JP2011521621A - アイソフォーム特異的インスリン類似体 - Google Patents

Abstract

生理的有効量のインスリン類似体またはその生理的に許容される塩を投与することにより哺乳動物を治療する方法であって、インスリン類似体が、インスリン受容体アイソフォームＢ（ＩＲ−Ｂ）よりもインスリン受容体アイソフォームＡ（ＩＲ−Ａ）に対して２倍を超える大きい結合親和性を示す方法。インスリン類似体は、４〜１３アミノ酸のポリペプチドで連結されたインスリンＡ鎖配列もしくはその類似体およびインスリンＢ鎖配列もしくはその類似体を含む単鎖インスリン類似体またはその生理的に許容される塩であってよい。単鎖インスリン類似体は、通常のインスリンより低いかまたはそれと等しいＩＧＦＲへの結合を示しつつ、通常のインスリンより大きいＩＲ−Ａとのｉｎ ｖｉｔｒｏでのインスリン受容体結合を示し得るが、ＩＲ−Ｂとはより低い結合を示し得る。

Description

連邦政府により支援された研究または開発に関する陳述
本発明は、契約番号ＮＩＨ Ｒ０１ＤＫ０６９７６４、Ｒ０１−ＤＫ７４１７６およびＲ０１−ＤＫ０６５８９０で国立衛生研究所により授与された協力協定の下で政府の支援によって行われた。米国政府は、本発明に対して特定の権利を有し得る。

インスリンの投与は、真性糖尿病の治療として長く確立されている。インスリンは、単鎖前駆体であるプロインスリンの生成物であり、プロインスリンでは、連結領域（３５残基）がＢ鎖のＣ末端残基（残基Ｂ３０）をＡ鎖のＮ末端残基と結合している（図１Ａ）。プロインスリンの構造は決定されていないが、これがインスリン様のコアおよび不規則な（ｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ）連結ペプチドからなることを示す多様な証拠がある（図１Ｂ）。３つの特定のジスルフィド架橋（Ａ６〜Ａ１１、Ａ７〜Ｂ７およびＡ２０〜Ｂ１９；図１Ｂ）の形成は、粗面小胞体（ＥＲ）でのプロインスリンの酸化的折り畳みと連動すると考えられている。プロインスリンは、ＥＲからゴルジ装置へ運び出されたすぐ後に、集合して、可溶性Ｚｎ^２＋配位６量体を形成する。エンド型タンパク質分解消化と、インスリンへの変換は、未熟分泌顆粒にて生じ、その後、形態的凝縮が生じる。成熟貯蔵顆粒内の亜鉛インスリン６量体の結晶配列は、電子顕微鏡（ＥＭ）により視覚化されている。よって、天然のオリゴマーの集合および分解は、インスリン生合成、貯蔵、分泌および作用の経路に本来備わっている。

インスリンのＡ鎖および／またはＢ鎖のアミノ酸置換は、皮下注射の後のインスリン作用の薬物動態に対する可能性のある好ましい影響について、広く調査されている。当技術分野において知られる例は、吸収の時間経過を促進または遅延させる置換である。このような置換（例えばＮｏｖａｌｏｇ（登録商標）でのＡｓｐ^Ｂ２８およびＨｕｍａｌｏｇ（登録商標）での［Ｌｙｓ^Ｂ２８、Ｐｒｏ^Ｂ２９］）は、より迅速な繊維形成（ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ）およびより乏しい物理的安定性と関連し得、かつしばしば関連する。実際に、Ａｓｐ^Ｂ２８−インスリンおよびＡｓｐ^Ｂ１０−インスリンを含む繊維形成しやすさについてヒトインスリンの一連の１０個の類似体が試験されている。１０個全てが、ヒトインスリンよりも、ｐＨ７．４および３７℃にてより繊維形成しやすいことが見出された。１０個の置換は、インスリン分子の様々な部位にあり、古典的な熱力学的安定性における広い範囲の変化と関連するようである。これらの結果は、インスリン類似体を医薬的条件下で繊維形成から保護する置換が希であることを示唆する。これらの設計についての構造的基準または規則は、明確でない。タンパク質繊維形成の現在の理論は、繊維形成の機構が、部分的に折り畳まれた中間体の状態を経て進行し、これが次いで集合して、アミロイド形成性の核を形成することを提案する。この理論では、天然状態を安定化するアミノ酸置換が、部分的に折り畳まれた中間状態を安定化するかまたはせず、天然状態と中間状態との間の自由エネルギーの障壁を増加（または減少）させるかまたはしないことが可能である。よって、現在の理論は、インスリン分子中の所与のアミノ酸置換が繊維形成の危険性を増加または減少させる傾向が、かなり予測不能であることを示す。

インスリンなどのタンパク質の修飾は、繊維形成に対する耐性を増加させるが、生物活性を損なうことが知られている。例えば「ミニプロインスリン」は、インスリンのＡ鎖とＢ鎖の間のジペプチドリンカーなどの短縮されたリンカー領域を含む多様なプロインスリン類似体を記載するために用いられる。ヒトインスリンで見出されるＴｈｒ^Ｂ３０の代わりにブタインスリンで見出されるＡｌａ^Ｂ３０などのさらなる置換も存在し得る。この類似体は、時に、ブタインスリン前駆体またはＰＩＰとよばれる。ミニプロインスリン類似体は、繊維形成に対して頻繁に耐性であるが、その活性は損なわれる。一般的に、４残基未満の長さの連結ペプチドは、生物活性を犠牲にしてインスリン繊維形成を遮断する。インスリン受容体についての親和性は、１０，０００分の１以下に低下することが報告されている。このような類似体は組換えインスリンの製造における中間体として有用であるが、それ自体は真性糖尿病の治療において有用でない。

インスリンは、インスリン受容体とよばれる細胞性受容体と結合し、それを活性化することによりその生物作用を媒介する。インスリン受容体の細胞外部分はインスリンと結合するが、細胞内部分は、ホルモンにより活性化され得るチロシンキナーゼドメインを含有する。選択的ＲＮＡスプライシングは、ＩＲ−ＡおよびＩＲ−Ｂとよばれるインスリン受容体（ＩＲ）の２つの別々のアイソフォームを導く。Ｂアイソフォームは、インスリン受容体遺伝子のエキソン１１によりコードされる、αサブユニット内の１２のさらなるアミノ酸を含む。Ａアイソフォームは、この１２残基セグメントを欠く。本発明は、インスリン受容体の一方のアイソフォームと優先的に結合するインスリン類似体の設計に関する。

インスリン受容体について低すぎるかまたは高すぎる親和性を有するインスリン類似体は、真性糖尿病の治療において好ましくない生物学的特性を有し得る。血流からのインスリンの排除は、標的組織上のインスリン受容体との相互作用により主に媒介されるので、２５％未満の受容体結合活性は、血流中での寿命の延長を示すと予測される。このような排除の遅延は、糖血症の厳密な管理のために食物摂取とともに投与された速効型のインスリン類似体において望ましくない。このような親和性の低下は、インスリン類似体の効力も減少させ、このことは、より大きい容量のタンパク質溶液の注射またはより濃縮されたタンパク質溶液の使用のいずれかを必要とする。本発明は、インスリン受容体の一方のアイソフォームと優先的に結合するインスリン類似体の設計に関する。

逆に、野生型インスリンのものより高いインスリン受容体についての親和性を有するインスリン類似体は、シグナル伝達特性の変化およびホルモン−受容体複合体の細胞プロセシングの変化と関連し得る。標的細胞表面上または細胞内小胞表面上での過剰活性化インスリン類似体（ｓｕｐｅｒ−ａｃｔｉｖｅ ｉｎｓｕｌｉｎ ａｎａｌｏｇｕｅ）とインスリン受容体との複合体の滞留時間の延長は、分裂促進シグナル伝達の上昇を導き得る。アミノ酸置換がインスリン受容体だけでなくＩ型ＩＧＦ受容体との類似体の結合も増やすならば、分裂促進性が亢進され得る。これらの理由から、インスリン受容体とＩＧＦ受容体に対する親和性が、野生型ヒトインスリンのものと同様の類似体を得ることが望ましい。

インスリンの修飾（Ｈｉｓ^Ｂ１０のＡｓｐによる置換）は、インスリンの熱力学的安定性を亢進し、インスリン受容体についてのその親和性も２倍に増やすことが記載されている。この置換は、亜鉛の結合を遮断し、６量体へのインスリン２量体の集合を妨げるので、速効型類似体の候補として調査された。しかし、Ａｓｐ^Ｂ１０−インスリンが、分裂促進性の増加、インスリン受容体との交差結合の増加およびＳｐｒａｇｕｅ−Ｄａｗｌｅｙラットへの慢性投与の際の乳癌形成の割合の上昇を示すことが見出されたときに、臨床開発は停止された。Ａｓｐ^Ｂ１０−インスリンおよびおそらく他のインスリン類似体の他の点では好ましい特性がこれらの有害特性により混乱させられるので、このような置換により得られる好ましい特性を維持しながら同時に有害特性を回避する設計法を得ることが望ましい。具体的な例は、インスリン分子を再設計して、Ｉ型ＩＧＦ受容体との交差結合の増加または分裂促進性の増加を招くことなく、ＡｓｐによるＨｉｓ^Ｂ１０の置換に関連する熱力学的安定性および受容体結合特性の亢進を維持することである。

インスリンの主な機能は、血中グルコース濃度を調節することであるが、ホルモンは、複数の標的組織および生理的応答を調節する。古典的な標的組織は、筋肉、脂肪および肝臓である。インスリンの非古典的標的は、膵臓β細胞、食欲、満腹および体重の制御に関与する中枢神経系のニューロン、末梢神経系のニューロン、ならびに炎症および宿主防御に関与する白血球細胞を含む。これらの各組織は、ＩＲ−ＡおよびＩＲ−Ｂの特定の発現パターンを示す。ＩＲ−ＡおよびＩＲ−Ｂを介するシグナル伝達が、インスリン調節性グルコース摂取、インスリン調節性遺伝子の発現ならびに細胞成長および増殖に対して異なる影響を導く異なる受容体後経路を活性化できることを示唆する証拠がある。

現在までに、ＩＲ−ＡとＩＲ−Ｂとを十分な特異性を持って区別して、一方または他方のシグナル伝達経路の選択的活性化を可能にするインスリン類似体はない。野生型インスリンは、ＩＲ−Ｂよりもわずかに高い親和性でＩＲ−Ａと結合する（ＩＲ−Ａについて１倍〜２倍の間の結合優先性）。２つの受容体アイソフォームは、ホルモン結合を担う主要ドメインを共有しているので、このような類似体は存在しそうにない。ＩＲ−Ｂに存在するがＩＲ−Ａに存在しないタンパク質配列は１２アミノ酸残基だけを含み、これらの残基はホルモン結合の共有された部位について非本質的であるので、ＩＲ−Ａとのインスリン類似体の結合を増やすかまたは損なうアミノ酸置換は、ＩＲ−Ｂとのこのインスリン類似体の結合も等しく調節するようである。従来のインスリン類似体の我々の研究（以下を参照されたい）は、この予測と一貫している。

予期せぬことに、我々は、修飾Ａ鎖およびＢ鎖とともにＡ鎖とＢ鎖との間の短縮連結ペプチドを含有するインスリン類似体の従来にないクラスが、ＩＲ−Ａと優先的に結合するように設計できることを見出した。このような類似体の全体的な構成は、膵臓β細胞のホルモン合成の生合成経路におけるインスリンの単鎖前駆体であるプロインスリンと同様である。ヒトプロインスリンは、Ｂ鎖のＣ末端残基（残基Ｂ３０）をＡ鎖のＮ末端残基と結合させる連結領域を含み（図１ＡおよびＢ）、この連結ドメインを短縮することについてのいずれのアイソフォーム特異的影響も、当技術分野において知られていない。

ＩＲ−ＢよりもＩＲ−Ａに対してより大きい親和性で結合するインスリン類似体の例は、野生型ヒトプロインスリンである。受容体結合における４倍の選択性が観察されるが、それぞれの場合において、このような結合は、連結ドメインにより著しく損なわれ、その有用性を妨げる。ＩＲ−ＢよりもＩＲ−Ａとより大きい親和性で結合するインスリン様リガンドの別の例は、インスリン様成長因子ＩＩ（ＩＧＦ−ＩＩ）である。プロインスリンと同様に、選択性の範囲は、４倍〜１０倍の間である。実験室調査または真性糖尿病のヒトの治療のいずれかを目的とするインスリン類似体としてのＩＧＦ−ＩＩの使用は望ましくない。なぜなら、ＩＧＦ−ＩＩは、Ｉ型ＩＧＦ受容体（ＩＧＦＲ）と高い活性で結合してこれを活性化するが、ＩＧＦ−ＩＩはどちらのＩＲアイソフォームに対しても低い親和性を有する（ヒトインスリンに比べて２０％未満）からである。ＩＧＦＲとのインスリン類似体の交差結合は、Ｓｐｒａｇｕｅ−Ｄａｗｌｅｙラットにおける乳癌の発生と関連している。真性糖尿病の可能性のある治療としてのＩＧＦ−ＩＩの使用は、これが、この成長因子の効力およびシグナル伝達特性を変化させる特定の血清結合タンパク質と結合することによっても困難になる。

プロインスリンとＩＧＦ−ＩＩとの著しい配列相違性は、以下の特性の組み合わせを示す新規な類似体をどのように設計するかを不明確にする：（ａ）天然に存在するリガンドよりも大きいアイソフォーム選択性を示すと同時に（ｂ）野生型インスリンと等しいかまたはそれより大きい標的アイソフォームについての親和性および（ｃ）野生型インスリンと同様またはそれより低いＩＧＦＲとの交差結合を示すこと。実際に、ＩＧＦ−ＩＩは、プロインスリンのものとは長さまたは配列において関連しない１３残基の連結ドメインを含む。ＩＧＦ−ＩＩのＡドメインは、プロインスリンのものとは２１個の位置のうち９個が異なり、そのＢドメインは３０個の位置のうち１８個が異なる。プロインスリン、ＩＧＦ−ＩＩまたはインスリン様ファミリーのその他のメンバーの配列の比較により、アイソフォーム特異的類似体の設計についての手引きとしての手掛かりは得られない。

理論に関係なく、我々は、野生型インスリンのものと等しいかまたはそれより大きい親和性でＩＲ−Ａと優先的に結合するが、ＩＧＦＲとの結合を亢進しないヒトインスリンの単鎖類似体を設計し得ることを見出した。このような類似体は、ＩＲ−Ａによるインスリンシグナル伝達の亢進に有用であろう。ＩＲ−Ｂによるシグナル伝達はインスリンの血糖降下作用を媒介すると考えられるので、本発明は、野生型ヒトインスリン、動物インスリンおよび当技術分野において知られるインスリン類似体を用いる治療により達成できるよりも、有害な低血糖の危険性がより低いＩＲ−Ａ依存性経路の刺激を可能にする。ＩＩ型真性糖尿病の臨床背景において、メタボリックシンドローム、またはＩＲ−Ａ依存性経路のような損なわれた耐糖能は、β細胞機能および生存能に対する有益な影響と、視床下部回路網による食欲制御および中枢神経系のその他の状況に対する有益な影響とを惹起するだろう。このようなアイソフォーム特異的類似体は、哺乳動物細胞培養、ならびに野生型および遺伝子改変動物の実験的操作においても価値があるであろう。

よって、ＩＲ−Ｂと比べて、ＩＲ−Ａと優先的に結合するインスリン類似体を提供することが、本発明の態様である。

ＩＧＦＲとの結合を亢進することなく、ＩＲ−Ｂと比べてＩＲ−Ａと優先的に結合してこれを活性化する単鎖インスリン類似体を提供することが、本発明の別の態様である。

全般的に、本発明は、哺乳動物を治療する方法であって、生理的有効量のインスリン類似体またはその生理的に許容される塩を投与することを含み、インスリン類似体が、インスリン受容体アイソフォームＢ（ＩＲ−Ｂ）よりもインスリン受容体アイソフォームＡ（ＩＲ−Ａ）に対して２倍を超える大きい結合親和性を示し、類似体が、該類似体が由来する野生型インスリンと比較して、少なくとも３分の１のＩＲ−Ｂに対する相対結合親和性を有する方法を提供する。このインスリン類似体は、ＩＲ−Ｂについてよりも、少なくとも４倍、６倍またはそれより大きいＩＲ−Ａについての結合親和性を示し得る。

インスリン類似体またはその生理的に許容される塩は、プロインスリンのリンカーと比較して切断されているポリペプチドリンカーにより連結されたインスリンＡ鎖配列もしくはその類似体およびインスリンＢ鎖配列もしくはその類似体を含む単鎖インスリン類似体またはその生理的に許容される塩であってよい。ある例において、リンカーは、１５アミノ酸未満の長さであってよい。その他の例において、リンカーは、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３アミノ酸の長さであってよい。ある具体的な例において、リンカーは、Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ａｒｇ（配列番号１９）の配列を有するポリペプチドである。

別の具体的な例において、インスリン類似体は、配列番号２６および３６の配列を有するポリペプチドからなる群より選択される配列を有するポリペプチドである。さらにその他の例において、インスリン類似体は、配列番号１７（ここで、Ｘａａ_４〜１３は６個の任意のアミノ酸であるが、但し、Ｘａａ_４〜１３の最初の２つのアミノ酸はアルギニンでない）の配列を有するポリペプチドからなる群より選択される配列を有してよい。さらにその他の例において、インスリン類似体は、式Ｉ
Ｂ−Ｃ−Ａ（Ｉ）
［式中、Ｂは、配列：
ＦＶＮＱＨＬＣＧＳＸ_２ＬＶＥＡＬＹＬＶＣＧＥＲＧＦＦＹＴＸ_３Ｘ_４Ｔ（配列番号３８）
（式中、Ｘ_２はＤまたはＨであり、Ｘ_３はＰ、ＤまたはＫであり、Ｘ_４はＫまたはＰである）
を有するポリペプチドを含み、
Ｃは、配列ＧＧＧＰＲＲ（配列番号１９）からなるポリペプチドであり、
Ａは、配列：
ＧＩＶＥＱＣＣＸ_１ＳＩＣＳＬＹＱＬＥＮＹＣＮ（配列番号３７）
（式中、Ｘ_１はＴまたはＨである）
を有するポリペプチドを含む］
の単鎖ポリペプチドを含む。

このような例において、インスリン類似体は、配列番号２６の配列を有するポリペプチドおよび配列番号３６の配列を有するポリペプチドからなる群より選択されるポリペプチドを含んでよい。

本発明の単鎖インスリン類似体は、その開示が本明細書に参照により組み込まれる同時係属の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０７／００３２０号および米国特許出願第１２／１６０，１８７号においてより十分に記載される、残基Ａ４、Ａ８およびＢ１でのヒスチジンの置換などのその他の修飾も含んでよい。ある例において、脊椎動物インスリン類似体は、ヒト、ブタ、ウシ、ネコ、イヌまたはウマのインスリン類似体などの哺乳動物インスリン類似体である。

本発明は、同様に、このようなインスリン類似体を含む医薬組成物を提供し、これは、所望により亜鉛を含んでよい。亜鉛イオンは、このような組成物中に、インスリン類似体の６量体あたり２．２〜３．０の間のモル比のレベルで含まれてよい。このような製剤において、インスリン類似体の濃度は、典型的には、約０．１〜約３ｍＭの間であろう。３ｍＭまでの濃度は、インスリンポンプの貯留槽中で用いてよい。別の例において、単鎖インスリン類似体を含む医薬組成物は、３７℃で、６量体あたり２、１．５、１未満の亜鉛モル比にてまたは不純物として存在する量以外の亜鉛が存在しない中で、１パーセント未満の繊維形成を示す。

賦形剤は、グリセロール、グリシン、その他の緩衝剤および塩、ならびにフェノールおよびメタクレゾールなどの抗菌防腐剤を含んでよい。後者の防腐剤は、インスリン６量体の安定性を亢進することが知られている。このような医薬組成物を用いて、真性糖尿病またはその他の医療状態の患者を、該患者に生理的有効量の組成物を投与することにより治療することができる。

本発明は、Ａ鎖、Ｂ鎖、および４〜１３コドンを含むＡ鎖とＢ鎖とのリンカーとをコードする配列を含む単鎖インスリン類似体をコードするポリペプチドをコードする配列を含む核酸も提供する。核酸は、その開示が本明細書に参照により組み込まれる国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０９／４０５４４号で提供される、残基Ａ８でのヒスチジン、リジン、アルギニンまたはその他の残基の置換など、野生型インスリンのその他の修飾をコードしてもよい。ヒスチジン以外の残基をＡ８位またはＢ１０位にて置換して、安定性および活性を亢進することができる。残基は、Ｂ９位、Ｂ２８位および／またはＢ２９位で置換して、類似体の自己会合特性（およびそれによる薬物動態特性）を変化させることもできる。チロシン以外の残基を、Ａ１４位で置換して、類似体の等電点を調節することができる。置換または付加的な残基を、同様に、短縮連結ドメイン内に挿入して、タンパク質の等電点を調節することができる。核酸配列は、ポリペプチドまたは修飾プロインスリン類似体中のあらゆる場所での関係しない置換または伸長を含む修飾ＡまたはＢ鎖配列をコードしてよい。核酸は、発現ベクターの一部であってもよく、該ベクターは、大腸菌株化細胞のような原核生物宿主細胞、あるいはサッカロミセス・セレビシエもしくはピスチア・パストリス（Ｐｉｓｃｈｉａ ｐａｓｔｏｒｉｓ）株または株化細胞などの真核生物株化細胞などの宿主細胞に挿入することができる。

Ａ鎖およびＢ鎖と、隣接２塩基性切断部位（黒丸）およびＣペプチド（白丸）で示す連結領域とを含むヒトプロインスリン配列の模式図である。「短縮連結ペプチド」と記載した線は、インスリンのＡ鎖部分とＢ鎖部分との間のジペプチド（Ａｌａ−Ｌｙｓ）リンカーを含むプロインスリン類似体であるミニプロインスリン中の連結領域を表す。 インスリン様部分および不規則な連結ペプチド（点線）からなるプロインスリンの構造モデルである。 ５７アミノ酸長の単鎖インスリン類似体（点線；三角）の結合を、天然ヒトインスリン（実線；四角）と比べて評価した受容体結合アッセイの結果を示す。このアッセイは、受容体と結合した^１２５Ｉ標識インスリンの、未標識類似体または非放射性インスリンのいずれかによる置き換えを測定する。（Ａ、上の図）ＩＲ−Ａとのインスリンまたはインスリン類似体の結合。（Ｂ、真ん中の図）ＩＲ−Ｂとのインスリンまたはインスリン類似体の結合。（Ｃ、下の図）ＩＧＦＲとのインスリンまたはインスリン類似体の結合。 ヒトインスリン受容体アイソフォームＡ（ＨＩＲＡ）とのヒトインスリンおよびヒトインスリン類似体の結合を評価した受容体結合アッセイの結果のグラフである。受容体と結合した^１２５Ｉ標識インスリンの、未標識類似体またはインスリンのいずれかによる置き換え（Ｂ／Ｂｏ）を、未標識類似体／インスリン濃度範囲全域で示す。 ヒトインスリン受容体アイソフォームＢ（ＨＩＲＢ）とのヒトインスリンおよびヒトインスリン類似体の結合を評価した受容体結合アッセイの結果のグラフである。受容体と結合した^１２５Ｉ標識インスリンの、未標識類似体またはインスリンのいずれかによる置き換え（Ｂ／Ｂｏ）を、未標識類似体／インスリン濃度範囲全域で示す。 インスリン様成長因子受容体（ＩＧＦＲ）とのヒトインスリンおよびヒトインスリン類似体の結合を評価した受容体結合アッセイの結果のグラフである。受容体と結合した^１２５Ｉ標識インスリンの、未標識類似体またはインスリンのいずれかによる置き換え（Ｂ／Ｂｏ）を、未標識類似体／インスリン濃度範囲全域で示す。 Ｂ１０位にて野生型である単鎖インスリン（ＳＣＩ）（配列番号２６）のＩＧＦＲ結合親和性を、インスリン様成長因子１（ＩＧＦ−１）、野生型ヒトインスリンならびにＨｕｍａｌｏｇ（登録商標）およびＬａｎｔｕｓ（登録商標）の商品名の下で販売されるインスリン類似体と比較する受容体結合アッセイの結果のグラフである。 ヒトインスリン（配列番号２および３）、ＳＣＩ（Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９）（配列番号３６）またはＳＣＩの２本鎖類似体（Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９置換を含む）（配列番号３４および３５）の注射の後の時間に対する糖尿病性Ｌｅｗｉｓラットの血糖測定を示すグラフである。

本発明は、Ｂアイソフォーム（ＩＲ−Ｂ）との結合が６分の１以下に低下した、インスリン受容体のＡアイソフォーム（ＩＲ−Ａ）との類似体のアイソフォーム特異的結合を提供する組換え単鎖インスリン類似体を対象とする。この目的のために、本発明は、切断リンカーポリペプチドにより連結された変異型インスリンＡ鎖ポリペプチドと変異型インスリンＢ鎖ポリペプチドとを含むインスリン類似体を提供する。ある例において、リンカーポリペプチドは、１５アミノ酸未満の長さであってよい。その他の例において、リンカーポリペプチドは、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３アミノ酸の長さであってよい。

本発明の単鎖インスリン類似体は、その他の修飾も含んでよい。本明細書および特許請求の範囲で用いる場合、インスリンの種々の置換類似体は、置換するアミノ酸と、その後に所望により上付き文字でアミノ酸の位置とを示す取り決めにより記載することができる。問題のアミノ酸の位置は、置換があるインスリンのＡまたはＢ鎖を含む。例えば、本発明の単鎖インスリン類似体は、Ｂ鎖のアミノ酸２８（Ｂ２８）でのプロリン（ＰｒｏまたはＰ）のアスパラギン酸（ＡｓｐまたはＤ）もしくはリジン（ＬｙｓまたはＫ）への置換、またはＢ鎖のアミノ酸２９（Ｂ２９）でのＬｙｓのＰｒｏへの置換、あるいはその組み合わせも含んでよい。これらの置換は、それぞれＡｓｐ^Ｂ２８、Ｌｙｓ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９とも記載してよい。そうでないと記載しない限り、または文脈から明確な場合はいずれも、本明細書に記載されるアミノ酸は、Ｌアミノ酸とみなされるべきである。

本発明の別の態様は、ＩＧＦ Ｉ型受容体との交差結合の著しい増加の回避である。この目的のために、インスリン様成長因子Ｉ（ＩＧＦ−１）のＣドメインに存在するような配列Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｘａａまたはタンデムアルギニンを有するチロシンを含まないリンカーを用いることが有利であろう。なぜなら、これらの配列は、ＩＧＦＲとのＩＧＦ−１の結合に重要であるものとして同定されているからである。

Ａｓｐ^Ｂ２８置換は、アスパルトインスリンとして知られ、Ｎｏｖａｌｏｇ（登録商標）として販売されるインスリン類似体中に存在し、Ｌｙｓ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９置換は、リスプロインスリンとして知られ、Ｈｕｍａｌｏｇ（登録商標）の名称の下で販売されるインスリン類似体中に存在する。これらの類似体は、その開示が本明細書に参照により組み込まれる米国特許第５，１４９，７７７号および第５，４７４，９７８号に記載される。これらの類似体はともに、速効型インスリンとして知られている。これらの類似体はいずれも、アイソフォーム特異的受容体結合を示さない。

本発明の単鎖インスリン類似体は、ヒトインスリンに加えて、現存するインスリン類似体、修飾インスリン、またはレギュラーインスリン、ＮＰＨインスリン、レンテインスリンもしくはウルトラレンテインスリンなどの種々の医薬製剤内に存在するいくつかの任意の変更も用いてよいことが、さらに構想される。本発明の単鎖インスリン類似体は、置換Ａｓｐ^Ｂ１０、Ｌｙｓ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９またはＡｓｐ^Ｂ９置換を含むＤＫＰインスリンなど、臨床的に用いられていないが実験的にはまだ有用な、ヒトインスリンの類似体中に存在する置換も含んでよい。本発明は、しかし、ヒトインスリンおよびその類似体に限定されない。これらの置換は、限定しない例として、ブタ、ウシ、ウマおよびイヌのインスリンなどの動物インスリンにおいて行ってもよいことも構想される。さらに、ヒトインスリンと動物インスリンとの間の類似性、およびヒト糖尿病患者での動物インスリンの過去の使用に鑑みて、インスリンの配列中のその他の小規模な修飾、特に、「保存的」置換と考えられる置換を導入してよいことも構想される。例えば、アミノ酸のさらなる置換を、本発明から逸脱することなく、類似の側鎖を有するアミノ酸の群の中で行ってよい。これらは、中性疎水性アミノ酸：アラニン（ＡｌａまたはＡ）、バリン（ＶａｌまたはＶ）、ロイシン（ＬｅｕまたはＬ）、イソロイシン（ＩｌｅまたはＩ）、プロリン（ＰｒｏまたはＰ）、トリプトファン（ＴｒｐまたはＷ）、フェニルアラニン（ＰｈｅまたはＦ）およびメチオニン（ＭｅｔまたはＭ）を含む。同様に、中性極性アミノ酸は、グリシン（ＧｌｙまたはＧ）、セリン（ＳｅｒまたはＳ）、スレオニン（ＴｈｒまたはＴ）、チロシン（ＴｙｒまたはＹ）、システイン（ＣｙｓまたはＣ）、グルタミン（ＧｌｕまたはＱ）およびアスパラギン（ＡｓｎまたはＮ）の群の中で互いを置換してよい。塩基性アミノ酸は、リジン（ＬｙｓまたはＫ）、アルギニン（ＡｒｇまたはＲ）およびヒスチジン（ＨｉｓまたはＨ）を含むと考えられる。酸性アミノ酸は、アスパラギン酸（ＡｓｐまたはＤ）およびグルタミン酸（ＧｌｕまたはＥ）である。ある例において、本発明のインスリン類似体は、本発明の修飾リンカー以外に３つ以下の保存的置換を含む。

ヒトプロインスリンのアミノ酸配列を、比較の目的のために配列番号１として示す。ヒトインスリンのＡ鎖のアミノ酸配列を、配列番号２として示す。ヒトインスリンのＢ鎖のアミノ酸配列を、比較の目的のために配列番号３として示す。
配列番号１（プロインスリン）

配列番号２（Ａ鎖）

配列番号３（Ｂ鎖）

本発明の単鎖ヒトインスリンのアミノ酸配列を、配列番号４（ここで、Ｘａａは任意のアミノ酸を表す）として示す。
配列番号４

種々の例において、Ｘａａで表されるリンカーは、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３アミノ酸の長さであってよい。ある例において、リンカーは、ＡおよびＢ鎖に隣接する天然に存在するアミノ酸を含む。配列番号５〜１４は、リンカーが、プロインスリン中のそれらの天然に存在する位置にアミノ酸を含む配列を示す。言い換えると、プロインスリンの天然リンカーは、プロインスリンのＡおよびＢ鎖に隣接して天然で見出されるアミノ酸をそのままにして、種々の量で切断される。配列番号５において、ＡおよびＢ鎖に隣接するＡｒｇ残基が存在する。配列番号６において、通常、Ｂ鎖に接して見出される２つのＡｒｇ残基と、通常、Ａ鎖に接して見出されるＡｒｇおよびＬｙｓ残基が存在する。配列番号７および８において、通常、Ｂ鎖に接して見出されるＡｒｇ−Ａｒｇ−Ｇｌｕ配列と、通常、Ａ鎖に接して見出されるＧｌｎ−Ｌｙｓ−Ａｒｇ配列とが存在する。配列番号７において、さらなる１〜４アミノ酸が、所望により存在してよい。
配列番号５

配列番号６

配列番号７

配列番号８

配列番号９〜１４は、プロインスリンの配列中で天然に見出される種々の配列からなる、種々の長さのリンカーを示す。

インスリンにおいて天然に見出されない配列を有するその他の切断リンカーも用いてよい。例えば、配列番号１９は、配列Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ａｒｇを有するリンカーを示し、配列番号２０は、配列Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ａｒｇを有するリンカーを示し、配列番号２１は、配列Ｇｌｙ−Ｓｅｒ−Ｇｌｕ−Ｇｌｎ−Ａｒｇ−Ａｒｇを有するリンカーを示し、配列番号２２は、配列Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｇｌｕ−Ｇｌｎ−Ｌｙｓ−Ａｒｇを有するリンカーを示し、配列番号２３は、配列Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｇｌｕ−Ａｌａ−Ｌｅｕ−Ｇｌｎ−Ｌｙｓ−Ａｒｇを有するリンカーを示し、配列番号２４は、配列Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ａｒｇを有するリンカーを示し、配列番号２５は、配列Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ａｒｇを有するリンカーを示す。これらの切断リンカーのいずれも、単独、または本明細書に記載されるインスリンポリペプチド配列中のその他の置換もしくはその他の変更と組み合わせて、本発明の単鎖インスリン類似体において用いてよいことが構想される。

従来知られるインスリン類似体の置換を含む種々の置換は、本発明の単鎖インスリン類似体中に存在してもよい。例えば、リスプロインスリンのＬｙｓ^Ｂ２８Ｐｒｏ^Ｂ２９置換に相当する置換も有する単鎖インスリン類似体のアミノ酸配列を、配列番号１５として示す。同様に、アスパルトインスリンのＡｓｐ^Ｂ２８置換に相当する置換も有する単鎖インスリン類似体のアミノ酸配列を、配列番号１６として示す。さらに、Ａｓｐ^Ｂ１０置換に相当する置換も有する単鎖インスリン類似体の例示的アミノ酸配列を、配列番号１７および１８として示す。
配列番号１５

配列番号１６

配列番号１７

配列番号１８

インスリンまたはインスリン類似体の活性は、本明細書で以下により詳細に記載するような受容体結合アッセイにより決定してよい。相対活性は、ホルモン−受容体結合反応を支配する解離定数（Ｋ_ｅｑ）の比較により定義してよい。相対活性は、放射性標識ヒトインスリン（例えば^１２５Ｉ標識インスリン）または放射性標識高親和性インスリン類似体などの特異的に結合した標識ヒトインスリンの５０パーセントを置き換えるために必要な未標識インスリンまたはインスリン類似体の濃度であるＥＤ_５０の値の比較によって推測してもよい。あるいは、活性は、通常のインスリンの活性のパーセンテージとして単純に表してよい。インスリン様成長因子受容体（ＩＧＦＲ）についての親和性も、ＩＧＦＲからの放射性標識ＩＧＦ−Ｉ（例えば^１２５Ｉ標識ＩＧＦ−Ｉ）の置き換えを測定して、同様に決定してよい。特に、アイソフォーム選択的単鎖インスリン類似体は、通常のインスリンの１１０、１２０、１３０、１４０、１５０もしくは２００パーセント以上など、インスリン受容体の１つのアイソフォームについてインスリンの１００パーセント以上の活性を有する一方、標的アイソフォームと比べて６分の１以下に低下した、インスリン受容体の他方のアイソフォームについての親和性を有することが望ましい。また、ＩＧＦＲとの単鎖インスリン類似体の交差結合が、通常のインスリンの９０、８０、７０、６０または５０パーセント以下など、通常のインスリンの１００パーセント以下であることが望ましい。インスリン活性は、ｉｎ ｖｉｖｏよりもむしろ、本明細書に記載されるようにｉｎ ｖｉｔｒｏで測定することが望ましい。ｉｎ ｖｉｖｏでは、血流からのインスリンの排除が、受容体結合に依存することが記載されている。このようにして、インスリン類似体は、血流からのより遅い排除のために細胞レベルでは活性がより低いが、ｉｎ ｖｉｖｏにおいておよそ１００パーセントの活性にさえ到達する高い活性を数時間にわたって示し得る。しかし、インスリン類似体は、ｉｎ ｖｉｔｒｏ受容体結合活性が２０％ほど低くても、このより遅い排除およびより高い用量での投与の実現可能性により、糖尿病の治療においてまだ有用であり得る。

インスリンの単鎖類似体は、３つのポリペプチドセグメントのチオール−エステル媒介天然型フラグメントライゲーションを用いる完全な化学合成により作製した。セグメントは、残基１〜１８（セグメントＩ）、１９〜４２（セグメントＩＩ）および４３〜５７（セグメントＩＩＩ）を含んだ。それぞれのセグメントは、固相法により合成した。セグメントＩおよびセグメントＩＩは、ＯＣＨ_２−Ｐａｍ樹脂（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）上のＮ−α−ｔｅｒｔ−ブチルオキシカルボニル（Ｂｏｃ）−化学構造により調製した。セグメントＩＩＩは、標準的な側鎖保護基を用いるポリエチレングリコール−ポリスチレン（ＰＥＧ−ＰＳ）樹脂上のＮ−α−（９−フルオロニルメトキシカルボニル（Ｆｍｏｃ）−化学構造により調製した。セグメントＩは、チオエステル（ベータ−メルカプトロイシン、βＭｐ−Ｌｅｕ）として合成した。合成は、Ｂｏｃ−Ｌｅｕ−ＯＣＨ_２−Ｐａｍ樹脂から開始し、ペプチド鎖を、Ｎ末端残基まで段階的に伸長した。セグメントＩＩも、セグメントの溶解性を亢進するために、βＭｐ残基のＣ末端と結合したペプチドＡｒｇ−Ａｒｇ−Ｇｌｙを有するチオエステルとして合成した。セグメントＩＩのＮ末端アミノ酸であるシステインは、チアゾリジン（Ｔｈｚ）として保護し、ライゲーションの後にＭｅＯＮＨ_２．ＨＣｌによりシステインに変換した。天然型ライゲーションの後に、全長ポリペプチド鎖を、１００ｍＭ還元型グルタチオン（ＧＳＨ）と１０ｍＭ酸化型グルタチオン（ＧＳＳＧ）とのｐＨ ８．６での混合物中で折り畳ませ、４０分間で１５％から３５％（Ａ／Ｂ）までの勾配溶出で、４ｍｌ／分の流速にてＣ４カラム（１．０×２５ｃｍ）を用いるＨＰＬＣ精製に供した。ＳＣＩ（１）に相当する純粋な画分をプールし、凍結乾燥した。予測される分子質量は、質量分析により確認した。

配列番号２６のポリペプチド配列を有する単鎖インスリン類似体を調製した。
配列番号２６

この５７アミノ酸長の単鎖類似体を合成し、活性について試験した。この類似体は、修飾Ａ鎖配列（置換Ｈｉｓ^Ａ８を含む）と、修飾Ｂ鎖配列（置換Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９を含む）とを、配列ＧＧＧＰＲＲの６残基リンカーとともに含む。比較の目的のために、Ｌｅｅら（Ｎａｔｕｒｅ、第４０８巻、４８３〜４８８頁、２０００）により以前に記載された配列を含む５８アミノ酸長の単鎖インスリン類似体を同様にして調製した。後者の類似体は、野生型Ａ鎖およびＢ鎖配列を、配列ＧＧＧＰＧＫＲの７残基リンカーとともに含む（配列番号３３、「従来のＳＣＩ」）。しかし、この類似体について記載する論文に記載される結果は、本来のＮａｔｕｒｅ論文に示された結果の妥当性に疑問を投げかけて、本来の論文の著者の少なくとも数名により、最近、撤回された（Ｎａｔｕｒｅ、第４５８巻、６６０頁、２００９）。それにもかかわらず、本発明による単鎖インスリンと、従来の単鎖インスリンとの比較を、本明細書に示す。

合成遺伝子を合成して、酵母ピスチア・パストリスおよびその他の微生物において同じポリペプチドの発現を導いた。ＤＮＡの配列は、以下のいずれかである。
（ａ）ヒトコドン優先性を有する

（配列番号２８）
（ｂ）ピチアコドン優先性を有する

（配列番号２９）

同じポリペプチド配列をコードするこれらの配列のその他の変異型は、遺伝子コード中のシノニムを用いれば可能である。さらなる合成遺伝子を調製して、Ａ４位、Ａ８位、Ｂ２８位およびＢ２９位での変異型アミノ酸置換を含むこのポリペプチドの類似体の合成を導いた。さらに、リンカーペプチドの長さの一連の変化を、変異型ＤＮＡ配列内でコードした。

受容体結合アッセイ。相対活性は、トレーサーとして^１２５Ｉヒトインスリンを用いる競合的結合アッセイにより決定される、類似体と野生型ヒトインスリンとの間の解離定数の比と定義される。このアッセイは、当技術分野において知られるマイクロタイタープレート抗体捕捉アッセイを用いて、精製エピトープタグ付加受容体（ＩＲ−Ａ、ＩＲ−ＢまたはＩＧＦＲ）を用いる。エピトープタグは、ＦＬＡＧエピトープの３つのタンデムリピートからなる。マイクロタイターストリッププレート（Ｎｕｎｃ Ｍａｘｉｓｏｒｂ）を、一晩、４℃にて抗ＦＬＡＧ ＩｇＧ（リン酸緩衝食塩水中に４０ｍｇ／ｍｌで１００μｌ／ウェル）とインキュベートした。結合データは、単一部位異種競合結合モデルにより分析した。エピトープタグ付加ＩＧＦ Ｉ型受容体を用いる対応するマイクロタイタープレート抗体アッセイを用いて、この相同受容体との類似体の交差結合を評価した。全てのアッセイにおいて、競合リガンドの非存在下で結合したトレーサーのパーセンテージは、リガンド枯渇によるアーチファクトを避けるために、１５％未満であった。

ＩＲ−ＡおよびＩＲ−Ｂについての相対親和性を、表１に示す。値は、ＩＲ−Ａについての野生型ヒトインスリンの結合親和性により定義される１００％に標準化されている。ヒトインスリンの親和性は、アッセイ条件下で０．０４ｎＭである。ＩＧＦＲについての対応する親和性は、第４列に示す。ＩＧＦＲについてのヒトインスリンの親和性は、アッセイ条件下で９．７ｎＭである。

予測されるように、野生型インスリンは、ＩＲ−Ｂと比べてＩＲ−Ａについて小さい優先性を示す（表Ｉの第１行）。ＩＲ−Ａについての同様に小さい優先性が、Ｈｕｍａｌｏｇ（登録商標）およびＮｏｖａｌｏｇ（登録商標）の研究において観察される（第５および６行）。Ａ鎖の中ほどでの置換（Ｌｅｕ^Ａ１３またはＴｙｒ^Ａ１４のＴｒｐによる置き換え；それぞれ第７および８行）は、同様に、ＩＲ−Ａについて２倍未満の選択性を与える。単鎖リガンドであるプロインスリン、ＩＧＦ−ＩおよびＩＧＦ−ＩＩはそれぞれインスリン受容体のいずれのアイソフォームにもほとんど結合しないが、これらのリガンドは、ＩＲ−Ａについて２倍を超える優先性を示す（表Ｉの第２〜４行）。

ヒトインスリンと比べた５７アミノ酸長の単鎖インスリン類似体（配列番号２６）のＩＲ−Ａ受容体結合活性は、表Ｉに示すように（最終行）２００％である。ＩＲ−Ｂについてのその親和性は３０％未満であり、ＩＧＦＲについてのその親和性は、ヒトインスリンのものの３分の１に低下している。これらの結合特性を、５７アミノ酸長の単鎖インスリン類似体（点線；三角）の結合を、天然ヒトインスリン（実線；四角）と比べて評価した一連の受容体結合アッセイにより図２に示す。（Ａ）ＩＲ−Ａとの結合、（Ｂ）ＩＲ−Ｂとの結合、および（Ｃ）ＩＧＦＲとの結合。これらのアッセイは、受容体と結合した^１２５Ｉ標識インスリンの、未標識類似体またはインスリンのいずれかによる置き換え（Ｂ／Ｂｏ）を、未標識類似体／インスリン濃度範囲全域で測定する。

当技術分野において知られる単鎖インスリンの対照研究（従来のＳＣＩ；表Ｉの下から２行目）は、これが、インスリン受容体のいずれのアイソフォームとも低い親和性で、かつヒトインスリンと比べてアイソフォーム選択性の著しい変化なしで結合することを示す。

Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９置換を含む５７アミノ酸長のＳＣＩ（配列番号２６）の糖尿病ラットにおけるｉｎ ｖｉｖｏ効力を、野生型ヒトインスリン（配列番号２および３）と比べて評価した。この目的のために、雄Ｌｅｗｉｓラット（体重約２５０ｇ）を、ストレプトゾトシンを用いて糖尿病にした。ヒトインスリンおよびＳＣＩをＨＰＬＣにより精製し、粉末に乾燥し、インスリン希釈剤（Ｅｌｉ Ｌｉｌｌｙ Ｃｏｒｐ）に溶解した。ラットに、時間＝０にて、０〜１．５Ｕ／ｋｇ体重のインスリン用量範囲（典型的にはラットあたり０〜３０マイクログラムのタンパク質）を１００μｌの希釈剤中で皮下注射した。対応するＳＣＩの一定量を、タンパク質のモル数に基づいて調製した。血液を、尾の切った先端から時間０で、また９０分まで１０分ごとに得た。血中グルコースを、Ｈｙｐｏｇｕａｒｄ Ａｄｖａｎｃｅ Ｍｉｃｒｏ−Ｄｒａｗ計器を用いて測定した。インスリンの最大下濃度にて、野生型インスリンと同じ速度および程度で血中グルコースの低下を達成するために、３倍高いモル濃度のＳＣＩが必要であった。モルベースで必要なより高い用量のＳＣＩは、インスリン受容体のＢアイソフォームについてのその約３分の１に低下している結合親和性と一致する。なぜなら、標的組織へのホルモン依存的グルコース取り込みを媒介すると考えられているのは、Ｂアイソフォームであるからである。野生型ヒトインスリンについて、血中グルコース変化の平均（６匹のラット）は、０．５Ｕ／ｋｇ（最大下用量）の用量の後に、１時間あたりおよそ−１１５．６ｍｇ／ｄＬであった。同じモル用量のタンパク質でのＳＣＩについて、血中グルコース変化の平均は、１時間あたり−３１．４ｍｇ／ｄＬであり、ほぼ４分の１に低下していた。注射したＳＣＩの量を１．５Ｕ／ｋｇに等価な重量まで増加させたときに、１時間あたり−９８．７ｍｇ／ｄＬの平均血中グルコース低下が観察された。このことは、血中グルコース制御のための類似体の完全な効力が、注射されるモル量を増加させることにより達成できることを示す。このような用量にて、患者は、その血中グルコースを制御できるが、Ａアイソフォームシグナル伝達経路の活性化の増加を得る。このような区別されたシグナル伝達は、ベータ細胞および／または脳に選択的に影響し得る。

ＳＣＩのアイソフォーム選択的活性を、野生型インスリンとの関係において、インスリン受容体アイソフォームＡまたはインスリン受容体アイソフォームＢのいずれかを発現するように安定に形質移入されたＩＧＦＲ^−／−マウス線維芽細胞を用いて評価した。これらの株化細胞は、マウスインスリン受容体のごくわずかなバックグラウンド発現を示すが、インスリン受容体基質１（ＩＲＳ−１）を含む。細胞を約８０％の集密度まで成長させ、１晩血清を欠乏させ、１０ｎＭの野生型ヒトインスリン（Ｓｉｇｍａ）またはＳＣＩで５分間処理した。インスリン受容体の免疫沈降の後に、受容体のリガンド依存的な自己リン酸化を、抗ホスホチロシン抗血清（ＰＹ２０）を用いるウェスタンブロットにより調べた。ブロットをはがし、抗受容体抗体でリプロービングして、アイソフォーム特異的受容体発現の程度についての補正を可能にした。ＳＣＩは、受容体アイソフォームＡを、野生型インスリンと少なくとも同程度に効率的に活性化した。著しく対照的に、受容体アイソフォームＢのＳＣＩ依存的な自己リン酸化は、受容体アイソフォームＢのインスリン依存的な自己リン酸化よりも４７±１１パーセント効率が低かった。これらのデータは、ｉｎ ｖｉｔｒｏでのＳＣＩのアイソフォーム特異的受容体結合特性が、細胞の関係におけるアイソフォーム特異的受容体活性化に相当することを示す。ＩＲＳ−１のリガンド依存的リン酸化の程度を調べるための同様のウェスタンブロットは、ＳＣＩによる比例したアイソフォーム特異的シグナル伝達を同様に示した。

本発明による別の類似体の受容体結合活性も、配列番号３３の類似体（「従来のＳＣＩ」）と比較した。Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９置換をＡｓｐ^Ｂ１０置換とともに（配列番号３６）またはＡｓｐ^Ｂ１０置換なしで（配列番号２６）含む本発明の単鎖インスリン類似体（ＳＣＩ）を比較した。表ＩＩにおいて、野生型ヒトインスリン（ＨＩ）、ならびにＡアイソフォーム特異的ヒトインスリン受容体（ＨＩＲＡ）、Ｂアイソフォーム特異的ヒトインスリン受容体（ＨＩＲＢ）およびインスリン様成長因子受容体（ＩＧＦＲ）についてのいくつかのインスリン類似体の結合親和性を示す。従来のＳＣＩは、ヒトインスリンと比較して、インスリン受容体に対する親和性が大きく低下した。「Ａ８−Ｈｉｓ、Ｂ−１０Ａｓｐ、Ｂ２８−Ａｓｐ、Ｂ２９−Ｐｒｏ ｉｎｓ」と示すインスリン類似体は、配列番号３４および３５の配列を有する。

ＨＩＲＡ、ＨＩＲＢおよびＩＧＦＲに対するインスリン類似体の親和性は、解離定数（Ｋｄ）および非修飾ヒトインスリンに対する無名数として示す。従来のＳＣＩは、それぞれヒトインスリンの５パーセントおよび４パーセントのＨＩＲＡおよびＨＩＲＢについての親和性を有した。ＩＧＦＲについての従来のＳＣＩの親和性はより大きかったが、それでもまだヒトインスリンのわずか１３パーセントであった。Ａｓｐ^Ｂ１０置換を含むＳＣＩ（配列番号３６）は、ヒトインスリンのものよりおよそ７倍大きいＡアイソフォームインスリン受容体についての親和性と、ヒトインスリンのものの約半分のＢアイソフォームインスリン受容体についての親和性とを有する。同時に、ＩＦＧＲについてのこのＳＣＩの親和性は、ヒトインスリンのものとほぼ同じである。対照的に、Ａｓｐ^Ｂ１０置換を含まないＳＣＩ（配列番号２６）は、ＩＦＧＲについての親和性が低下していた（ヒトインスリンに対して０．３５）が、Ａｓｐ^Ｂ１０置換を含むＳＣＩと比較してＨＩＲＡおよびＨＩＲＢについての親和性もより低かった（それぞれ２．０および０．３６）。対応する２本鎖類似体（ｔｗｏ ｃｈａｉｎ ａｎａｌｏｇｕｅ）、すなわち置換Ａｓｐ^Ｂ１０、Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９を含む２本鎖類似体（配列番号３４および３５）は、ヒトインスリンのものに対してＩＦＧＲについての親和性が増加し（３．５４）、かつＨＩＲＡおよびＨＩＲＢについての親和性も増加した（それぞれ４．２５および４．７）。よって、本発明は、ＨＩＲＢについてのヒトインスリンの親和性の少なくとも半分を保持し、ヒトインスリンよりもＨＩＲＡについての親和性がより大きい一方、非修飾ヒトインスリンとほぼ同じレベルでのＩＦＧＲについての親和性を保持するＡｓｐ^Ｂ１０置換を含むインスリン類似体を提供する。

このことは、図３Ａ〜３Ｃに示す受容体結合アッセイの結果により確認される。インスリンおよびインスリン類似体のデータは、以下のように表す：非修飾ヒトインスリン（■）、Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８、Ｐｒｏ^Ｂ２９置換を含む単鎖インスリン（ＳＣＩ）類似体（▲）、Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ２８、Ｐｒｏ^Ｂ２９置換を含むＳＣＩ類似体（●）、従来のＳＣＩ（▼）。図３Ａにおいて、受容体結合アッセイは、ＨＩＲＡを用いた。図３Ｂにおいて、受容体結合アッセイは、ＨＩＲＢを用い、図３Ｃにおいて、受容体結合アッセイは、試験したものを用いた。これらのアッセイは、受容体と結合した^１２５Ｉ標識インスリンの、未標識類似体またはインスリン（Ｂ／Ｂｏ）による置き換えを、未標識類似体／インスリン濃度範囲全域で測定する。

表ＩＩＩは、インスリン様成長因子１（ＩＧＦ−１）、野生型ヒトインスリン（ＨＩ）、配列番号２６のアミノ酸配列（Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ２８、Ｐｒｏ^Ｂ２９）を有する単鎖インスリン（ＳＣＩ）、ならびにインスリン類似体であるＨｕｍａｌｏｇ（登録商標）（Ｌｙｓ^Ｂ２８、Ｐｒｏ^Ｂ２９）およびＬａｎｔｕｓ（Ｂ鎖のカルボキシ末端に結合した２つのアルギニン残基の付加を有する）についての結合親和性を示す。ＩＧＦＲに対するこれらのリガンドの親和性は、解離定数（Ｋｄ）およびＩＧＦ−１に対する無名数として示す。本発明のＳＣＩは、野生型インスリンのものよりも小さいＩＧＦＲについての親和性を示すが、類似体Ｈｕｍａｌｏｇ（登録商標）およびＬａｎｔｕｓ（登録商標）は、非修飾ヒトインスリンのおよそ２〜３倍の親和性を有する。

このことは、受容体と結合した^１２５Ｉ標識ＩＧＦ−１の、未標識リガンド（Ｂ／Ｂｏ）による置き換えを、未標識ペプチド濃度範囲全域で示すグラフである図４にも反映される。

理論に結び付けられることを望まないが、出願人は、従来のＳＣＩの結合活性の低下は、保つためのＡまたはＢ鎖における相殺置換なしでのリンカー中のリジンおよびアルギニンの存在により引き起こされる等電点の変化によると考える。しかし、この配列番号３６の単鎖インスリン類似体は、ヒトインスリンのものと同様の等電点を有する。なぜなら、リンカー中に導入される残基により提供される正電荷が、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９置換により導入される変化した電荷の少なくともいくらかを相殺するからである。ＡまたはＢ鎖におけるさらなるまたは代替の置換を用いて、得られるインスリン類似体の等電点に影響を及ぼしてもよい。例えば、ヒスチジンをＢ１０に保持して、亜鉛結合およびインスリン６量体形成を保持してよい。

Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８、Ｐｒｏ^Ｂ２９置換を含む５７アミノ酸長のＳＣＩ（配列番号３６）の、糖尿病ラットにおけるｉｎ ｖｉｖｏ効力は、野生型インスリンと同等である。雄Ｌｅｗｉｓラット（体重約２５０ｇ）を、ストレプトゾトシンを用いて糖尿病にした。ヒトインスリンおよびインスリン類似体（ＳＣＩ（配列番号３６）、および６残基リンカーを欠くＳＣＩの２本鎖類似体（配列番号３４および３５））をＨＰＬＣにより精製し、粉末に乾燥し、インスリン希釈剤（Ｅｌｉ Ｌｉｌｌｙ Ｃｏｒｐ）に溶解した。ラットに、時間＝０にて、１．５Ｕ／ｋｇ体重で、１００μｌの希釈剤中で皮下注射した。血液を、尾の切った先端から時間０で、および９０分まで１０分ごとに得た。血中グルコースを、Ｈｙｐｏｇｕａｒｄ Ａｄｖａｎｃｅ Ｍｉｃｒｏ−Ｄｒａｗ計器を用いて測定した。血中グルコース濃度は、ヒトインスリン、ＳＣＩ、および２本鎖対照類似体についてそれぞれ１時間あたり６４．２±１６．９、６２．０±１６．３および５３．２±１１．７ｍｇ／ｄＬの速度で減少することが観察された。これらの値は、変動内で区別できない（図５）。図５において、時間に対する相対血中グルコースレベルを、ヒトインスリン（○）、ＳＣＩ（Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９）（■）、２本鎖類似体（Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９）（▲）について示す。完全な用量応答曲線において、ＳＣＩ（Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９）は、同様に、野生型ヒトインスリンからの血糖降下作用と区別できない。

Ａｓｐ^Ｂ１０の使用は、ＩＧＦＲとの交差結合に対するその影響および関連する分裂促進性のために、臨床的な使用におけるインスリン類似体製剤から以前に回避された。Ｓｐｒａｇｕｅ−ＤａｗｌｅｙラットにおけるＡｓｐ^Ｂ１０−インスリンの試験は、乳癌の発生の増加を導いた。ＩＧＦ−Ｉは、相同な位置（Ｇｌｕ９）にて負電荷を含む。この電荷をＡｓｐ^Ｂ１０により模倣することは、ＩＧＦＲとのＡｓｐ^Ｂ１０−インスリン類似体の結合を著しく亢進すると考えられる。驚くべきことに、我々は、ＩＧＦＲについてのＳＣＩ（Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９）の親和性が、ヒトインスリンのものと同様であることを見出した。いずれの可能性のある増加も、２倍未満である。Ｈｕｍａｌｏｇ中のＬｙｓ^Ｂ２８−Ｐｒｏ^Ｂ２９置換は、患者における癌の危険性の検出可能な増加なしでＩＧＦＲ交差結合の２倍の増加を与えるので、ＳＣＩ（Ｈｉｓ^Ａ８、Ａｓｐ^Ｂ１０、Ａｓｐ^Ｂ２８およびＰｒｏ^Ｂ２９）（配列番号３６）のＩＧＦＲ結合特性は、著しいとは考えられない。

上記の開示に基づいて、本発明で提供される単鎖インスリン類似体が、天然インスリンと比べたアイソフォーム特異的受容体結合の増加を提供し、ＩＲ−Ａと優先的に結合するが、ＩＧＦＲとの結合を増加させないことが、ここで明らかになったはずである。よって、請求される発明の範囲内に明らかに含まれるいずれの変動も、したがって特定の成分要素の選択も、本明細書に開示され記載される本発明の精神を逸脱することなく決定できることを理解されたい。

Claims (17)

1. 哺乳動物を治療する方法であって、生理的有効量のインスリン類似体またはその生理的に許容される塩を投与することを含み、前記インスリン類似体が、インスリン受容体アイソフォームＢ（ＩＲ−Ｂ）よりもインスリン受容体アイソフォームＡ（ＩＲ−Ａ）に対して２倍を超える、より大きい結合親和性を示し、前記類似体が、前記類似体が由来する野生型インスリンと比較して、少なくとも３分の１のＩＲ−Ｂに対する相対的結合親和性を有する方法。
2. インスリン類似体またはその生理的に許容される塩が、ＩＲ−Ｂについてよりも少なくとも４倍大きいＩＲ−Ａについての結合親和性を示す、請求項１に記載の方法。
3. インスリン類似体またはその生理的に許容される塩が、４〜１３アミノ酸のポリペプチドで連結されたインスリンＡ鎖配列もしくはその類似体およびインスリンＢ鎖配列もしくはその類似体を含む単鎖インスリン類似体またはその生理的に許容される塩である、請求項２に記載の方法。
4. ４〜１３アミノ酸のポリペプチドが、Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ａｒｇ（配列番号１９）の配列を有する、請求項３に記載の方法。
5. インスリン類似体またはその生理的に許容される塩が、哺乳動物インスリンの類似体である、請求項３に記載の方法。
6. インスリン類似体またはその生理的に許容される塩が、ヒトインスリンの類似体である、請求項５に記載の方法。
7. インスリン類似体またはその生理的に許容される塩が、配列番号２６および３６の配列を有するポリペプチドからなる群より選択される配列を有するポリペプチドである、請求項６に記載の方法。
8. 単鎖ポリペプチドを含むインスリン類似体であって、インスリン受容体アイソフォームＢ（ＩＲ−Ｂ）よりもインスリン受容体アイソフォームＡ（ＩＲ−Ａ）に対して２倍を超える大きい結合親和性を示し、ｉｎ ｖｉｔｒｏで測定して、天然インスリンのものを超えないインスリン様成長因子受容体についての親和性を有するインスリン類似体。
9. インスリン受容体のＢアイソフォームとの結合と比べて少なくとも４倍のインスリン受容体のＡアイソフォームとの選択的結合を示す、請求項８に記載のインスリン類似体。
10. 配列番号１７（ここで、Ｘａａ_４〜１３は６個の任意のアミノ酸であるが、但し、Ｘａａ_４〜１３の最初の２つのアミノ酸はアルギニンでない）の配列を有するポリペプチドからなる群より選択される配列を有するポリペプチドを含む、請求項９に記載のインスリン類似体。
11. 式Ｉ
    Ｂ−Ｃ−Ａ（Ｉ）
    ［式中、Ｂは、配列：
    ＦＶＮＱＨＬＣＧＳＸ_２ＬＶＥＡＬＹＬＶＣＧＥＲＧＦＦＹＴＸ_３Ｘ_４Ｔ（配列番号３８）
    （式中、Ｘ_２はＤまたはＨであり、Ｘ_３はＰ、ＤまたはＫであり、Ｘ_４はＫまたはＰである）
    を有するポリペプチドを含み、
    Ｃは、配列ＧＧＧＰＲＲ（配列番号１９）からなるポリペプチドであり、
    Ａは、配列：
    ＧＩＶＥＱＣＣＸ_１ＳＩＣＳＬＹＱＬＥＮＹＣＮ（配列番号３７）
    （式中、Ｘ_１はＴまたはＨである）
    を有するポリペプチドを含む］
    の単鎖ポリペプチドを含む、請求項９に記載のインスリン類似体。
12. 配列番号２６の配列を有するポリペプチドおよび配列番号３６の配列を有するポリペプチドからなる群より選択されるポリペプチドを含む、請求項１１に記載のインスリン類似体。
13. 配列番号２６の配列を有するポリペプチドを含む、請求項１２に記載のインスリン類似体。
14. 配列番号３６の配列を有するポリペプチドを含む、請求項１２に記載のインスリン類似体。
15. 請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の単鎖インスリン類似体をコードする核酸。
16. 請求項１５に記載の核酸配列を含む発現ベクター。
17. 請求項１６に記載の発現ベクターで形質転換された宿主細胞。

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