【実施例】
【0052】
実施例1〜7
細胞株開発プロセスの概要
別個のCMVieプロモーターからそれぞれ制御されるhCGアルファ鎖およびベータ鎖を保持する単一のプラスミドを、エレクトロポレーションによってPER.C6(登録商標)細胞にトランスフェクトした。
【0053】
このプラスミドは、ネオマイシン耐性遺伝子カセットを保持しており(
図4)、G418(Geneticin)を用いたトランスフェクタントの選択を可能とした。トランスフェクタントのプールを増殖させ、次いでG418選択下で96ウェルプレートにおいて限界希釈クローニングに供した。クローン株を増殖させ、細胞培養上清中のhCG力価に基づいて、高発現コロニーを同定した。
【0054】
高い生産性に基づいて5つのリードクローンを選択し、次いで、ハイグロマイシン選択マーカーと共にα2,3−シアリルトランスフェラーゼ遺伝子ST3GAL4を発現する第2のプラスミドをそれぞれにトランスフェクトした(
図5)。5つのトランスフェクションプールのそれぞれを増殖させ、細胞培養上清をhCG濃度およびインビボ薬物動態(PK)につき評価した。
【0055】
次いで、有望なプールに別のラウンドの限定希釈クローニングを施した。結果として得られたクローンを増殖させ、細胞培養上清をhCG濃度およびhCGタンパク質上の露出したガラクトースについて(レクチンELISAにより)評価した。低レベルの露出したガラクトースを有するものは、インビボPKを含むさらなるアッセイに供した。最適なPKプロファイルを有するhCGを産生し、低露出ガラクトースを有し、高レベルでタンパク質を発現したクローンを評価し、生産性および増殖特性について選択した。
【0056】
実施例1:配列選択およびプラスミドベクター
hCGアルファポリペプチドの遺伝子のコード領域を
図1に示す。hCGアルファポリペプチド配列の遺伝子のコード領域は、本明細書において配列番号1として参照される。
【0057】
hCGベータポリペプチドの遺伝子のコード領域は、FiddesとGoodman(1980)に従って用いられた。この配列は、NP_000728として登録されており、CGbeta3、CGbeta5およびCGbeta7のタンパク質配列と一致する。この配列は、本明細書において配列番号2として参照される。
【0058】
β−ガラクトシドα−2,3−シアリルトランスフェラーゼ4(α2,3−シアリルトランスフェラーゼ、ST3GAL4)の遺伝子のコード領域は、KitagawaとPaulson(1994)に従って使用された。この配列はL23767として登録されており、本明細書において配列番号3として参照される。
【0059】
2つのプラスミドを使用した:第一のphCGはhCGのアルファ鎖とベータ鎖を同時に発現する;そして、第二のものはシアリルトランスフェラーゼ遺伝子ST3GAL4を発現する。
【0060】
実施例2a:hCG発現ベクターの構築
phCGは、hCGの合成アルファ鎖であり、哺乳類細胞におけるコドン使用のために最適化されており、天然のhCGアルファシグナルペプチドを含む。それは当技術分野において周知の方法によって改変されうる。
【0061】
当技術分野において周知の方法を用いて、hCGアルファポリペプチド(配列番号1)およびhCGベータポリペプチド(NP_000728、配列番号2)のコード配列をPCRにより増幅した(例えば、WO2011/042688として公開されている国際特許出願を参照)。phCGアルファDNAをBamHIおよびNheIで消化し、CMV制御哺乳類発現ベクター(CrucellベクターpcDNA3002Neo)上のBamHIおよびNheI部位に挿入した。これは、遺伝子をCMVieプロモーターによって制御される発現のために正しい向きに、下流にBGHポリAシグナルを伴って配置した。天然のシグナルペプチドを含む天然のhCGベータ遺伝子を制限酵素AscIおよびHpaIで消化し、AscIおよびHpaI部位に挿入し、追加の下流BGHポリAシグナルを伴う第2のCMVieプロモーターによって、発現が制御されるようにした。ベクター骨格はまた、ネオマイシン耐性マーカーならびに原核細胞における選択および複製に必要な要素も含んでいた。ベクターは、当該技術分野で知られている一般的な方法を用いて増幅され、配列決定された。最適化されたhCGアルファおよび天然(野生型)ベータ鎖の配列をそれぞれ
図1および2に示す。
【0062】
配列決定のために選択されたすべてのコロニーが、配列番号1および配列番号2に記載の正しい配列を含んでいた。プラスミドphCG A+Bをトランスフェクションのために選択した(
図4)。
【0063】
実施例2b:ST3発現ベクターの構築
ST3GAL4遺伝子はpST3において発現される。β−ガラクトシドα−2,3−シアリルトランスフェラーゼ4(ST3、L23767、配列番号3、
図3)のコード配列を、2,3STfwおよび2,3STrevのプライマーの組み合わせを用いたPCRによって増幅した。
【0064】
2,3STfw 5’−CCAGGATCCGCCACCATGTGTCCTGCAGGCTGGAAGC−3’
2,3STrev 5’−TTTTTTTCTTAAGTCAGAAGGACGTGAGGTTCTTG−3’
【0065】
結果として得られた増幅されたST3 DNAを制限酵素BamHIおよびAflIIで消化し、ハイグロマイシン耐性マーカーを保有するCMV制御哺乳動物発現ベクター(pcDNA3002Neoベクター)上のBamHIおよびAflII部位に挿入して、それがCMVieプロモーターの下流およびBGHポリA配列の上流に位置するようにした。ベクター骨格はまた、ハイグロマイシン耐性マーカーならびに原核細胞における選択および複製に必要な要素も含んでいた。ベクターを前述のようにして増幅し、配列決定した。クローンpST3#1(
図5)は、配列番号3に記載の正しい配列を含んでおり、トランスフェクションのために選択された。
【0066】
実施例3−プラスミドトランスフェクション
原核生物β−ラクタマーゼ遺伝子中に位置する単一のPvuI部位を有するプラスミドphCG(
図4)をPvuI(New England Biolabsカタログ番号R0150)を用いて線状化した。線状化したプラスミドDNAを以下のようにしてPER.C6(登録商標)細胞にトランスフェクトした。
【0067】
250mlエルレンマイヤーフラスコ中で、細胞培養を完全PERMAB培地(CD4PERMAB(Hycloneカタログ番号SH30871.01)に3mMの最終濃度のL−グルタミン(Invitrogenカタログ番号25030−123)および1.0g/Lの最終濃度のPluronic F68(Invitrogenカタログ番号24040−032)を補充)中で維持した。トランスフェクションの前に少なくとも14日間、100rpm、5%CO
2および37℃に設定した振盪インキュベーター(Kuhner ClimoシェーカーISF1−X)中で細胞を維持した。トランスフェクションの48時間前に、細胞を0.5×10
6細胞/mlの密度で新鮮な培地に移した。
【0068】
トランスフェクションの日に、細胞をBeckman Coulter ViCell XRで計数し、細胞密度を決定し、生存率が>90%であることを確保した。遠心分離によって細胞を回収し、線状化したphCG DNAと混合する前に、新鮮なPERMAB培地中に再懸濁した。予熱したPERMAB培地10mlに素早く移す前に、250Vに設定したエレクトロポレーターのチャンバー内で5ミリ秒間、細胞/DNA混合物に電気ショックを与えた。このプロセスを合計6回繰り返し、全6回のトランスフェクションを単一のT−175cm
2組織培養フラスコにプールした。フラスコを37℃、5%CO
2に設定した静的インキュベーターに入れた。48時間後、細胞を適切な量の選択的PERMAB(完全PERMAB培地+G418(125μg/ml))中に再懸濁して、0.5×10
6細胞/mlの生細胞密度を得た。
【0069】
プール培養を毎週2回継代し、細胞生存率が>50%に増加するまで、選択培地中で0.3×10
6細胞/mlの密度で細胞を維持した。この時点で、細胞を250mlエルレンマイヤーフラスコ中での振盪培養に移した。振盪培養で数週間後、プール上清をサンプリングし、hCG濃度についてアッセイした。プールがhCG発現について陽性であることが確立された後、細胞を限界希釈クローニングのために調製した。
【0070】
0.3生存細胞/mlの細胞懸濁液を125μg/mlのG−418を添加したPERMAB培地で調製した。細胞懸濁液を96ウェル平底組織培養プレートに200μl/ウェルで分注し、37℃、5%CO
2の加湿雰囲気中でインキュベートした(Binder CB150)。Genetix Clone Select Imagerを用いてプレートを定期的にスキャンし、各ウェルにおける細胞の増殖を追跡した。
【0071】
2週間後、活発に増殖する細胞コロニーを含む535個のウェルが同定された。これらのウェルからの上清をサンプリングし、市販のキット(DRG diagnostics HCG ELISAカタログ番号EIA1469)を用いてhCGについてアッセイした。これらのアッセイの結果に基づいて、合計162のコロニーを0.5ml/ウェルの選択的PERMAB培地を含む24ウェルプレートに移した。ウェル中の細胞がコンフルエントに近いときに、162個のウェルのそれぞれからの上清をサンプリングし、hCGレベルについてアッセイした。これらの結果に基づいて、最も発現する細胞株のうち91個を選択して、T−25フラスコ中で増殖させた。これらの細胞株をもう一度コンフルエント近くまで増殖させ、その時点で上清をサンプリングし、上記のようにしてhCGについてアッセイした。これらの結果に基づいて、58個の最も発現する細胞株をT−75フラスコ中で増殖させた。これら58個の細胞株のそれぞれについて、当該技術分野で公知の方法によって比生産速度(SPR)分析を実施し、比生産性をpg/細胞/日で表した。
【0072】
このようにして、この実施例では、hCGアルファ鎖およびベータ鎖を組み込んだプラスミドをPER.C6(登録商標)細胞にトランスフェクトし、G418を含む培地を用いてトランスフェクタントを選択した。増殖する細胞コロニーを上清中のhCG濃度についてスクリーニングし、最高レベルを発現するものをさらに増殖させた。その後の増殖およびスクリーニングラウンドの後、hCGを発現する20個のクローンを増殖および生産性試験のために選択した。これらの試験の結果に基づいて、ST3GAL4遺伝子を組み込んだ第2のプラスミドによるトランスフェクションのために5クローンを選択した。
【0073】
実施例4−ST3GAL4プラスミドpST3によるトランスフェクション
実施例3において先に記載したようにして、安定なクローンを生成した。
【0074】
実施例3に記載の方法により生成された5つの最良のクローンをST3GAL4プラスミドpST3でのトランスフェクションのために選択した(実施例2、
図3および5を参照)。トランスフェクションは、G418の代わりに0.5μg/mlのハイグロマイシンを補充した完全PERMAB培地中で形質転換体を選択した以外は、実施例3に記載したのと同じ方法を用いてエレクトロポレーションにより行った。この方法を用いて、hCGを発現する5つのプールが得られた。
【0075】
トランスフェクションプールからの上清のサンプルをラットの薬物動態モデルにおいて評価し、このデータならびに(hCG鎖上の露出したガラクトースを測定する)RCA−レクチン結合アッセイのデータに基づいて、単一のプールを当該技術分野で公知の方法によるさらなる限界希釈クローニングのために選択した。
【0076】
この希釈クローニングにより、>600個のクローンが得られ、そのそれぞれがhCG発現およびRCA−レクチン結合によって測定される露出したガラクトースの程度についてもスクリーニングされた。最も低いレベルの露出したガラクトースを有するクローンをさらに増殖させ、サンプルをインビボPKに供し、レクチン結合データを裏付けした。単一のプールに由来する5つのクローンを、増殖および生産性の特性についてさらに評価した。
【0077】
これらのクローンのそれぞれを増殖させ、標準的な凍結保存手順に従って、シードストック細胞バンクを作製した。シードストック細胞バンクからのストックが解凍され、生存可能であることが見出された。
【0078】
実施例5−等電点電気泳動による分析
電気泳動は、電場による溶媒を介した荷電分子の輸送として定義される。電場による生体分子の移動度は、電界強度、分子上の正味の電荷、分子のサイズおよび形状、イオン強度および分子が移動する媒体の性質に依存することになる。
【0079】
等電点電気泳動(IEF)は、タンパク質のpIに基づいて、それらを分離するための電気泳動技術である。pIは、タンパク質が正味電荷を持たず、電界中で移動しないpHである。hCGアイソフォームのシアル酸含有量は、各アイソフォームのpI点を微妙に変化させるが、これを利用して、各クローンからのPer.C6 hCGアイソフォームをこの技術を用いて視覚化することができる。
【0080】
等電点電気泳動を用いて、Per.C6産生hCGアイソフォームの等電点を分析した。Per.C6 hCGを実施例6に記載のようにして製造した。
【0081】
両性電解質溶液pH3.0〜7.0中のpH3.0〜7.0の勾配上で非変性条件下、5%ポリアクリルアミドを含有するNovex(登録商標)IEFゲル上でPer.C6 hCGサンプルを分離した。当該技術分野で周知の方法を用いて、クーマシーブルー染色を用いてタンパク質を視覚化した。
【0082】
図6は、クーマシーブルーでIEF染色した、実施例6に記載の方法によって作製したクローン化細胞株で製造した本発明に従う組成物中のrhCGアイソフォーム(レーン4、5、6および7,15μg/レーン);先行技術のCHO由来組成物であるOvitrelle(レーン2,15μg);および妊娠中の女性から得られたヒト尿製品であるNovarel(レーン3,15μg)の検出を示す。バンドは、異なる数のシアル酸分子を含むhCGのアイソフォームを表している。
図6は、α2,3−シアリルトランスフェラーゼ(本発明に従う組成物)で改変されたヒト細胞株由来組換えhCGが、Ovitrelleおよび妊婦由来の尿中hCGよりも酸性であることを示している。
【0083】
図7は、「最適化された」アルファサブユニットを含む本発明の細胞を用いて(すなわち、実施例1から4に記載の方法によって作製された細胞株を用いて)製造されたhCG(「アルファ−ベータhCG」)および遊離のベータ鎖(「ベータhCG」)の濃度を、WT(野生型)アルファサブユニットを含む比較例細胞において製造されたhCG(「アルファ−ベータhCG」)および遊離のベータ鎖(「ベータhCG」)の濃度と比べた、比較を示している。
図7は、本発明の細胞が、大量のhCGと低過剰の遊離ベータサブユニットを発現することを示している。換言すれば、本発明の細胞および方法によって製造される組換えhCGの収率および純度は、顕著に改善される。
【0084】
表Aは、疎水性フェニル−5PW HPLCクロマトグラフィーにより測定した、「最適化された」アルファサブユニットを含む本発明の細胞(「Opt.アルファhCG」)を用いて(すなわち、実施例1から4に記載の方法によって作製された細胞株を使用して)製造されたhCGの種々のバッチの半精製サンプル中の遊離β−hCGサブユニットの割合を、WT(野生型)アルファサブユニットを含む比較例の細胞(「WTアルファhCG」)で製造されたhCGの半精製サンプルにおける遊離β−hCGサブユニットの割合との比較で示している。
【0085】
表Aは、本発明の細胞が、WTアルファサブユニットを含む細胞(64〜66%)と比較して、多量のhCGと、かなり低過剰の遊離ベータサブユニット(5.7〜10.6%)を発現することを示している。換言すれば、本発明の細胞および方法によって製造される組換えhCGの収率および純度は顕著に改善される。
【0086】
【表A】
【0087】
実施例6−製造および精製の概要
無血清培地中で懸濁培養したPER.C6細胞中で組換えhCGを製造するための手順が開発された。この手順は以下に記載され、いくつかのhCG産生PER.C6細胞株に適用された。
【0088】
α2,3−シアリルトランスフェラーゼをトランスフェクトしたクローン由来の組換えhCGを上記の実施例1から4の方法を用いて調製した。
【0089】
1×10
6から3×10
6細胞/mlの細胞密度が達成されるまで、6GRO培地(SAFC)中、振盪フラスコ中で細胞を増殖させた。細胞を約1×10
6細胞/mlの密度で5Lガラス撹拌タンクバイオリアクターに移した。バイオリアクターはProper1培地(Lonza)を用いて灌流モードで動作した。
【0090】
その後、様々な限外濾過工程、アニオンおよびカチオン交換捕獲クロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィーおよび擬似アフィニティークロマトグラフィーを用いて、当該技術分野で周知の方法により、生成rhCGの精製を行った。
【0091】
すべてのクロマトグラフィー手順の間、免疫反応性の組換えhCGの存在をELISA(DRG EIA 1469)およびIEF(実施例5)によって確認した。
【0092】
実施例7−シアル酸含有量
シアル酸は、単糖とみなされるタンパク質結合炭水化物であり、ガラクトース、マンノース、グルコサミン、ガラクトサミンおよびフコースのような他の単糖との組み合わせで生じる。本発明に従う精製rhCG上の全シアル酸は、Stantonらの方法(J.Biochem.Biophys.Methods.30(1995),37−48)に基づく方法を用いて測定した。
【0093】
(実施例4および6の方法によって製造された)α2,3−シアリルトランスフェラーゼにより改変されたPer.C6組換えhCGのサンプルの全シアル酸含有量を測定し、その結果を以下の表1に示す[シアル酸とタンパク質のモル比で表される]。
【0094】
実施例8−USPに従ったhCGバイオアッセイ
以下の表1のサンプルの各々について、hCG比活性を決定するためにhCGバイオアッセイを実施した。活性は、標準としてOvitrelleを用いて、USP(USP Monographs:Chorionic Gonadotropin,USPC Official 8/1/09−11/30/09)に従って測定した。Ovitrelleは26,000IU/mgの生物学的活性を有する(Curr Med Res Opin.2005 Dec;21(12):1969−76)。許容限度は>21,000IU hCG/mgであった。α2,3−シアリルトランスフェラーゼにより改変されたヒト細胞株由来hCG組換えhCGのサンプルに関する生物学的活性を表1に示す。
【0095】
【表1】
【0096】
上に見られるように、効力はOvitrelle(例えば、実施例7を参照)と同様であり、より高い場合もある。
【0097】
参考文献
【0098】
最適化されたhCGアルファ
最適化されたhCGアルファのヌクレオチド配列(配列番号1)
【0099】
hCG最適化アルファのタンパク質配列
【0100】
ヒト絨毛性ゴナドトロピンベータポリペプチド
アクセッション番号NP_000728
hCGベータのヌクレオチド配列(配列番号2)
ヌクレオチド配列
【0101】
hCGベータのタンパク質配列
【0102】
β−ガラクトシドα−2,3−シアリルトランスフェラーゼ4
アクセッション番号L23767
ST3GAL4のヌクレオチド配列(配列番号3)
【0103】
ST3GAL4のタンパク質配列
【0104】
最適化されたhCGアルファ鎖
最適化されたhCGアルファ鎖のヌクレオチド配列(配列番号4)
【0105】
hCG最適化アルファ鎖のタンパク質配列
【0106】
hCGアルファポリペプチド
アクセッション番号AH007338
hCGアルファのヌクレオチド配列(配列番号5)
【0107】
hCGアルファのタンパク質配列