KR20100117612A - 효모에서 발현된 정제된 이형 인슐린을 수득하는 방법 - Google Patents

효모에서 발현된 정제된 이형 인슐린을 수득하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 관련 불순물이 없거나 실질적으로 최소한의 당화 불순물을 함유하는 정제된 이형 단백질 생성물을 생산하는, 불순물 분리 및/또는 정제 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 피키아 파스토리스(Pichia pastoris) 등 효모 기반 체계에서 발현-후 부분에 특징을 가진 글라진(glargine) 불순물과 같은 인슐린 아날로그의 당화 형(glycoform) 동정에 관한 것이다. 또한 본 발명은 인슐린 글라진 단백질을 암호화하는 유전자를 클로닝하는 데에 사용하는 방법으로서; 적절한 효모 숙주에 관련 유전자를 삽입시키고; 재조합 균주 배양을 생산하고, 이형 폴리펩티드 발현, 발효-후 및 관련 효소 변환 후 그것의 분비 및 정제를 촉진하는 것;에 관한 것이다.

Description

생물학적 활성을 가진 정제된 이형 단백질을 수득하는 방법{A METHOD OF OBTAINING A PURIFIED, BIOLOGICALLY ACTIVE HETEROLOGOUS PROTEIN}
본 발명은 관련 불순물이 없거나 실질적으로 최소한의 당화 불순물을 함유하는 정제된 이형 단백질 생성물을 생산하는, 불순물 분리 및/또는 정제 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 피키아 파스토리스(Pichia pastoris) 등 효모 기반 체계에서 발현-후 부분에 특징을 가진 글라진(glargine) 불순물과 같은 인슐린 아날로그의 당화 형(glycoform) 동정에 관한 것이다. 또한 본 발명은 인슐린 글라진 단백질을 암호화하는 유전자를 클로닝하는 데에 사용하는 방법으로서; 적절한 효모 숙주에 관련 유전자를 삽입시키고; 재조합 균주 배양을 생산하고, 이형 폴리펩티드 발현, 발효-후 및 관련 효소 변환 후 그것의 분비 및 정제를 촉진하는 것;에 관한 것이다.
인슐린, 인슐린 아날로그 및/또는 유도체들의 재조합 형태들이 다양한 미생물 발현 체계에서 생산되었다. 현재 대장균(E. coli), 효모(S. cerevisiae ) 등의 유기체들을 이용하여 재조합 인간 인슐린과 그 유도체들을 상업적으로 생산해오고 있다. 낮은 발현 수준이나 다운스트림 정제가 곤란한 점 등 이 체계들의 특이한 단점들 때문에, 메탄올 자화효모(methylotrophic yeast) 피키아 파스토리스(Pichia pastoris)를 이용하는 것이 단백질 발현 체계로써 선호되고 있다. 이러한 발현 체계는 우수한 발현, 단순한 가공, 낮은 생산비용, 고밀도 배양 등과 같이 여러 가지 이점을 제공한다(US6800606).
효모 발현 체계는 배양이 쉽고, 빠르고, 대규모 배양이 가능하기 때문에 애용되고 있다; 하지만, 일부 효모 발현 체계들은 일관성 없는 결과를 만들어 냈으며, 때때로 고수율을 얻기 어렵다. 상당히 양호한 결과를 보여준 하나의 효모 발현 체계가 상기 메탄올 자화세균인 피키아 파스토리스(Pichia pastoris)이다. 다른 진핵세포 발현 체계에 비해서, 피키아 속은 많은 장점을 제공하는데, 그것이 세균 관련 내독소 문제나 동물 세포 배양에서 생산된 단백질의 바이러스 오염 문제를 가지고 있지 않기 때문이다(Cino, Am Biotech Lab, May 1999). 피키아의 폭발적인 생장속도가 대규모 생산으로 규모를 키우는 것을 용이하게 하는데, 다만 규모 증가에 대한 도전인자로는 pH 조절, 산소 한계, 영양 한계, 온도 불균일, 기타 안전 문제들이 있다 (Gottschalk, 2003, BioProcess Intl 1(4):54-61; Cino Am Biotech Lab, May 1999).
비록 다양한 이점이 피키아 파스토리스(Pichia pastoris) 등의 효모 기반 발현 체계에 존재하지만, 이 시스템의 주된 단점은 나중에 최종 생성물에서 정제하기 어려운 불순물로 존재하게 되는 결과물 단백질이 번역-후 변형된다는 것에 있다. 비록 공지된 단백질들에서 많은 번역-후 변형들이 있지만, 가장 일반적인 형태의 번역-후 변형은 당화(glycosylation)이다. (Hart G.W, Glycosylation, Curr. Opin. Cell.Biol 1992; 4: 1017). 당화는 N-linked 이거나 O-linked 당화인데, 그 발현 체계에 따라서 구분된다. (Gemmill TR et al., Overview of N- and O- linked oligosaccharide structures found in various yeast species, Biochemica et Biophysica Acta, 1999; 1426:227). 당화는 단백질 구조의 안정성, 면역원성, 제거율(clearance rate), 단백질분해로부터 보호 및 단백질 용해도 증대에 영향을 미친다. (Walsh G, Biopharmaceutical benchmarks 2006, Nature Biotechnology, 2006; 24:769).
생물공학 제조기술을 개선하는 것에 있어서 상당한 발전에도 불구하고, 모든 단백질에 총체적인 해법이 존재하는 것은 아니다. 특정 치료 단백질에 대한 제조 공정의 경우 그 단백질이나 단백질 군에 특이할 수 있는 문제들에 대해 새롭고 혁신적인 해법이 필요하다. 유사하게, 성공적으로 상업적으로 적용한 것들은 종종 단백질 또는 단백질 군의 특성들에다가, 상기 단백질 또는 단백질 군을 약품으로 제조하는 데에 이용되는 생산 공정을 조합하는 것에 의존하고 있다.
본 발명은 동정을 위해 전자분사법 및 매트릭스 공조 레이저 탈착 이온화법(MALDI) 등 질량분석(mass spectrometry) 기술와 연계시킨 화학적 방법을 통해서, 다양한 인슐린 아날로그 당화 형, 더욱 상세하게는 인슐린 글라진을 동정하는 것에 관한 것이다. 본 발명에서는 최종 생성물에 존재하는 불순물의 성질을 더욱 잘 이해하는 속성을 지닌 최적화된 다운스트림 정제법을 통해서, 상술한 불순물들로부터의 생성물을 선택적으로 정제할 수 있게 될 것이다. 그렇게 정제한 최종 생성물에는 실질적으로 본 발명에서 특징이 있는 불순물이 없게 될 것이다.
US 4,444,683 및 이와 관련된 출원들은 당화 인슐린에 대해 청구하고 있는데, 여기서 포도당 또는 만노스가 디-카르복실산, 무수산 또는 페닐아민 또는 그 복합체로부터 유도된 스페이서 그룹을 통해 인슐린과 결합되어 있다.
WO 90/10645는 특히 당 단위체를 3개까지 가진 하나 이상의 단당류 또는 하나 이상의 올리고당류를 함유하는 당화 인슐린에 대해 청구하고 있다. A1, B1 또는 B29 위치에서 단당화되거나 삼당화된 인슐린.
WO 99/52934는 당화 단백질들을 비-당화 단백질들에게서 분리하는 공정에 대해 청구하고 있는데, 당화 및 비-당화 단백질들을 포함하는 용액을 Ca++ 함유 용출액을 사용해서 크로마토그래피를 수행하고, 비-당화 단백질 조각을 수득하는 것에 의해서이며, 상기 조각에는 당화 단백질이 실질적으로 없다.
글라진(Glargine)의 당화 형(Glycoform) 은 상기 선행문헌들 중 어디에도 개시되고 있지 않다. 본 발명은 이렇게 특징적인 당화 불순물 수치가 줄어든 인슐린 글라진 등의 인슐린 아날로그를 정제하여, 효모 기반 발현 체계를 통한 발효 이후에 100% 순도를 지닌 글라진 생성물을 얻는 방법에 대해 논의하고 있다.
본 발명의 주된 목적은 효모 발현 체계에서 재조합적으로 발현된, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 방법을 개발하는 것에 있으며, 상기 정제된 단백질에는 당화 부생성물이 없거나 실질적으로 최소량 존재한다.
본 발명의 또 다른 목적은 숙주세포에서 재조합적으로 발현된, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 공정을 개발하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 적어도 96% 순도를 지닌, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질 생성물을 수득하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 97-100% 범위의 순도를 지닌, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질 생성물을 수득하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 적어도 96% 순도를 지닌, 정제된 인슐린 글라진을 수득하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 1% 미만의 당화 불순물을 함유하는, 정제된 인슐린 글라진을 수득하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 당화 불순물이 없는, 정제된 인슐린 글라진을 수득하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 당화 불순물이 없는, 정제된 인슐린 글라진을 수득하는 데에 있으며, 여기서 상기 단백질의 당화 형은 단당화, 삼당화 또는 다당화일 수 있다.
따라서, 본 발명은 효모 발현 체계에서 재조합적으로 발현된, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 방법, 상기 정제된 단백질에는 당화 부생성물이 없거나 실질적으로 최소량 존재하는 것에 그 특징이 있다; 숙주세포에서 재조합적으로 발현된, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 공정, 상기 공정은 다음 단계들을 포함한다: a) 상기 이형 단백질 발현에 적합한 조건 하에서 상기 이형 단백질을 암호화하고, 식 I로 정의되는 DNA 서열을 포함하는 벡터에 의해 형질전환된 숙주세포를 배양하는 단계; b) 상기 단백질을 숙주세포에서 분리시켜, 회수된 단백질 제형을 생성하는 것을 포함하는, 상기 발현된 단백질을 회수하는 단계; c) 상기 (b) 단계에서 회수된 단백질을 결정화 단계에 진입시키는 단계; d) 트립신 또는 트립신 유사 효소 존재 하에서 효소 변환 단계를 수행하는 단계; e) 상기 단백질 혼합물을 크로마토그래피 매트릭스와 접촉시키는 것을 포함하는, 적어도 하나의 관련 불순물을 함유하는 상기 단백질을 정제하는 단계, 여기서 정제는 유기산 완충용액을 함유한 액상에서 극성 유기 완충용액 용매를 이용해서 수행됨; 및 f) 용출된 단백질을 침전시키는 단계;
생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 생산하는 공정, 상기 공정은 다음 단계들을 포함한다: 상기 단백질 발현을 인도하는 발현 벡터를 지니고 있는 형질전환체 효모 균주를 수용성 발효 배지에 접종하는 단계; 및 b) 상기 단백질 발현에 효과적인 조건 하에서 상기 형질전환 균주를 배양하는 단계; 적어도 96% 순도를 지닌, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질; 97-100% 범위의 순도를 지닌, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질 생성물; 적어도 96% 순도를 지닌, 정제된 인슐린 글라진; 1% 미만의 당화 불순물을 함유하는, 정제된 인슐린 글라진; 당화 불순물이 없는, 정제된 인슐린 글라진; 및 단백질의 당화 형이 단당화, 삼당화 또는 다당화일 수 있는 정제된 인슐린 글라진 에 관한 것이다.
도 1은 트립신 처리한 인슐린 글라진의 시간 (hr)에 따른 % 수율 및 다양한 농도에서의 반응에 대한 그래프이다.
도 2는 효소처리 전후의 다양한 시간대에서의 반응에 대한 분석 크로마토그램이다.
도 3은 인슐린 글라진의 HPLC 프로파일이다.
도 4는 최종 생성물과 분리된 불순물의 보유시간을 비교한 그래프이다.
도 5는 인슐린 글라진 최종 생성물의 RP-HPLC 프로파일이다.
도 6은 인슐린 글라진 최종 생성물의 SEC-HPLC 프로파일이다.
도 7은 글라진, 단당화 인슐린 글라진(mGIG) 및 삼당화 인슐린 글라진(tGIG)의 전자분사 이온화 질량 스펙트럼이다.
도 8은 단당화 인슐린 글라진(mGIG)의 매트릭스 공조 레이저 탈착 이온화 질량 스펙트럼이다.
도 9는 삼당화 글라진(tGIG)의 매트릭스 공조 레이저 탈착 이온화 질량 스펙트럼이다.
본 발명은 효모 발현 시스템에서 재조합적으로 발현된, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 방법에 관한 것으로, 상기 정제된 단백질에는 당화 부산물이 없거나 실질적으로 최소량 존재하는 것에 특징이 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 이형 단백질을 암호화하는 DNA는 하기 식 I로 표시된다.
X - B - Y - A
여기서,
X는 적어도 1개의 아미노산을 포함하는 선도 펩티드 서열이다.
B는 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 B 사슬의 아미노산 서열이다.
Y는 적어도 2개의 아미노산을 포함하는 링커 펩티드이다.
A는 상기 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 A 사슬의 아미노산 서열이고, 상기 A 및 B 사슬은 아미노산 치환, 결실 및/또는 첨가에 의해 변형 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 링커 펩티드는 첫번째 2 개의 아미노산이 "RR"로 표현되는 적어도 2 개의 아미노산을 포함하는 임의의 서열일 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 단백질은 서열번호 1 또는 서열번호 2로 정의된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 효모 발현 체계의 숙주세포는 피키아 속(Pichia sp .)으로부터 선별된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 효모 발현 체계의 숙주세포는 피키아 파스토리스(Pichia pastoris), 피키아 메타놀리카(Pichia methanolica), 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae), 분열 사카로마이세스 폼베(Schisaosaccharomyces pombe), 야로비아 리필리티카(Yarrovia lipilitica), 한스눌라 폴리모르파(Hansenula polymorpha), 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis) 를 포함하는 그룹으로부터 선별된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 단백질의 당화 형이 단당화, 삼당화 또는 다당화인 정제된 인슐린 글라진일 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 정제된 단백질은 1% 미만의 당화 불순물을 함유한다.
또한 본 발명은 숙주세포에서 재조합 발현된, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 하기 단계들을 포함하고 있다:
a) 상기 단백질 발현에 적합한 조건 하에서 상기 이형 단백질을 암호화하고, 식 I로 정의되는 DNA 서열을 포함하는 벡터에 의해 형질전환된 숙주세포를 배양하는 단계;
b) 상기 단백질을 숙주세포에서 분리시켜, 회수된 단백질 제형을 생산하는 것을 포함하는, 상기 발현된 단백질을 회수하는 단계;
c) 상기 (b) 단계에서 회수된 단백질을 결정화 단계로 옮기는 단계;
d) 트립신 또는 트립신 유사 효소 존재 하에서 효소 변환 단계를 수행하는 단계;
e) 상기 단백질 혼합물을 크로마토그래피 매트릭스와 접촉시키는 것을 포함하는, 적어도 하나의 관련 불순물을 함유하는 상기 단백질을 정제하는 단계, 여기서 정제는 유기산 완충용액을 함유한 액상에서 극성 유기 완충용액 용매를 이용해서 수행됨; 및
f) 상기에서 용출된 단백질을 침전시키는 단계; 를 포함하는, 공정.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 이형 단백질을 암호화하는 DNA는 하기 식 I로 정의되는바,
X - B - Y - A
여기서,
X는 적어도 1개의 아미노산을 포함하는 선도 펩티드 서열이고,
B는 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 B 사슬의 아미노산 서열이고,
Y는 적어도 2개의 아미노산을 포함하는 링커 펩티드이고,
A는 상기 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 A 사슬의 아미노산 서열이고, 상기 A 및 B 사슬은 아미노산 치환, 결실 및/또는 첨가에 의해 변형 가능하다
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 링커 펩티드는 첫번째 2 개의 아미노산이 "RR"로 표현되는 적어도 2 개의 아미노산을 포함하는 임의의 서열일 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 서열번호 1 또는 서열번호 2로 정의되는 유전자가 신호 펩티드를 가진 프레임에서 클로닝된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 서열번호 1 또는 서열번호 2로 정의되는 유전자가 mat-α-신호 펩티드를 가진 프레임에서 클로닝된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 숙주세포는 피키아 속(Pichia sp .)으로부터 선별된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 숙주세포는 피키아 파스토리스(Pichia pastoris), 피키아 메타놀리카(Pichia methanolica), 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae), 분열 사카로마이세스 폼베(Schisaosaccharomyces pombe), 야로비아 리필리티카(Yarrovia lipilitica), 한스눌라 폴리모르파(Hansenula polymorpha), 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis) 를 포함하는 그룹으로부터 선별된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 숙주세포는 피키아 파스토리스(Pichia pastoris)이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 숙주 균주는 GS115이다.
또한 본 발명은 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 생산하는 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 다음 단계들을 포함한다:
a) 상기 단백질 발현을 유도하는 발현 벡터를 지니고 있는 형질전환체 효모 균주를 수용성 발효 배지에 접종하는 단계; 및
b) 상기 단백질 발현에 효과적인 조건 하에서 상기 형질전환 균주를 배양하는 단계.
본 발명은 또한, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 생산하는 공정에 관한 것으로, 여기서 발현된 단백질은 이온 교환 크로마토그래피를 이용하여 발효로부터 포획된다.
본 발명은 또한 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 생산하는 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 물과 혼화성 있는 유기용매에서 트립신 존재로 영향을 받는 효소 변환 단계를 포함하고 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 물과 혼화성 있는 유기용매는 DMSO, DMF, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 에틸 아세테이트 또는 그들의 혼합물로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 공정은 상기 단백질 혼합물을 크로마토그래피 수지 매트릭스와 접촉함으로써, 적어도 하나의 관련 불순물을 함유하는 상기 단백질 혼합물에 대한 RP-HPLC 정제 단계를 포함하고, 상기 정제는 유기산 완충용액을 함유한 수용액 상에서 극성 유기 완충용액 용매를 이용하여 수행된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 극성 완충용액 용매는 아세토니트릴이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 유기산 완충용액은 시트르산, 아세트산, 붕산, 포름산, 염화수소산 및 인산을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
또한 본 발명은 적어도 96% 순도를 지닌, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질에 관한 것이다.
또한 본 발명은 97-100% 범위의 순도를 지닌, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질 생성물에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 적어도 96% 순도를 지닌, 정제된 인슐린 글라진에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 1% 미만의 당화 불순물을 함유하는, 정제된 인슐린 글라진에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 당화 불순물이 없는, 정제된 인슐린 글라진에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 단백질의 당화 형이 단당화, 삼당화 또는 다당화일 수 있는 정제된 인슐린 글라진에 관한 것이다.
본 발명의 원칙에 대한 설명은, 하기 예시와 함께 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 더욱 상세하게 이루어질 것이다.
하기 예시들은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 그 사상을 어떤 식으로든지 한정하려고 하거나, 한정하는 것으로 이해해서는 안된다. 본 예시들에는 벡터 조립, 폴리펩티드 암호화 유전자를 상기 벡터 내로 삽입, 또는 이로 인해 생기는 플라스미드를 숙주 내로 도입하는 것에 이용되는 종래 방법들에 대해서는 상세한 설명이 포함되지 않았다. 또한 본 예시들에는 상기 숙주 벡터 시스템에 의해 생산된 폴리펩티드를 어세이하는 데 이용되는 종래 방법들에 대한 상세한 설명도 포함되어 있지 않다. 그러한 방법들은 당 기술분야 통상의 기술을 가진 자들에게 널리 알려진 것들로, 예시들에 의해서 뿐만 아니라 수많은 공개문헌들에 설명되어 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 숙주세포에서 재조합적으로 발현된, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 공정, 상기 공정은 하기 단계들을 포함한다:
a) 상기 이형 단백질 발현에 적합한 조건 하에서 상기 이형 단백질을 암호화하고, 서열번호 1 또는 2로 정의되는 DNA 서열을 포함하는 벡터에 의해 형질전환된 숙주세포를 배양하는 단계;
b) 상기 단백질을 숙주세포에서 분리시켜, 회수된 단백질 제형을 생성하는 것을 포함하는, 상기 발현된 단백질을 회수하는 단계;
c) 상기 (b) 단계에서 회수된 단백질을 결정화 단계에 진입시키는 단계;
d) 트립신 또는 트립신 유사 효소 존재 하에서 효소 변환 단계를 수행하는 단계;
e) 상기 단백질 혼합물을 크로마토그래피 매트릭스와 접촉시키는 것을 포함하는, 적어도 하나의 관련 불순물을 함유하는 상기 단백질을 정제하는 단계, 여기서 정제는 유기산 완충용액을 함유한 액상에서 극성 유기 완충용액 용매를 이용해서 수행된다;
f) 용출된 단백질을 침전시키는 단계.
정의:
“세포(Cells )" 또는 "세포 배양(cell cultures )" 또는 "재조합 숙주세포(recombinant host cells )” 또는 "숙주세포( host cells )"는 문맥 상에서 분명할 것으로, 종종 상호교환적으로 사용된다. 이들 용어에는 본 발명에서 원하는 단백질을 발현하는 바로 그 대상 세포, 및 물론 그 자손이 포함된다. 돌연변이나 환경 차이 때문에 모든 자손 세포가 정확하게 부모 세포와 일치하는 것은 아니라고 이해된다. 하지만, 상기 자손이 원래 형질전환된 세포에 주어진 특성들과 연관된 것들을 보유하는 한, 그러한 변형된 자손이 이들 용어에 포함된다.
여기서 사용되는 것처럼, 용어 “벡터(vector )"는 그것이 링크된 또 다른 핵산을 운반할 수 있는 핵산 분자를 가리킨다. 용어 “발현 벡터(expression vector)"에는 벡터에 의해 운반된 그 각각의 재조합 유전자들에 의해 암호화된 대상 단백질을 합성할 수 있는 플라스미드, 코스미드 또는 파지가 포함된다. 바람직한 벡터들은 그들이 링크된 핵산의 자가 복제 및/발현이 가능한 것들이다. 본 명세서에서, “플라스미드”와 “벡터”는 상호교환적으로 사용되는데, 상기 플라스미드가 가장 일반적으로 이용되는 벡터 유형이기 때문이다. 더욱이, 본 발명은 동등한 기능을 수행하고 동 기술분야에서 공지된, 그런 다른 형태의 발현 벡터들을 포함하고자 한다.
폴리펩티드(Polypeptides )란 여기에서 인슐린 글라진(insulin glargine) 활성을 보유하고 있는 것을 가리키는바, 예를 들어 인슐린 글라진은 인간 인슐린 구조 중 2개의 변화를 갖는 아미노산 서열을 가지는 것으로 이해된다: 인간 인슐린의 A-사슬 중 A21 포지션에서 본래의 아스파라긴 대신 글리신으로 아미노산 치환, 재조합 DNA 기술로 생산한 인간 인슐린의 B-사슬 중 NH2-말단에 2개의 아르기닌 분자 부가. 인슐린 글라진을 포함한, 임의의 인슐린의 주된 작용은 포도당 대사 조절이다. 인슐린과 그 유사체들은 말초 포도당 흡수, 특히 골격근 및 지방 내 흡수를 촉진하고, 간의 포도당 생산을 억제함으로써 혈중 포도당 수치(blood glucose level)를 낮춘다.
하기 식 I로 표현되는 이형 단백질을 암호화하는 DNA
X - B - Y - A
여기서,
X는 적어도 1개의 아미노산을 포함하는 선도 펩티드 서열이고,
B는 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 B 사슬의 아미노산 서열이고,
Y는 적어도 2개의 아미노산을 포함하는 링커 펩티드이고,
A는 상기 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 A 사슬의 아미노산 서열이고, 상기 A 및 B 사슬은 아미노산 치환, 결실 및/또는 첨가에 의해 변형 가능하다.
용어“C-펩티드(C-peptide)” 또는 “링커 펩티드(linker peptide)”는 여기에서와 같이 천연 또는 합성 펩티드를 포함한, 모든 형태의 인슐린 C-펩티드가 포함된다. 그러한 인슐린 C-펩티드는 인간 펩티드일 수도 있고, 또는 다른 동물 종 및 속, 바람직하게는 포유류로부터 온 것일 수도 있다. 따라서 천연 인슐린 C-펩티드의 변이 및 변형들은 그들이 인슐린 C-펩티드 활성을 보유하는 한 포함된다. 단백질 또는 펩티드의 유용한 활성을 보유하면서 그들의 서열을 변형시키는 것이 본 기술분야에 공지되어 있는데, 이것은 본 기술분야에서 표준이고 문헌에 널리 개시되어 있는 기술들을 이용해서 이루어질 수도 있다. 예를 들면, 무작위 또는 자리유도 돌연변이, 핵산의 절단 및 접합 등이 있다. 이와 같이, 천연 인슐린 C-펩티드 서열과 기능이 동등한 변이체 또는 유도체들이 본 기술분야에 널리 공지된 기술에 따라서 쉽게 제조될 수도 있는데, 천연 인슐린 C-펩티드의 기능적, 예를 들면 생물학적, 활성을 갖는 펩티드 서열이 포함된다. 그러한 모든 유사체, 변이체, 유도체 또는 인슐린 C-펩티드 조각이 특히 본 발명의 범주 내에 포함되며, 용어 “인슐린 C-펩티드(an insulin C-peptide)” 하에 포괄된다.
상기 링커 서열은 적어도 2개의 아미노산을 갖는 임의의 서열일 수 있다. 비록 그 길이는 의미가 크지 않고, 편의상 또는 선택에 따라서 선택 가능하지만, 상기 링커 영역은 2 내지 25, 2 내지 15, 2 내지 12, 또는 2 내지 10개 아미노 잔기를 포함할 수도 있다.
상기 링커 펩티드는 적어도 2개의 아미노산을 포함하는 임의의 서열일 수도 있는데, 첫번째 2개 아미노산은 “RR”로 나타나도록 제공한다. 더욱이, 특별한 조건 하에서, 그 단백질의 생물학적 활성 중 일부분에 대해서만 작용제(agonist)이거나 길항제(antagonist)인, 대상 인슐린 글라진 단백질 상동체를 제공하는 것이 바람직할 것으로 이해하는 것이 일반적이다. 이와 같이, 제한된 기능의 상동체로 처리함으로써, 더욱 적은 부작용을 가지면서, 특이적인 생물학적 효과가 제거될 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명의 핵산은 인간 인슐린 글라진 단백질에 대해 작용제이거나 길항제이고, 서열번호 2로 표현되는 아미노산 서열을 포함하는 폴리펩티드를 암호화한다. 바람직한 핵산은 인슐린 글라진 단백질 활성을 가지고, 서열번호 2에 보여진 아미노산 서열과 적어도 90% 상동성, 더욱 바람직하게는 95% 상동성, 가장 바람직하게는 97% 상동성을 갖는 펩티드를 암호화한다. 또한, 인슐린 글라진 단백질의 작용제 아니면 길항제 형태를 암호화하고, 서열번호 2에 보여진 서열과 적어도 약 98-99% 상동성을 갖는 핵산도 본 발명의 범위에 속한다. 바람직하게는, 상기 핵산은 서열번호 1에 보이는 인슐린 글라진 단백질을 암호화하는 핵산 서열 중 적어도 일부분을 포함하는 cDNA 분자이다.
여기에서 논의된 바와 같이, “작동인자( operational elements )"에는 적어도 하나의 프로모터(promoter), 적어도 하나의 오퍼레이터(operator), 적어도 하나의 선도 서열(leader sequence), 적어도 하나의 샤인-달가노 서열(Shine-Dalgarno sequence), 적어도 하나의 종결자 코돈(terminator codon), 및 벡터 DNA의 적절한 전사 및 이어지는 번역을 위해 필요하거나 바람직한 임의의 기타 DNA 서열이 포함된다. 특히, 그러한 벡터들은 적어도 하나의 선택성 마커 및 합성 DNA 서열의 전사를 개시할 수 있는 적어도 하나의 프로모터 서열과 함께, 숙주 미생물에 의해 인식되는 적어도 하나의 복제 원점을 가질 것으로 예상된다. 하나의 실시예에서, 상기 벡터는 조절자(regulator) 기능이 가능한 특정 DNA 서열과, 조절자 단백질을 코딩할 수 있는 기타 DNA 서열을 갖는 것이 추가적으로 바람직하다. 하나의 실시예에서, 이러한 조절자는 특정 환경 조건에서는 상기 DNA 서열의 발현을 막는 역할을 하고, 다른 환경 조건에서는 상기 DNA 서열에 의해 코딩된 단백질의 전사 및 이어지는 발현을 가능하게 한다.
부가적으로, 상기 벡터 내 또는 상기 DNA 서열의 5’ 말단에 분비성 선도 서열(secretory leader sequence)이 있는 것이 바람직하다. 상기 선도 서열은 그것이 번역 종결 시그널을 간섭하지 않으면서 원하는 단백질 억제자의 발현을 유도할 수 있는 핵산 서열의 개시부와 바로 접할 수 있게 하는 포지션에 있다. 상기 선도 서열의 존재는 하기 이유들 중 하나 또는 그 이상 때문에 부분적으로 필요하다:
1) 상기 선도 서열의 존재로 인해 성숙한 재조합 단백질 생성물에 대한 초기 생성물의 숙주 가공을 촉진할 수도 있다;
2) 상기 선도 서열의 존재로 인해 세포질 밖으로 프로테아제 억제자를 인도하는 것을 통해서, 상기 재조합 단백질 생성물의 정제를 촉진할 수도 있다;
3) 상기 선도 서열의 존재로 인해 상기 단백질을 세포질 밖으로 인도함에 의해서, 상기 재조합 단백질 생성물이 그것의 활성 구조로 접히는 능력에 영향을 줄 수도 있다.
“전사조절서열(Transcriptional regulatory sequence )"은 유전 용어로, 명세서 전반에 걸쳐서 DNA 서열, 예를 들면 작동 가능하게 연결되어 있는, 단백질 코딩 서열의 전사를 유도하거나 조절하는 개시 시그널, 인핸서(enhancer), 및 프로모터를 가리키기 위해 사용된다. 바람직한 실시예들에서, 재조합 인슐린 글라진 유전자의 전사는 프로모터 서열 (또는 기타 전사조절서열)의 통제 하에 있게 되어, 발현을 의도하는 세포-유형에서 상기 재조합 유전자의 발현을 조절하게 된다.
“조절서열( Control sequences )”이란 특정한 숙주 개체 내에 작동 가능하게 링크된 코딩 서열이 발현하는 데 필요한 DNA 서열을 가리킨다. 원핵세포들에 적합한 조절서열들로는 예를 들면 프로모터, 선택적으로 오퍼레이터 서열, 리보좀 결합자리, 그리고 가능하게는, 아직까지 그다지 이해되지 못한 기타 서열이 있다. 진핵세포들은 프로모터, 폴리아데닐화 시그널, 및 인핸서를 이용하는 것으로 알려져 있다.
“형질전환(Transformation )"은 DNA를 개체 내로 도입하여, 상기 DNA가 추가적인 염색체 요소로서나 염색체 통합(integration)에 의해 복제 능력을 갖는 것을 의미한다. 사용된 숙주세포 종류에 따라서, 그러한 세포들에 적절한 표준 기법을 이용하여 형질전환이 수행된다. 포유류 세포 숙주 시스템의 형질전환의 일반적인 측면이Axel in U.S. Pat. No. 4,399,216 issued Aug. 16, 1983. Transformations into yeast are typically carried out according to the method of Van Solingen, P., et al., J. Bact., 130: 946 (1977) and Hsiao, C. L., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 76: 3829 (1979)에 설명되어 있다.
재조합 발현 체계는 원핵 및 진핵 숙주들로부터 선택된다. 진핵 숙주들에는 효모 세포 (예, 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae) 또는 피키아 파스토리스(Pichia pastoris)), 포유류 세포 또는 식물 세포가 있다. 박테리아 및 진핵 세포들은 시판중인 소스를 포함한 수많은 다양한 소스로부터 당 업계 기술자들이 습득 가능하며, 예를 들면, 미국 미생물보존센터(American Type Culture Collection, ATCC; Rockville, Md.)가 있다.
결과적으로, 본 발명의 주제는 피키아 균주로 이루어진 그룹으로부터 선택된 효모에서 유도된 세포 속에서 기능을 갖는 발현 체계 또는 카세트이며, 상기 피키아 균주는 특히 피키아 파스토리스(Pichia pastoris), 피키아 메타놀리카(Pichia methanolica) 및 분열 사카로마이세스 폼베(Schisaosaccharomyces pombe)으로부터 선택되고, 발현에 필요한 인자들이 조절되는 조건 하에서, 그것의 단백질 단편을 암호화하는 그 폴리펩티드의 소망하는 발현이 가능하다.
용어 “재조합(recombinant )”이란 여기서 사용된 바와 같이, 재조합 폴리뉴클레오티드의 발현에 의해 생산된 단백질 또는 폴리펩티드 수단을 의미한다. 용어 “재조합”는 여기서 세포들을 참고하여 사용된 것처럼, 재조합 벡터나 기타 전달 DNA에 대한 수용체(recipient)로서 사용 가능하거나 사용된 세포를 의미하고, 형질감염(transfect)된 오리지널 세포의 후손이 포함된다. 우연 또는 의도에 의한 돌연변이로 인해서, 하나의 부모세포의 후손은 모양이나 유전적 또는 전체 DNA 상보성 면에서 오리지널 부모세포와 완전히 일치하지 않을 수도 있다는 점을 이해해야 한다. 원하는 폴리펩티드를 암호화하는 뉴클레오티드 서열의 존재 등과 같은 관련 특성 면에서 특징이 있는 부모세포와 충분히 유사한 부모세포의 후손도 후손으로 간주된다.
“관심 유전자( gene of interest )” ( GOI )란 임의의 핵산 서열로, 그것에 대해서는 전사 발현이 증가되는 것이 원해진다. 상기 GOI는 기능성 핵산 분자 (예, 안티센스 RNA 분자 등의 RNA)를 암호화할 수도 있고, 또는, 더욱 일반적으로는, 그 생산 증가가 원해지는 펩티드, 폴리펩티드 또는 단백질을 암호화한다. 본 발명의 벡터들은 “이형(heterologous)” 단백질을 발현하는 데 이용 가능하다. 여기서 사용된 것처럼, 용어 “이형”은 외래 종으로부터 기원하는 것 또는 만약 동일한 종으로부터인 경우에 그 오리지널 형태로부터 사실상 변형된 핵산 서열 또는 폴리펩티드를 의미한다. 더욱이, 세포 내에서 정상적으로 발현되지 않는 변형 또는 비변형 핵산 서열 또는 폴리펩티드가 이형으로 간주된다. 본 발명의 벡터들은 동일하거나 다른 삽입 자리에 삽입된, 하나 또는 그 이상의 GOI를 가질 수 있으며, 여기서 각각의 GOI는 GOI 발현을 가능하게 하는 조절 핵산 서열에 링크되어 있다.
용어 “정제(purifying )"는 조성물에서의 펩티드를 가리키는데, 상기 조성물은 상기 펩티드 및 하나 이상의 오염원을 포함하고, 상기 펩티드 조성물에서 적어도 하나의 오염원의 함량을 줄임으로써 조성물 내의 상기 펩티드의 순도를 증가시킨다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 정제 공정으로 인해 효모 발현 체계에서 재조합 발현된 생물학적 활성을 가진 이형 단백질을 생산하며, 상기 정제된 단백질은 당화 부생성물이 없거나 실질적으로 최소량 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 당화 형(glycosyalated form)과는 별개로 무극성 불순물의존재가 MALDI (m/Z: 6089)에 의해 확인되었다. 이러한 무극성 불순물의존재는 최종 생성물 내에서0-0.5%로 다양하며, 글라진 가공과정 중에 생성된다. 글라진 (m/z: 6063)과 무극성 불순물 (m/z: 6089)의 질량 차이는 26 유닛이다. 분자량에 기반한 화학적 동일성으로 인해 아미노산들 중 하나 및 아세틸화에서 수분 손실 가능성을 나타낸다.
용어 “크로마토그래피(chromatography )"란 혼합물 속의 용질마다 이동상의 영향 하에서 고정 매질을 통과 이동하는 속도차, 또는 결합 및 용출 프로세스 차이로 인해서 혼합물 내 목표 용질이 다른 용질과 분리되는 과정을 가리킨다.
용어 “고성능 액체크로마토그래피(High Performance liquid chromatography , HPLC)”란 여기서 사용된 것처럼, 칼럼 패킹에 사용된 입자들 (고정상)이 작고 (3 50 마이크론) 선택한 사이즈에 변형이 거의 없이 규칙적인 크로마토그래피 과정을 가리킨다. 그러한 크로마토그래피는 일반적으로 상대적으로 높은 (약500-3500 psi) 유입 압력을 이용한다.
숙주 개체를 선택한 후, 당 기술분야의 통상의 기술을 가진 자들에게 일반적으로 알려진 방법들을 사용해서 벡터가 상기 숙주 개체 속으로 전달된다. 상기 방법들의 예시가 Advanced Bacterial Genetics by R. W. Davis et. al., Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, N.Y., (1980)에서 발견 가능하며, 여기서 참고문헌으로 특별히 삽입된다. 하나의 실시예에서, 형질전환은 낮은 온도에서 일어나는 것이 바람직하며, 온도 조절은 상술한 작동인자를 이용함에 의한 조절 유전자 발현에 의해서 의도된다.
상기 숙주 미생물들은 상기 인슐린 글라진 전구체가 발현되기에 적합한 조건 하에서 배양된다. 이러한 조건들은 상기 숙주 생물들에 대해 특이적인 것이 일반적이며, 당 기술분야의 통상의 기술을 가진 자에 의해, 그러한 생물체들에 대한 배양 조건에 관한 공개 문헌들을 참조하여 쉽게 결정된다, 상기 문헌의 예로는 Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 8th Ed., Williams & Wilkins Company, Baltimore, Md.가 있으며, 여기에 참고문헌으로 특별히 삽입된다.
따라서, 암호화 서열이 조절서열에 “작동가능하게 링크(operably linked )"되어 있다는 것은, 이들 서열의 조절 하에서 상기 암호화 서열이 발현될 수 있고, 링크되어 있는 DNA 서열들이 인접해 있고, 분배성 리더의 경우에는 인접하면서 해독 상(reading phase)에 있는 구조를 가리킨다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 식 X - 글라진 B 사슬 [B1-B30] -Y- 글라진 A 사슬 [A1-A21]인 인슐린 글라진 전구체(Insulin glargine precursor)로서, 여기서 X는 선도 서열, B 사슬은 B1-B30인 글라진 B 사슬 서열, Y는 B 사슬과 A 사슬 사이의 링커 펩티드 서열, A 사슬은 글라진의 A 사슬을 의미한다. 상기 GIP-A 전구체는 숙주 발현 체계에서의 발현에 의해 생산될 수도 있는데, E. coli, 사카로마이세스(Saccharomyces) 및 클루이베로마이세스(Kluvyeromyces) 등의 효모 이외의 세균 (그 방법들이 당 기술분야의 기술자들에게 알려져 있다(Methods in Enzymology vol. 194)); 아스퍼질러스(Aspergillus), 뉴로스포라(Neurospora) 및 트리코더마(Trichoderma) 등의 균류 (그 방법들이 당 기술분야의 기술자들에게 알려져 있고, Applied Molecular Genetics of Fungi, Peberdy, Caten, Ogden, and Bennett, eds. (Cambridge University Press, N.Y. 1991)에 설명된 바와 같으며, 이들 중 다수가 American Type Culture Collection, Rockville, Md.로부터 습득 가능하고, 이것들은 당 기술분야의 기술자들에 의해 관례적으로 이용되고 있다)를 포함하지 않는다. 바람직하게는, 상기 숙주 균주는 분열 사카로마이세스 폼베(Schisaosaccharomyces pombe), 야로비아 리필리티카(Yarrovia lipilitica), 한스눌라 폴리모르파(Hansenula polymorpha), 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis), 피키아 메타놀리카(Pichia methanolica), 피키아 파스토리스(Pichia pastoris) 등의 효모를 포함하는 그룹으로부터 선택되는데, 이들은 높은 수준의 재조합 단백질 발현이 가능하다. 그럼에도 불구하고 더욱 바람직하게는, 상기 숙주 균주는 피키아 파스토리스(Pichia pastoris)이다.
특히, 본 발명은 발효 공정, 회수 공정, 및 정제 공정을 포함하는 인슐린 글라진 단백질 제조 공정을 제공한다. 여기에서 제공되는 상기 공정에는 상술한 단백질이 상기 단백질을 암호화하는 하나 이상의 서열이 게놈 속으로 합체되어 피키아 파스토리스(Pichia pastoris)에서 생산되는 발효 공정, 여기서 상기 발효 공정에는 숙주세포를 원하는 세포 밀도로 생장시키는 씨드 발효(seed fermentation)와, 글리세롤 배치 발효, 메탄올 유도 발효, 최종 생산을 포함하는 생산 발효(production fermentation) 공정이 포함된다.
이후 상기 글라진 전구체는 양이온-교환 크로마토그래피를 이용해서 상기 발효 브로스(broth)로부터 포획된다. 여기에 제공된 회수 공정은 상기 글라진 전구체를 포획하고, 세포와 세포 찌꺼기(cellular debris)를 제거할 수 있는데, 여기에 제공된 회수 공정은 95% 수율을 제공한다. 이와 달리, 당 분야에서 기술자라면 다양한 기타 크로마토그래피 기법, 원심분리, 여과, 분별 침전(differential precipitation) 및 기타 결정 대상 방법들을 포함하지만 이들에만 한정하지 않고, 원하는 단백질 생성물을 포획하고 세포와 세포 찌꺼기를 제거하는 또 다른 기술을 테스트하고 평가할 수 있다.
또한 상기 발효 브로스에서 포획한 상기 글라진 전구체는 결정화 단계로 넘어가서 탈색 및 저장된다. 상기 전구체를 결정화 형태로 침전시키는 것은 수용성 용기에서 pH 3.0 및 8.0 사이, 바람직하게는 4.0 내지 6.0, 가장 바람직하게는 4.0 내지 5.0 사이에서 적절하게 수행되고, 상기 수용성 용기 내 단백질 농도는 1 및 80 g/L, 바람직하게는 2 및 50 g/L 사이, 가장 바람직하게는 8 내지 14g/L이다. 상기 결정화 공정은 2 및 30oC 사이 온도에서 수행 가능하다. 상기 전구체 결정은 원심분리, 경사분리(decantation) 또는 여과에 의해서 상층액에서 분리될 수 있다.
상기 글라진 전구체 GIP-A의 결정화로 인해, 상기 크로마토그래피로부터의 생성물을 용출시키는 데 사용되는 아세트산 암모늄뿐만 아니라 상기 발효 브로스에서 상기 양이온-교환 용출액 풀로 이동하는 중에 전달된 불순물이 제거된다. 순수한 결정 전구체 또한 이어지는 단계들에 소요되는 비용을 낮추고 반응 효율을 높이는 데 일조한다. 상기 결정화 형태는 동결 저장되는데, -20℃에서 저장시 여러 날 동안 계속해서 안정할 것이다.
글라진은 효소 변환을 통해서 상기 글라진 전구체로부터 제조 가능하다. 상기 변환은 트립신이나 식물, 동물 또는 미생물 유래의 트립신 유사 효소가 존재할 때 유효하다. 이러한 반응은 바람직하게는 DMSO (디메틸 설폭사이드) DMF (디메틸 포름아미드), 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴 또는 에틸 아세테이트, 특히 DMF와 DMSO 처럼, 물과 섞일 수 있는 유기용매가 존재할 때 진행된다. 상기 유기용매의 바람직한 비율은 상기 반응 혼합물의 약 0-65%, 특히 약 40-60%이다.
글라진은 상기 전구체 GIP-A를 트립신으로 처리함으로써 생산된다. 리더(leader) (존재시)는 트립신에 의해서 상기 전구체로부터 절단될 것이다. 상기 트립신 반응은 “RR” C-펩티드의 C-말단에서 절단이 극대화되는 방식으로 조절된다. 하지만 상기 반응은 다른 트립신 절단 자리에서 트립신에 의한 원하지 않는 절단을 제외하지는 못한다. 다른 트립신 절단 자리로 가능성 있는 부위는 “RR”과 B-22의 C-말단 (Arg) 사이이다.
유기용매를 사용하기 위한 근거는 출발 물질의 용해도, 효소의 분해 성향 및 그것의 가수분해 활성에 의해 결정되어야 한다. 기술자에 의해 이해 될 수도 있듯이, 유기용매 혼합물 또한 이용 가능하다. 유기용매를 첨가하면 상기 반응 혼합물의 수용액 농도를 낮춰서, 이로 인해 생생성물의 가수분해를 방지하고, 또한 생생성물의 용해도를 엄청나게 증가시킨다.
상기 전구체의 농도는 일반적으로 약 5-50g/L이다. 반응은 약 pH 5 내지 12, 바람직하게는 약 pH 8 내지 10에서 일어난다. 반응 온도는 약 0-40 oC, 바람직하게는 약 2-25 oC이다. Trishydroxylmethylaminomethane (TRIS) 또는 기타 완충용액 시스템이 다양한 이온 강도에서 사용되어, 필요한 pH를 유지할 수 있다. 반응 시간은 다양할 수 있고, 다른 반응 조건의 영향을 받는다. 반응은 생생성물 가수분해로 인해서 생생성물의 순도가 감소하기 시작할 때까지 지속 가능하며, 일반적으로 30 분 내지 24 시간 및 대부분의 경우에 약 4-10 시간 소요된다.
효소의 농도는 기질 농도와 효소 활성에 따라서 결정된다. 예를 들면, 시중에서 구입 가능한 상기 결정 트립신은 바람직하게는 반응 혼합물의 약 10-100mg/L 농도에서 사용된다.
상기 정제 방법은 거의 98-99% 순도, 바람직하게는 100% 순도를 얻기에 적합한 크로마토그래피 환경에서 폴리머 기반 수지 매트릭스를 포함하는 역상 크로마토그래피(reverse-phase chromatography)를 통해서, 인슐린 글라진 시료를 정제 단계로 도입시키는 것을 포함한다.
따라서, 형성된 원치 않는 생성물 관련 불순물이 연속적인 역상 크로마토그래피에서 정제되고, 순수한 글라진을 생성하게 된다. 당화 (단당화 및 삼당화) 불순물은 1차 정제 단계 후에야 탐지 가능하다. 따라서, 상기 당화 불순물을 2차 RP-HPLC 정제 단계에서 정제하려면 특별한 주의가 필요하다. 상기 발효 중에 생성된 당화 불순물은 완전히 특정되고 상기 최종 생성물로부터 최대한으로 최종 정제된다.
본 발명은 중대한 측면에서, 상기 단백질을 정제하는 방법에 특징이 있는데, 상기 방법은 상기 단백질을 역상 HPLC 칼럼으로 도입시키고, 펩티드를 함유한 시료를 유기용매에 의해서 화합물이 수지에 결합될 수 있게 하는 방식으로 용출시키고, 수용성 완충용액으로 상기 유기용매를 수지로부터 세척하는 단계를 포함하고 있다. 본 발명의 효과적인 수행을 위해서는 효율적 정제를 위해 사용되는 크로마토그래피 매트릭스, pH 값 및 완충용액의 이온 강도의 올바른 조합의 개성화가 필요하다.
상기 크로마토그래피 과정의 모든 속성은 원하는 단백질 생성물을 얻는데 중요한 역할을 갖는다. 크로마토그래피 칼럼에 사용되는 적절한 매트릭스는 C8 Daisogel이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 정제된 인슐린 글라진 생성물의 수율은 75% - 80%이고, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기 정제된 인슐린 글라진 생성물의 수율은 80% - 85%이고, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기 정제된 인슐린 글라진 생성물의 수율은 85% - 90%이고, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기 정제된 인슐린 글라진 생성물의 수율은 90% - 95%이고, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기 정제된 인슐린 글라진 생성물의 수율은 95% - 100%이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 정제된 인슐린 글라진 생성물에는 당화 부생성물이 없거나 사실상 최소량 존재한다. 본 발명의 일 측면에 따르면 상기 정제된 글라진 생성물의 순도는 적어도 96%이고, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면 상기 정제된 글라진 생성물의 순도는 적어도 97%이고, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면 상기 정제된 글라진 생성물의 순도는 적어도 98%이고, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면 상기 정제된 글라진 생성물의 순도는 적어도 99%이고, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면 상기 정제된 글라진 생성물의 순도는 적어도 100%이다.
본 발명은 하기 예시들의 도움으로 더욱 자세히 설명된다. 하지만, 이들 예시가 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것으로 해석되지 않아야 한다.
실시예
실시예 1:
GIP-A 는 식 X-[글라진 B 사슬 (B1-B30)]- Y- [글라진 A 사슬 (A1-A21)]로 된 글라진 전구체를 나타내는데, 여기서 X는 선도 펩티드 서열을, B 사슬은 글라진 B 사슬 서열 B1-B30을, Y는 B 사슬과 A 사슬 사이의 링커 펩티드 서열을, A 사슬은 글라진의 A-사슬을 의미한다. 상기 서열에는 선도 또는 기타 선도 펩티드가 없을 수도 있다. 상기 링커 펩티드 Y는 예를 들면 RR, RRDADDR 중에서 임의의 것일 수 있다. 상기 GIP-A 전구체는 E. coli, 피키아 파스토리스, 사카로마이세스 세레비시애, CHO 셀 등과 같은 임의의 적절한 발현 체계레 의해 생산될 수도 있다.
상기 GIP-A 전구체를 피키아 발현 벡터 pPIC9K에서 Mat-alfa 신호 펩티드를 가진 프레임에서 클로닝했다. 피키아 파스토리스 숙주 균주 GS115를 상기 재조합 플라스미드로 형질전환시켜, 글라진 전구체를 발현하는 클론을 얻었다. 상기 배출된 전구체를 트립신 처리해서, 글라진과 기타 생성물 연관 불순물들을 만들었다. 글라진을 역상 크로마토그래피로 정제했다.
서열번호 1은 상기 글라진 전구체 서열을 나타내는데, 예상 분자량 6045 Da과, 예상 pI 값 6.88을 갖는다. 상기 서열은 159개 뉴클레오티드와 53개 아미노산을 갖는다.
서열번호 2는 피키아 파스토리스에서 발현 서열을 나타내는데, 예상 분자량 6428.4 Da과, 예상 pI 값 7.78을 갖는다. 상기 서열은 171개 뉴클레오티드와 57개 아미노산을 갖는다.
글라진 전구체 GIP-A가 피키아 파스토리스에 의해 배지로 배출된다. 배지 브로스를 원심분리하고 세포들을 상층액으로부터 분리시킨다. 상기 전구체 GIP-A 포획을 위해 가능한 여러가지 옵션이 있는데 이온교환 크로마토그래피와 소수성 크로마토그래피가 있다. 본 발명에서는 양이온-교환 크로마토그래피와 HIC를 이용해서 상기 GIP-A를 포획했다.
실시예 2:
인슐린 글라진 전구체 유전자를 운반하는 재조합 벡터 구축( CONSTRUCTION OF THE RECOMBINANT VECTOR CARRYING THE INSULIN GLARGINE PRECURSOR GENE ):
인슐린 글라진 전구체 (GIP-A)를 상기 피키아 파스토리스 발현 벡터 pPIC9K에서 상기 mat α-신호 펩티드를 가진 프레임에서 클로닝시켰다. 상기 재조합 플라스미드를 이용해서 피키아 파스토리스 숙주 균주 GS115를 형질전환시켰으며, 상기 배출된 GIP-A가 인슐린 글라진 전구체로서, 다운스트림 정제 공정으로 보내져서 최종 생성물을 만들게 될 것이다.
상기 인슐린 글라진 전구체 유전자를 운반하는 재조합 벡터로 피키아 숙주 형질전환( TRANSFORMATION OF A PICHIA HOST WITH THE RECOMBINANT VECTORS CARRYING THE INSULIN GLARGINE PRECURSOR GENE ):
재조합 플라스미드 DNA를 보유한 pPIC9K/IGP-A를 Bgl II 로 소화시키고, P.pastoris GS115 (his4) 숙주의 electrocompetent 세포를 형질전환시키는데 사용했다. 인비트로젠(invitrogen) 매뉴얼에 보면 상기 형질전환 절차에 대한 세부 프로토콜이 제공되어 있다.
멀티카피 인테그란트용 스크리닝( SCREENING FOR MULTI - COPY INTEGRANTS ):
약 2000개 형질전환체를 적절한 컨트롤과 함께 YPD 브로스, 384 웰 micro titer plate에 접종하였다. 상기 plate를 30℃에서 24 시간 인큐베이트하고 나서, 0.5 mg/mL Geniticin (G418)을 함유하는 YPD 한천 플레이트(plate) 위에 스탬핑하였다. G418 1, 2, 3 mg/mL 플레이트에 추가로 스탬핑된 49 클론을 2라운드 스크리닝을 위해 선별했다. 마지막으로, 1- 3 mgl/ml G418에 내성을 지닌 7 클론을 선별하고 발현 연구에 이용했다.
PCR 에 의한 게놈 내 유전자 삽입 확인( CONFIRMATION OF GENE INTEGRATION IN THE GENOME BY PCR ):
선별한 재조합 피키아(Pichia) 클론들의 게놈 DNA를 유전자 특이적 프라이머를 사용해서 PCR을 진행해서, 게놈 내에 GIP-A가 삽입되는 것을 확인하였다.
P. PASTORIS 에서의 소규모 발현 연구( SMALL SCALE EXPRESSION STUDIES IN P. PASTORIS )
인비트로젠 매뉴얼에 나온 프로토콜에 따라서. P.pastoris에서 소규모 발현 연구를 진행했다. 간략하게, BMMY, 24℃에서 메탄올로 유도한 다음, 상기 클론들을 30℃, BMGY에서 배양했다. 메탄올 유도를 총 3일 동안 진행했다.
실시예 3:
발효 공정( FERMENTATION PROCEDURE )
재조합 인슐린 글라진 발효 프로세스가 실험실 규모에서 최적화되었다. 아래에 제시된 것은 상기 프로세스에 대한 약식 설명이다.
씨드 준비( SEED PREPARATION )
씨드 배지가 하기 성분들을 함유하고 있다: 효모 질소 베이스, 황산암모늄, 글리세롤, 제1인산칼륨 및 제2인산칼륨 및 D-Biotin.
동결기로부터 단일 vial을 사용해서 상기 씨드 플라스크를 접종했다. 무균 상태에서 접종 전에 상기 vial을 주변 온도로 해동시켰다. 상기 접종체를 최소 글리세롤(Minimal Glycerol)(MGY) 배지에 무균 방식으로 공급했다.
각 플라스크에 첨가되는 양을 확인했으며, pre-seed 플라스크 내의 초기 OD600은 0.1 - 0.2 사이였다. 그런 다음 상기 플라스크들을 30℃, 230 RPM 속도 셰이커에서 20-24 h 동안 인큐베이팅시켰다.
발효기 배치 조건( FERMENTER BATCHING CONDITIONS )
발효 프로세스는 2 기(phase), 즉 유도기에 이은 성장기 (바이오매스 구축)를 갖는다. 생성물이 형성되고, 메탄올 유가 배양기 (methanol fed batch phase) 도중에 브로스로 배출되었다. 발효는 원래의 무균 발효기에서 수행되었다. 상기 발효 배지는 오르쏘인산(orthophosphoric acid), 황산칼륨(potassium sulphate), 수산화칼륨(potassium hydroxide), 황산마그네슘(magnesium sulphate), 황산칼슘(calcium sulphate) 및 글리세롤로 이루어져 있다. 이 화학약품들을 발효 용기 속의 상수(potable water)에 녹이고, 설정온도 121℃에서 특정 시간 동안 살균처리하였다. 미량의 염과 비오틴으로 된 저장용액(Stock solution)을 별도로 준비하고, 필터 살균처리하고, 배지를 살균하고 수산화암모늄으로 pH를 5.0으로 조정한 후에 무균 상태로 상기 발효기에 첨가하였다.
생산 / 발효 공정이 진행되었다. 상기 발효기에 씨드 셰이크 플라스크로부터 5% 씨드 접종체를 접종하였다. 다음 계수들을 발효 초기에 설정하였다: pH: 5.0, 온도: 30℃, DO2: 30%.
실시예 4:
변환 및 정제 방법( RELATED CONVERSIONS AND PURIFICATION METHOD ):
피키아 파스토리스 발효로 생산된 인슐린 글라진 전구체를 정제 단계로 이동시켰다. 상기 정제 프로세스에 관계되는 단계들은 다음과 같다.
SP Sepharose fast flow matrix (GE Biosciences)로 포장한 칼럼을 50mM 아세트산으로 평형상태로 만들었다. 오르쏘 인산으로 pH 3.8으로 맞춰진 무세포 상층액을 양이온 교환 칼럼 위에 로딩하였다. 상기 칼럼 위 로딩은 <50g/L이었다. 아세트산 암모늄을 사용하여 용출시켰다. 본 단계의 회수율은 <50g/L 로딩에서 95%이었다.
전구체 결정화( PRECURSOR CRYSTALLISATION )
양이온-교환 크로마토그래피 과정을 이용하여 상기 발효 브로스에서 포획한 상기 글라진 전구체를 컬러 제거와 저장을 위해서 결정화하였다. 상기 결정화(crystallization)는 결정화 시작단계에서의 상기 전구체의 농도가 대략 2 내지 20 g/L, 바람직하게는 8 내지 14 g/L가 되도록 진행되었다. ZnCl2 및 페놀을 첨가하고 난 후 pH를 3.0 과 8.0 사이, 바람직하게는 3.5 와 5.5 사이로 조정하는 것으로 상기 결정화를 진행하였다. 페놀은 CIEX 용출 풀 부피의 0.1 내지 0.5%로 첨가할 수 있다. 4% ZnCl2 용액이 상기 CIEX 용출 풀(elution pool) 부피의 3 내지 15%로 첨가될 수 있다. 상기 pH는 알칼리, 바람직하게는 NaOH 또는 TRIS를 사용하여 조정 가능하다. 상기 결정화 프로세스는 2 및 30 ℃ 사이 온도에서 수행 가능하며, 슬러리를 얼마간 저장해서, 결정들이 완전히 형성될 것이다. 원심분리나 경사분리(decantation)을 이용해서 상기 전구체 결정들을 상기 상층액으로부터 분리할 수 있다.
실시예 4a: 용출 풀(EP) 463 ml (전구체 농도 13.8 g/L)를 취하고, 적당히 해동시킨 후에 페놀 2.315 ml (EP 부피의 0.5%)를 첨가하였다. 이어서 4% ZnCl2 용액 57.875 ml (EP 부피의 12.5%)를 첨가하였다. 이 단계에서 pH는 4.08이었으며, 2.5N NaOH 420 ml를 첨가해서 4.8로 조정하였다. 모액을 천천히 교반하는 상태로 15분간 둔 다음, 냉장실 (2-8℃)로 옮기고, 거기서 하룻밤을 두었다. 그 후 전체 혼합물을 Beckman Coulter Avanti J-26 XP 원심분리기로 5000 rpm에서 20 분간 원심분리시켰다. 상층액 손실은 1.55%였다.
실시예 4b: 용출 풀 500 ml (전구체 농도 2.9 g/L)를 취하고, 적당히 해동시킨 후에 페놀 0.625 ml (EP 부피의 0.125%)를 첨가하였다. 이어서 4% ZnCl2 용액 15.625 ml (EP 부피의 3.125%)를 첨가하였다. 이 단계에서 pH는 4.08이었으며, 2.5N NaOH 315 ml를 첨가해서 4.8로 조정하였다. 모액을 천천히 교반하는 상태로 15분간 둔 다음, 냉장실 (2-8℃)로 옮기고, 거기서 5시간을 두었다. 그 후 상층액을 원심분리로 분리시켰다. 상층액 손실은 4%였다.
수율을 갖는 최적화 전구체 결정화 조건( OPTIMIZED PRECURSOR CRYSTALLISATION CONDITION WITH YIELD ):
상기 SP-Sepharose 용출 풀을 20o + 5 o C로 식히고, 페놀 5 mL (0.5% V/V)을 용출 풀 리터마다 첨가시켰다. 필요한 페놀 양을 용출 풀 단위(aliquot)에 첨가시키고, 마지막으로 적절한 재용해를 목적으로 메인 탱크에 첨가하였다. 페놀을 첨가한 후에, 적절한 재용해를 위해 차기 시약을 첨가하기 전에 얼마동안 계속해서 교반시켰다. 이제, 결정화를 유도하기 위해서 40 g/L 염화아연12.5 % 부피 기준 12.5 % 을 첨가하였다. 이후 2.5N NaOH (SP-EP 부피의 대략 85-90%)를 사용하여 pH를 4.8 + 0.1로 조정하였다. 이 전체 혼합물을 30분간 교반하여 균질한 것을 확인하고 나서, 원심분리 전에 최소한 8 시간 동안 2-8 oC에 두었다.
상기 상층액 손실을 기초로, 본 단계에서 수율은 약 90%이었다.
실시예 5:
트립신 처리( TRYPSINISATION )
글라진을 효소 변환을 이용해서 글라진 전구체로부터 조제시켰다. 상기 변환은 식물, 동물 또는 세균 유래의 트립신 또는 트립신 유사 효소가 존재함으로써 영향을 받았다. 반응은 바람직하게는 DMSO, DMF, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 에틸 아세테이트, 등, 특히 DMF 및 DMSO과 같은 물과 혼화성이 있는 유기 용매가 존재할 때 진행되었다. 유기 용매의 바람직한 비율은 반응 혼합물의 약 0 내지 65%, 특히 약 40 내지 60 %이었다.
유기 용매 비율은 출발 물질의 용해도, 효소의 분해 성향 및 그 가수분해 활성에 따라 결정되었다. 유기 용매 혼합물 또한 사용 가능하다. 유기 용매를 첨가하면 상기 반응 혼합물의 수분 농도를 낮추어서, 생성물의 가수분해를 막게 되고, 상기 생성물의 용해도 또한 어마어마하게 높이게 된다.
상기 전구체의 농도는 일반적으로 약 5 내지 50 g/L이었다. 반응을 약 pH 5 내지 12, 바람직하게는 약 pH 8 내지 10에서 수행하였다. 반응 온도는 약 0 40 °C, 바람직하게는 약 2 25 °C이었다. Trishydroxylmethylaminomethane (TRIS) 또는 기타 완충용액 시스템을 다양한 이온 강도에서 사용해서, 필요한 pH를 유지하였다. 반응 시간은 다양화할 수 있고, 다른 반응 조건에 의해 영향을 받았다. 반응은 생성물 가수분해 때문에 생성물의 순도가 떨어질 때까지 지속되었다. 그것은 일반적으로 약 30분 내지 24시간이 소요되고, 대부분의 경우에 약 4 내지 10 시간이 소요된다.
효소의 농도는 기질 농도와 효소 활성에 따라서 결정되었다. 예를 들면, 시중에서 구할 수 있는 상기 결정 트립신은 바람직하게는 약 10 내지 100 mg/L 농도로 사용하였다.
실시예 5a: 글라진 전구체 1g을 1M TRIS 용액 1.5ml에 용해시켰다. 본 용액 1 ml 각각을 시료 A와 시료 B로 라벨된 두 개의 튜브에 취하고, 물 3 ml와 TRIS 166.6mg을 첨가하였다. 시료 B에, DMF 2ml, 물 1ml, TRIS 166.6mg을 첨가하였다. pH를 네 개의 다른 pH로 조정해서 각 시료를 네 개로 나누었다. bovine 트립신을 50g/ml 농도로 첨가함으로써 반응을 모든 시료에 진행하였다. 실시한 조건들을 다음에 표로 나타내었다.
시료 용매 % PH TRIS 농도 (M) 트립신 농도 (g/ mL ) 전구체 농도 ( mg / mL )
A1 0% 9.2 0.5 50 15.5
A2 8.2
A3 7.0
A4 6.2
B1 50% 8.9
B2 8.0
B3 7.0
B4 6.3
모든 조건을 다양한 비율로 생성물에 부여했다. 상기 시료 B1이 약 40%로 최고의 변환을 보여준 반면, A1, A2, A3, A4 조건들은 15% 미만의 변환을 보여주었다. 다른 시료들에서 글라진으로 변환은 15% 와 40% 범위에서 일어났다.
실시예 5b: 글라진 전구체 1.6g을 1M TRIS 용액 2ml에 용해시켰다. 본 용액 1 ml 각각을 시료 A, 시료 B, 시료 C로 라벨된 세 개의 튜브에 취하고, 물 1.8 ml, DMF 1.2 ml 와 TRIS 161mg을 첨가하였다. 시료 B에, 물 0.6ml, DMF 2.4ml, TRIS 161mg을 첨가하였다. 시료 C에는, 물 1ml, DMF 2.0ml, TRIS 161mg을 첨가하였다. pH를 다양한 pH로 조정해서 시료 A와 B를 네 개로, 시료 C를 두 개로 나누었다. bovine 트립신을 50g/ml 농도로 첨가함으로써 반응을 모든 시료에 진행하였다. 실시한 조건들을 다음에 표로 나타내었다.
시료 용매 % PH TRIS 농도 (M) 트립신 농도 (g/ mL ) 전구체 농도 ( mg / mL )
A1 30% 10.1 0.5 50 10.5
A2 9.04
A3 8.05
A4 6.77
B1 60% 9.95
B2 9.13
B3 8.01
B4 7.0
C1 50% 9.0
C2 8.0
모든 조건을 다양한 비율로 생성물에 부여했다. 상기 시료 C1, C2이 약 40%로 최고의 변환을 보여준 반면, 다른 조건들은 15% 미만의 변환을 보여주었다.
실시예 5c: 글라진 전구체 1.5g을 1M TRIS 용액 2ml에 용해시켰다. 본 용액 0.75 ml 각각을 시료 A, 시료 B, 시료 C로 라벨된 세 개의 튜브에 취하였다. 시료 A에는, 물 0.75 ml, 에탄올 1.5ml, TRIS 106mg을 첨가하였다. 시료 B에, 물 0.75ml, DMF 1.5ml, TRIS 106mg을 첨가하였다. 시료 C에는, 물 0.75ml, DMF 1.5ml, TRIS 106mg을 첨가하였다. 두 개의 다른 pH로 조정해서 시료 A와 B를 두 개로 나누었다. 시료 C는 pH 9.0으로 조정하였다. bovine 트립신을 50g/ml 농도로 첨가함으로써 반응을 모든 시료에 진행하였다. 실시한 조건들을 다음에 표로 나타내었다.
시료 용매 % PH TRIS 농도 (M) 트립신 농도 (g/ mL ) 전구체 농도 ( mg / mL )
A1 50% ETHANOL 9.0 0.5 50 17
A2 7.3
B1 50% DMSO 8.9
B2 6.9
C1 50% DMF 9.0
모든 조건을 다양한 비율로 생성물에 부여했다. 상기 시료 C1이 약 40%로 최고의 변환을 보여주었고, 다음은 B1 (~30%)인 반면, 다른 조건들은 15% 미만의 변환을 보여주었다.
실시예 5d: 글라진 전구체 1.5g을 1M TRIS 용액 2ml에 용해시켰다. 본 용액 0.75 ml을 취하고, 물 0.75 ml, 에탄올 1.5ml, TRIS 106mg을 첨가하였다. pH는 9.0으로 조정하였다. 그런 다음 용액을 두 개의 시료에 나누었다 A 및 B 시료 A의 경우, 반응을 실온에서 (20 내지 25℃) 진행한 반면, 시료 B의 경우, 반응을 2 내지 8℃에서 진행하였다. 반응은 50g/ml 농도의 bovine 트립신을 첨가함에 의해 시작되었다.
두 개의 시료 모두 약 40% 변환을 보여주었다. 보다 낮은 온도에서의 반응 (시료 B)가 좀더 오래 지속되었지만, 약간 나은 수율을 보여주었다.
실시예 5e: 글라진 전구체 1g을 1M TRIS 용액 1ml에 용해시켰다. 본 용액 0.75 ml 각각을 시료 A와 시료 B로 라벨된 두 개의 튜브에 취하였다. 시료 A에는, 물 0.75 ml, DMSO 1.5 ml 와 TRIS 1306mg을 첨가하였다. 시료 A와 B 모두 pH 8.7로 조정한 후 두 개로 나누었다. bovine 트립신을 50g/ml 농도로 첨가함으로써 반응을 모든 네 개 시료에 진행하였다. 시료 A와 B로부터 각각 하나의 알리코트(aliquot)에서의 반응을 2-8℃ 에서 실시하였다. 실시한 조건들을 다음에 표로 나타내었다.
시료 용매 % PH TRIS 농도 (M) 트립신 농도 (g/ mL ) 전구체 농도 ( mg / mL ) 온도 (℃)
A1 (DMF) 50% 8.7 0.5 50 13.5 20 - 25
A2 (DMF 2- 8
B1 (DMSO) 20 - 25
B2 (DMSO) 2- 8
모든 시료들이 비슷한 변환 (~40%)을 보여주었다. 실온에서 시료에서의 반응은 한 시간 이내에 끝난 반면, 냉장실에서 반응은 5-6 시간 즈음에 끝났다.
실시예 5f: 글라진 전구체 2g을 TRIS 0.5g, 물 2ml, DMF 2ml을 함유하는 용액에 용해시켰다. 이 용액으로부터, 3.08 ml 여섯 개의 시료가 만들어져서, 각각은 pH 8.7으로, 50% DMF&0.5M TRIS 함유하였다. 상기 전구체 농도는 10 g/L 내지 60 g/L로서 이들 시료들 중에서 다양했다. 전구체 1g 당 트립신 5mg를 첨가함으로써 반응을 각 시료에 개시하였다. 반응 중에 모든 시료가 2-8℃이었다. 실시한 조건들을 다음에 표로 나타내었다.
Figure pct00001
모든 시료가 변환을 보여주었지만, 보다 낮은 농도를 가진 시료들이 보다 빠른 반응을 나타냈다. 조건 B가 가장 좋은 것으로 판단되었다. 각 경우에서 얻어진 최대 수율은 약 40 - 45%이었다. 결과를 도 1에 나타냈다.
수율과 순도를 갖는 최적화 프로세스 조건( OPTIMIZED PROCESS CONDITION WITH YIELD AND PURITY ):
실시예 5g:
젖은 전구체 결정들을 -20oC 심층 동결기에 저장하였으며, 용해 전에 꺼냈다. 교반 조건에서 TRIS 용액 속으로 첨가하는 것에 의해서(TRIS - 전구체 결정 및 물 50% w/w - 전구체 결정 kg 당 2L) 결정들을 용해시켰다. 예를 들면, 전구체 결정 1 kg을 TRIS 500g을 함유한 2L TRIS 용액에 첨가한다. DMF를 첨가(전구체 결정 kg 당 2L)하였다. 전체 혼합물을 완전히 녹이고, 이 용액은 테스트 용액으로 처리되었다. 그 결과인 테스트 용액을 C18 평형 분석 RP-HPLC 기술을 이용해서 생성물 함량 분석했다.
상기 테스트 용액 내의 생성물 함량에 따라, 트립신처리 반응용 컨트롤 용액을 만들었으며, 그리하여 재조합 인슐린 글라진 전구체 농도가 상기 반응 혼합물 10 g/L이었다. 상기 컨트롤 용액을 제조하기 위해, 물 속에 필요한 TRIS 양을 상기 반응 혼합물 내 최종 TRIS 농도를 500Mm로 유지하도록 첨가하였다. 그런 다음, DMF를 첨가해서, 최종 DMF 농도가 50%이었다. 이후 이 용액의 온도는 6oC 2oC로 되었고, 이후 pH는 온화한 교반 조건 하에서 빙초산(약 전체부피의 2%)을 사용해서 8.7로 조정되었다. 이 용액을 컨트롤 용액으로 취급하였다.
본 반응 혼합물을 매우 느린 임펠러 속도에서 6oC 2oC 로 유지하였다. 완전히 혼합한 후에, 트립신 50 mg/L을 첨가하여 반응을 개시하였다. 효소 반응은 상기 트립신이 혼합 후에 잘 녹자마자 시작한다.
효소 반응을 매우 느린 임펠러 속도에서 6oC 2oC에서 수행하였다. C18 Symmetry analytical RP-HPLC 기술을 이용해서, 매 시간 재조합 인슐린 글라진과 원치 않는 전구체의 비율을 확인함으로써 반응 진행상황을 모니터하였다. 상기 효소 반응은 10시간이 못되어서 완료되었다. 본 반응은 원치 않는 전구체의 비율이 5% 미만일 때 빙초산으로 반응 혼합물의 pH를 5.0으로 조정함으로써 멈추었다. 본 반응은 약 40%의 재조합 인슐린 글라진을 생산할 것으로 기대되며, 얻어진 순도는 약 35 - 50 %이었다.
다양한 시간 시점에서 반응에 대한 분석 크로마토그래피가 도 2 및 도 3에 나타나 있다.
실시예 6: RP - HPLC 정제:
실시예 6a:
피키아 파스토리스 발효에 의해 생산된 인슐린 글라진 전구체가 정제 과정으로 이동했고, 그 과정에 연관된 단계들이 다음과 같았다:
SP sepharose fast flow matrix (GE Biosciences) 로 포장된 칼럼을 50mM 아세트산으로 평형상태를 만들었다. 오르쏘인산을 사용해서 pH 3.8으로 조정한 무세포 상층액을 양이온-교환 칼럼 위에 로딩하였다. 상기 칼럼 위 로딩은 < 50g/L이었다. 아세트한 암모늄을 사용해서 용출를 수행하였다. 본 단계의 회수율은 <50 g/L 로딩에서 95%이었다. 용출 풀을 결정화하였다. 결정은 트립신 처리를 위해 사용하였다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 250mM 아세트산 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물로 1:5로 희석시킨, 트립신처리 완료물에 대한 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 정제된 글라진을 <10 g/L로딩에서 순도 94.5%를 갖는 75% 수율로 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 200mM 아세트산 나트륨 pH 5.0 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 10% 아세토니트릴을 함유하도록 희석된, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 순도 98.5%를 갖는 80% 수율로 정제된 글라진 및 0.29% 당화 불순물을 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 50mM 아세트산 나트륨 (완충용액 A) 속의 에탄올 6% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물과 1:3로 희석시킨, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 35g/L로딩에서 순도 99.4%를 갖는 85% 수율로 정제된 글라진을 용출시켰다.
실시예 6b:
RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 250mM 아세트산 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물로 1:5로 희석시킨, 트립신처리 완료물에 대한 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 정제된 글라진을 <10 g/L로딩에서 순도 94.5%를 갖는 75% 수율로 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 200mM 아세트산 나트륨 pH 5.0 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 10% 아세토니트릴을 함유하도록 희석된, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 순도 98.5%를 갖는 80% 수율로 정제된 글라진 및 0.29% 당화 불순물을 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 10mM 시트르산 (완충용액 A) 속의 에탄올 6% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물과 1:3로 희석시킨, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 35g/L로딩에서 순도 98.5%를 갖는 79.2% 수율로 정제된 글라진을 용출시켰다.
실시예 6c:
RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 250mM 아세트산 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물로 1:5로 희석시킨, 트립신처리 완료물에 대한 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 정제된 글라진을 <10 g/L로딩에서 순도 94.5%를 갖는 75% 수율로 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 100mM Tris+20mM CaCl2 pH 8.5 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 10% 아세토니트릴을 함유하도록 희석된, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 순도 97.4%를 갖는 71% 수율로 정제된 글라진 및 0.22% 당화 불순물을 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 10mM 시트르산 (완충용액 A) 속의 에탄올 6% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물과 1:3로 희석시킨, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 35g/L로딩에서 순도 98.0%를 갖는 75.0% 수율로 정제된 글라진을 용출시켰다.
실시예 6d:
RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 250mM 아세트산 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물로 1:5로 희석시킨, 트립신처리 완료물에 대한 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 정제된 글라진을 <10 g/L로딩에서 순도 94.5%를 갖는 75% 수율로 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 100mM 아세트산 암모늄 pH 5.0 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 10% 아세토니트릴을 함유하도록 희석된, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 순도 98.0%를 갖는 60.7% 수율로 정제된 글라진 및 0.91% 당화 불순물을 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 10mM 시트르산 (완충용액 A) 속의 에탄올 6% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물과 1:3로 희석시킨, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 35g/L로딩에서 순도 98.5%를 갖는 75.0% 수율로 정제된 글라진을 용출시켰다.
실시예 6e:
RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 250mM 아세트산 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물로 1:5로 희석시킨, 트립신처리 완료물에 대한 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 정제된 글라진을 <10 g/L로딩에서 순도 94.5%를 갖는 75% 수율로 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 20mM 과염소산 pH 3.0(완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 10% 아세토니트릴을 함유하도록 희석된, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 순도 96.2%를 갖는 37.4% 수율로 정제된 글라진 및 0.28% 당화 불순물을 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 10mM 시트르산 (완충용액 A) 속의 에탄올 6% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물과 1:3로 희석시킨, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 35g/L로딩에서 순도 97.0%를 갖는 70.0% 수율로 정제된 글라진을 용출시켰다.
실시예 6f:
RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 250mM 아세트산 (완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물로 1:5로 희석시킨, 트립신처리 완료물에 대한 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 정제된 글라진을 <10 g/L로딩에서 순도 94.5%를 갖는 75% 수율로 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 100mM 보론산 pH 8.5(완충용액 A) 속의 아세토니트릴 10% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 10% 아세토니트릴을 함유하도록 희석된, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 순도 98.3%를 갖는 79.4% 수율로 정제된 글라진 및 0.11% 당화 불순물을 용출시켰다. RP-HPLC 수지 (C8 Daisogel 120Å pore, 10㎛ 입자사이즈) 로 포장한 칼럼을 10mM 시트르산 (완충용액 A) 속의 에탄올 6% (완충용액 B)로 평형상태로 만들었다. 물과 1:3로 희석시킨, 전 단계로부터 RP 용출액 로딩을 수행하였다. 완충용액 B의 선형 기울기를 이용해서 35g/L로딩에서 순도 98.8%를 갖는 75.0% 수율로 정제된 글라진을 용출시켰다.
실시예 7:
최종 침전( FINAL PRECIPITATION ):
다양한 역상 크로마토그래피 단계를 통해 정제된 글라진을 시트르산 완충용액와 ZnCl2 용액을 첨가하고, pH를 조정해서 침전시켰다. (상기 시트르산 완충용액은 다음을 포함하고 있다: 15.4 g/L 시트르산 (무수), 90 g/L 오르쏘인산 이나트륨 (무수) 완충용액, pH 6.3. + 0.1로 조정, o-오르쏘인산 함유). 침전은 pH 4.0~10.0, 바람직하게는 6.0~8.0 범위에서 수행되었다. 생성물의 농도는 바람직하게는 2-20g/L이었다. 침전 후에, 정착된 침전물을 해하지 않고 상층액을 원심분리나 경사분리해서, 생성물을 맑은 상층액에서 분리시켰다. 그렇게 얻어진 침전물을 찬물로 세척해서 존재하고 있는 비결합 이온을 제거하였다.
전체 프로세스의 수율은 85 - 90%이었으며, 생성물 순도는 약 99%이었다.
실시예 8:
최종 현탁액을 정착 후에 경사분리하였고, 무균 상태로 동결건조기 트레이에 옮겼다. 슬러리가 동결되고, 감압 동결건조되어, 건조분말 인슐린 글라진이 얻어졌는데, 이는 저장 가능하고, 이후 제형화 가능하다.
실시예 9:
당화 불순물 분리 및 특성화( ISOLATION AND CHARACTERIZATION OF THE GLYCOSYLATED IMPURITIES ):
인하우스 활성 약학적 성분으로부터 글라진 당화 형의 분리( ISOLATION OF GLYCOFORMS OF GLARGINE FROM IN - HOUSE ACTIVE PHARMACEUTICAL INGREDIENT ):
실시예 9a:
불순물의 당화 형을 특성화하기 위해, mGIG (단당화 인슐린 글라진; monoglycosylated insulin glargine) 및 tGIG (삼당화 인슐린 글라진; triglycosylated insulin glargine)을 준-예비 역상 크로마토그래피에 의해 분리시켰다. 공정 불순물에 대한 동정을 Prochrome C18 (250x 8.0mm) 칼럼을 이용한 Agilent 1100 크로마토그래피 시스템(CA, USA) 상에서 수행하였다. 이동상 용매들은 0.1% TFA (A) 및 아세토니트릴 내 0.1% TFA (B)이었다. 글라진 불순물을 선형 기울기 프로그램을 이용해서 용출시켰다: 1.5mLmin-1의 일정한 유속으로 0 min 25%B; 0-10 min 27%B; 10-15min 29%B; 15-21min 30%B; 21-27min 33%B 및 27-35min 25%B. 주입 부피를 20㎕로 유지시키고, 칼럼 온도를 40°C로 유지하였다. 용출액을 214nm에서 모니터하였다. 당화 불순물들에 대한 상기 크로마토그래피의 피크들을 Agilent 1100 시리즈 LCMSD SL 이온 트랩 질량 분석기(Agilent Technologies, USA)를 이용해서 온라인으로 분석하였다. 상기 질량 분석기는 ESI 모드에서 작동되었다. 분무가스는 60psi, 건조가스는 12.0 L min-1, 건조온도는 350°C로 유지시켰다. 양이온 전자분사 질량 스펙트럼을 MS 모드에서, 질량 범위 600-2200 m/z에서 기록하였다.
mGIG 및 tGIG에 해당하는 피크들을 수동으로 수집하였다. mGIG (1.0 %) 및 tGIG (0.3 %)가 제형에서 미미한 수준으로 관찰되기 때문에, 본 발명의 글라진 활성 약학 성분 (API)이 공정 불순물 정제를 위해 100mg mL-1 농도로 사용되었다.
최종 정제 생성물의 특성화( CHARACTERIZATION OF THE FINAL PURIFIED PRODUCT ):
실시예 9b:
최종 생성물의 RP - HPLC 및 SEC - HPLC 프로파일( RP - HPLC and SEC - HPLC PROFILES OF THE FINAL PRODUCT ):
최종 단백질 생성물에 대해 얻어진 RP-HPLC 프로파일과 SEC-HPLC 프로파일을 도 5 및 도 6에 나타내었다.
실시예 9c:
글라진, 단당화 인슐린 글라진(mGIG) 및 삼당화 인슐린 글라진(tGIG)에 대한 전자분사 이온화 질량 스펙트럼이 도 7, 도 8 및 도 9에 각각 나타나 있다.
Figure pct00002
한 개의 단당체를 글라진에 도입함으로써 극성 증가로 인해 유보 시간을 줄이고, 162 단위체의 질량 단위를 증가시킨다; 유사하게 세 개의 단당체를 도입함으로써 극성을 더욱 증가시키고, 486 단위체의 질량을 증가시킨다. 당화 형의 분자량이 ESI-MS에서 복수 부여된 피크들을 푸는 것에 의해 얻어졌다.
:전자분사 및 매트릭스 공조 레이저 탈착 이온화 기술에 의해 관찰된 분자량 비교.
분자량
ESI MALDI
인슐린 글라진 6063.2 6063.4
mGIG 6225.7 6225.6
tGIG 6549.4 6549.8
mGIG 및 tGIG MALDI 질량 스펙트럼에서 각각 분자량 6225.6 및 6549.8 을 나타냈다. mGIG 및 tGIG 에 대해 관찰된 분자량은 ESI-MS로 관찰한 데이터와 일치한다. IG, mGIG 및 tGIG 간의 분자량 차이는 글리칸들이 글라진에 공유결합될 것을 제시하면서 162 질량 단위체의 복수배를 보여주었다.
도 8은 단당화 인슐린 글라진 (mGIG)의 매트릭스 공조 레이저 탈착 이온화 질량 스펙트럼
당화가 일어나는 사슬을 동정하기 위한 환원 및 알킬화 실험을 실시하였다. 이 방법은 글라진을 표준물질로 사용하여 표준화하였다. 글라진 1.1mg 을 pH 9.0으로 유지시킨, 8M 구아니딘 HCl, 0.1M TRIS, 1mM EDTA 완충용액 500㎕에 녹였다. 여기에 1M 디티오트레이톨 (DTT) 10㎕을 첨가하였다. 내용물을 혼합하고, 37°C에서 2 시간 동안 인큐베이팅시켰다. 상기 인큐베이팅한 시료들을 실온으로 옮기고, 요오드화 아세트아미드 10㎕를 첨가했다. 상기 시료들을 알루미늄 호일로 덮어서, 빛을 차단하고, 37°C에서 2 시간 동안 인큐베이팅시키고, LCMS로 분석하였다. 유사한 방법으로, mGIG 및 tGIG 를 당화를 동정하기 위해 환원시키고, 알킬화시켰다.
표 7. 당화 발생 사슬 동정 위한 당화 글라진 환원 및 알킬화
Intact( 무손상 ) RT * ( Min ) Intact Mass
(m/z) 		사슬 A 사슬 B
유보시간* ( Min ) Mass
(m/z) 		유보시간 ( Min ) Mass
(m/z)

글라진
27.5
6063
5.5
2555
20.5
3857
단당화 글라진
23.4
6225
5.2
2718
21.3
3857
삼당화 글라진
22.2
6549
5.2
2718
20.1
4180
실시예 9d:
펩티드 매핑 ( PEPTIDE MAPPING ):
당화 형 글라진들을 효소 소화 단계로 옮겨서, 당화가 일어나는 아미노산 위치를 식별하도록 하였다. 본래의 글라진 0.65mg 를 1M TRIS 200㎕(pH =9.0)에 녹였다. 여기에 신선하게 제조한 V 8 프로테아제 (Glu-C) 1mg mL-1 의 50㎕를 첨가하고, 37°C 에서 2시간 동안 인큐베이팅시켰다. IG, mGIG 및 tGIG 의 트립신 소화물이 C18 250x 4.6mm, 5μ, 300° (Waters; symmetry) 위에 0.8mL min-1 유속으로 분리되었다. 칼럼 온도는 40℃로 유지되었다. 이어지는 기울기는 0-60min, 5-80%B, 60-65min, 80-5%B 이용되었다. 용매 A=0.1% 수성 TFA 및 용매 B = 아세토니트릴. 시료 20㎕를 주입하였고, 용출한 피크들을 220nm에서 모니터하였다. GLU-C 조각 분석을 위해 Agilent 1100 LCMS 를 이용해서 시료들을 온라인 분석했다. 비교 연구를 IG, mGIG 및 tGIG 에 대해 실시해서, 유보시간 및 분자량 차이를 찾아냈다.
당화 글라진의 intact(무손상), 조각 유보시간 및 분자량 비교:
유보시간 분자량

Intact(무손상)		 글라진 27.9 6063
mGIG 26.8 6225
tGIG 26.5 6549

A1-A4		 글라진 10.3 417
mGIG 11.3 417
tGIG 12.3 417

B22-B32		 글라진 17.4 1428
mGIG 17.5 1428
tGIG 16.9 1752

B14-B21
A18-A21		 글라진 20.3 1320
mGIG 20.3 1320
tGIG 20.3 1320

B1-B13
A5-A17		 글라진 23.2 2970
mGIG 22.5 3132
tGIG 22.6 3132
본 발명의 요약: 본 발명은 성숙한 인슐린 글라진의 면역학적 그리고 생물학적 활성을 보여주는 폴리펩티드를 암호화하는 재조합 단백질을 생산하고 정제하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 정제된 단백질은 성숙한 인슐린 글라진과 비슷한 생리학적, 면역학적 그리고 생화학적 특성을 모두 갖는 것으로 발견된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 측면은 최종 생성물에 수득된 글라진의 당화 불순물을 특성화하는 것이다.
본 발명의 마지막 그리고 가장 중요한 목적은 상기 인슐린 글라진 단백질을 순수한 형태로 수득하는 것이다. 본 발명은 따라서 인슐린 글라진에 대한 간단한 대규모 생산과 이어지는 정제가 가능하다.
이에 따라 본 발명의 목적은 인슐린 글라진을 순수한 형태로 제조하기 위한 개선된 방법으로 이루어진다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 인슐린 글라진을 생산하는 재조합 기술은 다음을 포함한다:
(a) 인슐린 글라진 활성을 갖는 단백질을 생산하기 위해서, 숙주 미생물을 인도할 수 있는 DNA 서열을 준비하는 단계;
(b) 숙주 미생물 내로 전달 가능하고 복제 가능한 벡터 내로 상기 DNA 서열을 클로닝하는 단계, 상기 벡터는 상기 DNA 서열에 대한 작동인자를 가지고 있다;
(c) 상기 DNA 서열 및 작동인자를 포함하는 벡터를 상기 인슐린 글라진 단백질 발현 가능한 숙주 미생물 속으로 전달하는 단계;
(d) 상기 벡터의 증폭과 단백질 발현에 적절한 조건 하에서 상기 미생물을 배양하는 단계;
(e) 상기 단백질을 채취하는 단계.
본 발명의 제2 측면에 의하면, 관심 유전자를 운반하는 재조합 벡터를 구축하기 위한 방법에 특징이 있는데, 적절한 발현 벡터에 신호 펩티드를 가진 프레임에서 인슐린 글라진 전구체 유전자를 클로닝하는 단계, 숙주세포를 상기 재조합 관심 유전자를 함유한 상기 벡터로 형질전환시키는 단계, 멀티카피 인테그란트(integrant)를 스크리닝하는 단계, 상기 재조합 클론들을 게놈 내 성공적인 인슐린 글라진 전구체 통합에 의해(integration) 선별하는 단계를 포함하고 있다.
본 발명의 제3 측면은 원하는 관심 단백질의 발현 수준을 관찰하기 위해서 HPLC 분석 용으로 인슐린 글라진 전구체를 소규모로 발현시키는 것에 관한 것이다.
본 발명의 제4 측면은 발효 프로세스에 관한 것으로, 재조합 세포들을 생장 배지에서 배양하는 단계를 포함하고, 상기 세포들은 원하는 단백질, 본 발명의 경우에는 인슐린 글라진,을 암호화하는 DNA를 함유하는 발현 벡터로 형질전환시킨 미생물 또는 세포 배양이다.
본 발명의 제5 측면은 발효 후 생산된 인슐린 글라진 생성물을 결정화하는 것이다.
본 발명의 제6 측면은 트립신처리 프로세스에 관한 것이다. 글라진은 효소 변환을 통해 글라진 전구체로부터 준비 가능하다. 상기 변환은 식물, 동물 또는 세균 유래의 트립신 또는 트립신 유사 효소의 존재에 의해 영향을 받는다.
본 발명의 중요한 측면은 천연 인슐린 글라진 단백질의 것과 유사한 생물학적 활성을 지닌 분리된 단백질을 정제하는 데 유용한 프로세스 및 공정에 관한 것이다; 그리고 보다 특이하게는, 활성 펩티드 물질을 상기 활성을 갖지 않고 불순물로 간주될 수도 있는 다른 물질들에서 분리하기 위해 RP-HPLC 또는 기타 크로마토그래피 기술을 활용하는 프로세스에 관한 것이다.
본 발명의 가장 바람직한 측면은 인슐린 아날로그, 더욱 상세하게는 인슐린 글라진의 다양한 당화 형을, 전자분사 및 매트릭스 공조 레이저질량 탈착 이온화법 등의 질량 분석기법과 결합된 화학적 방법들을 통해서 동정하는 것에 관련된다. 본 발명에서는 최종 생성물에 존재하는 불순물의 성질을 더욱 잘 이해하는 속성을 지닌 최적화된 다운스트림 정제법을 통해서, 상술한 불순물들로부터의 생성물을 선택적으로 정제할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 부가적인 목적과 이점들은 본 상세한 설명에서 부분적으로 보여질 것이고, 부분적으로는 본 상세한 설명으로부터 명백해질 것이거나, 본 발명의 실시로부터 교시될 수도 있다. 상기 목적과 이점들은 첨부된 청구범위들에서 특별히 지적한 수단들과 조합에 의해서 구현되거나 특징될 수도 있다. 본 발명은 생물학적 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 방법에 관한 것이다.
여기에 삽입되어 있고, 본 출원의 일부를 구성하는 첨부된 도면들에는 본 발명에 유용한 다양한 특성들이, 본 상세한 설명과 함께 표현되어 있으며, 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 하고 있다.
<110> Biocon Ltd <120> A method of obtaining a purified, biologically active heterologous Protein <150> PCT/IN00420/CHE/2008 <151> 2008-02-19 <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 53 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Codon optimised glargine precursor sequence <400> 1 Phe Val Asn Gln His Leu Cys Gly Ser His Leu Val Glu Ala Leu Tyr 1 5 10 15 Leu Val Cys Gly Glu Arg Gly Phe Phe Tyr Thr Pro Lys Thr Arg Arg 20 25 30 Gly Ile Val Glu Gln Cys Cys Thr Ser Ile Cys Ser Leu Tyr Gln Leu 35 40 45 Glu Asn Tyr Cys Gly 50 <210> 2 <211> 57 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Codon optimised Glargine Precursor sequence <400> 2 Gly Ala Val Arg Phe Val Asn Gln His Leu Cys Gly Ser His Leu Val 1 5 10 15 Glu Ala Leu Tyr Leu Val Cys Gly Glu Arg Gly Phe Phe Tyr Thr Pro 20 25 30 Lys Thr Arg Arg Gly Ile Val Glu Gln Cys Cys Thr Ser Ile Cys Ser 35 40 45 Leu Tyr Gln Leu Glu Asn Tyr Cys Gly 50 55

Claims (29)

  1. 효모 발현 체계에서 재조합 발현된, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 방법으로,
    여기서 상기 단백질 생성물에는 당화 부생성물이 없거나 최소한 존재하여 적어도 순도 96%를 지닌 단백질을 생산하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 하기 식 I로 표현되는 상기 이형 단백질은 DNA에 의해 암호화되는, 방법,
    X - B - Y - A
    여기서,
    X는 적어도 1개의 아미노산을 포함하는 선도 펩티드 서열이고,
    B는 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 B 사슬의 아미노산 서열이고,
    Y는 적어도 2개의 아미노산을 포함하는 링커 펩티드이고,
    A는 상기 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 A 사슬의 아미노산 서열이고, 상기 A 및 B 사슬은 아미노산 치환, 결실 및/또는 첨가에 의해 변형 가능하다.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 링커 펩티드는 첫번째 2 개의 아미노산이 "RR"로 표현되는 적어도 2 개의 아미노산을 포함하는 서열인, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단백질은 서열번호 1 또는 서열번호 2로 정의되는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 효모 발현 체계의 숙주세포는 피키아 속(Pichia sp.)으로부터 선별되는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 효모 발현 체계의 숙주세포는 피키아 파스토리스(Pichia pastoris), 피키아 메타놀리카(Pichia methanolica), 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae), 분열 사카로마이세스 폼베(Schisaosaccharomyces pombe), 야로비아 리필리티카(Yarrovia lipilitica), 한스눌라 폴리모르파(Hansenula polymorpha), 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis) 를 포함하는 그룹으로부터 선별되는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 단백질의 당화 형태는 단당화, 삼당화 또는 다당화 중에서 하나인, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 정제된 단백질은 당화 불순물을 1% 미만 포함하는, 방법.
  9. 숙주세포에서 재조합 발현된, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 수득하는 공정으로, 상기 공정은:
    a) 상기 단백질 발현에 적합한 조건 하에서 상기 이형 단백질을 암호화하고, 식 X-B-Y-A 로 정의되는 DNA 서열을 포함하는 벡터에 의해 형질전환된 숙주세포를 배양하는 단계, 여기서
    X는 적어도 1개의 아미노산을 포함하는 선도 펩티드 서열이고,
    B는 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 B 사슬의 아미노산 서열이고,
    Y는 적어도 2개의 아미노산을 포함하는 링커 펩티드이고,
    A는 상기 인슐린 분자, 그 유도체 또는 아날로그의 A 사슬의 아미노산 서열이고, 상기 A 및 B 사슬은 아미노산 치환, 결실 및/또는 첨가에 의해 변형 가능하다;
    b) 상기 단백질을 숙주세포에서 분리시켜, 회수된 단백질 제형을 생산하는 것을 포함하는, 상기 발현된 단백질을 회수하는 단계;
    c) 상기 (b) 단계에서 회수된 단백질을 결정화 단계로 옮기는 단계;
    d) 트립신 또는 트립신 유사 효소 존재 하에서 효소 변환 단계를 수행하는 단계;
    e) 상기 단백질 혼합물을 크로마토그래피 매트릭스와 접촉시키는 것을 포함하는, 적어도 하나의 관련 불순물을 함유하는 상기 단백질을 정제하는 단계, 여기서 정제는 유기산 완충용액을 함유한 액상에서 극성 유기 완충용액 용매를 이용해서 수행됨; 및
    f) 상기에서 용출된 단백질을 침전시키는 단계; 를 포함하는, 공정.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 링커 펩티드는 첫번째 2 개의 아미노산이 "RR"로 표현되는 적어도 2 개의 아미노산을 포함하는 서열인, 공정.
  11. 제 9 항에 있어서, 서열번호 1 또는 2로 정의되는 유전자가 신호 펩티드를 가진 프레임에서 클로닝되는, 공정.
  12. 제 11 항에 있어서, 서열번호 1 또는 서열번호 2로 정의되는 유전자가 mat-α-신호 펩티드를 가진 프레임에서 클로닝되는, 공정.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 숙주세포는 피키아 속(Pichia sp .)으로부터 선별되는, 공정.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 숙주세포는 피키아 파스토리스(Pichia pastoris), 피키아 메타놀리카(Pichia methanolica), 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae), 분열 사카로마이세스 폼베(Schisaosaccharomyces pombe), 야로비아 리필리티카(Yarrovia lipilitica), 한스눌라 폴리모르파(Hansenula polymorpha), 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis) 를 포함하는 그룹으로부터 선별되는, 공정.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 숙주세포는 피키아 파스토리스(Pichia pastoris)인, 공정.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 숙주 균주는 GS115인, 공정.
  17. 제 9 항의 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 생산하는 공정으로,
    a) 상기 단백질 발현을 유도하는 발현 벡터를 지니고 있는 형질전환체 효모 균주를 수용성 발효 배지에 접종하는 단계; 및
    b) 상기 단백질 발현에 효과적인 조건 하에서 상기 형질전환 균주를 배양하는 단계를 포함하는, 공정.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 발현된 단백질은 이온 교환 크로마토그래피를 이용하여 발효로부터 포획되는, 공정.
  19. 제 9 항의 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 생산하는 공정으로, 상기 공정은 염화아연 및 페놀을 첨가하여 상기 단백질을 결정화하는 단계를 포함하는, 공정.
  20. 제 9 항의 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 생산하는 공정으로, 상기 공정은 물과 혼화성 있는 유기용매에서 트립신 존재로 영향을 받는 효소 변환 단계를 포함하는, 공정.
  21. 제 9 항에 있어서, 상기 물과 혼화성 있는 유기용매는 DMSO, DMF, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 에틸 아세테이트 또는 그들의 혼합물로부터 선택되는, 공정.
  22. 제 9 항의 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질을 생산하는 공정으로, 상기 공정은 상기 단백질 혼합물을 크로마토그래피 수지 매트릭스와 접촉함으로써, 적어도 하나의 관련 불순물을 함유하는 상기 단백질 혼합물에 대한 RP-HPLC 정제 단계를 포함하고, 상기 정제는 유기산 완충용액을 함유한 수용액 상에서 극성 유기 완충용액 용매를 이용하여 수행되는, 공정.
  23. 제 9 항에 있어서, 상기 극성 완충용액 용매는 아세토니트릴인, 공정.
  24. 제 19 항에 있어서, 상기 유기산 완충용액은 시트르산, 아세트산, 붕산, 포름산, 염화수소산 및 인산을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 공정.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따라 수득된, 97-100% 범위의 순도를 지닌, 생물 활성을 지닌 정제된 이형 단백질 생성물.
  26. 적어도 96% 순도를 지닌, 정제된 인슐린 글라진.
  27. 1% 미만의 당화 불순물을 함유하는, 정제된 인슐린 글라진.
  28. 당화 불순물이 없는, 정제된 인슐린 글라진.
  29. 단백질의 당화 형이 단당화, 삼당화 또는 다당화인 정제된 인슐린 글라진.

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