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JP2016520595A - 抗TNF−α/CXCL10二重ターゲット抗体及びその用途 - Google Patents

抗TNF−α/CXCL10二重ターゲット抗体及びその用途 Download PDF

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Abstract

本発明は、IgGフォーマット基盤のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体に関し、具体的に、CXCL10特異的抗体の重鎖可変領域及び軽鎖可変領域を有するscFvをTNF−α特異的抗体の重鎖不変領域C−末端に結合された形態の抗体は、TNF−α及びCXCL10の両方に効果的に結合する二重特異性抗体であることを確認することによって、上記抗体は、TNF−α/CXCL10を認識することができる二重ターゲット抗体として有用に使用されることができる。本発明の組成物は、TNF−α(tumor necrosisfactor−alpha)及びCXCL10(C−X−C motif chemokine 10)の両方に効果的に結合するTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体を含む。本発明の二重ターゲット抗体は、TNF−αまたはCXCL10単一ターゲット抗体と比べて優れたTNF−α抑制能及び破骨細胞分化抑制能を有する。本発明の組成物は、免疫疾患の予防または治療に利用されることができる。【選択図】図1

Description

本発明は、TNF−α(tumor necrosis factor−alpha)及びCXCL10(C−X−Cmotif chemokine 10)に特異的に結合するTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体及びその用途に関する。
(関連特許出願)
本特許出願は、2013年5月22日に大韓民国特許庁に提出された大韓民国特許出願第10−2013−0057475号及び第10−2013−0057762号に対して優先権を主張し、上記特許出願の開示事項は、本明細書に参照として挿入される。
一般的に、抗体は、分子量が大きい重鎖(重鎖)と分子量が小さい軽鎖(軽鎖)のポリペプチドが二硫化結合(disulfide bond)で連結され、離型二量体(heterodimer)を形成し、2つの離型二量体がさらに二硫化結合で連結され、4量体(tetramer)を形成する。重鎖を作るポリペプチドは、4個の領域(domain)よりなり、N−末端から可変領域、不変領域1、不変領域2及び不変領域3で構成されており、軽鎖を作るポリペプチドは、2個の領域(domain)よりなり、N−末端から可変領域、不変領域で構成されている。このうち、重鎖の可変領域と軽鎖の可変領域の結合体が1個の抗原と結合する。
細胞を標識する化学的標識因子である抗原(antigen)とこれに対する抗体(antibody)との反応は、高度の特異性を示す。抗体と相互作用する抗原部位を抗原決定基またはエピトープ(epitope)と言い、抗原決定基と抗体の抗原結合部位である可変領域が特異的に結合する。したがって、抗原結合部位は、ただ1個の抗原決定基と結合し得るので、多数の抗体は、それそれ、特定の決定基を有する抗原に対する特有の免疫性を提供することができる。
抗体は、血中での安定性が高くて、抗原性が低いため、医薬品として注目されている。そのうち、2種類の抗原を認識することができる二重特異性抗体(bispecific antibody)がある。二重特異性抗体は、大きく、2種類に区分することができる。一番目は、再組み換えDNA技術によって抗体を変形させて、2個の異なる抗原と結合し得る抗原結合部位を有するようにする場合であって、この場合は、1個の結合部位は、或る抗原に対して特異的であり、第2の結合部位は、他の抗原に対して特異的な抗体であって、同時に2個の抗原と結合し得る(Beck Aet.al.、Nat Rev immunology 10;345−352、2010)。二番目の種類の二重特異性抗体は、最近に開発された抗体であり、1個の抗原結合部位を有する正常な抗体であって、2個の異なる抗原と結合し得る能力を有する抗体であり、ツー−イン−ワン(two−in−one)抗体と呼ぶ(Bostrom、Jet.al.、Science 323、1610−1614、2009)。このようなツー−イン−ワン抗体は、1個の抗原結合部位を有するため、2個の抗原と結合するよりは、一度に1個の抗原と結合することはできるが、異なる2個の抗原に結合し得る能力を有している抗体である。ツー−イン−ワン抗体は、既存の開発に成功した典型的な抗体の形態を有しているため、開発に非常に有利である。
このような二重特異性抗体は、特定の毒性細胞及び標的細胞に結合して作用することができるので、標的特異性が高い長所を有する。
1990年代後半から新たに開発された抗リュウマチ薬剤は、リュウマチ関節炎の病態生理に対する理解が深くなるに伴い、最も標的になる物質を遮断して疾患を調節しようとする標的治療(targeted therapy)の概念が提示された。結局、特定疾患で標的になる物質を捜し出し、この標的を遮断できる物質をデザインして作り出した(designed drug)生物学的製剤が開発されて使用されることによって、リュウマチ関節炎の治療において大きい変化をもたらすうになったものである。このような製剤には、代表的に、TNF−α遮断剤(etanercept、infliximab、adalimumabなど)、再組み換えinterleukin−1受容体拮抗剤であるanakinraとともに、interleukin−6antagonists(tocilizumab)、CTLA4Ig(abatacept)、B cell depleting agent(rituximab)などがあり、実際に臨床に使用されているか、または試験中にある。
TNF−α(tumor necrosis factor−alpha)に対する研究は、既に100余年前から腫瘍及び敗血症患者を対象として始まった。TNF−αは、マクロファージ、BとTリンパ球を含む免疫細胞と非免疫細胞、及び多様な腫瘍細胞によって生成され、正常な生理的炎症反応と後天性及び先天性免疫に重要な役目を担当している。しかし、リュウマチ関節炎のような炎症性疾患においてTNF−αが不適切に多く生産される場合、免疫体系の多様な細胞を活性化させて、細胞毒性効果を誘発し、炎症、組織破壊、及び臓器損傷などの反応が現われる。TNF−αの主要生物学的作用は、第一に、多様な形態の細胞で成長、分化、代謝を調節し;第二に、脂肪分解を刺激し、脂肪細胞に存在する脂質蛋白脂質分解酵素(lipoprotein lipase)活性を抑制し、肝内の脂肪形成(hepatic lipogenesis)を刺激して悪液質(cachexia)を誘発し;及び第三に、細胞自滅死(apoptosis)を誘導する。TNF−αは、遊離型(free form)で存在したり、細胞膜に結合された形態(membrane−bound form)で存在したりする。2つの形態のTNF−αは、非常に強く細胞の炎症反応を誘発し、組織内の疾病状態を促進させる。細胞膜に結合されたTNF−αは、細胞対細胞接触を通じて細胞毒性と炎症効果を示し、TNF−α転換酵素(TACE)によって細胞膜から遊離型で脱離し、細胞の外に存在するようになる。TNF−αは、血中で2つの受容体、すなわちTNF type I受容体(p55)またはTNF type II受容体(p75)と結合して、生物学的活性を示す。臨床的に見れば、過剰生産されたTNF−αは、リュウマチ関節炎患者のマクロファージを刺激して炎症反応を増幅させる炎症性媒介物質を生産し、血管内皮細胞で付着分子を発現するようにして、さらに多い炎症細胞を炎症が起きた部位に集めることができ、線維芽細胞が蛋白分解酵素を生産するようにして、軟骨、骨、及び靭帯に損傷を与えて、疾病を悪化させる。
TNF−α抑制剤は、1998年11月etanerceptが米国食品医薬品安全庁からリュウマチ関節炎の治療剤として最初に承認され、商用化されて販売され始めた後、infliximab及びadalimumabなどが市販されており、既存薬物の効果と副作用を改善した新しい薬物が開発されている。患者個人別に見れば、TNF−α抑制剤に対する治療反応は、疾病の活性度とこれに相当する構造的損傷、疾病による生活の質に対する影響、疾病によって発生した症状と徵候が患者個人によって異なるので、多様に現われる。また、薬物に対する感受性、効果の発現様相、または副作用も多様に現われる。多様な種類のTNF−α抑制剤の間にも、それぞれの構成物質、具体的な作用機作、薬理機作、及び生物学的薬剤学的性質(biopharmaceutical properties)などが異なる。TNF−α抑制剤の効能を立証する動物実験には、ヒトTNF−αトランスゼニック(Tg)マウスを使用し、Tg197マウスは、4〜5週齢の時期にリュウマチ関節炎と類似な関節炎が発生し、9〜10週齢から下肢関節の顕著な運動範囲の制限が観察される。
CXCL10(C−X−C motif chemokine 10)は、インターフェロンガンマ誘導性タンパク質10(IP−10)とも呼ばれ、インターフェロンガンマ(IFN−γ)によって誘導される10kDaのケモカインである。CXCL10は、走化活性(chemotactic activity)を有し、細胞分裂活性(mitogenic activity)にも関与するものと知られている。これは、IFN−γに反応して内皮細胞、単核球、線維芽細胞及び角質形成細胞を含めた多様な細胞によって分泌され、また、ヒト皮膚での遅延性過敏反応(delayed type hypersensitivity、DTH)において真皮大食細胞及び内皮細胞に存在するものと明らかにされた。また、元々IFN−γによる誘導のみならず、樹枝状細胞でIFN−αによって誘導されることができ、IFN−γ、ウイルス及びリポポリサッカライドのような刺激によって中枢神経系細胞で誘導されることができる。
CXCL10の受容体は、7個の膜透過性(transmembrane)受容体であるCXCR3と明なかにされている。CXCR3は、活性化されたTリンパ球と単球、滑膜細胞、内皮細胞、NK細胞、好酸球で発現される。CXCR3の2つの異なるリガンドであるMIG(monocyte/macrophage activating、IFN−γ−inducible protein)及びI−TAC(IFN−γ−inducible T cell alpha chemoattractant1)も、CXCR3と結合するものと知られている。CXCL10のCXCR3への結合は、活性化されたT細胞と活性化されたNK細胞でカルシウム移動(calcium mobilization)及び走化性を媒介する。胸腺内でCXCL10は、TCRαβ+CD8+T細胞、TCRγδ+T細胞及びNK−タイプ細胞に対する化学誘引物質(chemoattractant)であると明らかにされた。
CXCL10またはその受容体であるCXCR3は、多発性硬化症、リュウマチ関節炎、潰よう性大腸炎、肝炎、炎症性筋炎、脊髄損傷、全身性紅斑性ループス、移植拒否、ショグレン症候群を含めた多様な他の炎症性及び自家免疫疾患で同定される。しかし、このようなCXCL10がこのような疾患でchemotaxis以外に炎症反応や免疫反応に具体的にどのように作用するか、治療ターゲットとしてどんな重要性を有するかについては、まだ具体的に知られたところがない。
多数の炎症媒介物質が病因に寄与する自家免疫疾患の治療に単一抗原を標的とする単一クローン抗体治療より、1種類の抗体で多数の標的を中和すれば、より効果的な治療剤として作用することができる。2つの異なる抗体を組み合わせて作った抗体で2つの標的を認知しようとする努力は、既に多数の研究者によって報告されたことがある。最近研究によれば(Bostrom et al.Science 2009)、human epidermal growth factor receptor 2(HER2)を認知する抗体の軽鎖CDRsを変異させた抗体ライブラリで血管内皮細胞成長である人(VEGF)を同時に中和する抗体をスクリーニングするのに成功した。上記抗体は、1つの疾患の病因に寄与する2つの媒介物質をすべて認知する(bispecific)二重抗体であって、特に、正常IgGと構造が同一であり、薬物動力学特性が予測可能であり、2価または1価(bi−or monovalent)抗体をすべて作ることができるという長所がある。
本明細書の全体にわたって、多数の論文及び特許文献が参照され、その引用が表示されている。引用された論文及び特許文献の開示内容は、その全体として本明細書に参照として挿入され、本発明の属する技術分野の水準及び本発明の内容がより明確に説明される。
本発明者は、TNF−α及びCXCL10に特異的に結合する二重特異的抗体を開発するために努力した結果、CXCL10特異的抗体の重鎖可変領域及び軽鎖可変領域を有するscFvをTNF−α特異的抗体の重鎖不変領域C−末端に結合された形態の抗体を製造し、上記抗体は、TNF−α及びCXCL10に二重特異的に結合することを確認し、TNF−α及びCXCL10に特異的に結合するTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体がTNF−α抑制能及び破骨細胞分化抑制能を有することを実験的に糾明することによって、本発明を完成した。
したがって、本発明の目的は、TNF−α(tumor necrosis factor−alpha)及びCXCL10(C−X−C motifche mokine 10)に特異的に結合するTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体を提供することにある。
本発明の他の目的は、TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体を含む免疫疾患の予防または治療用薬剤学的組成物を提供することにある。
本発明の他の目的及び利点は、下記の発明の詳細な説明及び請求範囲によってさらに明確になる。
本発明の一様態によれば、本発明は、TNF−α(tumor necrosis factor−alpha)に特異的に結合する第1抗原結合部位と、CXCL10(C−X−C motif chemokine 10)に特異的に結合する第2抗原結合部位とを含み、
ここで、上記配列番号1のアミノ酸を含む重鎖相補性決定領域(Heavy chian complementarity determining region、HCDR)1、配列番号2のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号3のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号5のアミノ酸を含む軽鎖相補性決定領域(Light chian complementarity determining region、LCDR)1、配列番号6のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号7のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備え、
上記第2抗原結合部位は、配列番号9、配列番号17、配列番号21及び配列番号25よりなる群から選択されるアミノ酸を含むHCDR1、配列番号10、配列番号18、配列番号22及び配列番号26よりなる群から選択されるアミノ酸を含むHCDR2、配列番号11、配列番号19、配列番号23及び配列番号27よりなる群から選択されるアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号13、配列番号29、配列番号33及び配列番号37よりなる群から選択されるアミノ酸を含むLCDR1、配列番号14、配列番号30、配列番号34及び配列番号38よりなる群から選択されるアミノ酸を含むLCDR2、配列番号15、配列番号31、配列番号35及び配列番号39よりなる群から選択されるアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備える、
TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体を提供する。
本発明者は、TNF−α及びCXCL10に特異的に結合する二重特異的抗体を開発するために努力した結果、CXCL10特異的抗体の重鎖可変領域及び軽鎖可変領域を有するscFvをTNF−α特異的抗体の重鎖不変領域C−末端に結合された形態の抗体を製造し、上記抗体は、TNF−α及びCXCL10に二重特異的に結合することを確認し、TNF−α及びCXCL10に特異的に結合するTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体がTNF−α抑制能及び破骨細胞分化抑制能を有することを実験的に糾明した。
本発明で利用される抗体は、TNF−α(tumor necrosis factor−alpha)及びCXCL10(C−X−C motif chemokine 10)に特異的に結合するTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体である。
本発明の一具現例によれば、本発明の抗体は、ヒト抗体(human antibody)である。
本明細書で用語「ヒト抗体(human antibody)」は、重鎖及び軽鎖の可変及び不変領域の配列がヒトから由来した抗体を意味し、下記の実施例に記載されたように、本発明者らは、遺伝的再組み換え技術と細胞工学技術を利用してTNF−α/CXCL−10二重ターゲットヒト抗体を製造した。ヒト抗体は、非−ヒト及びキメラ抗体より長所を有する:ヒト抗体のイフェックタ部分は、ヒト免疫系の他の部分とさらに良好に相互作用し(例えば、相補性−依存細胞毒性(CDC)または抗体−依存細胞毒性(ADCC)によって効率的に標的細胞が破壊される)、ヒト免疫系がヒト抗体を外部物質として認識しないため、このような生体内に流入された抗体に対する免疫反応が、全体外来非−ヒト抗体または部分外来キメラ抗体などに比べて小さい。また、注射された非−ヒト抗体は、ヒト抗体の半減期よりヒト循環系で非常に短い半減期を有することが報告された。反対に、生体内に流入されたヒト抗体は、自然発生ヒト抗体と実質的に同一の半減期を有するので、投与される服用量と回数を低減することができ、一層有用である。
本明細書で用語「可変領域」は、抗原と特異的に結合する機能を行いながら、配列上の多くの変異を示す抗体分子の部分を意味し、可変領域には、CDR1、CDR2及びCDR3が存在する。上記CDRの間には、フレームワーク領域(framework region、FR)部分が存在し、CDR環を支持する役目をする。
本明細書で用語「相補性決定領域」は、抗原の認識に関与する環状の部位であって、この部位の配列が変わることによって、抗体の抗原に対する特異性が決定される。
本明細書で用語「パンニング(panning)」は、ファージの外壁(coat)にscFvを発現(display)するファージライブラリから、標的分子(抗原、酵素、細胞表面レセプターなど)と結合する性質を有するscFvを表面に発現しているファージのみを選別する過程を言う。
具体的に、上記二重ターゲット抗体は、TNF−αに特異的に結合する第1抗原結合部位、及びCXCL10に特異的に結合する第2抗原結合部位を含み、
上記第1抗原結合部位は、配列番号1のアミノ酸配列で構成された重鎖相補性決定領域(Heavy chian complementarity determining region、HCDR)1、配列番号2のアミノ酸配列で構成されたHCDR2、配列番号3のアミノ酸配列で構成されたHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、
配列番号5のアミノ酸配列で構成された軽鎖相補性決定領域(Light chian complementarity determining region、LCDR)1、配列番号6のアミノ酸配列で構成されたLCDR2、配列番号7のアミノ酸配列で構成されたLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備え、
上記第2抗原結合部位は、配列番号9、17、21及び25よりなる群から選択されるアミノ酸を含むHCDR1、配列番号10、18、22及び26よりなる群から選択されるアミノ酸を含むHCDR2、配列番号11、19、23及び27よりなる群から選択されるアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、
配列番号13、29、33及び37よりなる群から選択されるアミノ酸を含むLCDR1、配列番号14、30、34及び38よりなる群から選択されるアミノ酸を含むLCDR2、配列番号15、31、35及び39よりなる群から選択されるアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備える軽鎖またはその断片を含むことが好ましいが、これに限定されない。
また、上記第2抗原結合部位は、配列番号9のアミノ酸を含むHCDR1、配列番号10のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号11のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号13のアミノ酸を含むLCDR1、配列番号14のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号15のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることができる。
上記第2抗原結合部位は、配列番号17のアミノ酸を含むHCDR1、配列番号18のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号19のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号29のアミノ酸を含むLCDR1、配列番号30のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号31のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることができる。
上記第2抗原結合部位は、配列番号21のアミノ酸を含むHCDR1、配列番号22のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号23のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号33のアミノ酸を含むLCDR1、配列番号34のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号35のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることができる。
上記第2抗原結合部位は、配列番号25のアミノ酸を含むHCDR1、配列番号26のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号27のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号37のアミノ酸を含むLCDR1、配列番号38のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号39のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることができる。
上記TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体の第1抗原結合部位は、配列番号4のアミノ酸を含む重鎖可変領域(VH)及び配列番号8のアミノ酸を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることが好ましいがこれに限定されない。
上記TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体の第2抗原結合部位は、配列番号12、20、24及び28のアミノ酸を含む重鎖可変領域(VH)及び配列番号16、32、36及び40のアミノ酸を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることが好ましいが、これに限定されない。
上記TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体は、TNF−αに特異的に結合する第1全長抗体の重鎖及び軽鎖と;CXCL10に特異的に結合する第2抗体の可変断片と;を含み、上記第1全長抗体の重鎖不変領域C−末端が連結されていることを特徴とし、具体的にTNF−αに特異的に結合する第1全長抗体の重鎖及び軽鎖と;及びCXCL10に特異的に結合し、第2抗体の重鎖領域及び軽鎖領域を含む断片を含み、上記第1全長抗体の重鎖不変領域C−末端に第2抗体の断片が連結されていることを含む(図1参照)。
上記TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体の断片は、単一鎖可変分節(Single−chain variable fragment、scFv)であることが好ましいが、これに限定されない。
上記TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体は、抗体−抗体または抗体−断片間の連結は、リンカー(linker)によって連結されることが好ましいが、これに限定されない。
本発明の具体的な実施例で、本発明者らは、ヒトCXCL10の遺伝子をクローニングしてCXCL10抗原タンパク質を製造し(図2参照)、これをライブラリファージに反応させて、CXCL10に特異的に結合するscFv−ファージを収得し、これを大腸菌に増幅させるパンニング過程を行った。このように3次パンニングを行ったファージのCXCL10に対するコロニー力価が5.67×10と増幅されることを確認した(表1参照)。
また、本発明者らは、上記結合能が大きい3次パンニングした多クローンファージ抗体群から単一クローンファージ抗体を選別し(図3参照)、そのELISA分析を行い、単一クローンファージ抗体をさらに選別した(表2参照)。このように選別した単一クローンファージを分類及び検査するために、フィンガープリンティング及び配列分析を行い(図4参照)、これを通じて、選別された4種類の単一クローン抗体のVH及びVLのCDR領域のパターン及びポリペプチド配列を確認した(表5及び表6参照)。
また、本発明者らは、上記選別した4種類の単一クローンファージのうち10Eを全体形態のIgGに転換して、重鎖及び軽鎖をそれぞれベクターに挿入し、これを宿主細胞に共同感染させて形質転換体を製造し、これを通じて、全体形態の抗体を製作し、CXCL10抗原に対する結合親和度を測定した結果、7×10−12Mの値を確認することができた(表8参照)。
また、本発明者らは、上記選別された10E遺伝子を抗−TNF−α単一抗体であるヒュミラのプラスミドにクローニングして、TNF−α及びCXCL10に二重特異的な抗体であるHuE10−101を製造した(図1参照)。このように製作された抗体の分子量は、約187kDaであることを確認し(図6参照)、ELISA分析を通じてTNF−α及びCXCL10に対する結合力が以前の先行研究を通じて製造されたHuE10−100と類似な程度であることを確認した(図7参照)。さらに、LAL testを通じて製造されたHuE10−101抗体の細胞毒性が0.1 EU/ml以下であることを確認した(図8参照)。
また、本発明者らは、上記製造したHuE10−101のTNF−αまたはCXCL10の試験管内の抑制能を評価した。具体的に、TNF−α受容基を有するWEHI164細胞を使用してHuE10−101抗体がHumiraに比べて向上した抑制能を有することを確認し(図41及び図42参照)、細胞の走化能及び破骨細胞の分化が減少することから、CXCL10抑制能を有することを確認した(図43参照)。
したがって、本発明のTNF−α/CXCL10二重特異性抗体は、TNF−α及びCXCL10に同時に強い抗原結合能を有することを確認した。
本発明の他の様態によれば、本発明は、第1抗原結合部位をコーディングするポリヌクレオチドを含む発現ベクター及び第2抗原結合部位をコーディングするポリヌクレオチドを含む発現ベクターが宿主細胞に共同形質転換(co−transfection)された形質転換体を提供する。
本発明の抗体を暗号化するポリヌクレオチドは、コドンの縮退性(degeneracy)に起因してまたは上記抗体を発現させようとする生物で選好されるコドンを考慮して、コーディング領域から発現される抗体のアミノ酸配列を変化させない範囲内でコーディング領域に多様な変形がなされ、コーディング領域を除いた部分でも遺伝子の発現に影響を及ぼさない範囲内で多様な変形または修飾がなされ、そのような変形遺伝子も本発明の範囲に含まれることを当業者なら容易に理解することができる。すなわち、本発明のポリヌクレオチドは、これと同等な活性を有するタンパク質をコーディングする限り、1つ以上の核酸塩基が置換、欠失、挿入またはこれらの組合によって変異されることができ、これらも本発明の範囲に含まれる。このようなポリヌクレオチドの配列は、単鎖また二重鎖であることができ、DNA分子またはRNA(mRNA)分子であることができる。
上記発現ベクターの製作時には、上記抗体を生産しようとする宿主細胞の種類によってプロモーター(promoter)、終決者(terminator)、インハンサー(inhancer)などのような発現調節配列、膜標的化または分泌のための配列などを適切に選択し、目的によって多様に組み合わせることができる。
本発明の発現ベクターは、プラスミドベクター、コスミドベクター、バクテリオファージベクター及びウイルスベクターなどを含むが、これに制限されない。適合な発現ベクターは、プロモーター、オペレーター、開始コドン、終決コドン、ポリアデニル化シグナル及びインハンサーのような発現調節エレメント以外にも、膜標的化または分泌のためのシグナル配列またはリーダー配列を含み、目的によって多様に製造されることができる。発現ベクターのプロモーターは、構成的または誘導性であることができる。上記シグナル配列には、宿主がエシェリキア属(Escherichia sp.)菌の場合には、PhoAシグナル配列、OmpAシグナル配列などが、宿主がバシラス属(Bacillus sp.)菌の場合には、α−アミラーゼシグナル配列、サブチリシンシグナル配列などが、宿主が酵母(yeast)の場合には、MFαシグナル配列、SUC2シグナル配列などが、宿主が動物細胞の場合には、インスリンシグナル配列、α−インターフェロンシグナル配列、抗体分子シグナル配列などを利用することができるが、これに制限されない。また、発現ベクターは、ベクターを含有する宿主細胞を選択するための選択マーカーを含むことができ、複製可能な発現ベクターの場合、複製起源を含む。
本発明の他の様態によれば、本発明は、(a)上記形質転換体を培養する段階と;2)上記段階で培養された培養液から上記TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体を精製する段階と;を含むTNF−α/CXCL10二重ターゲット抗体の製造方法を提供する。
本発明による上記発現ベクターを適切な宿主細胞、例えば、大腸菌または酵母細胞などに形質転換させた後、形質転換された宿主細胞を培養することによって、本発明による抗体を大量生産することができる。宿主細胞の種類による適切な培養方法及び培地条件などは、当該分野の通常の技術者に知られた公知技術から当業者が容易に選択することができる。上記宿主細胞は、大腸菌(E.coli)またはバチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)のような原核生物であることができる。また、サカロマイセスセルビシア(Saccharomyces cerevisiae)のような酵母、昆虫細胞、植物細胞、動物細胞から由来する真核細胞であることができる。さらに好ましくは、上記動物細胞は、自家または同種異系動物細胞であることができる。自家または同種異系動物細胞に導入して製造された形質転換体は、個体に投与されて癌を治療する細胞治療などに利用されることがある。上記宿主細胞への発現ベクター導入方法は、当業者に公知されたいずれの方法を使用してもよい。
本発明の他の様態によれば、本発明は、上記TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体の薬剤学的有効量と;(b)薬剤学的に許容される担体と;を含む免疫疾患の予防または治療用薬剤学的組成物を提供する。
本発明のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体は、TNF−α抑制能及び破骨細胞分化抑制能を示すので、抗体単独または通常の薬剤学的に許容される担体とともに免疫疾患に対する予防及び治療用薬剤学的組成物に使用可能である。
本発明の組成物は、免疫反応によって媒介される組織または器官の移植片拒否(graft rejection)を防止するための免疫抑制剤(immuno−suppressant)として有用に使用されることができる。移植片拒否とは、移植片(移植される生体の一部であって、細胞、組織または臓器)の供与者と受容者間の遺伝的背景が異なっていて、(1)供与者の移植片由来免疫細胞が受容者を外部物質として認識して攻撃することによって誘発される疾患(すなわち、移植片対宿主疾患)と、(2)受容者が供与者の移植片を外部物質として認識して攻撃することによって誘発される疾患(すなわち、移植片拒絶反応)とを含む。拒否反応を起こす移植された組織及び器官の例としては、心臓、腎臓、肝、骨髄(medulla ossium)、皮膚、角膜、肺、膵腸、小腸(intestinum tenue)、四肢(limb)、筋肉、神経(nervus)、十二指腸、小腸(small bowel)、インスリンを分泌する膵腸細胞(pancreatic islet cell)などだけでなく、骨髄移植によって発生する移植片−対−宿主疾患が挙げられる。
また、本発明の組成物は、自家免疫疾患の治療及び予防にも応用されることができる。
自家免疫疾患というのは、免疫細胞が自分と外部物質を区別せずに、自分を攻撃して発生する疾病を総称する疾患である。自家免疫疾患の例としては、リューマチ関節炎(rheumatoid arthritis)、全身性紅斑性狼瘡(systemic lupus erythematosis)、E−高免疫グロブリン血症症候群 (hyperimmunoglobulin E)、橋本甲状腺炎(Hashimoto’s thyroiditis)、グレーブス病(Grave’s Disease)、多発性硬化症(multiple sclerosis)、硬皮症(Scleroderma)、全身性進行性硬皮症(progressive systemic sclerosis)、重症筋無力症(myasthenia gravis)、第1型糖尿(type I diabetes)、ぶどう膜炎(uveitis)、アレルギー性脳脊髄炎(allergic encephalomyelitis)、糸球体腎炎(glomerulonephritis)、白斑症(Vitilligo)、グッドパスチャー症候群(Goodpasture syndrome)、ベーチェット病(Becet’s Disease)、クローン病(Crohn’s Disease)、強直性脊椎炎(Ankylosing Spondylitis)、ぶどう膜炎(Uveitis)、血小板減少性紫斑病(Thrombocytopenic purpura)、尋常性天疱瘡(Pemphigus vulgaris)、小児糖尿病(Diabetes)、自己免疫溶血性貧血(Autoimmune Anemia)、クリオグロブリン血(Cryoglobulinemia)、副腎白質ジストロフィー(ALD)、全身性紅斑性狼瘡(Systemic Lupus Erythematosus、SLE)などがある。
また、本発明の組成物は、炎症性及び過増殖性皮膚疾患及び免疫媒介疾患の皮膚発現の治療及び予防にも使用されることができる。これら疾患は、例えば乾癬、アトピー性皮膚炎、接触性皮膚炎、湿疹性皮膚炎(eczematous dermatitises)、脂漏性皮膚炎(seborrhoeis dermatitis)、扁平苔癬(lichen planus)、天疱瘡(Pemphigus)、類天疱瘡(Bullous pemphigoid)、表皮水疱症(epidermolysis bullosa)、じんましん(urticaria)、血管性浮腫(angioedemas)、血管炎(vasculitides)、紅斑(erythemas)、皮膚好酸球増加症(cutaneous eosinophilias)、紅斑性狼瘡(Lupus erythematosus)、全身性紅斑性狼瘡(Systemic Lupus Erythematosus、SLE)、痤瘡(acne)及び円形脱毛症(Alopecia areata)を含む。
また、本発明の組成物は、眼疾患(eye diseases)または多様な自家免疫性疾患の治療または予防に使用されることができる。これら疾患の例は、角結膜炎(keratoconjunctivitis)、春季結膜炎(vernal conjunctivitis)、角膜炎(keratitis)、ヘルペス性角膜炎(herpetic keratitis)、角膜上皮栄養不良(dystrophia epithelialis corneae)、角膜白斑(corneal leukoma)、眼天疱瘡(ocular pemphigus)、モーレン潰瘍 (Mooren’s ulcer)、強膜炎(Scleritis)、グレーブス眼症(Graves’ opthalmopathy)、フォークト・小柳・原田病(Vogt−Koyanagi−Harada syndrome)、類肉腫症(sarcoidosis)、多発性骨髄証(multiple myeloma)を含む。
また、本発明の組成物は、慢性閉塞性呼吸器疾患(chronic obstructive pulmonary disease;COPD)、喘息(asthma)(例えば、気管支喘息、アレルギー性喘息、内因性喘息、外因性喘息及びほこり喘息)、特に慢性または固執的喘息(例えば、末期喘息及び気管支過敏性)、気管支炎(bronchitis)、アレルギー性鼻炎のような閉塞性気道疾患の治療及び予防にも使用されることができる。
本発明の薬剤学的組成物に含まれる薬剤学的に許容される担体は、製剤時に通常的に利用されるものであって、ラクトース、デキストロース、スクロース、ソルビトール、マンニトール、澱粉、アカシアゴム、リン酸カルシウム、アルギネート、ゼラチン、ケイ酸カルシウム、微細結晶性セルロース、ポリビニルピロリドン、セルロース、水、シロップ、メチルセルロース、メチルヒドロキシベンゾエート、プロピルヒドロキシベンゾエート、滑石、ステアリン酸マグネシウム及びミネラルオイルなどを含むが、これに限定されるものではない。本発明の薬剤学的組成物は、上記成分以外に潤滑剤、湿潤剤、甘味剤、香味剤、乳化剤、懸濁剤、保存剤などをさらに含むことができる。適合な薬剤学的に許容される担体及び製剤は、Remington’s Pharmaceutical Sciences(19th ed.、1995)に詳しく記載されている。
本発明の薬剤学的組成物は、経口または非経口で投与することができ、非経口投与の場合には、静脈内注入、皮下注入、筋肉注入、腹腔注入、内皮投与、局所投与、鼻内投与、肺内投与及び直腸内投与などで投与することができる。経口投与時に、タンパク質またはペプチドは、消化されるので、経口用組成物は、活性薬剤をコーティングするか、胃での分解から保護されるように剤形化されなければならない。また、薬剤学的組成物は、活性物質が標的細胞に移動できる任意の装置によって投与されることができる。
本発明の薬剤学的組成物の適合な投与量は、製剤化方法、投与方式、患者の年齢、体重、性別、病的状態、食べ物、投与時間、投与経路、排泄速度及び反応感応性のような要因によって多様であり、通常、熟練された医者は、所望の治療または予防に効果的な投与量を容易に決定及び処方することができる。本発明の好ましい具現例によれば、本発明の薬剤学的組成物の1日投与量は、0.001〜100mg/kgである。本明細書で用語「薬剤学的有効量」は、免疫疾患を予防または治療するのに十分な量を意味する。
本発明の薬剤学的組成物は、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容容易に実施することができる方法によって、薬剤学的に許容される担体及び/または賦形剤を利用して製剤化することによって単位容量形態で製造されるか、または多容量容器内に内入させて製造されることができる。この際、剤形は、オイルまたは水性媒質中の溶液、懸濁液または乳化液の形態であってもよく、エキス剤、散剤、座剤、粉末剤、顆粒剤、錠剤またはカプセル剤の形態であってもよく、分散剤または安定化剤をさらに含むことができる。
本発明の抗体組成物は、個別治療剤として投与するか、他の治療剤と併用して投与されることができ、従来の治療剤とは順次または同時に投与されることができる。
抗体は、抗体−治療剤結合体の形態で生体内に投入し、免疫疾患の治療に利用することができる。治療剤は、化学治療剤、放射性核腫、免疫治療剤、サイトキン、ケモキン、毒素、生物作用剤及び酵素阻害物質などを含む。抗生剤を抗体に結合させる方法は、例えば、文献G.Gregoriadies、ed.、Academic Press London、(1979);Arnonetal.、 Recent Results in Cancer Res.、75:236(1980);及びMoolton et al.、Immunolog.Res.、62:47(1982))に記載されている。
本発明の抗体または抗体断片とカップリングさせるのに好ましい薬品は、抗細菌、駆虫、抗真菌及び関連薬剤であり、例えばスルホンアミド、ペニシリン及びセファロスポリン、アミノグリコシド、テトラサイクリン、クロラムフェニコール、ピペラジン、クロロキン、ジアミノピラジン、メトロニアジド、イソニアジド、リファンピン 、ストレプトマイシン、スルホン、エリスロマイシン、ポリミキシン、ナイスタチン、アムホテリシン、5−フルオロサイトシン、5−ヨード−2’−デオキシウリジン、1−アダマンタアミン、アデニンアラビノサイド、アマニチン、リババリン及びアジドチミジン(AZT)であり、好ましくは、リババリンである。薬剤を特異的標的部位に標的化するのに好適なさまざまな条件は、例えば文献Trouet et al.、Plenum Press、New York and London、19−30(1982)に報告されている。有効な治療剤を微生物抗原に対して製造された非常に特異性がある抗体を使用して感染病巣に直接タゲッティングして感染菌を選択的に殺すことによって、薬品に耐性がある感染を治療するときに発生する多くの問題点を解決することができる。また、病巣にタゲッティングされた薬品は、感染部位では高い濃度で薬効を上昇させることができる。
上記抗体−治療剤結合体において治療剤として利用され得る免疫調節剤は、リンフォカイン及びサイトカインを含むが、これに限定されない。
本発明の特徴及び利点を要約すれば、次の通りである:
(a)本発明の二重ターゲット抗体は、TNF−α及びCXCL10の両方に効果的に結合する二重特異性抗体なので、TNF−α/CXCL10を認識することができる二重ターゲット抗体として有用に使用されることができる。
(b)本発明の組成物は、TNF−α及びCXCL10の両方に効果的に結合するTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体を含む。
(c)本発明の二重ターゲット抗体は、TNF−αまたはCXCL10単一ターゲット抗体と比べて優れたTNF−α抑制能及び破骨細胞分化抑制能を有する。
(d)本発明の組成物は、免疫疾患の予防または治療に利用されることができる。
図1は、TNF−α/CXCL10二重特異的抗体の製造模式図である。 図2は、Ni−NTAカラムクロマトグラフィーを利用して精製したヒトCXCL10タンパク質の確認した結果である。 図3は、各パンニング後のファージプールを利用したヒトCXCL10−Hisのポリ−ファージ(poly−phage)ELISA分析結果である。 図4は、ヒトCXCL10のscFvモノファージ(mono−phage)クローン(clone)のBstNIフィンガープリント(fingerprint)結果である。scFv挿入体は、個別コロニーから増幅し、増幅された産物は、BstNIで制限して、8%ポリアクリルアミドゲルで分析した。青い文字で表示されたクローンは、異なるグループを示す。 図5は、HuE10−101二重抗体の培養期間別の発現率を評価した結果である。 図6は、精製されたHuE10−101二重抗体の純度分析結果である。 図7は、HuE10−101二重抗体の抗原に対する結合力を測定したグラフである。 図8は、精製されたHuE10−101二重抗体の細胞毒性を調査した結果である。 図9は、生産細胞株構築のためのHuE10−101発現ベクターのマップである。 図10は、形質感染条件によるHuE10−101発現量を調査した結果である。 図11は、DHFRを利用して選別したコロニーのイメージである。 図12は、DHFRを利用して選別した単一クローンでHuE10−101発現をドットブロッティングを実施して確認した結果である。 図13は、ELISA方法でDHFRを利用して選別した単一クローンの相対的な発現量を比較した結果である。 図14は、図13の結果で相対的に高いELISAスコアによって選別された29個のクローンを示したグラフである。 図15は、96ウェルから最終6ウェルに移したクローンのHuE10−101発現率を示した結果である。 図16は、100nMMTXが含まれた培地で成長する予備細胞株に対する顕微鏡写真である。 図17は、100nMMTXで発現率が高い3個のクローンに対するHuE10−101発現量測定結果である。 図18は、培養安定性を確認した結果である。 図19は、HuE10−101のN−末端アミノ酸配列を確認した結果である。 図20は、HuE10−101のペプチドマッピング結果である。 図21は、HuE10−101の構造的特性糾明のためにトリプシン処理後、LC‐MSペプチドマッピング分析法を利用して理論的アミノ酸配列の同質性を確認した結果である。 図22は、CD(Circular dichroism)を利用してHuE10−101タンパク質の2次構造を予測した結果である。 図23は、ProteOn XPR36を用いたHumiraとHuE10−101のTNF−α及びCXCL10との結合力を評価した結果である。 図24は、ELISAを基盤としたKD値を測定し、結合親和度(binding affinity)を確認した結果である。 図25は、ヒュミラ、ヒュミラ複製抗体、HuE10−101、HuIL21R−101及びHuIL21R−100の抗TNF−α抑制能評価結果である。 図26は、CXCL10に対するHuE10−101の走化能評価結果を示したグラフである。NC:陰性対照群、PC:陽性対照群(左側:Jurkat T細胞、右側:PBMC)NC:negativec ontrol、PC:positiv econtrol(左:Jurkat T cell、右:PBMC) 図27は、共同培養システムを導入した破骨細胞分化実験条件を示した模式図である。 図28は、TRAP染色を用いた破骨細胞分化確認した結果である。 図29は、抗−TNF−α及び抗−CXCL10による破骨細胞分化の抑制効果を測定した結果である(TRAP陽性多核細胞計数結果)。 CD4+細胞のRANKL誘導条件:TNF−α、CXCL10、TNF−α+CXCL10刺激 図30は、生産細胞株で生産した抗体の効能を評価するためにTNF−α中和能評価を進行した結果である。 図31は、ヒュミラとヒュミラ複製抗体を濃度別に投与した後、関節炎誘発点数を測定した結果である。 図32は、ヒュミラとヒュミラ複製抗体を濃度別に投与した後、体重変化を測定した結果である。 図33は、HuIL21−101を濃度別に投与した後、関節炎誘発点数を測定した結果である。 図34は、HuIL21−101を濃度別に投与した後、体重変化を測定した結果である。 図35は、HuE10−101を濃度別に投与した後、関節炎誘発点数を測定した結果である。 図36は、HuE10−101を濃度別に投与した後、体重変化を測定した結果である。 図37は、HuE10−101を濃度別に投与した後、組織学的点数を測定した結果である。 図38は、関節炎誘発点数と組織学的点数の比較結果である。 図39は、生産細胞株で生産したHuE10−101を濃度別に投与した後、関節炎誘発(arthritis score)点数結果である。 図40は、生産細胞株で生産したHuE10−101を濃度別に投与した後、体重変化を測定した結果である。 図41は、実験が終わったTg197マウス組織を得て病理学的変化を観察した結果である。 図42は、生産細胞株で生産したHuE10−101を濃度別に投与した後、組織学的点数を測定した結果である。 図43は、生産細胞株で生産したHuE10−101を関節炎誘発点数と組織学的点数の比較結果した結果である。 図44は、K/BxN血清トランスファー関節炎マウスモデルの関節炎誘発点数を測定した結果である。 図45は、K/BxN血清トランスファー関節炎マウスモデルの浮腫変化を測定した結果である。 図46は、K/BxN血清トランスファー関節炎マウスモデルの浮腫変化を撮影した結果である。 図47は、K/BxN血清トランスファー関節炎マウスモデルのmicro CTを利用して骨を確認した結果である。 図48は、K/BxN血清トランスファー関節炎マウスモデルの組織病理学的病変を確認した結果である。 図49は、LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルでHuE10−101の破骨細胞分化能評価に対する模式図である。 図50は、LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルでHuE10−101の破骨細胞分化能を評価した結果である。 図51は、LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルで生産細胞株で生産したHuE10−101の破骨細胞分化能を評価した結果である。 図52は、LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルで生産細胞株で生産したHuE10−101の破骨細胞分化能を定量分析した結果である。 図53は、コラーゲン誘導性関節炎マウスモデルでHuE10−101の効能評価に対する模式図である。 図54は、重複されない3人の32種組織を利用してHuE10−101の交差反応を確認した結果である。
以下、実施例を通じて本発明をさらに詳しく説明する。これら実施例は、本発明をより具体的に説明するためのものであって、本発明の要旨によって本発明の範囲がこれら実施例によって制限されないことは、当業界において通常の知識を有する者に自明だろう。
(実施例)
実施例1:ヒトCXCL10抗原タンパク質の製造
ヒトCXCL10に対する単一クローン抗体を製作するために、ヒトCXCL10タンパク質を発現及び精製した。具体的に、ヒトCXCL10を増幅するために脾臓、胎盤、肝及び腎臓cDNAライブラリミックスを鋳型としてpET22bベクターに挿入した。pET22b−ヒトCXCL10プラスミドをBL21(DE3)に形質転換した後、収得した形質転換体は、アンピシリン(ampicillin)が含まれたLBプレートに接種し、一晩中培養後、37℃で振盪培養した。
その後、OD600値が0.55になれば、IPTGを0.5mM濃度で添加し、一晩中培養した後、6,500rpm、4℃で15分間遠心分離して、上澄み液を収得した。収得した上澄み液を濃縮し、Ni−NTAアガロースを入れて反応させた後、アガロースビーズをカラムに充填した後に、溶出(elution)した。濃縮後、15%SDS−PAGEゲルにかけ、コマシエ(coomassiae)で染色した。タンパク質の発現程度を比較するために、BSA(Bovain serum albumin)を標準定量タンパク質として一緒に使用した。その結果、図2に示したように、約15kDaのサイズのヒトCXCL10タンパク質が発現されたことを確認した。
実施例2:単一クローン抗体の製造
2−1.パンニング過程
パンニング(panning)は、ファージの外壁(coat)にペプチドを発現(display)するファージライブラリから、標的分子(抗体、酵素、細胞表面レセプターなど)と結合する性質を有するペプチドを表面に発現しているファージのみを選別する過程を称える。CXCL10の単一クローン抗体を製造するためのファージ抗体群を製造するために、ファージパンニングを行った。上記実施例1で収得した精製されたヒトCXCL10抗原100μgをImmunosorbチューブ(Nunc 470319)に2mlのコーティング緩衝溶液(NaCO(sigma、S7795)1.59g、NaHCO(sigma、S8875)2.93g、NaN(sigma、S2002)0.2gで4℃で16時間程度回転器(rotator)でコーティングした後、室温で2時間PBSにとかして4%スキムミルク((BD、232100)−1X PBSで4%)を使用して免疫チューブで遮断した。上記免疫チューブにライブラリファージ2mlを添加し、室温で2時間反応させ、PBST(0.05%)で5回、PBSで2回洗浄した。洗浄後、特異的に結合したscFv−ファージのみを100mM TEA(SigmaT−0886)で溶出し、溶出されたファージを大腸菌(XL1−Blue、stratagene、200249)に感染させて増幅した。一番目のパンニングで増幅されたファージをPBST(140mM NaCl(sigma、S7953−5kg)8g、10mM Na2HPO4(Sigma、S7907−dibasic)1.15g、1.8mM KH2PO4(sigma、S−5655−500g:monobasic)0.2g、2.7mM KCl(sigma p9541)0.2g、ツイン20(sigma、p1379)0.55%)洗浄段階で回数を増やして(2次:13番、3次:23番)、同一の方法で2次及び3次パンニングを行った。その結果、下記表1に示したように、3次で抗原に対するファージのコロニー力価(titer)が100倍以上増幅されることを確認した(表1)。
2−2.ファージ抗体スクリーニング
1次から3次までパンニングして冷凍しておいた細胞貯蔵物(stock)を5mlの2×YTCM、2%グルコース、5mM MgCl培地にOD600値が0.1となるように入れた後、37℃で2〜3時間(OD600=0.5〜0.7)培養した。培養した細胞貯蔵物にM1ヘルパーファージを感染させ、2×YTCMK、5mM MgCl、1mM IPTG培地に30℃で16時間培養した。上記培養した細胞を4500rpmで15分間4℃で遠心分離した後、上澄み液(1次〜3次パンニングpoly scFv−ファージ)を新しいチューブに移した。96ウェル免疫プレート(NUNC 439454)に2種類の抗原(CXCL10、a−myc)をウェル当たり100ngずつ4℃で16時間程度コーティング緩衝溶液で処理してコーティングし、PBSにとかしたスキームミルク(4%)を使用して各ウェルを遮断した。各ウェルごとにPBS−ツイン20(0.05%)0.2mlで洗浄した後、1次、2次、3次パンニングポリscFV−ファージを各ウェルに100μlずつ入れ、常温で2時間反応させた。反応後、さらに各ウェルごとにPBS−ツイン20(0.05%)0.2mlを使用して4回洗浄し、二次抗体である抗−M13−HRP(Amersham 27−9421−01)を1:2000で希釈し、室温で1時間反応させた。反応後にPBS−ツイン20(0.05%)0.2mlで洗浄し、OPD精製(Sigma、8787−TAB)をPC緩衝溶液(C・HO(sigma、C0706)5.1g、NaHPO(sigma、S7907)7.3g)にとかした基質溶液を作って、ウェル当たり100μlずつ入れて、10分間発色させた後、490nmで吸光度をSpectrophotometer(MolecularDevice、米国)で測定した。
その結果、図3に示されたように、抗原に対する結合能が2つの抗原に対して3次polyscFV−ファージで増強(enrichment)されることをELISAを通じて確認した(図3)。
2−3.単一クローンファージ選別
上記実施例2−2で製造した結合能が大きい多クーロンファージ抗体群(3次パンニング)で得たコロニー2×YTCM、2%グルコース、5mM MgCl培地1mlが含まれた96−deepウェルプレート(バイオニア、90030)に分注し、37℃で16時間培養した。培養した細胞のOD600値が0.1となるように、100〜200μlを取って1mlの2×YTCM、2%グルコース、5mM MgCl培地に希釈した後、96−deepウェルプレートに分注し、37℃でOD600値が0.5〜0.7となるように2〜3時間培養した。M1ヘルパーファージを、MOI値が1:20になるように感染させた後、2×YTCMK、5mM MgCl、1mM IPTG培地に30℃で16時間培養した。培養した細胞を4、500rpmで15分間4℃で遠心分離した後、上澄み液を取って、4%PEG6,000と3%NaClを添加し、十分にとかして、氷で1時間反応させた。反応後、8,000rpmで20分間4℃で遠心分離した後、ペレットにPBSを添加してとかした後、12,000rpmで10分間4℃で遠心分離して、上澄み液を取って、新しいチューブに移し、3次パンニングして得た単一クローンscFv−ファージを4℃で保管した。
2−4.単一クローンファージ抗体群のELISA分析
96ウェル免疫プレートにCXCL10及びa−mycの2つの抗原をウェル当たり100ngずつ入れ、4℃で16時間コーティング緩衝溶液にコーティングした後、PBSにとかしたスキムミルク(4%)を使用して各ウェルを遮断した。各ウェルごとにPBS−ツイン20(0.05%)0.2mlを使用して洗浄した後、3次パンニングして得た単一クローンscFv−ファージ(各100scFv−ファージ)を各ウェルに100μlずつ入れ、常温で2時間反応させた。また、各ウェルごとにPBS−ツイン20(0.05%)0.2mlを使用して4回洗浄した後、2次抗体である抗−M13−HRPを1/2000に希釈し、室温で1時間反応させた。PBS−ツイン20(0.05%)0.2mlで洗浄した後、発色し、吸光度490nmで測定した。
その結果、表2に示されたように、それぞれの抗原に対する結合能が強い単一ファージクローンは、ヒトCXCL10−Hisに対して総59個の単一ファージクローンを収得した(表2)。
実施例3:選別した単一クローンファージ分類及び検査
3−1.フィンガープリンティングによる検証
上記実施例2を通じて選別された10個の単一クローン細胞をフィンガープリンティングで検証するために、選別した単一クローン細胞それぞれ1μlとTaqDNA重合酵素(ゼンダックス5U/μl)0.2μl、50p/μlの正方向プライマー(pelB5)(配列番号41:5’−CTAGATAACGAGGGCAAATCATG−3’)及び逆方向プライマー(cla3)(配列番号42:5’−CGTCACCAATGAAACCATC−3’)それぞれ0.2μl、10X緩衝溶液3μl、10mM dNTP mix 0.6μl、蒸留水24.8μlを混合し、下記表3のPCRプログラムの条件でコロニーPCR(iCycler iQ、BIO−RAD)を行った。
上記で収得したコロニーPCR産物は、1%アガロース(Seakem LE、CAMERES50004)で確認し、BstNI(Roche11288075001、10U/μl)0.2μlを加えて、37℃で2〜3時間下記[表4]の反応条件で反応させた。
その結果、BstNIによって切断された上記単一クローンファージ抗体の断片を8%DNAポリアクリルアマイドゲル(30% acrylamide(Bio−RAD、161−0156)2.66ml、10×TBE 1ml、蒸留水6.27ml、10% APS(sigma、A3678)70μl、TEMED(Bio−RAD、161−0801)7μl)で確認し、図3に示したように、単一クローンファージ抗体の多様性を確認した(図4)。
3−2.配列分析による検証
上記実施例3−1でフィンガープリンティングで確認された単一ファージクローンそれぞれの配列を分析するために、単一クローン細胞を2×YTCM、2%グルコース、5mM MgCl培地(5ml)に37℃で16時間培養した。培養した単一細胞からDNA精製キット(Nuclogen、5112)を利用してDNAを収得した後、pelB5プライマー(配列番号43:5’−CTAGATAACGAGGGCAAATCATG−3’)を利用した配列分析(ソルゼント、韓国)を依頼し、上記選別された抗体のVH及びVLのCDR領域を確認した。分析された配列を通じてこれら抗体と生殖細胞系列(germ line)抗体群の類似性をNCBIのIg BLASTプログラム(//www.ncbi.nlm.nih.gov/igblast/)を利用してそれぞれのヒト抗体の重鎖及び軽鎖のCDR3で使用されているポリペプチドを分析した。
その結果、表5に示したように、4種のhuman CXCL10に特異的なファージ抗体を得、これらのアミノ酸配列は、表6に示した。
実施例4:全体IgG変換及び分析
4−1.全体形態(Whole form)IgG変換
上記実施例3−2の4種の単一クローンファージのうち抗体をscFvからIgGに切り替えるために、重鎖の場合、単一クローンDNA 1μl、重鎖正方向プライマー及び重鎖逆方向プライマーそれぞれ10pmole/μl、10Xバッファー5μl、10mM dNTPmix1μl、pfu DNA重合酵素(ソルゼント、2.5U/μl)及び0.5μl蒸留水を混合して、コロニーPCR(iCycler iQ、BIO−RAD)を行った。また、軽鎖の場合も、下記軽鎖正方向及び逆方向プライマーを使用して同一の方法でコロニーPCRを行った。4種の単一クローンファージをscFvからIgGに変換するために使用したプライマーは、表7に示した。
その後、PCRに収得した重鎖遺伝子をDNA−ゲル抽出キット(Qiagen)で精製して、pNATAB Hベクター1μl(10ng)、重鎖(100〜200ng)15μl、10Xバッファー2μl、連結酵素(1U/μl)1μl、蒸留水を混合し、室温で1〜2時間放置し、ベクターと連結した。上記重鎖遺伝子を連結したpNATAB Hベクターを形質転換用細胞(E.coli XL1−blue)とともに氷に30分間放置した後、42℃で90秒間熱衝撃を与えて、形質導入(transfection)し、さらに氷で5分間放置した後、LB培地1mlを注入し、1時間37℃で培養した。その後、アンピシリンが含まれたLB固体培地に塗抹し、37℃で16時間培養した。培養後、生成された単一コロニーをアンピシリンが含まれたLB液体培地5mlに接種し、37℃で16時間培養した。上記培養液からDNA−prepキット(Nuclogen)を利用してDNAを抽出した。また、軽鎖は、pNATAB Lベクターを使用して上記のような方法でDNAを抽出した。
4−2.抗−CXCL10抗体の精製及び抗原結合親和度測定
抽出した全体形態抗体DNAは、293E細胞(Invitrogen)にPEI 40μg、DNA 10μg及び軽鎖DNA 10μgを入れて共同形質感染をした。形質感染後、得た2日目から8日目までの上澄み液を収得し、タンパク質Aビーズを利用して精製をし、精製されたヒトCXCL10抗体の抗原に対する結合力を測定するために、ELISAを行った。
具体的にELISAは、96ウェル免疫プレートに再組み換えヒトCXCL10タンパク質をウェル当たり100ngずつ4℃で16時間コーティング緩衝溶液でコーティングした後、PBSにとかしたスキムミルク(4%)を使用して各ウェルを遮断した。各ウェルごとにPBS−ツイン20(0.05%)0.2mlを加えて洗浄した後、単一クローン抗体を50nMから1/2ずつ順次に希釈して、抗原がコーティングされたプレートに100μlずつ入れ、常温で2時間反応させた。さらに、各ウェルごとにPBS−ツイン20(0.05%)0.2mlを加えて、3回洗浄した後、二次抗体である抗−ヒトFc−HRPを1:4000で希釈して、室温で50分間反応させた。PBS−ツイン20(0.05%)0.2mlで洗浄した後、OPD錠剤をPC緩衝溶液に入れた気質溶液を、ウェル当たり100μlずつ入れて、5分間発色させて、吸光度490nmで分光光度計(Spectrophotometer)で測定し、上記ELISA結果は、Graphpad prism ver.4ソフトウェア(CA92037:Graphpad Software Inc.、USA)を使用して分析した。
その結果、表8に示されたように、精製された抗−CXCL10抗体の抗原に対する結合力(KD)に優れていることを確認した(表8)。
実施例5:CXCL10及びTNF−α二重−特異的抗体の製造
5−1.二重特異的抗体HuE10−101の製造及び精製
抗−ヒトCXCL10単一抗体及びブロックバスター抗−TNF−α単一抗体であるヒュミラ(humira)を融合した二重特異的抗体を製作するために、上記実施例3で製造した抗−ヒトCXCL10単一クローン抗体のうちE10のScFvをpNATABH::ヒュミラの3’末端にクローニングし、これをHuE10−101と命名した。
抗−TNF−α抗体であるヒュミラは、重鎖可変領域のアミノ酸配列(配列番号:4)及び軽鎖可変領域のアミノ酸配列(配列番号:8)に基づいて遺伝子合成を通じて製造した。その後、humiraの重鎖領域を含むベクターでヒュミラの重鎖及び可変領域3’−末端にE10 scFvを連結するためにPCRを行い、これを通じて、2つの断片を連結して1つのDNA断片に作って、これをさらにpNATABHベクターに挿入し、HuE10−101を発現するためのpNATABH::Humira/E10ScFvベクターを製造した。その後、HEK 293E細胞(Invitrogen)にpNATABH::Humira/E10ScFv及びpNATABH::Humiraを3:7の比率で共同形質感染した。形質感染後に得た2日目から8日目までの2日間隔で上澄み液を4回収得し、抗体の発現量をウェスタンブロッティング(western blotting)で確認した後(図5)、タンパク質Aビーズを利用して精製した。ウェスタンブロッティングは、細胞培養液を2日間隔で収集し、1mlチューブにそれぞれ入れた後、細胞を除去するために、5000rpmで5分間遠心分離した後、得た上澄み液をタンパク質サンプルバッファー25μlとそれぞれの上澄み液125μlをそれぞれの1mlチューブに入れ、5分間沸かした。10% SDS−PAGEゲルに40μlずつローディングした後、電気泳動した後、メンブレインにトランスファーした。メンブレインを4%スキームミルクで1時間程度ブロッキングした後、2次抗体である抗−Fc−HRPを1/4000で添加した後、常温で4時間程度揺らした。1xPBSTで3回洗浄した後、ECL溶液1mlをメンブレインに散布した後、暗室でX−レイフィルムで感光させて結果を得た。
その結果、図5に示したように、HuE10−101抗体の発現を確認し、最終精製された抗体の回収率は、7mg/Lであって、一時的(transient)発現を用いた方法では、多くの量が発現されることを確認した(図6)。
また、精製した抗原のQC分析のために、Agilent 2100 Bioanalyzer(Inc、Agilent Technologies、Germany)のAgilent Protein 230 kit(5067−1517)チップを利用してゲル−類似イメージと絶対定量(Absolute Quantitation)を確認した。分析は、減少(reducing)と非−減少(non−reducing)条件でそれぞれ行い、対照群としてヒュミラを一緒に分析した。
その結果、図6に示したように、ヒュミラは、還元(reducing)条件で重鎖と軽鎖の分子量が50と25kDaで現われ、HuE10−101の重鎖と軽鎖の分子量は、それぞれ83と25kDaで現われ、ヒュミラの重鎖領域にE10のScFvが融合され、分子量が増加することを確認した。非−還元(non−reducing)条件でHuE10−101の分子量は、約187kDaであることを確認した(図6)。
5−2.二重特異的抗体HuE10−101のCXCL10及びTNF−αに対する結合力の調査
二重特異的抗体HuE10−101のCXCL10またはTNF−αに対する特異的な結合力を確認するために、上記実施例4−2と同一の方法でELISA分析を行った。HuE10−101の結合力の水準を比較するために、HuE10−100抗体と同一の方法で分析して比較した。一方、上記HuE10−100抗体は、ヒュミラ重鎖の可変領域N−末端にE10scFvを連結させて製作し、HuE10−101のようなTNF−αとCXCL10に対する二重抗体であるが、HuE10−101に比べて発現量が極めて少ないという短所がある。
その結果、図7に示されたように、CXCL10に対する結合力は、HuE10−100及びHuE10−101の2つの抗体でそれぞれ3.0×10−11M(R2=0.99)及び4.7×10−10M(R2=0.99)を示すことを確認し、TNF−αに対する結合力は、それぞれ、4.1×10−11M(R2=0.989)と3.5×10−11M(R2=0.99)であって、類似の結合力程度を有することを確認した(図7)。
5−3.二重特異的抗体HuE10−101の細胞毒性の調査
二重特異的抗体HuE10−101の動物実験のために細胞毒性を調査した。HuE10−101は、60.28mgを生産して調査し、対照群としてヒュミラを43.68mg生産して行った。
HuE10−101を精製した後、精製された抗体の細菌内毒素(bacterial endotoxin)を測定するために、Chromo−LAL(cat#C0031、CAPE COD)を利用した。対照群として使用される基準毒素(CSE、controlスタンダード細菌内毒素;cat#E0005、CAPE COD)を1EU/mlから2倍ずつ希釈して、最小濃度が0.03125 EU/mlとなるように準備した。陰性対照群としてLRW(LAL reagent water、cat#WP1001、CAPE COD)100μlにLAL 100μlを入れ、陽性対照群として0.125EU/ml濃度の基準毒素(CSE)100μlにLAL 100μlを交ぜて実験に使用した。分析のためにLRWで50μg/mlの一定濃度となるように希釈した試料100μlにLAL 100μlを準備した。さらに、試料の干渉確認のために、生成物質陽性対照群実験を行い、上記希釈した試料50μlに0.125 EU/ml基準毒素(CSE)50μlとLAL 100μlを入れて準備した。VersaMaxマイクロプレートreader(Molecular devices)で測定するとき、プロトコル化したファイル(Chromo LAL setting.pda)を利用して基準値を決定した。プレートは、37℃に10分間予熱して準備した後、実験を始めた。LALを処理すると同時に、プロトコル化したファイルを始めてODを測定した。スタンダード曲線のX軸は、Log EU/ml、Y軸は、Log On settimeで作成され、試料の細胞内毒性数値は、測定したODをソフトウェア上で自動に計算し、EU/mlで表示した。スタンダード曲線のR2値が0.98以上になる場合に、測定値に対する信頼性を認定した。
その結果、図8に示されたように、HuE10−101及びヒュミラの耐毒素レベルを調べるためにLALテストを行った結果、HuE10−101及びヒュミラのLAL値は、いずれも0.1EU/ml以下であることを確認した(図8)。
実施例6:HuE10−101生産細胞株確立
6−1.細胞株用HuE10−101発現ベクター製造
HuE10−101抗体のHuE10−101抗体重鎖と軽鎖の発現のためのプラスミドは、invitrogenのpOptiVecシステムを使用した。pOptiVecシステムの長所としては、関心遺伝子と選択マーカーであるDHFRが同一転写体上に存在し、遺伝子増幅が容易であるという点である。HuE10−101−HcとHuE10−101−Lcは、いずれもpOptivecベクターにサブクローニングされ、形質感染時にDNA線形化に使用された酵素位置は、アンピシリン遺伝子内部のPvuIを利用した。プラスミドマップは、図9の通りである。形質感染試薬としてリポフェクタミン2000を使用し、DNA:リポフェクタミン2000=1:1、1.5、2の比率で使用した。
6−2.CHO DG44維持
発現宿主として使用されたCHO DG44細胞は、MEM−アルファ(w/)+10%FBS+AA培地を使用して培養した。細胞パッシング(passing)時に約1−2x10細胞/ウェルを0.25%トリプシンを使用して床から引き離した後、1/3を2mlの培地が含まれた新しいウェルにトランスファーした。細胞株の開発は、96ウェル及び6ウェルプレート水準で進行した。
6−3.形質感染
形質感染の前日に4x10細胞を6ウェルプレートに分注した後、約16時間培養器で培養した。形質感染の当日の細胞状態を観察し、形質感染に適合するかを確認した後、MEM−アルファ(w/)(−FBS、−AA)培地で2回洗浄した。1mlのMEM−アルファ(w/)(−FBS、−AA)培地を添加後、約1時間培養器で培養した。形質感染に必要なDNAは、線形化したHuE10−101−HcとHuE10−101−Lcを使用し、2μg(Hc:1μg+Lc:1μg)とリポフェクタミン2000 4μlをMEM−アルファ(w/)(−FBS、−AA)100μlに混合後、常温で約30分間反応させた(DNA:リポフェクタミン2000=1:1、1.5、2)の3種類の比率で使用した。上記例示は、1:2の比率である。混合液をウェルに落とす方式で形質感染し、6時間後、MEM−アルファ(w/)+10%FBS+AA培地に交換した。形質感染は、いずれも2倍数で進行した。
形質感染が良好に行われたかを確認するために、ウェスタンブロッティングを実施した。形質感染後、2〜3日後に、6ウェルに細胞が一杯になったとき、培地を収得し、ウェスタンブロッティングを行った。10%SDS PAGEゲルを利用し、培地は、30μlローディングした。DNA:リポフェクタミン2000=1:2の条件で形質感染が最も良好に行われたことを確認した(図10)。
6−4.単一コールローン選別
約2日後、形質感染されたDG44の16個の96ウェルプレートで単一クローン選別を進行した。トリプシンで細胞をすべて引き離した後、カウンティングして、1ウェル当たり200細胞ずつとなるように分注した。この際、DHFRによる選別のためにMEM−アルファ(w/o)+10% dFBS+AA培地を使用した。2週後、コロニー生成有無を観察し、培地を収得し、ELISAを通じてHu10E−101の発現程度を確認し、高い発現率を有する29個のクローンを選別した。
図11は、96ウェルプレートに形成されたコロニーを撮影した顕微鏡写真である。DHFRによる選別のためにMEM−アルファ(w/o)+10% dFBS+AA 200μlに200細胞/ウェルとなるように敷設すれば、形質感染された細胞は、選別培地で成長するようになり、コロニーを形成するようになる。
図12は、図11のコロニーの発現確認のためにドットブロッティングを実施した結果である。培地は、30μlを使用し、抗−Fc−HRPで探知した。オレンジ色の丸のように、発現率の高いクローンは、さらに濃いブロットを有することを確認することができた。
図13は、単一クローン選別した16プレートのうち3個のプレートでELISA方法で相対的な発現量を比較したものである。抗−Fab抗体を100ng/ウェルにコーティングしたELISAプレートに2時間5%スキムミルクを含むPBSを利用してブロッキングした。その後、コロニーを選別した培地を収得し、100μl添加した。2時間常温で反応後、0.05% PBST 200μlで3回洗浄した後、抗−Fc−HRPを1:5,000で100μl 1時間反応させた後、OPDを利用して探知した。紫色で表示したクローンが選別された発現率が相対的に高いクローンである。
ELISA定量したもののうち発現が高くて、単一コロニーを形成したものを1プレート当たり2〜3個ずつ選別した。図14の赤色点線は、平均値を表現したものであり、赤色の星で表示したものが選択したコロニーである。
16個のプレートのうちELISAを通じて発現が高い29個のコロニーを選別し、96ウェルから48ウェル、24ウェル、6ウェルの順に細胞を増幅した。最終6ウェルから5x10細胞/ウェルに分注した後、2日後に細胞が一杯になったとき、培地を収得し、ELISAを通じて定量した。図15で赤色で表示されたクローンは、6ウェルでも発現量が維持され、100nM MTXで遺伝子増幅過程を進行した。
6−5.遺伝子増幅
HuE10−101抗体発現の増幅のためにMTXをMEM−アルファ(w/o)+10%dFBS+AA培地に添加して使用した。初期開始濃度は、100nMから適応を誘導した。上記で選別したHuE10−101 29個のクローンをウェル当たり5x10細胞で分注した。2日周期で新しい培地に交換しながら、コロニー形成を観察し、細胞が一杯になれば、さらに新しい細胞に5x10細胞で分けた。3回パッシングした後、ELISAを通じて発現率を確認した。100nM完了したクローンのうち発現の高いクローンは、1μMで遺伝子増幅をした。
図16は、初めに5x10細胞で分注した後、1週間後にコロニーが形成されたことを示す顕微鏡写真である。2日ごとに培地を交換しながらコロニーが形成されたことを確認し、6ウェルに一杯になれば、トリプシンで細胞を剥がして、新しいプレートに分けた。このような方法で、3回パッシングした後、ELISAを通じて定量した。
6−6.100nMで選別された予備細胞株のHuE10−101発現率
HuE10−101抗体の定量は各ステップ別に適応された細胞を5x10細胞/T−25フラスコ/5mlに6日間培養する方式で実施した。100nMに適応された細胞でバッチ(batch)を実施した。ELISA方法を使用して定量した。
100nMで遺伝子増幅は、クローン別に適応速度が全部異なるため、最も速く成長する3個のクローンからT−25フラスコに5x10で分注し、6日後に培地を収得し、ELISAで定量した。ELISAは、上記で説明したものと同じ方法を利用した。その結果、S17クローンが40mg/Lと最も高い発現率を示すものと確認された。したがって、このS17クローンは、1μM MTXで遺伝子増幅を誘導した(図17)。
6−7.単一細胞株でのタンパク質発現量確認
2種の細胞群(Humira CXCL10 cell line S7 3μM、Humira CXCL10 cell line S7 4μM)を利用して限界希釈法によって単一細胞株分離を行った。単一細胞株を確保するために、1細胞/ウェルで96ウェルプレートにシーディングして、群集を形成した単一細胞由来の細胞株を獲得した。獲得した単一細胞株のタンパク質発現量は、24ウェルプレートで4日間培養した培養液を利用してELISAに分析し、下記の総20個の単一細胞株を選別して、125mL Erlenmeyer flaskで浮遊培養適応を行った(表9)。
選別された20個の細胞株は、浮遊細胞に適応後、5x細胞/mLとなるように化学組成培地に十分に分散して接種し、34℃、5%CO培養器で撹拌速度140±10rpmで6日間流加式培養し、発現量を分析した(表10)。
6−8.抗体生産細胞株の発現安定性
発現量の分析結果を通じて発現量が約50μg/mL以上を示す10個の細胞株を選別して、長期継代培養中に発現安定性を確認するための培養を行った。浮遊培養適応後、凍結保管された細胞を化学組成培地に解凍した後、125mL Erlenmeyer flaskで3日間隔で90日間継代培養した。継代ごとに培養液の一部を収穫し、凍結保管し、ELISAによる発現量分析結果に基づいて安定性を分析し、生産性が高くて、継代培養安定性が80%以上維持される細胞株を工程開発のための細胞株として選別した。分析結果に基づいてS7(4μM)−3細胞株を最終選別し、S7(4μM)−3細胞株の30継代までの培養安定性を培養初期(4−9継代)と26〜30継代での平均発現量を比較分析した結果、継代培養安定性が95%以上維持されることを確認した。したがって、S7(4μM)−3細胞株を工程開発及び10g生産のために生産用細胞株として使用した(図18)。
実施例7:抗体の物理化学的特性分析
7−1.抗体の構造または構成成分に関する分析
7−1−1.N−末端アミノ酸配列確認
N−末端アミノ酸配列分析は、抗体タンパク質の重鎖と軽鎖に分けて分析した。
通常の抗体タンパク質のN−末端配列の一番目アミノ酸であるグルタミンよりなる場合、グルタミンアミノ酸がピロリドンカルボン酸(pyroglutamate)に変形された形態で存在する場合が高い。しかし、HuE10−101の重鎖と軽鎖は、いずれも、グルタミンでなく、グルタミン酸とアスパルト酸よりなるので、特異的変形が発生する可能性が非常に低い。
分析結果、重鎖のN−末端配列は、16個のアミノ酸配列を確認し、軽鎖は、18個のアミノ酸配列を確認した。確認されたアミノ酸配列は、理論的なアミノ酸配列と同一であった。
HuE10−101試料をTCAで沈積して貯蔵バッファーを除去し、5Mウレアを処理して変性させた。トリプシンを処理して抗体をペプチド断辺に切断させた後、PNGase−Fを入れて脱グリコシル化させた。最後に、DTTを入れて二硫化結合を除去した後、LC−MSでペプチド分析実験を行った。抗体タンパク質のN−末端配列は、タンパク質の発現過程で他の部分のアミノ酸に比べてPTM(post−translational modification)が発生する可能性が高くて、抗体タンパク質の活性度とその他免疫拒否反応にも関連されることができる。HuE10−101は、構造的に重鎖と軽鎖とに分けられていて、本実験では、重鎖のN−末端と軽鎖のN−末端をそれぞれLC−MS/MS方法によって最終シーケンシングした。N−末端分析のためにトリプシンを使用してそれぞれの重鎖N−末端分析と軽鎖N−末端分析を行った。
トリプシンによって切断された抗体由来ペプチドは、LC−MSペプチドマッピングとLC−MS/MSシーケンシング分析方法を行い、ここで、それぞれの理論的ペプチド分子量を計算して、N−末端ペプチドを把握した(図19a)。
同一条件のLC−MSをまず行い、当該ペプチドの維持(retention)時間を確認し、同じLC条件を使用してLC−MS/MS分析を行い、ペプチドシーケンシングを行った。N−末端シーケンシング結果、図19aと図19cは、それぞれ、LC−MS/MS分析法によるHuE10−101の重鎖と軽鎖のN−末端シーケンシング結果である。結果から分かるように、HuE10−101タンパク質の重鎖及び軽鎖のN−末端配列は、理論的HuE10−101タンパク質のN−末端配列と同一のペプチド分子量とシーケンシングされ、重鎖のN−末端配列は、EVQLVESGGGLVQPGRであり、軽鎖のN−末端配列は、DIQMTQSPSSLSASVGDR確認された(図19)。
表11は、N−末端配列の理論的分子量とLC−MSで確認された分子量、ms/msシーケンシングを通じて確認されたN−末端配列を整理したものである。通常のタンパク質のN−末端の変形形態であるピロリドンカルボン酸形態と切断、脱アミド化、酸化のような変形は、HuE10−101タンパク質では確認されなかった(表11)。
以上の結果から、HuE10−101 N−末端配列確認試験を通じて重鎖のN−末端配列は、EVQLVESGGGLVQPGR確認され、軽鎖のN−末端配列は、DIQMTQSPSSLSASVGDR確認され、特異的変形は確認されなかった。
7−1−2.ペプチド分析
HuE10−101の構造的特性糾明のために、プロテアーゼ(トリプシン)処理後、LC‐MSペプチドマッピング分析法を利用して理論的アミノ酸配列の同質性を確認した。
理論的タンパク質アミノ酸予想配列と98%以上の同一の配列で確認され、一部のアミノ酸で化学結合による変形が発生したが、これは、実験及び分析過程で出ることができる量において非常に少ないものであった。
HuE10−101試料をTCAで沈積して保存バッファーを除去し、5Mウレアを処理して変性させた。その後、トリプシンを処理して抗体をペプチド断辺に切断させた後、PNGase−Fを入れて脱グリコシル化させた。最後に、DTTを入れて二硫化結合を除去した後、LC−MSでペプチド分析実験を行った。
HuE10−101の全体分子量は、約190KDaの巨大タンパク質であって、重鎖と軽鎖でそれぞれ構成されている。全体アミノ酸は、919個で構成され、重鎖は705個、軽鎖は214個で構成される(配列リスト第59配列及び第60配列)。通常の抗体タンパク質は、150kDa分子量であるが、HuE10−101タンパク質は、重鎖のC−末端451リシン後に重鎖の可変配列がさらに結合された。
HuE10−101タンパク質の重鎖/軽鎖の構造的特性分析のために、HuE10−101タンパク質配列をプロテアーゼによって切断された理論的ペプチド分子量と実際HuE10−101タンパク質のLC‐MSクロマトグラムプロファイルから出たペプチドピークがアサンされたペプチド分子量を基準として当該ペプチドの質量の一致度で分析した。図20は、分析試料HuE10−101のペプチドマッピング分析結果であって、HuE10−101抗体から由来するトリプティクペプチドの溶出されるLC−MSクロマトグラムである。
HuE10−101タンパク質由来ペプチドの個数が多いため、図20a及び図20bにそれぞれ溶出される時間に分けてペプチドピークのアサイン結果を示した。
理論的なHuE10−101抗体タンパク質の重鎖と軽鎖配列のトリプティクペプチド分子量とLC−MSクロマトグラムで検出されたペプチドの分子量とシーケンシング結果を整理したものである。トリプシンを利用したペプチドマッピング分析で1.9%の抗体タンパク質の配列を確認しなかった。これは、タンパク質をプロテアーゼで切断する場合に、切断されたペプチドのサイズが非常に小さいか、特定ペプチドのシグナルが非常に弱く検出されるからである。また、抗体タンパク質に予測不可能なPTM(post‐translational modification)されている場合、質量値のみを基準として確認することはできない。このような予測不可能なペプチドは、LC−MS/MSでペプチドシーケンシングをして最終確認した。表16と表17で理論的なトリプティクペプチドの分子量より差異を示すペプチドを確認することができ、重鎖で7個、軽鎖で3個の変形ペプチドを確認した。表12と表13の変形されたペプチドの同定は、LC−MS/MSを進行して、最終de novoシーケンシングを通じて配列内の変化を確認した。上記結果から、重鎖と軽鎖は、共通的にアスパラギンアミノ酸に脱アミン化形態と一部化合物の結合形態も確認された。
図20でLC−MS/MSde novoシーケンシングした結果のように、ペプチドに化合物の結合が確認された。図20aで、HT24(m)(de)ペプチドは、VVSVLTVLHQDWLNGKのペプチドでN−末端に43Daに該当する化合物が結合されており、319番アスパラギンアミノ酸が脱アミン化で変形されていた。図20bのLT13(m)ペプチドは、理論的分子量に比べて43Daが増加した化学結合ペプチドと確認された。ペプチドペブピングテーブルで確認された残りの変形されたペプチドは、上記のようなLC−MS/MSペプチドシーケンシング方法で最終確認した(図21)。
したがって、全体アミノ酸(重鎖と軽鎖)919個のうち902個のアミノ酸がHuE10−101タンパク質の重鎖/軽鎖のアミノ酸と一致することを確認した。最終分析後、全体配列カバレッジは、98.1%と確認された。
以上の結果から、HuE10−101に対するペプチドマッピング分析を通じてアミノ酸中心構造で98.1%同一の構造を有し、一部に限って化学結合されたペプチドとアスパラギンアミノ酸に弱く脱アミン化されたことを確認した。
7−2−1.CD(Circular Dichroism)分析
本実験は、CD(Circular dichroism)を利用して試料の2次構造を予測しようとした。CD分析して得たFar−UVデータをJASCO社の2次構造予測プログラムを利用して2次構造予測を行った(図22)。
図22から分かるように、300−200nmのfar−UV分析結果、HuE10−101試料は、ベータ77.9%、ターン22.1%の比率で存在することを確認した。
7−2−2.SPR(Surface plasmon resonance)分析
HuE10−101の抗原に対する結合力分析のために、SPR装備中の1つであるバイオラッド(Bio−Rad)社のProteOn XPR36を利用した。抗原であるTNF−αまたはCXCL10を別にコーティングして、抗体の結合力を分析した結果、HuE10−101は、TNF−αに対しては、0.195nM、CXCL10に対しては、3.54nMの結合力を示した。対照群として使用したHumiraの場合は、TNF−αのみに対して0.116nMの結合力を示すだけで、CXCL10に対しては予想どおり結合しなかった。
XPR GLCチップ2個のチャンネルに100nMのTNF−αまたはCXCL10をそれぞれコーティングし、抗体を流す方式で結合力評価を行った。測定のためにProteOnXPR 36にGLCチップを50%グリセロールを使用して初期化させた後、25℃条件でランニングバッファーPBST(10mM Na−ホスフェート、150mM NaCl、0.005% Tween 20、pH7.4)を流して、chipを安定化させた。GLC 5個チャンネルに0.04M N−ethyl−N’−(3−dimethylaminopropyl)carbodiimide(EDC)と0.001M sulfo−N−hydroxysuccinimide(sulfo−NHS)を1:1比率で30μl/分の流速で220μlの量を流して、チャンネルを活性化させた。引き続いて、100nMのTNF−αまたはCXCL10は、pH5.5アセテートバッファーを使用して30μl/分の速度でコーティングした。1Mエタノールアミン−HCl(pH8.5)で活性化されたチップを不活性化させた。固定化(immobilization)レベルが800RU(resonance units)であることを確認した。PBS/Tで基準を定めた後、HuE10−101またはHumira抗体を5nMから1/2ずつ希釈した5個の一連の濃度を作って、コーティングされた所に流すことによってKD値を求めた。
XPR GLCチップに100nMのTNF−αまたはCXCL10をコーティングし、HumiraまたはHuE10−101を5nMから1/2ずつ希釈して5個の濃度を流した結果、図23のようなセンソグラムを得た。
図23から分かるように、Humiraは、抗原であるTNF−αには良好に結合するが、CXCL10には全然付着しない結果を示した一方で、HuE10−101は、TNF−αだけだけでなく、CXCL10にも良好に付着する二重抗体であることを再確認した。
表14は、図23のセンソグラムから得られた各抗原に対する抗体のKD値の測定結果である。kaは、結合定数を示し、kdは、解離定数、そしてKDは、解離定数であって、kd値をkaで分けて得られた値である。Humiraは、抗原であるTNF−αとの結合力だけが測定され、KDは、0.116nMと現われた。これとは異なって、二重抗体であるHuE10−101は、TNF−αの結合力はHumiraと類似な0.195nMを示し、そして、CXCL10に対しては、これよりは多少弱い3.54nMのKDを示した。CXCL10に対するKDの低い理由は、図23と表14の結果を総合して見れば、kdがTNF−αとのそれに比べて多少低いことが原因であると認められる。
7−3.免疫化学的分析
7−3−1.ELISA(Enzyme−linked immunosorbent assay)
HuE10−101の抗原に対する免疫化学的分析のためにELISAを行った。抗原であるTNF−αまたはCXCL10をそれぞれ別にコーティングして抗体の結合力を分析した結果、HuE10−101は、TNF−αに対しては0.495nM、CXCL10に対しては1.9nMの結合力を示した。対照群として使用したHumiraの場合は、TNF−αのみに対して0.5nMの結合力を示すだけで、CXCL10に対しては予想どおり結合しなかった。
96ウェルの免疫プレートに抗原であるTNF−αまたはCXCL10を100ng/ウェルずつ入れて、4℃で一晩中コーティングした。5%スキムミルク200μl/ウェルを入れ、2時間常温で培養した。その後、HuE10−101とHumiraをそれぞれ50nMから1/2ずつ段階希釈して、100μl/ウェルを入れ、2時間常温で培養した。2時間後、0.05% PBST 200μl/ウェルで3回洗浄した。そして、抗−ヒトFC−HRP(in goat)を1:1000で1%スキムミルクPBSに作った後、100μl/ウェルを入れて1時間常温で培養した。その後、1時間後、0.05% PBST 200μl/ウェルで3回洗浄した。OPD溶液を製造した後、100μl/ウェルに入れた後、発色になれば、停止バッファーで反応を中止した後、492nm波長で測定した。
ELISAを基盤とするKD値を測定した結果、次のような結合親和度を確認した。測定値に対する信頼性を示すR2値が0.97以上であって、すべての実験に対する信頼性が高いことを示した。結果から、HuE10−101は、TNF−αとCXCL10の両方に良好に結合する二重特異性(ispecific)抗体であることが確認された(図23)。HuE10−測定された抗原結合力は、それぞれ4.5X10−10M(0.45nM)と1.9X10−9M(1.9nM)であることを確認した。一方、対照群であるHumiraは、予想したとおり、TNF−αには良好に結合したが、CXCL10には全然結合しないことを確認した(図24)。それに対する結合親和度は、1.5X10−10M(0.15nM)であって、HuE10−101と誤差範囲内で類似していた(表15)。
実施例8:候補抗体の生体外(in vitro)効能評価
8−1.TNF−α抑制能評価
候補抗体のTNF−α抑制能を確認するために、TNF−α受容体を有しているWEHI164細胞を利用した抗−TNF−α抑制能評価技法を確立した。
対照抗体としては、ヒュミラ(Abbott Laboratories)を使用し、候補抗体としては、ヒュミラ複製抗体(課題で開発したものである)、HuE10−101を使用した。それぞれの抗体濃度を1/2段階希釈した後、hTNF−αを添加して細胞培養した後MTT(thiazolyl blue tetrazolium)を添加して、5%CO、37℃培養器で培養した後、細胞を溶解させた後、595nmの波長で吸光度を測定した(図25)。
分析結果、ヒュミラ複製抗体、HuE10−101、HuIL21R−101、HuIL21R−100(課題で開発したものである)で陽性対照群であるヒュミラより低い濃度でTNF−α抑制能があることが観察された。このような結果から、TNF−αに対する候補抗体の抑制能がヒュミラに比べて向上することを確認した(図25)。
8−2.CXCL10抑制能評価
候補抗体の効能検証のために、トランスウェルシステムを利用した細胞走化能(chemotaxis)実験技法を確立した。本発明者らが先行研究を通じてCXCL10によってT細胞の走化能が増加されると明らかにした結果に基づいて、CXCL10によって増加した細胞走化能に抗−CXCL10抗体であるHuE10−101を処理したときの走化能の変化を観察した。Jurkat T細胞を5.0μmポアサイズ細胞培養トランスウェルに4時間培養し、Jurkat T細胞の移動を確認した。実験群には、HuE10−101を50ng/ml、100ng/ml、200ng/mlの濃度で上部と下部チャンバに処理し、CXCL10によって増加する走化能条件を作るために、下部チャンバには、hCXCL10をさらに処理した。陽性対照群には、下部チャンバのみにhCXCL10を単独で入れて、CXCL10によって走化能が増加するかを確認した。その結果、陽性対照群(PC)より実験群での細胞移動が効果的に減少することを確認した(図26)。
既存の破骨細胞分化実験では、M−CSFとRANKLを直接添加して、大食細胞を破骨細胞に分化させる。しかし、CXCL10刺激によってCD4+細胞から放出されるRANKLの量による破骨細胞分化の程度を分析するために、本発明者らは、CD4+/CD14+同時培養システムを導入し、破骨細胞分化を誘導する実験条件を確立した(図27)。
破骨細胞への分化抑制能を確認するために、血液で破骨細胞前駆細胞(CD14+)とCD4+細胞を分離した後、2つの細胞を同時培養システムを利用して破骨細胞分化を誘導し、TRAP(tartrate resistant acid phosphatase)染色を施行し、顕微鏡観察した(図28)。
HuE10−101による破骨細胞分化抑制能を確認した結果、ヒュミラを使用した対照群(G−I)に比べて、TNF−αとCXCL10刺激をそれぞれ単独で処理した群とTNF−αとCXCL10を一緒に刺激した同時培養システムで破骨細胞分化が濃度依存的ではないが、減少することを確認した(図29)。
8−4.抗体のTNF−α中和能評価
生産細胞株で生産した抗体の効能を評価するために、2次年度に確立したTNF−α中和能評価を進行した。本実験には、TNF−α受容体を有しているWEHI164細胞を利用した。対照抗体としては、humira(Abbott Laboratories)を使用し、実験群は、HuE10−101を使用した。それぞれの抗体濃度を1/2段階希釈(serial dilution)した後、再組み換えヒトTNF−αを添加して細胞培養した後、MTT(thiazolyl blue tetrazolium)を添加し、5%CO、37℃培養器で培養した後、細胞を溶解させた後、595nmの波長で吸光度を測定し、EC50値を分析した。
分析結果、HuE10−101処理群において対照群であるhumira®処理群より低い濃度でTNF−α中和能があることが最終確認した。また、2次年度に使用された抗体を比較したとき、新たに開発した生産細胞株で生産した抗体でのTNF−α中和能が向上することを確認した(図30)。
実施例9:抗体の生体内(in vivo)効能評価
9−1.ヒト化TNFマウスで二重抗体の効能評価
9−1−1.ヒト化TNF形質転換マウス
1991年Kefferなどが確立したTNF形質転換マウスモデルは、TNFを抑制する役目をするTNF3’UTR(untranslated region)がないように操作して、ヒトTNF移植遺伝子をマウスに導入した。これにより、TNFの発現を増大させることによって、自発的に関節炎が誘導されるようにした。このような方法で誘導された関節炎は、リュウマチ関節炎と同様に、病理学的に滑膜の肥厚、関節腔内への炎症細胞の浸潤、パンヌス形成と軟骨と骨の破壊を示した。
TNF形質転換マウスモデルは、TNFによって誘導される関節炎の発病機作の確認を通じてTNFが関節炎の発病に重要な役目をすることを証明することができるきっかけを設けた。現在TNFと関連した治療剤の効能を評価するのにTNF形質転換マウスモデルが有用に活用されている。
したがって、本発明者らは、TNFに対する二重抗体の効能評価のために、TNF形質転換マウスモデルを利用した。TNF形質転換マウスモデルを利用した二重抗体効能評価は、ギリシア所在のCRO専門機関に依頼して進行した。効能評価に利用された系統は、Tg197であり、米国食品医薬局(FDA)で勧告したリュウマチ関節炎に対するヒト抗体評価モデルのうち1つである。現在市販中のTNF−α拮抗剤であるInfliximab(Remicade®)開発においてTg197系統を利用した。
Tg197系統であるTNF形質転換マウスモデルの関節炎進行は、性別間に臨床的差異が現われず、疾病が進行されるにつれて、一般マウスと比較するとき、体重減少を示すことが特徴である。Tg197系統の組織を病理学的に分析して見れば、リュウマチ関節炎と非常に同様に炎症性浸潤、滑膜の肥厚、軟骨破壊、骨の浸食などを観察することができる。
Tg197系統のTNF形質転換マウスモデルは、実験開始3週目から病変が発生する。病変初期の3週目から6週目までのモデルは、予防効果を調べるために使用され、6週目から9週目までは、治療効果を調べるのに主に利用される。したがって、本実験の目的である二重抗体の効能を評価のために、評価期間は、3週目から9週目まで進行した。臨床的評価は、評価期間中の関節炎誘発点数(arthritis score)と体重の変化測定を通じて進行された。
また、実験終了後には、組織病理学的評価を通じて関節炎の病変程度を評価した。リュウマチ性関節炎の組織病理学的特徴としては、関節滑膜細胞の過増殖とこれを原因とする軟骨組織の破壊が代表的な特徴である。マウス膝組織を分離してホルマリンに固定し、石灰質除去段階を経てパラフィンでブロックを製作し、マイクロトームを利用して4μmの組織切片を製作した。H&E(hematoxylin and eosin)染色して、滑膜組織の炎症度(synovial inflammation)、骨浸食程度(bone erosion)、軟骨細胞破壊程度(cartilage damage)、そして免疫細胞の浸潤(leukocyte infiltration)などを調査した。この際、評価は、どんなサンプルであるか分からないように、ブラインドテストで進行した。組織病理学的評価(Histopathological Evaluation)は、次の表を基準として評価した。
9−1−2.ヒト化TNF形質転換マウスを利用した候補抗体の効能評価結果
既存に商用化されて広く使用されるヒュミラ10mg/kgと本発明者が開発したヒュミラ複製抗体を2mg、10mg/kg容量でマウスに投与した後、、臨床的変化観察及び評価した。ヒュミラとヒュミラ複製抗体の関節炎誘発点数(arthritis score)を測定した結果、Vehicle群で1.48であり、対照群であるヒュミラが10mg/kgの濃度であるとき、0.22であった。ヒュミラ複製抗体の濃度がそれぞれ2mg、10mg/kgであるとき、0.66、0.52の数値を示した(図31)。TNF形質転換マウスモデルは、疾病が進行するにつれて、臨床的に相当な体重減少を示すことが特徴である。体重変化測定は、関節炎誘発点数(arthritis score)の測定日程と同一に進行した。Vehicle群で15.26gであり、対照群であるヒュミラが10mg/kgの濃度であるとき、20.23gであった。ヒュミラ複製抗体の濃度がそれぞれ2mg、10mg/kgであるとき、18.3g、20.58gの数値を示した(図32)。ヒュミラ複製抗体の臨床的評価結果対照群であるヒュミラと同様に、ヒュミラ複製抗体の濃度が増加するほど関節炎誘発点数(arthritis score)が減少し、明らかな体重増加を示した。
HuIL21R−101の効能評価のために、対照群としてヒュミラを使用し、実験群であるHuIL21R−101をそれぞれ1mg、3mg、10mg/kgの容量でマウスに投与した後、臨床的変化観察及び評価した。HuIL21R−101の関節炎誘発点数(arthritis score)を測定した結果、Vehicle群であるヒト対照群IgGで1.27であり、対照群であるヒュミラが10mg/kgの濃度であるとき、0.20であった。実験群であるHuIL21R−101の濃度がそれぞれ1mg、3mg、10mg/kgであるとき、0.89、0.73、0.88の数値を示した(図33)。体重変化を測定した結果、Vehicle群で15.4gであり、対照群であるヒュミラの濃度が10mg/kgであるときは、20.9gであった。実験群であるHuIL21R−101の濃度がそれぞれ1mg、3mg、10mg/kgであるとき、15.1g、16.0g、16.5gを示した(図34)。
HuIL21R−101の臨床的評価結果、対照群であるヒュミラに比べてHuIL21R−101の関節炎誘発点数(arthritis score)が有意に減少せず、明らかな体重増加を示さなかった。HuIL21R−101の先行結果とTNF形質転換マウスモデルを用いた効能評価結果に基づいてHuIL21R−101は、最終候補抗体群から除いた。
9−1−3.ヒト化TNF形質転換マウスを利用した二重抗体の効能評価結果
対照群としてHumira®を使用し、実験群であるHuE10−101をそれぞれ6.9mg、13.8mg/kgの容量で対照群と質量対比同量でマウスに投与した後、、臨床的変化観察及び評価した。HuE10−101の関節炎誘発点数(arthritis score)を測定した結果、Vehicle群であるHuman Control IgGで1.65であり、対照群であるHumira®が10mg/kgの濃度であるとき、0.06であった。実験群であるHuE10−101の濃度がそれぞれ6.9mg、13.8mg/kgであるとき、0.41、0.07の数値を示した(図35)。
TNF形質転換マウスモデルは、疾病が進行するにつれて、臨床的に相当な体重減少を示すことが特徴である。体重変化測定は、関節炎誘発点数(arthritis score)の測定日程と同一に進行した。その結果、Vehicle群で18.92gであり、対照群であるHumira®の濃度が10mg/kgであるとき、23.38gであった。実験群であるHuE10−101の濃度がそれぞれ6.9mg、13.8mg/kgであるとき、21.08g、22.80gを示した(図36)。
HuE10−101の臨床的評価結果、対照群であるヒュミラ複製抗体と同様に、関節炎誘発点数(arthritis score)が減少し、HuE10−101の濃度が増加することにつれて、関節炎誘発点数(arthritis score)が減少する結果を得ることができた。また、体重変化を測定した結果、病変が進行されるにつれて減少した体重が、ヒュミラ複製抗体群と同様に、HuE10−101の投与濃度が増加するほど体重が増加することを観察した。
組織病理学的評価結果、Vehicle群で3.75であり、対照群であるHumira®の濃度が10mg/kgであるとき、0.75であった。実験群であるHuE10−101の濃度がそれぞれ6.9mg、13.8mg/kgであるとき、1.84、0.75の数値を示した。薬物投与前、3週齢マウスは、1.33の数値を示した。HuE10−101とHumiraの組織病理学的評価結果、同等な効果を示すことを確認することができた(図37)。
HuE10−101の組織病理学的評価と関節炎誘発点数結果を比較分析した。Vehicle群は、それぞれ3.75、1.65、Humira®群は、それぞれ0.75、0.06、HuE10−101を6.9mg/kgの濃度で処理した群は、それぞれ1.84、0.41、HuE10−101を13.8mg/kgの濃度で処理した群は、それぞれ0.75、0.07.薬物投与前、3週齢マウスは、それぞれ1.33、0の数値を示した。HuE10−101とHumiraを治療剤として使用した場合、組織病理学的評価と関節炎誘発点数結果を比較したとき、2つの薬物が同等な治療効果を示すことを確認することができた(図38)。
HuE10−101の臨床的評価結果、対照群であるHumira®に比べて関節炎誘発点数(arthritis score)が有意に減少しなかったが、HuE10−101の濃度が増加するにつれて、関節炎誘発点数(arthritis score)が減少する結果を得ることができた。
また、体重変化を測定した結果、病変が進行されるにつれて減少した体重が、Humira群と同様に、HuE10−101の投与濃度が増加するほど体重が増加することを観察した。
9−1−4.ヒト化TNF形質転換マウスを利用した生産細胞株で生産した二重抗体の効能評価結果
生産細胞株から生産した抗体の効能評価を確認するために、TNF形質転換マウスモデルを利用した効能評価をさらに進行した。
再試行した実験条件の対照群としてhumira®を使用し、実験群であるHuE10−101は、13.8mg/kgの容量で一週間に2回及び3回投与する群に分けた。3.5週目から9.5週目までの体重変化と関節炎誘発点数(arthritic score)を測定した。その結果、Vehicle群は、1.43、Humira®群は、0.34、HuE10−101をhumira®と同等な回数で投与した群は、0.28、HuE10−101を1週間に3回投与した群は、0.19の数値を示した(図39)。
体重変化測定は、関節炎誘発点数(arthritis score)の測定日程と同様に進行した。その結果、Vehicle群で15.87gであり、Humira®投与群は、20.50gであった。humira®と同等な回数で投与した群は、19.21g、1週間に3回投与した群は、20.58gを示した(図40)。
HuE10−101のHumira®群に比べて関節炎誘発点数(arthritis score)が有意に減少し、HuE10−101の濃度が増加するにつれて、関節炎誘発点数(arthritis score)が減少した。体重変化を測定した結果、病変が進行されるにつれて減少した体重が、Humira群と同様に、HuE10−101の投与濃度が増加するほど体重が増加することを観察した(図42)。
HuE10−101の組織病理学的評価結果、Vehicle群で3.53であり、Humira®投与群は1.22であった。humira®と同等な回数で投与した群は、1.44、1週間に3回投与した群は、0.72の数値を示した。薬物投与前、3.5週齢マウスは、1.44の数値を示した。HuE10−101とHumira®の組織病理学的評価結果、HuE10−101を1週間に3回投与した群の組織病理学的評価数値が低く測定され、Humira®より効果が良いを確認することができた(図41、図42)。
HuE10−101の組織病理学的評価と関節炎誘発点数結果を比較分析した。Vehicle群は、それぞれ3.53、1.435、Humira®群は、それぞれ1.22、0.34、HuE10−101をhumira®と同等な回数で投与した群は、それぞれ1.44、0.28、HuE10−101を1週間に3回投与した群は、それぞれ0.72、0.19.薬物投与前、3週齢マウスは、それぞれ1.44、0.06の数値を示した(図43)。
HuE10−101とHumira®を治療剤として使用したとき、組織病理学的評価と関節炎誘発点数結果を比較したとき、2つの薬物が同等以上の治療効果を示すことを確認することができた。
その後、マウス血清でサイトカインを測定し、組織を得て病理学的変化観察と統計学的分析も進行中にある。
9−2.K/BxN血清を利用したマウスモデルで二重抗体の効能評価
9−2−1.K/BxN自発性関節炎動物モデル(K/BxN serum transfer arthritis model)
関節炎(K/BxN serum transfer arthritis)マウスモデルは、BenoistとMathisなどが確立し、C57BL/6背景下のKRN TCR形質転換マウスをNOD(non−obese diabetic)マウスと交配して得たモデルである。KRNTCR形質転換発病機作は、KRN TCRがリボ核酸分解酵素(ribonuclease)だけでなく、グルコース6リン酸塩異性化酵素(glucose 6 phosphate isomerase、GPI)282−294を認知するように抗原特異性を替えてB細胞によって生成される抗−GPI抗体が関節炎の発生に核心的な役目をするようにしたものである。このモデルは、生後4週頃になれば、自然に関節炎がかかるようになって、K/BxN自発性関節炎と命名され、関節炎の症状は、リュウマチ関節炎と類似な様相を示す。
K/BxNマウスの関節を病理学的に観察して見れば、リュウマチ関節炎患者とコラーゲン誘導関節炎モデルで現われる白血球浸潤、滑膜細胞の増殖、パンヌス形成、滑膜炎、骨と軟骨の破壊などの臨床的所見が観察され、免疫学的所見として、B細胞の多クローン活性、高ガンマグロブリン血症、自家抗体の生成などの特徴を示す。但し、リュウマチ関節炎の1つの指標として見なされるリュウマチ因子が現われないという点が、リュウマチ関節炎の症状と異なる点である。
本発明者らは、K/BxN自発性関節炎マウスで採取された血清を投与すれば、関節炎を比較的容易に誘発させることができるという点と、実験期間が2週以内と短いという点に着目し、リュウマチ関節炎(K/BxN serum transfer arthritis)モデルを導入した。
9−2−2.K/BxN自発性関節炎マウスモデルを利用した効能評価結果
実験に利用されたK/BxN自発性関節炎マウスは、8週齢以上を利用し、採取された血清150μlを6週齢以上のマウスにそれぞれday 0、day 2に2回腹腔内に投与し、関節炎を誘導した。day 1、day 3には、HuE10−101を投与した。
臨床的評価は、関節炎誘発点数(arthritis score)と浮腫増加率評価を通じて確認した。K/BxNマウスの血清最終投与日以後、翌日から関節炎が誘発し、全体的に関節炎誘発点数(arthritis score)と浮腫増加率は、最後の血清投与日から約8〜9日目に最高潮に至ってから、徐々に減少する様相を示した。
関節炎マウスモデルを通じて得た関節炎誘発点数結果、陰性対照群であるK/BxN血清を投与しない群で0、Vehicle群で7.87、対照群であるヒュミラ複製抗体10mg/kg濃度では、5.83を示した。また、実験群であるHuE10−101の10mg/kg濃度であるとき、4の数値を示した(図44)。浮腫増加率の評価結果、陰性対照群であるK/BxN血清を投与しない群で3.83、Vehicle群で23.34、対照群であるヒュミラ複製抗体10mg/kg濃度では、16.58を示した。実験群であるHuE10−101の10mg/kg濃度であるとき、13.67の数値を示した(図45)。K/BxN血清を利用したマウスモデルを利用したHuE10−101の臨床的評価結果、対照群であるヒュミラ複製抗体より関節炎誘発点数(arthritis score)と浮腫増加率が減少することを観察した(図46)。
また、実験が終わったK/BxN血清トランスファー関節炎マウスモデルの骨関節の状態を分析するために、マウス下肢の関節をマイクロCT(NanoFocusRay)装備で分析した。その結果、関節炎を誘導したVehicle群は、関節の形態が不規則に変わり、骨の破壊がかなり進行されていることが分かった。これに比べて、対照群であるhumira複製抗体処理群、実験群であるHuE10−101処理した群は、骨の破壊がvehicleに比べて著しく減少したことを確認した。特に実験群は、陰性対照群であるK/BxN血清を投与しない群と同様に、骨の破壊がほとんど観察されなかった(図47)。
形態学的な変化が組織病理学的変化でも観察されるかを確認するために、実験が終わったK/BxN血清トランスファー関節炎マウスモデルの組織を得て、組織病理学的分析を進行した。H&Eで組織を染色して確認した結果、Vehicle群では、関節周囲の浮腫と多形白血球、リンパ球などの浸潤が顕著に現われ、滑膜の炎症、肥厚、関節面の軟骨損失を観察することができた。一方、humira複製抗体処理群、HuE10−101処理した群では、関節の炎症反応、軟骨の破壊が顕著に抑制された。H&Eで染色した写真を分析し、滑膜組織の炎症度(synovial inflammation)、骨浸食程度(bone erosion)、軟骨細胞破壊程度(cartilage damage)。免疫細胞の浸潤(leukocyte infiltration)をそれぞれ分析した。その結果、滑膜組織の炎症度(synovial inflammation)、骨浸食程度(bone erosion)、軟骨細胞破壊程度(cartilage damage)、免疫細胞の浸潤(leukocyte infiltration)の4種がいずれもVehicle群に比べて減少する様相を示し、対照群であるhumiraを処理した群よりHuE10−101を処理した群において統計的に有意に減少することを確認した(図48)。
9−3.LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルを利用した二重抗体の効能評価
9−3−1.LPS−誘導頭蓋骨骨吸収(LPS−induced calvarial bone resorption)
1995年Nishiharaなどが確立した動物モデルで炎症性骨破壊の病因因子であるLPS(lipopolysaccharide)を利用して炎症性骨消失を誘導する方法である。
LPSによる骨損失の増加は、機作に対して詳らかに明らかにされていないが、造骨細胞でTLR4(Toll−Like Receptor4)を用いたMyD88(myeloiddifferentiation protein88)を活性化させ、骨吸収に関与する信号伝達物質であるIL−1(interleukin−1)、IL−6、GM−CSF(granulocyte macrophage colony stimulating factor)、PGE2(prostaglandin E2)、NO(nitric oxide)などの分泌を促進して、造骨細胞でRANKLの発現を促進し、破骨細胞の分化を誘導するものと報告されている。
LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルの最大の長所は、関節炎マウスモデル(K/BxN serum transfer arthritis model)と同様に、比較的短期間内にモデル構築が可能であるという点である。LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルは、LPSをマウス頭蓋骨に単回投与して炎症を誘導する。その後、5日間毎日HuE10−101を頭蓋骨に投与する(図49)。LPSで誘導された炎症性骨消失可否は、マイクロCT撮影を用いた頭蓋骨分析を通じて確認した。その結果、LPSを投与して骨消失を誘導したVehicle群と対照群であるhumira複製抗体処理群、実験群であるHuE10−101処理した群、陰性対照群である(normal)LPSを投与しない群医頭蓋骨消失くらいを確認した。その結果、Vehicle群で頭蓋骨消失が著しく現われることを確認した。また、humira複製抗体処理群と実験群であるHuE10−101を処理した群では頭蓋骨消失がVehicleに比べて著しくガムソドエムを確認した。結論的に、LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルを利用してHuE10−101の生体内(in vivo)での破骨細胞分化能を評価した結果、HuE10−101がhumiraに比べて破骨細胞分化を効果的に抑制することを確認することができた(図50)。
生産細胞株から生産した抗体の効能評価を確認するために、LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルを利用した効能評価をさらに進行した。
その結果、LPSで骨消失を誘導し、抗体組成バッファーだけを入れたVehicle群と対照群であるhumira®処理群、HuE10−101処理した群、LPSを投与しない陰性対照群である(normal)群の頭蓋骨消失程度を確認した。その結果、Vehicle群で頭蓋骨消失が増加することを確認した。humira処理群とHuE10−101を処理した群においてVehicleに比べて頭蓋骨の消失が著しく減少することを確認した(図51)。
頭蓋骨の消失に対する綿密な分析のために、骨消失面積をイメージ分析プログラム(Image J)を用いて確認した。その結果、陰性対照群に比べてVehicle群は、2.35倍程度骨消失が増加し、一方、humira®を処理した群は、陰性対照群に比べて2.15倍程度骨消失を示し、vehicleに比べて0.9倍であった。HuE10−101は、陰性対照群に比べて1.2倍(P value:0.0428)程度骨消失を示し、vehicleに比べて0.5倍であり、48.79%程度減少することを確認した(図52)。
LPSで誘導された炎症性骨消失マウスモデルを利用して生産細胞株から生産したHuE10−101の生体内(in vivo)での破骨細胞分化能を評価した結果、先行研究の結果と同様に、HuE10−101がhumira®に比べて破骨細胞分化を効果的に抑制することを確認することができた。
9−5.コラーゲン誘導性関節炎マウスモデルで二重抗体の効能評価
1977年にTrenthamなどによって確立されたコラーゲン誘導性関節炎は、現在最も広く使用されているリュウマチ関節炎の代表的な自家免疫性関節炎モデルである。リュウマチ関節炎患者の血清でコラーゲンに対する抗体が発見され、関節に存在するタイプIIコラーゲンが自家抗原として作用することができるという点に着目した。
コラーゲン誘導性関節炎マウスモデルの特徴は、臨床的な所見が人のリュウマチ関節炎と全般的に類似しているという点である。類似性を有するものは、クラスII MHCハプロタイプ(haplotype)との連関性、自家抗原に特異的なT、B細胞反応による適応免疫を反映する発病機作、関節組織破壊に自家抗体と補体係の関与、滑膜細胞の増殖とリンパ球の浸潤及びパンヌス形成などがある。
本発明者らは、先行研究を通じてリュウマチ関節炎の動物モデルであるコラーゲン誘導性関節炎でCXCL10が増加するという結果を確認したことがある。また、CXCL10抑制抗体によるコラーゲン誘導関節炎の症状抑制実験を通じてCXCL10がリュウマチ関節炎による骨吸収及び破骨細胞分化促進因子に関与することを糾明した。
コラーゲン誘導性関節炎マウスモデルは、4℃下で酢酸(0.05〜0.1M)で牛型(bovine−type)IIコラーゲン(2、4mg/mL)を溶解し、同等な量のフロインドアジュバント(Freund’s adjuvant)で懸濁した。懸濁物質0.1mLを雄DBA/1Jマウス(5−9週齢)のしっぽ基底部に皮下投与(first injection)し、3週後に懸濁物質(0.1〜0.2ml)をしっぽ基底部に追加(booster or second injection)に皮下投与した(図53)。
コラーゲン誘導性関節炎マウスモデルの臨床的評価は、TNF形質転換マウスモデルを利用した効能評価と同一基準で関節炎誘発点数(arthritis score)で評価し、追加に病理学的検査及び免疫染色、炎症性サイトカインなどの測定を並行して評価する予定である。
実施例10:抗体の交差反応性試験
抗体医薬品は、標的細胞以外のヒト細胞や組織に同一であるか、関連された抗原決定部位が発現された場合、組織に抗体が結合してもよい。
交差反応性または非標的組織に対する結合可否を糾明するために、常時ヒト組織に対する交差反応性研究を非臨床段階で行わなければならないと、単クローン抗体医薬品の評価ガイド(KFDA、2005)に明示されていて、抗体医薬品の組織交差反応試験(KFDA、2013)ガイドラインを参考して交差反応性試験を進行した。免疫組織化学染色法でEnVision Detection Systemを利用し、重複されない3人の32種の組織を利用して交差反応を確認した。その結果、HuE10−101が他の組織に非特異的に結合しないことを確認することができた(図54)。
以上、本発明の特定の部分を詳しく記述したところ、当業界の通常の知識を有する者においてこのような具体的な技術は、ただ好ましい具現例に過ぎず、これに本発明の範囲が制限されるものではない点は明白である。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付の請求項とその等価物によって定義される。

Claims (19)

  1. TNF−α(tumor necrosis factor−alpha)に特異的に結合する第1抗原結合部位、及びCXCL10(C−X−C motif chemokine 10)に特異的に結合する第2抗原結合部位を含み、
    上記第1抗原結合部位は、配列番号1のアミノ酸を含む重鎖相補性決定領域(Heavy chian complementarity determining region、HCDR)1、配列番号2のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号3のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号5のアミノ酸を含む軽鎖相補性決定領域(Light chian complementarity determining region、LCDR)1、配列番号6のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号7のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備え、
    上記第2抗原結合部位は、配列番号9、配列番号17、配列番号21及び配列番号25よりなる群から選択されるアミノ酸を含むHCDR1、配列番号10、配列番号18、配列番号22及び配列番号26よりなる群から選択されるアミノ酸を含むHCDR2、配列番号11、配列番号19、配列番号23及び配列番号27よりなる群から選択されるアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号13、配列番号29、配列番号33及び配列番号37よりなる群から選択されるアミノ酸を含むLCDR1、配列番号14、配列番号30、配列番号34及び配列番号38よりなる群から選択されるアミノ酸を含むLCDR2、配列番号15、配列番号31、配列番号35及び配列番号39よりなる群から選択されるアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備えるTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  2. 上記第1抗原結合部位は、配列番号4のアミノ酸を含む重鎖可変領域(VH)を備えることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  3. 上記第1抗原結合部位は配列番号8のアミノ酸を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  4. 上記第2抗原結合部位は、配列番号12のアミノ酸を含む重鎖可変領域(VH)を備えることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  5. 上記第2抗原結合部位は、配列番号16のアミノ酸を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  6. 上記第2抗原結合部位は、配列番号9のアミノ酸を含むHCDR1、配列番号10のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号11のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号13のアミノ酸を含むLCDR1、配列番号14のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号15のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  7. 上記第2抗原結合部位は、配列番号17のアミノ酸を含むHCDR1、配列番号18のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号19のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号29のアミノ酸を含むLCDR1、配列番号30のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号31のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  8. 上記第2抗原結合部位は、配列番号21のアミノ酸を含むHCDR1、配列番号22のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号23のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号33のアミノ酸を含むLCDR1、配列番号34のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号35のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  9. 上記第2抗原結合部位は、配列番号25のアミノ酸を含むHCDR1、配列番号26のアミノ酸を含むHCDR2、配列番号27のアミノ酸を含むHCDR3を含む重鎖可変領域(VH)を備え、配列番号37のアミノ酸を含むLCDR1、配列番号38のアミノ酸を含むLCDR2、配列番号39のアミノ酸を含むLCDR3を含む軽鎖可変領域(VL)を備えることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  10. 上記TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体は、TNF−αに特異的に結合する第1全長抗体の重鎖及び軽鎖と;CXCL10に特異的に結合する第2全長抗体の重鎖及び軽鎖と;を含み、上記第1全長抗体及び第2全長抗体の重鎖不変領域C−末端が互いに連結されていることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  11. 上記TNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体は、TNF−αに特異的に結合する第1全長抗体の重鎖及び軽鎖;及びCXCL10に特異的に結合し、第2抗体の重鎖可変領域及び軽鎖可変領域を含む第2全長抗体の断片を含み、上記第1全長抗体の重鎖不変領域C−末端に第2抗体の断片が連結されていることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  12. 上記抗体の断片は、単一鎖可変分節(Single−chain variable fragment、scFv)であることを特徴とする請求項1に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  13. 抗体−抗体または抗体−断片間の連結は、リンカー(linker)によって連結されることを特徴とする請求項10または11に記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体。
  14. 請求項1に記載の第1抗原結合部位をコーディングするポリヌクレオチドを含む発現ベクター及び第2抗原結合部位をコーディングするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを共同形質感染(co−transfection)させる形質転換体。
  15. 次の段階を含むTNF−α/CXCL10二重ターゲット抗体の製造方法:
    (a)請求項14に記載の形質転換体を培養する段階;及び
    (b)上記段階(a)で培養された培養液から請求項1に記載の抗体を精製する段階。
  16. (a)請求項1〜13のいずれかに記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体の薬剤学的有効量;及び(b)薬剤学的に許容される担体を含む免疫疾患の予防または治療用薬剤学的組成物。
  17. 上記免疫疾患は、自家免疫疾患、炎症性疾患、細胞、組織または器官の移植拒否(transplantation rejection)であることを特徴とする請求項16に記載の免疫疾患の予防または治療用薬剤学的組成物。
  18. 上記自家免疫疾患または炎症性疾患は、リューマチ性関節炎(rheumatoid arthritis)、炎症性腸疾患(inflammatory bowel disease)、乾癬(psoriasis)、喘息(asthma)、アトピー性皮膚炎(atopicdermatis)、アレルギー性鼻炎(allergic rhinitis)、慢性閉塞性気管支疾患(chronic obstructive pulmonary disease)及び湿疹(eczema)から選択されることを特徴とする請求項17に記載の免疫疾患の予防または治療用薬剤学的組成物。
  19. 有効成分として請求項1〜13のいずれかに記載のTNF−α/CXCL−10二重ターゲット抗体を含む組成物を対象(subject)に投与する段階を含む免疫疾患の予防または治療方法。
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