JPH06503552A - 細胞質ゾル内にペプチドを導入する方法 - Google Patents

細胞質ゾル内にペプチドを導入する方法

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JPH06503552A JP3510777A JP51077791A JPH06503552A JP H06503552 A JPH06503552 A JP H06503552A JP 3510777 A JP3510777 A JP 3510777A JP 51077791 A JP51077791 A JP 51077791A JP H06503552 A JPH06503552 A JP H06503552A
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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】 細胞質ゾル内にペプチドを導入する方法又貝n技玉並分万 本発明1& 細胞質ゾル内にペプチドを導入する方法、更に詳細に檄 ウィルス 、細胞内寄生体およびバクテリア、並びに悪性細胞に対するワクチンの製造にお ける新規な原理に関する。
公匪の貨1 病原虫微生物に対して防御する際およびtqm生微生物生物去する際に、クラス Iの主要組織適合性抗ff (MHC)により抗体が出現すること1 重要な役 割を演じる。細胞毒性T−リンパ球檄 外来のまたは異常な抗原を細胞表面上で 発現する細胞を認識獣 この細胞を破壊する。このことは感染を除去するのに重 要である。同じ機構(礼 悪性細胞の除去においても作用している。クラスエの MMCによる抗原の出現に鷹 出現すべき抗原が細胞質ゾル中または外胞体中に 存在していることが必要である(Germain、 RN、 Nature 3 22687−689 (1986))。従って、外部から加えたポリへブチ自失  通常はクラスI応答を出現させない。しかしながら、抗原を細胞質ゾル中に人 為的に導入すると、MHCクラスエによる出現を引き起こすことができる(Mo ore、 KN、、 Carbone、 F、R,& Bevan、 M、J、  Ce遅賞、 ’177−’1815 (19掲))。この上うな構造体に対し て免疫す石ための今日の一般的な方法法 弱毒化された生きたウィルスであって 、細胞内に入ることができ、かつ問題のペプチドを細胞内で生成し細胞表面に出 現できるように自己複製することのできるウィルスを用しすることである。こう して、細胞毒性CD8−細胞の適切な集団が拡大さね、後で対応するビルレント ウイルス株にさらされたとき、この微生物は免疫防御を有する。このアプローチ の問題頃 一部鷹弱毒化ウイルスが時としてビルレントに逆戻りすることがある という事実のためであり、また一部鷹多くの場合に弱毒化ウィルスの調製に問題 があるためである。それ故&ミ 細胞質ゾル中に外来ペプチド、例えばウィルス 性抗原を導入するための好都合で損傷のない方法法 ワクチンの目的のためにC D8−MHCクラスIで制限された細胞毒性T−リンパ球の適切な集団を拡大す るのに有用であろう。
細胞質ゾルに入る外来タンパク質の確立された例は、ある種の細菌性および植物 性トキシン、例えばジフテリアトキシン、顯些俳■凹り些匹鮭殴嬰エキソトキシ ンA、リシン(ricin) 、アブリン(abrin)、ビスクミン(vis cumin)、モデシン(modeccin)、シゲラ(Shigella)  )キシン、コレラトキシン、パーツシス(pertussis) トキシンであ る(Olsnes、S、& Sandvig、K、 :”Immunotoxi ns”(A、E、 Frankel、 ed )、 Kluwer Acada nic PublisherBBoston 198B、 pp、 39−73 ; 01snes、 S、 & Sandvig、 K、 : ”Recept or−meditated endocytosis” (1,Pa5tan  & KC,WilLingham、 eds、 )。
Plenum Publ、 Corp、、1985. pp、 195−234 )。この群のトキシン叫細胞質ゾルに入り、そこで細胞または器官に対して有害 な酵素反応を行う。遺伝子操作によって、毒性が著しく低いトキシン分子を形成 することが可能である(Barbieri、 J、 T、 & Co11ier 、 R,J、 Infect。
和■n、 55.1647−1651 (1987) )。トキシンが細胞内に 追加のペプチド物質を運び込むことができるなl−111f、このような無毒性 突然変異体叫 ワクチンの目的のために細胞質ゾル内に抗原性ペプチドを運び込 むのに有用であり(Cerundolo et al、Nature 345.  449(1990)) 、これをクラスエのMHC抗原によって出現させるこ とができる。このような抗原性シーフェンス(戴 多数のウィルス 細菌および 寄生体から得ることができ、このような構造体(戴 ある種の悪性細胞から誘導 することもできる。
本発明の目的檄 抗原性ペプチドシークエンスを細胞質ゾルに安全な手段で転移 させて、対応する抗原と反応することができ、抗原性ペプチドを出現させる細胞 を除去することができる細胞毒性T−リンパ球の集団を拡大することである。前 記の種々のトキシンについてそれらが入る機構は原理的には同じであるカー ジ フテリアトキシンの場合が最も詳細に研究されている。本発明者らが本発明に関 する研究の大部分に用いたの(戴 このトキシンである。
久盟n見! 本発明者ら1も ジフテリアトキシンの本質的に無毒性の突然変異体カー その N末端に結合したオリゴペプチドを細胞質ゾルに転移させることができることを 実証した。本発明者らが研究したペプチド頃 多種多様なペプチドを同じ手段で 細胞内に運び込むことができるという結論を許すのに充分に、そのシーフェンス が異なっている。
従って本発明代 ペプチドを細菌性または植物性のトキシンまたはそのフラグメ ントに結合することを特徴とする、ペプチドを細胞質ゾル内に導入する方法に関 する。更に本発明;戴 ペプチドを細菌性または植物性のトキシンまたはそのフ ラグメントに結合獣 このペプチドを細胞質ゾル内に転移させ、後Gミ クラス IのMMC抗原により細胞表面で出現させることにより、クラスI制限免疫応答 を顕現させ、かつCD◆T−りンバ球の適切な集団を拡大させることを特徴とす る、ワクチンの製造方法に関する。本発明はまた、前記の方法により製造された ワクチン、並びにこのようなワクチンをウィルス、細胞内細菌および寄生体に対 して、および悪性腫瘍に関連する分子に対して使用することに関する。
匿里Aゑ朋 図1: ジフテリアトキシンのN末端の延長。
A、三速りに突然変異が変化するGl 1114@からSerを有するジフテリ アトキシン遺伝子のコード化領域である。Glyl をT3−ブロモターの後に 位置するイニシェータ−Metで置き換えて、pBD−Isを与えた(McGi ll、 S、、 Stenmark、 H,、Sandvig、 K& 01s nes、 S、 : EMBOJ、 8.2843−2848 (1989)) 。pB−B3−DIを得るためE、pBD−1をNcolで開裂し オリゴペプ チド、MGVDEYNEMPMPVN (B3と呼J) をコ−)’するオIJ ゴヌクレオチドを挿入した。pGD−2343P6の後にあるその天然シグナル シーフェンス、MSRKLFASILIGALLGIGAPPSAHA (s  sと呼ぶ)でジフテリアトキシンをコードする。
プラスミドL pGD−1(IAcGill、 S、、 Stermmrk、  )L、 5andvi&に、 & 01snes、 S、 : 堺毀J、 8. 2843−2848 (1989))をHindII工およびPstIで消化り 、、St−ヌクレアーゼでオーバーハングを除去し、再結合してpGD−2を形 成することにより得られた。
B 遺伝子をインビトロで転写し得られたm RN Aをウサギ網赤血球消化物 培地中で[3SS]メチオニンの存在下で翻訳した(McGill、 S、 、  Stenmark、 )L 、 Sandvig、 K & 01snes、  S、 : EMBOJ。
8、2843−2848 (1989))。還元剤を除去し、ジスルフィド橋を 形成させるため、翻訳混合物をP B S (0,14M NaC1,10mM  リン酸Na、 pH7,4)に対して一夜透析し、次いでHepes培地(重 炭酸塩を20mMHepes、 pH7,4で置き換えたDulbecco変性 イーグル培地)に対して4時間透析した。各サンプルのアリコートを、ドデシル 硫酸ナトリウムの存在下のポリアクリルアミドゲル電気泳動(5DS−PAGE )により還元条件下で分析した(Olsnes、S、& Eiklid、K、  : J、Biol。
9児へ255.2&4−289 (1980))。幾つかの場合、ウサギ抗B3 抗血清(レーン3および4)または抗リシン(レーン5)と共に予めインキュベ ートしたタンパク質A −5epharose (Pharmacia、 Sw eden)で翻訳生成物を処理した。吸着した物質を5DS−PAGEにより分 析した。
DTはpBD−1からの翻訳生成物であり、B3−DTはpB−83−Dlから の翻訳生成物であり、5s−DTはpGD−2からの翻訳生成物である。
図2. N末端に付加したB3オリゴペプチドを有するA−フラグメントの細胞 質ゾルへの転移。pBD−1およびp B−B 3−Dlを、インビトロで転写 して翻訳した。対応する翻訳生成物(DTおよびB3−DT)を、24穴マイク ロタイタープレートで単層として生長している Vero細胞に添加し、10M Mのモネンシン(monermin) ノ存在下で24℃に20分間保持した( McGill、 S、。
Stenmark、 H,、Sandvig、 K、 & 01snes、 S 、 : Ella30 J、 8.2843−2848(1989))。細胞を Hepes 培地で2回洗浄医次いで10MMのモネンシンを含有するHepe s 培地中の、0. 4 p g/mlのTPCK(N−トシル−L−フェニル アラニンクロロメチルケトン)で処理したトリプシンを用いて20℃で5分間処 理しへ細胞を洗浄し低pHでの緩衝能を高めるため、10mMのグルコン酸ナト リウムを含有するHepes培地、pH4,8にさらした。37℃で2分後に、 細胞をHepes培地、pH7,4で洗浄獣 10MMのモネンシンを含有する Hepes培地、pH7,4中の31@g/mlのプロナーゼ(pronase )を用いて37℃で5分間処理した。この処理によってプラスチックから分離し た細胞を、遠心分離により回収り、1mMのNEM (N−エチルマレイミド) および1mMのPMSF(フェニルメチルスルホニルフルオリド)を含有するH epes培地で1回洗浄した。幾つかの場合(レーン1〜3および8〜10)! 、1mMのPMSFおよび1mMのNEMを含有するリン酸塩で緩衝した生理食 塩水中のTriton X−100で細胞を溶解医 核を遠心分離により除去し 上澄液中のタンパク質を、10%(W/V)のトリクロロ酢酸で沈澱させるか、 あるいはタンパク質A −5epharoseに吸着させた抗B3抗体で免疫沈 降させた。
他の場合(レー:/4〜7) ii、1mMのFMSFおよび1mMのNEMを 含有するPBS中の50Mg/mlのサポニンで細胞を処理し 転移しなA−フ ラグメントを放出させ、次いでベレット中および上澄液フラグメントの両方のタ ンパク質を、トリクロロ酢酸で沈澱させた。全ての場合&ミ沈澱した物質を5D S−P庇(13,5%ゲル)により匪濫工ヵ条件下で分析した。
図3. シグナルシーフェンスを有するジフテリアトキシンの細胞質ゾルへの転 移。レーン1〜4: +2s工で標識した天然トキシン(wt −DT、レーン 1)およびインビトロで翻訳したpGD−2(シグナルシーフェンスを有する  [”S]メチオニン標識トキシン、5s−DT)を、Vero細胞に結合させ、 細胞上にニックを入れた(レーン1および2)。レーン3で(戴 細胞をレーン 2と同様にして、ただし翻訳生成物を6倍量多く用い、次いで細胞を図2と同様 にpH4,8およびプロナーゼにさらした。細胞をTriton X−100で 溶解し 核を除去した。上澄液を、ウサギ抗ジフテリアトキシン血清と共に予備 インキュベートしたタンパク質A −5epharoseと共にインキュベート した。吸着した物質を、1工避(レーン1および2)まf、: は史1z缶(レ −ン3および4 ) 5DS−PAGE (IOXゲル)により分析した。レー ン4で檄 プロナーゼ処理細胞を、50μg/m1のサポニンで処理狐 培地に 放出された物質を直接に分析した。レーン5〜12: pBD−1(DT)およ びp GD −2(s 5−DT)からの翻訳生成物を、Vero細胞に結合し 、ニックを入れ、pH48にさら−次いでプロナーゼで処理した。溶解した細胞 を非1z勺5DS−PAGE (15χゲル)により直接に分析するか(レーン 5〜8)、あるいは溶解した細胞をサポニンで処理し膜ベレット(レーン9およ び10)および上澄液フラクション(レーン11および12)を別個に分析した 。
3朋!」1町ダ調載 ジフテリアトキシンは、Co ebacterium di htheriae ノ病原殊により1本鎖ポリペプチドとして合成される。このタンパク質+4 ) リプシン感受性部位で容易に開裂しく5plit) にツクが入れられ、’n1 cked” )、2つのジスルフィド結合フラグメント、AおよびBを生成する (Pappenheimer、 A、M、、 Jr、 Annw Rev、 B iocheu 46.69−94 (1977))。
B−フラグメント(37kD)は細胞表面レセプターと結合するカーA−フラグ メント(21kD)は細胞質ゾルに転移される酵素であり、そこでこの酵素はA DP−リボース化によって延長ファクター2を不活性化狐 こうしてタンパク質 の合成をブロックする(Van Ne5BB、G、、 Hovard、 J、B 、 & Bodley、 J、K J、 Btol、 Chem、 225.1 0710−10716 (1980))。通常はエンドソームの限界膜を横切っ て行われる転移鷹 酸性小胞内で低pHによって引き起こされる(Draper 、 R。
K、 & Simon、 K1. J、 Ce1l Biol、 87. &4 9−854 (1980); Sandvig。
K、 & 01snes、 & J、 Ce1l Biol、 87.828− 関2 (1980))。表面に結合したトキシンを有する細胞を酸性媒体にさら すと、転移は細胞表面から起こる(Sandvig、 K & 01snes、  S、J、 Biol、 Chem、 2EE。
8068−9076 (1981))。本発明者ら代 提示した実施例において この人ニジステムを使用した。なぜならば、このシステムは、転移された物質と 転移されない物質との識別を可能にするからである(Moskaug、 J、≠ 、、 Sandvig、 K、 & 01snes、 S、 J、 Biol、  Chem。
262、10339−10345(1987); Moskaug、 J、φ、 、 Sandvig、 K、&01snes。
S、 J、 Biol、 CherL263.2518−2525 (1988 ))。
細胞に対するジフテリアトキシンベクターによる毒性作用を除くため&ミ 三速 りに突然変異が変化するGl ul&会(これはトキシンの酵素的活性部位に位 置している)からSetを含有する突然変異叉施舅 突然変異したトキシン遺伝子の2つの変形(variants)を使用した。そ の一方(戴 天然の25アミノ酸シグナルシークエンスを有しておらず(p B  D −1) (McGill、 S、 、 Stenmark、 )L 、  Sandvig。
K、 & 01snes、 S : EMBOJ、 8.2843−2848  (1989) )、もう一方はこれを有していた(pGD−2)(図IA参照) 。一つの場合、B3と呼ばれる外来オリゴペプチドをトキシンのN末端に結合し て、プラスミドpB−B3−DIを生成させた。
T3またはSF3 RNAポリメラーゼブロモターの後にある構造体を、インビ トロで転写獣 翻訳した(McGill、 S、、 Stenmar)c。
H,、Sandvig、 K & 01snes、 S、 : EMBOJ、  8.2843−2848 (1989))。
いずれの場合にも、完全な長さのタンパク質に対応する主バンドおよび痕跡量だ けの低分子量物質が得られた(図IB参照)。シグナルシーフェンスを有するト キシン(レーン7)またはB3を有するトキシン(レーン1)は、予期したとお り、トキシンそれ自体(レーン2および6)よりもやや遅く移行した。更E、B 3を有するトキシンIt、抗B3によって選択的に沈澱したが(レーン4)、対 照の血清では沈澱しなかった(レーン5)。B3を有しないトキシン檄 抗B3 によって沈澱しなかった(レーン3)。
透析された翻訳生成物をVero細胞に結合し、低濃度のトリプシンで細胞にニ ックを人ね、次いで細胞をpH4,8にさらした。これらの条件下で、結合した トキシンの一部を細胞質ゾルに転移させると、培地に添加したプロナーゼに対し て遮蔽されるようになった(Moskaug、 J、φ、、 Sandvig、  K、 & 01snes、 S、 J、 Biol、 Chem。
263、2518−2525 (1988))。ジフテリアトキシン自体の場合 、2つのフラグメント(分子量21 kDおよび25 kD) +4 これらの 条件下で防御された(図2、レーン1)。これらは、A−フラグメント全体(分 子量21 )cD)およびB−フラグメントの一部(全37 kDのうちの25  )d))に対応していた。インターフラグメントのジスルフィド(戴見たとこ ろ細胞質ゾルにさらされると、還元された( Moskaug、 J−φ、、  Sandvig、 K、 & 01snes、 S、 J、 Biol、 Ch ew、 262.10羽9−10345(1987))。
叉施近」 B3を含有するトキシンを用いて同じ実験を行うと、2つの主フラグメント(2 5kDおよび22.5 kD) +戴 少量の21kDのフラグメントのほかに 防御された(レーン2)。後者はおそらく、B3が開裂されたA−フラグメント を示している。低pHにさらすのを省略すると、どのフラグメントも防御されな かった(レーン3)。22゜5卸のフラグメントは抗B3により沈澱したが(レ ーン9)、プレ免疫血清では沈澱しなかった(レーン10)。オリゴペプチドを 有しない防御されたA−フラグメント哄 抗B3により沈澱しなかった(レーン 8)。B3を有する防御されたA−フラグメントの量が見かけ上多いのf1B3 が3個のメチオニンを有り、A−フラグメント単独では5個のメチオニンを有す るので、導入された放射能活性が高いためである。
転移したジフテリアトキシンを有する細胞を、細胞質マーカー酵素が膜を溶解す ることなく細胞から漏出することを許す低濃度のサポニンで処理すると、転移し たA−フラグメントは培地中に放出されるが、B−フラグメントがら誘導された 251d)のポチペプチド(戯膜フラクションと会合したままである( Mos kaug、 J、≠、、 Sandig。
K & 01snes、 S、、J、 Biol、 Chem、 263.25 18−2525(1988); Mvs)caLgJ、f、、 5andviH ,K、 & 01snes、 S、 J、 Biol、 Chem、 264. 15709−15713 (1988); Moskaug、 J、9!、、  Sandvig、 K、 & 01snes、、 J。
Biol、 CheIL264.11357−11372 (1989))。こ のこと檄 転移したA−フラグメントが細胞質ゾル内に含まれていないカー 2 5kDボチペプチドが膜内に挿入されることを示している。また、B3を含有す るA−フラグメントの大部分(戴 正常なA−フラグメントと同じ様式でサポニ ンにより放出されたが(レーン6)、25)cDのフラグメントは膜に会合して いた(レーン4および5)。従って、ジフテリアトキシンはB3(14アミノ酸 )を細胞質ゾルに転移させることができるようである。
叉施湾ヱ より大きなオリゴペプチドも転移することができるかどうかを調べるためへ 正 常なシグナルシーフェンス(25アミノ酸)を有するトキシンを選んだ。図3の レーン2に示すよう(ミ このタンパク質をトリプシンでニックを入れて、23 .5kDのA−フラグメントおよび37)cDのB−フラグメントに切断した。
 (この実験で番戯トキシンに部分的にのみニックを入れた。部分的にニックを 入れた125■で標識された天然トキシンを、比較のためにレーン1に示す。) シグナルシーフェンスを有するトキシンを細胞に結合させ、ニックを入れた後、 pH4,8にさらすと、2つのフラグメント(23,51d)および25 kD ) +l プロナーゼに対して防御された(レーン8)。開裂されていないシグ ナルシーフェンスを有する防御されたA−フラグメントも、レーン3に示す。こ の物質(戴 全トキシン、A−フラグメント、並びに全B−フラグメントと結合 する抗ジフテリアトキシンン血清により沈殿したが(レーン1および2参照)、 25kDのフラグメントは沈殿しなかった プロナーゼで処理した細胞をサポニ ンで処理すると、延長したA−フラグメントが培地中に放出された(レーン4お よび12)カー 25kDのフラグメントは膜フラクション中に残った。 (レ ーン10)。
図IA 図IB 図2 図3 国際調査報告 1111.11..1.^−−、−1にT/No 91100093フロントペ ージの続き (51) Int、 C1,5識別記号 庁内整理番号Cl2N 15/62 (81)指定回 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、 ES、 FR,GB、 GR,IT、 LU、 NL、 SE)、0A (BF、BJ、CF、CG、CI、CM、GA、 GN、 ML、 MR,SN 、 TD、 TG)、 AU、 BB、 BG、 BR,CA、 FI、 HU 、JP、 KP、 KR。
LK、 MC,MG、 MW、 No、 PL、 RO,SD、 SU、 US I

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.ペプチドを細菌性または植物性のトキシンまたはそのフラグメントに結合す ることを特徴とする、ペプチドを細胞質ゾル内に導入する方法。
  2. 2.ペプチドを細菌性または植物性のトキシンまたはそのフラグメントに結合し 、このペプチドを細胞質ゾル内に転移させ、後に、クラスIのMHC抗原により 細胞表面で出現させることにより、クラスI制限免疫応答を顕現させ、かつCD 8+T−リンパ球の適切な集団を拡大させることを特徴とする、ワクチンの製造 方法。
  3. 3.細菌性または植物性のトキシンの変異体が、細胞質ゾルに入る能力および追 加のペプチド物質を細胞質ゾル内に運び込む能力失わせることなく、その毒性が 失われるような手段で操作された前記トキシンの変異体を使用すことを特徴とす る、請求の範囲第1項または第2項に記載の方法。
  4. 4.ジフテリアトキシン、あるいは関連トキシン、例えばPseudomona saeruginosaエキソトキシンA、リシン(ricin)、アブリン( abrin)、ビスクミン(viscumin)、モデシン(modeccin )、シゲラ(Shigella)トキシン、コレラトキシン、E.coli熱不 安定トキシンまたはパーツシス(pertussis)トキシンの無毒性突然変 異体を使用すことを特徴とする、請求の範囲第1項または第2〜3項のいずれか に記載の方法。
  5. 5.ジフテリアトキシンの無毒性突然変異体を使用すことを特徴とする、請求の 範囲第1項または第2〜4項のいずれかに記載の方法。
  6. 6.請求の範囲第2〜5項のいずれかに記載の方法によって製造されたものであ ることを特徴とする、ワクチン。
  7. 7.ウイルス、細胞内細菌および寄生体に対して、並びに悪性腫瘍に関連する分 子に対して、請求の範囲第6項に記載のワクチンを使用すること。
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