JPH08503198A - Op−3誘導形態形成 - Google Patents

Op−3誘導形態形成

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JPH08503198A JP6511392A JP51139294A JPH08503198A JP H08503198 A JPH08503198 A JP H08503198A JP 6511392 A JP6511392 A JP 6511392A JP 51139294 A JP51139294 A JP 51139294A JP H08503198 A JPH08503198 A JP H08503198A
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Abstract

(57)【要約】 (1)新規な形態形成蛋白質の核酸及びアミノ酸配列;(2)生物学的に活性な型の蛋白質を生産し、及び発現する方法;(3)哺乳動物の前駆体細胞群を増加させる方法、前駆体細胞を分化させ、in vivo、若しくはin vitroでそれらの分化した表現型を維持するよう、前駆体細胞を剌激する方法、invivoで組織特異的成長を誘導する方法、及びin vivoで病気になった、若しくは損傷した組織を置換する方法を含む、哺乳動物において組織形態形成を誘導するのに、その蛋白質を利用する方法が開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 OP−3誘導形態形成 発明の分野 本発明は全般に組織形態形成に関する、さらに詳しくは哺乳動物における組織 形態形成を誘導する新規な蛋白質に関する。 発明の背景 細胞分化は胎児において開始し、有機体の生存期間中、いろいろな程度に成人 の組織修復及び再生のメカニズムにおいて継続する形態形成の中心的な特徴であ る。成人組織の形態形成の程度は異なる組織により変わるし、特に、問題の組織 の細胞ターンオーバーの程度とも関連する。この観点より、組織は3つの広いカ テゴリーに分類される:(1)細胞分裂が無かったり、初期の発達段階で形成さ れた細胞の殆どが、一生涯ずっと維持される、神経及び骨格筋のような静止細胞 群を有する組織;(2)一般に殆ど細胞分裂がないが、適当な剌激に反応して、 細胞が分裂して、同じ分化型の娘細胞を産生することができる、肝臓のような、 条件付きで再生する細胞群を含む組織;(3)成人で速いそして連続的な細胞の ターンオーバーで特徴づけられる血液、精巣及び重層扁平上皮細胞を含む、永続 的に再生する細胞群を有する組織。 ここで、最終的に分化した細胞は比較的に寿命が短く幹細胞や前駆体細胞とし て知られている別個のサブポピュレーションの細胞の増殖で置換される。 これらの細胞を分化させる剌激を支配する細胞レベル、及び分子レベルの事象 については、熱心に研究されている分野である。医学の分野で細胞分化、及び組 織形態形成を制御する因子の発見で病気の、若しくは損傷した哺乳動物組織、及 び器官を修復、及び再生させる医療能力を著しく進歩させるであろうことは予測 される。特に有用な分野は再建手術、及び、関節炎、気腫、骨粗鬆症、心筋症、 肝硬変、神経変性疾患等を含む組織変性疾患の治療などがある。 細胞分化に役割を果たすと思われる多くの各種の因子が、近年単離されてきた 。最近、TGF−βスーパーファミリ−蛋白質の構造関連蛋白質の各種のメンバ ーが真のモルフォジェンとして同定されてきた。 この蛋白質のファミリーは、保存された6、若しくは7個のシスティン骨格を 含む、形態形成活性を有するC末ドメイン内に、著しいアミノ酸配列相同性を共 有しているが、骨、軟骨、肝臓、象牙質、歯周靭帯、セメント質、神経組織、消 化管上皮粘膜などを含む各種の器官、及び組織で組織特異的形態形成を誘導する ことができる。その蛋白質は明らかに、表面リセプターに結合し、若しくは前駆 体細胞に接触し、相互作用する。そしてモルフォジェン、形態形成的に許容しう る環境で前駆体細胞が増殖し、分化するように前処置され、剌激されることにな る。自然に存在する組織で必要な血管形成、結合組織形成、神経形成などを含む 、新しい器官特異的組織の形成で頂点に達する進展的細胞レベル、及び分子レベ ルの事象を誘導することができる。 組織形態形成に有用な蛋白質の中には、もともと、OP−1(関連出願でOP 1とも云う)、OP−2(関連出願でOP2とも云う)、CBMP2蛋白質のよ うな骨誘導蛋白質、又、BMP5、BMP6、及びそのマウス相同体、Vgr− 1、DPP、及び60A(猩々蝿より)、Vgl(爪蛙より)GDF−1(マウ スより)のようなアミノ酸配列関連蛋白質がある。例えば、オッパーマンらの米 国特許5、011、691号、リーの(1991)PNAS 88:4250− 4254、ワートンらのPNAS 88:9214−9218を参照。これらの TGF−βスーパーファミリーのメンバーは形態形成蛋白質のファミリーは、前 駆体細胞の増殖及び細胞分化を促進したり、分化した細胞の成長及び維持を支援 することも含め、組織形態形成につながる全カスケードを誘導することができる TGF−βサブファミリーの他のメンバーとは異なる蛋白質の別個のサブファミ リーからなる。形態形成蛋白質は見かけ上、内分泌、パラクリン、若しくはオー トクリン因子として作用する。特に内因性モルフォジェンはそれが作用する近接 する細胞、若しくは遠くの組織の細胞により合成され、分泌蛋白質は作用する細 胞まで輸送される。さらに形態形成蛋白質のファミリーはTGF−βのように、 線維症性(瘢痕)組織の形成を誘導するより、むしろ真の組織形態形成を誘導す る。 モルフォジェンはプロセッシングを受けて前駆体配列のC末ドメインからなる 成熟したジスルフィド結合2量体が生じる成熟蛋白質より約3倍の大きさの前駆 体分子として、細胞内で合成される。蛋白質は、還元されたとき、即ち、1量体 では不活性で酸化されホモ2量体として、又、ヘテロな2量体が産生される条件 で他のモルフォジェンと結合した時に活性である。組織形態形成に有用な蛋白質 は、典型的には、例えば、軟骨産生軟骨芽細胞、骨産生骨芽細胞、造血細胞、若 しくは肝細胞など局所の環境の性質に依存するが、組織特異的な方法で細胞が、 遊走、増殖、分化する適切な環境を必要とする。形態形成蛋白質により誘導され た細胞の増殖、及び分化は細胞が定着できる適切な下層を必要とする。増殖し、 分化している細胞はさらに細胞表面マーカーのような、それらの組織特異性を方 向づける適切なシグナルの存在を必要とする。 本発明の目的は、自然に存在する、若しくは生合成的に構築されるのいずれで も、対立形質の、種の、キメラ型の、及び他のアミノ酸配列のそれらの変種を含 む、それを特定するアミノ酸配列、及びそれをコードする核酸からなる新規な、 精製形態形成蛋白質”OP−3”、及びその蛋白質を哺乳動物において、各種の 組織の組織形態形成の進展的カスケードを誘導するのに利用する方法を提供する ことにある。OP−3の形態形成の性質は前駆体細胞の増殖、及び分化を誘導で きる能力、成熟組織の形成につながる事象の進展を通じて分化された表現型を支 持及び維持する能力を含む。 他の目的は、組換DNA技術を利用して、形態形成活性を有する各種のOP− 3の発現し、単離する方法を提供することにある。さらに他の目的として、有用 なモルフォジェンを特定する一般配列を提供することにある。さらに他の目的と しては、OP−3との結合に使用できる組織特異的無細胞基質、及びそれらを製 造する方法を提供することにある。他の目的は、各種の応用にOP−3を利用す ることを含み、哺乳動物において前駆体細胞数を増加させる方法;前駆体細胞をin vivo若しくはin vitroで分化するのを促進し、それら の分化した表現型を維持する方法;in vivoで組織特異的成長を誘導する 方法、及びin vivoで病気の、若しくは損傷した組織を置換する方法を含 む。本発明のこれらや他の目的、及び特徴は以下の説明、図、及び請求項から明 らかになるであろう。 発明の要約 ここで、”OP−3”という新規な実質的に純粋な蛋白質をコードする新規な 実質的に純粋な遣伝子配列が発見された。この新規な蛋白質は本出願人により、 以前に開示されている(例えば,US92/01968(WO92/15323 )やUS92/07432(WO93/05751)を参照)形態形成蛋白質フ ァミリーのメンバーである。従って、本発明はOP−3を哺乳動物において組織 形態形成の進展的カスケードを誘導するのに利用する方法を提供する。特に、こ れらの方法はOP−3を利用し、まだ運命づけられていない前駆体細胞の増殖を 誘導し、適切な環境条件下で組織特異的方法で剌激された、これらの前駆体細胞 の分化を誘導し、これらの分化した細胞の成長、及び維持を支援するのに提供さ れる。これらの蛋白質はそれらの分化した表現型とは異なる細胞の再分化を促進 するのにも使用できる。従って、OP−3は適切な、形態形成的に許容しうる環 境で、組織形態形成の進展的カスケードを開始し維持するのにも使用できる。 本発明で用いられるように、有用なOP−3モルフォジェンは本発明で特定さ れるように形態形成活性を有するキメラ型蛋白質も含む、配列表番号1(”mO P−3”)で提供されているDNA配列でコードされる蛋白質、及び他の自然に 存在するアミノ酸配列変種、及び生合成的アミノ酸配列変種のみならず、それら の対立形質及び種の変種を含む。”形態形成活性を有するフラグメント”とは、 配列表番号1の配列の一部、若しくは全部によりコードされ、本発明で特定する 形態形成活性を有する全ての蛋白質、及び蛋白質フラグメントからなると理解さ れる。特に、本発明で特定されるように、モルフォジェンは一対のポリペプチド 鎖からなり、この各ポリペプチド鎖は少なくとも配列表番号1の残基303から 399までで(若しくは配列表番号3のOP−1の残基335−431)特定さ れるC末の6個のシステイン骨格からなり、ポリペプチド鎖が折り畳まれたとき 、一対のポリペプチド鎖からなる2量体蛋白種が、本発明で特定するように、蛋 白質がモルフォジェンとして作用することができるように適切な鎖内若しくは鎖 間のジスルフィド結合を含む、適切な3次構造をとれるような機能的に等価なこ れらのシステイン配列(例えば、アミノ酸の挿入または欠如(配列のシステイン の直鎖配列を換えるが、折り畳まれた構造での関係は変えずに))を含む。特に 、モルフォジェンは一般的に形態形成的に許容しうる環境では、以下の全ての生 物学的機能が発揮できる:前駆体細胞の増殖を促進する;前駆体細胞の分化を促 進する;分化した細胞の増殖を促進する;分化した細胞の成長と維持を支援する 。 一つの局面では本発明のモルフォジェンは一対のポリペプチド鎖からなる形態 形成活性を有する2量体種からなり、それにはポリペプチド鎖の少なくとも一つ はそれらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1の残 基303から399までで特定されるアミノ酸配列からなる。好ましいモルフォ ジェンは少なくとも一つのポリペプチド鎖は配列表番号1の残基298−399 、残基261−399、若しくは264−399からなる。または、両ポリペプ チド鎖のアミノ酸配列はそれらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列の変種を 含み、以下に開示するように、自然に存在する配列、生合成的に構成した変種、 及びキメラ型の構成物を含む、配列表番号1のアミノ酸配列の一部、若しくは全 部により特定することができる。一つのポリペプチド鎖のみが配列表番号1のア ミノ酸配列の一部、若しくは全部で特定される場合は、他のポリペプチド鎖は、 好ましくは、例えば、US92/0743(WO93/05751)で開示され るように、それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列を含み、キメラ型変種 も含む、OP−1、OP−2、CBMP2A、CBMP2B、BMP3、BMP 5、BMP6、Vgr−1、Vgl,60A、DPP、GDF−1を含む、少な くとも、他の既知のモルフォジェンファミリーのメンバーのC末の6個のシステ イン骨格を特定する配列からなる。他の有用な配列は、米国特許5、011、6 91号に開示されているように生合成構成物を含む。 本発明の他の局面では、有用なモルフォジェンの配列同一性を有し、OP−3 の新規な特徴を具体化している一般配列が提供されている。 本発明の他の局面では、本発明のモルフォジェンはそれらの対立形質、種、及 び他のアミノ酸配列の変種も含む、配列表番号1にリストされている一般配列の 一部、若しくは全部でコードされる形態形成活性を有する蛋白質からなる。さら に他の局面では、本発明は、厳密なハイブリダイゼーション条件下で、配列表番 号1の塩基120から848までのOP−3蛋白質のプロ領域の一部、若しくは 全部とハイブリダイズする核酸によりコードされるモルフォジェンからなる。本 発明で使用されるように、厳密なハイブリダイゼーション条件”とは37℃、一 晩、40%ホルムアミド、5×SSPE,5×デンハルト溶液,0.1%SDS でハイブリダイズし,そして、50℃で0.1×SSPE,0.1%SDSで洗 浄することで特定される。 本発明の1局面は、OP−3の形態形成活性を有するフラグメントは、限定す るわけではないが、以下のようなものを含む哺乳動物の病気の、または損傷した 組織の置換に有用である:気腫からくる損傷した肺組織;腎硬変、肝硬変を含む 硬変組織;心筋症、アテローム血栓症、若しくは心塞栓症からくる損傷した心臓 、若しくは血管組織;潰瘍性尖孔、及び、またはその修復からくる損傷した胃、 若しくは消化管の他の粘膜組織;物理的傷害、アルツハイマー病のような変性疾 患、多発性硬化症、若しくは栓塞症からくる損傷した神経組織;代謝性骨疾患や 他の骨リモデリング病からくる損傷した軟骨、及び骨組織;病気や機械的傷害が 原因の損傷した象牙質、歯周、及び/若しくはセメント質組織;炎症、及び/若 しくは慢性炎症の結果として損傷した組織の置換。 本発明で提供されるように、形態形成活性を有するOP−3フラグメントは組 織特異的部位にin vivoで供給され、その部位で組織形態形成の進展的カ スケードを誘導する。OP−3と接触してex vivoで剌激された細胞もま た、その組織部位に供給することができる。これらの場合は、存在する組織は、 適切な下層、若しくは形態形成的に許容しうる環境下で増殖し、分化している細 胞の足場を提供し、又発達中の組織の組織特異的に配向させる必要なシグナルを 提供することなどで、必要な基質要件を提供する。蛋白質や剌激された細胞もま た、成型された基質と結合することができ、そしてin vivoの部位での医 療材として移植することができる。成型された基質は生体内適合性で、好ましく は以下に述べるような特徴を有する生体内分解性の無細胞基質であることが望ま しい。発達中の組織の組織特異的に配向させる必要なシグナルが、内因性に供給 されない場合は、基質も又、好ましくは組織特異的ものである。 他の局面では、モルフォジェン蛋白質ファミリーのメンバーも又、外部からの 物体、及び初期の組織傷害に対して生体の細胞性、及び体液性の炎症反応を調節 することができる。多くの例では、組織機能の損失は組織破壊の効果、及びそれ に続く初期の、若しくは繰り返される組織への傷害に対する生体の免疫/炎症反 応と関連する瘢痕組織の形成に起因する。瘢痕組織形成の程度は一般に傷害組織 の再生能力や組織傷害の程度や類型に依存する。このように、他の局面では、形 態形成活性を有するOP−3フラグメントは、OP−3やOP−3蛋白質と接触 することにより剌激された細胞を新たに傷害された組織部位へ供給することによ り免疫反応媒介の組織傷害を軽減することを含む、瘢痕組織の形成を予防、若し くは実質的に抑制するのに使用することができる。OP−3蛋白質は、組織損傷 を作り、炎症/免疫反応を誘導するような外科的、若しくは他の臨床的手法の一 部のように、組織損傷の予想される部位に供給することにより、予防剤として供 給することができる。特に有用な具体例としては、移植される器官、及び/若し くは組織の組織生存性を昂進する輸送手段の一部として使用することができる。 モルフォジェンは、採取の前、その輸送中、及び/若しくは以下に述べるように 受取る宿主への移植中に移植される器官、及び/若しくは組織に供給される。 OP−3は、また、in vitro、若しくは哺乳動物において、間葉系前 駆体、若しくは幹細胞群を増加、若しくは再生するのにも使用できる。例えば、 前駆体細胞は個々の骨髄から単離され、細胞が増殖するのを誘導するのに十分な 時間、及び濃度で形態形成性OP−3で、ex vivoで剌激でき、骨髄に戻 される。適切な前駆体細胞の他の起源は培養株化細胞から得られ、培養で剌激さ れ、引き続き生体に供給される、生体内適合性の細胞を含む。また、OP−3を 全身投与(例えば、経口、若しくは非経口)で供給することができる、若しくは 注射ないし他の方法で、in vivo で分裂活性を誘導するように、個々の 前駆体細胞群に供給することができる。例えば、形態形成活性を有するOP−3 フラグメントはin vivoで、例えば、分裂活性を誘導するのに全身注射で 細胞に供給することができる。同様に、造血幹細胞の特別の群は、OP−3と接 触させ、例えば、問題の細胞を抽出するため個別の血を潅流(血漿透析)し、そ れらの細胞をex vivoで剌激し、刺激された細胞を血に戻すことにより、 増加させることができる。 個々のの前駆体細胞群を増強する能力は、再生しうる細胞群の損失、若しくは 減少に起因する病気の現存の治療方法を著しく高めるであろうことが予測される 。特に重要な2つの適用は、血液変性および損傷した、若しくは損失した免疫機 能を含む病気の治療を含む。本発明のモルフォジェンは、さらに、上皮細胞群の 増殖を抑制することができる。上皮細胞群を抑制する能力は乾癬、皮膚炎や他の 炎症性皮膚病や、また、例えば、胃潰瘍や口粘膜炎や炎症性腸疾患で誘導される 潰瘍を含む、潰瘍の治癒での消化管の潰瘍性疾患と関連する組織損傷を減少させ るのに用いることができる。 本発明の他の局面では、形態形成OP−3は、存在する分化した細胞をその表 現型を発現し続けるように分化した細胞の成長、及び維持を支援するのに使用す ることができる。この活性は、機能の損失が、例えば、老化細胞に生じうる、及 び/若しくは骨粗鬆症やアルツハイマー病を含む多くの神経変性疾患で明らかな ように、細胞が老化、若しくは休止する代謝機能の減少、若しくは損失したこと による場合は組織変性の治療に特に有用であることが予測される。OP−3の治 療される細胞への直接投与、若しくは経口、若しくは非経口投与により、全身的 に供給されることにより、これらの細胞をそれらの表現型を発現し続け、それに より機能不全の効果を逆転するよう剌激することができる。さらに、形態形成活 性を有するOP−3フラグメントは休止細胞の成長を剌激し、それにより、これ らの細胞の外因性のDNAを取り込む能力を潜在的に昂進するように遺伝子治療 にも使用することができる。 更に本発明の他の局面では、形態形成活性を有するOP−3フラグメントは、 さらに、腫瘍形成中に起こりうるように、分化経路から離れた細胞の再分化を誘 導するのにも使用できる。この活性は、特に腫瘍の成長を減少させ、若しくは実 質的に抑制する処置に有用であることが予測される。この方法は、さらに、これ らの細胞の逆分化及び/若しくは再分化を誘導することが予測される。前述した ように、形態形成活性を有するOP−3フラグメントは細胞に、これらの細胞を 形質転換されていない細胞の形態学的、及び表現型の特徴を戻すよう剌激し、直 接、若しくは全身的に供給することができる。 本発明の更に他の局面では、OP−3は細胞の細胞接着分子(CAM)の発現 を促進するために使用することができる。CAM類は組織形成に必要な細胞−細 胞相互作用を遂行するのに特定される分子である。CAM類は組織境界形成、胎 児誘導、及び遊走等を含む、組織の発達や、組織の安定化及び再生において、基 本的な調節作用を有していると信じられている。異なるCAMレベルが、先天的 欠陥、腫瘍、及び変性疾患等を含む、多くの組織病で関係している。 特に、N−CAMの発現は、網膜形成、シナプス形成や神経筋組織接着を含む 正常な神経細胞の発達及び分化と関連する。N−CAM同種異形の一つ以上の抑 制により正常な組織の発達を抑制することが知られている。異なるN−CAM発 現レベルは、さらに、神経芽細胞(下方参照)を含む腫瘍や、又、正常圧水頭症 ジェンを処置される細胞に直接、若しくは哺乳動物に全身的に、例えば非経口的 に、若しくは経口投与で間接的に投与して1以上のCAM類、特にN−CAM類 とL1の細胞性発現を誘導するのに使用できる。 CAM類は、現在まだ同定されていない分子によりその活性が誘導される形態 調節経路の1部として考えられてきた(例えば,エーデルマン,G.M.(19 86)Ann.Rev.Cell Biol.、:81−116を参照)。 いかなる特定の理論に制限されることなく、本発明で開示されるモルフォジェン は、この経路の誘導剤として作用することができる。 本発明の方法で使用される基質類は器官特異的組織由来のものであってもよく 、若しくは合成的に作ることもできる。本発明の一つの具体例は、OP−3(若 し くは、OP−3により剌激された前駆体細胞の集合体)が組織特異的部位、例え ば、組織特異的部位に全身投与、移植、若しくは注射等により供給されたとき、 その部位に存在する組織は、病気であれ、損傷であれ、遊走する前駆体細胞の分 化、及び増殖のための適切な基質、若しくは足場として作用する能力を有してい る。又、別に、成型された基質は損傷している組織に維持されている傷害の程度 が大きな場合には必要であると思われるように、剌激された前駆体細胞または形 態形成活性を有するOP−3フラグメントと共に外部から供給しても良い。基質 は生体内適合性であり、それが遊走前駆細胞の分化及び増殖を許容し、形態形成 的に許容しうる環境を提供することができる様な次元を有する、適切に修飾され た無細胞基質である。基質は、また、細胞接着を許容し、そして生体内分解性で あることが好ましい。必要な組織配向シグナルが内因性に提供できない場合、基 質は、又、組織特異的であっ留ことが好ましい。 成型された基質は、例えば、組織から細胞内の非構造的成分を実質的に除去す るのに溶媒で組織を処置することにより、脱水調製された器官特異的組織から生 成される。又別の方法では、基質は生体内適合性、好ましくはin vivoで 生体内分解性である構造分子を用いて合成的に作ることができ、又、適切な組織 特異的細胞接着因子と成型することもできる。分子はコラーゲン、ラミニン、若 しくはヒアルロン酸のように天然に存在するものでもよく、または、例えば、ポ リ乳酸、ポリ酪酸やポリグリコール酸やそれらのコポリマーからなる合成ポリマ ーであっても良い。現在好ましい構造ポリマーは組織特異的コラーゲンを含む。 現在好ましい細胞接着因子はグリコサミノグリカンやプロテオグリカンを含む。 基質は、さらに、哺乳動物の生体からの遊走前駆体細胞の流入、増殖、及び分化 を昂進するように、その表面上の孔や小孔の数を増加させる薬剤、若しくは薬剤 類と共に処置することができる。 本発明は、このように、組織モルフォジェンとして、USSN667、274 及びUSSN752、764に開示されているモルフォジェンの一般ファミリー の新規な種の変種である、形態形成活性を有するOP−3フラグメントを用いる 組成物及び方法に関する。形態形成的に活性なOP−3及び蛋白質フラグメント は天然に存在する原料から単離することができ、若しくはそれらは、従来の組換 DNA技術を用いて、生合成的に構成することもできる。本発明の組成物、及び 方法に有用な活性OP−3は、例えば、組換DNA技術により産生される、変化 したグリコシル化パターン、変化したN末、及び活性な切断型を有する形を含む 。活性なOP−3蛋白質は以下に説明するように、OP−3活性ドメイン及び非 OP−3配列の両者からなる、例えば、成熟型蛋白質のプロドメイン、及び/若 しくはN末領域からなるキメラ型構成物を含む。OP−3蛋白質はそのままの、 若しくは切断されたcDNAから、若しくは前核、若しくは真核宿主細胞で合成 されたDNA類から発現し、精製し、分解しそして形態形成活性を有する組成物 を形成するのに2量化することができる。有用な宿主細胞は、大腸菌を含む前核 細胞、及びCHO,COS、メラノーマ、若しくはBSC細胞のような哺乳動物 細胞、若しくは昆虫/バキュロウイルス系のような真核細胞を含む。このように 、組換DNA技術をヒトを含む各種の哺乳動物において組織特異的細胞分化及び 組織形態形成を誘導することができる大量のOP−3を生産するのに利用するこ とができる。 図面の簡単な説明 図1はマウスOP−2とOP−3のcDNA配列の核酸配列比較である。エク ソンの範囲は配列の下に横線で示してある;ダイアモンドマークはエクソン2と エクソン3の中のヌクレオチドの差を示している; そして 図2は真性のものと、組換OP−1(レーン1)、とのOP1/OP3キメラ 型蛋白質構成物(レーン4−8)の哺乳動物細胞での発現比較した免疫ブロット である。 詳細な説明 本発明は新規な蛋白質OP−3をコードし、形態形成活性を有するmOP−3 の新規な遺伝子配列を提供するものである。遺伝子配列は、もともと、マウスc DNAラィブラリーで同定されていたもので、本発明は同定し、遺伝子を他種よ り単離する方法を提供するものである。当業者で熟練したものであれば理解でき るように、本発明で説明される方法はOP−3遺伝子を、ゲノミックライブラリ ーを含む、他のライブラリーより単離するのに用いることができる。本発明は、 また、OP−3遺伝子配列及びそれがコードする蛋白質を製造する手段を提供す るものである。本発明はさらに、形態形成活性を有するOP−3フラグメントを 用いて哺乳動物の組織形態形成の進展的カスケードを誘導する方法及び組成物を 提供するものである。本発明で提供される方法、及び組成物は前駆体細胞の増殖 、及び/若しくは分化を促進し、損傷した組織の修復及び再生を誘導することな どを含む広い範囲の応用に利用することができる。本発明の形態形成OP−3種 はUS92/01968(WO92/15323)及びUS92/07432( WO93/05751)で開示されているモルフォジェンファミリーの新しいメ ンバーである。本発明で開示されるように、OP−3は天然原料から単離された り、若しくは従来の組換DNA技術を用いて生合成的に作ったり、標準的な化学 的技術で合成的に作ることができる。 形態形成活性を有するOP−3は、それに限定するものではないが、骨、軟骨 、象牙質、神経組織、肝臓、歯周靭帯、セメント質、肺臓、心臓、腎臓、多くの 消化管の組織を含む、各種の組織で組織特異的な進展的カスケードを開始し維持 するのに有用である。本発明で開示される、今まで実験に使用されたことのない 間葉系前駆体細胞と結合して、OP−3は、これらの前駆体細胞の増殖、及び分 化を誘導することができる。これらの細胞の分化に配向させる適切な組織特異的 シグナル、及び形態形成的に許容しうる環境の存在で、OP−3は機能的組織を 生じるために胎児の発育中に起こる細胞性、及び分子的事象のカスケードを再生 することができる。例えば、蛋白質は、前駆体細胞を軟骨細胞や、骨芽細胞への 増殖、及び分化を誘導し、適切な石灰化や骨リモデリングを誘導し、適切な骨組 織血管新生を誘導し、分化した骨髄の形成を誘導することからなる、denov oの軟骨、及び内軟骨性骨形成を誘導することができる(後述の実施例7を参照 )。 以下に、本発明の組成物や方法に有用なOP−3蛋白質を説明する核酸やアミ ノ酸の詳細な説明が、それらをどのように作るか、治療投与の方法や手段につい ての説明も含み、開示される。さらに、(1)組織モルフォジェンや治療剤とし てのこれらの蛋白質の適切性を示し、(2)異なる組織での本発明により包含さ れるモルフォジェンを試験するアッセイを提供する非限定的な多くの実施例が示 される。さらに実施例9では、内因性OP−3の発現、及び/若しくは分泌を促 進できるモルフォジェン産生促進剤を同定する化合物をスクリーニング方法を提 供する。OP−3産生促進剤はまた、OP−3蛋白質投与に替わって、若しくは それに追加して、本発明で開示される治療適用のいずれにも使用できる。 I.有用なモルフォジェン ここで特定されるように、新しい器官特異的組織の形成で最高になる細胞性、 及び分子的事象の進展的カスケードを誘導することができ、少なくとも保存され たC末の6個のシステイン骨格、若しくは機能的に等価なもの(前述)からなる 場合その蛋白質を形態形成性という。特に、モルフォジェンは一般的に形態形成 的に許容しうる環境で以下の生物学的機能の全てを発揮できる:前駆体細胞の増 殖を促進し;前駆体細胞の分化を促進し;分化した細胞の増殖を促進し;分化し た細胞の成長、及び維持を支援する。ここで最初に説明されるモルフォジェンフ ァミリーの蛋白質が、いかに同定されるかの説明、及びそれらを作り、それらの 形態形成活性を試験する方法の説明が、例えば、国際出願US92/01968 (WO92/15323)に開示されている。そこで開示されるように、モルフ ォジェンは天然原料素材から精製することができるし、若しくは好ましくはここ で開示されているように、前核細胞、若しくは真核細胞から組換技術で作ること ができる。また、新規なモルフォジェン配列が、そこに開示されている方法によ て同定される。 特に有用な現在までに同定されているモルフォジェンは、OP−1、OP−2 、CBMP2A、CBMP2B、(蛋白質の形態形成活性ドメインはそれぞれ、 BMP2Aと、BMP2B、若しくはBMP2とBMP4の様な従来技術で引用 さ れる)BMP3、BMP5、BMP6、Vgr−1、GDF−1、Vgl、DP P,60A、及びそれらの対立形質、種の変種、及び他のアミノ酸配列変種、キ メラ型モルフォジェンを含む。米国特許5、011、691号で開示される形態 形成活性を有する生合成的構成物(例えば、COP−1、COP−3、COP− 4、COP−5、COP−7、及びCOP−16)も又有用であると考えられる 。 新規なモルフォジェンOP−3、及びその遺伝子配列が、ここで、同定された 。本発明で有用なOP−3蛋白質は、配列表番号1に示される形態形成活性を有 するOP−3フラグメントのいずれのアミノ酸配列、若しくはそれらの対立形質 、種、若しくは他のアミノ酸配列変種も含む。形態形成活性を有するOP−3フ ラグメントは、また、配列表番号1に示される核酸配列の一部、若しくは全部で コードされる形態形成活性を有するいずれの蛋白質も含む。形態形成蛋白質は、 さらに、厳密な条件下で、例えば配列表番号1の塩基120−848のようなO P−3のプロ領域をコードする核酸配列の少なくとも一部とハイブリダイズする 核酸の一部、若しくは全部によりコードされる蛋白質からなる。 mOP−3遺伝子は399のアミノ酸の鎖長の未成熟の翻訳産物として最初に 発現される蛋白質(”mOP−3”)をコードする。この前駆体形はここでは” プレプロ型”といい(配列表番号1のアミノ酸残基1−399)N末のシグナル ペプチド配列、特色として約20以下の残基からなり、続いて、分解して成熟型 になる”プロ”ドメインがある。本蛋白質の”プロ”型はプロドメインと成熟ド メインからなり培養哺乳動物細胞から分泌される最初の型と思われる溶解型種を 形成する。mOP3の残基1−17を含むと予想されるシグナルペプチドは翻訳 時に、フォン ハイジン((1986)Nucleic Acids Rese arch 14:4683−4691)の方法を利用して与えられた配列中の予 想できる分解部位で、早く分解される。形態形成活性を有するOP−3蛋白質の 好ましい型は、それらのフラグメントも含み、適切に2量化し、ジスルフィド結 合しているプロセッシングされた配列からなる。溶解型の本蛋白質が望まれる場 合は、本蛋白質は、好ましくは、成熟ドメイン、若しくはそれの活性部分、及び プロドメインの一部、若しくは全部からなる。 他の既知のモルフォジェンとのアミノ酸配列相同性により、プロドメインは、 おそらく、標準的なArg−Xaa−Xaa−Arg分解部位を示す配列表番号 1の残基257−260で分解され、鎖長が139アミノ酸の成熟配列(配列表 番号1、残基261−399)を生じる。又、別に、プロドメインは残基260 −263で分解し鎖長のより短い135のアミノ酸配列(配列表番号1のアミノ 酸残基264−399)を生じる。ここで開示されているOP−1、OP−2、 及びOP−3を含む全てのモルフォジェンはアミノ酸配列C末ドメインに保存さ れた少なくとも6個のシステイン骨格、および好ましくは保存された7個のシス テイン骨格からなる。(例えば,US92/01968(WO92/15323 )を参照)。mOP−3に保存された6個のシステイン骨格(配列表番号1)は アミノ酸残基303−399で特定される。保存された7個のシステイン骨格は アミノ酸残基298−399で特定される。例えば、国際出願US92/074 32(WO93/05751)で開示されているOP−1、OP−2、CBMP 2A、CBMP2B、BMP3、BMP5、BMP6、Vgr−1、Vgl,6 0A、DPP、及びGDF−1を含む既知のモルフォジェンファミリーに見いだ される保存された6個ののシステイン骨格に加えて、OP−3蛋白質は、OP− 2蛋白質のようにのように保存されたC末ドメインにさらにもう一つシステイン 残基(配列表番号1の残基338)を有している。 OP−3の成熟配列は、現在までに同定されたモルフォジェンと著しいアミノ 酸配列相同性を共有している。特に、7個のシステインフラグメントは相当する mOP−2とhOP−2と79%以上のアミノ酸配列同一性を示し、相当するO P−1と66%以上の同一性を示す。OP−2のように、OP−3は7個のシス テインドメインのなかに8個のシステインを有している(例えば、配列表番号1 の位置338のところに)。さらに、OP−3は現在までに同定されたモルフォ ジェンのなかでも保存された7個のシステインドメインの位置9(配列表番号1 の残基315)の残基がセリンで、他のモルフォジェンは、特色としてこの位置 ではトリプトファンを有していることで、ユニークである(以下の表Iと国際出 願US92/07358(WO93/04692)の表II参照)。 ここで用いられるように、”アミノ酸配列相同性”とはアミノ酸配列の類似性 を意味すると理解され、相同性のある配列は同一、若しくは類似のアミノ酸を共 有し、類似アミノ酸はデイオフらのAtlas of Protein Seq uence and Structure ;第5巻、補、345−362ページ (M.O.Dayoff、編、国立生物医学研究財団、ワシントンD.C.19 78)で特定される保存されたアミノ酸である。このように、参照配列と70% のアミノ酸配列相同性を共有する候補配列は参照配列と候補配列とを並べてみて 、候補配列の70%が参照配列の相当するアミノ酸と同一、若しくはそれらへの 保存されたアミノ酸変化を構成することが要求される。”アミノ酸同一性”は二 つの並べられた配列間で同一のアミノ酸であることが必要であることが理解でき る。このように、参照配列と60%のアミノ酸同一性を有する候補配列は参照配 列と候補配列を並べたときに候補配列の60%のアミノ酸が参照配列の相当する アミノ酸と同一であることが必要である。 ここで用いられるように、計算される全ての相同性と同一性は参照配列として OP−3を用いる。又、ここで用いられるように、配列はニードルマンらの(1 970)J.Mol.Biol.48:443−453の方法を用いて相同性、 及び同一性の計算のため並べられ、同一性が並置配列プログラム(Align program)(DNAスター,INC.)で計算される。全ての場合、並べ られたとき候補配列の内部のギャップやアミノ酸挿入は相同性/同一性計算をす るときは無視される。 このように、有用なOP−3変種はこれに限るものではないが、配列表番号1 からのアミノ酸配列を含み、ここでは、位置338のシステインが他のアミノ酸 、好ましくは、チロシン、ヒスチジン、イソロイシン、セリンや、例えば、デイ オフらのAtlas of Protein Sequence and St ructure ;第5巻、補、345−362ページ(M.O.デイオフ、編、 国立生物医学研究財団、ワシントンD.C.1979)で特定されるようにそれ らの保存的、代替えアミノ酸で置換される。さらに他の有用なOP−3変種はそ の位置315のセリンが他のアミノ酸、好ましくはトリプトファン、やそれらの 保 存的代替えアミノ酸で置換される蛋白質を含む。 以下に示す一般配列7(配列表番号12)、及び一般配列8(配列表番号13 )はOP−1、OP−2、OP−3、CBMP2A、CBMP2B、BMP3、 60A、DPP、Vgl,BMP5、BMP6、Vgr−1、及びGDF−1を 含む現在までに同定された好ましいモルフォジェン蛋白質ファミリーのメンバー の間で、共有される相同性を収容する。これらの蛋白質のアミノ酸配列がここで (以下の配列リスト及び表Iを参照)、及び/若しくは当業者に、また、例えば 、1992年8月28日に出願した国際公開US92/07358で開示される 。一般配列はC末ドメインにこれらの配列で共有され、6、及び7個のシステイ ン骨格(それぞれ、一般配列7、及び8)で特定されるアミノ酸同一性、及び配 列内で替わりうる位置の別の残基の両者を含む。一般配列は位置41(一般配列 7)、若しくは位置46(一般配列8)にもう一つのシステインを許容し、分子 間、分子内のジスルフィド結合が形成されるようなシステイン骨格を提供し、蛋 白質の3次構造に影響する特定の臨界的なアミノ酸を含有する。 一般配列 7 ここで各Xaaは以下のように特定された一以上のアミノ酸からなる群から独立 的に選択される:”Res”は”残基”を意味する。残基2.のXaa=(Ty rまたはLys);残基3.のXaa=ValまたはIle);残基4.のXa a=Ser,AspまたはGlu);残基6.のXaa=(Arg、Gln,S er,LysまたはAla);残基7.のXaa=(AspまたはGlu);残 基8.のXaa=(Leu、ValまたはIle);残基11.のXaa=(G ln,Leu,Asp,His,AsnまたはSer);残基12.のXaa= (Asp,Arg,AsnまたはGlu);残基13.のXaa=(Trpまた はSer);残基14.のXaa=(IleまたはVal);残基15.のXa a=(IleまたはVal);残基の16.Xaa=(AlaまたはSer); 残基18.のXaa=(Glu,Gln,Leu,Lys,ProまたはArg );残基19.のXaa=(GlyまたはSer);残基20.のXaa=(T yrまたはPhe);残基21.のXaa=(Ala、Ser,Asp,Met 、His,Gln,LeuまたはGly);残基23.のXaa=(Tyr, AsnまたはPhe);残基26.のXaa=(Glu,His、Tyr,As p,Gln,AlaまたはSer);残基28.のXaa=(Glu,Lys, Asp,Glnまた Ala);残基30.のXaa=(Ala,Ser、Pr o,Gln,IleまたはAsn);残基31.のXaa=(Phe,Leuま たはTyr);残基33.のXaa=(Leu、ValまたはMet);残基3 4.のXaa=(Asn,Asp,AlaN ThrまたはPro);残基35 .のXaa=(Ser,Asp、Glu,Leu,AlaまたはLys);残基 36.のXaa=(Tyr,Cys,His,SerまたはIle);残基37 .のXaa=(Met、Phe,GlyまたはLeu);残基38.のXaa= (Asn、SerまたはLys);残基39.のXaa=(Ala,Ser、G lyまたはPro);残基40.のXaa=(Thr、LeuまたはSer); 残基44.のXaa=(Ile,ValまたはThr);残基45.のXaa= (Val、Leu、MetまたはIle);残基46.のXaa=(Glnまた はArg);残基47のXaa=(Thr,AlaまたはSer);残基48. のXaa=(LeuまたはIle);残基49.のXaa=(ValまたはMe t);残基50のXaa=(His、AsnまたはArg);残基51.のXa a=(Phe,Leu,Asn,Ser,AlaまたはVal);残基52.の Xaa=(Ile,Met、Asn、Ala、Val、GlyまたはLeu); 残基53.のXaa=(Asn、Lys,Ala,Glu,GlyまたはPhe );残基54.のXaa=(Pro,SerまたはVal);残基55.のXa a=(Glu,Asp,Asn,Gly,Val,ProまたはLys);残基 56.のXaa=(Thr,Ala,Val,Lys,Asp,Tyr,Ser ,Gly,IleまたはHis);残基57.のXaa=(Val,Alaまた はIle);残基58.のXaa=(ProまたはAsp);残基59.のXa a=(Lys,LeuまたはGlu);残基60.のXaa=(Pro,Val またはAla);残基63.のXaa=(AlaまたはVal);残基65.の Xaa=(Thr,Al aまたはGlu);残基66.のXaa=(Gln,Lys,ArgまたはGl u);残基67.のXaa=(Leu、MetまたはVal);残基68.のX aa=(Asn,Ser,AspまたはGly);残基69.のXaa=(Al a、ProまたはSer);残基70.のXaa=(Ile、Thr,Valま たはLeu);残基71.のXaa=(Ser、AlaまたはPro);残基7 2.のXaa=(Val,Leu,MetまたはIle);残基74.のXaa =(TyrまたはPhe);残基75.のXaa=(Phe,Tyr,Leuま たはHis);残基76.のXaa=(Asp、AsnまたはLeu);残基7 7.のXaa=(Asp、Glu,Asn,ArgまたはSer);残基78. のXaa=(Ser、Gln,Asn、TyrまたはAsp);残基79.のX aa=(Ser、Asn,Asp、GluまたはLys);残基80.のXaa =(Asn、ThrまたはLys);残基82.のXaa=(Ile,Valま たはAsn);残基84.のXaa=(LysまたはArg);残基85.のX aa=(Lys,Asn,Gln,His,ArgまたはVal);残基86. のXaa=(Tyr,GluまたはHis);残基87.のXaa=(Arg、 Gln,GluまたはPro);残基88.のXaa=(Asn、Glu,Tr pまたはAsp);残基90.のXaa=(Val、Thr,AlaまたはIl e);残基92.のXaa=(Arg、Lys,Val,Asp,Glnまたは Glu);残基93.のXaa=(Ala、Gly,GluまたはSer);残 基95.のXaa=(GlyまたはAla);残基97.のXaa=(Hisま たはArg) 上に述べたように一般的配列8(Seq.ID No.13)は一般的配列7 の全部を含み、さらにN末が以下の配列を含む: 従って、残基7で始まる一般的配列8の各Xaaは、一般的配列7で開示され ている各残基の数値が、一般的配列8では5ずつずれているようになっている一 般的配列7で特定される特定のアミノ酸である。このように一般的配列7の”残 基2のXaa=(TyrまたはLys)”は一般的配列8の残基7になっている 。一般的配列8では残基2のXaa=(Lys,Arg,AlaまたはGln) ;残基3.のXaa=(Lys,ArgまたはMet);残基4.のXaa=( His,ArgまたはGln);残基5.のXaa=(Glu,Ser,His ,Gly,Arg、Pro ThrまたはTyr)。 表Iは、以下に示されるが、ヒトOP−1、マウスOP−1、ヒトhOP−2 、マウスOP−2、マウスOP−3(mOP−3、配列表番号1)の7個のシス テイン骨格を特定するC末のアミノ酸配列を比較している。表で、配列を本質的 にNeedlemanらの方法((1970)J.Mol.Biol.、48: 443−453)に従って並べ、並置配列プログラム(DNAスター,Inc. )により計算した。表では、3個のドットは、その位置にhOP−1のアミノ酸 と同じアミノ酸であることを示す。3個のダッシュはその位置にアミノ酸が存在 しないが相同性を示す目的で示されている。以下のアミノ酸比較から明らかなよ うに、マウスOP−3とマウス及びヒトOP−1、OP−2の間には著しいアミ ノ酸配列相同性がある。 II.治療薬としてOP−3蛋白質を投与する方法及びその製剤 II.A OP−3蛋白質の考察 本発明で開示されるモルフォジェンは適当な手段により、好ましくは、直接、 若しくは全身に、例えば、非経口的に、若しくは経口で、投与する事が出来る。 モルフォジェンが直接(例えば、局所で、注射により所望の組織部位へ)、若し くは非経口的に、静脈内、皮下、筋肉内、眼窩内、眼、脳室内、頭蓋内、関節包 内、脊髄内、くも膜下槽内、腹腔内、バッカル、直腸、膣、鼻腔内あるいはエア ロゾル投与により投与されるが、モルフォジェンは好ましくは水溶液からなる。 溶液は生理学的に許容できるもので、望まれるモルフォジェンを患者に投与する のに加えて、溶液は患者の電解質や体液バランスに副作用を示さないものである 。このように、モルフォジェンの水系溶媒は通常の生理食塩水(0.9%NaC l、0.15M、pH7−7.4)よりなる。モルフォジェン含有水溶液は例え ば蛋白質を、50%エタノールまたは0.1%トリフルオロ酢酸(TFA)、若 しくは0.1%HClを含有するアセトニトリリル若しくは同等の溶剤に溶解す ることによって調製することができる。そして、一容のその溶液を、例えば、1 0容のリン酸生理食塩緩衝液(PBS)に添加し、さらにヒト血清アルブミン( HSA)を含むことができる。できた溶液は好ましくはさらに撹拌する。 望まれる場合は、与えられたモルフォジェンは適切な分子と結合してより溶解 性をあげることができる。例えば、成熟2量体がモルフォジェンのプロドメイン と結合することによりその蛋白質の溶解性を著しく高める。例えば、OP−3の プロ型は生理緩衝溶液で溶解する種を含む。事実、内因性の蛋白質はこの形で特 定の組織に輸送(例えば、分泌及び循環)されると考えられている。この溶解型 の蛋白質はモルフォジェン分泌性哺乳動物細胞の培養液から得ることができる。 また、溶解型の種は成熟2量体(あるいは、その活性フラグメント)とプロドメ インの一部若しくは全部と複合体を形成することにより製剤することができる。 溶解度を上げることができ、かつ特に経口投与に有用な他の分子はカゼインであ る。例えば0.2%のカゼインをすることにより成熟活性型OP−1の溶解度を 80%増加させる。ミルク、及び/若しくは各種血清蛋白質に存在する他の成分 も又有用である。 経口あるいは非経口投与に有用な溶液は、製剤技術の公知の方法のいずれによ っても調製することができる。例えば、Remington’s Pharma ceutical Sciences, (ジエンナーロ,A、編),MackP ub.、1990に開示されている。製剤は、例えば、ポリエチレングリコール のようなポリアルキレングリコール、又は植物油、又は水素化ナフタレン のようなものも含んでもよい。直接投与の製剤は、特に、グリセリンや他の高粘 度の組成物をふくんでもよい。生物適合性ポリマー、好ましくは、例えば、ヒア ルロン酸、コラーゲン、リン酸トリカルシウム、ポリブチレート、ポリラクチド 、ポリグリコリド、ラクチド/グリコリドコポリマーのような生物吸収性ポリマ ーを含む、はin vivoで、溶解型モルフォジェンの放出を制御できる有用 な賦形剤として使用できる。 他の可能性のある、当該モルフォジェンの有用な非経ロデリバリーシステムは エチレン−酢酸ビニルコポリマー粒子、浸透圧ポンプ、埋め込み可能な注入シス テムやリポソームを含む。吸入投与の製剤としては、賦形剤として、例えば、ラ クトースを含んでもよいし、例えば、ポリオキシエチレン−9−ラウリルエーテ ル、グリココレート、デオキシコレート、又は油性溶液を鼻用ドロップ剤や鼻腔 内投与用ゲルとして、含む水溶液であってもよい。 本発明で開示されたモルフォジェンは経口投与することもできる。治療薬とし ての蛋白質は一般的には、殆どの蛋白質が血流に吸収される前に、哺乳類の消化 器系の消化酵素や酸により、容易に分解されるので、実際的ではない。しかしな がら、本発明で開示したモルフォジェンは、一般に、酸に対して安定で、蛋白分 解酵素に耐性である。(例えば,米国特許4、968、590号)さらに、少な くとも一つのモルフォジェン、OP−1、はウシ乳腺抽出物、初乳やミルク、唾 液中で同定されている。さらに、乳腺抽出物から精製されたOP−1が形態形成 活性を有している。例えば、この蛋白質は、米国特許4、968、590号に開 示されているように、標準的なin vivoの骨アッセイを用いて評価すると 、適当なマトリックス剤に結合して皮下に埋め込んだときに、軟骨内骨形成を誘 導する。さらに、内因性のモルフォジェンもまたヒト血清中で検出されている。 これらの知見は経口、及び非経口投与はモルフォジェンをヒトに投与する有効な 手段であることを示している。。さらに、ここに開示される成熟型の特定のモル フォジェンは特徴的に僅かしか溶解しないが、ミルク(及び乳腺抽出物や初乳) に存在するモルフォジェンは、おそらく成熟な、形態形成活性を有する型がイン タクトな配列のプロドメインと結合することにより、及び/若しくは一つ以 上のミルク成分と結合することにより容易に溶解する。従って、本発明で提供さ れる化合物は、例えば、後述する如く、モルフォジェンのプロドメインの一部、 若しくは全部、及び前述した如く、カゼインを含み、in vivo、若しくは in vitroでそれらの溶解度をたかめることができる分子と結合させるこ とができる。 本発明で提供される化合物はモルフォジェンを所望の組織へ標的化する事が出 来る分子と結合することができる。例えば、テトラサイクリンやジフォスフォネ ート(ビスフォスフォネート)は、哺乳類に全身投与したとき、骨ミネラル、特 に骨リモデリング帯に結合する事は知られている。従って、これらの分子はOP −3を骨組織へ標的化する有用な試薬として含むことが出来る。また、別の選択 として、所望の標的組織細胞表面と特異的に相互作用する抗体や他の結合蛋白質 をもまた使用することができる。さらに、そのような標的化分子はモルフォジェ ンと、例えば、化学的架橋、又はAsp−Proのような酸分解しやすい結合を 作る標準的な遺伝子工学的手段などにより、共有結合させてもよい。有用な標的 化分子は、例えば、米国特許5、091、513号に開示されている単一鎖結合 部位テクノロジーを利用して、デザインすることができる。 上記の如く、モルフォジェンファミリーはそれらのC末活性ドメインに著しい 配列相同性を共有している。反対にその配列は成熟蛋白質のプロドメインや、N 末の39個のアミノ酸を特定している配列とは著しく異なっている。従って、プ ロドメインおよび/若しくはN末配列はモルフォジェンに特異的である可能性が ある。上述した如く、現在までに同定されたモルフォジェンは異なる組織で、区 別して発現されている。従って、特定の理論に限られることなく、生体内の自然 な状況では選択されたモルフォジェンが、特徴として、特定の組織に作用する。 従って、これらのモルフォジェン特異的配列の一部、又は全部が、本発明で開示 されているモルフォジェンの組織標的化分子として作用することが出来る。例え ば、プロドメインは、プロドメインと結合したモルフォジェンをその組織に配向 させるのに、標的組織で一以上の分子と特異的に相互作用する事が出来る。この ように、OP−3を骨組織に標的化する他の有用な標的化分子は、例えば、プロ ドメインの一部、若しくは全部、及び/若しくは成熟蛋白質のN末等のように、 モルフォジェン特異的配列の一部、若しくは全部を含んでもよい。これらの蛋白 質の全ては、本来、骨組織と関連して発見された(例えば,米国特許 5、01 1、699号を参照)OP−1やBMP2やBMP4のモルフォジェン特異的な 配列は、特に有用である。また、GDF−1のモルフォジェン特異配列は形態形 成OP−3を神経組織、特に脳組織へ標的化するのに使用さうることがきる。こ こではGDF−1が主として発現されているようである(例えば,ここで引用文 献として挙げている Lee、PNAS88:4250−4254(1991 )を参照)。上述の如く、本蛋白質のプロ型はモルフォジェン分泌哺乳動物細胞 の培養液より得ることができる。又別に、適切な種が成熟2量体(若しくはその 活性フラグメント)とプロドメインの一部、若しくは全部と複合化し、製剤化す ることができる。例えば、非OP−3のプロドメイン、及び/若しくは非OP− 3のN末からなるキメラ型OP−3蛋白質は標準的な組換DNA手法、及び/若 しくは当業者でよく開示されており、後述する自動化学的核酸合成手法を用いて 合成することができる。 最後に、本発明で提供されるOP−3蛋白質は単独、又は組織修復や、再生す ることができる、若しくは炎症を阻害する事が出来る分子を含め、組織形態形成 に有効な事が知られている他の分子と併用で投与する事が出来る。骨粗鬆症患者 の骨組織成長を促進する有用な補助因子の例は例えば、それに限るものではない が、ビタミンD3、カルシトニン、プロスタグランジン、副甲状腺ホルモン、デ キサメタゾン、エストロジェン、IGF−I、IGF−IIが挙げられる。神経組 織修復や再生に有用な補助因子は神経成長因子がある。他の有用な補助因子には 症状を緩和する補助因子があり、それらには、防腐剤、抗生物質、抗ウイルス剤 、抗菌剤、鎮痛剤や麻酔剤が挙げられる。 本発明で提供される化合物は薬理学的に許容しうる、毒性のない賦活剤やキャ リヤーとの混合による薬理学的組成物に製剤する事が出来る。上記の如く、その ような組成物は非経口投与では、特に溶液、又は懸濁液の形で、経口投与では、 特に錠剤やカプセル剤の形で、あるいは、鼻腔内では、特に、散剤や鼻用ドロッ プやエアロゾルの形で作ることが出来る。組織表面への接着が望まれるところに 、フィブリノーゲン−トロンビン組成物若しくは例えば国際出願US91/09 275に開示されている他のそのような生物接着剤に分散されたモルフォジェン の組成物が含まれる。組成物はさらに、塗布されたり、噴霧されたり、又は、他 の方法で所望の組織表面に適用することが出来る。 組成物は、ヒトあるいは他の哺乳類に治療的に有効な量、例えば、上述したよ うにその特定ステップを含む形態形成を誘導するのに十分な時間、標的組織へ適 当な濃度のOP−3を供給する量を、非経口、又は経口投与のために製剤化され る。 OP−3が移植処置の一部として使用される場合、モルフォジェンは、ドナー から組織や器官を切除するのに先立って移植されるべき生体組織や器官にモルフ ォジェンを供給することが出来る。OP−3はドナー主に、直接、OP−3から なる製剤の組織への注射、又は間接的に、例えば上述したいづれかの手段を用い て、経口又は非経口投与により供給することが出来る。 また、さらに、一度ドナーから除去されれば、器官または生体組織はOP−3 を含む保存溶液に入れられる。さらに、レシピアントにもまた、好ましくは、移 植直前、又は同時にモルフォジェンを投与する。全てのケースについてOP−3 は危険な状態の組織へ、組織への注射によるように、直接投与することが出来、 又は本発明で開示し、若しくは従来技術で知られている方法で経口、若しくは非 経口的に供給することが出来る。 OP−3が組織や器官保存液からなる場合、入手出来るどのような市販品の保 存溶液でも効果的に使用できる。例えば、当業者に知られている有用な溶液には 、コリンズ溶液、ウィスコンシン溶液、ベルツァー溶液、ユーロコリンズ溶液、 酪酸化リンゲル溶液等が含まれる。一般に器官保存溶液は通常、以下の性質の1 以上を有している:(a)哺乳動物細胞の内側の浸透圧と実質的に同等な浸透圧 (溶液の特徴として超浸透圧で、哺乳動物細胞の内側より僅かに高い浸透圧を作 るのに十分な量のK+,及び/若しくはMg++が存在する);(b)溶液は特徴 として細胞に実質的に正常なATPレベルを維持することができる;そして( c)溶液は通常、細胞の最適なグルコース代謝ができるようにしている。器官保 存溶液は凝集阻害剤や、グルコース、フラクトースや他の糖質のようなエネルギ ー源、代謝物、重金属キレート剤、低温での生存率をたかめる高粘度のグリセリ ンや他の物質、酸素フリーラジカル阻害剤、及び/若しくは消去剤、及びpH指 示薬を含有している。保存溶液の詳細な説明、及び有用な成分は、例えば、米国 特許5、002、965号に見だすことができる。 OP−3は移植される器官や生体組織の生存性を昂進するのに有用であると考 えられる。モルフォジェンは、骨髄移植、皮膚、消化管粘膜や他の生体組織の移 植におけると同様、肺臓、心臓、肝臓、腎臓、若しくは膵臓移植に特に有利に用 いることができる。 当業者に理解できるように治療組成物に開示された化合物の濃度は、薬剤の投 与量、用いられる化合物の化学的特性(例えば疎水性)や、投与経路などを含む いろいろな因子により変化する。投与されるべき薬剤の好ましい用量もまた、お そらく、組織損失若しくは欠陥のタイプや程度、特定患者の全体的な健康状態、 選ばれた化合物の相対的生物学的有効性、化合物の製剤、投与経路等に依存する 。一般的に本発明の化合物は、非経口投与用には約0.001から10重量/容 量%の化合物を含有する水溶性生理緩衝溶液で供給される。一般的な薬剤量範囲 は1日約10ng/kgから約1g/kg体重である;好ましい範囲は約0.1 μg/kgから100mg/kg体重である。成熟モルフォジェンが(例えば、 OP−1、20pg)連続21日間正常な生育期のラットに毎日投与されたとし ても、モルフォジェン誘導の病理学的病変は認められなかった。さらに、毎日1 0日間正常新生マウスに10μgのモルフォジェンの全身注射(例えば、OP− 1)をしても、おおきな異常所見はみられなかった。 II.B 基質調製 OP−1を散布することができ、遊走前駆体細胞の分化及び増殖を許容する構 造、若しくは骨格を提供するために適当に調製された生体内適合性の、好ましく はin vivoで生体内分解性の基質に、形態形成活性を有するOP−3フラ グメントを外科的に移植し、OP−3が散布される。基質は、また、分化しつつ ある細胞の組織特異性を配向することができ、さらに形態形成的に許容しうる環 境を提供し、本質的に成長阻害シグナルのないシグナルを供給することができる 。 成型された基質は手術に前もって望まれるように成形され、若しくは、手術中 に医師や、技師により、形作られる。このように、本素材は、組織を修復したり 、de novoで成長を誘導するために、局所的な、皮下の、腹腔内の、筋肉 内の移植に使用することができる。基質は、好ましくは、in vivoで生体 内分解性のもので、移植材の型で若しくは型に非常に近接した型で、生体にゆっ くりと吸収され、新しい組織成長で置換される。基質は、もともと、微粒子であ ってもよい。 本発明で有用な基質の製造方法及び使用方法の詳細を以下に記述する。 II.B(i)組織由来の基質 適切な、生体内適合性の、in vivoで生体内分解性の無細胞基質は天然 に存在する組織から調製することができる。組織は、組織の細胞性、非構造的成 分を実質的に抽出するために適切な薬剤で処理される。薬剤は組織と結合した、 いづれの形態形成阻害成分を抽出することができるものである。その結果の素材 は、非構造的に結合した成分を実質的に除去した多孔性の、無細胞基質である基 質は、また、さらに基質を修飾する薬剤で処理してその表面に孔や尖孔の数を増 加することができる。当業者の熟練者であれば、どの薬剤が種々の組織について 、非構造的成分の抽出が最も適切かを決める方法については知っている。例えば 、肝臓や肺臓のような軟組織は組織の細胞構造を破壊し非構造的成分を抽出する のに、例えば、薄切し、100%エタノールのような非極性溶剤に曝すことがで きる。素材は、その後、乾燥し、粉末化して、非接着性の多孔粒子にするか、若 しくはゲル様の溶液で保存することができる。コラーゲンが最も多い蛋白性成分 である軟骨や象牙質のような構造組織は、本質的にはサンパスらの(1983) PNAS80:6591−6595の方法に従って、脱灰し、塩酸グアニジンで 抽出することができる。例えば、粉末化され、脱灰された象牙質は4℃で1 6時間5容量の4M塩酸グアニジン、50mM トリス−塩酸、pH7で抽出す ることができる。懸濁液は濾過する。残った不溶性の素材は集められ、基質を製 造するのに利用される。この素材は、実際殆どがコラーゲン性のものである。そ れには、形態形成活性はない。基質粒子は、さらに、基質から好ましくない成分 を抽出することができ、基質素材の表面構造を変化させるコラーゲン原線維修飾 剤で処理することができる。有用な薬剤には、酸、有機溶剤、加熱された水溶性 媒体がある。これらの基質処理の詳細な説明は、例えば、米国特許4、975、 526号、及び1990年9月7日に公開された(WO90/10018)国際 公開US90/00912に開示されている。 現在のところ、最も好ましい薬剤は基質粒子表面の面積や多孔性を増加させる ためには、水のような加熱水溶性原線維修飾媒体である。現在のところ、最も好 ましい水溶性媒体は、加熱前にコラーゲンを膨潤させるのに役立つpH約4.5 以下の、例えば、約pH2−pH4の範囲での酸性水溶性媒体である。0.1% 酢酸が、そのpHは約3であるが、現在のところ最も好ましい。0.1M酢酸も 使用することができる。 いろいろな量の脱脂、脱灰、グアニジン抽出した骨コラーゲンを水ジャケット 付きガラスフラスコ内で一定に撹拌しながら、水溶性媒体(1g基質/30ml 水溶性媒体)で加熱し、前もって決められた時間、一定の温度で維持する。約0 .5から2時間の間は許容できそうであるが、好ましい処理時間は、約1時間で ある。用いられる温度は約37℃から65℃の範囲内での温度を一定に保つ。現 在のところ、好ましい加熱処理温度は約45℃から60℃の範囲である。 加熱処理後、基質は濾過され、洗浄され、凍結乾燥され、移植に用いられる。 酸性水溶性媒体が使用されたときは洗浄や凍結乾燥の前に中和するのが好ましい 。 現在のところ好ましい中和緩衝液は、pH7,200mMリン酸ナトリウム緩 衝液である。基質を中和するのに、好ましくは、基質を最初、熱処理後、冷却し 、その後、酸性水溶性媒体(例えば、0.1%酢酸)を除去し中和用緩衝液で置 換し、基質を30分間撹拌する。中和緩衝液をその後除去し基質を洗浄し凍結乾 燥することができる。 他の有用な原線維修飾処理には酸処理(例えば、トリフルオロ酢酸やフッ化水 素)、及びジクロロメタン、アセトニトリル、イソプロパノール、及びクロロフ ォルムのような溶媒処理、及び特定の酸/溶媒の併用等が含まれる。 原線維修飾剤との接触後処理された基質は、以下の様式の処方に従って、いづ れの抽出成分をも除去するのに洗浄される: 1.TBS(トリス生理緩衝液)に基質材を1g/200mlで懸濁し、4℃ で、2時間撹拌する;若しくは、6M尿素、50mMトリス−塩酸、500mM NaCl、pH7.0(UTBS)、若しくは、水に懸濁し、室温(RT)で3 0分(そのpHを中和するのに十分な時間)撹拌する; 2.遠心分離し、洗浄工程を繰り返す;そして 3.遠心分離する;上清を捨てる;水で残渣を洗浄する;そして、凍結乾燥す る。 又別に、適切な基質素材を市販品で入手することができる。例えば、マトリゲル TM(コラボレーティブ リサーチ,Inc.,ベッドフォード)のようなマウ ス肉腫細胞由来の細胞外基質抽出物を効果的に使うことができる。 II.B(ii)合成基質 上述した、天然由来の組織特異的基質に加えて、有用な組織特異的基質を合成 的に成型することができる。これらの多孔性の生物内適合性で、in vivo で生体内分解性の合成基質は1991年(WO91/18558)12月12日 に公開された国際公開US91/03603に開示されている。簡単に云うと、 基質は生体内適合性で、生体内分解性コラーゲンの多孔性の架橋構造のポリマー 、及び組織特異的細胞接着因子のような適切な、組織特異的グリコサミノグリカ ンからなる。不溶性コラーゲン、酸可溶性コラーゲン、中性、若しくは塩基性水 溶液に可溶なコラーゲンを含む、各種のソース由来のコラーゲンは、市販のこれ らのコラーゲン同様、これらの合成基質に使用するのに適している。 グリコサミノグリカン、ムコポリサッカライドは組織特異的分布を有している 動物起源のヘキサミン含有ポリサッカライドであり、それ故モルフォジェン剌激 分化細胞の組織特異性を決定するのに役立つよう使用することができる。GAG sとの反応でコラーゲンにもう一つの価値ある性質、即ち、動物宿主から免疫反 応(体外生体反応)の惹起の不能性を与える。 化学的に、GAGsはグリコシディル結合し多かれ少なかれ規則的に、ヘキソ ウロン酸、若しくはヘキソース部分(ドッジソンら Carbohydrate Metabolism and its Disorders (ディッケンズ ら編)第1巻、アカデミック プレス(1968))で変化する残渣よりなる。 有用なGAGsにはヒアルロン酸、ヘパリン、ヘパリン硫酸、コンドロイチン 6−硫酸、コンドロイチン 4−硫酸、デルマタン硫酸、及びケラタン硫酸が含 まれる。他のGAGsは本発明で説明する基質を形成するのに適切で、当業者の 熟練者であれば、他の適切なGAGsを知っているか、日常の実験で確定するこ とができる。ムコポリサッカライドのより詳細な説明は、アスピナルのPoly saccharides 、パーガモン プレス、オクスフォード(1970)、 を参照されたい。例えば、米国出願番号529、852号に開示されているよう に、コンドロイチン−6−硫酸は内軟骨性骨形成が必要なところで使用すること ができる。ヘパリン硫酸は、一方では、肺組織の修復に使用される合成基質を成 型するのに使用することができる。 コラーゲンはGAGと酸性水溶性溶液中で、好ましくは希釈酢酸溶液中で反応 させることができる。GAGを水溶性コラーゲン分散液中に滴下することにより 、GAGで被覆された絡み合ったコラーゲン原線維の共沈になる。繊維の絡み合 った塊はホモゲナイズして微細繊維の均一分散液とし、濾過乾燥する。 コラーゲン−GAG生成物の不溶性は、共有結合でこれらの素材と架橋するこ とにより望まれた程度まで高められ、それは、これらの素材が再吸収されること 対して耐性を高めるのに役立つ。一般に、脱水熱的操作による架橋が好ましいが 、架橋コラーゲンに適切などのような共有結合的架橋方法も、これらの複合材料 を架橋させるのに適切である。 乾燥したとき、架橋粒子は本質的には球状で直径約500μmである。走査型 電子顕微鏡で見ると表面に約20μm、内部で40μmの孔を示した。内部は細 胞接着のための表面を供給する繊維状の及びシート状の構造からなっている。粒 子の内部の至る所に細胞に接近できるように、孔は相互に連結している。素材は 約99.5%のボイドボリュームを有し、その素材が、ミクロ担体1g当たりで 成長することができる細胞集団に関して非常に有効になるようにしている。 他の有用な合成基質は生体内適合性で、in vivoで生体内分解性を示す 合成ポリマー、例えばグリコール酸、乳酸、及び/若しくは酪酸およびそれらの コポリマーや誘導体も含む合成ポリマーから成型される。これらのポリマーは当 業者に公知であり、市販品を入手できる。例えば、ポリ乳酸(例えば、分子量1 00キロダルトン)、80%ポリラクチド/20%グリコシド、若しくはポリ3 −ヒドロキシ酪酸(例えば、分子量30キロダルトン)からなるポリマーは全部 ポリサイエンスから購入可能である。ポリマー組成物は、一般に粒子の形で得る ことができる。さらに、高分子組成物の形態を変えることができ、例えば、当業 者で既知の多くの特定の溶媒処理のいずれでも用いて、多孔性を増加させること ができる。モルフォジェンが基質表面に吸着するところでは、工程は、好ましく は、ポリマーの加水分解が避けられる条件下(例えば、エタノール−トリフルオ ロ酢酸溶液のような非水溶液)で行われる。 本発明で開示されるOP−3蛋白質は以下のいずれかの方法を用いて、適切な 基質と結合及び分散することができる: 1.エタノール沈殿 塩酸グアニジンに溶解したモルフォジェンに基質を添加する。試料をボルテッ クスミキサーで撹拌して、低温でインキュベートする。試料をその後ボルテック スミキサーで撹拌する。冷無水エタノールを混合物に添加し、その後それを撹拌 しインキュベートする。遠心分離(小型分離器で、高速)後、上清を除去する。 基質を水に濃縮した冷エタノールで洗浄し、凍結乾燥する。 2.アセトニトリル トリフルオロ酢酸 凍結乾燥 この操作で、アセトニトリル トリフルオロ酢酸(ACN/TFA)溶液中の 形態形成活性を有するOP−3フラグメントを担体素材に添加する。試料を激し く何回もボルテックスミキサーで撹拌し、それから凍結乾燥する。 3.緩衝食塩水凍結乾燥 生理食塩水中の形態形成活性を有するOP−3フラグメントの調製も又、基質 とボルテックスミキサーで撹拌し、凍結乾燥し、形態形成活性素材を製造する。 組織形態形成は形態形成的に許容しうる環境が必要である。明らかに、永久に 再生し続ける細胞群から構成されない、完全な機能を有する健全な組織には、連 続する組織成長を抑制するシグナルが存在するはずである。このように、フィー ドバック調節メカニズムのような、調節メカニズムが存在し、細胞成長及び分化 の調節を制御しているものと考えられる。実際に、TGF−β及びMISの両者 とも適切な濃度で存在すれば細胞成長を抑制することができることが知られてい る。さらに、骨モデル系を用いて、脱灰及びグアニジン抽出され実質的に非コラ ーゲン性蛋白質を除去した骨由来担体からなる骨形成材は、骨誘導モルフォジェ ンと結合して移植されたとき、内軟骨性骨形成をさせることが示されうる。しか しながら、もし骨由来担体が脱灰されておらず、低塩でのみ洗浄されている場合 には、例えば、内軟骨性骨形成の誘導は抑制され、担体内に1以上の抑制因子が 存在することが示唆される。 III.実施例 実施例1.OP−3の組換生産 本発明の方法及び組成物に有用なOP−3蛋白質は、天然原料から精製するこ とができるし、あるいは標準的な組換技術を用いて生産することができる。OP −3モルフォジェンの組換生産の一般的考察を以下に説明する。 A.新規なmOP−3配列の同定 形態形成性OP−3蛋白質をコードする遺伝子配列はUSSN677、274 で本質的に開示されたOP−2のミッド−プロ領域(プレ−プロ蛋白質のアミノ 酸残基125から225までに相当する)に特異的なマウスOP−2 cDNA をハイブリダイゼーションのプローブとして、0.3kbEcoRI−BamH I OP−2フラグメントを用いて同定された。32P−プローブをランダムヘキ サヌクレオチドプライミング法を用いて調製し、ハイブリダイゼーションを以下 の条件を用いて行った:40%ホルムアミド、5×SSPE,5×デンハルト溶 液、0.1%SDS、37℃、一晩、そして0.1×SSPE,0.1%SDS 50℃で洗浄する。悪性奇形腫細胞株PCC4(ストラタジェン Inc.、ラ ホヤ、CA,カタログ番号#936301)から作られたマウスcDNAライブ ラリーから約1×106ファージ(λ zapIIに載って)をスクリーニングし た。このスクリーニングで、3巡以上のスクリーニングで精製した4個のクロー ンを得た。このcDNAsを含有するプラスミッドDNAを製造指針に従って、 λ zapII切断操作を用いて得た。4個のクローンの内3個がOP−3をコー ドするDNA配列を示した。本発明でmOP−3と呼称し、配列表番号1で開示 されているDNA配列はこの操作で同定された。 単離したmOP−3DNA配列は他の既知のモルフォジェンと同様に、プロ領 域(配列表番号1の残基20−260、若しくは20−263で本質的に特定さ れる)と成熟領域(配列表番号1の残基261−399、若しくは264−39 9で本質的に特定される)からなる蛋白質をコードし、保存されたシステイン骨 格からなる機能的ドメインを含む。 OP−2のように、OP−3は7個のシステインドメイン内の8個のシステイ ンで特徴づけられる(例えば、配列表番号1の338位)。余分のシステインは 、おそらく、分子間ジスルフィド結合を供給することにより、折り畳まれた構造 を安定化するのに役立つようである。余分のシステインは、また、OP−3と8 個のシステインからなる他のモルフォジェン、例えば、OP−2、若しくは、適 当な位置に余分なシステインが挿入されている修飾されたOP−1、とのヘテロ ダイマーを形成するのを可能にしている。余分のシステインはテトラマー形成を も可能にする。余分のシステインからなる発現された蛋白質は容易にSDSゲル 電気泳動で検出できるように、余分のシステインは合成を抑制したり、翻訳配列 の安定性を著しく減少させることはない。最初のグリコシル化部位はOP−2、 及びOP−3の両者とも余分のシステインのちょうどC末にあり、これで保護効 果を示すことができる。 ヒト及びマウスのOP−2のcDNA配列が配列表番号7及び9に提供されて おり、ヒトOP−2の染色体配列が配列表番号11に提供されており、そこに、 これらの蛋白質のコーディング領域を特定しているエクソンが示されている。エ クソン領域が後述の図1にも示されている。ヒトOP−2部分は標準的なクロー ニング操作を用いて、3個のオーバーラップしているファージクローン上の染色 体ライブラリー(クローンテク,EMBL ♯HL1067J)から単離された 。OP−2をコードする情報は、27kb以上におよび、OP−1のように7個 のエクソンを含有する。7個のシステインドメインのエクソンーイントロン境界 領域の比較でOP−1のそれらと位置が一致することがわかった。最初のOP− 2エクソンは、シグナルペプチドを含む、334bpのコーディング配列(11 1アミノ酸)を含有し、最も大きなイントロン(14kb)が後に続く。2番目 のエクソン(190bp,64アミノ酸)は短いイントロン(0.4kb)によ りエクソン3(149bp,49アミノ酸)から分離されている。さらに、大き な3番目の9.5kbのイントロンが続いている。4番目のエクソン(195b p,65アミノ酸)は成熟部位(”OP−2−Ala”)をコードし、0.8k bのイントロンが続いている。7個のシステインドメインがエクソン5から7ま での上にある:エクソン5(80bp,27アミノ酸)は成熟OP−2の最初の システインをコードし、イントロン5(長さ0.5kb)が続き、エクソン6( 111bp,37アミノ酸)は2.5kbのイントロンにより147bp(49 アミノ酸)コーディング配列を有する7番目の、最後のエクソンから離れている 。上述したように、エクソン−イントロン境界領域はヒトOP−1、及びOP− 2という、蛋白質のモルフォジェンファミリーの2つの異なるメンバー間に保存 されている。同様に、ヒト及びマウスOP−2、という2つの種変種モルフォジ ェン間のエクソン−イントロン境界領域は、同様に保存されていることが予測さ れる。 図1はマウスOP−2及びマウスOP−3をコードしているcDNA領域の配 列示している。エクソン境界領域は配列の下の縦線で示してある。両配列は同じ 数のヌクレオチドを有している。ヌクレオチド配列はN末、及びC末領域で約8 0%保存されている。図では、両配列間でのヌクレオチド同一性は点画で示して ある。さらに、配列の中央領域は高度に保存され、この保存された領域はエクソ ン2とエクソン3の境界領域にある。この領域には、たった3個のヌクレオチド の違いしかなく、ダイアモンド印で図中に示されている。 ヌクレオチド配列の保存の高度さが、OP−2及びOP−3がエクソン2及び 3のヌクレオチド配列を共有していることを示している。異なる蛋白質は別にス ライスされた転写物からのもであり、若しくはそれらのコーディング配列の一部 を共有している独立した遺伝子から生じるものである。OP−2のエクソン2の 上流にあるイントロン1(配列表番号11参照)は大きく(14.6kb)OP −3遺伝子、及び/若しくはその最初のエクソン配列、の最初を含むことができ る。確かに、他の啼乳動物の遺伝子で見られてきたように、これらのモルフォジ ェンの1以上のイントロンは転写調節機能を有する配列を含む。 本発明、及びUSSN752、764で開示されているスクリーニング操作及 び標識化したOP−2フラグメント、若しくは、好ましくは標識化したOP−3 フラグメントを用いて、他の種、及び他のライブラリーから、若しくはOP−3 遺伝子配列を単離することができる。別に、若しくはさらに、成熟蛋白質のN末 領域、若しくは3’端ノンコーディングフランキング領域、及び停止プコドンが 続いている領域に対するプローブをOP−3他の種の変種をスクリーニングする のに使用することができる。これらの配列はモルフォジェンの中で実質的に変化 し、モルフォジェン特異的配列を表している。OP−3の哺乳動物細胞での発現 はCOS(霊長類腎臓、ATCC、CRL−1650)やCHO(チャイニーズ ハムスター卵巣)細胞(例えば、CHO−DXBII、ローレンス ケイシンより 、コロンビア大、NY)を用いることにより容易に実現できる。哺乳動物細胞の 発現の例示的プロトコルを以下に説明する。他の有用な真核細胞系は、昆虫/バ キュロウイルス系、若しくは哺乳動物補体系を含む。 B.新規なOP−3配列の発現 OP−3蛋白質を発現させるために、OP−3DNAを適当な、市販品のpU C型ベクター(例えばpUC−19,ATCC#37245、ロックビル、メ リーランド州)の挿入箇所に適当なプロモーター/エンハンサー配列及び3’末 端配列に従ってサブクローン化される。現在のところ好ましいプロモーター/エ ンハンサー配列はCMVプロモーター(ヒト サイトメガロウイルスの主たる中 間体−アーリープロモーター、好ましくはイントロンフリー若しくは“短い”型 プロモーター)とラウス肉腫ウイルスLTRエンハンサー配列(例えばクローン テク,Inc.、パロ アルトーより得られる)により増強されたマウス乳ガン ウイルスプロモーター(mMTV)である。発現はまた、トランスアクチベーテ ィングエンハンサー配列を用いて増強する事が出来る。プラスミドは、好ましく はセレクタブルマーカー、最も好ましくは例えばSV40アーリープロモーター 制御下に増幅可能なマーカーとしてDHFRを含んでいる(ATCC#3714 8)。トランスフェクション、細胞培養、遺伝子増幅や蛋白発現条件は当業者に よく知られている、例えば,アウスベルら(編)Current Protoc ols in Molecular Biology 、ジヨン ウイリー & サンズ、ニューヨーク(1989)などの開示されている標準的な条件である。 簡単にはトランスフェクトされた細胞は0.1−0.5%の透析された牛胎児血 清を含む培地で培養され、サブクローニングし標準的なウエスタンブロット、あ るいはノーザンブロットで評価して、安定的にトランスフェクトされた高発現型 の細胞株が得られる。組み込まれた配列状態やコピー数増幅の程度を調べるのに サザーンブロットもまた用いられる。 例えば、OP−3活性ドメイン、及び、例えば他の異なるモルフォジェンから のプロドメインの一部、若しくは全部からなるキメラ型OP−3モルフォジェン は、標準的な組換DNA技術、及び/若しくは自動DNA合成器を用いて、望ま れた配列を構成するために構築することができる。有用なキメラ型は非OP−3 配列が成熟OP−3蛋白質をコードするOP−3配列に結合し、その非OP−3 配列が、少なくとも一つのモルフォジェンからのシグナルペプチドプロッセシン グ部位と“Arg−Xaa−Xaa−Arg”プロッセシング配列の間の配列の 一部、若しくは全部をコードする。又別に、非OP−3配列は、その非OP−3 配列は成熟蛋白質のN末をコードする配列を含むが、例えば、6若しくは7個の システイン骨格をコードするOP−3配列に結合する。当業者であれば理解でき るように、非OP−3配列は一つ以上のモルフォジェンからの配列からなる、及 び/若しくは、新規な生物合成配列からなってもよい。 キメラ型OPI−OP3ポリペプチド鎖をコードする生物合成的遺伝子構築物 の哺乳動物での発現は図2で表されているイムノブロットで示されている。CM Vプロモーター調節下での構築物を担持するベクターを標準的な操作を用いて、 本発明で開示しているようにCHO細胞(CHO−DXBII)へトランスフェク トした。 キメラ型遺伝子はOP−1の保存された7個のシステインドメインをOP−3 のそれとと置換することにより構築した。得られたキメラ遺伝子はヒトOP−1 の全プレ−プロードメインを含み、そして成熟部位と保存されたC末の7個のシ ステインドメインの最初のシステインの間の成熟OP−1の領域はマウスOP− 3の保存された7個ノシステインドメインに融合したが、7個のシステインドメ インの出発点でOP−3で見られるもともと、リジン残基であったところを2個 のアルギニン残基で融合された。 遺伝子融合は、潜在突然変異生成による一致している部位に作られた、新しく 作られたOP−1のSacI部位で、OP−3のSacI部位(7個のシステイ ン骨格の最初のシステインの近く)を切断することにより実現できた。SacI 部位は、それぞれ、OP−1のCys−Arg−Arg−His−Glu−Le uの配列、及びOP−3ys−Lys−Lys−His−Glu−Leu配列中 のそれぞれのGlu−Leuジペプチドをコードする。 キメラ型遺伝子はCMV(サイトメガロウイルス)MIE”短い”(イントロ ンフリー)プロモーターの下流、及びpUCベクターのSV40転写終末の上流 側に配置された。このプラスミッドはDHFRマーカーとウイルス変換活性要素 をコードするDNAをCHO dhfr(−)宿主に、共にトランスフェクトさ せ、メトトレキセート選択をさせ、サブクローニングを含む1mM メトトレキ セートで、1巡の増幅をした。10μlの時間の経過した(3日齢)培養上清を 以下のように”ウエスタンブロット”(イムノブロツト)で分析した。 10μlの採取された培地を、β−メルカプトエタノール(5%)含有の濃縮 されたSDS試料緩衝液と共に、短時閤、加熱し、前もって染色した分子量標準 (バィオーラッド、リッチモンド、CA)と並べて15%SDSポリアクリルア ミドゲル(Laemmliの緩衝系で)上で電気泳動で直接分析した。蛋白質を ゲルから”ウエスタンブロット”操作によりイモビロン膜へ移した。キメラ型O P−1/OP−3蛋白質は、Ser−Thr−Gly−Ser−で始まる成熟型 OP−1の最初の17のアミノ酸を表現している合成ペプチドに対するウザギ血 清との反応で検出される。CHO細胞で発現した真の組換OP−1は比較のため に含まれる。図中、試料レーンは以下の通りである:レーン1:OP−1;レー ン4、5、6、7、及び8:キメラ型OP−1/OP−3;レーン9、及び10 :前もって染色された分子量標準。組換蛋白質の見かけの泳動度は、このゲル上 では約20キロダルトンであるが、観察される多種の原因であるOP−1、及び OP−3のグリコシル化の結果である。 発現された蛋白質はその後以下のように精製することができる。0.5%FC S,で調製された感染された哺乳動物細胞の一般的な2L調製では、例えば、全 蛋白質は、一般的には、約700mgである。培地のOP−3の量は、ウエスタ ンブロットで評価すると約0.1−5.0mgの間である。OP−3培地はその 後低塩濃度の生理緩衝6M尿素溶液に希釈され、強カチオン交換体として作用す るS−セファロースカラムにかけた。OP−3は低塩濃度でカラムに結合し、血 清蛋白質は除去される。カラムは、引き続き、6M尿素、20mM HEPES 、pH7.0中でNaClグラージエント、例えば,0.1M NaCl−1. 0M NaClで展開される。殆どのコンタミはグラージェントの最初に除去さ れ、OP−3は高塩濃度で、主として溶出される。試料は、その後フェニルセフ ァロースカラム(疎水性相互作用クロマトグラフィー)にかける。OP−3は高 濃度の弱撹乱性塩(chaotropic salts)(例えば、生理緩衝6M尿素溶液中1M 硫安)の存在下でフェニル−セファロースに結合する。一度、OP−3が結合す ると、カラムは減少硫安グラージェント、例えば,生理緩衝6M尿素溶液中0. 6M−0.0M硫安のグラージェントで展開する。再び、殆どのコンタミはグ ラージェントの最初で除去され、OP−3は低濃度の硫安、若しくは硫安無しで 、主として溶出される。 フェニル−セファロースカラムから溶出されたOP−3はその後水で透析し、 逆相クロマトグラフィーカラム(例えば、C−18 HPLC)にかけるために 、例えば、30%アセトニトリル,0.1%TFAで透析し調製される。 別のクロマトグラフィープロトコルで6M尿素が存在しない状態でS−セファ ロースクロマトグラフィーを行うこともできる。結合した蛋白質はそれから塩の 段階的溶出で(例えば,0.1−0.6M NaCl)で溶出される。残存する OP−3は、それから、6M尿素の存在で溶出することができる。6M尿素の溶 出は、1段階で最高の回収ができる非尿素溶出の代わりにも使用することができ る。さらに、OP−3はフェニル−セファロースカラムから38%エタノール− 0.01%TFAで溶出され、それにより、それをC−18カラムに載せる前に 溶出液を透析する必要性を省略することができる。最後に、さらに精製度や蛋白 質濃度を高めるために、複数のC−18カラムを使用することができる(例えば 、3本)。 OP−3は、また、ヒドロキシアパタイトのカラムにも6M尿素が存在しない 、低リン酸濃度(5mM以下のリン酸)で効率的に結合する。結合したOP−3 はカラムから、生理緩衝溶液中で約0.001−0.5Mの段階溶出の濃度勾配 の溶出で除去することができる。さらに、溶出段階で尿素(6M)を加えてもよ い。 他の関連するクロマトグラフィー法もまた、OP−3を真核細胞培養系から精 製するのに使用することができる。例えば、ヘパリン−セファロースはS−セフ ァロースカラムとの併用で使用することができる。又、別に固定化金属イオンア フィニティークロマトグラフィー(IMAC)(例えば、Cu2+若しくはZn+ )や生理リン酸緩衝溶液を効果的に使用することができる。 C.溶解型OP−3複合体 治療製剤に有用で、水溶液で改善された溶解性を有し、本質的にアミノ酸から なるOP−3モルフォジェンの現在好ましい型は、モルフォジェンファミリーに 特徴的な7個以上のシステイン残基を有し、モルフオジエンフアミリーのメンバ ーのプロ領域の一部、若しくは全部、あるいはそれらの対立形質の、種の、ある いは他の配列変種からなるペプチドと複合体を形成している、少なくとも100 個のアミノ酸のペプチド配列からなる2量体形態形成蛋白質である。好ましくは 、2量体形態形成蛋白質が2個のペプチドと複合体形成している。また、2量体 形態形成蛋白質は好ましくは非共有結合でプロ領域ペプチド若しくはペプチドと 複合体を形成する。プロ領域ペプチドは、また好ましくは、OP−3モルフォジ ェンのプロ領域(例えば、配列表番号1の残基18−35)を特定する少なくと もN末の18個のアミノ酸からなる。さらに好ましい具体例としては、プロ領域 全長を実質的に特定するペプチドが用いられる。 他の溶解型のモルフォジェンは、これら蛋白質の未切断のプロ型の2量体や、 2量体の一つのサブユニットが当該蛋白質の未切断プロ型であり、他のサブユニ ットが成熟型の蛋白質である““2量体”であり、好ましくは切断プロドメイン ペプチドと非共有結合的に結合するそれらの切断型のものも含む。 上述した如く、有用なプロドメインは各種の切断型、特に、蛋白分解酵素のA rg−Xaa−Xaa−Arg開裂部位で開裂された切断型のみならず、プロ領 域全長からなる。例えば、OP−3でArg−Xaa−Xaa−Argで開裂す る可能なプロ配列は配列表番号1の残基18−260(予測される全長型);若 しくは18−263で特定される配列を含む。従って、現在好ましいプロ配列は OP−3、若しくは他の既知のモルフォジェンのプロ領域の全長型をコードする 配列である。有用性を有すると期待される他のプロ配列は生合成プロ配列、特に 一以上のモルフォジェンのプロ配列のN末部分由来の配列を含む配列を含む。 当業者に理解できるように、このプロ領域をコードしている有用な配列は既知 のモルフォジェンをコードする遺伝子配列より得ることができる。別の方法では 、キメラ型のプロ領域は一以上の既知のモルフォジェンの配列より構築できる。 さらに他の方法では、一以上の既知のプロ領域配列の合成配列変種を作ることが できる。 他の好ましい局面では、有用なプロ領域ペブチドは、OP−3のプロ領域配列 の、少なくともN末の18個のアミノ酸をコードするDNA,若しくはRNA配 列、例えぼ配列表番号1のヌクレオチド120−173、と厳密な条件下でハイ ブリダイズする核酸によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチド鎖を 含む。 さらに、他の好ましい局面では、有用なプロ領域ペプチドは、OP−1若しく はOP−2のプロ領域配列の少なくともN末の18個のアミノ酸をコードするD NA,若しくはRNA配列、例えば配列表番号3及び7の、それぞれ、ヌクレオ チド136−192及び152−211、と厳密な条件下でハイブリダイズする 核酸によりコードされるアミノ酸配列からなるポリペプチド鎖を含む。 C.1.調整培地や体液から溶解型モルフォジェン複合体の単離 モルフォジェンは哺乳動物細胞から溶解型複合体として発現する。しかしなが ら、一般に、複合体は精製過程で、一般的には精製溶液によく添加される変性剤 、例えば洗剤、アルコール、有機溶媒、水構造破壊剤や溶液のpHを下げるのに 添加される化合物などに曝された時に解離する。変性剤のない条件で行う調整培 地(または場合によっては、血清、脳脊髄液、腹水などの体液)からの溶解型蛋 白質の現在もっとも好ましい精製プロトコルは以下にのべる。当該方法は速く、 再現性もよく実質的に純粋な形で溶解型モルフォジェン複合体が単離される。 溶解型OP−3モルフォジェン複合体は調整培地から、変性剤なしで行われる 、単純な3工程のクロマトグラフィープロトコルを利用して単離することが出来 る。プロトコルは培地(あるいは体液)をアフィニティーカラムに通し、次いで イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー工程を含む。以下 に述べるアフィニティーカラムはZn−IMACである。本発明のプロトコルは 各種のモルフォジェンの精製に一般的な適用が可能であり、それらの全ては以下 に述べるプロトコルのほんの僅かの変更により単離可能であることが予測される 。別のプロトコルとしては、標準的な操作を利用して作られた、例えば、OP− 3プロドメインに特異な抗体(例えば、蛋白A結合のセファロースカラムに結合 した)を用いて免疫アフィニティーカラムを利用する事が予測される。免疫アフ ィ ニティーカラムを展開するプロトコルは従来技術に開示されている。(例えば,Guide to Protein Purification 、M.ドイチャ ー、編、アカデミック プレス,サン ディエゴ、1990、特に第VII節及び 第XI節) 本実験ではOP−1は従来技術(国際出願US90/05903(WO91/ 05802)参照)に開示されているように啼乳動物のCHO(チャイニーズハ ムスター卵巣)細胞で発現された。0.5%FBSを含むCHO細胞調整培地は 、最初に、固定化金属イオン・アフィニティークロマトグラフィー(IMAC) で精製された。調整培地由来の溶解型OP−1複合体は選択的にZn−IMAC 樹脂に結合し、その結合した複合体を効果的に溶出させるには、高濃度のイミダ ゾール(50mM イミダゾール、pH 8)が必要である。Zn−IMAC段 階では、カラムを通過する分画、及び35mMイミダゾール洗浄分画に溶出する 多くのコンタミしている血清蛋白質から、溶解型OP−1を分離する。Zn−I MAC精製溶解型OP−1は次に20mM NaPO4(pH 7.0)と50 mM NaClで平衡化されたS−セファロース・カチオン交換カラムに適用さ れる。このS−セファロース段階ではさらに精製して次のゲル濾過工程への調製 に溶解型OP−1複合体を濃縮するのに役立っている。蛋白質をTBSで平衡化 されたセファクリル S−200HR カラムに適用した。実質的に同じプロト コルを利用して、溶解型モルフォジェンを血清、脳脊髄液、腹水を含む一つ以上 の体液から単離することもできる。 IMACはカラム容量の3倍量の0.2M ZnSO4で飽和されたキレーテ ィング・セファロース(ファルマシア)を用いて行った。調整培地はpH7に滴 定され、500mM NaCl、20mM HEPES(pH7.0)で平衡化 した樹脂に直接、載せられた。Zn−IMAC樹脂には樹脂1mL当たり80m Lの最初の調整培地が載せられた。負荷のあとカラムは平衡緩衝液で洗浄され、 殆どのコンタミ蛋白質は緩衝液中35mMイミダゾール(pH7.0)で溶出し た。溶解型OP−1複合体は、その後、20mM HEPES、500mM N aCl溶液中、50mMイミダゾール(pH 8.0)で溶出した。 溶解型OP−1複合体を含む50mMイミダゾール溶出画分は9倍量の20m M NaPO4で希釈し、20mM NaPO4(pH 7.0)、50mM N aClで平衡化しているS−セファロースカラムにかけた。S−セファロース樹 脂に樹脂1mL当たり、800mLの最初の調整培地を充填した。充填後S−セ ファロースカラムは平衡緩衝液で洗浄され、100mM NaClで、引き続き 20mM NaPO4(pH 7.0)中300mMと500mM NaClで 溶出した。300mM NaCl溶出分はさらにゲル濾過クロマトグラフィーで 精製した。50mlの300mM NaCl溶出分を、トリス緩衝生理食塩水( TBS)、50mM トリス、150mM NaCl(pH 7.4)で平衡化 されたセファクリル S−200HR(ファルマシア)に吸着させた。カラムは 10mLの分画で流速5mL/分で溶出した。溶解型OP−1の見かけの分子量 は蛋白質分子量標準(アルコール脱水素酵素,(ADH、150キロダルトン) 、牛血清アルブミン(BSA,68キロダルトン)炭酸脱水酵素(CA,30キ ロダルトン)及びチトクロムC(cyt C,12.5キロダルトン))と比較 して決定した。S−200カラム分画の純度は、コマッシーブルーで染色した標 準的な15%ポリアクリルアミドSDSゲル上での分離により測定した。成熟O P−1とプロドメインの同一性は、標準的な逆相 C18 HPLCを用いて成 熟OP−1をプロドメインから分離した後に、N末配列分析で測定した。 溶解型OP−1複合体は見かけ110キロダルトンの分子量で溶出している。 二つのプロドメイン(各々、39キロダルトン)と結合している一つの成熟OP −1 2量体(35−36キロダルトン)と溶解型OP−1複合体の予測される 組成とよく一致している。最終的な複合体の純度は、適切な分画について還元型 15%ポリアクリルアミドゲル分析により証明する事が出来る。 複合体成分は、標準的な操作を用いてS−200、又はS−200HRからの 複合体を含む分画について逆相 C18 HPLCカラムにかけ、アセトニトリ ル・グラージェント(0.1%TFA)で溶出することにより証明できる。この 段階で複合体は解離し、プロドメインと成熟種は分かれて溶出する。これらの分 離した種はその後標準的な操作を利用して(例えば,Guide to Pro tein Purification 、M.ドイチャー、編、アカデミック プ レス,サンディェゴ、1990、特にpp602−613参照)N末配列分析に かけられ、単離された36kDa、39kDaの蛋白の同一性について、それぞ れ成熟モルフォジェン、単離された切断型プロドメインとして確認された。 OP−1産生する哺乳動物細胞から単離されたプロドメインN末配列分析で2つ の形のプロ領域、即ち、インタクト型(配列表番号16の残基30から始まる) と切断型(配列表番号16の残基48から始まる)があることがわかった。単離 した成熟種のポリペプチドサブユニットのN末配列分析では配列表番号16の残 基293、300、313、315、316及び318から始まる成熟配列の一 連のN末があることが判明した。これらの全ては、標準的な骨誘導アッセイで示 されるように活性である。 C.2 in vitro溶解型モルフォジェン複合体形成 培養培地や体液から、溶解型複合体を精製する別の方法として、溶解型複合体 は精製プロドメインや成熟2量体種からつくることもできる。複合体形成が成功 するにはジスルフィド結合に影響せず、これらの分子の折りたたまれた構造を緩 和するのに十分な変性条件下で成分の解離が必要である。好ましくは、変性条件 が、切断プロドメインが、緩和された折りたたみ状件下で、成熟2量体種と結合 する機会をもてるに十分な分子内小孔の環境を擬似することである。そこで変性 剤の溶液中の濃度は、制御され、好ましくは、プロドメインが2量体と結合した ままで、2量体とプロ領域の適切なリフォールディングが許容できるように段階 的にに減少させる。有用な変性剤としては、pH 4−10、好ましくはpH6 −8の緩衝液中で、4−6Mの尿素またはグアニジン塩酸塩(GuHCl)を含 む。そして、溶解型複合体は調節された透析か、変性剤の最終濃度が0.1−2 M 以下の尿素、又はGuHCl、好ましくは1−2M 以下の尿素、又はGu HClの溶液に希釈する事によって作られ、これを好ましくは生理緩衝液に希釈 する。蛋白質精製や変性操作や考察については従来技術によく開示されており、 適切な変性プロトコルをすぐに開発するための詳細は当業者の通常の技術を有す るものにより容易に決められる。一つの有用なテキストは、例えば,Guide to Protein Purificatio n、M.ドイチャー、編、ア カデミック プレス,サン ディエゴ、1990、特に第V節。複合体形成は一 つ以上のシャペロン蛋白質を加えることにより支援される。 C.3 溶解型モルフォジェン複合体の安定性 生理緩衝液中、例えば、トリス緩衝生理食塩水(TBS)やリン酸緩衝生理食 塩水(PBS)中での高度に精製された溶解型モルフォジェンの安定性は、いろ いろな手段で増強できる。現在好ましくは、プロ配列の少なくとも最初の18ア ミノ酸(例えば、OP−3の配列表番号1の残基18−35)からなるプロ領域 、好ましくはプロ領域の全長からなるプロ領域によるものである。残基18−3 5は他のモルフォジェンのN末部分と配列相同性を示し、全てのモルフォジェン の複合体安定性を増強するのに特に有用と考えられている。溶解型モルフォジェ ン複合体の安定性を増強させる他の有用な手段は、3つのクラスの添加剤を含む 。これらの添加剤は塩基性アミノ酸(例えば、L−アルギニン、リジンとベタイ ン);非イオン性洗剤(例えば、ツイーン80又はNonldet P−120 );とキャリア蛋白質(例えば、血清アルブミンとカゼイン)を含む。これらの 添加剤の有用な濃度は1−100mM、好ましくは、10−70mM(50mM を含む)塩基性アミノ酸を含む;0.01−1.0%、好ましくは、0.05− 0.2%(0.1%を含む)(容量/容量)の非イオン性洗剤を含む;0.01 −1.0%、好ましくは0.05−0.2%(0.1%を含む)(重量/容量) のキャリア蛋白質を含む。 実施例 2.OP−3の細胞分裂効果 2.1ラット、及びヒト骨芽細胞に対するモルフォジェンの細胞分裂効果 以下の実施例は以下のアッセイ法を用いて、invitroで骨芽細胞の増殖 を誘導するOP−3の能力を示すのに使用することができる。骨芽細胞の培 養を含むこの及び全ての実施例において、ラット骨芽細胞に富んだ一次培養が好 ましく用いられた。これらの培養は、個別の細胞が分化の異なる段階にいる点に おいて不均一であるが、これらの培養は、樹立された株化細胞から得られる骨芽 細胞より、より正確にin vivoでの骨芽細胞の代謝及び機能を反映すると 考えられている。特に示されない限り、用いられた全ての化学試薬は標準的な、 市販品として入手できる、シグマ化学会社、セントルイス;カルバイオ化学、サ ンディエゴ、及びアルドリッチ化学会社、ミルウオーキーを含む、多数の出所か ら容易に入手できるものである。 ラット骨芽細胞に富んだ一次培養物は、例えば,ワン等の(1975)PNA 72:3167−3171に開示されているような標準的な処方に従って、 新生の縫合線のないラット頭蓋冠(例えば、1−2日齢の動物から、ロング−エ バンス種、チャールズリバー、ウイルミントン,マサチューセッツ州)の連続的 なコラーゲナーゼ消化により調製される。ラット骨芽細胞の単一細胞懸濁液をそ れから多穴プレート(例えば、24穴プレート)に10%FBS(胎児ウシ血清 )、L−グルタミン及びペニシリン/ストレプトマイシンを含有するアルファM EM(イーグル修飾培地、ギブコ、ロングアイランド)に各ウエル50、000 の骨芽細胞の濃度で加えられた。細胞は37℃で24時間インキュベートされ、 その時に成長培地を1%FBSを含有するアルファMEM培地で置換し、細胞が 実験中、血清を除去した成長培地にあるように、さらに24時間、細胞をインキ ュベートした。 培養細胞は3つの群に分けられた:(1)例えば,0.1、1.0、10.0 、40、及び80ngのOP−3が入っているウエル;(2)0.1,1.0, 10.0、及び40ngの局所作用成長因子(例えば、TGF−β)が入ってい るウエル;(3)対照群で成長因子のないもの。細胞はそれからさらに18時間 インキュベートされ、その後、各ウエルが、2μCi/ウエル の3H−チミジ ンでパルスされ、さらに6時間インキュベートされた。過剰なラベルは、その後 、0.15MのNaCl冷溶液で洗浄され、それから、250μlの10%トリ クロロ酢酸を各ウエルに加え、室温で30分間インキュベートした。細胞は、そ れ から、3回、冷蒸留水で洗浄し、1%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を加え 、37℃で30分間溶解した。生成した細胞分解物は当業者に公知の標準的な手 段で採取し、3H−チミジンの細胞性DNAへの取り込みを細胞の細胞分裂活性 の指標として液体シンチレーションで測定した。この実験ではOP−3は3H− チミジンのDNAへの取り込みを促進し、このように骨芽細胞の細胞増殖を促進 することが予測される。反対に、TGF−βの効果は一時的で、2相性である。 高濃度では、TGF−βは骨芽細胞の増殖に有意な効果はなかった。 OP−3の骨芽細胞の増殖に対するin vitroの効果は、ヒト一次骨芽 細胞(上述したように、通常の成人患者の骨組織より得られ、調製される)、及 びヒト骨肉腫由来の株化細胞を用いて評価することができる。全ての場合、OP −3は内軟骨性の骨形成を誘導するモルフォジェンの能力に従って、細胞増殖を 誘導することが予測される(以下の実施例7を参照)。 2.2 前駆体細胞剌激 以下の実施例はOP−3の間葉系前駆体細胞の増殖を促進する能力を示してい る。有用な未使用の幹細胞は分化可能な幹細胞を含み、従来の方法(例えば、フ ァラジらの、(1988)Vox San.、55(3):133−138、若 しくは、ブロクスマイヤーらの、(1989)PNAS 86:3828−38 32を参照)を使用して、血液から未使用の幹細胞を得るのと同様に、骨髄、若 しくは晴帯血から単離することができる。又別に、胎児細胞(例えば、培養中胚 葉株化細胞)を用いることができる。 前駆細胞を入手し、OP−3フラグメントの細胞増殖を促進する能力を測定す る他の方法はin vivoの原料からの前駆体細胞を採取することである。例 えば、遊走性前駆体細胞を流入させることができる生体内適合性の基質素材を遊 走性前駆体細胞の流入に十分な長さのin vivoの部位に移植することがで きる。例えば、骨由来のグアニジン抽出基質は例えば、サンパスらの((198 3)PNAS 80:6591−6595)または、米国特許4、975、52 6号に開示されているように成型され、本質的にはSampathらの方法 に従って、ラット皮下部位に移植することができる。3日後、移植物を除去し、 基質と結合している前駆体細胞を散布し培養した。 得られた前駆体細胞は、しかしながら、その後、invitroで公知の、及 び前述した標準的な細胞培養条件でインキュベートした。外部からの剌激がない と、前駆体細胞は培養でそれら自身、全く、若しくは、ほんの僅かしか増殖しな い。しかしながら、形態形成活性を有するOP−3フラグメントが存在すると培 養前駆体細胞は増殖することが予測される。細胞成長は公知の標準的な方法を使 用して視覚的に、若しくは分光光学的測定により測定できる。 実施例 3.モルフォジェン誘導細胞分化 3.1胎児間葉系細胞分化 形態形成活性を有するOP−3フラグメントを細胞分化させるのに使用するこ とができる。OP−3の細胞分化を誘導する能力はOP−3の存在下に初期間葉 系細胞を培養し、その後、公知の標準的な細胞培養、及び細胞染色を用いてトル イジンブルーで染色し培養細胞の病理を研究することにより示されることができ る。例えば、下顎骨になることが運命づけられているラット間葉系細胞は段階1 1で、上にある上皮細胞から離され、in vitroで標準的な組織培養条件 下で、例えば、化学的に特定された、血清フリー培地で、例えば、67%のDM EM(ダルベッコ・イーグル修飾培地)、22% F−12培地、10mM H epes pH7、2 mM グルタミン、50μg/ml トランスフェリン 、25μg/ml インスリン、微量要素、2mg/ml オレイン酸に結合し たウシ血清アルブミン、HAT(0.1mMヒポキサンチン、10μM アミノ ブテリン、12μM チミジン)で培養された時、分化を続けないことは知られ ている。しかしながら、これらの同じ細胞をさらに1日、上にある内胚葉と接触 させていると、そのとき、段階12の細胞になり、それらは、軟骨細胞を形成す るためにin vitroでそれら自身の分化を続ける。さらに、骨芽細胞への 、究極的には下顎骨への分化には適切な局所環境、例えば、血管新生環境が必要 である。 OP−3の存在下、例えば,10−100ng/ml、in vitroで培 養された段階11の間葉系細胞は、もしそれが上にある内胚葉細胞から採取され た細胞生成物と培養されたとき、in vitroで分化を続けるように、軟骨 細胞を形成するためにin vitroで分化を続けることが予測される。この 実験は、種々の組織でのOP−3の細胞分化能を示すのに種々の間葉系細胞で実 行することができる。 他のモルフォジェン誘導細胞分化の実施例としては、OP−3の骨芽細胞分化 誘導能が一次骨芽細胞培養物、若しくは骨芽細胞様の株化細胞を用いて、かつ、 分化した骨芽細胞の表現型に特異的な各種の骨細胞マーカー、例えば、アルカリ フォスファターゼ活性、副甲状腺ホルモン−媒介の環状AMP(cAMP)産生 、オステオカルシン合成、昂進した石灰化速度などをアッセイすることにより、 in vivoで示すことができる。 3.2 OP−3による骨芽細胞のアルカリフォスファターゼ誘導 血清フリーの培地で培養された細胞をOP−3濃度範囲が、例えば,0.1, 1.0,10.0、40.0、若しくは80.0ngOP−3/mlの培地でイ ンキュベートする;若しくは類似の濃度範囲のTGF−βとインキュベートする 。インキュベーションして72時間後に細胞層を0.5mlの1%トリトンX− 100で抽出する。得られた細胞抽出物を、それから、遠心分離し、100μl の抽出物を90μlのパラニトロソフェニルリン酸(PNPP)/グリセリン混 合物に加え、37℃のウオーターバスで30分間インキュベートし、反応を10 0μlの苛性ソーダで停止する。試料をその後プレートリーダー(例えば、ダイ ナテク MR700 プレートリーダー、p−ニトロフェノールを標準として用 い,400nmの吸光度を測定する)にかけ、アルカリフォスファターゼ活性の 存在と量を測定する。蛋白質濃度はバイオラッド法で測定する。アルカリフォス ファターゼ活性は 単位/μg蛋白質で計算される。ここで、1単位とは 1ナ ノモルのp−ニトロフェノールが37℃30分で放出されることをいう。 OP−3のみが骨芽細胞アルカリフォスファターゼの産生を促進し、このよう に、骨芽細胞の分化した表現型の成長及び発現を促進する。 OP−3モルフォジェンのラット骨芽細胞によるアルカリフォスファターゼの 産生に対する長期間の効果も又、以下に開示される。 ラット骨芽細胞が調製され、上述したように多穴プレートで培養する。この実 験で、6セットの24ウエルプレートで各ウエルに50、000ラット骨芽細胞 を入れる。各プレートのウエルは上述のように調製され、3群に分けられる: (1)例えば、培地lml当たりlngのOP−3;(2)培地1ml当たり4 0ngのOP−3;そして(3)培地lml当たり80ngのOP−3。各プレ ートはいろいろの長さの時間インキュベートする:0時間(対照時間)、24時 間、48時間、96時間、120時間、及び144時間。各インキュベーション 期間後に、細胞層を0.5mlの1%トリトンX−100で抽出する。得られた 細胞抽出物を遠心分離し、アルカリフォスファターゼ活性をパラニトロソフェニ ルリン酸(PNPP)を用いて実施例3.1のように測定する。OP−3は、用 量依存的に骨芽細胞のアルカリフォスファターゼの産生を促進し、OP−3の用 量をさらに増加させるとアルカリフォスファターゼ産生レベルが増加する。さら に、処理された骨芽細胞におけるOP−3剌激によるアルカリフォスファターゼ の高いレベルは、長時間続くものと予想される。 3.3 OP−3蛋白質による副甲状腺ホルモン介在のcAMP誘導 in vitroで、ラット骨芽細胞における副甲状腺ホルモン媒介のcAM P産生に及ぼすOP−3の効果を以下の様に開示することができる。 上述の如く、ラット骨芽細胞が調製され、多穴プレートで培養する。培養細胞 は、その後、3群に分けられる:(1)例えば、1.0,10.0、及び40. 0ngOP−3/ml培地 の入っているウエル;(2)例えば、類似の濃度範 囲のTGF−βの入っているウエル;(3)成長因子の入っていない対照群。プ レートは、その後、さらに72時間インキュベートされる。72時間の終わりに 、細胞を0.5%ウシ血清アルブミン(BSA)と1mM 3−イソブチル−1 −メチルキサンチンを含有する培地で20分間処理し、つづいてウエルの半分に 、 ヒト組換副甲状腺ホルモン(hPTH、シグマ、セントルイス)を200ng/ mlの濃度で加え10分間処理する。細胞層をその後0.5mlの1%トリトン X−100で各ウエルから抽出する。cAMPレベルをその後ラジオイムノアッ セイ キット(例えば、アマーシャム、アーリントンハイツ、イリノイ州)を用 いて測定する。OP−3のみがPTH−介在のcAMP反応の増加を促進し、こ のように、骨芽細胞の分化表現型の成長、及び発現を促進する。 3.4 OP−3蛋白質によるオステオカルシン産生誘導 オステオカルシンはin vivoで骨石灰化速度に必須の役割をしており、 骨芽細胞により合成される骨特異的蛋白質である。血清中に循環しているオステ オカルシンのレベルは骨芽細胞活性、及びin vivoでの骨形成のマーカー として使用される。骨芽細胞に富んだ培養でのオステオカルシン合成の誘導はi n itroでのOP−3形態形成の有効性を示すのにも使用することができる 。 上記のようにラット骨芽細胞を調製し、多穴プレートで培養する。この実験で 培地に10%FBSを追加し、2日目に細胞を新鮮な10mM β−グリセロリ ン酸(シグマ)を加えた新鮮な培地で培養される。5日目に始まり、その後1週 間に2回細胞は上記全ての成分と新鮮なL(+)−アスコルビン酸を最終濃度が 50μg/mlになるよう加えた完全石灰化培地で培養される。OP−3はその 後ウエルに直接、例えば、0.1%トリフルオロ酢酸を含有した50%アセトニ トリル(若しくは50%エタノール)中で、5μlモルフォジェン/ml培地以 下の濃度で加える。対照ウエルは溶剤ビヒクルのみを加える。細胞はその後再培 養され、標準的な蛋白質分解酵素阻害剤を含有する標準的なラジオイムノアッセ イ用緩衝液で1:1に希釈し−20℃でオステオカルシンのアッセイされるまで 保存される。オステオカルシン合成は市販品として入手できるオステオカルシン 特異抗体を用いて標準的なラジオイムノアッセイで測定する。 石灰化は長時間(13日間)の培養で、固定した細胞層の改変フォンコッサ染 色技術を用いて測定する:細胞を23℃で、10分聞、新鮮な4%パラホルムア ルデヒド中で固定し、引き続き冷0.9%NaClでリンスする。固定された細 胞は、その後、市販品で入手できるキット(シグマ)を用いて、pH9.5で1 0分間、内因性アルカリフォスファターゼのため染色する。紫色に染色された細 胞は、それから、メタノールで脱水され、空気乾燥する。暗室で3%硝酸銀に3 0分、インキュベートした後、水でリンスした試料を30秒間254nm紫外線 に黒銀染色リン酸結節を展開するのに暴露した。ここの石灰化部分(少なくとも 、20μmの大きさ)は解剖顕微鏡で数を数え、培養当たりの結節数で表現する 。 OP−3は骨芽細胞培養でのオステオカルシン合成を促進する。OP−3に反 応して、増加したオステオカルシン合成は用量依存的で13日間のインキュベー ション後の基本的レベルの著しい増加を示した。昂進したオステオカルシン合成 は、また、ラット−オステオカルシン特異プローブを用いて、上昇したオステオ カルシンmRNAメッセージ(20倍増加)を検出することにより確認すること ができる。さらにオステオカルシン合成の増加は、石灰化結節の出現により測定 されるように、長期間の骨芽細胞の培養で増加した石灰化と関連する。OP−3 は処理されていない培養物と比較すると、著しく、初期石灰化速度を増加する。 3.5 モルフォジェン誘導CAM発現 本発明で開示されるモルフォジェンは、CAM発現を、特にN−CAM発現を それらの形態形成誘導の一部として誘導する(係属中のUSSN922、813 参照)。CAM類は組織の発達過程での必須の段階として、全ての組織で同定さ れた形態調節分子である。N−CAM類は少なくとも3個のアイソフォーム(N −CAM−180,N−CAM−140,N−CAM−120、ここで”180 ”、”140”、”120”はSDSボリアクリルアミドゲル電気泳動により測 定されたアイソフォームの見かけの分子量を表している)からなり、少なくとも 発達組織において一時的に、神経組織において永久的に発現する。N−CAM− 180、及びN−CAM−140のアイソフォームは発達中、及び成人組織のい ずれでも発現する。N−CAM−120アイソフォームは成人組織のみで見いだ される。他の神経系CAMはL1である。 OP−3のCAM発現を促進する能力はNG108−15細胞を使用した、以 下のプロトコルを使用して示すことができる。NG108−15は形質転換した 融合細胞株(神経芽腫x神経膠腫、ATCC、ロックビル、メリーランド州)で 形質転換した胎児性ニューロンの形態学的特徴を示すものである。下記の実施例 4に示すように、未処理のNG−108−15細胞は線維芽細胞性、若しくは殆 ど分化していない形態を示し、発達中の細胞と通常的に関連するN−CAMの1 80、及び140のアイソフォームのみを発現する。モルフォジェン処理に続い て、これらの細胞は、成人ニューロンの形態学的特徴を示し、3つのN−CAM アイソフォームの全てのレベルを昂進して発現する。 この実施例では、NG108−15細胞を標準的な培養操作を用いて、次第に 濃度の増加するOP−3の存在下で4日間培養し、全細胞抽出物について標準的 なウエスタンブロットが行われた。N−CAMアイソフォームが他の三つのアイ ソフォーム全てと交差反応する抗体、シグマ化学、セントルイス、から入手した mAB H28.123、を用いて検出し、異なるアイソフォームは電気泳動ゲ ル上での異なる泳動度で区別できる。対照のNG108−15細胞(未処理)は 140キロダルトン、及び180キロダルトンのアイソフォームを発現するが、 100μgまでの蛋白質を用いてウエスタンブロット分析で測定しても120キ ロダルトンのアイソフォームは発現しない。NG108−15細胞をOP−3で 処理すると、180キロダルトン、及び140キロダルトンのアイソフォームが 用量依存的に増加し、さらに120キロダルトンのアイソフォームも誘導される 。さらに、OP−3誘導のCAM発現は病理学的検査では細胞凝集と関連する。 実施例 4.OP−3蛋白質誘導の形質転換した表現型の再分化 本発明で開示されているOP−3モルフォジェンは、形質転換細胞を形質転換 していない細胞に特徴的な形態へ、再分化させることができる。実施例で以下に モルフォジェンが誘導する神経起源(NG108−15)の形質転換ヒト株化細 胞の再分化;同様に、マウス神経芽細胞(NIE−115)、及びヒト胎児カル シノーマ細胞の、未形質転換細胞に特徴的な形態への再分化について詳述する。 上述したように、NG108−15は神経芽細胞と神経膠腫細胞(ATCC、 ロックビル、メリーランド州、より入手)を融合して作られた形質転換ハイブリ ッド細胞で、形質転換胎児ニューロンに特徴的な形態、例えば、線維芽細胞性形 態を有することを示す。特に、細胞は多角形の細胞体で、短く、釘状の突起を有 し隣接細胞と殆ど接触しない(係属中のUSSN922、813参照)。NG1 08−15細胞を化学的に特定される血清フリーの培地で、0.1から300n gまでのモルフォジェン(例えば、OP−3)と4時間培養するインキュベーシ ョンで順序正しい用量依存的な細胞形態の変化を誘導することが予測される。 この実施例では、NG108−15細胞はポリ−L−リジンでコートされた6 穴プレートで継代培養する。各ウエルは2.5mlの化学的に特定された培地で 40−50、000細胞を含有する。3日目に、0.025%トリフルオロ酢酸 を含有する60%エタノールに溶解した2.5μlのモルフォジェン(例えば、 OP−3)を添加する。異なる濃度の形態形成性OP−3で試験された(代表的 には、0−300ng/mlの範囲の濃度で試験される。)。培地は、毎日、モ ルフォジェンの新しいアリコートと交換される。OP−3は、細胞体を丸くし、 相の活発化、短い神経袖策の突起の延長、及び他の細胞超構造の重要な変化も含 め、形質転換細胞の用量依存的再分化を誘導することが予測される。7日後、処 理された細胞は顕微鏡検査で視覚的に測定されるように、高密度に充填され、多 層に凝集する上皮層を形成し始めるはずである。 さらに、モルフォジェン誘導再分化は、DNA合成、細胞分裂、細胞生存性で の変化と関連せずに起こり、形態変化が細胞分化に2次的なものであり、若しく はモルフォジェンの毒性効果ではないようにする。さらに、モルフォジェン誘導 再分化は、3H−チミジン取り込みで測定すると、酪酸や、DMSO,レチノイ ン酸、若しくは同様な実験でのフォルスコリンなどのように、形質転換細胞の分 化を促進することが分かっている他の分子とは異なり、細胞分裂を阻害しない。 このように、OP−3は再分化誘導後は細胞の安定性、及び生存性を維持する。 本発明で開示されているOP−3モルフォジェンは、従って、腫瘍や、神経系 、特に、網膜芽腫、神経膠腫を含む神経芽腫の治療において、の腫瘍性病変の治 療 に有用な治療剤を提供する。 さらに関連する実施例として、OP−3の形質転換細胞の”再分化”を誘導す る能力は、以下のアッセイを用いて示すことができる。特に、OP−3のヒトE C細胞(胎児ガン細胞、例えば,NTERA−Z CL.D1,ATCC,ロッ クビル、メリーランド州)に対する効果が測定される。外部からの剌激物がない 場合、これらの細胞は、未分化幹細胞として維持され、血清フリーの培地(SF M)での成長を誘導することができる。モルフォジェン処理無しでは、細胞は猛 烈に増殖し、浮遊性である。モルフォジェン存在下ではEC細胞は扁平な細胞と して成長し、接着性になり凝集塊を形成する。さらに、成長速度が約10倍減少 している。最終的に、細胞は分化が誘導される。実施例では、OP−3の濃度を 変え(例えば、0−300ng/ml)、培養細胞(例えば、2.5mlの化学 的に特定された培地に40−50、000細胞)に毎日添加され、処理の効果を 視覚的検査で測定する。OP−3は未形質転換胎児細胞に特徴的な形態への、こ れらの細胞の再分化を促進することが予測される。 実施例 5.表現型の維持 形態形成活性を有するOP−3フラグメントを細胞の分化した表現型を維持す るのに使用することができる。この応用は、特に老化、若しくは休止細胞におけ る表現型の連続した発現を誘導するのに有用である。 5.1 表現型維持の in vitro モデル モルフォジェンの表現型維持能は容易に測定できる。多くの分化した細胞は公 知の標準的な組織培養条件下(例えば、Culture of Animal CellsA Manual of Basic Techni ues C .R.フレッシュニー、編、ウイリー、1987)でin vitroで、複数 回継代していると老化、若しくは休止する。しかしながら、これらの細胞がOP −3のようなモルフォジェンと共にin vitroで培養されると、細胞は多 数回の継代を通してそれらの表現型の発現を維持するよう剌激される。例え ば、培養骨肉腫細胞や頭蓋冠細胞のような、培養骨芽細胞のアルカリフォスファ ターゼ活性はin vitroでの多数回の継代すると著しく減少する。しかし ながら、細胞がOP−3の存在下で培養されるとアルカリフォスファターゼ活性 は長期間にわたり維持されるはずである。同様に、筋細胞の表現型発現はモルフ ォジェン存在下で維持される。この実験では、骨芽細胞は実施例2で開示されて いるように培養される。細胞を複数の群にわけ、OP−3の濃度(例えば,0− 300ng/ml)と継代回数(例えば、3−5回)を変えて標準的な方法でィ ンキュベートする。継代した細胞は分化細胞の代謝機能の指標として、実施例3 で開示されているように、アルカリフォスファターゼ活性を試験する。OP−3 が存在しないで培養した骨芽細胞はOP−3処理細胞と比較して、アルカリフォ スファターゼ活性が低いはずである。 5.2 表現型維持の in vivo モデル 表現型維持能力は、国際出願PCT/US92/07432(WO93/05 751)に開示されているようにラット骨粗鬆症モデルを用いて、in viv oで示すことができる。雌性ロングエバンスラット(チャールズリバー、ウイル ミントン、マサチューセッツ州)を、標準的な手術技を用いて、擬手術、若しく は卵巣摘除し、エストロジェン産生の低下からくる骨粗鬆症的条件を作る。術後 、まもなく、例えば、卵巣摘除後200日、ラットに生理リン酸緩衝液(PBS )、若しくはモルフォジェン(例えば、OP−3、1−100μg)を全身的( 例えば、毎日、尾静脈注射)に21日間投与する。ラットをその後屠殺し、血清 アルカリフォスファターゼレベル、血清カルシウムレベル、血清オステオカルシ ンレベルを上述したようなまた前記公報に記載されているように標準的な方法を 用いて測定する。有効量のOP−3を処置したラットはオステオカルシンやアル カリフォスファターゼレベルが上昇するはずである。さらに、頚骨骨幹部の組織 形態学的計測によりOP−3処置ラットの骨量は、未処置の、卵巣摘除ラットと 比較して、改善されるはずである。事実、OP−3動物の骨量が擬手術ラット( 例えば、卵巣摘除されていない)の骨量に匹敵(接近)することが予測される。 実施例 6.前駆体細胞群の増殖 前駆体細胞をin vivo、若しくはex vivoで増殖するよう剌激す ることができる。細胞は、in vivoで形態形成活性を有するOP−3フラ グメントを含有する殺菌試料を注射、若しくは他の投与方法で個体に投与し剌激 することができる。例えば、個体の造血系多能性幹細胞群を個体の骨髄に適切な 濃度のOP−3を注射、若しくは他の方法で供給することにより増殖を促進する ことができる。 細胞の増殖を促進するのに十分な濃度で、十分な時間、殺菌条件下で形態形成 活性を有するOP−3フラグメントで昂進された前駆体細胞群と接触させること により、ex vivoで前駆体細胞を剌激することができる。適切な濃度と、 剌激時間は、本質的に、上述の実施例2に開示されている手順に従って、実験的 に決めることができる。約0.1−100ng/mlの間のモルフォジェン濃度 、及び約10分から72時間、若しくは、より一般的には、約24時間の剌激時 間が、約104か106の細胞の細胞群を剌激するのに、概して、十分であるはず である。剌激された細胞は、その後、例えば、適切なin vivoの部位に細 胞を注射することにより、個体に供給される。適切な、生体内適合性前駆体細胞 を公知の方法、若しくは本発明で上述の方法のいずれをを用いても得ることがで きる。 実施例 7. 損失した、若しくは損傷した組織の再生 OP−3を病気の、若しくは損傷した啼乳動物の組織の修復に使用することが できる。修復されるべき組織を、好ましくは、まず調べ、必要であれば、過剰の 壊死した、若しくは邪魔になる癒痕組織を、例えば、切除により、若しくは医療 技術で知られている、外科的、化学的、若しくは他の方法で除去する。 OP−3は組織部位へ直接、殺菌され、生体内適合性の組成物として、外科的 移植、若しくは注射のいずれかにより、供給することができる。モルフォジェン は、また、経口、若しくは非経口投与により、全身的に供給することもできる。 又別に、形態形成活性を有するOP−3フラグメントに剌激された前駆体細胞を 含有する殺菌した、生体内適合性の組成物を組織部位の供給することができる。 部位にある組織は、それが、病気のものであれ、損傷したものであれ、前駆体細 胞の増殖、及び組織特異的分化を許容する適切な基質を供給する。さらに、損傷 、若しくは病気の組織部位は、特に、さらに外科的手段により侵襲された部位は 、形態形成的に許容しうる環境を供給する。OP−3の全身投与は特定の応用( 例えば、例として、骨粗鬆症、及び他の骨リモデリングサイクルの病気の処置) には十分である。 ある環境では、特に、組織損傷のひどいところで、組織は細胞の流入や増殖の ための十分な基質を供給する。これらの例の中に、OP−3、若しくは、OP− 3により剌激された前駆体細胞を、後述する手段のいずれかを用いて調製された 、適切な、生体内適合性の、成型された基質と共に、組織部位へ供給することが 必要である。基質は、好ましくは、in vivoで生体内分解性である。基質 は組織特異的で、及び/若しくは70−850μm、より好ましくは、150− 420μmの範囲の寸法の多孔性粒子からなる。OP−3は、また、免疫/炎症 反応媒介の組織損傷や、傷害に続く癒痕組織形成を抑制、若しくは実質的に阻害 するのに使用することができる。OP−3は、新しい傷害組織部位に、その部位 で組織形態形成を誘導するのに供給するが、それで、未分化結合組識への遊走性 線維芽細胞の凝集を抑制する。OP−3は、好ましくは、傷害から5時間以内に 組織部位へ殺菌した医薬品剤として供給される。免疫/炎症反応が、不可避的に 若しくは故意に起こった場合、例えば外科的若しくは他の競合的臨床治療法の一 部として、OP−3は、好ましくは予防的に患者に、治療の前若しくは治療に付 随して供給する。 以下に、7個の実施例をあげ、骨、肝、神経、象牙質、セメント質、及び歯周 組織におけるOP−3誘導組織形態形成を示すプロトコルについて説明する。 7.1 OP−3誘導骨形態形成 蛋白質の形態形成活性を示し、評価するための特に有用な補乳動物細胞組織モ デル系は内軟骨性骨組織形態形成モデルであり、これは当業者に知られており、 例えば、米国特許4、968、590号に開示されている。内軟骨性骨形成を誘 導する能力には、前駆体細胞の増殖が軟骨芽細胞や骨芽細胞へを誘導する能力、 軟骨基質形成、軟骨石灰化及び骨リモデリングを誘導する能力、適切な血管新生 や造血性骨髄分化を誘導する能力等が含まれる。 形態形成材が置かれている局所的環境は組織形態形成にとって重要である。こ こで用いられる”局所的環境”とは組織構造基質や組織の周辺の環境を含むもの と理解される。例えば、それらの増殖のため適切に固定する下層が必要なことに 加えて、モルフォジェンにより剌激された細胞はそれらの分化の組織特異的に配 向させるシグナルも必要である。これらのシグナルは異なる組織で変わるし、細 胞表面マーカーであってもよい。さらに新しい組織の血管新生は血管新生を支援 する局所環境が必要である。 以下に、OP−3のin vivoでの形態形成への有用性を評価する各種の 操作とOP−3含有組成物について説明する。組成物は、多くの公知の方法のい ずれかの方法で哺乳動物に、注射したり、外科的に移植される。例えば、外科的 移植バイオアッセイは本質的にサンパスらのPNAS 80:6591−659 5、及び米国特許4、968、590号などの方法に従って実施することができ る。 病理学的切片を作成し、染色するのがin vivo、特に組織修復処置での 形態形成の程度を測定するのに好ましい。切除された移植物をブワン溶液で固定 し、パラフィン包埋し、6−8μmの切片を作成する。トルイジンブル−若しく はヘマトキシリン/エオシンで染色することにより、新しい組織の最終的な発達 を明らかに示される。12日間の移植は、通常、移植物が新しく誘導された組織 を含有しているかどうかを測定するのに十分である。 成功した移植は、誘導組織の発達の段階を通して、生じた組織特異的事象を同 定し、追跡することができるような制御された進行を示す。例えば、内軟骨性骨 形成での段階は:(1)1日目に白血球;(2)2及び3日目に間葉系細胞の遊 走及び増殖;(3)5及び6日目に軟骨細胞の出現;(4)7日目に軟骨基質の 形成;(5)8日目に軟骨石灰化;(6)9及び10日目に血管浸潤、骨芽細胞 の出現、新しい骨の形成;(7)12から18日の間に破骨細胞の出現、骨リモ デリングの開始;そして(8)21日目に造血性骨髄細胞の分化で小骨ができる 。 病理学的評価に加えて、生物学的マーカーを組織形態形成のマーカーとして使 用することができる。有用なマーカーは、移植物が均一になった後、その活性を アッセイ(例えば、分光光度法で)することができる組織特異的酵素を含む。こ れらのアッセィは、動物から移植物を除去した後、組織形成の評価を定量、かつ 迅速に得るために有用である。例えば、アルカリフォスファターゼ活性は骨形成 のマーカーとして利用できる。 全身投与されたOP−3の取り込みは、標識フラグメント(例えば、放射能標 識した)を用いて、新しい組織でのそれらの局在化を測定し、及び/若しくは標 準的な標識化プロトコル、及びパルス追跡法等を利用して循環器系からの消失を 追跡することにより、追跡することができる。OP−3は、その取り込みが追跡 でき、投与されたOP−3の濃度と相関する組織特異的分子標識と共に投与する ことができる。例として、雌性ラットの卵巣の除去により、骨アルカリフォスフ ァターゼ活性が低下し、ラットは骨粗髭症(実施例5に開示されている)になる 傾向を示す。もし、雌性ラットにOP−3を投与されると、全身のカルシウム濃 度の低下が見られるはずであり、それは、投与されたOP−3の存在に関連し、 増加したアルカリフォスファターゼ活性と符号する。 7.2 モルフォジェン誘導肝臓再生 他の例として、部分的肝臓切除に引き続き起こる実質的な損傷肝組織の形態形 成を誘導する方法について説明する。この一般的プロトコルの変形が他の異なる 組織でのOP−3のモルフォジェン活性を試験するのに使用することができる。 一般的な方法は、本質的に再生しない組織の部分を切除し、OP−3を、好まし くは、可溶性の製剤として切除した組織部位へ投与し、傷を閉じ、将来、その部 位を検査することなどを含む。骨のように、肝臓は出産後損傷したとき再生する 能力を有する。 OP−3は、例えぼ、1mg/ml、生体内適合性溶液中で、例えば、(例え ば、精製された組換成熟型OP−3)を50%エタノール、若しくは0.1%ト リフルオロ酢酸若しくは適当な酸を含有する適当な溶媒に溶解する。又別に、成 熟型蛋白質はプロドメインと結合して溶解することができる。注射可能なOP− 3溶液は、例えぼ、1容量のOP−3溶媒−酸保存溶液を9容量の滅菌PBS( 生理リン酸緩衝液)に溶解した0.2%ラット血清アルブミンで希釈して調製さ れる。 本実験では、成長段階のラット、及び老齢ラット(例えば、ロングエバンス、 チャールズリバー、ウイルミントン)をケタミンを使用して麻酔する。二つの肝 臓小葉(左と右)を切り(約小葉の1/3)、OP−3を切断縁に沿って多数の 部位に局所的に注射した。注射したOP−3の量は、例えば、1000μlのP BS/RSA(生理リン酸緩衝液/ラット血清アルブミン)注射用緩衝液に10 0μgであってもよい。プラセボサンプルは注射用緩衝液のみである。実験的ア ッセイでは、好ましくは、各群、5匹のラットが使用される。傷を閉じ、ラット に通常の餌を食べさせ、水道水を飲ませる。12日後、ラットは屠殺され、OP −3の肝再生の効果を、最も効果的に評価するため、視覚的に観察される。OP −3フラグメントを注射した群は、例えば、肝臓に切った跡を全く残さずに、完 全な肝組織再生を示すことが予測される。反対に、PBSのみが投与された対照 群は試料に切開部が残っておりほんの僅かの再生しか認められない。他のモルフ ォジェン(例えば、OP−1)についての先の実験は、これらのモルフォジェン のみが肝組織再生を誘導することを示している。 7.3モルフォジェン誘導象牙質、セメント質、及び歯周靭帯再生 さらに他の例では、OP−3の象牙質形成を誘導する能力も又、示すことがで きる。現在まで、歯髄組織の損傷に対する予測できない反応は歯科学での基本的 な臨床上の問題である。サルは低級な非霊長類の哺乳動物を基礎にしたモデルよ り、ヒト歯科生物学的により、示唆的と考えられているので、カニクイざるが霊 長類のモデルとして選ばれた。 標準的な歯科外科的操作を利用して、試料歯の歯髄上に直に接しているエナメ ル質と象牙質を(ドリルで)除去することにより、歯髄の小さな領域(例えば、 2mm)を露出し、歯冠歯髄組織の部分的切除を行って、止血を誘導し、歯髄処 置を適用し、標準的な操作で孔をシールし、充填した。 用いられた歯髄処置は以下よりなる:担体基質に散布された形態形成活性を有 するOP−3フラグメント;担体基質単独、及び無処置。動物一匹につき12個 の歯(各処置4個)を調製し、2匹の動物が使用された。4週目に歯を抜きだし 象牙質形成の分析のため病理学的プロセスにのせられ、及び/若しくは、象牙質 石灰化を分析するのに、研磨される。OP−3の骨象牙質修復に対する効果は、 対照試料処置(PBS)とOP−3と比較することにより、視覚的に観察するこ とができる。OP−3+担体基質は、外科的に露出された健康な歯髄に修復性の 骨象牙質の形成を誘導する。反対に、担体基質単独で処置された歯髄は修復性の 象牙質を形成しない。 同様に、脱灰した歯とOP−3を外科的に調製したイヌ歯槽に移植すると、9 3年9月15日に出願した国際出願PCT/US92/08742でOP−1に ついて開示されているように、新しいセメント質組織や歯周靭帯、さらに新しい 歯槽骨や象牙質組織を含む、新しい歯周組織の形成を促進することが予測される 。反対に、未処置の歯、若しくは担体ビヒクルのみで処置された歯は歯周組織の 成長を誘導しない。 7.4 モルフォジェン誘導神経組織修復 さらに他の例として、中枢神経系(CNS)修復に対する、形態形成活性を有 するOP−3フラグメントによる再生効果の誘導はラット脳貫通モデルを用いて 説明できる。実験において、雄性ロングエバンスラットを麻酔し、頭部分を手術 用に準備する(毛を刈って、アルコール消毒する等)。頭蓋冠を標準的な外科手 術を用いて露出し、0.035Kのワイアーを用いて各葉の中心に向かってドリ ルで穴をあけ、きっかり頭蓋冠を貫通させる。モルフォジェン(例えば、OP− 3、25μg)、若しくはPBSを含有する25μlの溶液をハミルトンシリン ジで各穴に投与する。溶液を表面の下、約3mmの深さで、下層の皮質、脳梁、 及び海馬に放出する。皮膚をその後、縫合し、動物を回復させる。 術後3日でラットを断頭屠殺し、それらの脳を切片作成に供した。瘢痕組織形 成はグリア小線維酸性蛋白質、グリア瘢痕のマーカー蛋白質であるが、を免疫蛍 光染色で、定性的に瘢痕形成の程度を測定するのに評価する。切片もまた、OP −3特異抗体で蛋白質の存在を測定するのに調べられる。グリア小線維酸性蛋白 質のレベルの低下はOP−3で処置されたラットの組織切片で観察されることが 予測され、モルフォジェンのグリア瘢痕形成を抑制し、従って神経再生を剌激す ることが証明される。 OP−3の伸長した距離の抹消神経系軸索成長を促進する能力は以下のモデル を使用して示すことができる。抹消神経系のニューロンはそれら自身の後述する 損傷の上に新しい突起を伸長させることができるが、誘導がなければこれらの伸 長は、一般的には、適切に結合することができず死んでしまう。損傷箇所が拡が っているところでは、例えば、5、若しくは10mm以上、再生は殆ど、若しく は全く起こらない。他のモルフォジェン、例えばOP−1、での以前の実験では モルフォジェンは抹消神経系の軸索成長を長い距離にわたり促進していて、損傷 した抹消神経回路の修復、及び再生を可能にしている。 本実施例で、OP−3の神経再生促進はラット坐骨神経モデルを用いて示され る。切断端が生理食塩水で充満している神経誘導チャネルに挿入された場合、ラ ット坐骨神経は5mmの間隙を、時には、10mmの間隙の両端まで自然に再生 することができる。本実験で少なくとも12mmの間隙の両端まで神経再生する ことが試験される。 体重230−250gの成熟雌性スプラーグードーリーラット(チャールズリ バー)をペントバルビタールナトリウム塩(35mg/kg体重)の腹腔注射で 麻酔をかける。大腿骨のちょうど後方で、平行に、皮膚を切開する。外側広筋と 膝屈曲筋の間の無血管筋肉横断平面を入れ、坐骨神経の周辺の弛緩した線維疎性 組織に続ける。弛緩した組織は、どの部分も、脈管遮断することなく、その全長 にわたり坐骨神経を解放するように縦に分割される。手術顕微鏡下で坐骨神経を 大腿骨の中央でミクロの鋏で切断し、神経断端を12mm離しているOP−3ゲ ル移植片を移植する。移植領域を、内部にモルフォジェン溶液を充填してある内 径1.5mm、長さ20mmのシリコンチューブで包む。特に、チューブの中央 12mmは1から5μgの実質的に純粋な組換技術で生産したOP−3蛋白質を 約100μlのMATRIGELTM(コラボレイティブ リサーチ,Inc.、 ベッドフォード、マサチューセッツ州から)、マウス骨肉腫組織由来の細胞外基 質抽出物、と混合し、リン酸緩衝液に可溶化した組織基底膜、ラミニン、タイプ IVコラーゲン、ヘパリン硫酸、プロテオグリカン、及びエンタクチンを含むが、 を含有して調製されたOP−3ゲルからなる。それから、神経断端を各端に4m m挿入し、モルフォジェン充填のチューブを直接欠陥部位に移植する。各断端は モルフォジェンゲルに接触させ、市販で入手できる手術用10−0ナイロンで神 経束保護鞘である神経上膜を通して3針でシリコンチューブ内に締め付ける。 OP−3ゲル移植片に加えて、空のシリコンチューブの対照移植片、ゲルのみ 充填したシリコンチューブ、及び動物の坐骨神経の12mmの切断部分を縫合前 に180゜反転させた、“反転”自己移植片も又、好ましく、移植される。全て の実験は、好ましくは、n=4で行われる。全ての傷は、好ましくは、10日後 にはずされる傷クリップで閉じられる。ラットの両足に移植される。3週間目に 動物は屠殺され、移植片は除去され、ドライアイスで直ぐに凍結される。凍結切 片はその後移植部位全てにわたり切られ、フルオセイン(例えば、シグマ化学会 社、セントルイスより得られる)で標識された抗神経繊維抗体を用いた免疫蛍光 染色で軸索の再生が検査される。 坐骨神経の再生はOP−3ゲルで間隙が充填されている全ての移植部位で、1 2mm全長にわたり起こることが予測される。反対に、空のシリコンチューブ、 ゲル単独、反転自己移植は神経再生を示さない。 実施例 8.モルフォジェン発現組織の同定 モルフォジェン組織分布を測定することは特定の組織で発現される異なるモル フォジェンを同定したり、さらに、新しい関連するモルフォジェンを同定するの に用いることができる。組織分布は、また、候補モルフォジェン産生促進剤をス クリーニングしたり同定するのに用いる有用なモルフォジェン産生組織を同定す るのにも使用することができる。モルフォジェン(若しくは、それらのmRNA 転写物)は、種々な組織において標準的な方法で容易に同定されし、また発現が 少ないかもしれない組織において、その僅かに変更した方法で容易に同定される 。例えば、蛋白質分布は標準的なウエスタンブロット分析、若しくは免疫蛍光技 術、及びモルフォジェンに、若しくは関心のモルフォジェンに特異的な抗体を用 いて測定することができる。同様に、モルフォジェン転写物の分布は標準的なノ ーザンハイブリダイゼーションプロトコル、及び転写物−特異的プローブを用い て測定することができる。 転写物に特異的にハイブリダイズし、他の関連する転写物から、関心の転写物 を区別することができるいかなるプローブも用いることができる。本発明で開示 されるモルフォジェン類はそれらの活性、C末ドメインで高度な相同性を共有し 、特定のモルフォジェン転写物の組織分布は未成熟蛋白質のプロ領域、及び/若 しくは成熟蛋白質のN末領域に特異的なプローブを用いることにより、最もよく 、測定することができる。他の有用な配列は、3’端のノンコーディングフラン キング領域及び直ぐに続く停止コドンである。配列のこれらの部分は本発明のモ ルフォジェン類の間で、実質的に変わり、従って、各蛋白質に特異的である。例 えば、特に有用なOP−3特異的プローブ配列は3’端の未翻訳配列、例えば、 配列表番号1のヌクレオチド1310−1674、部分由来のもので、それはO P−2を含む、他のモルフォジェン配列と殆ど、若しくは全く相同性を共有しな い。選ばれたフラグメントは、それから、公知の標準的な手段で標識化される。 これらのモルフォジェン特異的プローブ、これは合成的に作ってもよいし、クロ ーン配列から得ることができるが、を用いて、モルフォジェン転写物は当業者に 公知の標準的な方法で啼乳動物組織で同定することができる。適切なハイブリダ イゼーションの詳細な説明は、オズケイナックらの、(1991)Bioche Biophys.Res.Comm179:116−123、及びオズケ イ ナックらの、J.Biol.Chemistry 267:25220−252 27に開示されている。要約すると、全RNAは各種の組織(例えば、マウス胎 児、発達中及び成人の肝臓、腎臓、精巣、心臓、脳、胸腺、胃)より、コムスチ ャスキーらの、((1987)Anal.Biochem162:156−1 59)等の標準的な方法で抽出する。ポリ(A)+ RNAはオリゴ(dT)− セルロースクロマトグラフィー(例えば、タイプ7、ファルマシア LKB バ イオテクノロジー、Inc.)を用いて調製する。各組織からのポリ(A)+R NA(一般に、15μg)は1%アガロース/ホルムアミドゲルで分画され、ナ イトラン膜(シュライシャー シュエル)上に転写する。転写に続き、膜を80 ℃で焼き、RNAを紫外光で架橋する(一般的には,1mW/cm2で30秒) 。ハイブリダイゼーションに先立って、適切なプローブを加熱変性する。ハイブ リダイゼーションは約1回/分、約15時閤、37℃で回転瓶装置で回転するル ーサイトシリンダーの中で、40%ホルムアミド、5×SSPE,0.1%SD Sハイブリダイゼーションミックスを用いて行われる。 OP−3特異的な0.5kbのプローブはOP−3 cDNAのStuI−B glIIフラグメントから作られる。フラグメントは、3’端のヌクレオチド13 10−1674からの未翻訳配列、及びさらに140塩基を含有する。フラグメ ントは、標準的な技術を用いて標識化し、前述したようにハイブリダイゼーショ ンが行われた。現在までに、OP−3は、OP−2のように、初期の胎児組織に 発現されるようである。特に、マウス胎児のノーザンブロットは2.9kbに強 いバンド、及び2.3kbの弱いバンドで示されるように、8日目胎児に、豊富 なOP−3発現が示される。 実施例9.内因性モルフォジェンレベルを変化させる候補化合物のスクリーニン グアッセイ 内因性OP−3モルフォジェンのレベルに影響するように投与することができ る候補化合物(群)を以下のスクリーニングアッセイを用いて発見でき、そこで は、測定可能なモルフォジェンを産生するタイプの細胞により産生するモルフォ ジェンのレベルが、この化合物の細胞に対する効果を評価するために、化合物と 一緒に培養細胞をインキュベートし、及びインキュベートすることなく測定する 。これは、蛋白質若しくはRNAレベルのいずれでもよく、モルフォジェンの検 出により、できる。さらに詳細については、国際出願US92/07359(W O93/05172)でも開示されている。 9.1 培養細胞の成長 腎臓、副腎、膀胱、脳、若しくは他の器官の細胞培養は文献に広く開示されて いるように調製することができる。例えば、腎臓は新生、若い、若しくは成熟齧 歯類(マウス、若しくはラット)から体外移植することができ、全体、若しくは 薄切(1−4mm)組織として器官培養に用いることができる。腎臓、副腎、膀 胱、脳、乳腺、若しくは他の組織由来の一次培養組織や樹立細胞株は従来の細胞 培養技術に従って、多穴プレート(6穴若しくは24穴)で樹立することができ 、期間中(1−7日)血清の存在下若しくは不存在下で培養できる。細胞は、例 えば、血清含有ダルベッコ修飾イーグル培地(Gibco,Long Isla nd、NY)で、若しくは望まれる場合は血清フリーの培地で、若しくは特定の 培地(例えば、インスリン、トランスフェリン、グルコース、アルブミン若しく は成長因子類)で培養できる。 モルフォジェン産生のレベルを試験するサンプルは培養上清、細胞溶解物等を 含み、一定期間毎、採取され、モルフォジェン産生をイムノブロット分析(サン ブルック ら、編、1989、分子クローニング、コールド スプリング ハー バ プレス、コールド スプリング ハーバー、ニューヨーク)で評価し、ある いは細胞培養自身の一部を一定期間毎採取し、RNA分析用にポリA+RNAを 調製するのに使用できる。いくつかの培養ではde novoモルフォジェン合 成を追跡するのに従来技術に従って、35S−メチオニン/35S−システインの混 合物で6−24時間で標識化した。そして、モルフォジェン蛋白質合成を従来通 りの免疫沈降法で評価した。 9.2 モルフォジェン蛋白質レベルの測定 細胞型により、モルフォジェン蛋白質、例えばOP−3、の産生を定量するの に、その蛋白質に特異的なポリクロナル若しくはモノクロナル抗体を用いて、モ ルフォジェンを検出するのにイムノアッセイを行うことができる。例えば、OP −3は、以下のように、ELISA法でOP−3に特異的なポリクロナル抗体を 用いて検出できる。 1μg/100μlのアフィニティー精製したOP−3に特異的なポリクロナ ルウサギIgGを96穴プレートの各ウエルに加え、37Cで1時間インキュベ ートする。各ウエルを4回、pH8.2、ツイーン20を含む0.15M NA Cl、0.167M ほう酸ナトリウム緩衝液(BSB)で洗浄する。非特異的 結合を最小限におさえるため、ウエルをBSB中1%牛血清アルブミン(BSA )で完全に満たしてブロックし37℃で1時間インキュベートする。ウエルはそ の後4回、0.1%のツイーン20含むBSBで洗浄する。細胞培養上清の試験 試料の各々の適当に希釈した100μlのアリコートを各ウエルにn=3で加え 、37℃で30分インキュベートした。インキュベートした後、100μlのビ オチン化ウサギ抗OP−3血清(ストック溶液は約1mg/ml、使用前に1% BSAを含むBSBに1:400で希釈する)を各ウエルに加え37℃30分イ ンキュベートする。ウエルをその後4回、0.1%のツイーン20含むBSBで 洗浄する。100μlのストレパビディン−アルカリ(サザン バイオテクノロ ジー 協会,Inc.バーミンガム、アラバマ、使用前に0.1%のツイーン2 0含むBSBで1:2000に希釈する)を各ウエルに加え、37℃30分イン キュベートする。プレートを4回pH 7.2、0.5M トリス緩衝食塩水で 洗浄する。50μlの基質(ELISA増幅システムキット、ライフ テクノロ ジーズ、Inc.、ベセスダ、メリーランド州)を15分間、室温でインキュベ ートしてある各ウエルに加えた。その後、50μlの増幅剤(同じ増幅システム キットから)を加え、さらに15分間、室温でインキュベートした。反応は50 μlの0.3M硫酸を加えて停止させた。各ウエルの溶液の490nmのOD値 を記録する。培養培地中のOP−3のレベルを定量するために、テストサンプ ルと平行してOP−3標準曲線を作成した。 ポリクロナル抗体は以下のように作られる。各ウサギに、500μlの完全フ ロィンドァジュバントと混合した0.1%SDS中、100μg/500μlの 組換技術で産生したOP−3蛋白質、若しくは蛋白質フラグメントで一次免疫し た。抗原は動物の背中や脇腹の多数の箇所に皮下注射した。不完全フロインドア ジュバントをもちいて同様な方法で1カ月後、ウサギにブースター投与した。検 査用の血は7日後に耳静脈より採血する。2回のブーストと検査の採血は、OP −3に対する抗体がELISA法で血清に検出できるまで、一カ月間隔でおこな った。その後、ウサギは1カ月毎に100μgの抗原でブーストし、ブースト後 7日と10日にと採血(1回15ml)を行う。 特定のモルフォジェンに特異的なモノクロナル抗体は以下のように調製出来る 。マウスにはOP−3蛋白質、若しくはOP−3に特異的な蛋白質フラグメント を2回注射する。この蛋白質は、好ましくは、組換技術により産生されたもので ある。最初の注射には完全フロインドアジュバント中に100μgのOP−3を 含有し皮下投与される。2回目の注射は不完全アジュバントに50μgのOP− 3を含有し腹腔内に投与する。マウスはその後、8カ月間にわたり、いろいろな 時間に4回の腹腔内注射で全部で230μgのOP−3を投与する。マウスには 細胞融合の1週間前にOP−3(例えば、100μg)で、及びさらに、適切な 架橋剤で牛血清アルブミンと結合したOP−3特異的ペプチド(例えば、成熟蛋 白質のN末端に相当する)を腹腔内にブーストする。ブーストは融合前5日間( IP)、4日間(IP)、3日間(IP)、1日(IP)繰り返した。マウス脾 細胞を市販ミエローマ細胞とPEG 1500(ベーリンガーマンハイム)を使 って1:1の比率で融合し、融合細胞をプレートにのせ、抗原としてOP−3を 用いてOP−3に特異的な抗体をスクリーニングする。細胞融合とモノクロナル のスクリーニングの工程は従来技術で広く知られた標準的な本によく開示された 標準的な操作で行うことが出来る。 他の具体例 本発明は、その精神や本質的特徴から離れることなく、他の明示的な形で具体 化できる。従って、本具体例は、全ての点に関して、説明のためのものであり、 限定するものではないと理解されるべきであり、本発明の範囲は、前述の説明に よるよりも、むしろ、添付されている請求項により示されるもので、それ故、請 求項に等価の意味、及び範囲内での全ての変更はここに包含されるものである。 配列表 (1)全般情報: (i)出願人: (A)名称:クリエイティブ バイオモレキュルズ,インコーポレィテッド (B)街名:45 サウス ストリート (C)市名:ホプキントン (D)州名:マサチューセッツ (E)国名:アメリカ合衆国 (F)郵便番号:01748 (G)電話:1-508-435-9001 (H)テレファクス:1-508-435-0454 (I)テレックス: (ii)発明の名称:OP−3誘導形態形成 (iii)配列数:13 (iv)通信先住所: (A)あて先:クリエイティブ バイオモレキュルズ,インコーポレィテッド (B)街名:45 サウス ストリート (C)市名:ホプキントン (D)州名:マサチューセッツ (E)国名:アメリカ合衆国 (F)郵便番号:01748 (v)コンピューター 読みとり型: (A)媒体:フロッピーディスク (B)コンピューター:IBM PC兼用式 (C)操作システム:PC-DOS/MS-DOS (D)ソフトウエア:Patentln Release#1.0,バージョン#1.25 (vi)本出願データ: (A)出願番号: (B)出願日: (C)分類: (vii)先願出願データ: (A)出願番号:米国 07/667,274 (B)出願日:1991年3月11日 (vii)先願出願データ: (A)出願番号:米国 07/752,764 (B)出願日:1991年8月30日 (vii)先願出願データ: (A)出願番号:米国 07/753,059 (B)出願日:1991年8月30日 (vii)先願出願データ: (A)出願番号:米国 07/752,857 (B)出願日:1991年8月30日 (vii)先願出願データ: (A)出願番号:米国 07/923,780 (B)出願日:1992年7月31日 (vii)先願出願データ: (A)出願番号:米国 07/922,813 (B)出願日:1992年7月31日 (viii)代理人情報: (A)名前:ピッチャー,エドムンド アール.弁護士 (B)登録番号:27,829 (C)名簿/照会番号:CRP-076PC (ix)テレ通信情報: (A)電話:(508)435-9001 (2)配列表番号 1 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:1674塩基対 (B)類型:核酸 (C)構成:単一 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:蛋白質 (ix)特記: (A)名前/キー:CDS (B)位置:69..1268 (D)他の情報:/脚註=”mOP3−PP” (xi)配列図:配列表番号1 (2)配列表番号 2 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:399アミノ酸 (B)類型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:蛋白質 (xi)配列図:配列表番号2 (2)配列表番号 3 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:1822塩基対 (B)類型:核酸 (C)構成:単一 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:cDNA (iii)仮説:無 (iv)アンチセンス:無 (vi)起源: (A)生物:ホモサピエンス (F)組織:海馬 (ix)特記: (A)名前/キー:CDS (B)位置:49..1341 (C)同定方法:実験的 (D)他の情報:/機能=”骨形成蛋白質” /生成物:”hOP1−PP” /脚註=”h0P1 cDNA” (xi)配列図:配列表番号3: (2)配列表番号 4 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:431アミノ酸 (B)類型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:蛋白質 (xi)配列図:配列表番号4 (2)配列表番号 5 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:1873塩基対 (B)類型:核酸 (C)構成:単一 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:cDNA (iii)仮説:無 (iv)アンチセンス:無 (vi)起源: (A)生物:届歯類 (F)組織:胎児 (ix)特記: (A)名前/キー:CDS (B)位置:104..1393 (D)他の情報:/機能=”骨形成蛋白質” /生成物:”MOP1−PP” /脚註=”MOP1(cDNA)” (xi)配列図:配列表番号5: (2)配列表番号 6 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:430アミノ酸 (B)類型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:蛋白質 (xi)配列図:配列表番号6 (2)配列表番号 7 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:1723塩基対 (B)類型:核酸 (C)構成:単一 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:cDNA (vi)起源: (A)生物:ホモサピエンス (F)組織:海馬 (ix)特記: (A)名前/キー:CDS (B)位置:490..1696 (D)他の情報:/機能=”骨形成蛋白質” /生成物:”hOP2−PP” /脚註=”h0P(cDNA)” (xi)配列図:配列表番号7: (2)配列表番号 8 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:402アミノ酸 (B)類型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:蛋白質 (xi)配列図:配列表番号8: (2)配列表番号 9 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:1926塩基対 (B)類型:核酸 (C)構成:単一 (D)トポロジー:直鎖 (vi)起源: (A)生物:齧歯類 (F)組織:胎児 (ix)特記: (A)名前/キー:CDS (B)位置:93..1298 (D)他の情報:/機能=”骨形成蛋白質” /生成物:”mOP2−PP” /脚註=”mOP2 cDNA (xi)配列図:配列表番号9: (2)配列表番号 10 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:399アミノ酸 (B)類型:アミノ酸 (C)構成:単一 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:蛋白質 (xi)配列図:配列表番号10 (2)配列表番号 11 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:6418塩基対 (B)類型:核酸 (C)構成:単一 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:DNA(染色体) (ix)特徴: (A)名前/キー:混合型 (B)位置:1..6361 (D)他の情報:/脚註=”HOP−2染色体配列” (ix)特徴: (A)名前/キー:エクソン (B)位置:1..837 (D)他の情報:/脚註=”エクソン1” (ix)特徴: (A)名前/キー:混合型 (B)位置:884..885 (D)他の情報:/脚註=”この配列の位置884と885の間にギャ ッブが生じる” (ix)特徴: (A)名前/キー:エクソン (B)位置:1088..1277 (D)他の情報:/脚註=”エクソン2” (ix)特徴: (A)名前/キー:エクソン (B)位置:1350..1814 (D)他の情報:/脚註=”エクソン3” (ix)特徴: (A)名前/キー:混合型 (B)位置:1834..1835 (D)他の情報:/脚註=”この配列位置1834と1835の間にギ ャッブが生じる” (ix)特徴: (A)名前/キー:エクソン (B)位置:1883..2077 (D)他の情報:/脚註=”エクソン4” (ix)特徴: (A)名前/キー:エクソン (B)位置:2902..2981 (D)他の情報:/脚註=”エクソン5” (ix)特徴: (A)名前/キー:エクソン (B)位置:3507..3617 (D)他の情報:/脚註=”エクソン6” (ix)特徴: (A)名前/キー:エクソン (B)位置:6116..6361 (D)他の情報:/脚註=”エクソン7” (xi)配列図:配列表番号11: (2)配列表番号 12 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:97アミノ酸 (B)類型:アミノ酸 (C)構成:単一 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:蛋白質 (ix)特記: (A)名前/キー:蛋白質 (B)位置:1..97 (D)他の情報:/標識=一般配列7 脚註=”各Xaaが明細害に特定されるように一つ 以上の特定アミノ酸のグルーブから独立して選択される” (xi)配列図:配列表番号12 (2)配列表番号 13 関連情報: (i)配列特徴: (A)鎖長:102アミノ酸 (B)類型:アミノ酸 (C)構成:単一 (D)トポロジー:直鎖 (ii)分子型:蛋白質 (ix)特記: (A)名前/キー:蛋白質 (B)位置:1..102 (D)他の情報:/標識=一般配列8 脚註=”各Xaaが明細書に特定されるように一つ 以上の特定アミノ酸のグルーブから独立して選択される” (xi)配列図:配列表番号13
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1994年11月9日 【補正内容】 請求の範囲 1.それらの対立形質、及び種のアミノ酸配列変種も含む、配列表番号1の少な くとも残基303から399で特定されるアミノ酸からなる実質的に純粋な蛋白 質。 2.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、及び種のアミノ酸配列変種も含む 、配列表番号1の少なくとも298から399で特定される請求項1記載の蛋白 質。 3.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、及び種のアミノ酸配列変種も含む 、配列表番号1の少なくとも264から399で特定される請求項2記載の蛋白 質。 4.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、及び種のアミノ酸配列変種も含む 、配列表番号1の少なくとも261から399で特定される請求項3記載の蛋白 質。 5.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、及び種のアミノ酸配列変種も含む 、配列表番号1の少なくとも18から399で特定される請求項4記載の蛋自質 。 6.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、及び種のアミノ酸配列変種も含む 、配列表番号1の少なくとも1から399で特定される請求項5記載の蛋白質。 7.それらの対立形質、及び種の変種も含む、配列表番号1の塩基69−126 5で特定されるDNA配列からなる核酸によりコードされる蛋白質の抗原決定基 に結合する実質的に純粋な抗体。 8.それらの対立形質、及び種の変種も含む、配列表番号1の塩基1−1674 で特定されるDNA配列の一部あるいは全部からなる実質的に純粋な核酸。 9.それらの対立形質、及び種の変種も含む、当該核酸が厳密な条件下で配列表 番号1の120から848で特定されるDNAの一部、若しくは全部とハイブリ ダイズするDNA配列からなる形態形成活性を有する蛋白質をコードする実質的 に純粋な核酸。 10.それらの対立形質、及び種の変種も含む、配列表番号1の塩基120から 848で特定されるDNAの一部、若しくは全部からなる実質的に純粋な核酸。 11.それらの対立形質、及び種の変種も含む、配列表番号2の少なくともアミ ノ酸残基303から399までで特定される形態形成蛋白質をコードする実質的 に純粋な核酸。 12.それらの対立形質、及び種の変種も含む、当該蛋白質が配列表番号2の少 なくともアミノ酸残基298から399までで特定される請求項11記載の核酸 。 13.それらの対立形質、及び種の変種も含む、当該蛋白質が配列表番号2の少 なくともアミノ酸残基264から399までで特定される請求項12記載の核酸 。 14.それらの対立形質、及び種の変種も含む、当該蛋自質が配列表番号2の少 なくとも261から399までで特定される請求項13記載の核酸。 15.それらの対立形質、及び種の変種も含む、当該蛋白質が配列表番号2の少 なくとも18か399までで特定される請求項14記載の核酸。 16.それらの対立形質、及び種の変種も含む、当該蛋白質が配列表番号2の少 なくともアミノ酸残基1から399までで特定される請求項15記載の核酸。 17.それらの対立形質、及び種の変種も含む、当該配列が形態形成蛋白質をコ ードするのに十分である、配列表番号1の塩基69−1265で特定される核酸 配列の少なくとも一部からなるベクター。 18.請求項17記載のベクターで形質転換された細胞。 19.それらの対立形質、及び種の変種を含む、配列表番号2の少なくとも残基 303か399までで特定される蛋自質をコードする核酸を発現させるのに適応 できる細胞。 20.それらの対立形質、及び種の変種を含む、配列表番号1の核酸配列の少な くとも一部をコードする実質的に純粋な形態形成蛋白質。 21.哺乳動物において、前駆体細胞群を増加させる以下のものからなる組成物 : 前駆体細胞が、それらの対立形質、若しくは種の変種も含む、形態形成活性を 有し、配列表番号2で特徴づけられるOP−3フラグメントに、当該前駆体細胞 が増殖されるよう剌激されるのに十分な濃度で、十分な時間、暴露され、ex vivoで剌激される。 22.哺乳動物において、組織成長を誘導する以下のものからなる組成物: 前駆体細胞が、in vivoで組織部位で使用されたとき、それらの対立形 質、若しくは種の変種も含む、形態形成活性を有し、配列表番号2で特徴づけら れるOP−3フラグメントに、当該前駆体細胞が増殖されるよう刺激されるのに 十分な濃度で、十分な時間、暴露され、ex vivoで刺激され、当該部位で 組織特異的分化及び増殖が可能である。 23.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種も含む、配列表番号2のアミノ酸残基303がら399からなる請求項21 、または22記載の組成物。 24.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種も含む、配列表番号2のアミノ酸残基298から399からなる請求項23 記載の組成物。 25.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種も含む、配列表番号2のアミノ酸残基264から399からなる請求項24 記載の組成物。 26.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種も含む、配列表番号2のアミノ酸残基261から399からなる請求項25 記載の組成物。 27.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種も含む、配列表番号2のアミノ酸残基18から399からなる請求項26記 載の組成物。 28.当該形態形成活性を有ずるフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種も含む、配列表番号2のアミノ酸残基1から399からなる請求項27記載 の組成物。 29.当該前駆体細胞が造血多能性幹細胞である請求項21,.または22記載 の 組成物。 30.当該前駆体細胞が間葉系起源である請求項21、または22記載の組成物 。 31.哺乳動物において、組織部位で置換組織の形成を誘導する以下のものから なる組成物: 当該組織に特異的で、形態形成的に許容しうる組織特異的環境を供給しうる成 分を有する生体内適合性の無細胞基質;及び、当該基質に吸収ざれ、かつ、組織 置換の要求されている組織特異部位に供給されたときに、当該部位で組織形態形 性の進展的カスケードを誘導するのに、それらの対立形質、種の変種も含む、形 態形成活性を有し、配列表番号2で特徴づけられるOP−3フラグメント。 32.哺乳動物において、組織部位で置換組織の形成を誘導する以下のものから なる組成物: 形態形成的に許容しうる組織特異的環境を供給しうる生体内適合性の無細胞基 質;及び、当該基質に吸収され、かつ、組織置換の要求されている組織特異部位 に供給されたときに、当該部位で組織形態形成の進展的カスケードを誘導するの に、それらの対立形質、種の変種も含む、形態形成活性を有し、配列表番号2で 特徴づけられるOP−3フラグメント。 33.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基303から399からなる請求項31 、または32記載の組成物。 34.当該形態形成活性を有するフラグメントか、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基298から399からなる請求項33 記載の組成物。 35.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基264から399からなる請求項34 記載の組成物。 36.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基261から399からなる請求項3 5記載の組成物。 37.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基18から399からなる請求項36記 載の組成物。 38.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基1から399からなる請求項32記載 の組成物。 39.当該基質が生体内分解性である請求項31、または32記載の組成物。 40.当該基質が器官特異組織由来のものである請求項31、または32記載の 組成物。 41.当該基質がコラーゲン、及びグリコサミノグリカン及びプロテオグリカン からなる群より選択される細胞接着因子からなる請求項31、または32記載の 組成物。 42.当該基質が当該哺乳動物の生体からの遊走性前駆体細胞の接着、分化及び 増殖を許容する構造を特定する請求項31、または32記載の組成物。 43.前駆体細胞群を増加させる以下のステップからなる方法: 前駆体細胞を、形態形成活性を有し、配列表番号2で特徴づけられるOP−3 フラグメント、若しくは対立形質の変種、若しくは種の変種に、当該前駆体細胞 が増殖されるよう刺激されるのに十分な濃度で、十分な時間、接触させる。 44.さらに以下のステップからなる請求項43記載の方法: 当該剌激された前駆体細胞を、哺乳動物に、当該哺乳動物の前駆休細胞群を増 加させるために供給する。 45.以下のステップからなる哺乳動物における組織成長を誘導する方法: 前駆体細胞を、哺乳動物で組織特異部位に供給ざれたとき、形態形成活性を有 し、配列表番号2で特徴づけられるOP−3フラグメント、若しくは対立形質の 変種、若しくは種の変種に、当該前駆体細胞が当該部位で組織特異的分化及び増 殖が可能であるように十分な濃度で、十分な時間、接触させる。 46.当該前駆体細胞が間葉系起源のものである請求項43、または45記載の 方法。 47.以下のステップからなる哺乳動物において分化した細胞の表現型発現を維 持する方法: 当該分化した細胞を、形態形成活性を有し、配列表番号2で特徴づけられるO P−3フラグメント、若しくは対立形質の変種、若しくは種の変種と当該細胞が それらの表現型が発現されるよう剌激されるのに十分な濃度で、十分な時間、接 触させる。 48.当該分化した細胞が老化、または休止細胞である請求項47記載の方法。 49.哺乳動物において、組織部位で組織成長を誘導する以下のものからなる方 法: 当該部位に、当該形態形成活性を有するフラグメントが形態形成的に許容しう る組織特異的部位に供給されたとき、当該部位で組織形態形成の進展的カスケー ドを誘導することができるように、十分な濃度で、十分な時間、形態形成活性を 有し、配列表番号2で特徴づけられるOP−3フラグメント、若しくは対立形質 の変種、若しくは種の変種を供給する。 50.当該組織が肝組織で、当該組織部位が肝臓である請求項49記載の方法。 51.当該組織が軟骨、若しくは骨組織で当該組織部位が多孔骨である請求項4 9記載の方法。 52.当該形態形成活性を有し、配列表番号2で特徴づけられるOP−3フラグ メント、若しくはそれらの対立形質の変種、若しくは種の変種が、生体内適合性 、無細胞基質に結合して当該部位に供給される請求項49記載の方法。 53.当該基質が当該組織に特異な成分を有している請求項52記載の方法。 54.当該基質が生体内分解性である請求項52記載の方法。 55.当該基質が器官特異組織由来である請求項52記載の方法。 56.当該基質が当該組織に特異なコラーゲン及び細胞接着因子からなる請求項 52記載の方法。 57.当該基質が当該哺乳動物の生体からの遊走性前駆細胞の接着、分化及び増 殖を許容する構造を特定する請求項52記載の方法。 58.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基303から399までからなる請求項 43、45、47、または49記載の方法。 59.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基298から399までからなる請求項 58記載の方法。 60.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基264から399までからなる請求項 59記載の方法。 61.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基261から399までからなる請求項 60記載の方法。 62.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基18から399までからなる請求項6 1記載の方法。 63.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、及び種の 変種を含む、配列表番号2のアミノ酸残基1から399までからなる請求項62 記載の方法。 64.形態形成活性を有する蛋自質を生産する以下のステップからなる方法: 細胞を配列表番号2のアミノ酸残基303か309までからなる形態形成蛋白 質をコードする核酸配列に形質感染し;当該細胞を適切な培養培地で細胞培養し ;当該核酸から当該形成蛋白質を発現させ;そして、当該培養培地から当該蛋白 質を単離し精製する。 65.当該形態形成蛋白質が、それらの対立形質、及び種の変種を含む、配列表 番号2のアミノ酸残基298から399までからなる請求項64記載の方法。 66.当該形態形成蛋自質が、それらの対立形質、及び種の変種を含む、配列表 番号2のアミノ酸残基264から399までからなる請求項65記載の方法。 67.当該形態形成蛋白質が、それらの対立形質、及び種の変種を含む、配列表 番号2のアミノ酸残基261から399までからなる請求項66記載の方法。 68.当該形態形成蛋白質が、それらの対立形質、及び種の変種を含む、配列表 番号2のアミノ酸残基18から399までからなる請求項67記載の方法。 69.当該形態形成蛋白質が、それらの対立形質、及び種の変種を含む、配列表 番号2のアミノ酸残基1から399までからなる請求項68記載の方法。 70.当該アミノ酸配列変種が配列表番号2の315位のセリン、若しくは33 8位のシステインにアミノ酸置換を有する請求項1、2、または3記載の蛋白質 。 71.当該アミノ酸配列変種が配列表番号2の315位のセリンの位置にトリプ トファン残基を有する請求項70記載の蛋白質。。 72.配列表番号2の338位の当該システイン残基がチロシン、ヒスチジン、 イソロイシン及びセリンからなる群から選択されるアミノ酸で置換される請求項 70記載の蛋白質。 73.請求項1、2、若しくは3記載のアミノ酸配列からなるキメラ型モルフォ ジェン。 74.当該モルフォジェンアミ.ノ酸配列変種が配列表番号2の315位のセリ ン若しくは338位のシステインにアミノ酸置換を有する請求項22、23、3 1、または32記載の組成物。 75.当該モルフォジェンアミノ酸配列変種が配列表番号2の315位のセリン 若しくは338位のシステインにアミノ酸置換を有する請求項43、45、47 、または49記載の方法。 76.当該蛋白質がモルフォジェンファミリーの一員、若しくはそれらの対立形 質の変種、若しくは種の変種のプロ領域からなるペブチドと複合体を形成する2 量体蛋自質種からなり、当該プロ領域がモルフォジェン蛋白質の分泌型から成熟 型にプロセシングされる前にモルフォジェン蛋白質の成熟領域の配列のN末に存 在するアミノ酸配列からなる請求項1、2、3、またぱ4記載の蛋白質。 77.当該2量体蛋白質種が当該ぺプチドと非共有結合で複合体を形成する請求 項76記載の蛋白質。 78.当該2量体蛋白質種が2個の当該蛋白質と複合体を形成する請求項76記 載の蛋白質。 79.当該ペプチドが当該プロ領域を特定する配列の少なくとも18のアミノ酸 からなる請求項76記載の蛋白質。 80.当該ペプチドが当該ブロ領域の全長からなる請求項79記載の蛋白質。 81.当該ペプチドが配列表番号3のヌクレオチド136−192、若しくは配 列表番号7のヌクレオチド157−211で特定されるDNAと厳密な条件下ハ イブリダイズする核酸からなる請求項76記載の蛋白質。 82.当該ペプチドが配列表番号2のプロ領域の少なくとも最初の18のアミノ 酸からなり、当該プロ領域が配列表番号2の残基18から260で特徴づけられ る請求項76記載の蛋白質。 83.当該複合体が塩基性アミノ酸、界面活性剤、若しくは担体蛋白質に暴露す ることでさらに安定化される請求項76記載の蛋白質。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI C07K 1/02 8318−4H 14/475 8318−4H C12N 5/10 15/09 C12P 21/02 C 9282−4B // A61K 39/395 D 9284−4C (C12N 5/10 C12R 1:91) (C12P 21/02 C12R 1:91) 9455−4C A61K 37/02 ADS (C12N 5/00 B C12R 1:91) (31)優先権主張番号 040,510 (32)優先日 1993年3月31日 (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AT,AU,BB,BG,BR,CA, CH,CZ,DE,DK,ES,FI,GB,HU,J P,KP,KR,LK,LU,MG,MN,MW,NL ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SK,UA (72)発明者 オズカイナック,エンジン アメリカ合衆国 01757 マサチューセッ ツ,ミルフォード,パーデュー ドライブ 44 (72)発明者 クベラサムパス,サンゲーベル アメリカ合衆国 02053 マサチューセッ ツ,メドウェイ,スプリング ストリート シックス (72)発明者 ルーガー,ディヴッド シー. アメリカ合衆国 01748 マサチューセッ ツ,ホプキントン,ダウネイ ストリート 19 (72)発明者 パング,ロイ エッチ.エル. アメリカ合衆国 023750 ニュー ハンプ シャー,エトナ,パートリッジ ロード 15 (72)発明者 コーエン,チャールズ エム. アメリカ合衆国 02193 マサチューセッ ツ,ウェストン,ハリントン レイン ワ ン

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列の変種も含む、配列表番号1 の残基303から399で特定されるアミノ酸からなる実質的に純粋な蛋白質。 2.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列の変種 も含む、配列表番号1の298から399で特定される請求項1記載の蛋白質。 3.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列の変種 も含む、配列表番号1の264から399で特定される請求項2記載の蛋白質。 4.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列の変種 も含む、配列表番号1の261から399で特定される請求項3記載の蛋白質。 5.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列の変種 も含む、配列表番号1の18から399で特定される請求項4記載の蛋白質。 6.当該アミノ酸配列が、それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列の変種 も含む、配列表番号1の1から399で特定される請求項5記載の蛋白質。 7.配列表番号1の塩基69−1265で特定されるDNA配列からなる核酸に よりコードされる蛋白質の抗原決定基に結合する実質的に純粋な抗体。 8.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列の変種も含む、配列表番号1 の塩基1−1674で特定されるDNA配列の一部、若しくは全部からなる実質 的に純粋な核酸。 9.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種も含む、当該核酸が厳密 な条件下で配列表番号1の塩基120から848で特定されるDNAの一部、若 しくは全部とハイブリダイズするDNA配列からなる形態形成活性を有する蛋白 質をコードする実質的に純粋な核酸。 10.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種も含む、配列表番号1 の塩基120から848で特定されるDNAの一部、若しくは全部からなる実質 的に純粋な核酸。 11.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種も含む、当該核酸が配 列表番号1の塩基975から1265で特定されるDNA配列からなる形態形 成蛋白質をコードする実質的に純粋な核酸。 12.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種も含む、当該DNA配 列が配列表番号1の塩基960から1265で特定される請求項11記載の核酸 。 13.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種も含む、当該DNA配 列が配列表番号1の塩基858から1265で特定される請求項12記載の核酸 。 14.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種も含む、当該DNA配 列が配列表番号1の塩基849から1265で特定される請求項13記載の核酸 。 15.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種も含む、当該DNA配 列が配列表番号1の塩基120から1265で特定される請求項14記載の核酸 。 16.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種も含む、当該DNA配 列が配列表番号1の塩基69から1265で特定される請求項15記載の核酸。 17.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種も含む、当該配列が形 態形成蛋白質をコードするのに十分である、配列表番号1の塩基69−1265 で特定される核酸配列の少なくとも一部からなるベクター。 18.請求項17記載のベクターで形質転換された細胞。 19.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1 の塩基975−1265で特定される配列からなる核酸を発現させるのに適応で きる細胞。 20.それらの対立形質、種、及び他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1 の核酸配列の少なくとも一部をコードする実質的に純粋な形態形成蛋白質。 21.哺乳動物において、前駆体細胞群を増加させる以下のものからなる組成物 : 前駆体細胞が、それらの対立形質、若しくは種の変種も含む、形態形成活性を 有するOP−3フラグメントに、当該前駆体細胞が増殖されるよう刺激される のに十分な濃度で、十分な時間、暴露され、ex vivoで剌激される。 22.哺乳動物において、組織成長を誘導する以下のものからなる組成物: 前駆体細胞が、in vivo組織部位内に置かれたとき、組織特異的分化及 び増殖できるように十分な濃度で、十分な時間、それらの対立形質、若しくは種 の変種も含む、形態形成活性を有するOP−3フラグメントに、当該前駆体細胞 が暴露されることにより、剌激される。 23.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種も含む、配列表番号1のアミノ酸残基303から399か らなる請求項21、または22記載の組成物。 24.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種も含む、配列表番号1のアミノ酸残基298から399か らなる請求項23記載の組成物。 25.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種も含む、配列表番号1のアミノ酸残基264から399か らなる請求項24記載の組成物。 26.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種も含む、配列表番号1のアミノ酸残基261から399か らなる請求項25記載の組成物。 27.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種も含む、配列表番号1のアミノ酸残基18から399から なる請求項26記載の組成物。 28.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種も含む、配列表番号1のアミノ酸残基1から399からな る請求項27記載の組成物。 29.当該前駆体細胞が造血多能性幹細胞である請求項21、または22記載の 組成物。 30.当該前駆体細胞が間葉系起源である請求項21、または22記載の組成物 。 31.哺乳動物において、組織部位で置換組織の形成を誘導する以下のものから なる組成物: 当該組織に特異的で、形態形成的に許容しうる組織特異的環境を供給しうる成 分を有する生体内適合性の無細胞基質;及び、当該基質に吸収され、かつ、組織 置換の必要な組織特異部位に供給されたときに、当該部位で組織形態形性の進展 的カスケードを誘導するのに、それらの対立形質、種の変種も含む、形態形成活 性を有するOP−3フラグメント。 32.哺乳動物において、組織部位で置換組織の形成を誘導する以下のものから なる組成物: 形態形成的に許容しうる組織特異的環境を供給しうる成分を有する生体内適合 性の無細胞基質;及び、当該基質に吸収され、かつ、組織置換の必要な組織特異 部位に供給されたときに、当該部位で組織形態形性の進展的カスケードを誘導す るのに、それらの対立形質、種の変種も含む、形態形成活性を有するOP−3フ ラグメント。 33.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基303から399か らなる請求項31、または32記載の組成物。 34.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基298から399か らなる請求項33記載の組成物。 35.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基264から399か らなる請求項34記載の組成物。 36.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基261から399か らなる請求項35記載の組成物。 37.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基18から399から なる請求項36記載の組成物。 38.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基1から399からな る請求項32記載の組成物。 39.当該基質が生体内分解性である請求項31、または32記載の組成物。 40.当該基質が器官特異組織由来のものである請求項31、または32記載の 組成物。 41.当該基質がコラーゲン、及びグリコサミノグリカン及びプロテオグリカン からなる群より選択される細胞接着因子からなる請求項31、または32記載の 組成物。 42.当該基質が当該哺乳動物の生体からの遊走性前駆体細胞の接着、分化及び 増殖を許容する構造を特定する請求項31、または32記載の組成物。 43.前駆体細胞群を増加させる以下のステップからなる方法: 前駆体細胞を、それらの対立形質、若しくは種の変種も含む、形態形成活性を 有するOP−3フラグメントに、当該前駆体細胞が増殖するよう剌激されるのに 十分な濃度で、十分な時間、接触させる。 44.さらに以下のステップからなる請求項43記載の方法: 当該剌激された前駆体細胞を、哺乳動物に、当該哺乳動物の前駆体細胞群を増 加させるために供給する。 45.以下のステップからなる哺乳動物における組織成長を誘導する方法: 前駆体細胞を、哺乳動物の組織特異部位に供給されたとき、それらの対立形質 、若しくは種の変種も含む、形態形成活性を有するOP−3フラグメントに、当 該前駆体細胞が当該部位で組織特異的分化及び増殖が可能であるように十分な濃 度で、十分な時間、接触させる。 46.当該前駆体細胞が間葉系起源のものである請求項43、または45記載の 方法。 47.以下のステップからなる哺乳動物において分化した細胞の表現型発現を維 持する方法: 当該分化した細胞を、それらの対立形質、種の変種も含む、形態形成活性を有 するOP−3フラグメントと当該細胞がそれらの表現型が発現されるよう刺激さ れるのに十分な濃度で、十分な時間、接触させる。 48.当該分化した細胞が老化、または休止細胞である請求項47記載の方法。 49.哺乳動物において、組織部位で組織成長を誘導する以下のものからなる方 法: 当該部位に、当該形態形成活性を有するフラグメントが形態形成的に許容しう る組織特異的部位に供給されたとき、当該部位で組織形態形成の進展的カスケー ドを誘導することができるように、十分な濃度で、十分な時間、それらの対立形 質、種の変種も含む、形態形成活性を有するOP−3フラグメントを供給する。 50.当該組織が肝組織で、当該組織部位が肝臓である請求項49記載の方法。 51.当該組織が軟骨、若しくは骨組織で当該組織部位が多孔骨である請求項4 9記載の方法。 52.当該OP−3、若しくはそれらの対立形質若しくは種の変種が、生体内適 合性、無細胞基質に結合して当該部位に供給される請求項49記載の方法。 53.当該基質が当該組織に特異な成分を有している請求項52記載の方法。 54.当該基質が生体内分解性である請求項52記載の方法。 55.当該基質が器官特異組織由来である請求項52記載の方法。 56.当該基質が当該組織に特異なコラーゲン及び細胞接着因子からなる請求項 52記載の方法。 57.当該基質が当該哺乳動物の生体からの遊走性細胞の接着、分化及び増殖を 許容する構造を特定する請求項52記載の方法。 58.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基303から399ま でからなる請求項43、45、47、または49記載の方法。 59.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基298から399ま でからなる請求項58記載の方法。 60.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基264から399ま でからなる請求項59記載の方法。 61.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基261から399ま でからなる請求項60記載の方法。 62.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基18から399まで からなる請求項61記載の方法。 63.当該形態形成活性を有するフラグメントが、それらの対立形質、種、及び 他のアミノ酸配列変種を含む、配列表番号1のアミノ酸残基1から399までか らなる請求項62記載の方法。 64.形態形成活性を有する蛋白質を生産する以下のステップからなる方法: 細胞を配列表番号1のアミノ酸残基303か309までからなる形態形成蛋白 質をコードする核酸配列に形質感染し;当該細胞を適切な培養培地で細胞培養し ;当該核酸から当該形成蛋白質を発現させ;そして、当該培養培地から当該蛋白 質を単離し精製する。 65.当該形態形成蛋白質が、それらの対立形質、種、及びアミノ酸配列変種を 含む、配列表番号1のアミノ酸残基298から399までからなる請求項64記 載の方法。 66.当該形態形成蛋白質が、それらの対立形質、種、及びアミノ酸配列変種を 含む、配列表番号1のアミノ酸残基264から399までからなる請求項65記 載の方法。 67.当該形態形成蛋白質が、それらの対立形質、種、及びアミノ酸配列変種を 含む、配列表番号1のアミノ酸残基261から399までからなる請求項66記 載の方法。 68.当該形態形成蛋白質が、それらの対立形質、種、及びアミノ酸配列変種を 含む、配列表番号1のアミノ酸残基18から399までからなる請求項67記 載の方法。 69.当該形態形成蛋白質が、それらの対立形質、種、及びアミノ酸配列変種を 含む、配列表番号1のアミノ酸残基1から399までからなる請求項68記截の 方法。 70.当該アミノ酸配列変種が配列表番号1の315位のセリン、若しくは33 8位のシスティンにアミノ酸置換を有する請求項1、2、または3記載の蛋白質 。 71.当該アミノ酸配列変種が配列表番号1の315位のセリンの位置にトリプ トファン残基を有する請求項70記載の蛋白質。 72.配列表番号1の338位の当該システイン残基がチロシン、ヒスチジン、 イソロイシン、及びセリンからなる群から選択されるアミノ酸で置換される請求 項70記載の蛋白質。 73.請求項1、2、若しくは3記載のアミノ酸配列からなるキメラ型モルフォ ジェン。 74.当該モルフォジェンアミノ酸配列変種が配列表番号1の315位のセリン 若しくは338位のシステインにアミノ酸置換を有する請求項22、23、31 、または32記載の組成物。 75.当該モルフォジェンアミノ酸配列変種が配列表番号1の315位のセリン 若しくは338位のシステインにアミノ酸置換を有する請求項43、45、47 、または49記載の方法。 76.一般配列7、または8(配列表番号12、または13)で特定されるアミ ノ酸配列からなるモルフォジェン。 77.当該蛋白質がモルフォジェンファミリーのメンバー、若しくはそれらの対 立形質、種、及び他の配列変種のプロ領域からなるペプチドと複合体を形成する 2量体蛋白質種からなる請求項1、2、3、または4記載の蛋白質。 78.当該2量体蛋白質種が当該ペプチドと非共有結合で複合体を形成する請求 項77記載の蛋白質。 79.当該2量体蛋白質種が2個の当該蛋白質と複合体を形成する請求項77記 載の蛋白質。 80.当該ペブチドが当該プロ領域を特定する配列の少なくとも18のアミノ酸 からなる請求項77記載の蛋白質。 81.当該ペプチドが当該プロ領域の全長からなる請求項80記載の蛋白質。 82.当該ペプチドが配列表番号3のヌクレオチド136−192、若しくは配 列表番号7のヌクレオチド157−211で特定されるDNAと厳密な条件下ハ イブリダイズする核酸からなる請求項77記載の蛋白質。 83.当該ペプチドがOP3のプロ領域(配列表番号1)の少なくとも最初の1 8のアミノ酸からなる請求項77記載の蛋白質。 84.当該複合体が塩基性アミノ酸、界面活性剤、若しくは担体蛋白質に暴露す ることでさらに安定化される請求項77記載の蛋白質。
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