JPH01502080A - 組み換えビタミンk依存性蛋白質のガンマカルボキシル化の増強 - Google Patents
組み換えビタミンk依存性蛋白質のガンマカルボキシル化の増強Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
組み換えビタミンに依存性蛋白質の
ガンマカルボキシル化の増強
λ見立11
本発明はビタミンに依存性蛋白質に関する。
ビタミンに依存性蛋白質は、その完全な合成のためにビタミンKを必要とする。
これらの蛋白質には、プロトロンビン、第X因子、第■因子、プロティンC、プ
ロティンS1第X因子およびプロティン・2など(そのある物は血液凝固に関係
する)および骨の中に見出されるオステオカルシンおよび骨マトリックスGla
蛋白質が含まれる。一つのグループとして、血液凝固蛋白質は、アミノ酸配列に
顕著な相同性を有し、チモーゲンから活性酵素型への函定蛋白分解により活性化
される(プロティンSのみは異なる)、全てのビタミンに依存性蛋白質は、新規
メタル結合アミノ酸T−カルボキシグルタミン酸を有する。
ビタミンに依存性蛋白質中のグルタミン酸残基は、最初に細胞中に存在する時は
カルボキシル化されていない。
カルボキシル化は細胞から蛋白質が分泌される前のある時期に生じる。
ビタミンに依存性蛋白質は、肝臓病、ビタミンに欠乏症、およびワルファリンナ
トリウム(クマリノ)のようなビタミンに拮抗性薬剤の存在下等で、後天的に欠
乏する。血友病Bは、mlX因子の遺伝的欠損を特徴とする病気である。血友病
に悩む25000人の米国人のうち、約lO〜12%は、血友病Bである。
先天的または後天的に血液凝固蛋白質の欠損を含む病気の患者の治療は、危険が
多くまた高価である。例えば血友病Bは現在2種の方法で行われる:即ち、新鮮
凍結血永、または正常ヒト直置の部分分画で得られる市販の第X因子による。後
者の方法で得られる第X因子は、中間的純度のものでしかない。
ヒト第■遺伝子はプラスミド中に多ローン化されており、哺乳類細胞に形質転換
されている。しかしながら、発現された第X因子は血液中で循環しているものに
比して、はんの部分的にカルボキシル化されているにすぎない、この部分的カル
ボキシル化第■因子は、天然の充分にカルボキシル化された第X因子のもつ充分
な活性は持っていない。
ビタミンに依存性蛋白質は、最初に合成される時、成熟蛋白質(例えばプロトロ
ンビン)、該成熟蛋白質の上流で隣接するアミノ酸配列(プロペプチド)から構
成されている。蛋白質が粗面小胞体中で合成される時、プレペプチドはプロプロ
チイン(成熟蛋白質に結合したプロペプチド、例えばプロプロトロンビン)が細
胞の小胞体中に分泌される間に開裂される。この分泌に続いて、ガンマカルボキ
シル化が生じ、そして最終的に、プロペプチドが開裂され、成熟蛋白質が細胞か
ら放出される(本明ai*において、プレペプチドおよびプロペプチドを一緒に
して、プレプロペプチドという)。
発明の概要
一般に、本発明は、ヒトビタミンに依存性蛋白質をコードしている第1DNA配
列と、その5′末端に融合している、前記蛋白質をフードする前記DNA配列と
天然に結合しているプロペプチドコード配列と同一ではない@2DNA2DNA
配DNA配列を特徴としており、該第2DNA配列は蛋白質が組み換え真核細胞
内で発現され!二とき、該蛋白質のガンマ−カルボキシル化を促進する能力のあ
るプロペプチド配列をコードすることのできる天然には存在しないプロペブチト
コ−ρ配列である。
(組み換え細胞は、その蛋白質の遺伝子が発現性ベクターを用いて導入されたも
のである。)
好ましい実施態様においては、第2DNA配列は、アミノ酸配列においてタンパ
ク質に天然に結合しているプロペプチドよりもプロトロンビンのプロペプチドに
類似しているプロペプチドをコードしている。最も好適には、プロトロンビンの
プロペプチド自身をコードしている配列が用いられる。
本発明は、十分なガンマ−カルボキシル化がされておらずそのために低い生物学
的活性しか発現しない他の組み換えビタミンに依存性蛋白質とは対照的に、組み
換えプロトロンビンは完全にガンマ−カルボキシル化されているという我々の発
見に一部基づいている。この違いは、組み換え細胞内において他のビタミンに依
存性蛋白質のプロペプチドよりもある作用によって優れたガンマ−カルボキシル
化認識部位として働くプロトロンビンのプロペプチドの機能であると我々は考え
ている。
プレペプチドはガンマ−カルボキシル化されない、それゆえに、本発明に従えば
、プレペプチドはその蛋白質又はプロペプチドのいずれかに天然に結合している
もの、又は他の適当なプレペプチドでも良い。
他の好適な実施態様においては、ビタミンに依存性蛋白質は、第■因子:第■因
子;プロテインCニブロチインS:第X因子ニブロチイン2:オステオカルシン
:又は骨マトリックスGla蛋白質である。
ここで用いられる「ベクター」という用語は、異種のDNA (天然にはベクタ
ー内に存在しないDNA)を挿入できるプラスミド、ウィルス、コスミド、又は
7アージを含んでいる。ベクターは自己複製能力があっても良く、また異種DN
AをクロモソームDNAに組み込むことができても良い。ベクターは通常複製開
始点及び少なくとも一つの選択性遺伝子、即ち、容易に検出できるか又はその存
在が細胞の増殖に必須である生成物をコードしている遺伝子を有している。ベク
ターの他の性質は分子生物学の分野の当業者にとっては良く知られている。
また、本発明は、前記のDNA配列を提供すること;そのDNAを真核細胞、例
えばホ乳類、の発現性ベクターに挿入すること:そのベクターを真核、例えばホ
乳類、細胞にトランスフェクトすること;及びガンマ−カルボキシル化が改善さ
れたビタミンに依存、性蛋白質を生産するjこめにその細胞を培養することによ
ってガンマ−カルボキシル化が改善されたヒトのビタミンに依存性蛋白質を生産
する方法を特徴とする。
他の態様において本発明は、ヒトのプロトロンビンをコードする精製されt−D
N A配列(特にcDNA配列):発現に必要なプレペプチドをコードする領
域を含むDNA配列を特徴とする。ここで「精製された」という用語は、ヒト細
胞内でその遺伝子と天然に結合しているDNAから分離されていることを意味し
ている。プロトロンビンをコードしているDNA配列は、成熟構造蛋白質をコー
ドしているDNA配列と共にプロトロンビンのプレプロペプチドをコードしてい
るDNAを含んでいる。
プロトロンビンをコードしている配列は、培養真核細胞に挿入されたときそれら
の細胞によって完全にガンマ−カルボキシル化されたヒトプロトロンビンの生産
に影響を与える発現性ベクターに組み込むことができる。
第1図は、ヒトプロトロンビンのプレプロペプチドのアミノ酸配列である。
第2図は、第1図のアミノ酸配列の一部分をコードしているDNA配列である。
第3図は、ヒトプロI・ロンビンのプレプロペプチドの非翻訳5′末端のDNA
配列である。
第4図は、4種類の異なった抗プロトロンビン抗体と組み換え′プロトロンビン
の反応を示したグラフである。
構造
第1図はヒトプロトロンビンのプレプロペプチドのアミノ酸配列を示している。
位置−1(Arg)のアミノ酸は成熟ヒトプロトロンビンのアミノ末端(N−末
端)に隣接している。位置−36から位置−1までのプレプロペプチドのアミノ
酸配列は以前にデゲン(Degcn)ら(Biochem、 20B?(19R
3))によって明らかにされていた。ヒトプロトロンビンをコードするcDNA
の全部ではないが5′末端の21個の核酸もデゲンらによって示されている。プ
レペプチドをコードしている領域を含む完全なcDNAが発現のために必要であ
る。
第1図に示されるプレプロペプチドはプロペプチド及びプレペプチド、又は“シ
グナル”ペプチドからなっている。プレペプチドは位置−1から位置−18の部
分であり;プロペプチドは残りの部分(位置−19から位置−43)。プロトロ
ンビン構造遺伝子は位置−1から開始される成熟ヒトプロトロンビン蛋白質をコ
ードしている。′プロプロトロンビン”とはそのN末端にプロペプチドが結合さ
れているプロトロンビンを意味しており、ぞして“プレプロプロトロンビン”と
はそのN末端にプレプロペプチドが結合されているプロトロンビンを意味してい
る。
ヒトプロトロンビンのシグナルペプチドの残基−35から−43をコードするD
NA配列は第2図に示されている。前記のように、プロトロンビン構造遺伝子及
びプレプロペプチドの残基−1から−36をコードするDNAのDNA配列は前
記のデゲンらにより示されている。
プレプロプロトロンビンをコードしているcDNAをホ乳類の発現性ベクターに
クローニングし、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)!胞にトランスフェク
トした。組み換えプロトロンビンは、完全に活性で完全に(天然に存在するヒト
プロトロンビンに比較して)ガンマ−カルボキシル化された形で発現された。そ
の観察された完全なガンマ−カルボキシル化は、ヒト第■因子遺伝子(プレプロ
部分を含んでいる)がラットの肝癌細胞(アンソン(A++som)ら、 31
5 Nature 683(19ε5)):ヒト肝癌細胞(デ・う・すL)(d
e Is 5alle)ら、 316 Na1rc 26g(1985)):マ
ウス繊維芽細胞(アンソン、上記:デ・う・サレ、上記);ベビーハムスターの
腎臓(ブスバイ(B++5by)ら、ηyNature 271(1985))
;及びチャイニーズハムスター卵巣細胞(カウフマン(Kaifmsn)ら、
す±J、 Biol、 Cbeya、 9622(9116))に導入されたと
きヒト第■因子の発現において(天然に存在するヒト第■因子と比較すると)観
察されるものと非常に対照的である。
ビタミンに依存性蛋白質のプロペプチドは該タンパク質をそのグルタミン酸残基
のガンマ−カルボキシル化に向かわせる原因となっている。発現された組み換え
プロトロンビンは完全にカルボキシル化されていると考えられる。何故ならばプ
ロトロンビンのプロペプチドは効率的に蛋白質をカルボキシル化に向かわせるか
らである。
これに対して、発現された組み換え第■因子は、プローMu因子のプロペプチド
はカルボキシル化に向かわせるのに効率的ではないので、完全にはカルボキシル
化されない。
そのN末端に改良されたターゲティング(標的に向かわせる)プロペプチド、例
えば、プロトロンビンのプロペプチド(第■因子のプロペプチドの代わりに)が
結合した第■因子をコードするDNAをホ乳類の発現性ベクターにクローニング
し、そして適当な真核細胞にトランスフェクトすると、蛋白質をガンマ−カルボ
キシル化に向かわせることにおいて置換あるいは改良されI;プロペプチドの優
れた効率ゆえに、改善されたガンマ−カルボキシル化を実現している第■因子を
発現させることができる。
組み換え細胞内における完全にガンマ−カルボキシル化された組み換えヒトプロ
トロンビンの発現は以下に述べられており、さらに、プロトロンビンのプロペプ
チド−第■因子eDNAの調製についても述べられている。
ヒト肝癌cDNA発現ライブラリーをアフィニティーで精製された抗プロトロン
ビン抗体を用いてスクリーニングしI;。ある選択されたクローンは制限酵素マ
ツピング及び核酸配列分析により、プロトロンビンcDNAの3′末端からなる
650個の塩基対の挿入部分を含んでいることが示された。プロトロンビンの完
全なコード配列を得るために、この断片は胎児肝臓cDNAライブラリーをスク
リーニングするために使用された。分離された多数の陽性クローンの制限酵素分
析は、これらの挿入部分もその5′末端で不完全であることを示した。制限酵素
で切断された断片を最も完全な5′配列を含む挿入部分の5′末端から調製し、
そしてその断片はライブラリーを再スクリーニングするのに使用しt;。数個の
クローンが回収され、それらはイニシエターコドンを含む完全な5′末端をコー
ドしていた。完全な長さのプロトロンビンをコードする配列(プロペプチド及び
プレペプチドを含んでいる)は2つの重なり合うcDNA挿入部分から再構築さ
れた。
得られたcDNAは2.0キロベースの長さで、3′非翻訳領域に約100−1
50の核酸及び5′非翻訳領域に12の核酸を含んでいる。5′末端の核酸配列
及び対応する予想アミノ酸配列が第3図に示されている。ヒトプロトロンビンの
リーダー配列は残基−43から開始される。
プロトロンビン発現性ベクターpMT2−FTは、SV40の複製開始点、アデ
ノウィルスの主後期プロモーター、プロトロンビンをコードしている領域、ジヒ
ドロ7オレート・レダクターゼをコードしている領域、5v40の初期ポリアデ
ニル化部位、アデノウィルスのウィルス結合遺伝子、及び大腸菌(Eseber
iehii coli)内での増殖に必要なpBR322配列を含んでいる。こ
のべct BIG(1985))によて発表されている。プラスミドpMT2−
PTをジヒドロ7オレート・レダクターゼ欠損チャイニーズハムスター卵巣細胞
に導入し、選択培地中での継代培養によってジヒドロ7オレート・レダクターゼ
陽性の表現型を示す細胞を選択した。細胞が一面に広がったとき収穫した培養液
を抗−全プロトロンビン抗体を用いて競合ラジオイムノアッセイによって測定し
た。全プロトロンビン抗原は、0.55μg / m 1までの種々の濃度でこ
れらの一次形質移入体によって発現されることが分かっl;。同じサンプルをフ
ンフォメーション−特異性の抗体、即ち、金属イオンの存在下でプロトロンビン
上に出現する特定の決定基と結合する抗プロトロンビン:Ca(I[)を用いて
測定した。これらの決定基は、金属に誘導されるフンフォメーション変化を受け
るためにプロトロンビンが十分にガンマ−カルボキシル化されているとき出現し
、それらの存在は凝固活性と密接に関連している。このアッセイを用いて測定さ
れたプロトロンビンの濃度は、全プロトロンビン抗体に対して測定された濃度と
等しく、このことは発現されたプロトロンビンの全てがカルボキシル化されてお
り生物学的に活性であることを示している。実際、抗異常グロトロンビン抗体を
用いても、 des−γ−カルボキシ(異常)プロトロンビンは0.03 Hy
mnの測定限度以上は検出されなかった。
リエブ? ン(Liebmaa)ら($21ist、 Ac1d、 Sci、
USA 317!(+985))及びボロウスキーCBarevski)ら(世
J−Biol。
Chew、 92N(19B5))によて発表されている方法に従って、組み換
えプロトロンビンが馴化培地からコンフォメーション特異性抗体を用いてイムノ
アフィニティークロマトグラフィーによって単離された。組織培養上澄液をCa
(II)の存在下で抗プロトロンビン:Ca(II)−セファロースのカラムに
付した。全てのプロトロンビン抗原がこの方法により培養液から取り除かれ;カ
ラムに結合しなかつl;物質中にはプロトロンビン抗原は、抗全グロトロンビン
抗原を用いても検出されなかった。結合したプロトロンビンはEDTAによって
溶出され、プロトロンビンは溶田液から定量的に回収された。
精製された組み換えプロトロンビンは2−メルカプトエタノールの存在下でのド
デシル硫酸塩ゲルにおいて単一のバンドとして移動した。その電気泳動の移動は
ヒト血漿から得られたプロトロンビンと同一であった。
組み換えプロトロンビンの凝固活性はプロトロンビン欠乏血漿を直接用いて測定
された。既知の濃度の精製された血漿プロトロンビンが検量線を作るのに用いら
れI;。
組み換えプロトロンビンは、表1に示されるように血漿プロトロンビンの凝固活
性の99±4%を有しているこが分かった。
表1 組み換えプロトロンビンの凝固活性およびガンマ−カルボキシル化グルタ
ミン酸
凝固活性 T−カルボキシル化
(%) グルタミンa(モル)
血漿由来プロトロンビン 100 10.0組み換えプロトロンビン 99±4
9.9±0.4組み換えプロトロンビンと四種の異なる抗プロトロンビン抗体と
の相互作用は、競合ラジオイムノアッセイで検討した。抗−全プロトロンビン抗
体は、プロトロンビンのカルボキシル化の程度およびコンホーメーションと関係
な(プロトロンビンと結合した。予期されたとおり、組み換えプロトロンビン、
血漿由来プロトロンビンおよび異常(デスーT−カルボキシル化)プロトロンビ
ンは、第4A図に示すとおり、+tsl g識プロトロンビンをこれらの抗体か
ら等しく置換した。抗−異常プロトロンビン抗体は、デスーT−カルボキシル化
型のプロトロンビン上のみに存在する抗原決定基に結合した。第4B図に示すと
おり、組み換えプロトロンビンおよび血漿プロトロンビンは、これらの抗体から
IISl−標識異常プロトロンビンを置換せず、このことは、組み換え生成物中
に痕跡量のデスーT−カルボキシル化プロトロンビンも存在しないことを示した
。プロトロンビンの異なる金属依存性構造(metal dependent
conf。
r m e r )に特異的な、二種の抗体群がBorowskiら、261.
J、Biol、Chem、(1986)に記載されている。抗−プロトロンビン
:Mg (I I)抗体は、プロトロンビンが充分にカルボキシル化されていて
、多くの二価および三価の金属イオンにより誘発される最初の構造変化を受けら
れる詐り時のみ、プロトロンビン上に発現された抗原決定基に結合する。抗プロ
トo7ビン: Ca (11)4>X的抗体は、プロトロンビンが脂質結合部位
の発現に伴う第二の構造変化を受けた時露出される抗原決定基に対応する。この
変化はCa (II)によってのみ行われ、他の殆どの金属イオンによっては行
われない、第4C図および′¥BAD図に示したように、組み換えプロトロンビ
ンおよび血漿プロトロンビンは、これらの抗体から1!J−標識プロトロンビン
を等しく置換し、この判定基準からは、組み換えプロトロンビンおよび血漿プロ
トロンビンが実質的に均等であることを示した。
組み換えプロトロンビンのアミノ末端配列は、自動化エドマン分解で決定した0
表■かられかるとおり、組み換えプロトロンビンおよび血漿由来プロトロンビン
の最初の16アミノ酸残基のアミノ酸配列は、等しかった。
特に興味深いのは、不完全なプロセスを受けたプレーもしくはプロベブヂドを示
ず第二配列は全く検出されなかった。さらに、標準的配列決定サイクルの間に、
ガンマカルボキシル化グルタミン酸誘導体は、フィルターから遊離されず、残基
6.7.14および16に見出されたグルタミン酸の、この検出不能の程度は、
これらの残基の完全ガンマカルボキシル化に一致する。
表■ 組み換えプロトロンビンのアミノ末端配列残基 組み換え 血漿
プロトロンビン プロトロンビン
I A l a 64 A 1 a
2 A s n 32 A s n
3 T h r 24 T h r
4 Phe 36 Phe
5 Leu 31 Leu
8 Vat 23 Va1
9 Arg 9 Arg
lo Lys 19 Lys
ll Gly 16 Gly
12 Asn 15 Asn
13 Leu 18 Leu
14 − − (C;Ia)
15 Arg ? Arg
組み換えプロトロンビンのT−カルボキシル化グルタミン酸の9赤をアルカリ加
水分解物のアミノ酸分析で決定した。特製組み換えプロトロンビンは、表Iに示
したとおり、標準値として血漿由来プロトロンビンの1モル当たりの値を10モ
ルとしたとき、蛋白質1モルあたり99±0.4モルのγ−カルボキシル化グル
タミン酸を含んでいた。
l良度】溝
c DNAライブラリーのスクリーニング: YoungおよびDavis、a
o、Proc、Nat、Acad、5ci−USA、1194 (1983)の
λgtllベクター中にヒトへバトーマのc D N A発現ライブラリーを′
H製し、これをWetら、3.DNA、437(1984)に記載されたクロモ
ジェニック・イムノimmunodetection system)を用いて
、プロトロンビン抗原を発現するクローンのスクリーニングを行った。約100
.000個のプラークをニトロセルロースフィルターに転写し、3%牛血清アル
ブミン、0.02%ナトリウムアジド、および0.5μg/mlの免疫アフィニ
ティー法で精製した家兎抗−全プロトロンビン抗体を含有するトリス緩衝塩類液
中で、−夜インキュベートした。トリス緩衝塩類液で数回洗浄した後、このフィ
ルターを、3%牛血清アルブミンおよび西洋ワサビペルオキシダーゼを結合した
山羊抗−家兎イムノグロブリン(バイオ−ラッド社製、1:1000希釈)を含
むトリス緩衝塩類液中で4時間インキュベートした。さらに洗浄したのち、基質
の1−クロロ−2−ナフトール(バイオ−ランド社Wりを加えて陽性プラークを
検出した。3回の再スクリーニングにより、7個の陽性クローンを単離し、この
ファージDNAをプレート溶解物から、He l m sら、4.DNA、39
(1985)に記載された方法でII製した。cDNA挿入物をEcoRlで
切断し、制限酵素マフピングによる分析のためサブクローニングした。一つの6
50塩基対の挿入片を、その制限パターンに基づいてプロトロンビンcDNAの
3゛末端と取り敢えず推定した。この推定は、MaxamおよびGi 1ber
t、65+ MethodsEnzymol、499 (1980)の方法によ
る化学的開裂を用いたヌクレオチド配列分析で確認した。
プロトロンビンの完全長コード配列を得るため、シャロン(Charon)21
(Tooleら、313.Nature、342 (1984)に記載されて
いる)中のヒト胎児肝臓のcDNAライブラリーを、Bent。
nおよびDavis、196.Science180(1977)の方法でスク
リーニングした。ヒトへバトーマ発現ライブラリーから得られたc D N A
挿入片に由来するプロトロンビンcDN−Aのiii!lli!フラグメントを
、”P−dCTPおよびFeinbergら、132.Anal、BLoche
m−,6(1983)に記載されたDNAポリメラーゼのフレノウフラグメント
を用いてランダム・ヘキサヌクレオチド・プライミングで、約IO”cpm/p
gの比活性に放射標識した一90mMクエン酸ナトリウム、pH7,0,900
5M塩化ナトリウム、5×デンハーツ溶液(Denhardt、23.Bi。
chem、Biophys−Re5− Comm+ 541(1966)に記載
されている)、10mMのEDTAおよび0.5%のドデシル硫酸ナトリウムで
68℃16時間のハイブリダイゼーションに引き続き、3011Mクエン酸ナト
リウム、pH7,0,300mM塩化ナトリウムおよび0.5%ドデシル硫酸ナ
トリウムて充分に洗浄した。
二つの陽性物をプラーク法で純化し、前記)1e1msの方法で71−ジDNA
をプレート溶解物から単離した。
cDNA挿入片の所望vi限フラグメントを適当なM13ベクター中へサブクロ
ーンしくNorrandes、26、Gene、101 (1983)に記載さ
れた一般的方法による)、制限酵素マフピングおよびSangerら、74.P
roc、Na t−Acad、Sc t、USA、5463 (1977)のジ
デオキシヌクレオチド・チェーンターミネーシWン法で配列決定を行った。
プロトロンビン プラスミドの γ
1」生コニ又二−ヱニ[」−完全長のプロトロンビンコード配列は、各挿入片を
一つのHindl[[部位で消化し、適当なフラグメントをmp 18にクロー
ニングすることにより、重複した二つのc D N A挿入片から再構成した。
そして、完全プロトロンビン配列をコードするl OkbのEcoR1フラグメ
ント(プレプロペプチドをコードするDNAも含む)を単離し、Tooleら、
(1986)P、N、A−i 、 U、S、A、、83.5939に記載されて
いる哺乳類発現ベクター、pMT2のEcoR1部位に挿入した。得られたプロ
トロンビン発現プラスミド、pMT2−PTは、制限酵素マフピングによりプロ
トロンビンコード領域をアデノウィルス主後期プロモーターに対して正しい向き
に含むことが判明した。
このプロトロンビンcDNAは第2図に示すプレペプチドコード配列を、前記p
egenらの第2図に与えられているプロトロンビンc D N Aの残り部分
に融合して含んでいた。
細己t 、nNAp”転 、および細胞ラインの選択ジヒドロ葉酸還元酵素欠損
のチャ′イニーズハムスターの卵巣細胞ライン、CHODUKX−Bllを、c
haisら、77、Proc、Nat、Acad、Sci。
USA、4216 (1980)およびKaufrnanら。
159、Mo1.Bio、601 (1982)に記載されているようにして増
殖させ、維持した。細胞を20μ冨のプロトロンビン発現プラスミド、pMT2
−PTで、Kaufmanら* 195.Mo1.Bio、601(1982)
に記載されているようにして、リン酸カルシウム共沈澱法で形質転換した0、形
質転換の後に細胞を、10%熱不活性化ウシつ児血清、5μg/履lのビタミン
に* (Aquamephyton、Merck 5harp and Doh
me社)、およびチミジン、アデノシン、デオキシアデノシン、ペニシリンおよ
びストレプトマイシン(各10 tzg /−1)を含みヌクレオシドを含まな
いα−変性イーグル培地(Gibco社)で増殖させた。細胞を2日後にヌクレ
オシドを除去し、そして透析*清を用いた点以外は同じ培地(選択培地)で継代
した。形質転換細胞は、継代後10〜12日後にコロニーが見えるようになるま
で、3〜4日毎に選択培地を交換した。これらの初期形質転換体をプールし、コ
ンフルエント状態になるまで選択培地で増殖させた。コンフルエント状態におい
て、10c■の培養皿は約1−7X10フ細胞を培地1(+++1中に含んてい
た。フラスコ内のコンフルエントのJIrlに3〜4日毎に数週間にわたり培地
交換をすることにより、大量のコンディシッンド培地を回収した。このコンディ
ジ鳶ンド培地を必要時まで一20℃で保存した。
白 ”および の
ヒトプロトロンビンは、血漿からクエン酸バリウム吸着、DEAEセルロースク
ロマトグラフィー、およびRosenbergら、J、Biol、Chem−1
607(1975)およびMiletichら、253.J。
Biol、Chem、6908 (197B)により記載された方法による、デ
キストランセファロースを用いたアフィニティークロマトグラフィーで精製した
。異常(デスーT−カルボキシル化)ヒトプロトロンビンは、血漿からDEAE
セファセルクロマトグラフィーおよびBlanchardら、101.J−La
b、CI in。
Med−242(1983)に記載された抗プロトロンビンセファロースでのア
フィニティークロマトグラフィーで精製した。精製プロトロンビンの蛋白含量は
、280nmのAI%を14.4として測定した。プロトロンビンおよび異常プ
ロトロンビンは、Morrison。
To Meth、Enzymol−214(1980)の方法により、Na”’
Iで沃素標識した。
家兎抗−プロトロンビン:Ca(II)抗体は、上記Blanchardに記載
されたようにして、Ca (II)の存在下にプロトロンビン−セファロース上
の免疫アフィニティークロマトグラフィーおよびEDTAでの溶出で精製した。
EDTAの存在下でプロトロンビン−セファロースに結合した抗−プロトロンビ
ン抗体は、4Mグアニジン塩酸塩で溶出し、抗−全プロトロンビン抗体と命名し
た。抗−異常プロトロンとン抗体は、Blanchardら、101.J、La
b−CI in、Med−242(1983)に記載されたようにして、デス−
γ−カルボキシル化プロトロンビン−セファロースによる連続免疫アフィニティ
ークロマトグラフィーで調製した。抗−ブロトロンビン:Mg(II)および抗
−ブロトロンビン:Ca (I I)−特異的抗体は、前記Bcr ows k
iの記載した方法に従って、Mg(II)またはCa (I I)の何れか存
在下でのプロトロンビン−セファロースによる連続免疫アフィニティークロマト
クラフィーおよびEDTAでの溶出により調製した。
i!オイムノアフセ随
抗プロトロンビン抗体からのIzS■amプロトロンビンの置換は、競合ラジオ
イムノアッセイを用いて調べた。
抗−全プロトロンビン抗体(1,、IXI/10’M)をItSl−標識プロト
ロンビン(1,7X1/X O”M)および種々の濃度の競合剤を含む反応混合
物に添加した。
全ての成分は1 mMベンズアミジン、0.1%牛血清アルブミン、3纏MED
T、Aおよび担体としての家兎ガンマグロブリンを含むトリス緩衝塩類液で希釈
した。抗−ブロトロンビン:Ca(II)抗体(3,4X1/10”M)、抗−
プロトロンビン:Mg (I I)抗体(1,OXI/IO’M>または抗−ブ
ロトロンビン:Ca(II)特異的抗体(1,3X1/10”M)は、EDTA
の代わりに3mMの塩化カルシウムを用いた以外は同じ反応混合物に加えた。抗
−X ?プロトロンビン抗体(4゜Oxl/10’M)は、′!SI−標識異常
プロトロンビン(2,8x 1 /10 ”M)および3IIIMのEDTAを
含む同様の混合物に添加した。4℃て一夜インキュベートした後、結合した+!
51−標識プロトロンビンもしくは異常プロトロンビンは、山羊抗−家兎免疫グ
ロブリンの添加により沈澱させた。形成された沈澱を遠心分離で除去し、ベック
マンガンマ5oooスペクトロメーターで11!5Hの既知濃度を用いて8準曲
線を作成した。
組み換えプロトロンビンの 1
組み換えプロトロンビンは、調製培地から、前記B。
rowskiにより、およびL i e b m a nら、82゜Proc−
Na t、Acad、Sc i、USA、3879(1985)に記載されたよ
うに、コンホメーシ9ンー特異的抗体を用いた免疫アフィニティークロマトグラ
フィーで精製した。使用した抗体、抗−プロトロンビン:Ca (I I)は、
全屈イオンの存在下でT−カルボキシル化プロトロンビン上に発現される抗原決
定基に結合する。10mM塩化カルシウムおよび0.02%ナトリウムアジドを
含有する調製培地を、抗−プロトロンビン:Ca (I I)セファロースのカ
ラムに4℃で導入した。10mM塩化カルシウムおよび0.5M塩化ナトリウム
を含むトリス緩衝塩類液で、充分に洗浄した後、このカラムをトリス緩衝塩類液
中の10+mM EDTAで溶出した。精M 81み換えプロトロンビンの蛋白
濃度は、280nmのA+%を14.4として測定した。電気泳動は、 ゛ミド
ゲル上で行った。サンプルはゲル上に負荷する前に、2−メルカプトエタノール
を含むサンプルバフファーで5分間100℃でインキュベートした。泳動後ゲル
をコマシーブルー R−250で染色した。
プロトロンビン凝固アッセイ
プロトロンビンの活性は、前記BIanehardの記載した、プロトロンビン
欠損血漿を用いた二段・階アフセイて測定した。標準曲線を作成するためには、
既知濃度のヒトプロトロンビンを用いた。
アミノ末端配
自動化エドマン分解は、アプライド・バイオシステムス・モデル470A・ガス
フェーズ蛋白配列決定装置に、モデル120 PTHアナライザーを取り付けて
行った。
組み換えプロトロンビンは、分析前にRP−300ブラウンリー・ガード・カー
トリッジ(Brownleeguard cartridge)を用いて、高圧
液体クロマトグラフィーで脱塩した。
一カルボキシル化グルタミン r
アミノ酸分析は、べ7クマン・モデル119CLアミノ酸分析装置に、ベックマ
ン・モデル126データシステムを取り付けて実施した。蛋白質は、Hausc
hka、80.Ana 1.Bi ochem、、212 (1977)に記載
されたようにして、2M水酸化カリウム中で110℃で22時間加水分解した。
T−カルボキシル化グルタミン酸組成は、アルカリ加水分解の後、ニンヒドリン
検出システムを用いて自動化アミノ酸分析法て定成熟ヒト第■因子に結合したプ
ロトロンビンのプレプロペプチドからなるハイブリッド分子のコード配列は、フ
ァージベクター中でミエータジェネシスを行い、次のようにして造成した。
列は前記K a u r m a nらに記載されている。このプラスミドpM
T2−IXを制限酵素Pstlで切断し、得られた2、5kbのフラグメントを
標準的方法でゲル精製した。このフラグメントを広く入手可能なファージベクタ
ーmp8のPst1部位に挿入した。第■因子コード配列をベクター中に所望の
向きで含むクローンを、酵素EcoRVおよびB a m HIで消化したとき
の2.Okbフラグメントの存在で同定した。このベクターをmp8−■と命名
した。
プロトロンビンのプレプロ領域のコード配列を含むCDNA配列は、mp18−
PTを制限酵、1Hindllで切断し、標準的方法で350bpフラグメント
を単離することにより得られた。Mp 1 B−PTは、本明細書に騒に記載し
たが、Jorgcnsenら+ J、B i o 1゜Chem、、1987に
も記載されている。この3501)Pフラグメントをmp81XのH3ndl[
[部位に挿入した。この挿入片を第■因子に対して正しい向きに含むクローンは
、酵素XholおよびBg1文での消化を行ったときに1.0kbフラグメント
が存在することにより同定した。この第■因子のコード配列のHindnlフラ
グメントを含む構成物は、mp8−PT/IXと命名した。
プロトロンビンのリーダー配列をコードする配列から成熟第■因子をコードする
配列ヘスプライスするため、0ostraら(1983)Nature、304
.456に記載された方法で、中間のヌクレオチド配列を合成オリゴヌクレオチ
ドを用いた「ループアウト」ミエータジェネシスで除去した。即ち、EcoR]
で切断した一本鎖mp8−PT/IXおよび一本鎖mp18の間にヘテロ二本鎖
を形成した。このヘテロ二本鎖は、突然変異のためのプライマーをアニールさせ
るための一本鎖部分を含んでいる。一本tftrnp8 PT/IXを形成する
ため、大腸菌(TG 1株)をこのベクターで形質転換し、一つのプラークを拾
いあげ、標準的方法で一本鎖テンプレートを調製した。このヘテロ二本鎖の第二
鎖のためには、mp18を制限酵素EcoR1で直線化した。このヘテロ二本鎖
を形成するため、2pgの直線化m p 18およびi−sμgのm p 8−
P T / IXを最終容量1.5μmに混合し、INのNaOHを4μl加
えて変性させた。
して中和した。変性DNA(40μl)を再アニールさせるため、混合物を一夜
68℃でインキュベートし、数時間かけて徐々に室温に冷却した。得られたアニ
ール化DNAの一部には、所望へテロ二本鎖分子が含まれていた。
適当な突然変異オリゴヌクレオチドのへテロ二本鎖へのアニーリングは、削除す
べき一本鎖を含むループを形成した。残っている一本鎖のギャップは、プライマ
ーの延長および末端結合(ライゲージロン)で埋めた。使用した突然変異プライ
マーは、31−marの、5゛−GCGGGTCCGGCGATATAATTC
AGGTAAATTGであり、所望のハイブリッドコード配列を与えるために、
−緒にすべき領域に相補する13塩基のブロックおよび18塩基のブロックから
なるものであった。
このオリゴヌクレオチドは、アブライドーバイオシステムス380B合成装置で
合成し、使用前にゲル精製した。
このプライマーをマニアチスらの標準的反応混合物中でT4ポリヌクレオチドキ
ナーゼを用いて5′ ホスホリル化し、その2.!11 (10pmol)を4
0μl (0,1p m o l )のへテロ二本鎖混合物と混合した。このア
ニーリング反応は、68℃で2.5時間加熱し、徐々に15℃に冷却することに
より行った。このプライマーに、20sM Mg C1z : 40mMジチオ
スレイトール;211MATP、各1mM(F)dATP、dTTP、dCTP
、およびdGTP : DNAポリメラーゼI(Pharmacia)のクレノ
ーフラグメント5単位および0.5単位T4リガーゼ(Bethesda、Re
5earchLabs)を含む8μIを添加した後、15℃で4時間インキュベ
ートする間に、このプライマーを延長し、部pF マイナス)を形質転換した。
プラークは突然変異させたmp1g鎖を含むDNAで形質転換した大腸菌からの
み得られたが、これはm p 8はアンバー突然変異を有するためである。FA
性プラークからのDNAを大腸菌の形質転換に用いた。一つの陽性プラークを拾
い上げ、一本鎖テンプレートをg製してDNAの配列を決定した。
さらに、この単離クローンが所望突然変異のみを含み他の突然変異を含まないこ
とを確認するため、制限酵素マフピングを充分に行った。
以上の技術により、成熟第■因子コード配列のアミノ末端に直接隣接するプロト
ロンビンプレプロ領域をコードする配列(p r e p r o PR/IX
、)を、所望構成物としてrI!I5Iシた。この配列を哺乳類発現ベクターp
M T 2に挿入するためには、preproPR/IXは、制限酵素Eco
RIを用いてmp18ベクターから切り出さ汰pMT2のEcoR1部位に挿入
することができる。クローンは、酵素BglnおよびEcoRVで制限消化した
とき、600bpフラグメントが存在することにより同定される。このプラスミ
ドpMT2−PT/IXは、前記のとおり、哺乳類細胞、例えばCHO細胞を形
質転換して、成熟プロセス化第■因子を生産するために使用できる0発現された
第■因子はT−カルボキシル化されており、生物学的に活性である。
血立旦1
他の態様は、請求の範囲内である0例えば、第■因子、プロティンC,プロティ
ンS5第X因子、プロティンz1オステオカルシン、および骨Glaマトリック
ス蛋白質を含めて他のビタミンに依存性蛋白質もそれらのN−末端をプロプロト
ロンビンのプロペプチド配列に結合することができる。結合DNAを含むベクタ
ーはり乳類細胞た形で発現推せることができる。
第■因子はプロトロンビンの完全リーダー配列に結合しているが、本発明の効果
である発現される蛋白質の完全カルボキシル化を得るためには、プロプロトロン
ビンペプチドの/ロペプチド部分をコードしている領域のみが必須であることを
理解すべきである。従って、第■因子の完全リーダー配列をコードするDNAで
プロトロンビンのリーダー配列をコードするD N A I’ia投する代わり
に、必要なことは、プロ第■因子ペプチドをコードするDNAをプロプロトロン
ビンのプロペプチドをコードするDNAで置換することのみである。
MefAla H7s Val Arg Gly Leu Gin Leu P
r。
Gly Cys Leu Ala Leu Ala Ala Leuのts S
erPm Gin Gin Ala Arq !;er Leu Leu Gl
n ArgMefAla H7s Vat Arg Gly Leu Gln
Leu Pro、−。
5′
AGCTGA CACACT
浄キ(内容に変更なし)
0001 OOI OJ ID 0OOI OOl aI LOooot oo
t at to aoo’t aot cu t、。
[琵奈” E、uq/ml [拍材J]ア呻IFIG、 4
手続補正書
1、事件の表示
PCT/US87103015
2、発明の名称
組み換えビタミンに依存性蛋白質の
ガンマカルボキシル化の増強
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
住所
名 称 二ニー・イングランド・メディカル会センター4、代理人
住 所 東京都千代田区大手町二丁目2番1号新大手町ビル 206区
5、補正の対象
国際調査報告
INl、N、l1llA・l A帥b11b??〜・:’CT、’jS8710
30:5my+a++a*s°aeewa+、ae Ne、、、、、、、二Sε
、 、 O,O二5
Claims (16)
- 1.ヒトビタミンK−依存性蛋白質をコードする第一DNA配列と、その5′末 端に融合し、前記蛋白質たコードする前記第一DNA配列に天然に付随するプロ ペプチドのコード配列とは同一でない第二DNA配列とを含むDNA配列であっ て; 前記の天然不存在プロペプチドコード配列は、組み換え真核細胞中で前記蛋白質 が発現されるとき、該蛋白質のr−カルボキシル化を促進することが出来るプロ ペプチドをコードすることができるものである:DNA配列。
- 2.第二DNA配列が、ビタミンK−依存性蛋白質に天然に伴うプロペプチドよ りもプロトロンビンのプロペプチドに近いアミノ酸配列を持つプロペプチドをコ ードする、請求項1記載のDNA配列。
- 3.第二DNA配列がヒトプロトロンビンのプロペプチドをコードする、請求2 項記載のDNA配列。
- 4.ビタミンK−依存性蛋白質が第IX因子である請求項1記載のDNA配列。
- 5.ビタミンK−依存性蛋白質が第VII因子である請求項1記載のDNA配列 。
- 6.ビタミンK−依存性蛋白質がプロテインCである請求項1記載のDNA配列 。
- 7.ビタミンK−依存性蛋白質がプロテインSである請求項1記載のDNA配列 。
- 8.ビタミンK−依存性蛋白質が第X因子である請求項1記載のDNA配列。
- 9.ビタミンK−依存性蛋白質がプロテインZである請求項1記載のDNA配列 。
- 10.ビタミンK−依存性蛋白質がオステオカルシンである請求項1記載のDN A配列。
- 11.ビタミンK−依存性蛋白質が骨Glaマトリックス蛋白質である請求項1 記載のDNA配列。
- 12.第一DNA配列がプロトロンビンのプレプロペプチドをコードする請求項 1記載のDNA配列。
- 13.請求項1記載のDNA配列を有するベクター。
- 14.プロトロンビンのプレペプチドをコードする配列を含む、ヒトプロトロン ビンをコードする純化DNA配列。
- 15.請求項14記載のDNA配列を有するベクター。
- 16.請求項1記載のDNA配列を用意し、該DNA配列を哺乳類用の発現ベク ターに挿入し、該ベクターを哺乳類細胞中に形質転換し、そして該細胞を培養し て、r−カルボキシル化の改善されたビタミンK−依存性蛋白質を生産させる、 ことよりなるr−カルボキシル化の改善されたヒトのビタミンK−依存性蛋白質 の製造方法。
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- 1987-11-17 WO PCT/US1987/003015 patent/WO1988003926A1/en not_active Application Discontinuation
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