JPWO2016152946A1 - イムノグロブリン結合タンパク質およびそれを用いたアフィニティー担体 - Google Patents

イムノグロブリン結合タンパク質およびそれを用いたアフィニティー担体 Download PDF

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Abstract

高いイムノグロブリン結合能およびアルカリ耐性を保持したアフィニティークロマトグラフィー用担体の提供。イムノグロブリン結合タンパク質であって、少なくとも1つの改変イムノグロブリン結合ドメインを含み、該改変イムノグロブリン結合ドメインは、黄色ブドウ球菌プロテインAのBドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインのアミノ酸配列に対して、該Bドメイン、ZドメインまたはCドメインのアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドである、イムノグロブリン結合タンパク質。

Description

本発明は、イムノグロブリン結合タンパク質、それを用いたアフィニティー担体、ならびに該アフィニティー担体を用いたイムノグロブリンの単離方法および抗体医薬の製造方法に関する。
アフィニティークロマトグラフィーは、分離または精製を目的とする物質と特異的に結合する物質(リガンド)を不溶性担体に固定化したリガンド固定化担体が充填されたカラムを用いるクロマトグラフィーである。アフィニティークロマトグラフィーは、例えばタンパク質、核酸などの生体関連物質の分離・精製に用いられている(特許文献1)。アフィニティークロマトグラフィー用担体としては、例えば、アガロースゲルに代表される糖鎖の架橋粒子や、合成ポリマーを主成分とする粒子が用いられている。
アフィニティークロマトグラフィー用担体の作製においては、目的の物質と特異的に結合する物質であるリガンドを担体に固定化する必要がある。黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)プロテインA(SpA)およびその変異体は、イムノグロブリンに対して特異的な結合能を有する代表的なアフィニティークロマトグラフィーリガンドとして知られている。SpAは、抗原に対するイムノグロブリンの高い選択性に対して著しい影響を与えることなく、イムノグロブリンのFc領域と結合する能力をもつため、イムノグロブリンおよびFc領域含有タンパク質を効率的に捕捉および精製することができる。
天然型のSpAには、イムノグロブリンに対して結合能を有するドメインとして、N末端から順にE、D、A、BおよびCの5つのドメインが含まれる。これらのドメイン、およびBドメインの改変型ドメインであるZドメインは、アフィニティークロマトグラフィーリガンドとして使用されている。また、イムノグロブリン結合能を高める目的で、上記ドメインを2個以上連結させたものをリガンドとして用いることも一般的である。
上記のSpAのイムノグロブリン結合ドメインには、それぞれ3つのα−ヘリックス構造が含まれ、これらのうちN末端側の2つのα−ヘリックス部位がイムノグロブリンとの結合に寄与していることが知られている。さらに、上記のドメインのうちBおよびCドメインにおいては、N末端3位のAsnおよび4位のLysによってターン構造が形成されていることが報告されている(非特許文献1)。したがって、Bドメイン、CドメインまたはBドメインの改変型ドメインであるZドメインが複数個連結されたリガンドにおいては、上記のターン構造に起因して、各ドメインは互いに屈曲した配置で連結され、この屈曲した配置に起因する立体障害を引き起こしていると推測される。この立体障害は、Bドメイン、CドメインまたはZドメインの繰り返し構造をリガンドとするアフィニティークロマトグラフィー用担体を作製するうえで、深刻な問題である。すなわち、上記立体障害に起因してリガンドのイムノグロブリン結合能が低く留まり、結果として一定量のイムノグロブリンを精製するために多くの担体量が要求されることとなる。SpAをリガンドとするアフィニティークロマトグラフィー用担体は多くの場合非常に高価であり、多くの担体量が要求されることは、製造コストの観点から望ましくない。
アフィニティークロマトグラフィー用担体は、バイオセパレーションにおける用途では、通常繰り返し使用される。そのため通常、クリーニング・イン・プレイス(CIP)として知られる夾雑物を除去して担体を元の状態に戻すための洗浄工程が、繰り返し使用の間に行われる。CIPのための試薬としては、例えば水酸化ナトリウム等のアルカリ性液が使用される。しかしながら、リガンドとしてタンパク質を用いたアフィニティークロマトグラフィー用担体にとって、このようなアルカリ性条件は過酷であり、リガンドの失活もしくは切断に伴って、標的分子に対する結合能を失うことがある。かかるアルカリ性条件下におけるリガンドの失活については、その主要因としてAsnおよびGln残基の脱アミド化が広く知られている。特に、Asnはアルカリ条件に対する感受性が高く、かつその脱アミド化は構造依存的であり、Asn−GlyまたはAsn−Serで表されるアミノ酸配列部位でしばしば発生することが報告されている(非特許文献2)。
上記のアルカリ性条件下におけるリガンドの失活を回避するための従来技術としては、Asn残基の欠失や改変によりアルカリに対する感受性を低下させたリガンドを得ることが挙げられる。かかるリガンドを用いることにより、アルカリ性溶液を使用したCIPを複数回実施した後でも、そのイムノグロブリン結合能を維持できるアフィニティークロマトグラフィー担体が提供されている。例えば、特許文献2においては、SpAのBドメイン、CドメインまたはZドメインを含むアフィニティークロマトグラフィー用担体のリガンドであって、少なくとも1つのドメインの1位または2位から始まるN末端側の少なくとも3つの連続したアミノ酸の欠失を含むリガンドが提供されている。また、特許文献3においては、N末端側3位から6位までの連続したアミノ酸が欠失したSpAのCドメインを含むアフィニティークロマトグラフィー担体用のリガンドが提供されている。また、特許文献4においては、SpAのZドメインやBドメイン中のAsn残基を修飾したアフィニティークロマトグラフィー担体用のリガンドが提供されている。しかし、上記の従来技術は、担体のアルカリ耐性を高めることを主な目的としており、担体のイムノグロブリン結合能を高めることに言及していない。
特開平6−281638号公報 特開2012−254981号公報 特許第5345539号公報 特表2002−527107号公報
Structure,2014,22:1467−1477 Journal of Biotechnology,2000,80:169−178
高いイムノグロブリン結合能およびアルカリ耐性を保持した、効率的でかつ経済的価値の高いアフィニティー担体が求められている。本発明の一形式は、イムノグロブリンに対する結合能を高めた、新規なアフィニティー担体用リガンドを提供することである。また本発明の別の形式は、アルカリ性溶液を使用したCIPを繰り返し実施した場合においても、上述した高いイムノグロブリン結合能を維持することができるアフィニティー担体を提供することにある。
したがって一態様において、本発明は、イムノグロブリン結合タンパク質を提供する。該イムノグロブリン結合タンパク質は、少なくとも1つの改変イムノグロブリン結合ドメインを含み、該改変イムノグロブリン結合ドメインは、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)プロテインA(SpA)のBドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインのアミノ酸配列に対して、該Bドメイン、ZドメインまたはCドメインのアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドである。
本発明のイムノグロブリン結合タンパク質の一実施形態において、前記Bドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインは、配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列、またはこれらと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインである。
本発明のイムノグロブリン結合タンパク質の一実施形態において、前記少なくとも1つの改変イムノグロブリン結合ドメインは以下からなる群より選択される:
配列番号1で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号1で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチド;
配列番号2で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号2で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチド;および
配列番号3で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号3で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチド。
本発明のイムノグロブリン結合タンパク質の一実施形態において、前記少なくとも1つのアミノ酸残基は、Ala、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される少なくとも1つである。
本発明のイムノグロブリン結合タンパク質の一実施形態において、前記配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインはVal1/Ala29変異体である。
一実施形態において、本発明のイムノグロブリン結合タンパク質は、2〜12個の前記改変イムノグロブリン結合ドメインを含む。
別の一態様において、本発明は、上記変異イムノグロブリン結合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを提供する。
別の一態様において、本発明は、上記ポリヌクレオチドを含むベクターを提供する。
別の一態様において、本発明は、上記ベクターを含む組換え体を提供する。
また別の一態様において、本発明は、上記ポリヌクレオチドを、無細胞タンパク質合成系により発現させるか、または上記組換え体において発現させることを含む、イムノグロブリン結合タンパク質の製造方法を提供する。
さらなる一態様において、本発明は、イムノグロブリン結合タンパク質の製造方法を提供する。該方法は、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)プロテインAのBドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインのアミノ酸配列に対して、該Bドメイン、ZドメインまたはCドメインのアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入することを含む方法である。
さらなる一態様において、本発明は、イムノグロブリン結合タンパク質のイムノグロブリン結合能の向上方法を提供する。該方法は、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)プロテインAのBドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインのアミノ酸配列に対して、該Bドメイン、ZドメインまたはCドメインのアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入することを含む方法である。
本発明のイムノグロブリン結合タンパク質の製造方法、およびイムノグロブリン結合能の向上方法の一実施形態において、前記Bドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインは、配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列、またはこれらと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインである。
一実施形態において、本発明のイムノグロブリン結合タンパク質の製造方法、およびイムノグロブリン結合能の向上方法は、以下:
配列番号1で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号1で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入すること;
配列番号2で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号2で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入すること;または
配列番号3で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号3で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入すること、
を含む。
本発明のイムノグロブリン結合タンパク質の製造方法、およびイムノグロブリン結合能の向上方法の一実施形態において、前記少なくとも1つのアミノ酸残基は、Ala、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される少なくとも1つである。
本発明のイムノグロブリン結合タンパク質の製造方法、およびイムノグロブリン結合能の向上方法の一実施形態において、前記配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインはVal1/Ala29変異体である。
一実施形態において、本発明のイムノグロブリン結合タンパク質の製造方法、およびイムノグロブリン結合能の向上方法は、前記少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入されたイムノグロブリン結合ドメインを2〜12個連結することをさらに含む。
さらなる一態様において、本発明は、上記イムノグロブリン結合タンパク質が、水に対して不溶性の基材に固定化されている、アフィニティー担体を提供する。
さらなる一態様において、本発明は、上記アフィニティー担体を用いる、イムノグロブリンの単離方法を提供する。
さらなる一態様において、本発明は、上記アフィニティー担体を用いる、抗体医薬の製造方法を提供する。
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、アフィニティークロマトグラフィー用担体用のリガンドとして有用である。当該変異イムノグロブリン結合タンパク質は、該タンパク質中に含まれるアミノ基、チオール基、またはカルボキシル基等の反応性側鎖が不溶性担体の表面に存在する官能基と化学結合することにより、該担体に固定化され得る。当該変異イムノグロブリン結合タンパク質は、イムノグロブリン結合能が高く、かつアルカリ性溶液を使用したCIPを繰り返し実施した後においても高いイムノグロブリン結合能を維持することができる。したがって、当該変異イムノグロブリン結合タンパク質をリガンドとして用いたアフィニティークロマトグラフィー用担体は、例えばイムノグロブリンの精製に用いた場合、一定量の担体でより多くのイムノグロブリンを精製することができ、かつ繰り返し使用してもイムノグロブリンの動的結合容量が低下しにくいため、結果としてイムノグロブリン精製のプロセスを低コストで実施することを可能にする。
本明細書中で引用された全ての特許文献、非特許文献、およびその他の刊行物は、その全体が本明細書中において参考として援用される。
本明細書において、アミノ酸配列およびヌクレオチド配列の配列同一性は、リップマン−パーソン法(Lipman―Pearson法;Science,227,1435−41,1985)によって計算される。具体的には、遺伝情報処理ソフトウェアGenetyx―Win(Ver.5.1.1;ソフトウェア開発)のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、Unit size to compare(ktup)を2として解析を行なうことにより算出される。
本明細書において、アミノ酸配列およびヌクレオチド配列に関する「少なくとも70%の同一性」とは、70%以上の同一性、好ましくは80%以上の同一性、より好ましくは85%以上の同一性、さらに好ましくは90%以上の同一性、さらにより好ましくは95%以上の同一性、なお好ましくは98%以上の同一性、なお好ましくは99%以上の同一性をいう。
本明細書において、アミノ酸配列およびヌクレオチド配列上の「相当する位置」は、目的配列と参照配列(例えば、配列番号3で示されるアミノ酸配列)とを、各アミノ酸配列またはヌクレオチド配列中に存在する保存アミノ酸残基またはヌクレオチドに最大の相同性を与えるように整列(アラインメント)させることにより決定することができる。アラインメントは、公知のアルゴリズムを用いて実行することができ、その手順は当業者に公知である。例えば、アラインメントは、上述のリップマン−パーソン法等に基づいて手作業で行うこともできるが、Clustal Wマルチプルアラインメントプログラム(Thompson,J.D.et al,1994,Nucleic Acids Res.,22:4673−4680)をデフォルト設定で用いることにより行うことができる。あるいは、Clustal Wの改訂版であるClustal W2やClustal omegaを使用することもできる。Clustal W、Clustal W2およびClustal omegaは、例えば、欧州バイオインフォマティクス研究所(European Bioinformatics Institute:EBI[www.ebi.ac.uk/index.html])や、国立遺伝学研究所が運営する日本DNAデータバンク(DDBJ[www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome−j.html])のウェブサイト上で利用することができる。
本明細書において「イムノグロブリン結合タンパク質」とは、イムノグロブリンに対する結合能を有するタンパク質をいう。本明細書において「イムノグロブリン結合ドメイン」とは、イムノグロブリン結合タンパク質に含まれる、イムノグロブリン結合に関わるドメインをいい、その例としては、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)プロテインA(SpA)のAドメイン、Bドメイン、Cドメイン、Dドメイン、Eドメイン、およびBドメインの改変型ドメインであるZドメインが挙げられる。
1.アフィニティークロマトグラフィー用担体
1.1.変異イムノグロブリン結合タンパク質
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、SpAのBドメイン、CドメインまたはZドメインに由来する、改変イムノグロブリン結合ドメインを少なくとも1つ含む。該改変イムノグロブリン結合ドメインは、該Bドメイン、ZドメインまたはCドメインのアミノ酸配列の3位に相当する位置のAsn残基と4位に相当する位置のLys残基との間に、少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドである。本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、アフィニティー担体のリガンドとして使用することができる。
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質に含まれる改変イムノグロブリン結合ドメインの親ドメインとしては、SpAのイムノグロブリン結合能を有するドメインであるBドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体が挙げられる。このうち、Bドメイン、ZドメインおよびCドメインが好ましい。SpAのBドメイン、Zドメイン、およびCドメインは、それぞれ、配列番号1、2、および3で示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドである。これらのドメインは、そのアミノ酸配列中の3位にAsn残基、4位にLys残基を有し、これらのアミノ酸残基から構成されるターン構造を持つ。
上記親ドメインとして使用され得る上記Bドメイン、ZドメインまたはCドメインの変異体としては、配列番号1、2または3で示されるアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつイムノグロブリン結合能を有してイムノグロブリン結合ドメインとして機能するポリペプチドが挙げられる。さらに、該変異体は、そのアミノ酸配列中の、配列番号1、2または3で示されるアミノ酸配列の3〜4位に相当する位置に、連続するAsn残基とLys残基とを有し、これらのアミノ酸残基から構成されるターン構造を持つ。上記Bドメイン、ZドメインまたはCドメインの変異体の例としては、配列番号1、2または3で示されるアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインのVal1/Ala29変異体が挙げられる。
上記変異体は、SpAのBドメイン、ZドメインまたはCドメインに対して、アミノ酸残基の付加、削除、置換または欠失や、アミノ酸残基の化学的修飾等の改変を施すことによって作製することができる。アミノ酸残基の付加、削除、置換または欠失の手段としては、上記ドメインをコードするポリヌクレオチドに対する部位特異的突然変異(Site−specific mutaion)等の公知の手段が挙げられる。
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質に含まれる改変イムノグロブリン結合ドメインは、上記親ドメインのアミノ酸配列に対して、上記B、ZまたはCドメインのアミノ酸配列の3位に相当する位置のAsn残基と4位に相当する位置のLys残基との間に、少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入することによって得ることができる。例えば、該改変イムノグロブリン結合ドメインは、配列番号1、2または3で示されるイムノグロブリン結合ドメインのアミノ酸配列に対して、その3位のAsn残基と4位のLys残基との間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドである。あるいは、該改変イムノグロブリン結合ドメインは、配列番号1、2または3で示されるアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有し、かつ、配列番号1、2または3で示されるアミノ酸配列の3〜4位に相当する位置に連続するAsn残基とLys残基とを有するイムノグロブリン結合ドメイン変異体のアミノ酸配列に対して、当該Asn残基とLys残基との間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドである。これらのポリペプチドは、イムノグロブリン結合能を有し、イムノグロブリン結合ドメインとして機能する。
上記親ドメインに挿入される少なくとも1つのアミノ酸残基としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ala、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される少なくとも1つ、好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個のアミノ酸残基が挙げられる。これらのうち、Phe、Leu、IleおよびProがより好ましく、次いでHis、Tyr、Trpが好ましく、次いでArg、Gln、Glu、Asp、Val、Metが好ましく、次いでThr、Alaが好ましい。したがって、上記親ドメインに挿入されるアミノ酸残基は、好適にはArg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される少なくとも1つ、好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個であり、より好適にはHis、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される少なくとも1つ、好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個であり、さらに好適にはPhe、Leu、IleおよびProからなる群より選択される少なくとも1つ、好ましくは1〜4個、より好ましくは1〜2個である。上記アミノ酸残基が好ましい理由としては、3位のAsn残基と4位のLys残基とから構成されるターン構造を変化させるとともに、Asn−GlyおよびAsn−Serで表されるアルカリ感受性の高いアミノ酸配列を回避することができるためであると推定される。挿入されるアミノ酸残基の数が2個以上の場合、それらは、全て異なる種類のアミノ酸残基であっても、または同じ種類のアミノ酸残基を複数含んでいてもよい。さらに好ましくは、上記B、ZもしくはCドメイン、またはそれらの変異体に挿入されるアミノ酸残基は、Phe、Leu、IleおよびProから選択されるいずれか1つである。
上記親ドメインへアミノ酸残基を挿入する手段としては、該親ドメインをコードするヌクレオチド配列に対する、上記の挿入すべきアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列の挿入が挙げられる。ヌクレオチド配列の挿入のための具体的な手法としては、部位特異的突然変異、相同組換え法、SOE(splicing by overlap extension)−PCR法(Gene,1989,77:61−68)などを挙げることができ、これらの詳細な手順は当業者に周知である。
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、上述したAsnとLysとの間にアミノ酸残基が挿入された改変イムノグロブリン結合ドメインを1つ以上含んでいればよいが、好ましくは、該改変イムノグロブリン結合ドメインを2つ以上含み、より好ましくは2〜12個、さらに好ましくは3〜8個含む。個々のドメインは、互いに連結されている。より詳細には、あるドメインのC末端と隣のドメインのN末端とが連結される、またはその逆である。本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、複数の改変イムノグロブリン結合ドメインが直線状に配置された領域を有するため、ドメインの屈曲した配置に起因する立体障害やイムノグロブリン結合阻害を防止することができる。したがって、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、高いイムノグロブリン結合能を有する。
一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、B、ZおよびCドメイン以外のSpAのイムノグロブリン結合ドメイン(例えば、Aドメイン、DドメインまたはEドメイン)またはその変異体を含んでいてもよい。別の一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、上述した3位Asnと4位Lysとの間にアミノ酸残基が挿入されていないB、ZもしくはCドメイン、またはそれらの変異体を含んでいてもよいが、好ましくは、これらのドメインまたは変異体を含まない。好ましい実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質に含まれるイムノグロブリン結合ドメインの全ては、上述したAsnとLysとの間にアミノ酸残基が挿入されたB、ZもしくはCドメイン、またはそれらの変異体に由来する改変イムノグロブリン結合ドメインである。
好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号1で示されるBドメインのアミノ酸配列において、3位Asnと4位Lysとの間にAla、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される1個、2個、3個もしくは4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドを含む。別の好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号1で示されるBドメインのアミノ酸配列において、3位Asnと4位Lysとの間に、Phe、Leu、IleおよびProからなる群より選択される1〜4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドを含む。さらに別の好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号1で示されるBドメインのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列において、配列番号1の3〜4位に相当する位置のAsn−Lysの間にAla、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される1個、2個、3個もしくは4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなる、イムノグロブリン結合ドメインとして機能するポリペプチドを含む。さらに別の好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号1で示されるBドメインのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列において、配列番号1の3〜4位に相当する位置のAsn−Lysの間に、Phe、Leu、IleおよびProからなる群より選択される1〜4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなる、イムノグロブリン結合ドメインとして機能するポリペプチドを含む。さらなる好ましい一実施形態において、配列番号1で示されるBドメインのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列は、配列番号1で示されるアミノ酸配列に対してVal1/Ala29の変異を有するアミノ酸配列である。
好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号2で示されるZドメインのアミノ酸配列において、3位Asnと4位Lysとの間にAla、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される1個、2個、3個もしくは4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドを含む。別の好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号2で示されるZドメインのアミノ酸配列において、3位Asnと4位Lysとの間に、Phe、Leu、IleおよびProからなる群より選択される1〜4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドを含む。さらに別の好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号2で示されるZドメインのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列において、配列番号2の3〜4位に相当する位置のAsn−Lysの間にAla、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される1個、2個、3個もしくは4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなる、イムノグロブリン結合ドメインとして機能するポリペプチドを含む。さらに別の好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号2で示されるZドメインのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列において、配列番号2の3〜4位に相当する位置のAsn−Lysの間に、Phe、Leu、IleおよびProからなる群より選択される1〜4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなる、イムノグロブリン結合ドメインとして機能するポリペプチドを含む。さらなる好ましい一実施形態において、配列番号2で示されるZドメインのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列は、配列番号2で示されるアミノ酸配列に対してVal1/Ala29の変異を有するアミノ酸配列である。
好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号3で示されるCドメインのアミノ酸配列において、3位Asnと4位Lysとの間にAla、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される1個、2個、3個もしくは4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドを含む。別の好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号3で示されるCドメインのアミノ酸配列において、3位Asnと4位Lysとの間に、Phe、Leu、IleおよびProからなる群より選択される1〜4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドを含む。さらに別の好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号3で示されるCドメインのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列において、配列番号3の3〜4位に相当する位置のAsn−Lysの間にAla、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される1個、2個、3個もしくは4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなる、イムノグロブリン結合ドメインとして機能するポリペプチドを含む。さらに別の好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、配列番号3で示されるCドメインのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列において、配列番号3の3〜4位に相当する位置のAsn−Lysの間に、Phe、Leu、IleおよびProからなる群より選択される1〜4個のアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなる、イムノグロブリン結合ドメインとして機能するポリペプチドを含む。さらなる好ましい一実施形態において、配列番号3で示されるCドメインのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列は、配列番号3で示されるアミノ酸配列に対してVal1/Ala29の変異を有するアミノ酸配列である。
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質に含まれる上記ポリペプチドは、好ましくは、配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列の3位〜4位に相当する位置のAsn−Lysを保存した状態で、それらの残基の間にアミノ酸が挿入されているアミノ酸配列を有する。より好ましくは、2〜4位に相当する位置のAsp−Asn−LysまたはGln−Asn−Lysを保存した状態で、当該AsnとLysとの間にアミノ酸が挿入されているアミノ酸配列を有する。さらに好ましくは、1〜4位に相当する位置のAla−Asp−Asn−Lys、Gln−Gln−Asn−Lys、またはVal−Asp−Asn−Lysを保存した状態で、当該AsnとLysとの間にアミノ酸が挿入されているアミノ酸配列を有する。上記3位に相当する位置のAsnを欠失または変異させると、上記ポリペプチドの当該アルカリ耐性は向上するものの、イムノグロブリン結合能が低下することがある。
好ましくは、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質に含まれる上記ポリペプチドは、配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列の1位に相当する位置にVal残基を有し、および/または、配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列の29位に相当する位置にAla残基を有する。
好ましい一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、上記ポリペプチドを2〜12個、さらに好ましくは3〜8個含む。当該ポリペプチドの各々は、同じものでも異なるものであってもよい。好ましくは、当該ポリペプチドの各々は、そのN末端が、隣接するポリペプチドのC末端に連結されている。各ポリペプチドは、隣接するポリペプチドと直接連結してもよく、または1〜10個のアミノ酸残基を有するペプチドを介して連結してもよい。当該ペプチドの例としては、EFで表されるペプチドが挙げられる。
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質の好ましい例としては、配列番号4〜20で示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドが挙げられる。配列番号4〜19で示されるアミノ酸配列は、それぞれ、配列番号3で示されるアミノ酸配列の1位AlaをValに、29位GlyをAlaに置換したアミノ酸配列に対して、3位のAsnと4位のLysとの間にAla、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される1個または2個のアミノ酸残基が挿入されたCドメインの変異体を4個連結したアミノ酸配列である。配列番号20で示されるアミノ酸配列は、配列番号2で示されるアミノ酸配列の1位AlaをValに、29位GlyをAlaに置換したアミノ酸配列に対して、3位のAsnと4位のLysとの間にIleが挿入されたZドメインの変異体を4個連結したアミノ酸配列である。
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質の別の好ましい例としては、配列番号4〜18のいずれかで示されるアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有し、かつ配列番号4〜18の4位〜6位、63位〜65位、122位〜124位および181位〜183位に相当する位置に、それぞれAsn−X−Lys(XはAla、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpまたはTyr)が配置したアミノ酸配列からなる、イムノグロブリン結合能を有するポリペプチドが挙げられる。好ましくは、これらのポリペプチドは、配列番号3の1位に相当する位置にValを、29位に相当する位置にAlaを有する。
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質の別の好ましい例としては、配列番号19で示されるアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有し、かつ配列番号19の4位〜7位、64位〜67位、124位〜127位および184位〜187位に相当する位置に、それぞれAsn−Ile−Thr−Lysが配置したアミノ酸配列からなる、イムノグロブリン結合能を有するポリペプチドが挙げられる。好ましくは、これらのポリペプチドは、配列番号3の1位に相当する位置にValを、29位に相当する位置にAlaを有する。
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質の別の好ましい例としては、配列番号20で示されるアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有し、かつ配列番号20の4位〜6位、63位〜65位、122位〜124位および181位〜183位に相当する位置に、それぞれAsn−Ile−Lysが配置したアミノ酸配列からなる、イムノグロブリン結合能を有するポリペプチドが挙げられる。好ましくは、これらのポリペプチドは、配列番号2の1位に相当する位置にValを、29位に相当する位置にAlaを有する。
1.2.ポリヌクレオチド、ベクター
本発明はまた、上記本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質をコードするポリヌクレオチド(DNA等)を提供する。本発明の一実施形態にかかるポリヌクレオチドは、上記本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質あるいはその等機能変異体をコードする。本明細書において、イムノグロブリン結合タンパク質の「等機能変異体(functional variant)」とは、部分的なアミノ酸残基の付加、削除、置換、アミノ酸残基の化学的修飾等により改変されたイムノグロブリン結合タンパク質であって、改変前のイムノグロブリン結合タンパク質のアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を保持し、上述したAsn−Lysの間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入された構造を維持し、かつ、イムノグロブリン結合活性において、改変前のイムノグロブリン結合タンパク質と同等のものとして扱うことができるものを意味する。
また、上述したように、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質には、イムノグロブリン結合ドメインを1個以上、好ましくは2〜12個、より好ましくは3〜8個有するタンパク質が含まれる。このようなタンパク質をコードするポリヌクレオチド、およびそのポリヌクレオチドを含むベクターからなる発現プラスミドは公知の方法で作製することができる。
一実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質をコードするポリヌクレオチドは、配列番号1〜20のいずれかで示されるポリペプチドをコードする。別の実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質をコードするポリヌクレオチドは、配列番号1〜20のいずれかで示されるイムノグロブリン結合タンパク質の等機能変異体をコードする。また別の実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質をコードするポリヌクレオチドは、配列番号23〜39のいずれかで示されるヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドである。また別の実施形態において、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質をコードするポリヌクレオチドは、配列番号23〜39のいずれかで示されるヌクレオチド配列と少なくとも70%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ配列番号4〜20のいずれかで示されるイムノグロブリン結合タンパク質の等機能変異体をコードするポリヌクレオチドである。
1.3.変異イムノグロブリン結合タンパク質の製造
上記ポリヌクレオチドまたはベクターから本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質を製造するための標準技術としては、例えば、Frederick M. AusbelらによるCurrent Protocols In Molecular BiologyやSambrookら編集のMolecular Cloning(Cold Spring Harbor Laboratory Press,3rd edition,2001)などに記載されている公知の遺伝子組換え技術を利用することができる。すなわち、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質をコードするポリヌクレオチド(DNA等)を含有させた発現ベクターを大腸菌などの宿主に形質転換し、得られた組換え体を適切な液体培地で培養することにより、培養後の細胞から、目的の改変タンパク質を大量かつ経済的に取得することができる。好ましい発現ベクターとしては、宿主細胞内で複製可能な既知のベクターのいずれをも用いることができ、例えば、米国特許第5,151,350号明細書に記載されているプラスミドや、Sambrookら編集のMolecular Cloning(Cold Spring Harbor Laboratory Press, 3rd edition, 2001)などに記載されているプラスミドが挙げられる。また、形質転換のための宿主としては、特に限定されないが、大腸菌などのバクテリア、真菌類、昆虫細胞、ほ乳類細胞等の組換えタンパク質を発現させるために用いられる公知の宿主を用いることができる。宿主中に核酸を導入することにより宿主を形質転換させるためには、各宿主に応じて当該技術分野において知られるいずれの方法を用いてもよく、例えば、Sambrookら編集のMolecular Cloning(Cold Spring Harbor Laboratory Press,3rd edition,2001)などに記載されている公知の方法を利用することができる。形質転換した組換え体(細菌等)を培養して、発現されたタンパク質を回収する方法は、当業者によく知られており、本発明の実施例にも例示されている。
あるいは、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質は、無細胞タンパク質合成系を用いて発現させてもよい。
1.4.担体
本発明はまた、上記本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質が水に対して不溶性の基材(担体)に固定化されたアフィニティー担体を提供する。該担体の形状としては、粒子の形態であることができ、かかる粒子は多孔性でも非多孔性でもよい。粒子状の担体は充填ベッドとして使用することもできるし、懸濁形態で使用することもできる。懸濁形態には流動層(expanded bed)および純然たる懸濁物として知られるものが包含され、その中では粒子が自由に運動できる。モノリス、充填床および流動層の場合、分離手順は一般に濃度勾配による従来のクロマトグラフィー法に従う。純然たる懸濁物の場合は、回分法が用いられる。好ましくは、当該担体は充填剤である。あるいは、担体は、チップ、キャピラリーまたはフィルターのような形態であってもよい。また、担体として磁性粒子を用いてもよい。磁性粒子としては、磁気誘導により容易に磁化され得るものであれば特に制限はされず、例えば、四三酸化鉄(Fe34)、三二酸化鉄(γ−Fe23)、各種フェライト、鉄、マンガン、ニッケル、コバルト、クロムなどの金属や、コバルト、ニッケル、マンガンなどの合金からなる磁性体微粒子、又はこれらの磁性体を内部に含んだ疎水性重合体、親水性重合体などが挙げられる。好適な例としては、特開2008−32411号公報に記載の、超常磁性微粒子を含む母粒子の表面に、疎水性の第1ポリマー層が形成され、当該第1ポリマー層上に、少なくとも表面にグリシジル基を有する第2ポリマー層が形成され、当該グリシジル基を化学修飾することにより、酸素原子、窒素原子および硫黄原子からなる群より選ばれた少なくとも1種の原子を1個以上含む極性基が導入された磁性粒子が挙げられる。好ましい実施形態において、本発明のアフィニティー担体は、アフィニティークロマトグラフィー用担体である。
本発明の一実施形態にかかわるアフィニティー担体は、好ましくは、10〜500μm、より好ましくは20〜200μm、担体が合成ポリマーの場合、さらに好ましくは20〜100μm、なお好ましくは30〜80μm、担体が多糖の場合、さらに好ましくは50〜200μm、なお好ましくは60〜150μmの粒径を有する。粒径が10μm未満であると、高流速下でカラム圧力が高くなり、実用に耐えない。粒径が500μmを超えると、イムノグロブリンがアフィニティー担体に結合する量(結合容量)に劣る場合がある。なお、本明細書における「粒径」とは、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置により得られる体積平均粒径である。
本発明の一実施形態にかかわるアフィニティー担体は、好ましくは、多孔質であり、50〜150m2/g、より好ましくは、80〜130m2/gの比表面積を有する。ここで、比表面積が50m2/g未満であると、結合容量が劣る場合があり、一方、150m2/gを超えると、担体の強度が劣るために高流速下で担体が破壊されて、カラム圧力が上昇する場合がある。なお、本明細書における「比表面積」とは、水銀ポロシメーターにより得られる細孔径10〜5000nmの細孔の有する表面積を粒子の乾燥重量で除した値である。
本発明の一実施形態にかかわるアフィニティー担体は、好ましくは、100〜1400nm、担体が合成ポリマーの場合、より好ましくは100〜400nm、さらに好ましくは200〜300nm、担体が多糖の場合、より好ましくは500〜1400nm、さらに好ましくは800〜1200nmの体積平均細孔径を有する。ここで、体積平均細孔径が100nm未満であると、高流速下の結合容量低下が顕著になる場合があり、一方、1400nmを超えると、流速にかかわらず結合容量が低下する場合がある。なお、本明細書における「体積平均細孔径」とは、水銀ポロシメーターにより得られる細孔径10〜5000nmの細孔の体積平均細孔径である。
担体が上記範囲の粒径、比表面積、および細孔径分布を満たす場合、精製対象溶液の流路となる粒子間の隙間および粒子内の比較的大きな細孔径と、精製対象分子の結合表面積のバランスが最適化され、高流速下の結合容量が高いレベルに維持される。
担体の材質としては、例えば、親水性表面を有するポリマーであり、例えば、外表面に(および存在する場合には内表面にも)ヒドロキシ基(−OH)、カルボキシ基(−COOH)、アミノカルボニル基(−CONH2、またはN置換型)、アミノ基(−NH2、または置換型)、オリゴまたはポリエチレンオキシ基を有するポリマーである。一実施形態において、ポリマーは、ポリメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール系等の合成ポリマーであり得、好ましくは、多官能(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン等の多官能モノマーで架橋された共重合体のような合成ポリマーである。かかる合成ポリマーは公知の方法により容易に製造される(例えば、J.MATER.CHEM1991,1(3),371−374に記載の方法を参照されたい)。あるいは、トヨパール(東ソー社)のような市販品も使用される。他の実施形態におけるポリマーはデキストラン、デンプン、セルロース、プルラン、アガロース等の多糖類である。かかる多糖類は公知の方法により容易に製造される(例えば特許第4081143号に記載の方法を参照されたい)。あるいは、セファロース(GEヘルスケアバイオサイエンス社)のような市販品も使用される。その他の実施形態ではシリカ、酸化ジルコニウムなどの無機担体であってもよい。
本発明の一実施形態にかかわるアフィニティー担体において、担体として使用される多孔性粒子の一具体例としては、例えば、10〜50質量%の架橋性ビニル単量体と3〜90質量%のエポキシ基含有ビニル単量体を含有し、粒径が20〜80μmであり、比表面積が50〜150m2/gであり、体積平均細孔径が100〜400nmである多孔性有機重合体粒子が挙げられる。
なお、本発明の一実施形態にかかわるアフィニティー担体を水銀ポロシメーターで測定した場合の細孔径10〜5000nmの細孔の浸入体積(細孔体積)は、好ましくは、1.3〜7.0mL/g、担体が合成ポリマーの場合、より好ましくは1.3〜2.5mL/g、担体が多糖の場合、より好ましくは3.0〜6.0mL/gである。
1.5.担体へのリガンドの固定化
本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質(リガンド)と上記担体との結合方法としては、タンパク質を担体に固定化する一般的方法を用いて行うことができる。固定化の手段としては、例えば、担体へのリガンドの物理的吸着、担体とリガンドとの化学的結合などが挙げられる。担体とリガンドとの化学的結合のための方法としては、例えば、カルボキシ基を有する担体を用い、このカルボキシ基をN−ヒドロキシコハク酸イミドにより活性化させリガンドのアミノ基と反応させる方法、アミノ基またはカルボキシ基を有する担体を用い、水溶性カルボジイミドなどの脱水縮合剤存在下でリガンドのカルボキシ基またはアミノ基と反応させアミド結合を形成する方法、水酸基を有する担体を用い、臭化シアンなどのハロゲン化シアンで活性化させてリガンドのアミノ基と反応させる方法、または担体の水酸基をトシル化もしくはトレシル化しリガンドのアミノ基と反応させる方法、ビスエポキシド、エピクロロヒドリンなどによりエポキシ基を担体に導入し、リガンドのアミノ基または水酸基またはチオール基と反応させる方法、およびエポキシ基を有する担体を用い、リガンドのアミノ基または水酸基またはチオール基と反応させる方法などが挙げられる。上記のうち、反応を実施する水溶液中での安定性の観点からは、エポキシ基を介してリガンドを導入する結合方法が望ましい。
エポキシ基が開環して生成する開環エポキシ基であるアルコール性水酸基は、担体表面を親水化し、タンパク質などの非特異吸着を防止すると共に、水中で担体の靱性を向上させ、高流速下の担体の破壊を防止する役割を果たす。したがって、リガンドを固定化させた後の担体中にリガンドと結合していない残余のエポキシ基が存在している場合、当該残余のエポキシ基を開環させることが好ましい。担体中のエポキシ基の開環方法としては、例えば、水溶媒中で、酸またはアルカリにより、加熱または室温下で該担体を撹拌する方法を挙げることができる。また、メルカプトエタノール、チオグリセロールなどのメルカプト基を有するブロッキング剤やモノエタノールアミンなどのアミノ基を有するブロッキング剤で、エポキシ基を開環させてもよい。最も好ましい開環エポキシ基は、担体に含まれるエポキシ基をチオグリセロールにより開環させて得られる開環エポキシ基である。チオグリセロールは、原料としてメルカプトエタノールなどよりも毒性が低く、チオグリセロールが付加したエポキシ開環基は、アミノ基を有するブロッキング剤による開環基よりも非特異吸着が低い上に、担体の動的結合量が高くなるといった利点を有する。
また、必要に応じて担体とリガンドの間に任意の長さの分子(スペーサー)を導入してもよい。スペーサーの例としてはポリメチレン鎖、ポリエチレングリコール鎖、糖類などが挙げられる。スペーサーには、例えば担体表面に化学結合でき、かつリガンドとも結合する二官能の化合物を使用することができる。
1.6.作用効果
本発明の一実施形態に係る、本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質を固定化したアフィニティー担体は、初期のイムノグロブリン動的結合容量(DBC)が高く、かつアルカリ性条件下での洗浄(例えば0.01〜0.8M水酸化ナトリウム等のアルカリ性液を用いた洗浄)に対しても性能の著しい低下がない。
2.イムノグロブリンを単離する方法
本発明の一実施形態に係るイムノグロブリンを単離する方法を説明する。本実施形態に係るイムノグロブリンを単離する方法は、上記本発明の変異イムノグロブリン結合タンパク質を固定化したアフィニティー担体に、イムノグロブリンを含有する試料を接触させ、該担体にイムノグロブリンを吸着させる工程(第一の工程)、および、該担体から該イムノグロブリンを溶出させる工程(第二の工程)を含み、好ましくは該第二の工程の後に、該担体をアルカリ性液で洗浄する工程(第三の工程)をさらに含む。本発明のイムノグロブリン単離方法に用いられる本発明のアフィニティー担体は、懸濁形態であってもよく、カラムに充填された状態であってもよく、あるいはチップ、キャピラリー、フィルターまたは磁性粒子のような形態であってもよい。
好ましい実施形態において、第一の工程では、上記本発明のアフィニティー担体に、イムノグロブリンを含有する試料を、リガンドにイムノグロブリンが吸着する条件にて接触させる。この第一の工程では、試料中のイムノグロブリン以外の物質のほとんどは、リガンドに吸着されず担体上に残留しない。この後、必要に応じて、リガンドに弱く保持された一部の物質を除去するため、担体をNaClなどの塩を含む中性の緩衝液で洗浄してもよい。
第二の工程では、pH2〜5の適切な緩衝液を流し、リガンドに吸着されたイムノグロブリンを溶出させる。この溶出液を回収することで、試料からイムノグロブリンを単離することができる。
本実施形態に係るイムノグロブリンを単離する方法においては、好ましくは、上記第二の工程に続いて第三の工程が行われる。第三の工程では、アルカリ性溶液で担体を洗浄(CIP洗浄)する。第三の工程に使用されるアルカリ性液としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、トリエチルアミン、水酸化テトラブチルアンモニウム等が挙げられる。
本発明のアフィニティー担体は、タンパク質リガンドのアルカリ耐性向上により上記第三の工程での洗浄後もイムノグロブリン結合能を安定に保持しているため、本発明のイムノグロブリン単離方法に繰り返し使用することができる。
本発明のイムノグロブリン単離方法の一実施形態において、単離すべきイムノグロブリンは、抗体またはそれを含む医薬であり得る。したがって、一実施形態において、本発明は、本発明のアフィニティー担体を用いる抗体医薬の製造方法を提供する。当該方法の手順は、目的とする抗体医薬を含有する試料を用いる以外は、基本的に上述したイムノグロブリン単離方法の手順と同様である。
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。また、以下の記載は本発明の態様を概括的に示すものであり、特に理由なく、かかる記載により本発明は限定されるものではない。
参考例1 多孔質粒子の合成
グリシジルメタクリレート(三菱レーヨン社製)8.2g、トリメチロールプロパントリメタクリレート(サートマー社製)65.9gおよびグリセリンモノメタクリレート(日油社製)90.6gを2−オクタノン(東洋合成工業社製)245.8gおよびアセトフェノン(和光純薬工業社製)62gに溶解させ、2,2'−アゾイソブチロニトリル(和光純薬工業社製)2gを添加し、有機モノマー溶液を調製した。
次に、4240gの純水にポリビニルアルコール(クラレ社製 PVA−217)8.5g、ドデシル硫酸ナトリウム(花王社製 エマール10G)0.43gおよび硫酸ナトリウム(和光純薬工業社製)21.3gを添加し、一晩撹拌して水溶液を調製した。
次いで、得られた水溶液を7Lセパラブルフラスコ内に投入し、温度計、撹拌翼、および冷却管を装着して、温水バスにセットし、窒素雰囲気下、600rpmで撹拌を開始した。続いて、セパラブルフラスコを温水バスにより加温し、水溶液の温度が85℃になったところで、この水溶液に滴下ロートを用いて上記有機モノマー溶液を添加し、5時間撹拌を行った。
次いで、反応液を冷却したのち、かかる反応液を5Lのポリプロピレン製ビンに移し、粒子が浮遊するまで静置し、下方から余分な水を吸い出して廃棄した。さらに、この反応液にアセトンを加えて粒子を沈降させた。次に、反応液を3分間静置して、デカンテーションによりアセトンを除去した。この操作を2回繰り返したのち水を加えて、粒子を沈降させた。さらに、3分間静置してデカンテーションを行った。この操作を2回繰り返して粒子を洗浄した。さらに、粒子の分散液をアセトンで再び置換して、一晩風乾したのち、真空乾燥機にて乾燥を行い、多孔質粒子(以下、PBと記す)90gを得た。PBの平均粒径は53μm、比表面積は95m2/gであった。
実施例1 Cドメイン組換え型イムノグロブリン結合タンパク質1(IgGBPC1)の作製
配列番号4に示すアミノ酸配列をコードするプラスミドを調製し、さらにこれを用いて大腸菌コンピテントセルBL21(DE3)(STRATAGENE製)を形質転換して組換え体を得た。得られた組換え体を、吸光度(OD600)が約10に到達するまで37℃でインキュベートした。その後、終濃度で1mMになるようにIPTG(Sigma−Aldrich製)を添加し、さらに4時間37℃でインキュベートして、組換え型イムノグロブリン結合タンパク質を発現させた。タンパク質発現後、細胞を回収し、pH9.5のトリス緩衝液中で破砕した。得られた細胞破砕液から、陰イオン交換クロマトグラフィー(Q−セファロースFF、GEヘルスケアバイオサイエンス社製)および陽イオン交換クロマトグラフィー(SP−セファロースFF、GEヘルスケアバイオサイエンス社製)によってイムノグロブリン結合タンパク質を精製した。精製したイムノグロブリン結合タンパク質を、10mMクエン酸緩衝液pH6.6に対して16時間透析した。SDS−PAGEによって確認されたイムノグロブリン結合タンパク質の純度は95%以上であった。精製されたイムノグロブリン結合タンパク質を、Cドメイン組換え型イムノグロブリン結合タンパク質1(IgGBPC1)とした。このタンパク質は、Cドメイン(配列番号3)の変異体を4個含み、各変異体ドメインにおける配列番号3の3位〜4位に対応する位置のAsn−Lysの間にはPheが挿入されている。またIgGBPC1中の各ドメインは、アルカリ耐性向上変異A1V/G29A(Protein Science,2013,22,1230−1238)を有する。
実施例2〜16 Cドメイン組換え型イムノグロブリン結合タンパク質2〜16(IgGBPC2〜IgGBPC16)の作製
配列番号5〜19に示すアミノ酸配列をコードするプラスミドをそれぞれ調製し、以降は実質的に実施例1と同様の工程で組換え型イムノグロブリン結合タンパク質2〜16(IgGBPC2〜IgGBPC16)を製造した。これらのタンパク質は、Cドメイン(配列番号3)の変異体を4個含み、各変異体ドメインにおける配列番号3の3位〜4位に対応する位置のAsn−Lysの間には後述する表1に示すアミノ酸が挿入されている。またIgGBPC2〜16中の各ドメインは、アルカリ耐性向上変異A1V/G29Aを有する。
実施例17 Zドメイン組換え型イムノグロブリン結合タンパク質1(IgGBPZ1)の作製
配列番号20に示すアミノ酸配列をコードするプラスミドを調製し、以降は実質的に実施例1と同様の工程でZドメイン組換え型イムノグロブリン結合タンパク質1(IgGBPZ1)を製造した。このタンパク質は、Zドメイン(配列番号2)の変異体を4個含み、各変異体ドメインにおける配列番号2の3位〜4位に対応する位置のAsn−Lysの間にはIleが挿入されている。またIgGBPZ1中の各ドメインは、アルカリ耐性向上変異A1V/G29Aを有する。
比較例1 Cドメイン組換え型イムノグロブリン結合タンパク質0(IgGBPC0)の作製
配列番号21に示すアミノ酸配列をコードするプラスミドを調製し、以降は実質的に実施例1と同様の工程でCドメイン組換え型イムノグロブリン結合タンパク質0(IgGBPC0)を製造した。このタンパク質は、Cドメイン(配列番号3)の変異体を4個含むが、各変異体ドメインの配列番号3の3位〜4位に対応する位置のAsn−Lysの間にアミノ酸残基は挿入されていない。なおIgGBPC0は、アルカリ耐性向上変異体ドメインA1V/G29A(Protein Science,2013,22,1230−1238)を有するアルカリ耐性の高いイムノグロブリン結合タンパク質である。
比較例2 Zドメイン組換え型イムノグロブリン結合タンパク質0(IgGBPZ0)の作製
配列番号22に示すアミノ酸配列をコードするプラスミドを調製し、以降は実質的に実施例1と同様の工程でZドメイン組換え型イムノグロブリン結合タンパク質0(IgGBPZ0)を製造した。このタンパク質は、Zドメイン(配列番号2)の変異体を4個含むが、各変異体ドメインの配列番号2の3位〜4位に対応する位置のAsn−Lysの間にアミノ酸残基は挿入されていない。なおIgGBPZ0は、アルカリ耐性向上変異体ドメインA1V/G29A(Protein Science,2013,22,1230−1238)を有するアルカリ耐性の高いイムノグロブリン結合タンパク質である。
実施例1〜17および比較例1〜2のイムノグロブリン結合タンパク質を表1に示す。
Figure 2016152946
試験例1 アフィニティークロマトグラフィー用担体のイムノグロブリン結合能
1)担体へのイムノグロブリン結合タンパク質の固定化
参考例1で調製したPBを8mg含むように150μLの純水に懸濁させ、フィルターチューブ(Millipore社)に移し遠心して純水を除いた。ここに1mgの実施例1で作製したイムノグロブリン結合タンパク質1(IgGBPC1)を溶解した450μLの0.85M硫酸ナトリウムを含む0.1M炭酸緩衝液pH9.8を加え、25℃で5時間振盪させ、イムノグロブリン結合タンパク質をPBに結合させた。生成した粒子を濾過した後、1Mチオグリセロール450μLと混合し25℃で16時間反応させ、残余のエポキシ基をブロッキングし、0.5M NaOHで洗浄後、0.1Mクエン酸ナトリウムバッファー(pH3.2)、0.1Mリン酸ナトリウムバッファー(pH7.6)で洗浄し、450μLの結合多孔質粒子(IgGBPC1/PB)を得た。同様の手順で、IgGBPC0、IgGBPC2〜16およびIgGBPZ0〜1のいずれかが結合した多孔質粒子(IgGBPC1〜16/PBおよびIgGBPZ0〜1/PB)を得た。
2)担体へのイムノグロブリン結合タンパク質導入量の測定
1mgのIgGBPC1〜16/PBおよびIgGBPZ0〜1/PBのいずれかを含む150μLの懸濁液の各々について、BCA Assayキット(PIERCE社)を用いて、担体に結合したイムノグロブリン結合タンパク質の導入量を測定した。
3)IgG動的結合容量の測定
IgGBPC0〜16/BPおよびIgGBPZ0〜1/PBの各々を内径0.5cmのカラムにベッド高20cmまで充填した。カラムを20mMリン酸バッファー(pH7.5)で平衡化した後、ヒトポリクローナルIgG(5mg/mL)を含む20mMリン酸バッファー(pH7.5)を、線流速300cm/時間で流し、吸光度モニターで溶出液中のヒトポリクローナルIgG濃度が10%ブレークスルー(破過)のときのヒトポリクローナルIgG吸着量と担体体積から動的結合容量(DBC)を求めた。
4)耐アルカリ性試験
3)で用いた担体充填カラムをAKTAprime plusにセットし、0.5M水酸化ナトリウム20mLをカラム内に流した。カラムを装置から外し、密閉した後室温で一定時間(15、30、45時間)放置した後、3)と同様の手順で、線流速300cm/時間におけるヒトポリクローナルIgGのDBCを測定した。0.5M水酸化ナトリウムで処理する前のDBCを100%とした時の結合容量維持率(%DBC)を求めた。
各アフィニティークロマトグラフィー用担体のイムノグロブリン結合タンパク質導入量、DBC、耐アルカリ性試験の結果を表2および表3に示す。
Figure 2016152946
Figure 2016152946
担体に対する実施例1〜17および比較例1〜2のイムノグロブリン結合タンパク質の結合量はほぼ同等であった。一方で、実施例1〜17のイムノグロブリン結合タンパク質を固定化した担体(IgGBPC1〜16/PBおよびIgGBPZ1/PB)は、比較例1または2のタンパク質を固定化した担体(IgGBPC0/PBおよびIgGBPZ0/PB)と比較して、DBCが向上していた。また、IgGBPC1〜16/PBおよびIgGBPZ1/PBは、0.5M水酸化ナトリウムに最大45時間曝露するという極めて過酷なアルカリ条件下でも、アルカリ耐性向上変異を有するIgGBPC0/PBまたはIgGBPZ0/PBと同等の高いアルカリ耐性を有し、比較的高いDBCを維持することができた。したがって、SpAイムノグロブリン結合ドメインのアミノ酸配列の3位Asnと4位Lysとの間にアミノ酸残基を挿入した改変ドメインを含むイムノグロブリン結合タンパク質をリガンドとして用いることにより、高いDBCとアルカリ耐性とを有するアフィニティークロマトグラフィー用担体を得ることができた。

Claims (20)

  1. イムノグロブリン結合タンパク質であって、
    少なくとも1つの改変イムノグロブリン結合ドメインを含み、
    該改変イムノグロブリン結合ドメインは、黄色ブドウ球菌プロテインAのBドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインのアミノ酸配列に対して、該Bドメイン、ZドメインまたはCドメインのアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドである、
    イムノグロブリン結合タンパク質。
  2. 前記Bドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインが、配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列、またはこれらと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインである、
    請求項1記載のイムノグロブリン結合タンパク質。
  3. 前記少なくとも1つの改変イムノグロブリン結合ドメインが、以下からなる群より選択される、請求項1又は2記載のイムノグロブリン結合タンパク質:
    配列番号1で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号1で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチド;
    配列番号2で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号2で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチド;および
    配列番号3で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号3で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基が挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチド。
  4. 前記少なくとも1つのアミノ酸残基が、Ala、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される少なくとも1つである、請求項1〜3のいずれか1項記載のイムノグロブリン結合タンパク質。
  5. 前記配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインがVal1/Ala29変異体である、請求項2〜4のいずれか1項記載のイムノグロブリン結合タンパク質。
  6. 2〜12個の前記改変イムノグロブリン結合ドメインを含む、請求項1〜5のいずれか1項記載のイムノグロブリン結合タンパク質。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項記載のイムノグロブリン結合タンパク質をコードするポリヌクレオチド。
  8. 請求項7記載のポリヌクレオチドを含むベクター。
  9. 請求項8記載のベクターを含む組換え体。
  10. 請求項7記載のポリヌクレオチドを、無細胞タンパク質合成系により発現させるか、または請求項8記載の組換え体において発現させることを含む、イムノグロブリン結合タンパク質の製造方法。
  11. イムノグロブリン結合タンパク質の製造方法であって、
    黄色ブドウ球菌プロテインAに由来するBドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインのアミノ酸配列に対して、該Bドメイン、ZドメインまたはCドメインのアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入することを含む、
    方法。
  12. イムノグロブリン結合タンパク質のイムノグロブリン結合能の向上方法であって、
    黄色ブドウ球菌プロテインAに由来するBドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインのアミノ酸配列に対して、該Bドメイン、ZドメインまたはCドメインのアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入することを含む、
    方法。
  13. 前記Bドメイン、Zドメイン、Cドメイン、およびそれらの変異体からなる群より選択されるイムノグロブリン結合ドメインが、配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列、またはこれらと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインを含む、
    請求項11又は12記載の方法。
  14. 配列番号1で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号1で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入すること;
    配列番号2で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号2で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入すること;または
    配列番号3で示されるアミノ酸配列、またはこれと少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインに対して、配列番号3で示されるアミノ酸配列の3位と4位に相当する位置の間に少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入すること、
    を含む、請求項11〜13のいずれか1項記載の方法。
  15. 前記少なくとも1つのアミノ酸残基が、Ala、Arg、Asp、Gln、Glu、His、Met、Thr、Val、Phe、Leu、Ile、Pro、TrpおよびTyrからなる群より選択される少なくとも1つである、請求項11〜14のいずれか1項記載の方法。
  16. 前記配列番号1〜3のいずれかで示されるアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列からなるイムノグロブリン結合ドメインがVal1/Ala29変異体である、請求項13〜15のいずれか1項記載の方法。
  17. 前記少なくとも1つのアミノ酸残基を挿入されたイムノグロブリン結合ドメインを2〜12個連結することをさらに含む、請求項11〜16のいずれか1項記載の方法。
  18. 請求項1〜6のいずれか1項記載のイムノグロブリン結合タンパク質が、水に対して不溶性の基材に固定化されている、アフィニティー担体。
  19. 請求項18記載のアフィニティー担体を用いる、イムノグロブリンの単離方法。
  20. 請求項18記載のアフィニティー担体を用いる、抗体医薬の製造方法。
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