JP5659312B1 - 改変された第vii因子ポリペプチドおよびその使用 - Google Patents
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Abstract
Description
優先権の利益は、2008年4月11日に出願された、「FACTOR VII POLYPEPTIDES THAT ARE MODIFIED AND USES THEREOF」と題する、Edwin MadisonおよびChristopher Thanosに対する米国仮特許出願第61/124,021号に対して主張される。
配列表のコンパクトディスク(CD−R)の電子バージョンは、4つのコピー(コピー1、コピー2、コピー3、およびCRFと標識)で本明細書と共に提出され、これらの内容は、それらの全体が参照によって組み込まれる。2009年4月10日に作成された前述のコンパクトディスクのそれぞれのコンピューター読み取り可能なファイルは、同一であり、サイズが1200キロバイトであり、4919SEQ.PC1.TXTと題する。
改変治療タンパク質が提供される。特に、第VIIa因子および第VII因子の他の形態を含む改変第VII因子ポリペプチドならびにその使用が提供される。
改変第VII因子(FVII)ポリペプチドが、本明細書において提供される。特に、凝血促進性活性を示す改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、一次配列において改変されており、アミノ酸挿入、アミノ酸欠失、およびアミノ酸交換を含むことができる。本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、アンチトロンビンIII(AT−III)および組織因子経路阻害因子(TFPI)などのような阻害因子に対する増加した抵抗性を有するもの、Zn2+の阻害効果に対する増加した抵抗性を有するもの、TFの存在下および/または非存在下において増加した触媒活性を有するもの、増加した半減期などのような改善された薬物動態学的特性を有するもの、血小板表面に対する増加した結合性および/または親和性を有するもの、血清アルブミンに対する増加した結合性および/または親和性を有するもの、ならびに血小板インテグリンαIIbβ3に対する増加した結合性および/または親和性を有するものを示すFVIIポリペプチドを含む。改変FVIIポリペプチドは、本明細書において提供される改変の任意の組み合わせを含有することができ、ポリペプチドの1つまたは複数の活性または特性は、非改変FVIIポリペプチドと比較して変化している。典型的には、改変FVIIポリペプチドは、凝血促進性活性を保持する。改変FVIIポリペプチドをコードする/発現する核酸分子、ベクター、および細胞もまた、本明細書において提供される。医薬組成物、製品、キット、および処置の方法もまた、本明細書において提供される。FVIIポリペプチドは、対立遺伝子および種変異体およびポリペプチドならびに他の活性および/または特性に影響を及ぼす改変を有する他の変異体を含む。本明細書において提供される改変を含む、FVIIポリペプチドの活性断片もまた含まれる。例示的なFVIIポリペプチドは、配列番号3において記載されるアミノ酸の配列を含むものおよびそれと60%、65%、70%、75%、80%、85%、88%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、またはそれ以上の配列同一性を有するその変異体である。
A. 定義
B. 止血概説
1. 血小板の粘着および凝集
2. 凝固カスケード
a. 開始
b. 増幅
c. 伝播
3. 凝固の調節
C. 第VII因子(FVII)
1. FVIIの構造および構成
2. 翻訳後改変
3. FVIIプロセシング
4. FVII活性化
5. FVII機能
a. 組織因子依存性FVIIa活性
b. 組織因子非依存性FVIIa活性
6. 生物製剤としてのFVII
D. 改変FVIIポリペプチド
1. 増加した触媒活性
a. 触媒活性を増加させるための例示的な改変
i. 位置286での塩基性アミノ酸置換
ii. 位置286での他の突然変異
2. AT−IIIに対する増加した抵抗性
AT−IIIに対する増加した抵抗性を達成するための例示的な改変
3. Zn2+による阻害に対する増加した抵抗性
Zn2+による阻害に対する抵抗性を増加させるための例示的な改変
4. 変化したグリコシル化
グリコシル化を変化させるための例示的な改変
5. 血清アルブミンおよび/または血小板インテグリンαIIbβ3に対する増加した結合性
a. 血清アルブミン結合配列を有する例示的なFVIIポリペプチド
b. 血小板インテグリンαIIbβ3結合配列を有する例示的なFVIIポリペプチド
6. 異種Glaドメインの導入による改変
7. 組み合わせおよびさらなる改変
a. TFPIに対する抵抗性を増加させる改変
b. 内因活性を増加させる改変
c. プロテアーゼに対する抵抗性を増加させる改変
d. リン脂質に対する親和性を増加させる改変
e. グリコシル化を変化させる改変
f. 化学基連結を容易にするための改変
g. 例示的な組み合わせ突然変異
E. FVIIポリペプチドの産生
1. ベクターおよび細胞
2. 発現系
a. 原核生物発現
b. 酵母
c. 昆虫および昆虫細胞
d. 哺乳動物細胞
e. 植物
2. 精製
3. 融合タンパク質
4. ポリペプチド改変
5. ヌクレオチド配列
F. 改変FVIIポリペプチド活性の評価
1. インビトロアッセイ
a. 翻訳後改変
b. タンパク質分解活性
c. 凝固活性
d. 他のタンパク質による結合および/または阻害
e. リン脂質結合性
2. 非ヒト動物モデル
3. 臨床アッセイ
G. 製剤および投与
1. 製剤
a. 投薬量
b. 剤形
2. 改変FVIIポリペプチドの投与
3. 改変FVIIポリペプチドをコードする核酸の投与(遺伝子治療)
H. 治療上の使用
1. 先天性の出血障害
a. 血友病
b. FVII欠乏症
c. 他
2. 後天性の出血障害
a. 化学療法による後天性の血小板減少症
b. 他の凝固障害
c. 移植による後天性の出血
d. 抗凝固療法誘発性の出血
e. 後天性血友病
3. 外傷および手術による出血
I. 併用療法
J. 製品およびキット
K. 実施例
他に特に定義されていない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語および科学用語は、(1つまたは複数の)本発明が属する当技術分野の熟練者によって一般的に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書における全開示を通して言及されるすべての特許、特許出願、公開出願、および刊行物、Genbank配列、データベース、ウェブサイト、ならびに他の出版物は、他に特に述べられていない限り、それらの全体が参照によって組み込まれる。本明細書における用語について、複数の定義がある場合、本部における定義が優先される。URLまたは他のそのような識別子もしくはアドレスが言及される場合、そのような識別子は、変わり得るものであり、インターネット上の特定の情報は、絶えず入れ替わり得るが、等価な情報を、インターネットを検索することによって見つけることができることを理解されたい。インターネットへの参照は、そのような情報の有用性および公的な普及を証明する。
改変第VII因子(FVII)ポリペプチドが、本明細書において提供される。そのようなFVIIポリペプチドは、増加した血液凝固活性を有するように設計される。したがって、これらのポリペプチドは、たとえば、止血および他の関係する生物学的プロセスを調整するための治療薬として、様々な使用および適用を有する。本明細書において提供される改変およびそのような改変FVII分子の使用を十分に理解するために、止血系および血液凝固カスケードについての理解は、有利となる。以下の議論は、第VII因子およびその改変の議論に対する前置きとなるそのような背景を提供する。
血液の凝血は、正常な条件下で能動的に回避される。血管内皮は、血管拡張を支持し、血小板の粘着および活性化を阻害し、凝固を抑制し、フィブリン切断を増強し、かつ抗炎症性の特徴をしている。血管内皮細胞は、亜酸化窒素(NO)およびプロスタサイクリンなどのような分子を分泌し、これは、血小板の凝集を阻害し、血管を拡張する。これらの分子の放出は、可溶性グアニル酸シクラーゼ(sGC)およびcGMP依存性プロテインキナーゼI(cGKI)を活性化し、環状グアノシン一リン酸(cGMP)レベルを増加させ、これは、血管壁における平滑筋の弛緩を引き起こす。さらに、内皮細胞は、CD39などのような細胞表面ADPアーゼを発現し、これは、血小板から放出されたADPをアデニンヌクレオチド血小板阻害因子に変換することによって、血小板の活性化および凝集を制御する。内皮はまた、線溶カスケードにおける酵素の調節において重要な役割を果たす。内皮細胞は、プラスミノーゲン(アネキシンII)およびウロキナーゼの受容体の発現ならびに組織型プラスミノーゲン活性化因子およびウロキナーゼプラスミノーゲン活性化因子の分泌を通してプラスミンの生成を直接的に促進し、これらのすべては、血餅クリアランスを促進する。血栓形成促進性の調節の最終層において、内皮細胞は、ヘパラン硫酸を産生することによって、凝固カスケードを阻害する際に能動的な役割を果たし、これは、トロンビンおよび他の凝固因子のアンチトロンビンIII阻害の反応速度を増加させる。
凝固経路は、それぞれの酵素が、チモーゲンまたは不活性形態として血漿中に存在する、タンパク質分解経路である。チモーゲンの切断は、前駆体分子から活性形態を放出するために調節される。糖タンパク質FVIIIおよびFVなどのような活性化プロテアーゼの補因子もまた、カスケード反応において活性化され、血餅形成において役割を果たす。経路は、活性化プロセスを制御する、一連のポジティブフィードバックループおよびネガティブフィードバックループとして機能し、最終目標は、トロンビンを産生することであり、次いで、これは、可溶性フィブリノーゲンをフィブリンに変換して、血餅を形成することができる。凝固における因子は、典型的には、ローマ数字の番号が与えられ、小文字「a」は、活性化形態を示すために追加される。下記の表3は、凝固カスケードにおけるそれらの一般名およびそれらの役割を含む、因子の例示的なリストを記載する。一般に、これらのタンパク質は、1つまたは複数の、凝固の内在性経路、外因性経路、共通経路を通して、血液凝固に関与する(図1を参照されたい)。下記に議論されるように、これらの経路は、相互に連絡し、血液凝固は、凝固の主要な開始因子である第VII因子(FVII)と共に、活性化の細胞ベースのモデルを通して生じると考えられる。
FVIIは、凝固カスケードの開始を担う凝固因子であると考えられ、この開始は、TFとのその相互作用に依存性である。TFは、平滑筋細胞、線維芽細胞、単球、リンパ球、顆粒球、血小板、および内皮細胞などのような様々な細胞によって発現される膜貫通糖タンパク質である。骨髄性細胞および内皮細胞は、それらが、炎症促進性サイトカインなどによって刺激される場合のみ、TFを発現する。しかしながら、平滑筋細胞および線維芽細胞は、TFを恒常的に発現する。したがって、一度、これらの細胞が、組織傷害の後の血流に接すると、凝固カスケードは、血漿中の第VII因子またはFVIIaとのTFの結合によって速やかに開始される。
増幅は、トロンビンが血小板に結合し、活性化する場合、起こる。活性化血小板は、それらのアルファ顆粒からFVを放出し、これは、トロンビンによって活性化されて、FVaになる。トロンビンはまた、血小板膜上でFVIII/vWF複合体からFVIIIを放出し、活性化し、FXIを切断して、FXIaにする。これらの反応は、それらの表面上で、FVa、FVIIIa、およびFIXaを有する活性化血小板を生成し、これは、伝播ステージの間のトロンビン生成の大量の著しい増加のためのステージを準備するものである。
凝固の伝播は、傷害の部位の多くの血小板の表面で生じる。上記に記載されるように、活性化血小板は、それらの表面上に、FXIa、FVIIIa、およびFVaを有する。外因性経路が達成されるのは、ここにおいてである。FXIaは、FIXを活性化して、FIXaにし、これは、次いで、FVIIIaと結合することができる。このプロセスは、TFを有する細胞上のTF/FVIIa複合体によるFIXの切断によって生成される少量のFIXaに加えて、順番に有意な量のFXを活性化して、FXaにすることができる、多くのFXIa/FVIIIa複合体を生成する。FXa分子は、FVaに結合して、プロトロンビンを活性化してトロンビンにするプロトロンビナーゼ複合体を生成する。トロンビンは、より多くの血小板を活性化するためにポジティブフィードバックループにおいて作用し、増幅フェーズについて記載されるプロセスを再度開始する。
凝固の間、カスケードは、さらなる血餅形成を阻害するために、恒常的な刺激プロセスによって調節される。そのような調節メカニズムにはいくつかの理由がある。第一に、調節は、フィブリン血餅形成による組織の虚血を制限するために必要とされる。第二に、調節は、組織傷害の部位にのみ血餅形成を局在化することによって、広範囲の血栓症を予防する。
第VII因子は、肝臓において一本鎖チモーゲンとして、哺乳動物を含む動物において合成され、血流の中に分泌されるビタミンK依存性セリンプロテアーゼ糖タンパク質である。上記に記載されるように、FVIIは、トロンビン生成およびフィブリン沈着に至るタンパク質分解事象のカスケードの開始の担う凝固プロテアーゼである。その活性の下流の効果がまた内在性経路にも非常に影響を与えるが、それは、外因性経路の一部である。血餅形成におけるこの必須の役割は、臨床的な抗凝固薬および止血療法の標的としてのFVIIにおける著しい関心を引いた。たとえば、組換え活性化FVII(rFVIIa)は、血友病の対象および他の出血状態を有する対象における使用のための止血剤として開発されてきた。活性化に際して増加した凝固活性を有するように設計されるならびに第VII因子療法に適用可能な疾患および状態を処置するために改善された治療薬として働くことができる改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。
ヒトFVII遺伝子(F7)は、13q34の染色体13上に位置し、12.8kb長であり、9つのエキソンを有する。FVII遺伝子は、プロトロンビン、第IX因子、第X因子、およびプロテインCなどのような他のビタミンK依存性タンパク質をコードする遺伝子と著しい構成上の類似性を共有する。FVIIについてのmRNAは、選択的スプライシングを受けて、2つの転写物:変異1(Genbank受入番号NM_000131、配列番号81において記載される)および変異2(Genbank受入番号NM_019616、配列番号82において記載される)を産生する。転写物変異体2は、肝臓においてより豊富な形態であり、エキソン1bを含まず、したがって、転写物変異体1によってコードされる466アミノ酸前駆体ポリペプチド(FVIIアイソフォームa前駆体;配列番号1)と比較して、444アミノ酸の、より短い前駆体ポリペプチドをコードする(FVIIアイソフォームb前駆体;配列番号2)。FVIIアイソフォームb前駆体ポリペプチドにおいて存在しないアミノ酸は、FVIIアイソフォームa前駆体のアミノ酸位置22〜43に対応する。これらのアミノ酸は、プロペプチド配列の一部であり、切断FVIIアイソフォームbプロペプチドをもたらす。前駆体ポリペプチドは、以下のセグメントおよびドメインから構成される:疎水性シグナルペプチド(配列番号1および2のアミノ酸1〜20)、プロペプチド(配列番号1のアミノ酸21〜60および配列番号2のアミノ酸21〜38)、Glaドメイン(配列番号2のアミノ酸39〜83および配列番号1のアミノ酸61〜105)、B型上皮成長因子ドメイン(EGF様1、配列番号2のアミノ酸84〜120および配列番号1のアミノ酸106〜142)、A型上皮成長因子ドメイン(EGF様2、配列番号2のアミノ酸125〜166;および配列番号1のアミノ酸147〜188)、ならびにセリンプロテアーゼドメイン(配列番号2のアミノ酸191〜430および配列番号1のアミノ酸213〜452)。
FVII前駆体ポリペプチド(第VII因子遺伝子のいずれかアイソフォーム)は、疎水性シグナルペプチドによって細胞性分泌経路に向けられ、これは、小胞体(ER)の中に挿入して、膜を横切って移行を開始する。タンパク質が、ER膜を通して移行する間に、20アミノ酸シグナルペプチドは、ER内腔内でシグナルペプチターゼによって切断され、その後に、ポリペプチドは、N−グリコシル化およびO−グリコシル化、N−末端グルタミン酸の、γ−カルボキシグルタミン酸へのビタミンK依存性カルボキシル化、ならびにアスパラギン酸の、β−ヒドロキシアスパラギン酸へのヒドロキシル化を含む翻訳後修飾をさらに受ける。
改変プロFVIIポリペプチドは、ゴルジ内腔を通して、プロペプチドが、細胞からのタンパク質の分泌直前にプロペプチダーゼによって切断されるトランスゴルジコンパートメントに運搬される。PACE/フューリン(PACEは、対になった塩基性アミノ酸切断酵素(Paired basic Amino acid Cleaving Enzyme)の頭字語である)は、配列モチーフArg−[任意の残基]−(LysまたはArg)−Argのカルボキシ末端側で多くのタンパク質を切断する、ゴルジ膜に局在化しているエンドペプチダーゼである。このプロペプチダーゼは、プロ第IX因子およびプロvWFポリペプチドなどのようなビタミンK依存性糖タンパク質を切断し(Himmelspach et al. (2000) Thromb Research 97; 51-67)、成熟タンパク質からプロペプチドを放出する。組換え第VII因子前駆体の中への適切なPACE/フューリン認識部位の包含は、組換えポリペプチドの正確なプロセシングおよび分泌を容易にする(Margaritas et al. (2004) Clin Invest 113(7): 1025-1031)。PACE/フューリンまたは他のスブチリシン様プロペプチダーゼ酵素は、おそらく、プロFVIIの、FVIIへのタンパク質分解プロセシングを担う。それは、配列番号1において記載される配列のアミノ酸位置35〜38および配列番号2において記載される配列の位置57〜60の−Arg−Arg−Arg−Arg−コンセンサスモチーフを認識し、結合し、プロペプチドを切断し、分泌のために成熟タンパク質を放出することができる。
血液中のFVIIの大部分は、少量が、二本鎖活性化形態をしているが、活性化されていない一本鎖チモーゲンの形態をしている。FVIIの活性化は、Arg152−Ile153結合のタンパク質分解による切断に際して生じ(配列番号3において記載される成熟FVIIポリペプチドと比較した位置)、254アミノ酸重鎖(約30kDa)に対して、ジスルフィドブリッジによって連結される152アミノ酸軽鎖(約20kDa)を含有する二本鎖ポリペプチドを生じる。FVIIaの軽鎖は、GlaドメインおよびEGF様ドメインを含有するが、重鎖は、分子の触媒部分またはセリンプロテアーゼ部分を含有する。一本鎖FVIIの、二本鎖FVIIaへの変換は、FIXa、FXa、FXIIa、トロンビンによる切断によってまたは内因性FVIIaによる自己触媒様式において媒介される(Butenas et al. (1996) Biochem 35:1904-1910;Nakagaki et al. (1991) Biochem 30:10819-10824)。血行路において生じる微量のFVIIaは、おそらく、FXaおよびFIXaの作用から生じる。
FVIIaは、TFによるアロステリック活性化の後に、増加した活性を示すが、FVIIaが単独で凝固を開始することができるメカニズムが存在するという証拠がある。したがって、FVIIは、TF依存性の様式およびTF非依存性の様式において機能することができる。この後者の経路は、その有意性が、それが、出血障害およびその処置との関連において考えられる場合、増加するかもしれないが、正常な止血においてはるかに小さな役割を果たし得る。
循環FVIIは、上記に記載されるように、細胞表面TFに結合し、FIXa、FXa、トロンビンによってまたは内因性FVIIaによる自己触媒様式において活性化される。代わりに、非常に少量の循環FVIIaは、TFに直接的に結合することができる。次いで、TF/FVIIa複合体は、血漿FXのごく一部分に結合し、FVIIa触媒ドメインは、FXを切断して、FXaを産生する。トロンビンは、したがって、FXaがFVaと複合体を形成し、プロトロンビンを活性化して、トロンビンにする場合、TFを有する細胞の表面上で外因性経路を介して形成される(図3)。FIXもまた、TF/FVIIa複合体によって活性化され、活性化血小板の表面上で作動する内在性経路への連結を提供する。上記に記載される凝固カスケードにおけるポジティブフィードバック系は、フィブリノーゲンを切断して、フィブリンにし、血餅を形成する大量のトロンビンが産生される手段を提供する。
FXのFXaへの活性化のためのTF依存性メカニズムに加えて、FVIIaがまた、TFの非存在下においてFXを活性化することもできるという証拠がある。活性化血小板は、外側の血漿に向く表面に、ホスファチジルセリンおよび他の負電荷リン脂質を移行する。(Hemker et al. (1983) Blood Cells 9:303-317)。TFへのFVIIaの結合親和性の1000分の1未満である比較的低い親和性とはいえ、これらは、FVIIaが結合することができる代替「受容体」を提供する(Monroe et al. (1997) Br J Haematol 99:542-7)。この相互作用は、Glaドメインにおける残基を通して媒介される(Harvey et al. (2003) 278:8363-8369)。次いで、FVIIaは、活性化血小板表面上で、FXをFXaに変換し、FIXをFIXaに変換することができる(Hoffman et al. (1998) Blood Coagul Fibrinolysis 9:S61-S65)。FXaは、血小板表面と結合したままであり、ここで、それは、FVaに結合することができ、プロトロンビンから十分なトロンビンを生成するが、新しく形成されたFIXaがFVIIIaと組み合わさって、より多くのFXのFXaへの活性化を触媒する(図3)。TFの非存在下における止血は、次いで、上記に記載されるように、ポジティブフィードバックおよび伝播メカニズムによって達成される。しかしながら、FVIIIaは、活性化血小板上で凝固プロセスに寄与することができるが、その存在は、TF非依存性のメカニズムにおけるトロンビン生成に必要とされないことは注目すべきである(図3)。したがって、血友病患者においてなどのようにFVIIIの非存在下において、FVIIaが、この二次的メカニズムを通してトロンビン生成を開始および/または増幅させることができ、また血餅形成を達成することができるという証拠がある。
FVIIは、血液凝固を開始するように機能する。組換えFVIIa(NovoSeven(登録商標);rFVIIa)は、第VIII因子または第IX因子に対する阻害因子を有する血友病Aまたは血友病Bを有する患者および先天性第VII因子欠乏症を有する患者における手術または侵襲性手技における出血エピソードの処置または出血の予防について承認されている。Novoseven(登録商標)は、ベビーハムスター腎臓(BHK)細胞を使用して、哺乳動物発現系において産生される第VIIa因子の遺伝子的に操作された調製物である。この作用物質は、その構造および機能において、血漿由来第VIIa因子にほとんど同一である(Ratko et al. (2004), P & T, 29: 712-720)。
改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。FVIIポリペプチドは、そのように改変されていないFVIIポリペプチドと比較して、1つまたは複数の活性または特性における変化を示す。改変の結果として変化させることができる活性または特性は、凝固もしくは血液凝固活性;凝血促進活性;第X因子(FX)活性化もしくは第IX因子(FIX)活性化を達成するなどのようなタンパク質分解活性もしくは触媒活性;抗原性(抗FVII抗体に結合する能力もしくはそれへの結合についてあるポリペプチドと競合する能力);組織因子、第X因子、もしくは第IX因子に結合する能力;リン脂質に結合するための能力;半減期;3次元構造;pI;および/またはコンホメーションを含むが、これらに限定されない。典型的には、改変FVIIポリペプチドは、凝血促進活性を示す。それらの一本鎖チモーゲン形態からの活性化に際して増加した血液凝固活性を示す改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。そのような改変FVIIポリペプチドは、血友病または傷害などのような、出血障害または出血事象の処置において使用することができ、FVIIポリペプチドは、血液凝固を促進するために機能することができる。そのような改変FVIIポリペプチドの中で、アンチトロンビンIII(AT−III)および組織因子経路阻害因子(TFPI)などのような阻害因子に対する増加した抵抗性を有するもの、Zn2+の阻害効果に対する増加した抵抗性を有するもの、TFの存在下および/または非存在下において増加した触媒活性を有するもの、増加した半減期などのような改善された薬物動態学的特性を有するもの、血小板表面に対する増加した結合性および/または親和性を有するもの、血清アルブミンに対する増加した結合性および/または親和性を有するもの、ならびに血小板インテグリンαIIbβ3に対する増加した結合性および/または親和性を有するものを示すFVIIポリペプチドが含まれる。特に、そのような改変FVIIポリペプチドは、FVIIIaおよびFIXaについての必要性を同時に回避しながら、血液凝固活性を提供するために疾患または状態において使用することができる。一例において、本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、FVIIIaおよびFIXaに対する自己抗体を有する血友病患者において使用することができる。したがって、本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、止血のための、血清における活性FVIIの十分な濃度を維持するために必要とされる、投与されるFVIIの量における減少を含む利点を提供する。これは、たとえば、同等の生物学的効果、より高度な快適さ、および対象による受け入れを達成するのに必要であるより低い用量および/または投薬頻度ならびに副次的影響の減弱に至り得る。
FVIIは、切断反応の間に求核剤として作用する、その活性中心におけるセリン残基(標準的なキモトリプシン(キモトリプシノーゲン)ナンバリングにおける位置195)を含有する。セリンプロテアーゼの触媒3残基はまた、2つのさらなる残基をも含む:H57およびD102(キモトリプシンナンバリング)。ヒトFVIIaの触媒3残基は、配列番号3において記載される成熟FVIIポリペプチドのH193、D242、およびS344に対応する。これらの重要な3つのアミノ酸は、それぞれ、プロテアーゼの触媒活性における本質的な役割を果たす。セリンプロテアーゼは、四面体の遷移状態およびアシル酵素中間体の形成を介してペプチド結合を加水分解する。反応経路は、H57およびS195を含有する、プロテアーゼの表面上の溝(つまり活性部位のくぼみ)の中への基質の非共有結合から始まり、「ミカエリス−メンテン複合体」を形成する。反応経路に沿った生産的な進行は、酵素の活性部位セリン(つまりセリン195)のO−ガンマによる、基質のP1カルボニル残基の、続く求核攻撃を必要とし、速やかにアシル酵素中間体に変換する四面体の遷移状態を形成する。残基グリシン193およびセリン195(配列番号3において記載される成熟FVIIポリペプチドのG342およびS344に対応)を含み、オキシアニオンホールとして知られている活性部位のくぼみ内の構造は、遷移状態を安定化することによって効率的な触媒を促進する。とりわけ、これらの2つの残基の主鎖アミド水素は、四面体の遷移状態において生成されるオキシアニオン(つまりP1残基のカルボニル酸素)と安定化水素結合を形成する。この安定化に加えて、オキシアニオンホール内の基質の結合は、結合切断をもたらす、生産的なアシル化および脱アシル化反応のための、切断しやすい結合を適切に位置づける。FVII活性におけるオキシアニオンホールの重要性は、アミノ酸位置342(キモトリプシンナンバリングによる193に対応する)での突然変異が、FVII欠乏症をもたらし得るという観察によって強調される(たとえばBernardi et al., (1994) Br. J. Haematol. 86:610-618およびBernardi et al., (1996) Human Mut. 8:108-115を参照されたい)。
増加した血液凝固活性を示す改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。そのようなFVIIポリペプチドは、オキシアニオンホールのコンホメーションに影響を及ぼすことができる、1つまたは複数の残基のアミノ酸置換によって生成することができる。特定の位置(たとえばキモトリプシンナンバリングによる位置143または成熟FVIIナンバリングによる286)での異なるアミノ酸残基の導入は、オキシアニオンホールが、触媒の間により有効となるように、改変FVIIポリペプチドのコンホメーションを変化させることができる。これは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増加した触媒活性を有する改変FVIIポリペプチドをもたらすことができる。オキシアニオンホールに影響を及ぼす突然変異による触媒活性における変化は、増加した血液凝固活性として示すことができる。本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドの触媒活性および血液凝固活性における増加は、組織因子の存在下および/または非存在下において観察することができる(つまりTF依存性および/またはTF非依存性のものとすることができる)。したがって、凝血促進治療薬としての対象への投与の後などのように、適切なインビトロ、インビボ、またはエクスビボアッセイにおいて評価した場合、改変FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増加した血液凝固活性を示すことができる。
位置286(配列番号3において記載される成熟FVIIポリペプチドに対応するナンバリング;キモトリプシンナンバリングによる位置143に対応する)でのグルタミンが、アルギニン(Arg、R)、ヒスチジン(His、H)、またはリシン(Lys、K)のいずれか1つなどのような塩基性アミノ酸残基と交換される改変FVIIポリペプチドが提供される。特に、アルギニン(つまりQ286R、キモトリプシンナンバリングによるQ143Rに対応する)と位置286のグルタミンが交換される改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。モデリング研究は、アルギニンとのグルタミンの置換が、野生型FVIIまたは非改変FVIIにおけるFVIIaオキシアニオンホールの不活性コンホメーションを安定化する、2つの重要な相互作用の損失をもたらすことを示す。野生型ポリペプチドまたは非改変FVIIポリペプチドにおいて不安定化する相互作用は、Q286(キモトリプシンナンバリングによるQ143に対応する)の側鎖およびG342(キモトリプシンナンバリングによるG193に対応する)の主鎖アミドの間の相互作用ならびにK341(キモトリプシンナンバリングによるK1に対応する)の主鎖カルボニルおよびS195(キモトリプシンナンバリングによるS344に対応する)の主鎖アミドの間の相互作用を含む。しかしながら、位置286のアルギニンと野生型グルタミンを置換することによって、これらの相互作用が失われるだけでなく、2つの重要な新しい相互作用が生成されもする。これらは、改変FVIIaポリペプチドの活性コンホメーションを安定化する、改変アミノ酸R286(キモトリプシンナンバリングによるR143)の塩基性側鎖および天然D289(キモトリプシンナンバリングによるD146)の酸性側鎖の間の塩ブリッジの生成ならびに改変アミノ酸R286の主鎖アミドおよびK341の主鎖カルボニルの相互作用を含む。さらに、改変アミノ酸R286およびD289の間の新しい塩ブリッジは、活性部位くぼみの一部を形成する「自己分解ループ」のコンホメーションおよび/または可動性を変化させることが予想される。自己分解ループは、凝固プロテアーゼの高分子基質および阻害因子特異性を決定することに関与する。したがって、このループの変化したコンホメーションおよび/または可動性は、たとえば、基質(たとえば第X因子および/または第IX因子)に対する増加した触媒活性ならびに阻害因子(たとえばTFPIおよび/またはAT−III)に対する増加した抵抗性をもたらすことができる。したがって、アルギニン(Arg、R)、ヒスチジン(His、H)、またはリシン(Lys、K)などのような塩基性アミノ酸を用いる位置286のグルタミンの改変は、野生型FVIIポリペプチドと比較して、増加した触媒活性および血液凝固活性をもたらすことができる。したがって、成熟FVIIナンバリングによるQ286R、Q286K、またはQ286H突然変異(それぞれ、キモトリプシンナンバリングによるQ143R、Q143K、またはQ143Hに対応する)を含有するFVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。例示的なかかるポリペプチドは、それぞれ、配列番号118、119、および129において記載されるアミノ酸の配列を用いるものである。
配列番号3において記載されるFVIIポリペプチドの位置286に対応するアミノ酸位置のグルタミンは、塩基性アミノ酸以外の(つまりアルギニン、ヒスチジン、またはリシン以外の)アミノ酸と交換することができる。そのような置換は、オキシアニオンホールのコンホメーションを変化させることができ、たとえば、野生型FVIIポリペプチドと比較して、改変FVIIポリペプチドの触媒活性を増加させるコンホメーションをもたらす。変化したオキシアニオンホールコンホメーションを有する改変FVIIポリペプチドは、インビボアッセイ、エクスビボアッセイ、またはインビトロアッセイのいずれかを使用して測定された場合、非改変FVIIポリペプチドまたは野生型FVIIポリペプチドの触媒活性と比較して、約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、200%、300%、400% 500%、またはそれ以上の増加した触媒活性を示すことができる。
アンチトロンビンIII(アンチトロンビンまたはAT−IIIとしても知られている)は、重要な抗凝固セルピン(セリンプロテアーゼ阻害因子)である。AT−IIIは、464アミノ酸残基を含有する前駆体タンパク質として合成される(配列番号122)。分泌の過程において、32残基シグナルペプチドは、切断されて、432アミノ酸成熟ヒトアンチトロンビン(配列番号123)を生成する。58kDa AT−III糖タンパク質は、血液中に循環し、セリンプロテアーゼ阻害因子(セルピン)として機能して、凝固系の多くのセリンプロテアーゼを阻害する。AT−IIIはまた、FIXa、FXIa、FXIIa、および程度はより少ないが、FVIIaの活性をも阻害することが示されたが、AT−IIIの主要な標的は、トロンビンおよび第Xa因子である。AT−IIIの作用は、診療において抗凝固薬として広く使用される、天然に存在するヘパラン硫酸または様々な組織由来ヘパリンなどのようなグリコサミノグリカンによって非常に増強される。AT−IIIは、反応性中心ループにおけるコンホメーションの変化を誘発する、ヘパリンにおける特有の五糖配列に対して高度に特異的な様式で結合する。そのようなコンホメーションにおいて、AT−IIIの反応性中心ループは、より効率的に、セリンプロテアーゼの反応部位と相互作用することができ、阻害を達成することができる。
AT−IIIに対するFVIIポリペプチドの抵抗性を増加させる改変は、FVIIポリペプチドに対してなすことができる。一般に、そのような改変FVIIポリペプチドは、FVIIポリペプチドの少なくとも1つの活性を保持する。典型的には、そのような改変は、AT−IIIとのFVIIaの相互作用に関与する、FVIIポリペプチドの任意の位置の1つまたは複数のアミノ酸置換を含む。そのような改変は、たとえば、AT−IIIに対する改変FVIIの低下した結合をもたらすことができる。そのため、改変FVIIポリペプチドは、凝固開始に関してのAT−IIIの天然の阻害効果に対して抵抗性である。凝血促進治療薬としての対象への投与の後などのように、適切なインビトロアッセイまたはインビボアッセイにおいて評価した場合、改変AT−III抵抗性FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増加した血液凝固活性を示す。
FVIIaのアミド分解活性は、カルシウムイオンおよび組織因子(TF)の結合によって誘発される、アロステリックな改変によって調節される。遊離FVIIは、典型的には、不活性コンホメーションで存在する。Ca2+およびTFに対する結合は、コンホメーションの変化を誘発し、アミド分解活性を増加させた(Pederson et al., (1990) J Biol. Chem. 265:16786-16793)。対照的に、FVIIaに対する亜鉛イオンの結合は、活性に対して阻害効果を有することが示された。FVIIaに対するZn2+の結合は、減少したアミド分解活性およびTFに対する低下した親和性をもたらす。研究は、Ca2+の存在下において、Zn2+の阻害効果が低下するように、Ca2+およびZn2+が、FVIIaに対する結合について競合することを示す。さらに、TFに結合したFVIIaは、亜鉛阻害に対して感受性である。
Zn2+の阻害効果に対して増加した抵抗性を示す改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。これは、たとえば、Zn2+との相互作用および結合に関与する、FVIIにおける1つまたは複数の残基の突然変異によって、達成され、そのような結合を低下させまたは予防し、それによって、触媒活性およびTF結合に関して、Zn2+の阻害効果に抵抗性の改変FVIIポリペプチドを作製することができる。凝血促進治療薬としての対象への投与の後などのように、適切なインビトロアッセイまたはインビボアッセイにおいて評価した場合、改変FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増加した血液凝固活性を示すことができる。
タンパク質の特性および活性は、程度、レベル、および/またはグリコシル化の型を調整することによって変化させることができる。たとえば、グリコシル化は、安定性、溶解性を増加させることによっておよびタンパク質の免疫原性を低下させることによって、ポリペプチドの血清半減期を増加させることができる。グリコシル化は、タンパク質のタンパク質分解を低下させることによって、タンパク質の安定性を増加させることができ、熱分解、変性剤に対する曝露、酸素フリーラジカルによる損害、およびpHの変化からタンパク質を保護することができる。グリコシル化はまた、標的タンパク質が、細胞表面受容体を含む他のタンパク質に対する結合を含み得るクリアランスメカニズムを回避することを可能にすることができる。シアル酸を含有する炭水化物部分は、タンパク質の溶解性に影響を及ぼすことができる。シアル酸部分は高度に親水性であり、標的タンパク質の疎水性残基を遮蔽することができる。これは、標的タンパク質の凝集および沈殿を減少させる。減少した凝集はまた、標的タンパク質に対する免疫応答の予防を助ける。炭水化物は、さらに、免疫系から、免疫原性の配列を遮蔽することができる。炭水化物部分によって占められる空間の容量は、免疫系によって調査される、利用可能な表面積を減少させることができる。これらの特性は、標的タンパク質の免疫原性における低下に至る。
非改変FVIIポリペプチドと比較して、レベルおよび/またはグリコシル化の型を変化させることによって改変されるFVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。グリコシル化は、非改変FVIIと比較して、増加させるまたは減少させることができる。いくつかの場合において、グリコシル化のレベルは、増加しており、高度にグリコシル化されたFVIIポリペプチドをもたらす。これは、たとえば、炭水化物部分が連結される非改変FVIIポリペプチドにおいて見つけられない、少なくとも1つの非天然グリコシル化部位の組み入れによって達成することができる。高度にグリコシル化されたFVIIポリペプチドはまた、非改変FVIIポリペプチドにおいて見つけられるが、グリコシル化されていない、少なくとも1つの天然グリコシル化部位への炭水化物部分の連結によって生成することができる。他の例において、改変FVIIポリペプチドにおけるグリコシル化のレベルは、非改変FVIIポリペプチドと比較して減少している。これはアミノ酸交換または欠失などによって1つまたは複数の天然グリコシル化部位の排除によって達成することができる。配列番号3において記載される成熟FVIIポリペプチドに対応するアミノ酸位置52、60、145、および322の1つまたは複数のアミノ酸残基は欠失させることができ、または炭水化物部分に連結することができないアミノ酸残基と交換することができる。たとえば、位置52および/または60のセリン残基は、アラニン残基と交換し、それによって、一方または両方の天然O−グリコシル化部位を排除することができる。したがって、FVIIポリペプチドにおけるグリコシル化部位は、導入する、変化させる、排除する、または再配置することができる。
組換え非改変FVIIは、ヒトにおいて、わずか1.5〜3時間の血清半減期を有する。FVIIポリペプチドの血清半減期を増加させることにより、治療効果に必要とされる投薬の量および頻度を低下させることができる。グリコシル化の増加、プロテアーゼ抵抗性の増加、ペグ化、ならびに血清アルブミンおよびIgGのFc部分などのような、より大きなタンパク質へのコンジュゲートまたは融合を含むが、これらに限定されない、いくつかの戦略は、血清半減期を増加させるために利用することができる。そのような改変は、たとえば、血清プロテアーゼによるFVIIポリペプチドの低下した分解、低下した腎クリアランス、低下した肝クリアランス、および免疫系による低下した中和またはクリアランスをもたらすことができる。FVIIポリペプチドの血清半減期を増加させるために利用することができる他の戦略は、非改変FVIIポリペプチドにおいて観察されない、新しいまたは改善されたタンパク質間相互作用を作るための、非改変FVIIポリペプチドの中への結合配列の移植を含む。
血清アルブミン結合配列を含有する改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。改変FVIIポリペプチドは、インビトロまたはインビボにおいて血清アルブミンに結合し、増加した半減期をもたらすことができる。したがって、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増加した半減期を有する改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。凝血促進治療薬としての対象への投与の後などのように、適切なインビトロアッセイまたはインビボアッセイにおいて評価した場合、改変FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増加した血液凝固活性を示すことができる。
血小板インテグリンαIIbβ3結合配列を含有する改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。血小板インテグリンαIIbβ3(糖タンパク質(GP)IIb/IIIaとも呼ばれる)は、最も豊富な血小板接着受容体である。それは、フィブリノーゲン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、フォンウィルブランド因子、およびトロンボスポンジンを含むが、これらに限定されないタンパク質に対する受容体として働くカルシウム依存性ヘテロ二量体である。「同族」タンパク質リガンドに対する結合は、αIIbβ3を活性化することができ、タンパク質の細胞間ドメインを介しての細胞質におけるシグナル伝達を誘発する。血小板インテグリンαIIbβ3結合配列を含有する改変FVIIポリペプチドは、そのため、血小板に結合することができる。改変FVIIポリペプチドは、インビトロまたはインビボにおいて、血小板インテグリンαIIbβ3(活性化形態および/または非活性化形態)に結合し、増加した半減期をもたらすことができる。そのため、活性化αIIbβ3に選択的に結合するFVIIa変異体は、活性化血小板に向けることができ、したがって、進展する凝血の部位に集結することができる。進展する凝血へのFVIIaの選択的ターゲティングは、効能および治療指数の両方を改善することによって、変異体の治療的有用性を改善することが予想されるであろう。したがって、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増加した半減期を有する改変FVIIポリペプチドおよび活性化血小板にさらに選択的に結合する変異体が、本明細書において提供される。凝血促進治療薬としての対象への投与の後などのように、適切なインビトロアッセイまたはインビボアッセイにおいて評価した場合、改変FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増加した血液凝固活性を示すことができる。
FVII、FIX、FX、プロトロンビン、プロテインC、およびプロテインSなどのようなビタミンK依存性血漿タンパク質のγ−カルボキシル化Glaドメインにおける残基ならびに膜表面上の負電荷リン脂質の相互作用は、止血にとって重要である。ビタミンK依存性血漿タンパク質のGlaドメインは、典型的に約45アミノ酸を含有し、このうちの9〜12のグルタミン酸残基は、ビタミンK依存性カルボキシル化によって翻訳後修飾されて、γ−カルボキシグルタミン酸(Gla)を形成する。Glaドメインを形成するアミノ酸は、タンパク質のシグナルペプチドおよびプロペプチドを形成するものの直後に位置し、そのため、前駆体ポリペプチドの成熟タンパク質へのプロセシングおよび切断の後にN−末端に位置する。たとえば、FVIIにおいてGlaドメインを形成するアミノ酸は、配列番号1において記載される前駆体ポリペプチドの位置39〜83、配列番号2において記載される前駆体ポリペプチドの位置61〜105、および配列番号3において記載される成熟ポリペプチドの位置1〜45にある。これらのうち、配列番号3において記載される成熟FVIIポリペプチドの位置E6、E7、E14、E19、E20、E25、E26、E29、およびE35の10のグルタミン酸残基は、カルボキシル化によって修飾されて、γ−カルボキシグルタミン酸(Gla)残基を生成する。
上記に記載される、任意の1つまたは複数の改変は、上記に記載されるまたは当技術分野における他のところで記載される、任意の他の改変(1つまたは複数)と組み合わせることができる。したがって、AT−IIIに対する増加した抵抗性、増加した触媒活性、Zn2+による阻害に対する増加した抵抗性、変化したグリコシル化、増加した半減期などのような改善された薬物動態学的特性、血清アルブミンに対する増加した結合性および/もしくは親和性、リン脂質に対する増加した結合性および/もしくは親和性、または血小板インテグリン血小板インテグリンαIIbβ3に対する増加した結合性および/もしくは親和性を有するためのFVIIポリペプチドの改変に加えて、本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドはまた、上記に述べられる複数の特性を示すものを含む。典型的には、そのようなさらなる改変は、それら自体が、改変ポリペプチドの増加した血液凝固活性および/またはポリペプチドの増加した安定性をもたらすものである。したがって、結果として生じる改変FVIIポリペプチドは、増加した血液凝固活性を示す。さらなる改変は、たとえば、当技術分野において知られている任意のアミノ酸置換、アミノ酸欠失、またはアミノ酸挿入、典型的には、FVIIポリペプチドの血液凝固活性および/または安定性を増加させる任意のものを含むことができる。本明細書において提供される任意の改変FVIIポリペプチドは、結果として生じる改変FVIIポリペプチドが野生型ポリペプチドまたは非改変ポリペプチドのFVII活性を保持する限り、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、またはそれ以上のさらなるアミノ酸改変を含有することができる。
一例において、TFPIに対する増加した抵抗性をもたらす、さらなる改変は、成熟FVIIナンバリングによるアミノ酸位置286の改変を含有する改変FVIIポリペプチドに対してなすことができる。たとえば、TFPIに対するそのような抵抗性は、そのような結合を低下させまたは予防し、それによって、凝固開始に関して、TFPIの天然に阻害性の効果に対して抵抗性の改変FVIIポリペプチドを作製するために、TFPIとの相互作用および結合に関与する、FVIIにおける1つまたは複数の残基の突然変異によって達成することができる。たとえば、その改変は、FVII/TFPI接触残基または相互作用表面に近接した残基であるアミノ酸残基でなすことができる。
一例において、第X因子に対する増加した触媒活性をもたらすさらなる改変は、本明細書において提供される改変第VII因子ポリペプチドに対してなすことができる。たとえば、改変は、結果として生じる改変FVIIポリペプチドが、TFに対する親和性を増加させ、それによってFXに対する増加した活性を示すように、その補因子、TFとの相互作用に関与するアミノ酸に対してなすことができる。改変はまた、FXに対する改変FVIIポリペプチドの内因活性が、非改変ポリペプチドの活性と比較して増加するように、FVIIポリペプチドの活性化ポケットに対してなすこともできる。増加した活性をもたらす他の改変戦略は、タンパク質の折り畳みおよびコンホメーションが、より活性な形態に変化するような、FVIIポリペプチドの改変を含む。たとえば、アミノ酸置換は、プロテアーゼドメインのα−ヘリックスループ領域(配列番号3において記載される成熟配列の位置305〜321に対応する)が、プロテアーゼドメインの主要部に対してより密接に安定化され、折り畳まれて、改変FVIIポリペプチドに対してよりチモーゲン様の形状を付与するように、なすことができる。より活性のポリペプチドはまた、FVIIポリペプチドのβ鎖において含まれるアミノ酸の改変によって達成することができる。たとえば、改変FVIIポリペプチドをより活性の形態に「固定する」ために機能することができる、新しいジスルフィド結合を形成することができる、新しいシステイン対を導入するアミノ酸置換は、なすことができる。
本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドはまた、プロテアーゼに対するポリペプチドの増加した抵抗性をもたらす、さらなる改変を含有することができる。たとえば、1つまたは複数の潜在的なタンパク質分解による切断部位を除去するアミノ酸置換は、なすことができる。改変FVIIポリペプチドは、したがって、プロテアーゼに対してより抵抗性になり、それによって、改変ポリペプチドの安定性および半減期を増加させることができる。
本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドはまた、リン脂質に対する親和性を増加させるための1つまたは複数のさらなる改変を含有することができる。FVIIの血液凝固活性は、活性化血小板の表面上に発現されるものなどのようなリン脂質に対するポリペプチドの結合性および/または親和性を増加させることによって増強することができる。これは、たとえば、内因性FVII Glaドメインを改変することによって、達成することができる。改変は、ホスファチジルセリンおよび他の負電荷リン脂質に結合するための、増加した能力を有する改変FVIIポリペプチドをもたらす、FVIIポリペプチドのGlaドメインにおける1つまたは複数の位置のアミノ酸置換によって達成することができる。内因性FVII Glaドメインを含有する、本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドに対してなすことができる、リン脂質結合性および/または親和性を増加させるためのさらなる改変の例は、Harvey et al. (2003) J Biol Chem 278:8363-8369、US20030100506、US20040220106、US20060240526、US6017882、US6693075、US6762286、WO200393465、およびWO2004111242において記載されるものを含むが、これらに限定されない。例示的なそのような改変は、位置4での、チロシンの任意の1つもしくは複数の挿入または任意の1つまたは複数のP10Q、P10E、P10D、P10N、R28F、R28E、K32E、K32D、D33F、D33E、D33K A34E、A34D、A34I、A34L、A34M、A34V、A34F、A34W、A34Y、R36D、R36E、K38E、およびK38Dの改変を含む。
タンパク質のグリコシル化の程度、レベル、および/または型の改変は、免疫原性を低下させる、安定性を増加させる、投与の頻度を低下させる、および/または炎症などのような有害な副作用を低下させるための手段として当技術分野において記載されている。通常、これは、グリコシル化レベルを増加させることによって達成される。グリコシル化部位は、ポリペプチドが、グリコシル化が可能な真核細胞において産生される場合、それが、グリコシル化されるように、ポリペプチド上の炭水化物部分に対する付加のための部位を提供する。
本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドのさらなる改変はまた、化学基の続く連結を容易にするためになすこともできる。1つまたは複数のアミノ酸置換またはアミノ酸挿入は、化学基が、置換アミノ酸を介して改変FVIIポリペプチドに連結することができるように、なすことができる、たとえば、システインは、改変FVIIポリペプチドに対して導入することができ、ポリエチレングリコール(PEG)部分は、これに連結して、増加した安定性および血清半減期を付与することができる。他の付加残基は、リシン、アスパラギン酸、およびグルタミン酸残基を含む。いくつかの実施形態において、アミノ酸残基は、潜在的な連結位置の数を低下させるために交換される。たとえば、リシンの数は、低下させることができる。化学基との続く連結を容易にすることができる、FVIIポリペプチドのアミノ酸配列に対してなすことができる改変の例は、US20030096338、US20060019336、US6806063、WO200158935、およびWO2002077218において記載されるものを含むが、これらに限定されない。化学基との続く連結を容易にすることができる、FVIIポリペプチドの例示的な改変の非限定的な例は、Q250C、R396C、P406C、I42K、Y44K、L288K、D289K、R290K、G291K、A292K、T293K、Q313K、S314K、R315K、V317K、L390K、M391K、R392K、S393K、E394K、P395K、R396K、P397K、G398K、V399K、L400K、L401K、R402K、A403K、P404K、F405K、I30C、K32C、D33C、A34C、T37C、K38C、W41C、Y44C、S45C、D46C、L141C、E142C、K143C、R144C、L288C、D289C、R290C、G291C、A292C、S314C、R315C、K316C、V317C、L390C、M391C、R392C、S393C、E394C、P395C、R396C、P397C、G398C、V399C、L401C、R402C、A403C、P404C、I30D、K32D、A34D、T37D、K38D、W41D、Y44D、S45D、D46C、L141D、E142D、K143D、R144D、L288D、R290D、G291D、A292D、Q313D、S314D、R315D、K316D、V317D、L390D、M391D、R392D、S393D、P395D、R396D、P397D、G398D、V399D、L401D、R402D、A403D、P404D、130E、K32E、A34E、T37E、K38E、W41E、Y44E、S45E、D46C、L141E、E142E、K143E、R144E、L288E、R290E、G291E、A292E、Q313E、S314E、R315E、K316E、V317E、L390E、M391E、R392E、S393E、P395E、R396E、P397E、G398E、V399E、L401E、R402E、A403E、P404E、K18R、K32R、K38R、K62R、K85R、K109R、K137R、K143R、K148R、K157R、K161R、K197R、K199R、K316R、K337R、K341R、K389R、K18Q、K32Q、K38Q、K62Q、K85Q、K109Q、K137Q、K143Q、K148Q、K157Q、K161Q、K197Q、K199Q、K316Q、K337Q、K341Q、K389Q、K18N、K32N、K38N、K62N、K85N、K109N、K137N、K143N、K148N、K157N、K161N、K197N、K199N、K316N、K337N、K341N、K389N、K18H、K32H、K38H、K62H、K85H、K109H、K137H、K143H、K148H、K157H、K161H、K197H、K199H、K316H、K337H、K341HおよびK389Hを含むが、これらに限定されない。
非改変FVIIポリペプチドの1つまたは複数の特性または活性に影響を及ぼすように設計される2つ以上の改変を有する改変FVIIポリペプチドが、本明細書において提供される。いくつかの例において、2つ以上の改変は、FVIIポリペプチドの2つ以上の特性または活性を変化させる。改変は、1つまたは複数の触媒活性、AT−IIIに対する抵抗性、TFPIに対する抵抗性、Zn2+による阻害に対する抵抗性、内因活性、アミド分解活性、リン脂質結合性および/または親和性、グリコシル化、プロテアーゼに対する抵抗性、半減期、ならびにFX、FIX、血清アルブミン、および血小板インテグリンαIIbβ3などのような他の因子または分子との相互作用が変化するように、FVIIポリペプチドに対してなすことができる。典型的には、2つ以上の改変は、結果として生じる改変FVIIポリペプチドが、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増加した血液凝固活性、血液凝固活性の増加した継続期間、および/または増強された治療指数を有するように組み合わせられる。その改変は、アミノ酸置換、アミノ酸挿入、またはアミノ酸欠失を含むことができる。2つ以上の改変を含有する改変FVIIポリペプチドの増加した血液凝固活性、血液凝固活性の増加した継続期間 および/または増強された治療指数は、出発FVIIaポリペプチドまたは非改変FVIIaポリペプチドの活性と比較して、少なくともまたは約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%、130%、140%、150%、160%、170%、180%、190%、200%、300%、400%、500%、またはそれ以上増加させることができる。
改変FVIIポリペプチドもしくはそのFVIIのドメインを含むFVIIポリペプチドまたは他のビタミンKポリペプチドは、タンパク質精製および組換えタンパク質発現について当技術分野においてよく知られている方法によって得ることができる。所望の遺伝子をコードする核酸の同定のための、当業者に知られている任意の方法を使用することができる。当技術分野において入手可能な任意の方法は、細胞源または組織源からなどのように、たとえば肝臓からなどのように、FVIIポリペプチドまたは他のビタミンKポリペプチドをコードする完全長(つまり全コード領域を包含する)cDNAまたはゲノムDNAクローンを得るために使用することができる。本明細書において記載される改変FVIIポリペプチドは、部位特異的突然変異誘発などによって、操作することができる。
1つまたは複数のFVIIタンパク質の組換え発現のために、FVIIタンパク質をコードするヌクレオチド配列のすべてまたは一部分を含有する核酸は、適切な発現ベクター、つまり、挿入タンパク質コード配列の転写および翻訳に必要な要素を含有するベクターに挿入することができる。例示的なそのようなベクターは、たとえばpCMVなどのような任意の哺乳動物発現ベクターである。必要な転写シグナルおよび翻訳シグナルはまた、FVII遺伝子についての天然プロモーターおよび/またはそれらのフランキング(flanking)領域によって供給することもできる。
FVIIポリペプチド(改変および非改変)は、たとえば、宿主細胞、宿主動物の中への、FVIIをコードする核酸分子の導入およびインビトロにおける、FVIIをコードする核酸分子からの発現などのような、インビトロおよびインビボにおける方法を含む、タンパク質産生のための、当技術分野において知られている任意の方法によって産生することができる。FVIIおよび改変FVIIポリペプチドは、投与および処置に必要な、必要とされる量および形態のFVIIポリペプチドを産生するのに適した任意の生物において発現することができる。発現宿主は、大腸菌、酵母、植物、昆虫細胞、ヒト細胞株および形質転換動物を含む哺乳動物細胞などのような原核生物および真核生物を含む。発現宿主は、タンパク質産生レベルおよび発現したタンパク質上に存在する翻訳後修飾の種類において異なり得る。発現宿主の選定は、これらの因子ならびに調節および安全性の考慮、産生コスト、ならびに精製の必要性および方法などのような他の因子に基づいてなすことができる。
原核生物、とりわけ大腸菌(E.coli)は、大量のFVIIを産生するための系を提供する(たとえばPlatis et al. (2003) Protein Exp. Purif. 31(2): 222-30およびKhalilzadeh et al. (2004) J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 31(2): 63-69を参照されたい)。大腸菌の形質転換は、当業者らによく知られている単純で速い技術である。大腸菌についての発現ベクターは、高度なレベルのタンパク質発現を誘発するのにおよび宿主細胞に対していくらかの毒性を示すタンパク質を発現するのに有用である誘発性プロモーターを含有することができる。誘発性プロモーターの例は、lacプロモーター、trpプロモーター、ハイブリッドtacプロモーター、T7RNAプロモーターおよびSP6RNAプロモーター、ならびに温度調節性λPLプロモーターを含む。
サッカロマイセス・セレビシエ、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、ヤロウイア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)、クルイベロミセス・ラクチス(Kluyveromyces lactis)、およびピキア・パストリスなどのような酵母は、FVIIのための有用な発現宿主である(たとえばSkoko et al. (2003) Biotechnol. Appl. Biochem. 38(Pt3):257-65を参照されたい)。酵母は、エピソーム複製ベクターを用いて、または相同組換えによる安定した染色体の組み込みによって形質転換することができる。典型的には、誘発性プロモーターは、遺伝子発現を調節するために使用される。そのようなプロモーターの例は、GAL1、GAL7、およびGAL5ならびにCUP1などのようなメタロチオネインプロモーターを含む。発現ベクターは、形質転換DNAの選択および維持のために、LEU2、TRP1、HIS3、およびURA3などのような選択マーカーを含むことが多い。酵母において発現されるタンパク質は、可溶性であることが多く、Bipなどのようなシャペロニンおよびタンパク質ジスルフィドイソメラーゼとの同時発現は、発現レベルおよび溶解性を改善することができる。さらに、酵母において発現されるタンパク質は、サッカロマイセス・セレビシエに由来する酵母接合型アルファ−因子分泌シグナルなどのような分泌シグナルペプチド融合物およびAga2p接合接着受容体またはアークスラ・アデニニボランス(Arxula adeninivorans)グルコアミラーゼなどのような酵母細胞表面タンパク質との融合物を使用して、分泌のために指示され得る。プロテアーゼ切断部位(たとえばKex−2プロテアーゼ)は、ポリペプチドが分泌経路を出る場合に、融合配列をポリペプチドから除去するよう操作することができる。酵母はまた、Asn−X−Ser/Thrモチーフでのグリコシル化も可能である。
特にバキュロウイルス発現系を使用する昆虫および昆虫細胞は、FVIIまたはその改変形態などのようなポリペプチドを発現するのに有用である(たとえばMuneta et al. (2003) J. Vet. Med. Sci. 65(2):219-23を参照されたい)。血リンパにおける発現を含む昆虫細胞および昆虫幼虫は、高レベルのタンパク質を発現し、高等真核生物によって使用されるほとんどの翻訳後修飾が可能である。バキュロウイルスは、安全性を改善し、真核生物の発現の調節性の問題を低下させる制限的な宿主範囲を有する。典型的には、発現ベクターは、高レベルの発現のために、バキュロウイルスのポリヘドリンプロモーターなどのようなプロモーターを使用する。一般的に使用されるバキュロウイルス系は、オートグラファカリフォルニア核多角体病ウイルス(AcNPV)およびカイコ核多角体病ウイルス(BmNPV)などのようなバキュロウイルスならびにヨトウガに由来するSf9、シューダレティア・ユニプンクタ(Pseudaletia unipuncta)(A7S)、およびオオカバマダラ(DpN1)などのような昆虫細胞系を含む。高度な発現のために、発現されることとなる分子のヌクレオチド配列は、ウイルスのポリヘドリン開始コドンのすぐ下流に融合される。哺乳動物分泌シグナルは、昆虫細胞において厳密に処理され、発現タンパク質を培地の中に分泌するために使用することができる。さらに、細胞株シューダレティア・ユニプンクタ(A7S)およびオオカバマダラ(DpN1)は、哺乳動物細胞系に類似するグリコシル化パターンを有するタンパク質を産生する。
哺乳動物発現系は、FVIIポリペプチドを発現するために使用することができる。発現構築物は、アデノウイルスなどのようなウイルス感染によってまたはリポソーム、リン酸カルシウム、DEAE−デキストランなどのような直接的DNA移入によってならびに電気穿孔および微量注射などのような物理的手段によって、哺乳動物細胞に移入することができる。哺乳動物細胞のための発現ベクターは、mRNAキャップ部位、TATAボックス、翻訳開始配列(Kozakコンセンサス配列)、およびポリアデニル化要素を典型的に含む。そのようなベクターは、高度なレベルの発現のための転写プロモーター−エンハンサー、たとえばSV40プロモーター−エンハンサー、ヒトサイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、ラウス肉腫ウイルス(RSV)の長末端反復配列を含むことが多い。これらのプロモーター−エンハンサーは、多くの細胞型において活性である。組織プロモーターおよび細胞型プロモーターならびにエンハンサー領域もまた、発現に使用することができる。例示的なプロモーター/エンハンサー領域は、エラスターゼI、インスリン、免疫グロブリン、マウス乳癌ウイルス、アルブミン、アルファフェトプロテイン、アルファ1抗トリプシン、ベータグロビン、ミエリン塩基性タンパク質、ミオシン軽鎖2、および生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン遺伝子制御などのような遺伝子に由来するものを含むが、これらに限定されない。選択マーカーは、発現構築物を有する細胞を選択し、維持するために使用することができる。選択マーカー遺伝子の例は、ハイグロマイシンBホスホトランスフェラーゼ、アデノシンデアミナーゼ、キサンチン−グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ、アミノグリコシドホスホトランスフェラーゼ、ジヒドロ葉酸レダクターゼ、およびチミジンキナーゼを含むが、これらに限定されない。TCR−ζおよびFcεRI−γなどのような細胞表面シグナリング分子を有する融合物は、活性状態にあるタンパク質の、細胞表面上での発現を指示することができる。
形質転換植物細胞および形質転換植物は、FVIIの発現に使用することができる。発現構築物は、微粒子銃などのような直接的DNA移入およびプロトプラストの中へのPEG媒介性移入を使用してならびにアグロバクテリウム媒介性形質転換を用いて、植物に典型的に移入される。発現ベクターは、プロモーター配列およびエンハンサー配列、転写終結要素、ならびに翻訳制御要素を含むことができる。発現ベクターおよび形質転換技術は、シロイヌナズナおよびタバコなどのような双子葉植物宿主ならびにトウモロコシおよびイネなどのような単子葉植物宿主の間で通常分けられる。発現に使用される植物プロモーターの例は、カリフラワーモザイクウイルスプロモーター、ノパリンシンターゼプロモーター、リボースビスリン酸カルボキシラーゼプロモーター、ならびにユビキチンプロモーターおよびUBQ3プロモーターを含む。ハイグロマイシン、ホスホマンノースイソメラーゼ、およびネオマイシンホスホトランスフェラーゼなどのような選択マーカーは、形質転換細胞の選択および維持を容易にするために使用されることが多い。形質転換植物細胞は、細胞、凝集体(カルス組織)として培養において維持することができる、または完全な植物に再生成させることができる。植物は、哺乳動物細胞とは異なるグリコシル化パターンを有するので、これは、これらの宿主においてFVIIを産生するための選定に影響を及ぼし得る。形質転換植物細胞はまた、タンパク質を産生するよう操作された藻類を含むこともできる(たとえばMayfield et al. (2003) PNAS 100:438-442を参照されたい)。植物は、哺乳動物細胞とは異なるグリコシル化パターンを有するので、これは、これらの宿主においてFVIIを産生するための選定に影響を及ぼし得る。
宿主細胞に由来するFVIIポリペプチドの精製のための方法は、選定される宿主細胞および発現系に依存する。分泌分子については、タンパク質は、細胞を除去した後に培養液から一般に精製される。細胞内発現については、細胞を溶解させ、タンパク質を抽出物から精製することができる。形質転換植物および形質転換動物などのような形質転換生物が、発現に使用される場合、組織または器官は、溶解した細胞抽出物を作製するために出発物質として使用することができる。さらに、形質転換動物産生は、乳または卵におけるポリペプチドの産生を含むことができ、これは、収集することができ、必要であれば、さらに、タンパク質を抽出し、さらに、当技術分野における標準的な方法を使用して精製することができる。
改変FVIIポリペプチドおよび1つまたは複数の他のポリペプチドを含有する融合タンパク質もまた、提供される。適した経路による投与のために製剤されるそのような融合タンパク質を含有する医薬組成物が提供される。融合タンパク質は、任意の順番で、改変FVIIポリペプチドならびに抗体またはその断片、成長因子、受容体、リガンド、および他のそのような作用物質などのような作用物質を連結することによって、FVIIポリペプチドの精製を容易にする、FVIIポリペプチドの薬力学的特性を、たとえば、標的細胞もしくは標的組織にポリペプチドを向けることによって変化させる、および/またはFVIIポリペプチドの発現もしくは分泌を増加させる目的で形成される。典型的には、任意のFVII融合タンパク質は、非融合ポリペプチドと比較した、96%、97%、98%、99%、またはそれ以上の血液凝固活性を含む、非融合FVIIポリペプチドと比較した、少なくとも約30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、または95%の血液凝固活性を保持する。
改変FVIIポリペプチドは、裸のポリペプチド鎖、または複合体として調製することができる。いくつかの適用のために、翻訳後修飾または他の化学的修飾を有していない「裸の」形態で改変FVIIを調製することは望ましいものとなり得る。裸のポリペプチド鎖は、翻訳後にFVIIを修飾しない適した宿主において調製することができる。そのようなポリペプチドはまた、インビトロ系において、化学的ポリペプチド合成を使用して調製することができる。他の適用のために、ペグ化、アルブミン化、グリコシル化、カルボキシル化、ヒドロキシル化、リン酸化、または他の知られている修飾を含む特定の修飾は、望ましいものとなり得る。改変(修飾)は、インビトロにおいてまたはたとえば、そのような改変(修飾)をもたらす、適した宿主において改変FVIIを産生することによってなすことができる。
FVIIまたは改変FVIIポリペプチドをコードする核酸分子が、本明細書において提供される。核酸分子は、任意のコードFVIIポリペプチドの対立遺伝子変異体またはスプライス変異体を含む。本明細書において提供される例示的な核酸分子は、配列番号113〜273のいずれかにおいて記載されるポリペプチドをコードするいずれかのものなどのような、本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドをコードするいずれかのものである。一実施形態において、本明細書において提供される核酸分子は、少なくとも50、60、65、70、75、80、85、90、91、92、93、94、95、または99%の配列同一性を有する中もしくは高ストリンジェンシーの条件下で、本明細書において提供されるFVIIポリペプチドをコードする完全長の任意の核酸の少なくとも70%に沿ってハイブリダイズする。他の実施形態において、核酸分子は、本明細書において提供されるFVIIポリペプチドのいずれかをコードする縮重コドン配列を有するものを含むことができる。
FVIIポリペプチドの活性および特性は、インビトロにおいておよび/またはインビボにおいて評価することができる。そのような評価のためのアッセイは、当業者らに知られており、試験された活性および結果を、治療活性およびインビボ活性と相互に関連されることが知られている。一例において、FVII変異体は、非改変FVIIおよび/または野生型FVIIと比較して、評価することができる。他の例において、改変FVIIポリペプチドの活性は、AT−IIIに対するインビトロまたはインビボにおける曝露の後に評価することができ、AT−IIIに曝露されていない改変FVIIポリペプチドの活性と比較することができる。そのようなアッセイは、TFの存在下または非存在下において実行することができる。インビトロアッセイは、たとえば、凝固アッセイ、結合アッセイ、タンパク質アッセイ、および分子生物学アッセイを含む、細胞ベースのアッセイなどのような、当業者に知られている任意の検査アッセイを含む。インビボアッセイは、動物モデルにおけるFVIIアッセイおよびヒトに対する投与を含む。いくつかの場合において、FVIIの活性は、アッセイ決定因子に対して、血液、血清、または他の体液を評価することによってインビボにおいて決定することができる。FVII変異体もまた、治療効果などのような活性または特性を評価するためにインビボにおいて試験することができる。
例示的なインビトロアッセイは、ポリペプチド改変および活性を評価するためのアッセイを含む。改変は、当技術分野において知られている、γ−カルボキシル化および他の翻訳後修飾を評価するインビトロアッセイ、タンパク質アッセイ、ならびにコンホメーションアッセイを使用して評価することができる。活性についてのアッセイは、TF、第X因子、および第IX因子などのような他の凝固因子とのFVII相互作用の測定、FVIIポリペプチドのタンパク質分解活性を決定するためのタンパク質分解アッセイ、ホスファチジルセリンおよび他のリン脂質に対するFVIIポリペプチドの結合性および/または親和性を決定するためのアッセイ、ならびに凝固に対するFVIIポリペプチドの効果を決定するための細胞ベースのアッセイを含むが、これらに限定されない。
FVIIポリペプチドはまた、翻訳後修飾の存在について評価することもできる。そのようなアッセイは、当技術分野において知られており、グリコシル化、ヒドロキシル化、およびカルボキシル化を測定するためのアッセイを含む。グリコシル化についての例示的なアッセイにおいて、炭水化物分析は、たとえば、ヒドラジン分解処置またはエンドグリコシダーゼ処置にさらされたFVIIポリペプチドのSDS page分析を用いて実行することができる。ヒドラジン分解は、無水ヒドラジンとのインキュベーションによって、糖タンパク質からN結合型グリカンおよびO結合型グリカンを放出するが、エンドグリコシダーゼによる放出は、PNGase Fを伴い、これは、糖タンパク質から最もN−グリカンを放出する。FVIIポリペプチドのヒドラジン分解処置またはエンドグリコシダーゼ処置は、蛍光体標識または発色団標識と用いてタグを付けることができる還元末端を生成する。標識FVIIポリペプチドは、蛍光体支援炭水化物電気泳動(fluorophore−assisted carbohydrate electrophoresis)(FACE)によって分析することができる。グリカンに対する蛍光性タグはまた、HPLCによる単糖分析、複雑なグリコシル化パターンのプロファイリングまたはフィンガープリンティングに使用することもできる。例示的なHPLC方法は、親水性相互作用クロマトグラフィー、電子相互作用クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、疎水的相互作用クロマトグラフィー、およびサイズ排除クロマトグラフィーを含む。例示的なグリカンプローブは、3−(アセチルアミノ)−6−アミノアクリジン(AA−Ac)および2−アミノ安息香酸(2−AA)を含むが、これらに限定されない。炭水化物部分はまた、グリコシル化FVIIポリペプチドを認識する特異的な抗体の使用を通して検出することができる。β−ヒドロキシル化を測定するための例示的なアッセイは、アルカリ性加水分解にさらされたFVIIポリペプチドの逆相HPLC分析を含む(Przysiecki et al. (1987) PNAS 84:7856-7860)。FVIIポリペプチドのカルボキシル化およびγ−カルボキシル化は、当技術分野において記載されるように、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型(MALDI−TOF)分析を用いるマススペクトロメトリーを使用して評価することができる(たとえばHarvey et al. J Biol Chem 278:8363-8369、Maun et al. Prot Sci 14:1171-1180を参照されたい)。プロペプチド(プロFVII)を含有するFVIIポリペプチドの、翻訳後γ−カルボキシレート修飾を担うカルボキシラーゼとの相互作用は、評価することもできる。カルボキシラーゼの、フルオレセイン(flourescin)標識プロFVIIポリペプチドとのインキュベーションの後の解離定数(Kd)は、異方性によって結合カルボキシラーゼの量を決定することによって測定することができる(Lin et al. (2004) J Biol Chem 279:6560-6566)。
改変FVIIポリペプチドは、タンパク質分解活性について試験することができる。FVIIのタンパク質分解活性は、クロモザイムt−PA(MeSO2−D−Phe−Gly−Arg−pNA)、S−2288(H−D−Ile−Pro−Arg−pNA)、S−2266(H−D−Val−Leu−Arg−pNA)、S−2765(Z−D−Arg−Gly−Arg−pNA)、スペクトロザイムFXaおよびスペクトロザイムFVIIa(CH3SO2−D−CHA−But−Arg−pNA)などのような発色基質を使用して測定することができる。FVIIポリペプチドは、単独でまたはTFの存在下において、様々な濃度の発色基質とインキュベートされる。基質の切断は、容易に入手可能なソフトウェアを使用して、線形回帰によって決定される吸光度および基質加水分解の速度によってモニターすることができる。
FVIIポリペプチドは、当技術分野においてよく知られているアッセイを使用することによって凝固活性について試験することができる。たとえば、アッセイのいくつかは、2ステージ凝血アッセイ(Liebman et al., (1985) PNAS 82:3879-3883);プロトロンビン時間アッセイ(PT、これは、外因性経路におけるFVIIaのTF依存性活性を測定することができる);PT試験の改良であるアッセイ;活性化部分トロンボプラスチン時間(aPTT、これは、FVIIaのTF非依存性の活性を測定することができる);活性化凝血時間(ACT);再石灰化活性化凝血時間;リー−ホワイト凝血時間;またはトロンボエラストグラフィー(TEG)(Pusateri et al. (2005) Critical Care 9:S15-S24)を含むが、これらに限定されない。たとえば、改変FVIIポリペプチドの凝固活性は、PTベースのアッセイによって決定することができる。FVIIは、FVII欠損血漿において希釈され、Dade BehringからのInnovin(商標)として入手可能なものなどのようなプロトロンビン時間試薬(リン脂質およびカルシウムと組換えTF)と混合される。血餅形成は、光学的に検出され、血餅までの時間は、決定され、FVII欠損血漿のみに対して比較される。
阻害アッセイは、たとえばAT−IIIおよびTFPIまたはZn2+などのような分子などのようなFVII阻害因子に対する改変FVIIポリペプチドの抵抗性を測定するために使用することができる。他の阻害因子についての阻害の評価もまた、試験することができ、他のセリンプロテアーゼ阻害因子およびFVII特異的抗体を含むが、これらに限定されない。阻害は、たとえばAT−III、TFPI、またはZn2+の、TFありおよび/またはなしでプレインキュベートされたFVIIポリペプチドとのインキュベーションによって評価することができる。次いで、FVIIの活性は、上記に記載される、任意の1つまたは複数の活性アッセイまたは凝固アッセイを使用して測定することができ、AT−III、TFPI、またはZn2+による阻害は、阻害因子とインキュベートされたFVIIポリペプチドの活性を、阻害因子とインキュベートされなかったFVIIポリペプチドの活性と比較することによって、評価することができる。
ホスファチジルセリン(PS)および他のリン脂質に対する改変FVIIポリペプチドの結合性および/または親和性は、当技術分野においてよく知られているアッセイを使用して決定することができる。高度に純粋なリン脂質(たとえば既知濃度のウシPSおよび卵ホスファチジルコリン(PC)これは、Sigmaからなどのように入手可能である)は、有機溶媒において、小さな単層リン脂質小胞を調製するために使用することができる。これらのPS/PC小胞へのFVIIポリペプチドの結合は、入射光に対する90°での相対的な光散乱によって決定することができる。PS/PC単独でのおよびPS/PC/FVIIでの光散乱の強度は、解離定数を決定するために測定される(Harvey et al. J Biol Chem 278:8363-8369)。BIAcoreバイオセンサー機器でなどのような表面プラズマ共鳴は、リン脂質膜に対するFVIIポリペプチドの親和性を測定するために使用することもできる(Sun et al. Blood 101:2277-2284)。
非ヒト動物モデルは、改変FVIIポリペプチドの活性、効能、および安全性を評価するために使用することができる。たとえば、非ヒト動物は、疾患または状態についてのモデルとして使用することができる。非ヒト動物は、疾患進行に対する効果をモニターするために、配列番号113〜273のいずれかにおいて記載される任意のFVII変異体などのようなFVII変異体の投与前に、疾患誘発物質および/または表現型誘発物質を注射することができる。遺伝モデルもまた、有用である。たとえば、血友病Aを示す第VIII因子ノックアウトマウスなどのような、1つまたは複数の遺伝子の過剰発現、過小発現、またはノックアウトによって疾患または状態を模倣するマウスなどのような動物は、産出することができる(Bi et al. (1995) Nat Gen 10:119-121)。そのような動物は、当技術分野においてよく知られているトランスジェニック動物産生技術または天然に存在する突然変異株もしくは誘発突然変異株を使用して産出することができる。FVIIと関連する疾患の有用な非ヒト動物モデルの例は、出血障害、特に血友病または血栓症の疾患のモデルを含むが、これらに限定されない。傷害に対する非ヒト動物モデルはまた、FVIIポリペプチドの凝固活性などのような活性を評価するために使用することもできる。これらの非ヒト動物モデルは、野生型FVIIポリペプチドと比較して、FVII変異体の活性をモニターするために使用することができる。
多くのアッセイは、臨床的使用のためのFVIIの活性を評価するのに入手可能である。そのようなアッセイは、インビボにおける凝固、タンパク質安定性、および半減期の評価ならびに表現型アッセイを含むことができる。表現型アッセイおよびFVII処置の治療効果を評価するためのアッセイは、FVIIの血液レベルの評価(たとえば、肥満度指数(BMI)について修正するための、投与前のならびに第1の投与の後、最後の投与直後、および中間の時点を含む投与の後の時点の血清FVIIの測定)、FVIIを用いる処置の後の、上記に記載される方法を使用する、インビトロにおける血液凝固の評価(たとえばPTアッセイ)、ならびに非改変FVIIおよび/もしくは野生型FVIIまたは偽薬を用いて処置される対象と比較した、長い間にわたる症状の回復を含む、FVII処置に対する表現型の応答を含む。FVIIポリペプチドを用いて処置される患者は、失血、輸血必要量、およびヘモグロビンについてモニターすることができる。患者は、ルーチン的な投与または反復投与のためにある期間にわたりまたは出血、外傷、もしくは手術手技などのような急性事象に応じた投与の後に定期的にモニターすることができる。
出血障害の処置における使用のための組成物は、本明細書において提供される。そのような組成物は、治療有効量の本明細書において記載される第VII因子ポリペプチドを含有する。有効濃度のFVIIポリペプチドまたは薬学的に許容可能なその誘導体は、全身投与、局所投与、または局所的投与のための適した医薬担体または医薬媒体と混合される。化合物は、選択される障害の処置に有効な量で含まれる。組成物における活性化合物の濃度は、活性化合物の吸収、不活性化、排泄率、投薬スケジュール、および投与される量ならびに当業者に知られている他の因子に依存するであろう。
改変FVIIを含有する医薬組成物は、選択される量のポリペプチドを、1つまたは複数の生理学的に許容可能な担体または賦形剤と混合することによって、任意の従来の様式において製剤することができる。担体または賦形剤の選択は、投与する医者の技術の範囲内にあり、多くのパラメーターに依存し得る。これらは、たとえば、投与のモード(すなわち、全身、経口、経鼻、経肺、局所的、局所、または任意の他のモード)および処置される障害を含む。本明細書において提供される医薬組成物は、単回投与での(直接的)投与のためにまたは希釈もしくは他の改変のために製剤することができる。製剤における化合物の濃度は、意図される処置に有効な、投与の際の量のデリバリーに有効である。典型的には、組成物は、単回投与での投与のために製剤される。組成物を製剤するために、化合物またはその混合物の重量分率は、処置される状態が軽減するまたは回復するような有効濃度で、選択される媒体において溶解される、懸濁される、分散される、または他の形で混合される。
投与される治療剤の正確な量または用量は、特定のFVIIポリペプチド、投与の経路、ならびにその疾患の重症度ならびに対象の体重および全身状態などのような他の考慮に依存する。治療剤の局所的濃度が、いくつかの場合において、全身投与に際して安全性を伴って達成することができるものよりも、局所的投与の後に、高いものとなり得るが、治療剤の局所的投与は、典型的には、全身投与のあらゆるモードよりも低い用量を必要とするであろう。必要であれば、特定の投薬量および継続期間ならびに処置プロトコールは、経験的に決定するまたは推定することができる。たとえば、組換えFVIIポリペプチドおよび天然FVIIポリペプチドの例示的な用量は、適切な投薬量を決定するための出発点として使用することができる。たとえば、rFVIIaに活性化された組換えFVII(rFVIIa)ポリペプチド、Novoseven(登録商標)は、少なくとも2μg/mlの有効な循環レベルを達成する、2〜5分間にわたるボーラス注入によって90μg/kgの投薬量で、出血エピソードを経験している血友病Aまたは血友病Bを有する患者に投与されてきた。止血が達成されるまで、その用量は、2時間ごとに反復される。本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、そのような組換えFVIIと比較して、低下した投薬量および/または頻度で有効となり得る。たとえば、本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、80μg/kg、70μg/kg、60μg/kg、50μg/kg、40μg/kg、30μg/kg、20μg/kg、15μg/kg、またはそれ以下の投薬量で投与することができる。いくつかの実施形態において、投薬量は、100μg/kg、110μg/kg、120μg/kg、またはそれ以上などのような、より高いものとすることができる。処置の継続期間および注射の間の間隔は、出血の重症度および処置に対する患者の応答に応じて変わるであろう、また、適宜、調整することができる。非改変FVIIと比較した、改変FVIIの活性のレベルおよび半減期などのような因子は、投薬量の決定をなす場合、考慮に入れることができる。特定の投薬量およびレジメンは、経験的に決定することができる。
医薬品の治療的に活性な化合物およびその誘導体は、典型的には、単位剤形または複数回の剤形で製剤され、投与される。製剤は、適した量の化合物または薬学的に許容可能なその誘導体を含有する、錠剤、カプセル剤、丸剤、散剤、顆粒、滅菌した非経口水剤または非経口懸濁剤、経口水剤または懸濁剤、および油水乳剤を含むが、これらに限定されない剤形で、ヒトおよび動物に対する投与のために提供することができる。それぞれの単位用量は、必要とされる医薬担体、医薬媒体、または医薬希釈剤と関連して、望ましい治療効果をもたらすのに十分な所定の量の治療的に活性な化合物を含有する。単位用量形態の例は、アンプルおよびシリンジならびに個々に包装される錠剤またはカプセル剤を含む。いくつかの例において、単位用量は、投与前に再構成される凍結乾燥散剤として提供される。たとえば、FVIIポリペプチドは、注射のための単一用量水剤を生成するために、適した水剤を用いて再構成される凍結乾燥散剤として提供することができる。いくつかの実施形態において、凍結乾燥散剤は、滅菌蒸留水を用いる再構成によって、緩衝液または食塩水におけるFVIIポリペプチドをもたらすように、FVIIポリペプチドおよび塩などのような、さらなる構成成分を含有することができる。単位用量形態は、分割してまたはそれを複数にして投与することができる。複数用量形態は、分離した単位用量形態で投与されるように、単一の容器中に包装される複数の同一単位剤形である。複数用量形態の例は、バイアル、錠剤もしくはカプセル剤のボトル、またはパイントもしくはガロンのボトルを含む。したがって、複数用量形態は、包装において分離されない複数の単位用量である。
本明細書において提供されるFVIIポリペプチド(つまり活性化合物)は、体液または他の組織サンプルなどのような混合物をFVIIポリペプチドと接触させることによって、インビトロ、エクスビボ、またはインビボにおいて投与することができる。たとえば、エクスビボにおいて化合物を投与する場合、対象からの体液または組織サンプルは、たとえばバイパス機械におけるチューブまたはフィルターなどのようなチューブまたはフィルター上にコーティングされているFVIIポリペプチドと接触させることができる。インビボにおいて投与される場合、活性化合物は、液体形態、半液体形態、または固体形態において、任意の適切な経路によって、たとえば経口的に、経鼻的に、経肺で、非経口的に、静脈内に、皮内に、皮下に、関節内に、槽内に眼内に、脳室内に、鞘内に、筋肉内に、腹腔内に、気管内に、または局所におよびその任意の2つ以上の任意の組み合わせによって、投与することができ、投与のそれぞれの経路に適した様式において製剤される。改変FVIIポリペプチドは、1回または2回、3回、4回、もしくは治療効果を達成するために必要とされる任意の回数などのように、1回よりも多く投与することができる。複数回の投与は、任意の経路または経路の組み合わせを介して達成することができ、1時間ごと、2時間ごと、3時間ごと、4時間ごとに、またはそれ以上で投与することができる。
改変FVIIポリペプチドをコードする核酸分子および遺伝子治療に適したそれらをコードする発現ベクターの組成物もまた、提供される。タンパク質を送達するのではなく、全身的にまたは他の経路によってまたはリンパ球を含む細胞の除去、その中への核酸の導入、および宿主または適合性のあるレシピエントへの再導入など、エクスビボなどで、核酸をインビボにおいて投与することができる。
本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、組換えFVIIが利用される任意の状態の処置に使用することができる。典型的には、そのような処置は、増加した止血性の応答などのような増加した凝固が望ましいものを含む。改変FVIIポリペプチドは、単独でまたは他の作用物質と組み合わせて治療活性を有する。本明細書において提供される改変ポリペプチドは、治療活性を保持するが、改変特性、特にAT−IIIに対する増加した抵抗性および増加した触媒活性を示すように設計される。本明細書において提供される改変ポリペプチドはまた、TFPIに対する増加した抵抗性、Zn2+の阻害効果に対する増加した抵抗性、血清半減期などのような改善された薬物動態学的特性、活性化血小板に対する増加した結合性および/もしくは親和性、血清アルブミンに対する増加した結合性および/もしくは親和性ならびに/または血小板インテグリンαIIbβ3に対する増加した結合性および/もしくは親和性を示すこともできる。そのような改変特性は、たとえば、改変FVIIポリペプチドの増加した血液凝固活性により、ポリペプチドの治療有効性を改善することができる。この部は、例示的な使用および投与方法を提供する。これらの記載される療法は、例示的なものであり、改変FVIIポリペプチドの適用を限定しない。
a. 血友病
先天性の血友病は、血漿における凝固因子のレベルが減少しており、凝固カスケードの崩壊およびブロット凝血時間の増加に至る、劣性の血液障害である。血友病Aは、血友病のすべての症例の約85%を占めるが、X染色体上の第VIII因子遺伝子における突然変異(1つまたは複数)に起因し、FVIIIタンパク質の欠乏症または機能障害に至る。血友病Bは、凝固因子、FIXの欠乏症または機能障害によって引き起こされ、一般に、X染色体上のFIX遺伝子における点突然変異または欠失に起因する。血友病Aの世界的な発生率は、5000人の男性個人当たり約1症例であり、血友病Bについて、25000人の男性当たり1症例である。血友病AおよびBは、軽度、中程度、または重症にさらに分類される。通常機能する第VIII因子または第IX因子の5%〜25%を有する血漿レベルは、軽度として分類され、1%〜5%は、中程度であり、1%未満は、重症である。血友病Cは、FIX欠乏症と呼ばれることが多いが、比較的軽度で珍しい疾患であり、常染色体劣性様式において、100000人のうち約1人に影響を及ぼす。
第VII因子欠乏症は、500000人のうちの約1人に影響を及ぼす常染色体劣性出血障害である。FVII欠乏症は、臨床的に、軽度、中程度、または重症となり得、軽度から中程度の欠乏症は手術および外傷の後の増加した出血によって特徴づけられる。重症のFVII欠乏症(1%未満のFVII活性)を有する患者は、血友病に対する類似する症状を経験する。たとえば、FVII欠損対象は、関節出血、自発的な鼻出血、消化管出血、尿路出血を起こしやすい。脳内の大量出血および筋肉出血もまた、報告されたが、女性は、重症の月経過多(大量の月経出血)を経験し得る。処置は、代償療法によって達成することができる。組換えFVIIa産物(NovoSeven(登録商標)、Novo Nordisk)は、先天性のFVII欠乏症を有する患者における出血エピソードの処置についておよび先天性のFVII欠乏症を有する患者における外科的介入または侵襲性手技における出血の予防について承認され、許可された。したがって、本明細書における改変FVIIポリペプチドは、同様に使用することができる。本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、FVII欠損患者における、出血エピソードの処置および外科的介入または侵襲性手技における出血の予防において使用することができる。たとえば、頭蓋内の出血を有する重症のFVII欠乏症を示す新生児の患者は、凝固を達成し、かつ止血を維持するために、静脈内ボーラスによって、改変FVIIポリペプチドを投与することができる。一般に、改変FVIIポリペプチドは、活性化FVII(FVIIa)ポリペプチドとして投与される。
他の出血障害は、凝固を促進するために、本明細書において提供されるFVIIポリペプチドを用いて処置することができる。第V因子および第X因子の先天性の欠乏症もまた、血液凝固時間の増加の症状を示し、可能性として、治療用量のFVIIの投与を用いて処置することができる。たとえば、第X因子欠乏症を有する患者は、脾摘出術と関連する出血を制御するためにrFVIIaを投与することができる(Boggio et al. (2001) Br J Haematol 112:1074-1075)。フォンウィルブランド病(vWD)と関連する自発的なおよび手術関連性の出血エピソードはまた、本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドを使用して処置することができる。VWDは、血液凝血タンパク質、フォンウィルブランド因子(vWF)の欠損または欠乏症によって引き起こされる出血障害であり、集団の1%〜2%において生じることが推定される。vWDを有する対象は、容易にあざがつき、再発性鼻出血を有し、抜歯、扁桃摘出術、または他の手術の後に出血し、女性患者は、増加した月経出血を有し得る。改変FVIIポリペプチドは、vWD患者における自発的なおよび手術関連性の出血を回復させるために使用することができる(von Depka et al. (2006) Blood Coagul Fibrin 17:311-316)。たとえばグランツマン血小板無力症およびヘルマンスキー−パドラック症候群などのような、他の血小板関連性の出血障害はまた、低下した内因性凝血活性とも関連する。血小板関連性の出血障害を有する患者における過剰な自発的なまたは手術関連性の出血もまた、治療用量の改変FVIIポリペプチドによって制御することができる。たとえば、手術を受けている、グランツマン血小板無力症を有する患者は、重大な失血を予防するために、改変FVIIポリペプチドを用いて、手術の前、その後、および/またはその間に処置することができる(van Buuren et al. (2002) Dig Dis Sci 47:2134-2136)。一般に、改変FVIIポリペプチドは、活性化FVII(FVIIa)ポリペプチドとして投与される。
a. 化学療法による後天性の血小板減少症
出血障害はまた、先天性ではなく、後天性のものともなり得る。たとえば、白血病および他の癌のためのなどのような化学療法による処置は、血小板減少症をもたらし得る。これは、おそらく、化学療法を受けている患者の骨髄における血小板産生の損失によるものであり、典型的には、薬物投与の6〜10日後に生じる。後天性の血小板減少症の処置は、通常、血小板、赤血球、または血漿輸血によるものであり、これは、血小板欠乏症に起因し得る、あらゆる異常な自発性の出血を予防するのに働く。化学療法誘発性の血小板減少症または任意の他の後天性もしくは先天性の血小板減少症を有する患者における出血もまた、本明細書において提供される治療量の改変FVIIポリペプチドの投与によって制御することができる。たとえば、胃腸管におけるなどのような、制御されていない出血を有する血小板減少症の患者は、大量出血を停止させるために、治療量のFVIIポリペプチドの静脈内ボーラス注射を施すことができる(Gerotziafas et al. (2002) Am J Hematol 69:219-222)。一般に、改変FVIIポリペプチドは、活性化FVII(FVIIa)ポリペプチドとして投与される。
他の後天性の凝固障害は、本明細書において示される改変FVIIポリペプチドを使用して処置することができる。凝固障害は、劇症肝不全(FHF;肝毒性薬剤、毒素、代謝性疾患、感染症、および虚血によって引き起こされるようなもの)、硬変を含む、他の肝臓疾患、ならびにウィルソン病、ビタミンK欠乏症(抗生物質処置または食餌によって引き起こされるようなもの)、溶血性尿毒症症候群、血栓症血小板減少症(TTC)、および播種性血管内血液凝固症候群(DIC)と関連する疾患を含むが、これらに限定されない状態に起因し得る。従来の処置は、一般に、血漿、赤血球(RBC)、または血小板を用いる輸血によるが、失敗し得る。一実施形態において、改変FVIIポリペプチドは、出血を予防するために、侵襲性手技を受けている、FHFを有する患者に投与することができる。新鮮凍結血漿(FFP)を用いる従来の処置は、失敗することが多く、大量の血漿を必要とし得、容量過負荷および全身浮腫(皮下結合組織への浮腫液の全身性浸潤)をもたらす。たとえば肝生検または肝移植などのような侵襲性の手術の間、その前、および/またはその後の、静脈内ボーラスによる、治療量の改変FVIIポリペプチドを用いる処置は、FHF患者において、出血を予防し、止血を確立することができる。患者は、処置の効能を決定するために、血液のPTによってモニターすることができる(Shami et al. (2003) Liver Transpl 9:138-143)。他の実施形態において、FVIIは、従来の輸血注入に応答しなかった、たとえば、肝機能障害およびDICと関連する重症の帝王切開後の腹腔内の出血などのような、凝固障害と関連する、重症の出血を有する患者に投与することができる(Moscardo et al. (2001) Br J Haematol 113:174-176)。さらに、改変FVIIポリペプチドは、新生児患者および小児患者における凝固障害を処置するために使用することができる。特定の実施形態において、新生児患者および小児患者は、RBC注入および血小板注入などのような従来の処置に応答しない。たとえば、RBC輸血および血小板輸血に応答しない、増加したPTと関連する重症の肺大量出血を有する新生児は、PTを減少させ、かつ止血を確立するために、改変FVIIポリペプチドを投与することができる(Olomu et al. (2002) J Perinatol 22:672-674)。本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増強した凝固活性を示し、そのため、たとえばより低い用量で、より低い頻度で、およびより低い有害反応で投与することができる。一般に、改変FVIIポリペプチドは、活性化FVII(FVIIa)ポリペプチドとして投与される。
骨髄移植(BMT)および幹細胞移植(SCT)の後の重症の出血は、血小板の低下による、これらの手技と関連する、比較的一般的で、生命を脅かす合併症である。たとえば、びまん性肺胞出血(DAH)は、BMTの肺合併症であり、推定される発生率は、移植集団において1〜21%であり、死亡率は、60〜100%である。そのような出血エピソードの従来の処置は、コルチコステロイド処置ならびに血漿、血小板、および/またはRBCを用いる輸血を含むが、これらは、大部分は失敗し、全体的な死亡率は、約50%である(Hicks et al. (2002) Bone Marrow Transpl 30:975-978)。コルチコステロイド注入および/または血小板注入を用いる同時の処置を伴うまたは伴わない静脈内ボーラスによるFVIIの投与は、DAHを処置し、かつ止血を確立するために実行することができる(Hicks et al. (2002) Bone Marrow Transpl 30:975-978)。本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増強した凝固活性を示し、そのため、たとえば、より低用量で、より少ない頻度で、より短い処置継続期間にわたり、および同じ生物学的活性および効能に対するより少ない有害反応で、投与されてもよい。一般に、改変FVIIポリペプチドは、活性化FVII(FVIIa)ポリペプチドとして投与される。
血栓塞栓症などのような状態の処置のための抗凝固療法を受けている患者は、ワルファリン、ヘパリン、およびフォンダパリヌクスなどのような抗凝固薬の急性投与に際して出血エピソードを示し得るまたはそのような療法の長期的な使用法の結果として出血性障害を発症し得る。出血エピソードのための処置は、典型的には、ヘパリンを中和するための、ビタミンK、血漿、外因性FIX、およびプロタミンなどのような凝血促進薬の投与を含む。外因性FVIIの投与はまた、抗凝固薬の効果を中和し、PT、aPTT、および/または凝固の他のマーカーを増加させ、止血を確立するために実行することもできる(Deveras et al. (2002) Ann Inten Med 137:884-888)。本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、抗凝固処置により、後天性の出血障害を有する患者における出血エピソードを制御するための処置において使用することができる。一般に、改変FVIIポリペプチドは、活性化FVII(FVIIa)ポリペプチドとして投与される。
第VIII因子阻害因子は、他の場合であれば健康な個人において自発的に発症し、「後天性血友病」として知られている状態をもたらし得る。後天性血友病は、まれな状態であり、毎年の発生率は、100万人の集団当たり0.2〜1.0である。自己抗体は、主としてIgG4抗体であり、これは、FVIIIに結合した場合、トロンビン切断、フォンウィルブランド因子相互作用、および/またはリン脂質結合に干渉することによって、FVIII活性を阻害する。これは、冒された患者の約87%において生命を脅かす出血をもたらす。出血の一般的な部位は、関節および筋肉において主に出血する遺伝性の血友病を有する患者とは対照的に、皮膚、粘膜、筋肉、および腹膜後腔である。後天性血友病は、出血エピソードを制御するために、活性化プロトロンビン複合体濃縮物または活性化組換え体第VII因子(NovoSeven(R)、Novo Nordisk)を用いて処置することができる。本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増強した凝固活性を示し、そのため、たとえば、より低用量で、より少ない頻度で、より短い処置継続期間にわたり、および同じ生物学的活性および効能に対するより少ない有害反応で、投与することができる。一般に、改変FVIIポリペプチドは、活性化FVII(FVIIa)ポリペプチドとして投与される。
FVIIポリペプチドは、正常な凝固系を有する対象において、手術時および外傷性の失血と関連する出血を処置するための療法として使用することができる。たとえば、FVIIポリペプチドは、凝固を促進し、手術と関連する失血を低下させ、さらに、輸血の必要性を低下させるために、患者に投与することができる。一実施形態において、FVIIポリペプチドは、恥骨後前立腺摘除術を受けている対象に投与することができる。恥骨後前立腺摘除術は、重大な失血およびそれに続く、輸血の必要性と関連することが多い。そのような手術または類似する手術を受けている対象は、手術の部位で凝固を増強することによって手術時の失血を低下させるために、早期手術フェーズにおいて治療量のFVIIの静脈内ボーラスを与えることができる。失血の低下は、これらの患者における輸血の必要性の排除をもたらす(Friederich et al. (2003) Lancet 361:201-205)。FVIIポリペプチドは、急速な止血を達成し、かつ失血を予防するために、他の種類の手術を受けている、正常な凝固を有する患者に投与することができる。典型的に活性化形態(つまりFVIIa)で投与されるFVIIを、手術時の出血を低下させるための療法に使用することができる手術手技の非限定的な例は、心臓弁手術(Al Douri et al. (2000) Blood Coag Fibrinol 11:S121-S127)、大動脈弁置換術(Kastrup et al. (2002) Ann Thorac Surg 74:910-912)、再発性血管周囲細胞腫の切除術(Gerlach et al. (2002) J Neurosurg 96:946-948)、癌手術(Sajdak et al. (2002) Eur J Gynaecol Oncol 23:325-326)、および十二指腸潰瘍に対する手術(Vlot et al. (2000) Am J Med 108:421-423)を含むが、これらに限定されない。FVIIを用いる処置は、手術の部位での止血を促進し、失血を低下させまたは予防し、それによって、輸血の必要性を低下させるまたは消滅させることができる。本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、非改変FVIIポリペプチドと比較して、増強された凝固活性を示すように設計され、そのため、たとえばより低い用量で、より低い頻度で、およびより低い有害反応で投与されてもよい。一般に、改変FVIIポリペプチドは、活性化FVII(FVIIa)ポリペプチドとして投与される。
本明細書において記載される改変FVIIポリペプチドのいずれも、他の生物学的製剤、小分子化合物、および手術を含むが、これらに限定されない他の治療剤または手技と組み合わせて、その前に、それと断続的に、またはそれに続いて、投与することができる。FVII(FVIIaおよびrFVIIaを含む)が必要であるまたは使用されてきたならびに他の作用物質および処置が利用可能である、上記に例証されるものをすべて含む任意の疾患または状態について、FVIIは、それと組み合わせて使用することができる。したがって、本明細書において提供される改変FVIIポリペプチドは、同様に使用することができる。処置されることとなる疾患または状態に依存して、例示的な組み合わせは、他の血漿精製凝固因子または組換え凝固因子、ビタミンK、ビタミンK誘導体、およびプロテインC阻害因子などのような凝血促進薬、血漿、血小板、赤血球、ならびにコルチコステロイドとの組み合わせを含むが、これらに限定されない。
改変FVIIポリペプチドもしくは改変FVIIポリペプチドをコードする核酸またはその誘導体もしくは生物学的活性部分の医薬化合物は、包装材、止血性の疾患または障害の処置に有効な医薬組成物、および改変FVIIポリペプチドまたは核酸分子が、止血性の疾患または障害の処置について使用されることになっていることを示す標識を含有する製品として包装することができる。
実施例1
FVIIのクローニングおよび発現
A. FVIIのクローニング
466アミノ酸ヒトFVIIアイソフォーム前駆体ポリペプチド(P08709;配列番号1において記載される)をコードするヌクレオチドを、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーターを含有する哺乳動物発現ベクター、pCMV Script(Stratagene;配列番号99)の中にクローニングした。手短に言えば、CBO−125(配列番号100)オリゴヌクレオチドおよびCBO−126(配列番号101)オリゴヌクレオチドは、鋳型としてヒトFVII cDNA(Invitrogen)を使用してPCRによってFVII配列を増幅するために、順方向プライマーおよび逆方向プライマーとしてそれぞれ使用した。CBO−125プライマーは、BamHI制限部位(太字)、コザック配列(二重下線)、その後に続く、ATG開始コドンを含む、FVII cDNA配列の5’末端に対する相同性を有する18ヌクレオチド(下線)を含有した。CBO−126プライマーは、EcoRI制限部位(太字)、終止コドン(二重下線)、およびFVII cDNA配列の3’末端に対する相同性を有する21ヌクレオチド(下線)を含有した。
CBO−125順方向プライマー
FVII変異体は、新しく合成されたDNAの中に特定の突然変異を組み込むプライマーとして働く、特異的に設計されたオリゴヌクレオチドと共に、メーカーの説明書に従って、QuikChange II XL部位特異的突然変異誘発キット(Stratagene)を使用して生成した。QuikChange方法は、PfuUltra high−fidelity DNAポリメラーゼによる鋳型DNAの線形増幅を含む。望ましい突然変異を含む相補的プライマーは、鋳型としてクローニングFVII cDNA配列を含有する精製二本鎖スーパーコイルpCMV Scriptベクターを使用して、サイクリングの間に伸長させた。プライマーの伸長は、新しく合成された鎖の中への所望の突然変異の組み込みをもたらし、付着ニック(staggered nick)を有する突然変異プラスミドをもたらした。増幅の後に、核酸は、大腸菌由来pCMV Scriptベクターのdamメチル化親鎖を消化するDpn Iを用いて処置した。これは、メチル化されていない、新しく合成された突然変異プラスミドの「選択」をもたらした。(1つまたは複数の)望ましい突然変異を含有するベクターDNAを、XL10−Goldウルトラコンピテント大腸菌細胞の中に形質転換し、ここで、細菌リガーゼは、ニックを修復し、正常な複製が生じることを可能にした。
ELISAおよびウエスタンブロットによる最初の発現分析のために、FVIIポリペプチドを、BHK−21細胞において発現させた。下記に記載されるものなどのような生化学的アッセイのために、FVIIポリペプチドを、Freestyle(商標) 293−F細胞(Invitrogen)において発現させた。
免疫アッセイは、サンプルにおいて、ヒトFVIIおよびFVIIaの量を定量化するために使用した。ヒトFVIIに対するポリクローナル抗体は、溶液におけるプロテアーゼを捕捉し、検出するために使用した。免疫アッセイは、条件培地もしくは精製ストックのタンパク質濃度を決定するためにまたは他のサンプル、たとえばヒトもしくはマウスの血漿サンプルにおけるFVIIの濃度を決定するために使用することができる。ヒト血液におけるFVIIのベースライン濃度は、約50nMであり、酵素的に活性な形態(FVIIa)は、約1nMである。
細胞培養培地におけるFVIIの発現はまた、ウエスタンブロットによってもアッセイした。FVIIトランスフェクト細胞(BHK−21細胞もしくはCHOXの細胞)に由来する細胞培養培地の無希釈サンプルまたはPBS中2つの系列2倍希釈溶液を含有する一定分量を、Conc.1(無希釈)、Conc.2(2倍希釈)、およびConc.3(4倍希釈)と標識した。サンプルを、10、25、および50ナノグラムのコントロール血漿精製rFVII(American Diagnostica)の隣のSDS pageゲル上に装填した。BHK−21細胞またはCHOX細胞によって産生されたFVIIタンパク質は、一次ポリクローナルウマ抗FVII抗体(American Diagnostica;メーカーの提案する濃度で使用)およびHRPコンジュゲート抗ウマIgG二次抗体(Zymed Laboratoriesからの1mg/mlの溶液の1:2000希釈溶液)を使用して、ウエスタンブロットによって検出した。いくつかの例において、FVIIは、一次ウサギ抗ヒト第VIIa因子抗体(Hematologic Technologies)およびHRPコンジュゲート抗ウサギIgG二次抗体(Invitrogen)を使用して、ウエスタンブロットによって検出した。発現レベルの比較は、コントロール血漿精製rFVIIを用いて行った。結果は、FVIIの約20ng〜50ng以上の範囲の濃度が、細胞培養物の一定分量において存在したことを示す。
FVIIポリペプチドの精製および活性化
FVIIポリペプチドは、機能的Glaドメインを有するFVIIポリペプチドが吸着するであろうQ Sepharose Fast FlowカラムまたはCaptoQカラム(GE Healthcare)、その後に続くカルシウム溶出工程を使用して精製した。典型的には、トランスフェクトしたものに由来する培養上清は、20mM Tris pH8.0および0.01%Tween 20を含有する溶液を用いて2倍希釈し、次いで、500mM EDTA pH8.0を、1.5mMの最終濃度まで希釈サンプルに添加した。サンプルは、最初に緩衝液B(20mM Tris pH8.0、1M NaCl、0.01%Tween 20)、次いで緩衝液A(20mM Tris pH8.0、0.15M NaCl、0.01%Tween 20)を用いてあらかじめ平衡化したQ Sepharose Fast FlowカラムまたはCaptoQカラムに装填する前にろ過した。装填した後に、280nmでのフロースルーの吸光度がベースラインを達するまで、カラムは、緩衝液Aを用いて洗浄した。緩衝液Aは、緩衝液C(20mM Tris pH8.0、0.15M NaCl、0.01%Tween 20、5mM CaCl2)と交換し、ポンプ洗浄は、その系列の緩衝液を完全に交換するために実行した。ポンプ洗浄の完了に際して、緩衝液Cを、8ml/分でカラムに適用して、FVIIポリペプチドを溶出し、これを、画分で収集した。溶出の後に、カラムは、なお画分を収集しながら、ピンク色の色素(培養液に由来)がカラムから洗浄されるまで、緩衝液Bを用いて洗浄した。次いで、カラムは、再利用のためにそれを再平衡化するために緩衝液Aを用いて洗浄した。
溶液中の、触媒的に能力のあるプロテアーゼの濃度の決定
ストック溶液中の、触媒的に能力のあるFVIIaの濃度は、第VIIa因子および可溶性組織因子(sTF)の複合体を、FVIIaの不可逆的ペプチド阻害因子、Phe−Phe−Arg−クロロメチルケトン(FFR−CMK)を用いて滴定することによって決定した。阻害因子は、FVIIaには結合するが、FVIIには結合しない。高濃度のFVIIa(50nM)での長時間にわたるインキュベーションは、プロテアーゼの完全な滴定を保証する。FFR−CMKとのインキュベーションの後のFVIIa/TF複合体の残存活性は、元々のストック溶液中の、触媒的に能力のあるFVIIaの濃度を決定するために測定した。
FVIIaの、その基質、第X因子に対する触媒活性の決定
FVIIa変異体の、その基質、第X因子(FX)に対する触媒活性は、合成基質Spectrafluor FXa上で、FVIIaによる活性化に際して生成されたFXaの活性をアッセイすることによって、蛍光発生アッセイにおいて間接的に評価した。
野生型FVIIaのTF依存性触媒活性は、精製組織因子(TF)の脂質付加形態が、FVIIaの最適な活性を提供するために含まれる蛍光発生アッセイにおいて評価した。Spectrafluor FXa(CH3SO2−D−CHA−Gly−Arg−AMC.AcOH)に対するFXaの酵素活性は、時間の関数として、生成された遊離蛍光体、AMC(7−アミノ−4−メチルクマリン)の吸光度の増加を測定することによって決定した。
kcat/Km,FVIIa=Vmax/Km,FVIIa×1/(0.5×k2×[μMでFVIIa]×(RFU/μM変換係数))
ここで、k2=([S]×kcat,FXa)/(Km,FXa+[S])、kcat,FXaおよびKm,FXaは、kcat,FXa=117秒−1およびKm,FXa=164μMとしてFXa標準物を使用して実験的に決定されるSpectrofluorXaのFXa切断についての定数である。
基質、第X因子(FX)に対するFVIIa変異体の触媒活性を、合成基質Spectrafluor FXa上でのFVIIaによる活性化に際して生成されるFXaの活性をアッセイすることによって、2種類の発色アッセイにおいて間接的に評価した。2つのアッセイは、TF依存性およびTF非依存性の活性の両方を評価するために、脂質付加組織因子の存在下または非存在下において実行した。FVII変異体は、実施例1および2において上記に記載されるように、発現し、精製し、FVIIaに活性化した。ほとんどのFVII変異体は、Freestyle(商標) 293−F細胞においてのみ発現したが、いくつかはまた、BHK−21細胞においても発現した。
組織因子の存在下におけるFVIIa変異体の触媒活性は、少し改変した、上記の実施例4のA部において記載されるアッセイを使用して、評価した。1つのそのような改変は、バックグラウンド活性を低下させるために、ERG−CMKおよびFFR−CMKを用いて処置した第X因子基質プロテアーゼの使用であった(Molecular Innovations)。2種類のデータ分析は、2つの別々のアッセイ;線形範囲分析アッセイおよび双曲線範囲分析アッセイを使用して実行した。線形範囲分析アッセイは、用量曲線の線形範囲における反応速度定数の正確な測定を保証するために、0および150nMの間の一連の第X因子濃度を使用した。対照的に、双曲線範囲分析アッセイは、飽和(双曲線)用量曲線を用いる、反応速度定数の正確な測定を保証するために、0および1.44μMの間の一連の第X因子濃度を使用した。
組織因子の存在下におけるFVIIa変異体の触媒活性は、組織因子が、アッセイにおいて含まれていなかったという点を除いて、上記に記載されるものに類似する間接的アッセイにおいて評価した。したがって、TF非依存性の活性を評価するためのアッセイは、以下のように改変して、本質的に上記に記載されるように実行した。FVIIa変異体溶液は、50nM(または高いTF非依存性活性を有することが予想される変異体については5nM)に希釈した。25μLのそれぞれのFVIIa溶液は、1.0mM Spectrofluor FXa(American Diagnostica)および1050nM、700nM、466.7nM、311.1nM、207.4nM、138.3nM、92.2nM、または0nMの第X因子のうちの1つ(Molecular Innovations)を含有する25μLの基質溶液と混合した。したがって、アッセイについての最終濃度は、50μL/ウェル中25nM FVIIa(または高活性変異体については2.5nM)、0.5mM Spectrofluor FXa、および525nM、350nM、233.3nM、155.6nM、103.7nM、69.1nM、46.1nM、または0nMの第X因子(Molecular Innovations)であった。データ分析は、改変せずに、上記、線形範囲アッセイについて記載されるように実行した。
AT−III/ヘパリンによる、FVIIa/TFまたはFVIIaの阻害の決定
可溶性組織因子(sTF)の存在下または非存在下における、つまり、TF依存性またはTF非依存性の、AT−III/ヘパリン複合体およびFVIIaの間の相互作用の作用強度は、基質、メシル−FPR−ACCに対するFVIIa/sTFの触媒活性について、AT−IIIの様々な濃度の阻害のレベルを測定することによって評価した。K0.5値は、試験したそれぞれのFVIIa変異体について決定し、これは、室温(約25°)での30分間のアッセイにおいてFVIIa変異体の50%阻害(IC50)に必要とされる、AT−IIIのモル濃度に対応する。
FVIIaポリペプチド凝血促進活性のインビボ評価
血友病Aのマウスモデルは、FVIIaポリペプチドの凝血促進活性を評価するために確立した。血友病Aは、抗FVIII抗体の腹腔内投与、その後に続く、出血を開始するための、尾部の先端の手術による除去によって、CD−1マウスにおいて誘発した。FVIIIが欠損しているマウス(FVIII−/−マウス)もまた使用したが、抗FVIII抗体を用いて処置しなかった。次いで、マウスは、FVIIaポリペプチドを用いて処置し、20分間に失われた血液の量は、FVIIaポリペプチドの凝血促進活性を決定するために測定した。
血友病Aのマウスモデルは、FVIIaポリペプチドの凝血促進活性を評価するために確立した。血友病Aは、抗FVIII抗体の投与、その後に続く、出血を開始するための、尾部の先端の手術による除去によって、CD−1マウスにおいて誘発した。次いで、マウスは、FVIIaポリペプチドを用いて処置し、出血を停止させるためにかかった時間およびこの時間の間に失われた血液の量は、FVIIaポリペプチドの凝血促進活性を決定するために測定した。
最初の実験は、CD−1マウスにおいて血友病を誘発するために腹腔内経路によって与えられた場合に、抗ヒトFVIII抗体の必要とされる用量ならびに効果の時間および継続期間を決定するために実行した。抗FVIIIの第1のロット(ロット1;Affinity Biologicals、ロットIG129R4)については、これは、最初に、上記に記載されるカニューレ挿入実験に使用した用量に基づくものとした。血友病の状態(20分間のアッセイ期間にわたる、制御されていない出血)を引き起こすために決定した用量は、7.54mg/マウス(80μlの94.25mg/mlストック溶液)であった。このロットは、612マウスBU/mlの中和活性を有した。抗ヒトFVIIIの第2のロット(ロット2;Affinity Biologicals、ロットIG1577R2474、マウスBU/mlの中和活性)については、使用した用量は、11.98mg/マウス(120μlの99.8mg/mlストック溶液)であり、尾部切断の6時間前に投与した。
0.3、1、または3mg/kgの野生型FVIIaを評価した用量応答研究もまた、実行した。媒体を受けたマウスは、20分間のアッセイにおいて、1002.3±60.71μLを失った。これは、3mg/kgの野生型FVIIaを投与したマウスにおいて415.5±90.85μLまで有意に低下した(p<0.05、Kruskal−Wallis検定、その後に続いてDunn事後検定を使用)。1mg/kgへの用量の低下は、679.57±83.95μLの失血をもたらし、より低用量0.3mg/kgは、852.42±94.46μLの失血をもたらした。
媒体のみの注射は、コントロールとして使用した。媒体のみを受けたマウスは、20分間のアッセイにおいて915.2±105.6μLを失い、これは、マウスに組換えヒトFVIIaを投与した場合、352±99.86μL(平均±S.E.M)まで低下した。失われた血液の量は、マウスにQ286R−FVIIa(つまりQ286R突然変異を含有するFVIIa)を投与した場合、165.8±48.41μLまで、Q286R/M298Q−FVIIaで141.3±43.77μLまで、またはV158D/E296V/M298Q−FVIIaで129.5±36.64μLまでさらに低下した。S222A−FVIIaを投与したマウスもまた、野生型FVIIaを投与したマウスと比較して、低下した失血(225.7±62.75μLまで)を示した。Gla Swap FIX−FVIIa、Q366V−FVIIa、またはA122N/G124SFVIIaの投与は、組換えヒトFVIIaを与えたマウスにおいて観察されるものと、およそ同じ量の失血をもたらしたが(それぞれ334.6±54.95μL、321.7±102.6μL、および329.8±83.91μL)、H257A−FVIIa、S222A/Q286R−FVIIa、またはH257A−FVIIaを投与したマウスは、わずかに多い失血を有するように思われた(それぞれ、390±107μL、447.3±127.7μL、および443.7±139.5μL)。
0.1、0.3、1、または3mg/kgのQ286−R−FVIIa、S222A−FVIIa、Q286R/M298Q−FVIIa、またはV158D/E296V/M298Q−FVIIaをマウスに投与した用量応答研究。媒体のみを受けたマウスは、20分間のアッセイにおいて915.2±105.6μLの血液を失った。これは、Q286R−FVIIa(141.3±43.77μL)、S222A−FVIIa(225.7±62.75μL)、またはQ286R/M298Q−FVIIa(129.5±36.64μL)のいずれかの3mg/kgを投与したマウスにおいて有意に低下した(p<0.05、Kruskal−Wallis検定、その後に続いてDunn事後検定を使用)。1mg/kgへの用量の低下は、Q286R−FVIIaを受けたマウスにおいて641±96.48μLおよびS222A−FVIIaを受けたマウスにおいて487.92±92.07μLの失血をもたらした。より低い用量のこのFVIIa変異体は、媒体コントロールを受けたマウスにおいて観察されたものとおよそ同じ失血をもたらした(それぞれ、Q286R−FVIIaおよびS222A−FVIIaについて817.71±107.94μLおよび900.34±115.77μL)。対照的に、1mg/kgのQ286R/M298Q−FVIIaを受けたマウスは、媒体のみのコントロールマウスと比較して、失血を有意に低下させた(69.36±15.55μL)。0.3mg/kgおよび0.1mg/kgのより低い用量では、失血は、それぞれ、538.3±94.04μLおよび664±121.6μLであった。0.3、1、および3mg/kgのV158D/E296V/M298Q−FVIIaを受けるマウスは、それぞれ、754.49±121.6μL、481.95±114.22μL、および133.25±50.09μLの失血を有した。
実験の1セットにより、用量3mg/kgのH216A−FVIIa、H373F−FVIIa、Q366D−FVIIa、およびQ366N−FVIIaを試験した。媒体のみの注射は、コントロールとして使用した。媒体を受けたマウスは、20分間のアッセイにおいて915.2±105.6μLを失った。マウスをH373F−FVIIaを用いて処置した場合、これは、211.1±67.70μLまでさらに低下した。失血は、H216A−FVIIa、Q366D−FVIIa、およびQ366N−FVIIaを用いる処置に際してそれほど影響を及ぼされず、それぞれ、558.6±66.22、577.1±151.4、および477.1±112.6μLの値であった。
用量3mg/kgのQ286R/M298Q/Gla swap FIX−FVIIa、S222A/H257A/Q286R/M158Q−FVIIa、Q286R/M298Q/K341D−FVIIa、およびQ286R/M298Q/H373F−FVIIaの血液凝固活性を、CD−1血友病マウスモデルにおいて評価した。媒体のみの注射は、コントロールとして使用した。媒体を受けたマウスは、20分間のアッセイにおいて803±92.18μLを失った。これは、S222A/H257A/Q286R/M158Q−FVIIaを用いる処置によって118.6±63.27μLまで低下した。3mg/kgのQ286R/M298Q/Gla swap FIX−FVIIaを用いる処置は、媒体グループと比較して、888.89±104.76μLから171.83±62.06μLに、失血を低下させた。Q286R/M298Q/K341D−FVIIaおよびQ286R/M298Q/H373F−FVIIaを評価する実験において、媒体グループからの失血は、813.1±82.66μLであった。これは、Q286R/M298Q/H373F−FVIIaを用いる処置の後に、39.42±5.53μLの失血まで低下した。Q286R/M298Q/K341D−FVIIaは、アッセイにおいてそれほど有効でないように思われ、636.7±121.6μLの失血をもたらした。
0.3、0.5、1、および3mg/kgのS222A/H257A/Q286R/M158Q−FVIIaに対する用量応答を、評価した。媒体を受けたマウスは、20分間のアッセイにおいて832.48±71.70μLを失った。これは、3mg/kgのS222A/H257A/Q286R/M158Q−FVIIaを投与したマウスにおいて118.63±63.27μLまで有意に低下した(p<0.05、Kruskal−Wallis検定、その後に続いてDunn事後検定を使用)。1および0.5mg/kgへの用量の低下は、失血における有意な低下をもたらし(202.69±77.60μLおよび366.52±106.21μL)、より低用量の0.3mg/kgは、媒体レベルと比較してより多くの失血をもたらした(742.04±112μL)。0.1、0.3、1、および3mg/kgのQ286R/M298Q/H373FF−VIIaに対する用量応答もまた、評価し、この実験において、媒体を受けたマウスは、813.15±82.66μLの失血を有した。これは、3mg/kgのQ286R/M298Q/H373F−FVIIaを用いて処置したマウスにおいて39.42±5.52μLまで有意に低下した(p<0.05、Kruskal−Wallis検定、その後に続いてDunn事後検定を使用)。1および0.3mg/kgへの用量の低下は、208.10±105.12および508.9±155.8μLの失血値にそれぞれ至った。試験した最も低用量の0.1mg/kgは、媒体コントロールレベルに近似する失血をもたらした(733.5±152.88μL)。
FVIIIが欠損したマウス(FVIII−/−マウス)を使用する血友病Aのマウスモデルはまた、マウスを抗FVIII抗体を用いて処置しなかった以外は、上記に記載されるのと同じプロトコールを使用して、FVIIaポリペプチドの血液凝固活性を評価するためにも使用した。
0.3、1、3、および6mg/kgのFVIII−/−マウスにおけるNovoSeven(登録商標)および野生型rhFVIIaの血液凝固活性を評価するための用量応答研究を、実行した。NovoSeven(登録商標)実験において、媒体グループにおける失血は、912.79±38.32μLであり、これは、6および3mg/kgのNovoSeven(登録商標)処置によって有意に低下した(361.74±55.28μLおよび586.98±60.56μLまで;p<0.05、Kruskal−Wallis検定、その後に続いてDunn事後検定を使用)。1mg/kgへの用量の低下は、674.84±46.88μLの失血をもたらし、試験した最も低用量で、値は、801.08±41.39μLであった。野生型rhFVIIa実験において、媒体コントロールグループは、904.08±15.38μLの失血をもたらした。これは、6mg/kgの野生型rhFVIIaによって、451.04±74.17μLまで有意に低下した(p<0.05、Kruskal−Wallis検定、その後に続いてDunn事後検定を使用)。3mg/kgへの用量の低下は、695.75±60.50μLの失血値をもたらしたが、1および0.3mg/kgへの用量の低下は、媒体コントロールレベルの近くのおよびコントロールレベルの失血値をもたらした(それぞれ、846.08±34.17μLおよび936.43±31.39μL)。
実験の第1のセットは、3mg/kgの組換えヒトFVIIa(NovoSeven(登録商標)、Novo Nordisk)、V158D/E296V/M298Q−FVIIa、Q286R−FVIIa、およびS222A−FVIIaを試験した。媒体のみの注射は、コントロールとして使用した。媒体を受けるマウスは、20分間のアッセイにおいて942.9±27.37μLの失血を有した。NovoSeven(登録商標)FVII、V158D/E296V/M298Q−FVIIa、Q143R−FVIIa、およびS222A−FVIIaを用いる処置は、失血を、それぞれ468±55.9μL、302.38±73.12μL、697.26±92.22μL、および675.07±35.29μLまで低下させた。Q143R−FVIIaは、3mg/kgでFVIII−/−マウスにおいて再度試験した場合、媒体コントロールグループ(935.54±51.96μL)と比較して、754.84±60.96μLの失血の低下を実証した。5mg/kgで評価した場合、Q143R−FVIIaは、媒体コントロールグループ(960.42±24.5μL)と比較して、445.87±79.62μLまでの失血におけるさらなる低下をもたらした。
いくつかのFVIIa変異体の血液凝固活性は、上記の実施例6.Bにおいて記載されるCD−1マウスを用いて誘発された血友病モデル(IHM)を使用して評価した。プロトコールは、T128N/P129A−FVIIa変異体およびM156Q/H224F−FVIIa変異体の評価を除いて、上記に記載されるものと同じものとし、ヒト抗FVIIIの異なるロット(それぞれ第3および第4)を使用した。抗ヒトFVIIIの第3のロット(ロット3;Affinity Biologicals、ロットIG1603R1、418マウスBU/mlの中和活性)については、使用した用量は、12.17mg/マウス(120μlの101.4mg/mlストック溶液)とし、これは、尾部切断の18時間前に投与した。抗ヒトFVIIIの第4のロット(ロット4;Affinity Biologicals、ロットIG1639R1、875マウスBU/mlの中和活性)については、使用した用量は、8.04mg/マウス(80μlの100.45mg/mlストック溶液)とした。失血は、上記に記載されるように測定し、阻害パーセント(所望の変異体についての平均値を使用し、媒体グループによって割って計算)およびED50値(それぞれ媒体処置動物および正常コントロール動物を用いて観察された失血を用いて応答曲線の上部および下部を制限する非線形回帰分析を使用して決定(GraphPad Prism(登録商標)ソフトウェア、GraphPad Software, Inc.を使用))として表19において下記に示す。
いくつかのFVIIa変異体の血液凝固活性は、上記の実施例6.Bにおいて記載されるCD−1マウスを用いて誘発された血友病モデル(IHM)を使用して評価した。プロトコールは、これらの実験について、抗FVIIIのロット4〜6を使用した以外は、上記に記載されるものと同じものとした。これらのロットについての詳細は、以下のとおりであった:ロット4(上記に詳述)、第5のロット(ロット5;Affinity Biologicals、ロットIG1593R2、255マウスBU/mlの中和活性)については、使用した用量は、12.25mg/マウス(120μlの102.1mg/mlストック溶液)とし、これは、尾部切断の6時間前に投与した。第6のロット(ロット6;Affinity Biologicals、ロットIG1703R2、685マウスBU/mlの中和活性)については、使用した用量は、8.02mg/マウス(80μlの100.2mg/mlストック溶液)とし、これは、実験前日の午後4時に投与した。失血は、上記に記載されるように測定し、阻害パーセント(所望の変異体についての平均値を使用し、媒体グループによって割って計算)それぞれの場合において、用量はすべて、下記の対応する阻害値と一緒に示す、およびED50値(それぞれ媒体処置動物および正常コントロール動物を用いて観察された失血を用いて応答曲線の上部および下部を制限する非線形回帰分析を使用して決定(GraphPad Prism(登録商標)ソフトウェア、GraphPad Software, Inc.を使用))として表20において下記に示す。「n/グループ」は、グループ当たりのマウスの総数を指すのに対して、ED50の計算に関する「n」は、変異体を用いて実行した実験の総数を指す。
小分子基質に対するFVIIaのアミド分解活性のミカエリス メンテン反応速度定数の決定
FVII変異体のアミド分解活性は、ペプチジル基質Spectrozyme FVIIa(CH3SO2−D−CHA−But−Arg−pNA.AcOH)に対するFVIIaポリペプチドのミカエリス メンテン反応速度定数を測定することによって評価することができる。そのようなアッセイは、以下のとおり実行することができる。
Y=((kcatKm/1000000)×X×[E])/(1+(X+Km)
ここで、Xは、基質濃度(μM)であり、
Yは、酵素活性(μM/秒)であり、
kcatKmは、特異性定数(M−1sec−1)であり、
Kmは、ミカエリス定数(μM)であり、
Eは、酵素濃度(μM)であり、
E=1、Km=0.5でのX×Ymax、およびkcatKm=1000の初期値を設定した。
FVIIa変異体およびTFPIの間の相互作用の作用強度の評価
本明細書において提供されるものなどのようなFVIIaポリペプチドおよびTFPIの間の相互作用の作用強度は、1つまたは複数のアッセイを使用して評価することができる。一例において、TFPIおよびFVIIa/TF複合体の間の相互作用の作用強度は、基質、Spectrazyme VIIaに対するFVIIa/TFの触媒活性について、様々な濃度のTFPIの阻害のレベルを測定することによって評価する。他の例において、ハイスループット表面プラズモン共鳴(SPR)アッセイを、使用することができる。
TFPIおよびFVIIa/TF複合体の間の相互作用の作用強度は、基質、Spectrazyme VIIaに対するFVIIa/TFの触媒活性について、様々な濃度のTFPIの阻害のレベルを測定することによって評価した。50%阻害に必要とされるTFPIの濃度(IC50)は、それぞれのFVII変異体およびFVIIa標準物について計算した。
ヒト組換え可溶性TFPIによる阻害に対する様々なFVIIa変異体の相対的な抵抗性は、Biacore T100機器を用いてハイスループット表面プラズモン共鳴(SPR)アッセイを使用して評価した。TFPIによる阻害に対するFVIIa変異体の相対的な抵抗性は、標準化インジェクション時間後に結合した野生型FVIIaの量と比較した、Biacore CM5センサーチップ上に固定した可溶性TFPIに結合したFVIIa変異体の相対量およびプロテアーゼ濃度を測定することによって、評価した。
FVIIaポリペプチドの薬物動態学的分析
FVIIaポリペプチドの薬物動態学的特性は、マウス血漿におけるヒト第VIIa因子の量を測定することによって評価した。2つのアッセイは、血漿におけるFVIIaを定量化するために使用することができる。ELISAは、マウス血漿における総FVIIaタンパク質を定量化するために使用することができ、FVIIa依存性凝血アッセイ(FVIIa:C)は、血漿におけるFVIIaポリペプチドの血液凝固活性を定量化するために使用することができる。
改変FVIIaポリペプチドおよび非改変組換えヒトFVIIa(rhFVIIa)タンパク質(NovoSeven(登録商標)、Novo Nordisk)を、薬物動態学的研究において評価した。それぞれの研究について、18匹のオスCD−1マウスに、静脈内ボーラス用量(0.1〜3.0mg/kg、研究に依存)のrFVIIaを注射した。注射の5、15、30、60、120、および240分後、それぞれの注射プロトコールからの3つのマウスは、CO2による窒息を使用して安楽死させ、約1.0mLの血液を、経皮的心性穿刺を介して1.0mLシリンジの中に取り出した。それぞれのシリンジに、十分なクエン酸ナトリウムをあらかじめ装填し、1mLの血液中3.2%の最終濃度を達成した。次いで、血液サンプルは、4℃で、8分間、9000rpmで遠心分離した。血漿は、標識した個々の1.5mlチューブ(Eppendorf)に取り出し、液体窒素において急凍結し、−80℃で保管した。さらに、実験当たり1匹のマウスに、媒体のみ(偽)を注射し、このマウスからの血漿は、バックグラウンドFVIIa活性の決定に使用した。
市販で入手可能なキット、IMUBIND(登録商標)第VII因子ELISA(American Diagnostica)は、ELISAによって血清におけるFVIIタンパク質を検出するために使用した。このキットは、タンパク質を捕捉するために抗FVII/FVIIa抗体を用いてあらかじめコートしたプレートおよびストレプトアビジン標識ホースラディシュペルオキシダーゼを通した検出のためのビオチン化抗FVII抗体を利用する。キットは、以下の例外を除いてメーカーの指示に従って使用した:第一に、標準曲線は、全濃度範囲にわたり線形範囲を保証するために狭め、0.88ng/ml〜10ng/mlの濃度にわたる;第二に、抗体親和性における差異のために、キットで提供されたFVII標準物ではなく、精製FVIIa変異体を、それ自体、標準曲線に使用した。実験は、抗トロンビンIII(ATIII)、FVIIaの潜在的な血漿阻害因子とのFVIIaの複合体が、遊離プロテアーゼの75%のレベルで検出され、アッセイが、活性および不活性形態をした、血漿サンプルにおける総FVIIaを検出することができることを保証することを示した。
市販で入手可能なキット(STACLOT FVIIa−rTF、Diagnostica Stago、Parsippany、NJ)は、凝血アッセイとして使用した。活性FVIIaポリペプチドの血液凝固活性を決定するために、血漿サンプルは、FVIIa依存性凝血アッセイ(FVIIa:C)を使用してアッセイした。アッセイは、市販のキットにおいて提供される試薬および説明書を使用して実行し、凝血時間は、電気機械血餅検出機器(STArt4、Diagnostica Stago、Parsippany、NJ)を使用して測定した。キットは、以下の例外を除いてメーカーの指示に従って使用した:第一に、キットで提供されたrhFVIIa標準物ではなく、精製FVIIa変異体を、それ自体、標準曲線に使用した。第二に、以下の大量の市販の試薬を、ルーチン的な薬物動態学的スクリーニング研究に使用し、キット試薬に対する同等の結果を得た:可溶性組織因子(CalBiochem、La Jolla、Ca)および合成リン脂質ブレンド(Avanti極性脂質、Alabaster、AL)、TBSA緩衝液(1%BSAを有するTris−NaCl、pH7.5;DiaPharma、West Chester、Ohio)、ならびに25μM塩化カルシウム溶液(Diagnostica Stago、Parsippany、NJ)。
上記に記載されるFVIIa:Cプロトコールを使用して、野生型FVIIaおよびFVIIa変異体の薬物動態学的特性は、血漿における凝血活性に基づいて評価した。結果を表23に記載する。いくつかのFVIIa変異体は、野生型FVIIaと比較して、改善された薬物動態学的パラメーターを示した。
可溶性組織因子に対する第VIIa因子結合性の決定
HEK 293細胞またはBHK細胞から発現したFVIIa変異体が可溶性組織因子(sTF)に結合する能力は、Biacore表面プラズモン共鳴を使用して評価した。FVIIa変異体は、Biacore CM5チップに結合する異なる2つのレベルのsTFを使用して、2つの2つ組の実験において、3つのプロテアーゼ濃度での結合プロファイルの測定を通して評価する。
Zn2+によるFVIIa変異体の阻害
HEK 293細胞またはBHK細胞から発現したFVIIa変異体は、可溶性組織因子の存在下または非存在下の両方において、Zn2+による阻害に対する抵抗性についてアッセイした。手短に言えば、ZnCl2(Aldrich)は、dH20において20mMに希釈し、次いで、1×アッセイ緩衝液(50mM Na Hepes、pH7.5、100mM NaCl、1.5mM CaCl2、0.01%Tween−20、および0.01%PEG−8000)において4mMに希釈した。系列2倍希釈溶液は、96ウェルプレートにわたって、3.9μMまでの、亜鉛の11の濃度を生成するために作製した。列の最後のウェルは、非阻害FVIIaタンパク質分解活性を測定するために、亜鉛を有していない緩衝液を含有した。FVIIa変異体プロテアーゼおよび野生型プロテアーゼは、500nMに希釈し、次いで、再度、50nMまで10倍希釈した。この50nMストック溶液は、可溶性組織因子(sTF、R&D Systems)なしで実行するアッセイに使用した。可溶性組織因子を有するアッセイについては、プロテアーゼは、それぞれ12.5nMおよび125nMの最終濃度まで、sTFを有する1×アッセイ緩衝液において再度希釈した。溶液は、室温で、少なくとも5分間、プレインキュベートした。
活性部位滴定剤4−メチルウンベリフェリルp’−グアニジノベンゾエート(MUGB)を使用する触媒活性プロテアーゼの濃度の決定
いくつかの場合において、ストック溶液における触媒活性FVIIaの濃度は、4−メチルウンベリフェリルp’−グアニジノベンゾエート(MUGB)、トリプシン様セリンプロテアーゼに対する活性部位として開発された蛍光発生エステル基質を用いて複合体であるFVIIaおよび可溶性組織因子(sTF)を滴定することによって、決定した。アッセイは、少し改変して、本質的にPayne et al.(Biochemistry (1996) 35:7100-7106)によって記載されるように、実行した。MUGBは、容易に、FVIIaと反応するが、FVIIまたは不活性プロテアーゼとは反応せず、MUGBの濃度が、飽和しており、脱アシル化が、とりわけ遅く、触媒の律速となる条件下で、有効に安定したアシル酵素中間体を形成する。これらの条件下で、FVIIaプロテアーゼは、1回の触媒代謝回転を受けて、4−メチルウンベリフェロン蛍光体(4−MU)を放出する。蛍光発光の初期バーストを、4−MU蛍光発光の外部濃度標準曲線に較正する場合、活性部位の濃度を、計算することができる。
メシル−dFPR−ACCに対するFVIIa変異ポリペプチドの比活性
FVIIa変異体の活性を評価するために、標準化されたアッセイ条件のセット下の、トリペプチドACC基質(メシル−dFPR−ACC)の切断に対するFVIIaポリペプチドの活性(活性/モル)を決定した。アッセイは、メシル−dFPR−ACC基質への希釈前の、飽和量のsTFとのFVIIaポリペプチドのプレインキュベーションを含んだ。次いで、初速度の基質切断に、ACC蛍光発光の増加の評価を続けた。蛍光発光放出の初速度は、内部ACC標準曲線に標準化し、データは、μmol/秒/FVIIa μmolとして報告した。
平均データ(RFU/秒)*変換係数(RFU/μM)=活性(μM/秒)比活性(μmol/秒/μmol)=[(μM/秒)*(100μL)*(1/1000000)]/[(10nM)*(100μL)*(1/1000000)*(1/1000)]
FXの活性化および活性部位滴定剤フルオレスセイン−モノ−p’−グアニジノベンゾエート(FMGB)を使用する触媒活性プロテアーゼの濃度の決定
チモーゲンのストック溶液において、触媒的に活性になることができる第X因子(FX)の濃度は、ラッセルクサリヘビ蛇毒(RVV−ase)を用いるFXサンプルの活性化、その後に続く、フルオレスセイン−モノ−p’−グアニジノベンゾエート(FMGB)、トリプシン様セリンプロテアーゼに対する活性部位滴定剤として開発された蛍光発生エステル基質を用いる活性因子X(FXa)の滴定によって、決定した。活性化の後で、活性部位滴定アッセイは、少し改変して、本質的にBock et al.(Archives of Biochemistry and Biophysics (1989) 273:375-388)によって記載されるように実行した。FMGBは、容易に、FXaと反応するが、FXまたは不活性プロテアーゼとは反応せず、FMGBの濃度が、飽和しており、脱アシル化が、とりわけ遅く、触媒の律速となる条件下で、有効に安定したアシル酵素中間体を形成する。これらの条件下で、FXaプロテアーゼは、1回の触媒代謝回転を受けて、フルオレスセイン蛍光体を放出する。蛍光発光の初期バーストを、フルオレスセイン蛍光発光の外部濃度標準曲線に較正する場合、活性部位の濃度を、計算することができる。
Claims (22)
- 配列番号3に示されるアミノ酸の配列を有するFVIIポリペプチドにおける、位置128、129、286および298に対応する位置でのアミノ酸交換を含む、改変第VII因子(FVII)ポリペプチドであって:
位置128に対応する位置でのアミノ酸交換がAsn(N)であり、位置129に対応する位置でのアミノ酸交換がAla(A)であり、位置286に対応する位置でのアミノ酸交換がArg(R)であり、かつ位置298に対応する位置でのアミノ酸交換がGln(Q)であり;
改変FVIIポリペプチドのアミノ酸配列が配列番号1〜3のいずれかのポリペプチドと少なくとも95%の配列同一性を有し;
改変FVIIポリペプチドにおける対応する位置が、配列番号3に示されるアミノ酸配列を有する改変FVIIポリペプチドのアミノ酸配列のアラインメントにより同定され;かつ
改変FVIIポリペプチドが、その活性化形態にある場合、凝血促進活性を示す、
改変第VII因子(FVII)ポリペプチド。 - 配列番号1〜3のいずれかのポリペプチドにおいてアミノ酸交換Q286R、M298Q、P129AおよびT128Nを含む、請求項1に記載の改変FVIIポリペプチド。
- 配列番号3のポリペプチドにおいてアミノ酸交換Q286R、M298Q、P129AおよびT128Nを含む、請求項1に記載の改変FVIIポリペプチド。
- FVIIaポリペプチドである、請求項1〜3のいずれかに記載の改変FVIIポリペプチド。
- 128N/129A/286R/298Qに加えて最大4つの突然変異を含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の改変FVIIポリペプチド。
- 改変FVIIポリペプチドのアミノ酸残基の配列が配列番号280に示されるアミノ酸の配列からなる、請求項1に記載の改変FVIIポリペプチド。
- 二本鎖活性化第VII因子(FVIIa)ポリペプチドである、請求項1に記載の改変FVIIポリペプチドであって、位置152のアルギニンと位置153のイソロイシンの間で切断される、配列番号280に示されるアミノ酸の配列からなる、改変FVIIポリペプチド。
- 第一および第二の鎖がそれぞれ、互いにジスルフィド結合を介して連結されている、配列番号280のアミノ酸1〜152および153〜406からなる、請求項7に記載の改変FVIIポリペプチド。
- 翻訳後修飾を含む、請求項1〜8のいずれかに記載の改変FVIIポリペプチド。
- 翻訳後修飾がグリコシル化を含む、請求項9に記載の改変FVIIポリペプチド。
- 二本鎖活性化FVIIaポリペプチドである、請求項1〜10のいずれかに記載の改変FVIIポリペプチド。
- 一本鎖ポリペプチドである、請求項1〜4、9および10のいずれかに記載の改変FVIIポリペプチド。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の改変FVIIポリペプチドをコードするヌクレオチドの配列を含む核酸分子。
- 請求項13に記載の核酸分子を含むベクター。
- 請求項14に記載のベクターを含む細胞。
- 薬学的に許容可能な媒体中に、治療有効濃度または治療有効量の請求項1〜12のいずれかに記載の改変FVIIポリペプチドを含む、医薬組成物。
- 単回投与用に製剤されている、請求項16に記載の医薬組成物。
- 経口投与、経鼻投与、経肺投与、頬側投与、経皮投与、皮下投与、十二指腸内投与、経腸投与、非経口投与、静脈内投与、または筋肉内投与用に製剤されている、請求項17に記載の医薬組成物。
- 凍結乾燥されている、請求項16〜18のいずれかに記載の医薬組成物。
- 血液凝固障害、出血性障害、血友病、第VII因子欠乏症、出血障害、手術による出血、または外傷に起因する出血の中から選択される疾患または状態の治療における使用のための、請求項1〜12のいずれかに記載の改変FVIIポリペプチド。
- 治療される疾患または状態が血友病である、請求項20に記載の改変FVIIポリペプチド。
- 疾患または状態が血友病であり、血友病が、血友病Aまたは血友病Bまたは血友病Cである、請求項21に記載の改変FVIIポリペプチド。
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