JPH057996B2 - - Google Patents
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- JPH057996B2 JPH057996B2 JP18730384A JP18730384A JPH057996B2 JP H057996 B2 JPH057996 B2 JP H057996B2 JP 18730384 A JP18730384 A JP 18730384A JP 18730384 A JP18730384 A JP 18730384A JP H057996 B2 JPH057996 B2 JP H057996B2
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- ifn
- dna
- protein
- cysteine
- amino acid
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- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
- Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
- Peptides Or Proteins (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、天然インターフエロン−βの17位の
システイン残基が他のアミノ酸残基により置き換
えられているか又は欠失している変形されたイン
ターフエロン−βをコードするDNA、このDNA
を含有するプラスミド、及びこのプラスミドによ
り形質転換された大腸菌に関する。
(従来の技術及び発明が解決しようとする問題
点)
組換えDNA(rDNA)技術よつて微生物学的に
つくられる生物学的に活性な蛋白質は、システイ
ン残基を含有しており、それらは活性に本質的な
ものではないが、分子間または分子内の望ましく
ない結合を自由に形成する。このような一つの蛋
白質は、微生物学的につくられるヒトのベータイ
ンターフエロン(IFN−β)である。rDNA技術
によつてIFN−βをつくる過程で、高濃度のIFN
−βを含有する大腸菌(E.Coli)抽出物中に、微
生物学的につくられるIFN−βのダイマーとオリ
ゴマーが形成されることが見い出された。このマ
ルチマー形成のため、IFN−βの精製と分離が非
常な手間と時間のかかるものとなり、精製中に蛋
白質を還元し、次いで元のコンフオメーシヨンに
戻すためにこれを再酸化するというように、精製
単離手順に追加の段階が幾つか必要になり、それ
によつて不正確なジスルフイド結合形成の可能性
が高まる。更に、おそらくはマルテイマー形成又
はランダムな分子内ジスルフイド架橋形成のた
め、微生物学的につくられるIFN−βは一貫して
低い比活性を示すこともわかつた。従つて、IFN
−βのように微生物学的につくられ生物活性のあ
る蛋白質を、その活性に悪影響を及ぼさず、しか
も蛋白質が望ましくない三次構造(例えば蛋白質
の活性を低下させるようなコンフオメーシヨン)
を有する結果になるような分子間架橋や分子内結
合の形成能力を減少し、又は排除する形で改変す
るのが望ましいであろう。
(問題点を解決するための手段)
本発明は定方向突然変異(directed
mutagenesis)により、親構造類似体(parent
analogs)の活性を保持するが、分子間ジスルフ
イド結合や望ましくない分子内ジスルフイド結合
の形成能力を欠いている突然変異的に改変された
生物学的活性蛋白質の製造に関する〔このような
蛋白質を「ムテイン」(mutein)という。「遺伝
学・細胞遺伝学用語辞典」(Glossary of
genetics and Cytogenetics)第4版、381頁、ス
プリンジヤー・バーラグ(1976年)〕。これに関
し、エツチ・エム・シエパード(Shepard,H.
M.)等〔Nature(1981年)294巻563〜565頁〕は
IFN−βについて、そのアミノ酸配列の141位置
のシステインがチロシンでおき代えられたムテイ
ンを記述している〔ヒトIFN−βには17,31及び
141位置にシステインがある。Gene(1980年)10
巻11〜15頁及びNature(1980年)285巻542−547
頁〕。このムテインは、IFN−β遺伝子のヌクレ
オチド485にG→A転位をもつ部分的IFN−β
cDNAクローンから構築された雑種遺伝子の細菌
による発現によつてつくられた。このムテインは
本来のIFN−βの生物学的活性を失つており、著
者らは置き換えられたシステインが活性に本質的
であつたと結論するに至つた。
定方向突然変異(directed mutagenesis)技法
は周知であり、アール・エフ・レイサー
(Lather,R.F.)及びジエイ・ピー・レコツク
(Lecoq,J.P.)ジエネテイツク・エンジニアリン
グ(Genetic En−gineering)、アカデミツクプ
レス社(1983年)31−50頁、に検討されている。
オリゴヌクレオチドに指示された突然変異はエ
ム・スミス(Smith,M.)及びエス・ギラム
(Gillam,S.)、ジエネテイツク・エンジニアリ
ング:原理と方法、プレナムプレス社(1981年)
3巻1−32頁に具体的に検討されている。
本発明の一つの面は、ジスルフイド結合を自由
に形成し、生物学的活性に非本質的であるように
な少なくとも1個のシステイン残基をもつた生物
学的に活性な蛋白質の合成ムテインであつて、こ
のムテインがシステイン残基の少なくとも1個を
欠損しているか、或いは別のアミノ酸でおき代え
られていることを特徴とするものに関する。
本発明のもう一つの面は、上記合成ムテイン類
をコードするように特に設計されたDNA配列を
もつ合成構造遺伝子(「デザイナー遺伝子」)に関
する。この面の下位局面は、このような構造デザ
イナー遺伝子を包含する発現ベクター類、このよ
うなベクター類で形質転換される宿主細胞又は生
物、及びこのような形質転換生物又はその子孫を
培養し、培養基からムテイン類を回収することに
よつて合成ムテインをつくる方法である。治療上
有用性をもつムテイン類の場合、ムテイン類の治
療有効量を含有する治療用組成物は、本発明のも
う一つの面である。
本発明のさらにもう一つの面は、望ましくない
ジスルフイド結合を自由に形成するような1個な
いしそれ以上のシステイン残基を有する蛋白質
を、このような望ましくないジスルフイド結合を
形成することから防ぐ方法であつて、システイン
残基を欠損させるか、これらを他のアミノ酸でお
き代えることによつて蛋白質が突然変異的に改変
されることを特徴とした方法である。
本発明の更に一つの面は、以下の工程を特徴と
するオリゴヌクレオチドに指示された突然変異誘
発によつて上記の合成構造遺伝子をつくる方法で
ある。
(a) 親蛋白質をコードした構造遺伝子の1本鎖か
らなる単鎖DNAを突然変異オリゴヌクレオチ
ドプライマーとハイブリダイズさせ(このプラ
イマーは、欠損又は代替えすべきシステイン用
コドン、又は場合によりこのコドンと対合をつ
くるアンチセンス・トリプレツトを包含する領
域に対して相補的なものであるが、当該コドン
の欠損又は他のアミノ酸をコードするトリプレ
ツトを規定するコドン又はアンチセンス・トリ
プレツトとは不一致(mismatch)である。)、
(b) DNAポリメラーゼによりプライマーを伸長
させ、突然変異性ヘテロデユプレツクス
(hetero−duplex)を形成させ、そして、
(c) この突然変異性ヘテロデユプレツクスを複製
する。
本方法で用いられる突然変異株オリゴヌクレオ
チドプライマーは本発明のもう一つの面である。
本発明は、生物学的に活性な蛋白質の生物学的
活性に本質的ではないシステイン残基が、分子間
架橋又はまちがつた分子内ジスルフイド結合の形
成サイトを排除するために、計画的に欠損又は他
のアミノ酸でおき代えられているムテイン類、こ
のようなムテイン類をコードする突然変異遺伝
子、及びこのようなムテイン類をつくる手段を提
供する。
本発明によつて突然変異的に改変できる蛋白質
は、生物学的に活性な蛋白質のシステイン含量、
及びシステイン残基が活性と三次構造に関して果
たす役割について入手可能な情報から確認でき
る。文献ではこのような情報が入手できない蛋白
質については、本明細書に記載の手順によつて蛋
白質のシステイン残基の各々を系統的に変更し、
生ずるムテイン類の生物学的活性及びそれらが望
ましくない分子間又は分子内ジスルフイド結合を
形成する傾向について試験を行なうことによつ
て、この情報は決定できる。従つて、本発明は
IFN−β及びIL−2のムテイン類に関して下に特
に説明、例示されているが、望ましくないジスル
フイド結合の形成に対して蛋白質を感受性にする
ような、機能的に本質的ではないシステイン残基
を含有する生物学的に活性な任意のその他の蛋白
質に以下の教示が当てはまることが認められよ
う。IFN−βとIL−2以外に本発明による突然変
異性改変の候補となる蛋白質の例は、リンフオト
キシン(腫瘍壊死因子)とコロニー刺激因子−
1、それにIFM−α1である。候補蛋白質は、ふ
つうには奇数のシステイン残基をもつている。
IFN−βの場合、グリコシル化IFNと未グリコ
シル化IFNがいずれも定量的に同様な特異的活性
を示すこと、従つて、グリコシル部分はIFN−β
の生物学的活性に関与も貢献もしていないことが
報告された。しかし、細菌でつくられるグリコシ
ル化されていないIFN−βは、グリコシル化され
た天然IFN−βより量的に低い比活性を一貫して
示す。IFN−βは、17,31及び141の位置にシス
テイン残基をもつことが知られている。システイ
ン141は、シエパードら(前掲)により、生物学
的活性に本質的であることが立証された。4個の
システイン残基を含有するIFN−αでは、二つの
分子間−S−S−結合があり、一つはcys29と
cys138の間、他はcys1とcys98の間である。IFN
−βとIFN−αとの相同性に基づいて、IFN−β
のcys141はcys31と分子内−S−S−結合にして
おり、cys17は自由に分子間架橋を形成できるで
あろう。cys17を欠失させるか、これを別のアミ
ノ酸と置換することによつて、cys17が生物学的
活性に本質的であるかどうか、また−S−S−結
合形成におけるその役割を決定できる。cys17が
蛋白質の生物学的活性に本質的でないならば、生
ずるcys17を欠損し又はcys17が置換された蛋白質
は、自然のIFN−βのそれに近い比活性を示し、
またおそらく蛋白質の単離精製を容易にもするで
あろう。
IFN−β遺伝子のcys17用コドン(codon)の
領域に対して相補的であるがこのコドン中に1又
は複数の塩基変化を含有する合成オリゴヌクレオ
チドプライマーを用いるオリゴヌクレオチドで指
示される突然変異誘発手順を使用してデザイナー
遺伝子がつくられ、こうしてcys17がその他任意
の選択されたアミノ酸でおき代えられる。欠損を
望む場合には、cys17用コドンを欠いたオリゴヌ
クレオチドプライマーを用いる。cys17をグリシ
ン、バリン、アラニン、ロイシン、イソロイシ
ン、チロシン、フエニルアラニン、ヒスチジン、
トリプトフアン、セリン、スレオニン及びメチオ
ニンのような中性アミノ酸へ変換するのが好まし
い方法である。セリン及びスレオニンは、システ
インと化学的類似性を有するため最も好ましい代
替え物である。システインを欠失させる時は、成
熟ムテインは自然の親蛋白質又は微生物でつくら
れるIFN−βよりアミノ酸1個だけ短い。
ヒトIL−2は、蛋白質の58,105及び125位に
システイン残基をもつと報告されている。IFN−
βの場合のように、IL−2は細菌の菌体から単
離される時は集合したオリゴマー型になつてい
て、細菌抽出物から良好な収量を得るためには、
還元剤で還元しなければならない。そのうえ、精
製され還元されたIL−2は不安定であり、貯蔵
時にオリゴマー不活性型へ容易に再酸化される。
3個のシステインが存在することは、天然分子に
見られるように正しい架橋は1個だけなのに、再
酸化時に蛋白質が3個の可能な分子内ジスルフイ
ド架橋の1個を無作為に形成しうることを意味し
ている。天然IL−2蛋白質のジスルフイド構造
がいかなるものか知られていないから、IL−2
遺伝子のコドン58,105及び125に突然変
異をつくり、どのシステイン残基が活性にとつて
必要であるか、従つてまた自然のジスルフイド架
橋形成に関与している可能性が最も大きいかを確
認するために本発明を使用できる。同様に、活性
にとつて必要でないシステイン残基を修飾するこ
とによつてまちがつた分子内ジスルフイド架橋の
形成を防ぎ、そして遊離システイン残基の除去又
は置き換えによつて分子内間ジスルフイド架橋の
機会を最小限に抑えることができる。
オリゴヌクレオチドプライマーの大きさは、突
然変異を導入すべき遺伝子領域へのプライマーの
安定なハイブリツド形成に必要な条件により、ま
た現在利用可能なオリゴヌクレオチド合成法の限
界によつて決まる。オリゴヌクレオチドで指示さ
れる突然変異誘発に使用するオリゴヌクレオチド
を設計するに当たつて、考慮すべき因子(例えば
全体の大きさ、突然変異サイトを迂回する部分の
大きさ)は、エム・スミス及びエス・ギラム(前
掲)によつて記述されている。概して、オリゴヌ
クレオチドの全長は、突然変異サイトでの安定で
ユニークな雑種形成を最適化するような長さであ
り、突然変異サイトから5′及び3′末端までの伸
長部分(extensions)は、DNAポリメラーゼの
エキソヌクレアーゼ活性による突然変異の作用を
さけるのに十分な大きさとする。本発明に従つて
突然変異誘発に使用されるオリゴヌクレオチド
は、通常、約12個ないし約24個の塩基、好ましく
は約14個ないし約20個の塩基、更に好ましくは約
14個ないし18個の塩基を含有する。これらは通
常、変更又は欠失されるコドンの少なくとも約3
個の塩基3′を含有する。
変更されたIFN−β遺伝子をつくる方法は、大
体において、コドン17を消失させるか、又はそ
れが別のアミノ酸をコードするように変更する合
成ヌクレオチドプライマーを使用して、IFN−β
遺伝子のコドン17(TGT)に部位特異的突然
変異を誘発せしめるものである。システインをス
レオニンに変え、プライマーをIFN−β遺伝子の
アンチセンス鎖にハイブリツド形成させる場合、
好ましいヌクレオチドプライマーは
GCAATTTTCACTCAGである(下線は変更さ
れたコドンを示す)。システインを欠失させるの
が望ましい時は、好ましいプライマーは
AGCAATTTTCAGCAGAAGCTCCTGであ
り、これはcysに対するTGTコドンを喪失してい
る。システインをセリンに代える時は、セリン用
のAGTコドンを含んだ17−ヌクレオチドプライ
マーGCAATTTTCAGAGTCAGが選択される。
cys17で第一塩基T→Aの転位により、システイ
ンからセリンへの変化が起る。欠失を導入する時
には、所望の蛋白質の発現のために、DNA配列
の適正なリーデイングフレームを保持しなければ
ならない点を認識しなければらない。
プライマーはIFN−β遺伝子の1本鎖がクロ−
ニングされたM13,fd,又はφ×174のような
1本鎖フアージへハイブリツド形成される。フア
ージが遺伝子のセンス鎖、アンチセンス鎖のいず
れでも担持できることは認められよう。フアージ
がアンチセンス鎖を担持する場合には、プライマ
ーは、コドンの欠損、又は別のアミノ酸をコード
するトリプレツトを規定するこのコドンとは一致
しないが、突然変異させるコドンを含有するセン
ス鎖の領域と同一である。フアージがセンス鎖を
担持する場合は、欠失させるコドンと対合するト
リプレツト中では適当に不一致であるが、突然変
異させるコドンを含有するセンス鎖の領域に対し
て相補的である。ハイブリツド形成に使用される
条件はエム・スミス及びエス・ギラム(前掲)に
よつて記述されている。温度は通常、約0℃ない
し70℃、もつと一般的には約10℃ないし50℃の範
囲にある。ハイブリツド形成後、プライマーは
DNAポリメラーゼI、T4DNAポリメラーゼ、
逆転写酵素又は他の適当なDNAポリメラーゼと
の反応によつてフアージDNA上で伸長される。
生ずるdsDNAは、T4DNAリガーゼのような
DNAリガーゼでの処理によつて閉環状dsDNAへ
変換される。1本鎖領域を含有するDNA分子は
S1エンドヌクレアーゼ処理によつて破壊できる。
オリゴヌクレアーゼで指示される突然変異誘発
は、IL−2活性をもつがcys125からセリン125へ
変更されたムテインをコードする突然変異IL−
2遺伝子をつくるにも同様に使用できる。フアー
ジが遺伝子のセンス鎖を担持する場合に、この突
然変異IL−2遺伝子をつくるのに使われる好ま
しいオリゴヌレオチドプライマーは
GATGATGCTTCTGAGAAAAGGTAATCで
ある。このオリゴヌクレオチドは、IL−2遺伝
子のコドン125と対合するトリプレツトのまん
中の塩基にC→Cの変化を有する。
得られた突然変異性へテロデイプレツクスは、
コンピテント宿主生物又は細胞を形質転換するの
に使用される。宿主によるヘテロデユプレツクス
の複製により、双方の鎖から子孫鎖ができる。複
製に続いて、突然変異鎖の子孫から突然変異遺伝
子を単離し、適当なベクターへ挿入し、このベク
ターを適当な宿主生物又は細胞の形質転換に使用
する。好ましいベクター類はプラスミド
pBR322,pCR1及びそれらの変異体、合成ベク
ター等である。適当な宿主生物はE.コリ(E.
Coli)、シユードモーナス(Pseudomonas)、バ
シルス・ズブチリス(Ba−cillus subtilis)、バ
シルス・スリンギエンシス(Bacillus
thuringiensis)、種々の酵母菌株、バシルス・サ
ーモフイルス(Bacillus thermophilus)、ハツカ
ネズミやラツト、チヤイニーズハムスターの卵巣
(CHO)細胞のような動物細胞、植物細胞、動植
物宿主等である。選んだ宿主をベクターで形質転
換する場合に、ムテインが発現されるために適当
なプロモータ・オペレーター配列も導入されるこ
とは認識されなければならない。宿主は原核生物
でも真核生物でも良い。(真核細胞へDNAを挿入
する方法は1981年9月3日公表されたPCT出願
番号US81/00239及びUS81/00240に記述されて
いる)。E.コリとCHO細胞が好ましい宿主であ
る。本発明に従つて得られるムテイン類は、天然
の親蛋白質に生ずるグリコシル化およびムテイン
調製に使われる宿主生物に依存してグリコシル化
される場合もされない場合もある。所望により、
宿主としてE.コリ(E.Coli)及びバシルス
(Bacillus)を使用する場合に得られる未グリコ
シル化ムテインを、この技術分野で知られている
科学的、酵素的及びその他の変法によつて生体外
で任意にグリコシル化してよい。
IFN−βに関する本発明の好ましい態様におい
ては、第1図に示すように、IFN−βのアミノ酸
配列において17位のシステイン残基は、成熟IFN
−βをコードするDNA配列のセンス鎖のコドン
17の第一塩基のT→A転位によつて、セリンへ
変えられる。この部位特異的な突然変異誘発は、
合成17−ヌクレオチドプライマー
GCAATTTTCAGAGTCAGを使用して誘発さ
れ、このプライマーはコドン17の第一塩基に一
個の塩基の不一致がある以外は、コドン17の領
域におけるIFN−βのセンス鎖上の17の個ヌクレ
オチド配列と同一である。この不一致はプライマ
ーのヌクレオチド12にある。遺伝暗号(コド
ン)は縮重(degenerate)しており、アミノ酸
の多くは一つ以上のコドンによつて暗号づけられ
ることが認識されなければならない。例えばセリ
ンの塩基暗号は、TCT,TCG,TCC,TCA,
AGT,及びACGというコドンがいずれもセリン
をコードするように、6通りの縮重である。便宜
上、好ましい態様としてAGTコドンが選ばれた。
同様に、スレオニンはACT,ACA,ACC及び
ACGのコドンのどの一つによつてもコードされ
る。特定アミノ酸に対して1コドンを特定する時
は、これがそのアミノ酸をコードするすべての縮
重コドンを包含することが意図されている。17−
merは、IFN−β遺伝子のアンチセンス鎖を担持
する1本鎖M13フアージDNAにハイブリツド形
成される。次に、DNAポリメラーゼIKlenow断
片を使用して、オリゴヌ然変異性ヘテロデユプレ
ツクスの複製によつて、不一致を含有するDNA
鎖からクローンが得られる。突然変異クローン
は、特定の制限位置の存在又は不存在、抗生物質
耐性もしくは感受性、又はこの技術分野において
知られたその他の方法によつて確認され、スクリ
ーニングされる。システインをセリンによりおき
代える場合は、第2図に示されるT→A転位によ
つて、構造遺伝子の中に新しいHinfI制限部位が
つくられる。突然変異クローンは、突然変異した
フアージプラークのハイブリツド形成スクリーニ
ングにおけるプローブとしてオリゴヌクレオチド
プライマーを使用して同定される。第2図に示さ
れるように、プライマーは親とハイブリツド形成
される時は唯一の不一致を有するが、突然変異し
たフアージDNAにハイブリツド形成される時は
完全な一致を有するであろう。オリゴヌクレオチ
ドプライマーを親DNAよりも突然変異DNAへ優
先的にハイブリツド形成させるようなハイブリツ
ド形成の条件を工夫できる。新しく発生した
HinfI部位も、IFN−β遺伝子の単一塩基の突然
変異を確認する手段として役立つ。
突然変異した遺伝子を担持するM13フアージ
DNAを単離し、プラスミドpTrp3のような適当
な発現ベクター中へ組み入れ、このベクターで大
腸菌MM294株を形質転換させる。形質転換体と
その子孫を培養するのに適した生育培地が当業者
に知られている。IFN−βの発現されたムテイン
を単離精製し、特徴づける。
以下の実施例は本発明の一層の理解を助けるた
め、また例示だけの目的で提示されている。これ
らはいかなる形においても本発明の範囲を限定す
るものと考えられてはならない。実施例1〜9は
IFN−βのムテインの調製を記述している。実施
例10〜15はIL−2のムテインの調製を記述して
いる。
実施例1 IFN−β遺伝子のM13ベクターへのク
ローニング
1本鎖DNA鋳型の給源としてM13フアージベ
クターを使用することは、ジ−・エフ・テンプル
(G.F.Temple)ら、Nature(1982年)296巻537−
540頁で実証された。大腸菌trpプロモーターの制
御下にIFN−β遺伝子を含有するプラスミド
pβ1trp(第3図)を制限酵素Hind及びXhoで
消化した。なお前記プラスミドpβ1trpは、プラス
ミドpBR322のEcoRI部位とHind部位との間に
E.colitrpプロモーターを挿入することによりプ
ラスミドpTrp3を得、このプラスミドのHind
部位とBam部位との間にヒトの成熟繊維芽細
胞インターフエロンをコードするDNA断片を挿
入することにより作製されたものである(D.F.
Mark等、Proc.Natl.Acad.Sci.USA,Vol81,
5662−5666,1984)。M13mp8〔ジエイ・メツシン
グ(J.Messing).「巨大分子に関する第3回クリ
ーブランド・シンポジウム:組換えDNA」エ
イ・ウオールトン編、エルザビアプレス社、143
−153頁(1981年)〕複製型(RF)DNA(第4図)
を制限酵素Hind及びBamHで消化し、予め
Hind及びXhoで消化しておいたpβ1trpDNA
と混合した。次に混合物をT4DNAリガーゼで連
結し、連結DNAを大腸菌−JM103株(Maniatis
等、Molecular Cloning A Laboratory
Mannual,Cold Spring Harbor Labora−
tory,1982,Appendix C,506頁を参照のこと)
のコンピテント細胞中へ形質転換させ、Xgalイ
ンデイケータープレート上に播いた〔ジエイ・メ
ツシング等、Nucleic Acids Res(1981年)9巻
309−321頁〕。組換えフアージを含有するプラー
ク(白いプラーク)を取り上げ、新鮮なJM103の
培養物に接種し、そして感染細胞からRF分子の
ミニプレツプを調整した(エツチ・デイー・バー
ンボイム(H.D.Birnboim)及びジエイ・ドリイ
(J.Doly)、Nucleic Acid Res(1979年)7巻1513
−1523頁)。IFN−β挿入部を含有するクローン
を同定するために、RF分子を種々の制限酵素で
消化した。このような1クローン(M13−β1)
の制限地図を第5図に示す。M13−β1クローン
から1本鎖(ss)フアージDNAをつくり、合成
オリゴヌクレオチドを使用する部位特異的突然変
異誘発の鋳型として用いた。
実施例2 部位特異的突然変異誘発
0.1mMアデノシン三燐酸(ATP)、50mMヒド
ロキシメチルアミノメタン塩酸塩(トリス−塩
酸)PH8.0、10mM塩化マグネシウム、5mMジチ
オスレイトール(DDT)及びT4キナーゼ9単位
の存在下に、50μl中で合成オリゴヌクレオチド
GCAATTTTCAGAGTCAG(プライマー)40ピ
コモルをT4キナーゼにより37℃で1時間処理し
た。50mM塩化ナトリウム、10mMトリス−塩
酸、PH8.0、10mM塩化マグネシウム及び10mMβ
−メルカプトエタノールを含有する混合物50μl中
で、このキナーゼ処理されたプライマー(12ピコ
モル)を67℃で5分、及び42℃で25分加熱するこ
とによつて1本鎖(ss)M13−β1DNA5μgにハ
イブリツト形成させた。アニーリングした混合物
を次に氷上で冷却し、0.5mM各デオキシヌクレ
オチド三燐酸(dNTP)、80mMトリス−塩酸、
PH7.4、8mM塩化マグネシウム、100mM塩化ナ
トリウム、DNAポリメラーゼ Klenow断片
9単位、0.5mMATP及びT4DNAリガーゼ2単
位を含有する反応混合物50μlに添加し、37℃で3
時間及び25℃で2時間インキユベートした。次フ
エノール抽出とエタノール沈澱によつて反応を停
止させた。DNAを10mMトリス−塩酸、PH8.0、
10mMエチレンジアミン四酢酸(EDTA)、50%
蔗糖及び0.05%ブロモフエニルブルー中に溶解
し、臭化エチジウム2μg/mlの存在下、0.8%アガ
ロースゲル上の電気泳動にかけた。M13−β1の
RF型に対応するDNAバンドをパーコレート法
〔アール・ダブリユー・デービス(R.W.Davis)
3、「高等細菌遺伝学」(Advanced Bacterial
Genetics)、コールド・スプリング・ハーバー研
究所、N.Y.178〜179頁(1980年)〕によつてゲル
スライスから溶離した。溶離されたDNAをコン
ピテントJM103細胞の形質転換に使用し、菌を一
夜生育させ、培養基上澄液からssDNAを単離し
た。このssDNAをプライマー伸長の第二サイク
ルに鋳型として使用し、ゲル精製されたRF型
DNAをコンピテントJM103細胞中へ形質転換さ
せ、寒天プレート上に播き、一夜培養するとフア
ージプラークが得られる。
実施例3 部位特異的突然変異誘発
上の実施例2の実験をくり返す。但し、合成オ
リゴヌクレオチドプライマーとして、システイン
をコードするものからスレオニンをコードするも
のへIFN−β遺伝子のコドン17を変えるのに
GCAATTTTCAGACTCAGを使用する。
実施例4 部位特異的欠損
上の実施例2の実験をくり返す。但し合成オリ
ゴヌクレオチドプライマーとしてはIFN−β遺伝
子のコドン17を欠損させるのに
AGCAATTTTCAGCAGAAGCTCCTGを使用
する。
実施例5 突然変異誘発されたプラークのスクリ
ーニング及び同定
突然変異させたM13−β1プラークの入つたプ
レート(実施例1)並びに突然変異しないM13−
β1フアージプラークの入つた2枚のプレートを
4℃に冷却し、各プレートからのプラークを2枚
のニトロセルロース円形フイルター上へ、第一フ
イルターの場合には乾燥フイルターを寒天プレー
ト上へ5分間重ね、第二フイルターの場合は15分
間重ねて移した。次に0.2NNaOH、1.5M塩化ナ
トリウム及び0.2%トリトンX−100に浸した厚手
の濾紙上へフイルター類を5分間置き、次に
0.5Mトリス−塩酸、PH7.5、及び1.5M塩化ナトリ
ウムに浸した濾紙上へ更に5分間重ねて中和し
た。フイルターを同様なやり方で、2×SSC(標
準くえん酸塩)に浸したフイルター上で2回洗
い、乾燥し、真空乾燥炉内で80℃で2時間乾燥さ
せた。重複フイルターをフイルター当たり10mlの
DNAハイブリツド形成緩衝液(5×SSC),PH
7.0,4×デンハード液(ポリビニルピロリドン,
フイコール及び牛血清アルブミン,1×=各0.02
%)、0.1%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、
50mM燐酸ナトリウム緩衝液、PH7.0及び100μg/
mlの変性サケ精子DNAにより、55℃で4時間、
事前ハイブリツド形成させた。オリゴヌクレオチ
ドプライマーを32Pで標識したATPでキナーゼ下
に処理することによつて32Pで標識したプローブ
をつくつた。フイルター当たり5mlのDNAハイ
ブリド形成緩衝液中でフイルターを32Pで標識し
たプライマー3.5×105cpm/mlに55℃で24時間ハ
イブリツド形成させた。0.1%SDSと減少する量
のSSCを含有する洗浄用緩衝液中でそれぞれ30
分、55℃でフイルター類を洗つた。フイルター類
を、初めに2×SSCを含んだ緩衝液で洗い、そし
て突然変異していないM13−β1プラークを含有
する対照フイルターはガイガー計数管を用いて放
射能の存在について検査した。SSC濃度を段階的
に低下させ、未突然変異M13−β1プラークをも
つ対照フイルター上に検出可能な放射能が残らな
くなるまでフイルターを洗つた。SSCの使用最低
濃度は0.1×SSCであつた。フイルターを空気乾
燥し、−70℃で2〜3日オートラジオグラフ処理
した。突然変異したM13−β1のプラーク480個と
突然変異していない対照プラーク100個をキナー
ゼ処理したオリゴヌクレオチドプローブによつて
スクリーニングした。対照プラークではプローブ
とハイブリツド形成したものが全く存在せず、一
方突然変異したM13−β1プラーク5個がプロー
ブとハイブリツドを形成した。
5個の突然変異M13−β1プラークの1個
(M13−SY2501)を取り上げ、JM103培養基へ接
種した。上澄からssDNAを調製し、そして細胞
ペレツトから2本鎖(ds)DNAを調製した。
M13ユバーサルプライマーを使用して、クローン
のジデオキシ配列決定用の鋳型としてssDNAを
使用した。配列決定分析の結果を第6図に示す。
この結果は、TGTcysコドンがAGTserコドンへ
変換されたことを確証している。
実施例6 大腸菌における突然変異IFN−βの発
現
M13−SY2501からのRF DNAを制限酵素
Hind及びXhoで消化し、520bpの挿入断片を
1%アガロースゲル上で精製した。大腸菌trpプ
ロモーターを含有するプラスミドpTrp3(第7図)
を酵素Hind及びBamHIで消化し、精製した
M13−SY2501断片と混合し、T4DNAリガーゼ
の存在下に連結した。なお、前記プラスミド
pTrp3はラスミドpBR322のEcoRI部位とHind
部位との間にE.coli trpプロモーターを挿入す
ることにより作製したものである(D.F.Mark
等、Proc.Natl.Acad.sci.USA,Vol81,5662−
5666,1984を参照のこと)。連結DNAをE.コリ
MM294株へ形質転換した。アンピシリン耐性形
質転換体を薬剤テトラサイクリンに対する感受性
の点からスクリーニングした。アンピシリン耐性
でテトラサイクリン感受性の5クローンからのプ
ラスミドDNAを、M13−SY2501挿入部の存在に
ついてスクリーニングするためHinfで消化し
た。第8a図は、クローンの一つ(pSY2501)の
Hinf制限パターンを示すが、図ではこれを元
のIFN−βクローンすなわちpβ1trpのHinfパ
ターンを比較している。予想のように、pSY2501
に追加のHinfサイトがあり、197bpのIFN−β
内部断片が169bpの断片と28bpの断片に切れてい
る(第8b図)。クローンpSY2501の制限地図を
第9図に示す。突然変異IFN−β遺伝子の完全な
DNA配列を、予測されたアミノ酸配列と一緒に
第10図に示す。クローンpSY2501と称するプラ
スミドは60604イリノイ州ペオリア、ノース・ユ
ニバーシテイ・ストリート1815番地、米国農務
省、科学教育局北部研究センター、発酵研究所の
アグリカルチユラル・リサーチ・カルチヤーコレ
クシヨン(NRRL)に寄託されている。指定さ
れた寄託番号はCMCC1533号及びNRRLB−
15356号である。
pSY2501及びpβ1trp(子孫を含む)の培養物を
1.0の光学密度(OD600)まで生育させた。無細胞
抽出物をつくり、IFN−βの抗ウイルス活性量を
微量力価検定法でGM2767細胞によつて検定し
た。クローンpSY2501の抽出物はpβ1trpより3〜
10倍高い活性を示し(第1表)、クローン
pSY2501がIFN−β活性を示す蛋白質をより多量
に合成しているか、又はつくられた蛋白質がより
高い比活性をもつているかのいずれかであること
が示される。
第 1 表 抽 出 物
抗ウイルス活性(単位/ml)
pSY2501 6×105
pβ1trp 1×105
ptrp3(対照) 30
クローンpSY2501が数倍多い活性蛋白を合成し
ていたかどうか決定するため、両クローンの抽出
物を対照抽出物と共にSDSポリアクリルアミドゲ
ル上の電気泳動にかけ、ゲルをクーマーシーブル
ーで染色して蛋白質を発色させた。第11図に示
すように、クローンpSY2501とpβ1trpの抽出物中
に存在するが対照のptrp3抽出物中にはない約
18000ダルトンの蛋白質に対応する蛋白質バンド
が一つだけあつた。この蛋白質は約20000ダルト
ンの分子量をもつが、18000ダルトンの蛋白質の
ゲル移動パターンを示しており、pβ1trpの抽出物
からこの蛋白質を精製することによつてIFN−β
であることが予めわかつていた。pSY2501抽出物
中にはpβ1trpの抽出物中よりこの蛋白質の量が少
ないから、クローンpSY2501抽出物中の蛋白質の
比活性はクローンpβ1trpのそれより高い。
実施例7 IFM−βser17の精製
IFN−βser17をつくるように形質転換されたE.
コリからIFN−βser17を回収した。E.コリを次の
生育培地中で、680nmで10〜11の光学密度(乾燥
重量8.4g/)まで生育させた。
【表】
形質転換ずみE.コリの収穫物9.9(9.9Kg)を
20℃に冷却し、濾液重量が8.8Kgになるまで、収
穫物を−110kpaの平均圧力損失と毎分260mlの定
常濾液流量でクロスフローフイルターに通すこと
により濃縮した。濃縮液(約1)を容器に流し
込み、15℃に冷却した。濃縮液を5℃、約
69000kpaでマントン=ゴーリンホモジナイザー
に通すことによつて濃縮液中の菌体を破砕した。
燐酸塩で緩衝化された食塩水、PH7.4(PBS)1
でホモジナイザーを洗い、洗浄液を破砕物に加え
ると、2の最終容量が得られた。この容量を毎
分50mlの流量で12000xgの連続遠心分離にかけ
た。固体を上澄液から分離し、2重量%SDSを含
有するPBS4に再懸濁させた。この懸濁液を室
温で15分かきまぜたあと、目に見える懸濁物はな
かつた。次に溶液を2−ブタノールで、2−ブタ
ノール:溶液の1:1容量比で抽出した。液−液
相分離装置中で毎分200mlの流量を用いて抽出を
行なつた。次に有機相を分離し、そして蒸発乾固
させることにより蛋白質21.3gを得た。これを蒸
留水に1:10の容量比で再懸濁した。
回収された生成物は、ウイルスの細胞病理作用
(CPE)に対する防護に基づく検定を用いて、ヒ
トIFN−β活性について検定された。ミクロタイ
タープレート内でこの検定を行なつた。最少基本
倍地50μを各容器に仕込み、第一容器には資料
25μを入れ、つぎ容器以降には1:3の容量の
希釈を連続的に行なつた。ウイルス(水泡性口内
炎)、細胞(ヒト線維芽細胞GM−2767系統)及
び標準IFN−β対照群を各プレートに収容せしめ
た。ml当たり100単位の標準IFN−βを使用した。
次にプレートに紫外線を10分間照射した。照射
後、細胞懸濁液(ml当たり細胞1.2×105)100μ
を各容器に加え、トレーを18〜24時間インキユベ
ートした。細胞当たり1プラーク形成単位でウイ
ルス液を細胞対照プレートを除く各容器に加え
た。ウイルス対照が100%のCPEを示すまでトレ
ーをインキユベートした。これは、ウイルス液を
加えてから通常18〜24時間で生じた。標準IFN−
β対照の50%CPE容器の位置の点から検定結果
を解釈した。この点からプレート上の全試料につ
いてのインターフエロンの力価を測定した。回収
された生成物の比活性は5×107U/mlと決定さ
れた。
実施例8 酸沈澱及びクロマトグラフイによる精
製
実施例7の方法をくり返したが、但し、抽出、
水相と有機相の分離、及び有機相とPBSとの容
量比3:1での混合の後、氷酢酸の添加によつて
混合物のPHを約5に下げた。生じた沈澱物を
10000〜17000xg、15分間の遠心分離によつて分
離し、ペレツトを10%W/V SDS、10mM
DTT、50mM酢酸ナトリウム緩衝液、PH5.5に再
溶解し、80℃に5分間加熱した。
次に、溶液を、ベツクマン勾配系を使用して、
ブラウンリーRP−300、10μM、「アクアポア」カ
ラムにかけた。緩衝液Aは水中0.1%トリフルオ
ロ酢酸(TFA)であり、緩衝液Bはアセトニト
リル中0.1%TFAとした。検出は280nmでの紫外
線吸光度によつた。溶媒プログラムは3時間で0
%緩衝液Bから100%緩衝液Bへの線形勾配とし
た。最高のインターフエロン活性を含有するフラ
クシヨンをプールし、このプールされたインター
フエロン調製物の比活性は、天然のIFN−βにお
ける蛋白質mg当たり約2×108国際単位に比べ、
9.0×107ないし3.8×108U/mlと決定された。
実施例9 IFN−βser17の生化学的特徴付け
5.7NHCl、0.1%フエノールの200μl中において
試料40μgを108℃で24〜72時間の加水分解にかけ
た後、アミノ酸組成を決定した。プロリンとシス
テインは、過蟻酸酸化後、同じやり方で決定され
た。この場合、フエノールを加水分解から省略し
た。トリプトフアンは、5.7N塩酸、10%メルカ
プト酢酸(フエノールなし)中で試料400μlを24
時間加水分解した後に分析した。分析は、AA10
樹脂の単一カラムを使用するベツクマン121MB
アミノ酸分析装置で行なつた。精製IFN−βser17
の代表的な24−,48−,72−時間の酸加水分解か
ら計算されるアミノ酸組成は、N−末端メチオニ
ンが欠けているほかは、クローンIFN遺伝子の
DNA配列によつて予測されるものとよく一致し
ている。精製IFNのアミノ酸末端(terminus)
からの最初の58残基のアミノ酸配列は、試料0.7
mgから、ベツクマン890C配列測定装置で0.1Mク
アドロール緩衝液を使つて決定された。PTHア
ミノ酸は、アルテツクスウルトラスフエアー
ODSカラム(4.6×250mm)による逆相高圧液体ク
ロマトグラフイ(HPLC)に45℃でかけ、40%緩
衝液Bで1.3分、40〜70%緩衝液Bで8.4分溶出す
ることにより決定された。ここで緩衝液Aは
0.0115M酢酸ナトリウム、5%テトラヒドロフラ
ン(THF)、PH5.11であり、緩衝液Bはアセトニ
トリル中10%THFであつた。
決定されたIFN−βser17のN末端アミノ酸配列
は、N−末端メチオニンの不在を除き、DNA配
列から予測される予測配列に一致している。
上に示したように、IFN−βser17調製物は天然
のIFN−βの比活性レベルに非常に近いか、それ
よりすぐれた活性を示す。IFN−βser17は遊離ス
ルフヒドリル基をもたないが、31及び141位にだ
け残つているシステイン間に1個の−S−S−結
合を示す。蛋白質は容易にオリゴマーをつくら
ず、実質的にモノマー型にあると考えられる。本
発明に従つて得られるIFN−βser17は単一生成物
として又は種々の型の混合物として不活性,無毒
性,非アレルギー性で、生理的に許容される担体
媒体中における医薬として受け入れられる製剤へ
処方でき、がん療法で、又はインターフエロン療
法が指示される症状における臨床用、治療用に、
またウイルス感染用に使用できる。このような媒
体は蒸留水、生理食塩水、リンゲル液、ハンク液
等をを包含するが、これらに限定はされない。デ
キストロース、HSA(ヒト血清アルブミン)等の
ような他の無毒性の安定化・可溶化用の添加物も
最適に包含してよい。治療処方剤は、経口で、又
は静脈内、筋肉内、腹腔内及び皮下投与のような
非経口で投与できる。本発明の変形IFN−β製剤
は、局所用に通常利用される適当な媒体中で局所
適用のためにも使用できる。
上記のIFN−βムテインの主な利点は、IFN−
βの17位の遊離スルフヒドリル基(−SH基)を
排除されているところにあり、これによつてムテ
インにcys31とcys141の間に正しいジスルフイド
結合を形成させ、十分な生物学的活性に明白に必
要なコンフオメーシヨンを取らせている。IFN−
βser17の増大した比活性のため、治療用により少
ない投与量が使える。17位置のシステインを欠失
させ、遊離−SH基を排除することによつて、
IFN−βser17蛋白質は微生物でつくられるIFN−
βほどたやすくダイマーやオリゴマーを形成しな
い。これが蛋白質の精製を容易にし、その安定性
を強める。
実施例10 (参考例)
ヒトIL−2をコードするcDNAクローンのヌ
クレオチド配列、IL−2cDNAライブラリーをつ
くる手順、これをIL−2についてスクリーニン
グする手順はテイー・タニグチ(Taniguchi,
T.),Nature(1983年)24巻305頁以降に記述され
ている。
有力なIL−2cDNAクローンに関して濃縮され
たcDNAライブラリーは、慣用手順により、誘導
された末稍血液リンパ球(PBL)とジヤーカツ
ト細胞から得られる濃縮されたIL−2mRNAフラ
クシヨンからつくられた。IL−2用mRNAの濃
縮は、mRNAを分画し、フラクシヨンをキセノ
プス・ラエビス(Xenopus laevis)の未成熟卵
母細胞に注入し、卵母細胞の溶解物のIL−2活
性をHT−2細胞で検定し、IL−2mRNA活性を
もつフラクシヨンを確認することによつて行つた
〔ジエイ・ワトソン(J.Watson),J.Exp.Med.
(1979年)150巻1570〜1519頁及びエス・ギリス
(S.Gillis)等、J.Immun.(1978年)120巻2027〜
2032頁〕。
実施例11(参考例) IL−2cDNAクローンのス
クリーニングと同定
コロニーハイブリツド形成法を用いて、IL−
2cDNAライブラリーをスクリーニングした。各
ミクロタイタープレートを重層したニトロセルロ
ース濾紙(S&SタイプBA−85)上にレプリカ
法で写取り、アンピシリン50μg/mlを含有する
L寒天上で37℃、14〜16時間生育させた。コロニ
ーを溶解し、500mM水酸化ナトリウム、1.5M塩
化ナトリウムで5分の連続処理することによつて
DNAをフイルターに固定し、5×標準クエン酸
塩溶液(SSC)で5分ずつ2回洗つた。フイルタ
ーを空気乾燥し、80℃で2時間炉乾燥した。重層
フイルターをフイルター当たり10mlのDNAハイ
ブリツド形成緩衝液(50%ホルムアミド、5×
SSC、PH7.0、5×デンハード液(ポリビニルピ
ロリジン、フイコール及び牛血清アルブミン;1
×=各0.2%)、PH7.0の50mM燐酸ナトリウム緩衝
液、0.2%SDS、20μg/mlポリU及び50μg/mlの
変形サケ精子DNAにより、42℃で6〜8時間事
前ハイブリツド形成させた。
タニグチ(前掲)に報告されたIL−2遺伝子
配列に基づいて32Pで標識された20−merオリゴ
ヌクレオチドプローブをつくつた。プローブのヌ
クレオチド配列は
GTGGCCTTCTTGGGCATGTAであつた。
32PcDNAプローブを含有するフイルター当た
り5mlのDNAハイブリツド形成緩衝液で、試料
を42℃で24〜36時間ハイブリツド形成させた。フ
イルターを2×SSC、0.1%SDS、で30分間ずつ
2回50℃で洗い、次に1×SSCと0.1%SDSで90
分ずつ2回50℃で洗い、空気乾燥し、−70℃で2
〜3日間オートラジオグラフにかけた。陽性のク
ローンを同定し、プローブで再度スクリーニング
した。十分な長さのクローンが、制限酵素地図作
成、及びタニグチら(前掲)が報告したIL−
2cDNAクローンの配列との比較から確認された。
実施例12(参考例) M13ベクターへのIL−2遺
伝子のクローニング
大腸菌trpプロモーターの制御下にIL−2遺伝
子を含有するプラスミドpLW1(第12図)を使用
して、実施例1に記載のと同様にIL−2遺伝子
をM13mp9へクローニングした。pLW1の試料は
1983年8月4日、20852合衆国メリーランド州ロ
ツクビル、パークローン・ドライブ12301番地、
アメリカタイプ・カルチヤー・コレクシヨンに預
託され、ATCC39405号と指定を受けた。IL−2
挿入部を含有する1クローン(M13−IL−2と
称する)の制限地図を第13図に示す。1本鎖フ
アージDNAをクローンM13−IL−2からつく
り、オリゴヌクオチドで指示される突然変異誘発
用の鋳型として使用した。
実施例13(参考例) オリゴヌクレオチドで指示
された突然変異誘発
前記のとおり、IL−2はアミノ酸位置58,105
及び125にシステイン残基を含んでいる。IL−2
遺伝子中でこれらの3個のシステイン残基用コド
ンを含有する部分のヌクレオチド配列に基づい
て、三つのオリゴヌクレオチドプライマーを設計
し、これらの残基用コドンをセリン用コドンへ突
然変異せしめるために合成した。これらのオリゴ
ヌクレオチドは次の配列をもつている。
cys58を変える CTTCTAGAGACTGCAGA
TGTTTC (DM27)
cys105を変える CATCAGCATACTCAGA
CATGAATG (DM28)
cys125を変える GATGATGCTCTGAGA
AAAGGTAATC (DM29)
0.1mM ATD,50mMトリス−塩酸、PH8.0、
10mM塩化マグネシウム、5mM DTT及びT4キ
ナーゼ9単位の存在下に、50μl中で各オリゴヌク
レオチド40ピコモルを別々に37℃で1時間キナー
ゼ処理した。キナーゼ処理されたプライマー(10
ピコモル)の各々を、100mM塩化ナトリウム、
20mMトリス−塩酸、PH7.9、20mM塩化マグネ
シウム及び20mMβ−メルカプトエタノールを含
有する混合物15μl中で、67℃で5分及び42℃で25
分加熱することによつてssM13−IL−
2DNA2.6μgへハイブリツド形成した。アニーリ
ングされた混合物を氷上で冷却し、次に0.5mM
各dNTP、17mMトリス−塩酸(PH7.9)、17mM
塩化マグネシウム、83mM塩化ナトリウム、
17mMβ−メルカプトエタノール、DNAポリメラ
ーゼIKlenow断片5単位、0.5mMATP、及び
T4DNAリガーゼ2単位を含有する反応混合物
25μlの最終容量まで調製し、37℃で5時間インキ
ユベートした。80℃に加熱して反応を停止させ、
反応混合物をコンピテントJM103細胞の形質転換
に使用し、寒天プレート上に播いて一夜培養する
と、フアージプラークが得られた。
実施例14(参考例) 突然変異誘発されたフアー
ジプラークのスクリーニングと同定
突然変異誘発されたM13−IL−2プラークを
含んだプレートと、突然変異誘発されないM13−
IL−2フアージプラークを含んだプレート2枚
とを4℃に冷却し、各プレートからのフアージプ
ラークを2枚のニトロセルロース円形フイルター
上へ、第一フイルターの場合には乾燥フイルター
を寒天プレート上へ5分間重ね、第二フイルター
の場合には15分間重ねて移した。次に0.2N水酸
化ナトリウム、I5M塩化ナトリウム及び0.2%ト
リトンに浸した厚手の濾紙上にフイルターを5分
間置き、次に0.5Mトリス−HCl(PH7.5)と
1.5MNaClに浸した濾紙上へさらに5分間重ねて
中和した。フイルターを同様なやり方で、2×
SSCに浸したフイルター上で2回洗い、乾燥して
から真空乾燥炉内で80℃で2時間乾燥した。重層
フイルターをフイルター当たり10mlのDNAハイ
ブリツド形成緩衝液(5×SSC)、PH7.0、4×デ
ンハード液(ポリビニルピロリジン、フイコール
及び牛血清アルブミン、1×=各0.02%)、0.1%
SDS,50mM燐酸ナトリウム緩衝液(PH7.0)及
び100μg/ml変性サケ精子DNAにより、42℃で
4時間事前ハイブリツド形成させた。標識をつけ
たATPでオリゴヌクレオチドプライマーをキナ
ーゼ処理することによつて、32Pで標識をつけた
プローブをつくつた。フイルター当たり5mlの
DNAハイブリツド形成緩衝液中で42℃で8時間、
32Pで標識したプライマー0.1×105cpm/mlにフ
イルターをハイブリツド形成させた。0.1%SDS
及び2×SSCを含有する洗浄緩衝液中で50℃でそ
れぞれ30分ずつ2回、次に0.1%SDS及び0.2×
SSCで50℃でそれぞれ30分ずつ2回フイルターを
洗つた。フイルターを空気乾燥し、−70℃で2〜
3日オートラジオグラフイにかけた。
オリゴヌクレオチドプライマーDM28及び
DM29は、突然変異誘発されたクローンに新しい
DdeI制限部位を創出するように設計されている
から(第14表)、これらのキナーゼ処理されたプ
ライマーとハイブリツド形成された幾つかのクロ
ーンからのRF−DNAを制限酵素Ddeで消化し
た。プライマーDM28とハイブリツド形成し、新
しいDde制限部位をもつ突然変異誘発された
M13−IL−2プラークの一つ(M13−LW44)を
取り上げ、JM103培養物へ接種し、培養上澄液か
らssDNAを調製し、細胞ペレツトからdsRF−
DNAを調製した。同じく、プライマーDM29と
ハイブリツド形成させたプラーク(M13−
LW46)を取り上げ、これからssDNAとRF−
DNAを調製した。オリゴヌクレオチドプライマ
ーDM27はDde位置の代わりに新しいPst制
限部位を創出するように設計されている。従つ
て、このプライマーにハイブリツド形成されたプ
ラークを新しいPst部位の存在の点からスクリ
ーニングした。このような一つのフアージプラー
クを同定し(M13−LW42)、ssDNA及びRF−
DNAをこれから調製した。目標のシステイン用
TGTコドンがセリン用TCTコドンへ転化された
ことを確認するため、これらの3クローン全部か
ら得たDNAの配列を決定した。
実施例15(参考例) 大腸菌における発現のため
突然変異誘発IL−2遺伝子の再クローニング
M13−LW42、M13−LW44、及びM13−
LW46からのRF−DNAをそれぞれ制限酵素Hind
及びBanで消化し、挿入断片を1%アガロー
スゲルから精製した。同様に、プラスミドpTrp3
(第7図)をHind及びBanで消化し、trpプ
ロモータを含有する大きなプラスミド断片をアガ
ロースゲル上で精製し、M13−LW42、M13−
LW44及びM13−LW46から単離された挿入断片
の各々と連結した。連結したプラスミドをコンピ
テント大腸菌K−12MM294株へ形質転換した。
これらの形質転換体からのプラスミドDNAを制
限酵素地図作成によつて分析し、プラスミド
pLW42,pLW44,及びpLW46の存在を確かめ
た。第14図はpLW46の制限地図である。trpプ
ロモーターを誘導するために、トリプトフアンの
不在下にこれらの個々のクローンの各々を生育さ
せ、無細胞抽出液をSDS−ポリアクリルアミドゲ
ル上で分析し、3クローンpLW42,pLW44及び
pLW46の全部が、14.4Kd IL−2蛋白質を合成す
ることが立証された陽性対照のpLW21に見られ
るものと同様な14.5Kd蛋白を合成することが示
された。これらの同じ抽出液をマウスHT−2細
胞でIL−2活性について検定すると、クローン
pLW21(陽性対照)とpLW46のみが有意義量の
IL−2活性を示し(下の第2表)、cys58と
cys105は生物学的活性に必要なものであり、これ
をセリンに変えること(それぞれpLW42と
pLW44)によつて生物学的活性が失われること
を意味している。一方cys125は、これをser125
(pLW46)へ変えても生物学的活性に影響しない
から、活性にとつて不要であるに違いない。
【表】
第15a図は、クローンpLW46のコード鎖の
ヌクレオチド配列を示す。天然のヒトIL−2遺
伝子のコード鎖に比べ、クローンpLW46はヌク
レトチド374にG→Cの一つの塩基の変化をもつ。
第15b図は、pLW46でコードされたIL−2ム
テインの対応するアミノ酸配列を示す。このムテ
インをIL−2ser125と称する。天然のIL−2に比
べ、ムテインは125位にシステインの代わりにセ
リンをもつている。
pLW46で形質転換されたE.コリK−12MM294
株の試料は、1983年9月26日、合衆国、20852メ
リーランド州ロツクビル、パークローン・ドライ
ブ12301番地、アメリカン・タイプ・カルチヤ
ー・コレクシヨン(Americam Type Culture
Collection)に寄託され、ATCC39、452号に指
定された。
ムテインIL−2ser125のように125位のシステイ
ンが欠損した又は別のアミノ酸でおき代えられた
IL−2ムテイン類は、IL−2活性を保持してい
る。従つて、これら天然のIL−2と同じように
処方、使用できる。従つて、このようなムテイン
類は細菌、ウイルス、寄生虫、原生動物、及びカ
ビの感染の診断と処置、リンフオカイン又は免疫
不全の発現に、老令のヒト及び動物における通常
の免疫機能の再構成に、酵素増幅、放射能標識、
放射能映像化、及び病的状態のIL−2水準をモ
ニターするこの技術で知られたその他の方法な
ど、診断検定法の開発に、リンフオカイン類の受
容体部位を遮断する治療及び診断用に生体外での
T細胞生育の促進のため、またその他種々の治
療、診断、研究への応用に有用である。ヒトIL
−2の種々の治療・診断への応用については、エ
ス・エイ・ローゼンバーグ(S.A.Rosenberg)、
イ−・エイ・グリム(E.A.Grim)ら、エイ・マ
ザムダー(A.Mazumder)ら、及びイー・エ
イ・グリムとエス・エイ・ローゼンバーグが研究
報告している。IL−2はそれ自体、又は他の免
疫学的に開連のあるB又はT細胞又はその他の治
療剤と組み合わせて使用できる。治療又は診断用
には、蒸留水、リンゲル液、ハンク液、生理的食
塩水などの無毒生、非アレルギー性の生理学的に
許容される担体媒体中にこれらを処方できる。ヒ
ト又は動物へのIL−2ムテイン類の投与は、医
師が適当と考えるところにより、経口、又は腹腔
内又は筋肉内又は皮下でありうる。関連細胞の例
はB又はT細胞、天然のキラー細胞等であり、本
発明のポリペプチド類と組み合わせて使用できる
治療用試薬の例は、種々のインターフエロン類、
特にガンマインターフエロン、B細胞生長因子、
IL−1等である。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to modified natural interferon-β in which the cysteine residue at position 17 is replaced with another amino acid residue or deleted. DNA encoding interferon-β, this DNA
and E. coli transformed with this plasmid. (Prior art and problems to be solved by the invention) Biologically active proteins produced microbiologically using recombinant DNA (rDNA) technology contain cysteine residues, Free to form undesired inter- or intra-molecular bonds, although not essential to the One such protein is human beta interferon (IFN-β), which is produced microbiologically. In the process of producing IFN-β using rDNA technology, high concentrations of IFN
It has been found that microbiologically produced IFN-β dimers and oligomers are formed in E. coli extracts containing -β. This multimer formation makes the purification and isolation of IFN-β very laborious and time-consuming, requiring reduction of the protein during purification and then reoxidation to return it to its original conformation. , requires several additional steps in the purification isolation procedure, thereby increasing the possibility of incorrect disulfide bond formation. Furthermore, it has been found that microbiologically produced IFN-β consistently exhibits low specific activity, possibly due to multitamer formation or random intramolecular disulfide bridge formation. Therefore, IFN
- A microbiologically produced biologically active protein such as β, which does not adversely affect its activity, but also has an undesirable tertiary structure (for example, a conformation that reduces protein activity)
It may be desirable to modify the polymer in a manner that reduces or eliminates its ability to form intermolecular crosslinks or intramolecular bonds that would result in the formation of intermolecular crosslinks or intramolecular bonds. (Means for Solving the Problems) The present invention provides directed mutation (directed mutation).
mutagenesis), the parent structural analogue (parent)
Concerning the production of mutationally modified biologically active proteins that retain the activity of analogs) but lack intermolecular disulfide bonds or the ability to form undesired intramolecular disulfide bonds. ” (mutein). “Glossary of Genetics and Cytogenetics”
Genetics and Cytogenetics) 4th edition, p. 381, Springier-Berlag (1976)]. In this regard, Shepard, H.
M.) et al. [Nature (1981) vol. 294, pp. 563-565]
Regarding IFN-β, a mutein in which cysteine at position 141 in the amino acid sequence is replaced with tyrosine is described [human IFN-β has muteins at positions 17, 31, and
There is cysteine at position 141. Gene (1980) 10
Volumes 11-15 and Nature (1980) 285, 542-547
page〕. This mutein is a partial IFN-β with a G→A transition at nucleotide 485 of the IFN-β gene.
Produced by bacterial expression of hybrid genes constructed from cDNA clones. This mutein lost native IFN-β biological activity, leading the authors to conclude that the replaced cysteine was essential for activity. Directed mutagenesis techniques are well known and are available from Lather, RF and Lecoq, JP, Genetic En-gineering, Academic Press, Inc. (1983), pp. 31-50.
Oligonucleotide-Directed Mutations, Smith, M. and Gillam, S., Genetic Engineering: Principles and Methods, Plenum Press, 1981.
A detailed discussion is given in Volume 3, pp. 1-32. One aspect of the invention is a synthetic mutein of a biologically active protein having at least one cysteine residue such that disulfide bonds are free to form and are non-essential for biological activity. The mutein is characterized in that at least one cysteine residue is deleted or replaced with another amino acid. Another aspect of the invention relates to synthetic structural genes ("designer genes") having DNA sequences specifically designed to encode the synthetic muteins described above. A sub-aspect of this aspect is to culture expression vectors containing such structural designer genes, host cells or organisms transformed with such vectors, and such transformed organisms or progeny thereof, and to This is a method for producing synthetic muteins by recovering muteins from. For muteins that have therapeutic utility, therapeutic compositions containing therapeutically effective amounts of muteins are another aspect of the invention. Yet another aspect of the invention is a method of preventing proteins having one or more cysteine residues from forming undesirable disulfide bonds that are free to form such undesired disulfide bonds. This method is characterized by mutagenicly modifying the protein by deleting cysteine residues or replacing them with other amino acids. A further aspect of the invention is a method of making the synthetic structural genes described above by oligonucleotide-directed mutagenesis, which is characterized by the following steps. (a) Single-stranded DNA consisting of a single strand of the structural gene encoding the parent protein is hybridized with a mutant oligonucleotide primer (this primer is paired with the codon for cysteine that is deleted or to be replaced, or, if necessary, with this codon). complementary to the region containing the antisense triplet that makes the combination, but mismatched with the codon or antisense triplet that defines the deletion of the codon or the triplet encoding another amino acid. ), (b) extend the primer with a DNA polymerase to form a mutagenic heteroduplex, and (c) replicate the mutagenic heteroduplex. The mutant oligonucleotide primers used in this method are another aspect of the invention. In the present invention, cysteine residues that are not essential for the biological activity of biologically active proteins are intentionally deleted to eliminate sites for forming intermolecular crosslinks or erroneous intramolecular disulfide bonds. or muteins in which other amino acids are substituted, mutant genes encoding such muteins, and means for producing such muteins. Proteins that can be mutationally modified according to the present invention include cysteine content of biologically active proteins;
and the role that cysteine residues play in terms of activity and tertiary structure can be ascertained from available information. For proteins for which such information is not available in the literature, systematically alter each cysteine residue in the protein by the procedures described herein;
This information can be determined by testing the resulting muteins for biological activity and their tendency to form undesirable intermolecular or intramolecular disulfide bonds. Therefore, the present invention
As specifically described and exemplified below with respect to IFN-β and IL-2 muteins, functionally non-essential cysteine residues that may sensitize the protein to the formation of undesirable disulfide bonds are included. It will be appreciated that the following teachings apply to any other biologically active protein contained therein. In addition to IFN-β and IL-2, examples of proteins that are candidates for mutagenic modification according to the present invention include lymphotoxin (tumor necrosis factor) and colony-stimulating factor-
1, and IFM-α1. Candidate proteins usually have an odd number of cysteine residues. In the case of IFN-β, both glycosylated and unglycosylated IFNs show quantitatively similar specific activities; therefore, the glycosyl moiety
It was reported that it did not participate or contribute to the biological activity of However, non-glycosylated IFN-β produced by bacteria consistently exhibits quantitatively lower specific activity than glycosylated native IFN-β. IFN-β is known to have cysteine residues at positions 17, 31 and 141. Cysteine 141 was established by Siepard et al. (supra) to be essential for biological activity. In IFN-α, which contains four cysteine residues, there are two intermolecular -S-S- bonds, one with cys29.
Some are between cys138, others are between cys1 and cys98. IFN
Based on the homology between -β and IFN-α, IFN-β
cys141 has an intramolecular -S-S- bond with cys31, and cys17 can freely form an intermolecular crosslink. By deleting cys17 or substituting it with another amino acid, one can determine whether cys17 is essential for biological activity and its role in -S-S- bond formation. If cys17 is not essential for the biological activity of the protein, the resulting cys17-deficient or cys17-substituted proteins exhibit a specific activity close to that of native IFN-β;
It would also probably facilitate protein isolation and purification. An oligonucleotide-directed mutagenesis procedure using synthetic oligonucleotide primers that are complementary to the region of the cys17 codon of the IFN-β gene but contain one or more base changes in this codon. is used to create a designer gene, thus replacing cys17 with any other amino acid of choice. If a deletion is desired, use an oligonucleotide primer lacking the codon for cys17. cys17 to glycine, valine, alanine, leucine, isoleucine, tyrosine, phenylalanine, histidine,
Conversion to neutral amino acids such as tryptophan, serine, threonine and methionine is a preferred method. Serine and threonine are the most preferred alternatives due to their chemical similarity to cysteine. When cysteine is deleted, the mature mutein is one amino acid shorter than the natural parent protein or microbially produced IFN-β. Human IL-2 is reported to have cysteine residues at positions 58, 105, and 125 of the protein. IFN-
As in the case of β, IL-2 is in aggregated oligomeric form when isolated from bacterial cells, and in order to obtain good yields from bacterial extracts,
Must be reduced with a reducing agent. Moreover, purified reduced IL-2 is unstable and easily reoxidized to oligomeric inactive forms upon storage.
The presence of three cysteines means that upon reoxidation, the protein can randomly form one of three possible intramolecular disulfide bridges, whereas only one is the correct bridge as found in natural molecules. It means. Since the disulfide structure of natural IL-2 protein is unknown, IL-2
Create mutations at codons 58, 105, and 125 of the gene to determine which cysteine residues are required for activity and are therefore also most likely involved in natural disulfide bridge formation. The present invention can be used for Similarly, modification of cysteine residues not required for activity prevents the formation of erroneous intramolecular disulfide bridges, and removal or replacement of free cysteine residues reduces the opportunity for intramolecular disulfide bridges. can be minimized. The size of the oligonucleotide primer is determined by the conditions necessary for stable hybridization of the primer to the gene region to be mutated and by the limitations of currently available oligonucleotide synthesis methods. When designing oligonucleotides for use in oligonucleotide-directed mutagenesis, factors to be considered (e.g., overall size, size of portion bypassing the mutation site) are described by M. Smith and Described by S. Gillam (cited above). In general, the overall length of the oligonucleotide is such that it optimizes stable and unique hybridization at the mutation site, and extensions from the mutation site to the 5' and 3' ends of the DNA It should be large enough to avoid the effects of mutations due to the exonuclease activity of the polymerase. Oligonucleotides used for mutagenesis according to the invention typically have about 12 to about 24 bases, preferably about 14 to about 20 bases, more preferably about
Contains 14 to 18 bases. These usually include at least about 3 of the codons that are altered or deleted.
It contains 3' bases. Methods for creating modified IFN-β genes generally use synthetic nucleotide primers that either eliminate codon 17 or change it so that it encodes a different amino acid.
It induces site-specific mutations at codon 17 (TGT) of the gene. When cysteine is changed to threonine and the primer is hybridized to the antisense strand of the IFN-β gene,
Preferred nucleotide primers are
GCAATTTTC ACT CAG (underlined indicates changed codon). When it is desired to delete cysteine, the preferred primer is
AGCAATTTTCAGCAGAGAGCTCCTG, which has lost the TGT codon for cys. When replacing cysteine with serine, the 17-nucleotide primer GCAATTTTCAG AGT CAG containing the AGT codon for serine is selected.
A change from cysteine to serine occurs at cys17 by transposition of the first base T→A. When introducing deletions, it must be recognized that the proper reading frame of the DNA sequence must be maintained for expression of the desired protein. The primer is used to clone one strand of the IFN-β gene.
hybridized to single-stranded phage such as M13, fd, or φx174. It will be appreciated that phages can carry either the sense or antisense strand of a gene. If the phage carries an antisense strand, the primer is directed to a region of the sense strand that does not match this codon but defines a codon deletion or triplet encoding another amino acid, but that contains the codon to be mutated. are the same. If the phage carries a sense strand, it is suitably mismatched in the triplet that pairs with the codon to be deleted, but complementary to the region of the sense strand that contains the codon to be mutated. The conditions used for hybrid formation are described by M. Smith and S. Gillam (supra). The temperature usually ranges from about 0°C to 70°C, more generally from about 10°C to 50°C. After hybridization, the primers
DNA polymerase I, T4 DNA polymerase,
It is extended on the phage DNA by reaction with reverse transcriptase or other suitable DNA polymerase.
The resulting dsDNA is processed using enzymes such as T4 DNA ligase.
It is converted to closed circular dsDNA by treatment with DNA ligase. DNA molecules containing single-stranded regions are
Can be destroyed by S1 endonuclease treatment. Oligonuclease-directed mutagenesis generates a mutant IL-2 encoding a mutein with IL-2 activity but with a cys125 to serine 125 change.
It can be similarly used to create two genes. If the phage carries the sense strand of the gene, the preferred oligonucleotide primer used to create this mutant IL-2 gene is
GATGATGCTTCTG AGA AAAGGTAATC. This oligonucleotide has a C→C change in the middle base of the triplet that pairs with codon 125 of the IL-2 gene. The resulting mutant heterodiplex was
Used to transform competent host organisms or cells. Replication of the heteroduplex by the host produces progeny strands from both strands. Following replication, the mutant gene is isolated from the progeny of the mutant strand, inserted into a suitable vector, and this vector is used to transform a suitable host organism or cell. Preferred vectors are plasmids
pBR322, pCR1 and their variants, synthetic vectors, etc. A suitable host organism is E. coli (E.
Coli), Pseudomonas, Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis
thuringiensis), various yeast strains, Bacillus thermophilus, animal cells such as mouse, rat, and Chinese hamster ovary (CHO) cells, plant cells, and animal and plant hosts. It should be appreciated that when transforming the host of choice with the vector, appropriate promoter-operator sequences are also introduced in order for the mutein to be expressed. The host may be a prokaryote or a eukaryote. (Methods for inserting DNA into eukaryotic cells are described in PCT application numbers US81/00239 and US81/00240, published September 3, 1981). E. coli and CHO cells are preferred hosts. Muteins obtained according to the invention may or may not be glycosylated depending on the glycosylation that occurs in the natural parent protein and the host organism used for mutein preparation. As desired,
The unglycosylated muteins obtained when using E. coli and Bacillus as hosts can be produced in vivo by chemical, enzymatic and other modifications known in the art. It may optionally be glycosylated ex situ. In a preferred embodiment of the present invention regarding IFN-β, as shown in FIG. 1, the cysteine residue at position 17 in the amino acid sequence of IFN-β is
The first base of codon 17 of the sense strand of the DNA sequence encoding -β is changed to serine by T→A transposition. This site-directed mutagenesis
Synthetic 17-nucleotide primer
GCAATTTTCAG AGT CAG, this primer is identical to the 17 nucleotide sequence on the sense strand of IFN-β in the region of codon 17, except for a single base mismatch at the first base of codon 17. It is. This mismatch is at nucleotide 12 of the primer. It must be recognized that the genetic code (codons) is degenerate and many amino acids are encoded by more than one codon. For example, the base codes for serine are TCT, TCG, TCC, TCA,
The codons AGT and ACG both code for serine, so there are six degenerate forms. For convenience, the AGT codon was chosen as the preferred embodiment.
Similarly, threonine is ACT, ACA, ACC and
Coded by any one of the ACG codons. When one codon is specified for a particular amino acid, it is intended that this includes all degenerate codons encoding that amino acid. 17−
mer is hybridized to single-stranded M13 phage DNA carrying the antisense strand of the IFN-β gene. The DNA containing the mismatch is then isolated by replication of the oligonucleotide heteroduplex using DNA polymerase IKlenow fragment.
Clones are obtained from the strands. Mutant clones are identified and screened for the presence or absence of specific restriction positions, antibiotic resistance or sensitivity, or other methods known in the art. When cysteine is replaced by serine, a new HinfI restriction site is created in the structural gene by the T→A rearrangement shown in FIG. Mutant clones are identified using oligonucleotide primers as probes in hybridization screens for mutated phage plaques. As shown in Figure 2, the primers will have only one mismatch when hybridized to the parent, but will have a perfect match when hybridized to the mutated phage DNA. Hybridization conditions can be devised so that the oligonucleotide primer hybridizes preferentially to the mutant DNA rather than the parent DNA. newly occurred
The Hinfl site also serves as a means to confirm single base mutations in the IFN-β gene. M13 phages carrying mutated genes
The DNA is isolated and incorporated into a suitable expression vector, such as plasmid pTrp3, and this vector is transformed into E. coli strain MM294. Suitable growth media for culturing transformants and their progeny are known to those skilled in the art. Expressed muteins of IFN-β are isolated, purified, and characterized. The following examples are presented to aid in a further understanding of the invention and for illustrative purposes only. They should not be considered as limiting the scope of the invention in any way. Examples 1 to 9
The preparation of muteins for IFN-β is described. Examples 10-15 describe the preparation of muteins of IL-2. Example 1 Cloning of the IFN-β gene into the M13 vector The use of the M13 phage vector as a source of single-stranded DNA templates is described by GF Temple et al., Nature (1982) 296, 537. −
Proven on page 540. Plasmid containing the IFN-β gene under the control of the E. coli trp promoter
pβ1trp (Figure 3) was digested with restriction enzymes Hind and Xho. The plasmid pβ1trp has a structure between the EcoRI site and Hind site of plasmid pBR322.
Plasmid pTrp3 was obtained by inserting the E. colitrp promoter, and the Hind
It was created by inserting a DNA fragment encoding human mature fibroblast interferon between the Bam site and the Bam site (DF
Mark et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA, Vol81,
5662-5666, 1984). M13mp8 [J.Messing. “Third Cleveland Symposium on Macromolecules: Recombinant DNA,” edited by A. Walton, Elsavier Press, 143.
−153 pages (1981)] Replicative (RF) DNA (Figure 4)
was digested with restriction enzymes Hind and BamH, and
pβ1trpDNA digested with Hind and Xho
mixed with. Next, the mixture was ligated with T4 DNA ligase, and the ligated DNA was E. coli-JM103 strain (Maniatis
etc., Molecular Cloning A Laboratory
Mannual, Cold Spring Harbor Labora−
(see Appendix C, page 506)
were transformed into competent cells and plated on Xgal indicator plates [J. Metzing et al., Nucleic Acids Res (1981) Vol. 9].
Pages 309-321]. Plaques containing recombinant phages (white plaques) were picked and inoculated into fresh cultures of JM103, and minipreps of RF molecules were prepared from infected cells (HDBirnboim and J.D. .Doly), Nucleic Acid Res (1979) Volume 7 1513
−1523 pages). To identify clones containing IFN-β inserts, RF molecules were digested with various restriction enzymes. One such clone (M13-β1)
The restriction map is shown in Figure 5. Single-stranded (ss) phage DNA was generated from the M13-β1 clone and used as a template for site-directed mutagenesis using synthetic oligonucleotides. Example 2 Site-directed mutagenesis 0.1mM adenosine triphosphate (ATP), 50mM hydroxymethylaminomethane hydrochloride (Tris-HCl) PH8.0, 10mM magnesium chloride, 5mM dithiothreitol (DDT) and 9 units of T4 kinase synthetic oligonucleotide in 50 μl in the presence of
40 pmol of GCAATTTTCAGAGTCAG (primer) was treated with T4 kinase for 1 hour at 37°C. 50mM sodium chloride, 10mM Tris-HCl, PH8.0, 10mM magnesium chloride and 10mM β
- 5 μg of single-stranded (ss) M13-β1 DNA by heating this kinased primer (12 pmoles) at 67°C for 5 min and 42°C for 25 min in 50 μl of a mixture containing mercaptoethanol. A hybrid was formed. The annealed mixture was then cooled on ice and supplemented with 0.5mM each deoxynucleotide triphosphate (dNTP), 80mM Tris-HCl,
Add to 50 μl of a reaction mixture containing pH 7.4, 8 mM magnesium chloride, 100 mM sodium chloride, 9 units of DNA polymerase Klenow fragment, 0.5 mM MATP and 2 units of T4 DNA ligase and incubate at 37°C for 3 hours.
and incubated for 2 hours at 25°C. The reaction was then stopped by phenol extraction and ethanol precipitation. DNA in 10mM Tris-HCl, PH8.0,
10mM ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), 50%
It was dissolved in sucrose and 0.05% bromophenyl blue and subjected to electrophoresis on a 0.8% agarose gel in the presence of 2 μg/ml ethidium bromide. M13−β1
Percolate DNA band corresponding to RF type [RWDavis]
3. “Advanced Bacterial Genetics”
Genetics), Cold Spring Harbor Laboratory, NY 178-179 (1980)]. The eluted DNA was used to transform competent JM103 cells, the bacteria were grown overnight, and ssDNA was isolated from the culture supernatant. This ssDNA was used as a template in the second cycle of primer extension, and the gel-purified RF form was
The DNA is transformed into competent JM103 cells, plated on agar plates, and incubated overnight to obtain phage plaques. Example 3 Site-Directed Mutagenesis The experiment of Example 2 above is repeated. However, as a synthetic oligonucleotide primer, it is possible to change codon 17 of the IFN-β gene from one encoding cysteine to one encoding threonine.
Use GCAATTTTCAGACTCAG. Example 4 Site-Specific Deletion The experiment of Example 2 above is repeated. However, as a synthetic oligonucleotide primer, it is possible to delete codon 17 of the IFN-β gene.
Use AGCAATTTTCAGCAGAGCTCCTG. Example 5 Screening and identification of mutagenized plaques Plates with mutated M13-β1 plaques (Example 1) and unmutated M13-
The two plates containing β1 phage plaques were cooled to 4°C and the plaques from each plate were placed onto two nitrocellulose round filters, and in the case of the first filter, the dry filter was placed onto an agar plate for 5 minutes. In the case of the second filter, transfer was carried out in layers for 15 minutes. The filters were then placed on thick filter paper soaked in 0.2NNaOH, 1.5M sodium chloride and 0.2% Triton X-100 for 5 minutes;
Neutralization was achieved by layering on filter paper soaked in 0.5M Tris-HCl, PH7.5, and 1.5M sodium chloride for an additional 5 minutes. The filters were washed in a similar manner twice on filters soaked in 2×SSC (standard citrate), dried, and dried in a vacuum drying oven at 80° C. for 2 hours. 10ml per filter with duplicate filters
DNA hybridization buffer (5x SSC), PH
7.0, 4x Denhard solution (polyvinylpyrrolidone,
Ficoll and bovine serum albumin, 1× = 0.02 each
%), 0.1% sodium dodecyl sulfate (SDS),
50mM sodium phosphate buffer, PH7.0 and 100μg/
ml of denatured salmon sperm DNA for 4 hours at 55°C.
Prehybridization was performed. A 32P -labeled probe was created by underkinase treatment of the oligonucleotide primer with 32P -labeled ATP. The filters were hybridized to 32 P-labeled primer 3.5 x 105 cpm/ml in 5 ml of DNA hybridization buffer per filter for 24 hours at 55°C. 30% each in wash buffer containing 0.1% SDS and decreasing amounts of SSC.
Filters were washed at 55°C for minutes. Filters were first washed with buffer containing 2x SSC, and control filters containing non-mutated M13-β1 plaques were examined for the presence of radioactivity using a Geiger counter. The SSC concentration was decreased stepwise and the filters were washed until no detectable radioactivity remained on the control filter with unmutated M13-β1 plaques. The minimum concentration of SSC used was 0.1×SSC. Filters were air dried and autoradiographed at -70°C for 2-3 days. 480 mutated M13-β1 plaques and 100 nonmutated control plaques were screened with a kinased oligonucleotide probe. None of the control plaques hybridized to the probe, while five mutated M13-β1 plaques hybridized to the probe. One of the five mutant M13-β1 plaques (M13-SY2501) was picked and inoculated onto JM103 culture medium. ssDNA was prepared from the supernatant and double-stranded (ds) DNA from the cell pellet.
ssDNA was used as a template for dideoxy sequencing of clones using M13 universal primers. The results of the sequencing analysis are shown in FIG.
This result confirms that the TGTcys codon was converted to an AGTser codon. Example 6 Expression of mutant IFN-β in E. coli RF DNA from M13-SY2501 was digested with restriction enzymes.
Digested with Hind and Xho and the 520 bp insert was purified on a 1% agarose gel. Plasmid pTrp3 containing the E. coli trp promoter (Figure 7)
was digested with the enzymes Hind and BamHI and purified.
It was mixed with the M13-SY2501 fragment and ligated in the presence of T4 DNA ligase. In addition, the plasmid
pTrp3 connects the EcoRI site of lasmid pBR322 with Hind
It was created by inserting the E. coli trp promoter between the
etc., Proc.Natl.Acad.sci.USA, Vol81, 5662−
5666, 1984). Concatenate the DNA to E. coli
It was transformed into MM294 strain. Ampicillin-resistant transformants were screened for sensitivity to the drug tetracycline. Plasmid DNA from five ampicillin-resistant and tetracycline-sensitive clones was digested with Hinf to screen for the presence of the M13-SY2501 insert. Figure 8a shows one of the clones (pSY2501).
The Hinf restriction pattern is shown and is compared to the Hinf pattern of the original IFN-β clone, pβ1trp. As expected, pSY2501
has an additional Hinf site and a 197bp IFN-β
The internal fragment was divided into a 169 bp fragment and a 28 bp fragment (Figure 8b). The restriction map of clone pSY2501 is shown in FIG. Complete copy of the mutant IFN-β gene
The DNA sequence is shown in Figure 10 along with the predicted amino acid sequence. The plasmid, designated clone pSY2501, has been deposited at the Agricultural Research Culture Collection (NRRL), Fermentation Research Institute, Northern Research Center, U.S. Department of Agriculture, Service of Science and Education, 1815 North University Street, Peoria, Illinois 60604. has been done. The designated deposit numbers are CMCC1533 and NRRLB-
It is number 15356. Cultures of pSY2501 and pβ1trp (including progeny)
The cells were grown to an optical density (OD 600 ) of 1.0. Cell-free extracts were prepared and the amount of antiviral activity of IFN-β was assayed using GM2767 cells using a microtiter assay. The extract of clone pSY2501 is from pβ1trp to
The clone showed 10 times higher activity (Table 1).
It is shown that either pSY2501 synthesizes a larger amount of protein exhibiting IFN-β activity, or that the protein produced has a higher specific activity. Table 1 Extract Antiviral Activity (units/ml) pSY2501 6×10 5 pβ1trp 1×10 5 ptrp3 (control) 30 To determine whether clone pSY2501 was synthesizing several times more active protein, both clones were The extracts were subjected to electrophoresis on SDS polyacrylamide gels along with control extracts, and the gels were stained with Coomassie blue to develop the proteins. As shown in Figure 11, approximately
There was only one protein band corresponding to a protein of 18,000 daltons. Although this protein has a molecular weight of approximately 20,000 daltons, it exhibits a gel migration pattern of a protein of 18,000 daltons, and purification of this protein from extracts of pβ1trp revealed that IFN-β
I knew in advance that this would be the case. Since the amount of this protein is lower in the extract of pSY2501 than in the extract of pβ1trp, the specific activity of the protein in the extract of clone pSY2501 is higher than that of clone pβ1trp. Example 7 Purification of IFM-βser17 E.
IFN-βser17 was recovered from E. coli. E. coli was grown in the following growth medium to an optical density of 10-11 at 680 nm (8.4 g/dry weight). [Table] Harvest 9.9 (9.9Kg) of transformed E. coli
Cooled to 20° C., the crop was concentrated by passing through a cross-flow filter with an average pressure drop of −110 kpa and a constant filtrate flow rate of 260 ml per minute until the filtrate weight was 8.8 Kg. The concentrate (approximately 1) was poured into a container and cooled to 15°C. Heat the concentrate at 5℃, approx.
The bacterial cells in the concentrate were disrupted by passing it through a Manton-Gorlin homogenizer at 69,000 kpa.
Phosphate buffered saline, PH7.4 (PBS) 1
The homogenizer was washed with water and the wash was added to the crush to give a final volume of 2. This volume was subjected to continuous centrifugation at 12000xg with a flow rate of 50ml per minute. The solids were separated from the supernatant and resuspended in PBS4 containing 2% by weight SDS. After stirring this suspension for 15 minutes at room temperature, there was no visible suspension. The solution was then extracted with 2-butanol at a 1:1 volume ratio of 2-butanol:solution. The extraction was carried out in a liquid-liquid phase separator using a flow rate of 200 ml per minute. The organic phase was then separated and evaporated to dryness, yielding 21.3 g of protein. This was resuspended in distilled water at a volume ratio of 1:10. The recovered product was assayed for human IFN-β activity using a protection against viral cytopathic effects (CPE)-based assay. This assay was performed in microtiter plates. Fill each container with a minimum of 50μ of the basic doubler, and put the materials in the first container.
25μ was added, and subsequent dilutions of 1:3 were carried out continuously. Virus (vesicular stomatitis), cells (human fibroblast GM-2767 line) and standard IFN-β control group were loaded onto each plate. Standard IFN-β at 100 units per ml was used.
The plate was then irradiated with ultraviolet light for 10 minutes. After irradiation, 100μ of cell suspension (1.2 × 10 cells per ml)
was added to each container and the trays were incubated for 18-24 hours. Virus solution was added at 1 plaque forming unit per cell to each vessel except the cell control plate. Trays were incubated until the virus control showed 100% CPE. This usually occurred 18-24 hours after adding the virus solution. Standard IFN-
The assay results were interpreted in terms of the location of the β control 50% CPE container. From this point, interferon titers were determined for all samples on the plate. The specific activity of the recovered product was determined to be 5×10 7 U/ml. Example 8 Purification by acid precipitation and chromatography The method of Example 7 was repeated, except that the extraction,
After separation of the aqueous and organic phases and mixing of the organic phase with PBS in a volume ratio of 3:1, the PH of the mixture was lowered to about 5 by addition of glacial acetic acid. The resulting precipitate
Separate by centrifugation at 10,000-17,000 x g for 15 min and pellet in 10% W/V SDS, 10mM
DTT was redissolved in 50mM sodium acetate buffer, PH5.5 and heated to 80°C for 5 minutes. The solution is then converted using a Beckman gradient system to
Brownlee RP-300, 10 μM, applied to an “Aquapore” column. Buffer A was 0.1% trifluoroacetic acid (TFA) in water and buffer B was 0.1% TFA in acetonitrile. Detection was by UV absorbance at 280 nm. Solvent program is 0 in 3 hours
The gradient was linear from % Buffer B to 100% Buffer B. The fractions containing the highest interferon activity were pooled, and the specific activity of this pooled interferon preparation was approximately 2 x 10 8 international units per mg of protein in native IFN-β.
It was determined to be between 9.0×10 7 and 3.8×10 8 U/ml. Example 9 Biochemical characterization of IFN-βser17 The amino acid composition was determined after subjecting 40 μg of the sample to hydrolysis in 200 μl of 5.7NHCl, 0.1% phenol at 108° C. for 24-72 hours. Proline and cysteine were determined in the same manner after performic acid oxidation. In this case, phenol was omitted from the hydrolysis. Tryptophan was prepared by diluting 400 μl of the sample in 5.7N hydrochloric acid, 10% mercaptoacetic acid (no phenol) for 24 hours.
Analyzed after time hydrolysis. Analysis is AA10
Beckman 121MB using a single column of resin
The analysis was performed using an amino acid analyzer. Purified IFN-βser17
The amino acid composition calculated from representative 24-, 48-, and 72-hour acid hydrolysis of the cloned IFN gene, except for the lack of the N-terminal methionine,
This is in good agreement with that predicted by the DNA sequence. Amino acid terminus of purified IFN
The amino acid sequence of the first 58 residues from sample 0.7
mg on a Beckman 890C sequencer using 0.1 M Quadrol buffer. PTH Amino Acid Artex Ultrasphere
It was determined by reverse-phase high pressure liquid chromatography (HPLC) using an ODS column (4.6 x 250 mm) at 45°C, eluting with 40% buffer B for 1.3 minutes and 40-70% buffer B for 8.4 minutes. Here, buffer A is
0.0115M sodium acetate, 5% tetrahydrofuran (THF), PH 5.11, and buffer B was 10% THF in acetonitrile. The determined N-terminal amino acid sequence of IFN-βser17 corresponds to the predicted sequence predicted from the DNA sequence, except for the absence of the N-terminal methionine. As shown above, IFN-βser17 preparations exhibit activity very close to or even superior to the specific activity level of native IFN-β. IFN-βser17 has no free sulfhydryl groups, but exhibits one -S-S- bond between the remaining cysteines only at positions 31 and 141. Proteins do not easily form oligomers and are considered to be essentially in monomeric form. The IFN-βser17 obtained according to the invention, as a single product or as a mixture of various types, is inert, non-toxic, non-allergenic and can be prepared into pharmaceutically acceptable formulations in a physiologically acceptable carrier medium. Can be prescribed for clinical and therapeutic use in cancer therapy or in conditions where interferon therapy is indicated.
It can also be used for viral infections. Such vehicles include, but are not limited to, distilled water, saline, Ringer's solution, Hank's solution, and the like. Other non-toxic stabilizing and solubilizing additives such as dextrose, HSA (human serum albumin), etc. may also be optimally included. Therapeutic formulations can be administered orally or parenterally, such as by intravenous, intramuscular, intraperitoneal and subcutaneous administration. The modified IFN-β formulations of the present invention can also be used for topical application in suitable vehicles commonly utilized for topical applications. The main advantage of the above-mentioned IFN-β muteins is that IFN-β muteins
The free sulfhydryl group (-SH group) at position 17 of β is eliminated, which allows the mutein to form the correct disulfide bond between cys31 and cys141, clearly resulting in full biological activity. I am getting the necessary conformation. IFN-
Due to the increased specific activity of βser17, lower doses can be used for treatment. By deleting the cysteine at position 17 and eliminating the free -SH group,
IFN-βser17 protein is an IFN-β protein produced by microorganisms.
It does not form dimers or oligomers as easily as β. This facilitates purification of the protein and enhances its stability. Example 10 (Reference example) The nucleotide sequence of a cDNA clone encoding human IL-2, the procedure for constructing an IL-2 cDNA library, and the procedure for screening this for IL-2 are described by Taniguchi (Taniguchi).
T.), Nature (1983), Vol. 24, pp. 305 onwards. A cDNA library enriched for potential IL-2 cDNA clones was created from the enriched IL-2 mRNA fraction obtained from induced peripheral blood lymphocytes (PBL) and Jyakkat cells by conventional procedures. To enrich mRNA for IL-2, the mRNA was fractionated and the fraction was injected into immature oocytes of Xenopus laevis, and the IL-2 activity of the oocyte lysate was measured in HT-2 cells. This was done by confirming the fraction with IL-2 mRNA activity [J.Watson, J.Exp.Med.
(1979) Vol. 150, pp. 1570-1519 and S. Gillis et al., J. Immun. (1978) Vol. 120, pp. 2027-
2032 pages]. Example 11 (Reference Example) Screening and identification of IL-2 cDNA clones IL-2 cDNA clones were isolated using colony hybridization method.
2 cDNA libraries were screened. Each microtiter plate was copied by a replica method onto a layered nitrocellulose filter paper (S&S type BA-85), and grown on L agar containing 50 μg/ml ampicillin at 37° C. for 14 to 16 hours. By lysing the colonies and sequentially treating them with 500mM sodium hydroxide, 1.5M sodium chloride for 5 minutes.
DNA was fixed on the filter and washed twice with 5x standard citrate solution (SSC) for 5 minutes each. The filter was air dried and oven dried at 80°C for 2 hours. Add 10 ml of DNA hybridization buffer (50% formamide, 5x
SSC, PH7.0, 5x Denhard's solution (polyvinylpyrrolidine, Ficoll and bovine serum albumin; 1
x = 0.2% each), 50mM sodium phosphate buffer, pH 7.0, 0.2% SDS, 20μg/ml polyU and 50μg/ml modified salmon sperm DNA for 6-8 hours at 42°C. A 20-mer oligonucleotide probe labeled with 32 P was created based on the IL-2 gene sequence reported by Taniguchi (supra). The nucleotide sequence of the probe is
It was GTGGCCTTCTTGGGCATGTA. Samples were hybridized for 24-36 hours at 42°C with 5 ml of DNA hybridization buffer per filter containing the 32 PcDNA probe. The filters were washed twice for 30 min each at 50°C with 2x SSC, 0.1% SDS, then washed with 1x SSC and 0.1% SDS at 90°C.
Wash at 50°C for 2 min each, air dry, and dry at -70°C for 2 min.
Autoradiographed for ~3 days. Positive clones were identified and rescreened with the probe. Clones of sufficient length were identified by restriction enzyme mapping and IL-
This was confirmed by comparison with the sequence of 2 cDNA clones. Example 12 (Reference Example) Cloning of IL-2 gene into M13 vector Using the plasmid pLW1 (Fig. 12) containing the IL-2 gene under the control of the E. coli trp promoter, the procedure described in Example 1 was carried out. Similarly, the IL-2 gene was cloned into M13mp9. The pLW1 sample is
August 4, 1983, 12301 Parklawn Drive, Lockeville, Maryland 20852;
It was deposited with the American Type Culture Collection and designated ATCC No. 39405. IL-2
The restriction map of one clone containing the insert (designated M13-IL-2) is shown in FIG. Single-stranded phage DNA was generated from clone M13-IL-2 and used as a template for oligonucleotide-directed mutagenesis. Example 13 (Reference Example) Oligonucleotide-Directed Mutagenesis As described above, IL-2 is located at amino acid positions 58, 105.
and contains a cysteine residue at 125. IL-2
Based on the nucleotide sequence of the portion of the gene containing codons for these three cysteine residues, three oligonucleotide primers were designed and synthesized to mutate the codons for these residues into codons for serine. did. These oligonucleotides have the following sequences. Change cys58 CTTCTAGAGACTGC AGA
TGTTTC (DM27) Change cys105 CATCAGCATACTC AGA
CATGAATG (DM28) Change cys125 GATGATGCTCTG AGA
AAAGGTAATC (DM29) 0.1mM ATD, 50mM Tris-HCl, PH8.0,
Forty pmoles of each oligonucleotide were separately kinased in 50 μl for 1 hour at 37° C. in the presence of 10 mM magnesium chloride, 5 mM DTT and 9 units of T4 kinase. Kinase-treated primers (10
picomole) each, 100mM sodium chloride,
5 min at 67°C and 25 min at 42°C in 15 μl of a mixture containing 20mM Tris-HCl, PH 7.9, 20mM magnesium chloride and 20mM β-mercaptoethanol.
ssM13−IL− by heating for min.
Hybridization was performed on 2.6 μg of 2DNA. Cool the annealed mixture on ice and then add 0.5mM
Each dNTP, 17mM Tris-HCl (PH7.9), 17mM
Magnesium chloride, 83mM sodium chloride,
17mM β-mercaptoethanol, 5 units of DNA polymerase IKlenow fragment, 0.5mMATP, and
Reaction mixture containing 2 units of T4 DNA ligase
A final volume of 25 μl was prepared and incubated at 37° C. for 5 hours. Stop the reaction by heating to 80℃,
The reaction mixture was used to transform competent JM103 cells, plated on agar plates, and cultured overnight to obtain phage plaques. Example 14 (Reference Example) Screening and identification of mutagenized phage plaques Plates containing mutagenized M13-IL-2 plaques and non-mutagenized M13-
Two plates containing IL-2 phage plaques were cooled to 4°C and the phage plaques from each plate were transferred onto two nitrocellulose circular filters, and in the case of the first filter, the dried filter was transferred to an agar plate. Transfer for 5 minutes on top and 15 minutes in the case of the second filter. The filter was then placed on thick filter paper soaked in 0.2N sodium hydroxide, I5M sodium chloride and 0.2% Triton for 5 minutes, then soaked in 0.5M Tris-HCl (PH7.5).
Neutralization was achieved by layering on filter paper soaked in 1.5M NaCl for an additional 5 minutes. Filter in the same way, 2x
It was washed twice on a filter soaked in SSC, dried, and then dried in a vacuum drying oven at 80°C for 2 hours. Add a layered filter to 10 ml per filter of DNA hybridization buffer (5x SSC), pH 7.0, 4x Denhard's solution (polyvinylpyrrolidine, Ficoll and bovine serum albumin, 1x = 0.02% each), 0.1%.
Prehybridization was performed with SDS, 50mM sodium phosphate buffer (PH7.0) and 100μg/ml denatured salmon sperm DNA for 4 hours at 42°C. P-labeled probes were created by kinase treatment of oligonucleotide primers with labeled ATP. 5ml per filter
8 hours at 42°C in DNA hybridization buffer.
The filter was hybridized to 0.1×10 5 cpm/ml of 32 P-labeled primer. 0.1% SDS
and twice for 30 min each at 50 °C in wash buffer containing 0.1% SDS and 0.2x SSC.
Filters were washed twice in SSC at 50°C for 30 minutes each. Air dry the filter and store at -70℃ for 2~
It was subjected to autoradiography for 3 days. Oligonucleotide primer DM28 and
DM29 is new to the mutagenized clone
RF-DNA from several clones hybridized with these kinased primers was digested with the restriction enzyme Dde, as it was designed to create a DdeI restriction site (Table 14). hybridized with primer DM28 and mutagenized with a new Dde restriction site.
One of the M13-IL-2 plaques (M13-LW44) was picked up and inoculated into a JM103 culture, ssDNA was prepared from the culture supernatant, and dsRF-IL-2 was extracted from the cell pellet.
DNA was prepared. Similarly, plaques hybridized with primer DM29 (M13-
LW46) will be taken up, and from now on, ssDNA and RF−
DNA was prepared. Oligonucleotide primer DM27 is designed to create a new Pst restriction site in place of the Dde position. Plaques hybridized to this primer were therefore screened for the presence of new Pst sites. One such phage plaque was identified (M13-LW42) and ssDNA and RF-
DNA was prepared from this. For target cysteine
To confirm that the TGT codon was converted to a TCT codon for serine, the DNA obtained from all three clones was sequenced. Example 15 (Reference Example) Recloning of the Mutagenic IL-2 Gene for Expression in E. coli M13-LW42, M13-LW44, and M13-
Restriction enzyme Hind of RF-DNA from LW46
and Ban and the insert was purified from a 1% agarose gel. Similarly, plasmid pTrp3
(Fig. 7) was digested with Hind and Ban, and the large plasmid fragment containing the trp promoter was purified on an agarose gel.
Each of the inserts isolated from LW44 and M13-LW46 were ligated. The ligated plasmid was transformed into competent E. coli strain K-12MM294.
Plasmid DNA from these transformants was analyzed by restriction enzyme mapping and plasmid
The existence of pLW42, pLW44, and pLW46 was confirmed. Figure 14 is a restriction map of pLW46. To induce the trp promoter, each of these individual clones was grown in the absence of tryptophan, the cell-free extracts were analyzed on an SDS-polyacrylamide gel, and the three clones pLW42, pLW44 and
All of pLW46 was shown to synthesize a 14.5 Kd protein similar to that found in the positive control pLW21, which was demonstrated to synthesize a 14.4 Kd IL-2 protein. When these same extracts were assayed for IL-2 activity in mouse HT-2 cells, clones
Only pLW21 (positive control) and pLW46 were found in significant amounts.
It exhibits IL-2 activity (Table 2 below), and cys58 and
cys105 is required for biological activity, and converting it to serine (pLW42 and
This means that biological activity is lost due to pLW44). while cys125 uses this as ser125
(pLW46) does not affect biological activity, so it must be unnecessary for activity. Table 15a shows the nucleotide sequence of the coding strand of clone pLW46. Compared to the coding strand of the natural human IL-2 gene, clone pLW46 has a single base change from G to C at nucleotide 374.
Figure 15b shows the corresponding amino acid sequence of the IL-2 mutein encoded by pLW46. This mutein is called IL-2ser125. Compared to natural IL-2, muteins have serine instead of cysteine at position 125. E. coli K-12MM294 transformed with pLW46
Strain samples were sent to the American Type Culture Collection, 12301 Parklawn Drive, Lockeville, Maryland 20852, United States on September 26, 1983.
Collection) and designated ATCC No. 39, 452. Cysteine at position 125 is deleted or replaced with another amino acid, such as mutein IL-2ser125
IL-2 muteins retain IL-2 activity. Therefore, it can be formulated and used in the same way as these natural IL-2s. Therefore, such muteins are useful in the diagnosis and treatment of bacterial, viral, parasitic, protozoan, and fungal infections, in the development of lymphokines or immunodeficiency, and in the reconstitution of normal immune function in older humans and animals. , enzyme amplification, radiolabeling,
The development of diagnostic assays, such as radioimaging and other methods known in the art to monitor IL-2 levels in pathological conditions, has led to the development of therapeutic and diagnostic in vivo applications that block lymphokine receptor sites. It is useful for promoting T cell growth outside the home and for various other therapeutic, diagnostic, and research applications. human IL
-2 for various therapeutic and diagnostic applications, see S.A. Rosenberg,
E.A. Grimm et al., A. Mazumder et al., and E.A. Grimm and S.A. Rosenberg have reported research. IL-2 can be used by itself or in combination with other immunologically engaged B or T cells or other therapeutic agents. For therapeutic or diagnostic use, they can be formulated in non-toxic, non-allergenic, physiologically acceptable carrier media such as distilled water, Ringer's solution, Hank's solution, physiological saline and the like. Administration of IL-2 muteins to humans or animals can be oral, or intraperitoneal or intramuscular or subcutaneous, as deemed appropriate by the physician. Examples of relevant cells are B or T cells, natural killer cells, etc. Examples of therapeutic reagents that can be used in combination with the polypeptides of the invention are various interferons,
Especially gamma interferon, B cell growth factor,
IL-1 etc.
第1図は、IFN−βのアミノ酸配列図である。
第2図は、オリゴヌクレアーゼ指示された突然変
異誘発による突然変異株IFN−β遺伝子の調製を
示す略図である。第3図は、IFN−β遺伝子を含
むプラスミドpβ1trpの図である。第4図は、クロ
ーニングベクターM13mp8フアージの図である。
第5図は、クローンM13−β1の制限地図を示す。
第6図は、コード領域で一つの塩基の変化を示す
突然変異IFN−βser17遺伝子の配列順序決定ゲル
パターンを示す。第7図は、発現プラスミド
pTrp3の図である。第8a図は、クローン
pSY2501のHinfI制限パターンを示し、第8b図
は生ずるその二つの169bp及び28bp断片を示す。
第9図は、クローンpSY2501の制限地図である、
第10図は、ムテインIFN−βser17を暗号づける
DNA配列と、これに対応するアミノ酸配列を示
す。第11図は、クローンpSY2501及びpβ1trpの
抽出液におけるIFN−βser17に対応する単一の
18000ダルトンの蛋白質バンドを示す。第12図
は、E.コリtrpプロモーターの制御下にヒトイン
ターロイキン−2(IL−2)遺伝子を含有するプ
ラスミドpLW1の図である。第13図は、フアー
ジクローンM13−IL2の制限地図である。第14
図は、プラスミドpLW46の制限地図である。第
15a及び15b図は、クローンpLW46のコー
ド鎖のヌクレオチド配列、及びIL−2ser125と称
するIL−2ムテイの対応するアミノ酸配列をそ
れぞれ示す。
FIG. 1 is an amino acid sequence diagram of IFN-β.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the preparation of mutant IFN-β genes by oligonuclease-directed mutagenesis. FIG. 3 is a diagram of plasmid pβ1trp containing the IFN-β gene. FIG. 4 is a diagram of the cloning vector M13mp8 phage.
Figure 5 shows the restriction map of clone M13-β1.
FIG. 6 shows a sequencing gel pattern of a mutant IFN-βser17 gene showing a single base change in the coding region. Figure 7 shows the expression plasmid
FIG. 3 is a diagram of pTrp3. Figure 8a shows the clone
The Hinfl restriction pattern of pSY2501 is shown and Figure 8b shows its two resulting 169 bp and 28 bp fragments.
Figure 9 is a restriction map of clone pSY2501.
Figure 10 encodes the mutein IFN-βser17.
The DNA sequence and the corresponding amino acid sequence are shown. Figure 11 shows a single protein corresponding to IFN-βser17 in extracts of clones pSY2501 and pβ1trp.
A protein band of 18,000 daltons is shown. FIG. 12 is a diagram of plasmid pLW1 containing the human interleukin-2 (IL-2) gene under the control of the E. coli trp promoter. FIG. 13 is a restriction map of Phage clone M13-IL2. 14th
The figure is a restriction map of plasmid pLW46. Figures 15a and 15b show the nucleotide sequence of the coding strand of clone pLW46 and the corresponding amino acid sequence of an IL-2 mute designated IL-2ser125, respectively.
Claims (1)
ン残基が他のアミノ酸残基により置き換えられて
いるか又は欠失している変形されたインターフエ
ロン−βをコードするDNA。 2 前記システイン残基がセリン、スレオニン、
グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロ
イシン、ヒスチジン、チロシン、フエニルアラニ
ン、トリプトフアン又はメチオニンで置き換えら
れている変形されたインターフエロン−βをコー
ドする特許請求の範囲第1項に記載のDNA。 3 天然インターフエロン−βの17位のシステイ
ン残基が他のアミノ酸残基により置き換えられて
いるか又は欠失している変形されたインターフエ
ロン−βをコードするDNAを含有するプラスミ
ド。 4 前記システイン残基がセリン、スレオニン、
グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロ
イシン、ヒスチジン、チロシン、フエニルアラニ
ン、トリプトフアン又はメチオニンで置き換えら
れている変形されたインターフエロン−βをコー
ドするDNAを含有する特許請求の範囲第3項に
記載のプラスミド。 5 天然インターフエロン−βの17位のシステイ
ン残基が他のアミノ酸残基により置き換えられて
いるか又は欠失している変形されたインターフエ
ロン−βをコードするDNAを含有するプラスミ
ドにより形質転換された大腸菌。 6 前記システイン残基がセリン、スレオニン、
グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロ
イシン、ヒスチジン、チロシン、フエニルアラニ
ン、トリプトフアン又はメチオニンで置き換えら
れている変形されたインターフエロン−βをコー
ドするDNAを含有するプラスミドにより形質転
換された特許請求の範囲第5項に記載の大腸菌。 7 前記システイン残基がセリン残基により置き
換えられておりそしてグリコシル化されていない
インターフエロン−βを生産する、特許請求の範
囲第5項又は6項に記載の大腸菌。[Scope of Claims] 1. A DNA encoding modified interferon-β in which the cysteine residue at position 17 of natural interferon-β is replaced with another amino acid residue or deleted. 2 The cysteine residue is serine, threonine,
2. DNA according to claim 1, encoding a modified interferon-β which is substituted with glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, histidine, tyrosine, phenylalanine, tryptophan or methionine. 3. A plasmid containing DNA encoding modified interferon-β in which the cysteine residue at position 17 of natural interferon-β is replaced with another amino acid residue or deleted. 4 The cysteine residue is serine, threonine,
Claim 3 containing DNA encoding a modified interferon-β which is substituted with glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, histidine, tyrosine, phenylalanine, tryptophan or methionine. Plasmid. 5 Transformed with a plasmid containing DNA encoding a modified interferon-β in which the cysteine residue at position 17 of natural interferon-β is replaced with another amino acid residue or deleted. E. coli. 6 The cysteine residue is serine, threonine,
Claims transformed with a plasmid containing DNA encoding a modified interferon-β in which glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, histidine, tyrosine, phenylalanine, tryptophan or methionine are substituted. E. coli according to Section 5. 7. E. coli according to claim 5 or 6, wherein the cysteine residue is replaced by a serine residue and produces non-glycosylated interferon-β.
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