JP6935195B2 - 結合領域、志賀毒素ａサブユニットのエフェクター領域、及びカルボキシ末端小胞体局在化シグナルモチーフを含むタンパク質 - Google Patents

結合領域、志賀毒素ａサブユニットのエフェクター領域、及びカルボキシ末端小胞体局在化シグナルモチーフを含むタンパク質 Download PDF

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Description

本発明は、細胞標的化を媒介するための結合領域、志賀毒素エフェクター領域、及びカルボキシ末端小胞体局在化シグナルモチーフを含むタンパク質に関する。本発明のタンパク質は、例えば、特異的な細胞型の選択的な殺滅のため、標的細胞の内部に外因性物質を送達するため、標的細胞の細胞内区画を標識付けするため、並びにがん、腫瘍、免疫障害、及び微生物感染などの様々な疾患、障害、及び状態の治療のための治療的分子としての使用を有する。
この数十年、科学者は、治療剤として効果的な毒素からの合成融合タンパク質の開発に挑戦し続けている（Pastan I et al., Annu Rev Med 58: 221-37 (2007)）。１つのハードルは、細菌及び植物性毒素に由来する合成細胞毒性タンパク質の酵素の毒素部分は、細胞を殺滅するためにそれらのサイトゾルの標的基質に到達しなければならない点である。多くの組換え細胞毒性タンパク質にとって、細胞毒性の効力は、細胞内における分子の経路決定効率に依存する（Pirie C et al., J Biol Chem 286: 4165-72 (2011)）。しかしながら、毒素がどのようにしてそれら自身のエンドソームからサイトゾルへの細胞内輸送を方向付けるのかの理解が、科学的な調査の課題であり続けている（Antignani A, Fitzgerald D, Toxins 5: 1486-502 (2013)）。
細胞標的化治療的分子を作製するという目的で、自然に存在する毒素又はトランケートされた毒素フラグメントが、化学的なコンジュゲーション又は組換えタンパク質工学技術を介して免疫グロブリンドメイン又は受容体リガンドに連結又は融合されてきた（Moolten F, Cooperband S, Science 169: 68-70 (1970)、Thorpe P et al., Nature 271: 752-5 (1978)、Krolick K et al., Proc Natl Acad Sci USA 77: 5419-23 (1980)、Krolick K et al., Cancer Immunol Immunother 12: 39-41 (1981)、Blythman H et al., Nature 290: 145-46 (1981)、Chaudhary V et al., Nature 339: 394-7 (1989)、Strom T et al., Semin Immunol 2: 467-79 (1990)、Pastan I et al., Annu Rev Biochem 61: 331-54 (1992)、Foss F et al., Curr Top Microbiol Immunol 234: 63-81 (1998)）。このような分子工学の１つの目的は、１）全身性投与後、生物体内の特異的細胞タイプ又は位置への毒素の送達及び２）真核生物細胞において効果がある強力な細胞毒性メカニズムを用いる特異的細胞への細胞毒性標的化の遂行という二重機能性を有するキメラ分子の設計である。
関連するタンパク質毒素、とりわけ志賀赤痢菌（S. dysenteriae）及び大腸菌（E.coli）から単離された毒素の志賀毒素ファミリーは、構造的及び機能的に関連する様々な自然に存在する毒素で構成される（Johannes L, Romer W, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。例えば、志賀毒素ファミリーは、志賀赤痢菌血清型１から単離された真の志賀毒素（Ｓｔｘ）、腸管出血性大腸菌の血清型から単離された志賀毒素様毒素１バリアント（ＳＬＴ１又はＳｔｘ１又はＳＬＴ−１又はＳｌｔ−Ｉ）、及び腸管出血性大腸菌の血清型から単離された志賀毒素様毒素２バリアント（ＳＬＴ２又はＳｔｘ２又はＳＬＴ−２）を包含する。ＳＬＴ１は、１つの残基のみがＳｔｘと異なっており、それぞれベロ細胞毒素又はベロ毒素（ＶＴ，Verotoxin）と称されている（O'Brien A et al., Curr Top Microbiol Immunol 180: 65-94 (1992)）。志賀毒素ファミリーのメンバーは、同じ全体構造及び作用メカニズムを共有する（Engedal N et al., Microbial Biotech 4: 32-46 (2011)）。例えば、Ｓｔｘ、ＳＬＴ−１及びＳＬＴ−２は、無細胞系において区別できない酵素活性を提示する（Head S et al., J Biol Chem 266: 3617-21 (1991)、Tesh V et al., Infect Immun 61: 3392-402 (1993)、Brigotti M et al., Toxicon 35:1431-37 (1997)）。志賀毒素ファミリーのメンバーは、一部の宿主細胞の表面に存在する特異的なグリコスフィンゴリピドと優先的に結合する標的化ドメイン、及び一度細胞の内部に入ればリボソームを永久に不活性化することが可能な酵素ドメインを含有する（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。
宿主が感染している間、志賀毒素ファミリーのメンバーは、病原性因子として細菌によって使用される（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。感染宿主において、志賀毒素は、タンパク質合成を阻害してアポトーシス細胞死を開始させる毒素の強い能力のために細胞毒性である（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。宿主細胞における志賀毒素の強い細胞障害作用は、出血性大腸炎及び溶血尿毒症症候群を引き起こす可能性がある（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。
志賀毒素ファミリーのメンバーは、志賀タンパク質サブユニットのＡ（Ｂ）５配列を特徴とする共通の多量体のタンパク質構造を有する（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。各志賀毒素は、ホロトキシンタンパク質複合体を形成するようにＡ（Ｂ）５配列で結合した２つのタンパク質サブユニット、Ａ及びＢで構成される。志賀毒素Ａサブユニットは、酵素ドメインを含有する３２キロダルトンの単量体であり、志賀毒素Ｂサブユニットは、４つの他の志賀毒素Ｂサブユニットと会合して志賀毒素Ｂサブユニットの五量体を形成する７．７キロダルトンのサブユニットである。Ｂサブユニットの五量体は、１つのＡサブユニットと会合して約７０キロダルトンの志賀ホロトキシンを形成する（O'Brien A, Holmes, R, Microbiol Rev 51: 206-20 (1987)）。
志賀毒素ファミリーのメンバーは、宿主細胞の毒素侵入（intoxication）に関する共通のプロセスを有しており、このプロセスは、５つの主要なフェーズ：細胞表面結合、エンドサイトーシス、小胞体への逆行する細胞内運動、小胞体からサイトゾルへの移動、及びサイトゾルでのリボソームの酵素不活性化に分けることができる。第１に、志賀ホロトキシンは、原形質膜外葉に存在するＣＤ７７としても公知のグリコスフィンゴリピドであるグロボトリアオシルセラミドＧｂ３に特異的に結合するＢサブユニットの能力によって特異的な宿主細胞の細胞表面に方向付けられる（Ling, H et al, Biochemistry 37: 1777-88 (1998)、Thorpe C et al., Infect Immun 67: 5985-93 (1999)、Soltyk A et al., J Biol Chem 277: 5351-59 (2002)）。第２に、志賀ホロトキシンは、宿主細胞に入るために、宿主細胞のエンドサイトーシス機構を利用しており、ホロトキシンは初めはエンドソーム内に含有される（Sandvig K et al., J Cell Biol 108: 1331-43 (1989)、Sandvig K et al., Histochem Cell Biol 117: 131-141 (2002)）。第３に、志賀ホロトキシンは、小胞体に到達してサイトゾルに接近するために、宿主細胞の細胞内輸送機構を利用する（Nichols B et al., J Cell Biol 153: 529-41 (2001)、Lauvrak S et al., J Cell Sci 117: 2321-31 (2004)、Saint-Pol A et al., Dev Cell 6: 525-38 (2004)）。第４に、志賀ホロトキシンの酵素的に活性なフラグメントは、小胞体の内腔からサイトゾルに逆輸送（retrotranslocate）される（Yu M, Haslam D, Infect Immun 73: 2524-32 (2005)、LaPointe P et al., J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)、Falguieres T, Johannes L, Biol Cell 98: 125-34 (2006)、Tam P, Lingwood C, Microbiology 153: 2700-10 (2007)）。第５に、志賀毒素の酵素的に活性なフラグメントのサイトゾル分画は、宿主細胞のリボソームを不活性化することによって細胞毒性を引き起こす（Tam, Microbiology 153: 2700-10 (2007)）。
志賀毒素の毒素侵入プロセス中に、志賀毒素Ａサブユニットは、宿主細胞のエンドプロテアーゼであるフューリンによって、保存されたアルギニン残基とメチオニン残基との間で（例えばＳｔｘＡ及びＳＬＴ−１ＡではＡｒｇ２５１−Ｍｅｔ２５２）タンパク質分解により切断される（Garred O et al., J Biol Chem 270: 10817-21 (1995)）。フューリンで切断された志賀毒素Ａサブユニットのアミノ末端断片は、志賀毒素「Ａ１断片」（又はＳｔｘｎ−Ａ１、ＳＬＴｎ−Ａ１、ＳＬＴ−ｎＡ１）と呼ばれる。志賀毒素Ａ１断片は、志賀毒素の触媒ドメインを含有する２８キロダルトンのタンパク質である（Fraser M et al., Nat Struct Biol 1: 59-64 (1994)）。志賀毒素の宿主細胞に対する細胞毒性のメカニズムは、圧倒的に、真核性リボソームのA１断片の強い触媒不活性化及び細胞全体のタンパク質合成阻害による（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。
志賀毒素Ａ１断片は、真核性リボソームの２８ＳリボソームＲＮＡのアルファ−サルシン−リシンループにおける４，３２４位で普遍的に保存されたアデニン核酸塩基に対するその強い脱プリン活性によってタンパク質翻訳を阻害する（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。限界数のリボソームが不活性化された後、宿主細胞は、アポトーシスを介した細胞死を誘導するのに十分なタンパク質合成の低減を経ると予測される（Iordanov M et al., Mol Cell Biol 17: 3373-81 (1997)、Smith W et al., Infect Immun 71: 1497-504 (2003)、Lee S et al., Cell Microbiol 10: 770-80 (2008)、Tesh V, Future Microbiol 5: 431-53 (2010)）。
Ａ−Ｂ毒素の効力は、わずか１つの毒素分子で細胞を殺滅することができるように極めて高いと報告されている（Yamaizumi M et al., Cell 15: 245-50 (1978)、Antignani A, Fitzgerald D, Toxins 5: 1486-502 (2013)）。リボソームを不活性化するＡ−Ｂ毒素は、同じ細胞内で、およそリボソーム１，５００個／分の速度で次から次へと１つのリボソームの機能を永久的に奪うことができる（Endo Y, Tsurugi K, Eur J Biochem 171: 45-50 (1988)、Endo Y et al., J Biol Chem 263: 8735-9 (1988)）。この酵素反応の触媒効率（Ｋｃａｔ／Ｋｍ）は、ほぼ拡散の限界である（Jasheway K et al., Toxins 3: 1233-48 (2011)）。Ａ−Ｂ毒素の１つの分子は、３５分で３００個のリボソームを不可逆的に不活性化することができると考えられ、これはがん細胞を殺滅するのに十分である（Weldon J, Pastan I, FEBS Journal 278: 4683-700 (2011)を参照）。この細胞毒性効力のレベルは、サイトゾルに移動した分子は１つで細胞を殺滅するのに十分であると示唆されてきた志賀毒素Ａサブユニットでもさらに予測される（Tam, Microbiology 153: 2700-10 (2007)）。
志賀毒素ファミリーのホロトキシンは、治療剤のような非標的化用途にとっては毒性が強すぎると予測される（Jain, R, Tumor physiology and antibody delivery, Front Radiat Ther Oncol 24: 32-46 (1990)）。しかしながら、志賀毒素ファミリーのメンバーは、毒素の構造、特徴、及び生物活性を合理的に変更することによって治療用途のために合成により改変される可能性がある（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)、Engedal, Microbial Biotech 4: 32-46 (2011)）。志賀ホロトキシンは、２つの部分からなる構造を有し、すなわち２つの非共有結合で結合したモジュール部：酵素的に活性なＡ１断片を含有するＡ部分と、細胞表面標的Ｇｂ３への結合部位を含有するＢ部分とで構成される。志賀毒素サブユニットはモジュール式構造であるため、Ａ及びＢ部分の別個の構造及び機能に基づき治療用組成物を作製することが可能であるという仮説が立てられた（その全体が参照により本明細書に組み入れられる、米国特許出願公開第２００９０１５６４１７号明細書Ａ１、Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)、Engedal, Microbial Biotech 4: 32-46 (2011)、欧州特許出願公開第２４０２３６７号明細書Ａ１、米国特許出願公開第２０１３０１９６９２８号明細書Ａ１）。
志賀毒素ファミリーのメンバーのＡ部分は、安定で酵素的に活性であり、いずれのＢ部分からも独立した細胞毒性を有する（Engedal, Microbial Biotech 4: 32-46 (2011)）。志賀毒素１Ａサブユニットは、インビトロでリボソームを酵素的に不活性化することが可能な触媒活性を有し、さらに、トランケートされたり又は他のタンパク質ドメインに融合されたりしても細胞毒性を有する（Haddad J et al., J Bacteriol 175: 4970-8 (1993)、Al-Jaufy A et al., Infect Immun 62: 956-60 (1994)、Al-Jaufy A et al., Infect Immun 63: 3073-8 (1995)、LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)、Di R et al., Toxicon 57: 525-39 (2011)）。志賀毒素様毒素１のＡサブユニットのトランケーションは、インビトロでリボソームを酵素的に不活性化することが可能な触媒活性を有し、さらに、細胞内で発現される場合、細胞毒性を有する（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。
志賀毒素ファミリーのメンバーは、毒素侵入した細胞のサイトゾルに侵入及び到達するのに真核細胞の機構を利用しており、そこでそれらの細胞障害作用が発揮される。細胞に侵入後、志賀毒素は、エンドサイトーシスの区画から小胞体の内腔に移動するために逆行性輸送メカニズムを利用する（Sandvig K et al., J Cell Biol 126: 53-64 (1994)、Johannes L et al., J Biol Chem 272: 19554-61 (1997)、Rapak A et al., Proc Natl Acad Sci USA 94: 3783-8 (1997)）。逆行性輸送とは、真核細胞からの産生及び分泌中におけるより標準的なタンパク質の運動とは逆方向のタンパク質の細胞内運動である（Pelham H et al., Trends Cell Biol 2: 183-5 (1992)）。精液の研究では、毒素侵入した真核細胞のエンドサイトーシスの区画、ゴルジ複合体、小胞体及びサイトゾルで、志賀毒素が観察された（Sandvig K et al., Nature 358: 510-12 (1992)）。
志賀ホロトキシンは、エンドサイトーシスの区画から小胞体に逆行性輸送を介して移動し、そこで志賀毒素の酵素フラグメントのサイトゾルへの逆輸送（retrotranslocation）が起こる可能性がある。第１に、志賀毒素は、トランスゴルジネットワークに到達するために、宿主細胞のエンドサイトーシスのメカニズムを利用する（Sandvig, J Cell Biol 108: 1331-43 (1989)、Sandvig K et al., J Cell Biol 113: 553-62 (1991)）。次に、志賀毒素は、ゴルジ複合体から小胞体に移動する（Simpson J et al., J Biol Chem 270: 20078-83 (1995)）。最後に、志賀毒素は、逆輸送を介してサイトゾルの区画を突破するために、小胞体の機構を利用する（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)、Li S et al., PLoS One 7: e41119 (2012)）。一度サイトゾル中に入れば、志賀毒素Ａ１断片は、Ａ１断片の強い酵素活性によって次から次へと１つの真核性リボソームの機能を不可逆的に奪うことができる（Tam P, Microbiology 153: 2700-10 (2007)）。
真核細胞へのエンドサイトーシスの後、毒素のような可溶性分子は、初期のエンドソームで、１）分泌のために再利用されるか、２）リソソームの区画で分解されるか、又は３）エンドサイトーシスのオルガネラからゴルジ複合体に逆行性輸送されるかに振り分けられるという仮説が立てられる（Bonifacino J, Hurley J, Curr Opin Cell Biol 20: 427-36 (2008)、Pfeffer S, FEBS Lett 583: 3811-6 (2009)、Varkouhi et al., J Control Release 151: 220-8 (2011)）。分子は、小胞、槽の成熟、又は管状の連結を介してシスゴルジから小胞体へのシャトル輸送が可能になる（Jackson C, J Cell Sci 122: 443-52 (2009)）。志賀ホロトキシンをゴルジ複合体に通行させる正確なメカニズムは不明確であるが（Sandvig K et al., Toxicon 56: 1181-5 (2010)）、クラスリン、逆行性の細管、アクチン微小繊維、微小管、及び他の多くの因子、例えばアネキシン、ダイナミン、低分子ＧＴＰアーゼ、及びシンタキシンを含む可能性がある。
極めて多くの志賀毒素コンストラクトは細胞毒性であることが示されており、これは、それらの酵素ドメインが毒素侵入化した細胞のサイトゾルに到達して、細胞殺滅を引き起こすことを示す（Haddad, J Bacteriol 175: 4970-8 (1993)、Al-Jaufy, Infect Immun 62: 956-60 (1994)、Al-Jaufy, Infect Immun 63: 3073-8 (1995)、Su et al., Protein Expr Purif 66: 149-57 (2009)、米国特許第７，７００，５５７号明細書）。これらの志賀毒素コンストラクトは、小胞体の内腔から逆輸送された後、それら自身の細胞内経路を自ら方向付け、最終的にそれらの酵素毒素フラグメントをサイトゾルに送達することが可能である。例えば、ＳｔｘのＡサブユニット融合タンパク質は、細胞に投与された場合、細胞毒性であることが示されており、細胞毒性は、おそらく逆行性輸送のためにゴルジ複合体の適切な機能によって左右される（Al-Jaufy, Infect Immun 63: 3073-8 (1995)）。
志賀毒素の逆行性輸送に関するメカニズムは、それらの細胞障害作用を機能させるためのＫＤＥＬ−小胞体保留／回収システムを頼ることもなければ、それによる利益も得ない（Johannes L et al., J Biol Chem 272: 19554-61 (1997)、Girod A et al., Nat Cell Biol 1: 423-30 (1999)、Jackson M et al., J Cell Sci 112: 467-75 (1999)、Luna A et al., Mol Biol Cell 13: 866-79 (2002)、Kano F et al., J Cell Sci 122: 2218-27 (2009)）。従来技術によれば、志賀毒素は、細胞毒素として機能するためにいかなるＫＤＥＬファミリーのシグナルモチーフも必要としないことが唱えられている。緑膿菌外毒素（Pseudomonas exotoxin）及びコレラ毒素などの他の毒素とは異なり、志賀毒素は、ＫＤＥＬファミリーのシグナルモチーフの使用を含まない逆行性輸送経路を介して小胞体に到達する（Kano F et al., J Cell Sci 122: 2218-27 (2009)）。さらに、ＫＤＥＬ受容体の過剰発現はリシンの細胞毒性を強化したが、志賀毒素の細胞毒性を変更しなかった（Jackson, J Cell Sci 112: 467-75 (1999)）。最終的に、ＫＤＥＬ回収システムを阻害するために細胞をＫＤＥＬ受容体に対する抗体で処置することは、緑膿菌外毒素侵入に対する細胞の保護をもたらすが、志賀毒素の毒素侵入に対する作用はない（Kreitman R, Pastan I, Biochem J 307: 29-37 (1995)）。
エンドサイトーシスの区画から小胞体への志賀毒素の逆行性輸送はＫＤＥＬ受容体から完全に独立しており、ＣＯＰＩ被覆小胞に依存しない。これは、そのカルボキシ末端にＲＥＤＬＫシグナルモチーフを有する緑膿菌外毒素、そのカルボキシ末端にＫＤＥＬを有するコレラ毒素、及びそのカルボキシ末端にＲＤＥＬシグナル配列を有する易熱性毒素などの他の毒素とは全く対照的である（Chaudhary V et al., Proc Natl Acad Sci USA 87: 308-12 (1990)、Lencer W et al., J Cell Biol 131: 951-62 (1995)）。緑膿菌外毒素は、真核細胞の毒素侵入化にＫＤＥＬ小胞体保留／回収システムを必要とする（Jackson, J Cell Sci 112: 467-75 (1999)、Bard F et al., J Biol Chem 278, 46601-6 (2003)）。緑膿菌外毒素の毒素侵入は、逆行性輸送のためにゴルジ複合体において空のＫＤＥＬ受容体を必要とし、同様にＣＯＰＩ被覆小胞システムも必要とする可能性が最も高い。加えて、緑膿菌外毒素の細胞毒性は、そのＲＤＥＬからＫＤＥＬへの変異によって増加する可能性があることが実証された（Kreitman, Biochem J 307: 29-37 (1995)）。同様に、リシンのカルボキシル末端にＫＤＥＬシグナルモチーフを付加することも、ＫＤＥＬシグナルモチーフがサイトゾルへのリシンの侵入速度を増加させる可能性があることから、リシンコンストラクトの細胞毒性を増加させる（Wales R et al., J Biol Chem 268: 23986-90 (1993)）。しかしながら、志賀毒素は、カルボキシ末端に配置されたＫＤＥＬタイプのシグナルモチーフを介して小胞体保留システムを利用する毒素とは異なる。
どのようにして志賀毒素が毒素侵入化した細胞内部で細胞内経路決定を方向付けるのかの理解が欠如しているため、有効な志賀毒素ベースの治療剤の開発は困難となっている。
がん細胞を選択的に殺滅するキメラ分子を製作するために毒素を標的化ドメインに連結するという概念は、新しくはない（Strebhardt K, Ullrich A, Nat Rev Cancer 8: 473-80 (2008)）。例えば、１９７０年代から、免疫毒素は、３種の一次毒素候補、すなわち細菌性のジフテリア毒素、細菌性の緑膿菌外毒素、及びリシンで例示される植物性毒素を使用して開発されてきた（Antignani, Toxins 5: 1486-502 (2013)）。しかしながら２０１３年には、これらの３種の毒素は、「免疫毒素開発にとって上位の選択肢」の範囲を超えなかった（Antignani, Toxins 5: 1486-502 (2013)）。これまでに、標的化された細胞型を特異的及び選択的に殺滅することが可能な細胞標的化結合領域及び小胞体回収シグナルモチーフと組み合わせて、志賀毒素に由来するアミノ酸配列を含む細胞毒性タンパク質は、誰も言及していない。
米国特許出願公開第２００９０１５６４１７号明細書Ａ１ 欧州特許出願公開第２４０２３６７号明細書Ａ１ 米国特許出願公開第２０１３０１９６９２８号Ａ１ 米国特許第７，７００，５５７号明細書
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それら自身の細胞内経路決定を自ら方向付け、特異的な細胞型の標的化殺滅を含む使用のため、並びに例えばがん、腫瘍、免疫障害、及び微生物感染などの様々な疾患の治療における治療剤として使用するための強い細胞毒性を提示する志賀毒素サブユニットＡに由来する領域を含む細胞標的化細胞毒性タンパク質を有することが、望ましいと予想される。したがって、当業界において、強い細胞毒性をもたらすために有効な細胞内経路決定を示す、志賀毒素領域と細胞標的化結合領域とを含む細胞毒性タンパク質を改変する方法が未だ求められている。
本発明は、１）結合領域、例えば免疫グロブリンからの結合領域；２）志賀毒素エフェクター領域、例えばＳＬＴ−１Ａからの志賀毒素エフェクター領域；及び３）カルボキシ末端に配置された小胞体保留／回収シグナルモチーフ、例えばＫＤＥＬ（配列番号３４）を含む様々なタンパク質を提供する。結合領域と志賀毒素サブユニットＡに由来するポリペプチドとの連結が、志賀毒素の細胞毒性の細胞型特異的な標的化の操作を可能にし、さらにカルボキシ末端シグナルモチーフの付加がその細胞毒性を増加させた。本発明のタンパク質は、例えば、標的化された細胞を殺滅するため、外因性物質を診断剤として送達するための、並びにがん、腫瘍、増殖異常（growth abnormalities）、免疫障害、及び微生物感染などの様々な疾患、障害、及び状態の治療のための治療的分子としての用途を有する。
本発明のタンパク質は、（ａ）少なくとも１つの細胞外標的生体分子に特異的に結合することが可能な結合領域、（ｂ）志賀毒素ファミリーの少なくとも１種のメンバーのＡサブユニットのアミノ酸配列に由来するポリペプチドを含む志賀毒素エフェクター領域、及び（ｃ）ＫＤＥＬファミリーのメンバーのカルボキシ末端小胞体保留／回収シグナルモチーフを含む。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、シングルドメイン抗体（ｓｄＡｂ，single-domain antibody）断片、ナノボディ、ラクダ科動物に由来する重鎖抗体ドメイン（ＶＨＨ断片）、軟骨魚類に由来する重鎖抗体ドメイン、免疫グロブリン新規抗原受容体（ＩｇＮＡＲ，immunoglobulin new antigen receptor）、ＶＮＡＲ断片、一本鎖可変断片（ｓｃＦｖ，single-chain variable fragment）、抗体可変Ｒ断片（Ｆｖ，variable fragment）、相補性決定領域３（ＣＤＲ３，complementary determining region 3）断片、拘束ＦＲ３−ＣＤＲ３−ＦＲ４（ＦＲ３−ＣＤＲ３−ＦＲ４）ポリペプチド、Ｆｄ断片、小モジュラー免疫医薬（ＳＭＩＰ，small modular immunopharmaceutical）ドメイン、抗原結合断片（Ｆａｂ，antigen-binding fragment）、フィブロネクチン由来第１０フィブロネクチンIII型ドメイン（１０Ｆｎ３，fibronection-derived 10th fibronectin type III domain）（例えばモノボディ）、テネイシンIII型ドメイン（例えばＴＮｆｎ３）、アンキリン反復モチーフドメイン（ＡＲＤ，ankyrin repeat motif domain）、低密度リポタンパク質受容体由来Ａドメイン（ＬＤＬＲのＡドメイン又はＬＤＬＲ−Ａ，low-density-lipoprotein-receptor-derived A-domain）、リポカリン（アンチカリン）、Kunitzドメイン、プロテインＡ由来Ｚドメイン、ガンマ−Ｂ結晶由来ドメイン、ユビキチン由来ドメイン、Ｓａｃ７ｄ由来ポリペプチド（アフィチン）、Ｆｙｎ由来ＳＨ２ドメイン、ミニタンパク質、Ｃ型レクチン様ドメイン足場、改変された抗体模倣物、及び結合機能性を保持する前述のもののいずれかの遺伝子操作された任意の対応物からなる群から選択されるポリペプチドを含む結合領域を含む。
特定の実施形態に関して、本発明のタンパク質を、該タンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞に投与することによって、上記タンパク質は、上記細胞の死を引き起こすことが可能である。特定のさらなる実施形態において、本発明のタンパク質を、細胞外標的生体分子の存在又はレベルに関して異なる２種の異なる細胞型集団に投与すると、上記タンパク質は、該タンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子と物理的に結合していない細胞型で観察されるＣＤ５０の少なくとも３分の１のＣＤ５０で、細胞毒性タンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞型の細胞死を引き起こすことが可能である。特定の実施形態に関して、本発明のタンパク質を、メンバーが上記タンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子と物理的に結合している第１の細胞集団、及びメンバーが結合領域のいずれの細胞外標的生体分子にも物理的に結合していない第２の細胞集団に投与すると、前記第２の細胞集団のメンバーと比較して前記第１の細胞集団のメンバーへの細胞標的化分子の細胞障害作用が少なくとも３倍大きい。特定の実施形態に関して、本発明のタンパク質を、メンバーが有意な量の上記タンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子と物理的に結合している第１の細胞集団、及びメンバーが有意な量の結合領域のいずれの細胞外標的生体分子にも物理的に結合していない第２の細胞集団に投与すると、前記第２の細胞集団のメンバーと比較して前記第１の細胞集団のメンバーへの細胞標的化分子の細胞障害作用が少なくとも３倍大きい。特定の実施形態に関して、本発明のタンパク質を、標的生体分子陽性細胞の第１の集団、及びメンバーが細胞表面で有意な量のタンパク質の結合領域の標的生体分子を発現しない第２の細胞集団に投与すると、第１の細胞集団のメンバーへのタンパク質の細胞障害作用が、第２の細胞集団のメンバーと比較して少なくとも３倍大きい。
特定の実施形態において、結合領域は、ＣＤ２０、ＣＤ２２、ＣＤ４０、ＣＤ７４、ＣＤ７９、ＣＤ２５、ＣＤ３０、ＨＥＲ２／ｎｅｕ／ＥｒｂＢ２、ＥＧＦＲ、ＥｐＣＡＭ、ＥｐｈＢ２、前立腺特異的膜抗原、Ｃｒｉｐｔｏ、ＣＤＣＰ１、エンドグリン、線維芽細胞活性化タンパク質、Ｌｅｗｉｓ−Ｙ、ＣＤ１９、ＣＤ２１、ＣＳ１／ＳＬＡＭＦ７、ＣＤ３３、ＣＤ５２、ＣＤ１３３、ＥｐＣＡＭ、ＣＥＡ、ｇｐＡ３３、ムチン、ＴＡＧ−７２、チロシン−プロテインキナーゼ膜貫通型受容体（ＲＯＲ１又はＮＴＲＫＲ１）、炭酸脱水酵素ＩＸ、葉酸結合タンパク質、ガングリオシドＧＤ２、ガングリオシドＧＤ３、ガングリオシドＧＭ２、ガングリオシドＬｅｗｉｓ−Ｙ２、ＶＥＧＦＲ、アルファＶベータ３、アルファ５ベータ１、ＥｒｂＢ１／ＥＧＦＲ、Ｅｒｂ３、ｃ−ＭＥＴ、ＩＧＦ１Ｒ、ＥｐｈＡ３、ＴＲＡＩＬ−Ｒ１、ＴＲＡＩＬ−Ｒ２、ＲＡＮＫ、ＦＡＰ、テネイシン、ＣＤ６４、メソセリン、ＢＲＣＡ１、ＭＡＲＴ−１／メランＡ、ｇｐ１００、チロシナーゼ、ＴＲＰ−１、ＴＲＰ−２、ＭＡＧＥ−１、ＭＡＧＥ−３、ＧＡＧＥ−１／２、ＢＡＧＥ、ＲＡＧＥ、ＮＹ−ＥＳＯ−１、ＣＤＫ−４、ベータ−カテニン、ＭＵＭ−１、カスパーゼ−８、ＫＩＡＡ０２０５、ＨＰＶＥ６、ＳＡＲＴ−１、ＰＲＡＭＥ、癌胎児抗原、前立腺特異的抗原、前立腺幹細胞抗原、ヒトアスパルチル（アスパラギニル）ベータ−ヒドロキシラーゼ、ＥｐｈＡ２、ＨＥＲ３／ＥｒｂＢ−３、ＭＵＣ１、ＭＡＲＴ−１／メランＡ、ｇｐ１００、チロシナーゼ関連抗原、ＨＰＶ−Ｅ７、エプスタイン・バーウイルス抗原、Ｂｃｒ−Ａｂｌ、アルファ−フェトプロテイン抗原、１７−Ａ１、膀胱腫瘍抗原、ＣＤ３８、ＣＤ１５、ＣＤ２３、ＣＤ５３、ＣＤ８８、ＣＤ１２９、ＣＤ１８３、ＣＤ１９１、ＣＤ１９３、ＣＤ２４４、ＣＤ２９４、ＣＤ３０５、Ｃ３ＡＲ、ＦｃｅＲＩａ、ガレクチン−９、ｍｒｐ−１４、プログラム死リガンド１（ＰＤ−Ｌ１）、ｓｉｇｌｅｃ−８、ｓｉｇｌｅｃ−１０、ＣＤ４９ｄ、ＣＤ１３、ＣＤ４４、ＣＤ５４、ＣＤ６３、ＣＤ６９、ＣＤ１２３、ＣＤ１９３、ＴＬＲ４、ＦｃｅＲＩａ、ＩｇＥ、ＣＤ１０７ａ、ＣＤ２０３ｃ、ＣＤ１４、ＣＤ１５、ＣＤ３３、ＣＤ６４、ＣＤ６８、ＣＤ８０、ＣＤ８６、ＣＤ１０５、ＣＤ１１５、Ｆ４／８０、ＩＬＴ−３、ガレクチン−３、ＣＤ１１ａ−ｃ、ＧＩＴＲＬ、ＭＨＣクラスＩ分子（ペプチドと複合体化していてもよい）、ＭＨＣクラスＩＩ分子（ペプチドと複合体化していてもよい）、ＣＤ２８４−ＴＬＲ４、ＣＤ１０７−Ｍａｃ３、ＣＤ１９５−ＣＣＲ５、ＨＬＡ−ＤＲ、ＣＤ１６／３２、ＣＤ２８２−ＴＬＲ２、ＣＤ１１ｃ、ＣＤ１２３、及び前述のもののいずれかの任意の免疫原性断片からなる群から選択される細胞外標的生体分子と結合するその能力によって設計又は選択される。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸７５〜２５１に由来する志賀毒素エフェクター領域を含む。特定のさらなる実施形態において、本発明のタンパク質は、配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸１〜２４１に由来する志賀毒素エフェクター領域を含む。特定のさらなる実施形態において、志賀毒素エフェクター領域は、配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸１〜２５１に由来する。特定のさらなる実施形態において、志賀毒素エフェクター領域は、配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸１〜２６１に由来する。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、ＫＤＥＬ（配列番号３４）、ＨＤＥＦ（配列番号３５）、ＨＤＥＬ（配列番号３６）、ＲＤＥＦ（配列番号３７）、ＲＤＥＬ（配列番号３８）、ＷＤＥＬ（配列番号３９）、ＹＤＥＬ（配列番号４０）、ＨＥＥＦ（配列番号４１）、ＨＥＥＬ（配列番号４２）、ＫＥＥＬ（配列番号４３）、ＲＥＥＬ（配列番号４４）、ＫＡＥＬ（配列番号４５）、ＫＣＥＬ（配列番号４６）、ＫＦＥＬ（配列番号４７）、ＫＧＥＬ（配列番号４８）、ＫＨＥＬ（配列番号４９）、ＫＬＥＬ（配列番号５０）、ＫＮＥＬ（配列番号５１）、ＫＱＥＬ（配列番号５２）、ＫＲＥＬ（配列番号５３）、ＫＳＥＬ（配列番号５４）、ＫＶＥＬ（配列番号５５）、ＫＷＥＬ（配列番号５６）、ＫＹＥＬ（配列番号５７）、ＫＥＤＬ（配列番号５８）、ＫＩＥＬ（配列番号５９）、ＤＫＥＬ（配列番号６０）、ＦＤＥＬ（配列番号６１）、ＫＤＥＦ（配列番号６２）、ＫＫＥＬ（配列番号６３）、ＨＡＤＬ（配列番号６４）、ＨＡＥＬ（配列番号６５）、ＨＩＥＬ（配列番号６６）、ＨＮＥＬ（配列番号６７）、ＨＴＥＬ（配列番号６８）、ＫＴＥＬ（配列番号６９）、ＨＶＥＬ（配列番号７０）、ＮＤＥＬ（配列番号７１）、ＱＤＥＬ（配列番号７２）、ＲＥＤＬ（配列番号７３）、ＲＮＥＬ（配列番号７４）、ＲＴＤＬ（配列番号７５）、ＲＴＥＬ（配列番号７６）、ＳＤＥＬ（配列番号７７）、ＴＤＥＬ（配列番号７８）、ＳＫＥＬ（配列番号７９）、ＳＴＥＬ（配列番号８０）、及びＥＤＥＬ（配列番号８１）からなる群から選択される、カルボキシ末端小胞体保留／回収シグナルモチーフを含む。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、配列番号４〜１６のいずれかのアミノ酸２〜２４１を含むか又はそれから本質的にからなる結合領域を含む。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、配列番号４〜３３のいずれかに示されるポリペプチドを含むか又はそれから本質的になる。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、志賀毒素ファミリーのメンバーの自然に存在するＡサブユニットに対して、前記志賀毒素エフェクター領域の酵素活性を変化させる変異を含む志賀毒素エフェクター領域を含む。特定のさらなる実施形態において、変異は、志賀毒素領域の細胞毒性を低減又は除去する少なくとも１つのアミノ酸残基の欠失、挿入、又は置換から選択される。特定のさらなる実施形態において、タンパク質は、触媒活性を低減又は除去するが、他の志賀毒素エフェクターの機能、例えば細胞の内在化の促進及び／又は細胞内経路の方向付けを保持する変異を含む。特定の実施形態において、変異は、少なくとも１つのアミノ酸残基置換、例えば、配列番号１、配列番号２又は配列番号３におけるＡ２３１Ｅ、Ｒ７５Ａ、Ｙ７７Ｓ、Ｙ１１４Ｓ、Ｅ１６７Ｄ、Ｒ１７０Ａ、Ｒ１７６Ｋ及び／又はＷ２０３Ａなどから選択される。
本発明は、本発明のタンパク質と、少なくとも１つの薬学的に許容される賦形剤又は担体とを含む医薬組成物、並びに本書の中でさらに説明するような本発明の方法におけるそのようなタンパク質、又はそれを含む組成物の使用も提供する。本発明の特定の実施形態は、本発明のいずれかのタンパク質、及び少なくとも１種の薬学的に許容される賦形剤又は担体を含む医薬組成物である。
本発明の特定の実施形態は、細胞型、組織、臓器、疾患、障害、状態、及び／又は患者についての診断上有用な情報などの情報の収集のための検出促進剤をさらに含む本発明のタンパク質を含む診断用組成物である。
本発明のタンパク質及びそれらの組成物のほかにも、本発明のタンパク質をコードすることが可能なポリヌクレオチドは、本発明の範囲内であり、加えて本発明のポリヌクレオチドを含む発現ベクター及び本発明の発現ベクターを含む宿主細胞も本発明の範囲内である。発現ベクターを含む宿主細胞は、例えば、組換え体の発現によって本発明のタンパク質又はそれらのポリペプチド成分若しくはフラグメントを産生するための方法で使用することができる。
本発明はさらに、タンパク質に増強された細胞毒性を付与するためのシステムであって、前記タンパク質又は前記タンパク質のポリペプチド成分のカルボキシ末端に、ＫＤＥＬファミリーのメンバーのカルボキシ末端小胞体保留／回収シグナルモチーフを付加するステップを含み、前記タンパク質が、（ａ）少なくとも１つの細胞外標的生体分子に特異的に結合することが可能な結合領域、及び（ｂ）志賀毒素ファミリーの少なくとも１種のメンバーのＡサブユニットのアミノ酸配列に由来するポリペプチドを含む志賀毒素エフェクター領域を含む、システムを提供する。
加えて、本発明は、細胞を殺滅する方法であって、細胞を、本発明のタンパク質、又は本発明のタンパク質を含む医薬組成物と接触させるステップを含む方法を提供する。特定の実施形態において、細胞を接触させるステップは、インビトロで行われる。特定の実施形態において、細胞を接触させるステップは、又はインビボで行われる。細胞殺滅方法のさらなる実施形態において、本方法は、タンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子の細胞外における存在及び／又は発現レベルに関して異なる細胞の混合物を接触させたときに、他の細胞及び／又は細胞型より優先的に細胞及び／又は細胞型を選択的に殺滅することが可能である。
本発明は、患者において疾患、障害及び／又は状態を治療する方法であって、それを必要とする患者に、本発明のタンパク質又は医薬組成物の治療有効量を投与するステップを含む方法をさらに提供する。特定の実施形態において、本発明の方法を用いて治療される疾患、障害、又は状態は、がん、腫瘍、増殖異常、免疫障害、又は微生物感染から選択される。これらの方法の特定の実施形態において、治療されるがんは、骨がん、乳がん、中枢／末梢神経系がん、胃腸がん、胚細胞がん、腺がん、頭頸部がん、血液がん、腎・尿路がん、肝がん、肺／胸膜がん、前立腺がん、肉腫、皮膚がん、及び子宮がんからなる群から選択される。これらの方法の特定の実施形態において、治療される免疫障害は、アミロイドーシス、強直性脊椎炎、喘息、クローン病、糖尿病、移植片拒絶、移植片対宿主病、橋本甲状腺炎、溶血尿毒症症候群、ＨＩＶ関連の疾患、エリテマトーデス、多発性硬化症、結節性多発性動脈炎、多発性関節炎、乾癬、乾癬性関節炎、リウマチ様関節炎、強皮症、敗血症性ショック、シェーグレン症候群、潰瘍性大腸炎、及び血管炎からなる群から選択される疾患に関連した免疫障害である。
がん、腫瘍、増殖異常、及び／又は免疫障害を治療又は予防するための本発明のいずれかの組成物の使用は、本発明の範囲内である。本発明の特定の実施形態は、がん、腫瘍、増殖異常、免疫障害、及び／又は微生物感染を治療又は予防するための本発明のタンパク質及び／又はそれらの医薬組成物である。本発明の特定の実施形態は、がん、腫瘍、増殖異常、免疫障害、又は微生物感染を治療又は予防するための医薬品の製造における本発明のタンパク質及び／又はそれらの医薬組成物の使用である。
本発明のタンパク質の特定の実施形態は、本発明のタンパク質の細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞への追加の外因性物質の送達のために利用される可能性がある。加えて、本発明は、細胞の内部に外因性物質を送達する方法であって、細胞を本発明のタンパク質、医薬組成物及び／又は診断用組成物とインビトロ又はインビボのいずれかで接触させるステップを含む方法を提供する。本発明はさらに、患者の細胞の内部に外因性物質を送達するための方法であって、本発明のタンパク質（細胞毒性活性を有する又は有さない）を患者に投与するステップを含み、ここで標的細胞は、タンパク質の細胞外標的生体分子と物理的に結合している、方法を提供する。
疾患、障害、及び／又は状態の診断、予後予測、及び／又は特徴付けのための本発明のいずれかの組成物の使用は、本発明の範囲内である。本発明の特定の実施形態は、疾患、障害、又は状態の診断、予後予測、又は特徴付けにおいて有用な情報を収集するために、検出促進剤を含む本発明のタンパク質及び／又は本発明の組成物（例えば診断用組成物）を使用する方法である。本発明の特定の実施形態は、本発明のタンパク質及び／又は診断用組成物を使用して細胞を検出する方法であって、タンパク質及び／又は診断用組成物と細胞を接触させるステップ、並びに前記細胞標的化分子及び／又は診断用組成物の存在を検出するステップを含む、方法である。特定の実施形態において、細胞を接触させるステップは、インビトロで行われる。特定の実施形態において、細胞を接触させるステップは、インビボで行われる。特定の実施形態において、細胞を検出するステップは、インビトロで行われる。特定の実施形態において、細胞を検出するステップは、インビボで行われる。特定のさらなる実施形態において、本方法は、生体にタンパク質を投与した後に１又は２以上のイメージング手順を使用して前記生体におけるタンパク質の配置を検出することを含む。例えば、本明細書で説明されるような検出促進剤を取り込んでいる本発明のタンパク質を使用して、本発明の関連する医薬組成物によって潜在的に治療可能であると疾患を特徴付けることができる。例えば、本発明の特定の化合物（例えばタンパク質）、本発明の組成物（例えば医薬組成物及び診断用組成物）、及び本発明の方法を用いて、患者が、本発明の医薬組成物に応答する群に属するかどうかを判定してもよい。
本発明の特定の実施形態には、本発明の組成物を備え、使用説明書、さらなる試薬及び／又は医薬品送達デバイスを備えていてもよいキットがある。
本発明のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び付属の図に関連してよりよく理解されることになる。本発明の上述の要素を個々に組み合わせて又は自由に除去して本発明の他の実施形態を、以降にそのような組合せ又は除去に反対するいかなる記述もなければ、作製することができるだろう。
本発明のタンパク質の一般的な配列を示す図であり、「Ｎ」及び「Ｃ」は、それぞれタンパク質又はタンパク質のポリペプチド成分のアミノ末端及びカルボキシ末端を意味する。 αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬが、ＫＤＥＬシグナルモチーフ有さないαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａと比較して増強された標的細胞型特異的な細胞毒性を示したことをグラフで示した図である。細胞の生存率パーセントを、細胞毒性タンパク質濃度の１０を底とする対数に対してプロットした。 αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ及びαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの細胞内局在の顕微鏡画像を示す図である。画像は、両方の細胞毒性タンパク質が投与１時間以内に標的細胞に侵入したことを示した。 ＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないタンパク質αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａと比較して、タンパク質αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの増強された標的細胞型特異的な細胞毒性をグラフで示した図である。細胞の生存率パーセントを、細胞毒性タンパク質濃度の１０を底とする対数に対してプロットした。
例証となる非限定的実施形態、及び付属の図への参照を用いて、以降、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は多くの異なる形態で実施されることがあり、本発明を、下に示す実施形態に限定されるとみなすべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が行き届いたものになるように、また本発明の範囲を当業者に知らせるために提供するものである。
本発明をより容易に理解できるように、特定の用語を下で定義する。さらなる定義は、発明の詳細な説明の中で見つけることができる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いる場合、用語「１つの（a）」、「１つの（an）」及び「その（the）」は、文脈による別段の明白な指図がない限り、単数及び複数両方の指示対象を含む。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いる場合、２つの種、Ａ及びＢ、に言及するときの用語「及び／又は」は、Ａ及びＢの少なくとも一方を意味する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いる場合、２つより多くの種、例えばＡ、Ｂ及びＣ、に言及するときの用語「及び／又は」は、Ａ、Ｂ若しくはＣの少なくとも１つ、又はＡ、Ｂ若しくはＣのいずれかの組合せ（この場合は各々の種に単数の可能性又は複数の可能性がある）の少なくとも１つを意味する。
本明細書全体を通して、語「含む（comprise）」、又は「含む（comprises）」若しくは「含むこと（comprising）」などの語尾変化形は、述べられている整数（若しくは成分）又は整数（若しくは成分）群の包含を暗示するが、他のいかなる整数（若しくは成分）又は整数（若しくは成分）群の除外も暗示しないと解されるものとする。
本明細書を通して、用語「含む（including）」は、「含むがこれらに限定されない（including but not limited to）」を意味するために用いる。「含む（including）」及び「含むがこれらに限定されない（including but not limited to）」は、同義で用いる。
用語「アミノ酸残基」又は「アミノ酸」は、タンパク質、ポリペプチド又はペプチドに組み込まれているアミノ酸への言及を含む。用語「ポリペプチド」は、アミノ酸又はアミノ酸残基の任意の重合体を含む。用語「ポリペプチド配列」は、物理的にポリペプチドを構成する一連のアミノ酸又はアミノ酸残基を指す。「タンパク質」は、１個又は２個以上のポリペプチド又はポリペプチド「鎖」を含む高分子である。「ペプチド」は、合計１５〜２０アミノ酸残基より小さいサイズの小さいポリペプチドである。用語「アミノ酸配列」は、その長さに依存してペプチド又はポリペプチドを物理的に含む一連のアミノ酸又はアミノ酸残基を指す。別段の指示がない限り、本書において開示するポリペプチド及びタンパク質配列は、アミノ末端からカルボキシ末端へのそれらの順序を表すように左から右に記載している。
用語「アミノ酸」、「アミノ酸残基」、「アミノ酸配列」又はポリペプチド配列は、天然に存在するアミノ酸（Ｌ及びＤ立体異性体を含む）を含み、別段の制限がない限り、天然に存在するアミノ酸と同様に機能することができる公知の天然アミノ酸アナログ、例えば、セレノシステイン、ピロールリジン、Ｎ−ホルミルメチオニン、ガンマ−カルボキシグルタメート、ヒドロキシプロリン、ハイプシン、ピログルタメート及びセレノメチオニンも含む。本書において言及するアミノ酸は、表Ａ中の以下のような簡略表記名によって記載している：
Figure 0006935195
ポリペプチドに関しての句「保存的置換」は、ポリペプチド全体の機能及び構造を実質的に改変しない、ポリペプチドのアミノ酸組成の変化を指す（Creighton, Proteins: Structures and Molecular Properties (W. H. Freeman and Company, New York (2nd ed., 1992)を参照されたい）。
本書において用いる場合、用語「発現された」、「発現すること」又は「〜発現する」及びその文法上の異形は、ポリヌクレオチド又は核酸のポリペプチド又はタンパク質への翻訳を指す。発現されたポリペプチド又はタンパク質は、細胞内に残存し、細胞表面膜の成分になることもあり、又は細胞外空間に分泌されることもある。
少なくとも１つの細胞の表面に有意な量の細胞外標的生体分子を発現する細胞は、本明細書で使用される場合、「標的陽性細胞」又は「標的＋細胞」であり、特定の細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞である。
本書において用いる場合、記号「α」は、記号の後に続く生体分子と結合することができる免疫グロブリン型結合領域の簡略表記である。記号「α」は、記号の後に続く生体分子と結合するその能力に基づく免疫グロブリン型結合領域の機能的特徴を指すために用いている。
記号「：：」は、物理的に互いに結合して連続するポリペプチドを形成する前又はした後のポリペプチド領域を意味する。
細胞毒性タンパク質の細胞毒性活性に関して、用語「選択的細胞毒性」は、標的細胞タイプの細胞殺滅の優先性を明らかにするための標的細胞集団と非標的バイスタンダー細胞集団間の相対細胞毒性レベルを指し、この相対細胞毒性レベルを標的細胞タイプの半数細胞毒性濃度（half-maximal cytotoxic concentration；ＣＤ５０）の非標的細胞タイプのＣＤ５０に対する比として表現することができる。
本発明では、用語「エフェクター」は、因子の動員及び／又はアロステリック効果をもたらす、細胞毒性、生体シグナル伝達、酵素的触媒、細胞内経路指定及び／又は分子間結合などの、生物活性を提供することを意味する。
本発明では、句「〜に由来する」は、ポリペプチド領域が、タンパク質中で元来見つけられるアミノ酸配列であって、元の配列と比較して全機能及び構造が実質的に保存されるような付加、欠失、短縮化又は他の改変をすでに含むこともあるアミノ酸配列を含むことを意味する。
本発明の目的に関して、志賀毒素のエフェクター機能は、志賀毒素のＡサブユニットに由来するポリペプチド領域によって付与された生物活性である。志賀毒素のエフェクター機能の非限定的な例としては、細胞の内在化、細胞内の経路決定、触媒活性、及び細胞毒性が挙げられる。志賀毒素の触媒活性としては、例えば、リボソーム不活性化、タンパク質合成阻害、Ｎ−グリコシダーゼ活性、ポリヌクレオチド：アデノシングリコシダーゼ活性、ＲＮＡアーゼ活性、及びＤＮＡアーゼ活性が挙げられる。ＲＩＰは、核酸、ポリヌクレオシド、ポリヌクレオチド、ｒＲＮＡ、ｓｓＤＮＡ、ｄｓＤＮＡ、ｍＲＮＡ（及びポリＡ）、及びウイルス核酸を脱プリン化することができる（Barbieri L et al., Biochem J 286: 1-4 (1992)、Barbieri L et al., Nature 372: 624 (1994)、Ling J et al., FEBS Lett 345: 143-6 (1994)、Barbieri L et al., Biochem J 319: 507-13 (1996)、Roncuzzi L, Gasperi-Campani A, FEBS Lett 392: 16-20 (1996)、Stirpe F et al., FEBS Lett 382: 309-12 (1996)、Barbieri L et al., Nucleic Acids Res 25: 518-22 (1997)、Wang P, Tumer N, Nucleic Acids Res 27: 1900-5 (1999)、Barbieri L et al., Biochim Biophys Acta 1480: 258-66 (2000)、Barbieri L et al., J Biochem 128: 883-9 (2000)、Bagga S et al., J Biol Chem 278: 4813-20 (2003)、Picard D et al., J Biol Chem 280: 20069-75 (2005)）。いくつかのＲＩＰは、抗ウイルス活性及びスーパーオキシドジスムターゼ活性を示す（Erice A et al., Antimicrob Agents Chemother 37: 835-8 (1993)、Au T et al., FEBS Lett 471: 169-72 (2000)、Parikh B, Tumer N, Mini Rev Med Chem 4: 523-43 (2004)、Sharma N et al., Plant Physiol 134: 171-81 (2004)）。志賀毒素の触媒活性は、インビトロとインビボの両方で観察されている。志賀毒素のエフェクター活性に関するアッセイは、例えば、タンパク質合成阻害活性、脱プリン活性、細胞増殖の阻害、細胞毒性、スーパーコイルＤＮＡの弛緩活性、及び／又はヌクレアーゼ活性などの様々な活性を測定することができる。
本書において用いる場合、志賀毒素エフェクター機能の保持は、再現性のある適切な定量的アッセイによって測定して、野生型志賀毒素エフェクター領域対照に匹敵する志賀毒素機能活性レベルを指す。リボソーム阻害の場合、志賀毒素エフェクターの機能は、１０，０００ピコモル濃度（ｐＭ）又はそれ未満のＩＣ５０を示す。標的陽性細胞殺滅アッセイにおける細胞毒性の場合、志賀毒素エフェクターの機能は、細胞型及びその適切な細胞外標的生体分子の発現に応じて１，０００ナノモル濃度（ｎＭ）又はそれ未満のＣＤ５０を示す。
細胞毒性分子としての免疫毒素及びリガンド-毒素融合体の有効性及び効力は、標的細胞表面上におけるそれらの標的抗原の密度（例えばDecket T et al., Blood 103: 2718-26 (2004)、Du X et al., Blood 111: 338-43 (2008)、Baskar S et al., mAbs 4: 349-61 (2012)を参照）、エピトープの配置（Press O et al., J Immunol 141: 4410-7 (1988)、Godal A et al., In J Cancer 52: 631-5 (1992)、Yazdi P et al., Cancer Res 55: 3763-71 (1995)）、表面に結合した細胞毒性分子の内在化速度（例えばDu X et al., Cancer Res 68: 6300-5 (2008)を参照）、及び細胞内の道程（Tortorella L et al., PLoS One 7: e47320 (2012)）の影響を受ける。
所与の細胞外標的生体分子の細胞表面での提示及び／又は密度は、本発明の特定のタンパク質が最も好適に使用され得る適用に影響を与える可能性がある。所与の標的生体分子の細胞表面での提示及び／又は密度の細胞間の差は、本発明の所与のタンパク質の内在化及び／又は細胞毒性を定量的及び定性的の両方で変更する可能性がある。所与の標的生体分子の細胞表面での提示及び／又は密度は、標的生体分子陽性細胞のなかでも大幅に異なっている可能性があり、又は同じ細胞上であっても細胞周期又は細胞分化における異なる時期で異なっている可能性もある。特定の細胞又は細胞集団における所与の標的生体分子における全体の細胞表面での提示は、当業者公知の方法、例えば蛍光活性化細胞分類（ＦＡＣＳ）フローサイトメトリー方法を使用して決定することが可能である。
導入
本発明は、特定の細胞内区画への、例えば小胞体及び／又はサイトゾルへのタンパク質の移動が望ましい場合、異種ポリペプチド領域、例えば細胞標的化のための結合領域に連結された志賀毒素サブユニットＡに由来する領域を含むタンパク質を改変することに関する問題を解決する。本発明は、細胞毒性タンパク質内の志賀毒素サブユニットＡに由来する毒素領域のカルボキシル末端にＫＤＥＬファミリーのシグナルモチーフを付加することにより細胞毒性が増強されたという予想外の発見に基づく。この発見は、科学文献（Jackson M et al., J Cell Sci 112: 467-75 (1999)）で公開された以前の調査結果と矛盾していた。実施例でより詳細に説明するように、細胞毒性タンパク質のカルボキシ末端への小胞体保留シグナルモチーフの付加は、より有効な志賀毒素の細胞毒性の細胞型特異的な標的化の加工を可能にする。
これまで、志賀毒素Ａサブユニット融合コンストラクトは細胞毒性であり、それら自身の細胞内経路決定を自ら方向付けて、酵素的に活性な毒素フラグメントをサイトゾルに送達することが推定上可能であることが示されていた（Al-Jaufy, Infect Immun 62: 956-60 (1994)、Al-Jaufy, Infect Immun 63: 3073-8 (1995)、Su, Protein Expr Purif 66: 149-57 (2009)）。免疫グロブリンに由来する標的化領域に連結された志賀毒素に由来する領域を用いて複数の細胞毒性タンパク質を作製し試験したところ、これらの改変されたタンパク質は、期待されるレベルの細胞毒性を提示しなかった（下記の実施例を参照）。しかしながら、これらの細胞毒性が低下したタンパク質は、細胞結合及び侵入を示し、加えて、異なる配置で連結された同じポリペプチド領域を有するより高い細胞毒性のバリアントと比較して類似するインビトロでの酵素活性及び結合親和性を示した（以下；米国特許出願第６１／９５１，１２１号明細書の実施例を参照）。この予想外の問題が、後述するように解決された。
実施例でさらに説明されるように、志賀毒素サブユニットＡベースの細胞毒性タンパク質の毒性は、それらのカルボキシ末端にＫＤＥＬ様シグナルモチーフを付加することによって増強された。この改変は、ＫＤＥＬ型のシグナルモチーフ有さない細胞毒性タンパク質のバリアントで観察された結果より有意に有効な細胞殺滅結果をもたらした。しかしながら、シグナルモチーフの付加は、志賀毒素に由来する領域の触媒活性又は結合領域の結合速度論のどちらも変更しなかった。小胞体保留及び回収シグナルモチーフの付加は、これらの細胞毒性タンパク質の細胞毒性を増強したが、これは、サイトゾルに志賀毒素エフェクターを効果的に送達するのに十分な細胞内の経路決定による可能性が最も高い。本発明は、所望の細胞内の経路決定及び／又は増強された細胞毒性をもたらすために、タンパク質の少なくとも１つのポリペプチドにカルボキシ末端のＫＤＥＬシグナルモチーフを付加することによってこのような志賀毒素に由来するタンパク質を改変する具体的な方法を提供する。
Ｉ．本発明のタンパク質の一般的な構造
本発明は、様々なタンパク質を提供し、各タンパク質は、（ａ）細胞標的化のための結合領域、（ｂ）１又は２以上の志賀毒素エフェクターの機能（例えば細胞の内在化、細胞内経路決定、及び／又は細胞殺滅）を提供するための志賀毒素エフェクター領域、及び（ｃ）細胞内経路決定を方向付けるための小胞体保留／回収シグナルモチーフを含む。細胞標的化結合領域と、志賀毒素サブユニットＡに由来する領域との連結は、強い志賀毒素の細胞毒性の細胞型特異的な標的化の加工を可能にする。本発明のタンパク質は、細胞と物理的に会合した少なくとも１つの細胞外標的生体分子、例えば細胞表面上に発現される標的生体分子に特異的に結合することができる結合領域を含む。この一般的な構造は、モジュール式構造であり、それにおいて、あらゆる数の多様な結合領域が、志賀毒素サブユニットＡに由来するエフェクター領域及びＫＤＥＬ型のシグナルモチーフに連結されて、同じ一般的な構造のバリエーションをもたらすことができる。
Ａ．結合領域
本発明のタンパク質の結合領域は、標的生体分子に特異的に結合することが可能なペプチド又はポリペプチド領域を含む。結合領域は、１又は２以上の様々なペプチド又はポリペプチド部分、例えば、ランダムに生成したペプチド配列、自然に存在するリガンド又はそれらの誘導体、免疫グロブリン由来ドメイン、免疫グロブリンドメインの代替物としての合成により改変された足場などを含んでいてもよい。特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、細胞外標的生体分子に選択的及び特異的に結合することが可能な１又は２以上のポリペプチドを含む結合領域を含む。
リガンド、モノクローナル抗体、改変抗体誘導体、抗体の改変代替物などの、特異的細胞タイプへのタンパク質の、それらの結合特性による標的化に有用である非常に多くの結合領域が、当技術分野において公知である。
１つの特異的な、しかし非限定的な態様によると、本発明のタンパク質の結合領域は、天然に存在するリガンド、又は細胞外標的生体分子、一般に細胞表面受容体、との結合機能性を保持するリガンドの誘導体を含む。例えば、当技術分野において公知の様々なサイトカイン、成長因子（増殖因子）（growth factor）及びホルモンを使用して、コグネートサイトカイン受容体、成長因子受容体又はホルモン受容体を発現する特異的細胞タイプの細胞表面にタンパク質を標的化することができる。リガンドの特定の非限定的な例としては、（別名をカッコ内に示す）アンギオゲニン、Ｂ細胞活性化因子（ＢＡＦＦ，B-cell activating factor，ＡＰＲＩＬ）、コロニー刺激因子（ＣＳＦ，colony stimulating factor）、上皮成長因子（ＥＧＦ，epidermal growth factor）、線維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ，fibroblast growth factor）、血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ，vascular endothelial growth factor）、インスリン様成長因子（ＩＧＦ，insulin-like growth factor）、インターフェロン、インターロイキン（例えばＩＬ−２、ＩＬ−６、及びＩＬ−２３）、神経成長因子（ＮＧＦ，nerve growth factor）、血小板由来増殖因子、トランスフォーミング増殖因子（ＴＧＦ，transforming growth factor）、及び腫瘍壊死因子（ＴＮＦ，tumor necrosis factor）が挙げられる。
特定の他の実施形態によれば、結合領域は、細胞外標的生体分子と結合することが可能な合成リガンドを含む（例えばLiang S et al., J Mol Med 84: 764-73 (2006)、Ahmed S et al., Anal Chem 82: 7533-41 (2010)、Kaur K et al., Methods Mol Biol 1248: 239-47 (2015)を参照）。
１つの特異的な、しかし非限定的な態様によると、結合領域は、免疫グロブリン型結合領域を含むことがある。本書において用いる場合の用語「免疫グロブリン型結合領域」は、抗原又はエピトープなどの１つ又は２つ以上の標的生体分子に結合することができるポリペプチド領域を指す。結合領域は、標的と結合するそれらの能力によって定義されることもある。免疫グロブリン型結合領域は、一般に、抗体又は抗体様構造に由来するが、他の源からの代替足場がこの用語の範囲内で考えられる。
免疫グロブリン（Ｉｇ）タンパク質は、Ｉｇドメインとして公知の構造ドメインを有する。Ｉｇドメインは、長さが約７０〜１１０アミノ酸残基の範囲であり、典型的に７〜９本の逆平行ベータ鎖が、サンドイッチ様構造を形成する２つのベータシートになるように並んでいる、特徴的なＩｇフォールドを有する、Ｉｇフォールドは、前記サンドイッチの内面で疎水性アミノ酸相互作用及び前記サンドイッチ内のシステイン残基間の高度に保存されたジスルフィド結合によって安定化される。Ｉｇドメインは、可変的なもの（ＩｇＶ又はＩセット）であることもあり、定常的なもの（ＩｇＣ又はＣセット）であることもあり、又は中間のもの（ＩｇＩ又はＩセット）であることもある。いくつかのＩｇドメインは、それらのエピトープに結合する抗体の特異性に重要な、「相補性決定領域（complementary determining region）」とも呼ばれる相補性決定領域（ＣＤＲ，complementarity determining region）に会合していてもよい。Ｉｇ様ドメインは、非免疫グロブリンタンパク質においても見つけられ、それに基づいてタンパク質のＩｇスーパーファミリーのメンバーとして分類される。HUGO遺伝子命名法委員会（ＨＧＮＣ，HUGO Gene Nomenclature Committee）は、Ｉｇ様ドメイン含有ファミリーのメンバーのリストを提供している。
免疫グロブリン型結合領域は、アミノ酸配列が、例えば分子工学によって又はライブラリースクリーニングによる選択によって、ネイティブ抗体のアミノ酸配列又は非免疫グロブリンタンパク質のＩｇ様ドメインのアミノ酸配列から変更された、抗体又はその抗原結合断片のポリペプチド配列である。免疫グロブリン型結合領域の産生における組換えＤＮＡ技術及びインビトロライブラリースクリーニングの妥当性のため、抗体を再設計して、より小さいサイズ、細胞侵入又は他の治療上の改善などの所望の特性を得ることができる。可能なバリエーションは多く、１つだけのアミノ酸の変化から、例えば可変領域の、完全再設計まで様々でありうる。典型的に、抗原結合特性を向上させるように、可変領域の安定性を向上させるように、又は免疫原性応答の可能性を低下させるように、可変領域に変更を加えることになる。
本発明の成分として企図される非常に多くの免疫グロブリン型結合領域がある。特定の実施形態において、免疫グロブリン型結合領域は、細胞外標的生体分子に結合することができる抗体パラトープなどの、免疫グロブリン結合領域に由来する。特定の他の実施形態において、免疫グロブリン型結合領域は、いずれの免疫グロブリンドメインにも由来しないが、細胞外標的生体分子との高親和性結合をもたらすことによって免疫グロブリン結合領域のように機能する、改変されたポリペプチドを含む。この改変されたポリペプチドは、本書に記載の免疫グロブリンからの相補性決定領域を含む、又はそのような相補鎖決定領域から本質的になる、ポリペプチド足場を含んでいてもよい。
それらの高親和性結合特性により、特異的細胞タイプへの標的指向性のあるポリペプチドに有用な、非常に多くの結合領域が、先行技術にもある。特定の実施形態において、本発明のタンパク質の結合領域は、シングルドメイン抗体ドメイン（ｓｄＡｂ）、ナノボディ、ラクダ科動物に由来する重鎖抗体ドメイン（ＶＨＨ断片）、二価ナノボディ、軟骨魚類に由来する重鎖抗体ドメイン、免疫グロブリン新規抗原受容体（ＩｇＮＡＲ）、ＶＮＡＲ断片、一本鎖可変（ｓｃＦｖ）断片、多量体化ｓｃＦｖ断片（ダイアボディ、トリアボディ、テトラボディ）、二重特異性タンデムｓｃＦｖ断片、ジスルフィド安定化抗体可変（Ｆｖ）断片、ＶＬ、ＶＨ、ＣＬ及びＣＨ１ドメインからなるジスルフィド安定化抗原結合（Ｆａｂ）断片、二価Ｆ（ａｂ’）２断片、重鎖及びＣＨ１ドメインからなるＦｄ断片、一本鎖Ｆｖ−ＣＨ３ミニボディ、二重特異性ミニボディ、二量体ＣＨ２ドメイン断片（ＣＨ２Ｄ）、Ｆｃ抗原結合ドメイン（Ｆｃａｂ）、単離された相補性決定領域３（ＣＤＲ３）断片、拘束フレームワーク領域３、ＣＤＲ３、フレームワーク領域４（ＦＲ３−ＣＤＲ３−ＦＲ４）ポリペプチド、小モジュラー免疫医薬（ＳＭＩＰ）ドメイン、ｓｃＦｖ−Ｆｃ融合、多量体化ｓｃＦｖ断片（ダイアボディ、トリアボディ、テトラボディ）、ジスルフィド安定化抗体可変（Ｆｖ）断片、ＶＬ、ＶＨ、ＣＬ及びＣＨ１ドメインからなるジスルフィド安定化抗原結合（Ｆａｂ）断片、二価ナノボディ、二価ミニボディ、二価Ｆ（ａｂ’）２断片（Ｆａｂ二量体）、二重特異性タンデムＶＨＨ断片、二重特異性タンデムｓｃＦｖ断片、二重特異性ナノボディ、二重特異性ミニボディ、並びにそのパラトープ及び結合機能を保持する前述のものの任意の遺伝子操作された対応物を包含する群から選択される（Saerens D et al., Curr Opin Pharmacol 8: 600-8 (2008)、Dimitrov D, MAbs 1: 26-8 (2009)、Weiner L, Cell 148: 1081-4 (2012)、Ahmad Z et al., Clin Dev Immunol 2012: 980250 (2012)を参照）。免疫グロブリンの定常領域、例えば、改変された二量体Ｆｃドメイン、単量体Ｆｃ（ｍＦｃ）、ｓｃＦｖ−Ｆｃ、ＶＨＨ−Ｆｃ、ＣＨ２ドメイン、単量体ＣＨ３ドメイン（ｍＣＨ３）、合成により再プログラムした免疫グロブリンドメイン、及び／又は免疫グロブリンドメインとリガンドとのハイブリッド融合体などに由来するポリペプチドを含む様々な結合領域がある（Hofer T et al., Proc Natl Acad Sci U. S. A. 105: 12451-6 (2008)、Xiao J et al., J Am Chem Soc 131: 13616-13618 (2009)、Xiao X et al., Biochem Biophys Res Commun 387: 387-92 (2009)、Wozniak-Knopp G et al., Protein Eng Des Sel 23 289-97 (2010)、Gong R et al., PLoS ONE 7: e42288 (2012)、Wozniak-Knopp G et al., PLoS ONE 7: e30083 (2012)、Ying T et al., J Biol Chem 287: 19399-408 (2012)、Ying T et al., J Biol Chem 288: 25154-64 (2013)、Chiang M et al., J Am Chem Soc 136: 3370-3 (2014)、Rader C, Trends Biotechnol 32: 186-97 (2014)、Ying T et al., Biochimica Biophys Acta 1844: 1977-82 (2014)）。
特定の他の実施形態によれば、結合領域は、免疫グロブリンドメインに対する改変された代替足場を含む。標的生体分子の高い親和性及び特異的な結合などの免疫グロブリンに由来する構造に類似した機能的特徴を示す改変された代替足場が当業界において公知であり、例えばより高い安定性又は低下した免疫原性などの改善された特徴を免疫グロブリンドメインにもたらす可能性がある。一般的に、免疫グロブリンに対する代替足場は、２０キロダルトン未満であり、単一のポリペプチド鎖からなり、システイン残基を欠失しており、比較的高い熱力学的な安定性を示す。
本発明のタンパク質の特定の実施形態について、結合領域は、改変された、第１０フィブロネクチンIII型（１０Ｆｎ３）ドメイン（モノボディ、AdNectins（商標）、又はAdNexins（商標））、改変された、テネイシン由来、テネイシンIII型ドメイン（Centryns（商標））、改変された、アンキリン反復モチーフ含有ポリペプチド（DARPins（商標））、改変された、低密度リポタンパク質受容体由来、Ａドメイン（ＬＤＬＲ−Ａ）（Avimers（商標））、リポカリン（アンチカリン）、改変された、プロテアーゼ阻害剤由来、Kunitzドメイン、改変された、プロテインＡ由来、Ｚドメイン（Affibodies（商標））、改変された、ガンマ−Ｂ結晶由来足場又は改変された、ユビキチン由来足場（アフィリン）、Ｓａｃ７ｄ由来ポリペプチド（Nanoffitins（登録商標）又はアフィチン）、改変された、Ｆｙｎ由来、ＳＨ２ドメイン（Fynomers（登録商標））、ミニタンパク質、Ｃ型レクチン様ドメイン足場、改変抗体模倣体、及びその結合機能性を保持する前述のものの任意の遺伝子操作された対応物を含む群から選択される代替足場を含む（Worn A, Pluckthun A, J Mol Biol 305: 989-1010 (2001)、Xu L et al., Chem Biol 9: 933-42 (2002)、Wikman M et al., Protein Eng Des Sel 17: 455-62 (2004)、Binz H et al., Nat Biotechnol 23: 1257-68 (2005)、Hey T et al., Trends Biotechnol 23 :514-522 (2005)、Holliger P, Hudson P, Nat Biotechnol 23: 1126-36 (2005)、Gill D, Damle N, Curr Opin Biotech 17: 653-8 (2006)、Koide A, Koide S, Methods Mol Biol 352: 95-109 (2007)、Byla P et al., J Biol Chem 285: 12096 (2010)、Zoller F et al., Molecules 16: 2467-85 (2011)）。
例えば、細胞外受容体ＨＥＲ２に結合する極めて多くの代替足場が同定されている（例えばWikman M et al., Protein Eng Des Sel 17: 455-62 (2004)、Orlova A et al. Cancer Res 66: 4339-8 (2006)、Ahlgren S et al., Bioconjug Chem 19: 235-43 (2008)、Feldwisch J et al., J Mol Biol 398: 232-47 (2010)、米国特許第５，５７８，４８２号明細書、第５，８５６，１１０号明細書、第５，８６９，４４５号明細書、第５，９８５，５５３号明細書、第６，３３３，１６９号明細書、第６，９８７，０８８号明細書、第７，０１９，０１７号明細書、第７，２８２，３６５号明細書、第７，３０６，８０１号明細書、第７，４３５，７９７号明細書、第７，４４６，１８５号明細書、第７，４４９，４８０号明細書、第７，５６０，１１１号明細書、第７，６７４，４６０号明細書、第７，８１５，９０６号明細書、第７，８７９，３２５号明細書、第７，８８４，１９４号明細書、第７，９９３，６５０号明細書、第８，２４１，６３０号明細書、第８，３４９，５８５号明細書、第８，３８９，２２７号明細書、第８，５０１，９０９号明細書、第８，５１２，９６７号明細書、第８，６５２，４７４号明細書、及び米国特許出願第２０１１／００５９０９０号明細書を参照）。
上記の結合領域のいずれも、結合領域成分が、本明細書で説明されるような細胞外標的生体分子に対して１０−５〜１０−１２モル／リットル、好ましくは２００ｎＭ未満の解離定数を有する限りは本発明の成分として使用することができる。
細胞外標的生体分子
本発明のタンパク質の結合領域は、細胞外標的生体分子と特異的に結合することができる、好ましくは、がん細胞、腫瘍細胞、形質細胞、感染細胞、又は細胞内病原体を内部に持つ宿主細胞などの、目的の細胞タイプの表面に物理的に結合している、ポリペプチド領域を含む。
用語「標的生体分子」は、結合領域が結合してタンパク質を生物体内の特定の細胞タイプ又は位置に標的化することができる生体分子、一般にはタンパク質、又はグリコシル化などの翻訳後修飾によって修飾されたタンパク質を指す。細胞外標的生体分子は、未修飾ポリペプチド、生化学的官能基の付加によって修飾されたポリペプチド、及び糖脂質を含む、様々なエピトープを含みうる（例えば、米国特許第５，０９１，１７８号明細書、欧州特許第２４３１７４３号明細書を参照されたい）。細胞外標的生体分子は、本発明のタンパク質に内因的に内在化される、又は本発明のタンパク質との相互作用によって容易に内在化させられることが望ましい。
本発明では、標的生体分子の修飾に関して用語「細胞外」は、その構造の少なくとも一部分が細胞外環境に曝露された生体分子を指す。細胞外標的生体分子は、細胞膜成分、膜貫通タンパク質、細胞膜に係留されている生体分子、細胞表面に結合している生体分子及び分泌された生体分子を含む。
本発明に関して、標的生体分子を記述するために使用するときの句「物理的に結合している」は、標的生体分子又はその一部分を細胞の外部と結合させる、共有結合性及び／又は非共有結合性両方の分子間相互作用、例えば、単一の相互作用各々のエネルギーがおおよそ約１〜５キロカロリーである、標的生体分子と細胞との複数の非共有結合性相互作用（例えば、静電結合、水素結合、ファンデルワールス相互作用、疎水力など）を意味する。全ての不可欠膜タンパク質は、細胞膜と物理的に結合している状態で見出すことができる。例えば、細胞外標的生体分子は、膜貫通領域、脂質アンカー、糖脂質アンカーを含むことがあり、及び／又は前述のもののいずれかを含む因子と（例えば、非特異的疎水性相互作用及び／又は脂質結合相互作用によって）非共有結合的に会合していることもある。
本発明のタンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子は、がん細胞、免疫細胞、及び細胞内病原体、例えばウイルス、細菌、真菌、プリオン又は原生動物に感染した細胞上にバイオマーカーを不釣り合いなほど多く又は排他的に含みうる。
本発明のタンパク質の結合領域は、例えば、それらの標的生体分子の細胞特異的発現、及び／又は特異的細胞タイプに対するそれらの標的生体分子の物理的局在などの、非常に多くの基準に基づいて設計又は選択されうる。例えば、本発明の特定のタンパク質は、１つの細胞タイプのみによって排他的に発現される細胞方面標的を細胞表面と結合させることができる結合ドメインを含む。
本発明のタンパク質の一般構造は、様々な多様な結合領域を同一の志賀毒素エフェクター領域とともに使用して、様々な細胞外標的生体分子の多様な標的化をもたらし、かくして細胞毒性、細胞分裂停止、診断剤、及び／又は様々な多様な細胞タイプへの内因性物質送達の標的化をもたらす点で、モジュラーである。
Ｂ．志賀毒素ファミリーのメンバーのＡサブユニットに由来する志賀毒素エフェクター領域
本発明では、句「志賀毒素エフェクター領域」は、少なくとも１種の志賀毒素機能を示すことができる、志賀毒素ファミリーのメンバーの志賀毒素Ａサブユニットに由来するポリペプチド領域を指す。志賀毒素機能は、例えば、細胞侵入、脂質膜変形、細胞内経路指定の指示、分解の回避、触媒不活性化リボソーム、細胞毒性の遂行、及び細胞分裂停止作用の遂行を含む。
志賀毒素ファミリーのメンバーは、構造的及び機能的に関連する毒素である自然に存在するタンパク質毒素のファミリーのあらゆるメンバーを指し、とりわけ志賀赤痢菌及び大腸菌から単離された毒素を指す（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。例えば、志賀毒素ファミリーは、志賀赤痢菌（S. dysenteriae）血清型１から単離された真性志賀毒素（Ｓｔｘ，Shiga toxin）、腸管出血性大腸菌（E. coli）の血清型から単離された志賀様毒素１（ＳＬＴ１，Shiga-like toxin 1、又はＳｔｘ１、又はＳＬＴ−１、又はＳｌｔ−Ｉ）バリアント、及び腸管出血性大腸菌の血清型から単離された志賀様毒素２（ＳＬＴ２，Shiga-like toxin 2、又はＳｔｘ２、又はＳＬＴ−２）バリアントを包含する。ＳＬＴ１は、１残基しかＳｔｘと異ならず、両方ともベロ細胞毒素又はベロ毒素（ＶＴ，Verotoxin）と言われている（O'Brien, Curr Top Microbiol Immunol 180: 65-94 (1992)）。ＳＬＴ１及びＳＬＴ２バリアントは、アミノ酸配列レベルでは互いに約５３〜６０％しか類似していないが、志賀毒素ファミリーのメンバーに共通の酵素活性メカニズム及び細胞毒性メカニズムを共有する（Johannes, Nat Rev Microbiol 8: 105-16 (2010)）。３９種を超える様々な志賀毒素、例えば、被定義サブタイプＳｔｘ１ａ、Ｓｔｘ１ｃ、Ｓｔｘ１ｄ及びＳｔｘ２ａ〜ｇが記載されている（Scheutz F et al., J Clin Microbiol 50: 2951-63 (2012)）。志賀毒素ファミリーのメンバーは、志賀毒素をコードする遺伝子が遺伝子水平伝播によって細菌種間で伝播しうるので、本来、いずれの細菌種にも限定されない（Strauch E et al., Infect Immun 69: 7588-95 (2001)、Zhaxybayeva O, Doolittle W, Curr Biol 21: R242-6 (2011)）。種間伝播の一例として、志賀毒素は、患者から単離されたアシネトバクター・ヘモリティカス（A. haemolyticus）の株において発見された（Grotiuz G et al., J Clin Microbiol 44: 3838-41 (2006)）。志賀毒素をコードするポリヌクレオチドが新たな亜種又は種に侵入すると、志賀毒素アミノ酸配列は、志賀毒素ファミリーのメンバーに共通の細胞毒性メカニズムをなお維持しながら、遺伝的浮遊及び／又は選択圧に起因してわずかな配列多様性を発生させることが可能であると推測される（例えば、Scheutz, J Clin Microbiol 50: 2951-63 (2012)を参照されたい）。
本発明の志賀毒素エフェクター領域は、その天然の志賀毒素Ｂサブユニットのあらゆる形態から解離した志賀毒素Ａサブユニットに由来するポリペプチドを含むか又はそれから本質的になる。加えて、本発明のタンパク質は、天然の志賀毒素Ｂサブユニットの機能的な結合ドメインを含むか又はそれから本質的になるいかなるポリペプチドも含まない。より正確に言えば、志賀毒素Ａサブユニットに由来する領域は、細胞標的化を引き起こすために異種の結合領域と機能的に会合している。
特定の実施形態において、本発明の志賀毒素エフェクター領域は、全長志賀毒素Ａサブユニット（例えばＳＬＴ−１Ａ（配列番号１）、ＳｔｘＡ（配列番号２）、又はＳＬＴ−２Ａ（配列番号３））を含んでいてもよいし又はそれから本質的になっていてもよく、ここで、自然に存在する志賀毒素Ａサブユニットは、それらのアミノ末端に約２２アミノ酸のシグナル配列を含有する前駆体型を含んでいてもよく、このシグナル配列は、成熟志賀毒素Ａサブユニット産生のために除去されて、当業者に認識可能になることに留意されたい。他の実施形態において、本発明の志賀毒素エフェクター領域は、全長志賀毒素Ａサブユニットより短いトランケートされた志賀毒素Ａサブユニットを含むか又はそれから本質的になる。
志賀様毒素１Ａサブユニット切断物は、触媒活性であり、インビトロでリボソームを触媒的に不活性化することができ、細胞内で発現されたとき細胞毒性である（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。十分な酵素活性を示す最小志賀毒素Ａサブユニット断片は、Ｓｌｔ１Ａの残基１〜２３９で構成されているポリペプチドである（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。実質的な触媒活性を保持すると報告されている志賀毒素Ａサブユニットの最小断片はＳｔｘＡの残基７５〜２４７であった（Al-Jaufy, Infect Immun 62: 956-60 (1994)）が、真核生物細胞内で新規に発現されたＳｔｘＡ切断物は、サイトゾルに達するために、及びリボソームの触媒的不活性化を発揮するために、残基２４０までしか必要としない（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。
志賀毒素エフェクター領域は、一般に完全長Ａサブユニットより小さい。志賀毒素エフェクター領域は、アミノ酸位置７７〜２３９のポリペプチド領域（ＳＬＴ−１Ａ（配列番号１）若しくはＳｔｘＡ（配列番号２））、又は志賀毒素ファミリーのメンバーの他のＡサブユニット内の同等の領域（例えば（配列番号３）の７７〜２３８）を維持することが好ましい。例えば、本発明の特定の実施形態において、ＳＬＴ−１Ａに由来する志賀毒素エフェクター領域は、配列番号１の７５〜２５１、配列番号１の１〜２４１、配列番号１の１〜２５１、又は配列番号１のアミノ酸１〜２６１を含む又はそのようなアミノ酸から本質的になることがある。特定の他の実施形態のなかでも、ＳｔｘＡに由来する志賀毒素エフェクター領域は、配列番号２のアミノ酸７５〜２５１、配列番号２の１〜２４１、配列番号２の１〜２５１、又は配列番号２のアミノ酸１〜２６１を含んでいてもよいし又はそれから本質的になっていてもよい。特定の他の実施形態の中でも、ＳＬＴ−２に由来する志賀毒素エフェクター領域は、配列番号３の７５〜２５１、配列番号３の１〜２４１、配列番号３の１〜２５１、又は配列番号３のアミノ酸１〜２６１を含む又はそのようなアミノ酸から本質的になることがある。
本発明は、志賀毒素エフェクター領域が、天然に存在する志賀毒素Ａサブユニットと、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０又は４１以上までのアミノ酸残基が異なる（しかし、少なくとも８５％、９０％、９５％、９９％又は９９％を超えるアミノ酸配列同一性を保持するだけしか異ならない）、本発明のタンパク質のバリアントをさらに提供する。したがって、志賀毒素ファミリーのメンバーのＡサブユニットに由来するポリペプチド領域は、元の配列からの付加、欠失、切断又は他の改変を含むことがあるが、ただし、天然に存在する志賀毒素Ａサブユニットとの少なくとも８５％、９０％、９５％、９９％又は９９％を超えるアミノ酸配列同一性が維持されることを条件とする。
したがって、特定の実施形態において、志賀毒素エフェクター領域は、天然に存在する志賀毒素Ａサブユニット、例えばＳＬＴ−１Ａ（配列番号１）、ＳｔｘＡ（配列番号２）及び／又はＳＬＴ−２Ａ（配列番号３）との少なくとも５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９７％、９８％、９９％、９９．５％又は９９．７％の全配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、又はそのようなアミノ酸配列から本質的になる。
志賀毒素Ａサブユニットの完全長バージョン又は切断型バージョンは、１つ又は２つ以上の変異（例えば、置換、欠失、挿入又は反転）を含んでいてもよい。本発明の特定の実施形態において、志賀毒素エフェクター領域は、周知の宿主形質転換、トランスフェクション、感染若しくは導入方法、又は志賀毒素エフェクター領域と連結された細胞標的化結合領域により媒介される内在化、いずれかによって、細胞への侵入後に細胞毒性を保持するのに十分な、天然に存在する志賀毒素Ａサブユニットとの配列同一性を有することが好ましい。志賀毒素Ａサブユニットにおける酵素活性及び／又は細胞毒性のために最も肝要な残基は、特に次の残基位置：アスパラギン−７５、チロシン−７７、グルタメート−１６７、アルギニン−１７０及びアルギニン−１７６にマッピングされている（Di, Toxicon 57: 525-39 (2011)）。本発明の実施形態のいずれかにおいて、志賀毒素エフェクター領域は、細胞毒性活性に概して必要とされる１つ又は２つ以上の保存されたアミノ酸位置、例えば、ＳｔｘＡ若しくはＳＬＴ−１Ａにおける位置７７、１６７、１７０及び１７６に見られるもの、又は志賀毒素ファミリーの他のメンバーにおける同等の保存された位置を、必然的にではないが好ましくは、維持しうる。細胞死、例えばその細胞毒性、を引き起こす本発明の細胞毒性タンパク質の能力を、当技術分野において周知の多数のアッセイのいずれか又は２つ以上を用いて測定してもよい。
本発明の特定の実施形態では、１つ又は２つ以上のアミノ酸残基を変異、挿入又は欠失させて、志賀毒素エフェクター領域の酵素活性を増加させることができる。例えば、Ｓｔｘ１Ａの残基位置アラニン−２３１をグルタメートに変異させることによってそのインビトロ酵素活性が増加された（Suhan M, Hovde C, Infect Immun 66: 5252-9 (1998)）。
本発明の特定の実施形態では、１つ又は２つ以上のアミノ酸残基を変異又は欠失させて、志賀毒素エフェクター領域の触媒活性及び／又は細胞毒性活性を低減させる又は除去することができる。志賀毒素ファミリーのメンバーのＡサブユニットの触媒及び／又は細胞毒性活性を変異又は切断によって低減させても又は削除してもよい。チロシン−７７、グルタメート−１６７、アルギニン−１７０、チロシン−１１４及びトリプトファン−２０３と標識されている位置は、Ｓｔｘ、Ｓｔｘ１及びＳｔｘ２の触媒活性にとって重要であることが証明されている（(Hovde C et al., Proc Natl Acad Sci USA 85: 2568-72 (1988)、Deresiewicz R et al., Biochemistry 31: 3272-80 (1992)、Deresiewicz R et al., Mol Gen Genet 241: 467-73 (1993)、Ohmura M et al., Microb Pathog 15: 169-76 (1993)、Cao C et al., Microbiol Immunol 38: 441-7 (1994)、Suhan, Infect Immun 66: 5252-9 (1998)）。グルタメート−１６７とアルギニン−１７０の両方を変異させることによって、無細胞リボソーム不活性化アッセイにおいてＳｌｔ−Ｉ Ａ１の酵素活性が除去された（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。小胞体におけるＳｌｔ−Ｉ Ａ１の新規発現を用いる別のアプローチでは、グルタメート−１６７とアルギニン−１７０の両方を変異させることによって、又はそれを切断して残基１−２３９にすることによって、発現レベルでＳｌｔ−Ｉ Ａ１断片細胞毒性が除去された（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。
本書において用いる場合、「有意な」志賀毒素エフェクター機能の保持は、再現性のある適切な定量的アッセイによって測定して、野生型志賀毒素エフェクターポリペプチド対照に匹敵する志賀毒素エフェクター機能活性レベルを指す。インビトロリボソーム阻害について、有意な志賀毒素エフェクター機能は、リボソーム源（例えば、細菌、古細菌又は真核生物（藻類、真菌、植物若しくは動物））に依存して３００ｐＭ以下のＩＣ５０を示すことになる。これは、触媒不活性ＳＬＴ−１Ａ １−２５１二重変異体（Ｙ７７Ｓ、Ｅ１６７Ｄ）についての１００，０００ｐＭの近似的ＩＣ５０と比較して有意に大きい阻害である。実験室細胞培養での標的陽性細胞殺滅アッセイにおける毒性について、有意な志賀毒素エフェクター機能は、適切な細胞外標的生体分子の細胞株及びその発現に依存して、１００、５０又は３０ｎＭ以下のＣＤ５０を示すことになる。これは、細胞標的化結合領域のないＳＬＴ−１Ａ成分（細胞株に依存して１００〜１０，０００ｎＭのＣＤ５０を有する）と比較して、適切な標的細胞株に対する有意に高い細胞毒性である。
いくつかの試料については、正確な曲線フィッティングに必要なデータ点を収集することができないため、ＩＣ５０又はＣＤ５０のいずれかについての正確な値を得ることができないこともあるだろう。有意な志賀毒素エフェクター機能活性を判定するとき、不正確なＩＣ５０及び／又はＣＤ５０を考慮すべきでない。例えば実施例において説明するアッセイなどの例示的志賀毒素エフェクター機能アッセイからのデータの分析に関して説明するような曲線への正確なフィッティングに不十分なデータは、実際の志賀毒素エフェクター機能の代表とみなすべきではない。例えば、理論的には、５０％より高いリボソーム阻害又は細胞死が所与の試料の濃度系列でそれぞれ起こらない場合、ＩＣ５０もＣＤ５０も判定できない。
志賀毒素エフェクター機能の活性を検出できないことは、細胞侵入、細胞内経路指定及び／又は酵素活性の欠如ではなく、不適切な発現、ポリペプチドフォールディング及び／又はポリペプチド安定性が原因であることもある。志賀毒素エフェクター機能についてのアッセイは、本発明のポリペプチドをさほど必要とせずに有意な量の志賀毒素エフェクター機能活性を測定することができるだろう。エフェクター機能が低い又はないことの根本原因を経験的に判定してタンパク質発現又は安定性と関係づける程度に、当業者は、当技術分野において公知のタンパク質化学及び分子工学技術を用いてそのような因子を補償することができることがあり、その結果、志賀毒素機能性エフェクター活性が回復され、測定されることもある。例として、不適切な細胞ベースの発現は、様々な発現対照配列を使用することによって補償されることがあり、不適切なポリペプチドフォールディング及び／又は安定性は、末端配列の安定化から恩恵を受けることがあり、又はタンパク質の三次元構造を安定させる非エフェクター領域の補償変異から恩恵を受けることなどがある。個々の志賀毒素機能についての新規アッセイが利用できるようになれば、志賀毒素エフェクター領域又はポリペプチドは、そのような志賀毒素エフェクターの機能がどの程度か、例えば、野生型志賀毒素エフェクターポリペプチドの活性の何倍の範囲内であるかに関して分析される場合もある。意味のある活性の差の例は、例えば、志賀毒素エフェクター領域が、野生型志賀毒素エフェクターポリペプチドの活性の１０００倍又は１００倍以下の活性を有すること；又は機能的なノックダウン又はノックアウト志賀毒素エフェクターポリペプチドと比較して３倍〜３０倍以上の活性を有することである。
特定の志賀毒素エフェクター機能、例えば、細胞内経路指定機能は、容易に測定できない。現在、志賀毒素エフェクターポリペプチドが細胞毒性であることができないことが、不適切な細胞内経路指定に起因するかどうかを識別するための通例の定量的アッセイはないが、試験が利用できれば、志賀毒素エフェクターポリペプチドを、適切な野生型志賀毒素エフェクター領域と比較して任意の有意な細胞内経路指定レベルについて分析することができるだろう。
注目すべきことに、志賀毒素エフェクターポリペプチドの細胞毒性が野生型と比較して低減されたとしても、実際には、減弱された志賀毒素エフェクターポリペプチドを使用した適用は、野生型志賀毒素エフェクターポリペプチドを使用するもの以上に有効である可能性があり、これはなぜなら、最も効力が高いバリアントは、望ましくない作用を示す可能性があるが、このような望ましくない作用は、効力が低いバリアントでは最小化されるためである。野生型志賀毒素エフェクターポリペプチドは非常に強力であり、たった１分子がサイトゾルに達することで、又はおそらく４０分子が内在化されることで殺滅することができる。志賀毒素エフェクターポリペプチドは、志賀毒素エフェクター機能、例えば細胞内経路指定又は細胞毒性などが野生型志賀毒素エフェクターポリペプチドと比較してかなり低減されていたとしても、標的化細胞殺滅及び／又は特異的細胞検出を伴う実際の応用に十分な作用強度を依然として有することがある。
Ｃ．ＫＤＥＬファミリーのメンバーの小胞体保留／回収シグナルモチーフ
本発明では、句「小胞体保留／回収シグナルモチーフ」、ＫＤＥＬ型シグナルモチーフ、又はシグナルモチーフは、真核生物細胞内でＫＤＥＬ受容体による小胞体へのタンパク質の細胞内局在を促進するように機能することができるＫＤＥＬファミリーの任意のメンバーを指す。
カルボキシ末端リジン−アスパラギン−グルタメート−ロイシン（ＫＤＥＬ）配列（配列番号３４）は、真核生物細胞内の可溶性タンパク質のカノニカル小胞体保留及び回収シグナルモチーフであり、ＫＤＥＬ受容体によって認識される（Capitani M, Sallese M, FEBS Lett 583: 3863-71 (2009)を参照されたい）。シグナルモチーフのＫＤＥＬファミリーは、多くのＫＤＥＬ様モチーフ、例えば、ＨＤＥＬ（配列番号３６）、ＲＤＥＬ（配列番号３８）、ＷＤＥＬ（配列番号３９）、ＹＤＥＬ（配列番号４０）、ＨＥＥＬ（配列番号４２）、ＫＥＥＬ（配列番号４３）、ＲＥＥＬ（配列番号４４）、ＫＦＥＬ（配列番号４７）、ＫＩＥＬ（配列番号５９）、ＤＫＥＬ（配列番号６０）、ＫＫＥＬ（配列番号６３）、ＨＮＥＬ（配列番号６７）、ＨＴＥＬ（配列番号６８）、ＫＴＥＬ（配列番号６９）及びＨＶＥＬ（配列番号７０）を含み、これらの全てが、系統発生学上の複数の界にわたって生物の小胞体の内腔の常在物であることが公知であるタンパク質のカルボキシ末端において見出される（Munro S, Pelham H, Cell 48: 899-907 (1987)、Raykhel I et al., J Cell Biol 179: 1193-204 (2007)）。ＫＤＥＬシグナルモチーフファミリーは、合成構築物を使用して証明された少なくとも４６のポリペプチドバリアントを含む（Raykhel, J Cell Biol 179: 1193-204 (2007)）。さらなるＫＤＥＬシグナルモチーフは、ＡＬＥＤＥＬ（配列番号８２）、ＨＡＥＤＥＬ（配列番号８３）、ＨＬＥＤＥＬ（配列番号８４）、ＫＬＥＤＥＬ（配列番号８５）、ＩＲＳＤＥＬ（配列番号８６）、ＥＲＳＴＥＬ（配列番号８７）、及びＲＰＳＴＥＬ（配列番号８８）を含む（Alanen H et al., J Mol Biol 409: 291-7 (2011)）。ＫＤＥＬシグナルモチーフを表す一般化コンセンサスモチーフは、［ＫＲＨＱＳＡ］−［ＤＥＮＱ］−Ｅ−Ｌと記載されている（Hulo N et al., Nucleic Acids Res 34: D227-30 (2006)）。
ＫＤＥＬファミリーシグナルモチーフを含有するタンパク質は、ゴルジ複合体全体にわたって分布しているＫＤＥＬ受容体が結合し、小胞体の内腔への放出のために微小管依存性メカニズムによって小胞体に輸送される（Griffiths G et al., J Cell Biol 127: 1557-74 (1994)、Miesenbock G, Rothman J, J Cell Biol 129: 309-19 (1995)）。ＫＤＥＬ受容体は、ゴルジ複合体と小胞体間で動的に循環する（Jackson M et al., EMBO J 9: 3153-62 (1990)、Schutze M et al., EMBO J. 13: 1696-1705 (1994)）。
本発明では、ＫＤＥＬファミリーのメンバーは、真核生物細胞内でＫＤＥＬ受容体による小胞体へのタンパク質の細胞内局在を促進するように機能することができる合成シグナルモチーフを含む。言い換えると、ＫＤＥＬファミリーの一部のメンバーは、自然界に存在しないことがあり、しかし自然界で観察される必要もなく、当技術分野において公知の方法を用いて構築され、実験により検証されており、又は構築され、実験により検証されうる。例えば、Raykhel I et al., J Cell Biol 179: 1193-204（2007）を参照されたい。
本発明のタンパク質の成分として、ＫＤＥＬ型シグナルモチーフは、タンパク質中でポリペプチドのカルボキシ末端上に存在するように物理的に位置し、配向され、又は配置される。
本発明では、志賀毒素エフェクター領域及び結合領域について、互いとの関連でも、タンパク質全体との関連でも、特定の順序も配向も決められていない（例えば図１を参照されたい）。本発明のタンパク質の成分は、結合領域及び志賀毒素エフェクター領域の所望の活性が除去されない限り、どのような順番で配列されてもよい。所望の活性としては、例えば、標的を発現する細胞に結合する、細胞の内在化を誘導する、細胞性塞栓を引き起こす、細胞毒性を引き起こす、及び／又は細胞内部に外因性物質を送達する能力を有するタンパク質を提供することが挙げられる。
本発明のタンパク質の上記の実施形態において、結合領域、志賀毒素エフェクター領域（これは、細胞毒性であってもよいし、及び／又は触媒活性及び／又は細胞毒性を低減又は除去する１又は２以上の変異を内包していてもよい）、及び小胞体保留／回収シグナルモチーフは、互いに直接連結されていてもよいし、及び／又は好適には例えば当業界において周知の及び／又は本明細書で説明される１又は２以上のリンカーを用いて１又は２以上の介在ポリペプチド配列を介して互いに連結されていてもよい。
Ｄ．本発明のポリペプチド成分及び／又はそれらの小成分を結合する連結
本発明の個々のポリペプチド及び／又はタンパク質成分、例えば、結合領域及び（細胞毒性であることもあり、並びに／又は触媒活性及び／若しくは細胞毒性を改変、低減若しくは除去する１つ若しくは２つ以上の変異を内部に持つこともある）志賀毒素エフェクター領域を当技術分野において周知の及び／又は本書に記載する１つ又は２つ以上のリンカーによって互いに適切に連結させることができる。結合領域の個々のポリペプチド小成分、例えば、ＣＤＲ及び／又はＡＢＲ領域を、当技術分野において周知の及び／又は本書に記載する１つ又は２つ以上のリンカーによって互いに適切に連結させることができる（例えば、Weisser N, Hall J, Biotechnol Adv 27: 502-20 (2009)、Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)を参照されたい）。本発明のポリペプチド成分、例えば、多鎖結合領域は、当技術分野において周知の１つ又は２つ以上のリンカーによって互いに又は本発明の他のポリペプチド成分と安定的に連結させることができる。本発明のペプチド成分、例えば、ＫＤＥＬファミリー小胞体保留／回収シグナルモチーフは、当技術分野において周知の１つ又は２つ以上のリンカー、例えばタンパク質性リンカー、によって本発明の別の成分に安定的に連結させることができる。
好適なリンカーは、一般に、いずれのリンカーも他の成分も用いずに個々に生産されたポリペプチド成分と非常に類似した三次元構造での、本発明の各ポリペプチド成分のフォールディングを可能にするものである。好適なリンカーは、単一のアミノ酸、ペプチド、ポリペプチド、及び上述のもののいずれかを欠くリンカー、例えば、分岐状であるか環状であるかにかかわらず様々な非タンパク質性炭素鎖を含む（例えば、Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)）。
好適なリンカーは、タンパク質性であることがあり、１つ又は２つ以上のアミノ酸、ペプチド及び／又はポリペプチドを含むことがある。タンパク質性リンカーは、組換え融合タンパク質及び化学的に連結されたコンジュゲートの両方に好適である。タンパク質性リンカーは、例えば約５〜約３０、又は約６〜約２５アミノ酸残基などの、約２〜約５０アミノ酸残基を概して有する。選択されるリンカーの長さは、例えば、所望の特性、又はリンカーを選択している特性などの、様々な因子に依存することとなる（例えば、Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)を参照されたい）。
好適なリンカーは、例えば化学的リンカーなどの、非タンパク質性のものであることもある（例えば、Dosio F et al., Toxins 3: 848-83 (2011)、Feld J et al., Oncotarget 4: 397-412 (2013)を参照されたい）。免疫グロブリン由来ポリペプチドを異種ポリペプチドに結合させるために一般に使用されるリンカーなどの、当技術分野において公知の様々な非タンパク質性リンカーを使用して、結合領域を、志賀毒素エフェクター領域に連結させることができる。例えば、本発明のタンパク質のポリペプチド領域は、それらのアミノ酸残基及び炭水化物部分の官能性側鎖、例えば、カルボキシ、アミノ、アミン、スルフヒドリル、カルボン酸、カルボニル、ヒドロキシル及び／又は環式環基などを用いて連結させることができる。例えば、ジスルフィド結合及びチオエーテル結合を用いて、２つ又は３つ以上のポリペプチドを連結させてもよい（例えば、Fitzgerald D et al., Bioconjugate Chem 1: 264-8 (1990)、Pasqualucci L et al., Haematologica 80: 546-56 (1995)を参照されたい）。加えて、非天然アミノ酸残基を他の官能性側鎖、例えばケトン基と併用してもよい（例えば、Sun S et al., Chembiochem Jul 18 (2014)、Tian F et al., Proc Natl Acad Sci USA 111: 1766-71 (2014)を参照されたい）。非タンパク質性化学的リンカーの例は、Ｎ−スクシンイミジル（４−ヨードアセチル）−アミノベンゾエート、Ｓ−（Ｎ−スクシンイミジル)チオアセテート（ＳＡＴＡ，S-(N-succinimidyl) thioacetate）、Ｎ-スクシンイミジル−オキシカルボニル−ｃｕ−メチル−ａ−（２−ピリジルジチオ）トルエン（ＳＭＰＴ，N-succinimidyl-oxycarbonyl-cu-methyl-a-(2-pyridyldithio) toluene）、Ｎ-スクシンイミジル４−（２−ピリジルジチオ）−ペンタノアート（ＳＰＰ，N-succinimidyl 4-(2-pyridyldithio)-pentanoate）、スクシンイミジル４−（Ｎ−マレイミドメチル）シクロヘキサンカルボキシレート（ＳＭＣＣ又はＭＣＣ，succinimidyl 4-(N-maleimidomethyl) cyclohexane carboxylate）、スルホスクシンイミジル（４−ヨードアセチル）−アミノベンゾエート、４−スクシンイミジル−オキシカルボニル−α−（２−ピリジルジチオ）トルエン、スルホスクシンイミジル−６−（α−メチル−α−（ピリジルジチオール）−トルアミド）ヘキサノエート、Ｎ−スクシンイミジル−３−（−２−ピリジルジチオ）−プロピオネート（ＳＰＤＰ，N-succinimidyl-3-(-2-pyridyldithio)-proprionate）、スクシンイミジル６（３（−（−２−ピリジルジチオ）−プロピオンアミド）ヘキサノエート、スルホスクシンイミジル ６（３（−（−２−ピリジルジチオ）−プロピオンアミド）ヘキサノエート、マレイミドカプロイル（ＭＣ，maleimidocaproyl）、マレイミドカプロイル−バリン−シトルリン−Ｐ−アミノベンジルオキシカルボニル（ＭＣ−ｖｃ−ＰＡＢ，maleimidocaproyl-valine-citrulline-p-aminobenzyloxycarbonyl）、３−マレイミド安息香酸Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル（ＭＢＳ，3-maleimidobenzoic acid N-hydroxysuccinimide ester）、アルファ−アルキル誘導体、スルホＮＨＳ−ＡＴＭＢＡ（スルホスクシンイミジルＮ−［３−（アセチルチオ）−３−メチルブチリル−ベータ−アラニン］）、スルホジクロロフェノール、２−イミノチオラン、３−（２−ピリジルジチオ）−プロピオニルヒドラジド、エルマン試薬、ジクロロトリアジン酸、及びＳ−（２−チオピリジル）−Ｌ−システインを含むが、これらに限定されない（例えば、Thorpe P et al., Eur J Biochem 147: 197-206 (1985)、Thorpe P et al., Cancer Res 47: 5924-31 (1987)、Thorpe P et al., Cancer Res 48: 6396-403 (1988)、Grossbard M et al., Blood 79: 576-85 (1992)、Lui C et al., Proc Natl Acad Sci USA 93: 8618-23 (1996)、Doronina S et al., Nat Biotechnol 21: 778-84 (2003)、Feld J et al., Oncotarget 4: 397-412 (2013)を参照されたい）。
タンパク質性であるか非タンパク質性であるかにかかわらず、好適なリンカーは、例えば、プロテアーゼ感受性、環境酸化還元電位感受性、ｐＨ感受性、酸切断性、光切断性及び／又は熱感受性リンカーを含みうる（例えば、Dosio F et al., Toxins 3: 848-83 (2011)、Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)、Feld J et al., Oncotarget 4: 397-412 (2013)を参照されたい）。
タンパク質性リンカーを本発明の組換え融合タンパク質への組み込みに選択してもよい。例えば、本発明のタンパク質の構成要素であるポリペプチド又はそれらの部分構成要素は、１又は２以上のアミノ酸、ペプチド、及び／又はポリペプチドを含む１又は２以上のリンカーで合体されていてもよい。本発明の組換え融合タンパク質のためのリンカーは、約２〜５０アミノ酸残基、好ましくは約５〜３０アミノ酸残基を概して含む（Argos P, J Mol Biol 211: 943-58 (1990)、Williamson M, Biochem J 297: 240-60 (1994)、George R, Heringa J, Protein Eng 15: 871-9 (2002)、Kreitman R, AAPS J 8: E532-51 (2006)）。一般に、タンパク質性リンカーは、例えばトレオニン、プロリン、グルタミン、グリシン及びアラニンなどの、極性、非荷電及び／又は荷電残基を有するアミノ酸残基の大部分を含む（例えば、Huston J et al.Proc Natl Acad Sci USA 85: 5879-83 (1988)、Pastan I et al., Annu Rev Med 58: 221-37 (2007)、Li J et al., Cell Immunol 118: 85-99 (1989)、Cumber A et al.Bioconj Chem 3: 397-401 (1992)、Friedman P et al., Cancer Res 53: 334-9 (1993)、Whitlow M et al., Protein Engineering 6: 989-95 (1993)、Siegall C et al., J Immunol 152: 2377-84 (1994)、Newton et al.Biochemistry 35: 545-53 (1996)、Ladurner et al.J Mol Biol 273: 330-7 (1997)、Kreitman R et al., Leuk Lymphoma 52: 82-6 (2011)、米国特許第４，８９４，４４３号明細書を参照されたい）。タンパク質性リンカーの非限定的な例は、アラニン−セリン−グリシン−グリシン−プロリン−グルタメート（ＡＳＧＧＰＥ）（配列番号８９）、バリン−メチオニン（ＶＭ）、アラニン−メチオニン（ＡＭ）、ＡＭ（Ｇ２−４Ｓ）ｘＡＭ（配列番号９０）（この場合、Ｇはグリシンであり、Ｓはセリンであり、ｘは１〜１０の整数である）を含む。
タンパク質性リンカーを所望の特性に基づいて選択することができる。当業者は、特異的特徴を念頭に置いて、例えば、融合分子のフォールディング、安定性、発現、可溶性、薬物動態特性、薬力学的特性、及び／又は融合構築物に関連して同じドメイン単独での活性と比較した融合ドメインの活性のうちの１つ又は２つ以上を最適化するように、タンパク質性を選択することができる。例えば、タンパク質性リンカーは、可動性、剛性及び／又は切断性に基づいて選択されることもある（例えば、Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)を参照されたい）。当業者は、リンカーを選択する際にデータベース及びリンカー設計ソフトウェアツールを利用することができる。特定のリンカーが、発現を最適化するために選択されることもある（例えば、Turner D et al., J Immunl Methods 205: 43-54 (1997)を参照されたい）。ホモ多量体を形成するために同一のポリペプチド若しくはタンパク質間の又はヘテロ多量体を形成するために異なるポリペプチド若しくはタンパク質間の分子間相互負作用を促進するために、特定のリンカーが選択されることもある。例えば、本発明のタンパク質のポリペプチド成分間の所望の非共有結合性相互作用、例えば、二量体及び他のより高次の多量体の形成に関連した相互作用などを可能にする、タンパク質性リンカーを選択されることもある（例えば、米国特許第４，９４６，７７８号明細書を参照されたい）。
可動性タンパク質性リンカーは、多くの場合、１２アミノ酸残基長より長く、小さい非極性アミノ酸残基、極性アミノ酸残基及び／又は親水性アミノ酸残基、例えばグリシン、セリン及びトレオニンなどに富んでいる（例えば、Bird R et al., Science 242: 423-6 (1988)、Friedman P et al., Cancer Res 53: 334-9 (1993)、Siegall C et al., J Immunol 152: 2377-84 (1994)を参照されたい）。可動性タンパク質性リンカーは、成分間の空間的離隔を増すように選択されることもあり、及び／又は成分間の分子間相互作用を可能にするように選択されることもある。例えば、様々な「ＧＳ」リンカーが当業者に公知であり、複数のグリシン及び／又は１つ若しくは２つ以上のセリンで構成され、例えば（ＧｘＳ）ｎ （配列番号９１）、（ＳｘＧ）ｎ （配列番号９２）、（ＧＧＧＧＳ）ｎ （配列番号９３）及び（Ｇ）ｎ （配列番号９４）（この場合、ｘは１〜６であり、ｎは１〜３０である）などの反復単位で構成されることもある（例えば、国際公開第９６／０６６４１号パンフレットを参照されたい）。可動性タンパク質性リンカーの非限定的な例は、ＧＫＳＳＧＳＧＳＥＳＫＳ（配列番号９５）、ＧＳＴＳＧＳＧＫＳＳＥＧＫＧ（配列番号９６）、ＧＳＴＳＧＳＧＫＳＳＥＧＳＧＳＴＫＧ（配列番号９７）、ＧＳＴＳＧＳＧＫＰＧＳＧＥＧＳＴＫＧ（配列番号９９）、ＥＧＫＳＳＧＳＧＳＥＳＫＥＦ（配列番号１００）、ＳＲＳＳＧ（配列番号１０１）、及びＳＧＳＳＣ（配列番号１０２）を含む。
剛性タンパク質性リンカーは、多くの場合、堅いアルファヘリックス構造であり、プロリン残基及び／又は１つ若しくは２つ以上の戦略的に配置されたプロリンに富んでいる（例えば、Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)を参照されたい）。剛性リンカーは、成分間の分子間相互作用を防止するために選択されることがある。
好適なリンカーは、成分のインビボ分離、例えば、切断及び／又は環境特異的不安定性に起因する成分のインビボ分離などを可能にするように、選択されうる（例えば、Dosio F et al., Toxins 3: 848-83 (2011)、Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)を参照されたい）。インビボ切断性タンパク質性リンカーは、タンパク質プロセッシングによって結合解除することができる、及び／又は環境を、多くの場合、生物体内の若しくは特定の細胞タイプの内部の特異的部位の環境を、削減することができる（例えば、Doronina S et al., Bioconjug Chem 17: 144-24 (2006)、Erickson H et al., Cancer Res 66: 4426-33 (2006)を参照されたい）。インビボ切断性タンパク質性リンカーは、１つ又は２つ以上のシステイン対によって形成されるプロテアーゼ感受性モチーフ及び／又はジスルフィド結合を含むことが多い（例えば、Pietersz G et al., Cancer Res 48: 4469-76 (1998)、The J et al., J Immunol Methods 110: 101-9 (1998)を参照されたい；Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)を参照されたい）。インビボ切断性タンパク質性リンカーは、生物体内の特定の位置、細胞内の区画、のみに存在する及び／又は特定の生理若しくは病的条件下でのみ活性になるプロテアーゼ（例えば、異常に高レベルのプロテアーゼ、特定の疾患部位で過剰発現されるプロテアーゼ、及び病原性微生物によって特異的に発現されるプロテアーゼなど）に対して感受性であるように設計することができる。例えば、細胞内のみに存在するプロテアーゼ、特異的細胞タイプ内にのみ存在するプロテアーゼ、及びがん若しくは炎症のような病的条件下でのみ存在するプロテアーゼ、例えば、Ｒ−ｘ−ｘ−Ｒモチーフ及びＡＭＧＲＳＧＧＧＣＡＧＮＲＶＧＳＳＬＳＣＧＧＬＮＬＱＡＭ（配列番号１０３）などによって切断されるタンパク質性リンカーは、当技術分野において公知である。
本発明のタンパク質の特定の実施形態では、標的細胞内に存在するプロテアーゼによる切断をもたらすために１つ又は２つ以上のプロテアーゼ感受性部位を含むリンカーを使用することがある。本発明のタンパク質の特定の実施形態では、脊椎動物生物への投与後の望ましくない毒性を低減させるために切断性でないリンカーを使用することもある（例えば、Polson A et al., Cancer Res 69: 2358-64 (2009)を参照されたい）。
好適なリンカーは、タンパク質性であるか非タンパク質性であるかにかかわらず、例えば、プロテアーゼ感受性、環境酸化還元電位感受性、ｐＨ感受性、酸切断性、光切断性及び／又は熱感受性リンカーを含みうる（例えば、Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)を参照されたい）。
好適な切断性リンカーは、例えば、Zarling D et al., J Immunol 124: 913-20 (1980)、Jung S, Moroi M, Biochem Biophys Acta 761: 152-62 (1983)、Bouizar Z et al., Eur J Biochem 155: 141-7 (1986)、Park L et al., J Biol Chem 261: 205-10 (1986)、Browning J, Ribolini A, J Immunol 143: 1859-67 (1989)、Joshi S, Burrows R, J Biol Chem 265: 14518-25 (1990)により注目されるリンカーなどの、当技術分野において公知である切断性基を含むリンカーを含みうる。
好適なリンカーは、ｐＨ感受性リンカーを含みうる。例えば、特定の好適なリンカーは、標的細胞の細胞内区画内部での解離をもたらすためにより低いｐＨ環境でのそれらの不安定性について選択されることがある。例えば、１つ又は２つ以上のトリチル基、誘導体化トリチル基、ビスマレイミドエトキシプロパン基、アジピン酸ジヒドラジド基及び／又は酸不安定性基を含むリンカーは、特異的ｐＨ範囲を有する環境で本発明の成分、例えばポリペプチド成分、の放出をもたらすことができる（例えば、Welhoner H et al., J Biol Chem 266: 4309-14 (1991)、 Fattom A et al., Infect Immun 60: 584-9 (1992)を参照されたい）。例えば腫瘍組織のｐＨが健常組織の場合より低いなどの、組織間の生理的ｐＨ差に対応するｐＨ範囲で切断する特定のリンカーを選択してもよい（例えば、米国特許第５，６１２，４７４号明細書を参照されたい）。
光切断性リンカーは、可視領域の光などの、特定の波長領域の電磁放射線への曝露に基づいて切断されるリンカーである。（例えば、Goldmacher V et al., Bioconj Chem 3: 104-7 (1992)を参照されたい）。光切断性リンカーを使用して、本発明のタンパク質の成分、例えばポリペプチド成分、を特定の波長の光への曝露に基づいて放出させることができる。光切断性リンカーの非限定的な例は、システインの光切断性保護基のようなニトロベンジル基、ニトロベンジルオキシカルボニルクロリド架橋剤、ヒドロキシプロピルメタクリルアミド共重合体、グリシン共重合体、フルオレセイン共重合体及びメチルローダミン共重合体を含む（Hazum E et al., Pept Proc Eur Pept Symp, 16th, Brunfeldt K, ed., 105-110 (1981)、Senter et al., Photochem Photobiol 42: 231-7 (1985)、Yen et al., Makromol Chem 190: 69-82 (1989)、Goldmacher V et al., Bioconj Chem 3: 104-7 (1992)）。光切断性リンカーは、ファイバーオプティクスを使用して光に曝露することができる疾患、障害及び状態を治療するために設計された本発明のタンパク質を形成するための連結成分に、特に使用されうる。本発明のタンパク質の特定の実施形態において、細胞標的化結合領域は、共有結合性連結及び非共有結合性連結の両方を含む当業者に公知の手段を任意の数用いて、志賀毒素エフェクター領域に連結される（例えば、Chen X et al., Adv Drug Deliv Rev 65: 1357-69 (2013)、Behrens C, Liu B, MAbs 6: 46-53 (2014)を参照されたい）。
本発明のタンパク質の特定の実施形態において、タンパク質は、重鎖可変（ＶＨ）ドメインと軽鎖可変（ＶＬ）ドメインを接続するリンカーを有するｓｃＦｖである結合領域を含む。例えば１５残基（Ｇｌｙ４Ｓｅｒ）３ペプチド（配列番号１０４）などの、この目的に好適な非常に多くのリンカーが当技術分野において公知である。非共有結合性多価構造の形成に使用することができる好適なｓｃＦｖリンカーは、ＧＧＳ、ＧＧＧＳ（Ｇｌｙ３Ｓｅｒ又はＧ３Ｓ）（配列番号１０５）、ＧＧＧＧＳ（Ｇｌｙ４Ｓｅｒ又はＧ４Ｓ）（配列番号１０６）、ＧＧＧＧＳＧＧＧ（配列番号１０７）、ＧＧＳＧＧＧＧ（配列番号１０８）、ＧＳＴＳＧＧＧＳＧＧＧＳＧＧＧＧＳＳ（配列番号１０９）及びＧＳＴＳＧＳＧＫＰＧＳＳＥＧＳＴＫＧ（配列番号１１０）を含む（Pluckthun A, Pack P, Immunotechnology 3: 83-105 (1997)、Atwell J et al., Protein Eng 12: 597-604 (1999)、Wu A et al., Protein Eng 14: 1025-33 (2001)、Yazaki P et al., J Immunol Methods 253: 195-208 (2001)、Carmichael J et al., J Mol Biol 326: 341-51 (2003)、Arndt M et al., FEBS Lett 578: 257-61 (2004)、Bie C et al., World J Hepatol 2: 185-91 (2010)）。
本発明のタンパク質の成分の連結に好適な方法は、そのような連結を果たすために当技術分野において現在公知のいずれの方法によるものであってもよいが、ただし、本書に記載するようにアッセイを含む適切なアッセイによって測定して、その結合が、結合領域の結合能力、タンパク質の細胞内在化、及び／又は志賀毒素エフェクター領域の所望の毒素エフェクター機能を妨げないことを条件とする。
II．本発明のタンパク質の特異的構造変化の例
本発明の特定の実施形態の中で、本発明のタンパク質は、抗原の発現ががん細胞に限定される、がん細胞の細胞表面の表面抗原との特異的及び高親和性結合のために選択される免疫グロブリン型ポリペプチドに由来する結合領域を含む（Glokler J et al., Molecules 15: 2478-90 (2010)、Liu Y et al., Lab Chip 9: 1033-6 (2009)を参照されたい）。他の実施形態に従って、結合領域は、抗原が非がん細胞と比較してがん細胞によって過発現される又は優先的に発現されるがん細胞の細胞表面の表面抗原との特異的及び高親和性結合のために選択される。いくつかの代表的標的生体分子は、がん及び／又は特異的免疫細胞タイプと会合する以下の列挙する標的を含むが、これらに限定されない。
がん細胞と会合しているエピトープを認識する多くの免疫グロブリン型結合領域、例えば、（別名をカッコ内に示す）アネキシンＡＩ、Ｂ３黒色腫抗原、Ｂ４黒色腫抗原、ＣＤ２、ＣＤ３、ＣＤ４、ＣＤ２０（Ｂリンパ球抗原タンパク質ＣＤ２０）、ＣＤ２２、ＣＤ２５（インターロイキン−２受容体ＩＬ２Ｒ）、ＣＤ３０（ＴＮＦＲＳＦ８）、ＣＤ３８（サイクリックＡＤＰリボースヒドラーゼ）、ＣＤ４０、ＣＤ４４（ヒアルロナン受容体）、ＩＴＧＡＶ（ＣＤ５１）、ＣＤ６６、ＣＤ７１（トランスフェリン受容体）、ＣＤ７３、ＣＤ７４（ＨＬＡ−ＤＲ抗原関連インバリアント鎖）、ＣＤ７９、ＣＤ９８、エンドグリン（ＥＮＤ又はＣＤ１０５）、ＣＤ１０６（ＶＣＡＭ−１）、ケモカイン受容体４型（ＣＤＣＲ−４、フーシン、ＣＤ１８４）、ＣＤ２００、インスリン様成長因子１受容体（ＣＤ２２１）ムチン１（ＭＵＣ１、ＣＤ２２７）、基底細胞接着分子（Ｂ−ＣＡＭ，basal cell adhesion molecule、又はＣＤ２３９）、ＣＤ２４８（エンドシアリン又はＴＥＭ１）、腫瘍壊死因子受容体１０ｂ（ＴＮＦＲＳＦ１０Ｂ、ＣＤ２６２）、腫瘍壊死因子受容体１３Ｂ（ＴＮＦＲＳＦ１３Ｂ、ＴＡＣＩ、ＣＤ２７６）、血管内皮増殖因子受容体２（ＫＤＲ、ＣＤ３０９）、上皮細胞接着分子（ＥｐＣＡＭ、ＣＤ３２６）、ヒト上皮成長因子受容体２（ＨＥＲ２，human epidermal growth factor receptor 2／Ｎｅｕ／ＥｒｂＢ２／ＣＤ３４０）、がん抗原１５−３（ＣＡ１５−３，cancer antigen 15-3）、がん抗原１９−９（ＣＡ１９−９，cancer antigen 19-9）、がん抗原１２５（ＣＡ１２５，cancer antigen 125、ＭＵＣ１６）、ＣＡ２４２、がん胎児抗原関連細胞接着分子（例えば、ＣＥＡＣＡＭ３（ＣＤ６６ｄ）及びＣＥＡＣＡＭ５）、がん胎児抗原（ＣＥＡ，carcinoembryonic antigen）タンパク質、コンドロイチン硫酸プロテオグリカン４（ＣＳＰ４，chondroitin sulfate proteoglycan 4、ＭＣＳＰ、ＮＧ２）、ＣＴＬＡ４、ＤＬＬ４、上皮成長因子受容体（ＥＧＦＲ，epidermal growth factor receptor／ＥｒｂＢ１）、葉酸受容体（ＦＯＬＲ，folate receptor）、Ｇ−２８、ガングリオシドＧＤ２、ガングリオシドＧＤ３、ＨＬＡ−Ｄｒ１０、ＨＬＡ−ＤＲＢ、ヒト上皮成長因子受容体１（ＨＥＲ１，human epidermal growth factor receptor 1）、エフリンＢ型受容体２（ＥｐｈＢ２，Ephrin type-B receptor 2）、上皮細胞接着分子（ＥｐＣＡＭ，epithelial cell adhesion molecule）、線維芽細胞活性化タンパク質（ＦＡＰ，fibroblast activation protein／セプラーゼ）、インスリン様成長因子１受容体（ＩＧＦ１Ｒ，insulin-like growth factor 1 receptor）、インターロイキン２受容体（ＩＬ−２Ｒ，interleukin 2 receptor）、インターロイキン６受容体（ＩＬ−６Ｒ，interleukin 6 receptor）、インテグリンアルファ−Ｖベータ−３（αＶβ３）、インテグリンアルファ−Ｖベータ−５（αｖβ５）、インテグリンアルファ−５ベータ−１（α５β１）、Ｌ６、ＭＰＧ、黒色腫関連抗原１タンパク質（ＭＡＧＥ−１）、黒色腫関連抗原３（ＭＡＧＥ−３）、メソセリン（ＭＳＬＮ）、ＭＰＧ、ＭＳ４Ａ、ｐ２１、ｐ９７、ポリオウイルス受容体様４（ＰＶＲＬ４，polio virus receptor-like 4）、プロテアーゼ活性化受容体（例えばＰＡＲ1）、前立腺特異的膜抗原タンパク質（ＰＳＭＡ，prostate-specific membrane antigen protein）、栄養膜糖タンパク質（ＴＰＧＢ）、及び腫瘍関連カルシウムシグナル伝達因子（ＴＡＣＳＴＤ，tumor-associated calcium signal transducers）を標的にする結合領域が、先行技術に存在する（例えばLui B et al., Cancer Res 64: 704-10 (2004)、Novellino L et al., Cancer Immunol Immunother 54: 187-207 (2005)、Bagley R et al., Int J Oncol 34: 619-27 (2009)、Gerber H et al., mAbs 1: 247-53 (2009)、Beck A et al., Nat Rev Immunol 10: 345-52 (2010)、Andersen J et al., J Biol Chem 287: 22927-37 (2012)、Nolan-Stevaux O et al., PLoS One 7: e50920 (2012)、Rust S et al., Mol Cancer 12: 11 (2013)を参照されたい）。標的生体分子のこのリストは、非限定的であることを意図したものである。志賀毒素エフェクター領域と結合させて本発明のタンパク質を産生するための結合領域を設計又は選択するために、がん細胞又は他の所望の細胞タイプに関連したいずれの所望の標的生体分子を使用してもよいことは、当業者には理解されるであろう。
がん細胞と強く会合する他の標的生体分子、及びそれらと結合することが公知の免疫グロブリン型結合領域の例としては、ＢＡＧＥタンパク質（Ｂ黒色腫抗原）、基底細胞接着分子（ＢＣＡＭ，basal cell adhesion molecule又はLutheran式血液型糖タンパク質）、膀胱腫瘍抗原（ＢＴＡ，bladder tumor antigen）、がん精巣抗原ＮＹ−ＥＳＯ−１、がん精巣抗原ＬＡＧＥタンパク質、ＣＤ１９（Ｂリンパ球抗原タンパク質ＣＤ１９）、ＣＤ２１（補体受容体−２又は補体３ｄ受容体）、ＣＤ２６（ジペプチジルペプチダーゼ−４、ＤＰＰ４、又はアデノシンデアミナーゼ複合タンパク質２）、ＣＤ３３（シアル酸結合免疫グロブリン型レクチン−３）、ＣＤ５２（ＣＡＭＰＡＴＨ−１抗原）、ＣＤ５６（神経細胞接着分子又はＮＣＡＭ，neural cell adhesion molecule）、ＣＤ１３３（プロミニン−１）、ＣＳ１（ＳＬＡＭファミリー７番又はＳＬＡＭＦ７）、細胞表面Ａ３３抗原タンパク質（ｇｐＡ３３）、エプスタイン・バーウイルス抗原タンパク質、ＧＡＧＥ／ＰＡＧＥタンパク質（黒色腫に関連するがん／精巣抗原）、肝細胞増殖因子受容体（ＨＧＦＲ，hepatocyte growth factor receptor又はｃ−Ｍｅｔ）、ＭＡＧＥタンパク質、Ｔ細胞１タンパク質によって認識される黒色腫抗原（ＭＡＲＴ−１／メランＡ、ＭＡＲＴＩ）、ムチン、優先的に発現される黒色腫抗原（ＰＲＡＭＥ）タンパク質、前立腺特異的抗原タンパク質（ＰＳＡ，prostate specific antigen protein）、前立腺幹細胞抗原タンパク質（ＰＳＣＡ，prostate stem cell antigen protein）、終末糖化産物受容体（ＲＡＧＥ，Receptor for Advanced Glycation Endroduct）、腫瘍関連糖タンパク質７２（ＴＡＧ−７２）、チロシン−プロテインキナーゼ膜貫通型受容体（ＲＯＲ１又はＮＴＲＫＲ１）、血管内皮増殖因子受容体（ＶＥＧＦＲ，vascular endothelial growth factor receptor）、及びウィルムス腫瘍抗原が挙げられる。
がん細胞と強く会合する他の標的生体分子の例は、炭酸脱水酵素ＩＸ（ＣＡ９／ＣＡＩＸ，carbonic anhydrase IX）、クローディンタンパク質（ＣＬＤＮ３、ＣＬＤＮ４）、エフリンＡ型受容体３（ＥｐｈＡ３，ephrin type-A receptor 3）、葉酸結合タンパク質（ＦＢＰ，folate binding protein）、ガングリオシドＧＭ２，インスリン様成長因子受容体、インテグリン（例えばＣＤ１１ａ〜ｃ）、核因子カッパＢ活性化受容体（ＲＡＮＫ）、受容体型チロシンプロテインキナーゼｅｒＢ−３、腫瘍壊死因子受容体１０Ａ（ＴＲＡＩＬ−Ｒ１／ＤＲ４）、腫瘍壊死因子受容体１０Ｂ（ＴＲＡＩＬ−Ｒ２）、テネイシンＣ、及びＣＤ６４（ＦｃγＲＩ）である（Hough C et al., Cancer Res 60: 6281-7 (2000)、Thepen T et al., Nat Biotechnol 18: 48-51 (2000)、Pastan I et al., Nat Rev Cancer 6: 559-65 (2006)、Pastan, Annu Rev Med 58: 221-37 (2007)、Fitzgerald D et al., Cancer Res 71: 6300-9 (2011)、Scott A et al., Cancer Immun 12: 14-22 (2012)を参照されたい）。標的生体分子のこのリストは、非限定的であることを意図したものである。
加えて、ＡＤＡＭメタロプロテイナーゼ（例えばＡＤＡＭ−９、ＡＤＡＭ−１０、ＡＤＡＭ−１２、ＡＤＡＭ−１５、ＡＤＡＭ−１７）、ＡＤＰ−リボシルトランスフェラーゼ（ＡＲＴ１、ＡＲＴ４）、抗原Ｆ４／８０、骨髄間質抗原（ＢＳＴ１、ＢＳＴ２）、破断点クラスター領域−ｃ−ａｂｌがん遺伝子（ＢＣＲ−ＡＢＬ）タンパク質、補体成分３ａ受容体（Ｃ３ａＲ，complement component 3a receptor）、ＣＤ７、ＣＤ１３、ＣＤ１４、ＣＤ１５（Lewis X又はステージ特異的胎児抗原１）、ＣＤ２３（ＦＣイプシロンＲII）、ＣＤ４９ｄ、ＣＤ５３、ＣＤ５４（細胞間接着分子１）、ＣＤ６３（テトラスパニン）、ＣＤ６９、ＣＤ８０、ＣＤ８６、ＣＤ８８（補体成分５ａ受容体１）、ＣＤ１１５（コロニー刺激因子１受容体）、ＣＤ１２３（インターロイキン−３受容体）、ＣＤ１２９（インターロイキン９受容体）、ＣＤ１８３（ケモカイン受容体ＣＸＣＲ３）、ＣＤ１９１（ＣＣＲ１）、ＣＤ１９３（ＣＣＲ３）、ＣＤ１９５（ケモカイン受容体ＣＣＲ５）、ＣＤ２０３ｃ、ＣＤ２２５（インターフェロン誘導膜貫通タンパク質１）、ＣＤ２４４（ナチュラルキラー細胞受容体２Ｂ４）、ＣＤ２８２（ｔｏｌｌ様受容体２）、ＣＤ２８４（Ｔｏｌｌ様受容体４）、ＣＤ２９４（ＧＰＲ４４）、ＣＤ３０５（白血球関連免疫グロブリン様受容体１）、エフリンＡ型受容体２（ＥｐｈＡ２，ephrin type-A receptor 2）、ＦｃｅＲＩａ、ガレクチン−９、アルファ−フェトプロテイン抗原１７−Ａ１タンパク質、ヒトアスパルチル（アスパラギニル）ベータ−ヒドロキシラーゼ（ＨＡＡＨ）、免疫グロブリン様転写物ＩＬＴ−３、リゾホスファチジルグリセロールアセチルトランスフェラーゼ１（ＬＰＧＡＴ１，lysophosphatidlglycerol acyltransferase 1／ＩＡＡ０２０５）、リソソーム膜タンパク質（ＬＡＭＰ，lysosome-associated membrane protein、例えばＣＤ１０７）、メラニン細胞タンパク質ＰＭＥＬ（ｇｐ１００）、骨髄関連タンパク質−１４（ｍｒｐ−１４，myeloid-related protein-14）、プログラム死リガンド１（ＰＤ−Ｌ１）、受容体型チロシンプロテインキナーゼｅｒｂＢ−３、ＳＡＲＴタンパク質、スカベンジャー受容体（例えばＣＤ６４及びＣＤ６８）、Ｓｉｇｌｅｃ（シアル酸結合免疫グロブリン型レクチン）、シンデカン（例えばＳＤＣ１又はＣＤ１３８）、チロシナーゼ、チロシナーゼ関連タンパク質１（ＴＲＰ−１，tyrosinease-related protein 1）、チロシナーゼ関連タンパク質２（ＴＲＰ−２，tyrosinease-related protein 2）、チロシナーゼ関連抗原（ＴＡＡ，tyrosinase associated antigen）、ＡＰＯ−３、ＢＣＭＡ、ＣＤ２、ＣＤ３、ＣＤ４、ＣＤ８、ＣＤ１８、ＣＤ２７、ＣＤ２８、ＣＤ２９、ＣＤ４１、ＣＤ４９、ＣＤ９０、ＣＤ９５（Ｆａｓ）、ＣＤ１０３、ＣＤ１０４、ＣＤ１３４（ＯＸ４０）、ＣＤ１３７（４−１ＢＢ）、ＣＤ１５２（ＣＴＬＡ−４）、ケモカイン受容体、補体タンパク質、サイトカイン受容体、組織適合性タンパク質、ＩＣＯＳ、インターフェロン−アルファ、インターフェロン−ベータ、ｃ−ｍｙｃ、破骨細胞分化抑制因子、ＰＤ−１、ＲＡＮＫ、ＴＡＣＩ、ＴＮＦ受容体スーパーファミリーメンバー（ＴＮＦ−Ｒ１、ＴＮＦＲ−２）、Ａｐｏ２／ＴＲＡＩＬ−Ｒ１、ＴＲＡＩＬ−Ｒ２、ＴＲＡＩＬ−Ｒ３及びＴＲＡＩＬ−Ｒ４などの、考えられる標的生体分子の他の例が非常に多くある（標的生体分子については、Cheever M et al., Clin Cancer Res 15: 5323-37 (2009)；Scott A et al., Cancer Immun 12: 14 (2012)を参照されたく、それらに記載されている標的分子が非限定的な例であることに留意されたい）。志賀毒素エフェクター領域と結合させて本発明のタンパク質を産生するための結合領域を設計又は選択するために、いずれの所望の標的生体分子を使用してもよいことは、当業者には理解されるであろう。
特定の実施形態において、結合領域は、免疫系の細胞タイプの細胞表面との特異的及び高親和性結合のために選択される免疫グロブリン型ポリペプチドを含む、又はそのような免疫グロブリン型ポリペプチドから本質的になる。例えば、ＣＤ１、ＣＤ２、ＣＤ３、ＣＤ４、ＣＤ５、ＣＤ６、ＣＤ７、ＣＤ８、ＣＤ９、ＣＤ１０、ＣＤ１１、ＣＤ１２、ＣＤ１３、ＣＤ１４、ＣＤ１５、ＣＤ１６、ＣＤ１７、ＣＤ１８、ＣＤ１９、ＣＤ２０、ＣＤ２１、ＣＤ２２、ＣＤ２３、ＣＤ２４、ＣＤ２５、ＣＤ２６、ＣＤ２７、ＣＤ２８、ＣＤ２９、ＣＤ３０、ＣＤ３１、ＣＤ３３、ＣＤ３４、ＣＤ３５、ＣＤ３６、ＣＤ３７、ＣＤ３８、ＣＤ４０、ＣＤ４１、ＣＤ５６、ＣＤ６１、ＣＤ６２、ＣＤ６６、ＣＤ９５、ＣＤ１１７、ＣＤ１２３、ＣＤ２３５、ＣＤ１４６、ＣＤ３２６、インターロイキン−２受容体（ＩＬ−２Ｒ）、核因子カッパＢリガンド活性化受容体（ＲＡＮＫＬ、ＴＮＦＳＦ１１、ＴＲＡＮＣＥ、ＯＰＧＬ、ＯＤＦ）、ＳＬＡＭ結合タンパク質（ＳＡＰ）及びＴＮＦＳＦ１８（腫瘍壊死因子リガンド１８又はＧＩＴＲＬ）と結合する免疫グロブリン型結合ドメインは公知である。
特定の実施形態において、結合領域は、以下のＣＸＣＲ−１、ＣＸＣＲ−２、ＣＸＣＲ−３Ａ、ＣＸＣＲ３Ｂ、ＣＸＣＲ−４、ＣＸＣＲ−５、ＣＣＲ−Ｉ、ＣＣＲ−２Ａ、ＣＣＲ−２Ｂ、ＣＣＲ−３、ＣＣＲ−４、ＣＣＲ−５、ＣＣＲ−６、ＣＣＲ−７、ＣＣＲ−８、ＣＣＲ−９、ＣＣＲ−１０、ＣＸ３ＣＲ−１、ＸＣＲ１、ＣＸＣＲ−６、ＣＸＣＲ−７、ケモカイン結合タンパク質−２（ＣＣＢＰ２、Ｄ６受容体）、及びダッフィ抗原／ケモカイン受容体（ＤＡＲＣ、Ｆｙ糖タンパク質、ＦＹ、ＣＤ２３４）から選択されるケモカイン受容体である標的生体分子と高い親和性で結合する。これ以上の非限定的な標的生体分子については、下記の実施例における表１１を参照されたい。
特定の実施形態において、結合領域は、細胞外受容体を標的化するために選択されたリガンドを含むか又はそのようなリガンドから本質的になる。いくつかの代表的なリガンドとしては、これらに限定されないが、以下：骨形成タンパク質及びアクチビン膜結合阻害剤ＢＡＭＢＩ（ＴＧＦＢＲとしても公知）、ケモカイン、Ｂ細胞誘引ケモカイン１（ＢＣＡ−Ｉ，B cell-attracting chemokine 1）、乳房及び腎臓で発現されるケモカイン（ＢＲＡＫ，breast and kidney-expressed chemokine）、ＣｌＯ、ケモカインＣ−Ｃモチーフリガンド２（ＣＣＬ２）、ＣＤ１３７Ｌ（４−１ＢＢとしても公知）、皮膚Ｔ細胞誘引ケモカイン（ＣＴＡＣＫ，cutaneous T-cell attracting chemokine）、デコイ受容体３ＤｃＲ３（ＴＲ６及びＴＮＦＲＳＦ６Ｂとしても公知）、上皮誘導好中球活性化タンパク質７８（ＥＮＡ−７８）、好酸球走化性タンパク質（例えばエオタキシン−１、エオタキシン−２、及びエオタキシン−３）、エクソダス−２（ＳＬＣ）、フラクタルキン、顆粒球走化性タンパク質２（ＧＣＰ−２，granulocyte chemotactic protein 2）、成長制御タンパク質α（ＧＲＯ−α，growth regulated protein α）、血液濾液ＣＣケモカイン１（ＨＣＣ−１，hemo filtrate CC chemokine 1）、インターロイキン−８（ＩＬ−８）、インターフェロン誘導性タンパク質１０（ＩＰ−１０）、インターフェロン誘導性Ｔ細胞アルファ化学誘引物質（Ｉ−ＴＡＣ）、肝臓で発現されるケモカイン（ＬＥＣ，liver-expressed chemokine）、ラングキン、リンフォタクチン、マクロファージ誘導ケモカイン（ＭＤＣ，macrophage-derived chemokine）、粘膜関連上皮ケモカイン（ＭＥＣ，mucosae-associated epithelial chemokine）、ガンマインターフェロン誘導モノカイン（ＭＩＧ，gamma interferon-induced monokine）、マクロファージ阻害タンパク質（例えばＭＩＰ−１α、ＭＩＰ−１β、ＭｌＰ−１γ、ＭＩＰ−２、ＭＩＰ−２α、ＭＩＰ−２β、ＭＩＰ−３、ＭＩＰ−３β、ＭＩＰ−３α、ＭＩＰ−４、及びＭＩＰ−５）、単球走化性タンパク質（例えばＭＣＰ−Ｉ又はＭＣＰ−１、ＭＣＰ−２、ＭＣＰ−３、ＭＣＰ−４、及びＭＣＰ−５）、血小板塩基性タンパク質（ＰＢＰ，platelet basic protein）、血小板因子４（ＰＦ−４，platelet factor 4）、活性化調節正常Ｔ細胞で発現及び分泌される（ＲＡＮＴＥＳ，Regulated on Activation, Normal T-cell Expressed and Secreted）タンパク質、間質由来因子（例えばＳＤＦ−１及びＳＤＦ−２）、単一Ｃモチーフ１−β（ＳＣＭ−１β）、胸腺及び活性化調節ケモカイン（ＴＡＲＣ，thymus and activation-regulated chemokine）、胸腺で発現されるケモカイン（ＴＥＣＫ，thymus expressed chemokine）、腫瘍壊死因子ＴＷＥＡＫ（ＴＮＦＳＦ１２及びＡＰＯ３Ｌとしても公知）、並びにそれらの対立遺伝子又は種のバリアントが挙げられる。これ以上の非限定的な例示的なリガンドについては、下記の実施例における表１１を参照されたい。
特定の実施形態のなかでも、本発明のタンパク質は、ＳＬＴ−１Ａ（配列番号１）、ＳｔｘＡ（配列番号２）、及び／又はＳＬＴ−２Ａ（配列番号３）のアミノ酸７５〜２５１を含むか又はそれらから本質的になる志賀毒素エフェクター領域を含む。さらなる実施形態は、志賀毒素エフェクター領域が、ＳＬＴ−１Ａ（配列番号１）、ＳｔｘＡ（配列番号２）、及び／又はＳＬＴ−２Ａ（配列番号３）のアミノ酸１〜２４１を含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。さらなる実施形態は、志賀毒素エフェクター領域が、ＳＬＴ−１Ａ（配列番号１）、ＳｔｘＡ（配列番号２）、及び／又はＳＬＴ−２Ａ（配列番号３）のアミノ酸１〜２５１を含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。さらなる実施形態は、志賀毒素エフェクター領域が、ＳＬＴ−１Ａ（配列番号１）、ＳｔｘＡ（配列番号２）、及び／又はＳＬＴ−２Ａ（配列番号３）のアミノ酸１〜２６１を含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、ヒトＨＥＲ２に特異的な高親和性結合を示す配列番号４のアミノ酸２〜２４５を含むか又はそれから本質的になる免疫グロブリン型結合領域を含む。さらなる実施形態は、配列番号４〜７に示されるポリペプチドのいずれかを含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、ヒトＣＤ３８に特異的な高親和性結合を示す配列番号８のアミノ酸２〜２４１を含むか又はそれから本質的になる免疫グロブリン型結合領域を含む。さらなる実施形態は、配列番号８〜１１に示されるポリペプチドのいずれかを含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、ヒトＣＤ１９に特異的な高親和性結合を示す配列番号１２のアミノ酸２〜２５０を含むか又はそれから本質的になる免疫グロブリン型結合領域を含む。さらなる実施形態は、配列番号１２〜１５に示されるポリペプチドのいずれかを含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、ヒトＣＤ７４に特異的な高親和性結合を示す配列番号１６のアミノ酸２〜２５１を含むか又はそれから本質的になる免疫グロブリン型結合領域を含む。さらなる実施形態は、配列番号１６〜１９に示されるポリペプチドのいずれかを含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。
本発明の特定の実施形態のなかでも、結合領域は、例えば、米国特許出願公開公報第２０１１／００５９０９０号明細書で説明されるようなラクダ科動物抗体（ＶＨＨ）タンパク質５Ｆ７のシングルドメインの可変領域に由来するＨＥＲ２に特異的な高親和性結合を示すシングルドメイン免疫グロブリンに由来する領域ＶＨＨである。特定のさらなる実施形態において、本発明のタンパク質は、ヒトＨＥＲ２に特異的な高親和性結合を示す配列番号２０のアミノ酸２〜１１９を含むか又はそれから本質的になる免疫グロブリン型結合領域を含む。さらなる実施形態は、配列番号２０〜２７に示されるポリペプチドのいずれかを含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、ヒトＣＤ２０に特異的な高親和性結合を示す配列番号２８のアミノ酸２〜９９を含むか又はそれから本質的にからなる結合領域を含む。さらなる実施形態は、配列番号２８〜２９に示されるポリペプチドのいずれかを含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、ヒトインターロイキン−２受容体（ＩＬ−２Ｒ）に特異的な高親和性結合を示す配列番号３０のアミノ酸２〜１３４を含むか又はそれから本質的にからなる結合領域を含む。さらなる実施形態は、配列番号３０〜３３に示されるポリペプチドのいずれかを含むか又はそれから本質的になるタンパク質である。
本明細書で使用される場合、用語「重鎖可変（ＶＨ）ドメイン」又は「軽鎖可変（ＶＬ）ドメイン」はそれぞれ、あらゆる抗体ＶＨ又はＶＬドメイン（例えばヒトＶＨ又はＶＬドメイン）、加えて、対応する天然の抗体の少なくとも定性的な抗原結合能力を保持するそれらのあらゆる誘導体（例えば天然のマウスＶＨ又はＶＬドメインに由来するヒト化ＶＨ又はＶＬドメイン）を指す。ＶＨ又はＶＬドメインは、３つのＣＤＲ又はＡＢＲが間に存在する「フレームワーク」領域からなる。フレームワーク領域は、抗原のエピトープへの特異的な結合に関してＣＤＲを並べるのに役立つ。アミノ末端からカルボキシル末端にかけて、ＶＨ及びＶＬドメインの両方は、以下のフレームワーク（ＦＲ）及びＣＤＲ領域：ＦＲ１、ＣＤＲ１、ＦＲ２、ＣＤＲ２、ＦＲ３、ＣＤＲ３、及びＦＲ４を含む。ラクダ科動物ＶＨＨ断片、軟骨魚類ＩｇＮＡＲ、ＶＮＡＲ断片、及びそれらの誘導体の場合、同じ基本の配列：ＦＲ１、ＣＤＲ１、ＦＲ２、ＣＤＲ２、ＦＲ３、ＣＤＲ３、及びＦＲ４を含む単一の重鎖可変ドメインが存在する。
機能性細胞外標的生体分子結合部位を含有し、さらにより好ましくは標的生体分子と高親和性（例えばＫＤで示されるような）で結合することも可能な、本発明のタンパク質のポリペプチドのフラグメント、バリアント、及び／又は誘導体を使用することは、本発明の範囲内である。例えば、本発明は、ＣＤ１９、ＣＤ２０、ＣＤ３８、ＣＤ７４、及びＨＥＲ２に特異的に結合することができるポリペプチド配列を提供するが、本発明のタンパク質の製作及び本発明の方法における使用のために、細胞表面上に発現される細胞に物理的に結合している細胞外標的生体分子に、１０−５〜１０−１２モル／リットル、好ましくは２００ｎＭ未満の解離定数で結合するあらゆる結合領域を代わりに用いることができる。
本発明の特定の実施形態のなかでも、免疫グロブリン型結合領域は、ナノボディ又はシングルドメイン免疫グロブリンに由来する領域ＶＨＨに由来する。一般的に、ナノボディは、ラクダ科動物及び軟骨魚類（軟骨魚綱）に見出される種類の自然に存在する単一の単量体可変ドメイン抗体（ｓｄＡｂ）のフラグメントで構成されている。ナノボディは、これらの自然に存在する抗体から、単一の単量体可変ドメインをトランケートして、より小さくより安定な分子、例えばＩｇＮＡＲ、ＶＨＨ、及びＶＮＡＲコンストラクトなどを作製することによって改変される。それらの小さいサイズのために、ナノボディは、抗体全体に接近不可能な抗原に結合することができる。本発明の特定の実施形態のなかでも、免疫グロブリン型結合領域は、ヒトＨＥＲ２タンパク質に特異的な高親和性結合を示す、ナノボディ又はシングルドメイン免疫グロブリンに由来する領域ＶＨＨに由来する。
III．本発明のタンパク質の全般的な機能
本発明は、それぞれ１）細胞標的化のための結合領域及び２）細胞毒性の志賀毒素エフェクター領域を含む様々なタンパク質を提供する。細胞標的化結合領域と、志賀毒素サブユニットＡに由来する領域との連結は、強い志賀毒素の細胞毒性の細胞型特異的な標的化の操作を可能にする。特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、特定の細胞型の細胞表面に関連する細胞外標的生体分子と結合し、細胞に侵入することが可能である。本発明のタンパク質の特定の実施形態は、標的化された細胞型内に内在化されたら、標的細胞のサイトゾルに細胞毒性の志賀毒素エフェクターポリペプチドフラグメントの経路を定めることが可能である。標的化された細胞型のサイトゾル中に一度入れば、本発明の細胞毒性タンパク質の特定の実施形態は、リボソームを酵素的に不活性化すること、細胞のホメオスタシスを妨害すること、及び最終的には細胞を殺滅することが可能である。このシステムは、モジュール式構造であり、それにおいて、あらゆる数の多様な結合領域が、この強い細胞毒性又は細胞性塞栓を多種多様の細胞型に標的化するのに使用することができる。その代わりに、本発明のタンパク質の非毒性バリアントは、例えば診断情報の収集機能のために標的細胞内部を標識するための検出促進剤などの追加の外因性物質を標的細胞に送達するのに使用することができる。
Ａ．標的化された志賀毒素細胞毒性を介した細胞殺滅
志賀毒素ファミリーのメンバーは真核細胞を殺滅するようになっているため、志賀毒素エフェクター領域を使用して設計されたタンパク質は、有力な細胞殺滅活性を示すことができる。志賀毒素ファミリーメンバーのＡサブユニットは、細胞のサイトゾルに入れば真核細胞を殺滅することが可能な酵素ドメインを含む。本発明の細胞毒性タンパク質の特定の実施形態は、この細胞毒性メカニズムを利用するが、志賀毒素エフェクター領域を標的化された細胞型のサイトゾルに入れることが可能でなければならない。ＫＤＥＬタイプのシグナルモチーフの付加は、本発明の細胞毒性タンパク質の細胞毒性を増強するが、これは、サイトゾルへの志賀毒素エフェクターポリペプチドの送達を促進するのに十分な細胞内経路決定を達成することによる可能性が最も高い。
本発明の細胞毒性タンパク質の特定の実施形態において、本発明の細胞毒性タンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子と物理的に組み合わされた細胞を接触させると、細胞毒性タンパク質は、細胞の死を引き起こすことが可能である。細胞殺滅は、エクスビボで操作された標的細胞、インビトロで培養された標的細胞、インビトロで培養された組織サンプル中の標的細胞、又はインビボの標的細胞などの標的細胞の様々な条件下で本発明の細胞毒性タンパク質を使用して達成され得る。
標的生体分子の発現は、本発明の細胞毒性タンパク質による標的化された細胞殺滅のために必ずしも自然でなくてもよい。標的生体分子の細胞表面発現は、感染、病原体の存在、及び／又は細胞内細菌性病原体の存在の結果であってもよい。標的生体分子の発現は、例えばウイルス発現ベクターで感染させた後の強制的な又は誘導された発現による人工的なものでもよい。例えばアデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、及びレトロウイルスシステムを参照されたい。標的生体分子の誘導性の発現の例は、オールトランスレチノイン酸及び様々な合成レチノイド、又はあらゆるレチノイン酸受容体（ＲＡＲ，retinoic acid receptor）アゴニストのようなレチノイドに晒された細胞のＣＤ３８発現のアップレギュレーションである（Drach J et al., Cancer Res 54: 1746-52 (1994)、Uruno A et al., J Leukoc Biol 90: 235-47 (2011)）。別の実施例において、ＣＤ２０、ＨＥＲ２、及びＥＧＦＲ発現は、細胞に電離放射線を照射することにより誘導される場合もある（Wattenberg M et al., Br J Cancer 110: 1472-80 (2014)）。
Ｂ．細胞型間で選択的な細胞毒性
特異的な細胞型への高親和性結合領域を使用して酵素的に活性な志賀毒素領域の送達を標的化することによって、この有力な細胞殺滅活性を、選択された細胞型を優先的に殺滅することに限定することができる。本発明は、この機能的な能力を有する様々な細胞毒性タンパク質を提供する。
特定の実施形態において、本発明の細胞毒性タンパク質は、細胞型の混合物に投与され、ここで細胞毒性タンパク質は、その細胞毒性タンパク質の結合領域と特異的に結合したいずれの細胞外標的生体分子とも物理的に結合していない細胞型と比較して、特定の細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞を選択的に殺滅することが可能である。志賀毒素ファミリーのメンバーは真核細胞の殺滅に適していることから、志賀毒素エフェクター領域を使用して設計された細胞毒性タンパク質は、有力な細胞毒性の活性を示す可能性がある。高親和性結合領域を使用して特異的な細胞型への酵素的に活性な志賀毒素領域の送達を標的化することによって、この有力な細胞殺滅活性を、標的化が望ましい細胞型と選ばれた結合領域と特異的に結合した標的生体分子との物理的な関連によってそのような細胞型のみを優先的に殺滅することに限定することができる。
特定の実施形態において、本発明の細胞毒性タンパク質は、２又は３以上の異なる細胞型の混合物内で特異的な細胞型の死を選択的又は優先的に引き起こすことが可能である。これは、高い優先性で、例えば標的生体分子を発現しない「バイスタンダー」細胞型に対して３倍の細胞毒性作用で、細胞毒性活性を特異的な細胞型に標的化することを可能にする。その代わりに、標的生体分子が十分低い量で発現されるか及び／又は標的化されるべきではない細胞型と少量で物理的に組み合わされる場合、結合領域の標的生体分子の発現は、１つの細胞型に限られない場合がある。これは、高い優先性で、例えば有意な量の標的生体分子を発現しないか、又は有意な量の標的生体分子と物理的に組み合わされない「バイスタンダー」細胞型に対して３倍の細胞毒性作用で、細胞殺滅を特異的な細胞型に標的化することを可能にする。
細胞表面上での細胞外標的生体分子のレベルは、当業者公知の様々な方法、例えばＦＡＣＳ方法などを使用して決定することができる。細胞表面で発現される細胞外標的生体分子の有意な量は、本明細書で使用される場合、ＦＡＣＳ分析によれば、細胞型に応じて、１０，０００より高い、２０，０００より高い、３０，０００より高い、４０，０００より高い、５０，０００より高い、６０，０００より高い、又は７０，０００より高い平均蛍光強度（ＭＦＩ，mean fluorescence intensity）である。
特定のさらなる実施形態において、本発明の細胞毒性タンパク質は、細胞外標的生体分子の存在及び／又はポリペプチド配列に関して異なる細胞型の２つの集団に投与され、ここで細胞毒性タンパク質は、メンバーが細胞毒性タンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子を発現する標的細胞の集団に対する半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０、half-maximal cytotoxic concentration）が、例えば、メンバーが細胞毒性タンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子を発現しない細胞の集団に対する同じ細胞毒性タンパク質のＣＤ５０用量の少なくとも３分の１の用量であることによって定義されるような細胞死を引き起こすことが可能である。
特定の実施形態において、細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞型の集団に対する本発明のタンパク質の細胞毒性活性は、その本発明のタンパク質と特異的に結合したいずれの細胞外標的生体分子とも物理的に結合していない細胞型の集団に対する細胞毒性活性より少なくとも３倍高い。本発明によれば、選択的な細胞毒性は、（ａ）結合領域の標的生体分子と物理的に組み合わされた特異的な細胞型の細胞集団に対する細胞毒性の、（ｂ）結合領域の標的生体分子と物理的に組み合わされていない細胞型の細胞集団に対する細胞毒性に対する比率（ａ／ｂ）に関して定量化されてもよい。特定の実施形態において、細胞毒性の比率は、結合領域の標的生体分子と物理的に組み合わされた細胞集団又は細胞型について、結合領域の標的生体分子と物理的に組み合わされていない細胞集団又は細胞型と比較して、少なくとも３倍、５倍、１０倍、１５倍、２０倍、２５倍、３０倍、４０倍、５０倍、７５倍、１００倍、２５０倍、５００倍、７５０倍、１０００倍又はそれ以上高い選択的な細胞毒性であることを示す。
この優先的な細胞殺滅機能は、様々な条件下で、非標的化バイスタンダー細胞の存在下で、例えばエクスビボで操作された細胞型の混合物、インビトロで細胞型の混合物と共に培養された組織、又はインビボの複数の細胞型の存在下で（例えばインサイチュで、又は多細胞生物内におけるその天然位置で）本発明の特定の細胞毒性タンパク質によって、標的化された細胞を殺滅することを可能にする。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、２種又は３種以上の異なる細胞型の混合物中で特異的な細胞型の死を選択的又は優先的に引き起こすことが可能である。これは、高い優先性で、例えばその本発明の細胞毒性タンパク質の結合領域と特異的に結合する細胞外標的を発現しない「バイスタンダー」細胞型に対して３倍の細胞障害作用で、特異的な細胞型に標的化された細胞毒性活性を可能にする。その代わりに、細胞外標的生体分子の発現は、細胞外標的生体分子が、標的化されないほど低い量で細胞型により発現される場合、１種の細胞型に限定されない可能性がある。これは、例えばその細胞毒性タンパク質に特異的に結合する有意な量の標的生体分子を発現しない、及び／又はその細胞毒性タンパク質と特異的に結合する細胞外に露出した有意な量の標的生体分子に物理的に結合していない「バイスタンダー」細胞型に対して３倍の細胞障害作用で、最も多い量の細胞外標的生体分子を発現する細胞型のみの優先的な細胞殺滅を可能にする。
本発明の細胞毒性タンパク質は、特異的な細胞型の集団の除去に有用である。例えば、本発明の細胞毒性タンパク質は、１又は２以上の細胞表面で高レベルの標的生体分子を発現する「標的生体分子＋」細胞を除去することによる、特定の腫瘍、がん、及び／又は他の増殖異常の治療に有用である。
特定の実施形態において、特定の細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞型の集団に対する本発明のタンパク質の細胞毒性活性は、その特定の本発明のタンパク質の結合領域と特異的に結合する有意な量の細胞外標的生体分子と物理的に結合していない細胞型の集団に対する細胞毒性活性より少なくとも３倍高い。本発明によれば、選択的な細胞毒性は、（ａ）本発明の細胞毒性タンパク質の結合領域と結合する有意な量の細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞の集団に対する細胞毒性と、（ｂ）その本発明の特定の細胞毒性タンパク質の結合領域と特異的に結合する有意な量のあらゆる細胞外標的生体分子と物理的に結合していない細胞型の細胞の集団に対する細胞毒性との比率（ａ／ｂ）に関して定量化されてもよい。特定の実施形態において、細胞毒性の比率は、細胞外標的生体分子を発現するか又は本発明の細胞毒性タンパク質の結合領域と結合する細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞集団又は細胞型について、細胞外標的生体分子を発現しないか又はその本発明の特定の細胞毒性タンパク質の結合領域と特異的に結合する有意な量の細胞外標的生体分子と物理的に結合していない細胞集団又は細胞型と比較して、少なくとも３倍、５倍、１０倍、１５倍、２０倍、２５倍、３０倍、４０倍、５０倍、７５倍、１００倍、２５０倍、５００倍、７５０倍、１０００倍又はそれより高い選択的な細胞毒性であることを示す。例えば、本発明の特定の細胞毒性タンパク質が、細胞外標的生体分子の存在及び／又はポリペプチド配列に関して異なる２種の異なる細胞集団に投与されると、例えば、細胞毒性タンパク質の結合領域と結合する細胞外標的生体分子と物理的に結合していない細胞型か、又はその細胞毒性タンパク質の結合領域による結合特異性を崩壊させる配列バリエーション又は変異を含むその細胞外標的生体分子の形態とだけ物理的に結合している細胞型で観察されるＣＤ５０ の少なくとも３分の１のＣＤ５０で、本発明の細胞毒性タンパク質は、細胞毒性タンパク質の結合領域と結合する細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞型の細胞死を引き起こすことが可能である。
本発明の細胞毒性タンパク質の特定の実施形態において、細胞毒性タンパク質が２種の異なる細胞型集団に投与されると、細胞毒性タンパク質は、メンバーが細胞表面で特定の標的生体分子を発現する第１の細胞集団に対する半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０）が、メンバーがその標的生体分子を発現しないか、有意な量のその標的生体分子を発現しないか、又は細胞毒性タンパク質の結合領域と結合する有意な量のその標的生体分子に晒されない第２の細胞集団に対する同じ細胞毒性タンパク質のＣＤ５０用量の少なくとも３分の１の用量であることによって定義されるような細胞死を引き起こすことが可能である。
Ｃ．標的細胞内部への追加の外因性物質の送達
直接の細胞殺滅に加えて、本発明のタンパク質は、標的細胞内部への追加の外因性物質の送達に使用することができる。追加の外因性物質の送達は、例えば細胞毒性、細胞増殖抑制、情報収集、及び／又は診断機能のために使用することができる。本発明の細胞毒性タンパク質の非毒性バリアント、又は毒性バリアントは、細胞毒性タンパク質の細胞外標的生体分子と物理的に組み合わされた細胞に追加の外因性物質を送達すること、及び／又はそのような細胞の内部を標識することに使用されてもよい。少なくとも１つの細胞表面に標的生体分子を発現する様々な種類の細胞及び／又は細胞集団は、外因性物質を受け取るために本発明のタンパク質によって標的化されてもよい。本発明の機能的な成分は、モジュール式構造であり、それにおいて、様々な志賀毒素エフェクター領域及び追加の外因性物質が、腫瘍細胞の非侵襲的なインビボでのイメージングなどの多様な適用を提供するために様々な結合領域に連結されていてもよい。
本発明のタンパク質は、毒性又は非毒性か、さらにはそれらの触媒的に不活性な型かどうかにかかわらずその結合領域によって認識される細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞に侵入することが可能であるため、本発明のタンパク質の特定の実施形態は、標的化された細胞型の内部に追加の外因性物質を送達するのに使用することができる。ある意味では、タンパク質全体が細胞に侵入する外因性物質であり、したがって「追加の」外因性物質は、コアのタンパク質そのもの以外に連結される異種材料である。
「追加の外因性物質」は、本明細書で使用される場合、一般的にネイティブの標的細胞中に存在しないことが多い１又は２以上の分子を指し、ここで本発明のタンパク質は、このような材料を細胞内部に特異的に輸送するのに使用することができる。追加の外因性物質の非限定的な例は、細胞毒性物質、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、ポリヌクレオチド、検出促進剤、及び小分子の化学療法剤である。
追加の外因性物質の送達のための本発明のタンパク質の特定の実施形態において、追加の外因性物質は、細胞毒性物質、例えば小分子の化学療法剤、細胞毒性の抗生物質、アルキル化剤、代謝拮抗物質、トポイソメラーゼ阻害剤、及び／又はチューブリン阻害剤などである。細胞毒性物質の非限定的な例としては、アジリジン、シスプラチン、テトラジン、プロカルバジン、ヘキサメチルメラミン、ビンカアルカロイド、タキサン、カンプトテシン、エトポシド、ドキソルビシン、ミトキサントロン、テニポシド、ノボビオシン、アクラルビシン、アントラサイクリン、アクチノマイシン、ブレオマイシン、プリカマイシン、マイトマイシン、ダウノルビシン、エピルビシン、イダルビシン、ドラスタチン、メイタンシン、ドセタキセル、アドリアマイシン、カリチアマイシン、オーリスタチン、ピロロベンゾジアゼピン、カルボプラチン、５−フルオロウラシル（５−ＦＵ）、カペシタビン、マイトマイシンＣ、パクリタキセル、１，３−ビス（２−クロロエチル）−１−ニトロソウレア（ＢＣＮＵ）、リファンピシン、シスプラチン、メトトレキセート、及びゲムシタビンが挙げられる。
特定の実施形態において、追加の外因性物質は、酵素を含むタンパク質又はポリペプチドを含む。特定の他の実施形態において、追加の外因性物質は、核酸であり、例えば低分子阻害ＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ，small inhibiting RNA）又はマイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ，microRNA）として機能するリボ核酸などである。特定の実施形態において、追加の外因性物質は、抗原であり、例えば、細菌タンパク質、ウイルスタンパク質、がんにおいて変異したタンパク質、がんにおいて異常に発現されたタンパク質、又はＴ細胞相補性決定領域に由来する抗原などである。例えば、外因性物質としては、抗原、例えば細菌感染した抗原提示細胞に特徴的な抗原、及び外因性抗原として機能することが可能なＴ細胞相補性決定領域が挙げられる。
Ｄ．診断機能のための情報収集
本発明の特定のタンパク質は、インビトロ及び／又はインビボにおける特異的な細胞、細胞型、及び／又は細胞集団の検出において用途を有する。特定の実施形態において、本明細書で説明される細胞毒性タンパク質は、診断と治療の両方、又は診断単独に使用される。診断と治療の両方に同じ細胞毒性タンパク質が使用される場合、診断のための検出促進剤を取り入れている細胞毒性タンパク質バリアントは、本明細書で説明される例示的な置換などの１又は２以上のアミノ酸置換を介した志賀毒素エフェクター領域の触媒による不活性化によって非毒性にされてもよい。検出促進剤にコンジュゲートされる本発明の細胞毒性タンパク質の触媒的に不活性な形態は、診断機能に、例えば同じ又は関連する結合領域を含む治療レジメンと共に使用されるコンパニオン診断に使用されてもよい。
当業界において公知の検出促進剤を様々な本発明のタンパク質にコンジュゲートする能力は、がん、腫瘍、免疫及び感染細胞の検出に有用な組成物を提供する。これらの本発明のタンパク質の診断の実施形態は、当業界において公知の様々なイメージング技術及びアッセイを介した情報収集に使用される可能性がある。例えば、本発明のタンパク質の診断の実施形態は、患者又は生検サンプルにおける個々のがん細胞、免疫細胞、又は感染細胞の細胞内のオルガネラ（例えばエンドサイトーシス、ゴルジ、小胞体、及びサイトゾル区画）のイメージングを介した情報収集に使用される可能性がある。
様々な種類の情報は、診断での使用のためか又は他の使用のためかにかかわらず、本発明のタンパク質の診断の実施形態を使用して収集することができる。この情報は、例えば、新生細胞のタイプを診断すること、患者の疾患の治療感受性を決定すること、経時的に抗新生物療法の進行をアッセイすること、経時的に免疫調節療法の進行をアッセイすること、経時的に抗菌療法の進行をアッセイすること、移植材料中の感染細胞の存在を評価すること、移植材料中の不要な細胞型の存在を評価すること、及び／又は腫瘤の外科的切除後に残留した腫瘍細胞の存在を評価することにおいて有用であり得る。
例えば、本発明のタンパク質の診断用バリアントを使用して収集された情報を使用して患者の部分集団を確認できる可能性があり、そうなれば、個々の患者を、そのような診断の実施形態を使用して解明されたそれらの固有の特徴に基づき部分集団に類別することができる。例えば、具体的な医薬品又は療法の有効性が、患者の部分集団を定義するのに使用される基準の１つのタイプとなる可能性がある。例えば、本発明の特定の細胞毒性タンパク質の非毒性の診断用バリアントは、どの患者が、同じ本発明の細胞毒性タンパク質の細胞毒性バリアントに対して陽性に応答すると予測される患者のクラス又は部分集団に属するのかを識別するのに使用することができる。したがって、本発明の細胞毒性タンパク質及び／又はそれらの非毒性のバリアントを使用した患者の同定、患者の層別化及び診断のための関連方法は、本発明の範囲内であるとみなされる。
IV．全体の構造及び機能を維持する本発明のタンパク質のポリペプチド配列におけるバリエーション
当業者は、例えば本発明のタンパク質の全体の構造及び機能を維持することによって、本発明のタンパク質（及びそれらをコードするポリヌクレオチド）に、それらの生物活性を低減させることなくバリエーションをもたらすことができることを理解していると予想される。例えば、いくつかの改変が、発現、精製、薬物動態学的特性及び／又は免疫原性を容易にする可能性がある。このような改変は熟練した作業者に周知であり、例えば、開始部位を提供するためのアミノ末端に付加されたメチオニン、都合よく配置された制限部位若しくは終止コドンを作製するためのいずれかの末端に配置された追加のアミノ酸、並びに便利な検出及び／若しくは精製のために提供されるいずれかの末端に融合した生化学的な親和性タグが挙げられる。
また、エピトープタグ又は他の部分に関する配列などの、アミノ及び／又はカルボキシ末端における追加のアミノ酸残基の包含も本明細書において検討される。追加のアミノ酸残基は、例えば、クローニング、発現、翻訳後修飾、合成、精製、検出、及び／又は投与を容易にすることなどの様々な目的に使用することができる。エピトープタグ及び部分の非限定的な例は、キチン結合タンパク質ドメイン、エンテロペプチダーゼ切断部位、Ｘａ因子切断部位、ＦＩＡｓＨタグ、ＦＬＡＧタグ、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ，green fluorescent protein）、グルタチオン−Ｓ−トランスフェラーゼ部分、ＨＡタグ、マルトース結合タンパク質ドメイン、ｍｙｃタグ、ポリヒスチジンタグ、ＲｅＡｓＨタグ、ｓｔｒｅｐ−タグ、ｓｔｒｅｐ−タグＩＩ、ＴＥＶプロテアーゼ部位、チオレドキシンドメイン、トロンビン切断部位、及びＶ５エピトープタグである。
上記の実施形態のうち特定のものにおいて、本発明のタンパク質は、１又は２以上の保存的アミノ酸置換がポリペプチド領域に導入されているバリアントである。用語「保存的置換」は、本明細書で使用される場合、１又は２以上のアミノ酸が別の生物学的に類似するアミノ酸残基で置き換えられることを示す。その例としては、類似の特徴を有するアミノ酸残基、例えば小さいアミノ酸、酸性アミノ酸、極性アミノ酸、塩基性アミノ酸、疎水性アミノ酸及び芳香族アミノ酸の置換が挙げられる（例えば、下記の表Ｂを参照）。内因性の哺乳動物ペプチド及びタンパク質に通常存在しない残基での保存的置換の例は、アルギニン又はリシン残基の、例えばオルニチン、カナバニン、アミノエチルシステイン、又は別の塩基性アミノ酸での保存的置換である。ペプチド及びタンパク質において表現型ではサイレントな置換に関するさらなる情報については、例えば、Bowie J et al., Science 247: 1306-10 (1990)を参照されたい。
下記の表Ｂにおける保存的置換のスキームでは、例示的なアミノ酸の保存的置換は、物理化学的な特性によって、Ｉ：中性、親水性；II：酸及びアミド；III：塩基性；IV：疎水性；Ｖ：芳香族、嵩高なアミノ酸、VI：親水性で非荷電性、VII：脂肪族で非荷電性、VIII：非極性で非荷電性、IX：シクロアルケニル結合、Ｘ：疎水性、XI：極性、XII：小さい、XIII：ターン許容性、及びXIV：フレキシブルにグループ分けされる。例えば、保存的アミノ酸置換としては、以下：１）Ｓは、Ｃで置換されていてもよい；２）Ｍ又はＬは、Ｆで置換されていてもよい；３）Ｙは、Ｍで置換されていてもよい；４）Ｑ又はＥは、Ｋで置換されていてもよい；５）Ｎ又はＱは、Ｈで置換されていてもよい；及び６）Ｈは、Ｎで置換されていてもよいことが挙げられる。
Figure 0006935195
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、置換されたポリペプチド領域が単独で又は本発明のタンパク質の成分として測定可能な生物活性を保持する限り、本明細書で列挙されたポリペプチド配列と比較して、最大で、２０、１５、１０、９、８、７、６、５、４、３、２、又は１つのアミノ酸置換を有する本発明のポリペプチド領域の機能的なフラグメント又はバリアントを含んでいてもよい。本発明のタンパク質のバリアントは、変化した細胞毒性、変化した細胞増殖抑制作用、変化した免疫原性、及び／又は変化した血清中半減期などの所望の特性を達成するために、例えば結合領域又は志賀毒素エフェクター領域内で、１又は２以上のアミノ酸を変更すること又は１又は２以上のアミノ酸を欠失させるか若しくは挿入することによって、本発明のタンパク質のポリペプチドを変化させる結果として本発明の範囲内である。本発明のタンパク質のポリペプチドはさらに、シグナル配列を含んでいてもよいし、又は含んでいなくてもよい。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、それが測定可能な生物活性、例えば細胞毒性、細胞外標的生体分子の結合、酵素による触媒作用、又は細胞レベル下の経路決定を保持する限り、本明細書で列挙されたタンパク質のアミノ酸配列のいずれかに対して、少なくとも８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％又はそれより高いアミノ酸配列同一性を共有する。免疫グロブリン型結合領域は、それがその細胞外標的生体分子に対する結合機能性を保持する限りは、本明細書で列挙されたタンパク質のアミノ酸配列と異なっていてもよい。ＣＤＲ又はＡＢＲのアミノ酸配列が同一の場合、結合機能性は、保持される可能性が最も高いと予想される。例えば、アミノ酸同一性の程度を決定する目的のためＣＤＲ又はＡＢＲを形成するアミノ酸残基を無視して、本明細書で列挙されたタンパク質に８５％のアミノ酸同一性を含むか又はそれから本質的になるタンパク質は、特許請求の範囲内である。結合機能性は、当業者により標準的な技術を使用して決定することができる。
特定の実施形態において、志賀毒素エフェクター領域が１又は２以上の他の志賀毒素エフェクターの機能を保持する限りは、志賀毒素エフェクター領域を変更して、その酵素活性及び／又は細胞毒性を変化させてもよい。この変化は、変更された志賀毒素エフェクター領域がその成分であるタンパク質の細胞毒性において変化をもたらす場合もあるし、もたらさない場合もある。可能性のある変更としては、トランケーション、欠失、転位、挿入、再配列、及び置換からなる群から選択される志賀毒素エフェクター領域への変異が挙げられる。
志賀毒素ファミリーのメンバーのＡサブユニットの細胞毒性は、変異又はトランケーションによって、変更、低減、又は除去され得る。チロシン−７７、グルタミン酸−１６７、アルギニン−１７０、チロシン−１１４、及びトリプトファン−２０３と名付けられた位置は、Ｓｔｘ、Ｓｔｘ１、及びＳｔｘ２の触媒活性にとって重要であることが示されている（Hovde C et al., Proc Natl Acad Sci USA 85: 2568-72 (1988)、Deresiewicz R et al., Biochemistry 31: 3272-80 (1992)、Deresiewicz R et al., Mol Gen Genet 241: 467-73 (1993)、Ohmura M et al., Microb Pathog 15: 169-76 (1993)、Cao C et al., Microbiol Immunol 38: 441-7 (1994)、Suhan M, Hovde C, Infect Immun 66: 5252-9 (1998)）。無細胞リボソーム不活性化アッセイにおいて、グルタミン酸−１６７とアルギニン−１７０の両方を変異させると、Ｓｌｔ−Ｉ Ａ１の酵素活性が消去された（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。小胞体でＳｌｔ−Ｉ Ａ１のデノボ発現を使用する別のアプローチにおいて、グルタミン酸−１６７とアルギニン−１７０の両方を変異させると、Ｓｌｔ−Ｉ Ａ１フラグメントの細胞毒性がその発現レベルで消去された（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。トランケーション分析から、残基７５から２６８までのＳｔｘＡのフラグメントが、インビトロで有意な酵素活性をなお保持していることが実証された（Haddad, J Bacteriol １７５: 4970-8 (1993)）。残基１〜２３９を含有するＳｌｔ−Ｉ Ａ１のトランケートされたフラグメントは、インビトロにおいて有意な酵素活性及びサイトゾルにおいてデノボ発現による細胞毒性を示した（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。小胞体中の残基１〜２３９にトランケートされたＳｌｔ−Ｉ Ａ１フラグメントの発現は、サイトゾルに逆輸送（retrotranslocate）されることができないことから、細胞毒性ではなかった（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。
志賀毒素のＡサブユニットにおける酵素活性及び／又は細胞毒性にとって最も重要な残基は、なかでも以下の残基位置：アスパラギン−７５、チロシン−７７、グルタミン酸−１６７、アルギニン−１７０、及びアルギニン−１７６にマッピングされた（Di, Toxicon 57: 525-39 (2011)）。特定には、グルタミン酸−Ｅ１６７からリシン、及びアルギニン−１７６からリシンの変異を含有するＳｔｘ２Ａの二重ミュータントコンストラクトは完全に不活性化され、それに対して、Ｓｔｘ１及びＳｔｘ２における多くの単一の変異は細胞毒性の１０分の１の低下を示した。さらに、Ｓｔｘ１Ａの１〜２３９又は１〜２４０へのトランケーションは、その細胞毒性を低下させ、同様に、Ｓｔｘ２Ａの保存された疎水性残基へのトランケーションは、その細胞毒性を低下させた。
志賀毒素のＡサブユニットにおける真核性リボソーム及び／又は真核性リボソーム阻害の結合にとって最も重要な残基は、なかでも以下の残基位置、アルギニン−１７２、アルギニン−１７６、アルギニン−１７９、アルギニン−１８８、チロシン−１８９、バリン−１９１、及びロイシン−２３３にマッピングされている（McCluskey A et al., PLoS One 7: e31191 (2012)）。
志賀様毒素１のＡサブユニットのトランケーションは、インビトロでリボソームを酵素的に不活性化することが可能な場合、触媒活性を示し、細胞内で発現される場合、細胞毒性である（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。完全な酵素活性を示す最小の志賀毒素のＡサブユニットフラグメントは、Ｓｌｔ１Ａの残基１〜２３９で構成されるポリペプチドである（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。実質的な触媒活性を保持すると報告された志賀毒素のＡサブユニットの最小のフラグメントは、ＳｔｘＡの７５〜２４７残基であるにもかかわらず（Al-Jaufy, Infect Immun 62: 956-60 (1994)）、真核細胞内でデノボ発現されたＳｔｘＡのトランケーションは、サイトゾルに到達してリボソームを触媒的に不活性化させるのに、わずか２４０残基しか必要としない（LaPointe, J Biol Chem 280: 23310-18 (2005)）。
ＳＬＴ−１Ａ（配列番号１）又はＳｔｘＡ（配列番号２）に由来する特定の実施形態において、これらの変化は、７５位におけるアスパラギン、７７位におけるチロシン、１１４位におけるチロシン、１６７位におけるグルタミン酸、１７０位におけるアルギニン、１７６位におけるアルギニンの置換、及び／又は２０３位におけるトリプトファンの置換を包含する。このような置換の例は、従来技術に基づき熟練した作業者に公知であると予想され、例えば、７５位におけるアスパラギンからアラニンへの置換、７７位におけるチロシンからセリンへの置換、１１４位におけるチロシンからセリンへの置換、１６７位におけるグルタミン酸からアスパルテートへの置換、１７０位におけるアルギニンからアラニンへの置換、１７６位におけるアルギニンからリシンへの置換、及び／又は２０３位におけるトリプトファンからアラニンへの置換である。
本発明のタンパク質は、本明細書で説明されるような薬剤を含む当業界において公知の治療剤及び／又は診断剤などの１又は２以上の追加の薬剤にコンジュゲートされていてもよい。
V．本発明のタンパク質の産生、製造、及び精製
本発明のタンパク質は、当業者に周知の生化学工学の技術を使用して産生され得る。例えば、本発明のタンパク質は、標準的な合成方法、組換え発現系の使用、又は他のあらゆる好適な方法によって製造され得る。本発明のタンパク質は、融合タンパク質、化学的に組み合わされたコンジュゲート、及び／又はそれらの組合せ、例えば１又は２以上の成分に共有結合で組み合わされた融合タンパク質成分などとして産生されてもよい。したがって、本発明のタンパク質は、多数の方法で合成することが可能であり、このような方法としては、例えば、（１）標準的な固相又は液相の手法を使用して、段階的に又はフラグメントのアセンブリのいずれかによって本発明のタンパク質のポリペプチド又はポリペプチド成分を合成するステップと、最終的なペプチド化合物生成物を単離し精製するステップとを含む方法；（２）宿主細胞中の本発明のタンパク質のポリペプチド又はポリペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを発現させるステップと、宿主細胞又は宿主細胞培養から発現生成物を回収するステップとを含む方法；又は（３）インビトロで本発明のタンパク質のポリペプチド又はポリペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを無細胞発現させるステップと、発現生成物を回収するステップとを含む方法；又は（１）、（２）又は（３）の方法のあらゆる組合せによって、ペプチド成分のフラグメントを得て、その後フラグメントを合体させ（例えばライゲートして）ペプチド成分を得て、ペプチド成分を回収する方法が挙げられる。
本発明のタンパク質のポリペプチド若しくはポリペプチド成分を、固相又は液相ペプチド合成の手段によって合成することが好ましい場合がある。本発明のタンパク質は、好適には、標準的な合成方法によって製造されてもよい。したがって、ペプチドは、例えば、標準的な固相又は液相手法で、段階的に又はフラグメントのアセンブリのいずれかによってペプチドを合成するステップと、最終的なペプチド生成物を単離し精製するステップとを含む方法によって合成されてもよい。これに関して、国際公開第１９９８／１１１２５号パンフレット、又はとりわけFields G et al., Principles and Practice of Solid-Phase Peptide Synthesis （Synthetic Peptides, Grant G, ed., Oxford University Press, U.K., 2nd ed., 2002）及びそこに記載された合成の実施例を参照してもよい。
本発明のタンパク質は、当業界において周知の組換え技術を使用して調製（産生及び精製）されてもよい。一般的に、コード化ポリヌクレオチドを含むベクターで形質転換又はトランスフェクトされた宿主細胞を培養すること、及び細胞培養からポリペプチドを回収することによってポリペプチドを調製するための方法は、例えばSambrook J et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual （Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, U.S., 1989）、Dieffenbach C et al., PCR Primer: A Laboratory Manual （Cold Spring Harbor Laboratory Press, N.Y., U.S., 1995）で説明されている。本発明のタンパク質を産生するために、あらゆる好適な宿主細胞を使用することができる。宿主細胞は、本発明のポリペプチドの発現を駆動させる１又は２以上の発現ベクターで安定して若しくは一時的にトランスフェクションされた、形質転換された、形質導入された、又は感染した細胞であり得る。加えて、本発明のタンパク質は、変化した細胞毒性、変化した細胞増殖抑制作用、変化した免疫原性、及び／又は変化した血清中半減期などの所望の特性を達成するために、１又は２以上のアミノ酸の変更又は１又は２以上のアミノ酸の欠失若しくは挿入をもたらす本発明のタンパク質をコードするポリヌクレオチドの改変によって産生されてもよい。
本発明のタンパク質を産生するために選ばれる可能性がある多種多様の発現系がある。例えば、本発明のタンパク質の発現のための宿主生物としては、原核生物、例えば大腸菌（E. coli）及び枯草菌（B. subtilis）、真核細胞、例えば酵母及び糸状菌（Ｓ．セレビジエ（S. cerevisiae）、Ｐ．パストリス（P. pastoris）、黒麹菌（A. awamori）、及びＫ．ラクティス（K. lactis）など）、藻類（コナミドリムシ（C. reinhardtii）など）、昆虫細胞株、哺乳動物細胞（ＣＨＯ細胞など）、植物細胞株、並びに真核生物、例えばトランスジェニック植物（シロイスナズナ（A. thaliana）及びベンサミアナタバコ（N. benthamiana）など）が挙げられる。
したがって、本発明はまた、上記で列挙された方法に従って、（ｉ）本発明のタンパク質又はそれらのポリペプチド成分の一部又は全部をコードするポリヌクレオチド、（ii）好適な宿主細胞又は無細胞発現系に導入される場合、本発明のタンパク質又はそれらのポリペプチド成分の一部又は全部をコードすることが可能な本発明の少なくとも１つのポリヌクレオチドを含む発現ベクター、及び／又は（iii）本発明のポリヌクレオチド又は発現ベクターを含む宿主細胞を使用して、本発明のタンパク質を産生するための方法も提供する。
組換え技術を使用して宿主細胞又は無細胞系中でポリペプチド又はタンパク質が発現される場合、高純度を有するか又は実質的に均一な調製物を得るために、宿主細胞の要素などの他の成分から所望のポリペプチド又はタンパク質を分離（又は精製）することが有利である。精製は、当業界において周知の方法、例えば遠心分離技術、抽出技術、クロマトグラフ及び画分化技術（例えばゲルろ過によるサイズ分離、イオン交換カラム、疎水性相互作用クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、シリカでのクロマトグラフィー又はカチオン交換樹脂、例えばＤＥＡＥなどによる電荷分離、クロマトフォーカシング、及び汚染物質を除去するためのプロテインＡセファロースクロマトグラフィー）、並びに沈殿技術（例えばエタノール沈殿又は硫酸アンモニウム沈殿）によって達成することができる。本発明のタンパク質の純度を増加させるために、相当数の生化学精製技術を使用することができる。特定の実施形態において、本発明のタンパク質は、ホモ多量体の形態（すなわち２又は３以上の同一なタンパク質のタンパク質複合体）又はヘテロ多量体の形態（すなわち２又は３以上の同一ではないタンパク質のタンパク質複合体）で精製されてもよい。
以下の実施例は、本発明のタンパク質を産生するための方法の非限定的な例、加えて開示された例示的な細胞毒性タンパク質に関するタンパク質産生の具体的な、ただし非限定的な態様の説明である。
VI．本発明のタンパク質を含む医薬及び診断用組成物
本発明は、以下のさらなる詳細で説明される状態、疾患、障害、又は症状（例えばがん、悪性腫瘍、非悪性腫瘍、増殖異常、免疫障害、及び微生物感染）の治療又は防止のための医薬組成物において、単独で、又は１又は２以上の追加の治療剤と組み合わせて使用するためのタンパク質を提供する。本発明はさらに、本発明に従って、少なくとも１つの薬学的に許容される担体、賦形剤、又は媒体と共に、本発明のタンパク質、又はそれらの薬学的に許容される塩若しくは溶媒和物を含む医薬組成物を提供する。特定の実施形態において、本発明の医薬組成物は、本発明のタンパク質のホモ多量体及び／又はヘテロ多量体の形態を含んでいてもよい。医薬組成物は、以下のさらなる詳細で説明される疾患、状態、障害、又は症状を治療、緩和又は予防する方法において有用であると予想される。このような疾患、状態、障害、又は症状はそれぞれ、本発明に係る医薬組成物の使用に対して別の実施形態であると想定される。本発明は、さらに、以下でより詳細に説明されるように、少なくとも１つの本発明に係る治療方法で使用するための医薬組成物を提供する。
用語「患者」及び「対象」は、本明細書で使用される場合、同義的に使用され、あらゆる生物、一般的に脊椎動物、例えば少なくとも１つの疾患、障害、又は状態の症状、症候、及び／又は徴候を示すヒト及び動物を指す。これらの用語は、哺乳動物、例えば霊長類の非限定的な例、家畜動物（例えばウシ、ウマ、ブタ、ヒツジ、ヤギなど）、コンパニオンアニマル（例えばネコ、イヌなど）及び実験動物（例えばマウス、ウサギ、ラットなど）を包含する。
本明細書で使用される場合、「治療する」、「治療すること」、又は「治療」及びそれらの文法上の変化形は、有益な又は所望の臨床結果を得るためのアプローチを指す。この用語は、状態、障害若しくは疾患の発病又は進行速度を遅延させること、それに関連する症状を低減又は軽減すること、状態の完全又は部分退縮をもたらすこと、又は上記いずれかのいくつかの組合せを指す場合もある。本発明の目的に関して、有益な又は所望の臨床結果としては、これらに限定されないが、検出可能か又は検出不可能かにかかわらず、症状の低減又は軽減、疾患の程度の減少、疾患の状況の安定化（例えば悪化しないこと）、疾患進行の遅延又は減速、病状の緩和又は一時的緩和、及び寛解（部分又は完全にかかわらず）が挙げられる。「治療する」、「治療すること」、又は「治療」はまた、治療を受けない場合に予測される生存時間と比べて生存を長くすることを意味する場合もある。したがって治療が必要な対象（例えばヒト）は、すでに問題の疾患又は障害に罹っている対象であり得る。用語「治療する」、「治療すること」、又は「治療」は、治療しない場合と比較して病理学的状況又は症状の重症度の増加を阻害又は低減することを包含し、関連する疾患、障害、又は状態の完全な停止を暗に示すことを必ずしも意味するわけではない。腫瘍及び／又はがんに関して、治療は、全体的な腫瘍負荷量及び／又は個々の腫瘍サイズの低減を包含する。
本明細書で使用される場合、用語「予防する」、「予防すること」、「予防」及びそれらの文法上の変化形は、状態、疾患、若しくは障害の発症を予防する、又はその病状を変更するためのアプローチを指す。したがって、「予防」は、防止的又は予防的措置を指す場合もある。本発明の目的に関して、有益な又は所望の臨床結果としては、これらに限定されないが、検出可能か又は検出不可能かにかかわらず、疾患の症状、進行又は発症の予防又は減速が挙げられる。したがって予防が必要な対象（例えばヒト）は、まだ問題の疾患又は障害に罹っていない対象であり得る。用語「予防」は、治療しない場合と比較して疾患の発病を減速させることを包含し、関連する疾患、障害又は状態の永続的な予防を暗に示すことを必ずしも意味するわけではない。したがって状態を「予防すること」又は状態の「予防」は、特定の状況において、状態を発症する危険を低下させること、又は状態に関連する症状の発症を予防若しくは遅延することを指す場合がある。
「有効量」又は「治療有効量」は、本明細書で使用される場合、標的の状態を予防若しくは治療すること、又は状態に関連する症状を有利に軽減することなどの対象における少なくとも１つの望ましい治療効果を生じる組成物（例えば治療用組成物又は薬剤）の量又は用量である。最も望ましい治療有効量は、それを必要とする所与の対象について当業者によって選択された特定の治療の望ましい効能を生じると予想される量である。この量は、これらに限定されないが、治療化合物の特徴（活性、薬物動態学、薬力学、及び生物学的利用率など）、対象の生理学的状態（年齢、性別、疾患のタイプ、疾患の段階、全般的な身体状態、所与の投薬量に対する反応性、及び薬物療法のタイプなど）、製剤中の薬学的に許容される１種又は複数の担体の性質、及び投与経路などの熟練した作業者によって理解されている様々な要因に応じて異なると予想される。臨床及び薬理学分野における熟練者は、慣例的な実験を介して、すなわち化合物の投与に対する対象の応答をモニターし、それに応じて投薬量を調整することによって治療有効量を決定することが可能であると予想される（例えばRemington: The Science and Practice of Pharmacy （Gennaro A, ed., Mack Publishing Co., Easton, PA, U.S., 19th ed., 1995）を参照）。
本発明の診断用組成物は、本発明のタンパク質及び１又は２以上の検出促進剤を含む。同位体、色素、比色法用の薬剤、コントラスト増強剤、蛍光剤、生物発光剤、及び磁気性の薬剤などの様々な検出促進剤が当業界において公知である。これらの薬剤は、本発明のタンパク質にあらゆる位置で取り込まれていてもよい。薬剤の取り込みは、本発明のタンパク質のアミノ酸残基を介して、又はリンカー及び／又はキレート化剤を介した連結などの当業界において公知のいくつかのタイプの連結を介していてもよい。薬剤の取り込みは、スクリーニング、アッセイ、診断手順、及び／又はイメージング技術において診断用組成物の存在の検出が可能になるような方法でなされる。
本発明の診断用組成物を生産又は製造する場合、本発明のタンパク質は、１又は２以上の検出促進剤に直接的又は間接的に連結されてもよい。情報収集方法のために、例えば生物の疾患、障害、又は状態に対する診断及び／又は予後の適用のために、本発明のタンパク質に機能するように連結できる、熟練した作業者に公知の極めて多くの検出促進剤がある（例えばCai W et al., J Nucl Med 48: 304-10 (2007)、Nayak T, Brechbiel M, Bioconjug Chem 20: 825-41 (2009)、Paudyal P et al., Oncol Rep 22: 115-9 (2009)、Qiao J et al., PLoS ONE 6: e18103 (2011)、Sano K et al., Breast Cancer Res 14: R61 (2012)を参照）。例えば、検出促進剤としては、画像を強調する造影剤、例えば蛍光色素（例えばAlexa680、インドシアニングリーン、及びＣｙ５．５）、同位体及び放射性核種、例えば１１Ｃ、１３Ｎ、１５Ｏ、１８Ｆ、３２Ｐ、５１Ｍｎ、５２ｍＭｎ、５２Ｆｅ、５５Ｃｏ、６２Ｃｕ、６４Ｃｕ，６７Ｃｕ、６７Ｇａ、６８Ｇａ、７２Ａｓ、７３Ｓｅ、７５Ｂｒ、７６Ｂｒ、８２ｍＲｂ、８３Ｓｒ、８６Ｙ、９０Ｙ、８９Ｚｒ、９４ｍＴｃ、９４Ｔｃ、９９ｍＴｃ、１１０Ｉｎ、１１１Ｉｎ、１２０Ｉ、１２３Ｉ、１２４Ｉ、１２５Ｉ、１３１Ｉ、１５４Ｇｄ、１５５Ｇｄ、１５６Ｇｄ、１５７Ｇｄ、１５８Ｇｄ、１７７Ｌｕ、１８６Ｒｅ、１８８Ｒｅ、及び２２３Ｒ；常磁性イオン、例えばクロム（III）、マンガン（II）、鉄（III）、鉄（II）、コバルト（II）、ニッケル（II）、銅（II）、ネオジム（III）、サマリウム（III）、イッテルビウム（III）、ガドリニウム（III）、バナジウム（II）、テルビウム（III）、ジスプロシウム（III）、ホルミウム（III）又はエルビウム（III）；金属、例えばランタン（III）、金（III）、鉛（II）、及びビスマス（III）；超音波コントラスト増強剤、例えばリポソーム；放射線不透物質、例えばバリウム、ガリウム、及びタリウム化合物が挙げられる。検出促進剤は、中間官能基、例えば２−ベンジルＤＴＰＡ、ＰＡＭＡＭ、ＮＯＴＡ、ＤＯＴＡ、ＴＥＴＡ、それらの類似体、及び前述のもののいずれかの機能的な均等物のようなキレート化剤を使用することによって直接的又は間接的に取り込まれていてもよい（Leyton J et al., Clin Cancer Res 14: 7488-96 (2008)を参照）。タンパク質に、特に免疫グロブリン及び免疫グロブリンに由来するドメインに様々な検出促進剤を取り込む、取り付ける、及び／又はコンジュゲートするための、熟練した作業者に公知の極めて多くの標準的な技術がある（Wu A, Methods 65: 139-47 (2014)）。同様に、医療分野で一般的に使用される非侵襲的なインビボでのイメージング技術などの熟練した作業者に公知の極めて多くのイメージングアプローチがあり、例えば、コンピューター断層撮影イメージング（ＣＴスキャニング）、光学的イメージング（直接の、蛍光による、及び生物発光によるイメージングなど）、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ，magnetic resonance imaging）、ポジトロンエミッショントモグラフィー（ＰＥＴ，positron emission tomography）、単光子放射型コンピューター断層撮影法（ＳＰＥＣＴ，single-photon emission computed tomography）超音波、及びＸ線コンピューター断層撮影イメージングである（総論については、Kaur S et al., Cancer Lett 315: 97-111 (2012)を参照）。
本発明のタンパク質を含む医薬及び／又は診断用組成物の生産又は製造
本発明のタンパク質のいずれかの薬学的に許容される塩又は溶媒和物も、同様に本発明の範囲内である。
本発明の内容における用語「溶媒和物」は、溶質（この場合、本発明に係るポリペプチド化合物又はそれらの薬学的に許容される塩）と溶媒との間で形成された規定の化学量論の複合体を指す。それに関して、溶媒は、例えば、水、エタノール、又は別の薬学的に許容される、典型的には小分子の有機種、例えば、これらに限定されないが、酢酸又は乳酸などであり得る。問題の溶媒が水である場合、このような溶媒和物は通常、水和物と称される。
本発明のタンパク質又はそれらの塩は、典型的には薬学的に許容される担体中に治療有効量の本発明の化合物又はそれらの塩を含む、貯蔵又は投与のために調製された医薬組成物として製剤化されてもよい。用語「薬学的に許容される担体」は、あらゆる標準的な医薬用担体を包含する。治療用途のための薬学的に許容される担体は薬学分野において周知であり、例えば、Remington's Pharmaceutical Sciences （Mack Publishing Co. （A. Gennaro, ed., 1985）で説明される。「薬学的に許容される担体」としては、本明細書で使用される場合、ありとあらゆる生理学的に許容できる、すなわち適合する溶媒、分散媒、コーティング、抗菌剤、等張剤及び吸収遅延剤などが挙げられる。薬学的に許容される担体又は希釈剤としては、経口、直腸、経鼻又は非経口（皮下、筋肉内、静脈内、皮内、及び経皮など）投与に好適な製剤で使用されるものが挙げられる。例示的な薬学的に許容される担体としては、滅菌水溶液又は分散液、及び滅菌注射用溶液又は分散液を即時調製するための滅菌粉末が挙げられる。本発明の医薬組成物で採用される可能性がある好適な水性及び非水性担体の例としては、水、エタノール、ポリオール（例えばグリセロール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコールなど）、及びそれらの好適な混合物、植物油、例えばオリーブ油、並びに注射可能な有機エステル、例えばエチルオレエートが挙げられる。適切な流動性は、例えば、レシチンなどのコーティング材料の使用によって、分散液のケースで求められる粒度の維持によって、及び界面活性剤の使用によって維持することができる。特定の実施形態において、担体は、静脈内、筋肉内、皮下、非経口、脊髄又は表皮投与（例えば注射又は点滴による）に好適である。選択された投与経路に応じて、本発明のタンパク質又は他の医薬成分は、特定の投与経路によって患者に投与されたときに本発明の活性タンパク質が遭遇する可能性がある低いｐＨ及び他の天然の不活性化条件の作用から化合物を保護することを意図した材料でコーティングされていてもよい。
本発明の医薬組成物の製剤は、単位剤形で便利なように提供されてもよいし、薬学分野において周知の方法のいずれかによって調製されてもよい。このような形態において、組成物は、適切な量の活性成分を含有する単位用量に分割される。単位剤形は、パッケージ化された調製物、別々の量の調製物を含有するパッケージ、例えば、バイアル又はアンプル中にパケット化された錠剤、カプセル、及び粉末であってもよい。また単位剤形は、カプセル剤、カシェ剤、又は錠剤そのものであってもよいし、又は適切な数のこれらのパッケージ化された形態のいずれかであってもよい。単位剤形は、単回用量の注射可能な形態で、例えばペンの形態で提供されてもよい。組成物は、あらゆる好適な経路及び投与手段に合わせて製剤化されてもよい。皮下又は経皮の投与様式は、本明細書で説明される治療用タンパク質に特に好適であり得る。
本発明の医薬組成物はまた、保存剤、湿潤剤、乳化剤及び分散剤などのアジュバントを含有していてもよい。微生物の存在の防止は、滅菌手順と、様々な抗菌剤及び抗真菌剤、例えば、パラベン、クロロブタノール、フェノールソルビン酸などの包含との両方によって確実にすることができる。組成物への等張剤、例えば糖、塩化ナトリウムなども望ましい場合がある。加えて、注射可能な医薬の形態の持続吸収は、モノステアリン酸アルミニウム及びゼラチンなどの吸収を遅延させる物質の包含によって達成することができる。
また本発明の医薬組成物は、薬学的に許容される抗酸化剤を包含していてもよい。例示的な薬学的に許容される抗酸化剤は、水溶性抗酸化剤、例えばアスコルビン酸、塩酸システイン、硫酸水素ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウムなど；油溶性抗酸化剤、例えばパルミチン酸アスコルビル、ブチルヒドロキシアニソール（ＢＨＡ，butylated hydroxyanisole）、ブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ，butylated hydroxytoluene）、レシチン、没食子酸プロピル、アルファ−トコフェロールなど；及び金属キレート剤、例えばクエン酸、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ，ethylenediamine tetraacetic acid）、ソルビトール、酒石酸、リン酸などである。
別の態様において、本発明は、本発明の異なるタンパク質、又は前述のもののいずれかのエステル、塩若しくはアミドの１つ又は組合せと、少なくとも１つの薬学的に許容される担体とを含む医薬組成物を提供する。
治療用組成物は、典型的には滅菌されており、製造及び貯蔵条件下で安定である。組成物は、溶液、マイクロエマルジョン、リポソーム、又は高い薬物濃度に好適な他の秩序ある構造として製剤化されてもよい。担体は、例えば、水、アルコール、例えばエタノール、ポリオール（例えばグリセロール、プロピレングリコール、及び液体ポリエチレングリコール）、又はあらゆる好適な混合物を含有する溶媒又は分散媒であり得る。適切な流動性は、当業界において周知の調合の化学に従って、例えば、レシチンなどのコーティングの使用によって、分散液のケースで求められる粒度の維持によって、及び界面活性剤の使用によって維持することができる。特定の実施形態において、等張剤、例えば糖、マンニトール、ソルビトールなどの多価アルコール、又は塩化ナトリウムが組成物において望ましい可能性がある。注射用組成物の持続吸収は、組成物中に、例えばモノステアリン酸塩及びゼラチンなどの吸収を遅延させる物質を包含させることによって達成することができる。
皮内又は皮下適用に使用される溶液又は懸濁液は、典型的には、滅菌希釈剤、例えば注射用水、食塩水、不揮発性油、ポリエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール又は他の合成溶媒；抗菌剤、例えばベンジルアルコール又はメチルパラベン；抗酸化剤、例えばアスコルビン酸又は重亜硫酸ナトリウム；キレート剤、例えばエチレンジアミン四酢酸；緩衝剤、例えば酢酸塩、クエン酸塩又はリン酸塩；及び張度調節剤、例えば塩化ナトリウム又はデキストロースなどの１又は２以上を包含する。ｐＨは、酸又は塩基、例えば塩酸若しくは水酸化ナトリウム、又はクエン酸塩、リン酸塩、酢酸塩を含む緩衝剤などで調整することができる。このような調製物は、ガラス又はプラスチックで製作された、アンプル、使い捨てのシリンジ又は複数回用量用のバイアル中に封入されていてもよい。
滅菌注射用溶液は、必要に応じて上述した成分の１つ又は組合せを含む適切な溶媒中に本発明のタンパク質を必要な量で取り込み、続いて滅菌精密ろ過することによって調製されてもよい。分散液は、分散媒及び上述したものなどの他の成分を含有する滅菌媒体に活性化合物を取り込むことによって調製されてもよい。滅菌注射用溶液を調製するための滅菌粉末のケースにおいて、調製方法は、それらの滅菌ろ過溶液から任意の追加の望ましい成分に加えて活性成分の粉末を生じる真空乾燥及びフリーズドライ（凍結乾燥）である。
本発明のタンパク質の治療有効量が、例えば静脈内、皮膚又は皮下注射によって投与するために設計される場合、結合剤は、パイロジェンフリーの非経口的に許容できる水溶液の形態であると予想される。適切なｐＨ、等張性、安定性などを検討して非経口的に許容できるタンパク質溶液を調製するための方法は、当業界における能力の範囲内である。静脈内、皮膚、又は皮下注射にとって好ましい医薬組成物は、結合剤に加えて、等張の媒体、例えば塩化ナトリウム注射液、リンゲル注射液、デキストロース注射液、デキストロース及び塩化ナトリウム注射液、乳酸加リンゲル注射液、又は当業界で公知の他の媒体を含有すると予想される。また本発明の医薬組成物は、安定剤、保存剤、緩衝液、抗酸化剤、又は当業者に周知の他の添加剤を含有していてもよい。
本明細書の他所で説明されるように、本発明のタンパク質又はそれらの組成物（例えば医薬又は診断用組成物）は、インプラント、経皮パッチ、及びマイクロカプセル化された送達系を含む放出制御製剤などの、急速な放出から組成物を保護すると予想される担体を用いて調製されてもよい。生分解性の生体適合性ポリマー、例えばエチレン酢酸ビニル、ポリ無水物、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリオルトエステル、及びポリ乳酸を使用することができる。このような製剤を調製するための多くの方法は特許化されているか、又は一般的に当業者に公知である（例えばSustained and Controlled Release Drug Delivery Systems （Robinson J, ed., Marcel Dekker, Inc., NY, U.S., 1978）を参照）。
特定の実施形態において、本発明の組成物（例えば医薬又は診断用組成物）は、インビボにおいて望ましい分布を確実にするように製剤化されてもよい。例えば、血液脳関門は、多くの大きい及び／又は親水性の化合物を排除する。特定のインビボにおける配置に本発明の治療タンパク質又は組成物を標的化するために、それを例えばリポソーム中に製剤化してもよく、ここでリポソームは、特定の細胞又は臓器に選択的に輸送されることにより標的化された薬物送達を強化する１又は２以上の部分を含んでいてもよい。例示的な標的化部分は、葉酸塩又はビオチン；マンノシド；抗体；界面活性プロテインＡ受容体；ｐ１２０カテニンなどを包含する。
医薬組成物は、インプラント又は微粒子系として使用するように設計された非経口製剤を包含する。インプラントの例は、エマルジョン、イオン交換樹脂、及び可溶性塩溶液などの高分子又は疎水性成分で構成されるデポ製剤である。微粒子系の例は、デンドリマー、リポソーム、マイクロスフェア、微粒子、ナノカプセル、ナノ粒子、ナノロッド、ナノスフェア、高分子ミセル、及びナノチューブである（例えばHonda M et al., Int J Nanomedicine 8: 495-503 (2013)、Sharma A et al., Biomed Res Int 2013: 960821 (2013)、Ramishetti S, Huang L, Ther Deliv 3: 1429-45 (2012)を参照）。放出制御製剤は、イオンに対する感受性を有するポリマー、例えばリポソーム、ポロキサマー４０７、及びヒドロキシアパタイトなどを使用して調製されてもよい。微粒子及びポリマー製剤は、細胞質膜透過性を変更する物質、例えば、細胞溶解素、毒素に由来する物質、ウイルスに由来する物質、合成の生体模倣ペプチド、及び化学物質のような様々なペプチド及びタンパク質を含んでいてもよい（例えばVarkouhi et al., J Control Release 151: 220-8 (2011)、J Pirie C et al., Mol Cancer Ther 12: 1774-82 (2013)を参照）。
VII．ポリヌクレオチド、発現ベクター、及び宿主細胞
本発明のタンパク質のほかにも、このようなタンパク質、又はそれらの機能的な部分をコードするポリヌクレオチドも、本発明の範囲内にある。用語「ポリヌクレオチド」は、用語「核酸」と同等であり、その両方が、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ，deoxyribonucleic acid）のポリマー、リボ核酸（ＲＮＡ，ribonucleic acid）のポリマー、ヌクレオチド類似体を使用して生成されたこれらのＤＮＡ又はＲＮＡの類似体、並びにそれらの誘導体、フラグメント及びホモログを包含する。本発明のポリヌクレオチドは、一本鎖、二本鎖、又は三本鎖であり得る。開示されるポリヌクレオチドは、例えば、ＲＮＡコドンの第三の位置で許容されるが異なるＲＮＡコドンとして同じアミノ酸をコードすることが公知のゆらぎを考慮に入れて、本発明の例示的なタンパク質をコードすることが可能な全てのポリヌクレオチドを包含するように具体的に開示されている（Stothard P, Biotechniques 28: 1102-4 (2000)を参照）。
一態様において、本発明は、本発明のタンパク質、又はそれらのフラグメント若しくは誘導体をコードするポリヌクレオチドを提供する。ポリヌクレオチドは、例えば、本発明のタンパク質のアミノ酸配列の１つを含むポリペプチドに対して、少なくとも５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％又はそれよりより高い同一性を有するポリペプチドをコードする核酸配列を包含し得る。また本発明は、本発明のタンパク質、又はそれらのフラグメント若しくは誘導体をコードするポリヌクレオチドにストリンジェントな条件下でハイブリダイズするヌクレオチド配列、又はあらゆるこのような配列のアンチセンス若しくは相補物を含むポリヌクレオチドも包含する。
本発明のポリヌクレオチド（又はタンパク質）の誘導体又は類似体は、とりわけ、例えば、同じサイズのポリヌクレオチド又はポリペプチド配列に対して、又は当業界において公知のコンピューター相同性プログラムによってアライメントが行われる並べられた配列と比較した場合に、少なくとも約４５％、５０％、７０％、８０％、９５％、９８％、又は９９％もの同一性で（好ましい同一性は８０〜９９％である）、本発明のポリヌクレオチド又はタンパク質に実質的に相同な領域を有するポリヌクレオチド（又はポリペプチド）分子を包含する。例示的なプログラムは、Smith T, Waterman M, Adv Appl Math 2: 482-9 (1981)のアルゴリズムを使用するデフォルト設定を使用した、ＧＡＰプログラム（Wisconsin Sequence Analysis Package、ＵＮＩＸ用バージョン８、Genetics Computer Group、University Research Park、Madison、WI、U.S.）である。また、ストリンジェントな条件下で本発明のタンパク質をコードする配列の相補物にハイブリダイズすることが可能なポリヌクレオチドも包含される（例えばAusubel F et al., Current Protocols in Molecular Biology （John Wiley & Sons, New York, NY, U.S., 1993）、及び以下を参照）。ストリンジェントな条件は当業者公知であり、Current Protocols in Molecular Biology （John Wiley & Sons, NY, U.S., Ch. Sec. 6.3.1-6.3.6 (1989)）で見出すことができる。
本発明はさらに、本発明の範囲内のポリヌクレオチドを含む発現ベクターを提供する。本発明のタンパク質をコードすることが可能なポリヌクレオチドは、発現ベクターを生産するための当業界において周知の材料及び方法を使用して、細菌プラスミド、ウイルスベクター及びファージベクターなどの公知のベクターに挿入されてもよい。このような発現ベクターは、いずれかの選択された宿主細胞又は無細胞発現系（例えば以下の実施例で説明されるｐＴｘｂ１及びｐＩＶＥＸ２．３）内での検討される本発明のタンパク質の産生を維持するのに必要なポリヌクレオチドを包含すると予想される。特定のタイプの宿主細胞又は無細胞発現系と共に使用するための発現ベクターを含む具体的なポリヌクレオチドは当業者周知であり、それらを慣例的な実験を使用して決定してもよいし、又は購入してもよい。
用語「発現ベクター」は、本明細書で使用される場合、１又は２以上の発現単位を含む直鎖状又は環状のポリヌクレオチドを指す。用語「発現単位」は、所望のポリペプチドをコードし、宿主細胞中で核酸セグメントの発現をもたらすことが可能なポリヌクレオチドセグメントを示す。発現単位は、典型的には、転写プロモーター、所望のポリペプチドをコードするオープンリーディングフレーム、及び転写ターミネーターを含み、全て機能できるように配置される。発現ベクターは、１又は２以上の発現単位を含有する。したがって、本発明の内容において、単一のポリペプチド鎖を含む本発明のタンパク質（例えば、志賀毒素エフェクター領域が遺伝子組換えされたｓｃＦｖ）をコードする発現ベクターは、少なくとも単一のポリペプチド鎖のための発現単位を包含し、それに対して例えば２又は３以上のポリペプチド鎖（例えばＶＬドメインを含む１つの鎖及び毒素エフェクター領域に連結されたＶＨドメインを含む第二の鎖）を含む本発明のタンパク質は、そのタンパク質の２つのポリペプチド鎖それぞれにつき１つずつの少なくとも２つの発現単位を包含する。本発明の多重鎖のタンパク質を発現させるために、各ポリペプチド鎖のための発現単位が、異なる発現ベクターに別々に含有されていてもよい（例えば発現は、各ポリペプチド鎖のための発現ベクターが導入された単一の宿主細胞で達成され得る）。
ポリペプチド及びタンパク質の一過性の又は安定な発現を指示することが可能な発現ベクターは当業界において周知である。発現ベクターは、一般的に、これらに限定されないが、以下：それぞれ当業界において周知の、異種シグナル配列又はペプチド、複製起点、１又は２以上のマーカー遺伝子、エンハンサー要素、プロモーター、及び転写終結配列の１又は２以上を包含する。任意の調節制御配列、統合配列、及び採用される可能性がある有用なマーカーは、当業界において公知である。
用語「宿主細胞」は、発現ベクターの複製又は発現を維持することができる細胞を指す。宿主細胞は、原核細胞、例えば大腸菌又は真核細胞（例えば酵母、昆虫、両生類、鳥類、又は哺乳動物細胞）であり得る。本発明のポリヌクレオチドを含むか又は本発明のタンパク質を産生することが可能な宿主細胞株の作出及び単離は、当業界において公知の標準的な技術を使用して達成することができる。
本発明の範囲のタンパク質は、宿主細胞でのより最適な発現などの所望の特性を達成するのにより好適にすることができる、１又は２以上のアミノ酸の変更又は１又は２以上のアミノ酸の欠失若しくは挿入によって本発明の開示されたタンパク質をコードするポリヌクレオチドを改変することによって生産される、本明細書で説明されるタンパク質のバリアント又は誘導体であってもよい。
VIII．送達デバイス及びキット
特定の実施形態において、本発明は、１又は２以上の本発明の物質の組成物、例えば対象に送達するための医薬組成物を含むデバイスに関する。したがって、１又は２以上の本発明の化合物を含む送達デバイスを使用して、静脈内、皮下、筋肉内又は腹膜内注射；経口投与；経皮投与；肺内又は経粘膜投与；インプラント、浸透圧ポンプ、カートリッジ又はマイクロポンプによる投与；又は当業者によって認識される他の手段による投与などの様々な送達方法によって本発明の物質の組成物を患者に投与することができる。
また、少なくとも１つの本発明の物質の組成物を含み、包装及び使用説明書を含んでいてもよいキットも本発明の範囲内である。キットは、薬物の投与及び／又は診断の情報収集に有用であり得る。本発明のキットは、少なくとも１つの追加の試薬（例えば、標準、マーカーなど）を含んでいてもよい。キットは、典型的には、キット内容物の意図した使用を表示するラベルを包含する。キットは、サンプル又は対象中で細胞型（例えば腫瘍細胞）を検出するための、又は患者が、本明細書で説明されるような本発明の化合物、組成物又は関連する方法を利用する治療方策に応答するグループに属するかどうかを診断するための試薬及び他のツールをさらに含んでいてもよい。
IＸ．本発明のタンパク質又はそれらの組成物を使用するための方法
一般的に、本発明の目的は、特定のがん、腫瘍、免疫障害、微生物感染、又は本明細書で述べられるさらなる病的状態などの疾患、障害、及び状態の予防及び／又は治療において使用することができる薬理活性薬剤、加えてそれを含む組成物を提供することである。したがって、本発明は、標的細胞の殺滅のために、標的化された細胞に追加の外因性物質を送達するために、標的細胞の内部を標識するために、診断の情報を収集するために、及び本明細書で説明されるような疾患、障害、及び状態を治療するために、本発明のタンパク質及び医薬組成物を使用する方法を提供する。
特定には、本発明の目的は、現在のところ当業界において公知の薬剤、組成物、及び／又は方法と比較して一定の利点を有するこのような薬理活性薬剤、組成物、及び／又は方法を提供することである。したがって、本発明は、特定のポリペプチド配列を特徴とする本発明のタンパク質並びにそれらの医薬組成物を使用する方法を提供する。例えば、配列番号１〜３４のポリペプチド配列のいずれかが、以下の方法で使用されるタンパク質の成分として具体的に利用される可能性がある。
本発明は、細胞を殺滅する方法であって、細胞を、インビトロ又はインビボのいずれかで本発明のタンパク質又は医薬組成物と接触させるステップを含む方法を提供する。本発明のタンパク質及び医薬組成物を使用して、１つ又は複数の細胞を特許請求された物質の組成物の１つと接触させたときに特異的な細胞型を殺滅することができる。特定の実施形態において、本発明のタンパク質又は医薬組成物を使用して、がん細胞、感染細胞、及び／又は血液学的な細胞を含む混合物などの異なる細胞型の混合物中の特異的な細胞型を殺滅することができる。特定の実施形態において、本発明のタンパク質又は医薬組成物を使用して、異なる細胞型の混合物中のがん細胞を殺滅することができる。特定の実施形態において、本発明のタンパク質又は医薬組成物を使用して、移植前の組織などの異なる細胞型の混合物中の特異的な細胞型を殺滅することができる。特定の実施形態において、本発明のタンパク質又は医薬組成物を使用して、治療目的の投与前の組織材料などの細胞型の混合物中の特異的な細胞型を殺滅することができる。特定の実施形態において、本発明のタンパク質又は医薬組成物を使用して、ウイルス又は微生物に感染した細胞を選択的に殺滅するか、又はそれとは別に細胞表面生体分子などの特定の細胞外標的生体分子を発現する細胞を選択的に殺滅することができる。本発明のタンパク質及び医薬組成物は、例えば、インビトロ又はインビボのいずれかで組織から不要な細胞型を除去することにおける使用、移植片対宿主病を治療するために免疫応答をモジュレートすることにおける使用、抗ウイルス剤としての使用、抗寄生虫剤としての使用、及び移植組織から不要な細胞型を取り除くことにおける使用などの様々な適用を有する。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質又は医薬組成物は、単独で、又は他の化合物又は医薬組成物と組み合わせて、インビトロで、又は対象において、例えば治療が必要な患者においてインビボで細胞集団に投与されると、有力な細胞殺滅活性を示すことができる。がん細胞型に対して高親和性の結合領域を使用して酵素的に活性な志賀毒素領域の送達を標的化することによって、生物内の、例えば特定のがん細胞、新生細胞、悪性細胞、非悪性腫瘍細胞、又は感染細胞内の特定の細胞型を特異的且つ選択的に殺滅することに、この有力な細胞殺滅活性を限定することができる。
本発明は、それを必要とする患者において細胞を殺滅する方法であって、患者に、少なくとも１つの本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物を投与するステップを含む方法を提供する。
本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物の特定の実施形態を使用して、がん及び／又は腫瘍細胞と物理的に組み合わされていることが見出された細胞外生体分子を標的化することによって、患者におけるがん及び／又は腫瘍細胞を殺滅することができる。用語「がん細胞」又は「癌細胞」は、異常に速い速度の様式で増殖し分裂する様々な新生細胞を指し、当業者には明らかであると予想される。用語「腫瘍細胞」は、悪性及び非悪性細胞の両方を包含する（例えば非がん性の良性腫瘍細胞、非がん性の「がん」幹細胞、腫瘍幹細胞、前がん状態の発がん性細胞、腫瘍始原細胞、又は腫瘍形成性細胞であり、これらは全て、悪性腫瘍及び／又はがん細胞になるがそれら自身転移不可能な娘細胞を発生させることができる（例えばMartinez-Climent J et al., Haematologica 95: 293-302 (2010)を参照））。一般的に、がん及び／又は腫瘍は、治療及び／又は予防を受けることが可能な疾患、障害、又は状態と定義することができる。本発明の方法及び組成物によって利益を得る可能性があるがん細胞及び／又は腫瘍細胞で構成されるがん及び腫瘍（悪性又は良性のどちらも）は、当業者にとって明らかであると予想される。新生細胞は、以下：制御不能な増殖、分化の欠如、局所的な組織浸潤、血管新生、及び転移の１又は２以上を伴うことが多い。
本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物の特定の実施形態を使用して、免疫細胞と物理的に組み合わされていることが見出された細胞外生体分子を標的化することによって、患者における免疫細胞（健康か又は悪性かどうかにかかわらず）を殺滅することができる。
本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物の特定の実施形態を使用して、感染細胞と物理的に組み合わされていることが見出された細胞外生体分子を標的化することによって、患者における感染細胞を殺滅することができる。
感染した、悪性の、腫瘍性の患者の細胞集団（例えば骨髄）、又はそれとは別の意味で不要なＢ細胞及び／又はＴ細胞を除去し、次いでＢ細胞及び／又はＴ細胞を除去した材料を患者に再注入する目的のために、本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物を利用することは、本発明の範囲内である（例えばvan Heeckeren W et al., Br J Haematol 132: 42-55 (2006)；例えばAlpdogan O, van den Brink M, Semin Oncol 39: 629-42 (2012)を参照）。
患者から取り出された単離された細胞集団からＢ細胞及び／又はＴ細胞をエクスビボで除去する目的で、本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物を利用することは、本発明の範囲内である。１つの非限定的な例において、本発明のタンパク質は、臓器及び／又は組織の移植による拒絶反応を防止するための方法で使用することができ、ここでドナーの臓器又は組織は、臓器からドナーの不要なＢ細胞及び／又はＴ細胞を取り除くために、移植前に、本発明の細胞毒性タンパク質又はそれらの医薬組成物で潅流される（例えばAlpdogan O, van den Brink M, Semin Oncol 39: 629-42 (2012)を参照）。
また、骨髄及び又は幹細胞移植を受けようとする患者における移植片対宿主病及び耐性の誘発に対する防止策として、ドナー細胞集団からＢ細胞及び／又はＴ細胞を除去する目的で本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物を利用することも本発明の範囲内である。
本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物の特定の実施形態を使用して、感染細胞と物理的に組み合わされていることが見出された細胞外生体分子を標的化することによって、患者における感染細胞を殺滅することができる。
本発明のタンパク質の特定の実施形態又はそれらの医薬組成物は、多細胞性の寄生体の細胞を殺滅するのに使用することができる。特定のさらなる実施形態において、多細胞性の寄生体が宿主生物又は対象中に存在する間に、細胞殺滅が起こる。特定のさらなる実施形態において、本発明のタンパク質は、蠕虫、例えば扁形動物、線形動物、条虫、単生類、線虫、及び／又は吸虫などを殺滅するのに使用される可能性がある。
加えて、本発明は、患者において疾患、障害又は状態を治療する方法であって、それを必要とする患者に、本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物の少なくとも１つの治療有効量を投与するステップを含む方法を提供する。本方法を使用して治療が可能な検討される疾患、障害、及び状態としては、がん、悪性腫瘍、非悪性腫瘍、増殖異常、免疫障害、及び微生物感染が挙げられる。本発明の化合物の「治療上有効な投薬量」の投与は、疾患の症状の重症度の減少、疾患の症状がない期間の頻度及び持続時間の増加、又は疾患の苦しみによる損傷若しくは能力障害の予防をもたらすことができる。
本発明の化合物の治療有効量は、投与経路、治療される哺乳動物のタイプ、及び検討される具体的な患者の身体的特性によって決まると予想される。この量を決定するためのこれらの要因及びそれらの関係は、医療分野における熟練した技術者に周知である。この量及び投与方法は、最適な効能を達成するように調整されてもよく、体重、食事、並行して行われる薬物療法のような要因、及び医療分野における当業者に周知の他の要因によって決めてもよい。ヒトでの使用にとって最も適切な投薬量及び用量レジメンは、本発明により得られた結果から導くことができ、適切に設計された臨床試験で確認してもよい。有効な投薬量及び治療プロトコールは、実験動物において低用量で開始して、次いで作用をモニターしながら投薬量を増加させ、同様に投薬レジメンを系統的に変更するという従来の手段によって決定してもよい。所与の対象ごとの最適な投薬量を決定する際に、臨床医により極めて多くの要因を検討に入れることができる。このような検討は当業者公知である。
許容できる投与経路は、これらに限定されないが、エアロゾル、経腸、経鼻、眼、経口、非経口、直腸、経膣、又は経皮（例えばクリーム、ゲル又は軟膏の局所投与、又は経皮パッチ手段による）などの当業界において公知のあらゆる投与経路を指す場合がある。「非経口投与」は、典型的には、作用が意図される部位での注射又はそのような部位と連通する注射に関連し、眼窩下、点滴、動脈内、嚢内、心臓内、皮内、筋肉内、腹膜内、肺内、脊髄内、胸骨内、髄腔内、子宮内、静脈内、クモ膜下、被膜下、皮下、経粘膜、又は経気管投与などが挙げられる。
本発明の医薬組成物の投与のために、投薬量範囲は、一般的には、宿主の体重に対して、約０．０００１〜１００ミリグラム／キログラム（ｍｇ／ｋｇ）、より通常は０．０１〜５ｍｇ／ｋｇであると予想される。例示的な投薬量は、体重１ｋｇ当たり０．２５ｍｇ、体重１ｋｇ当たり１ｍｇ、体重１ｋｇ当たり３ｍｇ、体重１ｋｇ当たり５ｍｇ若しくは体重１ｋｇ当たり１０ｍｇ、又は１〜１０ｍｇ／ｋｇの範囲内であり得る。例示的な治療計画は、１日１回若しくは２回の投与、又は週１回若しくは２回の投与、２週毎に１回、３週毎に１回、４週毎に１回、月１回、２若しくは３ヶ月毎に１回、又は３〜６ヶ月毎に１回である。投薬量は、特定の患者ごとに治療的有用性を最大化するために必要に応じて、熟練した健康管理の専門家によって選択及び再調整が可能である。
本発明の医薬組成物は、典型的には、同じ患者に複数の機会で投与されると予想される。１回の投薬間の間隔は、例えば２〜５日、１週間、１ヶ月、２若しくは３ヶ月、６ヶ月、又は１年であり得る。また投与間の間隔は、対象又は患者における血中濃度又は他のマーカーの調節に基づいて不規則であってもよい。本発明の化合物のための投薬レジメンは、体重１ｋｇ当たり１ｍｇ又は体重１ｋｇ当たり３ｍｇの静脈内投与を包含し、ここで本化合物は、２〜４週間毎に６回の投薬、次いで３ヶ月毎に体重１ｋｇ当たり３ｍｇ又は体重１ｋｇ当たり１ｍｇで投与される。
本発明の医薬組成物は、当業界において公知の様々な方法の１又は２以上を使用する１又は２以上の投与経路を介して投与してもよい。熟練した作業者は認識しているものと予想されるように、投与の経路及び／又は様式は、所望の結果に応じて様々であると予想される。本発明のタンパク質又はそれらの組成物のための投与経路としては、例えば、静脈内、筋肉内、皮内、腹膜内、皮下、脊髄、又は他の非経口投与経路、例えば注射又は点滴による投与経路が挙げられる。他の実施形態において、本発明のタンパク質又は医薬組成物は、非経口経路、例えば、局所、表皮又は粘膜の投与経路、例えば、鼻腔内、口腔、経膣、直腸、舌下、若しくは局所での投与経路などによって投与され得る。
本発明のタンパク質又は医薬組成物は、当業界において公知の様々な医療用デバイスの１又は２以上を用いて投与されてもよい。例えば、一実施形態において、本発明の医薬組成物は、無針皮下注射デバイスを用いて投与されてもよい。本発明において有用な周知のインプラント及びモジュールの例は、当業界において、例えば、制御された速度で送達するための埋め込み型マイクロ点滴ポンプ；経皮投与するためのデバイス；正確な点滴速度で送達するための点滴ポンプ；連続的に薬物送達するための流量可変の埋め込み型点滴デバイス；及び浸透性薬物の送達系などが挙げられる。これらの及び他のこのようなインプラント、送達系、及びモジュールは、当業者公知である。
本発明のタンパク質又は医薬組成物は、単独で、又は１又は２以上の他の治療剤又は診断剤と組み合わせて投与されてもよい。組合せ療法は、治療しようとする特定の患者、疾患又は状態に基づき選択された少なくとも１つの他の治療剤と組み合わされた、本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物を包含していてもよい。他のこのような薬剤の例としては、とりわけ、細胞毒性の抗がん剤若しくは化学療法剤、抗炎症剤若しくは増殖抑制剤、抗微生物剤若しくは抗ウイルス剤、成長因子、サイトカイン、鎮痛薬、治療活性を有する小分子若しくはポリペプチド、単鎖抗体、古典的な抗体若しくはそれらのフラグメント、又は１又は２以上のシグナル伝達経路をモジュレートする核酸分子、及び治療的又は予防的処置レジメンを補足するか又は別の方法でそのようなレジメンにおいて有益な可能性がある類似のモジュレートする治療剤が挙げられる。
本発明のタンパク質又は医薬組成物を用いた患者の治療は、好ましくは、標的化された細胞の細胞死及び／又は標的化された細胞の増殖の阻害をもたらす。そのようなものとして、本発明のタンパク質、及びそれらを含む医薬組成物は、標的細胞の殺滅又は除去が有益であり得る様々な病理学的障害、例えば、とりわけ、がん、腫瘍、他の増殖異常、免疫障害、及び感染細胞を治療するための方法において有用であると予想される。本発明は、細胞増殖を抑制し、新形成、過剰に活性なＢ細胞、及び過剰に活性なＴ細胞などの細胞の障害を治療するための方法を提供する。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質及び医薬組成物は、がん、腫瘍（悪性及び良性）、増殖異常、免疫障害、及び微生物感染を治療又は予防するのに使用することができる。さらなる態様において、上記のエクスビボの方法を上記のインビボの方法と組み合わせて、骨髄移植のレシピエントにおける拒絶を治療又は予防する方法、及び免疫寛容を達成するための方法を提供することができる。
特定の実施形態において、本発明は、ヒトなどの哺乳動物の対象において悪性腫瘍又は新生物及び他の血液細胞に関連するがんを治療するための方法であって、それを必要とする対象に本発明のタンパク質又は医薬組成物の治療有効量を投与するステップを含む方法を提供する。
本発明のタンパク質及び医薬組成物は、例えば、不要なＢ細胞及び／又はＴ細胞を除去することにおける使用、免疫応答をモジュレートして移植片対宿主病を治療することにおける使用、抗ウイルス剤としての使用、抗菌剤としての使用、及び移植組織から不要な細胞型を取り除くことにおける使用などの様々な適用を有する。本発明のタンパク質及び医薬組成物は、一般的に抗新生物剤であり、すなわちそれらは、がん又は腫瘍細胞の増殖を阻害すること及び／又はそれらの死を引き起こすことによって、新生物又は悪性細胞の発生、成熟、又は蔓延の治療及び／又は予防が可能であることを意味する。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質又は医薬組成物は、Ｂ細胞、形質細胞、Ｔ細胞、又は抗体が媒介する疾患又は障害、例えば白血病、リンパ腫、骨髄腫、ヒト免疫不全ウイルス関連の疾患、アミロイド症、溶血尿毒症症候群、結節性多発性動脈炎、多発性関節炎、敗血症性ショック、クローン病、リウマチ様関節炎、強直性脊椎炎、乾癬性関節炎、潰瘍性大腸炎、乾癬、喘息、シェーグレン症候群、移植片対宿主病、移植片拒絶反応、糖尿病、血管炎、強皮症、及び全身性エリテマトーデスなどを治療するのに使用される。
別の態様において、本発明のタンパク質及び医薬組成物の特定の実施形態は、抗菌剤であり、すなわちそれらは、例えばウイルス、細菌、菌類、プリオン、又は原生動物によって引き起こされる微生物学的な病原性感染の獲得、発達、又は結果の治療及び／又は予防が可能であることを意味する。
Ｂ細胞及び／又はＴ細胞が媒介する疾患又は状態の予防又は治療、患者におけるＢ細胞及び／又はＴ細胞を殺滅することを目的として本発明のタンパク質又はそれらの医薬組成物をそれを必要とする患者に投与することを含む予防又は治療を提供することは、本発明の範囲内である。この使用法は、移植される材料の源、例えばヒト又はヒト以外の源であるかどうかに関係なく、骨髄移植、幹細胞移植、組織移植、又は臓器移植のために患者を準備又は調整することに適合する。
本発明のタンパク質又は医薬組成物を使用して宿主Ｂ細胞、ＮＫ細胞、及び／又はＴ細胞の標的化された細胞を殺滅することによって宿主対移植片病の予防又は治療のために骨髄のレシピエントを提供することは、本発明の範囲内である（例えばSarantopoulos S et al., Biol Blood Marrow Transplant 21: 16-23 (2015)を参照）。
本発明のタンパク質及び医薬組成物は、本発明のタンパク質又は医薬組成物の治療有効量をそれを必要とする患者に投与することを含むがんの治療方法に利用することができる。本発明の方法の特定の実施形態において、治療されるがんは、骨がん（例えば多発性骨髄腫又はユーイング肉腫）、乳がん、中枢／末梢神経系のがん（例えば脳がん、神経線維腫症、又は膠芽腫）、消化器がん（例えば胃がん又は結腸直腸がん）、生殖細胞がん（例えば卵巣がん及び睾丸がん）、腺がん（例えば膵臓がん、副甲状腺がん、褐色細胞腫、唾液腺がん、又は甲状腺がん）、頭頸部がん（例えば鼻咽頭がん、口腔がん、又は咽頭がん）、血液がん（例えば白血病、リンパ腫、又は骨髄腫）、腎臓から尿道のがん（例えば腎臓がん及び膀胱がん）、肝臓がん、肺／胸膜がん（例えば中皮腫、小細胞肺癌、又は非小細胞肺癌）、前立腺がん、肉腫（例えば血管肉腫、線維肉腫、カポジ肉腫、又は滑膜肉腫）、皮膚がん（例えば基底細胞癌、扁平上皮癌、又は黒色腫）、及び子宮がんからなる群より選択される。
本発明のタンパク質及び医薬組成物は、本発明のタンパク質又は医薬組成物の治療有効量をそれを必要とする患者に投与することを含む免疫障害の治療方法に利用することができる。本発明の方法の特定の実施形態において、免疫障害は、アミロイド症、強直性脊椎炎、喘息、クローン病、糖尿病、移植片拒絶反応、移植片対宿主病、橋本甲状腺炎、溶血尿毒症症候群、ＨＩＶ関連の疾患、紅斑性狼瘡、多発性硬化症、結節性多発性動脈炎、多発性関節炎、乾癬、乾癬性関節炎、リウマチ様関節炎、強皮症、敗血症性ショック、シェーグレン症候群、潰瘍性大腸炎、及び血管炎からなる群より選択される疾患に関連する炎症に関する。
本発明の特定の実施形態は、がん、腫瘍、増殖異常、免疫障害、及び／又は微生物感染を治療又は予防するための医薬組成物又は医薬品の成分として、本発明のタンパク質を使用することである。例えば、患者の皮膚上に現れる免疫障害は、炎症を低下させようとする努力において、このような医薬品で治療され得る。別の例において、皮膚の腫瘍は、腫瘍サイズを低下させるか又は腫瘍を完全になくそうとする努力において、このような医薬品で治療され得る。
本発明の特定のタンパク質は、免疫破壊（immunolesioning）及びニューロンのトレースなどの分子神経外科適用で使用することができる（総論については、Wiley R, Lappi D, Adv Drug Deliv Rev 55: 1043-54 (2003)を参照）。例えば、標的化ドメインは、様々なリガンド、例えば神経回路に特異的なＧタンパク質共役受容体などのニューロン表面の受容体と結合することによって特異的な神経細胞型を標的化する神経伝達物質及び神経ペプチドから選択又は誘導されてもよい。同様に、標的化ドメインは、ニューロン表面の受容体と結合する抗体から選択又は誘導されてもよい。志賀毒素がそれら自身の逆行性軸索輸送をロバストに指示することから、本発明の特定の細胞毒性タンパク質を使用して、細胞体から遠位の細胞毒性タンパク質注射部位で細胞外標的を発現するニューロンを殺滅することができる（Llewellyn-Smith I et al., J Neurosci Methods 103: 83-90 (2000)を参照）。これらの神経細胞型特異的な標的化細胞毒性タンパク質は、例えば感覚のメカニズムを解明するための神経科学の調査（例えばMishra S, Hoon M, Science 340: 968-71 (2013)を参照）、及びパーキンソン及びアルツハイマーなどの神経変性疾患のモデル系を作製すること（例えばHamlin A et al., PLoS One e53472 (2013)を参照）において用途を有する。
本発明の特定の実施形態は、疾患、状態及び／又は障害に関する情報収集の目的で細胞型の存在を検出するために、本発明のタンパク質、医薬組成物、及び／又は診断用組成物を使用する方法である。本方法は、細胞を診断に十分な量の本発明のタンパク質と接触させて、アッセイ又は診断技術によってタンパク質を検出するステップを含む。用語「診断に十分な量」は、利用される特定のアッセイ又は診断技術によって情報収集目的で十分な検出及び正確な測定がもたらされる量を指す。一般的に、インビボでの診断での使用における生物全体にとって診断に十分な量は、対象１ｋｇ当たり０．１ｍｇ〜１００ｍｇの非累積用量の、検出促進剤が連結されたタンパク質と予想される。典型的には、これらの情報収集方法で使用される本発明のタンパク質の量は、なお診断に十分な量であるという条件で、可能な限り低いと予想される。例えば、生物におけるインビボでの検出の場合、対象に投与される本発明のタンパク質の量は、実行可能なレベルで可能な限り低いと予想される。
検出促進剤と組み合わされた本発明のタンパク質の細胞型特異的な標的化は、本発明のタンパク質の結合領域の細胞外標的生体分子と物理的に組み合わされた細胞を検出及びイメージングする方法を提供する。本発明のタンパク質を使用する細胞のイメージングは、当業界において公知のあらゆる好適な技術によってインビトロ又はインビボで行ってもよい。例えば、情報を収集する目的で細胞型の存在を検出するために本発明のタンパク質、医薬組成物、又は診断用組成物を使用する方法は、インサイチュにおける細胞を含むインビボにおける患者中の細胞で、例えば疾患の遺伝子座で、インビトロにおける細胞で、並びに／又は生体から取り出された細胞及び組織、例えば生検材料におけるエクスビボの状態で行ってもよい。診断の情報は、生物の全身イメージングなどの当業界において公知の様々な方法を使用して、又は生物から採取したエクスビボのサンプルを使用して収集してもよい。
本明細書において使用される用語「サンプル」は、これらに限定されないが、流体、例えば血液、尿、血清、リンパ液、唾液、肛門の分泌物、膣の分泌物、及び精液、並びに生検手順により得られた組織などのあらゆるものを指す。例えば、様々な検出促進剤は、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、光学的方法（例えば直接の、蛍光による、及び生物発光によるイメージング）、ポジトロンエミッショントモグラフィー（ＰＥＴ）、単光子放射型コンピューター断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、超音波、Ｘ線コンピューター断層撮影、及び上述のものの組合せなどの技術による、非侵襲的なインビボでの腫瘍イメージングために利用することができる（総論については、Kaur S et al., Cancer Lett 315: 97-111 (2012)を参照）。
情報を収集する目的で標的生体分子陽性細胞型の存在を検出するために本発明のタンパク質、医薬組成物、又は診断用組成物を使用する方法は、インサイチュにおける細胞を含むインビボにおける患者中の細胞で、例えば疾患の遺伝子座で、インビトロにおける細胞で、並びに／又は生体から取り出された細胞及び組織、例えば生検材料におけるエクスビボの状態で行ってもよい。本発明の組成物を使用した特異的な細胞、細胞型、及び細胞集団の検出は、細胞、例えば腫瘍、がん、免疫及び感染細胞などの診断及びイメージングに使用することができる。例えば、本発明のタンパク質及び診断用組成物は、生体中の標的生体分子を発現する細胞が蓄積されている可能性のある部位をイメージング又は可視化するために採用することができる。これらの方法は、腫瘍発生部位又は治療的介入後に残留した腫瘍細胞を同定するのに使用することができる。
細胞型の存在を検出するのに使用される方法の特定の実施形態は、例えば骨がん（例えば多発性骨髄腫又はユーイング肉腫）、乳がん、中枢／末梢神経系のがん（例えば脳がん、神経線維腫症、又は膠芽腫）、消化器がん（例えば胃がん又は結腸直腸がん）、生殖細胞がん（例えば卵巣がん及び睾丸がん）、腺がん（例えば膵臓がん、副甲状腺がん、褐色細胞腫、唾液腺がん、又は甲状腺がん）、頭頸部がん（例えば鼻咽頭がん、口腔がん、又は咽頭がん）、血液がん（例えば白血病、リンパ腫、又は骨髄腫）、腎臓から尿道のがん（例えば腎臓がん及び膀胱がん）、肝臓がん、肺／胸膜がん（例えば中皮腫、小細胞肺癌、又は非小細胞肺癌）、前立腺がん、肉腫（例えば血管肉腫、線維肉腫、カポジ肉腫、又は滑膜肉腫）、皮膚がん（例えば基底細胞癌、扁平上皮癌、又は黒色腫）、子宮がん、ＡＩＤＳ、アミロイド症、強直性脊椎炎、喘息、自閉症、心臓発生、クローン病、糖尿病、エリテマトーデス、胃炎、移植片拒絶反応、移植片対宿主病、グレーブス病、橋本甲状腺炎、溶血尿毒症症候群、ＨＩＶ関連の疾患、紅斑性狼瘡、リンパ増殖性障害、多発性硬化症、重症筋無力症、神経炎症、結節性多発性動脈炎、多発性関節炎、乾癬、乾癬性関節炎、リウマチ様関節炎、強皮症、敗血症性ショック、シェーグレン症候群、全身性エリテマトーデス、潰瘍性大腸炎、血管炎、細胞増殖、炎症、白血球活性化、白血球接着、白血球走化性、白血球成熟、白血球遊走、ニューロンの分化、急性リンパ芽球性白血病（ＡＬＬ，acute lymphoblastic leukemia）、Ｔ急性リンパ性白血病／リンパ腫（ＡＬＬ）、急性骨髄性白血病、急性骨髄性白血病（ＡＭＬ，acute myeloid leukemia）、Ｂ細胞慢性リンパ球性白血病（Ｂ−ＣＬＬ，B-cell chronic lymphocytic leukemia）、Ｂ細胞前リンパ球性リンパ腫、バーキットリンパ腫（ＢＬ，Burkitt's lymphoma）、慢性リンパ球性白血病（ＣＬＬ，chronic lymphocytic leukemia）、慢性骨髄性白血病（ＣＭＬ−ＢＰ，chronic myelogenous leukemia）、慢性骨髄性白血病（ＣＭＬ，chronic myeloid leukemia）、びまん性大細胞型Ｂ細胞リンパ腫、濾胞性リンパ腫、ヘアリーセル白血病（ＨＣＬ，hairy cell leukemia）、ホジキンリンパ腫（ＨＬ，Hodgkin's Lymphoma）、血管内大細胞型Ｂ細胞リンパ腫、リンパ腫様肉芽腫症、リンパ形質細胞性リンパ腫、ＭＡＬＴリンパ腫、マントル細胞リンパ腫、多発性骨髄腫（ＭＭ，multiple myeloma）、ナチュラルキラー細胞白血病、節性辺縁帯Ｂ細胞リンパ腫、非ホジキンリンパ腫（ＮＨＬ，Non-Hodgkin's lymphoma）、プラズマ細胞性白血病、形質細胞腫、原発性滲出液リンパ腫、前リンパ球性白血病、前骨髄球性白血病、小リンパ球性リンパ腫、脾性辺縁帯リンパ腫、Ｔ細胞リンパ腫（ＴＣＬ，T-cell lymphoma）、重鎖病、単クローン性免疫グロブリン血症、単クローン性免疫グロブリン沈着症、骨髄異形成症候群（ＭＤＳ，myelodusplastic syndrome）、くすぶり型多発性骨髄腫、及びワルデンシュトレーム型マクログロブリン血症などの疾患、障害、及び状態に関する情報を収集するのに使用することができる。
特定の本発明の実施形態のなかでも、新生細胞及び／又は免疫細胞型の内部を標識又は検出するためのタンパク質、医薬組成物、及び／又は診断用組成物を使用する方法が挙げられる（例えば、Koyama Y et al., Clin Cancer Res 13: 2936-45 (2007)、Ogawa M et al., Cancer Res 69: 1268-72 (2009)、Yang L et al., Small 5: 235-43 (2009)を参照）。本発明のタンパク質及び医薬組成物の、逆行性細胞内輸送を介して細胞内の特異的な細胞型及び経路に侵入する能力に基づいて、特異的な細胞型の内部区画が、検出のために標識される。これは、患者内のインサイチュの細胞に、又は生物から取り出された細胞及び組織、例えば生検材料に行うことができる。
本発明の診断用組成物は、疾患、障害、又は状態を本発明の関連医薬組成物によって潜在的に治療可能であると特徴付けるのに使用することができる。本発明の特定の物質の組成物は、患者が、本明細書で説明されるような本発明の化合物、組成物又は関連方法を利用する治療方策に応答するグループに属するのかどうか、又は本発明の送達デバイスの使用に十分な適正があるのかどうかを決定するのに使用することができる。
本発明の診断用組成物は、疾患、例えばがんが検出された後、その疾患をより十分に特徴付けるために、例えば遠隔転移、不均質性、及びがん進行のステージをモニターするために使用することができる。疾患、障害又は感染の表現型の評価は、治療の決定をする間の予想及び予測を助けることができる。疾患の再発において、本発明の特定の方法は、局所的な問題か又は全身性の問題かを識別するのに使用することができる。
本発明の診断用組成物は、治療剤のタイプ、例えば小分子薬物、生物学的薬物、又は細胞ベースの療法に関係なく、治療剤に対する応答を評価するのに使用することができる。例えば、本発明の診断の特定の実施形態は、腫瘍サイズの変化、数及び分布などの抗原陽性細胞集団の変化を測定すること、並びに／又はすでに患者に施された療法によって標的化された抗原とは異なるマーカーをモニターすることに使用することができる（例えば、Smith-Jones P et al., Nat Biotechnol 22: 701-6 (2004)、Evans M et al., Proc Natl Acad Sci USA 108: 9578-82 (2011)を参照）。
特定の実施形態において、本発明のタンパク質又はそれらの医薬及び／又は診断用組成物は、診断と治療の両方、又は診断単独に使用される。
志賀毒素ファミリーメンバーのＡサブユニットに由来する志賀毒素エフェクター領域と、特異的な細胞型と物理的に組み合わされた細胞外標的生体分子と結合することが可能な結合領域とを含む、選択的に細胞毒性のタンパク質の以下の非限定的な例によって、本発明をさらに例示する。
［実施例］
以下の実施例は、本発明のいくつかの実施形態を証明する。しかしながら、これらの実施例は例示目的のためのものに過ぎず、本発明の条件及び範囲に関して全体的に明確であると意図されるものではなく、解釈されるべきでもないと理解される。実施例は、そうでなければ詳細に説明される場合を除いて、当業者には周知であり、日常的である標準的な技術を用いて実行された。
以下の細胞毒性タンパク質の実施例は、免疫グロブリン型結合領域の細胞外標的生体分子と物理的に結合している細胞を選択的に殺滅する例示的な細胞毒性タンパク質は、シグナルモチーフを欠失したそれらの原型のバリアントと比較して能力が増強されていることを実証する。例示的な細胞毒性タンパク質は、標的化された細胞型によって発現された標的生体分子に結合し、標的化された細胞に侵入した。内在化した細胞毒性タンパク質は、それらの志賀毒素エフェクター領域をサイトゾルに効果的に経路決定してリボソームを不活性化し、その後、標的化された細胞のアポトーシスによる死をもたらした。
第１に、複数の志賀毒素ベースの融合タンパク質へのＫＤＥＬファミリーのシグナルモチーフの付加は、それらの細胞毒性を低下させることを観察した。これは、ＫＤＥＬファミリーのシグナルモチーフの存在から利益を得る志賀毒素コンストラクトのいかなる例も記載していない科学文献と一致する。次いで、意外なことに、ＫＤＥＬファミリーのシグナルモチーフの付加は、特定のコンストラクトの志賀毒素ベースの細胞毒性を増強することができることが発見された。驚くべきことに、ＫＤＥＬ含有及びＫＤＥＬ非含有バリアントはどちらも、類似したインビトロにおける酵素活性、類似した細胞結合の特徴、及び類似した細胞内在化を示したが、本発明の細胞毒性タンパク質のＫＤＥＬ含有バリアントは、増強された細胞毒性を示した。これらの結果は、以前の発見とは矛盾していた（例えばJackson M et al., J Cell Sci 112: 467-75 (1999)を参照）。
本発明の１つの例示的な細胞毒性タンパク質は、ＨＥＲ２と高親和性で結合することが可能な一本鎖可変断片の結合領域を、志賀毒素Ａサブユニット断片及びカルボキシ末端ＫＤＥＬモチーフと組み合わせて含む。この例示的な細胞毒性タンパク質は、表面上にＨＥＲ２を発現する細胞を選択的に殺滅することが可能である。本発明の第２の例示的な細胞毒性タンパク質は、ＣＤ３８と高親和性で結合することが可能な一本鎖可変断片の結合領域を、志賀毒素Ａサブユニット断片及びカルボキシ末端ＫＤＥＬモチーフと組み合わせて含む。この第２の例示的な細胞毒性タンパク質は、表面上にＣＤ３８を発現する細胞を選択的に殺滅することが可能である。本発明の第３の例示的な細胞毒性タンパク質は、ＣＤ１９と高親和性で結合することが可能な一本鎖可変断片の結合領域を、志賀毒素Ａサブユニット断片及びカルボキシ末端ＫＤＥＬモチーフと組み合わせて含む。この第３の例示的な細胞毒性タンパク質は、表面上にＣＤ１９を発現する細胞を選択的に殺滅することが可能である。本発明の第４の例示的な細胞毒性タンパク質は、ＣＤ７４と高親和性で結合することが可能な一本鎖可変断片の結合領域を、志賀毒素Ａサブユニット断片及びカルボキシ末端ＫＤＥＬモチーフと組み合わせて含む。この第４の例示的な細胞毒性タンパク質は、表面上にＣＤ７４を発現する細胞を選択的に殺滅することが可能である。他の例示的な細胞毒性タンパク質としては、エプスタイン・バーウイルス抗原、リーシュマニア抗原、ニューロテンシン受容体、上皮成長因子受容体、免疫細胞受容体ＣＣＲ５、並びにウイルスタンパク質標的のＥｎｖ及びＵＬ１８を標的化する結合領域を有するものが挙げられる。
小胞体シグナルモチーフを有する志賀毒素様毒素１のＡサブユニットに由来するＨＥＲ２標的化細胞毒性タンパク質（αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ）
この実施例の細胞毒性タンパク質であるαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬは、ＨＥＲ２と高親和性で結合することが可能な一本鎖可変断片の結合領域を、志賀毒素Ａサブユニット断片及びカルボキシ末端ＫＤＥＬモチーフと組み合わせて含む。
細胞毒性タンパク質αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
第１に、志賀毒素エフェクター領域及び結合領域を設計又は選択した。この実施例において、志賀毒素エフェクター領域を、志賀毒素様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来した。ＳＬＴ−１Ａのアミノ酸１〜２５１をコードしたポリヌクレオチドを得た（Cheung M et al., Mol Cancer 9: 28 (2010)）。一本鎖可変断片（ｓｃＦｖ）が当業界において公知のリンカーによって分離された２つの免疫グロブリン可変領域（ＶＬ及びＶＨ）を用いて作製されるように、免疫グロブリン型結合領域αＨＥＲ２ｓｃＦｖを、トラスツズマブ（Herceptin（登録商標）として販売、Genentech, Inc.社、South San Francisco、CA、U.S.）及び４Ｄ５モノクローナル抗体（Zhao et al., J Immunol 183: 5563-74 (2009)）に由来した。
第２に、結合領域及び志賀毒素エフェクター領域を一緒に連結して、融合タンパク質を形成した。この実施例において、配列番号４のアミノ酸１〜２４５を含む結合領域αＨＥＲ２ｓｃＦｖをコードするポリヌクレオチドを、マウスＩｇＧ３分子に由来する「マウスヒンジ」（又は当業者公知の他のリンカー）をコードするポリヌクレオチドと共にフレーム内に、さらに配列番号１のアミノ酸１〜２５１を含む志賀毒素エフェクター領域ＳＬＴ−１Ａをコードするポリヌクレオチドと共にフレーム内にクローニングした。特定の実験において、この実施例の細胞毒性タンパク質の全長コード配列をStrep-tag（登録商標）をコードするポリヌクレオチドから開始させて、検出及び精製を容易にした。DNA 2.0, Inc.社（Menlo Park、CA、U.S.）によるサービスを使用して、この実施例の細胞毒性タンパク質αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド配列のコドンを大腸菌での効率的な発現のために最適化した。
第３に、細胞毒性タンパク質αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ（配列番号４）をコードするポリヌクレオチドを発現させることによって融合タンパク質を産生した。細菌による及び無細胞のタンパク質翻訳系の両方を使用して、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ細胞毒性タンパク質の発現を達成した。
この大腸菌発現系によるαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ産生の実施例において、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド「挿入」配列を、標準的手順を使用してｐＴｘｂ１ベクター（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）にクローニングし、フレーム内でベクターのアミノ末端インテインをコードするポリヌクレオチド配列にライゲートされた細胞毒性タンパク質αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド配列を産生した。プラスミド挿入ポリヌクレオチド配列をサンガーシーケンシング（Functional Biosciences社、Madison、WI、U.S.）によって検証し、T7 Shuffle（登録商標）細胞（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）に形質転換した。αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を、IMPACT（商標）（Intein Mediated Purification with an Affinity Chitin-binding Tag）のシステムマニュアル（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）に従って産生し、精製した。当業界において公知の標準的な技術を使用して、例えばStrep-tag（登録商標）の固定した標的又は結合領域を使用して精製を達成した。
この無細胞のタンパク質翻訳系によるαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ産生の実施例において、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド「挿入」配列を、In-Fusion（登録商標）ＨＤクローニングキット（Clonetech社、Mountain View、CA、U.S.）を製造元の説明書に従って使用してコード領域の直後に終止コドンを有するｐＩＶＥＸ２．３ベクターにクローニングした。プラスミド挿入ポリヌクレオチド配列をサンガーシーケンシング（Functional Biosciences社、Madison、WI、U.S.）によって検証した。迅速翻訳システムの5 Prime（商標）ＲＴＳ１００大腸菌ジスルフィドキット（5 Prime社、Gaithersburg、MD、U.S.）を製造元の説明書に従って使用して、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を産生した。当業界において公知の標準的な技術を使用して、例えばStrep-tag（登録商標）の固定した標的又は結合領域を使用して精製を達成した。
αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ結合標的細胞型の最大特異的結合（Ｂｍａｘ）及び平衡結合定数（ＫＤ）の決定
上述したようにして産生されたαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質の結合の特徴を、蛍光ベースのフローサイトメトリーアッセイによって決定した。ＨＥＲ２陽性（＋）細胞及びＨＥＲ２陰性（−）細胞を含有する試料を、以降「１×ＰＢＳ＋１％ＢＳＡ」と称される１パーセントのウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）（Calbiochem社、San Diego、CA、U.S.）を含有するリン酸緩衝生理食塩水（１×ＰＢＳ）（Hyclone Brand社、Fisher Scientific、Waltham、MA、U.S.）に懸濁し、アッセイされるαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質の１００μＬの様々な希釈液と共に４セルシウス度（℃）で１時間インキュベートした。結合反応の飽和を引き起こすために最も高い濃度のαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を選択した。１時間インキュベートした後、細胞試料を１×ＰＢＳ＋１％ＢＳＡで２回洗浄した。細胞試料を、０．３μｇのanti-Strep-tag（登録商標）ｍＡｂ−ＦＩＴＣ（番号Ａ０１７３６−１００、Genscript社、Piscataway、NJ、U.S.）を含有する１００μＬの１×ＰＢＳ＋１％ＢＳＡと共に４℃で１時間インキュベートした。
次に細胞試料を１×ＰＢＳ＋１％ＢＳＡで２回洗浄し、２００μＬの１×ＰＢＳに再懸濁し、蛍光ベースのフローサイトメトリーに供した。全ての試料に関する平均蛍光強度（ＭＦＩ）データを、陰性対照としてＦＩＴＣのみの試料を使用してデータをゲーティングすることによって得た。Prismソフトウェア（GraphPad Software社、San Diego、CA、U.S.）を使用してＭＦＩ対「細胞濃度」のグラフをプロットした。Prismソフトウェアの１部位結合の関数［Ｙ＝Ｂｍａｘ×Ｘ／（ＫＤ＋Ｘ）］を結合−飽和という項目で使用して、Ｂｍａｘ及びＫＤをベースラインで補正したデータを使用して計算した。Ａｂ値をＰＢＳのみを含有するウェルで測定されたＡｂ値を引くことによってバックグラウンドで補正した。Ｂｍａｘは、ＭＦＩで報告される最大特異的結合である。ＫＤは、ナノモル（ｎＭ）で報告される平衡結合定数である。
ＨＥＲ２＋細胞に結合するαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬに関するＢｍａｘを測定したところ、約１１０，０００ＭＦＩであり、ＫＤは約１６０ｎＭであった（表１）。この結果は、約１４０，０００ＭＦＩと測定されＫＤが約１８０ｎＭのＨＥＲ２＋細胞に結合するＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａタンパク質に関するＢｍａｘに比較的類似していた（表１）。このアッセイにおいて、ＨＥＲ２陰性細胞に結合する測定可能なタンパク質は観察されなかった。これは、ＫＤＥＬバリアントの増強された細胞毒性は、免疫グロブリンに由来するドメインの標的細胞の結合特性における変化に関連しない可能性があることを示す。
Figure 0006935195
インビトロにおける真核性リボソームに対するαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの半数阻害濃度（ＩＣ５０）の決定
αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのリボソームの不活性化能力は、TNT（登録商標）Quick Coupled Transcription/Translationキット（L1170 Promega社、Madison、WI、U.S.）を用いた無細胞の、インビトロでのタンパク質翻訳アッセイで決定した。このキットには、Luciferase T7 Control DNA及びTNT（登録商標）Quick Master Mixが含まれる。製造元の説明書に従ってリボソーム活性反応の準備をして、「ＴＮＴ」反応混合物を作製した。
試験されるαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの一連の１０倍希釈液を適切な緩衝液で調製し、一連の同一なＴＮＴ反応混合物の成分を、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの各希釈液で作製した。αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を連続希釈した各試料を、ルシフェラーゼＴ７対照ＤＮＡと共にＴＮＴ反応混合物のそれぞれと組み合わせた。被験試料を３０℃で１．５時間インキュベートした。インキュベーション後、Luciferase Assay試薬（E1483 Promega社、Madison、WI、U.S.）を全ての被験試料に添加し、ルシフェラーゼタンパク質翻訳量を製造業者の説明書に従って発光により測定した。翻訳阻害のレベルを、相対発光単位に対する総タンパク質の対数変換された濃度の非線形回帰分析により決定した。統計ソフトウェア（GraphPad Prism社、San Diego、CA、U.S.）を用いて、最大半量阻害濃度（ＩＣ５０）値を各試料について計算した。次いで、対数（阻害剤）対応答（３つのパラメーター）のPrismソフトウェアの関数［Ｙ＝下限＋（（上限−下限）／（１＋１０∧（Ｘ−ＬｏｇＩＣ５０）））］を用量応答−阻害という項目で使用して「ＳＬＴ−１Ａのみの対照タンパク質のパーセント」を計算することによってデータを正規化した。実験タンパク質及びＳＬＴ−１Ａのみの対照タンパク質に関するＩＣ５０を計算した。ＳＬＴ−１Ａのみの対照タンパク質のパーセントを、［（ＳＬＴ−１Ａ対照タンパク質のＩＣ５０／実験タンパク質のＩＣ５０）×１００］によって計算した。
αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの無細胞タンパク質合成に対する阻害作用は強かった。用量依存性実験から、この細胞非含有アッセイにおけるαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのタンパク質合成に対するＩＣ５０は、約７０ピコモル濃度（ｐＭ）又はＳＬＴ−１Ａのみの陽性対照の６％以内であった（表２）ことが決定された。この結果は、ＳＬＴ−１Ａのみの陽性対照の８％以内と測定されたＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａタンパク質に関するＩＣ５０と実質的に異なっていなかった（表２）。これは、ＫＤＥＬバリアントの増強された細胞毒性は、志賀毒素Ａサブユニットの酵素活性における変化に関連しない可能性があることを示す。
Figure 0006935195
細胞殺滅アッセイを使用したαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの選択的な細胞毒性及び半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０）の決定
αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの細胞毒性の特徴を、以下の細胞殺滅アッセイによって決定した。このアッセイは、標的生体分子を発現しない細胞と比較した、細胞毒性タンパク質の結合領域の標的生体分子を発現する細胞を殺滅する細胞毒性タンパク質の能力を決定する。３８４−ウェルプレート中の２０μＬの細胞培養培地で細胞を平板培養した（細胞２×１０３個／ウェル）。αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を１×ＰＢＳで５倍又は１０倍のいずれかに希釈し、５μＬの希釈液を細胞に添加した。細胞培養培地のみを含有する対照ウェルをベースラインの補正のために使用した。細胞試料をαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ又は緩衝液のみと共に３７℃で３日間、５％二酸化炭素（ＣＯ２）の雰囲気中でインキュベートした。総細胞生存又は生存率を、製造業者の説明書に従って、CellTiter-Glo（登録商標）Luminescent Cell Viability Assay（G7573 Promega社、Madison、WI、U.S.）を用いる発光読み出しを用いて決定した。実験ウェルの生存率を、以下の式：（試験ＲＬＵ−平均培地ＲＬＵ）／（平均細胞ＲＬＵ−平均培地ＲＬＵ）＊１００を用いて計算した。対数のポリペプチド濃度対生存率パーセントを、Prism（GraphPad Prism社、San Diego、CA、U.S.）でプロットし、対数（阻害剤）対正規化した応答（変数の傾き）分析を使用して、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬに関する半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０）値を決定した。
用量依存性実験から、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質のＣＤ５０を測定したところ、ＨＥＲ２＋細胞の場合、約０．００１〜０．１３ｎＭであり、それと比較して、ＨＥＲ２−細胞の場合、細胞株に応じて１４〜３７ｎＭであったことが決定された（表３；図２）。αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのＣＤ５０は、細胞外標的生体分子ＨＥＲ２と物理的に結合している細胞、例えばそれらの細胞表面上で発現されたＨＥＲ２と比較して、細胞外標的生体分子ＨＥＲ２と物理的に結合していない細胞の場合の１００倍超高かった（表３；図２）。
Figure 0006935195
カルボキシ末端ＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１ＡバリアントのＣＤ５０を測定したところ、ＨＥＲ２＋細胞の場合、約１．３〜２．１ｎＭであった（表３；図２）。したがって、ＫＤＥＬシグナルモチーフの付加は、ＨＥＲ２＋細胞に対するＣＤ５０を１０〜２０分の１に低下させた。加えて、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬは、最も高い試験濃度で細胞生存率が減少したことからわかるように、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａより多くの総数の細胞を殺滅した（図２）。これらの結果は、細胞毒性及び選択的な細胞毒性の両方に対するＫＤＥＬシグナルモチーフ付加の作用を例示する。これらの細胞毒性タンパク質の細胞殺滅における差は、タンパク質合成阻害又は標的細胞結合の特徴のどちらに関しても、インビトロでの結果に基づき予測できなかった。
免疫蛍光法を使用したＫＤＥＬシグナルモチーフ含有及び非含有αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａの細胞内在化の決定
細胞毒性タンパク質の標的細胞に侵入する能力を当業界において公知の標準的な免疫細胞化学法を使用して調査した。簡単に言えば、各細胞型（ＳＫＢＲ３（ＨＥＲ２＋）及びＭＤＡ−ＭＢ−２３１（ＨＥＲ２−））の０．８×１０６個の細胞を回収し、プロテアーゼ阻害剤のカクテル（例えばP1860 Sigma-Aldrich Co.社、St. Louis、MO、U.S.）及び非特異的な免疫蛍光染色を低下させるためにヒトＦｃ受容体タンパク質を含有する５０μＬの細胞培養培地に懸濁した。次に、１００ｎＭの分析される細胞毒性タンパク質を細胞に添加し、細胞を３７℃で１時間インキュベートし、毒素侵入化を進行させた。次いで、Cytofix/Cytoperm（商標）キット（BD Biosciences社、San Diego、CA、U.S.）を製造元の説明書に従って使用して細胞を「固定」及び「膜透過化」した。マウスモノクローナル抗体（マウスＩｇＧ抗志賀毒素１サブユニットＡ、BEI NR-867 BEI Resources社、Manassas、VA、U.S.）を使用して志賀毒素エフェクター領域を「染色」した。次いでマウスモノクローナル抗体の局在化を、Alexa Fluor（登録商標）５５５モノクローナル抗体標識キット（Life Technologies社、Carlsbad、CA、U.S.）で製造元の説明書に従って検出した。
このアッセイにおいて、ＨＥＲ２＋細胞でαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ及びＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないバリアントαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａの両方の細胞内在化が観察された（図３）。どちらのタンパク質でもＨＥＲ２−細胞への細胞内在化は観察されなかった。これは、ＫＤＥＬバリアントと原型のバリアントとの細胞毒性における差を示しており（表３；図２）、これら２つのバリアントは、標的細胞の結合及び／又は細胞の侵入におけるいかなる有意な変化にも関連しない可能性がある。
動物モデルを使用した細胞毒性タンパク質αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａのインビボでの効果の決定
動物モデルを用いて、ＨＥＲ２＋新生物細胞に対する細胞毒性タンパク質αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａのインビボでの効果を決定する。様々なマウス株を用いて、細胞表面上にＨＥＲ２を発現するヒト新生物細胞のマウスへの注射から得られるマウスにおける異種移植腫瘍に対する静脈内投与後の細胞毒性タンパク質の効果を試験する。
カルボキシ末端小胞体シグナルモチーフを有する志賀毒素様毒素１のＡサブユニットに由来するＣＤ３８標的化細胞毒性タンパク質（αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ）
この実施例の細胞毒性タンパク質であるαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬは、ＣＤ３８と高親和性で結合することが可能な一本鎖可変断片の結合領域を、志賀毒素Ａサブユニット断片及びカルボキシ末端ＫＤＥＬモチーフと組み合わせて含む。
細胞毒性タンパク質αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
この実施例において、志賀毒素エフェクター領域を、志賀毒素様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来した。ＳＬＴ−１Ａのアミノ酸１〜２５１をコードしたポリヌクレオチドを得た（Cheung M et al., Mol Cancer 9: 28 (2010)）。一本鎖可変断片（ｓｃＦｖ）が当業界において公知のリンカーによって分離された２つの免疫グロブリン可変領域（ＶＬ及びＶＨ）を用いて作製されるように、免疫グロブリン型結合領域αＣＤ３８ｓｃＦｖを、モノクローナル抗体の抗ＣＤ３８ＨＢ７に由来した（Peng et al., Blood 101: 2557-62 (2003)、GenBank Accession BD376144、National Center for Biotechnology Information、U.S.も参照）
この実施例において、結合領域及び志賀毒素エフェクター領域を一緒に連結して、融合タンパク質を形成した。この実施例において、配列番号８のアミノ酸１〜２４１を含む結合領域αＣＤ３８ｓｃＦｖをコードするポリヌクレオチドを、マウスＩｇＧ３分子に由来する「マウスヒンジ」（又は当業者公知の他のリンカー）をコードするポリヌクレオチドと共にフレーム内に、さらに配列番号１のアミノ酸１〜２５１を含む志賀毒素エフェクター領域ＳＬＴ−１Ａをコードするポリヌクレオチドと共にフレーム内にクローニングした。特定の実験において、この実施例の細胞毒性タンパク質の全長コード配列をStrep-tag（登録商標）をコードするポリヌクレオチドから開始させて、検出及び精製を容易にした。DNA 2.0, Inc.社（Menlo Park、CA、U.S.）によるサービスを使用して、この実施例の細胞毒性タンパク質αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド配列のコドンを大腸菌での効率的な発現のために最適化した。
細胞毒性タンパク質αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ（配列番号８）をコードするポリヌクレオチドを発現させることによって融合タンパク質を産生した。細菌による及び無細胞のタンパク質翻訳系の両方を使用して、αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ細胞毒性タンパク質の発現を達成した。
この大腸菌発現系によるαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ産生の実施例において、αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド「挿入」配列を、標準的手順を使用してｐＴｘｂ１ベクター（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）にクローニングし、フレーム内でベクターのアミノ末端インテインをコードするポリヌクレオチド配列にライゲートされた細胞毒性タンパク質αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド配列を産生した。プラスミド挿入ポリヌクレオチド配列をサンガーシーケンシング（Functional Biosciences社、Madison、WI、U.S.）によって検証し、T7 Shuffle（登録商標）細胞（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）に形質転換した。αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を、IMPACT（商標）（Intein Mediated Purification with an Affinity Chitin-binding Tag）のシステムマニュアル（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）に従って産生し、精製した。当業界において公知の標準的な技術を使用して、例えばStrep-tag（登録商標）の固定した標的又は結合領域を使用して精製を達成した。
この無細胞のタンパク質翻訳系によるαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ産生の実施例において、αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド「挿入」配列を、In-Fusion（登録商標）ＨＤクローニングキット（Clonetech社、Mountain View、CA、U.S.）を製造元の説明書に従って使用してコード領域の直後に終止コドンを有するｐＩＶＥＸ２．３ベクターにクローニングした。プラスミド挿入ポリヌクレオチド配列をサンガーシーケンシング（Functional Biosciences社、Madison、WI、U.S.）によって検証した。迅速翻訳システムの5 Prime（商標）ＲＴＳ１００大腸菌ジスルフィドキット（5 Prime社、Gaithersburg、MD、U.S.）を製造元の説明書に従って使用して、αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を産生した。当業界において公知の標準的な技術を使用して、例えばStrep-tag（登録商標）の固定した標的又は結合領域を使用して精製を達成した。
αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ結合標的細胞型の最大特異的結合（Ｂｍａｘ）及び平衡結合定数（ＫＤ）の決定
上述したようにして産生されたαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質の結合の特徴を、蛍光ベースのフローサイトメトリーアッセイによって決定した。ＣＤ３８陽性（＋）細胞及びＣＤ３８陰性（−）細胞を含有する試料を、１×ＰＢＳ＋１％ＢＳＡに懸濁し、アッセイされるαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質の１００μＬの様々な希釈液と共に４℃で１時間インキュベートした。結合反応の飽和を引き起こすために最も高い濃度のαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を選択した。１時間インキュベートした後、細胞試料を１×ＰＢＳ＋１％ＢＳＡで２回洗浄した。細胞試料を、０．３μｇのanti-Strep-tag（登録商標）ｍＡｂ−ＦＩＴＣ（番号Ａ０１７３６−１００、Genscript社、Piscataway、NJ、U.S.）を含有する１００μＬの１×ＰＢＳ＋１％ＢＳＡと共に４℃で１時間インキュベートした。
次に細胞試料を１×ＰＢＳ＋１％ＢＳＡで２回洗浄し、２００μＬの１×ＰＢＳに再懸濁し、蛍光ベースのフローサイトメトリーに供した。全ての試料に関する平均蛍光強度（ＭＦＩ）データを、陰性対照としてＦＩＴＣのみの試料を使用してデータをゲーティングすることによって得た。Prismソフトウェア（GraphPad Software社、San Diego、CA、U.S.）を使用してＭＦＩ対「細胞濃度」のグラフをプロットした。Prismソフトウェアの１部位結合の関数［Ｙ＝Ｂｍａｘ×Ｘ／（ＫＤ＋Ｘ）］を結合−飽和という項目で使用して、Ｂｍａｘ及びＫＤをベースラインで補正したデータを使用して計算した。Ａｂ値をＰＢＳのみを含有するウェルで測定されたＡｂ値を引くことによってバックグラウンドで補正した。Ｂｍａｘは、ＭＦＩで報告される最大特異的結合である。ＫＤは、ｎＭで報告される平衡結合定数である。
ＣＤ３８＋細胞に結合するαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬに関するＢｍａｘを測定したところ、約１００，０００ＭＦＩであり、ＫＤは約１３ｎＭであった（表４）。この結果は、約１１０，０００ＭＦＩと測定されＫＤが約１７ｎＭのＣＤ３８＋細胞に結合するＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａタンパク質に関するＢｍａｘに類似していた（表４）。いずれのタンパク質もＣＤ３８−細胞に結合しなかった。これは、ＫＤＥＬバリアントの増強された細胞毒性は、免疫グロブリンに由来するドメインの標的細胞の結合特性における変化に関連しない可能性があることを示す。
Figure 0006935195
インビトロにおける真核性リボソームに対するαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの半数阻害濃度（ＩＣ５０）の決定
αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化性能を、TNT（登録商標）クイックカップル転写／翻訳キット（L1170 Promega社、Madison、WI、U.S.）を使用して、インビトロにおける無細胞のタンパク質翻訳アッセイで決定した。このキットは、ルシフェラーゼＴ７対照ＤＮＡ及びTNT（登録商標）クイックマスターミックスを包含する。製造元の説明書に従ってリボソーム活性反応の準備をして、「ＴＮＴ」反応混合物を作製した。
試験されるαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの一連の１０倍希釈液を適切な緩衝液で調製し、一連の同一なＴＮＴ反応混合物の成分を、αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの各希釈液で作製した。αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を連続希釈した各試料を、ルシフェラーゼＴ７対照ＤＮＡと共にＴＮＴ反応混合物のそれぞれと組み合わせた。試験試料を３０℃で１．５時間インキュベートした。インキュベートした後、ルシフェラーゼアッセイ試薬（E1483 Promega社、Madison、WI、U.S.）を全ての試験試料に添加し、ルシフェラーゼタンパク質の翻訳量を、製造元の説明書に従って発光により測定した。翻訳阻害のレベルを、総タンパク質の対数変換濃度対相対的な発光単位の非線形回帰分析によって決定した。統計ソフトウェア（GraphPad Prism社、San Diego、CA、U.S.）を使用して、各試料で半数阻害濃度（ＩＣ５０）値を計算した。次いで、対数（阻害剤）対応答（３つのパラメーター）のPrismソフトウェアの関数［Ｙ＝下限＋（（上限−下限）／（１＋１０∧（Ｘ−ＬｏｇＩＣ５０）））］を用量応答−阻害という項目で使用して「ＳＬＴ−１Ａのみの対照タンパク質のパーセント」を計算することによってデータを正規化した。実験タンパク質及びＳＬＴ−１Ａのみの対照タンパク質に関するＩＣ５０を計算した。ＳＬＴ−１Ａのみの対照タンパク質のパーセントを、［（ＳＬＴ−１Ａ対照タンパク質のＩＣ５０／実験タンパク質のＩＣ５０）×１００］によって計算した。
αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの無細胞タンパク質合成に対する阻害作用は強かった。用量依存性実験から、この細胞非含有アッセイにおけるαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのタンパク質合成に対するＩＣ５０は、約１５ｐＭ又はＳＬＴ−１Ａのみの陽性対照の９９％であったことが決定された（表５）。この結果は、約１５ｐＭと測定されたか又はＳＬＴ−１Ａのみの陽性対照の１０１％であるＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａタンパク質に関するＩＣ５０に類似していた（表５）。これは、ＫＤＥＬを含むバリアントの増強された細胞毒性は、志賀毒素Ａサブユニットの酵素活性における有意な変化に関連しない可能性を示した。
Figure 0006935195
細胞殺滅アッセイを使用したαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの選択的な細胞毒性及び半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０）の決定
αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの細胞毒性の特徴を、以下の細胞殺滅アッセイによって決定した。このアッセイは、標的生体分子を発現しない細胞と比較した、細胞毒性タンパク質の結合領域の標的生体分子を発現する細胞を殺滅する細胞毒性タンパク質の能力を決定する。３８４−ウェルプレート中の２０μＬの細胞培養培地で細胞を平板培養した（細胞２×１０３個／ウェル）。αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を１×ＰＢＳで５倍又は１０倍のいずれかに希釈し、５μＬの希釈液を細胞に添加した。細胞培養培地のみを含有する対照ウェルをベースラインの補正のために使用した。細胞試料をαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ又は緩衝液のみと共に３７℃で３日間、５％ＣＯ２の雰囲気中でインキュベートした。総細胞生存又は生存率パーセントを、CellTiter-Glo（登録商標）発光細胞生存率アッセイ（G7573 Promega社、Madison、WI、U.S.）を製造元の説明書に従って使用した発光の読み取りを使用して決定した。以下の方程式：（試験ＲＬＵ−平均媒体ＲＬＵ）／（平均細胞ＲＬＵ−平均媒体ＲＬＵ）×１００を使用して生存率のパーセントの実験ウェルを計算した。対数のポリペプチド濃度対生存率パーセントを、Prism（GraphPad Prism社、San Diego、CA、U.S.）でプロットし、対数（阻害剤）対正規化した応答（変数の傾き）分析を使用して、αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬに関する半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０）値を決定した。
αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質のＣＤ５０を測定したところ、ＣＤ３８＋細胞の場合、細胞株に応じて約０．２〜１ｎＭであり、それと比較して、ＣＤ３８−細胞株の場合、３００ｎＭであり、これはＳＬＴ−１Ａのみの陰性対照の場合のＣＤ５０に比較的類似していた（表６；図４）。αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのＣＤ５０は、細胞外標的生体分子ＣＤ３８と物理的に結合している細胞、例えばそれらの細胞表面上で発現されたＣＤ３８と比較して、細胞外標的生体分子ＣＤ３８と物理的に結合していない細胞の場合の約３００〜２０００倍高かった。
用量依存性実験から、ＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａに関するＣＤ５０は約０．８〜３．２ｎＭであり（表６；図４）、これは、カルボキシ末端ＫＤＥＬシグナルモチーフを有する同じタンパク質より２〜４倍高かった（より低い細胞毒性であった）ことが決定された。これは、細胞毒性と選択的な細胞毒性の両方に対するＫＤＥＬシグナルモチーフの付加の作用を例示する。これらの細胞毒性タンパク質の細胞殺滅における差は、リボソーム不活性化又は標的細胞結合の特徴のどちらに関しても、インビトロでの結果に基づき予測できなかった。
Figure 0006935195
免疫蛍光法を使用したＳＬＴ−１Ａ：：αＣＤ３８ｓｃＦｖの細胞内在化の決定
αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１：：ＫＤＥＬの原型である、ＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１の標的細胞に侵入する能力を当業界において公知の標準的な免疫細胞化学法を使用して調査した。簡単に言えば、各細胞型（Ｒａｊｉ（ＣＤ３８＋）、Ｄａｕｄｉ（ＣＤ３８＋）、及びＵ２６６（ＣＤ３８−））の０．８×１０６個の細胞を回収し、プロテアーゼ阻害剤のカクテル（例えばP1860 Sigma-Aldrich Co.社、St. Louis、MO、U.S.）及び非特異的な免疫蛍光染色を低下させるためにヒトＦｃ受容体タンパク質を含有する５０μＬの細胞培養培地に懸濁した。次に、１００ｎＭの分析される細胞毒性タンパク質を細胞に添加し、細胞を３７℃で１時間インキュベートし、毒素侵入化を進行させた。次いで、Cytofix/Cytoperm（商標）キット（BD Biosciences社、San Diego、CA、U.S.）を製造元の説明書に従って使用して細胞を「固定」及び「膜透過化」した。マウスモノクローナル抗体（マウスＩｇＧ抗志賀毒素１サブユニットＡ、BEI NR-867 BEI Resources社、Manassas、VA、U.S.）を使用して志賀毒素エフェクター領域を「染色」した。次いでマウスモノクローナル抗体の局在化を、Alexa Fluor（登録商標）５５５モノクローナル抗体標識キット（Life Technologies社、Carlsbad、CA、U.S.）で製造元の説明書に従って検出した。
このアッセイにおいて、ＣＤ３８＋細胞でαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１の細胞表面結合及び細胞内在化が観察された。どちらのタンパク質でもＣＤ３８−細胞への細胞内在化は観察されなかった。これは、細胞毒性タンパク質ＫＤＥＬバリアントとその原型との細胞毒性における差（表６；図４）は、標的細胞に結合して内在化した状態になるαＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１の能力に有意な変化を与えない可能性があることを示した。
動物モデルを使用したインビボでの細胞毒性タンパク質αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１：：ＫＤＥＬの作用の決定
動物モデルを使用して、インビボでのＣＤ３８＋新生細胞及び／又は免疫細胞に対する細胞毒性タンパク質αＣＤ３８ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１：：ＫＤＥＬの作用を決定する。様々なマウス株を使用して、細胞表面上にＣＤ３８を発現するヒト新生物及び／又はヒト免疫細胞をそれらのマウスに注射したことにより得られたマウスにおける静脈内投与後の異種移植片腫瘍に対する細胞毒性タンパク質の作用を試験する。
志賀毒素様毒素−１のＡサブユニットに由来するＣＤ１９標的化細胞毒性タンパク質（αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ）
この実施例の細胞毒性タンパク質であるαＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬは、ＣＤ１９と高親和性で結合することが可能な一本鎖可変断片の結合領域を、志賀毒素Ａサブユニット断片及びカルボキシ末端ＫＤＥＬモチーフと組み合わせて含む。
細胞毒性タンパク質αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
第１に、志賀毒素エフェクター領域及び免疫グロブリン型結合領域を設計又は選択した。この実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀毒素様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来した。ＳＬＴ−１Ａのアミノ酸１〜２５１をコードしたポリヌクレオチドを得た（Cheung M et al., Mol Cancer 9: 28 (2010）。一本鎖可変断片（ｓｃＦｖ）が当業界において公知のリンカーによって分離された２つの免疫グロブリン可変領域（ＶＬ及びＶＨ）を用いて作製されるように、免疫グロブリン型結合領域αＣＤ１９ｓｃＦｖは、ヒト化モノクローナル抗体の抗ＣＤ１９ ４Ｇ７に由来した（Peipp M et al., J Immunol Methods 285: 265-80 (2004)及びそこに記載の参考文献）。
第２に、結合領域及び志賀毒素エフェクター領域を一緒に連結して、融合タンパク質を形成した。この実施例において、配列番号１２のアミノ酸１〜２５０を含む免疫グロブリン型結合領域αＣＤ１９ｓｃＦｖをコードするポリヌクレオチドを、リンカー、例えばマウスＩｇＧ３分子に由来する「マウスヒンジ」をコードするポリヌクレオチド（又は当業者公知の他のリンカー）と共にフレーム内に、さらにカルボキシ末端ＫＤＥＬモチーフに融合したＳＬＴ−１Ａ（配列番号１のアミノ酸１〜２５１）からの志賀毒素エフェクター領域をコードするポリヌクレオチドと共にフレーム内にクローニングした。DNA 2.0, Inc.社（Menlo Park、CA、U.S.）によるサービスを使用して、この実施例の細胞毒性タンパク質αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド配列のコドンを大腸菌での効率的な発現のために最適化した。
細胞毒性タンパク質αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ（配列番号１２）をコードするポリヌクレオチドを発現させることによって融合タンパク質を産生した。当業界において公知の細菌系を使用してαＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ細胞毒性タンパク質の発現を達成した。
この大腸菌発現系によるαＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ産生の実施例において、αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド「挿入」配列を、標準的手順を使用してｐＴｘｂ１ベクター（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）にクローニングし、フレーム内でベクターのアミノ末端インテインをコードするポリヌクレオチド配列にライゲートされた細胞毒性タンパク質αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド配列を産生した。プラスミド挿入ポリヌクレオチド配列をサンガーシーケンシング（Functional Biosciences社、Madison、WI、U.S.）によって検証し、T7 Shuffle（登録商標）細胞（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）に形質転換した。αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を、IMPACT（商標）（Intein Mediated Purification with an Affinity Chitin-binding Tag）のシステムマニュアル（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）に従って産生し、精製した。当業界において公知の標準的な技術、例えばアフィニティークロマトグラフィーを使用して、精製を達成した。
インビトロにおける真核性リボソームに対するαＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの半数阻害濃度（ＩＣ５０）の決定
αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化性能を、TNT（登録商標）クイックカップル転写／翻訳キット（L1170 Promega社、Madison、WI、U.S.）を使用して、インビトロにおける無細胞のタンパク質翻訳アッセイで決定した。このキットは、ルシフェラーゼＴ７対照ＤＮＡ及びTNT（登録商標）クイックマスターミックスを包含する。製造元の説明書に従ってリボソーム活性反応の準備をして、「ＴＮＴ」反応混合物を作製した。
試験されるαＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの一連の１０倍希釈液を適切な緩衝液で調製し、一連の同一なＴＮＴ反応混合物の成分を、αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの各希釈液で作製した。αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を連続希釈した各試料を、ルシフェラーゼＴ７対照ＤＮＡと共にＴＮＴ反応混合物のそれぞれと組み合わせた。試験試料を３０℃で１．５時間インキュベートした。インキュベートした後、ルシフェラーゼアッセイ試薬（E1483 Promega社、Madison、WI、U.S.）を全ての試験試料に添加し、ルシフェラーゼタンパク質の翻訳量を、製造元の説明書に従って発光により測定した。翻訳阻害のレベルを、総タンパク質の対数変換濃度対相対的な発光単位の非線形回帰分析によって決定した。統計ソフトウェア（GraphPad Prism社、San Diego、CA、U.S.）を使用して、各試料で半数阻害濃度（ＩＣ５０）値を計算した。
αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの無細胞タンパク質合成に対する阻害作用は強かった。用量依存性実験から、この細胞非含有アッセイにおけるαＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのタンパク質合成に対するＩＣ５０は、約２．７ｐＭであったことが決定された（表７）。この結果は、約３．２ｐＭであるか又はＳＬＴ−１Ａのみの陽性対照に等しいと測定されたＫＤＥＬシグナルモチーフを有さないタンパク質αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａに関するＩＣ５０と実質的に異なっていなかった（表７）。これは、ＫＤＥＬバリアントの増強された細胞毒性は、志賀毒素Ａサブユニットの酵素活性のいかなる有意な変動にも関連しない可能性があることを示す。
Figure 0006935195
細胞殺滅アッセイを使用したαＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの選択的な細胞毒性及び半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０）の決定
αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの細胞毒性の特徴を、以下の細胞殺滅アッセイによって決定した。このアッセイは、結合領域を有さないＳＬＴ−１Ａタンパク質と比較した、その免疫グロブリン型結合領域の標的生体分子を発現する細胞を殺滅する細胞毒性タンパク質の能力を決定する。３８４−ウェルプレート中の２０μＬの細胞培養培地で細胞を平板培養した（細胞２×１０３個／ウェル）。αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を緩衝液で１０倍希釈し、５μＬの希釈液を細胞に添加した。細胞培養培地のみを含有する対照ウェルをベースラインの補正のために使用した。細胞試料をαＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ又は緩衝液のみと共に３７℃で３日間、５％ＣＯ２の雰囲気中でインキュベートした。総細胞生存又は生存率パーセントを、CellTiter-Glo（登録商標）発光細胞生存率アッセイ（G7573 Promega社、Madison、WI、U.S.）を製造元の説明書に従って使用した発光の読み取りを使用して決定した。以下の方程式：（試験ＲＬＵ−平均媒体ＲＬＵ）／（平均細胞ＲＬＵ−平均媒体ＲＬＵ）×１００を使用して生存率のパーセントの実験ウェルを計算した。対数のポリペプチド濃度対生存率パーセントを、Prism（GraphPad Prism社、San Diego、CA、U.S.）でプロットし、対数（阻害剤）対正規化した応答（変数の傾き）分析を使用して、ΑＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬに関する半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０）値を決定した。
用量依存性実験から、αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質のＣＤ５０は、ＣＤ１９＋Ｄａｕｄｉ細胞の場合、約０．１５ｎＭであったことが決定された（表８、図５）。ＳＬＴ−１Ａのみの陰性対照及びＫＤＥＬモチーフを有さない同じタンパク質、αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａに関するＣＤ５０は、曲線の形状に基づいて正確に測定することができなかった。これらの結果は、細胞毒性及び選択的な細胞毒性の両方に対するＫＤＥＬシグナルモチーフ付加の作用を例示する（表８、図５）。これらの細胞毒性タンパク質の細胞殺滅における差は、タンパク質合成阻害に関してインビトロでの結果に基づき予測できなかったことから、標的細胞結合の特徴に基づき予測することは期待できない。
Figure 0006935195
動物モデルを使用したインビボでの細胞毒性タンパク質αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの作用の決定
動物モデルを使用して、インビボでの新生物及び／又は免疫細胞に対する細胞毒性タンパク質αＣＤ１９ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの作用を決定する。様々なマウス株を使用して、細胞表面上にＣＤ１９を発現するヒト新生物及び／又はヒト免疫細胞をそれらのマウスに注射したことにより得られたマウスにおける静脈内投与後の異種移植片腫瘍に対する細胞毒性タンパク質の作用を試験する。
志賀毒素様毒素−１のＡサブユニットに由来するＣＤ７４標的化細胞毒性タンパク質（αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ）
第４の例示的な細胞毒性タンパク質は、ＣＤ７４と高親和性で結合することが可能な一本鎖可変断片の結合領域と組換えされた志賀毒素Ａサブユニット断片を含む。この第４の例示的な細胞毒性タンパク質は、表面上にＣＤ７４を発現する細胞を選択的に殺滅することが可能である。
細胞毒性タンパク質αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
第１に、志賀毒素エフェクター領域及び免疫グロブリン型結合領域を設計又は選択した。この実施例において、志賀毒素エフェクター領域を、志賀毒素様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来した。ＳＬＴ−１Ａのアミノ酸１〜２５１をコードしたポリヌクレオチドを得た（Cheung M et al., Mol Cancer 9: 28 (2010）。一本鎖可変断片（ｓｃＦｖ）が当業界において公知のリンカーによって分離された２つの免疫グロブリン可変領域（ＶＬ及びＶＨ）を用いて作製されるように、免疫グロブリン型結合領域αＣＤ７４ｓｃＦｖを、ヒト化モノクローナル抗体の抗ＣＤ７４、ミラツズマブに由来した（Sapra P et al., Clin Cancer Res 11: 5257-64 (2005)及びそこに記載の参考文献）。
第２に、結合領域及び志賀毒素エフェクター領域を一緒に連結して、融合タンパク質を形成した。この実施例において、配列番号１６のアミノ酸１〜２５１を含む免疫グロブリン型結合領域αＣＤ７４ｓｃＦｖをコードするポリヌクレオチドを、リンカー、例えばマウスＩｇＧ３分子に由来する「マウスヒンジ」をコードするポリヌクレオチド（又は当業者公知の他のリンカー）と共にフレーム内に、さらにカルボキシ末端ＫＤＥＬモチーフに融合したＳＬＴ−１Ａ（配列番号１のアミノ酸１〜２５１）からの志賀毒素エフェクター領域をコードするポリヌクレオチドと共にフレーム内にクローニングした。DNA 2.0, Inc.社（Menlo Park、CA、U.S.）によるサービスを使用して、この実施例の細胞毒性タンパク質αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド配列のコドンを大腸菌での効率的な発現のために最適化した。
細胞毒性タンパク質αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ（配列番号１６）をコードするポリヌクレオチドを発現させることによって融合タンパク質を産生した。当業界において公知の細菌系を使用してαＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ細胞毒性タンパク質の発現を達成した。
この大腸菌発現系によるαＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ産生の実施例において、αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド「挿入」配列を、標準的手順を使用してｐＴｘｂ１ベクター（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）にクローニングし、フレーム内でベクターのアミノ末端インテインをコードするポリヌクレオチド配列にライゲートされた細胞毒性タンパク質αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチド配列を産生した。プラスミド挿入ポリヌクレオチド配列をサンガーシーケンシング（Functional Biosciences社、Madison、WI、U.S.）によって検証し、T7 Shuffle（登録商標）細胞（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）に形質転換した。αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を、IMPACT（商標）（Intein Mediated Purification with an Affinity Chitin-binding Tag）のシステムマニュアル（New England Biolabs社、Ipswich、MA、U.S.）に従って産生し、精製した。当業界において公知の標準的な技術、例えばアフィニティークロマトグラフィーを使用して、精製を達成した。
インビトロにおける真核性リボソームに対するαＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの半数阻害濃度（ＩＣ５０）の決定
αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化性能を、TNT（登録商標）クイックカップル転写／翻訳キット（L1170 Promega社、Madison、WI、U.S.）を使用して、インビトロにおける無細胞のタンパク質翻訳アッセイで決定した。このキットは、ルシフェラーゼＴ７対照ＤＮＡ及びTNT（登録商標）クイックマスターミックスを包含する。製造元の説明書に従ってリボソーム活性反応の準備をして、「ＴＮＴ」反応混合物を作製した。
試験されるαＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの一連の１０倍希釈液を適切な緩衝液で調製し、一連の同一なＴＮＴ反応混合物の成分を、αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの各希釈液で作製した。αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を連続希釈した各試料を、ルシフェラーゼＴ７対照ＤＮＡと共にＴＮＴ反応混合物のそれぞれと組み合わせた。試験試料を３０℃で１．５時間インキュベートした。インキュベートした後、ルシフェラーゼアッセイ試薬（E1483 Promega社、Madison、WI、U.S.）を全ての試験試料に添加し、ルシフェラーゼタンパク質の翻訳量を、製造元の説明書に従って発光により測定した。翻訳阻害のレベルを、総タンパク質の対数変換濃度対相対的な発光単位の非線形回帰分析によって決定した。統計ソフトウェア（GraphPad Prism社、San Diego、CA、U.S.）を使用して、各試料で半数阻害濃度（ＩＣ５０）値を計算した。
αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの無細胞タンパク質合成に対する阻害作用は強かった。用量依存性実験から、この細胞非含有アッセイにおけるαＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのタンパク質合成に対するＩＣ５０は、約３．１ｐＭであったことが決定された（表９）。この結果は、ＫＤＥＬモチーフを欠失しているタンパク質αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａに関するＩＣ５０と実質的に異なっておらず、約３．６ｐＭであるか又はＳＬＴ−１Ａのみの陽性対照に等しいと測定された（表９）。
Figure 0006935195
細胞殺滅アッセイを使用したαＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの選択的な細胞毒性及び半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０）の決定
αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの細胞毒性の特徴を、以下の細胞殺滅アッセイによって決定した。このアッセイは、結合領域を有さないＳＬＴ−１Ａタンパク質と比較して、その免疫グロブリン型結合領域の標的生体分子を発現する細胞を殺滅する細胞毒性タンパク質の能力を決定する。３８４−ウェルプレート中の２０μＬの細胞培養培地で細胞を平板培養した（細胞２×１０３個／ウェル）。αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質を緩衝液で１０倍に希釈し、５μＬの希釈液を細胞に添加した。細胞培養培地のみを含有する対照ウェルをベースラインの補正のために使用した。細胞試料をαＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ又は緩衝液のみと共に３７℃で３日間、５％ＣＯ２の雰囲気中でインキュベートした。総細胞生存又は生存率パーセントを、CellTiter-Glo（登録商標）発光細胞生存率アッセイ（G7573 Promega社、Madison、WI、U.S.）を製造元の説明書に従って使用した発光の読み取りを使用して決定した。以下の方程式：（試験ＲＬＵ−平均媒体ＲＬＵ）／（平均細胞ＲＬＵ−平均媒体ＲＬＵ）×１００を使用して生存率のパーセントの実験ウェルを計算した。対数のポリペプチド濃度対生存率パーセントを、Prism（GraphPad Prism社、San Diego、CA、U.S.）でプロットし、対数（阻害剤）対応答（３つのパラメーター）分析を使用して、ΑＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬに関する半数細胞毒性濃度（ＣＤ５０）値を決定した。
用量依存性実験から、αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬタンパク質のＣＤ５０は、ＣＤ７４＋Ｄａｕｄｉ細胞の場合、約２９．９ｎＭであったことが決定された（表１０、図６）。ＳＬＴ−１Ａのみの陰性対照に関するＣＤ５０は２０２６ｎＭであり、ＫＤＥＬモチーフを有さない同じタンパク質、αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａでは９５．３ｎＭであった（表１０、図６）。これらの結果は、細胞毒性及び選択的な細胞毒性の両方に対するＫＤＥＬシグナルモチーフ付加の作用を例示する。これらの細胞毒性タンパク質の細胞殺滅における差は、タンパク質合成阻害に関してインビトロでの結果に基づき予測できなかったことから、標的細胞結合の特徴に基づき予測することは期待できない。
Figure 0006935195
動物モデルを使用したインビボでの細胞毒性タンパク質αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの作用の決定
動物モデルを使用して、インビボでの新生物及び／又は免疫細胞に対する細胞毒性タンパク質αＣＤ７４ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの作用を決定する。様々なマウス株を使用して、細胞表面上にＣＤ７４を発現するヒト新生物及び／又は免疫細胞をそれらのマウスに注射したことにより得られたマウスにおける静脈内投与後の異種移植片腫瘍に対する細胞毒性タンパク質の作用を試験する。
志賀毒素様毒素１のＡサブユニットに由来するＨＥＲ２標的化細胞毒性タンパク質（αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＲＤＥＬ）
この実施例において、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＲＤＥＬを作製し、ＫＤＥＬの代わりにペプチド配列ＲＤＥＬでカルボキシ末端を終わらせたことを除いて、実施例１と全く同じようにして試験した。細胞毒性タンパク質αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＲＤＥＬの細胞結合特徴を、実施例１で説明したような蛍光ベースのフローサイトメトリーアッセイによって決定した。αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＲＤＥＬ細胞毒性タンパク質に関するＢｍａｘを測定したところ、約１３０，０００ＭＦＩであり、ＫＤは約１６７ｎＭであったが、このアッセイにおいて観察された重要な意味を持つＨＥＲ２−細胞への結合はなかった。αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＲＤＥＬの無細胞タンパク質合成に対する阻害作用は、タンパク質合成におけるαＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＲＤＥＬに関するＩＣ５０の測定が約３６ｐＭであることにより示された通り、強かった。
αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＲＤＥＬの細胞毒性特性を、ＨＥＲ２＋細胞を用いて前記の実施例において上記のように、一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。さらに、αＨＥＲ２ｓｃＦｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＲＤＥＬの選択的細胞毒性特性を、ＨＥＲ２＋細胞と比較してＨＥＲ２−細胞を用いる同じ一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。本実施例の細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞株に応じて、ＨＥＲ２＋細胞について約０．０１〜１００ｎＭである。細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞表面上にＨＥＲ２を発現する細胞と比較して細胞表面上にＨＥＲ２を発現しない細胞について約１０〜１０，０００倍高い（細胞毒性が低い）。
志賀毒素様毒素−１のＡサブユニット及び抗体αエプスタイン・バー−抗原に由来する細胞毒性タンパク質
この実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来する。免疫グロブリン型結合領域αエプスタイン・バー抗原は、エプスタイン・バー抗原に対するモノクローナル抗体（Fang C et al., J Immunol Methods 287: 21-30 (2004)）に由来し、エプスタイン・バーウイルスに感染したヒト細胞又はエプスタイン・バー抗原を発現する形質転換細胞に結合することができる免疫グロブリン型結合領域を含む。エプスタイン・バー抗原は、エプスタイン・バーウイルスに感染した細胞やがん細胞（例えば、リンパ腫及び上咽頭がん細胞）などの複数の細胞型で発現する。さらに、エプスタイン・バー感染は、他の疾患、例えば、多発性硬化症を伴う。
細胞毒性タンパク質αエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
免疫グロブリン型結合領域αエプスタイン・バー抗原及び志賀毒素エフェクター領域を共に連結し、カルボキシ末端にＫＤＥＬを付加し、タンパク質を形成する。例えば、融合タンパク質は、αエプスタイン・バー抗原結合タンパク質αエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチドを発現させることによって産生される。細胞毒性タンパク質αエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの発現を、前記の実施例において記載したように、細菌及び／又は無細胞のいずれかのタンパク質翻訳系を用いて達成する。
細胞毒性タンパク質αエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのインビトロでの特性の決定
エプスタイン・バー抗原陽性細胞及びエプスタイン・バー抗原陰性細胞の場合におけるこの実施例の細胞毒性タンパク質の結合特徴は、前記の実施例において上記のように、蛍光ベースのフローサイトメトリーアッセイによって決定される。エプスタイン・バー抗原陽性細胞へのαエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのＢｍａｘは約５０，０００〜２００，０００ＭＦＩ、ＫＤは０．０１〜１００ｎＭである一方、このアッセイにおいてはエプスタイン・バー抗原陰性細胞への有意な結合はない。
細胞毒性タンパク質αエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化能力を、前記の実施例において上記のように、無細胞のインビトロでのタンパク質翻訳において決定する。無細胞タンパク質合成に対する本実施例の細胞毒性タンパク質の阻害効果は有意である。この無細胞アッセイにおけるタンパク質合成に対するαエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのＩＣ５０は約０．１〜１００ｐＭである。
細胞殺滅アッセイを用いた細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αエプスタイン・バー：：ＫＤＥＬの細胞毒性の決定
αエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの細胞毒性特性を、エプスタイン・バー抗原陽性細胞を用いて、前記の実施例において上記のように、一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。さらに、αエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの選択的細胞毒性特性を、エプスタイン・バー抗原陽性細胞と比較してエプスタイン・バー抗原陰性細胞を用いる同じ一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。本実施例の細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞株に応じて、エプスタイン・バー抗原陽性細胞について約０．０１〜１００ｎＭである。細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞表面上にエプスタイン・バー抗原を発現する細胞と比較して細胞表面上にエプスタイン・バー抗原を発現しない細胞について約１０〜１０，０００倍高い（細胞毒性が低い）。
動物モデルを使用した細胞毒性タンパク質αエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのインビボでの効果の決定
動物モデルを用いて、新生物細胞に対する細胞毒性タンパク質αエプスタイン・バー：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのインビボでの効果を決定する。様々なマウス株を用いて、細胞表面上にエプスタイン・バー抗原を発現するヒト新生物細胞のマウスへの注射から得られるマウスにおける異種移植腫瘍に対する静脈内投与後の細胞毒性タンパク質の効果を試験する。
志賀毒素様毒素−１のＡサブユニット及び抗体αリーシュマニア抗原に由来する細胞毒性タンパク質
この実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来する。免疫グロブリン型結合領域αリーシュマニア抗原は、当技術分野で既知の技術を用いて生成された、細胞内トリパノソーマ原虫を保有するヒト細胞に存在する細胞表面のリーシュマニア抗原への抗体に由来する（Berman J and Dwyer, Clin Exp Immunol 44: 342-348 (1981)、Kenner J et al., J Cutan Pathol 26: 130-6 (1999)、Silveira T et al., Int J Parasitol 31: 1451-8 (2001)を参照されたい）。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
免疫グロブリン型結合領域αリーシュマニア抗原及び志賀毒素エフェクター領域を共に連結し、カルボキシ末端にＫＤＥＬを付加し、タンパク質を形成する。例えば、融合タンパク質は、リーシュマニア抗原結合タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチドを発現させることによって産生される。細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬの発現を、前記の実施例において記載したように、細菌及び／又は無細胞のいずれかのタンパク質翻訳系を用いて達成する。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬのインビトロでの特性の決定
リーシュマニア抗原陽性細胞及びリーシュマニア抗原陰性細胞の場合におけるこの実施例の細胞毒性タンパク質の結合特徴は、前記の実施例において上記のように、蛍光ベースのフローサイトメトリーアッセイによって決定される。リーシュマニア抗原陽性細胞へのＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬのＢｍａｘは約５０，０００〜２００，０００ＭＦＩ、ＫＤは０．０１〜１００ｎＭである一方、このアッセイにおいてはリーシュマニア抗原陰性細胞への有意な結合はない。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化能力を、前記の実施例において上記のように、無細胞のインビトロでのタンパク質翻訳において決定する。無細胞タンパク質合成に対する本実施例の細胞毒性タンパク質の阻害効果は有意である。この無細胞アッセイにおけるタンパク質合成に対するＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬのＩＣ５０は約０．１〜１００ｐＭである。
細胞殺滅アッセイを用いた細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬの細胞毒性の決定
ＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬの細胞毒性特性を、リーシュマニア抗原陽性細胞を用いて前記の実施例において上記のように、一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。さらに、ＳＬＴ−１Ａ：：αリーシュマニア：：ＫＤＥＬの選択的細胞毒性特性を、リーシュマニア抗原陽性細胞と比較してリーシュマニア抗原陰性細胞を用いる同じ一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。本実施例の細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞株に応じて、リーシュマニア抗原陽性細胞について約０．０１〜１００ｎＭである。細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞表面上にリーシュマニア抗原を発現する細胞と比較して細胞表面上にリーシュマニア抗原を発現しない細胞について約１０〜１０，０００倍高い（細胞毒性が低い）。
志賀毒素様毒素−１のＡサブユニット及び免疫グロブリン型結合領域αニューロテンシン受容体に由来する細胞毒性タンパク質
この実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来する。免疫グロブリン型結合領域αニューロテンシン受容体は、DARPin（商標）（GenBank受託番号：２Ｐ２Ｃ＿Ｒ）又はヒトニューロテンシン受容体と結合するモノクローナル抗体（Ovigne J et al., Neuropeptides 32: 247-56 (1998)）に由来する。ニューロテンシン受容体は、乳がん、結腸がん、肺がん、メラノーマ、及び膵臓がん細胞など様々ながん細胞で発現する。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
免疫グロブリン型結合領域αニューロテンシンＲ及び志賀毒素エフェクター領域を共に連結した、カルボキシ末端にＫＤＥＬを付加し、タンパク質を形成する。例えば、融合タンパク質は、ニューロテンシン受容体結合タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチドを発現させることによって産生される。細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬの発現を、前記の実施例において記載したように、細菌及び／又は無細胞のいずれかのタンパク質翻訳系を用いて達成した。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬのインビトロでの特性の決定
ニューロテンシン受容体陽性細胞及びニューロテンシン受容体陰性細胞に対する、本実施例の細胞毒性タンパク質の結合特性は、前記の実施例において上記のように、蛍光に基づくフローサイトメトリーアッセイにより決定する。ニューロテンシン受容体陽性細胞へのＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬのＢｍａｘは約５０，０００〜２００，０００ＭＦＩ、ＫＤは０．０１〜１００ｎＭである一方、このアッセイにおいてはニューロテンシン受容体陰性細胞への有意な結合はない。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化能力を、前記の実施例において上記のように、無細胞のインビトロでのタンパク質翻訳において決定する。無細胞タンパク質合成に対する本実施例の細胞毒性タンパク質の阻害効果は有意である。この無細胞アッセイにおけるタンパク質合成に対するＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬのＩＣ５０は約０．１〜１００ｐＭである。
細胞殺滅アッセイを用いた細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬの細胞毒性の決定
ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬの細胞毒性特性を、ニューロテンシン受容体陽性細胞を用いて、前記の実施例において上記のように、一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。さらに、ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬの選択的細胞毒性特性を、ニューロテンシン受容体陽性細胞と比較してニューロテンシン受容体陰性細胞を用いる同じ一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。本実施例の細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞株に応じて、ニューロテンシン受容体陽性細胞について約０．０１〜１００ｎＭである。細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞表面上にニューロテンシン受容体を発現する細胞と比較して細胞表面上にニューロテンシン受容体を発現しない細胞について約１０〜１０，０００倍高い（細胞毒性が低い）。
動物モデルを使用した細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬのインビボでの効果の決定
動物モデルを用いて、新生物細胞に対する細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αニューロテンシンＲ：：ＫＤＥＬのインビボでの効果を決定する。様々なマウス株を用いて、細胞表面上にニューロテンシン受容体を発現するヒト新生物細胞のマウスへの注射から得られるマウスにおける異種移植腫瘍に対する静脈内投与後の細胞毒性タンパク質の効果を試験する。
志賀様毒素−１のＡサブユニット及び免疫グロブリン型結合領域αＥＧＦＲに由来する細胞毒性タンパク質
本実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来する。結合領域αＥＧＦＲは、AdNectin（商標）（GenBank受託番号：３ＱＷＱ＿Ｂ）、Affibody（商標）（GenBank受託番号：２ＫＺＩ＿Ａ；米国特許第８，５９８，１１３号明細書）、又は、その全てが１又は２以上のヒト上皮成長因子受容体に結合する抗体に由来する。上皮成長因子受容体の発現は、例えば、肺がん細胞、乳がん細胞、及び結腸がん細胞などのヒトがん細胞と関連がある。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
免疫グロブリン型結合領域αＥＧＦＲ及び志賀毒素エフェクター領域を共に連結し、カルボキシ末端にＫＤＥＬを付加し、タンパク質を形成する。例えば、融合タンパク質は、ＥＧＦＲ結合タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチドを発現させることによって産生される。細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬの発現を、前記の実施例において記載したように、細菌及び／又は無細胞のいずれかのタンパク質翻訳系を用いて達成する。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬのインビトロでの特性の決定
ＥＧＦＲ＋細胞及びＥＧＦＲ−細胞に対する、本実施例の細胞毒性タンパク質の結合特性は、前記の実施例において上記のように、蛍光に基づくフローサイトメトリーアッセイにより決定する。ＥＧＦＲ＋細胞へのＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬのＢｍａｘは約５０，０００〜２００，０００ＭＦＩ、ＫＤは０．０１〜１００ｎＭである一方、このアッセイにおいてはＥＧＦＲ−細胞への有意な結合はない。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化能力を、前記の実施例において上記のように、無細胞のインビトロでのタンパク質翻訳において決定する。無細胞タンパク質合成に対する本実施例の細胞毒性タンパク質の阻害効果は有意である。この無細胞アッセイにおけるタンパク質合成に対するＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬのＩＣ５０は約０．１〜１００ｐＭである。
細胞殺滅アッセイを用いた細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬの細胞毒性の決定
ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬの細胞毒性特性を、ＥＧＦＲ＋細胞を用いて、前記の実施例において上記のように、一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。さらに、ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬの選択的細胞毒性特性を、リーシュマニア抗原陽性細胞と比較してＥＧＦＲ−細胞を用いる同じ一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。本実施例の細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞株に応じて、ＥＧＦＲ＋細胞について約０．０１〜１００ｎＭである。細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞表面上にＥＧＦＲを発現する細胞と比較して細胞表面上にＥＧＦＲを発現しない細胞について約１０〜１０，０００倍高い（細胞毒性が低い）。
動物モデルを使用した細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬのインビボでの効果の決定
動物モデルを用いて、新生物細胞に対する細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥＧＦＲ：：ＫＤＥＬのインビボでの効果を決定する。様々なマウス株を用いて、細胞表面上にＥＧＦＲを発現するヒト新生物細胞のマウスへの注射から得られるマウスにおける異種移植腫瘍に対する静脈内投与後の細胞毒性タンパク質の効果を試験する。
志賀様毒素−１のＡサブユニット及び抗体αＣＣＲ５に由来する細胞毒性タンパク質
この実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来する。免疫グロブリン型結合領域αＣＣＲ５は、ヒトＣＣＲ５（ＣＤ１９５）に対するモノクローナル抗体（Bernstone L et al., Hybridoma 31: 7-19 (2012)）に由来する。ＣＣＲ５は主に、Ｔ細胞、マクロファージ、樹状細胞、及びミクログリアで発現する。さらに、ＣＣＲ５はヒト免疫不全ウイルス（ＨＩＶ、human immunodeficiency virus）の発症及び蔓延に影響を与える。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
免疫グロブリン型結合領域αＣＣＲ５及び志賀毒素エフェクター領域を共に連結し、カルボキシ末端にＫＤＥＬを付加し、タンパク質を形成する。例えば、融合タンパク質は、αＣＣＲ５結合タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチドを発現させることによって産生される。細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬの発現を、前記の実施例において記載したように、細菌及び／又は無細胞のいずれかのタンパク質翻訳系を用いて達成する。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５のインビトロでの特性の決定
ＣＣＲ５＋細胞及びＣＣＲ５−細胞に対する、本実施例の細胞毒性タンパク質の結合特性は、前記の実施例において上記のように、蛍光に基づくフローサイトメトリーアッセイにより決定する。ＣＣＲ５＋陽性細胞へのＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬのＢｍａｘは約５０，０００〜２００，０００ＭＦＩ、ＫＤは０．０１〜１００ｎＭである一方、このアッセイにおいてはＣＣＲ５−細胞への有意な結合はない。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化能力を、前記の実施例において上記のように、無細胞のインビトロでのタンパク質翻訳において決定する。無細胞タンパク質合成に対する本実施例の細胞毒性タンパク質の阻害効果は有意である。この無細胞アッセイにおけるタンパク質合成に対するＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬのＩＣ５０は約０．１〜１００ｐＭである。
細胞殺滅アッセイを用いた細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬの細胞毒性の決定
ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬの細胞毒性特性を、ＣＣＲ５＋細胞を用いて前記の実施例において上記ように、一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。さらに、ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬの選択的細胞毒性特性を、ＣＣＲ５＋細胞と比較してＣＣＲ５−細胞を用いる同じ一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。本実施例の細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞株に応じて、ＣＣＲ５＋細胞について約０．０１〜１００ｎＭである。細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞表面上にＣＣＲ５を発現する細胞と比較して細胞表面上にＣＣＲ５を発現しない細胞について約１０〜１０，０００倍高い（細胞毒性が低い）。
動物モデルを使用した細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬのインビボでの効果の決定
動物モデルを用いて、ドナー材料のＴ細胞の除去における（Tsirigotis P et al., Immunotherapy 4: 407-24 (2012)を参照されたい）、細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬのインビボでの効果を決定する。非ヒト霊長類を用いて、ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５のインビボでの効果を決定する。ドナー臓器をＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬで前処理したとき（Weaver T et al., Nat Med 15: 746-9 (2009)を参照されたい）、腎臓移植後のアカゲザルの移植片対宿主病について分析する。異なる用量のＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬの非経口投与後、霊長類カニクイザルの末梢血Ｔリンパ球のインビボでの除去を観察する。ＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬを使用したＨＩＶ感染の阻害は、サル免疫不全ウイルス（ＳＩＶ、simian immunodeficiency virus）にさらされた循環するＴ細胞を大幅に除去するために、非ヒト霊長類に急性用量のＳＬＴ−１Ａ：：αＣＣＲ５：：ＫＤＥＬを与えることによって試験する（Sellier P et al., PLoS One 5: e10570 (2010)を参照されたい）。
志賀毒素のＡサブユニット及び抗Ｅｎｖ免疫グロブリンドメインに由来する細胞毒性タンパク質
この実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀毒素のＡサブユニット（ＳｔｘＡ）に由来する。免疫グロブリン型結合領域αＥｎｖは、ＧＰ４１、ＧＰ１２０、ＧＰ１４０、又はＧＰ１６０（例えば、Chen W et al., J Mol Bio 382: 779-89 (2008)、Chen W et al., Expert Opin Biol Ther 13: 657-71 (2013)、van den Kerkhof T et al., Retrovirology 10: 102 (2013)を参照されたい）などのＨＩＶエンベロープ糖タンパク質（Ｅｎｖ）に結合する既存の抗体、又は標準的な技術を用いて生成された抗体（Prabakaran et al., Front Microbiol 3: 277 (2012)を参照されたい）に由来する。ＥｎｖはＨＩＶ複製中のＨＩＶ感染細胞の細胞表面に提示される、ＨＩＶ表面タンパク質である。Ｅｎｖは、主に感染細胞のエンドソーム区画に発現するが、本発明の強力な細胞毒性タンパク質によって、十分な量のＥｎｖが標的とされる細胞表面に存在させることができる。さらに、Ｅｎｖ標的細胞毒性タンパク質は、ＨＩＶビリオンと結合でき、ビリオンと宿主細胞が融合する間に、感染細胞に新たに進入することができる。
ＨＩＶが高割合の変異を提示するので、複数株のＨＩＶのＥｎｖに結合する広域中和抗体（van den Kerkhof T et al., Retrovirology 10: 102 (2013)）などの、Ｅｎｖの機能的束縛部分に結合する免疫グロブリンドメインを使用することが好ましい。感染細胞の表面に存在するＥｎｖは立体的に制限されたエピトープを提示するとされているので（Chen W et al., J Virol 88: 1125-39 (2014)）、ＶＨＨドメインのようなｓｄＡｂの断片などの１００ｋＤより小さい、理想的には２５ｋＤより小さい結合領域を使用することが好ましい。
細胞毒性タンパク質αＥｎｖ：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
免疫グロブリン型結合領域αＥｎｖ及び志賀毒素エフェクター領域を共に連結し、カルボキシ末端にＫＤＥＬを付加し、細胞毒性タンパク質を形成する。例えば、融合タンパク質は、αＥｎｖ結合タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチドを発現させることによって産生される。細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬの発現を、前記の実施例において記載したように、細菌及び／又は無細胞のいずれかのタンパク質翻訳系を用いて達成する。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬのインビトロでの特性の決定
Ｅｎｖ＋細胞及びＥｎｖ−細胞に対する、本実施例の細胞毒性タンパク質の結合特性は、前記の実施例において上記のように、蛍光に基づくフローサイトメトリーアッセイにより決定する。Ｅｎｖ＋陽性細胞へのＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬのＢｍａｘは約５０，０００〜２００，０００ＭＦＩ、ＫＤは０．０１〜１００ｎＭである一方、このアッセイにおいてはＥｎｖ−細胞への有意な結合はない。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化能力を、前記の実施例において上記のように、無細胞のインビトロでのタンパク質翻訳において決定する。無細胞タンパク質合成に対する本実施例の細胞毒性タンパク質の阻害効果は有意である。この無細胞アッセイにおけるタンパク質合成に対するＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬのＩＣ５０は約０．１〜１００ｐＭである。
細胞殺滅アッセイを用いた細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬの細胞毒性の決定
ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬの細胞毒性特性を、Ｅｎｖ＋細胞を用いて前記の実施例において上記のように、一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。さらに、ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬの選択的細胞毒性特性を、Ｅｎｖ＋細胞と比較してＥｎｖ−細胞を用いる同じ一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。本実施例の細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞株及び／又は細胞に感染して、細胞をＥｎｖ＋にするのに使用されるＨＩＶ株に応じて、Ｅｎｖ＋細胞について約０．０１〜１００ｎＭである。細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞表面上にＥｎｖを発現する細胞と比較して細胞表面上にＥｎｖを発現しない細胞について約１０〜１０，０００倍高い（細胞毒性が低い）。
動物モデルを使用した細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬのインビボでの効果の決定
ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬを使用したＨＩＶ感染の阻害は、サル免疫不全ウイルス（ＳＩＶ）に感染した非ヒト霊長類（Sellier P et al., PLoS One 5: e10570 (2010)を参照されたい）に、ＳＬＴ−１Ａ：：αＥｎｖ：：ＫＤＥＬを投与することによって試験する。
志賀様毒素−１のＡサブユニット及び抗体αＵＬ１８に由来する細胞毒性タンパク質
この実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来する。免疫グロブリン型結合領域αＵＬ１８は、当技術分野で既知の技術を用いて、細胞表面サイトメガロウイルスタンパク質ＵＬ１８に生成され、サイトメガロウイルスに感染したヒト細胞に存在する（Yang Z, Bjorkman P, Proc Natl Acad Sci USA 105: 10095-100 (2008)）。ヒトサイトメガロウイルス感染は、様々ながん及び炎症性障害を伴う。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
免疫グロブリン型結合領域αＵＬ１８及び志賀毒素エフェクター領域を共に連結し、カルボキシ末端にＫＤＥＬを付加し、タンパク質を形成する。例えば、融合タンパク質は、αＵＬ１８結合タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチドを発現させることによって産生される。細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬの発現を、前記の実施例において記載したように、細菌及び／又は無細胞のいずれかのタンパク質翻訳系を用いて達成する。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬのインビトロでの特性の決定
サイトメガロウイルスＵＬ１８陽性細胞及びサイトメガロウイルスＵＬ１８陰性細胞に対する、本実施例の細胞毒性タンパク質の結合特性は、前記の実施例において上記のように、蛍光に基づくフローサイトメトリーアッセイにより決定する。サイトメガロウイルスタンパク質ＵＬ１８陽性細胞へのＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬのＢｍａｘは約５０，０００〜２００，０００ＭＦＩ、ＫＤは０．０１〜１００ｎＭである一方、このアッセイにおいてはサイトメガロウイルスタンパク質ＵＬ１８陰性細胞への有意な結合はない。
細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬのリボソーム不活性化能力を、前記の実施例において上記のように、無細胞のインビトロでのタンパク質翻訳において決定する。無細胞タンパク質合成に対する本実施例の細胞毒性タンパク質の阻害効果は有意である。この無細胞アッセイにおけるタンパク質合成に対するＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬのＩＣ５０は約０．１〜１００ｐＭである。
細胞殺滅アッセイを用いた細胞毒性タンパク質ＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬの細胞毒性の決定
ＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬの細胞毒性特性を、サイトメガロウイルスタンパク質ＵＬ１８陽性細胞を用いて、前記の実施例において上記のように、一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。さらに、ＳＬＴ−１Ａ：：αＵＬ１８：：ＫＤＥＬの選択的細胞毒性特性を、サイトメガロウイルスタンパク質ＵＬ１８陽性細胞と比較してサイトメガロウイルスタンパク質ＵＬ１８陰性細胞を用いる同じ一般的な細胞殺滅アッセイにより決定する。本実施例の細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞株に応じて、サイトメガロウイルスタンパク質ＵＬ１８陽性細胞について約０．０１〜１００ｎＭである。細胞毒性タンパク質のＣＤ５０は、細胞表面上にサイトメガロウイルスタンパク質ＵＬ１８を発現する細胞と比較して細胞表面上にサイトメガロウイルスタンパク質ＵＬ１８を発現しない細胞について約１０〜１０，０００倍高い（細胞毒性が低い）。
志賀毒素様毒素−１のＡサブユニット及び抗体α蠕虫腸抗原に由来する細胞毒性タンパク質
この実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀毒素様毒素１のＡサブユニット（ＳＬＴ−１Ａ）に由来する。免疫グロブリン型結合領域α蠕虫腸抗原は、当業界において公知の技術を使用して生成した、ヒトトランスフェリン受容体の蠕虫オーソログに対する抗体に由来する（例えば線虫遺伝子ｇｃｐ−２．１ ＵｎｉＰｒｏｔ Ｇ８ＪＹＥ４＿ＣＡＥＥＬ；Rosa B et al., Mol Cell Proteomics M114.046227 (2015)を参照）。
細胞毒性タンパク質α蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの構築、産生、及び精製
免疫グロブリン型結合領域α蠕虫腸抗原及び志賀毒素エフェクター領域を連結し、カルボキシ末端ＫＤＥＬを付加して、タンパク質を形成する。例えば、融合タンパク質は、α蠕虫腸抗原結合タンパク質α蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬをコードするポリヌクレオチドを発現することによって産生される。α蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ細胞毒性タンパク質の発現は、前の実施例で説明したように細菌による及び／又は無細胞のタンパク質翻訳系のいずれかを使用して達成される。
インビトロでの細胞毒性タンパク質α蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの特徴決定
この実施例の細胞毒性タンパク質の結合特徴は、精製した組換え標的タンパク質を使用する当業界において公知の分子結合アッセイによって決定される。このアッセイにおいて、標的タンパク質に対するα蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのＫＤはおよそ１００ｎＭと測定されたが、陰性対照タンパク質（例えば精製された組換えヒトトランスフェリン受容体）への有意な結合はない。
α蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬ細胞毒性タンパク質のリボソーム不活性化能力は、前記の実施例において上記のように、インビトロにおける無細胞タンパク質翻訳で決定される。この実施例の細胞毒性タンパク質の無細胞タンパク質合成に対する阻害作用は、有意である。この細胞非含有アッセイにおけるα蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬのタンパク質合成に対するＩＣ５０は、およそ０．１〜１００ｐＭである。
蠕虫を使用した細胞毒性タンパク質α蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの毒性の決定
蠕虫に対するα蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの毒性は、モデルの蠕虫を使用して決定される（例えばIatsenko I et al., Toxins 2050-63 (2014)を参照）。蠕虫への精製されたα蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬの投与は、ＳＬＴ−１Ａ：：α蠕虫腸抗原融合タンパク質を発現する細菌に蠕虫を浸すか、又はその代わりにそれを蠕虫に供給することによって行うことができる。
加えて、蠕虫を内包する及び／又は蠕虫関連疾患を示す実験動物にα蠕虫腸抗原：：ＳＬＴ−１Ａ：：ＫＤＥＬを投与し、蠕虫の低減若しくは除去及び／又は寄生性蠕虫の関連症状に関してモニターする。
様々な細胞型を標的化する細胞毒性タンパク質
この実施例において、志賀毒素エフェクター領域は、志賀毒素様毒素１（ＳＬＴ−１Ａ）、志賀毒素（ＳｔｘＡ）、及び／又は志賀毒素様毒素２（ＳＬＴ−２Ａ）のＡサブユニットに由来する。結合領域は、表１１の列１から選択され、表１１の列２に示された細胞外標的生体分子と結合する分子から誘導される。この実施例の例示的なタンパク質は、当業界において公知の技術を使用してカルボキシ末端ＫＤＥＬ型のシグナルモチーフを用いて作製され、検出促進剤に連結されてもよい。この実施例の例示的なタンパク質は、前の実施例で説明したように、適切な細胞外標的生体分子を発現する細胞を使用して試験される。この実施例の例示的なタンパク質は例えば、標的細胞の細胞内区画の標識付け、並びに表１１の列３に示された疾患、状態、及び／又は障害の診断及び治療に使用することができる。
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本発明のいくつかの実施形態を例示によって説明してきたが、本発明を多くの改変、変更及び適合化と共に実行することができ、本発明の精神から逸脱するか、又は特許請求の範囲を超えることなく、いくつかの等価物又は代替的な解決法の使用が当業者の範囲内にあることが明らかである。
全ての刊行物、特許、及び特許出願は、あたかもそれぞれ個々の刊行物、特許又は特許出願の全体が参照により組み込まれると具体的かつ個別的に示されたのと同程度に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。国際特許出願公開第２０１４１６４６８０号Ａ１パンフレット及び２０１４１６４６９３号Ａ２パンフレットはそれぞれ、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。米国仮特許出願第６１／９５１，１１０号明細書、第６１／９５１，１２１号明細書、及び第６２／０１０，９１８号明細書の開示はそれぞれ、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。国際公開第２０１４／１６４６８０号パンフレット、国際公開第２０１４／１６４６９３号パンフレット、国際公開第２０１５／１１３００５号パンフレット、国際公開第２０１５／１１３００７号パンフレット、及び国際公開第２０１５／１２００５８号パンフレットの開示はそれぞれ、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。本明細書で引用されるアミノ酸及び核酸配列に関するGenBank（National Center for Biotechnology Information、U.S.）からの全ての電子的に利用可能な生物学的配列情報の完全な開示は、その全体が参照により組み込まれる。
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Claims (17)

  1. ａ）シングルドメイン抗体（ｓｄＡｂ）断片、ＶＨＨ、ＶＮＡＲ、免疫グロブリン新規抗原受容体(ＩｇＮＡＲ)断片、一本鎖可変断片（ｓｃＦｖ）、抗体可変断片（Ｆｖ）、抗原結合断片（Ｆａｂ）、多量体化ｓｃＦｖ(ダイアボディ、トリアボディ又はテトラボディ)、二重特異性タンデムＶＨＨ、又は二重特異性タンデムｓｃＦｖを含み、かつＨＥＲ２／ｎｅｕ／ＥｒｂＢ２、ＣＤ３８、及びＣＤ７４から選択される少なくとも１つの細胞外標的生体分子に特異的に結合することが可能な免疫グロブリン型結合領域、
    ｂ）以下から選択される配列と少なくとも９０％同一の配列からなる、又はそれを含むポリペプチドを含む細胞毒性の志賀毒素エフェクター領域：
    （i）配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸７５〜２５１；
    （ii）配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸１〜２４１；
    （iii）配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸１〜２５１；及び
    （iv）配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸１〜２６１；並びに
    ｃ）ＫＤＥＬファミリーのメンバーのカルボキシ末端小胞体保留／回収シグナルモチーフ
    を含むタンパク質を含む、細胞の殺滅剤であって、前記殺滅剤を、前記細胞外標的生体分子を発現している細胞に投与すると、前記細胞を死滅させることができる、前記殺滅剤。
  2. 請求項１に記載の殺滅剤であって、前記殺滅剤を、細胞外標的生体分子を発現している第１の細胞集団と、細胞外標的生体分子を発現していない第２の細胞集団とに投与すると、前記第２の細胞集団の細胞と比較して前記第１の細胞集団の細胞に対する前記殺滅剤の細胞障害作用が少なくとも３倍大きい、前記殺滅剤。
  3. 結合領域が、配列番号４〜１１及び１６のいずれかのアミノ酸２〜２４１を含むか、又はそれからなる、請求項１又は２に記載の殺滅剤。
  4. 細胞毒性の志賀毒素エフェクター領域が、
    （ｉ）配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸７５〜２５１；
    （ii）配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸１〜２４１；
    （iii）配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸１〜２５１；或いは
    （iv）配列番号１、配列番号２、又は配列番号３のアミノ酸１〜２６１
    を含むか又はそれからなる、請求項１〜３のいずれかに記載の殺滅剤。
  5. カルボキシ末端小胞体保留／回収シグナルモチーフが、
    ＫＤＥＬ（配列番号３４）、ＨＤＥＦ（配列番号３５）、ＨＤＥＬ（配列番号３６）、ＲＤＥＦ（配列番号３７）、ＲＤＥＬ（配列番号３８）、ＷＤＥＬ（配列番号３９）、ＹＤＥＬ（配列番号４０）、ＨＥＥＦ（配列番号４１）、ＨＥＥＬ（配列番号４２）、ＫＥＥＬ（配列番号４３）、ＲＥＥＬ（配列番号４４）、ＫＡＥＬ（配列番号４５）、ＫＣＥＬ（配列番号４６）、ＫＦＥＬ（配列番号４７）、ＫＧＥＬ（配列番号４８）、ＫＨＥＬ（配列番号４９）、ＫＬＥＬ（配列番号５０）、ＫＮＥＬ（配列番号５１）、ＫＱＥＬ（配列番号５２）、ＫＲＥＬ（配列番号５３）、ＫＳＥＬ（配列番号５４）、ＫＶＥＬ（配列番号５５）、ＫＷＥＬ（配列番号５６）、ＫＹＥＬ（配列番号５７）、ＫＥＤＬ（配列番号５８）、ＫＩＥＬ（配列番号５９）、ＤＫＥＬ（配列番号６０）、ＦＤＥＬ（配列番号６１）、ＫＤＥＦ（配列番号６２）、ＫＫＥＬ（配列番号６３）、ＨＡＤＬ（配列番号６４）、ＨＡＥＬ（配列番号６５）、ＨＩＥＬ（配列番号６６）、ＨＮＥＬ（配列番号６７）、ＨＴＥＬ（配列番号６８）、ＫＴＥＬ（配列番号６９）、ＨＶＥＬ（配列番号７０）、ＮＤＥＬ（配列番号７１）、ＱＤＥＬ（配列番号７２）、ＲＥＤＬ（配列番号７３）、ＲＮＥＬ（配列番号７４）、ＲＴＤＬ（配列番号７５）、ＲＴＥＬ（配列番号７６）、ＳＤＥＬ（配列番号７７）、ＴＤＥＬ（配列番号７８）、ＳＫＥＬ（配列番号７９）、ＳＴＥＬ（配列番号８０）、及びＥＤＥＬ（配列番号８１）からなる群から選択される、請求項１〜４のいずれかに記載の殺滅剤。
  6. 配列番号４〜１１及び１６〜２７のいずれかに示されるポリペプチドを含む、請求項１又は２に記載の殺滅剤。
  7. 追加の外因性物質に連結されている、請求項１〜６のいずれかに記載の殺滅剤であって、前記追加の外因性物質が、ペプチド；タンパク質；抗原；細胞毒性物質；放射性核種又は常磁性イオンから選択される検出促進剤；小分子の化学療法剤；及びポリヌクレオチド；のいずれかから選択される、前記殺滅剤。
  8. 抗原が、細菌タンパク質、ウイルスタンパク質、がんにおいて変異したタンパク質、がんにおいて異常に発現したタンパク質、又はＴ細胞相補性決定領域に由来する、請求項７に記載の殺滅剤。
  9. ホモ多量体又はヘテロ多量体の形態である、請求項１〜８のいずれかに記載の殺滅剤。
  10. 薬学的に許容される塩若しくは溶媒和物の形態である、請求項１〜９のいずれかに記載の殺滅剤。
  11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の殺滅剤と、少なくとも１つの薬学的に許容される賦形剤又は担体とを含む、細胞を殺滅するための医薬組成物。
  12. 少なくとも１つの薬学的に許容される担体が、溶媒、分散媒、コーティング、抗菌剤、等張剤、又は吸収遅延剤を含むか、及び／或いは医薬組成物が、水性又は非水性の担体、界面活性剤、安定剤、保存剤、緩衝液、抗酸化剤、湿潤剤、乳化剤、分散剤、等張剤、及び／又は抗菌剤若しくは抗真菌剤をさらに含む、請求項１１に記載の医薬組成物。
  13. 請求項１〜１０のいずれかに記載の殺滅剤、又は請求項１１若しくは１２に記載の医薬組成物を含む、細胞を殺滅するための、患者における疾患、障害又は状態の治療剤。
  14. 疾患、障害又は状態が、がん、腫瘍、増殖異常、免疫障害及び微生物感染からなる群から選択される、請求項１３に記載の治療剤。
  15. がんが、骨がん、乳がん、中枢／末梢神経系がん、胃腸がん、胚細胞がん、腺がん、頭頸部がん、血液がん、腎・尿路癌、肝がん、肺／胸膜がん、前立腺がん、肉腫、皮膚がん及び子宮がんからなる群から選択され、又は
    免疫障害が、アミロイドーシス、強直性脊椎炎、喘息、クローン病、糖尿病、移植片拒絶、移植片対宿主病、橋本甲状腺炎、溶血性尿毒症症候群、ＨＩＶ関連疾患、エリテマトーデス、多発性硬化症、結節性多発性動脈炎、多発性関節炎、乾癬、乾癬性関節炎、リウマチ様関節炎、強皮症、敗血症性ショック、シェーグレン症候群、潰瘍性大腸炎及び血管炎からなる群から選択される疾患と関連するものである、請求項１４に記載の治療剤。
  16. 請求項１〜１０のいずれかに記載の殺滅剤、又は請求項１１若しくは１２に記載の医薬組成物を含む、細胞を殺滅し、がん、腫瘍、増殖異常、免疫障害、又は微生物感染を治療又は予防するための組成物。
  17. 細胞を殺滅し、がん、腫瘍、増殖異常、免疫障害又は微生物感染の治療又は予防のための医薬品の製造における、請求項１〜１０のいずれかに記載の殺滅剤、又は請求項１１若しくは１２に記載の医薬組成物の使用。
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