JPH05503420A - キメラタンパク質 - Google Patents

キメラタンパク質

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JPH05503420A
JPH05503420A JP3501085A JP50108591A JPH05503420A JP H05503420 A JPH05503420 A JP H05503420A JP 3501085 A JP3501085 A JP 3501085A JP 50108591 A JP50108591 A JP 50108591A JP H05503420 A JPH05503420 A JP H05503420A
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ダーツボー,マーク ティー.
マクリナ,フランシス エル.
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センター フォー イノベイティブ テクノロジー
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 キメラタンパク質 腸及び口腔の粘膜表層は、病原性の細菌、菌類、ウィルス及び原生動物を含む多 数の生物に常にさらされている。多数の0れらの病原体は宿主への主たる入口と してこの粘膜を利用し、これに基づいて全身性免疫がこの因子を排除する。その 他の病原体は病原性となりつるためにこの粘膜に侵入する必要はなく、そして全 身性免疫はこのようなケースにおいては有効とならない。粘膜関連リンパ組織( MALT)はおそらくこの宿主の外表面を保護するために必要な応答において発 生するのであろう。一般の粘膜免疫系の概念は比較的新しい(McGhee a nd Michalek、 1981) oこれらの部位での免疫性の主な形は 二量体の分泌型I gA (s I gA)である。
背景技術 分泌型IgAは粘膜への病原体の吸着の防止、ウィルスの中和及び毒素の不活性 化が可能である(Tomasi、 1984)。腸における免疫応答の誘発は離 れている粘膜の部位、例えば肺、口腔及び泌尿生殖器管に分泌型免疫を授ける。
抗原−刺激リンパ球はリンパ液によって腸からこれらの部位へと分散され、ここ でそれらは機能的なエフェクター細胞へと成熟する(McGhee and 1 Jichalek、1981) 。
経口免疫によるMALTの刺激の試みは限られた効果を有していた。これはある 程度寛容誘導に、即ち、抗原への暴露に基づいて発生する特異的な免疫の非応答 性の状態に起因する。寛容の発生は抗原、投与量、暴露の長さ、免疫化のルート 及び宿主の遺伝的な背景に基づ< (Webb and Winkelstei n。
1984)。
経口寛容の状態はMATLに提供される多数の抗原を発生せしめる(Chall acombe and Tomasi、 1980 ; Na5sal、 19 83)。
この現象は日常暴露される食品および通常の微生物植物由来の無害な抗原の大量 負荷に対する応答に由来する、免疫系の阻止のための自然なメカニズムであると 考えられている。
s1gA応答は全身性免疫の非存在下において起こるものとはじめ考えられてお り、そしてこれは一定の抗原により観察される (Suzukiら、1986) 。しかしながら、近年の研究は全身寛容を引き起こす抗原、キーホール リンペ ット ヘモシアニン(keyhole Iimpet hemocyanin  : K L H)も分泌型因子において寛容性を誘発することが示された(El son and Ealding、 1984b)。その他のデーターは、sl gA及びIgG応答が同格の遺伝的コントコール下にあり、そしてバイアー(p eyer)斑はIgG及びIgA両者を生産するB細胞を含むことを示す(El son and Ealding、 1984a)。従って、経口投与されるほ とんどの抗原はおそらく分泌型及び全身性免疫因子の両者における寛容性をもた らすであろう。経口寛容の発生はサプレッサー及び反サプレッサー細胞の制御コ ントロール下にあると考えられる(Greenら、1982 ; R4chma nら、1978)。
このようなケースにおいてはほとんどの抗原は寛容性を誘発せしめるが、病原体 、例えばポリオウィルス(Tomasi、 1984)及びビブリオコレラ(L ycke and Holmgren、 1987)i:対する単独免疫を授け る経口免疫の例もある。
一定の不備康状態は治療を必要とするか、又は分泌型免疫応答による補助を必要 とするであろう。しかしながら経口サブユニットワクチンの作成の試みは限界を 有する有効性を有し、これは主としてこのルートにより提供される多数のタンパ ク質抗原の適切な抗体応答の刺激の不成功に基づ< (Chaffacombe  and Tomasi、1980 ; Crabbeら、 1969 ; P ierce andGowan、 1975)。コレラ毒素(CT)は特別であ り、その理由はこれは経口的に付与される場合に強い免疫応答を誘発せしめる少 数のタンパク質のうちの1つであるからである(Pierceand Gowa n、 1975)。−緒に供給せしめる場合、CTはその他のタンパク質であっ て経口投与した場合に通常免疫原とならないもハンめのアジュバントとして働く ことが示されている。
(Lycke and Holmgren、1986. Liangら、198 8 ; Nedrudら、1987)。実際、ElsonとEalding(1 984b)は、キーホール リンペット ヘモシアニン(K L H)に対する 寛容性を除去することが、CTと混合せしめたこの抗原を与えたマウスにおいて 可能であった。このことはこの抗原に対するsIgA及び血清1gG両者の生産 をもたらした。これらのケースにおけるCTの役割は、はとんどのキャリアータ ンパク質のように単にその免疫原量を高めることよりも優れているようであるが 、この作用のメカニズムはよく分っていない。
CTは腸内病原体ビブリオ コレラ(Vibrio Cholerae) ニよ り生産され、そしてこれは2個のサブユニットより成る。
毒素原Aサブユニットは真核細胞アデニレート シクラーゼのADP−リボシル 化に重要である。この改質はcAMP活性を高め、コレラを有す患者において見 られる下痢及び体液のロスをもたらす(Betleyら、1986)。コレラ毒 素のBサブユニット(CTB)は11.6 kDalの5個の同一のサブユニッ トが非共有結合において一緒に結合し合っているものより成る(Gil!、 1 976)。このCTB S量体はモノシアロガングリオシドG M (Cuat recasas、 1973)に結合し、これはこのタンパク質の天然のリガン ドとなりうるものであろう。このガングリオシドは腸内上皮細胞の表層上に豊富 に見られ、そしてこれはおそらくこのm胞へのAサブユニットの侵入を促進せし めるものであろう。
CTBは無毒であるにもかかわらず、これは経口投与された場合に免疫原となる (Lycke and HoImgren、 1987)。これは化学的に作製 される粘膜ワクチンのためのキャリアーとして、ホロトキシンの代りにCTBを 利用する試みを助成する。Be5senとFischetti(1988)は、 CTBとコンジュゲートせしめたストレプトコッカスMタンパク質由来のエピト ープより経鼻内的に免疫化したマウスにおける予防的免疫を誘発せしめている。
いくつかの研究は、CTBが抗原のための単なるキャリアー以上に働くことがで きることを示唆している(Mckenzie and Halsey、 198 4 : Tamuraら、1988) 、更にこれをCTBとコンジュゲートせ しめることにより抗原の免疫性を更に高めることが可能でありうる。Mcken zieとHalsey(1984)による研究において、経口寛容原西洋ワサビ ペルオキシダーゼ(HRP)にCTBを共育結合せしめるためにグルタルアルデ ヒドを用いている。このコンジュゲートをマウスに付与せしめた場合、この2種 類のタンパク質を混合物として付与せしめることにより見い出せるよりも有意に 高いレベルにて、srgAはこの両者の抗原に対して存在していた。ところで、 これは他者により報告される結果(Lycke and HoImgren、  1986)×と対立している。Llangら(1988)は、センダイウィルス とコンジュゲートせしめた場合のCTBについてのアジュバント効果を実証する ことができなかった。
化学コンジュゲーシヨンに対する選択方法として、遺伝子融合の利用の試みが報 告されている。このような報告において、つ食原性(cariogenic)細 菌、ストレプトコッカス ミュータンズ(Streptococcus mut ans)により生産されるグルコシルトランスフェラーゼB酵素(G t f  B)の大部分及びCTBを含むキメラタンパク質を製造する遺伝子融合ベクター が報告されている。(Dertzbaugh and Macrina、 19 87)。しかしなから、このキメラはCTBの構造か変化しており、その理由は 、粘膜のモノシアロガングリオシドG M +へのCTBの結合能力は悪い影響 を及ぼすからである。従って、この作製体はワクチンとしての利用に適さない。
歯のカリエスは一般にスクロースを食事の一部として取る人々において発生する 。歯のカリエスの発生率は一般の人々において減少しているにもかかわらず、こ れは未だ人類の間に広がっている疾患である。例えば米国において1984年に 240億ドル以上がカリエス部の治療のために使われた(Loesche、 1 986)。より良い口腔衛生は疾患の程度を下げるか、しかし口腔衛生単独では この疾患をなくすことはできない。歯の表面の構造は溝を有し、ここでS、ミュ ータンズはよい衛生状態によっても堆積し易く、そしてカリエスを生じせしめる 。更に歯の適切な機械的壊死組織除去は大変であり、その結果多くの人々は彼ら の歯を適切に清浄化していない。
一般に、歯のカリエスの問題に対する唯一の頼みはその損傷をそれが生じた後に 治療することである。より魅力的な手法はカリエス部の発生を予防することであ る。これを成し遂げる方法はS、ミュータンズによる歯の表面でのコロニー形成 の予防である。
歯の表面のコロニー形成の予防のための1つの方法はS。
ている。初期のワクチンは完全細胞より成り、そしてこれはいくつかのケースに おいてコロニー形成及びカリエス形成を引き下げることを見い出している(Gr egory and Filler、 1987 ; Michalekら、1 983 ; Ru5sellら、1980) 、しかしながら、S、ミュータン ズの表層抗原はヒトの心臓組織と交差反応することがわかり、そしてこのことは 安全性の理由によりこの完全細胞ワクチンの利用をはばんだCAVakaWaら 、1985 ; Ayakawaら、1988 : Hughesら、1980 ) 、この理由により、近年の仕事はS、ミュータンズの精製成分を利用するサ ブユニットワクチンの開発に向けられている。
現在、S、ミュータンズの2種類の成分がサブユニットワされ、そしてそれぞれ 抗原I / II (Russell and Lehner、 1978)又 はS p a A (Holtら、1982)と称されている。この精製タンパ ク質によるワクチン化はサルにおいてコロニー形成及び歯のカリエスを引き下げ ることが示され(Lehnerら、1980 ;Lehnerら、1981)  、そしてこれは心臓の交差反応性抗体を誘発せしめないことがわかっている(B ergmeier and Lehner、 1983)。この抗体応答誘発は 主に歯茎の裂目の流体の中への漏出を介して口腔に到達する血清1gGであると 報告されている。ところで、免疫化はヒトへの利用に実用的でないアジュバント を用いて行われる。更に、抗原I/Inによる非経口免疫化はこれらの動物にお いて有意なsIgA応答を誘発せしめなかった。これは驚くべきことであり、分 泌型免疫は発生のために局部刺激を必要とすることが考えられる。サブユニット ワクチンにおける利用のために評価されているその他タンパク質のグループはグ ルコシルトランスフェラーゼである。
これらの酵素はスクロースからのグルカンの形成を触媒し、そしてこのようなポ リマーはS、ミュータンズの歯の表層への吸着を中介する。げ歯頚を免疫化せし めるための酵素調製品が経口的(Smithら、1987 ; Sm1thら、 1979)及び非経口的(Bahnら、1977)の両方で用いられている。こ れらのタンパク質によるワクチン化はこれらの動物におけるコロニー形成及び歯 のカリエス形成も予防した。経口免疫の利点はこれらの研究により実証されてお り、その理由はsIgA及び血清IgGの両者ともグルコシルトランスフェラー ゼを誘発せしめたからである。このワクチン化ルートは全身性及び分泌型の抗体 の両者を授け、この両者はS、ミュータンズに対する宿主の防御に役立つことが できる。しかしながら、これらの研究はS、ミュータンズに対する経口ワクチン による一般的な問題、特に高いレベルの抗体を誘発且つ維持するため、これらの 動物は長期間にわたり繰り返し免疫化される必要があ 。
ることを示している。
一般に、これらの実験は、S、ミュータンズの可溶性抗原による経口ワクチン化 がコロニー形成及びカリエス形成の有効な予防方法であることを示した。しかし ながら、分泌型免疫系の固有なる性質に基づき、抗体の予防的なレベルを維持す るために利用するワクチンはブースター免疫化の繰り返しを必要とする。経ロア シュバントの利用はこのようなワクチン成分の免疫応答を改善せしめつる。
本発明者は驚くべきことに、CTBのN末端に融合せしめた場合のエピトープの みより成るペプチド配列は抗体応答を発明の開示内容 本発明の目的は分泌型免疫及び全身性免疫応答の両者を誘発せしめ、これにより 宿主がsIgA及びIgGを生産することができる経口ワクチンの提供にある。
本発明の他の目的は、組換DNA法により作られうるメ宿主に対して無毒なキメ ラタンパク質の提供にある。
更に本発明の他の目的は、万能ワクチンキャリアーであって、いかなる数の抗原 又はエピトープとキメラペプチドを形成するために融合することができるものの 提供にあり、このキメラペプチドを宿主に経口投与せしめた場合、特異的な抗原 又はエピトープに応答性の分泌型免疫を誘導せしめることができる。
更に他の目的は、有効な経口ワクチン組成物のための組換方法、ベクター及びペ プチドを生産する宿主生物の提供にある。
これらの目的及びその他の目的は、コレラ毒素のBサブユしている所望の抗原の エピトープ領域を含むキメラペプチドの提供により成し遂げられる。このエピト ープ領域は所望のペプチドの抗原決定基を含む。このようなキメラペプチドはあ る好ましい態様に従って経口ワクチンのために利用でき、ここで該コレラ毒素の Bサブユニットに融合しているエピトープは免疫応答を発生せしめ、対象のペプ チドに対して特異的な抗体を生産せしめる。キメラペプチドを生産せしめるため の組換方法、並びにこのような組換方法において利用されるDNA配列、ベクタ ー及び宿主も提供する。
本発明の好ましい一定の態様に関するその他の好都合な特徴に従い、該G、t  f Bペプチドのエピトープを該cTBペプチドに融合せしめ、歯のカリエスの 予防のための経口ワクチンを提供する。
以上の一般的な説明及び以下の詳細なる説明の両者は例示にすぎず、従って本発 明の範囲を限定するものではない。添付した図面は明細書と共に本発明の種々の 態様を示し、本発明の詳細な説明する。
図面の簡単な説明 図1.ctxB融合ベクターの作製。ctxB遺伝子(影付領域)を含むプラス ミドpVA1662をEcoRI及びNdeIにより切断し、この遺伝子の5′ 末端を削除せしめた。この末端に適合する合成リンカ−を挿入及びリゲートせし め、示した融合ベクターを作り上げた。
図2.pVA1555の作製。ストレプトコツカスミュータンズのgt fB遺 伝子の不完全(truncated)領域をコードする1、9kbのインサート (点刻領域)を含むプラスミドpHK7を、ctxB遺伝子(影付領域)の上流 にPstl−EcoRIフラグメントとしてpVA1542に挿入せしめた。
得られるプラスミド、pVA1555はE、コリ (E、colj)において5 8kDalのgt fBご:ctxB融合タンパク質を発現する。
図3.pVA1782の作製。プラスミドpVA1542は、タンパク質のリー ダー配列の最初の17個のアミノ酸をコードするDNAを欠失している、ビブリ オ コレラのctxB遺伝子のプロモーターレスバージョン(点刻領域)を含む 。gtfB、1をコードする合成オリゴヌクレオチド(ベタ塗り領域)をpVA 1542の中にEcoRI −Nd e 1フラグメントとして挿入せしめてp VA1599を作り上げた。得られるgtfB、1::ctxB遺伝子融合体は 、所望するならばEcoRI−BamHIフラグメントとして多数の発現ベクタ ーの中に容易に挿入せしめることができる。分泌型ベクターpINm ompA 2は、誘発性1acプロモーターのコントロール下にある、ompAのリーダー 配列るリプレッサーによりI PTGによって誘発される迄阻害される。gtf B、1・:ctxB遺伝子のこのベクターへの挿入は、I PTGによる誘発に 基づいて14.4 kDalのキメラタンパク質の発現をもたらす。
図4.融合ベクターのリンカ−配列。これらのオリゴヌクレオチドをgtfBと ctxBの間の翻訳ジャンクションとして用いた。各リンカ−の上の数字は、こ の配列を含むプラスミドベクターを示す。ボールド体の活字はこの合成リンカ− により実際にフード化される配列に相当する。重要な制限エンドヌクレアーゼ部 位を各リンカ−の上に示し二アミノ酸配列は各リンカ−の下に示した。
図5.gtfB、1ペプチドの配列。親水性のプロットはう倉庫性細菌、ストレ プトコッカスミュータンズのグルコシルトランスフェラーゼB酵素の領域につい て示す。ペプチドgtfB、lに相当するアミノ酸残基345−359をコード する領域を黒色で示す。gtfB、lペプチド(濃い領域)をE、コリのomp A遺伝子に関するリーダー配列とコレラ毒素のBサブユニット遺伝子(ctxB )との間に挿入した。
ompAのための切断部位を矢印で示す。このアミノ酸配列に関する数字は、成 熟した、分泌型のキメラタンパク質の残基数に対応する。対応するDNA配列を 、重要な制限部位と共に上方に記載した。ボールド字体は遺伝子融合体の作製の ために用いた合成オリゴヌクレオチドによりコードされる配列である。
図69円二色性によるCTB及び該キメラの分析。平均残基楕円率(Mean  residue allipticity : MRE)をdeg cm2/n 。
Ieで表わした。このキメラのオリゴマー状態の最小値(点線)は天然のCTB  (実線)に対してシフトしており、ある程度の相違を示唆した。しかしながら 、モノマーのスペクトル(破線)はこのオリゴマー及びCTBの両者から有意に 相違していた。
図7.該キメラの抗原性。タンパク質サンプルを10%の5DS−PAGEによ り分画せしめ、そしてニトロセルロースシートに電気泳動的に移した。複製プロ ットをCTB、GtfB又はキメラのいづれかに対する抗血清によりプローブせ しめた。矢印は対象の免疫反応性タンパク質を示す。レーンlはS、ミュータン グG5−5由来の細胞外タンパク質。
VI792キメラ:レーン3.CTBを示す。
図8 酵素阻害。反応速度。全グルカン合成を経時的(時間)に測定した。この 酵素を反応混合物に加える前にPBS(コントロール)、正常ウサギ血清(N、 R,S、)、抗−GtfB血清、又は抗−キメラ血清のいづれかと、ブレインキ ュベーションした。全てのサンプリングはトリプリケートで行った。
図9.グルカン合成の特異的阻害。PBS (コントロール)、抗−GtfB又 は抗−キメラ血清のいづれかとブレインキュベートせしめたタンパク質サンプル を特異的グルカン合成についてアッセイした。反応は活性を測定する前に37° Cで8時間行った。このサンプルを全グルカン及び水不溶性グルカンの両者につ いてトリプリケートにおいてアッセイした。全グルカンはメタノールで沈殿せし めた。水不溶性グルカンは脱イオン水で沈殿せしめた。生産される水溶性グルカ ンの量は、全グルカンから不溶性のグルカンを差し引くことにより測定された。
各アッセイにおけるサンプルの活性はコントロールと対比して測定した。コント ロールの活性を100%に標準化せしめた。
図10.フルクタン合成の阻害。S、ミュータングG5−5由来の細胞外タンパ ク質をPBS (コントロール)、正常ウサギ血清(N、R,S、)、抗−Gt  fB血清又は抗−キメラ血清のいづれかと、37°Cで1時間ブレインキュベ ートした。このサンプルを、”C−(fru)−スクロースを含む基質中におい て37°Cで8時間インキュベートした。全フルクタン合成を、メタノール中に おいてポリマーを沈殿せしめることにより測定した。
発明の実施のための最良方法 本発明の好ましい態様を、本発明の詳細な説明するために提供する以降の実施例 と一緒に詳しく説明する。本明細書に用いるアミノ酸の略語は一般的であり、そ して例えば5tryer。
Biochemistry 第2版、W、 H,Freeman and Co mpany (1981)に定義されている。本発明に包含されるワクチンはあ らゆる生体のために用いることができ、そして「対象体」なる語はヒト又はヒト 以外のあらゆる動物を定義するために用いる。
本明細書に記載する全ての参照文献は本明細書に参照文献として組入れている。
本発明は、組換DNA技術を利用することによって宿主の中にトラA エクトせ しめることができるプラスミドを作製し、モしてCTBのN末端に融合している 対象のペプチドのエピトープを含む免疫学的に活性なキメラペプチドを発現せし めることを示す。CTHに融合している比較的サイズの小さいエピトープアミノ 酸配列は、CTBの構造又は機能が変化しつる機会を引き下げる。CTBに融合 する比較的大きいペプチドは粘膜組織に対するCTBの結合性に悪影響を及ぼす 傾向にある。このような変化は、分泌型免疫応答の誘発のためのキメラCTBペ プチドの能力に悪影響を及ぼす。本発明者は驚くべきことに、CTBに融合して いるエピトープと同じぐらいの小さいペプチドは所望の免疫応答を誘発せしめる ことを示した。
本発明における定義として、エピトープは以下の特徴を有すべきである。エピト ープは抗原決定基、又はイムノグロブリン分子の抗原結合部位と分子相補によっ て相互作用する抗原分子の領域として定義する。エピトープは免疫応答を誘発す ることかできる抗原分子全体の個々の部分である。本発明における定義として、 該エピトープはそれ自体によって免疫応答を事実上誘発せしめる必要はなく、し かしながら0のエピトープかCTBと融合している際に抗原に対する抗体を発生 せしめるための適切な相互作用をもたらす抗原の特定領域を含むべきである。更 に、本発明に関するエピトープは、こるべきである。本発明に関するエピトープ がCTB相互作用を妨害しないことを確実にするため、このエピトープは1゜0 個分のアミノ酸の長さ以上でなく、且つサイズにおいて11 kDalJ2/上 でないべきである。一定の好ましい態様に従い、本発明に関するエピトープは約 10〜30個分のアミノ酸の長さ又は15〜20個分のアミノ酸の長さの範囲に ある。
当業者がどのようにして抗原分子のエピトープを探すかの標準的な方法は存在し ている。タンパク質のエピトープ又は抗体結合部位は、親水性領域(Hopp  and Woods、 1981 ; Lern覗er、 1982;及びTa mura、 1983)、並びに部分移動性の高い領域又はランダムコイル領域 (Geysenら、1987 ;及びWesthofつf、 1984)に関連 する。高い部分移動性はペプチドの二次構造の高い構成率の欠如により特徴付け られる。このような特性「 を有するドメインはタンパク質の表面側におそらく 位置し、ど ここでそれらは抗体と接することができ、そして順応性の高し い 二次構造を有するであろう。これによってそれらは予め存在している抗体特異性 か授けられている。エピトープはこれJ らの予測の特徴を有する。
これらの特性を有するタンパク質のドメインに対応するオリゴヌクレオチドを合 成することによって抗体結合部位又はエピトープは同定されることができる。有 用なアルゴリズム、例えばBECMAN rNsTRUMENTs、 Pa1o  Alto、 Ca1iforniaがらのMICROGENIEとして知られ るソフトウェア−プログラムに含まれているものは、エピトープ領域の探究に役 立つであろう。
第1に、タンパク質の親水性領域はHoppとWoods (1983)のアル ゴリズムを用いて決定できる。この領域の二次構造予測も、Garnieら(1 978)のアルゴリズムを用いることによりできる。
高い部分移動性及び親水性の両者を有するものとして同定されるドメインは、こ れらが抗原決定基又はエピトープを含んで成る領域であることを確実とするため にスクリーンされつる。本発明の方法に従うことにより、このような領域はタン パク質をペプチドへと分断せしめ、対象の推定のエピトープを含むペプチドを単 離せしめ、そして対象のタンパク質に対する抗血清とのその反応性を調べること によってスクリーンされつる。他方、CTBに融合すべきスクリーンせしめた領 域を含むキメラペプチドを生産する発現ベクターを作り、そしてこのようなペプ チドが対象のタンパク質に対して特異的な抗体を発生せしめるかどうかを調べる ためにこのキメラペプチドを試験することができる。
以下は経口ワクチンとして利用するため、CTBと融合するために利用できる一 定のペプチドの一部のリストである。
リストしたペプチドは関連の疾患の症状を引き下げる及び/又はなくす免疫応答 を誘発せしめるものとして知られる。
このようなペプチドは、経口ワクチンを形成するために本明細書に詳細の通りに CTBと融合することができる。
ウィルスコートタンく々り質I(VPI)の141−158及び200−213 の残基は、家畜の疾患の原因である、足及び口の疾患ウィルスのカウフビューレ ン(Kaufbeuren)株に由来する(DjMarchi、ら、5cien ce 232 ; 639−6411986)。
咽頭炎の原因であるストレプトコッカス(Streptococci)のグルー プAのMタンパク質の保存領域(残基216−235.248−269゜275 −284)(Bessen and Fischetti、 Infect、  Immun、 56:2666−2672、1988)。マラリアの原因因子で ある、プラスモジウムフフルシパルムCPIasrnodjutn falci parum)の外周のスポ。
ゾイト(circumsporozoite)タンパク質。保存テトラペプチド 領域(Asn−Ala−Asn−Pro) CQueら、Infect、In+ mun、56:2645−2694、1988)。抗受精ワクチン(anti− fertility vaccine)として利用するゴナドトロピンのサブユ ニット (Alamら、vaccine 7:129−131.1989)。B 型肝炎ウィルスの表層タンパク質のpreS2領域全体をコードする合成ペプチ ド(Eminiら、J。
Med、 Virol、 28ニア−12,1989) 、リフトバレー(Ri ft Va!IB)フィーバ−ウィルスのMゲノムセグメント (Schma  l johnら、Virol、 170:184−192) 、ヘモフィルス  インフルエンザ(Haemophilus 1nfluenza)のピリンサブ ユニット(Brintonら、Pediatrc、 Infec、 Dis、  8: (補) 551−61) 。新生小林におけるエンテロトキシン大腸菌の 線毛(fimbrial)サブユニット(Greenwoodら、Vaccin e 6:389−392.1988)。シュードモナスアエルギノーザ(Pse udomonas aeruginosa)エキソトキシンAの活性部位残基( Lukacら、Infect、 (mmun、 56:3095−3098゜1 988)。抗体の中和を誘発するロータウィルスのVP3タンパク質の切断領域 に相当するペプチド(Streckertら、J、 Virof、 62:42 65−4269.1988)。
下記のその他の一部のリストは、経口ワクチンを提供するためにCTBと融合で きるエピトープを含む抗原を更に含んでいる。下記のリストのエピトープは特徴 付けしていないが、当業者は本明細書に詳細の方法を用いてこれらの領域を決定 することができるであろう。この方法は、親水であり且つ高い部分的移動性を有 す領域を探すためのアルゴリズムの利用、本発明に従うプラスミドによるキメラ タンパク質の製造及びそれらのキメラタンパク質に関する免疫応答を誘発せしめ る能力についてのスクリーニングを含むが、それらに限定されない。他方、アル ゴリズム法により同定されるペプチドフラグメントは、本キメラペプチド、経口 ワクチンに利用するための適切なエピトープに関するスクリーニングのため、対 象のタンパク質に対する抗血清との交差反応について試験するット)及び/又は B(結合性サブユニット) (Greenfiedら、Proc、、 Natl 、 Acad、 Sci、 80:6853−6857 (1983))。百日 咳の原因である、ボーデテラ パーツシス (Bordetella pert us旦す由来の百日咳毒素サブユニットA(毒性サブユニット)及び/又はB( 結合性サブユニット)。Blackら、5cience240:656−659  (1988)。歯のカリエスの原因因子である、ストレプトコッカス ミュー タンズ由来の表層タンパク質抗原5paAo歯のカリエスの原因因子である、ス トレプトコッカス ミュータンズにより生産されるグリコジルトランスフェラー ゼC酵素、gtfC,歯のカリエスの原因因子である、ストレプトコッカス ミ ュータンズにより生産されるフルクトシルトランスフェラーゼ酵素、ftf0歯 周炎に関連する形成の初期段階において含まれる細菌、ストレプトコッヵスサン ギス (Streptococcus sanguis)の線毛サブユニット■ 型(吸着性タンパク質)。破傷風の原因因子であるクロストある、インフルエン ザ ウィルスの血球凝集素(HA)抗原(Tamuraら、Vaccine 6 :409−413 (1988)。ヒツジの踵間腐らん(foot rot)の 原因因子であるバクテロイデス ノドサス(Bacteroides nodo sus)のピリンサブユニット。性器のいぼの原因因子であるヒト乳頭腫(パピ ローマ)ウィルスの表層抗原。ヘルペス単純ウィルスのエンベロープタンパク質 。黒色腫及び腫瘍における腫瘍関連抗原。淋病の原因因子であるナイセリア ゴ ルア(Neiserria gonorrheae)の血清及びピリン混濁タン パク質。人類における下痢の原因因子であるジアリダ ランプリア (Giar ida lamblia)の表層タンパク質。デング熱■ウィルス構造タンパク 質(Brayら、Virol、 63:2853−2858 (1988)。牛 皮ウィルスのFタンパク質(Barrettら、Virol 170:184− 192 (1989)。シスチソマ マンソニ(Schistisoma ma nsoni)のP2B抗原(No Iowazukら、J、 Immt+r+o f、142:1342−1350 (1989)。鳥類インフルエンザ ウィル ス血球凝集素抗原。ニワトリにおけるコクシジウム症の原因因子である、エイメ リア アセルブリナ(Bimeria acervulina)のメロゾイト抗 原(Kimら、Infect−1mmun、 57:2434−40 (198 9)。
キメラペプチドを作るための融合ベクターの有用性は、CTB及びS、ミュータ ンズ由来のGTFタンパク質の一部を含むV1555キメラタンパク質の、本発 明に従う作製により実証される。合成オリゴヌクレオチドリンカーを利用するC TB融合ベクターの作製は、ワクチンとして利用するためのキメラタンパク質の 製造の実用的な方法であるとここで示される。合成リンカ−の利用は、任意の長 さ、耐久性及び組成のスペーサーをこのキメラの2つのドメインの間に挿入する 好適な方法を提供する。以降の実施例はS、ミュータンズ由来のDNA配列を用 いる遺伝子融合の作製のためのベクターの利用を示す。しかしながら、このベク ターは同様にその他のDNAに対する融合体を作るためにも利用できる。
抗原又はエピトープをコードするDNA配列がわかったなら、免疫学的に重要な ドメインを特定するオリゴヌクレオチドを合成しそしてこのベクターの中に挿入 する。このようなペプチド配列の利用は免疫応答の特異性を高め、そしてその免 疫性に影響を及ぼすことがありうるCTBにおける構造変化を最小にする。
理想的な融合ベクターは誘発プロモーター及びリポソーム結合部位、それに続く ポリリンカークローニング部位及びCtxB遺伝子を含むであろう。この作製体 はほとんど全てのDNA配列がその中に挿入され、そしてCTB融合タンパク質 を発現せしめることを可能とするであろう。
VI555キメラタンパク質はCTBとの遺伝子融合体の作製を可能とするが、 このタンパク質の有用性に影響を及ぼすいくつかの問題かある。第1に、ノムノ ブロツティング分析は58および72kDalの2つの主たる物質の存在を、ヌ クレオチド配列データーにより予測される58kDalのタンパク質の代りに示 した。十分なるDNAか、このようなサイズのタンパク質をコードするために、 gtfBについての開始コドンの上流に見い出せる。E、コリにより認識される 、不完全gtfB遺伝子をコードするDNAの中に更なる翻訳開始部位が存在す るのであろう。このことか58kDalのキメラと同一の配列を分ち合う大きめ のタンパク質の翻訳をもたらしたのであろう。この72kDalのタンパク質が 両方の抗血清と交差反応する事実はこの仮説を裏付けし、なぜならこれは58k Dalタンパク質と同一のエピトープを分かち合っているからである。更に、V l 619の細胞リゼートも更なる免疫反応性ポリペプチドであって、ヌクレオ チド配列データー(図5)から予測される46kDalのタンパク質より大きい ものを含んでいた。V1619は、pHK7を含み、且つ融合において利用した 不完全gtfB遺伝子を発現するE、コリ株である。第2に、gtfBのリーダ ー配列はE9 コリにおいて認識されず、このことは細胞質内にトラップされて いるタンパク質をもたらした。これはタンパク質の抽出を困難とし、そして除去 しなくてはならない更なる夾雑物の原因となる。
第3に、このタンパク質は細胞質から輸送されないため、これは細胞内プロテア ーゼによって分解される。得られる分解生成物はG M rアフィニティーカラ ムにおいて一緒に溶出され、従ってタンパク質の不均一な混合物であって互いか ら容易に分けることのできないものを提供する。第4に、46kDa1のGt  fB酸成分CTBへの付加は、GM、に関するV1555キメラの低められた親 和性に基づき、タンパク質の構造に影響すると考えられ。これは驚くべきことで はなく、その理由はGtfB成分はCTBの3倍の大きさであるからである。こ のような大きなタンパク質のCTBへの遺伝子的融合はその機能を妨害する、即 ち、CTBの予測のアジュバント特性に影響を及ぼしつるであろう。これらの理 由により、V1555キメラはワクチン研究に関して理想的なモデル系ではない ものと考えられる。
以上の欠点を解消するため、本発明者はV1782キメラを作製した。本発明者 は、V1555作製体より発現するものよりも小さいペプチドのCTBへの融合 は、タンパク質の構造及び機能においてそれらが有する作用をおそらく最小にす るであろうと考えた。更に、Gt fB酵素の予測の抗体結合部位がV1555 キメラの分解の結果として本発明者により同定された(実施例II (D)を参 照のこと)。しかしながら、この部位の正確な位置は不明であり、そしてこれは 分解生成物全体に対応するオリゴヌクレオチドを合成するには大きすぎた。
HoopとWoodsのアルゴリズム及びGarnierのアルゴリズムを含む 本明細書に詳細の方法に従い、親水性であり、且つ高い部分的移動性を有すタン パク質の領域が見い出せた。このエピトープは予測の特徴を有すことが確認でき た。
このような特性を有すGt fBのドメインに対応するオリゴヌクレオチドを合 成することにより、エピトープ(抗体結合部位)は同定される。CTBへのこの ペプチドの遺伝子的融合は、GtfBに対する抗血清によって非常によく認識さ れるキメラタンパク質の発現をもたらす。この技術は、その他の手段によって見 い出すことのできないその他の大きめのペプチドフラグメントの抗原ドメインの 同定に役立つことができる。
V1782キメラを作るために用いる分泌型ベクター系はCTBに融合している 小さなペプチドの作製及び発現の好都合な方法を提供する。これは誘発1acプ ロモーター及びこの融合タンパク質をE、コリのペリプラズムの中に分泌せしめ るシグナルペプチド配列を用いることにより初めの系を改ren、 1989) 。キメラの誘発プロモーター、例えばlacのフントロール下への配置は、I  PTGによる誘発に基づくタンパク質の過剰生産を可能とする。キメラをomp Aのペプチドリーダー配列に融合せしめることにより、このタンパク質はより容 易に単離且つ精製されるペリプラズムへ移送されることができる。N−末端配列 データーにより確認される通り、このompAリーダーはE、コリにより、たと えそれが異種のタンパク質と融合していても適切に認識される。ompAリーダ ーを用いる異種タンパク質の分泌は既に述べられている(Ghrayebら、1 984) 。ompAリーダーをキメラと融合せしめる手段のため、2個の付加 アミノ酸がE、コリによるプロセッシングに基づいてN末端にて残される。この ような付加残基はオリゴヌクレオチド位置特異的誘発により除去することかでき るが(Ghrayebら、1984) 、それらはキメラの抗原性又は構造に干 渉することはないようであり、従ってそれらは完全に残した。
ompAベクターを用いる又は用いずに、pVA1542゜pVA1543又は pVA1544において作製される、キメラペプチド融合体を発現せしめるため に用いることができるその他のベクターは、p K K 223−3 (J、  Brosius、 Gene27:151−160.1984)及びpET翻訳 ベクターを含む。この例は限定のつもりでなく、そしていかなる数のベクターも このキメラペプチドの発現のために利用できる。
本発明はタンパク質の構造に最小の影響を及ぼすことを伴う、CTHに融合する ことができるペプチドを示す。更に、各成分の抗原性を保持しているキメラが作 製でき、このことはサブユニットワクチンとしてのこれらタンパク質の利用にお いて重要である。オリゴマー化及びGM、に結合する能力は、このタンパク質が 腸内環境から選択されそしてバイアー環における免疫応答を誘発せしめることが できる可能性を示す。V1782キメラはこのような特性を、CTBの天然構造 と同程度に保持する。
まとめると、遺伝子融合によるCTBキメラの作製、発現及び精製のための完全 なシステムを提供する。このシステムを利用することにより、S、ミュータンズ のGtfB酵素の抗原性セグメントが同定され、そしてこれをCTBのN−末端 に遺伝子的に融合せしめる。このキメラタンパク質の構造は広範囲にわたり特徴 付けられ、そして15個のアミノ酸とCTBのN−末端に、このタンパク質の構 造又は生物活性に最小の効果を伴って付加することができることを示す。このキ メラタンパク質に対して発生せしめた抗血清は天然のGtfB酵素及びCTBを 認識する。更に、この抗血清はS ミ血清かS、ミュータンズにおける酵素活性 を阻害せしめることを示すことは初めてのケースであり、そしてこれは歯のカリ エスに対するサブユニットワクチンのための有用な手法でありうることが考えら れる。
本実施例はGt fBの一部とCTBの融合に関するが、本明細書に記載のCT Bベクターは有効な経口ワクチンの製造のために、いかなる数の適切なエピトー プ領域をCTBに融合させるために利用できる。更に、V1782により発現さ れるキメラペプチドに含まれるGt fBの特定の15個のアミノ酸配列は限定 の実例ではない。この15個のアミノ酸配列のいづれかの末端での伸長化又はG t fB配列におけるこのような配列のスパンのシフト化も含まれる。ワクチン 養生法に関し、抗原の異なる領域を含む異なるキメラペプチドの組合せを投与す ることも考えられる。
実施例 ■、材料と方法 A、酵素及び試薬 制限エンドヌクレアーゼ及びT4リガーゼ(400ユニット/ml)をNew  England Biolabs (Beverly、 MA)より購入した。
酵素反応はその製造者の仕様書に従って行った。5′末端標識キツトをBeth esda Re5earch Laboratories (Gaithers burg、 MD)より購入した。DNAポリメラーゼ■(フレノウフラグメン ト)及びdNTP混合物をInternational Biotechnol ogy、Inc (New Haven、 CT)より購入した。〔ガンマ−3 2P) dATP (4286Ci/mmol)及び14cmスクロースをNe w EngIand NucIear (Boston、 MA)より入手した 。イソプロピル−ベーター−D−ガラクトシド(IPTG)、CTB及びG M  +ガングリオシドをSigma Chemical Co、(st、 Lou is、Mo)より購入した。DEAE−デキストラン、T、。デキストラン及び (?77デツク、1.G−100をPharmacia (Plscatawa y、 NJ)より購入した。スフエロシル(Spherosil) X OC− 005を5upelco(Bellefonte、 PA)より購入した。ヤギ 抗−CTBをCalbiochem(LaJolla、 CA)より購入した。
ホスファターゼ標識第2抗体及びBCIP/NBT基質をKirkegoard  and Ferry Laboratories (Gaithersbur g、 MD)より購入した。
正常ウサギプール血清をFlow Laboratories(McClean  VA)より購入した。BCAアッセイ(Pierca Chemical C o ; Rockf。
rd、IL)を全タンパク質の定量のために用いた。銀染色キットをBio−R ad(Richmond、 CA)より購入し、そしてその製造者の指示の通り に用いた。
B、細菌及びプラスミド 本明細書に用いた細菌株及びプラスミドを表■に挙げる。
ビブリオ コレラのEI Tar株由来のctxB遺伝子のプロモーターレスバ ージョンを含むプラスミドpJBK30を、J。
B、 Kaper、 University of Maryland 5ch ool of Medicine。
Baltimore、 MD (Kaperら、1984)より入手した。プラ スミドpHK7は、H,K、 Kuramitsu、 Northwester n University。
Chicago、IL、より提供された。このプラスミドはS、ミュータンズG 5−5のgtf遺伝子のアミノ末端側の1/3をコードする (Aokiら、1 987) 、プラスミドDNAはSDS高塩溶塩溶解uerryら、1973)  、その後の色素−平衡密度遠心(We lchら、1979)により調製した 。E、コリHB 101をCaCl2−加熱ショック方法によってプラスミドD NAにより形質転換せしめた(Morrison、 1977)。この細胞を、 10mg/mlのカスアミノ酸(casamino acid)(Difco) 、20g/mIのロイシンとプロリン、及び2mg/mlのチアミンの添加され ているM−9培地(Miller、 1972)中において37°Cで増殖させ た。
V1555をO,D、660=0.6迄増殖させ、リン酸緩衝食塩水(P B  S、 pH7,3)中で2回洗浄し、その後フレンチプレッシャーセル(S L M Am1nco ; Urbana、iL)の中で溶解せしめた。利用する前 にこのリゼート品を遠心により清浄化せしめた。V1782の発酵スケール(f ermenter 5cale)増殖のため、lacプロモーターの誘発のため のImMのIPTGの添加前に、細胞をO,D、660=0.6迄増殖せしめた 。浸透圧ショックによるペリプラズム含有物の回収迄(Neuand Hepp al、 1965)この培養物を37°Cで更に2時間増殖させた。細胞を緩衝 化食塩水(30mMのNaC1,10mMのHEPES、pH7,3)中で25 °Cにて2回洗浄し、次1.:0.1容量の高張溶液(15%のスクロース、5 0mMのEDTA。
50mMのトリス、pH8,0>中で10分間再懸濁せしめた。この細胞をペレ ット状にし、そして1.0容量の冷い脱イオン水中で10分間懸濁せしめた。こ のショック液を遠心により細胞を透明化し、その後10倍濃度の洗浄緩衝液(1 0mMのNaPO,,200mMのNaC1,0,02%のN a N s 、 pH6゜8)0.1容量を用いてpH6,8に調整した。
C9酵素調製品 S、ミュータンズの細胞外タンパク質を以下の通りに得た。
G5−5株(BratthalセロタイプC)を31のトッド−へウィツト(T odd−Hewitt)培地の中で、非好気性条件のもとでOlD、660=0 .6迄増殖させた。この細胞を遠心により除去し、そして硫酸アンモニウムを6 0%飽和迄加えた。細胞外タンパク質を含む沈殿物を遠心により集め、300m 1のPBS(pH7,3)に再懸濁し、そしてPBSに対して3回透析した。こ の材料約30m1を小分けし、そして−70°Cで保存した。この材料を全ての 酵素アッセイのために用いた。残っているサンプルをPBS+6Mの尿素におい て希釈し、モしてYM−100限外濾過M(Amicon ; Danvers 、 MA)を通して限外濾過にかけた。透明状のサンプルを限外濾過により20 m1迄濃縮し、その後尿素を除去するためにPBS(pH7,3)中で透析した 。このサンプルを小分けし、そして−70’Cで保存した。この調製品をイムノ ブロッティングアッセイのコントロールとして利用した。
D、抗血清 S、ミュータンズのグルコシルトランスフェラーゼB酵素に対するウサギ抗血清 をH,K、 Kuramitsu、 Northwestern Univer sity、 Chicago、 ILより入手した。精製された、V1782キ メラタンパク質のモノマー型に対する抗血清を雌のニューシーラント白ウサギに おいて発生させた。1mgのタンパク質を完全フロインドアジュバント中に乳化 せしめ、そして動物の後肢に皮下注射した。3週間後、このウサギを不完全フロ インドアジュバント中に乳化せしめたタンパク質によりブーストにかけた。次に 1週間後、このウサギを採血した。
血清を集め、小分けし、そして−20°Cで保存した。
E、オリゴヌクレオチド オリゴヌクレオチド及びその相補鎖をアプライド バイオシステム(Appli ed Blasystevrs) 380シンセサイザーにおいて合成した。こ のリンカ−はキーセルゲル(Kieselgel) 60F2,4シリカゲルプ レート(Merck ; Darmstadt、 W、 Germany)上で 、1−プロパツール、水酸化アンモニウム、及び水(55:35・10)の中で の薄層クロマトグラフィーにより単離した。このDNAバンドを携* U Vラ イトにより識別化せしめ、そしてこのプレートからかき落とした。このシリカゲ ルを水で3回洗浄することによりDNAを抽出し、その後この水性相が乾燥する 迄エバポレートすることにより濃縮せしめた。大きめのオリゴヌクレオチドは8 Mの尿素を含む20%のポリアクリルアミドゲルを用いることにより分離せしめ た。DNAを含むゲルフラグメントをミンチし、そして等容量の抽出緩衝液(0 ,5Mの酢酸アンモニウム、1111MのEDTA、pH8,0)により3回抽 出せしめた。このオリゴヌクレオチドを使用前にネンソーブ(Nensorb) アフィニティーカラム(Dupont、 Wilmingeon、 DE)を用 いて精製した。このリゲーション反応の効率性を高めるため、T4キナーゼの前 向き反応をオリゴヌクレオチドの5′末端をリン酸化させるために用いた(Ma niatisら、1982) 、一体化されなかったdATPを、ネンソーブ力 ラムによるオリゴヌクレオチドの精製により除去した。ipmo+の精製ベクタ ーを各相補リンカ−21pmolとアニール用緩衝液(20mMのトリス、pH 7,5,10mMのMgC1x、50mMのNaC1,ImMのジチオスレイト ール)中において混ぜた。このサンプルを90℃で10分間加熱し、その後この DNAの再アニール化のために42°Cで1夜インキユベートした。リゲーシ3 ンに干渉しつる一体化されていないオリゴヌクレオチドをセントリコン(Cen tricon) 30限外濾過ユニツト(Amicon ; Danvers、  MA)を用いてアニール用緩衝液においてこのサンプルを洗浄することにより 除去した1残っているものをT4リガーゼ(400ユニツト)を有するリゲーシ ョン緩衝液に25°Cで6時間懸濁させた。 。
F、融合ベクターの作製 リンカ−の挿入のため、プロモーターレスctxB遺伝子を含むプラスミドpJ BK30を、その置換によって障害となりつる2つの制限部位を除去することに より準備した。このプラスミドの複製起点付近にあるNde1部位及びctxB の3′末端に位置するEcoR1部位を両方共このプラスミドから除去した(図 1)。プラスミドpJBK30を制限酵素により部分消化せしめ、そしてこの直 鎖状DNAをアガロースゲルからの電気溶出により単離した(Maniatis ら、1982)。この5′末端をDNAポリメラーゼ■(フレノウフラグメント )を用いて補完し、そしてこれらのプラント末端を適当な反応条件を用いて互い にリゲートせしめた(Maniatisら、1982)。この2つの削除された 制限部位を含むプラスミドをpVA1662と称した。プラスミドpVA166 2を2種類のフラグメントのうちの大きい方をアガロースゲルからの電気溶出に より単離せしめた。このリンカ−を実施例I(E)において詳細の通りにこのフ ラグメントの中に挿入せしめた(図4も参照のこと)。このプラスミドをE、コ リHB101の中に形質転換せしめ、そしてテトラサイクリン(Tc)−及びア ンピシリン(Ap)−耐性であるクローンを制限地図化により、リンカ−の挿入 のために選別及びスクリーンせしめた。それぞれのリンカ−を含むプラスミドを 単離し、そしてpVA1542.pVA1543及びpVA1549と称した。
これらのベクターはctxB遺伝子の不完全バージョンを含み、ここでこの遺伝 子の5′末端例はリポソーム結合部位及びこのタンパク質のリーダー配列ヲコー ド。
するDNAを除去するために削除されている。
G、遺伝子融合 V1555を図2に示す通りに作製した。プラスミドpHe C)(Hamad a and 5lade、1980))由来の1.9kbのPstT−しめた。
Tc−耐性且つAp−感受性であるE、コリ形質転換体を、CTBに対する抗血 清により認識されるタンパク質の発現性のためにスクリーンした。pVA154 2由来のプラスミドを含むクローンを選別し、そしてV1555と称しV178 2を作製するのに用いる手法を図3に示す。オリゴヌクレオチドを融合ベクター pVA1542の中に、段落I (E)において既に詳細の通りにctxBの5 ′末端にて挿入せしめた。pVA1542の中へのこのオリゴヌクレオチドの適 切な挿入は、ミニリゼート(minilysates)から調製したプラスミド DNAの制限酵素消化によりモニターした(Macrinaら、1982)。翻 訳融合タンパク質を発現するため、このキメラctxB遺伝子を分泌型ベクター pINIIompA2にトランスファーせしめた。
H,スクリーニング プラスミドDNAを迅速なミニリシス(minilysis)方法により細胞か ら取り出した(Macrinaら、1982) 、このDNAをそのプラスミド 含有について、アガロースゲル電気泳動及びにより調製した。分泌型ベクターを 含む細胞をそのキメラタンパク質の発現性について、まずそれらを1 mMのI  PTGを含むM−9培地上で培養することによりスクリーンした。リゾチーム における消化の後、この細胞を0.5mlの低張溶液(10mMのトリス、30 mMのNaC1,I)H7,3)に懸濁せしめ、その後迅速な凍結融解にかけた 。遠心によって不溶性の材料を除去し、そしてこのリゼート品をそのキメラタン パク質の発現性について、酵素結合免疫収着アッセイ(ELISA)であって、 固相としてGM、ガングリオシド被覆マイクロタイターウェル、及び第1抗体と してCTHに対する抗血清を泪いるアッセイによりアッセイした(Sack 5 .1980)。
■、精製 GM、ガングリオシド アフィニティーカラムを用意して、Tayotら(19 81)の方法に従いCTBキメラ体の精製に利用した。Lyso−GMを50m gのGM、より調製し、その後DEAE−デキストラン被覆スフエロシル15g に共有結合させた。このサンプルをこのカラムに4°Cで24時間にわたり1. 5ml/minの線状流速にて循環させた。このカラムを10容量の洗浄緩衝液 (10mMのNa P 04 、 200mMのNaC1,pH6,8)で洗浄 し、その後このキメラを溶出緩衝液(50mMのクエン酸、200mMのNaC 1,pH1O)を用いて遊離させた。この溶出物をpH7,3に調整し、その後 YM、。
限外濾過膜(Amicon ; Danvers、 MA)を用いてPBS(1 0mMのNaPOa 、140mMのNaC1,pH7,3)中で限外濾過する ことにより濃縮した。この残留物をその全タンパク質及びELISAにおける反 応性について定量した。天然のCTBをEL I SAの対照標準品として利用 した。1.6 X 200cmのセファデックスG−100カラムを準備し、そ してV1782キメラのモノマーとオリゴマー画分を分離するために用いた。5 mgのサンプルをこのカラムに載せ、そしてPBS(pH7,3)で、線状流速 0.13 ml/ mjnにて溶出させた。
画分を2n+l容量において集め、そして全タンパク質及び免疫反応性について 分析した。
J、タンパク質分析 モノマータンパク質(40g)のN−末端配列を、インーラインPTHアミノ酸 分析の付いた、アプライド バイオシステム470A型シーケンサ−を用いて調 べた。GrossとWltkop (1962)の方法を、シアン化臭素による 処理によってタンパク質を分解せしめるために用いた。このタンパク質を70% のギ酸2001に溶解させ、そして窒素を吹き込むことにより空気を除去した。
次にメチオニンに対して100倍過剰量のシアン化臭素を加えた。反応は暗室に おいて室温にて、密栓チューブ内で13時時間待させた。反応はセーバントスピ ードバック濃縮機(Savant 5peedvac Concentrato r)において試薬を除去することにより停止させた。
シアン化臭素分解により生成されるペプチドをC−18逆相カラム(Varia n)において高性能液体クロマトグラフィーにより、水中で0,1%のトリフル オロ酢酸と50%のアセトニトリル中で0.1%のトリフルオロ酢酸との線状勾 配を利用して分離した。1ml/minの流速及び総時間60分を利用した。
溶出液を215nmでモニターした。ピーク部を集め、そしてアミノ酸分析によ って分析した。
タンパク質又はペプチドのサンプルを、密栓した、排気したチューブ中で、11 0℃にて24時間にわたりHCIの定常煮沸により加水分解した。アミノ酸分析 を、検出試薬として0−フタルデヒドを用いるダラム(Durrum)M B  Fアミノ酸アナライザーによって行った。あるケースにおいて、このサンプルを 加水分解前にヨード酢酸によりアルキル処理せしめた。各サンプルを50u+M のトリス(pH&0)中のヨード酢酸(1モルのサンプル/10モルのヨード酢 酸)と25°Cで1時間反応させた。
このモノマー、オリゴマー及びCTBを円二色性により分析した。サンプルをセ ントリコン(Centricon) 30 (Amicon)を用いて、PBS (p)17.3)に対して十分に透析した。この濾液をブランク緩衝液として用 いるために保存した。各タンパク質のサンプル1.5 ml (0,15mg/  ml)をセルに載せ、そしてJasco J−500Cスペクトロボラリメー ターで分析した。
分析用ポリアクリルアミドゲル電気泳動を、15%のポリアクリルアミドゲルの 付属しているバイオラッドスラブゲル装置によって行った。4%のスタッキング ゲルを用いた。このゲル及び緩衝液組成はO’Farrell (1975)の それとし、あるケースにおいてはこのゲル及びサンプル緩衝液に8Mの尿素を含 ませるよう改良した。
K、イムノブロッティング分析 タンパク質サンプルを5DS−PAGEにより分離し、その後ニトロセルロース シートに電気泳動的に移した(Towbinら、1979)。抗体の非特異的結 合を、このシートをトリス緩衝液食塩水(TBS;20mMのトリス、500m MのNaC1゜pH7,5)中の5%のニワトリ血清溶液により25℃にて1時 間ブロックせしめることにより防いだ。このシートを、5%のニワトリ血清を有 するTBSにおいて1:1000に希釈せしめた第1抗血清中で6時間インキュ ベートせしめた。このシートを0.05%のツイーン20を有すTBS (TT BS)において10分間にわたり3回洗浄し、次いで酵素標識化第2抗体中で2 時間インキュベートした。再びTTBSで3回洗浄後、このシートを基質により 発色させた。
L、酵素アッセイ グリコジルトランスフェラーゼ活性は、特定の標識化スクロース由来の、グルカ ンポリマーへと変換した14C−グルコースの量を測定することにより調べられ る。フルクトシルトランスフェラーゼ活性は類似の方法ではあるか、但しフルク トース成分中における14Cにより標識化されているスクロースを基質として利 用する方法により測定した。この反応混合物を37°Cでインキュベートし、そ してこれは、10μlの酵素、5μmのT toデキストラン(5mg/+nl ) 、5 μIの標識化基質(261m Ci/mmo1. 20 Ci/ml )及び80μlの基質緩衝液(1、OmMのイミダゾール、10mMのスクロー ス、0.02%のアジ化ナトリウム、p)16.5)より成る。この反応混合物 のサンプル100μIを2.4 cmのガラスファイバーフィルター (Wha tman GFA ; Maidstone、 England)にピペットせ しめた。全てのサンプルをトリプリケートで行った。全ポリマーをメタノール中 での沈殿により、このフィルター上に集めた。このフィルターをメタノールによ り、真空マニホールド装置(Millipore ; Bedford、 MA )を用いて6回洗浄した。
このフィルターを脱イオン水で4回洗浄することにより水不溶性ポリマーを集め 、その後メタノールで2回洗浄した。このフィルターを風乾し、5mlのシンチ レーションカクテル(Amersham OC3; ArliArlln He ights、 IL)を含むバイアルに入れ、その後シンチレーションカウンタ ー(BeckmanL3−1800)で2分間カウントした。各サンプルの1分 間当りの平均カウント(CPM)を、酵素を含まないバックグランドコントロー ルから差し引いた。阻害アッセイのため、酵素は反応混合物に加える前に等容量 の血清と37’Cで1時間にわたりブレインキュベートせしめた。必要な場合に おいて、血清をPBCで希釈した。
M、動物試験 利用するプロトコールは、Virginia Commonwealth Un iversity In5titutional Animal Care a nd Use Comm1teeにより認められている。雄のC57Bl/6マ ウスをCharles Rjver (Wi 1mington、MA)より入 手した。マウスは生後6−8週目のものを用い、そしてタンパク質を供給する前 に一夜絶食させた。腸内供給針(intragastric feeding  needle) CG、Tiemann & 5ons、 Long l5la nd、 NY)を用いて該キメラを投与せしめた。該GM、精製化キメラを0. 2MのNa2HCOsに希釈し、そして0.5mlの容量において供給した。コ ントロール動物は食塩水溶液が与えられた。
比較のため、この抗原を数匹の動物に腹膜腔内注射せしめた。
この抗原をMAALOXに希釈せしめた後、これをO,1mlの容量において注 射せしめた。マウスをO8目及び14日ロー免疫化せしめた。21日口重血清及 び腸内分泌物を集め、そして特異的な抗体についてアッセイした。マイクロタイ ターウェルはCTB、又は該キメラにおいて見い出せるのと同一の15個のアミ ノ酸配列より成る合成ペプチドのいづれかで被覆せしめた。腸内におけるペプチ ド特異性抗体の検出のためのアッセイで、洗浄は0.01 ng/mlのペプチ ド特異性抗体が検出されるほど十分な感度とするべきである。
本発明に従う、歯のカリエスを予防するためのキメラペプチドワクチンの有効性 を試験するプロトコールはMorisakiら、Infection and  Immunity、 40 : 577−591 (1983年5月)に記載さ れている。
■、結果 A、融合ベクター クローニングベクターのセットを、E、コリにおいてctxB遺伝子融合体を作 製且つ発現せしめるために作った。プラスミドpJBK30を該融合ベクターの 作製の基礎として利用し、その理由はこれはプロモーターレスJctxB遺伝子 を含み、従ってE、コリにおいてこのタンパク質を発現しないからである。CT BをこのキメラのC末端とすることにより、ELISAが有用な融合体を検出す るために利用でき、その理由は、この遺伝子はその上流に位置する配列と翻訳枠 内にある場合にのみ発現されるからである。ctxBのEcoRIとNde1部 位の間に位置するこの領域は、成熟タンパク質には存在していない予測の疎水性 リーダーをコードする (Lockman and Kaper、 1983) 。この領域をこの融合ベクターから削除することにより、キメラタンパク質の異 常なる切断及び折りたたみの機会は最小となる。該リンカ−は、Ecザインしで ある(図4)。このリンカ−の3′末端はctxBの解読枠内にあるNdeI部 位と適合する配列をコードする。各リンカ−において1つの解読枠のみがctx Bの翻訳が行なわれることを可能とする。たとえ異なる解読枠においてEcoR I部位に関連する翻訳が起きても、このリンカ−の長さは最後のコドンがNde I部位のジャンクション部で終止するように調整されている。配列データーは、 このジャンクションかctxB内における翻訳されるコドンを分割していること を示した(Lockman and Kaper、 1983)o 7−カーと して働くために各リンカ−の中に固有のIIJ限部位をコード化させた。これら はベクターの中に挿入されているリンカ−を調べるために非常に有用である(図 4)。このリンカ−はE、コリにおいて発現される遺伝子以外の翻訳されるコド ンを含む。小さい、極性中性アミノ酸は、タンパク質における構造変化を最小に することが可能である限りコードされる。
必要ならばキメラの翻訳後分解を可能とするため、各リンカ−にアスパルチル− プロリルアミノ酸配列をコードするDNAを含ませる。この配列はタンパク質に まれに見い出され、そして酸加水分解に感受性なペプチド結合を含む(Land on。
1977)。
B、V1555(7)作製 S、ミュータンズG5−5 (ブラッサルセロタイプC)のグリコジルトランス フェラーゼB遺伝子(gtfB)をコードする1、9kbの7ラグメントをct xBとの融合体の作製のために用いた。このフラグメントはpHK7に含まれ( 図2)、GtfBに対する抗血清と交差反応する酵素的に不活性な48 kDa lの不完全ポリペプチドを本質的に発現する。この■1555キメラペプチドの イムノブロッティング分析を、GM。
ガングリオシドアフィニティークロマトグラフィーによる該ペプチドの°精製に より行った。旦、三ユ株V1555由来の透明な完全細胞リゼート品をカラムに 載せた(リゼート)。
結合物質をpHの逐次低下(pH4,pH3)によりカラムから溶出させた。こ のカラムを0.1 MのNaOHで洗浄することにより清浄化せしめた。デュプ リゲートのプロットを、グリコジルトランスフェラーゼBに対する抗血清(抗− GTF)又はコレラ毒素のBサブユニットに対する抗血清(抗−CTB)のいづ れかとプローブせしめた。精製CTB及びV1619のリゼート品を抗血清の陽 性コントロールとして利用した。
E、コリ株V1619は46kDalの不完全GTFタンパク質を発現するプラ スミドpHK7を含む。このフラグメントを3種の全ての融合ベクターに挿入し たが、しかし免疫陽性クローンはpVA1542のみから単離され、gtfBの 解読枠かこのプラスミドに含まれているリンカ−と適合することを示唆した。こ の結果はgftBに関するヌクレオチド配列データーにより証明される(Shi rozaら、1987)。1ツノクローンを選び、モしてV1555と称した。
このクローン由来のプラスミドDNAを制限酵素分析により地図化し、この遺伝 子融合体の構造を確認した(図2)。この結果が示すには、この融合ベクターは CTBキメラを作製するために有効に利用できることである。
C,V1555キメラの精製 V1555の分析は、このキメラタンパク質がE、rlJの細胞質にトラップさ れていることを示す。Gt fBに関するリーダー配列はこの宿主により、たと えこのタンパク質が旦。
ミュータンズにより通常分泌されるものであるにしても認識されなかった。この 現象は呈、1旦において発現されるその他の細胞外ストレプトコッカスタンパク 質にも観察された(Aokiら、1986)。宿主から該タンパク質を遊離させ るため、この細胞はフレンチプレッシャーセル内で溶解されることを必要とする 。細胞か溶解したら、このタンパク質はアフィニティークロマトグラフィーによ り容易に精製される。
CTBはGM、ガングリオシドに対して高い親和性を有する(Sillerud ら、1980) 、 GMIガングリオシドアフィニティーカラムの利用はコレ ラ毒素の迅速且つ効率の良い方法であるとして既に示されているCTayotら 、1981)。GMIアフィニティカラムへのV1555キメラの結合を最大に するため、このリゼート品をこのカラムに4℃で一夜循環させる。
主な活性成分はpH4にて溶出し、これはカラムから天然のコレラ毒素を溶出さ せるのに必要とするものよりも高かった(Tayotら、198L)。カラム溶 出物のイムノブロッティングアッセイは、Gt fB又はCTBのいづれかに対 する抗血清と交差反応する2つの新しい58 kDal及び72kDalのタン パク質の存在を示した。両遺伝子の公開されているDNA配列に基づき、このキ メラはサイズにおいて58 kDalであると予測される。72kDalのタン パク質の存在は説明することかできないが、これはGt fB及びCTB両者に 対する抗血清と実際に交差反応する。アフィティー力ラムへのこのV1555リ ゼート品の通過はE、コリに由来する多数の夾雑タンパク質の除去に有効である 。0.1 MのNaOHによるカラムの清浄は少量の更なる免疫反応性物質のみ を溶出させ、このキメラの溶出が終了していることを示唆する。小さい免疫陽性 ポリペプチドが、特にGt fBに対するものがウェスタンプロ質分解は報告さ れており(Goffら、1984) 、そしてこのようなフラグメントはそれら がCTBのGM、結合部位に保持される限り、該キメラと一緒に溶出されるであ ろう。このリゼート品にプロテアーゼインヒビターを加えることは5DS−PA GEにおいて観察されるパターンを変えず、従ってこの溶解の前に宿主中で起こ るものと考えられる。天然コレラ毒素よりも高いpHでGM、カラムから該キメ ラを溶出せしめる能力は、このCTB成の構造が遺伝子融合により変化している ことを示唆する。しかしながら、この変化の程度は調べていない。
D、V1782の作製 旦、ミュータンズのグルコシルトランスフェラーゼB酵素の抗原セグメントをV 1555キメラタンパク質のイムノブロッティング分析により同定した。Gt  fB又はCTBのいづれかに対する抗血清と交差反応するペプチドフラグメント の1つは、それが両方のタンパク質に由来する抗原性セグメントを含むことを示 している。このフラグメントの分子量はCTBのそれよりも若干大きい。従って 、V1555キメラの翻訳がCTBに関する停止コドンにて終結すると仮定する と、このフラグメントは該CTBタンパク質の全長及び該GtfBタンパク質の 小さな領域であって、融合体のジャンクション付近に位置しているものを含む。
同定したなら、gtfB遺伝子の配列(Shirozaら、1987)を、この 抗原領域の親水性(hydropathy)プロットをHoppとWo。
ds (1983)アルゴリズムに基づいて作り上げるために用いる。この領域 の二次構造予測もGarnierら(1978)のアルゴリズムを利用して行う 。高い部分移動性及び親水性の両方を有するこの領域のいくつかのドメインを同 定した。
このようなドメインの1つを図5に示す。このドメインは比較的親水性であり、 そして構成率の高い二次構造が欠如している。この領域のアミノ酸配に適合でき る合成オリゴヌクレオチドのセットを合成した。このgtf8.1オリゴヌクレ オチドをpVA1542においてプロモーターレスctxB遺伝子に遺伝子的に 融合せしめた(図3)。I)VA1542の中へのgtf8.1の挿入は、プロ モーター及びリポソーム結合部位の欠如に基づき、ctxBの発現をもたらさな い。このことは、E、コリ ompA遺伝子(Ghrayebら、1984)の リーダーペプチド配列をコードする分泌型ベクターpompA2へのctxB遺 伝子融合体の移し入れは、完全細胞リゼート品においてCTBについてのELI SAアッセイを用いて検出されうるキメラタンパク質の発現をもたらす。
このctxBキメラを含む分泌型ベクターをpVA1782と称する(図3)。
このプラスミドを含むE、コリ株は、CTB又はGt fBに対する抗血清と免 疫反応できるキメラタンパク質を発現することかできる。V1782キメラのイ ムノブロッティング分析は、1mMのI PTGを含むM−9アガープレート上 で増殖せしめた細胞から個々に単離せしめたクローンに由来するリゼート品を調 製することによって行なう。
このサンプルを還元条件のもとて15%の5DS−PAGEにより分け、その後 ニトロセルロースシートに電気泳動的に移した。グルコシルトランスフェラーゼ Bに対する抗血清と反応するペプチドを矢印で示す。V1555リゼート品はG tfBの2種類の不完全バージョンを含み、これをコントロールとして用いた。
免疫反応性タンパク質がV1555からのリゼート品及びgtf8.1を発現す るクローンから検出されたが、バッグランドコントロールとして用いたV178 4からは検出されなかった。
該キメラタンパク質を過剰生産する能力はワクチンの大量生産のために所望され る特徴である。プラスミドが含まれる、V1782キメラ又はV1784を含む 細胞リゼート品は1mMのI PTGによる誘発の前に○、D、660=0.6 迄M−9培地中で増殖させである。誘発に基づき、この細胞を2時間発現させ、 その後浸透圧ショックによりこのペリプラズムの含有物を回収した。コントロー ルとして、各株の同時平行培養物をIPTGの非存在下において増殖させた。シ ョック化液のサンプルを15%の5DS−PAGEにより分け、その後ニトロセ ルロースにプロット化せしめた。このプロットをCTBに対する抗血清と反応さ せた。I PTGの添神加は、生産されるキメラのレベルを高めた。しかしなが ら、E、コするために同一のプラスミド上に位置せしめた。このIacj遺伝子 はプロモーター活性を有意に低めたが、該タンパク質の発現を完全には阻害しな かった。強く制御されるわけではないが、プロモーター活性はI PTGの非存 在下において有意に抑制され、宿主の正常な増殖を可能にさせた。浸透圧ショッ ク実験は、ompAリーダーに融合されているキメラタンパク質より構成される ほとんどのタンパク質がE、コリのペリプラズムの中に分泌されていることを示 した。細胞外活性は検出されなかった。V1555キメラの従来の研究はE、コ リの細胞質にトラップされるタンパク質をもたらしている。これはタンパク質の 抽出を困難にするか、しかしOmpAの利用は浸透圧ショックにより細胞から容 易に抽出されうるペリプラズム内へのタンパク質の分泌を可能にする。V178 2に由来するこのキメラタンパク質を本明細書において以降の全ての試験に用い た。
E、V1782キメラの精製 該キメラタンパク質を、GM、に対するCTB成分の親和性に基づき、6M1ア フイニテイークロマトグラフイーにより精製した。このカラムを、浸透圧ショッ クに由来するキメラの濃縮のため、この液をカラムに循環せしめることにより利 用した。4°Cでの飽和はカラムへの仕込みを開始して24時間以内において達 成された。このキメラはpH3,0迄の低下に基づいてのみこのカラムから溶出 した。より高いpHの利用は該タンパク質の溶出をもたらさなかった。表■は典 型的な実験による精製データーを示す。約23gのタンパク質が1回の溶出によ り回収されることができた。このカラムからの5DS−PAGEにより分離した サンプルの銀染色は、はとんどの夾雑タンパク質かこの方法により除去されたこ とを示した。V1555キメラにおいて、タンパク質のタンパク質分解は観察さ れなかった。
アフィニティー精製キメラのサンプルをゲル濾過カラム(セファデックスG10 0)に載せ、そしてPBSにおいて溶出させた。V1782キメラのゲル濾過プ ロフィールは以下の通りに得られた。G M rカラム精製キメラを、セファデ ックスG−100を含む1.6 X 20 Ocmカラムを通して分けた。カラ ム画分のサンプルを還元し、そして15%の5DS−PAGEにより分けた。タ ンパク質を銀染色により識別化せしめた。活性をELISAアッセイにより測定 した。これはGM、−被覆ウェルに結合する該キメラの能力に基づき、モしてC TBに対する抗血清により同定される、全タンパク質をBCAアッセイ(Pie rce)を用いて測定した。このサンプルを2つの主なサイズのクラスに分けた 、天然分子量標準品を用い、このタンパク質は54及び17.4 kDal ( CTB=33kDal)と見込まれた。カラム画分からのサンプルを5DS−P AGEにより分け、これは両方の画分の共通する二種の物質の存在(16,4及 び17.4 kDal)を示した。イムノブロッティング分析は、これらの物質 がCTB又はGtfBに対する抗体を用いたかに関係なく免疫学的に同一である ことを示した。カラム画分の組成物及び免疫反応が同一であるため、この画分は 該キメラのモノマー及びオリゴマー型を含むことが予想される。このオリゴマー 画分中に高分子量タンパク質が観察され、これはイムノプロットにおいて抗血清 と反応せず、モしてモノマーを含む画分に存在していなかった。ELISAに基 づく生物学的活性は、このほとんどの反応性物質がオリゴマーに関連することを 示した。
F、V1782キメラの分析 V1782キメラのモノマー型を25周期のエドマン分解にかけた。このアミノ 酸配列は、このような融合タンパク質の構造により予想されるものと同一である ことが分った(図5)。このシーケンスデーターにより、ompAタンパク質の リーダー配列はこのタンパク質のペリプラズム型には存在していなかった。om pAリーダーへの該キメラタンパク質の融合はシグナル配列の認識及び分解のた めのE、コリの能力に影響を及ぼさないと考えられる。このデーターは、該サン プル中においていかなる更なるN−末端配列も存在していないことを示唆した。
該キメラのモノマー及びオリゴマー型のC−末端のアミノ酸組成も天然CTBの それと比較した。タンパク質サンプルをシアン化臭素による反応によって切断せ しめ、そしてそのペプチドフラグメントをHPLCにより分画した。タンパク質 の溶出を215nmの吸収によりモニターした。次に得られるペプチドをその全 アミノ酸組成について分析した(表■)。
解はala−asnジペプチドフラグメントを遊離せしめるであろうことを予測 させる(Lockman and Kaper、 1983)。表■をこのペプ チドAがこの組成を有することを示す。このジペプチドは3つのサンプル全てか ら単離された。ペプチドBのアミノ酸配列は該キメラXの61−92の残基につ いて予測されるのと合っていることが見い出せた。ペプチドCは明らかに、残留 シアン化臭素ペプチドの非分解混合物である。
該キメラに関し、ペプチドA及びBを集め、分析し、そしてこれらか実質的に1 =1の比で存在することを示した(0.51nmoleのA10゜62 nmo leのBか回収された)。これは天然CTBから得られるそれぞれの量と実質的 に同じであった( 0.96 nmolaのA / 1.2 nmoleのB) 。従って、このサンプルか天然CTBとキメラの混合物である可能性か除外され る。測定の限界内において、該タンパク質の翻訳はctxBについて通常認識さ れる停止コドンにて一様に終結するものと考えられる。
G、V1782キメラの5DS−PAGESDS−PAGEによるゲル濾過カラ ムから溶出液の分析は、サイズにおいて17.4及び16.4kDalの、2種 類の型のキメラがモノマー並びにオリゴマー画分にあることを示唆した。CTB 、モノマー及びオリゴマーのサンプルを還元し、そしてアルキル化してジスルフ ィド結合の形成をブロックし、その後5DS−PAGEにより分画した。15% の5DS−PAGEによりこのサンプルを分画してから、クマジーブルーにより 染色せしめた。いくつかのサンプルはこのゲルに添加する前に2−メルカプトエ タノールにより還元し、その後ヨード酢酸によりアルキル処理した。一定のサン プルを2.5%の2−メルカプトエタノール及び1%のSDSを含む添加緩衝液 中で5分間煮沸した。他のサンプルも同様に処理したの際のこれらのサンプルの プロフィールに何ら影響を及ぼさなかった。これらのサンプルを8Mの尿素を含 むゲルを用いる5DS−PAGEにより分画せしめた場合、14.4 kDal の単独物質のみが観察された。このタンパク質は該キメラのモノマー型に関する ヌクレオチド配列データーにより予測されるのと同一のサイズであった。
H,ジスルフィド結合 該キメラのモノマー及びオリゴマー型を、そのジスルフィド結合の存在について 、ヨード酢酸によるこのタンパク質のアルキル化処理によって分析した。ヨード 酢酸とのアルキル化処理の後、タンパク質1モル当り2.2モルのカルボキシメ チルシスティンがこのモノマーについて見い出され、しかしながらオリゴマーに おいては検出されなかった。このことは、2伺の遊離なスルフヒドリル基を有す モノマーと一致し、従ってこのモノマー画分は適当な分子内ジスルフィド結合の 欠いたキメラの還元型を含むことを示唆する。
■9円二色性 モノマー、オリゴマー及びCTBのサンプルを円二色性による分析にかけた。こ れらのサンプルのスペクトルを図6に示す。この結果は、天然CTBの最小値に 比べての該オリゴれは活性における有意な相違に結びつかないであろう。他方、 該モノマーの構造はCTB及びオリゴマーと極端に相違し、これは活性の低下に 関連するであろう。
J、キメラの免疫反応性 最初のイムノプロットは、該V1782キメラかCTB又はGTFのいづれかに 対する抗血清に対して抗原性であることを示した。しかしなから、このタンパク 質か免疫原であるか、又は該キメラに対して発生する抗血清か天然のGTF酵素 を認識するかは明確でない。これを調べるため、CTB。
GTF及びキメラを含む複製プロットを調製した。このプロットをCTB、GT F又はキメラのいづれかに対する抗血清とプローブせしめた。結果は、このキメ ラがCTB及びGTFと反応する抗体を誘発せしめることを示した(図7)。抗 −キメラ抗体とGTFとの反応は、GTFに対する抗血清により生ずるそれより も弱かったが、この抗−キメラ抗体は比較的小さい150 kDalの酵素の領 域に対して特異的であるため、このことは予測されていた。
K、酵素活性の阻害 該キメラに対する抗血清を、インビトロでグルコシルトランスフェラーゼ活性を 阻害せしめるその能力について評価した。このアッセイの特異性はこの阻害試験 を行う前に確認した。S、ミュータンズ G5−5の細胞外タンパク質を、グル カンポリマーへの”C−(g l u)−スクロースの一体化を測定することに より、グルコシルトランスフェラーゼ活性についてアッセイした。ポリマー全て をメタノール中で沈殿させ、そしてガラスファイバーフィルター上で集めた。こ の酵素活性が実際に測定されているかを調べるため、このアッセイを2通りの方 法で確めた: (A)グルカン合成は20時間のインキュベーションにわたり直 線的に増加することが示された: (B)合成されるグルカンの量は利用するタ ンパク質の量と反比例する。サンプリングはトリプリケートで行った。各サンプ ルについての1分間当りの平均カウント値を、PBSを含むバックグランドコン トロールから差し引いた。
このアッセイは経時的に直線状に増大し、そしてこの酵素の希釈はポリマー形成 の低下をもたらすことが示された。
酵素調製品をPBS (コントロール)又は正常ウサギプール血清(N、R,S ) 、ウサギ抗Gt fB血清又はウサギ抗−キメラ血清のいづれかに1=2で 希釈した。次にこのサンプルをアッセイを行う前に37°Cで1時間ブレインキ ュベートした。反応を37°Cで18時間進行させた後、全グルカンを測定した 。全てのサンプルをトリプリケートで行った。該キメラ又はGt fBのいづれ かに対する未希釈抗血清における酵素のブレインキュベーションは、コントロー ルに比べての全グルカン合成における低下をもたらした。正常ウサギプール血清 (NR3)は酵素活性を阻害しなかった。この阻害の反応速度を評価するため、 酵素活性を経時的に測定した。
結果は、Gt fBに対する抗血清は全グルカン合成(水溶性+水不溶性)の速 度を低めるが、グルカンの合成を阻害しないことを示した(図8)。このことは 、この阻害がおそらく酵素の活性部位の破壊ではなく、立体障害に基づくことを 示唆する。
抗血清を、希釈によるそれらの阻害のレベルについて比較した。Gt fB又は キメラのいづれかに対する抗血清を、酵素とのブレインキュベーションの前にP BSに希釈した。全グルカンの合成を、この反応を37°Cで8時間進行させた 後に測定した。サンプリングはトリプリケートで行った。結果は、活性を阻害す るこの抗−キメラ抗血清の能力は、抗−GTF抗血清のそれの約半分であること を示した。これも驚くべきことではなく、その理由は該キメラに対する抗血清の 限られた特異性に基づくからである。水不溶液グルカンは、水溶性ポリマーより も、歯の表面に対するS、ミュータンズの堆積において大きな役割を有すると考 えられる。この抗血清が、形成されるグルカンポリマーのタイプに何らかの効果 を有するかどうかを調べるため、水不溶性ア・ソセイを行った(図9)。結果は 、水不溶性グルカンの合成における劇的な効果を明白に示した。水溶性グルカン は合成されるほとんどの全ポリマーを占め、そしてGtfBに対する抗血清はこ の酵素の活性を約50%阻害した。しかしながら、水不溶性グルカンの形成はこ の抗血清により90%以上阻害された。フルクタン合成におけるこの抗血清の効 果も同、様に調べた(図10)。結果は、この抗血清も全フルクタン合成を阻害 できるが、グルカンはどではないことを示した。この結果は予測していなかった が、しかしgtfB、1とフルクトシルトランスフェラーゼについての配列デー ターの比較に基づき、両方のペプチドに共通する2組のトリペプチド(phe− asp−asp ;ala−trp−asn)が示された。該キメラに対する抗 血清はこれらの配列を部分的に認識し、従ってフルクタンの合成を妨害する。こ のデーターは、GTFのペプチドに対する抗血清がグルカン合成を阻害できるこ とを示し、従ってこれらの抗−ペプチド抗体は歯の表面のコロニー形成のための 旦、ミュータンズの能力に損傷を与えることができることを示唆する。
■、結果の考察 V1782キメラの精製は二つの要因により大いに簡略化される。第1に、E、 コリのペリプラズムへの該キメラの分泌により、このペリプラズムの内容物は細 胞の中から容易に放出され、その後遠心によって分けることができる。これは主 な潜在夾雑物を除去せしめる。第2に、GM、ガングリオシドに対するCTBの 高い親和性がアフィニティーク口マトグラフィーによる該キメラの精製に利用さ れる。これは、該キメラから残っている主な夾雑物を迅速に除去する方法を提供 する。表■は、大量のタンパク質がカラムからの単一溶出によって精製できるこ とを示し、これはこのシステムかタンく還元型5DS−PAGEにより分けるこ とのできないオリゴマー型のキメラであり、その理由はこれらはイムノプロット において反応性でないからである。このV1555キメラはGM、と結合するこ とを既に示した。タンパク質の溶出はpH4,0にて有効であり、これは天然の CTをこのアフィニティーカラムから溶出させるのに必要なpHよりも高い(T ayotら、1981)。比較的大きめのタンパク質へのCTBの融合はそのG M、への親和性を変化せしめるものと予想される。
V1782キメラにおいて、CTBへの15個のアミノ酸配列の融合はGM、に 対するそのアフィニティーを変えないものと考えられ、その理由はこれはpH3 ,0にてのみこのカラムから溶出されつるからである。このpHでの溶出はタン パク質の分解ではないものと考えられる。従って、CTBのGM。
結合ドメインはCTBへの該ペプチド配列の融合によって変化しないものと考え られる。本発明者は、大きいペプチドフラグメントの利用はCTEのGM、結合 ドメインの構造に影響を及ぼすことを発見した。
VI782キメラの一次構造を配列及び組成分析により確認した。該キメラのア ミノ酸組成は、ヌクレオチド配列データーにより予想されるものと一致した。成 熟型の該キメラの最初の25個のアミノ酸の配列を調べ、モしてompAリーダ ーはE コリにより通常認識される部位にて切断されることか確認された(Gh rayebら、1984)。シアン化臭素分解は、該キメラのC末端ジペプチド フラグメントの単離及びそのCTBのそれとの比較の便利な方法を提供する。予 想通り、該キメラのC−末端はCTBのそれと相違せず、従って該キメラの翻訳 はCTBについて通常認識される終止コドンにて終結することが確認された。
G M +精製キメラのゲル濾過クロマトグラフィーはこのタンパク質を2つの 画分に分けた。5DS−PAGE及びイムノブロッティング分析に基づき、該キ メラはそのモノマー及びオリゴマー型へと分けられるものと考えられ、その理由 は同じ免疫反応性タンパク質が各画分において見られたからである。天然のCT Bは5個の同一サブユニットより成り、それらは非共有結合において配置化され ている(Gill、 1976)。
各サブユニットはCTBがGM、に結合するのに重要な分子内ジスルフィド結合 を含む(Ludwigら、1985) 、 G M l −被覆マイクロタイタ ーウェルに結合する該タンパク質に基っくEL I SAによる該モノマーのア ッセイはほとんど活性を示さなかった。しかしながらこのモノマーはウェスタン プOットでは免疫反応性であり、このことはG M +結合のために必要なジス ルフィド結合の欠如を示唆する。このことは、該モノマー及びオリゴマーのサン プルをヨード酢酸と反応させることにより確認した。このモノマーのみが還元型 システィンを含むことが見い出せた。該モノマーをこのアフィニティーカラムか ら一緒に溶出させるためには、これはGM、と結合しなくてはならない。CTB のサブユニットは酸処理によって可逆的に解離しくHardyら、1988)  、そしてキメラの画分はカラムからの溶出の際に解離且つ還元されるようである 。このモノマーはアルカリ条件のもとて8Mの尿素を透析することによって再生 することができる。再生はオリゴマーの形成及びELISAにおける反応性をも たらす。CTBのジスルフィド架橋はその構造及び機能において強い効果を有す るようであり、その利用はそれかないとGM、へのキメラの結合及びオリゴマー の形成が失われるからである。キメラに関するここで報告する結果は天然CTB について報告されているものと一致し、従ってCTBのN末端へのペプチドの付 加はそのリガンドへの結合又はオリゴマーを形成するその能力に最小の影響を有 することを示唆する。
5DS−PAGEによる還元条件のもとての該キメラの分子量の評価の試みは、 該キメラの2つの型の存在を示した( 16.4及び17.4 kDal)。こ の型は両方共免疫反応性であり、そして予想よりもはるかに大きかった( 14 .4 kDal)。
該モノマー又はオリゴマーの還元及びアルキル化処理は5DS−PAGEにより 観察されるパターンに影響を及ぼさなかった。第1に、これら結果は該キメラが 2種類の異なる一次構造より成り、そしてこの大きめの物質のN又はC末端のい づれかでの更なるアミノ酸を示す。しかしながら、エドマン分解からの結果は、 予想のN−末端配列のみが観察されることを明白に示した。同様に、このC−末 端はもくろみの構造体より予測されるもののみであることを明白に示した。従っ て、SDSゲル上で見られたのは高いレベルでの構造的効果によるものであろう と考えられる。8Mの尿素における5DS−PAGEによるサンプルの分画化は 予測サイズの単一タンパク質について観察されるパターンを引き下げたため、こ のことが確認できた。その他の分子のタンパク質がオリゴマーのサンプルに見ら れたが、しかしこれらは未変性の多量体の型のキメラであると考えられる。従っ て、このキメラはCTBでは見られない、還元5DS−PAGEのもとて2つの 好ましい構造において存在するようである。このことは、CTBのN−末端への 該ペプチドの付加がタンパク質の折りたたみ状態を、SDS単独では通常用いる 条件のもとて完全にほどくことのできない状態の程度に変化させることを示唆す る。しかしながら、強いカオトロピック剤、例えば尿素の添加はこのタンパク質 の構造を完全に変性せしめることができる。オリゴマーを形成する及びG M  +に結合する該キメラの能力は、この構造の相違がCTB成分の物理特性に有意 な影響を及ぼさないことを示唆した。しかしながら、これらの相違がCTBのア ジュバント特性に有意な作用を有するかどうかを調べる必要があるであろう。
円二色性による該タンパク質の分析はCTBとオリゴマータンパク質の構造にお ける若干の相違を示した。しかしながら、該モノマーの構造は大きく相違してい た。該モノマーの構造における変化はGM、結合活性及び他のサブユニットとの 会合能力の低下に結びつく。これらの結果は、CTBのN末端への更なるアミノ 酸の付加は該タンパク質の構造又はその機能にわずかな作用を有することを示し た。
イムノブロッティング分析及び酵素阻害試験は、gtfB。
1ペプチドが免疫原であり、そして該ペプチドに対する抗血清が天然のタンパク 質を認識できることを示した。このgtfB、1ペプチドは、スクロースからの 水溶性グルカンの一次形成を触媒せしめるgt fB酵素の配列に由来する。g tfB、lペプチドに対する抗血清か酵素活性を阻害するかとうかは分っている 。しかしながら、gtfB、1に対する抗血清は水不溶性グルカンの形成のみを 阻害するだけでなく、同様に可溶性グルカンの合成も阻害する。可溶性グルカン はこのgtfB、1ペプチドか両方の遺伝子生成物の領域であって互いに有意な 同一性を分は合う領域の中に位置することを示した。コントロールに比べ、可溶 性グルカンの合成は若干の低下であるか、不溶性グルカン合成はほぼ完全になく なる。この相違の理由は不明であるが、しかしながらこれはこの抗血清かgt  fB遺伝子生成物をその他のグルコンルトランスフエラーゼより阻害することか 示唆される。これは遺伝子生成物の間のペプチドの構造における小さな相違に基 つくものと思われ、これは抗体の結合性に影響する。酵素の間の有意な構造相違 が示されつる。その他の酵素に比べて該ペプチドは、抗体か接するGt fBの 表層はより暴露されているる。どのケースにおいても抗体はその構造に影響を及 ぼす。
本発明の方法及び生成物において種々の改良及び変更がなされることかできるこ とを当業は理解するであろう。従って、本発明は、請求の範囲内において提供す る本発明の改良及び変更を含むことを意図する。
gtfB 150 水不溶性I Aokiら、1986gtfD 155 水不 溶性2 Hanadaら、19892、酵素活性のためにデキストランプライマ ーを必要。
表■、細菌株及びプラスミド V1555 Ap、 Tc 本明細書 V1619 Ap 本明細書 V1782 Ap本明me V1784 Ap 本明細書 S、ミュータンズ G5−5 本明細書 プラスミド pJBK30 Ap、Tc Kaperら、1984pHK7 Ap 本明細書 plNI[[ompA2 Ap Ghrayebら、1984pVA1542  Ap、 Tc 本明細書pVA1543 Ap、 Tc 本明細書pVA154 4 Ap、 Tc 本明細書1)VA1555 Ap、 Tc 本明細書pVA 1599 Ap、 Tc 本明細書pVA1662 Ap、 Tc 本明細書p VA1782 Ap 本明細書 pVA1784 Ap 本明細書 表’ff1. nl11!表: Vl 782キj5表■、シアン化臭素処理ペ プチドのアミノ酸組成ペプチド A ペプチド B ペプチド A ペプチド  8参照文献 Aoki、 H,、5hiroza、 T、、 Hayakawa、 M、、  5ato、 S、、 andKuramitsu、 H,(1986) Clo ning of a 5treptococcus mutansglucos yltransferase gene coding for 1nsolu ble glucansynthesis o Infect、 Immun、  53:587−594゜Asen、 K、、 Cornish−Bowden 、 A、、 and Cafe、 J、 (1986) ACQmparati Ve 5tudy of the extracellular glucos yl−andfructosyltransferases from car iogenic and non−carioge旧cStreptococc us mutans 5trains of two different 5 erotypes 。
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Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.コレラ毒素のBサブユニットの少なくともの一部、及び該コレラ毒素のBサ ブユニットのN末端に融合している所望の抗原のエピトープ領域を含んで成り、 ここで該エピトープ領域は該所望のペプチドの抗原決定基を含んで成る、キメラ ペプチド。
  2. 2.前記のエピトープ領域が100個より多くのアミノ酸を含んでいない、請求 項1に記載のキメラペプチド。
  3. 3.前記のエピトープ領域が約15〜20個のアミノ酸を含んで成る、請求項2 に記載のキメラペプチド。
  4. 4.対象体において、所望の抗原に対する免疫応答を誘発せしめるために該対象 に投与せしめるためのワクチンであって、コレラ毒素のBサブユニットの少なく とも一部、及び該コレラ毒素のBサブユニットのN末端に融合している該所望の 抗原のエピトープ領域(ここで該エピトープ領域は該所望のペプチドの抗原決定 基を含んで成る)並びに薬学的に受け入れられている担体を有するキメラペプチ ドを含んで成るワクチン。
  5. 5.前記のエピトープ領域が100個より多くのアミノ酸を含んでいない、請求 項4に記載のワクチン。
  6. 6.前記のエピトープ領域が約15〜20個のアミノ酸を含んで成る、請求項5 に記載のワクチン。
  7. 7.前記のコレラ毒素のBサブユニットが、経口的に投与される場合に前記のエ ピトープ領域の免疫応答を高める、請求項4に記載のワクチン。
  8. 8.前記のワクチンが歯のカリエスの予防を助成するために投与されるものであ り、且つ前記のエピトープ領域が100個分のアミノ酸の長さより長くないグル コシルトランスフェラーゼBタンパク質のセグメントを含む、請求項4に記載の ワクチン。
  9. 9.前記のエピトープが以下のアミノ酸配列:【配列があります】、 を含んで成る、請求項8に記載のワクチン。
  10. 10.コレラ毒素のBサブユニットの如くとも一部、及び該コレラ毒素のBサブ ユニットのN末端に融合している所望のペプチド(ここで該エピトープ領域は該 所望の抗原決定基を含んで成る)を含んで成るキメラペプチドをコードする、実 質的に純粋なDNA配列。
  11. 11.前記のエピトープ領域が前記のグルコシルトランスフェラーゼBタンパク 質の15〜20個のアミノ酸配列を含んで成る、請求項10に記載の実質的に純 粋なDNA配列。
  12. 12.請求項10に記載のDNA配列を含むベクターであって、該ベクターが宿 主生物において発現することが可能であるベクター。
  13. 13.請求項11に記載のDNA配列を含むベクターであって、該ベクターが宿 主生物において発現することが可能であるベクター。
  14. 14.pVA1782を含んで成るベクター。
  15. 15.pVA1542,pVA1543及びpVA1544のいづれか1つを含 んで成るベクター。
  16. 16.以下のアミノ酸配列: 【配列があります】、 を含んで成る、グルコシルトランスフェラーゼBタンパク費の実質的に純粋なエ ピトープ領域。
  17. 17.請求項10に記載のベクターにより形質転換されている宿主生物。
  18. 18.対象体をワクチン化せしめる方法であって、抗体応答を誘発せしめるのに 十分な投与量において該対象体に組成物を経口的に投与せしめることにより、一 定のペプチドに対して特異的な抗体をこの患体において発生させることを含んで 成り、ここで該組成物はコレラ毒素のBサブユニットの少なくとも一部、及び該 コレラ毒素のBサブユニットのN末端に融合している所望する抗体応答に対する 該一定のペプチドのエピトープ領域(該エピトープ領域は該所望する抗体応答に 対するペプチドの抗原決定基である)並びに薬学的に受け入れられる担体を含ん でいる、方法。
  19. 19.キメラペプチドの製造のための、組換DNAを中介する方法であって: (a)コレラ毒素のBサブユニットの少なくとも一部及び患体において抗体応答 を誘発せしめることが可能なエピトープをコードする、少なくとも1種のポータ ブルDNAを調製し(ここで該エピトープをコードするDNAは該コレラ毒素の BサブユニットをコードするDNA部の5′末端側に位置する); (b)該ポータブルDNA配列を、宿主微生物の中に移し入れることができ且つ その中で複製されることができる少なくとも1種類のベクターの中にクローン化 せしめ(ここで該ベクターは該ポータブルDNA配列によりコード化される該キ メラペプチドの発現のための因子を含む);(c)該ポータブルDNA配列を含 む該ベクターを、該ベクターの誘導のもとで少なくとも1種類のキメラペプチド を生産せしめることができる宿主微生物の中に移し入れ;(d)該ベクターの維 持及び該キメラペプチドの合成のために適切な条件のもとで該宿主微生物を培養 せしめ;そして(e)該キメラペプチドを回収せしめること、を含んで成る方法 。
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