JP4828121B2 - Targeted therapeutic protein - Google Patents

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Description

(関連出願に対する参照)
本出願は、米国特許第60/384,452号(2002年5月29日出願);同第60/386,019号(2002年6月5日出願);同第60/408,816号(2002年9月6日出願);同第10/272,531号(2002年10月16日出願);および同第60/445,734号(2003年2月6日出願)の利益を主張し、それらのそれぞれの内容は、その全体が本明細書中に参考として援用される。本出願はまた、米国特許第60/287,531号(2001年4月30日出願);同第60/304,609号(2001年7月10日出願);同第60/329,461号(2001年10月15日出願)、同第60/351,276号(2002年1月23日出願);同第10/136,841号(2002年4月30日出願);および同第10/272,483号(2002年10月16日出願)に関し、それらそれぞれの内容は、その全体が本明細書中に参考として援用される。
(Reference to related applications)
No. 60 / 384,452 (filed on May 29, 2002); 60 / 386,019 (filed on June 5, 2002); 60 / 408,816 ( Claims the benefit of No. 10 / 272,531 (filed Oct. 16, 2002); and No. 60 / 445,734 (filed Feb. 6, 2003). Each of which is incorporated herein by reference in its entirety. No. 60 / 287,531 (filed Apr. 30, 2001); 60 / 304,609 (filed Jul. 10, 2001); No. 60 / 329,461 (Filed on October 15, 2001), 60 / 351,276 (filed on January 23, 2002); 10 / 136,841 (filed on April 30, 2002); No./272,483 (filed Oct. 16, 2002), the contents of each of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

本発明は、哺乳動物細胞の標的化亜細胞区画にタンパク質を特異的に送達する手段を提供する。亜細胞区画にタンパク質を標的化する能力は、代謝疾患(例えば、リソソーム蓄積症(特に、リソソーム酵素を欠いているかまたは欠乏する40を超える遺伝的疾患のクラス))の処置において非常に有用である。   The present invention provides a means of specifically delivering a protein to a targeted subcellular compartment of a mammalian cell. The ability to target proteins to subcellular compartments is very useful in the treatment of metabolic diseases, such as lysosomal storage diseases, particularly over 40 genetic disease classes that lack or lack lysosomal enzymes. .

(背景)
細胞区画(例えば、ゴルジ、小胞体およびリソソーム)における酵素欠乏は、広範なヒト疾患を生じる。例えば、リシルヒドロキシラーゼ(これは、通常、小胞体の管腔内の酵素である)は、コラーゲンの適切なプロセッシングに必要とされ;この酵素を欠くことで、エーレルス−ダンロー症候群VI型(重篤な結合組織障害)が生じる。GnT II(通常、ゴルジ中で見出される)は、タンパク質の正常なグリコシル化に必要とされ、GnT IIを欠くことで、脳発達における欠陥を誘導する。40を超えるリソソーム蓄積症(LSD)が、リソソームにおける1つ以上のタンパク質を欠くことによって、直接的にかまたは間接的に引き起こされる。
(background)
Enzyme deficiency in cellular compartments (eg, Golgi, endoplasmic reticulum and lysosomes) results in a wide range of human diseases. For example, lysyl hydroxylase (which is usually an enzyme in the lumen of the endoplasmic reticulum) is required for proper processing of collagen; lack of this enzyme results in Erlers-Dunlo syndrome type VI (severe Connective tissue disorder). GnT II (usually found in the Golgi) is required for normal glycosylation of proteins and lack of GnT II induces defects in brain development. Over 40 lysosomal storage diseases (LSD) are caused either directly or indirectly by the lack of one or more proteins in the lysosome.

哺乳動物のリソソーム酵素は、この酵素がN連結高マンノース型炭水化物でグリコシル化される、細胞質で合成され、そして小胞体(ER)に浸透する。ゴルジにおいて、高マンノース炭水化物は、リソソームタンパク質をリソソームに標的化するマンノース−6−リン酸(M6P)の添加によって、このリソソームタンパク質で修飾される。M6P修飾タンパク質は、2つのM6Pレセプターのいずれかとの相互作用を介して、リソソームに送達される。修飾の最も都合の良い形態は、二つのM6Pが高マンノース炭水化物に添加される場合である。   Mammalian lysosomal enzymes are synthesized in the cytoplasm, where the enzyme is glycosylated with an N-linked high mannose carbohydrate, and penetrate the endoplasmic reticulum (ER). In the Golgi, high mannose carbohydrates are modified with this lysosomal protein by the addition of mannose-6-phosphate (M6P), which targets the lysosomal protein to the lysosome. M6P modified proteins are delivered to lysosomes through interaction with either of the two M6P receptors. The most convenient form of modification is when two M6Ps are added to the high mannose carbohydrate.

リソソーム蓄積症(LSD)のための酵素置換治療は、活発に探求されている。ゴーシェ病における治療を除く治療は、一般的に、LSDタンパク質が取り込まれ、そして、M6P依存様式で種々の細胞型のリソソームに送達されることを必要とする。1つの可能なアプローチは、LSDタンパク質を精製すること、および、このタンパク質がM6Pを炭水化物部分に組み込むようにこれを修飾することを包含する。この修飾物質は、細胞表面上でのM6Pレセプターとの相互作用に起因して、非修飾LSDタンパク質よりもより効率的に細胞によって取り込まれ得る。しかし、亜細胞標的化における使用のためにタンパク質を調製、精製および修飾するために必要とされる時間および費用に起因して、治療剤を細胞区画に標的化するための、新規で、より単純で、より効率的で、かつ、より費用有効な方法についての必要性が、依然としてある。   Enzyme replacement therapy for lysosomal storage diseases (LSD) is being actively explored. Treatments other than those in Gaucher disease generally require that the LSD protein be taken up and delivered to lysosomes of various cell types in an M6P-dependent manner. One possible approach involves purifying the LSD protein and modifying it to incorporate M6P into the carbohydrate moiety. This modifier can be taken up by cells more efficiently than unmodified LSD protein due to interaction with the M6P receptor on the cell surface. However, new and simpler to target therapeutic agents to cellular compartments due to the time and expense required to prepare, purify and modify proteins for use in subcellular targeting There remains a need for more efficient and more cost effective methods.

(発明の要旨)
本発明は、治療物が必要とされる細胞の亜細胞区画に局在化させる標的化タンパク質治療物を提供することよって、代謝疾患の処置を容易にする。本発明は、このタンパク質の翻訳後プロセッシングまたは合成後プロセッシングの必要性を減少させることによって、標的化タンパク質治療物の調製を簡単にする。例えば、本発明の標的化治療剤は、治療ドメインおよび融合タンパク質を正確な亜細胞区画に標的化するドメインを含む融合タンパク質として、合成され得る(本明細書中で使用される場合「融合タンパク質」は、同じポリペプチド中に通常存在しない、少なくとも2つのドメインを有する単一のポリペプチドをいう。従って、天然に存在するタンパク質は、本明細書中で使用される場合「融合タンパク質」ではない)。融合タンパク質としての合成は、例えば、別個の治療物および標的ドメインの化学的架橋に関連する複雑さなしに、治療ドメインを所望の亜細胞区画に、標的化することを可能にする。
(Summary of the Invention)
The present invention facilitates the treatment of metabolic diseases by providing targeted protein therapeutics that localize to subcellular compartments of cells where the therapeutic is needed. The present invention simplifies the preparation of targeted protein therapeutics by reducing the need for post-translational or post-synthesis processing of this protein. For example, the targeted therapeutic agent of the invention can be synthesized as a fusion protein comprising a therapeutic domain and a domain that targets the fusion protein to the correct subcellular compartment ("fusion protein" as used herein). Refers to a single polypeptide having at least two domains that are not normally present in the same polypeptide, so a naturally occurring protein is not a “fusion protein” as used herein) . Synthesis as a fusion protein allows, for example, targeting a therapeutic domain to a desired subcellular compartment without the complexity associated with separate therapeutic and chemical cross-linking of the target domain.

本発明はまた、M6P非依存様式で、治療物をリソソームに標的化することも可能にする。従って、標的化治療物は、哺乳動物細胞中で合成されることを必要としないが、化学的に合成され得、またはグリコシル化パターンにかかわらず、細菌、酵母、原生生物もしくは他の生物中で合成され得、高収率でかつ比較的低コストでの標的化治療剤の生成を容易にする。この標的化治療物は、融合タンパク質として合成され得、さらに生成を簡単にするか、または、独立して合成された治療剤と標的部分を結合することによって、生成され得る。   The present invention also allows targeting therapeutics to lysosomes in an M6P-independent manner. Thus, targeted therapeutics do not need to be synthesized in mammalian cells, but can be synthesized chemically or in bacteria, yeast, protists or other organisms, regardless of glycosylation pattern. Which can be synthesized, facilitating the production of targeted therapeutic agents in high yield and relatively low cost. This targeted therapeutic can be synthesized as a fusion protein and can be further produced by simplifying production or by combining the targeting moiety with an independently synthesized therapeutic agent.

本発明は、高マンノース炭水化物へのM6Pの添加を必要としないで、リソソームが治療物の標的となることを可能にする。このことは、これら2つのM6Pレセプターの1つがまた、高親和性で他のリガンドに結合するという知見に、部分的に基づいている。例えば、カチオン非依存性マンノース−6−リン酸レセプターはまた、このレセプターが高親和性でIGF−IIに結合するので、インスリン様増殖因子2(IGF−II)レセプターとして公知である。この低分子量ポリペプチドは、3つのレセプター(インスリンレセプター、IGF−IレセプターおよびM6P/IGF−IIレセプター)と相互作用する。前者の2つのレセプターとの相互作用を主に介して、その生物学的効果が発揮すると考えられている一方、カチオン非依存性M6Pレセプターとの相互作用は、リソソーム(ここで、IGF−IIが分解される)に輸送されるIGF−IIを優勢に生じると考えられる。   The present invention allows lysosomes to be targeted for therapeutics without the need for addition of M6P to high mannose carbohydrates. This is based in part on the finding that one of these two M6P receptors also binds other ligands with high affinity. For example, the cation-independent mannose-6-phosphate receptor is also known as insulin-like growth factor 2 (IGF-II) receptor because it binds to IGF-II with high affinity. This low molecular weight polypeptide interacts with three receptors (insulin receptor, IGF-I receptor and M6P / IGF-II receptor). The biological effect is thought to be exerted mainly through the interaction with the former two receptors, while the interaction with the cation-independent M6P receptor is caused by lysosomes (where IGF-II is It is thought to produce predominantly IGF-II which is transported to (degraded).

従って、本発明は、哺乳動物リソソームで治療的に活性である標的部分および治療剤を含む、標的化治療物の一つの局面に関する。本明細書中で使用される場合「治療的に活性な」とは、酵素活性が欠乏する細胞、またはその区画に酵素活性を提供する、少なくともポリペプチドまたは他の分子を含む。「治療的に活性な」とはまた、細胞中の生化学的欠乏を改善または補填することが意図される他のポリペプチドまたは他の分子を含むが、主として細胞傷害性または細胞増殖抑制性である分子(例えば、化学療法物)を含まない。   Accordingly, the present invention relates to one aspect of a targeted therapeutic comprising a targeting moiety that is therapeutically active in a mammalian lysosome and a therapeutic agent. As used herein, “therapeutically active” includes at least a polypeptide or other molecule that provides enzymatic activity to a cell that lacks enzymatic activity, or a compartment thereof. “Therapeutically active” also includes other polypeptides or other molecules intended to ameliorate or compensate for biochemical deficiencies in the cell, but are primarily cytotoxic or cytostatic. Does not contain certain molecules (eg chemotherapeutics).

1つの実施形態において、標的性部分は、レセプターが標的細胞の原形質膜に存在する場合、M6P非依存性の様式で、ヒトカチオン非依存性M6Pレセプターの細胞外ドメインに結合するための手段(例えば、分子)である。別の実施形態において、この標的性部分は、ヒトカチオン非依存性M6Pレセプターの細胞外ドメインに結合する、非グルコシル化リソソーム標的性ドメインである。いずれかの実施形態において、標的性部分としては、例えば、IGF−II;レチノイン酸もしくはこの誘導体;ウロキナーゼ型プラスミノゲンアクチベーターレセプターのドメインに少なくとも70%同一なアミノ酸配列を有するタンパク質;このレセプターを認識する抗体の可変ドメイン;またはこれらの改変体が挙げられ得る。いくつかの実施形態において、標的性部分は、pH7.4または約pH7.4で、マイクロモル未満の解離定数(例えば、10−8M未満、10−9M未満、10−10M未満、または10−7Mと10−11Mとの間)、およびpH5.5または約pH5.5で、少なくとも10−6Mの解離定数、ならびにpH7.4または約pH7.4で少なくとも10倍の解離定数でレセプターに結合する。特定の実施形態において、結合するための手段は、pH7.4または約pH7.4でよりも、pH5.5または約pH5.5で、少なくとも10倍弱く(less avidly)(すなわち、少なくとも10倍高い解離定数で)細胞外ドメインに結合する;1つの実施形態において、pH5.5または約pH5.5での解離定数は、少なくとも10−6Mである。さらなる実施形態において、標的化治療物と結合手段との結合は、pH7.4または約pH7.4からpH5.5または約pH5.5へのpH変化によって不安定化される。 In one embodiment, the targeting moiety is a means for binding to the extracellular domain of the human cation-independent M6P receptor in an M6P-independent manner when the receptor is present in the plasma membrane of the target cell ( For example, molecule). In another embodiment, the targeting moiety is a non-glucosylated lysosomal targeting domain that binds to the extracellular domain of the human cation-independent M6P receptor. In any embodiment, the targeting moiety includes, for example, IGF-II; retinoic acid or a derivative thereof; a protein having an amino acid sequence at least 70% identical to the domain of a urokinase-type plasminogen activator receptor; Antibody variable domains; or variants thereof. In some embodiments, the targeting moiety has a dissociation constant of less than micromolar at pH 7.4 or about pH 7.4 (eg, less than 10 −8 M, less than 10 −9 M, less than 10 −10 M, or Between 10 −7 M and 10 −11 M), and at a pH 5.5 or about pH 5.5, a dissociation constant of at least 10 −6 M and a dissociation constant of at least 10 times at pH 7.4 or about pH 7.4 Binds to the receptor. In certain embodiments, the means for binding is at least 10 times less (ie, at least 10 times higher) at pH 5.5 or about pH 5.5 than at pH 7.4 or about pH 7.4. Binds to the extracellular domain (with a dissociation constant); in one embodiment, the dissociation constant at pH 5.5 or about pH 5.5 is at least 10 −6 M. In further embodiments, the binding of the targeted therapeutic to the binding means is destabilized by a pH change from pH 7.4 or about pH 7.4 to pH 5.5 or about pH 5.5.

別の実施形態において、標的性部分は、ヒトカチオン非依存性M6Pレセプターの細胞外ドメインに結合するが、アミノ酸1572がイソロイシンからスレオニンに変化されるレセプターのムテインには結合しないか、または少なくとも10倍弱い親和性(すなわち、少なくとも10倍高い解離定数で)でこのムテインに結合する、リソソーム標的性ドメインである。別の実施形態において、この標的性部分は、本質的にヒトカチオン非依存性M6Pレセプターのリピート10〜15からなるレセプタードメインに結合し得るリソソーム標的性ドメインである;このリソソーム標的性ドメインは、タンパク質が、このリソソーム標的ドメインに結合する他の部分を含まない場合でさえも、リピート10〜15を含むタンパク質に結合し得る。好ましくは、このリソソーム標的性ドメインは、ヒトカチオン非依存性マンノース−6−リン酸レセプターのリピート10〜13から本質的になるレセプタードメインに結合し得る。より好ましくは、このリソソーム標的性ドメインは、ヒトカチオン非依存性M6Pレセプターのリピート11〜12、リピート11またはアミノ酸1508〜1566から本質的になるレセプタードメインに結合し得る。これらの実施形態の各々において、このリソソーム標的性ドメインは、好ましくは、pH7.4または約pH7.4でマイクロモル未満の解離定数で、レセプターまたはレセプタードメインに結合する。1つの好ましい実施形態において、このリソソーム標的性ドメインは、約10−7Mの解離定数で結合する。別の好ましい実施形態において、この解離定数は、10−7M未満である。 In another embodiment, the targeting moiety binds to the extracellular domain of the human cation-independent M6P receptor but does not bind to the receptor mutein in which amino acid 1572 is changed from isoleucine to threonine, or at least 10-fold. A lysosomal targeting domain that binds to this mutein with weak affinity (ie, with a dissociation constant at least 10 times higher). In another embodiment, the targeting moiety is a lysosomal targeting domain that can bind to a receptor domain consisting essentially of repeats 10-15 of the human cation-independent M6P receptor; the lysosomal targeting domain is a protein Can bind to proteins containing repeats 10-15, even if it does not contain other moieties that bind to this lysosomal targeting domain. Preferably, the lysosomal targeting domain is capable of binding to a receptor domain consisting essentially of repeats 10-13 of the human cation-independent mannose-6-phosphate receptor. More preferably, the lysosomal targeting domain can bind to a receptor domain consisting essentially of repeats 11-12, repeat 11 or amino acids 1508-1566 of the human cation-independent M6P receptor. In each of these embodiments, the lysosomal targeting domain preferably binds to the receptor or receptor domain with a dissociation constant of less than micromolar at pH 7.4 or about pH 7.4. In one preferred embodiment, the lysosomal targeting domain binds with a dissociation constant of about 10 −7 M. In another preferred embodiment, the dissociation constant is less than 10 −7 M.

別の実施形態において、標的性部分は、ヒトIGF−IIの十分に重複する結合部分であり、その結果、この結合部分は、ヒトカチオン非依存性M6Pレセプターに結合する。この結合部分は、IGF−IIの少なくとも一部に十分に相同であるアミノ酸配列を含むことによって、またはIGF−IIの少なくとも一部に十分相当する分子構造を含むことによって十分に重複し得、その結果、この結合部分は、カチオン非依存性M6Pレセプターに結合する。この結合部分は、IGF−IIの少なくとも一部(例えば、ヒトIGF−IIのアミノ酸48〜55、またはヒトIGF−IIのアミノ酸8、48、49、50、54および55からなる群から選択される少なくとも3つのアミノ酸)に相当する三次元形状を有する有機分子であり得る。好ましい有機分子は、ヒトIGF−IIのアミノ酸48に相当する部分にて疎水性部分を有し、そして、ヒトIGF−IIのアミノ酸49に相当する部分にて、pH7.4または約pH7.4で、正の荷電を有する。1つの実施形態において、この結合部分は、5以下のアミノ酸によって分離される逆平行のαへリックスを有するポリペプチドを含む、ポリペプチドである。別の実施形態において、この結合部分は、アミノ酸55〜56が変更し、そして/またはアミノ酸1〜4が欠失または変化される、IGF−IまたはIGF−Iのムテインのアミノ酸配列を有するポリペプチドを含む。さらなる実施形態において、この結合部分は、ヒトIGF−IIに少なくとも60%同一なアミノ酸配列を有するポリペプチドを含む;ヒトIGF−IIの54位および55位に対応する位置でのアミノ酸は、好ましくは、pH7.4または約pH7.4で、荷電していないか、または負に荷電される。   In another embodiment, the targeting moiety is a sufficiently overlapping binding moiety of human IGF-II so that the binding moiety binds to a human cation-independent M6P receptor. This binding moiety may sufficiently overlap by including an amino acid sequence that is sufficiently homologous to at least a portion of IGF-II, or by including a molecular structure that corresponds sufficiently to at least a portion of IGF-II, As a result, this binding moiety binds to the cation-independent M6P receptor. This binding moiety is selected from the group consisting of at least a portion of IGF-II (eg, amino acids 48-55 of human IGF-II, or amino acids 8, 48, 49, 50, 54 and 55 of human IGF-II). It can be an organic molecule having a three-dimensional shape corresponding to at least three amino acids. Preferred organic molecules have a hydrophobic moiety at the portion corresponding to amino acid 48 of human IGF-II, and at a portion corresponding to amino acid 49 of human IGF-II at pH 7.4 or about pH 7.4. Have a positive charge. In one embodiment, the binding moiety is a polypeptide comprising a polypeptide having an antiparallel alpha helix separated by 5 or fewer amino acids. In another embodiment, the binding moiety is a polypeptide having the amino acid sequence of an IGF-I or IGF-I mutein in which amino acids 55-56 are altered and / or amino acids 1-4 are deleted or changed. including. In further embodiments, the binding moiety comprises a polypeptide having an amino acid sequence that is at least 60% identical to human IGF-II; amino acids at positions corresponding to positions 54 and 55 of human IGF-II are preferably , PH 7.4 or at about pH 7.4, uncharged or negatively charged.

1つの実施形態において、この標的性部分は、アミノ酸配列のフェニルアラニン−アルギニン−セリンを含むポリペプチドである。別の実施形態において、この標的性部分は、ヒトIGF−IIのアミノ酸48〜55に対して少なくとも75%相同なアミノ酸配列を含むポリペプチドである。別の実施形態において、この標的性部分は、単一のポリペプチドまたは別個のポリペプチド上に、ヒトIGF−IIのアミノ酸8〜28および41〜61を含む。別の実施形態において、この標的性部分は、ヒトIGF−IIのアミノ酸41〜61、ならびにアミノ酸9、19、26および/または27にてヒト配列とは異なる、ヒトIGF−IIのアミノ酸8〜28のムテインを含む。   In one embodiment, the targeting moiety is a polypeptide comprising the amino acid sequence phenylalanine-arginine-serine. In another embodiment, the targeting moiety is a polypeptide comprising an amino acid sequence that is at least 75% homologous to amino acids 48-55 of human IGF-II. In another embodiment, the targeting moiety comprises amino acids 8-28 and 41-61 of human IGF-II on a single polypeptide or a separate polypeptide. In another embodiment, this targeting moiety is amino acids 41-61 of human IGF-II and amino acids 8-28 of human IGF-II that differs from the human sequence at amino acids 9, 19, 26 and / or 27. Including muteins.

いくつかの実施形態において、治療剤と標的性部分との結合は、pH5.5または約pH5.5で不安定である。好ましい実施形態において、この標的性部分と治療剤との結合は、5.5〜7.4の間のpKaを有するタンパク質アクセプター(例えば、イミダゾールまたはヒスチジンのようなこれの誘導体)によって媒介される。好ましくは、治療剤または標的性部分の一方は金属に連結され、そして他方は、pH依存性金属結合部分に連結される。   In some embodiments, the binding between the therapeutic agent and the targeting moiety is unstable at pH 5.5 or about pH 5.5. In preferred embodiments, the binding of the targeting moiety to the therapeutic agent is mediated by a protein acceptor having a pKa between 5.5 and 7.4 (eg, a derivative thereof such as imidazole or histidine). Preferably, one of the therapeutic agent or targeting moiety is linked to a metal and the other is linked to a pH dependent metal binding moiety.

別の局面において、本発明は、治療的ドメインおよび亜細胞標的性ドメインを含む治療的融合タンパク質に関する。この亜細胞標的性ドメインは、細胞の外部表面上のレセプターの細胞外ドメインに結合する。このレセプターの内部移行の際に、亜細胞標的性ドメインは、治療的ドメインの亜細胞区画(例えば、リソソーム、エンドソーム、小胞体(ER)またはゴルジ複合体)への局在化を可能にして、ここで、この治療的ドメインは、治療的に活性である。1つの実施形態において、このレセプターは、構成的エンドサイトーシスを受ける。別の実施形態において、この治療的ドメインは、治療的酵素活性を有する。この酵素活性は、好ましくは、(細胞または細胞の特定の区画における)その欠損がヒト疾患(例えば、リソソーム蓄積症)に関連する活性である。   In another aspect, the present invention relates to a therapeutic fusion protein comprising a therapeutic domain and a subcellular targeting domain. This subcellular targeting domain binds to the extracellular domain of the receptor on the outer surface of the cell. Upon internalization of this receptor, the subcellular targeting domain allows localization of the therapeutic domain to the subcellular compartment (eg, lysosome, endosome, endoplasmic reticulum (ER) or Golgi complex) Here, this therapeutic domain is therapeutically active. In one embodiment, the receptor undergoes constitutive endocytosis. In another embodiment, the therapeutic domain has therapeutic enzyme activity. This enzymatic activity is preferably an activity whose deficiency (in a cell or a specific compartment of a cell) is associated with a human disease (eg lysosomal storage disease).

さらなる局面において、本発明は、治療的タンパク質をコードする核酸およびこれらの核酸を含む細胞(例えば、哺乳細胞、昆虫細胞、酵母細胞、原生生物、または細菌)に関する。本発明はまた、これらの細胞に、タンパク質の発現を可能にする条件を提供することによって(例えば、インビトロ培養との関連で、または、細胞を哺乳動物体内に維持することによって)、このタンパク質を生成する方法を提供する。このタンパク質は、(例えば、インビトロで生成される場合)その後回収され得るか、または(例えば、患者においてインビボで生成される場合)回収工程を介在することなく、使用され得る。従って、本発明はまた、(注入、インサイチュ合成、その他によって)治療的タンパク質を投与することによってか、このタンパク質をコードする核酸を投与することによって(これによって、インビボでのタンパク質合成が可能になる)か、または、このタンパク質をコードする核酸を含む細胞を投与することによって、患者を処置する方法を提供する。1つの実施形態において、この方法は、標的化治療物を合成する工程、ならびに、この標的化治療物を患者に投与する工程を包含し、この標的化治療物は、哺乳動物のリソソーム、およびマンノース−6−リン酸非依存性様式で、ヒトカチオン非依存性マンノース−6−リン酸レセプターを結合する標的性部分において治療的に活性である治療剤を含む。この方法はまた、(例えば、組み換えディスプレイ技術(例えば、ファージディスプレイ、細菌ディスプレイもしくは酵母2ハイブリッド)によってか、または、要求性結合特性についてライブラリーをスクリーニングすることによって)標的性部分を同定する工程を包含する。別の実施形態において、この方法は、ヒトIGF−IIの少なくとも一部に相当する三次元形状を規定する分子モデルを(例えば、コンピューター上に)提供する工程;IGF−IIの少なくとも一部(例えば、アミノ酸48〜55)に相当する三次元形状を有する候補IGF−IIアナログを同定する工程、ならびに、哺乳動物のリソソームで活性であり、この候補IGF−IIアナログに直接的にかまたは間接的に結合される治療剤を生成する工程を包含する。この方法はまた、この候補IGF−IIアナログが、ヒトカチオン非依存性M6Pレセプターに結合するか否かを決定する工程も包含し得る。   In a further aspect, the present invention relates to nucleic acids encoding therapeutic proteins and cells (eg, mammalian cells, insect cells, yeast cells, protists, or bacteria) containing these nucleic acids. The invention also provides these cells with conditions that allow expression of the protein (eg, in the context of in vitro culture or by maintaining the cells in the mammal). Provide a method to generate. The protein can then be recovered (eg when produced in vitro) or used without intervention of a recovery step (eg when produced in vivo in a patient). Thus, the present invention also allows for in vivo protein synthesis by administering a therapeutic protein (by injection, in situ synthesis, etc.) or by administering a nucleic acid encoding this protein. Or a method of treating a patient by administering a cell comprising a nucleic acid encoding the protein. In one embodiment, the method includes synthesizing a targeted therapeutic and administering the targeted therapeutic to a patient, the targeted therapeutic comprising mammalian lysosomes, and mannose. A therapeutic agent that is therapeutically active at the targeting moiety that binds the human cation-independent mannose-6-phosphate receptor in a -6-phosphate independent manner is included. This method also includes the step of identifying the targeting moiety (eg, by recombinant display technology (eg, phage display, bacterial display or yeast two hybrids) or by screening the library for the required binding properties). Include. In another embodiment, the method provides (eg, on a computer) a molecular model that defines a three-dimensional shape corresponding to at least a portion of human IGF-II; at least a portion of IGF-II (eg, Identifying a candidate IGF-II analog having a three-dimensional shape corresponding to amino acids 48-55) and active in mammalian lysosomes, directly or indirectly to this candidate IGF-II analog Producing a therapeutic agent to be bound. The method can also include determining whether the candidate IGF-II analog binds to a human cation-independent M6P receptor.

本発明はまた、リソソームに標的化され、かつ/または血液脳関門を横切り、そして哺乳動物における循環において、延長した半減期を保有する治療的タンパク質を産生する方法を提供する。本方法は、不完全グリコシル化(underglycosylated)治療的タンパク質を産生する工程を包含する。本明細書中で使用される場合、「不完全グリコシル化」とは、タンパク質が哺乳動物細胞(例えば、CHO細胞)において産生される場合、通常存在する1つ以上の炭水化物構造が省略されるか、除去されるか、修飾されるか、またはマスクされて、それにより哺乳動物においてこのタンパク質の半減期を延長する、タンパク質をいう。従って、タンパク質は、循環からのクリアランスを促進する1つ以上の炭水化物構造の非存在によって実際に不完全グリコシル化され得るか、または1つ以上の炭水化物構造を修飾するかまたはマスクすることにより機能的に不完全グリコシル化され得る。例えば、構造は、(i)マンノースレセプターもしくはアシアロ糖タンパク質レセプターによる構造の認識を妨害する1つ以上のさらなる部分(例えば、炭水化物基、リン酸基、アルキル基など)の添加によって、(ii)結合部分(例えば、レクチンまたはマンノースレセプターもしくはアシアロ糖タンパク質レセプターの細胞外部分)との糖タンパク質の共有結合もしくは非共有結合(これらのレセプターへの結合を、インビボで妨害する)によって、あるいは(iii)炭水化物構造の全体または一部分の存在をマスクすることにより血液からのそのクリアランスを低下する、糖タンパク質のポリペプチドまたは炭水化物部分への任意の他の修飾によって、マスクされ得る。   The present invention also provides a method of producing therapeutic proteins that are targeted to lysosomes and / or cross the blood brain barrier and possess a prolonged half-life in circulation in mammals. The method includes producing an underglycosylated therapeutic protein. As used herein, “incomplete glycosylation” refers to the omission of one or more carbohydrate structures normally present when a protein is produced in mammalian cells (eg, CHO cells). Refers to a protein that is removed, modified, or masked, thereby extending the half-life of the protein in a mammal. Thus, proteins can actually be incompletely glycosylated by the absence of one or more carbohydrate structures that promote clearance from the circulation, or are functional by modifying or masking one or more carbohydrate structures. Can be incompletely glycosylated. For example, the structure is (ii) bound by the addition of one or more additional moieties (eg, carbohydrate groups, phosphate groups, alkyl groups, etc.) that interfere with the recognition of the structure by the mannose receptor or asialoglycoprotein receptor. By covalent or non-covalent binding of glycoproteins to moieties (eg, lectins or extracellular portions of mannose receptors or asialoglycoprotein receptors), or (iii) carbohydrates It can be masked by any other modification to the polypeptide or carbohydrate portion of the glycoprotein that reduces its clearance from the blood by masking the presence of all or part of the structure.

1つの実施形態において、治療的タンパク質は、ペプチド標的性部分(例えば、IGF−I、IGF−II、または標的レセプターに結合するために有効なその部分)を含み、この標的性部分は、従来の哺乳動物細胞(例えば、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞)がするようにタンパク質をグリコシル化しない宿主(例えば、細菌または酵母)において産生される。例えば、宿主細胞によって産生されるタンパク質は、末端のマンノース残基、フコース残基および/もしくはN−アセチルグルコサミン残基(これらは、マンノースレセプターに識別される)を欠失してもよく、または完全に非グリコシル化されてもよい。別の実施形態において、哺乳動物細胞または他の宿主において産生され得る治療的タンパク質は、化学的または酵素的に処理され、1つ以上の炭水化物残基(例えば、1つ以上のマンノース残基、フコース残基および/もしくはN−アセチルグルコサミン残基)を除去するか、または1つ以上の炭水化物残基を修飾するかもしくはマスクする。このような修飾またはマスキングは、治療的タンパク質の肝性マンノースレセプターおよび/または肝性アシアロ糖タンパク質レセプターへの結合を低下し得る。別の実施形態において、1つ以上の潜在的グリコシル化部位は、標的化治療的タンパク質をコードする核酸の変異によって除去され、それにより、哺乳動物細胞またはタンパク質をグリコシル化する他の細胞において合成される場合に、タンパク質のグリコシル化を低下し得る。   In one embodiment, the therapeutic protein comprises a peptide targeting moiety (eg, IGF-I, IGF-II, or that moiety effective to bind to a target receptor), wherein the targeting moiety is a conventional Produced in a host (eg, a bacterium or yeast) that does not glycosylate the protein like mammalian cells (eg, Chinese hamster ovary (CHO) cells) do. For example, a protein produced by a host cell may lack a terminal mannose residue, fucose residue and / or N-acetylglucosamine residue (these are identified by the mannose receptor) or may be completely May be non-glycosylated. In another embodiment, a therapeutic protein that can be produced in a mammalian cell or other host is chemically or enzymatically treated to produce one or more carbohydrate residues (eg, one or more mannose residues, fucose). Residues and / or N-acetylglucosamine residues) or one or more carbohydrate residues are modified or masked. Such modification or masking can reduce the binding of therapeutic proteins to the hepatic mannose receptor and / or hepatic asialoglycoprotein receptor. In another embodiment, one or more potential glycosylation sites are removed by mutation of a nucleic acid encoding the targeted therapeutic protein, thereby being synthesized in a mammalian cell or other cell that glycosylates the protein. May reduce protein glycosylation.

(発明の詳細な説明)
本明細書中で使用され、他に特定しない場合、「グリコシル化非依存性リソソーム標的化」および「GILT」とは、マンノース−6−リン酸非依存性であるリソソーム標的化をいう。
(Detailed description of the invention)
As used herein and unless otherwise specified, “glycosylation-independent lysosomal targeting” and “GILT” refer to lysosomal targeting that is mannose-6-phosphate independent.

本明細書中で使用される場合、「GILT構築物」とは、哺乳動物のリソソームにおいて有効な、マンノース−6−リン酸非依存性のリソソーム標的性部分および治療的部分を含む構築物をいう。   As used herein, a “GILT construct” refers to a construct comprising a mannose-6-phosphate independent lysosomal targeting and therapeutic moiety that is effective in mammalian lysosomes.

本明細書中で使用される場合、「GUS」とは、β−グルクロニダーゼ(例示的な治療部分)をいう。   As used herein, “GUS” refers to β-glucuronidase (an exemplary therapeutic moiety).

本明細書中で使用される場合、「GUSΔC18」とは、C末端18アミノ酸を欠失し、潜在的タンパク質分解部位を除去したGUSをいう。   As used herein, “GUSΔC18” refers to GUS with the C-terminal 18 amino acids deleted and potential proteolytic sites removed.

本明細書中で使用される場合、「GUS−GILT」とは、IGF−II標的性部分に連結されたGUSを有するGILT構築物をいう。   As used herein, “GUS-GILT” refers to a GILT construct having a GUS linked to an IGF-II targeting moiety.

IGF−II中のアミノ酸位置への全ての参照とは、成体ヒトIGF−IIにおける位置をいう。従って、例えば、1位、2位および3位は、各々、アラニン、チロシンおよびアルギニンによって占められる。   All references to amino acid positions in IGF-II refer to positions in adult human IGF-II. Thus, for example, positions 1, 2 and 3 are occupied by alanine, tyrosine and arginine, respectively.

本明細書中で使用される場合、GILTΔ1−7とは、N末端の7アミノ酸を欠失したIGF−II標的性部分をいう。   As used herein, GILTΔ1-7 refers to an IGF-II targeting moiety lacking the N-terminal 7 amino acids.

本明細書中で使用される場合、GUSΔC18−GILTΔ1−7とは、GUSΔC18がGILTΔ1−7のN末端に融合した融合タンパク質をいう。   As used herein, GUSΔC18-GILTΔ1-7 refers to a fusion protein in which GUSΔC18 is fused to the N-terminus of GILTΔ1-7.

本発明は、細胞の外に提供される場合に、この細胞に侵入して、標的化治療物が活性である亜細胞区画に局在する標的化治療物を提供することによって、代謝性疾患の処置を容易にする。この標的化治療物は、少なくとも治療剤および標的性部分(例えば、タンパク質の亜細胞標的性ドメイン)、または、リソソーム標的化のために、ヒトカチオン非依存性マンノース−6−リン酸レセプターに結合するための手段(例えば、タンパク質、ペプチド、ペプチドアナログまたは有機化学物質)を含む。   The present invention provides a targeted therapeutic that, when provided outside of a cell, penetrates into the cell and localizes to the subcellular compartment in which the targeted therapeutic is active. Facilitates treatment. This targeted therapeutic binds to at least a therapeutic agent and a targeting moiety (eg, a subcellular targeting domain of a protein) or human cation-independent mannose-6-phosphate receptor for lysosomal targeting. Means (eg, proteins, peptides, peptide analogs or organic chemicals).

(治療剤と標的性部分との間の結合)
治療剤および標的性部分は、直接的または間接的に必ず結合される。1つの実施形態において、治療剤および標的性部分は、非共有結合される。この結合は、好ましくは、pH7.4または約pH7.4で安定である。例えば、標的性部分は、ビオチン化され得、そして、治療剤と結合したアビジンに結合する。あるいは、この標的性部分および治療剤は、各々、多量体タンパク質の異なるサブユニットに(例えば、融合タンパク質として)結合され得る。別の実施形態において、この標的性部分および治療剤は、(例えば、化学的架橋剤を使用して)互いに架橋される。
(Binding between therapeutic agent and targeting moiety)
The therapeutic agent and targeting moiety are necessarily bound directly or indirectly. In one embodiment, the therapeutic agent and targeting moiety are non-covalently linked. This binding is preferably stable at pH 7.4 or about pH 7.4. For example, the targeting moiety can be biotinylated and bind to avidin conjugated to a therapeutic agent. Alternatively, the targeting moiety and therapeutic agent can each be bound to different subunits of the multimeric protein (eg, as a fusion protein). In another embodiment, the targeting moiety and therapeutic agent are crosslinked to each other (eg, using a chemical crosslinking agent).

好ましい実施形態において、この治療剤は、融合タンパク質として、標的性部分に融合される。この標的性部分は、この融合タンパク質のアミノ末端、カルボキシ末端であり得るか、またはこの標的性部分の存在が、治療剤の治療活性を過度に干渉しない位置にて、治療剤の配列内に挿入され得る。   In preferred embodiments, the therapeutic agent is fused to the targeting moiety as a fusion protein. The targeting moiety can be the amino terminus, carboxy terminus of the fusion protein, or inserted within the sequence of the therapeutic agent at a position where the presence of the targeting moiety does not unduly interfere with the therapeutic activity of the therapeutic agent. Can be done.

治療剤がヘテロマータンパク質である場合、サブユニットの1つ以上は、標的性部分に結合され得る。ヘキソサミニダーゼA(例えば、テイ−サックス病において作用されるリソソームタンパク質)は、αサブユニットおよびβサブユニットを含む。このαサブユニット、βサブユニット、またはこれらの両方は、本発明に従って、標的性部分に結合され得る。例えば、このαサブユニットが標的性部分に結合され、そして、βサブユニットと同時発現される場合、活性複合体は、適切に形成され、そして(例えば、リソソームに)標的化される。   When the therapeutic agent is a heteromeric protein, one or more of the subunits can be bound to a targeting moiety. Hexosaminidase A (eg, a lysosomal protein that acts in Tay-Sachs disease) contains an α subunit and a β subunit. The α subunit, β subunit, or both can be bound to a targeting moiety in accordance with the present invention. For example, if the α subunit is bound to a targeting moiety and is co-expressed with the β subunit, the active complex is appropriately formed and targeted (eg, to lysosomes).

治療物のリソソームへの標的化のために、治療剤は、pHを、pH7.4またはpH約7.4〜約5.5または約5.5に下げることにより崩壊される相互作用を介して、標的性部分に結合され得る。この標的性部分は、細胞の外部のレセプターに結合する;この選択されたレセプターは、エンドサイトーシスを受けそして、後期エンドソーム(これは、約5.5のpHを有する)を通るレセプターである。従って、後期エンドソームにおいて、治療剤は、標的性部分から解離して、そして、リソソームに向かい、ここで、治療剤が作用する。例えば、標的性部分は、金属イオン(例えば、ニッケル)に強固に結合するキレート剤(例えば、EDTA、EGTAまたはトリニトリロトリ酢酸)を取り込むように、化学的に改変され得る。この標的性部分(例えば、GUS)は、融合タンパク質として、6つのヒスチジンタグと共に(例えば、アミノ末端か、カルボキシ末端か、または、表面に接近可能な可撓性のあるループにおいて)発現され得る。pH7.4または約pH7.4で、この6つのヒスチジンタグは、実質的に脱プロトン化されて、金属イオン(例えば、ニッケル)に、高親和性で結合する。pH5.5または約pH5.5で、この6つのヒスチジンタグは、実質的にプロトン化されて、ニッケルの放出を導き、結果的に、標的性部分から治療剤を放出する。   For the targeting of therapeutics to lysosomes, the therapeutic agent is via an interaction that is disrupted by lowering the pH to pH 7.4 or pH about 7.4 to about 5.5 or about 5.5. Can be bound to a targeting moiety. This targeting moiety binds to a receptor external to the cell; the selected receptor is the receptor that undergoes endocytosis and passes through the late endosome, which has a pH of about 5.5. Thus, in late endosomes, the therapeutic agent dissociates from the targeting moiety and heads to the lysosome, where the therapeutic agent acts. For example, the targeting moiety can be chemically modified to incorporate a chelating agent (eg, EDTA, EGTA, or trinitrilotriacetic acid) that binds tightly to a metal ion (eg, nickel). This targeting moiety (eg, GUS) can be expressed as a fusion protein with six histidine tags (eg, at the amino terminus, the carboxy terminus, or in a flexible loop accessible to the surface). At pH 7.4 or about pH 7.4, the six histidine tags are substantially deprotonated and bind with high affinity to metal ions (eg, nickel). At pH 5.5 or about pH 5.5, the six histidine tags are substantially protonated leading to the release of nickel and consequently releasing the therapeutic agent from the targeting moiety.

(治療剤)
本発明の方法および組成物は、任意の治療剤を生成して、亜細胞区画に送達するために有用であるが、本発明は、代謝疾患を処置するための遺伝子産物を送達するために、特に有用である。
(Therapeutic agent)
While the methods and compositions of the present invention are useful for generating and delivering any therapeutic agent to the subcellular compartment, the present invention provides for the delivery of gene products for treating metabolic diseases. It is particularly useful.

好ましいLSD遺伝子は、表1に示され、そして、ゴルジ欠損または小胞体欠損に関連する、好ましい遺伝子は表2に示される。好ましい実施形態において、野生型LSD遺伝子産物は、同じLSD遺伝子の欠損に罹患する患者に送達される。代替の実施形態において、LSD遺伝子の機能配列または種改変体が使用される。さらなる実施形態において、LSD遺伝子欠損をレスキューし得る、異なる酵素をコードする遺伝子が、本発明の方法に従って使用される。   Preferred LSD genes are shown in Table 1, and preferred genes associated with Golgi or endoplasmic reticulum defects are shown in Table 2. In a preferred embodiment, the wild type LSD gene product is delivered to a patient suffering from the same LSD gene deficiency. In an alternative embodiment, a functional sequence or species variant of the LSD gene is used. In a further embodiment, genes encoding different enzymes that can rescue LSD gene defects are used according to the methods of the invention.

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1つの特に好ましい治療剤は、ゴーシェ病のための効果的な酵素置換治療剤としてGenzymeによって現在製造される、グルコセレブロシダーゼである。現在、その酵素は、曝露されたマンノース残基(これは、マクロファージ系列の細胞に、タンパク質を特異的に標的化する)によって調製される。1型ゴーシェ病患者の主な病理学は、グルコセレブロシドを蓄積するマクロファージに起因するが、他の細胞型に対してグルコセレブロシダーゼを送達することには治療効果が存在し得る。本発明を使用するリソソームへのグルコセレブロシダーゼの標的化は、複数の細胞型に対して薬剤を標的化し、そして他の調製物と比較して治療効果を有し得る。
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One particularly preferred therapeutic agent is glucocerebrosidase, currently manufactured by Genzyme as an effective enzyme replacement therapeutic for Gaucher disease. Currently, the enzyme is prepared by exposed mannose residues, which specifically target proteins to cells of the macrophage lineage. The main pathology of patients with type 1 Gaucher disease is due to macrophages that accumulate glucocerebrosides, but there may be a therapeutic effect in delivering glucocerebrosidase to other cell types. Targeting glucocerebrosidase to lysosomes using the present invention targets drugs to multiple cell types and may have a therapeutic effect compared to other preparations.

別の好ましい治療剤は、ポーンプ病において欠乏するリソソームの酵素である、酸α−グルコシダーゼ(GAA)である(実施例13Bの考察を参照のこと)。ポーンプ病は、酸マルタ―ゼ欠損(AMD)、II型グリコーゲン貯蔵疾患(GSDII)、II型糖原病、またはGAA欠乏症としても公知であり、GAAの不十分な活性に起因する、リソソーム貯蔵疾患である。GAAは、マルトースおよび他の直鎖状オリゴ糖(グリコーゲンの外枝(outer branch)を含む)におけるα1〜α4連結を加水分解し、それにより、リソソームにおいて過剰なグリコーゲンを壊す酵素である(Hirschhornら(2001)The Metabolic and Molecular Basis of Inherited Disease,Scriverら編(2001)McGraw−Hill:New York,p.3389−3420)。酵素活性の減殺は、GAAをコードする遺伝子における種々のミスセンス変異またはナンセンス変異によって生じる。その結果、ポーンプ病の患者の全ての細胞のリソソームにおいて、グリコーゲンが蓄積する。特に、グリコーゲン蓄積は、心筋および骨格筋、肝臓、および他の組織のリソソームにおいて、最も顕著である。蓄積されたグリコーゲンは、最終的に筋肉機能を損なう。ポーンプ病の最も重篤な形態において、2歳になる前に、心臓呼吸不全によって死に至る。   Another preferred therapeutic agent is acid α-glucosidase (GAA), a lysosomal enzyme that is deficient in Pomp disease (see discussion in Example 13B). Pomp disease, also known as acid maltase deficiency (AMD), type II glycogen storage disease (GSDII), type II glycogen storage disease, or GAA deficiency, is a lysosomal storage disease caused by insufficient activity of GAA It is. GAA is an enzyme that hydrolyzes α1-α4 linkages in maltose and other linear oligosaccharides (including the outer branch of glycogen), thereby destroying excess glycogen in the lysosome (Hirschhorn et al. (2001) The Metabolic and Molecular Basis of Inherited Disease, Scriver et al. (2001) McGraw-Hill: New York, p. 3389-3420). The loss of enzyme activity is caused by various missense or nonsense mutations in the gene encoding GAA. As a result, glycogen accumulates in the lysosomes of all cells of patients with Pomp disease. In particular, glycogen accumulation is most prominent in lysosomes of myocardium and skeletal muscle, liver, and other tissues. Accumulated glycogen ultimately impairs muscle function. In the most severe form of Pomp disease, death by cardiac respiratory failure occurs before the age of two.

目下、ポーンプ病を治癒させるかまたはその進行を遅延させることが可能な、認可された処置は存在しない。現在、臨床試験中の酵素置換治療は、筋肉組織および肝臓組織において、投与された組換えGAAが細胞によって取り込まれ、これらの細胞内でリソソームに移動されることを必要とする。しかし、現在酵素置換治療に使用されている、操作CHO細胞内およびトランスジェニックウサギの乳において産生される組換えGAAは、非常に僅かなM6Pを含む(Van Hoveら(1996)Proc Natl Acad Sci U S A,93(1):65−70;および米国特許第6,537,785号)。従って、組換えGAAのリソソームへのM6P依存性送達は、効率的でなく、高用量かつ頻繁な注入を必要とする。対照的に、本発明は、実施例13Bにより詳しく記載するように、リソソームに対するGAAの患者のM6P非依存性標的化を可能にする。   Currently, there are no approved treatments that can cure or delay the progression of Pomp. Currently, enzyme replacement therapy in clinical trials requires that administered recombinant GAA is taken up by cells and transferred to lysosomes in these cells in muscle and liver tissues. However, recombinant GAA produced in engineered CHO cells and in the milk of transgenic rabbits currently used for enzyme replacement therapy contains very little M6P (Van Hove et al. (1996) Proc Natl Acad Sci U S A, 93 (1): 65-70; and US Pat. No. 6,537,785). Thus, M6P-dependent delivery of recombinant GAA to lysosomes is not efficient and requires high doses and frequent injections. In contrast, the present invention allows M6P-independent targeting of GAA patients to lysosomes as described in more detail in Example 13B.

(亜細胞標的化ドメイン)
本発明は、タンパク質、またはこのタンパク質の細胞レセプターに特異的に結合するタンパク質のアナログを使用して、リソソームに対する治療剤の標的化を可能にする。細胞表面の外部は、エンドソーム、リソソーム、ゴルジ、および小胞体区画と位相幾何学的に同等である。従って、適切なレセプターとの相互作用を介する分子のエンドサイトーシスは、膜を横切ることなくこれらの区画のいずれかへの分子の輸送を可能にする。遺伝欠損は、これらの区画のいずれかにおける特定の酵素活性の欠失を生じ、治療的タンパク質の送達は、適切なレセプターに対するリガンドとのこのタンパク質のタグ化によって達成され得る。
(Subcellular targeting domain)
The present invention allows the targeting of therapeutic agents to lysosomes using a protein, or an analog of a protein that specifically binds to the cellular receptor of this protein. The exterior of the cell surface is topologically equivalent to the endosome, lysosome, Golgi, and endoplasmic reticulum compartment. Thus, endocytosis of the molecule through interaction with the appropriate receptor allows the transport of the molecule to any of these compartments without traversing the membrane. Genetic defects result in a loss of specific enzyme activity in any of these compartments, and delivery of therapeutic proteins can be achieved by tagging this protein with a ligand for the appropriate receptor.

原形質膜からゴルジおよび/または小胞体に、レセプター結合タンパク質を指向させる複数の経路が特徴付けられている。従って、例えば、SV40、コレラ毒素、または植物性リシン毒素(これらの各々は、これらの亜細胞輸送経路の1つ以上を選出する)由来の標的性部分を使用することによって、治療物は、細胞内の所望の位置に標的化され得る。各々の場合において、取りこみは、細胞の外側への物質の結合によって開始される。例えば、SV40は、MHCクラスIレセプターに結合し、コレラ毒素は、GM1ガングリオシド分子に結合し、そしてリシンは、細胞の表面上の、末端ガラクトースを有する糖脂質および糖タンパク質に結合する。この初期の工程に続いて、分子は種々の経路によってERに達する。例えば、SV40は、小胞エンドサイトーシスを起こし、そしてゴルジをバイパスする2段階のプロセスにおいてERに達するのに対し、コレラ毒素は、小胞エンドサイトーシスを起こすが、ERに達する前にゴルジを横切る。   Multiple pathways have been characterized that direct receptor binding proteins from the plasma membrane to the Golgi and / or endoplasmic reticulum. Thus, for example, by using a targeting moiety derived from SV40, cholera toxin, or plant ricin toxin, each of which selects one or more of these subcellular transport pathways, Can be targeted to a desired location within. In each case, uptake is initiated by the binding of the substance to the outside of the cell. For example, SV40 binds to MHC class I receptors, cholera toxin binds to GM1 ganglioside molecules, and ricin binds to glycolipids and glycoproteins with terminal galactose on the surface of the cell. Following this initial step, the molecule reaches the ER by various pathways. For example, SV40 causes vesicle endocytosis and reaches the ER in a two-step process that bypasses the Golgi, whereas cholera toxin causes vesicle endocytosis but before the ER is reached Cross.

コレラ毒素またはリシンに関連する標的性部分が使用される場合、コレラ毒素またはリシンの毒性が回避されることが重要である。コレラ毒素およびリシンの両方は、ヘテロマーのタンパク質であり、そしてその細胞表面結合ドメインおよび毒性を担う触媒活性は、別々のポリペプチド上に存在する。従って、レセプター結合ポリペプチドを含むが、毒性の原因であるポリペプチドは含まない、標的性部分が構築され得る。例えば、リシンの場合において、Bサブユニットは、タンパク質の内在化の原因であるガラクトース結合活性を有し、治療タンパク質と融合し得る。Aサブユニットのさらなる存在が亜細胞局在を改善する場合、適切に折りたたまれるが触媒的に不活性であるA鎖の変異バージョン(ムテイン)は、Bサブユニット−治療剤融合タンパク質と共に提供され得る。   When targeting moieties associated with cholera toxin or ricin are used, it is important that the toxicity of cholera toxin or ricin is avoided. Both cholera toxin and ricin are heteromeric proteins, and their cell surface binding domain and catalytic activity responsible for toxicity reside on separate polypeptides. Thus, targeting moieties can be constructed that include a receptor binding polypeptide, but no polypeptide responsible for toxicity. For example, in the case of ricin, the B subunit has galactose binding activity responsible for protein internalization and can be fused to a therapeutic protein. If further presence of the A subunit improves subcellular localization, a mutated version of the A chain that is properly folded but catalytically inactive (mutein) can be provided with the B subunit-therapeutic agent fusion protein. .

ゴルジに送達されたタンパク質は、ゴルジに逃げているER標的化タンパク質を回収するKDELレセプターを介して小胞体(ER)に移送され得る。従って、治療的タンパク質をゴルジに配向する標的化ドメインの末端にKDELモチーフを含ませることは、ERへの引き続く局在化を可能にする。例えば、pH7.4または約pH7.4、およびpH5.5または約pH5.5の両方で、カチオン非依存性M6Pレセプターに結合する標的性部分(例えば、抗体、またはファージディスプレイ、酵母ツーハイブリッド、チップベース(chip−based)アッセイおよび溶液ベースアッセイのようなハイスループットスクリーニングによって同定されたペプチド)は、ゴルジに対する治療剤の標的化を可能にし;さらにKDELモチーフの付加が、ERに対する標的化を可能にする。   The protein delivered to the Golgi can be transported to the endoplasmic reticulum (ER) via the KDEL receptor, which recovers the ER targeted protein escaping to the Golgi. Thus, including a KDEL motif at the end of the targeting domain that orients the therapeutic protein to the Golgi allows for subsequent localization to the ER. For example, targeting moieties that bind to the cation-independent M6P receptor at both pH 7.4 or about pH 7.4, and pH 5.5 or about pH 5.5 (eg, antibodies, or phage display, yeast two hybrids, chips Peptides identified by high-throughput screening, such as chip-based and solution-based assays) enable the targeting of therapeutic agents to the Golgi; and the addition of the KDEL motif allows targeting to the ER To do.

(リソソーム標的化部分)
本発明は、リソソームに対する治療剤の標的化を可能にする。標的化は、例えば、後にリソソームを通過する原形質膜レセプターの結合を介して起こり得る。あるいは、標的化は、後に後期(late)エンドソームを通過する原形質レセプターの結合を介して起こり得;ついで、治療剤は、後期エンドソームからリソソームへ移動し得る。好ましいリソソーム標的性機構は、カチオン非依存性M6Pレセプターへの結合を含む。
(Lysosome targeting moiety)
The present invention allows targeting of therapeutic agents to lysosomes. Targeting can occur, for example, through binding of plasma membrane receptors that later pass through lysosomes. Alternatively, targeting can occur through the binding of protoplasmic receptors that later pass through late endosomes; then the therapeutic agent can migrate from late endosomes to lysosomes. A preferred lysosomal targeting mechanism involves binding to the cation-independent M6P receptor.

(カチオン非依存性M6Pレセプター)
カチオン非依存性M6Pレセプターは、哺乳動物組織中で遍在的に発現される275kDaの単鎖膜貫通糖タンパク質である。それは、M6Pに結合する2つの哺乳動物レセプターのうちの1つであり;2番目は、カチオン依存性M6Pレセプターと呼ばれる。このカチオン依存性M6Pレセプターは、M6P結合のために二価のカチオンを必要とするが;カチオン非依存性M6Pレセプターは、必要としない。これらのレセプターは、リソソーム酵素上の高マンノース炭水化物におけるM6P部分の認識によって、リソソーム酵素の輸送に重要な役割を果たす。カチオン非依存性M6Pレセプターの細胞外ドメインは、レセプター上の別個の位置に様々な群のリガンドに結合する15個の相同ドメイン(「リピート」)を含む。
(Cation-independent M6P receptor)
The cation-independent M6P receptor is a 275 kDa single chain transmembrane glycoprotein that is ubiquitously expressed in mammalian tissues. It is one of two mammalian receptors that bind to M6P; the second is called the cation-dependent M6P receptor. This cation-dependent M6P receptor requires a divalent cation for M6P binding; a cation-independent M6P receptor is not required. These receptors play an important role in lysosomal enzyme transport by recognition of the M6P moiety in high mannose carbohydrates on lysosomal enzymes. The extracellular domain of the cation-independent M6P receptor contains 15 homologous domains (“repeats”) that bind various groups of ligands at distinct locations on the receptor.

カチオン非依存性M6Pレセプターは、M6Pのための2つの結合部位を含む:1つはリピート1〜3に位置し、そして他方は、リピート7〜9に位置する。このレセプターは、おそらくレセプターオリゴマー化に起因して、nM範囲の解離定数を有する二価のM6Pリガンドに結合したまま、μM範囲の解離定数を有する一価のM6Pリガンドに結合する。レセプターによるIGF−IIの取りこみは、レセプターに対する、リソソーム酵素のような多価のM6Pリガンドの随伴性の結合によって増強される。   The cation-independent M6P receptor contains two binding sites for M6P: one is located in repeats 1-3 and the other is located in repeats 7-9. This receptor binds to a monovalent M6P ligand with a dissociation constant in the μM range, while remaining bound to a divalent M6P ligand with a dissociation constant in the nM range, probably due to receptor oligomerization. The uptake of IGF-II by the receptor is enhanced by the concomitant binding of multivalent M6P ligands such as lysosomal enzymes to the receptor.

カチオン非依存性M6Pレセプターはまた、少なくとも3つの別々のリガンドについての結合部位を含み、これは、標的性部分として使用され得る。カチオン非依存性M6Pレセプターは、主に、リピート11との相互作用を介して、pH7.4または約pH7.4で、約14nMの解離定数でIGF−IIに結合する。リソソームへのIGF−IIの標的化におけるその機能と一致して、解離定数は、pH5.5または約pH5.5で約100倍に増加し、酸性後期エンドソームにおいてIGF−IIの解離を促進する。このレセプターは、高分子量のO−グリコシル化IGF−II形態と結合し得る。   The cation-independent M6P receptor also contains binding sites for at least three separate ligands, which can be used as targeting moieties. The cation-independent M6P receptor binds to IGF-II primarily through interaction with repeat 11 at pH 7.4 or about pH 7.4 with a dissociation constant of about 14 nM. Consistent with its function in targeting IGF-II to lysosomes, the dissociation constant increases about 100-fold at pH 5.5 or about pH 5.5, promoting dissociation of IGF-II in acidic late endosomes. This receptor can bind to the high molecular weight O-glycosylated IGF-II form.

カチオン非依存性M6Pレセプターのためにさらに有用なリガンドは、レチノイン酸である。レチノイン酸は、2.5nMの解離定数でレセプターに結合する。カチオン非依存性M6Pレセプターの、レチノイン酸との親和性光標識は、レセプターへのIGF−IIの結合もM6Pの結合も妨害せず、レチノイン酸が、レセプター上の別々の部位に結合することを示す。レチノイン酸のレセプターへの結合は、細胞質小胞中のレセプターのより大きい蓄積を有するレセプターの細胞内分布を変更し、また、M6P修飾β−グルクロニダーゼの取りこみを増強する。レチノイン酸は、カチオン非依存性M6Pレセプターに結合するその能力を妨害することなく、治療剤に結合するために使用され得る光活性化可能部分を有する。   A further useful ligand for the cation-independent M6P receptor is retinoic acid. Retinoic acid binds to the receptor with a dissociation constant of 2.5 nM. Affinity photolabeling of the cation-independent M6P receptor with retinoic acid does not interfere with IGF-II or M6P binding to the receptor, indicating that retinoic acid binds to separate sites on the receptor. Show. Retinoic acid binding to the receptor alters the subcellular distribution of receptors with greater accumulation of the receptor in cytoplasmic vesicles and also enhances the uptake of M6P-modified β-glucuronidase. Retinoic acid has a photoactivatable moiety that can be used to bind to a therapeutic agent without interfering with its ability to bind to the cation-independent M6P receptor.

このカチオン非依存性M6Pレセプターはまた、9μMの解離定数でウロキナーゼ型プラスミノーゲンレセプター(uPAR)に結合する。uPARは、ほとんどの細胞型の表面上のGPI−アンカーレセプターであり、ここで接着分子として、ならびにプラスミノーゲンおよびTGF−βのタンパク分解性活性化において機能する。uPARのCI−M6Pレセプターへの結合は、uPARレセプターをリソソームに標的化し、それによって、その活性を改変する。従って、カチオン非依存性M6Pレセプターに結合し得るuPARの細胞外ドメインまたはその一部の治療剤への融合は、リソソームに対する薬剤の標的化を可能にする。   This cation-independent M6P receptor also binds to the urokinase-type plasminogen receptor (uPAR) with a dissociation constant of 9 μM. uPAR is a GPI-anchor receptor on the surface of most cell types, where it functions as an adhesion molecule and in the proteolytic activation of plasminogen and TGF-β. Binding of uPAR to the CI-M6P receptor targets the uPAR receptor to the lysosome, thereby altering its activity. Thus, the fusion of uPAR's extracellular domain, or a portion thereof, capable of binding to the cation-independent M6P receptor to a therapeutic agent allows targeting of the drug to lysosomes.

(IGF−II)
好ましい実施形態において、リソソーム標的性部分は、タンパク質、ペプチド、またはマンノース−6−ホスフェート−非依存性様式で、カチオン非依存性M6P/IGF−IIレセプターに結合する他の部分である。有利なことに、この実施形態は、LSDタンパク質の取りこみについての通常の生物学的機構を模倣するが、マンノース−6−ホスフェートに依存しない様式でこれを行なう。
(IGF-II)
In preferred embodiments, the lysosomal targeting moiety is a protein, peptide, or other moiety that binds to a cation-independent M6P / IGF-II receptor in a mannose-6-phosphate-independent manner. Advantageously, this embodiment mimics the normal biological mechanism for LSD protein uptake but does this in a manner that is independent of mannose-6-phosphate.

例えば、成熟IGF−IIポリペプチドをコードするDNAを、LSD遺伝子カセットの3’末端に融合することによって、種々の細胞型によって取り込まれ得リソソームに輸送され得る融合タンパク質が、作製される。あるいは、前駆体IGF−IIポリペプチドをコードするDNAが、LSD遺伝子カセットの3’末端に融合され得る;前駆体は、哺乳動物細胞において切断されて成熟IGF−IIポリペプチドを生じるカルボキシ末端部分を含むが、IGF−IIシグナルペプチドは、好ましくは省略される(またはLSD遺伝子カセットの5’末端に移動される)。この方法は、一旦タンパク質が単離されると、さらなる改変がなされる必要がないので、単純さおよびコスト効率を含め、グリコシル化を含む方法よりも多くの利点を有する。   For example, by fusing DNA encoding a mature IGF-II polypeptide to the 3 'end of an LSD gene cassette, a fusion protein is made that can be taken up by various cell types and transported to lysosomes. Alternatively, DNA encoding the precursor IGF-II polypeptide can be fused to the 3 ′ end of the LSD gene cassette; the precursor has a carboxy-terminal portion that is cleaved in mammalian cells to yield the mature IGF-II polypeptide. Although included, the IGF-II signal peptide is preferably omitted (or moved to the 5 ′ end of the LSD gene cassette). This method has many advantages over methods involving glycosylation, including simplicity and cost efficiency, because once the protein is isolated no further modifications need to be made.

IGF−IIは、好ましくは、M6Pレセプターに特異的に標的化される。高い親和性でM6Pレセプターに結合するタンパク質を生じるが、感知可能な親和性で他の2つのレセプターにはもはや結合しないIGF−IIポリペプチドにおける変異が、特に有用である。IGF−IIはまた、IGF−II/GILT構築物の隔離を避けるために、血清IGF−結合タンパク質への結合を最小化するように改変され得る(Baxter(2000)Am.J.Physiol Endocrinol Metab.278(6):967−76)。多くの研究によって、IGF−結合タンパク質に結合するために必要なIGF−IおよびIGF−II中の残基が特定された。これらの残基での変異を有する構築物は、M6P/IGF−IIレセプターへの高親和性結合の保持について、およびIGF−結合タンパク質に対する親和性の減少についてスクリーニングされ得る。例えば、IGF−IIのPHE26の、SERでの置換は、M6P/IGF−IIレセプターへの結合に影響を及ぼさずに、IGFBP−1およびIGFBP−6についてのIGF−IIの親和性を減少させることが報告されている(Bachら(1993)J.Biol.Chem.268(13):9246−54)。PHE19からSERへ、およびGLU9からLYSへのような他の置換もまた、有利であり得る。類似の変異は、IGF−IIと共に高度に保存されたIGF−I中の領域において、別々に、または組み合わせて、IGF−BP結合における大きな減少を生じる(Mageeら(1999)Biochemistry38(48):15863−70)。   IGF-II is preferably specifically targeted to the M6P receptor. Particularly useful are mutations in IGF-II polypeptides that result in proteins that bind to the M6P receptor with high affinity but no longer bind to the other two receptors with appreciable affinity. IGF-II can also be modified to minimize binding to serum IGF-binding protein to avoid sequestration of the IGF-II / GILT construct (Baxter (2000) Am. J. Physiol Endocrinol Metab. 278). (6): 967-76). Many studies have identified residues in IGF-I and IGF-II that are required to bind to IGF-binding proteins. Constructs with mutations at these residues can be screened for retention of high affinity binding to the M6P / IGF-II receptor and for reduced affinity for IGF-binding proteins. For example, replacement of IGF-II PHE26 with SER reduces the affinity of IGF-II for IGFBP-1 and IGFBP-6 without affecting binding to the M6P / IGF-II receptor. Has been reported (Bach et al. (1993) J. Biol. Chem. 268 (13): 9246-54). Other substitutions such as PHE19 to SER and GLU9 to LYS may also be advantageous. Similar mutations produce large reductions in IGF-BP binding, either separately or in combination, in regions in IGF-I that are highly conserved with IGF-II (Magee et al. (1999) Biochemistry 38 (48): 15863. -70).

代替的なアプローチは、M6P/IGF−IIレセプターに高親和性で結合し得るIGF−IIの最小領域を同定することである。M6P/IGF−IIレセプターに結合するIGF−IIに関与する残基は、ほとんどがIGF−IIの1つの面でクラスター形成する(Tarasawaら(1994)EMBO J.13(23):5590−7)。IGF−IIの3次構造は、通常、3つの分子内ジスルフィド結合によって維持されるが、IGF−IIの表面に結合するM6P/IGF−IIレセプター上のアミノ酸配列を取りこむペプチドは、適切に折りたたみ、そして結合活性を有するように設計され得る。このような最小結合ペプチドは、高度に好ましい標的性部分である。アミノ酸48〜55周辺の領域に基づいて設計されたペプチドは、M6P/IGF−IIレセプターに対する結合について試験され得る。あるいは、ペプチドのランダムライブラリーは、酵母ツーハイブリッドアッセイを介するか、またはファージディスプレイ型アッセイを介するかのいずれかで、M6P/IGF−IIレセプターに結合する能力についてスクリーニングされ得る。   An alternative approach is to identify the minimal region of IGF-II that can bind with high affinity to the M6P / IGF-II receptor. Residues involved in IGF-II that bind to the M6P / IGF-II receptor are mostly clustered on one face of IGF-II (Tarazawa et al. (1994) EMBO J. 13 (23): 5590-7). . The tertiary structure of IGF-II is usually maintained by three intramolecular disulfide bonds, but peptides incorporating the amino acid sequence on the M6P / IGF-II receptor that bind to the surface of IGF-II are properly folded, And can be designed to have binding activity. Such minimal binding peptides are highly preferred targeting moieties. Peptides designed based on the region around amino acids 48-55 can be tested for binding to the M6P / IGF-II receptor. Alternatively, a random library of peptides can be screened for the ability to bind to the M6P / IGF-II receptor, either through a yeast two-hybrid assay or through a phage display-type assay.

(血液脳関門)
リソソーム蓄積症のための治療における1つの挑戦は、これらの疾患の多くが、有意な神経学的関与を有していることである。血流に投与される治療酵素は、一般的に血液脳関門を横切らず、従って、この疾患と関連する神経学的症状を軽減し得ない。しかし、IGF−IIは、トランスサイトーシスを介して血液脳関門を横切る輸送を促進することが報告されている(Bickelら(2001)Adv.Drug Deliv.Rev.46(1−3):247−79)。従って、適切に設計されたGILT構築物は、血液脳関門を横切ることが可能であるべきであり、リソソーム蓄積症と関連する神経学的症状を処置する手段を初めて提供する。この構築物は、実施例12に記載されるようにGUSマイナスマウスを使用して試験され得る。血液から神経組織に達し得る標的化された治療剤の設計、構築物および試験に関するさらなる詳細は、米国特許第60/329,650号(2001年10月16日出願)および米国特許第10/136,639号(2002年4月30日出願)に開示される。
(Blood brain barrier)
One challenge in the treatment for lysosomal storage diseases is that many of these diseases have significant neurological involvement. Therapeutic enzymes administered to the bloodstream generally do not cross the blood brain barrier and therefore cannot alleviate the neurological symptoms associated with this disease. However, IGF-II has been reported to promote transport across the blood brain barrier via transcytosis (Bickel et al. (2001) Adv. Drug Deliv. Rev. 46 (1-3): 247- 79). Thus, a properly designed GILT construct should be able to cross the blood brain barrier and provides for the first time a means of treating neurological symptoms associated with lysosomal storage diseases. This construct can be tested using GUS minus mice as described in Example 12. For further details regarding the design, construction and testing of targeted therapeutic agents that can reach the nerve tissue from the blood, see US Pat. No. 60 / 329,650 (filed Oct. 16, 2001) and US Pat. No. 10/136, No. 639 (filed Apr. 30, 2002).

(IGF−IIの構造)
IGF−IIのNMR構造は、2つのグループによって解明されている(Terasawaら(1994)EMBO J.13(23):5590−7;Torresら(1995)J.Mol.Biol.248(2):385−401)(例えば、Protein Data Bank記録1IGLを参照のこと)。IGF−II構造の一般的な特徴は、IGF−Iおよびインスリンと類似である。IGF−IIのAドメインおよびBドメインは、インスリンのA鎖およびB鎖に対応する。2次構造特徴は、残基26〜28中の短いβ鎖へと残基22〜25の逆行ターンによって接続される、B領域の残基11〜21からのαヘリックスを含む。残基25〜27は、小さい逆平行βシートを形成するようであり;残基59〜61および残基26〜28はまた、分子間βシート形成に関与し得る。IGF−IIのAドメインにおいて、αヘリックスは、B−ドメインヘリックスと垂直な逆平行立体配置に配置される残基42〜49および53〜59におよぶ。3つのジスルフィド架橋のうちの2つおよび保存された疎水性残基によって形成される疎水性クラスターは、これらの2次構造特徴を安定化する。N末端およびC末端は、残基31〜40の間の領域として不充分に規定されたままである。
(Structure of IGF-II)
The NMR structure of IGF-II has been solved by two groups (Terasawa et al. (1994) EMBO J. 13 (23): 5590-7; Torres et al. (1995) J. Mol. Biol. 248 (2): 385-401) (See, eg, Protein Data Bank Record 1 IGL). The general features of the IGF-II structure are similar to IGF-I and insulin. The A and B domains of IGF-II correspond to the A and B chains of insulin. Secondary structural features include an alpha helix from residues 11-21 of the B region connected by a retroturn turn of residues 22-25 to a short beta chain in residues 26-28. Residues 25-27 appear to form a small antiparallel β sheet; residues 59-61 and residues 26-28 may also be involved in intermolecular β sheet formation. In the A domain of IGF-II, the α helix spans residues 42-49 and 53-59 which are arranged in an antiparallel configuration perpendicular to the B-domain helix. Hydrophobic clusters formed by two of the three disulfide bridges and conserved hydrophobic residues stabilize these secondary structural features. The N-terminus and C-terminus remain poorly defined as the region between residues 31-40.

IGF−IIは、比較的高い親和性でIGF−II/M6PおよびIGF−Iレセプターに結合し、そしてインスリンレセプターへはより低い親和性で結合する。IGF−IIはまた、多くの血清IGFBPと相互作用する。   IGF-II binds to the IGF-II / M6P and IGF-I receptors with relatively high affinity, and binds to the insulin receptor with lower affinity. IGF-II also interacts with many serum IGFBPs.

(IGF−II/M6Pレセプターへの結合)
IGF−IIの残基48〜50(Phe Arg Ser)の、インスリン由来の対応する残基(Thr Ser Ile)での置換、または残基54〜55(Ala Leu)の、IGF−I由来の対応する残基(Arg Arg)での置換は、IGF−II/M6Pレセプターへの結合の減少を生じるが、IGF−Iおよびインスリンレセプターへの結合は保持する(Sakanoら(1991)J.Biol.Chem.266(31):20626−35)。
(Binding to IGF-II / M6P receptor)
Substitution of residues 48-50 (Phe Arg Ser) of IGF-II with the corresponding residue from insulin (Thr Ser Ile), or correspondence of residues 54-55 (Ala Leu) from IGF-I Substitution with a residue (Arg Arg) results in decreased binding to the IGF-II / M6P receptor but retains binding to IGF-I and the insulin receptor (Sakano et al. (1991) J. Biol. Chem). 266 (31): 20626-35).

IGF−IおよびIGF−IIは、残基48〜50の領域における同一の配列および構造を共有するが、IGF−IIレセプターについての親和性においては1000倍もの差異を有する。このNMR構造は、IGF−IIの残基53〜58(IGF−Iの残基54〜59)の領域におけるIGF−IとIGF−IIとの間の構造的差異を表し:このαヘリックスは、IGF−IにおいてよりもIGF−IIにおいてよりよく規定され、そしてIGF−Iとは異なり、残基53と54の周りの骨格に曲がりが存在しない(Torresら(1995)J.Mol.Biol.248(2):385−401)。この構造的差異は、IGF−IIにおけるAla54およびLeu55の、IGF−IにおけるArg55とArg56での置換と相関する。IGF−IIレセプターへの結合が、この領域における荷電した残基の存在によって直接的に破壊されること、または荷電した残基によって引き起こされる構造中の変化が、IGF−IIレセプターに対する結合における変化を生じることのいずれかが可能である。いずれの場合においても、IGF−I中の2つのArg残基の非荷電残基での置換は、IGF−IIレセプターについてのより高い親和性を生じた(Cacciariら(1987)Pediatrician 14(3):146−53)。従って、これらの位置における正に荷電した残基の存在は、IGF−IIレセプターへの結合の喪失と関連する。   IGF-I and IGF-II share the same sequence and structure in the region of residues 48-50, but have a 1000-fold difference in affinity for the IGF-II receptor. This NMR structure represents the structural difference between IGF-I and IGF-II in the region of residues 53-58 of IGF-II (residues 54-59 of IGF-I): Better defined in IGF-II than in IGF-I, and unlike IGF-I, there is no bending in the skeleton around residues 53 and 54 (Torres et al. (1995) J. Mol. Biol. 248 (2): 385-401). This structural difference correlates with the substitution of Ala54 and Leu55 in IGF-II with Arg55 and Arg56 in IGF-I. Binding to the IGF-II receptor is directly broken by the presence of charged residues in this region, or changes in structure caused by charged residues cause changes in binding to the IGF-II receptor. Any of what happens is possible. In either case, substitution of two Arg residues in IGF-I with uncharged residues resulted in higher affinity for the IGF-II receptor (Cacciali et al. (1987) Pediatrician 14 (3). : 146-53). Thus, the presence of positively charged residues at these positions is associated with a loss of binding to the IGF-II receptor.

IGF−IIは、カチオン非依存性M6Pレセプターのリピート11に結合する。実際に、リピート11のみがカチオン非依存性M6Pレセプターの膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインに融合されるミニレセプターは、(全長レセプターの約10分の1の親和性で)IGF−IIに結合し得、かつIGF−IIの内在化およびリソソームへのその送達を媒介し得る(Grimmeら(2000)J.Biol.Chem.275(43):33697−33703)。M6Pレセプターのドメイン11の構造は公知である(タンパク質データベース登録番号1GP0および1GP3;Brownら(2002)EMBO J.21(5):1054−1062)。この推定IGF−II結合部位は、IGF−IIの疎水性アミノ酸と相互作用すると考えられる疎水性ポケットであり;IGF−IIの候補アミノ酸としては、ロイシン8、フェニルアラニン48、アラニン54、およびロイシン55が挙げられる。リピート11は、IGF−II結合には十分であるが、構築物は、カチオン非依存性M6Pレセプターのより大きい部分(例えば、リピート10〜13、または1〜15)を含み、一般的により大きい親和性で、および増加されたpH依存性でIGF−IIに結合する(例えば、Linnellら(2001)J.Biol.Chem.276(26):23986−23991を参照のこと)。   IGF-II binds to repeat 11 of the cation-independent M6P receptor. Indeed, a mini-receptor, in which only repeat 11 is fused to the transmembrane and cytoplasmic domains of the cation-independent M6P receptor, can bind to IGF-II (with approximately one-tenth the affinity of the full-length receptor) And mediate the internalization of IGF-II and its delivery to lysosomes (Grimme et al. (2000) J. Biol. Chem. 275 (43): 33697-33703). The structure of domain 11 of the M6P receptor is known (protein database accession numbers 1GP0 and 1GP3; Brown et al. (2002) EMBO J. 21 (5): 1054-1062). This putative IGF-II binding site is a hydrophobic pocket that is thought to interact with the hydrophobic amino acids of IGF-II; candidate amino acids for IGF-II include leucine 8, phenylalanine 48, alanine 54, and leucine 55. Can be mentioned. While repeat 11 is sufficient for IGF-II binding, the construct contains a larger portion of the cation-independent M6P receptor (eg, repeats 10-13, or 1-15) and generally has a greater affinity. And binds to IGF-II in an increased pH-dependent manner (see, for example, Linnell et al. (2001) J. Biol. Chem. 276 (26): 23986-23991).

(IGF−Iレセプターへの結合)
IGF−IIの残基Tyr27のLeuでの置換、Leu43のValでの置換またはSer26のPheでの置換は、IGF−Iレセプターに対するIGF−IIの親和性を、それぞれ94倍、56倍、および4倍、低下させる(Torresら(1995)J.Mol.Biol.248(2):385−401)。ヒトIGF−IIの残基1〜7の欠失は、ヒトIGF−Iレセプターに対する親和性において30倍の低下を生じ、そしてラットIGF−IIレセプターに対する親和性において随伴性の12倍の上昇を生じた(Hashimotoら(1995)J.Biol.Chem.270(30):18013−8)。IGF−IIのNMR構造は、Thr7が、残基48Pheおよび50Serの近く、ならびに9Cys−47Cysジスルフィド架橋の近くに位置することを示す。これらの残基とのThr7の相互作用は、IGF−Iレセプター結合に必要な可撓性のN−末端ヘキサペプチドを安定化し得ることが考えられる(Terasawaら(1994)EMBO J.13(23)5590−7)。同時に、この相互作用は、IGF−IIレセプターへの結合を調節し得る。IGF−IIのC末端(残基62〜67)の短縮はまた、IGF−Iレセプターに対するIGF−IIの親和性を5倍低くするようである(Rothら(1991)Biochem.Biophys.Res.Commun.181(2):907−14)。
(Binding to IGF-I receptor)
Substitution of IGF-II residue Tyr27 with Leu, substitution of Leu43 with Val or substitution of Ser26 with Phe increases the affinity of IGF-II for the IGF-I receptor by 94, 56 and 4 respectively. (Tores et al. (1995) J. Mol. Biol. 248 (2): 385-401). Deletion of residues 1-7 of human IGF-II results in a 30-fold decrease in affinity for human IGF-I receptor and a concomitant 12-fold increase in affinity for rat IGF-II receptor. (Hashimoto et al. (1995) J. Biol. Chem. 270 (30): 18013-8). The NMR structure of IGF-II shows that Thr7 is located near residues 48Phe and 50Ser and near the 9Cys-47Cys disulfide bridge. It is believed that Thr7 interaction with these residues can stabilize the flexible N-terminal hexapeptide required for IGF-I receptor binding (Terazawa et al. (1994) EMBO J. 13 (23). 5590-7). At the same time, this interaction can regulate binding to the IGF-II receptor. Shortening of the C-terminus of IGF-II (residues 62-67) also appears to reduce IGF-II's affinity for the IGF-I receptor by a factor of 5 (Roth et al. (1991) Biochem. Biophys. Res. Commun. 181 (2): 907-14).

(IGF−IIの欠失変異)
IGF−Iおよびカチオン非依存性M6Pレセプターに対する結合表面は、IGF−IIの別々の面にある。構造データおよび変異データに基づいて、ヒトIGF−IIよりも実質的に小さい機能性カチオン非依存性M6P結合ドメインが、構築され得る。例えば、アミノ末端アミノ酸1〜7および/またはカルボキシ末端残基62〜67は、欠失または置換され得る。さらに、アミノ酸29〜40は、ポリペプチドの残りの部分の折りたたみまたはカチオン非依存性M6Pレセプターへの結合を変更することなく除去または置換されるようであり得る。従って、アミノ酸8〜28および41〜61を含む標的性部分が、構築され得る。アミノ酸のこれらのストレッチは、おそらく直接的に結合され得るかまたはリンカーによって分離され得る。あるいは、アミノ酸8〜28および41〜61は、別々のポリペプチド鎖上に提供され得る。IGF−IIと相同であり、そしてIGF−IIの構造に近い3次構造を有するインスリンの匹敵するドメインは、別々のポリペプチド鎖に存在する場合でさえ、適切な3次構造への適切な再折りたたみを可能にする十分な構造情報を有する(Wangら(1991)Trends Biochem.Sci.279−281)。従って、例えば、アミノ酸8〜28、またはその保存的置換改変体は、治療剤に融合され得;生じる融合タンパク質は、アミノ酸41〜61またはその保存的置換改変体と混合され得、そして患者に投与され得る。
(Deletion mutation of IGF-II)
The binding surface for IGF-I and the cation-independent M6P receptor is on a separate face of IGF-II. Based on structural and mutational data, a functional cation-independent M6P binding domain can be constructed that is substantially smaller than human IGF-II. For example, amino terminal amino acids 1-7 and / or carboxy terminal residues 62-67 can be deleted or substituted. In addition, amino acids 29-40 may appear to be removed or replaced without altering the folding of the remainder of the polypeptide or binding to the cation-independent M6P receptor. Thus, a targeting moiety comprising amino acids 8-28 and 41-61 can be constructed. These stretches of amino acids can probably be joined directly or separated by a linker. Alternatively, amino acids 8-28 and 41-61 can be provided on separate polypeptide chains. A comparable domain of insulin that is homologous to IGF-II and has a tertiary structure close to that of IGF-II, even when present in separate polypeptide chains, is suitable for re-appropriation to the appropriate tertiary structure. Has sufficient structural information to allow folding (Wang et al. (1991) Trends Biochem. Sci. 279-281). Thus, for example, amino acids 8-28, or conservative substitution variants thereof can be fused to a therapeutic agent; the resulting fusion protein can be mixed with amino acids 41-61 or a conservative substitution variant thereof and administered to a patient Can be done.

(IGF結合タンパク質への結合)
IGF−IIおよび関連する構築物は、IGFBPに対する親和性を低下するように改変され得、それによって、タグ化タンパク質のバイオアベイラビリティーを増加する。
(Binding to IGF binding protein)
IGF-II and related constructs can be modified to reduce affinity for IGFBP, thereby increasing the bioavailability of the tagged protein.

IGF−IIの残基フェニルアラニン26のセリンでの置換は、IGFBP1〜5への結合を、1/5〜1/75に減少させる(Bachら(1993)J.Biol.Chem.268(13):9246−54)。IGF−IIの残基48〜50のスレオニン−セリン−イソロイシンでの置換は、IGFBPの大分部への結合を1/100未満に減少させる(Bachら(1993)J.Biol.Chem.268(13):9246−54);しかし、これらの残基はまた、カチオン非依存性マンノース−6−ホスフェートレセプターへの結合に重要である。IGF−Iレセプターへの結合を破壊するY27L置換は、IGFBP3および酸不安定性サブユニットを有する3次複合体の形成を妨害する(Hashimotoら(1997)J.Biol.Chem.272(44):27936−42);この3次複合体は、循環におけるIGF−IIの大部分を占める(Yuら(1999)J.Clin.Lab Anal.13(4):166−72)。IGF−IIの始めの6残基の欠失はまた、IGFBP結合を妨害する(Luthiら(1992)Eur.J.Biochem.205(2):483−90)。   Substitution of IGF-II residue phenylalanine 26 with serine reduces binding to IGFBP 1-5 by 1/5 to 1/75 (Bach et al. (1993) J. Biol. Chem. 268 (13): 9246-54). Substitution of residues 48-50 of IGF-II with threonine-serine-isoleucine reduces IGFBP binding to the majority (Bach et al. (1993) J. Biol. Chem. 268 (13 ): 9246-54); however, these residues are also important for binding to the cation-independent mannose-6-phosphate receptor. A Y27L substitution that disrupts binding to the IGF-I receptor prevents the formation of tertiary complexes with IGFBP3 and acid labile subunits (Hashimoto et al. (1997) J. Biol. Chem. 272 (44): 27936. -42); this tertiary complex accounts for the majority of IGF-II in the circulation (Yu et al. (1999) J. Clin. Lab Anal. 13 (4): 166-72). Deletion of the first 6 residues of IGF-II also prevents IGFBP binding (Luthi et al. (1992) Eur. J. Biochem. 205 (2): 483-90).

IGF−IのIGFBPとの相互作用の研究は、さらに、フェニルアラニン16のセリンでの置換が、2次構造に影響を及ぼさないがIGFBP結合を1/40〜1/300倍の間、減少させることを明らかにした(Mageeら(1999)Biochemistry 38(48):15863−70)。グルタミン酸9の、リジンへの変化はまた、IGFBP結合に有意な減少を生じた。さらに、リジン9/セリン16の2重変異は、IGFBPに対する最も低い親和性を示した。これらの変異体は、IGF−IIにおいて以前に試験されていないが、IGF−IおよびIGF−IIのこの領域間の配列の保存は、類似の変異(グルタミン酸12リジン/フェニルアラニン19セリン)がIGF−II中に作製される場合に類似の効果が観察されることを示唆する。   Studies of the interaction of IGF-I with IGFBP further indicate that substitution of phenylalanine 16 with serine reduces IGFBP binding by a factor of 1/40 to 1/300 while not affecting secondary structure. (Magee et al. (1999) Biochemistry 38 (48): 15863-70). The change of glutamate 9 to lysine also resulted in a significant decrease in IGFBP binding. Furthermore, the lysine 9 / serine 16 double mutation showed the lowest affinity for IGFBP. Although these mutants have not been previously tested in IGF-II, the conservation of sequence between this region of IGF-I and IGF-II indicates that a similar mutation (glutamate 12 lysine / phenylalanine 19 serine) is IGF- It suggests that a similar effect is observed when made during II.

(IGF−IIホモログ)
ヒトIGF−IIのアミノ酸配列またはカチオン非依存性M6Pレセプターへの結合に作用するその一部分は、候補配列が本発明の方法において妥当な成功見込みを有するに十分なアミノ酸類似性を有するか否かを決定するための参照配列として使用され得る。好ましくは、改変体配列は、ヒトIGF−IIに対して、少なくとも70%類似または60%同一であり、より好ましくは、少なくとも75%類似または65%同一であり、そして最も好ましくは、80%類似または70%同一である。
(IGF-II homolog)
The amino acid sequence of human IGF-II or a portion thereof that affects binding to the cation-independent M6P receptor determines whether the candidate sequence has sufficient amino acid similarity to have a reasonable chance of success in the methods of the invention. It can be used as a reference sequence for determining. Preferably, the variant sequence is at least 70% similar or 60% identical to human IGF-II, more preferably at least 75% similar or 65% identical, and most preferably 80% similar Or 70% identical.

候補ペプチド領域がヒトIGF−IIに対して必要な百分率の類似性または同一性を有するか否かを決定するために、この候補アミノ酸配列およびヒトIGF−IIは、まず、HenikoffおよびHenikoff(1992)PNAS 89:10915〜10919の図2に記載されるBLOSUM62置換行列と組み合わせた、SmithおよびWaterman(1981)J.Mol.Biol.147:195〜197に記載される動的プログラミングアルゴリズムを用いて整列される。本発明について、ギャップ挿入ペナルティーに対する適切な値は−12であり、そしてギャップ伸長ペナルティーに対する適切な値は−4である。Smith−WatermanのアルゴリズムおよびBLOSUM62行列を使用する整列を実施するコンピュータプログラム(例えば、GCGプログラム一式(Oxford Molecular Group,Oxford,England))は、市販されており、そして当業者によって広範に使用されている。   In order to determine whether a candidate peptide region has the necessary percentage of similarity or identity to human IGF-II, this candidate amino acid sequence and human IGF-II are firstly derived from Henikoff and Henikoff (1992). PNAS 89: 10915-10919 in combination with the BLOSUM62 substitution matrix described in FIG. Mol. Biol. 147: 195-197. For the present invention, a suitable value for the gap insertion penalty is -12 and a suitable value for the gap extension penalty is -4. Computer programs that implement alignment using the Smith-Waterman algorithm and the BLOSUM62 matrix (eg, the GCG program suite (Oxford Molecular Group, Oxford, England)) are commercially available and widely used by those skilled in the art. .

一旦、候補配列と参照配列との間のアラインメントが作製されると、類似性スコアパーセントが計算され得る。各々の配列の個々のアミノ酸は、互いに対するそれらの類似性に従って順次比較される。2つの整列されたアミノ酸に対応するBLOSUM62行列における値が、ゼロまたは負の数である場合、このペアワイズ類似性スコアはゼロであるか;そうでなければ、このペアワイズ類似性スコアは1.0である。未処理の類似性スコアは、整列されたアミノ酸のペアワイズ類似性スコアの合計である。次いで、未処理のスコアは、これを候補配列または参照配列のより小さい方におけるアミノ酸の数で割ることによって正規化される。この正規化された未処理のスコアは、類似性パーセントである。あるいは、同一性パーセントを計算するために、各々の配列の整列されたアミノ酸は、再び順次比較される。アミノ酸が同一でない場合、ペアワイズ同一性スコアはゼロであるか;そうでなければ、ペアワイズ同一性スコアは1.0である。未処理の同一性スコアは、同一の整列アミノ酸の合計である。次いで、未処理のスコアは、これを候補配列または参照配列のより小さい方におけるアミノ酸の数で割ることによって正規化される。この正規化された未処理のスコアは、同一性パーセントである。挿入および欠失は、類似性パーセントおよび同一性パーセントを計算する目的で無視される。従って、ギャップペナルティーは、この計算において使用されないが、これらは、最初のアラインメントにおいて使用される。   Once the alignment between the candidate sequence and the reference sequence is created, a percent similarity score can be calculated. The individual amino acids of each sequence are sequentially compared according to their similarity to each other. If the value in the BLOSUM62 matrix corresponding to two aligned amino acids is zero or negative, the pairwise similarity score is zero; otherwise, the pairwise similarity score is 1.0 is there. The raw similarity score is the sum of the aligned pairwise similarity scores of the amino acids. The raw score is then normalized by dividing this by the number of amino acids in the smaller of the candidate or reference sequences. This normalized raw score is a percent similarity. Alternatively, the aligned amino acids of each sequence are again compared sequentially to calculate percent identity. If the amino acids are not identical, the pairwise identity score is zero; otherwise, the pairwise identity score is 1.0. The raw identity score is the sum of identically aligned amino acids. The raw score is then normalized by dividing this by the number of amino acids in the smaller of the candidate or reference sequences. This normalized raw score is the percent identity. Insertions and deletions are ignored for purposes of calculating percent similarity and percent identity. Thus, gap penalties are not used in this calculation, but they are used in the initial alignment.

(IGF−II構造アナログ)
ヒトIGF−IIおよびカチオン非依存性M6Pレセプターの既知の構造は、米国特許第6,226,603号および同第6,273,598号で考察されるようなコンピュータ支援設計原理を用いた、IGF−IIアナログおよび他のカチオン非依存性M6Pレセプター結合タンパク質の設計を可能にする。例えば、IGF−IIの既知の原子座標は、従来のコンピュータモデリングプログラム(例えば、Biosym,Technologies Inc.から市販されるINSIGHTII、DISCOVER、もしくはDELPHI、またはMolecular Simulations,Inc.から市販されるQUANTAもしくはCHARMM)を備えたコンピュータへ提供され得る。これらおよび他のソフトウェアプログラムは、分子構造の解析ならびに構造および分子間相互作用に対する分子的変化の効果を推定するシミュレーションを可能にする。例えば、このソフトウェアは、標的レセプターに対するアナログの親和性を改善する、さらなる分子間の水素結合またはイオン結合を形成する能力を有する改変されたアナログを同定するために使用され得る。
(IGF-II structure analog)
Known structures of human IGF-II and cation-independent M6P receptors are described in IGF using computer aided design principles as discussed in US Pat. Nos. 6,226,603 and 6,273,598. -Allows the design of II analogs and other cation-independent M6P receptor binding proteins. For example, known atomic coordinates of IGF-II can be obtained from conventional computer modeling programs (eg, INSIGHT II, DISCOVER, or DELPHI, commercially available from Biosym, Technologies Inc., or QUANTA or CHARMM, commercially available from Molecular Simulations, Inc.). Can be provided to a computer equipped with These and other software programs allow molecular structure analysis and simulation to estimate the effects of molecular changes on structure and intermolecular interactions. For example, the software can be used to identify modified analogs that have the ability to form additional intermolecular hydrogen or ionic bonds that improve the affinity of the analog for the target receptor.

ソフトウェアはまた、IGF−IIのカチオン非依存性M6Pレセプター結合面の表面の少なくとも一部に示される同一の特徴を模倣する構造的特徴および化学的特徴を有するペプチドおよび有機分子の設計を可能にする。レセプター結合表面への主な寄与は、レセプター結合表面をともに規定するアミノ酸の側鎖内に存在する化学的に相互作用性の部分の空間的配置であるので、本発明の好ましい実施形態は、IGF−IIのカチオン非依存性M6Pレセプター結合面を構成するアミノ酸側鎖に対して配置された化学的部分の空間的関係を模倣する空間的関係において化学的に相互作用性の部分を保有するフレームワークを有する合成有機分子を設計および作製することに関する。好ましい化学的部分としては、IGF−IIのカチオン非依存性M6Pレセプター結合面を構成するアミノ酸のアミノ酸側鎖によって規定される化学的部分が挙げられるが、これらに限定されない。従って、IGF−IIアナログのレセプター結合表面は、そこに配置されたアミノ酸残基を含む必要はないが、化学部分を含む必要があることが理解される。   The software also allows the design of peptides and organic molecules with structural and chemical features that mimic the same features shown on at least a portion of the surface of the cation-independent M6P receptor binding surface of IGF-II . Since the main contribution to the receptor binding surface is the spatial arrangement of chemically interacting moieties present in the side chains of amino acids that together define the receptor binding surface, preferred embodiments of the present invention are IGFs. A framework that possesses chemically interacting moieties in a spatial relationship that mimics the spatial relationship of the chemical moieties located to the amino acid side chains that make up the cation-independent M6P receptor binding surface of II Designing and making synthetic organic molecules having Preferred chemical moieties include, but are not limited to, chemical moieties defined by the amino acid side chains of the amino acids that make up the cation-independent M6P receptor binding surface of IGF-II. Thus, it will be appreciated that the receptor binding surface of an IGF-II analog need not include an amino acid residue disposed therein, but must include a chemical moiety.

例えば、関連する化学基の同定の際、従来のコンピュータプログラムを使用する当業者は、適切なキャリアフレームワーク上に配置されたレセプター相互作用性化学部分を有する低分子を設計し得る。有用なコンピュータプログラムは、例えば、Dixon(1992)Tibtech 10:357〜363;Tschinkeら(1993)J.Med.Chem.36:3863〜3870;およびEisenら(1994)Proteins:Structure,Function,and Genetics 19:199〜221(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)に記載されている。   For example, one of skill in the art using conventional computer programs in identifying related chemical groups can design small molecules with receptor-interacting chemical moieties placed on a suitable carrier framework. Useful computer programs are described, for example, in Dixon (1992) Tibtech 10: 357-363; Tschinke et al. Med. Chem. 36: 3863-3870; and Eisen et al. (1994) Proteins: Structure, Function, and Genetics 19: 199-221, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

「CAVEAT」という名の1つの特定のコンピュータプログラムは、化学部分の望ましい空間的配向を有する構造について、データベース(例えば、Cambridge Structural Database)を検索する(Bartlettら(1989)「Molecular Recognition:Chemical and Biological Problems」(Roberts,S.M.編)182〜196頁)。このCAVEATプログラムは、テンダミスタット(tendamistat)(α−アミラーゼの74残基のインヒビター)の三次元構造における選択されたアミノ酸側鎖の配向に基づいて、テンダミスタットのアナログを設計するために使用されている(Bartlettら(1989)前出)。   One particular computer program named “CAVEAT” searches a database (eg, Cambridge Structural Database) for structures having the desired spatial orientation of the chemical moiety (Bartlett et al. (1989) “Molecular Recognition: Chemical and Biological”. “Problems” (Roberts, S. M.) 182-196). This CAVEAT program is used to design tendamistat analogs based on the orientation of selected amino acid side chains in the three-dimensional structure of tendamistat (a 74-residue inhibitor of α-amylase). (Bartlett et al. (1989) supra).

あるいは、IGF−IIのカチオン非依存性M6Pレセプター結合活性を模倣する一連のアナログの同定の際、当業者は、当業者が定量的構造活性関係(QSAR)を開発するのを支援し、そしてさらなるモルフォゲンアナログのデノボ設計をさらに支援する、種々のコンピュータプログラムを使用し得る。他の有用なコンピュータプログラムは、例えば、Connolly−Martin(1991)Methods in Enzymology 203:587〜613;Dixon(1992)前出;およびWaszkowyczら(1994)J.Med.Chenm.37:3994〜4002に記載されている。   Alternatively, in identifying a series of analogs that mimic the cation-independent M6P receptor binding activity of IGF-II, one of skill in the art will assist one of skill in developing a quantitative structure-activity relationship (QSAR) and further A variety of computer programs can be used to further assist in the de novo design of morphogen analogs. Other useful computer programs are described in, for example, Connolly-Martin (1991) Methods in Enzymology 203: 587-613; Dixon (1992) supra; and Waszkowyz et al. Med. Chemm. 37: 3994-4002.

(標的性部分の親和性)
好ましい標的性部分は、それらの標的レセプターに対してマイクロモル濃度未満の解離定数で結合する。一般的には、より低い解離定数(例えば、10−7M未満、10−8M未満、または10−9M未満)が、ますます好ましい。解離定数の決定は、好ましくは、Linnellら(2001)J.Biol.Chem.276(26):23986〜23991に記載されるように表面プラズモン共鳴によって決定される。標的レセプターの細胞外ドメインの可溶性形態(例えば、カチオン非依存性M6Pレセプターのリピート1〜15)が作製され、そしてアビジン−ビオチン相互作用を介してチップに固定化される。この標的性部分を、チップ上に通過させ、そしてチップ表面に関する質量の変化を測定することによって、速度定数および平衡定数が検出および計算される。
(Affinity of the targeting moiety)
Preferred targeting moieties bind to their target receptors with a dissociation constant of less than micromolar. In general, lower dissociation constants (eg, less than 10 −7 M, less than 10 −8 M, or less than 10 −9 M) are increasingly preferred. The determination of the dissociation constant is preferably described in Linnell et al. Biol. Chem. 276 (26): 23986-23991 determined by surface plasmon resonance. Soluble forms of the extracellular domain of the target receptor (eg, cation-independent M6P receptor repeats 1-15) are made and immobilized to the chip via avidin-biotin interactions. By passing this targeting moiety over the chip and measuring the change in mass with respect to the chip surface, the rate and equilibrium constants are detected and calculated.

(核酸および発現系)
キメラ融合タンパク質は、インビトロの翻訳系およびインタクトな細胞を含む種々の発現系において発現され得る。M6Pの改変は、標的化のために必須ではないので、タンパク質をグリコシル化しない種々の発現系(酵母系、バキュロウイルス系および原核生物系(例えば、E.coli)でさえも含む)は、標的化治療的タンパク質の発現に適切である。実際に、グリコシル化タンパク質は、肝臓の洞様毛細血管内皮におけるマンノースレセプターに対する結合を介して循環から迅速に除去されるので、非グリコシル化タンパク質は、一般的に、改善されたバイオアベイラビリティーを有する。
(Nucleic acids and expression systems)
Chimeric fusion proteins can be expressed in a variety of expression systems including in vitro translation systems and intact cells. Since modification of M6P is not essential for targeting, various expression systems that do not glycosylate proteins (including yeast systems, baculovirus systems and even prokaryotic systems such as E. coli) Suitable for expression of chemotherapeutic proteins. Indeed, non-glycosylated proteins generally have improved bioavailability because glycosylated proteins are rapidly cleared from circulation via binding to mannose receptors in the liver sinusoidal capillary endothelium. .

あるいは、哺乳類細胞発現系におけるキメラ標的化リソソーム酵素の生成は、カチオン非依存性M6Pレセプターに対する複数の結合決定基を有するタンパク質を生成する。2つ以上のカチオン非依存性M6Pレセプターリガンド(例えば、M6PおよびIGF−II、またはM6Pおよびレチノイン酸)間の相乗作用が、利用され得る:多価リガンドは、レセプター架橋によってレセプターに対する結合を増強することが示されている。   Alternatively, the production of chimeric targeted lysosomal enzymes in mammalian cell expression systems produces proteins with multiple binding determinants for the cation-independent M6P receptor. Synergy between two or more cation-independent M6P receptor ligands (eg, M6P and IGF-II, or M6P and retinoic acid) can be utilized: multivalent ligands enhance binding to the receptor by receptor cross-linking It has been shown.

一般的には、キメラ治療的タンパク質をコードする遺伝子カセットは、プロモーター、リボソーム結合部位、イントロン、またはコドン使用頻度を最適化するためのコード配列における変更を含む最適な発現のために必要な配列を組込むために、特定の発現系に対して作製され得る。このタンパク質は、好ましくは、産生細胞から分泌されるので、発現系と適合性のシグナルペプチドをコードするDNAは、内因性シグナルペプチドに対して置換され得る。例えば、LeishmaniaにおいてIGF−IIでタグ化されたβ−グルクロニダーゼおよびα−ガラクトシダーゼAの発現について、Leishmaniaシグナルペプチド(GP63またはSAP)をコードするDNAカセットは、最適な発現を達成するために内因性シグナルペプチドをコードするDNAの代わりに挿入される。哺乳類発現系において、内因性シグナルペプチドが利用され得るが、IGF−IIタグがコード配列の5’末端で融合される場合、IGF−IIシグナルペプチドを使用することが所望され得る。   In general, gene cassettes encoding chimeric therapeutic proteins contain sequences necessary for optimal expression, including changes in promoters, ribosome binding sites, introns, or coding sequences to optimize codon usage. It can be made for a specific expression system to incorporate. Since this protein is preferably secreted from the producer cell, the DNA encoding a signal peptide compatible with the expression system can be substituted for the endogenous signal peptide. For example, for the expression of β-glucuronidase and α-galactosidase A tagged with IGF-II in Leishmania, the DNA cassette encoding the Leishmania signal peptide (GP63 or SAP) is an endogenous signal to achieve optimal expression. It is inserted in place of the DNA encoding the peptide. In mammalian expression systems, an endogenous signal peptide can be utilized, but it may be desirable to use an IGF-II signal peptide when the IGF-II tag is fused at the 5 'end of the coding sequence.

CHO細胞は、治療的タンパク質の生成のために好ましい哺乳類宿主である。CHO細胞からの高収率な発現を達成するための伝統的な方法は、ジヒドロ葉酸レダクターゼ(DHFR)を欠損するCHO細胞株(例えば、CHO株DUKX(O’Dellら(1998)Int.J.Biochem.Cell Biol.30(7):767〜71))を使用することである。CHO細胞のこの株は、増殖のためにヒポキサンチンおよびチミジンを必要とする。別個のプラスミドに対してかまたは単一のプラスミドでの、DHFR遺伝子カセットで過剰発現される遺伝子の同時トランスフェクションは、DHFR遺伝子についての選択を可能にし、そして一般的に、選択した組換えタンパク質もまた発現するクローンの単離を可能にする。例えば、プラスミドpcDNA3は、目的の遺伝子の発現を駆動するためのサイトメガロウイルス(CMV)初期領域調節性領域プロモーターおよびDHFRの発現を促進するためのpSV2DHFRを用いる。組換え遺伝子カセットを有する細胞の、漸増濃度の葉酸アナログメトトレキサートに対する引き続いての曝露は、DHFR遺伝子および同時トランスフェクトされた遺伝子の両方の遺伝子のコピー数の増幅をもたらす。   CHO cells are the preferred mammalian host for the production of therapeutic proteins. Traditional methods for achieving high yield expression from CHO cells are CHO cell lines deficient in dihydrofolate reductase (DHFR) (see, eg, CHO strain DUKX (O'Dell et al. (1998) Int. Biochem.Cell Biol.30 (7): 767-71)). This strain of CHO cells requires hypoxanthine and thymidine for growth. Co-transfection of genes overexpressed with the DHFR gene cassette, either on separate plasmids or on a single plasmid, allows selection for the DHFR gene, and generally also the selected recombinant protein It also allows the isolation of expressing clones. For example, plasmid pcDNA3 uses a cytomegalovirus (CMV) early region regulatory region promoter to drive expression of the gene of interest and pSV2DHFR to promote expression of DHFR. Subsequent exposure of cells with the recombinant gene cassette to increasing concentrations of the folate analog methotrexate results in gene copy number amplification of both the DHFR gene and the co-transfected gene.

この系における真核生物発現についての好ましいプラスミドは、CMVのような強力なプロモーターの下流に配置された目的の遺伝子を含む。イントロンは、遺伝子カセットの3’側(flank)に配置され得る。DHFRカセットは、同一のプラスミド由来かまたは別個のプラスミド由来の第2のプロモーターによって駆動され得る。さらに、これは、プラスミド中にさらなる選択マーカー(例えば、G418に対する耐性を与えるネオマイシンホスホトランスフェラーゼ)を組込むために有用であり得る。   A preferred plasmid for eukaryotic expression in this system contains the gene of interest placed downstream of a strong promoter such as CMV. Introns can be placed 3 'to the gene cassette. The DHFR cassette can be driven by a second promoter from the same plasmid or from a separate plasmid. In addition, it can be useful to incorporate additional selectable markers (eg, neomycin phosphotransferase that confers resistance to G418) into the plasmid.

別のCHO発現系(Ulmasovら(2000)PNAS 97(26):14212−14217)は、上述のDHFR/メトトレキサート系の代わりにG418を用いた目的の遺伝子の増幅に依存する。弱いプロモーターによって駆動される僅かにネオマイシンホスホトランスフェラーゼ欠損のpCXNベクター(例えば、Niwaら(1991)Gene 108:193−200を参照のこと)は、1工程で高コピー数(>300)の形質移入体についての選択を可能にする。   Another CHO expression system (Ulmasov et al. (2000) PNAS 97 (26): 14212-14217) relies on amplification of the gene of interest using G418 instead of the DHFR / methotrexate system described above. A slightly neomycin phosphotransferase deficient pCXN vector driven by a weak promoter (see, eg, Niwa et al. (1991) Gene 108: 193-200) is a high copy number (> 300) transfectant in one step. Allows selection about.

あるいは、組換えタンパク質は、エプスタイン−バーウイルス(EBV)複製系に基づく発現系を用いて、ヒトHEK293細胞株中で生成され得る。これは、EBV複製起点oriPおよびEBV ori結合タンパク質EBNA−1から構成される。oriPに対するEBNA−1の結合は、染色体外プラスミドの複製および引き続く増幅を惹起する。この増幅は次に、プラスミド内に収容された遺伝子カセットの高レベルの発現をもたらす。oriPを含むプラスミドは、EBNA−1形質転換HEK293細胞(Invitrogenから市販)中にトランスフェクトされ得るか、または代替的に、EBNA−1の発現を駆動し、そしてEBV oriPを含むプラスミド(例えば、pCEP4(Invitrogenから市販))が利用され得る。   Alternatively, recombinant proteins can be produced in the human HEK293 cell line using an expression system based on the Epstein-Barr virus (EBV) replication system. It is composed of the EBV origin of replication oriP and the EBV ori binding protein EBNA-1. The binding of EBNA-1 to oriP causes replication and subsequent amplification of the extrachromosomal plasmid. This amplification then results in a high level of expression of the gene cassette housed in the plasmid. The plasmid containing oriP can be transfected into EBNA-1 transformed HEK293 cells (commercially available from Invitrogen) or alternatively it drives expression of EBNA-1 and contains an EBV oriP (eg, pCEP4 (Commercially available from Invitrogen)).

E.coliにおいて、治療的タンパク質は、好ましくは、細胞周辺腔中に分泌される。これは、細菌性シグナルペプチド(例えば、ompAシグナル配列)をコードする核酸カセットで、LSDタンパク質の内因性シグナルペプチドをコードするDNAを置換することによって達成され得る。発現は、任意の多くの強力な誘導性プロモーター(例えば、lacプロモーター、trpプロモーター、またはtacプロモーター)のいずれかによって駆動され得る。1つの適切なベクターは、pBAD/gIII(Invitrogenから市販)であり、これは、Gene IIIシグナルペプチドおよびaraBADプロモーターを使用する。   E. In E. coli, the therapeutic protein is preferably secreted into the periplasmic space. This can be accomplished by replacing the DNA encoding the endogenous signal peptide of the LSD protein with a nucleic acid cassette encoding a bacterial signal peptide (eg, the ompA signal sequence). Expression can be driven by any of a number of strong inducible promoters (eg, lac, trp, or tac promoters). One suitable vector is pBAD / gIII (commercially available from Invitrogen), which uses the Gene III signal peptide and the araBAD promoter.

(インビトロでのリフォールディング)
1つの有用なIGF−II標的性部分は、3つの分子内ジスルフィド結合を有する。E.coliにおいてGILT融合タンパク質(例えば、GUS−GILT)が、構築され得、これは、細胞膜周辺腔へタンパク質を指向する。別のタンパク質のC末端に融合される場合、IGF−IIは、E.coliの周辺質において活性な形態で分泌され得る(Wadenstenら(1991)Biotechnol.Appl.Biochem.13(3):412〜21)。IGF−II部分の最適なフォールディングを促進するために、適切な濃度の還元型および酸化型グルタチオンが、好ましくは、細胞性環境にジスルフィド結合形成を促進するために添加される。ジスルフィド結合を有する融合タンパク質が不完全に可溶性である場合、任意の不溶性物質は、好ましくは、変性したタンパク質を可溶化するためのカオトロピック剤(例えば、尿素)で処理され、そして適切なジスルフィド結合の形成を促進するために、適切な濃度の還元型および酸化型グルタチオン、または他の酸化剤および還元剤を有する緩衝液中でリフォールドされる(Smithら(1989)J.Biol.Chem.264(16):9314〜21)。例えば、IGF−Iは、IGF−IIの変性および還元のための6Mグアニジン−HClおよび0.1M tris(2−カルボキシエチル)ホスフィン還元剤を用いてリフォールドされている(Yangら(1999)J.Biol.Chem.274(53):37598〜604)。タンパク質のリフォールディングは、1mM酸化型グルタチオン、10mM還元型グルタチオン、0.2M KClおよび1mM EDTAを含有する0.1MTris−HCl緩衝液(pH8.7)中で達成された。
(Refolding in vitro)
One useful IGF-II targeting moiety has three intramolecular disulfide bonds. E. In E. coli, a GILT fusion protein (eg, GUS-GILT) can be constructed, which directs the protein to the periplasmic space. When fused to the C-terminus of another protein, IGF-II is E. coli. can be secreted in an active form in the periplasm of E. coli (Wadensten et al. (1991) Biotechnol. Appl. Biochem. 13 (3): 412-21). In order to facilitate optimal folding of the IGF-II moiety, appropriate concentrations of reduced and oxidized glutathione are preferably added to promote disulfide bond formation in the cellular environment. If the fusion protein having a disulfide bond is incompletely soluble, any insoluble material is preferably treated with a chaotropic agent (eg, urea) to solubilize the denatured protein and the appropriate disulfide bond To facilitate formation, refolded in a buffer with appropriate concentrations of reduced and oxidized glutathione, or other oxidizing and reducing agents (Smith et al. (1989) J. Biol. Chem. 264 ( 16): 9314-21). For example, IGF-I has been refolded using 6M guanidine-HCl and 0.1M tris (2-carboxyethyl) phosphine reducing agent for denaturation and reduction of IGF-II (Yang et al. (1999) J Biol.Chem.274 (53): 37598-604). Protein refolding was achieved in 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 8.7) containing 1 mM oxidized glutathione, 10 mM reduced glutathione, 0.2 M KCl and 1 mM EDTA.

(不完全グリコシル化(Underglycosylation))
標的化治療的タンパク質は、好ましくは不完全グリコシル化される:通常、哺乳動物細胞においてタンパク質が産生される場合に存在する1つ以上の炭水化物構造は、好ましくは省略、除去、修飾、またはマスクされ、哺乳動物におけるタンパク質の半減期を延長する。不完全グリコシル化は、多くの方法によって達成され得、それらのうちの幾つかを図1に図示する。図1に示すように、タンパク質は、実際に不完全グリコシル化され得る(実際に1つ以上の炭水化物構造を欠失する)か、または1つ以上の炭水化物構造の修飾またはマスキングを介して、機能的に不完全グリコシル化される。タンパク質は、実施例14において考察されるように合成された場合、実際に不完全グリコシル化され得、そして完全に非グリコシル化(unglycosylated)され得る(E.coli内で合成する場合のように)か、部分的に非グリコシル化される(1つ以上のグリコシル化部位を部位特異的変異誘発によって壊した後で哺乳動物系において合成する場合のように)か、または非哺乳動物のグリコシル化パターンを有し得る。実際の不完全グリコシル化はまた、合成後のタンパク質の脱グリコシル化によって、達成され得る。実施例14において考察するように、脱グリコシル化は、化学処理または酵素処理を介してなされ得、そして完全な脱グリコシル化をもたらすか、または、炭水化物構造の一部だけが除去される場合、部分的に脱グリコシル化される。
(Underglycosylation)
The targeted therapeutic protein is preferably incompletely glycosylated: one or more carbohydrate structures that are normally present when the protein is produced in mammalian cells are preferably omitted, removed, modified, or masked. Increase the half-life of proteins in mammals. Incomplete glycosylation can be achieved by a number of methods, some of which are illustrated in FIG. As shown in FIG. 1, a protein can actually be incompletely glycosylated (actually lacks one or more carbohydrate structures) or functions through modification or masking of one or more carbohydrate structures. Incompletely glycosylated. The protein, when synthesized as discussed in Example 14, can actually be incompletely glycosylated and fully glycosylated (as is the case in E. coli). Or partially non-glycosylated (as if synthesized in a mammalian system after breaking one or more glycosylation sites by site-directed mutagenesis) or non-mammalian glycosylation patterns Can have. Actual incomplete glycosylation can also be achieved by deglycosylation of the protein after synthesis. As discussed in Example 14, deglycosylation can be done via chemical or enzymatic treatment and results in complete deglycosylation or when only a portion of the carbohydrate structure is removed. Deglycosylated.

(インビボでの発現)
治療的タンパク質(好ましくは、分泌される治療的タンパク質)をコードする核酸は、疾患で苦しむ患者に直接的に有利に提供され得るか、またはエキソビボでの細胞に続いて、患者にこの生細胞を投与することによって提供され得る。当該分野で公知のインビボでの遺伝子治療法としては、精製されたDNAを(例えば、プラスミド中におけるように)提供すること、ウイルス性ベクター中でDNAを提供すること、またはリポソームもしくは他の小胞中でDNAを提供することが挙げられる(例えば、遺伝子治療で使用するための脂質キャリアを開示する米国特許第5,827,703号、および遺伝子治療に有用なアデノウイルスベクターを提供する米国特許第6,281,010号を参照のこと)。
(In vivo expression)
Nucleic acid encoding a therapeutic protein (preferably a secreted therapeutic protein) can be advantageously provided directly to a patient afflicted with a disease, or, following ex vivo cells, the patient can receive this live cell. Can be provided by administration. In vivo gene therapy methods known in the art include providing purified DNA (eg, as in a plasmid), providing DNA in a viral vector, or liposomes or other vesicles (Eg, US Pat. No. 5,827,703 which discloses lipid carriers for use in gene therapy, and US Pat. No. 5,819, which provides adenoviral vectors useful for gene therapy). No. 6,281,010).

組換えタンパク質を発現するために改変された細胞を移植することによって疾患を処置するための方法もまた、周知である。例えば、ヒトへの導入のために始原ヒト細胞への核酸を導入するための方法を開示している米国特許第5,399,346号を参照のこと。エキソビボでの治療のためのヒト細胞の使用は、いくつかの実施形態において好ましいが、他の細胞(例えば、細菌性細胞)が、患者の脈管構造に移植されて、連続的に治療剤を放出し得る。例えば、米国特許第4,309,776号および同第5,704,910号を参照のこと。   Methods for treating diseases by transplanting cells that have been modified to express recombinant proteins are also well known. See, eg, US Pat. No. 5,399,346, which discloses a method for introducing nucleic acids into primordial human cells for introduction into humans. Although the use of human cells for ex vivo treatment is preferred in some embodiments, other cells (eg, bacterial cells) are transplanted into the patient's vasculature to continuously receive the therapeutic agent. May be released. See, for example, U.S. Pat. Nos. 4,309,776 and 5,704,910.

本発明の方法は、精製工程を必要とすることなく、亜細胞区画に直接的にタンパク質を標的化するために特に有用である。1つの実施形態において、IGF−II融合タンパク質は、宿主に投与される共生または弱毒化した寄生生物中で発現される。発現されたIGF−II融合タンパク質は、この生物によって分泌され、宿主細胞によって取り込まれ、そして宿主細胞のリソソームに標的化される。   The methods of the invention are particularly useful for targeting proteins directly to subcellular compartments without the need for purification steps. In one embodiment, the IGF-II fusion protein is expressed in a symbiotic or attenuated parasite administered to the host. The expressed IGF-II fusion protein is secreted by this organism, taken up by the host cell, and targeted to the lysosome of the host cell.

本発明のいくつかの実施形態において、GILTタンパク質は、このタンパク質を感染したマクロファージのリソソームへ分泌する生きたLeishmaniaを介してインサイチュで送達される。この小器官から、このタンパク質はその細胞を離れ、そしてそのマクロファージの系統でない隣接細胞によって取り込まれる。従って、GILTタグおよび治療剤は、このタンパク質が、マクロファージリソソーム中に存在する間、必然的にインタクトなままである。従って、GILTタンパク質がインサイチュで発現される場合、これらは、好ましくは、リソソームの環境との適合性を確実にするために改変される。ヒト−β−グルクロニダーゼ(ヒト「GUS」)(例示的な治療的部分)は、通常、リソソームにおいてか、またはリソソームへの輸送の間のいずれかでC末端ペプチド切断を受ける(例えば、GUSにおける残基633と残基634との間)。従って、GUS−GILT構築物がマクロファージリソソームにおいてLeishmaniaによって発現される実施形態において、ヒトGUSが、好ましくは、このタンパク質に切断に対する耐性を与えるために改変されるか、または残基633に続く残基が、好ましくは、GILT融合タンパク質から単に取り除かれる。同様に、IGF−II(例示的な標的性部分)が、好ましくは、タンパク質分解に対するその耐性を増加させるために改変されるか、または最小の結合ペプチド(例えば、ファージディスプレイまたは酵母ツーハイブリッドによって同定されるような)が、野生型IGF−II部分に対して置換される。   In some embodiments of the invention, the GILT protein is delivered in situ via live Leishmania that secretes this protein into the lysosomes of infected macrophages. From this organelle, the protein leaves the cell and is taken up by neighboring cells that are not of the macrophage lineage. Thus, GILT tags and therapeutic agents necessarily remain intact while this protein is present in macrophage lysosomes. Thus, when GILT proteins are expressed in situ, they are preferably modified to ensure compatibility with the lysosomal environment. Human-β-glucuronidase (human “GUS”) (an exemplary therapeutic moiety) typically undergoes C-terminal peptide cleavage either in lysosomes or during transport to lysosomes (eg, residues in GUS). Between group 633 and residue 634). Thus, in embodiments where the GUS-GILT construct is expressed by Leishmania in macrophage lysosomes, human GUS is preferably modified to confer resistance to cleavage of this protein, or the residue following residue 633 is , Preferably simply removed from the GILT fusion protein. Similarly, IGF-II (an exemplary targeting moiety) is preferably modified to increase its resistance to proteolysis or identified by minimal binding peptides (eg, phage display or yeast two-hybrid) Is substituted for the wild type IGF-II moiety.

(投与)
本発明に従って生成された標的化治療物は、任意の経路によって哺乳類宿主に投与され得る。従って、必要に応じて、投与は、経口、または静脈内および腹腔内の投与経路を含む非経口であり得る。さらに、投与は、治療剤のボーラスの定期的な注射によってであり得るか、または外部であるレザバ(例えば、i.v.バッグ)からの静脈内もしくは腹腔内の投与によってより連続的になされ得る。特定の実施形態において、本発明の治療物は、製薬等級であり得る。すなわち、特定の実施形態は、ヒトへの投与のために要求される純度の規格および品質管理に従う。獣医学の適用もまた、本明細書中で使用されるような意図される意義の範囲内である。
(Administration)
The targeted therapeutic produced in accordance with the present invention can be administered to a mammalian host by any route. Thus, if desired, administration can be oral or parenteral, including intravenous and intraperitoneal routes of administration. Further, administration can be by periodic injection of a bolus of therapeutic agent or can be made more continuous by intravenous or intraperitoneal administration from an external reservoir (eg, an iv bag). . In certain embodiments, the therapeutics of the invention can be pharmaceutical grade. That is, certain embodiments follow the purity standards and quality controls required for human administration. Veterinary applications are also within the intended meaning as used herein.

本発明に従う治療物の獣医学的使用およびヒト医学的使用のための両方の処方物は、代表的には、そのための薬学的に受容可能なキャリアおよび必要に応じて他の成分と関連してこのような治療物を含む。キャリアは、処方物の他の成分と適合性であり、そしてそのレシピエントに有害でないという意味で「受容可能」であり得る。この点で、薬学的に受容可能なキャリアは、薬学的投与に適合性の任意ならびに全ての溶媒、分散媒体、コーティング、抗菌剤および抗真菌剤、等張剤および吸収遅延剤などを含むことが意図される。薬学的に活性な物質のためのこのような媒体および薬剤の使用は、当該分野において公知である。任意の従来の媒体または薬剤が活性化合物と不適合性である範囲以外で、この組成物におけるその使用が企図される。補助的な活性化合物(本発明に従って同定され、そして/または当該分野で公知である)もまたこの組成物中に組込まれ得る。処方物は、簡便に、投薬単位形態で提供され得、そして薬学/微生物学の当該分野において周知の任意の方法によって調製され得る。一般的には、いくつかの処方物は、治療物を液体キャリアもしくは微細に分割された固体キャリアまたは両方と関連させ、必要に応じて、次いで所望の処方物へと生成物を形づくることによって調製される。   Both formulations for veterinary and human medical use of the treatments according to the invention are typically associated with a pharmaceutically acceptable carrier therefor and other ingredients as required. Including such therapeutics. A carrier can be “acceptable” in the sense of being compatible with the other ingredients of the formulation and not injurious to the recipient thereof. In this regard, pharmaceutically acceptable carriers may include any and all solvents, dispersion media, coatings, antibacterial and antifungal agents, isotonic and absorption delaying agents, and the like that are compatible with pharmaceutical administration. Intended. The use of such media and agents for pharmaceutically active substances is known in the art. Except insofar as any conventional media or agent is incompatible with the active compound, its use in the composition is contemplated. Supplementary active compounds (identified according to the present invention and / or known in the art) can also be incorporated into the compositions. The formulations can conveniently be provided in dosage unit form and can be prepared by any method well known in the art of pharmacy / microbiology. In general, some formulations are prepared by associating the treatment with a liquid carrier or a finely divided solid carrier or both, and then if necessary shaping the product into the desired formulation. Is done.

本発明の薬学的組成物は、その意図される投与経路と適合するように処方される。投与経路の例としては、経口または非経口(例えば、静脈内、皮内、吸入、経皮(局所)、経粘膜、および直腸の投与)が挙げられる。非経口、皮内、または皮下の適用のために使用される溶液または懸濁液は、以下の成分を含有し得る:滅菌した希釈剤(例えば、注射用水、生理食塩水溶液、不揮発性油、ポリエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコールまたは他の合成溶媒);抗菌剤(例えば、ベンジルアルコールまたはメチルパラベン);抗酸化剤(アスコルビン酸または亜硫酸水素ナトリウム);キレート剤(例えば、エチレンジアミン四酢酸);緩衝液(例えば、アセテート、シトレートまたはホスフェート)および張度の調整のための薬剤(例えば、塩化ナトリウムまたはブドウ糖)。pHは、酸または塩基(例えば、塩酸または水酸化ナトリウム)で調整され得る。   A pharmaceutical composition of the invention is formulated to be compatible with its intended route of administration. Examples of routes of administration include oral or parenteral (eg, intravenous, intradermal, inhalation, transdermal (topical), transmucosal, and rectal administration). Solutions or suspensions used for parenteral, intradermal, or subcutaneous applications may contain the following components: sterile diluents (eg, water for injection, saline solution, non-volatile oil, polyethylene Glycols, glycerin, propylene glycol or other synthetic solvents); antibacterial agents (eg benzyl alcohol or methyl paraben); antioxidants (ascorbic acid or sodium bisulfite); chelating agents (eg ethylenediaminetetraacetic acid); buffers (eg , Acetate, citrate or phosphate) and agents for tonicity adjustment (eg sodium chloride or glucose). The pH can be adjusted with acids or bases, such as hydrochloric acid or sodium hydroxide.

経口投与または非経口投与のための有用な溶液は、例えば、Remington’s Pharmaceutical Sciences,(Gennaro,A.編),Mack Pub.,1990に記載される、製薬分野において周知の任意の方法によって調製され得る。非経口投与のための処方物はまた、頬投与のためのグリココレート、直腸投与のためのメトキシサリチレート、または膣投与のためのクエン酸(cutric acid)を含み得る。非経口調製物は、ガラス製またはプラスチック製のアンプル、使い捨てシリンジもしくは複数回投与バイアル中に封入され得る。直腸投与のための座剤はまた、薬物を非刺激性の賦形剤(例えば、カカオ脂、他のグリセリド、または室温で固体であり、そして体温で液体である他の組成物)と混合することによって調製され得る。処方物はまた、例えば、ポリアルキレングリコール(例えば、ポリエチレングリコール)、植物起源のオイル、水素添加されたナフタレンなどを含み得る。直接投与のための処方物は、グリセロールおよび高粘度の他の組成物を含み得る。これらの治療物について他の潜在的に有用な非経口キャリアとしては、エチレン−酢酸ビニルコポリマー粒子、浸透圧性ポンプ、移植可能な注入系、およびリポソームが挙げられる。吸入投与のための処方物は、賦形剤として、例えば、ラクトースを含み得るか、または例えば、ポリオキシエチレン−9−ラウリルエーテル、グリココレートおよびデオキシコレートを含む水溶液、または点鼻剤の形態での投与のための油性溶液、または鼻腔内に塗布するためのゲルとしてであり得る。保持浣腸もまた、直腸送達のために使用され得る。   Useful solutions for oral or parenteral administration are described, for example, in Remington's Pharmaceutical Sciences, (Gennaro, A. Ed.), Mack Pub. , 1990, can be prepared by any method known in the pharmaceutical arts. Formulations for parenteral administration may also include glycocholate for buccal administration, methoxysalicylate for rectal administration, or citric acid for vaginal administration. The parenteral preparation can be enclosed in ampoules, disposable syringes or multiple dose vials made of glass or plastic. Suppositories for rectal administration also mix the drug with non-irritating excipients such as cocoa butter, other glycerides, or other compositions that are solid at room temperature and liquid at body temperature Can be prepared. The formulation can also include, for example, polyalkylene glycols (eg, polyethylene glycol), oils of plant origin, hydrogenated naphthalene, and the like. Formulations for direct administration can include glycerol and other compositions of high viscosity. Other potentially useful parenteral carriers for these therapeutics include ethylene-vinyl acetate copolymer particles, osmotic pumps, implantable infusion systems, and liposomes. Formulations for inhalation administration may contain, for example, lactose as an excipient, or in the form of an aqueous solution containing, for example, polyoxyethylene-9-lauryl ether, glycocholate and deoxycholate, or nasal drops As an oily solution for administration, or as a gel for application in the nasal cavity. A retention enema can also be used for rectal delivery.

経口投与のために適切な本発明の処方物は、別個の単位の形態(例えば、カプセル、ゼラチンカプセル、薬袋(sachet)、錠剤、トローチ、または口内錠(各々が所定量の薬物を含む));散剤または顆粒剤の形態;水性液体または非水性液体中の溶液もしくは懸濁液の形態;あるいは水中油乳剤または油中水乳剤の形態であり得る。この治療物はまた、ボーラス、舐剤またはペーストの形態で投与され得る。錠剤は、薬物を、必要に応じて1つ以上の副成分とともに、圧縮するかまたは成形することによって作製され得る。圧縮された錠剤は、自由に流れる形態(例えば、散剤または顆粒剤)における薬物を適切な機械で、必要に応じて、結合剤、潤沢剤、不活性な希釈剤、界面活性剤または分散剤と共に混合されて、圧縮することによって調製され得る。成形された錠剤は、不活性な液体希釈剤で湿らせた粉末状の薬物および適切なキャリアの混合物を適切な機械で成形することによって作製され得る。   Formulations of the present invention suitable for oral administration are in discrete unit forms (eg, capsules, gelatin capsules, sachets, tablets, troches, or lozenges, each containing a predetermined amount of drug) In the form of powders or granules; in the form of a solution or suspension in an aqueous or non-aqueous liquid; or in the form of an oil-in-water emulsion or a water-in-oil emulsion. The treatment can also be administered in the form of a bolus, electuary or paste. A tablet may be made by compressing or molding the drug, optionally with one or more accessory ingredients. Compressed tablets can be placed in a free-flowing form (eg powders or granules) with a suitable machine, optionally with binders, lubricants, inert diluents, surfactants or dispersants. It can be prepared by mixing and compressing. Molded tablets may be made by molding in a suitable machine a mixture of the powdered drug moistened with an inert liquid diluent and a suitable carrier.

経口組成物は、一般には、不活性な希釈剤または食用のキャリアを含む。経口治療投与の目的で、活性化合物は、賦形剤とともに組込まれ得る。うがい薬として使用するために流体キャリアを用いて調製される経口組成物は、流体キャリア中に化合物を含み、そして経口的に適用され、音を立てられ、そして吐かれるかまたは飲み込まれる。薬学的に適合性の結合剤、および/またはアジュバント物質は、この組成物の一部として含まれ得る。錠剤、丸剤、カプセル、トローチなどは、任意の以下の賦形剤、または同様な性質の化合物を含み得る:結合剤(例えば、微結晶性セルロース、トラガカントガムまたはゼラチン);賦形剤(例えば、スターチまたはラクトース);崩壊剤(例えば、アルギン酸、Primogel、またはコーンスターチ);潤沢剤(例えば、ステアリン酸マグネシウムまたはSterote);潤滑剤(glidant)(例えば、コロイド状二酸化ケイ素);甘味剤(例えば、スクロースまたはサッカリン);または香味剤(例えば、ペパーミント、サリチル酸メチル、またはオレンジ香料)。   Oral compositions generally include an inert diluent or an edible carrier. For the purpose of oral therapeutic administration, the active compound can be incorporated with excipients. An oral composition prepared with a fluid carrier for use as a mouthwash contains the compound in a fluid carrier and is orally applied, squeaked and vomited or swallowed. Pharmaceutically compatible binding agents, and / or adjuvant materials can be included as part of the composition. Tablets, pills, capsules, troches and the like may contain any of the following excipients or compounds of similar nature: binders (eg, microcrystalline cellulose, gum tragacanth or gelatin); excipients (eg, Starch or lactose); disintegrants (eg, alginic acid, primogel, or corn starch); lubricants (eg, magnesium stearate or Sterote); glidants (eg, colloidal silicon dioxide); sweeteners (eg, sucrose) Or saccharin); or flavoring (eg, peppermint, methyl salicylate, or orange flavor).

注射可能な使用に適切な薬学的組成物は、滅菌された注射可能な溶液または分散剤の即席調製物のための、滅菌された水溶液(水溶性の場合)または分散剤および滅菌された散剤を包含する。静脈投与について、適切なキャリアとしては、生理学的生理食塩水、静菌性水、Cremophor ELTM(BASF,Parsippany,NJ)またはリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)が挙げられる。全ての場合において、この組成物は、滅菌され得、容易に注射可能である程度に、流動性であり得る。この組成物は、製造および保存の条件下で安定であり得、微生物(例えば、細菌および真菌)の汚染作用に対して保存され得る。このキャリアは、溶媒または分散系媒体であり得、これらとしては、例えば、水、エタノール、ポリオール(例えば、グリセロール、プロピレングリコール、および液体ポリエチレングリコールなど)、およびそれらの適切な混合物が挙げられる。適切な流動性は、例えば、コーティング(例えば、レシチン)の使用によって、分散剤の場合には必要な粒子サイズの維持によって、そして界面活性剤の使用によって、維持され得る。微生物の作用の防止は、種々の抗菌剤および抗真菌剤(例えば、パラベン、クロロブタノール、フェノール、アスコルビン酸、チメロザールなど)によって達成され得る。多くの場合において、等張剤(例えば、糖、ポリアルコール(例えば、マンニトール)、ソルビトール、および組成物中の塩化ナトリウム)を含むことが好ましい。注射可能な組成物の長時間の吸収は、組成物中に、吸収を遅らせる薬剤(例えば、モノステアリン酸アルミニウムおよびゼラチン)を含めることによって成し遂げられ得る。   Pharmaceutical compositions suitable for injectable use include sterile aqueous solutions (where water soluble) or dispersions and sterile powders for the extemporaneous preparation of sterile injectable solutions or dispersion. Include. For intravenous administration, suitable carriers include physiological saline, bacteriostatic water, Cremophor ELTM (BASF, Parsippany, NJ) or phosphate buffered saline (PBS). In all cases, the composition can be sterile and can be fluid to the extent that easy syringability exists. The composition can be stable under the conditions of manufacture and storage and can be preserved against the contaminating action of microorganisms such as bacteria and fungi. The carrier can be a solvent or dispersion medium and include, for example, water, ethanol, polyol (for example, glycerol, propylene glycol, and liquid polyethylene glycol, and the like), and suitable mixtures thereof. The proper fluidity can be maintained, for example, by the use of a coating, such as lecithin, by the maintenance of the required particle size in the case of dispersion and by the use of surfactants. Prevention of the action of microorganisms can be achieved by various antibacterial and antifungal agents (eg, parabens, chlorobutanol, phenol, ascorbic acid, thimerosal, etc.). In many cases, it will be preferable to include isotonic agents, for example, sugars, polyalcohols such as mannitol, sorbitol, and sodium chloride in the composition. Prolonged absorption of injectable compositions can be accomplished by including in the composition an agent that delays absorption, for example, aluminum monostearate and gelatin.

滅菌された注射可能な溶液は、1つまたは上に列挙された成分の組合せを有する適切な溶媒中に必要量の活性化合物を組込むことによって調製され得、必要な場合、続いて、フィルター濾過を行う。一般的に、分散剤は、滅菌されたビヒクル中に活性化合物を組込むことによって調製され、このビヒクルは、基本的な分散媒体および上記に列挙される成分から必要な他の成分を含む。滅菌された注射可能な溶液の調製物について滅菌された散剤の場合、調製の方法は、活性成分の散剤および前に濾過滅菌されたこの成分の溶液からの任意のさらなる成分の散剤を生じる真空乾燥工程および凍結乾燥工程を包含する。   Sterile injectable solutions can be prepared by incorporating the required amount of active compound in a suitable solvent having one or a combination of the ingredients listed above, followed by filter filtration if necessary. Do. Generally, dispersions are prepared by incorporating the active compound into a sterile vehicle, which contains the basic dispersion medium and other ingredients as required from the ingredients listed above. In the case of a sterile powder for a sterile injectable solution preparation, the method of preparation is vacuum drying to yield a powder of the active ingredient and any additional ingredient powder from the solution of this ingredient that has been previously filter sterilized. Process and lyophilization process.

関節内投与に適した処方物は、微晶質形態であり得る、滅菌された水性治療調製物の形態、例えば、水性微晶質懸濁物の形態であり得る。リポソーム処方物または生体分解性ポリマー系はまた、関節内投与および眼内投与の両方に関する治療物を提供するために使用され得る。   Formulations suitable for intra-articular administration can be in the form of a sterile aqueous therapeutic preparation, which can be in microcrystalline form, for example, in the form of an aqueous microcrystalline suspension. Liposomal formulations or biodegradable polymer systems can also be used to provide therapeutics for both intra-articular and intraocular administration.

局所投与(眼の処置を含む)に適切な処方物としては、液体調製物または半液体調製物(例えば、リニメント、ローション、ゲル、散布剤、水中油または油中水エマルジョン(例えば、クリーム、軟膏またはペースト);あるいは溶液または懸濁液(例えば、ドロップ))が挙げられる。皮膚表面への局所投与のための処方物は、皮膚科学的に受容可能なキャリア(例えば、ローション、クリーム、軟膏または石鹸)を有する治療物を散布することによって調製され得る。いくつかの実施形態において、塗布を局在化し除去を防止するために、皮膚の上にフィルムまたは層を形成することが可能なキャリアが、有用である。組織の表面への接着が所望される場合、組成物は、フィブリノーゲン−トロンビン組成物または他の生体接着剤中に分散する治療物を含有し得る。次いで、治療物は、所望される組織表面に、塗布(paint)されるか、スプレーされるかまたはそうでなければ塗布(apply)され得る。内部組織表面への局所投与について、薬剤は、液体組織接着剤または組織表面への吸着を強化することが公知である他の物質中に分散され得る。例えば、ヒドロキシプロピルセルロースまたはフィブリノーゲン/トロンビン溶液が、有利に使用され得る。あるいは、組織コーティング溶液(例えば、ペクチン含有処方物)が使用され得る。   Formulations suitable for topical administration (including eye treatment) include liquid or semi-liquid preparations (eg, liniments, lotions, gels, sprays, oil-in-water or water-in-oil emulsions (eg, creams, ointments) Or a paste); or a solution or suspension (eg, drop)). Formulations for topical administration to the skin surface can be prepared by spraying a treatment with a dermatologically acceptable carrier (eg, lotion, cream, ointment or soap). In some embodiments, carriers capable of forming a film or layer on the skin are useful to localize the application and prevent removal. Where adhesion to the surface of the tissue is desired, the composition may contain a therapeutic dispersed in a fibrinogen-thrombin composition or other bioadhesive. The treatment can then be painted, sprayed or otherwise applied to the desired tissue surface. For topical administration to the internal tissue surface, the drug can be dispersed in a liquid tissue adhesive or other material known to enhance adsorption to the tissue surface. For example, hydroxypropylcellulose or fibrinogen / thrombin solutions can be used advantageously. Alternatively, a tissue coating solution (eg, a pectin-containing formulation) can be used.

吸入処置(例えば、喘息に対する)について、スプレー缶、ネブライザ、またはアトマイザで調剤された散剤(自己推進処方物またはスプレー処方物)の吸入が、使用され得る。そのような処方物は、散剤吸入デバイスからの肺投与のための微細に粉砕された散剤の形態または自己推進散剤分配処方物の形態であり得る。自己推進溶液およびスプレー処方物の場合、効果は、所望のスプレー特性(すなわち、所望の粒子径を有するスプレーを生成し得る特性)を有するバルブの選択によってかまたは制御された粒子径の懸濁された散剤として活性成分を組込むことによってのいずれかで達成され得る。吸入による投与に関して、治療物はまた、適切な推進剤(例えば、気体(例えば、二酸化炭素)、またはネブライザ)を含む、加圧容器またはディスペンサから、エアロゾルスプレー形態で送達され得る。点鼻薬もまた使用され得る。   For inhalation treatments (eg, for asthma), inhalation of powders (self-propelled or spray formulations) dispensed with spray cans, nebulizers, or atomizers can be used. Such formulations may be in the form of a finely divided powder or a self-propelled powder dispensing formulation for pulmonary administration from a powder inhalation device. In the case of self-propelling solutions and spray formulations, the effect is suspended by the selection of a valve having the desired spray characteristics (i.e. the characteristics that can produce a spray having the desired particle diameter) or controlled particle size suspension. Can be achieved either by incorporating the active ingredient as a powder. For administration by inhalation, the therapeutic can also be delivered in aerosol spray form from a pressurized container or dispenser that contains a suitable propellant, such as a gas (eg, carbon dioxide), or a nebulizer. Nasal drops can also be used.

全身投与はまた、経粘膜的手段または経皮的手段であり得る。経粘膜的投与または経皮的投与に関して、浸透されるべき障壁に適切な浸透剤を、処方物に使用する。このような浸透剤は、当該分野で一般的に公知であり、そのような浸透剤としては、例えば、経粘膜的投与については、界面活性剤、胆汁塩、およびフィルシジン酸誘導体が挙げられる。経皮的投与は、スプレー式点鼻薬または坐剤の使用を介して達成され得る。経皮的投与に関して、治療物は、代表的には、当該分野で一般的に公知である軟膏(ointment)、軟膏(salve)、ゲル、またはクリーム中に処方される。   Systemic administration can also be transmucosal or transdermal. For transmucosal or transdermal administration, penetrants appropriate to the barrier to be permeated are used in the formulation. Such penetrants are generally known in the art, and such penetrants include, for example, for transmucosal administration, surfactants, bile salts, and phyllic acid derivatives. Transdermal administration can be accomplished through the use of spray nasal sprays or suppositories. For transdermal administration, the treatment is typically formulated in an ointment, salve, gel, or cream as generally known in the art.

1つの実施形態では、治療物は、身体からの急速な排除を保護する、キャリア(例えば、インプラントおよびマイクロカプセル化送達系を含む、制御放出処方)と共に調製される。生分解性の、生体適合性ポリマー(例えば、エチレンビニルアセテート、ポリアンヒドライド、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリオルトエステル、およびポリ乳酸)が用いられ得る。このような処方物の調製方法は、当業者に理解される。材料もまた、Alza CorporationおよびNova Pharmaceuticals,Inc.から市販のものを入手し得る。リポソーム懸濁液はまた、薬学的に受容可能なキャリアとして用いられ得る。これらは、例えば、米国特許第4,522,811号に記載されるように、当業者に公知の方法に従って調製され得る。ミクロソームおよび微粒子もまた、使用され得る。   In one embodiment, the treatment is prepared with a carrier (eg, a controlled release formulation, including implants and microencapsulated delivery systems) that protects against rapid elimination from the body. Biodegradable, biocompatible polymers can be used, such as ethylene vinyl acetate, polyanhydrides, polyglycolic acid, collagen, polyorthoesters, and polylactic acid. Those skilled in the art will understand how to prepare such formulations. Materials are also available from Alza Corporation and Nova Pharmaceuticals, Inc. Can be obtained commercially. Liposomal suspensions can also be used as pharmaceutically acceptable carriers. These can be prepared according to methods known to those skilled in the art, for example, as described in US Pat. No. 4,522,811. Microsomes and microparticles can also be used.

経口組成物または非経口組成物は、投与を容易にしかつ投薬を均一にするために、投薬単位形態で処方され得る。投薬単位形態とは、単一の投薬として、処置されるべき被験体に適した物理的に別個の単位をいい;各単位は、必要とされる薬学的キャリアと共に所望の治療効果を生じるように計算された所定の量の活性化合物を含む。本発明の投薬単位形態についての仕様は、個体の処置のための活性化合物のように、活性化合物の固有の特性および達成される特定の治療効果、ならびに配合の分野に固有の制限によって、そしてこれらに直接的に依存して、決定される。   Oral or parenteral compositions can be formulated in dosage unit form for ease of administration and uniformity of dosage. Dosage unit form refers to a physically discrete unit suitable for the subject to be treated as a single dosage; each unit will produce the desired therapeutic effect with the required pharmaceutical carrier. Contains a calculated predetermined amount of active compound. The specifications for the dosage unit forms of the present invention are such as the active compound for the treatment of an individual, due to the inherent properties of the active compound and the specific therapeutic effect to be achieved, as well as the limitations inherent in the field of formulation and these Directly depends on

一般的に、本発明に従って同定された治療物は、例えば、治療的に有効な量(例えば、適切な濃度の薬物を、標的組織に対して所望の効果を誘導するのに十分な時間提供する量)で、ヒトまたは他の哺乳動物に対する非経口投与または経口投与のために処方され得る。さらに、本発明の治療物は、単独、または目的の特定の疾患もしくは症状に対する有益な効果を有することが公知の他の分子との組み合わせで投与され得る。単なる例示として、有用な補因子としては、症状緩和補因子(消毒剤、抗菌剤、抗ウイルス剤および抗真菌剤を含む)、ならびに鎮痛剤および麻酔剤が挙げられる。   In general, a therapeutic identified in accordance with the present invention provides, for example, a therapeutically effective amount (eg, an appropriate concentration of drug for a time sufficient to induce the desired effect on the target tissue. Amount) can be formulated for parenteral or oral administration to humans or other mammals. Furthermore, the therapeutics of the invention can be administered alone or in combination with other molecules known to have a beneficial effect on the particular disease or condition of interest. By way of example only, useful cofactors include symptom relief cofactors (including antiseptics, antibacterials, antivirals and antifungals), and analgesics and anesthetics.

治療組成物中に送達されるべきである本発明に従って同定された治療物の有効濃度は、投与される薬物の最終の所望の投薬量および投与の経路を含む、多数の因子に依存して変化する。投与される好ましい投薬量はまた、処置される疾患または症状の型および程度、特定の患者の全体的な健康状態、送達される治療物の相対的な生物学的効力、治療物の処方、処方物中の賦形剤の存在および型、ならびに投与の経路のような変動に依存すると考えられる。いくつかの実施形態では、本発明の治療物は、最も最近に記載された非ヒト霊長類およびげっ歯類を用いた哺乳動物研究から推定された代表的な投薬単位を用いて個体に提供され得る。上記のように、投薬単位は、単一性(すなわち、患者に投与され得る単回用量、および治療物自体または固体もしくは液体の薬学的希釈剤もしくはキャリアとの混合物のいずれかを含む、生理学的および生物学的に安定な単位用量として残る、容易に扱われかつ充填され得る単回用量)をいう。   The effective concentration of a therapeutic identified in accordance with the present invention to be delivered in a therapeutic composition will vary depending on a number of factors, including the final desired dosage of the drug being administered and the route of administration. To do. The preferred dosages administered are also the type and extent of the disease or condition being treated, the overall health status of the particular patient, the relative biological efficacy of the delivered therapeutic, the therapeutic formulation, the formulation It will depend on such variables as the presence and type of excipients in the product and the route of administration. In some embodiments, the therapeutics of the invention are provided to individuals using representative dosage units deduced from mammalian studies using the most recently described non-human primates and rodents. obtain. As described above, a dosage unit is a physiological (including a single (ie, a single dose that can be administered to a patient) and a mixture of the treatment itself or a solid or liquid pharmaceutical diluent or carrier. And a single dose that can be easily handled and filled, remaining as a biologically stable unit dose.

特定の実施形態では、生物は、本発明に従って同定された治療物を産生するように操作される。これらの生物は、収集するために治療物を放出し得るか、または患者に直接導入され得る。別の一連の実施形態では、細胞を利用して、本発明に従って同定された治療物のキャリアとして作用し得る。   In certain embodiments, the organism is engineered to produce a therapeutic identified in accordance with the present invention. These organisms can release the therapeutic for collection or can be introduced directly into the patient. In another series of embodiments, the cells can be utilized to act as carriers for therapeutics identified according to the present invention.

本発明の治療物としてはまた、「プロドラッグ」誘導体が挙げられる。用語プロドラッグは、活性成分を放出または活性化する生物内で自発的かまたは酵素学的かのいずれかで生体内変化を必要とする親分子の、薬理学的に不活性な(または部分的に不活性な)誘導体をいう。プロドラッグは、代謝条件の下で切断可能な基を有する本発明の治療物の改変体または誘導体である。プロドラッグは、これらが生理学的条件下で加溶媒分化を受けるか、または酵素分解を受ける場合、インビボで薬学的に活性である本発明の治療物となる。本発明のプロドラッグは、生物内の活性な薬物成分を放出もしくは活性化するために必要とされる生体内変化の数に依存して、単一、二重、三重などと呼ばれ得、そして、このことは、前駆体型形態で存在する官能基の数を示す。プロドラッグ形態は、しばしば、哺乳動物生物において、可溶性、組織適合性、または遅延された放出の利点を提供する(Bundgard,Design of Prodrugs,7−9頁,21−24頁,Elsevier,Amsterdam 1985およびSilverman,The Organic Chemistry of Drug Design and Drug Action,352−401頁,Academic Press,San Diego,Calif.,1992を参照のこと)。さらに、本発明に従うプロドラッグ誘導体は、バイオアベイラビリティーを増大させる他の特徴と組合され得る。   The therapeutics of the present invention also include “prodrug” derivatives. The term prodrug is a pharmacologically inactive (or partial) of a parent molecule that requires biotransformation either spontaneously or enzymatically in an organism that releases or activates the active ingredient. Inactive) derivatives. Prodrugs are variants or derivatives of the therapeutics of the invention that have groups cleavable under metabolic conditions. Prodrugs are therapeutics of the invention that are pharmaceutically active in vivo when they undergo solvodifferentiation under physiological conditions or undergo enzymatic degradation. The prodrugs of the invention can be referred to as single, double, triple, etc., depending on the number of biotransformations required to release or activate the active drug component in the organism, and This indicates the number of functional groups present in the precursor form. Prodrug forms often provide the advantages of solubility, histocompatibility, or delayed release in mammalian organisms (Bundgard, Design of Prodrugs, pages 7-9, 21-24, Elsevier, Amsterdam 1985 and (See Silverman, The Organic Chemistry of Drug Design and Drug Action, pages 352-401, Academic Press, San Diego, Calif., 1992). Furthermore, prodrug derivatives according to the present invention may be combined with other features that increase bioavailability.

参考例1.GILT構築物)
IGF−IIカセットを、一連の重複するオリゴの連結により合成し、そしてPir1−SAT(標準的なLeishmania発現ベクター)中にクローニングした。4つのIGF−IIカセットを作製した:1つは、野生型の成熟ポリペプチドをコードし、1つはΔ1−7欠失を有し、1つはY27L変異を有し、そして1つは両方の変異を有する。これらの変異は、他のレセプターに対するIGF−IIの結合を減少させるが、M6Pレセプターに対する結合に影響しないことが報告されている。
( Reference Example 1. GILT construct)
The IGF-II cassette was synthesized by ligation of a series of overlapping oligos and cloned into Pir1-SAT (a standard Leishmania expression vector). Four IGF-II cassettes were created: one encoding a wild type mature polypeptide, one having a Δ1-7 deletion, one having a Y27L mutation, and one both It has a mutation. These mutations have been reported to reduce IGF-II binding to other receptors but not affect binding to the M6P receptor.

ヒトIGF−IIのコード配列を、図2に示す。タンパク質は、アミノ末端に24個のアミノ酸の単一のペプチド、および89個のアミノ酸のカルボキシ末端領域を有するプレ−プロ−タンパク質として合成され、これらの両方は、O’Dellら(1998)Int.J.Biochem Cell Biol.30(7):767−71に総説されるように、翻訳後に取り除かれる。成熟タンパク質は、67個のアミノ酸である。成熟IGF−IIのLeishmaniaコドン最適化バージョンは、図3に示される(Langfordら(1992)Exp.Parasitol 74(3):360−1)。このカセットを、重複するオリゴヌクレオチドをアニーリングすることにより構築した。このオリゴヌクレオチドの配列を、表3に示す。成熟ポリペプチドのアミノ酸1〜7の欠失(Δ1−7)、チロシンからロイシンへの残基27の変異(Y27L)、または両方の変異(Δ1−7、Y27L)を含むさらなるカセットを、以下に記載されるような、所望のレセプターについてのみ特異性を有するIGF−IIカセットを生じるように作製した。野生型IGF−IIカセットを作製するために、オリゴGILT1−9を、アニーリングおよび連結した。Y27Lカセットを作製するために、オリゴ1、12、3、4、5、16、7、8および9を、アニーリングおよび連結した。連結後、2つのカセットをカラム精製した。野生型カセットおよびY27Lカセットを、オリゴGILT20および10ならびに適切なテンプレートを用いてPCRにより増幅した。Δ1−7欠失を組み込むために、2つのテンプレートを、オリゴGILT11および10を用いて増幅した。得られた4つのIGF−IIカセット(野生型、Y27L、Δ1−7およびY27LΔ1−7)を、カラム精製し、XbaIで消化し、ゲル精製し、そしてXbaIで切断したPir1−SATに連結した。   The coding sequence for human IGF-II is shown in FIG. The protein is synthesized as a pre-pro-protein with a single peptide of 24 amino acids at the amino terminus and a carboxy terminal region of 89 amino acids, both of which are described in O'Dell et al. (1998) Int. J. et al. Biochem Cell Biol. 30 (7): 767-71, removed after translation. The mature protein is 67 amino acids. A Leishmania codon optimized version of mature IGF-II is shown in FIG. 3 (Langford et al. (1992) Exp. Parasitol 74 (3): 360-1). This cassette was constructed by annealing overlapping oligonucleotides. The sequence of this oligonucleotide is shown in Table 3. Additional cassettes containing a deletion of amino acids 1-7 of the mature polypeptide (Δ1-7), a tyrosine to leucine residue 27 mutation (Y27L), or both mutations (Δ1-7, Y27L) are described below. It was made to produce an IGF-II cassette with specificity only for the desired receptor, as described. Oligo GILT1-9 was annealed and ligated to generate a wild type IGF-II cassette. To make the Y27L cassette, oligos 1, 12, 3, 4, 5, 16, 7, 8 and 9 were annealed and ligated. After ligation, the two cassettes were column purified. The wild type cassette and the Y27L cassette were amplified by PCR using oligos GILT 20 and 10 and the appropriate template. To incorporate the Δ1-7 deletion, two templates were amplified using oligos GILT11 and 10. The resulting four IGF-II cassettes (wild type, Y27L, Δ1-7 and Y27LΔ1-7) were column purified, digested with XbaI, gel purified, and ligated to Pir1-SAT cut with XbaI.

次いで、遺伝子カセットを、リーディングフレームを保存するような方法でベクター中のXbaIの上流のXmaI部位(示さず)とAscI部位との間にクローニングした。3’XbaI部位の重複するDAMメチラーゼ部位は、クローニングのためのXmaI部位の代わりに5’XbaI部位の使用を可能にした。このAscI部位は、3つのアミノ酸残基のブリッジを加える。   The gene cassette was then cloned between the XmaI site (not shown) upstream of XbaI and the AscI site in the vector in such a way as to preserve the reading frame. The overlapping DAM methylase site of the 3'XbaI site allowed the use of a 5'XbaI site instead of the XmaI site for cloning. This AscI site adds a bridge of three amino acid residues.

Figure 0004828121
示した変異をIGF−IIカセットに組み込む目的は、融合タンパク質を適切なレセプターに標的化することを保証するためである。ヒトIGF−IIは、IGF−I(例えば、図7を参照のこと)およびインスリンのB鎖およびA鎖に対して高い程度の配列類似性および構造類似性を有する(Terasawaら(1994)Embo J.13(23):5590−7)。従って、これらのホルモンが、重複するレセプター結合特異性を有することは驚くべきことではない。IGF−IIは、インスリンレセプター、IGF−Iレセプターおよびカチオン依存マンノース6−ホスフェート/IGF−IIレセプター(CIM6P/IGF−II)に結合する。CIM6P/IGF−IIレセプターは、IGF−IIに対するレセプターとして、およびリソソームの加水分解酵素の分類に関与するマンノース6−ホスフェートレセプターとして作用する、二重活性レセプターである。長年にわたり、これらの2つの活性は、両方の活性が単一のタンパク質中に存在することが決定されるまで、別々のタンパク質に起因すると考えられてきた(Morganら(1987)Nature 329(6137):301−7);(Tongら(1988)J.Biol.Chem.263(6):2585−8)。
Figure 0004828121
The purpose of incorporating the indicated mutations into the IGF-II cassette is to ensure that the fusion protein is targeted to the appropriate receptor. Human IGF-II has a high degree of sequence similarity and structural similarity to IGF-I (see, eg, FIG. 7) and insulin B and A chains (Terazawa et al. (1994) Embo J). .13 (23): 5590-7). It is therefore not surprising that these hormones have overlapping receptor binding specificities. IGF-II binds to insulin receptor, IGF-I receptor and cation-dependent mannose 6-phosphate / IGF-II receptor (CIM6P / IGF-II). The CIM6P / IGF-II receptor is a dual active receptor that acts as a receptor for IGF-II and as a mannose 6-phosphate receptor involved in the classification of lysosomal hydrolases. Over the years, these two activities have been attributed to separate proteins until it is determined that both activities are present in a single protein (Morgan et al. (1987) Nature 329 (6137). : 301-7); (Tong et al. (1988) J. Biol. Chem. 263 (6): 2585-8).

IGF−IIの殆どの著しい生物学的効果(例えば、その分裂促進効果)は、CIM6P/IGF−IIレセプターよりむしろ、IGF−Iレセプターを介して媒介される(Ludwigら(1995)Trends in Cell Biology 5:202−206)において総説され、(Kornerら(1995)J.Biol.Chem.270(1):287−95)もまた参照のこと)。CIM6P/IGF−IIレセプターに対するIGF−IIの結合の最初の結果は、引き続いての分解のためのリソソームへの輸送であると考えられる。このことは、IGF−IIレベルを制御する重要な手段を表し、そしてなぜCIM6P/IGF−IIレセプターのヌル変異を有するマウスは、IGF−IIがまた欠失されない限り、出生前の死を示すのかを説明する(Lauら(1994)Genes Dev.8(24):2953−63);(Wangら(1994)Nature 372(6505);464−7);(Ludwigら(1996)Dev.Biol.177(2):517−35)。本発明の方法において、IGF−II融合タンパク質をCIM6P/IGF−IIレセプターに結合させることが望ましい。Y27LおよびΔ1−7変異は、CIM6P/IGF−IIレセプターに対する親和性を変化させることなく、IGF−Iレセプターおよびインスリンレセプターに対するIGF−IIの結合を低下させる(Sakanoら(1991)J.Biol.Chem.266(31):20626−35);(Hashimotoら(1995)J.Biol.Chem.270(30):18013−8)。従って、本発明に従って、これらのIGF−IIの変異形態は、CIM6P/IGF−IIレセプターに対して特異的に融合タンパク質を標的化する手段を提供する。   Most significant biological effects of IGF-II (eg, its mitogenic effect) are mediated through the IGF-I receptor rather than the CIM6P / IGF-II receptor (Ludwig et al. (1995) Trends in Cell Biology). 5: 202-206) (see also Korner et al. (1995) J. Biol. Chem. 270 (1): 287-95). The first result of IGF-II binding to the CIM6P / IGF-II receptor is thought to be transport to the lysosome for subsequent degradation. This represents an important means of controlling IGF-II levels and why mice with null mutations in the CIM6P / IGF-II receptor show prenatal death unless IGF-II is also deleted (Lau et al. (1994) Genes Dev. 8 (24): 2953-63); (Wang et al. (1994) Nature 372 (6505); 464-7); (Ludwig et al. (1996) Dev. Biol. 177. (2): 517-35). In the method of the present invention, it is desirable to bind the IGF-II fusion protein to the CIM6P / IGF-II receptor. Y27L and Δ1-7 mutations reduce IGF-II binding to IGF-I and insulin receptors without altering affinity for CIM6P / IGF-II receptor (Sakano et al. (1991) J. Biol. Chem). 266 (31): 20626-35); (Hashimoto et al. (1995) J. Biol. Chem. 270 (30): 18013-8). Thus, according to the present invention, these mutant forms of IGF-II provide a means of targeting fusion proteins specifically to the CIM6P / IGF-II receptor.

1つの実験において、適切な配列を有する4つの異なるIGF−IIカセット(野生型、Δ1−7、Y27LおよびΔ1−7/Y27L)を作製した。β−GUSカセットを、IGF−IIカセットに融合し、これらの構築物を寄生生物に置いた。α−ガラクトシダーゼカセットもまた、IGF−IIカセットに融合する。GUS融合物を試験し、そして酵素学的に活性なタンパク質を産生することを示した。   In one experiment, four different IGF-II cassettes (wild type, Δ1-7, Y27L and Δ1-7 / Y27L) with the appropriate sequence were made. The β-GUS cassette was fused to the IGF-II cassette and these constructs were placed in parasites. The α-galactosidase cassette is also fused to the IGF-II cassette. The GUS fusion was tested and shown to produce an enzymatically active protein.

図4に示される、1つの好ましい構築物は、L.mexicana分泌酸ホスファターゼ(SAP−1)のシグナルペプチドを含み、単一のSalI部位が除去された改変型Pir1−SATのXbaI部位へとクローニングされる。インフレームで融合されるものは、成熟β−GUS配列であり、これは3つのアミノ酸ブリッジによりIGF−IIタグに接続される。   One preferred construct shown in FIG. It contains the signal peptide of mexicana secreted acid phosphatase (SAP-1) and is cloned into the XbaI site of the modified Pir1-SAT from which a single SalI site has been removed. What is fused in-frame is the mature β-GUS sequence, which is connected to the IGF-II tag by a three amino acid bridge.

参考例2.GILTタンパク質調製)
β−GUSを発現および分泌するL.mexicanaを、100mlのStandard Promastigote培地(40mM HEPES、pH7.5、0.1mM アデニン、0.0005%ヘミン、0.0001%ビオチン、5%ウシ胎仔血清、5%胚流体、50単位/mlペニシリン、50μg/mlストレプトマイシンおよび50μg/mlナルセオスリシン(nourseothricin)を含むM199)中、26℃で増殖させた。約5×10無鞭毛型細胞/mlの密度に到達した後、これら無鞭毛型細胞を、室温で10分間の1000×gにおける遠心分離によって集めた;これらの無鞭毛型細胞を用いて、室温で、1リットルの低タンパク質培地(0.1mMアデニン、0.0001%ビオチン、50単位/mlペニシリンおよび50μg/mlストレプトマイシンを補填したM199)に接種した。この1リットルの培養物は、滅菌攪拌バーを備えた2リットルのキャップ付フラスコ中に含められ、この培養物は、穏やかな攪拌とともに26℃でインキュベートされ得た。この1リットルの培養物は、層流フード中にそれらを移動させること、キャップを取り除くこと、およびキャップを置き換える前に激しく旋回することにより1日に2度通気した。この培養物が、2−3×10無鞭毛型細胞/mlの密度に到達したとき、上記のようにこの培養物を遠心分離した。ただし、無鞭毛型細胞ペレットは棄て、そして培地は滅菌フラスコにデカントした。1リットルあたり434g(NHSOの添加は、培地から活性GUSタンパク質を沈殿させ;この塩折培地を4℃で一晩貯蔵した。沈殿したタンパク質を、10,500×gにおける30分間の遠心分離か、またはGelman Supor−800膜を通じる濾過のいずれかにより回収した;このタンパク質を、10mM Tris pH8、1mM CaCl中に再懸濁し、そして透析まで−80℃で貯蔵した。数リットルの培地からの粗沈殿物を溶解し、プールし、透析チューブ(Spectra/Por−7、MWCO 25,000)中に置き、そして2つの1リットル容量の重炭酸塩を含むDMEM(Dulbeccoの改変Eagle培地)に対して一晩透析した。
( Reference Example 2. Preparation of GILT protein)
L. expresses and secretes β-GUS. mexicana was added to 100 ml of Standard Promastigote medium (40 mM HEPES, pH 7.5, 0.1 mM adenine, 0.0005% hemin, 0.0001% biotin, 5% fetal calf serum, 5% embryo fluid, 50 units / ml penicillin, The cells were grown at 26 ° C. in M199) containing 50 μg / ml streptomycin and 50 μg / ml narseothricin. After reaching a density of about 5 × 10 6 flagellar cells / ml, these flagellar cells were collected by centrifugation at 1000 × g for 10 minutes at room temperature; using these flagellar cells, At room temperature, 1 liter of low protein medium (M199 supplemented with 0.1 mM adenine, 0.0001% biotin, 50 units / ml penicillin and 50 μg / ml streptomycin) was inoculated. The 1 liter culture was included in a 2 liter capped flask equipped with a sterile stir bar and the culture could be incubated at 26 ° C. with gentle agitation. The 1 liter cultures were aerated twice a day by moving them into a laminar flow hood, removing the cap, and swirling vigorously before replacing the cap. When the culture reached a density of 2-3 × 10 7 flagellar cells / ml, the culture was centrifuged as described above. However, the flagellar cell pellet was discarded and the medium was decanted into a sterile flask. Addition of 434 g (NH 4 ) 2 SO 4 per liter caused active GUS protein to precipitate from the medium; the salt folding medium was stored at 4 ° C. overnight. The precipitated protein was recovered either by centrifugation at 10,500 × g for 30 minutes or by filtration through a Gelman Super-800 membrane; the protein was resuspended in 10 mM Tris pH 8, 1 mM CaCl 2. And stored at −80 ° C. until dialysis. Dissolve the crude precipitate from several liters of media, pool, place in dialysis tubing (Spectra / Por-7, MWCO 25,000), and DMEM (Dulbecco's) containing two 1 liter volumes of bicarbonate. Dialyzed overnight against modified Eagle medium).

参考例3.GILT取り込みアッセイ)
皮膚線維芽細胞株GM4668(ヒト、NIGMS Human Genetic Mutant Cell Repository)は、VII型ムコ多糖体沈着症の患者由来である;従って、細胞は、β−GUS活性をほとんど有さないかまたは全く有さない。従って、GM4668細胞は、ヒト細胞中へのGUS−GILT構築物の取り込みを試験するために特に有用である。GM4668細胞を、12ウェル組織培養プレート中、15%(v/v)ウシ胎仔血清を補填したDulbeccoの改変Eagle培地(DMEM)で、5%CO中37℃で培養した。線維芽細胞は、参考例2で記載のように調製された、Leishmaniaで発現したヒトβ−グルクロニダーゼ(GUS)、GUS−IGF−II融合タンパク質(GUS−GILT)、または変異体GUS−IGF−II融合タンパク質(GUSΔ−GILT)の約150単位の調製物存在下で一晩培養した。コントロールウェルは、添加された酵素を含まなかった(DMEM培地ブランク)。インキュベーションの後、培地をウェルから取り出し、そしてGUS活性を3連でアッセイした。ウェルを、1mlの37℃のリン酸緩衝化生理食塩水で5回洗浄し、次に0.2mlの溶解緩衝液(10mM Tris pH7.5、100mM NaCl、5mM EDTA、2mM 4−(2−アミノエチル)−ベンゼンスルホニルフルオライドハイドロクロライド(AEBSF、Sigma)、および1% NP−40)中、室温で15分間インキュベートした。細胞溶解物を、微量遠心チューブに移し、次に13,000rpmで5分間遠心分離し、細胞残渣を取り除いた。溶解物の3つの10μLのアリコートを、タンパク質濃度についてアッセイした(Pierce Micro BCAタンパク質アッセイ、Pierce、IL)。
( Reference Example 3. GILT uptake assay)
The dermal fibroblast cell line GM4668 (human, NIGMS Human Genetic Mutant Cell Repository) is derived from a patient with type VII mucopolysaccharide deposition disease; therefore, the cells have little or no β-GUS activity. Absent. Thus, GM4668 cells are particularly useful for testing uptake of GUS-GILT constructs into human cells. GM4668 cells were cultured in Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) supplemented with 15% (v / v) fetal calf serum in 12-well tissue culture plates at 37 ° C. in 5% CO 2 . Fibroblasts were prepared as described in Reference Example 2, human β-glucuronidase (GUS) expressed in Leishmania, GUS-IGF-II fusion protein (GUS-GILT), or mutant GUS-IGF-II. Incubated overnight in the presence of about 150 units of preparation of the fusion protein (GUSΔ-GILT). Control wells did not contain added enzyme (DMEM medium blank). After incubation, the medium was removed from the wells and assayed for GUS activity in triplicate. Wells were washed 5 times with 1 ml of 37 ° C. phosphate buffered saline, then 0.2 ml lysis buffer (10 mM Tris pH 7.5, 100 mM NaCl, 5 mM EDTA, 2 mM 4- (2-amino) In ethyl) -benzenesulfonyl fluoride hydrochloride (AEBSF, Sigma), and 1% NP-40) at room temperature for 15 minutes. The cell lysate was transferred to a microcentrifuge tube and then centrifuged at 13,000 rpm for 5 minutes to remove cell debris. Three 10 μL aliquots of lysate were assayed for protein concentration (Pierce Micro BCA protein assay, Pierce, IL).

溶解物の3つの38μLのアリコートを、(Wolfeら(1996)Protocols for Gene Transfer in Neuroscience:Towards Gene Therapy of Neurological Disorders 263−274)から適合された標準的な蛍光定量的アッセイを用いて、GUS活性についてアッセイした。アッセイは、廃棄可能な蛍光定量キュベット中で行なう。150μlの反応混合物を各キュベットに添加する。1mlの反応混合物は、860μlのHO、100μlの1M酢酸ナトリウム、40μlの25×β−GUS基質混合物である。25×β−GUS基質混合物は、デシケーター中−20℃で貯蔵された4.55mlのエタノール中の250mg 4−メチルウムベリフェリル−β−Dグルクロニドの懸濁物である。38μlのサンプルをこの反応混合物に添加し、そして反応物を37℃でインキュベートする。反応を、2mlの停止溶液(10.6g NaCO、12.01g グリシン、HOで500mlに、pH10.5)の添加により終結する。次いで、蛍光出力を蛍光定量計で測定する。 Three 38 μL aliquots of the lysate were adapted from a standardized fluorescent assay using a standardized fluorescent assay from Wolfe et al. (1996) Protocols for Gene Transfer in Neuroscience: Howards Gene Therapy of Neurological Disorders 263-274. Assayed. The assay is performed in a disposable fluorometric cuvette. Add 150 μl of reaction mixture to each cuvette. The 1 ml reaction mixture is 860 μl H 2 O, 100 μl 1M sodium acetate, 40 μl 25 × β-GUS substrate mixture. The 25 × β-GUS substrate mixture is a suspension of 250 mg 4-methylumbelliferyl-β-D glucuronide in 4.55 ml ethanol stored at −20 ° C. in a desiccator. 38 μl of sample is added to the reaction mixture and the reaction is incubated at 37 ° C. The reaction is terminated by addition of 2 ml stop solution (10.6 g Na 2 CO 3 , 12.01 g glycine, 500 ml with H 2 O, pH 10.5). Next, the fluorescence output is measured with a fluorometer.

取り込み実験の結果は、細胞会合GUS−GILTの量が、非改変GUSのそれより10倍大きいことを示す(図5)。二重変異体構築物は、非改変GUSより約5倍効果的である。これらの結果は、GILT技術が取り込みのためにリソソーム酵素を標的化する効果的な手段であることを示す。取り込みはまた、標準的な免疫蛍光技術を用いて確認され得る。   The results of the uptake experiment show that the amount of cell-associated GUS-GILT is 10 times greater than that of unmodified GUS (FIG. 5). Double mutant constructs are about 5 times more effective than unmodified GUS. These results indicate that GILT technology is an effective means of targeting lysosomal enzymes for uptake. Uptake can also be confirmed using standard immunofluorescence techniques.

参考例4.競合実験)
GILT媒介取り込みが、カチオン非依存性M6Pレセプター上のIGF−II結合性部位を経由して生じることを確認するために、組換えIGF−IIを用いて競合実験を実施した。実験設計は、GM4668線維芽細胞が、血清を含まないDMEM+2%BSA中で約18時間指定のタンパク質とインキュベートしたことを除いて上記に記載の設計と同じであった。各β−GUS誘導体を150U/ウェルで添加した。競合のために、2.85μgのIGF−IIを各ウェルに添加した。これは、GILT−GUSに対し約100倍モル過剰に相当し、M6P/IGF−IIレセプターへの結合について競合するに十分な濃度である。
( Reference example 4. Competition experiment)
To confirm that GILT-mediated uptake occurs via an IGF-II binding site on the cation-independent M6P receptor, competition experiments were performed using recombinant IGF-II. The experimental design was the same as described above, except that GM4668 fibroblasts were incubated with the designated proteins for about 18 hours in serum-free DMEM + 2% BSA. Each β-GUS derivative was added at 150 U / well. For competition, 2.85 μg of IGF-II was added to each well. This corresponds to an approximately 100-fold molar excess over GILT-GUS, a concentration sufficient to compete for binding to the M6P / IGF-II receptor.

競合実験の結果を図6に示す。IGF−IIの非存在下、24単位を超えるGILT−GUS/mg溶解物が検出された。IGF−IIの添加に際し、細胞会合GILT−GUSの量は5.4Uまで落ちた。このレベルは、線維芽細胞により取り込まれる非改変GUSのレベルと同様である。従って、GILTタンパク質取り込みの大部分(bulk)は、IGF−IIによって競合され得、これは、この取り込みが実際に特異的レセプター−リガンド相互作用を介して生じていることを示す。   The result of the competition experiment is shown in FIG. Over 24 units of GILT-GUS / mg lysate was detected in the absence of IGF-II. Upon addition of IGF-II, the amount of cell associated GILT-GUS dropped to 5.4U. This level is similar to the level of unmodified GUS taken up by fibroblasts. Thus, the bulk of GILT protein uptake can be competed by IGF-II, indicating that this uptake actually occurs through specific receptor-ligand interactions.

参考例5.血清非含有培地中の遺伝子産物発現)
発現産物はまた、血清非含有培地から単離され得る。一般に、発現株を血清含有培地中で増殖させ、血清非含有培地中に希釈し、そして発現産物を単離する前に、数世代の間(好ましくは2〜5世代)増殖させる。例えば、分泌された標的化治療的タンパク質の産生は、最初75cmフラスコ中の50mlの1×M199培地中27℃で培養されるLeishmania mexicana無鞭毛型細胞から単離され得る。細胞密度が1〜3×10/mlに達する場合、この培養物を用いて1.2LのM199培地に接種する。この培養物の密度が約5×10/mlに達する場合、細胞を遠心分離により回収し、180mlの上清液中に再懸濁し、そして16Lのスピナーフラスコ中の12Lの「Zima」培地に接種するために用いる。この培養物の初期細胞密度は、代表的には約5×10/mlである。この培養物を、約1.0〜1.7×10e細胞/mlの細胞密度まで増殖させる。この細胞密度に到達するとき、細胞を遠心分離により培養培地から分離し、そして上清を4℃で0.2μフィルターを通じて濾過し、残存する無鞭毛型細胞を取り除く。濾過された培地を、タンデム(tangential)流れ濾過デバイス(MILLIPORE Prep/Scale−TFFカートリッジ)を用いて12.0Lから500mlに濃縮した。
( Reference Example 5. Expression of gene product in serum-free medium)
The expression product can also be isolated from serum free media. In general, expression strains are grown in serum-containing medium, diluted in serum-free medium, and grown for several generations (preferably 2-5 generations) before isolating the expression product. For example, production of secreted targeted therapeutic protein can be isolated from Leishmania mexicana flagellar cells that are initially cultured at 27 ° C. in 50 ml of 1 × M199 medium in a 75 cm 2 flask. When the cell density reaches 1-3 × 10 7 / ml, this culture is used to inoculate 1.2 L of M199 medium. When the density of this culture reaches approximately 5 × 10 6 / ml, the cells are harvested by centrifugation, resuspended in 180 ml of supernatant and placed in 12 L of “Zima” medium in a 16 L spinner flask. Used for inoculation. The initial cell density of this culture is typically about 5 × 10 5 / ml. The culture is grown to a cell density of about 1.0-1.7 × 10e 7 cells / ml. When this cell density is reached, the cells are separated from the culture medium by centrifugation, and the supernatant is filtered through a 0.2 μ filter at 4 ° C. to remove residual flagellar cells. The filtered medium was concentrated from 12.0 L to 500 ml using a tangential flow filtration device (MILLIPORE Prep / Scale-TFF cartridge).

この方法のために好適な増殖培地は、M199増殖培地および「Zima」増殖培地である。しかし、その他の血清含有培地および血清非含有培地もまた有用である。M199増殖培地は以下のようである:(1Lバッチ)=200ml 5×M199(フェノールレッドpH指示薬を含む)+636ml HO、50.0ml ウシ胎仔血清、50.0ml EF ウシ胚流体、1.0mlの50mg/mlノルセオトリシン(nourseothricin)、2.0mlの50%トリエタノールアミン中0.25%ヘミン、10mlの50mM Hepes pH7.5中10mM アデニン、40.0mlの1M Hepes pH7.5、1mlの95%エタノール中0.1%ビオチン、10.0mlのペニシリン/ストレプトマイシン。用いる全ての血清を、熱により不活性化する。最終容量=1Lであり、そして滅菌濾過する。「Zima」改変M199培地は以下のようである:(20.0Lバッチ)=219.2g M199粉末(−)フェノールレッド+7.0g重炭酸ナトリウム、200.0mlの50mM Hepes pH7.5中10mMアデニン、800.0mlのHepes遊離酸pH7.5、20.0mlの95%エタノール中0.1%ビオチン、200.0mlペニシリン/ストレプトマイシン、最終容量=20.0Lであり、そして滅菌濾過する。 Suitable growth media for this method are M199 growth media and “Zima” growth media. However, other serum-containing and serum-free media are also useful. The M199 growth medium is as follows: (1 L batch) = 200 ml 5 × M199 (with phenol red pH indicator) +636 ml H 2 O, 50.0 ml fetal calf serum, 50.0 ml EF bovine embryo fluid, 1.0 ml Of 50 mg / ml norseothricin, 0.25% hemin in 2.0 ml of 50% triethanolamine, 10 mM adenine in 10 ml of 50 mM Hepes pH 7.5, 40.0 ml of 1 M Hepes pH 7.5, 95 ml of 1 ml 0.1% biotin in ethanol, 10.0 ml penicillin / streptomycin. All sera used are inactivated by heat. Final volume = 1 L and sterile filtered. The “Zima” modified M199 medium is as follows: (20.0 L batch) = 219.2 g M199 powder (−) phenol red + 7.0 g sodium bicarbonate, 10 mM adenine in 200.0 ml 50 mM Hepes pH 7.5, 800.0 ml Hepes free acid pH 7.5, 20.0 ml 0.1% biotin in 95% ethanol, 200.0 ml penicillin / streptomycin, final volume = 20.0 L, and sterile filtered.

標的化治療的タンパク質は、好ましくは、ConcanavalinA(ConA)クロマトグラフィーにより精製される。例えば、培養物が1.0×10無鞭毛型細胞/mlを超える密度に到達する場合、L.mexicanaを500×gで10分の遠心分離により取り除く。回収した培養培地を0.2μmフィルターを通過させ、ConA−アガロースカラム(4%架橋ビーズ状アガロース、Sigma)上に直接ロードする前に粒子を取り除く。このConA−アガロースカラムを、1M NaCl、20mM Tris pH7.4、各5mMのCaCl、MgClおよびMnClで前処理し、そして次に5容量のカラム緩衝液(20mM Tris pH7.4、1mM CaCl、および1mM MnCl)で平衡化する。培養培地中の合計179,800単位(nmol/時間)のGUS活性(2L中)を、22mlのConAアガロースカラム上にロードする。フロースルーまたは洗浄中に活性は検出可能ではない。GUS活性は、200mMメチルマンノピラノシドを含むカラム緩衝液で溶出される。活性ピークを含む溶出画分をプールし、そして濃縮する。取り込みおよび競合実験を参考例3および4に記載のように実施した。但し、生物は、血清非含有培地中で増殖させ、そしてConAで精製した;約350〜600単位の酵素を線維芽細胞に適用した。結果を図8に示す。
The targeted therapeutic protein is preferably purified by Concanavalin A (Con A) chromatography. For example, if the culture reaches a density exceeding 1.0 × 10 7 flagellar cells / ml, The mexicana is removed by centrifugation at 500 xg for 10 minutes. Pass the collected culture medium through a 0.2 μm filter and remove the particles before loading directly onto a ConA-agarose column (4% cross-linked beaded agarose, Sigma). The ConA-agarose column was pretreated with 1M NaCl, 20 mM Tris pH 7.4, 5 mM CaCl 2 , MgCl 2 and MnCl 2 each, and then 5 volumes of column buffer (20 mM Tris pH 7.4, 1 mM CaCl 2 2 and 1 mM MnCl 2 ). A total of 179,800 units (nmol / hour) of GUS activity (in 2 L) in culture medium is loaded onto a 22 ml ConA agarose column. Activity is not detectable during flow-through or washing. GUS activity is eluted with column buffer containing 200 mM methylmannopyranoside. The elution fractions containing the active peak are pooled and concentrated. Uptake and competition experiments were performed as described in Reference Examples 3 and 4. However, the organisms were grown in serum-free medium and purified with ConA; about 350-600 units of enzyme were applied to the fibroblasts. The results are shown in FIG.

参考例6.競合物として変性IGF−IIを用いる競合実験)
参考例4における実験を、競合物として正常IGF−IIまたは変性IGF−IIのいずれかを用いて繰り返す。参考例4におけるように、細胞会合GUS−GILTの量は、競合に効果的である正常IGF−II濃度と同時インキュベートされる場合に減少するが、競合濃度では、変性IGF−IIはほとんど影響を有さないか、または影響を有さない。
( Reference Example 6. Competition experiment using denatured IGF-II as competitor)
The experiment in Reference Example 4 is repeated using either normal IGF-II or denatured IGF-II as competitor. As in Reference Example 4, the amount of cell-associated GUS-GILT decreases when co-incubated with a normal IGF-II concentration that is effective for competition, but at the competitive concentration, denatured IGF-II has little effect. Does not have or has no influence.

参考例7.酵素アッセイ)
GUS活性についてのアッセイを、参考例3および/または以下で記載のように行う。
( Reference Example 7. Enzyme assay)
Assays for GUS activity are performed as described in Reference Example 3 and / or below.

ガラスアッセイチューブを3連で番号付け、100μLの2×GUS反応混合物を、各チューブに添加する。2×GUS反応混合物を、14.2mL 200mM酢酸ナトリウム(酢酸でpHを4.8に調整)への100mg 4−メチルメチルウムベリフェリル−β−Dグルクロニドの添加によって調製する。100μLまでのサンプルを、各チューブに移す;最終反応容量が200μLになるまで水を加える。反応チューブを、パラフィルムで覆い、37℃の水浴で1〜2時間インキュベートする。反応を、1.8mLの停止緩衝液(最終容量500mLの水中に10.6gのNaCOおよび12.01gのグリシンを溶解し、pHを10.5に調整し、そして反復分配器(repeat−dispensor)内でフィルター滅菌することによって調製)の添加によって停止する。次いで、2mLの停止溶液をブランクとして用いて蛍光定量器(fluorimeter)をキャリブレーションし、残ったサンプルから蛍光を測定する。最終容量2mLの停止緩衝液中の1、2、5、10、および20μLの166μM 4−メチルメチルウムベリフェロン標準を用いて標準曲線を作成する。 Glass assay tubes are numbered in triplicate and 100 μL of 2 × GUS reaction mixture is added to each tube. A 2 × GUS reaction mixture is prepared by the addition of 100 mg 4-methylmethylumbelliferyl-β-D glucuronide to 14.2 mL 200 mM sodium acetate (pH adjusted to 4.8 with acetic acid). Transfer up to 100 μL of sample to each tube; add water until final reaction volume is 200 μL. The reaction tube is covered with parafilm and incubated in a 37 ° C. water bath for 1-2 hours. The reaction was carried out by dissolving 1.8 mL stop buffer (10.6 g Na 2 CO 3 and 12.01 g glycine in a final volume of 500 mL water, adjusting the pH to 10.5 and repeating the repeater (repeat Stop by the addition of (prepared by filter sterilization in the dispenser). The fluorometer is then calibrated using 2 mL of stop solution as a blank and fluorescence is measured from the remaining sample. A standard curve is generated using 1, 2, 5, 10, and 20 μL of 166 μM 4-methylmethylumbelliferone standard in a final volume of 2 mL stop buffer.

2.5mg 4−メチルメチルウムベリフェロンを1mLエタノール中に溶解し、99mLの滅菌水、を加え、約200nmol/mLの濃度にすることによって、4−メチルメチルウムベリフェロン標準溶液を調製する。正確な濃度を、分光光度法で決定する。360nmの吸光係数は、19.000cm−1−1である。例えば、100μLを、900μLの停止緩衝液に加え、そして360nmでの吸光度を測定する。測定値が0.337である場合、標準溶液の濃度は、0.337×10(希釈)/19,000=177μMであり、次いで、これを適切な量の滅菌水の添加によって166μMに希釈し得る。 A 4-methylmethylumbelliferone standard solution is prepared by dissolving 2.5 mg 4-methylmethylumbelliferone in 1 ml ethanol and adding 99 ml sterile water to a concentration of about 200 nmol / ml. The exact concentration is determined spectrophotometrically. The extinction coefficient at 360 nm is 19.000 cm −1 M −1 . For example, 100 μL is added to 900 μL of stop buffer and the absorbance at 360 nm is measured. If the measured value is 0.337, the concentration of the standard solution is 0.337 × 10 (diluted) / 19,000 = 177 μM, which is then diluted to 166 μM by adding an appropriate amount of sterile water. obtain.

参考例8.結合取り込みおよび半減期の実験)
線維芽細胞上のM6P/IGF−IIレセプターに対するGUS−GILTタンパク質の結合を測定し、そして取り込み速度を、公開された方法(Yorkら、(1999)J.Biol.Chem.274(2):1164−71)と同様に評価する。上記のように12ウェル培養ディッシュにおいて培養したGM4668線維芽細胞を、1% BSAを含む、氷冷した無血清培地中で洗浄する。リガンド(GUS、GUS−GILTまたはGUS−ΔGILTのいずれか、あるいはコントロールタンパク質)を冷却した1%BSA添加の無血清培地中の細胞に添加する。リガンド添加の際、プレートを氷上で30分間インキュベートした。30分後、リガンドを除去して、そして細胞を氷冷した培地で素早く5回洗浄する。0時点のウェルに1mlの氷冷ストリップ緩衝液(0.2M酢酸、pH3.5、0.5M NaCl)を入れる。次いで、プレートを37°の水浴に浮かべて、そして0.5mlの予め加温した培地を添加して、取り込みを開始させる。全ての停止点で、1mlのストリップ緩衝液を添加する。実験終了時に、ストリップ緩衝液のアリコートを、参考例3に記載されるようにβ−グルクロニダーゼ活性の蛍光定量的なアッセイのために保存する。次いで、細胞を上記のように溶解して、そして溶解物をβ−グルクロニダーゼ活性についてアッセイする。あるいは、免疫学的方法を使用して、標的化治療的タンパク質の存在について、溶解物を試験し得る。
( Reference Example 8. Experiments on binding uptake and half-life)
GUS-GILT protein binding to the M6P / IGF-II receptor on fibroblasts was measured and the uptake rate was determined by published methods (York et al. (1999) J. Biol. Chem. 274 (2): 1164 -Evaluate in the same manner as in (71). GM4668 fibroblasts cultured in 12-well culture dishes as described above are washed in ice-cold serum-free medium containing 1% BSA. Ligand (either GUS, GUS-GILT or GUS-ΔGILT, or control protein) is added to cells in chilled serum-free medium supplemented with 1% BSA. Plates were incubated on ice for 30 minutes upon ligand addition. After 30 minutes, the ligand is removed and the cells are quickly washed 5 times with ice-cold medium. Place 1 ml of ice-cold strip buffer (0.2 M acetic acid, pH 3.5, 0.5 M NaCl) into the time zero well. The plate is then floated in a 37 ° water bath and 0.5 ml of pre-warmed medium is added to start uptake. Add 1 ml strip buffer at all stopping points. At the end of the experiment, an aliquot of strip buffer is stored for a fluorometric assay for β-glucuronidase activity as described in Reference Example 3. The cells are then lysed as described above and the lysate is assayed for β-glucuronidase activity. Alternatively, lysates can be tested for the presence of targeted therapeutic proteins using immunological methods.

一旦、温度を37°に移すと、GUS−GILTが線維芽細胞によって数分以内に直ちに取り込まれる(Yorkら、(1999)J.Biol.Chem.274(2):1164−71)こと、およびその酵素活性が細胞内で長時間持続することが予想される。   Once the temperature is shifted to 37 °, GUS-GILT is immediately taken up by fibroblasts within minutes (York et al., (1999) J. Biol. Chem. 274 (2): 1164-71), and The enzyme activity is expected to persist in the cell for a long time.

(実施例9.哺乳動物細胞におけるタンパク質産生)
(CHO細胞)
Ulmasovら(2000)PNAS 97(26):14212−14217の系を用いて、GUS−GILTΔ1−7およびGUSΔC18−GILTΔ1−7を、CHO細胞内で発現させた。適切な遺伝子カセットを、pCXNベクターのEcoRI部位内に挿入し、0.4cmキュベット内において50μFおよび1,200Vで、これをCHO細胞内にエレクトロポレーションした。コロニーの選択および増幅を、400μg/mLのG418によって、2〜3週間媒介した。CHO細胞を、15% FBS、1.2mMグルタミン、50μg/mLプロリン、および1mMピルビン酸を補填したMEM培地中で増殖させた。酵素産生のために、細胞を多底フラスコ(multifloor flask)内でDMEM中にプレートした。一旦細胞がコンフルーエンスに達すると、回収培地(2% FBS、1.2mMグルタミン、および1mMピルビン酸を補填したWeymouth培地)を細胞に適用した。分泌された組換え酵素を含む培地を24〜72時間毎に回収した。1つのGUS−GILTΔ1−7細胞株の分泌の代表的なレベルは、4000〜5000単位/mL/24時間である。
(Example 9. Protein production in mammalian cells)
(CHO cells)
GUS-GILTΔ1-7 and GUSΔC18-GILTΔ1-7 were expressed in CHO cells using the system of Ulmasov et al. (2000) PNAS 97 (26): 14212-14217. The appropriate gene cassette was inserted into the EcoRI site of the pCXN vector and electroporated into CHO cells at 50 μF and 1,200 V in a 0.4 cm cuvette. Colony selection and amplification was mediated by 400 μg / mL G418 for 2-3 weeks. CHO cells were grown in MEM medium supplemented with 15% FBS, 1.2 mM glutamine, 50 μg / mL proline, and 1 mM pyruvate. For enzyme production, the cells were plated in DMEM in a multifloor flask. Once the cells reached confluence, recovery medium (Weymouth medium supplemented with 2% FBS, 1.2 mM glutamine, and 1 mM pyruvate) was applied to the cells. Medium containing secreted recombinant enzyme was collected every 24-72 hours. A typical level of secretion of one GUS-GILTΔ1-7 cell line is 4000-5000 units / mL / 24 hours.

多くのGUSΔC18−GILTΔ1−7 CHO株を、分泌酵素産生量についてアッセイした。6個の最高産生株は、8600〜14900単位/mL/24時間を分泌した。最高産生株を、タンパク質収集のために選択した。   A number of GUSΔC18-GILTΔ1-7 CHO strains were assayed for secreted enzyme production. The six highest producing strains secreted 8600-14900 units / mL / 24 hours. The highest producing strain was selected for protein collection.

(HEK293細胞)
HEK293細胞における発現のために、GUS−GILTカセットを、pCEP4(Invitrogen)内にクローン化した。使用したカセットは、野生型GUS−GILT;GUS−GILTΔ1−7;GUSGILTY27L;GUSΔC18−GILTΔ1−7;GILTY27L、およびGUS−GILTF19S/E12Kを含んだ。
(HEK293 cells)
The GUS-GILT cassette was cloned into pCEP4 (Invitrogen) for expression in HEK293 cells. The cassettes used included wild type GUS-GILT; GUS-GILTΔ1-7; GUSGILTY27L; GUSΔC18-GILTΔ1-7; GILTY27L, and GUS-GILTF19S / E12K.

HEK293細胞を、4mMグルタミンおよび10% FBSを含有するDMEM培地を含む12ウェルプレート内で、50〜80%コンフルーエンシーまで培養した。FuGENE 6(Roche)を製造業者が記載するように使用して、細胞を、pCEP−GUS−GILT DNAプラスミドでトランスフェクトした。1つのウェルにつき、0.5μgのDNAおよび2μLのFuGENE 6を加えた。トランスフェクション2〜3日後、トリプシンを使用して細胞をウェルから取り出し、次いで、100μg/mLハイグロマイシンを含有する上記のDMEM培地を含むT25cm培養フラスコ内で培養し、トランスフェクトした細胞の安定な集団を選択した。ハイグロマイシンを含有する培地を、2〜3日ごとに交換した。1〜2週間以内に、培養物をT75cm培養フラスコに広げた。酵素産生のために、細胞を、細胞を多底フラスコ(multifloor flask)内でMEM中にプレートした。一旦細胞がコンフルーエンスに達すると、回収培地(2% FBS、1.2mMグルタミン、および1mMピルビン酸を補填したWeymouth培地)を細胞に与えた。この培地は、293細胞のためではなく、CHO細胞のために最適化されている;従ってHEK293株の分泌レベルは、別の培地内でより有意に高いことが判明し得る。 HEK293 cells were cultured to 50-80% confluency in 12-well plates containing DMEM medium containing 4 mM glutamine and 10% FBS. Cells were transfected with the pCEP-GUS-GILT DNA plasmid using FuGENE 6 (Roche) as described by the manufacturer. 0.5 μg DNA and 2 μL FuGENE 6 were added per well. Two to three days after transfection, cells were removed from the wells using trypsin and then cultured in a T25 cm 2 culture flask containing the above DMEM medium containing 100 μg / mL hygromycin to stabilize the transfected cells. A population was selected. The medium containing hygromycin was changed every 2-3 days. Within 1-2 weeks, the cultures were spread into T75 cm 2 culture flasks. For enzyme production, cells were plated in MEM in multifloor flasks. Once the cells reached confluence, the cells were given recovery medium (Weymouth medium supplemented with 2% FBS, 1.2 mM glutamine, and 1 mM pyruvic acid). This medium is optimized for CHO cells but not for 293 cells; therefore, the secretion level of HEK293 strain can be found to be significantly higher in another medium.

分泌酵素のレベルを、表4に示す。   The levels of secreted enzymes are shown in Table 4.

Figure 0004828121
(実施例10.GUS−GILT融合タンパク質の精製)
クロマトグラフィー(従来的クロマトグラフィーおよびアフィニティクロマトグラフィーを含む)を使用して、GUS−GILT融合タンパク質を精製し得る。
Figure 0004828121
Example 10. Purification of GUS-GILT fusion protein
Chromatography (including conventional chromatography and affinity chromatography) can be used to purify the GUS-GILT fusion protein.

(従来的クロマトグラフィー)
Leishmaniaにおいて産生されたGUS−GILT融合タンパク質を精製する1つの手順を、参考例2に記載する。代替の手順を、以下の段落に記載する。
(Conventional chromatography)
One procedure for purifying the GUS-GILT fusion protein produced in Leishmania is described in Reference Example 2. An alternative procedure is described in the following paragraph.

GUS−GILT融合物を発現するLeishmania mexicana細胞株からの培養上清を、回収し、遠心分離し、そして0.2μフィルター濾過し、細胞残渣を除去した。100,000分子量カットオフのタンデム(tangential)ウルトラフィルターを用いて上清を濃縮し、−80℃で保存した。濃縮した上清を、ビーズ化アガロースに固定したConcanavalin A(ConA)を含むカラム上に直接ロードした。このカラムを、ConAカラム緩衝液(50mM Tris(pH7.4)、1mM CaCl、1mM MnCl)で洗浄し、その後GUS−GILT融合物を含むマンノシル化タンパク質を、0〜0.2M メチル−α−D−ピラノシドの勾配を用いて、ConAカラム緩衝液中に溶出した。グルクロニダーゼ活性を有する画分(実施例7に記載のようにアッセイした)をプールし、濃縮し、そして次のカラムのために、緩衝液をSPカラム緩衝液(25mM リン酸ナトリウム(pH6)、20mM NaCI、1mM EDTA)に交換した。同緩衝液で平衡化したSPファストフローカラム(fast flow column)上に濃縮画分をロードし、そしてこのカラムを、さらなるSPカラム緩衝液で洗浄した。GUS−GILT融合物を、2工程でカラムから溶出した:1)25mMリン酸ナトリウム(pH6)および10%グリセロール中の0〜0.15Mグルクロン酸の勾配、次いで0.2Mグルクロン酸、25mM リン酸ナトリウム(pH6)、10%グリセロール。グルクロニダーゼ活性を含む画分をプールし、そして緩衝液を20mMリン酸カリウム(pH7.4)に交換した。これらのプールした画分を、同緩衝液で平衡化したHA−ウルトロゲルカラム(HA−ultrogel column)上にロードした。GUS−GILT融合タンパク質を、リン酸緩衝液の増加する勾配(145〜340mMリン酸カリウム(pH7.4))で溶出した。グルクロニダーゼ活性を含有する画分をプールし、濃縮し、そして25%グリセロール含有20mM Tris(pH8)中で、−80℃で保存した。 Culture supernatants from Leishmania mexicana cell lines expressing GUS-GILT fusions were collected, centrifuged, and filtered through a 0.2μ filter to remove cell debris. The supernatant was concentrated using a tandem ultrafilter with a 100,000 molecular weight cut-off and stored at -80 ° C. The concentrated supernatant was loaded directly onto a column containing Concanavalin A (ConA) immobilized on beaded agarose. The column was washed with ConA column buffer (50 mM Tris (pH 7.4), 1 mM CaCl 2 , 1 mM MnCl 2 ), after which the mannosylated protein containing the GUS-GILT fusion was washed with 0-0.2 M methyl-α. -D-pyranoside gradient was used to elute in ConA column buffer. Fractions with glucuronidase activity (assayed as described in Example 7) were pooled, concentrated, and buffered for SP column buffer (25 mM sodium phosphate (pH 6), 20 mM) for the next column. (NaCI, 1 mM EDTA). The concentrated fraction was loaded onto an SP fast flow column equilibrated with the same buffer, and the column was washed with additional SP column buffer. The GUS-GILT fusion was eluted from the column in two steps: 1) a gradient of 0-0.15 M glucuronic acid in 25 mM sodium phosphate (pH 6) and 10% glycerol, then 0.2 M glucuronic acid, 25 mM phosphoric acid Sodium (pH 6), 10% glycerol. Fractions containing glucuronidase activity were pooled and the buffer was replaced with 20 mM potassium phosphate (pH 7.4). These pooled fractions were loaded onto a HA-ultrogel column equilibrated with the same buffer. The GUS-GILT fusion protein was eluted with an increasing gradient of phosphate buffer (145-340 mM potassium phosphate, pH 7.4). Fractions containing glucuronidase activity were pooled, concentrated and stored at −80 ° C. in 20 mM Tris (pH 8) containing 25% glycerol.

哺乳動物細胞中で産生されるGUS−GILT融合タンパク質を精製するための従来のクロマトグラフィー方法を、以下の段落に記載する。   Conventional chromatographic methods for purifying GUS-GILT fusion proteins produced in mammalian cells are described in the following paragraphs.

GUS−GILT融合タンパク質を過剰発現する哺乳動物細胞を、Nunc Tripleフラスコ内でコンフルーエンシーまで増殖させ、次いで、2%ウシ胎仔血清を補填した無血清培地(Waymouth MB 752/1)をフィードし、精製のための酵素を収集する。この培地を回収し、そしてフラスコを24時間間隔で再フィードする。幾つかのフラスコからの培地をプールし、そして5000×gで20分間、4℃で遠心分離し、剥離した細胞などを除去する。上清を取り出し、そしてアリコートをβ−GUSアッセイのために採取する。ここで、この培地は、直接的に増殖させるために使用することも、または後の使用のために−20℃で保存することも可能である。   Mammalian cells overexpressing the GUS-GILT fusion protein are grown to confluency in Nunc Triple flasks and then fed with serum-free medium (Waymouth MB 752/1) supplemented with 2% fetal calf serum, Collect enzyme for purification. The medium is collected and the flask is refeeded at 24 hour intervals. Pool the media from several flasks and centrifuge at 5000 × g for 20 minutes at 4 ° C. to remove detached cells and the like. The supernatant is removed and an aliquot is taken for β-GUS assay. Here, this medium can be used for direct growth or stored at −20 ° C. for later use.

1Lの分泌培地を、37℃で融解し(凍結している場合)、0.2μフィルターを通して濾過し、そして4Lビーカーに移す。培地の容量を、3Lのdd水の添加によって4倍に希釈し、塩濃度を下げる:1M Tris塩基(Tris base)を用いて、希釈した培地のpHを9.0に調整する。10mM Tris(pH9.0)で平衡化済みのDEAE−Sephacel 50mLを、希釈した培地に加え、4℃で2時間、大型の撹拌子でゆっくりと撹拌する。(少量のアリコートを取り出し、微量遠心分離し、そして上清をアッセイして結合をモニターする。)結合が完了したら、フリットガラス漏斗上に樹脂を収集し、複数回、750mLの10mM Tris(pH9.0)で洗浄する。樹脂を2.5cmカラムに移し、そしてさらに750mLの同緩衝液で、流速120mL/時間で洗浄する。DEAEカラムを、10mM Tris(pH9.0)中0〜0.4M NaClの直線勾配で溶出する。GUS−GILT融合タンパク質を含む画分を、4−メチルメチルウムベリフェリル−β−Dグルクロニドアッセイによって検出し、プールし、そして25mM Tris(pH8)、1mM βグリセリンリン酸、0.15M塩化ナトリウムで平衡化したSephacryl S−200の600mLカラム上にロードし、同緩衝液で溶出する。   1 L of secretion medium is thawed at 37 ° C. (if frozen), filtered through a 0.2 μ filter and transferred to a 4 L beaker. The volume of the medium is diluted 4-fold by adding 3 L of dd water to reduce the salt concentration: The pH of the diluted medium is adjusted to 9.0 using 1 M Tris base (Tris base). Add 50 mL of DEAE-Sephacel equilibrated with 10 mM Tris (pH 9.0) to the diluted medium and gently stir with a large stir bar at 4 ° C. for 2 hours. (A small aliquot is removed, microcentrifuged, and the supernatant is assayed to monitor binding.) Once binding is complete, the resin is collected on a fritted glass funnel and multiple times, 750 mL of 10 mM Tris (pH 9. Wash with 0). The resin is transferred to a 2.5 cm column and washed with an additional 750 mL of the same buffer at a flow rate of 120 mL / hour. The DEAE column is eluted with a linear gradient of 0-0.4 M NaCl in 10 mM Tris (pH 9.0). Fractions containing the GUS-GILT fusion protein were detected by 4-methylmethylumbelliferyl-β-D glucuronide assay, pooled and with 25 mM Tris (pH 8), 1 mM β-glycerin phosphate, 0.15 M sodium chloride. Load onto an equilibrated Sephacryl S-200 600 mL column and elute with the same buffer.

GUS−GILT融合タンパク質を含む画分をプールし、3×4Lの25mM酢酸ナトリウム(pH5.5)、1mM βグリセリンリン酸、0.025%アジ化ナトリウムで透析する。25mM酢酸ナトリウム(pH5.5)、1mM βグリセリンリン酸、0.025%アジ化ナトリウムで平衡化したCM−Sepharoseの15mLカラムに、流速36mL/時間で、透析した酵素をロードする。次いで、これをカラムの10倍量の同緩衝液で洗浄する。CMカラムを、0〜0.3M塩化ナトリウムの直線勾配で、平衡緩衝液中に溶出する。GUS−GILT融合タンパク質を含む画分をプールし、そして10mM Tris(pH7.5)、1mM βグリセリンリン酸、0.15M NaClで平衡化したSephacryl S−300の2.4×70cm(総容積=317mL)カラム上に、流速48mL/時間でロードする。融合タンパク質を含む画分をプールする;このプールを、GUS活性およびタンパク質濃度についてアッセイし、特異的活性を決定する。アリコートを、SDS−PAGE上に泳動させ、その後クーマシー染色または銀染色を行って、純度を確認する。より高い濃度の酵素が必要な場合、XM−50膜を用いるAmicon Ultrafiltration Unit(50,000分子量カットオフ)またはCentricon C− 30ユニット(30,000分子量カットオフ)を使用し、融合タンパク質を濃縮し得る。融合タンパク質を、10mM Tris(pH7.5)、1mM βグリセリンリン酸ナトリウム、0.15M NaCl緩衝液中で、−80℃で保存する。   Fractions containing the GUS-GILT fusion protein are pooled and dialyzed against 3 × 4 L of 25 mM sodium acetate (pH 5.5), 1 mM β-glycerol phosphate, 0.025% sodium azide. The dialyzed enzyme is loaded onto a 15 mL column of CM-Sepharose equilibrated with 25 mM sodium acetate (pH 5.5), 1 mM β-glycerol phosphate, 0.025% sodium azide at a flow rate of 36 mL / hour. This is then washed with 10 column volumes of the same buffer. The CM column is eluted in equilibration buffer with a linear gradient of 0-0.3 M sodium chloride. Fractions containing GUS-GILT fusion protein were pooled and 2.4 × 70 cm of Sephacryl S-300 equilibrated with 10 mM Tris (pH 7.5), 1 mM β-glycerol phosphate, 0.15 M NaCl (total volume = 317 mL) column loaded at a flow rate of 48 mL / hour. Fractions containing the fusion protein are pooled; this pool is assayed for GUS activity and protein concentration to determine specific activity. Aliquots are run on SDS-PAGE followed by Coomassie staining or silver staining to confirm purity. If higher concentrations of enzyme are required, use Amicon Ultrafiltration Unit (50,000 molecular weight cut-off) or Centricon C-30 unit (30,000 molecular weight cut-off) using XM-50 membrane to concentrate the fusion protein. obtain. The fusion protein is stored at −80 ° C. in 10 mM Tris (pH 7.5), 1 mM sodium β-glycerin phosphate, 0.15 M NaCl buffer.

(アフィニティクロマトグラフィー)
アフィニティクロマトグラフィー条件は、本質的に、Islamら(1993)J.Biol.Chem.268(30):22627−22633に記載の条件である。GUS−GILT融合タンパク質(上記の従来的クロマトグラフィーと同様に収集し、遠心分離する)を過剰発現する哺乳動物細胞からの調整培地を、0.22μフィルターを通して濾過する。塩化ナトリウム(結晶)を終濃度0.5Mまで添加し、そしてアジ化ナトリウムを(1/400容量の10%ストック溶液の添加により)終濃度0.025%まで添加する。抗ヒトβ−グルクロニダーゼ−Affigel 10の5mLカラム(Antibody Sepharose Wash Buffer(10mM Tris(pH7.5)、10mMリン酸カリウム、0.5M NaCl、0.025%アジ化ナトリウム)で平衡化済)に、速度25mL/時間で、4℃で培地を適用する。画分を収集し、流出物中任意のGUS活性についてモニタリングする。このカラムを、10〜20カラム容量のAntibody Sepharose Wash Bafferで、36mL/時間で洗浄する。画分を回収し、GUS活性をモニタリングする。このカラムを、10mMリン酸ナトリウム(pH5.0)+3.5M MgCl 50mLで、36mL/時間で溶出する。4mL画分を収集し、GUS活性についてアッセイする。融合タンパク質を含む画分をプールし、等量のP6緩衝液(25mM Tris(pH7.5)、1mM βグリセリンリン酸、0.15mM NaCl、0.025% アジ化ナトリウム)で希釈し、そしてBioGel P6カラム(P6緩衝液で平衡化済)上で脱塩してMgClを除去し、そして保存のために緩衝液をP6緩衝液に変える。融合タンパク質をP6緩衝液で溶出し、GUS活性を有する画分をプールし、そしてプールした画分をGUS活性およびタンパク質についてアッセイする。クーマシーブルーまたは銀で染色したSDS−PAGEゲルを用い、純度を確認する。融合タンパク質を、長期間の安定性のために、P6緩衝液中で、−80℃で凍結保存する。
(Affinity chromatography)
Affinity chromatography conditions are essentially as described by Islam et al. Biol. Chem. 268 (30): 22627-22633. Conditioned media from mammalian cells overexpressing the GUS-GILT fusion protein (collected and centrifuged as in conventional chromatography above) is filtered through a 0.22μ filter. Sodium chloride (crystals) is added to a final concentration of 0.5M and sodium azide is added (by addition of 1/400 volume of 10% stock solution) to a final concentration of 0.025%. To a 5 mL column of anti-human β-glucuronidase-Affigel 10 (equilibrated with Antibody Sepharose Wash Buffer (10 mM Tris (pH 7.5), 10 mM potassium phosphate, 0.5 M NaCl, 0.025% sodium azide)) Apply medium at 4 ° C. at a rate of 25 mL / hour. Fractions are collected and monitored for any GUS activity in the effluent. The column is washed with a 10-20 column volume of Antibody Sepharose Wash Buffer at 36 mL / hour. Fractions are collected and GUS activity is monitored. The column is eluted with 50 mL of 10 mM sodium phosphate (pH 5.0) +3.5 M MgCl 2 at 36 mL / hour. 4 mL fractions are collected and assayed for GUS activity. Fractions containing the fusion protein are pooled, diluted with an equal volume of P6 buffer (25 mM Tris (pH 7.5), 1 mM β-glycerol phosphate, 0.15 mM NaCl, 0.025% sodium azide) and BioGel Demineralize on a P6 column (equilibrated with P6 buffer) to remove MgCl 2 and change the buffer to P6 buffer for storage. The fusion protein is eluted with P6 buffer, fractions with GUS activity are pooled, and the pooled fractions are assayed for GUS activity and protein. Purity is confirmed using an SDS-PAGE gel stained with Coomassie blue or silver. The fusion protein is stored frozen at −80 ° C. in P6 buffer for long-term stability.

(実施例11.哺乳動物によって産生されたタンパク質の取り込み実験)
GUSまたはGUS−GILT構築物を産生するHEK293細胞株またはCHO細胞株からの培養上清を回収し、0.2μmフィルターを通して細胞を取り出した。GM4688線維芽細胞を、12ウェル組織培養プレート内において15%(v/v)ウシ胎仔血清を補填したDMEM中で、5% CO下37℃で培養した。細胞を、37℃で、取り込み培地(DMEM + 2% BSA(Sigma A−7030))で1回洗浄した。次いで、線維芽細胞を、1mLの取り込み培地あたり1000〜4000単位の酵素と共に、培養した(3〜21時間)。幾つかの実験において、取り込みの競合物を加えた。マンノース−6−リン酸(Calbiochem 444100)を2〜8mMの濃度で幾つかの培地に加え、そして純粋組換えIGF−II(Cell Sciences OU100)を2.86mMで同一の培地に加えた(投入酵素の量に依存して、10〜100倍モル濃度過剰に相当する)。取り込みを、代表的に、3連のウェルで測定した。
Example 11 Uptake Experiment of Protein Produced by Mammals
Culture supernatants from HEK293 or CHO cell lines producing GUS or GUS-GILT constructs were collected and cells were removed through a 0.2 μm filter. GM4688 fibroblasts were cultured at 37 ° C. in 5% CO 2 in DMEM supplemented with 15% (v / v) fetal calf serum in 12-well tissue culture plates. The cells were washed once at 37 ° C. with uptake medium (DMEM + 2% BSA (Sigma A-7030)). The fibroblasts were then cultured (1000-21 hours) with 1000-4000 units of enzyme per mL of uptake medium. In some experiments, uptake competitors were added. Mannose-6-phosphate (Calbiochem 444100) was added to several media at a concentration of 2-8 mM, and pure recombinant IGF-II (Cell Sciences OU100) was added to the same media at 2.86 mM (input enzyme). Depending on the amount of A), corresponding to a 10 to 100-fold molar excess). Uptake was typically measured in triplicate wells.

インキュベーション後、ウェルから培地を取り出し、GUS活性について2連でアッセイした。ウェルを、1mLの37℃リン酸緩衝化生理食塩水で5回洗浄し、次いで、0.2mLの溶解緩衝液(10mM Tris、(pH7.5)、100mM NaCl、5mM EDTA、および1% NP−40)中で、15分間室温でインキュベートした。細胞溶解物を、微量遠心チューブに移し、13,000rpmで5分間遠心分離して、細胞残渣を除去した。溶解物の2つの10μLアリコートを、GUS活性について標準的蛍光定量的アッセイを用いてアッセイした。溶解物の3つの10μLアリコートを、タンパク質濃度についてアッセイした(Pierce Micro BCA protein assay,Pierce, IL)。   Following incubation, the media was removed from the wells and assayed in duplicate for GUS activity. Wells were washed 5 times with 1 mL 37 ° C. phosphate buffered saline, then 0.2 mL lysis buffer (10 mM Tris, (pH 7.5), 100 mM NaCl, 5 mM EDTA, and 1% NP− 40) and incubated at room temperature for 15 minutes. The cell lysate was transferred to a microcentrifuge tube and centrifuged at 13,000 rpm for 5 minutes to remove cell debris. Two 10 μL aliquots of lysate were assayed for GUS activity using a standard fluorometric assay. Three 10 μL aliquots of lysate were assayed for protein concentration (Pierce Micro BCA protein assay, Pierce, IL).

最初の実験で、CHOで産生されたGUS−GILTΔ1−7の取り込みを、CHOで産生されたGUSΔC18−GILTΔ1−7と比較した。表5に示すように、潜在的プロテアーゼ切断部位を消失するように操作したGUSΔC18−GILTΔ1−7タンパク質は、有意に高いレベルの取り込みレベルを有し、これは、IGF−IIおよびM6Pによって阻害され得る。対照的に、哺乳動物細胞において産生されたIGF−IIタグを欠く組換えGUSの取り込みは、過剰なIGF−IIの存在によって影響されなかったが、過剰なM6Pによって完全に減殺された。この実験において、取り込みを、18時間にわたって行った。   In the first experiment, the uptake of GUS-GILTΔ1-7 produced in CHO was compared to GUSΔC18-GILTΔ1-7 produced in CHO. As shown in Table 5, GUSΔC18-GILTΔ1-7 proteins engineered to eliminate potential protease cleavage sites have significantly higher levels of uptake, which can be inhibited by IGF-II and M6P . In contrast, uptake of recombinant GUS lacking an IGF-II tag produced in mammalian cells was not affected by the presence of excess IGF-II, but was completely attenuated by excess M6P. In this experiment, uptake was performed for 18 hours.

Figure 0004828121
その後の実験により、MPSVII患者由来のヒト線維芽細胞によるCHOおよびHEK293によって産生された酵素の取り込みを評価した。この実験において、取り込みは、21時間であった。
Figure 0004828121
Subsequent experiments evaluated the uptake of enzymes produced by CHO and HEK293 by human fibroblasts from MPSVII patients. In this experiment, uptake was 21 hours.

Figure 0004828121
さらなる実験により、IGF−II、8mM M6P、または両インヒビターの存在下での、選択した酵素の取り込みを評価した。取り込みを、22.5時間の間測定した。
Figure 0004828121
Further experiments evaluated the uptake of selected enzymes in the presence of IGF-II, 8 mM M6P, or both inhibitors. Uptake was measured for 22.5 hours.

Figure 0004828121
上述の実験は、CHO産生系およびHEK293産生系は、その機能的組換えタンパク質を分泌する能力において、本質的に同等であることを示す。この実験はまた、過剰なIGF−IIの存在が、タグ化タンパク質の取り込みを70〜90+%まで減殺するが、非タグ化タンパク質の取り込みにはあまり影響しない(4.5%)ことを示し、これは、哺乳動物によって産生されたタンパク質の、特異的なIGF−II媒介性取り込みを示す。Leishmaniaによって産生されたタンパク質と違い、哺乳動物細胞によって産生された酵素は、M6Pを含むことが予測される。これらのタンパク質上の2つのリガンドの存在は、M6P/IGF−IIレセプターを介した取り込みを指向し得、過剰なIGF−IIも過剰なM6Pも、取り込みを完全に減殺することはないことを意味する。さらに、2つのリガンドは離れた位置のレセプターに結合するので、1つのリガンドを介したレセプターへの結合は、他方の競合物の過剰な存在によってあまり影響されないはずである。
Figure 0004828121
The above experiments show that the CHO production system and the HEK293 production system are essentially equivalent in their ability to secrete functional recombinant proteins. This experiment also shows that the presence of excess IGF-II reduces the uptake of tagged protein to 70-90 +%, but does not significantly affect uptake of untagged protein (4.5%) This indicates a specific IGF-II mediated uptake of the protein produced by the mammal. Unlike proteins produced by Leishmania, enzymes produced by mammalian cells are expected to contain M6P. The presence of two ligands on these proteins can direct uptake through the M6P / IGF-II receptor, meaning that neither excess IGF-II nor excess M6P completely attenuates uptake To do. Furthermore, since the two ligands bind to distant receptors, binding to the receptor via one ligand should not be significantly affected by the excessive presence of the other competitor.

(実施例12.インビボ治療)
最初に、GUSマイナスマウスを使用して、酵素置換治療におけるGUS−GILTおよびその誘導体の有効性を評価し得る。GUSマイナスマウスを、Birkenmeierら(1989)J.Clin.Invest 83(4):1258−6によって記載されるように、B6.C−H−2bm1/ByBIR−gusmps/+マウスのヘテロ接合体交配によって産生する。好ましくは、このマウスはヒトβ−GUSに耐性である。このマウスは、ヒトβ−GUSの欠損コピーを有する導入遺伝子を保有して、ヒトタンパク質の免疫寛容性を誘導する(Slyら(2001)PNAS 98:2205−2210)。あるいは、ヒトβ−GUS(例えば、GUS−GILTタンパク質)を、新生仔マウスに投与して、免疫寛容性を誘導し得る。しかし、血管脳関門は、マウスにおいて約15日までに形成されないため、15日齢より後にマウスにおいて注射を開始する場合に、GILT−GUSが脳血管門を横切るか否かを決定する方がより単純である;従って、トランスジェニックマウスが好ましい。
Example 12. In vivo treatment
First, GUS minus mice can be used to evaluate the effectiveness of GUS-GILT and its derivatives in enzyme replacement therapy. GUS minus mice were obtained from Birkenmeier et al. (1989) J. MoI. Clin. Invest 83 (4): 1258-6, as described by B6. Produced by heterozygous mating of C-H-2 bml / ByBIR-gus mps / + mice. Preferably, the mouse is resistant to human β-GUS. This mouse carries a transgene with a defective copy of human β-GUS and induces immune tolerance of human proteins (Sly et al. (2001) PNAS 98: 2205-2210). Alternatively, human β-GUS (eg, GUS-GILT protein) can be administered to neonatal mice to induce immune tolerance. However, since the vascular brain barrier is not formed in mice by about 15 days, it is better to determine whether GILT-GUS crosses the cerebral blood vessels when starting injection in mice after 15 days of age. Therefore, transgenic mice are preferred.

最初の実験は、標的化治療的タンパク質の組織分布を測定することである。少なくとも3匹のマウスに、CHOで産生されたGILTタグ化β−GUSタンパク質(本明細書中でGUSΔC18−GILTΔ1−7と呼ぶ)を与える。このGUSΔC18−GILTΔ1−7において、タンパク質の最後の18アミノ酸を取り除いたβ−GUSタンパク質であるGUSΔ18が、成熟タンパク質の最初の7アミノ酸を欠くIGF−IIタンパク質であるΔ1−7 GILTのN末端に融合される。他のマウスに、β−GUS、緩衝液コントロール、または実施例14に記載のように過ヨウ素酸塩および水素化ホウ素ナトリウムで処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7タンパク質を与える。一般に、好ましい用量は、0.5〜7mg/kg体重の範囲である。1つの例として、酵素用量は1mg/kg体重で、静脈内投与され、そして酵素濃度は約1〜3mg/mLである。さらに、少なくとも3匹のマウスに、5mg/kg体重用量の、過ヨウ素酸塩および水素化ホウ素ナトリウムで処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7タンパク質を与える。24時間後、このマウスを屠殺し、以下の器官および組織を単離する:肝臓、脾臓、腎臓、脳、肺、筋肉、心臓、骨、および血液。各組織の部分をホモジナイズし、そして1mgのタンパク質あたりのβ−GUS酵素活性を、Slyら(2001)PNAS 98:2205−2210に記載されるように測定する。組織の部分を、組織化学および/または組織病理学のために調製し、組織化学および/または組織病理学を公開された方法によって実行する(例えば、Voglerら(1990)Am J.Pathol.136:207−217を参照のこと)。   The first experiment is to measure the tissue distribution of the targeted therapeutic protein. At least three mice receive CHO produced GILT-tagged β-GUS protein (referred to herein as GUSΔC18-GILTΔ1-7). In this GUSΔC18-GILTΔ1-7, GUSΔ18, a β-GUS protein from which the last 18 amino acids of the protein have been removed, is fused to the N-terminus of Δ1-7 GILT, an IGF-II protein that lacks the first 7 amino acids of the mature protein. Is done. Other mice receive GUSΔC18-GILTΔ1-7 protein treated with β-GUS, buffer control, or periodate and sodium borohydride as described in Example 14. In general, the preferred dose is in the range of 0.5-7 mg / kg body weight. As one example, the enzyme dose is 1 mg / kg body weight, administered intravenously, and the enzyme concentration is about 1-3 mg / mL. In addition, at least 3 mice receive a 5 mg / kg body weight dose of GUSΔC18-GILTΔ1-7 protein treated with periodate and sodium borohydride. After 24 hours, the mice are sacrificed and the following organs and tissues are isolated: liver, spleen, kidney, brain, lung, muscle, heart, bone, and blood. A portion of each tissue is homogenized and β-GUS enzyme activity per mg of protein is measured as described in Sly et al. (2001) PNAS 98: 2205-2210. A portion of tissue is prepared for histochemistry and / or histopathology, and histochemistry and / or histopathology is performed by published methods (eg, Vogler et al. (1990) Am J. Pathol. 136: 207-217).

さらなる実験としては、複数の注射プロトコールが挙げられ、そのプロトコールは、1mg/kg体重の用量で、毎週マウスに注射する。さらに、実施例14に記載のように、過ヨウ素酸塩修飾酵素の半減期の測定を、未処理酵素と比較して測定する。   Further experiments include multiple injection protocols, which are injected into mice weekly at a dose of 1 mg / kg body weight. In addition, as described in Example 14, the measurement of the half-life of periodate modifying enzyme is measured relative to untreated enzyme.

2つの他のアッセイ形式を使用し得る。1つの形式では、3〜4匹の動物に、100μlの酵素希釈緩衝液(150mM NaCl、10mM Tris、pH7.5)中の20,000Uの酵素の単回注入を施す。マウスを72〜96時間後に屠殺して、この治療剤の有効性を検証する。2つ目の形式では、マウスに、3〜4週間にわたって20,000単位の毎週注入を施し、そして最終注入の1週間後に屠殺する。肝臓、脾臓および脳の組織化学的分析および組織病理学的分析を、公開された方法(Birkenmeierら(1991)Blood 78(11):3081−92;Sandsら(1994)J.Clin.Invest 93(6):2324−31;Dalyら(1999)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 96(5):2296−300)によって実施する。治療剤の非存在下では、GUS欠損マウス細胞(例えば、マクロファージおよびクップファー細胞)は、リソソーム中の廃棄物の蓄積に起因する巨大な細胞内蓄積区画を発達させる。GUS−GILT構築物で処置されたマウスの細胞において、これらの区画のサイズが明白に低下するか、またはこの区画がもはや光学顕微鏡では見えないまでに収縮することが、予想される。   Two other assay formats can be used. In one format, 3-4 animals are given a single injection of 20,000 U of enzyme in 100 μl of enzyme dilution buffer (150 mM NaCl, 10 mM Tris, pH 7.5). Mice are sacrificed 72-96 hours later to verify the efficacy of this therapeutic agent. In the second format, mice are given a weekly injection of 20,000 units for 3-4 weeks and sacrificed one week after the final injection. Histochemical and histopathological analysis of the liver, spleen and brain was performed using published methods (Birkenmeier et al. (1991) Blood 78 (11): 3081-92; Sands et al. (1994) J. Clin. Invest 93 ( 6): 2324-31; Daly et al. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 (5): 2296-300). In the absence of therapeutic agents, GUS-deficient mouse cells (eg, macrophages and Kupffer cells) develop a large intracellular storage compartment due to the accumulation of waste in lysosomes. In mice cells treated with the GUS-GILT construct, it is expected that the size of these compartments will be clearly reduced, or that these compartments will contract before they can no longer be seen by light microscopy.

同様に、リソソーム蓄積症を患うヒトを、そのヒトのリソソームに対して適切な治療的部分を標的化する構築物を使用して処置する。いくつかの例において、処置は、GILTタンパク質の定期的な(例えば、毎週の)注入形態をとる。他の例においては、患者内で、GILTタンパク質のインビボ発現を持続し得る核酸の投与によるか、またはGILTタンパク質を発現する細胞(例えば、ヒト細胞、または単一細胞の器官)の投与により、処置を達成する。例えば、米国特許第6,020,144号(2000年2月1日発行);米国特許仮出願第60/250,446号;および米国特許仮出願事務所処理番号SYM−005PRA,「Protozoan Expression Systems for Lysosomal Storage Disease Genes」(2001年5月11日出願)に記載されるLeishmaniaベクターを使用して、GILTタンパク質をインサイチュで発現し得る。   Similarly, a human suffering from lysosomal storage disease is treated using a construct that targets the appropriate therapeutic moiety to that human lysosome. In some examples, the treatment takes the form of regular (eg weekly) infusion of GILT protein. In other examples, treatment within a patient by administration of a nucleic acid capable of sustaining in vivo expression of the GILT protein, or by administration of a cell that expresses the GILT protein (eg, a human cell or a single cell organ). To achieve. For example, U.S. Patent No. 6,020,144 (issued February 1, 2000); U.S. Provisional Application No. 60 / 250,446; and U.S. Provisional Application Office Processing Number SYM-005PRA, "Protozoan Expression Systems". The Leishmania vector described in “For Lysosomal Storage Disease Genes” (filed May 11, 2001) can be used to express GILT protein in situ.

また、本発明の標的化治療的タンパク質を投与し得、そして以前にGUSを用いた使用について記載された方法(酵素アッセイ、組織化学アッセイ、神経学アッセイ、生存アッセイ、繁殖アッセイなど)を使用して、その効果をモニタリングし得る。例えば、Voglerら(1993)Pediatric Res.34(6):837−840;Sandsら(1994)J.Clin.Invest.93:2324−2331;Sandsら(1997)J.Clin.Invest.99:1596−1605;O’Connorら(1998)J.Clin.Invest.101:1394−1400;およびSoperら(1999)45(2):180−186を、参照のこと。   Alternatively, the targeted therapeutic proteins of the invention can be administered and using methods previously described for use with GUS (enzyme assays, histochemical assays, neurological assays, survival assays, reproduction assays, etc.). The effect can be monitored. See, for example, Vogler et al. (1993) Pediatric Res. 34 (6): 837-840; Sands et al. (1994) J. MoI. Clin. Invest. 93: 2324-2331; Sands et al. (1997) J. MoI. Clin. Invest. 99: 1596-1605; O'Connor et al. (1998) J. MoI. Clin. Invest. 101: 1394-1400; and Super et al. (1999) 45 (2): 180-186.

(実施例13.ファブリー病のためのGILT修飾酵素置換治療)
これらの実験の目的は、ファブリー病の酵素置換治療として、GILT修飾α−ガラクトシターゼA(α−GAL A)の有効性を評価することである。
Example 13. GILT-modifying enzyme replacement therapy for Fabry disease
The purpose of these experiments is to evaluate the effectiveness of GILT-modified α-galactosidase A (α-GAL A) as an enzyme replacement therapy for Fabry disease.

ファブリー病は、α−GAL A(GL−3および他の神経スフィンゴ脂質から末端のガラクトースを除去することを担う酵素)の不十分な活性に起因する、リソソーム蓄積症である。この酵素活性の減少は、x連鎖遺伝子における種々のミスセンス変異およびナンセンス変異に起因して起こる。GL−3の蓄積は、心臓、肝臓、腎臓、皮膚および脳の血管内皮細胞のリソソームにおいて最も優勢であるが、他の細胞および組織においても生じる。血管内皮細胞におけるGL−3の蓄積は、最終的に、心疾患および腎不全を導く。   Fabry disease is a lysosomal storage disease resulting from insufficient activity of α-GAL A, an enzyme responsible for removing terminal galactose from GL-3 and other neurosphingolipids. This decrease in enzyme activity occurs due to various missense and nonsense mutations in the x-linked genes. GL-3 accumulation is most prevalent in lysosomes of vascular endothelial cells of the heart, liver, kidney, skin and brain, but also occurs in other cells and tissues. The accumulation of GL-3 in vascular endothelial cells ultimately leads to heart disease and renal failure.

酵素置換治療は、ファブリー病に対する効果的な処置であり、そしてその成功は、GL−3が蓄積する細胞のリソソームによって取り込まれる、この治療的酵素の能力に依存する。Genzyme産物であるFabrazymeは、この実証された有効性に起因してヨーロッパにおいてファブリー病の患者の処置のために認可されている、DUKX B11 CHO細胞で生産された組換えα−GAL Aである。   Enzyme replacement therapy is an effective treatment for Fabry disease, and its success depends on the ability of this therapeutic enzyme to be taken up by lysosomes in cells where GL-3 accumulates. The Genzyme product Fabrazyme is recombinant α-GAL A produced in DUKX B11 CHO cells that has been approved in Europe for the treatment of patients with Fabry disease due to this demonstrated efficacy.

Fabrazymeの、細胞により取り込まれる能力、およびリソソームに送達される能力は、N連結した炭水化物上のマンノース 6−ホスフェート(M6P)の存在に起因する。Fabrazymeは、大部分の細胞型の細胞表面に存在する、マンノース−6−ホスフェート/IGF−IIレセプターとの結合、そしてその後のレセプター媒介性のエンドサイトーシスを介して、リソソームへと送達される。Fabrazymeは、報告によると、ASN残基108位、161位および184位に、3つのN連結性グリコシル化部位を有する。これら3つの位置で優勢な炭水化物は、それぞれ、フコシル化二方向アンテナの二重シアリル化複合体(fucosylated biantennary bisialylated complex)、モノリン酸化マンノース−7 オリゴマンノース、および二重リン酸化マンノース−7 オリゴマンノースである。   The ability of Fabrazyme to be taken up by cells and delivered to lysosomes is due to the presence of mannose 6-phosphate (M6P) on N-linked carbohydrate. Fabrazyme is delivered to the lysosome via binding to mannose-6-phosphate / IGF-II receptor and subsequent receptor-mediated endocytosis present on the cell surface of most cell types. Fabrazyme reportedly has three N-linked glycosylation sites at ASN residues 108, 161 and 184. The predominant carbohydrates at these three positions are, respectively, the fucosylated biantennary bivalent complex, monophosphorylated mannose-7 oligomannose, and doubly phosphorylated mannose-7 oligomannose. is there.

本発明のグリコシル化非依存性のリソソーム標的化(GILT)技術は、IGF−IIレセプターとの異なる相互作用を介して,リソソームに対して治療タンパク質を直接的に標的化する。標的性リガンドは、成熟したヒトIGF−IIに由来し、これはまた、IGF−IIレセプターに対して高い親和性で結合する。現在の適用において、架橋を含む他の構成が実施可能であるが、IGF−IIタグは、治療的タンパク質とのc末端融合物として提供される。GILT修飾酵素の細胞内への取り込みについての能力は、GILT修飾β−グルクロニダーゼを使用して確立され、このGILT修飾β−グルクロニダーゼは、過剰なIGF−IIと競合的であるプロセスにおいて、線維芽細胞によって効率的に取り込まれる。GILT修飾の利点は、M6P/IGF−IIレセプターへの結合の増加、標的細胞のリソソーム内への取り込みの増強、薬理動態の変更または改善、および組織分布範囲の拡大、変更または改善である。組織分布範囲の改善は、IGFタンパク質が血液脳関門を実際に通過するので、GILT修飾α−GAL Aの血液脳関門を横切る送達を包含し得る。   The glycosylation-independent lysosome targeting (GILT) technology of the present invention targets therapeutic proteins directly to lysosomes through different interactions with the IGF-II receptor. The targeting ligand is derived from mature human IGF-II, which also binds with high affinity to the IGF-II receptor. In other applications, other configurations involving cross-linking are feasible in current applications, but the IGF-II tag is provided as a c-terminal fusion with a therapeutic protein. The ability for cellular uptake of GILT-modified enzymes is established using GILT-modified β-glucuronidase, which fibroblasts in a process that is competitive with excess IGF-II. Is taken in efficiently. The benefits of GILT modification are increased binding to the M6P / IGF-II receptor, enhanced uptake of target cells into the lysosome, altered or improved pharmacokinetics, and expanded, altered or improved tissue distribution range. Improvement of the tissue distribution range may include delivery of the GILT modified α-GAL A across the blood brain barrier as the IGF protein actually crosses the blood brain barrier.

GILT系の別の利点は、M6P修飾が起こらない非哺乳動物の発現系において、取り込み適合性のタンパク質を生成する能力である。特定の実施形態において、GILT修飾タンパク質は、主に、CHO細胞において生成される。特定の他の実施形態において、このGILTタグは、α−GAL Aのc末端に配置されるが、本発明はこのようには限定されない。   Another advantage of the GILT system is the ability to produce uptake-compatible proteins in non-mammalian expression systems where M6P modification does not occur. In certain embodiments, GILT-modified proteins are produced primarily in CHO cells. In certain other embodiments, the GILT tag is placed at the c-terminus of α-GAL A, although the invention is not so limited.

(実施例13B.ポーンプ病のためのGILT修飾酵素置換治療)
これらの実験の目的は、ポーンプ病のための酵素置換治療剤としてのGILT修飾酸α−グルコシダーゼ(GAA)の効力を評価することである。
Example 13B. GILT Modifying Enzyme Replacement Treatment for Pamp's Disease
The purpose of these experiments is to evaluate the efficacy of GILT-modified acid α-glucosidase (GAA) as an enzyme replacement therapeutic for Pomp disease.

本発明のグリコシル化依存性リソソーム標的化(GILT)技術は、GAAの患者リソソームへのM6P非依存性標的化を可能にする。1つの実施形態において、GAAまたはその触媒的活性フラグメントを、そのN末端で、ヒトIGF−IIのシグナルペプチドを含む標的化部分に融合する。シグナルペプチドを含む標的化部分は、GAAの宿主細胞からの分泌を改善し、それにより、高収率の産生を達成し、そして治療的GILT修飾GAAの回収を容易にする。1つの実施形態において、ハイブリッドGAA遺伝子カセットを作製し、このハイブリッドGAA遺伝子カセットにおいて、ヒトIGF−IIシグナルペプチドおよび所望の修飾を含む成熟IGF−IIコード配列を、GAAカセットのN末端に、His29(COS−1細胞においてシグナルペプチド切断が観察される部位)または別の適切な部位で融合する(Wisselaarら(1993)J Biol Chem,268(3):2223−31)。あるいは、所望のGILTタグを、公知の切断部位の下流の部位に配置し、潜在的なタンパク質分解性プロセシングによるGILTタグの除去を防止し得る。例示的なN末端GILTタグ化GAAカセットを、図20に図示する。   The glycosylation-dependent lysosome targeting (GILT) technology of the present invention enables M6P-independent targeting of GAA to patient lysosomes. In one embodiment, GAA or a catalytically active fragment thereof is fused at its N-terminus to a targeting moiety comprising the signal peptide of human IGF-II. A targeting moiety comprising a signal peptide improves secretion of GAA from the host cell, thereby achieving high yield production and facilitating recovery of therapeutic GILT-modified GAA. In one embodiment, a hybrid GAA gene cassette is created in which a mature IGF-II coding sequence containing a human IGF-II signal peptide and the desired modification is placed at the N-terminus of the GAA cassette at His29 ( It fuses at a site where signal peptide cleavage is observed in COS-1 cells) or at another suitable site (Wisselaar et al. (1993) J Biol Chem, 268 (3): 2223-31). Alternatively, the desired GILT tag can be placed at a site downstream of a known cleavage site to prevent removal of the GILT tag by potential proteolytic processing. An exemplary N-terminal GILT-tagged GAA cassette is illustrated in FIG.

別の実施形態において、ハイブリッドGAA遺伝子カセットを作製し、このハイブリッドGAA遺伝子カセットにおいて、ヒトGAA遺伝子に、一連の成熟ヒトIGF−IIペプチドタグの1つをコードする3’DNAセグメントをインフレームで付加する。融合は、952位のC末端Cysの後またはCys952の上流の部位のどちらかで生じ得る。また、C末端から上流にGILTタグを配置することは、潜在的タンパク質分解部位および成熟GAAタンパク質に存在しない2つのグリコシル化部位を除去する。マンノースレセプターを介したクリアランスにおける多糖類粒子は、C末端から上流へのGILTタグの配置によってGAAにおけるグリコシル化を低下させるため、GILT修飾GAAの半減期を上昇させるはずである。C末端から残基816までの10アミノ酸残基毎に、C末端GILTタグを配置するために構築物を設計し、これらのタグは、予測される成熟70kDa酵素のC末端の上流の限界を標識する。例示的なC末端GILTタグ化GAAカセットを、図21に示す。   In another embodiment, a hybrid GAA gene cassette is created, in which a 3 ′ DNA segment encoding one of a series of mature human IGF-II peptide tags is added in-frame to the human GAA gene cassette. To do. The fusion can occur either after the C-terminal Cys at position 952 or at a site upstream of Cys952. Placing a GILT tag upstream from the C-terminus also removes a potential proteolytic site and two glycosylation sites that are not present in the mature GAA protein. Polysaccharide particles in clearance through the mannose receptor should increase the half-life of GILT-modified GAA because it reduces glycosylation in GAA by placing the GILT tag upstream from the C-terminus. The construct is designed to place a C-terminal GILT tag every 10 amino acid residues from the C-terminus to residue 816, and these tags label the upstream limit of the predicted mature 70 kDa enzyme C-terminus. . An exemplary C-terminal GILT-tagged GAA cassette is shown in FIG.

なお別の実施形態において、ハイブリッドGAA遺伝子カセットを作製し、このハイブリッドGAA遺伝子カセットにおいて、所望のGILTタグがGAAカセットのN末端およびC末端の両方に融合される。   In yet another embodiment, a hybrid GAA gene cassette is created, in which the desired GILT tag is fused to both the N-terminus and C-terminus of the GAA cassette.

上述のGILT修飾GAA構築物のいずれが最も酵素学的に活性でありかつ取り込み能力が高い(uptake−competent)かを同定するため、この構築物を、HEK293細胞、CHO細胞、または他の適切な細胞内にトランスフェクトし、活性な酵素についておよびポンペ線維芽細胞への取り込みについて、クローンのプールからの培養上清をアッセイする。   In order to identify which of the GILT-modified GAA constructs described above are the most enzymatically active and uptake-competent, this construct can be expressed in HEK293 cells, CHO cells, or other suitable intracellular The culture supernatant from the pool of clones is assayed for active enzyme and for incorporation into Pompe fibroblasts.

酵素活性を試験するために、蛍光基質4−メチルウムベリフェリル−α−D−グルコピラノシド(Reuserら(1978)Am J Hum Genet,30(2):132−43)または比色(colorometric)基質p−ニトロフェニル−α−D−グルコピラノシドを使用して、GAA活性について培養上清をアッセイする。総酵素活性を、細胞数に対して基準化し、種々のクローン細胞株によって達成される発現の相対レベルを比較する。取り込み能力(uptake competency)を試験するため、培養培地を回収し、濾過し、ポンペ線維芽細胞に供する。取り込みの特異性を評価するため、細胞を、5mMのM6PもしくはIGF−II、またはその両方の、存在下または非存在下で、3〜16時間インキュベートする。ポンペ線維芽細胞を回収し、GAA活性を有する細胞を測定する。   To test enzyme activity, the fluorescent substrate 4-methylumbelliferyl-α-D-glucopyranoside (Reuser et al. (1978) Am J Hum Genet, 30 (2): 132-43) or the colorimetric substrate p -Culture supernatants are assayed for GAA activity using nitrophenyl-α-D-glucopyranoside. Total enzyme activity is normalized to cell number and the relative levels of expression achieved by various clonal cell lines are compared. In order to test the uptake competence, the culture medium is collected, filtered and subjected to Pompe fibroblasts. To assess the specificity of uptake, cells are incubated for 3-16 hours in the presence or absence of 5 mM M6P or IGF-II, or both. Pompe fibroblasts are collected and cells having GAA activity are measured.

最も有望な取り込み特性および/または酵素活性を有するGILT修飾GAAを、CHO細胞または他の適切な発現系における大量生成のために選択する。   The GILT modified GAA with the most promising uptake properties and / or enzymatic activity is selected for mass production in CHO cells or other suitable expression systems.

GAA欠損マウス(Jackson Laboratoriesから入手可能)を使用して、GILT修飾GAAの能力を評価し、組織からのグリコーゲンの蓄積を明らかにする(Bijvoetら(1999)J. Pathol.,189(3):416−24;Rabenら(1998)J.Biol.Chem.,273(30):19086−92)。1つの例示的なプロトコールとしては3〜5匹のマウスの、100mg/kgまでの用量での4週毎の注射が挙げられる。注射したマウスの評価としては、選択した組織(種々の筋組織、心臓、および肝臓が挙げられる)におけるグリコーゲンおよびGAA活性の生化学的分析、ならびに組織におけるグリコーゲン蓄積を可視化する組織病理学的分析が挙げられる。   GAA-deficient mice (available from Jackson Laboratories) are used to assess the ability of GILT-modified GAA to reveal glycogen accumulation from tissues (Bijvoet et al. (1999) J. Pathol., 189 (3): 416-24; Raben et al. (1998) J. Biol. Chem., 273 (30): 19086-92). One exemplary protocol includes injection of 3-5 mice every 4 weeks at doses up to 100 mg / kg. Evaluation of injected mice includes biochemical analysis of glycogen and GAA activity in selected tissues, including various muscle tissues, heart, and liver, and histopathological analysis to visualize glycogen accumulation in tissues. Can be mentioned.

(GAA構築物)
Human Image cDNAクローン番号4374238を、Open Biosystemsから入手した。このクローンは、ヒトGAAをコードする、全長のcDNAを含む。これは精巣由来のNIH MGC 97ライブラリーから単離され、pBluescriptにクローン化されている(pBluescript−GAA)。GAAのクローン番号4374238における配列を、図22および配列番号23に示す。クローン番号4374238におけるGAAの配列分析により、GenBank配列NM000152と比較して4つのサイレント(silent)なヌクレオチド変化を有する全長のcDNAの存在が確認された。これらの3つは、GAA:
(GAA construct)
Human Image cDNA clone number 4374238 was obtained from Open Biosystems. This clone contains a full-length cDNA encoding human GAA. It has been isolated from the testis-derived NIH MGC 97 library and cloned into pBluescript (pBluescript-GAA). The sequence in GAA clone no. 4374238 is shown in FIG. Sequence analysis of GAA in clone no. 4374238 confirmed the presence of a full-length cDNA with four silent nucleotide changes compared to GenBank sequence NM000152. These three are GAA:

Figure 0004828121
における通常の1ヌクレオチド多型としてこれまでに記載されている。太字の残基は、クローン4374238中に存在する。これらの3つの多型についての予測されるヘテロ接合性は、集団全体においてそれぞれ約0.23、0.4、および0.42である。4つ目の多型は、
Figure 0004828121
Has been previously described as a common single nucleotide polymorphism. Bold residues are present in clone 4374238. The predicted heterozygosity for these three polymorphisms is about 0.23, 0.4, and 0.42, respectively, across the population. The fourth polymorph is

Figure 0004828121
である。
Figure 0004828121
It is.

例示的なC末端GILTタグ化GAAカセットを、図21に図示する。種々の位置にC末端GILTタグを有するGAAカセットの最初のセットを、クローン4374238をテンプレートとして使用するPCRによって構築する。GAAオープンリーディングフレーム(ORF)は、2859残基長である。PCRによって生じる変異を最小化するため、5’プライマーGAA13(配列番号25)および3’プライマーGAA14(配列番号26)を使用するPCRによってORFの5’側半分をまず増幅する。これらのプライマーは、残基1649位で特異的SanDI制限部位にアニールする。このPCR産物を、pBluescriptのEcoRI部位とXbaI部位との間にライゲーションし、プラスミドp5’GAAを作製する。次に、5’プライマーGAA 15(配列番号27)を用いてGAA ORFの3’部分を増幅し、これは、表8に記載のように、SanDI部位および3’プライマーのセットの1つ(30ヌクレオチドによって一連の末端オフセットを特定するために設計される)を備える。各GAA 16〜GAA 26のプライマーは、GILTタグのライゲーションのためにAscI部位を、そしてpBluescriptへのクローン化のためにXbaI部位を含む。プライマーを表8に示す:GAA 16〜GAA 26プライマーの小文字部分は、設計されたAscI部位およびXbaI部位を含み、一方、大文字の部分は、GAA遺伝子配列を含む。ネイティブの終止コドンを含み、AscI部位を欠くプライマーGAA 27を使用し、全長かつ非タグ化のクローンを作製する。増幅した3’部分をp5’GAAにSanDIおよびXbaI部位でライゲーションする。これは、一連のGAAカセットを作製し、AscI部位およびXbaI部位を用いて、これにGILTタグを挿入する。次いで、HEK293細胞内へのトランスフェクションのために、完全なGILTタグ化GAAカセットを発現ベクターpCEP4内にクローン化する。   An exemplary C-terminal GILT-tagged GAA cassette is illustrated in FIG. The first set of GAA cassettes with C-terminal GILT tags at various positions is constructed by PCR using clone 4374238 as a template. The GAA open reading frame (ORF) is 2859 residues long. To minimize mutations caused by PCR, the 5 'half of the ORF is first amplified by PCR using 5' primer GAA13 (SEQ ID NO: 25) and 3 'primer GAA14 (SEQ ID NO: 26). These primers anneal to a specific SanDI restriction site at residue 1649. This PCR product is ligated between the EcoRI and XbaI sites of pBluescript to create plasmid p5'GAA. The 5 ′ primer GAA 15 (SEQ ID NO: 27) was then used to amplify the 3 ′ portion of the GAA ORF, as described in Table 8, as one of the set of SanDI sites and 3 ′ primers (30 Designed to identify a series of terminal offsets by nucleotides). Each GAA 16-GAA 26 primer contains an AscI site for GILT tag ligation and an XbaI site for cloning into pBluescript. The primers are shown in Table 8: The lower case part of the GAA 16-GAA 26 primer contains the designed AscI and XbaI sites, while the upper case part contains the GAA gene sequence. Primer GAA27, which contains a native stop codon and lacks an AscI site, is used to create a full-length, untagged clone. The amplified 3 'portion is ligated to p5'GAA at the SanDI and XbaI sites. This creates a series of GAA cassettes and inserts a GILT tag into them using AscI and XbaI sites. The complete GILT-tagged GAA cassette is then cloned into the expression vector pCEP4 for transfection into HEK293 cells.

Figure 0004828121
注記:GAA 16〜GAA 27およびGAA14のプライマーは、下側鎖プライマーである。GAA 16〜GAA 26プライマーの小文字の部分は、設計したAscI部位およびXbaI部位を含む。GAA 13プライマーおよびGAA 15プライマーは、上側鎖のプライマーである。GAA 13プライマーおよびGAA 15プライマーの小文字の部分は、設計EcoRI部位を含む。各プライマーの大文字部分が、GAA遺伝子配列を含む。
Figure 0004828121
Note: GAA 16-GAA 27 and GAA 14 primers are lower side primer. The lower case part of the GAA 16-GAA 26 primer contains the designed AscI and XbaI sites. GAA 13 primer and GAA 15 primer are upper strand primers. The lower case portions of the GAA 13 primer and GAA 15 primer contain a designed EcoRI site. The uppercase part of each primer contains the GAA gene sequence.

例示的なN末端GILTタグ化GAAカセットを、図20に示す。5’N末端タグ化GILTカセットの構築物が、同様の様式で得られる。例えば、GAAのアミノ酸29(COS細胞のシグナルペプチド切断部位)に融合するGILTタグを有するGAAカセットを構築するために、AscI部位およびEcoRI部位ならびに残基His29で開始するGAAコード配列を含む5’プライマー、ならびにGAAタンパク質の776位(開始位置に対応する)における特異的StuI部位でアニールする3’プライマーを使用して、5’GAAカセットを増幅する。このフラグメントを、全長GAAを含むpBluescript内に、EcoRI部位およびStuI部位でクローン化し(pBluescript−GAA)、ネイティブアミノ末端を置換する。一旦このプラスミドが作製されると、所望のGILTタグおよびシグナルペプチドを、EcoRI部位とAscI部位との間にクローン化する。   An exemplary N-terminal GILT-tagged GAA cassette is shown in FIG. A 5 'N-terminal tagged GILT cassette construct is obtained in a similar manner. For example, to construct a GAA cassette with a GILT tag fused to amino acid 29 of GAA (the signal peptide cleavage site of COS cells), a 5 ′ primer comprising an AscI site and an EcoRI site and a GAA coding sequence starting at residue His29. , As well as a 3 ′ primer that anneals at a specific StuI site at position 776 of the GAA protein (corresponding to the start position), amplifies the 5 ′ GAA cassette. This fragment is cloned into pBluescript containing full length GAA at the EcoRI and StuI sites (pBluescript-GAA), replacing the native amino terminus. Once this plasmid is made, the desired GILT tag and signal peptide are cloned between the EcoRI and AscI sites.

(実施例14.不完全グリコシル化治療的タンパク質)
標的化治療物の効力は、標的化治療物の血清半減期の延長によって上昇し得る。肝性マンノースレセプターおよびアシアロ糖タンパク質レセプターは、特異的炭水化物構造を認識することにより、循環から糖タンパク質を消滅させる(Leeら(2002)Science 295(5561):1898−1901;Ishibashiら(1994)J.Biol.Chem.269(45):27803−6)。幾つかの実施形態において、本発明は、リソソームへの治療物の標的化、および/または炭水化物に非依存的だがポリペプチドまたはそのアナログに依存する様式での血管脳関門の通過を可能にする。マンノースレセプターおよびアシアロ糖タンパク質レセプターによる循環からのその除去を最小化することにより、これらのタンパク質の実際の不完全グリコシル化は、循環におけるその半減期を大幅に延長することが予測される。同様に、機能的脱グリコシル化(例えば、過ヨウ素酸塩/水素化ホウ素ナトリウム処理によって治療的タンパク質において炭水化物残基を修飾することによる)は、1つ以上のクリアランス経路による炭水化物の認識を妨害することにより、同様の効果をもたらす。それにもかかわらず、ほとんどの実施形態においてタンパク質の標的化は炭水化物−レセプター相互作用よりむしろタンパク質−レセプター相互作用に基づくため、グリコシル化の修飾または消失は、タンパク質のリソソームへの標的化および/または脳血管門の通過に悪影響を及ぼさない。
Example 14. Incompletely glycosylated therapeutic protein
The efficacy of a targeted therapeutic can be increased by extending the serum half-life of the targeted therapeutic. Hepatic mannose and asialoglycoprotein receptors extinguish glycoproteins from the circulation by recognizing specific carbohydrate structures (Lee et al. (2002) Science 295 (5561): 1898-1901; Ishibashi et al. (1994) J Biol.Chem.269 (45): 27803-6). In some embodiments, the present invention allows targeting of therapeutics to lysosomes and / or crossing the vascular brain barrier in a manner that is independent of carbohydrates but dependent on polypeptides or analogs thereof. By minimizing its removal from the circulation by the mannose and asialoglycoprotein receptors, the actual incomplete glycosylation of these proteins is expected to greatly extend their half-life in the circulation. Similarly, functional deglycosylation (eg, by modifying carbohydrate residues in therapeutic proteins by periodate / sodium borohydride treatment) interferes with carbohydrate recognition by one or more clearance pathways. This brings about the same effect. Nevertheless, since in most embodiments protein targeting is based on protein-receptor interactions rather than carbohydrate-receptor interactions, glycosylation modification or loss may be targeted to lysosomes and / or brain. Does not adversely affect the passage of blood vessels.

ペプチド標的性シグナルを使用する任意のリソソーム酵素(例えば、IGF−II)を、化学的にもしくは酵素学的に脱グリコシル化し得るか、または、所望の特性(特異的リソソーム標的性に加え、長期間の血清半減期)を有する治療物を産生するために改変し得る。幾つかのリソソーム蓄積症の場合において、マンノースレセプターを介して治療物をマクロファージまたは関連する細胞型に送達するために重要であり得る場合、完全グリコシル化治療物を、不完全グリコシル化標的化治療物と併用して使用し、広範な種々の細胞型に対する標的化を達成し得る。   Any lysosomal enzyme (eg, IGF-II) that uses peptide targeting signals can be chemically or enzymatically deglycosylated, or desired properties (in addition to specific lysosomal targeting, long-term Can be modified to produce a therapeutic product having a serum half-life of In the case of some lysosomal storage diseases, a fully glycosylated therapeutic may be an incompletely glycosylated targeted therapeutic if it may be important to deliver the therapeutic to macrophages or related cell types via the mannose receptor. Can be used in conjunction with to achieve targeting to a wide variety of cell types.

(合成時のタンパク質不完全グリコシル化)
幾つかの場合、完全グリコシル化タンパク質を産生しない系において、標的化治療的タンパク質を、最初に産生することが好ましい。例えば、標的化治療的タンパク質は、E.coliにおいて産生され得、それにより、完全な非グリコシル化タンパク質を産生し得る。あるいは、非グリコシル化タンパク質を、ツニカマイシン(Dol−PP−GlcNAc形成のインヒビター)で処理した哺乳動物細胞内で産生する。しかし、特定の標的化治療物が、グリコシル化の非存在下で正確に折りたたまれない場合、これは、好ましくは、まずグリコシル化タンパク質として産生され、そしてその後、脱グリコシル化されるかまたは機能的不完全グリコシル化を受ける。
(Incomplete protein glycosylation during synthesis)
In some cases, it is preferred to first produce the targeted therapeutic protein in a system that does not produce fully glycosylated protein. For example, the targeted therapeutic protein may be E. coli. can be produced in E. coli, thereby producing a fully non-glycosylated protein. Alternatively, non-glycosylated protein is produced in mammalian cells treated with tunicamycin (an inhibitor of Dol-PP-GlcNAc formation). However, if a particular targeted therapeutic is not correctly folded in the absence of glycosylation, it is preferably produced first as a glycosylated protein and then deglycosylated or functionally Undergoes incomplete glycosylation.

また、標的化治療的タンパク質をコードする遺伝子を操作し、通常はグリコシル化のためのアクセプターとして役目を果たすアミノ酸を、異なったアミノ酸に変えることによって、不完全グリコシル化標的化治療的タンパク質を調製し得る。例えば、N連結グリコシル化のためのアクセプターとして役目を果たすアスパラギン残基を、グルタミン残基またはグリコシル化アクセプターではない別の残基に置換し得る。この保存的置換は、おそらく酵素構造に最小の影響を有すると思われるが、一方、この部位でのグリコシル化を除去する。あるいは、グリコシル化アクセプターの近傍の他のアミノ酸を修飾し、通常グリコシル化されるアミノ酸を必ずしも変えることなく、グリコシル化酵素のための認識モチーフを破壊し得る。   Alternatively, incompletely glycosylated targeted therapeutic proteins can be prepared by manipulating the gene encoding the targeted therapeutic protein and changing the amino acid that normally serves as an acceptor for glycosylation to a different amino acid. obtain. For example, an asparagine residue that serves as an acceptor for N-linked glycosylation can be replaced with a glutamine residue or another residue that is not a glycosylation acceptor. This conservative substitution probably has minimal impact on the enzyme structure, while removing glycosylation at this site. Alternatively, other amino acids near the glycosylation acceptor can be modified to destroy the recognition motif for the glycosylation enzyme without necessarily changing the amino acid that is normally glycosylated.

GUSの場合、4つの潜在的グリコシル化部位のいずれか1つの除去は、グリコシル化の量を減少させるが、十分な酵素活性が残る (Shipleyら(1993)J.Biol.Chem.268(16):12193−8)。GUSからの2つのグリコシル化部位の幾つかのセットの除去は、まだ顕著な酵素活性を許容する。細胞をツニカマイシンで処理することによる4つ全てのグリコシル化部位の除去は、酵素活性を消失させるが、精製した酵素の脱グリコシル化は、酵素的に活性な物質をもたらす。従って、グリコシル化部位の除去に伴う活性の喪失は、酵素の誤った折りたたみに起因すると考えられる。   In the case of GUS, removal of any one of the four potential glycosylation sites reduces the amount of glycosylation but leaves sufficient enzymatic activity (Shipley et al. (1993) J. Biol. Chem. 268 (16) : 12193-8). Removal of several sets of two glycosylation sites from GUS still allows significant enzyme activity. Removal of all four glycosylation sites by treating cells with tunicamycin abolishes enzyme activity, whereas deglycosylation of the purified enzyme results in enzymatically active material. Thus, the loss of activity associated with removal of the glycosylation site is believed to be due to enzyme misfolding.

しかし、他の酵素は、グリコシル化の非存在下でさえも正確に折りたたまれる。例えば、細菌性グルクロニダーゼは、天然に非グリコシル化されて、本発明の標的性部分を用いて、哺乳動物リソソームを標的化し得、そして/または血管脳関門を横切り得る。このような酵素を、例えば、グリコシル化タンパク質として合成した後に脱グリコシル化するより、非グリコシル化条件で合成し得る。   However, other enzymes fold correctly even in the absence of glycosylation. For example, bacterial glucuronidases can be naturally aglycosylated to target mammalian lysosomes using the targeting moiety of the present invention and / or cross the vascular brain barrier. Such enzymes can be synthesized under non-glycosylated conditions, for example, rather than being deglycosylated after being synthesized as a glycosylated protein.

(脱グリコシル化)
標的化治療物は、哺乳動物細胞培養系において産生される場合、これは、好ましくは増殖培地中に分泌される。これを回収し、その後、例えばクロマトグラフィー精製プロトコール(例えば、イオン交換、ゲル濾過、疎水性クロマトグラフィー、ConAクロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィー、または免疫アフィニティクロマトグラフィーが挙げられる)によって標的化治療物の精製を可能にする。
(Deglycosylation)
If the targeted therapeutic is produced in a mammalian cell culture system, it is preferably secreted into the growth medium. This is recovered and then purified of the targeted therapeutic, eg, by a chromatographic purification protocol (eg, ion exchange, gel filtration, hydrophobic chromatography, ConA chromatography, affinity chromatography, or immunoaffinity chromatography). Enable.

糖タンパク質の化学的脱グリコシル化は、多くの方法(トリフルオロメタンスルホン酸(TFMS)処理、またはフッ化水素(HF)処理が挙げられる)によって達成され得る。   Chemical deglycosylation of glycoproteins can be achieved by a number of methods including trifluoromethanesulfonic acid (TFMS) treatment, or hydrogen fluoride (HF) treatment.

TFMSによる化学的脱グリコシル化(Sojarら(1989)J.Biol.Chem.264(5):2552−9;Sojarら(1987)Methods Enzymol.138:341−50):1mg GILT−GUSを、減圧下で一晩乾燥させる。乾燥したタンパク質を、0℃で0.5〜2時間、窒素下で時々撹拌しながら、150μlのTFMSで処理する。反応混合物を、ドライアイス−エタノール浴中で−20℃未満まで冷却し、予め冷却した(−20℃)水中60%ピリミジン溶液を徐々に添加することにより、この反応物を中性化する。次いで、中性化反応混合物を、NHHCOを数回交換して、4℃でpH7で透析する。TFMSによる化学的脱グリコシル化は、処理したタンパク質に対してメチル化、スクシニミド形成、およびアスパラギン残基の異性化を含む修飾をもたらし得る(Douglassら(2001)J.Protein Chem.20(7):571−6)。 Chemical deglycosylation by TFMS (Sojar et al. (1989) J. Biol. Chem. 264 (5): 2552-9; Sojar et al. (1987) Methods Enzymol. 138: 341-50): 1 mg GILT-GUS in vacuo Allow to dry overnight. The dried protein is treated with 150 μl TFMS with occasional stirring under nitrogen at 0 ° C. for 0.5-2 hours. The reaction mixture is cooled to <−20 ° C. in a dry ice-ethanol bath and the reaction is neutralized by the slow addition of pre-cooled (−20 ° C.) 60% pyrimidine solution in water. The neutralization reaction mixture is then dialyzed at pH 7 at 4 ° C. with several changes of NH 4 HCO 3 . Chemical deglycosylation by TFMS can result in modifications that include methylation, succinimide formation, and isomerization of asparagine residues to the processed protein (Douglass et al. (2001) J. Protein Chem. 20 (7): 571-6).

HFによる化学的脱グリコシル化(Sojarら(1987)Methods Enzymol.138:341−50):この反応を、例えば、Peninsula Laboratories,Inc.から入手し得る閉鎖反応系において実行する。10mg GILT−GUSを減圧乾燥し、反応容器内に入れ、次いで、この反応容器をHF装置に連結する。全HFラインを排出後、反応容器を撹拌しながら、レザバから10mLの無水HFを蒸留する。この反応を、0℃で1〜2時間続ける。その後、15〜30分にわたって水吸引機でHFを除去する。僅少残留HFを、高減圧下で除去する。この反応混合物を、2mLの0.2M NaOH中に溶解し、残留するHF全てを中性化し、そして冷0.2M HClで、pHを7.5に再調整する。   Chemical deglycosylation by HF (Sojar et al. (1987) Methods Enzymol. 138: 341-50): This reaction is described, for example, in Peninsula Laboratories, Inc. In a closed reaction system available from 10 mg GILT-GUS is dried under reduced pressure, placed in a reaction vessel, and then the reaction vessel is connected to an HF apparatus. After discharging the entire HF line, 10 mL of anhydrous HF is distilled from the reservoir while stirring the reaction vessel. The reaction is continued at 0 ° C. for 1-2 hours. Thereafter, HF is removed with a water suction machine for 15 to 30 minutes. Slight residual HF is removed under high vacuum. The reaction mixture is dissolved in 2 mL 0.2 M NaOH to neutralize any remaining HF and readjusted to pH 7.5 with cold 0.2 M HCl.

酵素的脱グリコシル化(Thotakuraら(1987)Methods Enzymol.138:350−9):タンパク質N−グリコシダーゼ(PNGase)Aまたはタンパク質N−グリコシダーゼFを用いて、N連結炭水化物を糖タンパク質から完全に除去し得る。1つの実施形態において、グリコシダーゼによる処理の前に糖タンパク質を変性させ、糖タンパク質上の酵素の作用を促進する;上記段落の「インビトロでのリフォールディング」で考察したように、糖タンパク質は、その後リフォールドされる。別の実施形態において、過剰なグリコシダーゼを使用し、ネイティブの糖タンパク質を処理して、効率的な脱グリコシル化を促進する。幾つかの細胞型(例えば、CHO由来Lec1細胞株)は、実施例14Dに記載のように、少ないグリコシル化または単純なグリコシル化を有する糖タンパク質を産生し、その後の酵素的脱グリコシル化を促進する。   Enzymatic deglycosylation (Thotkura et al. (1987) Methods Enzymol. 138: 350-9): N-linked carbohydrates are completely removed from glycoproteins using protein N-glycosidase (PNGase) A or protein N-glycosidase F. obtain. In one embodiment, the glycoprotein is denatured prior to treatment with glycosidase to facilitate the action of the enzyme on the glycoprotein; as discussed in “In Vitro Refolding” in the previous paragraph, Refolded. In another embodiment, excess glycosidase is used to process native glycoproteins to promote efficient deglycosylation. Some cell types (eg, CHO-derived Lecl cell lines) produce glycoproteins with low or simple glycosylation and facilitate subsequent enzymatic deglycosylation as described in Example 14D To do.

実際に不完全グリコシル化された標的化治療的タンパク質の場合、グリコシル化の減少が、標的化治療的タンパク質のプロテアーゼ感受性部位を明らかにし、タンパク質の半減期を減少させることが可能である。N連結グリコシル化は、タンパク質分解からリソソームの酵素のサブセットを保護することが知られている(Kundraら(1999)J.Biol.Chem.274(43):31039−46)。このようなプロテアーゼ感受性部位は、好ましくは、タンパク質の外で(例えば、部位特異的変異誘発によって)操作される。以下で考察されるように、炭水化物全体の除去よりも、不完全な脱グリコシル化または炭水化物構造の修飾により、プロテアーゼ感受性部位または潜在的エピトープのいずれかを明らかにする危険性を、最小限にし得る。   In the case of targeted therapeutic proteins that are actually incompletely glycosylated, reduced glycosylation can reveal protease sensitive sites in the targeted therapeutic protein and reduce the half-life of the protein. N-linked glycosylation is known to protect a subset of lysosomal enzymes from proteolysis (Kundra et al. (1999) J. Biol. Chem. 274 (43): 31039-46). Such protease sensitive sites are preferably engineered outside the protein (eg, by site-directed mutagenesis). As discussed below, the risk of revealing either protease sensitive sites or potential epitopes can be minimized by incomplete deglycosylation or modification of carbohydrate structure rather than removal of the entire carbohydrate. .

(炭水化物構造の修飾または部分的脱グリコシル化)
幾つかの実施形態において、治療的タンパク質は、部分的に脱グリコシル化される。例えば、治療的タンパク質を、エンドグリコシダーゼ(例えば、N連結高マンノース炭水化物(high mannose carbohydrate)を切断するが、複合型炭水化物は切断しない、エンドグリコシダーゼH)で処理し、アスパラギンに連結した1つのGlcNAc残基を残し得る。このような方法で処理した治療的タンパク質は、高マンノース炭水化物を欠き、肝性マンノースレセプターとの相互作用を低下する。たとえこのレセプターが末端GlcNAcを認識するとしても、タンパク質表面上の1つのGlcNAcとの生産的相互作用の確率は、インタクトな高マンノース構造と同じほど高くはない。治療的タンパク質が哺乳動物細胞において産生される場合、タンパク質上に存在する任意の複合炭水化物は、エンドグリコシダーゼH(endoH)処理によって影響を受けないままであり、そして末端でシアリル化され、これにより、肝性炭水化物認識レセプターとの相互作用を減少させ得る。従って、このようなタンパク質は、延長した半減期を有するようである。同時に、残留する炭水化物による立体障害は、タンパク質表面上の潜在的エピトープを免疫系から保護し、(例えば、プロテアーゼ富化リソソーム環境において)タンパク質表面へのプロテアーゼのアクセスを減少させる。
(Carbohydrate structure modification or partial deglycosylation)
In some embodiments, the therapeutic protein is partially deglycosylated. For example, a therapeutic protein can be treated with an endoglycosidase (eg, endoglycosidase H that cleaves N-linked high mannose carbohydrates but not complex carbohydrates), leaving one GlcNAc residue linked to asparagine. A group can be left behind. Therapeutic proteins treated in this way lack high mannose carbohydrates and reduce interaction with hepatic mannose receptors. Even if this receptor recognizes terminal GlcNAc, the probability of a productive interaction with one GlcNAc on the protein surface is not as high as an intact high mannose structure. If the therapeutic protein is produced in mammalian cells, any complex carbohydrates present on the protein remain unaffected by endoglycosidase H (endoH) treatment and are sialylated at the end, thereby May reduce the interaction with hepatic carbohydrate recognition receptors. Thus, such proteins appear to have an extended half-life. At the same time, steric hindrance due to residual carbohydrate protects potential epitopes on the protein surface from the immune system and reduces protease access to the protein surface (eg, in a protease-enriched lysosomal environment).

他の実施形態において、治療的タンパク質のグリコシル化は、例えば、酸化、還元、脱水、置換、エステル化、アルキル化、シアリル化、炭素−炭素結合切断などによって修飾され、血液からの治療的タンパク質のクリアランスを低下する。幾つかの好ましい実施形態において、治療的タンパク質は、シアリル化されない。例えば、過ヨウ素酸塩および水素化ホウ素ナトリウムでの処理は、糖タンパク質のほとんどの炭水化物構造を修飾するのに効果的である。過ヨウ素酸塩処理は、ビシナル(vicinal)ジオールを酸化し、炭素−炭素結合を切断し、そしてヒドロキシル基をアルデヒド基で置換する;ホウ化水素は、アルデヒドをヒドロキシルに還元する。多くの糖残基は、ビシナルジオールを含み、それ故に、この処理によって切断される。図9Aに示されるように、タンパク質は、アスパラギン残基において高マンノース炭水化物(アスパラギンに隣接するN−アセチルグルコサミン残基および構造中のあらゆる位置におけるマンノース残基を含む)を用いてグリコシル化され得る。図9Bにおいて示されるように、末端マンノース残基は、ヒドロキシル基を有する3個の連続する炭素を有する;含まれる両方の炭素−炭素結合は、過ヨウ素酸塩処理によって切断される。幾つかの非末端マンノース残基はまた、ビシナルジオール含み、これは、同様に切断される。それでもなお、この処理は環状炭水化物を直鎖状炭水化物に変換するが、完全に炭水化物を除去せず、潜在的にタンパク質感受性または抗原性のポリペプチド部位を露出する危険性を最小限にする。   In other embodiments, the glycosylation of the therapeutic protein is modified by, for example, oxidation, reduction, dehydration, substitution, esterification, alkylation, sialylation, carbon-carbon bond cleavage, etc. Reduce clearance. In some preferred embodiments, the therapeutic protein is not sialylated. For example, treatment with periodate and sodium borohydride is effective to modify most carbohydrate structures of glycoproteins. Periodate treatment oxidizes vicinal diols, breaks carbon-carbon bonds, and replaces hydroxyl groups with aldehyde groups; borohydride reduces aldehydes to hydroxyls. Many sugar residues contain vicinal diols and are therefore cleaved by this process. As shown in FIG. 9A, proteins can be glycosylated with high mannose carbohydrates, including N-acetylglucosamine residues adjacent to asparagine and mannose residues at any position in the structure, at asparagine residues. As shown in FIG. 9B, the terminal mannose residue has three consecutive carbons with hydroxyl groups; both carbon-carbon bonds involved are cleaved by periodate treatment. Some non-terminal mannose residues also contain vicinal diol, which is similarly cleaved. Nonetheless, this treatment converts cyclic carbohydrates to linear carbohydrates but does not completely remove carbohydrates, potentially minimizing the risk of exposing protein sensitive or antigenic polypeptide sites.

リソソームの酵素であるβ−グルクロニダーゼの半減期は、過ヨウ素酸塩および水素化ホウ素ナトリウムでの一連の処理の後、10倍を超えて延長することが知られる(Houbaら(1996)Bioconjug.Chem.7(5):606−11;Stahlら(1976)PNAS 73:4045−4049;Achordら(1977)Pediat.Res.11:816−822;Achordら(1978)Cell 15(1):269−78)。同様に、リシンは、過ヨウ素酸塩とシアノ水素化ホウ素ナトリウムとの混合物で処理されている(Thorpeら(1985)Eur.J.Biochem.147:197)。ラットへの注射後、肝臓に吸収されたリシンの画分は、化学的処理により、注射した用量の40%(未処理リシン)から20%(修飾リシン)まで減少する。対照的に、血中のリシンの量は、20%(未処理リシン)から45%(修飾リシン)まで増加した。従って、処理したリシンは、循環においてより広範な組織分布およびより長い半減期に恵まれた。   The half-life of the lysosomal enzyme β-glucuronidase is known to extend more than 10-fold after a series of treatments with periodate and sodium borohydride (Houba et al. (1996) Bioconjug. Chem. 7 (5): 606-11; Stahl et al. (1976) PNAS 73: 4045-4049; Achord et al. (1977) Pediat.Res. 11: 816-822; Achord et al. 78). Similarly, lysine has been treated with a mixture of periodate and sodium cyanoborohydride (Thorpe et al. (1985) Eur. J. Biochem. 147: 197). After injection into rats, the fraction of lysine absorbed into the liver is reduced by chemical treatment from 40% (untreated lysine) to 20% (modified lysine) of the injected dose. In contrast, the amount of lysine in the blood increased from 20% (untreated lysine) to 45% (modified lysine). Thus, the treated lysine was endowed with a broader tissue distribution and longer half-life in the circulation.

脱グリコシル化されるかまたは過ヨウ素酸塩および水素化ホウ素ナトリウムでの連続処理によって修飾される場合、本発明の標的性部分に結合するβ−グルコロニダーゼ構築物(または他の糖タンパク質)は、同様の(例えば、2倍を超えるか、4倍を超えるか、または10倍を超える)半減期の延長に恵まれるが、カチオン非依存性M6Pレセプターに対する高親和性をなお維持し、このレセプターを保有する全ての細胞型のリソソームに対する、この構築物の標的化を可能にする。この構築物はまた、血液脳関門を効率的に横切ることが予想される。対照的に、リソソーム標的化についてM6Pに依存するβ−グルクロニダーゼ調製物は、脱グリコシル化されるかまたは過ヨウ素酸塩および水素化ホウ素ナトリウムで処理される場合、より長い血清半減期に恵まれるが、リソソームを標的化し得ない。なぜなら、M6P標的化シグナルは、処理によって修飾されているからである。   When deglycosylated or modified by sequential treatment with periodate and sodium borohydride, β-glucoronidase constructs (or other glycoproteins) that bind to targeting moieties of the present invention are similar. Blessed with extended half-life (eg, greater than 2 fold, greater than 4 fold, or greater than 10 fold), but still maintains high affinity for the cation-independent M6P receptor and possesses this receptor Allows targeting of this construct to the lysosomes of This construct is also expected to cross the blood brain barrier efficiently. In contrast, β-glucuronidase preparations that rely on M6P for lysosomal targeting are endowed with a longer serum half-life when deglycosylated or treated with periodate and sodium borohydride, Unable to target lysosomes. This is because the M6P targeting signal has been modified by processing.

過ヨウ素酸塩および水素化ホウ素ナトリウムでの連続処理による炭水化物修飾を、以下のように実施し得る:精製GILT−GUSを、50mM酢酸ナトリウム(pH4.5)中40mM NaIOと共に2時間4℃でインキュベートする。反応を、過剰なエチレングリコールの添加によって停止し、反応混合物をPBS(pH7.5)で平衡化したSephadex G−25Mに通すことにより、未反応試薬を除去した。この処理の後、PBS(pH7.5)中40mM NaBHと共に37℃で3時間インキュベートし、次いで4℃で1時間インキュベートする。反応混合物をSephadex G−25Mカラムに通し、PBS(pH 7.5)で溶出して、反応を停止する。 Carbohydrate modification by sequential treatment with periodate and sodium borohydride can be carried out as follows: Purified GILT-GUS with 40 mM NaIO 4 in 50 mM sodium acetate (pH 4.5) for 2 hours at 4 ° C. Incubate. The reaction was stopped by the addition of excess ethylene glycol and unreacted reagents were removed by passing the reaction mixture through Sephadex G-25M equilibrated with PBS (pH 7.5). Following this treatment, it is incubated with 40 mM NaBH 4 in PBS (pH 7.5) for 3 hours at 37 ° C. and then for 1 hour at 4 ° C. The reaction mixture is passed through a Sephadex G-25M column and eluted with PBS (pH 7.5) to stop the reaction.

過ヨウ素酸塩および水素化ホウ素ナトリウムの処理の別のプロトコールは、Hickmanら(1974)BBRC 57:55−61に記載される。精製タンパク質を、0.01Mリン酸ナトリウム(pH 6.0)、0.15M NaCl中で透析する。過ヨウ素酸ナトリウムを、最終濃度0.01Mまで添加し、そして反応を、暗所中4℃で少なくとも6時間進める。これらの条件下でのβ−ヘキソサミニダーゼの過ヨウ素酸塩での処理は、線維芽細胞によるタンパク質の取り込みを十分に阻止する;取り込みは、線維芽細胞表面上のM6Pレセプターを有するβ−ヘキソサミニダーゼ上のM6P部分に通常依存する。従って、過ヨウ素酸塩酸化は、M6Pを十分に修飾し、M6Pレセプターと相互作用するその能力を減殺する。   Another protocol for treatment of periodate and sodium borohydride is described in Hickman et al. (1974) BBRC 57: 55-61. The purified protein is dialyzed in 0.01M sodium phosphate (pH 6.0), 0.15M NaCl. Sodium periodate is added to a final concentration of 0.01 M and the reaction is allowed to proceed for at least 6 hours at 4 ° C. in the dark. Treatment of β-hexosaminidase with periodate under these conditions sufficiently prevents protein uptake by fibroblasts; uptake is β- with M6P receptors on the surface of fibroblasts. It usually depends on the M6P moiety on hexosaminidase. Periodate oxidation therefore fully modifies M6P and diminishes its ability to interact with the M6P receptor.

あるいは、炭水化物は、Thorpeら(1985)Eur.J.Biochem.147:197−206に開示されるような一工程反応における過ヨウ素酸塩およびシアノ水素化ホウ素ナトリウムでの処理によって修飾され得る。   Alternatively, carbohydrates can be obtained from Thorpe et al. (1985) Eur. J. et al. Biochem. 147: 197-206 can be modified by treatment with periodate and sodium cyanoborohydride in a one-step reaction.

部分的脱グリコシル化タンパク質または修飾されたグリコシル化パターンを有するタンパク質における炭水化物の存在は、潜在的ポリペプチドエピトープを保護するはずであり、このエピトープは、グリコシル化の完全な非存在によってむき出しにされ得る。治療的タンパク質が免疫応答を引き起こす事象において、免疫抑制治療は、治療的タンパク質とともに使用され得る(Brooks(1999)Molecular Genetics and Metabolism 68:268−275)。例えば、アルグルセラーゼ(alglucerase)で処置された約15%のゴーシェ病患者が、免疫応答を発達させたことが報告されている(Beutlerら,The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease(第8版)(2001),Scriverら編,pp.3635−3668)。幸運にも、アルグルセラーゼに対する抗体を産生した患者の多く(82/142)が、通常の処置レジメンによって寛容化された(Rosenbergら(1999)Blood 93:2081−2088)。従って、免疫応答を発達し得る少数の患者を利するために、本発明の幾つかの実施形態において、治療的タンパク質を受ける患者はまた、免疫抑制治療をも受ける。   The presence of carbohydrates in a partially deglycosylated protein or a protein with a modified glycosylation pattern should protect a potential polypeptide epitope, which can be exposed by the complete absence of glycosylation. . In the event that a therapeutic protein triggers an immune response, immunosuppressive therapy can be used with the therapeutic protein (Brooks (1999) Molecular Genetics and Metabolism 68: 268-275). For example, it has been reported that approximately 15% of Gaucher patients treated with alglucerase developed an immune response (Beutler et al., The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease (8th edition) (2001). ), Scriver et al., Pp. 3635-3668). Fortunately, many patients (82/142) that produced antibodies to alglucerase were tolerated by conventional treatment regimens (Rosenberg et al. (1999) Blood 93: 2081-2088). Thus, in order to benefit a small number of patients who can develop an immune response, in some embodiments of the invention, patients receiving therapeutic proteins also receive immunosuppressive therapy.

(試験)
タンパク質が不完全グリコシル化されることを確認するために、これをConAに曝露することによって試験し得る。不完全グリコシル化タンパク質は、対応する完全にグリコシル化されたタンパク質を比較した場合、ConAセファロースへの結合の減少を実証することが予測される。
(test)
This can be tested by exposing it to ConA to confirm that the protein is incompletely glycosylated. Incompletely glycosylated proteins are expected to demonstrate reduced binding to ConA Sepharose when compared to the corresponding fully glycosylated proteins.

また、実際に不完全グリコシル化したタンパク質をSDS−PAGEによって解析し得、対応する完全にグリコシル化されたタンパク質と比較する。例えば、化学的に脱グリコシル化したGUS−GILTを、未処理(グリコシル化)GUS−GILTおよびPNGase Aによって調製した酵素学的脱グリコシル化GUS−GILTと比較し得る。不完全グリコシル化タンパク質は、完全にグリコシル化されたタンパク質と比較した場合、SDS−PAGEにおいてより大きな移動度を有することが予測される。   Also, actually incompletely glycosylated proteins can be analyzed by SDS-PAGE and compared to the corresponding fully glycosylated protein. For example, chemically deglycosylated GUS-GILT can be compared to enzymatically deglycosylated GUS-GILT prepared by untreated (glycosylated) GUS-GILT and PNGase A. Incompletely glycosylated proteins are expected to have greater mobility in SDS-PAGE when compared to fully glycosylated proteins.

不完全グリコシル化標的化治療的タンパク質は、標的性ドメインに依存する取り込みを示す。不完全グリコシル化タンパク質は、マンノースまたはM6Pに依存する取り込みの低下(および、好ましくは、実質的に取り込みがない)を示すはずである。これらの性質は、細胞取り込み実験において、実験的に確認され得る。   Incompletely glycosylated targeted therapeutic proteins exhibit uptake dependent on the targeting domain. Incompletely glycosylated proteins should exhibit reduced uptake (and preferably substantially no uptake) dependent on mannose or M6P. These properties can be confirmed experimentally in cell uptake experiments.

例えば、哺乳動物細胞において合成され、その後過ヨウ素酸塩およびホウ化水素で処理されたGUS−GILTタンパク質を、M6P依存性取り込みおよびマンノース依存性取り込みを試験することによって機能的脱グリコシル化について試験し得る。M6P依存性取り込みが低下していることを実証するため、GM4668線維芽細胞を用いて、取り込みアッセイを行う。競合物の非存在において、処理酵素および未処理酵素は、それぞれ有意な取り込みを示す。過剰IGF−IIの存在は、実質的に処理酵素および未処理酵素の取り込みを低下するが、未処理酵素は、M6P依存性経路を介した残渣取り込みを保持する。過剰M6Pは、未処理酵素の取り込みを低下するが、機能的脱グリコシル化タンパク質の取り込みの低下において、実質的にあまり効率的でない。処理酵素および未処理酵素について、両方の競合物の同時存在は、実質的に取り込みをなくす。   For example, GUS-GILT protein synthesized in mammalian cells and subsequently treated with periodate and borohydride was tested for functional deglycosylation by testing M6P-dependent and mannose-dependent uptake. obtain. To demonstrate that M6P-dependent uptake is reduced, uptake assays are performed using GM4668 fibroblasts. In the absence of competitors, the treated and untreated enzymes each show significant uptake. The presence of excess IGF-II substantially reduces the uptake of treated and untreated enzymes, but the untreated enzyme retains residue uptake through an M6P-dependent pathway. Excess M6P reduces the uptake of untreated enzyme, but is substantially less efficient in reducing the uptake of functional deglycosylated protein. For treated and untreated enzymes, the simultaneous presence of both competitors substantially eliminates uptake.

マンノース依存性取り込みを評価するための取り込みアッセイを、J774−E細胞、マンノースレセプターを保有するマウスマクロファージ様細胞株、必要である場合、僅かだがM6Pレセプターを用いて実行する(Dimentら(1987)J.Leukocyte Biol.42:485−490)。細胞を、10%FBS、4mMグルタミン、および抗生抗真菌溶液で(Sigma,A−5955)補填したDMEM、低グルコース中で培養する。これらの細胞を用いる取り込みアッセイを、線維芽細胞で行ったアッセイと同一の様式で実行する。過剰なM6Pおよび過剰なIGF−II(これらは任意の残留M6P/IGF−IIレセプターに起因する取り込みを消滅させる)の存在下で、完全にグリコシル化された酵素は、マンノースレセプターとの相互作用に起因して有意な取り込みを示す。不完全グリコシル化酵素は、これらの条件下で、実質的に減少した取り込みを示すと予測される。完全にグリコシル化された酵素のマンノースレセプター依存性取り込みは、過剰(100μg/mL)マンナンの添加によって競合され得る。   An uptake assay to assess mannose-dependent uptake is performed using J774-E cells, a murine macrophage-like cell line carrying a mannose receptor, and if necessary, using a small amount of the M6P receptor (Diment et al. (1987) J Leukocyte Biol.42: 485-490). Cells are cultured in DMEM, low glucose supplemented with 10% FBS, 4 mM glutamine, and antibiotic antifungal solution (Sigma, A-5955). Uptake assays using these cells are performed in the same manner as assays performed on fibroblasts. In the presence of excess M6P and excess IGF-II, which extinguish uptake due to any residual M6P / IGF-II receptor, the fully glycosylated enzyme is responsible for interacting with the mannose receptor. Due to significant uptake. Incomplete glycosylation enzymes are expected to show substantially reduced uptake under these conditions. Mannose receptor-dependent uptake of fully glycosylated enzymes can be competed by the addition of excess (100 μg / mL) mannan.

脱グリコシル化されたGUS−GILTのの薬物速度論を、1時点あたり3匹のMPSVIIマウスの群に20,000酵素単位の静脈内注射を与えることによって決定し得る。各時点について、50μLの血液を、酵素活性についてアッセイする。   The pharmacokinetics of deglycosylated GUS-GILT can be determined by giving intravenous injections of 20,000 enzyme units to groups of 3 MPSVII mice per time point. For each time point, 50 μL of blood is assayed for enzyme activity.

(実施例14A.GUSΔC18−GILTΔ1−7の脱グリコシル化)
GUSΔC18−GILTΔ1−7を、エンドグリコシラーゼF1で処理し、グリコシル化を減少させた。具体的には、0.5mgのGUSΔC18−GILTΔ1−7を、25μLのエンドグリコシダーゼF1(Prozyme,San Leandro,CA)と共に37℃で7.5時間、250〜300μLの最終容量の50mMリン酸緩衝液(pH5.5)中でインキュベートした。インキュベートの後、GUSΔC18−GILTΔ1−7を、50kD分子量カットオフのCentriconスピン濃縮器(spin concentrator)中で繰り返し濃縮し、GUSΔC18−GILTΔ1−7をエンドグリコシダーゼF1から分離した。
Example 14A. Deglycosylation of GUSΔC18-GILTΔ1-7
GUSΔC18-GILTΔ1-7 was treated with endoglycosylase F1 to reduce glycosylation. Specifically, 0.5 mg of GUSΔC18-GILTΔ1-7 together with 25 μL of endoglycosidase F1 (Prozyme, San Leandro, Calif.) For 7.5 hours at 37 ° C. in a final volume of 50 mM phosphate buffer at 250-300 μL. Incubated in (pH 5.5). After incubation, GUSΔC18-GILTΔ1-7 was repeatedly concentrated in a 50 kD molecular weight cut-off Centricon spin concentrator to separate GUSΔC18-GILTΔ1-7 from endoglycosidase F1.

分離実験において、GUSΔC18−GILTΔ1−7を、エンドグリコシダーゼF1およびエンドグリコシダーゼF2の両方で処理した。具体的には、128μLのGUSΔC18−GILTΔ1−7(779万単位/mL)を、上記のように12.8μLの各エンドグリコシダーゼ(それぞれProzymeより)と共に、収容量325μLの50mMリン酸(pH5.5)中で37℃で6時間インキュベートし、その後、スピン濃縮器で精製した。   In separation experiments, GUSΔC18-GILTΔ1-7 was treated with both endoglycosidase F1 and endoglycosidase F2. Specifically, 128 μL of GUSΔC18-GILTΔ1-7 (7.79 million units / mL) was combined with 12.8 μL of each endoglycosidase (each from Prozyme) as described above, and a capacity of 325 μL of 50 mM phosphoric acid (pH 5.5). ) At 37 ° C. for 6 hours and then purified with a spin concentrator.

エンドグリコシダーゼF1で処理した1〜3μgのGUSΔC18−GILTΔ1−7を、7.5%ポリアクリルアミドゲルによる電気泳動によって解析した。このゲルを、クーマシーブリリアントブルー色素で染色した(図10に示す)。ΔΔNとは、未処理GUSΔC18−GILTΔ1−7をいう。HBG5とは、非タグ化ヒトβグルクロニダーゼをいい、これは、タグ化GUSΔC18−GILTΔ1−7よりも低い分子量かつより大きな移動度を有する。処理GUSΔC18−GILTΔ1−7を、ΔΔN+F1で示し、これは、未処理タンパク質と比較して、平均で中程度の増大した移動度を有し、タンパク質の少なくとも部分的な脱グリコシル化に一致する。移動度のさらなる増大が、エンドグリコシダーゼF1およびエンドグリコシダーゼF2の両方で処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7のサンプルにおいて観察され(データは示さない)、さらにエンドグリコシダーゼF1のみが部分的にこのタンパク質を脱グリコシル化することを示唆する。   1-3 μg of GUSΔC18-GILTΔ1-7 treated with endoglycosidase F1 was analyzed by electrophoresis on 7.5% polyacrylamide gel. This gel was stained with Coomassie brilliant blue dye (shown in FIG. 10). ΔΔN refers to untreated GUSΔC18-GILTΔ1-7. HBG5 refers to untagged human β-glucuronidase, which has a lower molecular weight and greater mobility than tagged GUSΔC18-GILTΔ1-7. Treated GUSΔC18-GILTΔ1-7 is denoted by ΔΔN + F1, which has an average moderately increased mobility compared to the untreated protein, consistent with at least partial deglycosylation of the protein. A further increase in mobility was observed in samples of GUSΔC18-GILTΔ1-7 treated with both endoglycosidase F1 and endoglycosidase F2 (data not shown), and only endoglycosidase F1 partially deglycosylated this protein. Suggests that

(実施例14B.脱グリコシル化タンパク質のインビトロ取り込み)
培養したムコ多糖類VII皮膚線維芽細胞GM4668細胞を使用し、エンドグリコシダーゼF1で処理したか未処理のGUSΔC18−GILTΔ1−7の取り込みを評価した。具体的には、細胞を、5% CO中37℃で、DMEM低グルコース+4mMグルタミン+抗生物質/抗真菌剤+15% FBS(熱不活性せず)中で増殖させた。細胞の継代を、スクレーパ(scraper)で行った。細胞を、T75フラスコ中で、約50〜80%のコンフルーエンシーまで培養した(75cm表面積)。取り込み実験の前日、細胞を12ウェル組織培養プレートに分けた(46cm総表面積)。細胞を、1〜4時間再接着させ、次いで、培地を交換し、その後細胞を一晩増殖させた。
Example 14B. In Vitro Uptake of Deglycosylated Protein
Cultured mucopolysaccharide VII dermal fibroblasts GM4668 cells were used to evaluate uptake of GUSΔC18-GILTΔ1-7 treated with endoglycosidase F1 or untreated. Specifically, cells were grown at 37 ° C. in 5% CO 2 in DMEM low glucose + 4 mM glutamine + antibiotic / antimycotic + 15% FBS (not heat inactive). Cell passage was performed with a scraper. Cells were cultured in T75 flasks to approximately 50-80% confluency (75 cm 2 surface area). The day before the uptake experiment, cells were split into 12-well tissue culture plates (46 cm 2 total surface area). The cells were allowed to reattach for 1-4 hours, then the medium was changed, after which the cells were allowed to grow overnight.

取り込み実験を、3連で行った。取り込み培地は、DMEM低グルコース+2% BSA(SigmaA−7030)+4mMグルタミン+抗生物質/抗真菌剤である。取り込み培地+酵素の最終容量は、1mL/ウェルである。細胞を、取り込み培地で洗浄し、そして取り込み培地+β−グルクロニダーゼ(M6P)、未処理GUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT)、またはエンドグリコシダーゼF1(GILT+F1)(約4000単位)処理後のGUSΔC18−GILTΔ1−7中で、2mMマンノース−6−リン酸(+M6P)または2.86mM組換えIGF−II(+Tag)を添加または添加せずに、3時間インキュベートした。次いで、培地を除去し、各ウェルを4×1mL PBSで洗浄し、そして細胞を、200μLの溶解緩衝液(100mL溶解緩衝液:1mLの1M Tris(pH 7.5)、2mL NaCI、1mLの0.5M EDTA、96mL水;1mLの溶解緩衝液につき10μLのNP−40を使用直前に加える)と共に、室温で5〜10分間インキュベートした。全ての溶解物を微小遠心チューブ内に移し、全速で5分間遠心分離した。10μLの溶解物を、GUS活性について2連でアッセイした。10μLの溶解物を、Pierce’s Micro BCAキットを用いて、総タンパク質濃度について3連でアッセイした。また、2μLの取り込み培地を、GUS活性について2連でアッセイした。   Uptake experiments were performed in triplicate. The uptake medium is DMEM low glucose + 2% BSA (Sigma A-7030) +4 mM glutamine + antibiotic / antimycotic. The final volume of uptake medium + enzyme is 1 mL / well. Cells are washed with uptake medium and GUSΔC18-GILTΔ1-7 after uptake medium + β-glucuronidase (M6P), untreated GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT), or endoglycosidase F1 (GILT + F1) (approximately 4000 units). Incubated for 3 hours with or without 2 mM mannose-6-phosphate (+ M6P) or 2.86 mM recombinant IGF-II (+ Tag). The medium was then removed, each well was washed with 4 × 1 mL PBS, and the cells were washed with 200 μL lysis buffer (100 mL lysis buffer: 1 mL 1M Tris pH 7.5, 2 mL NaCI, 1 mL 0). .5M EDTA, 96 mL water; 10 μL NP-40 per 1 mL lysis buffer added immediately prior to use) and incubated at room temperature for 5-10 minutes. All lysates were transferred into microcentrifuge tubes and centrifuged at full speed for 5 minutes. 10 μL of lysate was assayed in duplicate for GUS activity. 10 μL of lysate was assayed in triplicate for total protein concentration using the Pierce's Micro BCA kit. 2 μL of uptake medium was also assayed in duplicate for GUS activity.

図11において示されるように、GUSΔC18−GILTΔ1−7(エンドグリコシダーゼF1処理または未処理)は、マンノース−6−リン酸の存在下においてさえ、線維芽細胞によって効率的に取り込まれ、他方で、非タグ化β−グルクロニダーゼの取り込みは、マンノース−6−リン酸競合物の存在によって本質的に除去される。対照的に、IGF−IIは、GUSΔC18−GILTΔ1−7タンパク質の取り込みを首尾よく阻害し、エンドグリコシダーゼF1で処理したタンパク質の取り込みを本質的に減殺した。これは、処理したタンパク質の取り込みが、GILTΔ1−7タグによって実際に媒介されることを示す。   As shown in FIG. 11, GUSΔC18-GILTΔ1-7 (endoglycosidase F1-treated or untreated) is efficiently taken up by fibroblasts, even in the presence of mannose-6-phosphate, while non- Incorporation of tagged β-glucuronidase is essentially eliminated by the presence of mannose-6-phosphate competitor. In contrast, IGF-II successfully inhibited uptake of GUSΔC18-GILTΔ1-7 protein and essentially attenuated uptake of protein treated with endoglycosidase F1. This indicates that the uptake of the processed protein is actually mediated by the GILTΔ1-7 tag.

(実施例14C.インビボ取り込み実験)
処理タンパク質または未処理タンパク質の循環における半減期を決定するため、カニューレ挿入Sprague−Dawleyラットを使用して実験を行った。100,000〜150,000単位のGUSΔC18−GILTΔ1−7を静脈内投与し、タンパク質を、処理しないか(GUSΔC18−GILTΔ1−7)、エンドグリコシダーゼF1およびエンドグリコシダーゼF2で処理(+F1+F2)したか、またはエンドグリコシダーゼF1およびエンドグリコシダーゼF2で処理後、リン酸緩衝化生理食塩水中5mMジチオスレイトールと共に37℃で45分間インキュベーションを行ってGILTタグを破壊した。その後定期的な間隔で、血液をカニューレを通して採取し、60℃で1時間処理して内在性ラットグルクロニダーゼを不活性化し、そしてグルクロニダーゼ活性についてアッセイした。この結果を図12に示す。タンパク質の半減期を、KaleidaGraph v.3.52を使用して初期時点をy=e−ktの形態の等式に当てはめることによって評価した。未処理タンパク質の半減期を、8分間測定する。エンドグリコシダーゼF1およびエンドグリコシダーゼF2での処理は、約13分間半減期を延長させる。このことは、脱グリコシル化における細網内皮クリアランス系の回避の改善と呼応する。DTTによる処理は、IGF−IIレセプターを介したタグ化酵素の取り込みを妨害し、そしてエンドグリコシダーゼF1/エンドグリコシダーゼF2処理タンパク質の半減期をさらに約16分間延長させる。
Example 14C. In vivo uptake experiment
Experiments were performed using cannulated Sprague-Dawley rats to determine the half-life in the circulation of treated or untreated protein. 100,000 to 150,000 units of GUSΔC18-GILTΔ1-7 were administered intravenously and the protein was not treated (GUSΔC18-GILTΔ1-7), treated with endoglycosidase F1 and endoglycosidase F2 (+ F1 + F2), or After treatment with endoglycosidase F1 and endoglycosidase F2, GILT tag was destroyed by incubation with 5 mM dithiothreitol in phosphate buffered saline at 37 ° C. for 45 minutes. At regular intervals thereafter, blood was collected through a cannula, treated for 1 hour at 60 ° C. to inactivate endogenous rat glucuronidase and assayed for glucuronidase activity. The result is shown in FIG. Protein half-life was determined by KaleidaGraph v. The initial time point was evaluated using 3.52 by fitting it to an equation of the form y = e −kt . The half-life of the untreated protein is measured for 8 minutes. Treatment with endoglycosidase F1 and endoglycosidase F2 increases the half-life by about 13 minutes. This correlates with improved avoidance of the reticuloendothelial clearance system in deglycosylation. Treatment with DTT prevents uptake of the tagged enzyme through the IGF-II receptor and extends the half-life of the endoglycosidase F1 / endoglycosidase F2 treated protein for an additional approximately 16 minutes.

未処理GUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT)、エンドグリコシダーゼF1処理GUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT+F1)の組織へのインビボ送達を、評価し、非タグ化β−グルクロニダーゼ(M6P)の送達と比較した。全てのタンパク質を、CHO細胞中で産生した。体重1kgあたり1mgのM6P、GILTまたはGILT+F1を、このタンパク質の尾静脈への注入によって、MPSVIIマウスに投与した。コントロール動物(コントロール)に、緩衝液のみを注入した。24時間後、動物を屠殺し、そして組織サンプルを分析のために回収した。図13〜図15に図示したデータは、6〜7匹の動物の各酵素での注入からの結果である。   In vivo delivery of untreated GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT), endoglycosidase F1-treated GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT + F1) to tissues was evaluated and compared to the delivery of untagged β-glucuronidase (M6P). All proteins were produced in CHO cells. 1 mg M6P, GILT or GILT + F1 per kg body weight was administered to MPSVII mice by infusion of this protein into the tail vein. Control animals (control) were injected with buffer only. After 24 hours, the animals were sacrificed and tissue samples were collected for analysis. The data illustrated in FIGS. 13-15 are results from injections of 6-7 animals with each enzyme.

図13は、肝臓、脾臓、および骨髄において検出された種々の酵素のレベルを示す。これらの組織においてマクロファージは豊富であり、そして主に高マンノースレセプターを介して、循環からこの酵素を除去する。GILT+F1は、未処理酵素より少ない高マンノース炭水化物を有し、これらの組織におけるより少ない蓄積が予測される。肝臓および骨髄において、エンドグリコシダーゼF1処理酵素の蓄積は、未処理酵素の蓄積とほぼ同等の多さであった。しかし、脾臓において、GILT+F1の蓄積の注目すべき減少が存在した。図14に示すように、処理GUSΔC18−GILTΔ1−7タンパク質および未処理GUSΔC18−GILTΔ1−7タンパク質の両方は、心臓、腎臓および肺組織に効率的に到達し、非タグ化β−グルクロニダーゼの同等の蓄積または過剰な蓄積を有する。従って、GILTΔ1−7タグは、マンノース−6−燐酸と同じ組織に対する標的化を、同等またはよりよい効率で可能にする。さらに、図15において示されるように、処理GUSΔC18−GILTΔ1−7タンパク質および未処理GUSΔC18−GILTΔ1−7タンパク質の両方は、非タグ化β−グルクロニダーゼについて観察されるレベルを超えるレベルで脳組織に到達するが、脳組織における蓄積レベルは、他の組織における蓄積レベルより極めて低かった。   FIG. 13 shows the levels of various enzymes detected in the liver, spleen, and bone marrow. Macrophages are abundant in these tissues and remove this enzyme from the circulation, primarily through high mannose receptors. GILT + F1 has less high mannose carbohydrate than the untreated enzyme and less accumulation in these tissues is expected. In liver and bone marrow, the accumulation of endoglycosidase F1 processing enzyme was almost as high as that of untreated enzyme. However, there was a notable decrease in GILT + F1 accumulation in the spleen. As shown in FIG. 14, both treated GUSΔC18-GILTΔ1-7 protein and untreated GUSΔC18-GILTΔ1-7 protein efficiently reached the heart, kidney and lung tissue, and an equivalent accumulation of untagged β-glucuronidase. Or have excessive accumulation. Thus, the GILTΔ1-7 tag allows targeting to the same tissue as mannose-6-phosphate with equal or better efficiency. Furthermore, as shown in FIG. 15, both treated and untreated GUSΔC18-GILTΔ1-7 proteins reach brain tissue at levels above those observed for untagged β-glucuronidase. However, the accumulation level in brain tissue was much lower than the accumulation level in other tissues.

また、注入した動物から選択された組織を組織学に供し、Wolfら(1992)Nature 360:749−753に記載のように、β−グルクロニダーゼを検出した。β−グルクロニダーゼは、赤い染色として検出される;核は、青で染色する。非タグ化β−グルクロニダーゼ(HGUS)、未処理GUSΔC18−GILTΔ1−7(Dd−15gilt)、およびエンドグリコシダーゼF1処理GUSΔC18−GILTΔ1−7(dd15F1)についての肝臓組織学の結果を、図16に示す。HGUSスライド上で、伸長クップファー細胞は、強く赤く染まるが、他方、より緻密な細胞である一次肝細胞は、赤の染色を比較的僅かしか含まず、そして図中に白っぽい領域によって取り囲まれる青い核として現れる。対照的に、未処理GUSΔC18−GILTΔ1−7または処理GUSΔC18−GILTΔ1−7を含む他の2つのスライドの肝細胞は、ある程度強く染まり、これは、白によって取り巻かれる青の核の数の急な減少により証明される。このことは、何故エンドグリコシダーゼF1で処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7でさえが肝臓になお有意に局在するかを解明することを助ける。タグ化タンパク質は、肝臓における細胞型のより多様なサブセットに到達する。従って、高マンノースレセプターによるクリアランスに対する対象はより少なくあり得るが、それにもかかわらず、多量のタンパク質が肝臓に達する。何故なら、これは、より多様な細胞を標的化するためである。   Also, tissues selected from the injected animals were subjected to histology and β-glucuronidase was detected as described in Wolf et al. (1992) Nature 360: 749-753. β-glucuronidase is detected as a red stain; nuclei stain blue. The results of liver histology for untagged β-glucuronidase (HGUS), untreated GUSΔC18-GILTΔ1-7 (Dd-15gilt), and endoglycosidase F1-treated GUSΔC18-GILTΔ1-7 (dd15F1) are shown in FIG. On HGUS slides, the extended Kupffer cells stain strongly red, while the more dense cells, primary hepatocytes, contain relatively little red staining and are blue nuclei surrounded by whitish areas in the figure. Appears as In contrast, the hepatocytes of the other two slides containing untreated GUSΔC18-GILTΔ1-7 or treated GUSΔC18-GILTΔ1-7 stained to some extent strongly, which is a sudden decrease in the number of blue nuclei surrounded by white Proven by This helps to elucidate why even GUSΔC18-GILTΔ1-7 treated with endoglycosidase F1 is still significantly localized in the liver. Tagged proteins reach a more diverse subset of cell types in the liver. Thus, there may be fewer subjects for clearance by high mannose receptors, but nevertheless a large amount of protein reaches the liver. This is because it targets more diverse cells.

さらなる組織学的データを、図17〜19に示す。図17は、腎臓の糸球体への局在を示す。組織化学的染色は滅多に定量的ではないが、GUSΔC18−GILTΔ1−7を注入した動物からのスライド(Dd−15(未処理)およびF1(エンドグリコシダーゼF1で処理)として示す)は、非タグ化タンパク質を注入した動物からのスライドよりも強い染色を、糸球体において再現可能に示す。図18および図19において示すように、タグ化タンパク質は、エンドグリコシダーゼF1で処理しようと(dd−15F1)しまいと(dd−15)、非タグ化タンパク質(HGUS)が到達する細胞と同じ細胞に到達可能であると考えられる。   Additional histological data is shown in FIGS. FIG. 17 shows the localization of the kidney to the glomerulus. Histochemical staining is rarely quantitative, but slides from animals injected with GUSΔC18-GILTΔ1-7 (shown as Dd-15 (untreated) and F1 (treated with endoglycosidase F1)) are untagged. Staining more intensely than slides from animals injected with protein is reproducibly shown in the glomeruli. As shown in FIG. 18 and FIG. 19, the tagged protein is treated with endoglycosidase F1 (dd-15F1) or (dd-15), and the same protein as the cell to which the untagged protein (HGUS) arrives. It is considered reachable.

(実施例14D.脱グリコシル化Lec−1産生タンパク質)
GUSΔC18−GILTΔ1−7タンパク質は、エンドグリコシダーゼF1で処理したLec1細胞において産生され、標的化および取り込みについて、インビトロおよびインビボで試験される。ATCCから産生されるLec1細胞(ATCC登録番号CRL1735)は、β−1,2−N−アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼI(GlcNAc−T1)活性を欠くCHO由来の細胞である(Stanleyら(1975)Cell 6(2):121−8;Stanleyら,(1975)PNAS 72(9):3323−7)。GIcNAc−T1は、N−アセチルグルコサミンを多糖類Man−GlcNAc−Asnの中心に加える。この添加は、複合体N連結多糖類およびハイブリッドN連結多糖類の合成における最初の必須の工程である。従って、Lec1細胞由来の糖タンパク質は、複合体多糖類およびハイブリッド多糖類を欠く。Lec1細胞は、高マンノース多糖類を保有する糖タンパク質を産生するが、これらの構造は、エンドグリコシダーゼF1の除去の影響を受けやすい。従って、その後エンドグリコシダーゼF1処理を受けるLec1細胞におけるGILT−タグ化タンパク質の産生は、必ず脱グリコシル化タンパク質を生じる。動物の血流内に注射する場合、このようなタンパク質は、肝臓に常在するマクロファージにおけるマンノースレセプターによるクリアランスを回避し、標的組織においてより高いレベルで蓄積する。
Example 14D. Deglycosylated Lec-1 Producing Protein
GUSΔC18-GILTΔ1-7 protein is produced in Lec1 cells treated with endoglycosidase F1 and tested in vitro and in vivo for targeting and uptake. Lec1 cells produced from ATCC (ATCC accession number CRL1735) are CHO-derived cells lacking β-1,2-N-acetylglucosaminyltransferase I (GlcNAc-T1) activity (Stanley et al. (1975) Cell). 6 (2): 121-8; Stanley et al. (1975) PNAS 72 (9): 3323-7). GIcNAc-T1 adds N-acetylglucosamine to the center of the polysaccharide Man 5 -GlcNAc 2 -Asn. This addition is the first essential step in the synthesis of complex N-linked polysaccharides and hybrid N-linked polysaccharides. Therefore, Lec1 cell-derived glycoproteins lack complex polysaccharides and hybrid polysaccharides. Lecl cells produce glycoproteins that possess high mannose polysaccharides, but their structure is susceptible to removal of endoglycosidase F1. Thus, the production of GILT-tagged proteins in Lecl cells that are subsequently subjected to endoglycosidase F1 treatment necessarily results in deglycosylated proteins. When injected into the animal's bloodstream, such proteins avoid clearance by mannose receptors in macrophages resident in the liver and accumulate at higher levels in the target tissue.

発現プラスミドpCXN中のβ−GUSΔC18−GILTΔ1−7カセットを、0.4cmキュベット内において50μFおよび1,200Vで、Lec1細胞内にエレクトロポレーションした。細胞を、15% FBS、1.2mM グルタミン、50μg/mLプロリン、および1mMピルビン酸で補填したα−MEM中で増殖させた。コロニーの選択および増幅を、400μg/mL G418で2〜3週間媒介した。純系株のコンフルーエントな培養物を、培地(2% FBS、1.2mM グルタミン、および1mMピルビン酸で補填したWeymouth培地)中に入れた。分泌された組換え酵素を含む培地を、24〜72時間ごとに回収した。1つの株Lec1−18を、組換え酵素の最高の収率を産生するような酵素産生について選択した。   The β-GUSΔC18-GILTΔ1-7 cassette in the expression plasmid pCXN was electroporated into Lecl cells at 50 μF and 1,200 V in a 0.4 cm cuvette. Cells were grown in α-MEM supplemented with 15% FBS, 1.2 mM glutamine, 50 μg / mL proline, and 1 mM pyruvate. Colony selection and amplification were mediated for 2-3 weeks with 400 μg / mL G418. Confluent cultures of pure strains were placed in medium (Weymouth medium supplemented with 2% FBS, 1.2 mM glutamine, and 1 mM pyruvic acid). Medium containing secreted recombinant enzyme was collected every 24-72 hours. One strain Lec1-18 was selected for enzyme production that produced the highest yield of recombinant enzyme.

Lec1細胞からの組換え酵素を、実施例10に記載のように、抗ヒトβ−グルクロニダーゼAffigel 10樹脂を使用して、アフィニティ精製した。Lec1によって産生されたGILT−タグ化酵素の取り込みを、CHO産生されたタグ化酵素または非タグ化酵素の取り込みと比較する。表9において示すように、タグ化したLec1産生酵素は、対応するタグ化されたCHO産生酵素より高いM6P非依存性取り込みを、そして非タグ化(CHO産生)酵素よりずっと高いM6P非依存性取り込みを示す。Lec1産生酵素のエンドグリコシダーゼF1での処理は、M6P非依存性結合を除去するが、IGF−II依存性結合を除去しない。図23に示すように、エンドグリコシダーゼF1処理Lec1産生酵素および未処理Lec1産生酵素のSDS−PAGEは、PNGase F処理酵素の移動度に近づく明らかな移動度の移動を示し、これは、完全に脱グリコシル化される。これは、Lec1産生酵素のエンドグリコシラーゼF1による処理が、グリコシル化の有意な喪失を引き起こすことを示唆する。対照的に、CHO産生酵素もHEK産生酵素も、エンドグリコシダーゼF1での処理後に、移動度の明らかな移動を示さない。   Recombinant enzyme from Lecl cells was affinity purified using anti-human β-glucuronidase Affigel 10 resin as described in Example 10. The uptake of GILT-tagged enzyme produced by Lecl is compared to the uptake of tagged or untagged enzyme produced by CHO. As shown in Table 9, the tagged Lecl producing enzyme has a higher M6P independent uptake than the corresponding tagged CHO producing enzyme, and a much higher M6P independent uptake than the untagged (CHO producing) enzyme. Indicates. Treatment of Lec1 producing enzyme with endoglycosidase F1 removes M6P-independent binding but not IGF-II-dependent binding. As shown in FIG. 23, SDS-PAGE of the endoglycosidase F1-treated Lec1 producing enzyme and the untreated Lec1 producing enzyme showed a clear mobility shift approaching that of PNGase F-treated enzyme, which was completely removed. Glycosylated. This suggests that treatment of the Lec1 producing enzyme with endoglycosylase F1 causes a significant loss of glycosylation. In contrast, neither CHO-producing enzyme nor HEK-producing enzyme show a clear shift in mobility after treatment with endoglycosidase F1.

Figure 0004828121
エンドグリコシダーゼF1処理Lec1産生酵素およびエンドグリコシダーゼF1処理CHO産生酵素、ならびに未処理HEK293産生酵素を、1mg/kgの容量で、それぞれ3匹の免疫寛容性MPSVIIマウス内に注入した(Slyら(2001)PNAS 98:2205−2210)。24時間後、このマウスを屠殺し、そして組織を酵素活性についてアッセイした。図24において示されるように、Lec1産生酵素は、CHO産生酵素が蓄積するよりも、肝臓においてより少なく、そして心臓、筋肉および腎臓の標的組織においてより多く蓄積した。HEK293産生酵素は、Lec1産生酵素より、心臓、筋肉および腎臓において、僅かに高い酵素の蓄積を示した。
Figure 0004828121
Endoglycosidase F1-treated Lec1 producing enzyme, endoglycosidase F1-treated CHO producing enzyme, and untreated HEK293 producing enzyme were injected into 3 immunotolerant MPSVII mice each at a volume of 1 mg / kg (Sly et al. (2001)). PNAS 98: 2205-2210). After 24 hours, the mice were sacrificed and the tissues were assayed for enzyme activity. As shown in FIG. 24, Lecl producing enzyme accumulated less in the liver and more in the heart, muscle and kidney target tissues than did the CHO producing enzyme. HEK293 producing enzyme showed slightly higher enzyme accumulation in heart, muscle and kidney than Lec1 producing enzyme.

標的化組織における測定した酵素の蓄積は、組織に対する標的化の効率、および組織から酵素のクリアランスの速度の両方に依存する。リソソームへの適切な標的化の際に、Lec−1産生酵素がCHO産生酵素よりもよりゆっくりと分解されるのであれば、これは、蓄積のより高い観察されたレベルを説明し得る。一方、Lec−1産生酵素のより迅速な分解は、増強された標的化の効力を覆い隠し得る。この可能性に取り組むため、MPSVII線維芽細胞による取り込みアッセイにおいて、処理Lec−1産生酵素および処理CHO産生酵素、ならびに未処理Lec−1産生酵素および未処理CHO産生酵素の半減期を試験した。この線維芽細胞を、酵素と共に3時間インキュベートし、この細胞を洗浄し、新鮮な培地中に移し、この培地を毎日交換した。0日目、3日目、および7日目に、各酵素につき二連のウェルを溶解した。残留酵素の画分を、時間に対してプロットし、そしてこのデータを、指数方程式に当てはめた。図25に示すように、エンドグリコシラーゼF1処理Lec−1産生酵素が、ヒト線維芽細胞において、HBG5の半減期と同様の半減期を有すること、およびCHO産生酵素の半減期より僅かに短い半減期を有することを見出した。   The measured enzyme accumulation in the targeted tissue depends on both the efficiency of targeting to the tissue and the rate of clearance of the enzyme from the tissue. If the Lec-1 producing enzyme is degraded more slowly than the CHO producing enzyme upon proper targeting to the lysosome, this may explain a higher observed level of accumulation. On the other hand, more rapid degradation of the Lec-1 producing enzyme may mask the enhanced targeting efficacy. To address this possibility, the half-life of treated Lec-1 producing enzyme and treated CHO producing enzyme as well as untreated Lec-1 producing enzyme and untreated CHO producing enzyme was tested in an uptake assay by MPSVII fibroblasts. The fibroblasts were incubated with the enzyme for 3 hours, the cells were washed, transferred into fresh media and the media was changed daily. Duplicate wells were lysed for each enzyme on days 0, 3, and 7. The fraction of residual enzyme was plotted against time and this data was fit to an exponential equation. As shown in FIG. 25, endoglycosylase F1-treated Lec-1 producing enzyme has a half-life similar to that of HBG5 in human fibroblasts, and a half-life slightly shorter than that of CHO-producing enzyme It was found to have

(参考文献による援用)
本明細書中で開示された特許文献、科学的刊行物およびタンパク質データバンクの記録、ならびに米国特許仮出願第60/250,446号(2000年11月30日出願);米国特許仮出願第60/287,531号(2001年4月30日出願);米国特許仮出願第60/290,281号(2001年5月11日出願);米国特許仮出願第60/304,609,(2001年7月10日出願);米国特許仮出願第60/329,461号(2001年10月15日出願);国際特許出願第PCT/US01/44935号(2001年11月30日出願);米国特許仮出願第60/351,276号(2002年1月23日出願);米国第10/136,841号および同第10/136,639号(2002年4月30日出願)、米国第60/384,452号(2002年5月29日出願);米国第60/386,019号(2002年6月5日出願);ならびに米国第60/408,816号(2002年9月6日出願)は、本出願中でこれらの全体が参考として援用される。
(Incorporation by reference)
Patent literature, scientific publications and protein data bank records disclosed herein, and US Provisional Patent Application No. 60 / 250,446 (filed Nov. 30, 2000); No. 287,531 (filed on Apr. 30, 2001); U.S. Provisional Application No. 60 / 290,281 (filed on May 11, 2001); U.S. Provisional Application No. 60 / 304,609, (2001) U.S. Provisional Application No. 60 / 329,461 (filed Oct. 15, 2001); International Patent Application No. PCT / US01 / 44935 (filed Nov. 30, 2001); Provisional application 60 / 351,276 (filed January 23, 2002); US 10 / 136,841 and 10 / 136,639 (filed April 30, 2002), Country 60 / 384,452 (filed May 29, 2002); US 60/386019 (filed June 5, 2002); and US 60 / 408,816 (September 2002) 6 application) are incorporated by reference in their entirety in this application.

図1は、不完全グリコシル化のいくつかの型を示す。FIG. 1 shows several types of incomplete glycosylation. 図2Aは、ヒトIGF−IIオープンリーディングフレーム(配列番号1)およびそのコードタンパク質(配列番号2)のマップである。成熟IGF−IIは、シグナルペプチド切断領域およびCOOH切断領域を欠失する。IGF−IIシグナルペプチドおよび成熟ポリペプチドは、GAAコード配列に融合され得る。IGF−II部分は、修飾され、IGF−IIのIGF−IIレセプターへの選択的結合を増強する種々の変異を組み込まれ得る。FIG. 2A is a map of the human IGF-II open reading frame (SEQ ID NO: 1) and its encoded protein (SEQ ID NO: 2). Mature IGF-II lacks the signal peptide cleavage region and the COOH cleavage region. The IGF-II signal peptide and mature polypeptide can be fused to the GAA coding sequence. The IGF-II moiety can be modified to incorporate various mutations that enhance the selective binding of IGF-II to the IGF-II receptor. 図2Bは、ヒトIGF−IIオープンリーディングフレーム(配列番号1)およびそのコードタンパク質(配列番号2)のマップである。成熟IGF−IIは、シグナルペプチド切断領域およびCOOH切断領域を欠失する。IGF−IIシグナルペプチドおよび成熟ポリペプチドは、GAAコード配列に融合され得る。IGF−II部分は、修飾され、IGF−IIのIGF−IIレセプターへの選択的結合を増強する種々の変異を組み込まれ得る。FIG. 2B is a map of the human IGF-II open reading frame (SEQ ID NO: 1) and its encoded protein (SEQ ID NO: 2). Mature IGF-II lacks the signal peptide cleavage region and the COOH cleavage region. The IGF-II signal peptide and mature polypeptide can be fused to the GAA coding sequence. The IGF-II moiety can be modified to incorporate various mutations that enhance the selective binding of IGF-II to the IGF-II receptor. 図3は、pIR1−SATのXbaI部位において示された、Leishmaniaコドンに最適化されたIGF−IIである;核酸は、配列番号3であり、そしてコードタンパク質は、配列番号4である。FIG. 3 is IGF-II optimized for Leishmania codon, shown at the XbaI site of pIR1-SAT; the nucleic acid is SEQ ID NO: 3 and the coding protein is SEQ ID NO: 4. 図4Aは、本発明の好ましい実施形態の描写であり、シグナルペプチド配列、成体ヒトβ−グルクロニダーゼ配列、三つのアミノ酸の橋、およびIGF−II配列を組み込む。示した核酸は配列番号5であり、コードタンパク質は配列番号6である。FIG. 4A is a depiction of a preferred embodiment of the present invention, incorporating a signal peptide sequence, an adult human β-glucuronidase sequence, a three amino acid bridge, and an IGF-II sequence. The nucleic acid shown is SEQ ID NO: 5 and the coding protein is SEQ ID NO: 6. 図4Bは、本発明の好ましい実施形態の描写であり、シグナルペプチド配列、成体ヒトβ−グルクロニダーゼ配列、三つのアミノ酸の橋、およびIGF−II配列を組み込む。示した核酸は配列番号5であり、コードタンパク質は配列番号6である。FIG. 4B is a depiction of a preferred embodiment of the present invention, incorporating a signal peptide sequence, an adult human β-glucuronidase sequence, a three amino acid bridge, and an IGF-II sequence. The nucleic acid shown is SEQ ID NO: 5 and the coding protein is SEQ ID NO: 6. 図4Cは、本発明の好ましい実施形態の描写であり、シグナルペプチド配列、成体ヒトβ−グルクロニダーゼ配列、三つのアミノ酸の橋、およびIGF−II配列を組み込む。示した核酸は配列番号5であり、コードタンパク質は配列番号6である。FIG. 4C is a depiction of a preferred embodiment of the present invention, incorporating a signal peptide sequence, an adult human β-glucuronidase sequence, a three amino acid bridge, and an IGF-II sequence. The nucleic acid shown is SEQ ID NO: 5 and the coding protein is SEQ ID NO: 6. 図4Dは、本発明の好ましい実施形態の描写であり、シグナルペプチド配列、成体ヒトβ−グルクロニダーゼ配列、三つのアミノ酸の橋、およびIGF−II配列を組み込む。示した核酸は配列番号5であり、コードタンパク質は配列番号6である。FIG. 4D is a depiction of a preferred embodiment of the present invention, incorporating a signal peptide sequence, an adult human β-glucuronidase sequence, a three amino acid bridge, and an IGF-II sequence. The nucleic acid shown is SEQ ID NO: 5 and the coding protein is SEQ ID NO: 6. 図4Eは、本発明の好ましい実施形態の描写であり、シグナルペプチド配列、成体ヒトβ−グルクロニダーゼ配列、三つのアミノ酸の橋、およびIGF−II配列を組み込む。示した核酸は配列番号5であり、コードタンパク質は配列番号6である。FIG. 4E is a depiction of a preferred embodiment of the present invention, incorporating a signal peptide sequence, an adult human β-glucuronidase sequence, a three amino acid bridge, and an IGF-II sequence. The nucleic acid shown is SEQ ID NO: 5 and the coding protein is SEQ ID NO: 6. 図5は、GUS、GUS−IGF−II融合タンパク質(GILT−GUS)、IGF−II部分中にΔ1−7およびY27Lの変異を有するGILT−GUS(GILT−GUS)またはネガティブコントロール(DMEM)に曝露した、ヒトムコ多糖症VII皮膚線維芽細胞GM4668細胞におけるβ−グルクロニダーゼ(GUS)活性を示す。5, GUS, GUS-IGF-II fusion protein (GILT-GUS), the GILT-GUS with mutations of Δ1-7 and Y27L in IGF-II portion (GILT 2-GUS) or negative control (DMEM) FIG. 2 shows β-glucuronidase (GUS) activity in exposed human mucopolysaccharidosis VII dermal fibroblast GM4668 cells. 図6は、過剰なIGF−II(+GILT+IGF−II)またはネガティブコントロール(GM4668)の存在下で、GUS(+βGUS)、GUS−GILT(+GILT)、GUS−GILTに曝露したGM4668細胞におけるGUS活性を示す。FIG. 6 shows GUS activity in GM4668 cells exposed to GUS (+ βGUS), GUS-GILT (+ GILT), GUS-GILT in the presence of excess IGF-II (+ GILT + IGF-II) or negative control (GM4668). . 図7は、ヒトIGF−I(配列番号7)およびヒトIGF−II(配列番号8)のアライメントであり、Aドメイン、Bドメイン、CドメインおよびDドメインを示す。FIG. 7 is an alignment of human IGF-I (SEQ ID NO: 7) and human IGF-II (SEQ ID NO: 8) showing the A domain, B domain, C domain and D domain. 図8は、GUS、GUS−GILT、GUS−GILT、7つのアミノ末端残基が欠失したGUS−GILT(GUS−GILTΔ1−7)、過剰なIGF−IIの存在下でのGUS−GILT、過剰なIGF−IIの存在下でのGUS−GILTΔ1−7、またはネガティブコントロール(Mock)に曝露したGM4668細胞中のGUSを示す。FIG. 8 shows GUS, GUS-GILT, GUS-GILT, GUS-GILT with 7 amino terminal residues deleted (GUS-GILTΔ1-7), GUS-GILT in the presence of excess IGF-II, excess GUS in GM4668 cells exposed to GUS-GILTΔ1-7 in the presence of IGF-II, or negative control (Mock). 図9Aは、アスパラギン残基を介して糖タンパク質に結合したリン酸化高マンノース炭水化物構造の1つの形態を図示し、また、マンノースおよびN−アセチルグルコサミン(GlcNAc)の構造も図示する。FIG. 9A illustrates one form of phosphorylated high mannose carbohydrate structure attached to a glycoprotein via an asparagine residue, and also illustrates the structure of mannose and N-acetylglucosamine (GlcNAc). 図9Bは、高マンノース炭水化物構造の部分を、より高いレベルで詳細に図示し、そして、過ヨウ素酸塩処理による切断を受けやすい部分を示す。炭水化物構造内の糖残基の位置は、丸で標識した大文字A〜Hである;リン酸基を、丸で囲った大文字Pで示す。FIG. 9B illustrates portions of the high mannose carbohydrate structure in greater detail and shows portions that are susceptible to cleavage by periodate treatment. The position of the sugar residue in the carbohydrate structure is capital letter A to H labeled with a circle; the phosphate group is indicated by a capital letter P surrounded by a circle. 図10は、GUSΔC18−GILTΔ1−7(ΔΔN)、GUS(HBG)、およびエンドグリコシダーゼF1(ΔΔN+F1)で処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7の、SDS−PAGE分析を図示する。FIG. 10 illustrates SDS-PAGE analysis of GUSΔC18-GILTΔ1-7 treated with GUSΔC18-GILTΔ1-7 (ΔΔN), GUS (HBG), and endoglycosidase F1 (ΔΔN + F1). 図11は、非タグ化βグルルクロニダーゼ(M6P)、GUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT)、あるいは競合物の非存在下(酵素のみ)またはマンノース−6−リン酸(+M6P)もしくはIGF−II(+Tag)の存在下でエンドグリコシダーゼF1処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT+F1)の取り込みを図示する。FIG. 11 shows untagged β-glucuronidase (M6P), GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT), or in the absence of competitor (enzyme only) or mannose-6-phosphate (+ M6P) or IGF-II ( FIG. 4 illustrates the uptake of GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT + F1) treated with endoglycosidase F1 in the presence of + Tag). 図12は、未処理、エンドグリコシダーゼF1およびエンドグリコシダーゼF2で処理(+F1+F2)、またはさらにジチオスレイトールで処理(+F1+F2+DTT)した、GUSΔC18−GILTΔ1−7のインビボ半減期の測定実験の結果を示す。FIG. 12 shows the results of an in vivo half-life measurement experiment of GUSΔC18-GILTΔ1-7, untreated, treated with endoglycosidase F1 and endoglycosidase F2 (+ F1 + F2), or further treated with dithiothreitol (+ F1 + F2 + DTT). 図13は、注入した非タグ化βグルクロニダーゼ(M6P)、GUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT)またはエンドグリコシダーゼF1処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT+F1)の、肝臓、脾臓、または骨髄における蓄積の測定実験の結果を図示する。FIG. 13 shows measurement experiments on the accumulation of injected untagged β-glucuronidase (M6P), GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT) or endoglycosidase F1-treated GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT + F1) in the liver, spleen, or bone marrow. The results of are illustrated. 図14は、注入した非タグ化βグルクロニダーゼ(M6P)、GUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT)またはエンドグリコシダーゼF1処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT+F1)の、心臓組織、腎臓組織、または肺組織における蓄積の測定実験の結果を図示する。FIG. 14 shows accumulation of injected untagged β-glucuronidase (M6P), GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT) or endoglycosidase F1-treated GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT + F1) in heart, kidney, or lung tissue. The results of the measurement experiment are shown. 図15は、注入した非タグ化βグルクロニダーゼ(M6P)、GUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT)またはエンドグリコシダーゼF1処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7(GILT+F1)の、脳組織における蓄積の測定実験の結果を図示する。FIG. 15 illustrates the results of an experiment measuring the accumulation of injected untagged β-glucuronidase (M6P), GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT) or endoglycosidase F1-treated GUSΔC18-GILTΔ1-7 (GILT + F1) in brain tissue. To do. 図16は、非タグ化βグルクロニダーゼ(HGUS)、GUSΔC18−GILTΔ1−7(Dd−15gilt)、またはエンドグリコシダーゼF1で処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7(dd15F1)を注入された動物の肝臓組織の組織学的分析を図示する。FIG. 16 shows the histology of liver tissue from animals injected with untagged β-glucuronidase (HGUS), GUSΔC18-GILTΔ1-7 (Dd-15gilt), or GUSΔC18-GILTΔ1-7 (dd15F1) treated with endoglycosidase F1. Figure 2 illustrates a dynamic analysis. 図17は、非タグ化βグルクロニシダーゼ(HGUS)、GUSΔC18−GILTΔ1−7(Dd−15)、またはエンドグリコシダーゼF1で処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7(F1)を注入された動物の腎臓組織の組織学的分析を図示する。FIG. 17 shows the renal tissue of animals injected with untagged β-glucuronicidase (HGUS), GUSΔC18-GILTΔ1-7 (Dd-15), or GUSΔC18-GILTΔ1-7 (F1) treated with endoglycosidase F1. The histological analysis is illustrated. 図18は、非タグ化βグルクロニダーゼ(HGUS)、GUSΔC18−GILTΔ1−7(dd−15)、またはエンドグリコシダーゼF1で処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7(dd−15F1)を注入された動物の骨組織の組織学的分析を図示する。FIG. 18 shows bone tissue of animals injected with untagged β-glucuronidase (HGUS), GUSΔC18-GILTΔ1-7 (dd-15), or GUSΔC18-GILTΔ1-7 (dd-15F1) treated with endoglycosidase F1. The histological analysis is illustrated. 図19は、非タグ化βグルクロニダーゼ(HGUS)、GUSΔC18−GILTΔ1−7(Dd−15)、またはエンドグリコシダーゼF1で処理したGUSΔC18−GILTΔ1−7(Dd−15F1:)を注入された動物の脾臓組織の組織学的分析を図示する。FIG. 19 shows spleen tissue of animals injected with untagged β-glucuronidase (HGUS), GUSΔC18-GILTΔ1-7 (Dd-15), or GUSΔC18-GILTΔ1-7 (Dd-15F1 :) treated with endoglycosidase F1. The histological analysis of is illustrated. 図20は、酸α−グルコシダーゼ(GAA)のN−末端に融合する最適化シグナルペプチドを含む標的性部分(GILT)を有する、例示的GILT−タグ化GAAカセットを図示する。FIG. 20 illustrates an exemplary GILT-tagged GAA cassette having a targeting moiety (GILT) comprising an optimized signal peptide fused to the N-terminus of acid α-glucosidase (GAA). 図21は、GAAのC−末端に融合する標的性部分を有する、例示的GILT−タグ化GAAカセットを図示する。FIG. 21 illustrates an exemplary GILT-tagged GAA cassette with a targeting moiety fused to the C-terminus of GAA. 図22は、Human Image cDNAクローン番号4374238のGAA cDNA配列(配列番号23)およびそのコードするGAAタンパク質(配列番号24)を示す。FIG. 22 shows the GAA cDNA sequence of Human Image cDNA clone no. 4374238 (SEQ ID NO: 23) and its encoded GAA protein (SEQ ID NO: 24). 図23は、エンドグリコシダーゼF1処理(+)または未処理の、CHO細胞(CHO15)、Lec1細胞(LEC18)、またはHEK293細胞(HEK)中で産生された、GUSΔC18−GILTΔ1−7のSDS−PAGE分析を図示する。「P」で印を付けたレーンは、PNGase F(酵素を完全に脱グリコシル化すると予期される)で処理した酵素を示すFIG. 23 shows SDS-PAGE analysis of GUSΔC18-GILTΔ1-7 produced in endoglycosidase F1 treated (+) or untreated CHO cells (CHO15), Lec1 cells (LEC18), or HEK293 cells (HEK). Is illustrated. Lanes marked with “P” show enzyme treated with PNGase F (expected to fully deglycosylate enzyme) 図24は、エンドグリコシダーゼF1処理CHOまたはエンドグリコシダーゼF1処理Lec1で産生された酵素および未処理HEK293で産生された酵素を用いた、免疫寛容性MPSVIIマウスにおける24時間GUSΔC18−GILTΔ1−7蓄積実験の結果を図示する。FIG. 24 shows the results of a 24-hour GUSΔC18-GILTΔ1-7 accumulation experiment in immunotolerant MPSVII mice using enzymes produced with endoglycosidase F1-treated CHO or endoglycosidase F1-treated Lec1 and untreated HEK293. Is illustrated. 図25は、非タグ化ヒトβ−グルクロニダーゼ(HBG5)またはエンドグリコシダーゼF1処理(+F1)もしくは未処理のCHO細胞またはLec1細胞において産生されたGUSΔC18−GILTΔ1−7を用いた、ヒトMPSVII線維芽細胞における半減期実験の結果を図示する。FIG. 25 shows in human MPSVII fibroblasts using GUSΔC18-GILTΔ1-7 produced in untagged human β-glucuronidase (HBG5) or endoglycosidase F1-treated (+ F1) or untreated CHO cells or Lec1 cells. The results of the half-life experiment are illustrated.

Claims (23)

不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質であって、An incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein comprising:
リソソーム酵素;および  A lysosomal enzyme; and
マンノース−6−リン酸に非依存性の様式でヒトカチオン非依存性マンノース−6−リン酸レセプターに結合するリソソーム標的化ドメイン  Lysosomal targeting domain that binds to human cation-independent mannose-6-phosphate receptor in a manner independent of mannose-6-phosphate
を含み、ここで該リソソーム標的化ドメインは、成熟ヒトIGF−IIまたは成熟ヒトIGF−IIに少なくとも70%同一なアミノ酸配列を有するヒトIGF−IIムテインである、不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。Wherein the lysosomal targeting domain is mature human IGF-II or a human IGF-II mutein having an amino acid sequence at least 70% identical to mature human IGF-II protein.
前記リソソーム標的化ドメインが成熟ヒトIGF−IIである、請求項1に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。2. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 1, wherein the lysosomal targeting domain is mature human IGF-II. 前記リソソーム標的化ドメインが成熟ヒトIGF−IIに少なくとも70%同一なアミノ酸配列を有するヒトIGF−IIムテインである、請求項1に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。2. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 1, wherein the lysosomal targeting domain is a human IGF-II mutein having an amino acid sequence that is at least 70% identical to mature human IGF-II. 前記ヒトIGF−IIムテインが成熟ヒトIGF−IIのアミノ酸48〜55位を含む、請求項3に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。4. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 3, wherein the human IGF-II mutein comprises amino acids 48-55 of mature human IGF-II. 前記ヒトIGF−IIムテインが、成熟ヒトIGF−IIのアミノ酸8位、アミノ酸48位、アミノ酸49位、アミノ酸50位、アミノ酸54位、およびアミノ酸55位からなる群から選択される少なくとも3アミノ酸を含み、ここで該少なくとも3つのアミノ酸の相対位置は、成熟ヒトIGF−II中のそれらの位置に対応する、請求項3に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。The human IGF-II mutein comprises at least 3 amino acids selected from the group consisting of amino acid position 8, amino acid position 48, amino acid position 49, amino acid position 50, amino acid position 54, and amino acid position 55 of mature human IGF-II 4. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 3, wherein the relative position of the at least three amino acids corresponds to their position in mature human IGF-II. 前記ヒトIGF−IIムテインが、IGF−Iのアミノ酸配列またはIGF−Iムテインのアミノ酸配列を含み、ここで、The human IGF-II mutein comprises an amino acid sequence of IGF-I or an amino acid sequence of an IGF-I mutein, wherein:
(i)アミノ酸55位および56位が変更されているか、  (I) whether amino acids 55 and 56 are changed,
(ii)アミノ酸1〜4位が除去されるかまたは変更されているか、あるいは  (Ii) amino acid positions 1 to 4 have been removed or altered, or
(iii)アミノ酸55位および56位が変更されて、かつアミノ酸1〜4位が除去されるかまたは変更されている、  (Iii) amino acids 55 and 56 are changed and amino acids 1-4 are removed or changed,
請求項1に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。2. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 1.
前記ヒトIGF−IIムテインが、成熟ヒトIGF−IIの54位および55位に対応する位置で、pH7.4にて各々が荷電しないかまたは負荷電を帯びるアミノ酸を含む、請求項3に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。4. The human IGF-II mutein comprises amino acids that are each uncharged or negatively charged at pH 7.4 at positions corresponding to positions 54 and 55 of mature human IGF-II. Incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein. 前記ヒトIGF−IIムテインが、アミノ酸配列フェニルアラニン−アルギニン−セリンを含む、請求項3に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。4. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 3, wherein the human IGF-II mutein comprises the amino acid sequence phenylalanine-arginine-serine. 前記ヒトIGF−IIムテインが、成熟ヒトIGF−IIのアミノ酸8〜28位および41〜61位を含む、請求項3に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。4. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 3, wherein the human IGF-II mutein comprises amino acids 8-28 and 41-61 of mature human IGF-II. 前記ムテインが、成熟ヒトIGF−IIのアミノ酸1〜7位の欠失または置換を含む、請求項3に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。4. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 3, wherein the mutein comprises a deletion or substitution at amino acids 1-7 of mature human IGF-II. 前記ムテインが、ヒトIGF−IIのY27L変異を含む、請求項3に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。4. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 3, wherein the mutein comprises a human IGF-II Y27L mutation. 前記ムテインが、天然に存在するヒトIGF−IIのIGF−Iレセプターに対する親和性と比較して低下した親和性で前記IGF−Iレセプターに結合する、請求項1に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。The incomplete glycosylation targeting of claim 1, wherein the mutein binds to the IGF-I receptor with reduced affinity compared to the affinity of naturally occurring human IGF-II for the IGF-I receptor. Therapeutic fusion protein. 前記酵素活性における細胞性欠損または亜細胞性欠損がヒトの疾患に関連する、請求項1に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。2. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 1, wherein the cellular or subcellular deficiency in enzyme activity is associated with a human disease. 前記ヒトの疾患がリソソーム蓄積症である、請求項13に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。14. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 13, wherein the human disease is lysosomal storage disease. 前記リソソーム蓄積症がポーンプ病である、請求項14に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。15. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 14, wherein the lysosomal storage disease is Pomp disease. 前記リソソーム蓄積症がファブリー病である、請求項14に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。15. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 14, wherein the lysosomal storage disease is Fabry disease. 前記リソソーム蓄積症がゴーシェ病である、請求項14に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。15. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 14, wherein the lysosomal storage disease is Gaucher disease. 前記リソソーム酵素が酸α1,4−グルコシダーゼである、請求項1に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 1, wherein the lysosomal enzyme is acid α1,4-glucosidase. 前記リソソーム酵素がβ−グルクロニダーゼである、請求項1に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。2. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 1, wherein the lysosomal enzyme is β-glucuronidase. 前記リソソーム酵素がα−ガラクトシダーゼAである、請求項1に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 1, wherein the lysosomal enzyme is α-galactosidase A. 前記標的化治療的融合タンパク質が脱グルコシル化されている、請求項1〜20のいずれか1項に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。21. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of any one of claims 1-20, wherein the targeted therapeutic fusion protein is deglucosylated. 前記標的化された治療的融合タンパク質が過ヨウ素酸処理によって脱グルコシル化される、請求項18に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質。19. The incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of claim 18, wherein the targeted therapeutic fusion protein is deglucosylated by periodate treatment. 患者を処置するための薬学的組成物であって、請求項1〜22のいずれか1項に記載の不完全グリコシル化標的化治療的融合タンパク質を含む、薬学的組成物。23. A pharmaceutical composition for treating a patient comprising the incompletely glycosylated targeted therapeutic fusion protein of any one of claims 1-22.
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