JPH06343476A - 改良された生産性を有するベクターおよび哺乳動物細胞系 - Google Patents

改良された生産性を有するベクターおよび哺乳動物細胞系

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JPH06343476A
JPH06343476A JP6147027A JP14702794A JPH06343476A JP H06343476 A JPH06343476 A JP H06343476A JP 6147027 A JP6147027 A JP 6147027A JP 14702794 A JP14702794 A JP 14702794A JP H06343476 A JPH06343476 A JP H06343476A
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downstream
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Sham-Yuen Chan
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 タンパク質発現を増大させるために、異種タ
ンパク質のDNAをコードする配列を哺乳動物細胞系に
導入するための改良ベクターを提供する。 【構成】 そのベクターは、cDNAタンパク質をコー
ドする配列、第一プロモーターおよび下流のドナー・イ
ントロンであって、第二プロモーターおよびドナー・イ
ントロン・アクセプターの間に配置された第一プロモー
ターおよび下流のドナー・イントロンを含んでなる。例
示された実施例において、その塩基配列は、因子VII
Iをコードしており、トランスフェクションされた細胞
系の高生産性は、最小増幅可能指数を樹立することによ
って保証されるものであって、その方法は、常法とは反
対に、増幅前に比較的低い生産性を有する細胞系を使用
することに、焦点を合わせることである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、遺伝子工学的
に作出された哺乳動物細胞系から、生物学的に活性なタ
ンパク質を生産することに関する。特に、本発明は、細
胞系の生産性を増強する新規なベクターおよび細胞選択
方法に関する。本発明は、特に、組み換え因子VIII
の生産を増大するために有用である。
【0002】
【従来の技術】遺伝子増幅は、哺乳動物細胞におけるタ
ンパク質生産を増大するために広く応用されてきた手法
である。問題のタンパク質をコードしている転写ユニッ
ト(cDNA)は、通常、増幅可能なマーカーに共有結
合される。次いで、転写ユニットとマーカーは、適当な
細胞に同時に導入され、続いて選択され、同時に増幅さ
れる。
【0003】もっとも広く使用される遺伝子のトランス
フェクションおよび増幅手法は、DHFR欠失のチャイ
ニーズハムスター卵巣(CHO)細胞に関連するジヒド
ロ葉酸レダクターゼ(DHFR)発現ベクターの使用を
伴う(Kellems, Curr. Op. Biotech. 2:723-729, 199
1)。組織プラスミノーゲンアクチベーター、エリスロ
ポイエチンおよび因子VIIIを含む商業的に価値のあ
るタンパク質の多くは、この手法に基づいて生産されて
来た(Kaufman,米国特許第4,740,461号および Kaufman
et al., Mol. Cell. Biol. 5(7):1750-1759, 1985 参
照)。内因性DHFR遺伝子の存在のために、この手法
は、一般にDHFR欠失のない細胞宿主にまでは拡大さ
れてない。しかしながら、DHFR+細胞宿主を使用し
て治療用のタンパク質を発現する場合には、極めてわず
かな成功例が報告されているにすぎない。
【0004】米国特許第4,965,199号(Wood, et al., 1
990)には、DHFR+新生児ハムスター腎細胞(BHK
−21)において因子VIIIを生産する方法が記載さ
れている。この方法は、(i)DHFRをコードしてい
る第2のDNA配列に結合された因子VIIIをコード
するDNA配列、およびネオマイシン耐性に関与する選
択マーカーとを宿主細胞による同時トランスフェクショ
ン、(ii)G418を含有する選択培地による形質導
入株の選択、および(iii)増加量のメトトレキセー
ト(MTX)を含有する培地でのG418耐性細胞の増
殖を必要とする。
【0005】Wallら(Gene, 81: 139-149, 1989)は、ヒ
ト293細胞で機能性タンパク質Cを発現させるため
に、DHFR/MTX同時増幅手法の使用について報告
した。また、Okamotoら(Biotechnol., 8:550-553, 199
0)は,ヒト・リンパ系細胞において顆粒球コロニー刺激
因子(GM−CSF)の増幅および発現について記載し
ている。
【0006】組み換えDNA技術の最近の進歩にも拘わ
らず、因子VIIIに関して高い生産性をもった組み換
え細胞クローンの誘導は、難問のまま残されている。引
用することによった本明細書の内容となる欧州特許出願
公開第0260148号(Gorman, 1987年9月17日公開)は、プ
ロモーターの下流および因子VIIIをコードしている
DNAの上流に安定化塩基配列を有する発現ベクター
(pCIS−F8)の構築を記載している。そのベクタ
ーは、サイトメガロウイルスもしくはCMVのプロモー
ターおよびエンハンサー、因子VIIIをコードしてい
るcDNA、および3’終止塩基配列を用いて構築され
た。この安定化配列の存在しない場合には、因子VII
Iの発現は、試験されたいかなる細胞種においても観察
されなかった。
【0007】pCIS−F8、ネオマイシン耐性を付与
するプラスミド発現ベクターを用いて、ヒト293S細
胞を同時にトランスフェクションすることによって、本
発明者は、因子VIIIの中等度の生産性(0.1−
0.2uU/c/d)を有する組み換え細胞系を得るこ
とができた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、驚くべ
きことに、種々のトランスフェクション実験から多数の
集団およびコロニーを増幅させる数多くの試みは、メト
トレキセートでの増幅拡大後に高い生産性クローン(1
−2uMまで)を作出することはできなかった。その増
幅は、米国特許第4,740,461号(Kaufman)および第4,96
5,199号(Wood, etal.)記載のように実施された。
【0009】
【課題を解決するための手段】今、本発明者は、因子V
IIIのようなタンパク質の発現レベルが、哺乳動物細
胞をトランスフェクションするために使用されるベクタ
ーを修飾することによって、顕著に増大させられること
を、初めて発見した。修飾の詳細およびその使用が、以
下に記載される。
【0010】ここに開示するベクターは、タンパク質を
コードする塩基配列、第一プロモーターおよび下流のド
ナー・イントロンであって、第二プロモーターおよびド
ナー・イントロン・アクセプターの間に配置された第一
プロモーターおよび下流のドナー・イントロンを含んで
なる。一つの好適な実施態様においては、因子VIII
の塩基配列コード(FVIIICもしくはFVIII:
Cとしても知られている)およびそのベクターは、pC
AIS−F8である。また、その因子VIIIをコード
している塩基配列は、誘導体、変異体もしくは断片であ
ることができる(例えば、米国特許第5,045,455号 参
照)。そのベクターは、哺乳動物細胞によるタンパク質
発現を増大するために、その細胞中に、異種のタンパク
質塩基配列をコードしている適切なDNAを導入するた
めに使用される。
【0011】本明細書は、また、そのタンパク質の連続
生産ができ、しかもより高い生産性を有するような、目
的のタンパク質のための増幅可能な細胞集団を選択する
ための改良された方法についても開示する。
【0012】好適な増幅可能なマーカーは、DHFRで
あるが、グルタミン・シンテターゼ(GS)および多剤
耐性(MDR)のようなその他のマーカーで置換されて
もよい。トランスフェクションすべき細胞宿主は、全て
の哺乳動物細胞であり、DHFR−欠失である必要はな
い。それらの染色体DNA中に選択遺伝子を組み込むこ
とで知られている細胞系が、最良である。例えば、ヒト
胎児性腎(293S)、チャイニーズハムスター卵巣
(CHO)、新生児ハムスター腎(BHK−21)、骨
髄腫、およびHepG2細胞のような肝がん系、および
それに類するものが挙げられる。
【0013】トランスフェクションされた哺乳動物細胞
系の生産性は、最小増幅可能指数を樹立することによっ
て増強することができ、その方法は、常法とは逆に、最
初の選択とミニクローニングの後ではあるが増幅させる
前に、比較的低い生産性を有する細胞系を使用すること
に焦点を合わすものである。本願によれば、選択された
細胞は、増幅可能指数(△E=Y/X)>3をもつ必要
があり、その場合X=最初の増幅前の細胞の生産性、お
よびY=最初の増幅後の細胞の生産性である。
【0014】
【実施例】
(実施例1)発現ベクターの構築。
【0015】発現ベクターpCIS−F8およびpSV
2−neoBa16を、欧州特許出願公開第0260148号記
載のように構築した。改良された発現ベクター(pCA
IS−F8と記す)は、隣接型3’イントロン配列(C
AP部位に関して+1〜+132,図2)を含むアデノ
・主要後期プロモーターを、標準の組み換え技術(Mani
atis, 1990)を用いて、既知のベクターpCIS−F8
のSacII部位に挿入することによって構築した。こ
の382bpSacII断片は、米国特許第4,965,199
号(Woodら)に記載されたpAML3p.8clから分
離された。
【0016】簡単に言えば、382bp断片は、Sac
IIを用いてpAML3p.8cl50μgを消化後ゲ
ル精製された。この断片は、次いで、SacIIを用い
て直鎖状化したpCIS−F8に連結した。20℃で4
時間連結後、連結混合物50ngが、イー・コリE.
coli)DH5αを形質転換するために使用された。
AMLプロモーターおよびイントロン配列のクローニン
グの成功は、塩基配列決定によって確認された(図
2)。そのベクターの構築図式は、図5に示される。
【0017】(実施例2)高生産性を有する安定な細胞
クローンの誘導。
【0018】産生細胞系は、pCIS−F8もしくはp
CAIS−F8の10μgおよびpSV2−neoBa
16の10μgにより、製造者の指示に従ってリポフェ
クション(lipofection)法を用いて,5x
105細胞を同時にトランスフェクションすることによ
って樹立された。典型的なトランスフェクション実験
は、2.5x106細胞を必要とする(GIBCO)。
多重トランスフェクションは、通常、同時に実施され
る。トランスフェクションを2日継続した後、細胞はト
リプシン消化され、48穴平板(CoStar,増殖面積=1
00mm2)中に接種され、そしてG418(400μ
g/ml)を含有する選択培地(DMEM/F12、重
量比=1:1)で増殖された。G418耐性細胞の因子
VIII生産性は、製造者(Coatest,Kabi)の指示によ
る発色性基質法によって、〜50%集密度において(選
択開始後約3週)測定された。次いで、その細胞は、5
0nMメトトレキセート含有の培地(DMEM/F1
2、1:1、グリシン、ヒポキサンチン、およびチミジ
ン欠)で、集密になるまで成長させられた。この最初の
増幅段階は、通常は、約3週間要する。次いで、メトト
レキセート耐性細胞は、因子VIII生産性に関して定
量された。
【0019】細胞系選択方法 各集団の“デルタE指数”が、次に測定された。デルタ
E指数は、X=50nMメトトレキセート選択前の生産
性、およびY=50nMメトトレキセート選択後の生産
性である場合のデルタE=Y/Xとして定義される。典
型的なトランスフェクションは、トランスフェクション
された細胞の220−440集団のスクリーニングを伴
うであろう。デルタE>3の細胞集団は、さらにサブク
ローニングされ、次のより高いレベル(100nM)の
メトトレキセートで増幅された。高い生産性をもった集
団(先行技術によれば、さらなる増幅のために選択され
た)は、より高い生産性まで増幅させることができない
ことに注目すべきである。全てのこれらの集団は、3よ
り低い低デルタE指数値を有する。中等度の生産性であ
るが高いデルタE指数(>3)をもつ細胞集団が、より
高い生産性まで増幅された。
【0020】典型的選択は、96のサブ集団(96穴平
板、増殖面積=32mm2)中への、1集団(〜1x1
5)の細胞の継代培養工程を包含する。その細胞は、
100nMメトトレキセート中で集密に増殖され、因子
VIIIの生産性に関して測定された。次に、最高の生
産性をもった集団が、次のより高いレベルのメトトレキ
セート(200nM)中での増幅において、クローン濃
度を高める同様な培養にかけられた。選択の同様な方法
が、確実な高レベルの因子VIIIの生産性に達するま
で繰り返された。293S細胞に関して、最高生産性
は、1μMメトトレキセートにおいて一般には達せられ
る。メトトレキセートのより高いレベルでの増幅は、因
子VIIIの生産性をさらに増大することはなかった。
単細胞クローンは、次いで、50nMメトトレキセート
の存在下での限界希釈クローニングによって得られた。
【0021】表1に示すように、高生産性を有するクロ
ーンは、pCIS−F8(0.7−1.0uU/c/
d)およびpCAIS−F8(1.3−1.5uU/c
/d)の両方から得られた。pCAIS−F8によって
作出されたクローンは、pCIS−F8によって作出さ
れたクローンよりも生産性において、有意に40−50
%増を示した。これらのクローンは、血清を含まない条
件下でも因子VIIIの連続生産のために安定であり、
好適である。
【0022】表1 種々の発現ベクターによりトランスフェクションされた
293S細胞の増幅クローンの因子VIII生産性。
【0023】 ベクター スクリーニング法 クローン**の生産性 (1μM) (uU/c/d) pCIS−F8 常法* 0.1〜0.25 pCIS−F8 デルタE 0.7〜1.0 pCAIS−F8 常法* 0.15〜0.3 pCAIS−F8 デルタE 1.3〜1.5 * G418選択が、メトトレキセート中のさらなる増
幅のために選ばれた後の、最高生産性を示す細胞。
【0024】**全10−12クローンが、1uMメト
トレキセートに対する耐性獲得後の生産性によって評価
された。
【0025】本明細書において示されるように、デルタ
E指数は、さらに増幅され得る潜在的な高生産性の細胞
集団を同定するために有用な指標である。
【0026】(実施例3)因子VIIIの連続生産。
【0027】高生産性のクローンの一つが、10%透析
ウシ胎児血清を補足されたJoklikの最小必須培地
(GIBCO)の250ml撹拌培養で、5−7x105細胞
/mlの細胞濃度まで増殖された。その培養は、100
r.p.m.のスピードで撹拌され、37℃の培養器中
に保たれた。次いで、その細胞は、ハンクス液(GIBC
O)で洗浄され、血清不含の生産培地(インシュリン5
μg/ml、トランスフェリン25μg/ml、ヒト血
清アルブミン1mg/mlおよび15mMMgCl2
追加されたJoklikのMEM)中5x105細胞/
mlの濃度で、250ml撹拌フラスコに再接種され、
37℃に保たれた。24時間後、培養液が採取され、発
色性Coatest(Kabi)法によって因子VIII生
産に関して定量された。その細胞は、遠心分離され、新
鮮な血清不含生産培地に再懸濁され、そしてさらに24
時間37℃で培養され、その後同様な操作が、24時間
間隔で21日間繰り返された。この生産期間を通して、
細胞の生産性は、1.2−1.5uU/c/dの範囲に
維持された。
【0028】上記開示に加えて、種々の変法が、この分
野の技術者には考えられる。例えば、アーグメンティン
グ(augmenting)配列とこの開示ベクターの
組み合わせが、ヒトの遺伝子治療を意図したベクターと
して使用することができるであろう。因子VIIIの場
合には、そのベクターは、ヒト肝細胞中に組み込まれて
もよい。したがって、上記実施例は、例示として解釈さ
れるべきであり、開示された本発明の範囲は、次の請求
の範囲によってのみ限定されるべきであると考える。
【0029】本発明の特徴および態様は以下のとおりで
ある。
【0030】1.タンパク質をコードしている塩基配列
と、第一プロモーターおよび下流のドナー・イントロン
であって、第二プロモーターおよびドナー・イントロン
・アクセプターの間に配置されている第一プロモーター
および下流のドナー・イントロンを含んでなるベクタ
ー。
【0031】2.前記ドナー・イントロン・アクセプタ
ーの下流に位置する因子VIIIもしくは因子VIII
誘導体をコードしている塩基配列を含んでなる第1項の
ベクター。
【0032】3.組み込まれた染色体要素として第1項
のベクターを包含する哺乳動物細胞系。
【0033】4.組み込まれた染色体要素として第2項
のベクターを包含する哺乳動物細胞系。
【0034】5.哺乳動物細胞中へ染色体組込み的に組
み込まれたベクターpCAIS−F8。
【0035】6.異種タンパク質を生産するための細胞
系を選択する方法であって、 A.異種タンパク質をコードしているDNA配列、増幅
可能なマーカーをコードしている第2のDNA配列、お
よび選択可能なマーカーをコードしている第3のDNA
配列により、哺乳動物細胞を同時にトランスフェクショ
ンする工程; B.該トランスフェクションされた細胞を、選択培地に
おいてさらにサブ集団にクローニングし、そのような選
択可能なマーカー耐性細胞を選択する工程; C.異種タンパク質の生産性をアッセイする工程; D.宿主細胞が増幅可能なマーカーを欠失していない該
選択マーカー耐性細胞を低レベルの選択薬剤を含有する
培地中で培養する工程; E.各細胞集団について、増幅可能指数△Eであって、
次の等式 △E=Y/X 本式中、Xは、最初の増幅前の細胞の生産性であり、そ
してYは、最初の増幅後の細胞の生産性であるで定義さ
れる該指数を樹立させる工程、ならびに F.△E指数3以上の値をもつ細胞をさらに増幅させる
ことであって、選択薬剤の量を増大させることにより実
施される該増幅工程を含んでなる方法。
【0036】7.該宿主細胞が、 A.プロモーターの下流および目的の異種タンパク質の
アミノ酸配列をコードしているDNAの上流のオーグメ
ンティング配列; B.該オーグメンティング配列の下流の、目的のタンパ
ク質のアミノ酸配列をコードしているDNA;および C.転写終結部位の下流の、ポリアデニル化配列をコー
ドしているDNA、を含有する二重鎖DNA配列を担持
する発現ベクターを含んでなる第6項の方法。
【0037】8.該宿主細胞が、さらにアーグメンティ
ング配列を包含する、第7項の方法。
【0038】9.該アーグメンティング配列が、スプラ
イスドナー1−イントロン1−スプライスドナー2−イン
トロン2−アクセプター配列を包含する、第7項の方
法。
【0039】10.該プロモーターが、ヒト・サイトメ
ガロウイルスの即時型初期遺伝子に由来する、第7項の
方法。
【0040】11.該スプライス1−イントロン1配列
が、アデノウイルスの主要後期プロモーター領域に由来
する、第7項の方法。
【0041】12.該スプライスドナー2配列が、ヒト
・サイトメガロウイルスに由来する、第7項の方法。
【0042】13.該イントロン2−アクセプター配列
が、ヒト免疫グロブリン可変領域に対応する、第7項の
方法。
【0043】14.異種タンパク質のアミノ酸配列をコ
ードしているDNAが、因子VIIIをコードしてい
る、第7項の方法。
【0044】15.異種タンパク質のアミノ酸配列をコ
ードしているDNAが、因子VIIIの誘導体、変異
体、もしくは断片をコードしている、第7項の方法。
【0045】16.宿主細胞が、ヒト胎児性腎細胞(2
93)である、第7項の方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aは、先行技術のベクターpCIS−F8を示
し、Bは、本願のベクターpCAIS−F8を示す。
【図2】Aは、図1AのCMVプロモーターおよびドナ
2−イントロン2−アクセプター(D2I2A)の線状
地図を示し、Bは、図1BのCMVプロモーターおよび
ドナー2−イントロン2−アクセプターとの関係において
AMLプロモーターおよびドナー1−イントロン1の位置
の線状地図を示す。
【図3】アデノ・主要後期プロモーターおよびそのイン
トロンのヌクレオチド配列を示す。
【図4】本願の選択方法全般および△Eの算出を例示す
る流れ図である。
【図5】ベクターpCAIS−F8の構築図式を例示す
る流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C12P 21/02 C 8214−4B (C12P 21/02 C12R 1:91)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タンパク質をコードしている塩基配列と、
    第一プロモーターおよび下流のドナー・イントロンであ
    って、第二プロモーターおよびドナー・イントロン・ア
    クセプターの間に配置されている第一プロモーターおよ
    び下流のドナー・イントロンを含んでなるベクター。
  2. 【請求項2】組み込まれた染色体要素として請求項1の
    ベクターを含んでなる哺乳動物細胞系。
  3. 【請求項3】異種タンパク質を生産するための細胞系を
    選択する方法であって、 A.異種タンパク質をコードしているDNA配列、増幅
    可能なマーカーをコードしている第2のDNA配列、お
    よび選択可能なマーカーをコードしている第3のDNA
    配列により、哺乳動物細胞を同時にトランスフェクショ
    ンする工程; B.該トランスフェクションされた細胞を、選択培地に
    おいてさらにサブ集団にクローニングし、そのような選
    択可能なマーカー耐性細胞を選択する工程; C.異種タンパク質の生産性をアッセイする工程; D.宿主細胞が増幅可能なマーカーを欠失していない該
    選択マーカー耐性細胞を低レベルの選択薬剤を含有する
    培地中で培養する工程; E.各細胞集団について、増幅可能指数△Eであって、
    次の等式 △E=Y/X 本式中、Xは、最初の増幅前の細胞の生産性であり、そ
    してYは、最初の増幅後の細胞の生産性であるで定義さ
    れる該指数を樹立させる工程、ならびに F.△E指数3以上の値をもつ細胞をさらに増幅させる
    ことであって、選択薬剤の量を増大させることにより実
    施される該増幅工程を含んでなる方法。
  4. 【請求項4】該宿主細胞が、 A.プロモーターの下流および目的の異種タンパク質の
    アミノ酸配列をコードしているDNAの上流のオーグメ
    ンティング配列; B.該オーグメンティング配列の下流の、目的のタンパ
    ク質のアミノ酸配列をコードしているDNA;および C.転写終結部位の下流の、ポリアデニル化配列をコー
    ドしているDNA、を含有する二重鎖DNA配列を担持
    する発現ベクターを含んでなる請求項3の方法。
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