JPH05502032A - Target-specific cytotoxic recombinant Pseudomonas exotoxin - Google Patents

Target-specific cytotoxic recombinant Pseudomonas exotoxin

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JPH05502032A JP3504333A JP50433390A JPH05502032A JP H05502032 A JPH05502032 A JP H05502032A JP 3504333 A JP3504333 A JP 3504333A JP 50433390 A JP50433390 A JP 50433390A JP H05502032 A JPH05502032 A JP H05502032A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 標的特異的細胞障害性組み換えシュードモナスエキソトキシン 技 術 分 野 本発明は、一般的に、改善された組み換えイムノトキシンの製造に関する。より 詳細には、本発明は、シュードモナスエキソトキシン(P E)の少なくともカ ルボキシル末端に認識分子を挿入して標的指向細胞障害作用を得るための特異的 クローニング部位を有する組み換えシュードモナスエキソトキシン(rPE)の 造成に関する。[Detailed description of the invention] Target-specific cytotoxic recombinant Pseudomonas exotoxin Technical field The present invention generally relates to the production of improved recombinant immunotoxins. Than In particular, the present invention provides at least a portion of Pseudomonas exotoxin (PE). A specific method for inserting recognition molecules into the carboxyl terminus to achieve targeted cytotoxicity. Recombinant Pseudomonas exotoxin (rPE) with cloning site Regarding creation.

背 景 技 術 タンパクトキシンが細胞を死滅させる機構は、極めて複雑である。多くのトキシ ンが哺乳動物細胞の表面の受容体と結合し、エンドサイトシスにより内在化し、 シトシルに移行し、そこで、酵素活性を示して標的細胞を死滅させる。したがっ て、これらのトキシンは、細胞結合、移行及び基本的な細胞作用を不活性化する 酵素活性用の別個のドメインを有している。シュードモナスエキソトキシンA  (PE)は、613個のアミノ酸からなる単一のポリペプチド鎖である。PE分 子に関するX線結晶研究と変異分析により、PEが、アミノ末端細胞受容体結合 ドメイン(ドメインI)と、中央移行ドメイン(ドメイン■)と、カルボキシル 末端活性領域(ドメイン■)との3つのドメインから構成されていることが判明 した。Background technique The mechanism by which protein toxins kill cells is extremely complex. lots of toxins The protein binds to receptors on the surface of mammalian cells and is internalized by endocytosis. cytosyl, where it exhibits enzymatic activity and kills target cells. Therefore These toxins inactivate cell binding, migration and basic cellular functions. It has a separate domain for enzymatic activity. Pseudomonas exotoxin A (PE) is a single polypeptide chain consisting of 613 amino acids. PE minute X-ray crystallographic studies and mutational analysis of the offspring show that PE has amino-terminal cellular receptor binding. domain (domain I), central migration domain (domain ■), and carboxyl It was found that it is composed of three domains: a terminal active region (domain ■) did.

ドメイン■は、ADPリボシル化と、タンパク合成を阻害し細胞死を生じる延長 因子2 (EF”−2)の不活性化を触媒する。ドメインIの変異分析から、リ ジン57が、受容体結合に主要な役割を果たすことが明らかとなった。Domain ■ inhibits ADP ribosylation and protein synthesis, resulting in cell death. It catalyzes the inactivation of factor 2 (EF”-2). Mutational analysis of domain I revealed that It has been revealed that gin-57 plays a major role in receptor binding.

同様に、グルタミン酸553、チロシン481及びヒスチジ゛426は、ADP −リボシル化活性に重要であることが判明した。最近、ドメイン■の変異分析に より、このドメインのある部分が、PEの細胞障害作用にとって不可欠であるこ とが判明した。Similarly, glutamic acid 553, tyrosine 481 and histidium 426 are ADP - found to be important for ribosylation activity. Recently, mutation analysis of domain ■ This suggests that a portion of this domain is essential for the cytotoxic effects of PE. It turned out that.

ドメインIを欠いている一形態のPE (PE40)に成長因子が融合した種々 のキメラトキシンを造成するうちに、PE40のカルボキシル末端にTGFα、 インターロイキン−2又はインターロイキン−4を付着することにより製造した 組み換え融合タンパクは、細胞障害活性が悪いことが分かった。このことから、 PE分子(ドメイン■)のカルボキシル末端の役割についての検討を開始した。Various growth factors fused to a form of PE lacking domain I (PE40) While constructing the chimera toxin, TGFα, TGFα, and Produced by attaching interleukin-2 or interleukin-4 The recombinant fusion protein was found to have poor cytotoxic activity. From this, We have started investigating the role of the carboxyl terminus of the PE molecule (domain ■).

発明の開示 したがって、本発明の目的は、細胞障害作用におけるPE分子のカルボキシル末 端の役割を決定することである。Disclosure of invention Therefore, the object of the present invention is to improve the carboxyl terminus of PE molecules in their cytotoxic effects. The key is to determine the role of the edges.

本発明の別の目的は、標的細胞を選択的に死滅させるための認識分子の挿入用の PE分子のカルボキシル末端の特異的領域を同定することである。Another object of the present invention is to provide a method for inserting recognition molecules to selectively kill target cells. The aim is to identify a specific region at the carboxyl terminus of the PE molecule.

本発明のさらなる目的は、改善された標的特異的細胞障害性組み換えPE分子で あって、標的特異的認識分子を少なくともPE分子のカルボキシル末端のドメイ ン■に挿入することを特徴とする特許 換えPE分子を提供することである。A further object of the invention is to provide improved target-specific cytotoxic recombinant PE molecules. The target-specific recognition molecule is attached to at least the carboxyl-terminal domain of the PE molecule. A patent characterized in that it is inserted into The purpose of the present invention is to provide a modified PE molecule.

本発明のさらなる目的は、PEのカルボキシル末端を変更して、キメラトキシン の効力を増加させることである。A further object of the invention is to modify the carboxyl terminus of PE to create chimeric toxins. is to increase the effectiveness of

本発明のさらなる目的は、同じ認識分子をアミノ末端とカルボキシル末端付近等 の2つの異なる末端に配置して細胞結合を増強するか、または、2つの異なる認 識要素を各々PE分子の2つの異なる領域に挿入して、得られたPE分子が前記 認識要素が結合できる抗原、受容体等の2つ以上の異なるエンティティ (en tities)を有する細胞表面により効果的に結合できるようにする、2個の 認識分子(標的リガンド)を有する細胞障害性PEを製造することである。A further object of the present invention is to use the same recognition molecule near the amino and carboxyl ends, etc. at two different ends to enhance cell binding, or at two different endpoints to enhance cell binding. The recognition elements are inserted into two different regions of the PE molecule, respectively, and the resulting PE molecule is Two or more different entities such as antigens, receptors etc. to which the recognition element can bind (en tities), allowing it to bind more effectively to cell surfaces with The aim is to produce cytotoxic PEs with recognition molecules (targeting ligands).

本発明のさらなる目的は、反復カルボキシル末端細胞障害性配列を有することに より細胞障害活性を増強した組み換えPEを提供することである。A further object of the invention is to provide repeating carboxyl-terminal cytotoxic sequences. The object of the present invention is to provide recombinant PE with enhanced cytotoxic activity.

種々の他の目的及び利点は、本発明に関する以下の詳細な説明から明らかになる であろう。Various other objects and advantages will become apparent from the following detailed description of the invention. Will.

図面の簡単な説明 本発明に関するこれら及び他の目的、特徴並びに付随する利点は、添付図面との 関連において以下の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。Brief description of the drawing These and other objects, features and attendant advantages of the present invention will be apparent from the accompanying drawings. It will be better understood in the context from the detailed description below.

第1図は、スイス細胞に対するPE及びPE変異株の細胞障害作用を示したもの である。PEタンパクの種々の希釈液を、0.2%ヒト血清アルブミンを含有す るPBSで調製し、24ウエルプレートに入っているlX10=個のスイス37 3細胞に添加した。16時間後、細胞を、3H−ロイシンでパルスラベルし、そ してタンパク合成の目安としてTCA沈澱可能細胞関連放射能を測定した。結果 を、対照の百分率で表す。・−・PE;0−OPE△613;ローロPE△61 2.613;及び△−△P E 611.−613゜全てのアッセイは、二重に 行い、2回反復した。Figure 1 shows the cytotoxic effects of PE and PE mutants on Swiss cells. It is. Various dilutions of PE protein were added to a solution containing 0.2% human serum albumin. 1×10 = Swiss 37 cells prepared in PBS and placed in a 24-well plate. 3 cells. After 16 hours, cells were pulse-labeled with 3H-leucine and then TCA precipitable cell-associated radioactivity was then measured as a measure of protein synthesis. result is expressed as a percentage of control.・-・PE;0-OPE△613;Roro PE△61 2.613; and △-△P E 611. −613° All assays were performed in duplicate. and repeated twice.

第2図は、組み換えPEの細胞取り込みに関する競合の結果を示す。スイス37 3マウス細胞を、400ng3H−PE (比活性: 3.5X10” DPM /μg)とともに且つ精製変異タンパクの濃度を増加させながら、37℃で1時 間培養した。細胞の単層を洗浄し、そして細胞関連放射能を測定した。・−・P E。Figure 2 shows the results of competition for cellular uptake of recombinant PE. Switzerland 37 3 mouse cells with 400ng3H-PE (specific activity: 3.5X10” DPM /μg) and increasing concentrations of purified mutein at 37°C for 1 h. It was cultured for a period of time. Monolayers of cells were washed and cell-associated radioactivity was measured.・-・P E.

ムームPEglu57;△−△PE612.613;0−OP E△613;■ −■PEg1y276 ・ローロPE609−613 ;+−−+PE△609 −613+598−613゜ 第3図は、スイス373細胞におけるシュードモナスエキソトキシン及びその組 み換え変異株の結合及び内在化の免疫螢光検出を示したものである。スイス37 3細胞を、トキシン(A)の不存在化、または、1.0μg / m 1の天然 シュードモナスエキソトキシン(P E) (B) 、mb換工P E g 1  y57(C) 又i;t、mミ換えPE612.613(D)の存在下におい て37℃で30分間培養した。この培養後、細胞をホルムアルデヒドに固定し、 サポニンを連続的に存在させてさらに培養した。細胞を、マウスモノクローナル 抗PE(M2O−1)(10μg/ml)で培養後、アフィニティー精製ローダ ミン標識ヤギ抗マウスIgG(25μg/ml)とともに培養した(Mags− X400;バール(bar)−10μm)。Mumu PEglu57;△-△PE612.613;0-OP E△613;■ −■PEg1y276・Roro PE609-613;+−−+PE△609 -613+598-613° Figure 3 shows Pseudomonas exotoxin and its combination in Swiss 373 cells. Figure 3 shows immunofluorescence detection of binding and internalization of recombinant mutants. Switzerland 37 3 cells in the absence of toxin (A) or with 1.0 μg/m1 of natural Pseudomonas exotoxin (P E) (B), mb modified P E g 1 y57 (C) Also in the presence of i; t, m-transformed PE612.613 (D) The cells were incubated at 37°C for 30 minutes. After this incubation, the cells were fixed in formaldehyde and Further cultivation was carried out in the continuous presence of saponin. cells, mouse monoclonal After incubation with anti-PE (M2O-1) (10 μg/ml), affinity purification loader Cultured with Min-labeled goat anti-mouse IgG (25 μg/ml) (Mags- X400; bar -10 μm).

発明の詳細な説明 本発明の上記及び種々の他の目的並びに利点は、認識分子によって認識されない 他の細胞に対して実質的に細胞障害作用を示すことなく前記認識分子により認識 される標的細胞を選択的に死滅させるために認識分子をPHのカルボキシル末端 の少なくともドメイン■に挿入して有する細胞障害性組み換えシュードモナスエ キソトキシン(rPE)と、そして増加した細胞死滅活性を有する変更「細胞障 害性配列(cytotoxic 5equence)Jを含むrPEにより達成 される。Detailed description of the invention The above and various other objects and advantages of the invention are not recognized by recognition molecules. Recognized by the recognition molecule without substantially exhibiting cytotoxic effects on other cells A recognition molecule is attached to the carboxyl terminus of PH to selectively kill target cells. Cytotoxic recombinant Pseudomonas aeruginosa having inserted at least the domain ■ xotoxin (rPE) and modified “cytotoxicity” with increased cell-killing activity. Achieved by rPE containing cytotoxic sequence J be done.

特に定義しない限りは、本明細書において使用する全ての技術的及び科学的用語 は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有してい る。All technical and scientific terms used herein, unless otherwise defined. has the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which this invention pertains. Ru.

本明細書において説明するのと同様であるか等価のいずれの方法及び材料も本発 明の実施や試験に利用できるが、本発明にとって好ましい方法や材料をここで説 明する。Any methods and materials similar or equivalent to those described herein may be used by the present invention. Preferred methods and materials for the present invention are described here, although they can be used to carry out and test the present invention. I will clarify.

以下に記載する全ての刊行物に開示されている内容は、本明細書の開示の一部と される。特記のない限りは、本明細書において用いられるか意図される手法は、 当業者に周知の標準的な方法である。本明細書で記載する材料、方法及び実施例 は、本発明を説明するためのみであって、本発明はそれらのものには限定されな い。The disclosures in all publications mentioned below are incorporated herein by reference. be done. Unless otherwise specified, techniques used or contemplated herein are: Standard methods well known to those skilled in the art. Materials, methods and examples described herein are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. stomach.

本明細書で用いられる用語「認識分子(recognition molecu le)Jとは、死滅させることを意図する標的細胞のみを認識する分子やリガン ドを意味する。このような認識分子としては、例えば、標的細胞の表面上の分子 に特異的に結合する標的細胞、成長因子、リンホカイン、サイトカイン、ホルモ ン等を認識することができる抗体やそれらの部分が挙げられる。The term “recognition molecule” used herein. le) J is a molecule or ligand that recognizes only the target cells that are intended to be killed. It means "do". Such recognition molecules include, for example, molecules on the surface of target cells. Target cells, growth factors, lymphokines, cytokines, and hormones that specifically bind to Examples include antibodies and parts thereof that can recognize molecules such as cancer.

本明細書で用いられる用語「細胞障害性配列(Cytotoxic 5eque nce)Jとは、PEのカルボキシル末端における細胞障害性を有する種々の配 列を意味する。細胞障害性配列の存在は、トキシンの細胞致死性活性に欠くこと ができず、そしてその反復配列は細胞障害作用のレベルを決定することがある。The term "Cytotoxic Sequence" as used herein nce) J refers to various cytotoxic sequences at the carboxyl terminus of PE. means column. The presence of the cytotoxic sequence negates the cytolethal activity of the toxin. and its repetitive sequences may determine the level of cytotoxicity.

このような配列としては、例えば、本明細書において以下で説明する配列の種々 の実施態様から明らかになるであろうKDEL、RDELK等が挙げられる。Such sequences include, for example, various of the sequences described herein below. Examples include KDEL, RDELK, etc., which will become clear from the embodiments of .

材料及び方法 材料 特記のない限り、ここで使用した材料及び試薬は市販のものである。重合連鎖反 応(PCR)キット、ジーン・アンプ・キット(Gene Amp Kit)は 、米国コネクチカット州ノーウオークにあるパーキン・エルマーΦシータス(P erkin Elmer−Cetu変異株は、ジンク等(Jinno et a l)、1988、J、Biol、Cheml、263.13203〜13207 及びジンク等、1989、J、Biol。Materials and methods material Unless otherwise specified, materials and reagents used herein are commercially available. Polymerization chain reaction PCR kit, Gene Amp Kit , Perkin Elmer Φ Cetus (P The erkin Elmer-Cetu mutant strain was developed by Jinno et al. l), 1988, J. Biol, Cheml, 263.13203-13207 and Zink et al., 1989, J. Biol.

Chem、 、264.15963〜15959に説明されているプラスミドI )VC45f+Tを用いるか、以下で説明するポリメラーゼ連鎖反応(PCR) を用いて、オリゴヌクレオチド指向変異誘発により生成した。pVC45f+T は、T7プロモーターの下にPE遺伝子を担持するとともに、T7転写ターミネ ータとf1ファージオリジンとを含有している。また、PE遺伝子は、PEの分 泌に伴い開裂して周縁質となり、アミノ末端で3個のアミノ酸(ala asn  1eu)が延長されるompAシグナル配列を含有している(チョーダリ等( Chaudhary et al)、1988、Proc、Nat l、Aca d、Sci、 、米国、85.2939〜2943参照)。PCR変異誘発の場 合、2つのオリゴヌクレオチドとpVC45f+Tの1.0KbSa I I− EcoRI断片を用いた。一つのオリゴヌクレオチドは、PE遺伝子のヌクレオ チド2216〜2236と同じであった〔グレー等(Gray et al)、 1984、Proc、Nat 1.Acad、5ci0、米国、81.2645 〜2649参照〕。他のオリゴヌクレオチドは、コード配列PE遺伝子の3′端 に相補的であり、所望の変異を含み、そして停止コドンの後にEcoRI部位を 形成しているものであった。他の独自の制限部位も、アミノ酸を変異することな く形成して、変異株を同定した。94℃で2分間変性し、55℃で1分間アニー リングし、そして72℃で3分間重合する30サイクルPCRを行った。この際 、遺伝子増幅熱サイクラ−(パーキン−エルマー・シータス(Perkin E lmer Cetus)を用いて1サイクル当たり10秒間の延長を行った。P CR後、増幅された断片をEcoRIとBamHIで切断し、低融点アガロース を用いて精製した。PCR断片を、I)VC45f+Tの4.5Kb脱リン化E coRI−BamHI断片で連結した。変異株は、変異誘発中に形成された独自 の制限部位によって同定し、最終的に、セクアナーゼ(Sequanase)[ ニーニス−バイオケミカル拳コーポレーション(US Biochemical  Corp、)を用いてスナガーのジデオキシ鎖終止法(Snager’ s  dideoxy−chaintermfnation procedure)に より配列決定することにより確認した。Plasmid I as described in Chem., 264.15963-15959. ) using VC45f+T or by polymerase chain reaction (PCR) as described below. was generated by oligonucleotide-directed mutagenesis using pVC45f+T carries the PE gene under the T7 promoter and the T7 transcription terminus. It contains data and f1 phage origin. In addition, the PE gene is It is cleaved with secretion to become the periplasm, and the amino terminal contains three amino acids (ala asn 1eu) contains the extended ompA signal sequence (Chowdary et al. Chaudhary et al), 1988, Proc, Natl, Aca d, Sci., USA, 85.2939-2943). Place for PCR mutagenesis In this case, two oligonucleotides and 1.0 KbSa I I- of pVC45f+T An EcoRI fragment was used. One oligonucleotide is a nucleonucleotide of the PE gene. It was the same as Chido 2216-2236 [Gray et al. 1984, Proc, Nat 1. Acad, 5ci0, USA, 81.2645 ~2649]. The other oligonucleotide is the 3' end of the coding sequence PE gene. is complementary to , contains the desired mutation, and contains an EcoRI site after the stop codon. It was forming. Other unique restriction sites can also be used without mutating amino acids. The mutant strain was identified. Denature at 94°C for 2 minutes and anneal at 55°C for 1 minute. 30 cycles of PCR were performed, including ringing and polymerization for 3 minutes at 72°C. On this occasion , gene amplification thermocycler (Perkin-Elmer Cetus) A 10 second extension was performed per cycle using a 10 sec. P After CR, the amplified fragment was cut with EcoRI and BamHI and placed in low melting point agarose. It was purified using I) VC45f+T 4.5Kb dephosphorylated E The coRI-BamHI fragment was ligated. Mutant strains are unique strains formed during mutagenesis. Finally, Sequanase [ Ninis-Biochemical Fist Corporation (US Biochemical Snager's dideoxy chain termination method (Snager's Corp.) dideoxy-chaintermfnation procedure) This was confirmed by further sequencing.

pVC4915f +T このプラスミドは、コドン608、CCGと、コドン609、CGCの2つの変 異を含んでおり、これらを、それぞれCCCとGGGに変異した。この変異は、 アルギニンの代わりに609にグリシンが生じ、コドン608とコドン609と の間にSma 1部位を生成する。このプラスミドを用いて、PEの種々のカル ボキシル末端断片をクローニングした。pVC4975f +T : pVc8 のIKbBamHI−Ps t I断片〔ボッニーク等(Wozniak et  al)、1988、Proc。pVC4915f +T This plasmid contains two mutations: codon 608, CCG and codon 609, CGC. These were mutated into CCC and GGG, respectively. This mutation is Glycine occurs at 609 instead of arginine, and codon 608 and codon 609 During this time, Sma 1 site is generated. Using this plasmid, various cultures of PE The boxyl terminal fragment was cloned. pVC4975f +T: pVc8 IKbBamHI-PstI fragment [Wozniak et al. al), 1988, Proc.

Natl、Acad、Sci、 、米国、85.8880〜8884参照〕をN arIで制限し、T4DNAポリメラーゼで処理して平滑末端を作成後EcoR Iで処理し、そして286bp断片を、pVc4915f+Tの4.9Kb脱リ ンすSmaI−EcoRI断片に連結した。pVC4985f+T:pVc8の IKbBamHI−PstI断片をHinflで制限し、T4DNAポリメラー ゼで処理後EcoRIで処理し、そして237bp断片を、I)VC45f+T の4,9KbSmalEcoRI断片に連結した。pVC4995f +T : 停止コドンとEcoRI適合性3′端を有するPEのコドン598〜613を含 む合成オリゴヌクレオチド二重鎖VK192/193 (図示しティない)を、 pVC4915f +Tの4.9KbSmal−EcoRI断片に連結した。p Vc4715f+T: このプラスミドは、PCR突然誘発により生成したもの で、PE遺伝子の3′端内に制限部位S t u l、Nde 1% Sma  l5Ec。Natl. Acad. Sci., USA, 85.8880-8884). After restriction with arI and treatment with T4 DNA polymerase to create blunt ends, EcoR I and the 286 bp fragment was ligated with 4.9 Kb of pVc4915f+T. ligated to the original SmaI-EcoRI fragment. pVC4985f+T: pVC8 The IKbBamHI-PstI fragment was restricted with Hinfl and added to the T4 DNA polymerizer. I) VC45f+T was ligated to a 4,9 Kb SmallEcoRI fragment. pVC4995f +T: Contains codons 598-613 of PE with a stop codon and an EcoRI compatible 3' end. Synthetic oligonucleotide duplex VK192/193 (not shown) containing It was ligated to the 4.9 Kb Small-EcoRI fragment of pVC4915f+T. p Vc4715f+T: This plasmid was generated by sudden PCR induction Then, within the 3' end of the PE gene, there are restriction sites S tul, Nde 1% Sma l5Ec.

RV及びEcoRIを含ンテオリ、そして608〜613にPREDLKの代わ りにアミノ酸RPHMPGD ILKをコードしている。これらの独自の部位は 、後で、挿入を作成したり、PEのカルボキシル末端部をコードしている種々の DNAセグメントを付着させるのに使用これは、オリゴヌクレオチド二重鎖VK 191/192を、pVC4715f−+−rの4,9KbEcoRV−Eco Rrに連結することにより生成した。このPE変異株のカルボキシル末端部は、 PEのアミノ酸608〜613 (PREDLK)の代わりにアミノ酸RP H MPGDPDYASQPGKPPREDLKを含んでいる。Contains RV and EcoRI, and replaces PREDLK in 608-613. It encodes the amino acid RPHMPGD ILK. These unique parts are , later create insertions and inserts of various Used to attach DNA segments This is an oligonucleotide duplex VK 191/192, pVC4715f-+-r 4,9KbEcoRV-Eco It was generated by linking to Rr. The carboxyl terminus of this PE mutant is Amino acids RP H instead of amino acids 608-613 (PREDLK) of PE Contains MPGDPDYASQPGKPPREDLK.

プラスミドpVc4715f+Tは、アミノ酸1〜607からPEをコードして いるDNA配列と、それに続< S t u I、Nde I、Sma 1.、 EcoRV及びAfIII部位を含み且つアミノ酸RPHMPGD I LKを コードしているポリリンカーから構成されている。これらの配列は、T7プロモ ーターコントロール下であり、そして大腸菌のOmpA由来のシャイン−ダルガ ノ領域とシグナル配列も含まれている。プラスミドpVc4715/4Ef+T は、pVc4715f+Tと類似しているが、PE(ドメインI)の受容体結合 ドメインに変異をも含んでいる。これらの変異は、Lys57−Glu、H1s 246°249−bGlu及びArg −bGluである。Plasmid pVc4715f+T encodes PE from amino acids 1-607. DNA sequence followed by < S t u I, Nde I, Sma 1. , Contains EcoRV and AfIII sites and the amino acids RPHMPGD ILK It consists of a polylinker that codes. These sequences are T7 promoter Shine-Darga derived from E. coli OmpA. It also contains a region and a signal sequence. Plasmid pVc4715/4Ef+T is similar to pVc4715f+T, but the receptor binding of PE (domain I) It also contains mutations in the domain. These mutations include Lys57-Glu, H1s 246°249-bGlu and Arg-bGlu.

プラスミドpVc47195/f+Tは、pVC4715f+Tと類似している が、アミノ酸RPHMPGIをコードしている5tuI、NdeISSma1部 位を有するポリリンカーと、その後に、PDYASQPGKPPREDLKをコ ードしているPEの最後の16コドンを含んでいる。プラスミドpVc4719 5/4#f十T ハ、プラスミドpVc4715f+Tと4715/4Ef+T のNdeI部位に形質転換成長因子αのインサージジンを含んでいる。プラスミ ドpVC47395f+T及びpVc47195/4Ef+Tは、47195f +T及びpvC47195f+Tから、TGFa配列をNdeI部位に挿入する ことにより誘導したものである。プラスミドp V C47355/ 4 E  f 十Tは、pVC47395/4Ef+Tから、6個のアミノ酸を削除し、T GFαを挿入し、そしてそれに続いてPEカルボキシル末端の10個のアミノ酸 を挿入することにより誘導した。Plasmid pVc47195/f+T is similar to pVC4715f+T is 5tuI, which encodes the amino acid RPHMPGI, and NdeISSma1 part. PDYASQPGKPPREDLK, followed by a polylinker with a It contains the last 16 codons of the coded PE. Plasmid pVc4719 5/4#f10T C, plasmid pVc4715f+T and 4715/4Ef+T Contains insurgidine of transforming growth factor α at the NdeI site. Plasmi pVC47395f+T and pVc47195/4Ef+T are 47195f +T and pvC47195f+T, insert TGFa sequence into NdeI site This is what was induced by this. Plasmid p V C47355/ 4 E  f 10T is obtained by deleting 6 amino acids from pVC47395/4Ef+T. Insert GFα, followed by the PE carboxyl-terminal 10 amino acids was induced by inserting.

pVc49415f+T及ヒp VC47355/4 Ef+tは、米国のメリ ーランド州ロックビルにあるATCCに1989年12月28日に寄託されてい る(寄託番号:68198及び68199)。寄託物は、生存維持され、特許の 存続期間中か、寄託臼から30年間か、寄託のサンプルの要求の最後の日から5 年間のうちで最も長い期間中にもし非生存状態になったら交換され、そして特許 の発行にともない、法律の規定に従って制限なく一般に入手できるようなされる 。特許商標庁長官は、請求のあり次第、寄託物にアクセスするものとする。pVc49415f+T and hip VC47355/4 Ef+t are -Deposited with the ATCC in Rockville, R.D., on December 28, 1989. (Deposit numbers: 68198 and 68199). The Deposit shall survive and remain a patent. 5 years from the date of the last request for a sample of the deposit, either during the term of the deposit or for 30 years from the deposit. If it becomes non-viable during the longest period of the year, it will be replaced and the patent Upon publication, it will be made available to the public without restriction in accordance with the provisions of the law. . The Commissioner of Patents and Trademarks shall have access to the deposit upon request.

タンパク発現と精製 種々のプラスミドを含有している大腸菌BL21 (λDE3)株の培養物を、 0.6〜0,8の0D650まで成長させ、1mMイソプロピル−チオガラクト シドで37℃で90分間誘発させた。上記のチョーダリ等(Cha、udhar y et al)により記載されている方法により、ベリプラスミック画分を調 製した。OmpAシグナル配列を有しているので、90%を超える各トキシン発 現タンパクが、ペリプラズムに分泌された。これらのタンパクは、OmpAシグ ナル配列のプロセッシング後、アミノ末端に残留ala asn leu配列が 残されている。ベリプラスミック画分を、ADPリボシル化活性と細胞障害作用 についてアッセイした。その後、PE変異株を、ファルマシアFPLCシステム に付けたモノQ(MonoQ)陰イオン交換カラム(HR515)を用いて精製 した。PE及び変異タンパクは、0゜22〜0.26MのNaC111度で溶離 した。5DS−PAGE後のトキシンの純度は、90%を超えていた。Protein expression and purification Cultures of E. coli BL21 (λDE3) containing various plasmids were Grow to 0D650 of 0.6-0.8 and add 1mM isopropyl-thiogalacto. The cells were induced with CID for 90 minutes at 37°C. Chaudhary et al. (Cha, udhar) The veliplasmic fraction was prepared by the method described by Y et al. Manufactured. Because it has OmpA signal sequence, more than 90% of each toxin is emitted. The present protein was secreted into the periplasm. These proteins are OmpA signal After processing of the null sequence, a residual ala asn leu sequence is left at the amino terminus. left behind. The veliplasmic fraction was analyzed for ADP ribosylation activity and cytotoxicity. was assayed for. Then, the PE mutant strain was analyzed using the Pharmacia FPLC system. Purification using a MonoQ anion exchange column (HR515) attached to did. PE and mutant proteins were eluted at 111 degrees of 0.22-0.26M NaCl. did. The purity of the toxin after 5DS-PAGE was over 90%.

タンパク濃度は、標準としてウシ血清アルブミンを用いてブラッドフォード(B radford)アッセイ試薬(米国カルフォルニア州すッチモンドにあるバイ オラッド社製)により′aJ定した。Protein concentrations were measured using bovine serum albumin as a standard in Bradford (B radford) assay reagents (available from Schimmond, California, USA). 'aJ was determined using a method (manufactured by Orad).

ADPリボシル化及び細胞障害作用アッセイADPリボシル化活性を、特記しな い限り4M尿素及び50mM DTTでPE及び変異タンパクを活性化した後に アッセイしたCコリャー等(Collieret al、)、1971、J、B iol、Chem、、246.1496〜1503参照〕。PE変異株の細胞障 害作用は、上記のジンク等、(1988)及び上記のジンク等、(1989)に より記載されている方法率じて、ベリプラスミックタンパク又は精製タンパクの 種々の希釈液を、24〜2311プレートに入れた■×105個のスイス3T3 細胞に添加することにより測定した。組み換えPEと天然PE〔スイスのベルン にあるスイス・セラム・アンド−ワクチン・インスティチュート(SwissS erumandVaccine In5titute)から入手〕のADP−リ ボシル化及び細胞障害活性は、判別できなかった。ADP-ribosylation and cytotoxicity assay ADP-ribosylation activity was determined unless otherwise specified. After activating PE and mutant protein with 4M urea and 50mM DTT as long as possible. Assayed C. Collieret al., 1971, J.B. iol, Chem, 246.1496-1503]. Cytotoxicity of PE mutants Adverse effects are described in Zink et al., supra (1988) and Zink et al., supra (1989). The method described above is based on the production of veliplasmic proteins or purified proteins. ×105 Swiss 3T3 plates containing various dilutions in 24-2311 plates. It was measured by adding it to cells. Recombinant PE and natural PE [Bern, Switzerland] Swiss Serum and Vaccine Institute (SwissS) Erumand Vaccine (obtained from In5 titute)] Bosylation and cytotoxic activity could not be determined.

トキシン活性と内在化 種々の変異PEタンパクについて、スイス細胞への3H標識PEの結合に関する 競合と、免疫螢光検査により検討される種々の変異PE誘導体の内在化に関する 競合能力については、上記のジンク等(Jinno etal)、(1989) が記載している。Toxin activity and internalization Regarding the binding of 3H-labeled PE to Swiss cells for various mutant PE proteins. on the competition and internalization of various mutant PE derivatives examined by immunofluorescence. Regarding competitive ability, see Jinno et al. (1989) above. is stated.

標的特異的イムノトキシンの調製 選択的細胞障害分子を生成するためにPEのカルボキシル末端にクローニング部 位を有するPE発現ベクターを、ここでは、EGF受容体担持細胞のみを認識す る認識分子であるTGFαを用いて説明する。これらのクローニング部位を使用 して、TGFαを、インサージョンの後にPEの最後のユOmのアミノ酸(表A 参照)を続けたときに、EGF受容体担持細胞を死滅させた極めて活性な分子を 生成したPHのカルボキシル末端付近に挿入した。この操作の詳細を、以下に説 明する。Preparation of target-specific immunotoxins Cloning moieties at the carboxyl terminus of PE to generate selective cytotoxic molecules Here, we used a PE expression vector that recognizes only EGF receptor-bearing cells. This will be explained using TGFα, which is a recognition molecule. Use these cloning sites Then, TGFα was added to the last amino acid of PE after insertion (Table A ), a highly active molecule that killed EGF receptor-bearing cells was released. It was inserted near the carboxyl terminal of the generated PH. The details of this operation are explained below. I will clarify.

結 果 PEのカルボキシル末端での配列の役割を、1個、2個、3個、7個、8個、1 1個、14個及び24個のアミノ酸を除去した一連のカルボキシル末端欠失変異 株を製造して決定した。2つ以上のアミノ酸の除去により、ADPリボシル化活 性に影響することなく細胞障害作用が消失した(表1、第1図参照)。実際に、 11個のアミノ酸(603〜613)でさえも、ADPリボシル化活性の損失を 生じることなく除去できた。しかしながら、14個のアミノ酸(600〜613 )を除去したときには、低いが測定可能なADPリボシル化活性を有するタンパ クが生じ、そして24個のアミノ酸(590〜613)を除去したときには、酵 素的に不活性なタンパクが生成した。これらの結果は、PEのカルボキシル末端 での特定の配列が、ADPリボシル化活性には必要とされないトキシン作用にお いて役割を果たしていることを示している。Results The role of the sequence at the carboxyl terminal of PE is 1, 2, 3, 7, 8, 1 A series of carboxyl-terminal deletion mutations that removed 1, 14 and 24 amino acids. Strains were produced and determined. Removal of two or more amino acids reduces ADP ribosylation activity. The cytotoxic effect disappeared without affecting the sex (see Table 1 and Figure 1). actually, Even 11 amino acids (603-613) caused loss of ADP ribosylation activity. I was able to remove it without causing any damage. However, 14 amino acids (600-613 ), proteins with low but measurable ADP-ribosylation activity are removed. When fermentation occurred and removed 24 amino acids (590-613), An essentially inactive protein was produced. These results indicate that the carboxyl terminus of PE A specific sequence in the toxin is not required for ADP-ribosylation activity. This shows that the company is fulfilling its role.

トキシンの作用におけるカルボキシル末端配列の役割は、一連の内部欠失及び置 換を生じさせることにより明らかにした(表2参照)。これらの変異は、アミノ 酸602で始まり、ADPリボキシル化活性には影響せず、そして位置611ま で延長された。アミノ酸601〜604と606〜608を取り囲んでいるいく つかの小さな欠失は、細胞障害作用を減少させなかった。さらに、アミノ酸60 3〜608を変更した2つの置換だけでなく、PEのアミノ酸606〜608内 の2つの他の置換も、細胞障害作用を減少させなかった。したがって、位置60 2〜608におけるアミノ酸の配列は、細胞障害作用にとっては重要ではないと 思われた。しかしながら、609でアルギニンを除去した欠失(pVc4921 5及びpVC49255)では、PEの細胞障害作用が大きく減少した。これら の結果を、アミノ酸612及び613の欠失が細胞障害作用を無くしてしまうこ とを示している表1の実験と考え合わせたとき、我々の注意は、PEのカルボキ シル末端に位置しているアミノ酸609〜613に集まった。The role of the carboxyl-terminal sequence in toxin action has been determined by a series of internal deletions and substitutions. This was revealed by causing a reaction (see Table 2). These mutations are amino starts at acid 602, does not affect ADP riboxylation activity, and continues until position 611. It was extended. Surrounding amino acids 601-604 and 606-608 A few small deletions did not reduce the cytotoxic effect. In addition, 60 amino acids Two substitutions that changed amino acids 3-608 as well as within amino acids 606-608 of PE Two other substitutions also did not reduce the cytotoxic effect. Therefore, position 60 The sequence of amino acids 2-608 is not important for cytotoxic effects. It seemed to me. However, a deletion that removed the arginine at 609 (pVc4921 5 and pVC49255), the cytotoxic effect of PE was greatly reduced. these This result suggests that deletion of amino acids 612 and 613 abolishes the cytotoxic effect. When considered with the experiment in Table 1 which shows that It clustered at amino acids 609 to 613 located at the sill terminus.

アルギニン609の役割は、それを欠失させるか、それをいくつかの異なるアミ ノ酸で置換させて検討した。The role of arginine 609 can be altered by either deleting it or modifying it by several different amino acids. This study was carried out by replacing it with a noic acid.

アルギニン609を別の塩基性アミノ酸であるリジンで置換したところ、PEの 細胞障害活性が保持された(表3参照)。しかしながら、アルギニン609を欠 失させたり(pVc49115) 、アルギニン609をグリシン、グルタミン 酸又はロイシンて置換したところ、細胞障害作用が約6〜10倍減少した。この ようなことから、位置609での塩基性アミノ酸は重要であると思われる。When arginine 609 was replaced with another basic amino acid, lysine, PE Cytotoxic activity was retained (see Table 3). However, lacking arginine 609, (pVc49115) or arginine 609 with glycine or glutamine. Substitution with acid or leucine reduced the cytotoxic effect by approximately 6-10 times. this Therefore, the basic amino acid at position 609 seems to be important.

PEの最後の5個のアミノ酸の配列特異性を検討するために、次に、他の変異分 子をいくつか構築した。これらのうちの2つにおいては、位置610と611で の酸性アミノ酸の順序は逆であり、そしてリジン613は欠失していた(表4、 pVc49415及びpVC49425)。これらの分子は、位置609がリジ ンであるかアルギニンであるかとは無関係に、十分な活性を有していた。また、 位置609にロイシンを有し、位置612にアルギニンを有する分子(pVC4 9435)も生成したが、不活性であった。To examine the sequence specificity of the last five amino acids of PE, we next I built some children. In two of these, at positions 610 and 611 The order of acidic amino acids was reversed, and lysine 613 was deleted (Table 4, pVC49415 and pVC49425). These molecules are rigid at position 609. It had sufficient activity regardless of whether it was arginine or arginine. Also, Molecule with leucine at position 609 and arginine at position 612 (pVC4 9435) was also produced but was inactive.

位置613の末端アミノ酸リジンの欠失は細胞障害作用には影響しなかったが、 この位置における他の変異は、リガンドをPEのカルボキシル末端でのペプチド 結合に配置した種々のキメラトキシンが活性が低いことから、望ましくない方法 で細胞障害作用に影響を及はすものと思われる。したがって、リジン613を、 グルタミンか、アルバラギンか、アスパラギン酸塩に転化した。これらの変異で は、全て、細胞障害作用がより小さい分子が生じた(表5参照)。PEのカルボ キシル末端に6個か11個のアミノ酸を追加したときも、細胞障害作用がより小 さい分子が生じた(データを示していない)。しかしなから、lys を塩基性 アミノ酸であるアルギニンで置換したところ、細胞障害作用が減少しなかった。Deletion of the terminal amino acid lysine at position 613 did not affect the cytotoxic effect; Other mutations at this position shift the ligand to the peptide at the carboxyl terminus of the PE. An undesirable method due to the low activity of various chimeric toxins placed in the bond. This is thought to affect the cytotoxic effect. Therefore, lysine 613, Converted to glutamine, albaragine, or aspartate. With these mutations All produced molecules with less cytotoxic effects (see Table 5). PE carbo Addition of 6 or 11 amino acids to the xyl terminus also resulted in less cytotoxic effects. Small molecules were generated (data not shown). However, since lys is basic Substitution with the amino acid arginine did not reduce cytotoxic effects.

このようなことから、位置609と613の両方には、十分な細胞障害活性のた めに塩基性アミノ酸が必要である。Therefore, both positions 609 and 613 have sufficient cytotoxic activity. Basic amino acids are required for this purpose.

PHのカルボキシル末端には、2つの他のりジン残基があり、これらは、位置5 90及び606に位置している。At the carboxyl terminus of PH there are two other lysine residues, these at position 5 90 and 606.

これらのリジンは両方とも、細胞障害作用を減少させることなく、非帯電アミノ 酸グルタミンに転化できた。このことは、位置590や606には、正に帯電し たアミノ酸が必要ないことを示している(表5参照)。Both of these lysines can act as uncharged amino acids without reducing their cytotoxic effects. It could be converted to acid glutamine. This means that positions 590 and 606 are positively charged. This indicates that additional amino acids are not required (see Table 5).

PEのカルボキシル末端での特定のアミノ酸の重要性が示されたことから、5個 のカルボキシル末端アミノ酸がADPリボシル化ドノドメイン分離されて活性ト キシンを再分化できたことが分かった。表6に示すように、無傷PEのアミノ酸 551〜613.567〜613又は598〜613をPEΔ609〜613の カルボキシル末端に付加することによって、十分な活性のある細胞障害性分子を 、PE△609〜613(細胞障害性ではない)から生成できた。このようなこ とから、アミノ酸600付近で終わるADPリボシル化ドノドメイン置609〜 613での必須アミノ酸との間の距離は重要ではすく、そして細胞障害作用を減 少させることなくかなり増加できた。また、表6には、PREDLKの代わりに RPHMPGD I LKのカルボキシル末端を有するPE分子も示されている 。arg 及びasp を変更したこの分子は、細胞障害性ではなかった。しか しながら、無傷PE分子の最後の16個のアミノ酸を付着させてRPHMPGD PDYASQPGKPPREDLKからなるカルボキシル末端を得ると、この分 子の細胞障害作用が復活した。The importance of specific amino acids at the carboxyl terminus of PE has been shown, so five The carboxyl-terminal amino acids of the ADP-ribosylated donodomain are separated and It was found that the xin could be redifferentiated. Amino acids of intact PE as shown in Table 6 551-613.567-613 or 598-613 of PEΔ609-613 By adding to the carboxyl terminus, a fully active cytotoxic molecule can be , PEΔ609-613 (not cytotoxic). Something like this From, ADP-ribosylated donodomain position 609 to 609 ends around amino acid 600. The distance between essential amino acids at 613 is less important and reduces cytotoxic effects. I was able to increase it considerably without decreasing it. Also, in Table 6, instead of PREDLK, A PE molecule with the carboxyl terminus of RPHMPGD I LK is also shown . This molecule with altered arg and asp was not cytotoxic. deer While attaching the last 16 amino acids of the intact PE molecule to RPHMPGD Obtaining the carboxyl terminal consisting of PDYASQPGKPPREDLK, this part The cytotoxic effect of the child was restored.

さらに、cDNA TGFαを、不活性カルボキシル末端(表A、pVc473 15/4Ef+T)や活性カルボキシル末端(表A、pVC47355f+T及 びpVC47395f+T)を有するPEのカルボキシル末端に挿入した構築物 を作成した。良好なカルボキシル末端を有する構築物の、EGF受容体(TGF αはEGF受容体に結合する)を有する細胞に対する細胞障害作用は、不良のカ ルボキシル末端を有するものの50倍以上であった。このことは、最も高い細胞 障害作用を得るには、適当なカルボキシル末端を有することが必須要件であるこ とを明らかに示している。Additionally, cDNA TGFα was isolated from the inactive carboxyl terminus (Table A, pVc473 15/4Ef+T) and active carboxyl terminus (Table A, pVC47355f+T and and pVC47395f+T) inserted into the carboxyl terminus of PE. It was created. EGF receptor (TGF) construct with good carboxyl terminus α binds to the EGF receptor). It was more than 50 times as large as the one with a ruboxyl end. This means that the highest cell Having a suitable carboxyl terminus is a prerequisite for obtaining a damaging effect. It clearly shows that.

ここでのデータ全体から、カルボキシル末端内の欠失又は変更のために不活性で あるPE分子の細胞障害活性は、無傷カルボキシル末端を付着させることにより 復活できることが明らかである。したがって、TGFα等の結合リガンドをPH のカルボキシル末端内の位置608に挿入して、最後の5個のアミノ酸をRED LKとして保持することにより、活性キメラ分子を生成することが可能となる。The overall data here suggests that inactive due to deletions or alterations within the carboxyl terminus. The cytotoxic activity of certain PE molecules can be enhanced by attaching an intact carboxyl terminus. It is clear that it can be revived. Therefore, binding ligands such as TGFα can be by inserting the last five amino acids at position 608 within the carboxyl terminus of RED By retaining it as LK, it becomes possible to generate active chimeric molecules.

PHのドメインIは細胞結合を生じさせる領域であることは既に明らかにされて いるが、細胞障害性を減少させたPHのカルボキシル末端での変異は、なぜ細胞 結合を減少しないのかを示すことが重要であった。これを試験するために、[3 H]−PEの取り込みに関してPEの種々の変異形態が競合する能力を評価した 。第2図に示すように、PEのカルボキシル末端での変異により細胞障害作用を 減少させたいくつかのPE変異株は、真正の野生型PEと、[3H]−PEの取 り込み競合性がちょうど同じであった。この競合アッセイにおいて、ドメインI の欠失を有するPE40とPeglu57は、上記したように不活性であった( 上記のジンク等(Jinno et al)参照)。It has already been revealed that domain I of PH is a region that causes cell binding. However, why mutations at the carboxyl terminus of PH that reduced cytotoxicity It was important to show that it does not reduce binding. To test this, [3 The ability of various mutant forms of PE to compete for the uptake of H]-PE was evaluated. . As shown in Figure 2, mutations at the carboxyl terminus of PE induce cytotoxic effects. Some reduced PE mutants have a combination of authentic wild-type PE and [3H]-PE. The competition for entry was exactly the same. In this competition assay, domain I PE40 and Peglu57 with deletions were inactive as described above ( (see Jinno et al., supra).

これらの取り込みの結果は、PEや種々の変異PE分子の内在化を測定する螢光 アッセイを用いて確認した(第3図参照)。このアッセイでは、細胞障害作用を 種々のトキシンとともに30分間培養して、内抱小水庖への結合及び内在化を行 った。ドメインIにおける点変異(PEglu57)を有する分子、即ち、PE 40は、内在化しなかった。これに対して、他の全てのPE分子は、ドメイン■ のカルボキシル末端に変異を含んでいるかどうかとは無関係に、内抱小水庖及び 細胞の核周囲部におけるトランスゴルジ系における他の要素へ結合及び内在化す ることが判明した(第3図、パネルB及びD)。これらの結果は、カルボキシル 末端変異株の細胞障害作用の減少は、PE分子の受容体結合や細胞取り込みの減 少によるものではないことを明らかに示している。The results of these uptakes are determined by fluorescence measurements that measure the internalization of PE and various mutant PE molecules. This was confirmed using an assay (see Figure 3). In this assay, cytotoxic effects are Incubate with various toxins for 30 minutes to allow binding to and internalization of the internalized aqueducts. It was. Molecules with a point mutation in domain I (PEglu57), i.e. PE 40 did not internalize. In contrast, all other PE molecules have domain Regardless of whether or not it contains a mutation in the carboxyl terminus of Binds to and internalizes other elements in the trans-Golgi system in the perinuclear region of cells. (Figure 3, panels B and D). These results indicate that carboxyl The reduced cytotoxic effect of terminal mutants is due to decreased receptor binding and cellular uptake of PE molecules. This clearly shows that this is not due to small numbers.

ようするに、ここでの結果から、PEのカルボキシル末端での変異及び特にPE の最後の5個のアミノ酸における変異は、十分なADPリボシル化活性を有する が、細胞障害作用が大きく減少した分子を生じることが明らかである。データか ら、PHのカルボキシル末端でのアミノ酸配列は、Arg、GluSAsp、L euSLys (RE D L K、表2)であることが明らかである。位置6 09でのアルギニンはリジンで置換できるが、非塩基性アミノ酸は許容されない (表3参照)。位置613のリジンは必須ではなく、そして欠失しても細胞障害 活性を失うことはない(表1参照)が、非塩基性アミノ酸では置換できない(表 5参照)。即ち、ArgGluAspLeu又はLysGl uAspLeuL ysをカルボキシル末端に有することにより、十分な細胞障害作用を有する分子 が生成された(表4参照)。他の分子に存在し、そして特異的生物学的作用を果 たす同様な配列に関する文献調査から、エンドプラスミック細網内の新たに形成 されたタンパクを保持する配列は、LysAspGluLeuであることが明ら かになった。〔ムンロ等(Munro et al)、1987、Ce1l、4 8.899〜907参照〕。したがって、他にいくつかの変異分子を構築した。In short, the results here suggest that mutations at the carboxyl terminus of PE and in particular PE Mutations in the last five amino acids of have sufficient ADP-ribosylation activity It is clear that this results in a molecule with greatly reduced cytotoxic effects. Is it data? et al., the amino acid sequence at the carboxyl terminus of PH is Arg, GluSAsp, L It is clear that euSLys (REDLK, Table 2). position 6 Arginine in 09 can be replaced with lysine, but non-basic amino acids are not tolerated (See Table 3). Lysine at position 613 is not essential and deletion causes cytotoxicity. There is no loss of activity (see Table 1), but non-basic amino acids cannot be substituted (Table 1). (see 5). That is, ArgGluAspLeu or LysGluAspLeuL Molecules that have sufficient cytotoxic effects by having ys at the carboxyl terminus was generated (see Table 4). present in other molecules and have specific biological effects. A literature review of similar sequences revealed that newly formed within the endoplasmic reticulum. The sequence carrying the protein was revealed to be LysAspGluLeu. Or it becomes. [Munro et al., 1987, Ce1l, 4 8.899-907]. Therefore, several other mutant molecules were constructed.

これらのうちの一つは、エンドプラスミック細網のルーメンにおけるタンパクの 保持に寄与していると上記で説明した配列そのものを含んでいるものである(表 4参照)o LysAspGluLeu (KDEL)で終結している分子は十 分な細胞障害作用を有することが判明した。また、LeuAspGluArg  (LDER)ではなくArgAspGluLeu(RDEL)で終結している分 子も、十分な活性を有していた。これらの知見は、PEが内抱コンパートメント からサイドシルにうまく侵入するには、エンドプラスミック細網内の細胞により 製造されたタンパクを保持するのに役立つ同様の細胞成分との相互作用が必要で あることを示している。また、これらの知見は、PHのカルボキシル末端での配 列は、PEが内抱コンパートメントからサイドシルに移行するのを促進するため のある種の認識配列としての役割を果たすことも示唆している。同様の機能を果 たす他の配列も、同様に活性を増加させるであろう。One of these is the accumulation of proteins in the lumen of the endoplasmic reticulum. It contains the exact sequences explained above that contribute to retention (Table 1). (See 4) o There are ten molecules that terminate with LysAspGluLeu (KDEL). It was found that it has a significant cytotoxic effect. Also, LeuAspGluArg Because it terminates with ArgAspGluLeu (RDEL) instead of (LDER) The offspring also had sufficient activity. These findings suggest that PE is an internal compartment. To successfully invade the side sills, cells within the endoplasmic reticulum Requires interaction with similar cellular components that help retain manufactured proteins It shows that there is. These findings also suggest that the arrangement at the carboxyl terminus of PH columns to facilitate the transition of PE from the internal compartment to the side sills. It has also been suggested that this protein may play a role as a kind of recognition sequence. performs similar functions. Other sequences will increase activity as well.

さらに重要な知見として、細胞標的リガンドをPE分子における2つのクローニ ング領域(上記したアミノ末端又は本明細書に記載するアルボキシル末端付近) に挿入できるので、同−又は異なる標的リガンドをこれらの2つの領域に挿入し て、細胞結合か細胞障害作用又はそれらの両方を増加できる。2つのクローニン グ領域の各々での異なる標的分子により、キメラトキシンが同一細胞上に存在す る受容体の2つの異なる種類の受容体に結合できる。標的細胞が十分に内在化せ ず、したがって、免疫トキシンの標的としては不十分であるので、上記のことは 重要である。しかしながら、もしトキシンも十分な内在化される別の抗原に結合 するのであれば、特異的細胞致死が大きく増加する。A further important finding is that cell-targeting ligands can be linked to two clones in the PE molecule. (near the amino terminus described above or the alkyl terminus described herein) The same or different targeting ligands can be inserted into these two regions. can increase cell binding, cytotoxicity, or both. two cronins Different targeting molecules in each of the coding regions allow chimeric toxins to be present on the same cell. can bind to two different types of receptors. target cells are fully internalized. Therefore, the above is insufficient as a target for immunotoxins. is important. However, if the toxin also binds to another antigen enough to be internalized If so, specific cell killing would be greatly increased.

さらに、PEOカルボキシル末端の一時変異についての検討中に、もしREDL K (単一文字アミノ酸コード)配列をKDELで置換すると、得られる分子の 活性がほぼ2倍増加することが見出された。さらに印象的なことには、REDL Kの代わりにKDELの3つの反復を有する分子は、活性が3倍であることが見 出された(表B参照)。このことは、KDEL又はそれと等価の反復配列を付加 することにより、細胞障害性が増強されたキメラトキシンを生成できることを示 している。Additionally, during the study of temporary mutations at the carboxyl terminus of PEO, if REDL When the K (single letter amino acid code) sequence is replaced with KDEL, the resulting molecule is An almost two-fold increase in activity was found. Even more impressively, REDL Molecules with three repeats of KDEL instead of K were found to be three times more active. (see Table B). This means adding KDEL or an equivalent repeat sequence. demonstrated that chimeric toxins with enhanced cytotoxicity can be produced by are doing.

要約すれば、本発明は、以下のことをはじめて明らかにしたものである。In summary, the present invention clarifies the following for the first time.

1、PEの細胞障害作用には、適当なカルボキシル末端配列が絶対に必要である 。1. Appropriate carboxyl terminal sequence is absolutely necessary for the cytotoxic effect of PE .

2、PEのカルボキシル末端から2つの少ないアミノ酸を欠失させると、ADP リボシル化及び受容体結合活性が十分である分子が生じるが、標的細胞には非毒 性である(表1参照)。2. Deletion of two minor amino acids from the carboxyl terminus of PE results in ADP The result is a molecule with sufficient ribosylation and receptor binding activity, but is non-toxic to target cells. (see Table 1).

3、変異分析から、PEは位置609に正に帯電したアミノ酸、位置610と6 11には負に帯電したアミノ酸及び位置612にはロイシンを有していなければ ならないことが分かった。3. From mutational analysis, PE has a positively charged amino acid at position 609, positions 610 and 6 11 has a negatively charged amino acid and position 612 has a leucine. I found out that it doesn't happen.

4、位置613のリジンは欠失させてかまわないが、他のいくつかのアミノ酸残 基では置換できない。4. Lysine at position 613 may be deleted, but some other amino acid residues may be deleted. Cannot be substituted with groups.

5.PEOカルボキシル末端に任意のアミノ酸残基を付加すると、比較的不活性 な分子が生じる(データは示していない)。5. Adding any amino acid residue to the carboxyl terminus of PEO makes it relatively inactive. molecules (data not shown).

6、カルボキシル末端における変異のために細胞障害作用がないPE分子にPE のカルボキシル末端アミノ酸を少なくとも10個付加すると、十分な細胞障害活 性が復活する(表4参照)。6. PE molecules have no cytotoxic effect due to mutations in the carboxyl terminus. Addition of at least 10 carboxyl-terminal amino acids of sexuality is restored (see Table 4).

7、異なる末端(アミノ及びカルボキシル)に異なる標的リガンドがあると、結 合及び細胞障害性PE分子を生じさせる柔軟性が提供される。7. Having different target ligands at different termini (amino and carboxyl) can lead to binding This provides the flexibility to generate synthetic and cytotoxic PE molecules.

8、反復「細胞障害性配列(cytoeoxic 5equence)Jにより 、適当な場合において細胞障害作用が何倍にもなる。8. Repetitive “cytotoxic sequence (cytotoxic sequence) J” , the cytotoxic effect is multiplied in appropriate cases.

TGFα−PE40等の変更組み換え体をはじめとした適当な認識分子、トキシ ン及び細胞障害性配列を用いることにより、上記した方法と同様な他の標的特異 的免疫トキシンが作成されることは言うまでもない。Appropriate recognition molecules, including modified recombinants such as TGFα-PE40, Other target-specific methods similar to those described above can be achieved by using cytotoxic sequences and cytotoxic sequences. Needless to say, target immunotoxins are created.

本明細書中の実施例及び実施態様は本発明を説明する目的のみで記載されている ものであり、本発明の観点から種々の修正及び変更が可能であり、それらの修正 及び変更が本願の精神及び範囲内並びに特許請求の範囲であることは、理解され るところである。The examples and embodiments herein are set forth solely for the purpose of illustrating the invention. Various modifications and changes are possible from the perspective of the present invention, and those modifications It is understood that modifications and changes are within the spirit and scope of this application and the claims. It is a place where

表 1 PEのカルボキシル末端の欠失分析 変異株 細胞障害作用 ADPリボンル化活性 存在する 欠失 アミノ酸 アミノ酸 1〜589 590〜613 <0.1’ 01〜599 600〜613 < 0.1 201〜602 603〜613 <0.1 1001〜605 60 6〜613 <0.1 1001〜606 607〜613 <0.1 100 1〜610 611〜61.3 <0.1 1001〜611 612.613  <0.1 1001〜612 613 100 100 1〜613 100 備考: 変異PEタンパクは、T7プロモーターを主体としたベクターCメタデア及びモ ファット(Studierand Moffatt)、1986年〕を用いて大 腸菌中で発現させ、ペリプラズムから精製・した。全てのタンパクは、OmpA シグナル配列のプロセッシング後に残存しているアミノ末端に3個の延長アミノ 酸(alaasn Ieu)を含んでいる。これらのアミノ酸は、上記の変異タ ンパクに残基番号を付するときには考慮しなかった。細胞障害作用は、スイス3 T3マウス細胞についてのタンパク合成の阻害をアッセイすることによりめた。Table 1 Deletion analysis of the carboxyl terminus of PE Mutant strain Cytotoxic effect ADP ribbonlation activity Existing deletion Amino acid Amino acid 1~589 590~613 <0.1' 01~599 600~613 < 0.1 201-602 603-613 <0.1 1001-605 60 6-613 <0.1 1001-606 607-613 <0.1 100 1~610 611~61.3 <0.1 1001~611 612.613 <0.1 1001~612 613 100 100 1-613 100 remarks: The mutant PE protein is derived from the vector C metade and model based on the T7 promoter. (Studierand Moffatt, 1986) It was expressed in enterobacteria and purified from the periplasm. All proteins are OmpA Three extended amino acids remain at the amino terminus after processing of the signal sequence. Contains acid (alaasn Ieu). These amino acids are It was not taken into account when assigning residue numbers to proteins. Cytotoxicity is Swiss 3 This was determined by assaying inhibition of protein synthesis on T3 mouse cells.

全ての結果は、組み換え全長PE分子を用いて得られる活性の百分率で表されて いる。全てのアッセイは、重複して行い、少なくとも2つの別個のクローンを試 験した。All results are expressed as a percentage of the activity obtained using recombinant full-length PE molecules. There is. All assays were performed in duplicate and at least two separate clones were tested. I tried it.

表 2 PEのカルボキシル末端における内部欠失及び置換PEにおけるアミノ酸の位置 プラス 6666666666666 細胞環ミド 000000000111 1 害作用pVC1234567890123 45A S Q P G K P P RE D L K 10049215  A L K <0.1 49235 A G K P P、RE D L K 10049245 A  S Q P G RE D L K 10049255 A S Q P G  E D L K O13変異PEタンパクは大腸菌中で発現させ、ペリプラズム から精製した。Table 2 Internal deletions and substitutions at the carboxyl terminus of PE Position of amino acids in PE Plus 6666666666666 Cell Ring Mid 000000000111 1 Harmful effect pVC1234567890123 45A S Q P G K P P RE D L K 10049215 A L K <0.1 49235 A G K P P, RE D L K 10049245 A S Q P G RE D L K 10049255 A S Q P G E D K K O13 mutant PE protein was expressed in E. coli and transferred to the periplasm. Purified from.

全ての変異株のADPリボシル化活化上性全長PEのADPリボシル化活化上性 判別できなかった。ADP-ribosylation activation of all mutant strains ADP-ribosylation activation of full-length PE I couldn't tell.

PE (601〜613)のカルボキシル末端内のアミノ酸を、−文字コードと して表しである。置換部には下線を付しである。The amino acids within the carboxyl terminus of PE (601-613) are replaced with the - letter code. This is the expression. Replaced parts are underlined.

表 3 PEの位置609での変異 プラスミド 細胞障害作用 (pVC) (PEの%) 49115 PEへ609 12 49125 PELys6°9 1o。Table 3 Mutation at position 609 of PE Plasmid cytotoxic effect (pVC) (% of PE) 49115 609 12 to PE 49125 PELys6°9 1o.

4915 PEgly609 1゜ 49135 PE1eu609 16 49155 PE1eu609 15 備考: 変異PEタンパクは大腸菌中で発現させ、ペリプラズムから精製した。置換部は 、置換アミノ酸として示しである(表1及び表2も参照のこと)。4915 PEgly609 1゜ 49135 PE1eu609 16 49155 PE1eu609 15 remarks: Mutant PE proteins were expressed in E. coli and purified from the periplasm. The replacement part is , are shown as substituted amino acids (see also Tables 1 and 2).

表 4 PEの最後の5個のアミノ酸の配列特異性プラスミド PEにおけるアミノ酸の 位置 細胞障害作用(pVC) (PEの%) 45REDLK100 49125 K E D L K 1004215 RE D L ’ 100 49415 K D E L 100 49425 RD E L 100 49435 L D E R<0.03詳細については、表1及び表2の備考を 参照のこと。Table 4 Sequence specificity of the last 5 amino acids of PE Plasmid Sequence specificity of the last 5 amino acids of PE Position Cytotoxic effect (pVC) (% of PE) 45REDLK100 49125 K E D L K 1004215 RE D L' 100 49415 K D E L 100 49425 RD EL 100 49435 L D E R<0.03 For details, see the notes in Tables 1 and 2. See.

表 5 PEのカルボキシル末端ドメインにおけるリジン残基590.606及び613 の変異 変異株 細胞障害作用 ADPリボシル化PEarg613 100 ’ 10 0゛PEgln”” 1 100 PEgl100PE 100 PEasn613 1 110 0PE 1 n606100 100 100PE””0 100 100 P E gl n590,606,613 1 100590.606 613 PEgln arg 100 100 備考: 分析は、表1及び表2に記載の方法に準じて行った。Table 5 Lysine residues 590.606 and 613 in the carboxyl-terminal domain of PE mutation of Mutant strain Cytotoxic effect ADP ribosylation PEarg613 100’ 10 0゛PEgln”” 1 100 PEgl100PE 100 PEasn613 1 110 0PE 1 n606100 100 100PE""0 100 100 P E gl n590,606,613 1 100590.606 613 PEgln arg 100 100 remarks: The analysis was conducted according to the methods described in Tables 1 and 2.

表 6 PEへ609〜613へのPEカルボキシル末端の種々部分の付加プラスミド  変異タンパク 細胞障害 ADPリボ(pVC) 作用 シル化活性 (PEの%) (PEの%) 4905 PEへ609〜613 <0.1 1004975 PEへ609〜 613+551〜613 100 1004985 PEへ609〜613+ 567〜613 100 100 4995 PEへ609〜613+ 598〜613 100 100 4715 PE△609〜613 RPHMPGDILK <0.1 10047195 PE△608〜613 RPHMPGD+598〜613 50 100備考: PEのコドン608と609の間にSma 1部位を有するプラスミドpVc4 915を生成し、そしてカルボキシル末端の種々の部分をコドン608の後に付 着した。Table 6 Addition of various parts of PE carboxyl terminus from 609 to 613 to PE plasmid Mutant protein Cell damage ADP ribo (pVC) action Sylation activity (% of PE) (% of PE) 4905 To PE 609~613 <0.1 1004975 To PE 609~ 613+551~613 100 1004985 to PE609~613+ 567-613 100 100 4995 to PE609-613+ 598-613 100 100 4715 PE△609~613 RPHMPGDILK <0.1 10047195 PE△608~613 RPHMPGD+598~613 50 100 Notes: Plasmid pVc4 with Sma1 site between codons 608 and 609 of PE 915 and append various portions of the carboxyl terminus after codon 608. I arrived.

pVC4995は、合成オリゴヌクレオチドを用いて構築した。PEの最後の1 6個のアミノ酸(598〜613)は、PDYASQPGKPPREDLK ( 表1及び表2も参照のこと)から構成されている。△は、その後のアミノ酸が欠 失していることを意味している。pVC4995 was constructed using synthetic oligonucleotides. The last one of PE Six amino acids (598-613) are PDYASQPGKPPREDLK ( (See also Tables 1 and 2). △ indicates that the following amino acid is missing. It means being lost.

表 A pVc47315/ PEI〜607 RPHMA (TGFα)4Ef +T  AHMPGDILK >25pVC47395/ PEI 〜607 RPH MA (TGFα)4Ef +T AHMPGIPDYASQPGKPPRED LK 0.5pVC47355/ PEI 〜607 RPHMA (TGFα )4Ef +T AHMPGKPPREDLK O,5備考) a:融合タンパクをペリプラズムから部分精製した。Table A pVc47315/PEI~607 RPHMA (TGFα)4Ef +T AHMPGDILK>25pVC47395/PEI ~607RPH MA (TGFα)4Ef +T AHMPGIPDYASQPGKPPRED LK 0.5pVC47355/PEI~607 RPHMA (TGFα )4Ef +T AHMPGKPPREDLK O, 5 notes) a: The fusion protein was partially purified from the periplasm.

5DS−PAGEでは、融合タンパクの純度は20〜30%であった。PHに通 常存在する残基には、下線を付しである。The purity of the fusion protein was 20-30% by 5DS-PAGE. PH Consistently occurring residues are underlined.

b:ID5oは、トキシンを添加しない場合の対照と比較したときに、タンパク 合成を50%阻害するのに必要な融合タンパクの濃度(総タンパク濃度として推 定したもの)である。タンパク合成は、3H−ロイシン取り込みにより測定した 。b: ID5o is the protein Concentration of fusion protein required to inhibit synthesis by 50% (estimated as total protein concentration) (specified). Protein synthesis was measured by 3H-leucine incorporation. .

表 B スイス3T3細胞に対する種々のPE誘導体の細胞障害活性 プラスミド タンパク ID5゜ pVC45f+T PEl−608REDLK 1.6pVc49415f+T  PEl−608KDEL 0.76pSS49445f+T PEl−608 KDELKDELKDEL O,55備考) a+PEタンパクをモノQカラムで精製した。純度は、約90%であった。Table B Cytotoxic activity of various PE derivatives against Swiss 3T3 cells Plasmid protein ID5゜ pVC45f+T PEl-608REDLK 1.6pVc49415f+T PEl-608KDEL 0.76pSS49445f+T PEl-608 KDELKDELKDEL O, 55 notes) The a+PE protein was purified using a MonoQ column. Purity was approximately 90%.

b:表Aに同じ。b: Same as Table A.

2〕バフ (nり/rat) #BAと関連計数(/、) 浄書(内容に変更なし) 要 約 書 標的特異的細胞障害性組み換えシュードモナスエキソトキシンが開示されている 。このようなトキシンは、PE分子のカルボキシル末端の少なくともドメイン■ における特異的クローニング部位に、特異的認識分子を挿入することにより製造 される。PE分子のカルボキシル末端を種々に変更することにより、細胞障害作 用を増強することも開示されている。2] Buff (nri/rat) #BA and related figures (/,) Engraving (no changes to the content) Summary book Target-specific cytotoxic recombinant Pseudomonas exotoxins are disclosed . Such toxins contain at least the domain ■ at the carboxyl terminus of the PE molecule. produced by inserting a specific recognition molecule into the specific cloning site of be done. By variously changing the carboxyl terminus of the PE molecule, cytotoxic effects can be achieved. It has also been disclosed to enhance the efficacy of the drug.

手 続 補 正 書 平成 4年 lO月^7日囚Handbook Supplementary Book 1992 10 month 7 days prisoner

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.シュードモナスエキソトキシン(PE)のカルボキシル末端のドメインII Iに挿入された第一認識分子を有し、得られたPEが認識分子によって認識され る標的細胞に対して選択的細胞障害作用を示すことを特徴とする、細胞障害性組 み換えシュードモナスエキソトキシン。1. Carboxyl-terminal domain II of Pseudomonas exotoxin (PE) has a first recognition molecule inserted into I, and the resulting PE is recognized by the recognition molecule. A cytotoxic group characterized by showing a selective cytotoxic effect on target cells. Recombinant Pseudomonas exotoxin. 2.第二認識分子が前記カルボキシル末端以外の領域に挿入されている、請求項 1に記載のPE。2. Claim wherein the second recognition molecule is inserted in a region other than the carboxyl terminus. PE according to 1. 3.前記第一認識分子と前記第二認識分子が同一又は異種である、請求項2に記 載のPE。3. 3. The method according to claim 2, wherein the first recognition molecule and the second recognition molecule are the same or different. PE listed. 4.前記認識分子が前記標的細胞を認識する抗体又は抗体の一部分である、請求 項1に記載のPE。4. Claim wherein the recognition molecule is an antibody or a portion of an antibody that recognizes the target cell. PE according to item 1. 5.前記認識分子が、成長因子、リンホカイン、サイトカイン及びホルモンから なる群から選択されるものである、請求項1に記載のPE。5. The recognition molecules may be selected from growth factors, lymphokines, cytokines and hormones. PE according to claim 1, which is selected from the group consisting of: 6.前記認識分子がアミノ酸607の後に挿入されている、請求項1に記載のP E。6. P according to claim 1, wherein the recognition molecule is inserted after amino acid 607. E. 7.前記カルボキシル末端が、位置607のインサーションと位置608〜61 3の欠失に続いて最後の10個のアミノ酸残基のみを有する、請求項1に記載の PE。7. The carboxyl terminus is inserted into positions 607 and 608-61. 2, having only the last 10 amino acid residues following a deletion of 3. P.E. 8.残基608の後のアミノ酸が、細胞障害性配列KEDL、RDEL又はそれ の反復を含んでなるものである、請求項1に記載のPE。8. The amino acids after residue 608 are the cytotoxic sequence KEDL, RDEL or PE according to claim 1, comprising repeats of. 9.残基608の後のアミノ酸が、細胞障害性配列KDELKDELを含んでな るものである、請求項8に記載のPE。9. The amino acids after residue 608 do not contain the cytotoxic sequence KDELKDEL. 9. The PE according to claim 8. 10.残基608の後の細胞障害性配列がKDELKDELKDELである、請 求項8に記載のPE。10. The cytotoxic sequence after residue 608 is KDELKDELKDEL. PE according to claim 8. 11.反復細胞障害性配列が、反復配列のない分子と比較して細胞障害作用が増 強されたrPE分子を生じる、請求項8に記載のPE。11. Repeated cytotoxic sequences have an increased cytotoxic effect compared to molecules without repeats. 9. PE according to claim 8, resulting in a strengthened rPE molecule. 12.細胞障害作用を生じる量の請求項1に記載のPEと、薬学的に許容される 担体とを含んでなる、組成物。12. PE according to claim 1 in an amount that produces a cytotoxic effect, and a pharmaceutically acceptable A composition comprising a carrier. 13.死滅させるべき標的細胞と、細胞障害作用をし生じる量の請求項1に記載 のPEとを接触させることを含んでなる、標的細胞を死滅させる方法。13. The target cells to be killed and the amount that causes a cytotoxic effect according to claim 1. A method of killing a target cell, the method comprising contacting a PE with a PE. 14.PE分子のカルボキシル末端の少なくともドメインIIIに第一標的特異 的認識分子を挿入することを含んでなる、標的特異的細胞障害性PE分子の製造 方法。14. The first target is specific to at least domain III of the carboxyl terminus of the PE molecule. Production of a target-specific cytotoxic PE molecule comprising inserting a target recognition molecule Method. 15.位置608の後のアミノ酸残基を、配列KDELかその反復配列で置換す る工程をさらに含んでなる、請求項14に記載の方法。15. Replace the amino acid residue after position 608 with the sequence KDEL or its repeats. 15. The method of claim 14, further comprising the step of: 16.PE分子の前記カルボキシル末端以外の領域に第二認識分子を挿入する工 程をさらに含んでなる、請求項15に記載の方法。16. A process for inserting a second recognition molecule into a region other than the carboxyl terminal of the PE molecule 16. The method of claim 15, further comprising the steps of: 17.前記第二認識分子が、第一認識分子と同一又は異種である、請求項16に 記載の方法。17. 17. The second recognition molecule is the same as or different from the first recognition molecule. Method described. 18.前記第二認識分子がPE分子のアミノ末端に挿入される、請求項17に記 載の方法。18. 18. The second recognition molecule is inserted at the amino terminus of the PE molecule. How to put it on.
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