JP6911490B2 - 安定型Fc結合性タンパク質、当該タンパク質の製造方法および当該タンパク質を用いた抗体吸着剤 - Google Patents

安定型Fc結合性タンパク質、当該タンパク質の製造方法および当該タンパク質を用いた抗体吸着剤 Download PDF

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Description

本発明は、免疫グロブリンに親和性のあるFc結合性タンパク質に関する。より詳しくは、熱または酸に対する安定性が野生型よりも向上したヒト新生児(neonatal)Fcレセプター(FcRn)、当該レセプターをコードするポリヌクレオチド、当該ポリヌクレオチドを利用したヒトFcRnの製造方法、および当該レセプターを不溶性担体に固定化して得られる抗体吸着剤に関する。
Fcレセプターは、免疫グロブリン分子のFc領域に結合する一群の分子である。個々の分子は、免疫グロブリンスーパーファミリーに属する認識ドメインによって、単一の、または同じグループの免疫グロブリンイソタイプをFcレセプター上の認識ドメインによって認識している。これによって、免疫応答においてどのアクセサリー細胞が動因されるかが決まってくる。Fcレセプターは、さらにいくつかのサブタイプに分類することができ、IgG(免疫グロブリンG)に対するレセプターであるFcγレセプター、IgEのFc領域に結合するFcεレセプター、IgAのFc領域に結合するFcαレセプター等がある。また各レセプターは更に細かく分類されており、Fcγレセプターは、FcγRI、FcγRIIa、FcγRIIb及びFcγRIIIa、FcγRIIIbの存在が報告されている(非特許文献1)。
一方、ヒト新生児Fcレセプター(FcRn)は免疫グロブリンスーパーファミリーに属するヒトFcγレセプターとは異なる、主要組織適合遺伝子複合体(MHC)クラスI関連分子であり、重鎖(α鎖)と、β2ミクログロブリン(β鎖)により構成されている(非特許文献2)。FcRnはIgGのリサイクリング機構に関与しており、IgGの分解を抑制する働きをもつ。また、FcRnはpH依存的にIgGと結合し、pH6.5以下で結合する(非特許文献3)。
ヒトFcRnのα鎖のアミノ酸配列(配列番号1)は、UniProt(Accession number:P55899)などの公的データベースに公表されている。また、β鎖のアミノ酸配列(配列番号2)は、UniProt(Accession number:P61769)に公表されている。また、ヒトFcRnの構造上の機能ドメイン、細胞膜を貫通するためのシグナルペプチド配列、細胞膜貫通領域の位置についても同様に公表されている。図1にヒトFcRnのα鎖、図2にβ鎖の構造略図を示す。なお、図1中のアミノ酸番号は配列番号1に記載のアミノ酸番号に対応する。すなわち、配列番号1中の1番目のメチオニン(Met)から23番目のグリシン(Gly)までがシグナル配列(S)、24番目のアラニン(Ala)から297番目のセリン(Ser)までが細胞外領域(EC)、298番目のバリン(Val)から321番目のトリプトファン(Trp)までが細胞膜貫通領域(TM)および322番目のアルギニン(Arg)から365番目のアラニン(Ala)までが細胞内領域(C)とされている。また、図2中のアミノ酸番号は配列番号2に記載のアミノ酸番号に対応する。すなわち、配列番号1中の1番目のメチオニン(Met)から20番目のアラニン(Ala)までがシグナル配列(S)、21番目のイソロイシン(Ile)から119番目のメチオニン(Met)までがβ2ミクログロブリン(B2M)とされている。
Takai.T.,Jpn.J.Clin.Immunol.,28,318−326,2005 N.E.Simister等,Nature,337,184−187,1989 M.Raghavan等,Biochemistry,34,14649−14657,1995
本発明の課題は、特に熱や酸に対する安定性が向上したFcRn、および当該FcRnの製造方法を提供することにある。
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、ヒトFcRnにおける安定性向上に関与するアミノ酸残基を特定し、当該アミノ酸残基を他のアミノ酸残基に置換した変異体が、熱または酸に対して優れた安定性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本願は以下の<1>から<15>に記載の態様を包含する:
<1> 配列番号1に記載のアミノ酸配列のうち24番目のアラニンから297番目のセリンまでのアミノ酸残基および配列番号2に記載のアミノ酸配列のうち21番目のイソロイシンから119番目のメチオニンまでのアミノ酸残基を含み、ただし当該アミノ酸残基において以下の(1)から(39)のうち少なくともいずれか1つの変異を有する、Fc結合性タンパク質:
(1)配列番号1の49番目のバリンがアラニンに置換される変異、
(2)配列番号1の62番目のアスパラギンがスレオニンに置換される変異、
(3)配列番号1の71番目のシステインがアルギニンに置換される変異、
(4)配列番号1の78番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(5)配列番号1の79番目のグルタミンがヒスチジンに置換される変異、
(6)配列番号1の80番目のバリンがアスパラギン酸に置換される変異、
(7)配列番号1の96番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
(8)配列番号1の103番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
(9)配列番号1の125番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(10)配列番号1の127番目のセリンがプロリンに置換される変異、
(11)配列番号1の151番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
(12)配列番号1の172番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(13)配列番号1の173番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
(14)配列番号1の180番目のフェニルアラニンがチロシンに置換される変異、
(15)配列番号1の192番目のアルギニンがロイシンに置換される変異、
(16)配列番号1の193番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
(17)配列番号1の196番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(18)配列番号1の206番目のアルギニンがシステインに置換される変異、
(19)配列番号1の210番目のアルギニンがシステインに置換される変異、
(20)配列番号1の219番目のロイシンがヒスチジンに置換される変異、
(21)配列番号1の220番目のスレオニンがアラニンに置換される変異、
(22)配列番号1の226番目のフェニルアラニンがセリンに置換される変異、
(23)配列番号1の232番目のグルタミンがロイシンに置換される変異、
(24)配列番号1の233番目のロイシンがプロリンに置換される変異、
(25)配列番号1の255番目のグリシンがセリンに置換される変異、
(26)配列番号1の256番目のセリンがプロリンに置換される変異、
(27)配列番号1の261番目のセリンがプロリンに置換される変異、
(28)配列番号1の262番目のセリンがシステインに置換される変異、
(29)配列番号1の263番目のロイシンがプロリンに置換される変異、
(30)配列番号1の266番目のリジンがグルタミン酸またはアルギニンに置換される変異、
(31)配列番号1の267番目のセリンがプロリンに置換される変異、
(32)配列番号1の273番目のチロシンがヒスチジンに置換される変異、
(33)配列番号1の282番目のロイシンがヒスチジンに置換される変異、
(34)配列番号1の286番目のロイシンがヒスチジンに置換される変異、
(35)配列番号1の295番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異
(36)配列番号2の32番目のアルギニンがヒスチジンに置換される変異、
(37)配列番号2の42番目のフェニルアラニンがイソロイシンまたはチロシンに置換される変異、
(38)配列番号2の68番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
(39)配列番号2の87番目のチロシンがヒスチジンに置換される変異。
<2> 配列番号3に記載の配列からなるアミノ酸残基を含み、ただし当該アミノ酸残基において以下の(1)から(45)のうち少なくともいずれか1つの変異を有する、請求項1に記載のFc結合性タンパク質:
(1)配列番号3の152番目のバリンがアラニンに置換される変異、
(2)配列番号3の165番目のアスパラギンがスレオニンに置換される変異、
(3)配列番号3の174番目のシステインがアルギニンに置換される変異、
(4)配列番号3の181番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(5)配列番号3の182番目のグルタミンがヒスチジンに置換される変異、
(6)配列番号3の183番目のバリンがアスパラギン酸に置換される変異、
(7)配列番号3の199番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
(8)配列番号3の206番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
(9)配列番号3の228番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(10)配列番号3の230番目のセリンがプロリンに置換される変異、
(11)配列番号3の254番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
(12)配列番号3の275番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(13)配列番号3の276番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
(14)配列番号3の283番目のフェニルアラニンがチロシンに置換される変異、
(15)配列番号3の295番目のアルギニンがロイシンに置換される変異、
(16)配列番号3の296番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
(17)配列番号3の299番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(18)配列番号3の309番目のアルギニンがシステインに置換される変異、
(19)配列番号3の313番目のアルギニンがシステインに置換される変異、
(20)配列番号3の322番目のロイシンがヒスチジンに置換される変異、
(21)配列番号3の323番目のスレオニンがアラニンに置換される変異、
(22)配列番号3の329番目のフェニルアラニンがセリンに置換される変異、
(23)配列番号3の335番目のグルタミンがロイシンに置換される変異、
(24)配列番号3の336番目のロイシンがプロリンに置換される変異、
(25)配列番号3の358番目のグリシンがセリンに置換される変異、
(26)配列番号3の359番目のセリンがプロリンに置換される変異、
(27)配列番号3の364番目のセリンがプロリンに置換される変異、
(28)配列番号3の365番目のセリンがシステインに置換される変異、
(29)配列番号3の366番目のロイシンがプロリンに置換される変異、
(30)配列番号3の369番目のリジンがグルタミン酸またはアルギニンに置換される変異、
(31)配列番号3の370番目のセリンがプロリンに置換される変異、
(32)配列番号3の376番目のチロシンがヒスチジンに置換される変異、
(33)配列番号3の385番目のロイシンがヒスチジンに置換される変異、
(34)配列番号3の389番目のロイシンがヒスチジンに置換される変異、
(35)配列番号3の398番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
(36)配列番号3の14番目のアルギニンがヒスチジンに置換される変異、
(37)配列番号3の24番目のフェニルアラニンがイソロイシンまたはチロシンに置換される変異、
(38)配列番号3の50番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
(39)配列番号3の69番目のチロシンがヒスチジンに置換される変異、
(40)配列番号3の107番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
(41)配列番号3の114番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
(42)配列番号3の117番目のグリシンがセリンに置換される変異、
(43)配列番号3の123番目のグリシンがセリンまたはアスパラギン酸に置換される変異、
(44)配列番号3の125番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
(45)配列番号3の126番目のセリンがアスパラギンに置換される変異。
<3> 少なくとも以下に示す4つの変異を有する、<2>に記載のFc結合性タンパク質:
(3)配列番号3の174番目のシステインがアルギニンに置換される変異、
(4)配列番号3の181番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(15)配列番号3の295番目のアルギニンがロイシンに置換される変異、
(23)配列番号3の335番目のグルタミンがロイシンに置換される変異。
<4> 以下の変異をさらに有する、<3>に記載のFc結合性タンパク質:
(11)配列番号3の254番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異。
<5> 以下の変異をさらに有する、<4>に記載のFc結合性タンパク質:
(17)配列番号3の299番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異。
<6> 以下の変異をさらに有する、<5>に記載のFc結合性タンパク質:
(35)配列番号3の398番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異。
<7> 以下に示す変異のうち少なくとも1つをさらに有する、<6>に記載のFc結合性タンパク質:
(1)配列番号3の152番目のバリンがアラニンに置換される変異、
(12)配列番号3の275番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
(19)配列番号3の313番目のアルギニンがシステインに置換される変異、
(26)配列番号3の359番目のセリンがプロリンに置換される変異。
<8> 配列番号5から7のいずれかに記載の配列からなるアミノ酸残基を含む、<3>に記載のFc結合性タンパク質。
<9> <1>から<8>のいずれかに記載のFc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<10> <9>に記載のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。
<11> <10>に記載の発現ベクターで宿主を形質転換して得られる形質転換体。
<12> 宿主が大腸菌である、<11>に記載の形質転換体。
<13> (A)<11>または<12>に記載の形質転換体を培養することによりFc結合性タンパク質を発現させる工程、および
(B)発現されたFc結合性タンパク質を培養物から回収する工程、
を含む、Fc結合性タンパク質の製造方法。
<14> <1>から<8>のいずれかに記載のFc結合性タンパク質を不溶性担体に固定化して得られる吸着剤。
<15> <14>に記載の吸着剤に、抗体を含む溶液を接触させる工程を含む、抗体の分離方法。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のFc結合性タンパク質は、以下の(I)および(II)に示すアミノ酸残基を少なくとも含み、ただし当該アミノ酸残基において特定位置のアミノ酸置換が生じた、抗体のFc領域に結合性を持つタンパク質である。
(I)配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるヒトFcRnα鎖の細胞外領域(図1のECの領域)に相当する、24番目のアラニンから297番目のセリンまでのアミノ酸残基
(II)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるヒトFcRnβ鎖のβ2ミクログロブリン領域(図2のB2Mの領域)に相当する、21番目のイソロイシンから119番目のメチオニンまでのアミノ酸残基
したがって、本発明のFc結合性タンパク質は、ヒトFcRnα鎖の細胞外領域(図1のEC領域)やヒトFcRnβ鎖のβ2ミクログロブリン領域(図2のB2Mの領域)のN末端側にあるシグナルペプチド領域(図1および図2のSの領域)の全てまたは一部を含んでもよいし、ヒトFcRnα鎖の細胞外領域(図1のEC領域)のC末端側にある細胞膜貫通領域(図1のTMの領域)および細胞外領域(図1のCの領域)の全てまたは一部を含んでもよい。
本明細書において、前記(I)および前記(II)に示すアミノ酸残基を少なくとも含むFc結合性タンパク質とは、当該タンパク質のアミノ酸配列に前記(I)に示すアミノ酸配列および前記(II)に示すアミノ酸配列が少なくとも含まれていればよく、前記(I)に示すアミノ酸残基と前記(II)に示すアミノ酸残基とが直結した態様であってもよく、GSリンカー(GGGSの繰り返し配列からなるリンカー)など公知のリンカーを介して結合した態様であってもよい。
本明細書では、「野生型FcRn」とは天然に存在するFcRnに限らず、前記(I)および前記(II)に示すアミノ酸残基を少なくとも含むFcRnであって、前記(I)および前記(II)に示すアミノ酸残基中に変異(アミノ酸の置換、欠失、挿入又は付加)を有さないFcRnを包含する。具体的には、前記(I)および前記(II)に示すアミノ酸残基が、リンカー配列を介して結合したアミノ酸配列(例えば配列番号3)を含むFcRn等が挙げられる。
前記(I)および前記(II)に示すアミノ酸残基を少なくとも含むFc結合性タンパク質の好ましい態様として、配列番号3に記載の配列からなるアミノ酸残基を含むFc結合性タンパク質があげられる。配列番号3のうち、3番目のイソロイシンから101番目のメチオニンまでの領域がヒトFcRnβ鎖のβ2ミクログロブリン領域(配列番号2の21番目のイソロイシンから119番目のメチオニンまでの領域)に相当し、102番目のグリシンから126番目のセリンまでの領域がGSリンカーであり、127番目のアラニンから400番目のセリンまでの領域がヒトFcRnα鎖の細胞外領域(配列番号1の24番目のアラニンから297番目のセリンまでの領域)に相当する。
前記特定位置のアミノ酸置換は、具体的には前記(I)および前記(II)に示すアミノ酸残基を少なくとも含むFc結合性タンパク質が配列番号3に記載の配列からなるFc結合性タンパク質の場合、Arg14His(この表記は、配列番号3の14番目のアルギニンがヒスチジンに置換されていることを表す、以下同様)、Phe24Ile、Phe24Tyr、Lys50Glu、Tyr69His、Gly107Asp、Gly114Asp、Gly117Ser、Gly123Ser、Gly123Asp、Gly125Asp、Ser126Asn、Val152Ala、Asn165Thr、Cys174Arg、Asn181Asp、Gln182His、Val183Asp、Lys199Glu、Lys206Glu、Asn228Asp、Ser230Pro、Gly254Asp、Asn275Asp、Lys276Glu、Phe283Tyr、Arg295Leu、Gly296Asp、Asn299Asp、Arg309Cys、Arg313Cys、Leu322His、Thr323Ala、Phe329Ser、Gln335Leu、Leu336Pro、Gly358Ser、Ser359Pro、Ser364Pro、Ser365Cys、Leu366Pro、Lys369Glu、Lys369Arg、Ser370Pro、Tyr376His、Leu385His、Leu389His、Lys398Gluのうち、少なくともいずれか1つの置換である。なお前記アミノ酸置換の配列番号1および2におけるアミノ酸残基位置を表1に示す。
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アミノ酸置換を行なうことで本発明のFc結合性タンパク質を作製する際、前記特定位置以外のアミノ酸残基については、抗体結合活性を有する限り前述したアミノ酸以外のアミノ酸に置換してもよい。その一例として、両アミノ酸の物理的性質および/または化学的性質またはそのどちらかが類似したアミノ酸間で置換する保守的置換があげられる。保守的置換は、Fc結合性タンパク質に限らず一般に、置換が生じているものと置換が生じていないものとの間でタンパク質の機能が維持されることが当業者において知られている。保守的置換の一例としては、グリシンとアラニン間、アスパラギン酸とグルタミン酸間、セリンとプロリン間、またはグルタミン酸とアラニン間に生じる置換があげられる(タンパク質の構造と機能,メディカル・サイエンス・インターナショナル社,9,2005)。
本発明のFc結合性タンパク質において、置換するアミノ酸の数に特に制限はない。一例として、以下の(a)から(c)に示すFc結合性タンパク質があげられる。これらのFc結合性タンパク質は熱または酸に対する安定性が向上する点で好ましい。
(a)配列番号3に記載の配列からなるアミノ酸残基を含み、ただし当該アミノ酸残基においてCys174Arg、Asn181Asp、Arg295LeuおよびGln335Leuの置換が生じたFc結合性タンパク質(配列番号5に記載の配列からなるアミノ酸残基を含むFc結合性タンパク質)。
(b)配列番号3に記載の配列からなるアミノ酸残基を含み、ただし当該アミノ酸残基においてCys174Arg、Asn181Asp、Gly254Asp、Arg295Leu、Asn299Asp、Gln335LeuおよびLys398Gluの置換が生じたFc結合性タンパク質(配列番号6に記載の配列からなるアミノ酸残基を含むFc結合性タンパク質)。
(c)配列番号3に記載の配列からなるアミノ酸残基を含み、ただし当該アミノ酸残基においてVal152Ala、Cys174Arg、Asn181Asp、Gly254Asp、Arg295Leu、Asn299Asp、Gln335LeuおよびLys398Gluの置換が生じたFc結合性タンパク質(配列番号7に記載の配列からなるアミノ酸残基を含むFc結合性タンパク質)。
本発明のFc結合性タンパク質は、そのN末端側またはC末端側に、夾雑物質存在下の溶液から分離する際に有用なオリゴペプチドをさらに付加してもよい。前記オリゴペプチドとしては、ポリヒスチジン、ポリリジン、ポリアルギニン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸等があげられる。また本発明のFc結合性タンパク質をクロマトグラフィー用の支持体等の固相に固定化する際に有用な、システインを含むオリゴペプチドを、本発明のFc結合性タンパク質のN末端側またはC末端側にさらに付加してもよい。Fc結合性タンパク質のN末端側またはC末端側に付加するオリゴペプチドの長さは、本発明のFc結合性タンパク質のIgG結合性や安定性を損なわない限り特に制限はなく、該オリゴペプチドを構成するペプチドの数は例えば2個以上、好ましくは4個以上、より好ましくは6個以上であってよい。また、20個以下であってよく、好ましくは15個以下であってよく、より好ましくは10個以下であってよい。前記オリゴペプチドを本発明のFc結合性タンパク質に付加させる際は、前記オリゴペプチドをコードするポリヌクレオチドを作製後、当業者に周知の方法を用いて遺伝子工学的にFc結合性タンパク質のN末端側またはC末端側に付加させてもよいし、化学的に合成した前記オリゴペプチドを本発明のFc結合性タンパク質のN末端側またはC末端側に化学的に結合させて付加させてもよい。さらに本発明のFc結合性タンパク質のN末端側には、宿主での効率的な発現を促すためのシグナルペプチドを付加してもよい。宿主が大腸菌の場合における前記シグナルペプチドの例としては、PelB、DsbA、MalE(UniProt No.P0AEX9に記載のアミノ酸配列のうち1番目から26番目までの領域)、TorT等のペリプラズムにタンパク質を分泌させるシグナルペプチドを例示することができる(特開2011−097898号公報)。
本発明のポリヌクレオチドの作製方法の一例として、
(i)本発明のFc結合性タンパク質のアミノ酸配列からヌクレオチド配列に変換し、当該ヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドを人工的に合成する方法や、
(ii)Fc結合性タンパク質の全体または部分配列を含むポリヌクレオチドを直接人工的に、またはFc結合性タンパク質のcDNA等からPCR法等のDNA増幅法を用いて調製し、調製した当該ポリヌクレオチドを適当な方法で連結する方法、が例示できる。
前記(i)の方法において、アミノ酸配列からヌクレオチド配列に変換する際、形質転換させる宿主におけるコドンの使用頻度を考慮して変換するのが好ましい。一例として、宿主が大腸菌(Escherichia coli)の場合は、アルギニン(Arg)ではAGA/AGG/CGG/CGAが、イソロイシン(Ile)ではATAが、ロイシン(Leu)ではCTAが、グリシン(Gly)ではGGAが、プロリン(Pro)ではCCCが、それぞれ使用頻度が少ないため(いわゆるレアコドンであるため)、それらのコドンを避けるように変換すればよい。コドンの使用頻度の解析は公的データベース(例えば、かずさDNA研究所のホームページにあるCodon Usage Databaseなど)を利用することによっても可能である。本発明のポリヌクレオチドは、α鎖、β鎖をそれぞれ発現させてもよく、α鎖とβ鎖をリンカーで結合させてもよい。後者の例として、GSリンカーを介してヒトFcRnのα鎖とβ鎖とが結合したFc結合性タンパク質である配列番号3に記載の配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチドである、配列番号4に記載の配列からなるポリヌクレオチドがあげられる。
本発明のポリヌクレオチドへ変異を導入する場合、エラープローンPCR法を用いることができる。エラープローンPCR法における反応条件は、Fc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチドに所望の変異を導入できる条件であれば特に限定はなく、例えば、基質である4種類のデオキシヌクレオチド(dATP/dTTP/dCTP/dGTP)の濃度を不均一にし、MnClを0.01から10mM(好ましくは0.1から1mM)の濃度でPCR反応液に添加してPCRを行なうことで、ポリヌクレオチドに変異を導入することができる。またエラープローンPCR法以外の変異導入方法としては、Fc結合性タンパク質の全体または部分配列を含むポリヌクレオチドに、変異原となる薬剤を接触・作用させたり、紫外線を照射したりして、ポリヌクレオチドに変異を導入して作製する方法があげられる。当該方法において変異原として使用する薬剤としては、ヒドロキシルアミン、N−メチル−N’−ニトロ−N−ニトロソグアニジン、亜硝酸、亜硫酸、ヒドラジン等、当業者が通常用いる変異原性薬剤を用いればよい。
本発明のFc結合性タンパク質を発現させる宿主には特に制限はなく、一例として、動物細胞(CHO細胞、HEK細胞、Hela細胞、COS細胞等)、酵母(Saccharomyces cerevisiae、Pichia pastoris、Hansenula polymorpha、Schizosaccharomyces japonicus、Schizosaccharomyces octosporus、Schizosaccharomyces pombe等)、昆虫細胞(Sf9、Sf21等)、大腸菌(JM109株、BL21(DE3)株、W3110株等)や枯草菌があげられる。なお動物細胞や大腸菌を宿主として用いると生産性の面で好ましく、大腸菌を宿主として用いるとさらに好ましい。
本発明のポリヌクレオチドを用いて宿主を形質転換する場合、本発明のポリヌクレオチドそのものを用いてもよいが、発現ベクター(例えば、原核細胞や真核細胞の形質転換に通常用いるバクテリオファージ、コスミドやプラスミド等)の適切な位置に本発明のポリヌクレオチドを挿入したものを用いると、より好ましい。なお当該発現ベクターは、形質転換する宿主内で安定に存在し複製できるものであれば特に制限はなく、大腸菌を宿主とする場合は、pETプラスミドベクター、pUCプラスミドベクター、pTrcプラスミドベクター、pCDFプラスミドベクター、pBBRプラスミドベクターを例示することができる。また前記適切な位置とは、発現ベクターの複製機能、所望の抗生物質マーカー、伝達性に関わる領域を破壊しない位置を意味する。前記発現ベクターに本発明のポリヌクレオチドを挿入する際は、発現に必要なプロモーター等の機能性ポリヌクレオチドに連結される状態で挿入すると好ましい。当該プロモーターの例として、宿主が大腸菌の場合は、trpプロモーター、tacプロモーター、trcプロモーター、lacプロモーター、T7プロモーター、recAプロモーター、lppプロモーター、さらにはλファージのλPLプロモーター、λPRプロモーターがあげられ、宿主が動物細胞の場合は、SV40プロモーター、CMVプロモーター、CAGプロモーターがあげられる。
前記方法により作製した、本発明のポリヌクレオチドを挿入した発現ベクター(以下、本発明の発現ベクターとする)を用いて宿主を形質転換するには、当業者が通常用いる方法で行なえばよい。例えば、宿主としてEscherichia属に属する微生物(大腸菌JM109株、大腸菌BL21(DE3)株、大腸菌W3110株等)を選択する場合には、公知の文献(例えば、Molecular Cloning,Cold Spring Harbor Laboratory,256,1992)に記載の方法等により形質転換すればよい。なお宿主が動物細胞である場合にはエレクトロポレーションやリポフェクションを用いればよい。前述した方法で形質転換して得られた形質転換体は、適切な方法でスクリーニングすることにより、本発明のFc結合性タンパク質を発現可能な形質転換体(以下、本発明の形質転換体とする)を取得することができる。
本発明の形質転換体から本発明の発現ベクターを調製するには、形質転換に用いた宿主に適した方法で、本発明の形質転換体から本発明の発現ベクターを抽出し調製すればよい。
例えば、本発明の形質転換体の宿主が大腸菌の場合、形質転換体を培養して得られる培養物からアルカリ抽出法またはQIAprep Spin Miniprep kit(キアゲン製)等の市販の抽出キットを用いて調製すればよい。
本発明の形質転換体を培養し、得られた培養物から本発明のFc結合性タンパク質を回収することで、本発明のFc結合性タンパク質を製造することができる。なお本明細書において培養物とは、培養された本発明の形質転換体の細胞そのもののほか、培養に用いた培地も含まれる。本発明のタンパク質製造方法で用いる形質転換体は、対象宿主の培養に適した培地で培養すればよく、宿主が大腸菌の場合は、必要な栄養源を補ったLB(Luria−Bertani)培地が好ましい培地の一例としてあげられる。なお、本発明の発現ベクターの導入の有無により本発明の形質転換体を選択的に増殖させるために、培地に当該ベクターに含まれる薬剤耐性遺伝子に対応した薬剤を添加して培養すると好ましい。例えば、当該ベクターがカナマイシン耐性遺伝子を含んでいる場合は、培地にカナマイシンを添加すればよい。また培地には、炭素、窒素および無機塩供給源の他に、適当な栄養源を添加してもよく、所望により、グルタチオン、システイン、シスタミン、チオグリコレートおよびジチオスレイトールからなる群から選択される一種類以上の還元剤を含んでもよい。さらにグリシン等の前記形質転換体から培養液へのタンパク質分泌を促す試薬を添加してもよく、具体的には、宿主が大腸菌の場合、培地に対してグリシンを2%(w/v)以下で添加すると好ましい。培養温度は宿主が大腸菌の場合、一般に10℃から40℃、好ましくは20℃から37℃、より好ましくは25℃前後であるが、発現させるタンパク質の特性により選択すればよい。培地のpHは宿主が大腸菌の場合、pH6.8からpH7.4、好ましくはpH7.0前後である。また本発明のベクターに誘導性のプロモーターが含まれている場合は、本発明のFc結合性タンパク質が良好に発現できるような条件下で誘導をかけると好ましい。誘導剤としてはIPTG(isopropyl−β−D−thiogalactopyranoside)を例示することができる。宿主が大腸菌の場合、培養液の濁度(600nmにおける吸光度)を測定し、約0.5から1.0となったときに適当量のIPTGを添加後、引き続き培養することで、Fc結合性タンパク質の発現を誘導することができる。IPTGの添加濃度は0.005から1.0mMの範囲から適宜選択すればよいが、0.01から0.5mMの範囲が好ましい。IPTG誘導に関する種々の条件は当該技術分野において周知の条件で行なえばよい。
本発明の形質転換体を培養して得られた培養物から本発明のFc結合性タンパク質を回収するには、本発明の形質転換体における本発明のFc結合性タンパク質の発現形態に適した方法で、当該培養物から分離/精製して本発明のFc結合性タンパク質を回収すればよい。例えば、培養上清に発現する場合は菌体を遠心分離操作によって分離し、得られる培養上清から本発明のFc結合性タンパク質を精製すればよい。また、細胞内(ペリプラズムを含む)に発現する場合には、遠心分離操作により菌体を集めた後、酵素処理剤や界面活性剤等を添加したり、超音波やフレンチプレス等を用いて菌体を破砕して本発明のFc結合性タンパク質を抽出した後、精製すればよい。本発明のFc結合性タンパク質を精製するには、当該技術分野において公知の方法を用いればよく、一例として液体クロマトグラフィーを用いた分離/精製があげられる。液体クロマトグラフィーには、イオン交換クロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等があり、これらのクロマトグラフィーを組み合わせて精製操作を行なうことにより、本発明のFc結合性タンパク質を高純度に調製することができる。
得られた本発明のFc結合性タンパク質のIgGに対する結合活性を測定する方法としては、例えばIgGに対する結合活性をEnzyme−Linked ImmunoSorbent Assay(以下、ELISAと表記)法や表面プラズモン共鳴法などを用いて測定すればよい。結合活性の測定に使用するIgGは、ヒトIgGが好ましく、ヒトIgG1やヒトIgG3が特に好ましい。
本発明のFc結合性タンパク質を不溶性担体に結合させることで、本発明の吸着剤を製造することができる。前記不溶性担体には特に限定はなく、アガロース、アルギネート(アルギン酸塩)、カラゲナン、キチン、セルロース、デキストリン、デキストラン、デンプン等の多糖質を原料とした担体や、ポリビニルアルコール、ポリメタクレート、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)、ポリウレタン等の合成高分子を原料とした担体や、シリカなどのセラミックスを原料とした担体が例示できる。中でも、多糖質を原料とした担体や合成高分子を原料とした担体が不溶性担体として好ましい。前記好ましい担体の一例として、トヨパール(東ソー製)等の水酸基を導入したポリメタクリレートゲル、Sepharose(GEヘルスケア製)等のアガロースゲル、セルファイン(JNC製)等のセルロースゲルがあげられる。不溶性担体の形状については特に限定はなく、粒状物または非粒状物、多孔性または非多孔性、いずれであってもよい。
Fc結合性タンパク質を不溶性担体に固定化するには、不溶性担体にN−ヒドロキシコハク酸イミド(NHS)活性化エステル基、エポキシ基、カルボキシル基、マレイミド基、ハロアセチル基、トレシル基、ホルミル基、ハロアセトアミド等の活性基を付与し、当該活性基を介してヒトFc結合性タンパク質と不溶性担体とを共有結合させることで固定化すればよい。活性基を付与した担体は市販の担体をそのまま用いてもよいし、適切な反応条件で担体表面に活性基を導入して調製してもよい。活性基を付与した市販の担体としてはTOYOPEARL AF−Epoxy−650M、TOYOPEARL AF−Tresyl−650M(いずれも東ソー製)、HiTrap NHS−activated HP Columns、NHS−activated Sepharose 4 Fast Flow、Epoxy−activated Sepharose 6B(いずれもGEヘルスケア製)、SulfoLink Coupling Resin(サーモサイエンティフィック製)が例示できる。
一方、担体表面に活性基を導入する方法としては、担体表面に存在する水酸基やエポキシ基、カルボキシル基、アミノ基等に対して2個以上の活性部位を有する化合物の一方を反応させる方法が例示できる。当該化合物の一例のうち、担体表面の水酸基やアミノ基にエポキシ基を導入する化合物としては、エピクロロヒドリン、エタンジオールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテルが例示できる。前記化合物により担体表面にエポキシ基を導入した後、担体表面にカルボキシル基を導入する化合物としては、2−メルカプト酢酸、3−メルカプトプロピオン酸、4−メルカプト酪酸、6−メルカプト酪酸、グリシン、3−アミノプロピオン酸、4−アミノ酪酸、6−アミノヘキサン酸を例示できる。
担体表面に存在する水酸基やエポキシ基、カルボキシル基、アミノ基にマレイミド基を導入する化合物としては、N−(ε−マレイミドカプロン酸)ヒドラジド、N−(ε−マレイミドプロピオン酸)ヒドラジド、4−(4−N−マレイミドフェニル)酢酸ヒドラジド、2−アミノマレイミド、3−アミノマレイミド、4−アミノマレイミド、6−アミノマレイミド、1−(4−アミノフェニル)マレイミド、1−(3−アミノフェニル)マレイミド、4−(マレイミド)フェニルイソシアナート、2−マレイミド酢酸、3−マレイミドプロピオン酸、4−マレイミド酪酸、6−マレイミドヘキサン酸、(N−[α―マレイミドアセトキシ])スクシンイミドエステル、(m−マレイミドベンゾイル)N−ヒドロキシスクシンイミドエステル、(スクシンイミジル−4−[マレイミドメチル])シクロヘキサンー1−カルボニル−[6−アミノヘキサン酸]、(スクシンイミジル−4−[マレイミドメチル])シクロヘキサンー1−カルボン酸、(p−マレイミドベンゾイル)N−ヒドロキシスクシンイミドエステル、(m−マレイミドベンゾイル)N−ヒドロキシスクシンイミドエステルを例示できる。
担体表面に存在する水酸基やアミノ基にハロアセチル基を導入する化合物としては、クロロ酢酸、ブロモ酢酸、ヨード酢酸、クロロ酢酸クロリド、ブロモ酢酸クロリド、ブロモ酢酸ブロミド、クロロ酢酸無水物、ブロモ酢酸無水物、ヨード酢酸無水物、2−(ヨードアセトアミド)酢酸−N−ヒドロキシスクシンイミドエステル、3−(ブロモアセトアミド)プロピオン酸−N−ヒドロキシスクシンイミドエステル、4−(ヨードアセチル)アミノ安息香酸−N−ヒドロキシスクシンイミドエステルを例示できる。なお担体表面に存在する水酸基やアミノ基にω−アルケニルアルカングリシジルエーテルを反応させた後、ハロゲン化剤でω−アルケニル部位をハロゲン化し活性化する方法も例示できる。ω−アルケニルアルカングリシジルエーテルとしては、アリルグリシジルエーテル、3−ブテニルグリシジルエーテル、4−ペンテニルグリシジルエーテルを例示でき、ハロゲン化剤としてはN−クロロスクシンイミド、N−ブロモスクシンイミド、N−ヨードスクシンイミドを例示できる。
担体表面に活性基を導入する方法の別の例として、担体表面に存在するカルボキシル基に対して縮合剤と添加剤を用いて活性化基を導入する方法がある。縮合剤としては1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)、ジシクロヘキシルカルボジアミド、カルボニルジイミダゾールを例示できる。また添加剤としてはN−ヒドロキシコハク酸イミド(NHS)、4−ニトロフェノール、1−ヒドロキシベンズトリアゾールを例示できる。
本発明のFc結合性タンパク質を不溶性担体に固定化する際用いる緩衝液としては、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液、MES(2−Morpholinoethanesulfonic acid)緩衝液、HEPES(4−(2−hydroxyethyl)−1−piperazineethanesulfonic acid)緩衝液、トリス緩衝液、ホウ酸緩衝液を例示できる。固定化させるときの反応温度は、5℃から50℃までの温度範囲の中から活性基の反応性や本発明のFc結合性タンパク質の安定性を考慮の上、適宜設定すればよく、好ましくは10℃から35℃の範囲である。
本発明のFc結合性タンパク質を不溶性担体に固定化して得られる本発明の吸着剤を用いて、抗体を分離するには、例えば、本発明の吸着剤を充填したカラムに抗体を含む緩衝液をポンプ等の送液手段を用いて添加し、抗体を含む緩衝液を本発明の吸着剤に接触させることで、抗体を本発明の吸着剤に特異的に吸着させた後、適切な溶出液をカラムに添加することで、抗体を溶出すればよい。なお、抗体を含む緩衝液をカラムに添加する前に、適切な緩衝液を用いてカラムを平衡化すると、抗体をより高純度に分離できるため好ましい。緩衝液としてはリン酸緩衝液等、無機塩を成分とした緩衝液を例示することができる。なお緩衝液のpHは、pH3〜10であってよく、好ましくはpH4〜8、より好ましくはpH5〜6である。本発明の吸着剤に吸着した、抗体を溶出させるには、抗体とリガンド(本発明のFc結合性タンパク質)との相互作用を弱めればよく、具体的には、緩衝液によるpH変化、カウンターペプチド、温度変化、塩濃度変化が例示できる。本発明の吸着剤に吸着した、抗体を溶出させるための溶出液の具体例として、本発明の吸着剤に抗体を吸着させる際に用いた溶液よりも酸性側の緩衝液や中性付近のpHを有する緩衝液があげられる。緩衝液の種類としては酸性側に緩衝能を有するクエン酸緩衝液、グリシン塩酸緩衝液、酢酸緩衝液や、中性付近のpHで緩衝能を有するリン酸緩衝液、HEPSE緩衝液、Tris−HCl緩衝液を例示できる。緩衝液のpHは、抗体が有する機能を損なわない範囲で設定すればよく、好ましくはpH2.5〜6.0、より好ましくはpH3.0〜5.0、さらに好ましくはpH3.3〜4.0であり、または、中性付近のpHでは、好ましくはpH6.0〜10.0、より好ましくはpH7.0〜9.0、さらにより好ましくはpH7.5〜8.5である。
なお抗体を含む溶液から、本発明の吸着剤を用いて前記抗体を分離する際、前記抗体が有するアミノ酸配列等の構造の違いにより、抗体の溶出位置(溶出フラクション)が異なる。従って、本発明の吸着剤を用いて抗体を分離することで、抗体が有する構造の違いを識別することができる。識別可能な構造に特に限定はなく、一例として、CHO細胞等の動物由来の細胞や、ピキア酵母やサッカロミセス酵母等の酵母を宿主として抗体を発現させたときの構造の違いによる分離にも利用できる。
なお本発明の吸着剤により抗体の構造の違いを識別できると前述したが、当該吸着剤に用いるFc結合性タンパク質として、FcRn以外のFcレセプター(FcγRI、FcγRIIa、FcγRIIb、FcγRIIIa、FcγRIIIb)を用いた場合でも同様に構造の違いを識別できる。FcRnは血液中の抗体リサイクリング機構に寄与し、抗体の分解抑制を担っており、血液中で分解されにくい抗体、即ち血液中で長時間効果を持続可能な抗体との親和性が高い。従って、FcRnをFcレセプターとして用いた抗体の分離方法は、効果が長時間持続するような抗体の分析・分取・精製に好適である。
本発明のFc結合性タンパク質は、ヒトFcRnα鎖の細胞外領域および/またはヒトFcRnβ鎖のβ2ミクログロブリン領域中の特定位置におけるアミノ酸残基を他のアミノ酸残基に置換したタンパク質である。本発明のFc結合性タンパク質は野生型のヒトFcRnと比較し熱および酸に対する安定性が向上している。Fc結合性タンパク質をアフィニティー担体として用いて抗体の分離を行う場合、目的抗体の吸脱着やカラムの洗浄・再生のためにFc結合性タンパク質は酸性の溶出液に晒されるため、酸に対する安定性が向上することで、安定的な分離を長期間保証できる。また、Fc結合性タンパク質を工業的に生産する場合、Fc結合性タンパク質をコードする塩基配列を含む発現ベクターを大腸菌に形質転換して生産する方法が効率がよいが、該生産方法を用いた培養時や抽出精製時のFc結合性タンパク質の安定性を考慮した場合、Fc結合性タンパク質の失活や変性が抑制されることが望ましい。従って、耐熱性が向上したことで本発明のFc結合性タンパク質は大腸菌を用いた生産方法に適応可能である。そのため、本発明のFc結合性タンパク質はイムノグロブリンを分離するための吸着剤のリガンドとして有用である。
ヒトFcRnのα鎖の概略図である。図中の数字は配列番号1に記載のアミノ酸配列の番号を示している。図中のSはシグナル配列、ECは細胞外領域、TMは細胞膜貫通領域、Cは細胞内領域を示している。 ヒトFcRnのβ鎖の概略図である。図中の数字は配列番号2に記載のアミノ酸配列の番号を示している。図中のSはシグナル配列、B2Mはβ2ミクログロブリンを示している。 実施例1で得られた形質転換体で発現させたヒトFcRnのヒトIgGへの結合性を示した図である。 実施例14でFc結合性タンパク質固定化分離剤にて分離したモノクローナル抗体の分離パターンを表した図である。
以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明は実施例に限定されるものではない。
実施例1 ヒトFcRn発現ベクターの作製(大腸菌型コドン)
(1)配列番号1に記載のヒトFcRnのα鎖のアミノ酸配列のうち24番目のアラニンから297番目のセリンまでのアミノ酸配列、および配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるヒトFcRnのβ鎖のアミノ酸配列のうち21番目のイソロイシンから119番目のメチオニンまでのアミノ酸配列を基に、DNAworks法(Nucleic Acids Res.,30,e43,2002)を用いて、コドンをヒト型から大腸菌型に変換し、当該変換したヌクレオチド配列の間にGSリンカーをコードするヌクレオチド配列を挿入することで、配列番号4に記載のヌクレオチド配列を設計した。
(2)設計したヌクレオチド配列(配列番号4)の5’末端側にNcoI認識配列(CCATGG)を、3’末端側にHindIII認識配列(AAGCTT)を、それぞれ付加した配列からなるポリヌクレオチドを人工的に合成した。
(3)(2)で合成したポリヌクレオチドを制限酵素NcoIとHindIIIで消化後、あらかじめ制限酵素NcoIとHindIIIで消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションし、当該ライゲーション産物を用いて大腸菌BL21株(DE3)を形質転換した。
(4)得られた形質転換体を50μg/mLのカナマイシンンを含むLB培地にて培養後、QIAprep Spin Miniprep kit(キアゲン製)を用いて、野生型Fc結合性タンパク質であるヒトFcRnの発現ベクターpET−eFcRnを抽出した。
(5)(4)で作製した発現ベクターpET−eFcRnのうち、FcRnをコードするポリヌクレオチドおよびその周辺の領域について、チェーンターミネータ法に基づくBig Dye Terminator Cycle Sequencing FS read Reaction kit(サーモフィッシャーサイエンティフィック製)を用いてサイクルシークエンス反応に供し、全自動DNAシークエンサーABI Prism 3700 DNA analyzer(サーモフィッシャーサイエンティフィック製)にてヌクレオチド配列を解析した。なお当該解析の際、配列番号8(5’−TAATACGACTCACTATAGGG−3’)または配列番号9(5’−TATGCTAGTTATTGCTCAG−3’)に記載のオリゴヌクレオチドをシークエンス用プライマーとして使用した。
発現ベクターpET−eFcRnで発現されるポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号10に、当該ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号11に、それぞれ示す。なお配列番号10において、1番目のメチオニン(Met)から26番目のアラニン(Ala)までがMalEシグナルペプチドであり、27番目のリジン(Lys)から33番目のグリシン(Gly)までがリンカー配列であり、34番目のイソロイシン(Ile)から132番目のメチオニン(Met)までがヒトFcRnβ鎖のβ2ミクログロブリン領域(配列番号2の21番目から119番目までの領域)であり、133番目のグリシン(Gly)から157番目のセリン(Ser)までがGSリンカー配列であり、158番目のアラニン(Ala)から431番目のセリン(Ser)までが、ヒトFcRnα鎖の細胞外領域(配列番号1の24番目から297番目までの領域)であり、432番目から437番目のヒスチジン(His)がタグ配列である。
実施例2 ヒトFcRnの抗体結合確認
(1)実施例1で得られた、発現ベクターpET−eFcRnで形質転換した大腸菌BL21(DE3)株を、50μg/mLのカナマイシンを含む4mLの2YT液体培地(ペプトン16g/L、酵母エキス10g/L、塩化ナトリウム5g/L)に接種後、37℃で一晩、好気的に振とう培養することで前培養を行なった。
(2)50μg/mLのカナマイシンを添加した15mLの2YT液体培地に(1)の前培養液を150μL接種し、37℃で好気的に振とう培養を行なった。
(3)培養開始150分後、終濃度0mM/0.1mMとなるようIPTGを添加し、20℃で4時間、好気的に振とう培養した。
(4)培養終了後、遠心分離により集菌し、超音波発生機(トミー精工製)を用いて、可溶分画中のタンパク質抽出液を調製した。
(5)(4)で調製したタンパク質抽出液に含まれるヒトFcRnの抗体結合活性を、下記に示すELISA法を用いて測定した。
(5−1)ヒト抗体であるガンマグロブリン製剤(化学及血清療法研究所製)を、96穴マイクロプレートのウェルに10μg/well固定化した(4℃で18時間)。固定化終了後、2%(w/v)のSKIM MILK(Becton, Dickinson and Company製)、および150mMの塩化ナトリウムを含んだリン酸緩衝液(pH6.0)によりブロッキングした。
(5−2)洗浄緩衝液(150mMの塩化ナトリウムを含んだリン酸緩衝液(pH6.0))で洗浄後、(4)で調製したヒトFcRnを含む溶液を固定化ガンマグロブリンと反応させた(30℃で1時間)。
(5−3)反応終了後、前記洗浄緩衝液で洗浄し、ブロッキング溶液で100ng/mLに希釈したAnti−6His抗体(Bethyl Laboratories製)を
100μL/wellで添加した。
(5−4)30℃で1時間反応させ、前記洗浄緩衝液で洗浄した後、TMB Peroxidase Substrate(Kirkegaard and Perry Laboratories製)を50μL/wellで添加した。1Mのリン酸を50μL/wellで添加することで発色を止め、マイクロプレートリーダー(Tecan製)にて450nmの吸光度を測定した。
(4)で調製したヒトFcRnを含む溶液を添加したときの、抗体結合活性に相当する吸光度(450nm)の関係をまとめた図を図3に示す。なお図3においてpETMalEは、FcRnの遺伝子を挿入していないプラスミドを同様に培養、抽出したもの(ネガティブコントロール)である。FcRn遺伝子を挿入していない場合と比較して、挿入している方が吸光度が増加していることから、ヒトFcRnが活性状態で発現していることがわかる。
実施例3 Fc結合性タンパク質への変異導入およびライブラリーの作製
実施例1で作製したFc結合性タンパク質発現ベクターpET−eFcRnのうち、Fc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチド部分に、エラープローンPCRによりランダムに変異導入を施した。
(1)鋳型として実施例1で作製したpET−eFcRnを用いてエラープローンPCRを行なった。エラープローンPCRは、表2に示す組成の反応液を調製後、当該反応液を95℃で2分間熱処理し、95℃で30秒間の第1ステップ、60℃で30秒間の第2ステップ、72℃で90秒間の第3ステップを1サイクルとする反応を35サイクル行ない、最後に72℃で7分間熱処理することで行なった。前記エラープローンPCRによりFc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチドに良好に変異が導入され、その平均変異導入率は0.2%であった。
Figure 0006911490
(2)(1)で得られたPCR産物を精製後、制限酵素NcoIとHindIIIで消化し、あらかじめ同制限酵素で消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションした。
(3)ライゲーション反応終了後、反応液をエレクトロポレーション法により大腸菌BL21(DE3)株に導入し、50μg/mLのカナマイシンを含むLBプレート培地で培養(37℃で18時間)後、プレート上に形成したコロニーをランダム変異体ライブラリーとした。
実施例4 熱安定化Fc結合性タンパク質のスクリーニング
(1)実施例3で作製したランダム変異体ライブラリー(形質転換体)を、50μg/mLのカナマイシンを含む2YT液体培地(ペプトン16g/L、酵母エキス10g/L、塩化ナトリウム5g/L)200μLに接種し、96穴ディープウェルプレートを用いて、30℃で一晩振とう培養した。
(2)培養後、5μLの培養液を500μLの0.05mMのIPTG(isopropyl−β−D−thiogalactopyranoside)、0.3%(w/v)のグリシンおよび50μg/mLのカナマイシンを含む2YT液体培地に植え継ぎ、96穴ディープウェルプレートを用いて、さらに20℃で一晩振とう培養した。
(3)培養後、遠心操作によって得られた培養上清を150mMの塩化ナトリウムを含む20mMのトリス塩酸緩衝液(pH7.4)で2倍に希釈した。希釈した溶液を40℃で10分間熱処理を行なった。
(4)(3)の熱処理を行なったときのFc結合性タンパク質の抗体結合活性と、(3)の熱処理を行なわなかったときのFc結合性タンパク質の抗体結合活性を、それぞれ実施例2(5)に記載したELISA法にて測定し、熱処理を行なった時のFc結合性タンパク質の抗体結合活性を、熱処理を行なわなかったときのFc結合性タンパク質の抗体結合活性で除することで、残存活性を算出した。
(5)(4)の方法で約2700株の形質転換体を評価し、その中から野生型(アミノ酸置換のない)Fc結合性タンパク質と比較して熱安定性が向上したFc結合性タンパク質を発現する形質転換体を選択した。前記選択した形質転換体を培養し、QIAprep Spin Miniprep kit(キアゲン製)を用いて発現ベクターを調製した。
(6)得られた発現ベクターに挿入されたFc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチド領域の配列を実施例1(5)の記載と同様の方法によりヌクレオチド配列を解析し、アミノ酸の変異箇所を特定した。
(5)で選択した形質転換体が発現するFc結合性タンパク質の、野生型(アミノ酸置換のない)Fc結合性タンパク質に対するアミノ酸置換位置および熱処理後の残存活性(%)をまとめたものを表3に示す。配列番号3に記載のアミノ酸配列において、
Phe24Ile(この表記は、配列番号3の24番目のフェニルアラニンがイソロイシンに置換されていることを表す、以下同様)、Phe24Tyr、Gly114Asp、Gly117Ser、Gly123Ser、Gly123Asp、Cys174Arg、Asn181Asp、Val183Asp、Lys199Glu、Asn228Asp、Asn275Asp、Phe283Tyr、Arg295Leu、Arg309Cys、Leu322His、Thr323Ala、Phe329Ser、Gln335Leu、Ser365Cys、Leu366Pro、Tyr376His、Leu385His、Leu389Hisのいずれかのアミノ酸置換が少なくとも1つ生じたFc結合性タンパク質は、野生型のFc結合性タンパク質と比較し熱安定性が向上しているといえる。
なお前記アミノ酸置換のうち、Phe24IleおよびPhe24Tyrの置換は配列番号2の42番目のアミノ酸残基における置換に、Cys174Argの置換は配列番号1の71番目のアミノ酸残基における置換に、Asn181Aspの置換は配列番号1の78番目のアミノ酸残基における置換に、Val183Aspの置換は配列番号1の80番目のアミノ酸残基における置換に、Lys199Gluの置換は配列番号1の96番目のアミノ酸残基における置換に、Asn228Aspの置換は配列番号1の125番目のアミノ酸残基における置換に、Asn275Aspの置換は配列番号1の172番目のアミノ酸残基における置換に、Phe283Tyrの置換は配列番号1の180番目のアミノ酸残基における置換に、Arg295Leuの置換は配列番号1の192番目のアミノ酸残基における置換に、Arg309Cysの置換は配列番号1の206番目のアミノ酸残基における置換に、Leu322Hisの置換は配列番号1の219番目のアミノ酸残基における置換に、Thr323Alaの置換は配列番号1の220番目のアミノ酸残基における置換に、Phe329Serの置換は配列番号1の226番目のアミノ酸残基における置換に、Gln335Leuの置換は配列番号1の232番目のアミノ酸残基における置換に、Ser365Cysの置換は配列番号1の262番目のアミノ酸残基における置換に、Leu366Proの置換は配列番号1の263番目のアミノ酸残基における置換に、Tyr376Hisの置換は配列番号1の273番目のアミノ酸残基における置換に、Leu385Hisの置換は配列番号1の282番目のアミノ酸残基における置換に、Leu389Hisの置換は配列番号1の286番目のアミノ酸残基における置換に、それぞれ相当する。
Figure 0006911490
表3に示す、アミノ酸置換されたFc結合性タンパク質のうち、最も残存活性の高い、Asn181Aspのアミノ酸置換が生じたFc結合性タンパク質をFcRn_m1と命名し、FcRn_m1をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターをpET−FcRn_m1と命名した。FcRn_m1のアミノ酸配列を配列番号12に、FcRn_m1をコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号13に示す。
実施例5 アミノ酸置換Fc結合性タンパク質の作製
実施例4で判明した、Fc結合性タンパク質の熱安定性向上に関与するアミノ酸置換を集積することで、さらなる安定性向上を図った。置換アミノ酸の集積は、主にPCRを用いて行ない、以下の(a)から(c)に示す3種類のFc結合性タンパク質を作製した。
(a)FcRn_m1に対し、さらにCys174Argのアミノ酸置換を行なったFcRn_m2
(b)FcRn_m2に対し、さらにArg295Leuのアミノ酸置換を行なったFcRn_m3
(c)FcRn_m3に対し、さらにGln335Leuのアミノ酸置換を行なったFcRn_m4
以下、各Fc結合性タンパク質の作製方法を詳細に説明する。
(a)FcRn_m2
実施例4で明らかになった、熱安定性向上に関与するアミノ酸置換の中から、Cys174ArgおよびAsn181Aspを選択し、それらの置換を野生型のFc結合性タンパク質に集積したFcRn_m2を作製した。具体的には、FcRn_m1をコードするポリヌクレオチドに対してCys174Argを生じさせる変異導入を行なうことにより、FcRn_m2を作製した。
(a−1)実施例4で取得した、pET−FcRn_m1を鋳型としてPCRを実施した。当該PCRにおけるプライマーは、配列番号8および配列番号14(5’−CACGCACCGCGTGGTTCTGC−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドを用いた。PCRは、表4に示す組成の反応液を調製後、当該反応液を98℃で5分間熱処理し、98℃で10秒間の第1ステップ、55℃で5秒間の第2ステップ、72℃で1分間の第3ステップを1サイクルとする反応を30サイクル行ない、最後に72℃で7分間熱処理することで行なった。増幅したPCR産物をアガロースゲル電気泳動に供し、そのゲルからQIAquick Gel Extraction kit(キアゲン製)を用いて精製した。精製したPCR産物をm2Fとした。
Figure 0006911490
(a−2)実施例4で取得した、pET−FcRn_m1を鋳型とし、配列番号9および配列番号15(5’−GCAGAACCACGCGGTGCGTG−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとした他は、(a−1)と同様に行なった。精製したPCR産物をm2Rとした。
(a−3)(a−1)および(a−2)で得られた2種類のPCR産物(m2F、m2R)を混合し、表5に示す組成の反応液を調製した。当該反応液を98℃で5分間熱処理後、98℃で10秒間の第1ステップ、55℃で5秒間の第2ステップ、72℃で1分間の第3ステップを1サイクルとする反応を5サイクル行なうPCRを行ない、m2Fとm2Rを連結したPCR産物m2pを得た。
Figure 0006911490
(a−4)(a−3)で得られたPCR産物m2pを鋳型とし、配列番号8および配列番号9に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとしてPCRを行なった。PCRは、表6に示す組成の反応液を調製後、当該反応液を98℃で5分間熱処理し、98℃で10秒間の第1ステップ、55℃で5秒間の第2ステップ、72℃で1分間の第3ステップを1サイクルとする反応を30サイクル行なった。これによりFcRn_m1に1箇所アミノ酸置換を導入したFcRn_m2をコードするポリヌクレオチドを作製した。
Figure 0006911490
(a−5)(a−4)で得られたポリヌクレオチドを精製後、制限酵素NcoIとHindIIIで消化し、あらかじめ制限酵素NcoIとHindIIIで消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションし、これを用いて大腸菌BL21(DE3)株を形質転換した。
(a−6)得られた形質転換体を50μg/mLのカナマイシンを添加したLB培地で培養した。回収した菌体(形質転換体)からプラスミドを抽出することで、野生型Fc結合性タンパク質に対して2箇所アミノ酸置換したポリペプチドである、FcRn_m2をコードするポリヌクレオチドを含むプラスミドpET−FcRn_m2を得た。
(a−7)pET−FcRn_m2のヌクレオチド配列の解析を、実施例1(5)と同様の方法で行なった。
作製したFcRn_m2のアミノ酸配列を配列番号16に、前記FcRn_m2をコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号17に示す。
(b)FcRn_m3
実施例4で明らかになったFc結合性タンパク質の安定性向上に関与するアミノ酸置換の中から、Cys174Arg、Asn181AspおよびArg295Leuを選択し、それらの置換を野生型のFc結合性タンパク質に集積したFcRn_m3を作製した。具体的には、FcRn_m2をコードするポリヌクレオチドに対してArg295Leuを生じさせる変異導入を行なうことにより、FcRn_m3を作製した。
(b−1)pET−FcRn_m2を鋳型として、また、プライマーとして配列番号8および配列番号18(5’−CACGACCAAGTTCGAGATGTTC−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドを用いた他は(a−1)と同様の方法でPCR産物m3Fを得た。
(b−2)pET−FcRn_m2を鋳型として、また、プライマーとして配列番号9および配列番号19(5’−GAACATCTCGAACTTGGTCGTG−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドを用いた他は(a−2)と同様の方法でPCR産物m3Rを得た。
(b−3)(b−1)および(b−2)により得られた2種類のPCR産物(m3F、m3R)を混合後、(a−3)と同様の方法にてPCRを行ない、m3Fとm3Rを連結した。得られたPCR産物をm3pとした。
(b−4)(b−3)で得られたPCR産物m3pを鋳型とし、配列番号8および配列番号9に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとして、(a−4)と同様の方法でPCRを行なった。これによりFcRn_m3をコードするポリヌクレオチドを作製した。
(b−5)(b−4)で得られたポリヌクレオチドを精製後、制限酵素NcoIとHindIIIで消化し、あらかじめ制限酵素NcoIとHindIIIで消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションし、これを用いて大腸菌BL21(DE3)株を形質転換した。
(b−6)得られた形質転換体を50μg/mLのカナマイシンを添加したLB培地で培養した。回収した菌体(形質転換体)からプラスミドを抽出することで、野生型Fc結合性タンパク質に対して3箇所アミノ酸置換したポリペプチドである、FcRn_m3をコードするポリヌクレオチドを含むプラスミドpET−FcRn_m3を得た。
(b−7)pET−FcRn_m3のヌクレオチド配列の解析を、実施例1(5)と同様の方法で行なった。
作製したFcRn_m3のアミノ酸配列を配列番号20に、前記FcRn_m3をコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号21に示す。
(c)FcRn_m4
実施例4で明らかになったFc結合性タンパク質の安定性向上に関与するアミノ酸置換の中から、Cys174Arg、Asn181Asp、Arg295LeuおよびGln335Leuを選択し、それらの置換を野生型のFc結合性タンパク質に集積したFcRn_m4を作製した。具体的には、(b)で作製したFcRn_m3をコードするポリヌクレオチドに対してGln335Leuを生じさせる変異導入を行なうことにより、FcRn_m4を作製した。
(c−1)(b)で作製した、pET−FcRn_m3を鋳型とし、配列番号8および配列番号22(5’−GCGCAGCAGGAGTTCTGGAGG−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとした他は、(a−1)と同様の方法でPCRを行なった。精製したPCR産物をm4Fとした。
(c−2)(b)で作製したpET−FcRn_m3を鋳型とし、配列番号9および配列番号23(5’−CCTCCAGAACTCCTGCTGCGC−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとした他は、(a−2)と同様の方法でPCRを行なった。精製したPCR産物をm4Rとした。
(c−3)(c−1)および(c−2)で得られた2種類のPCR産物(m4F、m4R)を混合後、(a−3)と同様の方法にてPCRを行ない、m4Fとm4Rを連結した。得られたPCR産物をm4pとした。
(c−4)(c−3)で得られたPCR産物m4pを鋳型とし、配列番号8および配列番号9に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとして、(a−4)と同様の方法でPCRを行なった。これによりFcRn_m4をコードするポリヌクレオチドを作製した。
(c−5)(c−4)で得られたポリヌクレオチドを精製後、制限酵素NcoIとHindIIIで消化し、あらかじめ制限酵素NcoIとHindIIIで消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションし、これを用いて大腸菌BL21(DE3)株を形質転換した。
(c−6)得られた形質転換体を50μg/mLのカナマイシンを添加したLB培地で培養した。回収した菌体(形質転換体)からプラスミドを抽出することで、野生型Fc結合性タンパク質に対して4箇所アミノ酸置換したポリペプチドである、FcRn_m4をコードするポリヌクレオチドを含むプラスミドpET−FcRn_m4を得た。
(c−7)pET−FcRn_m4のヌクレオチド配列の解析を、実施例1(5)と同様の方法で行なった。
作製したFcRn_m4のアミノ酸配列を配列番号5に、前記FcRn_m4をコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号24に示す。
実施例6 FcRn_m4への変異導入およびライブラリーの作製
実施例5(c)で作製したFcRn_m4をコードするポリヌクレオチド部分に、エラープローンPCRによりランダムに変異導入を施した。
(1)鋳型として実施例5(c)で作製した発現ベクターpET−FcRn_m4を用いてエラープローンPCRを行なった。エラープローンPCRは、鋳型にpET−FcRn_m4を用いた以外は表2に示す組成と同様の反応液を調製後、当該反応液を95℃で2分間熱処理し、95℃で30秒間の第1ステップ、60℃で30秒間の第2ステップ、72℃で90秒間の第3ステップを1サイクルとする反応を35サイクル行ない、最後に72℃で7分間熱処理することで行なった。この反応によりFc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチドに良好に変異が導入された。
(2)(1)で得られたPCR産物を精製後、制限酵素NcoIとHindIIIで消化し、あらかじめ同制限酵素で消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションした。
(3)ライゲーション反応終了後、反応液をエレクトロポレーション法により大腸菌BL21(DE3)株に導入し、50μg/mLのカナマイシンを含むLBプレート培地で培養後、プレート上に形成したコロニーをランダム変異ライブラリーとした。
実施例7 熱安定化Fc結合性タンパク質のスクリーニング
(1)実施例6で作製したランダム変異ライブラリーを、熱処理を45℃、10分間の条件で実施した他は実施例4(1)から(5)に記載の方法と同様にスクリーニングを実施し、安定性の向上したFc結合性タンパク質をコードする発現ベクターを取得した。
(2)得られた発現ベクターに挿入されたFc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチド領域の配列を実施例1(5)に記載の方法によりヌクレオチド配列を解析し、アミノ酸の変異箇所を特定した。
(1)で選択した形質転換体が発現するFc結合性タンパク質の、FcRn_m4に対するアミノ酸置換位置および熱処理後の残存活性(%)をまとめたものを表7に示す。配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち、当該アミノ酸残基において、Arg14His、Lys50Glu、Tyr69His、Gly107Asp、Gly125Asp、Ser126Asn、Asn165Thr、Gln182His、Lys206Glu、Ser230Pro、Gly254Asp、Lys276Glu、Gly296Asp、Asn299Asp、Leu336Pro、Gly358Ser、Ser364Pro、Lys369Glu、Lys369Arg、Ser370ProおよびLys398Gluのいずれかのアミノ酸置換が少なくとも1つ生じているFc結合性タンパク質は、FcRn_m4と比較し熱安定性が向上しているといえる。
なお前記アミノ酸置換のうち、Arg14Hisの置換は配列番号2の32番目のアミノ酸残基における置換に、Lys50Gluの置換は配列番号2の68番目のアミノ酸残基における置換に、Tyr69Hisの置換は配列番号2の87番目のアミノ酸残基における置換に、Asn165Thrの置換は配列番号1の62番目のアミノ酸残基における置換に、Gln182Hisの置換は配列番号1の79番目のアミノ酸残基における置換に、Lys206Gluの置換は配列番号1の103番目のアミノ酸残基における置換に、Ser230Proの置換は配列番号1の127番目のアミノ酸残基における置換に、Gly254Aspの置換は配列番号1の151番目のアミノ酸残基における置換に、Lys276Gluの置換は配列番号1の173番目のアミノ酸残基における置換に、Gly296Aspの置換は配列番号1の193番目のアミノ酸残基における置換に、Asn299Aspの置換は配列番号1の196番目のアミノ酸残基における置換に、Leu336Proの置換は配列番号1の233番目のアミノ酸残基における置換に、Gly358Serの置換は配列番号1の255番目のアミノ酸残基における置換に、Ser364Proの置換は配列番号1の261番目のアミノ酸残基における置換に、Lys369GluおよびLys369Argの置換は配列番号1の266番目のアミノ酸残基における置換に、Ser370Proの置換は配列番号1の267番目のアミノ酸残基における置換に、Lys398Gluの置換は配列番号1の295番目のアミノ酸残基における置換に、それぞれ相当する。
Figure 0006911490
表7に示す、FcRn_m4からアミノ酸置換されたFc結合性タンパク質のうち、Gly254Aspのアミノ酸置換が生じたFc結合性タンパク質をFcRn_m5と命名し、FcRn_m5をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターをpET−FcRn_m5と命名した。FcRn_m5のアミノ酸配列を配列番号25に、FcRn_m5をコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号26に示す。
実施例8 改良Fc結合性タンパク質の作製
実施例7で判明した、Fc結合性タンパク質の熱安定性向上に関与するアミノ酸置換を集積することで、さらなる安定性向上を図った。置換アミノ酸の集積は、主にPCRを用いて行ない、以下の(a)から(b)に示す2種類のFc結合性タンパク質を作製した。
(a)FcRn_m5に対し、さらにAsn299Aspのアミノ酸置換を行なったFcRn_m6
(b)FcRn_m6に対し、さらにLys398Gluのアミノ酸置換を行なったFcRn_m7
以下、各Fc結合性タンパク質の作製方法を詳細に説明する。
以下、各改良Fc結合性タンパク質の作製方法を詳細に説明する。
(a)FcRn_m6
実施例7で明らかとなった、熱安定性向上に関与するアミノ酸置換の中から、Gly254AspおよびAsn299Aspを選択し、それらの置換をFcRn_m4(実施例5)に集積したFcRn_m6を作製した。具体的には、FcRn_m5をコードするポリヌクレオチドに対して、Asn299Aspを生じさせる変異導入を行なうことにより、FcRn_m6を作製した。
(a−1)実施例7で取得した、pET−FcRn_m5を鋳型としてPCRを実施した。当該PCRにおけるプライマーは、配列番号8および配列番号27(5’−CCTTCCATTCGAGGTCACCACGACCAAGTT−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドを用いた。PCRは、表5に示す組成の反応液を調製後、当該反応液を98℃で5分間熱処理し、98℃で10秒間の第1ステップ、55℃で5秒間の第2ステップ、72℃で1分間の第3ステップを1サイクルとする反応を30サイクル行ない、最後に72℃で5分間熱処理することで行なった。増幅したPCR産物をアガロースゲル電気泳動に供し、そのゲルからQIAquick Gel Extraction kit(キアゲン製)を用いて精製した。精製したPCR産物をm6Fとした。
(a−2)実施例7で取得した、pET−FcRn_m5を鋳型とし、配列番号28(5’−AACTTGGTCGTGGTGACCTCGAATGGAAGG−3’)および配列番号9に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとした他は、(a−1)と同様に行なった。精製したPCR産物をm6Rとした。
(a−3)(a−1)および(a−2)で得られた2種類のPCR産物(m6F、m6R)を混合し、表6に示す組成の反応液を調製した。当該反応液を98℃で5分間熱処理後、98℃で10秒間の第1ステップ、55℃で5秒間の第2ステップ、72℃で1分間の第3ステップを1サイクルとする反応を5サイクル行なうPCRを行ない、m6Fとm6Rを連結したPCR産物m6pを得た。
(a−4)(a−3)で得られたPCR産物m6pを鋳型とし、配列番号8および配列番号9に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとしてPCRを行なった。PCRは、表7に示す組成の反応液を調製後、当該反応液を98℃で5分間熱処理し、98℃で10秒間の第1ステップ、55℃で5秒間の第2ステップ、72℃で1分間の第3ステップを1サイクルとする反応を30サイクル行なった。これによりFcRn_m5に1箇所アミノ酸置換を導入したFcRn_m6をコードするポリヌクレオチドを作製した。
(a−5)(a−4)で得られたポリヌクレオチドを制限酵素NcoIとHindIIIで消化し、あらかじめ制限酵素NcoIとHindIIIで消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションし、これを用いて大腸菌BL21(DE3)株を形質転換した。
(a−6)得られた形質転換体を50μg/mLのカナマイシンを添加したLB培地で培養した。回収した菌体(形質転換体)からプラスミドを抽出することで、FcRn_m5に対して1箇所(野生型Fc結合性タンパク質に対して6箇所)アミノ酸置換したポリペプチドである、FcRn_m6をコードするポリヌクレオチドを含むプラスミドpET−FcRn_m6を得た。
(a−7)pET−FcRn_m6のヌクレオチド配列の解析を、実施例1(5)と同様の方法で行なった。
作製したFcRn_m6のアミノ酸配列を配列番号29に、前記FcRn_m6をコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号30に示す。
(b)FcRn_m7
実施例7で明らかとなった、熱安定性向上に関与するアミノ酸置換の中から、Gly254Asp、Asn299AspおよびLys398Gluを選択し、それらの置換をFcRn_m4(実施例5)に集積したFcRn_m7を作製した。具体的には、FcRn_m6をコードするポリヌクレオチドに対して、Lys398Gluを生じさせる変異導入を行なうことにより、FcRn_m7を作製した。
(b−1)(a)で作製した、pET−FcRn_m6を鋳型とし、配列番号8および配列番号31(5’−ATGAGAAGATTCGGCAGGGGATT−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとした他は、(a−1)と同様の方法でPCRを行なった。精製したPCR産物をm7Fとした。
(b−2)(a)で作製したpET−FcR8を鋳型とし、配列番号23および配列番号32(5’−AATCCCCTGCCGAATCTTCTCAT−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとした他は、(a−1)と同様の方法でPCRを行なった。精製したPCR産物をm7Rとした。
(b−3)(b−1)および(b−2)で得られた2種類のPCR産物(m7F、m7R)を混合後、(a−3)と同様の方法にてPCRを行ない、m7Fとm7Rを連結した。得られたPCR産物をm7pとした。
(b−4)(b−3)で得られたPCR産物m7pを鋳型とし、配列番号8および配列番号9に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドをPCRプライマーとして、(a−4)と同様の方法でPCRを行なった。これによりFcRn_m7をコードするポリヌクレオチドを作製した。
(b−5)(b−4)で得られたポリヌクレオチドを精製後、制限酵素NcoIとHindIIIで消化し、あらかじめ制限酵素NcoIとHindIIIで消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションし、これを用いて大腸菌BL21(DE3)株を形質転換した。
(b−6)得られた形質転換体を50μg/mLのカナマイシンを添加したLB培地で培養した。回収した菌体(形質転換体)からプラスミドを抽出することで、FcRn_m5に対して2箇所(野生型Fc結合性タンパク質に対して7箇所)アミノ酸置換したポリペプチドである、FcRn_m7をコードするポリヌクレオチドを含むプラスミドpET−FcRn_m7を得た。
(b−7)pET−FcRn_m7のヌクレオチド配列の解析を、実施例1(5)と同様の方法で行なった。
作製したFcRn_m7のアミノ酸配列を配列番号6に、前記FcRn_m7をコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号33に示す。
実施例9 FcRn_m7への変異導入およびライブラリーの作製
実施例8(b)で作製したFcRn_m7をコードするポリヌクレオチド部分に、エラープローンPCRによりランダムに変異導入を施した。
(1)鋳型として実施例8(b)で作製した発現ベクターpET−FcRn_m7を用いてエラープローンPCRを行なった。エラープローンPCRは、鋳型にpET−FcRn_m7を用いた以外は表2に示す組成と同様の反応液を調製後、当該反応液を95℃で2分間熱処理し、95℃で30秒間の第1ステップ、60℃で30秒間の第2ステップ、72℃で90秒間の第3ステップを1サイクルとする反応を35サイクル行ない、最後に72℃で7分間熱処理することで行なった。この反応によりFc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチドに良好に変異が導入された。
(2)(1)で得られたPCR産物を精製後、制限酵素NcoIとHindIIIで消化し、あらかじめ同制限酵素で消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションした。
(3)ライゲーション反応終了後、反応液をエレクトロポレーション法により大腸菌BL21(DE3)株に導入し、50μg/mLのカナマイシンを含むLBプレート培地で培養後、プレート上に形成したコロニーをランダム変異ライブラリーとした。
実施例10 熱安定化Fc結合性タンパク質のスクリーニング
(1)実施例9で作製したランダム変異ライブラリーを、熱処理を52℃、30分間の条件で実施した他は実施例4(1)から(5)に記載の方法と同様にスクリーニングを実施し、安定性の向上したFc結合性タンパク質をコードする発現ベクターを取得した。
(2)得られた発現ベクターに挿入されたFc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチド領域の配列を実施例1(5)に記載の方法によりヌクレオチド配列を解析し、アミノ酸の変異箇所を特定した。
(1)で選択した形質転換体が発現するFc結合性タンパク質の、FcRn_m7に対するアミノ酸置換位置および熱処理後の残存活性(%)をまとめたものを表8に示す。配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち、当該アミノ酸残基において、Val152Ala、Asn275Asp、Arg313CysおよびSer359Proのいずれかのアミノ酸置換が少なくとも1つ生じているFc結合性タンパク質は、FcRn_m7と比較し熱安定性が向上しているといえる。
なお前記アミノ酸置換のうち、Val152Alaの置換は配列番号1の49番目のアミノ酸残基における置換に、Asn275Aspの置換は配列番号1の172番目のアミノ酸残基における置換に、Arg313Cysの置換は配列番号1の210番目のアミノ酸残基における置換に、Ser359Proの置換は配列番号1の256番目のアミノ酸残基における置換に、それぞれ相当する。
Figure 0006911490
表8に示した、FcRn_m7からアミノ酸置換されたFc結合性タンパク質のうち、Val152Alaのアミノ酸置換が生じたFc結合性タンパク質をFcRn_m8と命名し、FcRn_m8をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターをpET−FcRn_m8と命名した。FcRn_m8のアミノ酸配列を配列番号7に、FcRn_m8をコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号34に示す。
実施例11 Fc結合性タンパク質の酸安定性評価
(1)野生型FcRn(配列番号3)、FcRn_m4(配列番号5)、FcRn_m7(配列番号6)およびFcRn_m8(配列番号7)を発現する形質転換体を、それぞれ50μg/mLのカナマイシンを含む3mLの2YT液体培地に接種し、37℃で一晩、好気的に振とう培養することで前培養を行なった。
(2)50μg/mLのカナマイシンを添加した20mLの2YT液体培地(ペプトン16g/L、酵母エキス10g/L、塩化ナトリウム5g/L)に前培養液を200μL接種し、37℃で好気的に振とう培養を行なった。
(3)培養開始1.5時間後、培養温度を20℃に変更して30分間振とう培養した。その後、終濃度0.01mMとなるようIPTGを添加し、引き続き20℃で一晩、好気的に振とう培養した。
(4)培養終了後、遠心分離により集菌し、BugBuster Protein extraction kit(タカラバイオ製)を用いてタンパク質抽出液を調製した。
(5)(4)で調製したタンパク質抽出液中の野生型FcRn、FcRn_m4、FcRn_m7およびFcRn_m8の抗体結合活性を、実施例2(5)に記載のELISA法を用いて測定した。この時、市販のFcRnおよびβ2ミクログロブリンのヘテロダイマー(コスモバイオ製:CI01)を用いて検量線を作製し、濃度測定を行なった。
(6)各Fc結合性タンパク質の濃度が30μg/mLになるよう純水で希釈後、前記希釈した溶液100μLと0.1Mのグリシン塩酸緩衝液(pH3.0)200μLとを混合し、30℃で15分間静置した。
(7)グリシン塩酸緩衝液(pH3.0)による酸処理を行なった後のタンパク質の抗体結合活性と、前記酸処理を行なわなかったときのタンパク質の抗体結合活性を、実施例2(5)に記載のELISA法によって測定した。その後、酸処理を行なった場合の抗体結合活性を、酸処理を行なわなかったときの抗体結合活性で除することで、残存活性を算出した。
結果を表9に示す。今回評価したアミノ酸置換を行なったFc結合性タンパク質(FcRn_m4、FcRn_m7およびFcRn_m8)は、野生型FcRnと比較し残存活性が高かった。このことから、当該改良Fc結合性タンパク質の酸安定性が野生型に比べて向上していることが確認された。
Figure 0006911490
実施例12 システインタグを付加したFcRn_m7(FcRn_m7Cys)の作製
(1)実施例8(b)で作製したpET−FcRn_m7を鋳型としてPCRを実施した。当該PCRにおけるプライマーは、配列番号8および配列番号35(5’−CCCAAGCTTATCCGCAGGTATCGTTGCGGCACCCAGAAGATTCGGCAGGGGATTCGAGC−3’)に記載の配列からなるオリゴヌクレオチドを用いた。PCRは、表4に示す組成の反応液を調製後、当該反応液を98℃で5分熱処理し、98℃で10秒間の第1ステップ、55℃で5秒間の第2ステップ、72℃で1分間の第3ステップを1サイクルとする反応を30サイクル繰り返すことで実施した。
(2)(1)で得られたポリヌクレオチドを精製し、制限酵素NcoIとHindIIIで消化後、あらかじめ制限酵素NcoIとHindIIIで消化した発現ベクターpETMalE(特開2011−206046号公報)にライゲーションし、当該ライゲーション産物を用いて大腸菌BL21(DE3)株を形質転換した。
(3)得られた形質転換体を50μg/mLのカナマイシンを含むLB培地にて培養後、QIAprep Spin Miniprep kit(キアゲン製)を用いて、発現ベクターpET−FcRn_m7Cysを抽出した。
(4)pET−FcRn_m7Cysのヌクレオチド配列の解析を、実施例1(5)と同様の方法で行なった。発現ベクターpET−FcRn_m7Cysで発現されるポリペプチドのアミノ酸配列を配列番号36に、当該ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの配列を配列番号37にそれぞれ示す。
実施例13 FcRn_m7Cysの調製
(1)実施例12で作製したFcRn_m7Cysを発現する形質転換体を2Lのバッフルフラスコに入った50μg/mLのカナマイシンを含む400mLの2YT液体培地(ペプトン16g/L、酵母エキス10g/L、塩化ナトリウム5g/L)に接種し、37℃で一晩、好気的に振とう培養することで前培養を行なった。
(2)グルコース10g/L、酵母エキス20g/L、リン酸三ナトリウム十二水和物3g/L、リン酸水素二ナトリウム十二水和物9g/L、塩化アンモニウム1g/Lおよび硫酸カナマイシン50mg/Lを含む液体培地1.8Lに、(1)の培養液180mLを接種し、3L発酵槽(バイオット製)を用いて本培養を行なった。温度30℃、pH6.9から7.1、通気量1VVM、溶存酸素濃度30%飽和濃度の条件に設定し、本培養を開始した。pHの制御には酸として50%(w/v)リン酸、アルカリとして14%(w/v)アンモニア水をそれぞれ使用し、溶存酸素の制御は撹拌速度を変化させることで制御し、撹拌回転数は下限500rpm、上限1000rpmに設定した。培養開始後、グルコース濃度が測定できなくなった時点で、流加培地(グルコース248.9g/L、酵母エキス83.3g/L、硫酸マグネシウム七水和物7.2g/L)を溶存酸素(DO)により制御しながら加えた。
(3)菌体量の目安として600nmの吸光度(OD600nm)が約150に達したところで培養温度を25℃に下げ、設定温度に到達したことを確認した後、終濃度が0.5mMになるようIPTGを添加し、引き続き25℃で培養を継続した。
(4)培養開始から約48時間後に培養を停止し、培養液を4℃で8000rpm、20分間の遠心分離により菌体を回収した。
(5)回収した菌体を20mMのトリス塩酸緩衝液(pH7.0)に5mL/1g(菌体)となるように懸濁し、超音波発生装置(インソネーター201M(商品名)、久保田商事製)を用いて、4℃で約10分間、約150Wの出力で菌体を破砕した。菌体破砕液は4℃で20分間、8000rpmの遠心分離を2回行ない、上清を回収した。
(6)(5)で得られた上清を、あらかじめ150mMの塩化ナトリウムを含む20mMのトリス塩酸緩衝液(pH7.4)で平衡化したIgGセファロース(GEヘルスケア製)90mLを充填したXK26/20カラムカラム(GEヘルスケア製)にアプライした。平衡化に用いた緩衝液で洗浄後、0.1Mのグリシン塩酸緩衝液(pH3.0)で溶出した。なお溶出液は、溶出液量の1/4量の1Mトリス塩酸緩衝液(pH8.0)を加えることでpHを中性付近に戻した。
前記精製により、高純度のFcRn_m7Cysを約10mg得た。
実施例14 FcRn_m7Cys固定化ゲルの作製と抗体分離
(1)2mLの分離剤用親水性ビニルポリマー(東ソー製:トヨパール)の表面の水酸基をヨードアセチル基で活性化後、実施例13で調製したFcRn_m7Cysを4mg反応させることにより、FcRn_m7Cys固定化ゲルを得た。
(2)(1)で調製したFcRn_m7Cys固定化ゲル0.5mLをφ4.6mm×75mmのステンレスカラムに充填した。
(3)FcRn_m7Cys固定化ゲルを充填したカラムをHPLC装置に接続し、150mMの塩化ナトリウムを含む50mMのリン酸緩衝液(pH5.8)で平衡化した。
(4)150mMの塩化ナトリウムを含む50mMのリン酸緩衝液(pH5.8)で0.5mg/mLに希釈したモノクローナル抗体(リツキシマブ:全薬工業製リツキサン、トラスツズマブおよびベバシズマブ)を流速0.6mL/minにて0.01mLアプライした。
(5)流速0.6mL/minのまま150mMの塩化ナトリウムを含む50mMのリン酸緩衝液(pH5.8)の平衡化緩衝液で10分洗浄後、150mMの塩化ナトリウムを含む50mMのリン酸緩衝液(pH8.0)によるpHグラジエント溶出(30分で150mMの塩化ナトリウムを含む50mMのリン酸緩衝液(pH8.0)が100%となるグラジエント)で吸着したモノクローナル抗体を溶出した。
結果(溶出パターン)を図4に示す。抗体の種類によってFcRn_m7と相互作用する程度が異なるため、溶出ピークは抗体毎に異なった形状となった。

Claims (16)

  1. 配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち34番目のイソロイシンから431番目のセリンまでのアミノ酸残基を含み、ただし、以下のアミノ酸置換のうちいずれか1つのアミノ酸置換を有するFc結合性タンパク質:
    (37)配列番号3の24番目のフェニルアラニンがイソロイシンまたはチロシンに置換される変異、
    (41)配列番号3の114番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (42)配列番号3の117番目のグリシンがセリンに置換される変異、
    (43)配列番号3の123番目のグリシンがセリンまたはアスパラギン酸に置換される変異、
    (3)配列番号3の174番目のシステインがアルギニンに置換される変異、
    (4)配列番号3の181番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (6)配列番号3の183番目のバリンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (7)配列番号3の199番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
    (9)配列番号3の228番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (12)配列番号3の275番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (14)配列番号3の283番目のフェニルアラニンがチロシンに置換される変異、
    (15)配列番号3の295番目のアルギニンがロイシンに置換される変異、
    (18)配列番号3の309番目のアルギニンがシステインに置換される変異、
    (20)配列番号3の322番目のロイシンがヒスチジンに置換される変異、
    (21)配列番号3の323番目のスレオニンがアラニンに置換される変異、
    (22)配列番号3の329番目のフェニルアラニンがセリンに置換される変異、
    (23)配列番号3の335番目のグルタミンがロイシンに置換される変異、
    (28)配列番号3の365番目のセリンがシステインに置換される変異、
    (29)配列番号3の366番目のロイシンがプロリンに置換される変異、
    (32)配列番号3の376番目のチロシンがヒスチジンに置換される変異、
    (33)配列番号3の385番目のロイシンがヒスチジンに置換される変異、
    (34)配列番号3の389番目のロイシンがヒスチジンに置換される変異。
  2. 配列番号5に記載のアミノ酸配列のうち34番目のイソロイシンから431番目のセリンまでのアミノ酸残基を含み、ただし、以下のアミノ酸置換のうちいずれか1つのアミノ酸置換を有するFc結合性タンパク質:
    (36)配列番号5の14番目のアルギニンがヒスチジンに置換される変異、
    (38)配列番号5の50番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
    (39)配列番号5の69番目のチロシンがヒスチジンに置換される変異、
    (40)配列番号5の107番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (44)配列番号5の125番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (45)配列番号5の126番目のセリンがアスパラギンに置換される変異、
    (2)配列番号5の165番目のアスパラギンがスレオニンに置換される変異、
    (5)配列番号5の182番目のグルタミンがヒスチジンに置換される変異、
    (8)配列番号5の206番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
    (10)配列番号5の230番目のセリンがプロリンに置換される変異、
    (11)配列番号5の254番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (13)配列番号5の276番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異、
    (16)配列番号5の296番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (17)配列番号5の299番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (24)配列番号5の336番目のロイシンがプロリンに置換される変異、
    (25)配列番号5の358番目のグリシンがセリンに置換される変異、
    (27)配列番号5の364番目のセリンがプロリンに置換される変異、
    (30)配列番号5の369番目のリジンがグルタミン酸またはアルギニンに置換される変異、
    (31)配列番号5の370番目のセリンがプロリンに置換される変異、
    (35)配列番号5の398番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異。
  3. 配列番号6に記載のアミノ酸配列のうち34番目のイソロイシンから431番目のセリンまでのアミノ酸残基を含み、ただし、以下のアミノ酸置換のうちいずれか1つのアミノ酸置換を有するFc結合性タンパク質:
    (1)配列番号6の152番目のバリンがアラニンに置換される変異、
    (12)配列番号6の275番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (19)配列番号6の313番目のアルギニンがシステインに置換される変異、
    (26)配列番号6の359番目のセリンがプロリンに置換される変異。
  4. 配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち34番目のイソロイシンから431番目のセリンまでのアミノ酸残基を含み、ただし、以下に示す4つのアミノ酸置換を有するFc結合性タンパク質:
    (3)配列番号3の174番目のシステインがアルギニンに置換される変異、
    (4)配列番号3の181番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異、
    (15)配列番号3の295番目のアルギニンがロイシンに置換される変異、
    (23)配列番号3の335番目のグルタミンがロイシンに置換される変異。
  5. 以下の変異をさらに有する、請求項に記載のFc結合性タンパク質:
    (11)配列番号3の254番目のグリシンがアスパラギン酸に置換される変異。
  6. 以下の変異をさらに有する、請求項に記載のFc結合性タンパク質:
    (17)配列番号3の299番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換される変異。
  7. 以下の変異をさらに有する、請求項に記載のFc結合性タンパク質:
    (35)配列番号3の398番目のリジンがグルタミン酸に置換される変異。
  8. 以下変異をさらに有する、請求項に記載のFc結合性タンパク質:
    (1)配列番号3の152番目のバリンがアラニンに置換される変異。
  9. 配列番号5から7のいずれかの配列からなるアミノ酸残基を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載のFc結合性タンパク質。
  10. 請求項1からのいずれか一項に記載のFc結合性タンパク質をコードするポリヌクレオチド。
  11. 請求項10に記載のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。
  12. 請求項11に記載の発現ベクターで宿主を形質転換して得られる形質転換体。
  13. 宿主が大腸菌である、請求項12に記載の形質転換体。
  14. (A)請求項12または13に記載の形質転換体を培養することによりFc結合性タンパク質を発現させる工程、および
    (B)発現されたFc結合性タンパク質を培養物から回収する工程、
    を含む、Fc結合性タンパク質の製造方法。
  15. 請求項1からのいずれか一項に記載のFc結合性タンパク質を不溶性担体に固定化して得られる吸着剤。
  16. 請求項15に記載の吸着剤に、抗体を含む溶液を接触させる工程を含む、抗体の分離方法。
JP2017086808A 2017-04-26 2017-04-26 安定型Fc結合性タンパク質、当該タンパク質の製造方法および当該タンパク質を用いた抗体吸着剤 Active JP6911490B2 (ja)

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