【実施例】
【0121】
以下の実施例は、本明細書において特許請求の範囲に記載された化合物、組成物、物品、デバイス及び/又は方法をどのように製造及び評価するかの完全な開示及び記載を当業者に提供するために示され、純粋に例示的であることが意図され、開示を制限することを意図しない。数字(例えば、量、温度など)に関して精度を保証する努力がなされたが、ある程度の誤差及び偏差を考慮するものとする。特に記載のない限り、部分は、重量部であり、温度は、℃単位又は周囲温度であり、圧力は、大気圧又はほぼ大気圧である。
1.実施例1:PD−1に対するペプチドエピトープの選択、設計、及びモデリング
【0122】
PD−1の表面に発現した候補となるB細胞エピトープの選択は、社内(Peptide Companion(商標),5x.com)での、抗原性についての6つの相関物をコンピュータを使用して分析すること(Kaumayaらがその分析をレビューした)によって実現された:(a)個々の配列の鎖の可撓性及び移動度のプロファイルを、Karplus及びSchultzに従って計算した;(b)7つの残基スパン設定にわたって、疎水性親水性のプロファイルを生成し、次いで、Kyte及びDoolittleのスケールを使用して、3残基スパンで平滑化した;(c)Hopp及びWoodsのプログラムを使用して、6残基ウィンドウにわたる親水性プロファイルを生成した;(d)アミノ酸残基の水への曝露の分析(1.4Aプローブ)を、Roseらの溶媒曝露アルゴリズムによって行った;(e)伸出係数を、アクセス可能なタンパク質の部分であり、溶媒中に突出する部分を予測する、Thorntonらの方法によって計算した;(f)5残基配列が抗原性である確率が、Wellingらの方法によって決定された;配列は、それぞれの指数値に基づいて1〜6のスコアが与えられ、ランク付けされた:最も高いランクを付けられた配列は、検討された分析に対して最も高い個々のスコアを有し(6/6)、それ以上の候補となる配列は、順次、次に高いスコア(5/6)を与えられた。最も良いスコアのエピトープが、それらの二次構造属性との相関によって更にランク付けされた;例えば、両親媒性のα−螺旋配列又はβターンループ領域が、ランダムコイルフラグメントよりも好ましい。Chou及びFasman、並びにNovotnyらによるコンピュータプログラムを使用して、二次構造(α−螺旋、β−ストランド/シート、β−ターン/ループ、ランダムコイル)及びα−螺旋状両親媒性モーメントを予測した。最後に、個々のアミノ酸配列を考慮した。静電イオン対、及び螺旋セグメントにおけるヘリックス双極子の相互作用も考慮された(例えば、疎水性/親水性のバランス)。最も高いスコアを与えられた配列を表4に示す。この方法を使用して、ヒトPD−1の、最も高いスコアを得た12個のB細胞エピトープ配列のうちの4つを優先度の高いものとした。アミノ酸32−50、45−64、73−90、及び92−110を、PD−1:PDL1(20)の結晶構造からの情報と組み合わせて評価するために選択した。ヒトPD−1(PDB 3RRQ)及びヒトPD−L1(PDB 3BIS、3FN3、4Z18、5C3T)の構造が既に決定されているが、それらは、複合体形成時のヒトPD−1内での有意な可塑性を説明できなかった。なお、それは、完全ヒトPD−1/PD−L1複合体(20)の構造によって、ごく最近になってようやく実証された。上記の構造は相互作用の完全な説明を提供したものの、タンパク質−タンパク質界面の平坦な表面は、合理的な薬物開発を更に導くために、PD−1又はPD−L1のいずれかと複合した小分子阻害剤に関する構造情報が存在しないという下では、薬剤設計の努力をなおも複雑にしている。結晶構造は、受容体−リガンド相互作用が、PD−1及びPD−L1の両方の中のC0CFGストランドの残基によって大部分媒介されることを示している(
図1)。タンパク質−タンパク質の接触部は、疎水性相互作用及び極性相互作用の両方を伴い、1,970Å2の総表面積を覆っている。相互作用が、両方のパートナーによって寄与され、PD−1の前側シートの非極性残基(Val64、Ile126、Leu128、Ala132、Ile134)と、PD−L1の前側シートの非極性残基(LIle54、LTyr56、LMet115、LAla121、LTyr123)によって構成される、中央の疎水性コアの周りに構築されるが、それにはIle134及びLTyr123aの側鎖の、特徴的アルキル−P相互作用を含む。この疎水性領域は、抗原結合部位となる予定の部位上の溶媒に対して開放しており、分子の反対側にある、極性/非極性相互作用の埋込み領域によって隣接されている。これらの領域は両方とも、受容体とリガンドとの間に更なる水素結合介在性相互作用を提供する、極性残基の周辺ネットワーク(CDRループ側で安全)によって囲まれている。その構造は、成熟ポリペプチドの残基16−127を含むhPD−1が、IgSFドメインのトポロジーがジスルフィド結合(Cys34−Cys103)によって安定化された2層サンドイッチ(すなわち、2つのβシート(GFCC及びABED)からなることを示す。
図2A、2B、及び2Cは、立体構造エピトープとしてのPD−1ペプチドのモデリングを示す。
【表4】
2.実施例2:PD−1ペプチド及びMVF−PD−1ペプチドの合成、精製、及び特性決定
【0123】
Fmoc/Bocの化学的性質を用いる、9600 Milligen/Biosearch固相ペプチド合成装置(Millipore,Bedford,MA)を使用して、ペプチド合成を実施した。全てのペプチドの合成には、透明アミド樹脂(0.50ミリモル/グラム)(Peptide International社(Louisville,KY)製)及びFmoc保護アミノ酸(P3BioSystems(Louisville,KY)社製)を使用した。キメラペプチドの場合、B細胞エピトープは、位置選択的側鎖保護及びGPSLリンカーを使用して、無差別なThのMVF(残基288−302)エピトープと共直線的に合成された。一部のB細胞エピトープは、DMF中でアセチルイミダゾール(Sigma−Aldrich(St.Louis,MO)社製)を使用してアセチル化した。ペプチドを一晩反応させ、次いで、切断前にDMFで洗浄した。試薬R(トリフルオロ酢酸(TFA):チアソール:EDT:アニソール、90:5:3:2)(Sigma−Aldrich,St.Louis,MO)を使用して、ペプチドを切断した。粗ペプチドを、Watersシステム上の水/アセトニトリル(0.1%トリフルオロ酢酸)中の、C−4 vydacカラムを使用して、勾配系で逆相HPLCによって精製した。精製終了時に、純粋画分を分析HPLCで分析し、目的の画分を一緒にプールし、10%酢酸溶液中で凍結乾燥した。次に、表5に列挙した最終精製ペプチドを、質量分析法(Campus Chemical Instrumentation Center,The Ohio State University,Columbus,OH)を使用して同定した。
【表5】
3.実施例3:BIACOREによるPD−1ペプチドの結合特異性
a)Biacore固定化
【0124】
全ての選択されたペプチドの活性を試験するために、表面プラズモン共鳴(SPR)分光法(Biacore T200、258Cにて)を使用して、ヒトPD−L1(hPD−L1)の細胞外ドメインに対する結合親和性を測定した。組換えhPD−L1外部ドメインを、直接のアミンカップリングによって、CM5センサチップの金表面上に固定化した。固定化したhPD−L1外部ドメインが官能性であることを確認するために、その組換えヒトPD−1(hPD−1)外部ドメインに対する親和性を確認した。
【0125】
ペプチド結合に対する理論上の最大応答を得るために必要な、rhPD−L1、ニボルマブ、及びヒトIgGの計算された固定化量は、それぞれ9790RU、14286RU、及び14286RUである。10mMのNaAc中の20μg/mlのrhPD−L1(pH5.5)と、10mMのHEPES中のニボルマブ(pH7.5)と、10mMのHEPES中のヒトIgG(pH7.0)とを、EDC/NHSで活性化した後のチップ上に7分間、10μl/分で注入した。得られたrhPD−L1(
図3A)、ニボルマブ(
図3B)、ヒトIgG(
図3C)は、それぞれ2345RU、12264RU、及び11651RUである。
b)rhPD−1及びニボルマブ結合の特異性試験
【0126】
調製したセンサチップを検証するために、1μM(17.3μg/ml)のrhPD−1を、3分間、10μl/分でチップ上に注入した(
図3D)。1μMのBSAを陰性対照として使用した。チップを、10mMのグリシン−HCl(pH2.5)によって再生した(
図3E)。rhPD−1インジェクションニボルマブが、応答(3740RU)を伴う強いシグナルを生成し、rhPD−L1は弱いシグナル(461RU)を引き起こしたが、一方、ヒトIgGは何の結合シグナルも示さなかった。BSAは、何の結合にもつながらず、ニボルマブ及びrhPD−L1へのPD−1の結合が特異的であるということを示した。
c)Biacoreによる、PD−1ペプチドのrPD−L1及びニボルマブへの結合の特異性
【0127】
1μMの様々なPD−1ペプチドを、10μl/分で1分間、チップ上に注入し、続いて1分間解離させ、次いで、各実施のために、10mMのグリシン−HCl(pH2.5)で1分間の再生を行った。
図4Aは、MVF−PD−1(45−64)、MVF−PD−1(73−90)、MVF−PD−1(92−110)が固定化rhPD−L1に結合して、約110RUをもたらすことを示す。対照的に、MVF−PD−1(32−50)は、陰性対照、MVF−HER−2(266−296)(20RU)と同様である、非常に弱い結合(11RU)を示す。同じ3つの陽性MVFペプチドはそれぞれ、1030RU、1000RU、及び970RUと、ニボルマブに対するより強い結合を示した(
図4B)。ここでも、MVF−PD−1(32−50)は、無視できるほどのごく小さい結合能力(20RU)しか示さず、そのことは、この配列が生存可能なエピトープを表していないことを示している。MVF−PD−1(45−64、73−90及び92−110)は、rhPD−L1及びニボルマブの両方を認識することができるが、MVF−PD−1(31−49)はそれができないと結論付けられた。加えて、アセチル化ペプチドはまた、キメラMVFペプチドよりも弱くではあるものの、rhPD−L1及びニボルマブにも結合する(
図4C〜4D)。遊離ペプチドはまた、PD−L1及びニボルマブの両方に結合し、PD−1(73−90)は、PD−1(45−64)及びPD−1(92−110)よりもrhPD−L1及びニボルマブに対する結合力がはるかに強いことを示す(
図4E及び4F)。PD−1(45−64)は、2番目に強力な結合剤である。したがって、遊離ペプチドの結合効率は、以下のようにランク付けすることができる:73−90>46−64>92−110。これらの結合に関する研究から、PD−1ペプチド46−64、73−90、及び92−110は、rPD−L1を認識することができ、PD−1:PD−L1相互作用の低分子ペプチド阻害剤として作用し得ると結論付けることができる。
4.実施例4:ウサギにおけるPD−1ペプチドの免疫原性試験
a)高力価の抗ペプチド抗体を誘発するMVF−PD−1ペプチド。
【0128】
4つのPD−1配列を、麻疹ウイルス融合タンパク質(MVF、アミノ酸288−302)から誘導された、無差別なTヘルパーエピトープを有するキメラ構築物として合成した。ペプチドのワクチン構築物1mgを、Montanide ISA 720(Seppic(Paris,France)社製)及びノル−MDP免疫増強剤(N−アセチル−グルコサミン−3イル−アセチルL−アラニル−D−イソグルタミン)内で乳化させ、ニュージーランド白色ウサギに免疫をもたせるために用いた。なお、これらのニュージーランド白色ウサギは、Charles River Laboratories(Wilmington,Massachusetts)から購入し、オハイオ州立大学の大学研究所動物リソース(ULAR)の施設に収容されていたものである。ウサギには、3週間間隔で合計3回、ワクチン接種した。動物から週1回採血し、9週目に屠殺し、最後の試験出血時に心穿刺により終末血を採取した。全ての実験は、米国公衆衛生局の実験動物の人道的な取り扱いに関する政策(U.S.Public Health Service Policy on Humane Care and Use of Laboratory Animals)に準拠して行われ、かつオハイオ州立大学の施設内における動物の取り扱いに関する委員会(Ohio State University Institutional Animals Care and Use Committee)により承認され、その詳細は、受理されたプロトコルに記載されている。ペプチドワクチン抗体を、タンパク質A/Gカラムを使用してアフィニティークロマトグラフィーにより精製し、その濃度をクーマシータンパク質アッセイにより測定した。
【0129】
全ての4つのエピトープは、
図5Aの免疫ワクチンに対する高力価(>250,000)抗体を誘導した。終末血の抗体はまた、組換えヒトPD−1タンパク質、並びに免疫化ペプチドMVF−PD−1、アセチル化ペプチド、及び遊離ペプチドを認識した(
図5B)。
b)(ii)選択されたエピトープの、ヒトPD−1配列及びマウスPD−1配列間のホモロジー。
【0130】
ヒトPD−1配列及びマウスPD−1配列間には、65%の全体相同性が存在する。選択されたエピトープは、ヒト配列とマウス配列との間で、67%〜74%の相同性を示す。したがって、選択されたヒトエピトープがマウスPD−1に結合してマウスの研究を検証できるかどうかを見ることが重要であった。
c)(iii)マウスPD−1に結合するα−hPD−1ウサギポリクローナル抗体
【0131】
α−hPD−1ウサギポリクローナル抗体がマウスPD−1を認識しているかどうかを判定するために、ナイーブミエリン塩基性タンパク質(MBP)特異的TCR遺伝子導入マウスからの脾細胞を、MBP Ac1−11で72時間活性化した。PD−1発現をフローサイトメトリーによって分析した。
図6に示すように、4つのポリクローナルα−hPD−1抗体は全て、マウスPD−1に結合し、腫瘍マウス研究におけるヒトPD−1の使用の妥当性を確認した。
D)(iv)α−ヒトPD−1抗体によるT細胞増殖の調節
【0132】
抗原特異的T細胞増殖は、Tエフェクター細胞の重要なエフェクター機能を反映している。4つのα−ヒトPD−1抗体が、PD−1シグナル伝達経路を活性化又は阻害することによって、Tエフェクター機能を変化させるかどうかを判定するために、CFSE系増殖アッセイを実施した(
図7)。簡潔に述べると、ナイーブMBP−特異的TCR遺伝子導入マウスからの脾細胞をCFSEで標識し、50mg/mlのα−ヒトPD−1抗体又は対照例としてのウサギIgGの存在下で、MBP Ac1−11を用いて、4日間活性化した。CFSE発現をフローサイトメトリーにより分析した。データは、IgGで処理された対照グループにおいては70%しか高度に増殖していないのに比べ、α−ヒトPD−1−92−110で処理されたCD4のT細胞の81%が高度に増殖していることを示しており、このことは、α−ヒトPD−1−92−110が、PD−1/PD−L1相互作用をブロックし、ミエリン特異的CD4のT細胞の抗原特異的増殖の増加によって表される、亢進したTエフェクター機能をもたらすことを示す。対照的に、α−ヒトPD−1(45−64)又はα−ヒトPD−1(73−90)で処理したT細胞は、その増殖が減少し、そのことは、それらがPD−1シグナル伝達を活性化し、ミエリン特異的CD4のT細胞のエフェクター機能を阻害していることを示す。更に、α−ヒトPD−1(32−50)で処理された細胞は、対照例の、IgGで処理した細胞と同じレベルで増殖しているため、α−ヒトPD−1(32−50)は、Tエフェクター機能に影響を及ぼしていない。まとめると、これらのデータは共に、α−ヒトPD−1(92−110)がTエフェクター機能を強化し、生体内での腫瘍成長を阻害する治療能力を有することを示す。PD−1シグナル伝達を活性化する特性により、エピトープ45−64及びエピトープ73−90は、自己免疫疾患の場合の標的として機能することができる。
5.実施例5:免疫応答性マウスと腫瘍負荷とによる実験における、PD−1ペプチドの免疫原性試験
a)マウスワクチン接種及び抗原としての腫瘍投与のプロトコル。
【0133】
6−8週齢の免疫応答性Balb/cマウスを、Charles River Laboratories(Wilmington,Massachusetts)から購入し、オハイオ州大学大学研究所動物リソース(ULAR)の施設に収容した。動物に細胞を注射し及び死に至らしめる前に、イソフルランを使用して麻酔した。免疫前の血清サンプルをマウスから採取した後、Montanide ISA 720(Seppic(Paris,France)社製)及びノル−MDP免疫増強剤(N−アセチル−グルコサミン−3イル−アセチルL−アラニル−D−イソグルタミン)内で乳化させた100μgのペプチドで免疫を与えた。マウスは、最初の免疫付与から3週間後及び6週間後に、追加免疫化を受けた。マウスからいくつかの試験血清サンプルを採取した(
図8)。
b)抗原としての腫瘍の投与:
【0134】
2回目のブーストから10日後、マウスに、1×10
5個のマウス結腸癌CT26腫瘍細胞を、右脇腹の皮下に接種した。腫瘍の成長を週3回モニタリングし、血清サンプルを毎週、更には動物を屠殺した際に採取した。0日目の対照マウスに、1×10
5個のCT26腫瘍細胞を皮下移植した。動物は、PD−1に対する抗マウス抗体の150μgの注射を受けた。マウスをモニタリングし、週2回、触知可能な腫瘍の形成についてスコア化した。腫瘍が壊死したか、又は2,000mm
3の所定のサイズを超えた際にマウスを屠殺した。腫瘍直径を週2回測定した。腫瘍サイズは、式:V=[(長さ×幅2)/2]に従って計算した。腫瘍体積をキャリパーで立方ミリメートル単位で測定し、式A×B2×0.5(式中、Aは最大直径であり、Bは最小直径である)で計算した。全ての実験は、米国公衆衛生局の実験動物の人道的な取り扱いに関する政策(U.S.Public Health Service Policy on Humane Care and Use of Laboratory Animals)に準拠して行われ、かつオハイオ州立大学の施設内における動物の取り扱いに関する委員会(Ohio State University Institutional Animals Care and Use Committee)により承認され、その詳細は、受理されたプロトコルに記載されている。
c)マウスにおけるPD−1ワクチン構築物の免疫原性。
【0135】
全ての個々のマウスは、全ての4つのワクチンに対して、強い抗体応答開始した。プールした血清に対する免疫応答(
図9及び表6)を、ワクチン構築物に対して、様々な間隔(2Y+1、2Y+3、3Y+1、3Y+2、3Y+3)でモニタリングした。
【表6】
d)マウス組織における免疫細胞の検出
【0136】
腫瘍及び腫瘍排出リンパ節を、マウスにおける免疫応答を研究するために、後でFACS分析する目的で収集した。細胞懸濁液を、組織を機械的に解離させることによって、又は酵素により消化させることによって調製した。染色された細胞を、波長405、488、及び633nmの3種類の励起レーザーを備えたLSRIIフローサイトメーター(BD Biosciences社製)で分析した。腫瘍白血球からのCD8+T細胞及びCD4+CD25+T細胞を、MACSカラム又はFACSAriaのいずれかで精製した。
e)処置マウスにおけるT細胞応答の免疫プロファイリング
【0137】
フローサイトメトリー分析を行って、脾細胞及び腫瘍浸潤T細胞における表面マーカー(CD45、CD3、CD4、CD8、及びCD25)及び転写因子FoxP3の発現を評価した。簡潔に述べると、脾臓をマウスから取り出し、細胞ストレーナーを通してプレスし、続いて赤血球溶解緩衝液と短時間インキュベートして赤血球を溶解させた。次いで、細胞を回収し、洗浄し、染色緩衝液(PBS中1% BSA)中に再懸濁させた。同様に、腫瘍をマウスから取り出し、細胞ストレーナーを介してプレスし、続いて37%のパーコールで1回洗浄した。次いで、腫瘍細胞をPBSで洗浄し、染色緩衝液中に再懸濁させた。脾細胞及び腫瘍細胞を、細胞表面マーカーに対するモノクローナル抗体とともに、4℃で30分間インキュベートした。染色緩衝液で2回洗浄した後、Cytofix/Cytoperm溶液を用いて、4℃で60分間、細胞固定及び透過処理した。細胞を、4℃で30分間、FoxP3用に染色した。80,000〜100,000の生細胞イベントをFACSCanto(BD社製)上で取得し、FlowJoソフトウェア(Tree Star,Inc.製)を使用して分析した。腫瘍細胞から浸潤細胞を区別するために、腫瘍細胞を最初にCD45+細胞でゲーティングした。次いで、CD3+CD4+及びCD3+CD8+細胞を分析した。Tregは、CD4+CD25+FoxP3+細胞によって表された。
図10Aに示すように、CD4及びCD8のサブセットは、脾臓において同様のレベルであり、一方、C群、E群、及びF群は、A群(陰性対照)と比較して、脾臓におけるTreg集団の増加を示した。腫瘍において、C群は、他の4つの群と比較して、最も高いTregを有する(
図10B)。これが示すのは、ペプチドPD1−45−64ワクチン接種は、腫瘍微小環境におけるTregの成長の増加をもたらしたということである。E群は、最も低いTregレベルを有した。
ff)PD−1構築物で免疫され、1x10
5個のマウス結腸癌CT26腫瘍細胞を抗原として投与された同一遺伝子のBalb/cマウスにおける有効性研究
【0138】
図11は、4つのPD−1構築物(A:(PD−1(32−50)、B:PD−1(45−64)、C:PD−1(73−90)、及びD:PD−1(92−110))、対照ペプチド(E:無関係なペプチド)、及び抗マウスPD−1モノクローナル抗体で処理した陽性対照群(F)のそれぞれについて、マウス(5個体/群)における腫瘍成長の個々のプロットを示す。
g)マウス腫瘍増殖データの予備的な統計分析
【0139】
腫瘍増殖に対する4つの異なるワクチン処置の性能を評価するために、腫瘍サイズをマウスで定期的に測定し、結果を陽性対照及び陰性対照のものと比較した。各治療群には5匹のマウスが存在し、それぞれ割り当てられたMVFペプチドを受容し、次いで、治療の最後のブーストの10日後に、1e5 CT26(結腸)腫瘍細胞を接種した。14日目は、最も重要な注目時点であると考えられた。それは、治験者は、19日目まで待っても、腫瘍が成長するのには時間が長すぎて、19日目でも14日目でも得られるサイズが同様であると考えていたためである。腫瘍サイズは、以下の3つの方法で測定した:全ての時点で、LWW(1/2
*長さ
*幅
*幅);全ての時点で、LWH(1/2
*長さ
*幅
*高さ);及び試験の終了時の腫瘍量の最終重量。MVF−PD−a(45)で処置したマウス、C群は、1匹のマウスが死亡したため19日目に屠殺された。そのため、比較は、14日目の腫瘍サイズ間でのみ行うことができる。腫瘍サイズは、LWW及びLWHについてはmm
3単位で、最終腫瘍重量については、g単位である。
【0140】
各群のサンプルサイズが小さく、正規性を想定できないため、正確なウィルコクソン順位和検定を使用して、腫瘍サイズの分布間の系統的差を14日目及び19日目時点についてチェックした(
図12A〜D及び表7〜10)。所与のp値は、そのカラムの対照をそれぞれの処置と比較する試験のためのものであり、腫瘍サイズが治療と対照との間で体系的に大きいか又はより小さい可能性を考慮するために、両側に取る。これは予備データであるため、複数の比較のためにp値を調整することはしない。全体として、対照の分布と治療したものの分布との間に有意な差がある事例はほとんど存在しなかった。
【表7】
MVF−PD−a(32)については、治療したものと、陽性対照又は陰性対照のいずれかとの間の腫瘍サイズの分布には、有意差はなかった。
【表8】
MVF−PD−1(45−64)については、上記のように、比較を14日目のデータに対してのみ行うことができる。ここで、腫瘍サイズ分布について、この治療したものと対照のいずれかとの間には、有意差は見出せなかった。
【表9】
MVF−PD−1(73−90)については、14日目時点で、腫瘍サイズ分布について、この治療例と対照例のいずれかとの間に有意差はなかった。治療例を陽性対照例と比較したとき、19日目時点では、LWHについて、顕著に小さいp値(<0.1)が存在し、腫瘍サイズ分布に、差がある可能性を示していた。
【表10】
MVF−PD−1(92−110)の場合も、LWW測定値及びLWH測定値の両方を使用して、この治療例を陽性対照例と比較すると、顕著に小さいp値が存在した。治療は、陽性対照よりも、体系的により小さい腫瘍サイズの分布を有するように見えた。
6.実施例6:PD−1ペプチド抗体の阻害性又は賦活性
【0141】
抗原特異的T細胞の増殖は、Tエフェクター細胞の重要なエフェクター機能を反映する。PD−1シグナル伝達経路を活性化又は阻害することによって、4つのα−ヒトPD−1抗体がTエフェクター機能を変化させるかどうかを判定するために、CFSE系増殖アッセイを実施した。増殖アッセイにおいて、ナイーブMBP−特異的TCR遺伝子導入マウスからの脾細胞をCFSEで標識し、50mg/mlのα−ヒトPD−1抗体又は対照例としてのウサギIgGの存在下で、MBP Ac1−11を用いて、4日間活性化した。CFSE発現を、フローサイトメトリーにより分析した(
図13)。データは、IgGで処理された対照グループにおいては70%しか高度に増殖していないのに比べ、α−ヒトPD−1−92−110で処理されたCD4のT細胞の81%が高度に増殖していることを示しており、このことは、α−ヒトPD−1−92−110が、PD−1/PD−L1相互作用をブロックし、ミエリン特異的CD4のT細胞の抗原特異的増殖の増加によって表される、亢進したTエフェクター機能をもたらすことを示す。対照的に、α−ヒトPD−1(45−64)又はα−ヒトPD−1(73−90)で処理したT細胞は、その増殖が減少し、そのことは、それらがPD−1シグナル伝達を活性化し、ミエリン特異的CD4のT細胞のエフェクター機能を阻害していることを示す。まとめると、これらのデータは共に、α−ヒトPD−1(92−110)がTエフェクター機能を強化し、生体内での腫瘍成長を阻害する潜在的治療能力を有し得ることを示す。PD−1シグナル伝達を活性化する特性により、エピトープ45−64及びエピトープ73−90は、自己免疫疾患の場合の標的として機能することができる。
7.実施例7:異なるPD−1構築物で免疫化され、1×10
5個のマウス結腸癌CT26腫瘍細胞を抗原として投与された同一遺伝子のBalb/cマウスにおける予備的スクリーニング有効性試験
【0142】
6−8週齢の免疫応答性Balb/cマウス(5マウス/群)を、Montanide ISA 720(Seppic,Paris,France)及びノルMDP免疫増強剤(N−アセチル−グルコサミン−3イル−アセチルLアラニル−イソグルタミン)に乳化させた100μgのペプチドで免疫化した。マウスは、3週目及び6週目に追加の免疫化を受け、2回目の追加免疫化から10日後に、腫瘍を抗原として投与された。具体的には、1×10
5個のマウス結腸癌CT26腫瘍細胞を、マウスに皮下接種して、腫瘍増殖を週3回モニタリングした。対照例のマウスには、0日目に、1×10
5 CT26腫瘍細胞を皮下に移植し、PD−1に対して向けられた抗マウス抗体を150μg、注射した。プールした血清に対する免疫応答(
図14)を、ワクチン構築体及び組換えPD−1タンパク質に対して、様々な間隔(2Y+1、2Y+3、3Y+1、3Y+2、3Y+3)でモニタリングした(表11)。全ての個々のマウスは、全ての4つのワクチンに対して、強い抗体応答開始した。
【表11】
マウス及びウサギの終末血清を、組換えヒトPD1タンパク質600ng/ウェルに対する反応性について試験した。血清を1:100及び1:200希釈で試験した。アッセイにおいて、ABTSを基質として使用した。サンプルを
【数2】
で読み取り、スコア化した。
8.実施例8:ワクチン候補としてのPD−1(92−110)エピトープの検証
【0143】
全てのワクチン接種マウスは、それぞれの免疫原に高い抗体価を発現する高い免疫原性を示した。MVF−PD−1(92−110)をワクチン接種したマウスのみが、14日目において腫瘍成長を有意に阻害していたことを示しており(
図15)、このエピトープが有用な阻害性ワクチンであることを示している。この結論は、エピトープ45−64及び73−90が阻害性ではなく、したがって腫瘍成長を強化していることを示した研究によって更に確認されている。一方、陽性対照であるマウスPD1 mAb(29F.1A12)は、腫瘍成長を阻害したはずである。PD−1(92−110)エピトープのみが、ニボルマブへの結合特性に基づいてエピトープが設計されているため、ワクチンの最有力な候補であると結論付けられた。
9.実施例9:1×10
5個のマウス結腸癌CT26/HER−2腫瘍細胞を抗原として投与された、同一遺伝子のBalb/cマウスにおける併用PD−1及びHER−2ワクチン構築物の有効性(スキーム
図16)。
【0144】
この研究の理論的解釈は、PD−1(92−110)ワクチンと組み合わせた十分に確立されたHER−2ワクチンが、免疫原性を増強/増加させることができ、抗腫瘍応答を強化し、同一遺伝子の癌モデルにおける腫瘍成長の阻害に相乗的な利益を提供することができるかどうかである。MVF−PD−1(92−110)、MVF−HER−2(266−296)、及びMVF−HER−2(597−626)ペプチドワクチン構築物の組み合わせを、ノルMDPとISA720とで乳化させた上で、それを用いて、Balb/cマウス(10マウス/群)に免疫をもたせた。動物には、3週間間隔で2回、追加の免疫化を行った。200ng/ウェルのMVFペプチド上で、抗体力価を、ELISAによって決定した。
【0145】
最後の追加免疫化から2週間後、CT26/HER−2腫瘍株からの1×10
5個の腫瘍細胞を、皮下に移植した。対照マウスは、1×10
5個の腫瘍細胞を抗原として投与され、実験期間の間、抗PD−1抗体(29F.1A12)で週2回、処置をされた。腫瘍量は、腫瘍が触知可能な大きさに到達した時点で、キャリパーを使用して腫瘍を測定することによって決定した。CT−26/HER−2腫瘍を有する担癌マウスは、移植から21日後に屠殺された。屠殺時にこれらのマウスから、血液及び組織サンプルを採取し、切除した腫瘍塊の最終重量を測定した。1:100−1:512,000の血清濃度を試験した。アッセイにおいては、ABTSを基質として使用し、0.1%のSDS溶液を用いて、10分後に酵素反応を停止させた。力価は、415nmで読み取ったときにまだ、0.200超の吸光度を有した最後の希釈物として定義した。血清サンプル1Y+3、2Y+1、2Y+3、及び3Y+2を、CT−26HER−2のneu腫瘍を抗原として投与する前に採取した。試料3Y+3及び3Y+5をそれぞれ、抗原投与の1週間後及び3週間後に採取した。強いHER−2及びPD−1抗体応答が、全てのワクチン接種マウスにおいて誘発された(
図17)。
【0146】
3週間間隔で3回、同一遺伝子のBalb/cマウス(10/群)を、PD−1(92−110)のみで免疫化したもの、又は2種類のHER−2ペプチド免疫原と組み合わせて免疫化したものを用意して、それらのBalb/cマウスにおける腫瘍成長をプロットしている。なお、無関係なペプチドで免疫化された免疫対照群も、テストした。3回目のワクチン接種の15日後に、CT−26のHer2のneu癌腫細胞(1×10
5個)をマウスに抗原として投与した。対照マウスにも、CT−26のHer2のneu癌腫細胞を投与した。対照マウスを、抗マウスPD−1 MAb(ポジティブコントロール)又はPBS(ネガティブコントロール)で週2回、処置した。マウスをモニタリングし、触知可能な腫瘍の形成についてスコア化した後、キャリパーを使用して、腫瘍寸法を定期的に測定した。腫瘍細胞の移植後21日目に、動物を屠殺した。エラーバーは、マウス群の標準誤差の表現であり、p値は、様々な群を3種ワクチン接種したマウスと比較するものである。結果は、3種のワクチン接種が、PD−1ワクチン接種群、又はより重要なことに、ゴールドスタンダードとされる陽性対照、抗マウスPD−1モノクローナル抗体(29F.1A12)接種群のいずれと比較しても、結腸癌のBalb/c同系モデルにおける腫瘍成長を減少させるのに有効であることを示している(
図18)。
【0147】
データは、3種のワクチン接種群(MVF−PD−1(92−110)+MVF−HER−2(266+296)+MVF−HER−2(597−626))は、陽性対照である抗マウスPD−1 Mab(29F.1A12)接種群、又はMVF−PD−1単独によるワクチン接種群のいずれと比べても、腫瘍成長の防止においてより効果的であったことを示している(
図19A及び
図19B)。したがって、HER−2とPD−1のコンボペプチドによる3種ワクチンの接種という戦略は、免疫原性の強化及び腫瘍成長の阻害強化に到達させる相乗性/付加性を実証している、実行可能な提案である。
10.実施例10:安全で、毒性も自己免疫性も示さないPD−1ワクチン
【0148】
9週間の期間にわたってワクチン接種された全てのマウスは、体調の乱れ、病害、及び活力喪失の兆候を何も示さなかった。組み合わせペプチド(HER−2及びPD−1)をワクチン接種したBalb/cマウスから、器官類(脾臓、肝臓、心臓、肺、腎臓、及び腫瘍)を回収し、Comparative Pathology & Mouse Phenotyping Core facility of the Comprehensive cancer center department of Veterinary Biosciences(病理学者:Krista M.D.La Perle,DVM,PhD,Dipl.ACVP)での分析のために提出した。組織学的評価のために提出された器官のいずれにも、有意な病変は認められなかった。また、顕在的な生化学的異常は認められなかった。全てのマウスには、糖原病の症状と一致する、肝細胞における空胞形成が見られた。肝臓におけるグリコーゲン蓄積は、正常な所見であると解釈され、動物の生理学的状態に応じて変化するものである。またグリコーゲン蓄積は、毒性の発現又は糖原貯蔵障害の兆候としても観察され得るものである。
11.実施例11:腫瘍浸潤細胞(TILs)におけるCD8/Treg比を有意に増加させる組み合わせペプチドワクチン
【0149】
CD25
+FoxP3
+ CD4の制御性T細胞(Treg)は、免疫抑制性の腫瘍微小環境(TME)の発達に有意に寄与する、腫瘍微小環境における主要抑制集団のうちの1つである。一方、T細胞、特にCD8 T細胞が多数、腫瘍部位に存在することは、癌患者における全生存(OS)のキーとなる共通因子である。高いCD8/Treg比率は、癌においては、好ましい予後と関連するものである。したがって、組み合わせペプチド又は対照ペプチド(上述)を用いてワクチン接種した担腫瘍マウスにおけるTIC中のCD8/Treg比率を決定した。腫瘍を4群のマウス(上述)から取り出し、細胞ストレーナーを介してプレスし、続いて37%のパーコールで2回洗浄した。次いで、その細胞をmAbと共に細胞表面マーカーに対してインキュベートした(CD45、CD4、CD8、CD25その後、細胞を固定化し、Cytofix/Cytoperm溶液(ebBioscience社製)を用いて、4℃で60分間透過処理した後、4℃で30分間FoxP3用に染色した。80,000〜100,000の生細胞イベントをFACSCanto II(BD社製)上で取得し、FlowJoソフトウェア(Tree Star,Inc.製)を使用して分析した。腫瘍細胞から腫瘍浸潤細胞(TILs)を区別するために、細胞を最初にCD45
+細胞でゲーティングした。次に、CD4
+(
図20A)及びCD8
+(
図20B)細胞を分析した。Tregは、CD4
+CD25
+FoxP3
+細胞によって表された(
図20C)。GraphPadソフトウェア(GraphPad Prism Software,Inc.(San Diego,CA,USA)製)を、統計分析のために利用した。グループ平均を計算し、分散分析で比較した。CD8+のT細胞は、対照ペプチドワクチン接種群と比較して、組み合わせワクチン群(HER−2/PD1−92ワクチン接種群)において、有意に高かった(
図20B)。全ての群どうしの間で、CD4のT細胞又はTreg細胞については、有意な差はない(
図20A及び20B)。しかしながら、CD8/Treg比率は、対照ペプチドワクチン接種群と比較して、組み合わせワクチン接種群において、有意に高くなっている(
図20B)。したがって、これらのデータは、対照ペプチドワクチン接種群と比較して、HER−2/PD−1ワクチン接種群における高いCD8/Treg比率を示している)4で30分
12.実施例12:ペプチドワクチン接種マウスからの腫瘍浸潤リンパ球の分析
【0150】
高いCD8/Treg比率は、癌において好ましい予後に関連しているとされてきた。ペプチドワクチンがCD8/Treg比率を高めるかどうかを判定するため、CD8+、CD4+、及びT制御性(FoxP3+ CD25+ CD4+)腫瘍浸潤リンパ球を、ペプチドワクチン接種マウスで分析した。フローサイトメトリー分析を実施して、表面マーカー(CD45、CD4、CD8、及びCD25)の発現を評価し、転写因子FoxP3の発現を細胞内染色によって判定した(
図21A)。簡潔に述べると、腫瘍をマウスから取り出し、細胞ストレーナーを介してプレスし、続いて37%のパーコールで2回洗浄した。次いで、細胞を染色緩衝液中に再懸濁し、mAbと共に細胞表面マーカーに対して4℃で30分間インキュベートした。染色緩衝液で2回洗浄した後、Cytofix/Cytoperm溶液(eBioscience社製)を用いて、4℃で60分間、細胞固定及び透過処理した。次いで、細胞を、4℃で30分間FoxP3用に染色した。80,000〜100,000の生細胞イベントをFACSCanto II(BD社製)上で取得し、FlowJoソフトウェア(Tree Star,Inc.製)を使用して分析した。腫瘍細胞(CD45−)から浸潤細胞(CD45+)を区別するために、全細胞を最初にCD45+細胞でゲーティングした。次いで、CD45+腫瘍浸潤集団におけるCD4+及びCD8+細胞の割合を分析した。Tregは、FoxP3+CD25+CD4+細胞によって表された。GraphPadソフトウェア(GraphPad Prism Software,Inc.(San Diego,CA,USA)製)を、統計分析のために利用した。グループ平均を計算し、分散分析で比較した。
図21Bに示すように、CD8+T細胞は、対照ペプチドワクチン接種群(群3)と比較して、PD−1ペプチドワクチン接種群(群1)又はPD−1/Her−2ワクチン接種群(群2)において、有意に高かった。しかしながら、PD−1ペプチドワクチン接種群、PD−1/Her−2ワクチン接種群、及び対照ペプチドワクチン接種群間で、Treg細胞に、有意な差はなかった。これらのデータは、対照ペプチドワクチン接種群と比較して、PD−1ペプチドワクチン接種群又はPD−1/Her−2ワクチン接種群において、CD8/Treg比率が増加していることを示している。
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F.配列
配列番号1:ヒトPD1残基1−128
PPTFSPALLVVTEGDNATFTCSFSNTSESFVLNWYRMSPSNQTDKLAAFPEDRSQPGQDCRFRVTQLPNGRDFHMSVVRARRNDSGTYLCGAISLAPKLQIKESLRAERVTERRAEVPTAHPSPSP
配列番号2:PD1(32−50)
VLNWYRMSPSNQTDKLAAF
配列番号3:PD1(45−64)
KLAAFPEDRSQPGQDCRFR
配列番号4:PD1(73−90)
DFHMSVVRARRNDSGTYL
配列番号5:PD1(92−110)
GAISLAPKAQIKESLRAEL
配列番号6:麻疹ウイルス融合タンパク質(MVF)
KLLSLIKGVIVHRLEGVE
配列番号7:リンカー
GPSL
配列番号8:MVF−PD1(32−50)
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLVLNWYRMSPSNQTDKLAAF
配列番号9:MVF−PD1(45−64)
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLKLAAFPEDRSQPGQDCRFR
配列番号10:MVF−PD1(73−90)
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLDFHMSVVRARRNDSGTYL
配列番号11:MVF−PD1(92−110)
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLGAISLAPKAQIKESLRAEL
配列番号12:PD1(32−50)レトロインベルソDペプチド
FAALKDTQNSPSMRYWNLV
配列番号13:PD1(45−64)レトロインベルソDペプチド
RFRCDQGPQSRDEPFAALK
配列番号14:PD1(73−90)レトロインベルソDペプチド
LYTGSDNRRARVVSMHFD
配列番号15:PD1(92−110)レトロインベルソDペプチド
LEARLSEKIQAKPALSIAG
配列番号16:MVF PD1(32−50)レトロインベルソDペプチド
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLFAALKDTQNSPSMRYWNLV
配列番号17:MVF PD1(45−64)レトロインベルソDペプチド
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLRFRCDQGPQSRDEPFAALK
配列番号18:MVF PD1(73−90)レトロインベルソDペプチド
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLLYTGSDNRRARVVSMHFD
配列番号19:MVF PD1(92−110)レトロインベルソDペプチド
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLLEARLSEKIQAKPALSIAG
配列番号20:TT
NSVDDALINSTIYSYFPSV
配列番号21:TT1
PGINGKAIHLVNNQSSE
配列番号22:P2
QYIKANSKFIGITEL
配列番号23:P30
FNNFTVSFWLRVPKVSASHLE
配列番号24:MVF(天然)
LSEIKGVIVHRLEGV
配列番号25:HBV
FFLLTRILTIPQSLN
配列番号26:CSP
TCGVGVRVRSRVNAANKKPE
配列番号27:HER−2(266−296)
LHCPALVTYNTDTFESMPNPEGRYTFGASCV
配列番号28:MVF HER−2(266−296)
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLLHCPALVTYNTDTFESMPNPEGRYTFGASCV
配列番号29:HER−2(597−626)
VARCPSGVKPDLSYMPIWKFPDEEGACQPL
配列番号30:MVF HER−2(597−626)
KLLSLIKGVIVHRLEGVEGPSLVARCPSGVKPDLSYMPIWKFPDEEGACQPL