NO309531B1 - Process for the preparation of huBMP-1, its cDNA encoding it, and vector and microorganism for expression - Google Patents

Process for the preparation of huBMP-1, its cDNA encoding it, and vector and microorganism for expression Download PDF

Info

Publication number
NO309531B1
NO309531B1 NO880701A NO880701A NO309531B1 NO 309531 B1 NO309531 B1 NO 309531B1 NO 880701 A NO880701 A NO 880701A NO 880701 A NO880701 A NO 880701A NO 309531 B1 NO309531 B1 NO 309531B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
bone
sequence
protein
hubmp
sequences
Prior art date
Application number
NO880701A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO880701L (en
NO880701D0 (en
Inventor
Elizabeth A Wang
John M Wozney
Vicki A Rosen
Original Assignee
Genetics Inst
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US07/031,346 external-priority patent/US4877864A/en
Priority claimed from PCT/US1987/001537 external-priority patent/WO1988000205A1/en
Application filed by Genetics Inst filed Critical Genetics Inst
Publication of NO880701L publication Critical patent/NO880701L/en
Publication of NO880701D0 publication Critical patent/NO880701D0/en
Priority to NO963789A priority Critical patent/NO310030B1/en
Priority to NO963788A priority patent/NO310029B1/en
Publication of NO309531B1 publication Critical patent/NO309531B1/en

Links

Abstract

Humane og bovine beninduserende faktor-produkter og fremgangsmåter er tilveiebragt. Faktorene kan frem-stilles ved rekombinante teknikker og er nyttige ved forskning og behandling av ben- og tannrothinne-defekter.Human and bovine bone inducing factor products and methods are provided. The factors can be produced by recombinant techniques and are useful in researching and treating bone and dental root defects.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av et nytt protein. Proteinet har mulighet for indusering av brusk- og bendannelse. The present invention relates to a method for producing a new protein. The protein has the possibility of inducing cartilage and bone formation.

Ben er et høyt spesialisert vev karakterisert ved omfattende matriks-struktur som dannes av fibrøse bunter av proteinet kollagen, og proteoglykaner, ikke-kollagenholdige proteiner, lipider og sure proteiner. Fremgangsmåtene for bendannelse og fornyings/preparering av benvev, som skjer kontinuerlig gjennom livet, utføres av spesialiserte celler. Normal dannelse av langskaft-skjelettdelene hos fostere går forut for dannelsen av en bruskmodell. Benvekst utføres antagelig av "osteoblaster" (ben-dannende celler), mens ommodellering av ben utføres antageligvis av ben-resorberende celler, som kalles "osteoklaster" og osteoblaster. Forskjellige knokkeldannende, brusk-induserende og ben-induserende faktorer er blitt beskrevet. Se f.eks. Europa patentsøknad 148,155 og 159,016 angående diskusjoner derav. Bone is a highly specialized tissue characterized by an extensive matrix structure formed by fibrous bundles of the protein collagen, and proteoglycans, non-collagenous proteins, lipids and acidic proteins. The processes of bone formation and renewal/preparation of bone tissue, which occur continuously throughout life, are carried out by specialized cells. Normal formation of the long shaft skeletal parts in fetuses precedes the formation of a cartilage model. Bone growth is presumably carried out by "osteoblasts" (bone-forming cells), while bone remodeling is presumably carried out by bone-resorbing cells, called "osteoclasts" and osteoblasts. Various bone-forming, cartilage-inducing and bone-inducing factors have been described. See e.g. European Patent Application 148,155 and 159,016 regarding discussions thereof.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for fremstilling av et nytt protein i renset form. Det nye proteinet betegnes huBMP-1, hvori huBMP-1 er ben-morfogent protein. Proteinet er karakterisert ved peptidsekvenser som er de samme som eller i vesentlig grad homologe til aminosyresekvensene illustrert i tabellene II til og med IV nedenfor. De har mulighet for indusering av bendannelse ved et forutbestemt sted. Disse ben-induserende faktorene omfatter videre biokjemiske og biologiske egenskaper som innbefatter en aktivitet ved en konsentrasjon på 10 til lOOOng/gram ben i en in vivo rotte-bendannende analyse som er beskrevet nedenfor. Proteinene i denne oppfinnelsen kan bli kodet av DNA-sekvensene beskrevet i tabellene eller av sekvenser som har mulighet for å hybridisere dertil og som koder for polypeptider ved benvekstfaktor biologiske egenskaper eller andre modifiserte sekvenser som demonstrerer slike egenskaper. The present invention provides a method for producing a new protein in purified form. The new protein is called huBMP-1, where huBMP-1 is bone morphogenic protein. The protein is characterized by peptide sequences which are the same as or substantially homologous to the amino acid sequences illustrated in Tables II to IV below. They have the possibility of inducing bone formation at a predetermined location. These bone-inducing factors further comprise biochemical and biological properties that include an activity at a concentration of 10 to 1000 ng/gram of bone in an in vivo rat bone-forming assay described below. The proteins in this invention can be encoded by the DNA sequences described in the tables or by sequences that have the possibility of hybridizing thereto and that encode polypeptides with bone growth factor biological properties or other modified sequences that demonstrate such properties.

Proteinet i denne oppfinnelsen er betegnet huBMP-1. En del av det humane huBMP-1 eller huBMP-1 er karakterisert av den samme eller i vesentlig grad den samme peptidsekvensen som aminosyre #1 til og med #37 i tabell III, nedenfor som står for et genomisk huBMP-1 fragment eller aminosyre #1 til og med aminosyre #730 i tabell IV som står for huBMP-1 cDNA. huBMP-1 eller en beslektet ben-induserende faktor kan videre bli karakterisert ved i hvert fall en del av disse sekvensene. Disse peptidsekvensene er kodet av den samme eller vesentlig den samme DNA-sekvensen, som fremstilt i nukleotid #3440 til og med nukleotid #3550 i tabell III og i nukleotid #36 til og med nukleotid #2225 i tabell IV, respektivt. Disse huBMP-1 polypeptidene er videre karakterisert ved at de kan indusere bendannelse. huBMP-1 demonstrerer aktivitet i en in vivo rotte bendannelse-analyse ved en konsentrasjon på 10 til 1000 ng/gram ben. The protein in this invention is designated huBMP-1. A portion of the human huBMP-1 or huBMP-1 is characterized by the same or substantially the same peptide sequence as amino acids #1 through #37 in Table III, below which stand for a genomic huBMP-1 fragment or amino acid # 1 through amino acid #730 in Table IV which stands for huBMP-1 cDNA. huBMP-1 or a related bone-inducing factor can further be characterized by at least part of these sequences. These peptide sequences are encoded by the same or substantially the same DNA sequence as set forth in nucleotide #3440 through nucleotide #3550 in Table III and in nucleotide #36 through nucleotide #2225 in Table IV, respectively. These huBMP-1 polypeptides are further characterized in that they can induce bone formation. huBMP-1 demonstrates activity in an in vivo rat bone formation assay at a concentration of 10 to 1000 ng/gram of bone.

Den homologe bovine vekstfaktor betegnes bBMP-1, og er kjennetegnet ved en peptidsekvens som inneholder den samme eller vesentlig den samme sekvensen som den til aminosyre #1 til og med aminosyre #37 i tabell II som står for et genomisk bBMP-1 fragment. Denne peptidsekvensen blir kodet fra den samme eller vesentlig den samme DNA-sekvensen som fremstilt i nukleotid #294 til og med nukleotid #404 i tabell II. Den bovine peptidsekvensen identifisert i tabell II nedenfor har også en lengde på 37 aminosyrer. bBMP-1 er videre karakterisert ved at det kan indusere bendannelse. The homologous bovine growth factor is designated bBMP-1, and is characterized by a peptide sequence that contains the same or substantially the same sequence as that of amino acid #1 through amino acid #37 in Table II which stands for a genomic bBMP-1 fragment. This peptide sequence is encoded from the same or substantially the same DNA sequence as provided in nucleotide #294 through nucleotide #404 of Table II. The bovine peptide sequence identified in Table II below is also 37 amino acids in length. bBMP-1 is further characterized in that it can induce bone formation.

Et aspekt av foreliggende oppfinnelse er en DNA-sekvens som koder for et humant polypeptid som har muligeten for å indusere bendannelse. Slike sekvenser innbefatter nukleotidsekvensen i en 5' til 3' retning som er illustrert i tabell II til og med IV. Alternativt, så er en DNA-sekvens som hybridiserer under stringente betingelser med DNA-sekvensen i tabellene II - IV eller en DNA-sekvens som hybridiserer under ikke-stringente betingelser med de illustrerte DNA-sekvensene og som koder ved ekspresjon for et protein som har minst en ben-vekstfaktor biologisk egenskap innbefattet i denne oppfinnelsen. Alleliske eller andre variasjoner av sekvensene i tabellene II til og med IV, er også innbefattet i denne oppfinnelsen uansett om nukleotid-forandringene resulterer i forandringer i peptidsekvensen eller ikke. One aspect of the present invention is a DNA sequence encoding a human polypeptide that has the potential to induce bone formation. Such sequences include the nucleotide sequence in a 5' to 3' direction illustrated in Tables II through IV. Alternatively, a DNA sequence that hybridizes under stringent conditions with the DNA sequence in Tables II - IV or a DNA sequence that hybridizes under non-stringent conditions with the illustrated DNA sequences and which, upon expression, encodes a protein having at least one bone growth factor biological property included in this invention. Allelic or other variations of the sequences in Tables II through IV are also included in this invention regardless of whether the nucleotide changes result in changes in the peptide sequence or not.

Et annet aspekt av denne oppfinnelsen er en vektor som inneholder en DNA-sekvens som beskrevet ovenfor i operativ assosiasjon med en ekspresjonskontroll-sekvens. En slik vektor kan bli benyttet i en ny fremgangsmåte for fremstilling av et benvekstfaktor-polypeptid hvori en cellelinje som er transformert med en DNA-sekvens som koder for ekspresjon av et benvekstfaktor-polypeptid i operativ assosiasjon med en ekspresjonskontrollsekvens derfør, blir dyrket. Denne fremgangsmåten kan benytte et stort antall kjente celler som vertsceller for ekspresjon av polypeptidet. Cellelinjer som nå er å foretrekke innbefatter pattedyr-cellelinjer og bakterielle celler. Another aspect of this invention is a vector containing a DNA sequence as described above in operative association with an expression control sequence. Such a vector can be used in a new method for the production of a bone growth factor polypeptide in which a cell line transformed with a DNA sequence encoding expression of a bone growth factor polypeptide in operative association with an expression control sequence is then cultured. This method can use a large number of known cells as host cells for expression of the polypeptide. Currently preferred cell lines include mammalian cell lines and bacterial cells.

Andre aspekter og fordeler ved denne oppfinnelsen vil stå klart frem ved betraktning av følgende detaljerte beskriv-else. Other aspects and advantages of this invention will become clear upon consideration of the following detailed description.

Proteinet i denne oppfinnelsen er kjennetegnet ved aminosyresekvensen eller delene derav som er de samme som eller vesentlig homologe til sekvensene vist i tabellene II - IV nedenfor. Dette proteinet er også kjennetegnet ved deres mulighet til å indusere bendannelse. The protein in this invention is characterized by the amino acid sequence or parts thereof which are the same as or substantially homologous to the sequences shown in Tables II - IV below. This protein is also characterized by its ability to induce bone formation.

Benvekst-faktoren som tilveiebringes heri innbefatter også faktorer som koder fra sekvensene som ligner sekvensene i The bone growth factor provided herein also includes factors encoding from the sequences similar to the sequences of

tabellene II - IV, men hvorpå modifikasjoner er naturlig innbefattet (f.eks. alleliske variasjoner i nukleotidsekvens som kan resultere i aminosyre-forandringer i polypeptidet) eller som er med vilje konstruert. For eksempel, syntetiske polypeptider kan helt eller delvis duplikere kontinuerlige sekvenser av aminosyreresidiene i tabellene II - IV. Disse sekvensene kan i kraft av å dele primære, sekundære eller tertiære strukturelle og konformasjons-karaktertrekk med benvekstfaktor polypeptider i tabellene II - IV kan derfor inneholde felles benvekstfaktor biologiske egenskaper. De kan derfor bli benyttet som biologisk aktive substituenter for naturlig forekommende benvekstfaktor-polypeptider i terapeutiske fremgangsmåter. Tables II - IV, but on which modifications are naturally included (eg allelic variations in nucleotide sequence which can result in amino acid changes in the polypeptide) or which are intentionally engineered. For example, synthetic polypeptides may fully or partially duplicate contiguous sequences of the amino acid residues in Tables II - IV. These sequences may, by virtue of sharing primary, secondary or tertiary structural and conformational features with bone growth factor polypeptides in tables II - IV, therefore contain common bone growth factor biological properties. They can therefore be used as biologically active substitutes for naturally occurring bone growth factor polypeptides in therapeutic methods.

Andre spesifikke mutasjoner i sekvensene til benvekstfaktoren beskrevet heri innbefatter modifikasjoner av en eller begge av glykosyleringssetene. Ingen glykosylering eller bare delvis glykosylering resulterer fra aminosyresubstitusjon ved en eller begge asparagin-bundet glykosyleringsgjenkjennings-seter som er tilstede i sekvensen til benvekstfaktoren vist i tabellene II - IV. Asparagin-bundet glykosylerings-gjenkjenningssetene innbefatter tripeptid-sekvensene som blir spesifikt gjenkjent av hensiktsmessige cellulære glykosyler-ingsenzymer. Disse tripeptidsekvensene innbefatter enten asparagin-X-threonin eller asparagin-X-serin, hvor X vanligvis er en hvilken som helst aminosyre. Forskjellige aminosyresubstitusjoner eller delesjoner ved en eller begge av den første eller tredje aminosyreposisjonene til et glykosylerings-gjenkjenningssete (og/eller aminsyredelesjon ved den andre posisjonen) resulterer i ikke-glykosylering ved den modifiserte tripeptid-sekvensen. Other specific mutations in the bone growth factor sequences described herein include modifications of one or both of the glycosylation sites. No glycosylation or only partial glycosylation results from amino acid substitution at one or both of the asparagine-linked glycosylation recognition sites present in the sequence of the bone growth factor shown in Tables II-IV. The asparagine-linked glycosylation recognition sites include the tripeptide sequences that are specifically recognized by appropriate cellular glycosylation enzymes. These tripeptide sequences include either asparagine-X-threonine or asparagine-X-serine, where X is usually any amino acid. Different amino acid substitutions or deletions at one or both of the first or third amino acid positions of a glycosylation recognition site (and/or amino acid deletion at the second position) result in non-glycosylation at the modified tripeptide sequence.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter også den nye DNA-sekvensen, som ikke har noen tilknytning til DNA-sekvenser som koder for andre proteinholdige materialer, og som koder ved ekspresjon for benvekstfaktorer. Denne DNA-sekvensen innbefatter de som er fremstilt i tabellene II - IV i en 5' til 3' retning og de sekvensene som hybridiserer under stringente hybridiserings-betingelser [se T. Maniatis et al, Molecular Cloning (A Laboratory Manual ), Cold Spring Harbor Laboratory (1982), sidene 387 til 389] til DNA-sekvensene i The present invention also includes the new DNA sequence, which has no connection to DNA sequences which code for other protein-containing materials, and which, when expressed, code for bone growth factors. This DNA sequence includes those prepared in Tables II - IV in a 5' to 3' direction and those sequences that hybridize under stringent hybridization conditions [see T. Maniatis et al, Molecular Cloning (A Laboratory Manual ), Cold Spring Harbor Laboratory (1982), pages 387 to 389] to the DNA sequences i

tabellene II - IV. tables II - IV.

DNA-sekvenser som hybridiserer til sekvensene i tabell II-IV under andre hybridiseringsbetingelser og som koder ved ekspresjon for benvekstfaktoren som har benvekstfaktor-biologiske egenskaper også koder for benvekstfaktorer i denne oppfinnelsen. For eksempel, en DNA-sekvens som deler områder med signifikant homologi, f.eks. glykosyleringsseter eller disulfid-bindingsseter, med sekvensen i tabellene II - IV og som koder for en benvekstfaktor som har en eller flere benvekstfaktor-biologiske egenskaper koder helt klart for et medlem av denne nye vekstfaktorfamilien, selv om ikke en slik DNA-sekvens ville hybridisere stringent til sekvensen i DNA sequences that hybridize to the sequences in Tables II-IV under other hybridization conditions and that encode, upon expression, the bone growth factor having bone growth factor biological properties also encode bone growth factors in this invention. For example, a DNA sequence that shares regions of significant homology, e.g. glycosylation sites or disulfide bond sites, with the sequence in Tables II - IV and encoding a bone growth factor having one or more bone growth factor biological properties clearly encodes a member of this new growth factor family, even though such a DNA sequence would not hybridize stringently to the sequence i

tabellene II - IV. tables II - IV.

DNA-sekvensen som koder for benvekstfaktor-polypeptidet som kodes av sekvensene i tabellene II - IV, men som har forskjellig kodon-sekvens på grunn av degenerasjon av den genetiske koden eller alleliske variasjoner (naturlig forekommende baseforandringer i arts-populasjonen som kan eller behøver ikke å resultere i aminosyreforandring) koder også for den nye vekstfaktoren beskrevet heri. Variasjoner i DNA-sekvensene i tabellene II - IV som skyldes punktmuta-sjoner eller som skyldes induserte modifikasjoner for å øke aktiviteten, halveringstiden eller fremstilling av polypeptidet som kodes fra denne DNA-sekvensen er også innbefattet i denne oppfinnelsen. The DNA sequence encoding the bone growth factor polypeptide encoded by the sequences in Tables II - IV, but having a different codon sequence due to degeneration of the genetic code or allelic variations (naturally occurring base changes in the species population that may or may not to result in amino acid change) also encodes the novel growth factor described herein. Variations in the DNA sequences in Tables II - IV which are due to point mutations or which are due to induced modifications to increase the activity, half-life or production of the polypeptide encoded from this DNA sequence are also included in this invention.

Foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte for fremstilling av huBMP-1, kjennetegnet ved at den innbefatter dyrking av en mikroorganisme transformert med en vektor inneholdende en DNA-sekvens som koder for huBMP-1 i et egnet kulturmedium, hvor nevnte DNA-sekvens innbefatter nukleotidsekvensen i tabell IV og isolering av huMBP-1 fra nevnte kulturmedium. The present invention comprises a method for the production of huBMP-1, characterized in that it includes cultivation of a microorganism transformed with a vector containing a DNA sequence that codes for huBMP-1 in a suitable culture medium, where said DNA sequence includes the nucleotide sequence in table IV and isolation of huMBP-1 from said culture medium.

Videre omfatter oppfinnelsen en cDNA-sekvens som koder for huBMP-1, kjennetegnet ved at cDNA-sekvensen har nukleotidse-kvensen som tidligere nevnt eller en sekvens som hybridiseres dertil under stringente betingelser og som ved ekspresjon koder for et protein som utviser de samme egenskapene som huBMP-1. Furthermore, the invention includes a cDNA sequence that codes for huBMP-1, characterized in that the cDNA sequence has the nucleotide sequence as previously mentioned or a sequence that hybridizes to it under stringent conditions and that, upon expression, codes for a protein that exhibits the same properties as huBMP-1.

Foreliggende oppfinnelse omfatter også en vektor, kjennetegnet ved at den inneholder og kan uttrykke en DNA-sekvens som koder for et humant benvekstinduserende protein huBMP-1, som har nukleotidsekvensen ifølge tabell IV, samt en mikroorganisme som er transformert med en vektor som koder for det nevnte protein, kjennetegnet ved at den kan uttrykke proteinet og at den selekteres fra gruppen bestående av en bakteriecelle og en gjærcelle. The present invention also includes a vector, characterized in that it contains and can express a DNA sequence that codes for a human bone growth-inducing protein huBMP-1, which has the nucleotide sequence according to table IV, as well as a microorganism that has been transformed with a vector that codes for it said protein, characterized in that it can express the protein and that it is selected from the group consisting of a bacterial cell and a yeast cell.

Egnede celler eller cellelinjer kan innbefatte pattedyrceller, såsom kinesisk hamster ovarie-celler (CHO). Seleksjon av egnede pattedyr-vertsceller og fremgangsmåter for transformasjon, oppdyrking, ampiifikasjon, screening og produktfremstilling og rensing er kjent innenfor fagområdet. Se, f.eks., Gething og Sambrook, Nature, 293:620-625 (1981), eller alternativt, Kaufman et al, Mol. Cell. Biol., 5(7):17-50-1759 (1985) eller Howley et al, U.S. Patent 4,419,446. En annen egnet pattedyr-cellelinje, som er beskrevet i de vedlagte eksemplene er ape COS-1 cellelinje. En annen nyttig pattedyr-cellelinje er CV-1 cellelinje. Suitable cells or cell lines may include mammalian cells, such as Chinese hamster ovary (CHO) cells. Selection of suitable mammalian host cells and methods for transformation, cultivation, amplification, screening and product manufacture and purification are known within the field. See, e.g., Gething and Sambrook, Nature, 293:620-625 (1981), or alternatively, Kaufman et al., Mol. Cell. Biol., 5(7):17-50-1759 (1985) or Howley et al, U.S. Patent 4,419,446. Another suitable mammalian cell line, which is described in the attached examples, is the monkey COS-1 cell line. Another useful mammalian cell line is the CV-1 cell line.

Bakterieceller er egnede verter. For eksempel, de forskjellige E. coli stammene (f.eks. HB101, MC1061) er velkjente vertsceller innenfor bioteknologi-området. Forskjellige B. subtilis, Pseudomonas-stammer, andre bakterier og lignende kan også bli benyttet i denne fremgangsmåten. Bacterial cells are suitable hosts. For example, the various E. coli strains (eg, HB101, MC1061) are well-known host cells in the biotechnology field. Various B. subtilis, Pseudomonas strains, other bacteria and the like can also be used in this method.

Mange gjærcellestammer som er kjent innenfor fagområdet er også tilgjengelige som vertsceller for ekspresjon av polypeptidene i denne oppfinnelsen. I tillegg, når det er ønskelig, kan insekts-celler bli benyttet som vertsceller i fremgangs-måtene i denne oppfinnelsen. Se f.eks. Miller et al, Genetic Engineering, 8:277-298 (Plenum Press 1986) og referanser som er beskrevet deri. Many yeast cell strains known in the art are also available as host cells for expression of the polypeptides of this invention. In addition, when desired, insect cells can be used as host cells in the methods of this invention. See e.g. Miller et al, Genetic Engineering, 8:277-298 (Plenum Press 1986) and references therein.

Vektoren som inneholder modifiserte sekvenser som beskrevet ovenfor er også innbefattet i denne oppfinnelsen og nyttige ved fremstilling av beninduserende protein. Vektorene kan bli benyttet i fremgangsmåten som transformerer cellelinjer og som inneholder selekterte regulatoriske sekvenser i operativ assosiasjon med DNA-kodingssekvensene til oppfinnelsen som kan lede replikasjonen og ekspresjonen derav i selekterte vertsceller. Egnede regulatoriske sekvenser for slike vektorer er kjent for de som kjenner fagområdet og kan bli selektert avhengig av de selekterte vertsceller. Slik seleksjon er rutine og danner ikke deler av denne oppfinnelsen. The vector containing modified sequences as described above is also included in this invention and useful in the production of bone-inducing protein. The vectors can be used in the method which transforms cell lines and which contain selected regulatory sequences in operative association with the DNA coding sequences of the invention which can direct the replication and expression thereof in selected host cells. Suitable regulatory sequences for such vectors are known to those skilled in the art and can be selected depending on the selected host cells. Such selection is routine and does not form part of this invention.

Proteinet i denne oppfinnelsen, som induserer benvekst i de tilfeller hvor ben normalt ikke dannes, kan benyttes til leging av benbrudd. Et knokkeldannende preparat som innbefatter proteinet i denne oppfinnelsen kan ha profylaktisk bruk ved lukkede som åpen bruddreduks j on og også ved en forbedret fiksering av kunstige ledd. Ny bendannelse indusert av et knokkeldannende middel deltar i reparasjon av kongenital, skadeindusert eller onkologisk bortskjaer ing induserte kranie-ansikts defekter, og kan også benyttes i den kosmetiske plastiske kirurgien. En knokkeldannende faktor ifølge oppfinnelsen kan være verdifull i behandling av tann-rotshinne-sykdommer, og i andre tannreparasjons-fremgangsmåter. Slike midler kan tilveiebringe et miljø for å tiltrekke bendannende celler, stimulere vekst av bendannende celler eller indusere differensiering av stam-celler til bendannende celler. Proteinet i denne oppfinnelsen kan også brukes i annen terapi. The protein in this invention, which induces bone growth in cases where bones are not normally formed, can be used for healing bone fractures. A bone-forming preparation which includes the protein of this invention can have prophylactic use in closed and open fracture reduction and also in an improved fixation of artificial joints. New bone formation induced by a bone-forming agent participates in the repair of congenital, injury-induced or oncologically induced craniofacial defects, and can also be used in cosmetic plastic surgery. A bone-forming factor according to the invention may be valuable in the treatment of endodontic diseases, and in other tooth repair procedures. Such agents can provide an environment to attract bone-forming cells, stimulate growth of bone-forming cells or induce differentiation of stem cells into bone-forming cells. The protein of this invention can also be used in other therapy.

Følgende eksempler illustrerer bruk av denne oppfinnelsen i utvinning og karakterisering av bovine proteiner og bruk av disse til å utvinne humant protein, oppnåelse av dette humane proteinet og uttrykking av dette proteinet via rekombinante teknikker. The following examples illustrate the use of this invention in the extraction and characterization of bovine proteins and their use in extracting human protein, obtaining this human protein and expressing this protein via recombinant techniques.

Eksempel I Example I

Isolering av bovin beninduserende faktor. Isolation of bovine bone-inducing factor.

Malt bovin-benpulver (20-120 mesh, Helitrex) er fremstilt i henhold til fremgangsmåten til M.R. Urist et al., Proe. Nati. Acad. Sei USA, 70:3511 (1973) med eliminering av noen av ekstraheringsstegene som identifisert nedenfor. Ti kg malt pulver blir demineralisert i påfølgende skiftinger av 0. 6N HC1 ved 4°C over en 48-timers periode med vigorøs røring. Den resulterende suspensjonen blir ekstrahert i 16 timer ved 4°C med 50 liter 2M CaCl2 og lOmM etylendiamin-tetraeddiksyre (EDTA), og etterfulgt av ekstraksjon i 4 timer i 50 liter 0.5M EDTA. Resten blir vasket tre ganger med destillert vann før det -blir resuspendert i 20 liter 4M guanidin-hydroklorid [GuCl] , 20 mM Tris (pH 7.4), ImM N-etylmaleimid, ImM jodo-acetamid, ImM fenylmetylsulfonyl-fluorin som beskrevet i Clin. Orthop. Rel. Res., 171: 213 (1982 ). Etter 16 til 20 timer blir supernatanten fjernet og erstattet med nye 10 liter GuCl-buffer. Resten ble ekstrahert i 24 timer til. Ground bovine bone powder (20-120 mesh, Helitrex) is prepared according to the method of M.R. Urist et al., Proe. Nati. Acad. Sei USA, 70:3511 (1973) with the elimination of some of the extraction steps as identified below. Ten kg of ground powder is demineralized in successive changes of 0.6N HCl at 4°C over a 48-hour period with vigorous stirring. The resulting suspension is extracted for 16 hours at 4°C with 50 liters of 2M CaCl 2 and 10M ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), followed by extraction for 4 hours in 50 liters of 0.5M EDTA. The residue is washed three times with distilled water before being -resuspended in 20 liters of 4M guanidine hydrochloride [GuCl] , 20 mM Tris (pH 7.4), 1M N-ethylmaleimide, 1MM iodo-acetamide, 1MM phenylmethylsulfonyl-fluorine as described in Clin . Orthop. Rel. Res., 171: 213 (1982). After 16 to 20 hours, the supernatant is removed and replaced with a new 10 liters of GuCl buffer. The residue was extracted for another 24 hours.

De rå GuCl ekstraktene blir slått sammen, konsentrert omtrent 20 ganger på et Pellicon-apparat med 10,000 molekylvekt av kuttings-membran, og deretter dialysert i 50mM Tris, 0. IM NaCl, 6M urea (pH7.2), som er utgangsbufferen for den første kolonnen. Etter lang dialyse blir proteinet applisert på en 4 liter DEAE cellulose-kolonne og de ubundede fraksjonene blir samlet. The crude GuCl extracts are pooled, concentrated approximately 20-fold on a Pellicon apparatus with a 10,000 molecular weight cut-off membrane, and then dialyzed into 50mM Tris, 0.IM NaCl, 6M urea (pH7.2), which is the starting buffer for the first column. After long dialysis, the protein is applied to a 4 liter DEAE cellulose column and the unbound fractions are collected.

De ubundne fraksjonene blir konsentrert og realisert mot 50mM NaAc, 50mM NaCl (pH 4.6) i 6M urea. De ubundne fraksjonene ble applisert på en karboksymetyl-cellulosekolonne. Protein som ikke bindes til kolonnen blir fjernet ved en omfattende vasking med utgangsbufferen, og materialet som inneholder beninduserende faktor blir desorbert fra kolonnen med 50mM NaAc, 0.25mM NaCl, 6M urea (pH 4.6). Proteinet fra dette steget blir konsentrert 20- til 40- ganger, deretter fortyn-net 5 ganger med 80mM KP04, 6M urea (pH6.0). pH til denne oppløsningen blir justert til 6.0 med 500mM K2HPO4. Prøven blir applisert på en hydroksyapatitt-kolonne (LKB) ekvilibrert i 80mM KPO4, 6M urea (pH6.0) og alle ubundne proteinene blir fjernet ved å vaske kolonnen med den samme bufferen. Beninduserende faktoraktivitet blir eluert med lOOmM KPO4 (pH7.4) og 6M urea. The unbound fractions are concentrated and realized against 50mM NaAc, 50mM NaCl (pH 4.6) in 6M urea. The unbound fractions were applied to a carboxymethyl cellulose column. Protein that does not bind to the column is removed by extensive washing with the starting buffer, and the material containing bone-inducing factor is desorbed from the column with 50mM NaAc, 0.25mM NaCl, 6M urea (pH 4.6). The protein from this step is concentrated 20- to 40-fold, then diluted 5-fold with 80mM KP04, 6M urea (pH6.0). The pH of this solution is adjusted to 6.0 with 500mM K2HPO4. The sample is applied to a hydroxyapatite column (LKB) equilibrated in 80mM KPO4, 6M urea (pH6.0) and all unbound proteins are removed by washing the column with the same buffer. Bone-inducing factor activity is eluted with 100 mM KPO 4 (pH 7.4) and 6 M urea.

Proteinet blir konsentrert omtrent 10 ganger, og fast NaCl blir tilsatt til en final konsentrasjon på 0.15M. Dette materialet blir applisert på en heparin-Sepharose-kolonne ekvilibrert i 50m KP04, 150mM NaCl, 6M urea (pH7.4). Etter omfattende vasking av kolonnen med utgangsbufferen, blir et protein med beninduserende faktoraktivitet eluert med 50mM KPO4, 700mM NaCl, 6M urea (pH7.4). Denne fraksjonen blir konsentrert til et minimalt volum, og 0.4ml aliquoter blir applisert på Superose 6 og Superose 12 kolonner koblet i serier, ekvilibrert med 4M GuCl, 20mM Tris (pH7.2) og kolonnene dannet ved en elueringshasighet på 0.25ml/min. Proteinet som demonstrerer beninduserende faktoraktivitet har en relativ vandring som korresponderer til omtrent 30,000 dalton protein. The protein is concentrated approximately 10 times, and solid NaCl is added to a final concentration of 0.15M. This material is applied to a heparin-Sepharose column equilibrated in 50m KP04, 150mM NaCl, 6M urea (pH7.4). After extensive washing of the column with the starting buffer, a protein with bone-inducing factor activity is eluted with 50mM KPO4, 700mM NaCl, 6M urea (pH7.4). This fraction is concentrated to a minimal volume, and 0.4ml aliquots are applied to Superose 6 and Superose 12 columns connected in series, equilibrated with 4M GuCl, 20mM Tris (pH7.2) and the columns formed at an elution rate of 0.25ml/min. The protein demonstrating bone-inducing factor activity has a relative migration corresponding to approximately 30,000 daltons of protein.

Fraksjonene ovenfor blir slått sammen, dialysert mot 50mM NaAc, 6M urea (pH4.6), og applisert på en Pharmacia MonoS HR kolonne. Kolonnen blir utviklet med en gradient på 1. OM NaCl, 50mM NaAc, 6M urea (pH4.6). De aktive fraksjonene blir slått sammen og bragt til pH3.0 med 10$ trifluoroeddiksyre (TFA). Materialet blir applisert på en 0.46 x 25 cm Vydac C4 kolonne i 0.1$ TFA og kolonnen utviklet med en gradient på 90$ acetonitril, 0.1* TFA (31.5* acetonitril, 0.1* TFA til 49.5* acetonitril, 0.1* TFA i 60 minutter ved lml per minutt). Aktivt materiale blir eluert ved omtrent 40-44* acetonitril. Aliquoter av de hensiktsmessige fraksjonene blir jodinert ved hjelp av en av de følgende metodene: P.J. McConahey et al, Int. Arch. Allergy, 29:185-189 (1966); A.E. Bolton et al, Blochem J., 133-529 (1973); og D.F. Bowen-Pope, J. Biol. Chem. , 237:5161 (1982). De jodinerte proteinene som er tilstede i disse fraksjonene blir analysert ved SDS gelelektroforese og urea Triton X 100 isoelektrisk fokusering. Ved dette stadiet blir den beninduserende faktoren beregnet til å være omtrent 10-50* rent. The above fractions are pooled, dialyzed against 50mM NaAc, 6M urea (pH4.6), and applied to a Pharmacia MonoS HR column. The column is developed with a gradient of 1.OM NaCl, 50mM NaAc, 6M urea (pH4.6). The active fractions are combined and brought to pH 3.0 with 10% trifluoroacetic acid (TFA). The material is applied to a 0.46 x 25 cm Vydac C4 column in 0.1$ TFA and the column developed with a gradient of 90$ acetonitrile, 0.1* TFA (31.5* acetonitrile, 0.1* TFA to 49.5* acetonitrile, 0.1* TFA for 60 minutes at lml per minute). Active material is eluted at about 40-44* acetonitrile. Aliquots of the appropriate fractions are iodinated using one of the following methods: P.J. McConahey et al., Int. Arch. Allergy, 29:185-189 (1966); A. E. Bolton et al., Blochem J., 133-529 (1973); and D.F. Bowen-Pope, J. Biol. Chem. , 237:5161 (1982). The iodinated proteins present in these fractions are analyzed by SDS gel electrophoresis and urea Triton X 100 isoelectric focusing. At this stage, the bone-inducing factor is calculated to be approximately 10-50* pure.

Eksempel II Example II

Karakterisering av bovin- beninduserende faktor. Characterization of bovine bone-inducing factor.

A. Molekylvekt. A. Molecular weight.

Omtrent 20>jg protein fra Eksempel I blir frysetørret og gjen-oppløst i IX SDS prøvebuffer. Etter 15 minutter oppvarming ved 37°C, blir prøven applisert til en 15* SDS polyakrylamid-gel og deretter elektroforert med kjøling. Molekylvekten blir bestemt relativt til fargede molekylvektstandarder. Rett etter at den er ferdig, blir gel-sporet som inneholder den beninduserende faktoren kuttet til 0.3cm deler. Hver dele blir moset og 1.4 ml 0.1* SDS tilsatt. Prøvene blir svakt rystet over natt ved romtemperatur for å eluere proteinet. Hver gel-bit blir avsaltet for å forhindre interferens i den biologiske analysen. Supernatanten fra hver prøve blir surgjort til pH 3.0 med 10* TFA, filtrert gjennom 0.45 mikron membran og applisert på en 0.46cm x 5cm C4 Vydac kolonne utviklet med en gradient på 0.1* TFA til 0.1* TFA, 90* CH3CN. De hensiktsmessige beninduserende-faktor-inneholdende fraksjonene blir slått sammen og rekonstituert med 20mg rotte-matriks. I dette gelsystemet har hoveddelen av beninduserende-faktorfraksjonene en mobilitet som et protein som har molekylvekt på omtrent 28,000 - 30,000 daltons. Approximately 20 µg of protein from Example I is freeze-dried and redissolved in 1X SDS sample buffer. After 15 minutes of heating at 37°C, the sample is applied to a 15* SDS polyacrylamide gel and then electrophoresed with cooling. The molecular weight is determined relative to colored molecular weight standards. Immediately after it is finished, the gel track containing the bone-inducing factor is cut into 0.3cm pieces. Each part is mashed and 1.4 ml of 0.1* SDS is added. The samples are gently shaken overnight at room temperature to elute the protein. Each gel piece is desalted to prevent interference in the biological analysis. The supernatant from each sample is acidified to pH 3.0 with 10* TFA, filtered through 0.45 micron membrane and applied to a 0.46cm x 5cm C4 Vydac column developed with a gradient of 0.1* TFA to 0.1* TFA, 90* CH3CN. The appropriate bone-inducing-factor-containing fractions are pooled and reconstituted with 20 mg of rat matrix. In this gel system, the bulk of the bone-inducing factor fractions have a mobility as a protein having a molecular weight of approximately 28,000 - 30,000 daltons.

B. Isoelektrisk fokusering. B. Isoelectric focusing.

Det isoelektriske punktet til beninduserende faktoraktivitet blir bestemt i en denaturerende isoelektrisk fokuseringssys-tem. Triton X100 urea gel-systemet (Hoeffer Scientific) blir modifisert som følger: 1) 40* av amfolyttene som blir brukt er Servalyte 3/10; 60* er Servalyte 7-9. 2) Katolytten som blir brukt er 40mM NaOH. Omtrent 20>jg av protein fra Eksempel I blir frysetørret, løst opp i prøvebuffer og applisert på isoelektrofokuserende gelen. Gelen blir kjørt ved 20 watt, 10°C i omtrent 3 timer. Ved fullførelse blir filen som inneholder beninduserende faktor kuttet i 0.5 cm biter. Hver bit blir knust i 1. Oml 6M urea, 5mM Tris (pH 7.8) og prøvene blir ristet ved romtemperatur. Prøvene blir surgjort, filtrert, avsaltet og analysert som beskrevet ovenfor. Hoveddelen av aktiviteten slik den blir bestemt i analysen beskrevet i eksempel III vandrer på en måte som tyder på en pl på 8.8 - 9.2. The isoelectric point of bone-inducing factor activity is determined in a denaturing isoelectric focusing system. The Triton X100 urea gel system (Hoeffer Scientific) is modified as follows: 1) 40* of the ampholytes used are Servalyte 3/10; 60* is Servalyte 7-9. 2) The catholyte used is 40mM NaOH. Approximately 20 µg of protein from Example I is lyophilized, dissolved in sample buffer and applied to the isoelectrofocusing gel. The gel is run at 20 watts, 10°C for approximately 3 hours. On completion, the file containing the bone-inducing factor is cut into 0.5 cm pieces. Each piece is crushed in 1.Oml 6M urea, 5mM Tris (pH 7.8) and the samples are shaken at room temperature. The samples are acidified, filtered, desalted and analyzed as described above. The bulk of the activity as determined in the assay described in Example III migrates in a manner indicative of a pl of 8.8 - 9.2.

C. Subenhet karakterisering. C. Subunit characterization.

Subenhet-komposisjon til beninduserende faktor blir også bestemt. Ren beninduserende faktor blir isolert fra en preparativ 15* SDS-gel som beskrevet ovenfor. En del av prøven blir deretter redusert med 5mM DTT i prøvebuffer og elektroforert på nytt på en 15* SDS-gel. Det omtrent 30kd proteinet gir to hovedbånd ved omtrent 20kd og 18kd, likeledes et mindre bånd ved 30kd. Bredden på de to båndene indikerer heterogenitet som skyldes sannsynligvis glykosylering, andre post-translasjonsmodifikasjoner, protelytisk degradering eller karbamylering. The subunit composition of bone-inducing factor is also determined. Pure bone-inducing factor is isolated from a preparative 15* SDS gel as described above. A portion of the sample is then reduced with 5mM DTT in sample buffer and electrophoresed again on a 15* SDS gel. The approximately 30kd protein gives two major bands at approximately 20kd and 18kd, as well as a minor band at 30kd. The width of the two bands indicates heterogeneity likely due to glycosylation, other post-translational modifications, proteolytic degradation or carbamylation.

Eksempel III Example III

Biologisk aktivitet til den beninduserende faktoren. Biological activity of the bone-inducing factor.

En rotte-bendannelse analyse i henhold til de generelle fremgangsmåtene til Sampath og Reddi, Proe. Nati. Acad. Sei. U.S.A., 80:6591-6595 (1983) blir brukt til å bestemme den knokkeldannende aktiviteten til den bovine beninduserende faktoren i denne oppfinnelsen som ble oppnådd i eksempel I. Denne analysen kan også bli brukt til å bestemme beninduserende faktorer i andre arter. Etanolpresipitasjonssteget blir erstattet med dialysering av fraksjonen som skal bli analysert mot vann. Oppløsningen eller suspensjonen blir deretter gjenoppløst i et flyktig oppløsningsmiddel, f.eks. 0.1 - 0.2* TFA, og den resulterende oppløsningen blir deretter satt til 20 mg rotte-matriks. Dette stoffet blir i frosset og frysetørket og det resulterende pulveret blir lagt inn i #5 gelatinkapsler. Kapslene blir implantert subkutant i brystbuk-området i 21 - 49 dager gamle lange Evans-hann-rotter. De implanterte stoffene blir fjernet etter 7-10 dager. Halvparten av hvert stoff som blir implantert blir brukt i alkalisk f osf ataseanalyser [se A.H. Reddi et al., Proe. Nati Acad Sei., 69:1601 (1972 )] og halvparten blir fiksert og preparert for histologisk analyse. Lum glykolmet-acrylat-seksjoner blir vanligvis farget med Von Kossa og syrefuschin for å detektere nye benmineraler. Alkalisk fosfatase er et enzym som dannes av kondroblaster og osteoblaster i løpet av matriksdannelse, blir også målt. Ny knokkel og bendannelse henger ofte sammen med alkalisk fosfatasenivåer. Tabell I nedenfor illustrerer doseresponsen i rotte-matriksprøver inkludert en kontroll som ikke er behandlet med induserende faktor. A rat ossification assay according to the general methods of Sampath and Reddi, Proe. Nati. Acad. Pollock. U.S.A., 80:6591-6595 (1983) is used to determine the osteogenic activity of the bovine bone-inducing factor of this invention obtained in Example I. This assay can also be used to determine bone-inducing factors in other species. The ethanol precipitation step is replaced by dialysis of the fraction to be analyzed against water. The solution or suspension is then redissolved in a volatile solvent, e.g. 0.1 - 0.2* TFA, and the resulting solution is then added to 20 mg rat matrix. This substance is frozen and lyophilized and the resulting powder is placed into #5 gelatin capsules. The capsules are implanted subcutaneously in the thoracoabdominal area in 21 - 49 day old long male Evans rats. The implanted substances are removed after 7-10 days. Half of each substance implanted is used in alkaline phosphatase assays [see A.H. Reddi et al., Proe. Nati Acad Sei., 69:1601 (1972 )] and half are fixed and prepared for histological analysis. Lum glycol methacrylate sections are usually stained with Von Kossa and acid fuschin to detect new bone mineral. Alkaline phosphatase, an enzyme formed by chondroblasts and osteoblasts during matrix formation, is also measured. New bone and bone formation are often associated with alkaline phosphatase levels. Table I below illustrates the dose response in rat matrix samples including a control not treated with inducing factor.

Ben eller knokler som blir dannet er fysisk begrenset til området som okkuperes av matriksen. Prøver blir også analysert ved SDS gelelektroforese og isoelektrisk fokusering som beskrevet ovenfor, etterfulgt av autoradiografi. Analysene viser en korrelasjon mellom aktivitet og proteinbåndende ved 28 - 30kd og ved pl 9.0. En ekstinks j onskoef f i sient på 1 OD/mg-cm blir brukt som et estimat for protein og for en omtrentelig bestemmelse av renheten til den beninduserende faktoren i en bestemt fraksjon. I de in vivo rotte-bendannelse analysene gjort på fortynninger som beskrevet ovenfor, er proteinet aktivt in vivo ved 10 til 200 ng protein/gram ben til sannsynligvis høyere enn øreprotein ("lug"-protein)/gram ben. Bones or bones that are formed are physically limited to the area occupied by the matrix. Samples are also analyzed by SDS gel electrophoresis and isoelectric focusing as described above, followed by autoradiography. The analyzes show a correlation between activity and protein binding at 28 - 30kd and at pl 9.0. An extinction coefficient of 1 OD/mg-cm is used as an estimate for protein and for an approximate determination of the purity of the bone-inducing factor in a particular fraction. In the in vivo rat bone formation assays done at dilutions as described above, the protein is active in vivo at 10 to 200 ng protein/gram bone to probably higher than ear protein ("lug" protein)/gram bone.

Eksempel IV Example IV

Bovin beninduserende faktor protein- sammensetning. Bovine bone-inducing factor protein composition.

Proteinsammensetningen i eksempel HA med molekylvekt 28 - 30 kd blir redusert som beskrevet i eksempel IIC og kuttet med trypsin. Åtte tryptiske fragmenter blir isolert ved hjelp av standard fremgangsmåte som har følgende aminosyresekvenser: The protein composition in example HA with molecular weight 28 - 30 kd is reduced as described in example IIC and cut with trypsin. Eight tryptic fragments are isolated using the standard method which have the following amino acid sequences:

Fragment 1: AAFLGD IALDEEDLG Fragment 1: AAFLGD IALDEEDLG

Fragment 2: AFQVQQAADL Fragment 2: AFQVQQAADL

Fragment 3: NYQDMVVEG Fragment 3: NYQDMVVEG

Fragment 4: STPAQDVSR Fragment 4: STPAQDVSR

Fragment 5: N 0 E A L R Fragment 5: N 0 E A L R

Fragment- 6: LSEPDPSHTLEE Fragment- 6: LSEPDPSHTLEE

Fragment 7: F D A Y Y Fragment 7: F D A Y Y

Fragment 8:LKPSN?ATIQSIVE Fragment 8:LKPSN?ATIQSIVE

Et mindre rent proteinpreparat fra bovinben blir fremstilt i henhold til et rensningsskjema som ligner det som er beskrevet i eksempel I. Rensingen er noe forskjellig fra det som tidligere er beskrevet fordi den utelater DE-52 kolonnen, CM-cellulose kolonnen og mono S kolonnen, likeledes en reverser-ing i rekkefølgen av hydroksylapatitt og heparin sefarose-kolonner. Det konsentrerte rå 4 M ekstraktet bringes til 85* final konsentrasjon etanol ved 4 grader. Blandingen blir deretter sentrifugert, og presipitatet blir deretter igjen løst opp i 50 mM Tris, 0.15 M NaCl, 6.0 M urea. Dette materialet blir deretter fraksjonert på Heparin Sepharose som beskrevet. Det Heparin-bundne materialet blir fraksjonert på hydroksyapatitt som beskrevet. De aktive fraksjonene blir slått sammen, konsentrert og fraksjonert ved høy-resolusjon gel-filtrering (TSK 30000 i 6 M guanidin-klorid, 50 mM Tris, pH 7.2). De aktive fraksjonene blir slått sammen, dialysert mot 0.1* TFA, og deretter fraksjonert på en C4 Vydac revers-fase kolonne som beskrevet. Preparatet blir redusert og elektroforert på en akrylamidge1. Proteinet som korresponderer til 18K-båndet blir eluert og kuttet med trypsin. Tryptiske fragmenter blir isolert og har følgende aminosyresekvenser: A less pure protein preparation from bovine bone is prepared according to a purification scheme similar to that described in Example I. The purification is somewhat different from that previously described because it omits the DE-52 column, the CM-cellulose column and the mono S column, likewise a reversal in the order of hydroxylapatite and heparin sepharose columns. The concentrated crude 4 M extract is brought to 85* final ethanol concentration at 4 degrees. The mixture is then centrifuged, and the precipitate is then redissolved in 50 mM Tris, 0.15 M NaCl, 6.0 M urea. This material is then fractionated on Heparin Sepharose as described. The Heparin-bound material is fractionated on hydroxyapatite as described. The active fractions are pooled, concentrated and fractionated by high-resolution gel filtration (TSK 30000 in 6 M guanidine chloride, 50 mM Tris, pH 7.2). The active fractions are pooled, dialyzed against 0.1* TFA, and then fractionated on a C4 Vydac reverse-phase column as described. The preparation is reduced and electrophoresed on an acrylamide1. The protein corresponding to the 18K band is eluted and cut with trypsin. Tryptic fragments are isolated and have the following amino acid sequences:

Fragment 9: SLKPSNHATIQS7V Fragment 9: SLKPSNHATIQS7V

Fragment 10: SFDAYYCS7A Fragment 10: SFDAYYCS7A

Fragment 11: VYPNMTVESCA Fragment 11: VYPNMTVESCA

Fragment 12:VDFADI?W Fragment 12:VDFADI?W

De tryptiske fragmentene 7 og 8 er vesentlig lik fragmentene 10 og 9, respektivt. The tryptic fragments 7 and 8 are substantially similar to fragments 10 and 9, respectively.

bBMP- 1 bBMP-1

Prober bestående av oligonukleotid-pools (eller unike oligonukleotider) er betegnet i henhold til fremgangsmåten til R. Lathe, J. Mol. Biol., 183 (1):1-12 (1985) og fremstilt på en automatisert DNA-syntesemaskin. En probe består av en relativ lang (32 nukleotider) "guessmer" [se J.J. Toole et al., Nature, 312:342-347 (1984)] med følgende nukleotidsekvens. Probes consisting of oligonucleotide pools (or unique oligonucleotides) are designated according to the method of R. Lathe, J. Mol. Biol., 183 (1):1-12 (1985) and prepared on an automated DNA synthesis machine. A probe consists of a relatively long (32 nucleotide) "guessmer" [see J.J. Toole et al., Nature, 312:342-347 (1984)] with the following nucleotide sequence.

TCCTCATCCAGGGCAATGTCGCCCAGGAAGGC TCCTCATCCAGGGCAATGTCGCCCAGGAAGGC

På grunn av at den genetiske koden er degenerert (mer enn et kodon kan kode for samme aminosyre), blir antall nukleotider i en probe-pool redusert basert på frekvensen hvorpå kodonet blir brukt i eukaryoter, den relative stabiliteten til G:T baseparene, og den relative sjeldne hyppigheten av dinukleo-tidet CpG i eukaryote kodingssekvenser [se Toole et al., ovenfor] . Det andre probe-settet består av kortere oligonukleotider (lengder på 17 nukleotider) som inneholder alle mulige sekvenser som aminosyrene kan kodes fra. Det andre probesettet har følgende sekvens: Because the genetic code is degenerate (more than one codon can code for the same amino acid), the number of nucleotides in a probe pool is reduced based on the frequency with which the codon is used in eukaryotes, the relative stability of the G:T base pairs, and the relative infrequency of the dinucleotide CpG in eukaryotic coding sequences [see Toole et al., supra] . The second probe set consists of shorter oligonucleotides (lengths of 17 nucleotides) that contain all possible sequences from which the amino acids can be coded. The second probe set has the following sequence:

(a) A [A/G] [A/G] TC [T/C] TC [T/C] TC [A/G] TC [T/C] AA (a) A [A/G] [A/G] TC [T/C] TC [T/C] TC [A/G] TC [T/C] AA

(b) A [A/G] [A/G] TC [T/C] TC [T/C] TC [A/G] TCNAG (b) A [A/G] [A/G] TC [T/C] TC [T/C] TC [A/G] TCNAG

Nukleotidene som står i parentes står for alternativer. "N" betyr enten A, T, C eller G. The nucleotides in parentheses stand for alternatives. "N" means either A, T, C or G.

I begge tilfeller blir områdene til aminosyresekvenser som blir brukt for probedannelse valgt ved å unngå kodoner som er sterkt degenererte hvor dette er mulig. Oligonukleotder blir fremstilt på en automatisert DNA-syntesemaskin; probene blir deretter radioaktivt merket med polynukleotid-kinase og <32>P-ATP. In both cases, the regions of amino acid sequences used for probe generation are selected by avoiding codons that are highly degenerate where possible. Oligonucleotides are prepared on an automated DNA synthesis machine; the probes are then radioactively labeled with polynucleotide kinase and <32>P-ATP.

Disse to probesettene blir brukt til å screene et bovint genomisk rekombinant bibliotek. Biblioteket blir fremstilt som følger: Bovint lever-DNA blir delvis kuttet med restrik-sjons-endonuklease enzym Sau 3A og sedimentert gjennom et sukrosegradient. Størrelse fraksjonert DNA i området på 15-30kb blir deretter ligert til bakteriofag Bam HI vektor EMBL3 [Frischauf et al, J. Mol. Biol., 170:827-842 (1983)]. Biblioteket blir deretter platet med 8000 rekombinanter per skål. Duplikate nitrocellulose-kopier av plaquene blir utført og amplifisert i henhold til en modifikasjon av fremgangsmåten til Woo et al, Proe. Nati. Acad. Sei. USA, 75:3688-91 (1978). These two probe sets are used to screen a bovine genomic recombinant library. The library is prepared as follows: Bovine liver DNA is partially cut with the restriction endonuclease enzyme Sau 3A and sedimented through a sucrose gradient. Size-fractionated DNA in the range of 15-30kb is then ligated to the bacteriophage Bam HI vector EMBL3 [Frischauf et al, J. Mol. Biol., 170:827-842 (1983)]. The library is then plated with 8000 recombinants per dish. Duplicate nitrocellulose replicates of the plaques are performed and amplified according to a modification of the method of Woo et al, Proe. Nati. Acad. Pollock. USA, 75:3688-91 (1978).

32-mer proben blir kinasebehandlet med <32p_>gamma_ATP og hybridisert til et filtersett 5X SSC, 0.1* SDS, 5X Denhardts, lOOpg/ml laksesperm-DNA ved 45 grader C og vasket med 5X SSC, 0.1* SDS ved 45 grader C. 17-mer probene blir kinasebehandlet og hybridisert til det andre filtersettet i 3M tetra-metylammonium-klorid (TMAC), 0 . IM natriumfosfat pH6.5, ImM EDTA, 5X Denhardts, 0.6* SDS, lOOpg/ml laksesperm-DNA ved 48 grader C, og vasket i 3M TMAC, 50mM Tris pH8.0 ved 50 grader C. Ved disse betingelsene minimaliseres deteksjon av galt parrede nukleotider til 17-mer probe-pool'en [se Wood et al, Proe. Nati. Acad. Sei, U.S.A., 82:1585-1588 (1985)]. 400,000 rekombinanter blir screenet ved hjelp av denne fremgangsmåten og et positivt duplikat blir plaque-renset. DNA blir isolert fra et skål-lysat fra denne rekombinante bakteriofagen The 32-mer probe is kinase treated with <32p_>gamma_ATP and hybridized to a filter set 5X SSC, 0.1* SDS, 5X Denhardt's, lOOpg/ml salmon sperm DNA at 45 degrees C and washed with 5X SSC, 0.1* SDS at 45 degrees C. The 17-mer probes are kinased and hybridized to the second filter set in 3M tetramethylammonium chloride (TMAC), 0 . IM sodium phosphate pH6.5, 1mM EDTA, 5X Denhardt's, 0.6* SDS, lOOpg/ml salmon sperm DNA at 48 degrees C, and washed in 3M TMAC, 50mM Tris pH8.0 at 50 degrees C. Under these conditions, detection of false positives is minimized paired nucleotides to the 17-mer probe pool [see Wood et al, Proe. Nati. Acad. Sei, U.S.A., 82:1585-1588 (1985)]. 400,000 recombinants are screened using this method and a positive duplicate is plaque purified. DNA is isolated from a dish lysate from this recombinant bacteriophage

betegnet lambda bP-50. bP-50 ble deponert Desember 16, 1986 til the American Type Culture Collection, 12301 Parklawn Dr., Rockville, MD, USA (heretter "ATCC") under aksesjonsnummer 40295. Dette og det andre som er deponert heri opprettholder Budapest Treaty når det gjelder "International Recognition of the Deposit of Microorganisms for the Purpose of Patent Procedure and Regulations thereunder". Denne bp-50 klonen koder i hvert fall for en del av den bovine benvekstfaktoren betegnet bBMP-1. designated lambda bP-50. bP-50 was deposited December 16, 1986 at the American Type Culture Collection, 12301 Parklawn Dr., Rockville, MD, USA (hereafter "ATCC") under accession number 40295. This and the others deposited herein uphold the Budapest Treaty as regards "International Recognition of the Deposit of Microorganisms for the Purpose of Patent Procedure and Regulations thereunder". This bp-50 clone encodes at least part of the bovine bone growth factor designated bBMP-1.

Oligonukleotid-hybridiseringsområdet til denne bBMP-1 klonen er lokalisert til et omtrentelig 800bp Eco RI fragment som blir subklonet inn i M13 og sekvensert ved bruk av standard teknikker. Den partielle DNA-sekvensen og den avledete aminosyresekvensen til lambda bP-50 er vist nedenfor i tabell II. Aminosyresekvenser som korresponderer til de tryptiske fragmentene isolert fra bovin-ben 28 til 30kd materialet er understreket i tabell II. Den første understrekede delen av sekvensen korresponderer til tryptisk fragment 1 ovenfor som oligonukelotidprobene er konstruert fra. Den andre understrekede delen korresponderer til tryptisk fragment 2 ovenfor. De antatte aminosyresekvensene indikerer at tryptisk fragment 2 forutgåes av et basisk residium (R) som er ventet i henhold til spesifisiteten til trypsin. Nuklein-syre-sekvensen som forutgås av den koblede CT ved nukleotid-posisjoner #292-293 i tabell II er antatt å være et intron (ikke-kodende sekvens) basert på tilstedeværelse av en konsensus akseptor-sekvens (dvs. et pyrimidinrikt området, TCTCTCTCC, etterfulgt av AG) og mangel på det basiske residiet i den hensiktsmessige posisjonen til den avledete aminosyresekvensen. Denne bBMP-1 genome sekvensen fremgår i tabell II. Den presumptive bBMP-1 peptidsekvensen fra denne genome klonen har en lengde på 37 aminosyrer og kodes fra DNA-sekvensen fra nukleotid #294 til og med #404 i tabell II. The oligonucleotide hybridization region of this bBMP-1 clone is localized to an approximately 800bp Eco RI fragment that is subcloned into M13 and sequenced using standard techniques. The partial DNA sequence and the deduced amino acid sequence of lambda bP-50 are shown below in Table II. Amino acid sequences corresponding to the tryptic fragments isolated from bovine bone 28 to 30kd material are underlined in Table II. The first underlined part of the sequence corresponds to tryptic fragment 1 above from which the oligonucleotide probes are constructed. The second underlined part corresponds to tryptic fragment 2 above. The putative amino acid sequences indicate that tryptic fragment 2 is preceded by a basic residue (R) which is expected according to the specificity of trypsin. The nucleic acid sequence predicted by the linked CT at nucleotide positions #292-293 in Table II is believed to be an intron (non-coding sequence) based on the presence of a consensus acceptor sequence (ie, a pyrimidine-rich region, TCTCTCTCC, followed by AG) and lack of the basic residue in the appropriate position of the derived amino acid sequence. This bBMP-1 genome sequence appears in Table II. The presumptive bBMP-1 peptide sequence from this genomic clone is 37 amino acids in length and is encoded from the DNA sequence from nucleotide #294 through #404 in Table II.

Eksempel V Example V

Human beninduserende faktor. Human bone-inducing factor.

huBMP- 1 huBMP-1

På grunn av at bovine og humane benvekstfaktorgener er antatt å være signifikant homologe, blir den bovine bBMP-1 DNA-sekvensen i tabell II (eller deler derav) brukt som en probe til å screene et humant genomisk bibliotek. 800bp EcoRI fragmentet til den bovine genome klonen blir merket med <32>P ved nick-translasjon. Et humanet genomisk bibliotek (Toole et al., supra) blir platet på 20 skåler med 40,000 rekombinanter per skål. Duplikate nitrocellulose filterkopier blir laget av hver skål og hybridisert til nick-translatert probe i 5 X SSC, 5 X Denhardt' s, lOOjjg/ml denaturert laksesperm DNA, 0.1* SDS (standard hybridisasjons-oppløsninger) ved 50 grader C i omtrent 14 timer. Filtrene blir deretter vasket i 1 X SSC, 0.1* SDS ved 50 grader og utsatt for autoradiografi. Fem positive duplikater blir isolert og plaque-renset. DNA tilveiebringes fra et skål-lysat til en av disse rekombinante bakteriofag, betegnet LP-H1. LP-H1 ble deponert ved ATCC 6. mars, 1987 under aksesjonsnummer 40311. Denne klonen koder i hvert fall for en del av den humane genome benvekstfaktor betegnet huBMP-1. Hybridiseringsområdet til LP-H1 er lokalisert til et 2.5 kb Xbal/Hindlll restriksjonsfragment. Because bovine and human bone growth factor genes are believed to be significantly homologous, the bovine bBMP-1 DNA sequence in Table II (or portions thereof) is used as a probe to screen a human genomic library. The 800bp EcoRI fragment of the bovine genome clone is labeled with <32>P by nick translation. A humanized genomic library (Toole et al., supra) is plated on 20 dishes with 40,000 recombinants per dish. Duplicate nitrocellulose filter copies are made from each dish and hybridized to nick-translated probe in 5 X SSC, 5 X Denhardt's, lOOjjg/ml denatured salmon sperm DNA, 0.1* SDS (standard hybridization solutions) at 50 degrees C for approximately 14 hours . The filters are then washed in 1 X SSC, 0.1* SDS at 50 degrees and exposed to autoradiography. Five positive duplicates are isolated and plaque purified. DNA is provided from a dish lysate to one of these recombinant bacteriophages, designated LP-H1. LP-H1 was deposited at ATCC on March 6, 1987 under accession number 40311. This clone encodes at least part of the human genome bone growth factor designated huBMP-1. The hybridization region of LP-H1 is localized to a 2.5 kb XbaI/HindIII restriction fragment.

Den partielle DNA-sekvensen og avledete aminosyresekvensen til lambda LP-H1 er vist nedenfor i tabell III. Peptidsekvensen fra denne klonen har en lengde på 37 aminosyrer og blir kodet fra DNA-sekvensen fra nukleotid #3440 til og med nukleotid #3550. Den kodende sekvensen i tabell III er flankert av omtrent 28 nukleotider (en antatt 5' ikke-kodende sekvens) og omtrent 19 nukleotider (en antatt 3' ikke-kodende sekvens). En sammenligning av bBMP-1 sekvensen i tabell II med huBMP-1 genomisk sekvens i tabell III indikerer den signifikante homologien mellom de to. The partial DNA sequence and deduced amino acid sequence of lambda LP-H1 is shown below in Table III. The peptide sequence from this clone is 37 amino acids in length and is encoded from the DNA sequence from nucleotide #3440 through nucleotide #3550. The coding sequence in Table III is flanked by about 28 nucleotides (a putative 5' non-coding sequence) and about 19 nucleotides (a putative 3' non-coding sequence). A comparison of the bBMP-1 sequence in Table II with the huBMP-1 genomic sequence in Table III indicates the significant homology between the two.

På grunnlag av størrelsen av de kodende områdende og posisjo-nene til ikke-kodende områdene generelt er konservert i homologe gener fra forskjellige arter, så kan beliggenhetene til de kodende og ikke-kodende områdene til beninduserende faktorgenene bli identifisert. Homologiområder mellom genene til de to artene, flankert av RNA-prosesserings-signaler ved homologe seter, indikerer et kodende område. On the basis that the size of the coding region ends and the positions of the non-coding regions are generally conserved in homologous genes from different species, the locations of the coding and non-coding regions of the bone-inducing factor genes can be identified. Regions of homology between the genes of the two species, flanked by RNA processing signals at homologous sites, indicate a coding region.

En probe som er spesifikk for den humane kodende sekvensen gitt i tabell V blir brukt til å identifisere en human cellelinje eller vev som fremstiller beninduserende faktor. Proben lages i henhold til følgende fremgangsmåte. To oligonukleotider som har følgende sekvenser: A probe specific for the human coding sequence given in Table V is used to identify a human cell line or tissue that produces bone-inducing factor. The sample is made according to the following procedure. Two oligonucleotides having the following sequences:

(a) GGGAATTCTGCCTTTCTTGGGGACATTGCCCTGGACGAAGAGGACCTGAG (a) GGGAATTCTGCCTTTCTTGGGGACATTGCCCTGGACGAAGAGGACCTGAG

(b) CGGGATCCGTCTGAGATCCACAGCCTGCTGTACCTGGAAGGCCCTCAGG (b) CGGGATCCGTCTGAGATCCACAGCCTGCTGTACCTGGAAGGCCCTCAGG

fremstilt på en automatisert syntesemaskin, sammensmeltet, utvidet ved bruk av Klenow-fragmentet til E. coli DNA-polymerase I, kuttet med restriksjonsenzymer Eco RI og Bam HI, og satt inn i en M13 vektor. En enkelt-trådet <32>P-merket probe blir deretter fra templatfremstilling av denne subklonet ved bruk av standard teknikker. Polyadenylerte RNA'er fra forskjellige celle- og vevskilder blir deretter elektroforert på formaldehyd-agarosegeler og overført til nitrocellulose ved bruk av fremgangsmåten til Toole et al., ovenfor. Proben blir deretter hybridisert til nitrocellulose blottet i 50* formamid, 5 X SSC, 0.1* SDS, 40 mM natriumfosfat pH 6.5, 100 jig/ml denaturert laksesperm DNA, og 5 mM vanadyl ribonukleosider ved 42°C over natt og vasket ved 65°C i 0.2 X SSC, 0.1* SDS. Etter autoradiografi, inneholder filen som inneholder RNA fra den humane osteosarkoma celle-linjen U-2 OS hybridiserende bånd som korresponderer RNA-arter på omtrentelig 4.3 og 3.0 kb. prepared on an automated synthesizer, fused, extended using the Klenow fragment of E. coli DNA polymerase I, cut with restriction enzymes Eco RI and Bam HI, and inserted into an M13 vector. A single-stranded <32>P-labeled probe is then templated from this subcloned using standard techniques. Polyadenylated RNAs from various cell and tissue sources are then electrophoresed on formaldehyde-agarose gels and transferred to nitrocellulose using the method of Toole et al., supra. The probe is then hybridized to nitrocellulose blotted in 50* formamide, 5 X SSC, 0.1* SDS, 40 mM sodium phosphate pH 6.5, 100 µg/ml denatured salmon sperm DNA, and 5 mM vanadyl ribonucleosides at 42°C overnight and washed at 65° C in 0.2X SSC, 0.1* SDS. By autoradiography, the file containing RNA from the human osteosarcoma cell line U-2 OS contains hybridizing bands corresponding to RNA species of approximately 4.3 and 3.0 kb.

cDNA blir fremstilt fra U-2 OS polyadenylert RNA og klonet inn i lambda gtlO ved bruk av etablerte teknikker (Toole et al., ovenfor). 20,000 rekombinanter fra dette biblioteket blir platet på hver av 50 skåler. Duplikate nitrocellulose kopier blir laget av skålene. De ovenfor beskrevne oligo-nukleotidene blir kinasebehandlet med <32>P-gamma-ATP og hybridisert til de to replika-settene ved 55°C i standard hybridisasjonsoppløsning over natt. Filtrene ble deretter vasket i 1 X SSC, 0.1* SDS ved 55°C og utsatt for autoradiografi. Et positivt duplikat, betegnet lambda U20S-1, blir plaque-renset. Lambda U20S-1 ble deponert med ATCC 16. juni, 1987 under aksesjonsnummer 40343. cDNA is prepared from U-2 OS polyadenylated RNA and cloned into lambda gtlO using established techniques (Toole et al., supra). 20,000 recombinants from this library are plated on each of 50 dishes. Duplicate nitrocellulose copies are made of the dishes. The above-described oligonucleotides are kinase-treated with <32>P-gamma-ATP and hybridized to the two replica sets at 55°C in standard hybridization solution overnight. The filters were then washed in 1 X SSC, 0.1* SDS at 55°C and subjected to autoradiography. A positive duplicate, designated lambda U20S-1, is plaque purified. Lambda U20S-1 was deposited with the ATCC on June 16, 1987 under accession number 40343.

Hele nukleotidsekvensen og avledete aminosyresekvensen av innskuddet til lambda U20S-1 er gitt i tabell IV. Denne cDNA klonen koder for en Met etterfulgt av en hydrofob ledersekvens som er karakteristisk for et protein som utskilles, og inneholder et stoppkodon ved nukleotidposisjonene 2226-2228. Denne klonen inneholder en åpen leseramme på 2190bp, som koder for et protein på 730 aminosyrer med en molekylvekt på 83kd som er basert på denne aminosyresekvensen. Klonen inneholder en sekvens som er identisk til det kodende området gitt i tabell III. Dette proteinet antas å representere et primært translasjonsprodukt som blir kuttet ved utskillelse og danner dermed huBMP-1 protein. Denne klonen er derfor et cDNA for huBMP-1 som korresponderer til det humane gen-fragmentet i den genome huBMP-1 sekvensen lambda LP-H1. Aminosyrene #550 til #590 til BMP-1 er homolog til overhuds-vekstfaktor og "vekstfaktor" domenene til protein C, faktor X og faktor IX. The entire nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of the insert of lambda U20S-1 is given in Table IV. This cDNA clone encodes a Met followed by a hydrophobic leader sequence characteristic of a secreted protein, and contains a stop codon at nucleotide positions 2226-2228. This clone contains an open reading frame of 2190bp, which encodes a protein of 730 amino acids with a molecular weight of 83kd based on this amino acid sequence. The clone contains a sequence identical to the coding region given in Table III. This protein is believed to represent a primary translation product that is cleaved during secretion and thus forms the huBMP-1 protein. This clone is therefore a cDNA for huBMP-1 which corresponds to the human gene fragment in the genomic huBMP-1 sequence lambda LP-H1. Amino acids #550 to #590 of BMP-1 are homologous to the epidermal growth factor and "growth factor" domains of protein C, factor X, and factor IX.

Eksempel VI Example VI

Ekspres. ion av beninduserende faktor Express. ion of bone-inducing factor

For å fremstille bovine, humane eller andre pattedyr-ben-induserende faktorer, blir DNA som koder for det overført til en hensiktsmessig ekspresjonsvektor og introdusert inn i pattedyrceller ved bruk av konvensjonelle genetiske konstruk-sj onsteknikker. To produce bovine, human or other mammalian bone-inducing factors, the DNA encoding it is transferred into an appropriate expression vector and introduced into mammalian cells using conventional genetic engineering techniques.

En som er kjent innenfor fagområdet kan konstruere pattedyr-ekspresjonsvektorer ved bruk av sekvensen i tabellene II-IV eller andre modifiserte sekvenser og kjente vektorer, såsom pCD (Okayama et al., Mol. Cell Biol., 2:161-170 (1982)] og pJL3, pJL4 [Gough et al., EMBO J., 4:645-653 (1985 )]. Transformering av disse vektorene inn i hensiktsmessige vertsceller kan resultere i ekspresjon av benvekstinduserende faktorer. En som er kjent innenfor fagområdet kan manipulere sekvensene i tabellene II - IV ved eliminering eller erstatning av pattedyr-regulatoriske sekvenser som flankerer den kodende sekvensen med bakterielle sekvenser for dannelse av bakterielle vektorer for intracellulær eller ekstracellu-lær ekspresjon ved bakterielle celler. For eksempel, så kan de kodende sekvensene videre bli manipulert (f.eks. ligert til andre kjente linkere eller modifisert ved deletering av ikke-kodende sekvenser derfra eller forandring av nukleotider deri ved bruk av andre kjente teknikker). Den kodende sekvensen til den modifiserte beninduserende faktoren kunne deretter bli satt inn i en kjent bakteriell vektor ved bruk av fremgangsmåter slik som er beskrevet i T. Taniguchi et al., Proe. Nati Acad. Sei. USA, 77:7230-5233 (1980). Denne bakterielle vektoren kunne deretter bli transformert inn i bakterielle vertsceller og dermed så kunne beninduserende faktor bli uttrykt. En strategi for fremstilling av ekstra-cellulær av beninduserende faktor i bakterie-celler, se f.eks. Europa patentsøknad EPA 177,343. One skilled in the art can construct mammalian expression vectors using the sequence in Tables II-IV or other modified sequences and known vectors, such as pCD (Okayama et al., Mol. Cell Biol., 2:161-170 (1982) ] and pJL3, pJL4 [Gough et al., EMBO J., 4:645-653 (1985 )]. Transformation of these vectors into appropriate host cells can result in the expression of bone growth-inducing factors. One skilled in the art can manipulate the sequences in Tables II - IV by eliminating or replacing mammalian regulatory sequences flanking the coding sequence with bacterial sequences to form bacterial vectors for intracellular or extracellular expression by bacterial cells. For example, the coding sequences can be further manipulated ( (eg ligated to other known linkers or modified by deletion of non-coding sequences therefrom or alteration of nucleotides therein using other known techniques). the sequence of the modified bone-inducing factor could then be inserted into a known bacterial vector using methods such as those described in T. Taniguchi et al., Proe. Nat Acad. Pollock. USA, 77:7230-5233 (1980). This bacterial vector could then be transformed into bacterial host cells and thus bone-inducing factor could be expressed. A strategy for the production of extracellular bone-inducing factor in bacterial cells, see e.g. European patent application EPA 177,343.

Lignende manipulasjoner kan bli utført ved konstruksjon av en insektvektor [se f.eks. fremgangsmåter beskrevet i publisert Similar manipulations can be performed in the construction of an insect vector [see e.g. procedures described in published

Europa-patentsøknad 155,476] for ekspresjon 1 Insektceller. En gjaervektor kan også bli konstruert ved bruk av gjær-regulatoriske sekvenser for Intracellulær eller ekstracellu-lær ekspresjon av faktorene i denne oppfinnelsen ved gjærceller. [Se f.eks. fremgangsmåter beskrevet i publisert PCG søknad W086/00639 og Europa patentsøknad EPA 123,289]. European Patent Application 155,476] for expression 1 Insect cells. A yeast vector can also be constructed using yeast regulatory sequences for intracellular or extracellular expression of the factors of this invention by yeast cells. [See e.g. methods described in published PCG application W086/00639 and European patent application EPA 123,289].

En fremgangsmåte for fremstilling av store mengder av en benvekststimulerende faktor i oppfinnelsen fra pattedyrceller innbefatter konstruksjon av celler som inneholder flere kopier av det heterologe beninduserende faktorgenet. Det heterologe genet kan bli knyttet til en amplifiserbar markør, f.eks. dihydrofolat reduktase (DHFR) genet hvorpå celler som inneholder økende genkopier kan bli selektert for propagering i økende konsentrasjoner av metotreksat (MTX) i henhold til fremgangsmåten til Kaufman og Sharp, J. Mol..Biol. , 159:601-629 (1982). Denne fremgangsmåten kan bli benyttet for et stort antall forskjellige celletyper. A method for producing large amounts of a bone growth stimulating factor in the invention from mammalian cells involves the construction of cells containing multiple copies of the heterologous bone inducing factor gene. The heterologous gene can be linked to an amplifiable marker, e.g. dihydrofolate reductase (DHFR) gene upon which cells containing increasing gene copies can be selected for propagation in increasing concentrations of methotrexate (MTX) according to the method of Kaufman and Sharp, J. Mol..Biol. , 159:601-629 (1982). This method can be used for a large number of different cell types.

For eksempel kan et plasmid som inneholder en DNA-sekvens for en beninduserende faktor i oppfinnelsen som er i operativ assosiasjon med andre plasmidsekvenser som muliggjør ekspresjon derav og DHFR ekspresjonsplasmid pAdA26SV(A)3 [Kaufman og Sharp, Mol. Cell. Biol., 2:1304 (1982 )] kan bli ko-introdusert inn i DHFR-defekte CHO-celler, DUKX-BII, ved kalsiumfosfat ko-presipitasjon og transfeksjon. Transforman-ter som uttrykker DHFR blir selektert for vekst i alfa-medium med dialysert føtalt kalveserum, og deretter selektert for amplifikasjon ved vekst i økende konsentrasjoner av MTX (påfølgende steg i 0.02, 0.2, 1.0 og 5uM MTX) som beskrevet i Kaufman et al., Mol Cell Biol., 5:1750 (1983). Transforman-ter blir klonet, og biologisk aktiv beninduserende faktorekspresjon blir bestemt ved rotte bendannelse-analyse. Beninduserende faktorekspresjon bør øke med økende nivåer av MTX motstand. Lignende fremgangsmåter kan følges for å fremstille andre beninduserende faktorer. For example, a plasmid containing a DNA sequence for a bone-inducing factor of the invention which is in operative association with other plasmid sequences enabling expression thereof and DHFR expression plasmid pAdA26SV(A)3 [Kaufman and Sharp, Mol. Cell. Biol., 2:1304 (1982 )] can be co-introduced into DHFR-deficient CHO cells, DUKX-BII, by calcium phosphate co-precipitation and transfection. Transformants expressing DHFR are selected for growth in alpha medium with dialyzed fetal calf serum, and then selected for amplification by growth in increasing concentrations of MTX (subsequent steps in 0.02, 0.2, 1.0 and 5uM MTX) as described in Kaufman et al. ., Mol Cell Biol., 5:1750 (1983). Transformants are cloned, and biologically active bone-inducing factor expression is determined by rat bone formation assay. Bone-inducing factor expression should increase with increasing levels of MTX resistance. Similar procedures can be followed to produce other bone-inducing factors.

Alternativt kommer det humane genet direkte til uttrykk som beskrevet ovenfor. Aktivt beninduserende faktor kan bli fremstilt i bakterier og gjærceller. Det ekspresjonssystemet som for tiden er å foretrekke for biologisk aktivt rekombinant human beninduserende faktor er stabilt transformerte CHO-celler . Alternatively, the human gene is directly expressed as described above. Active bone-inducing factor can be produced in bacteria and yeast cells. The currently preferred expression system for biologically active recombinant human bone-inducing factor is stably transformed CHO cells.

Som et spesifikt eksempel, for å fremstille den humane beninduserende faktoren (huBMP-1) i eksempel V, blir innskuddet til U20S-1 frigjort fra vektorarmene ved kutting med Sal I og subklonet inn i pattedyr-ekspresjonsvektor pMT2CX kuttet med Xho I. Plasmid DNA fra denne subklonen blir transfektert inn i COS-celler ved DEAE-dekstran-fremgangsmåten [Sompayrac og Danna PNAS 78:7575-7578 (1981); Luthman og Magnusson, Nucl.Acids Res. 11: 1295-1308 (1983)]. Serum-fritt 24 t kondisjonert medium blir samlet fra cellene 40-70 t etter transfeksj onen. As a specific example, to prepare the human bone-inducing factor (huBMP-1) of Example V, the insert of U20S-1 is released from the vector arms by cutting with Sal I and subcloned into mammalian expression vector pMT2CX cut with Xho I. Plasmid DNA from this subclone is transfected into COS cells by the DEAE-dextran method [Sompayrac and Danna PNAS 78:7575-7578 (1981); Luthman and Magnusson, Nucl. Acids Res. 11: 1295-1308 (1983)]. Serum-free 24 h conditioned medium is collected from the cells 40-70 h after transfection.

Pattedyr-ekspresjonsvektor pMT2 Cla-Xho (pMT2 CX) er et derivat av p91023 (b) (Wong et al., Science 228:810-815, 1985) som er forskjellig fra den sistnevnte ved at den inneholder ampicillin resistens-genet istedenfor tetracyklin-resistensgenet og at den videre inneholder et Xhol sete for innsetting av cDNA-kloner. De funksjonelle elementene til pMT2 Cla-Xho er blitt beskrevet (Kaufman, R.J., 1985, Proe. Nati. Acad. Sei. USA 82:689-693) og innbefatter adenovirus VA-gener, SV40 replikasjonsorigo som innbefatter den 72 bp forsterkeren, adenovirus hoved-senpromoter innbefattet et 5<* >spleise-sete og hovedparten av adenovirusets tredelte ledersekvens som er tilsted epå adenovirus sen mRNA'er, et 3' spleise-akseptorsete, et DHFR innskudd, SV40 tidlig polyade-nyleringssete (SV40), og pBR322 sekvenser som er nødvendig for propagering i E. coli. Mammalian expression vector pMT2 Cla-Xho (pMT2 CX) is a derivative of p91023 (b) (Wong et al., Science 228:810-815, 1985) which differs from the latter in that it contains the ampicillin resistance gene instead of tetracycline -the resistance gene and that it further contains an Xhol site for the insertion of cDNA clones. The functional elements of pMT2 Cla-Xho have been described (Kaufman, R.J., 1985, Proe. Nati. Acad. Sei. USA 82:689-693) and include adenovirus VA genes, SV40 origin of replication including the 72 bp enhancer, adenovirus major late promoter included a 5<* >splice site and most of the adenovirus tripartite leader sequence present on adenovirus late mRNAs, a 3' splice acceptor site, a DHFR insert, SV40 early polyadenylation site (SV40), and pBR322 sequences required for propagation in E. coli.

Plasmid pMT2 Cla-Xho oppnås ved EcoRI kutting av pMT2-VWF, som er blitt deponert ved the American Type Culture Collection (ATCC), Rockville, MD (USA) under aksesjonsnummer ATCC 67122. EcoRI kutting kutter cDNA-Innskuddet som er tilstede i pMT2-VWF ut, som gir pMT2 i lineær form som kan bli ligert og brukt til å transformere E. coli HB 101 eller DH-5 til ampicillin resistens. Plasmid pMT2 DNA kan bli fremstilt ved bruk av konvensjonelle fremgangsmåter. pMT2CX blir deretter konstruert ved kutting av pMT2 med Eco RV og Xbal, behandling av det kuttede DNA'et med Klenow-fragment av DNA-polymerase I, og ligering av Cla-linkere (NEBiolabs, CATCGATG). Dette fjerner basene 2266 til 2421 med utgangspunkt fra Hind III setet nær SV40 replikasjonsorigo og forsterkersekvensen til pMT2. Plasmid DNA blir deretter kuttet med EcoRI, gjort butt som ovenfor, og ligert til en EcoRI adapter, Plasmid pMT2 Cla-Xho is obtained by EcoRI cutting of pMT2-VWF, which has been deposited at the American Type Culture Collection (ATCC), Rockville, MD (USA) under accession number ATCC 67122. EcoRI cutting cuts the cDNA insert present in pMT2 -VWF out, which gives pMT2 in linear form that can be ligated and used to transform E. coli HB 101 or DH-5 to ampicillin resistance. Plasmid pMT2 DNA can be prepared using conventional methods. pMT2CX is then constructed by cutting pMT2 with Eco RV and XbaI, treating the cut DNA with Klenow fragment of DNA polymerase I, and ligation with Cla linkers (NEBiolabs, CATCGATG). This removes bases 2266 to 2421 starting from the Hind III site near the SV40 origin of replication and the enhancer sequence of pMT2. Plasmid DNA is then cut with EcoRI, blunted as above, and ligated to an EcoRI adapter,

5' PO4-AATTCCTCGAGAGCT 3' 5' PO4-AATTCCTCGAGAGCT 3'

3' GGAGCTCTCGA 5' 3' GGAGCTCTCGA 5'

kuttet med Xhol, og ligert, som gir pMT2 Cla-Xho, som deretter kan bli brukt til å transformere E. coli til ampicillin-resistens. Plasmid pMT2 Cla-Xho DNA kan bli fremstilt ved konvensjonelle fremgangsmåter. cut with XhoI, and ligated, yielding pMT2 Cla-Xho, which can then be used to transform E. coli into ampicillin resistance. Plasmid pMT2 Cla-Xho DNA can be prepared by conventional methods.

Eksempel VII Example VII

Biologisk aktivitet til uttrykt beninduserende faktor Biological activity of expressed bone-inducing factor

For måling av den biologiske aktiviteten til uttrykt beninduserende faktor (huBMP-1) tilveiebragt i eksempel VI ovenfor, blir faktoren delvis renset på en Heparin Sepharose kolonne. 4 ml av transfeksjons-supernatanten fra en 100 mm skål blir konsentrert omtrent 10 ganger ved ultrafiltrering på en YM 10 membran og deretter dialysert mot 20mM Tris, 0.15 M NaCl, pH 7.4 (utgangsbuffer). Dette materialet blir deretter applisert på en 1.1 ml Heparin Sepharose kolonne i utgangsbuffer. Ubundede proteiner blir fjernet ved bruk av en 8 ml vask med utgangsbuffer, og bundne proteiner, innbefattet BMP-1, blir desorbert ved en 3-4 ml vask med 20 mM Tris, 2.0 M NaCl, pH 7.4. For measuring the biological activity of expressed bone-inducing factor (huBMP-1) provided in Example VI above, the factor is partially purified on a Heparin Sepharose column. 4 ml of the transfection supernatant from a 100 mm dish is concentrated approximately 10-fold by ultrafiltration on a YM 10 membrane and then dialyzed against 20 mM Tris, 0.15 M NaCl, pH 7.4 (stock buffer). This material is then applied to a 1.1 ml Heparin Sepharose column in output buffer. Unbound proteins are removed using an 8 mL wash with starting buffer, and bound proteins, including BMP-1, are desorbed using a 3-4 mL wash with 20 mM Tris, 2.0 M NaCl, pH 7.4.

Proteinene som bindes av Heparin-kolonnen blir konsentrert omtrent ti-ganger på en Centricon 10 og saltet reduseres ved diafiltrering med 0.1* trifluoreddiksyre. Den hensiktsmessige mengden av denne oppløsningen blir blandet med 20 mg rottematriks og deretter analyser for in vivo ben- eller brusk-dannelse som nylig beskrevet i eksempel III. En falsk transfeksjons-supernatant fraksjonering blir brukt som en kontroll. The proteins bound by the Heparin column are concentrated approximately tenfold on a Centricon 10 and the salt is reduced by diafiltration with 0.1* trifluoroacetic acid. The appropriate amount of this solution is mixed with 20 mg of rat matrix and then assayed for in vivo bone or cartilage formation as recently described in Example III. A mock transfection supernatant fractionation is used as a control.

Stoffene som er implantert som inneholder rotte-matriks til hvilket det er tilsatt spesifikke mengder av human BMP-1 blir fjernet fra rottene etter syv dager og prosessert for histologisk evaluering. Represenative seksjoner fra hvert implantat blir farget for tilstedeværelse av nye benmineraler med von Kossa og syre-fuschin, og for tilstedeværelse av brusk-spesifikk matriksdannelse ved bruk av toluidin blå. Typer av celler som er tilstede innenfor seksjonen, blir evaluert likeledes i hvilken grad disse cellene utviser fenotype. The tissues implanted containing rat matrix to which specific amounts of human BMP-1 have been added are removed from the rats after seven days and processed for histological evaluation. Representative sections from each implant are stained for the presence of new bone mineral with von Kossa and acid-fuschin, and for the presence of cartilage-specific matrix formation using toluidine blue. Types of cells present within the section are evaluated as well as the extent to which these cells exhibit phenotype.

Tilsetting av human BMP-1 til matriksmaterialet resulterte i dannelse av brusk-1ignende klumper 7 dager etter implanta-sjon. Bruskdannende-type celler er det mulig å gjenkjenne ved form og ekspresjon av metakromatisk matriks. Aktivitetsmeng-den observert for human BMP-1 var avhengig av mengden av human BMP-1 protein som var satt til matriksen. Tabell V illustrerer dose-respons-sammenhengen mellom human BMP-1 protein og mengde ben-induksjon som observeres. Addition of human BMP-1 to the matrix material resulted in the formation of cartilaginous clumps 7 days after implantation. Cartilaginous-type cells can be recognized by their shape and expression of metachromatic matrix. The amount of activity observed for human BMP-1 was dependent on the amount of human BMP-1 protein added to the matrix. Table V illustrates the dose-response relationship between human BMP-1 protein and amount of bone induction observed.

Brusk (c) aktivitet ble angitt på en skala på O(-) til 5. Cartilage (c) activity was scored on a scale of O(-) to 5.

Lignende aktivitetsnivåer blir sett i Heparin Sepharose fraksjonerte COS-celle-ekstrakter. Partiell opprensning oppnås på en lignende måte som beskrevet ovenfor med unntag-else av at 6 M urea er innbefattet i alle buffere. Similar activity levels are seen in Heparin Sepharose fractionated COS cell extracts. Partial purification is achieved in a similar way as described above with the exception that 6 M urea is included in all buffers.

Fremgangsmåtene beskrevet ovenfor kan bli benyttet for å isolere andre beninduserende faktorer som er av interesse ved bruk av de bovine beninduserende faktorene og/eller humane beninduserende faktorer som probe-kilde. Slike andre beninduserende faktorer kan være nyttige ved, blant annet, reparasjon av brudd. The methods described above can be used to isolate other bone-inducing factors of interest using the bovine bone-inducing factors and/or human bone-inducing factors as a probe source. Such other bone-inducing factors may be useful in, among other things, fracture repair.

De foregående beskrivelsene beskriver de foretrukne fremstil-lingene av denne oppfinnelsen. Mangfoldige modifikasjoner og variasjoner i utførelse derav er ventet å oppstå til en som er kjent innenfor fagområdet ved betraktning av disse beskrivelsene. Disse modifikasjonene og variasjonene er ment å være innbefattet innenfor de vedlagte kravene. The preceding descriptions describe the preferred embodiments of this invention. Multiple modifications and variations in execution thereof are expected to occur to one skilled in the art upon consideration of these descriptions. These modifications and variations are intended to be included within the attached requirements.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av huBMP-1, karakterisert ved at den innbefatter dyrking av en mikroorganisme transformert med en vektor inneholdende en DNA-sekvens som koder for huBMP-1 i et egnet kulturmedium, hvor nevnte DNA-sekvens innbefatter nukleotidsekvensen som følger: og isolering av huBMP-1 fra nevnte kulturmedium.1. Process for the production of huBMP-1, characterized in that it includes the cultivation of a microorganism transformed with a vector containing a DNA sequence that codes for huBMP-1 in a suitable culture medium, where said DNA sequence includes the nucleotide sequence as follows: and isolating huBMP-1 from said culture medium. 2. cDNA-sekvens som koder for huBMP-1, karakterisert ved at cDNA-sekvensen har nukleotidsekvensen ifølge krav 1 eller en sekvens som hybridiseres dertil under stringente betingelser og som ved ekspresjon koder for et protein som utviser de samme egenskapene som huBMP-1.2. cDNA sequence that codes for huBMP-1, characterized in that the cDNA sequence has the nucleotide sequence according to claim 1 or a sequence that hybridizes thereto under stringent conditions and that, upon expression, codes for a protein that exhibits the same properties as huBMP-1. 3. Vektor, karakterisert ved at den inneholder og kan uttrykke en DNA-sekvens som koder for et humant benvekstinduserende protein, huBMP-1, som har nukleotidsekvensen ifølge krav 1. 3. Vector, characterized in that it contains and can express a DNA sequence that codes for a human bone growth-inducing protein, huBMP-1, which has the nucleotide sequence according to claim 1. 4 . Mikroorganisme som er transformert med en vektor som koder for proteinet ifølge krav 3, karakterisert ved at den kan uttrykke proteinet og at den selekteres fra gruppen bestående av en bakteriecelle og en gjærcelle.4. Microorganism that has been transformed with a vector that codes for the protein according to claim 3, characterized in that it can express the protein and that it is selected from the group consisting of a bacterial cell and a yeast cell.
NO880701A 1986-07-01 1988-02-17 Process for the preparation of huBMP-1, its cDNA encoding it, and vector and microorganism for expression NO309531B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO963789A NO310030B1 (en) 1986-07-01 1996-09-10 Process for Preparation of huBMP-3
NO963788A NO310029B1 (en) 1986-07-01 1996-09-10 Process for Preparation of huBMP-2 Class I (BMP-2) and II (BMP-4)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US88077686A 1986-07-01 1986-07-01
US94377686A 1986-12-17 1986-12-17
US07/031,346 US4877864A (en) 1987-03-26 1987-03-26 Osteoinductive factors
PCT/US1987/001537 WO1988000205A1 (en) 1986-07-01 1987-06-30 Novel osteoinductive compositions

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO880701L NO880701L (en) 1988-02-17
NO880701D0 NO880701D0 (en) 1988-02-17
NO309531B1 true NO309531B1 (en) 2001-02-12

Family

ID=37882543

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO880701A NO309531B1 (en) 1986-07-01 1988-02-17 Process for the preparation of huBMP-1, its cDNA encoding it, and vector and microorganism for expression
NO963788A NO310029B1 (en) 1986-07-01 1996-09-10 Process for Preparation of huBMP-2 Class I (BMP-2) and II (BMP-4)
NO963789A NO310030B1 (en) 1986-07-01 1996-09-10 Process for Preparation of huBMP-3
NO2003006C NO2003006I2 (en) 1986-07-01 2003-07-25 Dibotermin alfa

Family Applications After (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO963788A NO310029B1 (en) 1986-07-01 1996-09-10 Process for Preparation of huBMP-2 Class I (BMP-2) and II (BMP-4)
NO963789A NO310030B1 (en) 1986-07-01 1996-09-10 Process for Preparation of huBMP-3
NO2003006C NO2003006I2 (en) 1986-07-01 2003-07-25 Dibotermin alfa

Country Status (1)

Country Link
NO (4) NO309531B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
NO310029B1 (en) 2001-05-07
NO963788L (en) 1988-02-17
NO880701L (en) 1988-02-17
NO963788D0 (en) 1996-09-10
NO2003006I2 (en) 2006-12-27
NO963789L (en) 1988-02-17
NO880701D0 (en) 1988-02-17
NO963789D0 (en) 1996-09-10
NO310030B1 (en) 2001-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1254956B1 (en) Novel osteoinductive compositions
US5108922A (en) DNA sequences encoding BMP-1 products
US4877864A (en) Osteoinductive factors
US5618924A (en) BMP-2 products
US6432919B1 (en) Bone morphogenetic protein-3 and compositions
AU645244B2 (en) Bone and cartilage inductive compositions
US5631142A (en) Compositions comprising bone morphogenetic protein-2 (BMP-2)
US7300772B2 (en) BMP products
EP0536186B1 (en) Bone and cartilage inductive proteins
CA2030518C (en) Osteoinductive compositions
US5635373A (en) Bone morphogenic protein-5(BMP-5) and DNA encoding same
US5849880A (en) Bone morphogenetic protein (BMP)--6
US5106748A (en) Dna sequences encoding 5 proteins
EP0550625B1 (en) Bmp-5 derivatives
NO309531B1 (en) Process for the preparation of huBMP-1, its cDNA encoding it, and vector and microorganism for expression
US7378392B1 (en) Bone and cartilage inductive proteins
US20070026437A1 (en) Novel BMP products
KR970005583B1 (en) Novel osteoinductive compositions
IE83704B1 (en) Novel osteoinductive factors
JP2004073208A (en) Osteolytic composition

Legal Events

Date Code Title Description
SPCF Filing of supplementary protection certificate

Free format text: PRODUCT NAME: DIBOTERMIN ALFA; NAT. REG. NO/DATE: NO , EU/1/02/22 20030307; FIRST REG. NO/DATE: EP , EU/1/02/22 20020909

Spc suppl protection certif: 2003006

Filing date: 20030725

SPCG Granted supplementary protection certificate

Free format text: PRODUCT NAME: DIBOTERMIN ALFA; NAT. REG. NO/DATE: NO , EU/1/02/22 20030307; FIRST REG. NO/DATE: EP , EU/1/02/22 20020909

Spc suppl protection certif: 2003006

Filing date: 20030725

Extension date: 20120630

MK1K Patent expired