JPH04211395A - 合成ヒト抗体の遺伝子バンクの製造および使用 - Google Patents

合成ヒト抗体の遺伝子バンクの製造および使用

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JPH04211395A
JPH04211395A JP3032216A JP3221691A JPH04211395A JP H04211395 A JPH04211395 A JP H04211395A JP 3032216 A JP3032216 A JP 3032216A JP 3221691 A JP3221691 A JP 3221691A JP H04211395 A JPH04211395 A JP H04211395A
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expression vector
antibody
synthetic human
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メルビン、リトル
Frank Berthold Breitling
フランク、ベルトルト、ブライトリング
Thomas Dr Seehaus
トマス、シーハウス
Stefan Duebel
シュテファン、デューベル
Iris Klewinghaus
イリス、クレウィングハウス
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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】
【0001】本発明は合成ヒト抗体(huAb)又は抗
原結合ドメインを含んだ抗体の一部の遺伝子バンク(「
合成ヒト抗体ライブラリー」)の製造及び使用に関する
。適切なベクター中におけるhuAb枠組み構造から出
発して、抗体cDNAの超可変領域はほとんど「ランダ
ムに」組合されたオリゴヌクレオチドにより形成される
。ここでは超可変領域で比較的保存されたアミノ酸がオ
リゴヌクレオチド合成における適切なヌクレオチドの選
択に際して考慮され、同様に、用いられるヌクレオチド
の比率もナンセンスコドンがせいぜい89番目の位置毎
に予想されるように選択される。従って、微生物発現系
、例えば大腸菌における後記ベクターpFMT中でのこ
の合成huAb  cDNAの発現により、選択抗原を
用いてスクリーニングするために包括的レパートリーと
して合成huAbライブラリーをインビトロで用いるこ
とができる。ヒト又は哺乳動物免疫系は概算数で106
〜108の異なる抗体を含んでいる。この抗体数は、全
自然抗原及び人工抗原の双方に対する体の免疫反応を起
こす上で十分であると思われる。更に、しばしば異なる
抗体が同一抗原と反応することを考慮にいれれば、実際
に異なる抗体のレパートリーはむしろ106〜107の
範囲であろう。現在までに特異的抗体は、特定抗原での
免疫化、例えば体内への抗原の注入又は脾臓細胞とこの
抗原とのインビトロインキュベーションから出発して常
に得られていた。ポリクローナル抗体の場合において、
免疫グロブリンは従って血清から単離でき、特異的抗体
は例えば吸着法でそこから単離できる。モノクローナル
抗体は、個々のBリンパ球と融合されてクローニングさ
れた脾臓腫瘍細胞(ハイブリドーマ細胞)の細胞上澄又
は細胞溶解物から単離される。上記方法は、特異的ヒト
抗体又はヒトモノクローナル抗体の製造に関して特に不
適である。
【0002】したがって、本発明は合成超可変ドメイン
を含んだ特異的ヒトモノクローナル抗体(huMAb)
又は抗体の部分を産生させるために一般的に使用可能な
方法を開発するという目的を有している。H又はL鎖の
各可変部分の3つの超可変領域(CDR1、2及び3と
称され、CDRは抗原結合決定領域(compleme
ntary determining region)
  を意味する)をコードするほとんどランダムに合成
されたオリゴヌクレオチドを用いることで、合成ヒト遺
伝子バンクが生成されうることがここに見出された。次
いで、合成された抗体DNAは、好ましくはポリメラー
ゼ鎖反応(PCR)を用いた増幅後に、好ましくはこの
目的のため特に組立てられた抗体発現ベクター、即ちベ
クターpFMTに結合された。H及びL鎖の可変ドメイ
ンの合成に用いられるオリゴヌクレオチドは表1で示さ
れている。ここでセットAはセットBよりも少ない制限
を有している。ランダムな超可変領域(表4のCDR領
域参照)の合成下における制限は、第一にある保存され
たアミノ酸に関する配列における位置を考慮し、第二に
停止コドン数を減少させ、第三に新しい制限部位を組込
むため、セットAにおけるH3、H4、H6、L2、L
3及びL5でなされた。 (a)停止コドン出現確率を低下させるため、他の3種
のヌクレオチドの半分量のみが各コドンの第一位におい
てTで許され、Aは各場合に各コドンの第三位において
省略された。従って統計平均として、89番目毎のコド
ンのみが停止コドンとなる。 (b)L鎖のCDR1領域における2番目のコドンに関
して、アミノ酸V、A又はGをコードするヌクレオチド
のみが許された。 (c)同様に、V、I又はMをコードする組合せのみが
、L鎖のCDR1領域における10番目のコドンに関し
て及びH鎖のCDR1領域における4番目のコドンに関
して許された。 (d)L鎖のCDR3領域において、アミノ酸のグルタ
ミンをコードするヌクレオチドのみが1番目のコドンに
関して許された。 (e)H鎖のCDR2領域において、アミノ酸のチロシ
ンをコードするヌクレオチドのみが11番目のコドンに
関して許された。 (f)MluIに関する制限部位を導入するため、Aが
H鎖のCDR2領域における最終コドンの第三位で有利
に組込まれた。 これらのオリゴヌクレオチドのランダム性は、主に1種
又は数種のアミノ酸が生じる位置において好ましくは更
に制限された〔表1のセットB、ここでの制限はKab
at et al.(1987),Sequences
 of Proteins of Immunolog
ical Interest−U.S.Dept. o
f Health and Human Servic
es,U.S.Government Printin
g Offices による表に基づいている〕。コド
ンの組合せに関する対応ヌクレオチド及び簡単な注釈の
リストは表1及び表1の注釈で示されている。等モル量
のオリゴヌクレオチドH1〜H7及びL1〜L5の結合
後、これらは前処理した発現ベクターpFMTに結合さ
れる。好ましくは、プライマーH1及びH8又はL1及
びL6を用いたPCR段階がDNA量を増幅させるため
に事前に行われるべきである。適切な制限酵素を用いて
抗体DNAの末端に適切な制限部位を作った後、DNA
が前記と同様の方法で抗体発現ベクターpFMTに結合
される(例参照)。発現pFMTは、細菌(大腸菌)に
おける抗体cDNAの発現およびしかる後の発現産物の
分泌を可能にする。そのプラスミドの抗体オペロンは、
抗体のH及びL鎖双方の可変部分の配列を含んでいる。 細菌タンパク質のアミノ末端部分からの適切なリーダー
配列は、抗体部分の分泌を可能にする。リーダー配列は
分泌過程で細菌酵素により開裂される。抗体cDNA産
物の分泌中に、抗体のL及びH鎖(隣接する不変ドメイ
ンを含む又は含まない)は会合するようになる。その結
果、いずれかの場合で、機能的抗原結合部位を含む抗体
又は抗体断片を形成する。個々の抗体に関する同様の構
造体も他の著者により記載されている〔Bettere
t al.(1988),Science,240,1
041及びSkerras& Pluckthun (
1988),Science,240,1038 〕。 例えば大腸菌での発現により形成される合成ヒト抗体ラ
イブラリーにおいて、所望のヒト抗体又は抗体部分は、
選択抗原を用いて細菌クローンをスクリーニングするこ
とにより見出される。好ましい態様において、発現産物
がマーカーペプチドに対して確立されたモノクローナル
抗体を用いる簡単な方法で検出されうるように、マーカ
ーペプチド、例えばTAG配列をコードする付加配列が
組込まれる〔Wehland et al.(1984
),EMBO J.,3,1295 〕。前記の例示的
処方及び下記例は説明として理解されるが、本発明を制
限するものではない。
【0003】したがって本発明は、(1)ランダムベー
スで生成される超可変領域に関するcDNA(ここでラ
ンダム配列は条件(a)〜(e)、表1のセットA又は
セットBに従い制限される)、(2)好ましくはしかる
後のこれらランダム配列の増幅段階及び(3)適切な発
現ベクター、好ましくはpFMTへの上記cDNAの結
合、好ましい態様におけるマーカーペプチドに関する付
加コード配列の組込みにより得られる合成huAb又は
その抗原結合部分の遺伝子バンクに関する。本発明は、
前記遺伝子バンクの分離に関する方法並びに特異的抗体
又はその抗原結合部分を分泌するクローンの単離のため
の方法及びその使用にも関する。最後に、本発明は下記
例で詳細に説明されており、特許請求の範囲に含まれて
いる。
【0004】 〔例〕
【実施例】
例1:抗体発現ベクターの製造 プラスミドpKK233‐2〔Amann 及びBro
sius,(1985) Gene,40;Strau
s 及びGilbert,(1985),Proc.N
atl.Acad.Sci.,82,2014〕を抗体
発現ベクターの組立て用の基礎ベクターとして選択した
(図1)。抗体オペロンの組込み前に、プラスミドをS
alI及びBamHIで切断し、末端をクレノウポリメ
ラーゼで補充し、結合させた。そうすることで、2つの
制限部位及びそれらの間のDNAを除去した。加えて、
プラスミドをHindIII で開裂し、末端をクレノ
ウポリメラーゼで補充し、BamHIリンカーを用いて
結合させた。この操作により、HindIII 制限部
位を除去し、BamHI部位を挿入した。抗体DNAを
この修飾プラスミドに挿入した。ジシストロン(dic
istron) 抗体mRNAをコードする抗体オペロ
ンの簡略化構造は表2で示されている。抗体の分泌を可
能にするため、細菌酵素ペクチン酸リアーゼ(pect
ate lyase) のリーダー配列を用いた。この
酵素のリーダー配列は、キメラネズミ/ヒト抗体(Fa
b断片;Better et al.,前掲)及び「ヒ
ト化」抗体の可変部分(Ward et al.,前掲
;Huse et al.,前掲)の発現及び分泌のた
めに既に用いられていた。第一リーダー配列に関するD
NA(H鎖の上流P1)並びに第二リボソーム結合部位
(RBS)及び第二リーダー配列(L鎖の上流P2)に
関する配列をいくつかのオリゴヌクレオチドから合成し
た(表3)。ヒト抗体(HuVhlys又はHuVll
ys;Riechmann et al.,(1988
) J.Mol.Biol.,203,825 )のH
及びL鎖の可変領域をコードする抗体cDNAをG.W
inter博士(ケンブリッジ,UK)から得た。制限
部位HindIII (HuVhlys)及びEcoR
V(HuVllys)を導入して発現ベクターへの抗体
cDNAの挿入を可能にさせた。BanII(HuVh
lys)及びBstEII又はKpnI(HuVlly
s)のための更なる制限部位を導入して、超可変領域を
一括して交換した。HuVhlys  cDNA配列の
末端に停止シグナルを組込んだ。L鎖におけるBanI
I部位を除去した。これらの改変はバクテリオファージ
M13mp18での部位特異的変異処理により行った 
(Zoller及びSmith,Meth.Enzym
ol.,100,468−500)。完成された抗体D
NAの配列は表4で示されている。リーダー配列P1(
表3)の挿入のために、修飾されたプラスミドpKK2
33‐2を制限酵素NcoI及びPstIで消化し、P
1をこれらの部位間に挿入した(pKK233‐2‐P
1)。最後のステップとは別に、更にクローニングのス
テップをプラスミドpUC18を用いて行った。 その理由は、発現ベクター中における抗体オペロンの個
々の部分の存在が細菌宿主の増殖に悪影響を与えるから
である。pUC18でのクローニング前に、そのBam
HI制限部位は除去されねばならなかった。BamHI
で消化後、一本鎖末端をクレノウ断片を用いて補充し、
再結合させた。次いでこの修飾プラスミドをPstI及
びHindIII で消化し、P2+RBSを制限部位
間において結合させた(pUC18‐P2)。この工程
で、プラスミドの原HindIII 制限部位は消失し
、新しいHindIII 制限部位が組込まれる。次い
でpUC18‐P2をPstI及びHindIII で
消化し、H鎖のDNA(M13からのPstI‐Hin
dIII 挿入物)をこれらの2部位に結合させた(p
UC18‐HP2)。 次いでこのプラスミドをEcoRV及びBamHIで消
化し、L鎖のDNA(M13からのEcoRV‐Bam
HI挿入物)を結合させた(pUC18‐HP2L)。 次いでHindIII 、BanII及びKpnIに関
する制限部位が予め除去された後、PstI‐BamH
I挿入物をpUC18で再クローニングした。Hind
III 制限部位をpKK233‐2に関して前記のよ
うに除去したが、しかしながら再結合はBamHIリン
カーの挿入なしに起きた。続いて、得られたプラスミド
をSmaI及びBanIIで消化し、T4DNAポリメ
ラーゼで突出末端を補充後に再結合させた。PstI‐
BamHI制限断片の挿入でpUC‐HP2Lを得る。 好ましい態様においては、更にTag配列をBanII
及びHindIII制限部位に挿入した(表3)。Ta
g配列はモノクローナル抗体YL1/2の認識配列Gl
u−Gly−Glu−Glu−Phe をコードする〔
Wehland et al.(1984),EMBO
 J,,3,1295 〕。このペプチドマーカーによ
って、得られるプラスミドpUC‐HTP2Lの発現産
物は容易に検出しうる。発現ベクターへのHP2L又は
HTP2Lの挿入のために、2つのプラスミドをPst
I及びBamHIで切断し、pUC‐HP2LからのP
stI‐BamHI  HP2L挿入物又はpUC‐H
TP2LからのHTP2L挿入物を修飾プラスミドpK
K233‐2‐P1中のこれら2つの制限部位に結合さ
せた。完成された発現ベクターpFMTの概略は表5で
示されている。
【0005】 例2:超可変領域にランダム配列を含む抗体DNAの合
成 抗体DNAの可変部分の合成用に合成されたオリゴヌク
レオチドは表1で示されている。超可変領域の合成のた
めに、ほとんどのランダムヌクレオチド配列を用いた。 ランダム性に関する制限は表1で示されている。2種の
異なるセットのオリゴヌクレオチドを合成した。セット
Aにおいて、超可変領域はほとんど独占的にあるアミノ
酸が生じるわずかな位置を除いて主にランダムである。 セットBにおいては、主に1種又は数種のアミノ酸が生
じる位置でヌクレオチド配列のランダム性が更に制限さ
れた。オリゴヌクレオチドをHPLCクロマトグラフィ
ー又はポリアクリルアミドゲル電気泳動で精製し、しか
る後5´‐リン酸化した。
【0006】 例3:合成オリゴヌクレオチドの結合 表1のオリゴヌクレオチドを抗体DNA鋳型上で段階的
に互いに結合させた。この目的のため、多量(約1mg
)の抗体DNA挿入物含有一本鎖M13mp=18DN
Aを単離した。ベクターから抗体DNAを分離するため
、2種の適切なオリゴヌクレオチドを用いて2つの末端
で挿入物を二本鎖化し、酵素PstI及びHindII
I で(H鎖)又はEcoRV及びBamHIで(L鎖
)消化した。次いで抗体DNAを寒天ゲル電気泳動で精
製した。これらのDNA鋳型に、最初に3種のみのオリ
ゴヌクレオチド、即ちH1、pH2及びpH3(H鎖)
並びにL1、pL2及びpL3(L鎖)を結合させ、H
1及びL1は最初それらの5´末端で32Pにより標識
されていた(「p」は5´‐リン酸化を表す)。各オリ
ゴヌクレオチドを100pmolの量で用いた。ハイブ
リダイズした形成オリゴヌクレオチドを2%アガロース
ゲルで精製し、配列決定ゲルで分析した。量は放射能測
定により調べた。次いで等モル量のpH4及びpH5(
H鎖)並びにpL4及びpL5(L鎖)を各特定鋳型に
おいて既に結合されたオリゴヌクレオチドに結合させた
。次いでこれらのDNAを前ステップのように精製し、
操作を等モル量のpH6及びpH7を用いて精製ステッ
プまで繰返した。最後に、結合されたオリゴヌクレオチ
ドを変性ポリアクリルアミドゲルで精製し、好ましくは
、ポリメラーゼ鎖反応(PCR)で増幅させた。代わり
に又は最終精製ステップで起きる損失を回避するため、
オリゴヌクレオチドを最終結合ステップ後に直接PCR
で増幅させた。プライマーH1及びH8(H鎖)並びに
L1及びL6(L鎖)をPCRに関する標準条件下で用
いた。増幅された鋳型DNAをKpnI(L鎖)又はA
luI(H鎖)で選択的に消化した。適切であれば、続
いてPCRを用いて第二増幅ステップを行った。
【0007】 例4:発現プラスミドへの抗体DNAの挿入合成された
抗体DNAを制限酵素PstI及びBanIII (H
鎖)並びにBstEII及びKpnI(L鎖)で切断し
た。予想分子量を有するバンドを寒天ゲル電気泳動で精
製し、エタノールで沈降させ、しかる後2つのステップ
で(最初にL鎖のDNA、しかる後H鎖のDNA)同様
に切断および精製されたpUC‐HP2L(前記参照)
に結合させた。次いでHP2L挿入物をプラスミドpK
K233‐2‐P1(例1参照)の制限部位PstI及
びBamHIに結合させた。同様の方法をHTP2L断
片に関して用いた。したがって、抗体ライブラリーは抗
体発現プラスミドで確立される(表6)。PUCで中間
クローニングする理由は、発現ベクターにおける抗体オ
ペロンの個々の部分の存在が細菌宿主の増殖に悪影響を
与えるからである(前記参照)。
【0008】 例5:大腸菌における抗体の発現及びスクリーニングコ
ンピテントな大腸菌を挿入抗体DNAライブラリーを含
有するpFMTプラスミドでトランスフェクトし、アガ
ロースプレート上で増殖させ、しかる後所望の抗原で被
覆されたニトロセルロースフィルターを用いてインキュ
ベートする。非特異的結合抗体の除去後、活性クローン
を大腸菌から分泌されるヒト免疫グロブリンに対する標
識抗体で同定する。好ましい態様では、Tag配列に対
する抗体YL1/2をこの目的に用いる。
【0009】
【表1】
【0010】
【表2】
【0011】
【表3】
【0012】
【表4】
【0013】
【表5】
【0014】
【表6】
【0015】
【表7】
【0016】
【表8】
【図面の簡単な説明】
【図1】発現ベクターpKK233‐2の制限酵素地図
(Amann 及びBrosius,前掲)Ptrcは
ハイブリッドトリプトファンlacプロモーターを示す
。RBSはリボソーム結合部位を示す。rrnBはリボ
ソームRNA  Bオペロンを示す。5Sは5S  R
NAに関する遺伝子を示す。発現ベクターにおける抗体
DNAをクローニングする前に、下記の変更が行われた
: 1)SalI及びEcoRI制限部位をそれらの間のD
NAと共に除去した。 2)HindIII 制限部位をBamHI制限部位に
変えた。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制限(a)〜(e)、表1のセットA又は
    セットBによる超可変領域に関するランダム配列の生成
    、しかる後の発現ベクターへの組込みにより得ることが
    できることを特徴とする合成ヒト抗体ライブラリー。
  2. 【請求項2】超可変領域に関して生成されたランダム配
    列が発現ベクターへの組込み前に増幅される、請求項1
    に記載の合成ヒト抗体ライブラリー。
  3. 【請求項3】修飾ベクターM13mp18HuVhly
    s及びM13mp18HuVllysが用いられる、請
    求項1又は2に記載の合成ヒト抗体ライブラリー。
  4. 【請求項4】ベクターpFMTが発現ベクターとして用
    いられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の合成抗
    体ライブラリー。
  5. 【請求項5】制限(a)〜(e)、表1のセットA又は
    セットBによる超可変領域に関するランダム配列を生成
    させ、しかる後それらを発現ベクターに組込むことを特
    徴とする合成ヒト抗体ライブラリーの製造方法。
  6. 【請求項6】生成されたランダム配列が発現ベクターへ
    の組込み前に増幅される、請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】ベクターpFMTが発現ベクターとして用
    いられる、請求項5又は6に記載の方法。
  8. 【請求項8】特異的抗原を用いて請求項1〜4のいずれ
    かに記載された合成ヒト抗体ライブラリーをスクリーニ
    ングすることを特徴とする特異的ヒト抗体を分泌するク
    ローンの単離方法。
  9. 【請求項9】マーカーペプチド、好ましくはTAG配列
    が更に組込まれ、所望のクローンがマーカーペプチドに
    対する抗体を用いて、好ましくは抗体YL1/2を用い
    て同定される、請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】特異的抗体を分泌するクローンを単離す
    るための、請求項1、2又は3に記載された合成ヒト抗
    体ライブラリーの使用。
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