JP6612360B2 - 薬用作用を有する融合タンパク質複合体および融合タンパク質 - Google Patents

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Description

本発明は生物工学の分野に関し、Titin-Telethonin β−プリーツシート構造に基づくポリペプチド複合体がポリペプチドまたはタンパク質薬物担体として、ポリペプチドまたはタンパク質類薬物担体の半減期を延長させる使用および方法、このようなポリペプチド複合体によるポリペプチドまたはタンパク質類薬物への設計と改良により、薬用作用を有する融合タンパク質複合体を得られることに関するものである。
現在では、ほとんどのペプチド類およびその類似体薬物はホルモンやホルモンの作用があるペプチド誘導体であり、生物活性や特異性が高く、可溶性が強く、低毒性などのメリットがあり、既に薬物の研究開発のホットな領域となっている。ペプチドやタンパク質薬物は強力な生物学的活性を有するが、体内で薬理学作用を発揮するには、次の制限がある。即ち、1)経口利用度が低く、投与方法は通常注射を選択する、2)親水性が強く、生理バリアを通過しにくい、3)構造の柔軟性が高く、受容体や標的を結合するとき、特異的選択を欠けるため、副作用が出やすくなってしまう。また、以上の制限以外に、体内半減期が短いということが最も主要な制限となっている。あるペプチドやタンパク質類薬物の体内半減期がわずか数分間しかないので、標的組織に届く薬物濃度が低すぎて、十分な効果を発揮できなく、臨床使用は厳しく制限されている。
半減期が短い原因として、2つが挙げられる。1つは血漿、肝臓および腎臓の中に、ペプチド酵素(Peptidase)とプロティナーゼ(Protease)が大量に存在しているため、ペプチドやタンパク質が酵素の作用で迅速に分解されること、もう1つは血漿中の分子量がより小さいペプチドやタンパク質類薬物(50kDaより低い)が、腎臓の濾過作用で急速に排出されること。
ペプチドやタンパク質類薬物の半減期を延長させることは、薬物の薬物動態と薬力学の特徴を改善するだけでなく、しかも投与量と投与回数を減らすこともでき、これもペプチドやタンパク質類薬物の臨床使用上、大きな問題となっている。
現在では、一連のペプチドやタンパク質類薬物の半減期を延長させる方法が既に開発されており、例えば、ペプチドやタンパク質類薬物が酵素に対する安定性を向上させることにより、酵素の分解を減らすこと、あるいはペプチドやタンパク質類薬物のハイドロメカニクス体積(Hydrodynamic Volume)とFcRn介在の再生作用を増加することにより、腎臓の濾過排出を減らすことである。また、小さなポリペプチドやタンパク質類薬物を大分子の物質と遺伝子融合あるいは化学カップリングでつなぐと、その分子量を増大させ、腎臓濾過の臨界値(40〜50kDa)を超えさせることにより、腎臓の濾過排出を減らすだけでなく、しかも大分子量物質の空間の立体効果に依存して、タンパク質酵素などによるポリペプチドやタンパク質薬物への分解を減らすことにより、ポリペプチドやタンパク質類薬物の半減期を大幅に延長させ、臨床使用の底力を増加した。
現在では、PEG、AlbuminやIgG−Fcなどが使用に比較的成熟した大分子量担体である。最も普遍的な方法は、化学架橋で異なる分子量のPEGをポリペプチドやタンパク質類薬物の特異部位とつなぎ、ポリペプチドやタンパク質薬物の半減期を著しく延長することができる。PEG修飾はタンパク質やポリペプチド薬物の水溶性を増やし、安定性を高め、免疫原性を低下させ、プロティナーゼの分解を減らし、血液中の滯留時間を延長させ、薬物の作用時間を延長させる。しかし、PEG修飾でも、例えば、生産コストが高く、あるPEG修飾の薬物の活性が低下し、また近年、PEG修飾のタンパク質およびその分解物が腎臓に累積しやすく、腎臓の正常な濾過作用を干渉することを発見し、人や動物がPEGに対して一定の抗体を生じ、一定の免疫原性を有することを表明するといういくつかの問題がある。
そのため、免疫原性のより低いあるいは免疫原性のない、体内により安定したペプチドやタンパク質類薬物の担体を開発する必要があり、ポリペプチドやタンパク質類薬物を原の活性に維持させるとともに、その半減期を延長させることにより、臨床への使用がよりよくなる。
筋原繊維は筋節(sarcomere)で構成されており、Z板(Z−disk)は筋節の境界線である。Z板でたくさんの蛋白質が固定されており、細胞の骨格成分を構成しており、細胞の構造や筋肉の伸縮を維持する重要な役割を果たす。Z板で、titin分子が筋節の整合性を維持する重要な役割を果たす。Titin分子は自然界で知られている最大のタンパク質であり、その分子量が約4MDaであり、長さが約1μmであり、そのN末端がZ板に固定されており、そのC末端が筋節長さの半分を乗り越えてM線に到達する。電子顕微鏡画像や遺伝子配列分析によると、titin分子は300以上の免疫グロブリン様ドメイン(Immunoglobulin−like、Igを略称)とフィブロネクチンIII(fibronectin−like、FN−IIIを略称)様ドメイン、およびその他のドメイン(例えばPEVKドメイン)などで構成されている。
Z板で、titinのN末端が多くのタンパク質の分子と相互作用することができ、これらの相互作用は構造上で筋原繊維の機能を支持することができる。これらのタンパク質の分子の中でTelethoninという特別な分子があり、2つのtitin分子のN末端を非共有結合でつなぐことができる。
結晶構造解析によると、Telethonin N末端(TeN)の偽対称構造(pseudosymmetric structure)が水素結合などの非共有結合を介してtitin分子のN末端の2つのIgドメイン(Z1Z2)を逆平行で接続し、独特のβ―プリーツシート構造を構成し、このような構造類型は以前の研究にはタンパク質−DNA複合体のみで発見される(Zou PJ et al,Nature,12 Jan.2006,439:229−233)。このような架橋は新規なリガンドとレセプターとの相互作用の方式を代表している。伝統的なリガンドとレセプターとの相互作用はリガンド分子がレセプター分子の結合ドメインに挿入されているが、TelethoninとZ1Z2との相互作用はリガンド分子TelethoninのN末端がβ―プリーツシートの架橋作用で2つのtitin分子のN末端(Z1Z2)を結合することになる。このような相互作用はtitinのN末端の安定に非常に重要な役割を果たす。
研究で、このtitin-Telethonin β―プリーツシート構造を含む複合体をZ1Z2/Telethonin複合体と呼ぶ。Steered molecular dynamics(SMD)シミュレーションによると、このZ1Z2 /Telethonin複合体が耐える機械力は単独のZ1Z2分子(Lee EH, et al,Structure, Mar.2006,14(3):497−509)をはるかに超えている。単分子機械力の試験によると、Z1Z2/Telethonin複合体が700 pN(Bertz M,et al,Proc Natl Acad Sci USA,11 Aug.2009,106(32):13307−133310)の張力に耐え、現在の知られているタンパク質分子や複合体に耐えられる張力を超えているため、Z1Z2/Telethonin複合体は非常に安定した構造である。
Z1Z2/Telethonin複合体という独特の構造について、すでに一定の研究が進展しているが、このような構造が各方面での使用はまだ報道されていなく、このような構造を持つ複合体が薬物担体としての適用性に関する研究は今までも触れていない。
本発明はTitin-Telethonin β―プリーツシート構造に基づくポリペプチド複合体のポリペプチドまたはタンパク質薬物担体としての使用であって、前記ポリペプチド複合体は、(i)titin分子のN末端の2つのIgドメイン(Z1Z2)を含むポリペプチド、その同質物(homology)、類似体または誘導体であるポリペプチドAと、(ii)Telethonin分子のN末端のβ―プリーツシート領域を含むポリペプチド、その同質物、類似体または誘導体であるポリペプチドBと、を含み、前記ポリペプチドBは前記2つのポリペプチドAを結合してβ―プリーツシート構造を構成する。
さらに、前記ポリペプチド複合体で、前記ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体であり、前記ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の30〜116位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体であり、前記ポリペプチドBは前記2つのポリペプチドAを結合してβ―プリーツシート構造を構成する。
ある形態では、前記ポリペプチド複合体で、前記ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列に対して少なくとも60%相同性を有し、好ましくは、少なくとも70%相同性を有し、より好ましくは、少なくとも80%相同性を有し、また好ましくは、少なくとも90%相同性を有し、さらに好ましくは、少なくとも95%、96%、97%、98%、99%相同性を有する配列を含むポリペプチド断片であり、前記ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の30〜116位に示すアミノ酸配列に対して少なくとも60%相同性を有し、好ましくは、少なくとも70%相同性を有し、より好ましくは、少なくとも80%相同性を有し、また好ましくは、少なくとも90%相同性を有し、さらに好ましくは、少なくとも95%、96%、97%、98%、99%相同性を有する配列を含むポリペプチド断片である。
ある形態では、前記ポリペプチド複合体で、前記ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列に0〜36個の任意の数値、好ましくは、0〜20個の任意の数値、より好ましくは0〜10個の任意の数値、最も好ましくは、0、1、2、3、4、5、6個のアミノ酸殘基を連続的または間欠的に欠失、置換または挿入したポリペプチドの1つを含み、前記ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の30〜116位に示すアミノ酸配列に0〜36個の任意の数値、好ましくは、0〜20個の任意の数値、より好ましくは0〜10個の任意の数値、最も好ましくは、0、1、2、3、4、5、6、7、8個のアミノ酸殘基を連続的または間欠的に欠失、置換または挿入したポリペプチドの1つを含む。
さらに、前記ポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBはHA、GST、His6、MBP、Flag、Halo、CBD、Strepの1つまたは複数から選ばれるタンパク質精製識別配列を含み、または接続してもよい。
さらに、前記ポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBは、前記ポリペプチド複合体のβ−プリーツシート構造を破壊しないように、外因のアミノ酸配列をポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBのアミノ酸配列に挿入するための一段または多段のタンパク質スペーサまたはリンカー配列(linker)を含み、または接続してもよい。
さらに、前記ポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBは、酵素切断部位、調節配列、および/またはその他非序列の共有結合方式を含んでよい。
好ましくは、前記ポリペプチド複合体で、前記ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列を有するものであり、ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の30〜116位に示すアミノ酸配列を有するもの、またはそのCysをSerに突然変異する変異体配列(SEQ ID NO:4中の30〜116位に示すアミノ酸配列)を有するものである。
また好ましくは、前記ポリペプチド複合体で、前記ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の27〜221位に示すアミノ酸配列を有するものであり、ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の27〜116位に示すアミノ酸配列を有するもの、またはSEQ ID NO:4中の27〜116位に示すアミノ酸配列を有するものである。
より好ましくは、前記ポリペプチド複合体で、前記ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の25〜221位に示すアミノ酸配列を有するものであり、ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の25〜116位に示すアミノ酸配列を有するもの、またはSEQ ID NO:4中の25〜116位に示すアミノ酸配列を有するものである。
最も好ましくは、前記ポリペプチド複合体で、前記ポリペプチドAはSEQ ID NO:6に示すアミノ酸配列を有するものであり、ポリペプチドBはSEQ ID NO:2に示すアミノ酸配列を有するもの、またはSEQ ID NO:4に示すアミノ酸配列を有するものである。
さらに、前記ポリペプチド複合体は、前記ポリペプチドAをコードする核酸配列Aと、前記ポリペプチドBをコードする核酸配列Bと、を含み、前記核酸配列Aは下記の一種の核酸配列またはその変異体から選ばれるものであり、(a)SEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列を有するポリペプチド、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体をコードする核酸配列、(b)核酸配列:(a)と相補的な核酸配列、(c)核酸配列:(a)または(b)に対して少なくとも70%相同性を有する核酸配列、前記核酸配列Bは下記の一種の核酸配列またはその変異体から選ばれるものであり、(d)SEQ ID NO:2の30〜116位またはSEQ ID NO:4中の30〜116位に示すアミノ酸配列を有するポリペプチド、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体をコードする核酸配列、(e)核酸配列:(d)と相補的な核酸配列、(f)核酸配列:(d)または(e)に対して少なくとも70%相同性を有する核酸配列、前記核酸配列BがコードするポリペプチドBは前記核酸配列Aがコードする2つのポリペプチドAを結合してβ―プリーツシート構造を構成する。
前記ポリペプチドAをコードする核酸配列Aおよび前記ポリペプチドBをコードする核酸配列Bは、それぞれ、構築対象の発現担体の生体のコドンバイアスにより設計される核酸配列であり、例えば、原核生物大腸菌バイアスのコドンにより設計された、前記ポリペプチドAおよびポリペプチドBをそれぞれコードする核酸配列である。
前記ポリペプチドAをコードする核酸配列Aは、好ましくは、SEQ ID NO:5中の91〜663位のヌクレオチド配列、その保守的変異体、相補的序列または相補的序列の保守的変異体を有するものであり、また好ましくは、SEQ ID NO:5中の79〜663位のヌクレオチド配列、その保守的変異体、相補的序列または相補的序列の保守的変異体を有するものであり、より好ましくは、SEQ ID NO:5中の73〜663位のヌクレオチド配列、その保守的変異体、相補的序列または相補的序列の保守的変異体を有するものであり、最も好ましくは、SEQ ID NO:5のヌクレオチド配列、その保守的変異体、相補的序列または相補的序列の保守的変異体を有するものであり、前記ポリペプチドBをコードする核酸配列Bは、好ましくは、SEQ ID NO:1中の88〜348位またはSEQ ID NO:3中の88〜348位のヌクレオチド配列、その保守的変異体、相補的序列または相補的序列の保守的変異体を有するものであり、また好ましくは、SEQ ID NO:1中の79〜348位またはSEQ ID NO:3中の79〜348位のヌクレオチド配列、その保守的変異体、相補的配列または相補的配列の保守的変異体を有するものであり、より好ましくは、SEQ ID NO:1中の73〜348位またはSEQ ID NO:3中の73〜348位のヌクレオチド配列、その保守的変異体、相補的序列または相補的序列の保守的変異体を有するものであり、最も好ましくは、SEQ ID NO:1またはSEQ ID NO:3のヌクレオチド配列、その保守的変異体、相補的配列または相補的配列の保守的変異体を有するものである。
本明細書および特許請求の範囲で使用する次の用語は、別に説明がない限り、下記の一般的な意味を持ち、且つ下記の意味は当業者の知識範囲内にあることが認められる。
「核酸配列」はオリゴヌクレオチド、ヌクレオチドやポリヌクレオチドおよびその断片または部分を指し、ゲノムや合成のDNAやRNAを指し、一本鎖または二本鎖であってよく、センス鎖またはアンチセンス鎖であってよい。
「ポリペプチド」はオリゴペプチド、ペプチド、狭義のペプチド(20個アミノ酸殘基以上のペプチド)やタンパク質配列およびその断片または部分を含み、グリコシル化または非グリコシル化させた、アミノ酸配列の中で1つまたは複数のアミノ酸殘基が修飾されてもよいアミノ酸配列を有するペプチド鎖を指す。そのアミノ酸配列が天然に存在するタンパク質分子のアミノ酸配列に関するとき、このような「ポリペプチド」や「タンパク質」はアミノ酸配列をその天然に存在するタンパク質分子に関連する完備なまたは全く同じ天然アミノ酸やその配列に制限することを意味しない。
「同質」は完全同質と一部同質を含み、ポリペプチド、タンパク質やアミノ酸配列を述べるとき、同じあるいは類似の構造や機能を持ち、または類似のアミノ酸配列を持つことを指す。核酸配列を述べるとき、相似性または相補的核酸配列を有することを指す。「同質」は本発明では相対的に広範な意味を含めて、例えば、一定割合の相同性を有する配列(アミノ酸配列や核酸配列)を含み、または配列の変異体を含む。
「類似体」とは、本発明のtitin分子のN末端の2つのIgドメイン(Z1Z2)のポリペプチドAとTelethonin分子のN末端のβ−プリーツシート領域のポリペプチドBの構造、生物学の機能や活性を基本的に保持するポリペプチドを指し、両者の間のβ−プリーツシート構造を基本的に形成すればよい。本発明のポリペプチド「類似体」は、(I)配列で連続的または間隔的に1つまたは複数のアミノ酸殘基を挿入、欠失、置換し、且つ前記1つまたは複数のアミノ酸殘基の挿入、欠失、置換は同一の配列で同時にまたは非同時に存在するもの、(II)配列で1つまたは複数のアミノ酸殘基の基が他の基に置換えられ、または欠失されるもの、(III)配列で1つまたは複数のアミノ酸殘基が修飾されるものを含む。
「誘導体」は、ポリペプチド、タンパク質やアミノ酸配列を述べるとき、原ポリペプチド、タンパク質やアミノ酸配列から誘導された関連ポリペプチド、タンパク質やアミノ酸配列を指し、本発明のポリペプチド複合体がβ−プリーツシート構造を基本的に形成するとき、下記のような誘導体を含んでよい。例えば、本発明でのポリペプチドAまたはポリペプチドBは以下のような誘導体を含み、(IV)成熟ポリペプチドと別の種類の化合物の融合のもの、あるいは(V)アミノ酸配列の中に付加のアミノ酸配列(linker、タンパク質精製識別配列、酵素切断部位等)を融合または挿入するもの。核酸配列を述べるとき、原始配列から派生した関連配列を指し、(VI)配列や遺伝子の中に1つまたは複数の塩基(好ましくは対立遺伝子の置換)を連続的または間隔敵に挿入、欠失、置換し、かつ前記1つまたは複数のアミノ酸殘基の挿入、欠失、置換は同一の配列や遺伝子の中で同時にまたは非同時に存在するもの、(VII)配列や遺伝子の中の1つまたは複数の塩基が修飾されるもの、(VIII)配列や遺伝子に附加のアミノ酸配列をコードする遺伝子を融合、または挿入するもの。
「保守」とは、かかるアミノ酸配列や核酸配列が原始配列と高い相似性または同一性を持ち、その原始配列の基本的な構造、生物学的活性や機能を維持することができ、一般的に、似たアミノ酸殘基の置換や対立遺伝子(縮退コドン)の置換などにより得ることができ、例えば、リジンとアルギニン、ロイシンとイソロイシンの間の置換などである。
「変異体」とは、1つまたは複数のアミノ酸やヌクレオチドが変更したものを有するアミノ酸配列や核酸配列を指し、前記変更はアミノ酸配列や核酸配列の中のアミノ酸やヌクレオチドの挿入、欠失または置換を含んでよい。変異体は保守的変更を有してよく、その置換のアミノ酸と原アミノ酸は似たような構造や化学的性質を有し、例えば、ロイシンとイソロイシンの間の置換であり、非保守的変更を有してもよい。本発明では、非保守的変更の変異体も天然アミノ酸配列からなるポリペプチド複合体が有する性質および達成できる効果を達成し、さらに越えることができ、例えば、研究によると、SEQ ID NO:2に示すアミノ酸配列中のシステインを全てセリンに置換すると、ポリペプチドB鎖の中のβ−プリーツシート領域の余分なジスルフィド結合を除去ことができ、本発明のポリペプチド複合体のβ−プリーツシート構造をより安定にする。
「類似性」、「類似」、「相同性」または「同一性」はポリペプチドやタンパク質構造、アミノ酸配列や核酸配列を述べるとき、それに含まれる配列の間が並んで対比するとき、相応位置のアミノ酸殘基やヌクレオチドの相同の程度を指し、百分数で表示することができる。
本発明は上記のポリペプチド複合体の薬物担体としての使用の方法であって、1つまたは複数のポリペプチドやタンパク質類薬物のコード配列を前記ポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBのコード配列の1つまたは複数の適切な部位に挿入、または接続し、融合遺伝子を得て、融合遺伝子を発現システムにこのポリペプチドやタンパク質薬物を含むポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの融合タンパク質を発現させ、そして融合タンパク質をその配位化合物に接触させ、薬用作用を有する融合タンパク質複合体を構成し、前記配位化合物とは、前記融合タンパク質とβ―プリーツシート構造を形成できるポリペプチドAもしくはポリペプチドB、または別のポリペプチドやタンパク質薬物に接続したポリペプチドAもしくはポリペプチドBの融合タンパク質を指す。
前記部位は、ポリペプチド複合体でポリペプチドやタンパク質薬物と結合できる領域であり、本発明で、好ましい部位は下記の16個を含み(図1)、ポリペプチドBのN末端(NT)、C末端(CT)および内部の2つのloop領域(LT1、LT2)、2つのポリペプチドAのN末端(NZA、NZB)、C末端(CZA、CZB)および8つのloop領域(LZA1、LZA2、LZA3、LZA4、LZB1、LZB2、LZB3、LZB4)である。
ポリペプチドやタンパク質薬物は上記の10個のloop領域の任意の位置で前記ポリペプチド複合体と結合することができる。
さらに、具体的に、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4およびSEQ ID NO:6のアミノ酸配列を有するポリペプチドAとポリペプチドBでは、上記の10個のloop領域の位置はそれぞれ以下の通りである。
ポリペプチドB内部の2つのloop領域、SEQ ID NO:2やSEQ ID NO:4中の第42〜43位と第72〜73位のアミノ酸配列、
ポリペプチドA内部の4つのloop領域、SEQ ID NO:6中の第57〜62位、第111〜113位、第142〜147位、第170〜175位のアミノ酸配列。
前記融合遺伝子は、タンパク質精製識別配列、酵素切断部位、各種フレキシブルや剛直なlinkerのコード配列、調節配列などを含む。前記融合遺伝子は、PCR、酵素切断、酵素結合、遺伝子組み換え、遺伝子全合成等の方式で得ることができる。前記発現システムは大腸菌発現システム(pETシリーズプラスミッドを発現担体として選択することができる)、酵母発現システム(例えばピキア酵母)、昆虫発現システム(例えば家蚕の多角体ウイルス)、哺乳動物発現システムや植物発現システムなどを採用することができ、好ましくは、pETシリーズプラスミッドを発現担体とする大腸菌発現システムを採用する。
さらに、前記方法は、融合遺伝子取得後のシークエンシングステップと、融合タンパク質の精製ステップと、を含む。
また、本発明は上記のポリペプチド複合体の薬物担体としての使用の方法であって、いくつかのカップリング試薬を用いてポリペプチドやタンパク質薬物をポリペプチド複合体の1つまたは複数の部位と接続する。例えば、カルボジイミド、グルタルアルデヒドやジイソシアネート化合物などの常用カップリング剤を用いて、ポリペプチドやタンパク質類薬物をポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBのN末端あるいはC末端と接続してから、接続後のポリペプチドをその配位化合物に接触させ、薬用作用を有する融合タンパク質複合体を得、または、遺伝子突然変異の方式でポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの内部に−SHを導入してから、マレイミドなどカップリング剤を用いて、ポリペプチドやタンパク質薬物につなぎ、そして接続後のポリペプチドをその配位化合物に接触させ、薬用作用を有する融合タンパク質複合体を得る。
また、本発明は薬物半減期を延長させる方法であって、ポリペプチド複合体を担体として、前記ポリペプチド複合体は、(i)titin分子のN末端の2つのIg構造ドメイン(Z1Z2)を含むポリペプチド、その同質物、類似体または誘導体であるポリペプチドAと、(ii)Telethonin分子のN末端のβ―プリーツシート領域を含むポリペプチド、その同質物、類似体または誘導体であるポリペプチドBと、を含み、前記ポリペプチドBは前記2つのポリペプチドAを結合してβ―プリーツシート構造を構成する。
さらに、前記方法は、1つまたは複数のポリペプチドやタンパク質類薬物のコード配列を前記ポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBのコード配列の1つまたは複数の適切な部位に挿入、または接続し、融合遺伝子を得て、融合遺伝子を発現システムにこのポリペプチドやタンパク質薬物を含むポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの融合タンパク質を発現させ、そして融合タンパク質をその配位化合物に接触させ、薬用作用を有する融合タンパク質複合体を構成し、前記配位化合物とは、前記融合タンパク質とβ―プリーツシート構造を形成できるポリペプチドAもしくはポリペプチドB、または別のポリペプチドやタンパク質薬物に接続したポリペプチドAもしくはポリペプチドBの融合タンパク質を指す。
前記部位は、前記ポリペプチド複合体でポリペプチドやタンパク質薬物と結合できる領域であり、本発明で、好ましい部位は下記の16個を含み(図1)、ポリペプチドBのN末端(NT)、C末端(CT)および内部の2つのloop領域(LT1、LT2)、2つのポリペプチドAのN末端(NZA、NZB)、C末端(CZA、CZB)および8つのloop領域(LZA1、LZA2、LZA3、LZA4、LZB1、LZB2、LZB3、LZB4)である。
さらに、具体的に、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4およびSEQ ID NO:6のアミノ酸配列を有するポリペプチドAとポリペプチドBでは、上記の10個のloop領域の位置はそれぞれ以下の通りである。
ポリペプチドB内部の2つのloop領域:SEQ ID NO:2やSEQ ID NO:4中の第42〜43位と第72〜73位のアミノ酸配列、
ポリペプチドA内部の4つのloop領域:SEQ ID NO:6中の第57〜62位、第111〜113位、第142〜147位、第170〜175位のアミノ酸配列。
前記融合遺伝子は、タンパク質精製識別配列、酵素切断部位、各種フレキシブルや剛直なlinkerのコード配列、調節配列などを含む。前記融合遺伝子は、PCR、酵素切断、酵素結合、遺伝子組み換え、遺伝子全合成等の方式で得ることができる。前記発現システムは大腸菌発現システム(pETシリーズプラスミッドを発現担体として選択することができる)、酵母発現システム(例えばピキア酵母)、昆虫発現システム(例えば家蚕の多角体ウイルス)、哺乳動物発現システムや植物発現システムなどを採用することができる。
さらに、前記方法は、融合遺伝子取得後のシークエンシングステップと、融合タンパク質の精製ステップと、を含む。
また、本発明は薬用作用を有する融合タンパク質複合体であって、前記融合タンパク質複合体は、ポリペプチドやタンパク質薬物とポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBで構成する融合タンパク質を含み、この融合タンパク質はポリペプチドA、ポリペプチドBまたは別の前記融合タンパク質とβ−プリーツシート構造を形成する。
前記ポリペプチドAはtitin分子のN末端の2つのIgドメイン(Z1Z2)を含むポリペプチド、その同質物、類似体または誘導体であり、前記ポリペプチドBは、Telethonin分子のN末端のβ―プリーツシート領域を含むポリペプチド、その同質物、類似体または誘導体である。
さらに、前記融合タンパク質で、ポリペプチドやタンパク質薬物がポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの1つまたは複数の下記部位、即ちポリペプチドBのN末端(NT)、C末端(CT)および内部の2つのloop領域(LT1、LT2)、2つのポリペプチドAのN末端(NZA、NZB)、C末端(CZA、CZB)および8つのloop領域(LZA1、LZA2、LZA3、LZA4、LZB1、LZB2、LZB3、LZB4)に位置する。
さらに、具体的に、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4およびSEQ ID NO:6のアミノ酸配列を有するポリペプチドAとポリペプチドBでは、上記の10個のloop領域の位置はそれぞれ以下の通りである。
ポリペプチドB内部の2つのloop領域:SEQ ID NO:2やSEQ ID NO:4中の第42〜43位と第72〜73位のアミノ酸配列、
ポリペプチドA内部の4つのloop領域:SEQ ID NO:6中の第57〜62位、第111〜113位、第142〜147位、第170〜175位のアミノ酸配列。
さらに、前記融合タンパク質で、ポリペプチドやタンパク質薬物が1つまたは複数であってよい。
さらに、前記融合タンパク質のコード配列は、タンパク質精製識別配列、酵素切断部位、各種フレキシブルや剛直なlinkerのコード配列、調節配列などを含む。
本発明は薬用作用を有する融合タンパク質複合体であって、前記融合タンパク質は、直接的または間接的に順次に接続した第一ポリペプチドAと、ポリペプチドBと、第二ポリペプチドAとを含み、また、任意の前記ポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの1つまたは複数の部位に挿入、または接続した1つまたは複数のポリペプチドやタンパク質薬物を含み、前記2つのポリペプチドAとポリペプチドBがフレキシブルlinkerを介してβ―プリーツシート構造を形成する。
前記第一ポリペプチドAおよび/または第二ポリペプチドAは、titin分子のN末端の2つのIg構造ドメイン(Z1Z2)を含むポリペプチド、その同質物、類似体または誘導体であり、前記ポリペプチドBは、Telethonin分子のN末端のβ―プリーツシート領域を含むポリペプチド、その同質物、類似体または誘導体である。
さらに、前記融合タンパク質で、ポリペプチドやタンパク質薬物がポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの1つまたは複数の下記部位、即ちポリペプチドBのN末端(NT)、C末端(CT)および内部の2つのloop領域(LT1、LT2)、2つのポリペプチドAのN末端(NZA、NZB)、C末端(CZA、CZB)および8つのloop領域(LZA1、LZA2、LZA3、LZA4、LZB1、LZB2、LZB3、LZB4)に位置する。
さらに、具体的に、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4およびSEQ ID NO:6のアミノ酸配列を有するポリペプチドAとポリペプチドBでは、上記の10個のloop領域の位置はそれぞれ以下の通りである。
ポリペプチドB内部の2つのloop領域:SEQ ID NO:2やSEQ ID NO:4中の第42〜43位と第72〜73位のアミノ酸配列、
ポリペプチドA内部の4つのloop領域:SEQ ID NO:6中の第57〜62位、第111〜113位、第142〜147位、第170〜175位のアミノ酸配列。
さらに、前記融合タンパク質で、ポリペプチドやタンパク質薬物が1つまたは複数であってよい。
さらに、前記融合タンパク質のコード配列は、タンパク質精製識別配列、酵素切断部位、各種フレキシブルや剛直なlinkerのコード配列、調節配列などを含む。
本発明のポリペプチド複合体が担体できる薬物は、ポリペプチド複合体の薬物担体としての使用、方法、薬物半減期を延長させる方法、および薬用作用を有する融合タンパク質複合体のいくつかのテーマに係るポリペプチドやタンパク質薬物を含み、下記の受容体と相互作用できるポリペプチドやタンパク質薬物であってよく、これらの受容体の活性化剤(agonist)または拮抗薬(antagonist)を含み、(a)例えば、Nアセチルコリン受容体、興奮性アミノ酸受容体などのようなイオンチャネル含有受容体、(b)Gタンパク質共役受容体(GPCR)、(c)例えば、インスリン受容体、上皮成長因子受容体、成長ホルモン受容体、インターフェロン受容体などのような酵素活性受容体、(d)例えば、副腎皮質ホルモン受容体、甲状腺ホルモン受容体などのような核内ホルモン受容体である。
GPCRは人体内の最大の膜受容体タンパク質の家族であり、現代薬物では約50%のペポリプチドやタンパク質がGPCRを作用標的とする。これらのポリペプチドやタンパク質薬物は特に本発明のポリペプチド複合体を担体とすることに適合し、非限定的な例が以下のいくつのGPCRの1つまたは複数に対することができ:一、例えば、Samatostatin(SST)/ Growth(GH)受容体群、Gonadotropin releasing hormone(GnRH)/ Luteinizing hormone(LH)/ステロイドホルモン受容体群、CXCR4などのような腫瘍関連GPCR、二、例えば、CC chemokine受容体やCXC chemokine受容体、Formylポリペプチド受容体などのような免疫システムGPCR、三、例えば、GLP−1受容体、Glucagon受容体、NPYY2受容体、Canabinoid受容体CB1とCB2、Ghrelin受容体GHS−R、Melanocortin受容体MC4およびGPR35、GPR85、GPR101などのようないくつかのオーファン受容体のような内分泌システムGPCRのポリペプチドやタンパク質薬物である。
さらに、前記ポリペプチド複合体が担体できる薬物は、改良後のポリペプチドやタンパク質薬物を含み、例えば、薬物活性を維持する条件下で、ポリペプチドやタンパク質薬物のアミノ酸配列またはその核酸配列に対して、1つまたは複数のアミノ酸殘基や塩基を連続的または間隔的に挿入、欠失、置換、修飾を行い、しかも前記1つまたは複数のアミノ酸殘基や塩基の挿入、欠失、置換、修飾は同一の配列または遺伝子の中で同時にまたは非同時に存在することができる。前記改良は本発明の融合タンパク質複合体の製造過程のいずれかのステップで行うことができ、例えば、ポリペプチドやタンパク質薬物とポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの融合タンパク質を製造する前に、ポリペプチドやタンパク質薬物の配列を突然変異させてから、遺伝子融合を行って融合タンパク質をコードする融合遺伝子を得、またはポリペプチドやタンパク質薬物とポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの融合タンパク質をコードする融合遺伝子を得てから、融合遺伝子の中のポリペプチドやタンパク質薬物のコード配列部分を突然変異させるなど。
本発明の明細書および特許請求の範囲では、本発明のポリペプチド複合体が薬物担体としての使用以外のテーマに関するとき、例えば、ポリペプチド複合体の薬物担体としての使用の方法、薬物半減期を延長させる方法、薬用作用を有する融合タンパク質複合体、薬用作用を有する融合タンパク質など、かかるポリペプチドAとポリペプチドBは、いずれも本発明のポリペプチド複合体が薬物担体としての使用のテーマで検討したポリペプチドAとポリペプチドBと同等の意味および範囲を有するので、ここで贅言しない。
本発明のポリペプチド複合体はプロティナーゼ加水分解を抵抗することができ、安定性がよく、その分子量の大きさが50kDaぐらいまたはもっと高くなり、腎臓がそれを迅速に濾過することができず、その起源は人体の筋肉タンパク質であり、4つの免疫グロブリンのサブユニットから構成し、免疫原性が比較的に低く、かつポリペプチド複合体が多くの部位を含んで、これらの部位にペプチドや小分子タンパク質を接入、または挿入すると、複合体の構造および安定性に影響を与えなく、本発明のポリペプチド複合体がポリペプチドやタンパク質薬物の担体とするとともに、ポリペプチドやタンパク質薬物を迅速に設計、改良することができ、新型の薬用作用を有する融合タンパク質複合体を構築し、原来の薬物の活性を維持するとともに、ポリペプチドやタンパク質薬物の半減期を効果的に延長させるため、臨床によりよく使用することができる。
本発明のポリペプチド複合体結晶構造および薬物接入または挿入の部位の模式図である。Z1とZ2はそれぞれポリペプチド複合体の1本のポリペプチド鎖上の2つのIgドメインを示し、Z1とZ2はそれぞれポリペプチド複合体のもう1本のポリペプチド鎖上の2つのIgドメインを示す。 実施例1にZ1Z2/GLTe(A)とZ1Z2/TeN(B)が精製した後のSDSとNative−PAGEである。 実施例1に異なる濃度のGLP−1とZ1Z2/GLTeがRINm5F細胞を刺激して生成したCampである。 実施例1の活性測定結果図である。(A)25nmol/kgのZ1Z2/GLTe、Z1Z2/TeNとGLP−1の一回腹腔注射による血糖のコントロール作用を示し、(B)A試験の曲線下面積(AUC)を示し、(C)25nmolのZ1Z2/GLTeとGLP−1の一回腹腔注射後、ラット血漿中のインスリン含有量の変化を示し、(D)25nmolのZ1Z2/GLTeの一回腹腔注射24h後、OGTTを行うことを示し、(E)D試験のAUCを示し、(F)異なる濃度のZ1Z2/GLTeによる血糖のコントロール作用を示し、(G)F試験のAUCを示す。(異なる処理群とPBS群を比較して、*はp<0.05を示し、**はp<0.01を示し、***はp<0.001を示す。) 実施例1のZ1Z2/GLTeとGLP−1をラットに腹腔注射(A)と静脈注射(B)した後、ラット血漿中の活性GLP−1含有量の経時変化曲線である。 実施例1による糖尿病マウスの空腹時血糖の長期的なコントロールの影響曲線である。 実施例2の活性測定結果図である。(A)異なる濃度(1、5、25nmol/kg)のZ1Z2/GLTe−GがOGTT試験を行う結果図を示し、(B)異なる濃度(1、5、25nmol/kg)のZ1Z2/GLTe−Gがインスリン分泌を刺激する試験結果図を示す。(**はp<0.01を示し、***はp<0.001を示す。) 実施例2に生体内安定性測定試験でZ1Z2/GLTe−Gをラットに静脈注射した後、血漿中のGLP−1含有量の変化曲線図である。 実施例3にGLZ/TeN複合体が精製した後のSDSとNative−PAGEである。 実施例3の活性測定結果図である。(A)10nmol/kgのGLZ/TeNとZ1Z2/GLTe−Gの腹腔注射による血糖のコントロール作用を示し、(B)A試験の曲線下面積(AUC)を示し、(C)10nmol/kgのGLZ/TeNとZ1Z2/GLTe−Gの一回腹腔注射後、ラット血漿中のインスリン含有量の変化を示す。(異なる処理群とPBS群を比較して、*はp<0.05を示し、**はp<0.01を示し、***はp<0.001を示す。) 実施例3に静脈注射(i.v)と皮下注射(s.c)後のラット血漿中のGLZ/TeN複合体の濃度の変化である。 実施例3にGLZ/TeNの一回腹腔注射によるC57BL/6マウスの摂食量と血糖レベルの影響である。(A)20nmol/kgのGLZ/TeNとZ1Z2/GLTe−Gの一回腹腔注射によるマウスの摂食量の抑制を示し、(B)マウス血糖レベルのコントロール作用を示し、(C)B試験のAUCを示す。(異なる処理群とPBS群を比較して、*はp<0.05を示し、**はp<0.01を示し、***はp<0.001を示し、GLZ/TeNとZ1Z2/GLTe−G群を比較して、##はp<0.01を示す。) 実施例3にGLZ/TeNによるHFDおよびSTZ誘導糖尿病モデルマウスの血糖影響曲線である。(A)C57BL/6マウス体重変化を示し、(B)OGTT試験結果図を示し、(C)GLZ/TeNによる2型糖尿病モデルマウスの血糖コントロールを示す。(異なる処理群と対照群を比較して、**はp<0.01を示し、***はp<0.001を示す。) 実施例4にSDS−PAGE分析によるGLRecomタンパク質精製である。1−誘導前、2−誘導後全細胞、3−誘導後上清液、4と5−Ni2+−NTA精製、6−TEV酵素切断後の二次Ni2+−NTA精製、7−Qカラム精製である。 実施例4の活性測定結果図である。(A)血糖のコントロール作用を示し、(B)A試験のAUCを示し、(C)インスリンレベル変化を示す。(異なる処理群とPBS群を比較して、**はp<0.01を示し、***はp<0.001を示す。) 実施例4に静脈注射後のラット血漿中のGLRecom濃度の変化である。 実施例5にZ1Z2/SSTe精製後のSDSとNative−PAGEである。 実施例5に活性測定試験でラット体内の成長ホルモンの含有量の変化曲線図である。 実施例5に半減期測定試験でZ1Z2/SSTeをラットに静脈注射した後、血漿中のSST含有量の変化曲線図である。 実施例6にZSST/TeN複合体によるラットの成長ホルモンの含有量の変化曲線図である。 実施例6に静脈注射後のラット血漿中のZSST/TeN複合体濃度の変化である。 実施例7にZ1Z2/TePY複合体によるマウスの摂食量の影響である。(Z1Z2/TePYとPBS群を比較して、*はp<0.05を示し、**はp<0.01を示す。) 実施例7に静脈注射後のラット血漿中のZ1Z2/TePY複合体濃度の変化である。
以下、具体的な実施例により、本発明をさらに説明する。これらの実施例は本発明を説明するものであり、本発明の範囲を限定するものではない。下記の実施例で、具体的な条件が記載されていない試験方法について、通常の条件、当業者が知識の範囲内で推知できる条件、あるいはメーカーが提案している条件により行う。下記の実施例の試薬や機器用具は、通常、商用で市販できる製品であり、または他の公開ルートから入手できる製品である。
実施例1 GLP−1がポリペプチド複合体でのポリペプチドBのN末端を接続する
GLP−1(Glucagon−like peptide 1)はブドウ糖依存したインスリン促進分泌ペプチドであり、GLP−1(7−36)アミドとGLP−1(7−37)の2種類の活性形式がある。GLP−1は体内でGタンパク質共役受容体(GPCRs)に属するGLP−1受容体と結合でき、膵島β細胞のインスリン分泌を促進でき、グルカゴンの分泌を抑制でき、血糖をコントロールでき、2型糖尿病を効果的に治療するポリペプチドホルモンであるが、体内でジペプチジルペプチダーゼIV(Dipeptidyl Peptidase IV、DPP−IV)の分解を受け、その半減期が2min程度だけで、臨床使用に高剤量の頻繁注射が必要となり、薬物として臨床使用は厳しく制限されている。
試験:
1.担体構築
コードZ1Z2を有する遺伝子配列(例えばSEQ ID NO:5中の73〜663位、以下Z配列と略称)と、コードTelethonin のN末端(TeN)を有する遺伝子配列(例えばSEQ ID NO:1中の73〜348位、以下T配列と略称)を、NcoI/KpnI酵素切断部位を介して改良後のpET24dの担体に(pET24dに6xHisタグとTEVプロテアーゼ酵素切断部位を導入)クローンして、T配列でのCysをSer(Zou PJ et al,J Biol Chem.24 Jan 2003,278(4):2636−2644)に突然変異し、pET−Z1Z2(原pET24d担体以外の配列部分はSEQ ID NO:5の通り)とpET−TeN(原pET24d担体以外の配列部分はSEQ ID NO:3の通り)プラスミッドを得た。
PCRの方法でGLP−1(7−37)をT配列のN末端に接続し、中間でlinker(GGGGSGGGGSGGGGS)により接続する。プライマーTeN−F、TeN−Rを用いてpET−TeNプラスミッドの全長を増幅し、
TeN−F:SEQ ID NO:9、ここで、第1〜48位はlinkerコドンであり、
TeN−R:SEQ ID NO:10
GLP−1全長遺伝子は重複伸長法を用いて増幅し、プライマーはそれぞれGLP−1−F、GLP−1−Rであり、
GLP−1−F:SEQ ID NO:11、ここで、5’末端は燐酸化されており、
GLP−1−R:SEQ ID NO:12、ここで、5’末端は燐酸化されている。
まず、TeN−FとTeN−Rを用いて全長かつ(GGGGS)付きのpET−TeNを増幅し、そしてT4 DNA ligaseを用いてpET−TeNと5’燐酸付きのGLP−1遺伝子を接続、転化し、モノクローナルを選択してプラスミッドを抽出した後、シークエンシングした。シークエンシング正しいプラスミッドをpET−24d−GLTeと名づけて、原pET24d担体以外の配列部分は以下の(SEQ ID NO:7)の通りであり、そのコードのアミノ酸配列が例えばSEQ ID NO:8である。SEQ ID NO:8で、第25と26の間はTEV酵素の酵素切断部位であり、第3〜8位は6xHisタグであり、第25〜55位はGLP−1アミノ酸配列であり、第56〜70位はlinkerである。
2.発現
pET−Z1Z2、pET−TeNとpET−24d−GLTeをそれぞれE.coli BL21(DE3)コンピテントセルに転化し、シングルコロニーをピックアップして60mg/mlカナマイシン含有のLB培地に入れて、37℃振とうの一晩培養後、1%の接種量で次の1級に切り替え、37℃で菌液OD600が約0.4〜0.6になるまで培養し続けて、最終濃度が1.0mmol/LのIPTGに添加して、30℃で12h誘導発現した。発現時間が終了後、4℃、5000g条件で10min遠心して、菌体を収集した。
菌体を収集した後、平衡緩衝液(25mM Tris/HCl、300mM NaCl、10mM イミダゾール、pH8.0)を用いて再懸濁して、高圧細胞破砕機(広州聚能生物科技有限公司)を用いて菌体を破砕した後、14000rpmで30min遠心した。
Z1Z2について、上清液をNi2+−NTAカラム(あらかじめ平衡緩衝液で平衡した)に吸収して、AKTA purifier 10AKTAタンパク質精製器を用いてタンパク質に対して、それぞれ洗浄緩衝液(25mM Tris/HCl、300mM NaCl、30mM イミダゾール、pH8.0)を用いて洗浄し、そして溶離緩衝液(25mM Tris/HCl、300mM NaCl、400mM イミダゾール、pH8.0)を用いて溶離し、溶離液を収集した。
TeNとGLTeについて、上清液を捨てて、8M尿素含有の平衡緩衝液を用いて再懸濁し、14000rpmで30min遠心した後、上清液を吸収して、8M尿素含有の平衡緩衝液で平衡化したNi2+−NTAカラムに添加し、AKTA purifier 10タンパク質精製器を用いてタンパク質に対して、それぞれ洗浄緩衝液(8M尿素、25mM Tris/HCl、300mM NaCl、30mM イミダゾール、pH8.0)を用いて洗浄し、そして溶離緩衝液(8M尿素、25mM Tris/HCl、300mM NaCl、400mM イミダゾール、pH8.0)を用いて溶離し、溶離液を収集した。
3.精製
それぞれ等体積のTeNとGLTeをZ1Z2に1滴ずつ滴下し、滴下しながら揺れ、最終尿素の濃度が4Mになり、そして、混合溶液を透析液I(25mM Tris/HCl、300mM NaCl、pH 8.0)に4h透析して、透析液II(25mM Tris/HCl,pH8.0)に換えて一晩透析した。最終的に、それぞれZ1Z2/TeN複合体とZ1Z2/GLTe複合体を形成した。
Z1Z2/TeN複合体とZ1Z2/GLTe複合体に1/50の体積比でTEVプロティナーゼおよびTEVプロテアーゼ酵素緩衝液(50mM Tris/HCl pH8.0、0.5mM EDTA、1mM DTT)を添加し、室温で2h反応した。
TEVプロテアーゼ酵素で酵素切断した後のZ1Z2/TeN複合体とZ1Z2/GLTe複合体をNi2+−NTAカラムを通過し、完全に切断されていないまたはいくつかの雑種タンパク質がNi2+を再結合した。His−tagのないZ1Z2/TeN複合体とZ1Z2/GLTe複合体にフロースルーした。
HiTrapTM Qイオン交換カラムを用いてZ1Z2/TeNとZ1Z2/GLTeをさらに精製した。Z1Z2/TeNとZ1Z2/GLTeをQイオン交換カラムとそれぞれ結合して、AKTA Purifier10タンパク質精製システムを用いてリニア―溶離を行い、それぞれ純度の高いZ1Z2/TeN複合体とZ1Z2/GLTe複合体を得た。
4.内毒素の除去
大腸菌で発現したタンパク質に大量の内毒素が含まれ、内毒素は後期の細胞や動物試験に深刻な影響を与えるため、それを除去しなければならない。Qイオン交換カラムで精製したZ1Z2/TeN複合体とZ1Z2/GLTe複合体を内毒素除去カラム(ToxinEraserTM Endotoxin Removal kit、Genscript、Nanjing、China)に添加して内毒素を除去し、内毒素検出キット(ToxinSensorTM Chromogenic LAL Endotoxin Assay Kit、Genscript)で内毒素含有量を検出し、最終的に、Z1Z2/TeN複合体とZ1Z2/GLTe複合体中の内毒素含有量が2EU/mlより小さくなった。
5.GLP−1受容体(GLP−1 receptor、GLP−1R)の活性化試験
ラットインスリン腫細胞RINm5Fを10%FBS(Life Technology)含有のRPMI 1640培地(Life Technology)に、37℃で、5%CO培養器に培養した。5000個RINm5F細胞を96ウェル細胞培養プレートに接種し、一晩培養し、血清を含有しないRPMI 1640培地で2回洗浄した後、異なる濃度のZ1Z2/GLTe複合体とGLP−1(血清を含有しない培地で希釈し、100μMのIBMXを添加)をそれぞれRINm5F細胞と37℃で20min孵化し、そして、細胞を分解し、細胞内cAMPの含有量をcAMP−GloTM Assayキット(Promega)説明書により測定した。
6.活性測定
Z1Z2/GLTeによるブドウ糖のコントロール作用を確定するために、経口ブドウ糖負荷試験(Oral glucose tolerance test、OGTT)を行った。250gぐらいのラットをランダムにZ1Z2/TeN群、Z1Z2/GLTe群、GLP−1群とPBS群の4群(n=5)に分け、前の3群にそれぞれ体重別に25nmol/kg腹腔注射し、PBS群に等体積のPBSを投与し、血糖計で血糖濃度を測定した。30min後、1kg体重ごとに2gブドウ糖を胃内投与し、このとき0minと計時し、その後10、30、60、90、120minで血糖値を測定した。曲線下面積(Area of under curve、AUC)をGraphpad Prism6.0ソフトウェアで計算した。この過程で、それぞれ0、10、30minで尾静脈から採血し、EDTA−Na含有の遠心管に添加し、4000rpmで10min遠心して、上清液を取って、Rat/Mouse Insulin Elisa kit(Millipore)でそのインスリン含有量を測定した。
Z1Z2/GLTe濃度と血糖コントロールの関係をさらに確定するために、異なる濃度のZ1Z2/GLTeのOGTT試験を行った。250gぐらいのSDラットをランダムに1nmol/kg群、5nmol/kg群、25nmol/kg群とPBS群の4群(n=5)に分け、上述の濃度線量のZ1Z2/GLTeとPBSを腹腔注射でそれぞれラットの体内に注入して、30min後に1kg体重ごとに2gのブドウ糖を胃内投与し、このとき0minと計時し、その後10、30、60、90、120minにて血糖計で血糖値を測定し、それぞれAUCを計算した。
Z1Z2/GLTeがどれくらいの時間内で血糖コントロールの作用を発揮するかを確定するために、薬物の腹腔注射24h後にSDラットに対してOGTTを行った。正常に摂食したラットをランダムにPBS群とZ1Z2/GLTe群の2群(n=5)に分けた。Z1Z2/GLTe群は、25nmol/kgのZ1Z2/GLTeをラットの体内に腹腔注射し、もう1群は等体積のPBSを注射した。12h自由に摂食した後、12h欠食してOGTTを行った。
7.体内安定性測定
Z1Z2/GLTeとGLP−1はそれぞれ腹腔(4nmol)と静脈(1nmol)でSDラットの体内に注入し、そしてそれぞれ0、0.5、1、1.5、2、4、6、10hで尾から採血して、EDTA−Naで処理したEp管に滴下し、採血後にすぐに(30s以内)DPP−4抑制剤を添加した。サンプルでの活性GLP−1濃度をActive GLP−1 Elisa kit(Millipore)で測定した。
8.糖尿病マウスに対する血糖と摂食のコントロール
ストレプトゾトシン(STZ)を45mg/kg体重別にKMマウスに腹腔注射し、5d連続注射してから、正常に10d給餌した。そして、一晩欠食(12〜16h)した後、血糖値を測定し、空腹時血糖値>11.1mMを糖尿病のモデルと判断できる。試験は正常群(即ち、非糖尿病モデル群)、糖尿病マウス対照群(PBS注射)と糖尿病マウス試験群(Z1Z2/GLTe注射)の3群に分け、1群が6匹で、3かご分けて飼育した。試験群では、毎日午前9時、体重で25nmol/kgのZ1Z2/GLTeを腹腔注射するが、対照群と正常群では、それぞれPBSを腹腔注射した。4dごとに一晩欠食(12〜16h)し、第4dで空腹時血糖値を測定した。
結果と分析:
1.Z1Z2/GLTe発現精製
図2から分かるように、一連の精製後、Z1Z2/GLTeはSDS−PAGE図でZ1Z2(上)とGLTe(下)の2本の非常に純粋なストライプを示し、Native−PAGE図でZ1Z2/GLTe複合体である1本の非常に純粋なストライプを示した。これは、純度の高い、後続試験に用いるZ1Z2/GLTe複合体を得ることを表明した。
Z1Z2/GLTe複合体が内毒素除去カラムで処理された後、その内毒素含有量が2EU/mlの範囲内に制御され、後続の細胞や動物試験を行うことができる。
2.活性化GLP−1R試験
GLP−1Rは細胞表面発現のGタンパク質共役受容体であり、GLP−1は細胞表面発現のGLP−1Rと結合することで、下流の信号経路を活性化にして、cAMPを生成することができる。生成したcAMPの量により、受容体との結合状況を反映することができる。その結果、Z1Z2/GLTeとGLP−1はいずれもGLP−1Rと結合することができ、しかも濃度依存の方式でcAMPの生成を刺激することができる。Z1Z2/GLTeとGLP−1のEC50値はそれぞれ0.35±0.05nMと0.24±0.03nM(図3)である。これは、Z1Z2/GLTeがGLP−1Rと結合でき、かつGLP−1Rを強力に活性化でき、GLP−1Rの興奮剤の一種であることを表明した。
3.活性測定
GLP−1は体内で膵島β細胞のインスリン分泌を促進でき、グルカゴンの分泌を抑制でき、血糖をコントロールすることができる。その結果、Z1Z2/GLTeはラット血糖を著しく下げることができる。ブドウ糖を経口摂取したとき、血糖含有量が急激に上がり、GLP−1とZ1Z2/GLTeが血糖値を著しく下げることができるが、GLP−1は30minだけで効果を発揮して、Z1Z2/GLTeは全体の120 min以内で血糖を効果的にコントロールすることができる(図4A、B)。インスリンの生成から見れば、Z1Z2/GLTeとGLP−1はいずれも血液中のインスリン含有量を著しく増えるため、血糖値を下げる作用を効果的に発揮することができる(図4C)。
Z1Z2/GLTeによる血糖コントロールの能力は濃度依存性を持ち、濃度の上昇につれて増加し、Z1Z2/GLTeの注射量が1nmol/kgであるとき、血糖値を著しく下げることができ、注射量が25nmol/kgであるとき、その血糖上昇の抑制能力が最大となる(図4F、G)。
Z1Z2/GLTeを腹腔注射した24h後、OGTTを行い、Z1Z2/GLTeが60min内で血糖をコントロールでき、その24h後にZ1Z2/GLTeがまだ血液中に存在し、しかもその濃度が作用を発揮することできることを表明した(図4D、E)。
4.体内安定性測定
試験データによると、Z1Z2/GLTeは腹腔注射(図5A)や静脈注射(図5B)を問わず、いずれもGLP−1半減期を著しく延長することができる。Z1Z2/GLTeを腹腔注射した2h後、血漿中の濃度が最大に達するが、GLP−1は0.5hに最大に達し、その後、GLP−1が急速に低下し、1hに測定下限に達し、Z1Z2/GLTeを腹腔注射した24h後も200pM以上の濃度を測定することができる。これは、Z1Z2/GLTeがGLP−1の安定性を著しく増加し、その半減期を延長させ、その作用を発揮する時間を増加することを表明した。静脈注射後、Z1Z2/GLTe濃度は徐々に低下するが、GLP−1は急速に低下し、0.5hに検出下限に達する。GLP−1の静脈注射の半減期は1〜2min(Kim BJ et al,J Pharmacol Exp Ther,2012,334(3):682−692)であるが、本試験にZ1Z2/GLTeは67±3.3minであり、GLP−1半減期を著しく延長した。
5.Z1Z2/GLTeによる糖尿病マウスの血糖の長期コントロール
Z1Z2/GLTeは原始GLP−1と比べてより長い半減期があるが、その活性は弱まっていないので、GLP−1よりは長い時間の血糖コントロール能力を持つ。糖尿病マウスの血糖のコントロール試験(図)から分かるように、毎日、25nmol/kgのZ1Z2/GLTeを腹腔注射すると、糖尿病マウスの空腹時血糖レベルを効果的に下げることができる。毎日1回の注射で、空腹時血糖レベルを長期間に低い範囲内にコントロールすることができる。注射が停止した(28d)後、そのZ1Z2/GLTe群の血糖値がまた上昇する。
実施例2 GLP−1(8G)がポリペプチド複合体でのポリペプチドBのN末端を接続する
GLP−1(7−37)はそのアミノ酸配列の前の2つのアミノ酸がHAであるため、血液中にDPP−4の切断作用を受けやすくて活性を失うため、GLP−1(7−37)のアミノ酸配列中の第8位アミノ酸をGlyに突然変異することで、DPP−4による酵素切断を効果的に抑えることができ、半減期をより長く延長することができる。
試験:
1.担体構築
下記のプライマーを用いて実施例1での担体pET−24d−GLTeを部位特異的突然変異し、GLP−1(7−37)アミノ酸配列中の第8位アミノ酸AlaをGlyに突然変異した。
8A−G−F: (SEQ ID NO:15)
AATCTTTATTTTCAGCATGGCGAAGGCACCTTTACC(下線は突然変異部位)
8A−G−R: (SEQ ID NO:16)
GCCATGCTGAAAATAAAGATTCTCAGTAGTGGGGATGTC
シークエンシング成功後、pET−24d−GLTe−Gと名付けて、原pET24d担体以外の配列の部分は以下SEQ ID NO:13の通りであり、そのコードのアミノ酸配列が例えばSEQ ID NO:14である。SEQ ID NO:14で、第25〜26位の間はTEV酵素の酵素切断部位であり、第3〜8位は6xHisタグであり、第25〜55位はGLP−1アミノ酸配列であり、第56〜70位はlinkerであり、第26位は突然変異したアミノ酸である。
2.発現、精製、内毒素の除去
実施例1と同じ方法ステップを用いて行い、純度の高いかつ内毒素含有量が2EU/mlより小さいZ1Z2/GLTe−G複合体を得ることができ、他の複合体、例えばZ1Z2/TeN複合体は直接に実施例1での担体やその発現産物や内毒素除去後の産物から得ることができる。
3.活性測定
Z1Z2/GLTe−Gが血糖を効果的にコントロールできるかどうか、異なる濃度と血糖コントロールの関係を確定するために、異なる濃度のZ1Z2/GLTe−GのOGTT試験を行った。250gぐらいのSDラットをランダムに1nmol/kg群、5nmol/kg群、25nmol/kg群とPBS群の4群(n=5)に分け、上述の濃度剤量のZ1Z2/GLTe−GとPBSを腹腔注射でそれぞれラットの体内に注入して、30min後に1kg体重ごとに2gのブドウ糖を胃内に投与し、このとき0 minと計時し、その後10、30、60、90、120minにて血糖計で血糖値を測定した。
各群のOGTT試験中で、10〜30minでそれぞれラット尾静脈から採血し、EDTA−Na含有のEp管に滴下し、血漿を取って、Insulin Elisa kit(Millipore)でインスリン含有量を測定した。
4.体内安定性測定
1nmolのZ1Z2/GLTe−Gをラット尾からラット体内に静脈注射し、このとき0hと計時し、その後、1、2、4、8、24hで採血し、予めEDTA−Naで処理したEp管に滴下した。サンプルでの活性GLP−1濃度をGLP−1(Total)Elisa kit (Millipore)で測定した。
結果と分析:
1.活性測定
異なる濃度のZ1Z2/GLTe−G複合体に対してOGTT試験を行い、その用量依存性の血糖値を下げることができる(図7A)。たとえ1nmol/kgの時でも血糖値を下げる作用を発揮することができ、25nmol/kgの時で、血糖値を下げる作用が最も顕著になる。これは、GLP−1配列中の第8位アミノ酸AをGに突然変異するとき、その活性は影響を受けず、依然として血糖値を下げる作用を発揮することができることを十分に表明した。
インスリン分泌試験によると、濃度の増加につれて、インスリン分泌量も増加すると表明している(図7B)。これは、Z1Z2/GLTe−G複合体は膵島細胞のインスリン分泌を効果的に刺激することにより、血糖値を下げる作用を発揮することができることを表明した。
2.体内安定性測定
Z1Z2/GLTe−G複合体をSDラット体内に静脈注射した後、一定時間ごとに尾から採血して、GLP−1(Total)Elisa Kit(Millipore)で血漿中のZ1Z2/GLTe−Gを測定した(図)。その低下速度が遅いことを発見し、計算により、その半減期は約4hで、突然変異前(67min)の4倍にもなり、原GLP−1(1〜2min)の約200倍であり、その半減期が大幅に延長され、よりよい臨床使用に基礎を打ち立った。
実施例3 GLP−1(8G)がポリペプチド複合体でのポリペプチドAのN末端を接続する
試験:
1.担体構築
遺伝子全合成の方式を採用して、GLP−1(8G)のコード配列をコードZ1Z2を持つ遺伝子配列のN末端に接続し、改良後のpET24d担体に構築し、pET−24d−GLZと名付ける(原pET24d担体以外の配列部分は以下のSEQ ID NO:17の通りであり、そのコードのアミノ酸配列が例えばSEQ ID NO:18である。SEQ ID NO:18で、第24〜25位の間はTEV酵素の酵素切断部位であり、第3〜8位は6xHisタグであり、第25〜55位はGLP−1(8G)アミノ酸配列であり、第56〜66位はlinkerであり、第26位は突然変異したアミノ酸である)。GLP−1(8G)とZ1Z2との間のLinkerはSEAAAKEAAAKである。
2.発現、精製、内毒素の除去
実施例1と同じ方法ステップを用いて行い、純度の高いかつ内毒素含有量が2EU/mlより小さいGLZ/TeN複合体を得ることができ、他の複合体、例えばZ1Z2/GLTe−G複合体は前の実施例から得ることができる。
3.活性測定
GLZ/TeN複合体が血糖値を効果的に下げるかどうか、およびZ1Z2/GLTe−G複合体と比べて、その活性はどうでしょうか、OGTT試験を行った。
250gぐらいのSDラットをランダムにPBS群、Z1Z2/GLTe−G群とGLZ/TeN群の3群(n=5)に分け、Z1Z2/GLTe−G群とGLZ/TeN群について、それぞれ体重に10nmol/kgのZ1Z2/GLTe−GとGLZ/TeN複合体を腹腔注射し、PBS群について、等体積のPBSを投与し、血糖計で血糖濃度を測定し、このとき−30minと計時し、30min後に1kg体重ごとに2gのブドウ糖を胃内投与し、このとき0 minと計時し、その後10、30、60、90、120minで血糖値を測定した。曲線下面積(Area of under curve、AUC)をGraphpad Prism6.0ソフトウェアで計算した。
この過程で、それぞれ10〜30minの間で尾静脈から採血して、EDTA−Na含有の遠心管に添加し、4000rpmで10min遠心して、上清液を取って、Rat/Mouse Insulin Elisa kit(Millipore)でそのインスリン含有量を測定した。
4.体内安定性測定
1nmolのGLZ/TeNをSDラット(250gぐらい)の尾静脈(Intravenous,i.v)と皮下(Subcutaneous,s.c)でラット体内に注入し、このとき0hと計時し、それぞれ0.05、0.5、2、4、8、11、24、48hにラット尾静脈から採血し、予めEDTA−Naで処理したEp管に滴下し、採血後にすぐに(30s以内)プロティナーゼ抑制剤Aprotininを添加し、サンプルでのGLP−1(8G)濃度をGLP−1(Total)Elisa kit(Millipore)で測定した。
5.1回薬物注射による摂食と血糖の影響
25gぐらいのC57BL/6マウスをランダムにPBS群、GLZ/TeN群とZ1Z2/GLTe−G群の3群(n=5)に分け、各マウスごとに1かごであり、各群のマウスを初日夜の7時から翌日の9時まで欠食し、各群のマウスの空腹体重を秤量し、そしてマウスの鼠餌を早めに計量してパケットし、GLZ/TeN群とZ1Z2/GLTe−G群について、体重別に20nmol/kgのGLZ/TeNとZ1Z2/ GLTe−G複合体を腹腔注射し、PBS群について、等体積のPBSを投与し、このとき0hと計時し、薬物注射後、すぐにあらかじめ計量したマウスの鼠餌を与えて、0、2、5、8、24、36、48hに鼠餌および血糖値を測定した。
6.糖尿病マウス血糖レベルへの影響
C57BL/6マウスを6匹の対照群と15匹の試験群の2群に分け、対照群に正常飼料(Standard)を給餌し、試験群に高糖分高脂飼料(HFD)(1%コレステロール、20%蔗糖、12%ラード、10%卵黄粉と2%コール酸ナトリウム)を給餌し、飼料は北京軍事医学科学院から購入し、対照群と試験群に対して異なる飼料を2ヶ月給餌し、この間で15dごとに体重を秤量し、空腹12h後、対照群(6匹)と試験群をそれぞれ2g/kgのブドウ糖を胃内投与し、OGTTを行い、異なる時点で血糖値を測定し、インスリン抵抗効果を測定し、インスリン抵抗効果があったと、また小剤量で連続5dにSTZ誘導型糖尿病モデルを注射し、引き続き給餌7d後、血糖値を測定して、空腹時血糖値>11.1mMになるとモデル成功と考えられる。試験群からモデル成功の12匹マウスをランダムにGLZ/TeN群とPBS群の2群に分け、20nmol/kgのGLZ/TeN複合体或いは同量のPBSを毎日1回腹腔注射し、血糖値を測定した。
結果と分析:
1.発現、精製、内毒素の除去
pET−24d−GLZとpET−TeNプラスミッドをそれぞれE.coli BL21(DE3)に転化して発現させ、GLZ/TeN複合体を形成し、かつ系列操作を経て、純度の高いGLZ/TeN複合体を得た。
サンプリングしてSDS−PAGEとNative−PAGEで分析したと、サンプル中のタンパク質がNative−PAGEで1本の高純度のストライプを示し、SDS−PAGEを行うと2本の高純度のストライプを示し、このサンプルがGLZ/TeN複合体であることを表明した(図)。最後に、内毒素を除去した後、最終的に高純度のGLZ/TeNタンパク質複合体を得、後続の動物試験に使うことができる。
2.活性測定
GLZ/TeN複合体がZ1Z2/GLTe−Gより強い活性を持つかどうかか、OGTTで直接に対比することができる。OGTT試験結果によると、腹腔注射濃度が10nmol/kgであるとき、GLZ/TeNの活性がZ1Z2/GLTe−Gより著しく高くなる。SDラットにブドウ糖を胃内投与するとき、GLZ/TeNとZ1Z2/GLTe−G群が明らかに血糖値を下げ、GLZ/TeNがZ1Z2/GLTe−Gより高い活性を持ち、血糖を下げる能力が高く、30min時にその最高血糖値がそれぞれ8.3と5.7mMである(図10A)。AUCデータからわかるように、GLZ/TeNとZ1Z2/GLTe−G複合体はいずれもAUCを非常に顕著に下げることができ(図10B)、GLZ/TeNがZ1Z2/GLTe−Gより強い抑制力を持つ。
OGTTを行う過程中で、尾静脈から採血して、血漿中のインスリン含有量の変化をインシュリンELISAキットで測定した。結果により、GLZ/TeNおよびZ1Z2/GLTe−Gを腹腔注射した後、いずれもインスリン分泌を顕著に刺激することができる(図10C)。
3.体内安定性測定
GLZ/TeN複合体が皮下(s.c)や静脈(i.v)でSDラットに注射された後、GLP−1 ELISAキットで血漿中のGLP−1含有量を測定した。その含有量の低下が遅いことを発見し、計算により、皮下注射の半減期は19.8±3.2hであり、静脈注射の半減期は18.7±2.3hである(図11)。その静脈注射の半減期はZ1Z2/GLTe−G複合体(4h)の4倍でもあり、さらに向上した。これは、GLZ/TeN複合体に2つのGLP−1分子があり、その分子量をさらに増えて、腎臓の濾過作用を緩め、しかもそれとGLP−1Rの結合の親和性がより大きくなり、その半減期が長くなるためである。
4.摂食と血糖への影響
1回で体重別に薬物を腹腔注射した後、結果によると、Z1Z2/GLTe−GおよびGLZ/TeN複合体はいずれも8h内でマウスの摂食量を著しく抑えることができ、24h後、抑制作用が消失するが、Z1Z2/GLTe−G群がGLZ/TeN群と比べ、明らかな差異がない(図12A)。
血糖レベル測定によると、Z1Z2/GLTe−GおよびGLZ/TeN複合体はいずれもマウス血糖値を著しく下げることができるが、時間の延長、複合体の分解につれて、濃度は次第に低下し、マウスの血糖値が次第に高まって、48hに対照レベルまで回復した。Z1Z2/GLTe−G群が2〜8h内で血糖値レベルを著しく下げることができ、24hに血糖値を下げることができるが、対照と比べ、明らかな差異がない。GLZ/TeN組が36h内で血糖値レベルを著しく下げるが、48hに対照レベルまで回復し、GLZ/TeN群はZ1Z2/GLTe−G群より2〜5h内で血糖レベルがより低くなる(図12B)。AUCデータによると、GLZ/TeNがZ1Z2/GLTe−G複合体より、より強いマウス血糖値を下げる能力を持つことを直感的に表明した(図12C)。
5.糖尿病マウス血糖レベルへの影響
HFD飼料で2ヶ月連続給餌すると、体重から分かるように(図13A)、マウスの体重は2ヶ月内で正常飼料給餌の対照群より明らかに増えた。
試験群はインスリン抵抗効果があるかどうかを確定するために、対照群と試験群に対してOGTT(図13B)を行った結果、試験群(HFD)は明らかなインスリン抵抗効果があり、15〜30min時にHFDマウスが正常給餌のマウスの血糖値より明らかに高くなり、それは、HFD飼料給餌により、インスリン抵抗効果があり、血糖値を下げる作用は明らかに弱まるためである。
インスリン抵抗効果が現れた後、2型糖尿病モデルを成功に誘導し、GLZ/TeN複合体が2型糖尿病モデルマウスの非空腹時血糖値を正常マウスの非空腹時血糖値まで顕著に下げることができ、約6〜9mMである(図13C)。
実施例4 ポリペプチド複合物GLP−1(8G)の担体をワンステップ組換えする
試験:
1.担体構築
まず、遺伝子全合成の方式でGLP−1(8G)のコード配列を(GS)linkerのコード配列によりZ1Z2を持つコード配列のN末端に接続し、改良後のpET24d担体に構築して、pET−24d−GLZ−synと名付ける。そして、プライマーを設計することにより、それぞれpET−24d−GLZ−syn、pET−TeN、pET−Z1Z2をテンプレートとして新しい発現担体を構築し、そのN末端がGLP−1(8G)付きのZ1Z2、Telethonin分子のN末端のβ−プリーツシート領域およびZ1Z2分子の間をlinkerで接続し、1つの大きい融合タンパク質をワンステップ発現して形成することができる。
pET−24d−GLZ−Synを担体として、Rec−Ti−F1/Rec−Ti−R1をプライマーとして、PCRを行い、pET−24d−Telethoninを担体として、Rec−Te−F/Rec−Te−Rをプライマーとして、PCRを行い、pET−24d−Z1Zをプライマーとして、Rec−Ti−F2/ Rec−Ti−R2をプライマーとして、PCRを行い、そしてそれぞれのゲルを回収した後、50μl反応体系(5*Transtart Fastpfu Buffer,10 μl;2.5 mM dNTP,5 μl;Transtart Fastpfu DNA polymerase,1μl;ddH20,27μl )に50ng(各1μl)上記ゲル回収産物を添加し、プライマーRec−Ti−F1/Rec−Ti−R2(濃度10μM、各2μl)を添加して、PCRを行い、ゲル回収後に酵素切断と酵素結合により、改良後のpET24d担体に接入し、転化、シークエンシングした後、シークエンシング正しいプラスミッドをpET−24d−GLRecom(原pET24d担体以外の配列部分は以下のSEQ ID NO:19の通りであり、そのコードのアミノ酸配列が例えばSEQ ID NO:20である。SEQ ID NO:20で、第25〜26位の間はTEV酵素の酵素切断部位であり、第3〜8位は6xHisタグであり、第25〜55位はGLP−1(8G)アミノ酸配列であり、第56〜70位、267〜291位、382〜406位はそれぞれlinkerであり、第26位は突然変異したアミノ酸である。)と名付ける。各プライマーのヌクレオチド配列は下記の表1の通りである。
また、遺伝子全合成の方式で、上記のSEQ ID NO:19を有する配列を直接に得、改良後のpET24d担体に構築し、上記のpET−24d−GLRecomと名付けるプラスミッドを得、担体構築ステップを簡略化することができる。
2.発現、精製、内毒素の除去
pET−24d−GLRecomプラスミッドをE.coli BL21(DE3)菌株に転化し、1mM ITGの誘導下で、16℃振とうに24h発現し、GLRecomタンパク質が上清液に発現させ、後でTEV酵素切断、二次Niカラム、Qカラム精製などの過程を経て、純度の高いGLRecomタンパク質を得、そして、実施例1と同じ方法ステップを用いて内毒素の除去を行い、純度の高いかつ内毒素含有量が2EU/mlより小さいGLRecomタンパク質を得た。
3.活性測定
GLRecomが血糖値を効果的に下げるかどうか、およびZ1Z2/GLTe−Gと比べて、その活性はどうでしょうか、OGTT試験を行った。
25gぐらいのC57BL/6匹マウスをランダムにPBS群、Z1Z2/GLTe−G群とGLRecom群の3群(n=5)に分け、Z1Z2/GLTe−G群とGLRecom群について、それぞれ体重別に10nmol/kgのZ1Z2/GLTe−GとGLRecomを腹腔注射し、PBS群について、等体積のPBSを投与し、血糖計で血糖濃度を測定し、このとき−30minと計時し、30min後に1kg体重ごとに2gのブドウ糖を胃内投与し、このとき0minと計時し、その後10、30、60、90、120minで血糖値を測定した。Graphpad Prism 6.0ソフトウェアでAUCを計算した。
この過程で、それぞれ10−30minの間で尾静脈から採血し、EDTA−Na含有の遠心管に添加し、4000rpmで10min遠心して、上清液を取って、Rat/Mouse Insulin Elisa kit(Millipore)でそのインスリン含有量を測定した。
4.体内安定性測定
2.8nmol GLRecomをSDラット(250gぐらい)の尾静脈(Intravenous,i.v)でラット体内に注入し、このとき0hと計時し、それぞれ0.05、0.5、2、5、10、24、48hにラット尾静脈から採血し、予めEDTA−Naで処理した遠心管に滴下し、採血後、すぐに(30s以内)プロティナーゼ抑制剤Aprotininを添加し、サンプルでのGLP−1(8G)濃度をGLP−1(Total)Elisa kit(Millipore)で測定した。
結果と分析:
1.発現、精製、内毒素の除去
GLRecomタンパク質で、GLP−1(8G)付きの一番目のZ1Z2分子とTelethoninβ−プリーツシート領域の間にSGSGSAPGTPGGGGSGGGGSGGGGSをlinkerとして設計し、Telethoninβ−プリーツシート領域と二番目のZ1Z2分子の間にGASGPAGSPTGSGPGSAGSGPGSAGをlinkerとして設計し、組換えタンパク質を形成し、発現、精製ステップの減少に有利するため、精製に必要な時間やコストを減らすことができる。GLRecomタンパク質は一連の精製過程を経た後、分子量が60.0 kDaのタンパク質を得(図14)、上清液に発現させ、操作は簡単で、しかも純度の高いタンパク質を得やすい。
2.活性測定
GLRecomとZ1Z2/GLTe−G複合体にいずれも1つのGLP−1分子が含まれ、そのGLP−1分子中のN末端のAlaがGlyに置換される。OGTT結果によると、GLRecomとZ1Z2/GLTe−G複合体はいずれも血糖値を著しく下げる作用がある。マウスに2g/kgブドウ糖を投与した後、PBS群のマウスの血糖値が急速に上昇するが、GLRecomとZ1Z2/GLTe−G複合体群はPBS群より顕著に低下する。120minになると、GLRecomとZ1Z2/GLTe−G複合体群も血糖値レベルを著しく下げることができる(図15A)。AUCデータによると、GLRecomとZ1Z2/GLTe−G複合体群がマウスの血糖レベルを顕著に下げ、マウスの経口ブドウ糖耐性を増加させることを直感的に表明し(図15B)、GLRecomとZ1Z2/GLTe−G複合体が血糖値レベルを下げる点で差異がない原因は、その構造中に1つだけのGLP−1分子がある可能である。
インスリン分泌試験によると、薬物注射後、GLRecomとZ1Z2/GLTe−G複合体がマウスのインスリン分泌レベルを著しく増強することができるが、GLRecomとZ1Z2/GLTe−G複合体がインスリン分泌を刺激する点で明らかな差異がない(図15C)。
3.体内安定性測定
GLRecomタンパク質が血液中に長い半減期を有し、濃度の低下が遅くて(図16)、その半減期を計算すると、13.4±0.8hであり、Z1Z2/GLTe−G複合体(4h)の3倍以上でもある。これは、GLRecomが大きな分子量(60.0kDa)を有するが、Z1Z2/GLTe−Gの分子量が56.7kDaであり、または、GLRecomタンパク質中の分子間のlinkerがフレキシブルの非常に高いLoopを形成するためであり、コンパクトなZ1Z2/GLTe−Gに対して、これらのlinkerはGLRecomの体積を増え、プロティナーゼの分解をより阻止し、腎臓による濾過作用をより緩め、その半減期を延長することができる。
実施例5 SSTがポリペプチド複合体でのポリペプチドBのloop領域を接続する
ソマトスタチン(Somatostatin,SST)は環状ポリペプチドであり、中枢神経系、末梢神経系や胃腸の中で広く分布され、成長ホルモンの分泌と放出を著しく抑制することができ、膵臓ホルモン、胃泌素などの分泌を抑制することもできる。SSTがインスリンやグルカゴンの分泌をコントロールすることができる。SSTはSST14とSST28の2つの活性形式がある。SSTはGPCRsに属するSST受容体と結合して、下流の通路を活性化する。主に末端肥大症、肝硬変門脈高圧による食道静脈出血、急性膵炎およびその合併症、並びに膵液瘻、胆汁瘻および腸瘻などを治療する。しかし、その体内の半減期は2−3min(Afargan M et al,Endocrinology, 2001,142(1):477−486)だけで、その臨床使用は厳しく制限されている。
試験:
1.担体構築
遺伝子全合成の方式で、それぞれSST遺伝子をTeN突然変異体Loop(LT1)中の遺伝子配列に挿入する担体pET−24d−SSTe(原pET24d担体以外の配列部分はSEQ ID NO:27の通りであり、そのコードのアミノ酸配列が例えばSEQ ID NO:28である。SEQ ID NO:28で、第25〜26位の間はTEV酵素の酵素切断部位であり、第3〜8位は6xHisタグであり、第43〜54位はGLP−1アミノ酸配列であり、第57〜58位はlinkerである。)を得た。
2.発現、精製、内毒素の除去
実施例1と同じ方法ステップを用いて行い、純度の高いかつ内毒素含有量が2EU/mlより小さいZ1Z2/SSTe複合体を得ることができる。
3.活性測定
250gぐらいのSDラットを12〜16h欠食した後、ランダムに3群分け、2群は試験群であり、体重別に200nmol/kgのSSTとZ1Z2/SSTe複合体を腹腔注射し、もう1群は等体積のPBSを注射した。0、30、60、120min時にそれぞれ尾から採血し、EDTA−Na含有の遠心管に添加し、4000rpmで10min遠心して、上清液を取った。上清液での成長ホルモンの濃度をGrowth hormone ELISA kit(Millipore)キットで測定した。
4.体内安定性測定
Z1Z2/SSTe 0.28mgを尾静脈からラットの体内に注入し、それぞれ0、0.5、1、2、4、8、24hで尾静脈から採血し、EDTA−Na含有の遠心管に添加し、4000rpmで10min遠心して、上清液を取った。上清液でのZ1Z2/SSTe中のSSTをSomatostatin (SST) EIA kit (Phoenix pharmaceuticals)で測定した。
結果と分析:
1.発現、精製、内毒素の除去
17から分かるように、一連の精製後、Z1Z2/SSTeはSDS−PAGE図で2本の非常に純粋なストライプを示すが、Native−PAGE図でZ1Z2/SSTe複合体である1本の非常に純粋なストライプを表しました。これは、純度の高い、後続試験に用いるZ1Z2/SSTe複合体を得ることを表明した。
Z1Z2/SSTe複合体の内毒素は内毒素除去樹脂で処理された後、含有量を2EU/mlの範囲内で制御し、後続の試験に使うことができる。
2.活性測定
SSTが体内で成長ホルモンの分泌を抑えることができるので、ラット体内の成長ホルモンの含有量を測定することにより、Z1Z2/SSTe複合体の活性を検証することができる。Z1Z2/SSTe複合体がラット体内に注入された後、ラット成長ホルモンのレベルを著しく抑制した。SSTおよびZ1Z2/SSTeがラット体内に注入された後、初期ではいずれも体内成長ホルモンの分泌を明らかに抑制するが、SSTの半減期(2〜3min)が短いため、SSTの分解につれて、その抑制効果を次第に弱め、最後に2hで対照レベルまで回復し、Z1Z2/SSTeが120min内で成長ホルモンのレベルを明らかに抑制し、より長い半減期を有することを説明した(図18)。それは原SSTと類似する生物学的活性を持ち、かつ成長ホルモンへの抑制作用をより長い期間で発揮することができることを表明した。
3.体内安定性測定
Z1Z2/SSTe複合体の静脈注射後、血漿中のSST含有量が図19に示すように、その計算の半減期は6.62±0.43hであり、原SST(2〜3 min)より約200倍に延長した。これは、Z1Z2/SSTe複合体はSSTとその受容体の結合に影響しない場合で、その半減期を大幅に延長して、より長く薬効を発揮させることができることを表明した。
実施例6 SSTがポリペプチド複合体でのポリペプチドAのloop領域を接続する
試験:
1.担体構築
遺伝子全合成の方式で、それぞれSST遺伝子をZ1Z2分子のLoop中の遺伝子配列に挿入する担体pET−24d−ZSST(原pET24d担体以外の配列部分は以下のSEQ ID NO:29の通りであり、そのコードのアミノ酸配列が例えばSEQ ID NO:30である。SEQ ID NO:30で、第24〜25位の間はTEV酵素の酵素切断部位であり、第3〜8位は6xHisタグであり、第171〜184位はSSTアミノ酸配列であり、第185〜186位はlinkerである。)を得た。
2.発現、精製、内毒素の除去
実施例1と同じ方法ステップを用いて行い、純度の高いかつ内毒素含有量が2EU/mlより小さいZSST/TeN複合体を得ることができる。
3.活性測定
250gぐらいのSDラットを12〜16h欠食した後、ランダムに4群分け、3群は試験群であり、体重別に200nmol/kgのSST、Z1Z2/SSTe、ZSST/TeN複合体を腹腔注射し、もう1群は等体積のPBSを注射した。0、30、60、120min時にそれぞれ尾から採血し、EDTA−Na含有の遠心管に添加し、4000rpmで10min遠心して、上清液を取った。上清液での成長ホルモンの濃度をGrowth hormone ELISA kit(Millipore)キットで測定した。
4.体内安定性測定
ZSST/TeN 0.2mgを尾静脈からラットの体内に注入し、それぞれ0、0.5、1、2、4、8、24、48hで尾静脈から採血し、EDTA−Na含有の遠心管に添加し、4000rpmで10min遠心して、上清液を取った。上清液でのZSST/TeN中のSSTをSomatostatin (SST) EIA kit (Phoenix pharmaceuticals)で測定した。
結果と分析:
1.発現、精製、内毒素の除去
SDS−PAGE図で2本の非常に純粋なストライプを示すが、Native−PAGE図で1本の非常に純粋なストライプを示し、純度の高いZSST/TeN複合体を得ることを表明した。ZSST/TeN複合体の内毒素は内毒素除去樹脂で処理された後、含有量を2EU/mlの範囲内で制御し、後続の試験に使うことができる。
2.活性測定
ZSST/TeN複合体がSDラット体内に腹腔注入された後、ラット成長ホルモン(GH)のレベルを著しく抑制した。SSTおよびZ1Z2/SSTeはラット体内に注入された後、短い時間内で成長ホルモンの分泌を抑制するが、SSTの半減期(2〜3min)が短くて、抑制作用が弱いため、2h後に対照レベルまで回復し、Z1Z2/SSTeは4h内で成長ホルモンのレベルを明らに抑制することができ、8h後に対照レベルまで回復し、より長い半減期を有する。そして、ZSST/TeN複合体が12hに成長ホルモンの分泌を著しく抑制することができ、より長い半減期を有することを表明した(図20)。ZSST/TeN複合体が2つのSST分子を有するので、より長い半減期を有するとともに、より強い成長ホルモンの分泌の抑制作用を有する。
3.体内安定性測定
ZSST/TeN複合体がSDラットに静脈注射された後、血漿中のSST含有量がELISAキットで測定し(図21)、その計算の半減期は14.3±1.7hであり、原SST(2〜3min)より数百倍も延長し、Z1Z2/SSTe複合体よりも大幅に延長した。これは、ZSST/TeN複合体はSSTとその受容体の結合に影響しない場合で、その半減期を顕著に延長することを表明した。
実施例7 PYYがポリペプチド複合体でのポリペプチドBのC末端を接続する
PYY(peptide Tyrosin−tyrosin)は腸のL−細胞の摂食後で分泌した36個のアミノ酸のポリペプチドである。研究によると、その体内でPYY1−36とDPP−4酵素切断後のPYY3−36の2つの形式がある。PYY3−36は視床下部と外週神経系のY2受容体に作用することにより、食欲の抑制、胃排出の緩め、体重の軽減の作用を発揮させる。動物と人体の試験をしたところ、PYY3−36の外週注射が摂食量を明らかに減少することができる。よって、PYY3−36が肥満治療の有効な薬物と認められる。しかし、PYYは体内で、プロティナーゼの分解と腎臓の濾過作用で、半減期が短くて、8minだけあるため、その臨床使用に制限した。
本発明の複合体を利用してPYY3−36を改良すると、より長い半減期を有し、臨床の肥満治療に使用できるタンパク質薬物を創造することが期待されている。PYY3−36を遺伝子融合によりTelethonin β−プリーツシート領域のC末端と融合発現(TePY)を行い、かつ、Z1Z2と結合し、複合体(Z1Z2/TePY)を形成し、その活性を測定した。
試験:
1.担体構築
遺伝子全合成の方式で、PYY3−36コード配列をTelethoninβ−プリーツシート領域のコード配列のC末端の遺伝子配列に接続する担体pET−24d−TePY(原pET24d担体以外の部分はSEQ ID NO:31の通りであり、そのコードのアミノ酸配列が例えばSEQ ID NO:32である。SEQ ID NO:32で、第24〜25位の間はTEV酵素の酵素切断部位であり、第3〜8位は6xHisタグであり、第120〜153位はPYYアミノ酸配列であり、第117〜119位はlinkerである。)を得た。
2.発現、精製、内毒素の除去
実施例1と同じ方法ステップを用いて行い、純度の高いかつ内毒素含有量が2EU/mlより小さいZ1Z2/TePY複合体を得ることができる。
3.活性測定
Z1Z2/TePY複合体が体内で摂食を抑制する作用を発揮できるかどうかを確定するために、オスKMマウスを用いて摂食試験を行った。30gぐらいのKMマウスをランダムにPBS群とZ1Z2/TePY群の2群に分け、そして夜6時から翌朝9時まで15h欠食させ、各マウスの空腹体重;各々マウス空腹体重別にZ1Z2/TePY群に200nmol/kg薬物を腹腔注射し、PBS群に等体積のPBSを投与し、このとき0hにして、すぐ事前に重量が秤量した食べ物を投与し、しばらくの時間ごとに食べ物を秤量し、各時間帯のマウスの摂食量/体重をもってマウスの摂食量と表す。
4.体内安定性測定
9.0nmol Z1Z2/TePY複合体をSDラット(250gぐらい)の尾静脈(Intravenous,i.v)からラット体内に注入し、このとき0hと計時し、それぞれ0.05、1、2、4、7、10、24hにラット尾静脈から採血し、予めEDTA−Naで処理した遠心管に滴下し、採血後、すぐに(30s以内)プロティナーゼ抑制剤Aprotininを添加し、サンプルでのPYY濃度をPYY3−36 EIA kit(Phoenix)で測定した。
結果と分析:
1.発現、精製、内毒素の除去
pET−24d−TePYがそれぞれE.coli BL21(DE3)に転化され、IPTGで誘導発現を行った。そして、それぞれNi2+−NTA親和クロマトグラフィーカラム精製、TEVプロティナーゼ切断、Ni2+−NTA親和クロマトグラフィーカラム二次精製、Qイオン交換カラム精製や内毒素除去などのステップを経て、最終的に純度の高いタンパク質複合体Z1Z2/TePYを得、後続の動物試験に使うことができる。
2.活性測定
Z1Z2/TePY 200nmol/kgをマウスの体内に腹腔注射した後、8h内で摂食量(p<0.05)を顕著に低下させることができるが、8h後にその抑制作用が消えることを発見した(図22)。
3.体内安定性測定
測定によると、Z1Z2/TePY複合体が体内で濃度の低下が遅くて、その半減期を計算すると、静脈注射では6.4±0.8hであり、天然PYY(8min)より大きく延長した(図23)。

Claims (16)

  1. ポリペプチドまたはタンパク質薬物とポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBで構成する融合タンパク質を含み、この融合タンパク質とポリペプチドA、ポリペプチドBまたは別の前記融合タンパク質がβ―プリーツシート構造を形成し、前記ポリペプチドAはtitin分子のN末端の2つのIgドメイン(Z1Z2)を含むポリペプチドであり、前記ポリペプチドBはTelethonin分子のN末端のβ―プリーツシート領域を含むポリペプチドであることを特徴とする薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  2. 前記融合タンパク質で、ポリペプチドまたはタンパク質薬物がポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの1つまたは複数の下記部位、即ちポリペプチドBのN末端(NT)、C末端(CT)および内部の2つのloop領域、2つのポリペプチドAのそれぞれのN末端、C末端および4つのloop領域に位置することを特徴とする請求項に記載の薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  3. 前記ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体であり、前記ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の30〜116位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体であることを特徴とする請求項に記載の薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  4. 前記ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列に対して少なくとも60%相同性を有する配列を含むポリペプチド断片であり、前記ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の30〜116位に示すアミノ酸配列に対して少なくとも60%相同性を有する配列を含むポリペプチド断片であることを特徴とする請求項に記載の薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  5. GLP−1、GLP−1(8G)、SSTまたはPYYとポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBで構成する融合タンパク質を含み、この融合タンパク質とポリペプチドA、ポリペプチドBまたは別のGLP−1、GLP−1(8G)、SSTまたはPYYとポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBで構成する融合タンパク質がβ―プリーツシート構造を形成し、前記ポリペプチドAはtitin分子のN末端の2つのIgドメイン(Z1Z2)を含むポリペプチドであり、前記ポリペプチドBは、Telethonin分子のN末端のβ―プリーツシート領域を含むポリペプチドであることを特徴とする請求項に記載の薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  6. 前記融合タンパク質複合体は、SEQ ID NO:8またはSEQ ID NO:4中の第25〜161位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体および2つのSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体が結合して構成された、β―プリーツシート構造を有する複合体であることを特徴とする請求項に記載の薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  7. 前記融合タンパク質複合体は、2つのSEQ ID NO:18中の第25〜260位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体および1つのSEQ ID NO:2またはSEQ ID NO:4中の30〜116位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体が結合して構成された、β―プリーツシート構造を有する複合体であることを特徴とする請求項に記載の薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  8. 前記融合タンパク質複合体は、SEQ ID NO:28中の第25〜132位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体および2つのSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体が結合して構成された、β―プリーツシート構造を有する複合体であることを特徴とする請求項に記載の薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  9. 前記融合タンパク質複合体は、2つのSEQ ID NO:30中の第25〜237位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体および1つのSEQ ID NO:2またはSEQ ID NO:4中の30〜116位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体が結合して構成された、β―プリーツシート構造を有する複合体であることを特徴とする請求項に記載の薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  10. 前記融合タンパク質複合体は、SEQ ID NO:32中の第25〜153位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体および2つのSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体が結合して構成された、β―プリーツシート構造を有する複合体であることを特徴とする請求項に記載の薬用作用を有する融合タンパク質複合体。
  11. 薬用作用を有する融合タンパク質であって、前記融合タンパク質は、直接的または間接的に順次に接続した第一ポリペプチドAと、ポリペプチドBと、第二ポリペプチドAとを含み、任意の前記ポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの1つまたは複数の部位に挿入、または接続した1つまたは複数のポリペプチドまたはタンパク質薬物を含み、前記2つのポリペプチドAとポリペプチドBがフレキシブルlinkerを介してβ―プリーツシート構造を形成し、前記第一ポリペプチドAおよび第二ポリペプチドAは、titin分子のN末端の2つのIgドメイン(Z1Z2)を含むポリペプチドであり、前記ポリペプチドBは、Telethonin分子のN末端のβ―プリーツシート領域を含むポリペプチドであることを特徴とする薬用作用を有する融合タンパク質。
  12. ポリペプチドまたはタンパク質薬物が任意の前記ポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの1つまたは複数の下記部位、即ちポリペプチドBのN末端(NT)、C末端(CT)および内部の2つのloop領域、2つのポリペプチドAのそれぞれのN末端、C末端および4つのloop領域に位置することを特徴とする請求項11に記載の薬用作用を有する融合タンパク質。
  13. 前記第一ポリペプチドAおよび/または第二ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体であり、前記ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の30〜116位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体であることを特徴とする請求項11に記載の薬用作用を有する融合タンパク質。
  14. 前記第一ポリペプチドAおよび/または第二ポリペプチドAはSEQ ID NO:6中の31〜221位に示すアミノ酸配列に対して少なくとも60%相同性を有する配列を含むポリペプチド断片であり、前記ポリペプチドBはSEQ ID NO:2中の30〜116位に示すアミノ酸配列に対して少なくとも60%相同性を有する配列を含むポリペプチド断片であることを特徴とする請求項11に記載の薬用作用を有する融合タンパク質。
  15. 前記融合タンパク質は、直接的または間接的に順次に接続した第一ポリペプチドAと、ポリペプチドBと、第二ポリペプチドAとを含み、任意の前記ポリペプチドAおよび/またはポリペプチドBの1つまたは複数の部位に挿入、または接続した1つまたは複数のGLP−1、GLP−1(8G)、SSTまたはPYYのポリペプチドまたはタンパク質薬物を含み、前記2つのポリペプチドAとポリペプチドBがフレキシブルlinkerを介してβ―プリーツシート構造を形成し、前記第一ポリペプチドAおよび第二ポリペプチドAは、titin分子のN末端の2つのIgドメイン(Z1Z2)を含むポリペプチドであり、前記ポリペプチドBは、Telethonin分子のN末端のβ―プリーツシート領域を含むポリペプチドであることを特徴とする薬用作用を有する請求項11に記載の薬用作用を有する融合タンパク質。
  16. 前記融合タンパク質は、SEQ ID NO:20中の第25〜601位に示すアミノ酸配列を含む断片、その保守的変異体、生物活性断片または誘導体であることを特徴とする請求項15に記載の薬用作用を有する融合タンパク質。
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