia[EP第402,226号]、Pichia pastoris[EP第183,070号]、Trichoderma reesia[EP第244,234号]、Neurospora crassa[Case等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、76:5259〜5263(1979)]およびA.nidnlans[Ballance等、Biochem.Biophys. Res. Commun.、112:284〜289(1983);Tilburn等、Gene.、26:205〜221(1983);Yelton等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、81:1470〜1474(1984)]およびA.niger[KellyおよびHynes、EMBO J.、4:475〜479(1985)]等のAspergillus宿主が一般的に利用でき、有用である。
生成物遺伝子の発現のための適当な宿主細胞は、多細胞生物に由来する。そのような宿主細胞は複雑なプロセッシングができ、グリコシル化活性を有する。原理的には、脊椎または非脊椎培養からのいずれの高等真核細胞培養も使用できる。非脊椎細胞の例は植物および昆虫細胞を含む。様々なバキュロウイルス株および変種およびSpodoptera frugiperda(毛虫)、Aedes aegypti(カ)、Aedes albopictus(カ)、Drosphila melanogaster(ミバエ)、およびBombyx mori cell等の宿主からの対応する許容性の昆虫細胞が同定されている。例えば、Luckow等、Bio/Technology、6:47〜55(1988);Miller等、Genetic Engineering(Setlow,J.K等編)中、8巻(Plenum Publishing、1986)、277〜279頁;およびMaeda等、Nature、315:592〜594(1985)を参照。様々なそのようなウイルス株、例えばAutographa californica NPVのL−1変種およびBombyx mori NPVのBm−5株が広く利用でき、そのようなウイルスは本発明によるウイルスとして、特にSpodoptera frugiperdaのトランスフェクションに用い得る。
木綿、とうもろこし、じゃがいも、大豆、ペチュニア、トマトおよび煙草の植物細胞培養物は宿主として用い得る。典型的には、前もって生成物遺伝子を含むよう操作された細菌のAgrobacterivm tumefaciensのある株とインキュベートすることにより植物細胞をトランスフェクトする。A.tumefaciensと植物細胞培養をインキュベートする間に、生成物遺伝子は植物宿主細胞に移され、植物細胞はトランスフェクトされ、適当な条件下に生成物遺伝子を発現する。更に、ノパリンシンターゼプロモーターおよびポリアデニル化シグナル配列等の植物細胞と両立する、制御およびシグナル配列が利用できる。Depicker等、J.Mol.Appl.Gen.、1:561(1982)。更に、T−DNA780遺伝子の上流の領域から単離されたDNAセグメントは、組換えDNA含有植物組織において植物で発現可能な遺伝子転写レベルを活性化させ、または増加させることができる。1989年6月21日に公開されたEP第321,196号。
しかしながら脊椎動物が最も興味があり、培養(組織培養)における脊椎動物細胞の増殖が近年ルーチンな方法となった[Tissue Culture、Academic Press、KruseおよびPatterson編(1973)]。有用な哺乳動物宿主細胞の例は、SV40でトランスフォームされたサルの腎臓CV1ライン(COS−7、ATCC CRL1651);ヒトの胎児の腎臓ライン(懸濁液培養における増殖のためにサブクローンされた293または293細胞、Graham等、J.Gen.Virol.、36:59[1977];ベビーハムスター腎細胞(BHK、ATCC CCL10);チャイニーズハムスター卵巣細胞/−DHFR(CHO、UrlaubおよびChasin、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、77:4216[1980]);dp12.CHO細胞(1989年3月15日に公開されたEP第307,247号);マウスセルトリー細胞(TM4、Mather、Biol.Reprod.、23:243〜251(1980)];サルの腎細胞(CV1 ATCC CCL70);アフリカングリーンモンキー腎細胞(VERO−76、ATCC CRL−1587);ヒトのくびの癌細胞(HELA、ATCC CCL2);犬の腎細胞(MDCK、ATCC CCL34);バッファロラット肝細胞(BRL3A、ATCC CRL1442);ヒト肺細胞(W138、ATCC CCL75);ヒト肝細胞(Hep G2、HB8065);マウス乳房腫瘍(MMTO60562、ATCC CCL51);TRI細胞(Mather等、Annals N.Y.Acad. Sci.、383:44〜68[1982]);MRC5細胞;FS4細胞;およびヒト肝癌ライン(HepG2)である。
宿主細胞を本発明の上記発現ベクターまたはクローニングベクターでトランスフォームし、プロモーターを誘導するのに適するよう改変された従来の栄養培地中で培養し、トランスフォーマントを選択し、または所望の配列をコードする遺伝子を増幅させる。
Shaw等、Gene、23:315(1983)および1989年6月29日に公開されたWO89/05859号に記載されたように、或る植物細胞のトランスフォーメーションのためにAgrobacterium tumefaciensによる感染を用いる。そのような細胞壁を有しない哺乳動物細胞の場合、Grahamおよびvan der Eb、Virology、52:456〜457(1978)のリン酸カルシウム沈澱法を用い得る。哺乳動物細胞宿主システムトランスフォーメーションの一般的な様相は1983年8月16日に発行された米国特許第4,399,216号にAxelによって記載されている。酵母へのトランスフォーメーションは、Van Solingen等、J.Bact.、130:946(1977)およびHsiao等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、76:3829(1979)の方法に従って典型的には行なわれる。しかしながら核注入による、またはプロトプラスト融合法による等のDNAを細胞中に導入する他の方法も用い得る。
好ましい態様においては、DNAはエレクトロポレーションを用いて宿主細胞に導入される。特許請求した発明を実施するのに用なエレクトロポレーション技術の総説については、Andreason、J. Tiss. Cult. Meth.、15:56〜62(1993)を参照。DNA構築物を宿主細胞に導入するエレクトロポレーション技術は、リン酸カルシウム沈澱技術がDNAを分解し、コンカテマーを形成する限りにおいて、それより好ましい。
生成物遺伝子を発現させるのに用いる哺乳動物細胞は、上の定義の項で論じたような様々な培地中で培養し得る。培地はDNA構築物をとり入れた(染色体内または染色体外要素として)トランスホームされた宿主細胞を選択するために用いる選択剤を含む。トランスフォームされた真核細胞の選択を行うために、宿主細胞を細胞培養プレート中で増殖させ、選択可能な遺伝子(およびしたがって生成物)遺伝子を発現する個々のコロニーを単離し、栄養素が使い尽くされるまで増殖培地中で増殖させ得る。宿主細胞を次に転写および/または下に論ずるトランスフォーメーションについて分析する。温度、pH等の培養条件は発現のために選択された宿主細胞について以前から用いられた条件であり、当業者に明らかであろう。
遺伝子増幅および/または発現は、例えば、従来のサザーンブロッティング、mRNAの転写を定量するためのノーザンブロッテイング(Thomas、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、77:5201〜5205[1980])、ドットブロッティング(DNA分析)または本明細書で提供する配列に基づく適当に標識したプローブを用いるin situハイブリダイゼーションにより試料中で直接に測定し得る。様々な標識を用い得、最も一般的にはラジオアイソトープ、特に32Pである。しかしながら、ポリヌクレオチドへの導入のためにビオチン改変ヌクレオチドの使用等他の技術も用い得る。ビオチンはアビジンまたは抗体への結合部位として働き、それらは、放射性同位体、蛍光、酵素等の様々な標識により標識され得る。或は、DNAデュープレクス、RNAデュープレクス、DNA−RNAハイブリッドデュープレクス又はDNA−タンパク質デュープレクスを含む特異的なデュープレクスを認識できる抗体を用いてもよい。抗体を標識し、アッセイをデュープレックスが表面に結合するところで行い、したがって表面でのデュープレックス形成により、デュープレックスに結合した抗体の存在を検出できる。
或いは、遺伝子発現を、組織断片の免疫組織化学的染色、細胞培養物また体液の分析等の免疫学的方法により測定して、生成物遺伝子の発現を直接定量してもよい。免疫組織化学的染色技術の場合、細胞試料を典型的には脱水および固定により調製し、カップルする遺伝子生成物に特異的な標識した抗体と反応させる。標識は酵素標識、蛍光標識、発光標識等、通常視覚的に検知可能である。本発明に用いるのに適した特に感度の高い染色技術がHsu等、Am. J. Clin. Path.、75:734〜738(1980)により記載されている。
好ましい態様において、mRNAを定量的PCRにより分析し(スプライシングの効率を測定するため)、タンパク質発現を実施例1に記載のようにELISAを用いて測定する。
問題の生成物を、好ましくは分泌ポリペプチドとして培地から回収するが、分泌シグナルなしに直接発現した場合には宿主細胞溶解物からも回収し得る。生成物遺伝子がヒト起源のもの以外の組換え細胞において発現した場合、問題の生成物はヒト起源のタンパク質またはポリペプチドを全く含まない。しかしながら問題の生成物を組換え細胞タンパク質またはポリペプチドから精製し、問題の生成物に関して実質的に均一な生産物を得ることが必要である。第一段階として、培地または溶解物を遠心分離し、細胞破片を除去する。その後問題の生成物を、混入した可溶性のタンパク質およびポリペプチドから、例えば免疫アフィニティーまたはイオン交換カラムによる分別;エタノール沈澱;逆相HPLC;シリカまたはDEAE等のカチオン交換樹脂によるクロマトグラフィー、例えばセファデックスG−75を用いるゲル電気泳動;IgG等の混入物を除去するため問題の生産物を結合するプラスミノーゲンカラム、およびプロテインAセファローズカラムによるクロマトグラフィーにより精製する。
次の実施例は説明のためにのみ提供され、本発明を限定することを意図しない。本明細書に引用したすべての特許および文献は本明細書の一部を構成する。

実施例1
ジシストロン性発現ベクターを用いるtPAの製造
単一のプロモーターから選択可能なマーカー(DHFR等の)および問題のタンパク質を発現させることにより、安定なクローンの発現レベルに関して均一性のレベルを増加させることを探究した。
サイトメガロウイルス即時プロモーター(CMV)と問題のポリペプチドをコードするcDNAの間にイントロンを含むベクターpRK(Suva等、Science、237:893〜896[1987])に由来するベクターを構築した。pRKのイントロンは長さ139のヌクレオチドであり、サイトメガロウイルス即時遺伝子(CMVIE)由来のスプライスドナー部位、およびIgG重鎖可変領域(V)遺伝子からのスプライスアクセプター部位(Eaton等、Biochem.、25:8343[1986])を有する。
DHFR/イントロンベクターは、EcoRVリンカーをpRK7のイントロンに存在するBSTXI部位中に挿入することにより構築した。マウスDHFRコーディング断片を含む830塩基対の断片を挿入して、スプライスドナー部位を含む配列においてのみ異るDHFRイントロン発現ベクターを得た。これらの配列をオーバラッピングPCR突然変異誘発により変化させて、正常なおよび突然変異Ras遺伝子のエクソン3および4の間に見出されるスプライスドナー部位にマッチした配列を得た。PCRも用いてスプライスドナー部位を破壊するために用いた。
マウスのDHFR cDNA断片(Simonsen等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、80:2495〜2499[1983])をスプライスドナー部位の59ヌクレオチド下流でこのベクターのイントロン中に挿入した。このベクターのスプライスドナー部位を突然変異誘発により変えて、トランスフェクトされた細胞におけるスプライスメッセージの非スプライスメッセージの比を変化させた。単一のヌクレオチド変化(GからAへ)によって、正常なras遺伝子に見出される比較的有効なスプライスドナー部位を有効でないスプライス部位に変えることが以前に示された(Cohen等、Nature、334:119〜124[1988])。この効果がras遺伝子について示され、これらの配列がヒト成長ホルモン構築物に何時移されるか確められた(Cohen等、Cell、58:461〜472[1989])。更に、非機能性の5'スプライス部位(GTからCAへ)がコントロール(△GT)として構築された。ポリリンカーを3'スプライス部位の35ヌクレオチド下流に挿入し、問題のcDNAを受け入れた。tPAを含むベクター(Pennica等、Nature、301:214〜221[1983])をポリアデニル化部位の下流にリニアライズした後、それをCHO細胞に導入した(Potter等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、81:7161[1984])。
DHFR/イントロン、tPAおよび(a)野性型ras(WTras)すなわち図3(配列番号1)、(b)変異体ras、または(c)非機能性スプライスドナー部位(△GT)を含むプラスミドDNAをエレクトロポレーションによりCHO DHFRマイナス細胞に導入した。イントロンベクターを制限エンドヌクレアーゼ処理によりポリアデニル化部位の下流にそれぞれリニアライズした。コントロールベクターを第2のポリアデニル化部位の下流にリニアライズした。そのDNAをフェノール/クロロホルム抽出後にエタノール沈澱し、20μlの1/10トリスEDTAに再懸濁した。次に10μgのDNAを、氷上で10分間、1mlのPBS中の10CHO.dp12細胞(1989年3月15日に公開された欧州特許第307,247号)とインキュベートした後、BRL Cell Poratorを用いて400ボルトおよび330μfでエレクトロポレーションした。
細胞を10分間氷に戻した後、非選択培地にプレートした。24時間後、細胞をヌクレオシドを含まない培地で育て、プールされた安定なDHFRコロニーを選択した。プールしたDHFRコロニーを溶菌して、mRNAを調製した。
mRNAを調製するために、3つのベクター(その本質的な構成を図1Bに示す)の安定なトランスフェクションに由来する200以上のクローンのプールから増殖した5×10の細胞およびトランスフェクトされないCHO細胞からRNAを抽出した。RNAをオリゴーDTセルロース(Collaborative Biomedical Products)で精製した。10μgのmRNAを、1.2%アガロース、6.6%ホルムアルデヒド上でmRNAをランさせ、ナイロンフィルター(Stratagene Duralon−UV menbrane)にそれを移すことを含むノーザンブロッティングに次に付し、予備ハイブリダイズし、プローブし、製造者の指示に従って洗滌した。
そのフィルターを、(a)完全長のメッセージ、(b)完全長メッセージとスプライスされたメッセージの両方、または(c)ベータアクチンを検出するプローブ(図1Bに示す)を用いて連続的にプローブした。長いプローブでプローブすると有効なスプライスドナー部位(すなわちWTras)を含むベクターはスプライスされた生成物について予想された大きさのmRNAを主に生成することを示し、一方他の2つのベクターは大きさで非スプライスメッセージに対応するmRNAを主に生じた。DHFRプローブは完全長のメッセージのみを検知し、WTrasスプライスドナー由来のベクターはDHFR陽性の表現型を与える非常にわずかの完全長メッセージを生ずることを示した。
図4は上記した3つのイントロベクターによる2回のエレクトロポレーションの後に得られた、およびtPAを駆動するCMVプロモーターおよびDHFRを駆動させるSV40プロモーターを有する従来のベクター(図2参照)からのDHFR陽性のコロニーの数を示す。コロニー数の増加はスプライスドナー部位の改変により蓄積する完全長メッセージの増加とパラレルである。従来のベクターは効率的にコロニーを作り出し、△GT構築物とtPA発現レベルを、24ウエルディッシュ中の1mlのF12:DMEM(50:50、5%FBSと共に)に集密近くまで細胞を播種することにより測定した。細胞の増殖は培地が使い尽くされるまで続いた。次に培地をtPA製造につきELISAにより分析した。簡単に言うと抗tPA抗体をELISAマイクロタイタープレートのウエル上にコートし、培地試料をウエルに加え、その後洗滌した。抗体(tPA)の結合を、西洋ワサビパーオキシダーゼ(HRPO)ラベルした抗t−PA抗体を用いて次に定量した。
図5Aは図4に示した各グループのクローンをプールした後の分泌されたtPAタンパク質の力価を示す。コロニー数はスプライスドナー機能の弱まりと共に増加するが、tPA発現に関しては逆が見られた。発現レベルは認められたRNA生成物と一致する。一層多くのジシストロン性のメッセージがスプライスされるにつれて増加した量のメッセージが第1オープンリーディングフレームとしてtPAを含み、tPA発現を増加させる。スプライスドナー部位におけるGTからCAへの変異は、検出できないレベルのt−PAを発現するDHFR陽性コロニーの豊富化をもたらし、これは第2のAUGの効率的でない利用のためであろう。重要なことには、図5Aは、ジシストロン性のベクターの一つ(WTrasSDの場合)から得られる発現レベルは、tPAを駆動するCMVプロモーター/エンハンサー、DHFRをコントロールするSV40プロモーター/エンハンサー、およびtPAおよびDHFRの発現をコントロールするSV40ポリアデニル化部位を含むコントロールベクターで得られるレベルより、約3倍高いことをも示す。
更に、プールにおける発現の均一性が研究された。図5Bは、WTrasスプライスドナー由来ジシストロン性ベクターにより作られた20のコロニーのすべてが検出可能なレベルのtPAを発現し、一方コントロールベクターにより作られた20のコロニーのうち4のみがtPAを発現することを示す。非スプライシング(△GT)ベクターでトランスフェクトされたクローンはいずれもELISAにより検出可能なtPAレベルを発現しなかった。この発見は、従来のベクターにより作られた比較的わずかなコロニーしか有用なレベルのタンパク質を作らないという以前の観察と一致する。
tPAの発現はプールのメトトレキセート増幅の後に増加した。図5Cは、200nM Mtxにかけた場合、ジシストロン性由来のプールの2つ(すなわちWTrasおよび変異体rasSD部位)が発現を顕著に増加させた(8.4および7.7倍)が、従来のベクターにより作られたプールはわずかに増加させた(2.8倍)ことを示す。従来のベクターと比較して最良のジシストロン性(WTrasSD)ベクターを用いて9倍という全体の増加が増幅後得られた。栄養素に富む生産培地における最高発現の増幅したプールの増殖は、4.2μg/ml tPAという力価を生じた。
スプライスドナー配列を操作すると、スプライスされたメッセージの完全長のメッセージに対する割合および選択培地において形成するコロニー数が変化することが示された。ジシストロン性発現ベクターは、高レベルの組換えタンパク質を発現するクローンを生じることも示された。驚くべきことに、これらの細胞中で形成されるRNA前駆体からDHFR遺伝子がスプライスされる効率にかかわらず、DHFRについての選択により有効なWTrasスプライスドナー部位を有する高発現体を単離することが可能であった。
実施例2
ジシストロン性発現ベクターを用いるTNFr−IgG製造
このアプローチの一般的な応用性を証明するために、問題のDNAとして、腫瘍壊死因子(TNF)を結合できるイムノアドヘシン(TNFr−IgG)(Ashkenazi等、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、88:10535〜10539[1991])を含むジシストロン性ベクター系において第2の生成物を評価した。生成物遺伝子がイムノアドヘシンTNFr−IgGをコードすることを除いては、実施例1に記載の実験を本質的に繰返した。TNFr−IgG cDNA、および(a)WTras、すなわち図6(配列番号2)、(b)変異体rasまたは(c)非機能性スプライスドナー部位を含むプラスミドDNAを、実施例1について論じたようにdp12.CHO細胞中に導入した。DNA構築物の説明について図1Cを参照。
これらの3つのベクターにより作られたDHFR陽性コロニーの数はtPA構築物について見られたものと類似していることが発見された。TNFr−IgGの発現もtPA構築物について見られたものとパラレルであった(図7A)。構築物の2つからのプールの増幅は、イムノアドヘシンの発現の著しい増加を示した(9.6および6.8倍)(図7B)。これらの増幅されたプールの最良のものは、栄養素に豊む生産培地で増殖させた場合、9.5μg/mlを発現した。
このように、ジシストロン性発現ベクターは、高レベルの組換えタンパク質を発現させるクローンを作ることが再び示された。更に、予期に反して、高生成物を発現する宿主DHFR細胞の単離が有効なスプライスドナー部位(すなわちWTrasスプライスドナー部位)を用いて可能であることが発見された。
実施例3
ジシストロン性発現ベクターを用いる抗体製造
抗体発現についての本システムの有用性を、IgEに対する抗体(Presta等、Journal of lmmunology、151:2623〜〜2632[1993])の製造を試験することにより評価した。さらに転写開始に関するシステムの柔軟性を、前のベクターに存在したCMVプロモーター/エンハンサーを、SV40ウイルスの初期領域に由来するプロモーター/エンハンサー(Griffin,B.、SV40およびポリオーマウイルスの構造およびゲノム組織、J.Tooze編、DNA Tumor Vivuses中、Cold Spring Harbor Laboratory、Cold Spring Harbor、ニューヨーク)で置換することにより試験した。該抗体の重鎖を、前のtPAおよびTNFr−IgG構築物に記載したようにDHFRの下流に挿入した。さらに、実施例1および2で試験したベクターに存在するスプライスドナー部位よりも、そのコンセンサススプライスドナー部位により密にマッチする、新しいスプライスドナー部位配列(GAC:GTAAGT)を、ベクター中に入れた。生じた発現ベクターを図1Dおよび9に示す。
このベクターは前に試験したベクターより少ないコロニーを作り、主にスプライスされたRNA生成物を作ることが発見された。SV40プロモーター/エンハンサーの制御下の抗体の軽鎖およびポリA、並びにCMVプロモーター/エンハンサーの制御下のハイグロマイシンB耐性遺伝子およびSV40ポリAを有する第2のベクターを構築した。これらのベクターを、ポリAシグナルの下流で唯一のHpaI部位でリニアライズし、10:3の軽鎖ベクター:重鎖ベクターの割合で混合し、最適化されたプロトコール(実施例1および2で論じたような)を用いてCHO細胞中にエレクトロポレートした。
図11は、ハイグロマイシンBにおける選択後のDHFR発現についての選択後、コロニーおよびプールにより発現された抗体のレベルを示す。分析したコロニーの20すべてが富培地中で増殖させた場合高レベルの抗体を発現し、互いに4倍しか異ならなかった。抗体産生コロニーのプールを作り、それが作られた後短い時間にアッセイした。そのプールは生産性の顕著な減少なしに6週間連続的に増殖し、その安定性は大規模培養からg量のタンパク質を作るのに十分であることを示した。
そのプールを200nMおよび1μMのメトトレキセート増幅に付し、抗体力価の2倍以上の増加を達成した。1μM Mtx耐性プールは、懸濁培養で最適条件下に増殖させた場合41mg/Lの力価を達成した。
発現した抗体の構造を調べた。200nMメトトレキセート耐性プールにより、および従来のベクター(Presta等、[1993]、上書)により作られたよく特性決定された発現クローンにより発現されたタンパク質をS35システインおよびメチオニンで代謝的に標識した。特に、細胞の集密35mmプレートを、血清を含まない、システインおよびメチオニンを含まないF12:DMEM中で50μCiの各S−35メチオニンおよびS−35システイン(Amersham)で代謝的に標識した。一時間後、栄養素に富む生産培地を加え、標識したタンパク質をさらに6時間培地中に「チエイス」させた。タンパク質を非還元で12%SDS/PAGEゲル(Novex)で、またはB−メルカプトエタノールによる還元後実験した。乾燥したゲルを16時間フイルムにさらした。CHOコントロール細胞も標識した。
抗体タンパク質の大部分は、2つの軽鎖および2つの重鎖を有する適切にジサルファイド結合した抗体分子と一致する、約155キロダルトンの分子量で分泌する。還元によって、分子量は22.5および55キロダルトンの2つのほぼ等しい量のタンパク質にシフトする。該プールから生じるタンパク質は、よく特性決定された発現クローンにより製造される抗体と区別できず、プールにより発現される重または軽鎖の明らかな増加はない。
結論
本明細書に記載する有効な発現系は、プロモーター/エンハンサー因子、その後の選択可能なマーカーコード配列を有するイントロン、その後の問題のcDNAおよびポリアデニル化シグナルよりなるベクターを用いる。
いくつかのスプライスドナー部位配列を、コロニー数および問題のcDNAの発現に及ぼすそれらの影響について試験した。非機能性のスプライスドナー部位、Harvey Ras遺伝子の変異体(変異体ras)および正常(WTras)形のエクソン3および4の間のイントロンに見出されるスプライスドナー部位、並びに他の有効なSD部位(実施例3参照)を用いた。ベクターを設計してジシストロン性一次転写物の発現を行わせた。トランスフェクトされた細胞内部で、転写物のいくつかは完全長であるが、残りはスプライスされてDHFRコード配列を切り出す。スプライスドナー部位が弱められ、または破壊された場合、コロニー数の増加が認められる。
発現レベルは逆のパターンを示し、最も有効なスプライスドナー部位が最高レベルtPA、TNFrイムノアドヘシンまたは抗IgEVを作る。
rasスプライスドナー部位イントロンDHFRベクターにより作られるクローンの発現の均一性を、DHFRおよびtPA各々について別のプロモーター/エンハンサーおよびポリアデニル化シグナルを有する従来のベクターから作られるクローンと比較した。DHFRイントロンベクターは、従来のベクターにより作られるものより、発現に関しずっと均一であるコロニーを生ずる。従来のベクターから作られる非発現性ベクターは、ゲノムへの組込中のプラスミドのtPAまたはTNFr−IgGドメインの切断の結果、またはtPAまたはTNFr−IgG発現を駆動するプロモーター因子のメチル化の結果かも知れない(Busslinger等、Cell、34:197〜206[1983];Watt等、Genes and Development、2:1136〜1143[1988])。メチル化またはDHFR−イントロンベクターにおける切断によるプロモーターの沈黙化は、それらをDHFR陽性の表現型を与えることを不可能にしやすいであろう。
DHFR−イントロンベクターにより作られたプールはメトトレキセート中で増幅でき、8.4倍(tPA)または9.8倍(TNFr−IgG)発現を増加させることが見出された。従来のベクターからのプールは同様に増幅された場合、tPAおよびTNFr−IgGについてわずか2.8および3倍増加させた。増幅したプールは、従来のベクター増幅プールと比較した場合、9倍高いtPAレベルおよび15倍高いTNFr−IgGレベルをもたらした。
いかなる理論にも限定されるものではないが、ジシストロン性ベクターに由来するメトトレキセート耐性プールの発現の増加は、DHFRおよび生成物の転写結合のためらしい;細胞がDHFR発現の増加について選択された場合、それらは生成物を過発現する。従来のアプローチは選択可能マーカーおよびcDNA発現結合を欠き、それ故メトトレキセート増幅は、生成物発現の同時増加なしにDHFR過発現をしばしば生ずる。
増幅したtPAおよびTNFr−IgGプールを、選択および増幅に用いた培地から、栄養素に富む生産培地に移した場合、4および6.3倍という更なる発現の増加が得られた。
実施例3において、発現ベクターは、コンセンサススプライスドナー配列により密にマッチするスプライスドナー部位を有し、下流に挿入したヒト化抗IgE抗体の重鎖を有する。このベクターをリニアライズし、第2のリニアライズされたベクターとコエレクトポレートした。その第2ベクターはハイグロマイシン耐性遺伝子および抗体の軽鎖を、自身のプロモーター/エンハンサーおよびポリAシグナルの制御下に発現させる。重鎖ジシストロン性発現ベクターに比べ過剰の軽鎖発現ベクターを用い、軽鎖発現に偏らせた。ハイグロマイシンBおよびDHFR選択後にクローンおよびプールを作った。クローンはプールと同じように比較的終始変わらない、高レベルの抗体を発現することが見出された。懸濁液培養における最適条件下に増殖させた場合1μMのプールは41mg
/Lという力価を与えた。
抗IgE抗体を、代謝的標識およびその後の還元的および非還元的条件下のSDS/PAGEにより評価し、それが、十分特性決定されたクローン細胞ラインにより発現されるタンパク質と区別できないことが見出された。遊離の軽鎖がクローンに関するプール中に認められないという発見が特に重要である。
高レベルの組換えタンパク質を早く、そして他の発現系で必要とされるものより少ない努力で製造する、CHO細胞についての安定な発現システムが開発された。そのベクターシステムは終始変わらず高レベルを発現する安定なクローンを発生し、それによって高度に生産性のクローンラインを得るためにスクリーニングしなければならないクローン数を減少させる。或いは、プールを用いて高レベルのタンパク質に対するモデレート(moderate)を都合よく作った。この方法は多くの関連タンパク質を発現させ、比較しなければならない場合特に有用であり得る。
この説に限定されるものではないが、非常に有効なスプライスドナー部位を有するベクターは非常に生産性のクローンを作ることが可能である。何故ならわずかな転写物がスプライスされずに残るので、高レベルのRNAの産生をもたらす組込みの事象のみが、選択培地中でコロニーを生ずるに十分なDHFRタンパク質を作るからである。そのようなクローンからの高レベルのスプライスされたメッセージを、豊富な量の問題のタンパク質に次に翻訳する。従来のベクターを導入することにより同時に作ったクローンのプールは、低レベルのタンパク質を発現し、長期間の発現に関して不安定であり、細胞をメトトレキセート増幅に付した場合、発現をあまり増加させなかった。
高レベルの、単一および多数のサブユニットポリペプチドが、安定なトランスフェクタントのクローンまたはプールから急速に生成することを可能にするという点で、本発明で開発したシステムは多才である。この発現システムは、一時的発現システムの利点(研究量のタンパク質の急速な労力の不必要な発現)を、非常に生産性の高い安定な製造細胞ラインの同時の発生と組み合わせる。
本発明に包含されるDNA構築物を模式的に説明する。大きい矢印は選択可能な遺伝子と生成物遺伝子を示し、点線によって作られたVは、機能的なSDを含むベクターから切除される5'スプライスドナー部位(SD)および3'スプライスアクセプター部位(SA)の内部の前駆体RNAの領域を示す。転写制御領域、選択可能遺伝子、生成物遺伝子、および転写終了部位が図1Aに描かれている。 本発明に包含されるDNA構築物を模式的に説明する。図1Bは実施例1のDNA構築物を示す。様々なスプライスドナー配列が描かれている。すなわち野性型rasスプライスドナー配列(WTras)、変異体rasスプライスドナー配列(MUTANTras)および非機能性のスプライスドナー配列(▲GT)。実施例1においてノーザンブロット分析に用いたプローブを図1Bに示す。 本発明に包含されるDNA構築物を模式的に説明する。図1Cは実施例2のDNA構築物を示す。 本発明に包含されるDNA構築物を模式的に説明する。図1Dは抗IgEVの発現に用いた実施例3のDNA構築物を示す。
図2は実施例1で用いたコントロールDNA構築物を模式的に示す。 図3A〜Qは実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。 実施例1のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−tPA発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。
図4は、図1Bに示した3つのベクター(すなわち野性型のrasスプライスドナー配列(WTras)、変異体rasスプライスドナー配列(MUTANTras)および非機能性のスプライスドナー配列(△GT)を有する)から、およびSV40プロモータの制御下のDHFRおよびCMVプロモーターの制御下のtPAを有するコントロールベクター(図2参照)から平行して調製した線形化したデュプリケート・ミニプレプ(duplicate miniprep)DNAのエレクトロポレーション後に選択培地中で形成されたコロニーの数を示す棒グラフである。細胞をヌクレオシドを含まない培地中で選択し、自動コロニーカウンターで計数した。
図1Bに示すベクターから生じた安定なプールおよびコロニーからのtPAの発現を示す棒グラフである。図5Aでは、各ベクタートランスフェクションからの100以上のコロニーを混合し、24ウエルプレートにプレートし、「飽和」時にtPA ELISAにより分析した。 ベクターのそれぞれに由来するランダムに選択した20のコロニーを「飽和」時にtPA ELISAにより分析した。 では、図5Aで述べたプール(△GTプールを除く)を200nMのMtxにさらし、DHFR増幅について選択し、次にプールし、tPA発現について分析した。
実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 図6A〜Pは、実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。 実施例2のDHFR/イントロン−(WTrasSD)−TNFr−IgGのヌクレオチド配列(配列番号2)を示す。
ジシストロン性またはコントロールベクターを用いたTNFr−IgGの発現を示す(実施例2参照)。TNFrを含むベクター(しかしその他の点では実施例1のtPA発現について記載したものと同じ)を構築し(図1C参照)、エレクトロポレーションによりdp12.CHO細胞に導入し、プールし、200nMのMtx中での増幅にかける前に、生成物発現につき分析した。 ジシストロン性またはコントロールベクターを用いたTNFr−IgGの発現を示す(実施例2参照)。TNFrを含むベクター(しかしその他の点では実施例1のtPA発現について記載したものと同じ)を構築し(図1C参照)、エレクトロポレーションによりdp12.CHO細胞に導入し、プールし、200nMのMtx中での増幅にかけた後に、生成物発現につき分析した。 図8は、実施例3の抗IgEのVの発現に用いたDNA構築物を、模式的に示す。
実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号3)を示す。
図10A〜Qは、実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。 実施例3の抗IgE V発現ベクターのヌクレオチド配列(配列番号4)を示す。
図11は、実施例3の抗IgE発現を示す棒グラフである。重(V)および軽(V)鎖発現ベクターを構築し、CHO細胞中にコエレクトロポレートし、クローンを選択し、抗体発現につきアッセイした。さらに200nMおよび1μMのMtx選択の前および後の発現に関して、プールを確立し、評価した。

Claims (17)

  1. 5'から3'の順に以下を含むDNA構築物:
    (a)転写制御領域;
    (b)転写開始部位
    (c)イントロンのスプライスドナー部位5'を有するイントロンの内部に位置する選択可能な遺伝子;その際、該スプライスドナー部位は該転写制御領域を用いて生成物遺伝子の発現を制御し、該選択可能な遺伝子は増幅可能な遺伝子である;
    (d)目的生成物をコードする生成物遺伝子;および
    (e)転写終了部位;
    ここで、該転写制御領域は、該選択可能な遺伝子および該生成物遺伝子の両方の転写を制御する
  2. スプライスドナー部位がコンセンサススプライスドナー配列を含有する請求項1に記載のDNA構築物。
  3. スプライスドナー部位が配列GACGTAAGTを含有する請求項1に記載のDNA構築物。
  4. 増幅可能な遺伝子がDHFRである請求項1〜3のいずれかに記載のDNA構築物。
  5. 転写制御領域がプロモーターおよびエンハンサーを含有する請求項1に記載のDNA構築物。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のDNA構築物を含有するベクター。
  7. 真核宿主中で複製できる請求項6に記載のベクター。
  8. 請求項6または7に記載のベクターを含有する真核宿主細胞。
  9. 請求項1〜5のいずれかに記載のDNA構築物を含有する真核宿主細胞。
  10. 宿主細胞の染色体に組込まれた請求項1〜5のいずれかに記載のDNA構築物を含有する真核宿主細胞。
  11. 哺乳動物細胞である請求項10に記載の宿主細胞。
  12. 請求項8〜10のいずれかに記載の宿主細胞を培養して目的生成物遺伝子を発現させ、宿主細胞培養から生成物を回収することを含んでなる目的生成物の製造方法。
  13. 培地から生成物を回収することを含んでなる請求項12に記載の方法。
  14. 請求項8〜11のいずれかに記載の宿主細胞を培養して、十分な時間増幅剤を含有する選択培地中で生成物遺伝子を発現させて、増幅を起こさせ、生成物を回収することを含んでなる目的生成物の製造方法。
  15. 真核細胞を請求項1〜5のいずれかに記載のDNA構築物でトランスホームし、増幅剤を含む選択培地中で増幅が起こるのに十分な時間増殖させ、生成物遺伝子の多重コピーを有する細胞を選択することを含んでなる、生成物遺伝子の多重コピーを有する真核細胞の製造方法。
  16. DNA構築物を真核細胞にエレクトロポレーションにより導入する請求項15に記載の方法
  17. 生成物遺伝子を発現させるよう選択した細胞を培養し、目的生成物を選択した細胞から回収することを更に含んでなる請求項15に記載の方法。
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