JPH07502508A - 非対合システイン残基を有するサイトカイン及びその結合体 - Google Patents

非対合システイン残基を有するサイトカイン及びその結合体

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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】 非対合システィン残基を有するサイトカイン及びその結合体発明の分野 本発明は、レセプター結合部位より離れた位置に1つの非対合システィン残基を 有するように部位特異的に修飾されたサイトカインおよびその結合体、特に非対 合システィン残基に親油基が結合している結合体と、ネイティブの状態でレセプ ター結合部位から離れた位置に非対合システィン残基を有するサイトカインの結 合体に関する。
発明の背景 サイトカインは、機能的に関連する隣接細胞の増殖、成熟、あるいは活性を促進 あるいは抑制することにより細胞に作用し、細胞の増殖、成熟、活性を調節して いる。サイトカインはリンパ球、マクロファージ、線維芽細胞、神経細胞、ある いは他の種類の細胞により生成、分泌される。
サイトカインの1nvivo(生体内)研究により、サイトカインは一般的に非 常に低濃度で作用する潜在的因子であることが示されている。各サイトカインに は多くの異なる作用があり(多面作用)、機能的関連のある複数の種類の細胞に 局所的に作用する。例えば組織の修復や炎症、あるいは免疫応答の部位では、一 般的に調節過程のループに関与している。サイトカインは標的細胞の成熟および 活性を調節しているだけではなく、サイトカインそのものの産生もある特定の局 所的因子によって調節されている。例えば免疫原が投与された部位の微小環境で は、マクロファージが活性化しインターロイキン1 (IL−1)の分泌を誘発 する。 IL−1は隣接する抗原特異的T細胞を活性化させる。次に活性化T細 胞がインターロイキン2 (IL−2)を分泌し、IL−2がこの活性化T細胞 に自己分泌として作用し、活性化T細胞はまたγ−インターフェロン(IFN− γ)を分泌し、IFN−γがさらにマクロファージおよびB細胞増殖因子を活性 化し、B細胞増殖因子が隣接する抗原特異的B細胞を活性化する。
サイトカインの局所的機能を、内分泌系のホルモンと対比してみよう。ホルモン は局所的な組織や臓器によって生成され、血液循環により搬送され、全身の組織 あるいは臓器に作用するか、あるいは体の異なる部分にある組織や臓器に作用す る。
サイトカインは一般的に小さなタンパク質であり、産生は少量である。感度の良 い免疫化学的手法を用いても循環内のサイトカインは検出されない。サイトカイ ンは標的細胞のレセプターに対する親和性が非常に高く、標的細胞表面の少数の レセプターに結合するだけで次の生物学的事象を誘発する。
多数のサイトカインが同定されてお、す、また遺伝子のクローニングが行われ、 各種の系で発現されている。組換体サイトカインの生成および精製が行われ、治 療を目的として、in vitro (生体外)および1nvivo(生体内) で様々に応用されている。特定の組み替えサイトカインは、治療を目的として、 米国食品医薬品局や他国の管轄機関によって認可されている。例えば、エリスロ ボエチン(EP□)は腎透析を受けている患者の赤血球数を増加させるために、 顆粒球コロニー刺激因子(GC3F)および顆粒球マクロファージコロニー刺激 因子(GMC8F)は化学療法および放射線治療を受けている癌患者の顆粒球数 を増加させるために、IL−2は特定の癌患者の免疫を促進するために、α−イ ンターフェロン(IFN−α)は特定のウィルス感染(例、C型肝炎)あるいは 特定の癌の患者のために認可されている。
EPOおよび上記のコロニー刺激因子(造血増殖因子としてまとめられる)のよ うな血液循環あるいは骨髄内の細胞を標的とするサイトカインは、リンパ節ある いは他の組織を標的とするサイトカインよりも、安全であり効力も高い(あるい は、少なくとも開発が容易である)。IL−2、IL−1、腫瘍壊死因子(TN F)、IFN−α、およびIFN−γのような多くのサイトカインが全身投与さ れた場合に非常に有毒であることが、ヒトを対象とした多くのin vivo臨 床試験により示されている。さらに、大きさが小さいことが部分的な原因となっ て、サイトカインは薬理学的半減期が非常に短く、ご(早期に循環系から除去さ れてしまう。
血液循環内の細胞を標的としないサイトカインは全身投与された場合、生体内に おけるように、短距離でのあるいは局所的な作用、あるいは組織の微小環境での 作用を標的細胞に与えることができないために、有毒であると思われる。サイト カインは全身投与により、標的部位に留まるよりは、循環系およびあらゆる部位 に拡散してしまう。
数種類のサイトカインは、局所的な疾患の治療を目的として研究されており、現 在も研究が継続しているものがある。上皮増殖因子(EGF)、線維芽細胞増殖 因子(FGF) 、インスリン様増殖因子(IGF)、および血小板由来増殖因 子(PDGF)が、事故や手術による損傷の治癒を促進するために研究され、臨 床試験が行われた。このようなサイトカインには、胃潰瘍の治療に研究されてい るものもある。
サイトカインおよび治療用酵素が局部に搬送され、適切な期間標的部位に十分な 濃度で保持されるならば、治療効果はさらに上がると思われる。また、サイトカ インの全身投与に併発する有毒作用が回避されるため、疾患組織部位に高用量の サイトカインを投与することが可能になる。サイトカインの局所的投与の適用例 として、TNF、IFN−α、IFN−γ、あるいはII、−2による固形癌の 治療が考えられる。を椎の損傷部位は、神経増殖因子(NGF)あるいは繊毛神 経栄養因子ccNTF)による治療か可能となるであろう。口、鼻、眼の外部器 か、あるいは外部生殖器、足指、皮膚の一部のみなど、微生物感染が局所的な組 織に留まっている場合は、IFN−α、IFN−β、IFN−γ、あるいはII 、−2をこのような組織に投与すると効果的であると思われる。手術後は損傷組 織部分にPDGFSEGFSFGF、あるいはIGFを局所的に投与すると治癒 が促進されると考えられる。アレルギー反応あるいは感染による鼻腔内面の炎症 も、アレルギー治療剤あるいは抗生物質にEGF、FGF、あるいはIGFを併 用することで治癒されると思われる。歯列矯正手術による歯肉の損傷は、EGF あるいはIGFにより治療できると思われる。EGFあるいはIGFはまた眼科 手術や損傷により生じた眼の外傷を治療するのに用いられると考えられる。禿も 、EGFあるいはIGFを脱毛部位に皮下投与することで発毛を促進できると思 われる。
サイトカインの脂肪アシル化によりサイトカインが局部に保持され、全身投与に 併発する毒性を回避することができると考えられる。またサイトカインを十分な 期間局所に保持することで、治療効果を上げることもできる。脂肪酸により人工 的にアシル化されたタンパク質は、細胞形質膜に対する親和性が増大することが わかっている。例えばリシンA鎖(有毒物質である)は、脂肪酸により修飾され 複合体となると、各種の細胞に対する非特異的細胞毒性が顕著に増大した。Ka banov、^J、et el、Biomed、Sci、1:33(1990) 。サイトヵインの中で、TNFは脂肪アシル化されることによりリポソームへの 組み込み能が促進された。Utsumi、et、 al、Cancer Res 、 51:3362(1991) 、このリポソームが患者に静脈投与されるこ とにより、TNFが細網内皮系細胞に搬送される。脂肪族アシル基の結合は、T NFポリペプチド鎖のリジン残基のεアミノ基と、あるいは第1アミノ酸残基の α−アミノ基と、脂肪酸のN−ヒドロキシスクシンイミドエステルとをカップリ ングすることにより行われる。TNFポリペプチド鎖は1つあたり6つのりジン 残基を有するため、最終的に、1分子あたりの脂肪基の数と脂肪酸がどの特定の りジン残基と結合するかにより、各種のものが生成される。
生タンパク質の中には、翻訳後in vivoで脂肪族アシル基の共有結合によ り修飾されるものかあることが知られている。脂肪酸とタンパク質との結合様式 は2つに分けることができる。Wilcox、 C,^、および01son、  E、 N、h匹崩畦牡■ 26: 1029(1987)。第1のアシル化タン パク質は、脂肪酸が〇−エステルあるいは千オール(SH)エステル結合により ポリペプチドに結合しているものである。このようなアシル化タンパク質は細胞 膜に局在し、おもに16個の炭素残基を有する飽和脂肪酸であるパルミチン酸に よりアシル化されている。
第2のアシル化タンパク質は、脂肪酸とポリペプチドがアミド結合により結合し ているものである。このようなタンパク質は、14個の炭素残基を有する飽和脂 肪酸であるミリスチン酸がアミノ末端のグリシン残基に結合することにより、ア シル化されている。パルミチン酸アシル化タンパク質と対照的に、このミリスチ ン酸含有タンパク質は溶解性でしかも膜結合性である。
サイトカインの中には、ネイティブのアシル化パルミチル−IL−1が発見され ている。このl−1アイソフオームは単球およびマクロファージの表面の膜に結 合する。Bacouche、O,et al、J、 Immunol、147: 2164(1991) o cis−ゴルジ体および小胞体の変性要素内で、ア シル化されるタンパク質の特徴的な構造を酵素が認識し、0−エステルおよびS −エステルの脂肪族アシル基への結合が酵素的に行われる。アシル化されるのは IL−1全体のご(一部だけであり、多数のセリン残基のOH基の内のただ1つ 、あるいは多数のンスティン残基のSH基の内のただ1つがパルミチン酸と結合 する。
従って、従来の化学合成法によるリシンA鎖およびTNFの脂肪アシル化は、サ イトカインを実際にアシル化し同性複合集合体の形成を促進することが困難であ る。もう1つの困難な点は、サイトヵインの結合部位が脂肪族アシル化されない ことを確保することである。なぜなら、このようなアシル化が起きれば結合及び /又は生物学的活性か阻害又は抑制される虞があるからである。
発明の概要 本発明は、レセプター結合部位から離れた位置に1つの非対合システィン残基を 有するように部位特異的に変異されたサイトカインを包含する。さらに詳細には 、サイトカイン分子が、レセプター結合部位から離れた部位に対合しないシステ ィン残基を生じるように、DNA組換え技術によって部位特異的に変異されてい る。これは、例えば、レセプター結合部位から離れた部位にある他のアミノ酸残 基、例えばセリンを非対合システィンで置換することによって達成することがで きる。性質修飾基と結合することができる、レセプター結合部位から離れた位置 にある非対合システィン残基を含むサイトカインを、その非対合残基が本来存在 するものか又は部位特異的変異によって導入されたものかを問わず、AUCサイ トカイン(AUCは[アロステリック非対合システィン(allosteric  unpaired cystein)J ト呼フ。
本発明は、さらにこのようなAUGサイトカインの部位特異的親油化をも包含す る。親油化は親油性(脂質に対する親和性)を増大させ、得られる物質が細胞膜 に結合し又は標的部位に局在化することを助け、それによって排除速度を減少さ せる。親油化サイトカインは、投与部位にある細胞に結合することができ、それ によって血管内スペース又は粘膜液中に拡散する速度が減少し、そのため親油化 サイトカインは、標的部位により長期間維持される。しかしながら、親油化サイ トカインの生物学的活性及び結合性は、ネイティブの形態のものと実質的に同一 である。
本発明の1つの好ましい態様は、1つの脂肪族アシル基に共有結合により結合さ れることによって親油化されたサイトカインを含む。好ましい脂肪族アシル基の 炭素長は6〜18である。
本発明はさらに、抗体又は他の型の結合性分子、西洋ワサビペルオキシダーゼ、 アルカリフォスファターゼ、蛍光物質又はビオチンに結合されたAUGサイトカ インを包含する。このような複合物は細胞性のサイトカインレセプター分析のた めに試薬として有用である。IL−2、IL−2及びEGFのようなAUGサイ トカインは、また、それぞれのレセプターを高密度に発現する腫瘍細胞を標的に するために、リシンA鎖又はシュードモナス外毒素のような細胞毒と結合するこ とができる。
本発明は、さらに、親油サイトカイン又は上述した他のサイトカイン結合体の医 薬組成物を包含する。医薬組成物は、適当なアジュバント、希釈剤及び溶剤を包 含する。
発明の詳細な説明 A、 に なサイ カイン びそのための ゛ る ・上述のように、多数のネ イティブの(修飾されていない)サイトカインが、局所的な疾病部位を治療する ために研究され、開発されている。これらと同じサイトカイン(EGFSFGF 、IGF、PDGF、TNFS I FN−α、I FN−γ、IL−2、IL −1、NGF及びCNTF)を本発明の方法により親油化し、それらを上記治療 にふされしくすることができる。吸入により接種することができ、cystic  fibrosis患者のalveolar mucus中のDNAを溶解する ために有用かもしれないDNAaseのようなある種の酵素、および、骨関節炎 患者の炎症関節に投与することができるスーパーオキサイドディスムターゼもま た、本発明の方法により親油化し、このような治療にふされしくすることができ る。これらのサイトカインの全ては比較的小さなタンパク質であり、これらを発 現するヒト遺伝子もクローン化され、特徴づけられ、宿主細胞中で発現されてい る。従って、組換えサイトカインは部位特異的変異に適当な量、容易に生産する ことができ、親油化は容易である。
親油性物質は、脂肪酸基及び親油性の非帯電ペプチドを包含する多くのものであ り得る。親油性基は、非免疫原性、非抗原性で、生物学的活性又はレセプター結 合に影響するほど大きくないものであるべきである。さらに、上述のように、サ イトカインは、親油性物質ではなく、抗体又は他の型の結合性分子、西洋ワサビ ペルオキシダーゼ、アルカリフォスファターゼ、蛍光物質、ビオチン及びサイト カイン分子を包含する他の化学修飾基と結合することもできる。
好ましい親油性生成物は脂肪族アシル基に結合されたものである。脂肪 基の長 さは最終生成物の親油性を決定し、サイトカイン自体の親油性は、細胞性原形質 膜及び細胞該空間の間の平衡/分布を決定する。目的とする用途のための最終生 成物の最適の薬理動態的性質を与える脂肪族アシル基を、広範囲な炭素長(6, 8,10,12,14,16及び18)の脂肪族アシル基から選択することがで きる。
一般的に、脂肪族アシル基が長くなるほど親油性は大きくなる。親油性が太き( なるほど、最終生成物をより限定された領域に分配することができ、拡散がより 少なく、そして投与の部位により長く留まる。16又は18炭素長のアンル基と 結合したサイトカインは細胞の原形質膜によく結合し、拡散性が低い。もっとも 、親油性は必ずしも大きいほど好ましいということではない。なぜなら、最大の レセプター結合及び生物学的効果を達成するためにはある程度の溶解性及び拡散 性が要求されるからである。典型的なサイトカインに対して最適の薬理動態を与 える脂肪族アシル基は、飽和、直鎖状の炭素数8〜14のものである。
B に したサイトカイノ びそのための −サイトカインは、次の性質の1つ またはそれ以上を有するならば、ヒト臨床試験の結果に基づき、全身投与よりも 局所投与の方が適している。
(1)その物質が静脈注射又は一般的な全身経路で投与した場合に非常に有毒で ある。
(2)その物質の排除速度が大きい、すなわち、血清中半減期が3〜4時間未満 である。
(3)その物質を全身投与した場合、標的疾病に対する治療効果が小さい。
(4)その物質によって標的とされる、疾病部位が、局所的な非全身的投与によ って物質の分配が容易になるように適切に局在化している。例えば、非転移固形 腫瘍又は眼感染症は適切に局在化している例であるが、骨髄中の赤血球産生は、 解剖学的及び組織学的に局在化しているが、適切に局在化している例ではない。
サイトカインの親油化は、ネイティブのサイトヵインよりも細胞の原形質膜に対 する親和性が高い生成物を与え、それによって、ネイティブの物質よりも標的部 位に長く留まる親油化生成物を与える。親油化された物質は、細胞に結合された まま長く留まり、迅速に毛管内に拡散して血流によって運び去られるということ がない。同様に、親油化生成物を粘膜表面に投与した場合には、それは細胞に結 合することができ、粘膜液によって迅速に洗い流されることを避けることができ る。
C親油化ヱイ上皇イン茸よる′ に しこ びその多くの疾病及び症状を親油化 サイトカインの局所的投与により治療することができる。疾病状況が適切に局在 化し、分配された薬剤が疾病組織と接触し得るならば、親油化サイトカインの局 所的投与が望ましい。なぜなら、全身投与に関連する毒性をもたらすことなく比 較的大量に投与できるからである。投与方法は、薬剤を病的組織の全てに分配で きるものであるべきである。少Iの治療溶液を、組織の単位体積当たり多数の箇 所に注射する、「高密度」注射が投与の好ましい聾様である。例えば、1mlの 固形組織中の10箇所に10μmの治療溶液を注射することが、典型的な投与の プロトコールである。
固形腫瘍は親油化サイトカインによる治療に適した症状の例である。親油化1F N−α、IFN−γ、TNF、IL−1又は[、−2を固形腫瘍部位に直接注射 することができる。この治療は、腫瘍が転移していない場合又はわずかに転移し ているだけの場合に特に魅力的である。この直接注射は、腫瘍部位により直接的 に接触できるようにするために、外科手術と組合せて行うこともできる。切開部 位の付近へのこのような注射はまた、残存する腫瘍細胞の破壊を助けるための最 適な免疫応答を確保する。感染した角膜、鼻粘膜、表層外傷及び禿皮膚のように 、影響を受けた組織が表層的か非常に薄いか又は露出している場合には、親油化 サイトカインの局所投与が有効であり得る。
病巣及び性器イボは親油化IFN−α、IFN−β又はIFN−γの直接注射に より治療することができる。ここでもまた、直接注射により疾病部位との直接的 な接触がもたらされる。を髄損傷は親油化NGF又はCNTFの直接注射で治療 することができる。親油化スーパーオキサイドディスムターゼは骨関節炎患者の 炎症関節に投与することができる。
インフルエンザ、細菌性、ウィルス性又は寄生虫性肺炎のような、肺に影響を与 える感染症は、親油化IFN−α、IFN−β又はIFN−γの吸入により治療 することができる。嚢胞性線維症においては、親油化DNaseは吸入により接 種することができる。DNaseは肺胞粘膜中のDNAを溶解する二とができ、 従って該粘膜液の粘度を下げることができる。好ましい吸入装置は、鳳った量を 投与することを確保できる、目盛り付き計量吸入器である。
膣、直腸、口、のど、鼻の中、目及び/又は耳の局所的なウィルス性、細菌性又 は酵母性感染症は、好ましくは滴下器具又は噴霧器具を用いて粘膜表面に親油化 IFN−α、IFN−β又はIFN−γを投与することにより治療することがで きる。親油化EFG、FGF又はIGFをこのように局所投与することは、傷又 は外科的切開又は病巣の治癒をはやめることに効果的であり得る。
禿を治療し又は髪の生長を促進するために、親油化EGFSFGF又はIGFを 皮膚内注射、皮下注射又は局所的塗布により投与することができる。
D、AUGサイトカインの量 り結合 上述のように、サイトカインに脂肪族アンル基に結合する方法として数種類の方 法を採用することができる。活性な結合基を有するように修飾された脂肪族アン ル基として脂肪酸のN−ヒドロキシスクシンイミドエステルを挙げることができ 、これはLapidot、 Y、 et al、、 J、 Lipid Res 、 8:142 (1976)に記載の方法により構成することができる。これ らの活性なエステルのいくつかは、例えば、シグマ・ケミカル社(ミズリー州セ ントルイス)やマトレヤ社(ペンシルへニア州プレザントギャノプ)から市販も されており、これらの市販品を用いることもできる。
脂肪酸のN−ヒトロキシスクシンイミドエステルのサイトカインへの結合は、U tsumi、T、 et al、、 Cancer Res、 51:3362  (1991)に記載された方法により行うことができる。この論文はまた、修 飾タンパク質1分子当たりの脂肪族アシル基の数を滴定する方法も記載している 。上述のように、サイトカイ21分子当たり1つだけ脂肪族アシル基が結合して いることが好ましい。この好ましい化学量論量は、結合反応における反応物質の 比率を制御することにより達成することができる。1分子当たり1つの脂肪族ア シル基を有する親油化サイトカインは、ルーチンな操作により精製することがで きる。
脂肪族アシル基がサイトカイン上のリンン残基のε−アミノ基を介して結合して いる場合には、サイトカイン上の特定のりジン残基のε−アミノ基に1つの脂肪 族アシル基を結合することを確保することができない。従って、最終的な親油化 サイトカインは、サイトカイン分子当たりの脂肪族アンル基の数及び位置が異な る異種混合物となるであろう。このような結合体では、修飾サイトカイン分子の あるものはレセプター結合活性を喪失しているであろう。なぜなら、脂肪族アン ル基はサイトカインのレセプター結合部位の近傍のアミノ酸基と結合するかもし れないからである。さらに、このような異種混合物の結合体は、脂肪族アシル基 によって修飾された部位の免疫原性を高める可能性がある。従って、結合の好ま しい方法は、親油基がサイトカイン分子上の他の位置ではなく、特定の位置に部 位特異的に結合できるように、先ずサイトカインを部位特異的に修飾することで ある。
本発明の親油化サイトカインを構築するために、組換えDNA法により、サイト カイン遺伝子を部位特異的に変異化する。この際、サイトカインのレセプター結 合又は生物学的活性が阻害されないように、変異化されたサイトカインが、レセ プター結合部位から十分に離れた位置に対合していないシスティン残基を有する ように変異化する。
一般的に、ネイティブサイトカイン分子は単鎖ポリペプチドであり、偶数のシス ティン残基を含む。これらのシスティン残基は、一対のシスティン残基の間でジ スルフィド結合を形成する。システィン残基の特定の対合はポリペプチド鎖の3 次元的な折りたたみによって決定され、これはポリペプチドの配列によって決定 される。ジスルフィド結合は通常タンパク質分子の表面に露出しておらず、その 機能は、細胞質の外側に存在する比較的厳しい種々の条件に耐え得る堅固な構造 にタンパク質を維持することにある。サイトカインのように分泌されるタンパク 質はジスルフィド結合を有するが、細胞質内又は原形質膜の内表面上に維持され るタンパク質はジスルフィド結合を持たない。
システィン残基はサイトカインの特定の部位に導入することができ、それによっ て脂肪族アシル基と結合する部位を与えることができる。この残基をどの位置に 入れるかを選択する基準は以下の通りである。
(1)この置換によりサイトカイン分子の三次元的な折りたたみに影響がないこ と(2)この残基は、レセプター結合部位から離れているべきである。
(3)この残基はタンパク質分子の表面に存在し7、脂肪族アシル基と接触でき るべきである。
一般に、高度に親水性のペプチド領域中又はその近傍のセリン残基をシスティン 残基で置換することが最も好ましい。システィン及びセリン残基は構造的に高度 に相同的である。親水性ペプチド領域の近傍又はその中にあるというごとにより 、この残基がタンパク質分子の表面上に存在し、従って置換後に化学的結合に付 すことができることか確保される。置換することができる他の残基は、親水性の ペプチド領域の中又は近傍に位置することを条件として、アスパラギン、グルタ ミン、ヂロンン、ヒスチジン、リジン、アルギニン、アスパラギン酸及びグルタ ミン酸のような極性のある又は帯電したものである。
はとんどのサイトカイン分子についてX線結晶学的な三次元構造が決定されてい ないので、あるアミノ酸残基が特定のサイトカインのレセプター結合部位の中又 はその近傍にあるのか否かを予測することはできない。この決定を行い置換すべ き適当な残基を特定する方法は、特定の残基をシスティンで置換し、親油化後、 置換生成物のレセプター結合又は生物活性が影響を受けるか否かを系統的に決定 することを含む。
AUCサイトカインを得る段階的な方法は次のとおりである。
(1)配列決定 第1段階はアミノ酸配列を決定することである。はとんどのサイトカインの配列 は文献に記載されており、配列を決定することは不要である。歪の他のものにつ いては、配列決定は、サイトカインのm R,N AのcDNAクローンのヌク レオヂト配列を決定することにより行うことができる。推定アミノ酸配列は、N −末端アミノ酸配列分析及びサイトカインタンパク質の分子量決定から確認する ことができる。
(ii)親水性分析 次の段階はサイトカインボリペプチドの親水性を分析することである。−次アミ ノ酸配列に関して定量的な数字で親水性をプロットする数種類のソフトウェアプ ログラムが入手可能であり、用いることができる。このようなコンピュータープ ログラムの1つはHopp、r、p及びWcxxl、 K、R,によって開発さ れ、MOL、Immunol、 20:483 (1,983)に記載されてい る。カリフォルニア州パロアルトのベックマン・インストルーメンツ社より販売 されているMicroGenie配列分析パッケージは親水性プロットを行うた めのソフトウェアプログラムを与える。
(iii)伝補戊基二回定 次の段階はポリペプチド鎖中の親水性領域を同定し、システィン残基で置換する のに最も適当な、親水性領域の中又は近傍中の残基を同定することである。置換 に適した残基はセリン残基である。もっとも、セリン残基が利用できない場合又 は適当でない場合には、ヒスチジン、チロシン、グルタミン酸、アスパラギン酸 、リジン、ヒスチジン、アスパラギン又はグルタミン残基をセリン残基に代えて 選択することができる。1分子当たり1つだけ置換した変異体でも、多数の変異 体(10種類もの)が得られる。最終的には、下記に記載する方法により、変異 体をスクリーニングし、どの置換が結合部位から離れているかを決定する。
(iv)遣正王金成 次の段階はネイティブ及び変異遺伝子を合成することである。ネイティブのサイ トカイン遺伝子を構築するために、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いるこ とができる。サイトカインのmRNAの5°及び3′末端に対応し、適切なりロ ーニング配列を含むオリゴヌクレオチドプライマーを用いることができる。先ず 、活性化リンパ球、白血球、繊維が細胞又は特定のサイトカインを生産する他の セルラインからRNAを調製し、これからcDNAをクローニングする。クロー ニングされたcDNAは、配列を確認した後、pUc19のようなプラスミドに 挿入し、次の操作に付す。部位特異的変異のためのルーチンな実験室的方法は、 置換すべきセリン(又は他の)残基のトリブレットコドンに代えてシスティン残 基のトリプレットコドンを含む約25ヌクレオチドを含むオリゴヌクレオチドプ ライマーを合成することから始める。変異が組み込まれたこれらのプライマーは 、部位特異的変異を有する完全長DNA遺伝子の合成を可能にする。1つの便利 な方法がKunkel、 T、A、 Proc、 Natl、 Acad、 S ci、 U、S、A、、 82:488(1985)によ■ 開発された。試薬を用いる段階的プロトコールは、Kunkel、 T、A、に よりCurrentProtocols in Mo1ecular Bilo gy、 5upp、 6 @ 8.2. I、 F、ds、 Au5ubcl、 @F、M、 et al、 Wiley Interscience9(+990)に記載されてい る。クローン化DNA中に点突然変異を導入するためのPCR法もまた多くの分 子生物学の研究室でルーチンに用いられティる。段階的な操作方法がCorma ck、B、 Current Protocols in Mo1ecular  Biolngy、 5upp、 +5 ’a 8.5.l Eds、^usu be1. F、M、 et al、 Wiley hntersc iences (1991)に記載されている。
ネイティブ遺伝子及び変異体の全ファミリーを構築する好ましい方法はDNA合 成機を用いて完全な遺伝子を合成することである。ポンチイブ及びネガティブ鎖 から、3′末端が隣接するオリゴヌクレオチドと相補的な、重複する60〜80 ヌクレオチドのオリゴヌクレオチドを例えばアプライド・バイオシステム社から 市販されている市販のDNA合成機の1つで合成することができる。オリゴヌク レオチドは、鋳型とプライマーの両方を与え(相互プライムド合成)、単一の工 程で所望の配列が生じる。T7DNAポリメラーゼで伸長を行った後、セグメン トをリガーゼで結合する。遺伝子の両端にあるオリゴヌクレオチドは、合成した 遺伝子を適当な発現ベクター中に挿入できるように、制限酵素部位を含むように 適切に設計されている。調製すべき試薬及び段階毎の操作方法は、Moore、  D、DCurrent Protocols in 1Jolecular  Biology、 5upp、N 11.2.8. Eds、 AuTubel 。
F、M、 et al、 Yiley Intersciences (199 0)に記載されている。この方法によれば、種々の変異体を構築するのに必要な 、多数の部位特異的変異体の構築が容易であり、また、一般的にサイトカインの 遺伝子は600ヌクレオチド未満と比較的小さいので、この方法は魅力的である 。特定の変異を有する1つのオリゴヌクレオチド以外の全てのオリゴヌクレオチ ドは、個々の構築物を構築する際に共用することができる。完全な合成インター フェロン遺伝子が作られている。Edge、 M。
D、 et al、Interferon 7. Ed、 Gresser、I  pp、 2−46 (Academic Press、 kondon。
+986)。
(v)発現 次の段階は、真核発現系又は原核発現系において、野生型及び変異したcDNA の組を発現させ、ネイティブのりイトカイン及び変異サイトカインを生産し、こ れらを生成して十分な置土産することである。ジスルフィド結合を有するが又は グリコリル化されているほとんどのサイトカインにとっては真核発現系が好まし い。なぜなら、ジスルフィド結合の形成及びポリペプチド鎖の適正な折りたたみ が確保されるからである。種々の真核発現系の中で、外来サイトヵイン遺伝子の 発現に好ましい系は、昆虫ウィルスであるバキュロウィルス(裁幾肛即崩Cal ■凹旦9)の核多面体タ′/バク遺伝子から誘導された発現ベクターを用いる系 である。このウィルスは昆虫細胞(消息ゆ狙徨徂紅皿か虹釦細胞、(sf9細胞 ))中で増殖することができる。Luckow、 V^、及びSummers、  il、D、、 Virology 167:31(1989) 、 、:、の 発現系は便利なキット(商品名n1ax Bac Baculovirus E xpressSyStemJにパッケージされており、インビトロンエン社(カ リフォルニア州すンジエゴ)によって販売されている。
IFN−γのようにジスルフィド結合を含まないサイトカイン及び炭水化物部分 が存在しない又はサイトカインレセプターとの結合に関与しないサイトカインに ついては、原核細胞中で発現させることができる。大腸菌発現系を用いる場合に は、発現したサイトカインタンパクを可溶化し、還元してポリペプチドをほどき 、次いで最も好ましい三次元構造を形成するように正常の状態に戻す。好ましい 系は、インターナショナル・バイオチクノロシーズ・オブ・コダック社(コネチ カット州ニューバーペン)により市販されているFLAG Biosystem  kitである。
この系はまた、非融合タンパク質の検出及び精製のための試薬も含んでいる。は とんどのサイトカインに対するモノクローナル抗体は開発されており、市販され ている。これらのモノクローナル抗体はそれぞれのサイトカインを親和精製する ために用いることができる。
(vi)結合 次の段階は、精製したネイティブ及び変異サイトカインを脂肪族アシル基、好ま しくは炭素要約8〜14の脂肪族基と結合することである。炭素数10の脂肪族 アシル基を用いてこの結合を達成するために好ましい、Carlssonらの方 法、Biochem、 J、 173ニア23(1978)を改変した化学反応 の例は、次のとおりである。
反応1において、l−ブロモデカン(アルドリッチ・ケミカル社、ライスコンシ ン州ミルウォーキーから市販)を2,2° −ジピリジルジスルフィド(アルド リッチ)と反応させてピリジルデカンジスルフィドを形成する。反応2において 、この生成物をAUCサイトカインと反応させてデカノイルタンパク質を形成す る。
もっとも、結合反応を行う前の第1段階はサイトカモン上に遊離のSH基を創製 することである。生合成の間に他のスルフヒドリル基含有代謝物としばしば結合 している、サイトカインの非対合システィンの遊離のSH基を先ず緩やかに還元 して、上記代謝物からこれを遊離する。もっとも、この緩やかな還元条件は、サ イトカインの分子背骨の内側に埋もれているジスルフィド結合を還元しない。
還元後、ゲルろ過又はイオン交換クロマトグラフィーによって還元剤を除去する 。処理したサイトカインを次いで、予め活性な基で修飾しである脂肪族アシル基 と反応させる。
ネイティブのサイトカインは脂肪族アシル基と結合しそうにない。なぜなら、ネ イティブのサイトカインは、接触可能な、非対合システィン残基を有さないから である。しかしながら、接触可能な非対合システィン残基を有するネイティブの サイトカインは、上述の方法により脂肪族アシル基と結合することもできるであ ろう。次いで、それらのレセプター結合/生物学的活性をすぐ下に記載するよう にして分析し、それらがAUGサイトカインか否かを決定することができる。
もしこの分析により、それらがAUGサイトカインでないことが判明したならば 、そのシスティン残基をセリン残基で置換しくこのシスティン残基が脂肪族アシ ル基と結合しないことを確保するため)、他の部位にある他の残基をシスティン 残基で置換することができる。システィンをセリンに置換することはレセプター 結合又は生物学的活性に影響を与えないであろう。結合反応により、1つの非対 合システィン残基においてのみ脂肪族アシル化が行われ、他のいずれの部位にお いても脂肪族アシル化は行われない。
(vii)レセブター−ム I 加・ 最後の段階はネイティブサイトカインと脂肪族アシル結合変異サイトカインとの レセプター結合及び生物学的活性を分析し比較することである。特定の置換シス ティン残基を有し、ネイティブのサイトカインと実質的に同一のレセプター結合 及び生物活性を有する変異サイトカイン分子をAUCサイトカインと呼ぶ。
2、 +AUG−IFN−α2Q諷製 セクションD、 (i)−(vii)に記載した工程は、例えば、AUGサイト カインIFN−C2の生産に用いることかできる。IFN−C2は、インターフ ェロンサイト力インファミリーの一員であり、下記表1には、このファミリーの 関連する重要な性質、特に、そのシスティン残基に関する情報が含まれている。
19種類のIFN−α、1種類のIFN−β及び1種類のIFN−γが存在する 。2種類の■FN−αを除く他の全てのIFN−αは4つのシスティン残基を有 し、残基番号1と99(又は98又は100)の間と29と39の間に2つのジ スルフィド結合を形成する。IFN−C1とIFN−αDのみが非対合システィ ン残基(No、 86)を有する。IFN−βは1つのジスルフィド結合を有し くシス残基番号31と141の間)、1つの非対合システィン残基を有する(N o、 17)。IFN−γはシスティン残基を有さない。
表1 ヒトインターフェロンのシスティン残基IFN 全残基数 システィン残 基数 S−8結合 遊離システィンIFN−α6 166 4 C1−C99, C29−C390IFN−C51664C1−C99,C29−C390IFN −C21654C1−C98,C29−C390IFN−C11665C1−C 99,C29−C39C86IFN−αD 166 5 Cl−C99,C29 −C39C86IFN−αH11664C1−C99,C29−C390IFN −C81664C1−C99,C29−C390IFN−αH1664C1−C 100,C29−C390IFN−α4b 166 4 C1−C99,C29 −C390IFN−αC1664C1−C99,C29−C390TFN−αL  166 4 C1−C99,C29−C390IFN−αJl 166 4  C1−C99,C29−C390IFN−αH21664C1−C99,C29 −C390IFN−αH1664C1−C99,C29−C390IFN−αF  166 4 Cl−C99,C29’−C390IFN−αWA 166 4  C1−C99,C29−C390IFN−αGx−11664C1−C99, C29−C390IFN−α76 166 4 C1−C99,C29−C39 0IFN−α88 166 4 C1−C99,C29−C390IFN−β  166 3 C3l−C141C1?IFN−γ 143 0 0 0 サイトカイン中に非対合システィン残基を導入する、上記セクションD、 (i )ないしくvii)に記載した方法をほとんどのIFNに対して用いるべきであ るが、■FN−αIS IFN−αD及びIFN−βについては用いるべきでは ない。なぜなら、IFN−C1、IFN−αD及びIFN−βは全て、非対合シ スティン残基を有しているので、セクションD、(vi)に記載した方法(非対 合システィン残基をセリンで置換し、次いで池の位置をシスティンで置換する) を用(するべきだ力1らである。
IFN−C1及びIFN−αD基以外全てのIFN−αにおいて、アミノ酸残基 No、 86がセIル又はチロシン残基であるという事実は、IFN−C1及び IFN−aD中のシスティン残基No、 86が重要ではないことを示唆して0 る。従って、■FN−αl及びTFN−αDについては、先ず、Cys 86を セクションD、 (vi)の方法によって脂肪族アシル基に結合し、次いでセク ションD、 (vii)の方法を用いて該結合体がレセプター結合及び生物学的 活性を有するか否かを決定する。
もしこの置換が容易ではなく、あるいはもし上記分析により該サイトカインカ( AUCサイトカインでないことが判明したならば、Cys 8Bをセリン残基で 置換し、セクションD、 (vi)の方法に従ってAUG−IFN−C1及びI FN−αDを調製する。
同様な方法は、IFN−βのAUC型を調製するために用いることができる。
もしネイティブの非対合システィン残基がセリン残基又は他の残基によって置換 され、非対合システィン残基が異なる位置にある他の残基を置換して導入された ならば、変異サイトカインは2つの部位特異的変異を有するが、1つの部位のみ が親油性物質との結合に適している。
表1に示すように、IFN−C2は、4つのシスティン残基を有し、2つのジス ルフィド結合を形成している。cDNA遺伝子のヌクレオチド配列及び推定アミ ノ酸配列が知られており、発表されている。Hopp、 T、P、及びfood 、 K、R,Mol。
Immunol、 20:483 (1983)の原理を利用したMicroG enieによって提供される親水性分析プログラムを用いることにより、親水性 プロットを作ることができる(図示せず)。このプロットは比較的親水性が高い ペプチド領域を示す。セクションDにおいて上述した基準を用いると、部位特異 的変異のために選択されるアミノ酸残基(すなわち、システィン残基で置換する ための残基)は、セリンNo、 11、アルギニンNo、 22、リジンNo、  3Lグルタミン酸No、 42、グルタミン酸No−5LセリンNo、 72 、グルタミン酸No、 113 、セリンNo、 115、リジンNo、 13 3 、セリンNo、 160及びセリンNo、 163である(全部で11の変 異体を創製)。
ネイティブのIFN−2遺伝子及び11種類の変異体遺伝子を調製するための好 ましい方法は、セクションD、 (iv)で上述したオリゴヌクレオチド合成法 である。好ましい結合方法はセクションD、 (vi)に記載されている。
先に一般的に記載し、IFN−C2については詳細に説明した段階的な方法は、 他のAUCサイトカインを調製するためにも用いることができる。上述のように 、はとんどのネイティブサイトカインは偶数のシスティン残基を有し、非対合シ スティン残基を有さない。例えば、ヒトEGFポリペプチドの長さは、6個のシ スティン残基(3個のジスルフィド結合)を有する53アミノ酸残基であり、ヒ ト塩基性FGFポリペプチドは4個のシスティン残基(2個のジスルフィド結合 )を有する155アミノ酸残基の長さを有し、ヒトIGFポリペプチドは6個の システィン残基(3個のジスルフィド結合)を有する70アミノ酸残基の長さを 有し、ヒトTNF−αポリペプチドは2個のシスティン残基(1個のジスルフィ ド結合)を有する157アミノ酸残基の長さを有し、ヒトβ−NGFポリペプチ ドは6個のシスティン残基(3個のジスルフィド結合)を有する188アミノ酸 残基の長さを有する。比較的少数のサイトカインだけが奇数のシスティン残基を 有し、従って非対合システィン残基を有する。そのうちの1つがヒトIL−2ポ リペプチドであり、これは3個のシスティン残基(1個のジスルフィド結合)を 有する153アミノ酸残基の長さを有する。非対合システィン残基No、 12 5は、[、−2のレセプター結合及び生物学的活性を喪失することなくシスティ ン以外の残基に置換することができる。EP−^−136489゜従って、この システィン残基(No、 125)は結合のための部位を与えることはおそらく 間違いない。
E 研光及J診所ヱl土ヱ立な咋の改良車れた ためのAUCサイ上左ヱ2凶遍 朋 本発明では、主として、AUCサイトカインの脂肪族アシル誘導体を局所的な又 は粘膜への治療的投与に焦点を当てている。しかしながら、これらはAUCサイ トカインの唯一の治療的適用方法ではない。IL−2、IL−4及びEGFのよ うなサイトカイ/は、シュードモナス属外毒素のような細胞毒のための、それぞ れのサイトカインのレセプターを高密度に発現している腫瘍細胞への結合分子及 び担体として用いられている。従来法によりネイティブのサイトカインを細胞毒 に結合すると、異種混合の結合体が得られる。細胞毒をAUGサイトカインに非 対合システィン残基を介して結合すると、細胞に対する細胞毒を標的とする改良 された結合体が得られる。
治療のための適用は、AUGサイトカインの唯一の適用方法ではない。有用な研 究用試薬及び診断試薬を与えるAUCサイトカインの数種類の適用方法もまた開 発することができる。サイトカインの機能の研究において、培養液又は体液中の サイトカイン濃度、標的細胞上のサイトカインレセプターの発現レベル及び/又 は組織におけるレセプター発現細胞の濃度を定量することは重要である。ある種 の疾病及び症状において、これらの生物学的パラメーターの濃度は変化すること がある。従って、これらの濃度を監視することは、疾病の状態を決定又は監視す る手段を与え得る。
免疫化学的及び細胞結合分析を包含する、このような定量分析のためには、指示 物質(例えば、抗体、西洋ワサビペルオキシダーゼ、アルカリフォスファターゼ 、蛍光物質、及びアビジン−結合指示物質と共に用いるビオチン)と結合したサ イトカインは有用な試薬である。これらの結合体を調製するための従来法では、 結合はりジン残基のε−アミノ基を介して行われていた。しかしながら、上述の ように、このようにして形成した結合体は結合した基の数及び位置に関して異種 混合物である。また、これらの結合サイトカイン分子のいくつかの活性及びレセ プター結合性は、結合部位の中又は近傍のりジン残基に結合した修飾基にょ9て 影響を受りるかもしれない。上述の方法を用いて、AUCサイトカインの単一の 非対合システィン残基を介してこれらの修飾基を結合することにより、これらの 問題を最小化又は排除することができ、従って、研究及び診断のための改良され た試薬を与えることができる。レセプターの研究のためには、サイトカインはレ セプター特異的抗体よりも優れている。なぜなら、サイトカインは通常抗体より もそれぞれのレセプターに対する親和性が高いからである。サイトカインは抗体 よりもサイズが小さく、従って、試薬の組織侵入及び拡散が重要である場合に組 織切片の染色のために特に適している。
ここで用いた用語、表現及び例は例示のためだけのものであって限定的なもので はなく、当業者はルーチンな実験を超えるものを必要とすることなくここに記載 した本発明の具体例の多(の均等物を認識することができるであろう。このよう な全ての均等物は、次の請求の範囲に包含されることを意図する。
フロントページの続き (51) Int、 C1,’ 識別記号 庁内整理番号C07K 14155 5 8318−4H191008318−4H (81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、ES、FR,GB、GR,IE、IT、LU、MC,NL、PT、SE) 、0A(BF、BJ、CF、CG、 CI、 CM、 GA、 GN、 ML、  MR,SN、 TD。
TG)、 AU、 BB、 BG、 BR,CA、 DK、 ES。
FI、HU、JP、KP、KR,LK、MG、MW、NO,RO,SD I

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.レセプター結合部位から離れた位置に1つの非対合システイン残基を含むよ うに部位特異的に修飾されたサイトカインであって、前記非対合システイン残基 は、これに結合する親油性物質によって結合生成物のレセプター結合活性又は生 物学的活性が有意に影響を受けないように、レセプター結合部位から離れた位置 に導入されているサイトカイン。
  2. 2.インターフェロン−α1及びインターフェロン−αD以外のインターフェロ ンα、γ−インターフェロン、インターロイキン−1、インターロイキン−2、 腫瘍壊死因子、上皮増殖因子、線維芽増殖因子、インシュリン様増殖因子、血小 板由来増殖因子、神経成長因子又は繊毛神経栄養因子である請求項1記載のサイ トカイン。
  3. 3.遊離のSH基が性質修飾基と結合されている請求項1記載のサイトカイン。
  4. 4.性質修飾基は、抗体、ビオチン、蛍光色素、西洋ワサビペルオキシダーゼ及 び親油性物質から成る群より選ばれる請求項3記載の結合サイトカイン。
  5. 5.前記性質修飾基は脂肪族アシル基又は親油性の非帯電ペプチドである請求項 3記載の結合サイトカイン。
  6. 6.脂肪族アシル基は、6、8、10、12、14、16又は18の炭素長を有 する請求項5記載の結合サイトカイン。
  7. 7.前記脂肪族アシル基は炭素数8〜14の、飽和した直鎖状の脂肪族アシル基 である請求項6記載の結合サイトカイン。
  8. 8.前記結合サイトカインは、セリンNo.11、アルギニンNo.22、リジ ンNo.31グルタミン酸No.42、グルタミン酸No.51、セリンNo. 72、グルタミン酸No.113、セリンNo.115、リジンNo.133、 セリンNo.160又はセリンNo.163を置換するシステイン残基及び該置 換システイン残基に結合された脂肪族アシル基を有するIFN−α2である請求 項6記載の結合サイトカイン。
  9. 9.局所的疾病又は症状を治療するために患者に投与するのに適した、請求項5 記載の誘導サイトカインを含む医薬組成物。
  10. 10.レセプター結合部位から離れた位置に、親油性物質と結合した非対合シス テイン残基を有し、該結合によって結合生成物のレセプター結合活性又は生物学 的活性が有意に影響を受けないサイトカイン。
  11. 11.インターフェロン−α1、インターフェロン−αD又はインターフェロン ーβである請求項10記載のサイトカイン。
  12. 12.サイトカインのレセプター結合部位から離れた位置であって、この位置に 親油性基を結合しても結合生成物のレセプター結合活性又は生物学的活性が有意 に影響を受けない位置を非対合システイン残基で置換し、該非対合システイン残 基に親油性物質を結合することを含む、親油化サイトカインの製造方法。
  13. 13.局所的疾病又は症状を治療するために患者に投与するのに適した、請求項 10記載の誘導サイトカインを含む医薬組成物。
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