JP7477182B2 - Ctla-4阻害活性を有する環状ペプチド、及びその用途 - Google Patents
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Description
[1]環内に、式(I)
X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe (I)
で表されるアミノ酸配列を含み、ヒトCTLA-4に特異的に結合する活性を有する、環状ペプチドであって、
X1、X4、X6、X7、X8及びX10は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である、環状ペプチド。
[2]式(II)
X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00 (II)
で表されるアミノ酸配列を含み、
X1、X4、X6、X7、X8及びX10は、式(I)におけるものと同義であり、
X0及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している、
[1]に記載の環状ペプチド。
[3]式(III)
(Y)m-X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00-(Z)n (III)
で表されるアミノ酸配列を含み、
X0、X1、X4、X6、X7、X8、X10及びX00は、式(II)におけるものと同義であり、
(Y)mは、m個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
(Z)nは、n個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
mは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
nは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数である、
[2]に記載の環状ペプチド。
[4]X0及びX00は、それぞれ独立して、チオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸である、
[2]又は[3]に記載の環状ペプチド。
[5]X0は、Cysであり、
X00は、Cysである、
[4]に記載の環状ペプチド。
[6]X0の側鎖チオール基とX00の側鎖チオール基との間の分子内ジスルフィド結合により環化している、[4]又は[5]に記載の環状ペプチド。
[7]X6は、Leu、Pro、Gln、Lys又はArgであり、
X7は、Val、Leu、Ile又はThrである、
[1]~[6]のいずれかに記載の環状ペプチド。
[8]X6は、Proであり、
X7は、Ileである、[7]に記載の環状ペプチド。
[9]nは2であり、
(Z)nは、X+1-X+2で表されるアミノ酸配列からなり、
X+1及びX+2は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である、
[3]~[8]のいずれかに記載の環状ペプチド。
[10]mは2であり、
(Y)mは、X-2-X-1で表されるアミノ酸配列からなり、
X-2及びX-1は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である、
[3]~[8]のいずれかに記載の環状ペプチド。
[11]X-2は、Glyであり、
X-1は、Gly、Ser又はAspである、
[10]に記載の環状ペプチド。
[12]式(I)で表されるアミノ酸配列が、
(1a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列、又は
(2a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列において、X1、X4、X6、X7、X8及びX10から選択される少なくとも1に相当するアミノ酸の置換を有するアミノ酸配列
からなる、[1]~[11]のいずれかに記載の環状ペプチド。
[13]式(II)で表されるアミノ酸配列が、
(1b)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第3位から第16位までのアミノ酸配列、又は
(2b)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第3位から第16位までのアミノ酸配列において、X1、X4、X6、X7、X8及びX10から選択される少なくとも1に相当するアミノ酸の置換を有するアミノ酸配列
からなる、[2]~[12]のいずれかに記載の環状ペプチド。
[14]式(III)で表されるアミノ酸配列が、
(1c)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列、又は
(2c)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列において、X-2、X-1、X1、X4、X6、X7、X8、X10、X+1及びX+2から選択される少なくとも1に相当するアミノ酸の置換を有するアミノ酸配列
からなる、[3]~[13]のいずれかに記載の環状ペプチド。
[15]ヒトCTLA-4とヒトCD80との相互作用を阻害する活性を有する、[1]~[14]のいずれかに記載の環状ペプチド。
[16][1]~[15]のいずれかに記載の環状ペプチド、及び医薬として許容される担体又は賦形剤を含む、医薬組成物。
[17]CTLA-4阻害用である、[16]に記載の医薬組成物。
[18]T細胞活性化用である、[16]に記載の医薬組成物。
[19]腫瘍の予防又は治療用である、[16]に記載の医薬組成物。
[20][1]~[15]のいずれかに記載の環状ペプチドを含む、CTLA-4阻害剤。
[21]対象に対して、[1]~[15]のいずれかに記載の環状ペプチドの有効量を投与することを含む、当該対象における腫瘍の予防又は治療方法。
[22]腫瘍の予防又は治療において使用するための、[1]~[15]のいずれかに記載の環状ペプチド。
[23]腫瘍の予防又は治療用の医薬組成物を製造するための、[1]~[15]のいずれかに記載の環状ペプチドの使用。
<ペプチド>
本明細書において、「ペプチド」、「オリゴペプチド」、「ポリペプチド」及び「タンパク質」は、交換可能に使用され、任意の長さのアミノ酸のポリマーを意味する。このポリマーは、直鎖であっても分岐していてもよく、環状であってもよい。
本明細書において、用語「アミノ酸」は、その最も広い意味で使用され、天然アミノ酸に加え、人工のアミノ酸変異体や誘導体を包含する。例えば、天然タンパク質原性アミノ酸、非タンパク質原性アミノ酸、及びアミノ酸の特徴である当業界で公知の特性を有する化学的に合成された化合物等が用語「アミノ酸」に包含される。個々のアミノ酸は、適宜、L型またはD型の立体配置を有し得るが、典型的には、L型の立体配置が全てのアミノ酸に対し使用される。本明細書においてアミノ酸を表す際に、当業界で受け入れられている3文字または1文字略語を使用する場合がある。「D」が前に付く場合を除き、アミノ酸は、L-アミノ酸を指す。また、アミノ基の置換する位置が特に特定されていない場合、アミノ酸は、α-アミノ酸を指す。L-アミノ酸は、大文字の1文字また3文字記号では最初の1文字の大文字で示され、D-アミノ酸は、小文字の1文字あるいは小文字の3文字記号で示される。
(1)鏡像異性体(D-アミノ酸)
例えば、D-アラニン(aまたはala)、D-システイン(cまたはcys)、D-アスパラギン酸(dまたはasp)、D-グルタミン酸(eまたはglu)、D-フェニルアラニン(fまたはphe)、D-ヒスチジン(hまたはhis)、D-イソロイシン(iまたはile)、D-リジン(kまたはlys)、D-ロイシン(lまたはleu)、D-メチオニン(mまたはmet)、D-アスパラギン(nまたはasn)、D-プロリン(pまたはpro)、D-グルタミン(qまたはgln)、D-アルギニン(rまたはarg)、D-セリン(sまたはser)、D-スレオニン(tまたはthr)、D-バリン(vまたはval)、D-トリプトファン(wまたはtrp)、およびD-チロシン(yまたはtyr)を挙げることができる。
例えば、アロスレオニン(alThr)(L体又はD体)、アロイソロイシン(AIle)(L体又はD体)を挙げることができる。
例えば、β-アラニン(bAla)、β-ロイシン(bLeu)、β-メチオニン(bMet)、β-フェニルアラニン(bPhe)、β-チロシン(bTyr)、β-システイン(bCys)、β-セリン(bSer)、β-スレオニン(bThr)、β-アスパラギン(bAsn)、β-グルタミン(bGln)、β-アスパラギン酸(bAsp)、β-グルタミン酸(bGlu)、β-リジン(bLys)、β-アルギニン(bArg)、β-ヒスチジン(bHis)を挙げることができる。
例えば、イソアスパラギン酸(iAsp)、イソグルタミン酸(iGlu)を挙げることが出来る。
(5)側鎖の異性体
例えば、ノルロイシン(Nle)、tert-ロイシン(Tle)、ノルバリン(Nva)を挙げることが出来る。
(1)主鎖に余分のアルキレン基を有するアミノ酸
アルキレン基は、好ましくは炭素数1~4の直鎖状のアルキレン基である。炭素数1のアルキレン基(即ち、メチレン基)の場合、置換された天然タンパク質原性アミノ酸はβ-ホモアミノ酸であり得る。β-ホモアミノ酸としては、例えば、β-ホモアラニン(Bha)、β-ホモバリン(Bhv)、β-ホモロイシン(Bhl)、β-ホモイソロイシン(Bhi)、β-ホモメチオニン(Bhm)、β-ホモフェニルアラニン(Bhf)、β-ホモトリプトファン(Bhw)、β-ホモチロシン(Bhy)、β-ホモシステイン(Bhc)、β-ホモセリン(Bhs)、β-ホモスレオニン(Bht)、β-ホモアスパラギン(Bhn)、β-ホモグルタミン(Bhq)、β-ホモアスパラギン酸(Bhe)、β-ホモグルタミン酸(Bhe)、β-ホモリジン(Bhk)、β-ホモアルギニン(Bhr)、β-ホモヒスチジン(Bhh)等を挙げることができる。
置換基の種類は特に限定されないが、例えば、アルキル基、ホルミル基を挙げることが出来る。アルキル基は、好ましくは炭素数1~6の直鎖又は分岐鎖のアルキル基であり、直鎖状C1-6アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基を挙げることが出来る。分岐鎖C1-6アルキル基としては、例えば、イソプロピル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、イソペンチル、ネオペンチル、1-エチルプロピル、イソヘキシル、1,1-ジメチルブチル、2,2-ジメチルブチル、3,3-ジメチルブチル、2-エチルブチル等が挙げられる。アルキル基は、アミノ基、ヒドロキシ基、チオール基等により置換されていてもよい。
置換基の種類は特に限定されないが、例えば、アルキル基を挙げることが出来る。アルキル基は、好ましくは炭素数1~6の直鎖又は分岐鎖のアルキル基であり、直鎖状C1-6アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基を挙げることが出来る。分岐鎖C1-6アルキル基としては、例えば、イソプロピル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、イソペンチル、ネオペンチル、1-エチルプロピル、イソヘキシル、1,1-ジメチルブチル、2,2-ジメチルブチル、3,3-ジメチルブチル、2-エチルブチル等が挙げられる。アルキル基は、アミノ基、ヒドロキシ基等により置換されていてもよい。α炭素が有する置換基の数は1又は2であり、好ましくは1である。α炭素にジ置換されたアルキル基同士がC-C結合することにより、シクロアルキル基を構成してもよい。シクロアルキル基は、好ましくは炭素数4~6である。C4-6シクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基を挙げることができる。
このタイプのアミノ酸は、天然タンパク質原性アミノ酸の側鎖から、C1~C2アルキレン鎖を除去した構造、又は天然タンパク質原性アミノ酸の側鎖とα炭素との間にC1~C6直鎖アルキレン基が挿入された構造の側鎖を有する。このうち天然タンパク質原性アミノ酸の側鎖とα炭素との間にC1アルキレン基(即ち、メチレン基)が挿入された構造を有するアミノ酸をホモアミノ酸と称する。以下に、アルキレン鎖の長さが異なる側鎖を有するアミノ酸の例を、対応する天然タンパク質原性アミノ酸と併せて示す。
<ロイシン>ホモロイシン(hLeu)
<イソロイシン>ホモイソロイシン(hIle)
<メチオニン>ホモメチオニン(hMet)
<プロリン>ピペコリン酸(Pip)、アゼチジン-2-カルボン酸(Az2Ca)、アゼチジン-3-カルボン酸(Az3Ca)
<フェニルアラニン>ホモフェニルアラニン(hPhe)、フェニルグリシン(fGly)、
<トリプトファン>ホモトリプトファン(hTrp)
<チロシン>ホモチロシン(hTyr)、
<システイン>ホモシステイン(hCys)、ノルシステイン(Ncy)
<セリン>ホモセリン(hSer)
<スレオニン>ホモスレオニン(hThr)、
<グルタミン>ホモグルタミン(hGln)
<グルタミン酸>ホモグルタミン酸(hGlu)、2-アミノアジピン酸(Aad)、3-アミノアジピン酸(βAad)、2-アミノスベリン酸(Asu)(酸性)、2-アミノピメリン酸(Apm)
<リジン>ホモリジン(hLys)、オルニチン(Orn)、2,4-ジアミノ酪酸(2,4-A2bu)、2,3-ジアミノ酪酸(2,3-A2bu)、2,3-ジアミノプロパン酸(A2pr)
<アルギニン>ホモアルギニン(hArg)、ノルアルギニン(nArg)
<ヒスチジン>ホモヒスチジン(hHis)
以下に、置換された側鎖を有するアミノ酸の例を、対応する天然タンパク質原性アミノ酸と併せて示す。
<グリシン>t-ブチルグリシン(tbGly)、2-プロパルギルグリシン(pGly)、シクロヘキシルグリシン(chGly)、シクロペンチルグリシン(cpGly)、アリルグリシン(aGly)
<アラニン>t-ブチルアラニン(tbAla)、シクロヘキシルアラニン(chAla)、シクロブチルアラニン(cbAla)、シクロプロピルアラニン(cpAla)、1-ナフチルアラニン(1npAla)、2-ナフチルアラニン(2npAla)、ベンゾチエニルアラニン(btAla)、チエニルアラニン(thAla)、チアゾリルアラニン(taAla)、フリルアラニン(fAla)、ピリジン-2-イルアラニン(2pyAla)、ピリジン-3-イルアラニン(3pAla)、ピリジン-4-イルアラニン(4pyAla)、1-ピペラジニルアラニン(ppAla)、スチリルアラニン(stAla)、アントリルアラニン(anAla)
<メチオニン>セレノメチオニン(Sem)、S-メチルメチオニン(mMet)、メチオニンスルホキシド(Meo)、メチオニンスルホン(Moo)
<プロリン>3-ヒドロキシプロリン(3Hyp)、4-ヒドロキシプロリン(4Hyp)、5-ヒドロキシプロリン(5Hyp)、4-メルカプトプロリン(HSPro)
<フェニルアラニン>2-メチルフェニルアラニン(OmPhe)、3-メチルフェニルアラニン(MmPhe)、4-メチルフェニルアラニン(PmPhe)、2-ニトロフェニルアラニン(OnPhe)、3-ニトロフェニルアラニン(MnPhe)、4-ニトロフェニルアラニン(PnPhe)、2-シアノフェニルアラニン(OcnPhe)、3-シアノフェニルアラニン(McnPhe)、4-シアノフェニルアラニン(PcnPhe)、3,3-ジフェニルアラニン(ffAla)、2-トリフルオロメチルフェニルアラニン(OtPhe)、3-トリフルオロメチルフェニルアラニン(MtPhe)、4-トリフルオロメチルフェニルアラニン(PtPhe)、4-アミノフェニルアラニン(PaPhe)、4-アミノメチルフェニルアラニン(PamPhe)、3,4-ジメトキシフェニルアラニン(PmmDopa)、3,4-ジヒドロキシフェニルアラニン(Dopa)、ホスホノメチルフェニルアラニン(phmPhe)、芳香環がハロゲン置換されたフェニルアラニン(例、2-クロロフェニルアラニン(OcPhe)、3-クロロフェニルアラニン(McPhe)、4-クロロフェニルアラニン(PcPhe)、2-フルオロフェニルアラニン(OfPhe)、3-フルオロフェニルアラニン(MfPhe)、4-フルオロフェニルアラニン(PfPhe)、2-ブロモフェニルアラニン(ObPhe)、3-ブロモフェニルアラニン(MbPhe)、4-ブロモフェニルアラニン(PbPhe)、2-ヨードフェニルアラニン(OiPhe)、3-ヨードフェニルアラニン(MiPhe)、4-ヨードフェニルアラニン(PiPhe)、2,4-ジクロロフェニルアラニン(OpcPhe)、3,4-ジクロロフェニルアラニン(MpcPhe)、2,4-ジフルオロフェニルアラニン(OpfPhe)、3,4-ジフルオロフェニルアラニン(MpfPhe)、3,4,5-トリフルオリルフェニルアラニン(PmmfPhe)、ペンタフルオロフェニルアラニン(5fPhe))
<トリプトファン>5-フルオロトリプトファン(5fTyp)、6-フルオロトリプトファン(6fTyp)、1-メチルトリプトファン(1mTyp)
<チロシン>モノヨードチロシン(iTyr)、ジヨードチロシン(iiTyr)、トリヨードサイロニン(iiiThy)、O-メチルチロシン(mTyr)、3-ニトロチロシン(nTyr)、ホスホチロシン(pTyr)、3-アミノ-チロシン(MaTyr)
<システイン>システイン酸(Cya)、S-ベンジル-L-システイン(bzCys)、セレノシステイン(Sec)、ペニシラミン(Pen)
<セリン>O-メチルセリン(mSer)、ホスホセリン(pSer)
<スレオニン>ホスホスレオニン(pThr)、
<グルタミン酸>γ-ヒドロキシグルタミン酸(hoGlu)、γ-カルボキシグルタミン酸(caGlu)
<リジン>Nε-アセチルリジン(AcLys)、ホモシトルリン(Hci)、2,6-ジアミノピメリン酸(A2pm)、アロヒドロキシリジン(AHyl)、2,6-ジアミノ-4-ヘキシン酸(DaHea)
<アルギニン>ω-ニトロアルギニン(ntArg)、ω-アミノ-アルギニン(Oar)、ω-メチル-アルギニン(Omr)、シトルリン(Cit)
<ヒスチジン>1-メチルヒスチジン(1mHis)、3-メチルヒスチジン(3mHis)、5-ヒドロキシリジン(5OHLys)
例えば、3-アミノ-5-フェニルペンタン酸(Afp)、1,2,3,4-テトラヒドロイソキノリン-3-カルボン酸(Tic)、ω-ヒドロキシ-ノルアルギニン(HOnArg)、1-アミノシクロペンタン-3-カルボン酸(Acp3Ca)、チアゾリジン-4-カルボン酸(thz)、5,5-ジメチル-D-チアゾリジン-4-カルボン酸(dtc)を挙げることが出来るが、これらに限定されない。
i)クロロアセチル基を有するアミノ酸
主鎖又は側鎖のアミノ基がクロロアセチル基や2-クロロアセタミドベンゾイル基により置換された任意のアミノ酸(例えば、表1に列挙されたアミノ酸)
例:N-クロロアセチルアラニン、N-クロロアセチルフェニルアラニン、N-クロロアセチルチロシン、N-クロロアセチルトリプトファン、N-3-(2-クロロアセタミド)ベンゾイルフェニルアラニン、N-3-(2-クロロアセタミド)ベンゾイルチロシン、N-3-(2-クロロアセタミド) ベンゾイルトリプトファン、β-N-クロロアセチルジアミノプロパン酸、γ-N-クロロアセチルジアミノ酪酸、σ-N-クロロアセチルオルニチン、ε-N-クロロアセチルリジン
プロパルギルグリシン、ホモプロパルギルグリシン、2-アミノ-6-ヘプチン酸、2-アミノ-7-オクチン酸、2-アミノ-8-ノニン酸
主鎖又は側鎖のアミノ基が4-ペンチノイル基、5-ヘキシノイル基、4-ペンチノイルアミドベンゾイル基、又は5-ヘキシノイルアミドベンゾイル基により置換された任意のアミノ酸(例えば、表1に列挙されたアミノ酸)
例:N-(4-ペンチノイル)アラニン、N-(4-ペンチノイル)フェニルアラニン、N-(4-ペンチノイル)チロシン、N-(4-ペンチノイル)トリプトファン、N-3-(4-ペンチノイルアミド)ベンゾイルフェニルアラニン、N-3-(4-ペンチノイルアミド)ベンゾイルチロシン、N-3-(4-ペンチノイルアミド)ベンゾイルトリプトファン、β-N-(4-ペンチノイル)ジアミノプロパン酸、γ-N-(4-ペンチノイル)ジアミノ酪酸、σ-N-(4-ペンチノイル)オルニチン、ε-N-(4-ペンチノイル)リジン、N-(5-ヘキシノイル)アラニン、N-(5-ヘキシノイル)フェニルアラニン、N-(5-ヘキシノイル)チロシン、N-(5-ヘキシノイル)トリプトファン、N-3-(5-ヘキシノイルアミド)ベンゾイルフェニルアラニン、N-3-(5-ヘキシノイルアミド)ベンゾイルチロシン、N-3-(5-ヘキシノイルアミド)ベンゾイルトリプトファン、β-N-(5-ヘキシノイル)ジアミノプロパン酸、γ-N-(5-ヘキシノイル)ジアミノ酪酸、σ-N-(5-ヘキシノイル)オルニチン、ε-N-(5-ヘキシノイル)リジン
アジドアラニン、2-アミノ-4-アジドブタン酸、5-アジドノルバリン、アジドノルロイシン、2-アミノ-7-アジドヘプタン酸、及び2-アミノ-8-アジドオクタン酸
主鎖又は側鎖のアミノ基がアジドアセチル基、4-ペンチノイルアミドベンゾイル基又は3-アジドペンタノイル基により置換された任意のアミノ酸(例えば、表1に列挙されたアミノ酸)
例:N-アジドアセチルアラニン、N-アジドアセチルフェニルアラニン、N-アジドアセチルチロシン、N-アジドアセチルトリプトファン、N-3-(4-ペンチノイルアミド)ベンゾイルフェニルアラニン、N-3-(4-ペンチノイルアミド)ベンゾイルチロシン、N-3-(4-ペンチノイルアミド)ベンゾイルトリプトファン、β-N-アジドアセチルジアミノプロパン酸、γ-N-アジドアセチルジアミノ酪酸、σ-N-アジドアセチルオルニチン、ε-N-アジドアセチルリジン、N-3-アジドペンタノイルアラニン、N-3-アジドペンタノイルフェニルアラニン、N-3-アジドペンタノイルチロシン、N-3-アジドペンタノイルトリプトファン、β-N-3-アジドペンタノイルジアミノプロパン酸、γ-N-3-アジドペンタノイルジアミノ酪酸、σ-N-3-アジドペンタノイルオルニチン、ε-N-3-アジドペンタノイルリジン
側鎖の芳香環(ベンゼン環)がアミノメチル基により置換された、芳香環を含有する側鎖を有するアミノ酸(表1)
例:N-(4-アミノメチルベンゾイル)フェニルアラニン(AMBF)、3-アミノメチルチロシン
例:5-ヒドロキシトリプトファン
例:2-アミノ-6-クロロヘキシン酸、2-アミノ-7-クロロヘプチン酸、2-アミノ-8-クロロオクチン酸、N-3-クロロメチルベンゾイルフェニルアラニン、N-3-クロロメチルベンゾイルチロシン、N-3-クロロメチルベンゾイルトリプトファン
疎水性:疎水性アミノ酸
脂肪族:脂肪族疎水性アミノ酸
分岐鎖:分岐鎖脂肪族疎水性アミノ酸
芳香族:芳香族疎水性アミノ酸
親水性:親水性アミノ酸
塩基性:塩基性アミノ酸
酸性:酸性アミノ酸
中性:中性親水性アミノ酸
芳香環:芳香環を含有する側鎖を有するアミノ酸
アミノ:アミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸
カルボキシ:カルボキシ基を含有する側鎖を有するアミノ酸
ヒドロキシ:水酸基を含有する側鎖を有するアミノ酸
チオール:チオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸
アミド:アミド基を含有する側鎖を有するアミノ酸
イミノ:イミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸
複素環:複素環を含有する側鎖を有するアミノ酸
硫黄:硫黄原子を含有する側鎖を有するアミノ酸
本発明は、ヒトCTLA-4に特異的に結合する活性を有する、環状ペプチド(以下、本発明の環状ペプチドという。)を提供するものである。
X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe (I)
で表されるアミノ酸配列(ここで、X1、X4、X6、X7、X8及びX10は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である。)を含むことを特徴とする。
X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00 (II)
で表されるアミノ酸配列
(ここで、X0、X1、X4、X6、X7、X8、X10及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している。)
を含む。
(Y)m-X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00-(Z)n (III)
で表されるアミノ酸配列
(ここで、X0、X1、X4、X6、X7、X8、X10及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
(Y)mは、m個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
(Z)nは、n個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
mは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
nは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している。)
を含む。
(1)X0及びX00は、それぞれ独立して、チオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、X0の側鎖チオール基とX00の側鎖チオール基との間で分子内ジスルフィド結合が形成される。
(2)X0及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、X0の主鎖アミノ基と、X00の主鎖カルボキシル基との間でアミド結合(ペプチド結合)が形成される。
(3)X0及びX00のいずれか一方が、アミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、他方が、カルボキシ基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、該側鎖アミノ基と該側鎖カルボキシル基との間でアミド結合(ラクタム架橋)が形成される。
(4)X0及びX00は、それぞれ独立して、チオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、X0の側鎖チオール基とX00の側鎖チオール基との間で、メシチレンを介したチオエーテル結合が形成される(Nature Chem. Bio. 2009, 5, 502)。
(5)X0は、任意のアミノ酸であり、X00は、アミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、X0の主鎖アミノ基と、X00の側鎖アミノ基がジスクシンイミジル・グルタレート(DSG)でクロスリンクされる(J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 9972)。
(6)X0及びX00のいずれか一方が、クロロアセチル基を有するアミノ酸であり、他方がチオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、該クロロアセチル基と該チオール基との間でチオエーテル結合が形成される(US2010/168380 A1; WO2017/217545 A1)。
(7)X0及びX00のいずれか一方が、エチニル基(-C≡CH)を有するアミノ酸であり、他方がアジド基(-N3)を有するアミノ酸であり、該エチニル基と該アジド基との間の分子内クリック反応により、トリアゾール環を介してX0とX00とが架橋される(US2010/168380 A1; WO2017/217545 A1)。
(8)X0及びX00のいずれか一方が、ベンジルアミノ基を有するアミノ酸であり、他方が5-ヒドロキシインドールを有するアミノ酸であり、該ベンジルアミノ基と該5-ヒドロキシインドールとの分子内環化反応により、蛍光性構造を介してX0とX00とが架橋される(ChemBioChem 10, 1469-1472 (2009) ; US2010/168380 A1; WO2017/217545 A1)。
(9)X0及びX00のいずれか一方が、-C≡C-CH2-X、-C=C-CH2-X又は-Ar-CH2-X(Arは置換基を有していてもよい芳香環であり、Xは脱離基であり、脱離基としては、例えば、Cl, Br及びI等のハロゲン原子が挙げられる。)を有するアミノ酸であり、他方がチオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、該-C≡C-CH2-X、-C=C-CH2-X又は-Ar-CH2-Xと該チオール基との縮合反応により、チオエーテル結合を介してX0とX00とが架橋される(US2013/316910 A1)。
(10)その他、US2015/0080549 A1、US2015/050269 A1等に記載された方法により、X0とX00とが共有結合を介して架橋される。
(ここで、X1、X4、X6、X7、X8及びX10は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である。)
を含む。
(ここで、X1、X4、X6、X7、X8及びX10は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
(Y)mは、m個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
(Z)nは、n個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
mは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
nは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数である。)
を含む。
X6は、好ましくは、疎水性アミノ酸、中性親水性アミノ酸、塩基性アミノ酸、イミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミド基を含有する側鎖を有するアミノ酸又はアミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、
X7は、好ましくは、疎水性アミノ酸、中性親水性アミノ酸又は水酸基を含有する側鎖を有するアミノ酸である。より好ましくは、X6はLeu、Pro、Gln、Lys又はArgであり、X7はVal、Leu、Ile又はThrである。最も好ましくは、X6はProであり、X7はIleである。
X1-His-Pro-X4-Leu-Pro-Ile-X8-Ser-X10-His-Phe (IB)
で表されるアミノ酸配列
(ここで、X1、X4、X8及びX10は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である。)
を含む。
X0-X1-His-Pro-X4-Leu-Pro-Ile-X8-Ser-X10-His-Phe-X00 (IIB)
で表されるアミノ酸配列
(ここで、X0、X1、X4、X8、X10及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している。)
を含む。
(Y)m-X0-X1-His-Pro-X4-Leu-Pro-Ile-X8-Ser-X10-His-Phe-X00-(Z)n (IIIB)
で表されるアミノ酸配列
(ここで、X0、X1、X4、X8、X10及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
(Y)mは、m個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
(Z)nは、n個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
mは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
nは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している。)
を含む。
(ここで、X1、X4、X8及びX10は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である。)
を含む。
(ここで、X1、X4、X8及びX10は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
(Y)mは、m個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
(Z)nは、n個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
mは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
nは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数である。)
を含む。
X1は、好ましくは、疎水性アミノ酸、中性親水性アミノ酸、塩基性アミノ酸、芳香族アミノ酸、複素環を含有する側鎖を有するアミノ酸、硫黄原子を含有する側鎖を有するアミノ酸、イミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸、水酸基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミド基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸又はチオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、
X4は、好ましくは、疎水性アミノ酸、中性親水性アミノ酸、塩基性アミノ酸、芳香族アミノ酸、複素環を含有する側鎖を有するアミノ酸、硫黄原子を含有する側鎖を有するアミノ酸、水酸基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミド基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸又はチオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、
X8は、好ましくは、疎水性アミノ酸、中性親水性アミノ酸、塩基性アミノ酸、芳香族アミノ酸、複素環を含有する側鎖を有するアミノ酸、硫黄原子を含有する側鎖を有するアミノ酸、水酸基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミド基を含有する側鎖を有するアミノ酸又はアミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、
X10は、好ましくは、疎水性アミノ酸、中性親水性アミノ酸、塩基性アミノ酸、酸性アミノ酸、芳香族アミノ酸、複素環を含有する側鎖を有するアミノ酸、硫黄原子を含有する側鎖を有するアミノ酸、イミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸、水酸基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミド基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸、カルボキシ基を含有する側鎖を有するアミノ酸又はチオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸である。
X4は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Met、Ala、Gly、Ser、Gln、His又はCysであり、
X8は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Ile、Met、Ala、Ser、Gln、Lys、Arg又はHisであり、
X10は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Ala、Gly、Ser、Thr、Gln、Asp、Lys、Arg、His又はCysである。
nが0のとき、(Z)nは存在せず、
nが1のとき、(Z)nはX+1で表されるアミノ酸であり、
nが2のとき、(Z)nはX+1-X+2で表されるアミノ酸配列からなり、
X+1及びX+2は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である。nは、好ましくは2である。
X+2は、疎水性アミノ酸、中性親水性アミノ酸、塩基性アミノ酸、芳香族アミノ酸、複素環を含有する側鎖を有するアミノ酸、硫黄原子を含有する側鎖を有するアミノ酸、水酸基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミド基を含有する側鎖を有するアミノ酸、アミノ基を含有する側鎖を有するアミノ酸又はチオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸である。より好ましくは、X+1は、Trp、Val、Leu、Met、Pro、Ala、Gly、Ser、Gln、Glu、Arg又はCysであり、X+2は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Ile、Met、Ala、Gly、Ser、Gln、Lys、Arg、His又はCysである。
mが0のとき、(Y)mは存在せず、
mが1のとき、(Y)mはX-1で表されるアミノ酸であり、
mが2のとき、(Y)mはX-2-X-1で表されるアミノ酸配列からなり、
X-1及びX-2は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である。mは、好ましくは、1又は2である。
mは2であり、
X-1は、疎水性アミノ酸、中性親水性アミノ酸、酸性アミノ酸、水酸基を含有する側鎖を有するアミノ酸又はカルボキシ基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、
X-2は、疎水性アミノ酸である。
X-2は、Glyであり、
X-1は、Gly、Ser又はAspである。
(1a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列、又は
(2a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列において、X1、X4、X6、X7、X8及びX10(即ち、配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位、第7位、第9位、第10位、第11位及び第13位のアミノ酸)から選択される少なくとも1(例えば、1~6、1~5、1~4、1~3、1又は2)に相当するアミノ酸の置換(好ましくは、保存的置換)を有するアミノ酸配列
からなる。
(1b)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第3位から第16位までのアミノ酸配列、又は
(2b)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第3位から第16位までのアミノ酸配列において、X1、X4、X6、X7、X8及びX10(即ち、配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位、第7位、第9位、第10位、第11位及び第13位のアミノ酸)から選択される少なくとも1(例えば、1~6、1~5、1~4、1~3、1又は2)に相当するアミノ酸の置換(好ましくは、保存的置換)を有するアミノ酸配列
からなる。
(1c)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第3位から第18位までのアミノ酸配列、又は
(2c)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第3位から第18位までのアミノ酸配列において、X1、X4、X6、X7、X8、X10、X+1及びX+2(即ち、配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位、第7位、第9位、第10位、第11位、第13位、第17位及び第18位のアミノ酸)から選択される少なくとも1(例えば、1~8、1~7、1~6、1~5、1~4、1~3、1又は2)に相当するアミノ酸の置換(好ましくは、保存的置換)を有するアミノ酸配列
からなる。
(1d)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列、又は
(2d)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列において、X-2、X-1、X1、X4、X6、X7、X8、X10、X+1及びX+2(即ち、配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第1位、第2位、第4位、第7位、第9位、第10位、第11位、第13位、第17位及び第18位のアミノ酸)から選択される少なくとも1(例えば、1~10、1~9、1~8、1~7、1~6、1~5、1~4、1~3、1又は2)に相当するアミノ酸の置換(好ましくは、保存的置換)を有するアミノ酸配列
からなる。
X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00 (II)
で表されるアミノ酸配列
(ここで、
X1は、Trp、Phe、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Ala、Gly、Ser、Gln、Lys、Arg又はCysであり、
X4は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Met、Ala、Gly、Ser、Gln、His又はCysであり、
X6は、Leu、Pro、Gln、Lys又はArgであり、
X7は、Val、Leu、Ile又はThrであり、
X8は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Ile、Met、Ala、Ser、Gln、Lys、Arg又はHisであり、
X10は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Ala、Gly、Ser、Thr、Gln、Asp、Lys、Arg、His又はCysであり、
X0及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している。)
を含む。
X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00 (II)
で表されるアミノ酸配列
(ここで、部分配列(X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe)は、
(1e)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列、又は
(2e)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列において、X1、X4、X6、X7、X8及びX10(即ち、配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位、第7位、第9位、第10位、第11位及び第13位のアミノ酸)から選択される少なくとも1(例えば、1~6、1~5、1~4、1~3、1又は2)に相当するアミノ酸の置換(好ましくは、保存的置換)を有するアミノ酸配列
からなり、
X0及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している。)
を含む。
(Y)m-X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00-(Z)n (III)
で表されるアミノ酸配列
(ここで、
X1は、Trp、Phe、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Ala、Gly、Ser、Gln、Lys、Arg又はCysであり、
X4は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Met、Ala、Gly、Ser、Gln、His又はCysであり、
X6はLeu、Pro、Gln、Lys又はArgであり、
X7はVal、Leu、Ile又はThrであり、
X8は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Ile、Met、Ala、Ser、Gln、Lys、Arg又はHisであり、
X10は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Ala、Gly、Ser、Thr、Gln、Asp、Lys、Arg、His又はCysであり、
(Y)mは、m個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
(Z)nは、n個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
mは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
nは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
X0及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している。)
を含む。
(Y)m-X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00-(Z)n (III)
で表されるアミノ酸配列
(ここで、部分配列(X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe)は、
(1f)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列、又は
(2f)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列において、X1、X4、X6、X7、X8及びX10(即ち、配列番号30~216のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位、第7位、第9位、第10位、第11位及び第13位のアミノ酸)から選択される少なくとも1(例えば、1~6、1~5、1~4、1~3、1又は2)に相当するアミノ酸の置換(好ましくは、保存的置換)を有するアミノ酸配列
からなり、
(Y)mは、m個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
(Z)nは、n個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
mは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
nは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
X0及びX00は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している。)
を含む。
(1)ランダム化された環状ペプチドをコードするリボソームディスプレイ用遺伝子ライブラリの構築
環状ペプチドライブラリを構築するため、5’側にFLAGタグ配列が、3’側にc-Mycタグ配列がそれぞれ付加され、二つのシステインで挟まれた、12アミノ酸からなるランダム化されたアミノ酸配列をコードするオリゴDNAのライブラリを合成した(図1)。このランダム化されたアミノ酸残基は、12のNNS(NはG、C、T又はAであり、SはG又はCである)コドンによりコードされる。
Myc-g3p:
GAGCAGAAGCTGATCTCTGAGGAGGATCTGAAGCTTGAATATCAAGGCCAATCGTCTGAC(配列番号6)
g3p-SecMstop: CTCGAGTTATTCATTAGGTGAGGCGTTGAGGGCCAGCACGGATGCCTTGCGCCTGGCTTATCCAGACGGGCGTGCTGAATTTTGCGCCGGAAACGTCACCAATGAAAC(配列番号7)
5’primer: GAAATTAATACGACTCACTATAGGGAGACCACAACGGTTTCCCTCTAG(配列番号8)
SecMstop: GGATTAGTTATTCATTAGGTGAGGCGTTGAGG(配列番号9)
1%アガロースを用いた電気泳動によって反応産物を分離し、意図したすべての遺伝子断片がつながった増幅されたバンドを切り出し、NeucleoSpin Gel and PCR clean-up (Takara)で精製することにより、ランダム化された環状ペプチドをコードするリボソームディスプレイ用遺伝子ライブラリを最終的に得た。
CTLA-4タンパク質(Recombinant Human CTLA4-Fc chimera: R&D systems)を、EZ-Link NHS-PEO12-Biotin(PIERCE)の標準プロトコールに従ってビオチン化した。SDS-PAGEによるバンドの移動度のシフトよりCTLA-4タンパク質のビオチン化が確認された。ビオチン化したCTLA-4タンパク質の濃度をBCA Protein Assay Kit(PIERCE)を用いて測定した。
精製した遺伝子ライブラリDNA 1μgを、20μlのIn vitro transcription Kit (T7 RibomaxTM Express Large Scale RNA Production System: Promega)によってmRNAへと転写し、得られたmRNAライブラリをカラム精製した(NucleoSpin RNA clean-up: Takara)。
清水らの方法に従い、リボソームディスプレイに使用する無細胞翻訳系(PUREシステム)を、一部S-S結合形成に最適化した反応液として調製した(Shimizu et al., (2005) Methods, vol.36, p.299-304)。すなわち、酸化型グルタチオン(GSSG:シグマ)及び還元型グルタチオン(GSH:シグマ)を終濃度でともに3mM添加し、分子シャペロンであるDsbCを終濃度で0.63 μM添加した。調製した反応液(100μl)に10 pmolのmRNAライブラリを加え、37℃で30分間インキュベートすることにより、リボソームディスプレイ複合体(ペプチド-リボソーム-mRNA複合体)を形成した。反応産物に、氷冷したWash緩衝液(50 mM Tris-OAc、pH7.5、150 mM NaCl、50 mM Mg(OAc)2、0.5 % Tween 20、1μg/mL Saccharomyces cerevisiae total RNA (Sigma))を500μL加えた。
精製したmRNAを、Transcriptor High Fidelity cDNA Synthesis Kit(Roche)によってcDNAへと逆転写し、得られたcDNAを鋳型として、KOD Plus DNA Polymeraseを用いてPCR(トータル50μL、変性:94℃で15秒、アニーリング:57℃で30秒、伸張:68℃で30秒、30サイクル)を行った。使用したプライマーを以下に示す。
<逆転写リバースプライマー>
Myc R: CAGATCCTCCTCAGAGATCAGC(配列番号10)
<PCRプライマー>
FLAG F: ATGGACTATAAAGATGACGATGACAAAGG(配列番号11)
Myc R: CAGATCCTCCTCAGAGATCAGC(配列番号10)
2%アガロースを使用した電気泳動でPCR後の反応液を分離し、対応するサイズのバンドを切り出し、NeucleoSpin Gel and PCR clean-up (Takara)で精製した。
セカンドラウンド以降のリボソームディスプレイ用遺伝子の再構築は以下のように行った。RT-PCR後の精製遺伝子(1 pmol)、5’UTR(1 pmol)、g3p遺伝子断片(1 pmol)、5’primer(10 pmol)、SecMstop(10 pmol)、及びKOD Plus DNA Polymerase(TOYOBO)を含むPCR反応液(トータル200μL)を調製し、15サイクルのPCR(変性:94℃で15秒、アニーリング:57℃で30秒、伸張:68℃で60秒)に付した。1%アガロースを用いた電気泳動によって反応産物を分離し、すべての遺伝子がつながったバンドを切り出し、NeucleoSpin Gel and PCR clean-up (Takara)で精製した。
3ラウンド後に回収した遺伝子を、N末端MBP融合タンパク質として大腸菌発現ベクター pET-Mal(図2)にクローニングした。すなわち、
3ラウンド後に回収したmRNAの逆転写により得られたcDNA、
プライマー Eco1-(-M)-FLAG_F:CCGAATTCGACTATAAAGATGACGATGACAAAGGC(配列番号12)、及び
プライマーMyc-Hind3_R:AAAAAAAAAAGCTTCAGATCCTCCTCAGAGATC(配列番号13)
を含むPCR反応液(KOD Plus DNA Polymerase, トータル100μL)を調製し、20サイクルのPCR増幅(変性:94℃,15秒、アニーリング:57℃, 30秒、伸張:68℃,30秒)に付し、PCR産物をNeucleoSpin Gel and PCR clean-up (Takara)を用いて精製した。プライマー Eco1-(-M)-FLAG_Fは、5’側にEcoRI切断サイトを導入し、プライマーMyc-Hind3_Rは、3’側にHindIII切断サイトを導入する。精製したPCR産物1μg及び発現ベクターを、EcoRI(TOYOBO)およびHindIII(TOYOBO)で37℃、1時間処理し、反応産物を2%アガロースを使用した電気泳動で分離し、対応するバンドを切り出し、NeucleoSpin Gel and PCR clean-up (Takara)で精製した。インサートとベクターを5:1のモル比で混合し、LigaFast Rapid DNA Ligation Kit(Promega)を用いて、室温で30分反応した。Z-competent E.Coli Transformation Set(ZYMO RESEARCH)を用いて調製した大腸菌BL21(DE3)コンピテントセルをライゲーション産物で形質転換し、アンピシリン(終濃度 50μg/mL)を含むLB寒天プレート上で37℃、一晩培養した。
サブクローニング後の大腸菌シングルコロニー94個を塩基配列解析に付した。以下のシーケンスプライマーを用いた。
pET-MALseqF: CCAGAAAGGTGAAATCATGCCGAACATC(配列番号14)
配列解析で濃縮が認められたクローン(表3)から、リボソームディスプレイ用遺伝子を再構築し、上述したIn vitro selectionと同じ方法(10μLにスケールダウン)によってRibosome Display pull down assayを実施した(図4)。
Ribosome Display pull down assayによりCTLA-4への特異的結合が認められたクローンについて、N末端MBP融合タンパク質を大腸菌(BL21BE3)により大量発現させ、精製した。大腸菌形質転換体を、アンピシリン(終濃度 50μg/mL)を含む200 mLの2×YT培地に植菌し、37℃で3-5時間培養(OD600 = 0.5-0.8)後、IPTG(終濃度0.5 mM)を添加し、25℃で一晩培養した。増殖した大腸菌を遠心分離によって回収し、60 mLのLysisバッファー(20 mM Tris HCl pH 7.5, 500 mM NaCl)で再懸濁し、超音波破砕機(Bioruptor UCD-250)によって破砕した。破砕液を遠心分離に付し、上清を回収し、0.22μmのフィルターを通した後、MBPTrap(GE Healthcare)によるアフィニティ精製に付した。精製したタンパク質溶液を、透析膜を用いたPBSへのバッファー交換に付した。SDS-PAGEにより精製度を確認し、BCA Protein Assay Kit(PIERCE)を用いて濃度を測定した。
精製したCTLA-4結合クローン(H12SSI-Ctla4-3-02)のCTLA-4への親和性を、BLItzシステム(forte Bio)を用いて測定した。すべての操作はBLItzシステムの取扱説明書に従って行った。なお、ビオチン化したCTLA-4タンパク質は、SAセンサーチップへ、ストレプトアビジンを介して固定した。
Zhaoらの方法(Nat. Biotechnol., (1998) vol.16, p.258-261)により、CTLA-4特異的な結合が確認されたH12SSI-Ctla4-3-02を鋳型として、Error-Prone Libraryを調製した。以下のPCR プライマーセットを使用した。
<5’ primer>
FLAG F: ATGGACTATAAAGATGACGATGACAAAGG(配列番号11)
<3’ primer>
Myc R: CAGATCCTCCTCAGAGATCAGC(配列番号10)
リボソームディスプレイの基本操作は上述と同様の方法で実施した。Affinity maturationの詳細な実験条件を以下に示す。抗原を固定する磁性体ビーズとして2μLのNanolink Streptavidin magnetic Beads (SoluLink)を使用し、洗浄液として1mLのCTLA-4タンパク質溶液(1μM)を使用した。また、磁性体ビーズに固定化するビオチン化CTLA-4量は、それぞれ、1st roundで10 pmol、2nd roundで2 pmol、 3rd roundで1 pmolとした。洗浄時間は、1st roundで2時間、 2nd roundで19時間、3rd roundで67時間とした。洗浄回数は、1st roundで1回(2時間)、 2nd roundで2回(約10時間毎)、 3rd roundで6回(約10時間毎)とした。各ラウンドのRT-PCR後に、Error prone PCRを上述と同様の方法で実施した。
Affinity maturationの各ラウンド後に、環状ペプチド遺伝子を回収し、上述と同様の方法でpET-Mal vector(図2)にサブクローニングして塩基配列の解析を行った。配列解析を行った94個のシングルコロニーについて、大腸菌形質転換体を、アンピシリン(終濃度 50μg/mL)を含む100μLの2×YT培地に植菌し、37℃で3-5時間培養(OD600=0.5-0.8)後、IPTG(終濃度0.5 mM)を添加し、25℃で一晩培養した。大腸菌培養液 10μLに90μLのPBSおよび40μLの溶菌試薬(20μL BugBuster Protein Extraction Reagent(Novagen)、20μL Lysozyme溶液 2.5mg/mL)を加え、大腸菌を室温で1時間溶菌した。溶菌液に、12.5% スキムミルク溶液(TBST)を40μL加え、室温で1時間ブロッキングした。平行して、384穴プレートに、1well当たり100ng/20μLで抗原タンパク質を4℃で一晩固定し、各wellを100μL/well TBSTで2回洗浄し、5% スキムミルク溶液(TBST)を100μL/well加えて、室温で1時間ブロッキングし、100μL/well TBSTで2回洗浄することにより、抗原固定プレートを得た。この抗原固定プレートに、ブロッキング処理済みの大腸菌抽出液を20μL/well加え、プレートミキサーを使用して室温で緩やかに攪拌した。1時間後、プレートを100μL/well TBSTで5回洗浄し、20μL/wellのanti-FLAG M2-HRPコンジュゲート(1:2000希釈、Sigma)を加え、室温で1時間プレートミキサー上で緩やかに攪拌した。更に、プレートを100μL/well TBSTで5回洗浄し、20μL/wellの発色基質(0.4 mg/mL 3,3’,5,5’-Tetramethyl-benzidine, 0.01 % 過酸化水素)によって環状ペプチドの抗原への結合を検出した。室温で15分間反応させた後、20μL/wellの2N HClで反応を停止させ、プレートリーダー(infinite F200: TECAN)を用いて450nmにおける吸光度を測定した(表5)。
Affinity maturation選択実験により得られたクローンのうち、ELISAシグナルの高い上位27クローンについて、N末端MBP融合タンパク質を上述と同じ方法で大腸菌により大量発現させ、精製を行い、ELISAによりEC50値を算出した。
Affinity maturation選択実験で得られたクローンのうち、EC50測定でCTLA-4への親和性が高いクローン#19(CMHPFLPIVSHHFCER)(配列番号22)について、CTLA-4とCD80との結合を阻害する活性を測定した。阻害活性測定は、CTLA4:B7-1[Biotinylated] Inhibitor Screening Assay Kit (BPS Biosciences)を利用して行った。試験は、kitに添付の標準手順書に従って実施した。
Affinity maturationで得られた高親和性CTLA-4結合クローン#19(CMHPFLPIVSHHFCER)(配列番号22)およびオリジナルクローンであるH12SSI-Ctla4-3-02(CMHPFLLVVSHHFC)(配列番号15)について、N末端リジン残基を介してPEG4-ビオチンを付加し、2つのシステイン残基間のS-S結合で環状化したペプチド(ビオチン化クローン#19:Biotin-PEG4-KCMHPFLPIVSHHFCER(配列番号24)/ビオチン化H12SSI-Ctla4-3-02:Biotin-PEG4-KCMHPFLLVVSHHFC(配列番号23))を化学合成した(Toray research center)。CTLA-4への親和性はBLItzシステム(forte Bio)を使用して測定した。すべての操作はBLItzシステムの取扱説明書に従って実施した。なお、ビオチン化ペプチドは、ストレプトアビジンを介して、SA センサーチップへ固定した。
親和性が高かったCTLA-4結合クローン#10(CLHPFLPIVSHHFCGR)(配列番号27)をオリジナルクローンとして、システインを除くいずれか1つの1アミノ酸残基を順次アラニンに置換した変異体をそれぞれコードするオリゴDNAのシリーズを合成し、それぞれのオリゴDNAをpET-Mal vector(図2)にサブクローニングし、上述と同様にELISA法によってアラニン置換変異体のCTLA-4への結合活性を評価した。
アラニンスキャニングによって同定されたCTLA-4の結合に必須もしくは有利なアミノ酸(2H, 3P, 5L, 6P, 7I, 9S, 11H, 12F)以外のアミノ酸残基(1位、4位、8位、10位、+1位、+2位)(X1、X4、X8、X10、X+1及びX+2に相当)をランダム化(NNS)したライブラリのオリゴDNAを合成した(下記)。
(No.19)NNS6:GACTATAAAGATGACGATGACAAAGGCGGTTGCNNSCATCCANNSCTGCCGATANNSTCANNSCATTTCTGTNNSNNSGGATCCGAGCAGAAGCTGATCTCTGAGGAGGATCTG(配列番号28)
リボソームディスプレイ用の遺伝子フォーマット(5’UTRとg3pの結合)は上述と同様の方法で作製した。
(1)In vitro selectionの結果と配列解析
図3に示すように、3ラウンドの選択実験で十分なmRNAの濃縮が認められた。また配列解析の結果(表3)より、複数の濃縮クローンが得られたことが示された。約半数(51/94)のクローンがH12SSI-Ctla4-3-02(Clone No.2)であった。
In vitro selectionで濃縮された7クローン(表3)について、Ribosome Display pull down assayによりCTLA-4結合活性を評価した(図4)。その結果、配列解析で最も濃縮数が多かったClone No.2(H12SSI-Ctla4-3-02)のみがCTLA-4に特異的に結合し、そのほかのクローンはすべて抗原として使用したCTLA-4-FcのFc部分への特異的なバインダーであることが分かった。
CTLA-4への特異的な結合が確認されたH12SSI-Ctla4-3-02を、MBP融合タンパク質として大腸菌で大量発現し、アフィニティ精製に付し、BLItzシステムによってCTLA-4への親和性を測定した。その結果、表4に示すように、H12SSI-Ctla4-3-02は、既存の抗CTLA-4抗体ipilimumab(KD = 5.25±3.62 nM, Assessment Report For Yervoy, European Medicines Agency)と比べて、CTLA-4への親和性がかなり低い(KD = 3.88 μM)ことが示唆された。
H12SSI-Ctla4-3-02をもとにError-Prone Libraryを調製し、Affinity Maturationの選択実験を行った。各ラウンドで得られた環状ペプチド遺伝子をサブクローニングし、94個のシングルコロニーを96ウェルプレートで培養し、それぞれのMBP融合環状ペプチドのCTLA-4結合活性をELISAで調べた。ELISAで結合活性を持つ(S/N比2以上)ことが確認されたクローンを表5にまとめた。
ELISAで高いS/N比を示したクローン(L6P変異体(No.#1 - #25)、L6Q変異体(No.#26)、L6R変異体(No.#32))について、MBP融合環状ペプチドを大腸菌で大量発現し、アフィニティ精製に付し、EC50を測定した。その結果、ほぼすべてのクローンがオリジナルクローンよりも親和性が向上していることが明らかとなった(表6)。特にクローンNo.#19、#10、及び#25のCTLA-4親和性は、オリジナルクローンよりも約50倍向上していた。
EC50測定で高親和性を示したクローンNo.#19について、CTLA4:B7-1[Biotinylated] Inhibitor Screening Assay Kit (BPS Bioscience)を用いてMBP融合タンパク質としてのIC50を測定した。結果を表7に示す。Affinity Maturationにより親和性が向上したクローンNo.#19のIC50値は1.36 μMであった。
表8に示す結果から、合成したペプチド(Clone No.#19)においても阻害活性が維持されていることが確認された(IC50 = 11.5 μM)。
CTLA-4を発現している細胞(CHO cells)に対するFACS解析により、No.#19のEC50は0.47μMであり、細胞表面上に発現した天然構造を持つCTLA-4へ特異的に結合することが確認された(図5)。
高親和性クローンNo.#10(CLHPFLPIVSHHFCGR)(配列番号27)について、CTLA-4への結合に必須なアミノ酸を同定するため、Alanine scanningを実施した(図6)。その結果、CTLA-4への結合に重要なアミノ酸残基は、ループ部分のN末端アミノ酸を1位として、2位のヒスチジン、3位のプロリン、5位のロイシン、6位のプロリン、9位のセリン、11位のヒスチジン、及び12位のフェニルアラニンであることが分かった。また、I7A変異体が弱い結合活性を示したことから、7位のイソロイシンがわずかに結合活性に影響する残基であると予想された。
ランダムライブラリからのAffinity Maturation後、ELISAでCTLA-4結合活性を示したクローンの配列結果を表10に示した。また、表11にそれらのアミノ酸の出現頻度をまとめた。
Claims (18)
- 環内に、式(I)
X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe (I)
で表されるアミノ酸配列を含み、ヒトCTLA-4に特異的に結合する活性を有する、環状ペプチドであって、
X 1 は、Trp、Phe、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Ala、Gly、Ser、Gln、Lys、Arg又はCysであり、
X 4 は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Met、Ala、Gly、Ser、Gln、His又はCysであり、
X 6 は、Leu、Pro、Gln、Lys又はArgであり、
X 7 は、Val、Leu、Ile又はThrであり、
X 8 は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Ile、Met、Ala、Ser、Gln、Lys、Arg又はHisであり、
X 10 は、Trp、Phe、Tyr、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Ala、Gly、Ser、Thr、Gln、Asp、Lys、Arg、His又はCysであり、
式(I)で表されるアミノ酸配列が、
(1a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列、又は
(2a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列において、X 1 、X 4 、X 6 、X 7 、X 8 及びX 10 から選択される1に相当するアミノ酸の置換を有するアミノ酸配列
からなる、環状ペプチド。 - 式(II)
X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00 (II)
で表されるアミノ酸配列を含み、
X1、X4、X6、X7、X8及びX10は、式(I)におけるものと同義であり、
式(I)で表されるアミノ酸配列からなる式(II)で表されるアミノ酸配列の部分配列が、
(1a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列、又は
(2a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列において、X 1 、X 4 、X 6 、X 7 、X 8 及びX 10 から選択される1に相当するアミノ酸の置換を有するアミノ酸配列
からなり、
X0及びX00は、それぞれ独立して、チオール基を含有する側鎖を有するアミノ酸であり、
X0とX00との間の分子内結合により環化している、
請求項1記載の環状ペプチド。 - 式(III)
(Y)m-X0-X1-His-Pro-X4-Leu-X6-X7-X8-Ser-X10-His-Phe-X00-(Z)n (III)
で表されるアミノ酸配列を含み、
X0、X1、X4、X6、X7、X8、X10及びX00は、式(II)におけるものと同義であり、
式(I)で表されるアミノ酸配列からなる式(III)で表されるアミノ酸配列の部分配列が、
(1a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列、又は
(2a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列において、X 1 、X 4 、X 6 、X 7 、X 8 及びX 10 から選択される1に相当するアミノ酸の置換を有するアミノ酸配列
からなり、
(Y)mは、m個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
(Z)nは、n個のアミノ酸長を有するアミノ酸配列であり、
mは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数であり、
nは、0、1及び2からなる群から選択されるいずれかの整数である、
請求項2記載の環状ペプチド。 - X0は、Cysであり、
X00は、Cysである、
請求項2又は3記載の環状ペプチド。 - X0の側鎖チオール基とX00の側鎖チオール基との間の分子内ジスルフィド結合により環化している、請求項2~4のいずれか1項記載の環状ペプチド。
- X6は、Proであり、
X7は、Ileである、請求項1~5のいずれか1項記載の環状ペプチド。 - nは2であり、
(Z)nは、X+1-X+2で表されるアミノ酸配列からなり、
X+1及びX+2は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である、
請求項3~6のいずれか1項記載の環状ペプチド。 - mは2であり、
(Y)mは、X-2-X-1で表されるアミノ酸配列からなり、
X-2及びX-1は、それぞれ独立して、任意のアミノ酸である、
請求項3~7のいずれか1項記載の環状ペプチド。 - X-2は、Glyであり、
X-1は、Gly、Ser又はAspである、
請求項8記載の環状ペプチド。 - 式(I)で表されるアミノ酸配列が、
(1a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列、又は
(2a)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第4位から第15位までのアミノ酸配列において、X1、X4、X8及びX10から選択される1に相当するアミノ酸の置換を有するアミノ酸配列
からなる、請求項1~9のいずれか1項記載の環状ペプチド。 - 式(II)で表されるアミノ酸配列が、
(1b)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第3位から第16位までのアミノ酸配列、又は
(2b)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列の第3位から第16位までのアミノ酸配列において、X1、X4、X8及びX10から選択される1に相当するアミノ酸の置換を有するアミノ酸配列
からなる、請求項2~10のいずれか1項記載の環状ペプチド。 - 式(III)で表されるアミノ酸配列が、
(1c)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列、又は
(2c)配列番号30~211のいずれかに表されるアミノ酸配列において、X-2、X-1、X1、X4、X8、X10、X+1及びX+2から選択される1に相当するアミノ酸の置換を有するアミノ酸配列
からなる、請求項3~11のいずれか1項記載の環状ペプチド。 - ヒトCTLA-4とヒトCD80との相互作用を阻害する活性を有する、請求項1~12のいずれか1項記載の環状ペプチド。
- 請求項1~13のいずれか1項記載の環状ペプチド、及び医薬として許容される担体又は賦形剤を含む、医薬組成物。
- CTLA-4阻害用である、請求項14記載の医薬組成物。
- T細胞活性化用である、請求項14記載の医薬組成物。
- 腫瘍の予防又は治療用である、請求項14記載の医薬組成物。
- 請求項1~13のいずれか1項記載の環状ペプチドを含む、CTLA-4阻害剤。
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