WO2020116423A1 - 活性型インターロイキン-18タンパク質のネオエピトープを認識する抗体、及びその応用 - Google Patents

活性型インターロイキン-18タンパク質のネオエピトープを認識する抗体、及びその応用 Download PDF

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裕子 成相
宏樹 加美野
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Definitions

  • the present invention relates to an antibody that recognizes only the active form of interleukin-18 (interleukin-18, hereinafter referred to as IL-18) protein, which is an inflammatory cytokine, and its application.
  • interleukin-18 hereinafter referred to as IL-18
  • IL-18 interleukin-18
  • IL-18 is a cytokine of the IL-1 ⁇ family, and is mainly expressed in macrophages, but is expressed in various cells such as dendritic cells, epithelial cells, and keratinocytes.
  • the IL-18 receptor is expressed on various cells such as B cells, neutrophils, macrophages, vascular endothelial cells and smooth muscle cells in addition to NK cells, NKT cells and CD4 + T cells.
  • the diversity of IL-18-expressing cells and receptor-expressing cells shows the diversity of IL-18 functions and is known to be involved in various immune systems.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 Although IL-18 was initially shown to play an important role in defense mechanisms against pathogens such as parasites and bacterial infections, it also plays an important role in allergic and autoimmune diseases. Are shown (Non-Patent Documents 1 and 2).
  • IL-18 is not regulated at the mRNA level and is abundant in cells as an inactive precursor (pro-IL-18).
  • the precursor pro-IL-18 is cleaved by caspase-1 or caspase-4 into peptides at positions 37 to 193 to form a neoepitope, which becomes active and is released to the outside of the cell. .. Therefore, the measurement of mRNA expression level and intracellular precursor protein does not measure IL-18 activity.
  • IL-18 is involved in various immune systems, and there are many diseases that are considered to be caused by excessive release of activated IL-18 to the outside of cells. Therefore, if active IL-18 can be measured, it can be useful for diagnosis and treatment of IL-18-related diseases.
  • Patent Documents 1 to 10 Many antibodies that specifically recognize IL-18 have been reported (eg, Patent Documents 1 to 10). Most of these function as neutralizing antibodies, and few antibodies disclose their epitopes. In addition, although many antibodies have been disclosed, there is no report of an antibody that recognizes only activated IL-18.
  • the present inventors attempted to produce an antibody that recognizes only active IL-18 by cleaving pro-IL-18 with caspase 1/4 and immunizing with active IL-18.
  • an antibody that recognizes only activated IL-18 was not obtained.
  • Patent Documents 1 to 10 have neutralizing activity.
  • the antibodies disclosed in Patent Documents 1 to 4 are the binding sites of IL-18 binding protein (IL-18BP). , Or an antibody that binds to the vicinity thereof.
  • Patent Document 5 discloses an antibody that does not bind to IL-18 to which IL-18BP is bound.
  • Patent Document 6 discloses an antibody that inhibits IL-18 activity.
  • the peptide sequence at the N-terminus (amino acid positions 37 to 50) of active IL-18 is also disclosed as an epitope, the epitope of the actually obtained antibody is a different region, and only active IL-18 is recognized. It is not disclosed.
  • Patent Documents 7 and 8 disclose antibodies having a neutralizing activity against IL-18.
  • Patent Documents 9 and 10 describe antibodies that can be used for treatment. However, none of the antibodies disclosed in these documents recognize only activated IL-18.
  • active IL-18 has been analyzed by confirming its molecular weight by Western blotting. Since Western blotting requires time and labor, the presence of active IL-18 has not been examined clinically even in diseases in which IL-18 is suspected to be involved.
  • An object of the present invention is to obtain an antibody that specifically recognizes activated IL-18.
  • the present invention is a substance that binds to the following neoepitope, a polyclonal antibody, a monoclonal antibody, a functional fragment of the antibody, and a kit containing these antibodies, and a gene, an amino acid sequence encoding the monoclonal antibody or the functional fragment, It relates to humanized antibodies, human antibodies and pharmaceutical compositions. It also relates to a new method for identifying the range of neoepitope and a kit used for the method.
  • the anti-IL-18 antibody that recognizes only activated IL-18.
  • the anti-IL-18 antibody according to (1) which recognizes a neoepitope of human IL-18.
  • the anti-IL-18 antibody is a monoclonal antibody, and the heavy chain variable domain has a CDR1H region consisting of the amino acid sequence of GFSLSSSGMG (SEQ ID NO: 24), a CDR2H region consisting of the amino acid sequence of IWWDDDK (SEQ ID NO: 25), and TRTRTYSNFGGGMAY.
  • the light chain variable domain has a CDR1L region consisting of the amino acid sequence of QSIAHSNGYTY (SEQ ID NO:27), a CDR2L region consisting of the amino acid sequence of KVS (SEQ ID NO:28), VQGSHVPLT
  • the anti-IL-18 antibody is a monoclonal antibody, and the heavy chain variable domain has a CDR1H region consisting of the amino acid sequence of GFSLTSYG (SEQ ID NO: 36), a CDR2H region consisting of the amino acid sequence of IWAGGST (SEQ ID NO: 37), and ARESSYDAMDY.
  • the anti-IL-18 antibody according to (4) wherein the amino acid sequence of the H chain variable region is SEQ ID NO: 13, and the amino acid sequence of the L chain variable region is SEQ ID NO: 17.
  • a gene comprising a gene encoding the CDR sequence according to (3) or (4) or the variable region according to (5) or (6) as an open reading frame region.
  • the above-mentioned monoclonal antibody is a humanized antibody or a human antibody, comprising the CDR sequence according to (3) or (4), or the variable region according to (5) or (6) Anti-IL-18 monoclonal antibody.
  • a pharmaceutical composition for treating an IL-18-related disease comprising the anti-IL-18 monoclonal antibody according to (10) or the functional fragment according to (11) as an active ingredient.
  • An antibody that binds to the amino acid represented by SEQ ID NO: 4 (YFGKLESK), or a fragment comprising a functional fragment thereof, or a binding substance.
  • a method for analyzing the neoepitope recognition range of an antibody which comprises starting from an amino acid at the N-terminal or C-terminal opposite to the neoepitope stump in a peptide having a length of 5 to 15 amino acids from the neoepitope stump A method for analyzing the neoepitope recognition range of an antibody by sequentially producing a peptide in which alanine or glycine is sequentially substituted, and measuring the binding between the antibody and the peptide.
  • the IL-18-related disease is adult Still's disease, macrophage activation syndrome/hemophagocytosis syndrome, ulcerative colitis, Crohn's disease, interstitial lung disease, bronchial asthma, allergic rhinitis, type 2 diabetes, imaginary disease
  • FIG. 8 shows the human IL-18 function-inhibiting activity of monoclonal antibodies 9-10.2 and 8-4.1.
  • FIG. 1 A figure showing the result of epitope analysis by alanine scanning.
  • A Sensorgram of surface plasmon resonance analysis by monoclonal antibody 9-10.2 with IL-18 37-44 peptide by neoepitope microanalysis.
  • B Sensorgram of surface plasmon resonance analysis by alanine scanning.
  • C The figure which shows the position of the epitope on a three-dimensional structure. Sensorgram of surface plasmon resonance analysis of 9-10.2 antibody and IL-18 37-44 peptide The figure which shows the result of the competition experiment of the monoclonal antibodies 9-10. 2 and 8-4.1.
  • Epitope refers to a part of the antigen (in the case of the present invention, activated IL-18) recognized by an antibody.
  • the neoepitope refers to a newly formed protein stump that does not exist in the original protein due to the protein being cleaved by a proteolytic enzyme.
  • pro-IL-18 is cleaved with caspase 1/4 to become active IL-18.
  • the newly formed stump in activated IL-18 is called the IL-18 neoepitope.
  • Active IL-18 refers to a peptide at positions 37 to 193 of IL-18 having a neoepitope.
  • the antibody of the present invention refers to a monoclonal antibody or derivative that specifically binds to activated IL-18 as shown below. It also includes a polyclonal antibody that can be obtained by the same method as for a monoclonal antibody. Furthermore, it also includes a functional fragment of the antibody having substantially the same antigen specificity as the original antibody. Functional fragments of antibodies include Fab, Fab′, F(ab′) 2 , single chain antibodies (scFv), disulfide-stabilized V region fragments (dsFv), or functional fragments of antibodies such as CDR-containing peptides. included.
  • a humanized antibody such as a humanized chimeric antibody, a humanized CDR-grafted antibody, or the like, which is a monoclonal antibody that specifically binds to the active IL-18 specified in the present invention, is produced by using a gene recombination technique, Human antibodies produced using the phage display method are also included in the antibodies of the present invention.
  • humanized antibodies and human antibodies When administered to humans, have fewer side effects than antibodies from non-human animals, and their therapeutic effects last for a long time.
  • a substance that binds to the epitope of the activated IL-18 stump specified in the present invention can also be used for the detection of activated IL-18 and the like.
  • substances include substances other than antibodies, such as peptide aptamers and nucleic acid aptamers, which specifically bind to neoepitope.
  • a method for producing an aptamer a known method such as a two-hybrid method or a SELEX method may be used.
  • IL-18-related disease refers to a disease caused by excessive release of active IL-18 to the outside of the cell, or a disease that may be exacerbated by IL-18.
  • the IL-18-related disease is a disease that is developed and exacerbated by overexpression of IL-18.
  • IL-18-related diseases include malignant tumors such as adult Still's disease (AOSD), juvenile Still's disease, pancreatic cancer, lung cancer, and colon cancer, cryopyrin-related periodic heat syndrome, systemic lupus erythematosus (SLE), multiple sclerosis , Juvenile idiopathic arthritis (JIA), bronchial asthma, bronchiectasis, chronic obstructive pulmonary disease (CDPD), transfusion-related lung injury, bronchopulmonary dysplasia (BPD), acute respiratory distress syndrome (ARDS), ma Interstitial lung disease (ILD), idiopathic pulmonary fibrosis, cystic fibrosis, rheumatoid arthritis, metabolic bone disease, severe liver and intestinal organ damage, heart failure, amyotrophic lateral sclerosis (ALS) , Dry eye disease (DED), keratitis, corneal neovascularization, pathological intraocular neovascularization, crizopril, glaucoma
  • IL-18-related diseases it is expected that a therapeutic effect will be obtained by a drug that inhibits the function of IL-18. Therefore, by examining the expression level of active IL-18 in patients suspected of having these IL-18-related diseases, it is possible to determine whether or not a drug that inhibits the function of IL-18 should be applied. Further, as shown in the following examples, since the antibody itself that recognizes the neoepitope suppresses the function of IL-18, it can be used for treatment.
  • the “kit” is not limited to the Western blotting method, capillary western immunoassay method, immunoprecipitation method, immunostaining method, and ELISA shown in the following Examples, and IL-containing the antibody disclosed in the present specification can be used.
  • a packaged combination having necessary reagents, instruments, etc. as constituent elements.
  • the kit for analyzing neoepitope refers to a combination in which components such as a substrate and a coloring reagent necessary for the method for analyzing neoepitope are packaged.
  • Example 1 Preparation of antibody Regarding preparation of antibody, an application for animal experiment plan approval was submitted to the Shimane University Animal Experiment Special Committee, and the approval was applied.
  • a peptide (SEQ ID NO: 1, YFGKLESKC) in which cysteine (C) was added to the C-terminal of the peptide at positions 37 to 44 located in the N-terminal sequence of active IL-18 protein was synthesized according to a conventional method.
  • KLH keyhole-limpet hemocyanin
  • BSA bovine serum albumin
  • Imject Maleimide-Activated BSA spin Kit Thermo Scientific
  • hybridoma 9-10. 2 and 8 -4.1 The antibodies produced by hybridomas 9-10.2 and 8-4.1 are referred to as 9-10.2. antibody and 8-4.1 antibody, respectively.
  • Monoclonal antibodies 9-10.2 and 8-4 that recognize active IL-18 produced by hybridomas 9-10.2 and 8-4.1 using IsoStrip mouse monoclonal antibody isotyping kit (Sigma) When the isotype of .1 was confirmed, both were IgG1 and ⁇ .
  • Example 2 Evaluation of 9-10.2 antibody and 8-4.1 antibody (capillary western immunoassay method) The performance was compared with anti-IL-18 antibodies having different recognition sites (11-4.1, epitope: region from 63rd position to 68th position of IL-18, SEQ ID NO: 2, RPLFED).
  • the 11-4.1 antibody is a monoclonal antibody produced by the hybridoma established by the present inventors, and has already been shown to detect IL-18 with high sensitivity.
  • IL-18 expressed and purified in Escherichia coli is expressed and purified in Escherichia coli as active caspase-4 105-377 (means peptides at positions 105 to 377 of caspase-4.
  • the amino acid position at the N-terminal, C The peptide may be described by specifying the terminal amino acid position), and the active IL-18 protein (IL-18 37-193 ) was purified and obtained.
  • the N-terminal sequence of the protein purified by the Edman degradation method was determined, it was YFGKL as expected. This corresponds to tyrosine at position 37, which is the N-terminus of active IL-18, to leucine at position 41.
  • the IL-18 protein (positions 37 to 193) with a start codon ATG and a His tag added to the C terminus was expressed and purified in E. coli.
  • Met the next amino acid in the synthesis initiation methionine (Met) is a tyrosine (37 Y)
  • Met-IL- 18 37-193-His protein When the N-terminal sequence of the purified protein was determined by the Edman degradation method, the synthetic initiation methionine was added as expected.
  • the 18 37-193 -His protein was detected by a capillary western immunoassay method using Wes (Protein Simple). As a primary antibody, each purified antibody was adjusted to 0.4 mg/mL and then diluted 125-fold. The other conditions such as the exposure time and the secondary antibody were all the same. The results are shown in Figure 1.
  • the 9-10.2 antibody and the 8-4.1 antibody recognize the activated IL-18 protein IL-18 37-193 , methionine was added to the N-terminus of the activated IL-18.
  • the Met-IL-18 37-193 -His protein was not recognized.
  • the 11-4.1 antibody having an epitope at positions 63 to 68 of IL-18 is the same as active IL-18 (IL-18 37-193 ) and Met-IL-18 37-193 -His protein. Recognized as
  • Both activated IL-18 and the Met-IL-18 37-193 -His protein contain the region from positions 37 to 193 of IL-18.
  • the 9-10.2 antibody and the 8-4.1 antibody did not recognize the Met-IL-18 37-193 -His protein. That is, these antibodies cannot recognize a peptide in which an amino acid is added to the N-terminal side of tyrosine at position 37, but recognize the IL-18 37-193 protein, that is, the neoepitope present in activated IL-18. Is shown.
  • Example 3 Evaluation of 9-10.2 antibody and 8-4.1 antibody using a clinical sample (capillary western immunoassay method)
  • AOSD ovarian cancer
  • IL-18 protein in patient serum was detected by capillary western immunoassay.
  • the patient serum was diluted 10-fold, the 9-10.2 antibody was adjusted to 0.4 mg/mL as the primary antibody, and then used at a 1:125-fold dilution.
  • the active IL-18 protein (IL-18 37-193 ) used in Example 2 was used, and the amount and the molecular weight of the activated IL-18 contained in the patient serum were the same as in Example 2. was analyzed. The results are shown in Figure 2. A band was detected in 10 patients of the same size as active IL-18, ie IL-18 37-193 used as a standard protein. In addition, the amount of active IL-18 present in the serum of the patient is shown at the bottom of FIG. 2, but a very small amount of activated IL-18 could be quantified.
  • active IL-18 can be detected by a very simple method. be able to.
  • FIG. 3 schematically shows full-length IL-18, active IL-18, and the sites recognized by each antibody.
  • full-length IL-18 and active form caspase-4 are expressed in 293T cells, the full-length IL-18 protein is cleaved by active form caspase-4, but full-length IL-18 that is not cleaved intracellularly. Existing.
  • the results of immunoprecipitation with the 11-4.1 antibody showed that the full-length IL-18 protein has been immunoprecipitated in a large amount, and a large amount of uncleaved pro-IL-18 is present in the cells. There is.
  • the full-length IL-18 was not immunoprecipitated, and more IL-18 37-193 was immunoprecipitated. That is, the 9-10.2 antibody and the 8-4.1 antibody specifically recognize active IL-18 37-193 protein cleaved by caspase-4 105-377 intracellularly and can efficiently immunoprecipitate. It was revealed to be a monoclonal antibody.
  • Example 5 Human IL-18 function-inhibiting activity of 9-10.2 antibody and 8-4.1 antibody Activated IL-18 protein expressed and purified in E. coli was used as an acute myelogenous leukemia cell line KG-1 (JCRB0065). It is known that IFN- ⁇ is produced when added to () (Non-Patent Document 6). If the antibody is an IL-18 function-inhibiting antibody, it inhibits IF-18- ⁇ production by IL-18 (see the schematic diagram in FIG. 4).
  • IFN- ⁇ detection ELISA method for the production of IFN- ⁇ by adding 0.5 ng of active IL-18 to KG-1 cells at various concentrations of 9-10.2 antibody and 8-4.1 antibody (IFN- ⁇ ELISA set, manufactured by Diaclone).
  • 9-10.2 and 8-4.1 antibodies showed inhibitory activity on IFN- ⁇ production in a dose-dependent manner (Fig. 4, bottom). Since both 9-10.2 and 8-4.1 antibodies act as antibodies that inhibit human IL-18 function, they can be used in diseases caused by overexpression of IL-18 or in diseases that are exacerbated. It can be used for treatment.
  • 9-10. 2 showed a very strong inhibitory activity with an IC 50 of 2.8 nM.
  • the presence of active caspase-4 105-377 was detected by a rabbit polyclonal antibody that recognizes G196 (G196 pAb) (Fig. 5, left, upper right).
  • the presence of IL-18 in the absence of active caspase-4 was detected by a rabbit polyclonal antibody that recognizes IL-18 ( ⁇ IL-18 pAb) (Fig. 5, right, upper right).
  • ⁇ IL-18 pAb rabbit polyclonal antibody that recognizes IL-18
  • the presence of IL-18 was confirmed by the 9-10.2.
  • the absence of caspase-4 Fig. 5, right
  • IL-18 was not detected by the 9-10.2 antibody, although the presence of IL-18 was confirmed by the rabbit polyclonal antibody.
  • the 9-10.2 antibody is a monoclonal antibody capable of specifically recognizing the active IL-18 37-193 protein cleaved by caspase-4 105-377 intracellularly even in the cell immunostaining method. Shows.
  • the method for determining the range of neoepitope recognized by this antibody was named "neoepitope microanalysis method".
  • the neoepitope microanalysis method is a method of determining the epitope of an antibody by successive substitution with alanine, unlike the alanine scanning method in which one amino acid is substituted with alanine.
  • Neoepitope microanalysis is an excellent method for determining the binding region of an antibody on a neoepitope.
  • quantitative analysis is performed by ELISA as described below, but not limited to ELISA, analysis can also be performed by the SPR method or the like.
  • alanine is substituted for the analysis, but an amino acid having a small molecular weight and causing no significant structural change, such as glycine, can be used.
  • a peptide in which a cross-linking Cys is added to the C-terminal of a peptide in which the amino acid at the C-terminal of the neoepitope peptide (positions 37 to 44) (lysine (K44) at the 44th position) is sequentially replaced with alanine is usually used. It was synthesized according to the method. BSA was cross-linked to each peptide by Imject Maleimide-Activated BSA spin Kit, and the recognition sites of 9-10.2 antibody and 8-4.1 antibody were analyzed by ELISA method. On the right side of the ELISA plate photograph of FIG. 6(A), the absorbance obtained with a plate reader is shown together with the standard deviation, with the wild-type peptide as 100.
  • Neither antibody shows almost any reactivity to a peptide in which lysine at the 40th position to lysine at the 44th position was replaced with alanine, but the presence of lysine at the 40th position resulted in 1/100 of that of the wild-type peptide. It exhibits a reactivity of about 4. Furthermore, the reactivity of the antibody does not change so much even if the number of alanine substituted at positions 41 to 43 is reduced.
  • Both 9-10. 2 and 8-4. 1 antibodies were the peptides in which the first amino acid of the N-terminal sequence peptide of activated IL-18 protein (tyrosine (Y) at position 37 was changed to alanine (A) ( Y37A), G39A peptide and K40A peptide were hardly recognized, and showed weak binding to L41A and E42A mutants, and about 50% to F38A, S43A, and K44A mutants. Showed binding.
  • the peptide in which lysine at position 40 to lysine at position 44 was replaced with alanine did not bind at all, but the presence of lysine at position 40 allowed binding to be observed. Furthermore, the presence of lysine at the 40th position did not significantly change the reactivity of the antibody with respect to the deviation from the peptide even if the number of alanines substituted from the 41st position to the 43rd position was reduced.
  • the alanine mutant of each amino acid of the peptide (YFGKLESKC, SEQ ID NO: 1) in which cysteine was added to the C-terminal for cross-linking to the N-terminal sequence peptide (positions 37 to 44) of the active IL-18 protein was used as a ligand. It was immobilized on the sensor chip CM5 by the thiol coupling method. The purified antibody 9-10.2 was measured at a concentration of 50 nM by single-cycle using Biacore X100, and "alanine scanning analysis" was performed (Fig. 7(B)).
  • the 9-10.2 antibody could not recognize the peptide (G39A) in which the third amino acid (glycine (G) at position 39) of the N-terminal sequence peptide of active IL-18 protein was changed to alanine (A). It was It became easy to dissociate with respect to the Y37A and K40A mutants, and it was revealed that the dissociation was not affected with respect to the mutants of F38A, L41A, E42A, S43A, and K44A.
  • the surface plasmon resonance analysis was also able to obtain the same results as the analysis by ELISA shown in FIG.
  • the "neoepitope microanalysis” can provide information on core regions important for binding, and the “alanine scanning analysis” can provide information on amino acids important for binding.
  • Peptide YFGKLESK or YFGK is an epitope bound by an antibody that recognizes activated IL-18. Therefore, it is possible to use it as a therapeutic drug by combining a vaccine containing a peptide containing these sequences as an immunogen, or a region containing this peptide together with a peptide in another region of IL-18 that binds to the IL-18 receptor. There is.
  • IL-18 binding sites of 3F62 IL-18BP of poxvirus
  • 4EEE IL-18BP of yatapovirus
  • IL-18BP of yatapovirus The IL-18 binding sites of 3F62 (IL-18BP of poxvirus) and 4EEE (IL-18BP of yatapovirus) which have been structurally analyzed among IL-18BPs include Y37, F38, and G39 regions.
  • Non-patent documents 7 and 8 Although the structural analysis of human IL18BP has not been performed yet, the primary sequences are similar and it is highly likely that they bind to the same region. It is considered that the 9-18 antibody and the 8-4.1 antibody do not bind to IL-18 bound with IL-18BP. Therefore, by using these antibodies, free IL-18 to which IL-18BP is not bound can be measured.
  • IL-18BP-bound IL-18 cannot bind to the 9-10.2 antibody or the 8-4.1 antibody, and only captures the activated IL-18 having the exposed neoepitope. You can The captured IL-18 may be reacted with an antibody that recognizes another site, and measurement may be performed. It becomes possible to easily measure free IL-18 which is not bound to IL-18BP, which has been measured by a complicated method, by ELISA.
  • Example 8 Affinity analysis of 9-10.2 antibody and IL-18 37-44 peptide (surface plasmon resonance analysis) A peptide (YFGKLESKC, SEQ ID NO: 1) in which cysteine was added to the C-terminal for cross-linking to the neoepitope peptide (positions 37 to 44) of active IL-18 protein was immobilized on the sensor chip CM5 by the ligand thiol coupling method. did.
  • the purified antibody 9-10.2 was measured in a single-cycle using Biacore X100 in 5 concentrations in a range of 0.4 nM to 250 nM and a 5-fold dilution series (FIG. 8). The analysis was performed by bivalent analysis.
  • Example 9 Competitive experiment analysis of monoclonal antibodies 9-10.2 and 8-4.1 From the epitope analysis of Example 7, monoclonal antibodies 9-10.2 and 8-4.1 recognize the same epitope. It is thought that Furthermore, the results of Example 8 revealed that the 9-10.2 antibody binds to the neoepitope with very high affinity. Therefore, a competition experiment of monoclonal antibodies 9-10. 2 and 8-4.1 was carried out, and it was analyzed whether 9-10. 2 antibody and 8-4.1 antibody recognized the same epitope and competed with each other. (FIG. 9).
  • BSA was cross-linked to the peptide of SEQ ID NO: 1 (YFGKLESKC), adjusted to 5 ng/100 ⁇ l with 50 mM NaHCO 3, and coated on an ELISA plate at 4° C. overnight.
  • the ELISA plate is blocked and washed by a conventional method, and a 9-10.2 or 8-4.1 antibody solution adjusted to 0, 100, 300, 1000 ng/100 ⁇ l is added, and reacted at 25° C. for 1 hour. It was Only the washing solution was added to the wells containing no antibody (see FIG. 9, primary antibody without HRP added).
  • each HRP-labeled antibody (0.5 ⁇ g/ ⁇ l) was diluted 100-fold with a washing solution, and the wells in which the 8-4.1 antibody as a primary antibody was bound to the peptide were HRP-labeled 9-10.
  • HRP-labeled 8-4.1 antibody (100 ⁇ l/well) was added to the wells in which 2 antibody and 9-10.2 antibody were bound to the peptide, and incubated at 25° C. for 1 hour (FIG. 9, secondary with HRP added). See Antibodies.). After that, washing was performed, color was developed, and the absorbance was measured (see FIG. 9, absorbance 450 nm-620 nm).
  • the 9-10.2 antibody competed with the primary antibody 8-4.1 antibody. As a result, it was shown to bind to the peptide. Therefore, the 9-10.2 and 8-4.1 antibodies compete with each other, and the 9-10.2 antibody may have a higher affinity for activated IL-18 as compared with the 8-4.1 antibody. It became clear.
  • the sequence of the antibody gene in the hypervariable region and the amino acid sequence of the synthesized cDNA were determined by the direct sequencing method using the H-chain and L-chain primer sets.
  • H chain primer VH1-1S:5'-gg ggatcc ag gts mar ctg cag sag tcw gg-3' SEQ ID NO: 6
  • s g+c
  • m a+c
  • r a+g
  • w a+t IgG2-1AS: 5'-gg gaattc ctt gac cag gca tcc tag agt ca-3'
  • L chain primer VK-1S:5'-gg ggatcc gay att gtg mts acm car wct mca -3 SEQ ID NO: 8)
  • y c+t
  • m a+c
  • s g+c
  • r a+g
  • w a+t CK-2AS: 5'-gg gaattc gaa gat gga tac agt tgg t
  • the base sequence of the H chain of 9-10.2 antibody SEQ ID NO: 10
  • the amino acid sequence (SEQ ID NO: 11) the base sequence of the H chain of 8-4.1 antibody (SEQ ID NO: 12)
  • the amino acid sequence (SEQ ID NO: 13) was determined.
  • the nucleotide sequence of the L chain of the 9-10.2 antibody SEQ ID NO: 14
  • the amino acid sequence (SEQ ID NO: 15) was determined.
  • SEQ ID NO: 16 the amino acid sequence of the L chain of the 8-4.1 antibody
  • the antibody having the CDR is an antibody that specifically recognizes activated IL-18 with high sensitivity and specificity. Therefore, it becomes possible to detect the active form of IL-18 by a method such as ELISA that can be easily carried out even in clinical settings. As a result, it becomes possible to easily determine whether or not the disease is an IL-18-related disease in a clinical setting, which can be useful for formulating a treatment policy. Moreover, since it can be applied to various methods such as Western blotting, capillary Western immunoassay method, immunoprecipitation method, and cell immunostaining method, it can be widely applied as a research reagent. Furthermore, it has been revealed that it can inhibit the function of IL-18, and it is a very useful antibody as a drug for treating IL-18-related diseases.

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Abstract

前駆体であるpro-IL-18が、caspase-1、あるいはcaspase-4によって切断され、形成されるネオエピトープに存在する8アミノ酸、YFGKLESKを認識する9-10.2抗体、及び8-4.1抗体を作製した。活性型IL-18のみを認識する抗体を提供することができる。

Description

活性型インターロイキン-18タンパク質のネオエピトープを認識する抗体、及びその応用
 炎症性サイトカインであるインターロイキン18(interleukin-18、以下IL-18と記載する。)タンパク質の活性型のみを認識する抗体、及びその応用に関する。
 IL-18は、IL-1βファミリーのサイトカインであり、主としてマクロファージで発現しているが、樹状細胞、上皮細胞、ケラチノサイトなど様々な細胞で発現している。また、IL-18受容体はNK細胞、NKT細胞、CD4+T細胞の他、B細胞、好中球、マクロファージ、血管内皮細胞、平滑筋細胞など様々な細胞で発現している。IL-18発現細胞、受容体発現細胞の多様性は、IL-18の機能の多様性を示しており、種々の免疫系に関与していることが知られている。
 IL-18は、発見当初寄生虫や細菌感染などの病原体に対する防御機構において重要な役割を果たすことが示されてきたが、それだけではなく、アレルギー疾患や自己免疫疾患においても重要な役割を果たすことが示されている(非特許文献1、2)。
 IL-18は、TNFなどのサイトカインとは異なり、mRNAレベルでの産生調節を受けず、活性のない前駆体(pro-IL-18)として細胞内に豊富に存在する。前駆体であるpro-IL-18は、caspase-1、あるいはcaspase-4によって、37位~193位のペプチドに切断されることで、ネオエピトープが形成され、活性型となり細胞外に放出される。したがって、mRNA発現量や、細胞内の前駆体タンパク質の測定を行っても、IL-18の活性を測定することにはならない。
 IL-18は種々の免疫系に関与し、活性型IL-18が過剰に細胞外に放出されることにより惹起されると考えられている多くの疾患がある。そのため、活性型IL-18を測定することができれば、IL-18関連疾患の診断や治療に役立てることができる。
 IL-18を特異的に認識する抗体は多数報告されている(例えば、特許文献1~10)。これらの多くは中和抗体として機能するものであり、エピトープについて開示されている抗体は少ない。また、多くの抗体が開示されているにもかかわらず、活性型IL-18のみを認識する抗体の報告はない。
国際公開第2016/139297号 国際公開第2015/032932号 国際公開第2014/080866号 国際公開第2012/085015号 国際公開第2014/037899号 特開2012-139224号公報 特開2012-139223号公報 国際公開第2011/098424号 国際公開第2010/048183号 国際公開第2010/020593号 国際公開第2012/124683号
Arend, W.P. et al., Immunol. Rev., 2008, Vol.223, p.20-38. Sanders, N.L. & Mishra, A., Cytokine Growth Factor Rev., 2016, Vol.32,pp.31-39. Hirel, P-H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1989, Vol.89,pp.8247-8251. Dalboge, H. et al., FEBS Lett., 1990, Vol.266(1-2), pp.1-3. Girard, C. et al., Rheumatology (Oxford), 2016, Vol.55(12),pp.2237-2247. Okamura, H. et al., Nature, 1995, Vol.378(6652), pp.88-91. Krumm, B. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2008, Vol.105,pp.20711-20715. Krumm, B. et al., PLOS Pathogens, 2012, Vol.8, Issue 8, e1002876.
 本発明者らのグループをはじめ、いくつかのグループが活性型のIL-18のみを認識する抗体の作製を試みてきた。しかしながら、今まで活性型のIL-18を認識する抗体は作製されていない。
 本発明者らは、pro-IL-18をcaspase1/4で切断し、活性型IL-18を免疫することによって、活性型IL-18のみを認識する抗体の作製を試みた。しかし、活性化IL-18、pro-IL-18の両方を認識するIL-18の62位~70位を認識するモノクローナル抗体が6種、128位~142位の領域を認識する抗体は2種得られたが、活性型IL-18のみを認識する抗体は得られなかった。
 特許文献1~10に開示されている抗体は多くは中和活性を示す抗体であり、例えば特許文献1~4に開示されている抗体は、IL-18結合タンパク質(IL-18BP)の結合部位、又はその近傍に結合する抗体である。特許文献5には、IL-18BPが結合しているIL-18には結合しない抗体が開示されている。特許文献6には、IL-18活性を阻害する抗体が開示されている。活性型IL-18のN末(アミノ酸37位~50位)のペプチド配列もエピトープとして開示されているものの、実際に得られた抗体のエピトープは異なる領域であり、活性型IL-18のみを認識することは開示されていない。特許文献7、8は、IL-18に対して中和活性を備えた抗体が開示されている。特許文献9、10には治療に使用し得る抗体が記載されている。しかしながら、これら文献に開示されている抗体は、いずれも活性型IL-18のみを認識する抗体ではない。
 上述のように、活性型IL-18のみを検出する抗体が得られていないことから、活性型IL-18はウエスタンブロット法で分子量を確認することによって解析されている。ウエスタンブロット法は時間と手間を要することから、IL-18の関与が疑われる疾患であっても、臨床現場で活性型IL-18の存在が検査されるには至っていない。
 活性型IL-18のみを認識する抗体を得ることができれば、ELISAなどの簡便な方法によって、活性型IL-18の量を測定することが可能となり、IL-18関連疾患の診断に用いることができる。本発明は、活性型IL-18を特異的に認識する抗体を得ることを課題とする。
 本発明は以下のネオエピトープに結合する物質、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、抗体の機能的断片、及びこれら抗体を含むキット、また、前記モノクローナル抗体、又は機能的断片をコードする遺伝子、アミノ酸配列、及びヒト化抗体、ヒト抗体、医薬組成物に関する。また、ネオエピトープの範囲を同定する新しい方法、及び該方法に使用するキットに関する。
(1)活性型IL-18のみを認識する抗IL-18抗体。
(2)ヒトIL-18のネオエピトープを認識する(1)記載の抗IL-18抗体。
(3)前記抗IL-18抗体がモノクローナル抗体であり、重鎖可変ドメインが、GFSLSSSGMG(配列番号24)のアミノ酸配列からなるCDR1H領域、IWWDDDK(配列番号25)のアミノ酸配列からなるCDR2H領域、TRTRTYSNFGGGMAY(配列番号26)のアミノ酸配列からなるCDR3H領域を含み、軽鎖可変ドメインが、QSIAHSNGYTY(配列番号27)のアミノ酸配列からなるCDR1L領域、KVS(配列番号28)のアミノ酸配列からなるCDR2L領域、VQGSHVPLT(配列番号29)のアミノ酸配列からなるCDR3L領域を含むことを特徴とする(1)、又は(2)記載の抗IL-18抗体。
(4)前記抗IL-18抗体がモノクローナル抗体であり、重鎖可変ドメインが、GFSLTSYG(配列番号36)のアミノ酸配列からなるCDR1H領域、IWAGGST(配列番号37)のアミノ酸配列からなるCDR2H領域、ARESSYDAMDY(配列番号38)のアミノ酸配列からなるCDR3H領域を含み、軽鎖可変ドメインが、ENVVTY(配列番号39)のアミノ酸配列からなるCDR1L領域、GAS(配列番号40)のアミノ酸配列からなるCDR2L領域、GQGYSYPYT(配列番号41)のアミノ酸配列からなるCDR3L領域を含むことを特徴とする(1)又は(2)記載の抗IL-18抗体。
(5)H鎖可変領域のアミノ酸配列が配列番号11であり、L鎖可変領域のアミノ酸配列が配列番号15であることを特徴とする(3)記載の抗IL-18抗体。
(6)H鎖可変領域のアミノ酸配列が配列番号13であり、L鎖可変領域のアミノ酸配列が配列番号17であることを特徴とする(4)記載の抗IL-18抗体。
(7)(3)、もしくは(4)記載のCDR配列、又は(5)、もしくは(6)記載の可変領域をコードする遺伝子をオープンリーディングフレーム領域として含む遺伝子。
(8)(3)~(6)いずれか1つ記載の抗IL-18モノクローナル抗体の機能的断片。
(9)(1)~(6)いずれか1つ記載の抗IL-18抗体、又は(8)記載の抗IL-18モノクローナル抗体の機能的断片を含む、活性型IL-18を検出、及び/又は定量するためのキット。
(10)前記モノクローナル抗体が、ヒト化抗体、又はヒト抗体であることを特徴とする(3)、又は(4)記載のCDR配列、又は(5)、又は(6)記載の可変領域を備えている抗IL-18モノクローナル抗体。
(11)(10)記載の抗IL-18モノクローナル抗体の機能的断片。
(12)(10)記載の抗IL-18モノクローナル抗体、又は(11)記載の機能的断片を有効成分として含む、IL-18関連疾患の治療に用いる医薬組成物。
(13)配列番号5(YFGK)により表されるアミノ酸に結合する抗体、若しくはその機能的断片からなるフラグメント、又は結合物質。
(14)配列番号4(YFGKLESK)により表されるアミノ酸に結合する抗体、若しくはその機能的断片からなるフラグメント、又は結合物質。
(15)抗体のネオエピトープ認識範囲を解析する方法であって、ネオエピトープ断端から5~15アミノ酸の長さのペプチドにおいて、ネオエピトープ断端の反対のN末端、又はC末端のアミノ酸を起点に順次連続的にアラニン、又はグリシンに置換したペプチドを作製し、抗体とペプチドの結合を測定することによって抗体のネオエピトープ認識範囲を解析する方法。
(16)基板と、ペプチドをクロスリンクするための試薬と、抗体の結合を可視化するための試薬を含むことを特徴とする(15)に記載の抗体のネオエピトープ認識範囲を解析する方法に用いるキット。
(17)対象に対して、(3)~(6)、(10)のいずれか1つに記載のモノクローナル抗体、(8)、(11)のいずれか1つに記載のモノクローナル抗体の機能的断片を投与するIL-18関連疾患の治療方法。
(18)前記対象は活性化型IL-18が健常者に比べて高値である(17)記載の治療方法。
(19)前記IL-18関連疾患が、成人スチル病、マクロファージ活性化症候群/血球貪食症候群、潰瘍性大腸炎、クローン病、間質性肺疾患、気管支喘息、アレルギー性鼻炎、2型糖尿病、虚血性腎炎、全身性エリテマトーデス、多発性硬化症、アトピー性皮膚炎、乾癬、痛風、関節リウマチのいずれかであることを特徴とする(17)、又は(18)に記載の治療方法。
(20)(3)~(6)、(10)のいずれか1つに記載のモノクローナル抗体、(8)、(11)のいずれか1つに記載のモノクローナル抗体の機能的断片、(9)記載のキットを用いて活性化型IL-18量を検査し、活性化型IL-18が健常者よりも高値を示す場合にはIL-18関連疾患であると判断する診断方法。
モノクローナル抗体9-10.2、及び8-4.1が、活性型IL-18を認識することをキャピラリーウエスタンイムノアッセイ法により解析した図。 成人スチル病( adult onsetStill’s disease、AOSD、あるいは成人発症スティル病とも言う。)患者血清中の活性型IL-18の検出結果を示す図。 免疫沈降法への応用結果を示す図。 モノクローナル抗体9-10.2、及び8-4.1のヒトIL-18機能阻害活性を示す図。 細胞免疫染色法への応用を示す図。 (A)モノクローナル抗体9-10.2、及び8-4.1のエピトープのネオエピトープ微分析法によるエピトープ解析結果を示す図。(B)アラニンスキャニングによるエピトープ解析結果を示す図。 (A)モノクローナル抗体9-10.2のIL-1837-44ペプチドとのネオエピトープ微分析法による表面プラズモン共鳴解析のセンサーグラム。(B)アラニンスキャニングによる表面プラズモン共鳴解析のセンサーグラム。(C)立体構造上のエピトープの位置を示す図。 9-10.2抗体とIL-1837-44ペプチドとの表面プラズモン共鳴解析のセンサーグラム モノクローナル抗体9-10.2、及び8-4.1の競合実験の結果を示す図。
 「エピトープ」とは、抗体によって認識される抗原(本発明の場合には活性型IL-18)の一部をいう。また、ネオエピトープとは、タンパク質分解酵素によりタンパク質が切断され、元のタンパク質には存在しない新しく形成されたタンパク質断端のことをいう。IL-18は、pro-IL-18がcaspase1/4で切断され、活性型IL-18となる。活性型IL-18に新しく形成された断端をIL-18のネオエピトープという。活性型IL-18とは、ネオエピトープを有したIL-18の37位~193位のペプチドをいう。
 本発明の抗体は、以下に示すように活性型IL-18に特異的に結合するモノクローナル抗体、又は誘導体をいう。また、モノクローナル抗体と同様の方法で得ることのできるポリクローナル抗体も含むものとする。さらに、元の抗体と実質的に同じ抗原特異性を示す当該抗体の機能的断片をも含むものとする。抗体の機能的断片には、Fab、Fab’、F(ab’)、単鎖抗体(scFv)、ジスルフィド安定化V領域断片(dsFv)、もしくはCDRを含むペプチドなどの抗体の機能的断片が含まれる。
 また、本発明で特定した活性型IL-18に特異的に結合するモノクローナル抗体を遺伝子組換え技術を利用してヒト型キメラ抗体、ヒト化CDR移植抗体などとしたヒト化抗体、遺伝子改変マウス、ファージディスプレイ法を用いて作製したヒト抗体もまた本発明の抗体に含まれる。ヒト化抗体、ヒト抗体は、ヒトに投与した場合、ヒト以外の動物の抗体に比べ副作用が少なく、その治療効果が長時間持続する。
 さらに、本発明で特定した活性型IL-18断端のエピトープに結合する物質も同様に活性化型IL-18の検出等に使用することができる。そのような物質としては、ペプチドアプタマー、核酸アプタマーなど抗体以外の物質で特異的にネオエピトープに結合する物質がある。アプタマーの作製方法は、two-hybrid法、SELEX法など、公知の方法を用いれば良い。
 本明細書において「IL-18関連疾患」とは、活性型IL-18が過剰に細胞外に放出されることにより惹起される疾患、あるいはIL-18によって増悪する可能性のある疾患をいう。IL-18関連疾患は、IL-18の過剰発現で発症、増悪している疾患である。IL-18関連疾患には、成人スチル病(AOSD)、若年性スチル病、膵がん、肺がん、大腸がんなどの悪性腫瘍、クリオピリン関連周期熱症候群、全身性エリトマトーデス(SLE)、多発性硬化症、若年性突発性関節炎(JIA)、気管支喘息、気管支拡張症、慢性閉塞性肺疾患(CDPD)、輸血関連肺傷害、気管支肺異形成症(BPD)、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)、間質性肺疾患(ILD)、突発性肺線維症、嚢胞性線維症、関節リウマチ、代謝性骨疾患、肝臓及び腸管での重篤な臓器傷害、心不全、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、眼球乾燥症(DED)、角膜炎、角膜血管新生、病的眼球内血管新生、虹彩炎、緑内障、黄斑変性症、シェーグレン症候群、自己免疫性ブドウ膜炎、ベーチェット病、結膜炎、アレルギー性結膜炎、眼瞼皮膚炎、アレルギー性鼻炎、2型糖尿病、非アルコール性脂肪肝疾患(NAFLD)、脂肪性肝炎、虚血再灌流傷害、家族性地中海熱、TNF受容体関連周期性症候群、高IgD症候群、痛風、シュニッツラー症候群、顕微鏡的多発血管炎、肉芽腫性多発血管炎、好酸球肉芽腫性多発血管炎からなるANCA関連血管炎、橋本病、クローン病、潰瘍性大腸炎、免疫グロブリン-4(IgG4)関連疾患、肺動脈高血圧症、アトピー性皮膚炎、NLRC4関連自己炎症性疾患(あるいはNLRC4インフラマソーム症)などが含まれる。
 これらIL-18関連疾患ではIL-18の機能を阻害する薬剤によって治療効果が得られることが期待される。したがって、これらIL-18関連疾患が疑われる患者において、活性型IL-18の発現量を検査することによって、IL-18の機能を阻害する薬剤を適用すべきか否かを判断することができる。また、以下の実施例で示すように、ネオエピトープを認識する抗体自体がIL-18の機能を抑制することから、これを治療に用いることができる。
 本明細書において「キット」とは、以下の実施例で示すウエスタンブロット法、キャピラリーウエスタンイムノアッセイ法、免疫沈降法、免疫染色法、ELISAに限らず、本明細書で開示する抗体を用いてIL-18を検出、定量、あるいは、その機能を評価する目的のために、必要な試薬、器具などを構成要素とするパッケージングされた組み合わせをいう。また、ネオエピトープ解析するためのキットとしては、ネオエピトープを解析する方法に必要な基板、発色試薬などの構成要素がパッケージングされた組み合わせをいう。
 以下の実施例において、本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
[実施例1]抗体の作製
 抗体の作製に関しては、島根大学動物実験専門委員会に動物実験計画承認申請書を申請し、承認を受けたうえで施行した。
 活性型IL-18タンパク質のN末端配列に位置する37位~44位のペプチドにシステイン(C)をC末端に付加したペプチド(配列番号1、YFGKLESKC)を常法に従い合成した。
 感作抗原としてkeyhole-limpet hemocyanin(以下、KLH)をImject Maleimide-Activated mcKLH spin Kit(Thermo Scientific)を用いて配列番号1のペプチドにクロスリンク後、常法に従いマウスに免疫した。
 同じペプチドを牛血清アルブミン(以下、BSA)にImject Maleimide-Activated BSA spin Kit(Thermo Scientific)を用いてクロスリンクし、これを用いてELISA法によりスクリーニングを行い、ハイブリドーマ9-10.2、及び8-4.1を選別樹立した。なお、ハイブリドーマ9-10.2、8-4.1が産生する抗体を、それぞれ9-10.2抗体、8-4.1抗体と称する。
 IsoStrip マウスモノクローナル抗体アイソタイピングキット(Sigma)を用いて、ハイブリドーマ9-10.2、及び8-4.1が産生する活性型IL-18を認識するモノクローナル抗体9-10.2、及び8-4.1のアイソタイプを確認したところ、共にIgG1,κであった。
 [実施例2]9-10.2抗体、及び8-4.1抗体の評価(キャピラリーウエスタンイムノアッセイ法)
 認識部位の異なる抗IL-18抗体(11-4.1、エピトープ:IL-18の63位から68位の領域、配列番号2、RPLFED)との性能比較を行った。11-4.1抗体は、本発明者らが樹立したハイブリドーマが産生するモノクローナル抗体であり、IL-18を高感度に検出することがすでに示されている抗体である。
 大腸菌で発現し精製した全長IL-18を、大腸菌で発現精製した活性型caspase-4105-377(caspase-4の105位~377位のペプチドを意味する。以下、N末端のアミノ酸位置、C末端のアミノ酸位置でペプチドを特定して記載することがある。)と混合し、活性型IL-18タンパク質(IL-1837-193)を精製取得した。エドマン分解法により精製したタンパク質のN末端配列を決定したところ、予想通りYFGKLであった。これは活性型のIL-18のN末端である37位のチロシンから、41位のロイシンに該当する。
 また、開始コドンATG、及びC末端にHisタグを付加したIL-18タンパク質(37位~193位)を大腸菌で発現精製した。この場合、合成開始メチオニン(Met)の次のアミノ酸がチロシン(37Y)であるため、メチオニンアミノペプチダーゼが作用できないため合成開始メチオニンが脱離せず(非特許文献3、4)、Met-IL-1837-193-Hisタンパク質となると考えられる。エドマン分解法により精製タンパク質のN末端配列を決定したところ、予想通り合成開始メチオニンが付加していた。
 これらタンパク質を用いて、認識部位の異なる抗IL-18抗体(11-4.1、エピトープ:IL-18の63RPLFED68)と9-10.2抗体、及び8-4.1抗体との比較を行った。
 活性型caspase-4105-377で切断した200、100、50、25ng/mL濃度の活性型IL-18タンパク質、及び200、100ng/mL濃度のN末端に合成開始メチオニンが付加したMet-IL-1837-193-Hisタンパク質をWes(プロテインシンプル社)を用いてキャピラリーウエスタンイムノアッセイ法により検出した。1次抗体として、各精製抗体を0.4mg/mLに調整後、125倍希釈で使用した。露光時間、2次抗体など他の条件はすべて同一条件で行った。結果を図1に示す。
 9-10.2抗体、及び8-4.1抗体は、活性型IL-18タンパク質IL-1837-193は認識するにもかかわらず、活性型IL-18のN末端にメチオニンが付加されたMet-IL-1837-193-Hisタンパク質は認識しなかった。一方、IL-18の63位~68位をエピトープとする11-4.1抗体は、活性型IL-18(IL-1837-193)、Met-IL-1837-193-Hisタンパク質も同じように認識した。
 活性型IL-18もMet-IL-1837-193-Hisタンパク質も、IL-18の37位から193位の領域を含んでいる。しかし、9-10.2抗体、及び8-4.1抗体は、Met-IL-1837-193-Hisタンパク質を認識しなかった。すなわち、これら抗体は37位のチロシンのN末側にアミノ酸が付加しているペプチドは認識できず、IL-1837-193タンパク質、すなわち、活性型IL-18に存在するネオエピトープを認識することを示している。
[実施例3]臨床検体を用いた9-10.2抗体、及び8-4.1抗体の評価(キャピラリーウエスタンイムノアッセイ法)
 成人スチル病(AOSD)は、IL-18タンパク質が高値を示すことが報告されている疾患である(非特許文献5)。島根大学医学部の倫理委員会の承認を受け、患者血清中のIL-18タンパク質を、キャピラリーウエスタンイムノアッセイ法により検出した。患者血清は10倍希釈し、1次抗体として、9-10.2抗体を0.4mg/mLに調整後、1:125倍希釈で使用した。内部標準タンパク質として、実施例2で用いた活性型IL-18タンパク質(IL-1837-193)を用い、患者血清中に含まれる活性化型IL-18の量及び分子量を実施例2と同様にして解析を行った。結果を図2に示す。10名の患者において活性型IL-18、すなわち標準タンパク質として用いたIL-1837-193と同じサイズにバンドが検出された。また、図2の下に患者血清中に存在した活性型IL-18の量を示しているが、極めて微量の活性化型IL-18も定量することができた。
 実施例3で示すように、活性型IL-18を認識する抗体である9-10.2、及び8-4.1抗体を用いれば、非常にシンプルな方法によって活性型IL-18を検出することができる。
[実施例4]9-10.2抗体、及び8-4.1抗体の免疫沈降法への応用
 免疫沈降法における有用性について、認識部位の異なる11-4.1抗体と比較し評価した。全長IL-18タンパク質を活性型caspase-4105-377とともに293T細胞で発現させた。既存のFlagタグ抗体(M2)はネガティブコントロール抗体として使用した。免疫沈降産物は自家製の抗IL-18ウサギポリクローナル抗体でウエスタンブロット法により検出した。結果を図3に示す。
 図3上段には、全長IL-18、活性型IL-18、各抗体が認識する部位を模式的に示している。293T細胞に全長IL-18、及び活性形caspase-4を発現させると、全長IL-18タンパク質は、活性型caspase-4で切断されるが、細胞内には切断されていない全長IL-18が存在している。11-4.1抗体で免疫沈降した結果は、全長IL-18タンパク質が多く免疫沈降されてきており、細胞内には切断されていないpro-IL-18が多く存在していることを示している。一方、8-4.1、9-10.2抗体で免疫沈降した場合には、全長IL-18は免疫沈降されておらず、より多くのIL-1837-193が免疫沈降されている。つまり、9-10.2抗体、及び8-4.1抗体は細胞内でcaspase-4105-377により切断された活性型IL-1837-193タンパク質を特異的に認識し効率よく免疫沈降できるモノクローナル抗体であることが明らかとなった。
[実施例5]9-10.2抗体、及び8-4.1抗体のヒトIL-18機能阻害活性
 大腸菌で発現精製した活性型IL-18タンパク質を急性骨髄性白血病細胞株KG-1(JCRB0065)に添加するとIFN-γが産生されることが知られている(非特許文献6)。抗体がIL-18機能阻害抗体であれば、IL-18によるIFN-γ産生を阻害する(図4上模式図参照)。
 KG-1細胞に活性型IL-18を0.5ng、9-10.2抗体、及び8-4.1抗体の濃度を変えて添加して、IFN-γの産生をIFN-γ検出ELISA法(Diaclone社、IFN-γELISAセット)により検出した。その結果、9-10.2、及び8-4.1抗体は量依存的にIFN-γの産生に対し阻害活性を示した(図4下)。9-10.2、及び8-4.1抗体はいずれもヒトIL-18機能を阻害する抗体として作用することから、IL-18が過剰に発現することによって惹起される疾患や増悪する疾患の治療に用いることができる。特に、9-10.2はIC50が2.8nMと非常に強い阻害活性を示した。
[実施例6]9-10.2抗体、及び8-4.1抗体の細胞免疫染色法への応用
 全長IL-18タンパク質(human IL-18)をG196タグ(DLVPR、配列番号3、特許文献11)が融合した活性型caspase-4105-377(G196-Caspase-4105-377)の存在下(図5左)あるいは非存在下(図5右)で293T細胞に発現させた。ホルマリン固定後、常法に従い9-10.2抗体を用いて細胞免疫染色を行った。
 活性型caspase-4105-377の存在は、G196を認識するウサギポリクローナル抗体(G196 pAb)により検出した(図5左、右上)。また、活性型caspase-4非存在下においてIL-18の存在は、IL-18を認識するウサギポリクローナル抗体(αIL-18 pAb)により検出した(図5右、右上)。活性型caspase-4存在下(図5左)では、9-10.2抗体によってIL-18の存在が確認されている。一方、caspase-4非存在下(図5右)では、IL-18の存在がウサギポリクローナル抗体によって確認されているにもかかわらず、IL-18は9-10.2抗体によって検出されない。すなわち、9-10.2抗体は、細胞免疫染色法においても細胞内でcaspase-4105-377により切断された活性型IL-1837-193タンパク質を特異的に認識できるモノクローナル抗体であることを示している。
[実施例7]9-10.2抗体、及び8-4.1抗体のエピトープの検討
 上述のようにcaspaseなどのタンパク質分解酵素によりタンパク質が切断されると、通常のタンパク質には存在しないタンパク質断端、ネオエピトープが形成される。抗体作製に用いたネオエピトープペプチドにおいて、抗体認識に重要なネオエピトープ断端とは反対のN末端あるいはC末端のアミノ酸を起点に順次連続的にアラニンに置換したペプチドを作製し、抗体のネオエピトープ認識範囲を同定した。この抗体が認識するネオエピトープの範囲を決定する方法を「ネオエピトープ微分析法」と命名した。ネオエピトープ微分析法は、1アミノ酸ずつアラニンに置換するアラニンスキャニング法とは異なり、連続してアラニンに置換することにより抗体のエピトープを決定する方法である。ネオエピトープ微分析法は、ネオエピトープにおける抗体の結合領域を決定するのに優れた方法である。ここでは以下に示すようにELISAによって定量的な解析を行っているが、ELISAに限らず、SPR法などによっても解析が可能である。また、以下の実施例ではアラニンに置換して解析を行っているが、分子量が小さく、構造的に大きな変化をもたらさないアミノ酸、例えば、グリシンなどを用いることもできる。
 ネオエピトープペプチド(37位~44位)のC末端のアミノ酸(44位のリシン(K44))を起点に順次連続的にアラニンに置換したペプチドにクロスリンク用CysをC末端に付加したペプチドを常法に従い合成した。各ペプチドにBSAをImject Maleimide-Activated BSA spin Kitによりクロスリンクし、ELISA法により9-10.2抗体、及び8-4.1抗体の認識部位の解析を行った。図6(A)のELISAプレート写真の右には、プレートリーダーで取得した吸光度を野生型のペプチドを100として標準偏差と共に示した。
 40位のリシンから44位のリシンまでをアラニンに置換したペプチドに対しては、どちらの抗体もほとんど反応性を示さないが、40位のリシンが存在することにより、野生型のペプチドの1/4程度の反応性を示す。さらに、41位から43位まで置換するアラニンの数が減っても抗体の反応性にはさほど変化はない。
 次に、アラニンスキャニング法により、エピトープ解析を行った。活性型IL-18タンパク質のN末端配列ペプチド(37位~44位)にクロスリンク用にシステインをC末端に付加したペプチド(YFGKLESKC、配列番号1)の各アミノ酸のアラニン変異体を常法に従い合成した。上記と同様に、BSAをクロスリンクした各ペプチドを用いたELISA法により9-10.2抗体、及び8-4.1抗体の認識部位解析を行った(図6(B))。
 9-10.2、及び8-4.1抗体は共に、活性型IL-18タンパク質のN末端配列ペプチドの一番目のアミノ酸(37位のチロシン(Y)をアラニン(A)に変えたペプチド(Y37A)、G39Aペプチド及びK40Aペプチドをほとんど認識できなかった。また、L41A、E42Aの変異体に対しては弱い結合を示し、F38A、S43A、及びK44Aの変異体に対しては、50%程度の結合を示した。
 さらに、同じペプチドを用い表面プラズモン共鳴解析を行った。ネオエピトープペプチド(37位~44位)のC末端のアミノ酸(44位のリシン(K44))を起点に順次連続的にアラニンに置換したペプチドにクロスリンク用CysをC末端に付加した各ペプチドをリガンドチオールカップリング法によりセンサーチップCM5(GE Healthcare、BR100012)に固定化した。精製抗体9-10.2を50nMの濃度で、Biacore X100(GE Healthcare)を用いてsingle-cycleで測定し「ネオエピトープ微分析」を行なった(図7(A))。
 40位のリシンから44位のリシンまでをアラニンに置換したペプチドに対しては、まったく結合しなかったが、40位のリシンが存在することにより、結合がみられるようになった。さらに、40位のリシンが存在することにより、ペプチドからの乖離については41位から43位まで置換するアラニンの数が減っても抗体の反応性にはさほど変化はなかった。
 次に、活性型IL-18タンパク質のN末端配列ペプチド(37位~44位)にクロスリンク用にシステインをC末端に付加したペプチド(YFGKLESKC、配列番号1)の各アミノ酸のアラニン変異体をリガンドチオールカップリング法によりセンサーチップCM5に固定化した。精製抗体9-10.2を50nMの濃度で、Biacore X100を用いてsingle-cycleで測定し「アラニンスキャニング分析」を行なった(図7(B))。
 9-10.2抗体は、活性型IL-18タンパク質のN末端配列ペプチドの三番目のアミノ酸(39位のグリシン(G))をアラニン(A)に変えたペプチド(G39A)をまったく認識できなかった。Y37A、K40A変異体に対しては乖離しやすくなっており、F38A、L41A、E42A、S43A、及びK44Aの変異体に対しては、乖離には影響していないことが明らかとなった。
 表面プラズモン共鳴解析によっても、図6に示したELISAによる解析と同様の結果を得ることができた。「ネオエピトープ微分析」によって結合に重要となるコア領域を、「アラニンスキャニング分析」によって、結合に重要なアミノ酸の情報を得ることができる。
 既知のヒトIL-18のNMR構造解析(PDB:1J0S、図7(C))も併せて考えると、9-10.2抗体、及び8-4.1抗体は、構造表面に露出している37位のチロシン(Y37)から44位のリシン(K44)までの8アミノ酸が認識には重要であると考えられる。
 さらに、上記ネオエピトープ微積分法による結果から、9-10.2抗体、及び8-4.1抗体が認識するためには、37位から40位までのペプチドが特に重要であることが明らかとなった。すなわち、9-10.2抗体、及び8-4.1抗体はともにエピトープとしてYFGKLESK(配列番号4)、ミニマムエピトープとしてYFGK(配列番号5)を認識することが明らかとなった。
 ペプチドYFGKLESK、あるいはYFGKは、活性化型IL-18を認識する抗体が結合するエピトープである。したがって、これら配列を含むペプチドを免疫原とするワクチン、あるいはこのペプチドを含む領域とともに、IL-18受容体と結合するIL-18の他の領域のペプチドとを組み合わせて治療薬として使用できる可能性がある。
 また、IL-18BPのうち構造解析されている3F62(poxvirusのIL-18BP)、及び4EEE(yatapovirusのIL-18BP)のIL-18結合部位は、Y37、F38、G39の領域が含まれている(非特許文献7、8)。ヒトIL18BPの構造解析はまだ行われていないが、一次配列が類似しており、同じ領域に結合する可能性が高い。IL-18BPが結合したIL-18には、9-10.2抗体、及び8-4.1抗体は結合しないものと考えられる。したがって、これら抗体を使用することによって、IL-18BPが結合していないフリーのIL-18を測定することができる。
 具体的には、9-10.2抗体、あるいは8-4.1抗体を基板にコートし、血清と反応させる。IL-18BPが結合したIL-18には9-10.2抗体や8-4.1抗体は結合することができず、ネオエピトープが露出している活性化型IL-18のみを捕捉することができる。捕捉されたIL-18を別の部位を認識する抗体と反応させ、測定を行えばよい。これまで、煩雑な方法で測定していたIL-18BPと結合していないフリーのIL-18もELISAによって簡便に測定することが可能となる。
[実施例8]9-10.2抗体とIL-1837-44ペプチドとの親和性解析(表面プラズモン共鳴解析)
 活性型IL-18タンパク質のネオエピトープペプチド(37位~44位)にクロスリンク用にシステインをC末端に付加したペプチド(YFGKLESKC、配列番号1)をリガンドチオールカップリング法によりセンサーチップCM5に固定化した。精製抗体9-10.2を0.4nM~250nMの範囲で5濃度、5倍希釈系列でBiacore X100を用いてsingle-cycleで測定した(図8)。解析はbivalent analysisで行った。
 結果は、K:1.9x10-10M、K:2.1x10-1-1、K:4.0x10-5-1であった。9-10.2抗体は、非常に高い親和性で、活性型IL-18タンパク質のN末端配列ペプチドに結合していることが明らかとなった。
[実施例9]モノクローナル抗体9-10.2、及び8-4.1の競合実験解析
 実施例7のエピトープ解析からモノクローナル抗体9-10.2、及び8-4.1は同じエピトープを認識していると考えられる。さらに、実施例8の結果から、9-10.2抗体は非常に高い親和性でネオエピトープに結合していることが明らかになった。そこで、モノクローナル抗体9-10.2、及び8-4.1の競合実験を行い、9-10.2抗体、8-4.1抗体が同一のエピトープを認識し、競合するか解析を行った(図9)。
 配列番号1のペプチド(YFGKLESKC)にBSAをクロスリンクさせ、50mM NaHCOを用い5ng/100μlに調整し、ELISAプレートに、4℃で一晩コーティングした。常法によりELISAプレートはブロッキング、洗浄を行い、0、100、300、1000ng/100μlに調整した9-10.2、あるいは8-4.1抗体溶液を添加し、25℃で1時間反応を行った。なお、抗体を入れないウェルには洗浄液のみを添加している(図9、HRPを付加していない1次抗体参照。)。
 次に、HRPラベルした各抗体(0.5μg/μl)を洗浄液にて100倍希釈し、一次抗体として8-4.1抗体をペプチドに結合させたウェルには、HRP標識した9-10.2抗体を、9-10.2抗体をペプチドに結合させたウェルにはHRP標識した8-4.1抗体を100μlずつ添加し、25℃ 1時間インキュベートした(図9、HRPを付加した2次抗体参照。)。その後、洗浄を行い、発色させ、吸光度を測定した(図9、吸光度 450nm-620nm参照。)。
 1次抗体として8-4.1抗体を、2次抗体としてHRP標識した9-10.2抗体を用いると、9-10.2抗体が1次抗体である8-4.1抗体と競合した結果、ペプチドに結合することが示された。したがって、9-10.2、8-4.1抗体は互いに競合し、9-10.2抗体は8-4.1抗体と比較して、活性形IL-18に高い親和性を有することが明らかとなった。
[実施例10]抗体遺伝子の解析
 次に、各抗体の遺伝子解析を行った。ハイブリドーマ9-10.2、8-4.1よりRNAを抽出後、oligo-dTプライマーを用いて逆転写しcDNAを作成した。合成したcDNAを、H鎖及びL鎖のプライマーセットを用いて、ダイレクトシークエンス法により超可変領域の抗体遺伝子の配列、及びアミノ酸配列を決定した。
 用いたH鎖及びL鎖のプライマーの配列は以下のとおりである。
H鎖プライマー
VH1-1S:5′-ggggatcc ag gts mar ctg cag sag tcw gg-3′(配列番号6)
       s=g+c、m=a+c、r=a+g、w=a+t
IgG2-1AS:5’-gggaattc ctt gac cag gca tcc tag agt ca-3’(配列番号7)
L鎖プライマー
VK-1S:5′-ggggatcc gay att gtg mts acm car wct mca -3(配列番号8)
       y=c+t、m=a+c、s=g+c、r=a+g、w=a+t
CK-2AS:5’-gggaattc gaa gat gga tac agt tgg
tgc-3’(配列番号9)
 なお、下線部は制限酵素の認識サイトを示す。
 H鎖の遺伝子解析によって、9-10.2抗体のH鎖の塩基配列(配列番号10)、アミノ酸配列(配列番号11)、8-4.1抗体のH鎖の塩基配列(配列番号12)、アミノ酸配列(配列番号13)を決定した。また、L鎖の遺伝子解析によって、9-10.2抗体のL鎖の塩基配列(配列番号14)、アミノ酸配列(配列番号15)、8-4.1抗体のL鎖の塩基配列(配列番号16)、アミノ酸配列(配列番号17)を決定した。
 9-10.2抗体、8-4.1抗体の各相補性決定領域(CDR)のアミノ酸配列、遺伝子配列について以下にまとめる。
[表1]
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
[表2]
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
[表3]
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
[表4]
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
 本実施例で示したように、上記CDRを有する抗体は、感度、特異度良く活性型IL-18を特異的に認識する抗体である。したがって、ELISAなど臨床現場でも簡便に実施できる方法によって、活性型のIL-18を検出することが可能となる。その結果、臨床現場においてIL-18関連疾患か否かを簡便に判断することできることが可能となり、治療方針の策定に役立てることができる。また、ウエスタンブロッティング、キャピラリーウエスタンイムノアッセイ法、免疫沈降法、細胞免疫染色法など様々な方法に応用することができるので、研究用試薬としても広く応用することができる。さらに、IL-18の機能を阻害することができることが明らかになっており、IL-18関連疾患を治療する薬剤としても非常に有用な抗体である。

Claims (16)

  1.  活性型IL-18のみを認識する抗IL-18抗体。
  2.  ヒトIL-18のネオエピトープを認識する請求項1記載の抗IL-18抗体。
  3.  前記抗IL-18抗体がモノクローナル抗体であり、
     重鎖可変ドメインが、GFSLSSSGMG(配列番号24)のアミノ酸配列からなるCDR1H領域、
     IWWDDDK(配列番号25)のアミノ酸配列からなるCDR2H領域、
     TRTRTYSNFGGGMAY(配列番号26)のアミノ酸配列からなるCDR3H領域を含み、
     軽鎖可変ドメインが、QSIAHSNGYTY(配列番号27)のアミノ酸配列からなるCDR1L領域、
     KVS(配列番号28)のアミノ酸配列からなるCDR2L領域、
     VQGSHVPLT(配列番号29)のアミノ酸配列からなるCDR3L領域を含むことを特徴とする請求項1、又は2記載の抗IL-18抗体。
  4.  前記抗IL-18抗体がモノクローナル抗体であり、
     重鎖可変ドメインが、GFSLTSYG(配列番号36)のアミノ酸配列からなるCDR1H領域、
     IWAGGST(配列番号37)のアミノ酸配列からなるCDR2H領域、
     ARESSYDAMDY(配列番号38)のアミノ酸配列からなるCDR3H領域を含み、
     軽鎖可変ドメインが、ENVVTY(配列番号39)のアミノ酸配列からなるCDR1L領域、
     GAS(配列番号40)のアミノ酸配列からなるCDR2L領域、
     GQGYSYPYT(配列番号41)のアミノ酸配列からなるCDR3L領域を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の抗IL-18抗体。
  5.  H鎖可変領域のアミノ酸配列が配列番号11であり、
     L鎖可変領域のアミノ酸配列が配列番号15であることを特徴とする請求項3記載の抗IL-18抗体。
  6.  H鎖可変領域のアミノ酸配列が配列番号13であり、
     L鎖可変領域のアミノ酸配列が配列番号17であることを特徴とする請求項4記載の抗IL-18抗体。
  7.  請求項3、もしくは4記載のCDR配列、又は請求項5、もしくは6記載の可変領域をコードする遺伝子をオープンリーディングフレーム領域として含む遺伝子。
  8.  請求項3~6いずれか1項記載の抗IL-18モノクローナル抗体の機能的断片。
  9.  請求項1~6いずれか1項記載の抗IL-18抗体、又は請求項8記載の抗IL-18モノクローナル抗体の機能的断片を含む、
     活性型IL-18を検出、及び/又は定量するためのキット。
  10.  前記モノクローナル抗体が、
     ヒト化抗体、又はヒト抗体であることを特徴とする請求項3、又は4記載のCDR配列、又は請求項5、又は6記載の可変領域を備えている抗IL-18モノクローナル抗体。
  11.  請求項10記載の抗IL-18モノクローナル抗体の機能的断片。
  12.  請求項10記載の抗IL-18モノクローナル抗体、又は請求項11記載の機能的断片を有効成分として含む、
     IL-18関連疾患の治療に用いる医薬組成物。
  13.  配列番号5(YFGK)により表されるアミノ酸に結合する抗体、若しくはその機能的断片からなるフラグメント、又は結合物質。
  14.  配列番号4(YFGKLESK)により表されるアミノ酸に結合する抗体、若しくはその機能的断片からなるフラグメント、又は結合物質。
  15.  抗体のネオエピトープ認識範囲を解析する方法であって、
     ネオエピトープ断端から5~15アミノ酸の長さのペプチドにおいて、
     ネオエピトープ断端の反対のN末端、又はC末端のアミノ酸を起点に順次連続的にアラニン、又はグリシンに置換したペプチドを作製し、
     抗体とペプチドの結合を測定することによって抗体のネオエピトープ認識範囲を解析する方法。
  16.  基板と、
     ペプチドをクロスリンクするための試薬と、
     抗体の結合を可視化するための試薬を含むことを特徴とする請求項15に記載の抗体のネオエピトープ認識範囲を解析する方法に用いるキット。
     
PCT/JP2019/047154 2018-12-03 2019-12-03 活性型インターロイキン-18タンパク質のネオエピトープを認識する抗体、及びその応用 WO2020116423A1 (ja)

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