WO2016125811A1 - 免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質、およびそれを用いたアフィニティ分離剤、液体クロマトグラフィー用カラム - Google Patents

免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質、およびそれを用いたアフィニティ分離剤、液体クロマトグラフィー用カラム Download PDF

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悟 三沢
理紗 中田
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Definitions

  • the present invention relates to a protein that specifically binds to an immunoglobulin, an affinity separation agent that uses the protein as an immunoglobulin-binding affinity ligand, and a column for liquid chromatography.
  • Antibody has a function of specifically binding to a substance called an antigen, and a function of detoxifying and removing an antigenic factor in cooperation with other biomolecules and cells.
  • the name “antibody” is a name that emphasizes the function of binding to such an antigen, and the substance is called “immunoglobulin”.
  • antibody pharmaceuticals using the functions of antibodies.
  • antibody drugs work more specifically for target molecules, and are expected to reduce side effects and achieve high therapeutic effects. It contributes to the improvement.
  • Developed as antibody drugs are basically monoclonal IgG antibodies, which are produced in large quantities using recombinant cultured cell technology and purified using proteins having affinity for IgG antibodies.
  • Protein A is well known as an immunoglobulin-binding protein having affinity for IgG antibodies.
  • Protein A is one of the cell wall proteins produced by the Gram-positive bacterium Staphylococcus aureus. Signal sequence S, five immunoglobulin binding domains (E domain, D domain, A domain, B) Domain, C domain) and an XM region which is a cell wall binding domain (Non-patent Document 1).
  • an affinity chromatography column in which protein A is immobilized as a ligand on a water-insoluble carrier is generally used.
  • protein A rProtein A Sepharose (registered trademark), manufactured by GE Healthcare Japan) from which the XM region having no immunoglobulin binding activity has been removed, or the B domain disclosed in Patent Document 1 Protein A having a Z domain, which is a modified domain in which mutations are introduced, is known.
  • the Z domain is a modified domain into which a mutation that replaces glycine at position 29 with alanine is introduced with respect to the B domain, and is known to have higher alkali resistance than the B domain.
  • Patent Document 2 discloses an affinity chromatography ligand containing 3 to 5 consecutive amino acid deletions at the N-terminus of the C, B, and Z domains of protein A in order to enhance alkali resistance.
  • Patent Document 3 discloses an affinity chromatography ligand having a sequence in which Asn-Lys-Phe-Asn at positions 3-6 of protein A domain C unit is deleted in order to enhance alkali stability. .
  • Patent Document 4 discloses an immunoglobulin-binding protein in which asparagine at positions 3 and 6 of protein B is substituted with other amino acids in order to increase alkali resistance.
  • Patent Document 5 discloses an antibody-recognition-binding protein having a sequence that does not contain lysine and cysteine residues in the E, D, A, B, and C domains of protein A in order to enable the elimination of the antibody with weak acidity. It is disclosed.
  • proteases is serine protease.
  • the recombinant protein A disclosed in Patent Documents 1 to 4 has no serine protease resistance and has a problem in use as a ligand for affinity chromatography columns.
  • the recombinant protein A that does not contain lysine and cysteine disclosed in Patent Document 5 does not have sufficient immunoglobulin binding activity, particularly when compared with the wild type when multimerized.
  • the immunoglobulin binding activity is low and the function as a ligand of the column for affinity chromatography cannot be sufficiently achieved.
  • thermolysin is another protease that causes the above problem.
  • Thermolysin is a metalloprotease derived from a bacterium belonging to the genus Bacillus and has high activity in a relatively high temperature environment and a high pH environment.
  • the recombinant protein A disclosed in Patent Documents 1, 3 to 5 has no thermolysin resistance, and thus cannot be recovered in an intact form, and there is a problem in using it as a ligand for a column for affinity chromatography.
  • the recombinant protein A disclosed in Patent Document 2 includes those that have resistance to thermolysin, but the immunoglobulin binding activity is reduced, and in the first place, the column for affinity chromatography is used. It was newly found that there is a problem that the function as a ligand cannot be sufficiently achieved.
  • an object of the present invention is to provide a protein that can be suitably used as an affinity ligand that has resistance to proteases and has sufficient immunoglobulin binding activity.
  • the first object of the present invention is to provide a protein that can be suitably used as an affinity ligand, which is particularly resistant to serine proteases among proteases and has sufficient immunoglobulin binding activity.
  • the second object of the present invention is to provide a protein that can be suitably used as an affinity ligand, which is particularly resistant to thermolysin among proteases and has sufficient immunoglobulin binding activity.
  • the present inventors have found that in the amino acid sequence of a specific domain of protein A, serine is not contained in the region connecting the domains. The present inventors have found that protease resistance is improved and completed the present invention.
  • the present inventors have included a hydrophobic amino acid in a region connecting domains between domains in the amino acid sequence of a specific domain of protein A. It was found that the resistance to thermolysin was improved in the absence, and the present invention was completed.
  • [2]-(1) A protein having two or more domains derived from any of the B, C, and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 4 to 6, wherein at least one amino acid sequence of the domain A protein having affinity for an immunoglobulin, comprising one or more lysines, wherein lysine at position 4 and lysine at the C-terminal are deleted or substituted.
  • [2]-(2) A protein having two or more domains derived from any of the B, C, and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 4 to 6, wherein at least one amino acid sequence of the domain
  • one or more lysines are included, and the lysine at the C-terminal of each domain and the sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of each domain are used as a linking position sequence (first linking element), at least one linking position A protein having affinity for immunoglobulin, wherein the C-terminal lysine and the lysine at position 4 of the sequence (first linking element) are deleted or substituted.
  • the lysine at the 4-position and the C-terminal lysine that has been deleted or substituted is deleted [1] or [2] The protein according to 1.
  • the lysine at the C-terminal of each domain and the sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of each domain are used as a linking site sequence (first linking element), at least one linking site sequence (first linking site)
  • the element is a protein according to any one of [1] to [3], comprising one or more amino acids.
  • the lysine at the 4-position and the C-terminal lysine deleted or substituted is substituted with a hydrophilic amino acid.
  • the domains contained in the protein are derived from any one of amino acid sequences of E, D, A, B, C and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 1 to 6. ] To [7]. [9] When the C-terminal lysine of each domain and the sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of each domain are used as a linking site sequence (first linking element), the linking site sequence (first linking element) is The protein according to any one of [1] to [8], which does not contain lysine.
  • the linking site sequence is The protein according to any one of [1] to [9], which does not contain arginine.
  • An affinity separation agent wherein the protein according to any one of [1] to [10] is immobilized on a carrier comprising a water-insoluble substrate as an affinity ligand.
  • a column for liquid chromatography comprising the affinity separation agent according to [11] and comprising at least one container.
  • at least one linking element is composed of one or more amino acids and a mutant ligation composed of amino acids other than hydrophobic amino acids.
  • the mutant linking element comprises a sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of the A, B, or C domain, and alanine at the 1st position and / or phenylalanine at the 5th position
  • the protein according to [13] which has been deleted.
  • the mutant linking element comprises a sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of the Z domain and lacks valine at the 1st position and / or phenylalanine at the 5th position.
  • the mutant linking element comprises a sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of the A, B, or C domain, and comprises alanine at the 1st position and / or phenylalanine at the 5th position.
  • the mutant linking element (mutant second linking element) comprises a sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of the Z domain, and valine at position 1 and / or phenylalanine at position 5 are other than hydrophobic amino acids.
  • the protein according to [13] or [15] which is substituted with an amino acid.
  • [18] The protein according to [16] or [17], wherein the amino acid other than the hydrophobic amino acid to be substituted with the mutant linking element (mutant second linking element) is a hydrophilic amino acid. [19] The protein according to any one of [13] to [18], wherein the mutant linking element (mutant second linking element) is composed of two or more amino acids. [20] The protein according to any one of [13] to [19], which has three or more domains. [21] The protein according to any one of [13] to [20], wherein all the linking elements (second linking elements) are mutant linking elements (mutant second linking elements).
  • All of the domains contained in the protein are derived from any one of the amino acid sequences of the A, B, C, and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 3 to 6 [13] to [21] The protein according to any one of the above. [23] The protein according to any one of [13] to [22], wherein the C-terminal lysine in the amino acid sequence of at least one domain is deleted or substituted. [24] The protein according to [23], wherein in the domain binding the mutant linking element (mutant second linking element) on the C-terminal side, the C-terminal lysine in the amino acid sequence of the domain is deleted or substituted. .
  • a protein having resistance to a specific protease and sufficient immunoglobulin binding activity can be provided.
  • an affinity ligand excellent in immunoglobulin binding activity and an affinity separation agent excellent in durability can be produced.
  • the first embodiment of the present invention it is possible to provide a protein having resistance to a protease, particularly a serine protease, and having a sufficient immunoglobulin binding activity.
  • a protein of the present invention an affinity ligand excellent in immunoglobulin binding activity and an affinity separation agent excellent in durability can be produced.
  • the second embodiment of the present invention it is possible to provide a protein that is resistant to a protease, particularly thermolysin, and has an ability to bind to an immunoglobulin.
  • a protein of the present invention an affinity ligand excellent in ability to bind to immunoglobulin and an affinity separation agent excellent in durability can be produced.
  • FIG. 1 is an amino acid sequence comparison table for the E, D, A, B, C, and Z domains of protein A of Staphylococcus. Note that “-(hyphen)” indicates the same amino acid residue as the C domain, and “/ (hatched)” indicates an amino acid deletion.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a case where a tetrameric protein is immobilized on a carrier as a ligand, and a non-immobilized domain is not formed.
  • FIGS. 3A to 3C are schematic views when a tetrameric protein is immobilized on a carrier as a ligand and one or more non-immobilized domains are present.
  • FIGS. 5 (A) and 5 (B) show a case where a tetrameric protein is immobilized on a carrier as a ligand, and an immobilization tag is introduced to form a bond with the carrier. It is a schematic diagram when the domain of becomes a non-immobilization domain.
  • the embodiment of the present invention relates to a protein having resistance to a specific protease and having sufficient immunoglobulin binding activity.
  • the first embodiment of the present invention relates to a protein that is resistant to proteases, particularly serine proteases, and has sufficient immunoglobulin binding activity.
  • the second embodiment of the present invention also relates to a protein that has resistance to proteases, particularly thermolysin, and has the ability to bind to immunoglobulin.
  • protein includes any molecule having a polypeptide structure, and a polypeptide chain that is fragmented or linked by peptide bonds is also referred to as “protein”. Included in the term.
  • a “domain” is a unit in a higher-order structure of a protein, which is composed of a sequence of several tens to several hundreds of amino acid residues, and is sufficient for expressing any physicochemical or biochemical function. The unit.
  • the protein of the first aspect in the first embodiment of the present invention has two or more domains derived from any of E, D, and A domains of protein A described in SEQ ID NOs: 1 to 3,
  • the amino acid sequence of at least one domain of the domain includes one or more lysines, and the C-terminal lysine is deleted or substituted.
  • the protein of the second aspect in the first embodiment of the present invention has two or more domains derived from any of the B, C, and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 4 to 6,
  • the amino acid sequence of at least one domain of the domain includes one or more lysines, wherein the lysine at position 4 and the lysine at the C-terminal are deleted or substituted.
  • the protein of the third aspect in the first embodiment of the present invention has two or more domains derived from any of the B, C, and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 4 to 6,
  • the amino acid sequence of at least one domain of the domain includes one or more lysines, and the lysine at the C-terminal of each domain and the sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of each domain are linked position sequences (first linking elements)
  • first linking elements In this case, the C-terminal lysine and the 4-position lysine of at least one of the linking site sequences (first linking element) are deleted or substituted.
  • proteins of the first aspect, the second aspect, and the third aspect of the first embodiment of the present invention are collectively referred to as the protein of the first embodiment of the present invention. To do.
  • Protein A is a protein composed of five linked immunoglobulin binding domains.
  • a plurality of microorganisms express protein A. Examples of microorganisms that express protein A include Staphylococcus.
  • CDR complementarity determining region
  • the E, D, A, B, C, and Z domains derived from protein A have highly homologous amino acid sequences, and more than 60% amino acid sequences. Have identity.
  • Hyphen (-) indicates the same amino acid residue as C domain.
  • Domain derived from any of E, D, A, B, C, and Z domains of protein A refers to a domain having an amino acid sequence derived from the amino acid sequence of each wild-type domain, and to the Fc region. As long as it encodes a protein having the binding ability of, the amino acid sequence of each wild-type domain may contain a mutation other than the mutation linking site sequence (mutation first linking element) described later.
  • amino acid sequence of any of the E, D, A, B, C, and Z domains of protein A is the amino acid sequence before introduction of the mutation (wild type amino acid sequence).
  • the amino acid sequence of the domain derived from any one of A, B, C, and Z domains is described later in the wild-type amino acid sequence itself of the E, D, A, B, C, and Z domains or the wild-type amino acid sequence. It includes a mutation linking site sequence (mutant first linking element) and / or one modified by partial amino acid substitution, insertion, deletion, and chemical modification.
  • the Z domain of protein A is obtained by introducing mutations A1V and G29A into the B domain, and is a domain that does not exist in natural protein A.
  • the amino acid sequence shown in FIG. 6 is referred to as the Z-domain wild type amino acid sequence.
  • the position of the specific amino acid in the amino acid sequence is specified by sequentially assigning a number starting from the N-terminal of the wild-type amino acid sequence.
  • the N-terminal of the amino acid sequence of each domain is the first position.
  • the 4th amino acid from the N-terminus of the B, C, and Z domains of protein A is lysine.
  • the E domain is treated as a deletion of the amino acid residues at the 1st and 2nd positions on the basis of a region having high homology with other domains.
  • the D domain is treated as having the third to fifth amino acid residues inserted from the N-terminus with reference to a region having high homology with other domains.
  • an amino acid when not described in its official name, it is represented by a conventional single letter abbreviation.
  • a wild type or non-mutated amino acid is added before the substitution position number, and the mutated amino acid is added after the substitution position number.
  • G29A a mutation that replaces glycine (Gly) at position 29 with alanine (Ala) is described as G29A.
  • the protein of the first embodiment of the present invention is a multimeric protein having two or more “domains derived from any of E, D, A, B, C, and Z domains of protein A” as a single domain.
  • the number is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and still more preferably 6 or less.
  • multimeric proteins may be homopolymers such as homodimers or homotrimers that are linked to a single immunoglobulin-binding domain, or heterodimers that are linked to different types of immunoglobulin-binding domains. Or a heteropolymer such as a heterotrimer.
  • all of the domains contained in the protein of the first embodiment of the present invention are any one of E, D, A, B, C and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 1 to 6. It is a homopolymer derived from.
  • linking site sequence refers to the C-terminal lysine in the amino acid sequence of each domain and the N-terminal 1- to 5-position sequence linked thereto.
  • the sequence of a total of 6 amino acid residues that is, the 1 amino acid residue on the C-terminal side and the 5 amino acid residues on the N-terminal side at the location where the two domains are linked is the linked site sequence (first linking element).
  • the amino acid sequence on the N-terminal side refers to the 5 amino acid residues of the sequence based on the amino acid sequence conserved in B, C, and Z.
  • the E domain has a sequence in which 2 amino acid residues are deleted from the N-terminal of the reference N-terminal sequence.
  • the location sequence refers to a sequence of a total of 4 amino acid residues including 1 amino acid residue on the C-terminal side and 3 amino acid residues on the N-terminal side.
  • the D domain has a sequence in which 3 amino acid residues indicated by () are inserted into the reference N-terminal sequence
  • a total of 9 amino acid residues including 1 amino acid residue on the C-terminal side and 8 amino acid residues on the N-terminal side are included in the linking part between the domains.
  • the three amino acid residues of “AQQ” inserted in the N-terminal side of the D domain are considered not to particularly affect the effect of the present invention, they are conserved in B, C, and Z in the present specification.
  • the amino acid sequence from the 1st to the 5th position at the N-terminal of the D domain contained in the linking site sequence (first linking element) shall refer to the 5 amino acid residues shown below.
  • n-1 linking site sequences (first linking elements).
  • the C-terminus is lysine (K) for any of the E, D, A, B, C and Z domains of protein A. Therefore, lysine (K) is necessarily included in the above-described connection location array (first connection element).
  • sequences shown below are sequences from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of the E, D, A, B, C, and Z domains of protein A.
  • the E domain consists of three amino acids without the amino acid residues at positions 1 and 2, and does not contain lysine (K).
  • Each sequence of the D, A, B, C, and Z domains consists of 5 amino acids, the D, A domains do not contain lysine (K), and the B, C, and Z domains are lysine (K) at position 4. Is included.
  • At least one linking site sequence is a partial amino acid substitution, insertion, deletion, and chemical modification.
  • the mutation linking site sequence (mutation first linking element) preferably does not contain lysine (K), more preferably is a sequence composed of amino acids other than lysine (K) and arginine (R). It is preferable to consist of these amino acids.
  • the lysine at the 4-position and the lysine at the C-terminal are deleted or substituted in the amino acid sequence of at least one of the B, C, and Z domains. It is characterized by having. Therefore, when a plurality of the domains are linked, the mutation linking site sequence (mutation first linking element) of the third aspect is constituted.
  • the terminal part does not form a mutation linking site sequence, but the affinity ligand described later is immobilized on the carrier.
  • the “mutation” means a partial amino acid substitution, insertion, deletion, and chemical modification performed on the wild-type amino acid sequence
  • the “mutant linking site sequence (mutant first linking element)” refers to a sequence in which a specific “mutation” is inserted into the linking site sequence (first linking element) of the wild-type amino acid sequence.
  • the “mutant domain” refers to a domain in which a specific “mutation” is inserted into the wild-type amino acid sequence of each domain.
  • At least one of the linking site sequences (first linking elements) included in the proteins of the first and third aspects of the first embodiment of the present invention is a mutant linking site sequence (mutant first linking element).
  • two or more are preferably mutation linking site sequences (mutation first linking elements), and in the case of an n-mer protein, n-1 are mutated linking site sequences.
  • More preferably (mutant first linking element), that is, all the linking site sequences (first linking elements) are mutated linking site sequences (mutant first linking elements). Therefore, in the protein of the first embodiment of the present invention, it is preferable that lysine is deleted or substituted in all the connection site sequences (first connection elements).
  • the lysine at the 4-position of the most N-terminal domain in the protein of the first embodiment of the present invention is deleted or substituted.
  • At least one of the domains included in the protein of the second aspect in the first embodiment of the present invention is a domain (mutant domain) in which the lysine at position 4 and the lysine at the C-terminus are deleted or substituted.
  • the most N-terminal domain or the most C-terminal domain of the protein is preferably a mutant domain
  • the immobilized domain described below is preferably a mutant domain.
  • the immobilization domain and two or more linked to it are preferably mutation domains, and in the case of an n-mer protein, the immobilization domain and n-2 linked thereto
  • the above domains are preferably mutant domains, and most preferably all domains are mutant domains.
  • the linking site sequence (first linking element) consists of the C-terminal amino acid residue and the 1st to 5th sequences in the amino acid sequence of each domain, and substitution, insertion, deletion, and
  • the sequence is modified by chemical modification, and is preferably a sequence composed of one or more amino acids, preferably composed of amino acids other than lysine (K) and arginine (R).
  • a site that is susceptible to cleavage by serine proteases such as trypsin and plasmin is a lysine (K) at a specific position in the wild-type amino acid sequence in the linking site sequence (first linking element) It became clear that it was the C-terminal side. From this, when it is set as the mutation connection place sequence (mutation 1st connection element) comprised by the amino acid which does not contain the specific lysine (K) which exists in a connection place sequence (1st connection element), protein by serine protease It has been found that cutting of can be significantly suppressed.
  • a mutation linking site sequence (mutant first linking element) can be obtained by deleting and / or replacing K in the linking site sequence (first linking element) of the wild-type amino acid sequence.
  • it is a mutation linking site sequence (mutation first linking element) composed of amino acids other than K, and more preferably a mutation linking element composed of amino acids other than K and R.
  • K and R existing in addition to the linking site sequence (first linking element) of the wild-type amino acid sequence are not easily cleaved by serine protease.
  • at least one lysine is present in at least one domain. Found that it needs to contain.
  • the lysine other than the linking site sequence is conserved in the wild type amino acid sequence, preferably two or more are conserved, more preferably three.
  • the above is conserved, and it is most preferable that four lysines are contained at the same position as the wild-type amino acid sequence.
  • lysine at position 35 is most preferably stored.
  • lysine present other than the linking site sequence is necessary for sufficient immunoglobulin binding activity
  • lysine near the antibody recognition site of wild-type protein A is an antibody. It is thought to have an electrostatic interaction. As a result, lysine that does not exist in the wild-type amino acid sequence may be included due to mutations such as substitution and insertion as long as the function of the antibody recognition site of wild-type protein A is not impaired. It is preferable not to contain lysine.
  • mutation linking site sequence mutant first linking element
  • the mutated linking site sequence is 1 or more It is essential to consist of the following amino acids. According to the study by the present inventors, when all six amino acids contained in the linking site sequence (first linking element) are deleted, the ability to bind to the target immunoglobulin is significantly reduced, When the protein was used as an affinity ligand, it became clear that the ability to bind to immunoglobulin was insufficient.
  • the mutation linking site sequence is composed of one or more amino acids, more preferably two or more amino acids, because the ability to bind to the target immunoglobulin tends to be higher.
  • the linking site sequence is a lysine (K) at the C-terminal of any domain of protein A and the E, D, and A domains. It consists of a sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence. For this reason, one K is included in the connection site sequence (first connection element) of the wild-type amino acid sequence. Therefore, the mutation linking site sequence (mutation first linking element) is preferably one in which the C-terminal lysine (K) of the domain to be linked is deleted.
  • a ligation site sequence (first linking element) formed by linking two A domains of protein A is a mutated linking site sequence (mutant first linking element)
  • the C-terminal lysine (K) is missing.
  • a preferred example is a sequence comprising three amino acids of D, N and N, wherein F at the position is deleted.
  • the linking site sequence (first linking element) is lysine (K) at the C-terminal of any domain of protein A, B, C, and It consists of a sequence from position 1 to position 5 in the amino acid sequence of the Z domain.
  • the linking site sequence (first linking element) of the wild-type amino acid sequence contains two Ks at the C-terminus and the 4-position. Therefore, it is preferable that the mutation linking site sequence (first linking element) is a deletion of the C-terminal lysine (K) and the 4-position lysine (K) of the domain to be linked.
  • a ligation site sequence (first linking element) formed by linking two B domains of protein A is used as a mutated ligation site sequence (mutant first linking element)
  • the C-terminal lysine (K) and 4 A sequence consisting of four amino acids of alanine (A), aspartic acid (D), asparagine (N) and phenylalanine (F) from which two amino acids of the lysine (K) are deleted Preferred examples include a sequence consisting of two amino acids, D and N, in which V at position 1 and F at position 5 are deleted in addition to position K.
  • the Ks included in the linking site sequence (first linking element) by the method described later, only the C-terminal K is deleted or only the K at the 4th position is deleted. May be.
  • amino acid substitution means a mutation that deletes the original amino acid and adds another amino acid at the same position.
  • Another amino acid to be added is not particularly limited, and examples thereof include natural protein-constituting amino acids, protein non-constituting amino acids, and non-natural amino acids. Among these, natural amino acids can be preferably used from the viewpoint of genetic engineering production.
  • the mutated linking site sequence contains lysine (K ) Must be included.
  • a sequence that does not contain arginine (R) is also preferable because it improves resistance to proteases that recognize arginine.
  • the amino acid introduced by substitution is not particularly limited as long as it is an amino acid other than lysine (K) and arginine (R), but asparagine (N), aspartic acid (D), glutamine (Q), glutamic acid (E ), Hydrophilic amino acids such as histidine (H); any of neutral amino acids such as cysteine (C), glycine (G), methionine (M), serine (S), threonine (T), tyrosine (Y) Preferably there is. Among these, any of hydrophilic amino acids is more preferable.
  • aspartic acid (D), glutamine (Q), glutamic acid (E), and histidine (H) are preferable.
  • connection site sequence (first connection element) of the wild-type amino acid sequence contains one K
  • mutation connection site sequence (mutation no. 1 linking element) is preferably one in which lysine (K) at the C-terminal of the domain to be linked is substituted.
  • a ligation site sequence (first linking element) formed by linking two A domains of protein A is a mutated ligation site sequence (mutant first linking element)
  • the C-terminal lysine (K) is It is preferably one substituted with an amino acid other than lysine (K) and arginine (R).
  • the C-terminal lysine (K) is substituted with asparagine (N), aspartic acid (D) or histidine (H), or in addition to K at the C-terminal, A at position 1 and F at position 5 Preferred examples include sequences in which is substituted with asparagine (N), aspartic acid (D) or histidine (H).
  • the linking position sequence (first linking element) of the wild-type amino acid sequence includes the C-terminus and two Ks at the 4-position, and is mutated.
  • the site sequence (mutant first linking element) is preferably one in which the C-terminal lysine (K) and the 4-position lysine (K) of the domain to be linked are substituted.
  • a ligation site sequence (first linking element) formed by linking two B domains of protein A is used as a mutated ligation site sequence (mutant first linking element)
  • the C-terminal lysine (K) and 4 The lysine (K) at the position is preferably substituted with an amino acid other than lysine (K) and arginine (R).
  • C-terminal lysine (K) and 4-position lysine (K) are substituted with asparagine (N), aspartic acid (D) or histidine (H), or C-terminal K and 4-position lysine.
  • Preferred examples include sequences in which V in the 1st position and F in the 5th position are substituted with asparagine (N), aspartic acid (D) and histidine (H) in addition to K.
  • an additional amino acid sequence may be inserted into the mutation linking site sequence (mutation first linking element).
  • the C-terminal lysine (K) and / or the 4-position lysine (K) is deleted or substituted to form a mutant linking site sequence (mutant first linking element).
  • a mutant linking site sequence for example, resistance to serine protease can be increased.
  • mutation linking site sequence consisting of two amino acids is preferred because the serine protease resistance tends to further increase. This is presumed to be due to the fact that the physical contact with the protease is suppressed by shortening the connecting portion sequence (first connecting element).
  • the protein in the first embodiment of the present invention may have resistance to other proteases in addition to resistance to serine proteases.
  • mutation linking site sequence (mutation first linking element) is composed of amino acids other than hydrophobic amino acids, it is preferable because it has resistance to thermolysin.
  • Modification of the amino acid sequence introduced other than the mutation binding site sequence is not particularly limited, and is equivalent to or higher than that of a protein having a wild-type amino acid sequence. It is sufficient that the affinity for the Fab region is lowered and the immunoglobulin has affinity.
  • the amino acid sequence of the portion other than the mutation binding site sequence is preferably 85% or more with the wild type amino acid sequence of any of E, D, A, B, C, and Z domains of protein A More preferably, it has 90% or more sequence identity, and as a result, the protein in the first embodiment of the present invention only needs to have the ability to bind to the Fc region.
  • Each domain of the protein obtained by introducing a mutation is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, with the wild-type amino acid sequence of any of E, D, A, B, C and Z domains of protein A Shows the amino acid sequence identity.
  • proteins having the amino acid sequences set forth in SEQ ID NOs: 48 to 57 include proteins having the amino acid sequences set forth in SEQ ID NOs: 48 to 57.
  • the protein according to the first embodiment of the present invention is characterized by having resistance to proteases, particularly serine proteases.
  • serine proteases include trypsin and plasmin, which are usually produced and accumulated in microorganisms such as E. coli and cultured cells such as CHO cells.
  • a transformant having a microorganism such as E. coli as a host is used, and the transformant is intracellular or extracellular.
  • the protein is accumulated in and collected.
  • proteases produced by the host microorganism it may be affected by proteases produced by the host microorganism.
  • the protein according to the first embodiment of the present invention is used for producing an affinity separation agent using the immunoglobulin-binding affinity ligand and purifying the immunoglobulin
  • the production of immunoglobulin to be passed through the affinity separation agent May be affected by proteases contained in culture supernatants such as cultured CHO cells.
  • an affinity separation agent is prepared using a multimeric protein having a wild-type amino acid sequence as a ligand
  • the multimeric protein that is the ligand is cleaved by the influence of the protease when used for immunoglobulin purification, and the immunoglobulin binding property is reduced. It became clear that it did not fully demonstrate. This is due to the influence of serine protease produced by microorganisms such as Escherichia coli and cultured cells such as CHO cells, among the proteases. For the first time, the amino acid sequence of each domain is cleaved at a specific part. It became clear.
  • an affinity separation agent when produced using the multimeric protein as a ligand in the first embodiment of the present invention, it exhibits sufficient immunoglobulin binding properties without being affected by serine protease and purifies the target immunoglobulin. Is possible.
  • the protein according to the first embodiment of the present invention is used as a carrier in that the ligand can function stably without being affected by proteases when used in an immunoglobulin purification step. It is preferable to include one or more non-immobilized domains that do not bind, more preferably two or more. In the case of an n-mer protein, it is preferable that n-1 or more are non-immobilized domains, most preferably All n are non-immobilized domains.
  • the protein in the first embodiment of the present invention in order for the protein in the first embodiment of the present invention to contain a non-immobilized domain described in detail later, in the amino acid sequence of at least one domain, it is useful for immobilization by amino acid substitution or insertion. It can be produced by introducing amino acid residues, deleting amino acids useful for immobilization, or introducing immobilization tags. It is preferable that the protein in the first embodiment of the present invention includes a non-immobilized domain, so that the orientation can be adjusted and immobilized on a carrier, and higher immunoglobulin binding properties can be exhibited.
  • the affinity separation agent according to the first embodiment of the present invention can efficiently purify immunoglobulin without reducing the immunoglobulin binding ability of the ligand even if it is used repeatedly. It is.
  • the protein according to the first embodiment of the present invention has a sufficiently high binding activity to the Fc region of immunoglobulin and can be suitably used as an affinity ligand, and can be stably and repeatedly used as a ligand. Industrially advantageous.
  • serine protease resistance in this specification is confirmed by the following method.
  • a 2 mg / mL serine protease solution (2 ⁇ L) is added to a 2 mg / mL ligand solution (10 ⁇ L) and heated at 37 ° C. for 15 hours, the more uncleaved ligand is more preferable.
  • the concentration of the serine protease solution may be appropriately set depending on the type of protease.
  • trypsin is preferably 1 mg / mL
  • plasmin is preferably 10 mg / mL.
  • the protein according to the second embodiment of the present invention has two or more domains derived from any of A, B, C, and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 3 to 6, and each domain is linked.
  • At least one of the connecting elements (second connecting element) is a mutant connecting element (mutant second connecting element) composed of one or more amino acids and composed of amino acids other than hydrophobic amino acids. To do.
  • Protein A is a protein composed of five linked immunoglobulin binding domains.
  • a plurality of microorganisms express protein A. Examples of microorganisms that express protein A include Staphylococcus.
  • the A, B, C, and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 3 to 6 are immunoglobulin-binding proteins that can bind to regions other than the complementarity determining region (CDR) of immunoglobulins. Also bind to each region of an immunoglobulin Fc region, Fab region, and in particular the Fv region in the Fab region.
  • CDR complementarity determining region
  • the A, B, C, and Z domains derived from protein A have highly homologous amino acid sequences and have 80% or more amino acid sequence identity. is doing.
  • the hyphen (-) indicates the same amino acid residue as the C domain.
  • domain derived from any of A, B, C, and Z domains of protein A refers to a domain having an amino acid sequence derived from the amino acid sequence of each wild type domain, and has an ability to bind to an Fc region.
  • the amino acid sequence of each wild-type domain may contain a mutation other than the mutation linking element (mutation second linking element) described later.
  • amino acid sequence of any of the A, B, C, and Z domains of protein A is the amino acid sequence before introducing the mutation (wild type amino acid sequence), and “A, B, C, and The amino acid sequence of the “domain derived from any of the Z domains” includes the wild-type amino acid sequences of the A, B, C, and Z domains themselves, or a mutant linking element (mutant second linking element) described later in the wild-type amino acid sequence. Including and / or modified by partial amino acid substitution, insertion, deletion, and chemical modification.
  • the Z domain of protein A is obtained by introducing mutations A1V and G29A into the B domain, and is a domain that does not exist in natural protein A.
  • the amino acid sequence shown in FIG. 6 is referred to as the Z-domain wild type amino acid sequence.
  • the protein in the second embodiment of the present invention is a multimeric protein (multi-domain type) having two or more “domains derived from any of A, B, C, and Z domains of protein A” as a single domain. Protein).
  • the number is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and still more preferably 6 or less.
  • multimeric proteins may be homopolymers such as homodimers or homotrimers that are linked to a single immunoglobulin-binding domain, or heterodimers that are linked to different types of immunoglobulin-binding domains. Or a heteropolymer such as a heterotrimer.
  • all of the domains contained in the protein according to the second embodiment of the present invention are derived from any one of amino acid sequences of A, B, C and Z domains of protein A described in SEQ ID NOs: 3 to 6 Is a homopolymer.
  • the C-terminal and N-terminal of two or more domains are connected to constitute a connecting element (second connecting element).
  • the “linking element (second linking element)” refers to a sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of each domain.
  • the sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of the domain is a linking element (second linking element). Therefore, there are n-1 linking elements (second linking elements) in the n-mer protein.
  • sequences shown below are the 1st to 5th sequences in the amino acid sequences of the A, B, C, and Z domains of protein A.
  • Each sequence consists of five amino acids and contains the hydrophobic amino acids alanine (A) and / or phenylalanine (F).
  • At least one linking element is a mutant linking element (mutation) modified by partial amino acid substitution, insertion, deletion, and chemical modification.
  • a second connecting element is a sequence composed of one or more amino acids and composed of amino acids other than hydrophobic amino acids.
  • At least one of the linking elements (second linking elements) included in the protein may be a mutant linking element (mutant second linking element). It is preferable that two or more of them are mutant linking elements (mutant second linking elements), and in the case of an n-mer protein, n-1 are mutated linking elements (mutant second linking elements). It is more preferable that all the connecting elements (second connecting elements) are mutant connecting elements (mutant second connecting elements).
  • the linking element (second linking element) consists of a sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of each domain, and this sequence is altered by substitution, insertion, deletion, and chemical modification.
  • a sequence composed of the amino acids and composed of amino acids other than hydrophobic amino acids is a mutant linking element (mutant second linking element).
  • thermolysin portion that is susceptible to cleavage by thermolysin is the N-terminal side of the hydrophobic amino acid in the linking element (second linking element). From this, when the linking element (second linking element) is a mutated linking element (mutant second linking element) composed of amino acids other than hydrophobic amino acids, it is possible to remarkably suppress protein cleavage by thermolysin. I found it.
  • hydrophobic amino acid refers to alanine (A), isoleucine (I), leucine (L), phenylalanine (F), proline (P), tryptophan (W), and valine (V).
  • Amo acids other than hydrophobic amino acids are hydrophilic such as arginine (R), asparagine (N), aspartic acid (D), glutamine (Q), glutamic acid (E), histidine (H), lysine (K), etc.
  • Natural amino acids such as cysteine (C), glycine (G), methionine (M), serine (S), threonine (T), tyrosine (Y), etc .; acetyl lysine, azide-Z -Refers to non-natural neutral amino acids such as lysine, 5-methyl glutamate, 5-methyl aspartate.
  • mutation connection element mutation connection element
  • the mutant connecting element is composed of one or more amino acids. It is essential to be. According to the study by the present inventors, when all five amino acids contained in the linking element (second linking element) are deleted, the ability to bind to the target immunoglobulin is significantly reduced, It became clear that the ability to bind to immunoglobulin was insufficient when protein was used as an affinity ligand. In particular, the difference appears remarkably depending on the purification conditions used as the affinity separation agent.
  • immunoglobulins are larger than each domain, and the number of domains that can bind to each domain is limited due to steric hindrance between bound immunoglobulins. Therefore, when each domain and immunoglobulin are bound, if there is no linking element (second linking element) and adjacent domains are too close, there is not enough space for immunoglobulin to bind, and immunoglobulin per domain This is probably due to a decrease in the number of bonds.
  • the mutant linking element (mutant second linking element) is required to be composed of one or more amino acids because of its excellent ability to bind to immunoglobulins under various purification conditions. The binding ability to globulin tends to be higher, which is preferable.
  • the mutant linking element is contained in a domain derived from any of the A, B, and C domains of protein A
  • the mutant linking element (mutant second linking element) is A, B Or an amino acid sequence of the C domain consisting of sequences from the 1st position to the 5th position, wherein the alanine at the 1st position and / or phenylalanine at the 5th position is deleted.
  • a sequence consisting of three amino acids of aspartic acid (D), asparagine (N) and lysine (K) from which two amino acids of alanine (A) at position 1 and phenylalanine (F) at position 5 are deleted Preferred examples include a sequence consisting of two amino acids, D and N, in which K at position 4 is deleted in addition to A at position 1 and F at position 5.
  • a hydrophobic amino acid contained in the linking element (second linking element) is substituted by the method described later, only the A at the 1st position may be deleted or only the F at the 5th position may be deleted.
  • the mutant linking element (mutant second linking element) is contained in a domain derived from the Z domain of protein A
  • the mutated linking element is located at positions 1 to 5 in the amino acid sequence of the Z domain. It is preferable that the valine at position 1 and / or phenylalanine at position 5 be deleted.
  • a sequence consisting of three amino acids of aspartic acid (D), asparagine (N) and lysine (K) from which two amino acids of valine (V) at position 1 and phenylalanine (F) at position 5 are deleted
  • a preferred example is a sequence consisting of two amino acids, D and N, in which K at position 4 is deleted in addition to V at position 1 and F at position 5.
  • amino acid substitution means a mutation that deletes the original amino acid and adds another amino acid at the same position.
  • Another amino acid to be added is not particularly limited, and examples thereof include natural protein-constituting amino acids, protein non-constituting amino acids, and non-natural amino acids. Among these, natural amino acids can be preferably used from the viewpoint of genetic engineering production.
  • the amino acid of the linking element (second linking element) is substituted to form a mutant linking element (mutant second linking element)
  • the mutated linking element does not contain a hydrophobic amino acid. It is necessary to make such an array.
  • the amino acid introduced by substitution is not particularly limited as long as it is an amino acid other than a hydrophobic amino acid, but arginine (R), asparagine (N), aspartic acid (D), glutamine (Q), glutamic acid (E).
  • Hydrophilic amino acids such as histidine (H) and lysine (K); neutral such as cysteine (C), glycine (G), methionine (M), serine (S), threonine (T), tyrosine (Y) It is preferably any one of the amino acids. Among these, any of hydrophilic amino acids is more preferable.
  • arginine (R), aspartic acid (D), glutamine (Q), glutamic acid (E), histidine (H), and lysine (K) are preferable from the viewpoint of improving the stability under alkaline conditions.
  • aspartic acid (D), glutamine (Q), glutamic acid (E), and histidine (H) are preferable from the viewpoint of improving resistance to other proteases such as serine protease described below.
  • the mutant linking element is contained in a domain derived from any of the A, B, and C domains of protein A
  • the mutant linking element (mutant second linking element) is A
  • the amino acid sequence of the B or C domain is preferably a sequence from the 1st position to the 5th position, and the 1st position alanine and / or the 5th position phenylalanine is preferably substituted with an amino acid other than a hydrophobic amino acid.
  • a sequence in which two amino acids of alanine (A) at position 1 and phenylalanine (F) at position 5 are substituted with amino acids other than hydrophobic amino acids, or K at position 4 in addition to A at position 1 and F at position 5
  • a preferred example is a sequence in which is substituted with an amino acid other than a hydrophobic amino acid except K.
  • the mutant linking element (mutant second linking element) is contained in a domain derived from the Z domain of protein A
  • the mutated linking element is located at positions 1 to 5 in the amino acid sequence of the Z domain. It is preferable that the valine at position 1 and / or phenylalanine at position 5 be substituted with an amino acid other than a hydrophobic amino acid.
  • a sequence in which two amino acids of valine (V) at position 1 and phenylalanine (F) at position 5 are substituted with amino acids other than hydrophobic amino acids, or K at position 4 in addition to V at position 1 and F at position 5 A preferred example is a sequence in which is substituted with an amino acid other than a hydrophobic amino acid except K.
  • an additional amino acid sequence may be inserted into the mutation linking element (mutation second linking element).
  • a mutated linking element comprising 6 or more amino acids (amino acids other than hydrophobic amino acids is further inserted into the sequence obtained by substituting a part of the hydrophobic amino acids contained in the linking element (second linking element) by the above-mentioned method. Mutant second linking element).
  • amino acids are further deleted from the sequence in which a part of the hydrophobic amino acids contained in the linking element (second linking element) has been deleted by the method described above, and consist of amino acids other than the hydrophobic amino acids.
  • Arbitrary mutant linking elements can also be inserted.
  • chemical modification such as acetylation of lysine residues and hydroxylation of proline residues is also possible within a range that does not affect the antibody binding properties.
  • the wild-type amino acid sequence linking element (second linking element) Furthermore, it is preferred not to insert additional amino acid sequences.
  • the amino acid constituting the mutant linking element (mutation second linking element) into which mutation has been introduced by substitution, insertion or the like is not particularly limited as long as it is an amino acid other than a hydrophobic amino acid, but preferably arginine (R), asparagine ( N), aspartic acid (D), glutamine (Q), glutamic acid (E), histidine (H), hydrophilic amino acids such as lysine (K), more preferably asparagine (N), aspartic acid (D), Histidine (H).
  • the modification of the amino acid sequence introduced other than the mutant linking element is not particularly limited, and has an affinity for immunoglobulin equal to or higher than that of a protein having a wild-type amino acid sequence. And have binding ability.
  • the amino acid sequence of the portion other than the mutant linking element is preferably 85% or more, more preferably 90% with the wild-type amino acid sequence of any one of the A, B, C, and Z domains of protein A. % Of sequence identity, and as a result, the protein in the second embodiment of the present invention only needs to have the ability to bind to the Fc region.
  • Each domain of a protein obtained by introducing a mutation is preferably a sequence of 85% or more, more preferably 90% or more of an amino acid, and any of the wild-type amino acid sequences of any of the A, B, C and Z domains of protein A Shows identity.
  • useful ligand characteristic indices include alkali resistance and weak acid elution.
  • modification of the amino acid sequence other than the mutant linking element (mutant second linking element) is compatible in the present invention, and can be said to be a preferable mode.
  • Alkali resistance means maintaining high affinity and binding ability with immunoglobulins when immersed in an alkaline solution such as 0.1N NaOH or 0.5N NaOH.
  • an alkaline solution such as 0.1N NaOH or 0.5N NaOH.
  • a protein having alkali resistance is used as an affinity ligand to form a separation agent, high separation and purification ability can be maintained even if washing with an alkaline solution is repeated.
  • the C domain and the Z domain originally have high alkali resistance, and is a preferable arrangement in terms of alkali resistance.
  • weakly acidic elution is the ability to elute immunoglobulins that normally elute under acidic conditions at higher pH when adsorbing and purifying immunoglobulins with a separation agent with an affinity ligand immobilized.
  • proteins having the amino acid sequences set forth in SEQ ID NOs: 105 to 115 include proteins having the amino acid sequences set forth in SEQ ID NOs: 105 to 115.
  • the protein according to the second embodiment of the present invention is characterized by having resistance to proteases, particularly thermolysin.
  • proteases particularly thermolysin.
  • a transformant using a microorganism as a host is used, and the protein is accumulated inside or outside the transformant. ,to recover.
  • the target protein it may be affected by proteases produced by the host microorganism.
  • the protein in the second embodiment of the present invention in which a specific modification is added to the linking element (second linking element) is used during the culture and in the steps such as purification / concentration after recovery. Accumulation / recovery can be performed without being cut by thermolysin. Therefore, the protein in the second embodiment of the present invention has a sufficiently high binding activity to the Fc region of immunoglobulin and can be suitably used as an affinity ligand, and can be produced with high efficiency, which is industrially advantageous. is there.
  • thermolysin resistance in this specification is confirmed by the following method.
  • a 2 mg / mL thermolysin solution (2 ⁇ L) is added to a 2 mg / mL ligand solution (10 ⁇ L) and heated at 37 ° C. for 15 minutes, the more uncleaved ligand is more preferable.
  • Whether or not it is cleaved is confirmed by a commonly used electrophoresis method (SDS-PAGE).
  • the protein in the second embodiment of the present invention has resistance to thermolysin by having a mutant linking element (mutant second linking element), but is preferably an amino acid sequence having resistance to other proteases.
  • mutant linking element mutant second linking element
  • other proteases include serine proteases such as trypsin and plasmin.
  • the ligand is produced by the serine protease produced by the cultured cell. May be cleaved and may not exhibit sufficient immunoglobulin binding properties. Therefore, it is preferable that the protein in the second embodiment of the present invention is an amino acid sequence having resistance to serine protease.
  • the C-terminal lysine in the amino acid sequence of at least one domain is deleted or substituted.
  • the portion susceptible to cleavage by serine proteases such as trypsin and plasmin is the C-terminal side of the C-terminal lysine (K) present in the wild-type amino acid sequence of each domain. It was. From this, assuming that it is composed of an amino acid sequence that does not contain the C-terminal lysine (K) to which the linking element (second linking element) of each domain binds by deletion or substitution, the protein is cleaved by serine protease. It was found that it can be remarkably suppressed.
  • the C-terminal lysine in the amino acid sequence of the domain is deleted or substituted.
  • the mutant linking element does not contain lysine.
  • the wild-type amino acid sequences of the B, C, and Z domains contain lysine at position 4 in the linking element (second linking element).
  • lysine in the linking element is also relatively susceptible to cleavage by serine proteases.
  • the amino acid sequence is preferably not included by deleting or substituting lysine (K). More preferably, the mutant linking element (mutant second linking element) does not contain arginine (R).
  • Examples include deletion of a part of the amino acids of the C-terminal lysine (K) and / or the linking element (second linking element) of each domain.
  • the linking element (second linking element) consists of a sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of the A domain, only the K at the C terminal of each domain may be deleted.
  • the linking element (second linking element) consists of sequences from the 1st to the 5th positions in the amino acid sequence of the B, C, and Z domains, the C terminal and two Ks at the 4th position are included. It is preferable to delete at least the C-terminal K, and it is more preferable to delete K in the connecting element (second connecting element).
  • the linking element (second linking element) formed by linking two B domains of protein A is a mutant linking element (mutant second linking element) prepared by deletion of a hydrophobic amino acid
  • a preferred example is a sequence consisting of two amino acids, aspartic acid (D) and asparagine (N), from which the two amino acids are deleted.
  • the original amino acid may be deleted and another amino acid added at the same position.
  • Another amino acid to be added is not particularly limited, and examples thereof include natural protein-constituting amino acids, protein non-constituting amino acids, and non-natural amino acids. Among these, natural amino acids can be preferably used from the viewpoint of genetic engineering production.
  • the amino acid of the linking element (second linking element) when substituted to form a mutant linking element (mutant second linking element), it must be composed of amino acids other than hydrophobic amino acids, and mutated linking.
  • the element (mutant second linking element) preferably has a sequence that does not contain lysine (K). Furthermore, a sequence that does not contain arginine (R) is also preferable because it improves resistance to proteases that recognize arginine.
  • the amino acid introduced by substitution is not particularly limited as long as it is an amino acid other than a hydrophobic amino acid, lysine (K) and arginine (R), but asparagine (N), aspartic acid (D), glutamine (Q).
  • Hydrophilic amino acids such as glutamic acid (E) and histidine (H); neutral amino acids such as cysteine (C), glycine (G), methionine (M), serine (S), threonine (T), tyrosine (Y) It is preferable that it is either.
  • any of the above hydrophilic amino acids is more preferable.
  • aspartic acid (D), glutamine (Q), glutamic acid (E), and histidine (H) are preferable.
  • linking element (second linking element) consists of a sequence from the 1st position to the 5th position in the amino acid sequence of the A domain, only the C-terminal K of each domain may be replaced.
  • the linking element (second linking element) consists of sequences from the 1st to the 5th positions in the amino acid sequence of the B, C, and Z domains, the C terminal and two Ks at the 4th position are included. It is preferable to substitute at least the C-terminal K, and it is more preferable to substitute K in the connecting element (second connecting element).
  • a linking element (second linking element) formed by linking two B domains of protein A is a mutated linking element (mutant second linking element) prepared by substitution of a hydrophobic amino acid
  • the linking element of the C-terminal It is preferable that lysine (K) is substituted with a hydrophobic amino acid, an amino acid other than lysine (K) and arginine (R), and two lysine (K) at the C-terminal and lysine (K) at the 4-position More preferably, the amino acid is substituted with an amino acid other than a hydrophobic amino acid, lysine (K) and arginine (R).
  • C-terminal K and 4th-position K are preferably substituted with asparagine (N), aspartic acid (D) or histidine (H). Take as an example.
  • the protein in the second embodiment of the present invention can be resistant to serine protease.
  • serine proteases include trypsin and plasmin, which are usually produced and accumulated in microorganisms such as E. coli and cultured cells such as CHO cells.
  • antibody-produced CHO cells that are passed through the affinity separation agent It may be affected by protease contained in the culture supernatant.
  • the affinity separation agent according to the second embodiment of the present invention can efficiently purify immunoglobulin without reducing the immunoglobulin binding ability of the ligand even when it is repeatedly used. .
  • the protein according to the second embodiment of the present invention has a sufficiently high binding activity to the Fc region of immunoglobulin and can be suitably used as an affinity ligand, and can also be stably and repeatedly used as a ligand. Industrially advantageous.
  • serine protease resistance in this specification is confirmed by the following method.
  • a 2 mg / mL serine protease solution (2 ⁇ L) is added to a 2 mg / mL ligand solution (10 ⁇ L) and heated at 37 ° C. for 15 hours, the more uncleaved ligand is more preferable.
  • the concentration of the serine protease solution may be appropriately set depending on the type of protease.
  • trypsin is preferably 1 mg / mL
  • plasmin is preferably 10 mg / mL.
  • the uncleaved ligand is retained at 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more. Whether or not it is cleaved is confirmed by a commonly used electrophoresis method (SDS-PAGE).
  • the protein of the present invention can be produced by preparing a DNA having a base sequence encoding the above protein and translating the DNA. Specifically, it can be produced using a transformant obtained by transforming a host microorganism using a vector containing the DNA, or a cell-free protein synthesis system using the DNA.
  • DNA having a base sequence encoding the protein of the present invention can be obtained by using a commonly used known method, for example, a polymerase chain reaction (hereinafter abbreviated as PCR) method. It can also be synthesized by a known chemical synthesis method, and can also be obtained from a genomic DNA library.
  • the base sequence constituting the DNA may not be the same as the original base sequence as long as the codon may be substituted with a degenerate codon and it encodes the same amino acid when translated.
  • a method for introducing a site-specific mutation into DNA encoding the protein of the present invention it can be carried out using a gene recombination technique, a PCR method or the like as follows.
  • the introduction of mutations by gene recombination technology is limited, for example, when there are appropriate restriction enzyme recognition sequences on both sides of the target site for which mutation introduction is desired in the gene encoding the protein of the present invention.
  • the enzyme recognition sequence portion is cleaved with the restriction enzyme, and after removing the region including the site where mutation is desired, the cassette mutation method is performed in which a DNA fragment mutated only to the target site is inserted by chemical synthesis or the like. it can.
  • site-specific mutation by PCR is, for example, a double double-stranded plasmid in which PCR is performed using a double-stranded plasmid encoding a protein as a template and two kinds of synthetic oligo primers containing mutations complementary to the + and ⁇ strands. This can be done by the primer method.
  • a DNA encoding a multimeric protein can also be prepared by linking in a desired number of DNAs encoding the monomeric protein (one domain) of the present invention in series.
  • an appropriate restriction enzyme site is introduced into a DNA sequence, and double-stranded DNA fragmented with a restriction enzyme can be ligated with DNA ligase.
  • the method for producing a DNA encoding a multimeric protein is not limited to these linking methods.
  • it can be prepared by applying the above-described mutation introduction method to DNA encoding protein A (for example, International Publication No. 2006/004067).
  • the sequence identity between the base sequences of the DNA encoding the monomeric protein is 90% or less, more preferably 85% or less.
  • the vector includes the aforementioned protein, or DNA containing a base sequence encoding a partial amino acid sequence thereof, and a promoter that can function in a host operably linked to the base sequence. Usually, it can be obtained by ligating or inserting a DNA containing a gene encoding the above-described protein into an appropriate vector.
  • the vector for inserting the gene is not particularly limited as long as it can replicate autonomously in the host, and plasmid DNA or phage DNA can be used as the vector.
  • plasmid DNA or phage DNA can be used as the vector.
  • vectors such as pQE vectors (Qiagen), pET vectors (Merck), and pGEX vectors (GE Healthcare Japan) may be used. .
  • pUB110 known as a Bacillus subtilis vector
  • pHY500 Japanese Patent Laid-Open No. 2-31682
  • pNY700 Japan JP-A-4-278091
  • pNU211R2L5 Japan JP-A-7-170984
  • pHT210 Japan JP-A-6-133782
  • pNCMO2 which is a shuttle vector of Escherichia coli and Brevibacillus bacteria
  • a transformant can be obtained by introducing a vector containing a DNA encoding the protein of the present invention into a host cell.
  • methods for transforming a vector into a host include a method using calcium ions, an electroporation method, a spheroplast method, a lithium acetate method, an Agrobacterium infection method, a particle gun method, or a polyethylene glycol method. Although it is mentioned, it is not limited to this.
  • a method for maintaining the vector in the host for example, a method of maintaining the vector by autonomous replication of the vector independently from the genome (chromosome) in the cell, or a method of integrating the prepared gene into the genome (chromosome) The method of maintaining depending on it is mentioned.
  • the host cell is not particularly limited, but for mass production at low cost, it is preferably E. coli, Bacillus subtilis, Brevibacillus, Staphylococcus, Streptococcus, Streptomyces (Streptomyces) ) And bacteria (eubacteria) such as Corynebacterium can be preferably used. More preferably, Gram-positive bacteria such as Bacillus subtilis, Brevibacillus genus, Staphylococcus genus, Streptococcus genus, Streptomyces genus and Corynebacterium genus are preferable. More preferably, a bacterium belonging to the genus Brevibacillus, which is known for application to mass production of protein A (WO 2006/004067), is known.
  • Brevibacillus bacteria include, but are not limited to, Brevibacillus agri, B. borstelensis, B.M. brevis, B.M. centrosporus, B.M. choshinensis, B. et al. formusus, B.M. invocatus, B.M. laterosporus, B.I. limnophilus, B. et al. parabrevis, B.I. reuszeri, B.M. A thermorubber is exemplified.
  • Brevibacillus brevis 47 strain JCM6285
  • Brevibacillus brevis 47K strain FERM BP-23008
  • Brevibacillus brevis 47-5Q strain JCM8970
  • Brevibacillus choshinensis HPD31 strain FERM BP-1087
  • Brevibacillus choshinensis HPD31-OK strain FERM BP-4573
  • a mutant strain such as a protease-deficient strain, a high-expressing strain, or a spore-forming ability-deficient strain of the aforementioned Brevibacillus bacterium may be used depending on the purpose such as improvement of the production amount.
  • Brevibacillus choshinensis HPD31-derived protease mutant Brevibacillus choshinensis HPD31-OK Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-296485
  • Brevibacillus chow no spore-forming ability Synensis HPD31-SP3 International Publication No. 2005/045005
  • the protein of the present invention can be produced using a transformant or a cell-free protein synthesis system using the above DNA.
  • the protein When a protein is produced using a transformant, the protein can be collected and collected in the transformant cells (including the periplasmic region) or in a culture solution (extracellular). Accumulation in the cell is advantageous in that it prevents oxidation of the expressed protein and there is no side reaction with the medium components, and accumulation in the periplasmic region is advantageous in that degradation by intracellular protease can be suppressed. It is.
  • secreting the protein outside the transformant is advantageous in that the production cost can be reduced because the cell disruption and extraction steps are unnecessary.
  • the target protein may be degraded during the culture.
  • the cells are collected from the culture solution by centrifugation, filtration, etc., and then the cells are collected.
  • the protein accumulated and produced in the cells can be recovered by crushing the solution by ultrasonic crushing method, French press method, etc. and / or solubilizing by adding a surfactant or the like. If the protease also elutes at this time, the target protein may be degraded.
  • the assembly produced by separating the cultured cells and the supernatant containing the secreted protein by a general separation method such as centrifugation or filtration after the completion of the culture.
  • the replacement protein can be recovered.
  • the cell-free protein synthesis system is not particularly limited as long as it is a system that synthesizes proteins in vitro using a cell extract, for example, derived from prokaryotic cells Alternatively, synthetic systems derived from plant cells or higher animal cells can be used.
  • the protein of the present invention is obtained by culturing the above-mentioned transformant in a medium, expressing it in the form of a fusion protein with other proteins, collecting the fusion protein from the culture, and cleaving the fusion protein with an appropriate protease. And it can also manufacture by extract
  • the method of culturing the transformant as described above in a medium is performed according to a usual method used for culturing a host.
  • the medium used for culturing the obtained transformant is not particularly limited as long as the protein can be produced with high efficiency and high yield.
  • carbon sources and nitrogen sources such as glucose, sucrose, glycerol, polypeptone, meat extract, yeast extract and casamino acid can be used.
  • inorganic salts such as potassium salt, sodium salt, phosphate, magnesium salt, manganese salt, zinc salt, iron salt and the like are added as necessary.
  • an auxotrophic host cell a nutrient substance required for growth may be added.
  • antibiotics such as penicillin, erythromycin, chloramphenicol, neomycin, kanamycin may be added.
  • the medium for culturing the transformant obtained using E. coli as a host is not particularly limited.
  • LB medium 1% tryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl
  • 2xYT medium tryptone 1. 6%, yeast extract 1.0%, NaCl 0.5%) and the like.
  • the medium for culturing the transformant obtained using Brevibacillus bacteria as a host is not particularly limited.
  • TM medium 1% peptone, 0.5% meat extract, 0.2% yeast extract, 1 glucose
  • PH 7.0 1% peptone, 0.5% meat extract, 0.2% yeast extract, 1 glucose
  • 2SL medium peptone 4%, yeast extract 0.5%, glucose 2%; pH 7.2
  • protease inhibitors namely phenylmethanesulfonylfluoride (PMSF), benzamideline, 4- (2-aminoethyl) ) -Benzenesulfonyl fluoride (AEBSF), Antipain, Chymostatin, Leupeptin, Pepstatin A, Phosphoramidon, Aprotinin, Ethylenediamine etidium, and other inhibitors .
  • PMSF phenylmethanesulfonylfluoride
  • AEBSF 4- (2-aminoethyl) ) -Benzenesulfonyl fluoride
  • Antipain Chymostatin, Leupeptin, Pepstatin A, Phosphoramidon, Aprotinin, Ethylenediamine etidium, and other inhibitors .
  • molecular chaperones such as GroEL / ES, Hsp70 / DnaK, Hsp90, Hsp104 / ClpB may be used.
  • the molecular chaperone can coexist with the protein of the present invention by a technique such as co-expression or fusion proteinization.
  • techniques such as adding an additive that promotes correct folding to the medium and culturing at a low temperature are possible, but are not limited thereto.
  • the recombinant protein can be produced by culturing aerobically for several hours to several days under aeration and stirring conditions at a culture temperature of 15 to 42 ° C., preferably 20 to 37 ° C. In some cases, the culture may be performed anaerobically by blocking aeration.
  • Recombinant protein can be purified by affinity chromatography, cation or anion exchange chromatography, gel filtration chromatography or the like alone or in combination.
  • Confirmation that the obtained purified substance is the target protein can be performed by ordinary methods such as SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, N-terminal amino acid sequence analysis, Western blotting, enzyme immunoassay (ELISA) and the like. it can.
  • the affinity separation agent of the present invention can be obtained by immobilizing the protein of the present invention as an affinity ligand on a carrier comprising a water-insoluble substrate.
  • affinity ligand refers to selectively collecting (binding) a target molecule from a set of molecules based on specific affinity between molecules represented by binding of antigen and immunoglobulin. It is a term that refers to a substance (functional group), and as used herein refers to a protein that specifically binds to an immunoglobulin.
  • the expression “ligand” is also synonymous with “affinity ligand”.
  • Examples of the carrier comprising a water-insoluble substrate used in the present invention include inorganic carriers such as glass beads and silica gel; synthetic polymers such as crosslinked polyvinyl alcohol, crosslinked polyacrylate, crosslinked polyacrylamide, and crosslinked polystyrene; crystalline cellulose, crosslinked Organic carriers composed of polysaccharides such as cellulose, cross-linked agarose and cross-linked dextran; and organic-organic, organic-inorganic and other composite carriers obtained by a combination thereof.
  • porous cellulose gel GCL2000 manufactured by Seikagaku Corporation
  • Sephacryl registered trademark
  • S-1000 manufactured by GE Healthcare Japan, Inc.
  • Toyopearl registered trademark
  • an acrylate-based carrier Sepharose (registered trademark) CL4B (manufactured by GE Healthcare Japan)
  • Sepharose registered trademark
  • CL4B manufactured by GE Healthcare Japan
  • cellulose-based crosslinking Examples thereof include Cellufine (registered trademark) (manufactured by JNC Corporation).
  • the water-insoluble carrier in the present invention is not limited to these exemplified carriers.
  • the water-insoluble carrier used in the present invention preferably has a large surface area and is preferably a porous material having a large number of pores of an appropriate size, in view of the purpose and method of use of the affinity separation agent of the present invention.
  • the form of the carrier can be any of beads, monoliths, fibers, membranes (including hollow fibers), and any form can be selected.
  • the method for immobilizing the ligand for example, it may be bound to the carrier by a conventional coupling method using an amino group, carboxyl group, hydroxyl group, carboamide group, polyethyleneoxy group, or thiol group present in the ligand. .
  • the support is activated by reacting the support with cyanogen bromide, epichlorohydrin, diglycidyl ether, tosyl chloride, tresyl chloride, hydrazine, sodium periodate, or the like (or on the support surface).
  • introducing a reactive functional group a method of immobilizing by performing a coupling reaction with a compound to be immobilized as a ligand, a condensation reagent such as carbodiimide in a system in which a compound to be immobilized as a carrier and a ligand exists, or
  • the immobilization method include addition of a reagent having a plurality of functional groups in the molecule such as glutaraldehyde, condensation, and crosslinking.
  • a spacer molecule composed of a plurality of atoms may be introduced between the ligand and the carrier, or the ligand may be directly immobilized on the carrier. Therefore, for the immobilization, the protein of the present invention may be chemically modified, or an amino acid residue useful for immobilization may be added.
  • an immobilization tag When an amino acid residue useful for immobilization is added, the added amino acid residue is referred to as an immobilization tag.
  • the immobilization tag can add any number of one or more amino acid residues, and examples of the position to be added include the N-terminal side and / or the C-terminal side of the ligand.
  • amino acids useful for immobilization include amino acids having functional groups useful for immobilization chemical reaction in the side chain, such as lysine (K) containing an amino group in the side chain, Examples include cysteine (C) containing a thiol group.
  • an amino acid useful for immobilization may be substituted / inserted at an arbitrary position in the amino acid sequence of the ligand.
  • the essence of the present invention is that the effect imparted to the protein in the present invention is similarly imparted to the separation agent (matrix) immobilized with the protein as a ligand. Modifications are within the scope of the present invention.
  • Multipoint immobilization refers to a mode in which the ligand body and / or immobilization tag is chemically bonded to the carrier at two or more points
  • single-point immobilization refers to a chemical reaction with the carrier at one point of the ligand body or immobilization tag. A form that is bound and fixed.
  • the immobilization domain here is a domain bonded to the carrier at multiple points or a single point
  • the non-immobilized domain is a domain not bonded to the carrier.
  • the ligand is a non-immobilized domain in that the ligand can function stably without being affected by proteases when used in an antibody purification step or the like. 1 or more, preferably 2 or more.
  • n-1 or more are preferably non-immobilized domains, and most preferably all n are non-immobilized. Domain.
  • Examples of the immobilized domain-non-immobilized domain pattern in the ligand immobilized on the carrier include the following four. (1) When all domains in the ligand are immobilization domains (2) When one or more N-terminal and / or C-terminal domains in the ligand are immobilization domains (3) Both ends in the ligand When one or more of the domains other than is an immobilization domain (4) When an immobilization tag is introduced at the N-terminus and / or C-terminus of the ligand and no immobilization domain exists
  • FIGS. 2 to 5 are schematic diagrams when a tetrameric protein is immobilized on a carrier as a ligand.
  • a protein of a dimer or higher can be considered similarly.
  • the four domains contained in the tetramer are indicated as a to d, respectively, and the amino acid sequences corresponding to the first and second linking elements are indicated by solid lines connecting a to d. Indicated.
  • the amino acid sequences a to d may be the same or different, and a and d can be considered similarly in either case of C-terminal side or N-terminal side.
  • no non-immobilized domain is formed.
  • the linking element is cleaved due to the protease.
  • the ligand can function while bound to the carrier.
  • the case (2) above is a case where one or more non-immobilized domains exist, and is schematically shown in FIGS. 3 (A) to (C).
  • FIG. 3 (A) two domains (a, b) from the N-terminus or C-terminus of the ligand are immobilization domains that bind to the carrier, and two domains (c, d) at the opposite ends serve as the carrier.
  • the ligand can function even if the connecting element of a and b is cleaved, but when the connecting element of b and c or c and d is cleaved, c and d are detached from the carrier and serve as ligands. This is not preferable because it does not perform its function.
  • the N-terminal or C-terminal domain (a) of the ligand is an immobilization domain that binds to the carrier, and the three domains (b, c, d) linked thereto do not bind to the carrier. Domain.
  • the connecting elements a and b, b and c or c and d is cleaved, b to d are detached from the carrier and do not function as a ligand, which is not preferable.
  • connection element between the immobilization domain and the non-immobilization domain is cleaved as in the connection elements a and b, a domain that continuously binds to the non-immobilization domain does not function, which is a particular problem.
  • the N-terminal and C-terminal domains (a, d) of the ligand are immobilization domains that bind to the carrier, and the two domains (b, c) between them do not bind to the carrier. Is a domain. In this case, if any two or more connecting elements of a and b, b and c, or c and d are cut, b and c are detached from the carrier and do not function as a ligand.
  • the case (3) above is a case where one or more non-immobilized domains exist, and is schematically shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B).
  • one domain (c (same for b)) existing between the N-terminus and C-terminus of the ligand is an immobilization domain that binds to the carrier, and two domains (a, d) and one domain linked to it (b (same for c)) are non-immobilized domains that do not bind to the carrier.
  • connection element between the immobilization domain and the non-immobilization domain is cut as in the connection elements b and c and c and d.
  • two domains (b, c) existing between the N-terminal and C-terminal of the ligand are immobilization domains bound to the carrier, and two domains (a, d) at both ends are A non-immobilized domain that does not bind to a carrier.
  • the ligand can function even if the linking element of b and c is cleaved, but when the linking element of a and b or c and d is cleaved, c and d are detached from the carrier and serve as ligands. This is not preferable because it does not perform its function.
  • FIG. 5 A
  • FIG. 5B This is schematically shown in (B).
  • an immobilization tag is introduced into the terminal sequence of the N-terminal or C-terminal domain (a) of the ligand and bound to the carrier.
  • the connecting elements a and b, b and c or c and d is cleaved, b to d are not preferable because they are detached from the carrier and do not function as a ligand.
  • immobilization tags are introduced into the terminal sequences of the N-terminal and C-terminal domains (a, d) of the ligand and bound to the carrier.
  • immobilization tags are introduced into the terminal sequences of the N-terminal and C-terminal domains (a, d) of the ligand and bound to the carrier.
  • a and d having an immobilization tag are considered as immobilization domains, there is a problem similar to that of FIG.
  • the terminal sequences of a and d are cleaved with a protease, all the domains are detached and do not function as a ligand. For this reason, it is necessary to introduce mutations for imparting protease resistance in the terminal (C-terminal and N-terminal) sequences connecting the a and d immobilization tags.
  • the position of the mutant binding element in the proteins of the first, third aspects, and second embodiment of the first embodiment of the present invention is preferably between the immobilization domain and the non-immobilization domain. Or it has between a non-immobilization domain and a non-immobilization domain. More preferably, it is at least between the immobilization domain and the non-immobilization domain, and more preferably between the non-immobilization domain and the non-immobilization domain.
  • an immobilization tag when introduced into the ligand, a preferred form may be considered in the above range with the domain having the immobilization tag as the immobilization domain.
  • the position of the domain (mutant domain) in which the lysine at position 4 and the lysine at the C-terminal are deleted or replaced is at least the immobilized domain is a mutated domain
  • the non-immobilization domain directly linked to the immobilization domain is also a mutation domain, and among the non-immobilization domains successively linked, the one closer to the immobilization domain is the mutation domain. More preferably it is.
  • the non-immobilized domain farthest from the immobilization domain does not have to be a mutated domain because there is no particular problem even if the end on the side not linked to the other domain is affected by the protease.
  • the most distant non-immobilized domain is a mutated domain, since the linking site with other domains is not affected by protease.
  • a preferred form may be considered in the above range with the domain having the immobilization tag as the immobilization domain.
  • the site for forming a bond with the carrier in the ligand is not particularly limited, but is preferably the end of the ligand sequence. Immobilization at the terminal increases the degree of freedom of the ligand, and by maintaining a wide region capable of binding to immunoglobulin, the ability to bind to immunoglobulin can be kept high. As long as it is the terminal of a ligand, either N terminal or C terminal may be sufficient.
  • the affinity separation agent of the present invention preferably binds to a protein containing an immunoglobulin Fc region.
  • a protein containing an immunoglobulin Fc region to which an affinity separation agent binds include an antibody, an antibody derivative, a fragment antibody, and a fragment antibody derivative containing an immunoglobulin Fc region. These proteins can be separated and purified by affinity column chromatography purification method.
  • these proteins are produced using Chinese hamster ovary-derived CHO cells, mouse myeloma cells Sp2 / 0 cells, NS0 cells, methanol-utilizing Pichia yeast, baker's yeast, Aspergillus or the like.
  • the affinity separation agent of the present invention is preferable because deterioration due to the protease can be minimized.
  • examples of the “antibody containing the Fc region of immunoglobulin” include IgG.
  • Antibody derivative refers to an IgG derivative.
  • a chimeric antibody in which a part of a human IgG domain is replaced with a domain of an IgG antibody of another species, or a CDR part of a human IgG is fused to another species.
  • Examples include humanized antibodies that are fused by replacing the CDR portions of the antibodies.
  • fragment antibody examples include a protein consisting only of the Fab region of human IgG.
  • fragment antibody derivative examples include an artificial antibody in which the Fv region and Fc region of human IgG are fused.
  • antibody-like molecule is used in the specification as a generic name for these antibodies, antibody derivatives, fragment antibodies, and fragment antibody derivatives.
  • the protein containing the Fc region of immunoglobulin can be separated using the affinity separation agent of the present invention.
  • the affinity separation agent of the present invention can be a liquid chromatography column comprising a container containing the affinity separation agent of the present invention and filled with at least one affinity separation agent.
  • Separation of the protein containing the Fc region is achieved by a procedure according to an affinity column / chromatography purification method using a protein A column that is already available on the market. (Reference 1: Roque ACA et al., “J. Chromatogr. A”, 2007, 1160, 44-55).
  • an antibody, an antibody derivative, a fragment antibody, and a buffer solution containing the fragment antibody derivative are adjusted so as to be neutral, and then the solution is passed through the liquid chromatography column of the present invention. , Adsorb the fragment antibody and the fragment antibody derivative. Next, an appropriate amount of pure buffer is passed through the column for liquid chromatography, and the inside of the column is washed.
  • the desired antibody, antibody derivative, fragment antibody, and fragment antibody derivative are adsorbed to the affinity separation agent of the present invention in the column.
  • an acidic buffer adjusted to an appropriate pH (which may contain a substance that promotes dissociation from the matrix) is passed through the column, and the desired antibody, antibody derivative, fragment antibody, and fragment antibody derivative are added to the column.
  • an acidic buffer adjusted to an appropriate pH which may contain a substance that promotes dissociation from the matrix
  • the affinity separation agent of the present invention comprises a suitable strongly acidic or strongly alkaline pure buffer solution (a suitable denaturant or organic solvent is used so that the ligand compound and the carrier substrate do not completely impair the function. It may be reused by passing it through and washing it.
  • affinity to immunoglobulin of the protein of the present invention is essentially an expression indicating affinity for Fc region, and even if only the binding force to Fab region is changed, the affinity for immunoglobulin is increased. The size does not change greatly.
  • the protein of the present invention has a reduced secondary affinity for the Fab region of the immunoglobulin A binding domain of protein A, and can eliminate the influence of secondary binding on the interaction with immunoglobulin. There is an effect.
  • the affinity of the protein of the present invention for the immunoglobulin preferably has an affinity constant (KA) of 10 6 (M ⁇ 1 ) or more when the affinity for the human immunoglobulin G preparation is measured by a Biacore system described later. More preferably, it is 10 7 (M ⁇ 1 ) or more.
  • the affinity of the protein of the present invention for immunoglobulin can be measured by, for example, a biosensor such as Biacore (registered trademark) system (manufactured by GE Healthcare Japan Co., Ltd.) using the surface plasmon resonance principle.
  • a biosensor such as Biacore (registered trademark) system (manufactured by GE Healthcare Japan Co., Ltd.) using the surface plasmon resonance principle.
  • the measurement method is not limited to this.
  • Examples of the object of which the protein of the present invention exhibits affinity include, but are not limited to, an immunoglobulin molecule containing an Fab region and an Fc region without any deficiency, and derivatives thereof.
  • the protein of the present invention also has affinity for a protein containing a portion on the Fc region side, and the binding target need not be a protein that completely contains the Fc region. Since the three-dimensional structure of the antibody is already known, it is possible to make further modifications (such as fragmentation) to the Fab region or Fc region while retaining the three-dimensional structure of the region to which the protein of the present invention binds by protein engineering. And the proteins of the invention can also bind to their derivatives.
  • the binding ability of the affinity separation agent to which the protein of the present invention is immobilized to the immunoglobulin is, for example, a static adsorption capacity for evaluating how much immunoglobulin can be adsorbed by the separation agent immersed in an excess immunoglobulin solution. Comparative evaluation is possible with a dynamic adsorption capacity for evaluating the amount of liquid that breaks through when an immunoglobulin solution is passed through a column packed with a separating agent, but is not limited thereto.
  • a vector pET22b (Merck) having a T7 promoter and having a 6xHis tag and a stop codon downstream of the multicloning site was selected.
  • pET22b was digested with restriction enzymes NdeI and XhoI (both manufactured by Thermo Scientific), purification and recovery were performed.
  • the restriction fragment-treated DNA fragment of SEQ ID NO: 7 and the pET22b vector were ligated using a DNA ligase (LigaFast Rapid DNA Ligation System, manufactured by Promega) to construct a WT expression vector.
  • Escherichia coli JM109 (manufactured by TaKaRa) was transformed with a WT expression vector, and plasmid DNA was amplified and extracted by a conventional method.
  • Mut1-13 expression vectors were prepared using the quick change method (QuikChange Lightning Site-Directed Mutagenesis Kit, manufactured by Agilent Technologies) by combining the template shown in Table 1 and a synthetic oligonucleotide primer set (SEQ ID NOs: 8-33). .
  • the quick change method was performed according to the protocol of Agilent Technologies.
  • the obtained Mut1-13 expression vector was amplified and extracted by a conventional method by transforming JM109 (TaKaRa).
  • the DNA sequence of the obtained Mut1-13 expression vector was analyzed using a DNA sequencer 3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems).
  • Expression Vector Sequencing PCR reaction was performed using Big Dye Terminator v. 1.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems) was used according to the attached protocol.
  • the obtained sequencing PCR product was purified by a conventional method and used for DNA sequence analysis.
  • the DNA sequence encoding the expressed protein was as shown in SEQ ID NOs: 34-46.
  • the target protein was centrifuged and concentrated to a concentration of about 30 to 40 mg / mL using Amicon-Ultra 10K (manufactured by Merck Millipore). The target protein after concentration was adjusted to 2 mg / mL using PBS buffer.
  • the target protein obtained using the WT expression vector is a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 47, and the target protein obtained using the Mut1-13 expression vector has the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 48-60, respectively. It was a protein that had.
  • Table 2 shows the sequences in the vicinity of the WT linking site sequence (first linking element) and the sequences in the vicinity of the mutant linking elements of Mut1-13.
  • the amino acid at the position indicated by D58 is the C-terminal of the first domain
  • the amino acid at the position indicated by D1 ′ is the N-terminal of the second domain.
  • “/ (Diagonal line)” represents an amino acid deletion.
  • electrophoresis diluent 200 mM Tris-HCl pH 6.8, 200 mM DTT, 20% glycerol, 4% SDS, 0.012% bromophenol blue; 2 ⁇ Sample buffer
  • 10 ⁇ L was used as a sample, and electrophoresis was performed on an SDS polyacrylamide gel.
  • electrophoresis was carried out on the same gel with the same amount of the mixture without addition of thermolysin.
  • the degree of staining refers to the position and intensity of the staining band obtained by electrophoresis. Compared with trypsin treatment, those that are hardly decomposed (staining degree is 90% or more) are ⁇ , those that are less decomposed (staining degree is 70% or more and less than 90%) are good, and those that are much decomposed (dyeing) The degree is maintained at 30% or more and less than 70%), and the one that is almost decomposed (the degree of dyeing is less than 30%) is indicated as x. The results are shown in Table 3.
  • Examples 1-2 to 1-10, Comparative Examples 1-1 to 1-4 instead of the Mut1 protein, Mut2 to 10 obtained in the preparation example were used in Examples 1-2 to 1-10, WT was used in Comparative Example 1-1, and Mut11 to 13 were used in Comparative Examples 1-2 to 1-4.
  • a protease resistance evaluation and an immunoglobulin adsorption ability evaluation were carried out in the same manner as in Example 1-1 except that it was used in Example 1-1. The results are shown in Table 3.
  • Comparative Examples 1-1 to 1-4 in which the C-terminal lysine is not deleted or substituted are low in both trypsin resistance and plasmin resistance, whereas Example 1-1 in which the C-terminal lysine is deleted or substituted ⁇ 1-10 is at least highly modified in either trypsin resistance or plasmin resistance.
  • the linking site sequence (first linking element) is as short as 2 amino acid residues, and the trypsin resistance is further improved.
  • a vector pET22b (manufactured by Merck) having a T7 promoter and having a 6xHis tag and a stop codon downstream of the multicloning site was selected as a protein expression vector. After pET22b was digested with restriction enzymes NdeI and XhoI (both manufactured by Thermo Scientific), purification and recovery were performed.
  • the restriction enzyme-treated DNA fragment of SEQ ID NO: 61 and the pET22b vector were ligated using DNA ligase (LigaFast Rapid DNA Ligation System, manufactured by Promega) to construct a WT expression vector.
  • DNA ligase LiigaFast Rapid DNA Ligation System, manufactured by Promega
  • Escherichia coli JM109 manufactured by TaKaRa was transformed with a WT expression vector, and plasmid DNA was amplified and extracted by a conventional method.
  • Mut1-14 expression vectors were prepared using the quick change method (QuikChange Lightning Site-Directed Mutagenesis Kit, manufactured by Agilent Technologies) by combining the templates shown in Table 4 and synthetic oligonucleotide primer sets (SEQ ID NOs: 62-89). .
  • the quick change method was performed according to the protocol of Agilent Technologies.
  • the obtained Mut1-14 expression vector was amplified and extracted by a conventional method by transforming JM109 (TaKaRa).
  • the DNA sequence of the obtained Mut1-14 expression vector was analyzed using a DNA sequencer 3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems).
  • Expression Vector Sequencing PCR reaction was performed using Big Dye Terminator v. 1.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems) was used according to the attached protocol.
  • the obtained sequencing PCR product was purified by a conventional method and used for DNA sequence analysis.
  • the DNA sequence encoding the expressed protein was as shown in SEQ ID NOs: 90-103.
  • the target protein was centrifuged and concentrated to a concentration of about 30 to 40 mg / mL using Amicon-Ultra 10K (manufactured by Merck Millipore). The target protein after concentration was adjusted to 2 mg / mL using PBS buffer. After purification, the target protein was subjected to Tricine SDS-PAGE (e-Pagel R15S; manufactured by ATTO), and a single band was confirmed at a molecular weight of about 14000 Da.
  • the target protein obtained using the WT expression vector is a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 104, and the target protein obtained using the Mut1-14 expression vector has the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 105 to 118, respectively. It was a protein that had.
  • Table 5 shows the sequences in the vicinity of the connection element (second connection element) of WT and the sequences in the vicinity of the mutant connection elements (second connection element) of Mut1 to 14.
  • the amino acid at the position indicated by D58 is the C-terminal of the first domain
  • the amino acid at the position indicated by D1 ′ is the N-terminal of the second domain.
  • “/ (Diagonal line)” represents an amino acid deletion.
  • thermolysin a protease
  • Resistance to thermolysin, a protease was evaluated by the following method.
  • the Mut1 protein obtained in the preparation example and thermolysin were mixed and heated at 37 ° C. for 15 minutes.
  • the blending amounts are as follows.
  • the degree of staining refers to the position and intensity of the staining band obtained by electrophoresis.
  • thermolysin solution (1 mg / mL) was changed to a trypsin solution (1 mg / mL). The results are shown in Table 6.
  • thermolysin solution (1 mg / mL) was changed to a plasmin solution (10 mg / mL). The results are shown in Table 6.
  • Example 2-2 to 2-11 Comparative examples 2-1 to 2-4
  • Mut2 to 11 obtained in the production example were used in Examples 2-2 to 2-11
  • WT was used in Comparative Example 2-1
  • Mut12 to 14 were used in Comparative Examples 2-2 to 2-4.
  • a protease resistance evaluation and an immunoglobulin adsorption ability evaluation were carried out in the same manner as in Example 2-1, except that they were used in the above. The results are shown in Table 6.
  • Comparative Example 2-1 in which the linking element (second linking element) is not mutated has low thermolysin resistance, whereas Examples 2-1 to 2-11 having a mutated linking element (mutant second linking element) are: Thermolysin resistance is high and binding ability is also maintained high.
  • Comparative Examples 2-2 and 2-3 the hydrophobic amino acid at position 1 of the linking element (second linking element) is deleted, but the resistance to thermolysin is low because it has the hydrophobic amino acid at position 5.
  • Comparative Example 2-4 although the hydrophobic amino acids at positions 1 and 5 of the linking element (second linking element) are deleted, the thermolysin resistance is high, but the number of amino acids in the linking element (second linking element) is 1. Since it is less, the binding ability is reduced.
  • the present invention it is possible to provide a protein having resistance to proteases, particularly serine proteases and thermolysin, and capable of binding to immunoglobulins.
  • the protein of the present invention can be used in the production of an affinity separation agent excellent in the above.

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Abstract

 本発明の課題は、セリンプロテアーゼまたはサーモリシンに耐性を有し、免疫グロブリン結合活性を有する、アフィニティリガンドとして好適に用いることができるタンパク質を提供することにある。本発明の一実施形態は、プロテインAのE、DおよびAドメインのアミノ酸配列のいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、該ドメインの少なくとも一つのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、C末端のリジンが欠失または置換されている免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質、または、プロテインAのB、CおよびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、該ドメインの少なくとも一つのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、4位のリジンおよびC末端のリジンが欠失または置換されている免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質である。

Description

免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質、およびそれを用いたアフィニティ分離剤、液体クロマトグラフィー用カラム
 本発明は、免疫グロブリンに特異的に結合するタンパク質、および該タンパク質を免疫グロブリン結合性アフィニティリガンドとするアフィニティ分離剤、さらには液体クロマトグラフィー用カラムに関するものである。
 抗体は、抗原と呼ばれる物質に特異的に結合する機能、および、他の生体分子や細胞と協同して抗原性を有する因子を無毒化・除去する機能を有する。抗体という名は、このような抗原に結合するという機能を重視した名前であり、物質としては「免疫グロブリン」と呼ばれる。
 近年、遺伝子工学、タンパク質工学、および、細胞工学の発展に伴い、抗体医薬と呼ばれる、抗体の有する機能を利用した医薬品の開発が盛んに行われている。抗体医薬は、従来の医薬と比べて、標的分子に対してより特異的に働くために、副作用をより軽減させ、かつ、高い治療効果が得られることが期待されており、実際に様々な病態の改善に寄与している。
 一方、抗体医薬は、生体に大量に投与されることから、他の組換えタンパク質医薬品と比べた場合に、その純度が品質に与える影響は大きいと言われている。よって、純度の高い抗体を製造するために、抗体に対して特異的に結合する分子をリガンドとする吸着材料を利用する、アフィニティクロマトグラフィー等の手法が一般的に用いられている。
 抗体医薬として開発されているのは、基本的にモノクローナルIgG抗体であり、組換え培養細胞技術等を用いて大量に生産され、IgG抗体にアフィニティを有するタンパク質を利用して精製されている。
 IgG抗体にアフィニティを有する免疫グロブリン結合性タンパク質として、プロテインAがよく知られている。プロテインAは、グラム陽性細菌スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)によって生産される細胞壁タンパク質の1種であり、シグナル配列S、5つの免疫グロブリン結合性ドメイン(Eドメイン、Dドメイン、Aドメイン、Bドメイン、Cドメイン)、および、細胞壁結合ドメインであるXM領域から構成されている(非特許文献1)。抗体医薬製造工程における初期精製工程(キャプチャー工程)には、プロテインAがリガンドとして水不溶性担体に固定化された、アフィニティクロマトグラフィー用カラムが一般的に利用されている。
 このアフィニティクロマトグラフィー用カラムの性能を改良するために、近年、リガンドであるプロテインAに関する種々の開発がなされ、タンパク質工学的に改変を加えた組換えプロテインAを用いることが試みられている。
 たとえば、組換えプロテインAとしては、免疫グロブリン結合活性がないXM領域を除去したプロテインA(rProtein A Sepharose(登録商標)、GEヘルスケア・ジャパン社製)や、特許文献1に開示されるBドメインに変異を導入した改変ドメインであるZドメインを有するプロテインAなどが知られている。
 Zドメインは、Bドメインに対して29位のグリシンをアラニンに置換する変異を導入した改変ドメインであり、Bドメインよりもアルカリ耐性が高いことが知られている。このようにリガンド機能向上のために、アルカリ耐性を高めた組換えプロテインAや抗体の弱酸性溶出を可能にする組換えプロテインAが開発されている。
 特許文献2には、アルカリ耐性を高めるために、プロテインAのC、B、ZドメインのN末端3~5つの連続したアミノ酸欠失を含むアフィニティークロマトグラフィーリガンドが開示されている。
 特許文献3には、アルカリ安定性を高めるために、プロテインAのドメインCユニットの3位~6位のAsn-Lys-Phe-Asnが欠失した配列を有するアフィニティークロマトグラフィーリガンドが開示されている。
 特許文献4には、アルカリ耐性を高めるために、プロテインAのB、Zドメインの3位と6位のアスパラギンを他のアミノ酸に置換した免疫グロブリン結合タンパク質が開示されている。
 特許文献5には、弱酸性で抗体の脱離を可能にするために、プロテインAのE、D、A、B、Cドメインにおいてリジンおよびシステイン残基を含まない配列とした抗体認識結合タンパク質が開示されている。
米国特許第5143844号明細書 日本国特開2012-254981号公報 日本国特表2010-504754号公報 日本国特表2005-538693号公報 日本国特開2013-256484号公報
Hober S.et.al,J.Chromatogr.B.,2007,Vol.848,p.40-47
 本発明者らの検討により、組換えプロテインAを製造する際に用いる宿主微生物が産生するプロテアーゼや、組換え培養細胞で生産されたIgG抗体を精製する場合の培養細胞が産生するプロテアーゼの作用により、リガンドであるプロテインAが切断されて免疫グロブリン結合活性を大幅に低下するという問題があることを初めて見出した。
 特に、組換えプロテインAを培養液から精製する工程においてpHを高くしてイオン交換樹脂に吸着あるいは通液する際、また、精製前あるいは精製後に濃縮や脱塩などの工程を行う際、さらに、組換えプロテインAを固定化した分離剤により免疫グロブリンを含む培養液から免疫グロブリンを精製する工程を行う際に、プロテアーゼによる切断が顕著に問題となることが明らかになった。
 上記プロテアーゼの一つにセリンプロテアーゼがある。特許文献1~4に開示される組換えプロテインAでは、セリンプロテアーゼ耐性がなく、アフィニティクロマトグラフィー用カラムのリガンドとして用いることに問題がある。
 また、本発明者らの検討に拠れば、特許文献5に開示されるリジン及びシステインを含まない組換えプロテインAは、免疫グロブリン結合活性が十分でなく、特に多量体化したときには野生型に比べて免疫グロブリン結合活性が低く、そもそもアフィニティクロマトグラフィー用カラムのリガンドとしての機能を十分に果たすことができないという課題があることが新たに見出された。
 また、上記問題を生じさせる他のプロテアーゼとしてはサーモリシンがある。サーモリシンは、バチルス属細菌由来の金属プロテアーゼであり、比較的温度の高い環境やpHの高い環境で活性が高くなる。特許文献1、3~5に開示される組換えプロテインAでは、サーモリシン耐性がないためインタクトな形でタンパク質を回収することができず、アフィニティクロマトグラフィー用カラムのリガンドとして用いることに問題がある。
 また、本発明者らの検討に拠れば、特許文献2に開示される組換えプロテインAはサーモリシン耐性があるものを含むが、免疫グロブリン結合活性が低下してしまい、そもそもアフィニティクロマトグラフィー用カラムのリガンドとしての機能を十分に果たすことができないという課題があることが新たに見出された。
 そこで、本発明の課題は、プロテアーゼに耐性を有し、十分な免疫グロブリン結合活性を有する、アフィニティリガンドとして好適に用いることができるタンパク質を提供することにある。
 特に、本発明の第1の課題は、プロテアーゼの中でも、特にセリンプロテアーゼに耐性を有し、十分な免疫グロブリン結合活性を有する、アフィニティリガンドとして好適に用いることができるタンパク質を提供することにある。
 また、本発明の第2の課題は、プロテアーゼの中でも、特にサーモリシンに耐性を有し、十分な免疫グロブリン結合活性を有する、アフィニティリガンドとして好適に用いることができるタンパク質を提供することにある。
 本発明者らは、上記第1の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、プロテインAの特定のドメインのアミノ酸配列において、ドメインとドメインとを連結する領域にリジンを含まない場合にセリンプロテアーゼ耐性が向上することを見出し、本発明を完成させた。
 また、本発明者らは、上記第2の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、プロテインAの特定のドメインのアミノ酸配列において、ドメインとドメインとを連結する領域に疎水性アミノ酸を含まない場合にサーモリシン耐性が向上することを見出し、本発明を完成させた。
 すなわち、上記課題は以下の構成により達成される。
[1]配列番号1~3に記載のプロテインAのE、DおよびAドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、該ドメインの少なくとも一つのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、C末端のリジンが欠失または置換されていることを特徴とする、免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質。
[2]-(1)配列番号4~6に記載のプロテインAのB、CおよびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、該ドメインの少なくとも一つのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、4位のリジンおよびC末端のリジンが欠失または置換されていることを特徴とする、免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質。
[2]-(2)配列番号4~6に記載のプロテインAのB、CおよびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、該ドメインの少なくとも一つのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列(第1連結エレメント)とした場合、少なくとも一つの該連結箇所配列(第1連結エレメント)のC末端のリジンおよび4位のリジンが欠失または置換されていることを特徴とする、免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質。
[3]前記欠失または置換されている4位のリジンおよびC末端のリジンのうち、該4位のリジンおよび/または該C末端のリジンが欠失している、[1]または[2]に記載のタンパク質。
[4]各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列(第1連結エレメント)とした場合、少なくとも一つの該連結箇所配列(第1連結エレメント)は1以上のアミノ酸からなる、[1]~[3]のいずれかに記載のタンパク質。
[5]前記欠失または置換されている4位のリジンおよびC末端のリジンのうち、該4位のリジンおよび/または該C末端のリジンを親水性アミノ酸で置換したものである、[1]~[4]のいずれかに記載のタンパク質。
[6]ドメインを3つ以上有する、[1]~[5]のいずれかに記載のタンパク質。
[7]各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列(第1連結エレメント)とした場合、すべての連結箇所配列(第1連結エレメント)において、リジンが欠失または置換されている、[1]~[6]のいずれかに記載のタンパク質。
[8]前記タンパク質に含まれるドメインのすべてが、配列番号1~6に記載のプロテインAのE、D、A、B、CおよびZドメインのアミノ酸配列のいずれか1種類に由来する、[1]~[7]のいずれかに記載のタンパク質。
[9]各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列(第1連結エレメント)とした場合、該連結箇所配列(第1連結エレメント)はリジンを含まないものである、[1]~[8]のいずれかに記載のタンパク質。
[10]各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列(第1連結エレメント)とした場合、該連結箇所配列(第1連結エレメント)はアルギニンを含まないものである、[1]~[9]のいずれかに記載のタンパク質。
[11][1]~[10]のいずれかに記載のタンパク質をアフィニティリガンドとして、水不溶性の基材からなる担体に固定化したことを特徴とする、アフィニティ分離剤。
[12][11]に記載のアフィニティ分離剤を含み、少なくとも一つの容器を備えることを特徴とする、液体クロマトグラフィー用カラム。
[13]配列番号3~6に記載のプロテインAのA、B、CおよびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結エレメント(第2連結エレメント)とした場合、少なくとも一つの連結エレメント(第2連結エレメント)は、1以上のアミノ酸からなり、かつ、疎水性アミノ酸以外のアミノ酸により構成される変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)であることを特徴とする、免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質。
[14]前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)が、A、B、またはCドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、1位のアラニンおよび/または5位のフェニルアラニンを欠失したものである[13]に記載のタンパク質。
[15]前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)が、Zドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、1位のバリンおよび/または5位のフェニルアラニンを欠失したものである[13]に記載のタンパク質。
[16]前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)が、A、B、またはCドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、1位のアラニンおよび/または5位のフェニルアラニンを疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換したものである[13]または[14]に記載のタンパク質。
[17]前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)が、Zドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、1位のバリンおよび/または5位のフェニルアラニンを疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換したものである[13]または[15]に記載のタンパク質。
[18]前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)で置換する疎水性アミノ酸以外のアミノ酸が、親水性アミノ酸である[16]または[17]に記載のタンパク質。
[19]前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)が2以上のアミノ酸からなる[13]~[18]のいずれかに記載のタンパク質。
[20]ドメインを3つ以上有する[13]~[19]のいずれか1項に記載のタンパク質。
[21]すべての連結エレメント(第2連結エレメント)が変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)である[13]~[20]のいずれかに記載のタンパク質。
[22]前記タンパク質に含まれるドメインのすべてが、配列番号3~6に記載のプロテインAのA、B、CおよびZドメインのアミノ酸配列のいずれか1種類に由来する[13]~[21]のいずれかに記載のタンパク質。
[23]少なくとも一つのドメインのアミノ酸配列におけるC末端のリジンを欠失または置換したものである[13]~[22]のいずれかに記載のタンパク質。
[24]C末端側に前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)を結合するドメインにおいて、該ドメインのアミノ酸配列におけるC末端のリジンを欠失または置換したものである[23]に記載のタンパク質。
[25]前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)はリジンを含まないものである[13]~[24]のいずれかに記載のタンパク質。
[26]前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)はアルギニンを含まないものである[13]~[25]のいずれかに記載のタンパク質。
[27][13]~[26]のいずれかに記載のタンパク質をコードするDNAを含むベクターを用いて、ブレビバチルス属細菌を形質転換し、培養を行うことによってタンパク質を製造する、[13]~[26]のいずれかに記載のタンパク質の製造方法。
[28][13]~[26]のいずれかに記載のタンパク質をアフィニティリガンドとして、水不溶性の基材からなる担体に固定化したことを特徴とする、アフィニティ分離剤。
[29][28]に記載のアフィニティ分離剤を含み、少なくとも1つの該アフィニティ分離剤が充填される容器を備えることを特徴とする、液体クロマトグラフィー用カラム。
 本発明の実施形態により、特定のプロテアーゼに耐性を有し、十分な免疫グロブリン結合活性を有するタンパク質を提供することができる。このような本発明のタンパク質を用いることにより、免疫グロブリン結合活性に優れたアフィニティリガンドや耐久性に優れたアフィニティ分離剤を製造することができる。
 特に、本発明の第1の実施形態により、プロテアーゼ、特にセリンプロテアーゼに耐性を有し、十分な免疫グロブリン結合活性を有するタンパク質を提供することができる。このような本発明のタンパク質を用いることにより、免疫グロブリン結合活性に優れたアフィニティリガンドや耐久性に優れたアフィニティ分離剤を製造することができる。
 また、本発明の第2の実施形態により、プロテアーゼ、特にサーモリシンに耐性を有し、免疫グロブリンとの結合能力を有するタンパク質を提供することができる。このような本発明のタンパク質を用いることにより、免疫グロブリンとの結合能力に優れたアフィニティリガンドや耐久性に優れたアフィニティ分離剤を製造することができる。
図1は、スタフィロコッカス(Staphylococcus)のプロテインAのE、D、A、B、C、およびZドメインのアミノ酸配列比較表である。なお、「-(ハイフン)」はCドメインのアミノ酸残基と同じであることを示し、「/(斜線)」はアミノ酸欠失を示す。 図2は、4量体のタンパク質をリガンドとして担体に固定化した場合であって、非固定化ドメインは形成されない場合の模式図である。 図3(A)~(C)は、4量体のタンパク質をリガンドとして担体に固定化した場合であって、非固定化ドメインが1つ以上存在する場合の模式図である。 図4(A)、図4(B)は、4量体のタンパク質をリガンドとして担体に固定化した場合であって、非固定化ドメインが1つ以上存在する場合の模式図である。 図5(A)、図5(B)は、4量体のタンパク質をリガンドとして担体に固定化した場合であって、固定化用タグを導入して担体との結合を形成しており、すべてのドメインが非固定化ドメインとなる場合の模式図である。
 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
 なお、本発明の実施形態は、特定のプロテアーゼに耐性を有し、十分な免疫グロブリン結合活性を有するタンパク質に関するものである。
 本発明の第1の実施形態は、プロテアーゼ、特にセリンプロテアーゼに耐性を有し、十分な免疫グロブリン結合活性を有するタンパク質に関するものである。
 また、本発明の第2の実施形態は、プロテアーゼ、特にサーモリシンに耐性を有し、免疫グロブリンとの結合能力を有するタンパク質に関するものである。
 なお、本明細書において、「タンパク質」という用語は、ポリペプチド構造を有するあらゆる分子を含むものであって、断片化された、または、ペプチド結合によって連結されたポリペプチド鎖も、「タンパク質」という用語に包含される。
 また、「ドメイン」とは、タンパク質の高次構造上の単位であり、数十から数百のアミノ酸残基配列から構成され、なんらかの物理化学的または生物化学的な機能を発現するに十分なタンパク質の単位をいう。
[本発明の第1の実施形態]
<タンパク質>
 本発明の第1の実施形態における第1の態様のタンパク質は、配列番号1~3に記載のプロテインAのE、D、およびAドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有し、該ドメインの少なくとも一つのドメインのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、C末端のリジンが欠失または置換されていることを特徴とする。
 本発明の第1の実施形態における第2の態様のタンパク質は、配列番号4~6に記載のプロテインAのB、C、およびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有し、該ドメインの少なくとも一つのドメインのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、4位のリジンおよびC末端のリジンが欠失または置換されていることを特徴とする。
 本発明の第1の実施形態における第3の態様のタンパク質は、配列番号4~6に記載のプロテインAのB、C、およびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有し、該ドメインの少なくとも一つのドメインのアミノ酸配列において1以上のリジンを含み、各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列(第1連結エレメント)とした場合、少なくとも一つの該連結箇所配列(第1連結エレメント)のC末端のリジンおよび4位のリジンが欠失または置換されていることを特徴とする。
 以下、本明細書においては、本発明の第1の実施形態における第1の態様、第2の態様、および第3の態様のタンパク質を総称して、本発明の第1の実施形態のタンパク質とする。
 プロテインAは、免疫グロブリン結合性ドメインが5個つながった形で構成されるタンパク質である。複数の微生物がプロテインAを発現するが、プロテインAを発現する微生物として、例えば、スタフィロコッカス(Staphylococcus)が挙げられる。
 配列番号1~6に記載のプロテインAのE、D、A、B、C、およびZドメインは、免疫グロブリンの相補性決定領域(CDR)以外の領域に結合することができる免疫グロブリン結合性タンパク質であり、いずれのドメインも、免疫グロブリンのFc領域、Fab領域、および、Fab領域中の特にFv領域の、各々の領域に対して結合する。
 図1の配列比較表に示すように、プロテインA由来の、E、D、A、B、C、およびZドメインは、互いに相同性の高いアミノ酸配列を有しており、60%以上のアミノ酸配列同一性を有している。なお、ハイフン(-)はCドメインのアミノ酸残基とおなじであることを示す。
 「プロテインAのE、D、A、B、C、およびZドメインのいずれかに由来するドメイン」とは、野生型の各ドメインのアミノ酸配列に由来するアミノ酸配列を有するドメインを指し、Fc領域への結合能を有しているタンパク質をコードする限り、野生型の各ドメインのアミノ酸配列に後述する変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)以外の変異が入っていてもよい。
 つまり、プロテインAのE、D、A、B、C、およびZドメインのいずれかのアミノ酸配列は、変異を導入する前のアミノ酸配列(野生型アミノ酸配列)であり、「プロテインAのE、D、A、B、C、およびZドメインのいずれかに由来するドメイン」のアミノ酸配列はE、D、A、B、C、およびZドメインの野生型アミノ酸配列そのもの、または野生型アミノ酸配列に後述する変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)を含む、ならびに/もしくは、部分的なアミノ酸の置換、挿入、欠失、および、化学修飾により改変されたものを指す。
 ここで、プロテインAのZドメインは、BドメインにA1VとG29Aという変異を導入して得られたものであり、天然のプロテインAには存在しないドメインであるが、本明細書においては、配列番号6に示したアミノ酸配列をZドメインの野生型アミノ酸配列と称する。
 本明細書では、アミノ酸配列中の特定アミノ酸の位置は、野生型アミノ酸配列のN末端を1位として順次番号を付して特定する。通常、各ドメインのアミノ酸配列のN末端を1位とする。プロテインAのB、C、およびZドメインのN末端から4番目のアミノ酸である4位はリジンである。ここで、図1に示す通りEドメインは、他のドメインと相同性の高い領域を基準にして、1位および2位のアミノ酸残基が欠失しているものとして取り扱う。また、図1に示す通りDドメインは、他のドメインと相同性の高い領域を基準にして、N末端から3番目~5番目のアミノ酸残基が挿入されているものとして取り扱う。
 本明細書中では、アミノ酸について、その正式名称で記載しないときは、慣用の一文字略号で表す。また、アミノ酸を置換する変異の表記について、置換位置の番号の前に、野生型、または、非変異型のアミノ酸を付し、置換位置の番号の後に、変異したアミノ酸を付して表記する。例えば、29位のグリシン(Gly)をアラニン(Ala)に置換する変異は、G29Aと記載する。
 本発明の第1の実施形態のタンパク質は、上述した「プロテインAのE、D、A、B、C、およびZドメインのいずれかに由来するドメイン」を単ドメインとして2つ以上有する多量体タンパク質(複ドメイン型タンパク質)である。好ましくは3つ以上であり、より好ましくは4つ以上であって、好ましくは10以下、より好ましくは8つ以下、さらに好ましくは6つ以下である。
 これらの多量体タンパク質は、単一の免疫グロブリン結合性ドメインの連結体であるホモダイマー、ホモトリマー等のホモポリマーであってもよいし、種類の異なる免疫グロブリン結合性ドメインの連結体であるヘテロダイマー、ヘテロトリマー等のヘテロポリマーであってもよい。好ましくは、本発明の第1の実施形態のタンパク質に含まれるドメインのすべてが、配列番号1~6に記載のプロテインAのE、D、A、B、CおよびZドメインのいずれか1種類に由来するホモポリマーである。
 本発明の第1の実施形態におけるタンパク質は、2つ以上のドメインのC末端とN末端が連結し、連結箇所配列(第1連結エレメント)を構成している。ここで、本明細書において「連結箇所配列(第1連結エレメント)」とは、各ドメインのアミノ酸配列におけるC末端のリジンおよびそれに連結するN末端の1位から5位までの配列を指す。
 つまり、2つのドメインが連結する箇所の、C末端側の1アミノ酸残基とN末端側の5アミノ酸残基との計6アミノ酸残基の配列が連結箇所配列(第1連結エレメント)となる。ここで、N末端側のアミノ酸配列はB、C、Zで保存されているアミノ酸配列を基準とし、当該配列の5アミノ酸残基を指すものとする。
 よって、図1に示す通り、Eドメインは基準となるN末端側の配列のうち、N末端から2アミノ酸残基が欠失した配列をしていることから、Eドメインを含む場合には、連結箇所配列(第1連結エレメント)は、C末端側の1アミノ酸残基とN末端側の3アミノ酸残基との計4アミノ酸残基の配列を指すものとする。
 また、図1に示す通り、Dドメインは基準となるN末端側の配列に( )で示す3アミノ酸残基を挿入した配列をしていることから、本タンパク質がDドメインを含む場合には、ドメイン間の連結部分にC末端側の1アミノ酸残基とN末端側の8アミノ酸残基との計9アミノ酸残基を含むこととなる。ただし、DドメインのN末端側に挿入されている、「AQQ」の3アミノ酸残基は本発明の効果に特に影響しないと考えられることから、本明細書においてはB、C、Zで保存されているアミノ酸配列を基準とし、連結箇所配列(第1連結エレメント)に含まれるDドメインのN末端の1位から5位のアミノ酸配列は、下記に示す5アミノ酸残基を指すものとする。
 n量体タンパク質においてはn-1個の連結箇所配列(第1連結エレメント)が存在する。
 図1に示した通り、プロテインAのE、D、A、B、CおよびZドメインのいずれについても、C末端はリジン(K)である。よって、上述の連結箇所配列(第1連結エレメント)には、必ずリジン(K)を含むこととなる。
 また、以下に示す配列が、プロテインAのE、D、A、B、C、およびZドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列である。Eドメインは1および2位のアミノ酸残基が存在せず3つのアミノ酸からなり、リジン(K)を含まない。D、A、B、C、およびZドメインのいずれの配列も5つのアミノ酸からなり、D、Aドメインはリジン(K)を含まず、B、C、およびZドメインは4位にリジン(K)を含んでいる。
  ドメインE     A Q H
  ドメインD A D N N F
  ドメインA A D N N F
  ドメインB A D N K F
  ドメインC A D N K F
  ドメインZ V D N K F
 本発明の第1の実施形態における第1および第3の態様のタンパク質においては、少なくとも一つの連結箇所配列(第1連結エレメント)は部分的なアミノ酸の置換、挿入、欠失、および、化学修飾により改変された変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)であり、野生型アミノ酸配列に存在するリジンを含まないアミノ酸配列であることを特徴としている。変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)は、リジン(K)を含まないことが好ましく、リジン(K)およびアルギニン(R)以外のアミノ酸により構成される配列であることがより好ましく、1以上のアミノ酸からなることが好ましい。
 一方、本発明の第1の実施形態における第2の態様のタンパク質においては、少なくとも一つのB、C、およびZドメインのアミノ酸配列において、4位のリジンおよびC末端のリジンが欠失または置換されていることを特徴としている。よって、該ドメインが複数連結していることにより、第3の態様の変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)を構成することとなる。加えて、タンパク質の最もN末端側またはC末端側に位置するドメインが該ドメインである場合には、末端部分は変異連結箇所配列を形成しないが、後述するアフィニティリガンドが担体に固定化されて得られるアフィニティ分離剤において、タンパク質の該ドメインのN末端側またはC末端側を担体に固定化することにより、タンパク質と担体との結合、および固定化されたドメインとその他のドメインとの結合を安定に維持することができる。
 ここで、本発明の第1の実施形態において「変異」とは、野生型アミノ酸配列に対して行われる部分的なアミノ酸の置換、挿入、欠失、および、化学修飾による改変を意味し、「変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)」とは野生型アミノ酸配列の連結箇所配列(第1連結エレメント)に、特定の「変異」が挿入された配列を言う。また、「変異ドメイン」とは各ドメインの野生型アミノ酸配列に、特定の「変異」が挿入されたドメインを言う。
 本発明の第1の実施形態における第1および第3の態様のタンパク質に含まれる連結箇所配列(第1連結エレメント)のうち少なくとも一つが変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)であればよいが、3量体以上のタンパク質の場合には2つ以上が変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)であることが好ましく、n量体タンパク質の場合にはn-1個が変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)あること、つまり全ての連結箇所配列(第1連結エレメント)が変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)であることがより好ましい。
 よって、本発明の第1の実施形態のタンパク質では、すべての連結箇所配列(第1連結エレメント)において、リジンが欠失または置換されていることが好ましい。
 後述するアフィニティ分離剤において、担体に固定化されたリガンドがプロテアーゼによる切断を受けないためには、本発明の第1の実施形態のタンパク質における、最もN末端側のドメインの4位のリジン、または最もC末端側のC末端のリジンが欠失または置換されていることが好ましい。
 よって、本発明の第1の実施形態における第2の態様のタンパク質に含まれるドメインのうち、少なくとも一つが4位のリジンおよびC末端のリジンが欠失または置換されたドメイン(変異ドメイン)であればよいが、タンパク質の最もN末端側のドメインまたは最もC末端側のドメインが変異ドメインであることが好ましく、後述する固定化ドメインが変異ドメインであることが好ましい。また、3量体以上のタンパク質の場合には固定化ドメインおよびそれに連結する2つ以上が変異ドメインであることが好ましく、n量体タンパク質の場合には固定化ドメインおよびそれに連結するn-2個以上のドメインが変異ドメインであることが好ましく、全てのドメインが変異ドメインであることが最も好ましい。
 連結箇所配列(第1連結エレメント)は各ドメインのアミノ酸配列におけるC末端の1アミノ酸残基および1位から5位までの配列からなるが、この配列に対して置換、挿入、欠失、および、化学修飾により改変を行い、好ましくは1以上のアミノ酸からなり、好ましくはリジン(K)およびアルギニン(R)以外のアミノ酸により構成される配列である。
 本発明者らの検討により、トリプシンやプラスミンなどのセリンプロテアーゼによって切断を受けやすい箇所が、連結箇所配列(第1連結エレメント)中の野生型アミノ酸配列で存在する特定の位置のリジン(K)のC末端側であることが明らかになった。このことより、連結箇所配列(第1連結エレメント)に存在する特定のリジン(K)を含まないようなアミノ酸で構成される変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とすると、セリンプロテアーゼによるタンパク質の切断を顕著に抑制可能であることを見出した。
 具体的には、野生型アミノ酸配列の連結箇所配列(第1連結エレメント)におけるKを、欠失および/または置換することにより変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とすることができる。好ましくはK以外のアミノ酸により構成される変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とすることであり、より好ましくはKおよびR以外のアミノ酸により構成される変異連結エレメントとすることである。
 加えて、本発明者らの検討によれば、野生型アミノ酸配列の連結箇所配列(第1連結エレメント)以外に存在するKおよびRはセリンプロテアーゼによる切断を受けにくいため本発明の第1の実施形態のタンパク質の各ドメインに存在していてもよいだけでなく、本発明の第1の実施形態のタンパク質が十分な免疫グロブリン結合活性を有するためには、少なくとも一つのドメインにおいて1以上のリジンを含んでいる必要があることを見出した。
 連結箇所配列(第1連結エレメント)以外に存在するリジンは、野生型アミノ酸配列におけるリジンが保存されていることが好ましく、好ましくは2つ以上が保存されていることであり、より好ましくは3つ以上が保存されていることであり、最も好ましくは4つのリジンが野生型アミノ酸配列と同じ位置で含まれることが好ましい。保存されるKとしては、35位のリジンが保存されているのが最も好ましい。
 連結箇所配列(第1連結エレメント)以外に存在するリジンが十分な免疫グロブリン結合活性を有するために必要である理由は明らかになっていないが、野生型プロテインAの抗体認識部位近傍のリジンは抗体と静電的な相互作用をしていると考えられている。このことより、野生型プロテインAの抗体認識部位の働きを損なわない範囲で、置換、挿入などの変異により野生型アミノ酸配列に存在しないリジンを含んでいても構わないが、野生型アミノ酸配列に存在しないリジンを含まないことが好ましい。
 以下に、変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)の具体的な例について説明する。
 連結箇所配列(第1連結エレメント)のアミノ酸の一部を欠失させて変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とする場合には、変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)は1以上のアミノ酸からなることを必須とする。本発明者らの検討に拠れば、連結箇所配列(第1連結エレメント)に含まれる6つ全てのアミノ酸を欠失させた場合には、目的とする免疫グロブリンへの結合能力が著しく低下し、当該タンパク質をアフィニティリガンドとして用いると免疫グロブリンとの結合能力が不十分であることが明らかとなった。
 一般に免疫グロブリンは各ドメインよりも大きく、結合した免疫グロブリン同士の立体障害により各ドメインと結合可能な数は限られている。そのため、各ドメインと免疫グロブリンが結合した際に、連結箇所配列(第1連結エレメント)が存在せず隣接するドメインが近すぎると、免疫グロブリンが結合可能な空間が不足し、1ドメイン当たりの免疫グロブリン結合数が低下することによるものと推察される。変異連結箇所配列(第1連結エレメント)は好ましくは1以上、より好ましくは2以上のアミノ酸からなると、目的とする免疫グロブリンへの結合能力がより高くなる傾向があり好ましい。
 本発明の第1の実施形態における第1の態様のタンパク質では、連結箇所配列(第1連結エレメント)がプロテインAのいずれかのドメインのC末端のリジン(K)とE、D、およびAドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなっている。そのため、野生型アミノ酸配列の連結箇所配列(第1連結エレメント)には、Kが1つ含まれている。よって、変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)は、連結するドメインのC末端のリジン(K)を欠失したものであることが好ましい。
 例えば、プロテインAのAドメインが2つ連結してできる連結箇所配列(第1連結エレメント)を変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とする場合には、C末端のリジン(K)を欠失させたアラニン(A)、アスパラギン酸(D)、アスパラギン(N)、アスパラギン(N)、フェニルアラニン(F)の5つのアミノ酸からなる配列や、C末端のKに加えて1位のAおよび5位のFを欠失させ、D、N、Nの3つのアミノ酸からなる配列などが好ましい例として挙げられる。
 本発明の第1の実施形態における第2、3の態様のタンパク質では、連結箇所配列(第1連結エレメント)がプロテインAのいずれかのドメインのC末端のリジン(K)とB、C、およびZドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなっている。そのため、野生型アミノ酸配列の連結箇所配列(第1連結エレメント)には、C末端と4位の2つのKが含まれている。よって、変異連結箇所配列(第1連結エレメント)は、連結するドメインのC末端のリジン(K)および4位のリジン(K)を欠失したものであることが好ましい。
 例えば、プロテインAのBドメインが2つ連結してできる連結箇所配列(第1連結エレメント)を変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とする場合には、C末端のリジン(K)および4位のリジン(K)の2つのアミノ酸を欠失させたアラニン(A)、アスパラギン酸(D)、アスパラギン(N)、フェニルアラニン(F)の4つのアミノ酸からなる配列や、C末端のKおよび4位のKに加えて1位のVおよび5位のFを欠失させ、D、Nの2つのアミノ酸からなる配列などが好ましい例として挙げられる。また、連結箇所配列(第1連結エレメント)に含まれるKのどちらか一方を後述する方法で置換する場合には、C末端のKのみを欠失させたり、4位のKのみを欠失させてもよい。
 アミノ酸の置換は、元のアミノ酸を削除し、同じ位置に別のアミノ酸を追加する変異のことを意味する。追加される別のアミノ酸は特に限定されるものではなく、例えば、天然のタンパク質構成アミノ酸、タンパク質非構成アミノ酸、非天然アミノ酸が挙げられる。この中でも、遺伝子工学的生産の観点から、天然型アミノ酸を好適に用いることができる。
 ただし、連結箇所配列(第1連結エレメント)のアミノ酸を置換して変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とする場合には、変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)にはリジン(K)を含まないような配列とする必要がある。更にアルギニン(R)も含まないような配列であれば、アルギニンを認識するプロテアーゼに対する耐性も向上し好ましい。
 従って、置換により導入されるアミノ酸としては、リジン(K)およびアルギニン(R)以外のアミノ酸であれば特に限定されないが、アスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、ヒスチジン(H)などの親水性アミノ酸;システイン(C)、グリシン(G)、メチオニン(M)、セリン(S)、トレオニン(T)、チロシン(Y)などの中性アミノ酸のいずれかであることが好ましい。この中でも、親水性アミノ酸のいずれかであることがより好ましい。
 さらには、アルカリ性条件下での安定性が向上する観点で、アスパラギン酸(D)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、ヒスチジン(H)が好ましい。
 本発明の第1の実施形態における第1の態様のタンパク質では、野生型アミノ酸配列の連結箇所配列(第1連結エレメント)には、Kが1つ含まれており、変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)は、連結するドメインのC末端のリジン(K)を置換したものであることが好ましい。
 例えば、プロテインAのAドメインが2つ連結してできる連結箇所配列(第1連結エレメント)を変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とする場合には、C末端のリジン(K)を、リジン(K)およびアルギニン(R)以外のアミノ酸で置換したものであることが好ましい。
 具体的には、C末端のリジン(K)をアスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)やヒスチジン(H)で置換した配列や、C末端のKに加えて1位のAおよび5位のFを、アスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)やヒスチジン(H)で置換した配列などが好ましい例として挙げられる。
 本発明の第1の実施形態における第2の態様のタンパク質では、野生型アミノ酸配列の連結箇所配列(第1連結エレメント)には、C末端と4位の2つのKが含まれおり、変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)は、連結するドメインのC末端のリジン(K)および4位のリジン(K)を置換したものであることが好ましい。
 例えば、プロテインAのBドメインが2つ連結してできる連結箇所配列(第1連結エレメント)を変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とする場合には、C末端のリジン(K)および4位のリジン(K)を、リジン(K)およびアルギニン(R)以外のアミノ酸で置換したものであることが好ましい。具体的には、C末端のリジン(K)および4位のリジン(K)をアスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)やヒスチジン(H)で置換した配列や、C末端のKおよび4位のKに加えて1位のVおよび5位のFを、アスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)やヒスチジン(H)で置換した配列などが好ましい例として挙げられる。
 また、連結箇所配列(第1連結エレメント)に含まれるどちらか一方のKを前述した方法で欠失する場合には、C末端のKのみを置換したり、4位のKのみを置換してもよい。
 変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)には、野生型アミノ酸配列に含まれる5つのアミノ酸に加えて、追加のアミノ酸配列が挿入されていてもよい。
 本発明の第1の実施形態におけるタンパク質においては、C末端のリジン(K)および/または4位のリジン(K)を欠失または置換して変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とすれば、セリンプロテアーゼに対する耐性を高めることができる。さらに本発明の第1の実施形態のタンパク質では、末端のKおよび/または4位のKが欠失して、4つのアミノ酸からなる変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とすると、トリプシンやプラスミンなどのセリンプロテアーゼ耐性をさらに高めることができ好ましい。
 さらに、理由は定かではないが、野生型アミノ酸配列の連結箇所配列(第1連結エレメント)中のKに加えて他のいくつかのアミノ酸を欠失させて、好ましくは3つ、より好ましくは2つのアミノ酸からなる変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)とすると、セリンプロテアーゼ耐性がさらに高まる傾向があるため好ましい。これは、連結箇所配列(第1連結エレメント)が短くなることで、プロテアーゼとの物理的な接触が抑制されることによるものと推察される。
 本発明の第1の実施形態におけるタンパク質はセリンプロテアーゼに対する耐性に加えて、他のプロテアーゼに対する耐性を有していてもよい。例えば、変異連結箇所配列(変異第1連結エレメント)が、疎水性アミノ酸以外のアミノ酸から構成される場合には、サーモリシンに対する耐性を有するため好ましい。
 変異結合箇所配列(変異第1連結エレメント)以外に導入されるアミノ酸配列の改変は、特に限定されるものではなく、野生型アミノ酸配列を有するタンパク質に比べて、同等またはそれ以上に、免疫グロブリンのFab領域に対する親和性が低下し、かつ免疫グロブリンに親和性を有していればよい。
 変異結合箇所配列(変異第1連結エレメント)以外の部分のアミノ酸配列は、プロテインAのE、D、A、B、C、およびZドメインのいずれかの野生型アミノ酸配列と、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上の配列同一性を有し、その結果、本発明の第1の実施形態におけるタンパク質がFc領域への結合能を有していればよい。
 変異を導入して得られるタンパク質の各ドメインは、プロテインAのE、D、A、B、CおよびZドメインのいずれかの野生型アミノ酸配列と、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上のアミノ酸の配列同一性を示す。
 上述のタンパク質の具体例として、配列番号48~57に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質が挙げられる。
 本発明の第1の実施形態におけるタンパク質はプロテアーゼ、特にセリンプロテアーゼに耐性を有することを特徴とする。セリンプロテアーゼとは、トリプシン、プラスミンなどが例として挙げられ、通常、大腸菌などの微生物やCHO細胞などの培養細胞で生成、蓄積されるプロテアーゼである。
 例えば、本発明の第1の実施形態におけるタンパク質を作製する場合には、通常、後述するように、大腸菌などの微生物を宿主とする形質転換体を利用し、形質転換体の細胞内または細胞外にタンパク質を蓄積させて、回収する。目的とするタンパク質を蓄積・回収する際には、宿主となる微生物が生産するプロテアーゼの影響を受けることがある。
 また、本発明の第1の実施形態におけるタンパク質を免疫グロブリン結合性アフィニティリガンドとしてアフィニティ分離剤を作製し、免疫グロブリンを精製するために使用する場合には、該アフィニティ分離剤に通過させる免疫グロブリン産生したCHO細胞などの培養上清中に含まれるプロテアーゼの影響を受けることがある。
 本発明者らの検討に拠れば、野生型アミノ酸配列を有する多量体タンパク質では、該多量体タンパク質を蓄積・回収した場合に、培養途中、及び回収後の精製・濃縮等の工程でプロテアーゼの影響により切断を受け、目的の多量体タンパク質を得られないことが分かった。
 また、野生型アミノ酸配列を有する多量体タンパク質をリガンドとしてアフィニティ分離剤を作製した場合、免疫グロブリン精製用に使用する時にリガンドである多量体タンパク質がプロテアーゼの影響により切断を受け、免疫グロブリン結合性を十分に発揮しないことが明らかになった。これは、プロテアーゼの中でも大腸菌などの微生物やCHO細胞などの培養細胞などが生産するセリンプロテアーゼの影響によるものであり、各ドメインのアミノ酸配列の中でも特定の部分で切断を受けていることが、初めて明らかとなった。
 これらの検討結果を考慮して、連結箇所配列(第1連結エレメント)に特定の改変を加えた本発明の第1の実施形態におけるタンパク質は、培養途中、及び回収後の精製・濃縮等の工程においてセリンプロテアーゼによる切断を受けることがなく、蓄積・回収を行うことができる。
 また、本発明の第1の実施形態における多量体タンパク質をリガンドとしてアフィニティ分離剤を作製した場合、セリンプロテアーゼの影響を受けることなく、十分な免疫グロブリン結合性を発揮し、目的の免疫グロブリンを精製することが可能である。
 免疫グロブリンの精製工程などで用いた場合にプロテアーゼの影響を受けることなくリガンドが安定に機能することができるという効果を顕著に奏する点で、本発明の第1の実施形態におけるタンパク質は、担体に結合しない非固定化ドメインを1つ以上含むことが好ましく、より好ましくは2つ以上、n量体のタンパク質の場合にはn-1個以上が非固定化ドメインであることが好ましく、最も好ましくはn個の全てが非固定化ドメインである。
 本発明の第1の実施形態におけるタンパク質が、後段で詳述する非固定化ドメインを含むためには、少なくとも一つ以上のドメインのアミノ酸配列において、アミノ酸の置換や挿入などにより固定化に有用なアミノ酸残基を導入したり、固定化に有用なアミノ酸を欠失させたり、固定化用タグを導入したりすることによって、作製することができる。
 本発明の第1の実施形態におけるタンパク質が非固定化ドメインを含むことにより、配向性を調整して担体に固定化することができ、より高い免疫グロブリン結合性を発揮することができるため好ましい。
 また、本発明の第1の実施形態におけるアフィニティ分離剤は、繰り返し使用した場合であってもとしても、リガンドの免疫グロブリン結合性が低下することなく、効率的に免疫グロブリンを精製することが可能である。
 そのため、本発明の第1の実施形態におけるタンパク質は免疫グロブリンのFc領域への結合活性が十分高くアフィニティリガンドとして好適に用いることができるだけでなく、リガンドとして安定して繰り返し使用することが可能であり、工業的に有利である。
 ここで、本明細書においてセリンプロテアーゼ耐性があるかどうかは、次の方法で確認する。2mg/mLのリガンド溶液10μLに1~10mg/mLのセリンプロテアーゼ溶液を2μL添加した溶液を、37℃、15時間加熱した際に、切断されていないリガンドが多いほど好ましい。セリンプロテアーゼ溶液の濃度は、プロテアーゼの種類によって適宜設定すればよく、例えば、トリプシンは1mg/mLとすることが好ましく、プラスミンは10mg/mLとすることが好ましい。
 セリンプロテアーゼ耐性があるものとしては、切断されていないリガンドを80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上保持していることである。なお、切断されているかどうかは、一般に用いられる電気泳動法(SDS-PAGE)により確認する。
[本発明の第2の実施形態]
<タンパク質>
 本発明の第2の実施形態におけるタンパク質は、配列番号3~6に記載のプロテインAのA、B、C、およびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有し、各ドメインを連結する連結エレメント(第2連結エレメント)のうち少なくとも一つは、1以上のアミノ酸からなり、かつ疎水性アミノ酸以外のアミノ酸により構成される変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)であることを特徴とする。
 プロテインAは、免疫グロブリン結合性ドメインが5個つながった形で構成されるタンパク質である。複数の微生物がプロテインAを発現するが、プロテインAを発現する微生物として、例えば、スタフィロコッカス(Staphylococcus)が挙げられる。
 配列番号3~6に記載のプロテインAのA、B、C、およびZドメインは、免疫グロブリンの相補性決定領域(CDR)以外の領域に結合することができる免疫グロブリン結合性タンパク質であり、いずれのドメインも、免疫グロブリンのFc領域、Fab領域、および、Fab領域中の特にFv領域の、各々の領域に対して結合する。
 図1の配列比較表に示すように、プロテインA由来の、A、B、C、およびZドメインは、互いに相同性の高いアミノ酸配列を有しており、80%以上のアミノ酸配列同一性を有している。なお、ハイフン(-)はCドメインのアミノ酸残基と同じであることを示す。
 「プロテインAのA、B、C、およびZドメインのいずれかに由来するドメイン」とは、野生型の各ドメインのアミノ酸配列に由来するアミノ酸配列を有するドメインを指し、Fc領域への結合能を有しているタンパク質をコードする限り、野生型の各ドメインのアミノ酸配列に後述する変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)以外の変異が入っていてもよい。
 つまり、プロテインAのA、B、C、およびZドメインのいずれかのアミノ酸配列は、変異を導入する前のアミノ酸配列(野生型アミノ酸配列)であり、「プロテインAのA、B、C、およびZドメインのいずれかに由来するドメイン」のアミノ酸配列は、A、B、C、およびZドメインの野生型アミノ酸配列そのもの、または野生型アミノ酸配列に後述する変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)を含む、ならびに/もしくは、部分的なアミノ酸の置換、挿入、欠失、および、化学修飾により改変されたものを指す。
 ここで、プロテインAのZドメインは、BドメインにA1VとG29Aという変異を導入して得られたものであり、天然のプロテインAには存在しないドメインであるが、本明細書においては、配列番号6に示したアミノ酸配列をZドメインの野生型アミノ酸配列と称する。
 本発明の第2の実施形態におけるタンパク質は、上述した「プロテインAのA、B、C、およびZドメインのいずれかに由来するドメイン」を単ドメインとして2つ以上有する多量体タンパク質(複ドメイン型タンパク質)である。好ましくは3つ以上であり、より好ましくは4つ以上であって、好ましくは10以下、より好ましくは8つ以下、さらに好ましくは6つ以下である。
 これらの多量体タンパク質は、単一の免疫グロブリン結合性ドメインの連結体であるホモダイマー、ホモトリマー等のホモポリマーであってもよいし、種類の異なる免疫グロブリン結合性ドメインの連結体であるヘテロダイマー、ヘテロトリマー等のヘテロポリマーであってもよい。好ましくは、本発明の第2の実施形態におけるタンパク質に含まれるドメインのすべてが、配列番号3~6に記載のプロテインAのA、B、CおよびZドメインのアミノ酸配列のいずれか1種類に由来するホモポリマーである。
 本発明の第2の実施形態におけるタンパク質は、2つ以上のドメインのC末端とN末端が連結し、連結エレメント(第2連結エレメント)を構成する。ここで、本発明の第2の実施形態において「連結エレメント(第2連結エレメント)」とは、各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を指す。
 つまり、N末端側に他のドメインを連結するドメインにおいては、当該ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列が連結エレメント(第2連結エレメント)となる。よって、n量体タンパク質においてはn-1個の連結エレメント(第2連結エレメント)が存在する。
 以下に示す配列が、プロテインAのA、B、C、およびZドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列である。いずれの配列も5つのアミノ酸からなり、疎水性アミノ酸であるアラニン(A)および/またはフェニルアラニン(F)を含んでいる。
    ドメインA  A D N N F
    ドメインB  A D N K F
    ドメインC  A D N K F
    ドメインZ  V D N K F
 本発明の第2の実施形態におけるタンパク質においては、少なくとも一つの連結エレメント(第2連結エレメント)は部分的なアミノ酸の置換、挿入、欠失、および、化学修飾により改変された変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)であることを特徴としている。変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)とは、1以上のアミノ酸からなり、かつ疎水性アミノ酸以外のアミノ酸により構成される配列である。
 本発明の第2の実施形態におけるタンパク質に含まれる連結エレメント(第2連結エレメント)のうち少なくとも一つが変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)であればよいが、3量体以上のタンパク質の場合には2つ以上が変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)であることが好ましく、n量体タンパク質の場合にはn-1個が変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)であること、つまり全ての連結エレメント(第2連結エレメント)が変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)であることがより好ましい。
 連結エレメント(第2連結エレメント)は各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなるが、この配列に対して置換、挿入、欠失、および、化学修飾により改変を行い、1以上のアミノ酸からなり、かつ疎水性アミノ酸以外のアミノ酸により構成される配列が変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)である。
 本発明者らの検討により、サーモリシンによって切断を受けやすい箇所が、連結エレメント(第2連結エレメント)中の疎水性アミノ酸のN末端側であることが明らかになった。このことより、連結エレメント(第2連結エレメント)を疎水性アミノ酸以外のアミノ酸により構成される変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)とすると、サーモリシンによるタンパク質の切断を顕著に抑制可能であることを見出した。
 具体的には、野生型アミノ酸配列の連結エレメント(第2連結エレメント)におけるAおよびFを、欠失および/または置換することにより、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)とすることが好ましい。
 ここで、本明細書における「疎水性アミノ酸」とはアラニン(A)、イソロイシン(I)、ロイシン(L)、フェニルアラニン(F)、プロリン(P)、トリプトファン(W)、バリン(V)を指し、「疎水性アミノ酸以外のアミノ酸」とは、アルギニン(R)、アスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、ヒスチジン(H)、リジン(K)などの親水性アミノ酸;システイン(C)、グリシン(G)、メチオニン(M)、セリン(S)、トレオニン(T)、チロシン(Y)などの天然型の中性的なアミノ酸や;アセチルリジン、アジド-Z-リジン、グルタミン酸5-メチル、アスパラギン酸5-メチルなどの非天然型の中性的なアミノ酸を指す。
 以下に、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)の具体的な例について説明する。
 連結エレメント(第2連結エレメント)のアミノ酸の一部を欠失させて変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)とする場合には、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)は1以上のアミノ酸からなることを必須とする。本発明者らの検討に拠れば、連結エレメント(第2連結エレメント)に含まれる5つ全てのアミノ酸を欠失させた場合には、目的とする免疫グロブリンへの結合能力が著しく低下し、当該タンパク質をアフィニティリガンドとして用いると免疫グロブリンとの結合能力が不十分であることが明らかとなった。特に、アフィニティ分離剤として使用する精製条件によってその差が顕著に表れる。
 一般に免疫グロブリンは各ドメインよりも大きく、結合した免疫グロブリン同士の立体障害により各ドメインと結合可能な数は限られている。そのため、各ドメインと免疫グロブリンが結合した際に、連結エレメント(第2連結エレメント)が存在せず隣接するドメインが近すぎると、免疫グロブリンが結合可能な空間が不足し、1ドメイン当たりの免疫グロブリン結合数が低下することによるものと推察される。変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)は種々の精製条件において免疫グロブリンとの結合能力に優れるとの理由から1以上のアミノ酸からなることを必須とし、2以上のアミノ酸からなると、目的とする免疫グロブリンへの結合能力がより高くなる傾向があり好ましい。
 変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)がプロテインAのA、B、およびCドメインのいずれかに由来するドメインに含まれる場合には、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)は、A、B、またはCドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、1位のアラニンおよび/または5位のフェニルアラニンを欠失したものであることが好ましい。
 例えば、1位のアラニン(A)および5位のフェニルアラニン(F)の2つのアミノ酸を欠失させたアスパラギン酸(D)、アスパラギン(N)、リジン(K)の3つのアミノ酸からなる配列や、1位のAおよび5位のFに加えて4位のKを欠失させ、D、Nの2つのアミノ酸からなる配列などが好ましい例として挙げられる。また、連結エレメント(第2連結エレメント)に含まれる疎水性アミノ酸を後述する方法で置換する場合には、1位のAのみを欠失させたり、5位のFのみを欠失させてもよい。
 変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)がプロテインAのZドメインに由来するドメインに含まれる場合には、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)は、Zドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、1位のバリンおよび/または5位のフェニルアラニンを欠失したものであることが好ましい。
 例えば、1位のバリン(V)および5位のフェニルアラニン(F)の2つのアミノ酸を欠失させたアスパラギン酸(D)、アスパラギン(N)、リジン(K)の3つのアミノ酸からなる配列や、1位のVおよび5位のFに加えて4位のKを欠失させ、D、Nの2つのアミノ酸からなる配列などが好ましい例として挙げられる。また、連結エレメント(第2連結エレメント)に含まれる疎水性アミノ酸の一部を後述する方法で置換する場合には、1位のVのみを欠失させたり、5位のFのみを欠失させてもよい。
 アミノ酸の置換は、元のアミノ酸を削除し、同じ位置に別のアミノ酸を追加する変異のことを意味する。追加される別のアミノ酸は特に限定されるものではなく、例えば、天然のタンパク質構成アミノ酸、タンパク質非構成アミノ酸、非天然アミノ酸が挙げられる。この中でも、遺伝子工学的生産の観点から、天然型アミノ酸を好適に用いることができる。
 ただし、連結エレメント(第2連結エレメント)のアミノ酸を置換して変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)とする場合には、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)には疎水性アミノ酸を含まないような配列とする必要がある。従って、置換により導入されるアミノ酸としては、疎水性アミノ酸以外のアミノ酸であれば特に限定されないが、アルギニン(R)、アスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、ヒスチジン(H)、リジン(K)などの親水性アミノ酸;システイン(C)、グリシン(G)、メチオニン(M)、セリン(S)、トレオニン(T)、チロシン(Y)などの中性的なアミノ酸のいずれかであることが好ましい。この中でも、親水性アミノ酸のいずれかであることがより好ましい。
 さらには、アルカリ性条件下での安定性が向上する観点で、アルギニン(R)、アスパラギン酸(D)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、ヒスチジン(H)、リジン(K)が好ましい。
 また、その他のプロテアーゼ、例えば後述するセリンプロテアーゼ、への耐性が向上する観点で、アスパラギン酸(D)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、ヒスチジン(H)が好ましい。
 変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)がプロテインAのA、B、およびCドメインのいずれかに由来するドメインに含まれる場合には、前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)は、A,B,またはCドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、1位のアラニンおよび/または5位のフェニルアラニンを、疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換したものであることが好ましい。
 例えば、1位のアラニン(A)および5位のフェニルアラニン(F)の2つのアミノ酸を疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換した配列や、1位のAおよび5位のFに加えて4位のKを、Kを除く疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換した配列などが好ましい例として挙げられる。また、連結エレメント(第2連結エレメント)に含まれる疎水性アミノ酸の一部を前述した方法で欠失する場合には、1位のAのみを置換したり、5位のFのみを置換してもよい。
 変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)がプロテインAのZドメインに由来するドメインに含まれる場合には、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)は、Zドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、1位のバリンおよび/または5位のフェニルアラニンを、疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換したものであることが好ましい。
 例えば、1位のバリン(V)および5位のフェニルアラニン(F)の2つのアミノ酸を疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換した配列や、1位のVおよび5位のFに加えて4位のKを、Kを除く疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換した配列などが好ましい例として挙げられる。また、連結エレメント(第2連結エレメント)に含まれる疎水性アミノ酸の一部を前述した方法で欠失する場合には、1位のVのみを置換したり、5位のFのみを置換してもよい。
 変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)には、野生型アミノ酸配列に含まれる5つのアミノ酸に加えて、追加のアミノ酸配列が挿入されていてもよい。例えば、連結エレメント(第2連結エレメント)に含まれる疎水性アミノ酸の一部を前述した方法で置換した配列に、更に疎水性アミノ酸以外のアミノ酸を挿入し、6以上のアミノ酸からなる変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)とすることも出来る。
 また、連結エレメント(第2連結エレメント)に含まれる疎水性アミノ酸の一部を前述した方法で欠失した配列から、更に一部または全部のアミノ酸を欠失し、疎水性アミノ酸以外のアミノ酸からなる任意の変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)を挿入することも出来る。また、リジン残基のアセチル化やプロリン残基のヒドロキシル化などの化学修飾なども、抗体との結合性などに影響のない範囲で可能である。
 ただし、得られるタンパク質の立体構造が大きく変化すると、目的とする免疫グロブリンへの親和性及び結合能に変化を与える可能性があることから、野生型アミノ酸配列の連結エレメント(第2連結エレメント)にさらに追加のアミノ酸配列を挿入しないことが好ましい。
 置換、挿入などにより変異を導入された変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)を構成するアミノ酸としては、疎水性アミノ酸以外のアミノ酸であれば特に限定されないが、好ましくはアルギニン(R)、アスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、ヒスチジン(H)、リジン(K)などの親水性アミノ酸であり、より好ましくはアスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)、ヒスチジン(H)である。
 変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)以外に導入されるアミノ酸配列の改変は、特に限定されるものではなく、野生型アミノ酸配列を有するタンパク質に比べて、同等またはそれ以上に免疫グロブリンに親和性及び結合能を有していればよい。
 変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)以外の部分のアミノ酸配列は、プロテインAのA、B、C、およびZドメインのいずれかの野生型アミノ酸配列と、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上の配列同一性を有し、その結果、本発明の第2の実施形態におけるタンパク質がFc領域への結合能を有していればよい。
 変異を導入して得られるタンパク質の各ドメインは、プロテインAのA、B、CおよびZドメインのいずれかの野生型アミノ酸配列と、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上のアミノ酸の配列同一性を示す。
 免疫グロブリンへの親和性及び結合能以外に有用なリガンドの特性指標として、耐アルカリ性や弱酸性溶出性が挙げられる。これらを改良するために、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)以外のアミノ酸配列の改変をすることは、本発明においては両立可能であり、好ましい形態といえる。
 耐アルカリ性とは、0.1N NaOHや0.5N NaOHなどのアルカリ溶液に浸漬した際に、免疫グロブリンとの親和性及び結合能を高く維持していることをいう。これにより、耐アルカリ性を有するタンパク質をアフィニティリガンドとして用いて分離剤とした際に、アルカリ溶液での洗浄を繰り返しても高い分離精製能を維持することができる。なお、CドメインおよびZドメインはもともと高い耐アルカリ性を有していることが知られており、耐アルカリ性においては好ましい配列である。
 また弱酸性溶出性とは、アフィニティリガンドを固定化した分離剤にて免疫グロブリンを吸着精製する際に、通常、酸性で溶出する免疫グロブリンを、より高いpHのマイルドな条件で溶出可能であることをいう。これにより、溶出する際にタンパク質の凝集といった変性を抑えることが可能である。特許文献5や国際公開第2010/118699号などに記載されている弱酸性溶出性を付与する変異は、本発明においては両立可能であり好ましい形態といえる。
 上述のタンパク質の具体例として、配列番号105~115に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質が挙げられる。
 本発明の第2の実施形態におけるタンパク質はプロテアーゼ、特にサーモリシンに耐性を有することを特徴とする。本発明の第2の実施形態におけるタンパク質を作製する場合に、通常、後述するように、微生物を宿主とする形質転換体を利用し、形質転換体の細胞内または細胞外にタンパク質を蓄積させて、回収する。目的とするタンパク質を蓄積・回収する際には、宿主となる微生物が生産するプロテアーゼの影響を受けることがある。
 本発明者らの検討に拠れば、野生型アミノ酸配列を有する多量体タンパク質を上記の方法により蓄積・回収した場合に、培養途中、及び回収後の精製・濃縮等の工程でプロテアーゼの影響により切断を受け、目的の多量体タンパク質を得られないことが分かった。これは、プロテアーゼの中でもバチルス属細菌などが生産するサーモリシンの影響によるものであり、各ドメインのアミノ酸配列の中でも特定の部分で切断を受けていることが、初めて明らかとなった。
 これらの検討結果を考慮して、連結エレメント(第2連結エレメント)に特定の改変を加えた本発明の第2の実施形態におけるタンパク質は、培養途中、及び回収後の精製・濃縮等の工程においてサーモリシンによる切断を受けることがなく、蓄積・回収を行うことができる。そのため、本発明の第2の実施形態におけるタンパク質は免疫グロブリンのFc領域への結合活性が十分高くアフィニティリガンドとして好適に用いることができるだけでなく、高効率で生産可能であり、工業的に有利である。
 ここで、本明細書においてサーモリシン耐性があるかどうかは、次の方法で確認する。2mg/mLのリガンド溶液10μLに1mg/mLのサーモリシン溶液を2μL添加した溶液を、37℃、15分間加熱した際に、切断されていないリガンドが多いほど好ましい。例えば切断されていないリガンドを80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上保持していることが好ましい。なお、切断されているかどうかは、一般に用いられる電気泳動法(SDS-PAGE)により確認する。
 本発明の第2の実施形態におけるタンパク質は、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)を有することによりサーモリシンに対する耐性を有するが、さらに他のプロテアーゼに対する耐性を有するアミノ酸配列であることが好ましい。他のプロテアーゼとしては、例えばトリプシンやプラスミン等のセリンプロテアーゼが挙げられる。
 本発明の第2の実施形態におけるタンパク質をリガンドとして用いたアフィニティ分離剤を用いて組換え培養細胞で生産されたIgG抗体を精製する場合にあっては、該培養細胞が産生するセリンプロテアーゼによってリガンドが切断され、十分な免疫グロブリン結合性を発揮できない可能性がある。よって、本発明の第2の実施形態におけるタンパク質が、さらにセリンプロテアーゼに対する耐性を有するアミノ酸配列であることが好ましい。
 上記の理由により、少なくとも一つのドメインのアミノ酸配列におけるC末端のリジンを欠失または置換したものであることが好ましい。本発明者らの検討により、トリプシンやプラスミンなどのセリンプロテアーゼによって切断を受けやすい箇所が、各ドメインの野生型アミノ酸配列で存在するC末端リジン(K)のC末端側であることが明らかになった。このことより、各ドメインの連結エレメント(第2連結エレメント)が結合するC末端リジン(K)を欠失または置換により含まないようなアミノ酸配列で構成されるとすると、セリンプロテアーゼによるタンパク質の切断を顕著に抑制可能であることを見出した。
 より好ましくは、C末端側に前記変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)を結合するドメインにおいて、該ドメインのアミノ酸配列におけるC末端のリジンを欠失または置換したものである。
 さらに好ましくは、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)にもリジンを含まないものである。先に示した通り、B、C、Zドメインの野生型アミノ酸配列では、連結エレメント(第2連結エレメント)中の4位にリジンを含んでいる。
 本発明者らの検討により、連結エレメント(第2連結エレメント)中のリジンについても比較的セリンプロテアーゼによる切断を受けやすいことが明らかとなったので、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)においては、リジン(K)を欠失または置換することにより含まないようなアミノ酸配列とすることが好ましい。さらに好ましくは、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)はアルギニン(R)を含まないものである。
 以下に、セリンプロテアーゼ耐性を有する変異連結エレメントの具体的な例について説明する。
 各ドメインのC末端リジン(K)および/または連結エレメント(第2連結エレメント)のアミノ酸の一部を欠失させる場合が挙げられる。連結エレメント(第2連結エレメント)がAドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなっている場合には、各ドメインのC末端のKのみを欠失させればよい。
 一方で、連結エレメント(第2連結エレメント)がB、C、およびZドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなっている場合には、C末端と4位の2つのKが含まれており、少なくともC末端のKを欠失させることが好ましく、さらに連結エレメント(第2連結エレメント)中のKも欠失させることがより好ましい。
 例えば、プロテインAのBドメインが2つ連結してできる連結エレメント(第2連結エレメント)が疎水性アミノ酸の欠失により作製された変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)である場合、さらにC末端のリジン(K)を欠失させたアスパラギン酸(D)、アスパラギン(N)、リジン(K)の3つのアミノ酸からなる配列や、さらにC末端のリジン(K)および4位のリジン(K)の2つのアミノ酸を欠失させたアスパラギン酸(D)、アスパラギン(N)の2つのアミノ酸からなる配列が、好ましい例として挙げられる。
 また、C末端のKおよび連結エレメント(第2連結エレメント)に含まれるKのどちらか一方を後述する方法で置換する場合には、C末端のKのみを欠失させたり、4位のKのみを欠失させてもよい。
 各ドメインのC末端リジン(K)および/または連結エレメント(第2連結エレメント)のアミノ酸の一部を置換する場合には、元のアミノ酸を削除し、同じ位置に別のアミノ酸を追加することが挙げられる。追加される別のアミノ酸は特に限定されるものではなく、例えば、天然のタンパク質構成アミノ酸、タンパク質非構成アミノ酸、非天然アミノ酸が挙げられる。この中でも、遺伝子工学的生産の観点から、天然型アミノ酸を好適に用いることができる。
 ただし、連結エレメント(第2連結エレメント)のアミノ酸を置換して変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)とする場合には、疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で構成されることが必要であり、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)にはリジン(K)を含まないような配列とすることが好ましい。更にアルギニン(R)も含まないような配列であれば、アルギニンを認識するプロテアーゼに対する耐性も向上し好ましい。
 従って、置換により導入されるアミノ酸としては、疎水性アミノ酸、リジン(K)およびアルギニン(R)以外のアミノ酸であれば特に限定されないが、アスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、ヒスチジン(H)などの親水性アミノ酸;システイン(C)、グリシン(G)、メチオニン(M)、セリン(S)、トレオニン(T)、チロシン(Y)などの中性アミノ酸のいずれかであることが好ましい。この中でも、上記の親水性アミノ酸のいずれかであることがより好ましい。さらには、アルカリ性条件下での安定性が向上する観点で、アスパラギン酸(D)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、ヒスチジン(H)が好ましい。
 連結エレメント(第2連結エレメント)がAドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなっている場合には、各ドメインのC末端のKのみを置換すればよい。一方で、連結エレメント(第2連結エレメント)がB、C、およびZドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなっている場合には、C末端と4位の2つのKが含まれており、少なくともC末端のKを置換することが好ましく、さらに連結エレメント(第2連結エレメント)中のKも置換することがより好ましい。
 例えば、プロテインAのBドメインが2つ連結してできる連結エレメント(第2連結エレメント)が疎水性アミノ酸の置換により作製された変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)である場合、さらにC末端のリジン(K)を疎水性アミノ酸、リジン(K)およびアルギニン(R)以外のアミノ酸で置換したものであることが好ましく、さらにC末端のリジン(K)および4位のリジン(K)の2つのアミノ酸を疎水性アミノ酸、リジン(K)およびアルギニン(R)以外のアミノ酸で置換したものであることがより好ましい。具体的には、1位のVおよび5位のFに加えてC末端のKおよび4位のKを、アスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)やヒスチジン(H)で置換した配列などが好ましい例として挙げられる。
 また、C末端のKおよび連結エレメント(第2連結エレメント)に含まれるどちらか一方のKを前述した方法で欠失する場合には、C末端のKのみを置換したり、4位のKのみを置換してもよい。
 上記の変異を加入することにより、本発明の第2の実施形態におけるタンパク質はセリンプロテアーゼに耐性を有することが可能となる。セリンプロテアーゼとは、トリプシン、プラスミンなどが例として挙げられ、通常、大腸菌などの微生物やCHO細胞などの培養細胞で生成、蓄積されるプロテアーゼである。
 本発明の第2の実施形態におけるタンパク質を免疫グロブリン結合性アフィニティリガンドとしてアフィニティ分離剤を作製し、免疫グロブリンを精製するために使用する場合には、該アフィニティ分離剤に通過させる抗体産生したCHO細胞などの培養上清中に含まれるプロテアーゼの影響を受けることがある。
 本発明者らの検討に拠れば、セリンプロテアーゼの影響により、各ドメインのアミノ酸配列の中でも特定の部分で切断を受けていることが、初めて明らかとなった。これらの検討結果を考慮して、セリンプロテアーゼに耐性を有するアミノ酸配列に改変された本発明の第2の実施形態におけるタンパク質をリガンドとしてアフィニティ分離剤を作製した場合、セリンプロテアーゼの影響を受けることなく、十分な免疫グロブリン結合性を発揮し、目的の免疫グロブリンを精製することが可能である。
 また、本発明の第2の実施形態におけるアフィニティ分離剤は、繰り返し使用した場合であっても、リガンドの免疫グロブリン結合性が低下することなく、効率的に免疫グロブリンを精製することが可能である。
 そのため、本発明の第2の実施形態におけるタンパク質は免疫グロブリンのFc領域への結合活性が十分高くアフィニティリガンドとして好適に用いることができるだけでなく、リガンドとして安定して繰り返し使用することが可能であり、工業的に有利である。
 ここで、本明細書においてセリンプロテアーゼ耐性があるかどうかは、次の方法で確認する。2mg/mLのリガンド溶液10μLに1~10mg/mLのセリンプロテアーゼ溶液を2μL添加した溶液を、37℃、15時間加熱した際に、切断されていないリガンドが多いほど好ましい。セリンプロテアーゼ溶液の濃度は、プロテアーゼの種類によって適宜設定すればよく、例えば、トリプシンは1mg/mLとすることが好ましく、プラスミンは10mg/mLとすることが好ましい。
 セリンプロテアーゼ耐性があるものとしては、切断されていないリガンドを80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上保持していることが好ましい。なお、切断されているかどうかは、一般に用いられる電気泳動法(SDS-PAGE)により確認する。
<タンパク質の製造方法>
 本発明の第1の実施形態及び第2の実施形態のタンパク質(本発明のタンパク質)の製造方法について以下に説明する。
 本発明のタンパク質は、上記のタンパク質をコードする塩基配列を有するDNAを作製し、該DNAを翻訳して製造することができる。具体的には、該DNAを含むベクターを用いて、宿主となる微生物を形質転換した形質転換体、または該DNAを用いた無細胞タンパク質合成系を利用して製造することができる。
 本発明のタンパク質をコードする塩基配列を有するDNAは、通常用いられる公知の方法、例えば、ポリメラーゼ・チェーン・リアクション(以下、PCRと略す)法を利用して取得できる。また、公知の化学合成法で合成することも可能であり、さらに、ゲノムDNAライブラリーから得ることもできる。当該DNAを構成する塩基配列は、コドンが縮重コドンで置換されていてもよく、翻訳されたときに同一のアミノ酸をコードしている限り、本来の塩基配列と同一である必要性は無い。
 本発明のタンパク質をコードするDNAに部位特異的に変異を導入する方法としては、以下のように、遺伝子組換え技術、PCR法等を用いて行うことができる。
 すなわち、遺伝子組換え技術による変異の導入は、例えば、本発明のタンパク質をコードする遺伝子中において、変異導入を希望する目的の部位の両側に適当な制限酵素認識配列が存在する場合に、それら制限酵素認識配列部分を前記制限酵素で切断し、変異導入を希望する部位を含む領域を除去した後、化学合成等によって目的の部位のみに変異導入したDNA断片を挿入するカセット変異法によって行うことができる。
 また、PCRによる部位特異的変異の導入は、例えば、タンパク質をコードする二本鎖プラスミドを鋳型として、+および-鎖に相補的な変異を含む2種の合成オリゴプライマーを用いてPCRを行うダブルプライマー法により、行うことができる。
 また、本発明の単量体タンパク質(1つのドメイン)をコードするDNAを、意図する数だけ直列に連結することにより、多量体タンパク質をコードするDNAを作製することもできる。例えば、多量体タンパク質をコードするDNAの連結方法は、DNA配列に適当な制限酵素部位を導入し、制限酵素で断片化した2本鎖DNAをDNAリガーゼで連結することができる。制限酵素部位は1種類でもよいが、複数の異なる種類の制限酵素部位を導入することもできる。
 多量体タンパク質をコードするDNAを作製する方法は、これら連結する方法に限らない。例えば、プロテインAをコードするDNA(例えば、国際公開第2006/004067号)に上記の変異導入法を適用することで作製することも可能である。
 また、多量体タンパク質をコードするDNAにおいて、各々の単量体タンパク質をコードする塩基配列が同一の場合には、宿主にて相同組換えを誘発する可能性があるので、好ましくは連結されている単量体タンパク質をコードするDNAの塩基配列間の配列同一性が90%以下、より好ましくは85%以下であることが好ましい。
 ベクターは、前述したタンパク質、または、その部分アミノ酸配列をコードする塩基配列を含むDNA、およびその塩基配列に作動可能に連結された宿主で機能しうるプロモーターを含む。通常は、前述したタンパク質をコードする遺伝子を含むDNAを、適当なベクターに連結もしくは挿入することにより得ることができる。
 遺伝子を挿入するためのベクターは、宿主中で自律複製可能なものであれば特に限定されず、プラスミドDNAやファージDNAをベクターとして用いることができる。例えば、大腸菌を宿主として用いる場合には、pQE系ベクター(キアゲン社製)、pET系ベクター(メルク社製)、および、pGEX系ベクター(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)のベクターなどが挙げられる。
 ベクターとしては、形質転換の宿主としてブレビバチルス属細菌を使用する場合には、例えば、枯草菌ベクターとして公知であるpUB110、または、pHY500(日本国特開平2-31682号公報)、pNY700(日本国特開平4-278091号公報)、pNU211R2L5(日本国特開平7-170984号公報)、pHT210(日本国特開平6-133782号公報)、または、大腸菌とブレビバチルス属細菌とのシャトルベクターであるpNCMO2(日本国特開2002-238569号公報)などが挙げられる。
 宿主となる細胞へ本発明のタンパク質をコードするDNAを含むベクターを導入することにより形質転換体を得ることができる。宿主へのベクターの形質転換の方法としては、例えばカルシウムイオンを用いる方法、エレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法、アグロバクテリウム感染法、パーティクルガン法、または、ポリエチレングリコール法などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
 また、ベクターを宿主で維持する方法としては、例えば、細胞内でゲノム(染色体)から独立してベクターの自律複製により維持する方法や、作製した遺伝子をゲノム(染色体)に組み込み、ゲノムの複製に依存して維持する方法などが挙げられる。
 宿主となる細胞については、特に限定されるものではないが、安価に大量生産する上では、好ましくは、大腸菌、枯草菌、ブレビバチルス属、スタフィロコッカス属、ストレプトコッカス属、ストレプトマイセス属(Streptomyces)、コリネバクテリウム属(Corynebacterium)等のバクテリア(真正細菌)を好適に使用しうる。より好ましくは、枯草菌、ブレビバチルス属、スタフィロコッカス属、ストレプトコッカス属、ストレプトマイセス属(Streptomyces)、コリネバクテリウム属(Corynebacterium)等のグラム陽性菌がよい。さらに好ましくは、プロテインAの大量生産への適応例(国際公開第2006/004067号)が公知である、ブレビバチルス属細菌がよい。
 ブレビバチルス属細菌としては、限定されないが、Brevibacillus agri、B.borstelensis、B.brevis、B.centrosporus、B.choshinensis、B.formosus、B.invocatus、B.laterosporus、B.limnophilus、B.parabrevis、B.reuszeri、B.thermoruberが例示される。
 好ましくは、ブレビバチルス・ブレビス47株(JCM6285)、ブレビバチルス・ブレビス47K株(FERM BP-2308)、ブレビバチルス・ブレビス47-5Q株(JCM8970)、ブレビバチルス・チョウシネンシスHPD31株(FERM BP-1087)およびブレビバチルス・チョウシネンシスHPD31-OK株(FERM BP-4573)が例示される。
 生産量の向上などの目的に応じて、上記ブレビバチルス属細菌のプロテアーゼ欠損株、高発現株、または、芽胞形成能欠失株のような変異株(または、誘導株)を使用してもよい。具体的に挙げれば、ブレビバチルス・チョウシネンシスHPD31由来のプロテアーゼ変異株であるブレビバチルス・チョウシネンシスHPD31-OK(日本国特開平6-296485号公報)や、芽胞形成能を有しないブレビバチルス・チョウシネンシスHPD31-SP3(国際公開第2005/045005号公報)が使用できる。
 本発明のタンパク質は、形質転換体、または上記のDNAを用いた無細胞タンパク質合成系を利用して製造することができる。
 形質転換体を使用してタンパク質を製造する場合、タンパク質は、形質転換体の細胞内(ぺリプラズム領域内を含む)、または、培養溶液(細胞外)に蓄積させて回収することができる。細胞内に蓄積すると、発現タンパク質の酸化を防ぐことができ、培地成分との副反応もない点で有利であり、ペリプラズム領域内に蓄積すると、細胞内プロテアーゼによる分解を抑えることができる点で有利である。
 一方、形質転換体の細胞外にタンパク質を分泌すると、菌体破砕や抽出の工程が不要となるため、製造コストが抑えられる点で有利である。一方で、プロテアーゼも分泌する宿主の場合、培養途中で目的とするタンパク質が分解される可能性がある。
 具体的方法として、タンパク質が培養細胞内(ぺリプラズム領域内を含む)に蓄積される場合には、例えば、培養液から遠心分離、ろ過などの方法により菌体を採取し、次いで、この菌体を超音波破砕法、フレンチプレス法などにより破砕し、および/または、界面活性剤等を添加して可溶化することにより、細胞内に蓄積生産されたタンパク質を回収することができる。このときプロテアーゼも溶出してくると、目的とするタンパク質が分解される可能性がある。
 組換えタンパク質が分泌生産される場合には、培養終了後に、遠心分離、ろ過などの一般的な分離方法で、培養細胞と分泌生産されたタンパク質を含む上清を分離することにより生産された組換えタンパク質を回収することができる。
 本発明のタンパク質を無細胞タンパク質合成系により製造する場合、無細胞タンパク質合成系としては、細胞抽出液を使用してインビトロでタンパク質を合成する系であれば特に限定されず、例えば、原核細胞由来、植物細胞由来、高等動物細胞由来の合成系などを使用することができる。
 本発明のタンパク質は、前記した形質転換体を培地で培養し、他のタンパク質との融合タンパク質の形態で発現させ、該培養物から該融合タンパク質を採取し、該融合タンパク質を適切なプロテアーゼによって切断し、所望のタンパク質を採取することにより製造することもできる。
 前記した形質転換体を培地で培養する方法は、宿主の培養に用いられる通常の方法に従って行われる。得られた形質転換体の培養に用いる培地は、該タンパク質を高効率、高収量で生産できるものであれば特に制限は無い。
 具体的には、グルコース、蔗糖、グリセロール、ポリペプトン、肉エキス、酵母エキス、カザミノ酸などの炭素源や窒素源を使用することが出来る。その他、カリウム塩、ナトリウム塩、リン酸塩、マグネシウム塩、マンガン塩、亜鉛塩、鉄塩等の無機塩類が必要に応じて添加される。栄養要求性の宿主細胞を用いる場合は、生育に要求される栄養物質を添加すればよい。また、必要であればペニシリン、エリスロマイシン、クロラムフェニコール、ネオマイシン、カナマイシンなどの抗生物質が添加されてもよい。
 大腸菌を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、特に限定されないが、例えば、LB培地(トリプトン1%、酵母エキス0.5%、NaCl1%)、または、2xYT培地(トリプトン1.6%、酵母エキス1.0%、NaCl0.5%)等が挙げられる。
 ブレビバチルス属細菌を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、特に限定されないが、例えば、TM培地(ペプトン1%、肉エキス0.5%、酵母エキス0.2%、グルコース1%;pH7.0)、または、2SL培地(ペプトン4%、酵母エキス0.5%、グルコース2%;pH7.2)等が挙げられる。
 さらに、菌体内外に存在する宿主由来のプロテアーゼによる当該目的タンパク質の分解、低分子化を抑えるために、公知の各種プロテアーゼ阻害剤、すなわちPhenylmethane sulfonyl fluoride(PMSF)、Benzamidine、4-(2-aminoethyl)-benzenesulfonyl fluoride(AEBSF)、Antipain、Chymostatin、Leupeptin、Pepstatin A、Phosphoramidon、Aprotinin、Ethylenediaminetetra acetic acid(EDTA)、および/または、その他市販されているプロテアーゼ阻害剤を適当な濃度で添加してもよい。
 さらに、本発明のタンパク質を正しくフォールディングさせるために、例えば、GroEL/ES、Hsp70/DnaK、Hsp90、Hsp104/ClpBなどの分子シャペロンを利用してもよい。分子シャペロンは、例えば、共発現、または、融合タンパク質化などの手法で、本発明のタンパク質と共存させることができる。タンパク質の正しいフォールディングを目的とする場合には、正しいフォールディングを助長する添加剤を培地中に加える、および、低温にて培養するなどの手法も可能であるが、これらに限定されるものではない。
 組換えタンパク質は、培養温度は15~42℃、好ましくは20~37℃で、通気攪拌条件で好気的に数時間~数日培養することにより製造することができる。場合によっては、通気を遮断し嫌気的に培養してもよい。
 組換えタンパク質の精製はアフィニティクロマトグラフィー、陽イオンまたは陰イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー等を単独でまたは適宜組み合わせることによって行うことができる。
 得られた精製物質が目的のタンパク質であることの確認は、通常の方法、例えばSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動、N末端アミノ酸配列分析、ウエスタンブロッティング、酵素免疫測定法(ELISA)等により行うことができる。
<アフィニティ分離剤>
 本発明のタンパク質をアフィニティリガンドとして、水不溶性の基材からなる担体に固定化することにより、本発明のアフィニティ分離剤を得ることができる。ここで、「アフィニティリガンド」とは、抗原と免疫グロブリンの結合に代表される、特異的な分子間の親和力に基づいて、ある分子の集合から目的の分子を選択的に捕集(結合)する物質(官能基)を指す用語であり、本明細書においては、免疫グロブリンに対して特異的に結合するタンパク質を指す。本明細書においては、単に「リガンド」と表記した場合も、「アフィニティリガンド」と同意である。
 本発明に用いる水不溶性の基材からなる担体としては、ガラスビーズ、シリカゲルなどの無機担体;架橋ポリビニルアルコール、架橋ポリアクリレート、架橋ポリアクリルアミド、架橋ポリスチレンなどの合成高分子や;結晶性セルロース、架橋セルロース、架橋アガロース、架橋デキストランなどの多糖類からなる有機担体;さらにはこれらの組み合わせによって得られる有機-有機、有機-無機などの複合担体などが挙げられる。
 市販品としては、多孔質セルロースゲルであるGCL2000(生化学工業株式会社製)、アリルデキストランとメチレンビスアクリルアミドを共有結合で架橋したSephacryl(登録商標)S-1000(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)、アクリレート系の担体であるToyopearl(登録商標)(東ソー株式会社製)、アガロース系の架橋担体であるSepharose(登録商標)CL4B(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)、および、セルロース系の架橋担体であるCellufine(登録商標)(JNC株式会社製)などを例示することができる。ただし、本発明における水不溶性担体は、例示したこれらの担体のみに限定されるものではない。
 また、本発明に用いる水不溶性担体は、本発明のアフィニティ分離剤の使用目的および方法からみて、表面積が大きいことが好ましく、適当な大きさの細孔を多数有する多孔質であることが好ましい。担体の形態としては、ビーズ状、モノリス状、繊維状、膜状(中空糸を含む)などいずれも可能であり、任意の形態を選ぶことができる。
 リガンドの固定化方法については、例えば、リガンドに存在するアミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、カルボアミド基、ポリエチレンオキシ基、または、チオール基を利用した、従来のカップリング法で担体に結合してよい。
 カップリング法としては、担体を臭化シアン、エピクロロヒドリン、ジグリシジルエーテル、トシルクロライド、トレシルクロライド、ヒドラジン、および、過ヨウ素酸ナトリウムなどと反応させて担体を活性化し(あるいは担体表面に反応性官能基を導入し)、リガンドとして固定化する化合物とカップリング反応を行い固定化する方法、また、担体とリガンドとして固定化する化合物が存在する系にカルボジイミドのような縮合試薬、または、グルタルアルデヒドのように分子中に複数の官能基を持つ試薬を加えて縮合、架橋することによる固定化方法が挙げられる。
 また、リガンドと担体の間に複数の原子からなるスペーサー分子を導入してもよいし、担体にリガンドを直接固定化してもよい。したがって、固定化のために、本発明のタンパク質に対して、化学修飾してもよいし、固定化に有用なアミノ酸残基を加えてもよい。
 固定化に有用なアミノ酸残基を付加した場合、付加したアミノ酸残基を固定化用タグと称する。固定化用タグはアミノ酸残基を1以上の任意の数だけ付加でき、付加する位置はリガンドのN末端側および/またはC末端側が挙げられる。固定化に有用なアミノ酸としては、側鎖に固定化の化学反応に有用な官能基を有しているアミノ酸が挙げられ、例えば、側鎖にアミノ基を含むリジン(K)や、側鎖にチオール基を含むシステイン(C)が挙げられる。
 一方、担体にリガンドを直接固定化する方法としては、リガンドのアミノ酸配列の任意の箇所に、固定化に有用なアミノ酸を置換・挿入することが挙げられる。
 本発明の本質は、本発明においてタンパク質に付与した効果が、該タンパク質をリガンドとして固定化した分離剤(マトリックス)においても同様に付与されることにあり、固定化のためにいかように修飾・改変しても、本発明の範囲に含まれる。
 本発明のアフィニティ分離剤におけるリガンドと担体の固定化様式としては、多点固定と単点固定が挙げられる。多点固定とはリガンド本体および/または固定化タグが2点以上で担体と化学結合して固定化している様式をいい、単点固定とはリガンド本体または固定化タグが1点で担体と化学結合して固定化している様式をいう。
 リガンドが担体に結合して固定化された場合、リガンドに含まれる2以上のドメインは、それぞれ固定化ドメインと非固定化ドメインに区別される。ここでいう固定化ドメインとは、担体と多点あるいは単点で結合しているドメインであり、非固定化ドメインとは担体と結合していないドメインである。
 本発明のアフィニティ分離剤においては、抗体の精製工程などで用いた場合にプロテアーゼの影響を受けることなくリガンドが安定に機能することができるという効果を顕著に奏する点で、リガンドは非固定化ドメインを1つ以上含むことが好ましく、好ましくは2つ以上、n量体のリガンドの場合にはn-1個以上が非固定化ドメインであることが好ましく、最も好ましくはn個の全てが非固定化ドメインである。
 担体に固定化されたリガンドにおける固定化ドメイン-非固定化ドメインのパターンとしては、以下の4つが挙げられる。
(1)リガンド中のすべてのドメインが固定化ドメインである場合
(2)リガンド中のN末端および/またはC末端側のドメインが1つ以上固定化ドメインである場合
(3)リガンド中の両末端以外のドメインが1つ以上固定化ドメインである場合
(4)リガンドのN末端および/またはC末端に固定化用タグを導入し、固定化ドメインが存在しない場合
 以下、4量体のタンパク質をリガンドとして担体に固定化した場合の模式図である図2~5を例にして説明するが、2量体以上のタンパク質であれば同様に考えられる。なお、図2~5において、4量体に含まれる4つのドメインを、ぞれぞれa~dと示し、第1および第2連結エレメントに相当するアミノ酸配列を、a~dを繋ぐ実線で示した。なお、a~dのアミノ酸配列は同一であっても、異なっていてもよく、aとdはそれぞれC末端側またはN末端側のどちらの場合でも同様に考えることができる。
 上記(1)の場合には、非固定化ドメインは形成されない。例えば図2に模式的に示される場合であり、a~dのすべてのドメインが担体に結合しているため、アフィニティ分離剤を精製工程で使用する際にプロテアーゼの影響で連結エレメントが切断されても、リガンドは担体に結合したまま機能することができる。
 上記(2)の場合には、非固定化ドメインが1つ以上存在する場合であり、図3(A)~(C)に模式的に示される。図3(A)では、リガンドのN末端またはC末端から2つのドメイン(a,b)が担体に結合する固定化ドメインであり、反対側の末端の2つのドメイン(c,d)が担体に結合しない非固定化ドメインである。この場合、aとbの連結エレメントが切断されてもリガンドは機能することができるが、bとcまたはcとdの連結エレメントが切断されるとcとdは担体から脱離してリガンドとしての機能を果たさなくなるため好ましくない。
 図3(B)では、リガンドのN末端またはC末端のドメイン(a)が担体に結合する固定化ドメインであり、それに連結する3つのドメイン(b,c,d)が担体に結合しない非固定化ドメインである。この場合、aとb、bとcまたはcとdの何れの連結エレメントが切断されても、b~dは担体から脱離してリガンドとしての機能を果たさなくなるため好ましくない。なかでもaとbの連結エレメントのように固定化ドメインと非固定化ドメインとの連結エレメントが切断されると、該非固定化ドメインに連続して結合するドメインも機能しなくなるため特に問題となる。
 図3(C)では、リガンドのN末端およびC末端のドメイン(a,d)が担体に結合する固定化ドメインであり、その間の2つのドメイン(b,c)が担体に結合しない非固定化ドメインである。この場合、aとb、bとcまたはcとdの何れか2つ以上の連結エレメントが切断されれば、b,cは担体から脱離してリガンドとしての機能を果たさなくなるため好ましくない。
 上記(3)の場合には、非固定化ドメインが1つ以上存在する場合であり、図4(A)、図4(B)に模式的に示される。図4(A)では、リガンドのN末端とC末端の中間に存在する1つのドメイン(c(bでも同様))が担体に結合する固定化ドメインであり、両末端の2つのドメイン(a,d)とそれに連結する1つのドメイン(b(cでも同様))が担体に結合しない非固定化ドメインである。この場合、aとb、bとcまたはcとdの何れの連結エレメントが切断されても、a,b,dは担体から脱離してリガンドとしての機能を果たさなくなるため好ましくない。なかでもbとc、cとdの連結エレメントのように固定化ドメインと非固定化ドメインとの連結エレメントが切断されるのが特に問題となる。
 図4(B)では、リガンドのN末端とC末端の中間に存在する2つのドメイン(b,c)が担体に結合する固定化ドメインであり、両末端の2つのドメイン(a,d)が担体に結合しない非固定化ドメインである。この場合、bとcの連結エレメントが切断されてもリガンドは機能することができるが、aとbまたはcとdの連結エレメントが切断されるとcとdは担体から脱離してリガンドとしての機能を果たさなくなるため好ましくない。
 上記(4)の場合には、固定化用タグを導入して担体との結合を形成しており、すべてのドメインが非固定化ドメインとなる場合であって、図5(A)、図5(B)に模式的に示される。図5(A)では、リガンドのN末端またはC末端のドメイン(a)の末端配列に固定化用タグを導入して担体に結合させている。この場合、aとb、bとcまたはcとdの何れの連結エレメントが切断されてもb~dは担体から脱離してリガンドとしての機能を果たさなくなる好ましくない。固定化タグを有するaを固定化ドメインとして考えると、aとbとの連結エレメントの切断が上述した図3(B)と同様に特に問題となる。加えて、aの末端配列がプロテアーゼで切断されるとすべてのドメインが脱離してリガンドとして機能しなくなるため特に問題となる。このため、aの固定化用タグを連結する末端(C末端またはN末端)配列において、プロテアーゼ耐性を付与するための変異が導入されている必要がある。
 図5(B)では、リガンドのN末端およびC末端のドメイン(a,d)の末端配列に固定化用タグを導入して担体に結合させている。この場合も、固定化タグを有するa,dを固定化ドメインとして考えると、上述した図3(C)と同様の問題がある。加えて、aおよびdの末端配列がプロテアーゼで切断されるとすべてのドメインが脱離してリガンドとして機能しなくなるため特に問題となる。このため、a,dの固定化用タグを連結する末端(C末端およびN末端)配列において、プロテアーゼ耐性を付与するための変異が導入されている必要がある。
 上述のことより、本発明の第1の実施形態における第1、第3の態様、及び第2の実施形態のタンパク質における変異結合エレメント位置としては、好ましくは固定化ドメインと非固定化ドメインの間や、非固定化ドメインと非固定化ドメインの間に有することである。より好ましくは少なくとも固定化ドメインと非固定化ドメインの間に有することであり、さらに好ましくは非固定化ドメインと非固定化ドメインの間にも有することである。
 また、リガンドに固定化用タグを導入している場合には、固定化用タグを有するドメインを固定化ドメインとして、上記の範囲で好ましい形態を考えればよい。
 発明の第1の実施形態における第2の態様のタンパク質における、4位のリジンおよびC末端のリジンが欠失または置換されたドメイン(変異ドメイン)の位置としては、少なくとも固定化ドメインが変異ドメインであることが好ましく、それに加えて固定化ドメインに直接連結する非固定化ドメインも変異ドメインであることがより好ましく、連続して連結する非固定化ドメインのうち固定化ドメインにより近いものが変異ドメインであることがさらに好ましい。
 一方、固定化ドメインから最も離れた非固定化ドメインは他のドメインに連結しない側の末端はプロテアーゼの影響を受けても特に問題ないので、変異ドメインでなくてもよい。ただし、最も離れた非固定化ドメインが変異ドメインであれば、他のドメインとの連結箇所がプロテアーゼによる影響を受けることがないので好ましい。また、リガンドに固定化用タグを導入している場合には、固定化用タグを有するドメインを固定化ドメインとして、上記の範囲で好ましい形態を考えればよい。
 リガンド中の担体と結合を形成する部位は特に限定されないが、好ましくはリガンド配列の末端である。末端で固定化することによりリガンドの自由度が高くなり、免疫グロブリンと結合可能な領域を広く保つことで、免疫グロブリンとの結合能を高く保つことが出来る。リガンドの末端であれば、N末端でもC末端でもどちらでもよい。
 本発明のアフィニティ分離剤は、免疫グロブリンのFc領域を含むタンパク質に結合するものであることが好ましい。アフィニティ分離剤が結合する、免疫グロブリンのFc領域を含むタンパク質としては、例えば、免疫グロブリンのFc領域を含む抗体、抗体誘導体、断片抗体、および、断片抗体誘導体が挙げられる。これらのタンパク質を、アフィニティーカラム・クロマトグラフィ精製法により分離精製することが可能となる。
 なお、これらのタンパク質は一般にチャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞やマウス骨髄腫細胞Sp2/0細胞、NS0細胞、メタノール資化性ピキア酵母、パン酵母、コウジカビなどを用いて作製されるが、それらの培養液中にプロテアーゼが存在した場合、本発明のアフィニティ分離剤はそのプロテアーゼによる劣化を最小限に抑えることができるため好ましい。
 ここで「免疫グロブリンのFc領域を含む抗体」としては、例えば、IgGが挙げられる。「抗体誘導体」とはIgG誘導体のことを指し、例えば、ヒトIgGの一部のドメインを他生物種のIgG抗体のドメインに置き換えて融合させたキメラ抗体や、ヒトIgGのCDR部分を他生物種抗体のCDR部分に置き換えて融合させたヒト型化抗体が挙げられる。
 「断片抗体」としては、例えば、ヒトIgGのFab領域のみからなるタンパク質が挙げられる。「断片抗体誘導体」としては、例えば、ヒトIgGのFv領域とFc領域とを融合させた人工抗体が挙げられる。なお、これらの抗体、抗体誘導体、断片抗体、および、断片抗体誘導体を総称する名称として「抗体様分子」という表現を、明細書中で使用する。
 本発明のアフィニティ分離剤を使用して、免疫グロブリンのFc領域を含むタンパク質を分離することができる。具体的には本発明のアフィニティ分離剤を含み、少なくとも一つの該アフィニティ分離剤が充填される容器を備える液体クロマトグラフィー用カラムとすることができる。
 Fc領域を含むタンパク質(上述の抗体、抗体誘導体、断片抗体、および、断片抗体誘導体)の分離は、すでに市販品として存在するプロテインAカラムを用いたアフィニティーカラム・クロマトグラフィ精製法に準じる手順により達成することができる(参考文献1:Roque A.C.A.他著、「J.Chromatogr.A」、2007年、1160巻、44-55頁)。
 すなわち、抗体、抗体誘導体、断片抗体、および、断片抗体誘導体を含有する緩衝液を中性となるように調整した後、該溶液を本発明の液体クロマトグラフィー用カラムに通過させ、抗体、抗体誘導体、断片抗体、および、断片抗体誘導体を吸着させる。次いで、液体クロマトグラフィー用カラムに純粋な緩衝液を適量通過させ、カラム内部を洗浄する。
 この時点では所望の抗体、抗体誘導体、断片抗体、および、断片抗体誘導体はカラム内の本発明のアフィニティ分離剤に吸着されている。次いで、適切なpHに調整した酸性緩衝液(該マトリックスからの解離を促進する物質を含む場合もある)をカラムに通液し、所望の抗体、抗体誘導体、断片抗体、および、断片抗体誘導体を溶出することにより、高純度な精製が達成される。
 本発明のアフィニティ分離剤は、リガンド化合物や担体の基材が完全に機能を損なわない程度の、適当な強酸性、または、強アルカリ性の純粋な緩衝液(適当な変性剤、または、有機溶剤を含む溶液の場合もある)を通過させて洗浄することにより、再利用が可能である。
 一般的には、プロテインAを構成する各々のドメインは、Fab領域よりもFc領域に対してより強く結合する(参考文献1)。したがって、本発明のタンパク質の「免疫グロブリンに対する親和性」は、本質的にはFc領域に対する親和性を指す表現であり、Fab領域に対する結合力のみが変化しても、免疫グロブリンに対する親和性の強さは大きく変化しない。本発明のタンパク質は、プロテインAの免疫グロブリン結合ドメインが有する、Fab領域への2次的な親和性が低下しており、免疫グロブリンとの相互作用における2次的な結合の影響を排除できるという効果を奏する。
 一方で、Fc領域への親和性は維持されているので、免疫グロブリン全体に対する親和性は維持されている。本発明のタンパク質が有する免疫グロブリンに対する親和性は、ヒト免疫グロブリンG製剤に対する親和性を後述のBiacoreシステムにより測定した時に、親和定数(KA)が10(M-1)以上であることが好ましく、10(M-1)以上であることがより好ましい。
 本発明のタンパク質の、免疫グロブリンに対する親和性は、例えば、表面プラズモン共鳴原理を用いたBiacore(登録商標)システム(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)などのバイオセンサーによって測定することができるが、測定方法はこれに限定されるものではない。
 測定条件としては、プロテインAが免疫グロブリンのFc領域に結合した時の結合シグナルが検出できればよく、温度20~40℃(一定温度)にて、pH6~8の中性条件にて測定することで簡単に評価することができる。
 本発明のタンパク質が親和性を示す対象としては、例えば、Fab領域、および、Fc領域を不足なく含有する免疫グロブリン分子、および、その誘導体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明のタンパク質は、Fc領域側の一部分を含むタンパク質に対しても親和性を有し、結合対象は、Fc領域を完全に含むタンパク質である必要はない。抗体の立体構造はすでに既知であるので、タンパク質工学的に本発明のタンパク質が結合する領域の立体構造を保持した上で、Fab領域やFc領域にさらなる改変(断片化など)を施すことは可能であり、本発明のタンパク質はそれらの派生物にも結合しうる。
 また、本発明のタンパク質を固定化したアフィニティ分離剤の免疫グロブリンに対する結合能は、例えば、過剰の免疫グロブリン溶液中に浸漬した分離剤がどれくらいの免疫グロブリンを吸着可能か評価する静的吸着容量や、分離剤を充填したカラムに免疫グロブリン溶液を通液したときに破過する液量を評価する動的吸着容量などで比較評価可能であるが、これに限定されるものではない。
 以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
<本発明の実施形態1の実施例>
[作製例]
 1)野生型プロテインA発現プラスミドの作製
 5’側にcatatg(NdeI)、3’側にctcgag(XhoI)を付加した野生型Cドメイン2量体(WT)をコードするDNA配列(配列番号7)を化学合成した。得られたDNA断片を制限酵素NdeIおよびXhoI(ともにThermo Scientific社製)を用いて消化後、精製・回収を行った。
 なお、配列番号7はスタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)由来のDNA配列をもとに大腸菌発現用にコドン最適化を行って決定した。
 タンパク質発現ベクターとして、T7プロモーターを持ち、マルチクローニングサイト下流に6xHisタグおよび終止コドンを持つベクターpET22b(メルク社製)を選択した。pET22bを制限酵素NdeIおよびXhoI(ともにThermo Scientific社製)を用いて消化後、精製・回収を行った。
 制限酵素処理した配列番号7のDNA断片とpET22bベクターを、DNAリガーゼ(LigaFast Rapid DNA Ligation System、Promega社製)を用いて連結し、WT発現ベクターを構築した。
 WT発現ベクターを用いて大腸菌JM109(TaKaRa社製)の形質転換を行い、定法によりプラスミドDNAを増幅および抽出した。
 2)プロテインA変異体(Mut)発現プラスミド作製
 野生型Cドメイン2量体のアミノ酸配列の一部に欠失および/または置換の変異を有するタンパク質 Mut1~Mut13をコードするDNA配列(配列番号34~46)を含む発現ベクターの作製を行った。Mut1~13発現ベクターは、表1に示す鋳型と合成オリゴヌクレオチドプライマーセット(配列番号8~33)の組み合わせによりクイックチェンジ法(QuikChange Lightning Site-Directed Mutagenesis Kit、Agilent Technologies社製)を用いて作製した。クイックチェンジ法はAgilent Technologies社のプロトコルに従い実施した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 得られたMut1~13発現ベクターはJM109(TaKaRa社製)を形質転換することによって定法により増幅および抽出した。
 得られたMut1~13発現ベクターのDNA配列の解析はDNAシークエンサー3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems社製)を用いて行った。発現ベクターのシークエンシングPCR反応はBig Dye Terminator v.1.1 Cycle Sequenceing Kit(Applied Biosystems社製)を用いて、付属プロトコルに従って行った。得られたシークエンシングPCR産物は定法により精製し、DNA配列解析に用いた。
 本実施によって得られたMut1~13発現ベクターのうち、発現タンパク質をコードするDNA配列は配列番号34~46で示される通りであった。
 3)タンパク質の発現
 Rosetta(DE3)(メルク社製)を、上記1)および2)で得られたWT、Mut1~13発現ベクターで形質転換し、目的タンパク質であるWT、Mut1~13をそれぞれ発現する形質転換体を得た。形質転換法はメルク社プロトコルに従った。
 目的タンパク質を発現する形質転換体を50mg/Lカルベニシリンを含むLB培地に植菌し、30℃で終夜培養して前培養液を得た。得られた前培養液10mLを500mL LB培地(50mg/Lカルベニシリン含有)に植菌し、30℃、130rpmでOD600≒0.6~0.8になるまで培養した。イソプロピル1-チオ-β-D-ガラクシド(IPTG)を終濃度0.1mMとなるように添加し、さらに培養を4時間継続した。培養終了後、遠心にて集菌した。
 4)タンパク質の回収
 上記3)で集菌した菌体を50mLの懸濁バッファー(50mM imidazole pH8.0、500mM NaCl)に懸濁し、超音波破砕した。遠心分離して、上清画分と沈殿画分とに分画した。上清画分を懸濁バッファーで平衡化したHisTrap HP 5mLカラム(GEヘルスケア・ジャパン社製)に供し、平衡化バッファーで洗浄後、溶出バッファー(175mM imidazole pH8.0、500mM NaCl)を用いて目的タンパク質を溶出した。溶出された目的タンパク質を透析にて脱塩水に置換した。目的タンパク質はAmicon-Ultra 10K(メルクミリポア社製)を用いて約30~40mg/mLの濃度まで遠心濃縮した。濃縮後の目的タンパク質はPBSバッファーを用いて2mg/mLに調製した。
 精製終了後の目的タンパク質をTricine SDS-PAGE(e・パジェル R15S;ATTO社製)に供し、分子量約14000Daの位置にシングルバンドを確認した。WT発現ベクターを用いて得られた目的タンパク質は配列番号47のアミノ酸配列を有するタンパク質であり、Mut1~13発現ベクターを用いて得られた目的タンパク質は、それぞれ、配列番号48~60のアミノ酸配列を有するタンパク質であった。
 WTの連結箇所配列(第1連結エレメント)近傍の配列、およびMut1~13の変異連結エレメント近傍の配列を表2に示す。Cドメインの2量体のうち、D58で示される位置のアミノ酸が1つ目のドメインのC末端であり、D1’で示される位置のアミノ酸が2つ目のドメインのN末端である。また「/(斜線)」はアミノ酸の欠失を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
[実施例1-1]
<トリプシン耐性評価>
1)プロテアーゼであるトリプシンへの耐性を以下の方法で評価した。
 作製例で得られたMut1のタンパク質とトリプシンとを混合し、37℃で15分間加熱した。配合量は以下の通りである。
・作製例1のタンパク質(2mg/mL、リン酸バッファー) 10μL
・希釈用バッファー(500mM Tris-HCl pH8.0) 2μL
・純水 6μL
・トリプシン溶液(1mg/mL) 2μL
 次に、電気泳動用の希釈液(200mM Tris-HCl pH6.8、200mM DTT、20% グリセロール、4% SDS、0.012% ブロモフェノールブルー; 2xSample buffer)を、得られた混合液に20μL添加した。そのうち10μLをサンプルとして、SDSポリアクリルアミドゲルにて電気泳動を実施した。比較として、サーモリシンを添加していない混合液の同量を同じゲル上にて電気泳動を実施した。
 電気泳動後のゲルを染色し、トリプシン処理前後でのタンパク質の分解の有無を染色度により比較評価した。染色度とは電気泳動により得られた染色バンドの位置および強度をいう。
 トリプシン処理前に比べてほとんど分解していないもの(染色度が90%以上維持)を◎、分解が少ないもの(染色度が70%以上90%未満を維持)を○、分解が多いもの(染色度が30%以上70%未満を維持)を△、ほとんど分解しているもの(染色度が30%未満)を×とした。
 結果を表3に示した。
2)プロテアーゼであるプラスミンへの耐性を以下の方法で評価した。
 トリプシン溶液(1mg/mL)をプラスミン溶液(10mg/mL)に代えた以外は、トリプシン耐性への評価と同様にして評価した。結果を表3に示した。
<免疫グロブリンの吸着能評価(SBC)>
 作製例で得られたMut1のタンパク質を、エポキシ基で活性化された多孔質アクリルビーズ1mLに対し3mg固定化して分離剤とし、免疫グロブリンとの結合能を評価した。
 常法に従い、分離剤との静的な吸着容量を評価した。結果を表3に示した。
[実施例1-2~1-10、比較例1-1~1-4]
 Mut1のタンパク質の代わりに、作製例で得られたMut2~10を実施例1-2~1-10に、WTを比較例1-1に、Mut11~13を比較例1-2~1-4に用いたこと以外は実施例1-1と同様にして、プロテアーゼ耐性評価と免疫グロブリンの吸着能評価を実施した。
 結果を表3に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 C末端のリジンが欠失または置換されていない比較例1-1~1-4はトリプシン耐性、プラスミン耐性ともに低いのに対し、C末端のリジンが欠失または置換されている実施例1-1~1-10はトリプシン耐性、プラスミン耐性のどちらかが少なくとも高く改変されている。実施例1-2及び1-3は連結箇所配列(第1連結エレメント)が2アミノ酸残基と短く、トリプシン耐性が更に向上している。
<本発明の実施形態2の実施例>
 [作製例]
 1)野生型プロテインA発現プラスミドの作製
 5’側にcatatg(NdeI)、3’側にctcgag(XhoI)を付加した野生型Cドメイン2量体(WT)をコードするDNA配列(配列番号61)を化学合成した。得られたDNA断片を制限酵素NdeIおよびXhoI(ともにThermo Scientific社製)を用いて消化後、精製・回収を行った。
 なお、配列番号61はスタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)由来のDNA配列をもとに大腸菌発現用にコドン最適化を行って決定した。
 タンパク質発現ベクターとして、T7プロモーターを持ち、マルチクローニングサイト下流に6xHisタグおよび終止コドンを持つベクターpET22b(メルク社製)を選択した。pET22bを制限酵素NdeIおよびXhoI(ともにThermo Scientific社製)を用いて消化後、精製・回収を行った。
 制限酵素処理した配列番号61のDNA断片とpET22bベクターを、DNAリガーゼ(LigaFast Rapid DNA Ligation System、Promega社製)を用いて連結し、WT発現ベクターを構築した。
 WT発現ベクターを用いて大腸菌JM109(TaKaRa社製)の形質転換を行い、定法によりプラスミドDNAを増幅および抽出した。
 2)プロテインA変異体(Mut)発現プラスミド作製
 野生型Cドメイン2量体のアミノ酸配列の一部に欠失および/または置換の変異を有するタンパク質 Mut1~Mut14をコードするDNA配列(配列番号90~103)を含む発現ベクターの作製を行った。Mut1~14発現ベクターは、表4に示す鋳型と合成オリゴヌクレオチドプライマーセット(配列番号62~89)の組み合わせによりクイックチェンジ法(QuikChange Lightning Site-Directed Mutagenesis Kit、Agilent Technologies社製)を用いて作製した。クイックチェンジ法はAgilent Technologies社のプロトコルに従い実施した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 得られたMut1~14発現ベクターはJM109(TaKaRa社製)を形質転換することによって定法により増幅および抽出した。
 得られたMut1~14発現ベクターのDNA配列の解析はDNAシークエンサー3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems社製)を用いて行った。発現ベクターのシークエンシングPCR反応はBig Dye Terminator v.1.1 Cycle Sequenceing Kit (Applied Biosystems社製)を用いて、付属プロトコルに従って行った。得られたシークエンシングPCR産物は定法により精製し、DNA配列解析に用いた。
 本実施によって得られたMut1~14発現ベクターのうち、発現タンパク質をコードするDNA配列は配列番号90~103で示される通りであった。
 3)タンパク質の発現
 Rosetta(DE3)(メルク社製)を、上記1)および2)で得られたWT、Mut1~14発現ベクターで形質転換し、目的タンパク質であるWT、Mut1~14をそれぞれ発現する形質転換体を得た。形質転換法はメルク社プロトコルに従った。
 目的タンパク質を発現する形質転換体を50mg/Lカルベニシリンを含むLB培地に植菌し、30℃で終夜培養して前培養液を得た。得られた前培養液10mLを500mL LB培地(50mg/Lカルベニシリン含有)に植菌し、30℃、130rpmでOD600≒0.6~0.8になるまで培養した。イソプロピル1-チオ-β-D-ガラクシド(IPTG)を終濃度0.1mMとなるように添加し、さらに培養を4時間継続した。培養終了後、遠心にて集菌した。
 4)タンパク質の回収
 上記3)で集菌した菌体を50mLの懸濁バッファー(50mM imidazole pH8.0、500mM NaCl)に懸濁し、超音波破砕した。遠心分離して、上清画分と沈殿画分とに分画した。上清画分を懸濁バッファーで平衡化したHisTrap HP 5mLカラム(GEヘルスケア・ジャパン社製)に供し、平衡化バッファーで洗浄後、溶出バッファー(175mM imidazole pH8.0、500mM NaCl)を用いて目的タンパク質を溶出した。溶出された目的タンパク質を透析にて脱塩水に置換した。目的タンパク質はAmicon-Ultra 10K(メルクミリポア社製)を用いて約30~40mg/mLの濃度まで遠心濃縮した。濃縮後の目的タンパク質はPBSバッファーを用いて2mg/mLに調製した。
 精製終了後の目的タンパク質をTricine SDS-PAGE(e・パジェル R15S;ATTO社製)に供し、分子量約14000Daの位置にシングルバンドを確認した。WT発現ベクターを用いて得られた目的タンパク質は配列番号104のアミノ酸配列を有するタンパク質であり、Mut1~14発現ベクターを用いて得られた目的タンパク質は、それぞれ、配列番号105~118のアミノ酸配列を有するタンパク質であった。
 WTの連結エレメント(第2連結エレメント)近傍の配列、およびMut1~14の変異連結エレメント(第2連結エレメント)近傍の配列を表5に示す。Cドメインの2量体のうち、D58で示される位置のアミノ酸が1つ目のドメインのC末端であり、D1’で示される位置のアミノ酸が2つ目のドメインのN末端である。また「/(斜線)」はアミノ酸の欠失を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
[実施例2-1]
<プロテアーゼ耐性評価>
1)プロテアーゼであるサーモリシンへの耐性を以下の方法で評価した。
 作製例で得られたMut1のタンパク質とサーモリシンとを混合し、37℃で15分間加熱した。配合量は以下の通りである。
・作製例1のタンパク質(2mg/mL、リン酸バッファー) 10μL
・希釈用バッファー(500mM Tris-HCl pH8.0,5mM CaCl) 2μL
・純水 6μL
・サーモリシン溶液(1mg/mL) 2μL
 次に、電気泳動用の希釈液(200mM Tris-HCl pH6.8、200mM DTT、20%グリセロール、4%SDS、0.012%ブロモフェノールブルー;2xSample buffer)を、得られた混合液に20μL添加した。そのうち10μLをサンプルとして、SDSポリアクリルアミドゲルにて電気泳動を実施した。比較として、サーモリシンを添加していない混合液の同量を同じゲル上にて電気泳動を実施した。
 電気泳動後のゲルを染色し、サーモリシン処理前後でのタンパク質の分解の有無を染色度により比較評価した。染色度とは電気泳動により得られた染色バンドの位置および強度をいう。
 サーモリシン処理前に比べてほとんど分解していないもの(染色度が90%以上維持)を◎、分解が少ないもの(染色度が70%以上90%未満を維持)を○、分解が多いもの(染色度が30%以上70%未満を維持)を△、ほとんど分解しているもの(染色度が30%未満)を×とした。
 結果を表6に示した。
2)プロテアーゼであるトリプシンへの耐性を以下の方法で評価した。
 サーモリシン溶液(1mg/mL)をトリプシン溶液(1mg/mL)に変更した以外は、サーモリシン耐性への評価と同様にして評価した。結果を表6に示した。
3)プロテアーゼであるプラスミンへの耐性を以下の方法で評価した。
 サーモリシン溶液(1mg/mL)をプラスミン溶液(10mg/mL)に変更した以外は、サーモリシン耐性への評価と同様にして評価した。結果を表6に示した。
<免疫グロブリンの吸着能評価(SBC)>
 作製例で得られたMut1のタンパク質を、エポキシ基で活性化された多孔質アクリルビーズ1mLに対し3mg固定化してアフィニティ分離剤とし、免疫グロブリンとの結合能を評価した。常法に従い、分離剤との静的な吸着容量を評価した。
 結果を表6に示した。
[実施例2-2~2-11、比較例2-1~2-4]
 Mut1のタンパク質の代わりに、作製例で得られたMut2~11を実施例2-2~2-11に、WTを比較例2-1に、Mut12~14を比較例2-2~2-4に用いたこと以外は実施例2-1と同様にして、プロテアーゼ耐性評価と免疫グロブリンの吸着能評価を実施した。
 結果を表6に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 連結エレメント(第2連結エレメント)を変異させていない比較例2-1はサーモリシン耐性が低いのに対し、変異連結エレメント(変異第2連結エレメント)を有する実施例2-1~2-11は、サーモリシン耐性が高く、且つ結合能も高く維持されている。比較例2-2及び2-3は連結エレメント(第2連結エレメント)の1位の疎水性アミノ酸を欠失しているものの5位の疎水性アミノ酸を有するためサーモリシン耐性が低い。比較例2-4は連結エレメント(第2連結エレメント)の1位及び5位の疎水性アミノ酸を欠失しているためサーモリシン耐性が高いものの、連結エレメント(第2連結エレメント)のアミノ酸数が1より少ないため結合能が低下している。
 本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更および変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお本出願は、2015年2月5日付で出願された日本特許出願(特願2015-021577)、および2015年2月5日付で出願された日本特許出願(特願2015-021578)に基づいており、その全体が引用により援用される。
 本発明によれば、プロテアーゼ、特にセリンプロテアーゼやサーモリシンに耐性を有し、免疫グロブリンとの結合能力を有するタンパク質を提供することができるので、免疫グロブリンとの結合能力に優れたアフィニティリガンドや耐久性に優れたアフィニティ分離剤を製造する際に本発明のタンパク質を用いることができる。
 1 ドメイン
 2 第1または第2連結エレメント
 3 担体表面
 4 固定化用タグ

Claims (25)

  1.  配列番号1~3に記載のプロテインAのE、DおよびAドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、該ドメインの少なくとも一つのドメインのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、C末端のリジンが欠失または置換されていることを特徴とする、免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質。
  2.  配列番号4~6に記載のプロテインAのB、CおよびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、該ドメインの少なくとも一つのドメインのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、4位のリジンおよびC末端のリジンが欠失または置換されていることを特徴とする、免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質。
  3.  配列番号4~6に記載のプロテインAのB、CおよびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、該ドメインの少なくとも一つのドメインのアミノ酸配列において、1以上のリジンを含み、各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列とした場合、少なくとも一つの該連結箇所配列のC末端のリジンおよび4位のリジンが欠失または置換されていることを特徴とする、免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質。
  4.  前記欠失または置換されている4位のリジンおよびC末端のリジンのうち、該4位のリジンおよび/または該C末端のリジンが欠失している、請求項1~3のいずれか1項に記載のタンパク質。
  5.  各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列とした場合、少なくとも一つの該連結箇所配列は1以上のアミノ酸からなる、請求項1~4のいずれか1項に記載のタンパク質。
  6.  前記欠失または置換されている4位のリジンおよびC末端のリジンのうち、該4位のリジンおよび/または該C末端のリジンを親水性アミノ酸で置換したものである、請求項1~5のいずれか1項に記載のタンパク質。
  7.  各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列とした場合、すべての連結箇所配列において、リジンが欠失または置換されている、請求項1~6のいずれか1項に記載のタンパク質。
  8.  各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列とした場合、少なくとも一つの該連結箇所配列はリジンを含まないものである、請求項1~7のいずれか1項に記載のタンパク質。
  9.  各ドメインのC末端のリジンおよび各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結箇所配列とした場合、少なくとも一つの該連結箇所配列はアルギニンを含まないものである、請求項1~8のいずれか1項に記載のタンパク質。
  10.  配列番号3~6に記載のプロテインAのA、B、CおよびZドメインのいずれかに由来するドメインを2つ以上有するタンパク質であって、各ドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列を連結エレメントとした場合、少なくとも一つの連結エレメントは、1以上のアミノ酸からなり、かつ、疎水性アミノ酸以外のアミノ酸により構成される変異連結エレメントであることを特徴とする、免疫グロブリンに親和性を有するタンパク質。
  11.  前記変異連結エレメントが、A、B、またはCドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、少なくとも一つの変異連結エレメントのアミノ酸配列における1位のアラニンおよび/または5位のフェニルアラニンを欠失したものである、請求項10に記載のタンパク質。
  12.  前記変異連結エレメントが、Zドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、少なくとも一つの変異連結エレメントのアミノ酸配列における1位のバリンおよび/または5位のフェニルアラニンを欠失したものである、請求項10に記載のタンパク質。
  13.  前記変異連結エレメントが、A、B、またはCドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、少なくとも一つの変異連結エレメントのアミノ酸配列における1位のアラニンおよび/または5位のフェニルアラニンを疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換したものである、請求項10または11に記載のタンパク質。
  14.  前記変異連結エレメントが、Zドメインのアミノ酸配列における1位から5位までの配列からなり、少なくとも一つの変異連結エレメントのアミノ酸配列における1位のバリンおよび/または5位のフェニルアラニンを疎水性アミノ酸以外のアミノ酸で置換したものである、請求項10または12に記載のタンパク質。
  15.  前記変異連結エレメントで置換する疎水性アミノ酸以外のアミノ酸が、親水性アミノ酸である、請求項13または14に記載のタンパク質。
  16.  少なくとも一つのドメインのアミノ酸配列におけるC末端のリジンを欠失または置換したものである、請求項10~15のいずれか1項に記載のタンパク質。
  17.  C末端側に前記変異連結エレメントを結合するドメインにおいて、該ドメインのアミノ酸配列におけるC末端のリジンを欠失または置換したものである、請求項16に記載のタンパク質。
  18.  少なくとも一つの変異連結エレメントはリジンを含まないものである、請求項10~17のいずれか1項に記載のタンパク質。 
  19.  少なくとも一つの変異連結エレメントはアルギニンを含まないものである、請求項10~18のいずれか1項に記載のタンパク質。
  20.  少なくとも一つの変異連結エレメントが2以上のアミノ酸からなる、請求項10~19のいずれか1項に記載のタンパク質。
  21.  すべての連結エレメントが変異連結エレメントである、請求項10~20のいずれか1項に記載のタンパク質。
  22.  ドメインを3つ以上有する、請求項1~21のいずれか1項に記載のタンパク質。
  23.  前記タンパク質に含まれるドメインのすべてが、配列番号1~6に記載のプロテインAのE、D、A、B、CおよびZドメインのアミノ酸配列のいずれか1種類に由来する、請求項1~22のいずれか1項に記載のタンパク質。
  24.  請求項1~23のいずれか1項に記載のタンパク質をアフィニティリガンドとして、水不溶性の基材からなる担体に固定化したことを特徴とする、アフィニティ分離剤。
  25.  請求項24に記載のアフィニティ分離剤を含み、少なくとも1つの該アフィニティ分離剤が充填される容器を備えることを特徴とする、液体クロマトグラフィー用カラム。
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