(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024075707
(43)【公開日】2024-06-04
(54)【発明の名称】タンパク質発現効率が向上した宿主細胞およびその使用
(51)【国際特許分類】
C12N 5/16 20060101AFI20240528BHJP
C12P 21/08 20060101ALI20240528BHJP
C12P 21/02 20060101ALI20240528BHJP
C12N 15/113 20100101ALN20240528BHJP
C12N 15/63 20060101ALN20240528BHJP
【FI】
C12N5/16 ZNA
C12P21/08
C12P21/02
C12N15/113 Z
C12N15/63 Z
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024045619
(22)【出願日】2024-03-21
(62)【分割の表示】P 2020556221の分割
【原出願日】2018-09-29
(31)【優先権主張番号】62/610,918
(32)【優先日】2017-12-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】523276223
【氏名又は名称】タイワン バイオマニュファクチュアリング コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100116850
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 隆行
(74)【代理人】
【識別番号】100165847
【弁理士】
【氏名又は名称】関 大祐
(72)【発明者】
【氏名】ルー シン-リン
(72)【発明者】
【氏名】リン チィエン-イ
(72)【発明者】
【氏名】テン チャオ-イ
(57)【要約】 (修正有)
【課題】タンパク質(例えば、抗体)産生効率が改善された新しいタイプの宿主細胞を提供する。
【解決手段】タンパク質発現のための宿主細胞は、野生型細胞と比較して遺伝子の低い発現レベルを有し、遺伝子はHDAC8、Dab2、Caspase3、Sys1、Ergic3、Grasp、Trim23、またはそれらの組合せから選択される。宿主細胞はCHO細胞である。遺伝子の低い発現レベルは、RNA干渉に起因し、これは、遺伝子を標的とするshRNAを含むベクターをトランスフェクトすることによって達成され得る。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
タンパク質発現のための宿主細胞であって、前記宿主細胞は、野生型細胞と比較して遺伝子のより低い発現レベルを含み、前記遺伝子は、Dab2、Caspase3、Sys1、Ergic3、Grasp及びTrim23からなる群から選択され、
前記宿主細胞は、60世代以上にわたって生存率約100%の細胞株(stable cell line)であり、
前記宿主細胞は、前記遺伝子を標的としたショートヘアピン型RNA(shRNA)をチャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞にトランスフェクションすることにより産生され、
前記遺伝子のより低い発現レベルは、コントロールと比べて85%以下のレベルであり、
前記コントロールは、野生型細胞における発現レベルであり、
前記宿主細胞は、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞である、
宿主細胞。
【請求項2】
前記遺伝子が、Dab2及びCaspase3からなる群から選択される、
請求項1に記載の宿主細胞。
【請求項3】
前記遺伝子がCaspase3である、
請求項1に記載の宿主細胞。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか一項に記載の宿主細胞に前記タンパク質をコードする発現ベクターをトランスフェクトすることと、
トランスフェクトされた前記宿主細胞を培養することと、を含む、
請求項1から3のいずれか一項に記載の宿主細胞を使用してタンパク質を産生する方法。
【請求項5】
前記タンパク質が抗体である、
請求項4に記載の方法。
【請求項6】
前記抗体がHer2に対する抗体、メソセリン(MSLN)に対する抗体、またはT細胞免疫グロブリンおよびムチンドメイン含有-3(Tim3)に対する抗体である、
請求項5に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タンパク質産生のための宿主細胞、特に野生型細胞と比較してより高いレベルでタンパク質を産生することができるCHO細胞などの操作された宿主細胞に関する。
【背景技術】
【0002】
タンパク質製剤は、通常、適切な宿主細胞での発現によって生成される。チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞は、タンパク薬製造に最も広く使用されている宿主細胞である。宿主細胞の最適化(例えば、宿主細胞の遺伝子改変による)または下流工程の最適化は、タンパク薬産生効率を高めるために検討されている。現在、例えば化学試薬を使用することによって、または細胞の遺伝子改変によって、タンパク質発現および/または分泌を向上させるための多くの戦略が利用可能である。
【0003】
遺伝子改変では、通常、転写、転写後調節、翻訳、翻訳後イベントに関与する遺伝子を標的にする。例えば、転写後調節エレメント(PTRE)は、タンパク質発現を向上させるための操作の標的になってきた(Mariatiら、「Post-transcriptional regulatory elements for enhancing transient gene expression levels in mammalian cells」、Methods Mol Biol.、2012、801:125-35を参照)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
タンパク質発現宿主細胞を改変するための従来技術は有用であるが、宿主細胞におけるタンパク質発現を向上させるための他の方法が依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態は、タンパク質(例えば、抗体)産生効率が改善された新しいタイプの宿主細胞に関する。新しいタイプの宿主細胞は、タンパク質発現または分泌に影響を与えることが予期せず発見された1つ以上の遺伝子を改変するように遺伝子操作されている。そのような遺伝子は、タンパク質発現を向上させるための操作の標的であった、転写後調節エレメントなどの以前から知られている遺伝子とは異なる。本発明において操作される遺伝子は、転写、転写後調節、翻訳、または翻訳後イベントとは関係がない。したがって、これらの遺伝子の発現を抑制することがタンパク質発現/分泌の向上をもたらすことができることは予想外であった。
【0006】
本発明の実施形態によれば、宿主細胞の遺伝子工学は、HDAC8、Dab2、Caspase3、Sys1、Ergic3、Grasp、およびTrim23から選択される1つ以上の遺伝子のノックダウンを含み得る。遺伝子ノックダウンは、標的遺伝子とのRNA干渉など、当該技術分野で公知の任意の適切な遺伝子工学技術によって達成することができる。これらの遺伝子を標的とするRNAiは、適切な構築物を細胞にトランスフェクトして、これらの標的遺伝子をノックダウンして、操作された宿主細胞を産生することにより行われ得る。
【0007】
好ましい実施形態において、宿主細胞はCHO細胞であり、標的遺伝子は、HDAC8、DAB2、またはCaspase3遺伝子、あるいはそれらの組合せであり得る。ショートヘアピン型RNA(shRNA)またはsiRNAによるこれらの遺伝子の1つ以上の阻害または抑制は、向上したタンパク質発現および/または分泌を支援できる宿主細胞を産生する。例えば、Caspase3のshRNA阻害は、宿主細胞のアポトーシスの減少につながることができる。したがって、短期的な阻害または長期的な阻害のいずれかによるsiRNAまたはshRNAによるCaspase3遺伝子の阻害は、タンパク質(抗体など)の産生を増加させることができる。
【0008】
本発明のいくつかの実施形態によれば、HDAC8、DAB2、またはCaspase3のsiRNAまたはshRNA阻害は、安定細胞株をもたらし得る。これらの安定細胞株は、それらのトランスフェクション効率、抗体発現の増加、乳酸代謝、成長率、新しい培地への適応性、および/または長期経時(例えば60世代以上)での安定性を評価した後に選択され得る。より多くのタンパク質(抗体など)を産生/分泌できることに加えて、これらの安定細胞はまた、より高い安定性と新しい培地に適応できるという特徴を有する。したがって、これらは下流のプロセス開発に適している。
【0009】
本発明の一態様は、タンパク質発現のための宿主細胞に関する。本発明の一実施形態によれば、宿主細胞は、野生型細胞と比較して、HDAC8、Dab2、Caspase3、Sys1、および/またはTrim23遺伝子のより低い発現レベルを含む。例えば、操作された宿主細胞は、遺伝子ノックダウンとして現れる発現レベルが15%以上低いことがある。すなわち、ノックダウン細胞は、野生型細胞と比較して、85%以下のレベルで特定の遺伝子を発現し得る。
【0010】
本発明の好ましい実施形態によれば、より低い発現レベルを有する遺伝子は、HDAC8、Dab2、Caspase3、またはそれらの組合せである。遺伝子のいくつかの実施形態によれば、宿主細胞はCHO細胞である。本発明のいくつかの実施形態によれば、転写後調節遺伝子またはアポトーシス遺伝子のより低い発現レベルは、RNA干渉に起因する。
【0011】
本発明の他の態様は、以下の説明、図面、および添付の特許請求の範囲によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】1C9細胞における様々な遺伝子のノックダウン後のタンパク質産生レベルを示す。1C9は低IgG産生細胞株である(バッチ培養6日目で1.28mg/L)。1C9細胞を使用して、様々な遺伝子のsiRNA阻害によってIgG分泌を増加できるか否かを確認した。
【0013】
【
図2】NimbleGeneおよびAgilentからの遺伝子アレイを使用する高および低産生細胞の分析から選択されたノックダウンのための候補遺伝子を示す。
【0014】
【
図3】標的遺伝子のノックダウンを伴う様々な細胞株におけるタンパク質(アバスチンおよびハーセプチン)発現レベルを示す。
【0015】
【
図4】shRNA構築物に適した非レンチウイルスベクター(プラスミド)を示す。
【0016】
【
図5】shRNAの構築のためのレンチウイルスに由来するプラスミドを示す。
【0017】
【0018】
【
図7】様々な濃度でピューロマイシンを使用する細胞プールの選択を示す。
【0019】
【
図8】
図7に記載されるように、ピューロマイシンを用いて選択された様々なトランスフェクタント細胞におけるタンパク質発現レベルを示す。
【0020】
【
図9】操作された細胞の単一クローンを単離するための手順を図示する概略図を示す。
【0021】
【
図10】Caspase3ノックダウンを有する上位5つの単一クローンにおけるタンパク質発現レベル(一過性発現)を示す。
【0022】
【
図11A】長期培養(最大6週間)における上位5つの単一クローンの特性(集団倍加時間、乳酸レベル、Caspase3遺伝子発現レベル)に関する上位5つの単一クローンの分析結果を示す。
【0023】
【
図11B】長期培養中の異なる時点での上位5つの単一クローンにおけるCaspase3ノックダウンレベルを示す。
【0024】
【
図12】上位5つの単一クローンの長期安定性を示し、倍加時間と生細胞の割合を時間の関数として図示する(最大100世代)。
【0025】
【
図13】時間の関数としての上位3つの単一クローンを使用したタンパク質発現レベルを示す(0週、3週および6週)。
【0026】
【
図14A】上位3つの単一クローンに由来する第2世代細胞の特性を示す。
【0027】
【
図14B】本発明の実施形態によるCHO細胞のトランスフェクション率を示す。
【0028】
【
図14C】第2世代細胞におけるCaspase3発現レベルを示す。
【0029】
【
図15】第1世代細胞および親細胞と比較した、第2世代細胞におけるタンパク質発現レベルを示す。
【0030】
【
図16】本発明のCHO細胞で産生されたハーセプチンのグリカンプロファイルを示し、主要なグリカンが、市販のハーセプチンのものと同様のG0F、G1Fa、G1Fb、およびG2Fを含むことを示す。
【発明を実施するための形態】
【0031】
本発明の実施形態は、タンパク質産生のための新しい細胞株の開発に関する。タンパク質(抗体など)の産生および/または分泌効率が向上したこれらの新しい宿主細胞。これらの細胞において操作される遺伝子は、転写、転写後調節、翻訳、または翻訳後イベントに直接関連していないため、これらの遺伝子の発現を抑制することがタンパク質発現/分泌の向上をもたらすことができることは予想外であった。
【0032】
本発明の発明者らは、CHO細胞ゲノムおよびトランスクリプトームを分析することにより、HDAC8、Dab2、Caspase3、Sys1、Ergic3、Grasp、およびTrim23遺伝子の1つ以上の抑制が、タンパク質発現および/または分泌が改善されたCHO細胞をもたらすことができることを見出した。HDAC8は、細胞分裂中の染色体の構造および組織の調節に関与している。Dab2は、選択された積み荷タンパク質のクラスリン媒介エンドサイトーシスに必要なクラスリン関連選別タンパク質(CLASP)として機能するアダプタータンパク質である。Caspase3は、アポトーシスの実行に関与するCaspaseの活性化カスケードに関与している。アポトーシスの開始時に、Caspase3はタンパク質分解によりポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ(PARP)を切断する。Sys1はGolgi-localized integral membrane protein homologであり、ゴルジ輸送に関与している。Trim23(tripartite motif-containing23)は、細胞内輸送小胞の形成、あるコンパートメントから別のコンパートメントへのそれらの移動に役割を果たす。Ergic3は、このタンパク質ファミリの他のメンバと相互作用して代謝回転を増加させる小胞体-ゴルジ中間コンパートメント(ERGIC)タンパク質であるサイクリング膜タンパク質をコードする。Graspは、分子足場として機能するタンパク質をコードし、グループ1代謝型グルタミン酸受容体を含む受容体を神経タンパク質に結合する。これらの遺伝子はいずれも、転写または翻訳の調節に直接関与していない。したがって、これらの遺伝子の抑制がタンパク質発現および/または分泌の向上につなげることができるという事実は予想外である。
【0033】
本発明の実施形態によれば、CHO染色体およびトランスクリプトームを分析して、操作する標的遺伝子を選択した。要するに、CHO共同体によって提供される遺伝子チップが分析された。一例では、導入遺伝子を含まない合計4つのCHO細胞株を分析した。1つの株はCHO-S産生細胞株で、他の3つの株は実験室で栽培化された浮遊CHO細胞株である。
【0034】
さらに、高収量特性または低収率特性を持つ3組のCHO細胞を分析した。高収量CHO細胞では低レベルで発現されるが、低収量CHO細胞では高レベルで発現される遺伝子は、タンパク質の高レベルの発現につながらない可能性がある遺伝子である。したがって、そのような遺伝子は、宿主細胞でのタンパク質発現を改善するためのRNAi介入の候補標的となり得る。そのような遺伝子が実際にタンパク質発現/分泌効率に影響を与えるか否かを調査するために、これらの標的遺伝子の発現レベルは、RNA干渉によって減少された。これらの遺伝子との干渉のための様々なRNAi構築物が調製された。これらの構築物を一時的にCHO細胞にトランスフェクトして、タンパク質発現ならびに細胞の増殖および安定性への影響をスクリーニングすることができる。
【0035】
図1に示されるように、HDAC8、Trim23、Sys1、Ergic3、Dab2、およびGrasp遺伝子のノックダウンは、改変された細胞におけるタンパク質発現および/または分泌の向上をもたらした。さらに、HDAC8とDab2ノックダウンの組合せは、タンパク質発現の改善に最も効果をもたらすことが分かった。具体的には、HDAC8とDab2の両方の遺伝子のノックダウンは、1.65倍~1.8倍のタンパク質を発現できる細胞をもたらした。
【0036】
同様のアプローチを使用して、Agilent(カリフォルニア州サンタクララ)から1つとRoche NimbleGen(ウィスコンシン州マディソン)から1つの、2つの追加のCHO細胞遺伝子配列を分析した。低収量の細胞株で高度に発現するこれらの遺伝子は、干渉の標的として同定された。これらの分析から、
図2に示すように、2つの追加の遺伝子、BAXおよびCaspase3がノックダウン候補として同定された。
【0037】
これらの標的遺伝子に基づいて、RNA干渉への様々なアプローチを使用して、それらの機能を抑制できる。例えば、標的配列(HDAC8+Dab2、Caspase3、BAX、およびCaspase3+BAX)を含むshRNAプラスミドが構築され得る。本発明の実施形態では、任意の適切なプラスミドまたはベクターを使用し得る。例えば、レンチウイルスプラスミドまたはpcDNA3.1(+)ベクターは、shRNAによく使用される。Thermo Fisher Scientific(マサチューセッツ州Waltham)のBLOCK-iT(商標)レンチウイルスRNAi発現システムなどの市販のキットを使用できる。
【0038】
これらのプラスミドはバクテリア内で増幅される。次に、shRNAを含むプラスミドが目的の細胞株(DXB11-S1など)にトランスフェクトされた。(プラスミド中の抗生物質耐性に基づいて、例えば0.5~10μg/mlピューロマイシンを使用して死滅曲線を判定することによって)トランスフェクタントのトランスフェクション効率を評価し、遺伝子抑制の長期的な効果を分析し得る。これらの細胞株における標的遺伝子の遺伝子抑制は、リアルタイムPCRを使用して分析できる。最後に、これらの細胞を生化学的、細胞または分子生物学的アッセイで分析し、これらの遺伝子の機能を調査した。
【0039】
これらの遺伝子に個別に干渉することに加えて、これらの標的遺伝子の組合せノックダウンもまた調査された。
図3に示すように、HDAC8とDab2のノックダウンの組合せにより、ほとんどの細胞株(1C9、1G9、1G7、1E3、および3C8)において、タンパク質発現レベルが1.28倍~1.88倍増加した。産生の向上は、高産生細胞(1E3、3C8、および3G7)と比較して、低産生細胞(1C9、1G9、および1G7)でより顕著である。これらの向上は、これらの細胞で発現した様々な抗体(アバスチンおよびハーセプチン)で見られ、産生の向上が特定のタンパク質に限らず、一般的なタンパク質産生に適用できることを示している。
【0040】
2つの標的遺伝子の同時のノックダウンの組合せは、相乗効果を生み得る。例えば、HDAC8とDab2のそれぞれのノックダウンは、1C9細胞中でアバスチンが1.28倍および1.32倍生成されたのに対し、HDAC8とDab2のノックダウンの組合せは、同じ細胞中で1.65倍の発現が生成された。同様に、HDAC8とDab2のそれぞれのノックダウンは、1G9細胞中でアバスチンが0.78倍および1.32倍生成されたのに対し、HDAC8とDab2のノックダウンの組合せは、同じ細胞中で1.88倍の発現が生成され、相乗効果を示す。
【0041】
一過性で安定したトランスフェクション、および宿主細胞へのshRNA発現カセットの安定した送達を可能にする様々なshRNAベクターが利用できる。本発明の実施形態によると、CHO細胞へのshRNA構築物のトランスフェクションは、pcDNA3.1(+)(
図4、マサチューセッツ州WalthamにあるThermo Fisherから入手可能)およびpGFP-C-ShLenti(
図5、メリーランド州RockvilleにあるOriGeneから入手可能)などの市販のベクターを含む任意の適切なベクターを使用し得る。当技術分野で知られている他の適切なベクターも使用し得る。
【0042】
レンチウイルスベクターはshRNA構築物を細胞ゲノムに送達および統合するための便利な方法を提供し得るが、レンチウイルス要素を使用せずに医薬用タンパク質を産生することが好ましいことがある。次の例は、Thermo Fisher(マサチューセッツ州Waltham)のpcDNA3.1(+)の使用を示している。
【0043】
例としてpcDNA3.1(+)(
図4)プラスミドを使用して、
図6に示される構造を有するステムループ配列/フレームワークをプラスミドに挿入し得る。
図6のオリゴは、典型的なステムループ構造構築物を示している。これらのプラスミドを用いて、標的遺伝子の配列を含むいくつかの構築物が調製された。これらのプラスミドの構築が成功したことは、正しいサイズの断片を生成するための制限酵素消化物で確認し得る。
【0044】
これらの構築物を使用して、DXB11細胞などのCHO細胞をトランスフェクトした。次に、トランスフェクトされた細胞を、標的遺伝子の阻害について評価した。
図7に示すように、様々なトランスフェクトされた細胞株(DXB11 sh-HDAC8+Dab2、DXB11 sh-Caspase3、DXB11 sh-BAX-poolおよびDXB11 sh-BAX+Caspase3)は選択可能なマーカー(例えば、ピューロマイシン耐性)に基づいて選択されてもよく、次いで標的遺伝子のより良い阻害のためにスクリーニングされてもよい。要するに、これらのトランスフェクトされた細胞株は、様々な濃度の抗生物質(例えば、ピューロマイシン)でスクリーニングされ、標的遺伝子の抑制がリアルタイムPCRで評価された。これらのスクリーニングに基づいて、最良の候補宿主細胞が同定された。これらの最良の細胞株には、例えば、50μg/mlピューロマイシンを用いて選択されたDXB11 sh-HDAC8+Dab2(HD50P)、10μg/mlピューロマイシンを用いて選択されたDXB11 sh-Caspase3(C10P)、7.5μg/mlピューロマイシンを用いて選択されたDXB11 sh-BAX(B7.5P)、および10μg/mlピューロマイシンを用いて選択されたDXB11 sh-BAX+Caspase3(BC10P)が含まれる。
【0045】
最良の候補宿主細胞は、タンパク質産生の向上を支援する能力についてさらに評価された。これらの細胞は、SEAP(分泌型アルカリホスファターゼ)、ハーセプチン、アバスチンなどの様々なタンパク質の産生でテストされた。
図8に示されるように、これらの細胞株のほとんどは、様々な培養条件下でより多くのタンパク質を産生した。
【0046】
安定細胞株を得るために、これらの細胞は段階的に希釈され、単一クローン用に選択されてもよい。例として10μg/mlピューロマイシンを用いて選択されたDXB11 sh-Caspase3(C10P)細胞を使用し、ClonePixまたは他の適切な機器/プロトコルを使用して、
図9に示す手順を用いて単一クローンを単離する。
図9は、単一クローンの単離のための1つのプロトコルを図示する。要するに、細胞のトランスフェクション後、細胞は増幅およびスクリーニングされ、その後サブクローニングされる。細胞株は、無血清の化学的に定義された培地での懸濁培養に適合され得る。次に、トランスフェクタントの安定したプールを生成して特徴付けてから、高産生の安定した単一クローンを生成する。当業者は、これが単に例示のためであり、単一クローンの単離を達成するための他の手順も使用され得ることを理解するであろう。
【0047】
図9に示すように、これらの細胞における遺伝子発現の抑制は、リアルタイムPCRを使用して確認され得る。これらの分析から、異なる標的遺伝子(例えば、caspase3)のノックダウンパーセンテージを持つ細胞を得ることができる。次に、これらの細胞を6ウェルプレートに適切な濃度で播種し(例えば、各5mlウェル中に3×10
5細胞/ml)、適切な期間培養する。生細胞密度(VCD)、集団倍加時間(PDT)、およびこれらの細胞の乳酸レベルを測定して、細胞の健康状態を評価した。
【0048】
次に、これらの細胞中の標的遺伝子ノックダウンがタンパク質産生に及ぼす影響を、タンパク質遺伝子(IgGなど)を担持する発現ベクターの一過性トランスフェクションを用いて調査され得る。これらの細胞が高レベルのタンパク質発現を支援することが確認されると、培地に選択薬(例えば、ジェネティシンまたはピューロマイシン)を加えることにより、安定細胞プールを選択し得る。最初に使用する適切な薬物濃度を滴定し、次に、選択された薬剤耐性マーカーを持つトランスフェクタントのみが生存可能であり、妥当な速度で増殖できるように、選択した薬物濃度で細胞を増殖させる。
【0049】
細胞の安定したプールが選択された後、これらの細胞プールはさらに希釈され、それらの安定性がテストされ得る。例えば、これらの安定細胞プールは、制限された希釈を受け、その安定性が評価され得るサブクローンを選択し得る。
【0050】
最後に、必要に応じて、安定したトランスフェクタントの単一クローンを単離して研究細胞バンク(RCB)を確立し、そこからマスター細胞バンク(MCB)または作業細胞バンク(WCB)が取得され低温保存され得る。具体的には、単一クローンはそれらの特性(例えば、クローン安定性およびタンパク質産生効率)に基づいて評価され、RCBの作成のために最適なクローンが選択される。RCB細胞は、MCBとして低温保存する前に、さらにテストおよび特性評価され得る。
【0051】
例として、DXB11-sh-Caspase 3トランスフェクタントの上位5つの単一クローンを使用して、タンパク質発現を支援するこれらの細胞の効率を調査した。
図10に示すように、5つすべてのクローン(CI-1B、CI-1H、CII-1H、CII-4G、およびCII-3B)は、親DXB11-J1.0細胞と比較して、ハーセプチンまたはアバスチンを含むベクターの一過性トランスフェクション後にタンパク質発現の向上を示した。向上は1.5倍~2.4倍の範囲である。これらの結果は、Caspase3の抑制がより高いタンパク質産生宿主細胞につなげることができることを示す。Caspase-1の抑制は、バキュロウイルス昆虫細胞(sf9細胞)発現系において、タンパク質の折りたたみの改善をもたらすが、タンパク質の産生または蓄積の向上をもたらさないことが判明したため、この発見は予想外であった(X Zhangら、BMC Biotechnol.、2018 5月2日、18(1):24;doi:10.1186/s12896-018-0434-1)。
【0052】
これらの上位5つのクローンは、長期的な挙動についてさらに調査された。
図11Aに示すように、0週から6週まで、これらの5つのクローンの細胞密度には、播種密度に関係なく、大きな変化はなかった(D0、D4、およびD5、0.3~25×10
6細胞/ml)。細胞数の長期安定性は、これらの細胞が長期生存能力を持っていることを示し、これは、アポトーシスの抑制が原因である可能性がある。
【0053】
これらの細胞の集団倍加時間(PDT)は16~19時間の範囲であり、時間の経過に伴う大きな変化は見られなかった。これらの集団倍加時間は、同じ条件下でトランスフェクトされていないCHO細胞に匹敵する。ここでも、これらの結果は、Caspase3抑制細胞が親CHO細胞と実質的に同じ生物学的特性を持っていることを示している。
【0054】
流加プロセスにおいて、長時間の培養により、培地中に乳酸およびアンモニアが著しく蓄積し得る。高レベルの乳酸は、細胞増殖および産生品質に有害である。CHO細胞はまた、培地の酸性化または望ましくないモル浸透圧濃度の変化を引き起こす可能性のある高い乳酸産生に関連する調節解除されたグルコース代謝を示す。したがって、乳酸産生は、細胞の健康の指標として使用することができる。
【0055】
図11Aに示されるように、これらの細胞培養物中の乳酸レベルは、6週間の期間にわたって著しい変化を有さなかった。乳酸レベルおよび乳酸/細胞数は比較的低かった。これらの上位クローンの低い乳酸レベルは、これらの細胞がエネルギー源(グルコース)を効率的に利用できることを示唆している。
【0056】
図11Bは、Caspase3遺伝子の発現レベルを示す。5つのクローンすべてでcaspase3の発現が低く、6週間の期間にわたってレベルに大きな変化はなかった。これらの結果は、caspase3遺伝子の抑制が比較的安定していることを示している。
【0057】
図12に示すように、これらの細胞は、100%近くの生存率を長期間(100世代以上)維持した。さらに、これらの細胞の集団倍加時間(PDT)は比較的一定であった。これらの結果はすべて、これらのトランスフェクタント細胞が長期間(例えば、100世代以上)非常に安定していることを示している。
【0058】
これらの細胞は長期にわたって安定しているだけでなく、向上したタンパク質発現を支援するこれらの細胞の能力もまた非常に安定している。
図13に示されるように、アバスチンおよびハーセプチンの両方の発現レベルは、6週目に発現レベルにいくらかの減少を示したCII-4Gクローンを除いて、実質的に同じレベルに維持された。
【0059】
これらの細胞の長期的な健康状態をさらに調査するために、これらの細胞の第2世代は、上記のように連続希釈および単一クローンを選択することによって生成された。これらの第2世代細胞はまた、様々な特性について評価された。
【表1】
【0060】
表1は、第1世代細胞CI-1B由来の4つの第2世代細胞(CI-1B-D3、CI-1B-E2、CI-1B-F6、およびCI-1B-G5)と、第1世代細胞CII-4G由来の2つの第2世代細胞(CII-4G-F6およびCII-4G-G6)の分析結果を示している。これらの第2世代細胞の集団倍加時間(PDT)は、第1世代細胞のものと類似しており、第2世代細胞の増殖率がわずかに低いことを示している。ただし、その差はごくわずかである。さらに、乳酸レベルと細胞あたりの乳酸レベルも、第2世代細胞でわずかに高かった。
【0061】
図14Aは、3つの例示的な第2世代クローン、C1-1B-D3、CII-4G-G5、およびCII-4G-G6の特性を示す。これらの第2世代クローンの長期安定性は、9週間の培養後、ほぼ100%の生存率によって証明される。さらに、これらの細胞は長期にわたって一貫したトランスフェクション効率を維持する。
図14Bに示されるように、CHO-C(すなわち、CII-4G-G6)およびCI-1B-G5細胞は、0~9週間まで同様のトランスフェクション率(約15%)を維持した。
【0062】
これらの第2世代細胞におけるCaspase3遺伝子発現レベルは、リアルタイムPCRで評価すると、第1世代細胞よりも変化する(
図14C)。例えば、CI-1B-D3およびCI-1B-E2細胞は、Caspase3遺伝子の非常に優れた抑制を示しているが、CI-1B-F6およびCII-4G-F6は、第1世代からの変化がほとんどない。興味深いことに、CII-4G-G6細胞はCaspase3遺伝子の抑制が著しく改善されているが、CI-1B-F6細胞はCaspase3の発現を抑制する能力を失っている。
【0063】
図15は、抗体(アバスチンおよびハーセプチン)の向上した発現を支援するための第2世代細胞の評価からの結果を示す。示されているように、これらの第2世代細胞は、対照細胞(DXB-11)のものと比較して、これらの抗体の発現レベルが1.21~2.4倍を示す。
【0064】
上記の結果は、Caspase3ならびにHasp8、Dab2、Sys1、Trim23のノックダウンが、向上した産生能力を持つCHO細胞を産生できることを明確に示す。これらの向上した能力は、CHO-DXB11、CHO-S、CHO-K1、およびCHOC細胞を含む様々なCHO細胞株で発見されている。さらに、これらの細胞では、Her2、メソセリン(MSLN)、T細胞免疫グロブリンおよびムチンドメイン含有-3(Tim3)に対する抗体を含む様々なタンパク質が発現している。一般に、これらの細胞は約200mg/L以上のレベルでタンパク質(抗体)を産生できる。
【0065】
これらの細胞で発現するタンパク質には、翻訳後改変を含む通常の特性がある。例として、DXB11およびCHOC細胞において発現されたハーセプチンは市販のハーセプチンと比較され、類似の分子量(約145KDa)を有していることが分かった。RP-HPLC(還元型および非還元型)は、市販のハーセプチン/トラスツズマブと比較して、これらの細胞で産生されたハーセプチンの同様のバンディングパターンを示した。
図16は、ACQUITY UPLC BEH Glycanカラム(1.7μm、Waters Corp.、米国マサチューセッツ州Milford)で分析され、アセトニトリルおよび50mMギ酸アンモニウムの勾配で溶出された、CHOC細胞において産生されたハーセプチンのN-結合型グリカンプロファイル(PNGase F解放後)を示す。グリカン分析により、このタンパク質には主にG0F、G1Fa、G1Fb、およびG2Fグリカンが含まれていることが明らかになった。
【0066】
上記の説明は、本発明の実施形態を明確に示している。タンパク質産生と直接関係のない遺伝子が、タンパク質発現および/または分泌に影響を与えることが予期せず分かった。本発明の実施形態によれば、これらの遺伝子は、RNAiの標的として選択される。これらの遺伝子を標的とするRNAiは、適切な構築物を細胞にトランスフェクトして、これらの標的遺伝子をノックダウンして、宿主細胞(例えば、CHO細胞)を操作することにより行われる。
【0067】
本発明の実施形態は、短期的阻害または長期的阻害のいずれかにより、siRNAおよびshRNAによる選択された標的遺伝子(例えば、HDAC8、Dab2、およびCaspase3遺伝子)の阻害により、増強されたタンパク質発現および/または分泌を支援できる細胞を産生できることを示す。これらの結果は、選択された遺伝子阻害宿主細胞が、タンパク薬産生のための新しい宿主として大きな可能性を秘めていることを示している。特定の例ではCaspase3を使用して本発明の実施形態を説明しているが、他の遺伝子(特に、HDAC8、Dab2、およびHDAC8+Dab2)もまた、タンパク質産生および/または分泌を改善するためにノックダウンの標的になり得る。
【0068】
様々な手順の方法が当技術分野で知られている。以下の説明は、本発明の実施形態を示すための例示的な手順および様々な例を提供する。当業者は、これらの特定の例が単に例示のためであり、本発明の範囲から逸脱することなく他の変形および修正が可能であることを理解するであろう。例えば、以下では、HDAC8、Dab2、BAX、およびCaspase3を例として使用して、本発明の実施形態を説明している。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、他の遺伝子を使用し得る。
【0069】
細胞培養および培地
チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞株DXB11はコロンビア大学Lawrence Chasin博士から取得した。細胞培養は、温度37℃、湿度95%で、5%CO2のインキュベータ内で行われた。細胞培養用の培地は、Hycloneおよび混合培地(50%CDFortiCHOおよび50%ActiCHO)を含む。自動細胞計数器TC10(Bio-Rad、米国)を使用してトリパンブルーで染色した後、細胞計数および生存率分析を行った。
【0070】
トランスフェクション構築物にはピューロマイシン耐性遺伝子が含まれる。ピューロマイシン耐性に基づいて、安定したプールが選択された。単一クローンになれば、選択する必要はない。
【0071】
ベクター構造
この例では、HDAC8、Dab2、BAX、Caspasae3がRNA干渉の標的遺伝子として選択された。RNA干渉のために選択されたこれらの遺伝子からの特定の配列断片を表2に示す。
【表2】
【0072】
これらの標的配列をpcDNA3.1(+)ベクター(
図5)にクローニングして、これらの遺伝子を抑制して操作された宿主細胞を生成するために使用するshRNAプラスミドを生成した。
【0073】
プラスミドの構造は次のように、5’’末端にMfei制限部位、3’末端にKpnI制限部位を含むように別々のプライマーを設計する。テンプレートとしてpGFP-C-Dab2およびpGFP-C-BAXを使用してPCRを行い、U6プロモータおよびピューロマイシン選択遺伝子を含む望ましい断片(望ましいRNA配列に対応)を増幅した。GFP-C-Dab2およびp-GFP-C-BAXは、望ましいRNA配列に対応するポリヌクレオチドをpGFP-C-shLentiベクターにクローニングすることによってOriGeneによって構築されたHuSH shRNAプラスミドである(
図6)。
【0074】
5’末端にEcoRI制限部位と3’末端にXmaI制限部位を有する同様のプライマーを別々に設計した。同様に、pGFP-HDAC8およびpGFP-C-Caspase3をテンプレートとして使用してPCRを行い、U6プロモータおよびピューロマイシン選択遺伝子を含む望ましい断片(望ましいRNA配列に対応)を増幅した。表3に、様々なプライマー配列を示す。
【表3】
【0075】
PCR断片を一時的にpJET1.2ベクター(Thermo Fisher)にクローニングし、配列を確認した。制限酵素MfeI/KpnIおよびEcoRI/XmaIをそれぞれ使用して、一時的なpJET1.2ベクターからHDAC8、Dab2、BAX、およびCasepase3断片を切断する。
【0076】
pcDNA3.1(+)ベクターを制限酵素EcoRIおよびXmaIで切断する。次に、HDAC8およびCaspase3断片をそれぞれベクターにクローニングして、pcDNA3.1(+)-HDAC8およびpcDNA3.1(+)-Caspase3ベクターを得る。
【0077】
pcDNA3.1(+)-HDAC8ベクターを制限酵素MfeIおよびKpnIで切断し、Dab2断片を切断ベクターに構築してpcDNA3.1(+)-Dab2-HDAC8ベクターを得る。
【0078】
さらに、pcDNA3.1(+)およびpcDNA3.1(+)-Caspase3ベクターは、制限酵素MfeIおよびKpnIを使用して切断された。次に、BAX断片を切断ベクターにライゲーションして、pcDNA3.1(+)-BAXおよびpcDNA3.1(+)-BAX-Caspase3を得た。これらのベクターの構築後、制限酵素消化によって適切な構築を確認して適切な断片(すなわち適切なサイズ)がベクターに構築されたことを確認した。
【0079】
CHO細胞のトランスフェクション
DXB11細胞を6ウェルプレート中で培養した。各ウェルは、8mM GlutaMAX(商標)(Thermo Fischer)を含む3mLのHyclone(商標)HyCell(商標)CHO培地(GE Healthcare)に3×106細胞を有している。
【0080】
shRNA構築物を含むベクター(例えば、pcDNA3.1)のトランスフェクションは、親油性剤FreeStyle MAX(Thermo Fischer)などの当技術分野で知られている任意の適切な試薬を使用して実行し得る。例えば、RNAi/shRNAベクターとトランスフェクション試薬FreestyleMAX(商標)(Thermo Fischer)を別々にOptiPRO(商標)SFM(Thermo Fischer)に加えて、表4に示すようにベクター溶液を調製した。これらの溶液を5分間放置した後、トランスフェクション試薬に添加してよく混合した。得られた溶液を20分間放置した後、細胞にトランスフェクトした。次に、トランスフェクションの3日後に細胞を評価した。
【表4】
【0081】
タンパク質発現
試験CHO細胞におけるタンパク質/抗体産生のために、抗体/タンパク質発現構築物は、商業的供給源から入手するか、または当技術分野で既知の手順に基づいて調製し、抗体またはタンパク質の一過性発現のために試験CHO細胞にトランスフェクトし得る。トランスフェクトされたCHO細胞を適切な期間(例えば、3日間)培養して、抗体を産生した。
【0082】
タンパク質発現レベルは、任意の適切な方法を使用して評価し得る。例えば、GreatEscAPe(商標)化学発光キットはClontechから入手した。5X希釈緩衝剤をddH2Oで1:5に希釈して、1X希釈緩衝剤を準備する。
【0083】
タンパク質発現レベルを評価するには、25μlの細胞培地を、トランスフェクションされた細胞または模擬のトランスフェクションされた細胞から96ウェル・マイクロタイタ・プレートに移す。必要に応じて、プレートを密封して、後の分析のために-20℃で凍結することができる。96ウェル・マイクロタイタ・プレート内の各サンプルに75μlの1X希釈緩衝剤を加える。プレートを粘着性のアルミホイルまたは通常の96ウェル蓋で密封し、ヒートブロックまたはウォーターバスを使用して、希釈したサンプルを65℃で30分間インキュベートする。
【0084】
サンプルを氷上で2~3分間冷却してから、室温に戻す。各サンプルに100μlのSEAP基質溶液を加える。読み取る前に、室温で30分間インキュベートする。96ウェル・プレート・リーダ照度計(CLARIOstar(登録商標)など)を使用して、化学発光信号を検出および記録する。
【0085】
リアルタイムPCRを使用したノックダウン分析
標的遺伝子の発現レベルは、QPCRで評価され得る。要するに、細胞からのRNAは、RNA精製試薬(Qiagenから)を使用して抽出され、NanoDrop 2000を使用して定量化された。QPCR反応は、以下の条件を使用して実行された(表5)。
【表5】
StepOneリアルタイムPCRマシンを使用して、次のプロトコルでQPCRを実行する(表6)。
【表6】
アポトーシス遺伝子(Caspase3およびBAX)およびその他の遺伝子(HDAC8およびDAB2など)の発現レベルを評価するために、以下のプライマーを使用した(表7)。
【表7】
【0086】
本発明の実施形態を限られた数の例で説明したが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく他の修正および変更が可能であることを理解するであろう。したがって、本発明の保護の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【配列表】