【発明の詳細な説明】
真正FGFの酵母における発現およびプロセシング本発明は組み替えDNA技術
を利用したヒト線維芽細胞成長因子(FGF)の一般的な生産、特にFGFの酵
母内での発現に関する。
FGF発現を1970年代(ゴスポダロピッチ(Gospodarovicz)
1974 Nature249: 123−127)に有糸分裂誘発性の下垂
体ホルモンとしてはじめて同定された。
その後、初期脳および下垂体組織に存在する因子が内皮細胞、線維芽細胞、網膜
細胞およびその他の細胞等のさまざまな種類の多くの細胞の成長を促進させ得る
ことが明らかになった。ごく最近、さまざまな成長因子をコードする遺伝子のク
ローン化により、その活性のほとんどは2種類の微小な異種蛋白質、塩基性及び
酸性FGF (引例としてここに含まれるゴスボダロピッチ(Gospodar
owicz) 1986Mo1.and Ce11. Endocrin、46
:187−204を参照せよ)に存在することが明らかになった。
塩基性及び酸性FGFは現在までに多くのさまざまな種からさまざまな精製法に
より単離されて来た。FGF前駆体をコードするゲノミッククローンおよびCD
NAの生産がさまざまな成長因子の一般的な共通性を証明してきたが、それらの
生物学的な面において新しい問題が起こった。例えば、FGFのcDNAクロー
ンは分泌された蛋白質と広く結合する古くから知られるシグナル配列を含まなか
った。また、多くの研究グループがFGF蛋白質全体の長さが違うことばかりで
なくNH2末端アミノ酸が違っていることを報告した。
正確に生物学的な特徴を解読するために、もしFGFの微小な異種蛋白質があれ
ば、さまざまなFGFの生産のための組替え発現系を確立する必要がある。その
発現系はアミノ末端のアセチレーションを含む自然な様式での後翻訳過程の修飾
かできるはずである。理想的には、この系か経済的な方法で容易に精製できる形
で蛋白質を高発現レベルで供給することもできるであろう。本発明はこれらのお
よび他の要求について実行した。
本発明は典型として実質的にアミン末端がアセチル化されているヒト塩基性およ
び酸性FGFの酵母における生産の方法および構成を供給する。これらの真にア
ミノ末端がプロセッシングされた蛋白質が酵母の細胞内で高レベルで発現され、
実質的に均質な状態に容易に精製された。ヒト塩基性FGFポリペプチドとして
は、少なくとも約9.3X105ユニット/■gの特異的活性が得られた;ヒト
酸性FGFポリペプチドとしては、少なくとも約0.61X105ユニット/I
1gの特異的活性が得られた。
ヒトFGFの後翻訳過程の修飾の真正な形を生産する本発明の方法は次の段階か
らなる。
a)N末端のメチオニンを含んだ約155のアミノ酸からなるFGFをコードす
る遺伝子をもった発現ベクターを用いて酵母を形質転換する、但し遺伝子は酵母
内で機能するプロモーターの転写制御下にある。
b)形質転換された酵母を実質的な分泌がない状態でFGF遺伝子を発現させる
のに適した状態で培養する、但しN末端がアセチル化されたFGFポリペプチド
が生産される;そしてC)酵母の培養液からFGFポリペプチドを分離する。
この方法では、通常30%から100%のFGFポリペプチドがアセチル化され
ていた。FGFポリペプチドはしばしば2から約5の修飾形を含んだ微小の不均
一からなる。これらのポリペプチドのそれぞれは例えばヘパリンアフィニティー
カラムおよび/あるいはHPLCカラムにより均質に精製される。
本発明のDNAの組換え体は最終的なプロセッシングを受けたヒト塩基性あるい
は酸性FGFおよび欠失したかたちで酵母の細胞内で発現することを指示するこ
とができる。その組換え体は適切なFGFをコードする遺伝子と融合する開始コ
ドンから上流の酵母の転写プロモーターDNA領域もまた含む。その遺伝子は実
質的には下流に転写ターミネータ−をもつ。一般的には、その組換え体は形質転
換された宿主酵母細胞からのポリペプチドの分泌を指示することはできない。
本発明のアセチル化されたヒトFGI”を含んだ組成物は一般に一次構造のコン
フォメーションのすべておよび生来関連した1あるいは幾つかの天然のFGFの
生物学的特性を本質的にもっている。これらの組成物は実質的にバクテリアある
いは他の哺乳類の蛋白質を含まず、一般に最初のメチオニン残基を含まない。
第1図はヒト塩基性FGFのアミノ酸配列および対応する合成ヌクレオチド配列
を表す。
第2図はヒト酸性FGFのアミノ酸配列を表す(1−154)。
第3図はウシおよびヒトFGFの発現のための組換え体プラスミドの模式的な図
を表す。(a)シストロンをもたないメツセージとしてウシ酸性FGF(1−i
40)およびFGF(1−146)のRNAをもったhsODの転写をさせるp
tac5sOD由来のptac5sOD/bFGF(b)サツカロミセス セル
ビシエにおけるa−因子リーダー融合蛋白質のプロセッシングおよび発現のため
のpAB24a/GaF−baFGF(1−14のおよびpAB24A/GaF
bbFGF(1−146)酵母分泌プラスミド。転写はグルコース制御可能なA
DH−2/GAPDE[プロモーターにより操作される。(C)ヒトFGF前駆
体のグルコース制御可能な細胞内発現のためのpAB24 A/G−haFGF
およびpAB24 a/G−hbFGFプラスミド。再び、転写はADA−2/
GAP囲プロモーターにより操作される。親の酵母のベクターは、ロイシンある
いはウラシル欠乏状態における形質転換体の分泌のためのLEU2およびURA
3遺伝子を含む。プロモーターの回りの詳細なりNAおよびコードされるアミノ
酸の配列および分泌シグナルとFGFの融合が第4図に表されている。
第4図は大腸菌内での発現(A、 D) 、サツカロミセス セルビシエ内での
分泌(B、 E) 、およびサツカロミセス セルビシエ内での発現および分泌
(C1F)のための塩基性FGF (A−C) 、および酸性FGF (D−F
)組換え体のつなぎめの合成りNAおよびコードされるアミノ酸の配列を表して
いる。
第5図は”短い”rhbFGFのSDSゲル分析を表す。ガラスピーズを用いた
破壊により得られた酵母細胞の抽出物を、50.00Orpmにて1時間超遠心
した。これらの透明になった抽出物のアリコートをSDSゲル電気泳動により分
析した。rhbFGFはヘパリン5−PV HPLCカラムでクロマトグラフィ
ーにより精製し、そしてその精製された蛋白質の一部もまた電気泳動に供した。
第6図は′短い’ rhbFGFの9−154および10−154の逆相HPL
Cの分析を表す。精製されたrhbFGFの一部は室温にてVydac C−4
逆相カラムでクロマトグラフィーにより分析した。
第7図はrhbFGFのアルカリホスファターゼ処理を表す。ゲルで精製された
17.5キロドルトンおよび19.5キロドルトンのrhbFGFのアリコート
は子牛の腸のアルカリホスファターゼ存在下あるいは非存在下において37℃で
2時間インキュベートし、サンプルバッファーと混合して15%SDSゲルで電
気泳動した。
第8図は温度を上昇させた場合のrhbFGFの逆相HPLCを表す。A−Cの
部分、rhbFGF(Lot Fib16)は室温において(A部分)、および
50℃において(BおよびC部分)vyaac C−4カラムでクロマトグラフ
ィーにより分析した。C部分はAおよびBよりゆるい傾斜を表す。pの部分にお
いては、rhbFGF(Lot In+19)のサンプルをポリマーラブズ(P
olymer Labs) PLRP−5,300オングストローム(Angs
tros+)カラムで50℃において分析した。
真正FGFポリペプチド、特に酵母細胞の発現の間にアミノ末端がアセチル化さ
れた酸性および塩基性FGFの十分な発現のための方法および組成物を提供する
。上記方法は酵母細胞内における発現を最大限にする翻訳開始領域とともに適切
なFGFのアミノ酸配列をコードするDNA配列を用いている。その遺伝子は細
胞内発現(すなわち実質的な分泌のない)が可能なベクターに挿入する。モして
FGFポリペプチドは細胞が破壊されたときのみに得られる。その後、FGFは
敏感な細胞のインビトロの成長を高めることを含んださまざまな方法を使用する
ためおよび治療薬として精製される。
本発明の組成物は一般的にアセチル化されるヒトFGFからなる。ここで用いら
れたように、アセチル化はここに引用されているような米国特許出願第609.
412号(1984年11月5日出願)に開示されているような蛋白質のアミノ
末端へのアセチル基への付加である。
アセチル化は幾つかの理由、最も著しくは適切な天然の構造およびコンホメーシ
ョンをもった生産物を提供することである。このようにして医学用途で受容者に
投与されるときはアセチル化されたFGFは事実上還元されるかあるいは免疫原
性を除去する。さらにアセチル化されたポリペプチドはさらに安定になりそ゛し
てインビボで利用されるときの分解に抵抗性を示すと思われ、受容者内において
抵抗性が延長される。本発明の組成物は100%アセチル化されたポリペプチド
からなるしかしさらに一般的なアセチル化は70勤)ら50%の範囲になり、期
待されるのは30%あるいはそれ以下であろう。
本発明のFGFはふたつの一般的なカテゴリーすなわち塩基性FGFおよび酸性
FGFに分けられる。ここで用いられたように、塩基性FGFは通常9.0から
10゜0の間、好ましくはおよそ9.6の等電点におけるpH値をもち、ヘパリ
ンに結合することができる。塩基性FGFは脈管形成の因子であり、顆粒球、副
腎皮質細胞、クロンドサイト(Chrondocytes)、骨髄芽細胞、角膜
および血管の内皮細胞、血管の平滑筋細胞を含む広範囲な通常の二倍体の中胚葉
由来のおよび神経堤由来の細胞において有糸分裂誘発性である(米国特許出願第
609.412号(1984年11月5日出m>を参照せよ)。本発明に従って
、塩基性FGFはさまざまな分割された形で生産されてきたしかし好ましい形は
第1図のヒト塩基性FGFに見られるように開始コドンの直後のアラニン残基か
ら始まる番号付けをもったアミノ末端がアセチル化された塩基性FGFである(
1−154) (PCT/US86/10879出願(1987年3月26日公
開)を参照)。ここで用いられたように、酸性FGFは事実上7.0以下で、通
常はおよそ5.0から6.0の間の等電点におけるpH値をもち、ヘパリンに結
合することができる。通常、酸性FGFは塩基性FGFのように繊維芽細胞、血
管および角膜の内皮細胞、クロンドサイト(Chrondocytes)、骨芽
細胞、骨髄芽細胞、平滑筋細胞およびダリア細胞のような、塩基性FGFの場合
と同じ種類の多くの細胞の有糸分裂を促進する。第2図のヒト塩基性FGFに見
られるような番号付けを利用すれば、塩基性FGFと同様に好ましい酸性FGF
もまた約154アミノ酸である(ここに引用されているヨーロッパ特許出願第8
7306066、9号(1988年3月16日公開)を参照せよ)。
酸性および塩基性FGFの両方ははさまざまな微小な不均質な形すなわち154
アミノ酸中に存在していることは知られており、特に蛋白質分解に関与している
しかし付加的な修飾には関与していないはずである。したがって、実施例によっ
て提供されたしかし限定されない付加的な形はヒト酸性F G F (9−15
4)、 (13−154)および(16−154)、およびヒト塩基性F G
F (9−154)および(10−154)を含む。したがってここで用いられ
たように、アミノ末端がプロセシングを受けたFGFは通常アセチル化されるそ
のような微小の不均質な形に属する。もちろん、当業者は本発明のFGFが期待
された生物学的活性を残して提供された内部の欠失、多くのアミノ酸残基の付加
あるいは交換のような対立した相違および通常の変位にもまた関与していること
を認識してる。
酵母において本発明のFGFポリペプチドを調製するために、そのポリペプチド
をコードする適切なりNA配列を単離するがあるいは通常の技術に従いヌクレオ
チドど塩基の集合により化学的に合成しなければならない。好ましくは、次に完
全鎖長の遺伝子を組み立てるために期待された遺伝子の両方の鎖がらの対応する
配列のすべてのヌクレオチドをあるいはオーバーラツプする部分で合成する化学
的な合成が利用される。
これらの遺伝子を得たら、期待された蛋白質の細胞内発現を指示することができ
る酵母のプロモーターを含んだ酵母の染色体外因子のようなベクターに挿入する
。これらのベクターは通常遺伝子からすぐ上流に融合する開始コドンおよび遺伝
子のすぐ下流に融合する終止コドンを含む。適切な強いプロモーターはアルコー
ルデヒドロゲナーゼ1および2、トリオースホスフェートイソメラーゼおよび他
のどのようなよく知られたプロモーターでもよい。正確なアセチル化を確実にす
るために、しかしながら、分泌シグナル配列は通常十分なアセチル化を確実にす
ることを避けられている。TPI−1ターミネータ−のような酵母に一般的なタ
ーミネータ−配列もまた利用される。引例として引用されているマニアティスら
、Mo1ecular C1onin :^Laborator Manual
、 Co1d Spring [Iarbor Labora狽盾窒凵@19
82に述べられているよく知られた技術にしたがって、これらのDNA断片のす
べては連結される。
期待されたDNAの調製か行われた後に、ベクターは通常の技術により適切な宿
主酵母において形質転換させた。好ましい宿主はプロテアーゼレベルを下げたサ
ツ力ロミセスセルヒシェであるが、NATI (N−ターミナルアセチルトラン
スフエラーセ)マイナス変位株が好ましい。サツ力ロミセスセルビシェの中で特
に好ましい株はAmerican Type Cu1ture Co11ect
ion、 Rockville、 1laryland U、S、`、に預
JすられているJSC3(+2と呼ばれるものである。付加的なアセチラーセ活
性を供給し明らかに大量生産されているはずであるNATIおよびARDI(停
止欠損)の大量生産により、実質的に著しくアセチル化されたFGFが生産され
得る。そのような大量生産のために強いプロモーターの制御下にNATIおよび
ARDIは、FGFを含む適切な発現ベクターの形質転換に適した二倍体をつく
るような別々の宿主に挿入される。
形質転換された酵母細胞は、利用した特別なベクターへの依存をよく変える慣用
的な複合媒体で生育させることにより選択される。一度選択されれば、ベクター
を含んだ形質転換体をクローン化し、高生産菌を選択し、適切な培地で生育させ
る。
酵母細胞が適切な密度に成長したら、本発明の細胞内FGFは、着初の細胞破壊
により得られ、通常の精製技術により適切な蛋白質が単離される。そのような技
術は当業者にはよく知られており、アフィニティクロマトグラフィー(特にヘパ
リン支持)、電気泳動、透析、HPLCあるいは他のカラムクロマトグラフィー
および類似物を含みうる。FGFは通常少なくとも95%純正あるいは9鴎から
99%あるいはそれ以上に均質に精製されるであろう。
本発明の酸性および塩基性FGFは天然に存在する蛋白質としては実質的に同じ
アミノ酸配列をもっている。以前に指摘したとうり、微小の不均質さによりさま
ざまな長さで、実質的にはアミノ末端から蛋白質が分解される。5あるいはそれ
以上のFGFポリペプチド形が単一の酵母培養液から精製されるが、より一般的
には、2ないし3の形が生産される。通常は、少なくとも約50%あるいはそれ
以上のFGF形がアセチル化され、最低2%から5%、最高40勤1ら50%の
範囲で他の形が存在する。
特に好ましい組成物は単一形のFGFのみを含む。そのような組成物は、さらに
クロマトグラフィーあるいは電気泳動をすることにより微小の不均質なFGF調
製物から得られる。一方、ヒト塩基性F G F (9−154)は微小で不均
質になることなく発現される。
本発明の実質的に純正なFGFポリペプチドは静脈内、皮下、筋向、あるいは経
口により患者に与えられる薬剤学的な組成物を形成する薬剤学的に受容されるキ
ャリアーと化合させ得る。もちろん要求は扱われている特別な状況、その状況の
厳格さおよび適切な扱いの期間により変えられる。適切な濃度は広範囲に変えら
れ、通常1から50 mg/■lで、好ましくは10から1001g/mlの間
である。インビボで繊維芽細胞の出現および増加の速度を上昇させるために十分
な、治療に効果的な量は高濃度の調製物で1から霜1の間である。同様の濃度、
しかし通常は低いが、が細胞培養液のようなインビボでのFGF受容細胞の成長
および生育力を高めるために使用される。
これらの蛋白質は、酸付加塩あるいは金属化合物たとえば亜鉛、鉄あるいは類似
物のような薬剤学的に受容される無毒の塩の形でしばしば投与される。本発明の
蛋白質は薬剤師の指導の元に投与されるべきである。もし望むのであれば、血小
板由来の成長因子、表皮由来の成長因子、インスリン様因子、およびTGF−a
、 TGF−あるいは類似物のようなよく知られたどのような形質転換成長因子
でも含む他の有糸分裂誘発剤のような他の治療剤ばかりでなく適切なキャリアー
、安定剤中の希釈剤とともに投与される。
本発明の精製された真正FGFの組換え体はさまざまな系において活性があるこ
とが明らかになっている。これらは脈管形成のモデルにおいてばかりでなく線維
芽細胞および内皮細胞のような細胞増殖の通常のアッセイを含む。したがって、
これらのFGFは他のFGFが活性をもっていたことが証明されたように広範囲
な応用に利用される。これらはインビボにおける神経の再生、傷の修復、虚血お
よび角膜の修復のモデルを含む。さらに、神経の存続および分化を促進すること
ができる好中球因子として、本FGFは細胞の老朽、神経の退化、および細胞死
のような中心的および周辺の神経系に有効な治療薬の発明を許容する。
以下の実施例は実例によるものであるが、限定はされない。
実施例
■、材料および方法
以下の一般的な材料および方法は本発明のDNA組替え体および発現されたFG
F蛋白質の調製に利用された。引用されたそれぞれの引例は特に本文中に入れら
れている。また、以下の略語も用いられている:baFGFはウシ酸性FGFを
、haFGFはヒト散性FGFを、bbFGFはウシ塩基性FGFを、hbFG
Fはヒト塩基性FGFを表す。
A、DNA合成および遺伝子の組み立てオリゴヌクレオチドはApplied
Biosystems 380^合成機を用いてホスホアミダイト法により合成
された。シアノエトキシホスホアミダイト中間産物(American Bio
netics、 l1ayvard、 Ca1ifornia)、および0−ニ
トロフェニルテトラブル活性試薬(Americans Bionetics)
は18から45塩基のオリゴヌクレオチドの合成に使用された。
一般的に、完全な遺伝子は相補的なオリゴヌクレオチド間で最大のオーバーラツ
プをもつ約22のそのようなオリゴヌクレオチドからなる。それらのオリゴヌク
レオチドの精製およびリン酸化はウーデア(Urdea)ら(1983)Pro
c、 Natl、 Acad、 Sci、 [1,S、 A、 80 ニア46
1−7465に述べられている。混合したオリゴヌクレオチドは2%M Tri
s−HCI、 pH8,0,10+oM IIgch、および1hl[ジチオス
レイトールを含む緩衝液中で90に熱しそして25になるまで3時間以上冷やし
た。アニーリングさせた後、その混合物に3m1l ATPを加えた。25にお
ける15分間のT4リガーゼ(5al、 New England Biola
bs、 4X105−L二yト/ml)によるライゲージ3ンの後エタノール沈
殿を行いXba=Iおよび5al−Iで切断した。それぞれ合成したウシ遺伝子
は7%アクリルアミドにてポリアクリルアミドゲル電気泳動により精製し、エレ
クトロエリューションしてからXha−I/5al−Iで切断したpHG100
中にクローン化した。対応するヒト遺伝子は同様にNeo−/5al−1で切断
したpBsloo(Barr、 P、 、 et al、 、 (1987)
Vaccine 5: 9O−101)中にクローン化された。これらのプラス
ミドを、 BamFilで切断されさらにアルカリホスファターゼ処理された酵
母プラスミドpAB24 (第3図)中にクローン化されている発現2カセツト
1をフリーにしてやるためにBatnfilで切断した。遺伝子配列およびそれ
に引きつずく発現ベクターとのっなぎめの配列はM13ジデオキシ塩基塩基法定
法により決められた。塩基性FGF遺伝子のとくにG−Cが豊富な領域について
は配列情報が凝縮された部分を解読するためにdGTPアナログである7−デア
ザdGTPをもちいた(Barr、 P、、 et al、、 (1986)旦
kn勉庶些胚4: 428−432)。
B、プラスミド
pflGlooはpAB114にMgのpBR322由来のプラスミドである(
Brake、 A、、 et al、。
(1984) Proc、 Natl、 Aead、 Sci、 U、S、A、
81:4642−4646)。それぞれのプラスミドはサツカロミセスセレビ
シェのa因子プロモーター、pAB114のa因子の構造遺伝子の周囲のリーダ
ー配列およびターミネータ−配列を含む。さらに、pHG100は完全なhIL
−2をコードしている配列のすぐ5“側の唯一のXba−1クロ一ニング部位を
コードする沈黙変異を挿入することにより修飾されている(第4図)。発現の研
究のために、a因子リーダー合成遺伝子構成物はpA/Ga−因子bFGF (
第3図[b])と呼ばれるベクターを作るためにADH−2/GAPDHプロモ
ーター(Barr、 P、、 et al、、 (1987) Vaccine
5: 9O−101) ニ使用された。pBslooはADfl−2/GAF
Df[プロモーターおよびGAPDHの転写ターミネータ−の雑種からなるBa
d1発現”カセッピを含む。これらの制御因子はヒト免疫不全ウィルス(HIV
)のenv遺伝子の領域の両側に位置する(Barr、 et al、、 (1
987) Vaccine 5:9O−101)。これらの構成物のクローニン
グ部位は、メチオニン開始コドンをコードするNeo−1部位(第4図[C]
)および、発現される遺伝子の終止コドンの下流に位置する5al−1部位であ
る。Barr P、 、 et al、 、 (1986) ムαニ初巴桓訂5
: 486−489において記述されている酵母プラスミドpAJ124はウラ
シルあるいはロイシンのどちらかの欠乏培地の生育に選択可能なマーカーを含む
。大腸菌におけるhsOD融合蛋白質の発現のためのptac5sODの使用は
Steimer、 L、 et al、、 (1986) JJirol、 5
8:9−16に記載されている。
C1菌株
大腸菌内での形質転換および発現のためにD1210株が使用されたαania
tis、T、、et al、、(1982) Mo1ecular C1onf
n A Laborato Manual、Co1d Spri■
g Harbor Laboratory、 Co1d Spring Har
bor、 New York)。利用されたサツカロミセスセレビシェは以下の
とうりである: A B 110 CMata、 1eu2−3.112ura
3−52. 匹p!1=≦1.his4−580. [cir] ); 215
0−2−3 (Mata 1eu2.adel、 [cirコ);AB11UM
a
釦、に婬、旦1」、町〆ヒ52.−一旦η9匹剋」、匠Ω−407,[cir]
)。酵母の形質転換は以前にHinnen、 L et al、、 (1978
) Proc、 Natl、 Acad、 Sci、 U、S、A、75二19
1X−1
933に記述されたとうりに遂行された。
01組換え体バクテリアおよび酵母培養液からのFGFの精製それぞれの組換え
体FGFはヘパリンセファロースクロマトグラフィーにより精製された(Shi
ng、 P、、 et al、、 (1984) 5cience 223:
1296−1299)。簡潔に言えば、溶菌させたバクテリアおよび酵母からの
抽出物をそのままTris−CL緩緩衝液10輩輩pH7,0,1mM EDT
A)中のヘパリンセファロースカラム(ファルマシア)にのせ、0゜6x塩化ナ
トリウム(酸性FGFに対して)および140舅塩化ナトリウム(塩基性FGF
に対して)により溶出した。大腸菌由来のbaFGFについては、ヘパリンカラ
ムの前にCMセファデックス(ファルマシア)のクロマトグラフィーを行った。
ヘパリンセファロースの溶出については、2.0M(酸性FGF)および3.0
M<塩基性FGF)に上げた塩化ナトリウムグラディエンドが使用された。大腸
菌由来のbbFG#l最終的な精製ニツイテハ、2hl[Tris−CLL衝液
、(pH7,5,0,1m1i EDTA、 0.3M NaC1)中のUlt
rogel AcA34(IJB)によるゲル濾過を含む。
N末端がアセチル化されそしてボロツクされていない形のhbFGFはVyda
c C−4カラム(0,46X25CJl)の逆相H′PLCカラムで分離した
。カラムは0.1% トリフルオロ酢酸で平衡化し、hbFGFは32から34
%のアセトニトリルを用いて溶出した。すべての精製されたFGFのN末端の配
列の分析はPTHアミノ酸のオンーラインHPLC分析をもちいたApplie
d Biosystems 470A気相シクエネーターを用いて遂行された。
E、ペプチドマツピング
HPLCにより解明された2つの形のhbFGFはDTTにより還元されそして
システィン残基をブロックするためにビニルビリデンで処理した。スタフィロコ
ッカスアウレウスのV8プロテアーゼによる処理後、ペプチドは10から40%
のアセトニトリルを用いた50分間のグラディエンドで0.1%TFA中のVy
dac C−18カラム(0、46X 25cm)上でIIPLCにより分離し
た。それぞれのピークを集め続くアミノ酸組成分析により同定した。
F、総分光測光
蛋白質(1−2ns+ol)を重炭酸アンモニウム(150吐、 5hM、 p
H7,8,0,1al[in (Ca2+)に溶解しトリプシン(1%重量)を
加えた。サンプルを室温でインキュベートした。さらに1%重量のトリプシンを
加えて1時間後、分解をさらに1時間続けた。分解は凍結および凍結乾燥により
停止した。
N末端ペプチドのプロトン化された分子のイオンの移動は高界磁磁石、陽イオン
モードのLSIMSソースおよびポスト−アクセレーター検出機(10Kev)
を備えたEratos MS50S二重焦点機により行われた(Abertz、
W、、 et al、、 (1982)^na1. ChelI。
54 :2029−2034)。サンプルをプローブチップに加え、真空乾燥し
た。チオグリセロールの充填:塩酸溶液(0,1m)を含んだグリセロール(1
: 1)をソースに挿入する前に加えた。スペクトルはM/z3000−300
で分析した。
G、FGFのを糸分裂促進分析
さまざまなFGFの有糸分裂促進活性は密度阻止されたヒト包皮線維芽細胞(H
FF)、血管内皮細胞および毛細管内皮細胞を用いて分析した。HFF細胞は5
%の胎児の牛の血清(Hyclone、Ogden Utah)とともに、Du
lbecco’ s Modified Eagles11ediu■(DME
M)中の96ウエルのマイクロタイタープレートにぶれ−とした(IX104/
ウェル)。5日後、調製されたさまざまなFGFの希釈物液を血清を含まないD
i[EMlklに加えた。18時間後、3■−チミヂン(1mCi/ウェル:ア
マジャム、25Ci/mmo1.103mC1/mg)を加えた。プレートを2
4時間インキュベートした後、培養液をリン酸緩衝塩(P B S)で洗った。
三塩化酢酸(5%)をウェルに加えて15分後にメタノールを工5分間加えた。
プレートをメタノールであふれさせ、空気乾燥した。それぞれのウェルの内容物
は0.3M Na011に溶解して計数のためのシンチレーションの液体を含ん
だバイアルに移した。FGFサンプルのそれぞれの希釈は3つの平均である。活
性の1ユニツトは3■チミジンの取り込みの最大値の半分の値を刺激するのに必
要なFGFの量である。さまざまな調整の特異的活性は蛋白質の濃度により、最
大値の半分の取り込みを生じる希釈の逆数を割り算することにより決定される。
FGFの生物学的な活性はモニターが分化する機能のモデルにおいてもまた評価
される。これらはPC12細胞(Gospondarovicz、 D、、 e
t al、、 (1986) J、 Ce1Lハ■髄、 127:121−13
6)、 GH3細胞によるプロラクチン放出(Gospondarowicz。
D、、 et al、、 (1982) J、 Biol、 Chet 257
:1266−12278)および線維芽細胞および顆粒層細胞のアロマターゼ活
性(Gospodarowicz、 D、 (1984) Method fo
r Pre aration of Madia、Su Iements an
d 5ubstrata for Seruwr Free Animal C
e1戟@Cultur
g、 pp、 275−293. Alan L Li5s、 Inc、、 N
ew York)神経の自然成長を含む。成長因子の脈管形成の活性はニワトリ
しょう尿膜(Gospodarowicz、 D、、 et al、、 (19
84) Proc、 Natl、 Acad、 Sci、 IJ、S、^、 8
1:6963−6967)、ラットの脳(Gimbrone、n、。
et al、、 (1974) J、 Natl、 Cancer In5t、
52:413−427)および腎臓被膜(Risua、 v
、 (1986) Proc、 Natl、 Acad、 5ciU、S、A、
)において試験された。
Il、実施例
b a F G F (1−140)(Gimenez−gallego、 G
、、 et al、 、 (1985) 5cience Q30:1385
−1388と一致して数えられた)およびb b F G F (1−146)
(Esch、F、、 et al、、 (1985)Proc、 Natl、c
ad、 Sci U、S、A、 82:6507−6511)のそれぞれ435
bpおよび456bpの遺伝子を合成した。それらの構成物はbaFGFおよび
bbFGFの5゛末端の近傍の唯一のHind−IIIおよびNar−1の制限
酵素部位に挿入した。このことにより合成アダプターを用いた適切な発現系にそ
れぞれの遺伝子が滑らかに移動させられる。haFGF前駆体(Jaye、 M
、、 et al、、 (1986) 5cience 233: 541−5
45)も同様にして合成しそして29から44塩基の長さのオリゴヌクレオチド
をもちいてクローン化した。
成熟したウシおよびヒトの塩基性FGFは2アミノ酸のみが違っているので、1
8から43塩基の間の7つの新しい分子を合成hbFGF前駆体の遺伝子のため
に合成した。これらを以前に合成された適切なオリゴヌクレオチド配列に沿って
hbFGFを与えるようにライゲーションした(Abraham、 J、、 e
t al、、 (1986) EnOJ、 5: 2523−2528)。
実施例1
ウシFGFi −の発
bbFG F (1−146)およびbaF G F (1−140)の合成遺
伝子はtac−1プロモーターにより支配されている2つのシストロン情報を用
いて大腸菌内で発現させた(Halleyell、 R,、et al、、 (
1986) Nucleic Ac1ds Res、 13:2017−203
3)(第3図[a])B2つ
のシストロン情報の使用はリポソーム結合部位の周囲のステム−ループ構造を形
成させる元になっていた翻訳の最初の問題に打ち勝つことができる(Schon
er、 B。
、 at al、、(1984) Proc、 Natl、 Acad、 Sc
i、 U、S、A、 81:5403−5407)。高発現■■
たヒトスーパーオキシドジスムターゼ(hsOD)遺伝子はメツセージの最初の
コドンを供給した。この遺伝子は新しいリポソーム結合部位、終止コドン、およ
びそれぞれのウシFGF遺伝子の開始コドンを従える(第4図)。これらのプラ
スミドにより形質転換された大腸菌株D1210細胞のIPTGm導はウシFG
Fの発現のレベルを変えることかできる。
これらの遺伝子は酵母のa因子交配フェロモンリーダー配列との融合によっても
発現した(Brake、 A、、 et al、、 (1984)Proc、
Natl、Acad、 Sci、σ、S、A、81:46S2
−4646)。合成アダプターはこの分泌およびプロセシングシグナルをコード
する配列とそれぞれの遺伝子を融合させるのに使用された。この雑種遺伝子はC
ousensL、、 et al、、 (1987) Gene山−匹、) 6
1:265−275およびBarr P、、 et al、、 (198V)
L」狸−k(165:1160−1171に記述されているグルコース制御可能
なアルコールデヒドaゲ六−ゼー2 (ADIi−2)/グリセルアルデヒドー
3〜ホスフェートデヒドロゲナーゼ(GAPDH)雑種プロモーターおよびa因
子転写ターミネータ−(Brake、 A、、 et a蛋白質の5DS−PA
GE分析および生物試験により酵母の浮遊物中に検出された。
N末端のアミノ酸の構造およびそれぞれの組替えウシFGFの特異的活性を正確
に決定するために、それぞれの蛋白質は大腸菌細胞およびサツカロミセスセレビ
シェ培養液から精製された。これはヘパリンセファロースクロマトグラフィによ
り行われた。その方法を用いて、ウシFGFサンプルが98%以上の精製度で得
られた。N末端のアミノ酸分析はそれぞれのこれらの精製されたサンプルで行わ
れ、結果は表1に表した。
均買なN末端は大腸菌内で発現されたbaFGFにおいてのみ見られた。しかし
、このポリペプチドでさえも、大腸菌内で発現されたbaFGFを以前に報告し
た(Linemeyer、 D、、 et al、、 (1987) 里彰!血
庶恒旺5: 960−965)ようにN末端メチオニン由来の開始コドンがイン
ビボにおいて除去されないという真正のhaFGF(1−140)分子は存在し
なかった。メチオニン除去に関して量的にプロセッシングされているが、大腸菌
由来のbb F G F (1−146)はbbFGF種の不均質な混合物にさ
らに分解されていた(表1)。同様に、両ウシFGFは酵母から分泌されそして
精製されるときに不均質なN末端をもつことが明らかにされた。kex−2遺伝
子産物(Julius、 D、、 et al、、 (1984) Ce1l
37: 1075−1089)により介される2つの塩基性アミノ酸のプロセッ
シング部位における自然な切断に加えて、haFGFはさらにN末端から分解さ
れた(表1)。また、分泌されたFGFは真正なりbFGF(1〜146)にく
わえてプロセッシング部位由来のアルギニンを含んだメジャーな種を含むことが
明らかになった(表1)。我々はこの異常なプロセッシングがアルギニンとプロ
リンの間の要求された切断を十分に介すことがkex−2プロテアーゼにとって
不可能であったことによると言える。観察されたリジンとアルギニンの間の切断
はkeg−2よりも酵母のプロテアーゼによる事が最も考えられる。
実施医又
ヒトFGF′T の
組換え体ウシFGFのN末端が不均質であったことから、対応するヒトFGFは
細胞内の酵母発現系をもちいて前駆体として発現させた。蛋白質の分析(Sto
ry、 II−、et all、(1987) Biochem、 Bio h
s、 Res、 Coemun、 142: 702−709jおよびn
aF G F (ECGF)(Jaye、 Il、、 et al、、 (19
86) 5cience 233: 541−545)およ■■beG
F CAbraham、 J、、 et al、、(1986) ElgBOJ
、 5:2523−2528)それぞれのDNA配列から予想される開始コドン
をもちいて、合成前駆体遺伝子はADll−2/GAPDII雑種プロモーター
に直接融合させた(第4図[C])。これらの配列(第3図[C])を含むプラ
スミドはロイシン選択条件下において酵母を形質転換させるのに使用した。FG
F遺伝子発現の誘導は培地による生育の間の酵母培養液中のグルコースの消耗に
より付随的に起こった(Cousens、 L、、 et al、、 (198
7) Gene堕mst、) 61:265−275)。
細胞は集められそして上述のようにFGF発現を分析した。FGFは哺乳類のイ
ンビトロのモデルにおいて細胞に結合しているから、これらの培養液の浮遊物を
輸送されたFGFについて試験した。それぞれの場合において、破壊した酵母細
胞の中においてのみFGFポリペプチドを見いだした。哺乳類の系のように、培
養液はほんのわずかなFGFを含んでいた(合計約5X以下)。
実施例1
酵四本」鈷y(蛮勇査れたヒトFGFの ダ可溶性のhaFGFおよびhbFG
Fポリペプチドはあらかじめヘパリンセファロースをもちいて精製された。ha
FGFの発現における内因性の酵母液胞プロテアーゼの効果は匹剋」野生型株2
150をもちいて研究された。2150からのそれに対するAB116において
発現されたhaFGFはゲル電気泳動の移動度において明らかな相違が見られた
。したがって、それぞれの精製されたhFGFについてN末端の配列分析および
結分光測光を行った。haFGF前駆体はLSODのようにN末端が量的にブロ
ー7りされていた(llallewell、R,、et al、、 (1987
) 彪俳:加曵技訂5: 363−366)。このポリペプチドをトリプシン分
解した断片の総スペクトル分析はtreeにおいてアセチル化されたN末端のペ
プチドAc−AEGE ITTFRALTEKにたい追いしたプロトン化された
分子を表した。したがって、天然のhsODS酵母由来の組換え体hsOD(H
allewell、 R,、et al、、 (1987) L式奥向庶桓旺5
:363−366)、天然のbaFGF(EFGF)(Burgess、 W、
、 et al、、 (1986) Proc、 Natl、 AcadA S
ci。
U、 S、 A、 83 : 7216−7220)およびbaFGF (プロ
スタトロピン)(Crabb、J、、 et al、、(1X
86) 」倶急山迎歴U25・5988−4993)をもちいたように、ブロッ
クする基はアセチル部分であることが明らかになった。アミノ酸分析とともにこ
のデータは内因性のメチオニルアミノペプチダーセがアセチル化に先立って開始
コドン由来のメチオニンを十分に切断できる事もまた示している。
酵母株2150から精製されたhaFGFはブロックされた前駆体(54%)と
ともに、Phe8(26%)、 Thr12(11%)、 Phe15(7%)
の後の残基か切断された3つのメジャーな種の混合物であることか明らかになっ
た。この観察からFGFのN末端が、bbFGFにおいて報告されたようなアス
バチルプロテアーゼによる分解に感受性を示す事が強1839−1842)。
発現されたヒト塩基性FGFの前駆体の精製および分析からN末端のメチオニン
が量的に除去されていることか明らかになった。しかしながら驚いたことに、そ
れらのN末端がFGF間で等しいにもかかわらず、ペプチドマツピング、量的な
アミノ酸分析および総スペクトルが示したことは、hbFGFは単に部分的にア
セチレーションにより修飾されているということであった。したがって、ヘパリ
ンセファロースの逆相HPLCで精製されたhbFGFはほぼ等モル比で明らか
に2つの形のポリペプチドで単離されてきた。v8プロテアーゼ由来のペプチド
の単離および同定はN末端のペプチドが違っていることを明らかにした。hbF
GFのトリプシン分解物を総スペクトルにおいて分析すると、アセチル化された
N末端ペプチドAc−AAGS ITTLPALPEDGGSGAFPPGHF
Kに対応したプロトン化されたイオンがva/e 2537において観察された
。さらに、ブロックされていない種がtree 2495において観察された。
HPLCのデータと一致して、相対的なピークの高さが示すことは2つの種がお
およそ等モル比で存在することである。幾つかの方法によるこの状況はヒトの良
性の前立腺増殖性の組織からのhbFGFがブロックされていないN末端を含ん
でいたことにおいて哺乳類組織からの塩基性FGFの分離の結果をまねたもので
ある(Story、 L、 et al、 (1987)旦実施泗A
。さまざまな調製物の特異的活性を表1に表す。内皮細胞の分化を促進させる組
換え体蛋白質の許容量は天然のを糸分裂と区別できなかった。組換え体hbFG
Fもまた試験し、脈管形成、神経の自然成長、インビボにおける神経の生存およ
び頚粒層の細胞および繊維が細胞の分化した機能の制御において活性があること
が明らかになった。
実施皿旦
修飾された ” い” rhbFGFの 造ヒト塩基性F G F (9−15
4)および(10−154)はそれぞれ最初の8および9アミノ酸を除去するた
めにプラスミドpAB24^/G−hbFGFのN末端を修飾することにより調
製されうる。そのプラスミドをNco−1からMar−1部位を切り出すために
処理し、それぞれNeo−1およびMar−1の突出部分をもった以下の合成オ
リゴヌクレオチドを挿入した:
h b F G F (9−154)
11et Pro Ala Leu Pro Glu Aso Gly Gly
Ser GlyCATGCCAGCGGTGCCGGAGGACGGGGGC
AGCGGGTCGGGACGGCCTCCTGCCCCCGTCGCCGCh
b F G F (10−154)11et Ala Leu Pro Gl
u Asp Gly Gly Ser GlyCATGGCCCTGCCGGA
GGACGGGGGCAGCGGCGGGACGGCCTCCTGCCCCCG
TCGCCGにれらのプラスミドは酵母において部分的にアセチル化されている
hbFGFとともに、期待されたFGFを発現することができる、そしてそれら
の遺伝子は以前に記述したとうり(Barr、 et all、J、 Biol
、 Cbeya−、263:16471−16478.1988)、AD112
/GAPDflプロモーターを使用して発現されうる。
組換え体 菌株あるいは N−末端アミノ酸配列 特異的活性1 参 の びお
およその ・ ユニット/Il×1oツA bbFGF 大腸菌D1210 P
ro−Ala−Leu−(54%)8.9^1a−Leu−(46%)
B bbFGF サツカロミセス ^rg−Pro−Ala−Leu−(74%
) 8.0セレビシエ八BIIOPro−Ala−Leu−(26%)ChbF
GF サツカロミセス Acetyl−Ala−Ala−(50%)9.3セレ
ビシエAB116 Ala−Ala−(50%)D baFGF 大腸菌DI2
10 電et−Phe−^5n−Leu−(100%)0.52E baFGF
サツカロミセス Phe−^5a−Leu−(90%)工、8セレビシ!AB
IIOAsn−Leu−(5%)Leu−(5%)
F(i) haFGF サツカロミセス Acetyl−^1a−Glu−(1
00%) 0−61セレビシエAB116
(ii) haFGFサツカロミセス Acetyl−Ala−Glu−(54
%) 0.31セレビシエ Ala−Glu−(2%)Thr−Ala−Leu
−(26%)
Glu−Lys−Phe−(11%)
Asn−Leu−Pro−(7%)
太施例旦
” い” rhbFGFの および
これらのrhbFGFは実施例5において教示されたように酵母の中で発現され
たそして細胞の破壊および遠心をスタートにして精製された。第5図に見られる
とうり、透明な酵母抽出物のゲル上においてrhbFGFが見え、しかし対照の
プラスミドの細胞抽出物からは何もなかった。これらの蛋白質は第5図のほぼ均
質な材料を生じるヘパリン−5PW HPLCクロマトグラフィーにより精製さ
れた。マイナーなバンドを検出するために多量のrhbFGF (約15μg)
を電気泳動すると、2つの大変マイナーな高分子量の不純物が見られた、がしか
し19.5 ドルトンのrhbFGFに等しい物は見られなかった。これらの短
いrhbFGFは通常ヘパリンに結合し、これらの短いrhbF G Fは活性
があることを示している。この発現レベルは10−154の形より9−154の
形のほうが高かった。どちらの形も、1−154rhbFGFにとってはJSC
302が好ましい酵母の宿主であった。JSC302におけるrhbF G F
9−154の発現はrhbF G F 1−154(約35mg/リットル)
と同様の発現の範囲の酵母培養液のリットルあたり24mgであると見積もられ
る。
精製されたJSC302からのrhb F G F 9−154およびrhbF
G F 10−154はC−4逆相クロマトグラフイーにより解析された。第
6図に見られるとうり、両方の蛋白質は単一のメジャーなピークとして溶出され
、rhb F G F 1−154のようにアセトニトリルとほぼ同様のパーセ
ンテージであった。はとんど確実にrhbFGFがジスルフィド結合している形
の2つの小さい最初のピークもまた明白であった。
しかし、最も明らかなことはメインのrhbFGFのピークが鋭く、1−154
rhbFGFの完全長の2倍でなかったことである。9−154形の最初の2
2アミノ酸のアミン末端の配列は期待さtL7’:” PALPEDGGSGA
FPPGHFKDAPKR” 配列であった。マイナーな配列は検出されなかっ
た。したがって、9−154形は均質なN末端をもつことが明らかとなり、鋭い
HPLCのピークは顕著な小さな不均質さがないことを示唆している。rhbF
G F 9−154はアセチル化されていると期待されていないN末端のプロ
リン残基、10−154形はアラニンで始まるが、アセチル化のための好ましい
残基をもつ。
叉施倒ユ
19.5キロドルトンのrhbFGFの0定rhbFGFの19.5キロドルト
ン形はメジャーなrhbFGF17.5キロドルトン形よりも低いそくどでいど
うするマイナーな種である。ゲルで精製された17.5キロドルトンおよび19
.5キロドルトンのrhbFGFのサンプルを、リン酸化が19.5キロドルト
ンのrhbFGFの移動度を低下させるかどうかを直接試験するために子牛アル
カリホスファターゼとインキュベートした。第7図に見られるように、この処理
は17.5キロドルトンに対して効果を示さず、しかし19.5キロドルトンか
ら17.5キロドルトンへの部分的な変換をした。第7図の右側において、アル
カリホスファターゼ処理後の19.5キロドルトンのサンプルの電気泳動が示す
ことは、19.5キロドルトンの大部分が17.5キロドルトンに変換されてい
ることである。(実際にはリン酸化タンパク質はアルカリホスファターゼにとっ
てとぼしい基質であるので19.5キロドルトンrhbFGFのすべてが17.
5コロドルトンに変換されていないということは驚くべきことではない。)この
実験が示すことは、リン酸化は1965キロドルトンrhbFGFの電気泳動の
異常な移動度の原因であるということである。
太施凹旦
1アセチルイか゛アセチルイされたrhbFGFの された大変に滑らかなグラ
ヂエントのVydacC−4カラムによるTFA/アセトニトリルの逆相HPL
Cは2つの形のrhbFGFを分離することができるが、室温における分離は好
ましくなく、ベースラインに接近できない(第8図A)。第8図AおよびBに見
られるように、TFA/アセトニトリル緩衝液およびVydacc−4カラムの
50’Cにおける単純な使用は2つのrhbFGFのベースラインの分離に近付
くことができる。不都合にも、VydacC−4カラムは一日以上は上昇させた
温度に耐えられない。
ポリマーをベースにした逆相カラム、ポリマーPLRP−8,0,46X25a
m、300オンゲスドロームロ径をこの系に使用した。第8図のDに見られるよ
うに、50°CにおけるP L R,P −Sカラムによる2つのrhbFGF
の分離はVydacC−4に比べて大変改良された。そしてポリマーを基質とし
たカラムはより高温に耐えられるようになった。50°Cにおけるポリマーの逆
相カラムを使用した非アセチル化およびアセチル化されたrhbFGFの解析は
微小で不均質な短い形のrhbFGFの分離に応用されるはずである。
本発明は現在発明者に知られたベストモードを構成するその好適具体例に関して
記述されたものであり、別添の請求の範囲に示したように、当業者に自明のさま
ざまの変化および修飾か本発明の範囲を外れる事がないことが理解されよう。
L1肛1ユ
ムユ扛しユ
MetAlaG1uGlyGlu工1eThrThrPheThrAlaLau
ThrGluLysPh@20 コ0
AsnLauProProG l yAsnTyrLys Lys ProLy
sLauLauTyrCysコ5 45
S erAsnGlyGlyHls Phe LeuArq I l aLau
ProAspG LyThrVa1AspGlyThrArg入spArgsa
rAspGlnHis工1@G1nusuG1nLauCysA1aG1uSe
r工1@1G1yG1uValTyr工1al、ysSerThrGluThr
Gl yGlnPha LauA 1 aMe tAspTh rAspG l
’fLau LeuTyrG IYS @ rG l nThrPrOASnG
1uG 1uCyS LauPh @L@uG l uArCJL@ uGl
uG 1uAsnH1sTyrAssnThrTyr工1eSarLysLy
sH1sA1aG1uLysH1s125 1コ5
TrpPh@VaIGlyLeuLysLysAsnG1yArgSerLys
LauG1yPr。
ArgThrHisPheG1yG1nLys八1a11eLeuPheLeu
ProLeuPr。
Va15@rAsp
浄書(内容に変更なし)
FIG、 3(b)
浄書(内容に変更なし)
浄書(内容に変更なし)
FIG、 5
旦匹匹匝
浄書(内容に変更なし)
FIG、7
凶匹二J
−m−−^−””” ′PCT/US 89104821国際調査報告
麺−kmnm−1−一一一軸署−−−−−−t−−−−−−−−に==二コz=
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