JP7186940B2 - 血液-脳関門を移行する抗体変種及びその使用 - Google Patents

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Description

本発明は、血液-脳関門を移行(transmigrate)する抗体断片、及びそれらの使用に関する。より詳細には、本発明は、現存する抗体断片の点-変異により誘導された抗体断片及びそれらの使用に関し;本発明の抗体断片は、脳内皮細胞への増強された結合又は血液-脳関門を超える増強された移行を示す。
アルツハイマー病及びパーキンソン病などの神経変性疾患は、現在これらの不能状態に有効な治療が存在しないので、我々の高齢化社会の負担を増大している。脳に起源があるこれら及び他の疾患の治療に加え早期診断は、好適な治療的分子及び診断薬の大半は、タイトで且つ高度に制限的な血液-脳関門(BBB)を浸透することができないので、依然課題であり続ける(Abbott、2013)。BBBは、血管が並び且つ互いにタイトジャンクションにより接続している脳内皮細胞(BEC)により形成される物理的障壁を構成している(Abbott、2013)。BEC間に形成されたタイトジャンクションは、BBBの完全性にとって必須であり、且つ500ダルトン(Da)よりも大きい親水性分子の傍細胞輸送を妨げる。脳内皮細胞は、非常に低いピノサイトーシスの割合を示す(Abbott、2013)ので、比較的大型分子の経細胞輸送は、高度に特異的な受容体媒介性トランスサイトーシス(RMT)経路、及び且つ受動的な電荷ベースの吸着が媒介したトランスサイトーシスに限定される(Abbott、2013;Pardridge、2002)。加えて、P-糖タンパク質又は多剤耐性タンパク質-1(MDR-1)などの、高密度の排出ポンプは、望ましくない物質の脳からの除去に寄与する(Abbott、2013)。
これらの特徴は全て、脳を病原体及び毒素から保護するが、これらはほとんどの治療薬の侵入も同等に妨害する。実際、小型分子の治療薬の5%未満しか、及び比較的大型の治療薬の実質的に全てが、それらが特別に「運ばれる(ferried)」、すなわちトランスポーター分子とカップリングされることがない限りは、薬学的に関連のある濃度(すなわち、中枢神経系(CNS)標的に連動し、且つ薬学的/治療的反応を誘起するのに十分な濃度)でBBBを超えることができない。BBBを超える分子の輸送のための効果的な「担体」の欠如のために、神経変性疾患に対する多くの薬物は、十分な量で脳へ送達されることができないので、更なる開発から「棚上げされている」か又は排除されている。
比較的大型分子の脳への送達のための様々なアプローチが利用されている。例えば、BBBの完全性は破壊されることがあり、漏出性のBBBを生じ、このことは次に脳への比較的大型分子の制限されない傍細胞侵入を可能にする。タイトジャンクションは、様々なアプローチにより、うまく緩められるか、又は破壊され得る。例えば、浸透圧ショックを誘導する物質(例えば、マンニトール、高張溶液)の血流への注入は、細胞収縮を引き起こし、且つタイトジャンクションの破壊を生じ、その結果BBBをひどく損なう(Guillaume、2010)。他のタイトジャンクションのモジュレーターは、アルキルグリセロール、ブラジキニン及びそれらのいくつかのアナログ、並びにタイトジャンクションの維持に関与したタンパク質の発現を調節するウイルスを含む(Erdlenbruchら、2003;Prestonら、2008;Ganら、2013)。BBBのより局所的な破壊は、集束超音波の適用により可能である(Nhanら、2013)。しかしBBBが破壊される期間は、脳ホメオスタシスを変更し、且つ有害な化学物質、毒素及び病原体が脳へ侵入するのに十分であり;このことは、重篤な副作用、例えば発作及び脳腫脹、感染症並びにおそらく永久的な神経病理学的変化をもたらす。従って、複数の脳領域に影響を及ぼす慢性且つびまん性の脳疾患のこれらの技術による反復治療は、実践的ではない。これらの治療のほとんどは、高価であり、入院を必要とし、且つ一部のアプローチは麻酔を必要とする。
BBBを迂回する別のアプローチは、治療的分子の、脳脊髄液(CSF)、実質空間、又は他の脳の部分への直接注入である。以下を含む、いくつかの送達方法が、開発されている:注入又は対流強化薬物送達(CED)ポンプによる、脳内(実質内)、脳室内、及び髄腔内送達。しかし、脳又は大脳内インプラントへの直接注入のいずれの型も、入院、麻酔、及び時には手術を必要とするので、これは侵襲性であり且つ高価な手技である。更に、治療薬、特に大型生物製剤の脳実質内での拡散速度の遅さは、治療薬の浸透を注入/インプラント部位の周囲の狭い領域のみに制限する。注入、カテーテル、及びインプラントの正確な配置は、脳の標的とされた領域への薬物の拡散を達成するために、依然重要な課題である。加えて、カテーテル及びインプラントは、外来物質に対する感染及び/又は免疫応答の部位を提供する。
BBBを超える送達を増大する別の試みにおいて、CNS薬物は、それらの脳取込みを増大するように修飾されている。そのような修飾は、それらの表面電荷の変化、分子サイズの減少、及び薬物の親油性への変化を含むことができる。しかし、脳浸透を増大する何らかの修飾はまた、おそらく薬物の、その望ましい活性及び/又は特異性を含む、全般的薬理を変更するであろう。加えて、親油性分子は、P-糖タンパク質排出ポンプにより、脳から搬出される傾向が大きい。
最後に、BBBを超える内在性輸送機序が利用されている。大型分子をBBBを超えて輸送することができる生理的機序は、高度に特異的な受容体媒介型トランスサイトーシス(RMT)と、非-特異的電荷ベースの吸着媒介型エンドサイトーシスの経路に分けることができる。エンドサイトーシスは、特異的リガンドのその受容体への結合時に、又は陽イオン性リガンド又は薬物と、脳内皮細胞表面(管腔側)上の陰イオン性官能基の間の静電気相互作用時に、各々誘起される。引き続き、新たに形成されたエンドソームが、その細胞を超えて、管腔の反対側にトランスサイトーシスされ、そのカーゴを放出する。
吸着媒介型トランスサイトーシスは、非-特異的、電荷-媒介型相互作用であるので、これは全ての血管床及び臓器において生じ、脳送達のための薬物の利用可能性を制限する。従って、RMT経路の活用は、単に生理的で、非侵襲性で更に高度に受容体-特異的な脳送達方法のままである。
わずか数種の受容体のみが、BBBでRMTを受け、且つそれらの天然のリガンドを超えて「運ぶ」ことが現在知られており:良く研究されたトランスフェリン受容体(TfR)、インスリン受容体(IR)、低密度リポタンパク受容体関連タンパク質1及び2(LRP-1及び-2)、並びにジフテリア毒素受容体が挙げられる。ペプチド、天然のリガンド、及び抗体又は抗体断片は、これらの受容体に結合するように、開発されており(Pardridgeら、1991;Yuら、2011;Muruganandamら、2001;Abulrobら、2005;Demeule、2008;Sumbriaら、2013)、これらは内在性RMT経路を利用する血液-から-脳へのトランスポーターとして機能する。最近、大型天然アミノ酸トランスポーター(LAT1)の成分である、CD98hcに対する抗体が、BBBを超えるトランスサイトーシスを受けることが示されており、これは、このトランスポーターは、BBB担体の開発のための別の標的であり得ることを示唆している。しかし、今日まで、ただ一つのペプチド(Angiopep ANG1005、LRP-1標的化)のみが、第I相臨床試験において分析されている一方で、他の候補は、研究室の状況で試験されている。RMT経路は、生物学的製剤の脳への輸送に最も見込みがある経路であるように思われるが、現在のアプローチには制限があり、これは以下を含む:他の臓器の血管内皮と比べBBBでの標的受容体の非選択的発現、受容体に対する担体と天然のリガンドの間の競合、受容体の効果のないトランスサイトーシス、並びにエンドサイトーシスされた担体のリソソーム分解(Xiao及びGun、2013)。
高い能力及び高い選択性のあるBBB担体を欠いていることは、脳腫瘍及び神経変性疾患を含む、脳に起源のある疾患のための、新規の治療薬及び診断薬の開発を遅らせている。
本発明は、血液-脳関門を移行する抗体断片、及びその使用に関する。より詳細には、本発明は、現存する抗体断片の点変異により誘導される抗体断片、及びその使用に関し;本発明の抗体断片は、血液-脳関門を超える増強された移行を示す。
本発明は:
GFKITHYTMG(配列番号:1)の相補性決定領域(CDR)1配列;
RITWGGXTXYSNSVKG(配列番号:2)のCDR2配列(ここでXはD又はKであり、XはN又はDであり、及びXはF、I又はLである);並びに
GSTSTAXPLRVDY(配列番号:3)のCDR3配列(ここで、XはT又はKである):を含む、単離又は精製された抗体断片を提供する。
本発明の単離又は精製された抗体断片において、X、X、X又はXの少なくとも一つは、FC5のCDR2又はCDR3における対応する野生型残基とは異なる。より詳細には、本発明の実施態様において、CDR2(配列番号:2)のX、X、X及びCDR3(配列番号:3)のXの少なくとも一つは、配列番号:16の対応する野生型CDR2及びCDR3配列とは異なり、ここで野生型CDR2(配列番号:4)及びCDR3(配列番号:10)は、各々、配列番号:16の残基50-66及び99-111に対応している。
本発明の単離又は精製された抗体断片の特定の実施態様において、CDR2は、RITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)、RITWGGKNTFYSNSVKG(配列番号:5)、RITWGGDDTFYSNSVKG(配列番号:6)、RITWGGDNTIYSNSVKG(配列番号:7)、及びRITWGGDNTLYSNSVKG(配列番号:8)からなる群から選択され;但しCDR2配列がRITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)である場合、CDR3は、GSTSTATPLRVDY(配列番号:10)ではないことを条件とする。
本発明の単離又は精製された抗体断片の特定の実施態様において、CDR3は、GSTSTAKPLRVDY(配列番号:9)又はGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)であり;但しCDR3配列がGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)である場合、CRD2は、RITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)ではないことを条件とする。
本発明の非限定的例において、単離又は精製された抗体断片は、以下を含んでよい:
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)のCDR2配列、及びGSTSTAKPLRVDY(配列番号:9)のCDR3配列;
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGKNTFYSNSVKG(配列番号:5)のCDR2配列、及びGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)のCDR3配列;
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGDDTFYSNSVKG(配列番号:6)のCDR2配列、及びGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)のCDR3配列;
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGDNTIYSNSVKG(配列番号:7)のCDR2配列、及びGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)のCDR3配列;又は、
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGDNTLYSNSVKG(配列番号:8)のCDR2配列、及びGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)のCDR3配列。
特定の実施態様において、本発明の単離又は精製された抗体断片は、以下からなる群から選択される配列を含む:
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDNTFYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTAKPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:11);
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGKNTFYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:12);
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDDTFYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:13);
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDNTIYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:14);
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDNTLYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:15);及び
それらと実質的に同一の配列。
本発明の単離又は精製された抗体断片は、単一ドメイン抗体(sdAb)であってよい。このsdAbは、ヒト化されてよい。
本明細書に記載のように、単離又は精製された抗体断片は、任意の好適な多量体化技術を使用し、多価ディスプレイフォーマットにあることができる。例えば、単離又は精製された抗体断片は、Fc断片へ連結され、結果的に二量体を形成する。この実施態様において、Fc断片は、任意の好適なFc断片、例えば、マウスFc2b配列又はヒトFc1、Fc2もしくはFc4配列であってよい。具体例において、Fcは、配列番号:29の配列を含んでよい。
本発明の単離又は精製された抗体断片は、血液-脳関門を移行する。
本発明はまた、本明細書記載の単離又は精製された抗体断片をコードしている核酸分子も包含している。この単離又は精製された抗体断片をコードしている核酸分子を含むベクターも、本発明の範囲に含まれる。
本発明の単離又は精製された抗体断片は、表面上に固定されてよい。
他の適用において、前述の単離又は精製された抗体断片は、カーゴ分子に連結されてよい。任意の好適なカーゴ分子が使用されてよい。カーゴ分子は、約1kDa~約200kDaの範囲の分子量を有してよい。例えば、限定を意図するものではないが、カーゴ分子は、検出物質、治療薬、薬物、ペプチド、成長因子、サイトカイン、受容体トラップ、化合物、糖鎖部分、酵素、カーゴ抗体又はその抗原-結合断片、例えばFabもしくはF(ab’)など、又は抗原-結合活性を持つカーゴ「抗体-様分子」、例えばscFv、タンデム ジ-scFv、ダイアボディ、もしくはトリアボディ、DNA-ベースの分子、ウイルスベクター、又は細胞傷害性物質;検出物質、治療薬、薬物、ペプチド、酵素、抗体又はその断片、DNA-ベースの分子、ウイルスベクター、もしくは細胞傷害性物質を負荷した1又は複数のリポソーム又はナノ担体;あるいは、1又は複数のナノ粒子、ナノワイヤ、ナノチューブ、もしくは量子ドットであってよい。そのような構築体において、単離又は精製された抗体断片は、血液-脳関門を超えるカーゴ分子を保有する。
特定の実施態様において、一つの抗体断片が、カーゴ分子に連結されている。他の実施態様において、2又はそれよりも多い抗体断片が、カーゴ分子に連結されている。そのような実施態様において、抗体断片は、カーゴ分子へ、直接、例えば、ペプチド結合を介して連結されてよいか、又は1つの抗体断片もしくは複数の断片は、長さが1~20個のアミノ酸のペプチド配列などのリンカーを介して、あるいは様々な化学リンカーを介して、カーゴ分子へ連結される。リンカーの非限定的例は、配列(GGGGS)nのセリン-グリシンリッチ(S/G)リンカーであり、ここでnは、1、2又は3であってよい。
本発明は更に、1又は2以上の前述の単離又は精製された抗体断片、並びに医薬的に許容し得る担体、希釈剤、又は賦形剤を含有する組成物を包含している。
本発明は、BBB通過がFC5のそれを上回り、更に2~3倍の改善を示す、ヒト化されたFC5 CDR変異体を包含している。加えて、これらの抗体断片は、FC5と比べて脳内皮受容体への改善された結合親和性を示す。
本発明のこれら及び他の特徴は、ここで、添付図面を参照し、実施例により説明される:
図1は、FC5-H7のCDR1、CDR2及びCDR3における318の点変異の分布のグラフ表示を示す。黒色バーは、18個の位置での、完全アミノ酸レパートリー(Cys及びMetを除く)を指す。わずかな変動は、潜在的グリコシル化部位の除去によるものである。灰色バーは、5個の位置での、限定されたレパートリー(標識した)を指す。
図2は、親和性-改善されたクローンを、FC5-H7変異ライブラリーから選択するための、選択戦略の概略を示す。
図3は、図8由来のスクリーン1で選択された「トップ」48の親和性改善された変種のFC5-H7のCDR1、CDR2及びCDR3における単独の点変異の分布のグラフ表示を示す。318の単独の変異性変種の親和性は、Mirrorball装置で実行した、シミアンウイルス40-不死化した成体ラット脳内皮細胞(SV-ARBEC)への、ハイスループット結合アッセイにより決定した。白色文字は、FC5-H7と同等の中等度のバインダーを指し(20時間結合);マイナス(-)印は、低い結合を示す変異体を指し(20時間結合、FC5-H7未満);アスタリスク(*)印は、強力なバインダーを指し(20時間結合);並びに、アスタリスクの付いた下線付き文字は、非常に強力なバインダーを指す(2時間結合)。
図4は、ラットSV-ARBEC細胞株(図4A)及びヒト脳内皮細胞(HBEC)-D3細胞株(図4B)を使用する結合アッセイにおける、図3に示したFC5-H7の48の単独の変異性変種のランキングを示す。結合曲線は、細胞-結合した抗体の検出のためのDraq 5核染色(2uM、Cell Signaling)を補充した蛍光コンジュゲートc-myc Alexa 488検出抗体(1600ng/ml、Santa Cruz Biotechnology)を使用し、各抗体の連続希釈により作製した。全てのプレートは、4℃で2時間及び20時間インキュベーションした。測定値は、以下に説明するように、Mirrorball高感度マイクロプレートサイトメトリーを用い、各時点で得た。
図5は、図2に示されたスクリーン2で選択された図4に示した「トップ」29の親和性改善された変種のFC5-H7のCDR1、CDR2及びCDR3における単独の点変異の分布のグラフ表示を示す。白色文字は、FC5-H7と類似の中等度の親和性を指し;マイナス(-)印は、FC5-H7よりも低い親和性を示す変異体を指し;アスタリスク(*)印は、FC5-H7よりも高い親和性を指し;並びに、アスタリスクの付いた下線付き文字は、FC5-H7よりも著しく高い親和性を指す。
図6は、FC5、FC5-H7及び図5から選択されたFC5-H7変異体のインビトロBBBモデルにおいて得られたPapp値を示す。陰性対照A20.1 VHHは、各FC5-由来の抗体と一緒に、トップチャンバーに同時投与し、且つ輸送を測定した。アスタリスクは、FC5-H7又はFC5のいずれかと比較して、増強されたPapp値を示すFC5-H7変異体を指す。各変種の相対結合親和性は、このグラフの下の表に示した。
図7は、野生型FC5配列(配列番号:16)、ヒト化FC5変種FC5-H7(配列番号:17)、及びCDR変異体D56K(配列番号:12)、N57D(配列番号:13)、F59I(配列番号:14)、F59L(配列番号:15)、及びT105K(配列番号:11)の間の、配列アラインメントを示す。
図8は、ラット(SV-ARBEC)、ヒト(HBEC-D3)及び非-ヒト霊長類(CynoBEC)脳内皮細胞への、全てヒトFcとの融合において発現された(配列表参照)、選択されたFC5-H7変異性変種(D56K、N57D、F59I、F59L、T105K)、FC5-H7及びFC5の結合を示す。結合曲線は、細胞-結合した抗体の検出のためのDraq 5核染色(2uM、Cell Signaling)を補充した蛍光コンジュゲートc-myc Alexa 488検出抗体(1600ng/ml、Santa Cruz Biotechnology)を使用し、各抗体の連続希釈により作製した。全てのプレートは、4℃で20時間インキュベーションした。測定値は、以下に説明するように、Mirrorball高感度マイクロプレートサイトメトリーを用い、各時点で得た。
図9は、FC5、FC5-H7及び選択された親和性-最適化されたFC5-H7変異性変種(D56K、N57D、F59I、F59L、T105K)のFc融合体のインビトロBBBモデルにおいて得られたPapp値を示す。陰性対照A20.1 VHHは、FC5-由来の抗体と一緒に、トップチャンバーに同時投与し、且つ輸送を測定した。全てのFC5-H7変異性変種は、FC5-H7Fc又はFC5Fcのいずれかと比較して、増強されたPapp値を示す。
図10は、FC5-H7-Fc(図10A)、T105K-Fc(図10B)、D56K-Fc(図10C)、N57D-Fc(図10D)、及びF59L-Fc(図10E)の、5mg/kgでの全身(尾静脈)投与後の、血漿及びCSFの薬物動態を示す。CSFは、大槽(cisternae magna)から、指定された時点での反復穿刺により収集した。抗体の血漿及びCSF濃度は、特異的タンパク質ペプチド署名を基にした、反復反応のモニタリング-アイソタイプ標識した内部標準(MRM-ILIS)法を用いて決定した。CSF中のアルブミンレベルは、MRMにより同時に決定した。1500未満の血漿/CSF比を有する全てのCSF試料は、潜在的に血液が夾雑したとして、除外した。 図10は、FC5-H7-Fc(図10A)、T105K-Fc(図10B)、D56K-Fc(図10C)、N57D-Fc(図10D)、及びF59L-Fc(図10E)の、5mg/kgでの全身(尾静脈)投与後の、血漿及びCSFの薬物動態を示す。CSFは、大槽(cisternae magna)から、指定された時点での反復穿刺により収集した。抗体の血漿及びCSF濃度は、特異的タンパク質ペプチド署名を基にした、反復反応のモニタリング-アイソタイプ標識した内部標準(MRM-ILIS)法を用いて決定した。CSF中のアルブミンレベルは、MRMにより同時に決定した。1500未満の血漿/CSF比を有する全てのCSF試料は、潜在的に血液が夾雑したとして、除外した。 図10は、FC5-H7-Fc(図10A)、T105K-Fc(図10B)、D56K-Fc(図10C)、N57D-Fc(図10D)、及びF59L-Fc(図10E)の、5mg/kgでの全身(尾静脈)投与後の、血漿及びCSFの薬物動態を示す。CSFは、大槽(cisternae magna)から、指定された時点での反復穿刺により収集した。抗体の血漿及びCSF濃度は、特異的タンパク質ペプチド署名を基にした、反復反応のモニタリング-アイソタイプ標識した内部標準(MRM-ILIS)法を用いて決定した。CSF中のアルブミンレベルは、MRMにより同時に決定した。1500未満の血漿/CSF比を有する全てのCSF試料は、潜在的に血液が夾雑したとして、除外した。 図10は、FC5-H7-Fc(図10A)、T105K-Fc(図10B)、D56K-Fc(図10C)、N57D-Fc(図10D)、及びF59L-Fc(図10E)の、5mg/kgでの全身(尾静脈)投与後の、血漿及びCSFの薬物動態を示す。CSFは、大槽(cisternae magna)から、指定された時点での反復穿刺により収集した。抗体の血漿及びCSF濃度は、特異的タンパク質ペプチド署名を基にした、反復反応のモニタリング-アイソタイプ標識した内部標準(MRM-ILIS)法を用いて決定した。CSF中のアルブミンレベルは、MRMにより同時に決定した。1500未満の血漿/CSF比を有する全てのCSF試料は、潜在的に血液が夾雑したとして、除外した。 図10は、FC5-H7-Fc(図10A)、T105K-Fc(図10B)、D56K-Fc(図10C)、N57D-Fc(図10D)、及びF59L-Fc(図10E)の、5mg/kgでの全身(尾静脈)投与後の、血漿及びCSFの薬物動態を示す。CSFは、大槽(cisternae magna)から、指定された時点での反復穿刺により収集した。抗体の血漿及びCSF濃度は、特異的タンパク質ペプチド署名を基にした、反復反応のモニタリング-アイソタイプ標識した内部標準(MRM-ILIS)法を用いて決定した。CSF中のアルブミンレベルは、MRMにより同時に決定した。1500未満の血漿/CSF比を有する全てのCSF試料は、潜在的に血液が夾雑したとして、除外した。
図11は、FC5-H7-Fc、D56K-Fc、N57D-Fc、F59L-Fc、F59I-Fc、T105K-Fc及び対照A20.1マウスFc融合体(A20.1-mFc)の、5mg/kgでの全身(尾静脈)投与後の、脳レベルを示す。脳レベルは、特異的タンパク質ペプチド署名を定量するMRM-ILIS法を使用する、頸動脈を介した脳灌流後に、測定した。結果は、1群につき3匹の動物の且つ2回の個別の統計的決定での平均±SDである。
本発明は、血液-脳関門を移行する単離又は精製された抗体断片、及びその使用に関する。より詳細には、本発明は、現存する抗体断片の点変異により誘導される抗体断片、及びその使用に関し;本発明の抗体断片は、血液-脳関門を超える増強された移行を示す。
本発明は:
GFKITHYTMG(配列番号:1)の相補性決定領域(CDR)1配列;
RITWGGXTXYSNSVKG(配列番号:2)のCDR2配列(ここでXはD又はKであり、XはN又はDであり、及びXはF、I又はLである);並びに
GSTSTAXPLRVDY(配列番号:3)のCDR3配列(ここで、XはT又はKである):を含む、単離又は精製された抗体断片を提供する。
本発明の抗体断片は、WO2002/057445に記載されたFC5抗体の変異された型である。FC5(配列番号:16)は、哺乳動物の脳内皮細胞の表面に結合し、その後血液-脳関門(BBB)を移行する。FC5はまた、BBBを超えて様々なサイズの分子を先導する担体として作用することが示されている(例えば、WO2011/127580参照)。理論と結びつけられることを意図するものではないが、それにFC5が選択的に結合し且つFC5移行を媒介する抗原は、膜貫通ドメインタンパク質30Aであると提唱されており(TMEM30A;WO2007/036021)、これは脳内皮細胞の表面上に集積されている。
本発明の単離又は精製された抗体断片において、X、X、X又はXの少なくとも一つは、FC5のCDR2又はCDR3の対応する野生型残基とは異なる。より詳細には、本発明の実施態様において、CDR2(配列番号:2)のX、X、X及びCDR3(配列番号:3)のX の少なくとも一つは、配列番号:16の対応する野生型CDR2及びCDR3配列とは異なり、ここで野生型CDR2(配列番号:4)及びCDR3(配列番号:10)は、各々、配列番号:16の残基50-66及び99-111に対応している。
前述の抗体断片において、CDR2は、RITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)、RITWGGKNTFYSNSVKG(配列番号:5)、RITWGGDDTFYSNSVKG(配列番号:6)、RITWGGDNTIYSNSVKG(配列番号:7)、及びRITWGGDNTLYSNSVKG(配列番号:8)からなる群から選択され;それに対し、CDR3は、GSTSTAKPLRVDY(配列番号:9)又はGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)からなる群から選択されてよく、但しCDR3配列がGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)である場合、CRD2は、RITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)ではないことを条件とする。
用語「抗体」は、当該技術分野において「免疫グロブリン」(Ig)とも称され、一般に、対をなした重ポリペプチド鎖及び軽ポリペプチド鎖で構築されたタンパク質を指し;IgA、IgD、IgE、IgG、及びIgMを含む、様々なIgアイソタイプが存在する。抗体が正確にフォールディングされる場合、各鎖は、より線状のポリペプチド配列により結合され数多くの異なる球状ドメインにフォールディングする。例えば、免疫グロブリン軽鎖は、可変(V)ドメイン及び定常(C)ドメインへフォールディングするのに対し、重鎖は、可変(V)ドメイン及び3つの定常(C、CH2、CH3)ドメインへフォールディングする。重鎖及び軽鎖の可変ドメイン(V及びV)の相互作用は、抗原結合領域(Fv)の形成を生じる。各ドメインは、当業者が熟知している良く確立された構造を有する。
軽鎖及び重鎖可変領域は、標的抗原の結合に係わり、従って抗体間の著しい配列多様性を示すことができる。定常領域は、より少ない配列多様性を示し、且つ数多くの天然のタンパク質の結合に係わり、重要な生化学的事象を誘起する。抗体の可変領域は、その分子の抗原-結合決定基を含み、従って抗体のその標的抗原に対する特異性を決定する。配列多様性の大半は、6つの超可変領域において生じ、各可変重鎖(V)及び軽鎖(V)につき3つであり;超可変領域は一緒に、抗原-結合部位を形成し、且つ結合及び抗原決定基の認識に寄与する。抗体のその抗原に対する特異性及び親和性は、超可変領域の構造、並びにそれらのサイズ、形状及びそれらが抗原に提示する表面の化学により決定される。様々なスキームが、超可変領域の同定のために存在し、その中の最も一般的な2つは、Kabatのスキーム並びにChothia及びLeskのスキームである。Kabatら(1991)は、V及びVドメインの抗原-結合領域の配列多様性を基に、「相補性決定領域」(CDR)を規定した。Chothia及びLesk(1987)は、V及びVドメイン内の構造的ループ領域の配置を基に、「超可変ループ」(H又はL)を規定した。これらの個別のスキームは、隣接するか又は重複しているCDR領域及び超可変ループ領域を規定し、抗体技術分野の業者は、用語「CDR」と「超可変ループ」を互換的に使用することが多く、且つこれらは本明細書においてもそのように使用されている。CDR/ループは、本明細書において、Kabatスキームに従い規定されている。
本明細書において言及される「抗体断片」は、単一ドメイン抗体(sdAb;単独のV又はVで構成された断片)及びsdAbの多価の表示を含んでよい。ここで説明されたものなどの抗体断片は、リンカー配列、ジスルフィド結合、又は断片の異なる部分を連結する他の型の共有結合を必要としてよく;当業者は、異なる型の断片の必要要件及び様々なアプローチ及びそれらの構築のための様々なアプローチを熟知しているであろう。
抗体断片は、天然の又は組換え給源からのsdAbに由来する。ラクダ科の動物起源の重鎖抗体(Hamers-Castermanら、1993)は、軽鎖を欠いており、従ってそれらの抗原結合部位は、VHと称される、1つのドメインからなる。sdAbはまた、サメにおいても認められ、VNARと称される(Nuttallら、2003)。他のsdAbは、ヒトIg重鎖又は軽鎖配列を基に操作されてよい(Jespersら、2004;Toら、2005)。本明細書において使用されるように、用語「sdAb」は、ファージディスプレイ又は他の技術により任意の起源のV、VH、V、又はVNARリザーバーから直接単離されるそれらのsdAb、前述のsdAbに由来するsdAb、組換え作製されたsdAb、並びにヒト化、親和性成熟、安定化、可溶化、ラクダ化もしくは抗体操作の他の方法によりそのようなsdAbの更なる修飾を介して作製されたそれらのsdAbを含む。sdAbの抗原-結合機能及び特異性を保持し、且つFC5を上回る改善された能力によりBBBを移行する、相同体、誘導体、又は断片も、本明細書により包含されている。
SdAbは、高い熱安定性、高い界面活性剤抵抗性、比較的高いプロテアーゼ抵抗性(Dumoulinら、2002)、及び高い産生収率(Arbabi-Ghahroudiら、1997)などの、抗体分子の望ましい特性を持ち;これらはまた、免疫ライブラリーからの単離による(Liら、2009)か、又はインビトロにおける親和性成熟により(Davies及びRiechmann、1996)、非常に高い親和性を有するように、操作されることもできる。非標準のジスルフィド結合の導入(Hussackら、2011;Kimら、2012)などの、安定性を増加するための更なる修飾もまた、sdAbにもたらされてよい。
当業者は、単一ドメイン抗体の構造に精通しているであろう(例えば、タンパク質データバンクの3DWT、2P42参照)。sdAbは、免疫グロブリンフォールドを保持している単独の免疫グロブリンドメインを含み;最も注目すべきことに、3つのCDR/超可変フープのみが、抗原-結合部位を形成する。しかし、当業者により理解されるように、全てのCDRが、抗原の結合に必要なわけではない。例えば、限定を意図せずに、1、2又は3つのCDRは、本発明のsdAbによる、抗原の結合及び認識に寄与し得る。sdAb又は可変ドメインのCDRは、本明細書において、CDR1、CDR2、及びCDR3と称される。
一つの非限定的例において、本発明の抗体断片は、以下を含む:
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)のCDR2配列、及びGSTSTAKPLRVDY(配列番号:9)のCDR3配列;
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGKNTFYSNSVKG(配列番号:5)のCDR2配列、及びGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)のCDR3配列;
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGDDTFYSNSVKG(配列番号:6)のCDR2配列、及びGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)のCDR3配列;
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGDNTIYSNSVKG(配列番号:7)のCDR2配列、及びGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)のCDR3配列;又は、
GFKITHYTMG(配列番号:1)のCDR1配列、RITWGGDNTLYSNSVKG(配列番号:8)のCDR2配列、及びGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)のCDR3配列。
先に言及したように、抗体断片は、ラクダ科の動物起源の又はラクダ科の動物VHから誘導されるsdAbであってよく、従ってラクダ科の動物フレームワーク領域を基にしてよい。本発明は更に、キメラの(又はキメラ化された)、ベニヤ化された(veneered)、又はヒト化された抗体断片を包含している。キメラ抗体断片は、未変性の可変ドメイン(ラクダ科の動物起源の)が、ヒト定常ドメイン(複数可)に連結されている構築体を包含している(Gonzalesら、2005参照)。抗体のベニヤ化又は再表面化は、未変性の抗体断片のフレームワーク領域中の露出された残基の、それらのヒト対応物中のアミノ酸残基との置き換えに関与している(Padlan、1991;Gonzalesら、2005)。抗体のヒト化は、抗原-結合能又は特異性を損なうことのない、配列中のアミノ酸の、ヒトコンセンサス配列中に認められるようなそのヒト対応物による置き換えを含み;このアプローチは、ヒト対象へ導入される場合に、抗体断片の免疫原性を低下する。このプロセスにおいて、本明細書に規定された1又は2以上のCDRは、ヒト可変領域(V又はV)へ、他のヒト抗体(IgA、IgD、IgE、IgG、及びIgM)へ、ヒト抗体断片フレームワーク領域(Fv、scFv、Fab)へ、又はその上へCDRがグラフトされ得る類似のサイズ及び性質のヒトタンパク質(Nicaiseら、2004)へ、融合されるか又はグラフトされることができる。このような場合において、該1又は2以上の超可変ループの高次構造は、おそらく保存され、且つsdAbのその標的(すなわち、脳内皮細胞)に対する親和性及び特異性は、おそらく最小の影響を受ける。当業者により公知であるように、結合及び特異性を保持するために、特定の未変性のアミノ酸残基を、ヒトフレームワークへ組み込むことは、必要であろう。CDRグラフティングによるヒト化は、当該技術分野において公知であり(例えば、Tsurushitaら、2005;Jonesら、1986;Tempestら、1991;Riechmannら、1988;Queenら、1989参照;Gonzalesら、2005の総説-同じくそれらに引用された参考文献)、従って当業者は、そのようなヒト化された抗体又はその断片の調製方法を十分に熟知しているであろう。
先に記載したCDR配列は、好適な抗体断片スキャフォールドへ組み込まれてよい。例えば、限定を意図するものではないが、CDR配列は、FC5スキャフォールド(配列番号:16)へ;又は、2016年7月6日に出願された米国特許仮出願第62/358,777号に記載された、FC5スキャフォールドのヒト化された型、例えば、FC5-H7(配列番号:17)へ組み込まれてよい。FC5又はヒト化されたスキャフォールド中のCDRは、残基26-35(CDR1)、残基50-66(CDR2)、及び残基99-111(CDR3)に対応している。
例えば、いかなる方式でも限定を意図するものではないが、先に説明された単離又は精製された抗体断片は、以下からなる群から選択されてよい:
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDNTFYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTAKPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:11);
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGKNTFYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:12);
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDDTFYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:13);
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDNTIYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:14);
EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDNTLYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:15);及び
それらの実質的に同一の配列。
実質的に同一の配列は、1又は複数の保存的アミノ酸変異を含んでよい。参照配列に対する1又は複数の保存的アミノ酸変異は、参照配列と比べて、生理的、化学的、物理化学的又は機能的特性の実質的変化がない、変異体ペプチドを生じることができ;そのような場合、参照配列及び変異体配列は、「実質的に同一の」ポリペプチドと考えられることは、当該技術分野において、公知である。
非限定的例において、保存的変異は、保存的アミノ酸置換であってよい。保存的アミノ酸置換は、アミノ酸残基の、類似の化学特性(例えば、サイズ、電荷、又は極性)を持つ別のアミノ酸残基との置換として、本明細書において規定される。これらの保存的アミノ酸変異は、sdAbのフレームワーク領域に作製されるが、先に列挙されたCDR配列及び抗体断片のCDRの全体の構造は維持し;従って、抗体の特異性及び結合は維持される。そのような保存的アミノ酸置換は、塩基性、中性、疎水性、又は酸性のアミノ酸を、同じ群の別のものと置換してよい。用語「塩基性アミノ酸」により、これは、典型的には生理的pHで正帯電した、7より大きい側鎖pK値を有する、親水性アミノ酸を意味する。塩基性アミノ酸は、ヒスチジン(His又はH)、アルギニン(Arg又はR)、及びリジン(Lys又はK)を含む。用語「中性アミノ酸」(同じく「極性アミノ酸」)により、これは、生理的pHで非帯電の側鎖を有するが、2個の原子により通常共有される電子対が1個の原子によりより密に保持されている少なくとも一つの結合を有する、親水性アミノ酸を意味する。極性アミノ酸は、セリン(Ser又はS)、トレオニン(Thr又はT)、システイン(Cys又はC)、チロシン(Tyr又はY)、アスパラギン(Asn又はN)、及びグルタミン(Gln又はQ)を含む。用語「疎水性アミノ酸」(同じく「非極性アミノ酸」)は、Eisenberg(1984)の規準化されたコンセンサス疎水性スケールに従い0よりも大きい疎水性を示すアミノ酸を含むことを意味する。疎水性アミノ酸は、プロリン(Pro又はP)、イソロイシン(Ile又はI)、フェニルアラニン(Phe又はF)、バリン(Val又はV)、ロイシン(Leu又はL)、トリプトファン(Trp又はW)、メチオニン(Met又はM)、アラニン(Ala又はA)、及びグリシン(Gly又はG)を含む。「酸性アミノ酸」は、側鎖pK値7未満を有し、典型的には生理的pHで負帯電している、親水性アミノ酸を指す。酸性アミノ酸は、グルタミン酸(Glu又はE)、及びアスパラギン酸(Asp又はD)を含む。
配列同一性は、2つの配列の類似性を評価するために使用され;これは、2つの配列が残基位置間が最大の対応になるように並置された場合に、同じである残基の割合を計算することにより決定される。任意の公知の方法を使用し、配列同一性を計算することができ;例えば、コンピュータソフトウェアが、配列同一性を計算するために利用可能である。限定を意図するものではないが、配列同一性は、Swiss Institute of Bioininformaticsにより維持されたNCBI BLAST2サービス(及び、ca.expasy.org/tools/blast/で認められる)、BLAST-P、Blast-N、もしくはFASTA-Nなどのソフトウェアにより、又は当該技術分野において公知である他の好適なソフトウェアにより、計算することができる。
本発明の実質的に同一の配列とは、少なくとも90%同一であってよく;別の例においては、実質的に同一の配列とは、本明細書記載の配列に対するアミノ酸レベルで、少なくとも90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、もしくは100%、又はそれらの間の任意の割合で、同一である。これは、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、又は12の保存的アミノ酸変異に対応している。重要なことに、実質的に同一の配列は、参照配列の活性及び特異性(すなわち、BBBを移行する能力)を保持している。非限定的実施態様において、配列同一性の差は、保存的アミノ酸変異(複数可)によるものであることができる。非限定的例において、本発明は、本明細書記載の抗体のそれと、少なくとも95%(6つの保存的アミノ酸変異に対応)、98%(2つの保存的アミノ酸変異に対応)、又は99%(1つの保存的アミノ酸変異に対応)同一である配列を含む抗体断片に対することができる。加えて、配列同一性の割合の計算は、抗体断片の完全な配列との比較に関与することも理解される。
本発明の抗体断片はまた、組換え抗体又はその断片の発現、検出又は精製を助けるための、追加の配列を含んでよい。当業者に公知の任意のそのような配列又はタグを、使用してよい。例えば、限定を意図するものではないが、抗体断片は、標的化又はシグナル配列(例えば、非限定的に、ompA)、検出/精製タグ(例えば、非限定的に、c-Myc、His、又はHis)、もしくはそれらの組合せを含んでよい。別の例において、追加の配列は、CronanらのWO95/04069、又はVogesらのWO/2004/076670に説明されたものなどの、ビオチン認識部位であってよい。同じく当業者に公知であるように、リンカー配列は、追加の配列又はタグと結合して使用されるか、又は検出/精製タグとして働いてもよい。
本発明の抗体断片はまた、多価ディスプレイフォーマットにあってよく、これは本明細書において多価提示とも称される。多量体化は、当該技術分野において公知の任意の好適な方法により達成されてよい。例えば、いかなる方式でも限定されることを意図しないが、多量体化は、WO2003/046560に記載されたもののような、自己集合分子を使用し、達成されてよく、この文献では、五量体が、抗体断片及びAB毒素ファミリーのB-サブユニットの五量体化ドメインを含む融合タンパク質の発現により作製される(Merritt及びHol、1995)。多量体はまた、Zhuらの文献(2010)に説明された多量体化ドメインを用いても形成されることができ;この形状は、本明細書において「コムボディ(combopdy)」形と称されるが、これは抗体断片のコイルドコイルペプチドとの融合であり、多量体分子を生じる。多価ディスプレイの他の形状も、本発明により包含される。例えば、限定されることを意図するものではないが、抗体断片は、二量体、三量体、又は任意の他の好適なオリゴマーとして提示されてよい。これは、当該技術分野において公知の方法、例えば、直接連結結合(Nielsonら、2000)、c-jun/Fos相互作用(de Kruif及びLogtenberg、1996)、「ノブイントゥーホール」相互作用(Ridgwayら、1996)などにより達成される。
多量体化に関する本明細書において公知の別法は、Fcドメイン、例えば、非限定的に、ヒトFcドメインを使用する、抗体断片の二量体化である。Fcドメインは、非限定的に、IgG、IgMを含む様々なクラス、又は非限定的にIgG1、IgG2、IgG3、及びIgG4を含む様々なサブクラスから選択されてよい。このアプローチにおいて、Fcをコードしているポリヌクレオチドは、sdAbをコードしているポリヌクレオチドと共に、ベクターへ挿入され、sdAb-Fc融合タンパク質を形成し(Bellら、2010;Iqbalら、2010);この融合タンパク質は、組換えにより発現され、次に精製される。例えば、いかなる方式でも限定されることを意図しないが、多価ディスプレイフォーマットは、Fcドメインに連結されたFC5-H7変異性変種のキメラフォーマットを包含してよい。そのようなキメラフォーマット分子は、容易に操作され且つ作出され、sdAbの血清半減期を大きく延長することができ、且つ優れた主要造影剤であることができる(Bellら、2010)。
ここで説明された多量体複合体中のFcドメインは、当該技術分野において公知の任意の好適なFc断片であってよい。Fc断片は、任意の好適な給源由来であってよく;例えば、Fcは、マウス又はヒト起源であってよい。具体的で非限定的な例において、Fcは、マウスIgG2b Fc断片又はヒトIgG1、IgG2もしくはIgG4 Fc断片であってよい(Bellら、2010;Iqbalら、2010)。具体的で非限定的な例において、多量体化された構築体は、本明細書に記載されたような単離又は精製された抗体断片及び配列番号:29の配列を含むFcを含んでよい。
先に記載した多量体の各サブユニットは、本発明の同じ又は異なる抗体断片を含んでよく、これは同じ又は異なる特異性を有してよい。加えて、多量体化ドメインは、必要に応じ、リンカーを使用し、抗体断片へ連結されてよく;そのようなリンカーは、2つの分子の柔軟な結合を提供するのに、十分な長さ及び好適な組成でなければならないが、抗体の抗原-結合特性を妨害してはならない。
本明細書記載の抗体断片は、血液-脳関門を移行する。脳は、血液-脳関門(BBB)として公知の特定された内皮組織により、体の残りの部分から分離されている。BBBの内皮細胞は、タイトジャンクションにより接続され、且つ多くの治療的化合物が脳に侵入することを効果的に防止する。小胞輸送の遅い速度に加え、BBBの一つの特異的特徴は、酵素関門(複数可)の存在及びP-糖タンパク質を含むBBBの反管腔(脳)側上のATP-依存型トランスポーターの高レベル(複数可)の発現であり(Gottesmanら、1993;Watanabe、1995)、このトランスポーターは様々な分子を脳から血流へ能動輸送する(Samuels、1993)。小型(<500ダルトン)及び疎水性(Pardridge、1995)分子のみが、BBBをより容易に横断することができる。従って、表面受容体へ特異的に結合し、脳内皮細胞へインターナライズし、リボソーム分解を回避することによりBBBを超えるトランスサイトーシスを受ける、先に記載された抗体断片の能力は、神経学的分野において有用である。
本発明はまた、本明細書記載の分子をコードしている核酸配列も包含している。遺伝暗号の縮重があるとすると、数多くのヌクレオチド配列は、当業者により容易に理解されるように、そのポリペプチドをコードする作用を有するであろう。核酸配列は、様々な微生物における発現のためにコドン-最適化され得る。本発明はまた、ここに説明したような核酸を含むベクターを包含している。更に本発明は、説明したような核酸及び/又はベクターを含む細胞を包含している。
本発明は更に、様々な方法を用い、表面上に固定された単離又は精製された抗体断片を包含し;例えば、限定されることを意図しないが、抗体断片は、His-タグカップリング、ビオチン結合、共有結合、吸着、及び同類のものにより、表面へ連結又はカップリングされてよい。本発明の抗体断片の固定は、タンパク質の捕獲、精製、又は単離のための様々な適用において有用であることができる。固体表面は、任意の好適な表面、例えば、非限定的に、マイクロタイタープレートのウェル表面、表面プラズモン共鳴(SPR)センサーチップのチャネル、メンブレン、ビーズ(磁気ベースの又はセファロースベースのビーズ又は他のクロマトグラフィー樹脂など)、ガラス、プラスチック、ステンレス鋼、フィルム、又はナノ粒子、ナノワイヤ及びカンチレバー表面などの任意の他の有用な表面であってよい。
本発明はまた、カーゴ分子に連結された前述のような1又は複数の抗体断片を包含している。カーゴ分子は、本抗体断片によりBBBを超えて送達される、任意の好適な分子であってよい。カーゴ分子は、約1kD~約200kDaの範囲の分子量を有し;例えば、カーゴ分子は、約1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、もしくは200kDaの分子量、又はその間の任意の分子量、又は前述の分子量の任意の2つにより規定される任意の範囲の分子量を有する。具体的で非限定的な例において、カーゴ分子は、分子量約80kDa(例えば、非限定的にFc断片、毒素、成長因子、サイトカイン、酵素、タンパク質、抗体、単一ドメイン抗体、又は抗体断片など)、又は約200kDa(例えば、非限定的にモノクローナル抗体)を有することができる。
例えば、任意の方式で限定されることを意図するものではないが、カーゴ分子は、検出物質、治療薬、薬物、ペプチド、酵素、成長因子、サイトカイン、受容体トラップ、カーゴ抗体又はカーゴ抗体の断片(例えば、IgG、scFv、Fab、F(ab)、VHなど)、化合物、糖鎖部分、DNA-ベースの分子(アンチセンスオリゴヌクレオチド、マイクロRNA、siRNA、プラスミド)、細胞傷害性物質、ウイルスベクター(アデノ-、レンチ-、レトロ)、先に引用したカーゴ分子の型のいずれかを負荷した1又は複数のリポソーム、あるいは1又は複数のナノ粒子、ナノワイヤ、ナノチューブ、もしくは量子ドットであってよい。前述のカーゴ分子は、検出可能な物質であることができる。例えば、FC5抗体変種断片は、放射性同位体、常磁性ラベル、発蛍光団、蛍光剤、近赤外線(NIR;例えば、Cy5.5)、蛍光色素又は色素、音波を発する微小気泡、親和性ラベル、検出可能なタンパク質-ベースの分子、ヌクレオチド、量子ドット、ナノ粒子、ナノワイヤ、もしくはナノチューブ、又は造影法により検出され得る任意の他の好適な物質へ連結されることができる。本抗体断片は、当該技術分野において公知の方法(組換え技術、化学コンジュゲートなど)を用いて、カーゴ分子へ連結され得る。
本明細書記載のカーゴ分子は、当該技術分野において公知の任意の好適な方法により抗体断片へ、連結されてよく、また本明細書においては「コンジュゲートされる」とも称される。例えば、限定されることを意図するものではないが、カーゴ分子は、共有結合により、ペプチド結合により、又はイオン相互作用により、抗体断片へ連結されてよい。例えば、限定されることを意図するものではないが、カーゴ分子に連結された抗体断片は、融合タンパク質として発現されてよい。この連結は、化学架橋反応を介して、又は細菌、酵母もしくは哺乳動物の細胞-ベースの系などの、任意のペプチド発現系と組合せた組換えDNA法を用いる融合を介して、達成することができる。カーゴ分子を抗体断片へコンジュゲーションする場合、好適なリンカーを使用することができる。抗体断片を治療物質又は検出物質などのカーゴ分子へ連結する方法は、当業者には周知であろう。
一つの非限定的例において、カーゴ分子は、検出可能なラベル、放射性同位体、ガドリニウムもしくは酸化鉄などの常磁性ラベル、発蛍光団、近赤外線(NIR)、蛍光色素又は色素、音波を発する微小気泡、親和性ラベル(例えば、ビオチン、アビジンなど)、酵素、又は診断造影法により検出され得る任意の他の好適な物質であってよい。具体的な非限定的例において、抗体断片は、近赤外蛍光(NIRF)造影色素へ、例えば、限定されることを意図するものではないが、Cy5.5、Alexa680、Dylight680、又はDylight800へ連結されてよい。
前述の方法におけるインビボ検出工程は、診断目的の全身造影、又は、疾患の進行もしくは治療レジメンに対する宿主反応を評価するための定量的方式での、非限定的に脳血管もしくは脳腫瘍血管などの、特定部位での局所造影であることができる。前述の方法における検出工程は、非限定的に以下を含む、免疫組織化学、又は非侵襲的(分子)診断造影技術であることができる:
・光学的造影;
・ポジトロン放出断層撮影(PET)、ここで検出物質は、11C、13N、15O、18F、64Cu、62Cu、124I、76Br、82Rb及び8Gaなどの同位体であり、18Fが最も臨床で利用される;
・単光子放出型コンピュータ断層撮影(SPECT)、ここで検出物質は、具体的適用に応じて、99mTc、111In、123I、201Tl、133Xeなどの放射性トレーサーである;
・磁気共鳴画像法(MRI)、ここで検出物質は、例えば非限定的に、ガドリニウム、酸化鉄のナノ粒子及び炭素-コートされた鉄-コバルトナノ粒子であり、これにより、プラークの検出のためのMRIの感度を増強する;
・コントラスト-増強型超音波検査法(CEUS)又は超音波、ここで検出物質は、少なくとも1つの音響学的に活性のある気体-充填された微小気泡である。超音波は、ヒト疾患のスクリーニング及び早期発見のために広く採用される技術である。これは、MRI又はシンチグラフィーほど高価ではなく、且つこれは放射線とは関わりがないので、放射性核種造影などの分子造影モダリティよりもより安全である。
本発明は更に、血液-脳関門を超えて、関心対象の分子を輸送する方法を提供する。この方法は、本明細書記載の抗体断片に連結された分子を、対象へ投与することを含む。この分子は、先に説明されたカーゴ分子を含む、任意の所望の分子であってよく;この分子は、非限定的に、コンジュゲーション又は融合タンパク質における発現を含む、任意の好適な方法を使用し、抗体断片へ「連結」されてよい。この投与は、例えば、静脈内(iv)、皮下(sc)、及び筋肉内(im)投与を含むが、これらに限定されるものではない、非経口投与など、任意の好適な方法によることができる。この方法において、本発明の抗体断片は、その脳標的へBBBを超えて関心対象の分子を「運ぶ」。
本発明はまた、1又は2よりも多い本明細書記載の単離又は精製された抗体断片を含有する組成物も包含している。この組成物は、前記のような単独の抗体断片を含むことができるか、又は抗体断片の混合物であることができる。更に、本発明の抗体断片の混合物を含有する組成物において、抗体は、同じ特異性を有することができるか、又はそれらの特異性が異なることができる;
この組成物はまた、医薬として許容し得る希釈剤、賦形剤、又は担体を含んでもよい。希釈剤、賦形剤、又は担体は、当該技術分野において公知の任意の好適な希釈剤、賦形剤、又は担体であってよく、且つ組成物の送達方法により、組成物中の他の構成成分と適合可能でなければならず、且つその組成物のレシピエントに対し有害ではない。この組成物は、任意の好適な形状であってよく;例えば、この組成物は、懸濁液形状、粉末形状(例えば、必ずしも限定されないが、凍結乾燥された又はカプセル封入された)、カプセル剤又は錠剤形状で提供されてよい。例えば、限定されることを意図するものではないが、組成物が懸濁液形状で提供される場合、担体は、水、食塩水、好適な緩衝液、又は溶解度及び/もしくは安定性を改善するための添加剤を含んでよく;懸濁液を作製するための再構成は、抗体断片の生存度を確実にするために好適なpHで緩衝液中で達成される。乾燥粉末もまた、安定性を向上するための添加剤及び/又は嵩高/容積を増大するための担体を含んでよく;例えば、限定されることを意図するものではないが、乾燥粉末組成物は、ショ糖又はトレハロースを含んでよい。具体的な非限定的例において、この組成物は、抗体断片を対象の胃腸管へ送達するように製剤化されてよい。従って、この組成物は、カプセル封入、持続放出型(time-release)、又は他の好適な抗体断片の送達技術を含んでよい。本化合物を含有する好適な組成物を調製することは、当業者の能力内であろう。
典型的には、注射された抗体又は抗体断片の投与量の小さい画分(<0.01%)のみが、BBBを超える。FC5 VH(WO2002/057445)は先に、BBBを移行するその能力について同定された。FC5との様々な抗体又はタンパク質の融合構築体は、FC5成分を伴わない対照抗体と比べ、脳の取込みが10~15倍改善されることを示した。本発明者らは、ここで、脳内皮細胞への抗体の結合を改善することに繋がるFC5の相補性決定領域内の特異的変異を同定した。具体的には、変異体D56K、N57D、F59I、F59L、及びT105Kは、SV-ARBEC及びHBECの両方において改善された結合を明らかにした。同じ変異体は、FC5-H7(ヒト化FC5)と比べて、Papp値の33~448%の範囲の増加という改善を示し、このことは、インビトロBBBモデルを超える輸送のそれらの割合の改善を指摘している。Fcに融合される場合、ほとんどの変異体は、FC5-Fcと比べてSV-ARBECへの改善された結合を維持し、且つFC5-H7-Fc融合体と比べて、より高いPapp値を示した。これらの結果は、CDRへ導入された特異的変異は、親和性の改善及びインビトロにおける増強されたBBB横断を生じることを示唆している。更に、抗体断片の脳への送達について試験された選択された変異体は、脳レベルの1.5~3倍の増加を示し、これはFC5-H7-Fc構築体と比べて、より良い脳浸透及びより高い脳レベルを明らかにしている。
本発明は、以下の実施例において更に例証されるであろう。しかしこれらの実施例は、単に例証目的であり、いかなる方式においても本発明の範囲を限定するために使用されてはならないことは理解されるべきである。
実施例1:CDR変異ライブラリーの設計
FC5の配列(配列番号:16)を基に、抗体のCDR内の単独の点変異を、性能を向上するように、設計した。FC5のCDRコンフォメーションのモデリングした3D-構造を使用し、sdAb変異体の構築の情報をもたらした。
ラクダ科の動物VHの3D-構造モデリング。FC5 VHに類似している鋳型構造を、タンパク質データバンク(PDB)に対するBLAST検索を用いて、同定した。FC5 VHの3D構造は、鋳型として、2X1O|A(PDBコード|Chain ID)構造を基に、ホモロジーモデリングを用いて、近似した。次にFC5 VH構造を、FC5配列へ鋳型構造を変異することにより、構築し;これは、様々な位置に32の変異を含んだ(CDR中26及びフレームワーク領域中6)。次に、FC5 VHモデルを、AMBER力場によるエネルギーの最小化及び制約の段階的放出により精緻化し、最初に緩和したCDRループから、最後のステージでのみ完全に緩和しているフレームワーク領域の主鎖重原子へ、位置を評定した(ranging)。次にVHモデルのCDR-H3ループを、モンテカルロ最小化(MCM)立体構造サンプリングにより精緻化し、ここでCDR-H3領域中の二面角は、エネルギー最小化の前にサンプリングされた。
この作業のための選択されたヒト化されたフレームワークは、FC5-H7のそれ(配列番号:17)であり、これは低い予測される免疫原性、高い生成収量、及び上昇した熱安定性の最適なバランスを明らかにした。ヒト化されたFC5-H7は、その内容が引用により本明細書中に組み込まれている、PCT出願PCT/IB2017/054036に記載されたように、構築され且つ作製された。
FC5 CDRは、29残基を含み:CDR1(残基26-35、配列番号:16)に7、CDR2(残基50-66、配列番号:16)に10、及びCDR3(残基99-111、配列番号:16)に12。変異は、CDRにおいて構造上の役割を果たすようには見えない、溶媒-接近可能な残基に集中された。以下の変異が、FC5-H7へ導入するために選択された:D56K、N57D、F59I、F59L、及びT105K。
実施例2:ライブラリー構築及びプラスミド作製
実施例1において同定した単独の変異を、FC5-H7配列へ導入した。
単独点変異体に関するcDNA配列を作製するために、各々好ましい大腸菌コドンを、点変異体のために使用し、且つFC5-H7のcDNA配列内に埋め込んだ。全ての変種を、His5タグ及びc-mycタグを持つ融合体において発現させ、各々、HiTrap Chelating(商標)カラムを使用する固定された金属アフィニティクロマトグラフィーによる精製、及び免疫化学による検出を可能にした。
簡単には、sdAb FC5-H7をコードしているDNA(配列番号:17)又は点変異体を、プラスミドpSJF2HのBbsI/BamHI部位へクローニングし、FC5の発現ベクターを作製した(Muruganandamら、2002)。これらのDNA構築体を、プライマーfdTGIII、5’-GTGAAAAAATTATTATTATTCGCAATTCCT-3’(配列番号:18)及び96GIII、5’-CCCTCATAGTTAGCGTAACG-3’(配列番号:19)を使用する、373A DNAシークエンサーストレッチ(PE Applied Biosystems)上でのヌクレオチド配列決定により、確認した。
実施例3:318 FC5-H7 CDR変異体の非常に小規模な発現及び精製
実施例2において作製したプラスミドを、大腸菌細胞へクローニングし、発現させ、且つ小規模で精製し、各クローンの性能を評価した。
タンパク質発現:CDR-変異した変種を、実施例2に説明したように、合成し、且つpSJF2Hへ直接クローニングした。引き続き、50ngのDNAを、5μlのZymo Research Mix and Goエレクトロ-コンピテントTG1大腸菌(Cadarlane)へ、4℃で10分間形質転換し、次に2YT培地100μlを添加した(1L中にトリプトン16g、酵母抽出物10g、及びNaCl 5g)。クローンを、6ウェル2YT寒天プレート+100μg/mlアンピシリン上で選択し、32℃で一晩成長させ、その後37℃で3~4時間成長させた。培養物を、2YT/glu/amp(100μg/mlアンピシリン及び0.1%グルコースを補充した2YT培地)5mlへ接種し、Kingfisher 24ウェル深型プレートにおいて、37℃、250rpmで成長させた。タンパク質発現を、IPTGの最終濃度1mMとなるような添加により、OD600の0.4~0.5で誘導した。培養物を、37℃、250rpmで一晩成長させた。細菌を、プレート遠心分離、3000rpmで15分間により、ペレット化した。上清を廃棄し、ペレットを、-80℃で20分間凍結させた。部分的に解凍したペレットを、溶解緩衝液(100ml中に、0.1M Hepes pH7.5、10ml FastBreak(Fisher)、1×EDTAプロテアーゼインヒビター錠(Roche)、200μl DNase(Sigma)を補充した1×PBS)の1ml中に再懸濁させ、250rpmで30分間溶解した。これらのプレートを、3000rpmで15分間遠心し、上清を、Kingfisher精製用の新たな24ウェル深型プレートへ移した。Pure Proteomeニッケル磁気ビーズ(Millipore)を、400×gで1分間遠心し、次に緩衝液A(500mM NaCl;10mM Hepes pH7.5)の40mlで洗浄し、再度遠心し、次に最終容積10ml中に再懸濁した。調製したビーズの容積200μlを、発現されたc-myc/His-デュアルタグ付きVH単一ドメイン抗体変種を含むKingfisher 24ウェル深型プレートへ添加し、270rpmで30分間インキュベーションした。
KingFisher(商標)フレックス磁気粒子プロセッサ精製:洗浄緩衝液プレート(500mM NaCl、10mM Hepes pH7.5、及び10mMイミダゾール、2ml/ウェル)、溶出緩衝液プレート(500mM NaCl、10mM Hepes pH7.5、及び300mMイミダゾール、300μl/ウェル)、収集緩衝液プレート(50mM EDTA、0.5ml/ウェル)、24ウェルチップコーム(VWR)、及びc-myc/His-デュアルタグ付きVH単一ドメイン抗体/ニッケル磁気ビーズを含むKingfisher 24ウェル深型プレートを、KingFisher(商標)フレックス磁気粒子プロセッサに挿入した。この精製プロトコール(最適化されたHiba_KF)を、以下の工程で開始した:試料プレートからのビーズの収集-中速で1分間の洗浄-ビーズ収集-中速で5分間の混合による、溶出-ビーズ収集-ビーズのEDTAへの放出、及びホームへの戻し(drive home)。最終濃度2mMのEDTAを、各タンパク質溶出プレートへ添加し、その後4℃で貯蔵した。Mirrorball(登録商標)高感度マイクロプレートサイトメトリーによる細胞結合分析及び親和性ランキングのための調製において、試料を、96-ウェルSephadex G-25脱塩プレート(GE Healthcare)へ移し、イミダゾールを除去し、精製したVH単一ドメイン抗体をPBSの250μl+EDTA 0.5mMへ、緩衝液交換した。タンパク質純度を、ミニ-プロテインTGX 4-20%無染色SDS-Pageゲルにより評価し、Bio-Rad Gel Dock(商標)EZシステムによりバンドを可視化した。タンパク質濃度を、Nanodropにより測定した。
実施例4:親和性-改善されたFC5変種の最初の選択
FC5変異体の選択戦略は、Mirrorball(登録商標)結合アッセイ(下記参照)を用い、少量で発現された全ての変種のスクリーニングを基にした。最初のスクリーニングラウンドは、ラットの脳内皮細胞SV-ARBECにおいて行った。次にSV-ARBECへの最良の結合親和性を持つクローンを、同じ結合アッセイを用い、SV-ARBEC及びヒト脳内皮細胞(HBEC)の両方における結合について再度試験した。
Mirrorball(登録商標)高感度マイクロプレートサイトメトリー(TTP Labtech):全ての緩衝液及び試薬は、4℃で予め冷却した。各sdAb変異体を、0.5×PBS/2.5mM EDTAと、Mirrorballアッセイ緩衝液-生存細胞造影溶液、LCIB(Invitrogen、140mM NaCl、2.5mM KCl、1.8mM CaCl、1.0mM MgCl、20mM Hepes、pH7.4、mOsm=300)の1:1の緩衝液の混合液中で、1000nMの出発濃度に希釈した。LCIBと、0.5×PBS/2.5mM EDTAの1:1混合液の容積20μlを、各384ウェルMirrorballアッセイプレート(Corning 3712)の全てのウェルに添加し;但し、1000nM被験VH抗体40μlを入れたA行を除いた。連続希釈物を、Mirrorball 384ウェルアッセイプレート内に各被験変種について調製した。16-チャネルFinnピペット(Thermo Scientific)を使用し、VH抗体20μlを、A行-1-24列から、B行-1-24列へ移し、8×混合し、次にVH抗体20μlをB行-1-24列から、C行-1-24列へ移し、8×混合した。希釈を、G行-1-24列まで繰り返し、各変異体について、7ポイント曲線を作製した。被験VH抗体変種(1000nM)の第二セットを、I行-1-24列へ添加し、この希釈プロトコールを、O行-1-24列まで繰り返した。H行-1-24列は、各プレート上で、参照FC5-H7 VH単一ドメイン抗体のために確保した。P行-1-24列は、抗体を受け取らず;これは、関心対象の細胞に付随する(secondary)非特異的結合のための、バックグラウンド対照であり;従って、48の変種を、各384ウェルMirrorballアッセイプレート上で試験することができる。不死化した成体ラット脳微小血管の内皮細胞(SV-ARBEC)及び/又はヒト微小血管の脳内皮細胞(HBEC-D3)を、Accutase溶液(Sigma Aldrich)中で解離させ、単一細胞集団を作製した。細胞を、LCIB中で洗浄し、次に、200×gで、5分間遠心分離し、ペレットとした。洗浄緩衝液を除去し、細胞ペレットを、LCIBの1mL中に再懸濁した。細胞数を、トリパンブルー色素により、Bio-Rad TC20自動細胞カウンターを用いて計測し、生存度を評価した。これらの細胞を、LCIB 1ml中350,000個生存細胞に希釈した。Draq 5核染色(2uM、Cell Signaling)を補充した蛍光コンジュゲートc-myc Alexa 488検出抗体(1600ng/ml、Santa Cruz Biotechnology)を、LCIBアッセイ緩衝液中に調製した。細胞及び二次検出/Draq 5溶液を、1:1で混合し、3500個細胞を含有する溶液20μlを、Mirrorball 384ウェルアッセイプレートの各ウェルに添加し;これは既に、最終濃度500、250、125、62.5、31.25、15.63及び7.81nMを生じる、7ポイント希釈シリーズの各VH抗体変種を含んでいた。全てのプレートは、4℃で2時間及び20時間インキュベーションした。読み取りは、以下の設定で、Mirrorball高感度マイクロプレートサイトメトリーを用い、各時点で行った:
レーザー設定:488及び可能なら640、6.0mW
チャネル設定:FL-2(488-540nm)電圧600、感度4、Tiffファイルセーブド、並びにFL-4(650-690nm)電圧600、感度4、トリガー4、Tiffファイルセーブド
オブジェクト特徴:FL-2(ピーク強度、平均強度、総強度、及びベースライン)、並びにFL-4(ピーク強度、平均強度、総強度、及びベースライン)
集団定義:オブジェクト-セルフィルター(FL-4周辺長範囲0-500nm、並びにFL-2平均強度範囲0-15000)
集団統計:オブジェクト:オブジェクトの数、オブジェクト:平均(FL-2ピーク、平均、総強度及び周辺長)、並びにオブジェクト:平均FL-2ベースライン。オブジェクト:中央値(FL-2ピーク、平均、及び総強度)、オブジェクト:平均(FL-4ピーク、平均、総強度及び周辺長)、並びにオブジェクト:平均FL-4ベースライン。オブジェクト:中央値(FL-4ピーク、平均、及び総強度)セル:オブジェクトの数、セル:平均(FL-2ピーク、平均、及び総強度)、並びにセル:平均FL-2ベースライン。セル:中央値(FL-2ピーク、平均、及び総強度)セル:平均(FL-4ピーク、平均、及び総強度)、並びにセル:平均FL-4ベースライン。セル:中央値(FL-4ピーク、平均、及び総強度)。
残っている生存細胞材料を、アッセイプレートに隣接するよう4℃でインキュベーションし、そのため細胞生存度は、2時間及び20時間の両方の時点でモニタリングすることができた。318変種全てが関心対象のSV-ARBEC及びHBEC-D3の両細胞株においてスクリーニングされるまで、Mirrorballアッセイ手順を、全てのVH単一ドメイン抗体について繰り返した。データは、Cellistaソフトウェア(TTP Labtech)及びGraphPad Prism 6ソフトウェアのプログラムにより解析した。
一部のクローンは、SV-ARBECに対し、FC5と比べて、結合を示さないか、又は低い結合を示した。改善された結合を示すクローンを、前述のように、SV-ARBEC細胞及びHBEC細胞の両方における更なる試験のために選択した。図4は、SV-ARBEC細胞及びHBEC細胞における、48クローンの結合曲線を示す。
実施例5:インビトロBBBモデルを超えるFC5-H7 CDR変種の輸送
SV-ARBEC細胞及びHBEC細胞の両方において改善された結合を明らかにしている実施例4において同定した48のクローンの最高の候補を、インビトロBBB透過性アッセイにおいて、Papp決定のために単独の時点を使用し、スクリーニングした。変種の定量は、MRM-ILISを用いて行った。
SV40-不死化した成体ラット脳内皮細胞(SV-ARBEC)を使用し、文献に記載されたようなインビトロ血液-脳関門(BBB)モデルを作製した(Garbergら、2005;Haqqaniら、2012)。Sv-ARBEC(80,000個細胞/メンブレン)を、成長培地1ml中の、0.1mg/mLラット尾I型コラーゲン-コートされた組織培養インサート(細孔サイズ-1μm;表面積0.9cm、Falcon)上に、播種した。このインサート集成体のボトムチャンバーは、不死化した新生児ラットの星状膠細胞-馴化培地を1:1(v/v)比で補充した成長培地2mlを含んだ。等モル量(5.6μM)の陽性対照(FC5)又は陰性対照(A20.1、クロストリジウム・ディフィシレ(Clostridium・difficile)毒素A結合VH;並びにEG2、EGFR結合VH)、FC5、FC5-H7及び実施例4由来の29の点-変異体を、ラットのインビトロBBBモデルを横断するそれらの能力について試験した。BBBの管腔側への等モル量のsdAbの曝露後、試料を、管腔の反対側から、15、30及び60分後に採取した。次に各試料のsdAb含量を、質量分析(マルチ反応モニタリング-アイソタイプラベルした標準;MRM-ILIS)により定量した。
MRM-ILIS:これらの方法は全て、Haqqaniらの文献(2012)に説明されている。簡単には、VHに関するSRM(選択された反応モニタリングはまたマルチ反応モニタリング(MRM)としても公知)アッセイを開発するために、各VHを最初に、nanoLC-MS/MSにより、データ依存型取得(acquisition)を使用し、解析し、イオン化可能なペプチド全てを同定した。各ペプチドに関して、3から5の最も強いフラグメンテーションを、選択した。最初のSRMアッセイは、これらのフラグメントを、消化物のアトモル(attomole)量(約100~300amol)でモニタリングするために開発した。低量で再現可能な強度比を示すフラグメント(すなわち、より高量と比べ、ピアソンr2≧0.95を有する)を、安定しているとみなし、且つ最終SRMアッセイのために選択した。アッセイの更なる最適化のために、各ペプチドの溶出時間も含み、近いm/z(質量対電荷比)及び溶出時間を有するペプチドを選択しないよう注意した。
細胞培地又は体液(血清もしくは脳脊髄液(CSF))中のVHの典型的マルチプレックス化したSRM分析は、既知量のILISのスパイキング(0.1~10nM)、それに続く100-400ngのCSFもしくは培養した培地タンパク質(0.3-1μL)又は約50-100ngの血清タンパク質(1-3ナノリットル)の、nanoLC-MSシステムへの注入が関与している。各標的ペプチドイオンのプレカーサーm/zは、標的の特定の溶離時間で、イオントラップにおいて選択され(及び残りの無関係のイオンは、廃棄された)、引き続き衝突誘起解離(CID)フラグメンテーション、及び検出器によりモニタリングするためのイオントラップにおける所望のフラグメントイオンのみの選択が続く。定量分析のために、LTQ(ThermoFisher)により作製された生ファイルを、標準質量分析データフォーマットmzXMLへ変換し、且つ強度は、MatchRxソフトウェアの改変版であるQ-MRMと称する研究室内のソフトウェア(Quantitative-MRM;Haqqaniら、2012参照)を用いて抽出した。各VHに関して、抽出されたイオンクロマトグラムを、全溶離時間にわたるフラグメントm/zの0.25Da以内の組合せ強度からなる、そのフラグメントイオンの各々について作製した。各フラグメントに関する最終強度値を得るために、予想された保持時間の0.5分以内の全ての強度を、合計した。VHは、そのペプチドの少なくとも1つのフラグメントが、予想される強度比を示した場合に、試料中の検出可能なものとして規定し、すなわち最終強度値は、その対応する純粋なVHの最終強度値と比べ、強力なピアソン相関r≧0.95及びp<0.05を示した。
Hの混合物を含有する試料(培地、血清、CSF)は、先に説明されたように、還元し、アルキル化し、且つトリプシン消化した(Haqqaniら、2012;Gergovら、2003)。これらの消化物(トリプシンペプチド)は、酢酸により酸性とし(最終濃度5%)、且つLTQ XL ETD又はLTQ Orbitrap ETD質量分析計(ThermoFisher、ウォルサム、MA)と組合せた逆相nanoAcquity UPLC(Waters、ミルフォード、MA)上で分析した。試料の所望のアリコートを、注入し、且つ300μm I.D.×0.5mm 3μm PepMaps C18トラップ(ThermoFisher)上に負荷し、次に勾配0%~20%アセトニトリル(0.1%ギ酸中)で1分間、20%~46%で16分間、及び46%~95%で1分間を、流量400nL/分で使用し、内径100μm×10cm 1.7μm BEH130C18 nanoLCカラム(Waters)上に溶離した。溶離したペプチドを、ペプチドイオンのフラグメンテーションのためのCIDを用い、MS/MS及びSRM分析のためのエレクトロスプレーイオン化(ESI)により質量分析計へイオン化した。CIDは、規準化された衝突エネルギー35%及び活性化時間30ミリ秒(ms)で、衝突ガスとしてヘリウムにより実行した。線形イオントラップへのイオン注入時間は、自動ゲイン制御(AGC)標的値6×10及び最大集積時間200ミリ秒を使用し、この装置により調節した。
FC5-H7 CDR変異性変種の検出及び定量に使用した具体的ペプチドは、表1に示している。
表1. 選択されたFC5-H7 CDR変異性変種のnanoLC-SRM検出において使用したペプチド。記載した様々な試験において、アッセイは、同じ試料の同時モニタリングのために、異なる組合せで多重化した。各ペプチドのSRMアッセイの検出及び定量の限界は、1.5~2.5ng/mlの範囲であった。1ng/mLは、VHの約60~70pMに相当する。A20-1は、Hussackら(2011b)が説明したものである。(a)重ラベルしたペプチド。
Figure 0007186940000001
見かけの透過性係数の決定:定量された値は、直接プロットされ得るか、又はPapp(見かけの透過性係数)値は、所定の式により決定され[Qr/dt=レシーバーコンパートメント中の累積量 対 時間;A=細胞単層の面積;C0=投与溶液の初期濃度]、プロットされ得る。Papp値は、分子のBBBを横断する能力を決定するために、通常使用される。Papp値は、脳内皮単層を超える化合物の特異的透過性の測定である。
FC5-H7と比べ類似の又はより高いPapp値を持つ変種に関するスクリーニング結果は、図6に示している。これらの12-15クローンは、次に前述のようなBBB透過性アッセイ(完全な時間経過)における詳細なスクリーニングのために、再発現した。いくつかのFC5-H7の単独CDR変異性変種は、FC5-H7と比べ、Papp値の有意な増加を示し、これはそれらのインビトロBBBモデルを超える輸送の割合の改善を指摘している。注目すべきは、変異体D56K、N57D、F59I、F59L、及びT105Kは、各々、FC5-H7と比べて、37%、268%、448%、315%、及び33%より高いPapp値を示した(図6)。これらの変種のSV-ARBECへの結合親和性と、同じ細胞を使用するインビトロBBBモデルにおけるそれらのトランスサイトーシス(BBB-横断)の間には、明らかな相関は存在しなかった。
実施例6:FC5変種-Fc構築体の発現及び精製
ヒトIgG1 Fc断片(配列番号:29)のN-末端へ融合した、FC5変種FC5、FC5-H7、D56K、N57D、F59I、F59L、及びT105K VHを含む構築体(図7)を、調製し、発現し、且つ精製した。
FC5変種cDNAを、ヒトFc断片を含む哺乳動物の発現ベクターpTT5(Durocher、2002)へ、クローニングした。両方ともF17培地中に作製された、187.5μgのpTT5-IR5mFc2b、56.25μgのpTT-AKTdd(プロテインキナーゼBの活性化された変異体)、18.75μgのpTTo-GFP(トランスフェクション効率をモニタリングするため)、及び112.5μgのサケ精巣DNA(Sigma-Aldrich)を含有する、プラスミドDNA溶液25ml;並びに、1.125mgのPEIproTM(PolyPlus Transfection)を含有するPEI溶液25mlを混合することにより、生じるベクターのポリプレックスを、予め形成した。この混合物を、10分間インキュベーションし、その後細胞培養物に添加した。切断型EBNA1タンパク質(CHO-3E7)を安定して発現し、且つF17培地(Invitrogen)において成長させた、CHO細胞の培養物450mlを、ポリプレックス50mlによりトランスフェクションした。トランスフェクションの24時間後、培養物に、40%(w/v)トリプトンN1(Organotechnie)溶液12.5ml及び200mMバルプロ酸溶液1.25mlを供した。トランスフェクションの8日後、培養物を収集し、遠心分離により透明化した。透明化された培地を、0.22μmメンブレンを通して濾過し、その後それを、プロテイン-A MabSelect SuRe樹脂(GE Healthcare)5mlを充填したカラムへ適用した。装加後、カラムを、5倍容積のリン酸-緩衝食塩水pH7.1(PBS)により洗浄し、抗体を、100mMクエン酸ナトリウム緩衝液pH3.0により溶出した。溶出した抗体を含有する画分を、プールし、且つPBS中で平衡とした脱塩Econo-Pacカラム(BioRad)上に装加することにより、緩衝液交換を行った。次に脱塩された抗体を、Millex GP(Millipore)フィルターユニット(0.22μm)を通過させることにより、滅菌濾過し、且つアリコート化した。
実施例7:Fc-融合したFC5-H7 CDR変種の脳内皮細胞への結合
Fc-融合したFC5 CDR変種(FC5、FC5-H7、D56K、N57D、F59I、F59L、及びT105K;実施例6)のラット(SV-ARBEC)、ヒト(HBEC-D3)及び非-ヒト霊長類(CynoBEC)の脳内皮細胞への結合を、実施例4に記載したように、Mirrorball(登録商標)高感度マイクロプレートサイトメトリー(TTP Labtech)を用いて評価した。
結果を、図8に示す。変種N57D、F59I、F59LのFc融合体は、FC5-Fc又はFC5-H7-Fcのいずれかと比べ、3つの種(ラット、ヒト、cyno)全てに由来する脳内皮細胞への改善された結合を示した。結果は、FC5及びFC5-H7並びにその変異された変種の種の交差反応性を示す。
実施例8:Fc-融合したFC5-H7 CDR変種のインビトロBBBモデルを超える輸送
実施例6からのFc-融合したFC5-H7 CDR変異性変種(FC5、FC5-H7、D56K、N57D、F59I、F59L、及びT105K)は、血液-脳関門を移行するかどうかを評価するために、実施例5に記載したようなインビトロにおけるアッセイ及び定量法を、使用した。
図9に示したように、ヒトFcへ融合したD56K、N57D、F59I、F59L、及びT105K変種は、FC5-H7-Fc融合体と比べ、31%、39%、69%、25%及び92%より高いPappを示した。これらの結果は、選択されたFC5 CDR変異体に関する親和性の改善は、インビトロにおいて増強されたBBB横断を生じること;親和性及びBBB横断の両方の改善は、変種が、一価のVHフォーマットである場合、従ってこれらが二価のFc融合フォーマットで発現される場合に、より顕著であることを示唆している。Fc融合フォーマットにおいて変種F59I及びT105Kを、インビボ試験のために選択した。
実施例9:CSF及び血漿におけるFC5 CDR変種s-Fc融合体の薬物動態
FC5-H7変異性変種F59I及びT105KとのFc融合体は、脳へ、具体的には脳脊髄液(CSF)へ横断することができるかどうかを決定し、並びにCSF及び血清中のその存在を定量するために、インビボアッセイを行った。
大槽CSFの複数の試料採取のために使用した技術は、先に説明した方法(Huangら、1995;Kornhuberら、1986)の改変により、NRCで開発した。全ての動物は、Charles River Laboratories International社(ウィルミントン、MA、米国)から購入した。動物は、12時間の明/暗サイクルで、温度24℃、相対湿度50±5%で、3群で飼育し、且つ飼料及び水は自在摂取させた。全ての動物手順は、NRCのAnimal Care Committeeにより承認され、且つCanadian Council of Animal Care指針を順守した。雄のWistarラット、年齢8~10週齢(体重範囲230~250g)を、全ての試験に使用した。
全ての実験において、被験抗体(FC5-H7変異体Fc-融合体)を、等モル投与量(7mg/kg)で、尾静脈へ静脈内投与した。CSF試料収集は、大槽から、96時間にわたる最大5回の針穿刺により行った。試料収集に関して、ラットを、3%イソフルランにより短時間で軽く麻酔をかけ、頭部を45°の角度で下向きに回転させながら、定位固定フレームに配置した。後頭頂部から始まる耳の間に2cmの正中切開を行い、筋肉を剥離し、大槽を覆っている硬膜を露出した。1ml注射器に装着したチューブをつけた27G翼状針(QuickMedical、カタログ番号SV27EL)を使用し、硬膜を穿刺し、CSFの~20μlを吸引した。次にCSFを、試料用ガラスバイアル(Waters、カタログ番号186000384c)へ移し、且つ更なる分析まで、-80℃のフリーザーに入れておいた。
血液試料を、尾静脈から、市販のチューブ(BD microtainer、カタログ番号365956)中に、収集した。室温で15~30分間凝固させた後、凝血塊を1100rcf(3422rpm)で10分間の遠心分離により除去し;その後、血清を、清浄なガラスバイアル(Waters、カタログ番号186000384c)へ移し、ドライアイス上で凍結させ、更なる分析まで、-80℃で貯蔵した。収集の最後に、ラットは、心穿刺により屠殺した。血液及びCSFのPK分析は、WinLin 6.0プログラムを使用し、行った。
血清及びCSF試料は、表1に示したペプチド署名を用い、実施例5に記載したような、質量分析及びnanoLC-SRMベースの定量により分析した。
CSF収集は、その間にCSFは容易に血液と夾雑され得る繊細な手順である。VHの量は、血液よりもCSF中で遙かに少ない(<0.1%)と予想されるので、血液のわずかな夾雑も、個々のCSF試料の値をひどく損なう。従って、血液-夾雑したCSF試料に関する厳密な除外基準を開発することが必要である。血液-CSFアルブミン比を評価するために、nanoLC-SRM法を、血漿及びCSF中のアルブミンレベルの定量のために、開発した。マルチプレックスアッセイにおける他のペプチドのピークとの干渉を最小にするために、アルブミンペプチドAPQVSTPTLVEAAR(配列番号:28)を、その独自の保持時間及びm/z値(Mol Pharm)を基に選択した。このペプチドの強度は、前述のようなSRMを用い、CSF及び血漿の両試料において、定量した。アルブミン比は、各ラットについて下記のように計算した:
アルブミン比=分析した血漿1nL当たりの強度/分析したCSFの1nL当たりの強度
1500及びそれ以下の比は、血液が夾雑したとみなした。
結果は、図10及び表2に示している。各分子に関するCSF/血清の曲線下面積(AUC)比は、96時間の期間にわたる変種のCSFの「曝露」の指標であった。FC5変異性変種を保持するFc-融合体分子の各々は、対照VH-Fc融合体分子(A20.1Fc)と比べ、より高い(15~35倍)CSF曝露を示した。更に、T105K-Fc、D56K-Fc及びN57D-Fcは、増大したCSF曝露を示した(~2倍)のに対し、F59L-Fcは、親FC5H7-Fcと比べ同様のCSF曝露を示した。これらの結果は、FC5-H7のCDR変異性変種は、インビボにおいて同じ又は改善したCSF曝露プロファイルを有することを、確立した。特に、T105K-Fc、D56K-Fc、及びN57D-Fcはまた、ラットのインビトロBBBモデルにおいて、改善されたBBB横断特性も明らかにし(図9)、これは観察されたインビボにおける増強されたCSF曝露と一致している。
Figure 0007186940000002
実施例10.全身投与後のFc-融合したFC5-H7 CDR変異体の脳レベル
個別の実験において、FC5-H7-Fc、F59I-Fc、T105K-Fc、D56K-Fc、N57D-Fc、F59L-Fc及びA20.1-Fcを、各7mg/kgで、尾静脈を介した静脈内注射により投与し、24時間循環させた。その後ラットを、脳の特異的潅流を促進するために、ヘパリン添加(100U/ml)食塩水10mlで、左総頸動脈を介して、速度1ml/分で、十分に潅流した。その後脳を摘出し、50mMトリス-HCl pH8、150mM NaCl及びプロテアーゼインヒビターカクテル(Sigma-Aldrich、オークビル、ON)を含有する氷冷したホモジナイゼーション緩衝液中で、Dounceホモジナイザーを用いホモジナイズした(4℃で10-12ストローク)。次に試料を、各4℃で10秒間を3回音波処理し、不溶性物質を、除去した(10,000×gで10分間、4℃)。上清を、タンパク質含量について分析し、約0.5μgのタンパク質を、実施例5に説明した方法及び表1に示したペプチド署名を使用する、SRM分析に使用した。
結果は、図11に示している。全てのFc-融合したFC5変異性変種(FC5-H7-Fc、F59I-Fc、T105K-Fc、D56K-Fc、N57D-Fc、F59L-Fc)は、対照物質A20.1Fcと比べて、投与後24時間で、有意により高い(6~15倍)脳レベルを有した。親FC5-H7-Fc変種と比べて、CDR変異性変種T105K-Fc、D56K-Fc及びN57D-Fcは、同じ投与量での投与後24時間で、およそ2倍より高い脳レベルを示した。F59I-Fc及びF59L-Fcは、FC5-H7-Fcと類似の脳レベルを有した。これらの結果は、FC5-H7の一部の変異性変種は、親変種と比べ、より良い脳浸透を示し、且つより高い脳レベルを達成したことを明らかにした。これらの結果はまた、脳内皮細胞への改善された結合親和性は、インビトロ又はインビボのいずれかにおいて選択された変種の改善されたBBB横断及びより高い脳曝露を予測するには十分ではないことも明らかにした。例えば、変種N57D、F59I及びF59Lは、ラット脳内皮細胞への類似の結合特性、及びT105K及びD56Kよりもより高い親和性結合を有するが、依然N57D及びT105Kは、インビボにおける最良のBBB横断及び脳曝露を示した。
本明細書記載の実施態様及び実施例は、例証であり、請求項のように本発明の範囲を限定する意味はない。代替、変更及び同等物を含む、前述の実施態様の変動は、請求項により包含されることが、本発明者らにより意図される。更に、特徴の考察された組合せは、本発明の解法に不可欠ではない。
Figure 0007186940000003
Figure 0007186940000004
Figure 0007186940000005
参考文献
本明細書および本出願全体を通して参照されるすべての特許、特許出願および刊行物は、参照により本明細書に組み込まれる。
Figure 0007186940000006
Figure 0007186940000007
Figure 0007186940000008
Figure 0007186940000009
Figure 0007186940000010

Claims (18)

  1. 単離又は精製された抗体断片であって
    相補性決定領域(CDR)1配列: GFKITHYTMG(配列番号:1)
    CDR2配列: RITWGGXTXYSNSVKG(配列番号:2)ここで、XはD又はKであり、XはN又はDであり、及びXはF、I又はLである);並びに、
    CDR3配列: GSTSTAXPLRVDY(配列番号:3)ここで、XはT又はKである)
    を含み;
    ここで、位置X、X、X又はXのアミノ酸残基の少なくとも1つは、配列番号:16のCDR2(配列番号:4)又はCDR3(配列番号:10)の対応する残基とは異なるものであって
    CDR1配列:GFKITHYTMG(配列番号:1)、CDR2配列:RITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)、及びCDR3配列:GSTSTAKPLRVDY(配列番号:9);
    CDR1配列:GFKITHYTMG(配列番号:1)、CDR2配列:RITWGGKNTFYSNSVKG(配列番号:5)、及びCDR3配列:GSTSTATPLRVDY(配列番号:10);
    CDR1配列:GFKITHYTMG(配列番号:1)、CDR2配列:RITWGGDDTFYSNSVKG(配列番号:6)、及びCDR3配列:GSTSTATPLRVDY(配列番号:10);
    CDR1配列:GFKITHYTMG(配列番号:1)、CDR2配列:RITWGGDNTIYSNSVKG(配列番号:7)、及びCDR3配列:GSTSTATPLRVDY(配列番号:10);又は、
    CDR1配列:GFKITHYTMG(配列番号:1)、CDR2配列:RITWGGDNTLYSNSVKG(配列番号:8)、及びCDR3配列:GSTSTATPLRVDY(配列番号:10)
    を含み、哺乳動物の脳内皮細胞の表面に結合する、単離又は精製された抗体断片。
  2. CDR2が、RITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)、RITWGGKNTFYSNSVKG(配列番号:5)、RITWGGDDTFYSNSVKG(配列番号:6)、RITWGGDNTIYSNSVKG(配列番号:7)、及びRITWGGDNTLYSNSVKG(配列番号:8)からなる群から選択され;但しCDR2配列がRITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)である場合、CDR3は、GSTSTATPLRVDY(配列番号:10)ではないことを条件とする、請求項1に記載の単離又は精製された抗体断片。
  3. CDR3が、GSTSTAKPLRVDY(配列番号:9)又はGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)であり;但しCDR3配列がGSTSTATPLRVDY(配列番号:10)である場合、CRD2は、RITWGGDNTFYSNSVKG(配列番号:4)ではないことを条件とする、請求項1に記載の単離又は精製された抗体断片。
  4. 以下からなる群から選択される配列を含む、請求項1~のいずれか一項に記載の単離又は精製された抗体断片:
    EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDNTFYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTAKPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:11);
    EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGKNTFYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:12);
    EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDDTFYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:13);
    EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDNTIYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:14);
    EVQLVESGGGLVQPGGSLRLSCAASGFKITHYTMGWFRQAPGKEREFVSRITWGGDNTLYSNSVKGRFTISRDNSKNTLYLQMNSLRAEDTAVYYCAAGSTSTATPLRVDYWGQGTLVTVSS(配列番号:15);及び
    それらと少なくとも90%同一の配列。
  5. 前記抗体断片が、単一ドメイン抗体(sdAb)である、請求項1~のいずれか一項に記載の単離又は精製された抗体断片。
  6. 前記sdAbが、ヒト化されている、請求項に記載の単離又は精製された抗体断片。
  7. 前記抗体断片が、多価ディスプレイフォーマットである、請求項1~のいずれか一項に記載の単離又は精製された抗体断片。
  8. 前記抗体断片が、Fc断片に連結されている、請求項に記載の単離又は精製された抗体断片。
  9. 前記Fc断片が、マウスFc2b又はヒトFc1である、請求項に記載の単離又は精製された抗体断片。
  10. 前記Fc断片が、配列番号:29の配列を含む、請求項に記載の単離又は精製された抗体断片。
  11. 前記単離又は精製された抗体断片が、血液-脳関門を移行する、請求項1~10のいずれか一項に記載の単離又は精製された抗体断片。
  12. 請求項1~11のいずれか一項に記載の単離又は精製された抗体断片をコードしている、核酸分子。
  13. 請求項12に記載の核酸分子を含む、ベクター。
  14. 前記単離又は精製された抗体断片が、表面上に固定されている、請求項1~11のいずれか一項に記載の単離又は精製された抗体断片。
  15. 前記単離又は精製された抗体断片が、カーゴ分子に連結されている、請求項1~11のいずれか一項に記載の単離又は精製された抗体断片。
  16. 前記カーゴ分子が、約1kDa~約200kDaの範囲の分子量を有する、請求項15に記載の単離又は精製された抗体断片。
  17. 前記カーゴ分子が、
    検出物質、治療薬、薬物、ペプチド、成長因子、サイトカイン、受容体トラップ、化合物、糖鎖部分、酵素、抗体もしくはその断片、DNAベースの分子、ウイルスベクター、又は細胞傷害性物質;
    検出物質、治療薬、薬物、ペプチド、酵素、抗体もしくはその断片、DNAベースの分子、ウイルスベクターは細胞傷害性物質を負荷した1又は複数のリポソームもしくはナノ担体;あるいは、
    1又は複数のナノ粒子、ナノワイヤ、ナノチューブ、もしくは量子ドット
    である、請求項15又は16に記載の単離又は精製された抗体断片。
  18. 請求項1~11及び1417のいずれか一項に記載の1又は2以上の単離又は精製された抗体断片、並びに医薬的に許容し得る担体、希釈剤、又は賦形剤を含有する組成物。
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