JP5912112B2 - アミド系インスリンプロドラッグ - Google Patents

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    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides

Description

==関連出願へのクロスリファレンス==
本出願は、2010年6月24日にファイルされた、米国仮特許出願第61/358,192号の優先権の利益を主張するものである。この仮特許出願の開示内容全体を、本明細書に明示的に援用する。
==電子的に提出する資料の援用==
2011年6月23日に作成した、ファイル名「IN216461」のコンピューター読取り可能な塩基/アミノ酸配列リスト(27キロバイトのASCII(テキスト形式))1つを、本明細書と同時に提出し、その内容全体を本明細書に援用する。
インスリンは、低活性の単鎖プロインスリン前駆体に由来し、酵素処理によって生合成される、ヘテロダイマーからなるペプチドホルモンである。ヒトのインスリンは、ジスルフィド結合によって互いに結合され、合計51個のアミノ酸を有する、2つのペプチド鎖(「A鎖」(配列番号1)および「B鎖」(配列番号2))からなる。B鎖のC末端領域およびA鎖の2つの末端領域は、三次元構造を構成し、インスリン受容体に対する高い親和性を持つ結合部位に集まる。
インスリンは、ほぼあらゆる形態の糖尿病で血糖値を下げる、非常にたぐいまれな能力を発揮する。残念ながら、インスリンの薬理作用は、グルコース感受性ではなく、インスリンの投与は、生命を脅かす低血糖症につながる過剰な作用に至ることがある。低血糖を起こさずに血中グルコースを正常化するのが極端に難しいというように、矛盾する薬理効果は、インスリン療法の特徴である。その上、天然インスリンは、作用の持続時間が短く、基礎ブドウ糖の制御に使用できるようにするためには、修飾が必要になる。インスリンの作用開始を遅らせるための確立された方法として、溶解性を下げることと、アルブミンの結合がある。
たとえば、より長期に作用する特徴を得るために、2種類の市販のインスリン誘導体を調製した。具体的には、インスリンのpIを5.4から6.7にするために、インスリン誘導体[GlyA21、ArgB31、ArgB32]インスリンが調製された。これによって、ペプチドは生理的pHで沈殿し、結果として吸着と作用時間が遅くなる(Bolli et al., Diabetologia 1999, 42, 1151-1167を参照のこと)。しかしながら、このインスリン誘導体では、IGF−1の親和性が高まり、増殖作用が増して腫瘍が形成される可能性が生じる。もうひとつの市販のインスリン誘導体に[LysB29−テトラデカノイル、des(B30)]インスリンがあり、このLysB29は、C14脂肪酸でアシル化されている(Mayer et al., Peptide Science, 88, 5, 687-713)。脂肪酸鎖が存在すると、血清アルブミンに対するペプチドの結合が強まり、血漿半減期が長くなる。しかしながら、この誘導体には、in vivoでの活性が低いという欠点がある。さらに、これらのインスリン誘導体はともに、生物学的作用の表れ方が患者ごとにばらつきがある。
プロドラッグ化学がゆえに、インスリンが投与部位から拡散し、非常に狭い範囲の濃度で血漿中に平衡に達した後、その作用開始と持続を厳密に制御できるようになっている。既存の作用が長く続くインスリン類縁体および調製物に比して、このような方法の主な価値は、インスリンが蓄積されるのが、注射のなされた皮下の脂肪組織ではなく、血液区画にあるということである。これによって、作用開始を遅らせた従来技術のインスリン誘導体で生じる吸収のばらつきはなくなる。また、皮下注射以外の経路でのペプチドホルモンの投与も可能になる。
インスリンが受容体に結合すると、生物学的刺激が生じるが、同時に、インスリンが誘発する薬理作用がインスリンペプチドの酵素分解によって不活性化されはじめる。インスリンプロドラッグ誘導体を用いることには、この方法によって、対応する受容体によるプロドラッグの認識を抑制することで、インスリンの生物学的半減期を長くできるという利点もある。プロドラッグ誘導体には上記のような利点があるにもかかわらず、このようなプロドラッグの調製は複雑であり、これまでインスリンの効果的なプロドラッグ誘導体を調製することができなかった。有効なプロドラッグ−ホルモンを構築するためには、プロドラッグの構成要素が可逆的に結合できるための基盤を形成することが可能な活性部位の構造的場所が必要である。この構造的場所は、(1)選択的化学的修飾の可能性、(2)プロドラッグ構成要素が除去されると、天然の形態で高い活性度を実現する能力という2つの重要な特性を提供できる必要がある。本明細書に開示のインスリンプロドラッグは、受容体によって認識可能な構造に化学的に変換されることになるが、この化学変換の速度次第で、in vivoでの生物学的作用の開始タイミングと期間が決まる。本出願に開示されるプロドラッグの化学は、付加的な化学物質すなわち酵素または酵素阻害剤に左右されない、分子内での化学反応を利用している。
理想的なプロドラッグは、生理的条件(たとえば、pH7.2、37℃)で水溶性でなければならず、長期間の保存用に、粉末形態で安定していなければならない。また、免疫反応を起こさず、原薬に比して活性が低いものではなければならない。一般に、プロドラッグは、活性が原薬の10%以下であり、一実施形態では、プロドラッグは、活性が原薬の10%未満、5%未満、約1%または1%未満である。さらに、プロドラッグは、体内に注射されると、規定の時間内に活性のある薬物に定量的に変換されるものでなければならない。これらの目的を各々満たすインスリンプロドラッグ類縁体を開示するのは、本出願人らが最初である。
ペプチド系薬剤は、作用時間が比較的短く、治療指数が変わりやすいという特性を持つ、非常に効果的な医薬剤である。本開示は、インスリンプロドラッグに関するものであり、そのプロドラッグ誘導体は、作用開始を遅らせて薬剤の半減期を延ばすよう設計されている。作用開始を遅らせることには、プロドラッグが活性化する前にこれを全身に行き渡らせることができるという意味で、利点がある。したがって、プロドラッグの投与により、投与と同時に最大活性になることで生じる問題がなくなり、原薬の治療指数が高くなる。
一実施形態によれば、アミド結合を介してジペプチドをインスリンペプチドの活性部位に共有結合することによって、インスリンのプロドラッグ誘導体が調製される。一実施形態では、ジペプチドは、インスリン受容体およびIGF−1受容体と相互作用するインスリンの機能に干渉する位置で、インスリンペプチドに共有結合する。その後、分子内反応によってジペプチドが除去されると、生理的条件下かつ酵素による活性のない状態でジケトピペラジンまたはジケトモルホリンが形成され、ポリペプチドに完全な活性が回復する。
一実施形態では、一般構造U−O−インスリンを有するインスリンプロドラッグが提供される。ここで、Uは、アミノ酸またはヒドロキシ酸であり、Oは、U−Oとインスリンペプチドのアミンとの間のアミド結合の形成によってインスリンペプチドに結合した、N−アルキル化されたアミノ酸である。一実施形態では、U−Oジペプチドは、N末端で、あるいは、それぞれのA鎖またはB鎖のA19、B16またはB25の位置に対応するアミノ酸の側鎖で、アミド結合を介して結合する。U−Oの構造は、一実施形態では、インスリンペプチドからのU−Oの化学反応による切断は、PBS中にて生理的条件下で、約1時間から約720時間以内に少なくとも約90%完了するように選択される。一実施形態では、インスリンペプチドからU−Oが化学的に切断される半減期(t1/2)が、PBS中にて生理的条件下で、少なくとも約1時間から約1週間である。
一実施形態では、UおよびOは、哺乳動物の血清に含まれる酵素によってインスリンペプチドからU−Oジペプチドが酵素的に切断されるのを阻害するように選択される。一実施形態では、Uおよび/またはOは、PBS中にて生理的条件下でインスリンペプチドからU−Oが切断される半減期が、DPP−IVプロテアーゼを含む溶液中でのインスリンペプチドからU−Oが切断される半減期の2倍以下になる(すなわち、インスリンプロドラッグからのU−Oの切断が、DPP−IVプロテアーゼの存在下、生理的条件で、酵素のない理想的な状態の2倍を超える速度では起こらない)ように選択される。一実施形態では、U、OまたはU−Oが結合しているインスリンペプチドのアミノ酸は、コードされていないアミノ酸である。一実施形態では、Uおよび/またはOは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。例示としてのいくつかの実施形態では、Uは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸であり、Oは、L型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。例示としてのいくつかの実施形態では、Uは、L型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸であり、Oは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。例示としてのいくつかの実施形態では、Uは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸であり、Oは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。一実施形態では、OはN−アルキル化されたアミノ酸であるが、プロリンではない。
一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、以下の式Iの一般構造を有する化合物を含む。
Figure 0005912112

式中、
、R、R、Rは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルまたはアリールを形成するか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)NH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択される。
一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、以下の式Iの一般構造を有する化合物を含む。
Figure 0005912112

式中、
、R、R、Rは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成するか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)NH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
一実施形態では、ジペプチド伸長部は、以下の一般構造の化合物を含む。
Figure 0005912112

式中、Rは、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキル環を形成し、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択される。一実施形態では、Rは、C〜Cアルキルであり、Rは、H、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成する。
一実施形態によれば、A鎖とB鎖とを有するインスリンプロドラッグ類縁体が提供され、ここで、A鎖は配列Z−GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)を有し、B鎖は配列J−X14−XLCGXLVEALXLVCG ERGFX(配列番号14)を有する。A鎖とB鎖の構造式のZおよびJの表示は独立に、H(N末端のアミンを形成)または以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

14は、「J」要素をXLCGXLVEALXLVCG ERGFX(配列番号14)配列のN末端につなぐ結合であるか、あるいは、X14は、「J」要素をXLCGXLVEALXLVCG ERGFX(配列番号14)配列のN末端につなぐFVNQ(配列番号11)、VNQ、NQ、Qからなる群から選択される1〜4個のアミノ酸からなる配列を示す。
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NH、NHR10、OCHからなる群から選択され、R10は、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、アスパラギン、オルニチン、グリシン、アラニン、スレオニン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、X12は、OH、NH、NHR11、OCHからなる群から選択され、R11は、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、ヒスチジン、アスパラギンまたは以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、X13は、H、OH、NH、NHR12、OCHからなる群から選択され、R12は、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

式中、Rは、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択され、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択されるが、ただし、X、X12、X13、JおよびZのうちの1つのみ、以下の一般構造のジペプチドを有する。
Figure 0005912112

一実施形態では、インスリン類縁体は、Xがヒスチジンまたはアスパラギンであること以外は、すぐ上に記載した配列を有する。一実施形態では、JまたはZが式Iのジペプチドを有し、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成する場合、RおよびRは、ともに水素ではない。
一実施形態によれば、Z、J、R10、R11またはR12に存在するジペプチドは、式Iの一般構造を有する化合物を含む。
Figure 0005912112

式中、
、R、R、Rは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成するか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)NH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
一実施形態によれば、Z、J、R10、R11またはR12に存在するジペプチドは、式Iの一般構造を有する化合物を含む。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、HまたはC〜Cアルキルであり、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキルであり、
はNHRであり、
は、HまたはC〜Cアルキルであり、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
一実施形態によれば、インスリンペプチドのA鎖が、配列Z−GIVEQCCTSICSLYQLENXCN(配列番号6)を有し、B鎖が、HLCGSHLVEALYLVCGERGFF(配列番号7)、FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT(配列番号8)、FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTKPT(配列番号9)からなる群から選択される配列を有する、インスリン類縁体が提供される。
ここで、Zは、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

式中、R10は、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

ただし、ZおよびR10はともにHではなく、ともに以下の一般構造を有するジペプチドでもない。
Figure 0005912112

一実施形態によれば、単鎖インスリンプロドラッグ類縁体が提供される。この実施形態では、ヒトインスリンのB鎖またはその機能的類縁体のカルボキシ末端が、ヒトインスリンのA鎖またはその機能的類縁体のN末端に共有結合する。この場合、以下の一般構造
Figure 0005912112

を有するジペプチドプロドラッグ部分が、ペプチドのN末端あるいは、それぞれのA鎖またはB鎖のA19、B16またはB25の位置に対応するアミノ酸の側鎖で、アミド結合を介して共有結合する。一実施形態では、B鎖は、4〜12個または4〜8個のアミノ酸からなるペプチドリンカーを介してA鎖に結合する。
もうひとつの実施形態では、親水体がペプチドに共有結合することで、インスリンプロドラッグ類縁体の溶解性が高められる。一実施形態では、親水体は、リンカーを介してインスリン類縁体に結合する。一実施形態では、親水体は、(直接的にまたはリンカーを介して間接的に)B鎖のN末端のαアミンあるいは、配列番号9の28番目におけるアミノ酸または配列番号8の29番目におけるアミノ酸の側鎖に結合する。一実施形態では、親水体は、分子量が約500〜約40,000ダルトンの範囲から選択されるポリエチレングリコール(PEG)鎖である。一実施形態では、ポリエチレングリコール鎖は、分子量が約500〜約5,000ダルトンの範囲から選択される。もうひとつの実施形態では、ポリエチレングリコール鎖は、分子量が約10,000〜約20,000ダルトンである。
アシル化またはアルキル化によって、インスリンペプチドの血中半減期を延ばすことが可能である。アシル化またはアルキル化は、好都合なことに、プロドラッグの活性化時にインスリン受容体での作用開始を遅らせるおよび/または作用時間を延ばす。インスリン類縁体は、親水体が結合するのと同一のアミノ酸位置でアシル化またはアルキル化されていてもよいし、異なるアミノ酸位置でアシル化またはアルキル化されていてもよい。
一実施形態によれば、本明細書に開示の新規なインスリンプロドラッグ類縁体のいずれかを、好ましくは純度レベル少なくとも90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%で含み、かつ、薬学的に許容される希釈剤、キャリアまたは賦形剤を含む、薬学的組成物が提供される。このような組成物は、本明細書に開示したようなA19インスリン類縁体を、少なくとも0.5mg/ml、1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml、8mg/ml、9mg/ml、10mg/ml、11mg/ml、12mg/ml、13mg/ml、14mg/ml、15mg/ml、16mg/ml、17mg/ml、18mg/ml、19mg/ml、20mg/ml、21mg/ml、22mg/ml、23mg/ml、24mg/ml、25mg/mlまたはこれより高い濃度で含有するものであってもよい。一実施形態では、薬学的組成物は、滅菌され、任意にさまざまな包装容器で保管収容される水溶液を含む。他の実施形態では、薬学的組成物は、凍結乾燥粉末を含む。薬学的組成物は、組成物を患者に投与するための使い捨ての装置を含むキットの一部として包装されていてもよい。容器またはキットには、室温または冷蔵庫の温度での保存用にラベル表示がなされてもよい。
一実施形態によれば、インスリン依存性患者の血中グルコース濃度を調節する改善された方法が提供される。この方法は、患者に、本開示のインスリンプロドラッグ類縁体を、糖尿病を制御するのに治療的に有効な量で投与する工程を含む。一実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体は、分子量が約5,000〜約40,000ダルトンの範囲から選択されるPEG鎖でPEG化される。
ヒトインスリンを調製するための2段階での合成ストラテジーの概略図である。この手順の詳細については実施例1で説明する。 合成ヒトインスリンと精製された天然インスリンについて、インスリン受容体の特異的結合を比較したグラフである。この合成インスリンは、図1に詳細を示す方法で合成したものである。グラフに示されたデータから明らかなように、2つの分子は似たような結合活性を有する。 天然インスリンとA19インスリン類縁体(インスリン(p−NH−F)19)のインスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、2つの分子は似たような結合活性を有する。 天然インスリンとIGF1(YL)B16B17類縁体のインスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、2つの分子は似たような結合活性を有する。 IGF1(YB16B17)(p−NH−F)A19類縁体を調製するのに用いる合成スキームの概略図である。 IGF1(YB16B17)(p−NH−F)A19とIGF1(YB16B17)(p−NH−F)A19のジペプチド伸長形のインスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。ここで、ジペプチドAibAlaは、A19の位置で結合する(すなわち、IGF1(YB16B17A19−AibAla)。 本開示に従って調製したダイマーの活性を示す。図7Aは、2つの単鎖IGFB16B17誘導体ペプチド(IGF−1B鎖[C161722]−A鎖[O9,14,1518,21];配列番号68)が、B鎖のアミノ末端の側鎖間のジスルフィド結合によって結合したIGF−1単鎖ダイマーの構造を示す。 本開示に従って調製したダイマーの活性を示す。図7Bは、インスリン、IGF−1、単鎖IGFB16B17誘導体ペプチドダイマー、二本鎖IGFB16B17誘導体ペプチドダイマーのインスリン受容体に対する相対結合力を示すグラフである。 本開示に従って調製したダイマーの活性を示す。図7Cは、インスリン、IGF−1、二本鎖IGFB16B17誘導体ペプチドダイマーの、インスリン受容体のリン酸化を誘導するための相対活性を示すグラフである。 IGF1A(Ala)6,7,11,20アミドのIGFB16B17誘導体ペプチド:((pNH−F)19のAib−Proプロドラッグ形態の分解を示す図である。ジペプチドを、PBS中、pH7.4で37℃にてあらかじめ定められた時間、インキュベートした。インキュベーション開始後、20分(図8A)、81分(図8B)、120分(図8C)の時点で少量を取り、0.1%TFAで反応を停止し、分析用HPLCで試験した。ピークa(IGF1A(Ala)6,7,11,20(pNH−F)アミド)およびピークb(IGF1A(Ala)6,7,11,20(Aib−Pro−pNH−F)19アミド)をLC−MSで同定し、ピーク面積を積分して定量化した。これらのデータは、IGF1A(Ala)6,7,11,20(Aib−Pro−pNH−F)19アミドからIGF1A(Ala)6,7,11,20(pNH−F)アミドへの自律的かつ酵素によらない経時的な変換を示している。 プロドラッグAib,dPro−IGF1YL(A19 4−アミノフェニルアラニンを介して結合したジペプチド)のin vitroでの活性を示すグラフである。図9Aは、PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(Aib,dPro−IGF1YL)の経時的な(0時間、2.5時間、10.6時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、A19 IGFプロドラッグ類縁体試料から活性の高い状態に回復する。 プロドラッグAib,dPro−IGF1YL(A19 4−アミノフェニルアラニンを介して結合したジペプチド)のin vitroでの活性を示すグラフである。図9Bは、20%血漿/PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1.5時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(Aib,dPro−IGF1YL)の経時的な(0時間、1.5時間、24.8時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、A19 IGFプロドラッグ類縁体試料から活性の高い状態に回復する。 プロドラッグdK,(N−イソブチルG)−IGF1YLのin vitroでの活性を示すグラフである(この場合、ジペプチドdK,(N−イソブチルG)がアミド結合を介してA19 4−アミノフェニルアラニンでインスリン類縁体に結合している)。図10Aは、PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(IGF1YL:dK,(N−イソブチルG)の経時的な(0時間、5時間、52時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、A19 IGFプロドラッグ類縁体試料から活性の高い状態に回復する。 プロドラッグdK,(N−イソブチルG)−IGF1YLのin vitroでの活性を示すグラフである(この場合、ジペプチドdK,(N−イソブチルG)がアミド結合を介してA19 4−アミノフェニルアラニンでインスリン類縁体に結合している)。図10Bは、20%血漿/PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1.5時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(IGF1YL:dK,(N−イソブチルG)の経時的な(0時間、3.6時間、24.8時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、A19 IGFプロドラッグ類縁体試料から活性の高い状態に回復する。 プロドラッグdK(e−アセチル),Sar)−IGF1YL(この場合、アシル化されたジペプチドdK(e−アセチル),Sar)がアミド結合を介してA19 4−アミノフェニルアラニンでインスリン類縁体に結合している)のin vitroでの活性を示すグラフである。図11Aは、PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(IGF1YL:dK(e−アセチル),Sar)の経時的な(0時間、7.2時間、91.6時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、A19 IGFプロドラッグ類縁体試料から活性の高い状態に回復する。 プロドラッグdK(e−アセチル),Sar)−IGF1YL(この場合、アシル化されたジペプチドdK(e−アセチル),Sar)がアミド結合を介してA19 4−アミノフェニルアラニンでインスリン類縁体に結合している)のin vitroでの活性を示すグラフである。図11Bは、20%血漿/PBSでインキュベートした、天然インスリン(4℃で1.5時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(IGF1YL:dK(e−アセチル),Sar)の経時的な(0時間、9時間、95時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、A19 IGFプロドラッグ類縁体試料から活性の高い状態に回復する。 天然インスリンのヘテロ二本鎖、IGF−1のA鎖およびB鎖のヘテロ二本鎖、単鎖IGF−1類縁体(B鎖のカルボキシ末端は、IGF−1のA鎖のN末端に直接結合している)のインスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。 天然インスリンのヘテロ二本鎖、IGF−1、IGF−1デルタヘテロ二本鎖、単鎖IGF−1デルタ単鎖類縁体(B鎖のカルボキシ末端は配列GYGSSSOR(配列番号69)からなるペプチドリンカーを介してIGF−1のA鎖のN末端に結合)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフであり、この場合、IGF−1デルタ類縁体は、アミノ酸置換HA8、OA9、OA14、OA15、QA17、NA21、YB16、LB17、OB22を含む、天然のIGF−1配列を有する。 IGF−1受容体あるいは、AまたはBサブタイプのインスリン受容体に対する単鎖インスリン類縁体のin vitroでの相対結合活性を示す棒グラフであり、この場合、天然インスリンのB鎖のカルボキシ末端は、IGF−1のCペプチドまたはIGF−1のCペプチドのさまざまな誘導体を介して、天然インスリンのA鎖のアミノ末端に結合している。Bインスリン類縁体の命名法において、BおよびAの記号はA鎖およびB鎖のインスリン配列を示すのに対し、CはIGF−1のCペプチドを示す。このデータによって示されるように、IGF−1のCペプチドを介してB鎖をA鎖に結合する単鎖インスリン類縁体は、強力なインスリンアゴニストである。さらに、2番目の位置を修飾(たとえば、アラニンを天然のチロシンと置換)あるいはIGF−1のC橋渡しペプチドの最後の4つのアミノ酸を欠失させると、高活性のインスリン選択性単鎖インスリン類縁体が形成される。 IGF−1受容体またはAまたはBサブタイプのインスリン受容体に対する、式Bの単鎖インスリン類縁体のin vitroでの相対結合活性を示す棒グラフである。この場合、橋渡しとなるIGF−1のCペプチドの天然の配列は、1番目、2番目、3番目、4番目または8番目の位置で標記のアミノ酸置換によって修飾されている。Bインスリン類縁体の命名法において、BおよびAの記号はA鎖およびB鎖のインスリン配列を示すのに対し、CはIGF−1のCペプチドを示す。 Aサブタイプのインスリン受容体に対する単鎖Bインスリン類縁体のin vitroでの相対結合活性およびリン酸化活性を示す棒グラフである。さまざまなアミノ酸置換または欠失に対する天然のIGF−1のCペプチド(010)の活性を比較した。Bインスリン類縁体の命名法において、BおよびAの記号はA鎖およびB鎖のインスリン配列を示すのに対し、CはIGF−1のCペプチドを示す。 インスリンのA鎖を有するインスリン類縁体よりも、IGF−1のA鎖を有するインスリン類縁体のほうが、特定のインスリン分解酵素(IDE)による分解に対する耐性が高いことを示すグラフである。 in vitroでの細胞増殖を誘導する、IGF−1、インスリンおよびインスリン/IGFキメラの相対活性を示すグラフである。これらの結果は、IGF−1単鎖インスリン類縁体に関連するインスリン活性が、天然のIGF−1に関する増殖活性とは相関しないことを示している。 プロドラッグMIU−29:B1(Y16,L17,Y25)29a:A1(aF19−dLys(Ac),NLeu)の活性を示す。図19Aは、MIU−29をex vivo(PBSバッファーにて37℃)でインキュベートすると、in vitroでのインスリン受容体への結合が時間の経過とともに増加し、半減期が約4.4時間になることを示している。 プロドラッグMIU−29:B1(Y16,L17,Y25)29a:A1(aF19−dLys(Ac),NLeu)の活性を示す。図19Bは、ジペプチドプロドラッグ要素でアシル化されたプロドラッグ二本鎖インスリン類縁体(MIU−29:[B1(Y16,L17,Y25)29a:A1(aF19−dLys(Ac),NLeu)]について、その親のインスリン類縁体(MIU−27:[B1(Y16,L17,Y25)29a:A1(aF19−NH2)]との対比で、健常なマウスで実施したインスリン耐性比較試験の結果を示すグラフである。プロドラッグ誘導体MIU−29は、A19の位置に4−アミノフェニルアラニン置換を有する。この場合、ジペプチドdLys(Ac),NLeuがA19残基の4−アミノ位置に共有結合し、ジペプチド要素のリジンの側鎖は、C14脂肪酸でアシル化されている。このジペプチドは、生理的条件下では、約4.4時間の半減期で自律的に分裂する。MIU−29をex vivoで24時間インキュベートした後、得られた化合物(「MIU−29c」と表示)をマウスに投与し、これが血中グルコースを下げる機能を親化合物の場合と比較した。図12に示すように、これら2種類の化合物はほぼ同じように作用した。 インスリンプロドラッグ類縁体であるMIU−30a:B1(Y16,L17,Y25)29a:A1(dLys(Ac),Sar−aF19)(アシル化されたジペプチドdLys(Ac),Sarが、アミド結合を介して、A19 4−アミノフェニルアラニンでインスリン類縁体に結合している)でのインスリン耐性比較試験で得られた結果を示す。プロドラッグの半減期は、約20時間であると推定される。図20Aに示すデータから、親化合物は活性が低いが、20%血漿中で48時間のインキュベーション(「MIU−30c」を形成)後、活性が高まることが明らかになる。●=溶媒対照、▼=MIU 30a、90nm/kg;▽=MIU 30c、90nm/kg;◆=MIU 30a、270nm/kg;◇=MIU 30c、270nm/kg。 インスリンプロドラッグ類縁体であるMIU−30a:B1(Y16,L17,Y25)29a:A1(dLys(Ac),Sar−aF19)(アシル化されたジペプチドdLys(Ac),Sarが、アミド結合を介して、A19 4−アミノフェニルアラニンでインスリン類縁体に結合している)でのインスリン耐性比較試験で得られた結果を示す。このプロドラッグの半減期は、約20時間であると推定される。同様に、図20Bは、C57/Blkマウスで8時間後の血中グルコースAUCを示しており、投与前にin vitroでインキュベートすると、時間の経過とともに化合物の活性が高まることがわかる。 アシル化されたインスリン類縁体であるMIU 46:B1(H5,10 Y16,L17,Y25,K29−C14)28a:A1(N18,21,aF19NH2)のin vitroでの活性を、そのアシル化されていない対応物質(MIU−45)および天然インスリンとの対比で示すグラフである。アシル化されたインスリンは、A19の位置に4−アミノフェニルアラニン置換、B29の位置にリジン置換を有し、B29リジンの側鎖がC14脂肪酸でアシル化されている。アシル化された類縁体は、親化合物よりも活性が低下している。 アシル化されたプロドラッグMIU 42:B1(Y16,L17,Y25)29a:A1(dLys(rE−C14),Sar−aF19)(ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸がアシル化され、グルタミン酸リンカーのγ位「rE」で結合している)のin vitroでの活性を、30%ACN/PBS中、pH7.4および37℃で、ex vivoでのインキュベーション時間に対して示すグラフである。このデータによって示されるように、ex vivoでのインキュベーション時間が長くなるにつれて、活性は親化合物MIU 42まで回復する。 C57/Blkマウスを用いて、Detemirおよびアシル化されたインスリン類縁体であるMIU−46について実施した、インスリン耐性比較試験のデータである。アシル化された誘導体であるMIU 46:B1(H5,10 Y16,L17,Y25,K29−C14)28a:A1(N18,21,aF19NH2)は、γグルタミン酸スペーサーを介してC14脂肪酸でアシル化されたリジン置換を29番目に有する。図23A〜図23Dに示すように、アシル化された類縁体であるMIU−46は、Detemirほど強力ではない。 C57/Blkマウスを用いて、Detemirおよびアシル化されたインスリン類縁体であるMIU−46について実施した、インスリン耐性比較試験のデータである。アシル化された誘導体であるMIU 46:B1(H5,10 Y16,L17,Y25,K29−C14)28a:A1(N18,21,aF19NH2)は、γグルタミン酸スペーサーを介してC14脂肪酸でアシル化されたリジン置換を29番目に有する。図23A〜図23Dに示すように、アシル化された類縁体であるMIU−46は、Detemirほど強力ではない。 C57/Blkマウスを用いて、Detemirおよびアシル化されたインスリン類縁体であるMIU−46について実施した、インスリン耐性比較試験のデータである。アシル化された誘導体であるMIU 46:B1(H5,10 Y16,L17,Y25,K29−C14)28a:A1(N18,21,aF19NH2)は、γグルタミン酸スペーサーを介してC14脂肪酸でアシル化されたリジン置換を29番目に有する。図23A〜図23Dに示すように、アシル化された類縁体であるMIU−46は、Detemirほど強力ではない。 C57/Blkマウスを用いて、Detemirおよびアシル化されたインスリン類縁体であるMIU−46について実施した、インスリン耐性比較試験のデータである。アシル化された誘導体であるMIU 46:B1(H5,10 Y16,L17,Y25,K29−C14)28a:A1(N18,21,aF19NH2)は、γグルタミン酸スペーサーを介してC14脂肪酸でアシル化されたリジン置換を29番目に有する。図23A〜図23Dに示すように、アシル化された類縁体であるMIU−46は、Detemirほど強力ではない。 PEG化されたインスリンプロドラッグの実施形態の一般構造であり、20kDaのPEGがリンカーを介してB鎖のN末端のαアミンに結合し、A19の位置にa鎖が4−アミノフェニルアラニン置換を有する。この場合、ジペプチド(AA1、AA2)は、アミド結合を介して4−アミノフェニルアラニンの4−アミノ基に結合している。一実施形態では、ジペプチド(AA1、AA2)は、ノルロイシン、dリジン(アシル化された)である。 図24に示す一般構造を調製するのに用いる合成スキームの概略図である。この合成の詳細については、実施例15で説明する。 リン酸化アッセイに基づく、インスリンのA型サブタイプ受容体に対するさまざまなプロドラッグ化合物(図24の一般構造を有する)のin vitroでの活性を示すグラフである。試験した化合物は以下のとおりである。天然インスリン(■)、B1Aoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(pNH2−F19,N18、N21(●、アミノオキシアセチル(Aoa)リンカーを有するが、PEGはなく、A19のジペプチドもない)、B1PEG−Aoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(pNH2−F19dLys(rE−C14),Sar−aF19,N18,N21(▲、N末端の20kDaのPEGを有するが、A19のジペプチドはない)、B1PEGAoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(dLys(rE−C14),βAla−aF19,N18,N21(▼、N末端の20kDaのPEGを有し、ほとんど切断されないジペプチド(dLys(rE−C14),βAla)をA19に有する)、B1PEGAoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(dLys(rE−C14),Nleu−aF19,N18,N21(◆、N末端の20kDaのPEGを有し、インキュベーション工程なしで投与される自己切断ジペプチド(dLys(rE−C14),Nleu)をA19に有する)、B1PEGAoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(dLys(rE−C14),Nleu−aF19,N18,N21(左方向黒三角、N末端の20kDaのPEGを有し、PBS中で78時間のインキュベーション後に投与される自己切断ジペプチド(dLys(rE−C14),Nleu)をA19に有する)。図19Aおよび図19Bで言及したように、ジペプチドdLys(rE−C14),Nleuは、生理的条件下では、約4.4時間の半減期で自律的に分裂する。 リン酸化アッセイに基づく、インスリンのB型サブタイプ受容体に対するさまざまなプロドラッグ化合物(図24の一般構造を有する)のin vitroでの活性を示すグラフである。試験した化合物は以下のとおりである。天然インスリン(■)、B1Aoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(pNH2−F19,N18、N21(●、アミノオキシアセチル(Aoa)リンカーを有するが、PEGはなく、A19のジペプチドもない)、B1PEG−Aoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(pNH2−F19dLys(rE−C14),Sar−aF19,N18,N21(▲、N末端の20kDaのPEGを有するが、A19のジペプチドはない)、B1PEGAoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(dLys(rE−C14),βAla−aF19,N18,N21(▼、N末端の20kDaのPEGを有し、ほとんど切断されないジペプチド(dLys(rE−C14),βAla)をA19に有する)、B1PEGAoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(dLys(rE−C14),Nleu−aF19,N18,N21(◆、N末端の20kDaのPEGを有し、インキュベーション工程なしで投与される自己切断ジペプチド(dLys(rE−C14),Nleu)をA19に有する)、B1PEGAoa2(H5,H10,Y16,L17)25a:A1(dLys(rE−C14),Nleu−aF19,N18,N21(左方向黒三角、N末端の20kDaのPEGを有し、PBS中で78時間のインキュベーション後に投与される自己切断ジペプチド(dLys(rE−C14),Nleu)をA19に有する)。図19Aおよび図19Bで言及したように、ジペプチドdLys(rE−C14),Nleuは、生理的条件下では、約4.4時間の半減期で自律的に分裂する。
詳細な説明
定義
本発明について説明し、権利請求するにあたり、以下に示す定義に従って次のような技術用語を使用する。
本明細書で使用する場合、「プロドラッグ」という用語を、その薬理作用を発揮する前に化学修飾がなされる化合物として定義する。
「生体活性ポリペプチド」とは、in vitroおよび/またはin vivoにて生物学的作用をおよぼすことのできるポリペプチドをいう。
本明細書で使用する場合、「アミノ酸」という用語は、アミノ官能基とカルボキシ官能基の両方を含む分子を包含し、ここでのアミノ基とカルボキシレート基は同一の炭素(α炭素)に結合している。α炭素は、任意に、1つまたは2つの別の有機置換基を有するものであってもよい。異性体の型を明記しない場合のアミノ酸の表示は、アミノ酸のL型またはD型あるいは、ラセミ混合物を包含することを意図している。しかしながら、アミノ酸を3文字コードで表記し、そこに上付の数字を含む場合、アミノ酸のD型については、3文字コードの前に小文字のdと上付の数字を含めて示してある(たとえば、dLys−1)のに対し、小文字のdがない表示(たとえば、Lys−1)は、アミノ酸の天然のL型を示すことを意図したものである。この命名法では、上付の数字を含む場合、IGFペプチド配列におけるアミノ酸の位置を示す。この場合、IGF配列内に位置するアミノ酸を、N末端から起算して連番の正の上付数字で示す。N末端で、あるいは、側鎖を介してIGFペプチドに結合する追加のアミノ酸には、0で始まり、IGF配列からさらに離れるにつれて負の整数値で数字が大きくなるように番号付けされる。たとえば、IGFのN末端に結合したジペプチドプロドラッグ内のアミノ酸の位置をaa−1−aa−IGFと表記するが、このaaはジペプチドのカルボキシ末端のアミノ酸を表し、aa−1はジペプチドのアミノ末端のアミノ酸を表す。
本明細書で使用する場合、「ヒドロキシ酸」という用語は、α炭素のアミノ基をヒドロキシ基に入れ換える修飾がなされたアミノ酸を示す。
本明細書で使用する場合、「コードされていないアミノ酸」という表現は、以下の20種類のアミノ酸すなわち、Ala、Cys、Asp、Glu、Phe、Gly、His、Ile、Lys、Leu、Met、Asn、Pro、Gln、Arg、Ser、Thr、Val、Trp、TyrのいずれのL異性体でもないアミノ酸を包含する。
「ジペプチド」は、αアミノ酸またはαヒドロキシ酸が、ペプチド結合を介して別のアミノ酸と結合することで形成される化合物である。
本明細書で使用する場合、「化学反応による切断」という表現は、他に何ら断りがなければ、化学的共有結合の切断につながる酵素によらない反応を包含する。
「生体活性ポリペプチド」とは、in vitroおよび/またはin vivoにて生物学的作用をおよぼすことのできるポリペプチドをいう。
本明細書で使用する場合、一般的にペプチドと言及すると、アミノ末端とカルボキシ末端が修飾されたペプチドを包含することを意図している。たとえば、標準的なアミノ酸を選定しているアミノ酸配列には、N末端およびC末端の標準的なアミノ酸のみならず、N末端の対応するヒドロキシ酸および/またはC末端のカルボン酸に代えてアミド基を含むように修飾された対応するC末端のアミノ酸を包含することを意図している。
本明細書で使用する場合、「アシル化された」アミノ酸は、それを製造する手段とは関係なく、天然のアミノ酸に対して非天然のアシル基を含むアミノ酸である。アシル化されたアミノ酸およびアシル化されたペプチドを製造する方法の例は、当分野で知られており、アミノ酸をアシル化した上でペプチドに含ませることや、ペプチド合成後にこのペプチドを化学的にアシル化することを含む。一実施形態では、アシル基が、ペプチドに、(i)血中半減期を延ばすこと、(ii)作用開始を遅らせること、(iii)作用時間を延ばすこと、(iv)DPP−IVなどのプロテアーゼに対する耐性を改善すること、(v)インスリンペプチド受容体における作用を増強することのうちの1つまたは2つ以上をさせる。
本明細書で使用する場合、「アルキル化された」アミノ酸は、それを製造する手段とは関係なく、天然のアミノ酸に対して非天然のアルキル基を含むアミノ酸である。アルキル化されたアミノ酸およびアルキル化されたペプチドを製造する方法の例は、当分野で知られており、アミノ酸をアルキル化した上でペプチドに含ませることや、ペプチド合成後にこのペプチドを化学的にアルキル化することを含む。特定の理論に拘泥することなく、ペプチドのアルキル化によって、ペプチドのアシル化と同一でないにしても似たような作用、たとえば血中半減期を延ばすこと、作用開始を遅らせること、作用時間を延ばすこと、DPP−IVなどのプロテアーゼに対する耐性を改善すること、インスリン受容体における作用を増強することなどが達成されると考えられている。
本明細書で使用する場合、「薬学的に許容されるキャリア」という表現は、リン酸緩衝生理食塩水、水、水中油滴型エマルションまたは油中水滴型エマルションなどのエマルションならびに、さまざまなタイプの湿潤剤といった、標準的な薬学的キャリアを含む。また、この表現は、ヒトをはじめとする動物での用途向けに米国連邦政府の規制当局によって承認された薬剤または米国薬局方に記載された薬剤も包含する。
本明細書で使用する場合、「薬学的に許容される塩」という表現は、親化合物の生物学的活性を保持し、かつ、生物学的にまたはそれ以外に望ましくない点のない化合物の塩を示す。本明細書に開示する化合物の多くは、アミノ基および/またはカルボキシ基またはこれらに類する基が存在することで、酸性塩および/または塩基性塩を形成可能である。
薬学的に許容される塩基付加塩は、無機塩基および有機塩基から調製可能なものである。無機塩基から誘導される塩としては、単なる一例として、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩、アンモニウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩があげられる。有機塩基から誘導される塩としては、第1級アミンの塩、第2級アミンの塩、第3級アミンの塩があげられるが、これらに限定されるものではない。
薬学的に許容される酸付加塩を、無機酸および有機酸から調製してもよい。無機酸から誘導される塩としては、塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸などがあげられる。有機酸から誘導される塩としては、酢酸、プロピオン酸、グリコール酸、ピルビン酸、シュウ酸、リンゴ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、酒石酸、クエン酸、安息香酸、ケイ皮酸、マンデル酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、p−トルエン−スルホン酸、サリチル酸などがあげられる。
本明細書で使用する場合、「治療する」という表現は、特定の障害または状態の予防法あるいは、特定の障害または状態に関連する症状の軽減および/またはこれらの症状を予防または解消することを含む。たとえば、本明細書で使用する場合、「糖尿病を治療する」という表現は、概して、血中グルコース濃度を正常なレベル付近に維持することを示し、個々の状況に応じて血中グルコース濃度を上昇させるか低下させることを含む場合もある。
本明細書で使用する場合、プロドラッグの「有効」量または「治療有効量」とは、無毒であるが、望ましい効果を得るのに十分なプロドラッグの量をいう。たとえば、ひとつの望ましい効果として、高血糖症を予防または治療できることがあろう。「有効な」量は、個人の年齢や全身状態、投与モードなどに応じて、治療対象者ごとに変わってくる。このため、常に正確な「有効量」を規定できるわけではない。しかしながら、個々の症例における適切な「有効」量については、当業者がルーチンな実験を用いて判断できる。
「非経口」という用語は、消化管を経由せず、鼻腔内、吸入、皮下、筋肉内、脊髄内または静脈内など、他の何らかの経路によることを意味する。
本明細書で使用する場合、「天然インスリンペプチド」という表現は、配列番号1のA鎖と配列番号2のB鎖とを有する51のアミノ酸からなるヘテロダイマーのみならず、配列番号1および2を有する単鎖インスリン類縁体を示すことを意図する。「インスリンペプチド」という用語は、本明細書で他に何ら説明的な言い回しを伴わずに用いられる場合、配列番号1のA鎖と配列番号2のB鎖とを有する51のアミノ酸からなるヘテロダイマーのみならず、その単鎖インスリン類縁体(たとえば、国際特許出願公開公報WO96/34882および米国特許第6,630,348号(その開示内容を本明細書に援用する)に開示されたものを含む)を包含することを意図しており、これらには、天然のA鎖および/またはB鎖の修飾された誘導体を有するヘテロダイマーおよび単鎖類縁体も含む。一例として、A19の位置、B16の位置またはB25の位置のアミノ酸の4−アミノフェニルアラニンへの修飾あるいは、A5、A8、A9、A10、A12、A14、A15、A17、A18、A21、B1、B2、B3、B4、B5、B9、B10、B13、B14、B17、B20、B21、B22、B23、B26、B27、B28、B29、B30から選択される位置における1つまたは2つ以上のアミノ酸置換あるいは、B1〜4およびB26〜30のいずれかまたはすべての欠失があげられる。「インスリンプロドラッグ類縁体」は、本明細書で使用する場合、インスリンの活性またはIGF1系インスリン類縁体の活性(たとえば、インスリン受容体およびIGF−1受容体と相互作用する能力)に干渉する位置で、アミド結合を介してジペプチドが共有結合することで修飾されたインスリンペプチド(または実施例9に開示するようなIGF1系インスリン類縁体)をいう。
本明細書で使用する場合、「単鎖インスリン類縁体」という用語は、インスリンのA鎖とB鎖とが共有結合している、構造的に関連したタンパク質の群を包含する。
本明細書で使用する場合、アミノ酸の「修飾」とは、アミノ酸の置換、付加または欠失あるいは、化学基をアミノ酸に付加および/またはアミノ酸から除去することによるアミノ酸の誘導をいい、ヒトタンパク質に一般的に見られる20種類のアミノ酸のみならず、典型的ではないアミノ酸または非天然のアミノ酸との置換または付加を含む。典型的ではないアミノ酸の商業的な入手先として、Sigma-Aldrich(Milwaukee, WI)、ChemPep Inc.(Miami, FL)、Genzyme Pharmaceuticals(Cambridge, MA)があげられる。典型的ではないアミノ酸については、商業的な提供元から購入してもよいし、天然のアミノ酸から新たに合成あるいは、化学的に修飾または誘導体化してもよい。
本明細書で使用する場合、アミノ酸の「置換」とは、1つのアミノ酸残基が異なるアミノ酸残基と入れ換わることをいう。本出願全体をとおして、特定のアミノ酸の位置を文字と数字で参照する場合(たとえば、A5の位置)はいずれも、天然のヒトインスリンのA鎖(配列番号1)またはB鎖(配列番号2)において、それぞれA鎖(たとえばA5の位置)またはB鎖(たとえばB5の位置)の該当位置のアミノ酸あるいは、その任意の類縁体での対応するアミノ酸の位置をいう。たとえば、それ以上詳細に触れることなく本明細書で「B28の位置」といえば、配列番号2の最初のアミノ酸が欠失したインスリン類縁体のB鎖であれば、対応するB27の位置を意味する。
本明細書で使用する場合、「保存的なアミノ酸置換」という表現は、本明細書では、以下の5群のうちの1つの範囲内での交換として定義される。
I.脂肪族、非極性またはわずかに極性の小さな残基
Ala、Ser、Thr、Pro、Gly
II.極性を有し、負の電荷を持つ残基およびそのアミド
Asp、Asn、Glu、Gln
III.極性を有し、正の電荷を持つ残基
His、Arg、Lys、オルニチン(Orn)
IV.脂肪族で非極性の大きな残基
Met、Leu、Ile、Val、Cys、ノルロイシン(Nle)、ホモシステイン
V.大きな芳香族残基
Phe、Tyr、Trp、アセチルフェニルアラニン
本明細書で使用する場合、一般的な用語である「ポリエチレングリコール鎖」または「PEG鎖」とは、一般式H(OCHCHOH(式中、nは少なくとも9である)で表される、エチレンオキシドと水との縮合ポリマー(分岐状または直鎖状)の混合物をいう。それ以上の特徴がなければ、この用語には、平均総分子量が500〜80,000ダルトンの範囲から選択されるエチレングリコールのポリマーを含むことを意図している。「ポリエチレングリコール鎖」または「PEG鎖」は、その概算の平均分子量を示すのに、数字の接尾辞と組み合わせて用いられる。たとえば、PEG−5,000は、総分子量の平均が約5,000ダルトンのポリエチレングリコール鎖を示す。
本明細書で使用する場合、「PEG化」およびこれと同様の用語は、化合物にポリエチレングリコール鎖を結合することで、その天然の状態から修飾された化合物をいう。「PEG化ポリペプチド」とは、ポリペプチドに共有結合しているPEG鎖を有するポリペプチドのことである。
本明細書で使用する場合、「リンカー」とは、2つの別々のものを互いに結合する、結合、分子または分子群である。リンカーは、2つのものの間に最適な間隔を提供するものであってもよいし、あるいは、2つのものを互いに分離できるようにする不安定な結合をさらに提供するものであってもよい。不安定な結合としては、光切断可能な基、酸感受性部分、塩基感受性部分、酵素切断可能な基があげられる。
本明細書で使用する場合、「インスリンダイマー」は、リンカーを介して互いに共有結合している2つのインスリンペプチドを有する複合体である。インスリンダイマーという用語は、他に何ら限定的な言い回しを伴わずに用いられる場合、インスリンホモダイマーとインスリンヘテロダイマーの両方を包含する。インスリンホモダイマーが同一のサブユニットを2つ含む(各々それ自体がA鎖とB鎖とを有する))のに対し、インスリンヘテロダイマーは、互いに実質的に同様ではあるが同一ではない2つのサブユニットを含む。
nが1〜6であり得る、「C〜Cアルキル」という表現は、本明細書で使用する場合、1個から指定数までの炭素原子を有する分岐状または直鎖状のアルキル基を表す。一般的なC〜Cアルキル基としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシルなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。
nが2〜6であり得る、「C〜Cアルケニル」という表現は、本明細書で使用する場合、2個から指定数までの炭素原子と、少なくとも1個の二重結合とを有する、分岐状または直鎖状のオレフィン系不飽和基を表す。このような基の例としては、1−プロペニル、2−プロペニル(−CH−CH=CH)、1,3−ブタジエニル、(−CH=CHCH=CH)、1−ブテニル(−CH=CHCHCH)、ヘキセニル、ペンテニルなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。
nが2〜6であり得る「C〜Cアルキニル」という表現は、2個からn個までの炭素原子と、少なくとも1個の三重結合とを有する分岐状または直鎖状の不飽和基を示す。このような基の例としては、1−プロピニル、2−プロピニル、1−ブチニル、2−ブチニル、1−ペンチニルなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。
本明細書で使用する場合、「アリール」という用語は、フェニル、ナフチル、テトラヒドロナフチル、インダニル、インデニルなどであるがこれらに限定されるものではない、1つまたは2つの芳香環を有する単環式または二環式の炭素環系をいう。アリール環の大きさと置換基または結合基の存在については、存在する炭素の数で表示する。たとえば、「(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)」という表現は、C〜Cのアルキル鎖を介して親部分(parent moiety)に結合しているC〜C10のアリールを示す。
「ヘテロアリール」という用語は、本明細書で使用する場合、1個または2個の芳香環を含有し、この芳香環に、窒素原子、酸素原子または硫黄原子を少なくとも1個含有する、単環式または二環式の環系を示す。ヘテロアリール環の大きさと、置換基または結合基の存在については、存在する炭素の数で表示する。たとえば、「(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)」という表現は、1〜「n」個の炭素からなるアルキル鎖を介して親部分に結合しているC〜Cのヘテロアリールを示す。
「C〜Cシクロアルキル」という表現は、炭素原子と水素原子とを有する非芳香族の単環式または多環式の環をいい、下付きの数字は存在する炭素原子の数を示す。たとえば、C〜Cシクロアルキルは、化合物であるシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルを示す。
「C〜C複素環」という表現は、1から「n−1」個のヘテロ原子を含有するシクロアルキル環系をいい、このヘテロ原子は、酸素、硫黄、窒素からなる群から選択される。たとえば、「5員環の複素環」または「C複素環」という言い回しには、ヘテロ原子を1つ有する5員環の複素環(たとえば、チオフェン、ピロール、フランなど)、1,2位または1,3位にヘテロ原子を2つ有する5員環の複素環(たとえば、オキサゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、プリンなど)、ヘテロ原子を3つ有する5員環の複素環(たとえば、トリアゾール、チアジアゾールなど)を含むが、これらに限定されるものではない。
「C〜C員環」という表現は、本明細書で使用する場合、合計で3から「n」個の構成要素が互いに結合して環を形成する飽和または不飽和の炭化水素環構造をいい、この場合、環の構成要素は、C、O、S、Nからなる群から選択される。この表現には、シクロアルキル、複素環、アリール、ヘテロアリールを包含することを意図している。
本明細書で使用する場合、「ハロ」という用語は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素からなる群の1つまたは2つ以上の構成要素を示す。
本明細書で使用する場合、「患者」という用語は、他に指定のないかぎり、飼いならされた温血脊椎動物(たとえば、家畜、ウマ、ネコ、イヌ、その他のペットを含むがこれらに限定されるものではない)、ヒトを包含することを意図している。
実施形態
本開示は、インスリンペプチドの作用開始を遅らせ、半減期を長くすることで、もとになるインスリンペプチドの治療指数を改善するように調製されるインスリンプロドラッグ誘導体を提供するものである。本明細書に開示のインスリンプロドラッグ化学では、酵素によらない分解機序によってプロドラッグを活性化することができる。ここに開示のプロドラッグ化学では、活性部位のアミンに化学的に結合し、ジケトピペラジン形成およびプロドラッグ要素の放出時に親のアミンに戻るアミドを形成可能である。この新規な生物学的に好ましいプロドラッグ化学は、生理的条件下(たとえば、pH約7、37℃の水性環境など)で自律的に分解し、酵素的な分解には依存しない。プロドラッグ誘導体の作用時間は、ジペプチドプロドラッグ配列の選択次第であり、プロドラッグ調製物に柔軟性が得られる。
一実施形態では、生理的条件下で、酵素によらない活性化の半減期(t1/2)が1〜100時間であるプロドラッグが提供される。本明細書に開示の生理的条件は、水性環境で、温度約35〜約40℃と、pH約7.0〜約7.4を含むことを意図し、より一般的には、pH7.2〜7.4、温度36〜38℃を含むことを意図している。一実施形態では、生理的条件下でジケトピペラジンを形成できるジペプチドを、アミド結合を介してインスリンペプチドに共有結合する。
好都合なことに、切断速度と、ゆえにプロドラッグの活性化は、ジペプチド前駆部分の構造および立体異性に左右され、求核物質の強さにも左右される。本明細書に開示のプロドラッグは、最終的には、薬剤の天然の受容体によって認識可能な構造に化学的に変換されることになるが、この化学変換の速度次第で、in vivoでの生物学的作用の開始タイミングと期間が決まる。本出願に開示されるプロドラッグの化学は、付加的な化学物質すなわち酵素に左右されない、分子内での化学反応を利用している。変換速度は、生理的条件下でのジペプチド置換基の化学的な性質と切断とに制御される。生理的なpHおよび温度は、非常に限定された範囲内で厳密に調節されるため、プロドラッグからから薬剤への変換速度は、一人の患者においても、患者間においても、高い再現性を示す。
本明細書で開示するように、生体活性ポリペプチドの半減期が少なくとも1時間、より一般的には20時間を超えるが100時間未満と長くなっており、酵素によらない、固有の化学的な不安定さによって押し進められた反応によって、生理的条件で活性形態に変換されるプロドラッグが提供される。一実施形態では、リン酸バッファー(PBSなど)にて37℃、pH7.2でプロドラッグをインキュベートすることで判断できる、プロドラッグの酵素によらない活性化t1/2時間は1〜100時間であり、より一般的には、12〜72時間であって、一実施形態では、t1/2は24〜48時間である。一実施形態では、プロドラッグの半減期は、約1時間、約8時間、約12時間、約20時間、約24時間、約48時間または約72時間である。さまざまなプロドラッグの半減期が、式t1/2=0.693/kを用いて算出される(式中、「k」は、プロドラッグの分解の一次速度定数である)。一実施形態では、プロドラッグの活性化は、アミド結合で結合したジペプチドの切断、ジケトピペラジンまたはジケトモルホリン、活性のあるインスリンペプチドの形成後に生じる。
活性のあるインスリンペプチドを放出するための生理的条件下での分子内での分解を容易にする、天然のアミノ酸または合成のアミノ酸からなる特定のジペプチドが、同定されている。ジペプチドは、(アミド結合を介して)天然インスリンに存在するアミノ基あるいは、天然インスリンペプチドの修飾によってインスリンペプチドに導入されたアミノ基に結合可能である。一実施形態では、ジペプチド構造は、たとえば、ジペプチジルペプチダーゼIV(DPP−IV)など、哺乳動物の血清中に存在するペプチダーゼによる切断に耐えるように選択される。したがって、一実施形態では、生理的条件を用いて血清プロテアーゼの存在下で反応を実施すると、プロテアーゼが存在しない反応の場合と比較して、生体活性ペプチド(たとえば、インスリンペプチド(Q))からのジペプチドプロドラッグ要素の切断速度は実質的に(たとえば2倍より大きく)高められない。このように、(PBS中にて生理的条件下で)インスリンペプチドからジペプチドプロドラッグ要素が切断される半減期は、DPP−IVプロテアーゼを含む溶液中でインスリンペプチドからジペプチドプロドラッグ要素が切断される半減期の2倍、3倍、4倍または5倍以下である。一実施形態では、DPP−IVプロテアーゼを含む溶液は、血清、特に哺乳動物の血清(ヒト血清を含む)である。
一実施形態によれば、ジペプチドプロドラッグ要素は構造U−Oを有し、ここで、Uは、アミノ酸またはヒドロキシ酸であり、Oは、N−アルキル化されたアミノ酸である。一実施形態では、U、OまたはU−Oが結合しているインスリンペプチドのアミノ酸は、コードされていないアミノ酸である。一実施形態では、Uおよび/またはOは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。例示としてのいくつかの実施形態では、Uは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸であり、Oは、L型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。例示としてのいくつかの実施形態では、Uは、L型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸であり、Oは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。例示としてのいくつかの実施形態では、Uは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸であり、Oは、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。一実施形態では、OはN−アルキル化されたアミノ酸であるが、プロリンではない。一実施形態では、アミノ酸OのN−アルキル化された基はC〜C18アルキルであり、一実施形態では、N−アルキル化された基は、C〜Cアルキルである。一実施形態では、U−Oは、本明細書に定義するような式Iの構造を有するジペプチドである。
一実施形態では、ジペプチドは、A鎖またはB鎖のN末端のアミノ基あるいは、インスリンペプチドの活性部位に存在するアミノ酸の側鎖アミノ基から選択されるアミノ基で、インスリンペプチドに結合する。一実施形態によれば、ジペプチド伸長部は、活性部位またはその付近にあるリジン残基の側鎖のアミンを介してインスリンペプチドに共有結合する。一実施形態では、ジペプチド伸長部は、合成アミノ酸または修飾されたアミノ酸を介して結合し、ここで、合成アミノ酸または修飾されたアミノ酸は、ジペプチド伸長部の共有結合に適した官能基を呈する(たとえば、アミノフェニルアラニンの芳香族アミンなど)。一実施形態によれば、ジペプチドは、A鎖またはB鎖のN末端のアミノ基あるいは、A19の位置、B16の位置またはB25の位置に存在する芳香族アミン(たとえば、4−アミノフェニルアラニン残基)などの側鎖のアミノ基から選択されるアミノ基で、インスリンペプチドに結合する。一実施形態では、U−Oジペプチドは、A19の位置で、A19の位置に存在する4−アミノフェニルアラニンを介して結合する。
ジペプチドプロドラッグ要素は、生理的条件下かつ酵素による活性のない状態で、インスリン類縁体に対するアミド結合を自律的に切断するように設計される。一実施形態では、ジペプチド伸長部のN末端のアミノ酸は、Cアルキル化されたアミノ酸(たとえば、アミノイソブチル酸)を有する。一実施形態では、ジペプチドのC末端のアミノ酸は、N−アルキル化されたアミノ酸を有する(たとえば、プロリンまたはN−メチルグリシン)。一実施形態では、ジペプチドは、N末端のCアルキル化されたアミノ酸の配列を有し、これにN−アルキル化アミノ酸が続く。
本出願人らは、インスリンペプチドの活性を損なうことなく、4−アミノフェニルアミノ酸部分をA鎖の19番目の天然のチロシンに選択的に挿入可能である(図3参照)ことを発見した。本明細書に開示のジペプチドプロドラッグ部分を有する活性部位のアミノ基を、後に化学的にアミド化すると、インスリン受容体の結合活性が劇的に低下し、よってインスリンの好適なプロドラッグが提供される(図6を参照のこと。データには、インスリン(p−NH−F)A19に匹敵する活性を持つことが証明されたIGF1Y16L17(p−NH−F)A19類縁体を示す。図4参照)。したがって、一実施形態では、アミド結合を介して、A19 4−アミノフェニルアラニンの芳香環にジペプチドプロドラッグ要素を結合する。この場合、ジペプチドのC末端のアミノ酸は、N−アルキル化されたアミノ酸を有し、ジペプチドのN末端のアミノ酸は任意のアミノ酸である。
インスリンペプチドの別の部位にジペプチドプロドラッグ部分を結合し、インスリンのプロドラッグまたはデポー類縁体を調製してもよい。一実施形態によれば、A鎖と、B鎖と、アミド結合を介して、A鎖またはB鎖のN末端のアミノ基あるいは、末端以外のアミノ酸の側鎖のアミノ基からなる群から選択される1つまたは2つ以上の部位に結合した(たとえば、A19、B16またはB25の位置に存在する4−アミノフェニルアラニン残基の芳香族アミンに結合したなど)ジペプチドと、を有するインスリンプロドラッグ/デポー類縁体が提供される。一実施形態では、インスリンペプチドは、2つのジペプチド要素を有する。これらのジペプチド要素は、任意に、PEG化、アルキル化、アシル化されるか、あるいは、デポーポリマーに結合する。一実施形態では、ジペプチドは、N末端のC−アルキル化されたアミノ酸を有し、これにN−アルキル化されたアミノ酸が続く。
インスリンプロドラッグ類縁体を有するA鎖およびB鎖は、それぞれのペプチドの天然配列(すなわち、配列番号1および配列番号2)を有するものであってもよいし、配列番号1および/または配列番号2の誘導体を有するものであってもよい。この誘導体は、A19、B16またはB25の位置での4−アミノフェニルアラニンへの修飾および/またはA5、A8、A9、A10、A14、A15、A17、A18、A19およびA21、B1、B2、B3、B4、B5、B9、B10、B13、B14、B17、B20、B22、B23、B26、B27、B28、B29およびB30から選択される位置での1つまたは2つ以上のアミノ酸置換あるいは、B1〜4およびB26〜30のいずれかまたはすべての位置での欠失を含む。一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、A鎖またはB鎖のN末端のアミノ基に結合し、ジペプチドプロドラッグ要素のC末端のアミノ酸は、N−アルキル化されたアミノ酸を有し、ジペプチドプロドラッグ要素のN末端のアミノ酸は、任意のアミノ酸である。ただし、ジペプチドのC末端のアミノ酸がプロリンである場合、ジペプチドのN末端のアミノ酸は、C−アルキル化されたアミノ酸を有する。
一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、式Iの一般構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
、R、R、Rは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルまたはアリールを形成するか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)NH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択されるが、ただし、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成する場合、RおよびRは、ともにHではない。
もうひとつの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、以下の一般構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、HまたはC〜Cアルキルであり、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成し、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択されるが、ただし、式IのジペプチドがペプチドのN末端のアミンを介して結合し、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって5員環または6員環の複素環を形成する場合、RおよびRは、ともにHではない。一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素の第1のアミノ酸および/または第2のアミノ酸が、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。
一実施形態では、式Iのプロドラッグ要素が提供され、式中、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキル環を形成し、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択され、Rは、Hである。一実施形態では、Rは、C〜Cアルキルであり、Rは、H、C〜Cアルキル、CHOH、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成する。別の実施形態では、RはNHRであり、RはHである。
別の実施形態では、式Iのプロドラッグ要素が提供され、式中、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキル環を形成し、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択され、RはHであるが、ただし、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって5員環または6員環の複素環を形成する場合、RおよびRは、ともにHではない。一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素の第1のアミノ酸および/または第2のアミノ酸が、コードされていないアミノ酸であり、一実施形態では、D型立体異性体の立体配置をとるアミノ酸である。
他の実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は式Iの構造を有し、式中、
およびRは独立に、HまたはC〜Cアルキルであり、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキルであり、
はNHRであり、
は、HまたはC〜Cアルキルであり、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択され、Rは、Hである。
別の実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は式Iの構造を有し、式中、
およびRは独立に、C〜C18アルキルまたは(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rであるか、あるいは、RおよびRは、−(CH(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであり、
およびRは、各々水素であり、
は、NHであり、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
別の実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は式Iの構造を有し、式中、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、(CH(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜12員環の複素環を形成し、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択され、
は、NHであり、
は、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択されるが、ただし、RおよびRはともに水素ではなく、かつ、RまたはRのうちの少なくとも一方は水素である。
もうひとつの実施形態では、ペプチドプロドラッグ要素は式Iの構造を有し、式中、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)NHからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、(CH(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜6員環の複素環を形成し、
は、水素およびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
は、水素であり、
はNHであるが、ただし、RおよびRは、ともに水素ではない。
別の実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は式Iの構造を有し、式中、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)NHからなる群から選択され、
は、C〜Cアルキルであり、
およびRは、各々水素であり、
はNHであるが、ただし、RおよびRは、ともに水素ではない。
もうひとつの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は式Iの構造を有し、式中、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)NHからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、(CH(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜Cアルキルであり、
は、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rであり、
は、NHであり、
は、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OHからなる群から選択され、
は水素であるが、ただし、RおよびRは、ともに水素ではない。
もうひとつの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は式Iの構造を有し、式中、
は、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択され、
は、水素であり、
は、C〜C18アルキルであり、
およびRは、各々水素であり、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択されるが、ただし、Rがアルキルまたは(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rである場合、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜11員環の複素環を形成する。
一実施形態によれば、インスリンペプチドと、アミド結合ジペプチドとを有するインスリンプロドラッグ類縁体が提供される。特に、インスリンプロドラッグ類縁体はA鎖配列とB鎖配列とを有し、A鎖は、配列Z−GIVEQCCXSICSLYQLENXCX−R13(配列番号3)または、(天然インスリンのA鎖に対して)A5、A8、A9、A10、A14、A15、A17、A18の位置から選択される位置で、1〜9、1〜5または1〜3個のアミノ酸修飾が配列番号3とは異なる配列を有する、その類縁体を有し、B鎖配列は、J−X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)の配列または、(天然インスリンのB鎖に対して;すなわち、配列番号14のアミノ酸Xは、天然インスリンの位置B5に対応する)B1、B2、B3、B4、B5、B13、B14、B17、B20、B22、B23、B26、B27、B28、B29およびB30の位置から選択される位置で、1〜10、1〜5または1〜3個のアミノ酸修飾が配列番号14の配列とは異なる配列を有する、その類縁体を有する。ZおよびJは独立に、Hであるか、あるいは、以下の式Iの一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

14は、「J」要素をXLCGXLVEALXLVCG ERGFX(配列番号14)配列につなぐ結合であるか、あるいは、X14は、「J」要素をXLCGXLVEALXLVCG ERGFX(配列番号14)配列につなぐXVNQ(配列番号21)、VNQ、NQおよびQからなる群から選択される1〜4個のアミノ酸からなる配列を示す。
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、mは、0〜3から選択される整数であり、Xは、OH、NH、NHR10、OCHからなる群から選択され、R10は、Hであるか、あるいは、以下の式Iの一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、mは、0〜3から選択される整数であり、X12は、OH、NH、NHR11、OCHからなる群から選択され、R11は、Hであるか、あるいは、以下の式Iの一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、ヒスチジン、アルギニンまたは以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、mは、0〜3から選択される整数であり、X13は、H、OH、NH、NHR12、OCHからなる群から選択され、R12は、Hであるか、あるいは、以下の式Iの一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、フェニルアラニンおよびデスアミノフェニルアラニンからなる群から選択され、式中、
、R、R、Rは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルまたはアリールを形成するか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)NH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択され、
13は、COOHまたはCONHである。一実施形態では、Xは、ヒスチジン、アルギニンまたはチロシンである。もうひとつの実施形態では、Xは、以下の一般構造を有するアミノ酸である。
Figure 0005912112

一実施形態では、R13はCOOHであり、B鎖のカルボキシ末端のアミノ酸は、天然のα炭素カルボキシ基に代えてアミド(CONH)を有する。一実施形態では、X、X12、X13、J、Zのうちの1つまたは2つ以上は、以下の式Iの一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

一実施形態では、X、X12、X13、J、Zのうちの2つは、式Iの一般構造を有するジペプチドを含む。
Figure 0005912112

一実施形態によれば、X、X12、X13、J、Zのうちの少なくとも1つは、以下の式Iの一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

一実施形態では、X、X12、X13、J、Zのうちの1つだけが、式Iの一般構造を有するジペプチドを含む。
Figure 0005912112

(すなわち、ジペプチドプロドラッグ要素1つだけがインスリンペプチドに結合する)。さらに、ジペプチドプロドラッグ要素がA鎖またはB鎖のN末端に結合(すなわち、JまたはZのいずれかがジペプチドを有する)し、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成する場合、RおよびRのうちの少なくとも1つがH以外であり、一実施形態では、RおよびRがともにH以外である。一実施形態では、JおよびZは、ともにHであり、X12はOHであり、X13は、HまたはOHであり、XはNHR10であって、R10は、式Iの一般構造を有するジペプチドである。別の実施形態では、A鎖は、配列GIVEQCCXSICSLYQLENXCX−R13(配列番号3)を有し、B鎖配列は、X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)の配列を有し、mは1であり、X12はOHであり、X13は、HまたはOHであり、XはNHR10であって、R10は、一般式Iの構造を有するジペプチドであり、R13はCOOHであり、B鎖のカルボキシ末端のアミノ酸は、天然のα炭素カルボキシ基に代えてアミド(CONH)を有し、残りの記号についてはすぐ上で定義したとおりである。
一実施形態では、X、X12、X13、J、Zに存在するジペプチドは、以下の式Iの一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

式中、
、R、R、Rは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成するか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)NH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択されるが、ただし、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって5員環または6員環の複素環を形成する場合、RおよびRは、ともにHではない。WがNである場合、生理的条件下で、窒素原子がHに結合するのは当業者には自明であろう。一実施形態では、JまたはZが式Iのジペプチドを有し、かつ、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成する場合、RおよびRは、ともに水素ではない。
一実施形態では、Rは、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択される、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択され、Rは、Hである。もうひとつの実施形態によれば、mは1であり、RはHであり、RはC〜Cアルキルであり、Rは、H、C〜Cアルキル、(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)(Cアリール)Rからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する。一実施形態では、mは1であり、RはHであり、RはC〜Cアルキルであり、Rは、H、C〜Cアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する。別の実施形態では、Xはフェニルアラニンであり、単一のジペプチド伸長部が、A鎖またはB鎖のN末端に対するアミド結合を介して、インスリンペプチドに結合している。別の実施形態では、インスリンペプチドは、A鎖の19番目に4アミノフェニルアラニン置換を有し、単一のジペプチド伸長部が、4アミノフェニルアラニンの芳香族アミンで形成されたアミド結合を介して、インスリンペプチドに結合している。一実施形態では、本明細書に開示のインスリン類縁体は、A鎖および/またはB鎖のC末端のカルボキシレートに代えて、C末端のアミドまたはエステルを有する。
一実施形態によれば、インスリン類縁体がインスリン受容体またはIGF−1受容体と相互作用する能力に干渉する大きなポリマーを含むように、式Iのジペプチドをさらに修飾する。その後、ジペプチドを切断すると、ジペプチド複合体からインスリン類縁体が放出され、この放出されたインスリン類縁体は完全に活性がある。一実施形態によれば、Jは、式Iのジペプチドを有し、結合したインスリン類縁体がインスリン受容体またはIGF−1受容体と相互作用する能力に干渉する大きなポリマーを含むように、式Iのジペプチドをさらに修飾する。一実施形態によれば、X、X12、X13、J、Zのうちの1つは、式Iの一般構造を有するジペプチドを含む。
Figure 0005912112

ここで、式Iのジペプチドは、PEG化、アルキル化またはアシル化される。一実施形態では、J、ZまたはXのいずれかが、アシル化またはPEG化された式Iのジペプチドを有し、一実施形態では、Jは、アシル化またはPEG化されが式Iのジペプチドを有する。
一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、A鎖またはB鎖のN末端のアミド結合を介して、インスリンペプチドに共有結合するか、あるいは、末端以外のアミノ酸のアミン保持側鎖に共有結合し、ジペプチドは、当該ジペプチドに結合したデポーポリマーをさらに有する。一実施形態では、インスリンペプチドの天然のアミノ酸を、式Iのジペプチドとの間でアミド結合を形成するのに適したアミノ酸に置換する。一実施形態では、デポー保持ジペプチドは、A14、A19、B16、B28、B29から選択される位置で結合する。一実施形態では、2つまたは3つ以上のデポーポリマーが、単一のジペプチド要素に結合している。デポーポリマーは、生体適合性かつ、ジペプチドの共有結合によって修飾されるインスリンペプチドが、患者への投与時に注射部位でつなぎとめられるおよび/またはその対応する受容体と相互作用できないだけの十分な大きさを持つように選択される。その後、ジペプチドが切断されると、意図した標的と相互作用させるためのインスリンペプチドが放出される。
一実施形態によれば、デポーポリマーは、当業者に知られた生体適合性ポリマーから選択される。デポーポリマーは一般に、大きさが約20,000〜約120,000ダルトンの範囲である。一実施形態では、デポーポリマーは、大きさが約40,000〜約100,000から選択される範囲または約40,000〜約80,000ダルトンから選択される範囲である。一実施形態では、デポーポリマーは、大きさが、約40,000、約50,000、約60,000、約70,000または約80,000ダルトンである。好適なデポーポリマーとして、デキストラン、ポリラクチド、ポリグリコライド、カプロラクトン系ポリマー、ポリ(カプロラクトン)、ポリ酸無水物、ポリアミン、ポリエステルアミド、ポリオルトエステル、ポリジオキサノン、ポリアセタール、ポリケタール、ポリカーボネート、ポリホスホエステル、ポリエステル、ポリブチレンテレフタレート、ポリオルトカーボネート、ポリホスファゼン、コハク酸塩、ポリ(リンゴ酸)、ポリ(アミノ酸)、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシセルロース、多糖、キチン、キトサン、ヒアルロン酸、これらのコポリマー、ターポリマー、混合物ならびに、生分解性ポリマーおよびそのコポリマー(カプロラクトン系ポリマー、ポリカプロラクトンならびに、ポリブチレンテレフタレートを含むコポリマーなど)があげられるが、これらに限定されるものではない。一実施形態では、デポーポリマーは、ポリエチレングリコール、デキストラン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸とグリコール酸のコポリマーからなる群から選択され、具体的な一実施形態では、デポーポリマーは、ポリエチレングリコールである。一実施形態では、デポーポリマーは、ポリエチレングリコールであり、ジペプチド要素に結合したデポーポリマー(単数または複数)の合計分子量は、約40,000〜約80,000ダルトンである。
一実施形態によれば、式Iのジペプチド要素が、ポリエチレンオキシド、アルキルまたはアシル基をさらに有する。一実施形態では、1つまたは2つ以上のポリエチレンオキシド鎖が、式Iのジペプチドに結合し、ポリエチレンオキシド鎖の合計分子量は約20,000〜約80,000ダルトンまたは40,000〜80,000ダルトンまたは40,000〜60,000ダルトンの範囲である。一実施形態では、ポリエチレンオキシドが、ポリエチレングリコールである。一実施形態では、分子量が約40,000ダルトンまたは約20,000ダルトンの少なくとも1つのポリエチレングリコール鎖を、直接あるいはリンカー/スペーサーを介して間接的に、式のジペプチドに結合する。もうひとつの実施形態では、血清アルブミンを結合し、投与時にインスリン類縁体を不活性化するために、式Iのジペプチドを十分な大きさのアシル基でアシル化する。アシル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよく、一実施形態では、C16〜C30脂肪酸である。たとえば、アシル基は、C16脂肪酸、C18脂肪酸、C20脂肪酸、C22脂肪酸、C24脂肪酸、C26脂肪酸、C28脂肪酸またはC30脂肪酸のいずれであってもよい。一実施形態では、アシル基は、C16〜C20脂肪酸であり、たとえば、C18脂肪酸またはC20脂肪酸である。
一実施形態によれば、A鎖配列とB鎖配列とを有するインスリンプロドラッグ類縁体が提供される。A鎖は、配列GIVEQCCXSICSLYQLENXCX−R13(配列番号3)を有し、B鎖配列は、X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)の配列を有する。ここで、
14は、「J」要素をXLCGXLVEALXLVCG ERGFX−R14(配列番号14)配列につなぐN末端のアミン、XVNQ(配列番号21)、VNQ、NQ、Qからなる群から選択される。
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

ここで、Uは、アミノ酸またはヒドロキシ酸であり、Oは、アミド結合を介して結合する、N−アルキル化されたアミノ酸であり、
は、アスパラギン、オルニチン、グリシン、アラニン、スレオニン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、mは、0〜3から選択される整数であり、X12は、OH、NH、OCHからなる群から選択される。]
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、mは、0〜3から選択される整数であり、X13は、H、OH、NH、OCHからなる群から選択される。]
は、フェニルアラニンおよびデスアミノフェニルアラニンからなる群から選択され、R13およびR14は独立に、COOHまたはCONHである。一実施形態では、XおよびXはともにチロシンであり、R13はCOOHであり、B鎖のカルボキシ末端のアミノ酸は、天然のα炭素カルボキシ基に代えてアミド(CONH)を有する。
一実施形態によれば、配列Z−GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)または、(天然インスリンのA鎖配列に対して)A5、A8、A9、A10、A14、A15、A17、A18の位置から選択される位置での1〜3個のアミノ酸修飾が配列番号3とは異なる配列を有する、その類縁体を有する化合物が提供される。この実施形態では、Xは、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

式中、Xは、OH、NH、NHR10、OCHからなる群から選択され、
10およびZは独立に、Hであるか、構造U−Oを有するジペプチドであり、ここで、Uは、アミノ酸またはヒドロキシ酸であり、Oは、N−アルキル化されたアミノ酸であり、Oはアミド結合の形成によって配列番号3のペプチドに結合する。ただし、R10およびZは同一ではなく、U、OまたはU−Oが結合する配列番号3のアミノ酸は、コードされていないアミノ酸である。一実施形態では、PBS中にて生理的条件下で、配列番号3からのジペプチドの化学反応による切断が、約1時間から約720時間以内に少なくとも約90%完了する。もうひとつの実施形態では、配列番号3からのU−Oの化学反応による切断の半減期(t1/2)は、PBS中にて生理的条件下で少なくとも約1時間から約1週間である。一実施形態における化合物は、分子間ジスルフィド結合によるか、組換え単鎖ポリペプチドとして、配列番号3のA鎖に結合したインスリンのB鎖をさらに有する。
ジペプチド要素の置換基とジペプチドプロドラッグ要素の結合部位の選択は、インスリンペプチドからのジペプチドプロドラッグ要素の化学反応による切断速度に影響する場合がある。一実施形態では、A鎖配列とB鎖配列とを有するインスリンプロドラッグが提供される。A鎖は、配列GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)を有し、B鎖配列は、X14−XLCGXLVEALYLVCGERGFF(配列番号4)の配列を有する。ここで、
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NH、OCHからなる群から選択される。]
は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
14は、結合、XVNQ(配列番号21)、VNQ、NQ、Qからなる群から選択され、Xは、フェニルアラニンおよびデスアミノフェニルアラニンからなる群から選択され、ジペプチドプロドラッグ要素は、以下の構造を有し、
Figure 0005912112

配列番号3または配列番号4のペプチドのN末端のアミノ酸のαアミノ基に結合するが、ただし、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成する場合、RおよびRは、ともに水素ではない。この実施形態では、PBS中にて生理的条件下でt1/2が約1時間である化合物が提供される。
式中、
およびRは独立に、C〜C18アルキルまたはアリールであるか、あるいは、RおよびRは、−(CH−(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであり、
およびRは、各々水素であり、
は、アミンである。
他の実施形態では、N末端で結合し、t1/2がたとえば約1時間であるプロドラッグ要素を有するプロドラッグは、以下の構造のジペプチドプロドラッグ要素を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、C〜C18アルキルまたは(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rであるか、あるいは、RおよびRは、−(CH(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであり、
およびRは、各々水素であり、
は、NHであり、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
あるいは、GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)のA鎖配列と、X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)のB鎖配列とを有するインスリンプロドラッグが提供され、ジペプチドプロドラッグ要素は、配列番号3または配列番号14のペプチドのN末端のアミノ酸のαアミノ基に結合し、PBS中にて生理的条件下で、t1/2が約6〜約24時間である。一実施形態では、このような化合物は、式Iのプロドラッグ要素を有し、式中、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキル、アリールからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、−(CH−(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜12員環の複素環を形成し、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、アリールからなる群から選択され、
はアミンであるが、ただし、RおよびRは、ともに水素ではなく、かつ、RまたはRのうちの一方が水素である。
別の実施形態では、GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)のA鎖配列と、X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)のB鎖配列とを有するインスリンプロドラッグが提供される。ジペプチドプロドラッグ要素は、配列番号3または配列番号14のペプチドのN末端のアミノ酸のαアミノ基に結合し、PBS中にて生理的条件下で、t1/2が約72〜約168時間である。一実施形態では、このような化合物は、式Iのプロドラッグ要素を有し、
式中、
は、水素、C〜Cアルキル、アリールからなる群から選択され、
は、Hであり、
は、C〜C18アルキルであり、
およびRは、各々水素であり、
は、アミンまたはN−置換アミンまたはヒドロキシルであるが、
ただし、Rがアルキルまたはアリールである場合、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜11員環の複素環を形成する。
一実施形態では、インスリンのA鎖ペプチドまたはB鎖ペプチドのN末端のαアミノ酸に結合したジペプチドプロドラッグ要素を有し、t1/2がたとえば、約12〜約72時間であり、一実施形態では、約12〜約48時間であるプロドラッグは、以下の構造のジペプチドプロドラッグ要素を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、(CH(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜12員環の複素環を形成し、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択され、
は、NHであり、
は、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択されるが、ただし、RおよびRはともに水素ではなく、かつ、RまたはRのうちの少なくとも一方は水素である。
一実施形態では、インスリンのA鎖ペプチドまたはB鎖ペプチドのN末端のアミノ酸に結合したジペプチドプロドラッグ要素を有し、t1/2がたとえば、約12〜約72時間であり、一実施形態では、約12〜約48時間であるプロドラッグは、以下の構造のジペプチドプロドラッグ要素を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)NHからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、(CH(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜6員環の複素環を形成し、
は、水素およびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
は、NHである。ただし、RおよびRは、ともに水素ではない。
他の実施形態では、インスリンのA鎖ペプチドまたはB鎖ペプチドのN末端のアミノ酸に結合したジペプチドプロドラッグ要素を有し、t1/2がたとえば、約12〜約72時間であり、一実施形態では、約12〜約48時間であるプロドラッグは、以下の構造のジペプチドプロドラッグ要素を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)NHからなる群から選択され、
は、C〜Cアルキルであり、
は、水素であり、
は、NHである。ただし、RおよびRは、ともに水素ではない。
一実施形態では、インスリンのA鎖ペプチドまたはB鎖ペプチドのN末端のアミノ酸に結合したジペプチドプロドラッグ要素を有し、t1/2がたとえば、約12〜約72時間であり、一実施形態では、約12〜約48時間であるプロドラッグは、以下の構造のジペプチドプロドラッグ要素を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)NHからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、(CH(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜Cアルキルであり、
は、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rであり、
は、NHであり、
は、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OHからなる群から選択される。ただし、RおよびRは、ともに水素ではない。
また、インスリンのA鎖ペプチドまたはB鎖ペプチドのN末端のαアミノ酸に結合したジペプチドプロドラッグ要素を有し、t1/2がたとえば、約72〜約168時間であるプロドラッグが提供され、ここで、ジペプチドプロドラッグ要素は、以下の構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
は、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択され、
は、C〜C18アルキルであり、
およびRは、各々水素であり、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。ただし、Rがアルキルまたは(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rである場合、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜11員環の複素環を形成する。
一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、インスリンペプチドの末端以外のアミノ酸の側鎖のアミンに結合する。この実施形態では、t1/2がたとえば約1時間であるプロドラッグは、以下の構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、C〜Cアルキルまたは(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rであるか、あるいは、RおよびRは、−(CH−(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであり、
およびRは、各々水素であり、
は、NHであり、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
さらに、t1/2がたとえば約6〜約24時間であり、末端以外のアミノ酸の側鎖に結合したジペプチドプロドラッグ要素を有するプロドラッグは、以下の構造のジペプチドプロドラッグ要素を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、−(CH−(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜12員環の複素環を形成し、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキルまたは(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rであり、
はNHRであり、
は、HまたはC〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択されるが、ただし、RおよびRはともに水素ではなく、かつ、RまたはRのうちの少なくとも一方は水素である。
また、t1/2がたとえば約72〜約168時間であり、インスリンペプチドの末端以外のアミノ酸の側鎖に結合したジペプチドプロドラッグ要素を有するプロドラッグが提供され、ここで、ジペプチドプロドラッグ要素は、以下の構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
は、水素、C〜C18アルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択され、
は、C〜C18アルキルであり、
およびRは、各々水素であり、
は、NHRまたはOHであり、
は、HまたはC〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択されるが、ただし、RおよびRがともに独立にアルキルまたは(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rである場合、RまたはRのいずれかが(CHを介してRに結合する(式中、pは2〜9である)。
一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、インスリンペプチドの末端以外のアミノ酸の側鎖のアミンに結合し、末端以外のアミノ酸は、以下の式IVの構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
nは、1〜4から選択される整数である。一実施形態では、nは3または4であり、一実施形態では、末端以外のアミノ酸はリジンである。一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、インスリンペプチドのB鎖の28番目または29番目にあるアミノ酸の側鎖の第1級アミンに結合する。
一実施形態では、A鎖配列とB鎖配列とを有するインスリンプロドラッグが提供される。A鎖は、配列GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)を有し、B鎖配列は、X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)の配列を有する。ここで、
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NH、NHR10、OCHからなる群から選択され、R10は、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、−(CH−(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜12員環の複素環を形成し、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキルまたは(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rであり、
はNHRであり、
は、HまたはC〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択され、
は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、X12は、OH、NH、NHR11、OCHからなる群から選択され、R11は、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、X13は、H、OH、NH、NHR12、OCHからなる群から選択され、R12は、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

14は、水素(N末端のアミンを形成)、XVNQ(配列番号21)、VNQ、NQ、Qからなる群から選択され、Xは、フェニルアラニンおよびデスアミノフェニルアラニンからなる群から選択されるが、ただし、R10、R11およびR12のうちの1つだけは、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

ジペプチドプロドラッグ要素が芳香族アミノ酸のアリール基のアミノ置換基に結合する一実施形態によれば、所望の活性化時間を有するプロドラッグ調製物が提供される。たとえば、以下の式IIIの構造を
Figure 0005912112

を有し(式中、mは、0〜3の整数である)、PBS中にて生理的条件下で、t1/2が約1時間であるインスリンプロドラッグが提供される。インスリンプロドラッグが式IIIの構造を有し、このような半減期を有する一実施形態では、
およびRは独立に、C〜C18アルキルまたはアリールであり、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜12員環の複素環を形成し、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキル、アリールからなる群から選択され、
は、アミンまたはヒドロキシルである。一実施形態では、mは1である。
一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、インスリンペプチドの芳香族アミノ酸のアリール基に存在するアミンを介してインスリンペプチドに結合し、t1/2がたとえば約1時間であるプロドラッグは、以下のジペプチド構造を有する。
Figure 0005912112

式中、RおよびRは独立に、C〜C18アルキルまたは(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rであり、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜12員環の複素環を形成し、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択され、
は、NHまたはOHであり、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
もうひとつの実施形態では、式IIIの構造を有し(式中、mは、0〜3の整数である)、PBS中にて生理的条件下で、t1/2が約6〜約24時間であるインスリンプロドラッグが提供される。インスリンプロドラッグが式IIIの構造を有し、このような半減期を有する一実施形態では、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキル、アリールからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、−(CH−(式中、pは2〜9である)を介して結合し、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜6員環の複素環を形成し、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキル、アリールからなる群から選択され、
は、アミンまたはN−置換アミンである。一実施形態では、mは1である。
一実施形態では、芳香族アミノ酸のアリール基に存在するアミンを介して結合したジペプチドプロドラッグ要素を有し、t1/2がたとえば約6〜約24時間であるプロドラッグが提供され、ジペプチドは、以下の構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
は、水素、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択され、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜6員環の複素環を形成し、
およびRは独立に、水素、C〜C18アルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択され、
はNHRであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
もうひとつの実施形態では、式IIIの構造を有し(式中、mは、0〜3の整数である)、PBS中にて生理的条件下で、t1/2が約72〜約168時間であるインスリンプロドラッグが提供される。インスリンプロドラッグが式IIIの構造を有し、このような半減期を有する一実施形態では、
およびRは独立に、水素、C〜Cアルキル、アリールからなる群から選択され、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜6員環の複素環を形成し、
およびRは、各々水素であり、
は、アミン、N−置換アミン、ヒドロキシルからなる群から選択される。一実施形態では、mは1である。
一実施形態では、芳香族アミノ酸を介して結合したジペプチドプロドラッグ要素を有し、t1/2がたとえば約72〜約168時間であるプロドラッグが提供される。ジペプチドは、以下の構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
は、水素、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜11員環の複素環を形成し、
は、C〜C18アルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4〜6員環の複素環を形成し、
は、水素であるか、あるいは、Rとの間で4〜6員環の複素環を形成し、
は、水素であり、
は、NHRまたはOHであり、
は、HまたはC〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
一実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体は、GIVEQCCXSICSLYQLENXCX−R13(配列番号3)のA鎖配列と、X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)のB鎖配列とを有する。ここで、
は、スレオニン、ヒスチジン、アルギニン、リジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NH、OCHからなる群から選択される。]
は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニンまたはセリンであり、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、チロシンであり、
は、チロシンまたはフェニルアラニンである。
は、フェニルアラニンおよびデスアミノフェニルアラニンからなる群から選択され、
10は、アスパラギン酸−リジンジペプチド、リジン−プロリンジペプチドまたはプロリン−リジンジペプチドであり、
11は、スレオニン、アラニンまたはスレオニン−アルギニン−アルギニントリペプチドであり、さらに、B鎖は、1〜4個のアミノ酸からなるカルボキシ末端伸長部を有し、前記カルボキシ末端伸長部は、以下の構造のアミノ酸を有する。
Figure 0005912112

式中、
mは、0〜3の整数であり、
nは、1〜4の整数であり、
12は、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択され、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択され、
13は、COOHまたはCONHである。
一実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体は、配列GIVEQCCXSICSLYQLENXCX−R13(配列番号3)を含むA鎖配列と、J−X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)またはJ−XVNQXLCGXLVEALXLVCGERGFXYTX1011−R14(配列番号5)の配列を含むB鎖配列と、を有し、ここで、JはH(N末端のアミンを形成)または以下の一般構造を有するジペプチドであり、
Figure 0005912112

14は、「J」要素を配列番号14につなぐ結合であるか、あるいは、X14は、「J」要素を配列番号14につなぐFVNQ(配列番号11)、VNQ、NQ、Qからなる群から選択される1〜4個のアミノ酸からなる配列を示し、
は、スレオニン、ヒスチジン、アルギニン、リジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NH、OCHからなる群から選択される。]
は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニンまたはセリンであり、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、X12は、OH、OCH、NH、NHR11からなる群から選択され、R11は、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、X13は、H、OH、OCH、NH、NHR12からなる群から選択され、R12は、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、フェニルアラニンおよびデスアミノフェニルアラニンからなる群から選択され、
10は、アスパラギン酸−リジンジペプチド、リジン−プロリンジペプチドまたはプロリン−リジンジペプチドであり、
11は、スレオニン、アラニンまたはスレオニン−アルギニン−アルギニントリペプチドであり、
式中、Rは、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択され、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択され、
13およびR14は独立に、COOHまたはCONHであるが、ただし、X12、X13またはJのうちの1つだけが、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

(すなわち、ジペプチドプロドラッグ要素の1つのペプチドだけが、インスリンペプチドに結合する)。一実施形態では、Jは、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

XおよびX12は、各々OHであり、X13はHであり、ただし、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する場合、RおよびRは、ともにH以外である。別の実施形態では、X12はNHR11であり、JおよびX13は、各々Hであり、XはOHである。別の実施形態では、X13はNHR12であり、XおよびX12は、各々OHであり、JはHである。一実施形態では、B鎖は、配列J−XVNQXLCGXLVEALXLVCGERGFXYTPKT(配列番号15)またはJ−XVNQXLCGXLVEALXLVCGERGFXYTKPT(配列番号16)を有し、ここで、J、X、X、X、X、X、Xは、すぐ上で定義したとおりである。別の実施形態では、RはC〜Cアルキルであり、Rは、H、C〜Cアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する。別の実施形態では、Xはヒスチジンであり、Xはセリンであり、Xはヒスチジンである。
もうひとつの実施形態では、Z−GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)のA鎖配列と、XLCGXLVEALYLVCGERGFF(配列番号4)の配列を含むB鎖配列と、を有するインスリンプロドラッグ類縁体が提供される。ここで、
Zは、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである
Figure 0005912112

は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NH、NHR10、OCHからなる群から選択され、R10は、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニンまたはセリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
式中、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択されるが、ただし、XがOHである場合、XおよびZはともにジペプチドではなく、ZはHではない。一実施形態では、Zが以下の一般構造
Figure 0005912112

を有するジペプチドであり、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する場合、RおよびRのうちの少なくとも1つがH以外である。一実施形態では、A鎖は、Z−GIVEQCCXSICSLYQLENYCX(配列番号17)の配列を有し、B鎖配列は、配列XVNQXLCGXLVEALYLVCGERGFFYTPKT(配列番号12)またはXVNQXLCGXLVEALYLVCGERGFFYTKPT(配列番号13)を有する。
別の実施形態では、GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)を有するA鎖配列と、配列XVNQXLCGXLVEALYLVCGERGFFYTPKT(配列番号12)またはXVNQXLCGXLVEALYLVCGERGFFYTKPT(配列番号13)を有するB鎖配列と、を有するインスリンプロドラッグ類縁体が提供され、ここで、Xは、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

Uは、アミノ酸またはヒドロキシ酸であり、Oは、N−アルキル化されたアミノ酸であり、
は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニンまたはセリンであり、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、フェニルアラニンおよびデスアミノフェニルアラニンからなる群から選択される。一実施形態では、U−Oは、以下の一般構造のジペプチドを示す。
Figure 0005912112

式中、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択される。別の実施形態では、Xはチロシンであり、Xはフェニルアラニンであり、Xはフェニルアラニンであり、さらに別の実施形態では、Xはヒスチジンであり、Xはセリンであり、Xはヒスチジンである。別の実施形態では、U−Oは、以下の一般構造のジペプチドを示す。
Figure 0005912112

式中、
、R、R、Rは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成するか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)NH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。
もうひとつの実施形態では、Z−GIVEQCCTSICSLYQLENXCX−R13(配列番号18)のA鎖配列と、XLCGSHLVEALYLVCGERGFF−R14(配列番号19)の配列を含むB鎖配列と、を有するインスリンプロドラッグ類縁体が提供される。ここで、
Zは、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するアミド結合ジペプチドであり、
Figure 0005912112

は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OHおよびNHR10からなる群から選択され、R10は、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、セリン、アスパラギンまたはグリシンであり、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択され、
13およびR14は独立に、COOHまたはCONHであるが、ただし、ZがHである場合、XはOHではなく、XがOHである場合、ZはHではない。一実施形態では、R13はCOOHであり、R14はCONHである。別の実施形態では、Xは、以下の式IIIの一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

ZはHであり、Xはセリンであり、Xはヒスチジンであり、R13はCOOHであり、R14はCONHである。さらに別の実施形態では、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
は、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成し、
は、C〜Cアルキルであり、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する。別の実施形態では、RはCHであり、RはHであり、RはNHであり、あるいは、RはNHであり、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する。一実施形態によれば、インスリンプロドラッグ類縁体のB鎖は、配列FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT−R14(配列番号8)、FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTKPT−R14(配列番号9)またはFVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKTRR−R14(配列番号10)を有し、ここで、R14はCOOHまたはCONHであり、一実施形態では、R14はCONHである。
一実施形態では、配列Z−GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)のポリペプチドを有するインスリンプロドラッグ類縁体が提供され、
Zは、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NH、OCHからなる群から選択される。]
は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニンまたはセリンであり、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択される。一実施形態では、Xはスレオニンであり、Xはアスパラギンまたはグリシンであり、別の実施形態では、RはC〜Cアルキルであり、Rは、H、C〜Cアルキル、(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)(Cアリール)Rからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成するが、ただし、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成する場合、RおよびRはともにH以外である。
一実施形態では、配列GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)のポリペプチドを有するインスリンプロドラッグ類縁体が提供され、ここで、
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニンまたはセリンであり、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜Cシクロアルキルを形成し、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択される。一実施形態では、すぐ上で定義したようなGIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)のA鎖が、ジスルフィド結合によって、あるいは単鎖ポリペプチドとして、配列X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)を有するB鎖に結合し、ここで、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、チロシンであり、
はフェニルアラニンである。
別の実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、式Iの構造を有し、
式中、
、R、Rは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)NH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、H、C〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、水素、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)OH、ハロからなる群から選択される。別の実施形態では、Rは、C〜Cアルキルであり、Rは、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する。一実施形態では、Xはスレオニンであり、Xはアスパラギンまたはグリシンである。
一実施形態では、Rは、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、Rは、H、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)C(O)NH、CHOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cシクロアルキル)、CH(Cアリール)Rからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成し、
は、C〜Cアルキルであり、
は、H、C〜Cアルキル、(C〜C)シクロアルキル、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)Rからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択される。
一実施形態によれば、ヒトインスリンB鎖のカルボキシ末端またはその機能的類縁体が、ヒトインスリンのA鎖またはその機能的類縁体のN末端に共有結合する、単鎖インスリンプロドラッグ類縁体が提供され、さらに、以下の一般構造
Figure 0005912112

を有するジペプチドプロドラッグ部分が、ペプチドのN末端あるいは、アミノ酸の側鎖で、アミド結合を介して共有結合する(たとえば、それぞれの天然インスリンのA鎖またはB鎖のA19、B16またはB25に対応する位置を含む))。一実施形態によれば、単鎖インスリン類縁体は、式B−P−Aの化合物を含み、ここで、BはヒトインスリンのB鎖あるいは、本明細書に開示したようなB鎖の機能的またはプロドラッグ類縁体のうちの1つであり、Aは、ヒトインスリンのA鎖あるいは、本明細書に開示したようなA鎖の機能的またはプロドラッグ類縁体のうちの1つであり、Pは、A鎖をB鎖に共有結合でつなげるペプチドリンカーを含むリンカーである。一実施形態では、リンカーは、約5〜約18個または約10〜約14個または約4〜約8個または約6個のアミノ酸からなるペプチドリンカーである。一実施形態では、B鎖は、4〜12個または4〜8個のアミノ酸からなるペプチドリンカーを介してA鎖に結合する。一実施形態では、単鎖類縁体のペプチドリンカーは、GYGSSSRRAPQT;配列番号23、GYGSSSRR(配列番号66)、GYGSSSOR(配列番号69)、GYGSSSX(配列番号71)またはGAGSSSRRAPQT(配列番号70)からなる群から選択されるか、あるいは、1〜3個のアミノ酸置換または1〜2個のアミノ酸置換が配列番号89、90または79とは異なる配列であり、ここで、XおよびXは独立に、オルニチン、アルギニンまたはリジンである。任意に、単鎖類縁体の橋渡し部分は、ジペプチド要素用の結合部位としても機能でき、一実施形態では、橋渡し部分は、アミド結合を介して本発明のジペプチド要素を結合するのに適した側鎖基を有するアミノ酸を有するペプチドリンカーである。
一実施形態では、式B−P−Aの単鎖インスリンプロドラッグ類縁体は、配列GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)を有するA鎖と、J−X14−XLCGXLVEALXLVCGERGFX(配列番号14)の配列を含むB鎖配列とを有し、ここで、Jは、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

ここで、
14は、結合であるか、あるいは、FVNQ(配列番号11)、VNQ、NQ、Qからなる群から選択される1〜4個のアミノ酸からなる配列であり、
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NHR10、OCHからなる群から選択され、R10は、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、アスパラギン、グリシン、アラニン、スレオニンまたはセリンであり、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、X12は、OH、OCH、NHR11からなる群から選択され、R11は、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、X13は、H、OH、OCH、NHR12からなる群から選択され、R12は、Hであるか、あるいは、以下の一般構造を有するジペプチドである。]
Figure 0005912112

式中、
は、HおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され、
およびRは独立に、H、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cヘテロアリール)からなる群から選択され、
は、C〜Cアルキル、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜C)シクロアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、NHRまたはOHであり、
は、Hであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択されるが、ただし、Z、J、R10、R11またはR12のうちの1つだけが、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

(すなわち、ジペプチドプロドラッグ要素のうちの1つだけが、インスリンペプチドに結合する)。
一実施形態では、Jは、以下の一般構造を有するジペプチドである。
Figure 0005912112

XおよびX12は各々OHであり、X13はHであるが、ただし、RおよびRが、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する場合、RおよびRは、ともにH以外である。別の実施形態では、X12は、式Iのジペプチドを有し、JおよびX13は各々Hであり、XはOHである。もうひとつの実施形態では、X13は、式Iのジペプチドを有し、XおよびX12は各々OHであり、JはHである。もうひとつの実施形態では、Xは、式Iのジペプチドを有し、JおよびX13は各々Hであり、X12はOHである。一実施形態では、B鎖は、配列J−XVNQXLCGXLVEALXLVCGERGFXYTPKT(配列番号15)またはJ−XVNQXLCGXLVEALXLVCGERGFXYTKPT(配列番号16)を有し、J、X、X、X、X、X、Xは、すぐ上で定義したとおりである。別の実施形態では、RはC〜Cアルキルであり、Rは、H、C〜Cアルキルからなる群から選択されるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、5員環の複素環を形成する。もうひとつの実施形態では、Xはヒスチジンであり、Xはセリンであり、Xはヒスチジンである。
一実施形態では、単鎖インスリン類縁体は、式B−P−Aの化合物を有し、ここで、
Bは、XLCGXLVEALYLVCG ERGFF(配列番号4)の配列を有するB鎖配列またはその機能的類縁体であり、
Aは、GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)の配列を有するA鎖配列またはその機能的類縁体であり、「P」は、たとえば、8〜12個のアミノ酸からなるリンカーなどのリンカーであり、
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

は、アスパラギンまたはグリシンであり、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択される。
Pは、A鎖のアミノ末端をB鎖のカルボキシ末端に共有結合的につなぐペプチドリンカーなどのリンカーであり。別の実施形態では、単鎖インスリン類縁体は、式A−P−Bの化合物を有し、ここで、Aは、ヒトインスリンのA鎖またはその機能的類縁体であり、Bは、ヒトインスリンのB鎖またはその機能的類縁体であり、Pは、B鎖のアミノ末端をA鎖のカルボキシ末端に共有結合的につなぐペプチドリンカーなどのリンカーである。一実施形態では、ペプチドリンカーは、4〜8個のアミノ酸を有する。
一実施形態によれば、ペプチドリンカーは、長さがアミノ酸5〜18個であり、Gly−Gly−Gly−Pro−Gly−Lys−Arg(配列番号22)、Gly−Tyr−Gly−Ser−Ser−Ser−Arg−Arg−Ala−Pro−Gln−Thr(配列番号23)、Arg−Arg−Gly−Pro−Gly−Gly−Gly(配列番号32)、Gly−Gly−Gly−Gly−Gly−Lys−Arg(配列番号24)、Arg−Arg−Gly−Gly−Gly−Gly−Gly(配列番号25)、Gly−Gly−Ala−Pro−Gly−Asp−Val−Lys−Arg(配列番号26)、Arg−Arg−Ala−Pro−Gly−Asp−Val−Gly−Gly(配列番号27)、Gly−Gly−Tyr−Pro−Gly−Asp−Val−Lys−Arg(配列番号28)、Arg−Arg−Tyr−Pro−Gly−Asp−Val−Gly−Gly(配列番号29)、Gly−Gly−His−Pro−Gly−Asp−Val−Lys−Arg(配列番号30)、Arg−Arg−His−Pro−Gly−Asp−Val−Gly−Gly(配列番号31)からなる群から選択される配列を有する。一実施形態では、ペプチドリンカーは、長さがアミノ酸7〜12個であり、配列Gly−Gly−Gly−Pro−Gly−Lys−Arg(配列番号22)またはGly−Tyr−Gly−Ser−Ser−Ser−Arg−Arg−Ala−Pro−Gln−Thr(配列番号23)を有する。
別の実施形態では、ペプチドリンカーは、AGRGSGK(配列番号35)、AGLGSGK(配列番号36)、AGMGSGK(配列番号37)、ASWGSGK(配列番号38)、TGLGSGQ(配列番号39)、TGLGRGK(配列番号40)、TGLGSGK(配列番号41)、HGLYSGK(配列番号42)、KGLGSGQ(配列番号43)、VGLMSGK(配列番号44)、VGLSSGQ(配列番号45)、VGLYSGK(配列番号46)、VGLSSGK(配列番号47)、VGMSSGK(配列番号48)、VWSSSGK(配列番号49)、VGSSSGK(配列番号50)、VGMSSGK(配列番号51)、TGLGSGR(配列番号52)、TGLGKGQ(配列番号53)、KGLSSGQ(配列番号54)、VKLSSGQ(配列番号55)、VGLKSGQ(配列番号56)、TGLGKGQ(配列番号57)SRVSRRSR(配列番号65)、GYGSSSRRAPQT(配列番号23)、VGLSKGQ(配列番号58)からなる群から選択される配列を有する。一実施形態では、リンカーは、GSSSRRAP(配列番号67)またはSRVSRRSR(配列番号65)を有する。
一実施形態では、単鎖インスリン類縁体は、アミノ酸配列Phe−Val−Asn−Gln−His−Leu−Cys−Gly−Ser−His−Leu−Val−Glu− Ala−Leu−Tyr−Leu−Val−Cys−Gly−Glu−Arg−Gly−Phe−Phe−Tyr− Thr−Pro−Lys−Thr−Gly−Ile−Val−Glu−Gln−Cys−Cys−Thr−Ser−Ile−Cys−Ser−Leu−Tyr−Gln−Leu−Glu−Asn−Xaa−Cys−Asn(配列番号33)またはPhe−Val−Asn−Gln−His−Leu−Cys−Gly−Ser−His−Leu−Val−Glu− Ala−Leu−Tyr−Leu−Val−Cys−Gly−Glu−Arg−Gly−Phe−Phe−Tyr− Thr−Pro−Lys−Thr−Gln−Pro−Leu−Ala−Leu−Glu−Gly−Ser−Leu− Gln−Lys−Arg−Gly−Ile−Val−Glu−Gln−Cys−Cys−Thr−Ser−Ile−Cys−Ser−Leu−Tyr−Gln−Leu−Glu−Asn−Xaa−Cys−Asn(配列番号34)を有し、Xaaは、以下の一般構造を有するアミノ酸である。
Figure 0005912112

本明細書に開示のインスリンペプチドは、リンカーを介して結合した少なくとも2つ、3つまたは4つ以上のペプチドを含むダイマー、トリマーまたはさらに高次のマルチマーの一部であってもよく、ここで、少なくとも一方または両方のペプチドが、インスリンペプチドに結合したジペプチドプロドラッグ要素を有する。ダイマーは、ホモダイマーであってもヘテロダイマーであってもよく、本明細書に開示するような天然インスリン、天然のIGF−1、天然のIGF−IIおよびインスリン類縁体ペプチドからなる群から選択されるペプチドを有する。一実施形態では、リンカーは、二官能性チオールクロスリンカーおよび二官能性アミンクロスリンカーからなる群から選択される。特定の実施形態では、リンカーは、PEG、たとえば、5kDaのPEG、20kDaのPEGである。いくつかの実施形態では、リンカーは、ジスルフィド結合である。
たとえば、ダイマーの各モノマーは、Cys残基(たとえば、末端または末端以外のCysなど)を含むものであってもよく、各Cys残基の硫黄原子は、ジスルフィド結合の形成に関与する。ダイマーの各モノマーは、A鎖およびB鎖のヘテロダイマーを示す。A鎖およびB鎖は、ジスルフィド結合を介して結合するか、単鎖ペプチドとして調製される。本発明のいくつかの態様では、末端のアミノ酸(N末端またはC末端など)、末端以外のアミノ酸あるいは、少なくとも1つのモノマーの末端のアミノ酸と少なくとも1つの他のモノマーの末端以外のアミノ酸とを介して、モノマー同士が結合する。具体的な態様では、モノマーは、N末端のアミノ酸を介して結合しない。いくつかの態様では、マルチマーのモノマーは、各モノマーのC末端のアミノ酸同士が結合する、「尾と尾」の向きで互いに結合している。結合体部分は、ダイマー、トリマーまたはさらに高次のマルチマーをはじめとして、本明細書に記載のどのインスリンペプチドと共有結合していてもよい。
生理的pHでの水溶液に対するペプチドの溶解性を改善しつつ、腎臓によるペプチドの排出を防止してペプチドが有効な時間を長くするために、本明細書に開示のプロドラッグをさらに修飾してもよい。ペプチドは、血漿タンパク質と比較すると分子の大きさが比較的小さいため、容易に排出される。ペプチドの分子量を40kDaよりも大きくすると、腎臓の閾値を超え、血漿中にとどまる時間が有意に長くなる。よって、一実施形態では、共有結合した親水体を含むようにペプチドプロドラッグをさらに修飾する。
一実施形態では、親水体は、血漿タンパク質 ポリエチレンオキシド鎖または免疫グロブリンのFc部分である。よって、一実施形態では、アミノ酸の側鎖に共有結合した1つまたは2つ以上の親水基を含むように、本明細書に開示のプロドラッグをさらに修飾する。
一実施形態によれば、親水体を、B鎖のN末端のアミノ酸またはB鎖のカルボキシ末端(たとえば、配列番号9/配列番号13の28番目または配列番号8/配列番号12の29番目の位置など)に位置するリジンアミノ酸の側鎖のいずれかに結合することで、本明細書に開示のインスリンプロドラッグをさらに修飾する。一実施形態では、親水体をペプチドリンカーの側鎖に結合することでペプチドリンカーのアミノ酸のうちの1つが修飾された単鎖インスリンプロドラッグ類縁体が提供される。一実施形態では、修飾されたアミノ酸は、システイン、リジンまたはアセチルフェニルアラニンである。一実施形態では、ペプチドリンカーは、TGLGSGQ(配列番号39)、VGLSSGQ(配列番号45)、VGLSSGK(配列番号47)、TGLGSGR(配列番号52)、TGLGKGQ(配列番号53)、KGLSSGQ(配列番号54)、VKLSSGQ(配列番号55)、VGLKSGQ(配列番号56)、TGLGKGQ(配列番号57)、VGLSKGQ(配列番号58)からなる群から選択され、親水体(たとえば、ポリエチレングリコール)は、ペプチドリンカーのリジン側鎖に結合する。
もうひとつの実施形態では、インスリンプロドラッグのB鎖のカルボキシ末端に、修飾されたアミノ酸を付加して、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体をさらに修飾する。この場合、C末端に付加されるアミノ酸は、このアミノ酸に結合する親水体を有するように修飾される。一実施形態では、C末端に付加されるアミノ酸は、修飾されたシステイン、リジンまたはアセチルフェニルアラニンである。一実施形態では、親水体は、血漿タンパク質、ポリエチレンオキシド鎖、免疫グロブリンのFc部分からなる群から選択される。
一実施形態では、親水基はポリエチレンオキシド鎖であり、一実施形態では、2つまたは3つ以上のポリエチレンオキシド鎖が、インスリンプロドラッグ類縁体の2つまたは3つ以上のアミノ酸側鎖に共有結合する。一実施形態によれば、親水体は、A9、A14、A15、B22、B28、B29、B鎖のC末端またはN末端からなる群から選択される位置で、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体のアミノ酸の側鎖に共有結合する。複数のポリエチレンオキシド鎖を有するインスリンプロドラッグ類縁体の場合、ポリエチレンオキシド鎖は、B鎖のN末端のアミノ酸またはB鎖のカルボキシ末端にあるリジンアミノ酸の側鎖に、あるいは、ペプチドのC末端にアミノ酸を1つ加えることで結合可能であり、ここで、付加されるアミノ酸は、その側鎖に結合したポリエチレンオキシド鎖を有する。一実施形態によれば、ジペプチドプロドラッグ要素を有する、ポリエチレンオキシド鎖または他の親水体が2つのアミノ酸のうちの一方の側鎖に結合している。一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、ポリエチレンオキシド鎖がリジンの側鎖のアミンに結合した状態で、リジンを有する(D型またはL型の立体配置をとる)。
親水体の結合
ペプチドに親水体を共有結合することで、もうひとつの実施形態では、本明細書に開示のインスリン類縁体の溶解性を高める。親水体は、タンパク質を活性化ポリマー分子と反応させるのに用いられる任意の好適な条件下で、インスリン類縁体に結合可能である。標的化合物(たとえば、アルデヒド基、アミノ基、エステル基、チオール基、α−ハロアセチル基、マレイミド基またはヒドラジノ基など)の反応性基に、PEG部分(たとえば、アルデヒド基、アミノ基、エステル基、チオール基、α−ハロアセチル基、マレイミド基またはヒドラジノ基など)の反応性基を介して結合させる、アシル化、還元的アルキル化、マイケル付加、チオールアルキル化または他の化学選択的結合/ライゲーション方法をはじめとして、当分野で知られたどのような手段を用いてもよい。水溶性ポリマーを1つまたは2つ以上のタンパク質に結合するのに使用可能な活性化基として、限定することなく、スルホン、マレイミド、スルフヒドリル、チオール、トリフレート、トレシレート、アジリジン、オキシラン、5−ピリジルがあげられる。還元的アルキル化によってペプチドに結合する場合、重合度を制御できるように、選択するポリマーは、単一の反応性アルデヒドを有するものでなければならない。たとえば、Kinstler et al., Adv. Drug. Delivery Rev. 54: 477-485 (2002);Roberts et al., Adv. Drug Delivery Rev. 54: 459-476 (2002);Zalipsky et al., Adv. Drug Delivery Rev. 16: 157-182 (1995)を参照のこと。
好適な親水体として、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチル化ポリオール(POGなど)、ポリオキシエチル化ソルビトール、ポリオキシエチル化グルコース、ポリオキシエチル化グリセロール(POG)、ポリオキシアルキレン、ポリエチレングリコールプロピオンアルデヒド、エチレングリコール/プロピレングリコールのコポリマー、モノメトキシ−ポリエチレングリコール、モノ−(C1〜C10)アルコキシ−またはアリールオキシ−ポリエチレングリコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアセタール、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン、ポリ−1,3−ジオキソラン、ポリ−1,3,6−トリオキサン、エチレン/無水マレイン酸コポリマー、ポリ(β−アミノ酸)(ホモポリマーまたはランダムコポリマーのいずれか)、ポリ(n−ビニルピロリドン)ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールホモポリマー(PPG)および他のポリアルキレンオキシド、ポリプロピレンオキシド/エチレンオキシドコポリマー、コロン酸または他の多糖ポリマー、Ficollまたはデキストランおよびこれらの混合物があげられる。
一実施形態によるポリエチレングリコール鎖などの親水体は、分子量が、約500〜約40,000ダルトンの範囲から選択される。一実施形態では、PEGなどの親水体は、分子量が、約500〜約5,000ダルトンまたは約1,000〜約5,000ダルトンの範囲から選択される。もうひとつの実施形態では、PEGなどの親水体は、分子量が、約10,000〜約20,000ダルトンである。さらに他の例示としての実施形態では、PEGなどの親水体は、分子量が約20,000〜約40,000ダルトンである。
一実施形態では、親水体としてデキストランを使用する。デキストランは、α1〜6結合によって優先的に結合するグルコースサブユニットの多糖ポリマーである。デキストランは、たとえば約1kDa〜約100kDaあるいは、約5、約10、約15または約20kDaから約20、約30、約40、約50、約60、約70、約80または約90kDaなど、多くの分子量範囲で入手可能である。
直鎖状または分岐状のポリマーが考えられている。得られる結合体の調製物は、基本的に単分散であっても多分散であってもよく、ペプチド1つあたり約0.5個、0.7個、1個、1.2個、1.5個または2個のポリマー部分を有するものであってもよい。
一実施形態によれば、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体を、アミノ酸置換によってさらに修飾する。この場合、置換しているアミノ酸は、たとえばポリエチレングリコールなど、親水体との架橋に適した側鎖を有する。一実施形態では、親水体を導入するためあるいは、結合しやすくするために、インスリンプロドラッグ類縁体の親水体が結合する位置にあるアミノ酸は、天然または合成のアミノ酸で置換される(またはこれがC末端に付加される)。たとえば、一実施形態では、A5、A8、A9、A10、A12、A14、A15、A17、A18、B1、B2、B3、B4、B5、B13、B14、B17、B21、B22、B26、B27、B28、B29、B30から選択される位置における天然のアミノ酸を、リジン残基、システイン残基またはアセチルフェニルアラニン残基で置換する(またはリジン残基、システイン残基またはアセチルフェニルアラニン残基をC末端に付加する)ことで、ポリエチレングリコール鎖の共有結合を可能にする。
一実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体がB鎖のカルボキシ末端に付加された単一のシステイン残基を有するか、インスリンプロドラッグ類縁体が、少なくとも1つのシステイン残基で置換される。この場合のシステイン残基の側鎖は、たとえば、マレイミド、ビニルスルホン、2−ピリジルチオ、ハロアルキル、ハロアシルなどをはじめとするチオール反応性試薬でさらに修飾される。これらのチオール反応性試薬は、カルボキシ基、ケト基、ヒドロキシ基、エーテル基のみならず、ポリエチレングリコール単位などの他の親水体を含むものであってもよい。別の実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体がB鎖のカルボキシ末端に付加された単一のリジン残基を有するか、インスリンプロドラッグ類縁体がリジンで置換され、置換しているリジン残基の側鎖が、ポリエチレングリコールなどの親水体のアルデヒドまたはカルボン酸の活性エステル(スクシンイミド、無水物など)などのアミン反応性試薬を用いてさらに修飾される。
インスリンプロドラッグ類縁体がポリエチレングリコール鎖を有する実施形態では、ポリエチレングリコール鎖は、直鎖状であってもよいし、分岐状であってもよい。一実施形態によれば、ポリエチレングリコール鎖は、平均分子量が約20,000〜約60,000ダルトンの範囲から選択される。複数のポリエチレングリコール鎖をインスリンプロドラッグ類縁体に結合して、溶解性と血液クリアランス特性が最適化されたインスリンプロドラッグ類縁体を提供することが可能である。一実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体は、平均分子量が約20,000〜約60,000ダルトンの範囲から選択される単一のポリエチレングリコール鎖に結合する。もうひとつの実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体は、2つのポリエチレングリコール鎖に結合し、2つの鎖の合計平均分子量は、約40,000〜約80,000ダルトンの範囲から選択される。一実施形態では、平均分子量が20,000または60,000ダルトンである単一のポリエチレングリコール鎖を、インスリンプロドラッグ類縁体に結合する。もうひとつの実施形態では、単一のポリエチレングリコール鎖が、インスリンプロドラッグ類縁体に結合され、その平均分子量は約40,000〜約50,000ダルトンの範囲から選択される。一実施形態では、2つのポリエチレングリコール鎖がインスリンプロドラッグ類縁体に結合し、第1および第2のポリエチレングリコール鎖は各々、平均分子量が20,000ダルトンである。もうひとつの実施形態では、2つのポリエチレングリコール鎖がインスリンプロドラッグ類縁体に結合し、第1および第2のポリエチレングリコール鎖は各々、平均分子量が40,000ダルトンである。
別の実施形態では、ペプチドに共有結合した2つまたは3つ以上のポリエチレングリコール鎖を有するインスリンプロドラッグ類縁体が提供される。この場合、ポリエチレングリコール鎖の合計分子量は、約40,000〜約60,000ダルトンである。一実施形態では、PEG化されたインスリンプロドラッグ類縁体が、B鎖のN末端および/または配列番号9の28番目または配列番号8の29番目で1つまたは2つ以上のアミノ酸に結合したポリエチレングリコール鎖を有し、PEG鎖(単数または複数)の合計分子量は、約40,000〜約80,000ダルトンである。
一実施形態によれば、インスリンペプチドまたはそのプロドラッグ/デポー誘導体を、国際特許出願公開公報WO2009/023270および米国特許出願公開公報US2008/0286808に記載されているような、化学的PEG(たとえば、組換えPEG(rPEG)分子など)に類似の伸長した構造を形成できる補助ペプチドに融合する。rPEG分子は、ポリエチレングリコールではない。いくつかの態様におけるrPEG分子は、グリシン、セリン、グルタミン酸、アスパラギン酸、アラニンまたはプロリンのうちの1つまたは2つ以上を有するポリペプチドである。いくつかの態様では、rPEGは、ポリグリシン、ポリセリン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、ポリアラニンまたはポリプロリンなどのホモポリマーである。他の実施形態では、rPEGは、poly(Gly−Ser)、poly(Gly−Glu)、poly(Gly−Ala)、poly(Gly−Asp)、poly(Gly−Pro)、poly(Ser−Glu)など、2つのアミノ酸の繰り返し構造を含む。いくつかの態様では、rPEGは、poly(Gly−Ser−Glu)など、3つの異なるアミノ酸を含む。具体的な態様では、rPEGは、インスリンペプチドの半減期を長くする。いくつかの態様では、rPEGは、全体として正の電荷または全体として負の電荷を有する。いくつかの態様におけるrPEGには、二次構造が欠けている。一実施形態では、rPEGは、アミノ酸10個以上の長さであり、一実施形態では、アミノ酸約40〜約50個の長さである。いくつかの態様における補助ペプチドは、ペプチド結合またはプロテイナーゼ切断部位を介して本発明のペプチドのN末端またはC末端に融合されるか、本発明のペプチドのループに挿入される。いくつかの態様におけるrPEGは、親和性タグを有するか、5kDaよりも大きいPEGに結合する。一実施形態では、rPEGは、本発明のペプチドの流体力学半径を大きくし、血清半減期を延ばし、プロテアーゼ耐性を高めるまたは溶解性を高め、いくつかの態様では、ペプチドの免疫原性を低下させる。
一実施形態によれば、インスリンプロドラッグ類縁体の溶解性、安定性および/または薬物動態を改善するために、血漿タンパク質がペプチドのアミノ酸側鎖に共有結合しているインスリンプロドラッグ類縁体が提供される。たとえば、本明細書に提示のインスリンプロドラッグ類縁体に、血清アルブミンを共有結合することが可能である。一実施形態では、B鎖のN末端および/または配列番号9の28番目または配列番号8の29番目に対応するアミノ酸に、血漿タンパク質を共有結合する。
一実施形態によれば、インスリンプロドラッグ類縁体の溶解性、安定性および/または薬物動態を改善するために、免疫グロブリン分子のFc部分を表す直鎖状のアミノ酸配列が、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体のアミノ酸側鎖に共有結合している、インスリンプロドラッグ類縁体が提供される。たとえば、免疫グロブリン分子のFc部分を表すアミノ酸配列を、B鎖のN末端あるいは、末端を伸長させたA鎖またはB鎖のC末端に共有結合可能である。たとえば、免疫グロブリン分子のFc部分を表すアミノ酸配列を、B鎖のC末端に共有結合可能であり、一例として、配列番号9の28番目または配列番号8の29番目に対応するアミノ酸への結合があげられる。Fc部分は一般に、IgGから単離されたものであるが、どの免疫グロブリン由来のFcペプチド断片も等しく機能するはずである。
本発明の具体的な態様では、インスリンプロドラッグ類縁体のアミノ酸の側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールの直接的なアルキル化またはアシル化によって、アルキル基またはアシル基を有するように、インスリンプロドラッグ類縁体を修飾する。一実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体を、アミノ酸の側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールによって、直接的にアシル化する。一実施形態では、アシル化は、A9、A14、A15、B22、B28またはB29から選択される位置のうち、1箇所または2箇所以上でなされる。この点に関して、アシル化されたインスリンプロドラッグ類縁体は、配列番号3のA鎖のアミノ酸配列と、配列番号5のB鎖を有するものであってもよいし、あるいは、A9、A14、A15、B22、B28またはB29の位置におけるアミノ酸のうちの少なくとも1つが、側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールを有するアミノ酸で修飾された、配列番号3および/または配列番号5の修飾されたアミノ酸配列を有するものであってもよい。いくつかの具体的な実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体の直接的なアシル化は、B28またはB29の位置におけるアミノ酸の側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールを介してなされる。別の一実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体は、1〜24個の炭素原子がB28またはB29の位置に存在するLysのε−アミノ基に結合したカルボン酸のアシル基を有する。一実施形態では、ペプチドリンカーのアミノ酸のうちの1つが、ペプチドリンカーのアミノ酸の側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールの直接的なアシル化によってアシル基を有するように修飾される、単鎖インスリンプロドラッグ類縁体が提供される。一実施形態によれば、単鎖インスリン類縁体のペプチドリンカーは、AGRGSGK(配列番号35)、AGLGSGK(配列番号36)、AGMGSGK(配列番号37)、ASWGSGK(配列番号38)、TGLGSGQ(配列番号39)、TGLGRGK(配列番号40)、TGLGSGK(配列番号41)、HGLYSGK(配列番号42)、KGLGSGQ(配列番号43)、VGLMSGK(配列番号44)、VGLSSGQ(配列番号45)、VGLYSGK(配列番号46)、VGLSSGK(配列番号47)、VGMSSGK(配列番号48)、VWSSSGK(配列番号49)、VGSSSGK(配列番号50)、VGMSSGK(配列番号51)、TGLGSGR(配列番号52)、TGLGKGQ(配列番号53)、KGLSSGQ(配列番号54)、VKLSSGQ(配列番号55)、VGLKSGQ(配列番号56)、TGLGKGQ(配列番号57)、VGLSKGQ(配列番号58)からなる群から選択され、A鎖、B鎖または橋渡しになるペプチドの少なくとも1つのリジン残基が、アシル化によって化学的に修飾されている。一実施形態では、アシル化する基は、1〜5個、10〜12個または12〜24個の炭素鎖を有する。
一実施形態によれば、別の化合物を類縁体のプロドラッグのジペプチド部分に結合するために、本明細書に開示するようなインスリンプロドラッグ類縁体をさらに修飾する。一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素を有するアミノ酸の側鎖が、PEG化され、アシル化され、あるいはアルキル化される。一実施形態では、ジペプチドは、1〜5個、10〜12個または12〜24個の炭素鎖を有する基でアシル化される。一実施形態では、ジペプチドは、40〜80KDaのポリエチレングリコール鎖でPEG化される。一実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素がPEG化され、ジペプチドに結合したインスリンペプチドがアシル化される。これには、たとえば、B鎖のC末端のリジンでのアシル化を含む。一実施形態によれば、親水体または補捉巨大分子を、以下の一般構造を有するジペプチドのR側鎖に共有結合する。
Figure 0005912112

式中、
は、(C〜Cアルキル)OH、(C〜Cアルキル)SH、(C〜Cアルキル)NHからなる群から選択される。一実施形態では、Rは、(C〜Cアルキル)NHである。補捉巨大分子は当業者に知られており、デキストランおよび高分子量のポリエチレングリコール(すなわち、80KDa以上)があげられる。補捉巨大分子をジペプチド部分に結合することで、ジペプチドのアミド結合の切断動態に基づいて、活性のあるインスリンペプチドがゆっくりと放出される間、プロドラッグがつなぎ止められた状態に保たれる。
本開示は、本発明のインスリンプロドラッグ類縁体が、任意に共有結合を介し、任意にリンカーを介して結合体に結合した、他の結合体も包含する。結合については、化学的共有結合、静電相互作用、水素間相互作用、イオン間相互作用、ファンデルワルス相互作用または疎水性の相互作用または親水性の相互作用などの物理的な力によって実施すればよい。ビオチン−アビジン、リガンド/受容体、酵素/基質、核酸/核酸結合タンパク質、脂質/脂質結合タンパク質、細胞接着分子の結合相手あるいは、互いに親和性のある任意の結合相手またはそれらの断片をはじめとして、多岐にわたる非共有結合系を利用できる。
結合体の例として、異種ペプチドまたはポリペプチド(血漿タンパク質などを含む)、ターゲットするための薬剤、免疫グロブリンまたはその一部(可変領域、CDRまたはFc領域など)、放射性同位元素、フルオロフォアまたは酵素標識などの診断用標識、水溶性ポリマーをはじめとするポリマーまたは他の治療薬または診断薬があげられるが、これらに限定されるものではない。一実施形態では、本開示のインスリンプロドラッグ類縁体と血漿タンパク質とを含む結合体が提供され、ここで、血漿タンパク質は、アルブミン、トランスフェリン、フィブリノーゲンからなる群から選択される。一実施形態では、結合体の血漿タンパク質部分は、アルブミンまたはトランスフェリンである。一実施形態では、リンカーは、原子1〜約60個または1〜30個の長さまたはこれよりも長い、原子2〜5個、原子2〜10個、原子5〜10個または原子10〜20個の長さの原子鎖を有する。一実施形態では、鎖の原子はすべて炭素原子である。いくつかの実施形態では、リンカーの骨格における鎖の原子は、C、O、N、Sからなる群から選択される。鎖の原子およびリンカーは、さらに溶解性の高い結合体を提供するよう、想定される溶解性(親水性)に応じて選択できるものである。一実施形態では、リンカーは、標的となる組織または臓器または細胞に見られる酵素または他の触媒または加水分解状態によって切断される官能基を提供するものである。一実施形態では、リンカーの長さは、立体障害の可能性を低減できるだけの十分な長さである。リンカーが共有結合またはペプチジル結合であり、結合体がポリペプチドである場合、結合体全体が融合タンパク質であってもよい。このようなペプチジルリンカーは、どのような長さであってもよい。例示としてのリンカーは、長さがアミノ酸約1〜約50個、5〜50個、3〜5個、5〜10個、5〜15個または10〜30個である。あるいは、このような融合タンパク質を、当業者に知られた組換え遺伝子工学法で製造してもよい。
結合体と融合体
本開示は、本明細書に開示のインスリン類縁体が、任意に共有結合を介し、任意にリンカーを介して、結合体部分に結合した、他の結合体も包含する。結合については、化学的共有結合、静電相互作用、水素間相互作用、イオン間相互作用、ファンデルワルス相互作用または疎水性の相互作用または親水性の相互作用などの物理的な力によって実施すればよい。ビオチン−アビジン、リガンド/受容体、酵素/基質、核酸/核酸結合タンパク質、脂質/脂質結合タンパク質、細胞接着分子の結合相手あるいは、互いに親和性のある任意の結合相手またはそれらの断片をはじめとして、多岐にわたる非共有結合系を利用できる。
ペプチドの標的にされるアミノ酸残基と、これらの標的にされるアミノ酸の選択された側鎖あるいは、N末端またはC末端の残基と反応できる有機誘導体化剤とを反応させることによる直接的な共有結合で、ペプチドを結合体部分に結合してもよい。結合体またはペプチドの反応性基として、アルデヒド基、アミノ基、エステル基、チオール基、α−ハロアセチル基、マレイミド基またはヒドラジノ基があげられる。誘導体化剤として、マレイミドベンゾイルスルホスクシンイミドエステル(システイン残基を介した結合)、N−ヒドロキシスクシンイミド(リジン残基を介して)、グルタルアルデヒド、無水コハク酸または当分野で知られた他の薬剤があげられる。あるいは、多糖キャリアまたはポリペプチドキャリアなどの中間キャリアを使用して、結合体部分をペプチドに間接的に結合することも可能である。多糖キャリアの例として、アミノデキストランがあげられる。好適なポリペプチドキャリアの例として、結合させたキャリアに望ましい溶解特性を与えるための、ポリリジン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、これらのコポリマーならびに、これらのアミノ酸と他のアミノ酸、たとえばセリンの混合ポリマーがあげられる。
システイニル残基は、最も一般的には、クロロ酢酸またはクロロアセトアミドなどのα−ハロ酢酸(および対応するアミン)と反応し、カルボキシメチル誘導体またはカルボキシアミドメチル誘導体を生成する。システイニル残基も、ブロモトリフルオロアセトン、α−ブロモ−β−(5−イミドゾイル)プロピオン酸、クロロアセチルホスフェート、N−アルキルマレイミド、3−ニトロ−2−ピリジルジスルフィド、メチル2−ピリジルジスルフィド、p−クロロ水銀安息香酸、2−クロロ水銀−4−ニトロフェノールまたはクロロ−7−ニトロベンゾ−2−オキサ−1,3−ジアゾールとの反応によって誘導体化される。
ヒスチジル残基は、比較的ヒスチジル側鎖に特異的であるため、pH5.5〜7.0でジエチルピロカルボネートとの反応によって誘導体化される。p−ブロモフェナシルブロミドも有用である。この反応については、0.1Mのカコジル酸ナトリウム中にてpH6.0で実施すると好ましい。
リジニルおよびアミノ末端残基は、コハク酸または他のカルボン酸無水物と反応する。これらの薬剤を用いる誘導体化には、リジニル残基の電荷を逆にする作用がある。α−アミノ含有残基を誘導体化するための他の好適な試薬として、メチルピコリンイミダートなどのイミドエステル、リン酸ピリドキサール、ピリドキサール、クロロボロヒドリド、トリニトロベンゼンスルホン酸、O−メチルイソ尿素、2,4−ペンタンジオン、グリオキシル酸とのトランスアミナーゼ触媒反応があげられる。
アルギニル残基は、1種類または複数種類の従来の試薬との反応によって修飾され、この試薬としては、フェニルグリオキサール、2,3−ブタンジオン、1,2−シクロヘキサンジオン、ニンヒドリンがあげられる。グアニジン官能基のpKが高いため、アルギニン残基の誘導体化には、アルカリ条件で反応を実施する必要がある。さらに、これらの試薬は、リジンの基ならびにアルギニンのε−アミノ基と反応することがある。
チロシル残基に対しては、独特の修飾をほどこすことができ、特に興味深いのが、芳香族ジアゾニウム化合物またはテトラニトロメタンとの反応によって、スペクトル標識をチロシル残基に導入することである。最も一般的には、N−アセチルイミダゾールおよびテトラニトロメタンを用いて、それぞれO−アセチルチロシル種および3−ニトロ誘導体を生成する。
カルボジイミド(R−N=C=N−R’)との反応によって、カルボキシル側基(アスパルチルまたはグルタミル)を選択的に修飾する。式中、RとR’は、1−シクロヘキシル−3−(2−モルホリニル−4−エチル)カルボジイミドまたは1−エチル−3−(4−アゾニア−4,4−ジメチルペンチル)カルボジイミドなどの異なるアルキル基である。さらに、アンモニウムイオンとの反応によって、アスパルチル残基およびグルタミル残基を、アスパラギニル残基およびグルタミニル残基に変換する。
他の修飾として、プロリンおよびリジンのヒドロキシル化、セリル残基またはスレオニル残基のヒドロキシル基のリン酸化、リジン側鎖、アルギニン側鎖、ヒスチジン側鎖のα−アミノ基のメチル化(T. E. Creighton, Proteins: Structure and Molecular Properties, W.H. Freeman & Co., San Francisco, pp. 79-86 (1983))、アスパラギンまたはグルタミンの脱アミド化、N末端アミンのアセチル化および/またはアミド化またはC末端のカルボン酸基のエステル化があげられる。
もうひとつのタイプの共有結合修飾では、グリコシドをペプチドに化学的または酵素的に結合する。(a)アルギニンおよびヒスチジン、(b)遊離カルボキシ基、(c)システインのものなどの遊離スルフヒドリル基、(d)セリン、スレオニンまたはヒドロキシプロリンのものなどの遊離ヒドロキシ基、(e)チロシンまたはトリプトファンのものなどの芳香族残基または(f)グルタミンのアミド基に、糖(単数または複数)を結合してもよい。これらの方法は、1987年9月11日に公開された国際特許出願公開公報WO87/05330ならびに、Aplin and Wriston, CRC Crit. Rev. Biochem., pp. 259-306 (1981)に記載されている。
本明細書に記載のインスリン類縁体に結合可能な結合体部分の例として、異種ペプチドまたはポリペプチド(血漿タンパク質などを含む)、ターゲットするための薬剤、免疫グロブリンまたはその一部(可変領域、CDRまたはFc領域など)、放射性同位元素、フルオロフォアまたは酵素標識などの診断用標識、水溶性ポリマーをはじめとするポリマーまたは他の治療薬または診断薬があげられるが、これらに限定されるものではない。一実施形態では、本明細書に開示のインスリン類縁体と血漿タンパク質とを含む結合体が提供され、ここで、血漿タンパク質は、アルブミン、トランスフェリン、フィブリノーゲン、グロブリンからなる群から選択される。
一実施形態では、リンカーは、原子1〜約60個または1〜30個の長さまたはこれよりも長い、原子2〜5個、原子2〜10個、原子5〜10個または原子10〜20個の長さの原子鎖を有する。一実施形態では、鎖の原子はすべて炭素原子である。いくつかの実施形態では、リンカーの骨格における鎖の原子は、C、O、N、Sからなる群から選択される。鎖の原子およびリンカーは、さらに溶解性の高い結合体を提供するよう、想定される溶解性(親水性)に応じて選択できるものである。一実施形態では、リンカーは、標的となる組織または臓器または細胞に見られる酵素または他の触媒または加水分解状態によって切断される官能基を提供するものである。一実施形態では、リンカーの長さは、立体障害の可能性を低減できるだけの十分な長さである。リンカーが共有結合またはペプチジル結合であり、結合体がポリペプチドである場合、結合体全体が融合タンパク質であってもよい。このようなペプチジルリンカーは、どのような長さであってもよい。例示としてのリンカーは、長さがアミノ酸約1〜約50個、5〜50個、3〜5個、5〜10個、5〜15個または10〜30個である。あるいは、このような融合タンパク質を、当業者に知られた組換え遺伝子工学法で製造してもよい。
上述したように、一実施形態では、インスリン類縁体は、免疫グロブリンまたはその一部(可変領域、CDRまたはFc領域など)に結合する(融合するなど)。周知のタイプの免疫グロブリン(Ig)には、IgG、IgA、IgE、IgDまたはIgMがある。Fc領域は、Ig重鎖のC末端領域であって、再利用(半減期の延長になる)、抗体依存性細胞介在性細胞障害(ADCC)、補体依存性細胞障害(CDC)などの作用を行うFc受容体に結合する役割を担う。
たとえば、いくつかの定義によれば、ヒトIgGの重鎖Fc領域は、重鎖の226番目のシステインからC末端までの範囲である。「ヒンジ領域」は通常、ヒトIgG1の216番目のグルタミン酸から230番目のプロリンまでの範囲である(他のIgGイソタイプのヒンジ領域については、システイン結合に関与するシステインをアラインすることで、IgG1配列とアラインすることができる)。IgGのFc領域は、2つの定常ドメインであるCH2とCH3を有する。ヒトIgGのFc領域のCH2ドメインは通常、231番目のアミノ酸から341番目のアミノ酸までの範囲である。ヒトIgGのFc領域のCH3ドメインは通常、342番目〜447番目のアミノ酸の範囲である。免疫グロブリンまたは免疫グロブリン断片または領域のアミノ酸番号の表記はいずれも、Kabat et al. 1991, Sequences of Proteins of Immunological Interest, U.S. Department of Public Health, Bethesda, Mdに基づいている。関連の実施形態では、Fc領域は、CH1以外に、免疫グロブリン重鎖の1つまたは2つ以上の天然の定常領域または修飾された定常領域(IgGおよびIgAのCH2領域およびCH3領域あるいは、IgEのCH3領域およびCH4領域)を有するものであってもよい。
好適な結合体部分は、FcRn結合部位を含む免疫グロブリン配列の一部を有する。サルベージ受容体であるFcRnは、免疫グロブリンを再利用し、これを血液循環に戻す役割を担う。FcRn受容体に結合するIgGのFc部分の領域は、X線結晶解析に基づいて説明されている(Burmeister et al. 1994, Nature 372:379)。FcとFcRnとの主な接触領域は、CH2とメインとCH3ドメインの接合部付近である。FcとFcRnとの接点はいずれも、単一のIg重鎖の範囲内にある。主要な接触部位は、CH2ドメインの248番目、250番目〜257番目、272番目、285番目、288番目、290番目〜291番目、308番目〜311番目、314番目のアミノ酸残基およびCH3ドメインの385番目〜387番目、428番目、433番目〜436番目のアミノ酸残基を含む。
いくつかの結合体部分は、FcγR結合部位(単数または複数)を有するものであってもよいし、そうでなくてもよい。FcγRは、ADCCおよびCDCを担う。FcγRと直接接するFc領域内の位置の例は、234番目〜239番目のアミノ酸(ヒンジ領域内の下側)、265番目〜269番目のアミノ酸(B/Cループ)、297番目〜299番目のアミノ酸(C’/Eループ)、327番目〜332番目のアミノ酸(F/G)ループである(Sondermann et al., Nature 406: 267-273, 2000)。IgEのヒンジ領域内の下側は、FcRI結合にも関与している(Henry, et al., Biochemistry 36, 15568-15578, 1997)。IgA受容体への結合に関与する残基が、Lewis et al., (J Immunol. 175:6694-701, 2005)に記載されている。IgE受容体への結合に関与するアミノ酸残基は、Sayers et al. (J Biol Chem. 279(34):35320-5, 2004)に記載されている。
アミノ酸修飾を、免疫グロブリンのFc領域に対して実施してもよい。このような変異したFc領域は、Fc領域のCH3ドメイン(342番目〜447番目の残基)での少なくとも1つのアミノ酸修飾および/またはFc領域のCH2ドメイン(231番目〜341番目の残基)での少なくとも1つのアミノ酸修飾を有する。FcRnに対する親和性を高めると考えられている変異として、T256A、T307A、E380A、N434Aがあげられる(Shields et al. 2001, J. Biol. Chem. 276:6591)。他の変異が、FcRnに対する親和性を有意に低下させることなく、FcγRI、FcγRIIA、FcγRIIBおよび/またはFcγRIIIAへのFc領域の結合が低下する場合もある。たとえば、Fc領域の297番目のAsnをAlaまたは他のアミノ酸で置換すると、高度に保存されたN−グリコシル化部位がなくなり、Fc領域の半減期の延長を伴う免疫原性が低下して、FcγRに対する結合が低下する場合がある(Routledge et al. 1995, Transplantation 60:847;Friend et al. 1999, Transplantation 68:1632;Shields et al. 1995, J. Biol. Chem. 276:6591)。FcγRへの結合を低下させるIgG1の233番目〜236番目のアミノ酸修飾がなされている(Ward and Ghetie 1995, Therapeutic Immunology 2:77およびArmour et al. 1999, Eur. J. Immunol. 29:2613)。いくつかのアミノ酸置換の例が、米国特許第7,355,008号および同第7,381,408号(各々の全体を本明細書に援用する)に記載されている。
アシル化およびアルキル化
一実施形態によれば、本明細書に開示のインスリン類縁体を、アシル基またはアルキル基を含むように修飾する。アシル化またはアルキル化によって、インスリン類縁体の血中半減期を延ばすことが可能である。好都合なことに、アシル化またはアルキル化は、作用開始を遅らせるおよび/またはインスリン受容体および/またはIGF−1受容体での作用時間を延ばすおよび/またはDPP−IVなどのプロテアーゼに対する耐性を改善するおよび/または溶解性を改善する。インスリン類縁体を、親水体が結合するのと同一のアミノ酸の位置でアシル化またはアルキル化してもよいし、異なるアミノ酸の位置でアシル化またはアルキル化してもよい。
一実施形態では、本発明は、天然インスリンのA10、B28、B29に対応する位置あるいは、A鎖またはB鎖のC末端またはN末端でアミノ酸に共有結合しているアシル基またはアルキル基を有するように修飾されたインスリン類縁体を提供するものである。インスリン類縁体は、インスリン類縁体のアミノ酸とアシル基またはアルキル基との間に、スペーサーをさらに有するものであってもよい。一実施形態では、アシル基は、脂肪酸または胆汁酸あるいは、これらの塩、たとえば、C4〜C30脂肪酸、C8〜C24脂肪酸、コール酸、C4〜C30アルキル、C8〜C24アルキルあるいは、胆汁酸のステロイド部分を有するアルキルである。スペーサーは、アシル基またはアルキル基を結合するための好適な反応性基を有する部分であれば、どの部分であってもよい。例示としての実施形態では、スペーサーは、アミノ酸、ジペプチド、トリペプチドまたは親水性の二官能性スペーサーであってもよい。一実施形態では、スペーサーは、Trp、Glu、Asp、Cysならびに、NH(CHCHO)n(CH)mCOOHを有するスペーサーからなる群から選択され、式中、mは1〜6の任意の整数であり、nは2〜12の任意の整数である。このようなアシル化またはアルキル化されたインスリンペプチドは、親水体、任意にポリエチレングリコールをさらに含むものであってもよい。上記のインスリン類縁体はいずれも、2個のアシル基または2個のアルキル基またはこれらの組み合わせを有するものであってもよい。
インスリン類縁体のインスリンアゴニスト活性が保持されるかぎり、アシル化は、インスリン類縁体のどの位置でなされてもよい。アシル基は、インスリン類縁体のアミノ酸に直接共有結合するものであってもよいし、インスリン類縁体のアミノ酸にスペーサーを介して間接的に共有結合するものであってもよい。ここで、スペーサーは、インスリンペプチドのアミノ酸とアシル基との間に位置する。本発明の具体的な態様では、インスリン類縁体は、インスリンペプチドのアミノ酸の側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールを直接アシル化して、アシル基を含むように修飾される。一実施形態では、インスリン類縁体は、アミノ酸の側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールを介して直接アシル化される。一実施形態では、アシル化は、天然インスリンのA10、B28、B29に対応する位置あるいは、A鎖またはB鎖のC末端またはN末端である。この点について、アシル化されたインスリン類縁体は、配列番号9および配列番号10のアミノ酸配列を有するものであってもよいし、天然インスリンのA10、B28、B29に対応する位置あるいは、A鎖またはB鎖のC末端またはN末端の位置におけるアミノ酸のうちの少なくとも1つが、側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールを有するアミノ酸で修飾された、1つまたは2つ以上のアミノ酸修飾を有する修飾されたアミノ酸配列であってもよい。いくつかの具体的な実施形態では、インスリンペプチドの直接的なアシル化は、天然インスリンのA10、B28、B29に対応する位置で、アミノ酸の側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールを介してなされる。一実施形態によれば、ジペプチド要素のアミノ酸側鎖のうちの1つがアシル化される。
一実施形態では、アシル化されるアミノ酸は、以下の式IVのアミノ酸である。
Figure 0005912112

例示としてのいくつかの実施形態では、式IVのアミノ酸は、nが4(Lys)またはnが3(Orn)のアミノ酸である。
他の実施形態では、側鎖にヒドロキシルを有するアミノ酸は、以下の式Vのアミノ酸である。
Figure 0005912112

例示としてのいくつかの実施形態では、式Vのアミノ酸は、nが1(Ser)のアミノ酸である。
さらに他の実施形態では、側鎖にチオールを有するアミノ酸は、以下の式VIのアミノ酸である。
Figure 0005912112

例示としてのいくつかの実施形態では、式VIのアミノ酸は、nが1(Cys)のアミノ酸である。
例示としてのいくつかの実施形態では、インスリン類縁体は、スペーサーのアミン、ヒドロキシルまたはチオールのアシル化によって、アシル基を含むように修飾され、このスペーサーは、(野生型インスリンのアミノ酸番号で)A10、B28またはB29の位置で、アミノ酸の側鎖に結合している。スペーサーが結合するアミノ酸は、スペーサーとの結合を可能にする部分を有するものであれば、どのようなアミノ酸であってもよい。たとえば、側鎖に、NH、−OHまたは−COOHを有するアミノ酸(たとえば、Lys、Orn、Ser、AspまたはGluなど)が適している。一実施形態では、スペーサーは、側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールを有するアミノ酸であるか、あるいは、側鎖のアミン、ヒドロキシルまたはチオールを有するアミノ酸を含むジペプチドまたはトリペプチドである。
スペーサーのアミン基を介してアシル化が起こる場合、このアシル化は、アミノ酸のαアミンまたは側鎖のアミンを介して起こり得る。αアミンがアシル化される例では、スペーサーのアミノ酸は、どのようなアミノ酸であってもよい。たとえば、スペーサーのアミノ酸は、Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Trp、Met、Phe、Tyrなどの疎水性のアミノ酸であってもよい。あるいは、スペーサーのアミノ酸は、AspおよびGluなどの酸性残基であってもよい。スペーサーのアミノ酸の側鎖のアミンがアシル化される例では、スペーサーのアミノ酸は、式Iのアミノ酸(LysまたはOrnなど)といった側鎖のアミンを有するアミノ酸である。この場合、インスリンペプチドがジアシル化されるように、スペーサーのアミノ酸のαアミンと側鎖のアミンのどちらも、アシル化が可能である。本開示は、ジアシル化されたインスリン類縁体も企図している。
スペーサーのヒドロキシ基を介してアシル化が起こる場合、アミノ酸あるいは、ジペプチドまたはトリペプチドのアミノ酸のうちの1つは、式IIのアミノ酸であってもよい。一例としての具体的な実施形態では、アミノ酸はSerである。
スペーサーのチオール基を介してアシル化が起こる場合、アミノ酸あるいは、ジペプチドまたはトリペプチドのアミノ酸のうちの1つは、式IIIのアミノ酸であってもよい。一例としての具体的な実施形態では、アミノ酸はCysである。
一実施形態では、スペーサーは、親水性の二官能性スペーサーであってもよい。具体的な実施形態では、スペーサーは、アミノポリ(アルキルオキシ)カルボキシレートを有する。この点について、スペーサーは、たとえば、NH(CHCHO)(CHCOOHを含むものであってもよく、式中、mは1〜6の任意の整数であり、nは2〜12の任意の整数である。その一例として、Peptides International, Inc.(Louisville, KY)から市販されている8−アミノ−3,6−ジオキサオクタン酸がある。
アミン、ヒドロキシル、チオールによってペプチドをアシル化する好適な方法は、当分野で知られている。たとえば、Miller, Biochem Biophys Res Commun 218: 377-382 (1996);Shimohigashi and Stammer, Int J Pept Protein Res 19: 54-62 (1982);およびPreviero et al., Biochim Biophys Acta 263: 7-13 (1972)(ヒドロキシルでアシル化する方法);およびSan and Silvius, J Pept Res 66: 169-180 (2005)(チオールでアシル化する方法);Bioconjugate Chem. "Chemical Modifications of Proteins: History and Applications" pages 1, 2-12 (1990);Hashimoto et al., Pharmacuetical Res. "Synthesis of Palmitoyl Derivatives of Insulin and their Biological Activity" Vol. 6, No: 2 pp.171-176 (1989)を参照のこと。
アシル化されたインスリンペプチドのアシル基は、どのような炭素鎖長であってもよいなど、どのようなサイズであってもよく、直鎖状であっても分岐状であってもよい。本発明のいくつかの具体的な実施形態では、アシル基は、C4〜C30脂肪酸である。たとえば、アシル基は、C4脂肪酸、C6脂肪酸、C8脂肪酸、C10脂肪酸、C12脂肪酸、C14脂肪酸、C16脂肪酸、C18脂肪酸、C20脂肪酸、C22脂肪酸、C24脂肪酸、C26脂肪酸、C28脂肪酸またはC30脂肪酸のいずれであってもよい。一実施形態では、アシル基は、C8〜C20脂肪酸、たとえば、C14脂肪酸またはC16脂肪酸である。
別の実施形態では、アシル基は胆汁酸である。胆汁酸は、好適な胆汁酸であれば、どのようなものであってもよい。一例をあげると、コール酸、ケノデオキシコール酸、デオキシコール酸、リトコール酸、タウロコール酸、グリココール酸、コレステロール酸などであるが、これらに限定されるものではない。
具体的な実施形態では、インスリン類縁体は、アルキル化されたデスアミノシステインスペーサーすなわち、アルキル化された3−メルカプトプロピオン酸スペーサーを介してインスリン類縁体のLys残基に結合したコレステロール酸を含む。アルキル化されたデスアミノシステインスペーサーは、たとえば、ドデカエチレングリコール部分を有するデスアミノシステインスペーサーである。一実施形態では、インスリン類縁体は、以下の構造を有する。
Figure 0005912112

本明細書に記載のアシル化されたインスリン類縁体は、親水体を有するようにさらに修飾されていてもよい。いくつかの具体的な実施形態では、親水体は、ポリエチレングリコール(PEG)鎖を有するものであってもよい。親水体の取り込みについては、本明細書に記載の任意の方法など、好適な任意の手段で達成可能である。
あるいは、アシル化されたインスリンペプチドは、アシル化され、なおかつ親水体を含むように修飾されたスペーサーを有するものであってもよい。好適なスペーサーの非限定的な例としては、Cys、Lys、Orn、ホモシステイン、Ac−Pheからなる群から選択される1つまたは2つ以上のアミノ酸を有するスペーサーがあげられる。
一実施形態によれば、インスリン類縁体は、血中半減期を延ばすおよび/または作用開始を遅らせるおよび/または作用時間を延ばすおよび/またはDPP−IVなどのプロテアーゼに対する耐性を改善する目的で、エステル、エーテル、チオエーテル、アミドまたはアルキルアミン結合を介してインスリン類縁体に結合したアルキル基を含むように修飾される。
アルキル化されたインスリンペプチドのアルキル基は、どのような炭素鎖長であってもよいなど、どのようなサイズであってもよく、直鎖状であっても分岐状であってもよい。本発明の一実施形態では、アルキル基は、C1〜C30アルキルである。たとえば、アルキル基は、C1アルキル、C2アルキル、C3アルキル、C4アルキル、C6アルキル、C8アルキル、C10アルキル、C12アルキル、C14アルキル、C16アルキル、C18アルキル、C20アルキル、C22アルキル、C24アルキル、C26アルキル、C28アルキルまたはC30アルキルのいずれであってもよい。一実施形態では、アルキル基は、C8〜C20アルキル、たとえば、C14アルキルまたはC16アルキルである。
いくつかの具体的な実施形態では、アルキル基は、コール酸、ケノデオキシコール酸、デオキシコール酸、リトコール酸、タウロコール酸、グリココール酸、コレステロール酸などの胆汁酸のステロイド部分を有する。
いくつかの実施形態によれば、ジペプチドプロドラッグ要素は、親水体を有するようにさらに修飾されていてもよい。いくつかの実施形態では、親水体は、ポリエチレングリコール鎖である。いくつかの実施形態によれば、40kまたはそれよりも大きいポリエチレングリコール鎖が、ジペプチドプロドラッグ要素のAまたはBのアミノ酸の側鎖に共有結合している。もうひとつの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、上記に加えてあるいは上記に代えて、たとえばC4〜C30脂肪酸、C8〜C24脂肪酸、コール酸、C4〜C30アルキル、C8〜C24アルキルまたは胆汁酸のステロイド部分を有するアルキルなどの脂肪酸または胆汁酸またはその塩でアシル化またはアルキル化されている。ジペプチドプロドラッグ要素の「A」のアミノ酸は、たとえば、その側鎖アミノ基を介してアシル基またはアルキル基に共有結合しているd−リジンあるいは、その側鎖スルフヒドリル基を介してPEG分子に共有結合しているd−システインを有するものであってもよい。ジペプチドプロドラッグ要素は、親水体、アシル基またはアルキル基に直接的に結合可能であってもよいし、親水体、アシル基またはアルキル基に、本明細書に記載するようなスペーサーを介して結合可能であってもよい。あるいは、ジペプチドプロドラッグ要素は、ジペプチドの切断によって活性のあるインスリンペプチド(Q)が放出されるまで、プロドラッグを注射部位につなぎとめる役割を果たす、デキストランまたは大きなPEG分子(80,000ダルトン以上)などのデポータンパク質に結合可能である。
ジペプチドプロドラッグ要素の構造が切断速度に対しておよぼす影響
本明細書にて上述したように、生体活性ペプチド(たとえば、インスリンペプチド(Q))からジペプチドプロドラッグ要素A−Bが切断され、これによってプロドラッグが活性化する速度は、ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸の構造(N−アルキル化、置換基数、長さまたはかさ高さを含む)ならびに立体異性に左右される。(たとえば、インスリンペプチド(Q))からのジペプチドプロドラッグ要素A−Bの切断速度は、ジケトピペラジン形成時のQの脱離基の安定性、求核性、立体障害にも左右される。これらの構造的な特徴のいくつかを、以下では、本発明の一部をなすカテゴリーI、カテゴリーII、カテゴリーIIIで説明する。これらのカテゴリーから明示的に除外されるのは、本明細書に記載のサブカテゴリーのいずれかの一部に完全に包含されるおよび/またはこれと重なるかぎり、かつ、権利請求する主題に新規性を与えるのに必要な程度でのみ、国際特許出願PCT/US2009/68745(2009年12月18日出願)またはその配列表に開示されたペプチド配列ならびに、国際特許出願PCT/US2009/68745(2009年12月18日出願)に開示された(1)ジペプチドプロドラッグ要素、(2)Aのアミノ酸および/または(3)Bのアミノ酸のサブカテゴリーである。
一実施形態によれば、自律的に切断されるジペプチド要素(A−B)は、A−BとQの脂肪族アミノ基との間のアミド結合を介して、インスリンペプチド(Q)に共有結合する。たとえば、脂肪族アミノ基A−Bが結合するのは、A鎖またはB鎖のN末端のアミノ酸のαアミノ基であってもよい。あるいは、脂肪族アミノ基A−Bが結合するのは、Qの側鎖の脂肪族アミノ基であってもよい。一実施形態では、A−Bは、リジンの側鎖のアミンに結合する。一例として、たとえばb鎖配列FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT(配列番号8)のB29の位置またはB鎖配列FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTKPT(配列番号9)のB28の位置があげられる。
一実施形態では、Qは、A鎖とB鎖とを有するインスリンペプチドであり、前記A鎖は、配列GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)を有し、前記B鎖は、配列X14−XLCGXLVEALXLVCG ERGFX(配列番号14)を有し、
14は、結合であるか、あるいは、FVNQ(配列番号11)、VNQ、NQ、Qからなる群から選択される1〜4個のアミノ酸からなる配列であり、
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NH、OCHからなる群から選択される。]
は、アスパラギン、オルニチン、グリシン、アラニン、スレオニン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、チロシンであり、
は、ヒスチジン、アスパラギンまたはチロシンであり、A−Bは、A−BとQの脂肪族アミノ基との間のアミド結合を介してQに結合する。
一実施形態では、Qは、A鎖とB鎖とを有するインスリンペプチドであり、Qは、A鎖とB鎖とを有するインスリンペプチドであり、前記A鎖は、配列GIVEQCCXSICSLYQLENXCX(配列番号3)を有し、前記B鎖は、配列X14−XLCGXLVEALXLVCG ERGFX(配列番号14)を有し、
14は、結合であるか、あるいは、FVNQ(配列番号11)、VNQ、NQ、Qからなる群から選択される1〜4個のアミノ酸からなる配列であり、
は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、Xは、OH、NH、NHR10、OCHからなる群から選択され、R10は、一般構造A−Bのジペプチドである。]
は、アスパラギン、オルニチン、グリシン、アラニン、スレオニン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
は、アラニン、グリシン、セリンからなる群から選択され、
は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、システイン酸からなる群から選択され、
は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり、
Figure 0005912112

[式中、X12は、OH、NH、NHR11、OCHからなる群から選択され、R11は、一般構造A−Bのジペプチドである。]
は、ヒスチジン、アスパラギンまたは以下の一般構造を有するアミノ酸である。
Figure 0005912112

[式中、X13は、H、OH、NH、NHR12、OCHからなる群から選択され、R12は、一般構造A−Bのジペプチドであり、A−Bは、A−BとQのアミノ酸側鎖の芳香族アミノ基との間のアミド結合を介してQに結合する。]

カテゴリーI:ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸Bの組成
いくつかの実施形態では、PBS中、生理的条件下で少なくとも約1時間から約1週間であるプロドラッグの半減期、たとえば、QからA−Bが化学的に切断される半減期(t1/2)は、Bのアミノ酸におけるN−アルキル置換基の存在および長さに左右される。たとえば、Bのアミノ酸のN−アルキル置換基が短いプロドラッグ(たとえば、Gly(N−メチル)など)のほうが、Bのアミノ酸のN−アルキル置換基が長いプロドラッグ(たとえば、Gly(N−ヘキシル)など)よりも、A−Bの切断速度が遅くなり、半減期は長くなる。
いくつかの実施形態では、プロドラッグの半減期は、ジペプチドプロドラッグ要素のBのアミノ酸のβ位での置換の度合いに左右される。
いくつかの実施形態では、プロドラッグの半減期は、アルキル側鎖の有無と、ジペプチドプロドラッグ要素のBのアミノ酸におけるアルキル側鎖のβ位での置換の度合いに左右される。たとえば、β位で二置換された、N−アルキル化されたBのアミノ酸を有するプロドラッグ(たとえば、N−アルキル化されたイソロイシンなど)のほうが、β位で一置換された、N−アルキル化されたBのアミノ酸を有するプロドラッグ(たとえば、N−アルキル化されたロイシンなど)よりもA−Bの切断が遅くなり、半減期は長くなる。さらに、β位で一置換された、N−アルキル化されたBのアミノ酸を有するプロドラッグ(たとえば、N−アルキル化されたロイシンなど)は、β位で未置換のN−アルキル化されたBのアミノ酸を有するプロドラッグ(たとえば、N−アルキル化されたアラニンなど)よりもA−Bの切断が遅くなり、半減期は長くなる。さらに、β位で未置換のN−アルキル化されたBのアミノ酸を有するプロドラッグ(たとえば、N−アルキル化されたアラニンなど)は、Bのアミノ酸としてグリシンまたはN−アルキル化グリシンを有するプロドラッグよりもA−Bの切断が遅くなり、半減期は長くなる。
いくつかの実施形態では、プロドラッグの半減期は、Bのアミノ酸の側鎖のかさ高さに左右される。たとえば、Bのアミノ酸に、よりかさ高い側鎖を有するプロドラッグ(たとえば、N−アルキル化されたフェニルアラニンなど)は、Bのアミノ酸に、よりかさの低い側鎖を有するプロドラッグ(たとえば、N−アルキル化されたアラニンなど)よりもA−Bの切断が遅くなり、半減期は長くなる。ジペプチドの切断速度は、これが結合する薬剤(インスリンなど)のアミンによっても変わってくる可能性がある。特に、同一のジペプチドが、N末端のアミンではなく芳香族アミンに結合すると、さらに速く切断され、N末端のアミンに結合したジペプチドは、ジペプチドがリジン残基の側鎖のアミンに結合した場合よりも速く切断される。
ジペプチドプロドラッグ要素のBのアミノ酸の組成を、以下ではサブカテゴリーIA、IB、ICに分類可能である。通常、サブカテゴリーIAのジペプチドプロドラッグ要素が最も速く切断され、サブカテゴリーICのジペプチドプロドラッグ要素が、切断されるのが最も遅い。
サブカテゴリーIA:ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸BがN−アルキル化されたグリシンである
いくつかの実施形態では、プロドラッグは、構造A−B−Qを有する。ここで、Qは生体活性ペプチド(インスリンペプチドなど)であり、A−Bは、以下の構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキルであり、
およびRは、各々Hであり、
はNHRであり、
は、HまたはC〜Cアルキルであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HおよびOHからなる群から選択される。
いくつかの実施形態では、Bのアミノ酸は、グリシン(N−メチル)、グリシン(N−エチル)、グリシン(N−プロピル)、グリシン(N−ブチル)、グリシン(N−ペンチル)、グリシン(N−ヘキシル)、グリシン(N−ヘプチル)、グリシン(N−オクチル)からなる群から選択される。たとえば、Bのアミノ酸は、グリシン(N−メチル)またはグリシン(N−ヘキシル)であってもよい。
いくつかの実施形態では、RおよびRがともに水素である場合、Rは、C〜Cアルキルである。いくつかの実施形態では、RまたはRのうちの一方が水素以外である場合、Rは、C〜Cアルキルである。
サブカテゴリーIB:ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸Bが、β位で未置換であるか一置換される
いくつかの実施形態では、プロドラッグは、構造A−B−Qを有する。ここで、Qは生体活性ペプチド(インスリンペプチドなど)であり、A−Bは、以下の構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキルであり、
は、CH、CH(C〜C10アルキル)、CH(C〜C10アルケニル)、CH(C〜C10アルキル)OH、CH(C〜C10アルキル)SH、CH(C〜Cアルキル)SCH、CH(C〜Cアルキル)CONH、CH(C〜Cアルキル)COOH、CH(C〜Cアルキル)NH、CH(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、CH(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、CH(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、CH(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、CH(C〜C12アルキル)(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
はHであり、
は、NHRであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HまたはC〜Cアルキルであり、
は、HおよびOHからなる群から選択される。
いくつかの実施形態では、Rは、CH、CH(C〜Cアルキル)、CH(C〜C)アルケニル、CH(C〜Cアルキル)OH、CH(C〜Cアルキル)SH、CH(C〜Cアルキル)SCH、CH(C〜Cアルキル)CONH、CH(C〜Cアルキル)COOH、CH(C〜Cアルキル)NH、CH(C〜Cアルキル)NHC(NH )NHからなる群から選択される。
これらの実施形態におけるBのアミノ酸の非限定的な例として、アラニン(N−C〜C10アルキル)、ロイシン(N−C〜C10アルキル)、メチオニン(N−C〜C10アルキル)、アスパラギン(N−C〜C10アルキル)、グルタミン酸(N−C〜C10アルキル)、アスパラギン酸(N−C〜C10アルキル)、グルタミン(N−C〜C10アルキル)、ヒスチジン(N−C〜C10アルキル)、リジン(N−C〜C10アルキル)、アルギニン(N−C〜C10アルキル)、セリン(N−C〜C10アルキル)、システイン(N−C〜C10アルキル)があげられる。
いくつかの実施形態では、Bのアミノ酸は、アラニン(N−C〜Cアルキル)、ロイシン(N−C〜Cアルキル)、メチオニン(N−C〜Cアルキル)、アスパラギン(N−C〜Cアルキル)、グルタミン酸(N−C〜Cアルキル)、アスパラギン酸(N−C〜Cアルキル)、グルタミン(N−C〜Cアルキル)、ヒスチジン(N−C〜Cアルキル)、リジン(N−C〜Cアルキル)、アルギニン(N−C〜Cアルキル)、セリン(N−C〜Cアルキル)、システイン(N−C〜Cアルキル)からなる群から選択される。
たとえば、Bのアミノ酸は、アラニン(N−メチル)、ロイシン(N−メチル)、メチオニン(N−メチル)、アスパラギン(N−メチル)、グルタミン酸(N−メチル)、アスパラギン酸(N−メチル)、グルタミン(N−メチル)、ヒスチジン(N−メチル)、リジン(N−メチル)、アルギニン(N−メチル)、セリン(N−メチル)、システイン(N−メチル)を含むものであってもよい。
いくつかの実施形態では、Rは、CH(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、CH(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、CH(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、CH(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、CH(C〜C12アルキル)(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であり、かつ、Rは、HおよびOHからなる群から選択される。
これらの実施形態におけるBのアミノ酸の非限定的な例として、フェニルアラニン(N−C〜C10アルキル)、チロシン(N−C〜C10アルキル)、トリプトファン(N−C〜C10アルキル)フェニルアラニン(N−C〜C10アルキル)、チロシン(N−C〜C10アルキル)、トリプトファン(N−C〜C10アルキル)があげられる。いくつかの実施形態では、Bのアミノ酸は、フェニルアラニン(N−C〜Cアルキル)、チロシン(N−C〜Cアルキル)、トリプトファン(N−C〜Cアルキル)からなる群から選択される。たとえば、Bのアミノ酸は、フェニルアラニン(N−メチル)、チロシン(N−メチル)、トリプトファン(N−メチル)を含むものであってもよい。
いくつかの実施形態では、Bのアミノ酸はプロリンである。いくつかの実施形態では、プロリンはサブカテゴリーIBから除外される。
サブカテゴリーIC:β位で二置換されたジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸B
いくつかの実施形態では、プロドラッグは、構造A−B−Qを有する。ここで、Qは生体活性ペプチド(インスリンペプチドなど)であり、A−Bは、以下の構造を有する。
Figure 0005912112

式中、
およびRは独立に、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルケニル、(C〜C18アルキル)OH、(C〜C18アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成するか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成し、
は、C〜C18アルキルであり、
は独立に、CH(C〜Cアルキル)、CH(C〜Cアルケニル)、CH(C〜Cアルキル)(OH)、CH(C〜Cアルキル)((C〜Cアルキル)SH)、CH(C〜Cアルキル)((C〜Cアルキル)(NH))からなる群から選択され、
は、Hであり、
は、NHRであるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成し、
は、HまたはC〜Cアルキルであり、
は、HおよびOHからなる群から選択される。
いくつかの実施形態では、Rは、CH(C〜Cアルキル)またはCH(C〜Cアルキル)OHである。Bのアミノ酸の非限定的な例として、イソロイシン(N−C〜C10アルキル)、バリン(N−C〜C10アルキル)、スレオニン(N−C〜C10アルキル)があげられる。いくつかの実施形態では、Bのアミノ酸は、イソロイシン(N−C〜Cアルキル)、バリン(N−C〜Cアルキル)、スレオニン(N−C〜Cアルキル)からなる群から選択される。たとえば、Bのアミノ酸は、イソロイシン(N−メチル)、バリン(N−メチル)、スレオニン(N−メチル)を含むものであってもよい。
カテゴリーII:ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸Aの組成
いくつかの実施形態では、プロドラッグの半減期は、Aのアミノ酸のα位での置換基数に左右される。たとえば、α−一置換されたアミノ酸(Alaなど)であるAのアミノ酸を有するプロドラッグは、α,α−二置換されたアミノ酸(Aibなど)であるAのアミノ酸を有するプロドラッグよりも切断が遅く、半減期が長い。
いくつかの実施形態では、プロドラッグの半減期は、Aのアミノ酸のαアミノ基でのアルキル化の度合いに左右される。通常、アルキル化の度合いが大きくなればなるほど、切断速度は遅くなり、プロドラッグの半減期が長くなる。たとえば、N−アルキル化されたAlaを有するジペプチドプロドラッグ要素は、Alaよりも遅く切断され、半減期は長くなる。
ジペプチドプロドラッグ要素のAのアミノ酸の組成を、以下ではサブカテゴリーIIAおよびIIBに分類可能である。通常、サブカテゴリーIIAのジペプチドプロドラッグ要素のほうが、サブカテゴリーIIBのジペプチドプロドラッグ要素よりも速く切断される。
サブカテゴリーIIA:ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸Aは、α位で二置換される
いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素のAのアミノ酸は、α位で二置換される。これらの実施形態では、サブカテゴリーIA、IB、ICに記載の構造のRおよびRは独立に、C〜C10アルキル、C〜C10アルケニル、(C〜C10アルキル)OH、(C〜C10アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成し、かつ、Rは、HおよびOHからなる群から選択される。
たとえば、Aのアミノ酸は、アミノイソ酪酸(Aib)を含むものであってもよい。
サブカテゴリーIIB:ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸Aは、α位で未置換であるか、一置換される
いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素のAのアミノ酸は、α位で未置換であるか、一置換される。これらの実施形態では、サブカテゴリーIA、IB、ICに記載の構造のRはHであり、サブカテゴリーIA、IB、ICに記載の構造のRは、H、C〜C10アルキル、C〜C10アルケニル、(C〜C10アルキル)OH、(C〜C10アルキル)SH、(C〜Cアルキル)SCH、(C〜Cアルキル)CONH、(C〜Cアルキル)COOH、(C〜Cアルキル)NH、(C〜Cアルキル)NHC(NH )NH、(C〜Cアルキル)(C〜Cシクロアルキル)、(C〜Cアルキル)(C〜C複素環)、(C〜Cアルキル)(C〜C10アリール)R、(C〜Cアルキル)(C〜Cヘテロアリール)、C〜C12アルキル(W)C〜C12アルキルからなる群から選択され、Rは、HおよびOHからなる群から選択され、Wは、N、S、Oからなる群から選択されるヘテロ原子であるか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、C〜C12シクロアルキルを形成するか、あるいは、RおよびRは、これらが結合している原子と一緒になって、4員環、5員環または6員環の複素環を形成する。
いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素のAのアミノ酸は、「d」の立体異性を有する。これらの実施形態におけるAのアミノ酸の非限定的な例として、リジン、システイン、アラニンがあげられる。たとえば、d−リジン、d−システイン、d−アラニン。いくつかの実施形態では、d−立体異性になると、プロドラッグペプチドのタンパク質の分解が減って半減期が長くなる場合がある。
いくつかの実施形態では、Aのアミノ酸は、Ala(N−C〜Cアルキル)、Lys(N−C〜Cアルキル)、Cys(N−C〜Cアルキル)など、1〜4個の炭素原子を有する基でN−アルキル化される。たとえば、Aのアミノ酸は、Ala(N−メチル)、Lys(N−メチル)、Cys(N−メチル)であってもよい。Aのアミノ酸のN−アルキル化によって、ジペプチドプロドラッグ要素のQからの切断速度が低下し、半減期が長くなる。
カテゴリーIII:ペプチド薬(Q)に対するジペプチドプロドラッグ要素(A−B)の結合部位
いくつかの実施形態では、プロドラッグの半減期は、ジケトピペラジン形成時におけるQの脱離基の立体障害、求核性、安定性に左右される。脱離基の立体障害が小さくなるか、脱離基の求核性が下がるか、あるいは、切断後の脱離基の安定性が増すと、プロドラッグの半減期は短くなる。Qの脱離基のタイプについては、サブカテゴリーIIIAおよびIIIBで後述するように、A−BとQのアミノ基との間の結合のタイプによって判断可能である。通常、サブカテゴリーIIIBのジペプチドプロドラッグ要素のほうが、サブカテゴリーIIIAのジペプチドプロドラッグ要素よりも速くQから切断され、半減期が短くなる。
サブカテゴリーIIIA:Qの脂肪族アミノ基に結合したA−B
いくつかの実施形態では、本明細書にて上述したように、PBS中、生理的条件下で、QからA−Bが化学的に切断される半減期(t1/2)が少なくとも約1時間から約1週間であるプロドラッグを得られるように、A−Bが、A−BとQの脂肪族アミノ基との間のアミド結合を介してQに結合している。
いくつかの実施形態では、A−Bは、A−BとQのN末端のアミノ酸のαアミノ基との間のアミド結合を介してQに結合する。たとえば、PBS中、生理的条件下で、QからA−Bが化学的に切断される半減期(t1/2)が少なくとも約1時間から約1週間であるプロドラッグを得られるように、サブカテゴリーIA、IB、ICのいずれかのBのアミノ酸と、サブカテゴリーIIAおよびIIBのいずれかのAのアミノ酸とを有するジペプチドプロドラッグ要素を、QのN末端のアミノ酸に結合してもよい。
いくつかの実施形態では、A−Bは、A−BとQのアミノ酸の側鎖の脂肪族アミノ基との間のアミド結合を介してQに結合する。たとえば、PBS中、生理的条件下で、QからA−Bが化学的に切断される半減期(t1/2)が少なくとも約1時間から約1週間であるプロドラッグを得られるように、サブカテゴリーIA、IB、ICのいずれかのBのアミノ酸と、サブカテゴリーIIAおよびIIBのいずれかのAのアミノ酸とを有するジペプチドプロドラッグ要素を、Qのアミノ酸の側鎖の脂肪族アミノ基に結合してもよい。
いくつかの実施形態では、A−Bが、A−BとQの脂肪族アミノ基との間のアミド結合を介してQに結合している場合、Aがα,α−二置換アミノ酸でなければならない(サブカテゴリーIIA)か、BがN−アルキル化されていなければならない(サブカテゴリーIA、IBまたはICのいずれか)かの一方または両方である。たとえば、Aがα−一置換アミノ酸(Alaなど)であり、BがN−アルキル化されておらず、A−BがQの脂肪族アミノ基を介してQに結合している場合、A−Bが大幅に切断されることもない。
他の実施形態では、A−Bが、A−BとQの脂肪族アミノ基との間のアミド結合を介してQに結合し、かつ、Aがα位で置換されていないアミノ酸(グリシンなど)であり、BがサブカテゴリーIAのアミノ酸(N−アルキル化されたグリシン)である場合、Bのアミノ酸のN−アルキル置換基は、少なくとも炭素原子5個の長さである(たとえば、N−C〜Cアルキル)。
さらに他の実施形態では、A−Bが、A−BとQの脂肪族アミノ基との間のアミド結合を介してQに結合し、かつ、Aのアミノ酸がα位で置換されていないか一置換されている(サブカテゴリーIIB)場合、Bのアミノ酸はプロリンではない。
サブカテゴリーIIIB:Qの芳香族アミノ基に結合したA−B
いくつかの実施形態では、本明細書にて上述したように、PBS中、生理的条件下で、QからA−Bが化学的に切断される半減期(t1/2)が少なくとも約1時間から約1週間であるプロドラッグを得られるように、A−Bが、A−BとQのアミノ酸の側鎖の芳香族アミノ基との間のアミド結合を介してQに結合する。たとえば、PBS中、生理的条件下で、QからA−Bが化学的に切断される半減期(t1/2)が少なくとも約1時間から約1週間であるプロドラッグを得られるように、サブカテゴリーIA、IB、ICのいずれかのBのアミノ酸と、サブカテゴリーIIAおよびIIBのいずれかのAのアミノ酸とを有するジペプチドプロドラッグ要素を、Qのアミノ酸の側鎖の芳香族アミノ基に結合してもよい。
カテゴリーIで定義したBのアミノ酸のいずれかを、カテゴリーIIで定義したAのアミノ酸のいずれかと組み合わせて、ジペプチドプロドラッグ要素を形成することが可能である。このジペプチドプロドラッグ要素を、カテゴリーIIIに記載のどの位置に結合してもよい。プロドラッグの半減期については、
(i)Aのアミノ酸のα位の置換基数
(ii)Aのアミノ酸とBのアミノ酸のN−アルキル化の度合い
(iii)Bのアミノ酸のβ位の置換基数
(iv)Bのアミノ酸の側鎖のかさ高さ
(iii)ジケトピペラジン形成時におけるQの脱離基の立体障害、求核性、安定性
を選択することで調整可能である。
ジペプチドプロドラッグ要素A−Bの修飾
本明細書にてすでに説明したように、上述したジペプチドプロドラッグ要素を、親水体、アシル基またはアルキル基を有するようにさらに修飾することも可能である。いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、その側鎖のアミノ基を介してアシル基またはアルキル基に結合したリジンを有する。いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、側鎖のスルフヒドリル基を介して親水体(たとえば、40kDのPEGなど)に結合したシステインを有する。親水体、アシル基またはアルキル基については、ジペプチドプロドラッグ要素に直接結合してもよいし、スペーサーを介して結合してもよい。例示としてのいくつかの実施形態では、親水基、アルキル基および/またはアシル基は、ジペプチドプロドラッグ要素のAのアミノ酸に結合する。
いくつかの実施形態では、以下のジペプチドプロドラッグ要素がPEG化される:dCys−Gly(N−ヘキシル) dCys−Gly(N−メチル)、dCys−Phe(N−メチル)。いくつかの実施形態では、以下のジペプチドプロドラッグ要素がアシル基を有する:dLys−Gly(N−ヘキシル)、dLys−Gly(N−メチル)、dLys−Phe(N−メチル)。いくつかの実施形態では、以下のジペプチドプロドラッグ要素がアルキル基を有する:dLys−Gly(N−ヘキシル)、dLys−Gly(N−メチル)、dLys−Phe(N−メチル)。
例示としての実施形態
本発明のジペプチドプロドラッグ要素は、カテゴリーIのBのアミノ酸のいずれかと、カテゴリーIIのAのアミノ酸のいずれかとの組み合わせを有するものであってもよい。ジペプチドプロドラッグ要素のAのアミノ酸とBのアミノ酸に適したアミノ酸の非限定的な例を、以下の表にあげておく。
Figure 0005912112

Figure 0005912112

Figure 0005912112
いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、A1〜A77のうちのいずれか1つと、B1〜B113のうちのいずれか1つとの組み合わせを有する。たとえば、ジペプチドプロドラッグ要素のAのアミノ酸とBのアミノ酸との組み合わせとして、以下のものがあげられる:A1−B1;A1−B2;A1−B3;A1−B4;A1−B5;A1−B6;A1−B7;A1−B8;A1−B9;A1−B10;A1−B11;A1−B12;A1−B13;A1−B14;A1−B15;A1−B16;A1−B17;A1−B18;A1−B19;A1−B20;A1−B21;A1−B22;A1−B23;A1−B24;A1−B25;A1−B26;A1−B27;A1−B28;A1−B29;A1−B30;A1−B31;A1−B32;A1−B33;A1−B34;A1−B35;A1−B36;A1−B37;A1−B38;A1−B39;A1−B40;A1−B41;A1−B42;A1−B43;A1−B44;A1−B45;A1−B46;A1−B47;A1−B48;A1−B49;A1−B50;A1−B51;A1−B52;A1−B53;A1−B54;A1−B55;A1−B56;A1−B57;A1−B58;A1−B59;A1−B60;A1−B61;A1−B62;A1−B63;A1−B64;A1−B65;A1−B66;A1−B67;A1−B68;A1−B69;A1−B70;A1−B71;A1−B72;A1−B73;A1−B74;A1−B75;A1−B76;A1−B77;A1−B78;A1−B79;A1−B80;A1−B81;A1−B82;A1−B83;A1−B84;A1−B85;A1−B86;A1−B87;A1−B88;A1−B89;A1−B90;A1−B91;A1−B92;A1−B93;A1−B94;A1−B95;A1−B96;A1−B97;A1−B98;A1−B99;A1−B100;A1−B101;A1−B102;A1−B103;A1−B104;A1−B105;A1−B106;A1−B107;A1−B108;A1−B109;A1−B110;A1−B111;A1−B112;A1−B113;
いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素は、A1〜A154のうちのいずれか1つと、B1〜B113のうちのいずれか1つとの組み合わせを有する。たとえば、ジペプチドプロドラッグ要素のAのアミノ酸とBのアミノ酸との組み合わせとして、以下のものがあげられる:A1−B1;A1−B2;A1−B3;A1−B4;A1−B5;A1−B6;A1−B7;A1−B8;A1−B9;A1−B10;A1−B11;A1−B12;A1−B13;A1−B14;A1−B15;A1−B16;A1−B17;A1−B18;A1−B19;A1−B20;A1−B21;A1−B22;A1−B23;A1−B24;A1−B25;A1−B26;A1−B27;A1−B28;A1−B29;A1−B30;A1−B31;A1−B32;A1−B33;A1−B34;A1−B35;A1−B36;A1−B37;A1−B38;A1−B39;A1−B40;A1−B41;A1−B42;A1−B43;A1−B44;A1−B45;A1−B46;A1−B47;A1−B48;A1−B49;A1−B50;A1−B51;A1−B52;A1−B53;A1−B54;A1−B55;A1−B56;A1−B57;A1−B58;A1−B59;A1−B60;A1−B61;A1−B62;A1−B63;A1−B64;A1−B65;A1−B66;A1−B67;A1−B68;A1−B69;A1−B70;A1−B71;A1−B72;A1−B73;A1−B74;A1−B75;A1−B76;A1−B77;A1−B78;A1−B79;A1−B80;A1−B81;A1−B82;A1−B83;A1−B84;A1−B85;A1−B86;A1−B87;A1−B88;A1−B89;A1−B90;A1−B91;A1−B92;A1−B93;A1−B94;A1−B95;A1−B96;A1−B97;A1−B98;A1−B99;A1−B100;A1−B101;A1−B102;A1−B103;A1−B104;A1−B105;A1−B106;A1−B107;A1−B108;A1−B109;A1−B110;A1−B111;A1−B112;A1−B113;
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A152−B1;A152−B2;A152−B3;A152−B4;A152−B5;A152−B6;A152−B7;A152−B8;A152−B9;A152−B10;A152−B11;A152−B12;A152−B13;A152−B14;A152−B15;A152−B16;A152−B17;A152−B18;A152−B19;A152−B20;A152−B21;A152−B22;A152−B23;A152−B24;A152−B25;A152−B26;A152−B27;A152−B28;A152−B29;A152−B30;A152−B31;A152−B32;A152−B33;A152−B34;A152−B35;A152−B36;A152−B37;A152−B38;A152−B39;A152−B40;A152−B41;A152−B42;A152−B43;A152−B44;A152−B45;A152−B46;A152−B47;A152−B48;A152−B49;A152−B50;A152−B51;A152−B52;A152−B53;A152−B54;A152−B55;A152−B56;A152−B57;A152−B58;A152−B59;A152−B60;A152−B61;A152−B62;A152−B63;A152−B64;A152−B65;A152−B66;A152−B67;A152−B68;A152−B69;A152−B70;A152−B71;A152−B72;A152−B73;A152−B74;A152−B75;A152−B76;A152−B77;A152−B78;A152−B79;A152−B80;A152−B81;A152−B82;A152−B83;A152−B84;A152−B85;A152−B86;A152−B87;A152−B88;A152−B89;A152−B90;A152−B91;A152−B92;A152−B93;A152−B94;A152−B95;A152−B96;A152−B97;A152−B98;A152−B99;A152−B100;A152−B101;A152−B102;A152−B103;A152−B104;A152−B105;A152−B106;A152−B107;A152−B108;A152−B109;A152−B110;A152−B111;A152−B112;A152−B113;

A153−B1;A153−B2;A153−B3;A153−B4;A153−B5;A153−B6;A153−B7;A153−B8;A153−B9;A153−B10;A153−B11;A153−B12;A153−B13;A153−B14;A153−B15;A153−B16;A153−B17;A153−B18;A153−B19;A153−B20;A153−B21;A153−B22;A153−B23;A153−B24;A153−B25;A153−B26;A153−B27;A153−B28;A153−B29;A153−B30;A153−B31;A153−B32;A153−B33;A153−B34;A153−B35;A153−B36;A153−B37;A153−B38;A153−B39;A153−B40;A153−B41;A153−B42;A153−B43;A153−B44;A153−B45;A153−B46;A153−B47;A153−B48;A153−B49;A153−B50;A153−B51;A153−B52;A153−B53;A153−B54;A153−B55;A153−B56;A153−B57;A153−B58;A153−B59;A153−B60;A153−B61;A153−B62;A153−B63;A153−B64;A153−B65;A153−B66;A153−B67;A153−B68;A153−B69;A153−B70;A153−B71;A153−B72;A153−B73;A153−B74;A153−B75;A153−B76;A153−B77;A153−B78;A153−B79;A153−B80;A153−B81;A153−B82;A153−B83;A153−B84;A153−B85;A153−B86;A153−B87;A153−B88;A153−B89;A153−B90;A153−B91;A153−B92;A153−B93;A153−B94;A153−B95;A153−B96;A153−B97;A153−B98;A153−B99;A153−B100;A153−B101;A153−B102;A153−B103;A153−B104;A153−B105;A153−B106;A153−B107;A153−B108;A153−B109;A153−B110;A153−B111;A153−B112;A153−B113;

A154−B1;A154−B2;A154−B3;A154−B4;A154−B5;A154−B6;A154−B7;A154−B8;A154−B9;A154−B10;A154−B11;A154−B12;A154−B13;A154−B14;A154−B15;A154−B16;A154−B17;A154−B18;A154−B19;A154−B20;A154−B21;A154−B22;A154−B23;A154−B24;A154−B25;A154−B26;A154−B27;A154−B28;A154−B29;A154−B30;A154−B31;A154−B32;A154−B33;A154−B34;A154−B35;A154−B36;A154−B37;A154−B38;A154−B39;A154−B40;A154−B41;A154−B42;A154−B43;A154−B44;A154−B45;A154−B46;A154−B47;A154−B48;A154−B49;A154−B50;A154−B51;A154−B52;A154−B53;A154−B54;A154−B55;A154−B56;A154−B57;A154−B58;A154−B59;A154−B60;A154−B61;A154−B62;A154−B63;A154−B64;A154−B65;A154−B66;A154−B67;A154−B68;A154−B69;A154−B70;A154−B71;A154−B72;A154−B73;A154−B74;A154−B75;A154−B76;A154−B77;A154−B78;A154−B79;A154−B80;A154−B81;A154−B82;A154−B83;A154−B84;A154−B85;A154−B86;A154−B87;A154−B88;A154−B89;A154−B90;A154−B91;A154−B92;A154−B93;A154−B94;A154−B95;A154−B96;A154−B97;A154−B98;A154−B99;A154−B100;A154−B101;A154−B102;A154−B103;A154−B104;A154−B105;A154−B106;A154−B107;A154−B108;A154−B109;A154−B110;A154−B111;A154−B112;A154−B113;
サブカテゴリーIA:ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸Bは、N−アルキル化されたグリシンである
いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素のBのアミノ酸は、N−アルキル化されたグリシンである。Bのアミノ酸としてN−アルキル化されたグリシンを有するジペプチドプロドラッグ要素の非限定的な例を、以下の表に示す。
Figure 0005912112
サブカテゴリーIB:ジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸Bは、β位で未置換であるか一置換される
いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素のBのアミノ酸は、β位で未置換であるか、あるいは、一置換されており、比較的かさ高くない側鎖を有する。β位で未置換であるか、あるいは一置換されたBのアミノ酸と、比較的かさ高くない側鎖とを有するジペプチドプロドラッグ要素の非限定的な例を、以下の表に示す。
Figure 0005912112

Figure 0005912112

Figure 0005912112

Figure 0005912112
いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素のBのアミノ酸は、以下の表に示すような、β位で一置換され、比較的かさ高の側鎖を有する。
Figure 0005912112
サブカテゴリーIC:β位で二置換されたジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸B
いくつかの実施形態では、ジペプチドプロドラッグ要素のBのアミノ酸は、β位で二置換される。β位で二置換されたBのアミノ酸を有するジペプチドプロドラッグ要素の非限定的な例を、以下の表に示す。
Figure 0005912112
例示としてのいくつかの実施形態では、Aib−Gly(N−ヘキシル)、dLys−Gly(N−ヘキシル)、dCys−Gly(N−ヘキシル)、dAla−Gly(N−ヘキシル)、Aib−Gly(N−メチル)、dLys−Gly(N−メチル)、dCys−Gly(N−メチル)、dAla−Gly(N−ヘキシル)、Aib−Phe(N−メチル)、dLys−Phe(N−メチル)、dCys−Phe(N−メチル)またはdAla−Phe(N−メチル)が、ペプチド薬のN末端のαアミノ基に結合する。
一実施形態によれば、ジペプチド要素は、A−BジペプチドのBに、Gly(N−ヘキシル)、Gly(N−メチル)またはPhe(N−メチル)という3つのアミノ酸のうちの1つを有する。
これらの3つのジペプチド群のうちの1つから選択されるジペプチドは、他のすべての要因が等しいとき、相対切断速度がGly(N−ヘキシル)>Gly(N−メチル)>Phe(N−メチル)になる。一実施形態では、アシル化またはPEG化用の場所として、1番目の位置(すなわち、Aのアミノ酸)にCysまたはLysが提供される。Alaは、アシル化またはPEG化が望まれない一実施形態でAのアミノ酸として用いられる。一実施形態では、1番目の位置(すなわち、Aのアミノ酸)のAibは、Ala、Cys、Lysなどの天然のアミノ酸と比較して、切断速度を増す。
例示としてのジペプチドとしては、以下のものがあげられる。
dAla−Phe(N−メチル)
dCys−Phe(N−メチル)
dLys−Phe(N−メチル)
Aib−Phe(N−メチル)
dAla−Gly(N−メチル)
dCys−Gly(N−メチル)
dLys−Gly(N−メチル)
Aib−Gly(N−メチル)
dAla−Gly(N−ヘキシル)
dCys−Gly(N−ヘキシル)
dLys−Gly(N−ヘキシル)
Aib−Gly(N−ヘキシル)
一実施形態によれば、本明細書に開示の新規なインスリンプロドラッグ類縁体のいずれかを、好ましくは純度レベル少なくとも90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%で含み、かつ、薬学的に許容される希釈剤、キャリアまたは賦形剤を含む、薬学的組成物が提供される。このような組成物は、本明細書に開示したようなA19インスリン類縁体を、少なくとも0.5mg/ml、1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml、8mg/ml、9mg/ml、10mg/ml、11mg/ml、12mg/ml、13mg/ml、14mg/ml、15mg/ml、16mg/ml、17mg/ml、18mg/ml、19mg/ml、20mg/ml、21mg/ml、22mg/ml、23mg/ml、24mg/ml、25mg/mlまたはこれより高い濃度で含有するものであってもよい。一実施形態では、薬学的組成物は、滅菌され、任意にさまざまな包装容器で保管収容される水溶液を含む。他の実施形態では、薬学的組成物は、凍結乾燥粉末を含む。薬学的組成物は、組成物を患者に投与するための使い捨ての装置を含むキットの一部として包装されていてもよい。容器またはキットには、室温または冷蔵庫の温度での保存用にラベル表示がなされてもよい。
一実施形態では、第1および第2のインスリンプロドラッグ類縁体の混合物を含む組成物が提供され、第1および第2のインスリンプロドラッグ類縁体は、プロドラッグ要素の構造が互いに異なる。特に、第1のインスリンプロドラッグ類縁体は、第2のインスリンプロドラッグ類縁体のジペプチドプロドラッグ要素とは半減期が実質的に異なるジペプチドプロドラッグ要素を有するものであってもよい。したがって、ジペプチド要素に異なる組み合わせの置換基を選択することで、所望の時間枠に、指定の時間間隔で、制御された方法で活性化されるインスリンプロドラッグ類縁体の混合物を含む組成物を調製できる。たとえば、食事時に活性のあるインスリンを放出した後、活性化の時間に基づいて夜間に好適な用量を放出して活性化するインスリンの組成物を調製できる。もうひとつの実施形態では、薬学的組成物は、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体と、天然インスリンあるいは、インスリンの既知の生体活性誘導体との混合物を含む。
ここに開示のインスリンプロドラッグ類縁体は、インスリンペプチドについて過去に説明されているあらゆる用途に適していると思われる。したがって、本明細書に記載のインスリンプロドラッグ類縁体を使用して、高血糖症を治療あるいは、血中グルコース濃度が高いことに起因する他の代謝疾患を治療することが可能である。したがって、本発明は、血中グルコース濃度の高い患者の治療に用いられる、本開示のインスリンプロドラッグ類縁体と、薬学的に許容されるキャリアとを含む薬学的組成物を包含する。一実施形態によれば、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体を用いて治療される患者は、飼いならされた動物であり、別の実施形態では、治療対象となる患者はヒトである
本開示による、高血糖症を治療するひとつの方法は、非経口(静脈内、腹腔内、皮下または筋肉内など)、くも膜下内、経皮、直腸、経口、経鼻または吸入による投与をはじめとする標準的な投与経路を使用して、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体を患者に投与する工程を含む。一実施形態では、組成物を皮下投与または筋肉内投与する。一実施形態では、組成物を非経口投与し、インスリンプロドラッグ類縁体組成物を、あらかじめ注射器に封入しておく。
本発明のインスリンプロドラッグ類縁体は、単独で投与してもよいし、他の抗糖尿病薬との組み合わせで投与してもよいものである。当分野で知られた抗糖尿病薬または研究中の抗糖尿病薬として、天然インスリン、天然のグルカゴン、これらの機能的誘導体;トルブタミド(Orinase)、アセトヘキサミド(Dymelor)、トラザミド(Tolinase)、クロルプロパミド(Diabinese)、グリピジド(Glucotrol)、グリブリド(Diabeta、Micronase、Glynase)、グリメピリド(Amaryl)またはグリクラジド(Diamicron)などのスルホニル尿素;レパグリニド(Prandin)またはナテグリニド(Starlix)などのメグリチニド;メトホルミン(Glucophage)またはフェンホルミンなどのビグアナイド;ロシグリタゾン(Avandia)、ピオグリタゾン(Actos)またはトログリタゾン(Rezulin)などのチアゾリジンジオンまたは他のPPARγ阻害薬;ミグリトール(Glyset)、アカルボース(Precose/Glucobay);エクセナチド(Byetta)またはプラムリンチドなどの炭水化物の消化を阻害するαグルコシダーゼ阻害薬;ビルダグリプチンまたはシタグリプチンなどのジペプチジルペプチダーゼ−4(DPP−4)阻害薬;SGLT(ナトリウム依存性グルコーストランスポーター1)阻害剤;またはFBPase(フルクトース1,6−ビスホスファターゼ)阻害薬があげられる。
当業者に知られた標準的な薬学的に許容されるキャリアおよび投与経路を用いて、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体を含む薬学的組成物を調製し、患者に投与することが可能である。したがって、本開示は、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体を1種類または2種類以上あるいは、その薬学的に許容される塩を、薬学的に許容されるキャリアとの組み合わせで含む薬学的組成物も包含する。一実施形態では、薬学的組成物は、リン酸バッファー系にてpH約4.0〜約7.0で濃度1mg/mlのインスリンプロドラッグ類縁体を含む。薬学的組成物は、インスリンプロドラッグ類縁体を単独の薬学的に活性のある成分として含むものであってもよいし、あるいは、インスリンプロドラッグ類縁体を1種類または2種類以上の別の活性剤と組み合わせてもよい。一実施形態によれば、本明細書に開示のインスリンプロドラッグ類縁体のうちの1つを、好ましくは滅菌状態かつ好ましくは少なくとも90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%の純度レベルで含み、なおかつ薬学的に許容される希釈剤、キャリアまたは賦形剤も含む、薬学的組成物が提供される。このような組成物は、インスリンプロドラッグ類縁体を含有するものであってもよく、この場合、得られる活性ペプチドは、少なくとも0.5mg/ml、1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml、8mg/ml、9mg/ml、10mg/ml、11mg/ml、12mg/ml、13mg/ml、14mg/ml、15mg/ml、16mg/ml、17mg/ml、18mg/ml、19mg/ml、20mg/ml、21mg/ml、22mg/ml、23mg/ml、24mg/ml、25mg/mlまたはこれより高い濃度で存在する。一実施形態では、薬学的組成物は、滅菌され、任意にさまざまな容器内で保管された水溶液を含む。本発明の化合物を、一実施形態に従って使用して、注射用の予め処方された溶液を調製することが可能である。他の実施形態では、薬学的組成物は、凍結乾燥粉末を含む。この薬学的組成物を、組成物を患者に投与するための使い捨ての装置を含むキットの一部として、さらに包装してもよい。周囲室温または冷蔵温度での保管用に、容器またはキットにラベルを付してもよい。
本明細書に記載の治療方法、薬学的組成物、キット、他の類似の実施形態ではいずれも、インスリンプロドラッグ類縁体が、そのすべての薬学的に許容される塩を含むことを企図している。
一実施形態では、インスリンプロドラッグ類縁体組成物を患者に投与するための装置を含むキットが提供される。このキットは、たとえば、バイアル、チューブ、ボトルなどの多岐にわたる容器を含むものであってもよい。好ましくは、キットには、取扱説明書も含む。一実施形態によれば、キットの装置は、エアロゾル用の装置であり、この場合、組成物は、エアロゾル装置の中にあらかじめ封入されている。もうひとつの実施形態では、キットに注射器と針とを含み、一実施形態では、インスリン類縁体組成物があらかじめ注射器に封入されている。
本発明の化合物は、標準的な合成方法、組換えDNA技術あるいは、ペプチドおよび融合タンパク質を調製する他の任意の方法で、調製できるものである。非天然のアミノ酸の中には標準的な組換えDNA技術では発現できないものもあるが、これらを調製するための技術は、当分野で知られている。非ペプチド部分を包含する本発明の化合物を、適切な場合は標準的なペプチド化学反応に加えて、標準的な有機化学反応で合成してもよい。
実施例1
インスリンのA鎖およびB鎖の合成
Boc法を用いて、インスリンのA鎖およびB鎖を4−メチルベンジリルアミン(MBHA)樹脂または4−ヒドロキシメチルフェニルアセトアミドメチル(PAM)樹脂上で合成した。95:5のHF/p−クレゾールを使用して0℃で1時間かけて、ペプチドを樹脂から切断した。HF除去およびエーテル沈殿後、ペプチドを50%酢酸水溶液に溶解し、凍結乾燥させた。あるいは、Fmoc法を用いてペプチドを合成した。これらのペプチドを、トリフルオロ酢酸(TFA)/トリイソプロピルシラン(TIS)/HO(95:2.5:2.5)を用いて、室温で2時間かけて樹脂から切断した。過剰量のジエチルエーテルを加えてペプチドを沈殿させ、ペレットを酸性バッファーに溶解させた。ペプチドの品質をRP−HPLCでモニターし、質量分析(ESIまたはMALDI)によって確認した。
インスリンA鎖の合成には、アミノ酸の7番目では遊離のシステインを用い、他ではアセトアミドメチルで保護されたシステインを用いた(A−(SH)(Acm)6,11,20)。インスリンのB鎖の合成には、7番目では遊離のシステインを用い、他ではアセトアミドメチルで保護されたシステインを用いた(B−(SH)(Acm)19)。粗精製されたペプチドを従来のRP−HPLCで精製した。
合成したA鎖とB鎖を、図1に概略を示す一般手順に従ってそれらの天然のジスルフィド結合を介して互いに結合した。それぞれのB鎖を、DMFまたはDMSOに溶解することによってCys−Npys誘導体へと活性化し、2,2’−ジチオビス(5−ニトロピリジン)(Npys)と1:1のモル比で室温にて反応させた。RP−HPLCで活性化をモニターし、生成物をESI−MSで確認した。
それぞれのA−(SH)(Acm)6,11,20およびB−(Npys)(Acm)19を、1:1のモル比で、合計ペプチド濃度10mg/mlになるように溶解することによって、第1のB7−A7ジスルフィド結合を形成した。鎖の結合反応が完了したら、混合物を濃度50%の酢酸水溶液に希釈した。ヨウ素を添加して、最後の2つのジスルフィド結合を同時に形成した。40倍モル過剰のヨウ素を溶液に添加し、混合物を室温でさらに1時間撹拌した。アスコルビン酸水溶液を添加して反応を終了させた。混合物をRP−HPLCで精製し、最終化合物をMALDI−MSで確認した。図2および表1のデータに示すように、この手順で調製した合成インスリンは、インスリン受容体への結合に関して精製インスリンに十分に匹敵する。
修飾されたアミノ酸(A19の位置における4−アミノフェニルアラニンなど)を含むインスリンペプチドも、米国特許第7,045,337号および同第7,083,970号に教示される系などを含む、コードされていないアミノ酸をタンパク質に取り込めるようにする系を用いて、in vivoにて合成可能である。
Figure 0005912112
実施例2
還元的アルキル化によるアミン基(N末端およびリジン)のPEG化
a.合成
インスリン(またはインスリン類縁体)、mPEG20k−アルデヒド、NaBHCNを、モル比1:2:30で、pH4.1〜4.4の酢酸バッファーに溶解させた。反応溶液を、0.1NのNaCl、0.2Nの酢酸、0.1NのNaCOで構成した。インスリンペプチド濃度は、約0.5mg/mlであった。反応は、室温で6時間かけて起こる。反応の度合いをRP−HPLCでモニターしたところ、反応収率は約50%であった。
b.精製
反応混合物を0.1%TFAで2〜5倍に希釈し、分取RP−HPLCカラムに適用した。HPLC条件:C4カラム;流速10ml/分;Aバッファー10%ACNおよび0.1%TFAの水溶液;Bバッファー0.1%TFAのACN溶液;0〜40%の直線勾配B%(0〜80分間);PEG−インスリンまたは類縁体は、約35%バッファーBで溶出された。所望の化合物をMALDI−TOFで確認し、つづいて亜硫酸分解またはトリプシン分解によって化学修飾した。
N−ヒドロキシスクシンイミドのアシル化によるアミン基(N末端およびリジン)のPEG化
a.合成
インスリン(またはインスリン類縁体)と、mPEG20k−NHSとを、0.1NのBicineバッファー(pH8.0)に、モル比1:1で溶解させた。インスリンペプチド濃度は、約0.5mg/mlであった。反応の進み具合をHPLCでモニターした。反応収率は、室温にて2時間後に約90%である。
b.精製
反応混合物を2〜5倍に希釈し、RP−HPLCを実施した。
HPLC条件:C4カラム;流速10ml/分;Aバッファー10%ACNおよび0.1%TFAの水溶液;Bバッファー0.1%TFAのACN溶液;0〜40%の直線勾配B%(0〜80分間);PEG−インスリンまたは類縁体を約35%Bで回収した。所望の化合物をMAIDI−TOFで確認し、つづいて亜硫酸分解またはトリプシン分解によって化学修飾した。
フェニルアラニンの芳香環のアセチル基の還元アミン化PEG化
a.合成
インスリン(またはインスリン類縁体)、mPEG20k−ヒドラジド、NaBHCNを、1:2:20のモル比で酢酸バッファー(pH4.1〜4.4)に溶解させた。反応溶液を、0.1NのNaCl、0.2Nの酢酸、0.1NのNaCOで構成した。インスリンまたはインスリン類縁体の濃度は約0.5mg/mlであった。室温にて24時間。反応プロセスをHPLCでモニターした。反応物の変換は約50%であった(HPLCで計算)。
b.精製
反応混合物を2〜5倍に希釈し、RP−HPLCにかけた。
HPLC条件:C4カラム;流速10ml/分;Aバッファー10%ACNおよび0.1%TFAの水溶液;Bバッファー0.1%TFAのACN溶液;0〜40%の直線勾配B%(0〜80分間);PEG−インスリンまたはPEG−インスリン類縁体を、約35%Bで回収した。所望の化合物をMAIDI−TOFで確認し、つづいて亜硫酸分解またはトリプシン分解によって化学修飾した。
実施例3
インスリン受容体結合アッセイ
シンチレーション近接技術を使用して、競合結合アッセイで、インスリン受容体またはIGF−1受容体に対する各ペプチドの親和性を測定した。ペプチドの3倍段階希釈物をTris−Clバッファー(0.05M Tris−HCl、pH7.5、0.15M NaCl、0.1%w/vウシ血清アルブミン)で生成し、96ウェルのプレート(Corning Inc., Acton, MA)で0.05nM(3−[125I]−ヨードチロシル)A TyrA14インスリンまたは(3−[125I]−ヨードチロシル)IGF−1(Amersham Biosciences, Piscataway, NJ)と混合した。ヒトインスリン受容体またはIGF−1受容体を過発現している細胞から調製した1〜6マイクログラムの原形質膜断片を、各ウェルに分注し、0.25mg/ウェルのポリエチレンイミン処理コムギ胚芽アグルチニンA型シンチレーション近接アッセイビーズ(Amersham Biosciences, Piscataway, NJ)を加えた。800rpmで5分間振盪後、プレートを室温にて12時間インキュベートし、MicroBeta1450液体シンチレーションカウンター(Perkin-Elmer, Wellesley, MA)で放射活性を測定した。被検試料の最高濃度よりも4倍濃度過剰の「非放射性」天然リガンドを用いて非特異的結合(NSB)放射活性をウェルで測定した。競合性物質なしに、ウェルで全結合放射活性を検出した。以下のようにして特異的結合率を求めた。特異的結合(%)=(結合−NSB/全結合−NSB)×100。Originソフトウェア(OriginLab, Northampton, MA)を用いてIC50値を求めた。
実施例4
インスリン受容体リン酸化アッセイ:
インスリンまたはインスリン類縁体の受容体のリン酸化を測定するために、受容体がトランスフェクトされたHEK293細胞を96ウェルの組織培養プレート(Costar #3596, Cambridge, MA)に播種し、100IU/mlのペニシリン、100μg/mlのストレプトマイシン、10mMのHEPESおよび0.25%ウシ増殖血清(HyClone SH30541, Logan, UT)を加えたダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)中、37℃、5%CO、湿度90%で16〜20時間培養した。インスリンまたはインスリン類縁体の段階希釈物を、0.5%ウシ血清アルブミン(Roche Applied Science #100350, Indianapolis, IN)を添加したDMEM中で調製し、接着した細胞を含むウェルに添加した。5%COの加湿条件下で37℃で15分間インキュベーションした後、細胞を5%パラホルムアルデヒドで室温にて20分間固定し、リン酸緩衝食塩水(pH7.4)で2回洗浄し、PBS中2%ウシ血清アルブミンで1時間ブロックした。次に、プレートを3回洗浄し、製造者が推奨するとおりに2%ウシ血清アルブミン含有PBSで再構成したホスホチロシンに対するホースラディッシュペルオキシダーゼ結合抗体(Upstate biotechnology #16-105, Temecula, CA)で満たした。室温で3時間インキュベーションした後、プレートを4回洗浄し、0.1mlのTMB単一溶液基質(Invitrogen, #00-2023, Carlbad, CA)を各ウェルに加えた。5分後に、1NのHClを0.05ml添加して、発色を停止させた。450nmの吸光度をTitertek Multiscan MCC340(ThermoFisher, Pittsburgh, PA)で測定した。吸光度に対するペプチド濃度用量反応曲線をプロットし、Originソフトウェア(OriginLab, Northampton, MA)を用いてEC50値を求めた。
実施例5
モデルジペプチドの切断速度の判定(PBS中)
モデルペプチドとして、特異的ヘキサペプチド(HSRGTF−NH;配列番号59)を用いた。このペプチドで、ジペプチドN末端の伸長部の切断速度を研究可能であった。このジペプチド伸長モデルペプチドを調製し、Boc保護サルコシンおよびリジンをモデルペプチド結合樹脂に連続的に加えてペプチドA(Lys−Sar−HSRGTF−NH;配列番号60)を合成した。ペプチドAをHFで切断し、分取用HPLCで精製した。
それぞれのプロペプチドについて、切断速度を求めた。プロペプチドの濃度とモデルの親ペプチドの濃度を、それぞれのピーク面積から求めた。プロドラッグの濃度の対数をさまざまな時間間隔でプロットして、プロドラッグの一次解離速度定数を求めた。このプロットの勾配から速度定数「k」が得られる。式t1/2=0.693/kを用いて、さまざまなプロドラッグの切断半減期を計算した。このモデルペプチドHSRGTF−NH(配列番号59)に対するLys−Sar伸長部の半減期を求めたところ、14.0時間であった。
実施例6
すべてのd−アイソフォームモデルペプチドを基準に判断できる、血漿中でのジペプチドの切断半減期の速度
血漿中でのジペプチド切断速度を求めるために、別のモデルのヘキサペプチド(dHdTdRGdTdF−NH、配列番号63)を使用した。プロドラッグ伸長部以外は、モデルペプチドの酵素による切断を防ぐために、各アミノ酸のd−異性体を用いた。このモデルのd−異性体ヘキサペプチドを、l−異性体と同様の手順で合成した。ペプチドAの場合に上述したようにしてサルコシンとリジンをN末端に連続的に付加し、ペプチドB(dLys−dSar−dHdTdRGdTdF−NH、配列番号64)を調製した。
それぞれのプロペプチドについて、切断速度を求めた。プロペプチドの濃度とモデルの親ペプチドの濃度を、それぞれのピーク面積から求めた。プロドラッグの濃度の対数をさまざまな時間間隔でプロットして、プロドラッグの一次解離速度定数を求めた。このプロットの勾配から速度定数「k」が得られる。このモデルペプチドdHdTdRGdTdF−NH(配列番号63)に対するLys−Sar伸長部の半減期を求めたところ、18.6時間であった。
実施例7
実施例5で説明した手順を用いて、モデルのヘキサペプチド(HSRGTF−NH;配列番号59)に結合した別のジペプチドの切断速度を求めた。これらの実験で得られた結果を、表2および表3にあげておく。
表2.モデルペプチド(HSRGTF−NH;配列番号59)からの、N末端のパラアミノフェニルアラニンの側鎖に結合したジペプチドO−Uの切断(PBS中)
Figure 0005912112

Figure 0005912112
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また、ジペプチド要素は、アミド結合を介して、IGF1YLのA19に存在する4−アミノフェニルアラニン残基で結合している、IGF1YLインスリン類縁体のさまざまなプロドラッグ誘導体を調製した。実施例5の手順を用いて、これらの化合物をin vitroで分析すると、PBSバッファーまたは20%血漿のいずれでインキュベートしても、これらの化合物の活性が時間の経過とともに高まることが明らかになる。図8〜図11を参照のこと。また、20%血漿でインキュベートした場合の、天然インスリンに対する経時的な(1時間、3時間、6時間、9時間、10.5時間)インスリン受容体の結合に関して、IGF類縁体プロドラッグMIU30:A1(aF19−dLys(Ac),Sar)(アミド結合を介してA19 4−アミノフェニルアラニンに結合したジペプチド)のin vitroでの活性を測定した。表3Aは、20%血漿/PBS中、37℃でインキュベートした場合の、経時的なインスリン受容体に対する相対結合力を比較したものである。in vitro結合アッセイでのデータ(表3A参照)およびin vitroでのリン酸化アッセイでのデータ(表3B参照)で示されるように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、時間の経過とともに、A19 IGFプロドラッグ誘導体試料から活性の高い状態に回復する。
Figure 0005912112
インスリン類縁体であるMIU−30a:B1(Y16,L17,Y25)29a:A1(dLys(Ac),Sar−aF19)(アミド結合を介してA19 4−アミノフェニルアラニンに結合したジペプチド)を投与したC57/Blkマウスを用いて、in vivoでのグルコース耐性試験を実施した。MIU 30は、20%血漿を含むPBS(pH7.4)に溶解させ、37℃で48時間インキュベートした(「MIU−30c」を生成)。グルコースの低下を測定するために、0時間インキュベートした試料(MIU 30a)と48時間インキュベートした試料(MIU 30c)を取り出し、90nmol/kgと270nmol/kgでC57/Blkマウスに注射した(インスリン耐性試験)。図20Aには、8時間までのさまざまな時点におけるMIU 30aおよびMIU 30cのグルコース低下プロファイルを示す。親化合物は活性が低いが、20%血漿中で48時間のインキュベーション(「MIU−30c」を形成)後、活性が高まる(図20A参照)。図20Bには、MIU 30aおよびMIU 30cの総血中グルコースを、曲線下面積(AUC)の差として溶媒との比較で示す。90nmol/kgでは、MIU 30aでグルコースの変化はほとんど認められないが、MIU 30cでは相当な低下が生じる。270nmol/kgでは、MIU 30aおよびMIU 30cのどちらにもグルコースの低下が認められるが、後者の試料のほうが有意に高い血糖降下活性を有する。ようするに、インスリン類縁体であるMIU30のプロドラッグ形態は、生理的条件下で親のインスリン類縁体へのex vivoでの変換前に注射すると、明らかにグルコース低下活性が少くなる。これらのin vivoでの結果は、in vitroでの分析と一致している。このプロドラッグの半減期は、約20時間であると推定される。
実施例8
プロドラッグ構築に好適な構造を有するインスリン類縁体の同定
A鎖の19番目は、インスリン活性にとって重要な部位であることが知られる。したがって、プロドラッグ要素の結合を可能にするようにこの部位を修飾することが望ましい。A19におけるインスリンの特定の類縁体が合成されており、インスリン受容体に対する活性についてもキャラクタライズされている。A19では、活性が高い2つの構造的な類縁体が同定されている。第2の活性部位の芳香族残基(B24)における同様の構造的変化では、同じように完全な活性を持つインスリン類縁体を同定することはできなかった。
表4および表5は、インスリン受容体に対する完全な活性を得るためにA19の位置で高度な構造の保存を示す(受容体への結合については、実施例3で説明したアッセイで判断した)。表4は、A19が修飾された2つのインスリン類縁体だけが、天然インスリンと同様の受容体結合活性を有することを示す。4−アミノインスリン類縁体については、3つの別々の実験で得られたデータをあげておく。「活性(試験)」と表示した列は、同時に実施した2つの別々の実験について、天然インスリンに対するインスリン類縁体の結合率を比較したものである。「活性(0.60nM)」と表示した列は、このアッセイでインスリンの結合について得られた以前の平均値に対する、インスリン類縁体の相対的な結合率である。いずれの分析でも、2つのA19インスリン類縁体(4−アミノフェニルアラニンおよび4−メトキシフェニルアラニン)は、天然インスリンとほぼ等価的な受容体への結合を示す。図3は、インスリン受容体に対する、天然インスリンとA19インスリン類縁体のそれぞれの特異的結合を示すグラフである。表5に、天然インスリンと等価な結合活性を呈する、2つのA19インスリン類縁体(4−アミノおよび4−メトキシ)が、インスリン受容体に対しても等価な活性を示すというデータ(受容体活性については、実施例4で説明したアッセイで判断した)をあげておく。
Figure 0005912112
Figure 0005912112
実施例9
インスリン様増殖因子(IGF)類縁体
インスリンのA鎖を単離するための一般的な精製スキームでは、NHHCOバッファー(pH=7.8)を使用する。これらの条件下、ジペプチドプロドラッグ要素は短時間でA鎖から切断される。インスリン受容体に対するプロドラッグの活性を調べるために用いるプロドラッグの精製を簡単にするために、本出願人らは、インスリン受容体に対して天然インスリンと同様の活性を示すIGF類縁体IGF類縁体を用いる研究を実施した。具体的には、このIGF類縁体(IGF1(YB16B17)は、天然IGFのA鎖およびB鎖(それぞれ配列番号61および62)を有する。この場合、天然IGFのB鎖の15番目と16番目(天然インスリンのB鎖では16番目と17番目に相当)の天然のグルタミンとフェニルアラニンが、それぞれ、チロシンおよびロイシン残基で置換されている。図4および以下の表6に示すように、IGF1(YB16B17)の結合活性は、この化合物がきわめて強力なインスリン類縁体であることを示す。
Figure 0005912112
実施例10
IGFプロドラッグ誘導体
A19インスリン類縁体の活性に基づいて(実施例5参照)、IGF1 A:B(YB16B17)類縁体を同様にして修飾し、インスリン受容体に結合して活性を刺激する能力を調べた。図5に、天然のチロシンを4−アミノフェニルアラニン[IGF1 A:B(YB16B17)(p−NH−F)A19アミド]に置き換えて、IGF1 A:B(YB16B17)を調製し、そのジペプチド伸長誘導体[IGF1 A:B(YB16B17A19−AibAlaアミド]を調製するための一般的な合成スキームを示す。ここで、AibとAlaとを有するジペプチドは、A19 4−アミノフェニルアラニンとのアミド結合を介してペプチドに結合する。図6および表7に示すように、IGF類縁体であるIGF1(YB16B17)A(p−NH−F)19は、インスリン受容体に特異的に結合する。この場合、この類縁体のジペプチド伸長誘導体は、インスリン受容体に特異的に結合することができない。このジペプチド伸長部には、ジペプチドの自律的な切断を可能とする適切な構造がなく(ジペプチドの2番目にN−アルキル化アミノ酸がない)、したがって、インスリン受容体の結合が回復されない点に注意されたい。
Figure 0005912112
ジペプチドプロドラッグ要素(アラニン−プロリン)がアミド結合を介してA鎖のアミノ末端に結合された(IGF1(YB16B17)(AlaPro)A−1,0)、IGFB16B17誘導体ペプチドの別のプロドラッグ誘導体を調製した。表8に示すように、IGF1(YB16B17)(AlaPro)A−1,0では、インスリン受容体に対する親和性が実質的に低下した。表3のデータに基づくと、このジペプチドプロドラッグ要素には、そのジペプチドプロドラッグ要素の自律的な切断を可能とする適切な構造がなく、したがって、検出されるインスリン受容体の結合は、プロドラッグ要素の切断の結果ではないことに注意されたい。
Figure 0005912112
実施例11
別のIGFインスリン類縁体
IGF1(YB16B17)(YL)B1617ペプチド配列をさらに修飾することによって、インスリン受容体とIGF−1受容体に対する活性の異なる別のIGFインスリン類縁体が明らかになる。これらの類縁体それぞれについて、結合データを表9に示す(実施例3のアッセイを使用)。修飾の位置については、天然インスリンペプチドにおける対応の位置に基づいて表示される(DPI=des B26〜B30)。たとえば、それ以上詳細に触れることなく本明細書で「B28の位置」といえば、配列番号2の最初のアミノ酸が欠失したインスリン類縁体のB鎖におけるB27の位置を意味する。よって、一般的に「B(Y16)」というときは、天然のIGF−1配列のB鎖の15番目におけるチロシン残基の置換をいう。受容体に対するインスリンとIGF類縁体の相対的な結合に関するデータを表9に示し、IGF類縁体刺激によるリン酸化(実施例4のアッセイを使用)に関するデータを表10に示す。
Figure 0005912112

Figure 0005912112

Figure 0005912112

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実施例12
IGFB16B17誘導体ペプチドのプロドラッグ形態からのジペプチドの切断
さまざまなIGF−1ペプチドからの(pNH2−Phe)アミド結合ジペプチドAibProの切断を測定し、ペプチド配列またはヘテロ二本鎖がジペプチドの切断に対しておよぼす影響を判定した。試験ペプチドでの結果を表11に示す。このデータは、IGF1−A鎖単独でIGF1 B:A(YL)B16,17ペプチドのプロドラッグ半減期を研究するための優れたモデルになることを示している。
Figure 0005912112
ジスルフィド結合A鎖およびB鎖コンストラクト(IGF1 A:B(YB16B17))に対する、IGF A鎖のプロドラッグ誘導体を比較したところ、この2つの化合物が、プロドラッグ形態で同様の半減期を有することが明らかになった。したがって、IGF1A単独で、IGF1 B:A(YB16B17)でのプロドラッグ半減期を研究するための優れたモデルになると判断された。AibAla誘導体は切断されず、プロドラッグではないが、修飾がインスリン類縁体IGF1 A:B(YB16B17)(p−NH−F)A19アミドを不活性化できることを示す役割を果たす点に注意されたい。便宜上、プロドラッグの半減期は、B鎖がない状態で、IGF1のA鎖だけを用いて判断した。各プロペプチドの半減期を実施例5で説明したようにして求めた。データを表12に示す。
Figure 0005912112
このデータは、ジペプチドプロドラッグ要素の置換基を変えることで、プロドラッグの半減期を2時間から>100時間まで変動させることが可能であることを示している。
IGF1−A(pNH−F)19系ペプチドを使用し、A19の位置で4−アミノフェニルアラニンを介して結合されるジペプチドプロドラッグ要素のアミノ酸組成を変えることによって、別のプロドラッグ誘導体ペプチドを調製した。異なるコンストラクトについて、PBS中と20%血漿/PBS中(すなわち、血清酵素の存在下で、ジペプチド半減期を測定した。結果を表13に示す。これらの結果は、試験した4種類のペプチドのうち3種が、血清酵素には影響されなかったことを示している。
Figure 0005912112
実施例13
経時的なIGFB16B17誘導体ペプチドの受容体への結合
IGFB16B17誘導体ペプチドのプロドラッグ調製物を調製し、その経時的な分解を、実施例3のインスリン受容体結合アッセイを用いて測定した。このアッセイに用いられるペプチドについては、以下のようにして調製した。
ジペプチド−IGF1A類縁体
特に指定しない場合、設計ペプチド類縁体の合成にはBoc法を用いた。選択されたジペプチドHN−AA1−AA2−COOHを、IGF1A(Ala)6,7,11,20上の(pNH−Phe)19に加えた。IGF−1 A鎖C末端トリペプチドBoc(Fmoc−pNH−Phe)−Ala−Alaを、MBHA樹脂上で合成した。20%ピペリジン/DMFで、室温にて30分間処理してFmocを除去した後、3倍過剰のアミノ酸、PyBop、DIEA、触媒量のピリジンを用いて、Fmoc−AA2をA19でp−アミノベンジル側鎖に結合した。残りのIGF−1 A鎖(Ala)6,7,11,20配列のBoc合成については、Applied Biosystems 430A Peptide Synthesizerを用いて完了し、IGF−1 A鎖(Boc)(Ala)6,7,11,20(Fmoc−AA2−pNH−Phe)19−MBHAを得た。AA2のN末端からFmoc基を除去した後、3倍過剰のアミノ酸、DEPBT、DIEAを用いて、Boc−AA1をアミンに結合させた。A鎖に残留する2つのBoc基をTFAで除去した後、HF切断したところ、IGF−1 A鎖(Ala)6,7,11,20(HN−AA1−AA2−pNH−Phe)19アミドが得られた。AA1がd−リジンである場合、ε−アミンに対するアセチル化をBoc除去の前に実施した。ジペプチドIGF−1 A鎖類縁体を半分取用RP−HPLCで精製し、分析用RP−HPLCとMALDI質量分析によってキャラクタライズした。
ジペプチド−IGF−1(YL)類縁体
HF切断時にC末端の酸が得られるように、IGF−1 A鎖の合成にPAM樹脂を用いたこと以外は、上述した方法で、選択されたジペプチドHN−AA1−AA2−COOHをIGF−1 A鎖(Acm)6,11,20の(pNH−Phe)19に加えた。IGF−1 B鎖(YL)16,17(Acm)19をMBHA樹脂上で合成し、C末端アミドを得た。CysB7の遊離チオールを、100%DMSO中、1:1のモル比でDTNPとの反応によってNpysで修飾した。精製ジペプチド−IGF−1 A鎖およびIGF−1 B鎖(YL)16,17誘導体を、スキーム1に示される「1+2」の2段階での鎖の組み合わせ戦略を用いて結合した。半分取用RP−HPLCで中間精製と最終精製を実施し、分析用RP−HPLCとMALDI質量分析でキャラクタライズした。
IGFB16B17誘導体ペプチドプロドラッグを、PBS中、pH7.4、37℃でインキュベートし、あらかじめ定められた時間間隔で少量の分液を取り、それ以上の分解を0.1%TFAで停止させ、分液を分析用HPLCで分析した。IGFB16B17誘導体ペプチドのプロドラッグと活性形態を表すピークaおよびbをLC−MSで特定し、HPLCのピーク面積を積分することによって定量した。図98〜図8Cは、IGFB16B17誘導体ペプチドプロドラッグ:IGF1A(Ala)6,7,11,20(Aib−Pro−pNH−F)19の分解についてのHPLC分析の出力を示す。PBS中でのプロドラッグのインキュベーション開始後、20分(図8A)、81分(図8B)、120分(図8C)の時点で少量を取った。これらのデータは、IGF1A(Ala)6,7,11,20(Aib−Pro−pNH−F)19アミドからIGF1A(Ala)6,7,11,20(pNH−F)アミドへの自律的かつ酵素によらない経時的な変換を示している。
IGFB16B17誘導体ペプチドのプロドラッグ形態から活性形態に変換される分解についても、実施例3のin vitroアッセイで測定したように、インスリン受容体に対する化合物の結合能力に基づいて測定した。図9Aおよび図9Bは、プロドラッグAib,dPro−IGF1YL(A19 4−アミノフェニルアラニンを介して結合したジペプチド)のin vitroでの活性を示すグラフである。図9Aは、PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(Aib,dPro−IGF1YL)の経時的な(0時間、2.5時間、10.6時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。図9Bは、20%血漿/PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1.5時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(Aib,dPro−IGF1YL)の経時的な(0時間、1.5時間、24.8時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、A19IGFプロドラッグ類縁体試料から活性の高い状態に回復する。インスリン受容体への結合に対するIGFB16B17誘導体ペプチドの活性を測定した。もとになるIGFB16B17誘導体ペプチドのほうが天然インスリンよりも活性が高いため、インスリンに対して100%を超える活性になることもある。
図10Aおよび図10Bは、プロドラッグdK,(N−イソブチルG)−IGF1YL(A19 4−アミノフェニルアラニンを介して結合したジペプチド)のin vitroでの活性を示すグラフである。図10Aは、PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(IGF1YL:dK,(N−イソブチルG)の経時的な(0時間、5時間、52時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。図10Bは、20%血漿/PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1.5時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(IGF1YL:dK,(N−イソブチルG)の経時的な(0時間、3.6時間、24.8時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、A19 IGFプロドラッグ類縁体試料から活性の高い状態に回復する。
図11Aおよび図11Bは、プロドラッグdK(e−アセチル),Sar)−IGF1YL(A19 4−アミノフェニルアラニンを介して結合したジペプチド)のin vitroでの活性を示すグラフである。図11Aは、PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(IGF1YL:dK(e−アセチル),Sar)の経時的な(0時間、7.2時間、91.6時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。図11Bは、20%血漿/PBS中でインキュベートした、天然インスリン(4℃で1.5時間の時点で測定)とA19 IGFプロドラッグ類縁体(IGF1YL:dK(e−アセチル),Sar)の経時的な(0時間、9時間、95時間)インスリン受容体に対する相対結合力を比較したグラフである。グラフに示されたデータから明らかなように、プロドラッグ形態が活性のあるIGF1YLペプチドに変換されると、A19 IGFプロドラッグ類縁体試料から活性の高い状態に回復する。
実施例14
インスリンプロドラッグ類縁体のインスリン耐性の比較
健常なマウスに、インスリンヘテロダイマー類縁体[B(Y16,L17,Y25)29a:A(aF19−NH2)]、またはそのプロドラッグ誘導体を投与した。プロドラッグ誘導体MIU−29:[B(Y16,L17,Y25)29a:A(aF19−dLys(Ac),NLeu)]は、A19の位置に4−アミノフェニルアラニン置換を有し、ジペプチドdLys(Ac),NLeuが、A19残基の4−アミノ位置で共有結合している。このジペプチドは、生理的条件下で自律的に切断し、半減期は約4.4時間である(図19A参照)。プロドラッグ誘導体[B(Y16,L17,Y25)29a:A(aF19−dLys(Ac),NLeu)]を24時間ex vivoでインキュベーション後、得られた化合物をマウスに投与し、この化合物が持つ血中グルコースを下げる機能を親化合物と比較した。図19Bに示すように、2種類の化合物がほぼ同じように機能した。
in vivoでの滞留時間を長くできるか否かを判断するために、インスリンプロドラッグ類縁体のアシル化について調査した。アシル化されていないプロドラッグに比して、アシル化されたジペプチドプロドラッグ要素を有するMIU42[B1(Y16,L17,Y25)29a:A1(dLys(rE−C14),Sar−aF19)]のin vitroでの活性は、30%ACN/PBS中、pH7.4、37℃でex vivoでインキュベートすると、時間の経過とともに高まる(プロドラッグの変換のための時間を提供)(図21参照)。プレインキュベーション工程なしで投与したMIU42プロドラッグ(図22)を用いて実施したインスリン活性比較試験から、このプロドラッグが、プロドラッグではない親化合物(MIU−27)に比してそれほど強力ではないことがわかる。このことは、B29の位置がアシル化されたインスリン類縁体であるMIU−46[B1(H5,10 Y16,L17,Y25,K29−C14)28a:A1(N18,21,aF19NH2)]にも当てはまった。この化合物は、マウスでin vivoにて試験した場合に、所望のin vivo活性または基本特性を示さなかった(図23C)。したがって、少なくともマウスでは、アシル化によって所望のプロファイルが生じることはない。
実施例15
PEG化インスリンプロドラッグ類縁体の生合成と精製
固相Boc法を使用して、MBHA樹脂上でIGF1のB鎖(2−25)H5,10 Y16 L17 SH7 Acm19アミドを合成した。樹脂からペプチドを除去し、同時にアミノ酸の側鎖を脱保護した後、粗精製されたB鎖を2,2’−ジチオビス(5−ニトロピリジン)のDMSO溶液と混合し、Cys7でシステイン−NpyS誘導体を得た。Boc−アミノオキシアセチル(Aoa)を、B鎖とBoc−Aoa−OSuとを反応させることでB鎖のN末端に付加した。本明細書に記載の「1+2」法(図1参照)を用いて、精製IGF1 B鎖(2−25)(BocAoa)0 H5,10 Y16 L17 SH7 Acm19アミドをIGF1 A鎖 Acm6,7,11 N18,21(aa1aa2)−pNH−F19酸と組み合わせ、B鎖のN末端にBoc−Aoaを有するインスリン類縁体を生成した。スカベンジャーとしてのO−(カルボキシメチル)ヒドロキシルアミンヘミ塩酸塩の存在下、ペプチドを6NのHClで軽く処理してBocを除去した。Bocの除去および精製後、ペプチドを、濃度3mg/mlで1%アニリン/30%ACN/0.2M NaOAc(pH4.6)に溶解させた。この溶液に、2倍過剰量の20KD PEG−プロピオンアルデヒドを加え、室温にて1時間、攪拌しながら反応させた後、最終精製を実施してPEG化インスリン類縁体を得た。
図26および図27に示すように、20kDaのPEGを二本鎖インスリン類縁体のアミノ末端に付加すると(図24)、インスリン類縁体の活性が低下する(●で示す、PEG化されていない親化合物との比較;PEG化された化合物を▲で示す)。自己切断可能なジペプチドプロドラッグ要素(dLys(rE−C14),Nleu)をA19の位置に付加すると、化合物の活性が、約100分の1にさらに低下する(図26および図27の◆参照)。しかしながら、プロドラッグを、PBS中37℃で78時間プレインキュベーション(ジペプチドの半減期は約4.4時間である)すると、PEG化された親の化合物に近い値まで活性が回復する。in vitroでのリン酸化アッセイで測定した、インスリン受容体のA型とB型のサブタイプに対する類縁体のEC50を列挙した表14を参照のこと。
Figure 0005912112
実施例16
単鎖インスリン類縁体の生合成と精製
酵母Pichia pastorisで組換えタンパク質の恒常的発現と精製をするため、IGF−C鎖を介して天然インスリンのB鎖とA鎖を含む(B0−C1−A0)インスリンIGF−Iミニジーンを、発現ベクターpGAPZαA(Invitrogen社から購入)のGAPプロモーター(グリセルアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼ(GAPDH)のプロモーター)の下にクローン化した。ミニジーンは、培地に組換えタンパク質を分泌させるためのSaccharomyces cerevisiaeα接合因子リーダーシグナルをコードするN末端のペプチドに結合させた。ミニジーンとα接合因子リーダー配列の間のKex2切断部位が天然アミノ末端を有するミニジーンの分泌のためのリーダー配列を切断するのに用いられた。単一部位のアラニン変異がCペプチドの、B0−C1−A0ミニジーンの1(G1A)、2(Y2A)、3(G3A)、4(S4A)、5(S5A)、6(S6A)、7(R7A)、8(R8A)、10(P10A)、11(Q11A)、12(T12A)の位置に導入された。
B0−C1−A0を含むミニジーン、11のアラニン変異体、その他の選択誘導体で、エレクトロポレーションを用いて酵母Pichia pastorisをトランスフォームした。陽性のトランスフォーマントを最少メタノール培地で選択し、各酵母のクローンからゲノムの単離を行った。酵母ゲノムにコンストラクトが導入されていることはPCRで確認した。833塩基対のPCR産物をアガロースDNAゲルで可視化した。インスリン類縁体を対応する酵母系統の発酵によって製造した。酵母細胞を、500mLベックマン遠心管で5000rpm、20分間遠心してペレット化し、培地をさらなるタンパク質精製に用いた。
増殖培地の上清を0.2μmのミリポアフィルターでろ過した。アセトニトリル(ACN)を上清に加えた(最終濃度20%)。上清を、あらかじめ20%ACN水溶液で平衡化したAmberlite XAD7HPレジン(Sigma社)で精製した。レジンを20%ACN水溶液30mlで2回洗浄し、0.1%TFAを含む30%ACN水溶液で挟雑物を除去した。部分的に精製したインスリン類縁体を0.1%TFAを含む54%ACN水溶液でカラムから溶出し、凍結乾燥した。凍結乾燥したサンプルを0.025M NH3HCO3(pH8)で再度懸濁し、LunaC18カラムで精製した(10μm粒子サイズ、300オングストローム孔サイズ)。20〜60%ACN水溶液の直線勾配でタンパク質をカラムから溶出した。MALDI−MS陽性フラクションをプールし、次の凍結乾燥のための使い捨てのシンチレーションバイアルに移した。次に、凍結乾燥サンプルを0.1%TFAを含む20%ACN水溶液に再度懸濁し、LunaC18カラムで精製した(10μm粒子サイズ、300オングストローム孔サイズ)。18〜54%の0.1%TFAを含むACN水溶液の直線勾配でタンパク質をカラムから溶出した。溶出液を、280mmの波長でモニターした。純度を確認するため、MALDI−TOF MS陽性フラクションをC8分析カラムで分析した。
図14は、単鎖インスリン類縁体の活性を示す。B0−C1−A0類縁体はインスリン受容体アイソフォームとIGF−1受容体の両方に同様に効果がある活性を示した。2番目のチロシンからアラニンへの変異またはC9−12の欠失による8アミノ酸へのC末端の短縮は、IGF−1受容体活性の有意な減少によって、インスリン活性の特異性において、選択的促進を示した。表14Aおよび14Bに提示されるデータも参照のこと。
Figure 0005912112
Figure 0005912112
図15は、Cペプチドの2番目と3番目は、修飾に比較的耐性のあることがわかっているインスリン受容体とともに、IGF−I受容体に対し、修飾に対して最も感受性が高いことを示す。最後に、図16および図17は結合親和性率(IC50)およびチロシンリン酸化を通じた生化学的シグナリング(EC50)として、単鎖インスリン変異体のin vitro解析を示す。2回の独立した測定の均一性によって、構造−機能解析におけるin vitroのアプローチが確証された。すべての類縁体は、活性に少し増強されることがわかっている特異的類縁体(1ケタの下のnM)とともに、1ケタ単位のnM活性を維持した。最もインスリンに選択的な類縁体は、Cペプチドの最後の4残基を欠失させた、Cペプチドの2番目にアラニン変異を有する類縁体または2つの変化の組み合わせを有する類縁体であった。
インスリン特異的分解酵素(IDE)にインスリン類縁体を曝露し、活性をアッセイすることで、インスリン/IGFキメラの安定性を調べた。
インスリン分解アッセイ:EMD Chemicals Incから、rDNAラットIDEを得た。重炭酸アンモニウムバッファー中、15mMの分液でペプチドを調製した。276nmでのUV吸光度に基づいて、初期濃度を推定し、内部標準を用いるHPLC分析でさらに確認した。溶液のpHを7.8〜8.4に維持した。IDEを加え、37℃で時間をかけて(12〜48時間)消化した。実験に応じて、酵素:基質比を1:350〜450とした。HPLC分析のために、内部標準のペプチドとともに、一定時間ごとに少量を取って、TFA緩衝液に入れた。また、活性を評価するために、別に少量を取って、DMEMアッセイ培地に入れた。少量の分液をすべてドライアイスですみやかに凍結させ、分析するまで−55℃で保管した。
HPLCアッセイ:調査したペプチドの分解プロファイルを、HPLCアッセイで評価した。TFAバッファーを用いて、Beckman-Coulterシステムに取り付けたAgilant Zorbax C8カラムに、それぞれの分液を2回通した(10分間で勾配20〜60%B、この場合のB=90%AcN)。
生物活性:インスリン受容体リン酸化ELISAアッセイで、IDEでのインキュベーション後の類縁体の残留活性を、半数効果濃度(EC50)として求めた。酵素分解の間に調製されたペプチドについて、インスリン受容体のリン酸化によって生物活性アッセイを実施すると、インスリンおよびIGF−2のすべてのA鎖類縁体が実質的にすべての活性を失うが、IGF−1のA鎖類縁体はいずれもこれを保持することが観察された。特に、図17に示すように、A鎖が天然インスリン配列由来のインスリン類縁体では、インスリン特異的分解酵素(IDE)によるインスリン類縁体の切断は極めてしっかりしたものであり、容易に検出される。対照的に、A鎖がIGF−1の配列由来である類縁体は、タンパク質分解に対して極めて耐性があるように見える。
421 安定性を高めると細胞分裂促進能も高まるだろうという予想を検証し、結果を図18に示す。活性の高いインスリン類縁体と増殖の増加との間に、相関は認められなかった。さらに、タンパク質分解能にとっては特に重要なことに、IDEに対する耐性の高い類縁体は、分裂促進力が大きいようには見えなかった。
健常なマウス(Melior Research Labs)を用いて、一組のインスリン類縁体をin vivoで試験した。標準物質としてのインスリンでの処理と比較した場合に、対象となるすべてのペプチドで、グルコース低下活性が同等であるか高くなった。しかしながら、B鎖が同じでインスリンのA鎖を有する類縁体とIGF1のA鎖を有する類縁体を比較したところ、活性に有意な差は観察されなかった。これは、IDEによる分解とインスリンの排出が、主要な機序または生理学的に関連する機序ではないという結論を裏付けるものである。

Claims (18)

  1. A鎖とB鎖を有するインスリンプロドラッグであって、
    前記インスリンプロドラッグは、一般構造U−Vを有する、アミド結合したジペプチドを有し、
    前記A鎖は、配列Z−GIVEQCCX1SICSLYQLENX2CX3(配列番号3)を有し、
    前記B鎖は、配列J−X14−X4LCGX56LVEALX7LVCGERGFX8(配列番号14)を有し、
    ここで、
    ZおよびJは独立に、Hであるか、あるいは、前記ジペプチドであり、
    14は、結合であるか、あるいは、FVNQ(配列番号11)、VNQ、NQ、およびQからなる群から選択される1〜4個のアミノ酸からなる配列であり、
    1は、スレオニンおよびヒスチジンからなる群から選択され、
    2は、以下の一般構造を有するアミノ酸であり:
    Figure 0005912112
    [式中、Xは、OH、NH2、NHR10(ここでR10は、一般構造U−Vのジペプチドである)、および、OCH3からなる群から選択される]、
    3は、アスパラギン、オルニチン、グリシン、アラニン、スレオニン、およびセリンからなる群から選択され、
    4は、ヒスチジンおよびスレオニンからなる群から選択され、
    5は、アラニン、グリシン、およびセリンからなる群から選択され、
    6は、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ホモシステイン酸、およびシステイン酸からなる群から選択され、
    7は、以下の一般構造のアミノ酸であり:
    Figure 0005912112
    [式中、X12は、OH、NH2、NHR11(ここでR11は、一般構造U−Vのジペプチドである)、およびOCH3からなる群から選択される]、
    8は、ヒスチジン、アスパラギン、または以下の一般構造のアミノ酸であり:
    Figure 0005912112
    [式中、X13は、H、OH、NH2、NHR12(ここでR12は、一般構造U−Vのジペプチドである)、およびOCH3からなる群から選択される]
    (ここで、上式中、
    Uは、Aib、Gly、Ala、Leu、Met、Asn、Glu、Asp、Gln、His、Lys、Arg、Ser、Cys、Pro、Phe、Tyr、Trp、Ile、Val、Thr、d−Ala、d−Leu、d−Met、d−Asn、d−Glu、d−Asp、d−Gln、d−His、d−Lys、d−Arg、d−Ser、d−Cys、d−Pro、d−Phe、d−Tyr、d−Trp、d−Ile、d−Val、およびd−Thrからなる群から選択されるアミノ酸であり、
    Vは、Gly(N−メチル)、Ala(N−メチル)、Leu(N−メチル)、Met(N−メチル)、Asn(N−メチル)、Glu(N−メチル)、Asp(N−メチル)、Gln(N−メチル)、His(N−メチル)、Lys(N−メチル)、Arg(N−メチル)、Ser(N−メチル)、Cys(N−メチル)、Phe(N−メチル)、Tyr(N−メチル)、Trp(N−メチル)、Ile(N−メチル)、Val(N−メチル)、Thr(N−メチル)、d−Ala(N−メチル)、d−Leu(N−メチル)、d−Met(N−メチル)、d−Asn(N−メチル)、d−Glu(N−メチル)、d−Asp(N−メチル)、d−Gln(N−メチル)、d−His(N−メチル)、d−Lys(N−メチル)、d−Arg(N−メチル)、d−Ser(N−メチル)、d−Cys(N−メチル)、d−Phe(N−メチル)、d−Tyr(N−メチル)、d−Trp(N−メチル)、d−Ile(N−メチル)、d−Val(N−メチル)、d−Thr(N−メチル)、Gly(N−ヘキシル)、Ala(N−ヘキシル)、Leu(N−ヘキシル)、Met(N−ヘキシル)、Asn(N−ヘキシル)、Glu(N−ヘキシル)、Asp(N−ヘキシル)、Gln(N−ヘキシル)、His(N−ヘキシル)、Lys(N−ヘキシル)、Arg(N−ヘキシル)、Ser(N−ヘキシル)、Cys(N−ヘキシル)、Phe(N−ヘキシル)、Tyr(N−ヘキシル)、Trp(N−ヘキシル)、Ile(N−ヘキシル)、Val(N−ヘキシル)、Thr(N−ヘキシル)、d−Ala(N−ヘキシル)、d−Leu(N−ヘキシル)、d−Met(N−ヘキシル)、d−Asn(N−ヘキシル)、d−Glu(N−ヘキシル)、d−Asp(N−ヘキシル)、d−Gln(N−ヘキシル)、d−His(N−ヘキシル)、d−Lys(N−ヘキシル)、d−Arg(N−ヘキシル)、d−Ser(N−ヘキシル)、d−Cys(N−ヘキシル)、d−Phe(N−ヘキシル)、d−Tyr(N−ヘキシル)、d−Trp(N−ヘキシル)、d−Ile(N−ヘキシル)、d−Val(N−ヘキシル)、d−Thr(N−ヘキシル)、Tyr(N−C1−C8アルキル)、Trp(N−C1−C8アルキル)、Phe(N−C1−C8アルキル)、およびGly(N−C1−C8アルキル)からなる群から選択されるアミノ酸である)、
    ただし、X、X12、X13、J、およびZのうちの1つだけが、一般構造U−Vのジペプチドを有することを条件とする、プロドラッグ。
  2. 前記一般構造U−Vのジペプチドが、Aib−Gly(N−ヘキシル)、dLys−Gly(N−ヘキシル)、dCys−Gly(N−ヘキシル)、dAla−Gly(N−ヘキシル)、Aib−Gly(N−メチル)、dLys−Gly(N−メチル)、dCys−Gly(N−メチル)、dAla−Gly(N−ヘキシル)、Aib−Phe(N−メチル)、dLys−Phe(N−メチル)、dCys−Phe(N−メチル)、dAla−Gly(N−メチル)、dCys−Gly(N−メチル)、dLys−Gly(N−メチル)、およびAib−Gly(N−メチル)からなる群から選択される、請求項1に記載のプロドラッグ。
  3. Vは、グリシン(N−メチル)、グリシン(N−エチル)、グリシン(N−プロピル)、グリシン(N−ブチル)、グリシン(N−ペンチル)、グリシン(N−ヘキシル)、グリシン(N−ヘプチル)、およびグリシン(N−オクチル)からなる群から選択される、請求項1に記載のプロドラッグ。
  4. Vは、グリシン(N−メチル)である、請求項3に記載のプロドラッグ。
  5. Vは、グリシン(N−ヘキシル)である、請求項3に記載のプロドラッグ。
  6. 前記ジペプチドは、前記A鎖または前記B鎖のN末端アミノ酸のαアミノ基とアミド結合を介して結合している、請求項1〜5のいずれか1項に記載のプロドラッグ。
  7. 前記ジペプチドは、前記A鎖または前記B鎖の側鎖の脂肪族アミノ基とアミド結合を介して結合している、請求項1〜5のいずれか1項に記載のプロドラッグ。
  8. 1はスレオニンであり、
    3はアスパラギンであり、
    前記B鎖は、配列FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT(配列番号8)または配列FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTKPT(配列番号9)を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のプロドラッグ。
  9. Uは、リジン、システイン、d−リジン、およびd−システインからなる群から選択される、請求項1または8に記載のプロドラッグ。
  10. 前記プロドラッグに親水体が共有結合している、請求項1〜9のいずれか1項に記載のプロドラッグ。
  11. 前記親水体はポリエチレングリコールである、請求項10に記載のプロドラッグ。
  12. 前記ポリエチレングリコールは、U−Vに共有結合している、請求項11に記載のプロドラッグ。
  13. 前記プロドラッグにアシル基またはアルキル基が共有結合している、請求項1〜12のいずれか1項に記載のプロドラッグ。
  14. 前記アシル基またはアルキル基は、U−Vに共有結合している、請求項13に記載のプロドラッグ。
  15. 前記B鎖のカルボキシ末端は、8〜12個のアミノ酸からなるペプチドリンカーを介して前記A鎖のアミノ末端に結合し、単鎖インスリン類縁体を形成する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のプロドラッグ。
  16. 前記ペプチドリンカーは、GYGSSSRRAPQT(配列番号23)、GYGSSSX78(配列番号71)、およびGAGSSSRRAPQT(配列番号70)からなる群から選択され、ここでX7およびX8は独立に、オルニチン、アルギニン、またはリジンである、請求項15に記載のプロドラッグ。
  17. 請求項1〜16のいずれか1項に記載のプロドラッグを含む、薬学的組成物。
  18. 糖尿病の治療剤である、請求項17に記載の薬学的組成物。
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