JP6474524B1 - Method for controlling affinity of antibody for antigen, antibody with modified affinity for antigen, and method for producing the same - Google Patents

Method for controlling affinity of antibody for antigen, antibody with modified affinity for antigen, and method for producing the same Download PDF

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Abstract

【課題】抗体の抗原に対する親和性を制御する技術及び抗原に対する親和性が改変された抗体を提供することを課題とする。
【解決手段】相補性決定領域(CDR)のアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性に応じて、抗体におけるChothia法で定義されるフレームワーク領域3の少なくとも3つのアミノ酸残基を、荷電アミノ酸残基で置換することにより、上記の課題を解決する。
【選択図】なし
It is an object of the present invention to provide a technique for controlling the affinity of an antibody for an antigen and an antibody having a modified affinity for the antigen.
According to the electrical characteristics of CDR based on the amino acid sequence of complementarity determining region (CDR), at least three amino acid residues in framework region 3 defined by Chothia method in antibodies are charged amino acid residues. The above problem is solved by substituting.
[Selection figure] None

Description

本発明は、抗体の抗原に対する親和性を制御する方法に関する。また、本発明は、抗原に対する親和性が改変された抗体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a method for controlling the affinity of an antibody for an antigen. The present invention also relates to an antibody having a modified affinity for an antigen and a method for producing the same.

従来、抗体のアミノ酸配列に変異を導入することにより、該抗体の抗原に対する親和性を改変させる技術が知られている。例えば、特許文献1には、抗体の相補性決定領域(CDR)のアミノ酸配列に変異を導入して、該抗体の抗原に対する親和性を低下させる方法が記載されている。   Conventionally, a technique for modifying the affinity of an antibody for an antigen by introducing a mutation into the amino acid sequence of the antibody is known. For example, Patent Document 1 describes a method of introducing a mutation into the amino acid sequence of an antibody complementarity determining region (CDR) to reduce the affinity of the antibody for an antigen.

CDRではなく、可変領域にあるフレームワーク領域のアミノ酸配列に変異を導入して、抗原に対する親和性を改変することも知られている。例えば、非特許文献1及び特許文献2には、トロポニンIに結合する一本鎖抗体(scFv)のフレームワーク領域3に位置する60番目、63番目、65番目及び67番目のアミノ酸残基を、塩基性アミノ酸であるリジン又はアルギニン残基に置換したことが記載されている。トロポニンIは、荷電アミノ酸の含有量が多い抗原である。非特許文献1及び特許文献2では、まず、pIが3.57である酸性エピトープを認識する一本鎖抗体及びpIが11.45である塩基性エピトープを認識する一本鎖抗体を作製している。非特許文献1及び特許文献2には、これらの一本鎖抗体への塩基性アミノ酸残基の導入により生じる電気的引力を利用して、トロポニンIへの親和性を向上できたことが記載されている。   It is also known that the affinity for an antigen is altered by introducing a mutation into the amino acid sequence of the framework region in the variable region instead of the CDR. For example, in Non-Patent Document 1 and Patent Document 2, the 60th, 63rd, 65th and 67th amino acid residues located in the framework region 3 of a single chain antibody (scFv) that binds to troponin I, It is described that a basic amino acid is substituted with a lysine or arginine residue. Troponin I is an antigen with a high content of charged amino acids. In Non-Patent Document 1 and Patent Document 2, firstly, a single-chain antibody that recognizes an acidic epitope whose pI is 3.57 and a single-chain antibody that recognizes a basic epitope whose pI is 11.45 are prepared. Non-Patent Document 1 and Patent Document 2 describe that affinity for troponin I could be improved by utilizing the electric attractive force generated by the introduction of basic amino acid residues into these single-chain antibodies. ing.

米国特許出願公開第2012/0329995号明細書US Patent Application Publication No. 2012/0329995 国際公開第2013/084371号パンフレットInternational Publication No. 2013/084371 Pamphlet

Fukunaga A及びTsumoto K, Improving the affinity of an antibody for its antigen via long-range electrostatic interactions, Protein Eng. Des. Sel. vol.26, no.12, p.773-780, 2013Fukunaga A and Tsumoto K, Improving the affinity of an antibody for its antigen via long-range electrostatic interactions, Protein Eng. Des.Sel.vol.26, no.12, p.773-780, 2013

非特許文献1及び特許文献2には、抗体抗原反応における結合速度定数を増加させる観点から、抗トロポニンI抗体のフレームワーク領域3(FR3)に上記のような変異を導入して、トロポニンIへの親和性を向上させている。しかし、これらの文献には、抗トロポニンI抗体以外の抗体も、同じ手法によって抗原への親和性を改変できるかについては記載されていない。   In Non-Patent Document 1 and Patent Document 2, from the viewpoint of increasing the binding rate constant in the antibody-antigen reaction, a mutation as described above is introduced into the framework region 3 (FR3) of anti-troponin I antibody to troponin I. Improves affinity. However, these documents do not describe whether antibodies other than anti-troponin I antibodies can modify the affinity for antigens by the same technique.

また、非特許文献1及び特許文献2には、抗原への親和性を向上させたことしか記載されていない。一方、抗体を試薬として利用する場合、抗原への親和性が向上した抗体だけでなく、親和性が低下した抗体が求められることもある。例えば、抗原に対する親和性が低下した抗体は、抗原抗体反応の適切な対照として使用できる。よって、抗体の抗原に対する親和性を制御する技術の確立が望まれる。   Further, Non-Patent Document 1 and Patent Document 2 only describe improvement in affinity for an antigen. On the other hand, when an antibody is used as a reagent, not only an antibody having improved affinity for an antigen but also an antibody having reduced affinity may be required. For example, an antibody with reduced affinity for an antigen can be used as a suitable control for an antigen-antibody reaction. Therefore, establishment of a technique for controlling the affinity of an antibody for an antigen is desired.

本発明者らは、抗体のFR3のアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換すると、抗体の種類に応じて、抗原に対する親和性を向上又は低下できることを見出した。そして、そのような親和性の変化の差が、CDRに含まれる荷電アミノ酸残基の数に基づいて決定されるCDRの電気的特性と関連することを見出して、本発明を完成した。   The present inventors have found that when the amino acid residue of FR3 of an antibody is substituted with a charged amino acid residue, the affinity for an antigen can be improved or decreased depending on the type of antibody. Then, the inventors have found that such a difference in affinity change is related to the electrical characteristics of the CDR determined based on the number of charged amino acid residues contained in the CDR, thereby completing the present invention.

よって、本発明は、抗体の抗原に対する親和性を制御する方法を提供する。この方法では、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換する。   Thus, the present invention provides a method for controlling the affinity of an antibody for an antigen. In this method, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method are substituted with charged amino acid residues in an antibody whose CDR electrical characteristics based on the CDR amino acid sequence are neutral or negatively charged.

また、本発明は、抗原に対する親和性が改変された抗体の製造方法を提供する。この方法は、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換する工程と、置換工程で得られた抗体を回収する工程とを含む。   The present invention also provides a method for producing an antibody with an altered affinity for an antigen. This method comprises the steps of substituting at least three amino acid residues of FR3 defined by Chothia method with charged amino acid residues in an antibody having a neutral or negative electric charge of CDR based on the amino acid sequence of CDR; Recovering the antibody obtained in the substitution step.

さらに、本発明は、抗原に対する親和性が改変された抗体を提供する。この抗体においては、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷であり、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が、荷電アミノ酸残基に置換されている。   Furthermore, the present invention provides antibodies with altered affinity for antigen. In this antibody, the electrical property of CDR based on the amino acid sequence of CDR is neutral or negative charge, and at least three amino acid residues of FR3 defined by Chothia method in an unmodified antibody are charged amino acid residues. Has been replaced.

本発明によれば、抗原に対する親和性が改変された抗体が提供される。   According to the present invention, an antibody having an altered affinity for an antigen is provided.

野生型の抗インスリン抗体及びその変異型と、抗原(インスリン)との相互作用における解離定数を示すグラフである。It is a graph which shows the dissociation constant in interaction with a wild-type anti-insulin antibody and its variant, and an antigen (insulin). 野生型の抗甲状腺刺激ホルモン受容体(TSHR)抗体及びその変異型と、抗原(TSHR)との相互作用における解離定数を示すグラフである。It is a graph which shows the dissociation constant in interaction with a wild-type antithyroid stimulating hormone receptor (TSHR) antibody and its variant, and an antigen (TSHR). 野生型の抗インスリン抗体及びその変異型、並びに抗原(インスリン)の表面電荷分布を示す図である。It is a figure which shows the surface charge distribution of a wild-type anti-insulin antibody and its variant, and an antigen (insulin). 野生型の抗TSHR抗体及びその変異型、並びに抗原(TSHR)の表面電荷分布を示す図である。It is a figure which shows the surface charge distribution of a wild-type anti- TSHR antibody, its variant, and an antigen (TSHR). 野生型の抗インスリン抗体及びその変異型の熱安定性を示差走査熱量計(DSC)で測定したときの解析ピークを示すグラフである。It is a graph which shows the analysis peak when the thermal stability of a wild-type anti-insulin antibody and its variant is measured with a differential scanning calorimeter (DSC). 野生型の抗リゾチーム抗体及びその変異型と、抗原(リゾチーム)との相互作用における解離定数を示すグラフである。It is a graph which shows the dissociation constant in interaction with a wild-type anti-lysozyme antibody and its variant, and an antigen (lysozyme). 野生型の抗B型肝炎表面抗原(HBsAg)抗体及びその変異型と、抗原(HBsAg)との相互作用における解離定数を示すグラフである。It is a graph which shows the dissociation constant in interaction with a wild-type anti-hepatitis B surface antigen (HBsAg) antibody and its variant, and an antigen (HBsAg).

[1.抗体の抗原に対する親和性を制御する方法]
本実施形態の抗体の抗原に対する親和性を制御する方法(以下、「制御方法」ともいう)では、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体が、抗原への親和性を制御する対象となる。本実施形態の制御方法は、そのような電気的特性を有する抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することにより、該抗体の抗原に対する親和性を制御することを可能にする。ここで、「親和性を制御する」とは、抗体の抗原に対する親和性を向上させること及び抗体の抗原に対する親和性を低下させることの両方をいう。よって、本実施形態の制御方法は、抗体の抗原に対する親和性を改変する方法と解釈してもよい。
[1. Method for controlling affinity of antibody to antigen]
In the method for controlling the affinity of an antibody of the present embodiment for an antigen (hereinafter also referred to as “control method”), an antibody whose CDR electrical characteristics based on the CDR amino acid sequence are neutral or negatively charged is expressed as an antigen. It becomes a target to control the affinity. In the control method of this embodiment, in an antibody having such an electrical property, the affinity for the antigen of the antibody is substituted by substituting at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method with charged amino acid residues. Allows you to control gender. Here, “controlling the affinity” refers to both improving the affinity of the antibody for the antigen and decreasing the affinity of the antibody for the antigen. Therefore, the control method of this embodiment may be interpreted as a method of modifying the affinity of an antibody for an antigen.

本実施形態の制御方法において抗原への親和性を制御する対象となる元の抗体を、「未改変の抗体」ともいう。本明細書において、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3のアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することを、「変異を導入する」ともいう。そのような置換を「変異の導入」又は単に「変異」ともいう。また、未改変の抗体に変異を導入して得られる抗体を、「親和性が制御された抗体」ともいう。   In the control method of this embodiment, the original antibody to be controlled for affinity to an antigen is also referred to as “unmodified antibody”. In the present specification, substituting an amino acid residue of FR3 defined by Chothia method in an unmodified antibody with a charged amino acid residue is also referred to as “introducing mutation”. Such substitution is also referred to as “mutation introduction” or simply “mutation”. An antibody obtained by introducing a mutation into an unmodified antibody is also referred to as an “antibody with controlled affinity”.

本実施形態では、変異の導入により未改変の抗体の表面電荷分布が変化して、抗原に対する親和性が制御される。すなわち、親和性が制御された抗体は、未改変の抗体と比較して、抗原に対する親和性が向上又は低下している。本実施形態において、親和性が制御された抗体の抗原に対する親和性は、抗原抗体反応における動力学的パラメータにより評価してもよいし、ELISA法などの免疫学的測定法により評価してもよい。動力学的パラメータとしては、結合速度定数(kon)、解離速度定数(koff)及び解離定数(KD)が挙げられ、好ましくはKDである。抗原抗体反応における動力学的パラメータは、表面プラズモン共鳴(SPR)技術により取得できる。 In this embodiment, the introduction of mutations changes the surface charge distribution of the unmodified antibody, thereby controlling the affinity for the antigen. That is, the affinity-controlled antibody has an improved or reduced affinity for the antigen as compared to the unmodified antibody. In this embodiment, the affinity of an antibody with controlled affinity for an antigen may be evaluated by a kinetic parameter in an antigen-antibody reaction, or may be evaluated by an immunological measurement method such as an ELISA method. . The kinetic parameters, association rate constant (k on), dissociation rate constant (k off) and dissociation constant (K D) and the like, preferably K D. Kinetic parameters in the antigen-antibody reaction can be obtained by surface plasmon resonance (SPR) technology.

本実施形態の制御方法により抗体の抗原に対する親和性が向上する場合、例えば、抗原抗体反応におけるKDの値は、未改変の抗体と比較して、約1/2、約1/5、約1/10、約1/20、約1/50、約1/100又は約1/1000である。一方、抗体の抗原に対する親和性が低下する場合、抗原抗体反応におけるKDの値は、未改変の抗体と比較して、約2倍、約5倍、約10倍、約20倍、約50倍、約100倍又は約1000倍である。 May improve affinity for the antibody antigen under the control method of this embodiment, for example, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the unmodified antibody, about 1/2, about 1/5, about 1/10, about 1/20, about 1/50, about 1/100 or about 1/1000. On the other hand, if the affinity of the antibody for the antigen is reduced, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the unmodified antibody, about 2-fold, about 5 fold, about 10 fold, about 20 fold, about 50 Double, about 100 times or about 1000 times.

本実施形態において、未改変の抗体は、いずれの抗原を認識する抗体であってもよい。好ましい本実施形態では、未改変の抗体は、軽鎖及び重鎖の可変領域をコードする遺伝子の塩基配列が公知であるか又は該塩基配列を確認可能な抗体である。具体的には、公知のデータベースに抗体遺伝子の塩基配列が開示されている抗体か、又は該抗体を産生するハイブリドーマが入手可能な抗体である。そのようなデータベースとしては、例えばNational Center for Biotechnology Information(NCBI)により提供されるGeneBankなどが挙げられる。また、抗体のクラスは、IgG、IgA、IgM、IgD及びIgEのいずれであってもよいが、好ましくはIgGである。   In this embodiment, the unmodified antibody may be an antibody that recognizes any antigen. In a preferred embodiment, the unmodified antibody is an antibody whose base sequence of a gene encoding the light chain and heavy chain variable regions is known or capable of confirming the base sequence. Specifically, it is an antibody whose base sequence of an antibody gene is disclosed in a known database, or an antibody for which a hybridoma producing the antibody is available. Examples of such a database include GeneBank provided by the National Center for Biotechnology Information (NCBI). The antibody class may be any of IgG, IgA, IgM, IgD, and IgE, but is preferably IgG.

本実施形態において、未改変の抗体は、変異が導入されることとなるFR3を含む可変領域を有するかぎり、抗体断片の形態にあってもよい。また、親和性が制御された抗体は、変異が導入されたFR3を含む可変領域を有するかぎり、抗体断片の形態にあってもよい。そのような抗体断片としては、例えばFab断片、F(ab')2断片、Fab'断片、Fd断片、Fv断片、dAb断片、一本鎖抗体(scFv)などが挙げられる。それらの中でも、Fab断片が特に好ましい。   In this embodiment, the unmodified antibody may be in the form of an antibody fragment as long as it has a variable region containing FR3 into which a mutation is to be introduced. Further, an antibody with controlled affinity may be in the form of an antibody fragment as long as it has a variable region containing FR3 into which a mutation has been introduced. Examples of such antibody fragments include Fab fragments, F (ab ′) 2 fragments, Fab ′ fragments, Fd fragments, Fv fragments, dAb fragments, single chain antibodies (scFv) and the like. Of these, Fab fragments are particularly preferred.

CDRは、抗体の軽鎖及び重鎖のそれぞれの可変領域に3つずつ存在し、抗体の抗原結合部位を構成する。3つのCDRは、抗体鎖のアミノ末端から数えてCDR1、CDR2及びCDR3と呼ばれる。CDRは抗体の特異性に関与するので、本実施形態において、親和性が制御された抗体は、CDRに変異を有さないことが好ましい。すなわち、親和性が制御された抗体のCDRのアミノ酸配列は、未改変の抗体のCDRのアミノ酸配列と同じであることが好ましい。   Three CDRs exist in each variable region of the light chain and heavy chain of the antibody, and constitute the antigen-binding site of the antibody. The three CDRs are called CDR1, CDR2 and CDR3, counting from the amino terminus of the antibody chain. Since CDR is involved in the specificity of the antibody, in the present embodiment, it is preferable that the antibody whose affinity is controlled has no mutation in the CDR. That is, the CDR amino acid sequence of an antibody with controlled affinity is preferably the same as the CDR amino acid sequence of an unmodified antibody.

フレームワーク領域(FR)とは、抗体の軽鎖及び重鎖のそれぞれの可変領域に存在する、CDR以外の領域である。FRは、3つのCDRを連結する足場の役割を果たし、CDRの構造安定性に寄与する。そのため、FRのアミノ酸配列は、同じ種(species)の抗体間で高度に保存されている。FR3とは、FRの一つであり、CDR2とCDR3との間の領域を指す。   The framework region (FR) is a region other than the CDR that exists in each variable region of the light chain and heavy chain of an antibody. FR acts as a scaffold that links three CDRs and contributes to the structural stability of CDRs. Therefore, the FR amino acid sequence is highly conserved among antibodies of the same species. FR3 is one of FRs and refers to a region between CDR2 and CDR3.

当該技術においては、CDRの境界及び長さを定義するための、CDRのアミノ酸残基に番号付けをする方法(以下、「ナンバリング法」ともいう)が知られている。そのようなナンバリング法としては、例えばChothia法(Chothia C.及びLesk AM., Canonical Structures for the Hypervariable Regions of Immunoglobulins., J Mol Biol., vol.196, p.901-917, 1987)、Kabat法(Kabat EA.ら, Sequences of Proteins of Immunological Interest., NIH publication No.91-3242)、IMGT法(Lefranc MP., IMGT Unique Numbering for the Variable (V), Constant (C), and Groove (G) Domains of IG, TR, MH, IgSF, and MhSF., Cold Spring Harb Protoc. 2011(6):633-642, 2011)、Honergger法(Honegger A.ら, Yet Another Numbering Scheme for Immunoglobulin Variable Domains: An Automatic Modeling and Analysis Tool., J Mol Biol., vol.309, p.657-670, 2001)、ABM法、Contact法などが公知である。CDRのアミノ酸残基に番号が付されると、CDR以外の領域であるFRにも番号が付されることとなる。本実施形態では、CDR及びFR3の境界及び長さは、Chothia法により定義されるが、他のナンバリング法により定義することもできる。   In this technique, a method of numbering the amino acid residues of a CDR (hereinafter also referred to as “numbering method”) for defining the CDR boundary and length is known. Examples of such numbering methods include Chothia method (Chothia C. and Lesk AM., Canonical Structures for the Hypervariable Regions of Immunoglobulins., J Mol Biol., Vol. 196, p. 901-917, 1987), Kabat method. (Kabat EA., Et al., Sequences of Proteins of Immunological Interest., NIH publication No.91-3242), IMGT method (Lefranc MP., IMGT Unique Numbering for the Variable (V), Constant (C), and Groove (G) Domains of IG, TR, MH, IgSF, and MhSF., Cold Spring Harb Protoc. 2011 (6): 633-642, 2011), Honergger method (Honegger A. et al., Yet Another Numbering Scheme for Immunoglobulin Variable Domains: An Automatic Modeling and Analysis Tool., J Mol Biol., Vol. 309, p.657-670, 2001), ABM method, Contact method and the like are known. When a number is assigned to an amino acid residue of CDR, FR, which is a region other than CDR, is also numbered. In this embodiment, the boundary and length of CDR and FR3 are defined by the Chothia method, but can also be defined by other numbering methods.

Chothia法では、軽鎖FR3は、53〜90番目のアミノ酸残基からなる領域として定義され、重鎖FR3は、56〜95番目のアミノ酸残基からなる領域として定義される。ここで、比較のため、Chothia法及び他のナンバリング法で定義した場合の軽鎖及び重鎖のFR3の番号(FR3の始点及び終点のアミノ酸残基の位置)を、表1及び2に示す。なお、表中のVernierゾーン残基とは、FRに含まれるアミノ酸残基のうち、CDRの構造安定性に寄与するアミノ酸残基である。表1及び2では、各ナンバリング法で定義される、FR3中のVernierゾーン残基の位置も示した。また、表1では、各ナンバリング法で定義される、実施例1で軽鎖のFR3に変異を導入した位置も示した。   In the Chothia method, the light chain FR3 is defined as a region consisting of the 53rd to 90th amino acid residues, and the heavy chain FR3 is defined as a region consisting of the 56th to 95th amino acid residues. For comparison, Tables 1 and 2 show the FR3 numbers (positions of the amino acid residues at the start and end points of FR3) of the light and heavy chains as defined by the Chothia method and other numbering methods. The Vernier zone residue in the table is an amino acid residue that contributes to the structural stability of CDR among the amino acid residues contained in FR. Tables 1 and 2 also show the position of the Vernier zone residue in FR3 as defined by each numbering method. Table 1 also shows the positions where mutations were introduced into FR3 of the light chain in Example 1 as defined by each numbering method.

本実施形態では、少なくとも3つの変異を、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3(以下、単に「FR3」ともいう)のいずれのアミノ酸残基に導入してもよい。好ましくは、少なくとも3つの変異を、FR3から、分子内部に折りたたまれて表面に露出しないアミノ酸残基(以下、「非露出残基」ともいう)を除いた領域にあるアミノ酸残基に導入する。非露出残基に変異を導入しても、表面電荷には影響しないことが予想されるので、非露出残基は、変異を導入すべき位置から除外することが好ましい。FR3から非露出残基を除いた領域にあるアミノ酸残基とは、具体的には、軽鎖のFR3の53〜81番目のアミノ酸残基であり、重鎖のFR3の56〜88番目のアミノ酸残基である。   In this embodiment, at least three mutations may be introduced into any amino acid residue of FR3 (hereinafter also simply referred to as “FR3”) defined by the Chothia method in an unmodified antibody. Preferably, at least three mutations are introduced from FR3 into amino acid residues in a region excluding amino acid residues that are folded inside the molecule and are not exposed on the surface (hereinafter also referred to as “non-exposed residues”). Since introduction of mutations into unexposed residues is not expected to affect the surface charge, it is preferable to exclude unexposed residues from positions where mutations should be introduced. The amino acid residue in the region excluding non-exposed residues from FR3 is specifically the 53rd to 81st amino acid residues of FR3 of the light chain and the 56th to 88th amino acids of FR3 of the heavy chain Residue.

より好ましくは、少なくとも3つの変異を、FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基に導入する。上述のとおり、Vernierゾーン残基は、CDRの構造安定性に寄与するからである。FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基とは、具体的には、軽鎖のFR3の53〜63、65、67、70及び72〜81番目のアミノ酸残基であり、重鎖のFR3の56〜66、68、70、72、74〜77及び79〜88番目のアミノ酸残基である。   More preferably, at least three mutations are introduced into amino acid residues in the region of FR3 excluding unexposed residues and Vernier zone residues. This is because the Vernier zone residue contributes to the structural stability of CDR as described above. The amino acid residues in the region excluding non-exposed residues and Vernier zone residues from FR3 are specifically the residues of amino acids 53 to 63, 65, 67, 70 and 72 to 81 of FR3 of the light chain. The amino acid residues 56-66, 68, 70, 72, 74-77 and 79-88 of FR3 of the heavy chain.

特により好ましくは、少なくとも3つの変異を、FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基のうち、側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基に導入する。側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基が荷電アミノ酸残基に置換されることにより、表面電荷への寄与がより大きくなる。FR3における側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基とは、軽鎖のFR3の53、54、56、57、60、63、65、67、70、72、74、76、77及び79〜81番目のアミノ酸残基であり、重鎖のFR3の56、57、59、61、62、64〜66、68、70、72、74、75、77、79、81、83、84及び86〜88番目のアミノ酸残基である。   Particularly preferably, at least three mutations are introduced into amino acid residues whose side chains are directed to the molecular surface among amino acid residues in the region excluding unexposed residues and Vernier zone residues from FR3. By replacing the amino acid residue whose side chain faces the surface of the molecule with a charged amino acid residue, the contribution to the surface charge is further increased. Amino acid residues whose side chain in FR3 faces the molecular surface are the 53, 54, 56, 57, 60, 63, 65, 67, 70, 72, 74, 76, 77 and 79-81 of FR3 of the light chain 56, 57, 59, 61, 62, 64 to 66, 68, 70, 72, 74, 75, 77, 79, 81, 83, 84 and 86 to 88 of heavy chain FR3 Of amino acid residues.

本実施形態では、少なくとも3つの変異を、軽鎖のFR3及び重鎖のFR3のいずれに導入してもよい。抗体の熱安定性の観点からは、少なくとも3つの変異を、軽鎖のFR3に導入することが好ましい。軽鎖及び重鎖の両方のFR3が変異を有する場合、軽鎖のFR3に少なくとも3つの変異を導入し、且つ重鎖のFR3に少なくとも3つの変異を導入することが好ましい。   In this embodiment, at least three mutations may be introduced into either the light chain FR3 or the heavy chain FR3. From the viewpoint of the thermal stability of the antibody, it is preferable to introduce at least three mutations into the FR3 of the light chain. When both the light chain and heavy chain FR3 have mutations, it is preferable to introduce at least three mutations into the light chain FR3 and at least three mutations into the heavy chain FR3.

本実施形態において、FR3に導入する変異の数の上限は特に限定されないが、好ましくは16アミノ酸以下である。すなわち、親和性が制御された抗体のFR3中の変異の数は、具体的には、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15又は16である。   In the present embodiment, the upper limit of the number of mutations introduced into FR3 is not particularly limited, but is preferably 16 amino acids or less. That is, the number of mutations in FR3 of an antibody with controlled affinity is specifically 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 or 16 It is.

上述のとおり、本実施形態の制御方法では、未改変の抗体への変異の導入により表面電荷分布が変化して、抗原に対する親和性が変化する。よって、少なくとも3つの変異は全て、同じ電荷を有する荷電アミノ酸残基での置換であることが好ましい。すなわち、少なくとも3つの変異は全て、酸性アミノ酸残基での置換であるか又は塩基性アミノ酸残基での置換であることが好ましい。   As described above, in the control method of the present embodiment, the surface charge distribution changes due to the introduction of the mutation into the unmodified antibody, and the affinity for the antigen changes. Thus, it is preferred that all at least three mutations are substitutions with charged amino acid residues having the same charge. That is, all of the at least three mutations are preferably substitutions with acidic amino acid residues or substitutions with basic amino acid residues.

荷電アミノ酸残基とは、アスパラギン酸残基、グルタミン酸残基、リジン残基、アルギニン残基及びヒスチジン残基をいう。酸性アミノ酸残基とは、アスパラギン酸残基及びグルタミン酸残基をいう。塩基性アミノ酸残基とは、リジン残基、アルギニン残基及びヒスチジン残基をいう。本実施形態では、変異としてFR3に導入される塩基性アミノ酸残基としては、リジン残基及びアルギニン残基が好ましい。   A charged amino acid residue refers to an aspartic acid residue, a glutamic acid residue, a lysine residue, an arginine residue, and a histidine residue. An acidic amino acid residue refers to an aspartic acid residue and a glutamic acid residue. Basic amino acid residues refer to lysine residues, arginine residues and histidine residues. In this embodiment, lysine residues and arginine residues are preferred as basic amino acid residues introduced into FR3 as mutations.

本実施形態では、未改変の抗体に導入する少なくとも3つの変異は、FR3の中性アミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換する変異であってもよい。中性アミノ酸残基とは、アラニン残基、アスパラギン残基、イソロイシン残基、グリシン残基、グルタミン残基、システイン残基、スレオニン残基、セリン残基、チロシン残基、フェニルアラニン残基、プロリン残基、バリン残基、メチオニン残基、ロイシン残基及びトリプトファン残基である。   In the present embodiment, the at least three mutations introduced into the unmodified antibody may be mutations that substitute neutral amino acid residues of FR3 with charged amino acid residues. Neutral amino acid residues are alanine, asparagine, isoleucine, glycine, glutamine, cysteine, threonine, serine, tyrosine, phenylalanine, and proline residues. Groups, valine residues, methionine residues, leucine residues and tryptophan residues.

上述のとおり、本実施形態では、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体が、抗原への親和性を制御する対象となる。本明細書において、CDRの電気的特性とは、本発明者らが独自に定義した指標であり、CDRのアミノ酸配列中の荷電アミノ酸残基の数に基づいて決定される。具体的には、CDRの電気的特性は、下記の式(I)により決定される。   As described above, in the present embodiment, an antibody whose CDR electrical characteristics based on the CDR amino acid sequence are neutral or negatively charged is the target for controlling the affinity for the antigen. In this specification, the electrical characteristic of CDR is an index uniquely defined by the present inventors, and is determined based on the number of charged amino acid residues in the amino acid sequence of CDR. Specifically, the electrical characteristics of the CDR are determined by the following formula (I).

X=[CDRのアミノ酸配列中の塩基性アミノ酸残基の数]−[CDRのアミノ酸配列中の酸性アミノ酸残基の数] ・・・(I)
(式中、Xが−1、0又は1であるとき、CDRの電気的特性は中性であり、
Xが2以上であるとき、CDRの電気的特性は正電荷であり、
Xが−2以下であるとき、CDRの電気的特性は負電荷である)
X = [number of basic amino acid residues in the amino acid sequence of CDR] − [number of acidic amino acid residues in the amino acid sequence of CDR] (I)
(Wherein, when X is -1, 0 or 1, the electrical characteristics of the CDR are neutral,
When X is 2 or more, the electrical characteristic of CDR is positive charge,
(When X is −2 or less, the electrical characteristics of the CDR are negative charges)

CDRの電気的特性は、軽鎖及び重鎖の両方のCDRのアミノ酸配列に基づいて決定することが好ましい。この場合、式(I)におけるCDRのアミノ酸配列は、軽鎖のCDR1、CDR2及びCDR3と、重鎖のCDR1、CDR2及びCDR3との全てのアミノ酸配列をいう。本実施形態では、軽鎖及び重鎖の両方のCDRのアミノ酸配列に基づいて決定された電気的特性が中性又は負電荷である抗体において、軽鎖のFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することが好ましい。   The electrical properties of CDRs are preferably determined based on the amino acid sequences of both light and heavy chain CDRs. In this case, the CDR amino acid sequence in the formula (I) refers to all amino acid sequences of the light chain CDR1, CDR2, and CDR3 and the heavy chain CDR1, CDR2, and CDR3. In this embodiment, at least three amino acid residues of FR3 of the light chain are charged in an antibody whose electrical properties determined based on the amino acid sequences of both the light chain and heavy chain CDRs are neutral or negatively charged. Substitution with an amino acid residue is preferred.

CDRの電気的特性は、軽鎖CDR及び重鎖CDRのそれぞれについて決定してもよい。すなわち、軽鎖CDRの電気的特性を決定する場合、式(I)におけるCDRのアミノ酸配列は、軽鎖のCDR1、CDR2及びCDR3の全てのアミノ酸配列をいう。また、重鎖CDRの電気的特性を決定する場合、式(I)におけるCDRのアミノ酸配列は、重鎖のCDR1、CDR2及びCDR3の全てのアミノ酸配列をいう。本実施形態では、軽鎖CDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体において、軽鎖のFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することが好ましい。   The electrical properties of the CDRs may be determined for each of the light chain and heavy chain CDRs. That is, when determining the electrical characteristics of the light chain CDR, the amino acid sequence of the CDR in formula (I) refers to all amino acid sequences of the light chain CDR1, CDR2, and CDR3. When determining the electrical characteristics of heavy chain CDR, the amino acid sequence of CDR in formula (I) refers to all amino acid sequences of CDR1, CDR2 and CDR3 of the heavy chain. In the present embodiment, in an antibody in which the light chain CDR has neutral or negative charge, it is preferable to substitute at least three amino acid residues of FR3 of the light chain with charged amino acid residues.

CDRのアミノ酸配列は、抗体遺伝子の配列を開示する公共のデータベースから得ることができる。あるいは、未改変の抗体を産生するハイブリドーマがある場合、CDRのアミノ酸配列は、公知の方法により、該ハイブリドーマから重鎖及び軽鎖をコードする核酸を取得し、該核酸の塩基配列をシーケンシングすることによって得ることができる。   The amino acid sequence of CDRs can be obtained from public databases that disclose antibody gene sequences. Alternatively, when there is a hybridoma that produces an unmodified antibody, the CDR amino acid sequence is obtained by obtaining a nucleic acid encoding a heavy chain and a light chain from the hybridoma by a known method, and sequencing the base sequence of the nucleic acid. Can be obtained.

CDRの電気的特性は抗体によって異なる。例えば、後述の実施例3に示されるように、野生型(すなわち未改変)の抗インスリン抗体の軽鎖CDRには、塩基性アミノ酸残基(アルギニン)が1つあり、酸性アミノ酸残基は存在しない。よって、野生型の抗インスリン抗体のCDRの電気的特性は、中性(X=1)と定義される。また、野生型の抗TSHR抗体の軽鎖CDRには、酸性アミノ酸残基(アスパラギン酸)が5つあり、塩基性アミノ酸残基は存在しない。よって、野生型の抗TSHR抗体のCDRの電気的特性は、負電荷(X=−5)と定義される。   The electrical properties of CDRs vary from antibody to antibody. For example, as shown in Example 3 below, the light chain CDR of a wild-type (ie, unmodified) anti-insulin antibody has one basic amino acid residue (arginine) and an acidic amino acid residue. do not do. Thus, the CDR electrical properties of the wild-type anti-insulin antibody are defined as neutral (X = 1). The light chain CDR of the wild-type anti-TSHR antibody has 5 acidic amino acid residues (aspartic acid) and no basic amino acid residue. Thus, the CDR electrical properties of the wild-type anti-TSHR antibody are defined as negative charge (X = −5).

CDRの電気的特性が中性である未改変の抗体においては、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が負となる。また、CDRの電気的特性が中性である未改変の抗体においては、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が正となる。このような表面電荷の変化により、抗体と抗原が結合する際に静電相互作用(引力又は斥力)が生じる。すなわち、CDRの電気的特性が中性である未改変の抗体において、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ低下させることができる。また、CDRの電気的特性が中性である未改変の抗体において、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ向上させることができる。   For unmodified antibodies with neutral CDR electrical properties, substitution of at least three amino acid residues of FR3 with acidic amino acid residues results in a negative surface charge over a wide range including the antigen binding site of the antibody. It becomes. In addition, for unmodified antibodies with neutral CDR electrical properties, the substitution of at least three amino acid residues of FR3 with basic amino acid residues results in a broad surface containing the antigen binding site of the antibody. The charge becomes positive. Such a change in surface charge causes an electrostatic interaction (attraction or repulsion) when the antibody and the antigen bind. In other words, in an unmodified antibody with neutral CDR electrical characteristics, the affinity of the antibody for antigen is compared with that of an unmodified antibody by substituting at least three amino acid residues of FR3 with acidic amino acid residues. Can be reduced. Furthermore, in an unmodified antibody with neutral CDR electrical characteristics, the affinity of the antibody for the antigen can be changed to that of an unmodified antibody by substituting at least three amino acid residues of FR3 with basic amino acid residues. It can be improved.

CDRの電気的特性が負電荷である抗体においては、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が負となる。このような表面電荷の変化により、抗体と抗原が結合する際に静電相互作用(斥力)が生じる。すなわち、CDRの電気的特性が負電荷である未改変の抗体において、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ低下させることができる。   In an antibody in which the electrical characteristics of CDR are negatively charged, substitution of at least three amino acid residues of FR3 with acidic amino acid residues makes the surface charge in a wide range including the antigen binding site of the antibody negative. Such a change in surface charge causes an electrostatic interaction (repulsive force) when the antibody and the antigen are bound. That is, in an unmodified antibody in which the electrical characteristics of the CDR are negatively charged, the affinity of the antibody for the antigen is compared with that of the unmodified antibody by substituting at least three amino acid residues of FR3 with acidic amino acid residues. Can be reduced.

本実施形態では、DNA組み換え技術及びその他の分子生物学的技術などの公知の方法により、未改変の抗体のFR3に変異を導入できる。例えば、未改変の抗体を産生するハイブリドーマがある場合は、後述の実施例1に示すように、該ハイブリドーマから抽出したRNAを用いて、逆転写反応及びRACE (Rapid Amplification of cDNA ends)法により、軽鎖をコードするポリヌクレオチド及び重鎖をコードするポリヌクレオチドのそれぞれを合成する。これらのポリヌクレオチドを、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基に変異を導入するためのプライマーを用いてPCR法により増幅することで、FR3に変異が導入された軽鎖をコードするポリヌクレオチド及び重鎖をコードするポリヌクレオチドを取得する。得られたポリヌクレオチドを、当該技術において公知の発現用ベクターに組み込んで、親和性が制御された抗体をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを取得する。ここで、軽鎖をコードするポリヌクレオチド及び重鎖をコードするポリヌクレオチドは、1つの発現ベクターに組み込まれてもよいし、2つの発現ベクターに別個に組み込まれてもよい。発現ベクターの種類は特に限定されず、哺乳動物細胞用発現ベクターであってもよいし、大腸菌用発現ベクターであってもよい。得られた発現ベクターを適当な宿主細胞(例えば、哺乳動物細胞又は大腸菌)に形質導入又はトランスフェクションすることにより、親和性が制御された抗体を得ることができる。   In this embodiment, a mutation can be introduced into FR3 of an unmodified antibody by a known method such as a DNA recombination technique and other molecular biological techniques. For example, when there is a hybridoma producing an unmodified antibody, as shown in Example 1 described later, using RNA extracted from the hybridoma, reverse transcription reaction and RACE (Rapid Amplification of cDNA ends) method, Each of the polynucleotide encoding the light chain and the polynucleotide encoding the heavy chain is synthesized. These polynucleotides are amplified by PCR using primers for introducing mutations into at least three amino acid residues of FR3, and polynucleotides and heavy chains encoding light chains in which mutations are introduced into FR3 A polynucleotide encoding is obtained. The obtained polynucleotide is incorporated into an expression vector known in the art to obtain an expression vector containing a polynucleotide encoding an antibody with controlled affinity. Here, the polynucleotide encoding the light chain and the polynucleotide encoding the heavy chain may be incorporated into one expression vector or separately into the two expression vectors. The type of expression vector is not particularly limited, and may be an expression vector for mammalian cells or an expression vector for E. coli. By transducing or transfecting the obtained expression vector into an appropriate host cell (for example, mammalian cell or E. coli), an antibody with controlled affinity can be obtained.

一本鎖抗体(scFv)である親和性が制御された抗体を得る場合は、例えば特許文献2に示されるように、上記のハイブリドーマから抽出したRNA用いて、逆転写反応及びPCR法により軽鎖可変領域をコードするポリヌクレオチド及び重鎖可変領域をコードするポリヌクレオチドのそれぞれを合成すればよい。これらのポリヌクレオチドをオーバーラップエクステンションPCR法などによって連結して、未改変のscFvをコードするポリヌクレオチドを取得する。得られたポリヌクレオチドを、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基に変異を導入するためのプライマーを用いてPCR法により増幅することで、FR3に変異が導入されたscFvをコードするポリヌクレオチドを取得する。得られたポリヌクレオチドを、当該技術において公知の発現ベクターに組み込んで、scFvの形態にある親和性が制御された抗体をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを取得する。得られた発現ベクターを適当な宿主細胞に形質導入又はトランスフェクションすることにより、scFvの形態にある親和性が制御された抗体を得ることができる。   When obtaining an antibody with controlled affinity that is a single chain antibody (scFv), for example, as shown in Patent Document 2, RNA extracted from the above hybridoma is used to reverse the light chain by reverse transcription and PCR. Each of the polynucleotide encoding the variable region and the polynucleotide encoding the heavy chain variable region may be synthesized. These polynucleotides are linked by an overlap extension PCR method or the like to obtain a polynucleotide encoding an unmodified scFv. The obtained polynucleotide is amplified by PCR using primers for introducing mutations into at least three amino acid residues of FR3, thereby obtaining a polynucleotide encoding scFv having mutations introduced into FR3. . The obtained polynucleotide is incorporated into an expression vector known in the art to obtain an expression vector containing a polynucleotide encoding an antibody with controlled affinity in the form of scFv. By transducing or transfecting the resulting expression vector into an appropriate host cell, an antibody with controlled affinity in the form of scFv can be obtained.

なお、興味対象の抗原を認識する抗体を産生するハイブリドーマがない場合は、例えばKohler及びMilstein, Nature, vol.256, p.495-497, 1975に記載される方法などの公知の方法により、抗体産生ハイブリドーマを作製すればよい。あるいは、興味対象の抗原で免疫したマウスなどの動物の脾臓から取得したRNAを用いてもよい。脾臓から取得したRNAを用いる場合は、例えば非特許文献1に示されるように、得られた未改変のFabをコードするポリヌクレオチドの中から、ファージディスプレイ法などにより所望の親和性を有する未改変のFabをコードするポリヌクレオチドを選択してもよい。   If there is no hybridoma that produces an antibody that recognizes the antigen of interest, the antibody can be obtained by a known method such as the method described in Kohler and Milstein, Nature, vol. 256, p.495-497, 1975. A production hybridoma may be prepared. Alternatively, RNA obtained from the spleen of an animal such as a mouse immunized with the antigen of interest may be used. When RNA obtained from the spleen is used, for example, as shown in Non-Patent Document 1, an unmodified antibody having a desired affinity by a phage display method or the like from the obtained polynucleotide encoding an unmodified Fab. A polynucleotide encoding the Fab may be selected.

[2.抗原に対する親和性が改変された抗体の製造方法]
本発明の範囲には、抗原に対する親和性が改変された抗体の製造方法(以下、「製造方法」ともいう)も含まれる。本実施形態の製造方法では、まず、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換する工程を行う。
[2. Method for producing antibody with modified affinity for antigen]
The scope of the present invention also includes a method for producing an antibody with modified affinity for an antigen (hereinafter also referred to as “manufacturing method”). In the production method of the present embodiment, first, in an antibody in which the electrical characteristics of CDR based on the amino acid sequence of CDR are neutral or negatively charged, at least three amino acid residues of FR3 defined by Chothia method are charged amino acid residues. The process of substituting is performed.

本実施形態の製造方法においてFR3のアミノ酸残基が置換されることとなる上記の抗体は、本実施形態の制御方法における未改変の抗体と同じである。以下、本実施形態の製造方法において抗原への親和性を改変する対象となる元の抗体を、「未改変の抗体」ともいう。CDRの電気的特性の詳細は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。抗体のCDRの電気的特性は、上記の式(I)により決定できる。また、Chothia法で定義されるFR3は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じであり、表1及び2に示すとおりである。   In the production method of the present embodiment, the above-described antibody in which the amino acid residue of FR3 is substituted is the same as the unmodified antibody in the control method of the present embodiment. Hereinafter, the original antibody to be modified for affinity to the antigen in the production method of the present embodiment is also referred to as “unmodified antibody”. Details of the electrical characteristics of the CDR are the same as those described for the control method of this embodiment. The CDR CDR characteristics of the antibody can be determined by the above formula (I). The FR3 defined by the Chothia method is the same as that described for the control method of the present embodiment, as shown in Tables 1 and 2.

本実施形態の製造方法では、アミノ酸残基の置換により抗体の表面電荷分布を変化させて、抗原に対する親和性を改変した抗体を取得できる。すなわち、上記の置換工程は、CDRの電気的特性が中性又は負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換し、抗体の抗原に対する親和性を改変する工程といえる。例えば、上記の置換工程は、CDRの電気的特性が中性の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換し、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ低下させる工程であってもよい。また、上記の置換工程は、CDRの電気的特性が中性の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に置換し、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ向上させる工程であってもよい。あるいは、上記の置換工程は、CDRの電気的特性が負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換し、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ低下させる工程であってもよい。   In the production method of the present embodiment, an antibody having an altered affinity for an antigen can be obtained by changing the surface charge distribution of the antibody by substitution of amino acid residues. That is, the above substitution step comprises substituting at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method with charged amino acid residues in an antibody with neutral or negative electrical characteristics of CDR, and This can be said to be a process of modifying affinity. For example, in the above substitution step, at least three amino acid residues of FR3 defined by Chothia method are substituted with acidic amino acid residues in an antibody with neutral CDR electrical characteristics, and the affinity of the antibody for the antigen is increased. It may be a step of reducing compared to an unmodified antibody. In addition, the substitution step described above replaces at least three amino acid residues of FR3 defined by Chothia method with basic amino acid residues in an antibody with neutral CDR electrical characteristics, and the affinity of the antibody for the antigen It may be a step of improving the antibody as compared with the unmodified antibody. Alternatively, the above substitution step replaces at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method with acidic amino acid residues in an antibody having a negative electrical property of CDR, thereby increasing the affinity of the antibody for the antigen. It may be a step of reducing compared to an unmodified antibody.

本実施形態では、軽鎖及び重鎖の両方のCDRのアミノ酸配列に基づいて決定された電気的特性が中性又は負電荷である抗体において、軽鎖のFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することが好ましい。また、軽鎖CDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体において、軽鎖のFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することが好ましい。   In this embodiment, at least three amino acid residues of FR3 of the light chain are charged in an antibody whose electrical properties determined based on the amino acid sequences of both the light chain and heavy chain CDRs are neutral or negatively charged. Substitution with an amino acid residue is preferred. In an antibody in which the light chain CDR has neutral or negative electrical characteristics, it is preferable to substitute at least three amino acid residues of FR3 of the light chain with charged amino acid residues.

アミノ酸残基の置換は、DNA組み換え技術及びその他の分子生物学的技術などの公知の方法により行うことができる。例えば、CDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体を産生するハイブリドーマがある場合は、本実施形態の制御方法について述べたことと同様にして、抗原に対する親和性が改変された抗体をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを取得できる。そして、得られた発現ベクターを適当な宿主細胞に形質導入又はトランスフェクションして、上記抗体を発現する宿主細胞を取得できる。   Substitution of amino acid residues can be performed by known methods such as DNA recombination techniques and other molecular biological techniques. For example, when there is a hybridoma that produces an antibody whose CDR electrical characteristics are neutral or negatively charged, in the same manner as described for the control method of this embodiment, an antibody whose affinity for an antigen is modified is used. An expression vector containing the encoding polynucleotide can be obtained. The obtained expression vector can be transduced or transfected into an appropriate host cell to obtain a host cell that expresses the antibody.

次いで、本実施形態の製造方法では、上記の置換工程で得られた抗体を回収する。例えば、抗原に対する親和性が改変された抗体を発現する宿主細胞を、適当な可溶化剤を含む溶液に溶解して、該溶液中に抗体を遊離させる。上記の宿主細胞が、抗原に対する親和性が改変された抗体を培地中に分泌する場合は、培養上清を回収する。遊離した抗体は、アフィニティクロマトグラフィなどの当該技術において公知の方法により回収することができる。例えば、製造した抗体がIgGである場合は、プロテインA又はGを用いるアフィニティクロマトグラフィにより回収できる。必要に応じて、回収した抗体を、ゲルろ過などの当該技術において公知の方法により精製してもよい。   Next, in the production method of the present embodiment, the antibody obtained in the above substitution step is recovered. For example, a host cell that expresses an antibody with altered affinity for an antigen is dissolved in a solution containing an appropriate solubilizing agent, and the antibody is released into the solution. When the above host cell secretes an antibody having an altered affinity for an antigen into the medium, the culture supernatant is collected. The released antibody can be recovered by a method known in the art such as affinity chromatography. For example, when the produced antibody is IgG, it can be recovered by affinity chromatography using protein A or G. If necessary, the recovered antibody may be purified by a method known in the art such as gel filtration.

作製した抗体の抗原に対する親和性は、抗原抗体反応における動力学的パラメータにより評価してもよいし、ELISA法などの免疫学的測定法により評価してもよい。抗原に対する親和性が向上している抗体では、例えば、抗原抗体反応におけるKDの値が、元の抗体と比較して、約1/2、約1/5、約1/10、約1/20、約1/50、約1/100又は約1/1000である。抗原に対する親和性が低下している抗体では、抗原抗体反応におけるKDの値が、元の抗体と比較して、約2倍、約5倍、約10倍、約20倍、約50倍、約100倍又は約1000倍である。 The affinity of the prepared antibody for the antigen may be evaluated by a kinetic parameter in the antigen-antibody reaction, or may be evaluated by an immunological measurement method such as an ELISA method. Antibody affinity is improved to an antigen, for example, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the original antibody, about 1/2, about 1/5, about 1/10, about 1 / 20, about 1/50, about 1/100, or about 1/1000. Antibody affinity is lowered to an antigen, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the original antibody, about 2-fold, about 5 fold, about 10 fold, about 20 fold, about 50-fold, It is about 100 times or about 1000 times.

[3.抗原に対する親和性が改変された抗体]
本発明の範囲には、抗原に対する親和性が改変された抗体(以下、「改変抗体」ともいう)も含まれる。本実施形態の改変抗体は、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が、中性又は負電荷であることを特徴とする。CDRの電気的特性の詳細は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。改変抗体のCDRの電気的特性は、上記の式(I)により決定できる。
[3. Antibody with modified affinity for antigen]
The scope of the present invention also includes an antibody with modified affinity for an antigen (hereinafter also referred to as “modified antibody”). The modified antibody of this embodiment is characterized in that the electrical characteristics of CDR based on the amino acid sequence of CDR are neutral or negative charge. Details of the electrical characteristics of the CDR are the same as those described for the control method of this embodiment. The CDR electrical properties of the modified antibody can be determined by the above formula (I).

本実施形態の改変抗体では、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が荷電アミノ酸残基に置換されている。すなわち、本実施形態の改変抗体は、未改変の抗体のアミノ酸配列と比較して、Chothia法で定義されるFR3中に、荷電アミノ酸残基での置換による変異を少なくとも3つ有する。なお、本実施形態の改変抗体は、上述の「親和性が制御された抗体」と同じである。また、Chothia法で定義されるFR3は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じであり、表1及び2に示すとおりである。   In the modified antibody of this embodiment, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method in an unmodified antibody are substituted with charged amino acid residues. That is, the modified antibody of this embodiment has at least three mutations due to substitution with charged amino acid residues in FR3 defined by the Chothia method, compared to the amino acid sequence of an unmodified antibody. The modified antibody of this embodiment is the same as the above-mentioned “antibody with controlled affinity”. The FR3 defined by the Chothia method is the same as that described for the control method of the present embodiment, as shown in Tables 1 and 2.

ここで、未改変の抗体とは、抗原に対する親和性が改変される前の抗体をいう。すなわち、未改変の抗体は、改変抗体の元の抗体であり、Chothia法で定義されるFR3のアミノ酸残基が、荷電アミノ酸残基に置換されていない。なお、この未改変の抗体は、本実施形態の制御方法における、抗原への親和性を制御する対象となる元の抗体に当たる。本実施形態において、未改変の抗体は、電気的特性が中性又は負電荷であるCDRを有する。   Here, the unmodified antibody refers to an antibody before the affinity for the antigen is modified. That is, the unmodified antibody is the original antibody of the modified antibody, and the FR3 amino acid residue defined by the Chothia method is not substituted with a charged amino acid residue. This unmodified antibody corresponds to the original antibody to be controlled for affinity to an antigen in the control method of the present embodiment. In this embodiment, the unmodified antibody has a CDR whose electrical properties are neutral or negatively charged.

本実施形態の改変抗体では、変異の導入により、抗体の表面電荷分布が変化している。すなわち、改変抗体は、未改変の抗体と比較して、抗原に対する親和性が向上又は低下している。本実施形態において、改変抗体の抗原に対する親和性は、抗原抗体反応における動力学的パラメータにより評価してもよいし、ELISA法などの免疫学的測定法により評価してもよい。動力学的パラメータの種類及び取得は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   In the modified antibody of this embodiment, the surface charge distribution of the antibody changes due to the introduction of mutation. That is, the modified antibody has an improved or reduced affinity for the antigen as compared to the unmodified antibody. In the present embodiment, the affinity of the modified antibody for the antigen may be evaluated by a kinetic parameter in the antigen-antibody reaction, or may be evaluated by an immunoassay such as an ELISA method. The types and acquisition of kinetic parameters are the same as those described for the control method of this embodiment.

抗原に対する親和性が向上した改変抗体では、例えば、抗原抗体反応におけるKDの値が、未改変の抗体と比較して、約1/2、約1/5、約1/10、約1/20、約1/50、約1/100又は約1/1000である。抗原に対する親和性が低下した改変抗体では、例えば、抗原抗体反応におけるKDの値が、未改変の抗体と比較して、約2倍、約5倍、約10倍、約20倍、約50倍、約100倍又は約1000倍である。 In the modified antibody with improved affinity for the antigen, for example, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the unmodified antibody, about 1/2, about 1/5, about 1/10, about 1 / 20, about 1/50, about 1/100, or about 1/1000. The modified antibody affinity is lowered to an antigen, for example, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the unmodified antibody, about 2-fold, about 5 fold, about 10 fold, about 20 fold, about 50 Double, about 100 times or about 1000 times.

改変抗体は、いずれの抗原を認識する抗体であってもよい。また、抗体のクラスは、IgG、IgA、IgM、IgD及びIgEのいずれであってもよいが、好ましくはIgGである。本実施形態の改変抗体は、変異が導入されたFR3を含む可変領域を有するかぎり、抗体断片の形態にあってもよい。抗体断片の種類は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   The modified antibody may be an antibody that recognizes any antigen. The antibody class may be any of IgG, IgA, IgM, IgD, and IgE, but is preferably IgG. The modified antibody of this embodiment may be in the form of an antibody fragment as long as it has a variable region containing FR3 into which a mutation has been introduced. The type of antibody fragment is the same as that described for the control method of this embodiment.

本実施形態の改変抗体は、CDRに変異を有さないことが好ましい。すなわち、改変抗体のCDRのアミノ酸配列は、未改変の抗体のCDRのアミノ酸配列と同じであることが好ましい。   The modified antibody of this embodiment preferably has no mutation in CDR. That is, the CDR amino acid sequence of the modified antibody is preferably the same as the CDR amino acid sequence of the unmodified antibody.

本実施形態の改変抗体では、少なくとも3つの変異は、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3のいずれのアミノ酸残基に導入されていてもよい。好ましくは、少なくとも3つの変異は、FR3から非露出残基を除いた領域にあるアミノ酸残基に導入される。FR3から非露出残基を除いた領域にあるアミノ酸残基は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   In the modified antibody of this embodiment, at least three mutations may be introduced into any amino acid residue of FR3 defined by the Chothia method in an unmodified antibody. Preferably, at least three mutations are introduced at amino acid residues in the region of FR3 excluding unexposed residues. The amino acid residues in the region excluding unexposed residues from FR3 are the same as those described for the control method of this embodiment.

より好ましくは、少なくとも3つの変異は、FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基に導入される。FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   More preferably, at least three mutations are introduced into amino acid residues in the region of FR3 excluding unexposed residues and Vernier zone residues. The amino acid residues in the region excluding non-exposed residues and Vernier zone residues from FR3 are the same as those described for the control method of this embodiment.

特により好ましくは、少なくとも3つの変異は、FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基のうち、側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基に導入される。FR3における側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   Particularly preferably, at least three mutations are introduced into amino acid residues whose side chains are directed to the molecular surface among amino acid residues in the region excluding unexposed residues and Vernier zone residues from FR3. The amino acid residue in which the side chain in FR3 faces the molecular surface is the same as that described for the control method of this embodiment.

本実施形態では、少なくとも3つのアミノ酸残基の変異は、軽鎖のFR3及び重鎖のFR3のいずれに導入されていてもよいが、好ましくは軽鎖のFR3に導入される。軽鎖及び重鎖の両方のFR3が変異を有する場合、軽鎖のFR3に少なくとも3つのアミノ酸残基の変異が導入され、且つ重鎖のFR3に少なくとも3つのアミノ酸残基の変異が導入されていることが好ましい。   In this embodiment, at least three amino acid residue mutations may be introduced into either FR3 of the light chain or FR3 of the heavy chain, but are preferably introduced into FR3 of the light chain. When both the light chain and heavy chain FR3 have mutations, at least 3 amino acid residue mutations are introduced into the light chain FR3, and at least 3 amino acid residue mutations are introduced into the heavy chain FR3. Preferably it is.

本実施形態において、改変抗体のFR3中の変異の数の上限は特に限定されないが、好ましくは16アミノ酸以下である。改変抗体のFR3中の変異の数は、具体的には、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15又は16である。   In the present embodiment, the upper limit of the number of mutations in FR3 of the modified antibody is not particularly limited, but is preferably 16 amino acids or less. Specifically, the number of mutations in FR3 of the modified antibody is 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, or 16.

本実施形態では、改変抗体が有する少なくとも3つの変異は、FR3の中性アミノ酸残基が荷電アミノ酸残基に置換される変異であってもよい。また、本実施形態では、少なくとも3つの変異は全て、同じ電荷を有する荷電アミノ酸残基での置換であることが好ましい。すなわち、少なくとも3つの変異は全て、酸性アミノ酸残基での置換であるか又は塩基性アミノ酸残基での置換であることが好ましい。   In the present embodiment, the at least three mutations possessed by the modified antibody may be mutations in which neutral amino acid residues of FR3 are replaced with charged amino acid residues. In the present embodiment, it is preferable that at least three mutations are all substituted with charged amino acid residues having the same charge. That is, all of the at least three mutations are preferably substitutions with acidic amino acid residues or substitutions with basic amino acid residues.

本実施形態の改変抗体として、例えば、以下の(1)〜(3)の抗体が挙げられる。
(1) CDRの電気的特性が中性であり、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が酸性アミノ酸残基に置換され、抗体の抗原に対する親和性が未改変の抗体に比べ低下した抗体、
(2) CDRの電気的特性が中性であり、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基に置換され、抗体の抗原に対する親和性が未改変の抗体に比べ向上した抗体、及び
(3) CDRの電気的特性が負電荷であり、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が酸性アミノ酸残基に置換され、抗体の抗原に対する親和性が未改変の抗体に比べ低下した抗体。
Examples of the modified antibody of the present embodiment include the following antibodies (1) to (3).
(1) The CDR has a neutral electrical property, and at least three amino acid residues of FR3 defined by Chothia method are substituted with acidic amino acid residues. Reduced antibodies,
(2) The CDR has a neutral electrical property, and at least three amino acid residues of FR3 defined by Chothia method are substituted with basic amino acid residues. Improved antibody, and
(3) The electrical characteristics of CDR are negatively charged, at least three amino acid residues of FR3 defined by Chothia method are replaced with acidic amino acid residues, and the affinity of the antibody for the antigen is compared with an unmodified antibody Reduced antibody.

改変抗体の具体的な例として、抗インスリン抗体及び抗TSHR抗体の改変抗体が挙げられる。そのような抗インスリン抗体の改変抗体では、CDRの電気的特性が中性であり、軽鎖のFR3における63、65、67、70及び72番目のアミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基に置換される。この改変抗体においては、未改変の抗体に比べて、抗原であるインスリンに対する親和性が向上している。一方、軽鎖のFR3における63、65、67、70及び72番目のアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換された改変抗体では、未改変の抗体に比べて、抗原であるインスリンに対する親和性が低下している。また、抗TSHR抗体の改変抗体では、CDRの電気的特性が負電荷であり、軽鎖のFR3における63、65、67、70及び72番目のアミノ酸残基が酸性アミノ酸残基に置換される。この改変抗体においては、未改変の抗体に比べて、抗原であるTSHRに対する親和性が低下している。   Specific examples of the modified antibody include anti-insulin antibody and modified antibody of anti-TSHR antibody. In such an anti-insulin antibody modified antibody, the electrical characteristics of the CDR are neutral, and amino acid residues 63, 65, 67, 70 and 72 in FR3 of the light chain are replaced with basic amino acid residues. The In this modified antibody, the affinity for insulin, which is an antigen, is improved as compared with an unmodified antibody. On the other hand, modified antibodies in which amino acid residues 63, 65, 67, 70 and 72 in FR3 of the light chain are substituted with acidic amino acid residues have an affinity for insulin as an antigen compared to unmodified antibodies. It is falling. In the modified antibody of anti-TSHR antibody, the electrical characteristics of CDR are negatively charged, and amino acid residues 63, 65, 67, 70 and 72 in FR3 of the light chain are substituted with acidic amino acid residues. In this modified antibody, the affinity for TSHR, which is an antigen, is lower than that of an unmodified antibody.

本実施形態の改変抗体は、DNA組み換え技術及びその他の分子生物学的技術などの公知の方法により作製できる。例えば、CDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体を産生するハイブリドーマがある場合は、本実施形態の制御方法及び製造方法について述べたことと同様にして、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換した抗体を作製できる。   The modified antibody of this embodiment can be prepared by a known method such as a DNA recombination technique and other molecular biological techniques. For example, when there is a hybridoma that produces an antibody whose CDR electrical characteristics are neutral or negatively charged, the residue of at least three amino acids of FR3 is the same as described for the control method and production method of this embodiment. An antibody in which a group is substituted with a charged amino acid residue can be produced.

本実施形態において、改変抗体の使用法は、未改変の抗体と特に変わるところはない。改変抗体は、未改変の抗体と同様、種々の試験や研究などに利用できる。また、本実施形態の改変抗体は、当該技術において公知の標識物質などで修飾されてもよい。   In this embodiment, the usage of the modified antibody is not particularly different from that of an unmodified antibody. The modified antibody can be used for various tests and researches as well as the unmodified antibody. Further, the modified antibody of the present embodiment may be modified with a labeling substance known in the art.

本発明の範囲には、本実施形態の抗原に対する親和性が改変された抗体又はその断片をコードする単離且つ精製されたポリヌクレオチドが含まれる。本実施形態の改変抗体の断片をコードする単離且つ精製されたポリヌクレオチドは、変異が導入されたFR3を含む可変領域をコードすることが好ましい。本発明の範囲には、上記のポリヌクレオチドを含むベクターも含まれる。ベクターは、形質導入又はトランスフェクションのために設計されたポリヌクレオチド構築物である。ベクターの種類は特に限定されず、発現ベクター、クローニングベクター、ウィルスベクターなど、当該技術において公知のベクターから適宜選択できる。また、本発明の範囲には、該ベクターを含む宿主細胞も含まれる。宿主細胞の種類は特に限定されず、真核細胞、原核細胞、哺乳動物細胞などから適宜選択できる。   The scope of the present invention includes isolated and purified polynucleotides that encode antibodies or fragments thereof with altered affinity for the antigens of this embodiment. The isolated and purified polynucleotide encoding the modified antibody fragment of the present embodiment preferably encodes a variable region containing FR3 into which a mutation has been introduced. The scope of the present invention also includes vectors containing the above polynucleotides. A vector is a polynucleotide construct designed for transduction or transfection. The type of the vector is not particularly limited, and can be appropriately selected from vectors known in the art, such as an expression vector, a cloning vector, and a virus vector. The scope of the present invention also includes host cells containing the vector. The type of host cell is not particularly limited, and can be appropriately selected from eukaryotic cells, prokaryotic cells, mammalian cells, and the like.

以下に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described in detail below by examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1 FR3に荷電アミノ酸残基を導入した抗体の作製
抗インスリン抗体及び抗甲状腺刺激ホルモン受容体(TSHR)抗体のFR3の3つ又は5つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換して、各抗体の変異体を作製した。
Example 1 Preparation of Antibody Introducing Charged Amino Acid Residues into FR3 Three or five amino acid residues of FR3 of anti-insulin antibody and antithyroid stimulating hormone receptor (TSHR) antibody were substituted with charged amino acid residues, Mutants of each antibody were prepared.

(1) 野生型抗インスリン抗体及び野生型抗TSHR抗体の遺伝子の取得
[試薬]
ISOGEN(株式会社ニッポンジーン)
SMARTer(登録商標)RACE 5'/3'キット(clontech社)
10x A-attachment mix(東洋紡株式会社)
pcDNA(商標)3.4 TOPO(登録商標)TAクローニングキット(Thermo Fisher社)
Competent high DH5α(東洋紡株式会社)
QIAprep Spin Miniprepキット(QIAGEN社)
KOD plus neo(東洋紡株式会社)
Ligation high ver.2(東洋紡株式会社)
(1) Acquisition of wild-type anti-insulin antibody and wild-type anti-TSHR antibody gene
[reagent]
ISOGEN (Nippon Gene Co., Ltd.)
SMARTer® RACE 5 '/ 3' kit (clontech)
10x A-attachment mix (Toyobo Co., Ltd.)
pcDNATM 3.4 TOPOTM TA Cloning Kit (Thermo Fisher)
Competent high DH5α (Toyobo Co., Ltd.)
QIAprep Spin Miniprep kit (QIAGEN)
KOD plus neo (Toyobo Co., Ltd.)
Ligation high ver.2 (Toyobo Co., Ltd.)

(1.1) 野生型抗インスリン抗体の遺伝子の取得
(1.1.1) 抗体産生ハイブリドーマからのトータルRNAの抽出
ヒトインスリンを抗原に用いて、Kohler及びMilstein, Nature, vol.256, p.495-497, 1975に記載される方法により、野生型のマウス抗ヒトインスリン抗体を産生するハイブリドーマを作製した。このハイブリドーマの培養物(10 mL)を1000 rpmで5分間遠心処理した後、上清を除去した。得られた細胞をISOGEN(1mL)で溶解し、室温で5分静置した。ここに、クロロホルム(200μL)を添加し、15秒間撹拌した後、室温で3分間静置した。そして、これを12000×Gで10分間、4℃にて遠心処理して、RNAを含む水相(500μL)を回収した。回収した水相にイソプロパノール(500μL)を添加して混合した。得られた混合物を室温で5分間静置した後、12000×Gで10分間、4℃にて遠心処理した。上清を除去して、得られた沈殿物(トータルRNA)に70%エタノール(1mL)を添加し、7500×Gで10分間、4℃にて遠心処理した。上清を除去し、RNAを風乾させ、RNaseフリーの水(20μL)に溶解した。
(1.1) Acquisition of wild-type anti-insulin antibody gene
(1.1.1) Extraction of total RNA from antibody-producing hybridoma Wild-type mice using human insulin as an antigen by the method described in Kohler and Milstein, Nature, vol. 256, p.495-497, 1975 A hybridoma producing an anti-human insulin antibody was produced. The hybridoma culture (10 mL) was centrifuged at 1000 rpm for 5 minutes, and then the supernatant was removed. The obtained cells were lysed with ISOGEN (1 mL) and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Chloroform (200 μL) was added thereto, stirred for 15 seconds, and allowed to stand at room temperature for 3 minutes. Then, this was centrifuged at 12000 × G for 10 minutes at 4 ° C., and an aqueous phase (500 μL) containing RNA was recovered. Isopropanol (500 μL) was added to the recovered aqueous phase and mixed. The obtained mixture was allowed to stand at room temperature for 5 minutes, and then centrifuged at 12000 × G for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was removed, 70% ethanol (1 mL) was added to the resulting precipitate (total RNA), and centrifuged at 7500 × G for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was removed, the RNA was air dried and dissolved in RNase-free water (20 μL).

(1.1.2) cDNAの合成
上記(1.1.1)で得られた各トータルRNAを用いて、以下の組成のRNAサンプルを調製した。
[RNAサンプル]
トータルRNA (500 ng/μL) 1μL
RTプライマー 1μL
脱イオン水 1.75μL
合計 3.75μL
(1.1.2) Synthesis of cDNA Using each total RNA obtained in (1.1.1) above, an RNA sample having the following composition was prepared.
[RNA sample]
Total RNA (500 ng / μL) 1 μL
RT primer 1μL
Deionized water 1.75μL
Total 3.75μL

調製したRNAサンプルを72℃にて3分間加熱した後、42℃にて2分間インキュベートした。そして、RNAサンプルに12μM SMARTerIIAオリゴヌクレオチド(1μL)を添加してcDNA合成用サンプルを調製した。このcDNA合成用サンプルを用いて、以下の組成の逆転写反応液を調製した。
[逆転写反応液]
5x First-Strandバッファー 2μL
20 mM DTT 1μL
10 mM dNTP mix 1μL
RNAaseインヒビター 0.25μL
SMARTScribe RT(100 U/μL) 1μL
cDNA合成用サンプル 4.75μL
合計 10μL
The prepared RNA sample was heated at 72 ° C. for 3 minutes and then incubated at 42 ° C. for 2 minutes. A sample for cDNA synthesis was prepared by adding 12 μM SMARTerIIA oligonucleotide (1 μL) to the RNA sample. Using this cDNA synthesis sample, a reverse transcription reaction solution having the following composition was prepared.
[Reverse transcription reaction solution]
2x 5x First-Strand buffer
20 mM DTT 1 μL
10 mM dNTP mix 1 μL
RNAase inhibitor 0.25μL
SMARTScribe RT (100 U / μL) 1 μL
Sample for cDNA synthesis 4.75μL
10μL total

調製した逆転写反応液を42℃にて90分間反応させた。そして、反応液を70℃にて10分間加熱し、トリシン-EDTA(50μL)を添加した。得られた溶液をcDNAサンプルとして用いて、以下の組成の5'RACE反応液を調製した。
[5'RACE反応液]
10x PCRバッファー 5μL
dNTP mix 5μL
25 mM Mg2SO4 3.5μL
cDNAサンプル 2.5μL
10x Universal Primer Mix 5μL
3'-プライマー 1μL
KOD plus neo (1 U/μL) 1μL
精製水 27μL
合計 50μL
The prepared reverse transcription reaction solution was reacted at 42 ° C. for 90 minutes. Then, the reaction solution was heated at 70 ° C. for 10 minutes, and tricine-EDTA (50 μL) was added. Using the obtained solution as a cDNA sample, a 5′RACE reaction solution having the following composition was prepared.
[5'RACE reaction solution]
10x PCR buffer 5 μL
dNTP mix 5μL
25 mM Mg 2 SO 4 3.5 μL
cDNA sample 2.5μL
10x Universal Primer Mix 5μL
3'-primer 1μL
KOD plus neo (1 U / μL) 1μL
Purified water 27μL
50μL total

調製した5'RACE反応液を下記の反応条件でRACE反応に付した。なお、下記の「Y」は、軽鎖については90秒であり、重鎖については150秒である。
[反応条件]
94℃で2分、
98℃で10秒、50℃で30秒、及び68℃でY秒を30サイクル、及び
68℃で3分。
The prepared 5′RACE reaction solution was subjected to RACE reaction under the following reaction conditions. The “Y” below is 90 seconds for the light chain and 150 seconds for the heavy chain.
[Reaction conditions]
2 minutes at 94 ° C
30 cycles of 98 ° C for 10 seconds, 50 ° C for 30 seconds, and 68 ° C for Y seconds, and
3 minutes at 68 ° C.

上記の反応で得られた5’RACE産物を用いて、以下の組成の溶液を調製した。該溶液を60℃にて30分間反応させて、5’RACE産物の末端にアデニンを付加した。
5’RACE産物 9μL
10x A-attachment mix 1μL
合計 10μL
Using the 5′RACE product obtained in the above reaction, a solution having the following composition was prepared. The solution was reacted at 60 ° C. for 30 minutes to add adenine to the end of the 5 ′ RACE product.
5'RACE product 9μL
10x A-attachment mix 1μL
10μL total

得られたアデニン付加産物及びpcDNA(商標)3.4 TOPO(登録商標)TAクローニングキットを用いて、以下の組成のTAクローニング反応液を調製した。該反応液を室温にて10分間インキュベートして、アデニン付加産物をpCDNA3.4にクローニングした。
[TAクローニング反応液]
アデニン付加産物 4μL
salt solution 1μL
pCDNA3.4 1μL
合計 6μL
Using the resulting adenine addition product and pcDNA ™ 3.4 TOPO ™ TA cloning kit, a TA cloning reaction solution having the following composition was prepared. The reaction was incubated at room temperature for 10 minutes and the adenine addition product was cloned into pCDNA3.4.
[TA cloning reaction solution]
Adenine addition product 4μL
salt solution 1μL
pCDNA3.4 1μL
6μL total

(1.1.3) トランスフォーメーション、プラスミド抽出及びシーケンスの確認
上記(1.1.2)で得られたTAクローニングサンプル(3μL)をDH5α(30μL)に添加して、氷上で30分静置した後、混合物を42℃にて45秒間加熱してヒートショックを行った。再度、氷上で2分静置した後、全量をアンピシリン含有LBプレートに塗布した。該プレートを37℃にて16時間インキュベートした。プレート上のシングルコロニーをアンピシリン含有LB液体培地中に取り、37℃にて16時間振とう培養(250 rpm)した。培養物を5000×Gで5分間遠心処理して、大腸菌の形質転換体を回収した。回収した大腸菌からQIAprep Spin Miniprepキットを用いてプラスミドを抽出した。具体的な操作は、該キットに添付のマニュアルに従って行った。得られたプラスミドの塩基配列を、pCDNA3.4ベクタープライマーを用いて確認した。以下、このプラスミドを、哺乳動物細胞発現用プラスミドとして用いた。
(1.1.3) Transformation, plasmid extraction and sequence confirmation The TA cloning sample (3 μL) obtained in (1.1.2) above was added to DH5α (30 μL) and left on ice for 30 minutes. Was heated at 42 ° C. for 45 seconds and subjected to heat shock. After standing again on ice for 2 minutes, the entire amount was applied to an ampicillin-containing LB plate. The plate was incubated at 37 ° C. for 16 hours. A single colony on the plate was taken in ampicillin-containing LB liquid medium, and cultured with shaking (250 rpm) at 37 ° C. for 16 hours. The culture was centrifuged at 5000 × G for 5 minutes to recover E. coli transformants. Plasmids were extracted from the recovered E. coli using the QIAprep Spin Miniprep kit. The specific operation was performed according to the manual attached to the kit. The nucleotide sequence of the obtained plasmid was confirmed using pCDNA3.4 vector primer. Hereinafter, this plasmid was used as a plasmid for mammalian cell expression.

(1.2) 野生型抗TSHR抗体の遺伝子の取得
ジェンスクリプトジャパン株式会社に野生型ヒト抗TSHR抗体の遺伝子の合成を委託して、野生型ヒト抗TSHR抗体の遺伝子を取得した。
(1.2) Acquisition of wild-type anti-TSHR antibody gene Genscript Japan Co., Ltd. was commissioned to synthesize the wild-type human anti-TSHR antibody gene to obtain the wild-type human anti-TSHR antibody gene.

(2) 各抗体の変異体の遺伝子の取得
(2.1) プライマーの設計及びPCR
各抗体の軽鎖における、Chothia法で定義されるFR3に変異を導入するため、上記(1.1.3)で得られた野生型抗インスリン抗体の遺伝子を含むプラスミド、(1.2)で得た野生型抗TSHR抗体の遺伝子及び下記の塩基配列で示されるプライマーを用いてPCRを実施した。なお、D5変異体とは、FR3の5つのアミノ酸残基がアスパラギン酸残基に変異された変異体であり、E5変異体とは、FR3の5つのアミノ酸残基がグルタミン酸残基に変異された変異体であり、K5変異体とは、FR3の5つのアミノ酸残基がリジン残基に変異された変異体であり、R5変異体とは、FR3の5つのアミノ酸残基がアルギニン残基に変異された変異体であり、R3変異体とは、FR3の3つのアミノ酸残基がアルギニン残基に変異された変異体である。
(2) Acquisition of mutant genes for each antibody
(2.1) Primer design and PCR
In order to introduce mutation in FR3 defined by Chothia method in the light chain of each antibody, a plasmid containing the gene of wild type anti-insulin antibody obtained in (1.1.3) above, wild type obtained in (1.2) PCR was performed using an anti-TSHR antibody gene and primers represented by the following nucleotide sequences. The D5 mutant is a mutant in which five amino acid residues of FR3 are mutated to aspartic acid residues. The E5 mutant is a mutant in which five amino acid residues of FR3 are mutated to glutamic acid residues. K5 mutant is a mutant in which five amino acid residues of FR3 are mutated to lysine residues. R5 mutant is a mutant in which five amino acid residues of FR3 are mutated to arginine residues. The R3 mutant is a mutant in which three amino acid residues of FR3 are mutated to arginine residues.

[抗インスリン抗体のプライマー]
配列1 D5変異体 REV: 5’ TTCGTATTCGGTCCCTTCCCCTTCGCCTTCAAAGCGAGCA 3’ (配列番号1)
配列2 E5変異体 REV: 5’ ATCGTAATCGGTCCCATCCCCATCGCCATCAAAGCGAGCA 3’ (配列番号2)
配列3 K5変異体 REV: 5’ CTTGTACTTGGTCCCCTTCCCCTTGCCCTTAAAGCGAGCA 3’ (配列番号3)
配列4 R5変異体 REV: 5’ TCTGTATCTGGTCCCTCTCCCTCTGCCTCTAAAGCGAGCA 3’ (配列番号4)
配列5 FOR: 5’CTCACAATCAGCTGATTG 3’ (配列番号5)
配列6 R3変異体 REV: 5’ TCTCCCTCTGCCTCTAAAGCGAGCA 3’ (配列番号6)
配列7 R3変異体 FOR: 5’ GGGACCAGATACAGA 3’ (配列番号7)
[Primer for anti-insulin antibody]
Sequence 1 D5 variant REV: 5 'TTCGTATTCGGTCCCTTCCCCTTCGCCTTCAAAGCGAGCA 3' (SEQ ID NO: 1)
Sequence 2 E5 variant REV: 5 'ATCGTAATCGGTCCCATCCCCATCGCCATCAAAGCGAGCA 3' (SEQ ID NO: 2)
Sequence 3 K5 variant REV: 5 'CTTGTACTTGGTCCCCTTCCCCTTGCCCTTAAAGCGAGCA 3' (SEQ ID NO: 3)
Sequence 4 R5 variant REV: 5 'TCTGTATCTGGTCCCTCTCCCTCTGCCTCTAAAGCGAGCA 3' (SEQ ID NO: 4)
Sequence 5 FOR: 5'CTCACAATCAGCTGATTG 3 '(SEQ ID NO: 5)
Sequence 6 R3 variant REV: 5 'TCTCCCTCTGCCTCTAAAGCGAGCA 3' (SEQ ID NO: 6)
Sequence 7 R3 variant FOR: 5 'GGGACCAGATACAGA 3' (SEQ ID NO: 7)

配列5のプライマーは、配列1〜4のプライマーに共通のフォワードプライマーとして用いた。また、配列7のプライマーは、配列6のプライマーに対するフォワードプライマーとして用いた。   The primer of sequence 5 was used as a forward primer common to the primers of sequences 1 to 4. The primer of sequence 7 was used as a forward primer for the primer of sequence 6.

[抗TSHR抗体のプライマー]
配列8 D5変異体 FOR: 5’ GGCACAGACGCCGACCTGGCAATCA 3’ (配列番号8)
配列9 D5変異体 REV: 5’ GTCCCGGTCTCCGTCAAACCGGTCG 3’ (配列番号9)
配列10 E5変異体 FOR: 5’ GGCACAGAGGCCGAGCTGGCAATCA 3’ (配列番号10)
配列11 E5変異体 REV: 5’ CTCCCGCTCTCCCTCAAACCGGTCG 3’ (配列番号11)
配列12 K5変異体 FOR: 5’ GGCACAAAGGCCAAGCTGGCAATCA 3’ (配列番号12)
配列13 K5変異体 REV: 5’ CTTCCGCTTTCCCTTAAACCGGTCG 3’ (配列番号13)
配列14 R5変異体 FOR: 5’ GGCACAAGGGCCAGGCTGGCAATCA 3’ (配列番号14)
配列15 R5変異体 REV: 5’ CCTCCGCCTTCCCCTAAACCGGTCG 3’ (配列番号15)
[Primer of anti-TSHR antibody]
Sequence 8 D5 mutant FOR: 5 'GGCACAGACGCCGACCTGGCAATCA 3' (SEQ ID NO: 8)
Sequence 9 D5 variant REV: 5 'GTCCCGGTCTCCGTCAAACCGGTCG 3' (SEQ ID NO: 9)
Sequence 10 E5 variant FOR: 5 'GGCACAGAGGCCGAGCTGGCAATCA 3' (SEQ ID NO: 10)
Sequence 11 E5 variant REV: 5 'CTCCCGCTCTCCCTCAAACCGGTCG 3' (SEQ ID NO: 11)
Sequence 12 K5 variant FOR: 5 'GGCACAAAGGCCAAGCTGGCAATCA 3' (SEQ ID NO: 12)
Sequence 13 K5 variant REV: 5 'CTTCCGCTTTCCCTTAAACCGGTCG 3' (SEQ ID NO: 13)
Sequence 14 R5 variant FOR: 5 'GGCACAAGGGCCAGGCTGGCAATCA 3' (SEQ ID NO: 14)
Sequence 15 R5 variant REV: 5 'CCTCCGCCTTCCCCTAAACCGGTCG 3' (SEQ ID NO: 15)

上記(1.3)で得られたプラスミドを鋳型として用いて、以下の組成のPCR反応液を調製した。
[PCR反応液]
10x PCRバッファー 5μL
25 mM Mg2SO4 3μL
2mM dNTP mix 5μL
フォワードプライマー 1μL
リバースプライマー 1μL
鋳型プラスミド(40 ng/μL) 0.5μL
KOD plus neo (1 U/μL) 1μL
精製水 33.5μL
合計 50μL
A PCR reaction solution having the following composition was prepared using the plasmid obtained in (1.3) above as a template.
[PCR reaction solution]
10x PCR buffer 5 μL
25 mM Mg 2 SO 4 3 μL
2mM dNTP mix 5μL
Forward primer 1μL
Reverse primer 1μL
Template plasmid (40 ng / μL) 0.5 μL
KOD plus neo (1 U / μL) 1μL
Purified water 33.5μL
50μL total

調製したPCR反応液を下記の反応条件でPCR反応に付した。
[反応条件]
98℃で2分、
98℃で10秒、54℃で30秒、及び68℃で4分を30サイクル、及び
68℃で3分。
The prepared PCR reaction solution was subjected to PCR reaction under the following reaction conditions.
[Reaction conditions]
2 minutes at 98 ° C
30 cycles of 98 ° C for 10 seconds, 54 ° C for 30 seconds, and 68 ° C for 4 minutes, and
3 minutes at 68 ° C.

得られたPCR産物(50μL)に2μLのDpnI(10 U/μL)を添加して、PCR産物を断片化した。DpnI処理済みPCR産物を用いて、以下の組成のライゲーション反応液を調製した。該反応液を16℃にて1時間インキュベートして、ライゲーション反応を行った。
[ライゲーション反応液]
DpnI処理済みPCR産物 2μL
Ligation high ver.2 5μL
T4ポリヌクレオチドキナーゼ 1μL
精製水 7μL
合計 15μL
2 μL of DpnI (10 U / μL) was added to the obtained PCR product (50 μL) to fragment the PCR product. Using the DpnI-treated PCR product, a ligation reaction solution having the following composition was prepared. The reaction solution was incubated at 16 ° C. for 1 hour to perform a ligation reaction.
[Ligation reaction solution]
2 μL of DpnI-treated PCR product
Ligation high ver.2 5μL
T4 polynucleotide kinase 1μL
Purified water 7μL
15μL total

(2.2) トランスフォーメーション、プラスミド抽出及びシーケンスの確認
ライゲーション反応後の溶液(3μL)をDH5α(30μL)に添加して、上記(1.1.3)と同様にして、大腸菌の形質転換体を得た。得られた大腸菌からQIAprep Spin Miniprepキットを用いてプラスミドを抽出した。得られた各プラスミドの塩基配列を、pCDNA3.4ベクタープライマーを用いて確認した。以下、これらのプラスミドを、哺乳動物細胞発現用プラスミドとして用いた。
(2.2) Transformation, plasmid extraction and sequence confirmation The solution after ligation reaction (3 μL) was added to DH5α (30 μL), and a transformant of E. coli was obtained in the same manner as in (1.1.3) above. Plasmids were extracted from the resulting E. coli using the QIAprep Spin Miniprep kit. The base sequence of each obtained plasmid was confirmed using pCDNA3.4 vector primer. Hereinafter, these plasmids were used as plasmids for mammalian cell expression.

(3) 哺乳動物細胞での発現
[試薬]
Expi293(商標)細胞(Invitrogen社)
Expi293(商標) Expression培地(Invitrogen社)
ExpiFectamine(商標)293トランスフェクションキット(Invitrogen社)
(3) Expression in mammalian cells
[reagent]
Expi293TM cells (Invitrogen)
Expi293TM Expression medium (Invitrogen)
ExpiFectamineTM 293 transfection kit (Invitrogen)

(3.1) トランスフェクション
Expi293細胞は、5%CO2雰囲気下、37℃にて振とう培養(150 rpm)して増殖させた。サンプル数に応じた数の30 mLの細胞培養物(3.0 x 106 cells/mL)を準備した。FR3の各変異体をコードするプラスミド及び野生型の抗体をコードするプラスミドを用いて、以下の組成のDNA溶液を調製し、5分間静置した。
[DNA溶液]
軽鎖プラスミド溶液 15μgに相当する量(μL)
重鎖プラスミド溶液 15μgに相当する量(μL)
Opti-MEM(商標) 適量(mL)
合計 1.5 mL
(3.1) Transfection
Expi293 cells were grown by shaking culture (150 rpm) at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere. A number of 30 mL cell cultures (3.0 × 10 6 cells / mL) corresponding to the number of samples was prepared. Using a plasmid encoding each mutant of FR3 and a plasmid encoding a wild type antibody, a DNA solution having the following composition was prepared and allowed to stand for 5 minutes.
[DNA solution]
Amount equivalent to 15 μg of light chain plasmid solution (μL)
Amount equivalent to 15 μg of heavy chain plasmid solution (μL)
Opti-MEM (trademark) appropriate amount (mL)
1.5 mL total

以下の組成のトランスフェクション試薬を調製し、5分間静置した。
ExpiFectamine試薬 80μL
プラスミド溶液 1420μL
合計 1.5 mL
A transfection reagent having the following composition was prepared and allowed to stand for 5 minutes.
ExpiFectamine reagent 80μL
Plasmid solution 1420 μL
1.5 mL total

調製したDNA溶液及びトランスフェクション試薬を混合して、20分間静置した。得られた混合液(3mL)を細胞培養物(30 mL)に添加して、5%CO2雰囲気下、37℃にて20時間振とう培養(150 rpm)した。20時間後、各培養物に、ExpiFectamine(商標)トランスフェクションエンハンサー1及び2をそれぞれ150μL及び1.5 mLを添加して、5%CO2雰囲気下、37℃にて6日間振とう培養(150 rpm)した。 The prepared DNA solution and transfection reagent were mixed and allowed to stand for 20 minutes. The obtained mixture (3 mL) was added to the cell culture (30 mL), and cultured with shaking (150 rpm) at 37 ° C. for 20 hours in a 5% CO 2 atmosphere. After 20 hours, 150 μL and 1.5 mL of ExpiFectamine ™ transfection enhancer 1 and 2 were added to each culture, respectively, and cultured with shaking at 37 ° C. for 6 days (150 rpm) in a 5% CO 2 atmosphere. did.

(3.2) 抗体の回収及び精製
各細胞培養物を3000 rpmで5分間遠心処理して、培養上清を回収した。培養上清には、トランスフェクションされたExpi293(商標)細胞から分泌された各抗体が含まれる。得られた培養上清を再度、15000×Gで10分間遠心処理して、上清を回収した。得られた上清(30 mL)に対して100μLの抗体精製用担体Ab-Capcher Mag(プロテノバ社)を添加して、室温にて2時間反応させた。担体を集磁して上清を除去し、PBS(1mL)を添加して担体を洗浄した。担体に100 mM Gly-HCl(pH 2.8)を400μL添加して、担体に捕捉された抗体(IgG)を溶出した。この溶出操作を合計3回行った。得られた溶出液を、100 mM Tris-HCl(pH 8.0)を用いて中和して、抗体溶液を取得した。
(3.2) Antibody recovery and purification Each cell culture was centrifuged at 3000 rpm for 5 minutes to recover the culture supernatant. The culture supernatant contains each antibody secreted from the transfected Expi293 ™ cells. The obtained culture supernatant was centrifuged again at 15000 × G for 10 minutes, and the supernatant was collected. To the obtained supernatant (30 mL), 100 μL of antibody purification carrier Ab-Capcher Mag (Protenova) was added and reacted at room temperature for 2 hours. The carrier was magnetized to remove the supernatant, and PBS (1 mL) was added to wash the carrier. 400 μL of 100 mM Gly-HCl (pH 2.8) was added to the carrier, and the antibody (IgG) captured on the carrier was eluted. This elution operation was performed three times in total. The obtained eluate was neutralized with 100 mM Tris-HCl (pH 8.0) to obtain an antibody solution.

(4) 結果
野生型抗インスリン抗体及び野生型抗TSHR抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番目、67番目、70番目及び72番目のセリン残基を、荷電アミノ酸残基(アスパラギン酸残基、グルタミン酸残基、リジン残基又はアルギニン残基)に置換した抗体を得た。また、野生型抗インスリン抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番目及び67番目のセリン残基を、荷電アミノ酸残基(アルギニン残基)に置換した抗体を得た。
(4) Results The 63rd, 65th, 67th, 70th and 72nd serine residues of the light chain FR3 defined by Chothia method in wild type anti-insulin antibody and wild type anti-TSHR antibody are charged amino acid residues. An antibody substituted with (aspartic acid residue, glutamic acid residue, lysine residue or arginine residue) was obtained. Further, an antibody was obtained in which the 63rd, 65th and 67th serine residues of the light chain FR3 defined by the Chothia method in the wild type anti-insulin antibody were substituted with charged amino acid residues (arginine residues).

実施例2 FR3に荷電アミノ酸残基を導入した抗体の親和性の測定
実施例1で作製した各変異体の抗原に対する親和性が、野生型に比べて、どのように変化するかを検討した。
Example 2 Measurement of Affinity of Antibody Introduced with Charged Amino Acid Residue into FR3 It was examined how the affinity of each variant prepared in Example 1 for the antigen changes compared to the wild type.

(1) 抗体の断片化
Pierce(商標) Mouse IgG1 Fab and F(ab')2 Preparationキット(Thermo Fisher社)を用いて、実施例1で得られた各抗体をFab断片にした。具体的な操作は、該キットに添付のマニュアルに従って行った。得られた反応液を、Superdex 200 Increase 10/300 GL(GEヘルスケア社)を用いて、ゲルろ過精製した。50 kDa溶出フラクションを回収し、得られたフラクションをFab断片含有溶液として、以降の実験に用いた。
(1) Antibody fragmentation
Each antibody obtained in Example 1 was converted into a Fab fragment using Pierce (trademark) Mouse IgG1 Fab and F (ab ') 2 Preparation Kit (Thermo Fisher). The specific operation was performed according to the manual attached to the kit. The obtained reaction solution was purified by gel filtration using Superdex 200 Increase 10/300 GL (GE Healthcare). The 50 kDa elution fraction was collected, and the obtained fraction was used as a Fab fragment-containing solution in subsequent experiments.

(2) 親和性の測定
(2.1) SPR技術による親和性の測定
野生型抗インスリン抗体及びその変異体の抗原に対する親和性を、次のようにしてSPR技術により測定した。抗インスリン抗体の抗原として、ヒューマリンR注100単位(イーライリリー社)を用いた。Biacore(登録商標)用センサーチップSeries S Sensor Chip CM5(GEヘルスケア社)に抗原を固定化した(固定化:100RU)。抗インスリン抗体のFab断片含有溶液を希釈して、50 nM、25 nM、12.5 nM、6.25 nM及び3.13 nMの溶液を調製した。各濃度のFab断片含有溶液をBiacore(登録商標)T200(GEヘルスケア社)に送液した(association time 120秒及びdissociation time 1200秒)。測定データをBiacore(登録商標) Evaluationソフトウェアを用いて解析し、抗インスリン抗体の親和性に関するデータを取得した。
(2) Affinity measurement
(2.1) Measurement of affinity by SPR technique The affinity of the wild-type anti-insulin antibody and its mutants for the antigen was measured by the SPR technique as follows. As the antigen of the anti-insulin antibody, 100 units of Humarin R injection (Eli Lilly) was used. Antigen was immobilized on Biacore (registered trademark) sensor chip Series S Sensor Chip CM5 (GE Healthcare) (immobilization: 100RU). Solutions containing Fab fragments of anti-insulin antibody were diluted to prepare solutions of 50 nM, 25 nM, 12.5 nM, 6.25 nM and 3.13 nM. The Fab fragment-containing solution at each concentration was sent to Biacore (registered trademark) T200 (GE Healthcare) (association time 120 seconds and dissociation time 1200 seconds). The measured data was analyzed using Biacore® Evaluation software to obtain data on the affinity of the anti-insulin antibody.

(2.2) ELISA法による親和性の評価
野生型抗TSHR抗体及びその変異体の抗原に対する親和性を、次のようにしてELISA法により測定した。
(2.2) Evaluation of affinity by ELISA method The affinity of the wild-type anti-TSHR antibody and its mutants for the antigen was measured by ELISA as follows.

(2.2.1) 捕捉用抗体の固相化
捕捉用抗体として、マウスモノクローナル抗TSHR抗体である4E31抗体(RSR社)を用いた。4E31抗体(5μg)をPBSで希釈して、抗体溶液を得た。この抗体溶液を、NUNC-イムノモジュール(Cat No.469949、NUNC社製。以下、「プレート」と呼ぶ)の各ウェルに100μLずつ添加した。このプレートを室温にて3時間静置して、4E31抗体をウェルに固相化した。抗体溶液を除去して、プレートの各ウェルにブロッキング溶液(1% BSA含有PBS)を300μLずつ添加した。4℃にて20時間以上ブロッキングを行った。
(2.2.1) Immobilization of capture antibody 4E31 antibody (RSR), which is a mouse monoclonal anti-TSHR antibody, was used as a capture antibody. 4E31 antibody (5 μg) was diluted with PBS to obtain an antibody solution. 100 μL of this antibody solution was added to each well of a NUNC-immuno module (Cat No. 469949, manufactured by NUNC, hereinafter referred to as “plate”). This plate was allowed to stand at room temperature for 3 hours to immobilize 4E31 antibody in the well. The antibody solution was removed, and 300 μL of blocking solution (PBS containing 1% BSA) was added to each well of the plate. Blocking was performed at 4 ° C. for 20 hours or more.

(2.2.2) 一次反応
抗TSHR抗体の抗原として、Detergent solubilized cell membrane preparation containing the TSHR (RSR社)を用いた。この抗原を1% BSA含有PBSで500倍に希釈して、抗原溶液を得た。4E31抗体を固相化したプレートからブロッキング液を除去し、各ウェルに抗原溶液を50μLずつ添加した。このプレートを室温にて60分間振とうして、抗原抗体反応を行った。
(2.2.2) Primary reaction Detergent solubilized cell membrane preparation containing the TSHR (RSR) was used as an anti-TSHR antibody antigen. This antigen was diluted 500 times with PBS containing 1% BSA to obtain an antigen solution. The blocking solution was removed from the 4E31 antibody-immobilized plate, and 50 μL of the antigen solution was added to each well. The plate was shaken at room temperature for 60 minutes to carry out an antigen-antibody reaction.

(2.2.3) 二次反応
検出用抗体として、野生型抗TSHR抗体、D5変異体及びR5変異体を用いた。各抗体を1% BSA含有PBSで段階的に希釈して、1000 pM、100 pM、10 pM、1pM及び0.1 pMの濃度の抗体溶液を得た。また、二次抗体として、HRP標識抗ヒトIgG (Fc特異的)抗体を用いた。この二次抗体を1% BSA含有PBSで希釈して、0.2μg/mLの濃度の二次抗体溶液を得た。各濃度の抗体溶液(50μL)と二次抗体溶液(50μL)とを混合して、抗体の混合液を得た。上記のプレートから抗原溶液を除去して、各ウェルに洗浄液(1% BSA含有PBS)を300μLずつ添加した。そして、プレートから洗浄液を除去して、各ウェルに洗浄液を300μLずつ添加して洗浄を行った。この洗浄操作を3回繰り返した。プレートから洗浄液を除去して、各ウェルに上記の抗体の混合液を100μLずつ添加した。このプレートを室温にて60分間振とうして、抗原抗体反応を行った。反応後、上記の洗浄操作を3回繰り返した。
(2.2.3) Secondary reaction Wild type anti-TSHR antibody, D5 mutant and R5 mutant were used as detection antibodies. Each antibody was serially diluted with PBS containing 1% BSA to obtain antibody solutions having concentrations of 1000 pM, 100 pM, 10 pM, 1 pM and 0.1 pM. In addition, an HRP-labeled anti-human IgG (Fc specific) antibody was used as a secondary antibody. This secondary antibody was diluted with PBS containing 1% BSA to obtain a secondary antibody solution having a concentration of 0.2 μg / mL. The antibody solution (50 μL) at each concentration and the secondary antibody solution (50 μL) were mixed to obtain an antibody mixture. The antigen solution was removed from the plate, and 300 μL of a washing solution (PBS containing 1% BSA) was added to each well. Then, the washing solution was removed from the plate, and washing was performed by adding 300 μL of the washing solution to each well. This washing operation was repeated three times. The washing solution was removed from the plate, and 100 μL of the above antibody mixture was added to each well. The plate was shaken at room temperature for 60 minutes to carry out an antigen-antibody reaction. After the reaction, the above washing operation was repeated three times.

(2.2.4) 検出
基質溶液として、1-Step Ultra TMB-ELISA Substrate Solution (Thermo Fisher Scientific社)を用いた。プレートから洗浄液を除去して、基質溶液を100μL/ウェルで添加した。このプレートを室温にて5分間静置した。5分後、プレートの各ウェルに停止液(0.1 M H2SO4)を100μLずつ添加して、反応を停止させた。そして、プレートの各ウェルについて、450 nmでの吸光度を測定した。
(2.2.4) Detection As a substrate solution, 1-Step Ultra TMB-ELISA Substrate Solution (Thermo Fisher Scientific) was used. The washing solution was removed from the plate and the substrate solution was added at 100 μL / well. The plate was left at room temperature for 5 minutes. After 5 minutes, 100 μL of stop solution (0.1 MH 2 SO 4 ) was added to each well of the plate to stop the reaction. Then, the absorbance at 450 nm was measured for each well of the plate.

(3) 結果
抗インスリン抗体について得られた結合速度定数(kon)及び解離速度定数(koff)から、解離定数(KD)を算出した。また、抗TSHR抗体を用いたELISA法の測定値から、解離定数(KD)を算出した。各抗体の動力学的パラメータを表3及び表4、並びに図1A及び図1Bに示した。図中、「正電荷」は、R5変異体のKD値を示し、「負電荷」は、D5変異体のKD値を示す。表3中、グローバルフィッティングにより得られた値は「平均値±標準誤差」である。
(3) Results The dissociation constant (K D ) was calculated from the binding rate constant (k on ) and the dissociation rate constant (k off ) obtained for the anti-insulin antibody. Further, the dissociation constant (K D ) was calculated from the measured value of ELISA method using anti-TSHR antibody. The kinetic parameters of each antibody are shown in Tables 3 and 4 and FIGS. 1A and 1B. In the figure, "positively charged" indicates the K D values of R5 variants, "negative charge" indicates the K D values of D5 variants. In Table 3, the value obtained by global fitting is “average value ± standard error”.

表3及び図1Aより、抗インスリン抗体のR3変異体、R5変異体及びK5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも低くなった。また、D5変異体及びE5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。よって、抗インスリン抗体については、FR3の3つ又は5つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が向上した抗体が作製できることがわかった。また、FR3の5つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が低下した抗体が作製できることがわかった。 From Table 3 and Figure 1A, R3 variants of anti-insulin antibodies, K D values of R5 variants and K5 mutants was lower than the K D value of the wild-type. Further, the K D value of D5 variants and E5 mutant was higher than the K D value of the wild-type. Therefore, it was found that an anti-insulin antibody can be produced by mutating three or five amino acid residues of FR3 to a basic amino acid residue, thereby producing an antibody with improved affinity for the antigen compared to the wild type. In addition, it was found that by mutating five amino acid residues of FR3 to acidic amino acid residues, an antibody having a reduced affinity for the antigen can be produced compared to the wild type.

表4及び図1Bより、抗TSHR抗体のD5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。抗TSHR抗体については、FR3の5つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が低下した抗体が作製できることがわかった。一方、抗TSHR抗体のR5変異体のKD値は、野生型のKD値と同程度であった。すなわち、抗TSHR抗体については、FR3の5つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に変異させても、親和性は変化しないことが示唆される。 From Table 4 and FIG. 1B, the K D values of D5 variants of the anti-TSHR antibody, was higher than the K D value of the wild-type. As for the anti-TSHR antibody, it was found that by mutating 5 amino acid residues of FR3 to acidic amino acid residues, an antibody having a reduced affinity for the antigen as compared with the wild type can be produced. On the other hand, the K D value of R5 variants of the anti-TSHR antibody was K D values comparable to the wild type. That is, for the anti-TSHR antibody, it is suggested that the affinity does not change even when 5 amino acid residues of FR3 are mutated to basic amino acid residues.

実施例3 CDRのアミノ酸配列の電気的特性と抗原に対する親和性との関連
実施例2より、抗インスリン抗体は、FR3への変異導入により親和性を向上及び低下させることができた。一方で、抗TSHR抗体は、FR3へ変異を導入しても親和性を低下させることはできたが、親和性を向上させることはできなかった。そこで、FR3への変異導入による抗体の抗原結合部位の表面電荷への影響を検討した。
Example 3 Relationship between Electrical Characteristics of CDR Amino Acid Sequence and Affinity for Antigen From Example 2, the anti-insulin antibody was able to improve and decrease the affinity by introducing mutation into FR3. On the other hand, although the anti-TSHR antibody was able to reduce the affinity even when the mutation was introduced into FR3, it could not improve the affinity. Therefore, the effect of the introduction of mutations into FR3 on the surface charge of the antigen binding site of the antibody was examined.

(1) 変異導入による抗体の表面電荷の変化の検討
実施例1で作製した各種のFab断片の表面電荷分布を、Discovery Studiou (ダッソー・システムズ・バイオビア株式会社)を用いて分析した。抗インスリン抗体のFab断片及び抗原としてのインスリンの表面電荷分布図を図2Aに示す。抗TSHR抗体のFab断片及び抗原としてのTSHRの表面電荷分布図を図2Bに示す。図中、矢印は、抗原結合部位を示し、PIは、等電点の値を示す。ここで、抗原結合部位は、CDRと同じである。また、図中、表面電荷分布は色で示されており、青色の部分は正電荷、赤色の部分は負電荷、白色の部分は電気的に中性であることを示す。
(1) Examination of change in surface charge of antibody due to mutagenesis The surface charge distribution of various Fab fragments prepared in Example 1 was analyzed using Discovery Studiou (Dassault Systèmes Biovia). FIG. 2A shows a surface charge distribution diagram of an anti-insulin antibody Fab fragment and insulin as an antigen. The surface charge distribution diagram of the anti-TSHR antibody Fab fragment and TSHR as the antigen is shown in FIG. 2B. In the figure, the arrow indicates the antigen binding site, and PI indicates the isoelectric point value. Here, the antigen binding site is the same as CDR. In the figure, the surface charge distribution is indicated by color, and the blue portion indicates positive charge, the red portion indicates negative charge, and the white portion indicates electrically neutral.

図2Aより、野生型の抗インスリン抗体では、抗原結合部位の表面電荷は中性であることがわかった。FR3に塩基性アミノ酸残基を導入した変異型(正電荷変異)では、抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が正となっていた。ここで、抗原であるインスリンは負電荷のタンパク質であるところ、図1Aより、正電荷変異を導入した変異型の抗原に対する親和性が向上していた。一方、FR3に酸性アミノ酸を導入した変異型(負電荷変異)では、抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が負となっていた。図1Aより、負電荷変異を導入した変異型の抗原に対する親和性が低下していた。これらのことから、野生型の抗インスリン抗体では、FR3に導入した荷電アミノ酸残基による表面電荷への寄与が広範囲に及ぶことがわかる。   From FIG. 2A, it was found that the surface charge of the antigen binding site was neutral in the wild-type anti-insulin antibody. In the mutant type (positive charge mutation) in which a basic amino acid residue was introduced into FR3, a wide range of surface charges including the antigen binding site were positive. Here, insulin, which is an antigen, is a negatively charged protein. From FIG. 1A, the affinity for a mutant antigen into which a positively charged mutation was introduced was improved. On the other hand, in the mutant type in which an acidic amino acid was introduced into FR3 (negative charge mutation), a wide range of surface charges including the antigen binding site were negative. From FIG. 1A, the affinity for a mutant antigen into which a negative charge mutation was introduced was reduced. From these facts, it can be seen that in the wild-type anti-insulin antibody, the contribution to the surface charge by the charged amino acid residue introduced into FR3 is extensive.

図2Bより、野生型の抗TSHR抗体では、抗原結合部位の表面電荷は負であることがわかった。FR3に塩基性アミノ酸を導入した変異型(正電荷変異)では、抗原結合部位を除く範囲の表面電荷は正になったが、抗原結合部位の表面電荷はあまり変化しなかった。ここで、抗原であるTSHRは負電荷のタンパク質であるが、図1Bより、正電荷変異を導入した変異型の抗原に対する親和性に変化はなかった。一方、FR3に酸性アミノ酸を導入した変異型(負電荷変異)では、抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が負となっていた。図1Bより、負電荷変異を導入した変異型の抗原に対する親和性が低下していた。これらのことから、野生型の抗TSHR抗体では、FR3に導入した酸性アミノ酸残基による表面電荷への寄与が広範囲に及ぶことがわかる。一方、野生型の抗TSHR抗体のFR3に塩基性アミノ酸残基を導入しても、表面電荷が局所的に異なることがわかる。   From FIG. 2B, it was found that the surface charge of the antigen binding site was negative in the wild-type anti-TSHR antibody. In the mutant type (positive charge mutation) in which a basic amino acid was introduced into FR3, the surface charge in the range excluding the antigen binding site became positive, but the surface charge at the antigen binding site did not change much. Here, although the antigen TSHR is a negatively charged protein, as shown in FIG. 1B, there was no change in the affinity for a mutant antigen into which a positively charged mutation was introduced. On the other hand, in the mutant type in which an acidic amino acid was introduced into FR3 (negative charge mutation), a wide range of surface charges including the antigen binding site were negative. From FIG. 1B, the affinity for the mutant antigen into which the negative charge mutation was introduced was reduced. From these facts, it can be seen that in the wild-type anti-TSHR antibody, the acidic amino acid residue introduced into FR3 contributes widely to the surface charge. On the other hand, even when a basic amino acid residue is introduced into FR3 of the wild-type anti-TSHR antibody, the surface charge is locally different.

(2) CDRのアミノ酸配列の電気的特性と親和性の制御との関連
本発明者らは、抗体のFR3への荷電アミノ酸残基の導入によって、抗原に対する親和性がどのように変化するかは、該抗体のCDRの電気的特性が関係すると考えた。ここで、本発明者らは、CDRの電気的特性を下記の式(I)により定義した。
(2) Relationship between electrical characteristics of CDR amino acid sequence and control of affinity The present inventors have determined how the affinity for an antigen is changed by introducing a charged amino acid residue into FR3 of an antibody. It was thought that the CDR electrical characteristics of the antibody were related. Here, the present inventors defined the electrical characteristics of CDR by the following formula (I).

X=[CDRのアミノ酸配列中の塩基性アミノ酸残基の数]−[CDRのアミノ酸配列中の酸性アミノ酸残基の数] ・・・(I)
(式中、Xが−1、0又は1であるとき、CDRの電気的特性は中性であり、
Xが2以上であるとき、CDRの電気的特性は正電荷であり、
Xが−2以下であるとき、CDRの電気的特性は負電荷である)
X = [number of basic amino acid residues in the amino acid sequence of CDR] − [number of acidic amino acid residues in the amino acid sequence of CDR] (I)
(Wherein, when X is -1, 0 or 1, the electrical characteristics of the CDR are neutral,
When X is 2 or more, the electrical characteristic of CDR is positive charge,
(When X is −2 or less, the electrical characteristics of the CDR are negative charges)

表5に、野生型の抗TSHR抗体の軽鎖CDRのアミノ酸配列を示す(配列番号16及び17)。なお、これらのCDRのアミノ酸配列は、Chothia法で定義される配列である。   Table 5 shows the amino acid sequence of the light chain CDR of the wild-type anti-TSHR antibody (SEQ ID NOs: 16 and 17). The amino acid sequences of these CDRs are sequences defined by the Chothia method.

抗インスリン抗体のCDRには、塩基性アミノ酸残基(アルギニン)が1つあり、酸性アミノ酸残基は存在しないので、CDRの電気的特性は中性(X=1)と定義される。表5に示されるように、抗TSHR抗体のCDRには、酸性アミノ酸残基(アスパラギン酸)が5つあり、塩基性アミノ酸残基は存在しないので、CDRの電気的特性は負電荷(X=−5)と定義される。図2A及びBからわかるように、式(I)により決定した抗インスリン抗体及び抗TSHR抗体のCDRの電気的特性は、Discovery Studiouで分析した抗原結合部位の表面電荷と一致する。このように、抗体によって、CDRの電気的特性及び抗原結合部位の表面電荷に偏りがあることがわかった。   Since the CDR of an anti-insulin antibody has one basic amino acid residue (arginine) and no acidic amino acid residue, the electrical property of CDR is defined as neutral (X = 1). As shown in Table 5, since the CDR of the anti-TSHR antibody has 5 acidic amino acid residues (aspartic acid) and no basic amino acid residue, the electrical characteristics of the CDR are negative (X = -5). As can be seen from FIGS. 2A and B, the CDR electrical properties determined by Formula (I) are consistent with the surface charge of the antigen binding site analyzed by Discovery Studiou. Thus, it was found that the electrical characteristics of CDR and the surface charge of the antigen binding site are biased depending on the antibody.

(3) 結果
実施例2及び実施例3の分析から、CDRの電気的特性が中性である抗体では、FR3への荷電アミノ酸残基の導入による寄与が大きいことが示唆される。また、CDRの電気的特性が中性である抗体では、該導入により生じる静電相互作用によって、抗原結合部位の配向制御が可能であることが示唆される。一方、CDRの電気的特性が負電荷である抗体は、FR3へ塩基性アミノ酸残基を導入しても、静電相互作用による効果が局所的であることが示唆される。しかし、CDRの電気的特性が負電荷である抗体では、FR3に酸性アミノ酸残基を導入すると、静電気的斥力により抗原に対する親和性を低下させることが可能であることが示唆される。
(3) Results The analysis of Example 2 and Example 3 suggests that the antibody with neutral CDR electrical characteristics contributes greatly to the introduction of charged amino acid residues into FR3. Further, it is suggested that an antibody having neutral CDR electrical characteristics can control the orientation of the antigen-binding site by electrostatic interaction caused by the introduction. On the other hand, it is suggested that an antibody having a negative electrical property of CDR has a local effect of electrostatic interaction even when a basic amino acid residue is introduced into FR3. However, in the case of an antibody whose CDR has a negative electrical property, when an acidic amino acid residue is introduced into FR3, it is suggested that the affinity for an antigen can be reduced by electrostatic repulsion.

実施例4 FR3に荷電アミノ酸残基を導入した抗体の熱安定性の検討
実施例1で作製した抗インスリン抗体の各変異体の熱安定性が、野生型に比べて、どのように変化するかを検討した。
Example 4 Examination of Thermal Stability of Antibody Introduced with Charged Amino Acid Residue into FR3 How does the thermal stability of each variant of the anti-insulin antibody prepared in Example 1 change compared to the wild type? It was investigated.

(1) ゲルろ過によるバッファーの置換
実施例2で得たFab断片含有溶液の溶媒を、ゲルろ過により、示差走査熱量計(DSC)での測定に用いるバッファー(リン酸緩生理食塩水:PBS)に置換した。ゲルろ過の条件は下記のとおりである。
[ゲルろ過の条件]
バッファー:PBS
使用したカラム:Superdex 200 Increase 10/300 (GEヘルスケア社)
カラム体積(CV):24 mL
サンプル体積:500μL
流速:1.0 mL/min
溶出量:1.5 CV
フラクション体積:500μL
(1) Replacement of buffer by gel filtration The solvent of the Fab fragment-containing solution obtained in Example 2 was used for measurement with a differential scanning calorimeter (DSC) by gel filtration (slow phosphate phosphate: PBS). Replaced with The conditions for gel filtration are as follows.
[Gel filtration conditions]
Buffer: PBS
Column used: Superdex 200 Increase 10/300 (GE Healthcare)
Column volume (CV): 24 mL
Sample volume: 500 μL
Flow rate: 1.0 mL / min
Elution volume: 1.5 CV
Fraction volume: 500μL

(2) 変性温度(Tm)の測定
Fab断片を含むフラクションをPBSで希釈して、Fab断片含有サンプル(終濃度5μM)を調製した。MicroCal VP-Capillary DSC (Malvern Instruments Ltd社)を用いて、各Fab断片のTmを測定した。測定条件は下記のとおりである。
[DSC測定条件]
サンプル量:400μL
測定範囲:30℃〜90℃
昇温速度:60℃/時間
(2) Measurement of denaturation temperature (Tm)
The fraction containing the Fab fragment was diluted with PBS to prepare a Fab fragment-containing sample (final concentration 5 μM). Tm of each Fab fragment was measured using MicroCal VP-Capillary DSC (Malvern Instruments Ltd). The measurement conditions are as follows.
[DSC measurement conditions]
Sample volume: 400μL
Measuring range: 30 ℃ ~ 90 ℃
Temperature increase rate: 60 ° C / hour

(3) 結果
DSC測定により取得したTm値及び解析ピークを、それぞれ表6及び図3に示す。
(3) Results
The Tm value and analysis peak obtained by DSC measurement are shown in Table 6 and FIG. 3, respectively.

D5変異体は、野生型に比べて熱安定性が最も低下したが、その低下は13%程度に留まった。ほとんどの変異体において、熱安定性は野生型からほとんど変化しないことがわかった。よって、FR3への荷電アミノ酸残基の導入は、抗体の熱安定性にはほとんど影響しないことが示唆される。   The D5 mutant had the lowest thermal stability compared to the wild type, but the decrease was only about 13%. In most mutants, the thermostability was found to change little from the wild type. Therefore, it is suggested that introduction of a charged amino acid residue into FR3 hardly affects the thermal stability of the antibody.

実施例5 抗リゾチーム抗体の抗原に対する親和性の制御
CDRの電気的特性に基づいて抗リゾチーム抗体のFR3に変異を導入し、得られた変異体のリゾチームに対する親和性を確認した。
Example 5 Control of affinity of anti-lysozyme antibody for antigen
Based on the electrical characteristics of CDR, mutation was introduced into FR3 of the anti-lysozyme antibody, and the affinity of the obtained mutant for lysozyme was confirmed.

(1) 抗リゾチーム抗体のCDRの電気的特性
ジェンスクリプトジャパン株式会社に抗リゾチーム抗体の遺伝子の合成を委託して、野生型抗リゾチーム抗体の遺伝子を含むプラスミドDNAを取得した。該遺伝子の塩基配列に基づいて、抗リゾチーム抗体のアミノ酸配列を決定した。表7に、野生型の抗リゾチーム抗体の軽鎖及び重鎖CDRのアミノ酸配列を示す(配列番号18〜23)。なお、これらのCDRのアミノ酸配列は、Chothia法で定義される配列である。
(1) CDR electrical properties of anti-lysozyme antibody Genscript Japan Co., Ltd. was commissioned to synthesize the gene of anti-lysozyme antibody, and plasmid DNA containing the gene of wild-type anti-lysozyme antibody was obtained. Based on the nucleotide sequence of the gene, the amino acid sequence of the anti-lysozyme antibody was determined. Table 7 shows the amino acid sequences of the light chain and heavy chain CDRs of the wild-type anti-lysozyme antibody (SEQ ID NOs: 18 to 23). The amino acid sequences of these CDRs are sequences defined by the Chothia method.

表7に示されるように、抗リゾチーム抗体の軽鎖及び重鎖のCDRには、塩基性アミノ酸残基が2つあり、酸性アミノ酸残基が3つある。よって、抗リゾチーム抗体のCDRの電気的特性は中性(X=−1)と定義される。   As shown in Table 7, the light chain and heavy chain CDRs of the anti-lysozyme antibody have two basic amino acid residues and three acidic amino acid residues. Thus, the CDR electrical properties of anti-lysozyme antibodies are defined as neutral (X = -1).

(2) 抗リゾチーム抗体の変異体の作製
ジェンスクリプトジャパン株式会社に抗リゾチーム抗体のR5変異体及びD5変異体の遺伝子の合成を委託して、抗リゾチーム抗体の変異型の遺伝子を含むプラスミドDNAを取得した。ここで、抗リゾチーム抗体のR5変異体は、野生型抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番目及び67番目のセリン残基、70番目のアスパラギン酸残基、及び72番目のスレオニン残基を、アルギニン残基に置換した抗体である。また、抗リゾチーム抗体のD5変異体は、野生型抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番目及び67番目のセリン残基、70番目のアスパラギン酸残基、及び72番目のスレオニン残基を、アスパラギン酸残基に置換した抗体である。
(2) Production of anti-lysozyme antibody variants Enzyme Japan was entrusted with the synthesis of anti-lysozyme antibody R5 and D5 variant genes, and plasmid DNA containing the anti-lysozyme antibody variant gene was prepared. I got it. Here, the R5 mutant of the anti-lysozyme antibody includes the 63rd, 65th and 67th serine residues, the 70th aspartic acid residue, and the 72nd position of the light chain FR3 defined by the Chothia method in the wild type antibody. In which the threonine residue is substituted with an arginine residue. In addition, the D5 mutant of the anti-lysozyme antibody includes the 63rd, 65th and 67th serine residues, the 70th aspartic acid residue, and the 72nd aspartic acid residue of the light chain FR3 defined by Chothia method in the wild type antibody An antibody in which a threonine residue is substituted with an aspartic acid residue.

得られたプラスミドを用いて、実施例1と同様にして、Expi293(商標)細胞に各抗体を発現させ、得られた培養上清を精製して、抗リゾチーム抗体の野生型、R5変異体及びD5変異体のそれぞれの溶液を取得した。   Using the obtained plasmid, each antibody was expressed in Expi293 ™ cells in the same manner as in Example 1, and the obtained culture supernatant was purified to obtain a wild-type anti-lysozyme antibody, R5 mutant and Each solution of D5 mutant was obtained.

(3) 変異体の抗原に対する親和性の測定
抗リゾチーム抗体の抗原として、ニワトリ卵白由来リゾチーム(シグマアルドリッチ社)を10 mM酢酸ナトリウム溶液(pH 5.0)に溶解した溶液(200 ng/mL)を用いた。Biacore(登録商標)用センサーチップSeries S Sensor Chip CM5(GEヘルスケア社)に抗原を固定化した(41 RU又は33 RU)。各抗体の溶液をHBS EP+バッファー(GEヘルスケア社)で希釈して、種々の濃度の溶液を調製した。これらの溶液をBiacore(登録商標)T200(GEヘルスケア社)に送液した。各溶液における抗体濃度及び測定条件は、下記のとおりである。測定データをBiacore(登録商標) Evaluationソフトウェアを用いて解析し、各抗体の親和性に関するデータを取得した。
(3) Measurement of affinity of mutant for antigen Anti-lysozyme antibody antigen used is a solution (200 ng / mL) of chicken egg white lysozyme (Sigma Aldrich) dissolved in 10 mM sodium acetate solution (pH 5.0). It was. The antigen was immobilized on Biacore (registered trademark) sensor chip Series S Sensor Chip CM5 (GE Healthcare) (41 RU or 33 RU). Each antibody solution was diluted with HBS EP + buffer (GE Healthcare) to prepare solutions of various concentrations. These solutions were sent to Biacore (registered trademark) T200 (GE Healthcare). The antibody concentration and measurement conditions in each solution are as follows. The measurement data was analyzed using Biacore® Evaluation software to obtain data on the affinity of each antibody.

[抗体濃度]
野生型:30 nM、15 nM、7.5 nM、3.75 nM及び1.875 nM
D5変異体:30 nM、15 nM、7.5 nM、3.75 nM及び1.875 nM
R5変異体:2 nM、1 nM、0.5 nM、0.25 nM及び0.125 nM
[Antibody concentration]
Wild type: 30 nM, 15 nM, 7.5 nM, 3.75 nM and 1.875 nM
D5 variants: 30 nM, 15 nM, 7.5 nM, 3.75 nM and 1.875 nM
R5 variants: 2 nM, 1 nM, 0.5 nM, 0.25 nM and 0.125 nM

[測定条件]
Association:30μL/min, 60 sec, 120 sec
Dissociation:30μL/min, 60 sec, 1200 sec
Regeneration:Gly-HCl (pH 2.0) / 60μL/min, 40 sec
[Measurement condition]
Association: 30μL / min, 60 sec, 120 sec
Dissociation: 30μL / min, 60 sec, 1200 sec
Regeneration: Gly-HCl (pH 2.0) / 60μL / min, 40 sec

(4) 結果
抗リゾチーム抗体の野生型及び変異体について得られた結合速度定数(kon)及び解離速度定数(koff)から、解離定数(KD)を算出した。各抗体の動力学的パラメータを表8及び図4に示す。図中、「負電荷」は、D5変異体のKD値を示し、「正電荷」は、R5変異体のKD値を示す。
(4) Results The dissociation constant (K D ) was calculated from the binding rate constant (k on ) and the dissociation rate constant (k off ) obtained for the wild type and mutants of the anti-lysozyme antibody. The kinetic parameters of each antibody are shown in Table 8 and FIG. In the figure, "negative charge" indicates the K D values of the D5 variant, "positively charged" refers to a K D values of R5 variants.

表8及び図4より、抗リゾチーム抗体のR5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも低くなった。また、D5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。よって、抗リゾチーム抗体については、FR3の5つの中性アミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が向上した抗体が作製できることがわかった。また、FR3の5つの中性アミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が低下した抗体が作製できることがわかった。これらの結果は、実施例2の抗インスリン抗体の変異体と同様であった。よって、CDRの電気的特性が中性である抗体では、FR3への荷電アミノ酸残基の導入により生じる静電相互作用によって、抗原結合部位の配向制御が可能であることが示唆される。 From Table 8 and FIG. 4, the K D values of R5 variants of the anti-lysozyme antibody, was lower than the K D values of the wild-type. Further, the K D value of D5 mutants was higher than the K D values of the wild-type. Therefore, it was found that an anti-lysozyme antibody can be prepared by mutating five neutral amino acid residues of FR3 to basic amino acid residues to produce an antibody with improved affinity for the antigen compared to the wild type. In addition, it was found that by mutating five neutral amino acid residues of FR3 to acidic amino acid residues, an antibody having a reduced affinity for the antigen as compared with the wild type can be produced. These results were similar to the anti-insulin antibody mutant of Example 2. Therefore, it is suggested that an antibody having neutral CDR electrical characteristics can control the orientation of the antigen binding site by electrostatic interaction caused by the introduction of a charged amino acid residue into FR3.

実施例6 抗HBsAg抗体の抗原に対する親和性の制御
CDRの電気的特性に基づいて抗HBsAg抗体のFR3に変異を導入し、得られた変異体のリゾチームに対する親和性を確認した。
Example 6 Control of affinity of anti-HBsAg antibody for antigen
Based on the electrical characteristics of CDR, mutation was introduced into FR3 of the anti-HBsAg antibody, and the affinity of the obtained mutant for lysozyme was confirmed.

(1) 抗HBsAg抗体のCDRの電気的特性
組換え型HBsAgを抗原に用いて、Kohler及びMilstein, Nature, vol.256, p.495-497, 1975に記載される方法により、マウス抗HBsAg抗体を産生するハイブリドーマを作製した。実施例1と同様にして、このハイブリドーマのRNAから、野生型の抗HBsAg抗体の遺伝子を含むプラスミドDNAを取得した。該遺伝子の塩基配列に基づいて、抗HBsAg抗体のアミノ酸配列を決定した。野生型の抗HBsAg抗体における、Chothia法で定義される軽鎖及び重鎖CDRには、塩基性アミノ酸残基が2つあり、酸性アミノ酸残基が10個あることがわかった。よって、抗HBsAg抗体のCDRの電気的特性は負電荷(X=−8)と定義される。
(1) CDR electrical characteristics of anti-HBsAg antibody Using recombinant HBsAg as an antigen, mouse anti-HBsAg antibody by the method described in Kohler and Milstein, Nature, vol. 256, p.495-497, 1975 Was produced. In the same manner as in Example 1, plasmid DNA containing the wild-type anti-HBsAg antibody gene was obtained from the RNA of this hybridoma. Based on the base sequence of the gene, the amino acid sequence of the anti-HBsAg antibody was determined. It was found that the light chain and heavy chain CDRs defined by the Chothia method in the wild-type anti-HBsAg antibody have 2 basic amino acid residues and 10 acidic amino acid residues. Therefore, the CDR electrical property of the anti-HBsAg antibody is defined as negative charge (X = -8).

(2) 抗HBsAg抗体の変異体の作製
Chothia法で定義される軽鎖FR3に変異を導入するため、上記(1)で得た野生型抗HBsAg抗体の遺伝子及び下記の塩基配列で示されるプライマーを用いて、実施例1と同様にしてPCRを実施した。
(2) Preparation of anti-HBsAg antibody mutant
In order to introduce a mutation into the light chain FR3 defined by the Chothia method, the wild-type anti-HBsAg antibody gene obtained in (1) above and the primer represented by the following base sequence were used in the same manner as in Example 1. PCR was performed.

[抗HBsAg抗体のプライマー]
D5変異体 FOR: 5’ GGGACCGATTATGATCTCACAATCAGTCGAATGGAG 3’ (配列番号24)
D5変異体 REV: 5’ ATCCCCATCGGCATCGAAACGAACAGGGACTCCAGAAGC 3’ (配列番号25)
[Primers of anti-HBsAg antibody]
D5 mutant FOR: 5 'GGGACCGATTATGATCTCACAATCAGTCGAATGGAG 3' (SEQ ID NO: 24)
D5 mutant REV: 5 'ATCCCCATCGGCATCGAAACGAACAGGGACTCCAGAAGC 3' (SEQ ID NO: 25)

得られたPCR産物を用いて、実施例1と同様にして、変異体又は野生型の軽鎖をコードする遺伝子を含むプラスミドと、野生型の重鎖をコードする遺伝子を含むプラスミドとを取得した。これらのプラスミドを用いて、実施例1と同様にして、Expi293(商標)細胞に各抗体を発現させ、得られた培養上清を精製して、抗HBsAg抗体の野生型及びD5変異体のそれぞれの溶液を取得した。ここで、抗HBsAg抗体のD5変異体は、野生型抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番、67番目及び70番目のセリン残基、及び72番目のフェニルアラニン残基を、アスパラギン酸残基に置換した抗体である。   Using the obtained PCR product, a plasmid containing a gene encoding a mutant or wild-type light chain and a plasmid containing a gene encoding a wild-type heavy chain were obtained in the same manner as in Example 1. . Using these plasmids, each antibody was expressed in Expi293 ™ cells in the same manner as in Example 1, and the resulting culture supernatant was purified to obtain each of the wild type and D5 mutants of the anti-HBsAg antibody. A solution of was obtained. Here, the D5 mutant of the anti-HBsAg antibody contains the 63rd, 65th, 67th and 70th serine residues, and the 72nd phenylalanine residue of the light chain FR3 defined by the Chothia method in the wild type antibody. An antibody substituted with an aspartic acid residue.

(3) 変異体の抗原に対する親和性の測定
(3.2) 捕捉用抗体の固相化
捕捉用抗体として、上記(1)で得たハイブリドーマとは異なるハイブリドーマから産生されるマウス抗HBsAg抗体を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、この捕捉用抗体をプレート(NUNC-イムノモジュール、Cat No.469949、NUNC社製)の各ウェルに固相化した。また、実施例2と同様にして、プレートの各ウェルをブロッキング溶液(1% BSA含有PBS)でブロッキングした。
(3) Measuring the affinity of the mutant for antigen
(3.2) Immobilization of capture antibody In the same manner as in Example 2 except that a mouse anti-HBsAg antibody produced from a hybridoma different from the hybridoma obtained in (1) above was used as the capture antibody. This capture antibody was immobilized on each well of a plate (NUNC-Immunomodule, Cat No. 469949, manufactured by NUNC). In the same manner as in Example 2, each well of the plate was blocked with a blocking solution (PBS containing 1% BSA).

(3.3) 一次反応
抗HBsAg抗体の抗原として、HISCL(登録商標) HBsAg キャリブレータ(HBsAg濃度0.025 IU/mL、シスメックス株式会社)を用いた。捕捉用抗体を固相化したプレートからブロッキング液を除去し、各ウェルに抗原溶液を50μLずつ添加した。このプレートを室温にて60分間振とうして、抗原抗体反応を行った。
(3.3) Primary reaction HISCL (registered trademark) HBsAg calibrator (HBsAg concentration 0.025 IU / mL, Sysmex Corporation) was used as an antigen of the anti-HBsAg antibody. The blocking solution was removed from the plate on which the capture antibody was immobilized, and 50 μL of the antigen solution was added to each well. The plate was shaken at room temperature for 60 minutes to carry out an antigen-antibody reaction.

(3.3) 二次反応及び検出
検出用抗体として、抗HBsAg抗体の野生型及びD5変異体を用いた。各抗体を1% BSA含有PBSで段階的に希釈して、400 nM、80 nM、16 nM、3.2 nM、640 pM、128 pM、25.6 pM及び5.12 pMの濃度の抗体溶液を得た。また、二次抗体として、HRP標識抗マウスIgG (Fc特異的)抗体を用いた。これらを用いて、実施例2と同様にして抗原抗体反応を行った。そして、基質溶液として、1-Step Ultra TMB-ELISA Substrate Solution (Thermo Fisher Scientific社)を用いて、実施例2と同様にして、プレートの各ウェルについて450 nmでの吸光度を測定した。
(3.3) Secondary reaction and detection Anti-HBsAg antibody wild type and D5 mutant were used as detection antibodies. Each antibody was serially diluted with PBS containing 1% BSA to obtain antibody solutions having concentrations of 400 nM, 80 nM, 16 nM, 3.2 nM, 640 pM, 128 pM, 25.6 pM and 5.12 pM. In addition, an HRP-labeled anti-mouse IgG (Fc specific) antibody was used as a secondary antibody. Using these, antigen-antibody reaction was carried out in the same manner as in Example 2. Then, using 1-Step Ultra TMB-ELISA Substrate Solution (Thermo Fisher Scientific) as a substrate solution, the absorbance at 450 nm was measured for each well of the plate in the same manner as in Example 2.

(4) 結果
抗HBsAg抗体の野生型及びD5変異体を用いたELISA法の測定値から、解離定数(KD)を算出した。結果を表9及び図5に示す。図中、「負電荷」は、D5変異体のKD値を示す。
(4) Results The dissociation constant (K D ) was calculated from the measured values obtained by ELISA using wild-type anti-HBsAg antibody and D5 mutant. The results are shown in Table 9 and FIG. In the figure, "negative charge" indicates the K D values of D5 variants.

表9及び図5より、抗HBsAg抗体のD5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。また、D5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。よって、抗HBsAg抗体については、FR3の5つの中性アミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が低下した抗体が作製できることがわかった。これらの結果は、実施例2の抗TSHR抗体のD5変異体及びE5変異体と同様であった。よって、CDRの電気的特性が負電荷である抗体では、FR3への酸性アミノ酸残基の導入により生じる静電的斥力によって、抗原に対する親和性を低下させることが可能であることが示唆される。 From Table 9 and Figure 5, is the K D value of D5 variants of the anti-HBsAg antibody was higher than the K D value of the wild-type. Further, the K D value of D5 mutants was higher than the K D values of the wild-type. Therefore, it was found that an anti-HBsAg antibody can be prepared by mutating five neutral amino acid residues of FR3 to acidic amino acid residues to produce an antibody having a reduced affinity for the antigen as compared to the wild type. These results were the same as the D5 mutant and the E5 mutant of the anti-TSHR antibody of Example 2. Therefore, it is suggested that in the case of an antibody whose CDR has a negative charge, affinity for an antigen can be reduced by electrostatic repulsion caused by introduction of an acidic amino acid residue into FR3.

Claims (2)

相補性決定領域(CDR)のアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性の抗体において、前記抗体の軽鎖における、Chothia法で定義される63番目、65番目、67番目、70番目及び72番目のアミノ酸残基をアスパラギン酸残基又はグルタミン酸残基に置換することにより、抗体の抗原に対する親和性を、未改変の抗体に比べ低下させる方法であって、
前記未改変の抗体の軽鎖における63番目、65番目、67番目、70番目及び72番目のアミノ酸残基が、中性アミノ酸残基であり、
前記CDRの電気的特性が、以下の式(I)により決定される、前記方法:
X=[CDRのアミノ酸配列中の塩基性アミノ酸残基の数]−[CDRのアミノ酸配列中の酸性アミノ酸残基の数] ・・・(I)
(式中、Xが−1、0又は1であるとき、CDRの電気的特性は中性であり、
Xが2以上であるとき、CDRの電気的特性は正電荷であり、
Xが−2以下であるとき、CDRの電気的特性は負電荷である)。
In an antibody with neutral CDR electrical characteristics based on the amino acid sequence of the complementarity determining region (CDR), in the light chain of the antibody, the 63rd, 65th, 67th, 70th and 72th as defined by the Chothia method A method for reducing the affinity of an antibody for an antigen compared to an unmodified antibody by substituting the second amino acid residue with an aspartic acid residue or a glutamic acid residue,
The 63rd, 65th, 67th, 70th and 72nd amino acid residues in the light chain of the unmodified antibody are neutral amino acid residues,
The method, wherein the electrical properties of the CDR are determined by the following formula (I):
X = [number of basic amino acid residues in the amino acid sequence of CDR] − [number of acidic amino acid residues in the amino acid sequence of CDR] (I)
(Wherein, when X is -1, 0 or 1, the electrical characteristics of the CDR are neutral,
When X is 2 or more, the electrical characteristic of CDR is positive charge,
When X is −2 or less, the electrical characteristics of the CDR are negative charges).
相補性決定領域(CDR)のアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性の抗体において、前記抗体の軽鎖における、Chothia法で定義される63番目、65番目、67番目、70番目及び72番目のアミノ酸残基をアスパラギン酸残基又はグルタミン酸残基に置換する工程と、
前記置換工程で得られた抗体を回収する工程と
を含む、抗原に対する親和性が未改変の抗体に比べ低下した抗体の製造方法であって、
前記未改変の抗体の軽鎖における63番目、65番目、67番目、70番目及び72番目のアミノ酸残基が、中性アミノ酸残基であり、
前記CDRの電気的特性が、以下の式(I)により決定される、前記製造方法:
X=[CDRのアミノ酸配列中の塩基性アミノ酸残基の数]−[CDRのアミノ酸配列中の酸性アミノ酸残基の数] ・・・(I)
(式中、Xが−1、0又は1であるとき、CDRの電気的特性は中性であり、
Xが2以上であるとき、CDRの電気的特性は正電荷であり、
Xが−2以下であるとき、CDRの電気的特性は負電荷である)。
In an antibody with neutral CDR electrical characteristics based on the amino acid sequence of the complementarity determining region (CDR), in the light chain of the antibody, the 63rd, 65th, 67th, 70th and 72th as defined by the Chothia method Substituting the second amino acid residue with an aspartic acid residue or a glutamic acid residue;
A method for producing an antibody having a reduced affinity for an antigen as compared to an unmodified antibody, comprising a step of recovering the antibody obtained in the substitution step,
The 63rd, 65th, 67th, 70th and 72nd amino acid residues in the light chain of the unmodified antibody are neutral amino acid residues,
The manufacturing method, wherein electrical characteristics of the CDR are determined by the following formula (I):
X = [number of basic amino acid residues in the amino acid sequence of CDR] − [number of acidic amino acid residues in the amino acid sequence of CDR] (I)
(Wherein, when X is -1, 0 or 1, the electrical characteristics of the CDR are neutral,
When X is 2 or more, the electrical characteristic of CDR is positive charge,
When X is −2 or less, the electrical characteristics of the CDR are negative charges).
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