JP5889533B2 - 改変された抗体定常ドメイン分子 - Google Patents
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Description
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、米国仮特許出願第61/063,245号(2008年1月31日出願)の恩典を主張する。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
(項目1)
IgG、IgA、もしくはIgDの免疫グロブリンCH2ドメイン、またはIgEもしくはIgMの免疫グロブリンCH3ドメインを含むポリペプチドであって、前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが約1〜約7アミノ酸のN末端切断を含み、(i)前記CH2ドメインもしくは前記CH3ドメインのループの少なくとも1つが突然変異させられているか、(ii)前記CH2ドメインもしくは前記CH3ドメインのループ領域の少なくとも一部が異種免疫グロブリン可変ドメイン由来の相補性決定領域(CDR)もしくはその機能性断片に置換されているか、または(iii)その両方であり、前記ポリペプチドが約15kD未満の分子量を有し、かつ前記ポリペプチドが抗原に特異的に結合する、ポリペプチド。
(項目2)
前記ポリペプチドがIgG由来のCH2ドメインを含む、項目1に記載のポリペプチド。
(項目3)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループ1が突然変異させられている、項目1または項目2に記載のポリペプチド。
(項目4)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループ2が突然変異させられている、項目1〜3のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目5)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループ3が突然変異させられている、項目1〜4のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目6)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループA-Bが突然変異させられている、項目1〜5のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目7)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループC-Dが突然変異させられている、項目1〜6のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目8)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループE-Fが突然変異させられている、項目1〜7のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目9)
ループA-BがCDRに置換されている、項目1〜8のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目10)
ループE-FがCDRに置換されている、項目1〜9のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目11)
前記CDRがCDR3である、項目9または項目10に記載のポリペプチド。
(項目12)
約12kD〜約14kDの分子量を有する、項目1〜11のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目13)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが約7アミノ酸のN末端切断を含む、項目1〜12のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目14)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが約1〜約4アミノ酸のC末端切断をさらに含む、項目1〜13のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目15)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがグリコシル化されていない、項目1〜14のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目16)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがグリコシル化されている、項目1〜14のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目17)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがFc受容体に結合することができる、項目1〜16のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目18)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが補体タンパク質に結合することができる、項目1〜16のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目19)
前記補体タンパク質がC1qである、項目18に記載のポリペプチド。
(項目20)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが新生児型Fc受容体に結合することができる、項目1〜16のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目21)
前記抗原が病原体由来のものである、項目1〜20のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目22)
前記病原体がウイルスまたは細菌である、項目21に記載のポリペプチド。
(項目23)
前記ウイルスがヒト免疫不全ウイルス(HIV)である、項目2に記載のポリペプチド。
(項目24)
前記抗原が癌特異的抗原または癌関連タンパク質である、項目1〜20のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目25)
前記癌が、白血病、リンパ腫、多発性骨髄腫、悪性メラノーマ、乳癌、肺癌、前立腺癌、結腸癌、または腎細胞癌である、項目24に記載のポリペプチド。
(項目26)
前記抗原が自己免疫障害または炎症性障害と関連する、項目1〜20のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目27)
項目1〜26のいずれか一項に記載のポリペプチドをコードする核酸分子。
(項目28)
項目27に記載の核酸分子を含むベクター。
(項目29)
項目28に記載のベクターを含む単離された宿主細胞。
(項目30)
項目1〜26のいずれか一項に記載のポリペプチドと薬学的に許容される担体とを含む組成物。
(項目31)
エフェクター分子または検出可能標識にコンジュゲートされた項目1〜26のいずれか一項に記載のポリペプチドを含む組成物。
(項目32)
対象のHIVを治療する方法であって、前記対象に治療的有効量の項目23に記載のポリペプチドを投与する工程を含む方法。
(項目33)
対象の癌を治療する方法であって、前記対象に治療的有効量の項目24または項目25に記載のポリペプチドを投与する工程を含む方法。
(項目34)
対象の自己免疫障害または炎症性障害を治療する方法であって、前記対象に治療的有効量の項目26に記載のポリペプチドを投与する工程を含む方法。
(項目35)
HIV感染症の治療用、癌の治療用、または自己免疫障害もしくは炎症性障害の治療用の医薬品を調製するための項目23〜26のいずれか一項に記載のポリペプチドの使用。
(項目36)
IgG、IgA、もしくはIgDの免疫グロブリンCH2ドメイン、またはIgEもしくはIgMのCH3ドメインを含むポリペプチドであって、前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが第1のアミノ酸置換と第2のアミノ酸置換とを含み、前記第1のアミノ酸置換と前記第2のアミノ酸置換が各々、もとの残基をシステイン残基と置換し、前記システイン残基がジスルフィド結合を形成し、前記ポリペプチドが約15kD未満の分子量を有する、ポリペプチド。
(項目37)
前記第1のアミノ酸置換がN末端のA鎖中にあり、前記第2のアミノ酸置換がC末端のG鎖中にある、項目36に記載のポリペプチド。
(項目38)
IgGのCH2ドメインを含む、項目36または項目37に記載のポリペプチド。
(項目39)
前記第1のアミノ酸置換がL12からC12へのものであり、前記第2のアミノ酸置換がK104からC104へのものである(付番は配列番号5に対するものである)、項目38に記載のポリペプチド。
(項目40)
前記第1のアミノ酸置換がV10からC10へのものであり、前記第2のアミノ酸置換がK104からC104へのものである(付番は配列番号5に対するものである)、項目38に記載のポリペプチド。
(項目41)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが約1〜約7アミノ酸のN末端切断を含む、項目36〜40のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目42)
(i)前記CH2ドメインもしくは前記CH3ドメインのループの少なくとも1つが突然変異させられているか、(ii)前記CH2ドメインもしくは前記CH3ドメインのループ領域の少なくとも一部が異種免疫グロブリン可変ドメイン由来の相補性決定領域(CDR)、もしくはその機能性断片に置換されているか、または(iii)その両方であり、かつ前記ポリペプチドが抗原に特異的に結合する、項目36〜41のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目43)
IgG、IgA、もしくはIgDの免疫グロブリンCH2ドメイン、またはIgEもしくはIgMのCH3ドメインを含むポリペプチドであって、前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが約1〜約7アミノ酸のN末端切断を含み、前記ポリペプチドが約15kD未満の分子量を有する、ポリペプチド。
(項目44)
約7アミノ酸のN末端切断を含む、項目43に記載のポリペプチド。
(項目45)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが第1のアミノ酸置換と第2のアミノ酸置換とをさらに含み、前記第1のアミノ酸置換と前記第2のアミノ酸置換が各々、もとの残基をシステイン残基と置換し、前記システイン残基がジスルフィド結合を形成する、項目43または項目44に記載のポリペプチド。
(項目46)
(i)前記CH2ドメインもしくは前記CH3ドメインのループの少なくとも1つが突然変異させられているか、(ii)前記CH2ドメインもしくは前記CH3ドメインのループ領域の少なくとも一部が異種免疫グロブリン可変ドメイン由来の相補性決定領域(CDR)、もしくはその機能性断片に置換されているか、または(iii)その両方であり、かつ前記ポリペプチドが抗原に特異的に結合する、項目43〜45のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目47)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがグリコシル化されていない、項目36〜46のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目48)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがグリコシル化されている、項目36〜46のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目49)
標的抗原に特異的に結合する組換えのCH2ドメインまたは組換えのCH3ドメインを同定する方法であって、
(a)組換えのCH2ドメインまたは組換えのCH3ドメインをその表面上にディスプレイする粒子のライブラリーであって、前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが約1〜約8アミノ酸のN末端欠失を含み、前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが約15kD未満の分子量を有し、前記ライブラリーが、
(i)CH2ドメインまたはCH3ドメインの遺伝的に多様な集団をコードする核酸分子のライブラリーであって、前記遺伝的に多様な集団が、前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインの1つ以上のループ領域に突然変異を導入することによって提供される、ライブラリーを提供することと、
(ii)前記核酸分子のライブラリーを組換え宿主細胞で発現させ、それによって、前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが前記粒子の表面上に発現し、かつ前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインの核酸分子が前記粒子の遺伝物質によってコードされること、
とによって作製される、ライブラリーを提供する工程と、
(b)前記粒子のライブラリーを前記標的抗原と接触させて、前記標的抗原に特異的に結合する粒子を選択する工程と、
(c)前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインの核酸分子を、前記標的抗原に特異的に結合する前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインを発現する前記粒子からクローニングし、それによって、前記標的抗原に特異的に結合するCH2ドメインまたはCH3ドメインを同定する工程と、を含む方法。
(項目50)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがループ1に少なくとも1つの突然変異を含む、項目49に記載の方法。
(項目51)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがループ2に少なくとも1つの突然変異を含む、項目49または項目50に記載の方法。
(項目52)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがループ3に少なくとも1つの突然変異を含む、項目49〜51のいずれか一項に記載の方法。
(項目53)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがループA−Bに少なくとも1つの突然変異を含む、項目49〜52のいずれか一項に記載の方法。
(項目54)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがループC−Dに少なくとも1つの突然変異を含む、項目49〜53のいずれか一項に記載の方法。
(項目55)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがループE−Fに少なくとも1つの突然変異を含む、項目49〜54のいずれか一項に記載の方法。
(項目56)
前記ライブラリーが組換えCH2ドメインを含む、項目49〜55のいずれか一項に記載の方法。
(項目57)
前記CH2ドメインがIgG CH2ドメインである、項目56に記載の方法。
(項目58)
標的抗原に特異的に結合する組換えCH2ドメインを同定する方法であって、
(a)組換えのIgG CH2ドメインをその表面上にディスプレイする粒子のライブラリーであって、前記CH2ドメインが約1〜約8アミノ酸のN末端欠失を含み、前記CH2ドメインが約15kD未満の分子量を有し、前記ライブラリーが、
(i)CH2ドメインの遺伝的に多様な集団をコードする核酸分子のライブラリーであって、前記遺伝的に多様な集団が、前記CH2ドメインの1つ以上のループ領域に突然変異を導入することによって提供され、前記ループ領域が、ループ1、ループ2、およびループ3から選択される、ライブラリーを提供する工程と、
(ii)前記核酸分子のライブラリーを組換え宿主細胞で発現させ、それによって、前記CH2ドメインが前記粒子の表面上に発現し、かつ前記CH2ドメインの核酸分子が前記粒子の遺伝物質によってコードされる工程、
とによって作製される、ライブラリーを提供する工程と、
(b)前記粒子のライブラリーを前記標的抗原と接触させて、前記標的抗原に特異的に結合する粒子を選択する工程と、
(c)前記CH2ドメインの核酸分子を、前記標的抗原に特異的に結合する前記CH2ドメインを発現する前記粒子からクローニングし、それによって、前記標的抗原に特異的に結合するCH2ドメインを同定する工程と、を含む方法。
(項目59)
前記粒子がファージ粒子である、項目49〜58のいずれか一項に記載の方法。
(項目60)
組換えのCH2ドメインまたは組換えのCH3ドメインのライブラリーを作製する方法であって、(i)CH2ドメインもしくはCH3ドメインのスキャフォールドの1つ以上のループ領域に突然変異を導入する工程、または(ii)前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのスキャフォールドのループ領域の一部を異種免疫グロブリン可変ドメイン由来のCDRもしくはその機能性断片と置換する工程、または(iii)その両方の工程であって、前記スキャフォールドがIgG、IgA、もしくはIgDの単離された免疫グロブリンCH2ドメイン、またはIgEもしくはIgMの単離された免疫グロブリンCH3ドメインを含む工程、を含む方法。
(項目61)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのスキャフォールドが約1〜約7アミノ酸のN末端切断をさらに含む、項目60に記載の方法。
(項目62)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのスキャフォールドが約1〜約4アミノ酸のC末端切断をさらに含む、項目60または項目61に記載の方法。
(項目63)
前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのスキャフォールドが第1のアミノ酸置換と第2のアミノ酸置換とをさらに含み、前記第1のアミノ酸置換と第2のアミノ酸置換が各々、もとの残基をシステイン残基と置換し、前記システイン残基がジスルフィド結合を形成する、項目60〜62のいずれか一項に記載の方法。
(項目64)
標的抗原に特異的に結合する組換えのCH2ドメインまたは組換えのCH3ドメインを同定する方法であって、項目60〜63のいずれか一項に記載の方法によって産生されたライブラリーを前記標的抗原と接触させ、前記標的抗原に特異的に結合する組換えのCH2ドメインまたは組換えのCH3ドメインを選択する工程を含む方法。
添付の配列表に記載された核酸配列とアミノ酸配列は、米国特許法第1条822項に定義されている、ヌクレオチド塩基についての標準的な文字の略号と、アミノ酸についての3文字暗号とを用いて示されている。各々の核酸配列の一方の鎖のみが示されているが、提示された鎖を参照することにより相補鎖が含まれるものと理解される。添付の配列表は以下のとおりである。
ADCC:抗体依存性細胞媒介性細胞傷害
CDC:補体依存性細胞傷害
CDR:相補性決定領域
DNA:デオキシリボ核酸
ELISA:酵素結合免疫吸着アッセイ
HIV:ヒト免疫不全ウイルス
Ig:免疫グロブリン
NK:ナチュラルキラー
RNA:リボ核酸
SDR:特異性決定残基
II.用語
別途明記しない限り、技術用語は、従来の用法に従って使用される。分子生物学の一般的な用語の定義は、Oxford University Press,1994(ISBN 0-19-854287-9)によって刊行されているBenjamin Lewin,Genes V;Blackwell Science Ltd.,1994(ISBN 0-632-02182-9)によって刊行されているKendrewら(編),The Encyclopedia of Molecular Biology;およびVCH Publishers,Inc.,1995(ISBN 1-56081-569-8)によって刊行されているRobert A.Meyers(編),Molecular Biology and Biotechnology:a Comprehensive Desk Referenceに見出すことができる。
従来の抗体は、2つの軽鎖と2つの重鎖を含む、少なくとも4つのポリペプチド鎖を含む巨大な多サブユニットタンパク質複合体である(従来の免疫グロブリン分子の概略図については図1Aを参照)。抗体の重鎖と軽鎖は、抗原に結合する可変領域と、構造的支持およびエフェクター機能を提供する定常領域(例えば、CH1、CH2、およびCH3)を含む。抗原結合領域は、重鎖可変ドメイン(VH)と軽鎖可変ドメイン(VL)という、2つの別々のドメインを含む。典型的な抗体(例えば、IgG分子)は、約150kDの分子量を有する。天然に存在する抗体のいくつかのより小さい抗原結合断片がプロテアーゼ消化の後に同定されている(例えば、Fab、Fab’、およびF(ab’)2)。これらの抗体断片は、約50〜100kDの範囲の分子量を有する。組換え法を用いて、合成ペプチドリンカーによって接続されたVLとVHからなる、単鎖可変断片(scFv)と呼ばれる、また別の抗原結合断片が作製されている。scFv分子は、約25〜30kDの分子量を有する。
本明細書に記載される改変抗体定常ドメイン分子はサイズが小さく(典型的には、15kD未満)、このことは、検出、診断、および治療にとって大きな利点を提供する。例えば、これらの分子のサイズが小さいことによって、より大きなエピトープ接近とより良好な組織浸透が可能になる。図5Cに示すように、本明細書に提供されるCH2ドメイン抗体は、他のタイプの抗体および抗体断片(例えば、scFv分子、Fab分子、およびIgG分子)よりも低い分子量を有する。また、本明細書に提供されるCH2ドメイン抗体は、VHドメイン抗体よりも小さい。
ランダムに挿入されたまたは突然変異させられたCDRアミノ酸配列を含む改変CH2ドメイン分子またはCH3ドメイン分子のライブラリーを本明細書でさらに提供する。これらのライブラリーを用いて、対象となる特定の抗原に対する高い親和性を有するCH2ドメイン分子またはCH3ドメイン分子をスクリーニングすることができる。一実施形態では、これらのライブラリーは、ファージディスプレイライブラリーである。抗体ファージディスプレイライブラリー、およびこのようなライブラリーを作製する方法は、当技術分野で周知である(例えば、参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第6,828,422号および同第7,195,866号参照)。
CH2ドメイン分子もしくはCH3ドメイン分子および/または免疫毒素をコードする核酸配列は、例えば、適当な配列のクローニングを含む、任意の好適な方法によって、またはNarangら,Meth.Enzymol.68:90-99,1979のホスホトリエステル法;Brownら,Meth.Enzymol.68:109-151,1979のホスホジエステル法;Beaucageら,Tetra.Lett.22:1859-1862,1981のジエチルホスホロアミダイト法;例えば、Needham-VanDevanterら,Nucl.Acids Res.12:6159-6168,1984に記載されているような自動合成機を用いた、Beaucage & Caruthers,Tetra.Letts.22(20):1859-1862,1981によって記載されている固相ホスホロアミダイトトリエステル法;および米国特許第4,458,066号の固体支持法などの方法による直接的な化学合成によって調製することができる。化学合成は、一本鎖オリゴヌクレオチドを産生する。これを、相補配列とのハイブリダイゼーションによって、またはこの一本鎖を鋳型として用いてDNAポリメラーゼで重合させることによって、二本鎖に変換することができる。DNAの化学合成は、通常、約100塩基の配列に制限されるが、より短い配列のライゲーションによって、より長い配列を入手し得るということを当業者であれば理解するであろう。
CH2ドメイン分子およびCH3ドメイン分子は、抗体が有用となる多くの疾患もしくは状態のいずれかの診断および/または治療に非常に大きな可能性を有する。例えば、CH2ドメイン分子またはCH3ドメイン分子は、癌、感染性疾患(例えば、ウイルス、細菌、真菌、または寄生虫による感染症)、自己免疫疾患、炎症性障害、あるいは抗体もしくはその断片を治療剤として使用することができる任意の他の疾患または状態の治療に使用することができる。
ポリペプチドの有無を決定する方法は当技術分野で周知である。例えば、特異的な結合剤(例えば、CH2ドメイン分子)を、酵素、磁気ビーズ、コロイド状磁気ビーズ、ハプテン、蛍光色素、金属化合物、放射性化合物、または薬物を含むが、これらに限定されない、他の化合物にコンジュゲートすることができる。CH2ドメイン分子またはCH3ドメイン分子は、放射免疫アッセイ(RIA)、酵素連結免疫吸着アッセイ(ELISA)、免疫組織化学アッセイ、ウェスタンブロット、または免疫沈降アッセイなどの、しかし、これらに限定されない、免疫アッセイで利用することもできる。これらのアッセイは当技術分野で周知である(免疫アッセイフォーマットの説明については、Harlow & Lane,Antibodies,A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Publications,New York(1988)を参照されたい)。
改変CH2ドメインまたはCH3ドメインは、Fc受容体および/または補体関連分子(例えば、C1q)に結合することができ、これによって、抗体依存性細胞媒介性細胞傷害(ADCC)、補体依存性細胞傷害(CDC)、貪食作用、オプソニン化、およびオプソニン化貪食作用を含む、種々のエフェクター機能が可能になる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるCH2ドメイン分子またはCH3ドメイン分子は、1つ以上のFc受容体に対する結合部位を含んでおり、したがって、これらの分子がさまざまなエフェクター機能を仲介することが可能になっている(下記の表4参照)。エフェクター機能が望ましくない場合、Fc結合部位を突然変異させて、こうした機能を妨げることができる。
この実施例では、ループ1が10個のランダムに配置されたY残基、S残基、A残基、またはD残基で置換され、ループ1のC末端に追加のGが付加されている突然変異CH2ドメインを構築した。同様に、ループ3を、6個のランダムに配置されたY残基、S残基、A残基、またはD残基で置換し、ループ3のC末端に追加のGを付加した。DNAライブラリーは3段階で作製される。
本実施例では、ループA-BおよびE-Fを置換することによって、抗体ライブラリー由来のヒトVH CDR3(H3)をCH2に移入する。まず、ループA-Bを5回のPCRを用いてH3に置換する。最初の2回のPCRでは、以下のプライマー、すなわち、断片1については、フォワード1プライマー(5' TAG CGA TTC GCT ACC GTG GCC CAG GCG GCC CCT GAA CTC CTG GGG GGA CC 3';配列番号51)とリバース1プライマー(5’ TCC CCC CAG GAG TTC AGG TGC 3';配列番号52)、断片2については、フォワード2プライマー(5’ TGC GTG GTG GTG GAC GTG AGC 3’;配列番号53)とリバース2プライマー(5' TAG GCA TGC ATC TGC ATG GTG GCC GGC CTG GCC TTT GGC TTT GGA GAT GGT TTT CTC GAT GG 3';配列番号54)を用いて、ループA-Bのない2つのCH2断片を作製する。フォワード1プライマーとリバース2プライマーは、最終産物中のN末端とC末端で必要とされるSfiI用の制限部位を含む。リバース1プライマーとフォワード2プライマーは、後のSO PCRに必要な末端配列を含む。3回目のPCRでは、鋳型として抗体VHライブラリーと、多様なH3を増幅するように設計された各々3つのプライマーからなる2つの混合物とを用いる。フォワードプライマーの混合物は、H3フォワードプライマー1:5’ GAA CTC CTG GGG GGA CCG GCY AYR TAT TAC TGT GYG 3’(配列番号55)、H3フォワードプライマー2:5’ GAA CTC CTG GGG GGA CCG GCY TTR TAT TAC TGT GYG 3’(配列番号56)、およびH3フォワードプライマー3:5’ GAA CTC CTG GGG GGA CCG GCY GTR TAT TAC TGT GYG 3’(配列番号57)を含む。リバースプライマーの混合物は、H3リバースプライマー1:5’ GCT CAC GTC CAC CAC CAC GCA GGT GCC CTG GCC CCA 3’ (配列番号58)、H3リバースプライマー2:5’ GCT CAC GTC CAC CAC CAC GCA GGT GCC ACG GCC CCA 3’(配列番号59)、およびH3リバースプライマー3:5’ GCT CAC GTC CAC CAC CAC GCA GGT GCC AYG GCC CCA 3’(配列番号60)を含む。このPCRによって、リバース1プライマーとフォワード2プライマーのそれぞれの末端配列と重複するように設計された末端配列を有するH3を含む断片の混合物が作製される。2つのCH2断片とH3含有断片とを、SOE PCRでのプライマーおよび鋳型として用いて、ループABがH3に置換された断片を作製する。この断片混合物を、フォワード1プライマーとリバース2プライマーを用いて増幅する。増幅した断片をSfiIで消化し、同じ酵素で消化したファージミドベクター(pComb3XまたはpZUD)中にライゲートする。エレクトロポレーションによってTG1細胞を形質転換する前に、ライゲーションの産物を、Amicon Ultra-4セントリコンを用いて再蒸留水で3回洗浄することにより脱塩する。
この実施例では、もとの野生型CH2と比較して安定性の増大を示す2つのCH2突然変異体が同定される。CH2フレームワークは、鎖Bと鎖Fの間の内部ジスルフィド結合によって既に安定化されているので、他の鎖間のさらなるジスルフィド結合によって全体的なCH2安定性の増大をもたらすことができるという仮説を立てた。鎖Aと鎖Gの中のいくつかの位置を突然変異させたが、そのうちの1つは、
CH2ドメインのクローニング、発現、および精製。ヒトγ1 CH2を細菌発現ベクターにクローニングし、大腸菌株HB2151細胞の形質転換に用いた。この細胞を、光学密度OD600が約0.6〜0.8になるまでSB培地中、37℃で増殖させた。1mM IPTGを用いて37℃で12〜16時間、発現を誘導した。細菌細胞を収穫し、緩衝液A(50mM Tris−Cl、450mM NaCl、pH8.0)中で1:10(緩衝液Aの容量:培養物の容量)に再懸濁した。硫酸ポリミキシンB(Sigma-Aldrich,MO)(0.5mu/ml)を懸濁液に添加した(硫酸ポリミキシンBの容量:培養物の容量=1:1000)。その後、細胞ライセートを、4℃、45分間、15,000rpmでの遠心分離によって清澄化し、SDS-PAGEおよびウェスタンブロットによって発現を検討した。清澄化した上清を、1mlのHiTrap Chelating HP Ni-NTAカラム(GE Healthcare,NJ)を用いて精製した。緩衝液B(50mM Tris−Cl、450mM NaCl、200mM イミダゾール、pH8.0)で溶出した後、Amicon Ultra−15 Centrifugal Filter Devices(MILLIPORE,MA)でイミダゾールを除去し、精製タンパク質を緩衝液AまたはPBS(9.0g/L NaCl、144mg/L KH2PO4、795mg/L Na2HPO4、pH7.4)中で保存した。これらのタンパク質の純度はSDS-PAGEでチェックし、タンパク質の濃度は、UV吸光度を測定することによって決定した。
単離された、グリコシル化されていないヒトγ1 CH2ドメインは比較的安定である。ヒトγ1重鎖CH2(図5A)を、上記のように細菌発現ベクターにクローニングし、発現させ、精製した。ヒトγ1 CH2は可溶性タンパク質として高レベルで発現し(細菌培養物1リットル当たり10mgを上回る)、高度に可溶性である(10mg/mlを上回る)。サイズ排除クロマトグラフィーで決定されるように、これは、pH7.4のPBS中で単量体である(図5B)(Prabakaranら,Acta Crystallogr.B.64:1062-1067,2008)。ヒトγ1 CH2のSDS-PAGEによって、約14〜15kDaという見かけの分子量(MW)が明らかになったが、これは、計算したMW(HisタグとFLAGタグを含めて、14.7kDa)に近似している。予想通り、これは、scFv、Fab、およびIgG1のMWよりも遥かに小さい(図5C)。
この実施例では、HIVエンベロープに特異的に結合するCH2分子を同定するための、ヒトIgG1のCH2ドメインのループに基づいた、合成ファージライブラリーの構築を記載する。
プライマー、ペプチド、およびタンパク質。本研究で使用されるプライマーは全て、Invitrogen(Carlsbad,CA)から購入した。ビオチン標識ペプチドは、Sigma(St.Louis,MO)製であった。Bal gp120-CD4は、Tim Fouts(University of Maryland,Baltimore,MD)から快く提供されたものであり、他のgp120/140は、Christopher Broder(USUHS,Bethesda,MD)から提供されたものである。SCD4は、AIDS研究および試薬プログラムを通じて入手した。
ヒトCH2ベースのライブラリーの設計と構築。CH2ループの限定された突然変異誘発は、多くの突然変異体のフォールディングと安定性にそれほど影響を与えることはなく、潜在的なバインダーの大きなライブラリーを作製するために使用し得るという仮説を立てた。ループ1(L1)とループ3(L3)は、分子の同じ側にある最も長い(それぞれ、9残基と5残基)2つのループであるので、まず、これらの突然変異誘発に着手した(本明細書では、ループBC、ループDE、およびループFGを、それぞれ、L1、L2、およびL3と呼び、2つのヘリックスABおよびEFを、それぞれ、H1およびH2と呼び、ループCDをL0と呼ぶ)(図11)(Radaevら,J.Biol.Chem.276:16469-16477,2001)。L1残基とL3残基の全てをランダムに置換するために、および1つの追加の残基を付加するために、CDR中に頻繁に現れる4つの残基(A、Y、D、およびS)を選択した。柔軟性を増大させるために、さらなる残基(G)を各々のループのC末端にも付加した(図11)。これら4つの残基(2つだけのこともある)は、異なるフレームワーク中で特異的結合表面を構築するのに十分であることがこれまでに観察されている(Fellouseら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 101:12467-12472,2004;Koideら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 104:6632-6637,2007)。このライブラリーの計算上の理論的多様性は、416=4.3×109である。しかしながら、PCRによって生成される潜在的な突然変異(下記参照)のために、多様性は、ライブラリーのサイズ(5×1010)にまで著しくより高いものとなる可能性が高い。100個のランダムに選択されたクローンの解析によって示されるように、大半の突然変異体(おそらく80%超)は、正確なリーディングフレームを有する。
Claims (42)
- IgG、IgA、もしくはIgDの免疫グロブリンCH2ドメイン、またはIgEもしくはIgMの免疫グロブリンCH3ドメインを含むポリペプチドであって、前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがN末端のA鎖中にある第1のアミノ酸置換と、C末端のG鎖中にある第2のアミノ酸置換とを含み、前記第1のアミノ酸置換および前記第2のアミノ酸置換が各々、もとの残基をシステイン残基で置換し、前記システイン残基がジスルフィド結合を形成し、前記ポリペプチドが15kD未満の分子量を有する、ポリペプチド。
- (i)前記CH2ドメインのループの少なくとも1つが突然変異させられているか、(ii)前記CH2ドメインのループ領域の少なくとも一部が異種免疫グロブリン可変ドメイン由来の相補性決定領域(CDR)、もしくはその機能性断片に置換されているか、または(iii)その両方であり、かつ前記突然変異、および/または、CDRもしくはその機能性断片が、前記ポリペプチドが抗原に特異的に結合することを可能にする、請求項1に記載のポリペプチド。
- 前記ポリペプチドがIgG由来のCH2ドメインを含む、請求項1または請求項2に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループ1が突然変異させられている、請求項1または請求項2に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループ2が突然変異させられている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループ3が突然変異させられている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループA-Bが突然変異させられてい
る、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリペプチド。 - 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループC-Dが突然変異させられてい
る、請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリペプチド。 - 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのループE-Fが突然変異させられてい
る、請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリペプチド。 - ループA-BがCDRに置換されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載のポリペ
プチド。 - ループE-FがCDRに置換されている、請求項1〜10のいずれか一項に記載のポリ
ペプチド。 - 前記CDRがCDR3である、請求項10または請求項11に記載のポリペプチド。
- 12kD〜14kDの分子量を有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが7アミノ酸のN末端切断を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが1〜4アミノ酸のC末端切断をさらに含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがグリコシル化されていない、請求項1〜15のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがグリコシル化されている、請求項1〜15のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがFc受容体に結合することができる、請求項1〜17のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが補体タンパク質に結合することができる、請求項1〜17のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記補体タンパク質がC1qである、請求項19に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが新生児型Fc受容体に結合することができる、請求項1〜17のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記抗原が病原体由来のものである、請求項2〜21のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記病原体がウイルスまたは細菌である、請求項22に記載のポリペプチド。
- 前記ウイルスがヒト免疫不全ウイルス(HIV)である、請求項23に記載のポリペプチド。
- 前記抗原が癌特異的抗原または癌関連タンパク質である、請求項2〜21のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記癌が、白血病、リンパ腫、多発性骨髄腫、悪性メラノーマ、乳癌、肺癌、前立腺癌、結腸癌、または腎細胞癌である、請求項25に記載のポリペプチド。
- 前記抗原が自己免疫障害または炎症性障害と関連する、請求項2〜21のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 請求項1〜27のいずれか一項に記載のポリペプチドをコードする核酸分子。
- 請求項28に記載の核酸分子を含むベクター。
- 請求項29に記載のベクターを含む単離された宿主細胞。
- 請求項1〜27のいずれか一項に記載のポリペプチドと薬学的に許容される担体とを含む組成物。
- エフェクター分子または検出可能標識にコンジュゲートされた請求項1〜27のいずれか一項に記載のポリペプチドを含む組成物。
- 前記第1のアミノ酸置換がL12からC12へのものであり、前記第2のアミノ酸置換がK104からC104へのものである(付番は配列番号5に対するものである)、請求項1に記載のポリペプチド。
- 前記第1のアミノ酸置換がV10からC10へのものであり、前記第2のアミノ酸置換がK104からC104へのものである(付番は配列番号5に対するものである)、請求項1に記載のポリペプチド。
- IgG、IgA、もしくはIgDの免疫グロブリンCH2ドメイン、またはIgEもしくはIgMのCH3ドメインを含むポリペプチドであって、前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインが7アミノ酸のN末端切断を含み、前記ポリペプチドが15kD未満の分子量を有する、ポリペプチド。
- (i)前記CH2ドメインもしくは前記CH3ドメインのループの少なくとも1つが突然変異させられているか、(ii)前記CH2ドメインもしくは前記CH3ドメインのループ領域の少なくとも一部が異種免疫グロブリン可変ドメイン由来の相補性決定領域(CDR)、もしくはその機能性断片に置換されているか、または(iii)その両方であり、かつ前記ポリペプチドが抗原に特異的に結合する、請求項35に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがグリコシル化されていない、請求項33〜36のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインがグリコシル化されている、請求項33〜36のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 組換えのCH2ドメインまたは組換えのCH3ドメインのライブラリーを作製する方法であって、(i)CH2ドメインもしくはCH3ドメインのスキャフォールドの1つ以上のループ領域に突然変異を導入する工程、あるいは(ii)前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのスキャフォールドのループ領域の一部を異種免疫グロブリン可変ドメイン由来のCDRもしくはその機能性断片と置換する工程、あるいは(iii)その両方の工程を含み、前記スキャフォールドがIgG、IgA、もしくはIgDの単離された免疫グロブリンCH2ドメイン、またはIgEもしくはIgMの単離された免疫グロブリンCH3ドメインを含み、前記CH2ドメインもしくは前記CH3ドメインのスキャフォールドがN末端のA鎖中にある第1のアミノ酸置換とC末端のG鎖中にある第2のアミノ酸置換とを含み、前記第1のアミノ酸置換と前記第2のアミノ酸置換が各々、もとの残基をシステイン残基で置換し、前記システイン残基がジスルフィド結合を形成する、方法。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのスキャフォールドが1〜7アミノ酸のN末端切断をさらに含む、請求項39に記載の方法。
- 前記CH2ドメインまたは前記CH3ドメインのスキャフォールドが1〜4アミノ酸のC末端切断をさらに含む、請求項39または請求項40に記載の方法。
- 標的抗原に特異的に結合する組換えのCH2ドメインまたは組換えのCH3ドメインを同定する方法であって、請求項39〜41のいずれか一項に記載の方法によって産生されたライブラリーを前記標的抗原と接触させ、前記標的抗原に特異的に結合する組換えのCH2ドメインまたは組換えのCH3ドメインを選択する工程を含む方法。
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