KR20020018197A - Ｆｃ 융합 단백질로서의 인터페론-알파 단백질의 발현 및분비 - Google Patents
Ｆｃ 융합 단백질로서의 인터페론-알파 단백질의 발현 및분비 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 면역글로불린 Fc-인터페론-알파 융합 단백질을 암호화하는 핵산 서열, 예컨대 DNA 또는 RNA 서열에 관한 것이다. 이 핵산 서열을 적절한 발현 벡터에 삽입하여 포유동물 세포에서 발현시킬 수 있다. 본 발명은 또한 상기 핵산 서열의 발현에 의해 생성될 수 있는 면역글로불린 Fc-인터페론-알파 융합 단백질의 일 계통군에 관해 설명한다. 또한, 인터페론-알파의 투여에 의해 완화되는 증상, 예컨대 간염의 치료를 위해 상기 핵산 서열 및/또는 융합 단백질을 이용하는 방법에 대해서도 개시한다.
Description
관련 출원
본 출원은 1999년 5월 19일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/134,895호에 대해 우선권을 주장하며, 이 특허 문헌은 본 명세서에서 참고 인용한다.
인터페론-알파(IFN-알파) 단백질 계통군은 여러 질병의 치료에 유용한 것으로 입증되었다. 예를 들면, 인터페론 알파 2a 및 2b(상표명은 각각 Roferon 및 Intron A)는 만성 간염 B, C 및 D(생명 위협 바이러스 간 질환), 첨형콘딜로마(생식기 사마귀), AIDS-관련 카포시 육종, 모상 백혈병, 악성 흑색종, 기저 세포 암종, 다발성 골수종, 신장 세포 암종, 허피스 I 및 II, 수두/대상허피스, 및 균상식육종의 치료에 사용되어 왔다. 인터페론-알파를 함유하는 치료법은 또한 전립선 암및 만성 골수 백혈병에도 효능이 있음이 연구되었다.
사람 인터페론-알파 계통군은 가장 거대하고 복잡한 인터페론 계통군이다. 인터페론-알파 계통군의 구성원은 이들을 다른 인터페론과는 구별되는 군으로서 정의하는 유사한 아미노산 서열을 갖는다. 즉, 이러한 단백질들은 일반적으로 통상적인 단백질 서열 정렬에서 35% 이상의 아미노산 동일성을 갖는다. 스위스프롯(SwissProt) 데이타베이스는 다수의 사람 인터페론-알파 단백질을 포함하는데, 이는 선택적으로 인터페론-델타 및 인터페론-오메가 단백질로도 불리는 것을 포함한다. 이러한 단백질들은 일반적으로 약 23개 아미노산의 리더 서열을 지니도록 합성되며, 성숙 단백질은 통상 분자량이 약 19 kD이다. 이러한 단백질들은 아주 유사하기 때문에, 인터페론-알파를 사람이나 다른 포유동물로부터 입수하여 철저히 정제할 경우, 종종 다양한 생물학적 활성을 갖는 이소종의 혼합물이 얻어진다(Georgiadis 등의 미국 특허 제4,732,683호). 이와 유사하게, 이러한 단백질들을 암호화하는 cDNA는 충분히 유사한 크기와 특성을 지니므로, 플라스미드 구성의 목적을 위해 이들을 조작하는 데 단일 세트의 절차를 이용할 수 있다. 따라서, 포유동물 유래의 단일 종의 인터페론-알파를 효율적으로 생산 및 정제하는 방법을 개발하는 것이 유용할 것이다.
약 19 kD의 비교적 작은 크기로 인해(Lawn 등의 문헌(1981)[PROC.NATL.ACAD.SCI.U.S.A. 78:5435]), 인터페론-알파는 신장에 의해 여과될 수 있다. 그러나, 여과될 때, 인터페론-알파는 통상 신장 관형 세포에 의해 흡수 및 대사되기 때문에 일반적으로 분비되지 않는다. 현재의 임상 관행에 따르면, 제제화된 인터페론-알파는 근육 주사로 투여하는데, 투여 후 혈청 내 레벨은 인터페론-알파 2a의 경우 약 5시간의 반감기로, 인터페론-알파 2b의 경우 2 ∼ 3시간의 반감기로 감소된다[PHYSICIANS DESK REFERENCE, 50판, 1996:2145-2147 및 2364-2373].
게다가, 인터페론-알파는 크기가 작기 때문에, 수회의 빈번한 주사가 요구되며(통상 매일 또는 주 3회), 환자의 인터페론-알파 레벨에 심각한 변화가 있을 수 있다. 또한, 주사되는 용량은 모상 백혈병의 경우 단위 용량당 약 50 ㎍, AIDS-관련 카포시 육종의 경우 단위 용량당 300 ㎍으로 용량이 많다. 순환하는 인터페론-알파의 레벨이 높으면 피부, 신경, 면역 및 내분비 독성을 비롯한 심각한 부작용을 유발할 수 있다. 작은 크기의 인터페론-알파는 혈류-뇌 장벽을 통과하여, 중추 신경계에 진입할 수 있기 때문에 일부 신경성 부작용의 원인이 된다. 따라서, 인터페론-알파로 치료받는 환자에서 효능 및 효과적인 혈청 반감기를 증가시키면서 동시에 부작용을 최소화하는 것이 유용할 것이다.
인터페론-알파와 관련된 고용량, 낮은 효능, 짧은 혈청 반감기, 정제의 어려움 및 부작용으로 인해, 당업계에서는 이 치료제의 생산을 향상시키고 약학 특성을 개선시키는 방법이 요구되고 있는 실정이다.
발명의 개요
본 발명은 인터페론-알파를 포함하는 융합 단백질의 제조 및 이용에 유용한 방법 및 조성물을 특징으로 한다. 특히, 본 발명은 면역글로불린 Fc-인터페론-알파 융합 단백질을 암호화하는 핵산, 예컨대 DNA 또는 RNA 서열, 및 이 융합 단백질을생산하기 위한 핵산을 발현시키는 방법을 특징으로 한다. 상기 융합 단백질은 생물학적으로 활성인 인터페론-알파를 높은 수준으로 발현시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 융합 단백질을 포유동물, 예컨대 사람에게 투여하기 전에 약학적 허용 담체와 배합할 수 있다. 일정 조건하에서, 인터페론-알파를 제제화 및/또는 투여하기 전에 융합 단백질로부터 절단할 수 있다. 선택적으로, 인터페론-알파 함유 융합 단백질을 암호화하는 핵산 서열을 약학적 허용 담체와 배합하여 포유동물에게 투여할 수 있다.
본 발명의 일 목적은 인터페론-알파의 생성 및 분비를 용이하게 하는 신규한 핵산 서열, 예컨대 DNA 및 RNA를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 (i) 인터페론-알파의 효율적인 생성 및 분비를 용이하게 하는 핵산 서열; (ii) 다양한 포유동물 숙주 세포에서의 인터페론-알파의 빠르고 효율적인 생성 및 분비를 위한 핵산 서열; 및 (iii) 비천연, 생합성, 또는 합리적 디자인으로 생성된 단백질과 같은 기타의 인공적 인터페론-알파 단백질을 비롯한 재조합체 인터페론-알파 또는 유전적으로 가공된 이들의 변이체의 생산, 분비 및 수집 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 인터페론-알파를 암호화하는 폴리뉴클레오티드에 융합할 때, 통상적인 시약 및 기술을 이용하여 정제할 수 있는 인터페론-알파 함유 융합 폴리펩티드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드 서열을 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 분비 카세트와 암호화된 인터페론-알파 단백질 사이에 단백질분해 절단 위치를 삽입하여, 분비 카세트가 인터페론-알파 도메인으로부터 절단되어 인터페론-알파를 독립적으로 정제할 수 있도록 하는 것이다.
따라서, 일 측면에서, 본 발명은 면역글로불린 Fc 영역-인터페론-알파 융합 단백질을 암호화하는 핵산 분자, 예컨대 DNA 또는 RNA 분자를 제공한다. 이 핵산 분자는 5'에서 3' 방향으로 순차적으로, 시그널 서열, 면역글로불린 Fc 영역 및 1 이상의 표적 단백질을 암호화하는데, 여기서 표적 단백질은 인터페론-알파를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 면역글로불린 Fc 영역은 면역글로불린 힌지 영역을 포함하고, 바람직하게는 1 이상의 면역글로불린 불변 중쇄 영역 도메인, 예컨대 면역글로불린 불변 중쇄 2(CH2) 도메인, 면역글로불린 불변 중쇄 3(CH3) 도메인을 포함하고, Fc 영역을 생성하는 데 사용되는 면역글로불린의 종류에 따라, 선택적으로 면역글로불린 불변 중쇄 4(CH4) 도메인을 포함한다. 보다 바람직한 실시형태에서, 면역글로불린 Fc 영역은 적어도 면역글로불린 불변 중쇄 1(CH1) 도메인이 결여되어 있다. 면역글로불린 Fc 영역은 임의의 면역글로불린 유형, 예컨대 IgA, IgD, IgE, IgG 및 IgM을 기초로 할 수 있지만, IgG를 기초로 한 면역글로불린 Fc 영역이 바람직하다.
본 발명의 핵산은 복제가능한 발현 벡터에 효과적인 관계로 삽입될 수 있으며, 이를 포유동물 숙주 컴피턴트 세포에 도입하여 인터페론-알파 중심의 융합 단백질을 생산할 수 있다. 이렇게 얻은 인터페론-알파 중심의 융합 단백질은 포유동물 숙주 세포에서 효율적으로 생성되고 분비된다. 분비된 인터페론-알파 중심 융합 단백질은 포유동물 숙주 세포를 용해하지 않고 배양 배지에서 회수할 수 있다. 단백질 생성물을 활성에 대해 분석하고, 및/또는 필요에 따라 통상적인 시약을 사용하여 정제하고, 및/또는 융합 파트너로부터 절단할 수 있으며, 이 모든 과정에는 통상의 기술을 이용할 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 인터페론-알파를 함유하는 융합 단백질을 제공한다. 본 발명의 융합 단백질은 천연 인터페론-알파에 비해 개선된 생물학적 특성, 예컨대 증가된 용해도, 연장된 혈청 반감기 및 증가된 수용체 결합능력을 나타낸다. 이러한 특성은 인터페론-알파의 임상적 효능을 상당히 향상시킬 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 융합 단백질은 N 말단에서 C 말단 방향으로 면역글로불린 Fc 영역 및 인터페론-알파와, 다른 부위, 예컨대 선택적으로 면역글로불린 Fc 영역과 인터페론-알파 사이에 삽입된 단백질분해 절단 위치를 포함한다. 이러한 융합 단백질은 전형적인 글리코실화 위치에서 Fc 영역을 글리코실화시키는 세포, 즉 일반적으로 주형 항체에 존재하는 세포에서 합성되는 것이 바람직하다.
또 다른 실시형태에서, 융합 단백질은 제2 표적 단백질, 예컨대 성숙된 전장 인터페론-알파 또는 이의 생물학적 활성 단편의 포함한다. 이러한 유형의 구성물에서, 제1 및 제2 표적 단백질은 같거나 다른 단백질일 수 있다. 제1 및 제2 표적 단백질은 직접적으로 또는 폴리펩티드 링커를 이용하여 함께 연결할 수 있다. 대안으로, 양 표적 단백질을 직접적으로 또는 폴리펩티드 링커를 이용하여 면역글로불린 Fc 영역에 연결할 수 있다. 후자의 경우, 제1 표적 단백질은 면역글로불린 Fc 영역의 N 말단 단부에 연결될 수 있고, 제2 표적 단백질은 면역글로불린 Fc 영역의 C 말단 단부에 연결될 수 있다.
또 다른 실시형태에서는 2개의 융합 단백질을 공유결합으로, 예컨대 이황화결합, 폴리펩티드 결합 또는 가교제를 이용하여, 또는 비공유결합으로 서로 결합시켜서 이량체 단백질을 생성할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 2개의 융합 단백질은 시스테인 잔기를 매개로 한 1개 이상, 보다 바람직하게는 2개의 간쇄 이황화 결합에 의해 연결되는데, 이 결합은 각 연쇄의 면역글로불린 Fc 영역 내에 배치된 면역글로불린 힌지 영역 내에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적은 인터페론-알파 융합 단백질의 다가 및 다량체 형태와 이의 조합체를 제공하는 것이다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 면역글로불린 Fc 영역 및 표적 단백질을 포함하는 융합 단백질을 생산하는 방법을 제공한다. 이 방법은 (a) 이러한 융합 단백질을 암호화하는 DNA(시그널 서열을 보유 또는 보유하지 않는) 분자를 포함하는 포유동물 세포를 제공하는 단계, 및 (b) 상기 포유동물 세포를 배양하여 융합 단백질을 생산하는 단계를 포함한다. 그 후, 생성된 융합 단백질을 수집하여 필요하다면 리폴딩하고, 당업계에 숙지되어 이용되는 통상의 정제 기술을 이용하여 정제할 수 있다. 융합 단백질이 면역글로불린 Fc 영역과 표적 단백질 사이에 배치된 단백질분해 절단 위치를 포함한다고 가정되면, 통상적인 단백질분해 효소를 이용하여 표적 단백질을 융합 단백질로부터 절단할 수 있고, 필요하다면 사용하기 전에 정제한다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 본 발명의 방법 및/또는 본 발명의 융합 구성물에 의해 생성된 인터페론-알파의 유효량을 포유동물에게 투여함으로써 인터페론-알파 또는 이의 활성 변이체에 의해 완화되는 증상을 치료하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 본 발명의 핵산, 예컨대 "나형(naked) DNA" 또는 본 발명의 DNA 또는 RNA를 포함하는 벡터를 인터페론-알파 또는 이의 활성 변이체에 의해 완화되는 증상을 가진 포유동물에게 투여함으로써 상기 증상을 치료하는 방법을 제공한다.
바람직한 실시형태에서, 본 발명의 구성물은 간 질환의 치료에 사용될 수 있는데, 이때 면역글로불린 Fc 영역에 의해 인터페론-알파는 간 내에 위치하게 된다. 본 발명의 구성물은 간염 B, 간염 C 또는 간염 D, 간암은 물론, 간에 위치하는 전이와 관련된 다른 유형의 암을 비롯한 간 질환의 치료에 특히 유용하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 전술한 목적 및 기타 목적, 특징 및 이점들은 후술하는 상세한 설명, 도면 및 청구범위를 보면 명백해질 것이다.
본 명세서에 개시된 발명은 인터페론-알파류 단백질 구성원의 생산을 강화시키는 융합 단백질 발현 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 면역글로불린 Fc-인터페론-알파와 같은 Fc 융합 단백질을 포유동물 세포 내에서 높은 수준으로 발현 및 분비시키는 것, 그리고 이들의 다양한 구조적 형태와 용도에 관한 것이다.
도 1A ∼ 1C는 본 발명에 따라 구성된 융합 단백질 비제한적인 예의 개략도이다.
도 2는 다우디(Daudi) 세포의 현탁액을 주사한 다음, huFc-huIFN-알파로 처리한 SCID 마우스 군에 대한 생존 곡선을 보여주는 그래프이다. 0일째, 마우스에 다우디 세포를 주사하였다. 3 ∼ 8일째, 각 8마리의 마우스 군들에게 PBS(다이아몬드), 30 ㎍의 huFc-huIFN-알파(십자형), 또는 60 ㎍의 huFc-huIFN-알파(삼각형)를 주사하였다.
도 3은 huFc-huIFN-알파를 처리한 SCID 마우스에서의 다우디 세포의 피하 종양의 성장율을 나타내는 그래프이다. 처리하기 약 4주 전에, 마우스에게 다우디 세포를 피하 주사하였다. 주사된 다우디 세포가 200 ∼ 400 mm3의 종양을 형성하도록 자랐을 때, 마우스를 각 8마리의 군으로 분류하고, PBS(다이아몬드), PBS 중의 30 ㎍의 huFc-huIFN-알파(사각형), 또는 PBS 중의 60 ㎍의 huFc-huIFN-알파(삼각형)를 6일간 처리하였다.
여러 증상이 인터페론-알파의 투여에 의해 완화될 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 인터페론 알파 2a 및 2b(상표명은 각각 Roferon 및 Intron A)는 만성 간염 B, C 및 D, 첨형콘딜로마(생식기 사마귀), AIDS-관련 카포시 육종, 모상 백혈병, 악성 흑색종, 기저 세포 암종, 다발성 골수종, 신장 세포 암종, 허피스 I 및 II, 수두/대상허피스 및 균상식육종의 치료에 유용하다. 또한, 전립선 암 및 만성 골수 백혈병의 치료에서 인터페론-알파의 효능을 평가하기 위한 연구들도 수행되었다.
간염 치료의 경우, 예컨대 인터페론-알파 형태를 간에 집중시키는 것이 특히 유용할 수 있다. 이러한 방식으로, 다른 조직 내의 인터페론-알파의 집중을 최소화함으로써 부작용을 감소시킬 수 있다. 간 조직은 가용성 면역 복합체를 제거하는 주요 부위이며, Fc 수용체는 간 대식세포(쿠퍼 세포)에 풍부하다(Benacerraf, B. 등의 문헌(1959)[J.IMMUNOL.82:131]; Paul, W.E.의 문헌(1993)[FUNDAMENTALS OF IMMUNOLOGY, 3판, ch. 5:13-116]). 따라서, 인터페론-알파를 면역글로불린 Fc 영역에 융합시킴으로써, 이 인터페론-알파 분자를 면역글로불린 Fc 영역이 결여된 동일한 인터페론-알파 분자에 비해 간 조직에 바람직하게 표적화시킬 수 있다. Fc 수용체에 높은 친화력을 갖는 항체의 IgG 유형은 IgG1이다. 그러나, 대조적으로 IgG4는 예컨대 Fc 감마 수용체 I에 대해 약 10배 낮은 친화력을 갖는다(Anderson 및 Abraham의 문헌(1980)[J.IMMUNOL.125:2735]; Woof 등의 문헌(1986)[MOL.IMMUNOL.23:319]). 리간드의 C-말단에 배치할 때 IgG1 유래의 Fc-감마 1은 이 리간드의 수용체를 발현하는 세포에 대해 항체 의존성 세포 매개 세포파괴(ADCC)를 매개할 수 있다. 또한, 리간드의 C-말단 상에 제시될 때, Fc-감마 1은 이 리간드의 수용체를 발현하는 세포에 대해 C1q 결합 및 보체 고정을 매개할 수 있다.
IgG1과는 대조적으로, IgG4는 보체를 효과적으로 고정하지 못한다. 이로 인해 N-말단 인터페론-알파를 IgG4 유래의 C-말단 Fc 영역과 융합시키는 것이 제안되었다(Chang, T.W. 등의 미국 특허 제5,723,125호). 그러나, IgG4의 Fc 영역이 Fab 영역과 분리될 경우, IgG4의 Fc는 보체는 물론, IgG1의 Fc 영역을 고정한다(Isenman, D.E. 등의 문헌(1975)[J.IMMUNOL. 114:1726]). 이러한 결과 및 IgG1과 IgG4의 Fc 서열이 아주 유사하다는 사실을 기초로 하면, 이론에 의해 구속되기를 바라는 것은 아니지만, IgG4 Fab 영역과 Fc 영역을 연결하는 힌지 영역이 IgG1의 힌지보다 더 짧기 때문에 IgG4의 Fab 영역이 C1q 결합 및 보체 고정을 차단하는 것으로 생각된다. IgG4의 크고 벌키한 Fab 영역이 인터페론-알파와 같은 작은 분자로 대체되고, 인터페론-알파와 Fc 영역이 가요성 링커에 의해 연결된다면, 이러한 인터페론-알파-Fc-감마 4 융합체는 인터페론-알파 수용체를 보유하는 세포에 결합될 경우 보체를 고정하는 것으로 생각된다.
N-말단 시토킨과 C-말단 Fc 영역의 융합으로 인한 세포파괴 효과는 잘 알려져 있다. 예를 들면, 시토킨 인터루킨-2(IL-2)를 Fc 영역에 융합시키면 보체를 고정하여 IL-2 수용체를 보유하는 세포를 용해시킬 수 있는 분자를 생성한다(Landolfi, N.F.의 미국 특허 제5,349,053호).
Fc 영역이 리간드의 N-말단에 배치되는 융합체('이뮤노푸신' 또는 'Fc-X' 융합체로 불림, 여기서 X는 인터페론-알파와 같은 리간드이다)는 여러가지 독특한 이로운 생물학적 특성을 갖는다(Lo 등의 미국 특허 제5,726,044호 및 제5,541,087호; Lo 등의 문헌(1998)[PROTEIN ENGINEERING 11:459]). 특히, 이러한 융합 단백질은 여전히 세포 표면 상의 적절한 Fc 수용체에 결합할 수 있다. 그러나, 리간드가 세포 표면 상의 수용체에 결합될 경우, Fc 영역의 배향이 변경되어 ADCC 및 보체 고정을 매개하는 서열은 폐색되는 것으로 보인다. 결과적으로, Fc-X 분자 내의 Fc 영역은 ADCC 또는 보체 고정을 효과적으로 매개하지 못한다. 따라서, Fc-X 융합은 증가된 혈청 반감기와 간에서의 상대적인 농도의 증가라는 이점을 지니면서, ADCC 및 보체 고정에 의한 유해한 효과는 거의 없는 것으로 추측된다.
본 발명의 Fc-X 구성물의 한가지 특징은 표적 단백질, 이 경우 인터페론-알파를 간에 집중시키는 것이다. 감마 1 및 감마 3 연쇄 유래의 Fc 영역은 Fc 수용체에 대해 높은 친화력을 나타내며, 감마 4 연쇄는 감소된 친화력을 나타내고, 감마 2 연쇄는 Fc 수용체에 대해 아주 낮은 친화력을 나타낸다. 따라서, 감마 1 또는 감마 3 연쇄 유래의 Fc 영역을 본 발명의 Fc-X 구성물에 사용하는 것이 바람직한데, 이는 이들이 Fc 수용체에 대해 높은 친화력을 보유하기 때문에 인터페론-알파를 간 조직에 우선적으로 표적화시킬 수 있기 때문이다. 이러한 현상은 X-Fc 단백질, 예컨대 인터페론-알파-Fc 융합 단백질의 경우와 대조적인데, 이 경우에는 간 내에 집중된다는 잠재적인 이점은 이러한 융합 단백질이 인터페론-알파에 대한 수용체를 보유하는 세포에 대한 이펙터 기능, 즉 보체 고정 및 ADCC를 매개할 수 있다는 사실에 의해 균형이 이루어져야 한다.
따라서, 본 발명은 면역글로불린 Fc 영역 및 1 이상의 표적 단백질(본원에서는 인터페론-알파로 칭함)을 포함하는 융합 단백질을 한정하는 아미노산 서열을 암호화하는 핵산 서열을 제공한다. 본 발명을 구체화하는 단백질 구성물의 3가지 예시 형태가 도 1A ∼ 1C에 도시되어 있다. 이량체 구성물이 바람직하기 때문에, 모두 인접한 서브유닛 내의 시스테인 사이의 한쌍의 이황화 결합에 의해 가교된 이량체로서 도시하였다. 도면에서, 이황화 결합은 각 중쇄 내의 면역글로불린 힌지 영역을 매개로 2개의 면역글로불린 중쇄 Fc 영역을 함께 연결시키는 것으로 도시되어 있고, 이러한 분자의 천연형의 특징이 된다. Fc의 힌지 영역을 포함하는 구성물이 바람직하고 치료제로서 전망이 있는 것으로 보이지만, 본 발명은 필요에 따라 다른 위치에서의 가교를 선택할 수 있다고 간주한다. 또한, 어떤 상황에서는, 본 발명의 실시에 유용한 이량체 또는 다량체를 비공유 결합, 예컨대 소수성 상호작용에 의해 생성할 수 있다. 호모이량체 구성물이 본 발명의 중요한 실시형태이기 때문에, 도명은 이러한 구성물을 도시한다. 그러나, 헤테로이량체 구조 역시 본 발명의 실시에 유용함을 이해해야 한다.
도 1A는 본원에서 설명하는 원리에 따라 제조한 이량체 구성물을 도시한다(예컨대, 실시예 1 참조). 호모이량체의 각 단량체는 힌지 영역, CH2 도메인 및 CH3 도메인을 포함하는 면역글로불린 Fc 영역 1을 포함한다. 폴리펩티드 결합에 의해 Fc 영역의 C 말단에 직접적으로 결합된 것은 인터페론-알파 2이다. Fc 영역은 폴리펩티드 링커(도시하지 않음)에 의해 표적 단백질에 결합될 수 있음을 이해해야 한다.
도 1B 및 1C는 세로로 나란히 배열되어 링커에 의해 연결되어 있는 다수의 인터페론-알파 단백질을 표적 단백질로서 포함하는 본 발명의 단백질 구성물을 도시하고 있다. 도 1B에서는 표적 단백질이 전장 인터페론-알파 2, 글리신과 세린 잔기로 이루어진 폴리펩티드 링커 4, 및 인터페론-알파 3의 활성 변이체를 포함한다. 도 1C는 대부분의 C-말단 단백질 도메인이 제2의 전장 인터페론-알파 2 카피를 포함한다는 점에서 도 1B의 구성물과는 상이하다. 도 1A ∼ 1C는 Fc-X 구성물(여기서, X는 표적 단백질임)을 나타내는 것이지만, 본 발명의 유용한 단백질 역시 식 X-Fc-X(여기서, X는 같거나 다른 표적 단백질을 나타낼 수 있다)로 도시할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "폴리펩티드 링커"란 원래 자연적으로 함께 연결되지 않는 두 단백질을 함께 연결시킬 수 있는 폴리펩티드 서열을 의미한다. 폴리펩티드 링커는 알라닌, 글리신 및 세린과 같은 다수의 아미노산, 또는 이러한 아미노산의 조합을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 폴리펩티드 링커는 약 10 ∼15 잔기 길이의 일련의 글리신 및 세린 펩티드를 포함한다. 이에 대해서는, 예컨대 미국 특허 제5,258,698호를 참조할 수 있다. 그러나, 최적 링커 길이 및 아미노산 조성은 통상적인 실험으로 결정할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "다가"란 용어는 2 이상의 생물학적 활성 단편을 포함하는 재조합 분자를 의미한다. 다가 분자를 형성하는 단백질 단편은 선택적으로 폴리펩티드 링커를 통해 연결되어 구성물 부분을 결합시키고 각각 독립적으로 기능을 하게 할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "이가"란 용어는 형태 Fc-X 또는 X-Fc(여기서, X는 표적 분자이다)를 갖는 다가 재조합 분자를 의미하는 것이다. 면역글로불린 Fc 영역은, 예컨대 간쇄 이황화 결합에 의해 결합되어 도 1A에 도시된 유형의 구성물을 생성한다. 본 발명의 융합 구성물이 형태 Fc-X-X를 갖는다면, 이렇게 생성된 Fc 분자는 도 1C에 도시되어 있다. 2개의 표적 단백질은 펩티드 링커를 통해 연결될 수 있다. 도 1A에 도시된 유형의 구성물은 표적 분자와 이것의 수용체 사이의 겉보기결합 친화력을 증가시킬 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "다량체의"라는 용어는 공유 결합, 예컨대 이황화 결합, 또는 비공유 결합, 예컨대 소수성 상호작용에 의해 2 이상의 폴리펩티드 연쇄를 안정하게 결합시키는 것을 의미한다. 다량체란 용어는 호모다량체(서브유닛이 동일함)는 물론, 헤테로다량체(서브유닛이 상이함) 모두를 포함하는 것으로 간주한다.
본 명세서에서 사용되는 "이량체"란 2개의 폴리펩티드 연쇄가 공유 또는 비공유 결합에 의해 안정하게 결합되어 있는 특수한 다량체 분자를 의미한다. 이러한 구성물은 도 1A에 개략적으로 도시되어 있다. 적어도 힌지 영역의 일부분, CH2 도메인 및 CH3 도메인을 포함하는 면역글로불린 Fc 영역은 일반적으로 이량체를 형성한다는 것을 이해해야 한다. 많은 단백질 리간드가 이량체로서 이들의 수용체에 결합하는 것으로 알려져 있다. 단백질 리간드 X가 자연적으로 이량화된다면, Fc-X 분자 내의 X 부위는 훨씬 큰 정도로 이량화되는데, 이는 이량화 과정이 농도 의존적이기 때문이다. Fc에 의해 연결되는 2개의 X 부위의 물리적 근접성은 이량화를 분자 내 과정으로 되게 하여 이량체 형성에 유리하게 현저히 평형을 이동시키고, 이것의 수용체에의 결합을 향상시킨다.
본 명세서에서 사용되는 "인터페론-알파"란 용어는 전장 성숙 인터페론-알파, 예컨대 사람 인터페론-알파 1(서열 번호 8), 사람 인터페론-알파 2(서열 번호 9), 사람 인터페론-알파 4(서열 번호 10), 사람 인터페론-알파 5(서열 번호 11), 사람 인터페론-알파 6(서열 번호 12), 사람 인터페론-알파 7(서열 번호 13), 사람 인터페론-알파 8(서열 번호 14), 사람 인터페론-알파 10(서열 번호 15), 사람 인터페론-알파 14(서열 번호 16), 사람 인터페론-알파 16(서열 번호 17), 사람 인터페론-알파 17(서열 번호 18), 사람 인터페론-알파 21(서열 번호 19), 인터페론 델타-1(서열 번호 20), IL-1(인터페론 오메가-1)(서열 번호 21); 및 마우스 인터페론-알파 1(서열 번호 22), 마우스 인터페론-알파 2(서열 번호 23), 마우스 인터페론-알파 4(서열 번호 24), 마우스 인터페론-알파 5(서열 번호 25), 마우스 인터페론-알파 6(서열 번호 26), 마우스 인터페론-알파 7(서열 번호 27), 마우스 인터페론-알파 8(서열 번호 28), 및 마우스 인터페론-알파 9(서열 번호 29)는 물론, 이들의 변이체 및 생물학적 활성 단편들을 들 수 있다. 공지된 인터페론-알파 서열은 GenBank에서 찾을 수 있다.
생물학적 활성 단편이란 용어는 실시예 4의 세포 증식 억제 분석을 이용하여 측정하였을 때, 서열 번호 2의 주형 사람 인터페론-알파 단백질의 생물학적 활성의 50% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상을 갖는 임의의 인터페론-알파 단백질 단편을 의미한다. 변이체란 용어는 종 및 대립형질 변이체는 물론, 자연 발생적 또는 비자연발생적 변이체, 예컨대 유전 공학적 프로토콜에 의해 생성된 변이체를 포함하는 것으로, 서열 번호 2에 개시된 성숙 사람 인터페론-알파 단백질과 70% 이상 유사 또는 60% 동일, 보다 바람직하게는 75% 이상 유사 또는 65% 동일, 가장 바람직하게는 80% 이상 유사 또는 70% 동일한 것을 말한다.
후보 폴리펩티드가 기준 폴리펩티드에 대해 요구되는 유사성 비율(%) 또는 동일성 비율(%)을 갖는 지를 결정하기 위해, 후보 아미노산 서열 및 기준 아미노산 서열을 Smith 및 Waterman의 문헌(1981)[J.MoL.BIOL. 147:195-197]에 기술된 동력학적 프로그래밍 알고리즘과 Henikoff 및 Henikoff의 문헌(1992)["Amino acid substitution matrices from protein blocks", PROC.NATL.ACAD.SCI.USA 89:10915-10919]의 도 2에 기술된 BLOSUM62 치환 매트릭스와 함께 이용하여 먼저 정렬한다. 본 발명의 경우, 갭 삽입 벌점의 적절한 값은 -12이고, 갭 연장 벌점의 적절한 값은 -4이다. Smith-Waterman의 알고리즘 및 BLOSUM62 매트릭스를 이용한 정렬을 수행하는 컴퓨터 프로그램, 예컨대 GCG 프로그램 스위트(영국 옥스포드 소재 옥스포드 몰리큘러 그룹)는 시판되고 있으며, 당업자에 의해 널리 이용되고 있다.
일단 후보와 기준 서열 사이의 정렬이 수행되면, 유사성 비율(%)을 계산할 수 있다. 각 서열의 개개의 아미노산을 이들의 유사성에 따라 서로 순차적으로 비교한다. 2개의 정렬된 아미노산에 상응하는 BLOSUM62 매트릭스 내에서의 값이 0 또는 음의 값이면, 쌍 유사성 점수는 0이고, 다른 쌍 유사성 점수는 1.0이다. 초기 유사성 점수는 정렬된 아미노산의 쌍 유사성 점수의 합이다. 그 다음, 초기 점수를 후보 또는 기준 서열의 더 작은 부분의 아미노산 수로 나누어서 표준화시킨다. 표준화된 초기 점수는 유사성 비율(%)이다. 선택적으로, 동일성 비율(%)을 계산하기 위해, 각 서열의 정렬된 아미노산을 다시 순차적으로 비교한다. 아미노산이 동일하지 않다면, 쌍 동일성 점수는 0이고, 그렇지 않으면 쌍 동일성 점수는 1.0이다. 초기 동일성 점수는 동일한 정렬된 아미노산의 합이다. 그 다음, 초기 점수를 후보 또는 기준 서열의 더 작은 서열에서의 아미노산 수로 나누어서 표준화시킨다. 표준화된 초기 점수는 동일성 비율(%)이다. 삽입 및 결실은 유사성 비율(%) 및 동일성 비율(%)을 계산하기 위한 목적을 위해 무시한다. 따라서, 갭 벌점은 이 계산에서는 사용되지 않고, 초기 정렬에서 사용된다.
변이체는 인터페론-알파와 유사한 활성을 갖는 다른 인터페론-알파 돌연변이 단백질 역시 포함할 수 있다. 종 및 대립형질 변이체는 사람 및 마우스 인터페론-알파 서열을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 사람 인터페론-알파 변이체는 서열 번호 8 ∼ 21에 나타내었고, 마우스 인터페론-알파 변이체는 서열 번호 22∼ 29에 나타내었다.
또한, 인터페론-알파 서열은 서열 번호 7에 제시된 일치 서열의 일부 또는 전부를 포함할 수 있으며, 여기서 인터페론-알파는 실시예 4의 세포 증식 억제 분석을 이용하여 측정할 때, 서열 번호 2의 성숙 사람 인터페론-알파의 생물학적 활성의 50% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상을 갖는다.
이러한 단백질은 매우 유사한 정제 특성 및 기타의 생물학적 특성을 갖는다. 특히, DNA 조작, 융합 단백질 발현 및 Fc-인터페론-알파 단백질의 융합 단백질 정제 특성은 매우 유사하다. 예를 들면, 사람 인터페론-알파 2a와 사람 인터페론-알파 2b는 아미노산 1개만 다른 반면, 인터페론-알파 2a는 인터페론-알파 2b가 아르기닌 잔기를 갖는 동일한 위치에서 리신 잔기를 갖는다. 사람 인터페론-알파 2a와 사람 인터페론-알파 2b는 매우 유사한 특성을 지니므로, 모든 공지된 목적을 위해 상호교환할 수 있다.
인터페론-알파의 3차원 구조는 X-선 결정학에 의해 분석하였다(Ramaswamy 등의 문헌(1986)[STRUCTURE 4:1453]). 인터페론-알파 단백질의 서열은 매우 유사하여 결정된 구조는 단백질의 전체 계통군에 대한 구조로 간주할 수 있다. 인터페론-알파의 3차원 구조는 인터페론-베타의 구조와 유사하게 이량체 계면에 아연 이온을 보유하는 이량체이다. 그러나, 용액에서는 인터페론-알파는 단량체로서 작용한다. 시토킨 IL-6 및 기타 단백질 리간드와의 유사성 비교를 통해 인터페론-알파는 수용체 결합시에 이량화될 수 있음이 제시되었다(Radhakirshnan, R. 등의문헌(1996)[STRUCTURE 4:1453]; Karpusas, M. 등의 문헌(1997)[PROC.NAT.ACAD.SCI,USA 94:11813]).
리간드의 이량화는 리간드와 이의 수용체 사이의 겉보기 결합 친화력을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, Fc-인터페론-알파 융합 단백질의 한 인터페론-알파 부분이 일정 친화력으로 세포 상의 수용체에 결합될 수 있다면, 동일한 Fc-인터페론-알파 융합 단백질의 제2의 인터페론-알파 부분은 더 큰 힘(겉보기 친화력)으로 동일 세포 상의 제2 수용체에 결합될 수 있다. 이는 제1 인터페론-알파 부분이 이미 결합된 후의 수용체의 제2 인터페론-알파 부분의 물리적 접근성에 의해 발생할 수 있다. 항체가 항원에 결합되는 경우, 겉보기 친화력은 10,000(즉, 104)배 이상 증가될 수 있다. 각 단백질 서브유닛, 즉 "X"는 독립적인 기능을 보유하여서 다가 분자에서 단백질 서브유닛들의 기능은 부가적 또는 시너지적일 수 있다. 그러므로, 일반적으로 이량체 Fc 분자가 인터페론-알파에 융합되는 것은 인터페론-알파의 활성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 도 1A에 도시된 유형의 구성물은 인터페론-알파와 이의 수용체 사이의 겉보기 결합 친화력을 증가시킬 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 표적 단백질은 면역글로불린의 Fc 영역을 보유하는 융합 단백질로서 발현된다. 공지된 바와 같이, 각 면역글로불린 중쇄 불변 영역은 4개 또는 5개의 도메인을 포함한다. 도메인은 순차적으로 다음과 같이 명명된다: CH-1-힌지-CH2-CH3(-CH4). 중쇄 도메인의 DNA 서열은 면역글로불린 부류 간에 교차 상동성을 지니는데, 예컨대 IgG의 CH2 도메인은 IgA 및 IgD의 CH2 도메인과 상동성이고, IgM과 IgE의 CH3 도메인과 상동성이다.
본 명세서에서 사용되는 "면역글로불린 Fc 영역"이란 용어는 면역글로불린 연쇄 불변 영역의 카복실 말단 부분, 바람직하게는 면역글로불린 중쇄 불변 영역, 또는 이의 일부를 의미한다. 예를 들면, 면역글로불린 Fc 영역은 (1) CH1 도메인, CH2 도메인 및 CH3 도메인, (2) CH1 도메인 및 CH2 도메인, (3) CH1 도메인 및 CH3 도메인, (4) CH2 도메인 및 CH3 도메인, 또는 (5) 2 이상의 도메인과 면역글로불린 힌지 영역의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 면역글로불린 Fc 영역은 적어도 면역글로불린 힌지 영역, CH2 도메인 및 CH3 도메인을 포함하고, CH1 도메인이 결여되어 있는 것이 바람직하다.
중쇄 불변 영역이 유래되는 바람직한 부류의 면역글로불린은 IgG(Igγ)(γ하위부류 1,2,3 또는 4)이다. 사람 Fcγ-1의 뉴클레오티드 서열 및 아미노산 서열은 서열 번호 3 및 4에 제시된다. 다른 부류의 면역글로불린 IgA(Igα), IgD(Igδ), IgE(Igε) 및 IgM(Igμ)를 이용할 수 있다. 적절한 면역글로불린 중쇄 불변 영역의 선택은 미국 특허 제5,541,087호 및 제5,726,044호에 상세히 설명되어 있다. 특정 결과를 얻기 위해 특정 면역글로불린 부류 및 하위부류 유래의 특정 면역글로불린 중쇄 불변 영역 서열을 선택하는 것은 당업계의 기술 수준에 속하는 것으로 생각된다. 면역글로불린 Fc 영역을 암호화하는 DNA 구성물의 부분은 적어도 힌지 도메인의 일부분을 포함하는 것이 바람직하고, 적어도 Fcγ의 CH3도메인의 일부분, 또는 IgA, IgD, IgE 또는 IgM 중 어느 것의 상동성 도메인을 포함하는 것이 바람직하다.
용도에 따라서, 사람 외의 다른 종(예컨대, 마우스 또는 래트) 유래의 불변 영역 유전자를 사용할 수 있다. DNA 구성물에서 융합 파트너로 사용되는 면역글로불린 Fc 영역은 일반적으로 임의의 포유동물 종으로부터 얻을 수 있다. 숙주 세포 또는 동물에서 Fc 영역에 대한 면역 반응을 유발시키는 것이 바람직하지 않을 경우, Fc 영역은 숙주 세포 또는 동물과 동일한 종에서 유래된 것일 수 있다. 예를 들면, 숙주 동물 또는 세포가 사람인 경우 사람 면역글로불린 Fc 영역을 사용할 수 있고, 마찬가지로 숙주 동물 또는 세포가 마우스인 경우, 쥐과 면역글로불린 Fc 영역을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시에 유용한 사람 면역글로불린 Fc 영역을 암호화하는 핵산 서열 및 이를 한정하는 아미노산 서열은 서열 번호 3 및 4에 제시되어 있다. 그러나, 본 발명의 실시에 유용한 다른 면역글로불린 Fc 영역 서열은, 예컨대 Genbank 및/또는 EMBL 데이타베이스에 개시된 뉴클레오티드 서열에 의해 암호화되는 것들, 예컨대 AF045536.1(Macaca fuscicularis), AF045537.1(Macaca mulatta), AB016710(Felix catus), K00752(Oryctolagus cuniculus), U03780(Sus scrofa), Z48947(Camelus dromedarius), X62916(Bos taurus), L07789(Mustela vision), X69797(Ovis aries), U17166(Cricetulus migratorius), X07189(Rattus rattus), AF57619.1(Trichosurus vulpecula) 또는 AF035195(Monodelphis domestica)이 있으며, 이들의 개시물은 본 명세서에서 참고 인용한다.
또한, 면역글로불린 중쇄 불변 영역 내의 아미노산의 치환 또는 결실이 본 발명의 실시에 유용할 수 있다. 일 예로는 Fc 수용체에 대한 친화력이 감소된 Fc변이체를 생성하기 위해 상부 CH2 영역에 아미노산 치환을 도입하는 것을 들 수 있다(Cole 등의 문헌(1997)[J.IMMUNOL. 159:3613]). 당업자라면 잘 알려진 분자생물학 기술을 이용하여 이러한 구성물을 제조할 수 있다.
사람 Fcγ1을 Fc 영역 서열로 사용하는 것은 몇가지 이점이 있다. 예를 들면, Fc 융합 단백질이 생물약제로 사용된다면, Fcγ1 도메인은 융합 단백질에 이펙터 기능 활성을 부여할 수 있다. 이펙터 기능 활성은 태반 이전 및 증가된 혈청 반감기와 같은 생물학적 활성을 포함한다. 면역글로불린 Fc 영역은 또한 항 Fc ELISA에 의해 검출되며, 스태필로코커스 오리어스(Staphylococcus aureus) 단백질 A("단백질 A")에의 결합을 통해 정제할 수 있다. 그러나, 일부 용도에서는, 면역글로불린 Fc 영역 유래의 특수한 이펙터 기능, 예컨대 Fc 수용체 결합 및/또는 보체 고정을 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 실시에 유용한 Fc 융합 단백질을 생성하기 위한 통상적인 재조합 DNA 기술을 이용한다. Fc 융합 구성물은 바람직하게 DNA 수준에서 생성되며, 이렇게 생성된 DNA를 발현 벡터로 삽입시키고, 이를 발현시켜서 본 발명의 융합 단백질을 생산한다. 본 발명에서 사용되는 "벡터"라는 용어는 숙주 세포에 삽입되어 숙주 세포 게놈과 재조합되고 이에 삽입되거나, 또는 에피좀으로서 자발적으로 복제하는 컴피턴트 뉴클레오티드 서열을 포함하는 임의의 핵산을 의미한다. 이러한 벡터로는 선형 핵산, 플라스미드, 파지미드, 코스미드, RNA 벡터, 바이러스 벡터 등이 있다. 바이러스 벡터의 예로는 레트로바이러스, 아데노바이어스 및 아데노 관련 바이러스가 있으며, 이에 국한되는 것은 아니다. 본 발명에서 사용되는 "유전자 발현" 또는 표적 단백질의 "발현"이란 용어는 DNA 서열의 전사, mRNA 전사체의 번역 및 Fc 융합 단백질 생성물의 분비를 의미하는 것이다.
유용한 발현 벡터는 pdCs(Lo 등의 문헌(1988)[PROTEIN ENGINEERING 11:495])이며, 이 벡터에서 Fc-X 유전자의 전사는 사람 사이토메갈로바이러스의 인핸서/프로모터 및 SV40 폴리아데닐화 시그널을 이용한다. 사용되는 사람 사이토메갈로바이러스의 인핸서 및 프로모터 서열은 Boshart 등의 문헌(1985)[CELL 41:521]에 제공되는 서열의 -601 ∼ +7 뉴클레오티드에서 유래된 것이었다. 이 벡터는 또한 선별 마커로서 돌연변이 디히드로폴레이트 리덕타아제 유전자를 포함한다(Simonsen 및 Levinson(1983)[PROC.NAT.ACAD.SCI.USA 80:2495])
적절한 숙주 세포를 본 발명이 DNA 서열로 형질전환 또는 형질감염시키고, 이를 표적 단백질을 발현 및/또는 분비시키는 데 이용할 수 있다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 숙주 세포로는 불멸화된 하이브리도마 세포, NS/O 골수종 세포, 293 세포, 차이니즈 햄스터 난소 세포, HELA 세포 및 COS 세포가 있다.
포유동물 세포에서 높은 발현 수준으로 융합 단백질을 생산하기 위해 사용되어 온 한가지 발현 시스템은 5'에서 3' 방향으로, 시그널 서열, 면역글로불린 Fc 영역 및 표적 단백질을 비롯한 분비 카세트를 암호화하는 DNA 구성물이다. 여러 단백질이 이러한 시스템에서 성공적으로 발현되었으며, 그 예로는 IL2, CD26, Tat, Rev, OSF-2, βIG-H3, IgE 수용체, PSMA 및 gp120이 있다. 이러한 발현 구성물은 Lo 등의 미국 특허 제5,541,087호 및 제5,726,044호에 개시되어 있다.
본 명세서에서 사용되는 "시그널 펩티드"란 용어는 인터페론-알파 융합 단백질의 분비를 지령하고, 그 후 숙주 세포에서 변역된 후 절단되는 분절을 의미한다. 본 발명의 시그널 서열은 소포체 망의 막을 가로지르는 단백질의 운송을 개시시키는 아미노산 서열을 암호화하는 폴리뉴클레오티드이다. 본 발명에 유용한 시그널 서열로는 항체 경쇄 시그널 서열, 예컨대 항체 14.18(Gillies 등의 문헌(1989)[J.IMMUNOL.METH.125:191]), 항체 중쇄 시그널 서열, 예컨대 MOPC141 항체 중쇄 시그널 서열(Sakano 등의 문헌(1980)[NATURE 286:5774]), 그리고 당업계에 공지된 임의의 다른 시그널 서열(예컨대, Watson의 문헌(1984)[NUCLEIC ACIDS RESEARCH 12:5145])이 있다.
시그널 서열은 당업계에 잘 규명되어 있으며, 일반적으로 16 ∼ 30개 아미노산 잔기를 포함한다고 알려져 있고, 이보다 더 많거나 적은 아미노산 잔기를 포함할 수 있다. 통상적인 시그널 펩티드는 3개의 영역으로 이루어진다: 염기성 N-말단 영역, 중앙 소수성 영역 및 보다 극성인 C-말단 영역. 중앙 소수성 영역은 초기 폴리펩티드의 운송 중에 막 지질 이중층을 가로질러 시그널 펩티드를 고정시키는 4 ∼ 12개의 소수성 잔기를 포함한다. 개시 후, 시그널 펩티드는 일반적으로 시그널 펩티다아제로 알려진 세포 효소에 의해 소포체 망의 루멘 내에서 절단된다. 시그널 펩티드의 가능한 절단 위치는 일반적으로 "(-3,-1) 규칙"을 따른다. 따라서, 통상적인 시그널 펩티드는 -1 ∼ -3의 위치에 작고, 중성인 아미노산 잔기를 가지며, 이 영역에 프롤린 잔기는 없다. 시그널 펩티다아제는 -1 ∼ +1 아미노산 사이의 이러한 시그널 펩티드를 절단한다. 따라서, 시그널 서열은 분비되는 동안 융합 단백질의 아미노 말단에서 절단될 수 있다. 이렇게 하여 면역글로불린 Fc 영역 및 표적단백질로 이루어진 Fc 융합 단백질이 분비된다. 시그널 펩티드 서열에 대한 상세한 설명은 von Heijne의 문헌(1986)[NUCLEIC ACIDS RES. 14:4683]에 의해 제공된다.
당업자에게는 명백하듯이, 분비 카세트에 사용하기 위한 특정 시그널 서열의 적합성은 몇몇 통상적인 실험을 필요로 할 수 있다. 이러한 실험은 Fc 융합 단백질의 분비를 지령하는 시그널 서열의 능력을 측정하는 것과 Fc 융합 단백질의 효율적인 분비를 위해 사용되는 서열의 최적 형태, 게놈 또는 cDNA 서열을 결정하는 것을 포함한다. 또한, 당업자는 상기한 von Heijne의 문헌에서 제시하는 규칙에 따라 합성 시그널 펩티드를 생성하고, 통상적인 실험으로 상기 합성 시그널 서열의 효능을 테스트할 수 있다. 시그널 서열은 "시그널 펩티드", "리더 서열" 또는 "리더 펩티드"로도 칭할 수 있다.
본 명세서에서는 시그널 서열과 면역글로불린 Fc 영역의 융합체를 때로는 분비 카세트라 칭한다. 본 발명의 실시에 유용한 대표적인 분비 카세트는 5'에서 3' 방향으로 면역글로불린 경쇄 유전자의 시그널 서열 및 사람 면역글로불린 γ1 유전자의 Fcγ1 영역을 암호화하는 폴리뉴클레오티드이다. 면역글로불린 Fcγ1 유전자의 Fcγ1 영역은 적어도 면역글로불린 힌지 도메인의 일부분 및 적어도 CH3 도메인을 포함하는 것이 바람직하고, 또는 적어도 힌지 도메인의 일부분, CH2 도메인 및 CH3 도메인을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 본 명세서에서 사용되는 면역글로불린 힌지 영역의 "부분"이란 간쇄 이황화 결합을 형성할 수 있는 1개 이상, 바람직하게는 2개의 시스테인 잔기를 포함하는 면역글로불린 힌지의 일부분을 의미한다. 분비 카세트를 암호화하는 DNA는 그것의 게놈 형태 또는 cDNA 형태일 수 있다. 어떤 상황에서는, 사람 면역글로불린 Fcγ2 중쇄 서열 유래의 Fc 영역을 생성하는 것이 이로울 수 있다. 사람 면역글로불린 γ1 및 γ2 서열을 기초로 한 Fc 융합체는 마우스에서 유사하게 작용하지만, γ2 서열을 기초로 한 Fc 융합체는 사람에서 우수한 약력학을 나타낼 수 있다.
또 다른 실시형태에서, DNA 서열은 분비 카세트와 표적 단백질 사이에 삽입된 단백질분해 절단 위치를 암호화한다. 절단 위치는 암호화된 융합 단백질의 단백질분해 절단을 제공함으로써, Fc 도메인을 표적 단백질로부터 분리시킨다. 본 명세서에서 사용되는 "단백질분해 절단 위치"는 단백질분해 효소 또는 기타의 단백질분해 절단제에 의해 우선적으로 절단되는 아미노산 서열을 의미한다. 유용한 단백질분해 절단 위치는 트립신, 플라스민 또는 엔테로키나아제 K와 같은 단백질분해 효소에 의해 인식되는 아미노산 서열을 포함한다. 많은 절단 위치/절단제의 쌍들이 공지되어 있다(예컨대, 미국 특허 제5,726,044호 참조).
또한, 이러한 불변 영역 구성물의 치환 또는 결실(여기서, 불변 영역 도메인의 1 이상의 아미노산 잔기는 치환 또는 결실된다) 역시 유용할 것이다. 일 예는 상부 CH2 영역에 아미노산 치환을 도입하여 Fc 수용체에 대한 친화력이 감소된 Fc 변이체를 생성하는 것이다(Cole 등의 문헌(1997)[J.IMMUNOL.159:3613]). 당업자라면 잘 알려진 분자생물학 기술을 이용하여 이러한 구성물을 제조할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 실시예에서는 높은 수준의 Fc-인터페론-알파를 생성하였다. 초기 클론은 약 50 ㎍/㎖의 Fc-인터페론-알파를 생성하였으며, 이를 단백질 A 친화성 크로마토그래피를 이용하여 용이하게 균질하게 정제할 수 있었다. 발현 수준은 종종 서브클로닝에 의해 몇배로 증가될 수 있다. 전술한 바와 같이, 인터페론-알파가 Fc 융합 분자로서 발현될 경우, 높은 발현 수준을 얻을 수 있고, 이는 아마도 Fc 부분이 캐리어로서 작용하여 C 말단의 폴리펩티드가 정확히 폴딩되어 효율적으로 분비되도록 돕기 때문으로 추측된다. 또한, Fc 영역은 글리코실화되어 생리학적 pH에서 높은 전하를 띠기 때문에, Fc 영역은 소수성 단백질을 가용화시키는 것을 도울 수 있다.
높은 발현 수준 외에도, 인터페론-알파 융합 단백질은 인터페론-알파 단독에 비해 보다 긴 혈청 반감기를 나타내었는데, 이는 부분적으로 더 큰 분자 크기에 기인한다. 예를 들면, Fc-인터페론-알파는 마우스에서 순환 반감기가 19.3시간이며(실시예 6 참조), 인터페론-알파의 경우는 2 ∼ 5시간이다(PHYSICIANS DESK REFERENCE 50판, 1996:2156-2147 및 2364-2373). 분자량이 약 19 kD인 인터페론-알파는 신장 여과에 의해 효율적으로 제거될 수 있을 만큼 충분히 작다. 대조적으로, Fc-인터페론-알파는 2개의 인터페론-알파 부분이 각 Fc 분자에 결합되어 있기 때문에(즉, Fc는 이량체 형태로 존재하므로, 2개의 인터페론-알파) 분자량이 약 100 kD이다. 이러한 이량체 구조는 인터페론-알파 수용체에 대해 더 큰 결합 친화력을 나타낼 수 있다. 인터페론-알파 활성은 수용체에 의해 매개되므로, 이가 인터페론-알파 융합 단백질은 인터페론-알파 그 자체보다 잠재적으로 더 효능이 있다.
또한, 많은 단백질 리간드가 이량체로서 이들의 수용체에 결합하는 것으로 알려져 있다. 인터페론-알파는 약한 이량화 상수를 갖는 단백질 리간드 부류에 속하기 때문에, 인터페론-알파 상의 Fc에 의해 부과되는 물리적 제한은 분자 내 과정을 이량화로 만들고, 이로써 이량체 쪽으로 평형이 이동되게 하여, 수용체에의 결합을 강화시킨다. 시스테인 잔기 역시 표준 재조합 DNA 기술에 의해 적절한 위치에서 단량체에 도입하여 공유 이황화 결합 형성을 통해 이량체를 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 융합 단백질은 몇가지 중요한 임상적 이점을 제공한다. 다우디 세포에서의 생물학적 활성 테스트 및 세포병원성 효과 분석(실시예 4)에서 증명된 바와 같이, Fc-인터페론-알파의 생물학적 활성은 인터페론-알파의 활성보다 훨씬 더 크다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 다양한 구조 형태를 갖는 구성물, 예컨대 이가 또는 다가 구성물, 이량체 또는 다량체 구성물, 및 이들의 조합물을 제공한다. 본 발명의 분자의 이러한 기능적 형태는 동물 모델에서 인터페론-알파, 및 기타 항바이러스 및 항암 단백질의 시너지 효과를 얻을 수 있게 한다.
본 발명의 중요한 측면은 다양한 인터페론-알파 단백질과 이를 암호화하는 DNA의 서열 및 특성이 매우 유사하다는 것이다. Fc-X 융합체의 경우, 인터페론-알파 단백질 및 이를 암호화하는 DNA의 특성은 실질적으로 동일하여, 공통의 기술 세트를 이용하여 임의의 Fc-인터페론-알파 DNA 융합체를 생성하고, 이 융합체를 발현시키고, 융합 단백질을 정제하여, 치료 목적으로 이 융합 단백질을 투여할 수 있다.
본 발명은 또한 사람이 아닌 종의 인터페론-알파를 Fc 융합 단백질로서 제조하는 방법을 제공한다. 비사람 인터페론-알파 융합 단백질은 인터페론-알파의 예비임상 연구에 유용한데, 이는 단백질 약제의 효능 및 독성 연구가 사람에서 테스트하기 전에 동물 모델 시스템에서 수행되어야 하기 때문이다. 사람 단백질은 면역 반응을 일으킬 수 있으므로, 마우스 모델에서 효능이 없을 수도 있고, 및/또는 테스트 결과를 빗나가는 상이한 약력학을 나타낼 수 있다. 따라서, 대응하는 마우스 단백질이 마우스 모델에서 테스트하기 위한 사람 단백질의 최적 대용이 된다.
본 발명은 각종 암, 바이러스 질환, 기타 질환, 관련 증상 및 이들의 원인을, 이러한 증상을 지닌 포유동물에게 본 발명의 DNA, RNA 또는 단백질을 투여함으로써 치료하는 방법을 제공한다. 관련 증상으로는 간염 B, 간염 C, 간염 D, 생식기 사마귀, 모상 백혈병, AIDS-관련 카포시 육종, 흑색종, 전립선 암 및 기타 형태의 바이러스 질환 및 암을 들 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 면역 반응을 조절하는 데 있어서 인터페론-알파에 의해 수행되는 광범위한 역할의 관점에서, 본 발명은 또한 인터페론-알파의 투여에 의해 완화되는 증상을 치료하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 바이러스 감염 또는 암과 직접적으로 관련이 있거나 없을 수도 있는 증상을 지닌 포유동물에게 본 발명의 조성물의 유효량을 투여하는 것을 포함한다.
본 발명의 단백질은 치료제로서 유용할 뿐만 아니라, 당업자들은 이 단백질이 진단용 항체의 제조에 유용하다는 것을 알 것이다. 유사하게, 상기 용도를 위한 벡터 또는 기타의 전달 시스템 등을 이용하여 DNA 또는 RNA를 적절하게 투여하는 것 역시 본 발명을 이용 방법에 속하는 것이다.
면역글로불린 Fc와의 융합 단백질로서, Fc-인터페론-알파는 임상적 효능을얻기 위해 매우 유리한 조직 분포와 약간은 상이한 작용 방식을 지닐 수 있으며, 특히 투여될 수 있는 단백질의 긴 혈청 반감기와 높은 용량의 가용성 단백질 측면에서 그러하다. 구체적으로, 간에서 Fc 감마 수용체의 수준이 높은데, 간은 간염 B 및 간염 D를 일으키는 바이러스에 의한 감염 위치이다. 인터페론-알파의 신경적 부작용은 인터페론-알파의 작은 크기로 인해 이들이 혈류-뇌 장벽을 통과하기 때문에 발생하는 것으로 생각된다. 보다 큰 크기의 Fc-인터페론-알파는 이 단백질이 혈류-뇌 장벽을 통과하는 정도를 현저히 감소시킨다.
본 발명의 조성물은 특정 분자에 적합한 임의의 경로에 의해 투여할 수 있다. 본 발명의 조성물은 임의의 적절한 수단을 이용하여 동물에게 직접적으로(예컨대, 주사, 피하주입 또는 조직 위치에의 국소적 투여와 같이 국소적으로) 또는 전신적으로(예컨대, 비경구 또는 경구적으로) 제공될 수 있다. 조성물이 비경구, 예컨대 정맥, 피하, 눈, 복강, 근육내, 구강, 직장, 질, 안와내, 대뇌내, 척수내, 심실내, 초내, 조내, 낭내, 비강내, 또는 연무질 투여에 의해 제공될 경우, 조성물은 수성 또는 생리적 화합성인 유체 현탁액 또는 용액 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 그러므로, 담체 또는 부형제는 생리적으로 허용가능한 것이어서, 원하는 조성물을 환자에게 전달하는 것 외에도, 환자의 전해질 및/또는 부피 균형에 불리한 영향을 미치지 않아야 한다. 따라서, 이러한 제제용 유체 매질은 표준 생리 염수를 포함할 수 있다.
본 발명의 DNA 구성물(또는 유전자 구성물)은 인터페론-알파 또는 이의 융합 단백질 구성물을 암호화하는 핵산을 전달하기 위해, 유전자 치료 프로토콜의 일부로서 이용될 수 있다. 본 발명은 인터페론-알파의 기능을 재구성 또는 보완하기 위해, 생체내 형질감염 및 특정 세포 유형에서의 인터페론-알파 또는 이의 융합 단백질 구성물의 발현을 특징으로 한다. 인터페론-알파의 발현 구성물 또는 이의 융합 단백질 구성물은 임의의 생물학적으로 효과적인 담체, 예컨대 인터페론-알파 또는 이의 융합 단백질 구성물을 생체내 세포에 효과적으로 전달할 수 있는 임의의 제제 또는 조성물로 투여할 수 있다. 이러한 방법은 재조합 레트로바이러스, 아데노바이러스, 아데노-관련 바이러스 및 허피스 심플렉스 바이러스-1를 비롯한 바이러스 벡터, 또는 재조합 박테리아 플라스미드 또는 진핵생물 플라스미드에 해당 유전자를 삽입시키는 것을 포함한다. 본 발명의 융합 단백질을 암호화하는 핵산의 투여당 바람직한 용량은 1 ㎍/m2∼ 100 ㎎/m2이고, 20 ㎍/m2∼ 10 ㎎/m2인 것이 보다 바람직하며, 400 ㎍/m2∼ 4 ㎎/m2인 것이 가장 바람직하다. 최적 투여량과 투여 방식은 당업자의 기술 수준에 속하는 통상적인 실험으로 결정할 수 있다.
투여당 융합 단백질의 바람직한 용량은 0.1 ㎎/m2∼ 100 ㎎/m2이고, 1 ㎎/m2∼ 20 ㎎/m2인 것이 보다 바람직하며, 2 ㎎/m2∼ 6 ㎎/m2인 것이 가장 바람직하다. 그러나, 최적 투여량은 치료할 질환과 부작용의 존재에 따라 달라진다. 그러나, 최적 투여량은 통상적인 실험으로 결정할 수 있다. 융합 단백질의 투여는 주기적인 환약 주입, 또는 외부 저장기(예컨대, 정맥 백) 또는 내부 저장기(예컨대, 생체분해성 임플란트)로부터의 연속적인 정맥 또는 복강 주사로 수행할 수 있다. 또한,본 발명의 융합 단백질은 다수의 상이한 생물학적 활성 분자와 함께 목적 수용체에 투여할 수 있다. 그러나, 융합 단백질 및 기타 분자의 최적 조합, 투여 방식, 투여량은 당업자의 기술 수준에 속하는 통상적인 실험에 의해 결정할 수 있다.
본 발명은 후술하는 비제한적인 실시예에 의해 추가로 설명한다.
실시예 1: huFc-hu인터페론-알파(huFc-IFN-알파)의 발현
사람 말초 혈액 단핵구로부터 mRNA를 준비하여 역 트랜스크립타아제로 역전사하였다. 얻어진 cDNA를 폴리머라아제 연쇄 반응(PCR)을 위한 주형으로 사용하여 사람 인터페론-알파 cDNA를 클로닝하고 huFc-hu인터페폰-알파(huFc-IFN-알파) 융합 단백질로서 발현시키는 데 사용하였다. 전방 프라이머는 5'C CCG GGT AAATGT GAT CTG CCT CAG AC(서열 번호 5)였으며, 서열 CCCGGG(XmaI 제한 위치) TAAA는 면역글로불린 중쇄의 카복시 말단을 암호화하고, 그 뒤 서열(진하게 표시된 것)은 인터페론-알파의 N-말단을 암호화하는 서열이다. 역 프라이머는 5' CTC GAGTCA ATC CTT CCT TAA TC(서열 번호 6)였고, 이는 인터페론-알파의 카복시 말단 서열(안티센스)을 암호화하며, 번역 종지 코돈(안티코돈TCA)을 포함하고, 그 뒤에는 XhoI 위치(CTCGAG)가 있다. 517 염기쌍 PCR 생성물을 클로닝하고 서열분석하였다. 서열분석으로 PCR 생성물이 발현에 적합하게 된, 즉 5' 말단에 XmaI, 3' 말단에 XhoI이 있는 성숙 사람 인터페론-알파를 암호화한다는 것을 확인하였다.
발현 벡터 pdCs-huFc-IFN-알파는 다음과 같이 구성하였다. Lo 등의 문헌(1998)[Protein Engineering 11:495]에 따라서 사람 인터페론-알파 cDNA를 포함하는 XmaI-XhoI 제한 단편을 pdCs-huFc의 XmaI-XhoI 단편에 결찰시켰다. huFc는 사람 면역글로불린 감마 1의 사람 Fc 단편이다. 이렇게 얻은 벡터 pdCs-huFc-IFN-알파를 huFc-IFN-알파의 발현을 위해 포유동물 세포를 형질감염시키는 데 사용하였다.
실시예 2: 단백질의 형질감염 및 발현
일시적 형질감염을 위해, 플라스미드 pdCs-huFc-IFN-알파를 인산칼슘을 보유한 플라스미드 DNA의 동시침전법(Sambrook 등의 문헌(1989)["MOLECULAR CLONING--A LABORATORY MANUAL", Cold Spring Harbor Press, NY]) 또는 제조자의 지시에 따라 리포펙타민 플러스(매릴랜드주 게이터스버그 소재 라이프 테크놀로지스 제품)를 이용한 리포펙션에 의해 사람 신장 293 세포에 도입하였다.
안정하게 형질감염된 클론을 얻기 위해, 플라스미드 DNA를 마우스 골수종 NS/0 세포에 전기천공법으로 도입하였다. 요약하면, NS/0 세포를 10% 태아 송아지 혈청, 2 mM 글루타민 및 페니실린/스트렙토마이신이 보충된 둘베코 변형 이글스 배지에서 배양하였다. 약 5 x 106세포를 포스페이트 완충 염수(PBS)로 1회 세정하고, 0.5 ㎖의 PBS에 재현탁시켰다. 그 다음, 선형 플라스미드 DNA 10 ㎍을 Gene Pulser Cuvette(0.4 cm 전극 갭, 바이오래드) 내에서 세포와 함께 얼음 위에서 10분간 항온처리하였다. 천기천공법은 0.25 V 및 500 μF로 세팅된 Gene Pulser(캘리포니아주 허큘스 소재 바이오래드 제품)를 이용하여 수행하였다. 세포를 얼음 위에 10분간 두어 회복되도록 한 다음, 배양 배지에 재현탁시킨 후, 2개의 96 웰 플레이트에플레이팅하였다. 100 nM 메톡트렉세이트(MTX)의 존재하에 배양하여 안정하게 형질감염된 클론을 선별하고, 이를 2일 형질감염에 도입하였다. 세포를 매 3일마다 2 ∼ 3회 이상 공급하였고, MTX 내성 클론은 2 ∼ 3주가 경과하자 나타났다. 클론으로부터 얻은 상청액으로 항 Fc ELISA로 분석하여(실시예 3 참조) 생산성이 높은 클론을 동정하였다. 생산성이 높은 클론을 분리하고 100 nM MTX를 함유하는 배양 배지에서 증식시켰다.
겔 전기영동을 이용한 통상적인 분석을 위해, 조절된 배지 내의 Fc 융합 단백질을 단백질 A 세파로스(매사추세츠주 캠브리지 소재 레플리젠 제품)에 결합시킨 다음, 2-머캡토에탄올의 존재 또는 부재하의 표준 염기 시료 완충액에서 끓임으로써 단백질 A 세파로스로부터 용출시켰다. 나트륨 도데실 설페이트-폴리아크릴아미드 겔 전기영동(SDS-PAGE) 상에서 전기영동한 후, 단백질 밴드를 코마시 블루로 염색하여 시각화하였다. SDS-PAGE에 의하면, huFc-hu인터페론-알파의 겉보기 분자량은 약 52 kD이었다.
정제를 위해, 단백질 A 세파로스에 결합된 융합 단백질을 인산나트륨 완충액 (100 mM NaH2PO4, pH 3 및 150 mM NaCl) 중에서 용출시켰다. 그 다음, 용출물을 즉시 0.1 부피의 2 M 트리스-히드로클로라이드(pH 8)로 중화시켰다.
실시예 3: ELISA 절차
MTX 내성 클론의 상청액 및 다른 테스트 시료 내의 사람 Fc-함유 단백질 생성물의 농도는 항 huFc ELISA로 측정하였다. 이 절차는 아래에서 상세히 설명한다.
A. 코팅 플레이트
ELISA 플레이트는 PBS 중에 5 ㎍/㎖로 존재하는 AffinniPure Goat 항 사람 IgG(H+L)(팬실배니아주 웨스트 그로브 소재 Jackson Immuno Research Labortories)로 코팅하여, 96 웰 플레이트(Nunc-Immuno plate Maxisorp)에 웰당 100 ㎕가 되게 하였다. 코팅된 플레이트의 두껑을 닫고 4℃에서 밤새 항온처리하였다. 그 후, 플레이트를 PBS 중의 0.05% Tween(Tween 20)으로 4회 세정하고, PBS 중의 1% BSA/1% 염소 혈청으로 웰당 200 ㎕가 되게 하여 블로킹시켰다. 블로킹 완충액으로 37℃에서 2시간 동안 항온처리한 후, 플레이트를 PBS 중의 0.05% Tween으로 4회 세정하고 페이퍼 타월 위에 가볍게 두드려서 건조시켰다.
B. 테스트 시료와 2차 항체의 항온처리
테스트 시료를 적절하게 시료 완충액(PBS 중의 1% BSA/1% 염소 혈청/0.05% Tween)에 희석시켰다. 알려진 농도의 키메라 항체(사람 Fc를 포함하는)를 이용하여 표준 곡선을 작성하였다. 표준 곡선을 작성하기 위해, 시료 완충액으로 연속적으로 희석하여 125 ng/㎖에서 3.9 ng/㎖에 이르는 표준 곡선을 얻었다. 희석된 시료 및 표준 시료를 플레이트에 웰당 100 ㎕이 되게 첨가하고, 이 플레이트를 37℃에서 2시간 동안 항온처리하였다. 항온처리한 후, 플레이트를 PBS 중의 0.05% Tween으로 8회 세정하였다. 그 다음, 각 웰에 시료 완충액에 약 1:120,000으로 희석시킨 2차 항체인 호오스래디쉬 퍼옥시다아제 접합 항 사람 IgG(Jackson Immuno Research) 100 ㎕을 첨가하였다. 2차 항체의 정확한 희석은 HRP-접합 항 사람 IgG의 각 로트에 대해 결정하여야 한다. 37℃에서 2시간 항온처리한 후, 이 플레이트를 PBS 중의0.05% Tween으로 8회 세정하였다.
C. 발색반응
기질 용액을 플레이트에 웰당 100 ㎕이 되게 첨가하였다. 기질 용액은 OPD(o-페닐렌디아민 디히드로클로라이드; OPD) 30 ㎎(1 정제)을 0.025 M 시트르산/0.05 M Na2HPO4완충액(pH 5) 15 ㎖에 용해시켜서 제조하였고, 이것은 새로 첨가된 0.03% 과산화수소를 포함하였다. 암 상태의 실온에서 30분 동안 발색을 전개하였다. 발색 시간은 코팅된 플레이트의 로트별 다양성, 2차 항체 등에 따라 변화된다. 4 N 황산을 웰당 100 ㎕이 되게 첨가하여 반응을 중단시켰다. 이 플레이트를 490 nm와 650 nm로 세팅되어 490 nm에서의 OD에서 650 nm에서의 백그라운드 OD를 빼도록 프로그래밍되어 있는 플레이트 판독기로 판독하였다.
실시예 4: 생물학적 정량분석
huFc-huIFN-알파의 생물학적 활성과 사람 인터페론-알파(hu-IFN-알파) 사람 백혈구 인터페론(미주리주 세인트 루이스 소재 시그마에서 입수)의 활성을 2종의 상이한 분석을 이용하여 비교하였다. 제1 분석은 다우디 사람 림프아세포종 B 세포주(ATCC CCL 213)의 증식의 억제를 측정한다. 제2 분석은 뇌심근염(EMCV)가 사람 폐 암종 A549 세포주(ATCC CCL 185)에 미치는 세포병원성 효과의 억제를 측정한다.
인터페론-알파는 다우디(사람 버켓(Burkitt) 림프종) 세포의 증식을 억제한다. 다우디 세포를 혈청이 없는 RPMI 1640으로 2회 세정하고, RPMI 1640과 20% 열 불활성(56℃) 태아 송아지 혈청으로 이루어진 성장 배지에 재현탁시켰다. 그 후,세포를 상이한 농도의 αIFN(2.1 x 106IU/㎎) 및 huFc-huIFN-알파의 존재하에 1 x 105세포/㎖/웰이 되게 24 웰 플레이트 상에 플레이팅하였다. 3 ∼ 4일 후, huFc-huIFN-알파 형태로 존재하는 IFN-알파 50 pg/㎖이 다우디 세포 성장의 50 ∼ 100%를 억제하는 데 있어서 huIFN-알파 750 pg/㎖ 만큼 효과적이라는 것이 확인되었다. 대조군으로서 사용된 100 ng/㎖의 인터페론-감마(캘리포니아주 샌 디에고 소재 파밍엔에서 입수)는 이 분석에서 활성을 나타내지 않았다. 이는 억제가 인터페론-알파 특이적임을 증명하는 것이다.
실시예 5: 항바이러스 활성 측정
세포 내 배양액의 바이러스 복제는 종종 세포파괴, 세포병원성 효과(CPE)로 알려진 효과를 유발시킨다. 인터페론은 세포 배양액에서 항바이러스 상태를 유도하여 이러한 CPE로부터 세포를 보호할 수 있다. 항바이러스 활성 IFN-알파는 M.J. Clemens, A.G. Morris 및 A.J.H. Gearing(I.R.L. 프레스, 옥스포드, 1987)에 의해 편집된 문헌["Lymphokines and Interferones: A Practical Approach"]에 기술된 바와 같이 세포병원성 효과 감소(CPER) 분석에 의해 정량할 수 있다. huFc-huIFN-알파 및 huIFN-알파의 항바이러스 활성은 상기 참고문헌에 기술된 CPER 프로토콜에 따라 사람 폐 암종 세포주 A549(ATCC CCL 185) 및 뇌심근염 바이러스(ATCC VR 129B)를 이용하여 비교하였다. 50% CPER(즉, 50% 보호)을 나타내는 유효량은 huFc-huIFN-알파의 경우 570 pg/㎖(IFN-알파의 양을 기준으로), huIFN-알파의 경우 500 pg/㎖로 확인되었다. 따라서, huFc-huIFN-알파 내의 IFN-알파와 huIFN-알파는 실질적으로 동일한 항바이러스 활성을 지닌다.
실시예 6: 약력학
huFc-huIFN-알파의 약력학은 4마리의 Balb/c 마우스 군에서 측정하였다. huFc-huIFN-알파 25 ㎎을 각 마우스의 꼬리 정맥에 주사하였다. 주사 후 즉시(즉, 0분), 0.5시간, 1시간, 2시간, 4시간, 8시간 및 24시간 후에 후방-안와 채혈로 혈액을 채취하였다. 혈액 시료는 헤파린을 함유하는 튜브에 모아서 응고를 방지하였다. 에펜도로프 고속 마이크로원심분리기에서 4분간 원심분리하여 세포를 제거하였다. 혈장 내의 huFc-huIFN-알파의 농도는 항 huFc ELISA와 항 huFc 항체를 이용한 웨스턴 블랏 분석으로 측정하였으며, 이 역시 huFc-huIFN-알파가 순환계에 무결한 상태로 존재한다는 것을 보여주었다(huFc-huIFN-알파의 경우 52 kD 밴드). 분해 생성물(huFc의 경우 32 kD)은 검출되지 않았다. huFc-huIFN-알파의 순환 반감기는 19.3시간으로 측정되었고, 이는 사람 IFN-알파의 보고된 순환 반감기 약 2 ∼ 5시간[PHYSICIANS DESK REFERENCE, 50판, 1996:2145-2147 및 2364-2373)보다 훨씬 긴 것이다.
실시예 7: SCID 마우스에서의 사람 버킷 림프종의 산포 성장의 치료
다우디(사람 버킷 림프종) 세포를 C.B-17 SCID(중증복합면역결핍병; Severe Combined Immune Deficiency) 마우스에서 산포 종양으로 성장시켰다(Ghetie 등의 문헌(1990)[INTL.J.CANCER:45:481]). 0.2 ㎖ PBSB 중의 단일 세포 현탁액의 약 5 x 106다우디 세포를 6 ∼ 8주령 SCID 마우스에게 정맥 주사하였다. 3일 후, 마우스를8마리씩 3개의 군으로 무작위적으로 나누어, 0.2 ㎖의 PBS, PBS 중의 30 ㎍ huFc-huIFN-알파(약 12 ㎍ IFN-알파 함유), 또는 PBS 중의 60 ㎍ huFc-huIFN-알파를 매일 복강 주사하였다. 마우스는 매일 모니터링하였다. 이 결과는 도 2에 제시한다.
다우디 세포를 주사한 후 28일이 되자, 대조군 PBS군(다이아몬드)의 모든 마우스에서 뒷다리 마비가 발생하였다. 이 PBS 대조군의 마우스는 38일에 죽기 시작하였고, 61일 경에는 대조군의 모든 마우스가 죽었다. 이와는 대조적으로, 처리군의 마우스는 훨씬 더 오래, 용량 의존적으로 생존하였다. 30 ㎍의 huFc-huIFN-알파를 투여받은 군(십자형)의 경우, 70일째 최초로 마우스가 죽었고, 134일에 이르러서 모든 마우스가 죽었다. 60 ㎍의 huFc-huIFN-알파를 투여받은 군(삼각형)의 경우, 126일에서야 마우스가 처음으로 죽었고, 153일째 4마리 더 죽었다. 나머지 마우스는 병든 상태여서 안락사시켰다.
실시예 8: SCID 마우스에서의 사람 버킷 림프종의 국소 성장의 치료
이 모델에서는 다우디 세포를 피하 종양으로서 C.B-17 SCID 마우스에서 성장시켰다(Ghetie 등의 문헌(1990)[INT.J.CANCER:45-481]). 0.1 ㎖ PBS 중의 단일 세포 현탁액의 약 6 x 106다우디 세포를 6 ∼8주령 SCID 마우스에 피하 주사하였다. 약 4주가 경과되어 종양 크기가 200 ∼ 400 mm3에 도달하였을 때 처리를 시작하였다. 마우스 8마리씩 3 군으로 무작위적으로 나누어 각 군에 0.2 ㎖의 PBS, PBS 중의 30 ㎍ huFc-huIFN-알파, 또는 PBS 중의 60 ㎍ huFc-huIFN-알파를 매일 복강 주사하였다. 이 결과는 도 3에 도시하였다. 종양 크기는 일주일에 2회 측정하였다.
대조군 마우스(다이아몬드)의 종양은 35일에 이르러 평균 부피가 5602 mm3(범위: 4343 ∼ 6566 mm3)로 급격히 성장하였고, 이 후 군 내의 모든 마우스를 안락사시켰다. 이와는 대조적으로, 처리군 내의 마우스의 종양의 성장은 용량 의존적 방식으로 억제되었다. 30 ㎍ 및 60 ㎍의 huFc-huIFN-알파를 투여받은 군의 35일째 평균 종양 부피는 각각 214 및 170 mm3이었으며, 처리 전의 268 및 267 mm3보다 작았다. 사실상, 피하 종양은 30 ㎍의 huFc-huIFN-알파를 투여받은 군의 8마리 마우스 중 5마리, 그리고 60 ㎍의 huFc-huIFN-알파를 투여받은 군의 8마리 마우스 중 5마리에서 완전히 줄어들었다. 그러나, 후속 치료를 하지 않자 종양의 일부는 다시 회복되어 성장하였다. 하지만, 상기 군 내의 마우스 2마리는 205일까지 종양이 없는 상태를 유지하였으며, 이때 실험을 종결시켰다.
실시예 9: Fc-인터페론-알파를 이용한 간 질환의 치료
간 질환, 예컨대 간염 또는 간 전이는 인터페론-알파 또는 인터페론-알파-Fc보다 Fc-인터페론-알파를 이용하면 더욱 효과적으로 치료할 수 있다고 생각된다.
예를 들면, Fc-인터페론-알파는 종양 세포가 간으로 전이하는 마우스 모델을 치료하는 데 효과적일 수 있다고 생각된다. 수술하기 약 5분 전에 마우스에게 0.2 ㎖ PBS 중의 80 ㎎/㎏ 케타민과 5 ㎎/㎏의 크실라진을 복강 주사하여 마취시켰다. 그 후, 멸균을 확실히 하기 위해 라미나르 유동 후드에서 다음 단계를 수행하였다. 각 마우스의 피부를 베타딘과 에탄올로 세정하였다. RPMI 1640 배지 100 ㎕ 중의 종양 세포(예컨대, 다우디 세포)를 27 게이지 바늘을 이용하여 약 1분간에 걸쳐 비장 캡슐 아래에 보충하지 않으면서 주사하였다. 2분 후, 비장 페디클을 4.0 실크 봉합실로 결찰하고 비장을 제거하였다.
주사한 부위에서 일부 세포가 간으로 운반되고, 여기서 이들은 전이 종양을 형성할 수 있다. 그 다음, 전이성 간 종양을 지닌 마우스를 Fc-인터페론-알파로 처리하였다. Fc-인터페론-알파로 처리된 마우스는 등몰량의 인터페론-알파 또는 인터페론-알파-Fc 융합 단백질을 처리한 마우스에 비해 종양 성장이 현저히 감소되었음을 보여준다.
또한, Fc-인터페론-알파의 특수한 효과는 Fc-인터페론-알파가 집중되지 않은 다른 조직에 위치한 질환의 치료보다 간 질환의 치료에 더욱 효과적이라고 고려된다.
상당어구
본 발명은 본 발명의 정신 또는 필수적 특징에서 벗어나지 않는 한 다른 특수한 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 전술한 실시형태는 본 명세서에서 기술된 발명을 제한하는 것이라기보다는 모든 점에서 예시화한 것으로 간주되어야 한다. 그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명보다는 첨부하는 청구범위로 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 동등한 범위 내에 속하는 모든 변화는 본 발명에 포함되는 것으로 간주된다.
참고문헌
전술한 과학 서적 및 특허 문헌 각각의 개시물은 참고문헌으로서 본 발명에 포함된다.
Claims (29)
- (a) 시그널 서열;(b) 면역글로불린 Fc 영역; 및(c) 인터페론-알파를 포함하는 표적 단백질 서열을 포함하는 융합 단백질을 암호화하는 핵산 분자로서, 상기 시그널 서열, 면역글로불린 Fc 영역 및 표적 단백질 서열은 5'에서 3' 방향으로 순차적으로 암호화되는 것인 핵산 분자.
- 제1항에 있어서, 면역글로불린 Fc 영역이 면역글로불린 힌지 영역을 포함하는 것이 특징인 핵산.
- 제1항에 있어서, 면역글로불린 Fc 영역이 면역글로불린 힌지 영역 및 면역글로불린 중쇄 불변 영역 도메인을 포함하는 것이 특징인 핵산.
- 제1항에 있어서, 면역글로불린 Fc 영역이 면역글로불린 힌지 영역 및 면역글로불린 CH3 도메인을 포함하는 것이 특징인 핵산.
- 제1항에 있어서, 면역글로불린 Fc 영역이 힌지 영역, CH2 도메인 및 CH3 도메인을 포함하는 것이 특징인 핵산.
- 제5항에 있어서, 면역글로불린 Fc 영역이 면역글로불린 감마 서열의 일부분을 포함하는 것이 특징인 핵산.
- 제6항에 있어서, 면역글로불린 감마가 사람 면역글로불린 감마 1인 것이 특징인 핵산.
- 제1항의 핵산을 포함하는, 포유동물 세포를 형질감염시키기 위한 복제가능한 발현 벡터.
- 제8항에 있어서, 벡터가 바이러스 벡터인 것이 특징인 복제가능한 발현 벡터.
- 제1항의 핵산을 보유하는 포유동물 세포.
- 면역글로불린 Fc 영역 및 인터페론-알파를 포함하는 표적 단백질을 아미노 말단에서 카복시 말단 방향으로 포함하는 융합 단백질.
- 제11항에 있어서, 인터페론-알파가 서열 번호 2, 7 또는 8 ∼ 21의 아미노산 서열, 또는 이의 종 또는 대립형질 변이체를 포함하는 것이 특징인 융합 단백질.
- 제11항에 있어서, 표적 단백질이 폴리펩티드 링커에 의해 연결된 2 이상의 인터페론-알파 분자를 포함하는 것이 특징인 융합 단백질.
- 제13항에 있어서, 면역글로불린 Fc 영역을 표적 단백질에 연결하는 폴리펩티드 링커를 추가로 포함하는 것이 특징인 융합 단백질.
- 제11항에 있어서, 면역글로불린 Fc 영역이 면역글로불린 힌지 영역 및 면역글로불린 중쇄 불변 영역 도메인을 포함하는 것이 특징인 융합 단백질.
- 제15항에 있어서, 중쇄 불변 영역 도메인이 CH3 도메인을 포함하는 것이 특징인 융합 단백질.
- 제11항에 있어서, 면역글로불린 Fc 영역이 힌지 영역, CH2 도메인 및 CH3 도메인을 포함하는 것이 특징인 융합 단백질.
- 공유 결합에 의해 연결된 제11항의 2 이상의 융합 단백질을 포함하는 다량체 단백질.
- 제18항에 있어서, 공유 결합이 이황화 결합인 것이 특징인 단백질.
- (a) 제10항의 포유동물 세포를 제공하는 단계; 및(b) 상기 포유동물 세포를 배양하여 융합 단백질을 생산하는 단계를 포함하는 융합 단백질을 생산하는 방법.
- 제20항에 있어서, 융합 단백질을 수집하는 추가 단계를 포함하는 것이 특징인 방법.
- 제20항에 있어서, 융합 단백질을 정제하는 추가 단계를 포함하는 것이 특징인 방법.
- 제20항에 있어서, 단백질분해 효소를 이용하여 면역글로불린 Fc 영역과 표적 단백질 사이에 배치된 단백질분해 절단 위치에서 표적 단백질로부터 면역글로불린 Fc 영역을 절단하는 추가 단계를 포함하는 것이 특징인 방법.
- 제1항의 핵산을 인터페론-알파의 투여에 의해 완화되는 증상을 가진 포유동물에게 투여하는 단계를 포함하는 상기 증상의 치료 방법.
- 제8항의 벡터를 인터페론-알파의 투여에 의해 완화되는 증상을 가진 포유동물에게 투여하는 단계를 포함하는 상기 증상의 치료 방법.
- 제11항의 융합 단백질을 인터페론-알파의 투여에 의해 완화되는 증상을 가진 포유동물에게 투여하는 단계를 포함하는 상기 증상의 치료 방법.
- 제18항의 단백질을 인터페론-알파의 투여에 의해 완화되는 증상을 가진 포유동물에게 투여하는 단계를 포함하는 상기 증상의 치료 방법.
- 제26항에 있어서, 증상이 간 질환인 것이 특징인 방법.
- 제28항에 있어서, 간 질환이 간염인 것이 특징인 방법.
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