JPH01501439A - 遺伝子修飾され生体内で増殖された真核宿主細胞における誘導発現機構によるタンパク質の生産方法 - Google Patents

遺伝子修飾され生体内で増殖された真核宿主細胞における誘導発現機構によるタンパク質の生産方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 遺伝子修飾され生体内で増殖された真核宿主細胞における誘導発現機構によるタ ンパク質の生産方法序論 本発明は、遺伝子工学の技術による、さらに詳しくは、遺伝子修飾された適当な 真核宿主細胞において着目遺伝子を誘導発現させることによる、着目タンパク質 の生化学的生産方法に関する。
種々の細胞型における着目遺伝子産物の産生のために、例えば熱衝撃発現要素の 、)な支配下に、遺伝子を誘導発現させることの利用および利点は以前に説明さ れている〔国際出願、PCT/EP86100451およびEP 848100 66.5 、DREANOら、Gene(1987) 49巻、第1〜8頁〕。
真核生物の発現機構に通用されるので、この技術は、能率的、一般的および高誘 導性の特徴のある、本質的な利点を有する。これらの要素は、生物学上および製 薬上重要なタンパク質の大量生産のために、特にそれらのタンパク質が複雑な、 修飾された、不安定な、あるいは潜在的に産生細胞に対し有毒な場合に、非常に 重要である。しかしながら、それらの経済的な効能は、低コストの細胞成長およ びタンパク質の精製に関連して、十分に能力のあるタンパク質の高レベルな産生 を保証できるような宿主/ベクターモデルの利用に太き(依存するであろう0例 えば、宿主細胞機構としての微生物の使用では、そのような機構から期待される べき理想の特性が単一の微生物種において認められないということが実証されて おり、より適切な発現機構およびベクターが必要とされる。
さらに、病気治療上重要なたいていのタンパク質は、分泌されたタンパク質であ り、活性および免疫特性のために、バクテリア内での翻訳後の修飾をしばしば必 要とし、そのような修飾は、翻訳時にはおそらく欠如している。
よって、組換え遺伝子をとりこんでいる遺伝子操作された真核細胞株の発展が、 真核細胞の培養技術がバクテリアのそれに比べて初期の状態にあるにもかかわら ず、最も有望な期待の要素となっている。
しかしながら、組織培養における最近の発展は、化学的に明確な培地を使って、 組織培養法の通用における工業生産への重要な突破口を構成することであるが、 現在、遺伝子操作された遺伝子発現機構を使って形質転換された細胞を増殖およ び大量培養するための改良された培養方法を必要としている。
大量培養に関連する主要な問題点の幾つかは、下記のものである。
一多数の細胞を得ること(特に無菌、材料、限定された人員、場所の点で)。
一生産コスト、特に、人力のためのコスト、および仔牛の胎児血清を含む培地の コストの削fli (FCSは、全生産コストの80%までに相当することがで きる)。
−産業上着目の期待されるタンパク質を、特に分泌タンパク質の場合に、精製す ること、およびそれらを使用された細胞培養の全浮遊培地から単離すること。
発明の概要 このように、適当な宿主細胞によりか(まわれている(harboured)着 目遺伝子の誘導発現を、工業的なスケールで開発する努力において、本発明者は 、添付された請求項1の中に開示された方法を探り出した。
簡単に言えば、免疫不全の動物に接種された際に腫瘍形成能のある適当な真核宿 主細胞系に、ストレス誘導性プロモーター支配下にある少な(とも1つの着目遺 伝子を含んでいる核酸構成物を移入する。“正常”な細胞を使って、無限の増殖 能力を細胞に与えるために形質転換遺伝子、例えば腫瘍遺伝子、を同時移入する 。そして、上記の着目遺伝子を誘導発現する能力のある形質転換細胞を、免疫不 全の動物に接種する。そのことにより、その細胞は、動物により一時的に増殖さ れ、腫瘍という形で現われる。驚くべきことに、正常な成長条件下では発現され ない転写単位の細胞の中に存在するにもかかわらず、増殖速度は非常に高く ( 1〜2週間内で接種数の約10’〜106倍)、細胞の変質およびストレス下で の着目遺伝子の発現能力の低下もない。この方法は、また、迅速かつ比較的低費 用で、天然タンパク質の工学的なタンパク質変異体の同定および試験量を得るの に特に有用である。
この段階で、温血動物内への腫瘍移植によるある細胞系の増殖は、それ自体、新 しいものではないことに注目するべきである。例えば、GB−A−208382 6(HAYASHIBAR八)は、インシュリンを生産しているヒトの腫瘍形成 細胞が、スートマウスあるいは免疫抑制された動物(ラット、ハムスター等)お よび鳥類のような温血動物内への移植により、増殖することを明らかにしている 。しかしながら、先行技術に伴う細胞系の種類は、島細胞腫、肺組織ガン、リン パ芽球あるいはハイブリドーマ細胞のような細胞系のみを含んでいる。本発明者 の知る限りでは、熱衝撃要素により支配される遺伝子を組み込んでいる細胞の増 殖に相当するものは、かつて報告されたことがない。さらに、ここに含まれる型 の細胞の生体内における速い増殖は、すなわち、組換えのストレス誘導発現機構 を含み、高い効率で、望ましくない抑制産物の産生のない、かつ十分に熱衝撃誘 導性を保つ増殖は、先行技術と比較して、ごく重要な技術段階を構成する。
手短かに言えば、請求の範囲に記載の方法を支持する実験は、下記の態様を含ん でいる。
重要な産物(ホルモン、酵素、および診断と製剤の適用のために重要な他のタン パク質)の生産をコードする遺伝子は、適当なベクター内の、真核生物由来(ヒ ト、ショウジヨウバエ等)の熱衝撃プロモーター要素の転写および翻訳の支配下 に置いた。所望により、他のプレカーサーもしくは翻訳後の配列およびそれらの 変異体もまた、関連する核酸の中へ挿入した。これら全ては、一般のDNA組換 え技術により実施された。この大部分は、前の出願(PCT/EP100451 )中に開示されており、ここにその内容を参照するものである。
次いで、hsp70配列支配下の着目バイブリフト遺伝子および腫瘍形成の形質 転換遺伝子を含む、組換えDNAを適当な宿主細胞に移入した。腫瘍の宿主細胞 を用いた時は、増殖を促すための付加的な腫瘍遺伝子は、必要でなかった。それ に対して、NIH−373のような宿主細胞を用いた時は、細胞性もしくはウィ ルス性起源の腫瘍形成の形質転換配列と一緒に同時移入を実行した。次いで、生 体内でさらに増大させ、熱衝撃下に遺伝子の発現を試した後、形質転換された細 胞系を免疫不全の動物、例えばヌードマウスあるいは免疫抑制されたラットに注 射し、腫瘍を約109〜1010細胞数まで成長させた。
腫瘍を取り出し、細かく切断し、例えばトリプシン分解するなどして細胞を解離 させ、次いで、それによって後にストレスを受けることができるような培地内に 置いた。熱衝撃支配の要素により作動される着目遺伝子は誘起されて、細胞は着 目タンパク質を発現させた。産生物を一般的な方法、例えばアフィニティークロ マトグラフィーで回集した。
この発明の種々の態様における詳細は、以下の記載および従属する請求項に開示 されている。これらの詳細は、下記に要約して列挙する添付図面を参照すること により、さらによく理解されるであろう。
添付図面の簡単な説明(第1〜8図および第11〜13図は写真である) 第1図は、細胞系(C1,6)の注射により形成された皮下(s、c、)腫瘍を もつヌードマウスを示す。
第2図は、ヌードマウスからの01.6腫瘍細胞の移植により誘発された筋肉内 (i、a+、)腫瘍をもつ5encarマウス(Siiiss由来)を示す。
第3図は、ヌードマウスからのC1,6細胞の移植により誘発されたs、c、腫 瘍をもつ、シクロスポリン免疫抑制ラットを示す。
第4図は、ヌードマウス内へのC1,61El胞の注射により誘発された、s、 c、腫瘍の組織学的外観を示す。
第5図は、第4図に示されたs、e、腫瘍を高倍率で示す。
分裂指数の高い発生率に注目されたい。
第6図は、ヌードマウス内へのC1,6細胞の注射により誘発された、s、c、 腫瘍を示す。血管の間隔に注目されたい。
第7図は、ヌードマウス内へのHBN2細胞の気管内滴注により誘発された、肺 の腫瘍(′fa維筋腫)を示す。
第8図は、肺内の腫瘍を高倍率で示す。
第9図は、プラスミドp17HBNの構成を図式的に表わしたものである。
第9a図は、プラスミドp17hGHdhfr(DreanoらGene、印刷 中)を表わす。それは、hsp70〜hGHハイブリッド遺伝子、およびSV4 0の初期プロモーター配列支配下のマウスのジヒドロ葉酸レダクターゼ遺伝子を 含み、SV40のターミネータ−配列により終結している。
第9b図は、プラスミドpV69 (Meneguzzi ら1984 、 E MBOJ、、3巻、第365〜371頁)を表わす。これは、単純庖疹チミジン キナーゼのプロモーターかつターミネータ−支配下にあるネオマイシン耐性遺伝 子、および5.4kbの牛乳頭腫ウィルス亜属のフラグメントを含んでいる。
第9C図は、7’y スミFp17hGHNEO(PCT/EP8610045 1)を表わす。これは、hsp70−bGHハイプリント遺伝子、およびSV4 0初期プロモーター配列の支配下にあるネオマイシン耐性遺伝子を含み、SV4 0のターミネータ−配列で終結している。
第9d図は、プラスミドpbGHBPVを表わす、これは、p17hG)l由来 の)!ind m BamHI フラグメントと、pV69の旧ndn[での消 化およびBamHIでの部分消化の結果生ずる7、5kbのフラグメントとの連 結反応の結果生成する。
第9e図は、プラスミドp17K NEOを表わす。これは、pV69由来の1 .8kbのHind m −BanHI フラグメント(HindI[I端は、 DNAポリメラーゼI (大きなフラグメント)を用いて埋められている〕と、 p17hGHNEOのPvu IIおよびBamHIでの消化の結果生ずる3、 4kbのフラグメントとの連結反応の結果生成するものである。
第9f図は、プラスミド1)17)IBNを表わす。これは、p17KNEO由 来の旧ndlll −BamHI フラグメントと、phG)I BPVのHi nd■での消化およびBamHIでの部分消化の結果生ずる6、Hbのフラグメ ントとの連結反応の結果生成するものである。
第10図は、含まれる種々のDNA配列を明確にするために第9図において用い た記号の記号解である。第9図において図示されたプラスミド内のこのような配 列のおおよその長さく塩基対)は、下記の表1において与えられている。
第12図は、解離および1リツトルの生物発酵槽内への接種の後、無血清培地内 でインキュベートされているC1.6腫瘍細胞を示す。
第13図は、解離および2リツトルの生物発酵槽内への接種の後、3g#!のc ytodex 1マイクロキヤリアーの存在下無血清培地内でインキュベートさ れているC1.6腫瘍細胞を示す。
表 I 第9a〜9f図における配列および組換え位置の同定。
プ立スま上 配且上工上 p17hGHdhfr D:0.6;B:<0.1;I:0.7; C’:0.7(ターミネータ−)二 0.4(プロモーター) K:0.7;A:2.3 pV69 L:0.5(プロモーター):0.3(ターミネータ−) J :x、o ;M:5.4 ;A2.2p17bc;HNEOD:0.6;B :<0.1;I:0.7; C:0.4(プロモーター)二 0.7(ターミネータ−): J:1.5;A:2.8 phGHBPV C:0.7 (ターミネータ−);p 17K NEOD : 0.6 ;B : <0.1 ;L:0.5(プロモーター): 0.3(ターミネータ−); J:1.O;A:2.8 p 17HBN D:0.6;B:<0.II;0.7C:0.7(ターミネー タ−); L:0.5(プロモーター): 0.3(ターミネータ−); J:1.O;M:5.4;A:2.8 BI:BamHI BII:BglII HII[:HindII[ PI[: PvuI[ 発明の詳細な説明 遺伝子組換えDNA構成物をかくまうために、適当な細胞系を選択しなければな らなかった。熱衝撃支配下にヒト成長ホルモン(hGH)の高レベルな生産をし ている細胞系(NIH3T3)は、Dreanoらによって報告されている(G ene (1987) 49巻、第1〜第8頁〕。簡単に言えば、1つの形質転 換された3T3マウス細胞系のクローン6 (C1,6)は、42℃で2時間の 熱衝撃に続く20時間を越える間、10’細胞数当り2〜5鱈のhG)Iを分泌 することができる。この濃度は、非熱処理の01.6細胞の培地において測定さ れるhctB、6度の1200倍である。
加えて、これらの細胞は、誘導サイクルを繰り返すのに利用可能であり、それ故 本発明における使用のために好都合であった。
我々は、以下に3種の遺伝子操作されたマウスの細胞系:り0−76 (C1, 6) 、HBN2およびりo −718(C1,1B) (7)移植結果を報告 する。これら3つの細胞系は、ヒトのhsp70−hGHハイブリッド遺伝子を 発現し、また以下の付加遺伝子; C1,6には、ヒトの)Iarvey c− ras遺伝子(Tabinら1982 、 Nature。
300巻、第143−149頁) 、HBN2には、牛乳頭腫つィ71/ス(B PV)亜属のフラグメントおよびネオマイシン耐性遺伝子(G418耐性株の選 択に用いられる) 、C1,18には、ネオマイシン耐性遺伝子(C1,18は 対照として使われる)、を含む。明らかに、他の着目遺伝子もまた、同様なりN A構成において、hsp70プロモーター配列の支配下に位置させ、同様に発現 させることができる。そのような着目遺伝子は、例えば、ウィルス性タンパク質 、ホルモン、酵素、血液タンパク質およびその他を含む。
熱衝撃制御の配列に関しては、他の熱衝撃制御要素を本発明に例示した特定の実 験において記載する配列に置き換えて使用できるということは明白である。我々 の出II (PCT/EP86100451)の中で開示した如き、ヌクレオチ ドの欠失、突然変異および挿入により得られる遺伝子操作された変異体もまた通 している。
ヌードマウス内への最初の2つの細胞系の移植は、注射動物において腫瘍を誘発 させた。タンパク質加水分解による解離もしくはコラーゲンでの処理の後、腫瘍 細胞は熱誘導後に親細胞と同量のhGl(を産生ずることができた。この方法論 を使って、我々は腫瘍当り約1010個の腫瘍細胞を得ることができた。最終的 に我々は、動物中の腫瘍から回収されたこれらの細胞を、1リフドルないし2リ ツトルの生物反応槽内のcytodexマイクロキャリアー上において、および 、これに加えて、化学的に明確な培地、無血清培地(SFM)あるいは無血清か つ無タンパク質培地(SPFM) (CHESSEBEUFおよびPADIEU 、 。
PCT/84/901363,6.PR−A−83104843参照)内で、容 易に培養できることを見出した。加熱を繰り返すと制御されたhGHの産生が再 度得られた。
1、クローン6 BALB NIB−3T3細胞(ATCC機構から提供された)は、ヒトの熱衝 撃タンパク質70 (hsp)プロモーターにより作動するヒト成長ホルモン( hG)l)遺伝子をもっているプラスミドI)17hGHdhfr−、第9a図 参照(プラスミドp17hGHdhfrはPCT/EP86100451に発表 されている)と、ヒトのc−ras腫瘍遺伝子をもっているプラスミドとにより 同時移入された。2週間後、病巣を単離し、培養し、次いで、hGH生産の分析 を行なった。
クローン6は、42℃で2時間の単一熱処理に続いて15時間内に、10’細胞 数当り3■のhG)Iを分泌することがわかった。
1.1 ヌードマウスへの1゜ ヌードマウスに注射され自発的に形質転換された3T3細胞は、腫瘍形成を引き 起こすことが可能である(RubinおよびArn5tein 1982+ C ancer Res、、300巻、第143〜149頁; Rubin1984 + J、Natl、Cancer In5t、+72巻、第375〜381頁) 。
−に上11 ど目色権 無血清培地0.1−中の10’−個の細胞をヌードマウスの背側の部位に皮下注 射した。最初の腫瘍が接種後3週間で明らかに目に見えるようになり(第1図) 、腫瘍が直径20mm (重量約3g)に達した時、それを切開した。この第一 世代の腫瘍(Gl/nで表わされる)の一部を培地中で切2)刻み、一部を後の 熱衝撃のための単層培地に接種するため再懸濁させ、そしてその他の部分を別の ヌードマウスに皮下注射した(G2/nを形成させるため)。最後に、腫瘍の残 りの部分を組織学的実験のためにホルムアルデヒドで固定した。これらの腫瘍細 胞は、プラスチック製皿上に付着する大きな力を持っていた。
実際、完全培地内に接種後30分で細胞の大部分が付着し、線維芽細胞の外観を 示した。−夜後、細胞は皿を覆い、死細胞はごくわずかしか観察されなかった( 第11図)、培地内で腫瘍細胞(Gl/n由来)を熱処理後、それらは10’細 胞数当り2.5〜5J!gのhGHを分泌することがわかった。これは、最初の C1,6細胞と同じ範囲内の生産であった。加えて、腫瘍切片(0,5〜Ig) は、熱処理後に浮遊培地内で20〜100 nのhGHを分泌することがわかっ た。8回に及びマウス内へ注入された腫瘍(G8/n)からの細胞についても、 同様な実験を実施した。表■(実験の部分を参照)は、C1,6を使って、ヌー ドマウスで24世代の間、および5encarマウスで8世代の間、熱制御生産 が一定速度に維持されることを示している。下記に記載の別のクローンHBN2 を使っても、ヌードマウスにおける最初の2世代からの細胞で同様な結果が観察 された。ヌードマウス内への連続した皮下注入の後、腫瘍の発病までの時間は、 30mmの腫瘍形成のためのわずか2週間に減少した。これに比較して、腫瘍細 胞が別のヌードマウス由来の時は、細胞培養から由来する腫瘍を得るのに4週間 を必要とした。皮下11瘍の組織学的外観(第4図〜第6図)は、ヌードマウス 内に注入している間、同様(高い有糸分裂指数をもつ線維肉腫)であった。C1 ,6を使ってヌードマウス内で形成される直径30mmに及ぶ腫瘍において、主 要な腫瘍の壊死は観察されなかつた。さらに、腫瘍の末梢は、毛細血管により十 分に浸っていた(第6図)。
1、1.2 ン゛、 組織培養由来のC1,6細胞(10’ IEI胞数)をヌードマウス内の腹腔内 にもまた注射した。注射後3週間、腹部の腫大が観察された時、マウスを犠牲に した。剖死時、著しい腹水をもった腫瘍が認められ、また、腹腔のリンパ節およ び腎臓周辺並びに肝臓において腫瘍の転移が観察された。顕微鏡上、この腫瘍は 、C1,6細胞の皮下注射で得られた腫瘍と同様であった。
1.2 5encarマウス への 遺伝的な免疫欠損ではない、マウスの5encar変種(実験の部分において説 明されるような5w1ss由来の変種)は、遺伝子操作された形質転換細胞に対 する宿主として、前述したヌードマウスへの注入の後に正常マウス内でこれらの 細胞が成長できるかどうかの試験として用いる。細胞培養から直接に5enca rマウス内で腫瘍を形成させる試みは、不成功であった。
しかしながら、ヌードマウス内の第一世代の腫瘍(Gl/n)を5encarマ ウスに皮下(s、c、)もしくは腹腔内(i、p、)注射した後で得られるC1 .6細胞は、5encarマウス内で各々、s、c、およびi、p、腫瘍を形成 した(Gl/s/scおよびGl/s/ipと称される、第2図)、この実験を ヌードマウス内の第二世代の腫瘍CG2ノn)を使って5encarマウス内に s、c、注射して繰り返すと、また5encarマウス内でs、c、腫瘍を形成 した。 5encarから5encarへのC1,611瘍の直接の注入もまた 成功した。5encarマウス内のi、p、腫gi1(Gl/s/ip)が、s 、c、、 i、p、および箔内(i、m、)経路により、いくつかの他の5en carマウスに移植されて、G2/s腫瘍を形成したからである。 i、m、お よびs、c、腫瘍を観察し続けると、5encarから5encarへの移植は 、継続可能である。
5encarマウス内の腫瘍の組織学的構造は、ヌードマウス内に誘発されるそ れと同様であった。
1.3”−)への 遺伝子操作され、形質転換された細胞の種間の異種移植片が腫瘍を形成できるか どうか確かめる為に、ヌードマウス内の成長した腫瘍(G4/n)を3匹の白変 種ラットに皮下移植(約75m5”切片)した、1匹は、免疫制御のためシクロ スポリンを投与され(実験の部を参照)、他の2匹は、その薬物を投与されなか った。移植後2週間で、腫瘍は2匹の正常ラットにおいて退化していた。一方、 シクロスポリン免疫抑制達していた(第3図)、剖死時、この腫瘍1よ、約2値 の生存している腫瘍細胞の層に囲まれた大きな壊死領域力1ら成ることが認めら れた(総合して約40g)。その組織学的外観番よ、再び前にマウス内に誘発さ れた腫瘍に等しし)、線維肉腫の構造であった。この腫瘍細胞からのhG)Iの 熱誘導生産番よ、ヌードマウスからのそれに等しかった。免疫抑制動物器よ、遺 伝子操作された細胞を成長するために興味ある宿主である。ラットに加えて、他 の溢血動物もまた用いることができる。
2、 クローンHBN2 IBN2もまた、プラスミドp17)IBNを取り込んでt)るNT)l−37 3細胞系由来のクローンである。このプラスミドの構成t′!第9a〜9b図に 示されるように、3つの翻訳単位、すなわち、(1)ヒトのhspプロモーター によって作動されるhG)I :Jjl(立子、(2)単純庖疹ウィルスチミジ ンキナーゼのプロモーター支配下のネオマイシン耐性遺伝子(G418耐性によ る細胞選択に使用される)、(3)マウスの線維芽細胞内で、プラスミドの安定 した形能でのマルチコピーを維持する要因となる配列を有する、牛乳頭腫ウィル ス亜属のフラグメント(Meneguzziら1984 、 EMBOJ、、  3巻、第365〜371頁)、を含んでむ)る。
2.1 ヌードマウスへの 培養(無血清培地0.1 af中の106個の細胞を使用)からのHBN2細胞 の移植は、2様式で実施した。1つの場合にお(1ては、細胞をヌードマウスの 内証に皮下注射した。1ケ月後成長が認められ、この第一世代の腫瘍(HBN2 /Gl/n)を取り出し、ハサミで切り刻み、次いで、腫瘍細胞を第二世代の腫 瘍(HBN2/G2/n)形成のためスートマウスの背部に注射した。
第2の場合においては、無血清培地0.5d中の10h個のHBN2細胞をヌー ドマウスの肺中の気管内に注入した。2ケ月後動物を副列させた時に、乳頭突起 部を侵している巨大な乳頭腫(直径10m)が認められた。その腫瘍(HBN2 /Gl/it)は、顕微鏡上肉腫であると査定された(第7図および第8図)。
また、クローンHBN2由来の腫瘍から単離された細胞は安定であり、熱誘導下 高い効率で、培地内に希望とするタンパク質を提供した(表■参照)。
3、 クローン18(M) NIH−373細胞に、プラスミドp17hGHdhfrを、SV40の初期プ ロモーター支配下にあるネオマイシン耐性遺伝子を有するプラスミドと共に同時 移入した(SouthernおよびBerg 1982゜J、Mo1.Appl 、Gen、1巻、第327〜341頁)。2週間後、6418耐性(浮遊培地1 −当り200 n>のクローンを単離し、増大させた。クローン18は、熱処理 後、10’細胞数当り約1.54のhGHを分泌することを見出した。上記に記 載した様に2匹のヌードマウスの内証に皮下注射した。3ケ月後、腫瘍は注射部 位において成長しなかった。これは移植が不成功であることを示している。
4、 ベト1皿上で した学 ′Piにおしる腫瘍1[(C1,&)を連続した トリプシン処理により解離させた。各トリブシ分解の段階からの一部を3種の培 地において、ベトリ皿上に接種した。
一5%仔牛脂児血清および5%新生仔牛血清の加わったWillian+s’E 溶液から成る、血清補足培地(SSM) (第11図参照)。
−4g/lの牛血清アルブミンおよび7.6μmo l / I!の6種遊離脂 肪a (FFA)の混合物の加わったWil l 1aIIls’ E培地から 成る、無血清培地。これら6種のFFAは、必要なアセチルCoAを提供してタ レブス回路機能を確実にするために不可欠であり、血清脂質の欠損下において要 求されるものである。
−50rNl/j!のデキストランおよび7.EljmoC#!の6種FFAを 含んでいるWilliams’E培地から成る、無血清かつ無タンパク質培地( SPFM)。培養後、細胞を通常のようにストレスにさらした。結果は表Hにお いて概略されている(実験の部参照)。
SFMおよびSPFMの使用に関連する利点は、(1)最適な成長および細胞機 能のための基礎的な合成培地の容易な選択、 (2)仔牛脂児血清の使用を削除することによるコストの低減、 (3)血清の多くの既知および未知の成分を削除した明確な培地の使用、 (4)既知量の有効因子および阻害因子を使った補足、(5)特にhGHのよう な分泌されたタンパク質のための抽出過程の簡略化、 (6)血清の外来的影響の排除、 (7)選択培地の容易な配合および使用、(8)アルブミンに結合した多くの汚 染物質の排除、(9)二倍体細胞系の表現型の発現に関する基礎的研究の継続、 (10)正常のもしくは組換えの真核細胞が、人間の投薬用の治療的あるいは生 物学的に活性な分子の生産のために培養される時WHOおよびFDAの要求を満 足させるような新規基礎培地の応用研究における技術革新。これらの利点は、C HESEBEtlFおよびPADIEUらにより教示されている(WO8410 3710) 、ベトリ皿上に再接種後、C1,6細胞は、SFMおよびSPFM においてSSMと正確に等しい性質、即ち、非常に速い固定化、線維芽の形態の 回復および完全コロニー化、を有した。腫瘍細胞は、いかなる汚染細胞が認めら れることな(、親株のC1,6m胞に等しかった。それ故、本方法に従って増大 された細胞を培養するために、SFMおよび5ppn培地を使用することは、技 術的かつ経済的に有利である。
5、 のC1,6 5,1マイクロキャ1アー る 各トリプシン分解後の約3・109個ずつの細胞を、3〜5n/12のcyto dexマイクロキャリアーと共に各々に3つの異なる培地の1つ250iを含ん でいる3つの生物発酵槽に接種した。接種後12時間で、マイクロキャリアーは 腫瘍細胞で十分に覆われた。トリパン青呈色は、いずれの培地においても死細胞 は3%より少ない存在であることを示した(第13図)。
23日よりも長い間、この期間のあいだに数回の42℃での4時間処理を施して 、細胞を生物光槽内で保存することが可能であった。 RIA(ラジオイムノア ンセイ)法を使って、hGHの産生に注目した0表■(実験の部を参照)は、細 胞が各熱処理後にhGHを分泌したことを示している。 SSMにおける産生は 、SFHにおけるよりも重要であり(第12図参照”) 、SPFMにおけるよ りもさらに重要であった。
SSHの生物発酵槽において、約3■のhGHが培地に分泌されたことに注目す ることは興味深い。これらの細胞は、1■より少ない完全な腫瘍から由来してい ること、および熱処理は毎日適用できることに注目すべきである。
5.2 マイクロキャ1アーのない :を解離された細胞は、条件がより好まし くないが、マイクロキャリアー〇ない生物発酵槽内でも生存維持され得る。例え ば、細胞は接種後5日でもまだ生存していることが確認された。
実験の詳細 1、17HBNを る ゛ プラスミドpBPV hGH: p17hGHdhfr (Dreanoら、同 一文献)をHindI[Iで消化し、次いでBglI[で部分的に消化した。ヒ トのhsp70プロモーター、hGH遺伝子およびSV40終結シグナルを含む 1.4 kbフラグメントを低融解アガロース(Sfgma+■型)から抽出し た。プラスミドV 69 (Meneguzzi ら、同一文献)を旧ndI[ Iで消化し、次いでBaa+HIで部分消化して、プラスミドベクター配列と5 .4kbの牛乳頭腫ウィルス(BPV)亜属フラグメントとを含む、?、6kb のフラグメントを単離し、上記フラグメントと連結させた。
プラスミドp11K NEO;pV69をHindIIIで消化し、大きいフラ グメントをDNAポリメラーゼで処理し、次いでBal1I)I Iで消化した 。単純庖疹チミジンキナーゼ転写シグナル(プロモーターおよびターミネータ− )支配下のネオマイシン耐性遺伝子を含む、得られた1、8kbのフラグメント を精製した。次いで、そのフラグメントを、ヒトのhsp70プロモーターおよ びpBR322由来の配列を含む、p17hGHNEOからのPvu n −B an+旧精製フラグメントに連結させた。
プラスミドp17)IBN ; p17K NEOを旧ndI[IおよびBam HIでの消化により線状にした。hsp70プロモーターおよびネオマイシン耐 性の転写単位を含むこのフラグメントと、hG)l遺伝子、SV40終結シグナ ルおよびBPV亜属のフラグメントを含む、pBPV hGHからの6.8 k bフラグメント(HindI[[での完全消化およびBamHIでの部分消化か ら得られる)とを連結させた。
得られたプラスミドp17HBNは、3つの完全な“転写単位”を含有している 。
−SV40ターミネータ−をもつ、ヒトのhsp70−hGHハイブリッド遺伝 子 −TK転写シグナル配列をもつ、ネオマイシン耐性遺伝子−BPV亜属のフラグ メント 2、 二 ′6るのに いる 。
2.1’ I る゛ 細胞に、CaC1,法(Grahaa+およびvan der Eb、1973 .Virol。
52巻、第456〜467頁)を用いて、p17hGHdhfr(Dreano ら1986)とpEJ(Tabinら1982.Nature、 300巻、第 143〜149頁)とを同時移入させた。2週間後、病巣形成能のあるクローン を単離し、培養した。各クローンの10−個の細胞を20cdの皿中に接種し、 24時間培養後、42℃で2時間熱処理し、次いで37℃で15時間インキュベ ートした。クローン6は、これらの熱衝撃の条件下、10’細胞数当り3nのh GHを産生じた。
2、2−工U叱1沢 細胞に、り17hGHdhfrとpSV2 NEOとを同時移入した(Sou  thernおよびBerg、、1982 J、!1o1.App1.Genet 、1.第327〜341頁)。
あるいは、カルシウム法を用いてり17HBNを移入した。200■のG418  (GIBCO)を含む完全浮遊培地において2週間培養の後、結果としてのク ローンの可視化は2週間後に観察された。それらを単離し、さらに前述のように 分析した。C1,18及び)IBN2は、106細胞数当り、各々1.44およ び0.7 trgのhGHを誘導的に分泌することがわかった。
I f fa−Credo (L’ Arbres le、 France)か らの年令4〜6週間のヌード(nu/nu)マウスは、フィルターで覆われたM acrolonカゴの中で飼育され、空気濾過室に設置された。それらは、滅菌 済の食物および一般水道水を任意に与えられた。
遺伝子操作された106個ずつの細胞をトリプシン分解し、無血清のDulbe cco改良Eagle培地で2回洗浄し、箔内(Lm、)、腹腔内(i、p、) および皮下(s、c、)注射用に約0.1−1並びに気管内への滴注用に0.5 −の同培地に懸濁した。
3.2 ヌードマウス)゛ヌードマウス し は5encarマウヌこゴ目F1 ヌードマウス内のs、c、移植されたクローン6細胞は、s、c。
腫瘍を発達させた。腫瘍が直径20m5に達した時点(接種後約4週間)で、マ ウスを犠牲にし、腫瘍(約3g)を切り取り、無血清培地内で切り刻んだ。次い で、切断された腫瘍の一部(1/10)を、ヌードマウスあるいは5encar マウス内に再注射した。
Battl 1e−Genevaは、マウスのSencar変種、いわゆる皮膚 の発ガン物質感受性のために選別されたスイスマウス由来の白変種マウスをつ( り出した(Sencarは、“発ガン物質感受性”からきている)、ヌードマウ スに比べて、このマウスの変種は、遺伝的に免疫欠損ではない。
3.3−一 への ヌードマウス内で発達させた(第四世代) C1,6腫瘍の約75m”の切片を 、Sprague Dawley白変種ラット(IFFA−CREDO。
France)に皮下移植した。移植は、3匹のラットにおいて実施された。そ のうち2匹は正常のラット、1匹は10日間毎日、60■八gのシクロスポリン (Sandoz、 Bennetらs Cancer Res、*45巻、第4 963〜4969頁)のs、c、注射により、化学的に免疫抑制されたラットで ある。
1」−」旧12 腫瘍を再移植のために取り出した時、その一部を固定化溶液(10%ホルマリン 緩衝液)の中に置き、次いで処理し、切片を顕微鏡観察のために、M、GABE (196B)、Techniques Histo−1ogiques Ed、 Masson et Cie Paris記載の方法で、ヘマリンーフロキシン ーサフランにより染色した。
玉−11マウス1° へ せ枦 な 皿 4.13 の立士の量旦 この項において用いる3種の培地の組成は、以下のようである。
一5%仔牛脂児血清(FCS)および5%新生仔牛血清(共にBoehring erから入手)の加わったWilliaa+s’E培地(Gibco)から成る 、血清補足培地(SSM ) 。
−4g/lの生血清アルブミン(BSA)フラクションV (Siga+a)( 10%FCSに等しい)および7.6μmo 12 / 1の6種の長鎖遊離脂 肪酸(FFA)混合物を添加した同培地から成る、無血清培地(SFM)、 F FAのモル比は、ラットの血漿のそれに近似した(eis−リルイン酸の増加を 除いて)、すなわちバルミチン酸31.0%、cis−パルミトレイン酸2.8 %、ステアリン酸11.6%、cis−オレイン酸13.4%、cis−リノー ル酸35.6%、eis−リルインM 5.6 % (Sigma)である。
−50■/j!の2−10’ダルトンのデキストラン(Pharmacia)を 含む同培地から成る、無血清かつ無タンパク質培地(SPFM) 。
デキストランは、7.6μtaol/Itの6種のFFAを可溶化する4 g/  l BSAと同じ効果をもつ。各培地は、抗生物質として50nNのゲンタマ イシン(gentaline、 Unilabo)を含む。
4.2 マウス1′ への の マウスを犠牲にし、皮膚を切断して腫瘍を容易に摘出した。
ハサミで細かく刻んだ後、マグネチックヌターラーを備えた50rr11のトリ プシン分解容器に腫瘍切片を移した。これに、Microbiological  As5ociates Co+epany 、 Bethesda 、 MD  、 USAから入手した、1:250 (同重量の250倍のカゼインを分解 するトリプシンに等しい)をトリプシン洗浄培地により3倍に希釈した溶液を同 容量加えた。それを10分間1100rp 、 37℃で撹拌し、次いで細胞の 懸濁液を氷上で冷却した“Ham FIO培地”(細胞容量に対して2倍容の培 地)にデカンテーションし、30gで遠心分離した。平行して、容器内において トリプシン分解の操作を補足した。それに続くトリプシンでの分解は、解離が完 全になるまで、通常10〜13回くり返した。各遠心の段階の後、細胞を約4. 3−の培地内に懸濁させた。その1/10を20aaのペトリ皿(Falcon )上に、9/10を1リツトルの光物発酵槽(Techne、 Cambrid ge、 U、 K、)に移した。数回のトリプシン分解の段階後は、もはやトリ プシン溶液を希釈しなかった。別の方法において、コラ−ゲナーゼ溶液(Boe hri−nger、0.55g/ 1 )を使って、同等の解離が得られた。
解離が完了した時、浮遊培地(SSM 、 SFMあるいはSPF?l。
qsp250m/)およびcytodexマイクロキャリアー(Pharmac ia。
France 、 F78340 、3〜5 g/ l )を添加した。培地は 、5%CO□/空気混合物を約10分間バブリングすることによりCOt処理さ れている。
最終的に、細胞を37℃で一夜インキユベートする。培地を交換し、次いで生物 発酵槽を3〜4時間42℃の温浴下に置き、続いて37℃で20時間インキュベ ートする。培地を除去し、表■に記載のような熱処理の有無の前に、新しい培地 で置換する。
表■:ヌードマウスもしくは5encarマウスに注入後C1,6細胞によって 産生されるhGHの定量。腫瘍をマウスから回収し、はさみで細かく刻み、次い でトリプシン処理した。解離された細胞は、10%の仔牛脂児血清を補足したD ulbecco改良のEagle培地5rn1中の10”細胞数で、20csA のペトリ皿(Falcor+)内に接種された。翌日、細胞を42℃で1〜2時 間熱処理し、もしくは処理しなかった(対照)。37℃で20時間後、試料培地 中に分泌されたhGHを、Cambirdge Inc、tMass、 Ll、 S、A、からのhGHRIAキントを使って定量した。細胞の同定コード中の数 字は、腫瘍の世代順序を示している( 1.1.1項参照)。
マウス種 細胞 熱衝撃 対照 (hGHx/20 i/10’cells)ヌード Cl−62〜5 0.01 01 / n 2〜5 −−−−−−−−G2/n 1.3 0.15 07/n 6 0.03 08/n 2.5 0.03 G9/n 2.2 0.03 Gll/ n 1.4 0.02 013/ n O,70,01 014/ n 1. OO,01 G16/n 1.7 0 018/ n !、 9 0.04 G20/n 2.9 0 G22/ n 1.2 0.0002 G24/ n 0.7 0.0005 Sencar G 2 / s 1.1 0.0102/s 10 0.08 G5/s >1.3 0.04 G?/s 4.5 0.01 08/s 7.8 0.02 表■:生物発酵槽内に保存された、形質転換されたNIB 3T3細胞における hcuの分泌、各生物発酵槽に、3〜5g/2のcytodexマイクロキャリ アーを含む前述の3種の各培地250dの容量中の2.2・109個の腫瘍細胞 を接種した。接種後数日(表■の第一段を参照)で、細胞を42℃で3〜4時間 熱処理し、次いでその後37℃で20時間保ち、最終的に新鮮な培地に入れた。
培地のCO□濃度は、培地中に5%CO□−空気混合物をバブリングすることに より維持された。接種後12時間でマイクロキャリアーが腫瘍細胞で覆われるこ とがわかった。
トリパン青呈色は、使用したいずれの培地においても、死細胞が3%より少ない 存在であることを示した。
実験2において、各生物発酵槽に、2 g/ gのcytodex ミクロキャ リアーを含んでいる上記の培地10〇−容量中の50・10&個の腫瘍細胞を接 種した。細胞を43℃で2時間熱処理し、37℃で24時間さらに維持し、最終 的に新しい培地に入れた。浮遊培地をRIA (Institut Pa5te ur Productionにより提供)もしくはEIAによりhGHの存在に ついて分析した。
これらの細胞を、下記で補足された、Willian+s’E培地(実験1)あ るいはWillian+s’E/HAM F−10(50:50. v/v)  (実験2)内に維持した。
一55M ; 5%仔牛脂児血清および5%新生仔牛血清、−3FM ; 4g /Aの生血清アルブミンおよび7.6 umollH2の6種のFFA (遊離 脂肪酸)、 一5PFM ; 50+ng//のデキストランおよび1.6ttmoll/l の6種のFFA 。
実験 1 接種後の SS?I SF?ll SPFM熱処理日数 mgll g/10’ c mg# mg/10’c mg/it 、q/10’c1 0.35 0. 04 0.44 0.05 0.70 0.082 0.35 0.04 0. 26 0.03 0.26 0.033 1.1 0.13 0.53 0.0 6 0.53 0.067 2.3 0.26 1.9 0.22 0.79  0.099 2.9 0.33 1.7 0.19 0.18 0.0211  2.1 0,24 1.9 0.22 0,79 0.0913 4.2 Q、 48 0.35 0.04 ・−・−・実験 2 1 0.25 0.5 0.35 0.7 0.25 0.55 2.95 5 .9 0.45 0.9 0.30 0.67 0.40 0.8 0.6 1 .2 2.25 4.512 0.25 0.5 1.2 2.4 3.65  7.35、他の実験系列において、B型肝炎ウィルス表面の抗原(HBsAG  )をコードするDNA フラグメントを、ヒトの70kbの熱衝撃タンパク質プ ロモーターの支配下に位置させた。得られたプラスミド構成物(ネオマイシン耐 性の選択遺伝子を含むp17Ms neo )を、ヒト起源の安定した羊膜細胞 系(Wish)を確立するための移植実験において用いると、HBsAg遺伝子 は、熱制′4B様式において発現した。集合、グリコジル化、分泌並びに主要お よび中間のSタンパク質の両生成のような翻訳後修飾は、正常に機能に現われた 。加えて、熱誘導の種々のプロトコール下にHBsAgの生産が可能であること がわかった。ヌードマウスへの接種後、腫瘍の発達は接種の部位で観察された。
腫瘍細胞は、切り取られた腫瘍からコラ−ゲナーゼあるいはトリプシン処理の方 法により分散され、次いでペトリ皿上に接種されて、熱誘導の後、起源の細胞系 の細胞と同量のHBsAgを分泌した。
腫瘍細胞による抗原の産生に関する結果は、下記の表■において提供される。
表■:腫瘍としてヌードマウス内に注入する前後のWB4細胞によるHBsAg の分泌、親細胞(約106個)をヌードマウスの背部に接種した。3週間後、マ ウスは腫瘍を増大させた。
マウスを犠牲にし、腫瘍をハサミで紺かく切断し、腫瘍の次世代を形成させるた めにヌードマウスに接種した。もしくは、続いて腫瘍細胞を解離させるためにト リプシンで処理し、ペトリ皿に接種した。細胞を25cJ皿当り106細胞数の 密度で43℃で2時間熱処理した(HS)あるいはしない(対照)後、37℃で 一晩インキユベートした。HBsAgは、Abbotから入手したELISAキ フトを使って測定された。
世代 WB4 ng )lBsAg/10’cells対照 )Is 親細胞 0 80 G 1 0 100 G2 未測定 未測定 G3 0 50 プラスミドp17Ms neoの構成に関する完全な詳細は、DREANOら、 Virus Re5earch (19B?) + 8 @ 、第43−59頁 の中に公表されている。
FIG、 9σ FIG、 eb FIG、 9σ配列記号に対すも呈漫見 ((52055雫’Q 5V40fロモーターおよびターミネータ−配列βゝ0 25く ヒトのhsp 70遺伝子配列9222288 ヒトの成長ホルモン遺 伝子配列6125251ミ ネオマイシン耐性遺伝子配列(NEO)シ2526 525(ジヒドロ葉酸レダクターゼ遺伝子配列(dhf r )≦250005 5礎 単純庖疹ウィルスチミジンキナーゼ遺伝子配列FIG、10 国際調査報告 +mv負m*’e’AI>’を番Ins++6.PC?/EP87100599 国際調査報告 EPε700599 SA 18951

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.組換え遺伝子の誘導発現単位/宿主細胞機構による着目タンパク質の生化学 的生産方法てあり、(1)真核生物起源の適当な細胞系を選択する過程、(2) 以下の要素を含む組換えDHAを使って形質転換することによりこれらの細胞を 遺伝子修飾する過程、(a)真核生物起源のストレス誘導性転写プロモーターの 支配下にある、着目タンパク質をコードする遺伝子、(b)細胞質性のあるいは ウィルス性起源の、腫瘍遺伝子もしくは腫瘍形成の形質転換遺伝子、 (3)形質転換された細胞を、接種に応じて腫瘍成長させることのできる、選択 された実験用の温血動物内に接種する過程、 (4)腫瘍が1010細胞数もしくはそれより多く観察されるまで動物内で腫瘍 を成長させる過程、 (5)上記腫瘍を取り出し、それの解離をもたらし、解離された細胞を管内の培 地に注入し、着目遺伝子の発現を誘導するためのストレスを受けさせる過程、お よび(6)発現されたタンパク質を単離する過程、を含む方法。 2.選択される細胞系(1)が腫瘍細胞であり、要素(b)が省略される、請求 項1記載の方法。 3.転写プロモーター(b)が、ヒトの70kdの熱衝撃(hsp70)プロモ ーターフラグメントである、請求項1記載の方法。 4.腫瘍遺伝子もしくは腫瘍形成の形質転換遺伝子が、(i)ヒトのc−ras 腫瘍遺伝子(ii)牛乳頭腫ウィルス亜属のフラグメントから選ばれる、請求項 3記載の方法。 5.着目遺伝子(a)が、ヒト生長ホルモン(hGH)遺伝子もしくはB型肝炎 ウィルス表面の抗原の遺伝子である、請求項3記載の方法。 6.上記(2)の組換え遺伝子が、(i)hsp70プロモーター支配下のhG H遺伝子を有するプラスミドp17hGHdhfr、(ii)hsp70プロモ ーター支配下のhGH遺伝子、単純庖疹ウィルスチミジンキナーゼプロモーター 支配下のネオマイシン耐性遺伝子および牛乳頭腫ウィルス(クローンHBN2) の形質転換遺伝子を有するプラスミドp17HBNから選ばれる、請求項3記載 の方法。 7.過程(2)における上記形質転換が、プラスミドp17hGHdhfrとヒ トのc−ras腫瘍遺伝子を有するプラスミドpEJとの同時移入によりもたら される、請求項3記載の方法。 8.過程(2)における上記形質転換が、プラスミドp17hGHdhfrと、 初期SV40プロモーター支配下のネオマイシン耐性遺伝子を有するプラスミド pSV2NEOとの同時移入によりもたらされる、請求項2記載の方法。 9.選択される細胞系が、NIH−3T3である、請求項1記載の方法。 10.選択される動物の中に、ヌードマウスおよび化学的に免疫抑制された動物 を含む、請求項3記載の方法。 11.過程(4)の後に、さらに中間の(4b)腫瘍を取り出し一部をSENC ARマウスのような免疫性動物内に接種する過程を含む、請求項3記載の方法。 12.過程(5)において、(i)血清補足培地(SSM)、(ii)無血清培 地(SFM)、および(iii)無血清かつ無タンパク質培地(SPFM)から 選ばれる培地における培養を含む、請求項3記載の方法。 13.組織学的に分散されたマイクロキャリアー(CYTODEX)もしくは、 陥凹繊維培養システムの存在下、発酵槽内で実施することを含む、請求項12記 載の方法。 14.着目タンパク質の単離が、アフィニティークロマトグラフィー、透析、イ オン交換およびゲルクロマトグラフィーから選ばれる技術によりもたらされる、 請求項13記載の方法。 15.上記(2)における組換えDNAが、hsp70プロモーターにより作動 されるHBsAg遺伝子を有するプラスミドp17MSNeoである、請求項3 記載の方法。 16.宿主細胞系が、NIH−3T3およびWISH(ATcc−CCL25) から選ばれる、請求項3記載の方法。
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