도면, 실험, 결과 및 실험실 절차를 예로 들어 본 발명 개념의 적어도 하나의 실시양태를 상세하게 설명하기 전에, 본 개시내용이 하기의 상세한 설명에서 제시되거나 도면, 실험 및/또는 결과에서 예시되는 바와 같은 조성물, 성분 및 방법의 세부사항으로 제한되지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용은 기타 실시양태의 것일 수 있거나, 또는 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 따라서, 본원에서 사용되는 언어는 가능한 가장 넓은 영역 및 의미가 주어지는 것으로 하고자 하며, 실시양태는 포괄적인 것이 아니라 대표적인 것을 의미하는 것이다. 또한, 본원에서 사용되는 어법 및 용어는 설명 목적의 것이며, 제한하는 것으로 간주되어서는 아니 된다.
본원에서 달리 정의되지 않는 한, 본 개시내용에서 사용되는 과학 및 기술 용어들은 관련 기술분야 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 의미를 가지게 된다. 또한, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 단수 용어는 복수를 포함하게 되며, 복수 용어는 단수를 포함하게 된다. 일반적으로, 본원에서 기술되는 세포 및 조직 배양, 분자 생물학, 그리고 단백질 및 올리고- 또는 폴리뉴클레오티드 화학 및 혼성화와 연계되어 이용되는 명명법 및 기술들은 잘 알려져 있으며 관련 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것들이다. 재조합 DNA, 올리고뉴클레오티드 합성, 그리고 조직 배양 및 형질전환 (예컨대 전기천공, 리포펙션)에는 표준 기술이 사용된다. 효소 반응 및 정제 기술은 제조자의 명세서에 따라, 또는 관련 기술분야에서 통상적으로 수행되는 대로, 또는 본원에서 기술되는 대로 수행된다. 전기한 기술 및 절차들은 일반적으로 관련 기술분야에 잘 알려져 있는 통상적인 방법에 따라, 그리고 본 명세서 전체에 걸쳐 인용 및 논의되는 다양한 일반적이며 더 구체적인 참고문헌들에 기술되어 있는 대로 수행된다. 예를 들면, 명시적으로 본원에 참조로 포함되는 문헌 [Green and Sambrook (Molecular Cloning: A Laboratory Manual (4th ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. (2012))] 및 [Coligan et al. (Current Protocols in Immunology, Current Protocols, Wiley Interscience (1994))]을 참조하라. 본원에서 기술되는 분석 화학, 합성 유기 화학, 그리고 의학 및 약학 화학과 연계되어 이용되는 명명법, 그리고 실험실 절차 및 기술들은 잘 알려져 있으며 관련 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것들이다. 화학적 합성, 화학적 분석, 제약 제조, 제제화 및 전달, 그리고 환자의 치료에는 표준 기술이 사용된다.
본 명세서에서 언급되는 모든 특허, 특허 출원 공개 및 비-특허 문헌들은 본 개시내용이 속하는 관련 기술분야 통상의 기술자의 기술 수준을 표시한다. 본 출원의 소정 부분에서 언급되는 모든 특허, 특허 출원 공개 및 비-특허 문헌들은 각 개별 특허 또는 공개가 구체적이고도 개별적으로 참조로 포함되는 것으로 표시되는 것과 동일한 정도까지 그 전체가 명시적으로 본원에 참조로 포함된다. 특히, 하기 특허 및 특허 출원들의 전체 개시내용은 명시적으로 본원에 참조로 포함된다: 2012년 2월 21일자 U.S. 제13/401,460호; 2008년 4월 14일자 U.S. 제12/102,696호, 현재는 2012년 3월 6일자 공고 U.S. 특허 제8,128,939호; 2007년 4월 13일자 U.S. 제60/923,281호; 및 2014년 11월 21일자 U.S. 제62/082,848호.
본원에서 기술되고/거나 달리 고려되는 모든 조성물 및/또는 방법들은 본 개시내용에 비추어 과도한 실험 없이 이루어지고 실행될 수 있다. 본원에서 기술되고/거나 달리 고려되는 조성물 및 방법들이 구체적인 실시양태에 기초하여 기술되어 있기는 하지만, 관련 기술분야 통상의 기술자라면, 본 개시내용의 개념, 기술사상 및 영역에서 벗어나지 않고도 본원에서 기술되거나 달리 고려되는 조성물 및/또는 방법, 및 방법의 단계 또는 단계 순서에 변화가 적용될 수 있다는 것을 알고 있을 것이다. 관련 기술분야 통상의 기술자에게 드러나는 모든 그와 같은 유사 대체물 및 변형들은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 기술사항, 영역 및 개념에 속하는 것으로 간주된다.
본 개시내용에 따라 이용될 때, 달리 표시되지 않는 한, 하기의 용어들은 하기의 의미를 가지는 것으로 이해될 것이다:
청구범위 및/또는 명세서에서 "포함하는"이라는 용어와 연계되어 사용될 때의 단수 ("a" 또는 "an")의 단어의 사용은 "하나의"를 의미할 수 있으나, "하나 이상", "적어도 하나" 및 "하나 또는 하나 초과"의 의미와도 부합한다. 청구범위에서의 "또는"이라는 용어의 사용은 양자택일만을 지칭하는 것으로 명시적으로 표시되거나 또는 대안들이 상호 배제적인 것이 아닌 한, 개시내용이 양자택일만을 지칭하는 정의 및 "및/또는"을 지지한다 할지라도, "및/또는"을 의미한다. 본 출원 전체에 걸쳐, "약"이라는 용어는 값이 장치의 본질적인 오차 변이, 값을 측정하는 데에 사용되는 방법, 또는 연구 대상들 간에 존재하는 변이를 포함한다는 것을 표시하는 데에 사용된다. 비제한적으로 예를 들자면, "약"이라는 용어가 이용될 때, 지정되는 값은 더하기 또는 빼기 12 %, 또는 11 %, 또는 10 %, 또는 9 %, 또는 8 %, 또는 7 %, 또는 6 %, 또는 5 %, 또는 4 %, 또는 3 %, 또는 2 %, 또는 1 %만큼 달라질 수 있다. "적어도 하나"라는 용어의 사용은 하나는 물론, 비제한적으로 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 100 등을 포함한 하나를 초과하는 소정의 양을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. "적어도 하나"라는 용어는 그것이 귀속되는 용어에 따라 100 이하 또는 1000 이상까지 연장될 수 있으며; 또한 100/1000의 양이 제한하는 것으로 간주되어서도 아니 되는데, 더 높은 한계가 만족스러운 결과를 산출할 수도 있기 때문이다. 또한, "X, Y 및 Z 중 적어도 하나"라는 용어의 사용은 X 단독, Y 단독 및 Z 단독은 물론, X, Y 및 Z의 임의의 조합을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 서수 용어 (즉, "제1", "제2", "제3", "제4" 등)의 사용은 순전히 2종 이상 항목들 사이를 구별할 목적의 것으로써, 예를 들면 항목별로의 임의의 서열 또는 순서 또는 중요성, 또는 임의의 첨가 순서를 암시하여 의미하는 것은 아니다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용될 때, "포함하는" (및 "포함하다(comprise)" 및 "포함하다(comprises)"와 같은 포함하는의 소정 형태), "가지는" (및 "가지다(have)" 및 "가지다(has)"와 같은 가지는의 소정 형태), "포함되는" (및 "포함되다(includes)" 및 "포함되다(include)"와 같은 포함되다의 소정 형태), 또는 "함유하는" (및 "함유하다(contains)" 및 "함유하다(contain)"과 같은 함유하는의 소정 형태)이라는 단어들은 포괄적이거나 개방형인 것이며, 추가적인 언급되지 않은 요소 또는 방법 단계들을 배제하는 것은 아니다.
본원에서 사용될 대의 "또는 이들의 조합"이라는 용어는 용어에 선행하는 열거된 항목들의 모든 순열 및 조합을 지칭하는 것이다. 예를 들어, "A, B, C 또는 이들의 조합"은 하기 중 적어도 하나를 포함하고자 하는 것이다: A, B, C, AB, AC, BC 또는 ABC, 그리고 구체적인 문맥상 순서가 중요한 경우에는 또한 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC 또는 CAB. 이와 같은 예로써 계속하자면, 명시적으로 포함되는 것은 BB, AAA, AAB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등과 같이 하나 이상의 항목 또는 용어의 반복을 포함하는 조합이다. 통상의 기술자라면, 문맥상 달리 드러나지 않는 한, 통상적으로 모든 조합에서 항목 또는 용어들의 수에 제한은 없다는 것을 이해하고 있을 것이다.
명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 문맥상 달리 필요하지 않은 한, "실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 이들 형용사/부사에 의해 수식되는 특정 용어로 제한되지는 않는 것으로 이해될 것이며, 그 대신 값이 장치의 본질적인 오차 변이, 값을 측정하는 데에 사용되는 방법, 및/또는 연구 대상들 간에 존재하는 변이를 포함한다는 것을 표시하는 것으로 이해될 것이다. 이에 따라, 상기 용어는 그에 대한 상당한 영향을 초래하지 않는 사소한 변화 및/또는 편차를 허용한다. 예를 들어, 소정의 경우, "약"이라는 용어는 값이 장치의 본질적인 오차 변이, 값을 측정하는 데에 사용되는 방법, 및/또는 연구 대상들 간에 존재하는 변이를 포함한다는 것을 표시하는 데에 사용된다. 마찬가지로, "실질적으로"라는 용어는 80 % 이상, 예컨대 85 % 이상, 또는 90 % 이상, 또는 95 % 이상, 또는 99 % 이상 등과 관련될 수 있다.
본원에서 사용될 때의 "정제된 단백질" 또는 "단리된 단백질"이라는 용어는 오염물 또는 세포 구성요소로부터 단백질을 구별함에 있어서 보통 그와 함께 단백질이 출현하는 오염물 또는 세포 구성요소가 단백질 또는 단편에 거의 없다는 것을 의미한다. "정제된"이 기술적으로 완전히 순수한 (균질한) 조제물을 나타내는 것을 필요로 하는지는 고려되지 않으며, 그 대신 본원에서 사용될 때의 정제된은 단백질 또는 폴리펩티드 단편이 보통 그와 함께 그것이 출현하는 오염물 또는 세포 구성요소로부터 충분히 분리되어 있어서, 면역침전 또는 ELISA와 같은 검정에 그것이 사용될 수 있는 상태의 단백질 제공한다는 것을 의미한다. 예를 들면, 정제된 단백질은 전기영동 겔 중에 존재할 수 있다.
폴리펩티드를 기술하는 데에 본원에서 사용될 때의 "돌연변이체"라는 용어는 상응하는 야생형 (천연) 폴리펩티드의 아미노산 서열과 100 % 미만으로 동일한 폴리펩티드, 특히 야생형 폴리펩티드의 하나 이상 아미노산 잔기 위치가 치환되어 있는 합성 또는 재조합 폴리펩티드를 지칭한다. "변이체"라는 용어는 "돌연변이체"라는 용어와 호환가능하게 사용될 수 있다.
본원에서 기술되는 돌연변이체 CDC는 담체, 비히클 및 희석제를 포함하는 1종 이상의 제약상-허용되는 부형제와 조합되어 면역원성 조성물을 형성할 수 있다. 본원에서 사용될 때의 제약상-허용되는 부형제라는 용어는 용해도, 전달성, 분산, 안정성 및/또는 입체형태 완전성을 향상시키기 위하여 본원에서 개시되는 돌연변이체 CDC (예컨대 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드)가 배치될 수 있는 용매 또는 기타 물질들을 의미한다. 그와 같은 제약상-허용되는 부형제에는 물, 식염수 용액 (예컨대 생리학적 식염수 용액 및 중성 pH로 완충된 식염수 용액 예컨대 포스페이트 완충 식염수 (PBS)), 에탄올, 당, 덱스트로스, 글리세롤 및/또는 다당류 (예컨대 만니톨 및 소르비톨)이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 유형의 담체로는 리포솜 또는 중합체 등이 포함된다.
"제약상 허용되는"이라는 용어는 생물학적으로나 다른 것으로 바람직하지 않은 것이 아닌 물질을 지칭하는 것으로써, 다시 말하자면 상기 물질은 어떠한 바람직하지 않은 생물학적 효과도 야기하지 않으면서, 또는 그것이 함유되는 제약 조성물의 다른 성분들 중 어느 것과 바람직하지 않은 방식으로 상호작용하지 않으면서 선택된 화합물과 함께 개체에게 투여될 수 있다.
돌연변이체 CDC 또는 상기 돌연변이체 CDC를 함유하는 면역원성 조성물은 (비제한적으로) 프로인트 불완전 아주반트, 프로인트 완전 아주반트, 알룸, 모노포스포릴 지질 A, 알룸 포스페이트 또는 히드록시드, QS-21, 염 즉 AlK(SO4)2, AlNa(SO4)2, AlNH4(SO4)2, 실리카, 카올린 및/또는 탄소 폴리뉴클레오티드 (즉 폴리 IC 및 폴리 AU)와 같은 아주반트와 추가적으로 조합될 수 있다. 아주반트의 비-제한적인 예에는 퀼(Quil)A, 알히드로겔 등이 포함된다. "아주반트"라는 용어는 조성물 중 면역원과 함께 제공될 경우 면역 반응을 강화, 촉진 또는 연장할 수 있는 물질을 지칭한다. 임의적으로, 본원에서 고려되는 돌연변이체 CDC는 비제한적으로 인터류킨, 인터페론 등과 같은 면역조절제 및 면역자극제와 조합될 수 있다. 많은 백신 및 기타 제약 제제들이 관련 기술분야 통상의 기술자에게 알려져 있다.
"생물학적으로 활성인"은 생물체의 생리 시스템을 변형시키는 능력을 의미한다. 분자는 그 자체의 기능성을 통하여 생물학적으로 활성일 수 있거나, 또는 그 자체의 생물학적 활성을 가지는 분자를 활성화하거나 억제하는 그의 능력을 바탕으로 생물학적으로 활성일 수 있다.
본원에서 사용되는 경우의 "면역원성인"이라는 용어는 면역 반응을 도출하는 물질의 능력을 지칭하고자 하는 것이다. 예를 들어, "면역원성 조성물"은 거기에 투여되었을 때 항체의 생성과 같은 대상체 동물에서의 면역 반응을 도출할 수 있는 돌연변이체 CDC, 예컨대 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드를 포함하는 조성물이다. "백신"이라는 용어는 특정 항원에 대한 면역 반응을 도출하기 위한 대상체 투여용 면역원성 조성물을 지칭한다. 예를 들어, 본원에서 개시되는 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드 중 1종 이상을 포함하는 백신은 박테리아인 스트렙토코쿠스 뉴모니아에에 의해 야기되는 질환 또는 이상의 치료에 사용하기 위한 백신이다.
본원에서 사용될 때의 "환자" 또는 "대상체"라는 용어에는 인간 및 수의과 대상체가 포함된다. 치료 목적의 "포유동물"은 (비제한적으로) 인간, 가정용 동물 (예컨대 비제한적으로 개 및 고양이), 농장 동물 (예컨대 비제한적으로 소, 말, 돼지, 염소 및 양), 실험실 동물 (예컨대 비제한적으로 마우스, 래트, 토끼, 기니 피그 및 친칠라), 비인간 영장류, 그리고 유선 조직을 갖는 임의의 다른 동물을 포함하여, 포유동물로 분류되는 모든 동물을 지칭한다.
"치료"는 치료적 치료, 및 예방 또는 방지 수단 모두를 지칭한다. 치료를 필요로 하는 대상에는 이미 특정 이상 또는 장애를 가지고 있는 개체는 물론, 특정 이상 또는 장애에 걸릴 위험성이 있는 개체 (예컨대 예방/방지 수단을 필요로 하는 대상)가 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. "치료하는"이라는 용어는 치료 및/또는 예방/방지 목적으로 환자에게 작용제를 투여하는 것을 지칭한다.
"치료 조성물" 또는 "제약 조성물"은 치료 및/또는 예방/방지 효과를 초래하기 위하여 생체 내에 투여될 수 있는 작용제를 지칭한다.
"치료적 유효량을 투여하는 것" 또는 "예방적 유효량을 투여하는 것"이라는 구는 치료, 발생의 감소, 예방 또는 질환 관리에 있어서의 치료적 이익을 제공하고자 하는 것이다. 치료적으로 효과적인 구체적인 양은 일반적인 의료 진료의에 의해 용이하게 결정될 수 있는데, 질환/암의 유형, 환자의 이력 및 연령, 질환의 단계, 및 다른 작용제의 공동-투여와 같은 관련 기술분야에 알려져 있는 인자들에 따라 달라질 수 있다.
"장애"는 폴리펩티드를 사용한 치료로부터 이익을 얻게 되는 소정의 이상이다. 여기에는 포유동물을 문제의 장애에 걸리게 하는 병리학적 이상들을 포함한 만성 및 급성 장애가 포함된다.
"치료적 유효량"이라는 용어는 본 발명 개념의 방식으로 사용되었을 때 합리적인 이익/위험 비에 부합하여 과도한 부정적인 부작용 (예컨대 독성, 자극 및 알레르기 반응) 없이 원하는 치료 효과를 나타내기에 충분한 생물학적으로 활성인 분자 또는 접합체 또는 이들의 유도체의 양을 지칭한다. 치료 효과에는 예를 들면 비제한적으로 원치 않는 조직 또는 악성 세포의 성장을 억제하는 것이 포함될 수 있다. 대상체를 위한 유효량은 대상체의 유형, 대상체의 크기 및 건강, 치료될 이상의 특성 및 중증도, 투여 방법, 치료 기간, 동시 치료법 (존재할 경우)의 특성, 사용되는 구체적인 제제 등에 따라 달라지게 된다. 따라서, 정확한 유효량을 미리 구체화하는 것은 가능하지 않다. 그러나, 주어진 상황을 위한 유효량은 본원에서 제공되는 정보를 바탕으로 하는 일상적인 실험을 사용하여 관련 기술분야 통상의 기술자에 의해 결정될 수 있다.
본원에서 사용될 때, "동시 치료법"이라는 용어는 "조합 치료법" 및 "부가 치료법"이라는 용어와 호환가능하게 사용되는 것으로써, 치료를 필요로 하는 환자가 본 개시내용의 제약 조성물과 함께 또 다른 질환용 약물로 치료되거나 그것을 제공받는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 이와 같은 동시 치료법은 환자가 먼저 1종의 약물을 사용하여, 그리고 이후 다른 것을 사용하여 치료되는 순차적 치료법일 수 있거나, 또는 2종의 약물이 동시에 제공된다.
본원에서 사용될 때의 "투여" 및 "투여하는 것"이라는 용어에는 비제한적으로 경구, 국소, 경피, 비경구, 피하, 비내, 점막, 근육내, 복막내, 유리체내 및 정맥내 경로를 포함하고, 국소 및 전신 적용 모두를 포함하여, 관련 기술분야 통상의 기술자에게 알려져 있는 모든 투여 경로가 포함되는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 조성물 (및/또는 그의 투여 방법)은 관련 기술분야에 잘 알려져 있는 제제화 기술을 사용하여 지연, 조절 또는 지속 방출을 제공하도록 설계될 수 있다.
"치환", "삽입", "첨가" 및 "결실"이라는 용어는 본원에서 아미노산 또는 뉴클레오티드 서열과 관련하여 사용된다. "치환"은 각각 다른 뉴클레오티드 또는 아미노산에 의한 하나 이상 뉴클레오티드 또는 아미노산의 대체를 지칭한다. "삽입" 또는 "첨가"는 천연 발생 서열과 비교하였을 때 각각 하나 이상 뉴클레오티드 또는 아미노산 잔기의 첨가를 초래하는 뉴클레오티드 또는 아미노산 서열의 변화이다. "결실"은 각각 하나 이상의 뉴클레오티드 또는 아미노산 잔기가 부재하는 뉴클레오티드 또는 아미노산 서열 중 어느 하나의 변화로 정의된다.
아미노산 치환은 통상적으로 단일 잔기의 것이며; 삽입은 보통 약 1 내지 20개 아미노산 수준이게 되지만, 상당히 더 큰 삽입이 허용될 수도 있다. 결실은 약 1 내지 약 20개 잔기 범위이지만, 일부 경우에서는, 결실이 훨씬 더 클 수 있다.
치환, 결실, 삽입 또는 이들의 임의 조합은 최종 돌연변이체 폴리펩티드에 도달하는 데에 사용될 수 있다. 일반적으로는, 분자의 변경을 최소화하기 위하여, 수개의 아미노산이 변화된다. 그러나, 소정 상황에서는 더 큰 변화가 허용될 수도 있다.
소정 실시양태에서, 아미노산 치환은 하나의 아미노산을 유사한 구조적 및/또는 화학적 특성을 가지는 또 다른 아미노산으로 대체하는 것, 예컨대 발린을 사용한 이소류신의 대체, 즉 보존성인 아미노산 대체의 결과일 수 있다. 삽입 또는 결실은 임의적으로 1 내지 5개 아미노산의 범위일 수 있다.
실시양태에서, 치환은 알려져 있는 "보존성 치환"에 따라 이루어질 수 있다. "보존성 치환"은 동일한 클래스의 아미노산에 의한 일 클래스의 아미노산의 치환을 지칭하는데, 여기서 클래스는 물리화학적 아미노산 측쇄 특성, 및 천연에서 발견되는 동종 단백질들에서의 높은 치환 빈도에 의해 정의된다.
반면, 소정 실시양태에서, 치환은 비-보존성이다. "비-보존성 치환"은 또 다른 클래스에 속하는 아미노산을 사용한 일 클래스 아미노산의 치환을 지칭한다.
본원에서 사용될 때의 "폴리펩티드"라는 용어는 펩티드 결합에 의해 연결되어 있는 아미노산 잔기들의 단일 사슬로 구성되는 화합물을 지칭한다. 본원에서 사용될 때의 "단백질"이라는 용어는 "폴리펩티드"라는 용어와 동의어일 수 있거나, 또는 추가적으로 2종 이상 폴리펩티드의 복합체를 지칭할 수 있다.
"핵산 분자"라는 용어에는 RNA, DNA 및 cDNA 분자가 포함된다. 유전자 코드 축퇴성의 결과로서 주어진 돌연변이체 CDC 단백질을 코딩하는 수많은 뉴클레오티드 서열들이 생성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 개시내용에는 그의 모든 가능한 변이 뉴클레오티드 서열이 포함되는데, 그들 모두는 유전자 코드의 축퇴성으로 인하여 가능하다.
"이종유래" 핵산 구축물 또는 서열은 그것이 발현되는 세포에서 천연적이지 않은 그의 부분을 가진다. 조절 서열과 관련한 "이종유래"라는 용어는 그것이 현재 발현을 조절하고 있는 동일한 유전자를 조절하는 기능을 천연에서는 하지 않는 조절 서열 (즉 프로모터 또는 인핸서)을 지칭한다. 일반적으로, 이종유래 핵산 서열은 그 세포에서 내인성이 아니거나, 또는 그것이 존재하는 게놈의 일부가 아니며; 그보다는 이종유래 서열은 감염, 형질감염, 형질전환, 미세주사, 전기천공 등과 같은 것에 의해 세포에 도입된 것이다. "이종유래" 핵산 구축물은 천연 세포에서 발견되는 조절 서열/DNA 코딩 서열 조합과 동일하거나 또는 그와 상이한 조절 서열/DNA 코딩 서열 조합을 포함할 수 있다.
본원에서 사용될 때, "벡터"라는 용어는 서로 다른 숙주 세포들 사이의 전달용으로 설계된 핵산 구축물을 지칭한다. "발현 벡터"는 외래 세포에서 이종유래 DNA 단편을 통합하고 발현하는 능력을 가지고 있는 벡터를 지칭한다. 많은 원핵 및 진핵 발현 벡터들이 시중에서 구입가능하다. 적절한 발현 벡터의 선택은 관련 기술분야 통상 기술자의 지식에 속한다.
이에 따라, "발현 카세트" 또는 "발현 벡터"는 표적 세포에서의 특정 핵산의 전사를 가능케 하는 일련의 특정 핵산 요소들을 사용하여 재조합 또는 합성에 의해 생성된 핵산 구축물이다. 재조합 발현 카세트는 플라스미드, 염색체, 미토콘드리아 DNA, 플라스티드 DNA, 바이러스 또는 핵산 단편으로 통합될 수 있다. 통상적으로, 발현 벡터의 재조합 발현 카세트 단백질은 여러 서열들 중에서도 특히 전사될 핵산 서열 및 프로모터를 포함한다.
본원에서 사용될 때, "플라스미드"라는 용어는 클로닝 벡터로 사용되며 많은 박테리아 및 일부 진핵생물에서 염색체외 자가-복제 유전 요소를 형성하는 원형의 이중-가닥 (ds) DNA 구축물을 지칭한다.
본원에서 사용될 때, "선택가능-마커-코딩 뉴클레오티드 서열"이라는 용어는 세포에서 발현될 수 있는 뉴클레오티드 서열을 지칭하는 것으로써, 여기서 선택가능 마커의 발현은 상응하는 선택 작용제의 존재하에서, 또는 상응하는 선택적 성장 조건하에서 성장하는 능력을 발현되는 유전자를 포함하는 세포에 부여한다.
본원에서 사용될 때, "프로모터"라는 용어는 하류 유전자의 전사를 유도하는 기능을 하는 핵산 서열을 지칭한다. 프로모터는 일반적으로 표적 유전자가 발현되는 숙주 세포에 적절해지게 된다. 다른 전사 및 번역 조절 핵산 서열들 (역시 "조절 서열"로 지칭됨)과 함께, 프로모터는 주어진 유전자를 발현하는 데에 필요하다. 일반적으로, 전사 및 번역 조절 서열에는 프로모터 서열, 리보솜 결합 부위, 전사 개시 및 정지 서열, 그리고 인핸서 또는 활성화인자 서열이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에서 이용될 때, "키메라 유전자" 또는 "이종유래 핵산 구축물"이라는 용어는 조절 요소들을 포함한 상이한 유전자들의 일부들로 구성될 수 있는 비-천연 유전자 (즉 숙주로 도입된 것)를 지칭한다. 숙주 세포의 형질전환을 위한 키메라 유전자 구축물은 통상적으로 이종유래 코딩 서열, 또는 선택가능 마커 키메라 유전자에서는 형질전환되는 세포에 항생제 내성을 부여하는 단백질을 코딩하는 선택가능 마커 유전자에 작용가능하게 연결된 전사 조절 영역 (프로모터)으로 구성된다. 숙주 세포에의 형질전환을 위한 본 개시내용의 통상적인 키메라 유전자는 구성적 또는 유도성 전사 조절 영역, 단백질 코딩 서열 및 종결인자 서열을 포함한다. 표적 단백질의 분비를 원하는 경우, 키메라 유전자 구축물은 신호 펩티드를 코딩하는 제2의 DNA 서열을 포함할 수도 있다.
핵산은 그것이 또 다른 핵산 서열과 기능적인 관계로 배치되는 경우, "작용가능하게 연결"된다. 예를 들어, DNA 코딩 분비 리더는 그것이 폴리펩티드의 분비에 참여하는 예비단백질(preprotein)로서 발현되는 경우, 폴리펩티드용 DNA에 작용가능하게 연결되며; 프로모터 또는 인핸서는 그것이 서열의 전사에 영향을 주는 경우, 작용가능하게 연결되고; 또는 리보솜 결합 부위는 그것이 번역을 촉진하도록 배치되는 경우, 코딩 서열에 작용가능하게 연결되는 것이다. 일반적으로, "작용가능하게 연결된"은 연결되는 DNA 서열이 연속적이라는 것, 분비 리더의 경우에는 연속적이며 리딩 프레임으로 존재한다는 것을 의미한다. 그러나, 인핸서는 연속적일 필요가 없다. 연결은 편리한 제한 부위에서의 결찰에 의해 수행된다. 그와 같은 부위가 존재하지 않는 경우에는, 통상적인 기술에 따라 합성 올리고뉴클레오티드 어댑터, 링커 또는 PCR용 프라이머가 사용된다.
본원에서 사용될 때, "유전자"라는 용어는 코딩 영역에 선행 및 후속하는 영역, 예컨대 5' 비번역 (5' UTR) 또는 "리더" 서열 및 3' UTR 또는 "트레일러(trailer)" 서열은 물론, 개별 코딩 분절들 (엑손) 사이의 개재 서열 (인트론)을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있는, 폴리펩티드 사슬을 생성시키는 데에 연관되어 있는 DNA의 분절을 의미한다.
본원에서 사용될 때, "재조합"이라는 용어는 이종유래 핵산 서열의 도입에 의해 변형되어 있는 세포 또는 벡터에 대한 언급을 포함하며; 또한 "재조합"이라는 용어는 그렇게 변형된 세포로부터 유래하는 세포를 지칭할 수도 있다. 따라서, 예를 들면 재조합 세포는 정교한 인간의 개재의 결과로서, 세포의 천연 (비-재조합) 형태 내의 동일한 형태에서는 발견되지 않는 유전자를 발현하거나, 또는 그렇지 않을 경우 정상적으로 발현되지 않거나, 하향 발현되거나, 전혀 발현되지 않는 천연 유전자를 발현한다.
본원에서 사용될 때, 세포와 관련한 "형질전환된", "안정하게 형질전환된", 또는 "트랜스제닉"이라는 용어는 그 세포가 그의 게놈에 통합된 비-천연 (이종유래) 핵산 서열을 가지고 있거나, 또는 다수 세대에 걸쳐 유지되는 에피솜 플라스미드를 가지고 있다는 것을 의미한다.
본원에서 사용될 때, "발현"이라는 용어는 유전자의 핵산 서열을 바탕으로 폴리펩티드가 생성되는 과정을 지칭한다. 상기 과정은 전사 및 번역 모두를 포함한다.
핵산 서열을 세포에 삽입하는 맥락에서의 "도입된"이라는 용어는 비제한적으로 "형질감염", "형질전환" 및/또는 "형질도입" 방법을 포함하여, 세포에의 핵산 서열의 소정의 삽입 방법을 지칭한다. "도입된"이라는 용어는 또한 핵산 서열이 세포의 게놈 (예를 들면 염색체, 플라스미드, 플라스티드 또는 미토콘드리아 DNA)으로 통합되거나, 자율 복제단위로 전환되거나, 또는 일시적으로 발현 (예를 들면 형질감염된 mRNA)될 수 있는, 진핵 또는 원핵 세포에의 핵산 서열의 통합에 대한 언급을 포함한다.
이제 본 개시내용으로 전환하면, 소정 실시양태는 콜레스테롤-의존성 시토리신 (CDC)의 1종 이상의 비-독성 돌연변이체를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 예를 들면 상응하는 질환 병원체에 대하여 유도되는 백신에 사용될 수 있거나, 또는 진단 또는 스크리닝 방법 또는 기타 분석 방법 예컨대 검출 방법에 사용될 수 있다.
천연 형태의 CDC를 생성시키는 생물체는 비제한적으로 하기에서 열거되는 것들을 포함한 다양한 병리학적 효과들을 가지고 있다.
클로스트리디움 페르프린젠스는 종종 장독소혈증 또는 연조직 감염 예컨대 가스 괴저를 특징으로 하는 다양한 인간 및 동물 질환의 원인이 되는 요인이다. 실험적 증거는 호중구 기능에 영향을 주는 것에 의해 면역 반응을 약화시키는 데에 있어서의 페르프린고리신 O의 역할을 암시하고 있다.
바실루스 세레우스(Bacillus cereus ) (세레오리신 O의 공급원)는 특히 약물 중독자, 면역억제자, 신생아 및 수술후 환자에서의 특히 심실 션트(ventricular shunt)와 같은 보철 이식물이 삽입될 때의 중증 비위장관 감염의 보기 드문 원인이다. 보통 특징적인 각막 고리 농양의 형성을 동반하는 안구내염, 범안구염(anophthalmitis) 및 각막염을 포함한 안구 감염이 가장 흔한 유형의 중증 감염이다.
바실루스 알베이(Bacillus alvei)는 안구내염의 원인일 수 있으며, 폐렴 및 농흉을 야기할 수 있다.
스트렙토코쿠스 디스갈락티아에 (Streptococcus dysgalactiae ) 아종 에퀴시밀리스(equisimilis)는 많은 상이한 유형의 인간 질환 증후군들과 연관되어 있는 것으로 나타나 있다.
스트렙토코쿠스 카니스(Streptococcus canis)는 통상적으로 동물, 일차적으로 개에서 질환을 야기한다. 그것은 인간의 질환, 가장 빈번하게는 연조직 감염, 균혈증, 요로 감염, 골 감염 또는 폐렴을 야기한다.
스트렙토코쿠스는 패혈성 인두염, 류마티스 열, 연조직 감염 (즉 육식성 박테리아) 및 많은 다른 것들을 포함한 다양한 질환들을 야기한다. 스트렙토리신 O가 많은 이러한 질환들에서 주 병원성 인자인 것으로 나타나 있다.
테타노리신은 파상풍의 원인인 클로스트리디움 테타누스(Clostridium tetanus)에 의해 생성된다.
리스테리아 이바노비이(Listeria ivanovii)는 동물 감염성이고 양에서 유산의 주요 원인이다.
리스테리아 모노사이토제네스는 인간에서 식품 매개 질병을 야기하는데; 그에 의해 야기되는 가장 중증인 식품 매개 질병은 수막염이다. 그것은 모체에서는 감염이 무증상일 수 있으나 태아에게는 치명적인 임신한 여성에 특히 문제가 된다. 리스테리오리신은 이러한 질환들의 중요한 병원성 인자이며, 그것이 없이는 박테리아는 비병원성이다.
스트렙토코쿠스 수이스(Streptococcus suis)는 돼지에서의 패혈증, 수막염, 심장내막염, 관절염, 그리고 때로는 다른 감염의 원인이 되는데, 점점 더 인간에서 문제가 되고 있어서, 고열, 권태, 구역 및 구토에 이어지는 신경성 증상, 피하 출혈, 패혈성 쇼크 및 혼수를 포함한 증상들을 동반하여 점점 더 많은 발생이 보고되고 있다.
본 개시내용의 소정 실시양태는 에스 . 뉴모니아에의 천연 (야생형) 뉴모리신 ("PLY"; 서열식별번호(SEQ ID NO): 1)의 비-독성 돌연변이체 (서열식별번호: 20의 돌연변이체에 의해 코딩됨)를 제공하는 것이다. 이러한 PLY 돌연변이체는 특히 그것이 야생형 PLY 단백질에 비해 용혈 활성이 실질적으로 결핍되어 있다는 점에서, 지금까지 백신 개발에 사용되어 왔던 뉴모리신 돌연변이체 (Pd-B)에 비해 몇 가지 잠재적인 장점을 나타낸다. 예를 들면, 본 개시내용의 PLY 돌연변이체에는 포유동물 막에 결합하는 능력이 결핍되어 있으며, 그에 따라 (상기한 Pd-B 돌연변이체 (Trp433Phe)가 하는 바와 같은) 야생형 PLY 독소가 막에 결합할 때 보통 발생하는 어떠한 구조적 변화도 겪지 않게 된다.
소정의 비-제한적인 실시양태에서, 본 개시내용은 (서열식별번호: 1의) 위치 293 및 294 중 적어도 하나의 아미노산, 그리고 위치 458, 459 및 460 중 적어도 하나의 아미노산이 야생형 PLY 서열 (서열식별번호: 1)에서 발견되는 것과 다른 아미노산으로 치환되어 있는 뉴모리신 돌연변이체를 포함한다. 더 구체적으로, 위치 293 및 294의 gly 잔기들 중 어느 하나 또는 모두가 비제한적으로 ala, leu, ile, val, pro, trp, asn, gln, phe, tyr, met, cys, thr, ser, asp, glu, arg, his 및 lys를 포함한 측쇄를 갖는 아미노산으로 치환될 수 있다. 또한, 위치 458 및 459의 thr 잔기들 중 어느 하나 또는 모두는 gly, ala, leu, ile, val, pro, trp, asn, gln, phe, tyr, met, cys, ser, asp, glu, arg, his 및 lys로 치환될 수 있다. 또한, 위치 460의 leu 잔기는 gly, ala, ile, val, pro, trp, asn, gln, phe, tyr, met, cys, thr, ser, asp, glu, arg, his 및 lys로 치환될 수 있다. 예를 들면, 비-제한적인 일 실시양태에서는, 위치 293의 글리신이 ala, leu, ile, val, pro, trp, asn, gln, phe, tyr, met, cys, thr, ser, asp, glu, arg, his 및 lys 중 하나로 대체되어 있으며, 위치 460의 류신이 gly, ala, ile, val, pro, trp, asn, gln, phe, tyr, met, cys, thr, ser, asp, glu, arg, his 및 lys 중 하나로 대체되어 있다. 돌연변이체 뉴모리신의 구체적인 비-제한적 실시양태에서, 위치 293 및 294의 글리신 잔기들 중 적어도 하나는 세린 또는 트레오닌 잔기로 돌연변이되어 있으며, 위치 458, 459 및 460의 트레오닌, 트레오닌 및 류신 잔기들 중 적어도 하나는 각각 아스파르테이트, 아스파라긴 또는 글루타메이트 잔기로 돌연변이되어 있다. 예를 들어, 위치 293이 세린으로 돌연변이되어 있고 위치 460의 류신이 아스파르테이트로 돌연변이되어 있는 경우, 뉴모리신 돌연변이체는 PLY-G293S/L460D (또는 PLY-L460D/G293S)로 지명되는데; 그의 아미노산 서열을 서열식별번호: 40에 제공하였다. 대안적인 비-제한적 실시양태에서, 위치 460은 D, E 또는 N으로 치환될 수 있으며, 위치 293은 S 또는 T로 치환될 수 있어서, 이중 돌연변이체는 위치 460의 D, E 또는 N 및 위치 293의 S 또는 T를 포함할 수 있다.
뉴모리신의 돌연변이체에 더하여, 본 개시내용은 세레오리신 (바실루스 세레우스(Bacillus cereus )), 안트로리신 (바실루스 안트라시스 (Bacillus anthracis)), 튜린지오리신 (바실루스 튜린지엔시스 (Bacillus thuringiensis )), 페르프린고리신 (클로스트리디움 페르프린젠스 (Clostridium perfringens )), 알베오리신 (바실루스 알베이(Bacillus alvei )), 카니오리신 (스트렙토코쿠스 카니스 (Streptococcus canis)), 에퀴시미리신 (스트렙토코쿠스 에퀴시밀리스 (Streptococcus equisimilis)), 스트렙토리신 O (스트렙토코쿠스 피오 제네스 (Streptococcus pyogenes)), 테타노리신 (클로스트리디움 테타니 (Clostridium tetani )), 이바노리신 (리스테리아 이바노비이 ( Listeria ivanovii )), 리스테리오리신 (리스테리아 모 노사이토제네스 (Listeria monocytogenes )), 세엘리게리오리신 (리스테리아 시리게리 (Listeria seeligeri )), 수이리신 (스트렙토코쿠스 수이스 (Streptococcus suis)), 미티리신 (스트렙토코쿠스 미티스 (Streptococcus mitis )), 혈소판 응집 인자 (일명 PAF 및 비리다노리신) (스트렙토코쿠스 미티스), 인테르메디리신 (스트렙 토코쿠스 인테르메디우스 (Streptococcus intermedius )), 피오리신 (아르카노박테리움 피오 제네스 ( Arcanobacterium pyogenes )) 및 노비이오리신, 일명 테타노리신 NT (클로스트리디움 노비이 (Clostridium novyi ))를 포함하여, 도메인 4 루프 1, 루프 2 및/또는 루프 3의 유사한 위치에 치환을 갖는 다른 CDC의 돌연변이체를 제공한다.
세레오리신, 안트로리신, 튜린지오리신 (일명 튜린고리신 또는 세레오리신 형태 BT), 페르프린고리신, 알베오리신, 카니오리신, 에퀴시미리신, 스트렙토리신 O, 노비이오리신, 테타노리신, 이바노리신, 리스테리오리신, 세엘리게리오리신, 수이리신, 미티리신, 인테르메디리신, 혈소판 응집 인자 (일명 비리다노리신 또는 PAF) 및 피오리신의 야생형 아미노산 서열을 각각 서열식별번호: 2, 서열식별번호: 3, 서열식별번호: 4, 서열식별번호: 5, 서열식별번호: 6, 서열식별번호: 7, 서열식별번호: 8, 서열식별번호: 9, 서열식별번호: 10, 서열식별번호: 11, 서열식별번호: 12, 서열식별번호: 13, 서열식별번호: 14, 서열식별번호: 15, 서열식별번호: 16, 서열식별번호: 17, 서열식별번호: 18 및 서열식별번호: 19에 나타내었다.
본 개시내용의 또 다른 실시양태는 서열식별번호: 9의 위치 561 및 562 중 적어도 하나, 그리고 위치 395 및 396 중 적어도 하나에 치환을 포함하며, 야생형 스트렙토리신 O 단백질과 적어도 90 % 동일한, 스트렙토리신 O의 돌연변이체에 관한 것이다. 위치 561 및 562의 치환은 PLY (서열식별번호: 1)의 위치 458-460에서 이루어질 수 있는 본원에서 기술되는 소정의 치환일 수 있으며, 위치 395 및 396의 치환은 PLY의 위치 293 또는 294에서 이루어질 수 있는 본원에서 기술되는 소정의 치환일 수 있다.
역시 본 개시내용에 따라 돌연변이될 수 있는 서열식별번호: 18 (혈소판 응집 인자)의 변이체는 역시 스트렙토코쿠스 미티스로부터 수득되는 렉티노리신이다. L1, L2 및 L3의 아미노산 서열은 PAF와 동일하다. 렉티노리신은 67, 158, 211, 303, 305-307, 311, 319, 327, 447 및 556을 포함한 12개 위치에서 PAF와 다른데, 렉티노리신에서 이들 위치의 아미노산은 각각 T, D, T, H, E, N, K, N, E, K, T 및 I이다. 이에 따라, 본 개시내용은 본원에서 고려되는 다른 돌연변이체의 것과 유사한 렉티노리신의 돌연변이체, 및 이러한 돌연변이체를 코딩하는 핵산, 그리고 이러한 돌연변이체를 포함하는 조성물을 포함한다.
본원에서 고려되는 뉴모리신 돌연변이체는 독소의 소정의 독성 활성을 제거하기도 하는데, 그것이 포유동물 세포에 결합할 수 없기 때문이다. 뉴모리신 돌연변이체 Pd-B가 천연 뉴모리신에 배해 약 21,000배 덜 독성이기는 하지만, 그것은 여전히 그것을 포함하는 소정 백신의 개발에서 문제가 되기에 충분한 독성을 나타낸다. 에스 . 뉴모니아에에 대한 현대의 백신 개발은 다른 에스 . 뉴모니아에 유래 단백질을 가지는 뉴모리신을 사용하는 것을 중심으로 하고 있는 것으로 보이며; 그에 따라 백신에 사용되는 다른 단백질에 관계 없이, 뉴모리신은 질환 확립 및 진행에 대한 그의 중요성으로 인하여 에스 . 뉴모니아에에 대한 모든 효과적인 백신에 포함되게 된다.
하기에서 기술되는 바와 같이, 뉴모리신과 관련된 독소인 페르프린고리신에서는, 통상적인 지식과 달리 단백질의 운데카펩티드가 포유동물 세포에 대한 이와 같은 독소의 결합을 매개하지 않는 것으로 나타난다. 결합을 매개하는 구조는 운데카펩티드와 병치되는 3개의 다른 짧은 소수성 루프들이다. 본 개시내용의 일부로서, 음으로 하전된 아스파르테이트 또는 글루타메이트 잔기가 (예를 들면) 임의의 단일 소수성 루프 내에 (이미 아스파르테이트 또는 글루타메이트를 포함하지 않는 위치로) 배치될 경우, 막에 대한 CDC의 결합이 차단된다는 것이 알려졌다. 따라서, 이와 같은 단일 점 돌연변이는 포유동물 막에 대한 뉴모리신을 포함하는 CDC들의 결합을 제거한다. 예를 들어, 뉴모리신의 류신 460 대신 치환된 단일 아스파르테이트 또는 글루타메이트 잔기는 그의 용혈 활성을 사실상 완전히 폐기한다. 다른 시스템에서는 이와 같은 돌연변이가 세포의 막에 대한 결합을 차단하는 것으로 알려졌기 때문에 (하기 기재함), 그것은 실질적으로 소정의 독성 활성을 제거할 뿐만 아니라 (예를 들면 Pd-B 돌연변이체에 비해 그것을 적어도 200배 덜 독성이 되게 함), 포유동물 막 표면에의 그의 결합에 의해 야기될 수 있는 모든 가능한 부작용도 제거한다.
소정 실시양태에서, 본 개시내용의 돌연변이체 뉴모리신은 천연 발생 에스 . 뉴모니아에 뉴모리신 단백질에 존재하는 용혈 활성 및 세공-형성 능력이 결핍되어 있다. 일반적으로, 폴리펩티드 구성요소는 천연 발생 에스 . 뉴모니아에 뉴모리신 단백질의 약 30 % 미만, 약 20 % 미만, 약 10 % 미만, 약 5 % 미만, 약 1 % 미만, 약 0.1 % 미만, 약 0.001 % 미만, 또는 그 미만인 용혈 활성을 나타낸다.
소정 실시양태에서, 본 개시내용의 돌연변이체 뉴모리신은 위치 290, 291, 292, 294, 295, 296, 367, 368, 369, 371, 372, 373, 403, 404, 405, 407, 408, 409, 457, 458, 459, 461, 462 및 463를 포함하여, 위치 293, 370, 406 또는 460의 양측에 측접하는 3개의 잔기들 중 하나 이상에 치환을 갖는다.
예를 들면, 이들 잔기는 음으로-하전된 아미노산인 글루타메이트 또는 아스파르테이트 (이미 아스파르테이트를 포함하는 위치 403 제외), 또는 양으로 하전된 아미노산인 리신, 아르기닌 또는 히스티딘 (이미 히스티딘 잔기를 포함하는 위치 367 및 407 제외)으로 치환될 수 있다. 대안적으로, 이들 잔기는 돌연변이체의 결합 활성, 세공-형성 및/또는 용혈 활성을 폐기하는 임의의 다른 천연 아미노산 (gly, ala, leu, ile, val, pro, trp, asn, gln, phe, tyr, met, cys, thr 또는 ser 포함)으로 치환될 수 있다.
상기에서 언급된 바와 같이, 야생형 뉴모리신의 아미노산 서열은 서열식별번호: 1이며, 서열식별번호: 1의 뉴모리신을 코딩하는 cDNA의 역 상보체(reverse complement)를 서열식별번호: 20에 나타내었다. 본 개시내용은 또한 필요에 따라 본원에서 기술되거나 달리 허용된 치환된 단백질 (돌연변이체)을 코딩하도록 치환되어 있고, 이어서 이러한 돌연변이체를 코딩하는 cDNA를 만드는 임의의 보존 염기 (뉴클레오티드)를 포함할 수 있는, 본원에서 기술되는 돌연변이체 뉴모리신 (및 그의 역 상보체) 및 다른 돌연변이체 CDC들의 cDNA를 포함한다.
여전히 본 개시내용의 돌연변이체 폴리펩티드를 코딩하는 축퇴성 코돈을 사용하여 본원에서 고려되는 폴리펩티드를 코딩하는 폴리뉴클레오티드 서열이 변경될 수 있다는 것은 알고 있을 것이다. 따라서, 본 개시내용은 또한 서열들 사이에 적어도 90 %, 또는 적어도 95 %의 동일성, 또는 적어도 99 %의 동일성을 가지는, 본원에서 기술되는 폴리뉴클레오티드 서열 (또는 그의 상보성 서열)에 혼성화되는 폴리뉴클레오티드를 제공한다.
도 1a 내지 1e는 본원에서 확인된 CDC들의 천연 버전의 아미노산 서열 정렬을 보여준다. 서열들은 도 1a-e에 위치 586-592 (제2 루프, L2), 622-628 (제3 루프, L3) 및 676-682 (제1 루프, L1)로 나타나 있는 뉴모리신의 위치 367-373 (제2 루프, L2), 403-409 (제3 루프, L3) 및 457-463 (제1 루프, L1)에 해당하는 3개의 소수성 루프를 따라 정렬되어 있다. 상기에서 언급된 바와 같이, 이러한 CDC 돌연변이체들의 소정의 구체적인 (그러나 비-제한적인) 실시양태들은 이러한 위치들 중 하나 이상에서의 음으로-하전된 아미노산인 글루탐산 또는 아스파르트산 (그 위치가 이미 아스파르트산을 갖는 경우는 제외), 또는 양으로-하전된 아미노산인 히스티딘, 리신 또는 아르기닌 (그 위치가 이미 히스티딘을 갖는 경우의 히스티딘, 그 위치가 이미 리신을 갖는 경우의 리신, 그 위치가 이미 아르기닌을 갖는 경우의 아르기닌은 제외), 또는 생성되는 돌연변이체가 본 개시내용에 따라 기능하는 경우 상기에서 언급된 다른 15종의 천연 아미노산들 중 어느 것에 의한 치환을 포함할 수 있다.
돌연변이체는 또한 하나를 초과하는 본원에서 기술되는 치환을 포함할 수 있으며, 그에 따라 돌연변이체는 단일 루프 (L1, L2, L3)에 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 치환된 잔기를 가질 수 있거나, 또는 루프들 중 2개 (예컨대 L1 및 L2, L1 및 L3, L2 및 L3)에 하나 이상 (1 내지 7개)의 치환된 잔기를 가질 수 있거나, 또는 3개 루프들 각각 (L1, L2, 및 L3)에 하나 이상의 치환된 잔기 (1 내지 7개)를 가질 수 있는데, 여기서 치환은 본원에서 열거된 것들에서 선택되는 바; 예를 들면, 돌연변이체는 제1 루프 (L1)에 1 내지 7개의 치환을 갖고/거나, 제2 루프 (L2)에 1 내지 7개의 치환을 갖고/거나, 제3 루프 (L3)에 1 내지 7개의 치환을 가질 수 있다. 예를 들어, 소정 실시양태에서, 천연 잔기가 양으로-하전되어 있는 경우, 치환되는 잔기는 음으로-하전된 것일 수 있으며, 천연 잔기가 음으로-하전되어 있는 경우, 치환되는 잔기는 양으로-하전된 것일 수 있다. 대안적으로, 아스파르테이트가 글루타메이트, 히스티딘, 아르기닌 또는 리신으로 치환될 수 있거나, 또는 글루타메이트가 아스파르테이트, 리신, 히스티딘 또는 아스파라긴으로 치환될 수 있거나, 또는 아르기닌이 다른 양으로-하전된 아미노산으로 치환될 수 있다.
본원에서 기술되는 각 CDC 루프 1, 루프 2 및 루프 3의 아미노산 위치를 하기 표 1에 열거하였다.
<표 1>
도메인 4 루프들에 대응하는 아미노산 위치
이에 따라, 본원에서 제공되는 것은 정제되거나 단리된 형태의 단백질 돌연변이체, 및 그의 항원성 단편, 제약상-허용되는 부형제, 아주반트 및/또는 면역자극제를 포함하는 이러한 돌연변이들의 면역원성 조성물, 그리고 본원에서 개시되거나 달리 고려되는 1종 이상의 돌연변이체를 포함하는 백신 및 혈청이다. 돌연변이체 또는 그의 항원성 단편은 관련 기술분야에 알려져 있는 기술, 예를 들면 ELISA를 사용하여 생물학적 샘플 중 대안적인 형태의 단백질의 존재를 검출하기 위한 분석 방법에 사용될 수 있다. 본 개시내용은 또한 본원에서 제공되는 돌연변이체들 중 어느 것을 코딩하는 cDNA를 포함하는 핵산, 숙주 세포 및 벡터, 그리고 본원에서 고려되는 돌연변이체를 생성시키기 위한 그들의 사용 방법을 제공한다. 본 개시내용은 또한 본원에서 기술되는 CDC-생성 생물체에 의해 야기되는 병태, 질환 및 감염의 치료를 위한 면역원성 조성물의 투여 방법을 제공한다.
상기에서 언급된 바와 같이, 본 개시내용은 본원에서 고려되는 돌연변이체 CDC를 코딩하는 핵산 서열에 관한 것이기도 하다. 본 개시내용은 본원에서 개시되는 단백질 돌연변이의 대립유전자 변이체를 코딩하는 핵산 서열을 제공하는 바, 단백질 돌연변이체의 상기 대립유전자 변이체는 그의 아미노산 동일성의 15 % 미만만큼 상기 단백질 돌연변이와 달라서, 예를 들면 대립유전자 변이의 아미노산들 중 적어도 85 %가 단백질 돌연변이와 동일하며, 제1, 제2 및 제3 루프 (L1, L2 및 L3)에서는 100 %의 아미노산이 단백질 돌연변이의 것과 동일하다. 예를 들어, 상기 대립유전자 변이는 본원에서 기술되는 단백질 돌연변이체와 그의 아미노산 동일성의 12 % 미만만큼, 그의 아미노산 동일성의 10 % 미만만큼, 그의 아미노산 동일성의 8 % 미만만큼, 그의 아미노산 동일성의 6 % 미만만큼, 그의 아미노산 동일성의 4 % 미만만큼, 그의 아미노산 동일성의 2 % 미만만큼, 또는 그의 아미노산 동일성의 1 % 미만만큼 단백질 돌연변이와 다를 수 있다. 또한, 본 개시내용은 엄밀 조건하에서 본원에서 기술되는 돌연변이체 CDC를 코딩하는 핵산, 또는 본원에서 기술되는 돌연변이체 CDC를 코딩하는 핵산의 상보체와 혼성화되는 핵산에 관한 것이다.
일 측면에서, 본 개시내용의 CDC 돌연변이체 폴리펩티드 또는 단백질은 서열식별번호: 1로 제시되는 서열과 적어도 90 %, 또는 적어도 91 %, 또는 적어도 92 %, 또는 적어도 93 %, 또는 적어도 94 %, 또는 적어도 95 %, 또는 적어도 96 %, 또는 적어도 97 %, 또는 적어도 98 %, 또는 적어도 99 %, 또는 그 이상의 % 동일성을 가지며, 본원의 다른 어딘가에서 기술되는 돌연변이들 중 적어도 하나를 갖는 아미노산 서열을 포함한다.
2종 이상 서열들 사이의 "% 동일성"을 측정하기 위한 선택된 서열들의 정렬은 예를 들면 10.0의 개방 간극 벌점 및 0.1의 연장 간극 벌점을 포함한 디폴트 파라미터들을 사용하여 운동되는 맥벡터(MacVector) 버전 6.5의 클러스탈(CLUSTAL)-W 프로그램, 그리고 블로섬(BLOSUM) 30 유사성 행렬을 사용하여 수행될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본원에서 사용될 때의 "서열 동일성"이라는 용어는 서열들이 하기와 같이 비교된다는 것을 의미한다. 서열들은 -12의 간극 개방 벌점 (간극의 첫 번째 무효화의 경우) 및 -4의 간극 연장 벌점 (간극에서의 각 추가적인 연속 무효화 당)을 가지는 디폴트 (블로섬 62) 행렬 (값은 -4 내지 +11)을 사용하는 제네틱 컴퓨팅 그룹(Genetic Computing Group)의 GAP (세계적인 정렬 프로그램)의 버전 9를 사용하여 정렬된다. 정렬 후에는, 청구되는 서열 내 아미노산 수 중 백분율로서 매치 수를 나타내는 것에 의해, 백분율 동일성이 계산된다.
본원에서 기술되거나 달리 고려되는 면역원성 조성물에는 동물에서 보호 면역 반응을 도출 (자극)하는 데에 효과적인 양으로 사용될 수 있는 백신 제제가 포함될 수 있다. 예를 들면, 보호 면역 반응의 생성은 하체의 발생에 의해 측정될 수 있다. 소정의 비-제한적인 실시양태에서, 보호 면역 반응을 형성할 수 있는 본원에서 고려되는 돌연변이체 CDC의 양은 통상적으로 예컨대 면역화 사이의 약 1 내지 6주 간격으로의 체중 kg 당 약 0.001 ㎍ 내지 100 mg, 예컨대 비제한적으로 약 0.01 ㎍ 내지 1 mg/kg 체중 또는 약 0.1 ㎍ 내지 약 10 ㎍/kg 체중의 단위 투약 형태이다.
본 개시내용은 또한 적어도 1종의 질환 생물체에 대한 면역 반응의 자극 방법을 제공한다. 상기 방법에서는, 본원에서 개시되는 면역원성 조성물들 중 어느 것이 질환 생물체에 의해 감염되어 있거나 질환 생물체에 의한 감염의 경향이 있는 환자에게 투여될 수 있다. 비-제한적인 일 실시양태에서, 상기 면역원성 조성물은 위치 293 및 460에 돌연변이를 갖는 뉴모리신 돌연변이체, 예컨대 PLYL460D / G293S (서열식별번호: 40)를 포함한다. 방법에서, 면역원성 조성물은 실질적으로 비-독성이거나 (또는 천연 PLY 단백질에 비해 실질적으로 비-독성이거나), 세포 막에 실질적으로 결합하지 않거나, 실질적으로 비-용혈성이거나, 및/또는 PLY 단백질만큼 안정하거나 또는 그에 비해 실질적으로 더 안정하다.
본 개시내용은 또한 환자에서의 감염 발생 및/또는 중증도 중 적어도 하나의 감소 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서는, 본원에서 개시되거나 달리 고려되는 면역원성 조성물들 중 어느 것이 감염된 환자 또는 감염의 경향이 있는 환자에게 투여된다. 비-제한적인 일 실시양태에서, 상기 면역원성 조성물은 위치 293 및 460에 돌연변이를 갖는 뉴모리신 돌연변이체, 예컨대 PLYL460D / G293S (서열식별번호: 40)를 포함한다. 방법에서, 면역원성 조성물은 실질적으로 비-독성이거나 (또는 천연 PLY 단백질에 비해 실질적으로 비-독성이거나), 세포 막에 실질적으로 결합하지 않거나, 실질적으로 비-용혈성이거나, 및/또는 천연 PLY 단백질만큼 안정하거나 또는 그에 비해 실질적으로 더 안정하다. 소정 실시양태에서, 본원에서 개시되는 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 야생형 뉴모리신 폴리펩티드에 비해 약 100,000-배 덜한 용혈 활성을 가진다. 다른 실시양태에서, 본원에서 개시되는 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 야생형 뉴모리신 폴리펩티드에 비해 약 150,000-배 덜한 용혈 활성을 가진다. 다른 실시양태에서, 본원에서 개시되는 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 야생형 뉴모리신 폴리펩티드에 비해 약 200,000-배 덜한 용혈 활성을 가진다. 또 다른 실시양태에서, 본원에서 개시되는 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 야생형 뉴모리신 폴리펩티드에 비해 약 250,000-배 덜한 용혈 활성을 가진다. 적어도 소정 실시양태에서, 아미노산 위치 293, 294, 458, 459 및 460에 적어도 2개의 치환을 갖는 본원에서 개시되는 정제된 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 아미노산 위치 293, 294, 458, 459 및 460 중 하나에만 치환을 갖는 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드에 비해 증가된 정제시 수율도 가진다. 증가되는 재조합 수율은 예를 들면 적어도 약 10×, 적어도 약 15×, 적어도 약 17× 또는 적어도 약 20×일 수 있다.
본원에서 개시되는 면역원성 조성물은 비제한적으로 개, 고양이, 토끼, 설치류, 말, 가축 (예컨대 소, 양, 염소 및 돼지), 동물원 동물, 유제류, 영장류 및 인간을 포함하여, 본원에서 기술되는 질환 생물체에 의해 감염되어 있거나 감염될 수 있는 동물들에게 투여될 수 있다.
상기에서 언급된 바와 같이, 돌연변이가 뉴모리신 돌연변이체인 경우, 본 개시내용은 대상체에서 면역원성 반응을 자극하기 위하여 대상체에게 투여될 수 있는 면역원성 조성물 (예컨대 비제한적으로 백신)을 포함한다. 1종 이상 뉴모리신 돌연변이체 이외에, 상기 면역원성 조성물/백신은 에스 . 뉴모니아에 유래의 다른 단백질 또는 단백질 서브유닛을 포함할 수 있거나, 또는 면역원성 조성물/백신 중 뉴모리신 돌연변이체 또는 다른 단백질과 조합되거나 거기에 접합된 캡슐 다당류 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 캡슐 물질은 에스 . 뉴모니아에 혈청형 1, 2, 3, 4, 5, 6A, 6B, 7F, 8, 9N, 9V, 10A, 11A, 12F, 14, 15B, 17F, 18C, 19A, 19F, 20, 22F, 23F, 24F, 27, 33F 또는 34, 또는 관련 기술분야에 알려져 있는 다른 것들 중 임의의 1종 이상으로부터 유래할 수 있다. 언급된 바와 같이, 면역원성 조성물/백신은 아주반트 및/또는 다른 제약상-허용되는 부형제들을 포함할 수 있다. 다당류는 예를 들면 단량체성 연결 (다당류의 일 단부만이 폴리펩티드에 결합됨), 루프형 연결 (단일 폴리펩티드가 루프형 다당류에 결합됨), 또는 가교-연결 (다수의 다당류가 다수의 폴리펩티드에 연결됨)을 통하여 돌연변이체에 접합될 수 있다.
본 개시내용의 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드 또는 그의 단편을 함유하는 면역원성 조성물 또는 백신은 스트렙토코쿠스 뉴모니아에와 관련된 질환 및 이상, 예컨대 비제한적으로 폐렴, 수막염, 균혈증 및 중이염을 치료하는 데에 사용될 수 있다.
소정 실시양태에서, 본원에서 개시되는 돌연변이체 CDC는 T-세포 증식의 자극 또는 B-세포의 자극을 통한 항체의 생성을 야기하는 데에 유용하다.
상기에서 언급된 바와 같이, 본 개시내용의 면역원성 조성물은 본원에서 고려되는 돌연변이체 CDC를 제약상 (생리학적으로) 허용되는 부형제, 예컨대 (비제한적으로) 생리학적 식염수 또는 중성 pH로 완충된 식염수 용액 (예컨대 포스페이트 완충 식염수)와 조합하는 것에 의해 형성될 수 있다.
본 개시내용은 또한 본원에서 기술되거나 달리 고려되는 돌연변이체 CDC의 항원성 단편을 포함한다. 예를 들어, 백신 조성물의 경우, 단편은 보호 면역 반응을 자극하기에 충분하게 대형이다. 폴리펩티드 성분은 그와 같은 강화된 면역 반응을 유도하기에 충분한 길이의 것이어야 한다. 천연 발생 CDC 단백질의 단편인 경우, 단편은 길이가 적어도 약 8개, 적어도 약 10개, 적어도 약 25개, 적어도 약 50개, 적어도 약 75개, 적어도 약 100개, 적어도 약 125개, 적어도 약 150개, 적어도 약 175개, 적어도 약 200개, 적어도 약 250개, 적어도 약 300개, 적어도 약 350개, 적어도 약 400개, 적어도 약 425개, 적어도 약 450개, 적어도 약 460개, 적어도 약 465개, 또는 그 이상의 아미노산이다.
단편은 서로 연결되어 있는, 돌연변이체의 다른 위치로부터의 펩티드 부분들을 포함할 수 있다. 소정의 구체적인 (그러나 비-제한적인) 실시양태에서, 단편은 본원에서 논의되는 3개 루프 중 하나 이상을 포함한다.
본원에서 개시되거나 달리 고려되는 돌연변이체 CDC는 또한 환자에서 증상을 치료하거나 개선하기 위한 수동 면역 혈청으로 사용될 수 있는 중화 항체를 생성시키는 데에 유용하다. 상기한 바와 같은 면역원성 조성물은 중화 항체 반응이 발생될 때까지 동물 (예컨대 말 또는 인간)에게 투여될 수 있다. 이후, 해당 중화 항체는 수확되고, 정제되어, 증상을 나타내는 환자를 치료하는 데에 이용될 수 있다.
그와 같은 중화 항체는 병원체의 효과를 중화하는 데에 효과적인 양으로 질환 증상을 나타내는 환자에게 투여된다. 중화 항체는 정맥내, 근육내, 진피내, 피하 등으로 투여될 수 있다. 구체적인 경로는 정맥내에 의한 것, 또는 국소화된 감염의 경우 데브리망(debridement)을 동반한 조직 손상 부위에의 국소적인 것이다. 중화 항체는 또한 항생제 치료법과 함께 투여될 수 있다. 중화 항체는 단일 투여 또는 다수 투여에서 쇼크 또는 조직 손상의 감소가 수득될 때까지 투여될 수 있다. 통상적으로 투여되는 중화 항체의 양은 체중 kg 당 약 1 mg 내지 약 1000 mg 항체, 예컨대 비제한적으로 체중 kg 당 약 50 mg 내지 약 200 mg 항체이다.
본 개시내용의 면역원성 조성물은 비-독성이며 멸균된 제약상 허용되는 부형제 중에 면역보호성의 비-독성인 양의 본원에서 개시되는 돌연변이체 단백질 중 적어도 1종을 함유하는 제약 조성물로서 제조될 수 있다.
본 개시내용의 면역원성 조성물은 경구, 근육내, 정맥내, 설하, 점막, 동맥내, 수막강내, 진피내, 복막내, 비내, 폐내, 안구내, 질내, 직장내 및/또는 피하를 포함하여, 관련 기술분야에 알려져 있는 소정의 적합한 방식으로 적절한 대상체에게 투여될 수 있다. 그것은 예를 들면 면역원성 조성물을 함유하는 용액 또는 분말의 흡입에 의해 위장관로 또는 기도로 도입될 수 있다. 사용될 경우, 비경구 투여는 일반적으로 주사를 특징으로 한다. 주사제는 액체 용액 또는 현탁액 중 어느 하나, 주사 전 액체 중 용액 또는 현탁액에 적합한 고체 형태, 또는 에멀션의 통상적인 형태로 제조될 수 있다.
면역원성 조성물 (예컨대 백신)은 면역원성 반응의 일부로서 항체의 생성을 도출하기에 충분한 양으로 투여된다. 임의의 주어진 환자에 대한 투약량은 환자의 크기, 일반적인 건강, 성, 신체 표면적, 연령, 투여될 구체적인 화합물, 투여 시간 및 경로, 그리고 동시에 투여되는 다른 약물을 포함한 많은 인자들에 따라 달라진다. 최적 투약량의 결정은 거의 통상 기술자의 약학에 대한 능력에 속한다. 소정 실시양태에서, 대상체에게 투여될 수 있는 돌연변이체 CDC의 비-제한적인 유효량 범위는 예를 들면 체중 kg 당 약 10 ng 내지 100 mg 단백질, 예컨대 체중 kg 당 약 0.1 ㎍ 내지 약 1 mg 단백질이다. 적어도 하나의 비-제한적인 실시양태에서, 제공되는 투약량은 아주반트가 있거나 없이 약 0.25 ㎍ 내지 약 25 ㎍ 단백질의 범위이다.
면역원성 조성물이 근육내 또는 깊은 피하 경로를 통하여 비경구로 투여될 경우, (소정의 구체적이나 비-제한적인 실시양태에서) 돌연변이체 단백질은 면역 반응을 유인하거나 강화하기 위하여 소정의 통상적인 아주반트와 혼합되거나 함께 흡수될 수 있다. 그와 같은 아주반트에는 알루미늄 히드록시드, 알루미늄 포스페이트, 뮤라밀 디펩티드, 박테리아 지질다당류, 그리고 퀼A로부터의 유도체 및 정제 사포닌이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 단백질은 리포솜 또는 면역자극 복합체 (ISCOM)와 같은 미세입자 내로 면역 시스템에 제공될 수도 있다. 언급된 바와 같이, 본 개시내용의 돌연변이체 단백질/펩티드 단편을 함유하는 제제는 경구 또는 비내 섭취용으로 설계될 수 있다.
본 개시내용의 면역원성 조성물의 치료적으로 효과적이며 비-독성인 투여량은 관련 기술분야 통상의 기술자에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 임의의 대상체에 대한 구체적인 투여량은 (비제한적으로) 환자의 연령, 일반적인 건강, 식이, 투여 시간 및 경로, 투여되는 다른 약물과의 상승 효과, 및 면역원성 조성물이 반복적으로 투여되는지 여부를 포함한 다양한 인자들에 따라 달라질 수 있다. 필요할 경우, 면역원성 조성물은 1 내지 3개월의 각 투여 사이 간격으로, 그리고 시간상 나중에 임의적인 추가 투여량으로 반복 투여되게 된다. 적절한 투약 형태의 실제 제조 방법에 대해서는 알려져 있거나, 또는 관련 기술분야 통상의 기술자라면 알고 있을 것인 바; 예를 들면 문헌 [Remington's Pharmaceutical Sciences] 최신판을 참조하라.
상기에서 언급된 바와 같이, 본 개시내용은 본원-기술된 돌연변이체 폴리펩티드 및 본 개시내용의 활성 단편을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함한다. 상기 폴리뉴클레오티드는 RNA의 형태 또는 DNA의 형태 (비제한적으로 cDNA, 게놈 DNA 및 합성 DNA 포함)일 수 있다. DNA는 이중-가닥 또는 단일-가닥일 수 있으며, 단일 가닥일 경우, 코딩 가닥 또는 비-코딩 (안티-센스) 가닥일 수 있다.
하기 표 2에 나타낸 것은 본원에서 고려되는 CDC들의 천연 서열을 직접적으로 코딩 (또는 역 상보체를 통하여 코딩)하며 그에 따라 본원에서 기술되거나 달리 고려되는 돌연변이체 형태를 형성하기 위하여 돌연변이될 수도 있는 DNA 서열 (및 상응하는 아미노산 서열)이다.
<표 2>
천연 CDC 형태들의 아미노산 및 핵산 서열
본 개시내용의 돌연변이체 폴리펩티드를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터를 사용하여, 숙주 세포가 유전적으로 조작 (형질도입, 형질전환 및/또는 형질감염)된다. 상기 벡터는 예를 들면 플라스미드, 바이러스 입자, 파지 등의 형태일 수 있다. 조작된 숙주 세포는 경우에 따라 프로모터를 활성화하거나, 형질전환체를 선택하거나, 또는 해당 폴리펩티드를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 증폭하기 위하여 변형될 수 있는 통상적인 영양 배지에서 배양될 수 있다. 온도, pH 등과 같은 배양 조건은 발현용으로 선택되는 숙주 세포에서 지금까지 사용되던 것들로써, 통상의 기술자라면 알고 있을 것이다. 벡터는 염색체, 비염색체 및 합성 DNA 서열, 예를 들면 SV40의 유도체; 박테리아 플라스미드; 파지 DNA; 바큘로바이러스; 효모 플라스미드; 플라스미드와 파지 DNA의 조합으로부터 유래하는 벡터, 바이러스 DNA 예컨대 박시니아, 아데노바이러스, 수두 바이러스 및 슈도레이비를 포함한다. 그러나, 그것이 복제가능하고 숙주에서 생존가능한 한, 어떠한 다른 벡터도 사용될 수 있다.
적절한 DNA 서열은 다양한 절차에 의해 벡터에 삽입될 수 있다. 일반적으로, DNA 서열은 관련 기술분야에 알려져 있는 절차에 의해 적절한 제한 엔도뉴클레아제 부위(들)에 삽입된다. 그와 같은 절차 및 기타의 것들은 관련 기술분야 통상 기술자의 영역에 속하는 것으로 간주된다.
발현 벡터의 DNA 서열은 mRNA 합성을 유도하는 적절한 발현 조절 서열(들) (프로모터)에 작용가능하게 연결된다. 그와 같은 프로모터의 대표적인 예로는 하기가 언급될 수 있다: LTR 또는 SV40 프로모터, 이. 콜리 (E. coli ) lac 또는 trp, 파지 람다 PL 프로모터, 그리고 원핵 또는 진핵 세포 또는 그들의 바이러스에서 유전자의 발현을 조절하는 것으로 알려져 있는 기타 프로모터들. 발현 벡터는 또한 번역 개시 및 전사 종결인자를 위한 리보솜 결합 부위를 포함한다. 벡터는 발현을 증폭하기 위한 적절한 서열을 포함할 수도 있다.
또한, 소정의 비-제한적인 실시양태에서, 발현 벡터는 형질전환된 숙주 세포의 선택을 위한 표현형 특질, 예컨대 진핵 세포 배양을 위한 디히드로폴레이트 리덕타제 또는 네오마이신 내성, 또는 예컨대 이. 콜리에서의 테트라사이클린 또는 암피실린 내성을 제공하는 하나 이사의 선택가능 마커 유전자를 포함한다.
이상에서 기술된 바와 같은 적절한 DNA 서열은 물론, 적절한 프로모터 또는 조절 서열을 포함하는 벡터는 적절한 숙주를 형질전환시켜 숙주가 단백질을 발현하도록 하는 데에 사용될 수 있다.
적절한 숙주의 대표적인 (그러나 비-제한적인) 예로는, 하기가 언급될 수 있다: 박테리아 세포 예컨대 이. 콜리 , 스트렙토마이세스 ( Streptomyces ), 살모넬라 타이피무리움 (Salmonella typhimurium ); 진균 세포 예컨대 효모; 곤충 세포 예컨대 초파리(Drosophila) S2 및 스포돕테라 ( Spodoptera ) Sf9; 동물 세포 예컨대 CHO, COS 또는 보우 흑색종(Bowes melanoma); 식물 세포 등. 적절한 숙주 세포의 선택은 본원의 교시로부터의 관련 기술분야 통상 기술자의 영역에 속하는 것으로 간주된다.
더 구체적으로, 본 개시내용은 또한 본원에서 기술 및 허용되는 바와 같은 서열들 중 1종 이상을 포함하는 재조합 구축물을 포함한다. 상기 구축물은 폴리뉴클레오티드 서열이 순방향 또는 역방향으로 삽입되어 있는 플라스미드 또는 바이러스 벡터와 같은 벡터를 포함한다. 비-제한적인 일 실시양태에서, 구축물은 또한 예를 들면 서열에 작용가능하게 연결되어 있는 프로모터를 포함한 조절 서열을 포함한다. 많은 수의 적합한 벡터 및 프로모터들이 관련 기술분야 통상의 기술자에게 알려져 있으며, 시중에서 구입가능하다. 비-제한적인 예로, 하기의 벡터들이 제공된다. 박테리아: pQE70, pQE60, pQE-9 (키아젠(Qiagen), Inc. 사, 독일 힐덴 소재), pBS, pD10, 파지스크립트(phagescript), psiX174, 피블루스크립트(pbluescript) SK, pBS, pNH8A, pNH16a, pNH18A, pNH46A (스트라타진(Stratagene) 사, 캘리포니아 샌디에고 소재); ptrc99a, pKK223-3, pKK233-3, pDR540, pRIT5 (파마시아(Pharmacia) 사, 스웨덴 스톡홀름 소재). 진핵생물: pWLNEO, pSV2CAT, pOG44, pXT1, pSG (스트라타진 사, 캘리포니아 샌디에고 소재), pSVK3, pBPV, pMSG, pSVL (파마시아 사, 스웨덴 스톡홀름 소재). 그러나, 그것이 복제가능하고 숙주에서 생존가능한 한, 어떠한 다른 플라스미드 또는 벡터도 사용될 수 있다.
프로모터 영역은 선택가능 마커가 있는 CAT (클로르암페니콜 트랜스퍼라제) 벡터 또는 다른 벡터를 사용하여 소정의 원하는 유전자로부터 선택될 수 있다. 두 가지 적절한 벡터는 pKK232-8 및 pCM7이다. 구체적으로 거명되는 박테리아 프로모터에는 lacI, lacZ, T3, T7, gpt, 람다 PR, PL 및 TRP가 포함된다. 진핵 프로모터에는 CMV 조기 발현체, HSV 티미딘 키나제, 조기 및 후기 SV40, 레트로바이러스 유래 LTR, 및 마우스 메탈로티오네인-I이 포함된다. 적절한 벡터 및 프로모터의 선택은 거의 관련 기술분야 통상 기술자의 수준에 속한다.
다른 실시양태에서, 본 개시내용은 상기한 구축물을 포함하는 숙주 세포를 포함한다. 상기 숙주 세포는 고등 진핵 세포, 예컨대 (비제한적으로) 포유동물 세포; 하등 진핵 세포, 예컨대 (비제한적으로) 효모 세포; 또는 원핵 세포, 예컨대 (비제한적으로) 박테리아 세포일 수 있다. 숙주 세포에의 구축물의 도입은 칼슘 포스페이트 형질감염, DEAE-덱스트란 매개 형질감염, 전기천공 (문헌 [Davis et al., Basic Methods in Molecular Biology (1986) Elsevier Science Publishing Co., Inc., New York, NY]), 또는 임의의 다른 적합한 기술에 의해 수행될 수 있다.
숙주 세포 내의 구축물은 통상적인 방식으로 재조합 서열에 의해 코딩되어 있는 유전자 생성물을 생성시키는 데에 사용될 수 있다. 대안적으로, 본 개시내용의 폴리펩티드는 통상적인 펩티드 합성기에 의해 합성으로 제조될 수 있다.
많은 단백질들이 적절한 프로모터의 조절하에 포유동물 세포, 효모, 박테리아 또는 기타 세포에서 발현될 수 있다. 무-세포 번역 시스템이 본 개시내용의 DNA 구축물로부터 유래하는 RNA를 사용하여 그와 같은 단백질을 생성시키는 데에 사용될 수도 있다. 원핵 및 진핵 숙주와 함께 사용하기에 적절한 클로닝 및 발현 벡터에 대해서는 그 전체 개시내용이 참조로 포함되는 문헌 [Green and Sambrook (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Fourth Edition, Cold Spring Harbor, N.Y., (2012))]에 기술되어 있다.
고등 진핵생물에 의한 본 개시내용의 돌연변이체 폴리펩티드를 코딩하는 DNA의 전사는 인핸서 서열을 벡터에 삽입하는 것에 의해 증가될 수 있다. 인핸서는 보통 약 10 내지 300 bp로써 프로모터에 작용하여 그의 전사를 증가시키는, DNA의 시스-작용(cis-acting) 요소이다. 예로는, 복제 기원 후기 측의 SV40 인핸서 bp100 내지 270, 시토메갈로바이러스 조기 프로모터 인핸서, 복제 기원 후기 측의 폴리오마 인핸서, 및 아데노바이러스 인핸서가 포함된다.
일반적으로, 재조합 발현 벡터는 숙주 세포의 형질전환을 가능케 하는 복제 기원 및 선택가능 마커, 예를 들면 이. 콜리의 암피실린 내성 유전자 및 에스 . 세레비시아에 TRP1 유전자, 그리고 하류 구조 서열의 전사를 유도하기 위한 고도-발현 유전자 유래 프로모터를 포함하게 된다. 그와 같은 프로모터는 특히 3-포스포글리세레이트 키나제 (PGK), α-인자, 산 포스파타제, 또는 열 충격 단백질과 같은 해당 효소를 코딩하는 오페론으로부터 유래할 수 있다. 이종유래 구조 서열은 적절한 단계에서 번역 개시 및 종료 서열과 조립된다. 임의적으로, 이종유래 서열은 원하는 특징, 예컨대 발현되는 재조합 생성물의 안정화 또는 정제 단순화를 부여하는 N-말단 식별 펩티드를 포함하는 융합 단백질을 코딩할 수 있다.
유용한 박테리아용 발현 벡터는 원하는 단백질을 코딩하고 있는 구조 DNA 서열을 적합한 번역 개시 및 종료 신호와 함께 기능성 프로모터와 작용가능한 위상으로 삽입하는 것에 의해 구성될 수 있다. 벡터는 벡터의 유지를 보장하고, 바람직할 경우 숙주 내에서의 증폭을 제공하기 위하여, 하나 이상의 표현형 선택가능 마커 및 복제 기원을 포함하게 된다.
대표적이지만 비-제한적인 예로서, 박테리아 용도로 유용한 발현 벡터는 잘 알려져 있는 클로닝 벡터 pBR322 (ATCC 37017)의 유전적 요소들을 포하하는 시중에서 구입가능한 플라스미드로부터 유래하는 선택가능 마커 및 박테리아 복제 기원을 포함할 수 있다. 그와 같은 시중의 벡터에는 예를 들면 pKK223-3 (아머샴 파마시아 바이오테크(Amersham Pharmacia Biotech) 사, 미국 뉴저지 피스카타웨이 소재) 및 pGEM1 (프로메가(Promega) 사, 미국 위스콘신 매디슨 소재)이 포함된다. 이러한 pBR322 "백본" 부문들은 적절한 프로모터 및 발현될 구조 서열과 조합된다.
적합한 숙주 균주의 형질전환 및 적절한 세포 밀도로의 숙주 균주의 성장 후에는, 적절한 수단 (예컨대 온도 이동 또는 화학적 유도)에 의해 선택된 프로모터가 유도되고, 추가적인 기간 동안 세포가 배양된다.
세포는 통상적으로 원심분리에 의해 수확된 후, 물리적 또는 화학적 수단에 의해 붕괴되고, 추가 정제를 위하여 생성 조 추출물이 수득된다.
단백질의 발현에 사용되는 미생물 세포는 냉동-해동 주기, 초음파처리, 프렌치 프레스, 기계적 붕괴, 또는 세포 용해 작용제의 사용을 포함한 소정의 통상적인 방법에 의해 붕괴될 수 있는데, 그와 같은 방법들에 대해서는 관련 기술분야 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다. 그러나, 본 개시내용의 폴리펩티드를 분비함으로써 배양 배지로부터의 폴리펩티드 회수를 가능케 하는 숙주 세포를 사용하는 것이 바람직할 수 (그러나 비-제한적임) 있다.
다양한 포유동물 세포 배양 시스템들이 재조합 단백질을 발현시키는 데에 사용될 수도 있다. 포유동물 발현 시스템의 예에는 문헌 [Gluzman (Cell (1981) 23:175)]에 기술되어 있는 원숭이 신장 섬유모세포의 COS-7 주, 및 상용성이 벡터를 발현할 수 있는 기타 세포주들, 예를 들면 C127, 3T3, CHO, HeLa 및 BHK 세포주가 포함된다. 포유동물 발현 벡터는 복제 기원, 적합한 프로모터 및 인핸서, 및 또한 소정의 필요한 리보솜 결합 부위, 폴리아데닐화 부위, 스플라이싱 공여자 및 수용자 부위, 전사 종료 서열, 및 5' 측접 비전사 서열을 포함하게 된다. 필요한 비전사 유전자 요소를 제공하는 데에는 SV40 스플라이싱 및 폴리아데닐화 부위로부터 유래하는 DNA 서열이 사용될 수 있다.
폴리펩티드는 잘 알려져 있는 단백질 회수 및 정제 방법에 의해 재조합 세포 배양물로부터 회수 및/또는 정제될 수 있다. 그와 같은 방법론에는 암모늄 술페이트 또는 에탄올 침전, 산 추출, 음이온 또는 양이온 교환 크로마토그래피, 포스포셀룰로스 크로마토그래피, 소수성 상호작용 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피, 히드록시아파타이트 크로마토그래피 및 렉틴 크로마토그래피가 포함될 수 있다. 필요에 따라서는, 성숙한 단백질의 배열구조를 완성하는 데에 단백질 재접힘 단계가 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 그와 같은 재접힘 절차에는 샤프롱이 사용될 수 있다. 마지막으로, 최종 정제 단계에는 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC)가 사용될 수 있다.
이전에 설명된 바와 같이, 본 개시내용의 면역원으로 유용한 돌연변이체 폴리펩티드는 화학적 합성 절차의 생성물, 또는 원핵 또는 진핵 숙주 (예를 들면 배양액 중 박테리아, 효모, 고등 식물, 곤충 및 포유동물 세포)로부터의 재조합 기술의 생성물일 수 있다. 재조합 생성 절차에서 사용되는 숙주에 따라, 본 개시내용의 돌연변이체 폴리펩티드는 글리코실화될 수 있거나, 또는 비-글리코실화될 수 있다.
개별적으로 발현되는 폴리펩티드들은 관련 기술분야에 잘 알려져 있는 재조합 발현/단리 방법에 의해 단리될 수 있다. 그와 같은 단리 방법의 통상적인 예는 단백질의 보존되는 영역, 또는 단백질 구조의 일부로서 발현되는 His 태그, 또는 절단가능 리더 또는 테일에 대한 항체를 이용할 수 있다.
언급된 바와 같이, 본원에서 개시되거나 달리 고려되는 CDC 돌연변이체 단백질의 단편 또는 변이체는 본 개시내용의 일부인 것으로 간주된다. 단편은 천연 또는 돌연변이체 폴리펩티드 아미노산 서열의 전체가 아닌 일부와 전체적으로 동일한 아미노산 서열을 가지는 변이체 폴리펩티드이다. 단편은 "홀로 존재(free-standing)"하거나, 또는 그 단편이 일부 또는 영역, 예컨대 (비제한적으로) 단일 연속 영역을 형성하는 더 큰 폴리펩티드 내에 포함될 수 있다. 구체적인 비-제한적 단편은 유사한 활성 또는 향상된 활성 또는 감소된 활성을 가지는 것들을 포함하여, 본 개시내용의 폴리펩티드의 활성을 매개하는 단편인 생물학적으로 활성인 단편이다. 역시 포함되는 것은 동물, 특히 인간에서 항원성이거나 면역원성인 단편이다. 이와 관련하여, 본 개시내용에는 하기가 포함된다: (i) 예를 들면 (비제한적으로) 길이가 적어도 약 20-100개 아미노산이거나 길이가 약 100-200개 아미노산인 돌연변이체 CDC의 단편, 및 (ii) 돌연변이체 단편을 포함하는 제약 조성물.
일 실시양태에서, 본원에서 기술되는 CDC 돌연변이체를 코딩하는 핵산은 고엄밀도 혼성화 조건하에서 상응하는 천연 서열에 혼성화가능하다. 고엄밀도 조건의 예에는 50 % 포름아미드, 5 × SSC, 5 × 덴하르트 용액(Denhardt's solution), 0.5 % SDS 및 100 ㎍/ml 변성 캐리어 DNA 중 약 42 ℃에서의 혼성화 후 이어지는 2 × SSC 및 0.5 % SDS 중 실온에서의 2회 및 0.1 × SSC 및 0.5 % SDS 중 42 ℃에서의 추가 2회 세척이 포함된다.
핵산 구축물/발현 벡터
언급된 바와 같이, 본원에서 고려되는 핵산은 숙주 세포로의 도입 및 거기에서의 복제를 할 수 있는 이종유래 핵산 구축물 또는 벡터로 통합된다. 그것이 복제가능하며 그것이 도입되는 세포에서 생존가능한 한, 모든 벡터가 사용될 수 있다. 많은 수의 적합한 벡터 및 프로모터들이 관련 기술분야 통상의 기술자에게 알려져 있으며, 시중에서 구입가능하다. 적절한 DNA 서열은 다양한 절차에 의해 플라스미드 또는 벡터 (본원에서는 집합적으로 "벡터"로 지칭됨)로 삽입될 수 있다. 일반적으로, DNA 서열은 표준 절차에 의해 적절한 제한 엔도뉴클레아제 부위(들)에 삽입된다. 그와 같은 절차 및 관련 서브-클로닝 절차는 관련 기술분야 통상 기술자의 지식 영역에 속하는 것으로 간주된다.
본 개시내용의 이종유래 핵산 구축물은 하기와 같이 본원에서 고려되는 돌연변이체 CDC 또는 그의 단편의 코딩 서열을 포함할 수 있다: (i) 단독으로; (ii) 돌연변이체 CDC 코딩 서열이 주요 코딩 서열인, (비제한적으로) 융합 단백질 또는 신호 펩티드 코딩 서열과 같은 추가적인 코딩 서열과의 조합으로써; (iii) 적합한 숙주에서의 코딩 서열의 발현에 효과적인 비-코딩 서열, 예컨대 (비제한적으로) 인트론 및 조절 요소, 예컨대 프로모터 및 종결인자 요소 또는 5' 및/또는 3' 비번역 영역과의 조합으로써; 및/또는 (iv) 돌연변이체 CDC 코딩 서열이 이종유래 유전자인 벡터 또는 숙주 환경 중에.
적절한 벡터에는 통상적으로 선택가능 마커-코딩 핵산 서열, 삽입 부위, 및 적합한 조절 요소, 예컨대 프로모터 및 종료 서열이 구비된다. 벡터는 예를 들면 코딩 서열에 작용가능하게 연결된, 숙주 세포에서 (및/또는 변형된 가용성 단백질항체 코딩 서열이 정상적으로 발현되지 않는 벡터 또는 숙주 세포 환경에서) 코딩 서열의 발현에 효과적인, 비-코딩 서열 예컨대 인트론 및 조절 요소, 즉 프로모터 및 종결인자 요소 또는 5' 및/또는 3' 비번역 영역을 포함한 조절 서열을 포함할 수 있다. 많은 수의 적합한 벡터 및 프로모터들이 관련 기술분야 통상의 기술자에게 알려져 있는데, 그 중 많은 것이 시중에서 구입가능하다.
대표적인 프로모터에는 구성적 프로모터 및 유도성 프로모터 모두가 포함되는데, 그 예로는 CMV 프로모터, SV40 조기 프로모터, RSV 프로모터, EF-1α 프로모터, tet-온 또는 tet-오프 시스템의 tet 반응성 요소 (TRE)를 포함하는 프로모터, 베타 액틴 프로모터, 및 소정 금속염의 첨가에 의해 상향조절될 수 있는 메탈로티오네인 프로모터가 포함된다. 프로모터 서열은 발현 목적으로 숙주 세포에 의해 인식되는 DNA 서열이다. 그것은 돌연변이체 폴리펩티드를 코딩하는 DNA 서열과 작용가능하게 연결된다.
달리 표시되지 않는 한, 본 개시내용의 조성물 및 방법의 실시는 관련 기술분야 통상 기술자의 기술에 속하는 분자 생물학, 미생물학, 재조합 DNA 및 면역학의 통상적인 기술들을 사용한다.
[
실시예
]
이하에서는 실시예가 제공된다. 그러나, 본 개시내용의 실시양태가 본원에서 기술되는 특정 실험, 결과 및 실험실 절차로 적용이 제한되는 것은 아니다. 그보다는, 실시예는 단순히 다양한 실시양태들 중 하나로 제공되는 것이며, 포괄적인 것이 아니라 대표적인 것을 의미하는 바, 본 개시내용의 교시의 추가적이며 상이한 실시양태들이 반드시 관련 기술분야 통상의 기술자에게 드러나게 될 것이며; 그에 따라 그와 같은 다른 실시양태들은 본원의 개시내용으로부터 추론된 것으로 간주된다는 것은 알고 있을 것이다.
실시예
1
콜레스테롤 의존성 시토리신 (CDC)은 그람-양성 박테리아의 20개를 초과하는 상이한 종들에 의해 생성되는 세공-형성 폴리펩티드 독소의 큰 패밀리이다1. 처음에, 박테리아는 안정한 수용성 단량체로서 이러한 독소를 분비한다. 상기 단량체는 막에 결합하여 특정 순서의 구조적 변화를 겪는데, 이는 올리고머화 및 세공 형성을 촉진한다. 명칭이 표시하는 바와 같이, CDC 세공 형성 기작은 그의 세공-형성 기작에 있어서 절대적으로 막 콜레스테롤에 의존성이다. 수십년 동안의 정론은 콜레스테롤이 이러한 독소의 수용체라는 것, 그리고 CDC (도 2)의 도메인 4 (D4)에 위치되는 보존된 운데카펩티드가 CDC의 콜레스테롤과의 상호작용에 중요하다는 것이었다2 -4. 그러나, 다른 연구는 운데카펩티드가 콜레스테롤-풍부 막에 대한 이러한 CDC의 처음의 결합을 매개하지 않는다는 것을 암시하였다5 , 6. 따라서, 콜레스테롤에 대한 그의 결합을 매개하는 이러한 CDC의 구조적 구성요소는 본 연구 이전에는 분명치 않았다.
산화에 대한 CDC 기작의 민감성이 80년이 넘는 동안 알려져 왔는데7, 이와 같은 특질은 원래 이와 같은 독소에 주어졌던 "티올-활성화된 시토리신"이라는 명칭의 원인이 되었었다 (참고문헌 8 참조). 이와 같은 티올 기의 산화는 종종 >99 %인 세포용해 활성의 상당한 상실을 초래한다2. 나중에 그것은 수많은 CDC들의 서열 분석을 통하여 보존된 운데카펩티드 (ECTGLAWEWWR-서열식별번호: 39)에 위치하는 민감성 티올 기를 갖는 시스테인인 것으로 드러났는데, 그것이 대부분의 서열분석된 CDC에서 유일한 시스테인이었기 때문이다. 이와 같은 티올 기의 산화와 연관되는 세포용해 활성의 상실이 콜레스테롤-풍부 막에 대한 결합의 변경에 기인하는 것으로 제안됨으로써2, 막 결합과 운데카펩티드 사이의 추정상의 연결을 확립하였다. 운데카펩티드의 고도로 보존된 특성은 또한 막 콜레스테롤과의 직접적인 상호작용을 매개하는 것일지 모를 고도로 보존된 기능을 암시하였다.
콜레스테롤이 CDC의 수용체라는 정론은 스트렙토코쿠스 인테르메디우스 (Streptococcus intermedius )에 의해 분비되는 CDC인 인테르메디실린 (ILY)의 발견에 의해 복잡해졌다. 다른 CDC들과 달리, ILY는 인간 세포 특이적인데9 ,10, 콜레스테롤-풍부 막보다는 보체 막 공격 복합체(complement membrane attack complex)11,12의 종-특이적 억제제인 인간 CD59에 특이적으로 결합하는 그의 능력에 의해 설명되는 특징이다13. 이에 따라, 현재는 적어도 2종 CDC 클래스가 존재하는데, 특정 비-스테롤 수용체에 결합하는 ILY 및 콜레스테롤-풍부 막에 직접적으로 결합하는 PFO-형 CDC이다. 여전히, 양 유형 CDC의 세포용해 기작은 막 콜레스테롤에 민감성이며, 어느 것도 콜레스테롤이 실질적으로 결핍되어 있는 막 상에서는 활성이 아니다14. 따라서, 이와 같은 연구는 하기와 같은 수수께끼를 제시하였다: 콜레스테롤이 PFO-형 CDC에 대한 것과는 상당히 다른 방식으로 ILY 기작에 기여하는지, 또는 양 CDC 클래스에 대한 콜레스테롤의 기여를 통합하는 분자적 기초가 존재하는지?
문헌 [Giddings et al.]14은 hRBC 막의 콜레스테롤-고갈이 모든 CDC에서 예비세공 대 세공 전환을 차단함은 물론, 막에 대한 PFO-형 CDC의 결합에도 영향을 준다는 것을 보였다. 문헌 [Soltani et al.]15은 ILY의 L1-L3 D4 루프 (도 2)의 막 삽입을 붕괴시키는 것 역시 예비세공 대 세공 전환을 차단한다는 것을 보였다. 이에 따르면, 두 가지 구별되는 현상이 ILY에서의 예비세공 대 세공 전환을 차단하는데, 막 콜레스테롤의 결핍14 및 L1-L3 루프의 막 삽입 붕괴15이다.
이러한 관찰들을 바탕으로, ILY 및 PFO의 D4 루프 및 운데카펩티드의 막과의 상호작용에 대한 상세한 조사가 수행되었다. 이러한 연구들의 결과는 운데카펩티드보다는 도메인 4 기저의 L1-L3 루프가 콜레스테롤-풍부 막을 인식하는 일차적인 구조라는 것을 표시하고 있다. 콜레스테롤-풍부 막과의 이들 루프의 상호작용은 PFO의 콜레스테롤-풍부 막과의 상호작용을 매개하는 반면, 막에의 그들의 삽입 또한 PFO 및 ILY 모두의 예비세공 대 세공 전환에 필요하다. 따라서, 이러한 결과들은 현재 CDC의 콜레스테롤 민감성에 있어서의 구조적 기초를 제공하며, 서로 다른 막 수용체를 사용하는 ILY 및 PFO-형 CDC 모두에 대한 콜레스테롤의 효과에 있어서의 통합적인 설명을 제공한다.
실시예
1의 물질 및 방법
박테리아 균주, 플라스미드 및 화학물질
ILY 및 PFO의 유전자를 이전에 기술된 바와 같이14 ,16 pTrcHisA (인비트로겐(Invitrogen) 사)에 클로닝하였다. 모든 돌연변이는 천연 ILY (천연적으로 시스테인-결핍) 또는 시스테인-결핍 PFO (PFOC459A) 바탕에 형성시켰다. 천연 PFO는 잔기 459에 시스테인을 포함하는데, 그것을 알라닌으로 변경하여 시스테인-결핍 PFO 유도체인 PFOC459A를 생성시켰다. PFO 및 PFOC459A 모두는 유사한 세포용해 활성을 나타낸다16. 모든 화학물질 및 효소는 시그마(Sigma) 사, VWR 사 및 리서치 오가닉스(Research Organics) 사로부터 입수하였다. 모든 형광 프로브는 몰큘라 프로브스(Molecular Probes) 사 (인비트로겐 사)로부터 입수하였다.
ILY
및 그의 유도체의 생성 및 정제
PCR 퀵체인지(QuikChange) 돌연변이유발 (스트라타젠 사)을 사용하여, 천연 ILY 또는 PFOC459A에 다양한 아미노산 치환들을 형성시켰다. 오클라호마 메디칼 리서치 파운데이션 코어(Oklahoma Medical Research Foundation Core) DNA 서열분석 시설에서 ILY 유전자 돌연변이체 버전의 DNA 서열을 분석하였다. 에셰리키아 콜리(Escherichia coli)로부터의 이전에 기술된 바와 같이15 ,16, 재조합 ILY 및 그의 유도체의 발현 및 정제를 수행하였다. 용리된 단백질을 4 ℃에서 밤새 완충제 (300 mM NaCl, 10 mM MES, 1 mM EDTA, pH 6.5)에 투석하였다. 다음에, 단백질을 5 mM DTT 및 10 % (vol/vol) 멸균 글리세롤 중에서 -80 ℃로 저장하였다.
술프히드릴 특이적 반응물을 사용한 ILY 및 PFO 및 이들의 유도체의 화학적 변 형
ILY의 시스테인 유도체를 술프히드릴 기를 통해 환경적으로 민감한 프로브인 이이오도아세트아미도-N,N'-디메틸-N-(7-니트로벤즈-2-옥사-1,3-디아졸릴)에틸렌-디아민 (NBD)을 사용하여 변형시켰다. 반응은 이전에 기술된 바와 같이14 수행하였다. 변형된 단백질은 10 % (vol/vol) 멸균 글리세롤 중에 저장하였는데, 액체 질소 중에서 급속 냉동하여 -80 ℃로 저장하였다. 75 % 이상의 효율로 단백질을 표지하였다.
형광 측정
모든 형광 강도 측정은 이전에 기술된 바와 같이16 SLM-8100 광자 계수 분광형광측정기를 사용하여 수행하였다. NBD 측정의 경우, 4 nm의 대역과 함께, 460-480 nm의 여기 파장 및 540 nm의 방출 파장을 사용하였다. 각 샘플에 대하여, 통합 시간(integration time) 1초의 1 nm 해상도로 500-600 nm로부터의 방출 스캔을 수행하였다. 스펙트럼 측정을 수행하기 전에, PBS [10 mM Na2HPO4, 2mM KH2PO4, 137 mM NaCl, 3 mM KCl (pH 7.5)] 중에서 37 ℃로 5-10분 동안, 10 ㎍의 총 독소를 함유하는 샘플을 인간 적혈구 (hRBC) 고스트(ghost) 막 (303.25 ㎍의 막 단백질과 등가)과 함께 인큐베이션하였다.
리포솜
제조
기술되어 있는 바와 같이16, 45:55 mol%의 비로 1-팔미토일-2-올레오일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (POPC; 아반티 폴라 리피즈(Avanti Polar Lipids) 사) 및 콜레스테롤을 함유하는 리포솜을 제조하였다.
HRBC
고스트
막 제조
이전에 기술된 바와 같이 HRBC 고스트 막을 제조하였다. 막 단백질 함량은 역시 이전에 기술된 바와 같이14 ,16 브래드포드법(Bradford method) (바이오-래드 프로테인 어쎄이(Bio-Rad Protein Assay), 바이오-래드 라보래토리즈(Bio-Rad Laboratories), Inc. 사)을 사용하여 정량하였다.
콜레스테롤 고갈 및 충전
이전에 기술된 바와 같이14, 메틸-β-시클로덱스트린 (MβCD)를 사용하여 콜레스테롤 추출을 수행하였다. 간단하게 말하자면, 인간 huRBC 고스트 막을 최종 농도 20 mM - 40 mM의 MβCD (사용시마다 새로 제조)와 함께 37 ℃로 2시간 동안 인큐베이션하였다. 반복적인 원심분리 (4 ℃에서 20분 동안 14,000 rpm)에 의해 3회 막을 세척하고 PBS 중에 재현탁함으로써, 과량의 MβCD를 제거하였다. 고스트 막을 최종적으로 PBS 중에 현탁하였다. 콜레스테롤/콜레스테일 에스테르 정량 키트 (칼바이오켐(Calbiochem) 사, 매사추세츠 빌레리카 소재)를 사용하여 콜레스테롤 함량을 측정하였다. 이와 같은 방법에 의해, 통상적으로 막의 콜레스테롤 함량은 >90 % 감소되었다.
콜레스테롤 적재 MβCD를 사용하여 콜레스테롤 충전을 수행하였다. 이와 같은 방법은 이전에 기술된 바 있다14. 간단하게 말하자면, 새로이 제조한 MβCD를 5 mM의 최종 농도로 완충제 A (140 mM NaCl, 5 mM KCl, 5 mM KH2PO4, 1 mM MgSO4, 10 mM HEPES, 5 mM 글루코스, pH 6.5)에 첨가하였다. 1:2 (vol/vol) 클로로포름:메탄올 중에서 100 mM 콜레스테롤 모용액을 제조하였다. 완충제 A + MβCD를 유리 용기 중에서 80 ℃로 가열하였다. 일단 80 ℃로 가열되고 나서, 4 mM의 최종 농도로 현탁된 콜레스테롤을 첨가하였다. 초음파처리 (4×20초)에 의해 용액을 균질화하였다. 다음에, 22 ㎛ 필터를 사용하여 용액을 여과하였다. 콜레스테롤이 적재된 MβCD를 펠렛화된 콜레스테롤 고갈 고스트 막에 첨가하고, 37 ℃에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 이전과 같이 반복적인 원심분리에 의해 막을 세척하고, 최종적으로 PBS 중에 현탁하였다.
L1
SPR
센서
칩상에의
리포솜의
고정
L1 센서 칩 (비아코어(BIAcore) 사, 스웨덴 웁살라 소재)을 사용하는 비아코어 3000 시스템을 사용하여, 표면 플라스몬 공명 (SPR)을 수행하였다. L1 센서 칩은 소수성 잔기들이 공유 결합되어 있어서 리포솜의 고정에 일상적으로 사용되고 있는 덱스트란 매트릭스를 포함하고 있다. 리포솜용 L1 칩의 제조에 있어서, 10 μl/분의 유량으로 10 μl의 20 mM CHAPS를 주사하였다. 다음에, 리포솜 (0.5 mM의 최종 지질 농도)을 동일한 유량으로 10분 동안 주사하였다. 리포솜 주사 후, 3분 동안 50 mM NaOH를 주사하여 지질 다중 층을 제거하였다. 여기에 비특이적 결합 부위를 코팅하기 위한 0.1 mg/ml BSA의 주사가 이어졌다. 모든 주사는 25 ℃에서 수행하였다. L1 칩을 재생하고, 원래의 RU 해독치에 도달할 때까지 20 mM CHAPS 및 50 mM NaOH의 반복적인 주사에 의해 리포솜을 탈거하였다. 재생 절차가 센서 칩 결합 용량의 상실을 초래하지는 않았다.
SPR
분석
리포솜과 PFO 유도체 사이의 모든 상호작용 분석은 HBS 중에서 25 ℃로 수행하였다. 야생형 PFO (50 ng/μl) 및 PFO 아스파르테이트 돌연변이체 (50 ng/μl)를 30 μl/분의 유량으로 4분 동안 리포솜 코팅된 칩상에 주사하였다.
실시예
1의 결과
실험 전략. 천연 막에 결합함에 있어서 ILY는 막 콜레스테롤에 의존성이 아니나, 그의 기작은 여전히 콜레스테롤에 민감성으로 유지된다. 콜레스테롤이 결핍되어 있는 막에는 결합하지 않는 PFO-형 CDC와 달리, ILY의 수용체 결합 및 올리고머화는 콜레스테롤-고갈 막에서 여전히 발생한다14. 이에 따라, ILY를 사용하여 먼저 해당 콜레스테롤-의존성의 원인이 되는 구조를 식별하였다. 일단 막 콜레스테롤에 민감성인 ILY의 구조를 식별하고 나서, PFO에서 이러한 구조를 붕괴시키는 것의 콜레스테롤-풍부 리포솜 막에 결합하는 그의 능력에 대한 효과를 조사하였다. 이와 같은 방식으로, ILY 및 PFO 양자에서의 동일한 구조가 그의 콜레스테롤 의존성의 원인이 되는지를 확인할 수 있었다.
ILY 운데카펩티드의 막 삽입에는 콜레스테롤이 필요하지 않다. ILY를 사용한 이전의 연구는 예비세공이 형성되기 위해서는 운데카펩티드가 막에 삽입되어야 한다는 것을 나타내었었다15. 이에 따라, 그의 삽입이 막 콜레스테롤에 민감성인지 여부를 확인하였다. 운데카펩티드 내에 위치하는 Ala-486을 대신하여 시스테인 잔기를 치환시키고, 술프히드릴 기를 통하여 NBD로 표지하였다. 이와 같은 잔기는 천연 ILY에서 막에 삽입되는 것으로 나타난 바 있다15. 콜레스테롤-포함 막 또는 콜레스테롤-고갈 막의 부재 및 존재하에 ILYA486C - NBD에서의 NBD의 형광 강도를 측정하였다. 도 3에 나타낸 바와 같이, hRBC 고스트 막의 존재하에서는, 그의 가용성 상태에서 ILY에 대하여 관찰된 것에 비교한 형광 방출 강도의 증가에 나타나는 바와 같이, 운데카펩티드가 막으로 삽입되었다. 막에 콜레스테롤이 고갈된 경우, 동일한 형광 강도의 증가가 관찰되엇다. 이러한 결과는 Ala-486 부근 운데카펩티드 영역의 막 삽입이 막 콜레스테롤 함량과 관계없다는 것을 입증하고 있다.
루프 L1, L2 및 L3의 삽입에는 콜레스테롤이 필요하다. D4 단부의 3개의 짧은 소수성 루프들 (도 2)의 막 삽입은 협동으로 이루어지는데, 막에 CDC 단량체들을 고정하고 적정하게 배향하는 데에 필요하다15 , 17. 운데카펩티드의 삽입과 협동되는 그의 삽입은 막횡단 β-배럴 세공의 형성으로 이어지는 이후의 D3 막횡단 β-헤어핀 (TMH)의 막 삽입에 필요하다15. 콜레스테롤 역시 TMH의 삽입 및 세공 복합체의 형성에 필요하다14. 따라서, 예비세공 대 세공 전환에는 막 콜레스테롤 및 L1-L3 루프의 막 삽입 양자가 필요조건이다14 , 15. L1-L3 루프의 막 삽입이 D3 TMH의 삽입에 선행에 선행하므로, 막 콜레스테롤의 고갈은 L1-L3 루프의 막 삽입을 차단할 수 있으며, 그것은 다시 D3 TMH의 삽입을 막고 예비세공 대 세공 전이를 차단하게 된다는 것이 합리적으로 보인다. 이에 따라, L1-L3 루프의 막 삽입에 콜레스테롤이 필요하다는 가설을 세웠다.
이와 같은 가설을 시험하기 위하여, 천연 및 콜레스테롤-고갈 huRBC 고스트 막에의 L1-L3 루프의 막 삽입을 개별적으로 측정하였다. 최근에, 각각 루프 L1, L2 및 L3 내에 위치한 ILY 잔기 Leu-518, Ala-424 및 Ala-464가 막으로 삽입되는 것으로 나타난 바 있다17. 각 루프의 삽입을 측정하기 위하여, 각 루프의 잔기를 시스테인으로 돌연변이시키고 (ILYA428C, ILYA464C, ILYL518C)15, 술프히드릴 기를 NBD로 유도체화하였다. 이들 부위에 위치한 NBD가 막에 진입하면서, 그의 형광 방출 강도는 상당히 증가한다15 , 17. 가용성 단량체 독소, huRBC 고스트 막에 결합된 독소, 및 콜레스테롤-고갈 고스트 막에 결합된 독소 사이에 NBD의 형광 강도를 비교하였다.
각 루프가 천연 hRBC 고스트의 막에 삽입될 때 관찰되는 형광 방출 강도의 증가와는 아주 대조적으로, 막의 대략 90 %의 콜레스테롤 고갈은 3개 루프 모두의 막 삽입을 폐기하였다 (도 4, 패널 a-c). 콜레스테롤-고갈 막에의 콜레스테롤 회복은 막에 삽입되는 루프의 능력을 회복시켰다 (도 4, 패널 d-f). 따라서, 막 콜레스테롤은 L1-L3 루프의 삽입에 필요하며, 이전에 나타낸 바와 같이, 이와 같은 삽입은 예비세공 대 세공 전환에 필요하다14 , 15.
PFO의 L1-L3 루프에서의 잔기들의 아스파르테이트 치환은 콜레스테롤-풍부 막에 대한 그의 결합을 막는다. ILY L1-L3 루프의 막 삽입은 천연 막에서의 콜레스테롤 고갈에 민감성이어서, PFO에서 이러한 동일한 루프들이 콜레스테롤-풍부 막에 대한 직접적인 그의 결합을 매개할 수 있다는 것을 암시하였다. 그러나, PFO에서는 이와 같은 문제가 ILY에서 사용된 것과 유사한 방식으로 접근할 수 없었는데, 콜레스테롤 고갈이 막에 대한 PFO의 결합을 감소시켰기 때문이다. 이에 따라, 콜레스테롤-풍부 리포솜에의 PFO의 결합에 대한 이러한 동일한 루프들의 돌연변이의 효과를 확인하였다. 그것는 이전에 ILY에서 막에의 그의 삽입을 막는 것으로 나타났던15 PFO 루프 L1-L3에의 아스파르테이트의 도입에 의해 수행되었다. 루프 L1-L3의 삽입은 ILY에서 커플링되었으며, 임의의 단일 루프 잔기 Ala-428 (L2), Ala-464 (L3) 또는 Leu518 (L1)에 대한 아스파르테이트의 도입은 그의 막 삽입을 차단하였다. 이에 따라, PFO에서의 유사 잔기 Ala-401, Ala-437 또는 Leu-491 중 어느 하나를 대신하여 아스파르테이트가 치환되는 경우, 콜레스테롤-풍부 리포솜에 대한 PFO의 결합을 붕괴시키게 되는 것으로 예측되었다.
PFO 중 유사 잔기 Ala-401 (L2), Ala-437 (L3) 및 Leu-491 (L1)의 개별 치환은 각 돌연변이체의 용혈 활성의 99.7 %를 초과하는 상실을 초래하였다 (데이터 나타내지 않음). 표면 플라스몬 공명 (SPR)에 의해 콜레스테롤-PC 리포솜에 대한 PFO 돌연변이체의 결합을 측정하였다. 도 5a에 나타낸 바와 같이, SPR에 의해 측정하였을 때, 이러한 돌연변이는 콜레스테롤-PC 리포솜에 대한 결합을 상당히 감소시켰다. Ala-401 (L2) 또는 Leu-491 (L1)를 대신한 아스파르테이트의 치환은 리포솜 막에 대한 PFO의 결합을 완전히 폐기시켰으며, 아스파르테이트 치환된 Ala-437 (L3)에 의한 결합은 야생형의 것의 7 % 미만이었다 (도 5b). 이와 같은 결과는 D4 L1-L3 루프가 PFO-형 CDC의 콜레스테롤-풍부 막과의 상호작용에 중요하다는 것을 표시하고 있다.
PFO Cys -459의 변형은 운데카펩티드 트립토판 잔기의 막 삽입은 차단하나, PFO의 막 결합은 차단하지 않는다. PFO-형 CDC의 보존된 운데카펩티드는 오랫동안 콜레스테롤 풍부 막에 대한 그의 결합에 참여하는 것으로 생각되어 왔는데, 일차적으로 운데카펩티드 천연 시스테인 (Cys-459)의 술프히드릴 기의 화학적 변형이 적은 세포 수의 양 RBC에 대한 PFO 결합에는 상당한 영향을 주나 많은 세포 수에는 그렇지 않은 것으로 보고되었기 때문이다2. 그러나, 다른 이들은 그의 변형이 다른 CDC의 세포에 대한 결합에 영향을 주는 것으로 보이지 않는 것을 보였다5 , 6. 이에 따라, SPR을 통해 콜레스테롤-PC 리포솜에 결합하는 천연 PFO 및 운데카펩티드 Cys-459의 술프히드릴 기를 통하여 변형된 PFO의 능력을 비교하였다.
술프히드릴 특이적 반응물인 N-에틸말레이미드 (NEM)를 사용한 PFO 운데카펩티드 Cys-459 티올의 변형은 PFO 및 SLO의 시스테인 술프히드릴이 화학적으로 변형된 다른 보고서2 , 18와 유사하게, 용혈 활성을 99 %만큼 감소시켰다 (데이터 나타내지 않음). 그러나, SPR 분석에 의해 측정하였을 때, NEM-변형된 독소의 결합 비율 및 정도는 천연 독소의 것에 비해 증가하였다 (도 6a-b). 이에 따르면, Cys-459의 화학적 변형은 막에 대한 PFO의 결합을 붕괴시키지 않았다.
Cys-459의 변형이 결합에 영향을 주지 않는다면, 왜 이와 같은 변형이 그의 활성을 효과적으로 차단한 PFO에 대해서는 그렇게 하는지 의문을 발생시켰다. 거의 90년 전의 CDC의 발견 이후, 그의 세포용해 기작은 산화에 대하여 민감성인 것으로 알려져 있었다. 산화 민감성인 잔기는 궁극적으로 고도로 보존된 운데카펩티드 시스테인 잔기로 연결되었다1. 그의 변형이 그의 활성에 영향을 줄 수 있었던 PFO의 구조적 변화를 막는지 여부를 확인하기 위하여, PFO에 대한 시스테인 변형의 구조적 효과를 추가적으로 조사하였다. 운데카펩티드 트립토판 464, 466 및 467의 막 삽입은 D3 TMH의 삽입에 입체형태적으로 커플링된다. 이전의 연구는 그의 삽입 비율을 증가시키는 D3 TMH1 잔기에서의 돌연변이가 운데카펩티드 트립토판 잔기의 막 삽입 비율도 증가시킨다는 것을 나타내었다19. Cys-459는 트립토판 잔기에 병치되기 때문에, 시스테인 티올 기의 화학적 변형이 트립토판 잔기의 막 삽입을 차단하는지를 확인하였다.
운데카펩티드 트립토판 잔기의 막 삽입은 그의 본질적인 형광 강도의 증가로 모니터링될 수 있는데, 그것이 막의 비극성 환경으로 이동하기 때문이다20 , 21. NEM-변형 및 천연 PFO에서, 이러한 트립토판의 삽입을 측정하였다 (도 6a 및 6b). Cys-459의 변형은 운데카펩티드 트립토판의 삽입은 차단하였으나, 천연 PFO와 유사하게, 그것이 SDS-내성 올리고머를 형성하는 것을 막지는 않았다 (데이터 나타내지 않음). 따라서, 이러한 데이터는 운데카펩티드 트립토판 잔기의 삽입 상실로 반영되는 PFO 구조의 입체형태 변화가 이후의 예비세공 올리고머의 세공 복합체로의 전환에 영향을 준다는 것을 나타낸다.
뉴모리신 돌연변이체 Leu 460Asp를 사용한 면역화
5 ㎍의 뉴모리신 또는 뉴모리신 돌연변이체를 사용하고, 아주반트로서 알룸 (알루미늄 히드록시드)을 사용하여, 0 및 14일차에, CBA/CAHN-XID 마우스를 피하로 면역화하였다. 21일차에, 희석제 단독 중 단백질을 사용하여 (아주반트 없음) 마우스를 면역화하였다. 모든 주사는 0.2 ml 부피로 제공하였다. 35일차에, 캡슐 유형 19F 균주 EF3030을 사용하여 마우스를 시험감염시켰다. 7일 후, 이산화 탄소 기체를 사용하여 마우스를 안락사시켰다. 폐를 균질화하고, 혈액 아가 플레이트상에 균질화된 조직을 플레이팅하는 것에 의해, 각 마우스의 폐에서의 집락 형성 단위 (CFU)의 수를 측정하였다. 마우스에 출혈도 발생시켰다. 뉴모코쿠스가 혈액에서 관찰되지 않음으로써, 이것이 폐렴의 모델로서, 폐렴 및 패혈증의 모델이 아님을 입증하였다. 결과는 야생형 및 돌연변이체 뉴모리신 모두가 마우스에서의 국소 폐렴 모델에서 폐렴을 억제할 수 있다는 것을 나타내었다 (도 7).
CDC의 두 가지 오래 지속되어온 특징은 막 콜레스테롤의 존재에 대한 그의 세공-형성 기작의 의존성, 그리고 운데카펩티드 시스테인의 산화에 의한 대부분 CDC의 가역적인 불활성화이다. 본원의 연구는 양 현상의 분자적 기초를 해결하였다. 이론에 의해 얽매이고자 하는 것은 아니나, 도메인 4의 기저에 위치하는 L1-L3 루프의 막 삽입이 ILY에서의 막 콜레스테롤의 존재에 민감성인 일차적인 사건인 것으로 보인다. 콜레스테롤 고갈시, 이러한 루프들은 막에 삽입되지 않으며, 이전에 나타낸 바와 같이, hRBC 막으로부터의 콜레스테롤 추출15은 ILY의 예비세공 대 세공 전환을 막는다. 이러한 결과는 둘 다의 효과 역시 콜레스테롤-고갈 막에 삽입되는 이러한 루프들의 능력에 기인한다는 것을 표시하고 있다. 이러한 데이터는 또한 PFO 및 아마도 다른 PFO-형 CDC들에서의 보존된 시스테인의 산화가 PFO를 예비세공 상태로 포획하나 콜레스테롤-풍부 리포솜에 대한 결합에는 영향을 주지 않는 트립토판 잔기의 막 삽입을 차단한다는 것을 표시하고 있다.
인간 세포 특이적 독소인 ILY의 발견은 콜레스테롤이 그의 수용체가 아니라면 어떻게 ILY가 인간과 동물 세포 사이를 구별할 수 있는지에 대한 수수께끼를 제시하였다. ILY의 인간 세포 특이성은 후기 단계 종-특이적 보체 억제제인 인간 CD59가 그의 수용체라는 발견에 의해 설명되었다13. 콜레스테롤이 ILY 수용체는 아니었지만, 그의 세공-형성 능력은 막 콜레스테롤에 대하여 민감성으로 유지됨으로써14, ILY 세공-형성 기작의 훨씬 더 후기 단계에 콜레스테롤이 필요하다는 것을 나타내었으며; 막 콜레스테롤의 실질적인 고갈은 예비세공 대 세공 전환을 차단하였다. 흥미롭게도, 이는 직접적으로 콜레스테로-풍부 막에 결합할 수 있는 2종의 CDC인 SLO 및 PFO에서도 관찰되었다14. hRBC로부터의 막 콜레스테롤의 고갈이 PFO의 예비세공 대 세공 전환을 차단하기는 하였지만, 그것은 PFO 결합도 감소시켰다. 따라서, 콜레스테롤은 3종 CDC 모두의 예비세공 대 세공 전환에 필요하며, 또한 PFO-형 CDC에 의한 막 결합에도 그것이 기여한다.
최근에, 문헌 [Soltani et al.]15은 ILY L1-L3 D4 루프의 막 삽입이 예비세공 대 세공 전환에 필요하다는 것을 보였다. 따라서, ILY의 예비세공 대 세공 전환에는, 콜레스테롤 및 L1-L3 루프의 막 삽입 모두가 필요하다. 이론에 의해 얽매이고자 하는 것은 아니나, 이러한 관찰의 통합적인 설명은 이들 루프의 막 삽입이 콜레스테롤-풍부 막에서만 이루어지며, 그와 같은 삽입이 ILY 및 PFO-형 CDC 양자의 예비세공 대 세공 전환에 필요하다는 것임을 표시하고 있다. 또한, 콜레스테롤-풍부 막에 삽입되는 이들 루프의 능력은 콜레스테롤-풍부 막 표면에 대한 PFO 및 아마도 PFO-형 CDC의 처음의 결합도 매개한다. 이에 따라, 이러한 데이터는 ILY 및 PFO-형 CDC 모두에서 세공 복합체의 성공적인 형성을 위해서는 L1-L3 루프가 막에 삽입되어야 한다는 것을 표시하고 있다. ILY의 경우, 결합은 먼저 huCD59에 의해, 그리고 이어서 콜레스테롤-풍부 막에의 L1-L3 루프의 삽입에 의해 매개되는 반면, PFO에서는 이러한 두 가지 사건인 결합 및 삽입이 하나로써 동일하며, 주로 L1-L3 루프에 의해 매개된다.
통상적으로 PFO-형 CDC의 운데카펩티드는 콜레스테롤-풍부 막의 인식에 기여하거나 직접적으로 그것을 매개한다는 것이 받아들여지고 있다2 ,3, 21. 본원의 연구는 L1-L3 루프가 CDC와 콜레스테롤-풍부 막 사이의 상호작용을 매개하는 일차적인 구조라는 것을 표시한다. NEM을 사용한 PFO 운데카펩티드 시스테인의 화학적 변형이 그이 용혈 활성을 99 % 초과만큼 감소시키기는 하지만, 콜레스테롤-PC 리포솜에 대한 그의 결합은 거의 손상되지 않는다. 따라서, 기존의 정론과는 달리, PFO 및 기타 PFO-형 CDC들의 상호작용은 운데카펩티드가 아니라 일차적으로 루프 L1-L3에 의해 매개된다. 운데카펩티드 내의 돌연변이는 L1-L3의 콜레스테롤 풍부 막과의 상호작용에 영향을 줄 수 있다. ILY의 운데카펩티드 Trp-491의 돌연변이는 L1-L3의 삽입을 차단하며15, 천연 ILY 운데카펩티드의 변경된 구조는 분명하게 L1-L3의 콜레스테롤-풍부 막과의 직접적인 상호작용을 막음으로써 그것이 먼저 huCD59에 결합하도록 한다. 이와 같은 후자의 개념은 공통 운데카펩티드 구조가 ILY에 도입되었을 때 비인간 세포에 결합하는 것을 가능케한다는 사실에 의해 강화된다22.
ILY의 L1-L3 루프가 왜 PFO와 유사하게 콜레스테롤 풍부 막에의 결합을 매개하지 않는지는 흥미롭다. 상기에서 암시된 바와 같이, 도메인 4 사이에서의 주된 차이는 고도로 보존된 운데카펩티드의 일차 구조이다. ILY가 콜레스테롤-풍부 막에 직접적으로 결합하는 능력을 상실하였다는 것은 분명한데; 그렇지 않다면 huCD59를 통하여 매개되는 인간 세포 특이성을 나타내지 않았을 것이다. ILY 및 PFO D4의 결정 구조가 콜레스테롤-풍부 막에 대한 이들 2종 CDC의 직접적인 결합을 매개하는 L1-L3 루프에서의 이와 같은 차이에 대한 설명을 제공할 수도 있다. ILY L1-L3 잔기들 (Leu-518, Ala-428 및 Ala-464)의 위치 및 배향은 PFO에서의 유사 잔기들 (Leu-491, Ala-401 및 Ala-437)과 거의 동일하다 (도 4b). 사실상, 2종 CDC의 D4 구조 중 대부분은 도메인 4 상부의 운데카펩티드 루프 및 β-혀(tongue) 구조 이외에는 거의 동일하다 (0.6 Å 미만의 rms 편차, 참고문헌 23). ILY의 운데카펩티드 루프는 PFO 운데카펩티드에 비해 D4의 기저로부터 아래로 4-5 Å 더 연장된다. 따라서, ILY 운데카펩티드는 콜레스테롤-풍부 표면과의 ILY L1-L3 루프의 상호작용을 입체적으로 차폐할 수 있다. 수용체에 결합한 직후, ILY 운데카펩티드 구조는 L1-L3 루프의 삽입을 가능케 하기 위하여 그와 같은 방식으로 변경될 가능성이 있다.
본 개시내용은, 운데카펩티드 시스테인의 산화가 PFO 및 어쩌면 다른 PFO-형 CDC의 세포용해 기작에 대하여 나타내는 활성에 대한 심각한 영향의 구조적 기초를 밝힌다. 원래 CDC는 그의 특징으로 인하여 티올-활성화 시토리신으로 명명되었으나, 그의 효과에 대한 분자적 기초는 알려져 있지 않다. 초기의 연구는 RBC에 대한 결합이 영향을 받지만, 그와 동시에 콜레스테롤에 대한 결합은 영향을 받지 않으며, 세포의 표면에서 여전히 비-용해성 올리고머들이 관찰된다는 것을 암시하고 있다2. 본원에서 나타내는 바와 같이, 이와 같은 변형은 운데카펩티드 트립토판의 삽입을 막음으로써, 예비세공-포획된 올리고머 구조를 초래한다. 이와 같은 효과의 정밀한 구조적 기초가 알려져 있지 않기는 하지만, 이전의 연구는 막횡단 a-배럴 세공을 형성하는 도메인 3 TMH의 막 삽입이 도메인 4 운데카펩티드 트립토판 잔기의 막 삽입과 입체형태적으로 커플링된다는 것을 나타내고 있다19. 따라서, 이러한 트립토판의 막 삽입을 막는 것은 도메인 3 TMH의 삽입을 막음으로써 예비세공 상태로 PFO를 포획할 수 있다.
실시예
2
친화성 크로마토그래피를 사용하여 His-태그화된 PLYwildtype 및 PLY 돌연변이체 (PLYL460D 및 PLYL460D / G293S)를 정제하였다. 평균 단백질 수율은 PLYwildtype: 1 mg/ml, PLYL460D: 1 mg/ml 및 PLYL460D / G293S: 4 mg/ml이었다. 멸균 적정된 독소의 인간 적혈구 (RBC)와의 인큐베이션에 의해, 정제된 단백질을 용혈 활성에 대하여 시험하였다. 비-선형 에스자 용량-반응 곡선으로부터 각 단백질에 대하여 EC50 (50 %의 RBC를 용해하는 데에 필요한 유효 농도)를 계산하였다. 각 돌연변이체에 대하여 야생형 PLY로부터의 배수 변화를 측정하였다 (배수 변화 = EC50 야생형/EC50 돌연변이체). 2종 PLY 돌연변이체의 결과가 야생형 PLY에 비해 수배 이상 덜 활성인 것으로 보고되었는데, 정확한 용량-반응 곡선에 필요한 100 % RBC 용해가 이들 유도체의 최고 단백질 농도에서도 달성가능하지 않았기 때문이다. PLYL460D에서의 야생형 단백질에 비교한 돌연변이체의 용혈 활성에 있어서의 감소 (PLYwildtype에 대비한 배수-부족 활성)는 >10,000배이었으며, PLYL460D / G293S의 경우 >260,000배이었다.
단백질의 상대적 안정성은 단백질의 50 %가 언폴딩되는 온도인 용융 온도 (섭씨 TM)을 계산함으로써 추론된다. 단백질 열 이동 검정 염료 키트 (어플라이드 바이오시스템즈(Applied Biosystems) 사)를 사용하여 단백질 용융 곡선을 생성시켰다. 온도가 증가되면서, 단백질은 언폴딩되며, 염료는 노출된 소수성 영역에 결합하여 형광될 수 있다. PLYwildtype, PLYL460D 및 PLYL460D / G293S의 Tm은 각각 47.50 ± 0.2, 47.69 ± 0.2, 47.97 ± 0.2이었다. 3종의 PLY 단백질에 대하여 보고된 유의성이 없는 TM 차이는 표시된 돌연변이를 PLYwildtype에 도입하는 것이 단백질의 안정성에 효과가 없었음을 표시한다.
상기에서 표시된 바와 같이, 비-제한적인 일 실시양태에서, 본 개시내용의 뉴모리신 돌연변이체는 위치 460의 L이 D로 치환되고 위치 293의 G가 S로 치환된, PLY-L460D/G293S (PLYL460D / G293S)로 지칭되는 이중 돌연변이체이다. 그 자체로는 G293S 치환은 약 50-배만큼 PLY 돌연변이체의 용혈 활성만을 감소시킨다. L460D 치환은 그 자체로는 약 5000-10,000배만큼 PLY 돌연변이체의 활성을 감소시킨다. 그러나, 둘 다의 치환을 가지는 PLY 돌연변이체에서, 활성의 감소는 천연 PLY 독소에 비해 260,000배를 초과하여 더 적다. 이는 활성에 있어서의 단순히 "상가적인" 감소가 아니라, 기하학적인 감소이다.
이론에 의해 얽매이고자 하는 것은 아니나, 활성의 급격한 감소는 PLY의 두 가지 본질적인 기능의 차단에 기인한다. 먼저, L460D 치환은 콜레스테롤에 대한 결합을 차단하며, 두 번째로 G293S 치환은 β-배럴 세공을 삽입할 수 없는 예비세공 상태로 PLY를 포획한다 (예비세공은 고리 유사 구조로 올리고머화되어 있으나 β-배럴 세공을 삽입할 수 없는 막 결합 단량체로 정의됨). 이에 따라, 억제 효과는 기하학적인데; 50 × 5000-10,000 >250,000배 덜 독성 (덜 용혈성)이며, 이는 그것이 천연 PLY에 비해 >260,000-배 덜 독성임을 표시하는 측정에 따른 것이다. G293S 치환 역시 L460D 돌연변이체 단백질의 단량체 구조를 안정화하며, 정제시 수율을 증가시킨다. 예를 들면, 1.0 리터의 이. 콜리 배양액으로부터의 정제시, PLY-L460D/G293S 돌연변이체의 수율은 PLY-L460D 돌연변이체의 3 mg에 대비 대략 52 mg이었다 (약 17× 더 큼).
따라서, 소정 실시양태에서, 본 개시내용은 서열식별번호: 1과 적어도 약90 % 동일하며 아미노산 위치 458, 459 및 460 중 적어도 하나, 그리고 아미노산 위치 293 및 294 중 적어도 하나에 아미노산 치환을 갖는 아미노산 서열을 포함하는, 정제되거나 단리된 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드이다. 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 야생형 뉴모리신 폴리펩티드와 비교하였을 때, 감소된 용혈 활성 및 감소된 세공 형성 활성을 가질 수 있다. 상기 아미노산 서열은 서열식별번호: 1과 적어도 약 91 % 동일하거나, 적어도 약 92 % 동일하거나, 적어도 약 93 % 동일하거나, 적어도 약 94 % 동일하거나, 적어도 약 95 % 동일하거나, 적어도 약 96 % 동일하거나, 적어도 약 97 % 동일하거나, 적어도 약 98 % 동일하거나 또는 적어도 약 99 % 동일할 수 있다. 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 아미노산 위치 293 및 458; 293 및 459; 293 및 460; 294 및 458; 294 및 459; 또는 294 및 460에 아미노산 치환을 포함할 수 있다. 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 아미노산 위치 293, 458 및 459; 293, 459 및 460; 또는 293, 458 및 460에 아미노산 치환을 포함할 수 있다. 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 아미노산 위치 294, 458, 및 459; 294, 459, 및 460; 또는 294, 458, 및 460에 아미노산 치환을 포함할 수 있다. 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 아미노산 위치 293, 294, 458, 및 459; 293, 294, 459, 및 460; 또는 293, 294, 458, 및 460에 아미노산 치환을 포함할 수 있다. 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 아미노산 위치 293, 294, 458, 459, 및 460에 아미노산 치환을 포함할 수 있다. 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 아미노산 위치 293에 세린 또는 트레오닌, 및 아미노산 위치 460에 아스파르트산, 글루탐산, 또는 아스파라긴을 포함할 수 있다. 정제된 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드의 아미노산 서열은 서열식별번호: 40일 수 있다. 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 야생형 뉴모리신에 비해 또는 아미노산 위치 293, 294, 458, 459, 및 460 중에서 단지 1개에 치환을 갖는 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드에 비해 증가된 수율을 가질 수 있다. 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 야생형 뉴모리신 폴리펩티드보다 약 250,000배 덜한 용혈 활성을 가질 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 여기서 상기 기술되거나 또는 달리 여기서 고려된 1종 이상의 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드는 제약상-허용되는 부형제에 배치되어 면역원성 조성물을 형성할 수 있다. 또 다른 실시양태는 면역원성 조성물을 포함하고 임의로 아주반트를 함유할 수 있는 백신을 포함한다. 또 다른 실시양태는 여기서 기술되거나 또는 달리 고려된 돌연변이체 뉴모리신 폴리펩티드 중 어느 것을 코딩하는 핵산 서열이며; 추가 실시양태는 상기 핵산 서열을 포함하는 숙주 세포에 관한 것이다. 또 다른 추가 실시양태는 스트렙토코쿠스 뉴모니아에에 의해 야기된 병태, 질환, 또는 감염의 치료, 예방적 방지 또는 발생 감소 방법에 관한 것이고; 방법에서, 치료-유효량의 여기서 기술되거나 또는 달리 고려된 면역원성 조성물 중 어느 것을 대상체에게 투여한다.
다른 실시양태에서, 본 개시내용는 서열식별번호: 9와 적어도 90% 동일하고 아미노산 위치 561 및 562 중 적어도 하나에 아미노산 치환, 및 아미노산 위치 395 및 396 중 적어도 하나에 아미노산 치환를 갖는 아미노산 서열을 포함하는 정제된 또는 단리된 돌연변이체 스트렙토리신 O 폴리펩티드에 관한 것이다. 돌연변이체 스트렙토리신 O 폴리펩티드는 야생형 스트렙토리신 O 폴리펩티드에 비해 감소된 용혈 활성 및 감소된 세공 형성 활성을 가질 수 있다. 아미노산 서열은 서열식별번호: 9와 적어도 약 91% 동일하거나, 적어도 약 92% 동일하거나, 적어도 약 93% 동일하거나, 적어도 약 94% 동일하거나, 적어도 약 95% 동일하거나, 적어도 약 96% 동일하거나, 적어도 약 97% 동일하거나, 적어도 약 98% 동일하거나, 또는 적어도 약 99% 동일할 수 있다. 돌연변이체 스트렙토리신 O 폴리펩티드는 아미노산 위치 395 및 561; 395 및 562; 396 및 561; 및/또는 396 및 562에 아미노산 치환을 포함할 수 있다. 돌연변이체 스트렙토리신 O 폴리펩티드는 아미노산 위치 395, 561, 및 562; 396, 561, 및 562; 395, 396, 및 561; 395, 396, 및 562; 및 395, 396, 561 및 562에 아미노산 치환을 포함할 수 있다. 돌연변이체 스트렙토리신 O 폴리펩티드는 야생형 스트렙토리신 O에 비해 또는 아미노산 위치 395, 396, 561, 및 562에 단지 1개의 치환을 갖는 돌연변이체 스트렙토리신 O 폴리펩티드에 비해 증가된 수율을 가질 수 있다. 돌연변이체 스트렙토리신 O 폴리펩티드는 야생형 스트렙토리신 O 폴리펩티드에 비해 약 250,000배 덜한 용혈 활성을 가질 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 여기서 상기 기술되거나 또는 달리 여기서 고려된 1종 이상의 돌연변이체 스트렙토리신 O 폴리펩티드는 제약상-허용되는 부형제에 배치되어 면역원성 조성물을 형성할 수 있다. 또 다른 실시양태는 면역원성 조성물을 포함하고 임의로 아주반트를 함유할 수 있는 백신을 포함한다. 또 다른 실시양태는 여기서 기술되거나 또는 달리 고려된 돌연변이체 스트렙토리신 O 폴리펩티드 중 어느 것을 코딩하는 핵산 서열이며; 추가 실시양태는 상기 핵산 서열을 포함하는 숙주 세포에 관한 것이다. 또 다른 추가 실시양태는 스트렙토코쿠스 피오제네스에 의해 야기된 병태, 질환, 또는 감염의 치료, 예방적 방지 또는 발생 감소 방법에 관한 것이고; 방법에서, 치료-유효량의 여기서 기술되거나 또는 달리 고려된 면역원성 조성물 중 어느 것을 대상체에게 투여한다.
본 개시내용이 세부사항으로 기술되었지만, 다양한 변화, 치환 및 변경이 본원에 기술된 실시양태에서 본 개시내용의 취지 및 범주에서 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 본 개시내용의 범주는 본 명세서, 특히 여기서 기술되거나 또는 실시된 구체적 아미노산 또는 핵산 서열에 관련하여 기술된 방법, 물질의 조성물, 수단, 방법 및 단계의 특정한 실시양태에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시내용으로부터, 상응하는 본원에 기술된 실시양태와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현재 존재하는 또는 이후에 개발되는 방법, 물질의 조성물, 수단, 방법, 서열, 또는 단계를 용이하게 인지할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 그의 범주 내에 모든 이러한 방법, 물질의 조성물, 수단, 방법, 방법 단계, 아미노산 서열, 및 핵산 서열를 포함하는 것을 의도한다.
참고 문헌
하기 참고 문헌은 참조에 의해 구체적으로, 특히 여기서 제시된 내용을 보충하는 예시적 절차 또는 다른 상세사항에 관련하여 포함된다.