JPH05502245A - 変性タンパク質の再活性化法 - Google Patents

変性タンパク質の再活性化法

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JPH05502245A JP4500025A JP50002592A JPH05502245A JP H05502245 A JPH05502245 A JP H05502245A JP 4500025 A JP4500025 A JP 4500025A JP 50002592 A JP50002592 A JP 50002592A JP H05502245 A JPH05502245 A JP H05502245A
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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】 変性タンパク質の再活性化法 本発明は、タンパク質が少なくとも400ミリモル/lの濃度のトリス塩基また はトリス塩を有するトリス緩衝液で処理される変性タンパク質の可溶化及び復元 のための改良方法に関する。
タンパク質が原核細胞、例えば、E、coli中で生産される場合、難溶性タン パク質凝集物(封入体)がしばしば生成される。これらのタンパク質をそれらの 活性形態に変換するためには、可溶化工程及び復元工程が必要である。タンパク 質の可溶化は既知の方法である(例えば、E PO361475、E P−AO 1+4506、EP−A0093619及びE P −AO253823を参照 のこと)。
その池に、変性タンパク質の復元のための緩衝液並びに方法が知られている(例 えば、国際特許第87/’0267−1号、E P −A 0364926 、 E PO241022を参照のこと)。
復元タンパク質の収率を制限するタンパク質(ジスルフィドブリッジを有する、 または存しない)の再活性化に重要な因子は、変性タンパク質から正しい折りた たみ(folding)中間体への変換と幾つかのタンパク質分子の凝集の間の 競争反応である。この理由のため、復元緩衝液中の変性タンパク質の濃度は、復 元法の収率に重要なパラメーターであり、即ち、変性タンパク質の濃度を増大す ることは凝集を促進し、そして天然タンパク質の配座を存する虞元タンパク質の 関連収率を低下する。
それ故、タンパク質の再活性化に関して現在知られている全ての方法に於いて、 反応混合物中の変性タンパク質の量が臨界濃度を越えないことが必要である。タ ンパク質は使用される再活性化緩衝液に極わずかに可溶性であることがよくあり 、それ故、これは低収率、必要とされる多量の時間及び/またはより多量の緩衝 液の点でかなりの欠点を生じる。
それ故、本発明の目的は、再活性化(例えば、特に、可溶化及び復元)の条件を つくり、そして変性され、復元されたタンパク質の溶解性が既知の緩衝液に較べ てかなり増大される緩衝液を提供することである。
この目的は、本発明に従って、タンパク質を、処理されるタンパク質かその天然 配座をとることができるpHて、少なくとも400ミリモル/lの濃度のトリス (ヒドロキシメチル)−アミノメタン塩基(以下、トリスと称する)またはトリ スの塩の溶液とタンパク質をインキュベートすることを特徴とする変性タンパク 質の再活性化法により達成される。
変性タンパク質の再活性化のために400 ミリモル/1以上の濃度のトリス塩 基またはトリスの塩を含む緩衝液の使用は、復元タンパク質の溶解性をかなり増 大させる。これは、既知の通常の方法に較べて活性タンパク質の収率のかなりの 増加をもたらす。従来知られている再活性化緩衝液は反応溶液を緩衝するために 50〜100 ミリモル/lの濃度のトリスをしばしば含むが、少なくとも40 0ミリモル/1の濃度のトリスの可溶化(従って復元収率を改良する能力)を媒 介する驚くべき性質は従来認められてぃなかった。
本発明の意味の範囲内のトリスの塩は、任!の有機または無機の酸のトリス塩と 理解される。トリス塩の例は、例えば、トリス酢酸塩、トリス安息香酸塩、トリ スホウ酸塩、トリス炭酸塩、トリスクエン酸塩、トリス塩酸塩、トリスマレイン 酸塩、トリス硝酸塩、トリスシュウ酸塩、トリスリン酸塩、トリスコハク酸塩、 トリス硫酸塩、等である。
本発明の方法はタンパク質の一般的復元に適し、それにより変性の原因(塩、加 熱、等)は実際に重要ではない。本発明の方法は遺伝子操作により生産され、封 入体物質として不活性形態で生じる生産物の復元に特に適するが、その方法はま た原註jlとしてその他の変性タンパク質に適用し得る。特に、本発明の方法は 国際特許第87102673号、E P −A 0241022及びE P − A 0364926に開示された方法に適用し得る。これに関して、国際特許第 87102673号は、原核生物中の発現後細胞溶解、変性条件及び還元条件下 の可溶化、そしてGSH/G55Gの存在下の酸化条件下の再活性化(この場合 、9〜12のpH値、0.1〜20ミリモル/lのGSI(濃度、0.O1〜3 ミリモル/lのG55G濃度及び非変性濃度の変性剤か再活性化工程で使用され る)による非グリコジル化tPAの活性化法を開示している。E P −A 0 24+022は、復元されるタンパク質の溶液か選択された緩衝液中、臨界濃度 て調製され、そして折りたたみ中間体の生成後に、復元される別のタンパク質か 臨界濃度を得るのに必要な量添加される、復元緩衝液中の溶液状懸の変性タンパ ク質の復元法を開示している。E P −AO364926は、遺伝子操作によ り生産され、原核生物中で発現され、細胞溶解後変性条件及び還元条件下の可溶 化、続いて酸化条件及び復元条件下の再活性化による、生物活性タンパク質の活 性化法に関するものであり、この方法では1〜1000μg/mlのタンパク質 濃度か使用され、そして透析か可溶化と再活性化の間で、1〜4のpH値を有し 、4〜8モル/lのグアニジン塩酸塩または6〜lOモル/lの尿素を含む緩衝 液に対して行われる。
本発明の方法は二つの別法で行うことかできる。一つの別法は、トリス及び/ま たはトリス塩がまたpHを調節するのに使用されるように上記の濃度のトリス緩 衝液で行うことである。第二の別法は、相当する方法のために従来記載され、更 にトリス及び/またはトリス塩を添加した緩衝液で行うことである。これは、イ ンキュベーション溶液のpH値がトリスとは異なる緩衝液物質により調節される ことを意味する。両方の場合、トリスの添加またはトリス濃度の増加がpHの変 化を生じないよう注意することが適切である。
インキュベーションは、処理されるタンパク質が天然配座で存在し得るpH値で 行われる。これは、本発明の方法のインキュベーションが天然タンパク質配座の 形成を可能にしないpH値で行われないことを意味する。天然タンパク質配座は 、次に、二次構造、三次構造及び、所望により、タンパク質が生物活性を有する ことができる四次構造を含むと理解される。
本発明の方法は、少なくとも400 ミリモル/lの濃度を有するトリス溶液と の変性タンパク質のインキュベーションを含む。トリス濃度は0.4〜2モル/ lであることが好ましく、約1モル/lのトリスであることが特に好ましい。幾 つかのタンパク質(例えば、抗体フラグメント)では、0.5モル/lの範囲の トリス濃度で最適の再活性化収率か既に得られている。
復元法の収率は、既に上記したように、復元溶液中のタンパク質の濃度に依存す る。本発明の方法に関して、4000μg/m lまでの範囲であるタンパク質 濃度が選ばれることが好ましい。しかしながら、タンパク質の種類及び復元法に 応じて、この範囲を越えるタンパク質濃度が好適であることがわかっている。
本発明の方法に於いて、変性タンパク質は復元溶液に連続的またはバッチ式(例 えば、パルス復元)に添加される。多くの場合(例えば、tPA及びtPA誘導 体の復元の場合)、0.2〜1モル/lのアルギニンをインキュベーション溶液 に添加することか有利であることがわかっている。
本発明の方法により復元し得るタンパク質の好ましい例は、組換えtPAまたは tPA突然変異タンパク質(特に、ドメイン組成に2Pを有する非グリコシリル 化tPA突然変異タンパク質)、組換え顆粒球コロニー刺激因子(G−C3F) または抗体またはそれらのフラグメントである。しかしながら12本発明の方法 は、これらの例に限定されるのではなく、あらゆるタンパク質に適用し得る。
本発明の再活性化法の利点は、特に、低トリス濃度を有する緩衝液が使用される 方法に較べて30〜300%の活性タンパク質の最終収率の増加を含む。更に、 復元緩衝液中の変性タンパク質の濃度は最終収率の損失を生じないで増加するこ とかでき、即ち、復元法はかなり迅速になり、しかも更に有効になる。
特に、本発明の方法は復元リアクター中のパルス復元に有利である。この場合、 復元タンパク質の収率が増大され、加えて、パルス当たりのタンパク質濃度が増 加でき、これが再活性化期間の短縮をもたらす。また、復元収率の低下を観察し ないて復元調製物中に更に高い最終濃度のタンパク質にまでパルスを与えること か可能である。その結果として、緩衝液量かかなり減少される。
パルス復元操作は、復元がアルギニンを含む約1モル/1のトリス濃度の緩衝液 中で行われ、そして復元されるタンパク質の濃度かパルス当たり約200μg/ mlだけ増加される場合に、特に有利であることがわかった。
本発明を以下の実施例により更に説明することが意図されている。
略号: GSH:還元グルタチオン G55G :酸化グルタチオン t−PA :組織プラスミノーゲンアクチベーターCprot :タンパク質濃 度 renat、 :復元 CK:クレアチンキナーゼ 実施例1 第二パルス(+/−1モル/I!のトリス)添加までのインキュベーション時間 に対する復元収率の依存性 出発物質: tPA突然変異タンパク質に2Pの封入体(]B)を国際特許第9010943 7号(実施例1)に従って生産し、続いてE P −AO361475A 1( 実施例1)に従って可溶化し、そして混合ジスルフィドに変換した。実施例2〜 5では、出発物質を同様の方法で使用した。
復元=0.6モル/lのアルギニン/HCI、 pH8,51ミリモル/lのE DTA 0.7 ミリモル/lの還元グルタチオン(GSH)+/−1モル/I!のトリ ス Cprot=パルス当たり140 μg/ml第二パルスの添加=1〜9時間( 表を参照のこと)インキュベーションコ最後のパルスの添加後、室温で12時間 表1 第二パルス (+フィブリン) (+フィブリン)(時間) (U/ml) ( U/m1)復元tPA突然変異タンパク質に2Pの活性の測定及び単位Uの定義 ttLill(ZGrMAL 42(1987)、478−486) 1.:記 載サレテイル。
トリスを使用しないアルギニン緩衝液中では、第二パルスの添加前の滞留時間が 〉6時間である場合に、最大の復元収率が得られることか表1に見られる。1モ ル/lのトリスが反応混合物に添加される場合には、下記の変化が生じる。復元 の最大収率は30〜40%増加される。1〜3時間の滞留時間後であっても、変 性タンパク質か復元収率を減少しないで添加し得る。
実施例2 復元・トリス濃度及びArg/グアニジン比に対する依存性出発物質: 実施例1に記載したように生産されたtPA突然変異タンパク質に2Pの封入体 (rB) 復元:実験Aニドリスに対する依存性 0.6モル/1のアルギニン/HCI、 pH8,51ミリモル/lのEDTA 0.7ミリモル/1のGSH トリス:0.50S100.500.1000及び2000ミリモル/1Cpr ot=80 u g/ml インキュベーション:室温で24時間 実験B:緩衝液依存性 1ミリモル/lのEDTA%pH8,50,7ミリモル/lのGSH Cprot=80μg/ml 緩衝液:(1)0.6モル/lのアルギニン/HC1(2)0.4モル/lのア ルギニン/HC1+0.2モル/1のグアニジン(Gdn)/HCI(3)0. 2モル/lのアルギニン/HCI+0.5モル/lのグアニジン(Gdn)/M CI夫々の場合、十/−1モル/lのトリスインキュベーシコン二室温で24時 間 表2A 実験Aニドリスに対する依存性 トリス 活性 (+フィブリン) (ミリモル/l) (07m1) 1ooo 5:l:19 表2B 実験B、緩衝液の変量 緩衝液 添加剤 活性 (1) 0.6 %ル/l’Arg 20471モル/1トリス 355〕 (210,4F−Jtt/l Arq/ 15770・2モル/i’Gdn 1 モル/eトリス 4〕50(3) 0.2モル/ e Arq/ 14020. 5モル/1Gdn 1モル/eトリス 〕277実験A:収率は復元緩衝液中の トリス濃度の増加につれて増加する。復元の最適値は約1モル/lのトリス濃度 にある。驚くことに、復元収率は100ミリモル/l〜500ミリモル/lのト リスの間で増加する。
実験B:収率は全ての場合に1モル/lのトリスの添加によりかなり増加される 。
実施例3 タンパク質濃度に対する復元の依存性(+/−、1モル/lのトリス)出発物質 : 実施例1に従って生産されたtPA突然変異タンパク質に2Pの封入体([B) 復元:緩衝液A: 0.6モル/lのアルギニン/HCI、 pH8,51ミリモル/lのEDTA 0.7 ミリモル/lのGSH Cprot:112.223及び446μg/ml緩衝液B。
0.6モル/lのArg/HCI 、 pH8,51ミリモル/1のトリス 1ミリモル/i!のEDTA O17ミリモル/!のGSH Cprot:112.223.446 、893 、2230及び4460μg /mlインキュベーション、室温で24時間 この実験の結果を下記の表3に示す。
(モル/l) (μg/ml) (U/mL)223 4L87 18780 446 5956 L3350 復元率は、トリスを使用しないアルギニン緩衝液中のタンパク質濃度を増加する につれて減少する。1モル/1!のトリスか緩衝液に添加される場合には、復元 収率(活性/Cprot)のかなりの減少が400μg/m 1のタンパク質濃 度まで測定し得ない。更に高いタンパク質濃度でのみ、濃度の増加につれて収率 の減少かある。
実施例4 パルス復元:+/−1モル/lのトリス出発物質: 実施例1に従って生産されたtPA突然変異タンパク質に2Pの封入体(E8) 復元 0.6モル/1のArg/HCI 、 pH8,51ミリモル/1のED TA 0.7 ミリモル/lのGSH トリス:+/−1モル/1 Cprot=パルス当たり150 μg/ml滞留時間滞留時間量 12時間: 1500μg/ml 混合ジスルフィドを窒素雰囲気下のO″Cの反応に保つ。
この実験の結果を下記の表4に示す。
°表4 (モル”)(uq/ml) (IJ/m1)750 17319 2コ092 濁度のかなりの増加が、トリスを使用しないでパルスを加える場合に700μg /mlのタンパク質濃度で起こるが、一方、1モル/lのトリスの添加によるパ ルスは1.5mg/mlのタンパク質濃度であっても完全に明らかである。最終 収率は1モル/1のトリスの添加により約30%増加された。
実施例5 パルス復元:連続法に近似(+/−1モル/1のトリス)出発物質: 実施例1に従って生産されたtPA突然変異タンパク質に2Pの封入体(]IB 復元=0.6モル/lのArg/HCI 、 pH8,50,7ミリモル/1の GS)1 1ミリモル/1のEDTA 十/−1モル/lのトリス パルス・滞留時間;30分 Cprot−パルス当たりの増加: (A)9.3u g/ml、CB)31μ g/ml ポンプ輸送期間 2分間 最終濃度 30001t g/ml 混合ジスルフィドを窒素雰囲気下の0°Cの反応に保つ。
この実験の結果を下記の表5に示す。
表5A: 1モル/lのトリス、Cprot=30分当たり9.3 μg/m116 24 5 1022:l 4172648 904 43339 4794/L69  1299 4]964 33844146 2759 104009 3769 Bトリスを使用しない場合、Cprot・30分当たり9.3μg/m 140  56〕 1472] 2615056 788 240’35 ’30501 88 12]8 ]:1802 27301104 146] 377]4 2 5792176 2485 59195 2]821224 ’3160 65 896 20B53表5B: 1モル/lのトリス、Cprot=30分当たり3[u g/m142 256 コ 49 30:11 53033 17496トリスを使用しない場合、Cpro t=30分当たり31μg/mlコ 219 4587 20945 42 2563 2]580 920049 :l(m コ3482 1104 6連続法への近似(個々の復元パルスの添加速度を、それ以外は同様である条件 下で増すこと)は、パルス実験と比較して同じ復元率を生しる。復元緩衝液への 1モル/lのトリスの添加は一般に最終収率を約20%〜100%増加する。
実施例6 トリス濃度に対する還元に2Pの復元の依存性出発物質: 実施例1に従って生産されたtPA突然変異タンパク質に2Pの封入体(IB) 可溶化・6モル/lのGdn/HCI 、 pH8,30,1ミリモル/lのト リス 1ミリモル/lのEDTA 0.1モル/lのDTE Cprot=7.5 mg/ml; 2分のウルトラタラックス(Ultraturrax)インキュベーション:室 温で1時間 停止:HCIでpH3,0 透析: 6モル/lのGdn/HCI 、 pH3,01ミリモル/lのEDT A 復元:0.7モル/lのArg/HCI 、pH8,51ミリモル/lのEDT A 3ミリモル/lのGSH 0,3ミリモル/lのG55G(酸化グルタチオン)トリス: 0 :0.3+ 0.6:0.9+1.2:1.5:1.8及び2.1モル/l Cρrot=I50μg/ml 結果が表6に見られる。
表6= トリス 活性 (モル/l) (U/ml+ 還元タンパク質か直接復元される場合であってら、復元収率は1モル/I!以上 のトリスの添加により30%増加さIlる。
実施例7 G−CSFの復元 出発物質 国際特許/εP91100192(実施例3)に従って生産されたG−C5Fの 封入1本 可溶化 6モル/lのGdn/HCI 、 pH801モル/lのトリス Iミリモル/jのEDTA 0.1モル/lのDTE Cprot:10mg/ml: 2分のウルトラタラノクス インキュベーション 撹拌しながら室温で2時間待表千5−502245 (e )) 停止:HClでpH3 透析−6モル/pのGdn/HCI 、pH2,53ミリモル/lのEDTA 還元剤か完全に除去されるまで4°C 透析後のタンパク質濃度: 8.5mg/ml復元・実験I。
0.6モル/1のArg/HC1,pH81ミリモル/lのEDTA 0.5 ミリモル/1のGSH 5ミリモル/1の[、SSG パルス:C=30分間て50Bg/mlt・1時間 最終タンパク質濃度= 1 mg/ml実験II・ 0.6モル/lのArg/HC1,’ pH81ミリモル/1のEDTA 0.5 ミリモル/lのGSH 5ミリモル/1のG55G パルス:C”30分間で50 tt g/m11= 1時間 タンパク質濃度= 0.6mg/ml 復元後に、遠心分離を16000rpmで30分間行う。続いて、透析を20ミ リモル/lのトリス、pH8,1ミリモル/lのEDTAに対して行う。
結果か表7に見られる。
表7 実験 トリス緩衝液p)18.0中の透析後の復元率(%) 実験I A:O,l モル/lのトリス lO B:1モル/lのトリス 63 実験]I A:0.I モル/iのトリス 20 B Iモル/lのトリス 50 G−CSFの活性の測定は、Mossmann、 T、 (1985)J、 I mmunol、Methods65、66−73及び)folmes、 K、  L、 +Plaszynski、 E、 ;Frederickson、 T、  T、 :klorse、 H,C,llr & [hle、 J、 (198 5)PNAS [ISA 82.6687−6691に記載さ験(’H−チミジ ン混入)の助けにより行う。同様の結果が、EP91107429、2に従って 生産されたG−CSF及びG−C3F突然変異タンパク質で得られる。
実施例8 抗体Fabフラグメントの復元 変性=5モル/IlのGdn/HC[、pH8,50,1モル/1のトリス 2ミリモル/lのEDTA 0.3モル/lのDTE Cprot= 5 mg/ml ; インキュベーション:室温で2〜3時間復元ニドリス緩衝液、pH7,5 (トリス: 0.05:0.1:0.2:OJ:0.5:0.75及び1モル# ) 2ミリモル/lのEDTA 6ミリモル/lのG55G Cprot=50 μg/mI: インキュベーション・10℃で80時間活性試験: D E −A 38353 50.4(実施例8.2) +:従ッテビオチニル化されたCKを用いたEL[ SA 結果が表8に見られる。
表8 トリス 復元率(%) 0.5モル/lのトリス濃度まで抗体Fabの復元収率の線形の増加がある。ト リス濃度の更に増加のみが、わずかの改良をもたらす。
要約書 本発明は、タンパク質を、処理されるタンパク質がその天然配座をとることがで きるpHで、少なくとも400 ミリモル/lの濃度のトリス塩基及び/または トリスの塩の溶液とインキュベートする、変性タンパク質の再活性化法に関する 。
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Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.タンパク質を、処理されるタンパク質がその天然配座をとることができるp Hで、少なくとも400ミリモル/lの濃度のトリス塩基及び/またはトリスの 塩の溶液とインキュベートする、変性タンパク質の再活性化法。
  2. 2.インキュベーション溶液のpH値がトリスと異なる緩衝物質により調節され る請求項1に記載の方法。
  3. 3.トリスがまたpH値を調節するのに使用される請求項1に記載の方法。
  4. 4.0.4〜2モル/lのトリス溶液が使用される請求項1〜3の一つに記載の 方法。
  5. 5.0.2〜1.0モル/lのアルギニンがインキュベーション溶液に添加され る請求項1〜4の一つに記載の方法。
  6. 6.組換えtPAまたはtPA突然変異タンパク質が処理される請求項5に記載 の方法。
  7. 7.ドメイン組成K2Pを有する非グリコシル化tPA突然変異タンパク質が処 理される請求項6に記載の方法。
  8. 8.変性タンパク質が復元溶液に連続的またはバッチ式に添加される請求項1〜 7の一つに記載の方法。
  9. 9.パルス復元法が復元リアクター中で行われる請求項8に記載の方法。
  10. 10.復元が約1モル/lのトリス濃度のアルギニンを含む緩衝液中で行われ、 そしてタンパク質濃度がパルス当たり約200μg増加される請求項9に記載の 方法。
  11. 11.組換えG−CSFが処理される請求項1〜5または8〜10の一つに記載 の方法。
  12. 12.抗体またはそれらのフラグメントが処理される請求項1〜5または8〜1 0の一つに記載の方法。
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