JP7401608B2 - 活性型mmp-9結合ペプチド - Google Patents

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Description

本発明は、ペプチド、ポリヌクレオチド、ベクター、細胞、ペプチドの製造方法、かかる方法により得られるペプチド、ペプチドを含む組成物、ペプチドを含む医薬組成物、ペプチドを含む各種疾患の治療又は予防のための該医薬組成物、各種疾患の治療又は予防のためのペプチドの使用、ペプチドを投与する工程を含む各種疾患の治療方法、ペプチドを含む各種疾患の診断又は検査のための組成物等に関する。
Matrix metalloproteinase-9(MMP-9)はメタロプロテアーゼ(Clan MA, family M10)であり、N末のプロペプチド、亜鉛イオンを配位した酵素活性ドメイン、基質との結合に関与するフィブロネクチンII型ドメイン、C末のHPXドメインから構成される(非特許文献1)。MMP-9は非活性型の前駆型MMP-9(pro-MMP-9)として分泌され、MMP-3やプラスミン等のプロテアーゼによるプロペプチドの切断によって、活性型MMP-9(active
MMP-9)へと変換される(非特許文献2、3)。活性型MMP-9はIV型コラーゲンやエラスチン等多くの細胞外マトリックス蛋白質や、IL-1βやIL-8等のサイトカインを基質として切断し、細胞増殖や分化、遊走、アポトーシス等多くの生理作用に関与する(非特許文献4)。
MMP-9の過剰な亢進は組織構築の破壊並びに細胞機能の制御不全を起因とする様々な疾患の発症や増悪に繋がると考えられている。特に、大腸炎をはじめとする多くの炎症性疾患では上皮構造及びバリア機能の破綻並びに炎症反応の持続的な増幅、脳血管障害や大動脈疾患を代表とする血管系疾患では血液脳関門や基底膜の破綻、弾性線維の破壊等、その病態生理に深く関与することが示唆されている。過剰に亢進したMMP-9活性を抑えるMMP-9阻害剤は、MMP-9関連疾患の治療薬になり得ると期待され、これまでに多くのMMP-9阻害剤が取得された。MMPファミリー分子の活性中心のアミノ酸配列は相同性が非常に高いため、MMP-9の酵素活性中心に配位する亜鉛イオンをキレートする低分子化合物は強力なMMP-9阻害活性を示す一方、他のMMPの活性も強く阻害する(非特許文献5)。このような非選択的MMP-9阻害剤を投与した臨床試験では、筋骨格系に重篤な副作用が認められ、開発は中止に至っている(非特許文献6、7)。酵素活性中心を標的とする場合、低分子阻害剤を用いてMMP-9特異的阻害剤を取得することは困難である。
抗体医薬創製技術の進歩に伴い、抗体分子を用いたMMP阻害抗体の取得が試みられており、MMP-9阻害抗体についても報告されている。酵素活性中心に結合する抗体は強力なMMP-9阻害活性を示す一方、MMP-2及びMMP-14阻害活性も示し、MMP-9を特異的に阻害することはできない(特許文献1、2、3、非特許文献8)。また、MMPファミリー分子間のアミノ酸配列相同性が低い領域に結合する抗体は、強力かつMMP-9特異的な阻害活性を示す一方、活性型MMP-9のみならず非活性型の前駆型MMP-9にも結合するため、活性型MMP-9特異的に結合することはできない(特許文献4、5、6、非特許文献9、10)。前駆型MMP-9には結合せず、活性型MMP-9特異的に結合してMMP-9活性を特異的に阻害する抗体も報告されている(特許文献7、8、非特許文献11)が、抗体又はその断片以外の分子量の小さい蛋白質(例えば、免疫グロブリン可変領域を含まない蛋白質又はペプチド)であって、前駆型MMP-9には結合せず、活性型MMP-9特異的に結合してMMP-9活性を阻害するものは知られていない。
SPINK2(Serine Protease Inhibitor Kazal-type 2)は、3つのジスルフィド結合を有するKazal様ドメインであり、trypsin/acrosin inhibitorとして機能する(非特許文献12)が、活性型MMP-9結合活性との関係は明らかにされていない。
WO2004/087042 WO2008/102359 WO2011/092700 WO2012/027721 WO2013/130078 WO2013/130905 WO2016/023972 WO2016/023979
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新規な活性型Matrix metalloproteinase-9(MMP-9)結合ペプチドを提供すること。
本発明は
(1)
配列番号18(図32)で示されるアミノ酸配列を含み、且つ、活性型ヒトMMP-9に結合するが、前駆型ヒトMMP-9には結合しないSPINK2変異体ペプチド、
(2)
活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインに結合する、(1)記載のペプチド、
(3)
ヒトMMP-9の有するプロテアーゼ活性を阻害する、(1)又は(2)記載のペプチド、
(4)
該阻害がMMP-9特異的である、(1)乃至(3)のいずれか一つに記載のペプチド、
(5)
はAsp又はGlyである、(1)乃至(4)のいずれか一つに記載のペプチド、
(6)
はPro、XはGln、並びに、X10はMetである、(1)乃至(5)のいずれか一つに記載のペプチド、
(7)
はArg、Gln、Gly、Trp又はTyr、XはArg、Asp、Gln、Glu、Lys、Met、Ser、Thr又はVal、XはAla、Arg、Asn、Asp、Gln、Gly、Leu、Lys又はVal、XはAla、Arg、Asn、Gly、Ile、Leu又はLys、XはAla、Glu、Gly、Met又はSer、XはAla、Leu又はSer、X11はAla、Gly又はSer、X12はLeu、Phe、Ser又はTyr、並びに、X13はAsn、Asp、Gln、Leu又はLysである、(6)記載のペプチド、
(8)
はArg又はGln、XはArg、Gln、Lys、Thr又はVal、XはArg、Gly又はVal、XはArg、Gly、Ile又はLys、XはGlu又はGly、XはAla又はSer、X11はAla、Gly又はSer、X12はPhe又はTyr、並びに、X13はAsn、Gln又はLysである、(7)記載のペプチド、
(9)
配列番号2乃至6及び8(図16乃至20及び22)のいずれか一つで示されるアミノ酸配列を含む、(8)記載のペプチド、
(10)
はTyr、XはGln、並びに、XはSerである、(1)乃至(5)のいずれか一つに記載のペプチド、
(11)
はArg、Lys、Met又はVal、XはArg、Gln、Lys又はMet
、XはPhe又はTyr、XはGln、Glu又はLys、XはAla又はGly、X10はAsn又はHis、X11はLeu、Lys、Met又はVal、X12はPhe、Ser又はTyr、並びに、X13はAla、Asn、Gln又はLysはGln又はLysである、(10)記載のペプチド、
(12)
はMet又はVal、XはMet、XはTyr、XはLys、XはAla、X10はHis、X11はLys、X12はSer又はTyr、並びに、X13はGln又はLysである、(11)記載のペプチド、
(13)
配列番号7(図21)又は配列番号9(図23)で示されるアミノ酸配列を含む、(12)記載のペプチド、
(14)
配列番号18(図32)で示されるアミノ酸配列のアミノ末端側に、1乃至3個のアミノ酸残基が付加してなるアミノ酸配列、又は、配列番号19(図33)もしくは配列番号20(図34)で示されるアミノ酸配列が付加してなるアミノ酸配列を含む、(1)乃至(13)のいずれか一つに記載のペプチド、
(15)
配列番号18(図32)で示されるアミノ酸配列のカルボキシル末端側に、1乃至6個のアミノ酸からなるアミノ酸配列が付加してなるアミノ酸配列を含む、(1)乃至(14)のいずれか一つに記載のペプチド、
(16)
配列番号2乃至17(図16乃至31)のいずれか一つで示されるアミノ酸配列を含む、(1)乃至(15)のいずれか一つに記載のペプチド、
(17)
3つのジスルフィド結合を有し、ループ構造、αへリックス及びβシートを含むことで特徴付けられる立体構造を有する、(1)乃至(16)のいずれか一つに記載のペプチド、
(18)
(1)乃至(17)のいずれか一つに記載のペプチドに含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド、
(19)
(18)記載のポリヌクレオチドを含むベクター、
(20)
(18)記載のポリヌクレオチド若しくは(19)記載のベクターを含むか又は(1)乃至(17)のいずれか一つに記載のペプチドを産生する細胞、
(21)
下記工程(i)及び(ii)を含む、SPINK2変異体ペプチドの製造方法:
(i)(20)記載の細胞を培養する工程;
(ii)該培養物からSPINK2変異体ペプチドを回収する工程、
(22)
(1)乃至(17)のいずれか一つに記載のペプチドを化学合成又はイン・ビトロ翻訳により調製する工程を含む、該ペプチドの製造方法、
(23)
(21)又は(22)記載の方法により得られるSPINK2変異体ペプチド、
(24)
(1)乃至(17)及び(23)のいずれか一つに記載のペプチドに他の部分が結合してなるコンジュゲート、
(25)
ペプチドである、(24)記載のコンジュゲート、
(26)
免疫グロブリンのFc領域又はその機能断片を含む、(24)又は(25)記載のコンジュゲート、
(27)
下記工程(i)及び(ii)を含む、(24)乃至(26)のいずれか一つに記載のSPINK2変異体ペプチドコンジュゲートの製造方法:
(i)該コンジュゲートに含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含んでなるポリヌクレオチド又は該ポリヌクレオチドが挿入されたベクターを含む細胞を培養する工程:
(ii)該培養物からSPINK2変異体ペプチドコンジュゲート又は該コンジュゲートに含まれるペプチド部分を回収する工程、
(28)
(24)乃至(26)のいずれか一つに記載のSPINK2変異体ペプチドコンジュゲート又は該コンジュゲートに含まれるペプチド部分を化学合成又はイン・ビトロ翻訳により調製する工程を含む、該コンジュゲートの製造方法、
(29)
(27)又は(28)記載の方法により得られるSPINK2変異体ペプチドコンジュゲート、
(30)
(1)乃至(17)及び(23)のいずれか一つに記載のペプチドに結合する抗体又はその機能断片、
(31)
(1)乃至(17)及び(23)のいずれか一つに記載のペプチド、(18)記載のポリヌクレオチド、(19)記載のベクター、(20)記載の細胞、(24)乃至(26)及び(29)のいずれか一つに記載のコンジュゲート、及び/又は、(30)記載の抗体もしくはその機能断片を含む組成物、
(32)
(1)乃至(17)及び(23)のいずれか一つに記載のペプチド及び/又は(24)乃至(26)及び(29)のいずれか一つに記載のコンジュゲートを含む、検査用又は診断用組成物、
(33)
下記工程(i)及び(ii)を含む、活性型MMP-9の検出方法:
(i)(1)乃至(17)及び(23)のいずれか一つに記載のペプチド及び/又は(24)乃至(26)及び(29)のいずれか一つに記載のコンジュゲートを被験試料と接触させる工程;及び
(ii)該被験試料の成分に結合した該ペプチド及び/又はコンジュゲートを測定する工程、
(34)
工程(ii)が該被験試料と接触させた該ペプチド及び/又はコンジュゲートを回収し、該ペプチド及び/又はコンジュゲートに結合した活性型MMP-9の量又は活性を測定する工程である、(33)記載の検出方法、
(35)
(1)乃至(17)及び(23)のいずれか一つに記載のペプチド、(18)記載のポリヌクレオチド、(19)記載のベクター、(20)記載の細胞、並びに/又は、(24)乃至(26)及び(29)のいずれか一つに記載のコンジュゲートを含む、医薬組成物、
(36)
MMP-9関連疾患の治療又は予防のための、(35)記載の医薬組成物、
(37)
MMP-9関連疾患が炎症性・自己免疫性疾患、神経変性疾患、精神疾患、血管系疾患、又は悪性腫瘍である、(36)記載の医薬組成物、
(38)
炎症性・自己免疫性疾患が関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、強皮症、気管支喘息、間質性肺炎、慢性閉塞性肺疾患、潰瘍性大腸炎、クローン病、肝炎、湿疹(皮膚炎)、乾癬、扁平苔癬、紅斑・紅皮症、蕁麻疹、脱毛症、天疱瘡、尋常性ざ瘡、褥瘡・創傷、結膜炎、角膜炎、鼻炎、口内炎、舌炎、ベーチェット病、多発性硬化症、脳炎、頭痛、末梢神経炎、糖尿病合併症(糖尿病網膜症、糖尿病腎症、糖尿病神経障害)、アテローム性動脈硬化症、膵炎、慢性心不全、又は、腎炎である、(37)記載の医薬組成物、
(39)
神経変性疾患がアルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、筋萎縮性側索硬化症、前頭側頭型認知症、脳損傷、脊髄損傷、低酸素症、痙攣、又は、外傷性脳障害である、(37)記載の医薬組成物、
(40)
精神疾患が大うつ病、双極性障害、不安、外傷後ストレス障害(PTSD)、摂食障害
、睡眠障害、統合失調症、依存症、自閉症、脆弱X症候群、注意欠陥多動性障害、又は、ダウン症侯群である、(37)記載の医薬組成物、
(41)
血管系疾患が脳血管障害、脳動脈瘤、脳アミロイド血管症、末梢血管障害、大動脈瘤、大動脈解離、動静脈瘻、動脈硬化症、高安動脈炎、川崎病、静脈瘤、又は、血管石灰化である、(37)記載の医薬組成物、
(42)
悪性腫瘍が肺癌、乳癌、膵臓癌、大腸癌、又は、神経膠腫である、(37)記載の医薬組成物、
(43)
(30)記載の抗体又はその機能断片を含む、検査用又は診断用組成物、
(44)
(30)記載の抗体又はその機能断片を用いたアフィニティー精製工程を含む、(21)、(22)、(27)又は(28)記載の製造方法、
(45)
下記工程(i)乃至(iii)を含む、ヒトMMP-9阻害SPINK2変異体ペプチドの同定方法:
(i)被験SPINK2変異体ペプチド存在下及び非存在下で、ヒトMMP-9プロテアーゼ及び基質を保温する工程;
(ii)被験SPINK2変異体ペプチド存在下及び非存在下におけるヒトMMP-9プロテアーゼ活性を測定する工程;及び
(iii)該ペプチド存在下でのヒトMMP-9プロテアーゼ活性が、該ペプチド非存在下でのヒトMMP-9プロテアーゼ活性と比較して小さい場合、該ペプチドを陽性と判定する工程、
(46)
下記工程(i)乃至(iii)を含む、ヒトMMP-9特異的阻害化合物の同定方法:(i)配列番号2乃至17(図16乃至31)のいずれか一つで示されるアミノ酸配列を含むペプチドの存在下で、被験化合物をヒト活性型MMP-9と結合させる工程;
(ii)該化合物が、ヒト活性型MMP-9との結合において、該ペプチドと競合するか否かを決定する工程;及び、
(iii)該化合物がヒトMMP-9特異的結合活性を有するか否かを決定するする(任意の)工程、
(47)
該化合物がSPINK2変異体ペプチドである、(46)記載の方法、
(48)
該化合物が抗体又は抗原結合タンパク質である、(46)記載の方法、及び、
(49)
該ペプチド、抗体又は抗原結合タンパク質を、化学合成、イン・ビトロ翻訳、又は組換えにより調製する工程をさらに含む、(45)、(47)又は(48)記載の方法、
等に関する。
本発明の提供するペプチド又はそれを含む医薬組成物は、活性型MMP-9結合活性を有し、MMP-9関連疾患の治療又は予防、活性型MMP-9の検出等に有用である。
ヒト/サル/ラット/マウスMMP-9の配列類似性を比較した図。破線はプロペプチド(ヒトMMP-9:Ala20~Arg106)を、実線はフィブロネクチンII型ドメイン(ヒトMMP-9:Ala225~Ser273、Ala283~Thr331、Ser342~Asp390)を含む酵素活性ドメイン(ヒトMMP-9:Phe107~Pro449)を示す。 ヒト/サル/ラット/マウスMMP-9の配列類似性を比較した図(続き)。 ヒト/サル/ラット/マウスMMP-9の配列類似性を比較した図(続き)。 活性型MMP-9結合ペプチドのアミノ末端に付加したタグの検出強度を指標として、各結合ペプチド又は野生型SPINK2の活性型ヒトMMP-9結合活性(n=2)を評価した図。 活性型MMP-9結合ペプチドのアミノ末端に付加したタグの検出強度を指標として、各結合ペプチド又は野生型SPINK2の前駆型ヒトMMP-9結合活性(n=2)を評価した図。 活性型MMP-9結合ペプチドの活性型ヒトMMP-9結合活性EC50(n=2)を示した表。 基質ペプチドの分解速度を指標として、活性型MMP-9結合ペプチドのヒトMMP-9阻害活性(n=3,Mean±SD)を評価した図。 基質ペプチドの分解速度を指標として、活性型MMP-9結合ペプチドのヒトMMP-9阻害活性(n=3,Mean±SD)を評価した図(続き)。 基質ペプチドを用いた場合の、活性型MMP-9結合ペプチドのヒトMMP-9阻害定数K(n=3,Mean±SD)を示した表。 基質ゼラチンの分解速度を指標として、活性型MMP-9結合ペプチドのヒトMMP-9阻害活性(n=3,Mean±SD)を評価した図。 基質ゼラチンを用いた場合の、活性型MMP-9結合ペプチドのヒトMMP-9阻害活性IC50(n=3,Mean±SD)を示した表。 基質ペプチドの分解速度を指標として、活性型MMP-9結合ペプチドのマウスMMP-9阻害活性(n=3,Mean±SD)を評価した図。 基質ペプチドを用いた場合の、活性型MMP-9結合ペプチドのマウスMMP-9阻害活性IC50(n=3,Mean±SD)を示した表。 基質ペプチドの分解速度を指標として、活性型MMP-9結合ペプチドの各MMP又はADAM17阻害活性IC50(n=3,Mean±SD)を示した表。 基質ペプチドの分解速度を指標として、活性型MMP-9結合ペプチドM91002、そのC末誘導体M91002_G3、M91002_G2及びM91002_G0のヒトMMP-9阻害活性(n=3,Mean±SD)を評価した図。 基質ペプチドを用いた場合の、活性型MMP-9結合ペプチドM91002、そのC末誘導体M91002_G3、M91002_G2及びM91002_G0のヒトMMP-9阻害活性IC50(n=3,Mean±SD)を示した表。 基質ペプチドの分解速度を指標として、活性型MMP-9結合ペプチドM91005及びそのC末コンジュゲートM91005-Fc-01のヒトMMP-9阻害活性(n=1)を評価した図。 基質ペプチドを用いた場合の、活性型MMP-9結合ペプチドM91005及びそのC末コンジュゲートM91005-Fc-01のヒトMMP-9阻害活性IC50(n=1)を示した表。 基質ペプチドの分解速度を指標として、活性型MMP-9結合ペプチドのC末コンジュゲートM91005-Fc-01及びそのN末誘導体M91005_D1G-Fc-01のヒトMMP-9阻害活性(n=1)を評価した図。 基質ペプチドを用いた場合の、活性型MMP-9結合ペプチドのC末コンジュゲートM91005-Fc-01及びそのN末誘導体M91005_D1G-Fc-01のヒトMMP-9阻害活性IC50(n=1)を示した表。 活性型MMP-9結合ペプチドが前駆型ヒトMMP-9に結合せず、活性型ヒトMMP-9に結合することを免疫沈降法により評価した図。添加したヒトMMP-9酵素活性ドメインはInput(Inp)、ビーズと結合しなかった上清画分はFlow-through(FT)、ビーズに結合した沈殿画分はEluate(Elu)と表す。前駆型ヒトMMP-9酵素活性ドメインを添加したとき、InpとFTのレーンに約50kDaのバンドが検出され、Eluのレーンにはバンドが検出されなかった。活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインを添加したとき、InpとEluのレーンに約40kDaのバンドが検出され、FTのレーンにはバンドが検出されなかった。活性型MMP-9結合ペプチドのC末コンジュゲートM91005-Fc-01を添加せずに免疫沈降した場合、Eluのレーンにはバンドが検出されなかった。 活性型MMP-9結合ペプチドが前駆型マウスMMP-9に結合せず、活性型マウスMMP-9に結合することを免疫沈降法により評価した図。添加したマウスMMP-9酵素活性ドメインはInput(Inp)、ビーズと結合しなかった上清画分はFlow-through(FT)、ビーズに結合した沈殿画分はEluate(Elu)と表す。前駆型マウスMMP-9酵素活性ドメインを添加したとき、InpとFTのレーンに約60kDaのバンドが検出され、Eluのレーンにはバンドが検出されなかった。活性型マウスMMP-9酵素活性ドメインを添加したとき、InpとEluのレーンに約40kDaのバンドが検出され、FTのレーンにはバンドが検出されなかった。活性型MMP-9結合ペプチドのC末コンジュゲートM91005-Fc-01を添加せずに免疫沈降した場合、Eluのレーンにはバンドが検出されなかった。 ヒトSPINK2のアミノ酸配列(配列番号1) ペプチドM91001のアミノ酸配列(配列番号2) ペプチドM91002のアミノ酸配列(配列番号3) ペプチドM91004のアミノ酸配列(配列番号4) ペプチドM91005のアミノ酸配列(配列番号5) ペプチドM91010のアミノ酸配列(配列番号6) ペプチドM91011のアミノ酸配列(配列番号7) ペプチドM91012のアミノ酸配列(配列番号8) ペプチドM91014のアミノ酸配列(配列番号9) ペプチド誘導体M91001_D1Gのアミノ酸配列(配列番号10) ペプチド誘導体M91002_D1Gのアミノ酸配列(配列番号11) ペプチド誘導体M91004_D1Gのアミノ酸配列(配列番号12) ペプチド誘導体M91005_D1Gのアミノ酸配列(配列番号13) ペプチド誘導体M91010_D1Gのアミノ酸配列(配列番号14) ペプチド誘導体M91011_D1Gのアミノ酸配列(配列番号15) ペプチド誘導体M91012_D1Gのアミノ酸配列(配列番号16) ペプチド誘導体M91014_D1Gのアミノ酸配列(配列番号17) 活性型MMP-9結合ペプチドの一般式(配列番号18)。X乃至X13は任意のアミノ酸を示す。 Stag+リンカー1からなるアミノ酸配列(配列番号19) Stag+リンカー2からなるアミノ酸配列(配列番号20) C末6マーのアミノ酸配列(配列番号21) C末3マーのアミノ酸配列、Gly-Gly-Glyを示す。 C末2マーのアミノ酸配列、Gly-Glyを示す。 G4Sリンカーのアミノ酸配列(配列番号22) ヒト免疫グロブリンG1 Fc領域のアミノ酸配列(配列番号23) プライマー1のヌクレオチド配列(配列番号24) プライマー2のヌクレオチド配列(配列番号25) プライマー3のヌクレオチド配列(配列番号26) プライマー4のヌクレオチド配列(配列番号27) ヒトMMP-9のアミノ酸配列(配列番号28) マウスMMP-9のアミノ酸配列(配列番号29) MOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NHのアミノ酸配列(配列番号30)。N末端の「MOCAc-K」は(7-Methoxycoumarin-4-yl)acetyl-L-lysineを、「Apr(Dnp)-A」は[Nβ-(2,4-dinitrophenyl)-L-2,3-diaminopropionyl]-L-alanineを、C末端の「R-NH」はL-arginine amideを、それぞれ意味する。 MOCAc-PLGL-Apr(Dnp)-AR-NHのアミノ酸配列(配列番号31)。N末端の「MOCAc-P」は(7-Methoxycoumarin-4-yl)acetyl-L-prolineを、「Apr(Dnp)-A」は[Nβ-(2,4-dinitrophenyl)-L-2,3-diaminopropionyl]-L-alanineを、C末端の「R-NH」はL-arginine amideを、それぞれ意味する。 DNP-PLGMWSRのアミノ酸配列(配列番号32)。N末端の「DNP-P」はN-(2,4-Dinitrophenyl)-L-prolineを意味する。 MOCAc-RPKPVE-Nva-WR-Lys(Dnp)-NHのアミノ酸配列(配列番号33)。N末端の「MOCAc-R」は(7-Methoxycoumarin-4-yl)acetyl-L-arginineを、「Nva」はL-norvalineを、「Lys(Dnp)-NH」は[Nε-(2,4-dinitrophenyl)]-L-lysine amideを、それぞれ意味する。 FLAGタグのアミノ酸配列(配列番号34)。 Aviタグのアミノ酸配列(配列番号35)。 基質ペプチドの分解速度を指標として、活性型MMP-9結合ペプチドの各セリンプロテアーゼ阻害活性IC50(n=1)を示した表。 活性型MMP-9結合ペプチドが活性型ヒトMMP-9に結合することをサイズ排除クロマトグラフィーにより評価した図。阻害剤非存在下では、活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインのピークは保持時間7.0分に検出された(点線)。TIMP-1又は活性型MMP-9結合ペプチドM91005、M91011存在下では、活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインのピークの保持時間は高分子量側にシフトした。 活性型MMP-9結合ペプチドがヒトMMP-9 E402Q変異体に結合しないことをサイズ排除クロマトグラフィーにより評価した図。阻害剤非存在下では、ヒトMMP-9酵素活性ドメインE402Q変異体のピークは保持時間7.1分に検出された(点線)。TIMP-1存在下ではヒトMMP-9酵素活性ドメインE402Q変異体のピークの保持時間は高分子量側にシフトした。対照的に、活性型MMP-9結合ペプチドM91005又はM91011存在下では、ヒトMMP-9酵素活性ドメインE402Q変異体のピークの保持時間は変化しなかった。 TIMP-1又は活性型MMP-9結合ペプチドM91005、M91011をサイズ排除クロマトグラフィーにより評価した図。 基質ペプチドを用いた場合の、活性型MMP-9結合ペプチドのヒトMMP-9変異体阻害活性IC50(n=3,Mean±SD)及び野生型ヒトMMP-9に対するIC50を1とした時のIC50の相対値を示した表。 基質ペプチドを用いた場合の、活性型MMP-9結合ペプチドのヒトMMP-9変異体阻害活性IC50(n=3,Mean±SD)及び野生型ヒトMMP-9に対するIC50を1とした時のIC50の相対値を示した表(続き)。 Boc-FSR-MCAのアミノ酸配列。N末端の「Boc」はt-Butyloxycarbonylを、C末端の「MCA」は4-methylcoumaryl-7-amideを、それぞれ意味する。 Suc-LLVY-MCAのアミノ酸配列(配列番号36)。N末端の「Suc」はSuccinylを、C末端の「MCA」は4-methylcoumaryl-7-amideを、それぞれ意味する。 Suc-AAPF-MCAのアミノ酸配列(配列番号37)。N末端の「Suc」はSuccinylを、C末端の「MCA」は4-methylcoumaryl-7-amideを、それぞれ意味する。 Boc-VLK-MCAのアミノ酸配列。N末端の「Boc」はt-Butyloxycarbonylを、C末端の「MCA」は4-methylcoumaryl-7-amideを、それぞれ意味する。 Boc-VPR-AMCのアミノ酸配列。N末端の「Boc」はt-Butyloxycarbonylを、C末端の「AMC」は7-Amino-4-methylcoumarinを、それぞれ意味する。 Suc(OMe)-Ala-Ala-Pro-Val-MCAのアミノ酸配列(配列番号38)。N末端の「Suc(OMe)」はN-Methoxysuccinylを、C末端の「MCA」は4-methylcoumaryl-7-amideを、それぞれ意味する。 Boc-QAR-AMCのアミノ酸配列。N末端の「Boc」はt-Butyloxycarbonylを、C末端の「AMC」は7-Amino-4-methylcoumarinを、それぞれ意味する。 Boc-LSTR-MCAのアミノ酸配列(配列番号39)。N末端の「Boc」はt-Butyloxycarbonylを、C末端の「MCA」は4-methylcoumaryl-7-amideを、それぞれ意味する。 Pyr-GR-MCAのアミノ酸配列。N末端の「Pyr」はL-Pyroglutamylを、C末端の「MCA」は4-methylcoumaryl-7-amideを、それぞれ意味する。 Z-FR-MCAのアミノ酸配列。N末端の「Z」はBenzyloxycarbonylを、C末端の「MCA」は4-methylcoumaryl-7-amideを、それぞれ意味する。 エンテロキナーゼ認識配列のアミノ酸配列(配列番号40)。
なお、本発明において「配列番号X(図Y)」又は「図Y(配列番号X)」のように、配列番号Xと図Yとが併記される場合、当該配列は配列番号Xにより示されるか又は図Yにより示されることを意味する。
また、アミノ酸(X)、数字(1乃至数桁)及び他のアミノ酸(Y)が、XnY、XnnY、XnnnY等のように表記される場合、n番目、nn番目、nnn番目(それぞれ1桁の数、2桁の数、3桁の数の番目)のアミノ酸Xが他のアミノ酸Yに置換されることを意味する。例えば、Arg344Lysは、344番目のアミノ酸がArgからLysに置換されることを意味する。
1.定義
本発明において、「遺伝子」とは、蛋白質に含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含む核酸分子又はその相補鎖を意味し、一本鎖、二本鎖又は三本鎖以上からなり、DNA鎖とRNA鎖の会合体、一本の鎖上にリボヌクレオチドとデオキシリボヌクレオチドが混在するもの及びそのよう鎖を含む二本鎖又は三本鎖以上の核酸分子も「遺伝子」の意味に含まれる。
本発明において、「遺伝子」、「ポリヌクレオチド」及び「核酸分子」は同義であり、それらの構成単位であるリボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、ヌクレオチド、ヌクレオシド等の個数によっては何ら限定されず、例えば、DNA、RNA、mRNA、cDNA、cRNA、プローブ、オリゴヌクレオチド、プライマー等もその範囲に含まれる。「核酸分子」は略して「核酸」と呼ばれる場合がある。
本発明において、「ポリペプチド」、「ペプチド」及び「蛋白質」は同義である。
本発明において、標的分子Xを認識する、又は標的分子Xに結合する(以下、その認識又は結合作用をまとめて「X結合活性」という。)ペプチドを、「X結合ペプチド」と呼ぶことができる。さらに、標的分子Xを認識し、又は標的分子Xに結合し、かつ標的分子Xの有する1つ又は2つ以上の活性又は機能を阻害又は抑制する(以下、それらの阻害又は抑制作用をまとめて「X阻害活性」という。)ペプチドを、「X阻害ペプチド」と呼ぶことができる。
本発明において、「SPINK2」は、Serine Protease Inhibitor Kazal-type 2を意味し、3つのジスルフィド結合を有するKazal様ドメインから成る7kDaの蛋白質である。好適なSPINK2はヒト由来である。本発明においては、別段記載された場合を除き、ヒトSPINK2を単に「SPINK2」という。
本発明において、「MMP-9」は、matrix metalloproteinase-9を意味し、分泌シグナルペプチド、プロペプチド、亜鉛イオンを配位した酵素活性ドメイン、基質との結合に関与するフィブロネクチンII型ドメイン並びにC末のHPXドメインから構成される、MMPファミリーに属する蛋白質である。好適なMMP-9はヒト由来である。本発明においては、別段記載された場合を除き、ヒトMMP-9を単に「MMP-9」ということがある。
本発明において、「前駆型MMP-9」は、pro-matrix metalloproteinase-9を意味し、プロペプチド、亜鉛イオンを配位した酵素活性ドメイン、基質との結合に関与するフィブロネクチンII型ドメイン並びにC末のHPXドメインから構成される。好適な前駆型MMP-9はヒト由来である。本発明においては、別段記載された場合を除き、ヒト前駆型MMP-9を単に「前駆型MMP-9」というが、「全長成熟MMP-9」もしくは「hMMP-9(full)」ともいうことがある。
本発明において、「活性型MMP-9」は、active matrix metalloproteinase-9を意味し、亜鉛イオンを配位した酵素活性ドメイン、基質との結合に関与するフィブロネクチンII型ドメイン並びにC末のHPXドメインから構成される。好適な活性型MMP-9はヒト由来である。本発明においては、別段記載された場合を除き、ヒト活性型MMP-9を単に「活性型MMP-9」というが、「活性型MMP-9(full)」ともいうことがある。
本発明において、「前駆型MMP-9酵素活性ドメイン」は、pro-matrix metalloproteinase-9 catalytic domainを意味し、プロペプチド及び亜鉛イオンを配位した酵素活性ドメインを必須の構成要素として含み、任意に基質との結合に関与するフィブロネクチンII型ドメインをも含み得る。好適な前駆型MMP-9酵素活性ドメインはヒト由来である。本発明においては、別段記載された場合を除き、前駆型ヒトMMP-9酵素活性ドメインを単に「前駆型MMP-9酵素活性ドメイン」というが、「前駆型MMP-9(cat)」ともいうことがある。
本発明において、「活性型MMP-9酵素活性ドメイン」は、active matrix metalloproteinase-9 catalytic domainを意味し、亜鉛イオンを配位した酵素活性ドメインを必須の構成要素として含み、任意に基質との結合に関与するフィブロネクチンII型ドメインをも含み得る。好適な活性型MMP-9酵素活性ドメインはヒト由来である。本発明においては、別段記載された場合を除き、活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインを略して「活性型MMP-9酵素活性ドメイン」といい、活性型MMP-9酵素活性ドメインを「活性型MMP-9(cat)」ということがある。
本発明において、「MMP-9結合ペプチド」は、MMP-9の部分ペプチド又は部分高次構造等を認識する、又はそれらに結合するペプチドを意味する。「MMP-9結合ペプチド」の範囲には、当該ペプチドの断片、他の部分(moiety)の付加体、又は、コンジュゲートのうち、MMP-9結合活性を維持しているものが含まれる。すなわち、MMP-9結合活性を維持する当該ペプチドの断片、付加体及び修飾体も「MMP-9結合ペプチド」に含まれる。
本発明において、「活性型MMP-9結合ペプチド」は、活性型MMP-9の部分ペプチド又は部分高次構造等を認識する、又はそれらに結合するペプチドを意味する。「活性型MMP-9結合ペプチド」の範囲には、当該ペプチドの断片、他の部分(moiety)の付加体、又は、コンジュゲートのうち、活性型MMP-9結合活性を維持しているものが含まれる。すなわち、活性型MMP-9結合活性を維持する当該ペプチドの断片、付加体及び修飾体も「活性型MMP-9結合ペプチド」に含まれる。
本発明において、「MMP-9阻害ペプチド」は、MMP-9の有する1つ又は2つ以上の活性又は機能を阻害又は抑制するペプチドを意味する。「MMP-9阻害ペプチド」の範囲には、当該ペプチドの断片、他の部分(moiety)の付加体、又は、コンジュゲートのうち、MMP-9阻害活性を維持しているものが含まれる。すなわち、MMP-9阻害活性を維持する当該ペプチドの断片、付加体及び修飾体も「MMP-9阻害ペプチド」に含まれる。
本発明において、「細胞」には、動物個体に由来する各種細胞、継代培養細胞、初代培養細胞、細胞株、組換え細胞、酵母、微生物等も含まれる。
本発明において、ペプチドが結合する「部位」、すなわちペプチドが認識する「部位」とは、ペプチドが結合又は認識する標的分子上の連続的もしくは断続的な部分アミノ酸配
列又は部分高次構造を意味する。本発明においては、かかる部位のことを標的分子上のエピトープ又は結合部位と呼ぶことができる。
本発明において、「SPINK2変異体」とは、野生型SPINK2の有するアミノ酸配列において、1個又は2個以上のアミノ酸が野生型とは異なるアミノ酸で置換され、1個又は2個以上の野生型のアミノ酸が欠失し、1個又は2個以上の野生型には無いアミノ酸が挿入され、及び/又は、野生型には無いアミノ酸が野生型のアミノ末端(N末)及び/又はカルボキシル末端(C末)に付加されて(以下、「変異」と総称する)なるアミノ酸配列を含むペプチドを意味する。「SPINK2変異体」のうち、活性型MMP-9結合活性を有するものは、活性型MMP-9結合ペプチドに包含される。なお、本発明においては「挿入」も「付加」の範囲に含まれ得る。
本発明において、「1乃至数個」における「数個」とは、3乃至10個を指す。
本発明において、「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズする」とは、5×SSCを含む溶液中で65℃にてハイブリダイゼーションを行い、ついで2×SSC-0.1%SDSを含む水溶液中で65℃にて20分間、0.5×SSC-0.1%SDSを含む水溶液中で65℃にて20分間、並びに、0.2×SSC-0.1%SDSを含む水溶液中で65℃にて20分間、それぞれ洗浄する条件又はそれと同等の条件でハイブリダイズすることを意味する。SSCとは150mM NaCl-15mMクエン酸ナトリウムの水溶液であり、n×SSCはn倍濃度のSSCを意味する。
2.ペプチド
2-1.アミノ酸
「アミノ酸」は、アミノ基及びカルボキシル基を含む有機化合物であり、好適には蛋白質に、より好適には天然の蛋白質に、構成単位として含まれるα-アミノ酸を意味する。本発明において、より好適なアミノ酸は、Ala、Arg、Asn、Asp、Cys、Gln、Glu、Gly、His、Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Pro、Ser、Thr、Trp、Tyr及びValであり、特に明記しない限り「アミノ酸」はこれらの計20アミノ酸を意味する。それらの計20アミノ酸を「天然アミノ酸」と呼ぶことができる。本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、好適には天然アミノ酸を含有する。
本発明においては「アミノ酸残基」は「アミノ酸」と略記される場合がある。
また、本発明において、アミノ酸は、L-アミノ酸、D-アミノ酸、又はその混合物(DL-アミノ酸)であるが、特に明記しない限りL-アミノ酸を意味する。
天然アミノ酸は、その共通する側鎖の性質に基づいて、例えば、次のグループに分けることができる。
(1)疎水性アミノ酸グループ:Met、Ala、Val、Leu、Ile
(2)中性親水性アミノ酸グループ:Cys、Ser、Thr、Asn、Gln
(3)酸性アミノ酸グループ:Asp、Glu
(4)塩基性アミノ酸グループ:His、Lys、Arg
(5)主鎖の方角に影響を与えるアミノ酸のグループ:Gly、Pro
(6)芳香族アミノ酸グループ:Trp、Tyr、Phe
ただし、天然アミノ酸の分類はこれらに限定されるものではない。
本発明においては、天然アミノ酸は保存的アミノ酸置換を受け得る。
「保存的アミノ酸置換(conservative amino acid substitution)」とは、機能的に等価又は類似のアミノ酸との置換を意味する。ペプチドにおける保存的アミノ酸置換は、該ペプチドのアミノ酸配列に静的変化をもたらす。例えば、同様の極性を有する一つ又は二つ以上のアミノ酸は機能的に等価に作用し、かかるペプチドのアミノ酸配列に静的変化をもたらす。一般に、あるグループ内の置換は構造及び機能について保存的であると考えることができる。しかしながら、当業者には自明であるように、特定のアミノ酸残基が果たす役割は当該アミノ酸を含む分子の三次元構造における意味合いにおいて決定され得る。例えば、システイン残基は、還元型の(チオール)フォームと比較してより極性の低い、酸化型の(ジスルフィド)フォームをとることができる。アルギニン側鎖の長い脂肪族の部分は構造的及び機能的に重要な特徴を構成し得る。また、芳香環を含む側鎖(トリプトファン、チロシン、フェニルアラニン)はイオン-芳香族相互作用又は陽イオン-パイ相互作用に寄与し得る。かかる場合において、これらの側鎖を有するアミノ酸を、酸性又は非極性グループに属するアミノ酸と置換しても、構造的及び機能的には保存的であり得る。プロリン、グリシン、システイン(ジスルフィド・フォーム)等の残基は主鎖の立体構造に直接的な効果を与える可能性があり、しばしば構造的ゆがみなしに置換することはできない。
保存的アミノ酸置換は、以下に示すとおり、側鎖の類似性に基づく特異的置換(レーニンジャ、生化学、改訂第2版、1975年刊行、73乃至75頁:L. Lehninger, Biochemistry, 2nd edition, pp73-75, Worth Publisher, New York (1975))及び典型的置換を含む。
(1)非極性アミノ酸グループ:アラニン(以下、「Ala」又は単に「A」と記す)、バリン(以下、「Val」又は単に「V」と記す)、ロイシン(以下、「Leu」又は単に「L」と記す)、イソロイシン(以下、「Ile」又は単に「I」と記す)、プロリン(以下、「Pro」又は単に「P」と記す)、フェニルアラニン(「Phe」又は単に「F」と記す)、トリプトファン(以下、「Trp」又は単に「W」と記す)、メチオニン(以下、「Met」又は単に「M」と記す)
(2)非荷電極性アミノ酸グループ:グリシン(以下、「Gly」又は単に「G」と記す)、セリン(以下、「Ser」又は単に「S」と記す)、スレオニン(以下、「Thr」又は単に「T」と記す)、システイン(以下、「Cys」又は単に「C」と記す)、チロシン(以下、「Tyr」又は単に「Y」と記す)、アスパラギン(以下、「Asn」又は単に「N」と記す)、グルタミン(以下、「Gln」又は単に「Q」と記す)
(3)酸性アミノ酸グループ:アスパラギン酸(以下、「Asp」又は単に「D」と記す)、グルタミン酸(以下、「Glu」又は単に「E」と記す)
(4)塩基性アミノ酸グループ:リジン(以下、「Lys」又は単に「K」と記す)、アルギニン(以下、「Arg」又は単に「R」と記す)、ヒスチジン(以下、「His」又は単に「H」と記す)
本発明において、アミノ酸は、天然アミノ酸以外のアミノ酸であってもよい。例えば、天然のペプチドや蛋白質において見出されるセレノシステイン、N-ホルミルメチオニン、ピロリジン、ピログルタミン酸、シスチン、ヒドロキシプロリン、ヒドロキシリジン、チロキシン、O-ホスホセリン、デスモシン、β-アラニン、サルコシン、オルニチン、クレアチン、γアミノ酪酸、オパイン、テアニン、トリコロミン酸、カイニン酸、ドウモイ酸、アクロメリン酸等をあげることができ、ノルロイシン、Ac-アミノ酸、Boc-アミノ酸、Fmoc-アミノ酸、Trt-アミノ酸、Z-アミノ酸等のN末端保護アミノ酸、アミノ酸t-ブチルエステル、ベンジルエステル、シクロヘキシルエステル、フルオレニルエステル等のC末端保護アミノ酸、ジアミン、ωアミノ酸、βアミノ酸、γアミノ酸、アミノ酸のTic誘導体、アミノフォスフォン酸を含むその他の天然界には見出されないアミノ酸等をあげることができるが、それらに限らず上記20の「天然アミノ酸」以外のアミノ酸を、本発明では便宜的に「非天然アミノ酸」と総称する。
2-2.活性型MMP-9結合ペプチド
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、SPINK2の有する骨格が少なくとも部分的に維持されたSPINK2変異体(以下、「SPINK2変異体」と略記する)であり、活性型MMP-9、その部分ペプチド又は部分高次構造等を認識する、又はそれらに結合する(以下、かかる認識又は結合作用をまとめて「活性型MMP-9結合活性」という)。本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、好適には前駆型MMP-9には結合しないことが好ましい。言い換えれば、本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、好適には、活性型MMP-9特異的に結合する。
本発明におけるSPINK2変異体とMMP-9の結合は、ELISA法、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance:以下、「SPR」という)解析法、バイオレイヤー干渉(BioLayer Interferometry:以下、「BLI」という)法、等温滴定熱量測定(Isothermal Titration Calorimetry:以下、「ITC」という)、フローサイトメトリー、免疫沈降法等により、当業者に公知の方法を用いて、測定又は判定することができる。
ELISA法としては、プレート上に固相化された活性型MMP-9を認識して結合した活性型MMP-9結合ペプチドを検出する方法が挙げられる。活性型MMP-9の固相化には、ビオチン-ストレプトアビジンの他、活性型MMP-9又は活性型MMP-9に融合したタグを認識する固相用抗体等を利用することができる。活性型MMP-9結合ペプチドの検出には、標識されたストレプトアビジンの他、活性型MMP-9結合ペプチド又は活性型MMP-9結合ペプチドに融合したタグを認識する標識された検出用抗体等を利用することができる。標識には、ビオチンの他、HRP、アルカリフォスファターゼ、FITC等生化学的解析に実施可能な方法を利用することができる。酵素標識を利用した検出にはTMB(3,3',5,5'-tetramethylbenzidine)、BCIP(5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate)、ρ-NPP(ρ-nitrophenyl phosphate)、OPD(o-Phenylenediamine)、ABTS(3-Ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)、SuperSignal ELISA Pico Chemiluminescent Substrate(Thermo Fisher Scientific)等の発色基質やQuantaBlu(商標)Fluorogenic Peroxidase Substrate(Thermo Fisher Scientific)等の蛍光基質、及び化学発光基質を用いることができる。検出シグナルの測定には、吸光プレートリーダー、蛍光プレートリーダー、発光プレートリーダー、RI液体シンチレーションカウンター等を利用することができる。
SPR解析に用いる機器としては、BIAcore(商標)(GE Healthcare)、ProteOn(商標)(BioRad)、SPR-Navi(商標)(BioNavisOy)、Spreeta(商標)(Texas Instruments)、SPRi-PlexII(商標)(ホリバ)、Autolab SPR(商標)(Metrohm)等を例示することができる。BLI法に用いる機器としては、Octet(商標)(Pall)を例示することができる。
免疫沈降法としては、ビーズ上に固相化された活性型MMP-9結合ペプチドによって認識され、結合した活性型MMP-9を検出する方法が挙げられる。ビーズには磁気ビーズやアガロースビーズ等を利用することができる。活性型MMP-9結合ペプチドの固相化には、ビオチン-ストレプトアビジンの他、活性型MMP-9結合ペプチド又は活性型MMP-9結合ペプチドに融合したタグを認識する抗体、プロテインA又はプロテインG等を利用することができる。磁石や遠心分離等によってビーズを分離し、ビーズと共に沈
殿した活性型MMP-9をSDS-PAGEやWestern blot法で検出する。活性型MMP-9の検出には、標識されたストレプトアビジンの他、活性型MMP-9又は活性型MMP-9に融合したタグを認識する標識された検出用抗体等を利用することができる。標識には、ビオチンの他、HRP、アルカリフォスファターゼ、FITC等生化学的解析に実施可能な方法を利用することができる。酵素標識を利用した検出にはELISA法と同様の基質を利用することができる。検出シグナルの測定にはChemiDoc(商標)(BioRad)やLuminoGraph(ATTO)等を利用することができる。
本発明において「特異的な認識」、すなわち「特異的な結合」とは、非特異的な吸着ではない結合を意味する。結合が特異的であるか否かの判定基準としては、例えば、ELISA法における結合活性EC50をあげることができる。プレート上に固相化された活性型MMP-9に過剰量の活性型MMP-9結合ペプチドを添加し、検出されたシグナルの最大値を100%とする時、50%のシグナルが得られるペプチド濃度をEC50と呼ぶ。本発明の好適な活性型MMP-9結合ペプチドの活性型MMP-9に対するEC50値は1×10-6M以下、5×10-7M以下、2×10-7M以下又は1×10-7M以下、より好適には5×10-8M以下、2×10-8M以下又は1×10-8M以下、より一層好適には5×10-9M以下、2×10-9M以下又は1×10-9M以下である。本発明における好適な活性型MMP-9結合ペプチドは活性型MMP-9特異的結合ペプチドであり、前駆型MMP-9を認識しない、すなわち前駆型MMP-9に結合しない。そのような活性型MMP-9特異的結合ペプチドの前駆型MMP-9に対するEC50値は、1×10-6M以上、好適には1×10-5M以上であるか、又は1×10-6Mのペプチド濃度条件とペプチド非添加条件のシグナル強度に差が見られない。他の判定基準としては、例えば、解離定数(dissociation constant:以下、「K」という)をあげることができる。本発明における好適な活性型MMP-9結合ペプチドの活性型MMP-9に対するK値は1×10-5M以下、5×10-6M以下、2×10-6M以下又は1×10-6M以下、より好適には5×10-7M以下、2×10-7M以下又は1×10-7M以下、より一層好適には5×10-8M以下、2×10-8M以下又は1×10-8M以下、さらにより一層好適には5×10-9M以下、2×10-9M以下又は1×10-9M以下である。本発明における好適な活性型MMP-9結合ペプチド、すなわち前駆型MMP-9に結合しない、活性型MMP-9特異的結合ペプチドの前駆型MMP-9に対するK値は、1×10-6M以上、好適には1×10-5M以上である。他の判定基準としては、例えば、免疫沈降法での解析結果をあげることができる。本発明における好適な活性型MMP-9結合ペプチドをビーズに固相化し、活性型MMP-9を添加した後にビーズを分離し、ビーズと共に沈殿した活性型MMP-9を検出した場合、活性型MMP-9のシグナルが検出される。本発明における好適な活性型MMP-9結合ペプチド、すなわち前駆型MMP-9に結合しない、活性型MMP-9特異的結合ペプチドをビーズに固相化し、前駆型MMP-9を添加した後にビーズを分離し、ビーズと共に沈殿した前駆型MMP-9を検出した場合、前駆型MMP-9のシグナルは検出されない。言い換えると、同様の方法で任意のMMP-9結合ペプチドをビーズに固相化し、前駆型MMP-9を添加した後にビーズを分離し、ビーズと共に沈殿した前駆型MMP-9を検出したとき、前駆型MMP-9のシグナルが検出される場合には、当該MMP-9結合ペプチドは活性型MMP-9特異的結合活性を有していないと判定できる。
また、ある態様における本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、好適には、MMP-9阻害活性を有する。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドの標的であるMMP-9は、好適には脊椎動物、より好適には哺乳類、より一層好適には霊長類、最適にはヒトに由来する。前駆型ヒトMMP-9、すなわち全長成熟ヒトMMP-9(以下、「hMMP-9(full)」という)のアミノ酸配列は、配列番号28(図44)で示されるアミノ酸配列の20番乃至707番からなり、1番乃至19番からなるシグナル配列を含まない。前駆型ヒトMMP-9酵素活性ドメイン(以下、「pro-hMMP-9(cat)」という)のアミノ酸配列としては、配列番号28(図44)の20番Ala~449番Proからなるもの、20番Ala~215番Gly並びに391番Gln~443番Tyrを含むもの(基質との結合に関与するフィブロネクチンII型ドメインを欠失させたもの)等を例示することができる。活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメイン(以下、「active hMMP-9(cat)」という)のアミノ酸配列としては、該プロテアーゼ活性が保持されていれば特に限定されないが、配列番号28(図44)の107番Phe~449番Proからなるもの、107番Phe~215番Gly並びに391番Gln~443番Tyrを含むもの(基質との結合に関与するフィブロネクチンII型ドメインを欠失させたもの)等を例示することができる。MMP-9及びその機能断片は、MMP-9プロテアーゼとも表記され、組織や細胞から精製するか、又は、遺伝子組換え、イン・ビトロ翻訳、ペプチド合成等の蛋白質の調製方法として当業者に公知の方法により、調製することができる。MMP-9及びその機能断片には、シグナル配列、免疫グロブリンのFc領域、タグ、標識等が連結されてもよい。
MMP-9阻害活性は、MMP-9の有するプロテアーゼ活性を指標として評価することができる。例えば、MMP-9又はその機能断片、基質及び本発明の活性型MMP-9結合ペプチド又はその候補を共存させた場合に、対照の存在下又は該阻害剤又はその候補の非存在下と比較して、MMP-9のプロテアーゼ活性が70%以下、50%以下、30%以下、20%以下、10%以下、5%以下、1%以下又は0%である場合、MMP-9阻害が生じており、その阻害活性はそれぞれ30%以上、50%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上又は100%である。MMP-9阻害活性は、反応条件、基質の種類や濃度等により異なり得る。反応条件については、実施例に記載のものを例示することができるが、それに限定されない。一定濃度のMMP-9に基質ペプチド又は基質蛋白質を添加し、一定時間反応させた後、基質ペプチドの蛍光を検出する、又は基質蛋白質をSDS-PAGEやWestern blot法、液体クロマトグラフィー等により検出することで、酵素活性は評価できる。緩衝液としては、例えば、ホスフェート・バッファー・セイライン(phosphate buffer saline:以下「PBS」という)、トリスバッファー(50mM トリス,pH7乃至8.5、例えばpH7.5)等を用いることができ、NaCl(0乃至200mM、例えば200mM)、CaCl(0乃至10mM、例えば2mM)、ZnCl2、Brij-35等の塩を添加することもできるが、それらに限定されない。
MMP-9の有するプロテアーゼの基質は、内在性の基質、外因性の基質、合成基質等、特に限定されるものではない。ヒトの内在性の基質としては、コラーゲン等を例示することができる。コラーゲンを熱変性して得られるゼラチンも基質として用いることができる。合成基質としては、特に限定されないが、MOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)やMOCAc-PLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号31:図47)、DNP-PLGMWSR(配列番号32:図48)、MOCAc-RPKPVE-Nva-WR-Lys(Dnp)-NH(配列番号33:図49)等を例示することができる。本発明の活性型MMP-9結合ペプチドのMMP-9阻害活性(IC50又はK)は、1μM以下、好適には100nM以下、より好適には10nM以下、より一層好適には1nM以下である。
また、本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、MMP-9以外のプロテアーゼ活性を阻害若しくは抑制しないか、又はそれらに対する阻害若しくは抑制の程度が相対的に弱いことが好ましい。言い換えれば、本発明の活性型MMP-9結合ペプチドのプロテアー
ゼ阻害活性は、好適には、MMP-9特異性が高い。好適な本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-8、MMP-10、MMP-12、MMP-13、MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-17、ADAM17等のプロテアーゼ活性を阻害若しくは抑制しないか、又はそれらに対する阻害若しくは抑制の程度が相対的に弱い。より好適な本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、トリプシン、キモトリプシン、トリプターゼ、キマーゼ、プラスミン、トロンビン、エラスターゼ、マトリプターゼ、プロテインC、tPA、uPA、血漿カリクレイン等のプロテアーゼ活性を阻害若しくは抑制しないか、又はそれらに対する阻害若しくは抑制の程度が相対的に弱い。そのような本発明の好適なペプチドは、他のプロテアーゼ活性を阻害若しくは抑制することに起因する副作用を示さず、MMP-9に関わる疾患(後述)の治療薬又は予防薬として好適に使用され得る。
MMP-9に対する特異性が低く、MMP-9に加えて、他のMMPが有するプロテアーゼ活性も阻害する阻害剤、すなわち非選択的MMP-9阻害剤は、ヒトに投与した場合に重篤な副作用を示す。亜鉛イオンをキレートする低分子阻害剤は非選択的MMP-9阻害剤であり、この阻害剤を投与した臨床試験では、骨や関節の痛み、拘縮等、筋骨格系の重篤な副作用が認められた(非特許文献6、7)。一方、MMP-9に対する特異性が高い阻害剤、すなわちMMP-9特異的阻害剤は、前述のような副作用を回避できる可能性が高い。ラットを用いた安全性試験において、非選択的MMP-9阻害剤Marimastatを投与した群では、筋骨格症候群の症状が認められたが、MMP-9特異的阻害抗体を投与した群では、そのような症状が全く見られなかったことが報告されており(特許文献6)、MMP-9特異的にプロテアーゼ活性を阻害する本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、MMP-9に関わる疾患の治療又は予防のために好適に使用することができる。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、MMP-9へのプロテアーゼ基質の結合において、競合的であってもよい。
前述の通り、本発明のペプチドの標的であるMMP-9は、脊椎動物、好適には哺乳動物、より好適には霊長類、より一層好適にはヒトに由来するが、非ヒト動物、例えば、ラット、マウス等のげっ歯類、カニクイザル、コモンマーモセット、アカゲザル等の霊長類に由来してもよい。非ヒト動物由来のMMP-9に対して活性型MMP-9特異的結合活性を有するペプチドは、かかる非ヒト動物の活性型MMP-9特異的な検出や測定に供することができる。また、非ヒト動物由来のMMP-9を標的とする本発明のペプチドは、かかる非ヒト動物由来のMMP-9が有するプロテアーゼ活性を阻害するペプチドであってもよい。そのような、非ヒト動物由来のMMP-9に対して活性型特異的結合活性及び/又はプロテアーゼ阻害活性を有するペプチドは、かかる非ヒト動物におけるMMP-9に関わる疾患の診断、検査、治療又は予防等に使用することができる。また、そのような非ヒト動物由来MMP-9プロテアーゼ阻害活性を有するペプチドが、ヒトMMP-9の有するプロテアーゼ活性も阻害する場合、ヒトMMP-9に関わる疾患の治療薬又は予防薬としての該ペプチドの非臨床研究開発において、かかる非ヒト動物を動物病態モデルとして使用した薬効薬理試験や薬物動態試験、健常動物として使用した安全性試験や毒性試験等を行うことができる。
また、本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、医薬及び診断薬として当該分野で使用される抗体等の他の生体高分子と比較して分子量が小さく、その製造(後述)が比較的容易であり、保存安定性や熱安定性等の物性の面で優れており、医薬組成物(後述)として使用される場合の投与経路、投与方法、製剤等の選択の幅が広い等の長所を有する。また、生体高分子やポリマーの付加等、公知の方法を適用して本発明のペプチドの分子量を大きくすることにより、医薬組成物として使用された場合の血中半減期をより長く調節す
ることもできる。そのような本発明の活性型MMP-9結合ペプチドの分子量は10,000未満、好適には8,000未満、より好適には約7,000~7,200である。また、配列番号18(図32)の15番Cys~31番Cysからなる可変ループ部分又は15番Cys~63番Cysからなる部分(以下「6つのCysを含む部分」という)のうち、活性型MMP-9結合活性を有するものも、本発明の活性型MMP-9結合ペプチドに包含され、可変ループ部分の分子量は2,500未満、好適には約1,800~2,000であり、6つのCysを含む部分の分子量は6,000未満、好適には約5,300~5,500である。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドとしてのSPINK2変異体は、上記のような特異的結合活性、プロテアーゼ阻害活性、その他の性質、機能、特徴等を有し得る一方で、その全長アミノ酸配列はヒト野生型SPINK2のアミノ酸配列に対して高い配列同一性を有する。本発明のSPINK2変異体は、ヒトSPINK2のアミノ酸配列(配列番号1:図15)と60%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、98%以上又は99%以上の配列同一性を有する。
「同一性」とは、2つの配列の間の、類似性又は関係の程度を示す性質を意味する。アミノ酸配列の同一性(%)は、同一であるアミノ酸もしくはアミノ酸残基の数をアミノ酸もしくはアミノ酸残基の総数で割って得られる数値に、100を掛けることにより、算出される。
「ギャップ」とは、2つ以上の配列のうち少なくとも1つにおける欠失及び/又は付加の結果である、当該配列間のアライメントにおける隙間を意味する。
完全に同一なアミノ酸配列を有する2つのアミノ酸配列の間の同一性は100%であるが、一方のアミノ酸配列を他方と比較して1つ又は2つ以上のアミノ酸又はアミノ酸残基の置換、欠失又は付加があれば、両者の同一性は100%未満となる。ギャップをも考慮して2つの配列間の同一性を決定するためのアルゴリズムやプログラムとしては、標準的なパラメータを用いるBLAST(Altschul,et al.Nucleic Acids Res.25巻、3389-3402頁、1997年)、BLAST2(Altschul,et al.J.Mol.Biol.215巻、403-410頁、1990年)、Smith-Waterman(Smith,et al.J.Mol.Biol.147巻、195-197頁、1981年)等の当業者に公知のものを例示することができる。
本発明において、「変異した」とは、天然に存在する核酸分子又はペプチドと比較のヌクレオチド配列又はアミノ酸配列において、1つ又は2つ以上のヌクレオチドもしくはヌクレオチド残基又はアミノ酸もしくはアミノ酸残基の置換、欠失又は挿入がなされていることを意味する。本発明のSPINK2変異体のアミノ酸配列は、ヒトSPINK2のアミノ酸配列と比較して、1つ又は2つ以上のアミノ酸又はアミノ酸残基が変異されている。
本発明のある態様において、SPINK2変異体のアミノ酸配列は、ヒトSPINK2のアミノ酸配列(配列番号1:図15)の:
16番Ser~22番Glyのうち1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つ又は7つのアミノ酸が他のアミノ酸又はアミノ酸残基に置換されており;
24番Pro~28番Asnのうち1つ、2つ、3つ、4つ又は5つのアミノ酸が他のアミノ酸又はアミノ酸残基に置換されており;
15番Cys、23番Cys、31番Cys、42番Cys、45番Cys及び63番Cysは、天然型のジスルフィド結合を維持するためには野生型と同じくCysであること
が好ましく、天然型のジスルフィド結合を消失させたり、非天然型のジスルフィド結合を生じさせたりするためには、それらのうち1つ、2つ、3つ、4つ、5つ又は6つを他のアミノ酸に置換してもよい。本発明のSPINK2変異体うち一部の好適な活性型MMP-9結合ペプチドにおいては、天然型と同じ当該6箇所にCysが維持され、ジスルフィド結合が保持されている。かかる活性型MMP-9結合ペプチドのうちより好適な一部の態様においては、15番Cys-45番Cys、23番Cys-42番Cys、及び、31番Cys-63番Cysが、それぞれジスルフィド結合を形成している。
そのようなSPINK2変異体の有するアミノ酸配列が活性型MMP-9結合ペプチドに含まれる場合、野生型SPINK2のアミノ酸配列に含まれる16番Ser乃至30番Valからなるループ構造、31番Cys及び32番Glyからなるβストランド(1)並びに57番Ile乃至59番Argからなるβストランド(2)から構成されるβシート、41番Glu乃至51番Glyからなるαへリックス、又は、それらに類似しているか若しくはそれら(の位置)に少なくとも部分的に対応するループ構造、βシート、αへリックス等から構成される立体構造が、活性型MMP-9結合活性を発揮し得る程度に、維持されていることが好ましい。
本発明のSPINK2変異体のうち、一部の活性型MMP-9結合ペプチドの有するアミノ酸配列について以下に述べる。上述の通り、本発明において「アミノ酸残基」は単に「アミノ酸」と表記されることがある。
配列番号18(図32)で示されるアミノ酸配列において、X乃至X13は、MMP-9に結合し且つMMP-9活性を阻害する限りに置いてそれぞれ任意のアミノ酸であれば特に限定されない。以下、X乃至X13の好適なアミノ酸について記載するが、それらのアミノ酸の中には天然型、すなわち野生型ヒトSPINK2のアミノ酸配列中と同一のアミノ酸が含まれている場合がある。
1番Xは、好適にはAsp又はGly、より好適にはGlyである。
21番XがPro、24番XがGln、且つ、25番X10がMetのとき、
16番Xは、好適にはArg、Gln、Gly、Trp又はTyr、より好適にはArg又はGlnであり;
17番Xは、好適にはArg、Asp、Gln、Glu、Lys、Met、Ser、Thr又はVal、より好適にはArg、Gln、Lys、Thr又はValであり;
18番Xは、好適にはAla、Arg、Asn、Asp、Gln、Gly、Leu、Lys又はVal、より好適にはArg、Gly又はValであり;
19番Xは、好適にはAla、Arg、Asn、Gly、Ile、Leu又はLys、より好適にはArg、Gly、Ile又はLysであり;
20番Xは、好適にはAla、Glu、Gly、Met又はSer、より好適にはGlu又はGlyであり;
22番Xは、好適にはAla、Leu又はSer、より好適にはAla又はSerであり;
26番X11は、好適にはAla、Gly又はSerであり;
27番X12は、好適にはLeu、Phe、Ser又はTyr、より好適にはPhe又はTyrであり;
28番X13は、好適にはAsn、Asp、Gln、Leu又はLys、より好適にはAsn、Gln又はLysである。
20番XがTyr、22番XがGln、且つ24番XがSerのとき、
16番Xは、好適にはArg、Lys、Met又はVal、より好適にはMet又は
Valであり;
17番Xは、好適にはArg、Gln、Lys又はMet、より好適にはMetであり;
18番Xは、好適にはPhe又はTyr、より好適にはTyrであり;
19番Xは、好適にはGln、Glu又はLys、より好適にはLysであり;
21番Xは、好適にはAla又はGly、より好適にはAlaであり;
25番X10は、好適にはAsn又はHis、より好適にはHisであり;
26番X11は、好適にはLeu、Lys、Met又はVal、より好適にはLysであり;
27番X12は、好適にはPhe、Ser又はTyr、より好適にはSer又はTyrであり;
28番X13は、好適にはAla、Asn、Gln又はLys、より好適にはGln又はLysである。
なお、野生型のX乃至X13は、それぞれAsp、Ser、Gln、Tyr、Arg、Leu、Pro、Gly、Pro、Arg、His、Phe及びAsnである。
本発明においては、1番アミノ酸のN末側に、さらに1つ乃至数個又はそれ以上のアミノ酸が付加していてもよく、そのような付加されるアミノ酸としては、例えば、Stag+リンカーからなるアミノ酸配列(配列番号19及び20:図33及び34)等をあげることができる。
さらに、C末に位置する63番Cysに1乃至数個のアミノ酸が付加していてもよく、例えば、Gly-Glyを加えC末が65番Glyであるアミノ酸配列等をあげることができる。そのような付加されるアミノ酸としては、例えば、C末6マー(配列番号21:図35)、Gly-Gly-Gly(図36)、Gly-Gly(図37)等をあげることができる。
本発明においては、SPINK2変異体ペプチド又はSPINK2変異体ペプチドのN末及び/又はC末付加体(以下、「親ペプチド」と呼ぶ)において、1つ又は2つ以上のアミノ酸が置換、付加及び/又は欠失されてなるペプチドを「親ペプチドの誘導体」又は「親ペプチド誘導体」と呼ぶことがある。かかる「誘導体」も本発明の「ペプチド」の範囲に含まれる。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドの範囲に含まれるSPINK2変異体の有するアミノ酸配列においては、X乃至X13以外の部分、すなわち、野生型ヒトSPINK2のアミノ酸配列(配列番号1:図15)中の、2番Pro~15番Cys、23番Cys及び29番Pro~63番Cysの位置において、天然型のアミノ酸もしくは変異したアミノ酸又はアミノ酸配列を含むことができる。例えば、SPINK2変異体は、活性型MMP-9結合活性又はフォールディングを少なくとも部分的に妨げないか又は干渉をしない限りにおいて、1つ又は2つ以上の位置において変異してよい。そのような変異は、当業者に公知の標準的な方法を使用することによりなし得る。アミノ酸配列中の典型的な変異としては、1つ又は2つ以上のアミノ酸の置換、欠失又は付加をあげることができ、置換としては、保存的置換を例示することができる。保存的置換により、あるアミノ酸残基は、嵩高さのみならず、極性の面についても化学的特徴が類似しているアミノ酸残基により置換される。保存的置換の例は、本明細書の他の部分に記載されている。一方で、X乃至X13以外の部分は、活性型MMP-9結合活性又はフォールディングを少なくとも部分的に妨げないか又は干渉をしない限りにおいて、1つ又は2つ以上のアミノ酸の非保存的置換も許容し得る。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドとしてのSPINK2変異体の有するアミノ酸配列は、X乃至X13が、好適には配列番号2乃至17(図16乃至31)のいずれか一つにおけるX乃至X13の各アミノ酸であり、且つ、X乃至X13以外の部分が活性型MMP-9結合活性又はフォールディングを少なくとも部分的に妨げないか又は干渉をしないアミノ酸又はアミノ酸配列を有することができる。
また、本発明の活性型MMP-9結合ペプチドとしてのSPINK2変異体のアミノ酸配列の例として、次の(a)乃至(d)のいずれか一つに記載のアミノ酸配列をあげることができる:
(a)配列番号2乃至17(図16乃至31)のいずれか一つで示されるアミノ酸配列;(b)(a)に記載のアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列に相補的なヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、且つ活性型MMP-9結合活性を有するペプチドに含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列;
(c)(a)に記載のアミノ酸配列において1乃至20個、1乃至15個、1乃至10個、1乃至8個、1乃至6個、1乃至5個、1乃至4個、1乃至3個、1若しくは2個、又は1個のアミノ酸が置換、欠失、付加及び/又は挿入してなり、且つ活性型MMP-9結合活性を有するペプチドに含まれるアミノ酸配列;及び、
(d)(a)に記載のアミノ酸配列と60%、70%、80%、85%、90%、92%、94%、96%、97%、98%又は99%以上同一であり、且つ活性型MMP-9結合活性を有するペプチドに含まれるアミノ酸配列。
上記(a)乃至(d)のいずれか一つに記載のアミノ酸配列からなるか又は該アミノ酸配列を含むペプチドは、好適には、前駆型MMP-9には結合せず、より好適にはMMP-9の有するプロテアーゼ活性を阻害し、より一層好適にはMMP-9の有するプロテアーゼ活性を特異的に阻害する(そのようなペプチドを、「MMP-9特異的阻害ペプチド」又は「MMP-9特異的阻害SPINK2変異体ペプチド」という)。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドに、そのフォールディング安定性、熱安定性、保存安定性、血中半減期、水溶性、生物活性、薬理活性、副次的作用等を改善する目的で、変異を導入することができる。例えば、ポリエチレングルコール(PEG)、ヒドロキシエチルデンプン(HES)、ビオチン、ペプチド又は蛋白質等の他の物質にコンジュゲートさせるため、Cysのような新たな反応性基を変異により導入することができる。
本発明において、活性型MMP-9結合ペプチドは他の部分に連結していてもよく、そのようなコンジュゲート体を「活性型MMP-9結合ペプチドのコンジュゲート」と総称する。「コンジュゲート」又は「コンジュゲーション」には、ある部分が架橋剤等の化学物質を介して、ある部分をアミノ酸の側鎖に連結するのに適した作用物質等を介して、本発明のペプチドのN末及び/又はC末に遺伝子工学的手法により、本発明のペプチドに連結される形態が含まれる。そのような「部分」には、血中半減期を改善するものとして、ポリエチレングリコール(PEG)等のポリアルキレングリコール分子、ヒドロキシエチルデンプン、パルミチン酸等の脂肪酸分子、免疫グロブリンのFc領域、免疫グロブリンのCH3ドメイン、免疫グロブリンのCH4ドメイン、アルブミン又はその断片、アルブミン結合ペプチド、連鎖球菌プロテインG等のアルブミン結合蛋白質、トランスフェリンを、例示することができる。その他の「部分」としては、かかる「部分」はペプチドリンカー等のリンカーを介して本発明のペプチドが連結され得る。
また、本発明の活性型MMP-9結合ペプチドには、薬理活性を発揮するか又は増強するために、他の薬物がコンジュゲートされていてもよい。抗体分野において抗体-薬物複合体(antibody-drug conjugate:ADC)として当業者に公知
の技術や態様は、抗体を本発明のペプチドに置き換えることにより、本発明の一部の態様となり得る。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、MMP-9以外の標的分子に対する結合親和性、阻害活性、拮抗活性、作動活性等を発揮する1つ又は2つ以上の部分をさらに含むか、そのような部分にコンジュゲートされていてもよい。かかる「部分」としては、抗体又はその断片、SPINK2変異体のような抗体以外の骨格を有する蛋白質又はその断片を例示することができる。抗体分野において多重特異的抗体及び二重特異的抗体(multispecific antibody、bispecific antibody)として当業者に公知の技術や態様は、それらに含まれる2つ以上の「抗体」のうち少なくとも1つを本発明のペプチドに置き換えることにより、本発明のコンジュゲートの一部の態様となる。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチド又はその前駆体は、シグナル配列を含み得る。あるポリペプチドもしくはその前駆体のN末に存在するか又は付加されたシグナル配列は、当該ポリペプチドを細胞の特定の区画、例えば、大腸菌であれば周辺質、真核細胞であれば小胞体に送達するために有用であり、多くのシグナル配列が当業者に公知であり、宿主細胞に応じて選択され得る。大腸菌の周辺質中に所望のペプチドを分泌させるためのシグナル配列としては、OmpAを例示することができる、シグナル配列を含む形態も、本発明のコンジュゲートに、その一部の態様として含まれ得る。
また、本発明の活性型MMP-9結合ペプチドに予めタグを付加させることにより、アフィニティークロマトグラフィーによって該ペプチドを精製することができることができる。本発明のペプチドは、例えば、そのC末に、ビオチン、Strepタグ(商標)、StrepタグII(商標)、His6等のオリゴヒスチジン、ポリヒスチジン、免疫グロブリンドメイン、マルトース結合蛋白質、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)、カルモジュリン結合ペプチド(CBP)、ジゴキシゲニンやジニトロフェノール等のハプテン、FLAG(商標)等のエピトープタグ、mycタグ、HAタグ等(以下まとめて「アフィ二ティー・タグ」と呼ぶ)を含むことができる。タグ付加体も、本発明のコンジュゲートに、その一部の態様として含まれ得る。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、標識のための部分を含むことができ、具体的には、酵素標識、放射性標識、着色標識、蛍光標識、発色標識、発光標識、ハプテン、ジゴキシゲニン、ビオチン、金属複合体、金属、コロイド金等の標識部分がコンジュゲートされ得る。標識のための部分を含む態様も、本発明のコンジュゲートに、その一部の態様として含まれ得る。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、そのペプチド部分に天然アミノ酸及び非天然アミノ酸のいずれをも含むことができ、天然アミノ酸としてはL-アミノ酸及びD-アミノ酸のいずれをも含むことができる。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドのアミノ酸配列には、天然アミノ酸及び非天然アミノ酸のいずれをも含むことができ、天然アミノ酸としてはL-アミノ酸及びD-アミノ酸のいずれをも含むことができる。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、単量体、2量体、3量体以上のオリゴマー又は多量体として存在し得る。2量体、3量体以上のオリゴマー及び多量体は、単一の単量体から構成されるホモ、及び、2つ以上の異なる単量体から構成されるヘテロ、のいずれでもよい。単量体は、例えば、速やかに拡散し組織への浸透に優れている場合がある。2量体、オリゴマー及び多量体は、例えば、局所において標的分子に対して高い親和性もしくは結合活性を有するか、遅い解離速度を有するか、又は高い活性型MMP-9結合活性を示す等の優れた側面を有し得る。自発的な2量体化、オリゴマー化及び多量体化に加え、意図した2量体化、オリゴマー化及び多量体化も、jun-fosドメイン、ロイシンジッパー等を本発明の活性型MMP-9結合ペプチドに導入することにより、なし得る。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、単量体、2量体、3量体以上のオリゴマー又は多量体で、1つ又は2つ以上の標的分子に結合するか又は標的分子の活性を阻害することができる。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドがとり得る形態としては、単離された形態(凍結乾燥標品、溶液等)、上述のコンジュゲート体、他の分子に結合した形態(固相化された形態、異分子との会合体、標的分子と結合した形態等)等をあげることができるが、それらに限定されるものではなく、発現、精製、使用、保存等に適合した形態を任意に選択することができる。
ある態様において、本発明の好適な活性型MMP-9結合ペプチドである、MMP-9阻害ペプチド、とりわけMMP-9特異的阻害ペプチドが認識する、活性型ヒトMMP-9分子上の結合部位は、次の(i)又は(ii)であり得る:
(i)活性型MMP-9のアミノ酸配列(配列番号28)中、
(ia)第402番Glu、及び、
(ib)第110番Phe、第179番Tyr、第187番Leu、第192番Phe、第199番Gln、第393番Tyr、第397番Leu、第398番Val、第420番Tyr、第422番Met及び第423番Tyrからなる群より選択される1つ又は2つ以上のアミノ酸;又は
(ii)活性型MMP-9のアミノ酸配列(配列番号28)中、
(iia)第402番Glu、及び、
(iib)第179番Tyr、第185番Asp、第192番Phe、第193番Phe、第393番Tyr、第397番Leu、第398番Val、第422番Met、第423番Tyr及び第424番Argからなる群より選択される1つ又は2つ以上のアミノ酸。
ここで、「2つ以上」とは、好適には3つ以上、4つ以上、5つ以上又は6つ以上、であり、より好適には7つ以上、8つ以上又は9つ以上であり、最適には10、又は、10若しくは11、である。
活性型MMP-9結合ペプチドが認識する、活性型MMP-9分子上の結合部位は、活性型MMP-9の野生型及び変異体と該ペプチドを用いた阻害活性を測定することで特定することができる。例えば、野生型である活性型MMP-9の基質ペプチド分解活性を100%として測定される被験化合物の50%阻害濃度(IC50)と比較して、nnn番目のアミノ酸Xを置換した活性型MMP-9変異体の基質ペプチド分解活性に対する被験化合物のIC50が増加する場合、基準は特に限定されないが、例えば、2倍以上、好ましくは3倍以上、より好ましくは4倍以上、より一層好ましくは5倍以上増加する場合、被験化合物はnnn番目のアミノ酸Xを認識して活性型MMP-9に結合する、と判定する。
3.活性型MMP-9結合ペプチドの同定
活性型MMP-9結合ペプチドは、SPINK2のアミノ酸配列又は本発明の活性型MMP-9結合ペプチドの有するアミノ酸配列(例えば、配列番号2乃至17からなる群、又は、図16乃至31からなる群から選択されるアミノ酸配列)、該アミノ酸配列をコー
ドするヌクレオチド配列、該ヌクレオチド配列を含む核酸分子等を出発材料として、当業者に周知の方法により、同定することができる。好適な一例として、ヒトSPINK2変異体ライブラリーより、活性型MMP-9結合活性を指標として同定することができ、前駆型MMP-9結合活性又はMMP-9阻害活性も指標として組み合わせてもよい。
例えば、出発材料としての核酸分子は、変異誘発に供され、組換えDNA技術を用いて適切な細菌宿主又は真核性宿主中に導入され得る。SPINK2変異体ライブラリーは、標的分子のバインダーや阻害剤を同定するための技術として公知であり、例えば、WO2012/105616公報における開示も、その全体を参照することにより本発明の開示に含まれる。適切な宿主において変異誘発に供されたヌクレオチド配列を発現させた後、所望の性質、活性、機能等を有するSPINK2変異体がその遺伝形質とリンクしてなるクローンを、前記のライブラリーから濃縮及び/又は選抜し、同定することができる。クローンの濃縮及び/又は選抜には、細菌ディスプレイ法(Francisco,J.A.,et al.(1993年)Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 90巻,10444-10448頁)、酵母ディスプレイ法(Boder,E.T.,et al.(1997年)Nat.Biotechnol. 15巻,553-557頁)、哺乳動物細胞ディスプレイ法(Ho M,et al.(2009年)Methods Mol Biol.525巻:337-52頁)、ファージディスプレイ法(Smith,G.P.(1985年)Science. 228巻,1315-1317頁)、リボソームディスプレイ法((Mattheakis LC, et al. (1994年) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91巻19号,9022-9029頁))、mRNAディスプレイ等の核酸ディスプレイ法(Nemoto N,et al.(1997年)FEBS Lett. 414巻2号,405-408頁)、コロニースクリーニング法(Pini,A.et al.(2002年)Comb.Chem.High Throughput Screen. 5巻,503-510頁)等、当業者に公知の方法を使用することにより、選抜され同定されたクローンに含まれるSPINK2変異体のヌクレオチド配列を決定することにより、該ヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列を、当該クローンに含まれるSPINK2変異体すなわち活性型MMP-9結合ペプチドの有するアミノ酸配列として決定することができる。
本発明のSPINK2変異体は、例えば、天然型のSPINK2に変異を誘発することにより、得ることができる。「変異の誘発」とは、あるアミノ酸配列の各位置に存在する1つ又は2つ以上のアミノ酸を他のアミノ酸に置換するかもしくは欠失させるか、又は当該アミノ酸配列中には存在しないアミノ酸を付加もしくは挿入することができるようにすることを意味する。かかる欠失又は付加もしくは挿入により、配列長が変わり得る。本発明のSPINK2変異体において、変異の誘発は、好適には、配列番号18(図32)で示されるアミノ酸配列中の、X乃至X13の1つ又は2つ以上の位置において生じ得る。
但し、そのような好適な変異の誘発の後に、X乃至X13の1つ又は2つ以上の位置において、天然型のアミノ酸、すなわち天然型のアミノ酸配列中の特定の位置に存在するのと同じアミノ酸が維持されたものも、全体として少なくとも1つのアミノ酸が変異されていれば、変異体の範囲に含まれる。同様に、本発明のある態様において、X乃至X13以外の部分の1つ以上の位置に変異を誘発した後に、当該位置に天然型のアミノ酸、すなわち天然型のアミノ酸配列中の特定の位置に存在するのと同じアミノ酸が維持されたものも、全体として少なくとも1つのアミノ酸が変異されていれば、変異体の範囲に含まれる。
「ランダム変異の誘発」とは、配列上の特定の位置について、1つ又は2つ以上の異な
るアミノ酸が、変異の誘発により、当該位置に一定の確率で導入させることを意味するが、少なくとも2つの異なるアミノ酸の導入される確率が全て同じではなくてもよい。また、本発明においては、少なくとも2つの異なるアミノ酸に、天然型のアミノ酸(1種)が含まれることを妨げるものではなく、そのような場合も「ランダム変異の誘発」の範囲に含まれる。
特定の位置にランダム変異を誘発する方法としては、当業者に公知の標準的方法を使用することができる。例えば、配列中の特定の位置に、縮重ヌクレオチド組成物を含む合成オリゴヌクレオチドの混合物を用いたPCR(polymerase chain reaction)により変異を誘発することができる。例えば、コドンNNK又はNNS(N=アデニン、グアニン、シトシン又はチミン;K=グアニン又はチミン;S=アデニン又はシトシン)を使用すれば、天然アミノ酸20種全てに加え、停止コドンが導入される変異の誘発されるのに対し、コドンVVS(V=アデニン、グアニン又はシトシン)を使用すれば、Cys、Ile、Leu、Met、Phe、Trp、Tyr及びValが導入される可能性が無く、残る12の天然アミノ酸の導入が変異誘発される。また、例えば、コドンNMS(M=アデニン又はシトシン)を使用すれば、Arg、Cys、Gly、Ile、Leu、Met、Phe、Trp及びValが導入される可能性が無く、残る11の天然アミノ酸の導入が変異誘発される。非天然アミノ酸の導入を変異誘発するために、特殊なコドン、人工的なコドン等を用いることができる。
部位特異的な変異誘発は、高次構造を含む標的及び/又は該標的に対するペプチドもしくはペプチドが由来する野生型ペプチドの構造情報を利用しても行うことができる。本発明においては、標的であるMMP-9及び/又は標的に対するSPINK2変異体もしくは野生型SPINK2の、又は両者の複合体の、高次情報を含む構造情報を利用して、部位特異的な変異を導入することができる。例えば、活性型MMP-9結合活性を有するSPINK2変異体を同定し、次いでMMP-9及び当該SPINK2変異体の複合体の結晶を取得してX線結晶構造解析を行い、その解析結果に基づいて該SPINK2変異体が結合するMMP-9分子上のエピトープ及び該エピトープに対応する該SPINK2変異体上のパラトープを特定すること等を通じて得られる構造情報と、活性型MMP-9結合活性との相関を見出すことができる場合がある。そのような構造活性相関に基づいて、特定の位置において特定のアミノ酸への置換、特定の位置におけるアミノ酸の挿入又は欠失等をデザインし、実際に活性型MMP-9結合活性を確認することができる。
また、例えば、イノシン等の塩基対の特異性が改変されたヌクレオチド構成単位を用いて、変異を誘発することができる。
さらに、例えば、Taq DNAポリメラーゼ等の、校正機能を欠き、エラー率の高いDNAポリメラーゼを用いたエラー・プローンPCR法、化学変異誘発等により、ランダムな位置への変異誘発が可能である。
活性型MMP-9結合ペプチドは、細菌ディスプレイ、酵母ディスプレイ、哺乳細胞ディスプレイ、ファージディスプレイ、リボゾームディスプレイ、核酸ディスプレイ、コロニースクリーニング等を利用して、ファージライブラリー、コロニーライブラリー等それぞれのスクリーニング方法に適した当業者に公知のライブラリーより濃縮及び/又は選抜することができる。それらのライブラリーのうち、ファージライブラリーにはファージミド、コロニースクリーニングにはコスミド等、それぞれのライブラリーに適した当業者に公知のベクター及び方法により構築することができる。そのかかるベクターは、原核細胞又は真核細胞に感染するウイルス又はウイルス性ベクターであってもよい。それらの組換えベクターは、遺伝子操作等当業者に公知の方法により調製することができる。
細菌ディスプレイは、例えば、大腸菌の外膜リポ蛋白質(Lpp)の一部及び外膜蛋白
質OmpAと所望の蛋白質を融合させ、大腸菌表面上に所望の蛋白質を提示させる技術である。ある蛋白質の有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列にランダム変異を誘発して得られるDNA群を細菌ディスプレイに適したベクターに導入し、当該ベクターで細菌細胞を形質転換すれば、形質転換細菌細胞表面上に、ランダム変異誘発された蛋白質群を提示するライブラリーを得ることができる(Francisco,J.A.,et
al.(1993年)Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
90巻,10444-10448頁)。
酵母ディスプレイは、酵母の細胞表面の外殻にあるα-アグルチニン等の蛋白質に所望の蛋白質を融合させ、酵母表面上に提示させる技術である。α-アグルチニンには、グリコシルホスファチジルイノシトール(GPI)アンカー付着シグナルと推定されるC末疎
水性領域、シグナル配列、活性ドメイン、細胞壁ドメイン等が含まれ、それらを操作することにより、酵母の細胞表面上に所望の蛋白質をディスプレイすることができる。ある蛋白質の有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列にランダム変異を誘発して得られるDNA群を酵母ディスプレイに適したベクターに導入し、当該ベクターで酵母細胞を形質転換すれば、形質転換酵母細胞表面上に、ランダム変異誘発された蛋白質群を提示するライブラリーを得ることができる(Ueda,M.& Tanaka,A.、Biotechnol.Adv.、18巻、121頁~、2000年刊:Ueda,M.& Tanaka,A.、J.Biosci.Bioeng.、90巻、125頁~、2000年刊等)。
動物細胞ディスプレイは、例えば、血小板由来成長因子受容体(PDGFR)に代表される膜蛋白質の膜貫通領域と所望の蛋白質を融合させ、HEK293やチャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞等の哺乳動物細胞表面上に所望の蛋白質を提示させる技術である。ある蛋白質の有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列にランダム変異を誘発して得られるDNA群を動物細胞ディスプレイに適したベクターに導入し、当該ベクターで動物細胞を形質転換すれば、形質転換動物細胞表面上に、ランダム変異誘発された蛋白質群を提示するライブラリーを得ることができる(Ho M,et al.(2009年)Methods Mol Biol.525巻:337-52頁)。
酵母、細菌、動物細胞等の細胞上に提示された所望のライブラリーは、標的分子の存在下で保温するか、又は、標的分子と接触させることができる。例えば、ビオチン等で修飾されたMMP-9とライブラリーを含む細胞を一定時間保温した後、磁性ビーズ等の担体を添加し、細胞を担体から分離し、次いで担体を洗浄することにより非特異的な吸着物及び結合物を除去し、担体(に結合したMMP-9)に結合したペプチド、ペプチドの集合物又は濃縮されたペプチド集合物が提示された細胞群を回収することができる。同様に、磁性ビーズ添加後に磁気細胞分離(MACS)をする、又は、抗MMP-9抗体を用いた細胞染色後にFACSを実施することで、担体(に結合したMMP-9)又はMMP-9と結合したペプチド、ペプチドの集合物又は濃縮されたペプチド集合物が提示された細胞群を回収することができる。非特異的な吸着物部位及び/又は結合部位は、例えば、ブロッキング処理することも可能であり、ブロッキング工程も適切な方法であれば組み入れられ得る。そのようにして得られたペプチド、ペプチドの集合物又は濃縮されたペプチド集合物を発現しているベクターを回収し、ベクターに挿入されたポリヌクレオチドの有するヌクレオチド配列を決定し、該ヌクレオチド配列がコードするアミノ酸配列を決定することができる。また、ベクターを再度宿主細胞に導入し、上述の操作をサイクルとして1回乃至数回繰り返すことにより、標的分子に結合するペプチド集合物をより高度に濃縮することができる。
ファージディスプレイの場合、例えば、ファージミドは、プラスミド複製起点の他に、一本鎖バクテリオファージから誘導された第二の複製起点を含む細菌プラスミドである。
ファージミドを有する細胞は、M13又はそれに類似のヘルパーバクテリオファージによる重感染において、一本鎖複製モードを介してファージミドを複製することができる。すなわち、バクテリオファージ被覆蛋白質により被覆された感染性粒子の中に、一本鎖ファージミドDNAがパッケージされる。このようにして、ファージミドDNAを、感染細菌中にクローン二本鎖DNAプラスミドとして、ファージミドを、重感染した細胞の培養上清からバクテリオファージ状の粒子として、それぞれ形成することができる。バクテリオファージ状の該粒子を、F性線毛を有する細菌にかかるDNAを感染させるために該細菌中に注入することにより、粒子自体をプラスミドとして再形成することができる。
被験ペプチドのアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチド及びバクテリオファージ被覆蛋白質(coat protein)遺伝子を含んで構成される融合遺伝子を該ファージミドに挿入して細菌に感染させ、該細胞を培養すれば、かかるペプチドを、該細菌上又はファージ様粒子上に発現もしくは提示(ディスプレイと同義)させるか、又は、該被覆蛋白質との融合蛋白質としてファージ粒子中もしくは該細菌の培養上清中に産生することができる。
例えば、該ポリヌクレオチド及びバクテリオファージ被覆蛋白質遺伝子gpIIIを含んで構成される融合遺伝子をファージミドに挿入し、M13又はそれに類似のヘルパーファージとともに大腸菌に重感染させれば、該ペプチド及び該被覆蛋白質を含んで構成される融合蛋白質として、該大腸菌の培養上清中に産生させることができる。
ファージミドの代わりに、環状又は非環状の各種ベクター、例えば、ウイルスベクターを用いる場合、当業者に公知の方法に従って、該ベクターに挿入された該ポリヌクレオチドの有するヌクレオチド配列によりコードされたアミノ酸配列を有するペプチドを、該ベクターが導入された細胞もしくはウイルス様粒子上に発現又は提示させるか、又は該細胞の培養上清中に産生することができる。
そのようにして得られる、ペプチドを発現しているライブラリーを、標的分子の存在下で保温するか、又は、標的分子と接触させることができる。例えば、MMP-9が固相化された担体を、ライブラリーを含む移動相と一定時間保温した後、移動相を担体から分離し、次いで担体を洗浄することにより非特異的な吸着物及び結合物を除去し、担体(に結合したMMP-9)に結合したペプチド、ペプチドの集合物又は濃縮されたペプチド集合物を、溶出により回収することができる。溶出は、相対的に高いイオン強度、低いpH、中程度の変性条件、カオトロピック塩の存在下等で、非選択的に行うか、又は、MMP-9等の可溶性の標的分子、標的分子に結合する抗体、天然のリガンド、基質等を添加して固相化された標的分子と競合させることにより選択的に行うことができる。非特異的な吸着物部位及び/又は結合部位は、例えば、ブロッキング処理することも可能であり、ブロッキング工程も適切な方法であれば組み入れられ得る。
そのようにして得られたペプチド、ペプチドの集合物又は濃縮されたペプチド集合物を発現しているベクターを回収し、ベクターに挿入されたポリヌクレオチドの有するヌクレオチド配列を決定し、該ヌクレオチド配列がコードするアミノ酸配列を決定することができる。また、ベクターを再度宿主細胞に導入し、上述の操作をサイクルとして1回乃至数回繰り返すことにより、標的分子に結合するペプチド集合物をより高度に濃縮することができる。
リボゾームディスプレイは、例えば、終始コドンを持たない所望の蛋白質をコードするmRNAと無細胞蛋白質合成系を用いることで、試験管内で所望の蛋白質とそれに対応するmRNA、及びリボゾームが連結した分子を合成する技術である。ある蛋白質の有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列にランダム変異を誘発して得られるmRNA
群と無細胞蛋白質合成系を利用することで、ランダム変異誘発された蛋白質群がリボゾーム上に提示されたライブラリーを得ることができる(Mattheakis LC, et al. (1994年) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91巻19号,9022-9029頁)。
核酸ディスプレイは、mRNAディスプレイともよばれ、例えば、チロシルtRNAの3’末端に類似の構造をもつピューロマイシン等のリンカーを用いることで、所望の蛋白質、それをコードするmRNA及びリボゾームが連結した分子を合成する技術である。当該技術は生細胞ではなく、無細胞蛋白質合成系を利用するため、試験管内で合成することが可能である。ある蛋白質の有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列にランダム変異を誘発して得られるmRNA群とピューロマイシン等のリンカー、及び、無細胞蛋白質合成系を利用することで、ランダム変異誘発された蛋白質群がリボゾーム上に提示されたライブラリーを得ることができる(Nemoto N,et al.(1997年)FEBS Lett. 414巻2号,405-408頁)。
リボゾームディスプレイや核酸ディスプレイ等の無細胞合成系を介して得られる、ペプチドを発現しているライブラリーは、標的分子の存在下で保温するか、又は、標的分子と接触させることができる。例えば、MMP-9が固相化された担体を、ライブラリーを含む移動相と一定時間保温した後、移動相を担体から分離し、次いで担体を洗浄することにより非特異的な吸着物及び結合物を除去し、担体(に結合したMMP-9)に結合したペプチド、ペプチドの集合物又は濃縮されたペプチド集合物を、溶出により回収することができる。溶出は、相対的に高いイオン強度、低いpH、中程度の変性条件、カオトロピック塩の存在下等で、非選択的に行うか、又は、MMP-9等の可溶性の標的分子、標的分子に結合する抗体、天然のリガンド、基質等を添加して固相化された標的分子と競合させることにより選択的に行うことができる。非特異的な吸着物部位及び/又は結合部位は、例えば、ブロッキング処理することも可能であり、ブロッキング工程も適切な方法であれば組み入れられ得る。
そのようにして得られたペプチド、ペプチドの集合物又は濃縮されたペプチド集合物を発現している核酸を回収し、mRNAの場合はcDNAに逆転写反応後にヌクレオチド配列を決定し、該ヌクレオチド配列がコードするアミノ酸配列を決定することができる。また、回収した核酸からmRNAを転写し、上述の操作をサイクルとして1回乃至数回繰り返すことにより、標的分子に結合するペプチド集合物をより高度に濃縮することができる。
ペプチド、ペプチドの集合物又は濃縮されたペプチド集合物に予めアフィ二ティー・タグをコンジュゲートさせておけば、効率的に当該ペプチド又はそれらの集合物を精製することができる。例えば、プロテアーゼの基質をタグとして予めペプチド集合物にコンジュゲートさせておけば、該プロテアーゼ活性により切断することにより、ペプチドを溶出することができる。
得られた配列情報及びペプチドの機能等に基づき、得られたクローン又はライブラリーにさらなる変異を誘発させ、変異が導入されたライブラリーから、その機能(例えば、活性型MMP-9結合活性)、物性(熱安定性、保存安定性等)、体内動態(分布、血中半減期)等が改善されたペプチドを取得することも可能である。
得られたペプチドが、活性型MMP-9結合活性を有しているか否かを決定することにより、活性型MMP-9結合ペプチドを同定することができる。
また、活性型MMP-9結合ペプチドは、好適には、野生型SPINK2のアミノ酸配
列に含まれる16番Ser乃至30番Valからなるループ構造、31番Cys及び32番Glyからなるβストランド(1)並びに57番Ile乃至59番Argからなるβストランド(2)から構成されるβシート、並びに、41Glu番アミノ酸乃至51番Glyからなるαへリックス、又は、それらに類似するか若しくはそれら(の位置)に少なくとも部分的に対応するループ構造、βシート、αへリックス等から構成される立体構造が、活性型MMP-9結合活性を発揮し得る程度に、維持され得る。かかる立体構造(全体の構造又は部分構造)を指標の一部として、より好適な活性型MMP-9結合ペプチドを同定することも可能である。
4.活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子、それを含むベクター、それらを含む細胞、並びに、組換え活性型MMP-9結合ペプチドの製造方法
本発明は、活性型MMP-9結合ペプチドに含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド(以下、「活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子」という)、該遺伝子が挿入された組換えベクター、該遺伝子もしくはベクターが導入された細胞(以下、「活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子含有細胞」という)、又は活性型MMP-9結合ペプチドを産生する細胞(以下、「活性型MMP-9結合ペプチド産生細胞」という)をも提供する。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子の一部の好適な例として、次の(a)乃至(d)のいずれか一つに記載のヌクレオチド配列(以下、「活性型MMP-9結合ペプチドのヌクレオチド配列」という)を含んでなるか、活性型MMP-9結合ペプチドをコードするヌクレオチド配列を含むヌクレオチド配列からなるか、又は活性型MMP-9結合ペプチドをコードするヌクレオチド配列からなるものをあげることができる:
(a)配列番号2乃至17(図16乃至31)のいずれか一つで示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(b)(a)に記載のヌクレオチド配列に相補的なヌクレオチド配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、且つ活性型MMP-9結合活性を有するペプチドに含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;
(c)(a)に記載のヌクレオチド配列において1乃至20個、1乃至15個、1乃至10個、1乃至8個、1乃至6個、1乃至5個、1乃至4個、1乃至3個、1若しくは2個、又は1個のヌクレオチド又はヌクレオチド残基が置換、欠失、付加及び/又は挿入してなり、且つ活性型MMP-9結合活性を有するペプチドに含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列;及び、
(d)(a)に記載のヌクレオチド配列と60%、70%、80%、85%、90%、92%、94%、96%、97%、98%又は99%以上同一であり、且つ活性型MMP-9結合活性を有するペプチドに含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列。
上記(a)乃至(d)のいずれか一つに記載のヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列からなるか又は該アミノ酸配列を含むSPINK2変異体ペプチドは、好適には前駆型MMP-9には結合せず、より好適にはMMP-9の有するプロテアーゼ活性を阻害し、より一層好適にはMMP-9の有するプロテアーゼ活性を特異的に阻害する。
しかしながら、活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子は(a)乃至(d)に限定されるものではなく、活性型MMP-9結合活性を有するSPINK2変異体に含まれるアミノ酸配列、好適には配列番号18(図32)で示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含む核酸分子は遍く活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子の範囲に包含される。
アミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を設計するには、各アミノ酸に対応するコ
ドンを1種又は2種以上使用することができる。そのため、あるペプチドが有する単一のアミノ酸配列をコードする塩基配列は、複数のバリエーションを有し得る。かかるコドンの選択に際しては、該ヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド又はそれを含むベクターが導入される、発現用の宿主細胞のコドン使用(codon usage)に応じて適宜コドンを選択したり、複数のコドンの使用の頻度もしくは割合を適宜調節したりすることができる。例えば、大腸菌を宿主細胞として用いる場合は、大腸菌において使用頻度が高いコドンを使用してヌクレオチド配列を設計してもよい。
活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子は、1つ又は2つ以上の調節配列に機能的に連結されていてもよい。「機能的に連結される」とは、連結された核酸分子を発現させることができる、又は、該分子に含まれるヌクレオチド配列の発現を可能にする、ことを意味する。調節配列は、転写調節及び/又は翻訳調節に関する情報を含む配列エレメントを含む。調節配列は、種により様々であるが、一般に、プロモーターを含み、原核生物の-35/-10ボックス及びシャイン・ダルガノ配列、真核生物のTATAボックス、CAAT配列、及び5’キャッピング配列等で例示される、転写及び翻訳の開始に関与する5’非コード配列を含む。かかる配列は、エンハンサーエレメント及び/又はリプレッサーエレメント、並びに宿主細胞内外の特定の区画へと天然型又は成熟型のペプチドを送達するための、翻訳され得るシグナル配列、リーダー配列等を含んでもよい。さらに、調節配列は3’非コード配列を含んでよく、かかる配列には、転写終結又はポリアデニル化等に関与するエレメントを含み得る。ただし、転写終結に関する配列が、特定の宿主細胞において充分に機能しない場合は、当該細胞に適した配列で置換され得る。
プロモーター配列としては、原核生物ではtetプロモーター、lacUV5プロモーター、T7プロモーター等を、真核細胞ではSV40プロモーター、CMVプロモーター等を例示することができる。
活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子は、単離された形態、ベクターもしくは他のクローニングビヒクル(以下、単に「ベクター」という:プラスミド、ファージミド、ファージ、バキュロウイルス、コスミド等)中又は染色体中に含まれる形態であってよいが、それらの形態に限定されない。ベクターには、活性型MMP-9結合ペプチドのヌクレオチド配列及び上記調節配列に加え、発現に使用される宿主細胞に適した複製配列及び制御配列、並びに形質転換等により核酸分子が導入された細胞を選択可能な表現型を与える選択マーカーを含んでいてもよい。
活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子、活性型MMP-9結合ペプチドのヌクレオチド配列を含むベクターは、当該ペプチド又はヌクレオチド配列を発現可能な宿主細胞に形質転換等の当業者に公知の方法により導入することができる。該核酸分子又はベクターを導入された宿主細胞は、当該ペプチド又はヌクレオチド配列の発現に適した条件下で培養され得る。宿主細胞は、原核及び真核のいずれでもよく、原核では大腸菌、枯草菌等、真核ではサッカロミセス・セレヴィシエ、ピキア・パストリス等の酵母、SF9、High5等の昆虫細胞、HeLa細胞、CHO細胞、COS細胞、NS0等の動物細胞を例示することができる。真核細胞等を宿主細胞として用いることにより、発現した本発明のペプチドに所望の翻訳後修飾を施すことができる。翻訳後修飾としては、糖鎖等の官能基付加、ペプチド又は蛋白質の付加、アミノ酸の化学的性質の変換等を例示することができる。また、本発明のペプチドへの所望の修飾を人工的に施すことも可能である。そのようなペプチドの修飾体も、本発明の「ペプチド」の範囲に包含される。
本発明は活性型MMP-9結合ペプチドの製造方法をも含む。当該方法には、活性型MMP-9結合ペプチドをコードする核酸分子もしくは活性型MMP-9結合ペプチドのヌクレオチド配列を含むベクターが導入された宿主細胞又は活性型MMP-9結合ペプチド
を発現する細胞を培養する工程1、及び/又は、工程1で得られた培養物から活性型MMP-9結合ペプチドを回収する工程2が含まれる。工程2には、当業者に公知の分画、クロマトグラフィー、精製等の操作を適用することができ、例えば、後述する本発明の抗体を利用したアフィニティー・クロマトグラフィーによる精製が適用可能である。
本発明の一部の態様において、活性型MMP-9結合ペプチドは、分子内ジスルフィド結合を有する。分子内ジスルフィド結合を有するペプチドは、シグナル配列等を用いて、酸化性の酸化還元環境を有する細胞区間に送達させることが好ましい場合がある。酸化性環境は、大腸菌等のグラム陰性細菌の周辺質、グラム陽性細菌の細胞外環境、真核細胞の小胞体内腔等により提供することが可能であり、かかる環境下では、構造的なジスルフィド結合の形成が促進され得る。また、大腸菌等の宿主細胞の細胞質において分子内ジスルフィド結合を有するペプチドを作製することも可能であり、その場合ペプチドは、可溶性の折り畳まれた状態で直接的に獲得されるか、又は封入体の形態で回収され、次いでイン・ビトロで復元され得る。さらに、酸化性の細胞内環境を有する宿主細胞を選択し、その細胞質において分子内ジスルフィド結合を有するペプチドを作製することもできる。一方、活性型MMP-9結合ペプチドが分子内ジスルフィド結合を有さない場合は、還元性の酸化還元環境を有する細胞区間、例えば、グラム陰性細菌の細胞質において作製され得る。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、メリフィールド他のペプチド固相合成法、並びに、t-ブトキシカルボニル(t-Butoxycarbonyl:Boc)や9-フルオレニルメトキシカルボニル(9-Fluorenylmethoxycarbonyl:Fmoc)等を利用した有機合成化学的ペプチド合成法により例示される化学合成、イン・ビトロ翻訳等の、他の当業者に公知の方法によっても製造することができる。
本発明は、その一部の態様として、活性型MMP-9結合活性を有するSPINK2変異体ペプチドに結合する抗体及びその機能断片を提供する。抗体は、ポリクローナル抗体及びモノクローナル抗体のいずれでもよく、モノクローナル抗体としては、免疫グロブリン又はそれに由来するものであれば特に限定されない。抗体の機能断片は、抗原結合活性すなわち該SPINK2変異体ペプチドへの結合活性を有している範囲において限定はなく、重鎖及び軽鎖の両方もしくは一方又はその断片、定常領域やFc領域を欠くもの、他の蛋白質や標識用物質とのコンジュゲート体等も含まれる。かかる抗体及びその機能断片は、当業者に公知の方法により調製することができ、該SPINK2変異体ペプチドのアフィニティー・クロマトグラフィーによる精製、該ペプチドを含む医薬組成物又はその使用に関連した臨床検査、診断等における該ペプチドの検出、イムノアッセイ等に有用である。本発明の抗体は、該抗体が結合する本発明のペプチドを用いたアフィニティー・クロマトグラフィーにより精製することができる。
5.医薬組成物
本発明は活性型MMP-9結合ペプチド又はそのコンジュゲートを含む医薬組成物をも提供する。好適には、活性型MMP-9結合ペプチド又はそのコンジュゲートは、MMP-9阻害活性を持つMMP-9阻害ペプチド又はそのコンジュゲートである。
本発明の医薬組成物は、MMP-9により惹起されるか又は増悪化され、MMP-9の発現又は機能を阻害又は抑制することにより、かかる惹起又は増悪化の抑制、治癒、症状の維持もしくは改善、二次性疾患の回避等し得る各種疾患(以下、「MMP-9に関わる疾患」又は「MMP-9関連疾患」という)の治療及び/又は予防に有用である。
MMP-9に関わる疾患としては、例えば、炎症性・自己免疫性疾患、神経変性疾患、精神疾患、血管系疾患、又は悪性腫瘍等をあげることができる。
炎症性・自己免疫性疾患としては、例えば、関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、強皮症、気管支喘息、間質性肺炎、慢性閉塞性肺疾患、潰瘍性大腸炎、クローン病、肝炎、湿疹(皮膚炎)、乾癬、扁平苔癬、紅斑・紅皮症、蕁麻疹、脱毛症、天疱瘡、尋常性ざ瘡、褥瘡・創傷、結膜炎、角膜炎、鼻炎、口内炎、舌炎、ベーチェット病、多発性硬化症、脳炎、頭痛、末梢神経炎、糖尿病合併症(糖尿病網膜症、糖尿病腎症、糖尿病神経障害)、アテローム性動脈硬化症、膵炎、慢性心不全、又は腎炎をあげることができる。
神経変性疾患としては、例えば、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、筋萎縮性側索硬化症、前頭側頭型認知症、脳損傷、脊髄損傷、低酸素症、痙攣、又は外傷性脳障害をあげることができる。
精神疾患としては、例えば、大うつ病、双極性障害、不安、外傷後ストレス障害(PTSD)、摂食障害、睡眠障害、統合失調症、依存症、自閉症、脆弱X症候群、注意欠陥多
動性障害、又はダウン症侯群をあげることができる。
血管系疾患としては、例えば、脳血管障害、脳動脈瘤、脳アミロイド血管症、抹消血管障害、大動脈瘤、大動脈解離、動静脈瘻、動脈硬化症、高安動脈炎、川崎病、静脈瘤、又は血管石灰化をあげることができる。
悪性腫瘍としては、例えば、肺癌、乳癌、膵臓癌、大腸癌、又は神経膠腫をあげることができる。
但し、MMP-9に関わる疾患は、ここに例示された疾患に限定されるものではない。
本発明の医薬組成物には、治療又は予防に有効な量の活性型MMP-9結合ペプチドと薬学上許容される希釈剤、担体、可溶化剤、乳化剤、保存剤及び/又は補助剤を含有せしめることができる。
「治療又は予防に有効な量」とは、特定の疾患、投与形態及び投与経路につき治療又は予防効果を奏する量を意味し、「薬理学的に有効な量」と同義である。
本発明の医薬組成物には、pH、浸透圧、粘度、透明度、色、等張性、無菌性、該組成物又はそれに含まれるペプチド又はコンジュゲートの安定性、溶解性、徐放性、吸収性、浸透性、剤型、強度、性状、形状等を変化させたり、維持したり、保持したりするための物質(以下、「製剤用の物質」という)を含有せしめることができる。製剤用の物質としては、薬理学的に許容される物質であれば特に限定されるものではない。例えば、非毒性又は低毒性であることは、製剤用の物質が好適に具備する性質である。
製剤用の物質として、例えば、以下のものをあげることができるが、これらに限定されるものではない;グリシン、アラニン、グルタミン、アスパラギン、ヒスチジン、アルギニン又はリジン等のアミノ酸類、抗菌剤、アスコルビン酸、硫酸ナトリウム又は亜硫酸水素ナトリウム等の抗酸化剤、リン酸、クエン酸、ホウ酸バッファー、炭酸水素ナトリウム、トリス-塩酸(Tris-HCl)溶液等の緩衝剤、マンニトールやグリシン等の充填剤、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)等のキレート剤、カフェイン、ポリビニルピロリジン、β-シクロデキストリンやヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリン等の錯化剤、グルコース、マンノース又はデキストリン等の増量剤、単糖類、二糖類やグルコース、マンノースやデキストリン等の他の炭水化物、着色剤、香味剤、希釈剤、乳化剤やポリビニルピロリジン等の親水ポリマー、低分子量ポリペプチド、塩形成対イオン、塩化ベンズアルコニウム、安息香酸、サリチル酸、チメロサール、フェネチルアルコール、メチルパラベン、プロピルパラベン、クロレキシジン、ソルビン酸又は過酸化水素等の防腐剤、グリセリン、プロピレングリコール又はポリエチレングリコール等の溶媒、マンニトール又はソルビトール等の糖アルコール、懸濁剤、PEG、ソルビタンエステル、ポリソルビテート20やポリソルビテート80等のポリソルビテート、トリトン(triton)、トロメタミン(tromethamine)、レシチン又はコレステロール等の界面活性剤、スクロースやソルビトール等の安定化増強剤、塩化ナトリウム、塩化カリウム、マンニトールやソルビトール等の弾性増強剤、輸送剤、希釈剤、賦形剤、及び/又は薬学上の補助剤。
これらの製剤用の物質の添加量は、活性型MMP-9結合ペプチドの重量に対して0.001乃至1000倍、好適には0.01乃至100倍、より好適には0.1乃至10倍である。
活性型MMP-9結合ペプチドをリポソーム中に含有せしめたもの、活性型MMP-9結合ペプチドとリポソームとが結合してなる修飾体を含有する医薬組成物も、本発明の医薬組成物に含まれる。
賦形剤や担体は、通常液体又は固体であり、注射用の水、生理食塩水、人工脳脊髄液、その他の、経口投与又は非経口投与用の製剤に用いられる物質であれば特に限定されない。生理食塩水としては、中性のもの、血清アルブミンを含むもの等をあげることができる。
緩衝剤としては、医薬組成物の最終pHが7.0乃至8.5になるように調製されたTrisバッファー、同じく4.0乃至5.5になるように調製された酢酸バッファー、同じく5.0乃至8.0になるように調製されたクエン酸バッファー、同じく5.0乃至8.0になるように調製されたヒスチジンバッファー等を例示することができる。
本発明の医薬組成物は、固体、液体、懸濁液等である。本発明の別の医薬組成物の例として、凍結乾燥製剤をあげることができる。凍結乾燥製剤を成型するには、スクロース等の賦形剤を用いることができる。
本発明の医薬組成物の投与経路としては、点眼、経腸投与、局所投与及び非経口投与のいずれでもよく、例えば、結膜上への点眼、硝子体内投与、静脈内投与、動脈内投与、筋肉内投与、皮内投与、皮下投与、腹腔内投与、経皮投与、骨内投与、関節内投与等をあげることができる。
かかる医薬組成物の組成は、投与方法、活性型MMP-9結合ペプチドの活性型MMP-9結合親和性又はMMP-9阻害活性等に応じて決定することができる。本発明の活性型MMP-9結合ペプチドの活性型MMP-9蛋白質に対する親和性が高いほど(K値、IC50値又はK値が低いほど)、少ない投与量でその薬効を発揮し得る。
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドの投与量は、薬理学的に有効な量であれば限定されず、個体の種、疾患の種類、症状、性別、年齢、持病、該ペプチドのMMP-9蛋白質結合親和性又はその生物活性、その他の要素に応じて適宜決定することができるが、通常、0.01乃至1000mg/kg、好適には0.1乃至100mg/kgを、1乃至180日間に1回、又は1日2回若しくは3回以上投与することができる。
医薬組成物の形態としては、注射剤(凍結乾燥製剤、点滴剤を含む)、坐剤、経鼻型吸収製剤、経皮型吸収製剤、舌下剤、カプセル、錠剤、軟膏剤、顆粒剤、エアーゾル剤、丸
剤、散剤、懸濁剤、乳剤、点眼剤、生体埋め込み型製剤等を例示することができる。
活性型MMP-9結合ペプチドを有効成分として含む医薬組成物は、他の医薬と同時に又は別個に投与することができる。例えば、他の医薬を投与した後に活性型MMP-9結合ペプチドを有効成分として含む医薬組成物を投与するか、かかる医薬組成物を投与した後に、他の医薬を投与するか、又は、当該医薬組成物と他の医薬とを同時に投与してもよい。同時に投与する場合、活性型MMP-9結合ペプチドと他の医薬とは、単一の製剤、及び、別々の製剤(複数の製剤)、のいずれに含有されてもよい。
それらの他の医薬は、1つの場合もあり、2つ、3つあるいはそれ以上を投与するか又は受けることもできる。それらをまとめて本発明の医薬組成物と「他の医薬との併用」又は「他の医薬との組み合わせ」と呼び、本発明のペプチド又はそのコンジュゲートに加えて他の医薬を含むか又は他の療法と組み合わせて使用される本発明の医薬組成物も「他の医薬との併用」又は「他の医薬との組み合わせ」の態様として本発明に含まれる。
本発明は、活性型MMP-9結合ペプチドを投与する工程を含む、MMP-9に関わる疾患の治療方法又は予防方法、該疾患の治療用又は予防用医薬組成物を調製するための本発明の活性型MMP-9結合ペプチドの使用、該疾患の治療又は予防のための活性型MMP-9結合ペプチドの使用、をも提供する。本発明の活性型MMP-9結合ペプチドを含む治療用又は予防用キットも本発明に含まれる。
さらに、本発明は、本発明の活性型MMP-9結合ペプチド又はそのコンジュゲートの有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド、該ポリヌクレオチドを含むベクター、又は、該ポリヌクレオチドもしくは該ベクターを含むか又は本発明の活性型MMP-9結合ペプチド又はそのコンジュゲートを発現する細胞を含む医薬組成物をも提供する。例えば、かかるポリヌクレオチド及びベクターはMMP-9に関わる疾患の遺伝子治療に、かかる細胞はMMP-9に関わる疾患の細胞治療に、それぞれ公知の手法を用いて適用することができる。また、例えば、かかるポリヌクレオチド又はベクターを、自家細胞又は他家細胞(同種細胞)に導入することにより、細胞治療用の細胞を調製することができる。そのようなポリヌクレオチド及びベクターは、細胞治療薬調製用の組成物としても、本発明に包含される。しかしながら、本発明のポリヌクレオチド、ベクター、細胞等を含む医薬組成物の態様は上記のものに限定されない。
6.診断用組成物
本発明の活性型MMP-9結合ペプチド又はそのコンジュゲートを含む検査用又は診断用組成物(以下、まとめて「診断用組成物」という)を提供する。
本発明の診断用組成物は、炎症性疾患や血管系疾患等MMP-9に関わる疾患、MMP-9発現の検査又は診断に有用である。本発明において検査又は診断には、例えば、罹患リスクの判定又は測定、罹患の有無の判定、進行や増悪化の程度の測定、MMP-9阻害剤等の医薬組成物による薬物治療の効果の測定又は判定、薬物治療以外の治療の効果の測定又は判定、再発リスクの測定、再発の有無の判定等が含まれるが、検査又は診断であればそれらに限定されるものではない。
本発明の診断用組成物は、本発明のペプチド又はそのコンジュゲート、それらを含む組成物、それらを含む医薬組成物を投与する個体の同定に有用である。
かかる診断用組成物には、pH緩衝剤、浸透圧調節剤、塩類、安定化剤、防腐剤、顕色剤、増感剤、凝集防止剤等を含有せしめることができる。
本発明は炎症性疾患や血管系疾患等MMP-9に関わる疾患の検査方法又は診断方法、該疾患の診断用組成物を調製するための本発明のペプチドの使用、該疾患の検査又は診断のための本発明のペプチドの使用、をも提供する。本発明のペプチドを含む検査又は診断用キットも本発明に含まれる。
本発明のペプチドを含む検査又は診断の方法としてはサンドウィッチELISAが望ましいが、通常のELISA法やRIA法、ELISPOT(Enzyme-Linked
ImmunoSpot)法、ドットブロット法、オクタロニー法、CIE(Counterimmunoelectrophoresis)法、CLIA(Chemiluminescent immuno assay)、FCM(Flow Cytometry)等の検出方法が利用可能である。検出には抗体や本発明のペプチドもしくはそのコンジュゲート等を標識したものが利用される。標識法としてはビオチンのほか、HRP、アルカリフォスファターゼ、FITC等の発蛍光団、放射性同位元素等のラベル等生化学的解析に実施可能な標識法が利用できる。酵素標識を利用した検出にはTMB(3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine)、BCIP(5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate)、ρ-NPP(ρ-nitrophenyl phosphate)、OPD(o-Phenylenediamine)、ABTS(3-Ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)、SuperSignal ELISA Pico Chemiluminescent Substrate(Thermo Fisher Scientific)等の発色基質やQuantaBlu(商標) Fluorogenic Peroxidase Substrate(Thermo Fisher Scientific)蛍光基質のほか、化学発光基質を用いることができる。本測定には、ヒト又は非ヒト動物由来の試料に加え、組換え蛋白質等の人工的な処理を加えた試料をも供することができる。生物個体由来の被験試料としては、例えば、血液、関節液、腹水、リンパ液、脳脊髄液、肺胞洗浄液、唾液、痰、組織ホモジネート上清、組織切片等をあげることができるが、それらに限定されるものではない。
本発明のペプチドを含む検査又は診断用のサンドウィッチELISAキットには、活性型MMP-9蛋白質標準液、発色試薬、希釈用緩衝液、固相用蛋白質、検出用蛋白質、並びに洗浄液等が含まれてよい。抗原に結合した蛋白質量を測定する方法としては、吸光法、蛍光法、発光法、RI(Radioisotope)法等が好適に適用され、測定には、吸光プレートリーダー、蛍光プレートリーダー、発光プレートリーダー、RI液体シンチレーションカウンター等が好適に使用される。
また、免疫沈降法を利用した方法でも検査又は診断が可能である。
また、本発明は被験サンプル中の活性型MMP-9を検出又は測定する方法を提供する。これらの検出又は測定方法には、本発明の診断用組成物を使用することができる。活性型MMP-9結合ペプチドもしくはそのコンジュゲートを被験試料と接触させ(工程1)、次いで該ペプチドに結合したMMP-9の量又は測定を測定する(工程2)ことにより、該試料中の活性型MMP-9を検出することができる。工程1としては、例えば、活性型MMP-9結合ペプチドに免疫グロブリンのFc領域をコンジュゲートしたものをプロテインGを介して磁気ビーズに固相化し、そこに被験試料を添加する等、工程2としては、例えば、磁気ビーズを分離し、ビーズと共に沈殿した可溶性蛋白質をSDS-PAGEやWestern blot法で解析し、活性型MMP-9を検出する等をあげることができる。本測定には、ヒト又は非ヒト動物由来の試料に加え、組換え蛋白質等の人工的な処理を加えた試料をも供することができる。生物個体由来の被験試料としては、例えば、血液、関節液、腹水、リンパ液、脳脊髄液、肺胞洗浄液、唾液、痰、組織ホモジネート上清、組織切片等をあげることができるが、それらに限定されるものではない。
前記の活性型MMP-9検出は、イン・ビトロのみならず、イン・ビボでも実施することができる。画像診断の場合は、薬学的に許容可能な放射性核種や発光体で標識された活性型MMP-9結合ペプチドもしくはそのコンジュゲートを利用することができる。工程1としては、例えば、被験者に、標識された該ペプチドもしくはそのコンジュゲートを投与する、工程2としては、例えば、PET/CT等の画像診断技術を使用して画像を取り、活性型MMP-9の存在を判定又は検査する等をあげることができる。
本発明の診断用組成物に含まれるペプチド又はそのコンジュゲートは活性型MMP-9に結合し、好適には活性型MMP-9特異的結合活性を有する、すなわち前駆型MMP-9には結合しない。
本発明の医薬組成物が投与される個体を同定する方法も本発明に包含される。かかる同定方法においては、該個体由来サンプル中の活性型MMP-9を測定し、該サンプル中に、活性型MMP-9が検出されたか、又は、健常個体由来サンプル中に検出された活性型MMP-9の量と比較してより多くの活性型MMP-9が検出された場合に、該個体を陽性と判定することができる。
当該方法には、本発明の診断用組成物を使用することができる。
また、かかる同定方法の好適な一態様において、該個体はMMP-9関連疾患に罹患しているか又はそのリスクがある。
さらに、本発明の医薬組成物は、その一態様において、かかる同定方法において陽性と判定された個体に投与され得る。
7.活性型MMP-9の分離法
本発明の活性型MMP-9結合ペプチドは、活性型MMP-9特異的結合活性を有し、好適には、前駆型MMP-9結合活性を有しない。したがって、本発明の好適な活性型MMP-9結合ペプチド又はそのコンジュゲートを用いて、前駆型MMP-9と活性型MMP-9が混在した試料中から、活性型MMP-9を特異的に分離することができる。ペプチドからの活性型MMP-9の遊離は、相対的に高いイオン強度、低いpH、中程度の変性条件、カオトロピック塩の存在下等で、非選択的に行うことができるが、活性型MMP-9のプロテアーゼ活性を減弱させない範囲で行うことが好ましい。
8.MMP-9関連疾患の治療薬又は予防薬の同定方法
本発明はそのある態様において、MMP-9阻害活性を指標として、MMP-9阻害化合物又はMMP-9関連疾患の治療薬もしくは予防薬、又はその候補を同定する方法を提供する。該方法には、MMP-9プロテアーゼ及び基質を、被験化合物の存在下又は非存在下(若しくはヴィークル存在下)で保温する工程(i)、被験化合物の存在下及び非存在下でのMMP-9プロテアーゼ活性を決定する工程(ii)、及び、被験化合物の存在下でのMMP-9プロテアーゼ活性が、被験化合物の非存在下でのMMP-9プロテアーゼ活性と比較して小さい場合、該被験化合物を陽性と判定する工程(iii)、を含み得る。また、別の態様において、本発明のMMP-9特異的阻害化合物の同定方法は、本発明のMMP-9特異的阻害SPINK2変異体ペプチド、好適には、配列番号2乃至17(図16乃至31)のいずれか一つで示されるアミノ酸配列を含むペプチドの存在下で、被験化合物をヒト活性型MMP-9と結合させる工程(i)、該化合物が、ヒト活性型MMP-9との結合において、該ペプチドと競合するか否かを決定する工程(ii)、及び、該化合物がヒトMMP-9特異的結合活性を有するか否かを決定する任意の工程(iii)、を含み得る。これらの同定方法における被験化合物は、ペプチド性、非ペプチド性のいずれであってもよく、ペプチド性としては、SPINK2変異体に限定されず、抗体、抗体の抗原結合断片、抗原結合蛋白質、免疫グロブリンではない蛋白質の骨格を有するSPINK2変異体以外のペプチド、MMP-9基質アナローグ等を例示することができるが、好適なペプチド性のものはSPINK2変異体ペプチドである。非ペプチド性としては合成低分子化合物、核酸等を例示することができるが、それらに限定されない。かかる方法におけるMMP-9は、好適には、ヒトMMP-9である。
以下の実施例において、本発明の一部の態様についてさらに詳述するが、本発明はそれらに限定されない。
なお、下記実施例において遺伝子操作に関する各操作は特に明示がない限り、「モレキュラークローニング(Molecular Cloning)」(Sambrook,J.,Fritsch,E.F.及びManiatis,T.著,Cold SpringHarbor Laboratory Pressより1982年発刊又は1989年発刊)に記載の方法及びその他の当業者が使用する実験書に記載の方法により行うか、又は、市販の試薬やキットを用いる場合には市販品の指示書に従った。
実施例1.活性型MMP-9結合ペプチドの調製
(1-1)活性型MMP-9結合ペプチド発現ベクターpET 32a(改変)_活性型MMP-9結合ペプチドの構築
まず、SPINK2 scaffoldを骨格とした活性型MMP-9結合ペプチドの発現ベクターを構築した。各結合ペプチドのアミノ酸配列(配列番号2乃至9)をコードするヌクレオチド配列とSPINK2のアミノ酸配列(配列番号1)をコードするヌクレオチド配列を鋳型として、下記プライマー及びKOD-plus-(TOYOBO)を用いたPCR法((94℃ 15秒、60℃ 30秒、68℃ 30秒)×30サイクル)により結合ペプチド断片を増幅した。
プライマー1:5’-AAAAGAATTCTGATCCGCAGTTTGGTCTGTTTAG-3’
プライマー2:5’-AAAACTCGAGTTATGCGGCCGCAGACGCGCCGCACGGACC-3’
増幅した断片をアガロースゲル電気泳動に供した後に、所望のDNA断片を切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)によりDNAを調製した。調製したDNA断片及びpET 32a(改変)を制限酵素EcoRI(NEB)及びXhoI(NEB)を用いて、37℃で1時間以上処理し、アガロースゲル電気泳動後に、所望のDNA断片を切り出し、QIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN)により精製した。T4 DNA Ligase(NEB)を用いて、精製した断片を16℃で一晩反応させることでligation反応を実施した。Ligation溶液は、大腸菌JM109(TOYOBO)に添加し、氷上で30分間静置した後、42℃で45秒の熱処理、さらに氷上で5分間静置し、0.1mg/mlアンピシリンを含む2YTプレートに播種後、37℃で一晩静置培養することで、大腸菌へ形質転換した。翌日、形質転換された大腸菌を、0.1mg/mlアンピシリンを含むTerrific Broth培地(Thermo Fisher Scientific)に植菌し、37℃で一晩培養後、QIAprep 96 Turbo Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを回収し(以下、「miniprep処理」という)、配列解析を実施することで「pET 32a(改変)_活性型MMP-9結合ペプチド」を構築した。
(1-2)活性型MMP-9結合ペプチドの発現精製
(1-1)で構築したベクターpET 32a(改変)_活性型MMP-9結合ペプチドを大腸菌Origami B (DE3)(Merck)へ形質転換し、0.1mg/
mlアンピシリンを含む2YT培地を用いて37℃で培養後、IPTG(最終濃度1mM)を添加し、16℃で一晩培養した。翌日、遠心分離(3,000g、20分、4℃)により集菌後、BugBuster Master Mix(Merck)を用いてlysateを調製し、TALON Metal Affinity Resin(Clontech)を用いてHisタグ融合目的蛋白質を精製した。次に、Thrombin Cleavage Capture Kit(Merck)を用いてthioredoxin tagと所望の蛋白質とを切断し、TALONを用いて精製した。さらに、ゲルろ過クロマトグラフィー(Superdex75 10/300 GL)又は逆相クロマトグラフィー(YMC-Pack ODS-AM)に供することで、活性型MMP-9結合ペプチドを調製した。得られたペプチドのN末端にはStag+リンカー1からなる部分(配列番号19:図33)が、C末端にはC末6マー(配列番号21:図35)が、それぞれコンジュゲートされている。
実施例2.活性型MMP-9結合ペプチド評価用MMP-9の調製
ヒト/サル/ラット/マウスMMP-9の配列類似性を図1に示す。
(2-1)ヒトMMP-9酵素活性ドメインhMMP-9(cat)の調製
(2-1-1)pCMA-pro-hMMP-9(cat)_His6の構築
プラスミドpcDNA3.3-TOPO/LacZ(Thermo Fisher Scientific)を制限酵素XbaI(NEB)及びPmeI(NEB)で消化して得られる約5.4kbのフラグメントと、配列番号28(図44)に示すヒトMMP-9(P14780)をコードするヌクレオチド配列を含むDNA断片を、In-Fusion HD Cloning Kit(Clontech)を用いて結合して、pcDNA3.3-hMMP-9を作製した。pcDNA3.3-hMMP-9を鋳型として、下記プライマーを用いたPCRを行い、得られた約5.5kbのフラグメントをリン酸化後セルフライゲーションすることによりCMVプロモーターの下流に配列番号28(図44)に示すヒトMMP-9をコードするヌクレオチド配列を持つ、pCMA-hMMP-9を構築した。
プライマー3:5’-TATACCGTCGACCTCTAGCTAGAGCTTGGC-3’
プライマー4:5’-GCTATGGCAGGGCCTGCCGCCCCGACGTTG-3’
pCMA-hMMP-9を鋳型としてPCRを行い、CMVプロモーターの下流にヒトMMP-9(配列番号28(図44))の分泌シグナル(Met1~Ala19)、プロペプチド(Ala20~Arg106)、酵素活性ドメイン(Phe107~Pro449)及びHisタグをコードするヌクレオチド配列を持つ、pCMA-pro-hMMP-9(cat)_His6を構築した。
(2-1-2)pCMA-pro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviの構築
pCMA-hMMP-9を鋳型としてPCRを行い、CMVプロモーターの下流にヒトMMP-9(配列番号28(図44))の分泌シグナル(Met1~Ala19)、Hisタグ、プロペプチド(Ala20~Arg106)、酵素活性ドメイン(Phe107~Pro449)、FLAGタグ(DYKDDDDK:図50:配列番号34))及びAviタグ(GGGLNDIFEAQKIEWHE:図51:配列番号35)をコードするヌクレオチド配列を持つ、pCMA-pro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviを構築した。
(2-1-3)pro-hMMP-9(cat)_His6の調製
(2-1-1)で構築したpCMA-pro-hMMP-9(cat)_His6はPolyethylenimine Max(Polysciences)を用いてFre
eStyle 293F(Thermo Fisher Scientific)にtransfectionし、6日後に培養上清を回収した。HisTrap excel(GE Healthcare)によりHisタグ融合蛋白質を回収し、緩衝液をPBSに置換してpro-hMMP-9(cat)_His6を精製した。
(2-1-4)active hMMP-9(cat)_His6の調製
(2-1-3)で取得したpro-hMMP-9(cat)_His6と、APMAで活性化したhMMP-3を混合し、37℃で4時間反応させた。反応液を低温下でPBSに置換し、active hMMP-9(cat)_His6を精製した。
(2-1-5)pro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviの調製
(2-1-3)と同様に、(2-1-2)で構築したpCMA-pro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviを用いてpro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviを精製した。
(2-1-6)ビオチン標識pro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviの調製
(2-1-5)で取得したpro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviを10mM Tris-HCl,pH8.0に置換し、ビオチンリガーゼBirA(Avidity)のプロトコルに従い、30℃で1時間ビオチン標識した。反応液を低温下でPBSに置換し、ビオチン標識pro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviを精製した。
(2-1-7)ビオチン標識active hMMP-9(cat)_FLAG_Aviの調製
(2-1-4)と同様に、(2-1-6)で取得したビオチン標識pro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviを活性化し、ビオチン標識active hMMP-9(cat)_FLAG_Aviを精製した。
(2-2)マウスMMP-9酵素活性ドメインmMMP-9(cat)の調製
(2-2-1)pCMA-pro-mMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviの構築
プラスミドpcDNA3.3-TOPO/LacZ(Thermo Fisher Scientific)を制限酵素XbaI及びPmeIで消化して得られる約5.4kbのフラグメントと、配列番号29(図45)に示すマウスMMP-9(P41245)をコードするヌクレオチド配列を含むDNA断片を、In-Fusion HD Cloning Kit(Clontech)を用いて結合して、pcDNA3.3-mMMP-9を作製した。pcDNA3.3-mMMP-9を鋳型として、下記プライマーを用いたPCRを行い、得られた約5.6kbのフラグメントをリン酸化後セルフライゲーションすることによりCMVプロモーターの下流に配列番号29(図45)に示すマウスMMP-9をコードするヌクレオチド配列を持つ、pCMA-mMMP-9を構築した。
プライマー3:5’-TATACCGTCGACCTCTAGCTAGAGCTTGGC-3’
プライマー4:5’-GCTATGGCAGGGCCTGCCGCCCCGACGTTG-3’
pCMA-mMMP-9を鋳型としてPCRを行い、CMVプロモーターの下流にマウスMMP-9(配列番号29(図45))の分泌シグナル(Met1~Ala19)、Hisタグ、プロペプチド(Ala20~Arg107)、酵素活性ドメイン(Phe108~Pro449)、FLAGタグ(図50:配列番号34)及びAviタグ(図51:配列番号35)をコードするヌクレオチド配列を持つ、pCMA-pro-mMMP-9(
cat)_His6_FLAG_Aviを構築した。
(2-2-2)pro-mMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviの調製
(2-1-3)と同様に、(2-2-1)で構築したpCMA-pro-mMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviを用いてpro-mMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviを精製した。
(2-2-3)active mMMP-9(cat)_FLAG_Aviの調製
(2-1-4)と同様に、(2-2-2)で取得したpro-mMMP-9(cat)_His6_FLAG_Aviを活性化し、active mMMP-9(cat)_FLAG_Aviを精製した。
実施例3.活性型MMP-9結合ペプチドのMMP-9結合活性評価
ストレプトアビジンコート96-ウェルプレート(Thermo Fisher Scientific)に(2-1-6)で取得したビオチン標識pro-hMMP-9(cat)_His6_FLAG_Avi又は(2-1-7)で取得したビオチン標識active hMMP-9(cat)_FLAG_Aviを固相化した。3%BSAでブロッキングした後、1~1,000nMの結合ペプチドを添加し、室温で1.5時間反応させた。洗浄後、Goat anti-S-Tag HRP conjugated(BETHYL)を添加して、室温で1時間反応させた。洗浄後、ELISA POD基質A.B.T.Sキット(ナカライテスク)の基質を添加して室温で反応させ、反応停止液を添加後、Enspire(PerkinElmer)で吸光度405nmを測定し、活性型MMP-9結合ペプチドのMMP-9結合活性を評価した。GraphPad Prism (version 5.0; GraphPad Software)を用いて50%効果濃度(EC50)を算出した結果、いずれの活性型MMP-9結合ペプチドも低濃度で活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインに結合する一方、1μMにおいても前駆型ヒトMMP-9酵素活性ドメインには結合しないことが明らかとなった(図2及び3)。対照的に、野生型SPINK2(WT)は活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメイン及び前駆型ヒトMMP-9酵素活性ドメインに結合しなかった(図2)。
実施例4.活性型MMP-9結合ペプチドのMMP-9阻害活性評価
(4-1)基質ペプチドを用いた活性型MMP-9結合ペプチドのヒトMMP-9阻害活性評価
基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30(図46))(ペプチド研究所;3226-v)を1mMになるよう水で溶解し、Assay buffer(50mM Tris-HCl,200mM NaCl,2mM
CaCl,pH7.5)で希釈して終濃度2.5~10μMで使用した。Assay
bufferで希釈したactive hMMP-9(cat)_His6と活性型MMP-9結合ペプチドをそれぞれ50μlずつ混ぜ、37℃で1時間反応させた後にAssay bufferで希釈した基質を100μl加えて、Enspire(PerkinElmer)で蛍光シグナル(excitation 328nm/emission 393nm)を測定した。Active hMMP-9(cat)_His6は終濃度0.4nM、活性型MMP-9結合ペプチドは終濃度0.5~25nM、反応及び測定にはプロテオセーブ(商標)SS96F黒プレート(住友ベークライト)を使用した。
各濃度の活性型MMP-9結合ペプチドにおける基質ペプチド分解速度を算出し、阻害剤濃度0nMの分解速度を100%として、各結合ペプチドのヒトMMP-9阻害活性を評価した(図4)。GraphPad Prism (version 5.0; GraphPad Software)を用いて、Morrisonの式に従い阻害定数Kiを算出した結果、いずれの活性型MMP-9結合ペプチドも低濃度で強力にヒトMMP-
9酵素活性を阻害することが明らかとなった(図5)。
(4-2)基質ゼラチンを用いた活性型MMP-9結合ペプチドのヒトMMP-9阻害活性評価
基質ゼラチンDQ gelatin From Pig Skin,Fluorescein Conjugate(Thermo Fisher Scientific)を1mg/mlになるよう水で溶解し、Assay buffer(50mM Tris-HCl,200mM NaCl,2mM CaCl,pH7.5)で希釈して終濃度10μg/mlで使用した。Assay bufferで希釈したactive hMMP-9(cat)_His6と活性型MMP-9結合ペプチドをそれぞれ50μlずつ混ぜ、37℃で1時間反応させた後にAssay bufferで希釈した基質を100μl加えて、Enspire(PerkinElmer)で蛍光シグナル(excitation 495nm/emission 515nm)を測定した。Active hMMP-9(cat)_His6は終濃度0.6nM、活性型MMP-9結合ペプチドは終濃度0.002~100nM、反応及び測定にはプロテオセーブ(商標)SS96F黒プレート(住友ベークライト)を使用した。
各濃度の活性型MMP-9結合ペプチドにおける基質ゼラチン分解速度を算出し、阻害剤濃度0nMの分解速度を100%として、各結合ペプチドのヒトMMP-9阻害活性を評価した(図6)。GraphPad Prism (version 5.0; GraphPad Software)を用いて50%阻害濃度(IC50)を算出した結果、ゼラチンを基質とした場合にも、(4-1)と同様、いずれの活性型MMP-9結合ペプチドも低濃度で強力にヒトMMP-9酵素活性を阻害することが明らかとなった(図7)。
実施例5.基質ペプチドを用いた活性型MMP-9結合ペプチドのマウスMMP-9阻害活性評価
基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30(図46))(ペプチド研究所;3226-v)を1mMになるよう水で溶解し、Assay buffer(50mM Tris-HCl,200mM NaCl,2mM
CaCl,pH7.5)で希釈して終濃度10μMで使用した。Assay bufferで希釈したactive mMMP-9(cat)_FLAG_Aviと活性型MMP-9結合ペプチドをそれぞれ50μlずつ混ぜ、37℃で1時間反応させた後にAssay bufferで希釈した基質を100μl加えて、Enspire(PerkinElmer)で蛍光シグナル(excitation 328nm/emission
393nm)を測定した。Active mMMP-9(cat)_FLAG_Aviは終濃度0.4nM、活性型MMP-9結合ペプチドは終濃度0.002~100nM、反応及び測定にはプロテオセーブ(商標)SS96F黒プレート(住友ベークライト)を使用した。
各濃度の活性型MMP-9結合ペプチドにおける基質ペプチド分解速度を算出し、阻害剤濃度0nMの分解速度を100%として、各結合ペプチドのマウスMMP-9阻害活性を評価した(図8)。GraphPad Prism (version 5.0; GraphPad Software)を用いて50%阻害濃度(IC50)を算出した結果、いずれの活性型MMP-9結合ペプチドも低濃度で強力にマウスMMP-9酵素活性を阻害することが明らかとなった(図9)。
実施例6.活性型MMP-9結合ペプチドの特異性評価
基質ペプチドの切断を指標に、他のMMP又はADAM17プロテアーゼに対する特異性を評価した。(3-1)に記載の方法と同様、Assay bufferで希釈したプ
ロテアーゼとサンプル(終濃度1μM)をそれぞれ50μlずつ混ぜ、MMP-13及びMMP-17は37℃で10分、その他のプロテアーゼは37℃で60分反応させた後に、Assay bufferで希釈した基質を100μl加えて、Enspire(PerkinElmer)で蛍光シグナル(excitation 328nm/emission 393nm)を測定した。なお、MMP-17活性評価にはAssay buffer(50mM Tris-HCl,10mM CaCl,pH7.5)、MMP-17以外のプロテアーゼ活性評価にはAssay buffer(50mM Tris-HCl,200mM NaCl,2mM CaCl,pH7.5)を用い、反応及び測定にはプロテオセーブ(商標)SS96F黒プレート(住友ベークライト)を使用した。特異性評価に用いたプロテアーゼ及び基質の組み合わせは以下の通り。
Human MMP-1阻害活性評価;終濃度5nM APMAで活性化したヒトMMP-1酵素活性ドメイン(自社調製)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-2阻害活性評価;終濃度1.4nM MMP-2,active,Human,Recombinant,CHO Cells(Merck;PF023)、終濃度50μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-3阻害活性評価;終濃度25nM APMAで活性化したヒトMMP-3(自社調製)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-RPKPVE-Nva-WR-Lys(Dnp)-NH(配列番号33:図49)(ペプチド研究所;3168-v)
Human MMP-7阻害活性評価;終濃度1nM MMP-7(catalytic
domain)(human),(recombinant)(Enzo Life Sciences;BML-SE181)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-8阻害活性評価;終濃度0.6nM APMAで活性化したヒトMMP-8酵素活性ドメイン(自社調製)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-10阻害活性評価;終濃度4nM MMP-10(catalytic domain)(human),(recombinant)(Enzo Life Sciences;BML-SE329)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-12阻害活性評価;終濃度4nM MMP-12(catalytic domain)(human),(recombinant)(Enzo Life Sciences;BML-SE138)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-13阻害活性評価;終濃度2nM APMAで活性化したヒトMM
P-13酵素活性ドメイン(自社調製)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-14阻害活性評価;終濃度1nM MMP14 Recombinant Protein(Thermo Fisher Scientific;RP-77531)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-15阻害活性評価;終濃度1nM MT2-MMP,Catalytic Domain,Human,Recombinant,E.coli(Merck;475938)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-16阻害活性評価;終濃度3nM Recombinant Human MMP-16/MT3-MMP Protein,CF(R&D Systems;1785-MP)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human MMP-17阻害活性評価;終濃度3nM Recombinant Human MMP-17 Protein,CF(R&D Systems;7796-MP)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
Human ADAM17阻害活性評価;終濃度3nM ADAM17(catalytic domain)(human),(recombinant)(His-tag)(Enzo Life Sciences;BML-SE268)、終濃度10μM 基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30:図46)(ペプチド研究所;3226-v)
(4-1)と同様、基質ペプチドの分解を指標に、他のMMP又はADAM17プロテアーゼに対する特異性を評価した。阻害剤の終濃度1μMにおいては、いずれのプロテアーゼに対しても各結合ペプチドはプロテアーゼ活性を阻害せず、活性型MMP-9結合ペプチドはMMP-9特異的な阻害作用を有することが示された(図10)。対照的に、非選択的阻害剤sc-311438(Santa Cruz Biotechnology)は終濃度1μMにおいて全てのプロテアーゼを阻害した(図10)。
実施例7.活性型MMP-9結合ペプチド誘導体の調製
(7-1)活性型MMP-9結合ペプチド誘導体発現ベクターの構築
(7-1-1)活性型MMP-9結合ペプチド誘導体(C末誘導体)発現ベクターの構築
(1-1)で構築したベクターpET 32a(改変)_活性型MMP-9結合ペプチドのうち、活性型MMP-9結合ペプチドM91002が挿入されたベクターpET 32a(改変)_M91002を鋳型としてPCRを行い、T7プロモーターの下流にTrxタグ、Hisタグ、Stag+リンカー2(配列番号20:図34)及びM91002(配列番号3:図17)をコードするヌクレオチド配列を持つ、pET 32a(改変)_M91002_G0を構築した。次に、構築したpET 32a(改変)_M91002_G0を鋳型としてPCRを行い、T7プロモーターの下流にTrxタグ、Hisタグ、Stag+リンカー2(配列番号20:図34)、M91002(配列番号3:図17)及びC末2マー(Gly-Gly:図37)をコードするヌクレオチド配列を持つ、pET 32a(改変)_M91002_G2を構築した。次に、構築したpET 32a(改変)_M91002_G0を鋳型としてPCRを行い、T7プロモーターの下流にTrxタグ、Hisタグ、Stag+リンカー2(配列番号20:図34)、M91002(配列番号3:図17)及びC末3マー(Gly-Gly-Gly:図36)をコードするヌクレオチド配列を持つ、pET 32a(改変)_M91002_G3を構築した。
(7-1-2)活性型MMP-9結合ペプチド誘導体(Fcコンジュゲート)発現ベクターの構築
(2-1-1)で構築したベクターpCMA-hMMP-9を制限酵素XbaI(NEB)及びPmeI(NEB)で消化してヒトMMP-9をコードするヌクレオチド配列を取り除いたDNA断片と、ヒトIgG1重鎖シグナル配列、Stag+リンカー1(配列番号19:図33)、M91005(配列番号5:図19)、C末6マー(配列番号21:図35)、G4Sリンカー(配列番号22:図38)及びhuman IgG1 Fc(配列番号23:図39)をコードするヌクレオチド配列を含むDNA断片をIn-Fusion HD Cloning Kit(Clontech)を用いて結合して、pCMA-M91005-Fc-01を作製した。
(7-1-3)活性型MMP-9結合ペプチド誘導体(N末誘導体)発現ベクターの構築
(7-1-2)で構築したベクターpCMA-M91005-Fc-01を鋳型としてPCRを行い、CMVプロモーターの下流にヒトIgG1重鎖シグナル配列、Stag+リンカー1(配列番号19:図33)、M91005_D1G(配列番号13:図27)、C末6マー(配列番号21:図35)、G4Sリンカー(配列番号22:図38)及びhuman IgG1 Fc(配列番号23:図39)をコードするヌクレオチド配列を持つ、pCMA-M91005_D1G-Fc-01を構築した。
(7-2)活性型MMP-9結合ペプチド誘導体の発現精製
(1-2)と同様に、(7-1-1)で構築したベクターpET 32a(改変)_M91002_G0、pET 32a(改変)_M91002_G2又はpET 32a(改変)_M91002_G3を用いて、活性型MMP-9結合ペプチド誘導体(C末誘導体)を調製した。得られたペプチド誘導体のN末端にはStag+リンカー2からなる部分(配列番号20:図34)がコンジュゲートされている。M91002_G2のC末端にはC末2マー(Gly-Gly:図37)が、M91002_G3のC末端にはC末3マー(Gly-Gly-Gly:図36)が、それぞれコンジュゲートされている。
(7-1-2)で構築したpCMA-M91005-Fc-01又は(7-1-3)で構築したpCMA-M91005_D1G-Fc-01はPolyethylenimine Max(Polysciences)を用いてFreeStyle 293F(Thermo Fisher Scientific)にtransfectionし、6日後に培養上清を回収した。MabSelect SuRe(GE Healthcare)によりFcコンジュゲート蛋白質を回収し、ゲルろ過クロマトグラフィー(Superdex200 Increase 10/300 GL)に供することで、活性型MMP-9結合ペプチド誘導体(Fcコンジュゲート)又は活性型MMP-9結合ペプチド誘導体(N末誘導体)を調製した。得られたペプチド誘導体のN末端にはStag+リンカー1からなる部分(配列番号19:図33)が、C末端にはC末6マー(配列番号21:図35)、G4Sリンカー(配列番号22:図38)及びhuman IgG1 Fc(配列番号23:図39)がコンジュゲートされている。
実施例8.活性型MMP-9結合ペプチド誘導体のMMP-9阻害活性評価
(4-1)記載の方法に準じて、active hMMP-9(cat)_His6は終濃度0.6nM、活性型MMP-9結合ペプチドは終濃度0.0015~100nMで、
各結合ペプチドのヒトMMP-9阻害活性を評価した(図11(A)、12(A)及び13(A))。GraphPad Prism (version 5.0; GraphPad Software)を用いて、50%阻害濃度(IC50)を算出した結果、M91002_G3、M91002_G2及びM91002_G0の阻害活性はM91002と同等であり(図11(B))、結合ペプチドのC末端に1乃至6個のアミノ酸が付加したことによるMMP-9阻害活性への影響は無いことが示された。また、M91005-Fc-01とM91005の阻害活性は同等であり(図12(B))、FcコンジュゲートによるMMP-9阻害活性への影響は無いことが示された。また、M91005-Fc-01とM91005_D1G-Fc-01の阻害活性は同等であり(図13(B))、結合ペプチドの1番AspのGlyへの置換によるMMP-9阻害活性への影響は無いことが示された。
実施例9.活性型MMP-9結合ペプチド誘導体(Fcコンジュゲート)を用いた活性型MMP-9の検出
(7-2)で調製したM91005-Fc-01、(2-1)で調製したpro-hMMP-9(cat)_His6及びactive hMMP-9(cat)_His6を用いて、免疫沈降法により結合性を評価した。3μgの活性型MMP-9結合ペプチド誘導体と1.5mgのDynabeads(商標)Protein G for Immunoprecipitation(Thermo Fisher Scientific)を混合して室温で30分反応させた。洗浄後、0.39μgの前駆型ヒトMMP-9酵素活性ドメイン又は0.63μgの活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインを添加して4℃で1時間反応させた。磁石でビーズを分離後、上清画分(FT)を回収した。ビーズを洗浄後、SDS-PAGE用サンプルバッファー(還元)を添加して99℃で5分反応させ、ビーズに結合したサンプルを沈殿画分(Elu)として回収した。添加したヒトMMP-9酵素活性ドメイン(Inp)、FT及びEluをSDS-PAGEに供し、Biotinylated Human MMP-9 Antibody(R&D Systems;BAF911)及びStreptavidin-HRP Conjugate(GE Healthcare;RPN2280)を用いて検出することで結合性を評価した。なお、反応のバッファーにはAssay buffer(50mM Tris-HCl,200mM NaCl,2mM CaCl,pH7.5)を用いた。
M91005-Fc-01を結合させたビーズを用いた場合、pro-hMMP-9(cat)_His6はEluのレーンに検出されず、active hMMP-9(cat)_His6はEluのレーンに検出された。対照的に、M91005-Fc-01を結合させていないビーズを用いた場合、pro-hMMP-9(cat)_His6及びactive hMMP-9(cat)_His6はEluのレーンに検出されなかった(図14(A))。よって、活性型MMP-9結合ペプチド誘導体(Fcコンジュゲート)は前駆型ヒトMMP-9に結合せず、活性型ヒトMMP-9特異的に結合することが示された。
同様に、(7-2)で調製したM91005-Fc-01、(2-2)で調製したpro-mMMP-9(cat)_His6_FLAG_Avi及びactive mMMP-9(cat)_FLAG_Aviを用いて、免疫沈降法により結合性を評価した。評価用サンプルをSDS-PAGEに供し、Mouse MMP-9 Antibody(R&D Systems;AF909)及びPeroxidase AffiniPure
F(ab‘)2 Fragment Donkey Anti-Goat IgG (H+L)(Jackson ImmunoResearch;705-036-147)を用いて検出することで結合性を評価した。
M91005-Fc-01を結合させたビーズを用いた場合、pro-mMMP-9(
cat)_His6_FLAG_AviはEluのレーンに検出されず、active mMMP-9(cat)_FLAG_AviはEluのレーンに検出された。対照的に、M91005-Fc-01を結合させていないビーズを用いた場合、pro-mMMP-9(cat)_His6_FLAG_Avi及びactive mMMP-9(cat)_FLAG_AviはEluのレーンに検出されなかった(図14(B))。よって、活性型MMP-9結合ペプチド誘導体(Fcコンジュゲート)は前駆型マウスMMP-9に結合せず、活性型マウスMMP-9特異的に結合することが示された。
実施例10.活性型MMP-9結合ペプチドの特異性評価(セリンプロテアーゼ)
基質ペプチドの切断を指標に、12種のセリンプロテアーゼに対する特異性を評価した。Assay buffer(50mM Tris-HCl,150mM NaCl,pH8.0)で希釈したプロテアーゼとサンプル(終濃度1μM)をそれぞれ25μlずつ混ぜ、37℃で20分反応させた後に、Assay bufferで希釈した基質を50μl加えて、Enspire(PerkinElmer)で蛍光シグナル(excitation 380nm/emission 460nm)を測定した。反応及び測定にはプロテオセーブ(商標)SS96F黒プレート(住友ベークライト)を使用した。特異性評価に用いたプロテアーゼ及び基質の組み合わせは以下の通り。
Human Trypsin阻害活性評価;終濃度1nM Trypsin From Human Pancreas(Sigma-Aldrich;T6264)、終濃度10μM 基質ペプチドBoc-FSR-MCA(図55)(ペプチド研究所;3107-v)
Human Chymotrypsin阻害活性評価;終濃度10nM α-Chymotrypsin from human pancreas(Sigma-Aldrich;C8946)、終濃度10μM 基質ペプチドSuc-LLVY-MCA(配列番号36:図56)(ペプチド研究所;3120-v)
Human Tryptase阻害活性評価;終濃度1nM Tryptase from human lung(Sigma-Aldrich;T7063)、終濃度100μM 基質ペプチドBoc-FSR-MCA(図55)(ペプチド研究所;3107-v)
Human Chymase阻害活性評価;終濃度100nM Chymase human recombinant, expressed in Pichia pastoris(Sigma-Aldrich;C8118)、終濃度100μM 基質ペプチドSuc-AAPF-MCA(配列番号37:図57)(ペプチド研究所;3114-v)
Human Plasmin阻害活性評価;終濃度50nM Plasmin from
human plasma(Sigma-Aldrich;P1867)、終濃度100μM 基質ペプチドBoc-VLK-MCA(図58)(ペプチド研究所;3104-v)
Human Thrombin阻害活性評価;終濃度1nM Thrombin from human plasma(Sigma-Aldrich;T1063)、終濃度100μM 基質ペプチドBoc-VPR-AMC(図59)(RD-systems;ES011)
Human Elastase阻害活性評価;終濃度0.01U/ml Neutrop
hil elastase (human)(Enzo Life Sciences;BML-SE284)、終濃度100μM 基質ペプチドSuc(OMe)-Ala-Ala-Pro-Val-MCA(配列番号38:図60)(ペプチド研究所;3153-v)
Human Matriptase阻害活性評価;終濃度1nM Recombinant Human Matriptase/ST14 Catalytic Domain(RD-systems;3946-SE)、終濃度100μM 基質ペプチドBoc-QAR-AMC(図61)(RD-systems;ES014)
Human Protein C阻害活性評価;終濃度100nM Protein C
from human plasma(Sigma-Aldrich;P2562)、終濃度100μM 基質ペプチドBoc-LSTR-MCA(配列番号39:図62)(ペプチド研究所;3112-v)
Human tPA阻害活性評価;終濃度10nM Tissue plasminogen activator human(Sigma-Aldrich;T0831)、終濃度100μM 基質ペプチドPyr-GR-MCA(図63)(ペプチド研究所;3145-v)
Human uPA阻害活性評価;終濃度2nM Urokinase from human urine(Sigma-Aldrich;U0633)、終濃度100μM 基質ペプチドPyr-GR-MCA(図63)(ペプチド研究所;3145-v)
Human Plasma Kallikrein阻害活性評価;終濃度0.125μg/ml Recombinant Human Plasma Kallikrein/KLKB1 Protein(RD-systems;2497-SE)、終濃度100μM 基質ペプチドZ-FR-MCA(図64)(ペプチド研究所;3095-v)
(4-1)と同様、基質ペプチドの分解を指標に、セリンプロテアーゼに対する特異性を評価した。阻害剤の終濃度1μMにおいては、いずれのプロテアーゼに対しても各結合ペプチドはプロテアーゼ活性を阻害せず、活性型MMP-9結合ペプチドはMMP-9特異的な阻害作用を有することが示された(図52)。対照的に、非選択的阻害剤Protease Inhibitor Cocktail(Sigma-Aldrich;11836170001)は終濃度1μMにおいて全てのプロテアーゼを阻害した(図52)。
実施例11.ヒトMMP-9酵素活性ドメインE402Q変異体の調製
(11-1)pCMA-pro-hMMP-9(cat)_E402Q_His6の構築
(2-1-1)で構築したpCMA-pro-hMMP-9(cat)_His6を鋳型としてPCRを行い、CMVプロモーターの下流にヒトMMP-9(配列番号28(図44))の分泌シグナル(Met1~Ala19)、プロペプチド(Ala20~Arg106)、酵素活性ドメインE402Q変異体(Phe107~Pro449、E402Q)及びHisタグをコードするヌクレオチド配列を持つ、pCMA-pro-hMMP-9(cat)_E402Q_His6を構築した。
(11-2)pro-hMMP-9(cat)_E402Q_His6の調製
(11-1)で構築したpCMA-pro-hMMP-9(cat)_E402Q_His6はPolyethylenimine Max(Polysciences)を用いてFreeStyle 293F(Thermo Fisher Scientifi
c)にtransfectionし、6日後に培養上清を回収した。HisTrap excel(GE Healthcare)によりHisタグ融合蛋白質を回収し、緩衝液をPBSに置換してpro-hMMP-9(cat)_E402Q_His6を精製した。
(11-3)hMMP-9(cat)_E402Q_His6の調製
(11-2)で取得したpro-hMMP-9(cat)_E402Q_His6と、APMAで活性化したhMMP-3を混合し、37℃で4時間反応させた。反応液を低温下でPBSに置換し、hMMP-9(cat)_E402Q_His6を精製した。
実施例12.活性型MMP-9結合ペプチドとヒトMMP-9活性中心Glu402残基との相互作用解析
(1-2)で調製したM91005及びM91011、(2-1-4)で調製したactive hMMP-9(cat)_His6、(11-3)で調製したhMMP-9(cat)_E402Q_His6を用いて、サイズ排除クロマトグラフィーにより結合性を評価した。25μMのactive hMMP-9(cat)_His6又はhMMP-9(cat)_E402Q_His6と、75μMの活性型MMP-9結合ペプチド又はhTIMP-1(自社調製)を混合して4℃で1時間反応させた。反応後、10μlの反応液をサイズ排除クロマトグラフィーで分析した。
クロマトグラフィー条件は以下の通り。
カラム:ACQUITY UPLC BEH200 column(Waters;186005225)
移動相:PBS
検出:吸光度(280nm)
Active hMMP-9(cat)_His6のみを分析した場合、active hMMP-9(cat)_His6のピークは保持時間7.0分に検出された(図53(A))。Active hMMP-9(cat)_His6とhTIMP-1又は活性型MMP-9結合ペプチドM91005、M91011を混合した反応液を分析した場合、active hMMP-9(cat)_His6のピークの保持時間は高分子量側にシフトした(図53(A))。よって、hTIMP-1及び活性型MMP-9結合ペプチドM91005、M91011は活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインに結合することが示された。Human MMP-9(cat)_E402Q_His6のみを分析した場合、hMMP-9(cat)_E402Q_His6のピークは保持時間7.1分に検出された(図53(B))。Human MMP-9(cat)_E402Q_His6とhTIMP-1を混合した反応液を分析した場合、hMMP-9(cat)_E402Q_His6のピークの保持時間は高分子量側にシフトした(図53(B))。よって、hTIMP-1はヒトMMP-9酵素活性ドメインE402Q変異体に結合することが示された。対照的に、hMMP-9(cat)_E402Q_His6と活性型MMP-9結合ペプチドM91005又はM91011を混合した反応液を分析した場合、hMMP-9(cat)_E402Q_His6のピークの保持時間は変化しなかった(図53(B))。なお、hTIMP-1又は活性型MMP-9結合ペプチドM91005、M91011のみを分析した場合、hTIMP-1のピークは保持時間7.3分に検出され、活性型MMP-9結合ペプチドM91005のピークは保持時間8.2分に検出され、活性型MMP-9結合ペプチドM91011のピークは保持時間8.1分に検出された(図53(C))。
よって、活性型MMP-9結合ペプチドM91005及びM91011はヒトMMP-9酵素活性ドメインE402Q変異体に結合しないことが示された。以上のことから、活
性型MMP-9結合ペプチドM91005及びM91011はヒトMMP-9の活性中心であるGlu402残基を認識して結合することが示された。
実施例13.活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメイン変異体の調製
(13-1)pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)の構築
(2-1-1)で構築したpCMA-pro-hMMP-9(cat)_His6を鋳型としてPCRを行い、CMVプロモーターの下流にヒトMMP-9(配列番号28(図44))の分泌シグナル(Met1~Ala19)、Hisタグ、プロペプチド(Ala20~Arg106)、エンテロキナーゼ認識配列(図65:配列番号40))、酵素活性ドメイン(Phe107~Pro449)をコードするヌクレオチド配列を持つ、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)を構築した。
(13-2)pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_XnnnYの構築
(13-1)で構築したpCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)を鋳型としてPCRを行い、CMVプロモーターの下流にヒトMMP-9(配列番号28(図44))の分泌シグナル(Met1~Ala19)、Hisタグ、プロペプチド(Ala20~Arg106)、エンテロキナーゼ認識配列(図65:配列番号40))、酵素活性ドメイン(Phe107~Pro449)の変異体(Q108N、T109F、F110A、E111P、G112R、D113K、L114P、Y179A、P180A、D185A、G186A、L187A、F192A、P193A、P196T、I198V、Q199G、Y393A、L397A、V398A、D410E、S413Q、L418A、Y420A、P421A、M422I、Y423A又はR424T)をコードするヌクレオチド配列を持つ、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Q108N、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_T109F、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_F110A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_E111P、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_G112R、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_D113K、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_L114P、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Y179A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_P180A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_D185A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_G186A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_L187A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_F192A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_P193A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_P196T、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_I198V、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Q199G、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Y393A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_L397A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_V398A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_D410E、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_S413Q、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_L418A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Y420A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_P421A、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_M422I、pCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Y423A及びpCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_R424Tを構築した。
(13-3)pro-His6_EK-hMMP-9(cat)の調製
(13-1)で構築したpCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)はPolyethylenimine Max(Polysciences)を用いてFreeStyle 293F(Thermo Fisher Scientific)にtransfectionし、6日後に培養上清を回収した。HisTrap excel(GE Healthcare)とgelatin-Sepharose resin(GE Healthcare)によりHisタグ融合蛋白質を回収し、緩衝液をPBSに置換してpro-His6_EK-hMMP-9(cat)を精製した。
(13-4)Active hMMP-9(cat)の調製
(13-3)で取得したpro-His6_EK-hMMP-9(cat)と、EKMax Enterokinase (Thermo Fisher Scientific)を混合し、4℃で2時間反応させた。EKapture Agarose (EMD
Millipore)により反応液からエンテロキナーゼを除去した後、緩衝液を低温下でPBSに置換してactive hMMP-9(cat)を精製した。
(13-5)pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_XnnnYの調製
(13-2)で構築したpCMA-pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_XnnnYはPolyethylenimine Max(Polysciences)を用いてFreeStyle 293F(Thermo Fisher Scientific)にtransfectionし、6日後に培養上清を回収した。HisTrap excel(GE Healthcare)とgelatin-Sepharose resin(GE Healthcare)によりHisタグ融合蛋白質を回収し、緩衝液をPBSに置換してpro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Q108N、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_T109F、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_F110A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_E111P、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_G112R、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_D113K、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_L114P、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Y179A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_P180A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_D185A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_G186A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_L187A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_F192A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_P193A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_P196T、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_I198V、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Q199G、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Y393A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_L397A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_V398A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_D410E、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_S413Q、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_L418A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Y420A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_P421A、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_M422I、pro-His6_EK-hMMP-9(cat)_Y423A及びpro-His6_EK-hMMP-9(cat)_R424Tを精製した。
(13-6)Active hMMP-9(cat)_XnnnYの調製
(13-5)で取得したpro-His6_EK-hMMP-9(cat)_XnnnYと、EKMax Enterokinase (Thermo Fisher Scientific)を混合し、4℃で2時間反応させた。EKapture Agarose (EMD Millipore)により反応液からエンテロキナーゼを除去した後、
緩衝液を低温下でPBSに置換してactive hMMP-9(cat)_Q108N、active hMMP-9(cat)_T109F、active hMMP-9(cat)_F110A、active hMMP-9(cat)_E111P、active hMMP-9(cat)_G112R、active hMMP-9(cat)_D113K、active hMMP-9(cat)_L114P、active hMMP-9(cat)_Y179A、active hMMP-9(cat)_P180A、active hMMP-9(cat)_D185A、active hMMP-9(cat)_G186A、active hMMP-9(cat)_L187A、active hMMP-9(cat)_F192A、active hMMP-9(cat)_P193A、active hMMP-9(cat)_P196T、active hMMP-9(cat)_I198V、active hMMP-9(cat)_Q199G、active hMMP-9(cat)_Y393A、active hMMP-9(cat)_L397A、active hMMP-9(cat)_V398A、active hMMP-9(cat)_D410E、active hMMP-9(cat)_S413Q、active hMMP-9(cat)_L418A、active hMMP-9(cat)_Y420A、active hMMP-9(cat)_P421A、active hMMP-9(cat)_M422I、active hMMP-9(cat)_Y423A及びactive hMMP-9(cat)_R424Tを精製した。
実施例14.活性型MMP-9結合ペプチドと活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメイン変異体との相互作用解析
(1-2)で調製したM91005及びM91011、(13-4)で調製したactive hMMP-9(cat)及び(13-6)で調製したactive hMMP-9(cat)_XnnnYを用いて、ヒトMMP-9阻害活性を評価した。
基質ペプチドMOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NH(配列番号30(図46))(ペプチド研究所;3226-v)を1mMになるよう水で溶解し、Assay buffer(50mM Tris-HCl,200mM NaCl,2mM
CaCl,pH7.5)で希釈して終濃度10μMで使用した。Assay bufferで希釈したactive hMMP-9(cat)又はactive hMMP-9(cat)_XnnnYと活性型MMP-9結合ペプチド又はsc-311438(Santa Cruz Biotechnology)をそれぞれ50μlずつ混ぜ、37℃で1時間反応させた後にAssay bufferで希釈した基質を100μl加えて、Enspire(PerkinElmer)で蛍光シグナル(excitation 328nm/emission 393nm)を測定した。Active hMMP-9(cat)及びactive hMMP-9(cat)_XnnnYは終濃度1nM、活性型MMP-9結合ペプチド及びsc-311438は終濃度0.5~330nM、反応及び測定にはプロテオセーブ(商標)SS96F黒プレート(住友ベークライト)を使用した。
各濃度の活性型MMP-9結合ペプチドにおける基質ペプチド分解速度を算出し、阻害剤濃度0nMの分解速度を100%として、GraphPad Prism (version 5.0; GraphPad Software)を用いて各結合ペプチドの50%阻害濃度(IC50)を算出した(図54(A)及び図54(B))。野生型であるactive hMMP-9(cat)を用いた場合、非選択的阻害剤sc-311438のIC50は28±7nM、活性型MMP-9結合ペプチドM91005のIC50は17±7nM、活性型MMP-9結合ペプチドM91011のIC50は17±5nMであった。Active hMMP-9(cat)_XnnnYを用いた場合、非選択的阻害剤sc-311438のIC50は野生型を用いた場合に比べて2倍未満であり、顕著な違いは見られなかった。非選択的阻害剤sc-311438は活性中心の亜鉛イオンを認識して結合するため、活性中心以外の残基の置換による影響はほとんど無いと考えられる。対照的に、活性型MMP-9結合ペプチドM91005のIC50は、active hMMP-9(cat)_F110A、active hMMP-9(cat)_Y179A、active hMMP-9(cat)_L187A、active hMMP-9(cat)_F192A、active hMMP-9(cat)_Q199G、active hMMP-9(cat)_Y393A、active hMMP-9(cat)_L397A、active hMMP-9(cat)_V398A、active hMMP-9(cat)_Y420A、active hMMP-9(cat)_M422I及びactive hMMP-9(cat)_Y423Aを用いた場合、野生型を用いた場合に比べて4.0倍、3.2倍、6.7倍、>57.8倍、2.3倍、2.7倍、2.2倍、2.2倍、3.1倍、2.6倍及び13.2倍増加した。よって、活性型MMP-9結合ペプチドM91005はヒトMMP-9のPhe110、Tyr179、Leu187、Phe192、Gln199、Tyr393、Leu397、Val398、Tyr420、Met422及びTyr423を認識して活性型ヒトMMP-9に結合することが示唆された。同様に、活性型MMP-9結合ペプチドM91011のIC50は、active hMMP-9(cat)_Y179A、active hMMP-9(cat)_D185A、active hMMP-9(cat)_F192A、active hMMP-9(cat)_P193A、active hMMP-9(cat)_Y393A、active hMMP-9(cat)_L397A、active hMMP-9(cat)_V398A、active hMMP-9(cat)_M422I、active hMMP-9(cat)_Y423A及びactive hMMP-9(cat)_R424Tを用いた場合、野生型を用いた場合に比べて4.9倍、19.0倍、5.0倍、6.5倍、>57.6倍、3.5倍、4.8倍、2.6倍、>20.0倍及び2.7倍増加した。よって、活性型MMP-9結合ペプチドM91011はヒトMMP-9のTyr179、Asp185、Phe192、Phe193、Tyr393、Leu397、Val398、Met422、Tyr423及びArg424を認識して活性型ヒトMMP-9に結合することが示唆された。
本発明の提供するペプチド、並びに、それを含む医薬組成物及び診断用組成物は、MMP-9に関わる疾患の治療、予防、検査又は診断等に有用である。
配列番号1:ヒトSPINK2のアミノ酸配列(図15)
配列番号2:活性型MMP-9結合ペプチドM91001のアミノ酸配列(図16)
配列番号3:活性型MMP-9結合ペプチドM91002のアミノ酸配列(図17)
配列番号4:活性型MMP-9結合ペプチドM91004のアミノ酸配列(図18)
配列番号5:活性型MMP-9結合ペプチドM91005のアミノ酸配列(図19)
配列番号6:活性型MMP-9結合ペプチドM91010のアミノ酸配列(図20)
配列番号7:活性型MMP-9結合ペプチドM91011のアミノ酸配列(図21)
配列番号8:活性型MMP-9結合ペプチドM91012のアミノ酸配列(図22)
配列番号9:活性型MMP-9結合ペプチドM91014のアミノ酸配列(図23)
配列番号10:活性型MMP-9結合ペプチドM91001_D1Gのアミノ酸配列(図24)
配列番号11:活性型MMP-9結合ペプチドM91002_D1Gのアミノ酸配列(図25)
配列番号12:活性型MMP-9結合ペプチドM91004_D1Gのアミノ酸配列(図26)
配列番号13:活性型MMP-9結合ペプチドM91005_D1Gのアミノ酸配列(図
27)
配列番号14:活性型MMP-9結合ペプチドM91010_D1Gのアミノ酸配列(図28)
配列番号15:活性型MMP-9結合ペプチドM91011_D1Gのアミノ酸配列(図29)
配列番号16:活性型MMP-9結合ペプチドM91012_D1Gのアミノ酸配列(図30)
配列番号17:活性型MMP-9結合ペプチドM91014_D1Gのアミノ酸配列(図31)
配列番号18:活性型MMP-9結合ペプチドの一般式(図32)
配列番号19:Stag+リンカー1のアミノ酸配列(図33)
配列番号20:Stag+リンカー2のアミノ酸配列(図34)
配列番号21:C末6マーのアミノ酸配列(図35)
配列番号22:G4Sリンカーのアミノ酸配列(図38)
配列番号23:ヒトIgG1 Fcのアミノ酸配列(図39)
配列番号24:プライマー1のヌクレオチド配列(図40)
配列番号25:プライマー2のヌクレオチド配列(図41)
配列番号26:プライマー3のヌクレオチド配列(図42)
配列番号27:プライマー4のヌクレオチド配列(図43)
配列番号28:ヒトMMP-9のアミノ酸配列(図44)
配列番号29:マウスMMP-9のアミノ酸配列(図45)
配列番号30:MOCAc-KPLGL-Apr(Dnp)-AR-NHのアミノ酸配列(図46)
配列番号31:MOCAc-PLGL-Apr(Dnp)-AR-NHのアミノ酸配列(図47)
配列番号32:(図48)DNP-PLGMWSRのアミノ酸配列
配列番号33:MOCAc-RPKPVE-Nva-WR-Lys(Dnp)-NHのアミノ酸配列(図49)
配列番号34:FLAGタグのアミノ酸配列(図50)
配列番号35:Aviタグのアミノ酸配列(図51)
配列番号36:Suc-LLVY-MCAのアミノ酸配列(図56)
配列番号37:Suc-AAPF-MCAのアミノ酸配列(図57)
配列番号38:Suc(OMe)-Ala-Ala-Pro-Val-MCAのアミノ酸配列(図60)
配列番号39:Boc-LSTR-MCAのアミノ酸配列(図62)
配列番号40:エンテロキナーゼ認識配列のアミノ酸配列(図65)

Claims (39)

  1. 配列番号2乃至17(図16乃至31)のいずれか一つで示されるアミノ酸配列を含み、且つ、活性型ヒトMMP-9に結合するが、前駆型ヒトMMP-9には結合しない、活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインに結合する、活性型SPINK2変異体ペプチドであって、該アミノ酸配列のアミノ末端側に、1乃至3個のアミノ酸残基が付加してなるアミノ酸配列、又は、配列番号19(図33)もしくは配列番号20(図34)で示されるアミノ酸配列が付加してなるアミノ酸配列を含むペプチド。
  2. 配列番号2乃至17(図16乃至31)のいずれか一つで示されるアミノ酸配列を含み、且つ、活性型ヒトMMP-9に結合するが、前駆型ヒトMMP-9には結合しない、活性型ヒトMMP-9酵素活性ドメインに結合する、活性型SPINK2変異体ペプチドであって、該アミノ酸配列のカルボキシル末端側に、1乃至6個のアミノ酸からなるアミノ酸配列が付加してなるアミノ酸配列を含むペプチド又は請求項1に記載のペプチド。
  3. 配列番号21(図35)、3連続するグリシン(図36)又は2連続するグリシン(図37)で示されるアミノ酸配列が付加してなるアミノ酸配列を含む、請求項2記載のペプチド。
  4. 3つのジスルフィド結合を有し、ループ構造、αへリックス及びβシートを含むことで特徴付けられる立体構造を有する、請求項1乃至3のいずれか一つに記載のペプチド。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一つに記載のペプチドに含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド。
  6. 請求項5記載のポリヌクレオチドを含むベクター。
  7. 請求項5記載のポリヌクレオチド若しくは請求項6記載のベクターを含むか又は請求項1乃至4のいずれか一つに記載のペプチドを産生する細胞。
  8. 下記工程(i)及び(ii)を含む、SPINK2変異体ペプチドの製造方法:
    (i)請求項7記載の細胞を培養する工程;
    (ii)該培養物からSPINK2変異体ペプチドを回収する工程。
  9. 請求項1乃至4のいずれか一つに記載のペプチドを化学合成又はイン・ビトロ翻訳により調製する工程を含む、該ペプチドの製造方法。
  10. 請求項8又は9記載の方法により得られるSPINK2変異体ペプチド。
  11. 請求項1乃至4及び10のいずれか一つに記載のペプチドに他の部分が結合してなるコンジュゲート。
  12. ペプチドである、請求項11記載のコンジュゲート。
  13. 免疫グロブリンのFc領域又はその機能断片を含む、請求項11又は12記載のコンジュゲート。
  14. 下記工程(i)及び(ii)を含む、請求項11乃至13のいずれか一つに記載のSPINK2変異体ペプチドコンジュゲートの製造方法:
    (i)該コンジュゲートに含まれるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含んでなるポリヌクレオチド又は該ポリヌクレオチドが挿入されたベクターを含む細胞を培養する工程:
    (ii)該培養物からSPINK2変異体ペプチドコンジュゲート又は該コンジュゲートに含まれるペプチド部分を回収する工程。
  15. 請求項11乃至13のいずれか一つに記載のSPINK2変異体ペプチドコンジュゲート又は該コンジュゲートに含まれるペプチド部分を化学合成又はイン・ビトロ翻訳により調製する工程を含む、該コンジュゲートの製造方法。
  16. 請求項14又は15記載の方法により得られるSPINK2変異体ペプチドコンジュゲート。
  17. 請求項1乃至4及び10のいずれか一つに記載のペプチドに結合する抗体又はその機能断片。
  18. 請求項1乃至4及び10のいずれか一つに記載のペプチド、請求項5記載のポリヌクレオチド、請求項6記載のベクター、請求項7記載の細胞、請求項11乃至13及び16のいずれか一つに記載のコンジュゲート、及び/又は、請求項17記載の抗体もしくはその機能断片を含む組成物。
  19. 請求項1乃至4及び10のいずれか一つに記載のペプチド及び/又は請求項11乃至13及び16のいずれか一つに記載のコンジュゲートを含む、検査用又は診断用組成物。
  20. 該ペプチド及び/又は該コンジュゲートが標識のための部分を含む、請求項19記載の組成物。
  21. 標識が、酵素標識、放射性同位元素による標識、着色標識、蛍光標識、発色標識、発光標識、又は、ハプテン、ジゴキシゲニン、ビオチン、金属複合体、金属、及びコロイド金のいずれか1つ又は2つ以上による標識である、請求項20記載の組成物。
  22. ヒト活性型MMP-9検出又は測定がイン・ビトロ又はイン・ビボで実施される、請求項19乃至21のいずれか一つに記載の組成物。
  23. 下記工程(i)及び(ii)を含む、活性型MMP-9の検出方法:
    (i)請求項1乃至4及び10のいずれか一つに記載のペプチド及び/又は請求項11乃至13及び16のいずれか一つに記載のコンジュゲートを被検試料と接触させる工程;及び
    (ii)該被検試料の成分に結合した該ペプチド及び/又はコンジュゲートを測定する工程。
  24. 工程(ii)が該被検試料と接触させた該ペプチド及び/又はコンジュゲートを回収し、該ペプチド及び/又はコンジュゲートに結合した活性型MMP-9の量又は活性を測定する工程である、請求項23記載の検出方法。
  25. イン・ビボで実施され、工程(ii)が画像診断技術を使用して画像を取ることを含む、請求項23記載の検出方法。
  26. 他の部分に他の薬物を含む、請求項11記載のコンジュゲート。
  27. 請求項1乃至4及び10のいずれか一つに記載のペプチド、請求項5記載のポリヌクレオチド、請求項6記載のベクター、請求項7記載の細胞、並びに/又は、請求項11乃至13、16及び26のいずれか一つに記載のコンジュゲートを含む、医薬組成物。
  28. 炎症性・自己免疫性疾患、神経変性疾患、精神疾患、血管系疾患、又は悪性腫瘍の治療又は予防のための、請求項27記載の医薬組成物。
  29. 炎症性・自己免疫性疾患が関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、強皮症、気管支喘息、間質性肺炎、慢性閉塞性肺疾患、潰瘍性大腸炎、クローン病、肝炎、湿疹(皮膚炎)、乾癬、扁平苔癬、紅斑・紅皮症、蕁麻疹、脱毛症、天疱瘡、尋常性ざ瘡、褥瘡・創傷、結膜炎、角膜炎、鼻炎、口内炎、舌炎、ベーチェット病、多発性硬化症、脳炎、頭痛、末梢神経炎、糖尿病合併症(糖尿病網膜症、糖尿病腎症、糖尿病神経障害)、アテローム性動脈硬化症、膵炎、慢性心不全、又は、腎炎であり、神経変性疾患がアルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、筋萎縮性側索硬化症、前頭側頭型認知症、脳損傷、脊髄損傷、低酸素症、痙攣、又は、外傷性脳障害であり、精神疾患が大うつ病、双極性障害、不安、外傷後ストレス障害(PTSD)、摂食障害、睡眠障害、統合失調症、依存症、自閉症、脆弱X症候群、注意欠陥多動性障害、又は、ダウン症侯群であり、血管系疾患が脳血管障害、脳動脈瘤、脳アミロイド血管症、末梢血管障害、大動脈瘤、大動脈解離、動静脈瘻、動脈硬化症、高安動脈炎、川崎病、静脈瘤、又は、血管石灰化であり、悪性腫瘍が肺癌、乳癌、膵臓癌、大腸癌、又は、神経膠腫である、請求項28記載の医薬組成物。
  30. 請求項17記載の抗体又はその機能断片を含む、検査用又は診断用組成物。
  31. 請求項17記載の抗体又はその機能断片を用いたアフィニティー精製工程を含む、請求項8、9、14又は15に記載の製造方法。
  32. 下記工程(i)乃至(iii)を含む、ヒトMMP-9阻害SPINK2変異体ペプチドの同定方法:
    (i)請求項1乃至及び10のいずれか一つに記載のペプチド存在下及び非存在下で、ヒトMMP-9プロテアーゼ及び基質を保温する工程;
    (ii)請求項1乃至及び10のいずれか一つに記載のペプチド存在下及び非存在下におけるヒトMMP-9プロテアーゼ活性を測定する工程;及び
    (iii)該ペプチド存在下でのヒトMMP-9プロテアーゼ活性が、該ペプチド非存在下でのヒトMMP-9プロテアーゼ活性と比較して小さい場合、該ペプチドを陽性と判定する工程。
  33. 下記工程(i)乃至(iii)を含む、ヒトMMP-9特異的阻害化合物の同定方法:
    (i)請求項1乃至4及び10のいずれか一つに記載のペプチドの存在下で、被験化合物をヒト活性型MMP-9と結合させる工程;
    (ii)該化合物が、ヒト活性型MMP-9との結合において、該ペプチドと競合するか否かを決定する工程;及び、
    (iii)該化合物がヒトMMP-9特異的結合活性を有するか否かを決定する工程。
  34. 該化合物がSPINK2変異体ペプチドである、請求項33記載の方法。
  35. 該化合物が抗体、抗体の抗原結合断片、又は抗原結合タンパク質である、請求項33記載の方法。
  36. 該ペプチド、抗体、抗体の抗原結合断片、又は抗原結合タンパク質を、化学合成、イン・ビトロ翻訳、又は組換えにより調製する工程をさらに含む、請求項33乃至35のいずれか一つに記載の方法。
  37. 炎症性・自己免疫性疾患、神経変性疾患、精神疾患、血管系疾患、又は悪性腫瘍の検査又は診断のための、請求項19又は30記載の検査用又は診断用組成物。
  38. 炎症性・自己免疫性疾患が関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、強皮症、気管支喘息、間質性肺炎、慢性閉塞性肺疾患、潰瘍性大腸炎、クローン病、肝炎、湿疹(皮膚炎)、乾癬、扁平苔癬、紅斑・紅皮症、蕁麻疹、脱毛症、天疱瘡、尋常性ざ瘡、褥瘡・創傷、結膜炎、角膜炎、鼻炎、口内炎、舌炎、ベーチェット病、多発性硬化症、脳炎、頭痛、末梢神経炎、糖尿病合併症(糖尿病網膜症、糖尿病腎症、糖尿病神経障害)、アテローム性動脈硬化症、膵炎、慢性心不全、又は、腎炎であり、神経変性疾患がアルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、筋萎縮性側索硬化症、前頭側頭型認知症、脳損傷、脊髄損傷、低酸素症、痙攣、又は、外傷性脳障害であり、精神疾患が大うつ病、双極性障害、不安、外傷後ストレス障害(PTSD)、摂食障害、睡眠障害、統合失調症、依存症、自閉症、脆弱X症候群、注意欠陥多動性障害、又は、ダウン症侯群であり、血管系疾患が脳血管障害、脳動脈瘤、脳アミロイド血管症、末梢血管障害、大動脈瘤、大動脈解離、動静脈瘻、動脈硬化症、高安動脈炎、川崎病、静脈瘤、又は、血管石灰化であり、悪性腫瘍が肺癌、乳癌、膵臓癌、大腸癌、又は、神経膠腫である、請求項37記載の検査用又は診断用組成物。
  39. 下記(工程1)及び(工程2)を含む、被験サンプル中の活性型MMP-9を検出又は測定する方法:
    (工程1)請求項19記載の検査用又は診断用組成物を被験試料と接触させる;
    (工程2)該検査用又は診断用組成物に含まれるペプチド及び/又はコンジュゲートに結合したMMP-9の量を測定する。
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