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特開2025-26898PEG化された成長ホルモンアンタゴニスト
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(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】P2025026898
(43)【公開日】2025-02-26
(54)【発明の名称】PEG化された成長ホルモンアンタゴニスト
(51)【国際特許分類】
   A61K 47/60 20170101AFI20250218BHJP
   A61P 5/06 20060101ALI20250218BHJP
   A61P 35/00 20060101ALI20250218BHJP
   A61K 38/16 20060101ALI20250218BHJP
   C07K 14/61 20060101ALN20250218BHJP
【FI】
A61K47/60
A61P5/06 ZNA
A61P35/00
A61K38/16
A61P5/06
A61K47/60 ZNA
C07K14/61
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024195736
(22)【出願日】2024-11-08
(62)【分割の表示】P 2021533244の分割
【原出願日】2019-12-10
(31)【優先権主張番号】16/216,230
(32)【優先日】2018-12-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.TWEEN
2.TRITON
(71)【出願人】
【識別番号】521251143
【氏名又は名称】モレキュラー テクノロジーズ ラボラトリーズ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100104411
【弁理士】
【氏名又は名称】矢口 太郎
(72)【発明者】
【氏名】ブロディ、リチャード、エス.
(57)【要約】      (修正有)
【課題】ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストまたは他の受容体アンタゴニストの使用に反応する疾患の治療に使用するための組成物を提供する。
【解決手段】ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストである組成物であって、前記ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kの1つまたは2つのアミノ酸がシステインに変異したヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kと、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120K変異体の各置換システインに共役したポリエチレングリコール分子とを含む、組成物を提供する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストであって、
a)配列ID番号:4のアミノ酸配列(配列ID番号:3のDNA配列)を有するヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kと、
b)ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120K変異体の各置換されたシステインに共役したポリエチレングリコール分子と、を含み、
前記ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kの2つのアミノ酸がシステインに変異しているものであり、システインに変異した前記2つのアミノ酸が、T142およびH151であり、
システインに変異した前記2つのアミノ酸に共役した前記ポリエチレングリコール分子が、3つのカルボン酸アニオンをそれぞれ含む2つの4.5kDa分岐ポリエチレングリコールであり、前記ポリエチレングリコール分子が、段階的な有機化学によって調製され、実質的に純粋な単一化合物であり、
前記ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストが、STAT-5リン酸化の刺激を定量比較のもとで50%阻害するものである、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニスト。
【請求項2】
請求項1に記載のヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストにおいて、前記ポリエチレングリコール分子が、遊離のスルフヒドリル基に共役するためのマレイミド基を含む、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニスト。
【請求項3】
請求項1に記載のヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストにおいて、前記ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストが、配列ID番号:23からなる配列を有するDNA分子によってコード化され、前記ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストが、配列ID番号:24からなるアミノ酸配列を有する、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニスト。
【請求項4】
請求項1に記載のヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストにおいて、前記ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストの有効量は、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストに反応する疾患または状態を治療するために使用される、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニスト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
コンピュータ可読形式(CRF)の配列表が保存される。配列表は、2018年12月10日に作成されたSEQIDNOS_1_24_ST25.txtというタイトルのASCIIテキスト(.txt)ファイルであり、サイズは33KBである。配列表は、本明細書に完全に記載されるように参照により組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
当該発明は、一般的には、受容体アンタゴニストとして使用するための組成物に関し、より具体的には、非常に効果的な治療薬となる可能性を有する新規のヒト成長ホルモンアンタゴニストに関するものである。
【0003】
ヒト成長ホルモンは、ソマトトロピン(somatotropin)またはソマトロピン(somatropin)としても知られており、ヒトおよび他の動物の成長、細胞の再製、および再生を刺激するペプチドホルモンである。成長ホルモンは、ある種の細胞にのみ特異的に作用するマイトジェンの一種であり、191アミノ酸の一本鎖ポリペプチドであり、下垂体前葉の側翼内のソマトトロピック細胞によって合成、貯蔵、分泌される。先端巨大症は、思春期に骨端板が閉じた後、下垂体前葉が成長ホルモン(hGH)を過剰に分泌することで生じる症候群である。骨端板が閉じる前にhGHが過剰に産生されると、結果として巨人症gigantism(または巨人症giantism)となる。多くの疾患が下垂体のhGH産生量を増加させる可能性があるが、最も一般的なのは、異なるタイプの細胞(ソマトトロピン産生細胞somatotrophs)に由来する下垂体腺腫と呼ばれる腫瘍である。先端巨大症は、最も一般的には中年期の成人に発症し、未治療の場合、重度の外見障害、合併症、早死にを引き起こす可能性がある。この病気は、その病態と進行の遅さから、初期の段階では診断が難しく、外見上の変化、特に顔の変化が顕著になるまで、何年も見過ごされることが多い。
【0004】
受容体とは、通常、細胞の細胞膜表面に埋め込まれるタンパク質分子で、細胞外からの化学シグナルを受け取る。このような化学信号が受容体に結合すると、例えば、細胞の電気的な活動が変化するなど、何らかの形で細胞や組織に反応が起こる。この意味で、受容体とは、内因性の化学信号を認識し、それに応答するタンパク質分子である。ヒト成長ホルモンのようなアゴニストは、受容体に結合し、受容体を活性化して生物学的反応を引き起こす化学組成物である。アゴニストが作用をもたらすのに対し、アンタゴニストはアゴニストの作用を阻害し、インバースアゴニストはアゴニストとは逆の作用をもたらす。受容体アンタゴニストは、受容体に結合したときに、それ自体が生物学的反応を引き起こすのではなく、アゴニストが媒介する反応をブロックしたり、弱めたりするタイプの受容体リガンドや薬剤である。これらの組成物はブロッカーと呼ばれることもあり、例としてはαブロッカー、βブロッカー、カルシウムチャネルブロッカーなどがある。薬理学的には、アンタゴニストは同種の受容体に対して親和性はあるが有効性はなく、結合することで相互作用が阻害され、受容体におけるアゴニストまたはインバースアゴニストの機能が阻害される。アンタゴニストは、受容体の活性部位(オルトステリック)や他の部位(アロステリック)に結合することでその効果を媒介する。また、受容体の活性の生物学的調節に通常は関与していない特異な結合部位で相互作用することもある。アンタゴニストの活性は、アンタゴニスト-受容体複合体の寿命に応じて可逆的にも不可逆的にも変化し、それはアンタゴニスト-受容体結合の性質にも依存する。アンタゴニストの大部分は、受容体上の構造的に定義された結合部位において、内因性リガンドまたは基質と競合することでその効力を発揮する。定義上、アンタゴニストは、結合した受容体を活性化する効力を示さず、アンタゴニストは受容体を活性化する能力を維持しない。しかし、いったん結合すると、アンタゴニストは、アゴニスト、インバースアゴニスト、パーシャルアゴニストの機能を阻害する。
【0005】
ペグビソマント(pegvisomant)(SOMAVERT(登録商標)で販売)のような成長ホルモン受容体アンタゴニストは、先端巨大症の治療に使用される。このような組成物は、先端巨大症の原因となる下垂体の腫瘍を手術や放射線で制御できず、ソマトスタチンアナログの使用がうまくいかない場合に使用される。ペグビソマントは、通常、水と混合して皮下に注射する粉末として送達される。
【0006】
PEG化とは、ポリエチレングリコール(PEG)ポリマー鎖を、薬物、ペプチド、抗体フラグメント、または治療用タンパク質などの分子やマクロ構造に共有結合および非共有結合の両方で結合させるプロセスである。PEG化は、通常、PEGの反応性誘導体を標的分子とインキュベートすることで達成され、分子サイズや分子電荷の変化など、物理化学的特性の変化をもたらす。これらの物理的・化学的な変化は、治療薬の全身的な保持力を高め、細胞受容体への治療部分の結合親和性に影響を与え、吸収と分布のパターンを変えることができる。PEGを薬剤や治療用タンパク質に共有結合させることで、薬剤を宿主の免疫系から「マスクする(mask)」ことができ(すなわち、免疫原性や抗原性を低下させることができる)、薬剤の流体力学的サイズ(すなわち、溶液中のサイズ)を大きくすることで、腎クリアランスを低下させて循環時間を長くすることができる。また、PEG化は、疎水性の薬物やタンパク質に水溶性を与えることができる。
【0007】
PEG化は、分子量を増加させることにより、未修飾の分子と比較して、以下のようないくつかの重要な薬理学的利点を付与することができる。例えば、(i)薬物の溶解性の向上、(ii)有効性を低下させることなく、また潜在的に毒性を低下させて、投与回数を減らす、(iii)循環寿命の延長、(iv)薬物の安定性の向上、および(v)タンパク質分解からの保護の強化である。また、PEG化された薬剤には、以下のような商業的な利点:(i)新しいデリバリーフォーマットや投与レジメンの機会、および(ii)既に承認された薬剤の特許期間の延長である。PEGは共役のため特に魅力的なポリマーであり、医薬用途に関連するPEG部位の特定の特性には以下:(i)水溶性、(ii)溶液中での高い移動性、(iii)毒性がなく、免疫原性が低い、および(v)体内での分布変化、を含む。
【0008】
高分子量のポリエチレングリコール(PEG)をタンパク質に添加すると、腎臓による排泄のサイズ依存的な減少により、これらのタンパク質のインビボでの半減期が長くなることがこれまでに示されてきた。また、PEGの添加は、タンパク質の免疫原性を低下させ、凝集やプロテアーゼによる切断を減少させる(Pasut and Vronese,2012;およびParveen and Sahoo,2006)。ホルモン、サイトカイン、抗体フラグメント、および酵素を含む複数の既知のPEG化タンパク質が治療用としてUSFDAに承認される(Pasut,and Veronese,2012;Alconcel et al,2011;and Kling,2013)。したがって、特にヒト成長ホルモン(hGH)受容体アンタゴニストまたは他の受容体アンタゴニストの使用に反応する疾患の治療に使用するための、PEG化された治療薬のさらなる開発が現在必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0009】
以下は、本発明の特定の例示的な実施形態の概要を提供するものである。この要約は、広範な概要ではなく、本発明の重要または重要な側面または要素を特定すること、またはその範囲を画定することを意図していない。しかし、本発明の説明および請求に使用される言語での不定冠詞の使用は、記載されたシステムを制限することを何ら意図していないことを理解されたい。むしろ、「a」または「an」の使用は、「少なくとも1つ」または「1またはそれ以上」を意味するように解釈されるべきである。当業者であれば理解できるように、本明細書で使用される一文字のアミノ酸略語は、IUPAC形式に従う。
【0010】
本発明の一態様によれば、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストとして機能する第1の組成物または化合物が提供される。このヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストは、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kを含み、前記ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kの1つのアミノ酸がシステインに変異するか、またはヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kの2つのアミノ酸がシステインに変異するものであり、システインに変異した前記1つのアミノ酸が、N99、T142、およびH151からなる群から選択され、システインに変異した前記2つのアミノ酸が、N99/T142、N99/H151、およびT142/H151からなる群から選択される、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kと、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120K変異体の各置換されたシステインに共役されたポリエチレングリコール分子と、を含む。
【0011】
本発明の別の態様によれば、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストとして機能する第2の組成物または化合物が提供される。このヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストは、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kであって、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kの1つのアミノ酸がシステインに変異するか、またはヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kの2つのアミノ酸がシステインに変異するものであり、システインに変異した前記1つのアミノ酸が、N99、T142、およびH151からなる群から選択され、システインに変異した前記2つのアミノ酸が、N99/T142、N99/H151、およびT142/H151からなる群から選択される、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kと、およびヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120K変異体の各置換されたシステインに共役されたポリエチレングリコール分子であって、システインに変異した前記1つのアミノ酸に共役された前記ポリエチレングリコール分子が、多分散した40kDaの分岐ポリエチレングリコール分子であり、システインに変異した前記2つのアミノ酸に共役された前記ポリエチレングリコール分子が、3つのカルボン酸アニオンをそれぞれ含む2つの40kDa分岐ポリエチレングリコール分子または2つの4.5kDaの分岐ポリエチレングリコールである、ポリエチレングリコール分子と、を含む。
【0012】
この発明のさらに別の態様では、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストとして機能する第3の組成物または化合物が提供される。このヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストは、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kであって、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kの2つのアミノ酸がシステインに変異し、システインに変異した前記2つのアミノ酸がN99/T142、N99/H151、およびT142/H151からなる群から選択される、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kと、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120K変異体の各置換されたシステインに共役したポリエチレングリコール分子と、を含む。
【0013】
本発明の追加の特徴および側面は、例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読んで理解すると、当業者には明らかになるだろう。当業者には理解されるように、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明のさらなる実施形態が可能である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の例示的な実施形態を以下に説明する。以下の詳細な説明は、説明のために多くの具体的な内容を含むが、当業者であれば、以下の詳細に対する多くの変形および変更が本発明の範囲内であることを理解するだろう。したがって、以下の本発明の実施形態は、請求項の発明に対する一般性を損なうことなく、また、制限を課すことなく記載される。
【0015】
本発明は、主に治療薬として使用するための新規なヒト成長ホルモン(hGH)アンタゴニストを提供するものである。本発明のhGHアンタゴニストは、典型的には、既知のhGHアンタゴニストであるhGH G120Kの1またはそれ以上の選択されたアミノ酸をシステインに変異させ、次いでそのシステインを化学的に活性化されたポリエチレングリコール分子に共役させることによって作られる。置換されたシステインの位置は、ポリエチレングリコールとの共役後に受容体結合活性の損失が最小限になるように選択される。本発明のポリエチレングリコール修飾剤の種類と数は、インビボでの半減期が長いアンタゴニストを製造するために選択される。
【0016】
本発明に従ったPEG化タンパク質の調製における2つの重要な変数があり、(i)PEG付着に使用されるアミノ酸位置;および(ii)共役されたPEGのサイズおよびタイプである。同様の組成物を用いた初期の研究は、タンパク質の表面にある複数のリジンに比較的小さなPEG(例えば、約5kDa)をランダムに付着させる方法を用いて行われた。この方法では、タンパク質のインビボの半減期を長くすることに成功したが、タンパク質の受容体に対する親和性が大きく低下した。最近の実験では、タンパク質の特定のアミノ酸部位にPEG分子を付加する方法が用いられる。サイト特異的なPEG化に用いられる一般的な方法は2つあり、(i)低pH還元的アミノ化によりタンパク質のN-末端アミンにPEGを付加する方法、(ii)タンパク質にもともと存在する、あるいは特定の位置に設計されたシステインのチオール基にPEGを付加する方法である。他にも、非天然アミノ酸へのPEG付加、インテイン融合タンパク質を用いたタンパク質C末端へのPEG付加、トランスアミナーゼ触媒を用いたアクセス可能なグルタミンへのPEG付加などがある(Pasut and Veronese,2012)。
【0017】
本発明では、 2またはそれ以上の異なるタイプのポリエチレングリコール(PEG)分子が利用される。第1の種類のPEGは、重合によって調製され、平均分子量の周りに分子量製品の分布があるという点で、本質的に多分散である。ポリエチレングリコールの第2のクラスは、離散型PEG(dPEG(登録商標);Quanta BioDesign)である。このようなdPEG(登録商標)は、各dPEG(登録商標)種が特定の構造と分子量を持つ純粋な単一化合物となるように、段階的に有機化学的に調製された単一のPEG分子である(Povosky et al.,2013)。さまざまな種類のPEGは、直鎖と分岐の両方の構造で製造される。大きな多分散型PEGの場合、分岐型PEGをタンパク質に添加すると、同じ分子量の直鎖型PEGを添加するよりも結合親和性の低下が少なく、半減期の増加が大きくなることがある(Zhang et al.2012)。分岐したdPEG(登録商標)はタンパク質の半減期を長くすることが示されており、負に帯電したdPEG(登録商標)は特に効果的であることが示されている(Ding et al.,2013)。
【0018】
PEG化された成長ホルモンアンタゴニスト
hGHの成長アゴニストから成長アンタゴニストへの変換には、hGHの120番目の位置で、ネイティブなグリシンからアラニンを除く任意のアミノ酸への単一のアミノ酸の変化だけが必要である(Chen et al.,1994)。しかし、この分子は、インビボでの半減期が短いため、成長過剰の状態(先端巨大症など)の治療薬としては使用できない。そこで、研究者らは、hGHアンタゴニストであるhGH G120Kにポリエチレングリコール分子を加え、腎臓からのクリアランスを減少させることで、この問題に対処してきた。FDAが承認した先端巨大症の治療薬であるSOMAVERT(登録商標)は、それぞれ5000ダルトンの分子量を持つ4~6個の直鎖のPEG分子を含む。表面のリジンにランダムに結合するPEGが加わることで(van der Lely and Kopchick,2006)、アンタゴニストのインビボでの半減期が1時間未満から約72時間に延びる(Finn,2009)。しかし、PEG化されたアンタゴニストの膜結合型受容体への親和性は、未PEG化分子に比べて約30倍に低下する(Ross et al.,2001)。受容体親和性の低下にもかかわらず、SOMAVERT(登録商標)は先端巨大症の有効な治療法であるが、通常、1日5~30mgという大量の用量が処方される。
【0019】
タンパク質上のランダムなリジンに複数の低分子量PEG(約5kDa)を付加した後に起こる受容体結合の喪失は、初期のタンパク質-PEG共役に共通して見られた(Parveen and Sahoo,2006)。しかし、最近では、標的タンパク質の特定のアミノ酸位置に高分子量のPEGを1つだけ付加することで、より高い受容体結合活性をもつ共役が作られるようになった(Pasut and Veronese,2012)。成長ホルモンアンタゴニストの場合、20kDaまたは40kDaの直鎖PEGを、低pHでの還元的アルキル化を用いて、SOMAVERT(登録商標)(B2036)の未PEG化前駆体のN末端に付加した(Wu et al.,2013)。20kDaのPEGと40kDaのPEGの添加により、可溶性hGH受容体に対するアンタゴニストの親和性は、それぞれ約50%および約95%低下した。ラットにおけるインスリン成長因子-1(IGF-1)の産生を阻害するこれらの分子の能力を試験した。40kDaのPEG共役は不活性であったが、20kDa共役はIGF-1の産生を30~40%減少させた。
【0020】
PEG化された成長ホルモン
成長ホルモンアンタゴニストの活性および半減期に対する異なるPEG化戦略の予測される効果に関する洞察は、ヒト成長ホルモン(hGH)のPEG化からの結果を分析することによって得ることができる(Finn,2009)。Coxおよび同僚研究者(2007)は、ヒト成長ホルモンの3位のスレオニンをシステインに変異させ(T3C hGH)、そのシステインを20kDaの直鎖PEGに共役させた。増殖アッセイで測定したhGHの活性は約4倍に低下し、半減期は約8倍に増加した。同様の半減期の増加は、Gln141への20kDaのPEGの酵素触媒による付加や、N末端への20kDaのPEGの化学的付加の後にも生じた(Freitas et al.,2013)。化学的に活性のある非ネイティブなアミノ酸に変異させた異なるアミノ酸位置に30kDaの直鎖PEGを付加したところ、最適なケースでは、増殖活性が約10倍失われ、半減期が約10倍増加した(Cho et al.,2011)。141位に直鎖の43kDa PEG(Glnをシステインに変異)を加えると半減期が~30倍になり、hGHのN末端に分岐状の40kDa PEGを加えると半減期が約20倍になることが報告される(Rasmussen et al.,2010)。
【0021】
PEG化されたサイトカイン
hGHと同程度の分子量を持つサイトカインへのPEGの部位特異的な付加は、単一のPEGが半減期の著しい増加を引き起こすことを示す。Rosendahl et al.(2005)は、インターフェロンα-2の5位をシステインに変異させた後に、10kDaのPEG、20kDaのPEG、40kDaのPEGを加えると、インビトロでの生物活性が2~3倍に低下することを報告している。一方、10kDa、20kDaのPEG、40kDaのPEGでは、半減期がそれぞれ14倍、23倍、40倍に増加した。同様の結果は、ヒト顆粒球マクロファージコロニー刺激因子に異なる分子量のPEGを添加した場合にも見られた(Doherty et al.,2005)。Bell et al.(2008)は、インターフェロンαの111位(M111C)に20kDaまたは40kDaのPEGを添加すると、受容体結合活性が3倍に減少することを見出した。また、20kDaと40kDaの置換インターフェロンの半減期は、それぞれ25倍と39倍に増加した。一方、インターフェロンβ-1bに40kDaのPEGを部位特異的に付加しても、半減期は約3倍にしかならなかった(Lee et al.,2013)。
【0022】
Qiu et al.(2013)は、ヒト甲状腺刺激ホルモンの22位を直鎖の40kDa PEG、2分岐した40kDa PEG、3分岐した40kDa PEGで置換したところ、受容体結合活性がそれぞれ5倍、14倍、11倍減少したことを明らかにした。これらの異なる共役の半減期の比較は報告されていない。Fam et al.(2014)は、インターフェロンγの位置103に10kDa、20kDa、および40kDaのPEGを加えた場合の効果を調べ、PEGはサイトカインのインビトロ活性に有意な影響を与えなかったが、すべてのケースで半減期が約30倍になったことを明らかにする。
【0023】
抗体フラグメント
体内での滞留時間を長くするために、抗体断片にPEGを添加することについては、広範な研究が行われる。Lee et al.(1999)は、一本鎖の抗体断片(scFv MAb;26kDa)を、MWが2~20kDaの範囲にある6種類のPEGポリマーと共役した。これらの共役は、PEG化されていない親と比較して、より長い半減期を示した。半減期の延長には、PEGの総量を増やすよりも、PEGポリマーの長さを増やす方が効果的であることがわかった。Li et.al.(2010)は、ジアボディ上のランダムなリジンに共役した2つの離散的な直鎖PEGユニットを加えると、未PEG化または多分散のPEG化製品よりも血中滞留時間が長くなることを示した。Chapman et al.(2002)は、抗体のFab'フラグメント(約50kDa)の半減期は、部位特異的なPEGのサイズと数に直接関係することを示した。
【0024】
Lee et al.(2013)は、scFv-PEG共役における直線的でランダムな共役PEG質量(4~20kDa)の増加が、質量にほぼ線形に半減期を効果的に増加させることを見出した。これらの研究者は、20kDaのPEG1個の方が5,000個のPEG4個よりも効果的であることを見出し、PEGの長さはPEGの質量よりも重要であると結論づけた。約50kDaのFab'抗体断片の研究では、4.4kDaの分岐型離散PEG(dPEG)を部位特異的に添加することで、非共役Fab'に比べて半減期が約2倍に増加した(Ding et al.,2013)。
【0025】
システインに変異するhGH G120Kのアミノ酸位置の選択
本発明の様々な実施形態において、アンタゴニストhGH G120KのPEG化されたバージョンは、遺伝子工学によってアンタゴニスト配列に組み込まれたシステイン残基にPEGを付着させることによって調製された。システインに対する変異のために選択されたアンタゴニストの位置は、hGHとhGH受容体二量体(hGHR;Sundstrom et al.,1996)との複合体のX線構造を用いて選択した。hGHRに結合した時のhGHの構造は、hGHのアンタゴニストであるhGH G120Rが同じ受容体に結合した時の構造とほぼ同じである(Sundstrom et al.,1996)。
【0026】
hGH-hGHRの結晶構造に基づき、システイン変異の対象となるアミノ酸を選択するために、2つの基準:i)アミノ酸の溶媒へのアクセス性、および(ii)選択されたアミノ酸に対するシステインの置換をエネルギー的に中立なプロセスに近づける必要があることである。hGH-hGHRの各アミノ酸の溶媒へのアクセス性は、モデリングプログラムSwiss PDB Viewer(Guex and Peitsch,1997)およびPoPMuSIC(Dehouck et al.,2009;Dehouck et al.,2011)の方法によって決定された。各アミノ酸位置にシステインを置換した場合のエネルギーコストは,Prediction of Protein Mutant Stability Changes(PoPMuSIC)プログラム(http://babylone.ulb.ac.be/popmusic/)を用いて決定した。
【0027】
溶媒(例えば、水)へのアクセス性と変異エネルギーを考慮して選択されたアミノ酸は、以下の表1の「すべての選択された位置」に、7つの空間的に分離したドメインで記載される。しかし、水にアクセス可能であることは、必ずしも唯一の選択基準ではない。PEG化されたアンタゴニストが標的受容体に結合するためには、アミノ酸がはるかに大きなPEG分子にアクセス可能である必要があるのだ。hGH-hGHRのX線構造を調べて、選択したアミノ酸の側鎖が溶媒の方に向いているのか、それともhGH-hGHRタンパク質複合体の方に向いているのかを確認した。側鎖が溶媒に向いているアミノ酸の位置は、PEG置換の最も望ましい候補であり、表1の「最終選択」に以下のように記載される。また、追加の位置であるH151もシステイン変異のために選択された。この位置は、結晶構造では明らかになっていないループ3のセクションの一部である。この欠落したセグメントの一般的な位置は、hGH-hGHRタンパク質複合体から離れたところを指す。
【0028】
【表1】
【0029】
hGH G120K変異体への共役のためのPEGの選択
本発明では、2つの異なるクラスのポリエチレングリコール(PEG)分子が利用される。PEGの第1のクラスは、重合によって調製され、インビボの半減期を増加させるためにタンパク質を修飾するために使用されてきた(Kling,2013)。このタイプのPEGは、もともと多分散であり、平均分子量の周りに分子量製品の分布があることを意味する。PEGには、20kDaの直鎖PEG(Layson Bio,MPEG-MAL-20,000)、40kDaの分岐状PEG(NOF,Sunbright GL2-400MA)、および直鎖40kDaPEG(NOF,Sunbright ME-400MA)がある。これらのPEGはそれぞれ、変異タンパク質の遊離のスルフヒドリル基に共役するためのマレイミド基を含む。第2のクラスのポリエチレングリコールは、「離散型」PEG(dPEG(登録商標);Quanta BioDesign)である。これらのdPEG(登録商標)は、各dPEG(登録商標)種が特定の構造と分子量を持つ純粋な単一の化合物となるように、段階的に有機化学を用いて調製された純粋な単一のPEG分子である(Povosky et al.,2013)。本発明で使用されるdPEGは、典型的には、遊離チオールにカップリングするためのマレイミド基を含むものであり、以下のものが含まれる:分子量4473ダルトンの3分岐分子で、各分岐の末端にカルボン酸アニオンを有するもの(Quanta BioDesign #10451、MAL-dPEGA);分子量4299ダルトンの中性3分岐分子(Quanta BioDesign #4229、MAL-dPEGB);分子量8324の中性9分岐分子(Quanta Biodesign #10484、MAL-dPEGE);および分子量15,592の中性9分岐分子(Quanta Biodesign #11487、MAL-dPEGF)である。3つに分岐した4473 Daの分子は、抗体フラグメントと結合しており、マウスの血液クリアランスに及ぼす影響が調べられる(Ding et al.,2013)。添加されたdPEG(登録商標)は、50kDaのタンパク質の分子量を約8%しか増加させなかったが、血液クリアランスの「曲線下面積」(AUC)は、PEG化されていないタンパク質のAUCに比べて約2.5倍に増加した。
【0030】
hGH G120K変異体の精製とPEG化
細胞の破壊
発現した変異体を含む増殖培地250mLを遠心分離して得られた細胞ペレットを10mLのPBSに懸濁し、EDTAを含まないプロテアーゼインヒビターカクテル(Sigma P8849)0.05mLと混合した。この溶液を氷水で冷やし、30秒のバーストで4分間超音波処理した。各々の超音波処理の後、サンプルを氷水混合液中で4℃以下になるまで冷却した。その後、超音波処理した懸濁液を4℃、25,000Xgで30分間遠心分離し、上澄み液を回収して氷上に保存した。
【0031】
アフィニティ精製
超音波処理した上澄み液を0.3M塩化ナトリウムに調整し、150mMイミダゾールのpH7溶液を加えて5mMイミダゾールとした。このサンプルを、TALON(登録商標)(Clontech)固定化メタルアフィニティー樹脂(IMAC)5mLを充填した栓付きアウトレットを有する重力流カラムに適用した。この樹脂は、上澄み液を加える前に、5mMのイミダゾールと0.3Mの塩化ナトリウムを含む0.05Mのリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)で平衡化された。その後、カラムの上部も栓をして、室温で30分間、カラムを端から端まで混合した。その後、カラムを排出させ、少なくとも5mLの平衡化バッファーのアリコート5本で洗浄した。洗浄は、溶出液のA(280)nmが減少しなくなるまで続けた。その後、150mMのイミダゾールを含むpH7の平衡化緩衝液でカラムを溶かし、pH7に調整したEDTA二ナトリウムの100mM溶液を加えて、生成物を含む画分を5mM EDTAにした。
【0032】
TEVプロテアーゼによるHis-Tagの切断
IMACで精製した変異体を分子濾過で2mg/mLまで濃縮し、その溶液0.5mLに、15mM還元型グルタチオン+1.5mM酸化型グルタチオンを含む溶液0.05mLを加えた。その後、0.04mgのTEVプロテアーゼ(TurboTev,Accelagen)のアリコートを加え、溶液を室温で2時間インキュベートした後、4℃で一晩インキュベートした。イミダゾールを含む緩衝液は、スピンカラム上で、0.05Mリン酸ナトリウム、pH7.0および0.3M塩化ナトリウムを含む緩衝液に交換した。
【0033】
PEG化と精製
脱塩された変異体は、溶液を0.5mMのマレイミド-PEGとし、室温で2時間反応させた後、4℃で一晩インキュベートすることでPEG化された。次に、PEG化された変異体を、スピンカラムバッファーで平衡化された1mLのTALON(登録商標)樹脂を含む重力流IMACカラムに適用し、カラムを同じバッファーの5CVで洗浄した。TALON(登録商標)フロースルーおよび洗浄液には生成物が含まれており、これを遠心濃縮器で0.3mLに濃縮し、0.05Mトリスバッファー(pH8)で平衡化したSuperdex 200 Increase 10/300GLカラム(GE Healthcare)を用いてサイズ排除クロマトグラフィーにより精製し、0.15M塩化ナトリウムおよび10%グリセロールを含んだ。生成物のフラクションを合わせ、A(280)nmでの吸収によるタンパク質濃度の分析とSDS-PAGEによる純度の分析を行った。シングルシステイン変異体には1つのdPEGBが、ダブルシステイン変異体には2つのdPEGBが付加されることが、MALDI質量分析法により確認された。
【0034】
hGH受容体に対する相対的な親和性の競合ELISAアッセイ
競合ELISAでは、ビオチン化したhGHを調製する必要があったが、これはBiotin-dPEG12-NHS(Quanta BioDesign)を用いて標準的な方法(Hermanson,2008)で調製した。マイクロタイタープレート(Corning 96ウェルプレート、ハーフエリア、ポリスチレン)に、pH9の0.05M炭酸ナトリウム緩衝液中のhGH受容体(R&D Systems,1210-GR-50;抗体Fc領域を持つキメラとしてクローン化される)の0.125μg/mL溶液を0.05mLでコーティングした。0.125mL PBS,0.05% Tween 20(Wash Buffer)で3回洗浄した後、PBS中の2%BSAで1時間インキュベートしてプレートをブロックした。
【0035】
完了ELISAで使用するビオチン-hGHの濃度を決定するために、予備的なELISAアッセイを行った。hGH受容体をコーティングしてブロックしたプレートを、PBS,0.1%BSA,0.05% Tween 20(Dilution Buffer)に溶解した異なる濃度のビオチン化hGHとともにRTで1時間インキュベートした。その後、プレートをWash Bufferで3回洗浄し、Dilution Bufferに溶解した0.5ug/mLのStreptavidin-HRP(Pierce,21130)とともに室温で1時間インキュベートした。プレートを再び3回洗浄し、0.05mL TMB(KPL)を加えて現像した。室温で2~20分インキュベートした後、0.1mLの1M HClを加えてプレートを急冷し、プレートリーダーで450nmの波長で読み取った。
【0036】
ビオチン-hGHの濃度は、アッセイ反応がビオチン-hGH対A(450)nmのプロットの線形範囲(約1OD単位)になるように選択した。競合アッセイは、選択した濃度のビオチン-hGHと、様々な濃度のhGH、hGH G120K変異体、またはPEG化hGH G120K変異体を含む溶液を、ポリプロピレン96ウェルプレートに調製することによって行った。96ウェルイムノアッセイプレートをhHG受容体でコーティングし、上記のようにブロックした後、選択された濃度のビオチン-hGHおよび異なる濃度の阻害剤を含む溶液とともにRTで1時間インキュベートした。その後、プレートを洗浄し、上述のようにStreptavidin-HRPおよびTMBで処理した。
【0037】
hGH受容体に対する変異体の相対的な親和性を決定するために、アッセイ反応の50%阻害を与える組換えhGHの濃度(IC50)を標準として使用した。各アッセイプレートには、一連の濃度のhGH標準物質と試験対象の変異体が含まれており、相対的なIC50値が決定された。2種類の多分散PEG(ME400MAおよびGL2-400MA)をhGH G120K-H151CおよびhGH G120K-N99Cの遊離チオールに共役した。G120K-H151C-ME400MAおよびG120K-H151C-GL2-400MAは、それぞれG120Kの20%と50%の阻害活性を有していた。N99C-ME400MAおよびN99C-GL2-400MAは、G120Kの阻害活性の20%および2%であった。
【0038】
PEG化されたhGHアンタゴニストhGH G120K-T142C-GL2-400MAは、本明細書に記載された手順を用いて調製され、精製された。GL2-400MAは、hGH G120K-T142Cの挿入されたシステインと反応させたマレイミド基を含む40kDaの2分岐PEGである。血清中での半減期が長いことが予想されるこの分子(Zhang et al.2012)は、未修飾のhGHの50%のhGH受容体結合活性を保持していた。また、本明細書に開示されている分子hGH G120K-H151C-GL2-400MAも、未修飾のhGHのhGH受容体結合活性の50%を保持することが示された。
【0039】
本発明の異なるdPEG(登録商標)共役変異体のhGHのそれに対する結合親和性を以下の表2に示す。7つの単一変異体と3つの二重変異体を、分子量4473ダルトンの単一の3分岐分子dPEG(登録商標)(dPEGA)に共役し、その分子を記載のように精製した。表2に示すように、これらの単一変異体の一部は、他の3つのdPEGにも結合した。また、表2に示すように、3つの二重システイン変異体を調製し、異なるdPEGに共役した。
【0040】
【表2】
1 受容体結合活性は、組換え受容体をプレートに結合された競合ELISAを用いて決定され、コーティングされたプレートへのビオチン-hGHの結合を50%(I50)阻害するのに必要な各試料の濃度が決定された。表の項目は、100%と定義されたhGHのI50に対するI50を示しており、有効数字1桁に切り上げられる。ほとんどの変異体について競合ELISAを1回のみ実施したため、推定相対標準偏差は25%となった。NTと記されたエントリーは、このアッセイではテストされなかった。
2 dPEGAは分子量4473ダルトンの3分岐分子で、各分岐の末端にカルボン酸アニオンを持ち、dPEGBは分子量4299ダルトンの中性3分岐分子、dPEGEは分子量8324の中性9分岐分子、およびdPEGFは分子量15,592の中性9分岐分子である。
3 これらの反応は、二重PEG化された製品には進まなかった。
【0041】
PEG化変異体のhGHによるSTAT 5のリン酸化の刺激を抑制する能力についてのウエスタンブロットアッセイ
本発明のPEG化変異体が、hGHによるStat5 Proteinリン酸化の刺激を阻害する能力を、細胞ベースのアッセイで測定した。IM9細胞をRPMI培地で2時間インキュベートした。その後、細胞を100万個/mLの新しいRPMI培地に再懸濁し、0~5000ng/mLの濃度でhGH、PEG化hGH変異体、またはhGH+PEG化変異体のいずれかで処理した。その後、処理した細胞を5%炭酸ガスインキュベーター内で37℃で15分間インキュベートした。その後、細胞をスピンダウンし、1% Triton X-100とオルトバナジン酸ナトリウムを含む緩衝液で溶解し、SDS PAGEゲルにのせた。このゲルを標準的な条件で実行し、タンパク質をPVDF膜に電気泳動で移した。膜をブロッキングした後、ウサギの抗Stat5 Protein抗体とウサギのβ抗-actin抗体(ポジティブセルコントロール)の混合物を用いて4℃で一晩インキュベートした。その後、膜を洗浄し、HRP結合ヤギ抗ウサギ抗体と室温で1時間インキュベートした。最後に、Pierce Supersignal West化学発光基質を用いてバンドを可視化した。PEG化された変異体の定性的な結果は、以下の表3に示される。ウェスタンブロットアッセイによって測定された、hGHによるSTAT5のリン酸化の刺激を阻害する本発明のhGH G120KPEG化二重変異体の相対的な能力は、以下の表4に示される。
【0042】
【表3】
1 ウエスタンアッセイでは、hGHによるSTAT5のリン酸化刺激を阻害するhGHアンタゴニストの能力を定性的に測定する。阻害は、親アンタゴニストであるhGH G120Kで得られた阻害に対する相対値として表される。すべてのケースにおいて、PEG化アンタゴニストのSTAT5のリン酸化を阻害する相対的な能力は、hGH G120Kのそれと比べて~20%および~100%の間であった。重複した実行の間の変動は、これを定量的なアッセイとするには大きすぎた。NTと記されたエントリーは、このアッセイではテストされなかった。
2 dPEGAは分子量4473ダルトンの3分岐分子で、各分岐の末端にカルボン酸アニオンを持ち、dPEGBは分子量4299ダルトンの中性3分岐分子、dPEGEは分子量8324の中性9分岐分子、およびdPEGFは分子量15,592の中性9分岐分子である。
【0043】
【表4】
1 このウェスタンブロットアッセイは、PEG化hGHアンタゴニストが、hGHによるSTAT5のリン酸化の刺激を阻害する能力を測定するものである。阻害率は、親アンタゴニストであるhGH G120Kで得られた阻害率に対する相対値として表される。定量化は、ウェスタンブロット上のリン酸化されたSTAT5のバンドの強度から得られた。
2 dPEGAは、分子量4473ダルトンの3分岐分子で、各分岐の末端にはカルボン酸アニオンが存在する。
【0044】
上記の開示によって示されるように、本発明の組成物は、治療用途に有用な新規のヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストを提供する。参照目的のために、配列ID番号:1は、ヒト成長ホルモンWThGHのDNA配列を提供し、配列ID番号:2で、ヒト成長ホルモンWThGH(成熟型)のアミノ酸配列を提供する。ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120Kは、本発明の組成物のための親受容体アンタゴニストであり、参照目的のために、配列ID番号:3は、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120KのDNA配列を提供し、配列ID番号:4は、ヒト成長ホルモン受容体アンタゴニストG120K(成熟型)のアミノ酸配列を提供する。先に述べたように、本明細書で使用される一文字のアミノ酸略語は、IUPAC形式に従う。
【0045】
本発明の例示的な実施形態による第1のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、前記アミノ酸T3がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子がシステインの変異に共役する。配列ID番号:5は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-T3CのDNA配列を提供し、配列ID番号:6は、配列ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-T3Cのアミノ酸を提供する。
【0046】
本発明の例示的な実施形態による第2のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、アミノ酸E39がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子がシステイン変異に共役する。配列ID番号:7は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-E39CのDNA配列を提供し、配列ID番号:8は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-E39Cのアミノ酸配列を提供する。
【0047】
本発明の例示的な実施形態による第3のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、アミノ酸P48がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子がシステイン変異に共役する。配列ID番号:9は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-P48CのDNA配列を提供し、配列ID番号:10は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-P48Cのアミノ酸配列を提供する。
【0048】
本発明の例示的な実施形態による第4のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、アミノ酸Q69がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子がシステイン変異に共役する。配列ID番号:11は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-Q69CのDNA配列を提供し、配列ID番号:12は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-Q69Cのアミノ酸配列を提供する。
【0049】
本発明の例示的な実施形態による第5のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、アミノ酸N99がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子がシステイン変異に共役する。配列ID番号:13は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-N99CのDNA配列を提供し、配列ID番号:14は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-N99Cのアミノ酸配列を提供する。
【0050】
本発明の例示的な実施形態による第6のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、アミノ酸T142がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子がシステインの変異に共役する。配列ID番号:15は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-T142CのDNA配列を提供し、配列ID番号:16は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-T142Cのアミノ酸配列を提供する。
【0051】
本発明の例示的な実施形態による第7のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、アミノ酸H151がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子がシステイン変異に共役する。配列ID番号:17は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-H151CのDNA配列を提供し、配列ID番号:18は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-H151Cのアミノ酸配列を提供する。
【0052】
本発明の例示的な実施形態による第8のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、アミノ酸N99およびH151がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子が各システイン変異に共役する。配列ID番号:19は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-N99C-dPEGX-H151CのDNA配列を提供し、配列ID番号:20は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-N99C-dPEGX-H151Cのアミノ酸配列を提供する。
【0053】
本発明の例示的な実施形態による第9のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、アミノ酸T142およびN99がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子が各システイン変異に共役する。配列ID番号:21は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-T142C-dPEGX-N99CのDNA配列を提供し、配列ID番号:22は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-T142C-dPEGX-N99Cのアミノ酸配列を提供する。
【0054】
本発明の例示的な実施形態による第10のヒト成長ホルモンアンタゴニストは、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120Kを含み、アミノ酸T142およびH151がシステインに変異しており、ポリエチレングリコール分子が各システイン変異に共役する。配列ID番号:23は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-T142C-dPEGX-H151CのDNA配列を提供し、配列ID番号:24は、ヒト成長ホルモンアンタゴニストG120K-T142C-dPEGX-H151Cのアミノ酸配列を提供する。
【0055】
本発明をその例示的な実施形態の説明によって示し、実施形態を一定の詳細に説明してきたが、添付の請求項の範囲をそのような詳細に限定したり、いかなる方法でも制限したりする意図はない。追加の利点や変更点は、当業者には容易にわかるだろう。したがって、より広い側面における本発明は、示されて説明された特定の詳細、代表的な装置および方法、および/または例示的な実施例のいずれにも限定されない。したがって、一般的な発明概念の精神または範囲から逸脱することなく、そのような詳細から逸脱することができる。
【配列表】
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【外国語明細書】