JP5406710B2 - エリスロポエチン組成物 - Google Patents
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Description
したがって、本発明は、特異的に導かれたN−グリコシル化を有する組換えヒトエリスロポエチンを発現しうるベクターおよび宿主細胞の製造のための方法および物質、ならびに例えばPEG化(PEGylation)により化学修飾された組換え操作糖タンパク質の組成物を提供する。
本明細書中で特に定められていない限り、本発明に関して用いる科学技術用語および表現は、当業者に一般に理解されている意義を有するものとする。さらに、文脈に矛盾しない限り、単数形の用語は複数形を含むものとし、複数形の用語は単数形を含むものとする。一般に、本明細書に記載の生化学、酵素学、分子細胞生物学、微生物、遺伝学ならびにタンパク質および核酸の化学およびハイブリダイゼーションに関して用いる名称、ならびにそれらの手法は、当技術分野においてよく知られており一般に用いられているものである。一般に、本発明の方法および技術は、特に示さない限り、当技術分野でよく知られている通常の方法に従い、ならびに本明細書中に引用され記載されている種々の全般的およびより具体的な参考文献に記載されているとおりに行われる。例えば、Sambrookら,Molecular Cloning:A Laboratory Manual,2d ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,N.Y.(1989);Ausubelら,Current Protocols in Molecular Biology,Greene Publishing Associates(1992,and Supplements to 2002);HarlowおよびLane,Antibodies:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,N.Y.(1990);Taylor and Drickamer,Introduction to Glycobiology,Oxford Univ.Press(2003);Worthington Enzyme Manual,Worthington Biochemical Corp.,Freehold,NJ;Handbook of Biochemistry:Section A Proteins,Vol I,CRC Press(1976);Handbook of Biochemistry: Section A Proteins,Vol II,CRC Press(1976);Essentials of Glycobiology,Cold Spring Harbor Laboratory Press(1999)を参照されたい。
本発明は、優勢種として特定の望ましいN−グリカンを有する糖タンパク質を産生するよう遺伝的に操作された下等真核宿主細胞における組換えタンパク質、特にエリスロポエチンの形質転換、発現および選択のための方法および物質を提供する。ある実施形態においては、該真核宿主細胞は、優勢種として特定の望ましいN−グリカンを有するエリスロポエチンまたはエリスロポエチンの変異体を産生するよう遺伝的に操作されている。好ましい実施形態においては、優勢なN−グリカンは、哺乳類、特にヒトに対して免疫原性ではないもの、または高マンノシル化糖タンパク質の場合と比較して低下した免疫原性を有するものである。典型的なグリコシル化パターンを図9A〜9Bに示す。
エリスロポエチン(EPO)は、後期赤芽球前駆細胞の分化を刺激して赤血球を成熟させる、腎臓において産生される造血糖タンパク質である。エリスロポエチンは、赤芽球前駆体上の受容体に結合することにより、その生物活性を発現する。エリスロポエチン遺伝子はヒトに特有のものではない。多数の哺乳動物を含む他の種においても、類似遺伝子が見出されている(Wenら,Blood(1993);82:1507−16を参照されたい)。したがって、本明細書に記載されているとおりに、ヒトおよび非ヒトの両方の遺伝子が発現されることが可能であり、それらの様々なエリスロポエチンも本発明の方法において有用でありうる。
本発明のエリスロポエチンは核酸によりコードされる。該核酸はDNAまたはRNA、典型的にはDNAでありうる。該糖タンパク質をコードする核酸は、該糖タンパク質の発現を可能にする調節配列に機能的に連結されている。そのような調節配列には、該融合タンパク質をコードする核酸の上流(すなわち5’側)のプロモーターおよび場合によってはエンハンサー、ならびに該糖タンパク質をコードする核酸の3’側(すなわち下流)の転写終結部位が含まれる。該核酸は、典型的には、リボソーム結合部位を有する5’ UTR領域、および3’非翻訳領域をもコードする。該核酸はしばしば、該糖タンパク質が発現される宿主細胞内に核酸を運搬するベクターの成分である。該ベクターは、形質転換細胞の認識を可能にするマーカーをも含有しうる。しかし、いくつかの宿主細胞型、特に酵母は、外来性ベクター配列を欠く核酸で成功裏に形質転換されうる。
本発明のエリスロポエチンを発現させるためには、下等真核細胞、例えば酵母および真菌が好ましい。なぜなら、それらは経済的に培養され、高い収率を与えることが可能であり、適当に修飾されると、適当なグリコシル化を受けうるからである。酵母は特に、迅速な形質転換、信頼しうるタンパク質局在化法および簡便な遺伝子ノックアウト技術を可能にする確立された遺伝学的特徴を有する。適当なベクターは、必要に応じて、発現制御配列、例えばプロモーター(3−ホスホグリセリン酸キナーゼまたは他の解糖酵素を含む)、および複製起点、終結配列などを有する。
前記のとおり、重合体ビヒクルをエリスロポエチンのようなタンパク質にコンジュゲート化して、その特性を改善することが可能である。ビヒクルとして有用な化学的部分を結合させるための種々の手段が現在利用可能である。例えば、特許協力条約(「PCT」)国際公開番号WO 96/11953(発明の名称:“N−Terminally Chemically Modified Protein Compositions and Methods”)(その全体を参照により本明細書に組み入れることとする)を参照されたい。このPCT公開は、とりわけ、タンパク質のN末端への水溶性重合体の選択的結合を開示している。
(Gly)3Lys(Gly)4;
(Gly)3AsnGlySer(Gly)2;
(Gly)3Cys(Gly)4;および
GlyProAsnGlyGly。
Gerngross US 7,029,872およびGerngross US 20040018590に開示されている方法に従い、下等真核宿主細胞が、優勢な種として所望のN−糖形態を有する所望のポリペプチドを発現しうるものとなるよう、該宿主細胞を遺伝的に操作するのに有用なベクターを構築することが可能である。ピチア・パストリス(Pichia pastoris)NRRL−11430の野生型株から出発して、図1に記載の一連の手順に従い、遺伝子の逐次的導入を行う。本発明において使用する株YGLY3159の遺伝子型はura5Δ::MET16 och1Δ::lacZ bmt2Δ::lacZ/KlMNN2−2、mnn4L1Δ::lacZ/MmSLC35A3 Δpno1Δmnn4Δ::lacZ met16Δ::lacZ、his1Δ::lacZ/ScGAL10/XB33/DmUGT、arg1Δ::HIS1/KD53/TC54、ADE1::lacZ/NA10/MmSLC35A3/FB8、PRO1::lacZ−URA5−lacZ/TrMDS1、AOX1:Sh ble/AOX1p/ScαMFpre−GFI800、TRP2::ARG1/MmCST/HsGNE/HsCSS/HsSPS/MmST6−33である。
サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)からのα接合因子プレ配列に対するオリゴをリン酸化し、アニーリングさせて、5’末端にEcoRI突出部分を、そして3’末端に平滑末端を作製した。ついで、図2に示すとおりに、このオリゴペアを、ヒトエリスロポエチンをコードするコードDNA配列に連結して、pGLY2088を得、図1に示すとおりに、これをピチア・パストリス(Pichia pastoris)内に形質転換した。
A.形質転換
酵母株をエレクトロポレーション(エレクトロポレーターの製造業者BioRadにより推奨されている標準的な技術を用いるもの)により形質転換した。
発酵の実施は、Applikonの15L(実効容量12L)の高圧滅菌可能なガラスバイオリアクター内で行った。凍結ストックバイアルから増殖させた対数期の振とうフラスコ培養を該リアクターに接種(0.04% v/v)する。初期仕込みグリセロールが枯渇して、該バッチ相は24〜36時間のうちに終了する。バッチ相後の湿潤細胞重量(WCW)は典型的には120±25g/L WCWである。この時点で、12mL/L PTM1塩を含有する50% w/wのグリセロール溶液を1回の放出(pulse)で発酵槽に供給して、グリセロール流加(フェド・バッチ)相の開始時の最終グリセロール濃度を30g/Lとする。メタノールに2.6mg/mLで溶解した真菌O−グリコシル化の合成インヒビター(PMTi−3)を含有する溶液を1mL/Lで加える。プロテアーゼインヒビター混合物(DMSO中の45mg/mL ペプスタチン(Pepstatin)Aおよび15mM キモスタチン(Chymostatin))を0.6mL/Lで加える。4時間以内に、該グリセロールは消費され、湿潤細胞重量は225±25g/L WCWに達する。ついで、2.3g/h/Lでの12mL/LのPMT1塩を含有するメタノールの供給の開始により、遺伝子発現を誘導する。該メタノール流加相の開始時および24時間の誘導のたびに、1mL/Lの2.6mg/mL PMTi−3(メタノール中)および0.6mL/Lの該プロテアーゼインヒビター混合物を加える。誘導を40時間継続し、この時点で、最終湿潤細胞重量は約300±25g/Lになると予想される(L*は接種前の初期仕込み容量である)。
PEG化のためのヒトEPO(hEPO)を、95%の純度が得られた3工程クロマトグラフィー分離(図3)により、以下のとおりに調製した。まず、細胞非含有発酵上清を0.2μm濾過膜で濾過し、濃縮し、バッファー交換した(中空糸膜を伴うMiniKross接線流動分離モジュールを使用)。
EPOバンド(平均分子量〜25kDa)を示した画分をプールし、0.2μm膜フィルターで濾過し、20mm MES(pH6.0)中、4℃で透析し、4℃で保存した。ついで該サンプルプールを濃縮し、50mM 酢酸ナトリウムバッファー(pH5.2)中で1mg/mlのタンパク質濃度まで透析した。
N−グリカンを、精製されたEPOから、PNGアーゼF(Choi PNAS,Hamilton 2003 Science)での処理により遊離させ、Laemmli(Laemmli 1970)に従うSDS−PAGEにより分析した(図4)。
1)サンプルトレイ温度:4℃;
2)カラムオーブン温度:30℃;
3)部分ループ注入;
4)UV検出:215nmおよび280nm;
5)HPLC勾配:
1)LTQへの流動 〜400nl/分(Advion Triversa Nanomateを経由);
2)キャピラリー温度:115℃、キャピラリー電圧:5v;チューブレンズ電圧:77v;
3)中性喪失トップ3〜MS4(90分間)にスキャン設定。
hEPOのPEG化には、以下のPEG分子を使用した:Dow(Cambridge,UK)の40kDa 直鎖状メトキシポリ(エチレングリコール)プロプリオンアルデヒド、Dow(Cambridge,UK)の60kDa 直鎖状メトキシポリ(エチレングリコール)プロプリオンアルデヒド、NOF Corporation(Tokyo,Japan)の30kDa 直鎖状α−メチル−ω−(3−オキソプロポキシ)、ポリオキシエチレン、NOF corporationの45kDa 分枝2,3−ビス(メチルポリオキシエチレン−オキシ)−1−[(3−オキソプロピル)ポリオキシエチレン−オキシ]−プロパン。
1)種々のpH範囲(pH4.0、4.5、5.2および6.0)。
2)hEPO:mPEG−アルデヒドの種々のモル比(1:5、1:10、1:20)。
3)室温対4℃。
4)種々のタイプのPEG。
実施例4に記載されているとおり、4つの異なるPEG化EPO産物をSEC HPLCにより分析した(図6)。N−結合グリカン構造の定量のために(図7)、PNGアーゼF(Choi PNAS,Hamilton 2003 Science)での処理によりPEG化EPOからN−結合グリカンを遊離させ、市販の2−AB標識キットを使用して2−アミノベンジジン(2−AB)で標識した。Prevail CHO ES,5ミクロンビーズ,アミノ結合シリカカラム(30℃に維持)を使用して、HPLCを行った。溶出プロファイルは以下のとおりである(溶媒A:100% アセトニトリル、溶媒B: 50mM ギ酸アンモニウム(pH4.4))。
PEG−EPOの代表的な製剤は20mM リン酸ナトリウム、140mM 塩化ナトリウム、0.005% ポリソルベート80(pH6.0)(これは同様の市販エリスロポエチン製品に基づく)でありうる。PEG−EPOは、複数の効力の無菌透明液として注射用に製剤化され、25〜500μg/mLの濃度で単一用量のガラス・バイアル(vialsranging)に分注されうる。これらの濃度は低い範囲内であるため、用量の減少を引き起こしうる、バイアルへのタンパク質吸着に関する懸念がある。吸着を最小にするために、通常、製剤に界面活性剤(すなわち、ポリソルベート20、ポリソルベート80)を一定濃度で加える。界面活性剤の必要性は、製剤開発中に行った物質の適合性研究に基づくものである。
エリスロポエチンの市販製剤が公知であり、本発明のエリスロポエチンでの使用に適合化されうる。市販EPO製剤の幾つかの具体例を以下に示す。
マウスにおけるインビボ研究:
マウス効力研究:二分枝末端シアル酸化(>70%)ヒトEPOを産生するよう操作されたピチア・パストリス(P.pastoris)株YGLY3159において産生された4つの異なる形態のPEG−EPOを市販のAranespと、それらのヘマトクリット上昇能に関して比較した。C57B6マウス(研究開始時に7週齢、体重18〜20g、処理群当たり雄3匹/雌3匹)を入手し、1週間馴化させた。各動物に関してベースラインを得るために、投与前に、ヘマトクリット値を測定した。動物を以下の6つの群に分けた。
(1)ビヒクル(食塩水+100μg/ml rHSA);
(2)2.5μg/kg/用量のARANESP(ダルベポエチン、アルブミン非含有);
(3)2.5μg/kg/用量のPEG−EPO[40kDa直鎖状DOW];
(4)2.5μg/kg/用量のPEG−EPO[60kDa直鎖状DOW];
(5)2.5μg/kg/用量のPEG−EPO[30kDa直鎖状NOF];
(6)2.5μg/kg/用量のPEG−EPO[45kDa分枝状NOF]。
PEG−EPOの免疫原性を調べるために、週2回、2週間にわたり、アカゲザルを皮下投与することが可能である。ELISAに基づく方法は、アカゲザルにおける、そして次いでヒト血液における組換えエリスロポエチンに対する抗体を特異的に特定し、測定することが可能である。PEG−EPOの皮下投与の後、血清サンプルを抗エリスロポエチン抗体の生成に関して経時的にモニターすることが可能である。また、潜在的な抗体応答を、同時にモニターされうる薬物動態学的および薬動力学的パラメーターに相関させることが可能である。
配列番号1:ヒトエリスロポエチンをコードするDNA配列。
配列番号2:ヒトエリスロポエチンをコードするアミノ酸配列。
Claims (23)
- エリスロポエチンに結合した複数の二分枝N−結合グリカンを含んでなる、エリスロポエチンタンパク質の組成物であって、前記の複数のN−結合グリカンが、N−アセチルグルコサミン2マンノース3N-アセチルグルコサミン2ガラクトース2N−アセチルノイラミン酸2(GlcNAc2Man3GlcNAc2Gal2NANA2)の構造を有するN−結合グリカンを25モル%より多く含み、ポリエチレングリコール部分が該エリスロポエチンタンパク質の少なくとも50%のN末端アミノ酸残基に結合しており、当該結合がアミン結合である、前記組成物。
- 前記の複数のN−結合グリカンの50モル%より多くがGlcNAc2Man3GlcNAc2Gal2NANA2からなる、請求項1に記載の組成物。
- 前記の複数のN−結合グリカンの75モル%より多くがGlcNAc2Man3GlcNAc2Gal2NANA2からなる、請求項1に記載の組成物。
- 該GlcNAc2Man3GlcNAc2Gal2NANA2 N−グリカンが、前記の複数のN−結合グリカンのうちの次に最も優勢なN−結合グリカン構造より5モル%〜80モル%多いレベルで存在する、請求項1に記載の組成物。
- 該ポリエチレングリコール部分が20kD〜60kDの分子量を有する、請求項1に記載の組成物。
- 該ポリエチレングリコール部分が30kD〜40kDの分子量を有する、請求項1に記載の組成物。
- 該ポリエチレングリコール部分が直鎖状である、請求項1に記載の組成物。
- 請求項1、2、3、4、5、6または7のいずれか1項に記載の組成物と医薬上許容される希釈剤とを含んでなる医薬組成物。
- 請求項1、2、3、4、5、6または7のいずれか1項に記載の組成物を含んでなる、哺乳動物におけるヘマトクリットを増加させるための医薬組成物。
- 4〜6週間に1回投与される、請求項9に記載の医薬組成物。
- 0.05〜500μg/kgの範囲の用量で投与される、請求項10に記載の医薬組成物。
- 該エリスロポエチンがラクトサミンを含有しない、請求項1に記載の組成物。
- 前記エリスロポエチンがモノーPEG化されている、請求項1に記載の組成物。
- 前記エリスロポエチンの哺乳動物への投与によって、当該哺乳動物のヘマトクリットが上昇する、請求項1に記載の組成物。
- N−アセチルグルコサミン2マンノース3N-アセチルグルコサミン2ガラクトース2N−アセチルノイラミン酸2(GlcNAc2Man3GlcNAc2Gal2NANA2)の構造を有するN−結合グリカンを25モル%より多く含む予め選択されたN−結合グリカンをタンパク質に結合させるピチア・パストリス(Pichia pastoris)宿主細胞を構築し、
該宿主細胞は、該宿主細胞により認識可能な発現制御配列に機能的に連結されているエリスロポエチンをコードする配列を発現し、
エリスロポエチンの発現に適した条件下、該形質転換細胞を培養し、
該エリスロポエチンを単離する工程を含んでなり、前記ピチア・パストリス(Pichia pastoris)宿主細胞がura5Δ::MET16 och1Δ::lacZ bmt2Δ::lacZ/KlMNN2−2、mnn4L1Δ::lacZ/MmSLC35A3 Δpno1Δmnn4Δ::lacZ met16Δ::lacZ、his1Δ::lacZ/ScGAL10/XB33/DmUGT、arg1Δ::HIS1/KD53/TC54、ADE1::lacZ/NA10/MmSLC35A3/FB8、PRO1::lacZ−URA5−lacZ/TrMDS1、AOX1:Sh ble/AOX1p/ScαMFpre−GFI800、TRP2::ARG1/MmCST/HsGNE/HsCSS/HsSPS/MmST6−33である、エリスロポエチン組成物の製造方法。 - 前記ピチア・パストリスが、och1、bmt2、mnn4L1、pno1及びmnn4の遺伝子又は遺伝子機能を欠失し、マンノシダーゼ I(Mannosidase I)、GlcNAcトランスフェラーゼ I(GlcNAc Transferase I)、マンノシダーゼ II(Mannosidase II)、GlcNAcトランスフェラーゼ II(GlcNAc Transferase II)、UDPガラクトーストランスポーター(UDP galactose transporter)、UDP-ガラクトース4-エピメラーゼ(UDP-galactose 4-epimerase)、ガラクトシルトランスフェラーゼ(Galactosyl Transferase)、CMP-シアル酸トランスポーター(CMP-sialic acid transporter)、UDP-GlcNAc 2-エピメラーゼ/N−アセチルマンノサミンキナーゼ(UDP-GlcNAc 2-epimerase/N-acetylmannosamine kinase)、CMP-シアル酸シンターゼ(CMP-sialic acid synthase)、N−アセチルノイラミン酸-9-リン酸シンターゼ(N-acetylneuraminate-9-phosphate synthase)及びシアリルトランスフェラーゼ(Sialyl transferase)を発現する、請求項15に記載の製造方法。
- 前記の予め選択されたN−結合グリカンの50モル%より多くがGlcNAc2Man3GlcNAc2Gal2NANA2からなる、請求項15に記載の製造方法。
- 前記の予め選択されたN−結合グリカンの75モル%より多くがGlcNAc2Man3GlcNAc2Gal2NANA2からなる、請求項15に記載の製造方法。
- 該GlcNAc2Man3GlcNAc2Gal2NANA2 N−グリカンが、前記の予め選択されたN−結合グリカンのうちの次に最も優勢なN−結合グリカン構造より5モル%〜80モル%多いレベルで存在する、請求項15に記載の製造方法。
- ポリエチレングリコール部分が該エリスロポエチンタンパク質の少なくとも50%のN末端アミノ酸残基に結合しており、当該結合がアミン結合である、請求項15に記載の製造方法。
- 該ポリエチレングリコール部分が20kD〜60kDの分子量を有する、請求項20に記載の製造方法。
- 該ポリエチレングリコール部分が30kD〜40kDの分子量を有する、請求項20に記載の製造方法。
- 該ポリエチレングリコール部分が直鎖状である、請求項20に記載の製造方法。
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