JPH08505403A - 安定なタンパク質:リン脂質組成物及び方法 - Google Patents
安定なタンパク質:リン脂質組成物及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、溶融球状態に遷移することが可能なタンパク質を負に帯電した脂質小胞と接触させ、熱誘導凝集、変性及び活性損失に対してタンパク質を安定化させる、安定なタンパク質組成物及び関連方法に関する。タンパク質:リン脂質複合体はタンパク質の二次及び三次構造を直接安定化させ、組成物は高温調合及び新規送達ビヒクルにおいて有用である。
Description
【発明の詳細な説明】
安定なタンパク質:リン脂質組成物及び方法
発明の背景
本発明は、溶融球状態に遷移することが可能なタンパク質の二次及び三次構造
を安定化させるために有用なタンパク質:リン脂質構造に関する。より特定的に
は本発明は、高い安定性を有しており、G−CSF製剤及び新規G−CSF送達
ビヒクルで使用することが可能なG−CSF:リン脂質組成物に関する。
数種のタンパク質が溶融球状態(MGS)に遷移することは報告されている。
Van der Goot,F.G.,Nature 354,408−410
(1991)。溶融球状態のタンパク質は天然タンパク質と同様の二次構造を示
すが、固定した三次構造を欠く。Pitsynら,FEBS Letters 262
:1,20−24(1990)。場合により、この状態への遷移に伴い、
それまで隠されていたタンパク質の疎水性領域が露出する。重要な疎水性残基を
露出させることにより、MGSはタンパク質の凝集及び沈殿における中間体とな
り得る。MGSコンフォーメーションは、遠UV領域における円二色性を芳香
族側鎖のスペクトル(近UV円二色性及び蛍光)と比較することにより検出する
ことができる。溶融球状態は遠UV円二色性変化の不在下で芳香族基のスペクト
ル変化を示し(Bychkovaら,FEBS Letters 238:23
1−234(1988))、ある種のタンパク質による膜浸透に関与し得る(B
ychkovaら,FEBS Letters 238:231−234(19
88); Van der Goot,F.G.,Nature 354,40
8−410(1991))。
凝集前にMGSに遷移することが知られている2種のタンパク質は、顆粒球コ
ロニー刺激因子(G−CSF)及び顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(G
M−CSF)である。これらの2種のタンパク質は所定の規定条件下で安定化さ
せることができるが、タンパク質の二次及び三次構造を安定化させることにより
これらの材料の貯蔵寿命を延長することが必要とされている。
ヒト組換えG−CSFは、感染を防除するために使用される白血球の1種であ
る好中球を選択的に刺激する。現在では、組換えG−CSFであるFilgra
stimが治療用として利用可能である。種々の条件下のG−CSFの
構造は広く研究されている(Luら,J.Biol.Chem.Vol.267
,8770−8777(1992))。G−CSFは疎水性であるため、貯蔵寿
命を延長するように調合することは困難である。ある種の疎水性タンパク質の調
合物は、長期貯蔵中に二量体及び高次凝集物(高分子)を形成するため、活性を
失う。貯蔵中に脱アミド化及び酸化等の他の化学変化が生じる恐れもある。更に
、G−CSF調合者は変性から保護しなければならず、特にタンパク質の二次及
び三次構造の安定性を維持するように注意しなければならない。
ヒトGM−CSFはマクロファージ及び顆粒球祖先細胞のin vitro増
殖に持続的に必要な22kDa糖タンパク質である。ヒトGM−CSFは更に、
顆粒球及びマクロファージを形成するこれらの祖先細胞の不可逆的関与を制御す
る。その他、成熟細胞型の機能的活性の調節(Goughら,Nature,3 09
,763−767(1984))や、認識された化学誘引物質に向かう走化
性の増加(Williamsら,Hematology,第4版(1990))
等の生物活性もある。GM−CSFは更に単球の産生を刺激し、従って単球減少
症等の単球疾患の
治療に有用であり得る。
ヒトGM−CSFは多くの起源から入手及び精製することができる。組換えヒ
トGM−CSFの製造手順はBurgessら,Blood,69:1,43−
51(1987)により既に記載されている。参考資料として本明細書の一部と
する米国特許第5,047,504号(Boone)により、商業規模量の非グ
リコシル化形態のGM−CSFを原核宿主細胞発現産物として製造することが可
能になった。
G−CSF及びGM−CSF等のタンパク質を操作するために過去に試みられ
ている1つの方法はリポソームの使用である。リポソームは、非水溶性極性脂質
、特にリン脂質により形成される完全に閉鎖した脂質二重層膜である。リポソー
ム小胞は単一膜二重層(単ラメラ)でもよいし、多重膜二重層(多重ラメラ)で
もよい。二重層は親水性(極性)「ヘッド」領域と疎水性(非極性)「テール」
領域とを有する2つの脂質単分子層から構成され、疎水性テールは二重層の中心
に向いており、親水性ヘッドは水相に向いている。リポソームの安定性、剛性及
び浸透性は、リン脂質組成の変化、温度変化、ステロールの配合又は帯電
両親媒性分子の組込みにより変化し得る。リポソームの基本構造は当業者に公知
の種々の方法により形成することができる。
リポソームはその形成プロセスにおいて水性チャンネルに水溶質をトラップし
、可変速度で放出することができる。リポソームが酵素を細胞に導入してその代
謝を変化させ得ることが発見されて以来(Gregoriadis,New E
ngl.J.Med.295,704−710,765−770(1976))
、リポソームは目的薬剤送達という課題に対する解答として期待された。その結
果、リポソームの疎水性層又は疎水性コアの内側に封鎖された薬剤、ビタミン及
びタンパク質の遅放性デポー製剤としてリポソームを使用する開発研究に医薬業
界で関心が高まっている。
リポソームを薬剤キャリヤーとして使用するように試みた研究者はいくつかの
問題に遭遇したため、その使用成果は限られていた。例えば、リポソームはトラ
ップした抗原への強力な免疫付加物として作用することが知られており、異種発
生起源の酵素又は他のタンパク質をリポソームにトラップする場合には注意が必
要である。更に、薬剤の拡散
速度を制御することは困難である。これは、リポソームの固有の不安定性と、所
定の薬剤の拡散を助長する所定の血液成分の存在とに起因する。更に、その性質
によりリポソームにトラップしにくい物質もあり、従って、このような物質は循
環中に迅速に拡散する。最後に、細胞又は肝臓もしくは脾臓以外の臓器に標的す
るという問題もあった。リポソーム、リポソームに組込まれた物質及び薬剤キャ
リヤーとしてのリポソームの使用に関連する問題の優れた論文は、Drug C
arriers in Biology and Medicine,第14章
,287−341(Academic Press,N.T.,1979)に所
収のGregory Gregoriaidis著“Liposomes”に報
告されている。
リポソームを薬剤キャリヤーとして使用する試みについては多数のものが報告
されているが、ペプチド及び/又はタンパク質の構造を安定化させることにより
治療用ペプチド又はタンパク質の貯蔵寿命を延長することを目的としたリポソー
ムの使用については殆ど開示されていない。国際特許出願第PCT/US90/
05163号(発明の名称“Therapeutic Peptides an
d
Proteins”,Hostetlerら)には、空気/水界面におけるポリ
ペプチド及び/又はタンパク質の蓄積を阻止し、容器表面へのポリペプチド及び
/又はタンパク質の吸着を阻止するために、ポリペプチド及び/又はタンパク質
を可溶化する医薬的に許容可能な希釈剤としての空のリポソームの使用が開示さ
れている。Hostetlerらは、負に帯電したリン脂質を約50モル%まで
添加し得ること、及び天然リン脂質であるホスファチジルコリンが好適リポソー
ムであることを開示している。しかしながら、Hostetlerらは、ポリペ
プチド及び/又はタンパク質の構造を安定化させる希釈剤については報告してい
ない。
国際特許出願第PCT/US91/07694号(発明の名称“Prepar
ation and Characterization of Liposo
mal Formulations of Tumor Necrosis F
actor”,Hungら)には、表面と会合するか又はリポソーム内に閉じ込
められた親脂性修飾腫瘍壊死因子(TNF)分子が記載されている。リポソーム
親脂性TNF分子は高いin vivo安定性を有することが
報告されている。安定性とは、TNF−リポソームから系統へのTNFのin
vivo漏出の減少又は減少傾向の意であった。好適リポソームは中性脂質であ
った。Hungらは、賦形剤がタンパク質の構造に安定化効果を有するようなT
NF組成物については開示していない。
タンパク質(例えばG−CSF)を負に帯電した脂質小胞と接触させ、熱誘導
凝集、変性、活性損失及び二次構造の変性に対してタンパク質を直接安定化させ
ることについては文献から何ら予想することができない。高温を要する調剤手順
で有用であり且つ新規送達ビヒクル(例えばPEG化G−CSFの経口投与)と
して使用可能な組成物が必要とされている。本発明はこのような組成物を提供す
る。
発明の要約
本発明は、疎水性賦形剤(例えばリゾリン脂質又は他のリポソーム)を溶融球
状態のタンパク質に付加し、タンパク質の二次及び三次構造を直接安定化させて
タンパク質を熱誘導凝集、変性及び活性損失から保護することに関する。
特に、本発明は安定なG−CSF:リン脂質組成物に関する。驚くべきことに、
好適G−CSF組成物は10〜95℃で数回循環させることができ、冷却すると
、タンパク質
二次構造を完全に回復する。組成物は、高温を要する調剤手順に有用であると共
に、新規G−CSF送達ビヒクルで使用できるという二重の利点を有する。
好適態様によると、タンパク質:リン脂質複合体は、ジオレオイルホスファチ
ジルグリセロール(DOPG)、ジミリストイルホスファチジルグリセロール(
DMPG)、ジパルミトイルホスファチジルグリセロール(DPPG)、卵ホス
ファチジルグリセロール、ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン(DO
PI)、卵ホスファチジルエタノールアミン、ジオレオイルホスファチジン酸(
DOPA)、ジミリストイルホスファチジン酸(DMPA)、ジパルミトイルホ
スファチジン酸(DPPA)、ジオレオイルホスファチジルセリン(DOPS)
、ジミリストイルホスファチジルセリン(DMPS)、ジパルミトイルホスファ
チジルセリン(DPPS)、卵ホスファチジルセリン、リゾホスファチジルグリ
セロール、リゾホスファチジルエタノールアミン、リゾホスファチジルセリンか
ら選択される負に帯電したリポソームを含む。負に帯電した不飽和リン脂質であ
るDOPGが特に好適である。更に本発明によると、pHは3.0〜7.5に維
持され、脂質:タンパク質
比は少なくとも10:1である。
本発明の好適態様は更に、タンパク質:リン脂質複合体における化学的に修飾
されたタンパク質の使用、並びに等張性調節剤、緩衝剤及びpH調節剤の1種以
上の使用を含む。当業者に理解されるように、本発明はこれらの付加的要素を種
々に組み合わせた安定なタンパク質:リン脂質組成物を包含する。
図面の簡単な説明
図1は、DOPG小胞の存在下(曲線1)及び不在下(曲線2)におけるrh
G−CSFの蛍光発光スペクトルを示す。rhG−CSFの濃度は0.2mg/
mlとした。
DOPG:rhG−CSF比(曲線1)は100:1(モル:モル)とした。
図2は、rhG−CSF蛍光に及ぼす脂質:タンパク質比の増加の作用を示す
。F0は初期蛍光(脂質なし)であり、Fは指定モル比の脂質:rhG−CSF
に達するために脂質を添加した後の蛍光を表す。図2(a)はDOPG:rhG
−CSFの混合物のF/F0(n)及び最大発光波長(Δ)を示す。図2(b)
はDOPC:rhG−CSFの混合物のF/F0(n)及び最大発光波長(Δ)
を示
す。
図3は、DOPG小胞の不在下(●)及び存在下(○)でKIによるrhG−
CSF蛍光の消光のStern−Volmerプロットを示す。消光実験は、K
IのアリコートをrhG−CSF(0.2mg/ml)及びDOPG:rhG−
CSF(100:1モル)に加えることにより実施した。
図4は、ピレンデカン酸の添加後のrhG−CSFトリプトファン蛍光の消光
を示す。発光波長は327nmであった。DOPG:rhG−CSF比は100
:1(モル)とした。
図5は、種々の脂質の不在下及び存在下におけるrhG−CSFのF強度変化
の比較を示すグラフである。各場合に脂質:タンパク質比は100:1(モル)
とした。
図6は、種々の脂質の不在下及び存在下におけるrhG−CSFの発光最大の
シフトの比較を示すグラフである。各場合に脂質:タンパク質比は100:1(
モル)とした。
図7は、rhG−CSFのCD(曲線1)に及ぼすDMPC(曲線2)、DM
PG(曲線3)及びDMPA(曲線4)の効果を示す。各場合に脂質:タンパク
質比は水中、
50:1(モル)(pH6.0)とした。
図8は、rhG−CSF(曲線1)又はDOPG:rhG−CSF(140:
1モル)(曲線2)のCDに及ぼす温度増加の効果を示す。rhG−CSF濃度
は水中、80μg/ml(pH6.0)とした。温度は10〜90℃を100℃
/時の速度で走査した。
図9は、rhG−CSF(曲線1)及びDOPG:rhG−CSF(45:1
モル)(曲線2)の示差走査熱量測定サーモグラムを示す。サンプル中のrhG
−CSFの濃度は1mg/ml(pH7.0、水中)とした。走査速度は90℃
/時とした。
図10は、rhG−CSF(曲線1)及びDOPG:rhG−CSF(140
:1モル)(曲線2)のCDに及ぼす温度サイクルの効果を示す。サンプルは、
矢印により示すように95℃に迅速に加熱し、10℃に冷却した。サンプル中の
rhG−CSF濃度は80μg/ml(pH6.0)とした。
図11は、rhG−CSF(曲線1)及びDMPG:rhG−CSF(150
:1モル)(曲線2)のCDに及ぼす温度サイクルの効果を示す。サンプルは、
95℃に加熱
し、10℃に冷却した。サンプル中のrhG−CSF濃度は80μg/ml(p
H6.0)とした。
図12は、rhG−CSF(曲線1)及びDPPG:rhG−CSF(150
:1モル)(曲線2)のCDに及ぼす温度サイクルの効果を示す。サンプルは、
95℃に加熱し、10℃に冷却した。サンプル中のrhG−CSF濃度は80μ
g/ml(pH6.0)とした。
図13は、凍結乾燥中に種々の脂質がrhG−CSFを安定化させる能力を示
すグラフである。脂質:タンパク質比は各場合に100:1とした。骨髄アッセ
イにおけるin vitro活性の保持に基づいて安定性を判定した。rhG−
CSF単独では凍結乾燥プロセスに耐えられないので、脂質の不在下の未処理r
hG−CSFを対照として使用した。
図14は、rhG−CSFのin vivo活性に及ぼす種々の脂質の効果を
示す。ハムスターの皮下注射後に活性(WBCカウント)を測定した。rhG−
CSF用量は100μg/kgとし、脂質:タンパク質比は100:1とした。
図15は、rhG−CSFのin vivo活性に及ぼ
す種々の脂質の効果を示す。ハムスターの皮下注射後に活性(WBCカウント)
を測定した。rhG−CSF用量は100μg/kgとし、脂質:タンパク質比
は50:1とした。
図16は、種々のpHのDOPGの不在下及び存在下におけるCHO−G−C
SFのF強度変化の比較を示すグラフである。各場合に脂質:タンパク質比は1
00:1(モル)とした。
図17は、種々のpHのDOPGの不在下及び存在下におけるCHO−G−C
SFの発光最大のシフトの比較を示すグラフである。各場合に脂質:タンパク質
比は100:1(モル)とした。
図18は、PEG−G−CSF(−)及びDMPG:PEG−G−CSF(1
7:1モル)(---)のCDに及ぼす温度サイクルの効果を示す。サンプルは9
0℃に加熱し、10℃に冷却した。
図19(a)は、PBS(pH7.0)中のGM−CSFのCDに及ぼす温度
サイクルの効果を示す。10℃のGM−CSF(−)と、90℃に加熱した後に
10℃に冷却したGM−CSF(---)とを比較した。図19(b)は、
DPPG:PEG−G−CSF(17:1モル)のCDに及ぼす温度サイクルの
効果を示す。10℃のDPPG:MG−CSF(−)と、90℃に加熱した後に
10℃に冷却したDPPG:MG−CSF(---)とを比較した。
詳細な説明
本発明の組成物は以下の説明で詳細に説明し、後記実施例に具体的に説明する
。実施例は本発明の種々の態様を示し、種々のタンパク質:リン脂質組成物の安
定性及び生物活性試験の結果を報告する。驚くべきことに、タンパク質と脂質小
胞の相互作用はタンパク質のタンパク質構造を直接安定化させ、脂質の不在下で
はタンパク質の変性をもたらすような条件下であってもタンパク質に安定化効果
を及ぼした。
本発明の実施においては、溶融球状態に遷移することが可能な種々のタンパク
質を使用できる。使用し得るタンパク質の例としては種々の造血因子を含むサイ
トカインを挙げることができ、例えば上記G−CSF、GM−CSF、M−CS
F、インターフェロン(α、β及びγ)、インターロイキン(1−11)、エリ
トロポエチン(EPO)、繊維芽細胞成長因子、幹細胞因子、神経成長因子、B
DN
F、NT3、結晶板由来成長因子及び腫瘍成長因子(α、β)が挙げられる。他
のタンパク質もMGSに遷移することが可能である。該当タンパク質がMGSに
遷移することが可能な場合には、該当タンパク質を負に帯電したリポソーム小胞
と接触させると、安定化効果が得られる。
一般に、本発明の実施において有用なG−CSFは哺乳動物から純粋単離され
た天然種でもよいし、化学的合成産物でもよいし、ゲノムもしくはcDNAクロ
ーニング又は遺伝子合成により得られる外来DNA配列の原核又は真核宿主発現
産物でもよい。適切な原核宿主としては、種々の細菌(例えば大腸菌)細胞が挙
げられる。適切な真核宿主としては、酵母(例えばS.cerevisiae)
及び哺乳動物(例えばチャイニーズハムスター卵巣、サル)細胞が挙げられる。
使用する宿主に依存して、G−CSF発現産物を哺乳動物又は他の真核炭水化物
でグリコシル化してもよいし、グリコシル化しなくてもよい。本発明によると、
このような形態のG−CSFのいずれをも任意に使用することができるが、商業
的実用性が最大であるという理由で特に大腸菌に由来する組換えG−CSFが好
適である。
本発明で使用するために化学的に修飾するG−CSFも
同様に、天然ヒトG−CSF(nhG−CSF)でもよいし、組換え核酸プロセ
ス(例えば原核又は真核宿主細胞発現)の産物でもよい。一般に、予想される化
学的修飾はG−CSF分子自体に化学的部分を結合することである。タンパク質
修飾及び融合タンパク質に関する研究論文の1例は、Francis,Focu
s on GrowthFactors 3: 4−10(May 1992)
(Mediscript,Mountview Court,Friern B
arnet Lane,London N20 OLD,英国刊)である。例え
ば、ポリエチレングリコール分子と結合したG−CSFを製造するための材料及
び方法を記載したヨーロッパ特許出願明細書第0401384号(発明の名称“
Chemically Modified Granulocyte Colo
ny Stimulating Factor”)を参照されたい。結合は、タ
ンパク質との直接結合でもよいし、活性物質への橋として機能する部分と結合し
てもよい。結合に最も安定であるという理由で共有結合が好適である。化学的修
飾により、G−CSFの効果を制御、抑制又は延長することができる。これは例
えば、化学的に修飾されたG−
CSFが循環に達するまでに要する時間を制御する効果を有する。化学的修飾物
質の1例はポリエチレングリコール組成物及びその誘導体である。
本発明の実施においては、投与後に効力を発揮する任意の化学的に修飾された
G−CSF調製物を使用することができる。効力は当業者に認められるように、
公知方法により決定することができる。PEG化G−CSF、特に大腸菌に由来
するPEG化G−CSF、より特定的には大腸菌に由来するトリ−テトラPEG
化G−CSFが好適である。
G−CSFは、2.5〜5.0のpH範囲では三次構造が緩んだり、α螺旋含
有量が増加するなどのコンフォーメーション変化が生じるという事実にも拘わら
ず、酸性条件下で最も安定であると報告されている。Narhiら,J.Pro
tein Chem.10,359−367(1991)。このコンフォーメー
ション変化は溶融球状態(MGS)の特徴である。従って、MGSに遷移するこ
とが可能な他のタンパク質を取り扱う際と同様に、G−CSFを取り扱う調合者
は凝集及び変性が生じないように二次及び三次構造の熱誘導変性から保護しなけ
ればならない。
本発明で有用なGM−CSFは、哺乳動物から純粋単離
された天然形態でもよいし、ゲノムもしくはcDNAクローニング又は遺伝子合
成により得られた外来DNA配列の原核又は真核宿主発現産物でもよい。適切な
原核宿主としては種々の細菌(例えば大腸菌)細胞が挙げられる。適切な真核宿
主としては酵母(例えばS.cerevisiae)及び哺乳動物(例えばチャ
イニーズハムスター卵巣、サル)細胞が挙げられる。使用する宿主に依存して、
GM−CSF発現産物を哺乳動物又は他の真核炭水化物でグリコシル化してもよ
いし、グリコシル化しなくてもよい。本発明によると、このような形態のGM−
CSFのいずれをも任意に使用することができるが、商業的実用性が最大である
という理由で特に大腸菌に由来する組換えGM−CSFが好適である。
本発明の組成物で有用な脂質小胞は該当タンパク質と相互作用することが可能
な負に帯電したリポソームである。使用可能な特定リポソームとしては、ジオレ
オイルホスファチジルグリセロール(DOPG)、ジミリストイルホスファチジ
ルグリセロール(DMPG)、ジパルミトイルホスファチジルグリセロール(D
PPG)、卵ホスファチジルグリセロール、ジオレオイルホスファチジルエタノ
ールアミン
(DOPE)、卵ホスファチジルエタノールアミン、ジオレオイルホスファチジ
ン酸(DOPA)、ジミリストイルホスファチジン酸(DMPA)、ジパルミト
イルホスファチジン酸(DPPA)、ジオレオイルホスファチジルセリン(DO
PS)、ジミリストイルホスファチジルセリン(DMPS)、ジパルミトイルホ
スファチジルセリン(DPPS)、卵ホスファチジルセリン、リゾホスファチジ
ルグリセロール、リゾホスファチジルエタノールアミン、リゾホスファチジルセ
リンが挙げられる。使用する特定リポソームに依存してリポソームの量は異なる
。
タンパク質:リン脂質組成物は好ましくは、溶液のpHを所望の範囲に維持す
るために緩衝剤を含有する。好適緩衝剤としては、酢酸ナトリウム、リン酸ナト
リウム、及びクエン酸ナトリウムが挙げられる。これらの緩衝剤の混合物も使用
し得る。組成物中で有用な緩衝剤の量は使用する特定緩衝剤及び溶液のpHに大
幅に依存する。例えば酢酸塩はpH6よりもpH5のほうが有効な緩衝剤である
ので、pH5の溶液中ではpH6の場合よりも少量の酢酸塩を使用する。本発明
の組成物の好適pH範囲はpH3.0〜7.5である。
本発明の組成物は更に、溶液を等張にし、注射適合性を増すように等張性調節
剤を含有し得る。最適な等張性調節剤は0〜150mMの濃度範囲の塩化ナトリ
ウムである。
本発明は、医薬的に許容可能な希釈剤、防腐剤、可溶化剤、乳化剤、アジュバ
ント及び/又はキャリヤーと共に有効量の本発明のポリペプチド生成物を含有す
る医薬組成物も包含する。このような組成物はタンパク質の物理的状態、安定性
及び生体利用性に影響を与える。例えば、参考資料として本明細書の一部とする
Remingtons Pharmaceutical Sciences,第
18版,1435−1712(Mack PublishingCo.,Eas
ton,PA.,1990)を参照されたい。特定例におけるタンパク質の有効
量は、必要な治療効果、治療する症状又は疾病の重篤度、被験者の健康状態等を
含めて当業者が考慮する種々の因子に依存する。
大腸菌に由来するrhG−CSFを使用する好適態様によると、使用するリポ
ソーム小胞は、10mMの酢酸ナトリウムを含有するpH4.5でDOPG:G
−CSF比50:1のDOPGである。
大腸菌に由来するrhGM−CSFを使用する好適態様
によると、使用するリポソーム小胞は、リン酸緩衝液(PBS)中pH7.0で
DMPG:GM−CSF比17:1のDMPGである。
化学的に修飾(PEG化)された大腸菌由来rhG−CSFを使用する好適態
様によると、rhG−CSFをトリ−テトラPEG化し、使用するリポソーム小
胞は、pH4.5でDMPG:PEG−G−CSF比17:1のDMPGである
。
特定のタンパク質:脂質組成物及び治療方法について本発明を記載したが、本
発明の範囲から逸脱することなく種々の関連組成物及び治療方法が存在し得るこ
とは当業者に自明である。
以下、実施例により本発明の種々の態様を詳細に説明する。
実施例1
組換えヒトG−CSF(rhG−CSF)を脂質小胞に組み込む可能性を試験
するために初期実験を実施した。rhG−CSFは組換えDNA技術を使用して
製造し、Souzaの米国特許第4,810,643号に記載されているように
ヒトG−CSFをコードするDNA配列で大腸菌
をトランスフェクトした。rhG−CSFは希塩酸中の4mg/ml溶液(pH
4.0)として調製した。全脂質はAvanti Polar Lipids(
Alabaster,Ala)から入手し、クロロホルム中100mg/mlの
最終濃度で窒素下に−20℃で貯蔵した。
G−CSF:リン脂質複合体の調製
G−CSFと組み合わせるための脂質小胞を調製するために、適当な脂質30
μモルをガラス管に分配し、窒素ガス流を使用して乾燥し、薄膜を形成した。脂
質膜を少なくとも2時間減圧脱水し、クロロホルムを完全に除去した。脂質膜を
1mlの蒸留脱イオン水(ddH2O)、リン酸緩衝液(pH7.2,Gibc
o/BRL“D−PGS”)又は150mM NaClで水和した。次にサンプ
ルを浴型音波処理装置(laboratory Supplies,Hicks
ville,N.Y.)で音波処理した。サンプルが透明になるまで(通常10
〜15分間)音波処理を続けた。サンプルを使用時まで窒素下に4℃で貯蔵した
。最終脂質濃度は30mMとした。あるいは、脂質300μモルを窒素下に乾燥
し、上述のように脱水することにより脂質小胞を調製してもよい。乾燥脂質膜は
上述のよう
な適当な水溶液10mlで水和した。次に、卓上乳化機(Microfluid
ics Model 110S,Microfluidics,Inc.Cam
bridge,MA)を10,000psiで運転してサンプルを微細流動化し
た。サンプルを乳化機で10サイクル循環させた。微細流動化したサンプルをそ
の後、上述のように4℃で貯蔵した。
(上述のような)G−CSFを(上述のような)特定脂質と混合することによ
り、G−CSF:リン脂質複合体を調製した。混合は、渦形成、撹拌又は温和な
振盪により行った。種々の脂質:G−CSFモル比のサンプルを調製してタンパ
ク質の膜挿入及び安定化を評価した。例えば、脂質:G−CSFモル比40:1
で濃度0.2mg/ml G−CSFの3mlサンプル(水中)を調製するには
、G−CSFストック150μlに脂質(音波処理により水中で調製した30m
Mストック)44μlを加え、水を加えて最終サンプル容量3mlとする。(必
ずしも必要ではないが)5分間のインキュベーションが推奨され、本実施例では
サンプルの使用又はアッセイ前にこれを使用した。
微量流動化前にG−CSFに水和脂質を加えてもよい。
その後、上述のように混合物を微量流動化し、G−CSFを脂質膜に組込む。
G−CSF:リン脂質複合体の分析
1.トリプトファン発光スペクトル
rhG−CSFには局所環境条件に易感受性の2つのトリプトファン残基が存
在する。従って、rhG−CSFをリポソームと接触させる際のrhG−CSF
トリプトファン蛍光を決定する分析を実施した。蛍光発光最大のブルーシフトは
、トリプトファンがより疎水性の環境にあり、従ってrhG−CSFが脂質膜に
包埋されたことを示す。トリプトファン蛍光分析の優れた研究報告の1例は、L
akowicz著Principles of Fluorescence M
icroscopy,第11章(Plenum Press,New York
,1983)である。
サンプルを280nmで励起し、1nm/秒の速度で1nmの増分で発光を2
85nmから420nmまで走査することにより、(上述のような)G−CSF
:脂質複合体のトリプトファン蛍光をアッセイした。サンプル容量は3mlとし
、G−CSFの最終濃度は全サンプルで0.2mg/mlとした。脂質:G−C
SF比は変化させた。全蛍
光測定は、PTI Alphascan蛍光量計(South Brunswi
ck,NJ)を使用して実施した。全測定は25℃で実施し、この温度は循環水
浴と接続した水ジャケット付きキュベットホルダーを使用することにより維持し
た。発光スペクトルを集め、PTIから販売されているデータソフトウェアを使
用して分析した。
DOPGから構成される小さな単ラメラ小胞の存在下及び不在下のrhG−C
SFの蛍光スペクトルを図1に示す。rhG−CSFはDOPG小胞の不在下で
は334nmで発光最大を有する。100:1脂質:タンパク質比のDOPGの
存在下では、rhG−CSFトリプトファン蛍光は327nmへの蛍光発光最大
のブルーシフトと、蛍光強度の劇的な増加を示す。DOPGの存在下における蛍
光発光の低波長は、トリプトファンが天然タンパク質よりも疎水性の環境に存在
することを示唆するものである。図2から明らかなように、蛍光シフトはDOP
G:G−CSFのモル比に依存し、DOPG:G−CSF比が10:1に達する
と膜挿入を検出することができる。
2.ヨウ化物消光実験
ヨウ化物はトリプトファン蛍光の有効な衝突性消光剤で
あるが、脂質膜に浸透することはできない。従って、残基がバルク水性溶媒に暴
露されると、ヨウ化物によりトリプトファン蛍光の有効な消光が起こり、タンパ
ク質トリプトファンが水性溶媒から封鎖されると、ヨウ化物消光からの保護が生
じる。これらの実験では、G−CSF及びDOPG:G−CSF組成物(脂質:
タンパク質比100:1)を使用した。サンプルの初期読み取り(F0)を行っ
て記録した後、添加量を増加しながらヨウ化カリウム(KI)(5Mストック)
を加えた後に蛍光強度を測定した。サンプル及びKI溶液はいずれもLeeら,
Biochem.Biophys.Acta,984:174−182(198
9)及びLe Doanら,Biochem.Biophys.Acta,85 8
:1−5(1986)に記載されているように1mM Na2SO3(最終濃度
)を含有するように調製した。Na2SO3を加えるのは、I2が形成されないよ
うにし、タンパク質及び膜の非極性領域に分割しないようにするためである。S
tern−Volmerの式(F0/F=1+KKI[KI])(式中、F0及びF
は夫々濃度[KI]のKIの不在下及び存在下におけるサンプルの蛍光強度であ
り、KKIはG−CSFトリプトファ
ン残基のKI消光のためのStern−Volmer消光定数である)によりデ
ータを分析した。Lehrer,S.,Biochemistry 10:32
54−3263(1979)。
データのStern−Volmerプロットを図3に示す。DOPG小胞の不
在下では、rhG−CSF蛍光はKIにより有効に消光される。DOPGの存在
下では、データのStern−Volmerプロットは線形であり、ヨウ化物が
2つのトリプトファンに接近しにくいことを示す。データは、DOPGの不在下
でヨウ化物に接近可能なトリプトファン残基がDOPGの存在下ではヨウ化物に
接近不能になることを示す。従って、このトリプトファンを含むrhG−CSF
の部分をDOPG二重層に包埋しなければならない。
3.エネルギー転移測定
先に示したように、このプローブの励起スペクトルはトリプトファンの発光ス
ペクトルに有意にオーバーラップするので、トリプトファン供与体とピレンデカ
ン酸等の脂質可溶性蛍光受容体との間にはエネルギー転移が生じ得る。Frie
reら,Biochemistry 22:16
75−1680(1983)。タンパク質が脂質膜に挿入するならば、トリプト
ファンからピレンへのエネルギー転移によりトリプトファン蛍光の消光が生じる
。この実験では、種々の量のピレンデカン酸(テトラヒドロフラン中30μg/
mlストック)の添加前(F0)及び添加後(F)に種々のG−CSF:脂質複
合体のトリプトファン発光強度を記録した。ピレンデカン酸添加中にサンプルを
連続的に撹拌し、ピレンデカン酸とサンプルの混合を助長した。F/F0の比は
G−CSFトリプトファンと疎水性エネルギー受容体ピレンデカン酸の間に生じ
るエネルギー転移の量に比例する。
図4は、添加したピレンデカン酸の関数としてDOPG(脂質:タンパク質比
100:1)の存在下におけるrhG−CSFの消光プロフィルを示す。消光は
非常に低いピレンデカン酸濃度(<1モル%)で生じるので、膜構造及び挙動に
及ぼす蛍光プローブの効果は最小である。ピレンデカン酸は脂質二重層に迅速に
分割すると予想することができるので、このデータは、rhG−CSFがトリプ
トファンからピレン受容体への有効なエネルギー転移を可能にするために十分な
深さまでDOPG膜に包埋されていること
を示す。rhG−CSFの存在下及び不在下でピレンデカン酸で標識したDOP
G小胞の励起スペクトルを試験することにより、エネルギー転移を確認した。
上記分析から明らかなように、rhG−CSFはDOPG等の不飽和リン脂質
と密接に相互作用し得る。DOPG小胞の存在下では、rhG−CSFトリプト
ファンは水溶性蛍光消光剤から保護されるが、疎水性蛍光プローブへのエネルギ
ー転移を介して消光を受ける可能性がある。データをまとめると、rhG−CS
FはDOPGから構成される膜に挿入することができる。10:1比(脂質:G
−CSF)に達すると、膜挿入を検出可能であるが、この数はタンパク質の挿入
部分の周囲の脂質の数に相当し得る。
実施例2
本実施例では、上述のようなF/F0強度及び発光最大の比較を使用して、r
hG−CSFが他のリン脂質と相互作用する能力を判定した。各場合に、脂質:
rhG−CSFのモル比は100:1とした。
図5は、種々の脂質の不在下及び存在下におけるrhG−CSFのF/F0デ
ータを示す。図6は同一組成の発光最大データを示す。図5及び図6のデータか
ら明らかなよ
うに、DOPG以外に、rhG−CSFはDMPG、DPPGにも挿入すること
ができ、より低効率ではあるが、ホスファチジルエタノールアミン(PE)及び
ホスファチジルセリン(PS)にも挿入することができる。更に、NGーDOP
E(PEヘッド基の負電荷を高めたDOPEサンプル)はDOPEよりもrhG
−CSFの挿入を改善できることが判明した。
DOPE、DMPC及びDPPCは中性脂質であり、これらの小胞はrhG−
CSFの発光最大にも蛍光強度にも全くではないにしても殆ど影響を与えておら
ず、これらのリン脂質との間に相互作用は生じなかったと思われる(図5及び6
、並びに図7、曲線2参照)。
上記データから明らかなように、溶融球状態に遷移することが可能なタンパク
質は種々の脂質小胞に挿入することができる。しかしながら、このrhG−CS
F:脂質相互作用は負に帯電した脂質小胞を使用した場合にしか生じない。負に
帯電した脂質小胞のうちでは負電荷の高い小胞のほうが強いrhG−CSF相互
作用を生じると思われる。
実施例3
本実施例では、タンパク質安定性に関するrhG−CS
F:DOPG相互作用の効果を決定した。Peltier型サーモスタット付き
セルホルダー及び磁気撹拌機を備えるJasco J−720装置で円二色性測
定を実施した。80μg/mlの最終rhG−CSF濃度(pH6.0)を使用
して222nmでの円二色性を測定した。Microcal MC−2熱量計を
使用して示差走査熱量測定を実施した。rhG−CSF(水中Img/ml)又
はDOPG:rhG−CSF(水中45:1モル/モル)のサンプルを90℃/
時の速度で走査した。データを保存し、Microcalソフトウェアを使用し
て分析した。
温度増加の関数として円二色性(222nm)を測定することにより、G−C
SFのα螺旋の温度誘導変化を測定することができる。pH6.0でのrhG−
CSFの熱誘導変性を図8に示す。曲線は、〜60〜70℃でかなり急な遷移が
生じることを示しており、α螺旋の損失が生じると予想される。この遷移後、r
hG−CSFは溶液から不可逆的に沈殿する。変性温度範囲は、示差走査熱量測
定により決定したpH7.0でのrhG−CSFの溶融温度(図9)に類似する
。
他方、DOPG:rhG−CSFサンプルは温度増加と
共にα螺旋の漸次損失を示し、rhG−CSF単独の場合とは異なり、DOPG
:rhG−CSFの温度誘導変性は協同的ではないように思われる(図8参照)
。この推論は、示差走査熱量測定により示される溶融遷移の欠如からも立証され
る(図9)。特筆すべき点として、DOPG:rhG−CSFサンプルは95℃
に加熱後にα螺旋を回復することができ、95℃と10℃の間で繰り返し循環さ
せることができ、冷却後には螺旋を完全に回復する(図10参照)。同一条件下
でrhG−CSF単独では不可逆的に変性し、溶液から沈殿する。
G−CSF円二色性に及ぼすDMPG及びDPPGの効果も試験した。150
:1の脂質:rhG−CSF比を使用した処、DOPGの場合と同様に、DMP
G及びDPPGもrhG−CSFの二次構造を安定化させることが判明した(図
11〜13)。
以上のデータから明らかなように、rhG−CSFとDOPG、DMPG及び
DPPGとの相互作用の結果として、rhG−CSF単独では不安定な条件下で
タンパク質の安定性を強化することができる。相互作用はrhG−CSFの二次
及び三次構造を直接安定化させる。
実施例4
本実施例では、rhG−CSFの生物活性に関するrhG−CSF:DOPG
相互作用の効果を判定した。Zseboら,Immunobiology 17 2
:175−184(1986)に記載されているようにマウス骨髄細胞による
G−CSF依存性[3H]−チミジン取り込みを使用してrhG−CSFのin
vitro活性をアッセイした。全活性アッセイは3回繰り返して実施した。
in vivo活性はハムスターの皮下注射(rhG−CSF用量100μg/
kg)及び白血球(WBC)カウントの測定により定量した。
1.in vitro活性
A.DOPGの不在下及び存在下におけるrhG−CSFの比活性を定量した
。熱処理したrhG−CSF及びDOPG:rhG−CSFサンプルも試験した
。結果を表1に要約する。
表1に示すように、DOPG二重層への挿入はrhG−CSFの生物活性に悪
影響を与えない。85℃に10分間加熱後、rhG−CSFは検出可能な活性を
もたず、タンパク質は沈殿する。同様の処理後、DOPG:rhG−CSFは非
加熱rhG−CSFの活性の〜85%を維持し、冷却後に二次構造を完全に回復
する。
B.種々の脂質が凍結乾燥中にrhG−CSFを安定化させる能力も試験した
。種々の脂質と組み合わせたrhG−CSFのサンプルを凍結乾燥しし、(上述
のように)活
性をアッセイした。DOPG、DMPG及びDPPGをrhG−CSFと混合す
ると、凍結乾燥後にrhG−CSF生活性の〜100%を維持することができる
(図14)。rhG−CSF単独では凍結乾燥プロセスに耐えることができなか
った。
2.in vivo活性
脂質の不在下及び存在下におけるrhG−CSFの活性(WBCカウント)を
定量した。0日目に皮下注射(rhG−CSF用量100μg/kg)後に活性
を測定した。5種の異なる脂質:rhG−CSF複合体をアッセイした処、各場
合とも脂質:rhG−CSF複合体はin vivo活性を維持した(図15及
び16)。
以上の試験から明らかなように、負に帯電した脂質二重層への挿入はrhG−
CSFの生物活性に悪影響を与えない。更に、脂質の保護効果は凍結乾燥プロセ
ス中にrhG−CSFを保護すると思われる。
実施例5
本実施例では、化学的に修飾されたG−CSF(PEG化G−CSF(PEG
−G−CSF))及び真核宿主細胞発現産物として得られたG−CSF(CHO
−G−CSF)
が負に帯電した脂質小胞と相互作用する能力を試験した。CHO−G−CSFに
ついては、(上記実施例1に記載したような)F/F0強度及び発光最大の比較
を使用して判定した。各場合とも脂質:タンパク質のモル比は100:1とした
。PEG−G−CSFでは円二色性分析に基づいて判定した。
使用したCHO−G−CSFは組換えDNA技術を用いて製造し、Souza
の米国特許第4,810,643号に記載されているようにチャイニーズハムス
ター卵巣(CHO)細胞を、ヒトG−CSFをコードするDNA配列でトランス
フェクトした。CHO−G−CSFはPBS(pH7.0)中0.6mg/ml
溶液として調製した。CHO−G−CSFはrhG−CSFと同様にDOPGと
相互作用することが判明し、各サンプルはDOPGの存在下で蛍光強度の増加を
示すと共に、DOPGの存在下で発光最大のブルーシフトを示した(図17及び
18)。従って、DOPG相互作用はG−CSFの組換え形態の何らかの独自性
に起因するものではない。
これらの実験で使用したPEG−G−CSFは、大腸菌に由来するトリ−テト
ラPEG化G−CSF(PEG60
00を使用)であった。上記手順を使用してDMPG:PEG−G−CSF(1
7:1モル/モル)サンプルを調製した。DMPG:PEG−G−CSFサンプ
ルは加熱後に二次構造を完全に回復することが判明した(図19)。PEG分子
の存在にも拘わらず、誘導体化タンパク質は天然タンパク質と同様に脂質と相互
作用することが可能であった。
以上のデータから明らかなように、G−CSFと負に帯電した脂質小胞との相
互作用に関連する安定化効果は、原核宿主細胞発現産物として得られるrhG−
CSFのみに固有ではない。MGSに遷移することが可能な化学的に修飾された
タンパク質でも、リポソーム小胞(ここではPEG−G−CSF:DMPG)と
接触すると、同様に安定化効果を示した。
実施例6
本実施例では、GM−CSFに及ぼすDMPG及びDPPGの効果を試験した
。GM−CSFはBooneの米国特許第5,047,504号に記載されてい
るような組換えヒトGM−CSFを用い、リン酸緩衝溶液(PBS,pH7.0
)中1mg/ml溶液として調製した。17:1
の脂質:GM−CSF比を使用し、上述のような円二色性分析を使用して熱安定
性を測定した。DMPG及びDPPGはGM−CSFの良好な熱安定性をもたら
し、即ち加熱後に二次構造を回復した(図20a及び20b)。
以上のデータは、溶融球状態に遷移することができ、負に帯電した脂質小胞と
相互作用してタンパク質に良好な熱安定性を与えることが可能なタンパク質の別
の例を提供するものである。
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フロントページの続き
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(72)発明者 チヤ,ヨーンシク
アメリカ合衆国、カリフオルニア・91360、
サウザンド・オークス、キヤル・オルモ・
1267
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.溶融球状態に遷移することが可能なタンパク質を、負に帯電したリポソーム 小胞と接触させてなる組成物。 2.pH3.0〜7.5と、少なくとも10:1の脂質:タンパク質比を有する 請求項1に記載の組成物。 3.前記リポソーム小胞が、ジオレオイルホスファチジルグリセロール(DOP G)、ジミリストイルホスファチジルグリセロール(DMPG)、ジパルミトイ ルホスファチジルグリセロール(DPPG)、卵ホスファチジルグリセロール、 ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン(DOPE)、卵ホスファチジル エタノールアミン、ジオレオイルホスファチジン酸(DOPA)、ジミリストイ ルホスファチジン酸(DMPA)、ジパルミトイルホスファチジン酸(DPPA )、ジオレオイルホスファチジルセリン(DOPS)、ジミリストイルホスファ チジルセリン(DMPS)、ジパルミトイルホスファチジルセリン(DPPS) 、卵ホスファチジルセリン、リゾホスファチジルグリセロール、リゾホスファチ ジルエタノールアミン及びリゾホスファチジルセリンからなる群から選択される 請求項1に記載の組成物。 4.前記タンパク質がサイトカインである請求項1に記載の組成物。 5.前記サイトカインが造血因子である請求項4に記載の組成物。 6.前記造血因子がG−CSF及びGM−CSFからなる群から選択される請求 項5に記載の組成物。 7.前記造血因子がG−CSFである請求項5に記載の組成物。 8.G−CSFが天然ヒトG−CSFであるか又は、原核もしくは真核宿主細胞 発現産物として得られる請求項7に記載の組成物。 9.G−CSFが化学的に修飾されたG−CSFである請求項7に記載の組成物 。 10.化学的に修飾されたG−CSFがPEG化G−CSFである請求項9に記 載の組成物。 11.医薬的に許容可能なキャリヤーを含有する請求項1に記載の組成物。 12.前記タンパク質が大腸菌に由来するrhG−CSFであり、前記リポソー ム小胞がDOPGであり、前記組成物が50:1のDOPG:rhG−CSF比 を有しており、 pH4.5を有しており、10mM酢酸ナトリウムを含有する請求項1に記載の 組成物。 13.溶融球状態に遷移することが可能なタンパク質を、負に帯電したリポソー ム小胞と接触させることからなる、タンパク質組成物の製造方法。 14.前記組成物がpH3.0〜7.5と、少なくとも10:1の脂質:タンパ ク質比を有する請求項12に記載の方法。 15.前記リポソーム小胞が、ジオレオイルホスファチジルグリセロール(DO PG)、ジミリストイルホスファチジルグリセロール(DMPG)、ジパルミト イルホスファチジルグリセロール(DPPG)、卵ホスファチジルグリセロール 、ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン(DOPE)、卵ホスファチジ ルエタノールアミン、ジオレオイルホスファチジン酸(DOPA)、ジミリスト イルホスファチジン酸(DMPA)、ジパルミトイルホスファチジン酸(DPP A)、ジオレオイルホスファチジルセリン(DOPS)、ジミリストイルホスフ ァチジルセリン(DMPS)、ジパルミトイルホスファチジルセリン(DPPS )、卵ホスファチジルセリン、リゾホスファチジル グリセロール、リゾホスファチジルエタノールアミン及びリゾホスファチジルセ リンからなる群から選択される請求項12に記載の方法。 16.前記タンパク質がサイトカインである請求項12に記載の方法。 17.前記サイトカインが造血因子である請求項15に記載の方法。 18.前記造血因子がG−CSF及びGM−CSFからなる群から選択される請 求項16に記載の方法。 19.前記造血因子がG−CSFである請求項17に記載の方法。 20.G−CSFが天然ヒトG−CSFであるか又は、原核もしくは真核宿主細 胞発現産物として得られる請求項18に記載の方法。 21.G−CSFが化学的に修飾されたG−CSFである請求項18に記載の方 法。 22.化学的に修飾されたG−CSFがPEG化G−CSFである請求項20に 記載の方法。 23.前記組成物が医薬的に許容可能なキャリヤーを含有する請求項12に記載 の方法。
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