JP4719686B2 - GlycoPEG化エリスロポエチン - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本発明は、各々その全体があらゆる目的のために本明細書に参照により援用されている2003年11月24日付けの米国仮特許出願第60/524,989号明細書;2004年3月22日付けの米国仮特許出願第60/555,504号明細書;2004年7月23日付けの米国仮特許出願第60/590,573号明細書;2004年7月29日付けの米国仮特許出願第60/592,744号明細書;2004年9月29日付けの米国仮特許出願第60/614,518号明細書;および米国仮特許出願第60/623,387号明細書に基づく優先権を主張するものである。
発明の背景
エリスロポエチン(EPO)は、赤血球の産生を刺激するべく造血幹細胞に作用する腎臓および肝臓によって産生されるサイトカインである。該タンパク質は2つの形態で存在し、その1つは165アミノ酸ペプチドであり、もう1つは166アミノ酸ペプチドである。166アミノ酸ペプチドは、166アミノ酸ペプチドがC末端の最も端に付加的なアルギニンを有するという点を除いて、165アミノ酸ペプチドと同じ配列を有する。成熟165アミノ酸ペプチドは、3つのN−グリコシル化部位(Asn−24、Asn−38およびAsn−83)および1つのO−グリコシル化部位(Ser−126)を含む34kDの糖タンパク質であり、一部の変異体は、5つのN連結されたグリコシル化部位を含む「過グリコシル化」されたものである。
エリスロポエチン合成は、動脈血酸素分圧の低下または血液の酸素親和力の増大といったような組織の低酸素状態を有効に作り出す条件によって誘発される。普通のホメオスタシス条件下で、血中のヘマトクリット値およびヘモグロビン濃度は、骨髄、脾臓および肝臓中のマクロファージによる古い赤血球の永続的な破壊を赤血球産生が埋め合わせすることで維持されている。定量的には、約2〜3×1011個の赤血球に相当する赤血球質量の約1%が毎日更新されている。しかしながら、血液損失または高い標高といった組織低酸素状態を効果的に発生させる状況の下では、EPOの誘発は、正常レベルより10倍以上高く赤血球産生を刺激する可能性がある。
EPOは、赤血球産生を刺激することから、ヘマトクリット値の低減が付随する数多くの疾病および健康状態のために有効な療法である。末期腎不全患者においてヘマクリット値を回復させるための組換え型ヒトEPOでの代償療法の初期試験が、約20年前に初めて報告された(例えばウィニールス(Winearls)、C.G.ら、(1986年)Lancet、第2号、1175〜1178頁、およびエシュバック(Eschbach)、J.W.ら、(1987年)N.Engl.J.Med.、第316号、73〜78頁参照)。この研究作業は、EPOの病態生理学および薬理学に関するさらなる調査に推進力を提供した(ジェルクマン(Jelkmann)、W.およびグロス(Gross)、A.(1989年)Erythropoietin;スプリンガー(Springer)、Berlin Heidelberg New York)。
これらの初期の調査以降、組換え型EPOは数多くの病的状態を治療するために使用され成功をおさめてきた。例えば、外科患者に対する組換え型ヒトEPOの薬理学的応用は、術後貧血の重症度を軽減しおよび持続時間を短縮することができる。組換え型ヒトEPOの投与は同様に、内因性EPOの相対的欠如が貧血の発生に寄与する慢性炎症、悪性腫瘍およびエイズといったような複数の非腎臓疾患を患う患者のための有効な療法であることも証明されてきた(例えばミーンズ(Means)、R.T.およびクランツ(Krantz)、S.B.(1992年)Blood、第80号、1639〜1647頁、およびジェルクマン、W.(1998年)J.Interf.Cytokine Res.、第18号、555〜559頁参照)。さらに、EPOは、虚血性、外傷性障害、中毒性および炎症性傷害において組織保護性があることが報告されてきた(例えばブラインズ(Brines)、M.ら、(2004年)PNAS USA、第101号、14907−14912頁およびブラインズ、M.L.ら、(2000年)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、第97号、10526−10531頁)。
このような広範な原因から生じる貧血およびその他の健康状態の治療のためのEPOの有用性および有効性のおかげで、組換え型ヒトEPOは恐らく世界中で最もよく売れている薬物になっている。実際、推定上の売上げ高は年間50億米ドル超にのぼる。
チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞系列の中で生産されたただ1つの組換え型ヒトEPOのみが、治療薬として広範に使用されている。哺乳動物は全て類似の構造のグリカンを産生することから、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)、ベビーハムスター腎臓(BHK)、およびヒト胎児腎臓−293(HEK−293)が糖タンパク質治療薬の生産のための好ましい宿主細胞である。当該技術分野において既知の通り、適切なグリコシル化は、治療用ペプチドのインビボ半減期および免疫原性に影響を及ぼす非常に重要な要因である。実際グリコシル化の度合いが低いタンパク質は、「古いもの」として肝臓により認識され、従って適切にグリコシル化されたタンパク質よりも迅速に体内から除去される。
残念なことに、タンパク質グリコシルにおいて周知の失望を禁じえない側面は、微小不均一性の現象である。かくして、EPOといったようなヒト治療用糖タンパク質の生産のための好ましい宿主細胞でさえ、標準的にグリカンの精確な構造の一定範囲の変動を含むペプチドを産生する。この不均一性の程度は、グリコシル化部位間で、タンパク質間で、および細胞型間で著しく変動し得る。従って、各々が実際に全く異なる分子種である数多くのグリコフォームが標準的に、あらゆる既定の糖タンパク質調製物の中に存在する。
かくして微小不均一性の問題は、治療用糖タンパク質の大規模工業生産にとって数多くの問題を呈する。特に、各々のグリコフォームは全く異なる分子種を表わし得ることから、所望の単一のグリコフォームを精製するべく、治療用糖タンパク質の調製物を分画する必要がある。又、異なる生産バッチは糖タンパク質治療薬のバッチを含め所望のグリコフォームの百分率に関して変動しうるという事実から、さらに事は複雑になる。かくして、必ずしも予測し得ない調製物の大きな部分を廃棄せざるを得なくなるかもしれず、究極的には所望のグリコフォームの最終的収量が低くなる可能性がある。全体として、微小不均一性の問題は、哺乳類細胞培養により生産される治療用糖ペプチドがより高い生産コストを必要とし、このことは究極的に、持続性がさらに長くより有効な糖タンパク質治療薬を製造するより効率の良い方法が利用可能であった場合に必要と考えられるものよりも高い医療コストを意味することになる。
費用効果性の高い糖ペプチド治療薬を提供する問題に対する1つの解決法は、より長いインビボ半減期をもつペプチドを提供することであった。例えば、ペプチド主鎖に合成ポリマーを付着させることにより改良された薬物動態特性をもつ糖ペプチド治療薬が生産されてきた。ペプチドに抱合されたポリマーの例はポリ(エチレングリコール)(「PEG」)である。ペプチド治療薬を誘導体化するためにPEGの使用することで、ペプチドの免疫原性が低下することが実証されてきた。例えば米国特許第4,179,337号明細書(デイビス(Davis)ら)は、ポリエチレングリコール(PEG)またはポリプロピレングリコールにカップリングされたペプチドホルモンおよび酵素といったような非免疫原性ポリペプチドについて開示している。免疫原性の低下に加えて、循環中のクリアランス時間は、問題のポリペプチドのPEG抱合体のサイズの増大に起因して延長される。
PEGおよびその誘導体のペプチドに対する主たる付着様式は、ペプチドアミノ酸残基を通した非特異的結合である(例えば米国特許第4,088,538号明細書、米国特許第4,496,689号明細書、米国特許第4,414,147号明細書、米国特許第4,055,635号明細書およびPCT国際公開第87/00056号パンフレットを参照)。ペプチドに対するPEGのもう1つの付着様式は、糖ペプチド上のグリコシル残渣の非特異的酸化を通したものである(例えば国際公開第94/05332号パンフレットを参照)。
これらの非特異的方法においては、ポリ(エチレングリコール)がペプチド主鎖上の反応性残基に対し無作為の非特異的なやり方で付加される。当然のことながら、PEG分子の無作為な付加には、最終生成物の均質性の欠如およびペプチドの生物活性または酵素活性の減少の可能性を含めた欠点がある。従って、治療用ペプチド生産のためには、特異的に標識され、容易に特徴づけでき、基本的に均質な生成物の形成を結果としてもたらす誘導体化戦略がより優れている。かかる方法が開発されてきた。
特異的に標識され均質なペプチド治療薬は、酵素の作用を通してインビトロで生産可能である。合成ポリマーまたはその他の標識をペプチドに付着させるための標準的な非特異的方法とは異なり、酵素ベースの合成は、位置選択性および立体選択性という利点を有する。標識されたペプチドの合成において使用するための2つの主要な酵素クラスは、グリコシルトランスフェラーゼ(例えばシアリルトランスフェラーゼ、オリゴサッカリルトランスフェラーゼ、N−アセチルグリコサミニルトランスフェラーゼ)およびグリコシダーゼである。これらの酵素は、治療用部分を含むべくその後修飾可能である糖の特異的付着のために使用可能である。代替的には、グリコシルトランスフェラーゼおよび修飾されたグリコシダーゼを用いて修飾型糖を直接ペプチド主鎖に転移することができる(例えば各々本明細書に参照により援用されている米国特許第6,399,336号明細書および米国特許出願公報第20030040037号、第20040132640号、第20040137557号、第20040126838号および第20040142856号明細書を参照のこと)。化学的および酵素的な合成要素を両方共組合せる方法も同様に知られている(例えば、ヤマモト(Yamamoto)ら、Res.第305号、415−422頁(1998年)および本明細書に参照により援用されている米国特許出願公開第20040137557号明細書を参照のこと)。
エリスロポエチン(EPO)はきわめて貴重な治療用ペプチドである。市販の形態のEPOが今日使用されているが、これらのペプチドは、生産コストを増大させる糖タンパク質生成物の微小不均一性、結果として得られる単離された糖タンパク質生成物の薬物動態の低さまたはこれら2つの組合せを含めた要因に起因して最大限の有効性には及ばない。かくして、当該技術分野においては、有効性が増し薬物動態の優れた持続性のあるEPOペプチドに対するニーズがなおも存在する。さらに、最大数の個体にとって有効であるためには、何度も容易に再現できる予測可能な基本的に均質な構造をもち改良された治療用薬物動態を有するEPOペプチドを工業規模で生産することが可能でなくてはならない。
幸いなことに、改善された治療有効性をもつEPOペプチドおよびその製造方法が現在発見されてきた。実際、本発明は、改善された薬物動態をもつEPOペプチドを提供する。本発明は同様に、修飾済みEPOペプチドの生産のための工業的に実用的でかつ費用効果性の高い方法をも提供している。本発明のEPOペプチドは、PEG部分、治療用部分、生体分子などといった修飾基を含む。従って本発明は、EPOが有効な療法を提供する健康状態および疾患のための改善された治療有効性と改善された薬物動態を有するEPOペプチドに対するニーズを満たすものである。
発明の要約
現在、1つ以上のポリ(エチレン)グリコール部分によるエリスロポエチン(EPO)の制御された修飾が、改善された薬物動態をもつ新規のEPO誘導体を提供することが発見されている。さらに、本発明の修飾されたEPOペプチドを高い信頼性で生産するための費用効果性の高い方法が発見され開発されてきた。
第1の態様では、本発明は、
Figure 0004719686

の部分を含むエリスロポエチンペプチドにおいて、式中
Dは、−OHおよびR−L−HN−から選択されるメンバーであり;Gは、R−L−および−C(O)(C−C)アルキルから選択されるメンバーであり;Rは、直鎖または分岐ポリ(エチレングリコール)残基を含む部分である、選択されるメンバーを含む部分であり、かつ;Lが結合、置換または非置換アルキルおよび置換または非置換ヘテロアルキルの中から選択されるメンバーであるリンカーであり;かくして、DがOHであるときGがR−L−であり、Gが−C(O)(C−C)アルキルであるときDがR−L−NH−である、エリスロポエチンペプチドを提供している。一実施形態においては、L−R
Figure 0004719686

という式を有し、式中aは0〜20の整数である。もう1つの実施形態においては、Rは、
Figure 0004719686

から選択されるメンバーである構造を有し;式中eおよびfは1〜2500から独立して選択される整数であり、qは1〜20の整数である。その他の実施形態においては、Rは、
Figure 0004719686

から選択されるメンバーである構造を有し;式中e、fおよびf’は1〜2500から独立して選択される整数であり、qおよびq’は1〜20から独立して選択される整数である。
さらにもう1つの実施形態においては、本発明は、Rが、
Figure 0004719686

から選択されるメンバーである構造を有し、式中;e、fおよびf’は1〜2500から独立して選択される整数であり;q、q’およびq’’は、1〜20から独立して選択される整数である。その他の実施形態においては、Rは、
Figure 0004719686

から選択されるメンバーである構造を有し、eおよびfは1〜2500から独立して選択される整数である。
もう1つの態様においては、本発明は、
Figure 0004719686

という式を有する部分を含むペプチドを提供する。
もう1つの態様においては、該部分は、
Figure 0004719686

という式を有する。
もう1つの例示的実施形態では、該ペプチドは、
Figure 0004719686

という式に従い、式中アミノ酸が前記ペプチドのアミノ酸残基である部分を含んでいる。一部の実施形態では、アミノ酸残基はセリン、トレオニンまたはチロシンから選択されるメンバーである。好ましい実施形態においては、該アミノ酸残基は、配列番号:1の126位にあるセリンである。
もう1つの実施形態例では、本発明は、
Figure 0004719686

という式を有する少なくとも1つの部分を含み、式中、tが0または1に等しい整数であるエリスロポエチンペプチドを提供する。かくしてこの実施形態においては、修飾されたシアル酸部分は2分岐構造のいずれかの分岐上に発生し得る。
もう1つの関連する実施形態においては、本発明は、
Figure 0004719686

という式を有する少なくとも1つの部分を含むエリスロポエチンペプチドを提供する。
もう1つの実施形態においては、本発明は、
Figure 0004719686

に従った式を有する少なくとも1つの部分を含むエリスロポエチンペプチドを提供している。この実施形態においては、修飾されたシアル酸部分は、3分岐構造のいずれかの形態の分岐のうちのいずれかの1つ以上のものの上で発生し得る。
さらにもう1つの実施形態においては、本発明は、
Figure 0004719686

という式を有する少なくとも1つの部分を含むエリスロポエチンペプチドを提供する。この実施形態においては、修飾されたシアル酸部分は、4分岐構造の分岐のうちいずれかの1つ以上のものの上で発生し得る。
もう1つの態様では、本発明は生物活性エリスロポエチンペプチドであるエリスロポエチンペプチドを提供する。一実施形態においては、該エリスロポエチンペプチドは赤血球産生活性である。もう1つの実施形態においては、エリスロポエチンペプチドは基本的に赤血球産生活性ではない。もう1つの実施形態では、該エリスロポエチンペプチドは組織保護性をもつ。
もう1つの態様においては、本発明は
Figure 0004719686

という部分を含むPEG化エリスロポエチンの製造方法において、式中Rは、直鎖または分岐ポリ(エチレングリコール)残基を含む部分であり、Lは、置換または非置換アルキルおよび置換または非置換ヘテロアルキルから選択されるメンバーであるリンカーである方法を提供する。該方法は、
Figure 0004719686

というグリコシル部分を含む基質エリスロポエチンペプチドを、
Figure 0004719686

という式をもつPEG−シアル酸供与体部分およびトランスファに適した条件下で前記グリコシル部分のGal上に前記PEG−シアル酸を転移する酵素と接触させる工程を含む。一実施形態においては、エリスロポエチンペプチドは適切な宿主内で発現される。一実施形態においては、宿主は哺乳類細胞であり、もう1つの実施形態では宿主細胞は昆虫細胞である。
もう1つの態様において、本発明は、必要としている対象の体内の健康状態を治療する方法において、該健康状態が対象の体内の赤血球産生の危機を特徴とする方法を提供している。該方法は、対象の体内の該健康状態を改善させるのに有効な量の本発明のエリスロポエチンペプチドを該対象に投与する工程を含んでいる。
もう1つの態様では、本発明は、哺乳動物の体内での赤血球産生を増強させる方法を提供する。該方法は、哺乳動物の体内での赤血球産生を増強させるのに有効な量の本発明のエリスロポエチンペプチドを哺乳動物に対して投与する工程を含む。
もう1つの態様では、必要としている対象の体内の組織傷害を治療する方法において、前記傷害が虚血、外傷性障害、炎症または毒性物質との接触の結果としてもたらされた損傷を特徴とし、対象の体内の前記組織傷害を改善するのに有効な量の本発明のエリスロポエチンペプチドを該対象に投与する工程を含む方法を提供している。
もう1つの態様においては、本発明は、本発明のエリスロポエチンペプチドおよび薬学的に受容可能な担体を含む薬学製剤を提供している。
本発明の0連結されたエリスロポエチン抱合体においては、基本的に、ポリマーが結合されているアミノ酸残基の各々が同じ構造を有する。例えば、1つのペプチドがSer連結したグリコシル残基を含む場合、集団中のペプチドの少なくとも約70%、80%、90%、95%、97%、99%、99.2%、99.4%、99.6%またはより好ましくは99.8%が、同じSer残基に共有結合された同じグリコシル残基を有することになる。
本発明のその他の目的および利点は、以下の詳細な説明から当業者にとって明らかなものとなるだろう。
発明の詳細な説明および好ましい実施形態
略語
PEG、ポリ(エチレングリコール);PPG、ポリ(プロピレンングリコール);Ara、アラビノシル;Fru、フルクトシル;Fuc、フコシル;Gal、ガラクトシル;GalNAc、N−アセチルガラクトサミニル;Glc、グルコシル;GlcNAc、N−アセチルグルコサミニル;Man、マンノシル;ManAc、マンノサミニルアセタート;Xyl、キシロシル;およびNeuAc、シアリル(N−アセチルノイラミル);M6P、マンノース−6−ホスファート。
定義
別段の定義のないかぎり、本書で使用されている全ての技術的および科学的用語は一般に、本発明が属する技術分野の当業者が普通に理解するものと同じ意味を有する。一般に、細胞培養、分子遺伝学、有機化学および核酸化学およびハイブリダイゼーションにおける実験室手順および本書で使用されている用語は、周知でかつ当該技術において普通に利用されているものである。核酸およびペプチド合成のためには、標準的技術が使用される。技術および手順は一般に当該技術分野における従来の方法および本書全体にわたり提供されているさまざまな一般的参考文献に従って実施される(一般に、本明細書に参照により援用されているサンブルック(Sambrook)ら、「MOLECULAR CLONING:A LABORATORY MANUAL」、第2版(1989年)Cold Spring Harbor Laboratory Press、Cold Spring Harbor、N.Y.を参照のこと)。以下で記述されている有機合成および分析化学における実験室手順および本書で使用される用語は、当該技術分野において利用されている周知のものである。化学合成および化学分析のためには、標準的な技術またはそれを、修正したものが使用される。
本書で記述されている全てのオリゴ糖は、非還元糖類の名前または略号(すなわちGal)とそれに続くグリコシド結合の形態(αまたはβ)、環状結合(1または2)、結合に関与する還元糖類の環位置(2、3、4、6または8)そしてその後の還元糖類の名前または略号(すなわちGlcNAc)で記述されている。各々の糖類は好ましくはピラノースである。標準的な糖生物学用語を再考するためには、「Essentials of Glycobiology」、ヴァルキ(Varki)ら編、CSHL Press(1999年)を参照のこと。
オリゴ糖は、還元末端にある糖類が実際に還元糖であるか否かに関わらず、還元末端および非還元末端を有するものとみなされる。一般に認められた用語に従うと、オリゴ糖は本書では左側に非還元末端を又右側に還元末端を伴って描かれている。
「シアル酸」という用語は、9炭素カルボキシル化糖ファミリーのいずれかのメンバーを意味する。シアル酸ファミリーの最も一般的なメンバーは、N−アセチル−ノイラミン酸(2−ケト−5−アセタミド−3,5−ジデオキシ−D−グリセロ−D−ガラクトノヌロピラノース−1−オン酸(往々にしてNeu5Ac、NeuAc、またはNANAと略される)である。該ファミリーの第2のメンバーは、NeuAcのN−アセチル基が水酸化されているN−グリコリル−ノイラミン酸(Neu5GcまたはNeuGc)である。シアル酸ファミリーの第3のメンバーは、2−ケト−3−デオキシ−ノヌロソン酸(KDN)である(ナダノ(Nadano)ら、(1986年)J.Biol.Chem.第261号、11550〜11557頁);カナモリ(Kanamori)ら、J.Biol.Chem.第265号、21811−21819頁(1990年))。同じく含まれるのは、9−O−ラクチル−Neu5Acまたは9−O−アセチル−Neu5Ac、9−デオキシ−9−フルオロ−Neu5Acおよび9−アジド−9−デオキシ−Neu5Acのような9−O−C−Cアシル−Neu5Acといったような9置換シアル酸である。シアル酸ファミリーを再考するためには、例えばヴァルキ、「Glycobiology」、第2号、25−40頁(1992年);「Sialic Acids:Chemistry、Metabolism and Function」、R.ショウアー(Schauer)編(Springer−Verlag、New York)(1992年)を参照のこと)。シアリル化手順におけるシアル酸化合物の合成および使用は、1992年10月1日に公開された国際出願国際公開第92/16640号パンフレットの中で開示されている。
「ペプチド」というのは、代替的にはポリペプチドとも呼ばれる、単量体がアミノ酸でありアミノ結合を通して接合されている1つのポリマーを意味する。付加的には、例えばβ−アラニン、フェニルグリシンおよびホモアルギニンといったような非天然アミノ酸も含まれる。遺伝子コード化されていないアミノ酸を本発明において使用することもできる。さらに、反応基、グリコシル化部位、ポリマー、治療用部分、生物分子などを内含するように修飾されたアミノ酸を本発明において使用することも可能である。本発明で使用されるアミノ酸は全て、D−またはL−異性体のいずれかであり得る。L−異性体が一般に好まれる。さらに、その他のペプチドミメティックスも同様に有用である。本書で使用されているように、「ペプチド」は、グリコシル化ペプチドおよびグリコシル化ペプチドの両方を意味する。同様に内含されているのは、ペプチドを発現する系により不完全にグリコシル化されているペプチドである。一般的再考のためには、スパトラ(Spatola)、A.F.「CHEMISTRY AND BIOCHEMISTRY OF AMINO ACIDS、PEPTIDES AND PROTEINS」中、B.ワインシュタイン(Weinstein)編、Marcel Dekker、New York、267頁(1983年)を参照のこと。
「ペプチド抱合体」という用語は、本書に記されているようにペプチドが修飾型糖と抱合されている本発明の種を意味する。
「アミノ酸」という用語は、天然に発生するアミノ酸および合成アミノ酸ならびにアミノ酸類似体および天然に発生するアミノ酸と類似の要領で機能するアミノ酸ミメティックスを意味する。天然に発生するアミノ酸は、遺伝子コードによりコードされるアミノ酸、ならびに後で修飾されるアミノ酸例えばヒドロキシプロリン、γ−カルボキシグルタマート、およびO−ホスフォセリンである。アミノ酸類似体というのは、天然に発生するアミノ酸と同じ基本化学構造を有する化合物、すなわち水素、カルボキシル基、アミノ基およびR基に結合したα炭素、例えばホモセリン、ノルロイシン、メチオニンスルホキシド、メチオニンメチルスルホニウムを意味する。このような類似体は、修飾されたR基(例えばノルロイシン)または修飾されたペプチド主鎖を有するが、天然に発生するアミノ酸と同じ基本化学構造を保持する。アミノ酸ミメティックスは、アミノ酸は一般的化学構造とは異なるものの天然に発生するアミノ酸と類似の要領で機能する構造をもつ化学的化合物を意味する。
本書で使用されているように、「修飾型糖」という用語は、本発明のプロセスにおいてペプチドのグリコシル残基またはアミノ酸上に酵素的に付加される天然に発生するまたは天然には発生しない炭水化物を意味する。修飾型糖は、糖ヌクレオチド(モノ、ジ、およびトリホスファート)、活性化糖(例えばグリコシルハロゲン化物、グリコシルメシラート)および活性化されておらず又ヌクレオチドでもない糖を含む(ただしこれらに限定されるわけではない)一定数の酵素基質の中から選択される。「修飾型糖」は、「修飾基」と共有結合により機能化される。有用な修飾基としては、PEG部分、治療用部分、診断用部分、生物分子などが含まれるがこれらに限定されるわけではない。修飾基は好ましくは天然に発生するまたは未修飾の炭水化物ではない。修飾基での機能化の座は、「修飾型糖」がペプチドに対し酵素的に添加されるのを妨げないような形で選択される。
「水溶性」という用語は、水中で検出可能な若干の溶解度を有する部分を意味する。水溶解度を検出および/または定量化するための方法は当該技術分野において周知である。水溶性ポリマーの例としては、ペプチド、糖類、ポリ(エーテル)、ポリ(アミン)、ポリ(カルボン酸)などが含まれる。ペプチドは、単一のアミノ酸例えばポリ(リジン)から成る混合型配列を有することができる。多糖類の例としては、ポリ(シアル酸)がある。ポリ(エーテル)の一例はポリ(エチレングリコール)である。ポリ(エチレンイミン)はポリアミンの一例であり、ポリ(アクリル)酸は代表的なポリ(カルボン酸)である。
水溶性ポリマーのポリマー主鎖はポリ(エチレングリコール)(すなわちPEG)であり得る。しかしながら、その他の関連するポリマーも同様に本発明の実施において使用するために適切であることそしてPEGまたはポリ(エチレングリコール)という用語の使用がこの点において排他的ではなく包括的であるよう意図されていることを理解すべきである。PEGという用語は、アルコキンPEG、2官能性PEG、多数の腕を有するPEG、フォーク状PEG、分岐PEG、ペンダントPEG(すなわちポリマー主鎖にペンダントしている1つ以上の官能基を有するPEGまたは関連ポリマー)または中に分解可能な連結を伴うPEGを含め、そのあらゆる形態でのポリ(エチレングリコール)を内含する。
ポリマー主鎖は線形または分岐である。分岐ポリマー主鎖が当該技術分野において一般に知られている。標準的には分岐ポリマーは、中央分岐コア部分とこの中央分岐コアに連結された複数の線形ポリマー鎖を有する。PEGは一般に、グリセロール、ペンタエリスリトールおよびソルビトールといったようなさまざまなポリオールに対する酸化エチレンの付加により調製可能な分岐形態で使用される。中央分岐部分をリジンといった複数のアミノ酸から誘導することもできる。分岐ポリ(エチレングリコール)は、Rがグリセロールまたはペンタエリスリトールといったようなコア部分を表わし、mが腕の数を表わすR(−PEG−OH)mとして一般的形態で表わすことができる。その全体が本明細書に参照により援用されている米国特許第5,932,462号明細書の中で記述されているものといったような多数の腕をもつPEG分子も同じくポリマー主鎖として使用可能である。
本発明のためにはその他の数多くのポリマーも適切である。2〜約300の末端をもつ非ペプチドの水溶性ポリマー主鎖が本発明において特に有用である。適切なポリマーの例としては、ポリ(プロピレングリコール)(「PPG」)といったその他のポリ(アルキレングリコール)、エチレングリコールとプロピレングリコールのコポリマー、ポリ(オキシエチル化ポリオール)、ポリ(オレフィンアルコール)、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(ヒドロキシプロピルメタクリルアミド)、ポリ(α−ヒドロキシ酸)、ポリ(ビニルアルコール)、ポリホスファゼン、ポリオキサゾリン、ポリ(N−アクリロイルモルフォリン)、例えばその全体が本明細書に参照により援用されている米国特許第5,629,384号明細書中に記述されているもの、およびそのコポリマー、ターポリマーおよびそれらの混合物が含まれるがこれらに限定されるわけではない。ポリマー主鎖の各鎖の分子量は変動し得るが、それは標準的に約100Da〜約100,000Da、往々にして約6000Da〜約80,000Daの範囲内にある。
ペプチド薬物を患者に投与するという状況の下で本書で使用される「曲線下の面積」つまり「AUC」は、ゼロから無限までの時間の関数として患者の体内の全身的循環中の薬物の濃度を描写する曲線の下の合計面積として定義づけされる。
患者に対しペプチド薬物を投与するという状況下で本書で用いられている「半減期」または「t1/2」という用語は、患者の体内の薬物の血漿濃度が1/2になるのに必要とされる時間として定義される。多重クリアランス機序、再分配および当該技術分野において周知のその他の機序に応じて、ペプチド薬物に結びつけられる半減期が複数存在し得る。通常アルファ相が再分配と結びつけられベータ相がクリアランスと結びつけられるような形で、アルファおよびベータ半減期が定義される。しかしながら、大部分が血液流に閉じ込められるタンパク質薬物では、2つ以上のクリアランス半減期が存在し得る。一部のグリコシル化ペプチドについては、末端グラクトース、N−アセチルガラクトサミン、N−アセチルグルコサミン、マンノースまたはフコースを認識する内皮細胞またはマクロファージ上のレセプタを通して、急速なベータ相クリアランスが媒介され得る。組織内の特異的または非特異的摂取および代謝および/または2nmの有効半径(約68kD)をもつ分子についての腎臓系球体ろ過を介して、より緩慢なベータ相クリアランスが発生する可能性もある。GlycoPEG化が末端糖(例えばガラクトースまたはN−アセチルガラクトサミン)をキャッピングしかくして、これらの糖を認識するレセプタを介して急速なアルファ相クリアランスを遮断するかもしれない。それは同様にさらに大きい有効半径を付与しかくして分配および組織摂取体積を減少させ、ひいては晩期ベータ相を延長させることもできる。かくして、アルファ相およびベータ相半減期に対するGlycoPEG化の精確な影響は、当該技術分野において周知であるように、サイズ、グリコシル化状態およびその他のパラメータに応じて変動することになる。「半減期」のさらなる説明は、「Pharmaceutical Biotechnology」(1997年、DFA クロメリン(Crommelin)およびRD シンデラー(Sindelar)編、Harwood Publishers、Amsterdam、101〜120頁)に見い出される。
本書で使用される「糖抱合」という用語は、例えば本発明のエリスロポエチンペプチドといったポリペプチドのアミノ酸またはグリコシル残基に対する修飾型糖種の酵素媒介抱合を意味する。「糖抱合」の亜属は、修飾型糖の修飾基がポリ(エチレングリコール)およびそのアルキル誘導体(例えばm−PEG)または反応性誘導体(例えばH2N−PEG、H00C−PEG)である「グリコール−PEG化」である。
「大規模」および「工業規模」という用語は、互換的に用いられ、単一の反応サイクルの完了時点で少なくとも約250mg、好ましくは少なくとも約500mg、より好ましくは少なくとも約1グラムの糖抱合体を生産する反応サイクルを意味する。
本書で使用されている「グリコシル連結基」という用語は、修飾基(例えばPEG部分、治療用部分、生体分子)が共有結合させられているグリコシル残基を意味する。該グリコシル連結基は修飾基を抱合体の残りの部分に接合させる。本発明の方法においては、「グリコシル連結基」は、グリコシル化されたまたはグリコシル化されていないペプチドに対し共有結合した状態となり、かくして該作用物質をペプチド上のアミノ酸および/またはグリコシル残基に連結させる。「グリコシル連結基」は一般に、ペプチドのアミノ酸および/またはグリコシル残基に対する「修飾型糖」の酵素的付着によって「修飾型糖」から誘導される。グリコシル連結基は、修飾基−修飾型糖カセットの形成中に分解させられる糖類誘導型構造であり得(例えば酸化→シック塩基形成→還元)、グリコシル連結基に無傷でもあり得る。「無傷のグリコシル連結基」というのは、抱合体の残りの部分に修飾基を連結する糖類単量体が分解されない。つまり、例えばメタ過ヨウ素酸ナトリウムなどによって酸化されないグリコシル部分から誘導される連結基を意味する。本発明の「無傷のグリコシル連結基」は、親糖類構造からの1つ以上のグリコシン単位の除去またはグリコシル単位の付加により天然に発生するオリゴ糖から誘導され得る。
本書で使用される「ターゲティング部分」という用語は、身体の特定の組織または領域内に選択的に局在化することになる種を意味する。該局在化は、分子決定因子、ターゲティング作用物質または抱合体の分子サイズ、イオン相互作用、疎水性相互作用などの特異的認識により媒介される。1つの作用物質をターゲティングするその他の機序は、当業者にとっては既知のものである。ターゲティング部分の例には、抗体、抗体フラグメント、トランスフェリン、HS−糖タンパク質、凝血因子、血清タンパク質、β−糖タンパク質、G−CSF、GM−CSF、M−CSF、EPOなどが含まれる。
本書で使用される「治療用部分」という用語は、抗生物質、抗炎症剤、抗腫瘍薬、細胞毒素および放射性作用物質を含む(ただしこれらに限定されるわけではない)療法のために有用なあらゆる作用物質を意味する。「治療用部分」には、中で複数の治療用部分が例えば多価の作用物質といった担体に結合されている構成体である生物活性作用物質のプロドラッグが含まれる。治療用部分には又、タンパク質およびタンパク質を含む構成体も含まれる。タンパク質の例としては、顆粒球コロニー刺激因子(GCSF)、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GMCSF)、インターフェロン(例えばインターフェロン−α、−β、−γ)、インターロイキン(例えばインターロイキンII)、血清タンパク質(例えば第VII、VIIa、VIII、IX、およびX因子)、ヒト絨毛膜ゴナドトロピン(HCG)、卵胞刺激ホルモン(FSH)および黄体形成ホルモン(LH)および抗体融合タンパク質(例えば腫瘍壊死因子レセプタ((TNFR)/Fcドメイン融合タンパク質))が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
本書で使用されている「薬学的に受容可能な担体」には、抱合体と組合わせた場合に抱合体の活性を保持し、対象の免疫系と反応しないあらゆる材料が含まれる。例としては、リン酸緩衝生理食塩水溶液といった標準的な薬学的担体、水、水中油形エマルジョンなどのエマルジョンおよびさまざまなタイプの湿潤剤のいずれがあるが、これらに限定されるわけではない。その他の担体には同様に、無菌溶液、コーティングされた錠剤を含めた錠剤およびカプセルも含まれ得る。標準的には、かかる担体は、デンプン、牛乳、糖、或る種の粘土、ゼラチン、ステアリン酸またはその塩、ステアリン酸マグネシウムまたはカルシウム、タルク、植物性脂肪または油、ゴム、グリコールまたはその他の既知の賦形剤といった賦形剤を含有する。かかる担体は、同様に、着香および着色用添加剤またはその他の成分をも内含し得る。かかる担体を含む組成物は、周知の従来の方法によって処方される。
本書で使用する「投与」という用語は、対象に対する経口投与、座薬、局所的接触、静脈内、腹腔内、筋内、病巣内、鼻腔内または皮下投与または例えば浸透圧ポンプといった徐放性デバイスの移植を意味する。投与は、非経口および経粘膜(例えば経口、経鼻、経腔、経直腸または経皮)を含むあらゆる経路によるものである。非経口投与には、例えば静脈内、筋内、細動脈内、皮内、皮下、腹腔内、脳室内、および頭蓋内投与が含まれる。その上、注射が例えばアポトーシスの誘発といった腫瘍の治療を目的とする場合、投与は、直接腫瘍に対するおよび/または腫瘍をとり囲む組織に対するものであり得る。その他の送達様式としては、リポソーム製剤の使用、静脈内輸液、経皮パッチがあるが、これらに限定されるわけではない。
「改善」または「改善する」といった用語は、症候の軽減、緩和または縮退または患者の肉体的または精神的健康の向上といったあらゆる客観的または主観的パラメータを含めた、病状または健康状態の治療における成功のあらゆる兆候を意味する。症候の改善は、健康診断および/または精神鑑定の結果を含む客観的および/または主観的パラメータに基づくものであり得る。
「療法」という用語は、疾病の素因を有するもののまだその疾病の症候を体験または呈示していない動物において該疾病または健康状態の発生を防止することも(予防的治療)、疾病を阻害すること(その発達を減速させるまたは阻む)、疾病の症候または副作用の緩和を提供すること(緩和医療を含む)、および疾病を緩和すること(疾病の退行をひき起こす)を含めた、疾病または健康状態の「治療行為」または「治療」を意味する。
「有効量」または「〜するのに有効な量」または「治療上有効な量」または文法的に等価のあらゆる用語は、1つの疾病を治療するために動物に対し投与された場合に、その疾病に対する治療をもたらすのに充分である量を意味する。
「組織保護性ある」という用語は、標準的に組織または器官による虚血/低酸素状態、外傷性傷害、毒性および/または炎症の体験に付随する細胞損傷の効果に対する組織の防御を意味する。細胞損傷はアポトーシスおよび/または壊死(すなわち毒性細胞死)を導く可能性がある。かくして「組織保護性」効果は、組織が、既定の外傷性傷害性、炎症性、毒性または虚血性傷害に通常付随する一定のアポトーシスおよび/または毒性細胞死を体験しないように守る。例えば、EPOは、ゲッ歯類モデルにおいて中央脳動脈閉塞後の梗塞部域を削減させる(サイレン(Siren)A.L.ら、(2001年)、Proc.Natl.Sci.U.S.A.第98号、4044〜4049頁)。かくしてかかる条件下ではEPOは、通常虚血性傷害(例えば虚血性卒中)に付随する壊死および/またはアポトーシスを有効に減少させることにより「組織保護性」効果を提供する。「組織保護性」という語は同様に、網膜症といったような変性疾患または神経変性疾患に付随する細胞損傷効果およびその後の細胞死に対する組織の防御をも意味する。
「単離された」という用語は、その材料を生産するのに使用される成分を実質的にまたは基本的に含まない材料を意味する。本発明のペプチド抱合体については、「単離された」という用語は、該ペプチド抱合体を調製するために使用される混合物中で該材料に通常随伴する成分を実質的にまたは基本的に含まない材料を意味する。「単離された」および「純粋な」という用語は互換的に使用される。標準的には、本発明の単離されたペプチド抱合体は、好ましくは一つの範囲として表現される純度レベルを有する。ペプチド抱合体についての純度範囲の下限は約60%、約70%または約80%であり、純度範囲の上限は約70%、約80%、約90%または約90%超である。
ペプチド抱合体は約90%超の純度をもち、これらの純度も又好ましくは1つの範囲として表現される。純度範囲の下限は約90%、約92%、約94%、約96%または約98%である。純度範囲の上限は約92%、約94%、約96%、約98%または約100%純度である。
純度は、当該技術分野において認知されたあらゆる分析方法によって決定される(例えば、銀染色ゲル上のバンド強度、ポリアクリルアミドゲル電気泳動、HPLCまたは類似の手段)。
本書で使用されている「集団の基本的に各々のメンバー」という用語は、ペプチドに対して添加された選択される百分率の修飾型糖が該ペプチド上の多数の同一アクセプタ部位に付加されている本発明のペプチド抱合体の集団の特徴を記述する。「集団の基本的に各々のメンバー」は、修飾型糖に抱合されたペプチド上の部位の「均質性」に触れるものであり、少なくとも80%、好ましくは少なくとも90%そしてより好ましくは少なくとも約95%の均質性をもつ本発明の抱合体を意味する。
「均質性」という用語は、修飾型糖が抱合されるアクセプタ部分の集団全体にわたる構造的一貫性を意味する。かくして、その他の各々の修飾型糖が抱合されているアクセプタ部位と同じ構造をもつアクセプタ部位に各々の修飾型糖が抱合されている本発明のペプチド抱合体においては、ペプチド抱合体は約100%均質であると言われる。均質性は標準的には1つの範囲として表現される。該ペプチド抱合体のための均質性範囲の下限は約60%、約70%または約80%であり、純度範囲の上限は約70%、約80%、約90%または約90%超である。
ペプチド抱合体が約90%以上の均質性を有する場合、その均質性も同様に、好ましくは1つの範囲として表現される。均質性の範囲の下限は約90%、約92%、約94%、約96%または約98%である。純度の上限は約92%、約94%、約96%、約98%または約100%均質性である。ペプチド抱合体の純度は標準的には、当業者にとって既知の1つ以上の方法、例えば液体クロマトグラフィ質量分析法(LC−MS)、飛行分光分析のマトリクス支援レーザー脱着質量時間(MALDITOF)、キャピラリ電気泳動などによって決定される。
糖ペプチド種に言及する場合の「実質的に均一のグリコフォーム」または「実質的に均一のグリコシル化パターン」という用語は、問題のグリコシルトランスフェラーゼ(例えばフコシルトランスフェラーゼ)によりグリコシル化されるアクセプタ部分の百分率を意味する。例えば、α1,2フコシルトランスフェラーゼの場合、Galβ1,4−GlcNAc−Rおよびそのシリアル化類似体の実質的に全て(以下で定義する通り)が本発明のペプチド抱合体内でフコシル化されている場合、実質的に均一のフコシル化パターンが存在する。当業者であれば、出発材料がグリコシル化されたアクセプタ部分(例えばフコシル化Galβ1,4−GlcNAc−R部分)を含有し得るということを理解するだろう。かくして、計算されたグリコシル化百分率は、本発明の方法によりグリコシル化されるアクセプタ部分ならびに出発材料内ですでにグリコシル化されたアクセプタ部分を内含することになる。
「実質的に均一な」という上述の定義における「実質的に」という用語は、一般に、特定のグリコシルトランスフェラーゼのアクセプタ部分の少なくとも約40%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、より一層好ましくは少なくとも約90%そしてさらに一層好ましくは少なくとも約95%がグリコシル化されていることを意味している。
置換基が、左から右に書かれたその従来の化学式により特定されている場合には、これらは同様に、右から左へと構造を書くことの結果として得られると思われる化学的に同一の置換基も包含し、例えば−CHO−は−OCH−も列挙するように意図されている。
単独のまたはもう1つの置換基の一部としての「アルキル」という用語は、相反する記述のないかぎり、完全飽和、モノまたはポリ未飽和でありうる直鎖または分岐鎖または環式炭化水素ラジカルまたはそれらの組合せを意味し、指定された炭素原子の数をもつ2価および多価のラジカルを内含し得る(すなわちC−C10は1〜10個の炭素を意味する)。飽和炭化水素ラジカルの例としてはメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、t−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、シクロへキシル、(シクロへキシル)メチル、シクロプロピルメチルといった基、例えばn−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチルなどの相同体および異性体が含まれるがこれらに限定されるわけではない。未飽和アルキル基は、1つ以上の2重結合または3重結合を有するものである。未飽和アルキル基の例には、ビニル、2−プロペニル、クロチル、2−イソペンテニル、2−(ブタジエニル)、2,4−ペンタジエニル、3−(1,4−ペンタジエニル)、エチニル、3−プロピニル、3−ブチニルおよび高級相同体および異性体が含まれるがこれらに限定されるわけではない。「アルキル」という用語は、別段の記載のないかぎり、同様に「ヘテロアルキル」といったような以下でさらに詳しく定義されているアルキルの誘導体を含むようにも意図されている。炭化水素基に限定されるアルキル基は「ホモアルキル」と呼ばれる。
単独のまたはもう1つの置換基の一部としての「アルキレン」という用語は−CHCHCHCH−により例示される(ただしこれらに限定されるわけではない)アルカンから誘導された2価のラジカルを意味し、さらに、以下で「ヘテロアルキレン」として記述されている基を内含する。標準的には、アルキル(またはアルキレン)基は1〜24個の炭素原子を有することになり、本発明では10個以下の炭素原子をもつ基が好ましい。「低級アルキル」または「低級アルキレン」は、一般に8個以下の炭素原子を有する、さらに短鎖のアルキルまたはアルキレン基である。
「アルコキシ」、「アルキルアミノ」および「アルキルチオ」(またはチオアルコキシ)という用語はその従来の意味で使用され、それぞれ酸素原子、アミノ基または硫黄原子を介して分子の残りの部分に付着されたアルキル基を意味する。
単独のまたはもう1つの用語と組合わせた形での「ヘテロアルキル」という用語は、別段の記述のないかぎり、O、N、SiおよびSから成る群から選択される少なくとも1つのヘテロ原子と記述された数の炭素原子から成り、窒素および硫黄原子が任意選択で酸化され得、窒素原子が任意選択で4級化され得る、安定した直鎖または分岐鎖または環式炭化水素ラジカルまたはそれらの組合せを意味する。ヘテロ原子、O、NおよびSおよびSiはヘテロアルキル基の任意の内部位置またはアルキル基が該分子の残りの部分に付着されている位置に置くことができる。例としては、CH−CH−O−CH、−CH−CH−NH−CH、−CH−CH−N(CH)−CH、−CH−S−CH−CH、−CH−CH−S(O)−CH、−CH−CH−S(O)−CH、−CH=CH−O−CH、−Si(CH、−CH−CH=N−OCHおよび−CH=CH−N(CH)−CH、が含まれるがこれらに限定されるわけではない。例えば−CH−NH−OCHおよびCH−O−Si(CHといったような最高2つのヘテロ原子が連続したものであり得る。同様にして、単独のまたはもう1つの置換基の一部としての「ヘテロアルキレン」という用語は、−CH−CH−S−CH−CH−および−CH−S−CH−CH−NH−CH−により例示されるように(ただしこれらに限定されるわけではない)、ヘテロアルキルから誘導された2価のラジカルを意味する。ヘテロアルキレン基については、ヘテロ原子は同様に鎖末端のいずれかまたは両方(例えばアルキレンオキシ、アルキレンジオキシ、アルキレンアミノ、アルキレンジアミノなど)を占有することもできる。さらに又、アルキレンおよびヘテロアルキレン連結基については、連結基の式が書かれている方向により連結基のいかなる配位も暗示されることはない。例えば式−C(O)R’は−C(O)R’−および−R’C(O)−の両方共を表わす。
単独のまたはその他の用語と組合せた形での「シクロアルキル」および「ヘテロシクロアルキル」は、別段の記述のないかぎり、それぞれ「アルキル」および「ヘテロアルキル」の環式バージョンを表わす。付加的には、ヘテロシクロアルキルについて、ヘテロ原子は複素環が分子の残りの部分に付着されている位置を占めることができる。シクロアルキルの例としては、シクロペンチル、シクロへキシル、1−シクロヘキセニル、3−シクロヘキセニル、シクロヘプチルなどが含まれるがこれらに限定されるわけではない。ヘテロシクロアルキルの例には1−(1,2,5,6−テトラヒドロピリジル)、1−ピペリジニル、2−ピペリジニル、3−ピペリジニル、4−モルホリニル、3−モルホリニル、テトラヒドロフラン−2−イル、テトラヒドロフラン−3−イル、テトラヒドロチエン−2−イル、テトラヒドロチエン−3−イル、1−ピペラジニル、2−ピペラジニル、などが含まれるがこれらに限定されるわけではない。
単独のまたはもう1つの置換基の一部としての「ハロ」または「ハロゲン」という用語は、別段の記述のない限りフッ素、塩素、臭素またはヨウ素原子を意味する。付加的には、「ハロアルキル」といったような用語にはモノハロアルキルおよびポリハロアルキルが含まれるように意図されている。例えば、「ハロ(C−C)アルキル」という用語は、トリフルオロメチル、2,2,2−トリフルオロエチル、4−クロロブチル、3−ブロモプロピルなどを内含するように意図されている(ただしこれらに限定されるわけではない)。
「アリール」という用語は、別段の記述のない限り、共に融合されるかまたは共有結合により連結されている単一環または多重環(好ましくは1〜3環)であり得るポリ未飽和芳香族置換基を意味する。「ヘテロアリール」という用語は、窒素および硫黄原子が任意に酸化され窒素原子が任意に四級化されている、N、OおよびSから選択される1〜4個のヘテロ原子を含有するアリール基(または環)を意味する。ヘテロアリール基は、ヘテロ原子を通して分子の残りの部分に付着され得る。アリールおよびヘテロアリール基の限定的意味のない例としては、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、4−ビフェニル、1−ピロリル、2−ピロリル、3−ピロリル、3−ピラゾリル、2−イミダゾリル、4−イミダゾリル、ピラジニル、2−オキサゾリル、4−オキサゾリル、2−フェニル−4−オキサゾリル、5−オキサゾリル、3−イソキサゾリル、4−イソキサゾリル、5−イソキサゾリル、2−チアゾリル、4−チアゾリル、5−チアゾリル、2−フリル、3−フリル、2−チエニル、3−チエニル、2−ピリジル、4−ピリジル、2−ピリミジル、4−ピリミジル、5−ベンゾチアゾリル、プリニル、2−ベンズイミダゾリル、5−インドリル、1−イソキノリル、5−イソキノリル、2−キノキサリニル、5−キノキサリニル、3−キノリル、テトラゾリル、ベンゾ[b]フラニル、ベンゾ[b]チエニル、2,3−ジヒドロベンゾ[1、4]ジオキシン−6−イル、ベンゾ[1,3]ジオキソール−5−イルおよび6−キノリルが含まれる。上述のアリールおよびヘテロアリール環系の各々の置換基は、以下で記述する受容可能な置換基の群から選択される。
簡単に言うと、その他の用語(例えばアリールオキシ、アリールチオキシ、アリールアルキル)と組合わせた形で使用される「アリール」という用語は、上述の通りのアリールおよびヘテロアリールの両方の環を内含する。かくして、「アリールアルキル」という用語は、炭素原子(例えばメチレン基)が例えば酸素原子(例えばフェノキシメチル、2−ピリジルオキシメチル、3−(1−ナフチルオキシ)プロピルなど)によって置き換えられたアルキル基を内含するアルキル基(例えばベンジル、フェネチル、ピリジルメチルなど)にアリール基が付着しているラジカルを含むように意図されている。
上述の用語(例えば「アルキル」、「ヘテロアルキル」、「アリール」および「ヘテロアリール」)の各々は、指示されたラジカルの置換形態および非置換形態の両方を含むように意図されている。各々のタイプのラジカルについての好ましい置換基が、以下で提供されている。
(往々にしてアルキレン、アルケニル、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニル、アルキニル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、シクロアルケニルおよびヘテロシクロアルケニルと呼ばれる基を含む)アルキルおよびヘテロアルキルラジカルに対する置換基は包括的に「アルキル基置換基」と呼ばれ、これらは、かかるラジカル中の合計炭素原子数をm’としてゼロから(2m’+1)までの範囲内の数で−OR’、=O、=NR’、=N−OR’、−NR’R’’、SR’、−ハロゲン−SiR’R’’R’’’、−OC(O)R’、−C(O)R’、−COR’−CONR’R’’、−OC(O)NR’R’’、−NR’’C(O)R’、−NR’−C(O)NR’’R’’’、−NR’’C(O)R’、−NR−C(NR’R’’R’’’)=NR’’’’、−NR−C(NR’R’’)=NR’’’、−S(O)R’、−S(O)R’、−S(O)NR’R’’、−NRSOR’、−CNおよびNOから選択されるさまざまな基のうちの1つ以上のもの(ただしこれらに限定されるわけではない)であり得る。R’、R’’、R’’’およびR’’’’は各々好ましくは独立して水素、置換または非置換ヘテロアルキル、置換または非置換アリール、例えば1〜3個のハロゲンで置換されたアリール、置換または非置換アルキル、アルコキシまたはチオアルコキシ基またはアリールアルキル基を意味する。例えば、本発明の化合物が2個以上のR基を含む場合、R’、R’’、R’’’およびR’’’’基のうちの2つ以上のものが存在するときR基の各々は独立してこれらの基の各々として選択される。R’およびR’’が同じ窒素原子に付着される場合、これらは窒素原子と組合わされて5、6または7員の環を形成することができる。例えば、−NR’R’’は、1−ピロリジニルおよび4−モルホリニルを含むように意図されているがこれらに限定されるわけではない。置換基についての以上の論述から、当業者であれば、「アルキル」という用語が、ハロアルキル(例えば−CFおよびCHCF)およびアシル(例えば−C(O)CH、−C(O)CF、−C(O)CHOCHなど)といったような、水素基以外の基に結合された炭素原子を含む基を内含するように意図されていることを理解するであろう。
アルキルラジカルについて記述された置換基と同様に、アリールおよびヘテロアリール基についての置換基は包括的に「アリール基置換基」と呼ばれる。該置換基は例えば、ゼロから芳香族環系上の開原子価の合計数までの範囲内の数で、ハロゲン、−OR’、=O、=NR’、=N−OR’、−NR’R’’、−SR’、−ハロゲン−SiR’R’’R’’’、−OC(O)R’、−C(O)R’、−COR’、−CONR’R’’、−OC(O)NR’R’’、−NR’’C(O)R’、−NR’−C(O)NR’’R’’’、−NR’’C(O)R’、−NR−C(NR’R’’R’’’)=NR’’’’、−NR−C(NR’R’’)=NR’’’、−S(O)R’、−S(O)R’、−S(O)NR’R’’、−NRSOR’、−CNおよびNO、−R’、−N−CH(Ph)、フルオロ(C−C)アルコキシ、およびフルオロ(C−C)アルキルから選択され、ここで、R’、R’’、R’’’およびR’’’’は好ましくは独立して水素、置換または非置換アルキル、置換または非置換ヘテロアルキル、置換または非置換アリールおよび置換または非置換ヘテロアリールから選択されている。例えば本発明の化合物が2個以上のR基を含む場合、R’、R’’、R’’’およびR’’’’基のうちの2つ以上のものが存在するときR基の各々は独立してこれらの基の各々として選択される。以下のスキームでは、Xという記号は、上述の「R」を表わす。
アリールまたはヘテロアリールの隣接する原子上の置換基の2つを、−T−C(O)−(CRR’)−U−(なお式中TおよびUは独立して−NR−、−O−、−CRR’−または単結合であり、qは0〜3の整数である)の置換基と置き換えることが可能である。代替的には、アリールまたはヘテロアリール環の隣接する原子上の置換基のうちの2つを任意選択でA−(CH−B−という式の置換基(なお式中、AおよびBは独立して−CRR’−、−O−、−NR−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、S(O)NR’−または単結合であり、rは1〜4の整数である)で置換えることもできる。このように形成された新しい環の単結合の1つを任意選択で、2重結合と置き換えることができる。代替的には、アリールまたはヘテロアリール環の隣接する原子上の置換基のうちの2つを、−(CRR’)−X−(CR’’R’’’)−という式の置換基(なお式中sおよびdは独立して0〜3の整数であり、Xは−O−、−NR’−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、または−S(O)NR’−である)で置き換えることもできる。置換基R、R’、R’’およびR’’’は、好ましくは独立して水素または置換または非置換(C−C)アルキルから選択される。
本書で使用されている「ヘテロ原子」という用語は、酸素(O)、窒素(N)、硫黄(S)およびケイ素(Si)を含むように意図されている。
導入
エリスロポエチン(EPO)は、赤血球合成の主要調節因子として役立つ糖タンパク質である。エリスロポエチンは、腎臓の中で産生され、骨髄の中で前駆体細胞を刺激してそれらを成熟赤血球へと分割、分化させることによって作用する。EPOは165または166アミノ酸の糖タンパク質として存在し得る。166アミノ酸変異体は、タンパク質のC末端に付加的なアルギニン残基が存在することにより165アミノ酸変異体と識別される。
組換え型EPOは、時として、慢性腎不全、ジドビジン治療中のHIV感染患者および化学療法中のガン患者に付随する貧血症を含む、さまざまな形態の貧血症の治療において有効な治療剤として利用可能である。糖タンパク質は静脈内(IV)または皮下(SC)注射のいずれかとして非経口的に投与される。
治療目的で使用される組換え型エリスロポエチンの有効性を改善するために、本発明は、グリコシル化されたおよびグリコシル化されていないエリスロポエチンペプチドの抱合体を提供する。該抱合体はさらに、治療用部分、診断用部分、ターゲティング部分などといったさまざまな種とのさらなる抱合により修飾可能である。
本発明の抱合体は、グリコシル化されたまたはグリコシル化されていないペプチドに対する修飾型糖の酵素的付着によって形成される。グリコシル化部位は、例えば糖抱合などによりペプチドに対して修飾基を抱合するための座を提供する。修飾基の例としては、例えばメトキシ−ポリ(エチレングリコール)といったポリ(エチレングリコール)などの水溶性ポリマーがある。EPOペプチドの修飾は、患者の循環内の組換え型EPOの安定性および保持時間を改善するかまたは組換え型EPOの抗原性を低減させることができる。
本発明の方法により、実質的に均質な誘導体化パターンをもつ糖ペプチドとペプチドを組み合わせることが可能となる。本発明において使用される酵素は一般にペプチドの特定のアミノ酸残基、アミノ酸残基の組合せまたは特定のグリコシル残基について選択的である。該方法は同様に、修飾されたペプチドおよび糖ペプチドの大規模生産のためにも実用的である。かくして、本発明の方法は、その選択される均一の誘導体化パターンをもつ糖ペプチドの大規模調製のための実用的手段を提供する。
本発明は同様に、例えばクリアランス率の低減、または免疫または細網内皮系(RES)による摂取率の低下に起因して治療的半減期が延長されたグリコシル化されたおよびグリコシル化されていないペプチドの抱合体をも提供する。その上、本発明の方法は、ペプチド上の抗原決定基をマスキングし、かくして該ペプチドに対する宿主免疫応答を低減または削除するための手段を提供する。特定のターゲティング作用物質に特異的なものである特定組織または細胞表面レセプタに対しペプチドをターゲティングするためにもターゲティング作用物質の選択的付着を使用することができる。
抱合体
第1の態様においては、本発明は選択される修飾基とEPOペプチドの間の抱合体を提供する。
ペプチドと修飾基の間の連結は、ペプチドと選択される部分の間に介在させられたグリコシル連結基を含む。本書に論述されているように、選択される部分は、基本的に、糖類単位に付着され、ペプチド上に修飾型糖を付加する適切なトランスフェラーゼ酵素によって認識される「修飾型糖」を結果としてもたらすことのできるあらゆる種である。修飾型糖の糖類構成要素は、ペプチドと選択される部分の間に介在させられた時点で、例えば「無傷グリコシル連結基」といった「グリコシル連結基」となる。グリコシル連結基は、修飾基での修飾の後、ペプチドのアミノ酸またはグリコシル残基に対し修飾型糖を付加する酵素のための基質であるあらゆる単糖またはオリゴ糖から形成される。
グリコシル連結基は、修飾基の添加の前またはその間に分解的に修飾される糖類部分であるかまたはそれを内含し得る。例えばグリコシル連結基は、例えばメタ過ヨウ素酸塩の作用を介して無傷の糖類を対応するアルデヒドへと酸化分解させることによって産生され、後に対応するアミンへと還元される適切なアミンでシック塩基へとその後転換される糖類残基から誘導可能である。
本発明の抱合体は標準的に
Figure 0004719686
という一般的構造に対応することになり、ここで記号a、b、c、dおよびsは正の非ゼロ整数であり、tは0または正の整数のいずれかである。「作用物質」は治療用作用物質、生物活性作用物質、検出可能な標識、水溶性部分(例えばPEG、m−PEG、PPGおよびm−PPG)などである。「作用物質」はペプチド例えば酵素、抗体、抗原などであり得る。リンカーは、広い連結基アレイのいずれかであり得る(後述)。代替的には、リンカーは単結合または「ゼロ次リンカー」であってよい。
一実施形態例においては、選択される修飾基は、例えばm−PEGといった水溶性ポリマーである。水溶性ポリマーは、グリコシル連結基を介してペプチドに共有結合させられる。グリコシル連結基は、ペプチドのアミノ酸残基またはグリコシル残基に対し共有結合させられる。本発明は同様にアミノ酸残基およびグリコシル残基がグリコシル連結基で修飾されている抱合体を提供する。
水溶性ポリマーの例としては、例えばメトキシポリ(エチレングリコール)などのポリ(エチレングリコール)である。本発明で使用されるポリ(エチレングリコール)は、いずれかの特定の形態または分子量範囲に限定されない。非分岐ポリ(エチレングリコール)分子については、分子量は好ましくは500〜100,000の間である。好ましくは2000〜60,000、そして好ましくは約5000〜約30,000の分子量が使用される。
もう1つの実施形態においては、ポリ(エチレングリコール)は、2つ以上のPEG部分が付着している分岐PEGである。分岐PEGの例は、米国特許第5,932,462号明細書;米国特許第5,342,940号明細書;米国特許第5,643,575号明細書;米国特許第5,919,455号明細書;米国特許第6,113,906号明細書;米国特許第5,183,660号明細書;国際公開第02/09766号号パンフレット;コデラ(Kodera)Y.、「Bioconjugate Chemistry」第5号、283〜288頁(1994年);およびヤマサキ(Yamasaki)ら、Agric.Biol.Chem.,第52号、2125〜2127頁、1998年に記述されている。好ましい実施形態においては、分岐PEGの各々のポリ(エチレングリコール)の分子量は、約40,000ダルトン以上である。
酵素的に添加されたグリコシル連結基を通して形成される抱合体を提供することに加えて、本発明は、その置換パターンがきわめて均質である抱合体を提供する。本発明の方法を用いると、本発明の抱合体の一集団全体にわたり修飾型糖部分の基本的に全てが構造的に同一のアミノ酸またはグリコシル残基の多数のコピーに付着させられているペプチド抱合体を形成することができる。かくして、第2の態様では、本発明は、無傷グリコシル連結基を通してペプチドに対し共有結合されている水溶性ポリマー部分の一集団を有するペプチド抱合体を提供する。本発明の好ましい抱合体においては、該集団の各々のメンバーがグリコシル連結基を介してペプチドのグリコシル残基に結合され、グリコシル連結基が付着しているペプチドの各グリコシル残基は同じ構造を有している。
同様に提供されているのは、グリコシル連結基を通して共有結合された水溶性ポリマー部分の集団を有するペプチド抱合体である。好ましい実施形態においては、グリコシル連結基を介してペプチドのアミノ酸残基に対し水溶性ポリマー部分の集団の基本的に全てのメンバーが結合されており、グリコシル連結基が付着している各々のアミノ酸残基は同じ構造を有している。
本発明は同様に、ペプチドが無傷グリコシル連結基を介して治療用部分、診断用部分、ターゲティング部分、毒素部分などに対して抱合されている上述のものと類似した抱合体をも提供する。以上で列挙された部分の各々は、小分子、天然ポリマー(例えばポリペプチド)または合成ポリマーであり得る。
基本的に、本発明の抱合体の成分として、任意の配列をもつあらゆるエリスロポエチンペプチドを使用することができる。一実施形態例では、ペプチドは以下の配列を有する:
Figure 0004719686

もう1つの実施形態例では、ペプチドは以下の配列を有する:
Figure 0004719686
以上に記した配列には、C7−C161に1つとC29−C33にもう1つの計2つのシスルフィド結合が存在する。システイン残基は、以上で太字のイタリックで示されている。
好ましくは、いずれの末端も誘導体化されない。
本発明のペプチドは少なくとも1つのN連結またはO連結されたグリコシル化部位を含み、これは、PEG部分を内含するグリコシル残基でグリコシル化される。PEGは、無傷グリコシル連結基を介してペプチドに共有結合している。グリコシル連結基は、ペプチドのアミノ酸残基またはグリコシル残基のいずれかに共有結合している。代替的には、グリコシル連結基は糖ペプチドの単数または複数のグリコシル単位に付着している。本発明は同様に、グリコシル連結基がアミノ酸残基とグリコシル残基の両方に付着している抱合体をも提供している。
PEG部分は、無傷グリコシルリンカーに直接または例えば置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキルといった非グリコシルリンカーを介して付着している。
好ましい実施形態においては、エリスロポエチンペプチドは、式Iに示されている部分を含む。
式I
Figure 0004719686
式Iでは、Dは、−OHおよびR−L−HNから選択されるメンバーであり、Gは、R−L−およびC(O)(C−C)アルキルから選択されるメンバーであり、Rは、直鎖または分岐ポリ(エチレングリコール)残基を含む部分である、選択されるメンバーを含む部分であり、かつLが結合、置換または非置換アルキルおよび置換または非置換ヘテロアルキルの中から選択されるメンバーであるリンカーであり、かくして、DがOHであるときGはR−L−であり、Gが−C(O)(C−C)アルキルであるときDはR−L−NH−である。
組成物
上述の通り、本発明は、修飾基を担持する糖類、これらの種の活性化された類似体、およびペプチドおよび脂質といったような種と本発明の修飾型糖類の間で形成された抱合体を提供する。
修飾型糖
本発明は、修飾型糖、修飾型糖ヌクレオチドおよび修飾型糖の抱合体を提供する。本発明の修飾型糖化合物においては、糖部分は好ましくは糖類、デオキシ−糖類、アミノ−糖類またはN−アシル−糖類である。「糖類」およびその等価物、「サッカリル」、「糖」および「グリコシル」という用語は、単量体、2量体、オリゴマーおよびポリマーを意味する。糖部分は同様に、修飾基で官能化される。修飾基は、標準的に、糖上のアミン、スルフヒドリルまたはヒドロキシル、例えば一級ヒドロキシル部分との抱合を通して、糖部分に抱合される。一実施形態例においては、修飾基は、その反応性誘導体とアミンの反応を通して形成されるアミド、ウレタンまたは尿素などを通して、糖上にアミン部分を通して付着させられる。
本発明の抱合体の糖コアとしては、あらゆる糖を利用することができる。本発明の組成物を形成する上で有用な糖コアの例としては、グルコース、ガラクトース、マンノース、フコースおよびシアル酸が含まれるがこれらに限定されるわけではない。その他の有用な糖としては、グルコサミン、ガラクトサミン、マンノサミン、シアル酸の5−アミン類似体などといったアミノ糖が含まれる。糖コアは、天然に見い出される構造であり得、そうでなければそれを修飾して修飾基を抱合するための部位を提供することもできる。例えば、1つの実施形態においては、本発明は、9−ヒドロキシ部分がアミンで置き換えられているシアル酸誘導体を提供する。アミンは、選択される修飾基の活性化された類似体で容易に誘導体化される。
以下の論述においては、本発明はシアル酸の選択される誘導体の使用を基準として例示される。当業者であれば、論述の焦点が例示を明確にすることにあることそして記されている構造および組成物が一般に糖類基、修飾型糖類基、活性化済みの修飾型糖類基および修飾型糖類基の抱合体の属にあてはまるものであることを認識するであろう。
実施形態例においては、本発明は、
Figure 0004719686

という式をもつ修飾型糖アミン[なお式中Gはグリコシル部分、Lは結合またはリンカーそしてRは修飾基である]を提供する。結合の例としては、例えばNH、SHまたはOHといったグリコシル部分上の反応基と修飾基上の相補的反応性をもつ基の間で形成される結合がある。かくして、結合の例としてはNHR、OR、SRなどが含まれる。例えばRがカルボン酸部分を含む場合、この部分を活性化し、グリコシル残基の上のNH部分とカップリングさせNHC(O)Rという構造をもつ結合を付与することができる。同様にして、OHおよびSH基を対応するエーテルまたはチオエーテル誘導体に転換することも可能である。
リンカーの例にはアルキルおよびヘテロアルキル部分が含まれる。リンカーには、例えば−C(O)NH−、−OC(O)NH−などのアシルベースの連結基といった連結基が含まれる。連結基は、例えばグリコシル部分とリンカー(L)の間またはリンカーと修飾基(R)の間といったように本発明の種の成分の間で形成される結合である。その他の連結基はエーテル、チオエーテルおよびアミンである。例えば、1つの実施形態においては、リンカーはグリシン残基といったようなアミノ酸残基である。グリシンのカルボン酸部分は、グリコシル残基上のアミンとの反応により対応するアミドに転換され、グリシンのアミンは、修飾基の活性化カルボン酸または炭酸塩との反応により対応するアミドまたはウレタンに転換される。
もう1つのリンカー例は、PEG部分またはアミノ酸残基で官能化されたPEG部分である。PEGは、1つのPEG末端でアミノ酸残基を通してグリコシル基に結合され、もう一方のPEG末端を通してRに結合されている。代替的にはアミノ酸残基はRに結合され、アミノ酸に結合していないPEG末端はグリコシル基に結合される。L−Rのための種の例は、−NH{C(O)(CHNH}{C(O)(CH(OCHCH)O(CHNH}という式を有し、式中指標sおよびtは独立して0または1である。指標a、bおよびdは独立して0〜20の整数であり、cは1〜2500の整数である。その他の類似のリンカーは、NH部分が例えば−S、−OおよびCHにより置換えられている種に基づくものである。
より特定的には、本発明は、L−R
NHC(O)(CHNHC(O)(CH(OCHCHO(CHNHR、NHC(O)(CH(OCHCHO(CHNHR
NHC(O)O(CH(OCHCHO(CHNHR
NH(CHNHC(O)(CH(OCHCHO(CHNHR
NHC(O)(CHNHR
NH(CHNHR、およびNHRである化合物を提供する。これらの式においては、指標のa、bおよびdは独立して0〜20、好ましくは1〜5の整数の中から独立して選択されている。指標cは1〜2500の整数である。
一実施形態例では、Gはシアル酸であり、本発明の選択される化合物は以下の式を有する。
Figure 0004719686

当業者であれば、上述の化合物の例の中のシアル酸部分を、グルコサミン、ガラクトサミン、マンノサミン、そのN−アセチル誘導体などを含む(ただしこれらに限定されるわけではない)任意のその他のアミノ−糖類で置換えることができるということを認識するだろう。
もう1つの例においては、糖の一級ヒドロキシル部分が修飾基で官能化される。例えば、シアル酸の9−ヒドロキシルを対応するアミンに転換し官能化させて本発明に従った化合物を提供することができる。この実施形態に従った式には次のものが含まれる。
Figure 0004719686
さらなる実施形態例においては、本発明は、上述のもののようなリンカー修飾基カセットを担持する対応するアミン部分に6−ヒドロキシル位が転換されている修飾型糖を提供する。これらの修飾型糖のコアとして使用できるサッカリル基の例としては、Gal、GalNAc、Glc、GlcNAc、Fuc、Xyl、Manなどが含まれる。この実施形態に従った代表的な修飾型糖は、
Figure 0004719686

という式を有し、ここでR〜RおよびRは、H、OH、C(O)CH、NHおよびNHC(O)CHから独立して選択されるメンバーである。Rは上述の通りのOR、NHRまたはL−Rである。
本発明の選択される抱合体はマンノース、ガラクトースまたはグルコースまたはマンノース、ガラクトースまたはグルコースの原子空間配置をもつ種に基づいている。これらの抱合体の一般式は以下の通りである:
Figure 0004719686
もう1つの実施形態例においては、本発明は、対応するヌクレオチド糖として活性化される上述の通りの化合物を提供する。その修飾された形態で本発明において使用される糖ヌクレオチドの例としては、一、二または三リン酸ヌクレオチドまたはその類似体が含まれる。好ましい実施形態においては、修飾型糖ヌクレオチドはUDP−グリコシド、CMP−グリコシドまたはGDP−グリコシドから選択される。さらに一層好ましくは、修飾型糖ヌクレオチドの糖ヌクレオチド部分はUDP−ガラクトース、UDP−ガラクトサミン、UDP−グルコース、UDP−グルコサミン、GDP−マンノース、GDP−フコース、CMP−シアル酸またはCMP−NeuAcから選択される。一実施形態例においては、ヌクレオチドホスファートはC−1に付着させられる。
かくして、グリコシル部分がシアル酸である実施形態例においては、本発明は以下の式をもつ化合物を提供する。
Figure 0004719686

[なお式中L−Rは上述の通りであり、L−Rは修飾基に結合されたリンカーを表わす。Lの場合と同様、Lに従ったリンカー種の例には結合、アルキルまたはヘテロアルキル部分が含まれる。これらの実施形態に従った修飾型糖ヌクレオチド化合物の例が図1および図2に記されている。
もう1つの実施形態例においては、本発明は、例えばペプチド、脂質およびアグリコンなどの基質と本発明の修飾型糖の間、より特定的には糖ペプチドまたは糖脂質のグリコシル残基と修飾型糖の間で形成される抱合体を提供する。この実施形態においては、修飾型糖の糖部分は、基質と修飾基の間に介在させられるグリコシル連結基となる。グリコシル連結基の例としては、連結基を形成する単数または複数のグリコシル部分が化学物質(例えばメタ過ヨウ酸ナトリウム)または酵素的プロセス(例えばオキシダーゼ)によって分解されない無傷グリコシル連結基がある。本発明の選択される抱合体には、例えばマンノサミン、グルコサミン、ガラクトサミン、シアル酸などのアミノ−糖類のアミン部分に付着させられる修飾基を内含する。このモチーフに従った修飾基−無傷グリコシル連結基カセットの例は、以下の式を有するものといったようなシアル酸構造に基づいている:
Figure 0004719686

この式中、R、LおよびLは以上で記述した通りである。
さらにもう1つの実施形態例においては、抱合体は、中で修飾基がサッカリル部分の6炭素位にリンカーを通して付着しているサッカリル部分の1位と基質の間に形成される。かくして、この実施形態に従った抱合体の例は、
Figure 0004719686

という式を有し、ここでラジカルは上述の通りである。当業者であれば、上述の修飾されたサッカリル部分を同じく2、3、4または5個の炭素原子に抱合させることができる、ということを認識するであろう。
この実施形態に従った実施形態例には
Figure 0004719686

という式を有する化合物が含まれ、式中、R基および指標は上述の通りである。
本発明は同様に、6炭素位置においてL−Rで修飾される糖ヌクレオチドを提供する。この実施形態に従った種の例には、
Figure 0004719686

が含まれ、ここでR基およびLは上述の通りの部分を表わす。指標「y」は0、1または2である。
本発明のさらなるヌクレオチド糖の例は、GDPマンノースの原子空間配置を有する種に基づいている。この実施形態に従った種の一例は、
Figure 0004719686

という構造を有する。
さらにもう1つの実施形態例では、本発明は、UDPガラクトースの原子空間配置に基づく抱合体を提供する。この実施形態に従った化合物の例は、以下の構造を有する:
Figure 0004719686
もう1つの実施形態例においては、ヌクレオチド糖は、グルコースの原子空間配置に基づいている。この実施形態に従った種の例は、
Figure 0004719686

という式を有する。
修飾基R、は水溶性ポリマー、非水溶性ポリマー、治療剤、診断用作用物質などを含む(ただしこれらに限定されるわけではない)一定数の種のうちのいずれかである。修飾基の例の性質について以下でさらに詳述する。
修飾基
水溶性ポリマー
数多くの水溶性ポリマーは、当業者にとって既知のものであり、又本発明を実施する上で有用である。水溶性ポリマーという用語は、糖類(例えば、デキストラン、アミロース、ヒアルロン酸、ポリ(シアル酸)、ヘパラン、ヘパリンなど);ポリ(アミノ酸)、例えばポリ(アスパラギン酸)およびポリ(グルタミン酸);核酸;合成ポリマー(例えばポリ(アクリル酸)、ポリ(エステル)、例えばポリ(エチレングリコール);ペプチド、タンパク質などといったような種を包含する。本発明は、ポリマーが抱合体の残りのものを付着させることのできる箇所を含んでいなければならないということを唯一の限定として、あらゆる水溶性ポリマーで実施可能である。
ポリマーの活性化のための方法は同様に、国際公開第94/17039号パンフレット、米国特許第5,324,844号明細書、国際公開第94/18247号パンフレット、国際公開第94/04193号パンフレット、米国特許第5,219,564号明細書、米国特許第5,122,614号明細書、国際公開第90/13540号パンフレット、米国特許第5,281,698号明細書にも、そして国際公開第93/15189号パンフレット内にさらに多く見出すことができ、活性化されたポリマーとペプチドの間の抱合については、例えば凝固因子VIII(国際公開第94/15625号パンフレット)、ヘモグロビン(国際公開第94/09027号パンフレット)、酸素担持分子(米国特許第4,412,989号明細書)、リポヌクレアーゼおよびスーパーオキシド・ジスムターゼ(ヴェロネーゼ(Veronese)ら、App.Biochem.Biotech.第11号、141〜45頁(1985年))に見い出すことができる。
好ましい水溶性ポリマーは、ポリマー試料中の実質的な割合の複数のポリマー分子がほぼ同じ分子量を有するようなものである。このようなポリマーは「ホモ分散」である。
本発明について、ポリ(エチレングリコール)抱合体を基準にしてさらに例示する。PEGの官能化および抱合に関するいくつかの概説およびモノグラフが入手可能である。例えばハリス(Harris)、Macromol.Chem.Phys.C25、325〜373頁(1985年);スクーテン(Scouten)、Methods in Enzymology、第135号、30〜65頁(1987年);ウォン(Wong)ら、Enzyme Microb.Technol.第14号、866〜874頁(1992年);デルガド(Delgado)ら、Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems、第9号、249〜304頁(1992年);ザリプスキー(Zalipsky)、Bioconjugate Chem.第6号、150〜165頁(1995年);およびバドラ(Bhadra)ら、Pharmazie、第57号、5〜29頁(2002年)を参照のこと。反応性PEG分子を調製し反応性分子を用いて抱合体を形成するための経路が当該技術分野において知られている。例えば米国特許第5,672,662号は、線形または分岐ポリ(アルキレンオキシド)、ポリ(オキシエチル化ポリオール)、ポリ(オレフィン系アルコール)、およびポリ(アクリロモルホリン)から選択されるポリマー酸の活性エステルの水溶性で単離可能な抱合体を開示している。
米国特許第6,376,604号明細書は、有機溶媒中でジ(1−ベンゾトリアゾイル)カルボナートとポリマーの末端ヒドロキシルを反応させることにより水溶性非ペプチドポリマーの水溶性1−ベンゾトリアゾリルカルボナートエステルを調製するための方法について記述している。活性エステルは、タンパク質またはペプチドといったような生物学的に活性な作用物質と抱合体を形成するために使用される。
国際公開第99/45964号パンフレットは、安定した連結を通してポリマー主鎖に連結された少なくとも1つの末端をもつポリマー主鎖を含む活性化された水溶性ポリマーおよび生物学的に活性な作用物質を含む抱合体において、少なくとも1つの末端が分岐する部分に連結された近位反応基を有する分岐する部分を含み、ここで生物学的に活性な作用物質が近位反応基の少なくとも1つに連結されている抱合体について記述している。その他の分岐ポリ(エチレングリコール)については国際公開第96/21469号パンフレットに記述されており、米国特許第5,932,462号明細書は、反応性官能基を含む分岐末端を含む分岐PEG分子で形成された抱合体について記述する。遊離反応基は、ポリ(エチレングリコール)と生物学的に活発な種の間で抱合体を形成するタンパク質またはペプチドといったような生物学的に活性な種と反応するように利用可能である。米国特許第5,446,090号明細書は、2機能PEGリンカーおよびPEGリンカー末端の各々においてペプチドを有する抱合体を形成する上でのその使用について記述している。
分解可能なPEG連結を内含する抱合体については国際公開第99/34833号パンフレットおよび国際公開第99/14259号パンフレットならびに米国特許第6,348,558号明細書中に記述されている。このような分解可能な連結は、本発明において応用可能である。
当該技術分野において認められた上述のポリマー活性化方法は、本書で記述する分岐ポリマーの形成においてと同様、例えば糖、糖ヌクレオチドなどのその他の種にこれらの分岐ポリマーを抱合させるために、本発明の状況下で有用である。
本発明において有用なポリ(エチレングリコール)分子の例としては、
Figure 0004719686

という式をもつものが含まれ(ただしこれらに限定されるわけではない)、式中RはH、OH、NH、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のアリール、置換または非置換のヘテロアリール、置換または非置換のヘテロシクロアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、例えばアセタール、OHC−、HN−(CH−、HS−(CH、または−(CHC(Y)Zである。指標「e」は1〜2500の整数を表わす。指標b、dおよびqは独立して0〜20の整数を表わす。記号ZおよびZは独立してOH、NH、遊離基、例えばイミダゾール、p−ニトロフェニル、HOBT、テトラゾール、ハロゲン化物、S−R、活性化されたエステルのアルコール部分;−(CHC(Y)V、または−(CHU(CHC(Yを表わす。記号Yは、H(2)、=O、=S、=N−R10を表わす。記号X、Y、Y、AおよびUは独立して部分O、S、N−R11を表わす。記号VはOH、NH、ハロゲン、S−R12、活性化されたエステルのアルコール成分、活性化されたアミドのアミン成分、糖−ヌクレオチドおよびタンパク質を表わす。記号p、q、sおよびvは0〜20の整数から独立して選択されるメンバーである。記号R、R10、R11およびR12は独立してH、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のヘテロアルキル、置換または非置換のアリール、置換または非置換のヘテロシクロアルキルおよび置換または非置換のヘテロアリールを表わす。
その他の実施形態例では、ポリ(エチレングリコール)分子は以下の中から選択される:
Figure 0004719686
本発明の抱合体を形成する上で有用なポリ(エチレングリコール)は、線形または分岐のいずれかである。本発明で使用するのに適した分岐ポリ(エチレングリコール)分子は、
Figure 0004719686

という式により記述されるものを含み(ただしこれらに限定されるわけではない)、式中RおよびR8’は上述のRについて定義された基から独立して選択されるメンバーである。AおよびAは、以上でAについて定義されている基から独立して選択されるメンバーである。指標e、f、oおよびqは上述の通りである。ZおよびYは上述の通りである。XおよびX1’はS、SC(O)NH、HNC(O)S、SC(O)O、O、NH、NHC(O)、(O)CNHおよびNHC(O)O、OC(O)NHから独立して選択されるメンバーである。
その他の実施形態例においては、分岐PEGはシステイン、セリン、またはジ−リジンコアに基づいている。かくして、さらなる分岐PEGには、次のものが含まれる:
Figure 0004719686
さらにもう1つの実施形態においては、分岐PEG部分はトリ−リジンペプチドに基づいている。トリリジンは、モノ、ジ、トリまたはテトラ−PEG化され得る。この実施形態に従った種の例は:
Figure 0004719686

という式を有し、式中e、fおよびf’は1〜2500の独立して選択される整数であり、q、q’およびq’’は1〜20の独立して選択される整数である。
本発明の実施形態例においては、PEGはm−PEG(5kD、10kDまたは20kD)である。分岐PEG種の例としては、m−PEGが20kDm−PEGであるセリンまたはシステイン−(m−PEG)がある。
当業者には明白であるように、本発明の中で有用である分岐ポリマーは上述のテーマに対する変形形態が含まれる。例えば、上述のジ−リジン−PEG抱合体は3つのポリマーサブユニットを含むことができ、3番目は以上の構造中に未修飾として示されているα−アミンに結合されている。同様にして、3つまたは4つのポリマーサブユニットで官能化されたトリ−リジンの使用は本発明の範囲内に入る。
本発明に従った特定の実施形態には、
Figure 0004719686

および炭酸塩およびこれらの種の活性エステル例えば、
Figure 0004719686

が含まれる。
本書に記されている化合物を調製する上で有用である線形および分岐PEGを活性化するのに適したその他の活性化または離脱基には、
Figure 0004719686

が含まれるがこれらに限定されるわけではない。これらのおよびその他の種で活性化されるPEG分子および活性化されたPEGの製造方法が国際公開第04/083259号パンフレットの中に記されている。
当業者であれば、分岐ポリマーのm−PEGの腕のうちの単数または複数のものを、異なる末端を伴うPEG部分例えばOH、COOH、NH、C−C10−アルキルなどにより置き換えできるということがわかるだろう。さらに、上述の構造は、側鎖の官能基とα−炭素原子の間にアルキルリンカーを挿入すること(または炭素原子を除去すること)によって直ちに修飾される。かくして、「ホモ」誘導体および高級相同体ならびに低級相同体が本発明で有用な分岐PEGのためのコアの範囲内に入る。
本書に記されている分岐PEG種は、以下のスキーム中で記されているもののような方法で容易に調製される:
Figure 0004719686

なお式中、XはOまたはS、rは1〜5の整数、指標eおよびfは独立して選択される1〜2500の整数である。
かくして、このスキームに従うと、天然および非天然アミノ酸は、側鎖ヘテロ原子Xをアルキル化することにより1を形成する、このケースではトシラートである活性化されたm−PEG誘導体と接触させられる。単官能化されたm−PEGアミノ酸は、反応性m−PEG誘導体と共にN−アシル化条件に付され、かくして分岐m−PEG2を組立てる。当業者であればわかるように、トシラート離脱基を、例えばハロゲン、メシラート、トリフラートなどのあらゆる適切な離脱基で置き換えることができる。同様にして、アミンをアシル化するために利用される反応性炭酸塩を活性エステル、例えばN−ヒドロキシスクシニミドなどで置き換えることができ、又ジシクロヘキシルカルボジイミド、カルボニルジイミダゾールなどといった脱水剤を用いてインサイチュで酸を活性化させることができる。
実施形態例においては、修飾基はPEG部分であるが、適切な連結を通してグリコシル部分の中に、例えば水溶性ポリマー、非水溶性ポリマー、治療用部分などといったあらゆる修飾基を取込むことが可能である。修飾型糖は、酵素的手段、化学的手段またはその組合せにより形成され、かくして修飾型糖を産生する。実施形態例においては、糖は、修飾用部分の付着を可能にしそれでもなお糖がペプチドに対する修飾型糖のカップリングの能力をもつ酵素のための基質として機能できるようにするあらゆる位置で活性アミンで置換される。実施形態例においては、ガラクトサミンが修飾型糖である場合、アミン部分は6位で炭素原子に付着されている。
本発明は同様に、中で糖部分が修飾されているヌクレオチド糖をも提供している。修飾型糖ヌクレオチドの例には、糖上でアミン部分を通して修飾される糖質が担持されている。例えば糖ヌクレオチドのサッカリル−アミン誘導体である修飾型糖ヌクレオチドも同じく、本発明の方法において有用である。例えば、サッカリルアミン(修飾基無し)をペプチド(またはその他の種)に酵素的に抱合させ、それに続いて遊離サッカリルアミン部分を所望の修飾基に抱合させることができる。代替的には、修飾型糖ヌクレオチドは、例えばペプチド、糖ペプチド、脂質、アグリコン、糖脂質などの上でサッカリルアクセプタに修飾型糖を転移する酵素のための基質として機能することができる。
糖類コアがガラクトースまたはグルコースである一実施形態においては、RはNHC(O)Yである。
一実施形態例においては、修飾型糖は6−アミノ−N−アセチル−グリコシル部分に基づいている。以下でN−アセチルガラクトサミンについて示されているように、6−アミノ糖部分は、標準的方法によって容易に調製される。
Figure 0004719686
以上のスキームにおいては指標nは1〜2500、好ましくは10〜1500、より好ましくは10〜1200の整数を表わす。記号「A」は、活性化基、例えばハロ、活性化されたエステルの1成分(例えばN−ヒドロキシスクシニミドエステル)、炭酸塩の1成分(例えばp−ニトロフェニルカルボナート)などを表わす。当業者であれば、この方法および類似の方法によりその他のPEGアミドヌクレオチドが容易に調製されるということを認識することだろう。
その他の実施形態例においては、アミド部分がウレタンまたは尿素といったような基により置き換えられる。
さらなる実施形態においては、Rは分岐PEG、例えば上述の種のうちの1つである。本実施形態に従った化合物の例としては、以下のものが含まれる:
Figure 0004719686

なお式中Xは1つの結合または0である。
さらに、以上で論述した通り、本発明は、直鎖または分岐のいずれかである水溶性ポリマーで修飾されるヌクレオチド糖を提供する。例えば、以下で示す式を有する化合物は、本発明の範囲内に入る:
Figure 0004719686

なお式中、Xは0または1つの結合である。
同様にして、本発明は、6位における炭素が修飾されているような修飾型糖のヌクレオチド糖を提供する:
Figure 0004719686

なお式中、Xは1つの結合または0である。
同様に提供されているのは、本発明の組成物を内含するペプチドおよび糖ペプチド、脂質および糖脂質の抱合体である。例えば、本発明は以下の式を有する抱合体を提供する:
Figure 0004719686
非水溶性ポリマー
以上で論述しているものと類似のもう1つの実施形態においては、修飾型糖は水溶性ポリマーではなく非水溶性ポリマーを含んでいる。本発明の抱合体は単数または複数の非水溶性ポリマーを含んでいてもよい。本発明のこの実施形態は、制御された形で治療用ペプチドを送達するためのビヒクルとしての抱合体の使用によって例示されている。ポリマー薬物送達系が、当該技術分野において知られている。例えばダン(Dunn)ら、編「POLYMERIC DRUGS AND DRUG DELIVERY SYSTEMS」、ACS Symposium Series第469巻、American Chemical Society、ワシントンD.C.1991年を参照のこと。当業者であれば、本発明の抱合体に対し実質的にあらゆる既知の薬物送達系を応用することができるということがわかるだろう。
代表的な非水溶性ポリマーとしてはポリホスファジン、ポリ(ビニルアルコール)、ポリアミド、ポリカルボナート、ポリアルキレン、ポリアクリルアミド、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレンオキシド、ポリアルキレンテレフタラート、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリビニルハライド、ポリビニルピロリドン、ポリグリコリド、ポリシロキサン、ポリウレタン、ポリ(メチルメタクリラート)、ポリ(エチルメタクリラート)、ポリ(ブチルメタクリラート)、ポリ(イソブチルメタクリラート)、ポリ(ヘキシルメタクリラート)、ポリ(イソデシルメタクリラート)、ポリ(ラウリルメタクリラート)、ポリ(フェニルメタクリラート)、ポリ(メチルアクリラート)、ポリ(イソプロピルアクリラート)、ポリ(イソブチルアクリラート)、ポリ(オクタデシルアクリラート)ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(エチレングリコール)、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(エチレンテレフタラート)、ポリ(ビニルアセタート)、ポリビニルクロリド、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、プルロニクスおよびポリビニルフェノールおよびそのコポリマーが含まれるが、これらに限定されるわけではない。
本発明の抱合体内で有用である合成的に修飾された天然ポリマーとしては、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、セルロースエステル、セルロースエステルおよびニトロセルロースが含まれるがこれらに限定されるわけではない。広い合成的に修飾された天然ポリマークラスの特に好ましいメンバーとしては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、セルロースアセタート、プロピオン酸セルロース、酢酸セルロースブチラート、酢酸セルロースフタラート、カルボキシメチルセルロース、三酢酸セルロース、硫酸セルロースナトリウム塩、およびアクリルおよびメタクリルエステルおよびアルギン酸のポリマーが含まれるがこれらに限定されるわけではない。
本書で論述されているこれらのおよびその他のポリマーは、シグマケミカル(Sigma Chemical Co.)(St.Louis、ミズーリ州)、ポリサイエンス(Polysciences)(Warrenton、ペンシルバニア州)、アルドリッチ(Aldrich)(Milwaukee、ウイスコンシン州)、フルカ(Fluka)(Ronkonkoma、ニューヨーク州)、およびバイオラド(BioRad)(Richmond、カリフォルニア州)といったような商業的供給源から容易に得ることができ、そうでなければ標準的技術を用いてこれらの供給業者から得られる単量体から合成可能である。
本発明の抱合体内で有用な代表的生物分解可能なポリマーにはポリラクチド、ポリグリコリドおよびそれらのコポリマー、ポリ(エチレンテレフタラート)、ポリ(酪酸)、ポリ(吉草酸)、ポリ(ラクチド−コ−カプロラクトン)、ポリ(ラクチド−コ−グリコリド)、ポリ無水物、ポリオルトエステル、その配合物およびコポリマーが含まれるがこれらに限定されるわけではない。特に有用であるのは、コラーゲン、プルロニクスなどを含むものといったゲルを形成する組成物である。
本発明において有用なポリマーには、その構造の少なくとも1部分の内部に生体再吸収可能な分子を有する非水溶性材料を内含する「ハイブリッド」ポリマーが含まれる。かかるポリマーの一例は、1つのポリマー鎖につき1つの生体再吸収可能な領域、1つの親水性領域および複数の架橋可能な官能基を有する非水溶性コポリマーを含むポリマーである。
本発明の目的で、「非水溶性材料」には、水または含水環境中で実質的に不溶である材料が含まれる。かくしてコポリマーの或る種の領域またはセグメントは親水性であるかさらには水溶性であり得るものの、ポリマー分子に全体として、いかなる実質的量でも水中には溶解しない。
本発明の目的では、「生体再吸収可能な分子」という用語には、身体により代謝または崩壊され再吸収されかつ/または正常な排泄経路を通して除去される能力をもつ領域が含まれる。かかる代謝生成物または崩壊生成物は好ましくは実質的に体に対し非毒性である。
コポリマー組成物が全体として水溶性にされないかぎり、生体再吸収可能な領域は疎水性かまたは親水性のいずれかであり得る。かくして、生体再吸収可能な領域は、ポリマーが全体として非水溶性にとどまるという選好性に基づいて選択される。従って、相対的特性すなわち生体再吸収可能な領域および親水性領域により含有される官能基の種類および相対的割合は、有用な生体再吸収可能な組成物が必ず非水溶性にとどまるように選択される。
再吸収可能なポリマーの例としては、例えば、ポリ(α−ヒドロキシ−カルボン酸)/ポリ(オキシアルキレン)の合成的に産生された再吸収可能なブロックコポリマーが含まれる(コーン(Cohn)ら、米国特許第4,826,945号明細書を参照のこと)。これらのコポリマーは架橋されず水溶性を有し、従って身体は分解されたブロックコポリマー組成物を排泄することができる。ユーネス(Younes)ら、J Biomed.Mater.Res.第21号、1301〜1316頁(1987年);およびコーンら、J Biomed.Mater.Res.第22号、993〜1009頁(1988年)。
現在好まれている生体再吸収可能なポリマーには、ポリ(エステル)、ポリ(ヒドロキシ酸)、ポリ(ラクトン)、ポリ(アミド)、ポリ(エステル−アミド)、ポリ(アミノ酸)、ポリ(無水物)、ポリ(オルトエステル)、ポリ(カルボナート)、ポリ(ホスファジン)、ポリ(ホスホエステル)、ポリ(チオエステル)、多糖類およびそれらの混合物から選択される単数または複数の成分およびその混合物が含まれる。さらにより一層好ましくは、生体再吸収可能なポリマーはポリ(ヒドロキシ)酸成分を内含する。ポリ(ヒドロキシ)酸のうち、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロン酸、ポリブチル酸、ポリ吉草酸およびそのコポリマーおよび混合物が好まれる。
インビボで吸収される(「生体再吸収される」)フラグメントを形成することに加えて、本発明の方法において使用するための好ましいポリマーコーティングは同様に、排泄可能でかつ/または代謝可能なフラグメントを形成することができる。
本発明ではさらに高次のコポリマーも使用することができる。1984年3月20付けのケーシー(Casey)ら、の米国特許第4,438,253号明細書は、ポリ(グリコール酸)およびヒドロキシル末端のポリ(アルキレングリコール)のトランスエステル化から産生された三ブロックコポリマーについて開示している。このような組成物は、再吸収可能な単繊維縫合糸としての使用のために開示されている。かかる組成物の可とう性は、コポリマー構造内にテトラ−P−トリルオルトカルボナートといったような芳香族オルトカーボナートを取込むことによって制御される。
乳酸および/またはグリコール酸に基づくその他のポリマーも同様に利用可能である。例えば1993年4月13日付けのスピヌー(Spinu)の米国特許第5,202,413号明細書は、オリゴマージオールまたはジアミン残基のいずれかの上にラクチドおよび/またはグリコリドを開環重合しそれに続いてジイソシアナート、ジアシルクロリドまたはジクロロシランといった二官能化合物を用いて鎖拡張することによって産生されるポリアクチドおよび/またはポリグリコリドの逐次的に順序付けされたブロックを有する生物分解性多重ブロックコポリマーを開示している。
本発明において有用であるコーティングの生体再吸収可能な領域は、加水分解および/または酵素的に分割可能となるように設計され得る。本発明の目的では、「加水分解により分割可能な」という用語は、水または含水環境中での加水分解に対するコポリマー特に生体再吸収可能な領域の感受性を意味する。類似の要領で、本書で使用されている通りの「酵素的に分割可能な」という用語は、内因性または外因性酵素による分割に対するコポリマー特に生体再吸収可能な領域の感受性を意味する。
体内に導入された時点で、該親水性領域は、排泄可能なおよび/または代謝可能なフラグメントへと処理され得る。かくして、該親水性領域は例えばポリエステル、ポリアルキレンオキシド、ポリオール、ポリ(ビニルピロリジン)、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(アルキルオキサゾリン)、多糖類、炭水化物、ペプチド、タンパク質およびそれらのコポリマー並びに混合物を含むことができる。さらに、親水性領域は同様に、例えばポリ(アルキレン)オキシドでもありうる。かかるポリ(アルキレン)オキシドは例えばポリ(エチレン)オキシド、ポリ(プロピレン)オキシドおよびそれらの混合物並びにコポリマーを内含し得る。
ヒドロゲルの成分であるポリマーは同様に、本発明においても有用である。ヒドロゲルは、比較的大量の水を吸収する能力をもつポリマー材料である。ヒドロゲル形成化合物の例としては、ポリアクリル酸、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリジン、ゼラチン、カラギーナンおよびその他の多糖類、ヒドロキシエチレンメタクリル酸(HEMA)、並びにそれらの誘導体などが含まれるがこれらに限定されるわけではない。安定性、生物分解性および生体再吸収性を備えたヒドロゲルを産生することができる。その上、ヒドロゲル組成物は、これらの特性のうちの1つ以上のものを示すサブユニットを含むことができる。
架橋を通してその無欠性を制御できる生体適合性あるヒドロゲル組成物が既知であり、本発明の方法において使用するために現在好まれている。例えばヒューベル(Hubbell)らの1995年4月25日付け米国特許第5,410,016号明細書および1996年6月25日付け米国特許第5,529,914号明細書では、2つの加水分解不安定拡張部分の間にはさまれた水溶性中央ブロックセグメントを有する架橋されたブロックコポリマーである水溶性系が開示されている。かかるコポリマーはさらに、光重合性アクリラート官能基でエンドキャッピングされる。架橋された時点で、これらの系はヒドロゲルとなる。かかるコポリマーの水溶性中央ブロックは、ポリ(エチレングリコール)を内含し得る。一方加水分解不安定性拡張部分は、ポリグリコール酸またはポリ乳酸といったようなポリ(α−ヒドロキシ酸)であり得る。ソーニー(Sawhney)ら、Macromolecules、第26号、581〜587頁(1993年)を参照のこと。
もう1つの好ましい実施形態においては、ゲルは熱可逆性ゲルである。プルロニクス、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、多糖類、ポリウレタンヒドロゲル、ポリウレタン尿素ヒドロゲルおよびその組合せといった成分を含む熱可逆性ゲルが現在好まれている。
さらにもう1つの実施形態例では、本発明の抱合体は、リポソームの成分を含む。リポソームは、例えば1985年6月11日付けのエプシュタイン(Eppstein)らの米国特許第4,522,811号明細書内で記述されているように、当業者にとって既知の方法に従って調製可能である。例えば、後に蒸発させられて容器の表面上に乾燥した脂質の薄いフィルムを残す無機溶媒の中に適切な脂質(例えば、ステアロイルホスファチジルエタノールアミン、ステアロイルホスファチジルコリン、アラカドイルホスファチジルコリンおよびコレステロール)を溶解させることにより、リポソーム製剤を調製することができる。活性化合物およびその薬学的に受容可能な塩の水溶液を次に容器内に導入する。その後、容器を手で回転させて容器の側面から脂質材料を遊離させ、脂質凝集体を分散させ、かくしてリポソーム懸濁液を形成する。
上述の微粒子および微粒子の調製方法は一例として提供されているものであり、これらは本発明中で有用である微粒子の範囲を画定することを意図したものではない。異なる方法によって製造される数々の微粒子が本発明において有用なものであるということが当業者にとって明らかとなるだろう。水溶性ポリマーの状況の下で以上で論述されている直鎖および分岐の両方の構造的形式が、非水溶性ポリマーに関しても一般にあてはまる。かくして例えば、システイン、セリン、ジリジンおよびトリリジン分岐コアが2つの非水溶性ポリマー部分で官能化され得る。これらの種を産生するのに用いられる方法は、一般に水溶性ポリマーを産生するのに用いられるものときわめて類似している。
方法
上述の抱合体に加えて、本発明はこれらの抱合体およびその他の抱合体を調製するための方法を提供している。さらに、本発明は、疾病を発生するリスクの高い対象または疾病をもつ対照に対して本発明の抱合体を投与することにより疾病状態を予防し、治ゆし改善する方法を提供する。
かくして、本発明は選択される部分とペプチド、糖脂質またはアグリコン(例えばセラミドまたはスフィンゴシン)の間で共有結合抱合体を形成する方法を提供する。例示を明確にするため、本発明は、ペプチドと本発明の活性化された修飾型糖の修飾されたグリコシル部分の間で形成された抱合体を基準として例示される。当業者であれば、本発明が、その活性化された修飾型糖を用いてアグリコンおよび糖脂質の抱合体を形成する方法をも同様に包含しているということがわかるだろう。
実施形態例においては、抱合体は水溶性ポリマー、治療用部分、ターゲティング部分または生体分子と、グリコシル化または非グリコシル化ペプチドの間で形成される。ポリマー、治療用部分または生体分子は、ペプチドと修飾基(例えば水溶性ポリマー)の両方の間に介在させられこれらに対し共有結合によって連結されたグリコシル連結基を介してペプチドに抱合させられる。該方法は、修飾型糖を基質(例えばペプチド、アグリコン、糖脂質)に抱合する例えばグリコシルトランスフェラーゼといった酵素および修飾型糖を含有する混合物とペプチドを接触させる工程を含む。反応は、修飾型糖とペプチド(またはその他の基質)の間に共有結合を形成するのに適した条件の下で実施される。修飾型糖の糖部分は好ましくは、ヌクレオチド糖から選択される。
アクセプタペプチドは、標準的には新たに合成されるかまたは、原核細胞(例えば細菌細胞例えば大腸菌(E.coli)内または哺乳動物、酵母、昆虫、真菌または植物細胞といった真核細胞内で組換えにより発現される。ペプチドは、全長タンパク質またはフラグメントのいずれかであり得る。その上、ペプチドは、野生型または突然変異を受けたペプチドであり得る。1つの実施形態例においては、ペプチドは、ペプチド配列に対し1つ以上のNまたはO連結型グリコシル化部位を付加する突然変異を含む。
本発明の方法は同様に、組換えにより産生される不完全にグリコシル化されたペプチドの修飾をも提供する。数多くの組換えにより産生された糖タンパク質は不完全にグリコシル化され、例えば免疫原性、RESによる認識といった望ましくない特性を有しうる炭水化物残基を曝露する。本発明の方法における修飾型糖を利用して、ペプチドを例えば水溶性ポリマー、治療剤などと同時にさらにグリコシル化し誘導体化することができる。修飾型糖の糖部分は、完全にグリコシル化されたペプチドの中のアクセプタに適切に抱合されることになる残基または望ましい特性をもつもう1つの糖部分であり得る。
当業者であれば、本発明があらゆる供給源からの実質的にあらゆるペプチドまたは糖ペプチドを用いて実施できるということがわかるだろう。本発明を実施するのに用いることのできるペプチドの例は、国際公開第03/031464号パンフレットおよびその中に記された参考文献中で記されている。
本発明の方法により修飾されるペプチドは合成または野生型ペプチドであり得、そうでなければ部位特異的突然変異誘発といった当該技術分野において既知の方法により産生される、突然変異を受けたペプチドであり得る。ペプチドのグリコシル化は、標準的にはN連結型またはO連結型である。N−連結の例は、アスパラギン残基の側鎖に対する修飾型糖の付着である。Xがプロリン以外のあらゆるアミノ酸であるトリペプチド配列アスパラギン−X−セリンおよびアスパラギン−X−トレオニンは、アスパラギン側鎖に対する炭水化物部分の酵素的付着のための認識配列である。かくしてポリペプチド内にこれらのトリペプチド配列のいずれかが存在することにより、潜在的なグリコシル化部位が作り出される。O連結型グリコシル化というのは、ヒドロキシアミノ酸好ましくはセリンまたはトレオニンのヒドロキシ側鎖に対する1つの糖(例えばN−アセチルガラクトサミン、ガラクトース、マンノース、GlcNAc、グルコース、フコースまたはキシロース)の付着を意味するが、例えば5−ヒドロキシプロリンまたは5−ヒドロキシリジンなどの通常でないまたは非天然のアミノ酸を使用することも可能である。
その上、ペプチドに対する付加に加えて、本発明の方法は、その他の生物学的構造(例えばグリコシル化部位を含有する糖脂質、脂質、スフィンゴイド、セラミド、全細胞など)を用いて実施することができる。
ペプチドまたはその他の構造に対するグリコシル化部位の添加は、それが1つ以上のグリコシル化部位を含有するような形でアミノ酸配列を改変させることによって都合良く達成される。該添加は同様に、(O連結型グリコシル化部位について)ペプチドの配列内で好ましくはセリンまたはトレオニン残基といった−OH基を提示する1つ以上の種を取込むことによっても実施可能である。該添加は、ペプチドの突然変異または完全化学合成により行なうことができる。ペプチドアミノ酸配列は好ましくは、特に、所望のアミノ酸に翻訳されることになるコドンが生成されるように予め選択される塩基においてペプチドをコードするDNAを突然変異させることによって、DNAレベルでの変化を通して改変される。DNA突然変異は好ましくは当該技術分野において既知の方法を用いて行なわれる。
実施形態例においては、ポリヌクレオチドをシャッフリングすることによりグリコシル化部位が添加される。候補ペプチドをコードするポリヌクレオチドをDNAシャッフリングプロトコルで変調させることができる。DNAシャッフリングは関連する遺伝子のプールの無作為断片化とそれにつづくポリメラーゼ連鎖反応様のプロセスによるフラグメントの再組立てによって実施される反復的組換えと突然変異のプロセスである。例えばステッマー(Stemmer)、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、第91号、10747〜10751頁(1994年);ステッマー、Nature、第370号、389〜391頁(1994年);および米国特許第5,605,793号明細書、同第5,837,458号明細書、同第5,830,721号明細書および同第5,811,238号明細書を参照のこと。
本発明を実施するのに用いることのできるペプチドの例、グリコシル化部位を付加または除去する方法およびグリコシル構造またはサブ構造を付加または除去する方法が、国際公開第03/031464号パンフレットおよびそれに関連する米国特許およびPCT出願に詳述されている。
本発明は同様に、ペプチドに対して1つ以上の選択されるグリコシル残基を添加(または除去)しその後修飾型糖をペプチドの選択されるグリコシル残基の少なくとも1つに抱合させる手段をも提供する。本実施形態は例えば、ペプチド上に存在しないかまたは所望の量では存在しないかのいずれかである選択されるグリコシル残基に修飾型糖を抱合させることが望まれる場合に有用である。かくして、ペプチドに対し修飾型糖をカップリングする前に、選択されるグリコシル残基は酵素または化学的カップリングによりペプチドに抱合される。もう1つの実施形態においては、糖ペプチドのグリコシル化パターンは、糖ペプチドからの炭水化物残基の除去によって、修飾型糖の抱合の前に改変される。国際公開第98/31826号パンフレットを参照のこと。
糖ペプチド上に存在するあらゆる炭水化物部分の添加または除去は、化学的または酵素的に達成される。化学的脱グリコシル化は好ましくは化合物トリフルオロメタンスルホン酸または等価の化合物に対するポリペプチド変異体の曝露によってもたらされる。この処置の結果、ペプチドを無傷の状態に保ちながら、連結糖(N−アセチルグルコサミンまたはN−アセチルガラクトサミン)を除いて大部分または全ての糖が分割されることになる。化学的脱グリコシル化は、ハキマディン(Hakimuddin)ら、Arch.Biochem.Biophys.第259号、52頁(1987年)によっておよびエッジ(Edge)ら、Anal.Biochem.第118号、131頁(1981年)によって記述されている。ポリペプチド変異体上の炭化水素部分の酵素的分割は、トタクラ(Thotakura)ら、Meth.Enzymol.第138号、350頁(1987年)により記述されている通りさまざまなエンドおよびエキソ−グルコシダーゼを使用することによって達成可能である。
グリコシル部分の化学的付加は、当該技術分野が認めているあらゆる方法によって実施される。糖部分の酵素的付加は好ましくは、本発明で使用される修飾型糖を未変性グリコシル単位で置換して本書に記されている方法の修飾を用いて達成される。糖部分を付加するその他の方法が米国特許第5,876,980号;第6,030,815号;第5,728,554号および第5,922,577号明細書中で開示されている。
選択されるグリコシル残基のための付着点の例としては、以下のものが含まれるがこれらに限定されるわけではない;(a)N−連結型グリコシル化のためのコンセンサス部位およびO連結型グリコシル化のための部位;(b)グリコシルトランスフェラーゼのためのアクセプタである末端グリコシル部分;(c)アルギニン、アスパラギンおよびヒスチジン;(d)遊離カルボキシル基;(e)システインのものといったような遊離スルフヒドリル基;(f)セリン、トレオニンまたはヒドロキシプロリンのものといったような遊離ヒドロキシル基;(g)フェニルアラニン、チロシンまたはトリプトファンのものといったような芳香族残基;または(h)グルタミンのアミド基。本発明において有用な方法の例は、1987年9月11日公開の国際公開第87/05330号パンフレットおよびアルピン(Aplin)およびリストン(Wriston)、CRC CRIT.REV.BIOCHEM.259〜306頁(1981年)中に記述されている。
一実施形態においては、本発明は連結基を通して2つ以上のペプチドを連結するための方法を提供する。連結基は、有用なあらゆる構造のものであってよく、直鎖および分岐鎖構造から選択され得る。好ましくは、1つのペプチドに付着されるリンカーの各末端は、修飾型糖(すなわち発生期の無傷のグリコシル連結基)を内含する。
本発明の方法の例においては、2つのペプチドは、ポリマーリンカー(例えばPEGリンカー)を含むリンカー部分を介して互いに連結される。構成体は上述の画像(Cartoon)の中で記されている一般的構造に適合している。本書で記述されているように、本発明の構成体は、2つの無傷のグリコシル連結基(すなわちs+t=1)を内含する。2つのグリコシル基を内含するPEGリンカーに焦点が合わせられることの目的は明確さにあり、これが本発明のこの実施形態において有用なリンカーの腕の同一性に対する限定となると解釈されるべきではない。
かくして、PEG部分は第1の末端で第1のグリコシル単位でそして第2の末端で第2のグリコシル単位で官能化されている。第1および第2のグリコシル単位は好ましくは異なるトランスフェラーゼのための基質であり、それぞれ第1および第2のグリコシル単位に対する第1および第2のペプチドの直交する付着を可能にする。実際には、(グリコシル)−PEG−(グリコシル)リンカーは第1のペプチドおよび、第1のグリコシル単位がその基質であり第1のトランスフェラーゼと接触させられ、(ペプチド)−(グリコシル)−PEG−(グリコシル)を形成する。トランスフェラーゼおよび/または未反応ペプチドはその後任意選択で反応混合物から除去される。第2のペプチドおよび第2のグリコシル単位がその基質である第2のトランスフェラーゼは、(ペプチド)−(グリコシル)−PEG−(グリコシル)抱合体に付加され、(ペプチド)−(グリコシル)−PEG−(グリコシル)−(ペプチド)を形成する。グリコシル残基の少なくとも1つは、直接的または間接的にO連結される。当業者であれば、以上で概略的に示した方法が同様に、例えば分岐PEG、デンドリマー、ポリ(アミノ酸)、多糖などの使用による2つ以上のペプチドの間での抱合体の形成にも同様に応用可能である、ということがわかるだろう。
修飾型糖の調製
一般に、糖部分または糖部分リンカーカセットおよびPEGまたはPEGリンカーカセット基は、標準的に連結プロセスにより新しい有機官能基または非反応性種へと変換される反応基を使用することで互いに連結される。糖反応性官能基は、糖部分上の任意の位置にある。本発明を実施するのに有用な反応基および反応クラスは一般に、生物抱合体化学の技術分野において周知のものである。反応性糖部分と共に利用可能な現在好まれている反応クラスは、比較的穏やかな条件で進行するものである。これらには、求核置換反応(アシルハロゲン化物、活性エステルとアミンおよびアルコールの反応)、求電子置換反応(例えばエナミン反応)および炭素−炭素および炭素−ヘテロ原子多重結合に対する付加(例えばマイケル反応、ディールス−アルダー付加)が含まれるが、これらに限定されるわけではない。これらのおよびその他の有用な反応が例えばマーチ(March)、「ADVANCED ORGANIC CHEMISTRY」、第3版、John Wiley & Sons、New York、1985年;ハーマンソン(Hermanson)、「BIOCONJUGATE TECHNIQUES」、Academic Press、San Diego、1996年;およびフィーネイ(Feeney)ら、「MODIFICATION OF PROTEINS;dvances in Chemistry Series」、第198巻、American Chemical Society、Washington、D.C.、1982年の中で論述されている。
糖の核からペンダントする有用な反応性官能基または修飾基には、以下のものが含まれるが、これらに限定されるわけではない:
(a)N−ヒドロキシスクシンイミドエステル、N−ヒドロキシベンズトリアゾルエステル、酸ハロゲン化物、アシルイミダゾール、チオエステル、p−ニトロフェニルエステル、アルキル、アルケニル、アルキニルおよび芳香族エステルを含む(ただしこれらに限定されるわけではない)カルボキシル基およびさまざまな誘導体;
(b)例えばエステル、エーテル、アルデヒドなどに転換され得るヒドロキシル基;
(c)例えばアミン、カルボキシラートアニオン、チオールアニオン、カルバニオンまたはアルオキシドイオンといったような求核基でハロゲン化物が後に変位させられて、ハロゲン原子の官能基における新しい基の共有結合を結果としてもたらす可能性のあるハロアルキル基;
(d)例えばマレイミド基といったようなディールス−アルダー反応に関与する能力をもつ求ジエン基;
(e)例えばイミン、ヒドラゾン、セミカルバゾンまたはオキシムといったようなカルボニル誘導体の形成を介してまたは、グリニャール付加またはアルキルリチウム付加といった機序を介して後続する誘導体化が可能となるようなアルデヒドまたはケトン基;
(f)例えばスルホンアミドを形成するべくアミンと後に反応するためのハロゲン化スルホニル基;
(g)例えばジスルフィドに転換されるかまたはハロゲン化アシルと反応し得るチオール基;
(h)例えばアシル化、アルキル化または酸化可能であるアミンまたはスルフヒドリル基;
(i)例えば付加環化、アシル化、マイケル付加を受け得るアルケン;
(j)例えばアミンおよびヒドロキシル化合物と反応し得るエポキシド。
反応性糖の核または修飾基を組立てるのに必要な反応に関与しないまたはこれと干渉しないように選択することが可能である。代替的には、反応性官能基を、保護基の存在により反応に関与しないように保護することが可能である。当業者であれば、選択される1組の反応条件と干渉しないように特定の官能基をいかにして保護するかがわかる。有用な保護基の例については、例えばグリーン(Greene)ら、「PROTECTIVE GROUPS IN ORGANIC SYNTHESIS」、John Wiley & Sons、New York、1991年を参照のこと。
以下の論述においては、本発明を実施する上で有用である修飾型糖の一定数の特定の例が記されている。実施形態例においては、修飾基が付着されている糖の核としてシアル酸誘導体が利用される。シアル酸誘導体に論述の焦点をあてているのは、例示を明確にする目的のためにすぎず、これを本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。当業者であれば、一例としてシアル酸を用いて記されているものと類似の要領で、さまざまなその他の糖部分を活性化し誘導体化することができるということを認識することだろう。例えば、当該技術分野により認識された方法で容易に修飾されるいくつかの糖基質を挙げるだけでも、ガラクトース、グルコース、N−アセチルガラクトサミン、およびフコースなどを修飾するための数多くの方法が利用可能である。例えばエルハラビ(Elhalabi)ら、第6号、93頁(1999年);およびシャファー(Schafer)ら、J.Org.Chem.第65号、24頁(2000年))を参照のこと。
実施形態例においては、本発明の方法により修飾されるペプチドは、哺乳動物の細胞(例えばCHO細胞)または遺伝子導入動物の体内で産生される糖ペプチドであり、従って不完全にシアリル化されたNおよび/またはO連結型オリゴ糖鎖を含有する。シアル酸が欠如し末端ガラクトース残基を含有する糖ペプチドのオリゴ糖鎖は、PEG化、PPG化されるかまたはその他の形で修飾済みシアル酸により修飾され得る。
スキーム1では、アミノグリコシド1は、保護されたアミノ酸(例えばグリシン)誘導体の活性エステルで処理されて、糖アミン残基を対応する保護されたアミノ酸アミド付加体へと転換する。付加体はアルドラーゼで処理されて、α−ヒドロキシカルボキシレート2を形成する。化合物2は、CMP−SAシンテターゼの作用により対応するCMP誘導体に転換され、その後CMP誘導体は接触水素化されて化合物3を産生する。グリシン付加体の形成を介して導入されたアミンは、活性化されたPEGまたはPPG誘導体(例えばPEG−C(O)NHS、PEG−OC(O)O−p−ニトロフェニル)と化合物3を反応させることによるPEG付着の座として利用され、それぞれ4または5といった種を産生する。
スキーム1
Figure 0004719686
表1は、PEG部分を用いて誘導体化された糖−リン酸塩の代表的例を示している。表1の化合物のうちのいくつかは、スキーム1の方法により調製される。その他の誘導体は当該技術分野により認められた方法により調製される。例えばケプラー(Keppler)ら、Glycobiology、第11号、11R頁(2001年);およびチャーター(Charter)ら、Glycobiology、第10号、1049頁(2000年))を参照のこと。その他のアミン反応性PEGおよびPPG類似体は市販されているか、または当業者にとって容易にアクセス可能な方法により調製可能である。
Figure 0004719686
本発明を実施する上で有用な修飾型糖リン酸塩は、その他の位置でならびに上述の位置で置換され得る。現在好まれているシアル酸置換が、式IIに記されている。
Figure 0004719686

なお式中、Xは、各RがR〜Rから独立して選択されるメンバーであるものとして好ましくは−O−、−N(H)−、−S、CH−および−N(R)から選択される連結基である。記号Y、Z、AおよびBは各々Xの同一性について上述された群の中から選択される基を表わす。X、Y、Z、AおよびBは、各々独立して選択され、従ってこれらは同じでも異なるものでもあり得る。記号R、R、R、RおよびRは、H、PEG部分、治療用部分、生体分子またはその他の部分を表わす。代替的には、これらの記号は、PEG部分、治療用部分、生体分子またはその他の部分に結合されるリンカーを表わす。
本書で開示されている抱合体に付着された部分の例には、PEG誘導体(例えば、アシル−PEG、アシル−アルキル−PEG、アルキル−アシル−PEGカルバモイル−PEG、アリール−PEG)、PPG誘導体(例えば、アシル−PPG、アシル−アルキル−PPG、アルキル−アシル−PPG、カルバモイル−PPG、アリール−PPG)、治療用部分、診断用部分、マンノース−6−ホスファート、ヘパリン、ヘパラン、SLe、マンノース、マンノース−6−ホスファート、シアリルルイスX、FGF、VFGF、タンパク質、コンドロイチン、ケラタン、デルマタン、アルブミン、インテグリン、分岐型オリゴ糖類、ペプチドなどが含まれるがこれらに限定されるわけではない。糖類部分に対しさまざまな修飾基を抱合する方法は、当業者にとって容易に利用可能なものである((「POLY(ETHYLENE GLYCOL CHEMISTRY:BIOTECHNICAL AND BIOMEDICAL APPLICATIONS」、J.Milton Harris、編、Plenum Pub.Corp.1992年;POLY(ETHYLENE GLYCOL)CHEMICAL AND BIOLOGICAL APPLICATIONS、J.Milton Harris、編、ACS Symposium Series、第680号、American Chemical Society、1997年;Hermanson、「BlOCONJUGATE TECHNIQUES」、Academic Press、San Diego、1996年;およびDunnら、編、「POLYMERIC DRUGS AND DRUG DELIVERY SYSTEMS」、ACS Symposium Series、第469巻、American Chemical Society、Washington、D.C.1991年)。
リンカー基(架橋基)
本発明の方法において使用するための修飾型糖の調製には、糖残基に対するPEG部分の付着そして好ましくはグリコシルトランスフェラーゼのための基質である安定した付加体の形成が含まれる。かくして、例えばPEGおよび糖を抱合するために架橋剤とPEGおよび糖部分の反応により形成されるものといったリンカーを使用することが往々にして好まれる。炭水化物部分に修飾基を付着させるために使用可能な2官能性化合物の例には、2官能性ポリ(エチレングリコール)、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルなどが含まれるがこれらに限定されるわけではない。その他の分子に炭水化物を連結させるための一般的なアプローチが文献の中で既知である。例えばリー(Lee)ら、Biochemistry、第28号、1856頁(1989年);バチア(Bhatia)ら、Anal.Biochem.第178号、408頁(1989年);ジャンダ(Janda)ら、J.Am.Chem.Soc.第112号、8886頁(1990年)およびベドナルスキ(Bednarski)ら、国際公開第92/18135号パンフレットを参照のこと。以下の論述においては、反応基は、発生基の修飾型糖の糖部分上で良性であるものとして処理される。論述の焦点は例示を明確にすることにある。当業者であれば、該論述が修飾基上の反応基に関わるものであることを認識するだろう。
戦略の1例には、ヘテロ2官能性架橋剤SPDP(n−スクシンイミジル−3−(2−ピリジルジチオ)プロピオナートを用いた糖上への保護されたスルフヒドリルの取込みとそれに続く修飾基上へのもう1つのスルフヒドリルでのジスルフィド結合の形成のためのスルフヒドリルの脱保護が関与する。
SPDPがグリコシルトランスフェラーゼ基質として作用する修飾型糖の能力に対し有害な影響を及ぼす場合、ジスルフィド結合を形成するために、2−イミノチオランまたはN−スクシンイミジルS−アセチルチオアセタート(SATA)といった数々のその他の架橋剤のうちの1つが使用される。2−イミノチオランは一級アミンと反応し、一瞬にしてアミン含有分子上に脱保護されたスルフヒドリルを取込む。SATAは同様に一級アミンと反応するが、保護されたスルフヒドリルを取込み、これはその後、ヒドロキシルアミンを用いて脱アセチル化されて、遊離スルフヒドリルを生成する。各々のケースにおいて、取込まれたスルフヒドリルは、その他のスルフヒドリルまたは保護されたスルフヒドリル例えばSPDPと自由に反応して、所要のジスルフィド結合を形成する。
上述の戦略は、本発明において有用なリンカーの一例であるが、限定的な意味はない。ペプチドに対し修飾基を架橋するための異なる戦略において使用可能なその他の架橋剤が、入手可能である。例えば、TPCH(S−(2−チオピリジル)−L−システインヒドラジドおよびTPMPH((S−(2−チオピリジル)メルカプトープロピオノヒドラジド)が穏やかな過ヨウ素酸塩処理により予め酸化された炭水化物部分と反応し、かくして架橋剤のヒドラジド部分と過ヨウ素酸塩で生成されたアルデヒドの間にヒドラゾン結合を形成させる。TPCHおよびTPMPHは糖上に2−ピリジルチオン保護されたスルフヒドリル基を導入し、これは、DTTと脱保護され得、次に後続して、成分間のジスルフィド結合の形成といったような抱合のために使用可能である。
安定した修飾型糖を産生するためにジスルフィド結合が不適当であるとわかった場合には、成分間のより安定した結合を取込むその他の架橋剤を使用することができる。ヘテロ2官能性架橋剤GMBS(N−ガマ−マルイミドブチリルオキシ)スクシンイミド)およびSMCC(スクシンイミジル4−(N−マレイミド−メチル)シクロヘキサン)は一級アミンと反応し、かくしてマレイミド基を成分上に導入する。マレイミド基はその後、前述の架橋剤により導入され得るその他の成分上のスルフヒドリルと反応して、成分間の安定したチオエーテル結合を形成することができる。成分間の立体障害が成分の活性またはグリコシルトランスフェラーゼ基質として作用する修飾型糖の能力のいずれかと干渉する場合には、成分間に長いスペーサの腕を導入し前述の架橋剤(すなわちSPDP)のうちのいくつかの誘導体を内含する架橋剤を使用することができる。かくして、有用である適切な架橋剤が豊富に存在する。その各々は、最適なペプチド抱合体および修飾型糖の産生に対してそれが有する効果に応じて選択される。
分子内化学架橋で修飾型糖の成分を修飾するためにさまざまな試薬が使用される(架橋用試薬および架橋手順を再考するには、全て本明細書に参照により援用されているウオルド(Wold)、F.、Meth.Enzymol.第25号、623〜651頁、1972年;ウィトール(Weetall)、H.H.、およびコーニー(Cooney)、D.A.「ENZYMES AS DRUGS」中、(ホルセンバーグ(Holcenberg)およびロバーツ(Roberts)編)395〜442頁、Wiley、New York;ジー(Ji)、T.H.、Meth.Enzymol.第91号、580〜609頁、1983年;マットソン(Mattson)ら、Mol.Biol.Rep.第17号、167〜183頁、1993年を参照のこと)。好ましい架橋用試薬がさまざまなゼロ長、ホモ2官能性およびヘテロ2官能性の架橋試薬から誘導される。ゼロ長架橋用試薬には、外因性材料の導入が全く無い状態で2つの内因性化学基の直接的抱合を含む。ジスルフィド結合の形成を触媒する作用物質はこのカテゴリに入る。もう1つの例は、カルボジイミド、エチルクロロフォルマート、ウッドワーズ試薬K(2−エチル−5−フェニルイソキサゾリウム−3’−スルホナート)およびカルボニルジイミダゾールといったようなアミド結合を形成するべくカルボキシルおよび一級アミノ基の縮合を誘発する試薬である。これらの化学的試薬に加えて、ゼロ長架橋用試薬として酵素トランスグルタミナーゼ(グルタミル−ペプチド−γ−グルタミルトランスフェラーゼ;EC2.3.2.13)を使用することができる。この酵素は、通常基質として一級アミノ基を用いてタンパク質結合したグルタミニル残基のカルボキサミド基においてアシルトランスファ反応の触媒として作用する。好ましいホモおよびヘテロ−2官能性試薬は、アミノ、スルフヒドリル、グアニジノ、インドールまたは非特異的基に対する反応性を有しうる2つの同一のまたは2つの異なる部位を包含する。
i.架橋用試薬における好ましい特異的部位
1 アミノ反応基
1つの好ましい実施形態においては、架橋剤上の部位はアミノ反応基である。アミノ反応基の限定的な意味のない有用な例としては、N−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)エステル、イミドエステル、イソシアナート、アシルハライド、アリールアジド、p−ニトロフェニルエステル、アルデヒドおよび塩化スルホニルが含まれる。
NHSエステルは、好ましくは修飾型糖成分の一級(芳香族を含む)アミノ基と反応する。ヒスチジンのイミダゾール基は反応のために一次アミンと競合するものとして知られているが、反応生成物は不安定で容易に加水分解される。該反応には、アミドを形成するためのNHSエステルの酸性カルボキシル上のアミンの求核性攻撃が関与し、N−ヒドロキシスクシンイミドを放出する。かくしてもとのアミノ基の正の電荷は失なわれる。
修飾型糖成分のアミン基との反応のためには、イミドエステルが最も特異的なアシル化試薬である。7と10の間のpHで、イミドエステルは一級アミンとのみ反応する。一級アミンは求核的にイミダートを攻撃して中間体を生成し、この中間体は高いpHでアミジンへ、そして低いpHで新しいイミダートへと崩壊する。新しいイミダートはもう1つの一級アミンと反応して2つのアミノ基を架橋するが、これは2官能的に反応する推定上単官能性のイミダートの1ケースである。一級アミンとの反応の主たる生成物は、もとのアミンよりも強い塩基であるアミジンである。従ってもとのアミノ基の正の電荷は保持される。
イソシアナート(またはイソチオシアナート)は、修飾型糖成分の一級アミンと反応して安定した結合を形成する。スルフヒドリル、イミダゾールおよびチロシル基とのその反応は、比較的不安定な生成物を提供する。
親和性成分の求核性アミンが例えばpH8.5といったわずかにアルカリ性の条件下で酸性カルボキシル基を攻撃するアミノ特異的試薬としてアシルアジドも使用される。
1,5−ジフルオロ−2,4−ジニトロベンゼンといったようなハロゲン化アリールが、修飾型糖成分のアミノ基およびチロシン基だけでなくスルフヒドリルおよびイミダゾール基とも優先的に反応する。
モノおよびジカルボン酸のp−ニトロフェニルエステルも同様に有用なアミノ反応基である。試薬特異性は非常に高いものではないが、αおよびεアミノ基が最も急速に反応するように思われる。
グルタルアルデヒドといったアルデヒドが修飾型糖の一級アミンと反応する。アルデヒドのアルデヒドとアミノ基の反応時点で不安定なシッフ塩基が形成されるが、グルタルアルデヒドは安定した架橋で修飾型糖を修飾する能力をもつ。標準的架橋条件のpHであるpH6〜8で、環状ポリマーは脱水を受け、α−β不飽和アルデヒドポリマーを形成する。しかしながら、シッフ塩基は、もう1つの2重結合に抱合された場合に安定している。両方の2重結合の共振相互作用は、シッフ連結の加水分解を妨げる。その上、高い局所的濃度にあるアミンはエチレン2重結合を攻撃して安定したマイケル付加生成物を形成することができる。
芳香族塩化スルホニルは、修飾型糖成分のさまざまな部位と反応するが、アミノ基との反応は最も重要であり、その結果安定したスルホンアミド連結がもたらされる。
2.スルフヒドリル−反応基
もう1つの好ましい実施形態においては、該部位はスルフヒドリル反応基である。スルフヒドリル反応基の限定的意味のない例としては、マレイミド、ハロゲン化アルキル、ピリジルスルフィドおよびチオフタルイミドが含まれる。
マレイミドは、修飾型糖のスルフヒドリル基と優先的に反応して安定したチオエーテル結合を形成する。これらは同様に、ヒスチジンのイミダゾール基および一級アミノ基と、はるかに緩慢な速度で反応する。しかしながら、pH7では単純なチオールの反応速度が対応するアミンのものよりも1000倍高いことから、このpHではマレイミド基をスルフヒドリル特異的基とみなすことができる。
ハロゲン化アルキルはスルフヒドリル基、スルフィド、イミダゾールおよびアミノ基と反応する。しかしながら中性〜わずかにアルカリ性のpHで、ハロゲン化アルキルは主としてスルフヒドリル基と反応して安定したチオエーテル結合を形成する。より高いpHでは、アミノ基との反応が有利になる。
ピリジルジスルフィドはジスルフィド交換を介して遊離スルフヒドリルと反応して混合型ジスルフィドが得られる。その結果、ピリジルジスルフィドが最も特異的なスルフヒドリル反応基となる。
チオフタルイミドは遊離スルフヒドリル基と反応してジスルフィドを形成する。
3. カルボキシル−反応性残基
もう1つの実施形態においては、カルボキシル反応性試薬として、水および有機溶媒の両方において可溶であるカルボジイミドが使用される。これらの化合物は、遊離カルボキシル基と反応して、偽尿素を形成し、これは次に利用可能なアミンにカップリングしてアミド連結を生成することができ、カルボジイミドでカルボキシル基を修飾する方法を教示している(ヤマダ(Yamada)ら、Biochemistry、第20号、4836〜4842頁、1981年)。
ii.架橋用試薬中の好ましい非特異的部位
部位特異的反応性部分の使用に加えて、本発明は、糖を修飾基に連結するための非特異的反応基の使用について考慮している。
非特異的架橋剤の例としては、適切なエネルギーの光子の吸収時点で反応種に転換される、暗所で完全に不活性である光活性化可能な基が含まれる。1つの好ましい実施形態においては、光活性化可能な基は、アジドの加熱または光分解の時点で生成されるニトレンの前駆体から選択される。電子不足のニトレンは極めて反応性が高く、N−H、O−H、C−HおよびC=Cを含むさまざまな化学的結合と反応することができる。3タイプのアジド(アリール、アルキルおよびアシル誘導体)を利用することができるものの、アリールアジドが現在好まれている。光分解の時点でのアリールアジドの反応性は、C−H結合よりもN−HおよびO−H結合で優れている。電子不足のアリールニトレンは、急速に環拡大してデヒドロアゼピンを形成し、これは、C−H挿入生成物を形成するのではなくむしろ求核試薬と反応する傾向をもつ。アリールアジドの反応性は、環内のニトロまたはヒドロキシ基といったような電子求引置換基の存在により増大させることができる。このような置換基は、アリールアジドの吸収最大値をより長い波長まで押しやる。非置換のアリールアジドは、260〜280nmの範囲内の吸収最大値を有するが一方ヒドロキシおよびニトロアリールアジドは305nmを超えて多大な光を吸収する。従って、ヒドロキシおよびニトロアリールアジドは、非置換アリールアジドよりも親和性成分にとって有害性の低い光分解条件を利用できるようにすることから、最も好ましいものである。
もう1つの好ましい実施形態においては、光活性化可能な基がフッ素化アリールアジドから選択される。フッ素化アリールアジドの光分解生成物はアリールニトレンであり、その全てがC−H結合挿入を含めてこの基の特徴的反応を高い効率で受ける(ケーナ(Keana)ら、J.Org.Chem.第55号、3640〜3647頁、1990年)。
もう1つの実施形態においては、ベンゾフェノン残基から光活性化可能基が選択される。ベンゾフェノン試薬は一般に、アリールアジド試薬よりも高い架橋収量を提供する。
もう1つの実施形態においては、光活性化可能基は、光分解時点で電子不足のカルベンを形成するジアゾ化合物から選択される。これらのカルベンは、C−H結合内への挿入、(芳香族系を含む)二重結合に対する付加、求核中心への水素誘引および配位を受け、炭素イオンを提供する。
さらにもう1つの実施形態においては、光活性化可能基はジアゾピルバートから選択される。例えば、p−ニトロフェニルジアゾピルバートのp−ニトロフェニルエステルは脂肪族アミンと反応し、アルデヒドを形成するべく紫外線光分解を受けるジアゾピルビン酸アミドを提供する。光分解を受けたジアゾピルバート修飾された親和性成分は、ホルムアルデヒドまたはグルタルアルデヒド形成架橋のように反応することになる。
iii.ホモ2官能性試薬
1.一級アミンとの反応性をもつホモ2官能性架橋剤
アミン反応性架橋剤の合成、特性および利用分野については文献中で商業的に記述されている(架橋手順および試薬の再考については、以上を参照のこと)。数多くの試薬が利用可能である(例えばピアース・ケミカル・カンパニー(Pierce Chemical Company)、Rockford、イリノイ州;シグマ・ケミカル・カンパニー(Sigma Chemical Company)、St.Louis、ミズーリ州;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes、Inc.)、Eugene、オレゴン州)。
ホモ2官能性NHSエステルの限定的意味のない好ましい例としては、ジスクシンイミジルグルタラート(DSG)、ジスクシンイミジルスベラート(DSS)、ビス(スルホスクシンイミジル)スベラート(BS)、ジスクシンイミジルタルタラート(DST)、ジスルホスクシンイミジルタルタラート(スルホ−DST)、ビス−2−(スクシンイミドオキシカルボニルオキシ)エチルスルホン(BSOCOES)、ビス−2−(スルホスクシンイミドオキシ−カルボニルオキシ)エチルスルホン(スルホ−BSOCOES)、エチレングリコールビス(スクシンイミジルスクシナート)(EGS)、エチレングリコールビス(スルホスクシンイミジルスクシナート)(スルホ−EGS)、ジチオビス(スクシンイミジルプロピオナート(DSP)、およびジチオビス(スルホスクシンイミジルプロピオナート(スルホ−DSP)が含まれる。ホモ2官能性イミドエステルの限定的意味のない例としては、ジメチルマロニミデート(DMM)、ジメチルスクシンイミダート(DMSC)、ジメチルアジピミダート(DMA)、ジメチルピメルイミダート(DMP)、ジメチルスベルイミダート(DMS)、ジメチル−3,3’−オキシジプロピオンイミダート(DODP)、ジメチル−3,3’−(メチレンジオキシ)ジプロピオンイミダート(DMDP)、ジメチル−,3’−(ジメチレンジオキシ)ジプロピオンイミダート(DDDP)、ジメチル−3,3’−(テトラメチレンジオキシ)−ジプロピオンイミダート(DTDP)およびジメチル−3,3’−ジチオビスプロピオンイミダート(DTBP)が含まれる。
ホモ2官能性イソチオシアナートの限定的意味のない好ましい例には、p−フェニレンジイソチオシアナート(DITC)および4,4’−ジイソチオシアノ−2、2’−ジスルホン酸スチルベン(DIDS)が含まれる。
ホモ2官能性イソシアナートの限定的な意味のない好ましい例には、キシレン−ジイソシアナート、トルエン−2,4−ジイソシアナート、トルエン−2−イソシアナート−4−イソチオシアナート、3−メトキシジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアナート、2,2’−ジカルボキシ−4,4’−アゾフェニルジイソシアナートおよびヘキサメチレンジイソシアナートが含まれる。
ホモ2官能性ハロゲン化アリールの限定的な意味のない好ましい例には1,5−ジフルオロ−2,4−ジニトロベンゼン(DFDNB)および4,4’−ジフルオロ−3、3’−ジニトロフェニル−スルホンが含まれる。
ホモ2官能性脂肪族アルデヒド試薬の限定的な意味のない好ましい例には、グリオキサル、マロンジアルデヒドおよびグルタルアルデヒドが含まれる。
ホモ2官能性アシル化試薬の限定的な意味のない好ましい例には、ジカルボン酸のニトロフェニルエステルが含まれる。
ホモ2官能性芳香族塩化スルホニルの限定的な意味のない好ましい例には、フェノール−2,4−ジスルホニルクロリドおよびα−ナフトール−2,4−ジスルホニルクロリドが含まれる。
付加的なアミノ反応性ホモ2官能性試薬の限定的な意味のない好ましい例には、アミンと反応してビスカルバマートを提供するエリスリトールビスカーボナートが含まれる。
2. 遊離スルフヒドリル基との反応性をもつホモ2官能性架橋剤
かかる試薬の合成、特性および利用分野については文献中で記述されている(架橋手順および試薬の再考については、以上を参照のこと)。数多くの試薬が市販されている(例えばピアース・ケミカル・カンパニー、Rockford、イリノイ州;シグマ・ケミカル・カンパニー、St.Louis、ミズーリ州;モレキュラー・プローブ社、Eugene、オレゴン州)。
ホモ2官能性マレイミドの限定的な意味のない好ましい例には、ビスマレイミドヘキサン(BMH)、N,N’−(1,3−フェニレン)ビスマレイミド、N,N’−(1,2−フェニレン)ビスマレイミド、アゾフェニルジマレイミドおよびビス(N−マレイミドメチル)エーテルが含まれる。
ホモ2官能性ピリジルスルフィドの限定的な意味のない好ましい例には、1,4−ジ−3’−(2’−ピリジルジチオ)プロピオンアミドブタン(DPDPB)が含まれる。
ホモ2官能性ハロゲン化アルキルの限定的な意味のない好ましい例には、2,2’−ジカルボキシ−4,4’−ジヨードアセトアミドアゾベンゼン、α,α’−ジヨード−p−キシレンスルホン酸、α,α’−ジブロモ−p−キシレンスルホン酸、N,N’−ビス(b−ブロモエチル)ベンジルアミン、N,N’−ジ(ブロモアセチル)フェニルトヒドラジンおよび1,2−ジ(ブロモアセチル)アミノ−3−フェニルプロパンが含まれる。
3.ホモ2官能性光活性化可能架橋剤
かかる試薬の合成、特性および利用分野については文献中で記述されている(架橋手順および試薬の再考については、以上を参照のこと)。いくつかの試薬が市販されている(例えばピアース・ケミカル・カンパニー、Rockford、イリノイ州;シグマ・ケミカル・カンパニー、St.Louis、ミズーリ州;モレキュラー・プローブ社、Eugene、オレゴン州)。
ホモ2官能性光活性化可能架橋剤の限定的な意味のない好ましい例には、ビス−β−(4−アジドサリチルアミド)エチルジスルフィド(BASED)、ジ−N−(2−ニトロ−4−アジドフェニル)−シスタミン−S,S−ジオキシド(DNCO)および4,4’−ジチオビスフェニルアジドが含まれる。
iv.ヘテロ2官能性試薬
1.ピリジルジスルフィド部分を伴うアミノ反応性ヘテロ2官能性試薬
かかる試薬の合成、特性および利用分野については文献中で記述されている(架橋手順および試薬の再考については、以上を参照のこと)。これらの試薬の数多くが市販されている(例えばピアース・ケミカル・カンパニー、Rockford、イリノイ州;シグマ・ケミカル・カンパニー、St.Louis、ミズーリ州;モレキュラー・プローブ、Eugene、オレゴン州)。
ピリジルジスルフィド部分およびアミノ反応性NHSエステルを伴うヘテロ2官能性の試薬の限定的な意味のない好ましい例には、N−スクシンイミジル−3−(2−ピリジルジチオ)プロピオナート(SPDP)、スクシンイミジル6−3−(2−ピリジルジチオ)プロピオンアミドヘキサノアート(LC−SPDP)、スルホスクシンイミジル6−3−(2−ピリジルジチオ)プロピオンアミドヘキサノアート(スルホ−LCSPDP)、4−スクシンイミジルオキシカルボニル−α−メチル−α−(2−ピリジルジチオ)トルエン(SMPT)およびスルホスクシンイミジル6−α−メチル−α−(2−ピリジルジチオ)トルアミドヘキサノアート(スルホ−LC−SMPT)が含まれる。
2.マレイミド部分を伴うアミノ反応性ヘテロ2官能性試薬
かかる試薬の合成、特性および利用分野については文献に記述されている。マレイミド部分およびアミノ反応性NHSエステルを伴うヘテロ2官能性試薬の限定的な意味のない好ましい例には、スクシンイミジルマレイミジルアセタート(AMAS)、スクシンイミジル3−マレイミジルプロピオナート(BMPS)、N−γ−マレイミドブチリルオキシスクシンイミドエステル(GMBS)N−γ−マレイミドブチリルオキシスルホスクシンイミドエステル(スルホ−GMBS)、スクシンイミジル6−マレイミジルヘキサノアート(EMCS)、スクシンイミジル3−マレイミジルベンゾアート(SMB)、m−マレイミドベンゾイル−N−ヒドロキシスクシンイミドエステル(MBS)、m−マレイミドベンゾイル−N−ヒドロキシスルホスクシンイミドエステル(スルホ−MBS)、スクシンイミジル4−(N−マレイミドメチル)−シクロヘキサン−1−カルボキシラート(SMCC)、スルホスクシンイミジル4−(N−マレイミドメチル)シクロヘキサン−1−カルボキシラート(スルホ−SMCC)、スクシンイミジル4−(p−マレイミドフェニル)ブチラート(SMPB)、およびスルホスクシンイミジル4−(p−マレイミドフェニル)ブチラート(スルホ−SMPB)が含まれる。
3.ハロゲン化アルキル部分を伴うアミノ反応性ヘテロ2官能性試薬
かかる試薬の合成、特性および利用分野については文献に記述されている。ハロゲン化アルキル部分およびアミノ反応性NHSエステルを伴うヘテロ2官能性試薬の限定的な意味のない好ましい例には、N−スクシンイミジル−(4−ヨードアセチル)アミノベンゾアート(SIAB)、スルホスクシンイミジル−(4−ヨードアセチル)アミノベンゾアート(スルホ−SIAB)、スクシンイミジル−6−(ヨードアセチル)アミノヘキサノアート(SIAX)、スクシンイミジル6−(6−((ヨードアセチル)−アミノ)ヘキサノイルアミノ)ヘキサノアート(SIAXX)、スクシンイミジル−6−(((4−(ヨードアセチル)−アミノ)−メチル)−シクロヘキサン−1−カルボニル)アミノヘキサノアート(SIACX)およびスクシンイミジル−4((ヨードアセチル)−アミノ)メチルシクロヘキサン−1−カルボキシラート(SIAC)が含まれる。
アミノ反応性NHSエステルおよびジハロゲン化アルキル部分を伴うヘテロ2官能性試薬の好ましい例はN−ヒドロキシスクシンイミジル2,3−ジブロモプロピオナート(SDBP)である。SDBPは、そのアミノ基を抱合することにより親和性成分に対し分子内架橋を導入する。一級アミン基に向かってのジブロモプロピオニル部分の反応性は、反応温度により制御される(マッケンジー(McKenzie)ら、Protein Chem.第7号、581〜592頁(1988年))。
ハロゲン化アルキル部分およびアミノ反応性p−ニトロフェニルエステル部分を伴うヘテロ2官能性試薬の限定的な意味のない好ましい例には、p−ニトロフェニルヨードアセタート(NPIA)が含まれる。
その他の架橋剤も当業者にとって既知のものである。例えばポマト(Pomato)らの米国特許第5,965,106号明細書を参照のこと。特定の利用分野のために適切な架橋剤を選択することは、当業者の能力範囲内に入る。
v.分割可能なリンカー基
さらにもう1つの実施形態においては、リンカー基には糖残基から修飾基を放出するために分割可能な基が備わっている。数多くの分割可能基が当該技術分野において知られている。例えばユング(Jung)ら、Biochem.Biophys.Acta、第761号、152〜162頁(1983年);ジョーシ(Joshi)ら、J.Biol.Chem.第265号、14518〜14525頁(1990年);ザルリング(Zarling)ら、J.Immunol.第124号、913〜920頁(1980年);ブイザール(Bouizar)ら、Eur.J.Biochem.第155号、141〜147頁(1986年);パーク(Park)ら、J.Biol.Chem.第261号、205〜210頁(1986年);ブローニング(Browning)ら、J.Immunol.第143号、1859〜1867頁(1989年)を参照のこと。その上、ピアースといったような供給業者から広範囲の分割可能な2官能性(ホモおよびヘテロ2官能性の両方)リンカー基が市販されている。
チオール、ヒドロキシルアミン、塩基、過ヨウ素酸塩などといったような試薬、光、熱を用いて、分割可能な部分の例を分割することができる。その上、或る種の好ましい基は、細胞内化されたのに応答してインビボで分割される(例えばシス−アコニチル;シェン(Shen)ら、Biochem.Biophys.Res.Commun.第102号、1048頁(1991年))を参照のこと)。好ましい分割可能基には、ジスルフィド、エステル、イミド、カルボナート、ニトロベンジル、フェナシルおよびベンゾイン基から成る群から選択されるメンバーである分割可能な部分が含まれる。
ペプチドに対する修飾型糖の抱合
PEG修飾型糖は、抱合を媒介するため適切な酵素を用いてグリコシル化または非グリコシル化ペプチドに対し抱合される。好ましくは、修飾されたドナー糖、酵素およびアクセプタペプチドの濃度は、アクセプタが消費されるまでグリコシル化が続行するような形で選択される。以下で論述される考慮事項は、シアリルトランスフェラーゼという状況下で記されているもののその他のグリコシルトランスフェラーゼ反応に全般的に適用可能である。
所望のオリゴ糖構造を合成するためにグリコシルトランスフェラーゼを用いる数多くの方法が知られており、概して本発明に適用可能である。例えば方法の例は、本明細書に参照により援用されている国際公開第96/32491号パンフレット、イトウ(Ito)ら、Pure Appl.Chem.第65号、753頁(1993年)、米国特許第5,352,670号明細書、同第5,374,541号明細書、同第5,545,553号明細書および共通所有の米国特許第6,399,336号明細書および同第6,440,703号明細書の中で記述されている。
本発明は、単一のグリコシルトランスフェラーゼまたはその組合せを用いて実施される。例えば、シアリルトランスフェラーゼおよびガラクトシルトランスフェラーゼの組合せを使用することができる。複数の酵素を使用する実施形態においては、酵素および基質は好ましくは初期反応混合物中で組合わされ、そうでなければ第1の酵素反応がひとたび完了またはほぼ完了した時点で第2の酵素反応のための酵素および試薬が反応媒質に添加される。単一の容器中で順次2つの酵素反応を行なうことにより、中間種が単離される手順全体にわたり、全体的収量が改善される。その上、余剰の溶媒および副生成物の一掃および処分は削減される。
好ましい実施形態においては、第1および第2の酵素の各々がグリコシルトランスフェラーゼである。もう1つの好ましい実施形態においては、1つの酵素はエンドグリコシダーゼである。付加的な好ましい実施形態においては、本発明の修飾型糖タンパク質を組立てるために2つ以上の酵素が用いられる。酵素はペプチドに対する修飾型糖の添加の前または後いずれかの任意の時点でペプチド上の糖類構造を改変させるために用いられる。
もう1つの実施形態においては、該方法は、1つ以上のエキソまたはエンドグリコシダーゼを使用する。グリコシダーゼは標準的に、グリコシル結合を破断させるのではなくむしろそれらを形成するように工学処理された突然変異体である。突然変異グリカナーゼは標準的に、活性部位酸性アミノ酸残基のアミノ酸残基での置換を内含している。例えばエンドグリカナーゼがエンド−Hである場合、置換された活性部位残基は標準的に130位のAsp、132位のGlu、またはそれらの組合せとなる。アミノ酸は一般にセリン、アラニン、アスパラギンまたはグルタミンと置き換えられる。
突然変異体酵素は、通常エンドグリカナーゼ加水分解工程の逆反応と類似したものである合成工程により反応を触媒する。これらの実施形態においては、グリコシルドナー分子(例えば所望のオリゴ−またはモノ−糖類構造)は離脱基を含有し、反応はタンパク質上のGlcNAc残基に対するドナー分子の添加を伴って続行する。例えば離脱基は、フッ化物といったようなハロゲンであり得る。その他の実施形態においては、離脱基はAsnまたはAsn−ペプチド部分である。さらにもう1つの実施形態においては、グリコシルドナー分子上のGlcNAc残基は修飾される。例えば、GlcNAc残基は1,2オキサゾリン部分を含み得る。
好ましい実施形態においては、本発明の抱合体を産生するために利用される酵素の各々は触媒量で存在する。特定の酵素の触媒量は、その酵素の基質の濃度ならびに温度、時間およびpH値といったような反応条件に応じて変動する。予め選択される基質濃度および反応条件下で既定の酵素についての触媒量を決定するための手段は、当業者にとって周知のものである。
上述のプロセスが実施される温度は、凍結直前の温度から最も感応性の高い酵素が変性する温度までの範囲内であり得る。好ましい温度範囲は約0℃〜約55℃であり、より好ましくは約20℃〜約30℃である。もう1つの実施形態例においては、本方法の1つ以上の成分は、好温性酵素を用いて高温で実施される。
反応混合物は、アクセプタがグリコシル化されかくして所望の抱合体を形成するのに充分な時間維持される。抱合体の一部は往々にして数時間後に検出され、回収可能な量は通常24時間以内またはそれ以前に得られる。当業者であれば、反応速度が、選択されるシステムについて最適化される一定数の可変的要因(例えば酵素濃度、ドナー濃度、アクセプタ濃度、温度、溶媒体積)によって左右されることがわかる。
本発明は同様に、修飾型ペプチドの工業規模の生産をも提供する。本書で使用されているように、工業規模では一般に少なくともとも1グラムの完成した精製済み抱合体が生産される。
以下の論述においては、本発明は、グリコシル化ペプチドに対する修飾型シアル酸部分の抱合によって例示される。修飾型シアル酸の例はPEGで標識される。以下の論述の焦点がPEG−修飾型シアル酸およびグリコシル化ペプチドの使用に置かれているのは、例示を明確にするためであり、本発明がこれら2つのパートナの抱合に限定されることを暗示する意図をもつものではない。当業者であれば、該論述が一般にシアル酸以外の修飾型グリコシル部分の付加に対し適用可能であることがわかる。その上、該論述は、その他のPEG部分、治療用部分および生体分子を含むPEG以外の作用物質でのグリコシル単位の修飾にも同等に適用可能である。
酵素的アプローチをペプチドまたは糖ペプチド上へのPEG化またはPPG化された炭水化物の選択的導入のために使用することができる。該方法は、PEG、PPGまたはマスキングされた反応性官能基を含有する修飾型糖を利用し、適切なグリコシルトランスフェラーゼまたはグリコシンターゼと組合せられる。所望の炭水化物連結を作ることになるグリコシルトランスフェラーゼを選択し、ドナー基質として修飾型糖を利用することにより、PEGまたはPPGを直接ペプチド主鎖上、糖ペプチドの既存の糖残基上またはペプチドに対し添加された糖残基上に導入することができる。
シアリルトランスフェラーゼのためのアクセプタは、天然に発生する構造としてかまたは組換えによって、酵素によってまたは化学的にそこに置かれたものとして、本発明の方法により修飾されるべきペプチド上に存在する。適切なアクセプタとしては、例えばGalβ1、4GlcNAc、Galβ1、4GalNAc、Galβ1、3GalNAc、ラクト−N−テトラオース、Galβ1、3GlcNAc、Galβ1、3Ara、Galβ1、6GlcNAc、Galβ1、4Glc(ラクトース)といったガラクトシルアクセプタおよび当業者にとって既知のその他のアクセプタ(例えばポールソン(Paulson)ら、J.Biol.Chem.第253号、5617〜5624頁(1978年)参照)が含まれる。
一実施形態においては、シアリルトランスフェラーゼのためのアクセプタは、糖ペプチドのインビボ合成時点で修飾されるべき糖ペプチド上に存在する。かかる糖ペプチドは、糖ペプチドのそのグリコシル化パターンを予め修正することなく、請求対象の方法を用いてシアリル化され得る。代替的には、本発明の方法は、適切なアクセプタを内含しないペプチドをシアリル化するために使用可能である。まず最初に当業者にとって既知の方法によりアクセプタを内含するようにペプチドが修飾される。1つの実施形態例においては、GalNAcトランスフェラーゼの作用によりGalNAc残基が添加される。
1つの実施形態例においては、ガラクトシルアクセプタは、例えばGlcNAcといったペプチドに連結された適切なアクセプタにガラクトース残基を付着させることによって組立てられる。該方法は、ガラクトシルトランスフェラーゼ(例えばgalβ1,3またはgalβ1,4)および適切なガラクトシルドナー(例えばUDP−ガラクトース)を適切な量だけ含有する反応混合物と共に修飾されるべきペプチドをインキュベートする段階を含む。該反応は実質的に完了するまで続行され、そうでなければ代替的には予め選択される量のガラクトース残基が添加された時点で反応が終結される。選択される糖類アクセプタを組立てるその他の方法は、当業者にとって明白なものとなるだろう。
さらにもう1つの実施形態においては、糖ペプチド連結されたオリゴ糖類はまず最初に、適切なアクセプタを得るべく1つ以上の適切な残基を添加できる部分またはシアリルトランスフェラーゼ用アクセプタのいずれかを曝露する目的で、全体的または部分的に「トリミング」される。付着およびトリミング反応のためには、グリコシルトランスフェラーゼおよびエンドグリコシダーゼといった酵素(例えば米国特許第5,716,812号明細書を参照)が有用である。
以下の論述においては、本発明の方法は、付着したPEG部分を有する修飾型糖の使用によって例示されている。該論述は、例示を明確にすることに焦点があてられている。当業者であれば、該論述が、治療用部分、生体分子などを修飾型糖が担持しているような実施形態にも同じく関連するということを認識することだろう。
修飾型糖の高マンノースの添加に先立って炭水化物残基が「トリミング」される本発明の実施形態例においては、高マンノースが第1世代の2分岐構造に戻るようトリミングされる。PEG部分を担持する修飾型糖が、該「トリムバック」によって曝露された糖残基のうちの1つ以上のものに抱合される。一実施例においては、PEG部分に抱合されたGlcNAc部分を介してPEG部分が付加される。修飾されたGlcNAcは、2分岐構造の末端マンノース残基の一方または両方に付着される。代替的には、未修飾GlcNAcを、分岐種の末端の1つまたは両方に対して付加することができる。
もう1つの実施例においては、末端マンノース残基上に付加されたGlcNAc残基に抱合されるガラクトース残基を有する修飾型糖を介して、2分岐構造の末端マンノース残基の一方または両方に、PEG部分が付加される。代替的には、未修飾Galを一方または両方の末端GlcNAc残基に付加することができる。
さらにもう1つの実施例では、修飾型シアル酸を用いてGal残基上にPEG部分が付加される。
もう1つの実施形態例においては、高マンノース構造が、2分岐構造の分岐が発するマンノースまで「トリムバック」される。1実施例では、PEG部分は、ポリマーで修飾されたGlcNAcを介して付加される。代替的には、マンノースに対し未修飾GlcNAcが付加され、その後、付着されたPEG部分を伴うGalが続く。さらにもう1つの実施形態においては、未修飾GlcNAcおよびGal残基は、マンノースに対し逐次添加され、その後PEG部分で修飾されたシアル酸部分が続く。
さらなる実施形態例においては、高マンノースは、最初のマンノースが付着されているGlcNAcに「トリムバック」される。GlcNAcは、PEG部分を担持するGal残基に抱合される。代替的には、未修飾Galが、GlcNAcに付加されその後、水溶性糖で修飾されたシアル酸が付加される。さらにもう1つの実施例においては、末端GlcNAcはGalと抱合され、GlcNAcはその後、PEG分子を担持する修飾済みフコースでフコシル化される。
ペプチドのAsnに付着された第1のGlcNAcに高マンノースをトリムバックさせることも可能である。一つの実施例では、GlcNAc−(Fuc)残基のGlcNAcは水溶性ポリマーを担持するGlcNAcと抱合される。もう1つの例においては、GlcNAc−(Fuc)a残基のGlcNAcは、水溶性ポリマーを担持するGalで修飾される。さらにもう1つの実施形態においては、GlcNAcはGalで修飾され、その後PEG部分で修飾されたシアル酸のGalに対し抱合される。
その他の実施形態例は、その各々が本明細書に参照により援用されている共同所有の米国特許出願公開第20040132640号明細書;同第20040063911号明細書;同第20040137557号明細書;米国特許出願第10/369,979号明細書;同第10/410,913号明細書;同第10/360,770号明細書;同第10/410,945号明細書およびPCT/US02/32263号明細書の中に記されている。
上述の実施例は、本書に記されている方法の能力の例示を提供している。本書で記述されている方法を使用すると、実質的に任意の所望の構造の炭水化物残基を「トリムバック」し構築することが可能である。修飾型糖は、上述のように炭水化物部分の末端に付加されてもよいし、そうでなければ、炭水化物の末端とペプチドコアの間の中間体であってもよい。
一実施形態例においては、既存のシアル酸はシアリダーゼを用いて糖ペプチドから除去され、かくして下にあるガラクトシル残基の全てまたは大部分のマスキングを除去する。代替的には、ペプチドまたは糖ペプチドがガラクトース残基またはガラクトース単位内で終結するオリゴ糖類残基で標識される。ガラクトース残基の曝露または付加の後、修飾型シアル酸を付加するために適切なシアリルトランスフェラーゼが使用される。該アプローチはスキーム2に要約されている。
Figure 0004719686
スキーム3で要約されているさらにもう1つのアプローチにおいては、マスキングされた反応性官能基がシアル酸上に存在する。マスキングされた反応基は好ましくは、エリスロポエチンに修飾型シアル酸を付着させるのに使用される条件によって影響されない。ペプチドに対する修飾型シアル酸の共有結合の後、マスクが除去され、ペプチドはPEGといったような作用物質と抱合される。該作用物質は、修飾型糖残基上のマスキング除去された反応基とのその反応により特定的にペプチドに抱合される。
Figure 0004719686
糖ペプチドのオリゴ糖類側鎖の末端糖に応じて、あらゆる修飾型糖をその適切なグリコシルトランスフェラーゼと共に使用することができる(表2)。上述のように、PEG化された構造の導入のために必要とされる糖ペプチドの末端糖は、発現中に天然に導入され得、そうでなければ、適切なグリコシダーゼ、グリコシルトランスフェラーゼまたはグリコシダーゼおよびグリコシルトランスフェラーゼの混合物を用いて発現後に産生させることもできる。
Figure 0004719686
さらなる実施形態例では、UDP−ガラクトース−PEGが牛乳β1,4−ガラクトシルトランスフェラーゼと反応させられ、かくして修飾型ガラクトシダーゼを適切な末端N−アセチルグルコサミン構造へと転移する。糖ペプチド上の末端GlcNAc残基は、哺乳動物、昆虫、植物または真菌といった発現系内で発生し得るように、発現中に産生され得るが、同様に必要に応じてシアリダーゼおよび/またはグリコシダーゼおよび/またはグリコシルトランスフェラーゼで糖ペプチドを処理することにより産生することもできる。
もう1つの実施形態例においては、遺伝子T1−5といったようなGlcNAcトランスフェラーゼが、糖ペプチド上の末端マンノース残基に対し、PEG化−GlcNを転移するべく利用される。さらなる実施形態例においては、Nおよび/またはO−連結型グリカン構造が糖ペプチドから酵素により除去されアミノ酸または末端グリコシル残基を曝露し、これはその後修飾型糖と抱合される。例えば、糖ペプチド上のGlcNAc連結型Asnとして末端GlcNAcを曝露するべく糖ペプチドのN連結型構造を除去するためにエンドグリカナーゼが使用される。曝露されたGlcNAc上にPEG−ガラクトース官能基を導入するために、UDP−Gal−PEGおよび適切なガラクトシルトランスフェラーゼが使用される。
一変形実施形態においては、修飾型糖は、ペプチド主鎖に対して糖残基を転移するものとして知られているグリコシルトランスフェラーゼを用いてペプチド主鎖に直接付加される。この実施形態例はスキーム4に記されている。本発明を実施する上で有用なグリコシルトランスフェラーゼの例には、GalNAcトランスフェラーゼ(GalNAcT1−14)、GlcNAcトランスフェラーゼ、フコシルトランスフェラーゼ、グルコシルトランスフェラーゼ、キシロシルトランスフェラーゼ、マンノシルトランスフェラーゼなどが含まれるがこれらに限定されるわけではない。このアプローチを使用することにより、いずれかの炭水化物が欠如しているペプチド上への又代替的には既存の糖ペプチド上への修飾型糖の直接的付加が可能となる。両方のケースにおいて、修飾型糖の付加は、化学的方法を用いてタンパク質のペプチド主鎖の修飾中に起こるような無作為な形でではなくグリコシルトランスフェラーゼの基質特異性によって画定されるようにペプチド主鎖上の特異的位置で起こる。ポリペプチド鏡内に適切なアミノ酸配列を工学処理することによって、グリコシルトランスフェラーゼ基質ペプチド配列が欠如するタンパク質または糖ペプチド内に数々の作用物質を導入することが可能である。
Figure 0004719686
以上で記した実施形態例の各々において、修飾型糖のペプチドに対する抱合の後に、1つ以上の付加的な化学的または酵素的修飾工程を利用することができる。1つのEEGにおいては、ペプチドに付着された末端修飾型糖上にグリコシル単位(例えばフコース)を追加するために酵素(例、フコシルトランスフェラーゼ)が使用される。もう1つの例においては、修飾型糖が抱合できなかった部位を「キャッピング」するために、酵素反応が利用される。代替的には、抱合された修飾型糖の構造を改変するために、化学反応が利用される。例えば、抱合された修飾型糖は、該修飾型糖が付着されているペプチド成分とのその連続を安定化または不安定化する作用物質と反応させられる。もう1つの例においては、修飾型糖の一成分がペプチドに対するその抱合体の後に脱保護される。当業者であれば修飾型糖がペプチドに抱合された後の段階で本発明の方法において有用である数々の酵素的および化学的手順が存在するということを認識することだろう。修飾型糖−ペプチド接合体のさらなる精緻化は、本発明の範囲内に入る。
i.酵素
糖トランスファ
アシル連結型抱合体の形成という状況下で上述した酵素に加えて、抱合体および出発基質(例えばペプチド、脂質)のグリコシル化パターンを、その他の酵素を利用する方法により精緻化し、トリムバックまたはその他の形で修飾することができる。アクセプタに糖ドナーを転移する酵素を使用してペプチドおよび脂質を作り出す方法がディフリー(De Frees)の2003年4月17日に公開された国際公開第03/031464A2号パンフレット中で詳細に論述されている。当該方法において有用な選択される酵素の簡単な要約を以下に記す。
グリコシルトランスフェラーゼ
グリコシルトランスフェラーゼは、タンパク質、糖ペプチド、脂質または糖脂質に対するまたは成長するオリゴ糖類の非還元末端に対する、活性化された糖(ドナーNDP−糖)の段階的な付加を触媒する。N連結型糖ペプチドが、enブロックトランスファとそれに続くコアのトリミングにおいて、トランスフェラーゼおよび脂質連結型オリゴ糖類ドナーDol−PP−NAGGlcManを介して合成される。この場合、「コア」糖類の性質はその後の付着と幾分か異なっている。非常に数多くのグリコシルトランスフェラーゼが当該技術分野において知られている。
本発明において使用されるべきグリコシルトランスフェラーゼは、糖ドナーとして修飾型糖を利用することができるかぎり、任意のものであってもよい。かかる酵素の例としてはルロアール経路グリコシルトランスフェラーゼ、例えばガラクトシルトランスフェラーゼ、N−アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ、N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ、フコシルトランスフェラーゼ、シアリルトランスフェラーゼ、マンノシルトランスフェラーゼ、キシロシルトランスフェラーゼ、グルクロノニルトランスフェラーゼなどが含まれる。
グリコシルトランスフェラーゼ反応が関与する酵素的糖類合成のためには、グリコシルトランスフェラーゼをクローニングさせるかまたは任意の供給源から単離することができる。そのポリヌクレオチド配列と同様、多くのクローニングされたグリコシルトランスフェラーゼが既知である。例えば、「The WWW Guide To Cloned Glycosyltransferases」(http://www.vei.co.uk/TGN/gt_guide.htm)を参照のこと。アミノ酸配列をそこから演繹することができるグリコシルトランスフェラーゼをコードするヌクレオチド配列およびグリコシルトランスフェラーゼアミノ酸配列は同様に、GenBank、Swiss−Prot、EMBLおよびその他を含むさまざまな公に利用可能なデータベースの中に見い出すこともできる。
本発明の方法において利用可能なグリコシルトランスフェラーゼにはガラクトシルトランスフェラーゼ、フコシルトランスフェラーゼ、グルコシルトランスフェラーゼ、N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ、N−アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ、グルクロニルトランスフェラーゼ、シアリルトランスフェラーゼ、マンノシルトランスフェラーゼ、グルクロン酸トランスフェラーゼ、ガラクツロン酸トランスフェラーゼおよびオリゴサッカリルトランスフェラーゼが含まれるがこれらに限定されるわけではない。適切なグリコシルトランスフェラーゼには、真核生物ならびに原核生物から得られるものが含まれる。
グリコシルトランスフェラーゼをコードするDNAは、化学的合成によって、適切な細胞または細胞系裂培養からのmRNAの逆写しをスクリーニングすること、適切な細胞からゲノミックライブラリをスクリーニングすることまたはこれらの手順の組合せによって、得ることができる。mRNAまたはゲノミックDNAのスクリーニングは、グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子配列から生成されたオリゴヌクレオチドプローブで実施され得る。プローブは、螢光基、放射性原子または化学発光基といったような検出可能な基で既知の手順に従って標識され、従来のハイブリダイゼーション検定の中で使用され得る。代替的には、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)手順を用いることによりグリコシルトランスフェラーゼ遺伝子配列を得ることができ、PCRオリゴヌクレオチドプライマは、グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子配列から産生される。マリス(Mullis)らに対する米国特許第4,683,195号明細書およびマリスに対する米国特許第4,683,202号明細書を参照のこと。
グリコシルトランスフェラーゼは、グリコシルトランスフェラーゼ酵素をコードするDNAを含有するベクターで形質転換された宿主細胞の中で合成され得る。グリコシルトランスフェラーゼをコードするDNAを増幅するためおよび/またはグリコシルトランスフェラーゼ酵素をコードするDNAを発現するためにベクターが使用される。発現ベクターは、適切な宿主内でグリコシルトランスフェラーゼ酵素の発現をもたらす能力をもつ適切な制御配列に対して、グリコシルトランスフェラーゼ酵素をコードするDNA配列が操作可能な形で連結されている複製可能なDNAである。かかる制御配列に対するニーズは、選択される宿主および選ばれた形質転換方法に応じて変動することになる。一般に、制御配列は、転写プロモータ、転写を制御するための任意のオペレータ配列、適切なmRNAリポソーム結合部位をコードする配列および転写および翻訳の終端を制御する配列を内含する。増幅ベクターは、発現制御ドメインを必要としない。必要とされるのは、通常は複製起点によって付与される宿内で複製する能力、および形質転換体の認識を容易にするための選択遺伝子だけである。
実施形態例においては、本発明は、原核性酵素を利用する。かかるグリコシルトランスフェラーゼには、数多くのグラム陰性菌によって産生されるリポオリゴ糖類(LOS)の合成に関与する酵素が含まれる(プレストン(Preston)ら、Critical Reviews in Microbiology、第23号(3)、139−180頁(1996年))。かかる酵素には、β1,6ガラクトシルトランスフェラーゼおよびβ1,3ガラクトシルトランスフェラーゼ(例えばEMBL登録番号M80599およびM86935(E.coli);EMBL登録番号S56361号(S.typhimurium))、グルコシルトランスフェラーゼ(Swiss−Prot登録番号P25740(E.coli)、β1,2−グリコシルトランスフェラーゼ(rfaJ)(Swiss−Prot登録番号P27129号(E.coli)およびSwiss−Prot登録番号P19817号(S.typhimurium))およびβ1,2−N−アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ(rfaK)(EMBL登録番号U00039(E.coli)を含む、E.coliおよびSalmonella typhimuriumといったような種のrfaオペロンのタンパク質が含まれるが、これらに限定されるわけではない。アミノ酸配列がわかっているその他のグリコシルトランスフェラーゼには、Klebsiella pneumoniae、E.coli、Salmonella typhimurium、Salmonella enterica、Yersinia enterocolitica、Mycobacterium leprosum、といった生体内で特徴づけされてきたrfaBといったオペロンおよびPseudomonas aeruginosaのrh1オペロンによりコードされるものが含まれる。
本発明において使用するのに同様に適しているのは、粘膜病原体、Neisseria gonnorhoeaeおよびN.meningitidisのLOS内で同定されてきたラクト−N−ネオテトラオース、D−ガラクトシル−β−1,4−N−アセチル−D−グルコサミニル−β−1,3−D−ガラクトシル−β−1,4−D−グルコース、およびP血液型三糖類配列、D−ガラクトシル−α−1,4−D−ガラクトシル−β−1,4−D−グルコースを含有する構造の産生に関与するグリコシルトランスフェラーゼである(ショルテン(Scholten)ら、J.Med.Microbiol.第41号、236〜243頁(1994年))。これらの構造の生合成に関与するグリコシルトランスフェラーゼをコードするN.meningitidisおよびN.gonorrhoeae由来の遺伝子は、N.meningitidis免疫型L3およびL1(ジェニングス(Jennings)ら、Mol.Microbiol.第18号、729〜740頁(1995年))およびN.gonorrhoeae突然変異体F62(ゴシュリッヒ(Gotshlich)、J.Exp.Med.第180号、2181〜2190頁(1994年))から同定されてきた。N.meningitidisにおいては、lgtA、lgtBおよびlgEという3つの遺伝子から成る遺伝子座が、ラクト−N−ネオテトラオース鎖内の糖のうちの最後の3つの付加に必要とされるグリコシルトランスフェラーゼ酵素をコードする(ワカーチャック(Wakarchuk)ら、J.Biol.Chem.第271号、19166〜73頁(1996年))。最近になって、IgtBおよびIgtA遺伝子生成物の酵素活性が実証され、その提案されたグリコシルトランスフェラーゼ機能についての最初の直接的証拠が提供された(ワカーチャックら、J.Biol.Chem.第271号(45)、28271〜276頁(1996年))。N.gonorrhoeaeにおいては、ラクト−N−ネオテトラオース構造の末端ガラクトースの3位にβ−D−GalNAcを付加するIgtDおよびトランケートされたLOSのラクトース要素に対し末端α−D−Galを付加してP血液型抗原構造を作り出すIgtCという2つの付加的な遺伝子が存在する(ゴシュリッヒ(1994年)、前掲書)。N.meningitidisにおいては、別の免疫型L1が同様にP血液型抗原を発現し、IgtC遺伝子を担持することが示されてきた(ジェニングスら、(1995年)、前掲書)。Neisseriaグリコシルトランスフェラーゼおよび付随する遺伝子は、米国特許第5,545,553号明細書(ゴッツュリッヒ(Gotschlich))内で記述されている。Felicobacter pyloriからのα1,2−フコシルトランスフェラーゼおよびα1,3−フコシルトランスフェラーゼのための遺伝子も特徴づけされてきた(マーチン(Martin)ら、J.Biol.Chem.第272号、21349〜21356頁(1997年))。同様に本発明において有用であるのは、Campylobacter jejuniのグリコシルトランスフェラーゼである(例えばhttp://afmb.curs−mrs.fr/〜pedro/CAZY/gtf_42.htmlを参照のこと)。
フコシルトランスフェラーゼ
一部の実施形態においては、本発明の方法において使用されるグリコシルトランスフェラーゼはフコシルトランスフェラーゼである。フコシルトランスフェラーゼは、当業者にとって既知のものである。フコシルトランスフェラーゼの例としては、L−フコースをGDP−フコースからアクセプタ糖のヒドロキシ位まで転移する酵素がある。非ヌクレオチド糖をアクセプタに転移するフコシルトランスフェラーゼも同様に、本発明において有用である。
一部の実施形態においては、アクセプタ糖は、例えば、オリゴ糖類グリコシド内のGalβ(1→3,4)GlcNAcβ−基内のGlcNAcである。この反応のための適切なフコシルトランスフェラーゼには、ヒトの乳汁から最初に特徴づけされたGalβ(1→3,4)GlcNAcβ1−α(1→3,4)フコシルトランスフェラーゼ(FTIIIE.C.No2.4.1.65)が含まれ(パルシック(Palcic)ら、Carbohydrate Res.第190号、1〜11頁(1989年);プリイールス(Prieels)ら、J.Biol.Chem.第256号、10456〜10463頁(1981年);およびヌネッツ(Nunez)ら、Can.J.Chem.第59号、2086〜2095頁(1981年)を参照のこと)、かつヒトの血清中に見い出されるGalβ(1→4)GlcNAcβ−αフコシルトランスフェラーゼ(FTIV、FTV、FTVI)が含まれる。FTVII(E.C.No2.4.1.65)、シアリルα(2→3)Galβ(1→3)GlcNAcβフコシルトランスフェラーゼも同様に特徴づけされてきた。Galβ(1→3,4)GlcNAcβ−α(1→3,4)フコシルトランスフェラーゼの組換え形も同様に特徴づけされてきた(デュマス(Dumas)ら、Bioorg.Med.Letters、第1号、425〜428頁(1991年)およびクコウスカ・ラタロ(Kukowska−Latallo)ら、Genes and Development、第4号、1288〜1303頁(1990年)を参照のこと)。その他のフコシルトランスフェラーゼの例には、例えば、α1,2フコシルトランスフェラーゼ(E.C.No2.4.1.69)が含まれる。酵素フコシル化は、モリコーネ(Mollicone)ら、Eur.J.Biochem.第191号、169〜176頁(1990年)または米国特許第5,374,655号明細書の中で記述されている方法によって実施可能である。フコシルトランスフェラーゼを産生するのに使用される細胞は同様に、GDP−フコースを合成するための酵素系も含むことになる。
ガラクトシルトランスフェラーゼ
もう1つの実施形態群においては、グリコシルトランスフェラーゼはガラクトシルトランスフェラーゼである。ガラクトシルトランスフェラーゼの例は、α(1,3)ガラクトシルトランスフェラーゼ(E.C.No.2.4.1.151、例えばダブコウスキー(Dabkowski)ら、Transplant Proc.第25号、2921頁(1993年)およびヤマモト(Yamamoto)ら、Nature、第345号、229〜233頁(1990年)、ウシ((GenBank j04989、ジョジアス(Joziasse)ら、J.Biol.Chem.第264号、14290〜14297頁(1989年))、マウス(GenBank m26925、ラルセン(Larsen)ら、Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA、第86号、8227〜8231頁(1989年))、ブタ(GenBank L36152;ストラーハン(Strahan)ら、Immunogenetics、第41号、101〜105頁(1995年)参照)。もう1つの適切なα1,3ガラクトシルトランスフェラーゼは、血液型B抗原(EC2.4.1.37、ヤマモト(Yamamoto)ら、J.Biol.Chem.第265号、1146〜1151頁(1990年)(ヒト))の合成に関与するものである。さらにもう1つのガラクトシルトランスフェラーゼの例は、コアGal−T1である。
同様に本発明の方法において使用するのに適しているのは、例えばEC2.4.1.90(LacNAcシンセターゼ)およびEC2.4.1.22(ラクトースシンセターゼ)(ウシ(ダゴスタロ(D’Agostaro)ら、Eur.J.Biochem.第183号、211〜217頁(1989年))、ヒト(マスリ(Masri)ら、Biochem.Biophys.Res.Commun.第157号、657〜663頁(1988年))、マウス(ナカザワ(Nakazawa)ら、J.Biochem.第104号、165〜168頁(1988年))ならびにE.C.2.4.1.38およびセラミドガラクトシルトランスフェラーゼ(EC2.4.1.45、スタール(Stahl)ら、J.Neurosci.Res.第38号、234〜242頁(1994年))を含むβ(1,4)ガラクトシルトランスフェラーゼである。その他の適切なガラクトシルトランスフェラーゼには、例えばα1,2ガラクトシルトランスフェラーゼ(例えばSchizosaccharomyces pombe由来、シャペル(Chapell)ら、Mol.Biol.Cell、第5号、519〜528頁(1994年))が含まれる。
シアリルトランスフェラーゼ
シアリルトランスフェラーゼは、本発明の組換え型細胞および反応混合物において有用であるグリコシルトランスフェラーゼのもう1つのタイプである。組換え型シアリルトランスフェラーゼを産生する細胞は同様に、シアリルトランスフェラーゼのためのシアル酸供与体であるCMPシアル酸を産生することになる。本発明において使用するのに適したシアリルトランスフェラーゼの例としては、ST3GalIII(例えばラットまたはヒトST3GalIII)、ST3GalIV、ST3GalI、ST6GalI、ST3GalV、ST6GalII、ST6GalNAcI、ST6GalNAcIIおよびST6GalNAcIII(本書で使用されるシアリルトランスフェラーゼの学名は、ツジ(Tsuji)ら、Glycobiology6、v〜xiv(1996年)で記述されている通りである)が含まれる。α(2,3)シアリルトランスフェラーゼ(EC2.4.99.6)と呼ばれるα(2,3)シアリルトランスフェラーゼの一例は、シアル酸をGalβ1→3Glc2糖類またはグリコシドの非還元末端Galまで転移する。ファン・デン・イェンデン(Van den Eijnden)ら、J.Biol.Chem.第256号、3159頁(1981年)、ワインスタイン(Weinstein)ら、J.Biol.Chem.第257号、13845頁(1982年)およびウェン(Wen)ら、J.Biol.Chem.第267号、21011頁(1992年)を参照のこと。もう1つのα2,3−シアリルトランスフェラーゼの例(EC2.4.99.4)は、シアル酸を2糖類またはグリコシドの非還元末端Galへと転移する。リーリック(Rearick)ら、J.Biol.Chem.第254号、4444頁(1979年)およびギレスピー(Gillespie)ら、J.Biol.Chem.第267号、21004頁(1992年)を参照のこと。さらなる酵素例にはGal−β−1,4−GlcNAcα−2,6シアリルトランスフェラーゼが含まれる(クロサワ(Kurosawa)ら、Eur.J.Biochem.第219号、375〜381頁(1994年)を参照のこと)。
好ましくは、糖ペプチドの炭水化物のグリコシル化については、シアリルトランスフェラーゼはシアル酸を、完全にシアリル化された炭水化物構造上の末端シアル酸の基礎を成す最も一般的な最後から2番目の配列である配列Galβ1、4GlcNAcまで転移する能力をもつことになる(表2参照)。
Figure 0004719686
請求された方法において有用であるシアリルトランスフェラーゼの一例は、同様にα(2,3)シアリルトランスフェラーゼ(EC2.4.99.6)とも呼ばれるST3GalIIIである。この酵素は、Galβ1,3GlcNAcまたはGalβ1,4GlcNAcグリコシドのGalに対するシアル酸のトランスファを触媒し(例えばウェンら、J.Biol.Chem.第267号、21011頁(1992年);ファン・デン・イェンデンら、J.Biol.Chem.第256号、3159頁(1991年)を参照)、糖ペプチドにおけるアスパラギン連結形オリゴ糖類のシアリル化を担当する。シアル酸は2つの糖類の間のα−連結の形成を伴ってGalに連結される。糖類間の結合(連結)はNeuACの2位とGalの3位の間にある。この特定の酵素は、ラットの肝臓(ワインスタインら、J.Biol.Chem.第257号、13845頁、(1982年));「the human cDNA」(ササキ(Sasaki)ら、(1993年)、J.Biol.Chem.第268号、22782〜22787頁;キタガワおよびポールソン(Kitagawa & Paulson)(1994年)J.Biol.Chem.第269号、1394−1401頁))から単離でき、ゲノミック(キタガワら、(1996年)J.Biol.Chem.第271号、931〜938頁)DNA配列が知られており、組換え型発現によるこの酵素の産生を容易にしている。好ましい実施形態においては、請求対象のシアリル化方法ではラットST3GalIIIが用いられる。
本発明において有用なその他のシアリルトランスフェラーゼ例には、α(2,3)を含むCampylobacter jejumiから単離されたものが含まれる。例えば国際公開第99/49051号パンフレットを参照のこと。
表2で列挙されているもの以外のシアリルトランスフェラーゼも同様に、商業的に重要な糖ペプチドのシアリル化のための経済的で効率の良い大規模プロセスにおいて有用である。これらのその他の酵素の有用性を見い出す単純な試験として、ウシのST6GalI,ST3GalIIIまたは両方のシアリルトランスフェラーゼとの関係において糖ペプチドをシアリル化する問題のシアリルトランスフェラーゼの能力と比較するために、さまざまな量の各酵素(1〜100mU/mgのタンパク質)が反応させられる。代替的には、この評価のために、アシアローα、AGPの代りにその他の糖ペプチドまたはペプチド主鎖から酵素的に放出されたN連結型オリゴ糖類または糖ペプチドを使用することができる。ST6GalIよりも効率良く糖ペプチドのN連結型オリゴ糖類をシアリル化する能力をもつシアリルトランスフェラーゼが、ペプチドシアリル化のための実用的大規模プロセスにおいて有用である。
GalNAcトランスフェラーゼ
N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼは本発明を実施する上で、特にペプチドのO連結型グリコシル化部位のアミノ酸にGalNAc部分を結合させるために有用である。適切なN−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼにはα(1,3)N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ、β(1,4)N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ(ナガタ(Nagata)ら、J.Biol.Chem.第267号、12082〜12089頁(1992年)およびスミスら、J.Biol.Chem.第269号、15162頁(1994年))およびポリペプチドN−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ(ホーマ(Homa)ら、J.Biol.Chem.第268号、12609頁(1993年))が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
遺伝子工学によるクローニングされた遺伝子からの酵素GalNAcT1−XXといったタンパク質の生産は周知である。例えば米国特許第4,761,371号明細書を参照のこと。1つの方法には、充分な試料の収集が関与し、その後酵素のアミノ酸配列がN末端配列決定によって判定される。この情報は、その後、昆虫細胞系列Sf9内での発現の結果完全に活性な酵素の合成をもたらした全長(膜結合)トランスフェラーゼをコードするcDNAクローンを単離するために使用される。酵素のアクセプタ特異性はその後、16の異なるタンパク質内の既知のグリコシル化部位をとり囲むアミノ酸の半定量的分析とそれに続く合成ペプチドのインビトログリコシル化研究を用いて決定される。この作業は、或る種のアミノ酸残基がグリコシル化ペプチド内で大きな割合を占めていること、およびグリコシル化セリンおよびトレオニン残基をとり囲む特異的位置にある残基がその他のアミノ酸部分よりもさらに顕著な影響をアクセプタ効率に対して有し得ることを実証した。
細胞結合したグリコシルトランスフェラーゼ
もう1つの実施形態においては、本発明の方法において利用される酵素は、細胞結合したグリコシルトランスフェラーゼである。数多くの可溶性グリコシルトランスフェラーゼが知られている(例えば米国特許第5,032,519号明細書を参照)ものの、グリコシルトランスフェラーゼは一般に、細胞と会合した場合に膜結合形態をしている。これまでに研究された膜結合酵素の多くは、固有のタンパク質であると考えられている。すなわち、これらは音波処理により膜から放出されず、可溶化のために洗浄剤を必要としない。表面グリコシルトランスフェラーゼは、脊椎動物および無脊椎動物細胞の表面上で同定されてきており、これらの表面トランスフェラーゼが生理学的条件下で触媒活動を維持することも認識されてきた。しかしながら、細胞表面グリコシルトランスフェラーゼのより広く認められている機能は、細胞内認識についてのものである(ロス(Roth)、「MOLECULAR APPROACHES to SUPRACELLULAR PHENOMENA」、1990年)。
細胞により発現されたグリコシルトランスフェラーゼを改変するための方法が開発されてきた。例えばラーセン(Larsen)ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、第86号、8227〜8231頁(1989年)は、細胞表面オリゴ糖類構造およびその同起源のグリコシルトランスフェラーゼの発現を判定するクローニングされたcDNA配列を単離するための遺伝子アプローチを報告している。UDP−ガラクトース:β−D−ガラクトシル−1,4−N−アセチル−D−グルコサミニミドα−1,3−ガラクトシルトランスフェラーゼを発現するものとして知られているマウス細胞系列から単離されたmRNAから生成されたcDNAライブラリがCOS−1細胞内にトランスフェクションされた。トランスフェクションを受けた細胞は次に培養され、α1−3ガラクトシルトランスフェラーゼ活性について検定された。
フランシスコ(Francisco)ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、第89号、2713〜2717頁(1992年)は、Escherichia coliの外表面に対しβ−ラクタマーゼを定着させる方法を開示している。(i)外部膜タンパク質のシグナル配列、(ii)外部膜タンパク質の膜貫通区分および(iii)完全な成熟β−ラクタマーゼ配列から成る3分割融合が産生され、その結果、活性表面結合型β−ラクタマーゼ分子がもたらされる。しかしながら、フランシスコの方法は、原核細胞系のみに限定されており、著者が認めているように、適切に機能するためには完全な3分割融合が必要である。
スルホトランスフェラーゼ
本発明は同様に、例えばヘパリン、硫酸ヘパラン、カラゲネンおよび関連する化合物といった硫酸化多糖を含む硫酸化分子を内含するペプチドを生産するための方法をも提供する。適切なスルホトランスフェラーゼには、例えばコンドロイチン−6−スルホトランスフェラーゼ(フクタ(Fukuta)ら、J.Biol.Chem.第270号、18575−18580頁(1995年)に記述されたニワトリのcDNA;GenBank登録番号D49915)、グルコサミノグリカンN−アセチルグルコサミンN−デアセチラーゼ/N−スルホトランスフェラーゼ1(ディクソン(Dixon)ら、Genomics、第26号、239〜241頁(1995年);UL−18198)およびグルコサミノグリカンN−アセチルグルコサミンN−デアセチラーゼ/N−スルホトランスフェラーゼ2(オレラナ(Orellana)ら、J.Biol.Chem.第269号、2270〜2276頁(1994年)およびエリクソン(Eriksson)ら、J.Biol.Chem.第269号、10438〜10443頁(1994年)中に記述されたマウスのcDNA;GenBank登録番号U2304中に記述されたヒトのcDNA)が含まれる。
グリコシダーゼ
本発明は、同様に野生型および突然変異体のグリコシダーゼの使用をも包含している。ガラクトシルアクセプタ分子にα−グリコシルフッ化物を結合することを通して、突然変異体β−ガラクトシダーゼ酵素が2糖類の形成を触媒することが実証されてきた((ウィザーズ(Withers)、2001年9月4日付けの米国特許第6,284,494号明細書))。本発明において有用であるその他のグリコシダーゼには、例えばβ−グルコシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、β−マンノシダーゼ、β−アセチルグルコサミニダーゼ、β−N−アセチルガラクトサミニダーゼ、β−キシロシダーゼ、β−フコシダーゼ、セルラーゼ、キシラナーゼ、ガラクタナーゼ、マンナナーゼ、ヘミセルラーゼ、アミラーゼ、グルコアミラーゼ、α−グルコシダーゼ、α−ガラクトシダーゼ、α−マンノシダーゼ、α−N−アセチルグルコサミニダーゼ、α−N−アセチルガラクトース−アミニダーゼ、α−キシロシダーゼ、α−フコシダーゼ、およびノイラミニダーゼ/シアリダーゼが含まれる。
固定化酵素
本発明は同様に、固体および/または可溶性支持体の上に固定化されている酵素の使用をも提供している。1つの実施形態例においては、本発明の方法に従って無傷のグリコシルリンカーを介してPEGに抱合されるグリコシルトランスフェラーゼが提供されている。PEGリンカー酵素抱合体は任意選択で固体支持体に付着されている。本発明の方法における固体支持型酵素の使用は、反応混合物の練成および反応生成物の精製を単純化し、同様に酵素の容易な回収をも可能にする。グリコシルトランスフェラーゼ抱合体は、本発明の方法において利用される。酵素および支持体のその他の組合せは、当業者には明白であろう。
融合タンパク質
その他の実施形態例においては、本発明の方法は、所望の糖ペプチド抱合体の合成に関与する複数の酵素活性を有する融合タンパク質を利用する。融合ポリペプチドは、例えば付属酵素の触媒活性ドメインに接合されているグリコシルトランスフェラーゼの触媒活性ドメインで構成され得る。付属酵素触媒ドメインは、例えばグリコシルトランスフェラーゼのためのドナーであるヌクレオチド糖の形成における1工程の触媒として作用するかまたは、グリコシルトランスフェラーゼサイクルに関与する反応の触媒として作用することができる。例えば、グリコシルトランスフェラーゼをコードするポリヌクレオチドをヌクレオチド糖合成に関与する酵素をコードするポリヌクレオチドに枠内で接合させることが可能である。このとき結果として得られる融合タンパク質は、ヌクレオチド糖の合成のみならず、アクセプタ分子への糖部分のトランスファを触媒することができる。融合タンパク質は、1つの発現可能なヌクレオチド配列内に連結される2つ以上のサイクル酵素であり得る。その他の実施形態においては、融合タンパク質は、2つ以上のグリコシルトランスフェラーゼの触媒活性ドメインを含んでいる。例えば5,641,668号明細書を参照のこと。本発明の修飾型糖ペプチドは、さまざまな適切な融合タンパク質を利用して、容易に設計および製造され得る(例えば、1999年6月24日付けで国際公開第99/31224号パンフレットとして公開されたPCT特許出願PCT/CA98/01180号明細書を参照のこと)。
エリスロポエチン抱合体の精製
上述のプロセスによって産生される生成物は、精製せずに使用可能である。しかしながら、通常は該生成物を回収することが好まれる。薄層または厚層クロマトグラフィ、カラムクロマトグラフィ、イオン交換クロマトグラフィまたは膜ろ過といったようなグリコシル化糖類の回収のための周知の技術を使用することができる。以下でおよび本書で引用されている文献内で論述されているように、回収のためには膜ろ過、より好ましくは逆浸透膜を利用したもの、または1つ以上のカラムクロマトグラフィ技術を使用することが好ましい。例えば、グリコシルトランスフェラーゼといったようなタンパク質を除去するために、膜が約3000〜約10,000の分子量カットオフを有する膜ろ過を使用することができる。このとき、塩を除去しかつ/または生成糖類を精製するためにナノろ過または逆浸透を使用することができる(例えば国際公開第98/15581号パンフレットを参照のこと)。ナノフィルタ膜は、使用される膜に応じて約100〜約2000ダルトンよりも大きい非荷電性溶質を保持するものの一価の塩を通す逆浸透膜クラスのものである。かくして標準的な利用分野においては、本発明の方法により調製された糖類は膜内に保持されることになり、汚染性塩は通過することになる。
修飾型糖タンパク質が第1の工程として細胞内で産生される場合、例えば遠心分離または限外ろ過により宿主細胞または溶解したフラグメントのいずれかが除去される。任意選択で、タンパク質は、市販のタンパク質濃度フィルタを用いて濃縮され得、その後、イムノアフィニティクロマトグラフィ、イオン交換カラム分画(例えばジエチルアミノエチル(DEAE)上またはカルボキシメチルまたはスルホプロピル基を含有するマトリクス上)、ブルー−セファロース、CMブルー−セファロース、MONO−Q、MONO−S、レンチルレクチン−セファロース、WGA−セファロース、ConA−セファロース、エーテルトヨパール、ブチルトヨパール、またはプロテインAセファロース上のクロマトグラフィ、SDS−PAGEクロマトグラフィ、シリカクロマトグラフィ、クロマトフォーカシング、逆相HPLC(例えば、追加の脂肪族基を伴うシリカゲル)、例えばセファデックス分子ふるいを用いたゲルろ過またはサイズ排除クロマトグラフィ、選択的にポリペプチドを結合するカラム上のクロマトグラフィおよびエタノールまたは硫酸アンモニウム沈降の中から選択される1つ以上の工程によりその他の不純物からポリペプチド変異体が分離される。
培養中に産生される修飾型糖ペプチドは通常、細胞、酵素などからの初期抽出により単離され、その後1回以上の濃縮、塩析、水性イオン交換またはサイズ排除クロマトグラフィの工程が行なわれる。付加的には、修飾型糖タンパク質は、アフィニティクロマトグラフィにより精製可能である。最後に、HPLCを最終的精製工程のために利用することができる。
上述の工程のいずれにおいてもタンパク質分解を阻害するため、例えばメチルスルホニルフルオリド(PMSF)といったプロテアーゼ阻害物質を含み入れることができ、又偶発的な汚染物質の成長を防止するために抗生物質を含み入れることができる。
もう1つの実施形態の中では、本発明の修飾型糖ペプチドを産生する系からの上清が、例えばアミコンまたはミリポア・ペリコン限外ろ過ユニットといった市販のタンパク質濃縮フィルタを用いて最初に濃縮される。濃縮工程の後、濃縮物は、適切な精製マトリクスに適用され得る。例えば、適切なアフィニティマトリクスには、適切な支持体に結合されたレクチンまたは抗体分子である該ペプチド用リガンドが含まれ得る。代替的には、例えばペンダントDEAE基を有するマトリクスまたは基質といったアニオン交換樹脂を利用することが可能である。適切なマトリクスには、アクリルアミド、アガロース、デキストラン、セルロースまたは一般にタンパク質精製において利用されるその他のタイプのものが含まれる。代替的には、カチオン交換工程を利用することができる。適切なカチオン交換器には、スルホプロピルまたはカルボキシメチル基を含むさまざまな不溶性マトリクスが含まれる。
最終的に、例えばペンダントメチルまたはその他の脂肪族基を有するシリカゲルといったような疎水性RP−HPLC媒質を利用する1つ以上のRP−HPLC工程が、ポリペプチド変異体組成物をさらに精製するために利用可能である。さまざまな組合せでの上述の精製工程の一部分または全てを利用して均質な修飾型糖タンパク質を提供することもできる。
大規模発酵の結果得られる本発明の修飾型糖ペプチドは、アーダル(Urdal)ら、J.Chromatog.第296号、171頁(1984年)によって開示されているものと類似の方法により精製可能である。この参考文献では、分取HPLCカラム上での組換え型ヒトIL−2の精製のための2つの逐次的RP−HPLC工程について記述されている。代替的には、アフィニティクロマトグラフィといったような技術を利用して修飾型糖タンパク質を精製することができる。
薬学組成物
もう1つの態様においては、本発明は薬学組成物を提供する。薬学組成物は、薬学的に受容可能な希釈剤および、非天然発生PEG部分、治療用部分または生体分子およびグリコシル化または非グリコシル化ペプチドの間の共有結合による抱合体を内含する。ポリマー、治療用部分または生体分子は、ペプチドおよびポリマー、治療用部分または生体分子の間に介在するしその両方に共有結合によって連結された無傷のグリコシル連結基を介してペプチドに抱合される。
本発明の薬学組成物は、さまざまな薬物送達系における使用に適している。本発明において使用するための適切な製剤は、「Remington’s Pharmaceutical Sciences」、Mace Publishing Company、Philadelphia、ペンシルバニア州、第17版、(1985年)の中に見い出される。薬物送達の方法について簡単に再考するためには、ランガー(Langer)、Science、第249号、1527〜1533頁(1990年)を参照のこと。
薬学組成物は、例えば局所、経口、経鼻、静脈内、頭蓋内、腹腔内、皮下または筋内投与を含む任意の適切な投与方法向けに処方することができる。皮下注射といったような非経口投与のためには、担体は好ましくは水、生理食塩水、アルコール、脂肪、ろうまたは緩衝液を含む。経口投与のためには上述の担体またはマンニトール、ラクトース、でんぷん、ステアリン酸マグネシウム、サッカリンナトリウム、滑石粉、セルロース、グルコース、スクロースおよび炭酸マグネシウムといったような固体担体のうちの任意のものを利用することができる。本発明の薬学組成物用の担体としては、生物分解性ミクロスフェア(例えばポリアセタート・ポリグリコラート)を利用することができる。適切な生物分解性ミクロスフェアは例えば、米国特許第4,897,268号明細書および5,075,109号明細書中で開示されている。
一般に、薬学組成物は、非経口投与例えば静脈内投与される。かくして、本発明は、好ましくは水性担体、例えば水、緩衝水、生理食塩水、PBSなどといった受容可能な担体中に溶解したまたは懸濁した化合物を含む非経口投与向けの組成物を提供する。該組成物は、pH調整および緩衝剤、緊張力調整剤、湿潤剤、洗浄剤などといった、生理的条件を近似するのに必要とされるような薬学的に受容可能な補助物質を含有し得る。
これらの組成物は従来の滅菌技術により滅菌され得るかまたは無菌ろ過され得る。結果として得られた水溶液は、そのままで使用するべく包装するか、または凍結乾燥することができ、凍結乾燥された調製物は投与に先立ち無菌水性担体と組合わせる。調製物のpHは標準的には3〜11の間、より好ましくは5〜9の間、最も好ましくは7〜8となる。
一部の実施形態においては、本発明の糖ペプチドは、標準的小胞形成脂質から形成されたリポソームの中に取込まれ得る。さまざまな方法が、例えばスゾーカ(Szoka)ら、Ann.Rev.Biophys.Bioeng.第9号、467頁(1980年)、米国特許第4,235,871号明細書、同第4,501,728号明細書および同第4,837,028号明細書に記述されているように、リポソームを調製するために利用可能である。さまざまなターゲティング剤(例えば本発明のシアリルガラクトシド)を用いたリポソームのターゲティングは、当該技術分野において周知である(例えば米国特許第4,957,773号および第4,603,044号明細書を参照のこと)。
ターゲティング剤をリポソームにカップリングするための標準的方法を使用することができる。これらの方法には一般に、ターゲティング剤の付着のために活性化され得るホスファチジルエタノールアミンといった脂質成分または本発明の脂質誘導体化糖ペプチドといった誘導体化された脂肪親和性化合物のリポソーム内への取込みが関与している。
ターゲティングの機序は一般に、標的部分が例えば細胞表面レセプタといった標的との相互作用のために利用可能となるような形でリポソームの表面上にターゲティング剤が位置づけされることを必要とする。本発明の炭水化物は、当業者にとって既知の方法(例えばそれぞれ長鎖ハロゲン化アルキルまたは脂肪酸での炭水化物の上に存在するヒドロキシル基のアルキル化またはアシル化)を用いてリポソームが形成される前に、脂質分子に付着され得る。代替的には、リポソームを、膜の形成時点で膜内にコネクタ部分がまず最初に取込まれるような形で作り出すこともできる。コネクタ部分は、膜の中にしっかりと埋込まれ定着させられている親油性部分を有していなくてはならない。それは同様に、リポソームの水性表面上で化学的に利用可能な反応性部分も有していなくてはならない。反応性部分は、それが、後に付加されるターゲティング剤または炭水化物と安定した化学的結合を形成するために化学的に適切なものとなるように選択される。一部のケースでは、コネクタ分子に標的剤を直接付着させることが可能であるが、大部分のケースで、化学的架橋として作用するべく第3の分子を用い、かくして小胞表面から離れて3次元的に拡張される標的剤または炭水化物と膜内にあるコネクタ分子を連結するのがより適切である。
本発明の方法により調製された化合物は、診断用試薬としても使用可能である。例えば、炎症の疑いがある患者において炎症または腫瘍転移の部域を位置特定するために標識化合物を用いることができる。この用途のためには、化合物を125I、14Cまたはトリチウムで標識することができる。
本発明の薬学組成物の中で使用される活性成分は、骨髄細胞が網状赤血球および赤血球の産生を増大させるようにする生物学的特性をもつGlycoPEG化エリスロポエチンおよびその誘導体である。本発明のリポソーム分散は、慢性腎不全に付随する貧血症を含めたさまざまな形態の貧血症、ジドビジン治療を受けているHIV感染患者および化学療法中のガン患者といったような、赤血球産生が低いかまたは不良であることを特徴とする血液障害を治療するにあたり、非経口製剤として有用である。これは又、鎌状赤血球病、ベータサラセミア、嚢胞性線維症、妊娠および月経異常といった血液学的不順、未熟児早期貧血、脊髄損傷、宇宙飛行、急性失血、加齢などのさまざまな疾病状態、障害および状況の治療においても応用できる。好ましくは、本発明のEPO組成物は、非経口的に投与される(例えばIV、IM、SCまたはIP)。有効投薬量は、治療対象の健康状態および投与経路に応じて大きく変動するものと予想されるが、体重1kgあたり約0.1(約7u)から100(約7000U)μgの活性材料の範囲内にあると予想されている。貧血状態の治療のための好ましい用量は、一週間に3回、約50〜約300単位/kgである。本発明は、増強されたインビボ滞留時間をもつエリスロポエチンを提供することから、本発明の組成物が投与される場合、記述された投薬量は任意に削減される。
以下の実施例は、請求対象の発明を限定するためではなく、本発明の抱合体および方法を例示する目的で提供される。
実施例1
UDP−GalNAc−6’−CHOの調製
1mMのCuSO溶液(20mL)および25mMのNaHPO溶液(pH6.0;20mL)の中にUDP−GalNAc(200mg、0.30mmoles)を溶解させた。その後ガラクトースオキシダーゼ(240U;240μL)およびカタラーゼ(13000U;130μL)を添加し、酸素が充填されたバルーンを反応系に備えつけ、7日間室温で攪拌した。反応混合物をその後ろ過し(スピンカートリッジ;MWCO5K)、ろ液(約40mL)を、必要となるまで4℃で保管した。TLC(シリカ;EtOH/水(7/2);R=0.77;アニスアルデヒド染色液で可視化)。
実施例2
UDP−GalNAc−6’−NHの調製
0℃で以上からのUDP−GalNAc−6’−CHO溶液(2mLまたは約20mg)に対して、酢酸アンモニウム(15mg、0.194mmoles)およびNaBHCN(1MのTHF溶液;0.17mL、0.17mmoles)を添加し、一晩室温まで暖めた。水を伴うG−10カラムを通して反応液をろ過し、生成物を収集した。適切な画分を凍結乾燥させ、凍結状態で保管した。TLC(シリカ:エタノール/水(7/2);R=0.72;ニンヒドリン試薬で可視化)。
実施例3
UDP−GalNAc−6−NHCO(CH−O−PEG−OMe(1KDa)の調製
DMF(6mL)とピリジン(1.2mL)中に、ガラクトサミニル−1−ホスファート−2−NHCO(CH−O−PEG−OMe(1KDa)(58mg、0.045mmoles)を溶解させた。その後、UMP−モルホリダート(60mg、0.15mmoles)を添加し、48時間70℃で、結果としての混合物を攪拌した。反応混合物を通して窒素をバブリングさせることにより、溶媒を除去し、逆相クロマトグラフィにより残渣を精製した(C−18シリカ、10〜80%の間の階段勾配、メタノール/水)。所望の画分を収集し、減圧下で乾燥させて50mg(70%)の白色固体を生成した。TLC(シリカ、プロパノール/HO/NHOH、(30/20/2)、R=0.54)。MS(MALDI):計測値、1485、1529、1618、1706。
実施例4
システイン−PEG(2)の調製
Figure 0004719686
4.1. 化合物1の合成
アルゴン下で無水エタノール(20L)中のL−システイン(93.7mg、0.75mmol)溶液に対し、水酸化カリウム(84.2mg、1.5mmol、粉末として)を添加した。混合物を30分間室温で攪拌し、次に、2時間にわたり複数の分量で分子質量20キロダルトン(Ts:1.0g、0.05mmol)のmPEG−O−トシラートを添加した。混合物を5日間室温で攪拌し、回転蒸発により濃縮した。残渣を水(30mL)で希釈し、室温で2時間攪拌して、いずれかの余剰の20キロダルトンmPEG−O−トシラートを破壊する。その後溶液を酢酸で中和し、pHをpH5.0に調整し、逆相クロマトグラフィ(C−18シリカ)カラム上に装てんした。メタノール/水の勾配でカラムを溶出させ(生成物は約70%のメタノールで溶出する)、生成物溶出を蒸発光散乱により監視し、適切な画分を収集し水(500mL)で希釈した。この溶液をクロマトグラフィ(イオン交換、XK50Q、BIG Beads、300ml、水酸化物形態;水対水/酢酸−0.75Nの勾配)に付し、適切な画分のpHを酢酸で6.0まで低下させた。このとき、この溶液を逆相カラム(C−18シリカ)上で捕捉し、上述の通りのメタノール/水の勾配で溶出させた。生成物の画分をプールし、濃縮し、水中で再溶解させ、凍結乾燥して453mg(44%)の白色固体を得た(1)。化合物の構造データは以下の通りであった;H−NMR(500MHz;DO)δ2.83(t、2H、O−C−C −S)、3.05(q、1H、S−CH−CHN)、3.18(q、1H、(q、1H、S−CH−CHN)、3.38(s、3H、C O)、3.7(t、OC O)、3.95(q、1H、CN)。生成物の純度をSDSPAGEによって確認した。
4.2. 化合物2(システイン−PEG)の合成
溶液が塩基性になるまで無水CHCl(30mL)中に溶解した化合物1の溶液(440mg、22μmol)に対して、トリエチルアミン(約0.5mL)を滴下にて添加した。室温で1時間にわたり、複数の分量で、CHCl(20mL)中の20キロダルトンのmPEG−O−p−ニトロフェニルカルボナート(660mg、33μmol)およびN−ヒドロキシスクシンイミド(3.6mg、30.8μmol)の溶液を添加した。24時間にわたり、室温で反応混合物を攪拌した。その後回転蒸発により溶媒を除去し、水(100mL)中に残渣を溶解させ、1.0NのNaOHで9.5にpHを調整した。塩基性溶液を2時間室温で攪拌し、その後pH7.0まで酢酸で中和した。その後、溶液を逆相クロマトグラフィ(C−18シリカ)カラム上に装てんした。メタノール/水の勾配でカラムを溶出させ(生成物は約70%のメタノールで溶出する)、生成物溶出を蒸発光散乱により監視し、適切な画分を収集し水(500mL)で希釈した。この溶液をクロマトグラフィ(イオン交換、XK50Q、BIG Beads、300ml、水酸化物形態;水対水/酢酸−0.75Nの勾配)に付し、適切な画分のpHを酢酸で6.0まで低下させた。このとき、この溶液を逆相カラム(C−18シリカ)上で捕捉し、上述の通りのメタノール/水の勾配で溶出させた。生成物の画分をプールし、濃縮し、水中で再溶解させ、凍結乾燥して575mg(70%)の白色固体を得た(2)。化合物の構造データは以下の通りであった:H−NMR(500MHz;DO)δ2.83(t、2H、O−C−C −S)、2.95(t、2H、O−C−C −S)、3.12(q、1H、S−CH−CHN)、3.39(s、3H、C O)、3.71(t、OC O)。生成物の純度をSDSPAGEによって確認した。
実施例5
UDP−GalNAc−6−NHCO(CH−O−PEG−OMe(1KDa)の調製
DMF(6mL)とピリジン(1.2mL)中に、ガラクトサミニル−1−ホスファート−2−NHCO(CH−O−PEG−OMe(1キロダルトン)(58mg、0.045mmoles)を溶解させた。その後、UMP−モルホリダート(60mg、0.15mmoles)を添加し、48時間70℃で、結果としての混合物を攪拌した。反応混合物を通して窒素をバブリングさせることにより、溶媒を除去し、逆相クロマトグラフィにより残渣を精製した(C−18シリカ、10〜80%の間の階段勾配、メタノール/水)。所望の画分を収集し、減圧下で乾燥させて50mg(70%)の白色固体を生成した。TLC(シリカ、プロパノール/HO/NHOH、(30/20/2)、R=0.54)。MS(MALDI):計測値、1485、1529、1618、1706。
実施例6
GnT1およびGalT1のワンポット内反応
6.1. ワンポット内反応
150mMのNaCl、5mMのUDP−GlcNAc、5mMのUDP−Gal、5mMのMnCl、0.02%のアジ化ナトリウム、30mU/mLの精製GlcNAcトランスフェラーゼ−1および200mU/mLの精製ガラクトーストランスフェラーゼ−1を含有するpH6.5のMESまたはpH7.5のトリスHCl100mMの中でEPO(1mg/mL)を16時間32℃でインキュベートすることによって、ワンポットGlcNAcトランスフェラーゼ−1およびガラクトーストランスフェラーゼ−1反応を実施した。
6.2 スーパーデックス上でのEPOの精製
5mL/分の流速で150mMのNaClを含有するpH6.5のMES緩衝液100mM中でスーパーデックス75カラムを平衡化した。工程6.1(上述)からのEPO生成物をカラム上に装てんし、平衡化緩衝液で溶出した。溶出液を280nmの吸収度および伝導度について監視した。プールされたどのピーク画分がEPOを含有し、さらなる実験において使用されるかを判定するのにSDS−PAGEを使用した。
6.3 ST3GalGal−III反応
150mMのNaCl、0.5mMのCMP−N−アセチル−ノイラミン酸−20キロダルトン−PEG、0.02%のアジ化ナトリウムおよび200mU/mLの精製済みST3Gal−IIIを含有するpH6.5のMESまたはpH7.5のトリスHCl100mM中で1mg/mLにEPO−Gal(以上の工程6.2からのもの)を16時間32℃でインキュベートすることにより、ST3GalIII反応を実施した。
実施例7
GnT1、GalT1およびST3GalIII(CMP−NAN−20KPEGを使用)ワンポット内反応
pH6.5のMES緩衝液100mM中で糖ヌクレオチドおよびCMP−N−アセチル−ノイラミン酸−20KdPEGを伴う500mU/mLのST3GalIII、200mU/mLのガラクトーストランスフェラーゼ−1および30mU/mLのGlcNAcトランスフェラーゼ−1と共にEPO(1mg/mL)をインキュベートし、SDS−PAGEを用いて分析した。2段階酵素再編成反応中で得られた結果と同様に、1ポット3酵素調製物の中にPEG化されたEPOの3つのバンドが見られる。
実施例8
2分岐PEG−EPOの産生
8.1 rEPOに対するGlcNAcの添加
pH7.2で0.1Mのトリス、0.15MのNaCl、5mMのMnClおよび0.02%のアジ化ナトリウム中のバキュロウイルス(1mg/mL)内で発現された組換え型EPOを、24時間32℃で3mMのUSP−GlcNAc、50mU/mgのGlcNAcトランスフェラーゼ−1および50mU/mgのGlcNAcトランスフェラーゼ−IIと共にインキュベートした。
8.2 ガラクトースの添加
3mMのUDP−Galおよび0.2U/mgのガラクトーストランスフェラーゼ−1を、工程8.1(上述)のGlcNAc標識されたペプチドに添加した。混合物を32℃で36時間インキュベートした。トリス緩衝生理食塩水中のスーパーデックス75カラム上のゲルろ過クロマトグラフィによりガラクトシル化された生成物を単離した。精製された生成物を1mg/mLまで濃縮した。
8.3 シアル酸またはシアル酸PEGの添加
pH7.2の0.1Mのトリス、0.1MのNaCl中の工程8.2(上述)からのガラクトシル化された生成物(1mg/mL)を、200mU/mgのST3GalIIIおよび0.5mMのCMPシアル酸またはCMP−シアル酸−PEG(ここでPEGは5キロダルトン、10キロダルトンまたは20キロダルトンの分子質量をもつ)と共に24時間32℃でインキュベートした。
実施例9
CST−IIによるN連結型30K PEG化
CHO(チャイニーズハムスター卵巣)細胞(5mg、0.166μmol、5ml)中で発現された状態でグリコシル化されたEPOを濃縮し、トリス緩衝液(50mMのトリス、0.15MのNaCl、0.001MのCaCl+0.005%のNaN)で最終体積5mlとなるまで緩衝液を交換した。次に、CMP−シアル酸−PEG(30キロダルトン、25mg、0.833μmol;30KダルトンCMP−シアル酸−PEGの構造については図3Bを参照)、0.25mLの100mMのMnCl0.25mlおよびCampylobacter jejumiからの二官能性シアリルトランスフェラーゼ(1.4U/mL、0.5ml、0.7U)を添加した。結果としての混合物を48時間32℃で揺動させた。
反応の終了時点で、混合物を限外ろ過により1mLの最終体積まで濃縮し、次に25mMのNaOAc+0.005%Tween−80(pH6.0)で2.5mlまで緩衝液交換した。溶離剤として25mMのNaOAc+2MのNaCl+0.005%のTween−80(pH6.0)を用いてQ−セファロースIEXクロマトグラフィを実施した。ピーク2を収集し、限外ろ過により1.5mlまで濃縮し、その後溶離剤として1×PBS(pH5.5+0.005%のTween80)を用いてスーパーデックス−200精製(カラム:スーパーデックス200、16/60GL、アマーシャム(Amersham))に付した。ピーク2を収集し、1.5mlまで濃縮させた。結果としてのこの材料を無菌ろ過し、10mMのNaOAc(0.75%のNaCl、pH5.5)を用いて2.5mLの最終体積になるよう処方した。タンパク質濃度264μg/ml;660μgのタンパク質が得られた(BCA判定)。
実施例10
以下の実施例はST3GalIIIを用いてO連結型40キロダルトンPEG連結型EPOを調製するための方法を例示している。
10.1 脱シアリル化
この工程において、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)内で成長させられたEPOを脱シアリル化した。GlcNAc−Gal連結は、以下の工程10.2における修飾型シアル酸PEGのトランスファのためのアクセプタとして役立つ。
CHO(チャイニーズハムスター卵巣)細胞内で発現された状態でグリコシル化されたEPO溶液10ml(10mg、0.33μmol)をトリス緩衝液(20mMのトリス、50mMのNaCl、5mMのCaCl、0.02%のNaN、pH7.2)で緩衝液交換して、10mlの最終体積を得た。その後、Arthrobacter Ureafaciensからの750mUの2,3,6,8−ノイラミダーゼを溶液に添加した。結果として得た混合物を48時間32℃で揺動した。この工程の生成物を、プロトコルの次の工程で直接使用した(以下参照)。
10.2 O連結型40K PEG化
この工程では、O−シアリルトランスフェラーゼを用いて、上述の工程10.1からの脱シアリル化されたEPOへと修飾型シアル酸−PEG部分を転移する。
上述の混合物の半分に対して、CMPシアル酸−PEG(40キロダルトン、33mg、0.825μmol;40キロダルトンのCMP−SA−PEGの構造については図3Aを参照)、O−シアリルトランスフェラーゼ(1.4U/ml、300mU)および0.25mLの100mMのMnClを添加した。この混合物を48時間32℃で揺動させた。48時間後、反応混合物を限外ろ過(MWCO5K)により2.8mlまで濃縮し、次に最終体積3mlとなるまで25mMのNaOAc+0.001%のTween−80、pH6.0)で緩衝液交換した。SP(5mL)で3回(3回の注入、各1mlずつ)、最終生成物をイオン交換で精製した。PEG化されたEPO(ピーク2)を収集し、SEC精製のため最終体積2mlとなるまで限外ろ過により濃縮した。スーパーデックス200上での精製により、反応の最終工程のための所望のタンパク質すなわちEPO−GlcNAc−Gal−SA−PEG(40K)の分解が得られた。
10.3 CHO−EPO−GalNAc−Gal−SA−PEG(40K)の完全末端シアリル化
プロセスのこの工程においては、修飾型シアル酸残基を担持しないグリコシル構造の末端にシアル酸を添加した。
組合せ型PEG化EPO(上述の工程b内の反応からの約2mg)を、限外ろ過(MWCO5K)により濃縮し、次にトリス緩衝液(0.05Mのトリス、0.15MのNaCl、0.001MのCaCl+0.005%のNaN)で2mLの最終体積になるまで緩衝液交換した。その後、CMP−N−アセチルノイラミン酸(CMP−NANA;1.5mg、2.4μmol)、ST3GalIII(8.9U/mL、10μl、0.089U)および50μlの100mM MnClを添加した。結果としての混合物を24時間32℃で揺動させ、次に1mlの最終体積まで濃縮した。この溶液を、溶離剤として1×PBS(pH5.5+0.005%のTween80)を用いて直接スーパーデックス200精製に付した。ピーク1を収集し、10mlまで希釈した。タンパク質濃度52.8μg/ml(BCA)。合計528μgのタンパク質を得た。最終ペプチド生成物の概略的表示が図4Aに示されている。
実施例11
この実施例においては、ELISA検定を用いて、静脈内投与されたCHO由来のEPO(概略的表示が図5に示されている)およびCHO由来のEPOのGlycoPEG化変異体の薬物動態プロファイルを比較した。
CHO由来のエリスロポエチンの2つのPEG化されていないバッチ、本発明の方法で産生された30KのPEG化されたCHO由来のエリスロポエチン(図4B)、および本発明の方法で産生された40KのPEG化されたCHO由来のエリスロポエチン(図4A)の薬物動態を、ラットの体内への単一の30μg/kgの静脈内用量の後にELISAによって比較した。
11.1 ELISA平板の調製
1ウェルあたり100μLの割合で、96ウェルの平板中にヒトEPOに対する捕捉抗体を送り出した。平板を平板密封テープでカバーし、37℃で2時間インキュベートした。0.2%のTween−20(TBST)を含有するトリス−緩衝生理食塩水で2回洗浄することにより、捕捉抗体を平板から除去した。三回目の洗浄の後、平板に対し3%の牛乳遮断溶液(TBSTプラス3%の牛乳)を添加し、平板を平板密封テープでカバーし一晩4℃でインキュベートした。
午前中に、TBSTで3回洗浄することによって遮断溶液を除去した。ラット血漿試料および標準タンパク質をラット血漿で適宜希釈し、100μL/ウェルの割合でウェル内に送り出した。平板を平板密封テープでカバーし、4℃で一晩インキュベートした。
次の朝、標準タンパク質を用いて、その薬物動態がテストされているEPOタンパク質の各々について標準線形回帰を生成した。標準タンパク質の逆相HPLC分析を完了し、検出されたタンパク質に対応するピーク下の面積を計算することによって濃度を決定した。
11.2 試験試料の調製および添加
各々の試験試料を希釈させ、希釈された試料を100μL/ウェルの割合でELISA平板内に送り出した。その後、平板を平板密封テープでカバーし、4℃で一晩インキュベートした。
11.3 ユーロピウム計数の測定
午前中に、ラット血清試料を除去し、平板をTBSTで3回洗浄した。ユーロピウムで予め標識されゲルろ過カラムを通して精製された検出抗体、マウス抗−EPOを、ELISA平板に適用した。100rpmの攪拌下で1時間、平板を室温にてインキュベートした。
TBSTで6回平板を洗浄することにより、検出抗体を除去した。200μL/ウェルの割合で平板に対し増強溶液を添加し、室温で20分間、平板をインキュベートした。ユーロピウム計数プログラムを用いてウオーレス(Wallac)平板読取り装置で螢光を読取った。
11.4 結果
11.4a 標準線形回帰の生成
標準線形回帰曲線および等式を生成するために、各平板からの標準タンパク質由来のユーロピウム計数を使用した。等式を用いてユーロピウム計数を各試料ウェルについての等価EPO数量に転換した。
11.4b 薬物動態結果
結果は、図6に示されている。検出の限界は非PEG化EPOについて約0.4ng/mL、30キロダルトンと40キロダルトンの両方のPEG化EPOについて約0.8ng/mLである。
30キロダルトンのPEG化されたCHO由来のEPO、および40キロダルトンのPEG化されたCHO由来のEPOは、その非PEG化対応物に対してはるかに優れた静脈内クリアランスパラメータを明らかに示す。図を見ればわかるように、さまざまなEPOイソ型は、40キロダルトンのPEG化されたCHO由来のEPO約30キロダルトンのPEG化されたCHO由来のEPO>>>非PEG化対応物とランク付けされた。
実施例12
この実施例では、ELISA検定を用いて、皮下投与されたCHO由来のエリスロポエチン(EPO)、過グリコシル化非GlycoPEG化EPO、昆虫細胞成長型GlycoPEG化EPOおよびCHO細胞由来のGlycoPEG化EPOの薬物動態プロファイルを、ELISA検定を用いて判定した。
ラットに単一の10μg/kgの皮下用量を与えた後、ELISAにより、非GlycoPEG化CHO由来EPO、非PEG化高グリコシル化CHO由来EPO、GlycoPEG化昆虫細胞由来EPO;10KのN連結型PEG化昆虫細胞由来エリスロポエチン(概略的表示は図7に示されている)および40キロダルトンのO連結型PEG化CHO由来エリスロポエチン(図4A参照)の薬物動態を比較した。
ELISA平板を、実施例10に記述されている通りに調製し遮断した。標準タンパク質も調製し、ユーロピウム計数も上述の通りに判定した。
12.1 ラット試料の調製と添加
皮下(S.C.)注入の後、等価のI.V.(静脈内)注入の場合に見られたものと比較して、循環内のEPOの量は低下した。S.C.注入したEPOタンパク質の血漿濃度を標準的に、注入から30分〜48時間の間で検出した。
12.2 薬物動態結果
これらの実験の結果は図8に示されている。図8は、各EPO変異体グループについての注入時間=0時後の異なる時点におけるラット血清試料中のng/mL単位のEPOの平均量および標準偏差を示す。検出限界は非PEG化EPOおよびPEG化EPOについて約0.3ng/mLである。
昆虫細胞内で成長させられた10KのPEG化EPOおよび40キロダルトンのPEG化CHO−EPOの場合において、吸収は漸進的であるように思われ、これらのEPO変異体の多くがピーク血清レベル(Cmax)をはるかに超えてひきつづき吸収されている状況を生み出している。
昆虫細胞内で成長させられた10KのPEG化EPO変異体は、注入から24〜36時間後の時間範囲でCmaxに達する。一方、40キロダルトンのPEG化CHO−EPO変異体は、注入後40〜60時間でCmaxに達する。さらに、現行の注入済み用量で注入後96時間で、PEG化された変異体がかなりのレベルで存在した。
血清ランク順位t1/2は以下の通りである:
40キロダルトンのPEG化されたCHO−EPO>昆虫細胞内で成長させられた10KのPEG化EPO変異体>過グリコシル化CHO−EPO>>非PEG化CHO−EPO。
実施例13
2つの非PEG化EPO変異体(AおよびB)の相対的活性を、培養中のEPOレセプタ担持TF1細胞の増殖の刺激に関して、2つのGlycoPEG化変異体(30キロダルトンおよび40キロダルトンのPEG)および過グリコシル化PEGに対し比較した。この検定におけるGlycoPEG化EPOペプチドの活性は、過グリコシル化EPO変異体と類似である。
実施例14
さまざまな濃度の未PEG化EPO(AおよびB)とGlycoPEG化30キロダルトンおよび40キロダルトンPEG変異体による組換え型キメラEPOレセプタに対する同位体標識されたEPOの結合の阻害。レセプタ親和性(Ki)は、未PEG化EPOおよびGlycoPEG化変異体について類似している。
本書で記述されている実施例および実施形態は例示のみを目的としていること、そしてそれに照らし合わせたさまざまな修正または変更が当業者に示唆されることになり又、本出願の精神および範囲および添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるべきである。本書で引用されている全ての刊行物、特許および特許出願は、その全体が全ての目的のために本明細書に参照により援用されている。
本発明の実施において有用な一部の修飾型糖ヌクレオチドの例を示す。 本発明の実施において有用なさらなる修飾型糖ヌクレオチドの例を示す。 本発明の実施において有用な修飾型シアル酸ヌクレオチドの例を示す。A;40キロダルトンのCMP−シアル酸−PEGの構造。B;30キロダルトンのCMP−シアル酸−PEGの構造。 チャイニーズハムスター卵巣細胞から単離したGlycoPEG化されたEPOイソ型の例の概略的表示を提示す。A;40キロダルトンのO連結型PEG化グリコフォームの例。B;複数の30キロダルトンのN連結型PEG化グリコフォームの1つ。PEG分子を含む修飾型シアル酸部分は、N連結型グリコシル残基のいずれかの分岐のうちのいずれか1つ以上のものの上で起こり得る。さらに、この図は、任意のグリコシル化EPO分子がモノ−、ジ−、トリ−またはテトラ−分岐N連結型グリコシル残基のあらゆる混合物を含み得、かつ分岐のうちのいずれか1つ以上のものかさらに本発明の修飾型シアル酸部分を含み得るという点で、例示的である。 CHO由来のEPOペプチドをその非GlycoPEG化形態で例示している。図4(上述)の説明文中で論述されているように、この図は、任意のグリコシル化EPO分子がモノ−、ジ−、トリ−またはテトラ−分岐N連結型グリコシル残基の任意の混合物を含みうるという点で例示的である。 2つのCHO由来の非GlycoPEG化EPO形態および2つの異なるCHO由来のGlycoPEG化EPO形態の薬物動態を比較する実験の結果を示す。 本発明に従った昆虫由来のGlycoPEG化EPOペプチドを例示している。 CHO由来の非GlycoPEG化EPO形態、昆虫由来の非GlycoPEG化EPO形態とそれらの対応するGlycoPEG化形態の薬物動態を比較する実験の結果を示す。 2つの形態の非GlycoPEG化EPO(AおよびB)対2つのGlycoPEG化変異体(図4AおよびBの30キロダルトンと40キロダルトン変異体)および過グリコシル化EPO変異体の、培養中のEPOレセプタ担持TF1細胞の増殖の刺激における相対的活性を示す。 さまざまな濃度の2つの非PEG化EPO変異体(AおよびB)と2つのGlycoPEG化変異体(図4AとBの30キロダルトンと40キロダルトンの変異体)による組換え型キメラEPOレセプタに対する同位体標識されたEPOの結合の阻害を示す。

Claims (57)

  1. 以下の部分を含むエリスロポエチンペプチド。
    Figure 0004719686
    (式中、Dは、−OHおよびR−L−HN−から選択されるメンバーであり、
    Gは、R−L−および−C(O)(C−C)アルキルから選択されるメンバーであり、
    は、分岐ポリ(エチレングリコール)残基を含む部分であり、かつ
    Lは、結合、置換または非置換アルキル、および置換または非置換ヘテロアルキルの中から選択されるメンバーであるリンカーであり、
    DがOHであるときGはR1−L−であり、Gが−C(O)(C−C)アルキルであるときDはR−L−NH−であり、
    前記分岐ポリ(エチレングリコール)残基は、以下のメンバーから選択される式で表される:
    Figure 0004719686
    (式中、qは0〜20から選択される整数であり;
    q、q’及びq''は1〜20からそれぞれ独立に選択される整数であり;及び
    e、f及びf’は1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数である。))
  2. −L−が、以下の式で表される、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    (式中、aは0〜20の整数である。)
  3. が、以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項1に記載のペプチド

    Figure 0004719686
    (式中、eおよびfは1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、qは0〜20の整数である。)
  4. が、以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    (式中、e、fおよびf’は、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、qおよびq’は、1〜20からそれぞれ独立に選択される整数である。)
  5. が、以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    (式中、e、fおよびf’は、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、q、q’およびq’’は、1〜20からそれぞれ独立に選択される整数である。)
  6. 前記部分が、以下の式で表される、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
  7. 前記部分が、以下の式で表される、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
  8. 前記部分が、以下の式で表される、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    (式中、AAは前記ペプチドのアミノ酸残基である。)
  9. 前記アミノ酸残基が、セリンまたはトレオニンから選択されるメンバーである、請求項に記載のペプチド。
  10. 配列番号:1のアミノ酸配列を有する、請求項に記載のペプチド。
  11. 前記アミノ酸残基が配列番号:1の126位のセリンである、請求項10に記載のペプチド。
  12. 前記ペプチドが、以下から選択される式に従う少なくとも一つの前記部分を含む、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    (式中、AAは前記ペプチドのアミノ酸残基であり、tは0または1に等しい整数である。)
  13. 前記アミノ酸残基がアスパラギン残基である、請求項12に記載のペプチド。
  14. 前記ペプチドが、配列番号:1に記載のアミノ酸配列を有し、その24位、38位及び83位のアスパラギン残基からなる群より選択される1以上のアスパラギン残基に、前記部分が結合している、請求項13に記載のペプチド。
  15. 前記ペプチドが、以下の式に従う少なくとも一つの前記部分を含む、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    (式中AAは前記ペプチドのアミノ酸残基であり、tは0または1に等しい整数である。)
  16. 前記アミノ酸残基がアスパラギン残基である、請求項15に記載のペプチド。
  17. 前記ペプチドが、配列番号:1に記載のアミノ酸配列を有し、その24位、38位及び83位のアスパラギン残基からなる群より選択される1以上のアスパラギン残基に、前記部分が結合している、請求項16に記載のペプチド。
  18. 前記ペプチドが、以下から選択される式に従う少なくとも一つの前記部分を含む、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    Figure 0004719686
    (式中、AAは前記ペプチドのアミノ酸残基であり、tは0または1に等しい整数である。)
  19. 前記ペプチドが、以下から選択される式に従う少なくとも一つの前記部分を含む、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    Figure 0004719686
    (式中AAは前記ペプチドのアミノ酸残基であり、tは0または1に等しい整数である。)
  20. 前記アミノ酸残基がアスパラギン残基である、請求項19に記載のペプチド。
  21. 前記ペプチドが、配列番号:1に記載のアミノ酸配列を有し、その24位、38位及び83位のアスパラギン残基からなる群より選択される1以上のアスパラギン残基に、前記部分が結合している、請求項20に記載のペプチド。
  22. 生物活性を有するエリスロポエチンペプチドである、請求項1から21のいずれか1項に記載のペプチド。
  23. 赤血球産生活性を有する、請求項22に記載のペプチド。
  24. 基本的に赤血球産生活性を有しない、請求項22に記載のペプチド。
  25. 組織保護作用を有する、請求項22に記載のペプチド。
  26. 前記ポリ(エチレングリコール)残基が、基本的にホモ分散となる分子量を有する、請求項1に記載のペプチド。
  27. 前記ポリ(エチレングリコール)残基が、メトキシポリ(エチレングリコール)を含む、請求項1に記載のペプチド。
  28. 前記部分が、下記式から選択される、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    Figure 0004719686
    Figure 0004719686
    Figure 0004719686
    Figure 0004719686
    Figure 0004719686
    (式中、AAは前記ペプチドのアミノ酸残基を示し、tは0又は1を示す。)
  29. 前記部分が、下記式から選択される、請求項1に記載のペプチド。
    Figure 0004719686
    Figure 0004719686
    Figure 0004719686
    及び
    Figure 0004719686
    (式中、AAは前記ペプチドのアミノ酸残基を示し、tは0又は1を示す。)
  30. ポリ(エチレングリコール)を含む、下記式で表される部分を含むエリスロポエチンペプチド。
    Figure 0004719686
    (式中、nはポリ(エチレングリコール)の分子量が40kDaになるように選択される。)
  31. 前記ペプチドは、配列番号:1に記載のアミノ酸配列を有し、その126位のセリン残基に、前記部分が結合している、請求項30に記載のペプチド。
  32. 請求項1から31のいずれか1項に記載のエリスロポエチンペプチドと、薬学的に許容可能な担体と、を含む医薬組成物。
  33. 以下の部分を含むPEG化エリスロポエチンペプチドの製造方法であって、
    Figure 0004719686
    (式中、Dは、−OHおよびR−L−HN−から選択されるメンバーであり、
    Gは、R−L−および−C(O)(C−C)アルキルから選択されるメンバーであり、
    、分岐ポリ(エチレングリコール)残基を含む部分であり、かつ
    Lは、結合、置換または非置換アルキル、および置換または非置換ヘテロアルキルの中から選択されるメンバーであるリンカーであり、
    DがOHであるときGはR1−L−であり、Gが−C(O)(C−C)アルキルであるときDはR−L−NH−であり、
    (a)N結合型糖を有するエリスロポエチンペプチドと、下記式で示されるPEG−シアル酸を含むPEG−シアル酸ドナー部分と、
    Figure 0004719686
    前記PEG−シアル酸をN結合型糖上に転移するCST−IIと、を該転移反応に適切な条件下で接触させる工程と、を含み、
    前記分岐ポリ(エチレングリコール)残基が、下記式で示されるメンバーから選択される、方法。
    Figure 0004719686
    (式中、q は0〜20から選択される整数であり;
    q、q’及びq''は1〜20からそれぞれ独立に選択される整数であり;及び
    e、f及びf’は1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数である。))
  34. 前記ペプチドが、配列番号:1に記載のアミノ酸配列を有し、その24位、38位及び83位のアスパラギン残基からなる群より選択される1以上のアスパラギン残基に、前記N結合型糖が結合している、請求項33に記載の方法。
  35. 前記N結合型糖が、配列番号:1の24位のアミノ酸残基に結合している、請求項34に記載の方法。
  36. 工程(a)の前に、
    (b)適切な宿主中で前記基質エリスロポエチンペプチドをin vitroで発現させる工程をさらに含む、請求項33に記載の方法。
  37. 前記宿主が哺乳類細胞である、請求項36に記載の方法。
  38. 前記哺乳類細胞が、CHO細胞である、請求項37に記載の方法。
  39. 前記エリスロポエチンペプチドが、CHO細胞中で発現される際にグリコシル化される、請求項38に記載の方法。
  40. 前記ポリ(エチレングリコール)残基が、基本的にホモ分散となる分子量を有する、請求項33に記載の方法。
  41. 以下の部分を含むPEG化エリスロポエチンペプチドの製造方法であって、
    Figure 0004719686
    (式中、Dは、−OHおよびR−L−HN−から選択されるメンバーであり、
    Gは、R−L−および−C(O)(C−C)アルキルから選択されるメンバーであり、
    は、分岐ポリ(エチレングリコール)残基を含む部分であり、かつ
    Lは、結合、置換または非置換アルキル、および置換または非置換ヘテロアルキルの中から選択されるメンバーであるリンカーであり、
    DがOHであるときGはR1−L−であり、Gが−C(O)(C−C)アルキルであるときDはR−L−NH−であり、
    (a)以下の糖部分を含む基質エリスロポエチンペプチドと、
    Figure 0004719686
    下記式で示されるPEG−シアル酸を含むPEG−シアル酸ドナー部分と、
    Figure 0004719686
    前記PEG−シアル酸を前記糖部分のGal上に転移する酵素と、を該転移反応に適切な条件下で接触させる工程を含み、
    前記分岐ポリ(エチレングリコール)残基が、下記式で示されるメンバーから選択される、方法。
    Figure 0004719686
    (式中、qは0〜20から選択される整数であり;
    q、q’及びq''は1〜20からそれぞれ独立に選択される整数であり;及び
    e、f及びf’は1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数である。))
  42. 前記ポリ(エチレングリコール)は、分子量が500〜100,000Daである、請求項41に記載の方法。
  43. 前記ポリ(エチレングリコール)は、分子量が2000〜60,000Daである、請求項41に記載の方法。
  44. 前記ポリ(エチレングリコール)は、分子量が5000〜30,000Daである、請求項41に記載の方法。
  45. 前記ポリ(エチレングリコール)は、分子量が40,000Daである、請求項41に記載の方法。
  46. 前記PEG−シアル酸ドナー部分が、下記式で示され、
    Figure 0004719686
    該部分がポリ(エチレングリコール)を有する、請求項41に記載の方法。
    (式中、nはポリ(エチレングリコール)の分子量が40kDaになるように選択される。)
  47. 前記酵素は、O−シアリルトランスフェラーゼである、請求項41に記載の方法。
  48. 前記酵素は、ST3Gal1である、請求項47に記載の方法。
  49. 前記糖部分は、配列番号:1の126位のアミノ酸に結合している、請求項41から48のいずれか1項に記載の方法。
  50. 工程(a)の後に、
    (b)工程(a)によって得られた構造と、ST3GalIII及びシアル酸ドナーと、を接触させる工程をさらに含む、請求項41から49のいずれか1項に記載の方法。
  51. 工程(a)の前に、
    (b)適切な宿主中で、基質エリスロポエチンペプチドをin vitroで発現させる工程をさらに含む、請求項41から50のいずれか1項に記載の方法。
  52. 前記宿主が哺乳類細胞である、請求項51に記載の方法。
  53. 前記哺乳類細胞がCHO細胞である、請求項52に記載の方法。
  54. 前記ポリ(エチレングリコール)残基が、基本的にホモ分散となる分子量を有する、請求項41に記載の方法。
  55. 請求項1に記載のペプチドの使用であって、哺乳類において赤血球産生を増大させる医薬の製造のための、使用。
  56. 請求項1に記載のペプチドの使用であって、貧血症の治療のための医薬の製造のための使用であり、
    前記貧血症は、加齢による貧血症、未熟児早期貧血、慢性腎不全の付随する貧血、がん化学療法に伴う貧血、抗HIV剤による治療に伴う貧血、鎌状赤血球病に伴う貧血、ベータサラセミアに伴う貧血、嚢胞性線維症に伴う貧血、妊娠に伴う貧血、月経異常に伴う貧血、脊髄損傷に伴う貧血、宇宙飛行に伴う貧血、及び急性失血に伴う貧血からなる群より選択される貧血症である、使用。
  57. 請求項1に記載のペプチドの使用であって、組織傷害の治療のための医薬の製造のための使用であり、
    前記組織傷害は、虚血、外傷、炎症、及び毒性物質との接触による傷害からなる群より選択される傷害である、使用。
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