JP6029826B2 - 補因子の非存在下において凝固活性を有する第ix因子変異体および出血性疾患の処置のためのその使用 - Google Patents

補因子の非存在下において凝固活性を有する第ix因子変異体および出血性疾患の処置のためのその使用 Download PDF

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Description

本発明は、凝血カスケードのビタミンK依存性セリンプロテアーゼの変異体、好ましくは第IX因子(F.IX)変異体に関し、ここで、前記変異体は、その補因子の非存在下において凝固活性を有することを特徴とする。本発明はさらに、出血性疾患、特に血友病Aおよび/または血友病BまたはF.VIIIに対する阻害抗体によって引き起こされたかもしくは併発した血友病の処置および/または予防のための、これらの変異体の使用に関する。本発明はまた、所望の特性を有し、従ってそれぞれの特定の治療適用のためにテーラーメイドできる、第IX因子(F.IX)のさらなる変異体にも関する。
発明の背景
凝血第IX因子
凝血第IX因子(F.IX)は、凝血カスケードにおいて中心的な役割を果たしている。F.IXは、単鎖の不活性なチモーゲンとして血漿中を循環するトリプシン様ビタミンK依存性セリンプロテアーゼである(DiScipio et al., 1977; Davie et al., 1991)。第IX因子は、Ca2+依存的に、第XIa因子または第VIIa因子−組織因子のいずれかによって活性化される。活性化には、活性化第VII因子(F.VIIa)−組織因子複合体または活性化第XI因子(F.XIa)のいずれかによる2つのペプチド結合の開裂により(Fujikawa et al., 1974; Lindquist et al., 1978)、35残基の活性化ペプチドを除去することが必要である。
F.IXはマルチドメインタンパク質である。N末端γ−カルボキシグルタミン酸(GLA)ドメインに、2つの表皮成長因子様(EGF)反復配列、活性化ペプチド(AP)、およびトリプシン様活性部位を含むC末端セリンプロテアーゼドメインが続く(DiScipio et al., 1978)。このドメイン構造は、凝固因子のセリンプロテアーゼファミリーを規定し(Furie and Furie, 1988)、これには、第II因子(F.II)、第VII因子(F.VII)、第X因子(F.X)、第XI因子(F.XI)、第XII因子(F.XII)、およびプロテインC(PC)も含まれる。このファミリー内で、F.IXaは、独特なタンパク質分解特性を有する。リン脂質表面上でのF.IXaとF.VIIIaの複合体の形成は、天然基質であるF.Xに対する反応性を10倍増加させるが(Duffy and Lollar, 1992)、対応するF.X配列を有するペプチドの開裂は全く観察されなかった(McRae et al., 1981)。
次いで、活性化第IX因子(F.IXa)は、カルシウムイオン、膜表面(リン脂質)、および非酵素的タンパク質補因子である活性化第VIII因子(F.VIIIa)の存在に依存する反応において第X因子(F.X)を活性化する(Davie et al., 1991)。
止血におけるF.IXaの重要性は、F.IX遺伝子に突然変異を有する個体における出血性疾患の血友病Bの発症によって反映される(Gianelli et al., 1998)。F.IXaは、その補因子F.VIIIaの非存在下では天然基質または合成基質に対して非常に僅かなタンパク質分解活性しか示さない。F.VIIIaの結合により、F.Xに対するタンパク質分解活性は10倍増加するが、一方でペプチド基質を用いての活性はあまり影響を受けないままである(Duffy and Lollar, 1992; McRae et al., 1981)。F.IXaモデュレーションの後者の基質依存性活性は、同じように、関連した凝血酵素である活性型PC(補因子はプロテインS)、F.Xa(補因子は第Va因子)、F.VIIa(補因子は組織因子)、およびFIIa(補因子はトロンボモデュリン)にも観察され、これらはその補因子の存在下で、その天然基質と共に有意な活性または特異的な変化を達成する(Mann et al. 2003)。全ての凝血セリンプロテアーゼは、広範な構造的および機能的相同性を共有する。
さらに、凝血第IXa因子(F.IXa)および第Xa因子(F.Xa)は両方共、リン脂質表面において補因子と共にある場合にのみ効果的に天然基質を開裂する。Hopfner et al. (1997)は、E.coliにおいて切断短縮されたF.IXa(rf9a)およびF.Xa(rf10a)の変異体を調査して、F.Xaより10倍低いF.IXaのアミド分解活性の差異の決定基を同定した。F.IXaおよびF.Xaの結晶構造に基づいて、4つの特徴的な活性部位成分(すなわち、キモトリプシン番号付けに基づいて、Glu219、148−ループ、Ile213、99−ループ)をその後、rf9aとrf10aとの間で交換した。さらに、4つ全ての突然変異を組み合わせることにより、本質的にF.Xa特性がrf9aに導入され、すなわち、アミド分解活性は、F.Xa基質選択性と共に130倍増加した。
酵素的には、F.IXaは、補因子である第VIIIa因子(F.VIIIa)の存在下でも向上しないその非常に低いアミド分解活性によって特徴付けられ、この点においてF.IXaは全ての他の凝血因子と異なっている。F.IXa−F.VIIIa複合体の活性化は、その巨大分子基質である第X因子(F.X)を必要とする。活性部位の近くに位置する99−ループが、一部には、F.IXaの低い活性の原因であり、なぜならそれは、サブサイトS2−S4において正準な基質の結合に干渉するコンフォメーションを採っているからである。Sichler et al. (2003)は、残基Lys−98およびTyr−99(キモトリプシン番号付け)が、F.IXaのアミド分解特性に決定的に連関していることを開示している。Tyr−99をより小さな残基と交換すると、全体的に活性が減少しただけでなく、S1における結合も損なわれた。Lys−98をより小さく非荷電の残基と交換すると、活性は増加した。Lys−98、Tyr−177およびTyr−94の同時突然変異誘発(rf9−Y94F/K98T/Y177T、キモトリプシン番号付け)は、7000倍増加した活性および第Xa因子に対して変化した特異性を有する酵素を産生した。Sichler et al. (2003)は、これらの残基が第IXa因子の低い活性を説明すると結論づけた。Sichler et al. (2003)は、この三重突然変異体のrf9−Y94F/K98T/Y177T(キモトリプシン番号付け)がおそらく、補因子および基質の結合によって生理学的に誘導されるコンフォメーション変化を模倣するのだろうと結論づけた。
血友病
最もよく知られている凝血因子の疾患は血友病である。血友病は、生体が血液凝固または凝血を制御する能力を損なう、遺伝性の遺伝子疾患のファミリー名である。最もよく見られる形態である血友病Aは、第VIII因子(F.VIII)遺伝子の突然変異によって引き起こされ、これによりF.VIIIの欠損症が起こる。遺伝はX連鎖劣性であり;従って、男性は発症するが女性はキャリアであるかまたは非常に稀に軽度の表現型を示す。5,000人に1人の男性が発症する。血友病Bは、第IX因子(F.IX)欠損症としても知られ、これは二番目に最もよく見られるタイプの血友病であるが、血友病Bは血友病Aよりもはるかに頻度が少ない。
これらの遺伝子欠損症は、正常な凝固過程に必要とされる凝血因子の血漿中凝固因子レベルを下げる可能性がある。血管が損傷されると、一次的な瘡蓋が形成されるが、欠乏している凝血因子が、血塊を維持するのに必要とされるフィブリンの形成を妨げる。従って、血友病患者は、健常人よりも強くは出血しないが、はるかにより長い時間出血する。重度の血友病患者は、小さな損傷でさえ何日間、何週間も続くか、またはもう二度と完全には治癒しない失血が生じる可能性がある。ここでの重大なリスクは、通常の小さな出血であり、これはF.VIIIの欠乏に因り、治癒するのに長い時間かかる。脳または関節内などの領域では、これは致命的であるかまたは生命を衰弱させ得る。外部損傷による出血は正常であるが、後で起こる再出血または内出血、特に筋肉、関節への出血、または閉じた空間への出血の発生率は増加する。主な合併症は、関節血症、出血、消化管出血および月経過多を含む。
血友病の治癒法はないが、欠損している凝固因子の定期的な点滴、すなわち血友病AではF.VIIIまたは血友病BではF.IXを用いて制御することができる。
西洋諸国では、血友病の治療の一般的な標準は、2つのカテゴリーの1つに該当する:(i)予防または(ii)オンデマンド。予防は、自発的な出血エピソードを予防するに十分に高い凝固レベルを保持するように、定期的なスケジュールでの凝固因子の点滴を含む。オンデマンド処置は、一旦、出血エピソードが発生したらそれらを処置することを含む。
しかしながら、幾人かの血友病患者は、彼らに投与された置換因子に対する抗体(インヒビター)を発達させるので、前記因子の量を増加しなければならないか、または非ヒト置換製品、例えばブタF.VIIIもしくはその改変変異体を投与しなければならない、例えばWO 01/68109 A1 (Emory University)を参照。
患者が、循環中のインヒビターの結果として置換凝固因子に対して不応性となった場合、これを組換えヒト第VII因子(NovoSeven(登録商標))を用いて克服し得る、EP 1 282 438 B1およびEP 1 282 439 B1 (Novo Nordisk)も参照。このアプローチのこれまでの限界は、それぞれそして製剤に応じて、第VIII因子(10〜14時間)または第IX因子(18〜30時間)と比較して第VIIa因子(2〜3時間)の短い半減期であり、これが第VIIa因子を用いての予防療法を困難としている。さらに、より長い期間におよび第VIIa因子のようなすでに活性化されたプロテアーゼを使用するリスクは、血栓リスク、血管内皮の定常的な活性化および血管傷害を通したリスク、腫瘍の成長または転移を促進し得る向凝血シグナル伝達のリスクなどを含む、リスクを有し得る。
WO 02/40544 A2は、ヘパリンに対する突然変異体ヒトF.IXの親和性を野生型F.IXと比較して減少させる、ヘパリン結合ドメインにおける突然変異を含む突然変異体ヒト第IX因子、および血友病Bの治療介入におけるその使用を開示する。
遺伝子療法
血友病は遺伝子療法アプローチに理想的である。なぜなら、必要とされる凝血は血流中を循環しており、それ故、生体中の基本的にどこにでも発現され得るからである。さらに、重度の形態の疾病を患う患者の予防処置を用いての研究は、循環中の凝血因子の1%超の最小限の上昇がすでに臨床結果を改善し得、そして疾病によって引き起こされる病変、すなわち関節破壊の大半を回避し得ることを実証した。いくつかの遺伝子療法アプローチが開発されたが、試験は依然として初期の臨床段階である。最も見込みあるアプローチは現在、アデノ随伴ウイルスベクター(AAV)を用いての血友病Bの処置のためのものである。
血友病Bを患うヒトの骨格筋へのAAVの筋肉内注射は安全であるが、第IX因子の治療レベルを達成するにはより高い用量が必要とされる。しかしながら、用量の漸増はこのアプローチでは可能ではない。なぜなら、阻害抗体形成のリスクは、1箇所の注射部位あたりの筋肉中に発現されるF.IX抗原の量に依存するからである。血友病Bイヌモデルにおける推定により、ヒトにおいて約1%のF.IX発現レベルを得るには400回超の筋肉内注射が必要であろうという結論が得られた(Arruda et al., 2004)。それ故、この手順はヒトには適用できない。このアプローチの効力は、筋肉細胞外空間におけるF.IXの保持によって、および高い発現率で完全に活性なF.IXを合成する筋肉の能力が低いことによって妨げられる。これらの限界を克服するために、Schuettrumpf et al. (2005)は、血友病Bマウスにおける筋肉または肝臓に指向された発現のためのF.IX変異体をコードするAAVベクターを構築した。細胞外マトリックスに対して低い親和性を有する変異体であるAAV−F.IX−K5A/V10K(F.IX番号付け)の筋肉内注射後の循環中のF.IXレベルは、野生型(WT)F.IXと比較して2〜5倍高かったが、一方で、タンパク質特異的活性は同じままであった。F.IX−R338Aの発現は、それぞれ骨格筋または肝臓にベクターを送達した後、F.IX−WTよりも2倍または6倍高い比活性を有するタンパク質を生成した。F.IX−WTおよび変異体形は、テールクリッピングアッセイにより攻撃した場合にin vivoにおいて効果的な止血を提供する。重要なことには、AAV−F.IX変異体の筋肉内注射は、F.IX−WTに認容性のあるマウスにおいて、F.IXに対する抗体の形成は引き起こさなかった。最初にChang et al. (1998)によって記載された、言及したR338A変異体の他に、より高いF.IX比活性を有する別の変異体であるV86Aが記載されている(Chang et al. 2002)。
血友病Bと比較して血友病Aへの遺伝子療法戦略の適用は、F.IXと比較してF.VIIIのより高い免疫原性およびより大きなサイズによってさらに複雑化される。
従って、当技術分野において、出血性疾患、特に血友病Aおよび/またはBの処置および/または予防のための改良された手段および方法を提供する必要がある。
従って、本発明は、従来技術において存在しているような出血性疾患の処置および/または予防のための方法および手段を改良することを目的とし、従って、本発明の目的は、出血性疾患、特に血友病Aおよび/またはBの効果的で、特異的でおよび標的化された処置および/または予防を可能とする改良された方法および手段を提供することである。
本発明によると、この目的は、凝血カスケードのビタミンK依存性セリンプロテアーゼの変異体を提供することによって解決され、ここで、前記変異体は、その補因子の非存在下において凝固活性を有することを特徴とする。
凝血第VII因子(F.VII)、第IX因子(F.IX)および第X因子(F.X)並びに補因子インヒビターのプロテインC(補因子F.VaおよびF.VIIIaを分解する)およびトロンビンは、凝血カスケードのビタミンK依存性セリンプロテアーゼである。ビタミンKは、第II因子(トロンビン)、第VII因子、第IX因子および第X因子、並びにプロテインS、プロテインCおよびプロテインZ上のグルタミン酸残基(Gla−ドメイン)にカルボキシル基を付加する肝γ−グルタミルカルボキシラーゼに対して必須の因子である。
上記に考察したように、第II因子(F.II)、第VIII因子(F.VIII)、第IX因子(F.IX)、第X因子(F.X)およびプロテインC(PC)を含む、凝固因子のセリンプロテアーゼファミリーは、特異的なドメイン構造によって規定される(Furie and Furie, 1988)。
セリンプロテアーゼは、酵素の活性部位におけるセリン残基の存在によって特徴付けられる。言及したタンパク質はチモーゲン形態で循環し、そして活性部位の開裂によって活性化される。全てのビタミンK依存性凝血プロテアーゼの間に大きな相同性が存在する。それらの中のいくつかは、プロテアーゼ、補因子およびリン脂質膜からなる複合体に会合された場合にのみ活性の増加を示す。補因子結合の分子的効果および結合部位はこれらのタンパク質間で類似している。F.IXaモデュレーションの後者の基質依存性活性は、同じように、関連した凝血酵素である活性型PC(補因子はプロテインS)、F.Xa(補因子は第Va因子)、F.VIIa(補因子は組織因子)、およびFIIa(補因子はトロンボモデュリン)にも観察され、これらはその補因子の存在下で、その天然基質と共に有意な活性または特異的な変化を達成する(Hockin et al. 2002)。
従って、凝血カスケードのビタミンK依存性セリンプロテアーゼの変異体は、好ましくは、第VII因子(F.VII)、第IX因子(F.IX)、第X因子(F.X)、プロテインCまたはトロンビンの変異体から選択される。
用語「変異体」は、好ましくは、天然に存在するタンパク質のアミノ酸の置換、付加(挿入)または欠失の変異体または誘導体をいう。変異体はさらに、改変アミノ酸、非天然アミノ酸またはペプチド骨格/構造を模倣することのできるペプチド模倣体もしくはさらなる化合物を含む、アミノ酸配列を含む。変異体はまた、他の分子の一部による置換もしくはカップリングまたは他の分子とのカップリングを含み得る。
アミノ酸置換は、他のアミノ酸によるまたはアイソスター(タンパク質アミノ酸に対して近い構造的および空間的類似性を有する改変アミノ酸)による保存的並びに非保存的な置換、アミノ酸の付加またはアイソスターの付加を含む。
保存的なアミノ酸置換は、典型的には、同じクラスのアミノ酸間での置換に関する。これらのクラスは、例えば、
− 非荷電極性側鎖を有するアミノ酸、例えばアスパラギン、グルタミン、セリン、トレオニンおよびチロシン;
− 塩基性側鎖を有するアミノ酸、例えばリジン、アルギニンおよびヒスチジン;
− 酸性側鎖を有するアミノ酸、例えばアスパラギン酸およびグルタミン酸;並びに
− 非極性側鎖を有するアミノ酸、例えばグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファンおよびシステインを含む。
第IX因子の変異タンパク質
本発明の好ましい態様において、ビタミンK依存性セリンプロテアーゼ第IX因子(F.IX)または活性化第IX因子(F.IXa)の変異体が提供され、ここで、F.IX変異体は、その補因子の非存在下において凝固活性を有することを特徴とし、ここで、前記補因子は第VIII因子(F.VIII)または活性化第VIII因子(F.VIIIa)である。
本特許出願内の第IX因子(F.IX)は、Kurachi and Davie, 1982により記載されたヒトF.IXのタンパク質およびcDNAをいう。
mRNA/cDNAについてはRefseq NM_000133(配列番号1)、および
タンパク質配列についてはRefseq NP_000124(配列番号2)。
配列番号2のアミノ酸配列は、F.IXのシグナルペプチドおよびプロペプチドを含む。実際の番号付けは、−46(Met)から始まり;+1はTyrである。
F.IXの遺伝子並びにアミノ酸配列においていくつかの天然に生じた多形が存在する。キングス・カレッジ・ロンドンの血友病B突然変異データベースからのリスト(http://www.kcl.ac.uk/ip/petergreen/haemBdatabase.htmlを参照)を以下に示す。例えば、最も頻度の高い多形は147位であり、この位置においてトレオニンが個体群の67%において、そしてアラニンが33%において見い出され得る。興味深いことに、あまり頻度の高くないアラニンが、唯一入手できる組換えF.IX治療薬に存在する。
本特許出願内の活性化第IX因子(F.IXa)は、前記したような35アミノ酸活性化ペプチドの開裂を通して活性化されたF.IX分子をいう。
凝血第F.IX因子および第F.VIII因子は両方共に常に、その機能を示し得る前に活性化されなくてはならないので、F.IX/F.IXaまたはF.VIII/F.VIIIaの両方を同義語として使用することができる。
アミノ酸残基の番号付けのために、F.IX番号付けシステムが使用される(Kurachi and Davie, 1982による、特記した場合を除く)。当技術分野において幾人かの著者によって、キモトリプシノーゲンの番号付けが、セリンプロテアーゼのキモトリプシンに対して相同性がある特定のアミノ酸の記載に使用されている。本発明では、キモトリプシン番号付けを、本明細書において明示した場合にのみ使用する。
F.IXの「凝固活性」または「機能的活性」は、F.IX比活性ということができ、これは通常、ユニット/mg(U/mg)で測定される。F.IXの1ユニット(1U)は1ミリリットル(ml)の正常なヒト血漿中のF.IXの量(これは5000ngのF.IXに相当する)といわれるので、通常の比活性は約200U/mgである。F.IXの比活性は、F.VIIIの存在下における血漿中のプロテアーゼ活性として定義されるので、補因子F.VIIIの非存在下における(凝固)活性についての当技術分野において使用されている定義は存在しない。それ故、F.VIIIの非存在下における凝固活性、これを「F.VIII様活性」とも呼ぶが、これは本明細書において等量の野生型F.IXがF.VIIIの存在下において示すであろう活性の比率として表現される。
従って、F.IX変異体は、それが血液中の凝固性F.VIIIの非存在によって引き起こされた凝血欠損症(これは、疾病の場合においては、F.VIIIタンパク質の非存在、欠陥のあるF.VIIIタンパク質の存在、またはF.VIIIタンパク質の阻害、例えば阻害抗体による阻害のいずれかに起因し得る)を修正する場合、その補因子の非存在下において「凝固活性」を有する。
凝血カスケードのビタミンK依存性セリンプロテアーゼの変異体、好ましくはF.IX変異体の「凝固活性」または「機能的活性」を決定するために本発明において使用されるアッセイシステムは、aPTTに基づいた一段アッセイである。活性化部分トロンボプラスチン時間(aPTTまたはAPTT)は、「内在性」凝血経路(現在では接触活性化経路といわれる)および共通凝血経路の両方の効力を測定する成績指標である。それは、血液凝固における異常の検出とは別に、主要な抗凝血剤であるヘパリンを用いての処置効果をモニタリングするためにも使用される。試料中のF.VIIIまたはF.IXの活性レベルの決定のために、試験は、それぞれF.VIIIまたはF.IXの活性の測定のためにF.VIIIまたはF.IX欠損血漿中に試料を添加することによって行なわれる。この試験は、F.VIIIまたはF.IXの一段アッセイといわれる。現在、F.IX変異体のF.VIII非依存性活性を、一段アッセイによって、そしてF.VIII欠損血漿を使用して決定することができる。
簡潔には、血液を、カルシウムと結合することによって凝血を抑止するオキサレートまたはシトレートを用いて回収する。血漿を、遠心分離によって血液の血球部分から分離する。組換え発現されそして精製されたタンパク質の場合、前記タンパク質をイミダゾール緩衝液中で希釈する。試料を混合し、そして標準化した因子(VIIIまたはIX)欠損血漿に加える。内在性経路を活性化するために、リン脂質、アクチベーター(例えばシリカ、セライト、カオリン、エラグ酸)およびカルシウム(オキサレートの抗凝血作用を逆転するため)を血漿試料中に混合する。血栓(血塊)が形成されるまでの時間を測定する。試験は、反応混合物に組織因子が存在しないことに因り「部分」と呼ばれる(Langdell et al., 1953参照)。
好ましくは、本発明による第IX因子変異体は、臨床的に関連した凝固活性(または臨床的関連性を有する凝固活性)、すなわち、前記変異体を、本明細書において以下に開示したような臨床適用に適したものにさせる凝固活性を有する。
臨床的関連性を有する好ましい凝固活性は、補因子F.VIIIの非存在下において前記変異体の1%以上の凝固活性であり、ここで、100%は、補因子F.VIIIまたはF.VIIIaの存在下における野生型F.IXの活性をいう。
約1%を維持した第VIII因子または第IX因子のレベルは、重度の血友病患者における主要な出血性合併症を予防するための予防処置レジメンにおいて十分である。F.VIIIの非存在下において「1%のF.VIII様」活性を有する第IX因子変異体を用いて、重度の血友病A患者において1%レベルに到達するためには、すでに生理的に存在するF.IXに加えて、正常(約5000ng/ml)の100%のF.IX変異体レベルが必要となろう。このような処置は実行可能と思われ、それ故、臨床的に関連した「第VIII因子様」活性は1%と推定される。
1つの態様において、本発明の変異第IX因子は、好ましくはアミノ酸の置換、挿入および/または欠失による、99−ループの改変を含む。99−ループの改変を、隣接するアミノ酸残基または別様に99−ループと相互作用する残基のアミノ酸の置換、挿入および/または欠失によりループ構造に影響を及ぼすことによっても達成することができる。
第IX因子の99−ループまたは挿入ループ80〜90(キモトリプシノーゲン番号付けによる)は、アミノ酸残基256〜268(F.IX番号付け)を包含する。99−ループは活性部位の近くに位置し、そしてF.IXの活性化に役割を果たす。Sichler et al. (2003)によると、Tyr−177は不活性なコンフォメーションで99−ループを固定化し、これは生理的複合体において補因子F.VIIIaによって解き放たれる。その後、F.Xは、固定化されていない99−ループを再編成でき、その後、活性部位間隙に結合する。
本発明による変異第IX因子は、好ましくは、
265、4、338、377、259、345、1、10、37、50、85、116、119、120、181、217、235、245、253、259、301、360、383、340、86、25、34、290、291、274、353、358、375、388、35、
好ましくは、K265T、G4Y、R338A、S377W、Y259F、Y345T、Y1A、V10K、R37T、Q50P、D85A、R116A、R119A、N120A、V181I、V217L、E235K、E245V、V253I、Y259F、K301I、S360A、I383V、T340S、V86A、F25Y、N34D、I290L、A291P、E274K、F353Y、R358A、G375F、E388G、T35Dおよび/または99−ループの改変、
あるいは好ましくは、265、4、338、377、259、345、1、10、37、50、85、116、119、120、181、217、235、245、253、259、301、360、383、340、86、25、34、290、291、274、353、358、375、388、35、277、
あるいは好ましくはK265T、K265A、G4Y、R338A、R338L、S377W、Y259F、Y345T、Y1A、V10K、R37T、Q50P、D85A、R116A、R119A、N120A、V181I、V217L、E277A、E235K、E245V、V253I、Y259F、K301I、S360A、I383V、T340S、V86A、F25Y、N34D、I290L、A291P、E274K、F353Y、R358A、G375F、E388G、T35Dおよび/または99−ループの改変、
の群から選択された位置において少なくとも1つのアミノ酸置換を含む。
好ましくは、本発明による変異第IX因子は、255〜269、383、181、290、388、34、25、353、358、338、377、4、86、217、277および/または99−ループの改変の群から選択された位置において少なくとも1つのアミノ酸置換を含む。
より好ましくは、変異第IX因子は、K265T、I383V、V181I、I290L、E388G、N34D、F25Y、F353Y、R358A、R338A、R338L、S377W、G4Y、V86A、V217L、E277Aおよび/または99−ループの改変から選択された少なくとも1つのアミノ酸置換を含む。
好ましい態様において、変異第IX因子は、265位(キモトリプシノーゲン番号付けによると98位)におけるアミノ酸置換、好ましくはK265T(キモトリプシノーゲン番号付けによるとK98T)、または好ましくは、K265T、K265A、K265G、K265V、K265NおよびK265Dから選択された265位におけるアミノ酸置換を含む。
好ましい態様において、変異第IX因子は、265位におけるアミノ酸置換(好ましくはK265T、K265A、K265G、K265V、K265NおよびK265Dから選択される)またはアミノ酸置換K265T(キモトリプシノーゲン番号付けによるとK98T)を、さらなるアミノ酸置換と組み合わせて含む。
さらなるアミノ酸置換は、好ましくは、4、338、377、259、345、1、10、37、50、85、116、119、120、181、217、235、245、253、259、301、360、383、340、86、25、34、290、291、274、353、358、375、388、35および/または277の群から選択された、
より好ましくは、383、181、290、388、34、25、353、358、338、377、4、86、217および/または277の群から選択された位置における1つの(より好ましくは少なくとも1つの)アミノ酸置換である。
より好ましくは、変異第IX因子は、アミノ酸置換K265Tと、I383V、V181I、I290L、E388G、N34D、F25Y、F353Y、R358A、R338A、R338L、S377W、G4Y、V86A、V217Lおよび/またはE277Aから選択された1つのアミノ酸置換とを含む。
より好ましくは、変異第IX因子は、265位におけるアミノ酸置換またはアミノ酸置換K265Tと、I383V、V181I、I290L、E388G、N34D、F25Y、F353Y、R358A、R338A、R338L、S377W、G4Y、V86A、V217Lおよび/またはE277Aから選択されたアミノ酸置換(と組み合わせて)とを含む。
本発明のさらに好ましい態様において、変異第IX因子は、アミノ酸位置265、4、338、377、259、345、1、10、37、50、85、116、119、120、181、217、235、245、253、259、301、360、383、340、86、25、34、290、291、274、353、358、375、388、35、277の群からの複数のアミノ酸置換を含み、
ここで、「複数のアミノ酸置換」は、2、3、4またはそれ以上の位置における置換をいう。
基本F.IX変異体(グループA)
本発明者らは、出血性疾患のF.VIII非依存性療法を可能とするF.IX変異体(265位においてアミノ酸置換を、好ましくはK265T(キモトリプシン番号付けによるとK98T)を有する変異体)を発見した。K265Tは、Sichler et al. 2003において異なる脈絡で記載されている。Kolkman and Mertens (2000)はK265A変異体を記載している。
本発明者らによって評価されたF.IXの突然変異/変異は、F.IXaが、F.Xaのような他のセリンプロテアーゼと比較して低い活性を有するという観察に基づく。事実、F.IXの99−ループに影響を及ぼすほんの僅かなアミノ酸を対応するF.X配列と交換することにより、ペプチド基質を使用した切断短縮組換えF.IXa変異体を用いての動態研究においてアミド分解活性が劇的に(数千倍まで)向上した(Hopfner et al., 1997 and Sichler et al., 2003参照)。同時に「F.X様の」機能に向けての特異性のシフトが観察された。これらの研究は、内因性テナーゼ複合体に会合していない形態のF.IXaをモデルにしているので、本発明者らは、同じ突然変異を有する変異タンパク質は、F.VIIIの非存在下において血塊形成の内因性増殖を可能とし得ると仮定した。本発明者らは、これを試験するために、突然変異Y259F/K265T/Y345T(FTT)をF.IXに導入し、そして組織培養液中でタンパク質を発現させた。基本的にF.IX比活性に対する効果は全く見られなかった;しかしながら、F.VIII欠損血漿中の活性は劇的に増加した。
Kolkman and Mertens (2000)は、変異体K265Aが、F.VIII非依存性F.IX活性を20倍増加させ得ることをすでに記載している。しかしながら、試験したF.IX Y259F/K265T/Y345Tでは、F.VIIIの非存在下において正常(100%)な抗原レベルにおいて2%の活性であった(図2)。F.VIIIの存在がF.IX活性を10倍増加させることを考えると、三重突然変異体では、F.VIII非依存性活性は20,000倍増加した。このことから、F.VIIIの非存在下における変異体の凝固活性は、血塊形成の瞬間においてまたは可能な治療薬として生理的重要性も有する範囲に置かれる。この活性は依然として、F.VIIIの存在下におけるF.IX比活性のほんの一部であるので(100%のF.IX抗原は、2%の「F.VIII様」活性、すなわち、「補因子F.VIIIの非存在下における凝固活性」に相当する)、本発明者らは、他のセリンプロテアーゼの構造的特性および相同性の比較によって選択した追加の突然変異を含めた。彼らはさらに、互いに独立して突然変異Y259F、K265TおよびY345Tを試験し、そして191%のF.IXおよび6.7%の「F.VIII様」凝固活性を有する酵素をもたらす単一のアミノ酸突然変異(K265T、すなわちキモトリプシン番号付けではK98T)を同定でき、そして、他の単一突然変異は、F.VIIIの存在下および非存在下においてプロテアーゼ活性を減少させているだけであると決定した(表1参照)。
従って、好ましい態様において、変異第IX因子は、補因子F.VIIIの非存在下において凝固活性を有し、そしてK265Tアミノ酸置換を有することを特徴とする。
本発明者らは、265位が、F.IX変異体のF.VIIIバイパス活性のための主な決定基であることを示した。本発明者らは、265残基をTから天然に存在するKへと戻すことにより(V181I/265K/I383V、IKV)、F.VIII非依存性活性はほぼ完全に消失したことを示した。驚くべきことに、他のアミノ酸置換、特に変異体K265A/V181I/I383V、K265G/V181I/I383V、K265V/V181I/I383V、K265N/V181I/I383V、またはK265D/V181I/I383Vにおけるアミノ酸置換により、K265T/V181I/I383Vと類似したF.VIIIバイパス活性が得られ、K265A/V181I/I183Vにおいて最も高かった。この結果は意外であった。なぜなら、以前に記載された単一のK265A置換を有する第IX因子変異体のF.VIII非依存性活性は、はるかにより低い範囲だったからである(Kolkman and Mertens, 2000)。
それ故、さらに好ましい態様において、変異第IX因子は、補因子F.VIIIの非存在下において凝固活性を有し、そして、好ましくはK265T、K265A、K265G、K265V、K265NおよびK265Dまたは他のアミノ酸から選択される、265位におけるアミノ酸置換を有することを特徴とする。
しかしながら、本発明は、アミノ酸置換K265Aのみを有する変異第IX因子は包含しない。本発明によると、アミノ酸置換K265Aが変異第IX因子に存在するならば、これは、前記変異体が、K265Aと組み合わせてさらなるアミノ酸置換を有する、すなわち、それが181位および/または383位などにおいてさらなるアミノ酸置換を含むことを包含する。
本発明者らは、F.IXのタンパク質活性を、追加のアミノ酸置換をグループAのアミノ酸置換に導入することによってさらに一層改変でき、これにより所望の特性を有するF.IX変異体を得ることができることをさらに発見した。
上記の好ましいアミノ酸位置の改変(例えばアミノ酸の置換による)を、好ましくは次の方法で互いに組み合わせることができる。しかしながら、さらなる組合せも可能である。
グループA単独
−補因子F.VIIIの非存在下における凝固活性
(F.VIII非依存性活性)
野生型と比較して増加
グループD単独
−補因子F.VIIIの存在下において増加した凝固活性
(F.VIII依存性活性)
野生型と比較して増加
グループA+B
−補因子F.VIIIの非存在下における凝固活性
ここで、F.VIII非依存性凝固活性は、基本変異体(グループA)のそれぞれの凝固活性と比較して増加している
グループA+C
−補因子F.VIIIの非存在下における凝固活性
および補因子F.VIIIの存在下において減少した凝固活性
ここで、F.VIII依存性活性は、野生型と比較して、好ましくは基本変異体(グループA)のそれぞれの活性と比較して減少している
グループA+B+C
−補因子F.VIIIの非存在下における凝固活性
および補因子F.VIIIの存在下において減少した凝固活性
ここで、F.VIII非依存性凝固活性は、基本変異体(グループA)のそれぞれの凝固活性と比較して増加し、そして
ここで、F.VIII依存性活性は、野生型と比較して、好ましくは基本変異体(グループA)のそれぞれの活性と比較して減少している
グループA+D
−補因子の非存在下における凝固活性
および補因子の存在下において増加した凝固活性
ここで、F.VIII依存性活性は、野生型と比較して、好ましくは基本変異体(グループA)のそれぞれの活性と比較して増加している
グループA+B+D
−補因子の非存在下における凝固活性
および補因子の存在下において増加した凝固活性
ここで、F.VIII非依存性凝固活性は、基本変異体(グループA)のそれぞれの凝固活性と比較して増加し、
ここで、F.VIII依存性活性は、野生型と比較して、好ましくは基本変異体(グループA)のそれぞれの活性と比較して増加している。
本発明者らは、F.VIIIの非存在下において可能な最も高い活性を有するF.IX変異体を生成する目的で、2つの追加のアミノ酸置換(グループB)をさらに追加して、167%F.IXおよび16%「F.VIII様」活性を有するタンパク質(V181I/K265T/I383V)を得た。これにより、前記変異体は、野生型タンパク質と比較して、F.VIIIの非存在下において160,000倍高い凝固活性を有する。これらの追加のアミノ酸置換は、F.IXの比活性を途方もなく増加させることなく、F.VIII非依存性F.IX活性を最大限に増加させるように選択された。このアプローチの後ろにある理論は、F.VIIIの存在下におけるあまりに高いF.IX比活性は、血栓合併症のリスクを高め得、それ故、治療薬として提案されたF.IX変異体を使用することに対する懸念を提示し得るというものであった。前記に列挙したアミノ酸置換の他の組合せも可能であり、例えば、グループCからのアミノ酸置換は、F.VIIIの非存在下における活性にはほんの最小限にしか影響を及ぼすことなく、F.VIIIの存在下における変異タンパク質の活性をさらに制限することができる。同様に、F.VIIIの存在下および非存在下の両方における活性を、グループDからのアミノ酸置換を使用して向上させることができる。このように、F.VIIIの非存在下(野生型F.IXの220,000倍に相当する22%の「F.VIII様」活性)およびF.VIIIの存在下(野生型F.IXと比較して16倍高い)において増加した活性を示す、5つの突然変異を有する変異体V181I/K265T/R338A/S377W/I383Vを生成した。試験した変異体のFIXおよび「FVIII様」活性が表1に説明されている。
これらのさらなる改変の可能性は、以下のような、特定の適用のためのF.IX変異体の設計およびテーラーメイドを可能とするので重要である。
(1)F.VIIIの存在下においては低いF.IX活性(F.VIII依存性活性)であるが、F.VIIIの非存在下においては高いF.IX活性(F.VIII非依存性活性)(すなわち、グループA+C)が、血友病AまたはF.VIIIに対する阻害抗体を有する患者を処置するための治療薬の血栓形成性を減少させるのに望ましい。
(2)F.VIIIまたはF.IXの存在とは独立的に高いプロテアーゼ活性を有するタンパク質は、全てのタイプのF.IXまたはF.VIII欠損症を処置する可能性を有し得る(すなわちグループA+B+D)。
列挙した単一アミノ酸置換の効果は、F.VIIIの非存在下または存在下におけるF.IX活性に対するその効果に関して種々の強度であるので、ここでも異なるグループからのアミノ酸置換を組み合わせて、特定の適用のためのF.IX活性に対する所望の全体的な効果を達成することができる。例えば、K265T変異体(グループA)をアミノ酸置換V181IおよびI383V(グループB)と組み合わせると、適用(1)に対応する、F.VIIIの非存在下においては高い活性を有するが、F.VIIIの存在下においては基本的に通常の活性を有するタンパク質が得られる。詳細については表1を参照ください。
グループAのおよびグループAと組み合わせた全ての変異体が、血友病A、阻害抗体および他の出血性疾患を患う患者の療法に並びに血友病Bの処置に特に適している。
より詳細には:
− 基本変異体と組み合わせてF.VIIIの非存在下において凝固活性をさらに増加させるFIX変異体(グループAをグループBと組み合わせた)
本発明のこの好ましい態様において、変異第IX因子は、補因子F.VIIIの非存在下において凝固活性を有し、265、383、181および290の群から選択された位置において少なくとも1つのアミノ酸置換を含むことを特徴とする。
好ましくは、変異第IX因子は、アミノ酸置換K265Tと、383、181および/または290の群から選択された位置におけるアミノ酸置換(グループB)とを含み、より好ましくは、アミノ酸置換K265Tと、I383V、V181Iおよび/またはI290Lから選択されたアミノ酸置換とを含む。
好ましくは、変異第IX因子は、265位におけるアミノ酸置換またはアミノ酸置換K265Tを、383、181および/または290の群から選択された位置におけるアミノ酸置換(グループB)と組み合わせて含み、より好ましくは、265位におけるアミノ酸置換またはアミノ酸置換K265Tと、I383V、V181Iおよび/またはI290Lから選択されたアミノ酸置換とを含む。
265位におけるアミノ酸置換は、好ましくは、K265T、K265A、K265G、K265V、K265NおよびK265Dから選択される。
グループA+BのこれらのF.IX変異体は、基本変異体(グループA)のそれぞれの凝固活性と比較して増加したF.VIII非依存性の凝固活性を有する。
− 基本変異体と組み合わせてF.VIIIの存在下において凝固活性を制限するFIX変異体(グループAをグループCと組み合わせた)
本発明のこの好ましい態様において、変異第IX因子は、補因子F.VIIIの非存在下においては凝固活性を有するが、補因子F.VIIIの存在下においては減少した活性を有し、そして265、383、388、34、25、353および/または358の群から選択された位置において少なくとも1つのアミノ酸置換を含むことを特徴とする。
好ましくは、変異第IX因子は、アミノ酸置換K265Tと、388、34、25、383、353および/または358の群から選択された位置におけるアミノ酸置換(グループC)とを含み、より好ましくは、アミノ酸置換K265Tと、E388G、N34D、F25Y、F353Y、I383Vおよび/またはR358Aから選択されたアミノ酸置換とを含む。
グループA+CのこれらのF.IX変異体は、野生型と比較して、好ましくは基本変異体(グループA)のそれぞれの活性と比較して減少した(または好ましくはグループA+Bの変異体と比較して減少した)、F.VIII依存性活性を有する。従って、グループA+CのこれらのF.IX変異体はF.VIII依存性活性を制限し、そして可能性ある血栓形成リスクを最小限にする。
− 基本変異体と組み合わせてF.VIIIの非存在下においては凝固活性をさらに増加させ、並びにF.VIIIの存在下においては凝固活性を制限する、FIX変異体(グループAをグループBおよびCと組み合わせた)
本発明のこの好ましい態様において、変異第IX因子は、補因子F.VIIIの非存在下においては凝固活性を有するが、補因子F.VIIIの存在下においては減少した活性を有し、そして265、383、181、290、388、34、25、353および/または358の群から選択された位置において少なくとも1つのアミノ酸置換を含むことを特徴とする。
好ましくは、変異第IX因子は、アミノ酸置換K265Tと、383、181、290、388、34、25、353および/または358の群から選択された位置におけるアミノ酸置換(グループB+C)とを含み、より好ましくは、アミノ酸置換K265Tと、I383V、V181I、I290L、E388G、N34D、F25Y、F353Yおよび/またはR358Aから選択されたアミノ酸置換とを含む。
グループA+B+CのこれらのF.IX変異体は、3つの群の特徴を組み合わせる:
− それらはF.VIII非依存性凝固活性を有する、
− それらは、基本変異体(グループA)のそれぞれの凝固活性と比較して増加したF.VIII非依存性凝固活性を有する、そして
− それらは、野生型と比較して、好ましくは基本変異体(グループA)のそれぞれの活性と比較して減少した(または好ましくはグループA+Bの変異体と比較して減少した)F.VIII依存性活性を有する。
従って、グループA+B+CのこれらのF.IX変異体は、F.VIII非依存性活性を増加させ、F.VIII依存性活性を制限し、そして可能性ある血栓形成リスクを最小限にする。
− 補因子F.VIIIの存在下において増加した凝固活性を有する第IX因子の変異タンパク質(グループD)
本発明のさらなる局面において、第IX因子(F.IX)変異体は、野生型と比較してその補因子の存在下において増加した凝固活性を有することを特徴とし、ここで、前記補因子は第VIII因子(F.VIII)または活性化第VIII因子(F.VIIIa)である。
本発明のこの局面による変異第IX因子は、338、377、4、86、217および/または277の群から選択された位置において少なくとも1つのアミノ酸置換を含み、より好ましくはR338A、R338L、S377W、G4Y、V86A、V217Lおよび/またはE277Aから選択された少なくとも1つのアミノ酸置換を含む。
グループDの変異体およびグループDと組み合わせた変異体は、血友病Bの処置に特に適している。
F.VIIIの存在下において類を見ない高いF.IX活性を有するタンパク質は、F.IX欠損症の処置のための良好な治療薬である。この目的のためには、F.VIIIの非存在下における高い活性、すなわち、グループA、例えば突然変異K265Tは全く必要とされない。グループDのアミノ酸置換はまた、F.VIIIの存在下において、上記のK265T突然変異(グループA)の非存在下において、F.IX活性を増加させる。K265T突然変異の導入を含まないこの目的のために試験した変異体のリストを表2に示す。
− 補因子の非存在下において凝固活性を有し、そして補因子の存在下において増加した凝固活性を有する、第IX因子の変異タンパク質(グループAをグループDと組み合わせた)
本発明のこの好ましい態様において、変異第IX因子は、補因子F.VIIIの非存在下において凝固活性を、および補因子F.VIIIの存在下において野生型と比較して増加した凝固活性を有し、そして265、338、377、4、86、217および/または277の群から選択された位置において少なくとも1つのアミノ酸置換を含むことを特徴とする。
好ましくは、変異第IX因子は、アミノ酸置換K265Tと、338、377、4、86、217および/または277の群から選択された位置におけるアミノ酸置換(グループD)とを含み、より好ましくは、アミノ酸置換K265Tと、R338A、R338L、R377W、G4Y、V86A、V217Lおよび/またはE277Aから選択されたアミノ酸置換とを含む。
グループA+DのこれらのF.IX変異体は、野生型の、好ましくは基本変異体(グループA)の、それぞれのF.VIII依存性凝固活性と比較して増加したF.VIII依存性凝固活性を有する。それらはまた、血友病Bの処置のための増加した効能も有する。
− 補因子の非存在下並びに存在下において増加した凝固活性を有する第IX因子の変異タンパク質(グループAをグループBおよびグループDと組み合わせた)
本発明のこの好ましい態様において、変異第IX因子は、補因子F.VIIIの非存在下において(増加した)凝固活性を、および補因子F.VIIIの存在下において増加した凝固活性を有し、そして265、383、181、290、338、377、4、86、217および/または277の群から選択された位置において少なくとも1つのアミノ酸置換を含むことを特徴とする。
好ましくは、変異第IX因子は、アミノ酸置換K265Tと、383、181、290、338、377、4、86、217および/または277の群から選択された位置におけるアミノ酸置換とを含み、より好ましくは、アミノ酸置換K265Tと、I383V、V181I、I290L、R338A、R338L、S377W、G4Y、V86A、V217Lおよび/またはE277Aから選択されたアミノ酸置換とを含む。
グループA+B+DのこれらのF.IX変異体は、3つの群の特徴を組み合わせる:
− それらはF.VIII非依存性凝固活性を有する、
− それらは、基本変異体(グループA)のそれぞれの凝固活性と比較して増加したF.VIII非依存性凝固活性を有する、そして
− それらは、野生型と比較して、好ましくは基本変異体のそれぞれの活性と比較して増加したF.VIII依存性活性を有する。
本発明による変異第IX因子は、より好ましくは、
変異体K265T、
変異体K265T/V181I、
変異体K265T/I383V、
変異体K265T/V181I/I383V、
変異体K265T/V181I/I383V/R338A/S377W、
変異体K265T/V181I/I383V/E388G、
変異体K265T/V181I/I290L/I383V、
変異体K265T/V181I/I290L/I383V/E388G、
R338AおよびS377Wを含む変異体
から選択される。
より好ましくは、本発明による変異第IX因子は、
変異体K265T、
変異体K265T/V181I、
変異体K265T/I383V、
変異体K265T/V181I/I383V、または
変異体K265T/V181I/I383V/R338A/S377W
である。
好ましい態様において、本発明による変異第IX因子は、
変異体K265T、あるいは、
好ましくは181位および/または383位におけるアミノ酸置換(好ましくはV181Iおよび/またはI383V)と組み合わせた、265位においてアミノ酸置換を有する変異体(好ましくは、K265T、K265A、K265G、K265V、K265NおよびK265Dから選択される)から選択される。
より好ましくは、本発明による変異第IX因子は、
変異体K265T/V181I/I383V、
変異体K265A/V181I/I383V、
変異体K265G/V181I/I383V、
変異体K265V/V181I/I383V、
変異体K265N/V181I/I383V、または
変異体K265D/V181I/I383V
である。
例えば「K265T/V181I/I383V」という表現は、これらのアミノ酸置換を組み合わせて含む、すなわちK265TとV181IとI383Vとを組み合わせて含む変異体をいう。表現「K265T/V181I/I383V/R338A/S377W」は、これらのアミノ酸置換を組み合わせて含む、すなわちK265TとV181IとI383VとR338AとS377Wとを組み合わせて含む変異体をいい、以下同様である。
放棄事項:
本発明は、アミノ酸置換K265Aのみを有する変異第IX因子は包含しない。本発明によると、アミノ酸置換K265Aが変異第IX因子に存在するならば、これは、前記変異体が、K265Aと組み合わせてさらなるアミノ酸置換を有する、すなわち、それが181位および/または383位などにおいてさらなるアミノ酸置換を含むことを包含する。
さらに、本発明は、以下のアミノ酸置換のみを有する変異第IX因子は包含しない:
− FTT(Y259F/K265T/Y345T);
− Y259F/K265T;
− V181F;
− R338A。
また、以下の第IX因子変異体は本発明によって包含されない:
− Y259F/A261K/K265T/Y345T
− Y259F/K265T/Y345T/I383V/E388G
− Y259F/A261K/K265T/Y345T/I383V/E388G。
99−ループの改変は、F.IX活性を改変する戦略として繰り返し試みられてきた(Hopfner et al., 1997, Sichler et al., 2003)。最も見込みある変異体のY259F(/A261K)およびK265Tが、F.VIIIの非存在下における可能性ある活性についてさらに調査されている(Hartmann et al., 2007並びにWO 2008/092644およびWO 2008/092643)。このアプローチの後にあるアイデアは、ループの両末端における残基を変化させることによって、F.IX特異的99−ループのコンフォメーションを改変することであった。我々の調査における驚くべき所見は、F.IXが真核細胞ではなく細菌細胞において部分的に切断短縮および/または産生された記載のF.IXモデルとは対照的に、F.VIII非依存性活性は唯一、265位における突然変異に依存することであった。さらにまた、Y259F位における突然変異はF.VIII非依存性活性および全体的な活性を妨げ、そしてY259F位における突然変異を除外するだけで、十分に高いF.VIII非依存性活性を得ることができ、これにより治療薬としてF.IX変異体を使用したアプローチをさらに探求することができた。
突然変異I383VおよびE388Gの場合、事例は類似していた。両方の突然変異が、Hopfner et al. (1997)による最初の記載および後にBaxter (Hartmann et al., 2007並びにWO 2008/092644およびWO 2008/092643を参照)による記載においてユニットとして見られた。Hopfner et al. (1997)は、I383Vが細菌F.IX発現系において中程度の効果しか示さず、それ故、E388Gと組み合わせてのみ増殖させたと報告しさえした。我々の実験は反対を示唆する。突然変異I383VのみがF.VIII非依存性F.IX活性を付与し、一方、E388Gは活性を妨害していた。我々は、これらの差異が、F.IXに基づいた新たなバイパス剤(bypassing agent)の可能性ある開発のために非常に重要であると考える。まず第一に、止血を改善するために必要とされる活性は、これらの突然変異を除外すると数倍向上し、そして第二に、F.IXに導入された突然変異の数は主要な安全性に関する懸念であろう。なぜなら、F.IXに対する阻害抗体の形成のリスクはおそらく、タンパク質に導入される変化の量と共に増加するであろうからである。
−コンジュゲート
好ましい態様において、本発明による第IX因子変異体は、前記変異体に好ましくは共有結合的に付着した、さらなる化合物または部分を含む(コンジュゲート)。
好ましくは、さらなる化合物または部分は、
− タンパク質、例えばアルブミン、
− ラベル、例えば発色団、フルオロフォア、アイソトープ、および/または
− ポリマー、例えばPEG
から選択される。
F.IX変異体の核酸および薬学的組成物
本発明によると、前記の目的は、本発明による変異第IX因子をコードする核酸を提供することによってさらに解決される。
「核酸」は、DNA、RNAおよびその誘導体、改変したヌクレオチド/ヌクレオシドを含むDNAおよび/またはRNAをいう。
好ましくは、核酸は、プロモーターおよび/または転写終結配列に作動可能に連結されている。好ましいプロモーターおよび/または転写終結配列は、ヒトα1抗トリプシンプロモーター、肝遺伝子座制御領域1、或いはサイトメガロウイルスプロモーター、およびヒトもしくはウシ成長ホルモンまたはシミアンウイルス40に由来するポリアデニル化シグナルである。当業者は適切なプロモーターおよび/または転写終結配列を選択することができる。核酸は、例えばコードされたタンパク質を核酸から得ることができるように、核酸の転写/翻訳が、好ましくは細胞においてそれぞれのプロモーター/ターミネーターによって、および細胞性転写/翻訳機械によって制御されている場合に、プロモーターおよび/または転写終結配列に「作動可能に連結」されている。
好ましくは、核酸は、発現プラスミド、遺伝子療法構築物、遺伝子導入ベクターにコードされる配列、DNA改変もしくは修復のために使用される遺伝子配列、または類似物である。
好ましい遺伝子療法構築物は、ウイルスおよび非ウイルスベクター、例えばアデノ随伴ウイルスベクター(AAV)、プラスミドベクター、または例えば(Schuettrumpf et al., 2005)に記載のようなミニサークルベクターである。
本発明によると、前記目的は、本発明の少なくとも1つの第IX因子(F.IX)変異体または本発明の少なくとも1つの核酸と、場合により薬学的に許容される担体および/または賦形剤とを含む薬学的組成物とを提供することによってさらに解決される。
適切な薬学的に許容される担体および/または賦形剤は当技術分野において公知である。当業者は、薬学的組成物の目的とする適用、例えば処置しようとする疾患、処置しようとする患者、処置レジメンなどに依存して、好ましい薬学的に許容される担体および/または賦形剤を選択するだろう。
医学用途
本発明によると、前記目的は、疾病の診断、予防および/または処置のために、本発明において開示したような、凝血カスケードのビタミンK依存性セリンプロテアーゼの変異体、最も好ましくは第IX因子変異体、またはそれらをコードする核酸、または本発明の薬学的組成物を提供することによってさらに解決される。
診断、予防およびまたは処置しようとする疾病は、好ましくは、出血性疾患または出血である。
「出血性疾患」は、好ましくは血友病Aおよび/または血友病B、第VIII因子に対する阻害抗体によって、第VIII因子もしくは第IX因子の欠損によって、または非機能的第VIII因子もしくは第IXタンパク質の存在によって引き起こされたかもしくは併発した血友病、あるいは任意の他の出血または出血傾向である。
好ましくは、出血性疾患は血友病A、第F.VIII因子または第F.VIIIa因子に対する阻害抗体によって引き起こされたかまたは併発した血友病、血友病Bである。
好ましくは、出血性疾患または出血は、例えば、新生児凝固障害;重度の肝疾病;ハイリスクな手術;外傷性失血;骨髄移植;血小板減少症および血小板機能異常症;経口抗凝血療法の迅速な逆転;第V因子、第VII因子、第X因子および第XI因子の先天性欠損症;並びにフォンヴィルブランド因子に対するインヒビターによるフォンヴィルブランド病、大きな損傷に関連した失血、脳出血、血小板機能異常症を含む、バイパス剤が使用される出血性疾患である。
本発明によると、前記目的は、出血性疾患または出血の処置および/または予防のための医薬品の製造のための、本発明において開示したような、凝血カスケードのビタミンK依存性セリンプロテアーゼの変異体、最も好ましくは第IX因子変異体、またはそれらをコードする核酸を使用することによってさらに解決される。
好ましくは、本発明の第IX因子(F.IX)変異体、核酸または薬学的組成物は、出血性疾患もしくは出血のタンパク質輸液療法、細胞療法、遺伝子療法および/または予防のために使用される。
疾病が血友病Aまたは第F.VIII因子もしくは第F.VIIIa因子に対する阻害抗体によって引き起こされたかもしくは併発した血友病である、
好ましくは、
− グループAの変異体、より好ましくは変異体K265T
− グループBおよび/またはCおよび/またはDと組み合わせたグループAの変異体
本明細書において定義したようなグループA+B
本明細書において定義したようなグループA+C
本明細書において定義したようなグループA+B+C
本明細書において定義したようなグループA+D
本明細書において定義したようなグループA+B+D
− それぞれの核酸、薬学的組成物
による診断、予防および/または処置。
本発明者らは、最初に、血友病Aまたは第F.VIII因子もしくは第F.VIIIa因子に対する阻害抗体によって引き起こされたかもしくは併発した血友病の処置のために、グループAの変異体、特にK265Tを適用する。
F.VIIIの非存在下においてより高いプロテアーゼ/凝固活性を有する変異F.IX分子は、一般的なバイパス剤の代替物となり得、その利点は損傷部位において直接活性化されることである。これは生理的な血塊形成に似ており、現在のところ利用可能なバイパス剤においては通常であるすでに活性化されたプロテアーゼの点滴を避け、そして治療をより安全なものとするだろう。
チモーゲンF.IX変異体はおそらくはるかにより長い半減期も有しており、インヒビター患者においても予防的補充療法を可能とするだろう。興味深いことに、F.VIIIを欠失している患者さえ、より小さくそしてより免疫原性の低いF.IXを使用した遺伝子導入アプローチに適し得、このためにこの遺伝子療法研究は、現在のところはるかにより見込みがある。比較的少数の患者および血友病の遺伝子療法を臨床的な実行に移すことに必要とされる多大な努力を考えると、提案されたF.IX変異体は、血友病Aおよび血友病BまたはF.VIIIに対する阻害抗体を有する患者のための療法を提供する努力を包括さえし得る。最終的に、前記変異体はまた、他の出血性疾患の処置にも有用であり得よう。
記載した変異体の別の局面は、F.VIIIa、並びにF.X開裂および発色基質開裂の両方に向けてのより高い活性の必要性を伴わず、前記変異体を、診断試験システムにおいて、または抗凝血剤として昔から望まれていたが、テナーゼ複合体での会合を伴わないとF.IXaの効力が低いために効果的なスクリーニングが不可能であった直接的なF.IXa阻害物質のための開発およびスクリーニングに使用し得ることである。
疾病が血友病Bである、本明細書において記載した全ての変異体による、
好ましくは
− グループAの変異体、より好ましくは変異体K265T
− グループBおよび/またはCおよび/またはDと組み合わせたグループAの変異体
本明細書において定義したようなグループA+B
本明細書において定義したようなグループA+C
本明細書において定義したようなグループA+B+C
本明細書において定義したようなグループA+D
本明細書において定義したようなグループA+B+D
− グループDの変異体、より好ましくは変異体K265T
− グループAおよび/またはBと組み合わせたグループDの変異体
本明細書において定義したようなグループA+D
本明細書において定義したようなグループA+B+D
− それぞれの核酸、薬学的組成物
による、診断、予防および/または処置。
さらに血栓形成リスクが最小限である、
好ましくは
− グループCと組み合わせた変異体
本明細書において定義したようなグループA+C
本明細書において定義したようなグループA+B+C
− それぞれの核酸、薬学的組成物
による、出血性疾患または出血の診断、予防および/または処置。
グループD単独を除外した本明細書において記載した全ての変異体による、血友病AおよびBの両方の診断、予防および/または処置。
グループD単独を除外した本明細書において記載した全ての変異体による、血友病Aまたは第F.VIIIa因子に対する阻害抗体によって引き起こされたかもしくは併発した血友病並びに血友病Bの診断、予防および/または処置。
本発明の変異体は、タンパク質の投与、または細胞もしくは遺伝子の治療的投与(ウイルス、DNA、RNAまたは他のベクター)を使用した、出血性疾患を患う患者を処置するために適したツールである。処置のための疾病は、出血の処置および予防療法のためのFVIIIに対する阻害抗体によってもまた引き起こされたかまたは併発した、血友病AおよびBである。
本発明者らは、本発明の変異体が、
− F.VIIIに対する阻害抗体の存在下において凝固時間を修正し(高力価のF.VIIIインヒビターの存在下においても試験したF.IX変異体の機能を確認)、
− in vivoにおける凝血を修正し(F.IX変異体がin vivoにおいて止血活性治療薬として作用できるという最初の証拠である)、
− F.VIIIに対する阻害抗体の存在下において出血を停止する(F.VIIIに対する阻害抗体の存在下および非存在下の両方においてF.IX変異体の機能性を確認)ことを示した。さらなる詳細については、実施例6〜8および図4〜7を参照されたい。
スクリーニング法
本発明によると、前記目的は、抗凝血化合物(抗凝血物質)、好ましくはF.IXaを直接的に阻害する物質のスクリーニングのための方法を提供することによってさらに解決される。
このような方法は、本明細書に置いて定義したような、本発明の少なくとも1つの変異第IX因子の使用を含む。
このような方法において、テナーゼ複合体のさらなる成分は全く必要とされない(ここで、「テナーゼ」は活性型の凝血因子第VIII因子(F.VIIIa)と第IX因子(F.IXa)との複合体をいう。それは、リン脂質表面上でカルシウムの存在下において形成し、そして第X因子の活性化に関与する)。
記載した変異体の有益な局面は、F.VIIIa、並びにF.X開裂および発色基質開裂の両方に向けてのより高い活性の必要性を伴わず、前記変異体は、診断試験システムにおいて、または抗凝血剤として昔から望まれていたが、テナーゼ複合体での会合を伴わないとF.IXaの効力が低いために効果的なスクリーニングが不可能であった直接的なF.IXa阻害物質のための開発およびスクリーニングのために適したツールであることである。
本発明によるスクリーニング法は、好ましくは、本発明の変異第IX因子に結合し、そして/またはその活性をモデュレーションする化合物を同定するための方法であり、好ましくは以下のステップを含む:
− 試験しようとする化合物/物質を提供し、
− 本発明の少なくとも1つの変異第IX因子を提供し、
− 試験しようとする化合物/物質を、本発明の少なくとも1つの変異第IX因子と接触させ、
− 前記化合物/物質が、少なくとも1つの変異第IX因子に結合するかどうかを決定し、
− 場合により、前記化合物/物質が、少なくとも1つの変異第IX因子の活性をモデュレーションするかどうかを決定する。
以下の実施例および図面は本発明を説明するものであるが、しかしながらそれを制限するものではない。
第IX因子のアミノ酸およびヌクレオチド配列。導入した突然変異が強調されている。 F.IX−、F.X−およびF.VIII−欠損血漿中における野生型第IX因子(WT)またはFTT置換を含むF.IX変異体(FTT)の凝固活性:(A)F.IX−欠損血漿。(B)F.X−欠損血漿。(C)F.VIII−欠損血漿。数値は、F.IXの抗原レベル(%)によって割った活性(%)(+/−標準偏差)を示す。予期した通り、WT F.IXは、活性をF.IX欠損血漿中で試験した場合には1の商を有するが(A参照)、FX−またはF.VIII−欠損血漿中では全く活性を有さない(BおよびC参照)。FTT置換を含む変異体(FTT)は、F.VIII−欠損血漿中において100%(5000ng/ml)のF.IX抗原レベルで2%の活性を示すが(C参照)、F.X−欠損血漿中における活性は無視できる程度であった(B参照)。 組織培養液におけるF.IX発現(A)またはマウスにおける肝特異的発現(B)のためのF.IX発現カセット。F.IX変異体を作製するための突然変異を、K265Tアミノ酸置換について強調したように部位特異的突然変異誘発によって導入した。 F.VIIIに対する高力価の阻害抗体によって引き起こされた後天型の血友病Aを患う患者の血漿中におけるaPTTに基づいた一段F.VIIIアッセイ。正常な対照血漿、F.IX WT、または変異体K265T(T)もしくはV181I/K265T/I383V(ITV)を、等容量(1:1)で患者の血漿中へと混合した。混液を37℃で2時間インキュベーションし、その後、凝固活性を、F.VIII欠損血漿中において決定した。正常な対照血漿は凝固時間を正常化しなかったかまたは不十分にしか正常化しなかったが、F.IX変異体TおよびITVは、それぞれ50%または100%の正常ヒトF.IX抗原レベルにおいて凝固時間の有意な短縮をもたらした。阻害性抗F.VIII抗体の存在下において観察された凝血機能は、F.VIII欠損血漿中における以前に列挙された数値と良好に準拠している。グラフは、平均値を、エラーバーとしての平均の標準誤差と共に示す。F.IX WTと比較したスチューデントt検定はp<0.05。 FIX変異体は、F.VIIIノックアウトマウスにおける凝固時間を部分的に修正する。10〜50μg/マウスの用量のF.IX、すなわちWTまたは変異体[K265T(T)、V181I/K265T/I383V(ITV)またはV181I/K265T/R338A/S377W/I383V(ITAWV)]の肝臓由来発現のための非ウイルスミニサークルベクターを、F.VIIIノックアウトマウスに水力学的注射技術によって注射した。注射から3日後に、血液を、マウス血漿中のF.IX抗原(ELISA)およびF.VIIIバイパス活性(F.VIII欠損血漿中における一段アッセイ)測定のためにマウスから採取した。F.IX WT発現マウスは、全発現レベルにおよび基線付近のバイパス活性を示したが、正常なF.VIII活性の35%以下のF.VIIIバイパス活性が変異体において高い発現レベルで測定された(約20μg/ml)。全ての変異体についてF.IX抗原レベルとF.VIIIバイパス活性との間に良好な相関が存在し、F.IX ITAWVが最も高いFVIIIバイパス活性を示し、F.IX Tが最も低いFVIIIバイパス活性を示した。各データ点は、単一マウスの測定を示す。 F.IX変異体は、FVIIIノックアウトマウスの出血を停止する。非ウイルス遺伝子導入後のF.IX WTまたは変異体[K265T(T)、V181I/K265T/I383V(ITV)またはV181I/K265T/R338A/S377W/I383V(ITAWV)]を発現しているF.VIIIノックアウトマウスを、テールクリップアッセイによって攻撃した。簡潔には、マウスを麻酔し、尾を37℃の食塩水溶液中で前加熱した。その後、尾を1.5mm(A)または3mm(B)のいずれかの直径で切断し、血液を温食塩水溶液中に収集した。10分後、マウスの尾を縫合し、そして焼灼して出血を止めた。失血を、食塩水溶液中に失われたヘモグロビンの吸光度(OD492nm)測定によって定量した。両方の出血モデルにおいて、F.IX WT発現マウスまたはベクターで処置していないマウスのいずれかと比較して、全てのF.IX変異体処置マウス群について失血の有意な減少があった。この改善は、止血の正常なC57BL/6マウスと比較してより誘発的な3mmモデルにおいて見られるような部分的な修正であった。マウスの数および平均的発現レベルが、各マウス群についてグラフの下に示されている。各々の棒は、失血の平均値を、エラーバーとしての平均の標準誤差と共に示す。F.IX WTと比較したスチューデントt検定は0.05未満。 F.IX変異体は、F.VIIIに対する高力価の阻害抗体を有するF.VIIIノックアウトマウスの出血を停止する。F.VIIIに対する阻害抗体を、プラスミドベクターを用いたF.VIII遺伝子導入を使用した肝臓への非ウイルス遺伝子導入によってF.VIIIノックアウトマウスにおいて誘導した。遺伝子導入を、注射から3日後にF.VIII測定によって決定した。我々は、6週間後、高力価(20,000〜100,000ng/ml)の抗FVIII抗体の存在並びに残留F.VIII抗原および活性の非存在を一段アッセイおよびELISAアッセイによって確認した。その後、マウスを、F.IX WTまたは変異体の発現のためにミニサークル遺伝子導入によって処理し、そして3日後にテールクリップアッセイによって攻撃した。各群のマウスの数および平均的F.IX発現レベルをグラフの下に示す。対照群間(ベクター無しおよびF.IX処置マウス)で失血にいくらかのばらつきが見られたが、3つ全ての変異体群[K265T(T)、V181I/K265T/I383V(ITV)またはV181I/K265T/R338A/S377W/I383V(ITAWV)]における失血は有意に減少した。各々の棒は、失血の平均値を、エラーバーとしての平均の標準誤差と共に示す。スチューデントt検定<0.05。 265位は、F.IX変異体のF.VIIIバイパス活性のための主要な決定基である。F.VIII非依存性活性を有するF.IX変異体における265位の役割を調査するために、全てのタンパク新生アミノ酸を、追加のV181IおよびI383V置換を有していたF.IX分子中のこの位置に導入した。前記変異体をHEK293細胞で発現させ、F.IX抗原レベルをELISAによって決定し、そしてF.IX欠損およびF.VIII欠損血漿中におけるF.IX活性を前記したように一段アッセイによって決定した。各々の点は、単一変異体の平均を、エラーバーとしての平均の標準誤差と共に示す。実験を三重に行ない、そして少なくとも2回は繰り返した。野生型(WT)はV181I/K265/I383をいい、ITVはV181I/K265T/I383Vをいい、IAVはV181I/K265A/I383Vをいう。Y軸はF.IXの比活性を示し(F.IX抗原で割ったF.IX活性%)、F.IX WTを100%と設定する。X軸は同じ比を示すが、今回は活性測定をF.VIII欠損血漿中で行なった。残基265をトレオニンから天然に存在するリジンへと戻すことにより(V181I/265K/I383V、IKV)、ほぼ完全にF.VIII非依存性活性が消失した。驚くべきことに、他のアミノ酸置換、特に変異体K265A/V181I/I383V、K265G/V181I/I383V、K265V/V181I/I383V、K265N/V181I/I383VまたはK265D/V181I/I383Vにおけるアミノ酸置換では、K265T/V181I/I383Vと類似したF.VIIIバイパス活性が得られ、K265A/V181I/I383Vにおいて最も高かった。この結果は意外であった。なぜなら以前に記載された単一K265A置換を有する第IX因子変異体のF.VIII非依存性活性ははるかにより低い範囲であったからである(Kolkman and Mertens, 2000)。
実施例
実施例1
本発明者らは、テナーゼ複合体で会合した場合においてより多く観察されそうな状態へのF.IXの活性部位コンフォメーションの改変は、F.VIIIの非存在下において増加した活性を有するタンパク質を生じるだろうという仮説を探求した。
突然変異は、文献において入手可能なF.XによってF.IXの残基を比較および置換する構造研究に基づいて選択された(Hopfner et al., 1997; Sichler et al., 2003)。
本発明者らは最初に突然変異Y259F/K265T/Y345T(FTT)をF.IXに導入し、そして組織培養液中でタンパク質を発現させた。基本的にはF.IX比活性に対する効果は全く見られなかったが;しかしながら、F.VIII欠損血漿中の活性は劇的に増加した。この活性は依然としてF.IX比活性のほんの一部であるので(100%のF.IX抗原は、2%の「F.VIII様」活性に相当する)、本発明者らは変異タンパク質を、20,000〜40,000ng/mlの濃度まで濃縮した(正常な血漿中濃度の400〜800%)。この濃度において30%超までの「F.VIII様」活性を測定できたが、WT F.IXまたは陰性対照においては活性は全く検出されなかった。
野生型タンパク質(WT)と比較したF.VIII−、F.IX−またはF.X−欠損血漿中におけるFTT変異体の活性の比較を図2に示す。
実施例2
本発明者らは、FTT変異体の特性をさらに向上させるために、FTT変異体をいくつかの他の突然変異と組み合わせて、異なる特性を有するF.IX分子を生成した。
表1は、試験した突然変異の概観およびF.VIII−またはF.IX−欠損血漿における変異体の活性を示す。
実施例3
FTT変異体の3つ全ての置換(Y94F、K98TおよびY177Tキモトリプシン番号付け)が同時に存在する場合にのみ、(13)は、発色基質に対する切断短縮F.IX(rf9)の増加した効果を記載したので、本発明者らは、最初に、実験のために組み合わせた変異体を使用した。
しかしながら、本発明者らはまた、単一突然変異も試験し、そして驚くべきことに、必要な唯一の置換はK265T(すなわちK98T)変異体であり、他はF.VIIIの存在下および非存在下においてプロテアーゼ活性を悪化させてさえいることを発見した(表1)。
実施例4
本発明者らはさらに変異体を試験し、そしてそれらを組み合わせてF.VIIIの存在下において高いF.IX活性を有する分子を得た。
表3は、10倍を超えて活性の増加したいくつかの変異体を示す。この表からも明らかなのは、所望の増加した活性を有する突然変異を組み合わせることにより、最も高い活性レベルを有する組合せ変異体が得られるという事実である。R338A/S377Wのような変異体のいくつかもまた、F.VIIIの非存在下におけるその活性について試験した(表1)。しかしながら、K265T変異体と組み合わせた場合にのみF.VIII非依存性F.IX活性に対する増強された効果を観察できた。
実施例5
本発明者らは、所望の特性を有する変異体を構築するために、所望の効果を有する単一の突然変異を組み合わせて、さらに増加した所望の高い活性を有する変異体を得た。例えば、K265T変異体は、F.VIIIの非存在下において6.6%の活性を有し、そしてF.VIIIの存在下において191%の活性を有する。本発明者らは、F.VIIIの非存在下においては可能な最も高い活性を得るがF.VIIIの存在下においては全くまたはほんの中程度の増加しか得ないようにするために、K265T突然変異を突然変異I383VまたはV181Iのいずれかと組み合わせた。得られた変異体V181I/K265TおよびK265T/I383VはF.VIIIの非存在下において9.0%および8.7%の活性を有し、そしてF.VIIIの存在下においては219%および139%の活性を有した。F.VIIIの非存在下におけるこの中程度の活性の増加を、3つ全ての突然変異を変異体V181I/K265T/I383Vへと組み合わせることにより、F.VIIIの存在下における活性を増加させることなく、それぞれ16.4%および209%へと有意に向上させることができた。
試験した組合せの要約を表1に示し、そして単一変異体の効果を表2に要約する。
実施例6
F.IX変異体は、阻害抗体の存在下において凝固時間を修正する。
我々は、FVIIIに対して指向される阻害抗体の存在下においてF.IX変異体の機能性を確認するために、後天型血友病Aを患う患者の血漿中においてaPTTに基づいた一段F.VIIIアッセイを行なった(図4)。正常な対照血漿、F.IX WTまたは変異体K265T(T)もしくはV181I/K265T/I383V(ITV)を等容量(1:1)で患者の血漿中に混合した。混液を37℃で2時間インキュベーションし、その後、F.VIII欠損血漿中で凝固活性を決定した。正常な対照血漿は凝固時間を正常化しなかったかまたは不十分にしか正常化しなかったが、F.IX変異体TおよびITVは、それぞれ50%または100%の正常ヒトF.IX抗原レベルにおいて凝固時間の有意な短縮をもたらした。阻害性抗F.VIII抗体の存在下において観察された凝血機能は、F.VIII欠損血漿中における以前に列挙された数値と良好に準拠している(表1)。それ故、結果は、高力価のF.VIIIインヒビターの存在下においても、試験したF.IX変異体の機能を確認する。
実施例7
F.IX変異体はin vivoにおいて凝血を修正する。
我々は、以下の実験において、F.IX変異体が実際にin vivoにおいて止血を改善でき、それ故、バイパス治療薬としてF.IX変異体を使用するアプローチの実行可能性についての概念実証を提供し得るかどうかを試験することを目標とした。我々は、試験のために、F.IXの肝臓由来発現のための非ウイルスミニサークルベクター系を使用した。WTまたは変異体F.IX[K265T(T)、V181I/K265T/I383V(ITV)またはV181I/K265T/R338A/S377W/I383V(ITAWV)]のためのベクターを、F.VIIIノックアウトマウスの尾静脈に水力学的注射技術を使用して注射した。注射から3日後に、血液を、マウス血漿中のF.IX抗原(ELISA)およびF.VIIIバイパス活性(F.VIII欠損血漿中における一段アッセイ)測定のためにマウスから採取した。F.IX WT発現マウスは、全発現レベルにおよび基線付近のバイパス活性を示したが、正常なF.VIII活性の35%以下のF.VIIIバイパス活性が変異体において高い発現レベルで測定された(約20μg/ml)。全ての変異体についてF.IX抗原レベルとF.VIIIバイパス活性との間に良好な相関が存在し、F.IX ITAWVが最も高いF.VIIIバイパス活性を示し、F.IX Tが最も低いF.VIIIバイパス活性を示した(図5)。これらの結果は、マウス系においても変異体の機能性を確認する。その後、我々は、テールクリップアッセイによって異なるマウス群を攻撃した。その後、尾を1.5mm(図6A)または3mm(図6B)の直径のいずれかで切断し、そして血液を収集した。10分後、出血は停止し、そして失血を定量した。両方の出血モデルにおいて、F.IX WT発現マウスまたはベクターで処置していないマウスのいずれかと比較して、全てのF.IX変異体処置マウス群について失血の有意な減少があった。この改善は、血友病ではないC57BL/6マウスと比較してより誘発的な3mmモデルにおいて見られるような部分的な修正であった。これは、F.IX変異体が実際にin vivoにおいて止血活性治療薬として作用できるという最初の証拠である。
実施例8
F.IX変異体は、阻害抗体の存在下において出血を停止する。
次に、F.VIIIに対する高力価の阻害抗体の存在下におけるF.IX変異体の機能性を確認した。この理由から、抗F.VIII抗体をF.VIIIノックアウトマウスに、C.Miaoおよび共同研究者(Ye et al., 2004)によって導入されたインヒビター誘導モデルを使用して誘導した。最初のF.VIII発現は、プラスミドベクターを使用した肝臓への非ウイルスF.VIII遺伝子導入を使用して得られた。我々は、6週間後、高力価(20,000〜100,000ng/ml)の抗F.VIII抗体の存在並びに残留F.VIII抗原および活性の非存在を一段アッセイおよびELISAアッセイによって確認した。その後、マウスを、F.IX WTまたは変異体の発現のためにミニサークル遺伝子導入によって処理し、そして3日後にテールクリップアッセイによって攻撃した(図7)。対照群間(ベクター無しおよびFIX WT処置マウス)の失血は、3つ全ての変異体処置群[K265T(T)、V181I/K265T/I383V(ITV)またはV181I/K265T/R338A/S377W/I383V(ITAWV)]における出血と比較して有意により高かった。それ故、F.VIIIに対する阻害抗体の存在下および非存在下の両方におけるF.IX変異体の機能性を確認した。
実施例9
本発明者らは、さらなる実験において、265位における異なるアミノ酸を試験し、ここで、使用した構築物はさらに181位および383位における突然変異を含んだ(すなわちV181IおよびI383V)。使用したベクター構築物はpAAV−CMV−hF.IXであった。変異体をHEK293細胞で発現させ、F.IX抗原レベルをELISAによって決定し、そしてF.IX欠損およびF.VIII欠損血漿中におけるF.IX活性を前記したように一段アッセイによって決定した。残基265をトレオニンから天然に存在するリジンへと戻すことにより(V181I/265K/I383V、IKV)、ほぼ完全にF.VIII非依存性活性が消失した。驚くべきことに、他のアミノ酸置換、特に変異体K265A/V181I/I383V、K265G/V181I/I383V、K265V/V181I/I383V、K265N/V181I/I383VまたはK265D/V181I/I383Vにおけるアミノ酸置換では、K265T/V181I/I383Vと類似したF.VIIIバイパス活性が得られ、K265A/V181I/I383Vにおいて最も高かった。結果を表4および図8に示す。見て分かるように、265位に小さなアミノ酸残基を有する突然変異体は、より高い凝固活性を示し、一方、突然変異K265TおよびK265Aは最も高い凝固活性の増加を示す。この結果は意外であった。なぜなら、以前に記載された単一K265A置換を有する第IX因子変異体のF.VIII非依存性活性ははるかにより低い範囲であったからである(Kolkman and Mertens, Biochemistry 2000, 39, 7398-7405)。
材料および方法
プラスミド構築物および非ウイルスベクター
FIX変異体のための2つの異なる発現ベクターを実験に使用した。組織培養のためのベクター(図3A)は、以前に記載(Schuettrumpf et al., 2005)されたようなCMVプロモーターによって駆動される1.4kbの切断短縮イントロン1を有するF.IXからなっていた。所望の変異体をコードするヌクレオチド変化を、このプラスミドに、標準的な部位特異的突然変異誘発によって導入した。
肝臓に指向される遺伝子導入のための発現ベクター(図3B)は、肝遺伝子座制御領域1、ヒトα−1抗トリプシンプロモーター、切断短縮1.4kbイントロン1を含むF.IXミニ遺伝子、および小さな改変を加えた記載(Miao et al., 2000)のようなウシ成長ホルモンポリアデニル化シグナル(HCR/hAAT−F.IX)からなっていた。発現カセットを、Mark Kay (Chen et al., 2005)によって親切にも提供されたミニサークル生産プラスミドに導入した。このシステムにより、環状DNAベクターのための細菌プラスミド骨格配列の削除が可能となる。簡潔には、インテグラーゼ認識配列によってフランキングされるF.IXのための発現カセットを含む全プラスミドをE.coli細菌中で増殖させる。誘導性ファージΦC31インテグラーゼおよび誘導性エンドヌクレアーゼI−SceIはその認識部位と共に、プラスミドの他方(親)部分に位置している。一晩増殖させた後、インテグラーゼはアラビノースの添加により活性化される。インテグラーゼの活性化により2つのサークルが形成され、一方は発現カセットのみを含み、他方はプラスミドの残り全てを含む。その後、条件(pH、温度およびナトリウム含量)をエンドヌクレアーゼのために調整し、このエンドヌクレアーゼも同様にアラビノースによって誘導された。この酵素は細菌プラスミド骨格中で切断するが、ミニサークル中に含まれる発現カセットは切断せず、よってミニサークルは細菌中に留まり、一方、プラスミドの残りは分解される。その後、ミニサークルを通常のワンステップアフィニティーカラムで精製し、そして調製物中の残留細菌DNA混入物を、NruI制限酵素消化を用いて細菌骨格を線状化し、その後、プラスミド−セーフATP依存性DNase(Epicentre Biotechnologies, Madison, WI)を用いてエキソヌクレアーゼ分解することによって除去した。最後に、我々は、フェノール−クロロホルム抽出を介して消化物からエピソームDNAを単離し、これにより高純度のミニサークル(MC−HCR/hAAT−F.IX)が回収された。
マウスにおける肝臓指向遺伝子の導入後のインヒビター誘導のためのF.VIII発現ベクターを、HCR/hAAT−F.IX構築物と同じように構築し、差異は、F.IXをB−ドメイン欠失F.VIII遺伝子と交換したことであった。さらに、ミニサークルベクターの代わりにpSL1180骨格を含むプラスミドベクターを使用した。
変異体試験のためのin vitroにおけるF.IXの発現
HEK−293を、標準的なリン酸カルシウムトランスフェクション法によってCMV−F.IXプラスミドを用いてトランスフェクションし、そして10μg/mlのビタミンKを添加した無血清培地中に維持した。トランスフェクションから48時間後に、細胞の上清を回収し、そして細胞を収集した。上清のアリコートを採取し、そしてF.IX抗原レベルおよび活性について試験した。F.VIII活性の疑われる突然変異体のために、上清の残りを、Vivaspin 20(登録商標)(Viva Science AG, Hannover, Germany)濃縮法を使用して濃縮した。この方法を用いると25,000ng/mlの濃度(正常な血漿活性の500%)が容易に得られる。これによりF.VIII欠損血漿中のプロテアーゼ活性の正確な試験が可能となった。毎回実験を行ない、WT F.IX、F.IX S365R(活性無し)およびトランスフェクションしていない細胞を対照として使用する。全ての実験を少なくとも1回は繰り返し、そして3重に行なった。
F.VIII、F.IXおよびF.VIIIインヒビターアッセイ
F.IX濃度を、酵素結合イムノソルベントアッセイ(ELISA)を使用して決定し、ここで、ヒトF.IXに対するモノクローナル抗体であるクローンHIX−1(Sigma, St Louis, MO)を、1:800の希釈度で捕獲抗体として使用し、そして検出抗体として、ペルオキシダーゼコンジュゲートポリクローナルヤギ抗ヒトF.IX(Affinity Biologicals, Hamilton, ON)を、1:1000の希釈度で使用した。F.IXの機能的活性を、25μlのヒトFIXまたはFVIII欠損血漿を25μlの自動活性化部分トロンボプラスチン時間(aPTT)試薬(Dade Behring, Marburg, Germany)および合計で25μlの希釈していない試験試料(または必要である場合には、試料をイミダゾール緩衝液中で3分間37℃で希釈した)と共にインキュベーションする改変された一段因子アッセイによって決定した。その後、25μlの25mM CaClを加え、そして血塊形成までの時間をフィブロメーターを使用して測定した。FVIIIに対する抗体を、プレートを1μg/mlの精製組換えFVIII(Cogenate, Bayer HealthCare, Leverkusen, Germany)を用いてコーティングすることによって、小さな改変を加えて記載(Schuettrumpf et al., 2005)のように、マウス免疫グロブリンG(IgG)サブクラス(IgG1およびIgG2)に対する特異的ELISAによって測定した。F.VIIIインヒビターマウスの血漿中のFVIII活性を、発色性FVIII:Cアッセイ(Haemochrom Diagnostica, Essen, Germany)を使用することによって決定した。FVIII抗原レベルの決定を、American Diagnostica (Pfungstadt, Germany)からのELISAキットを使用して行なった。
マウスモデル
全ての動物手順は、地域の動物の管理、保護および使用の当局によって認可された。FVIIIの欠損したマウスは、The Jackson Laboratory (Bar Harbour, Maine, USA)から得られた。C57Bl/6マウスはHarlan (Indianapolis, Indiana)から購入した。非ウイルス遺伝子導入のために、ベクターを水力学的注射技術によって以前に記載(Schuettrumpf et al., 2008)されているように投与した。簡潔には、マウス1匹あたり2mlの容量の生理食塩水溶液中10〜50μgの用量の非ウイルスベクターを5〜8秒間でマウスの尾静脈に注射した。以下の実験の間、次いで、血液をマウスから、後眼窩出血によって、または尾切断後の出血によってのいずれかにより採取した。
失血アッセイ
尾出血は、注射したベクターに対してブラインドで行なった。マウスを麻酔し、そして遠部の尾(1.5または3mmの直径)を切断し、そして直ちに37℃の食塩水溶液に浸漬した。失血を、報告されているように、尾を入れた食塩水溶液中におけるヘモグロビンの吸光度(A492nm)を測定することによって決定した。Schuettrumpf et al., 2005。
表1
F.VIIIの非存在下および存在下における第IX因子変異体の凝固活性。数値は%で示し、F.IXおよびF.VIIIの両方の正常なヒトレベルを有する正常なヒトプール血漿中の野生型第IX因子の活性を100%とする。平均の標準誤差(S.E.M)。
表2
血友病Bの処置のための第IX因子変異体。タンパク質は、変化した第IX因子比活性を示す(野生型F.IXと比較した%)。
F.VIIIの非存在下におけるF.IX活性は、一段アッセイ法によって検出限界より下である。平均の標準誤差(S.E.M.)。
表3
F.VIIIの非存在下または存在下におけるF.IX凝固活性に対するK265Tへの突然変異付加の効果。
U:凝固活性上昇;D:凝固活性下降;
N:凝固活性に変化無し、ここで、N(U):傾向上昇またはN(D):傾向下降。
表4
F.VIIIの非存在下および存在下における第IX因子変異体の凝固活性。数値は%で示し、F.IXおよびF.VIIIの両方の正常なヒトレベルを有する正常なヒトプール血漿中の野生型第IX因子の活性を100%とする。平均の標準誤差(S.E.M)。
野生型(WT)はV181/K265/I383をいい、ITVはV181I/K265T/I383Vをいい、IAVはV181I/K265A/I383Vをいい、以下同様である。
F.IX活性は、F.VIIIを伴う活性をいう;
F.VIIIバイパス活性は、F.VIIIを伴わない活性をいう。
前記、特許請求の範囲および/または添付の図面に開示した特徴は、別々におよびその任意の組合せの両方において、その多様な形態で本発明を実現するための材料であり得る。


Claims (23)

  1. 補因子の非存在下において凝固活性を有することを特徴とする第IX因子(F.IX)または活性化第IX因子(F.IXa)の変異体であって、
    前記補因子は第VIII因子(F.VIII)または活性化第VIII因子(F.VIIIa)であり、
    前記第IX因子または活性化第IX因子の変異体は、配列番号2の47番目ないし461番目のアミノ酸配列を含み、265位のアミノ酸置換を、アミノ酸置換V181Iおよびアミノ酸置換I383Vと組み合わせて含み、
    265位のアミノ酸置換は、K265T、K265A、K265D、K265E、K265F、K265G、K265H、K265I、K265N、K265SおよびK265Vから選択され、
    前記第IX因子または活性化第IX因子の配列番号2の302番目ないし314番目のアミノ酸配列は、265位に対応する配列番号2の311番目のアミノ酸を除いてアミノ酸の変化はない、
    変異第IX因子。
  2. I290L、E388G、N34D、F25Y、F353Y、R358A、R338A、R338L、S377W、G4Y、V86A、V217Lおよび/またはE277Aから選択されたアミノ酸置換をさらに含む、請求項1の変異第IX因子。
  3. 265位のアミノ酸置換が、K265T、K265A、K265G、K265V、K265NおよびK265Dから選択される、請求項2の変異第IX因子。
  4. アミノ酸置換K265Tを、V181IおよびI383Vの位置におけるアミノ酸置換と組み合わせて含み、さらに290、388、34、25、353および/または358から選択された位置におけるアミノ酸置換を含む、
    請求項1〜3のいずれかの変異第IX因子。
  5. アミノ酸置換K265Tを、V181IおよびI383Vの位置におけるアミノ酸置換と組み合わせて、そしてI290L、E388G、N34D、F25Y、F353Yおよび/またはR358Aから選択されたアミノ酸置換と組み合わせて含む、
    請求項1〜4のいずれかの変異第IX因子。
  6. さらにI290L、R338A、R338L、S377W、G4Y、V86A、V217Lおよび/またはE277Aから選択されたアミノ酸置換を含む、
    またはアミノ酸置換K265Tを、V181IおよびI383Vのアミノ酸置換と組み合わせて含み、I290L、R338A、R338L、S377W、G4Y、V86A、V217Lおよび/またはE277Aから選択されたアミノ酸置換と組み合わせて含む、
    請求項1〜5のいずれかの変異第IX因子。
  7. 異体K265A/V181I/I383Vまたは
    変異体K265A/V181I/I383V/R338A/S377W
    から選択される、請求項の第IX因子変異体。
  8. 補因子の非存在下において凝固活性を有することを特徴とする第IX因子(F.IX)または活性化第IX因子(F.IXa)の変異体であって、
    前記補因子は第VIII因子(F.VIII)または活性化第VIII因子(F.VIIIa)であり、
    前記第IX因子または活性化第IX因子の変異体は、
    配列番号2の47番目ないし461番目のアミノ酸配列を含み、
    変異体K265T/V181I/I383V、
    変異体K265A/V181I/I383V、
    変異体K265G/V181I/I383V、
    変異体K265V/V181I/I383V、
    変異体K265N/V181I/I383V、
    変異体K265D/V181I/I383V、
    変異体K265E/V181I/I383V、
    変異体K265F/V181I/I383V、
    変異体K265H/V181I/I383V、
    変異体K265I/V181I/I383V、または
    変異体K265S/V181I/I383V
    から選択され、
    前記第IX因子または活性化第IX因子の変異体の配列番号2の302番目ないし314番目のアミノ酸配列は、265位に対応する配列番号2の311番目のアミノ酸を除いてアミノ酸の変化はない、
    変異第IX因子。
  9. タンパク質、ラベルおよび/またはポリマーを含む、請求項1〜のいずれかの変異第IX因子。
  10. 前記タンパク質、ラベルおよび/またはポリマーが共有結合的に付着している、請求項の変異第IX因子。
  11. 請求項1〜のいずれかの変異第IX因子をコードする核酸。
  12. プロモーターおよび/または転写終結配列に作動可能に連結した、請求項11の核酸。
  13. 発現プラスミド、遺伝子療法構築物、ウイルスもしくは非ウイルスベクターまたは遺伝子修復のための鋳型である、請求項11または12の核酸。
  14. 請求項1〜10のいずれかの第IX因子(F.IX)の少なくとも1つの変異体または請求項1113のいずれかの少なくとも1つの核酸を含む、薬学的組成物。
  15. 薬学的に許容される担体および/または賦形剤を含む、請求項14の薬学的組成物。
  16. 疾病の診断、予防および/または処置に使用する医薬の製造のための、請求項1〜10のいずれかの第IX因子(F.IX)変異体、請求項1113のいずれかの核酸または請求項14または15の薬学的組成物の使用
  17. 前記疾病が出血性疾患または出血である、請求項16使用
  18. 前記出血が、ハイリスクな手術、骨髄移植、大きな損傷、脳出血および血小板機能異常症に関連した失血に関連する、請求項17の使用。
  19. 前記出血性疾患が、血友病A、F.VIII因子もしくはF.VIIIa因子に対する阻害抗体によって引き起こされたかもしくは併発した血友病、血友病Bであり、
    そして/または、出血性疾患が、重度の肝疾病;外傷性失血;血小板減少症および血小板機能異常症;経口抗凝血療法の速やかな是正;第V因子、第VII因子、第X因子および第XI因子の先天性欠損症;並びにフォンヴィルブランド因子に対するインヒビターによるフォンヴィルブランド病、大きな損傷に関連した失血、脳出血、血小板機能異常症を含む、バイパス剤が使用される出血性疾患である、請求項17使用
  20. 前記バイパス剤が使用される出血性疾患は新生児凝固障害である、請求項19の使用。
  21. 細胞療法、遺伝子療法またはタンパク質輸液療法のための、請求項1619のいずれかの使用
  22. 請求項1〜10のいずれかの変異第IX因子の使用を含む、抗凝血物質をスクリーニングする方法。
  23. 前記抗凝血物質が、活性化第IX因子(F.IXaを直接的に阻害する物質である、請求項22の方法。
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