KR20090029841A - 당단백질의 생산 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세포 배양물 내에서 당단백질을 대규모로 생산하기 위한 개선된 시스템을 제공한다. 본 발명에 따라서, 당단백질을 발현하는 세포를 대략 10 내지 600nM 농도의 망간을 함유하는 배지 내에서 성장시킨다. 이러한 시스템의 사용은 증가된 글리코실화 패턴 및/또는 자연적으로 존재하는 당단백질의 글리코실화 패턴을 보다 정확하게 반영하는 글리코실화 패턴을 가진 당단백질의 생산을 가능하게 한다. 본 발명에 따라 발현된 당단백질은 약제학적 조성물의 제조시 유리하게 사용될 수 있다.

당단백질 생산, 망간 함유 배지, 글리코실화 패턴

Description

당단백질의 생산{Production of glycoproteins}

본 발명은 망간을 포함하는 세포 배양 배지 내에서 당단백질을 생산하는 방법, 및 이러한 방법에서 사용하기 위한 세포 배양 배지에 관한 것이다.

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2006년 7월 13일자로 출원된 미국 가특허원 제60/830,658호와 함께 공동계류중이고 상기 특허원과 한 명 이상의 공동 발명자를 공유하며 상기 특허원에 대한 우선권을 청구하고, 상기 특허원은 전문이 본원에 참조로서 인용된다.

단백질 및 폴리펩타이드는 점점 중요한 치료제가 되고 있다. 대부분의 경우에, 이들 단백질 및 폴리펩타이드는, 일반적으로 높은 수준의 목적하는 특정 단백질 또는 폴리펩타이드를 생산하기 위해 조작되고/되거나 선택된 세포로부터의 세포 배양물내에서 생산된다. 세포 배양 조건의 조절 및 최적화는 단백질 및 폴리펩타이드의 성공적인 상업적 생산에 매우 중요하다.

세포 배양물에서 생산된 많은 단백질 및 폴리펩타이드는 올리고사카라이드 쇄를 포함하는 공유 결합된 탄수화물 구조를 함유하는 당단백질이다. 이들 올리고사카라이드 쇄는 소포체 및 골지체에서 N-결합 또는 O-결합을 통해 단백질에 결합되어 있다. 올리고사카라이드 쇄는 당 단백질 덩어리의 상당한 부분을 포함할 수 있다. 올리고사카라이드 쇄는 당단백질의 정확한 폴딩을 촉진하고, 단백질-단백질 상호작용을 매개하며, 안정성을 부여하고, 유리한 약동학적 및/또는 약력학적 특성을 부여하며, 단백질 분해를 억제하고, 당단백질을 적절한 분비 경로로 표적화하며 당단백질을 특정 기관 또는 기관들로 표적화함을 포함하여, 당단백질의 작용에 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다.

일반적으로, N-결합된 올리고사카라이드 쇄는 소포체의 내강에서 초기의 이동중인 단백질에 부가된다(참조: 본원에 참조로 인용된, Molecular Biology of the Cell, by Alberts et al., 1994). 올리고사카라이드는 Asn-X-Ser/Thr(여기서, X는 프롤린을 제외한 임의의 아미노산일 수 있다)의 표적 컨센서스(consensus) 서열내 함유된 아스파라긴 잔기의 측쇄 상의 아미노 그룹에 부가된다. 초기 올리고사카라이드 쇄는 일반적으로 소포체내에서 특정 글리코시다제 효소에 의해 트리밍(trimming)되어 N-아세틸글루코사민 및 3개의 만노즈 잔기로 구성된 짧은 측쇄 코어 올리고사카라이드를 생성한다.

소포체내에서 초기 프로세싱 후, 당단백질은 작은 소낭을 통해 골지체로 이동하며, 여기서, 올리고사카라이드 쇄는 세포 표면에 분비되기 전에 추가로 프로세싱된다. 트리밍된 N-결합된 올리고사카라이드 쇄는 몇가지 만노즈 잔기의 부가에 의해 변형되어 고-만노즈 올리고사카라이드를 생성할 수 있다. 또는, N-아세틸글 루코사민의 하나 이상의 모노사카라이드가 코어 만노즈 서브유닛에 부가되어 복합체 올리고사카라이드를 형성할 수 있다. 갈락토즈가 N-아세틸글루코사민 서브유닛에 부가되고, 시알산 서브유닛이 갈락토즈 서브유닛에 부가되어 시알산, 갈락토즈 또는 N-아세틸글루코사민 잔기 중 어느 것에서 종결되는 쇄가 생성될 수 있다. 또는, 푸코즈 잔기가 코어 올리고사카라이드의 N-아세틸글루코사민 잔기에 부가될 수 있다. 이들 부가 각각은 특정의 글리코실 트랜스퍼라제에 의해 촉매된다.

N-결합된 글리코실화 경로에 의해 변형되는 것 외에, 당단백질은, 또한 이들이 골지체내에서 프로세싱되면서, O-결합된 올리고사카라이드 쇄의 특정 세린 또는 트레오닌 잔기에의 부가에 의해 변형될 수 있다. O-결합된 올리고사카라이드의 잔기는 한번에 부가되며 각각의 잔기의 부가는 특정의 효소에 의해 촉매된다. N-결합된 글리코실화와는 대조적으로, O-결합된 글리코실화에 대한 컨센서스 아미노산 서열은 덜 충분히 정의되어 있다.

단백질 글리코실화의 궁극적인 품질 및 정도는 세포 배양 조건에 의해 현저히 영향받을 수 있다. 예를 들어, 전통적인 배치(batch) 및 공급-배치(feed-batch) 배양 과정은 생산된 펩타이드의 궁극적인 수준에 초점이 맞추어져 있으며 흔히 덜 광범위한 글리코실화 패턴 및/또는 이의 올리고사카라이드 쇄의 당 잔기가 당단백질의 자연적으로 존재하는 형태에 존재하는 당 잔기에 불량하게 영향을 미치는 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질의 생산을 초래한다. 글리코실화도의 증가 및/또는 천연 형태의 당단백질내 존재하는 글리코실화의 수준 및 조성을 보다 밀접하게 반영하기 위한 당 잔기 조성의 조절은 효능이 보다 크고, 약동학적 및/또는 약 력학적 특성이 개선되어 있으며 부작용이 거의 없는 치료학적 당단백질 제제를 강력하게 생성할 수 있다. 세포 배양물 내에서 생산된 당단백질의 글리코실화의 품질 및 양을 개선시키기 위한 일부 노력이 있어왔지만, 추가의 개선이 요구되고 있다. 제한 배지(defined medium)내에서 세포 배양에 의해 글리코실화 패턴이 개선된 당단백질을 생산하기 위한 시스템의 개발은 특히 요구되고 있다.

발명의 개요

본 발명의 방법 및 조성물은 세포 배양물 내에서 글리코실화 패턴이 개선된 당단백질의 대규모 생산을 위한 개선된 시스템을 제공한다. 예를 들어, 특정 양태에서, 본 발명은 대략 10 내지 600nM의 몰 누적 농도의 망간을 함유하는 배지를 이용하는 산업적 규모(예를 들면, 500L 이상)의 배양 방법을 제공한다. 특정 양태에서, 배지중 몰 누적 글루타민 농도는 대략 8mM 미만이다. 특정 양태에서, 배지중 몰 누적 글루타민 농도는 대략 4mM 미만이다. 위에서 사용된 "누적"은 배양 개시에 가해진 성분 및 후속적으로 가해진 성분을 포함하는, 세포 배양의 과정에 걸쳐 가해진 특정 성분 또는 성분들의 총량을 말한다. 본 발명의 특정 양태에서, 배양물의 "공급물"을 시간에 걸쳐 최소화시키는 것이 바람직하므로, 초기에 존재하는 양을 최대화하는 것이 바람직하다. 물론, 배지 성분들은 배양 동안 대사됨으로써 동일한 누적량의 제공된 성분을 갖는 배양물은, 이들 성분들이 상이한 시간(예를 들면, 초기에 존재하는 모두 대 공급물로 가해진 일부)에 가해지는 경우, 상이한 절대 수준을 가질 것이다.

본 발명에 따라서, 이러한 배지의 사용은 바람직한 글리코실화 패턴을 함유하는 당단백질이 생산되게 한다. 일부 양태에서, 당단백질은 보다 광범위한 글리코실화 패턴을 가질 수 있고/있거나 천연 숙주 세포에 의해 당단백질에 적용된 올리고사카라이드 쇄의 분포와 보다 밀접하게 유사한 올리고사카라이드 쇄의 분포를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 본 발명의 시스템의 사용은, 당단백질이 외인성 사람 세포내에서 발현되는 경우 존재할 글리코실화 패턴과 유사하거나 또는 동일한 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질의 생산을 초래할 수 있다.

당업자는, 본 발명의 배지 제형이 제한 배지 및 복합 배지 둘다를 포함한다는 것을 이해할 것이다. 특정 양태에서, 배양 배지는, 배지의 조성이 공지되어 있고 조절되는 제한 배지이다.

일부 양태에서, 세포를 본원에서 참조로 인용된 미국 가특허원 제60/605,097호에 기술된 하나 이상의 조건하에서 성장시킨다. 일부 양태에서, 세포를 본원에서 참조로 인용된 미국 가특허원 제11/213,308호에 기술된 하나 이상의 조건하에서 성장시킨다.

본 발명의 세포 배양물은 호르몬 및/또는 성장 인자, 특정 이온(예: 나트륨, 클로라이드, 칼슘, 망간 및 포스페이트), 완충제, 비타민, 뉴클레오사이드 또는 뉴클레오타이드, 미량 성분(일반적으로 매우 낮은 최종 농도로 존재하는 무기 화합물), 아미노산, 지질 또는 글루코스 또는 기타 에너지원을 포함하는 기타 배지 성분 및/또는 영양물로 임의로 보충될 수 있다. 특정 양태에서, 헥사메틸렌-비스(아세트아미드)("HMBA") 및 나트륨 부티레이트("NaB")와 같은 화학 유도인자로 배지를 보충하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 임의의 보충물은 배양 개시시에 가할 수 있거나 또는 고갈된 영양분을 보충하기 위해 나중 시점에 또는 다른 이유로 가해질 수 있다. 일반적으로, 본 발명에 따라서 보충물이 최소화되도록 초기 배지 성분을 선택하는 것이 바람직하다.

도 1은 UF/DF 잔류 물질내 글리코시드화 활성의 시험을 나타낸다. 각각의 실험의 경우, 다양한 K4 및 K4' 종을 나타내는 막대는 좌측부터 우측으로 K4(Fuc-GlcNAc-Gal-SA), K4'(Fuc-GlcNAc-Gal), K4'(Fuc-GlcNAc) 및 K4'(Fuc)이다.

도 2는 진탕 플라스크 배양(Shake Flask Culture)에서 생성된 rFIX에 있어서의 K4 종의 분포를 나타낸다. 각각의 실험의 경우, 각종 K4 및 K4' 종을 나타내는 막대는 좌측부터 우측으로 K4(Fuc-GlcNAc-Gal-SA), K4'(Fuc-GlcNAc-Gal), K4'(Fuc-GlcNAc) 및 K4'(Fuc)이다.

도 3은 각종 배지 첨가물이 있는 진탕 플라스크 배양물로부터의 K4 종의 분포를 나타낸다. 각각의 실험의 경우, 각종 K4 및 K4' 종을 나타내는 막대는 좌측부터 우측으로 K4(Fuc-GlcNAc-Gal-SA), K4'(Fuc-GlcNAc-Gal), K4'(Fuc-GlcNAc) 및 K4'(Fuc)이다.

도 4는 배지가 보충된 진탕 플라스크 배양물의 K4 종의 분포를 나타낸다. 각각의 실험의 경우, 각종 K4 및 K4' 종을 나타내는 막대는 좌측부터 우측으로 K4(Fuc-GlcNAc-Gal-SA), K4'(Fuc-GlcNAc-Gal), K4'(Fuc-GlcNAc) 및 K4'(Fuc)이다.

도 5는 각종 배지 첨가물이 있는 진탕 플라스크 배양물로부터의 K4 종의 분포를 나타낸다. 각각의 실험의 경우, 각종 K4 및 K4' 종을 나타내는 막대는 좌측부터 우측으로 K4(Fuc-GlcNAc-Gal-SA), K4'(Fuc-GlcNAc-Gal), K4'(Fuc-GlcNAc) 및 K4'(Fuc)이다.

도 6은 다양한 망간 수준에서 진탕 플라스크 배양물로부터의 K4 종의 분포를 나타낸다. 각각의 실험의 경우, 각종 K4 및 K4' 종을 나타내는 막대는 좌측부터 우측으로 K4(Fuc-GlcNAc-Gal-SA), K4'(Fuc-GlcNAc-Gal), K4'(Fuc-GlcNAc) 및 K4'(Fuc)이다.

도 7은 G0, G1 및 G2 HPAEC-PED 피크에 대한 총 피크 면적의 퍼센트의 그래프상 비교를 나타낸다. 각각의 실험의 경우, 복합체 N-결합된 바이안테나리(biantennary) 글리칸을 나타내는 막대는 좌측부터 우측으로 G0, G1 및 G2이다.

도 8은 G0, G1 및 G2 HPAEC-PED 피크에 대한 총 피크 면적의 퍼센트의 그래프상 비교를 나타낸다. 각각의 실험의 경우, 복합체 N-결합된 바이안테나리 글리칸을 나타내는 막대는 좌측부터 우측으로 G0, G1 및 G2이다.

정의

"아미노산": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "아미노산"은 폴리펩타이드 또는 이의 아미노산 또는 비-자연적으로 존재하는 아미노산의 유사체 또는 유도체의 형성에 일반적으로 사용된 20개의 자연적으로 존재하는 아미노산 중 어느 하나를 말한다. 본 발명의 아미노산은 세포가 배양된 배지 내에 제공된다. 배지내에 제공된 아미노산은 염 또는 수화물 형태로 제공될 수 있다.

"항체: 본원에 사용된 것으로서 용어 "항체"는 면역글로불린 분자 또는 면역글로불린 분자의 면역학적으로 활성인 부위, 즉, Fab 또는 F(ab')₂ 단편과 같이 항원에 특이적으로 결합하는 항원 결합 부위를 함유하는 분자를 말한다. 특정 양태에서, 항체는 당업자에게 공지된 대표적인 천연 항체, 예를 들면, 4개의 폴리펩타이드 쇄: 2개의 중쇄 및 2개의 경쇄를 포함하는 당단백질이다. 특정 양태에서, 항체는 단일쇄 항체이다. 예를 들면, 일부 양태에서, 단일쇄 항체는 2개 이상의 구성원의 중쇄 및/또는 경쇄가 예를 들면, 펩타이드 결합을 통해 공유 결합되어 있는 대표적인 천연 항체의 변이체를 포함한다. 특정 양태에서, 단일쇄 항체는 중쇄 및 경쇄로 이루어진 2개의 폴리펩타이드 쇄 구조를 갖는 단백질이며, 당해 쇄는 예를 들면, 쇄내 펩타이드 링커에 의해 안정화되어 있으며, 당해 단백질은 항원에 특이적으로 결합하는 능력을 가진다. 특정 양태에서, 항체는 예를 들면, 라마(llama) 및 낙타를 포함하는 카멜리다에과(Camelidae family)의 구성원에서 자연적으로 발견된 것과 같이 단지 중쇄만을 포함하는 항체이다[참조: 카스테르만(Casterman) 등의 미국 특허 제6,765,087호, 카스테르만 등의 미국 특허 제6,015,695호, 카스테르만 등의 미국 특허 제6,005,079호, 이들 내용 전체는 각각 본원에 참조로 인용된다]. 본원에 사용된 것으로서, 용어 "모노클로날 항체" 및 "모노클로날 항체 조성물"은 항원 결합 부위의 단지 하나의 종만을 함유함으로써 일반적으로 단일 에피토프 또는 특정 항원과 상호작용하는 항체 분자의 집단을 말한다. 따라서, 모노클로날 항체 조성물은 통상적으로 이들이 면역반응하는 특정 에피토프에 대한 단일의 결합 친화성을 나타낸다. 용어 "폴리클로날 항체" 및 "폴리클로날 항체 조성물"은 특정 항원과 상호작용하는 항원 결합 부위의 다수의 종을 함유하는 항체 분자의 집단을 말한다.

"배치 배양(Batch culture)": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "배치 배양"은, 배지(하기 "배지"의 정의 참조) 및 세포 자체를 포함하는, 세포를 배양하는데 있어 궁극적으로 사용될 모든 성분들이 배양 과정의 개시에 제공되는 세포의 배양 방법을 말한다. 배치 배양은 통상적으로 동일한 시점에 중지되며 배지 중 세포 및/또는 성분들은 수거되어 임의로 정제된다.

"생물반응기": 본원에 사용된 것으로 용어 "생물반응기"는 포유동물 세포 배양물의 성장에 사용되는 임의의 용기를 말한다. 생물반응기는, 이것이 포유동물 세포의 배양에 사용되는 한 임의의 크기일 수 있다. 통상적으로, 이러한 생물반응기는 1리터 이상이고 10, 100, 250, 500, 1000, 2500, 5000, 8000, 10,000, 12,000 리터 이상, 또는 이들 사이의 어떠한 용적일 것이다. pH, 용존 산소 및 온도를 포함하나, 이에 한정되지 않는 생물반응기의 내부 조건은 통상적으로 배양 기간 동안 조절된다. 생물반응기는 유리, 플라스틱 또는 금속을 포함하여, 본 발명의 배양 조건하에 배지 내에 현탁된 포유동물 세포 배양물을 유지시키는데 적합한 어떠한 물질로도 구성될 수 있다. 본원에 사용된 것으로서, 용어 "생산 생물반응기"는 목적하는 당단백질의 생산에 사용되는 최종 생물반응기를 말한다. 생산 생물반응기의 용적은 통상적으로 500 리터 이상이며 1000, 2500, 5000, 8000, 10,000, 12,000 리터 이상이거나, 또는 이들 사이의 어떠한 용적이다. 당업자들은 본 발명을 실시하는데 있어 사용하기에 적합한 생물반응기를 알고 선택할 수 있을 것이다.

"세포 밀도": 본원에 사용된 것으로서, "세포 밀도"는 제공된 용적의 배지내에 존재하는 세포의 수를 말한다.

"세포 생존성": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "세포 생존성"은 배양 조건 또는 실험 변수의 제공된 세트하에 생존하는 배양물중 세포의 능력을 말한다. 본원에 사용된 것으로서 용어는 또한 특정 시간에 배양물중 생존 및 사멸한 세포의 총 수와 관련하여 이 시기에 살아있는 세포의 비율을 말한다.

"복합 배지": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "복합 배지"는 이의 정체 또는 양이 알려져 있지 않거나 또는 조절되지 않은 하나 이상의 성분을 함유하는 배지를 말한다.

"배양물", "세포 배양물": 본원에 사용된 것으로서, 이들 용어는 세포 집단의 생존 및/또는 성장에 적합한 조건하에 배지(하기 "배지"의 정의 참조) 내에서 현탁된 세포 집단을 말한다. 당업자에게 명백할 바와 같이, 특정 양태에서, 본원에 사용된 것으로서 이들 용어는, 세포 집단 및 이러한 집단이 현탁된 배지를 포함하는 배합물을 말한다. 특정 양태에서, 세포 배양의 세포는 포유동물 세포를 포함한다.

"제한 배지": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "제한 배지"는, 배지의 조성이 공지되고 조절된 배지를 말한다.

"공급-배치 배양": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "공급-배치 배양"은, 추가의 성분들이 배양 과정의 개시시에 또는 배양 과정의 개시에 이후에 제공되는 세포의 배양 방법을 말한다. 이렇게 제공된 성분들은 통상적으로 배양 과정동안 고갈된 세포에 대한 영양성분을 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 이러한 추가의 성분은 보충 성분(하기 "보충 성분"의 정의 참조)을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 추가의 성분들은 공급 배지(하기 "공급 배지"의 정의 참조)로 제공된다. 공급-배치 배양은 통상적으로 일부 시점에서 정지되며, 배지중 세포 및/또는 성분들은 수거되어 임의로 정제된다.

"공급 배지": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "공급 배지"는 세포 배양의 개시 후에 가해진 성장하는 포유동물 세포에게 영양분을 주는 영양성분을 함유하는 용액을 말한다. 공급 배지는 초기 세포 배양 배지에 제공된 것들과 동일한 성분들을 함유할 수 있다. 또는, 공급 배지는 초기 세포 배양 배지에 제공된 것들외에 하나 이상의 추가의 성분들을 함유할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 공급 배지는 초기 세포 배양 배지 내에 제공된 하나 이상의 성분이 결여될 수 있다. 특정 양태에서, 공급 배지의 하나 이상의 성분들은, 이들 성분들이 초기 세포 배양 배지 내에 제공되는 농도 또는 수준과 동일하거나 또는 유사한 농도 또는 수준으로 제공된다. 특정 양태에서, 공급 배지 중 하나 이상의 성분들은, 이들 성분들이 초기 세포 배양 배지로 제공되는 농도 또는 수준과는 상이한 농도 또는 수준에서 제공된다. 대표적인 공급 배지를 표 2에 제시하지만, 본 발명은 이들 배지의 사용에 제한되지 않는다. 당업자들은, 대안의 공급 배지가 사용되고/되거나 특정의 변형이 표 2에 열거된 대표적인 공급 배지의 조성에 대해 이루어질 수 있음을 인지할 것이다. 특정 양태에서, 공급 배지는 보충 성분(하기 "보충 성분"의 정의 참조)을 함유한다.

"단편": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "단편"은 제공된 폴리펩타이드의 독특하거나 또는 특징적인 폴리펩타이드의 임의의 별개의 부분으로서 정의되는 폴리펩타이드를 말한다. 예를 들어, 본원에 사용된 것으로서 용어는 완전한 길이의 폴리펩타이드에서 발견된 확립된 서열 요소를 적어도 포함하는 제공된 폴리펩타이드의 임의의 부분을 말한다. 특정 단편에서, 서열 요소는 완전한 길이의 폴리펩타이드의 적어도 4 내지 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50개 이상의 아미노산에 걸쳐있다. 대안으로 또는 추가로, 본원에 사용된 것으로서의 용어는 완전한 길이의 폴리펩타이드의 적어도 하나의 활성의 적어도 한 분획을 보유하는 제공된 폴리펩타이드의 별개의 임의의 부분을 말한다. 특정 양태에서, 보유된 활성의 분획은 완전한 길이의 폴리펩타이드의 활성의 적어도 10%이다. 특정 양태에서, 보유된 활성의 분획은 완전한 길이의 폴리펩타이드의 활성의 적어도 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% 또는 90%이다. 특정 양태에서, 보유된 활성의 분획은 완전한 길이의 폴리펩타이드의 활성의 적어도 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99%이다. 특정 양태에서, 단편은 완전한 길이의 폴리펩타이드의 활성의 100% 이상을 보유한다. 특정 양태에서, 본 발명의 단편은 글리코실화 부위로서 제공되는 펩타이드 서열을 함유한다. 일부 양태에서, 본 발명의 단편은 글리코실화 부위의 일부를 함유함으로써, 글리코실화 부위의 다른 부위를 함유하는 다른 단편에 연결되는 경우, 작용적 글리코실화 부위가 재구성된다.

"유전자": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "유전자"는 이의 적어도 일부분이 별개의 최종 생성물을 암호화하나, 통상적으로 폴리펩타이드에 한정되지 않는 임의의 뉴클레오타이드 서열, DNA 또는 RNA를 말하며, 이는 세포 대사 또는 발생의 일부 측면에서 작용한다. 임의로, 유전자는 폴리펩타이드 또는 다른 별개의 최종 생성물을 암호화하는 것이 아니라, 또한 발현의 기본 수준을 조절하는 암호화 서열(하기 "유전자 조절 요소"의 정의 참조)의 앞쪽 및/또는 뒷쪽 영역을 포함하는 암호화 서열 및/또는 개개의 암호화 분절("엑손")사이의 개재서열(intervening sequence: "인트론")을 포함한다.

"유전자 조절 요소": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "유전자 조절 요소"는 작동가능하게 연결되어 있는 서열의 발현을 조절하는 임의의 서열 요소를 말한다. 유전자 조절 요소는 발현 수준을 증가시키거나 또는 감소시킴으로써 작용할 수 있고 암호화 서열 앞에, 내부에 또는 후에 위치할 수 있다. 유전자 조절 요소는 예를 들면, 세포내에서, 전사의 개시, 연장 또는 종결, mRNA 스플라이싱(splicing), mRNA 에디팅(editing), mRNA 안정성, mRNA 국재화, 해독의 개시, 연장 또는 종결, 또는 유전자 발현의 특정의 다른 단계를 조절함으로써 유전자 발현의 특정 단계에서 작용할 수 있다. 유전자 조절 요소는 개별적으로 또는 서로 함께 작용할 수 있다.

"당단백질": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "당단백질"은 하나 이상의 공유 결합된 올리고사카라이드 쇄를 함유하는 단백질 또는 폴리펩타이드를 말한다. 올리고사카라이드 쇄는 단일의 당 잔기, 당 잔기의 단일의 직쇄로 구성될 수 있거나 또는 1회 이상 측쇄된 당 잔기의 쇄로 구성될 수 있다. 특정 양태에서, 올리고사카라이드 쇄는 N-결합되어 있다. 특정 양태에서, 올리고사카라이드 쇄는 O-결합되어 있다.

"글리코실화 패턴": 용어 "글리코실화 패턴"은 제공된 당단백질 또는 당단백질들의 관찰된 글리코실화를 말한다. 올리고사카라이드 쇄내 공유 결합된 당 잔기를 다수 갖는 당단백질은 증가되거나 또는 보다 광범위한 글리코실화 패턴을 갖는 것으로 일컬어진다. 역으로, 올리고사카라이드 쇄내에 보다 적은 공유결합된 당 잔기를 갖는 당단백질은 감소되거나 또는 덜 광범위한 글리코실화 패턴을 갖는 것으로 일컬어진다. 본원에 사용된 것으로서, 용어 "글리코실화 패턴"은 본 발명의 교시에 따라서 발현된 개개의 당단백질상의 몇가지 상이한 글리코실화 패턴의 특징적인 분포를 말한다. 이러한 의미에서, 증가된 글리코실화 패턴은 발현된 당단백질의 글리코실화 패턴의 특징적인 분포에 있어서의 증가를 의미한다.

"숙주 세포": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "숙주 세포"는 본원에 기술된 바와 같은 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질을 생산하는 본 발명에 따라 조작된 세포를 말한다. 일부 양태에서, 숙주 세포는 포유동물 세포이다.

"하이브리도마": 본원에 사용된 것으로서 용어 "하이브리도마"는 무한증식 세포와 항체-생산 세포의 융합으로부터 생성되는 세포 또는 세포의 후손을 말한다. 이러한 수득되는 하이브리도마는 항체를 생산하는 무한증식 세포이다. 하이브리도마를 생성하는데 사용되는 개개 세포는 랫트, 돼지, 토끼, 양, 돼지, 염소 및 사람을 포함하나, 이에 한정되지 않는 임의의 포유동물 공급원으로부터 기원할 수 있다. 특정 양태에서, 하이브리도마는 트리오마(trioma) 세포주이며, 이는, 사람 세포와 쥐 흑색종 세포주사이의 융합체의 생성물인, 이종하이브리드 흑색종 융합체의 후손이 형질세포와 후속적으로 융합된 경우 수득된다. 특정 양태에서, 하이브리도마는 예를 들면, 쿼드로마(quadroma)와 같이 항체를 생산하는 무한증식 하이브리드 세포주이다(참조: Milstein et al., Nature, 537:3053, 1983).

"배지", "세포 배양 배지", "배양 배지": 본원에 사용된 이들 용어는 성장하는 포유동물 세포에게 양분을 주는 영양분을 함유하는 용액을 말한다. 통상적으로, 이러한 용액은 최소 성장 및/또는 생존에 요구되는 필수 및 비-필수 아미노산, 비타민, 에너지원, 지질 및 미량 원소를 제공한다. 이러한 용액은 또한 호르몬 및/또는 기타 성장 인자, 특히 이온(예: 나트륨, 클로라이드, 칼슘, 마그네슘 및 포스페이트), 완충액, 비타민, 뉴클레오사이드 또는 뉴클레오타이드, 미량 성분(일반적으로 매우 적은 최종 농도로 존재하는 무기 화합물), 아미노산, 지질 및/또는 글로코즈 또는 다른 에너지원을 포함하나, 이에 한정되지 않는 상기 성장 및/또는 생존을 최소율로 향상시키는 보충 성분(하기 "보충 성분"의 정의 참조)을 함유할 수 있다. 특정 양태에서, 배지는 유리하게는 세포 생존 및 증식에 최적인 pH 및 염 농도로 제형화된다. 대표적인 배양 배지를 표 1에 제시하지만, 본 발명은 이들 배지의 사용에 한정되지 않는다. 당업자는, 대안의 배양 배지가 사용될 수 있고/있거나 특정의 변형이 표 1에 열거된 대표적인 배양 배지의 조성으로 제조될 수 있음을 인지할 것이다. 특정 양태에서, 배지는 세포 배양의 개시 후에 가해지는 공급 배지이다(상기 "공급 배지"의 정의 참조).

"폴리펩타이드": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "폴리펩타이드"는 펩타이드 결합을 통해 함께 결합된 아미노산의 연속 쇄를 말한다. 당해 용어는 임의의 길이의 아미노산 쇄를 말하는데 사용되나, 당업자들은, 당해 용어가 긴 쇄에 제한되지 않으며 펩타이드 결합을 통해 함께 결합된 2개의 아미노산을 포함하는 최소한의 쇄를 말할 수 있음을 이해할 것이다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 폴리펩타이드는 프로세싱되고/되거나 변형된다. 예를 들어, 폴리펩타이드는 글리코실화될 수 있다(상기 "당단백질"의 정의 참조).

"단백질": 본원에 사용된 것으로서 용어 "단백질"은 별개의 단위로서 작용하는 하나 이상의 폴리펩타이드를 말한다. 단일 폴리펩타이드가 별개의 작용 단위이고 별개의 작용 단위를 형성하기 위하여 다른 폴리펩타이드와 영구적인 또는 일시적인 물리적 연합을 필요로 하지 않는 경우, 용어 "폴리펩타이드" 및 "단백질"은 상호교환적으로 사용될 수 있다. 별개의 작용 단위가 서로 물리적으로 연합된 하나 이상의 폴리펩타이드를 포함하는 경우, 용어 "단백질"은 별개의 단위로서 함께 물리적으로 커플링되어 작용하는 다수의 폴리펩타이드를 말한다.

"재조합적으로 발현된 당단백질" 및 "재조합 당단백질": 본원에 사용된 당해 용어들은 이러한 당단백질을 발현하기 위해 사람의 손으로 조작된 숙주 세포로부터 발현된 당단백질을 말한다. 특정 양태에서, 숙주 세포는 포유동물 세포이다. 특정 양태에서, 이러한 조작은 하나 이상의 유전적 변형을 포함한다. 예를 들어, 포유동물 숙주 세포는 발현시킬 당단백질을 암호화하는 하나 이상의 이종 유전자를 도입시킴에 의해 유전적으로 변형될 수 있다. 이종의 재조합적으로 발현된 당단백질은 포유동물 숙주 세포에서 정상적으로 발현된 당단백질과 동일하거나 또는 유사할 수 있다. 이종의 재조합적으로 발현된 당단백질은 또한 숙주 세포에 대해 외부, 즉 포유동물 숙주 세포에서 정상적으로 발현된 당단백질과 이종일 수 있다. 특정 양태에서, 이종의 재조합적으로 발현된 당단백질은, 당단백질의 일부가 포유동물 숙주 세포에서 정상적으로 발현된 당단백질과 동일하거나 또는 유사한 아미노산 서열을 함유하지만, 다른 부위는 숙주 세포에 대해 외부인 키메라성(chimeric)이다. 또는, 포유동물 숙주 세포는 하나 이상의 이종 유전자의 활성 또는 상향조절에 의해 유전적으로 변형될 수 있다.

"보충 성분": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "보충 성분"은 호르몬 및/또는 다른 성장 인자, 특히 이온(예: 나트륨, 클로라이드, 칼슘, 마그네슘 및 포스페이트), 완충액, 비타민, 뉴클레오사이드 또는 뉴클레오타이드, 미량 성분(매우 적은 최종 농도로 일반적으로 존재하는 무기 화합물), 아미노산, 지질 및/또는 글루코스 또는 다른 에너지 공급원을 포함하나, 이에 한정되지 않는 상기 성장 및/또는 생존을 최소율로 향상시키는 성분을 말한다. 특정 양태에서, 보충 성분을 초기 세포 배양물에 가할 수 있다. 특정 양태에서, 보충 성분을 세포 배양이 개시된 후에 가할 수 있다.

"역가": 본원에 사용된 것으로서, 용어 "역가"는 제공된 양의 배지 용적에서 포유동물 세포 배양에 의해 생산된 재조합적으로 발현된 당단백질의 총량을 말한다. 역가는 통상적으로 배지 밀리리터당 당단백질의 밀리그람의 단위로 나타낸다.

특정 양태의 상세한 설명

본 발명은 세포 배양물에서 당단백질을 생산하기 위한 개선된 시스템을 제공한다. 특히, 바람직한 글리코실화 패턴을 함유하는 당단백질의 생산을 가져오는 시스템이 제공된다. 예를 들어, 당단백질은 보다 집중된 글리코실화 패턴을 가지고/가지거나 천연의 숙주 세포에 의해 당단백질에 적용된 올리고사카라이드 쇄의 분포를 보다 밀접하게 모방하는 올리고사카라이드 쇄의 분포를 지닐 수 있다. 일부 양태에서, 본 발명의 시스템의 사용은, 당단백질이 내인성 사람 세포내에서 발현되는 경우 존재할 수 있는 글리코실화 패턴과 유사하거나 또는 동일한 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질을 생산할 수 있다. 본 발명의 특정 양태는 하기에 상세히 논의되어 있다. 그러나, 당업자들은, 이러한 양태들의 각종 변형이 첨부된 청구의 범위의 범위내에 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위를 정의하는 청구의 범위 및 이의 동등물은 특정 양태의 이러한 기술에 또는 이러한 기술에 의해 한정되지 않으며 한정되어서는 안된다.

배지 조성

광범위한 포유동물 성장 배지를 본 발명에 따라 사용할 수 있다. 특정 양태에서, 세포는 각종의 화학적 제한 배지 중 하나에서 성장시킬 수 있으며, 여기서, 배지의 성분들은 공지되어 있고 조절된다. 특정 양태에서, 세포는 복합 배지 내에서 성장시킬 수 있으며, 여기서, 배지의 모든 성분들은 공지되어 있고/있거나 조절된다.

포유동물 세포 배양용 화학적 제한 성장 배지는 지난 수십 년 동안 집중적으로 개발되고 공개되어 왔다. 제한 배지 중 모든 성분들은 잘 특성화되어 있으며, 이러한 제한 배지는 혈청 또는 가수분해물과 같은 복합 첨가물을 함유하지 않는다. 초기 배양 제형은 단백질 생산에 대한 관심이 거의 없거나 또는 전혀없이 세포 성장 및 생존성 유지를 위해 개발되어 왔다. 최근에, 배지 제형은 높은 생산성의 재조합 단백질 및/또는 당단백질 생산 세포 배양을 지지하는 발현 목적으로 개발되어 왔다.

통상적으로 제한 배지는 수중에 공지된 농도의 대략 50개 화학 물질로 이루어진다. 이들 중 대부분은 또한 인슐린, IGF-1, 트랜스페린 또는 BSA와 같은 하나 이상의 잘 특성화된 단백질을 함유하지만, 다른 것은 단백질 성분을 요구하지 않으며, 따라서 무단백질(protein-free) 제한 배지라고 한다. 배지의 화학 성분들은 5개의 광범위한 범주에 속한다: 아미노산, 비타민, 무기 염, 미량 성분 및 정돈된 범주화를 무시하는 뒤섞인 범주.

미량 성분들은 마이크로몰 또는 낮은 수준으로 포함된 각종의 무기 염으로 이루어져 있다. 거의 모든 제한 배지에 존재하는 미량 성분들에 가장 일반적으로 포함된 4개는 철, 아연, 셀레늄 및 구리이다. 철(제1철 또는 제2철 염) 및 아연이 통상적으로 미세몰 농도로 가해지는 반면, 다른 것들은 일반적으로 나노몰 농도이다. 다수의 덜 일반적인 미량 성분들은 일반적으로 나노몰 농도로 가해진다.

망간은 흔히 2가 양이온(MnCl₂ 또는 MnSO₄)으로서 미량 성분 중에 포함된다. 제한 배지의 초기 버전에서, 이는 빠져있거나 또는 1 μM 정도로 고 농도로 포함되었다(참조: 예를 들면, Barnes and Sato, 1980 [Medium DMEM/F12] 및 Kitos et. al., 1962 [Medium MD 705/1]). 보다 최근에 개발된 제한 배지에서, 망간은 일반적으로 포함되었으나, 보다 적은 농도, 예를 들면, 1 내지 5 nM 범위로 포함되었다(참조: 예를 들면, Hamilton and Ham, 1977 [Medium MCDB 301] 및 Cleveland and Erlanger, 1988 [unnamed medium]).

본 발명은, 이들 극한 농도사이의 망간 농도를 함유하는 제한 배지에서 성장한 세포의 배양물로 생산된 당단백질이, 세포가 위에서 기술한 것들과 같은 전통적인 배지에서 성장하는 경우보다 더 광범위한 글리코실화 패턴을 함유한다는 발견을 포함한다. 특정 양태에서, 망간은 배지에 약 10 내지 600nM의 농도로 제공된다. 특정 양태에서, 망간은 배지 내에 약 20 내지 100 nM의 농도로 제공된다. 특정 양태에서, 망간은 약 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590 또는 600 nM, 또는 이들 농도내의 어떠한 범위로도 제공된다.

본 발명은 또한 비교적 낮은 수준의 글루타민을 함유하는 제한 배지에서 성장한 세포의 배양물에 의해 생산된 당단백질이, 세포를 보다 높은 수준의 글루타민을 함유하는 전통적인 배지에서 성장시킨 경우보다 보다 광범위한 글리코실화 패턴을 함유한다는 발견을 포함한다. 특정 양태에서, 배지중 글루타민의 초기 수준은 약 8 mM 이하이다. 특정 양태에서, 배지중 글루타민의 초기 수준은 약 4 mM 이하이다.

당업자들은 당단백질이 발현되는 세포의 특성, 생산될 당단백질의 특성 및 세포가 상장하는 배지내 기타 성분들의 존재 또는 부재를 포함하는 당업자의 실험 설계의 특정 기여도를 기준으로 이들 발명 범위내에서 정확한 망간 농도를 선택할 수 있을 것이다. 예를 들어, N-결합된 및 O-결합된 구조사이의 차이점 또는 이들 광범위한 부류 각각내 특정 올리고사카라이드 구조사이의 차이점은 보다 광범위하고/하거나 보다 자연적인 올리고사카라이드 쇄를 생산하기 위하여 성장 배지 내에서 상이한 망간 농도를 필요로 할 수 있다.

당단백질

숙주 세포내에서 발현될 수 있는 어떠한 당단백질도 본 발명의 교시에 따라서 생산할 수 있다. 당단백질은 숙주 세포에 대해 내인성인 유전자, 또는 숙주 세포내로 도입된 이종 유전자로부터 발현될 수 있다. 당단백질은 자연적으로 존재하는 것일 수 있거나, 또는 사람의 조작에 의해 조작되거나 또는 선택된 서열을 가질 수 있다. 생산될 당단백질은 자연적으로 개별 존재하는 폴리펩타이드 단편으로부터 어셈블리될 수 있으며, 이들 중 하나 이상은 글리코실화 부위로서 제공하는 펩타이드 서열을 함유한다. 또는, 각각의 폴리펩타이드 단편은 단지 글리코실화 부위만을 가질 수 있으며, 이 부위는 펩타이드 단편의 어셈블리시 재구성된다. 추가로 또는 대안으로, 조작된 당단백질은, 조작된 당단백질이 글리코실화 부위로 제공하는 하나 이상의 펩타이드 서열을 함유하는 한, 자연적으로 존재하지 않는 하나 이상의 단편을 포함할 수 있다.

본 발명에 따라 바람직하게 발현될 수 있는 당단백질은 흔히 목적에 따라, 또는 유용한 생물학적 또는 화학적 활성에 따라 선택될 것이다. 예를 들어, 본 발명은 어떠한 약제학적으로 또는 산업적으로 관련된 효소, 수용체, 항체, 호르몬, 조절 인자, 항체, 결합제 등을 발현시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 생산될 수 있는 당단백질의 다음 목록은 사실상 단지 예이며, 한정하는 인용으로 의도되지 않는다. 당업자는, 어떠한 당단백질도 본 발명에 따라 발현될 수 있음을 이해할 것이며 당업자의 특정 요구도를 기준으로 생산될 특정 당단백질을 선택할 수 있을 것이다.

응고 인자

응고 인자는 약제 및/또는 상업적 제제로서 효과적인 것으로 밝혀져왔다. 혈우병과 같은 질병의 치료시 재조합 응고 인자의 제공된 중요성, 본 발명에 따라서 재조합적으로 생산된 응고 인자들의 글리코실화 패턴의 최적화는 특히 중요하다. 예를 들어, 응고 인자 IX(인자 IX 또는 "FIX")는 단일쇄 당단백질이며, 이의 결핍은 환자의 혈액이 응고할 수 없는 질환인, 혈우병을 초래한다. 따라서, 출혈을 야기하는 어떠한 작은 상처도 잠재적으로 생명을 위협하는 사건이다.

FIX는 활성화 펩타이드의 방출에 의해서 2쇄 세린 프로테아제(인자 IXa)로 활성화될 수 있는 단일쇄 자이모겐(zymogen)으로서 합성된다. 인자 IXa의 촉매적 도메인은 중쇄내에 위치한다(참조: Chang et al., J. Clin. Invest., 100:4, 1997, 본원에서 참조로 인용). FIX는 N-결합되고 O-결합된 탄수화물 둘다를 포함하는 다수의 글리코실화 부위를 갖는다. 세린 61에서 하나의 특정한 O-결합된 구조(Sia-α2,3-Gal-β1,4-GlcNAc-β1,3-Fuc-α1-O-Ser)는 일단 FIX에 독특한 것으로 고려되나 포유동물 및 드로소필라(Drosophila)에서 노치(Notch) 단백질을 포함하는 적은 다른 분자상에서 발견된다[참조: Maloney et al, Journal of Biol. Chem., 275(13), 2000]. 세포 배양물에서 차이니즈 햄스터 난소("CHO") 세포에 의해 생산된 FIX는 세린 61 올리고사카라이드 쇄내에서 일부 가변성을 나타낸다. 이러한 상이한 당형태 및 다른 잠재적인 당형태는 상이한 능력을 지님으로써 사람 또는 동물에게 투여되는 경우 응고를 유도할 수 있고/있거나 혈액내에서 안정성이 상이하여 응고가 효과적이지 않도록 할 수 있다.

혈우병 B로부터 임상적으로 구별할 수 없는 혈우병 A는 단일쇄 자이모겐으로서 합성된 후 2쇄 활성형으로 프로세싱되는 다른 당단백질인, 사람 응고 인자 VIII내 결함으로 유발된다. 본 발명은 또한 이의 응고 활성을 조절하기 위하여 응고 인자 VIII의 글리코실화 패턴을 조절하거나 또는 변경시키는데 사용될 수 있다. 생산될 수 있고 이의 글리코실화 패턴을 본 발명에 따라 조절하거나 또는 변경시킬 수 있는 다른 당단백질 응고 인자는 예를 들면, 조직 인자 및 폰 빌레브란트 인자(von Willebrands factor)를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

항체

항체는 특정 항원에 특이적으로 결합하는 능력을 지닌 단백질이다. 현재 약제 또는 다른 상업적 제제로서 사용중이거나 또는 시험중에 있는 다수의 항체의 제공, 본 발명에 따라 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 항체의 생산이 특히 중요한다. 또한, 글리코실화 패턴이 상이한 항체는, 이들이 투여되는 개개인에서 면역 반응을 개시하지 않는 경향이 있으므로, 보다 효과적인 치료학적 방법을 가능하게 한다. 추가로 또는 대안으로, 이의 불변 영역에서 글리코실화 패턴이 상이한 항체는 개선된 약력학적 또는 약동학적 효과기 작용을 나타낼 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 글리코실화 패턴이 상이한 항체는, 이들이 생산되는 세포 배양 조건하에서, 예를 들면, 세포 배양물 속의 프로테아제 또는 기타 성분들에 대해 보다 내성이어서 보다 안정할 수 있으므로, 최종 역가가 더욱 높은 항체가 생산된다.

숙주 세포에서 발현될 수 있는 어떠한 항체도 본 발명의 교시에 따라 사용될 수 있다. 일부 양태에서, 발현될 항체는 모노클로날 항체이다. 특정 양태에서, 모노클로날 항체는 키메라 항체이다. 키메라 항체는 하나 이상의 유기체로부터 기원한 아미노산 단편을 함유한다. 키메라 항체 분자는 예를 들면, 마우스, 랫트 또는 기타 종의 항체로부터의 항원 결합 도메인과 사람 불변 영역을 포함할 수 있다. 키메라 항체를 제조하기 위한 각종의 시도는 기술되어 있다(참조: 예를 들면, Morrison et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 81, 6851, 1985; Takeda et al., Nature 314, 452, 1985, Cabilly et al., 미국 특허 제4,816,567호; Boss et al., 미국 특허 제4,816,397호; Tanaguchi et al., 유럽 특허 공보 제EP171496호; 유럽 특허공보 제0173494호, 영국 특허 제GB 2177096B호, 이들 각각은 본원에 참조로 인용되어 있다).

일부 양태에서, 모노클로날 항체는 사람화된 항체이다. 사람화된 항체는 키메라 항체이며, 여기서, 아미노산 잔기의 대부분은 사람 항체에서 기원하므로, 사람 환자에게 전달되는 경우 어떠한 잠재적 면역 반응도 최소화시킨다. 사람화된 항체에서, 초가변 영역내 아미노산 잔기는 바람직한 항원 특이성 또는 친화성을 부여하는 비-사람 종으로부터의 잔기로 치환된다. 특정 양태에서, 사람화된 항체는 사람 항체에 대해 80, 85, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99% 이상 동일한 아미노산 서열을 갖는다. 특정 양태에서, 사람화된 항체는 보존적 치환, 컨센서스 서열 치환, 생식계열(germline) 치환 및/또는 역돌연변이의 도입에 의해 최적화된다. 이러한 변경된 면역글로불린 분자는 당해 분야에 공지된 몇가지 기술 중 어느 것에 의해 달성할 수 있다(참조: Teng et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 80, 7308-7312, 1983; Kozbor et al., Immunology Today, 4, 7279, 1983; Olsson et al., Meth. Enzymol., 92, 3-16.1982, 이들 각각은 본원에 참조로 인용되어 있다). 일부 양태에서, 변경된 면역글로불린 분자는 이의 각각의 전문이 본원에 참조로 인용된 PCT 공보 제WO92/06193호 또는 제EP 0239400호의 교시에 따라 제조된다.

특정 양태에서, 본 발명 기술의 교시에 따라 생산된 항체는 개선된 글리코실화 패턴을 나타내는 면역글로불린 불변 또는 Fc 영역을 함유할 수 있다. 예를 들면, 본원의 교시에 따라 생산된 항체는 보다 안정하게 또는 효과기 세포 활성, 용해, 상보체-매개된 활성, 항체 제거 및 항체 반감기와 같은 항체의 몇가지 면역 작용을 조절할 수 있는, 상보체 및/또는 Fc 수용체와 같은 효과기 분자에 보다 강력하거나 또는 보다 특이적으로 결합할 수 있다. 항체(예를 들면, IgG 항체)의 Fc 영역에 결합하는 대표적인 Fc 수용체는 FcγRI, FcγRII, 및 이들 수용체의 대립형질 변이체 및 선택적 스플라이싱 형태를 포함하는 FcγRIII 및 FcRn 하위부류를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. Fc 수용체는 이의 전문이 각각 본원에 참조로 인용된 문헌(참조: Ravetch and Kinet, Annu. Rev. Immunol 9:457-92, 1991; Capel et al., Immunomethods 4:25-34,1994; 및 de Haas et al., J. Lab. Clin. Med. 126:330-41,1995)에 고찰되어 있다.

하나의 비제한적 예로서, 본 발명의 교시에 따라 생산될 수 있는 항체는 항-A베타 항체이다. 항-A베타 항체는 알츠하이머병의 치료에서 특히 촉망되는 잠재적인 치료 방법이다. 알츠하이머병(AD)은 노인치매를 초래하는 진행성 질병이다(참조: 일반적으로, Selkoe, TINS 16:403, 1993; Hardy et al., WO 92/13069; Selkoe, J. Neuropathol. Exp. Neurol. 53:438, 1994; Duff et al., Nature 373:476, 1995; Games et al., Nature 373:523, 1995, 이들 각각은 본원에 참조로 인용됨). 광의적으로 말해서, 당해 질병은 2개 범주에 속한다: 후기 발생(이는 노년(65세 이상)에 발생한다) 및 조기 발생(이는 노년기 훨씬 이전, 즉 35세 내지 60세에 발생한다). 질병의 유형 둘다에서, 병리기전은 동일하지만 비정상화는 조기 연령에 발병하는 경우에 더 심각하고 광범위한 경향이 있다. 당해 질병은 뇌내 2개 이상의 유혈의 병변, 신경섬유 매듭 및 노인성 반점로 특징화된다. 신경섬유 매듭은 쌍내에 서로에 대해 꼬인 2개의 미세섬유로 이루어진 미소관 관련 tau 단백질의 세포내 침착이다. 노인성 반점(즉, 아밀로이드 플라크)은 뇌 조직 단면의 현미경적 분석에 의해 가시화될 수 있는 중심부내 세포외 아밀로이드 침착물을 가로지른 150㎛이하의 탈구조화된 신경망의 영역이다. 뇌내 아밀로이드 플라크의 축적은 또한 다운 증후군 및 기타 인지 질환과 관련된다.

플라크의 주요 구성원은 A베타 또는 베타-아밀로이드 펩타이드로 명명된 펩타이드이다. A베타 펩타이드는 아밀로이드 전구체 단백질(APP)로 명명된 단백질 명칭의 보다 큰 막관통 당단백질의 39 내지 43개 아미노산의 4kDa의 내부 단편이다. APP의 상이한 세크레타제 효소에 의한 단백질분해의 결과로서, A베타는 주로 짧은 형태, 40개의 아미노산 길이 및 길이가 42 내지 43개 아미노산 범위인 긴 형태로 주로 발견된다. APP의 소수성 막관통 도메인의 부분은 A베타의 카복시 말단에서 발견되며, 특히 긴 형태의 경우에 플라크내로 응집하기 위한 A베타의 능력에 대해 계수될 수 있다. 뇌내에서 아밀로이드 플라크의 축적은 궁극적으로 신경세포성 세포 사멸을 가져온다. 이러한 뇌 황폐의 유형과 관련된 물리적 증상은 알츠하이머 병으로 특징화된다.

APP 단백질내 몇가지 돌연변이는 알츠하이머병의 존재와 관련되어져 왔다[참조: 예를 들면, Goate et al., Nature 349:704, 1991 (발린717에서 이소류신으로); Chartier Harlan et al. Nature 353:844, 1991 (발린717에서 글리신으로); Murrell et al., Science 254:97,1991 (발린717에서 페닐알라닌으로); Mullan et al., Nature Genet. 1:345,1992 (라이신595-메티오닌596를 아스파라긴595-류신596으로 변화시키는 이중 돌연변이), 이들 각각은 본원에 전문이 참조로 인용되어 있다]. 이러한 돌연변이는 APP에서 A베타로의 증가되거나 또는 변경된 프로세싱에 의해, 특히 APP에서 증가된 양의 긴형태의 A베타(즉, A베타1-42 및 A베타1 43)로의 프로세싱에 의해 알츠하이머 병을 유발하는 것으로 생각된다. 프레세닐린 유전자, PS1 및 PS2와 같은 다른 유전자내 돌연변이는 APP의 프로세싱에 간접적으로 영향을 미쳐 증가량의 긴 형태의 A베타를 생성하는 것으로 생각된다(참조: Hardy, TINS 20: 154,1997, 본원에 이의 전문이 참조로 인용).

마우스 모델은 알츠하이머병에서 아밀로이드 플라크의 중요성을 측정하는데 성공적으로 사용되어 왔다(참조: Games et al., supra; Johnson-Wood et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94:1550, 1997, 본원에 이의 전문이 참조로 인용). 특히, PDAPP 유전자전이(transgenic) 마우스(이는 사람 APP의 돌연변이체 형태를 발현하고 어린 나이에 알츠하이머 병이 발생한다)에게 긴 형태의 A베타를 주사하는 경우, 이들은 알츠하이머 병의 진행에 있어서의 감소 및 A베타 펩타이드에 대한 항체 역가에 있어서의 증가를 나타낸다(참조: Schenk et al., Nature 400, 173, 1999, 본원에 이의 전문이 참조로 인용). 위에서 논의된 관찰은, A베타, 특히 이의 긴 형태가 알츠하이머 병에 있어서의 유발 요소임을 나타낸다.

A베타 펩타이드는 용액 내에 존재할 수 있으며 CNS(예를 들면, CSF) 및 혈장에서 검출될 수 있다. 특정 조건하에서, 가용성 A베타는 AD 환자의 신경성 플라크 및 뇌혈관에서 발견된 원섬유성의, 독성, 베타-쉬트 형태로 변형된다. A베타에 대한 모노클로날 항체를 사용한 면역화를 포함한 치료가 연구되어 왔다. 능동 및 수동 면역화 둘다가 AD의 마우스 모델에서 시험되었다. 능동 면역화는 뇌내 플라크 로딩에 있어서 일부 감소를 초래하였으나 단지 비강 투여에 의해서였다. PDAPP 유전자삽입 마우스의 수동 면역화 또한 시험되었다(참조: Bard, et al., Nat. Med. 6:916-19, 2000, 본원에 이의 전문이 참조로 인용). A베타의 아미노-말단 및 중심 도메인을 인지하는 항체는 A베타 침착물의 포식작용을 자극하지만, 카복시-말단 도메인 근처의 도메인에 대한 항체는 자극하지 않음이 밝혀졌다.

수동 또는 능동 면역화후 A베타의 제거 기전은 지속적인 시험하에 있다. 2개의 기전이 효과적인 제거, 즉, 중추 분해 및 말초 분해에 효과적인 것으로 제안되었다. 중추 분해 기전은 혈액-뇌 장벽을 가로질러, 플라크에 결합하고 이미 존재하는 플라크의 제거를 유도할 수 있는 항체에 있다. 제거는 Fc-수용체-매개된 포식작용을 통해 개선되는 것으로 밝혀졌다(참조: Bard, et al., 상기 참조). A베타 제거의 말초 분해 기전은 항체의 투여시 뇌, CSF 및 혈장의 역학적 평형의 파괴에 있으며 하나의 구획으로부터 다른 구획으로 A베타의 수송을 초래한다. 중추로부터 기원한 A베타는 CSF 및 이것이 분해되는 혈장내로 수송된다. 최근 연구는, 가용성 및 결합되지 않은 A베타가 뇌에서 아밀로이드 침착에 있어서의 감소없이도 AD와 관련된 기억 손상과 관련된다고 결론지었다. A베타 제거를 위한 이들 경로의 작용 및/또는 상호작용을 측정하기 위한 추가의 연구가 요구된다(참조: Dodel, et al., The Lancet Vol. 2:215, 2003, 이의 전문은 본원에 참조로 인용됨).

항-A베타 항체는 A베타 또는 아밀로이드 플라크를 포함하는 다른 성분에 매트 결합하여 제거하기 때문에 AD 치료의 가장 촉망되는 치료 경로이다. 본 기술의 교시에 따라 생산된 항-A베타는 예를 들면, 아밀로이드 플라크의 성분들과 보다 효율적으로 결합하여 제거시킴에 의해 또는 아밀로이드 플라크의 형성 또는 축적을 방지함에 의해 알츠하이머병 또는 다른 관련 질병을 보다 잘 치료하기 위해 제공될 수 있다. 특정 양태에서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는 모노클로날 항체이다.

특정 양태에서, 본 발명의 교시에 따라 생상된 항-A베타 항체는 가용성 형태에 결합함이 없이 A베타의 응집된 형태에 특이적으로 결합한다. 특정 양태에서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는, 이들이 응집된 형태에 결합하지 않는 조건하에서 항-A베타의 가용성 형태에 특이적으로 결합한다. 특정 양태에서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는 응집되고 가용성인 형태 둘다에 결합한다. 특정 양태에서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는 플라크 내에서 A베타에 결합한다. 특정 양태에서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는 혈액-뇌 장벽을 통과한다. 특정 양태에서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는 피검체내에서 아밀로이드 존재량을 감소시킨다. 특정 양태에서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는 피검체내에서 신경성 퇴행위축을 감소시킨다. 특정 양태에서, 항-A베타 항체는 시냅스 구조[예를 들면, 시냅토피신(synaptophysin)]를 유지시킬 수 있다.

일부 양태에 따라서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는 A베타의 잔기 13 내지 28번내 에피토프(1로 명명된 천연 A베타의 첫번째 N 말단 잔기)와 결합한다. 일부 양태에서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는 A베타의 잔기 19 내지 22번내 에피토프에 결합한다. 일부 양태에서, 상이한 항-A베타 에피토프에 대해 결합 특이성을 갖는 다수의 모노클로날 항체를 사용한다. 예를 들어, 일부 양태에서, A베타의 잔기 19 내지 22번내 에피토프에 대해 특이적인 항체를 A베타의 잔기 19 내지 22번의 외부 에피토프에 대해 특이적인 항체와 함께 공동투여한다. 이러한 항체는 순차적으로 또는 동시에 투여될 수 있다. A베타외에 아밀로이드 성분에 대한 항체를 또한 사용할 수 있다(예를 들면, 단독 투여되거나 또는 공동투여됨).

특정 양태에서, 본 교시에 따라 생산된 항-A베타 항체는 달리 생산된 항-A베타 항체보다 더 강력하거나 또는 보다 특이적으로 A베타 에피토프에 결합한다. 항체의 에피토프 특이성은 공지된 기술, 예를 들면, 상이한 구성원이 A베타의 상이한 서브서열을 나타내는 파아지 디스플레이 라이브러리(phage display library)를 형성함에 의해 측정될 수 있다. 파아지 디스플레이 라이브러리는 이후에 시험하에서 항체에 특이적으로 결합하는 구성원에 대해 선택될 수 있다. 서열의 계열도 분리된다. 통상적으로, 이러한 계열은 일반적인 코어 서열, 및 다양한 길이의 플랭킹 서열(flanking sequence)을 상이한 구성원으로 함유한다. 항체에 대해 특이적 결합을 나타내는 가장 짧은 코어 서열은 통상적으로 항체에 의해 결합된 에피토프를 정의한다. 대안으로 또는 추가로, 항체는, 에피토프 특이성이 이미 측정되어 있는 항체를 사용한 경쟁 검정에서 에피토프 특이성에 대해 시험될 수 있다. 예를 들어, A베타에 대한 결합에 대해 15C11 항체와 경쟁하는 항체는 15C11로서, 즉, 잔기 A베타 19 내지 22번내에서 동일하거나 또는 유사한 에피토프에 결합하는 것으로 고려된다. 특정 양태에서, 에피토프 특이성에 대한 항체의 스크리닝은 치료학적 효능의 유용한 예측인자이다. 예를 들어, A베타의 잔기 13 내지 28번내 에피토프(예를 들면, Aβ 19 내지 22번)에 결합하는 것으로 측정된 항체는 본 발명의 방법에 따른 알츠하이머병을 예방하고 치료하는데 효과적일 수 있다.

A베타의 다른 영역에 결합하지 않고 A베타의 바람직한 분절에 특이적으로 결합하는 항체는 다른 영역에 결합하는 모노클로날 항체, 또는 완전한 A베타에 대한 폴리클로날 혈청보다 다수의 이점을 갖는다. 다른 것들 중에서도, 동일한 용량의 경우, 바람직한 분절에 특이적으로 결합하는 항체의 용량은 아밀로이드 플라크를 제거하는데 효과적인 항체의 보다 높은 몰 용량을 함유한다. 또한, 바람직한 분절에 특이적으로 결합하는 항체는 완전한 APP 폴리펩타이드에 대해 제거 반응을 유도하지 않음으로써 강력한 부작용을 감소시키면서 아밀로이드 침착물에 대해 제거 반응을 유도할 수 있다.

특정 양태에서, 위에서 기술한 모노클로날, 키메라, 단일쇄 또는 사람화된 항체는 자연적으로 어떠한 종에서도 어떠한 항체에서도 자연적으로 발생하지 않는 아미노산 잔기를 함유할 수 있다. 이러한 외부 잔기는 예를 들면, 모노클로날, 키메라, 단일쇄 또는 사람화된 항체에서 신규하거나 또는 변형된 특이성, 친화성 또는 효과기 작용을 부여하기 위해 이용될 수 있다.

효소

약제 및/또는 상업적 제제로서 효과적인 것으로 밝혀진 당단백질의 다른 부류는 효소를 포함한다. 효소는 이의 글리코실화 패턴이 효소 활성에 영향을 미치는 당단백질일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라서 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 효소의 생산이 특히 관심있다.

그러나 비제한적 예로서, 글루코세레브로시다제(GCR)에 있어서의 결핍은 특정 세포의 리소좀내에 글루코세레브로시다제의 축적으로 야기되는, 고셔병(Gaucher's disease)으로 알려진 상태를 초래한다. 고셔병에 걸린 환자는 비강비대, 간비대, 골격 질환, 저혈소판증 및 빈혈을 포함하는 광범위한 증상을 나타낸다. 프리드만(Friedman)과 헤이스(Hayes)는, 1차 아미노산 서열에서 단일 치환을 함유하는 재조합 GCR(rGCR)이 변경된 글리코실화 패턴, 특히 자연적으로 존재하는 GCR과 비교하여 푸코즈 및 N-아세틸 글루코사민 잔기에 있어서의 증가를 나타내었음을 밝혔다(참조: 미국 특허 제5,549,892호).

프리드만과 헤이스는 또한, 이러한 rGCR이 자연적으로 존재하는 rGCR과 비교하여 개선된 약력학적 특성을 나타내었음을 입증하였다. 예를 들어, 약 2배로 많은 rGCR은 자연적으로 존재하는 GCR보다 간 쿠퍼 세포(Kupffer cell)를 표적화하였다. 비록 2개 단백질의 1차 아미노산 서열이 단일 잔기에서 상이하였지만, 프리드만 및 헤이스는, rGCR의 변경된 글리코실화 패턴이 또한 쿠퍼 세포에 대한 표적화에 영향을 미칠 수 있다고 가설을 세웠다.

당업자는 자체의 글리코실화 패턴에 있어서의 변경으로부터 초래되는 변경된 효소적, 약동학적 및/또는 약력학적 특성을 나타내는 효소의 다른 공지된 예를 알 것이다.

성장 인자 및 기타 시그날링 분자

약제 및/또는 상업적 제제로서 효과적인 것으로 밝혀진 당단백질의 다른 부류는 성장 인자 및 다른 시그날링 분자를 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 바람직한 글리코실화 패턴을 가진 수용체의 생산은 또한 특히 흥미있다. 성장 인자는 통상적으로 세포에 의해 분비되고 다른 세포상에서 수용체에 결합하여 이를 활성화시킴으로써 수용체 세포내에서 대사적 또는 발생적 변화를 개시하는 당단백질이다.

포유동물 성장 인자 및 기타 시그날링 분자의 비제한적 예는 사이토카인; 상피 성장 인자(EGF); 혈소판-기원 성장 인자(PDGF); FGF-5와 같은 섬유아세포 성장 인자(FGF); 인슐린-유사 성장 인자-I 및 -II(IGF-I 및 IGF-II); 데스(1-3)-IGF-I(뇌 IGF-I); 인슐린-유사 성장 인자 결합 단백질; CD-3, CD-4, CD-8 및 CD-19와 같은 CD 단백질; 에리트로포이에틴; 골유도 인자; 면역독소; 골 형태형성 단백질(BMP); 인터페론-알파, -베타 및 -감마와 같은 인터페론; 콜로니 자극 인자(CSF), 예를 들면, M-CSF, GM-CSF 및 G-CSF; 대부분의 인터루킨; 종양 괴사 인자(TNF) 베타; 난포 자극 호르몬; 칼시토닌; 황체형성 호르몬; 단백질 C와 같은 항-응고 인자; 심방 나트륨이뇨 인자; 폐 표면활성제; 유로키나제 또는 사람 뇨 또는 조직-유형 플라스미노겐 활성인자(t-PA)와 같은 플라스미노겐 활성인자; 조혈 성장 인자 및 엔케팔리나제를 포함한다. 당업자는 본 발명에 따라 발현될 수 있는 시그날링 분자 또는 기타 성장 인자를 잘 알 것이다.

성장 인자 또는 기타 시그날링 분자의 글리코실화 패턴에 있어서의 특정한 변경은 이들의 치료학적 특성에 있어서 현저한 효과를 가진 것으로 밝혀졌다. 그러나 하나의 비제한적 예로서, 만성 빈혈을 겪고 있는 환자에 대한 일반적인 치료 방법은 이들에게 재조합 사람 에리트로포이에틴(rHuEPO)을 자주 주사하여 적혈구 세포의 자체 생산을 부스팅(boosting)하는 것이다. rHuEPO의 유사체, 다르베포에틴 알파(Aranesp^®)는 정상 rHuEPO보다 체내에서 긴 지속시간을 가지도록 개발되어 왔다. 다르베포에틴 알파와 rHuEPO 사이의 주요 차이점은 2개의 외부 시알산-함유 N-결합된 올리고사카라이드 쇄의 존재이다. 다르베포에틴 알파의 생산은 시험관내 글리코엔지니어링(glycoengineering)을 사용하여 달성하였다(참조: Elliott et al., Nature Biotechnology 21(4):414-21, 2003). 엘리어트(Elliott) 등은 추가의 글리코실화 부위를 rHuEPO 폴리펩타이드 골격내로 도입시키기 위한 시험관내 돌연변이유발을 사용하여 다르베포에틴 알파 유사체의 발현을 초래하였다. 추가의 올리고사카라이드 쇄는 EPO 수용체 결합 부위와 인접하게 위치하며 수용체 결합을 명백히 방해하지 않는다. 그러나, 다르베포에틴 알파의 반감기는 rHuEPO보다 3배까지 높아서 더 효과적인 치료제를 생성한다.

당해 예는, 성장 인자 또는 다른 시그날링 분자의 글리코실화 패턴에 있어서의 변경이 생체내 안정성 및/또는 치료학적 당단백질의 활성에 있어 현저한 효과를 가질 수 있음을 입증한다. 따라서, 본 발명의 교시에 따른 목적하는 다른 시그날링 분자 또는 성장 인자의 발현은 개선된 글리코실화 패턴 및 개선된 치료학적 특성을 갖는 시그날링 분자 또는 발현된 성장 인자를 생성할 수 있다.

수용체

약제 및/또는 상업적 제제로서 효과적인 것으로 밝혀진 당단백질의 다른 부류는 수용체이다. 따라서 본 발명에 따라서 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 수용체의 생산이 또한 특히 관심이 있다. 수용체는 대표적으로 세포외 시그날링 리간드를 인지함으로써 작용하는 막관통 당단백질이다. 리간드 인식 도메인외에, 수용체는 흔히 리간드와 결합시 표적 세포내 분자를 인산화함으로써 시그날링 경로를 개시하는 단백질 키나제 도메인을 가지므로, 세포내에서 발생적 또는 대사적 변화를 초래한다.

특정 양태에서, 본 발명에 따라 생산될 당단백질 수용체는 수용체 타이로신 키나제(RTK)이다. RTK 계열은 다수의 세포 유형의 각종 작용에 중요한 수용체를 포함한다(참조: 예를 들면, Yarden and Ullrich, Ann. Rev. Biochem. 57:433-478, 1988; Ullrich and Schlessinger, Cell 61:243-254, 1990, 본원에서 참조로 인용). RTK의 비제한적 예는 섬유아세포 성장 인자(FGF) 수용체 계열의 구성원, 상피 성장 인자(EGF) 수용체 계열의 구성원, 혈소판 기원 성장 인자(PDGF) 수용체, 면역글로불린 및 EGF 상동성 도메인-1(TIE-1) 및 TIE-2 수용체,(참조: Sato et al., Nature 376(6535):70-74, 1995) 및 c-Met 수용체의 구성원을 포함하며, 이들 중 일부는 직접 또는 간접적으로 혈관형성을 촉진하는 것으로 제안되어 왔다(참조: Mustonen and Alitalo, J. Cell Biol. 129:895-898, 1995). RTK의 다른 비제한적 예는 태아 간 키나제 1(FLK-1)(때때로 수용체를 함유하는 키나제 삽입체 도메인(KDR))(참조: Terman et al., Oncogene 6:1677-83, 1991) 또는 혈관 내피 세포 성장 인자 수용체 2(VEGFR-2)로 언급됨), 때때로 혈관 내피세포 성장인자 1(VEGFR-1), 뉴로필린-1, 엔도글린, 엔도시알린, 및 Axl로 언급되는 fms-유사 타이로신 키나제-1 (Flt-1)(참조: DeVries et al. Science 255;989-991, 1992; Shibuya et al., Oncogene 5:519-524, 1990)을 포함한다. 특정 양태에서, 종양 괴사 인자 알파 및 베타 수용체(TNFR-1; 1991년 3월 20일자로 공개된 제EP 417,563호; 및 TNFR-2; 1991년 3월 20일자로 공개된 제EP 417,014호)는 본 발명에 따라서 발현된다(참조: Naismith and Sprang, J Inflamm. 47(1-2):1-7, 1995-96, 본원에서 참조로 인용됨).

특정 양태에 따라서, 본 발명에 따라 생산될 당단백질 수용체는 G-단백질 커플링된 수용체(GPCR)이다. GPCR는 7개의 막관통 도메인을 갖는 당단백질이다. 리간드가 GPCR에 결합시, 시그날이 세포내에서 변환되어 세포의 생물학적 또는 물리학적 특성에 변화를 초래한다. GPCR은 약물 작용 및 발생에 대한 주요 표적이다. 실제로, 수용체는 현재 공지된 약물의 1/2 이상을 차지하고(참조: Drews, Nature Biotechnology, 14:1516, 1996) GPCR는 GPCR을 길항하거나 또는 효능화하는 임상적으로 처방되는 약물의 30%와의 치료학적 중재에 대한 가장 중요한 표적을 대표한다(참조: Milligan, G. and Rees, S., TIPS, 20: 118-124, 1999). 이러한 수용체는 치료학적 표적으로서 입증된 역사가 확립되어 있으므로, 본 발명에 따른 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 GPCR의 생산이 또한 특히 흥미롭다. 예를 들어, 본 발명의 교시에 따라 발현된 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 GPCR의 세포외 도메인은 내인성 GPCR에 대한 이의 결합이 유해한 리간드를 적정하거나 또는 격리함으로써 중요한 치료제로서 작용할 수 있다.

GPCR는, G-단백질 및 효과기(세포내 효소 및 G-단백질에 의해 조절되는 채널)와 함께 세포내 제2 전령인자의 상태를 세포외 입력신호에 연결시키는 모듈러 시그날링 시스템의 구성요소이다. 이러한 유전자 및 유전자-생성물은 질병의 강력한 병원체이다.

현재 GPCR 단백질 상과(superfamily)는 상이한 종으로부터의 동일한 수용체인 오르토로그(orthologue)와 대치되는 것으로서, 유전자 중복(또는 다른 프로세스)에 의해 생성된 변이체를 나타내는 수용체인 250개에 걸친 유형의 파라로그(paralogue)를 함유한다. 상과는 5개의 계통으로 분리될 수 있다: 로돕신으로 대표되는 수용체 및 베타2-아드레날린성 수용체 및 현재 200개에 걸친 유일한 구성원으로 나타낸 제I 계통; 최근에 부갑상선 호르몬/칼시토닌/세크레틴 수용체 계통으로 특징화된 제II 계통; 포유동물에서 대사성(metabotropic) 글루타메이트 수용체 계통인 제III 계통; 디.디스코이듐(D. discoideum)의 화학주성 및 발생에 중요한, cAMP 수용체 계통인 제IV 계통; 및 STE2와 같은 진균 교배 페로몬 수용체인 제V 계통.

GPCR은 염증, 펩타이드 호르몬의 지질 매개인자 및 분비성 시그날 매개인자용 생체아민에 대한 수용체를 포함한다. GPCR은, 수용체가 이의 세포외 리간드에 결합하는 경우 활성화된다. 리간드-수용체 상호작용으로부터 초래되는 GPCR내 구조 변화는 G 단백질의 GPCR 세포내 도메인에 대한 결합 친화성에 영향을 미친다. 이는 GTP가 G 단백질에 대해 향상된 친화성으로 결합하도록 한다.

GTP에 의한 G 단백질의 활성화는 G 단백질 α 서브유닛과 아데닐레이트 사이클라제 또는 다른 제2 전령인자 분자 생성인자의 상호작용을 초래한다. 이러한 상호작용은 아데닐레이트 사이클라제의 활성을 조절함으로써, 제2 전령인자 분자, cAMP의 생산을 조절한다. cAMP는 다른 세포내 단백질의 인산화 및 활성화를 조절한다. 또는, cGMP 또는 에이코시노이드와 같은 다른 제2 전령인자 분자의 세포 수준은 GPCR의 활성에 의해 상향조절되거나 또는 하향조절될 수 있다. G 단백질 서브유닛은 GTP의 GTPase에 의한 가수분해에 의해 탈활성화되고, α, Bετα, 및 γ 서브유닛은 재연합된다. 이후에, 이종삼량체성 G 단백질은 아데닐레이트 사이클라제 또는 다른 제2의 전령인자 분자 생성인자로부터 분리된다. GPCR의 활성은 또한 세포내- 및 세포외 도메인 또는 루프의 인산화에 의해 조절될 수 있다.

글루타메이트 수용체는 신경전달에 있어 중요한 GPCR의 그룹을 형성한다. 글루타메이트는 CNS에서 주요 신경전달인자이며 신경 형성성, 인지, 기억, 학습 및 간질, 발작 및 신경퇴행과 같은 일부 신경학적 질환에서 중요한 역할을 하는 것으로 여겨진다(참조: Watson, S. and S. Arkinstall, 1994, The G-Protein Linked Receptor Facts Book, Academic Press, San Diego CA, pp. 130-132). 글루타메이트의 이러한 효과는 이온성(ionotropic) 및 대사성으로 명명된 수용체의 2개의 상이한 부류에 의해 매개된다. 이온성 수용체는 고유의 양이온 채널을 함유하며 글루타메이트의 신속한 흥분성 작용을 매개한다. 대사성 수용체는 조절성(modulatory)이며, 칼슘 의존성 칼륨 전도도를 억제함으로써 뉴런의 막 흥분도를 증가시키고 이온성 수용체의 흥분성 전달을 억제 및 강화한다. 대사성 수용체는 약리학 및 시그날 변환 경로를 기초로 하여 5개의 하위유형으로 분류되며 뇌 조직 내에 광범위하게 분포되어 있다. N-결합된 글리코실화는 사람 제1형 알파 대사성 글루타메이트(mGlu1알파) 수용체의 작용에 중요한 것으로 밝혀졌다(참조: Mody et al., Neuropharmacology 38(10):1485-92, 1999). mGlu1알파는 적어도 부분적으로는 대략 145 및 160 KDa의 단량체로 이루어진 이량체로서 정상적으로 발현된다. mGlu1알파를 N-결합된 글리코실화의 강력한 억제제인 투니카마이신으로 처리함에 의해, 모디(Mody) 등은, 세포 표면 발현은 영향을 받지 않지만, 이의 1차 아미노산 서열에 의해 예측된 질량이 130kDa인 단지 하나의 펩타이드만이 발현되었음을 입증하였다. 기능적으로, 투니카마이신을 사용한 치료는 치료되지 않은 세포 집단과 비교하여 약 50%까지 효능제-자극된 포스포이노시티드 가수분해를 감소시켰다. 즉, 본 발명의 시스템에 따라 발현된 GPCR의 글리코실화 패턴을 조절하는 것은 발현된 GPCR의 시그날링 작용을 조절하고 약제 또는 발현된 GPCR의 기타 특성을 강력하게 조절하거나 이에 영향을 미치는데 있어 유용할 수 있다.

혈관활성 장 폴리펩타이드(VIP) 계통은 이의 작용이 또한 GPCR에 의해 매개되는 관련 폴리펩타이드의 그룹이다. 당해 계통의 주요 구성원은 VIP 자체, 세크레틴 및 성장 호르몬 방출 인자(GRF)이다. VIP는 평활근의 이완, 각종 조직에서 분비의 자극 또는 억제, 다양한 면역 세포 활성의 조절 및 CNS에서 다양한 흥분 및 억제 활성을 포함하는 생리학적 작용의 광범위한 프로파일을 갖는다. 세크레틴은 췌장 및 장에서 효소 및 이온의 분비를 자극하며 또한 뇌에 소량으로 존재한다. VIP 수용체의 글리코실화는 이의 동족 VIP의 결합에 있어 중요한 효과를 갖는 것으로 밝혀졌다(참조: Chochola et al., J. Biol. Chem. 268: 2312-2318, 1993). VIP 수용체를 밀 배아 아글루티닌으로 처리함으로써 올리고사카라이드 쇄를 입체적으로 차단시키는 것은 VIP 결합을 용량 의존적 방식으로 현저히 억제하며 VIP-자극된 cAMP 반응을 감소시켰다. 또한, VIP 수용체에서 특정의 N-결합된 글리코실화 부위의 돌연변이는 소포체내 수용체의 보유를 초래하며, 이러한 사실은, 적절한 글리코실화가 세포 표면으로의 전달에 중요하였음을 나타내었다(참조: Couvineau et al., Biochemistry 35(6):1745-52, 1996). 따라서, 본 발명의 시스템에 따라 발현된 GPCR의 글리코실화 패턴을 조절하는 것은 발현된 GPCR의 이의 동족 리간드에 대한 결합을 조절하고(예를 들면, 증가시키거나 또는 감소시킴) 발현된 GPCR의 약제학적 또는 다른 특성을 강력하게 조절하거나 또는 이에 영향을 미치는데 있어 유용할 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 실시자는 목적하는 당단백질을 선택하여 이의 정확한 아미노산 서열을 인지할 것이다. 본 발명의 기술은 O-결합된(실시예 1 및 2) 및 N-결합된(실시예 3 및 4) 당단백질 둘다에 성공적으로 적용되었으며, 이러한 사실은, 본 발명이 일반적으로 당단백질의 발현에 유용할 것임을 나타낸다. 본 발명에 따라 발현될 어떠한 제공된 당단백질도 자체의 특정한 특성을 가질 수 있으며 배양된 세포의 세포 밀도 및 생존성에 영향을 미칠 수 있고, 동일한 배양 조건하에서 성장한 다른 당단백질보다 낮은 수준으로 발현될 수 있으며 수행된 정확한 배양 조건 및 단계에 따라 하나 이상의 부위에서 상이하게 글리코실화될 수 있다. 당업자는 본 발명의 교시에 따라 특정 당단백질을 생산하는데 사용된 단계 및 조성물들을 적절히 변형함으로써 어떠한 제공된 발현된 당단백질의 생산 및/또는 글리코실화 및 세포 성장을 최적화할 수 있을 것이다.

특정 양태에서, 종양 괴사 인자 알파 및 베타 수용체(TNFR-1, 1991년 3월 20일자로 공개된 제EP 417,563호; 및 TNFR-2, 1991년 3월 20일자로 공개된 제EP 417,014호, 이들 각각은 전문이 본원에서 참조로 인용됨) 형태의 종양 괴사 인자 억제제는 본 발명의 시스템 및 방법에 따라 발현된다(참조: Naismith and Sprang, J Inflamm. 47(1-2):1-7, 1995-96, 이의 전문이 본원에서 참조로 인용됨). 일부 양태에 따라서, 종양 괴사 인자 억제제는 가용성 TNF 수용체를 포함한다. 특정 양태에서, 종양 괴사 인자 억제제는 가용성 TNFR-Ig를 포함한다. 특정 양태에서, 본 발명의 TNF 억제제는 TNFRI 및 TNFRII의 가용성 형태이다. 특정 양태에서, 본 발명의 TNF 억제제는 가용성 TNF 결합 단백질이다. 특정 양태에서, 본 발명의 TNF 억제제는 TNFR-Ig 융합 단백질, 예를 들면, TNFR-Fc 또는 에타네르셉트(etanercept)이다. 본원에 사용된 것으로서, "에타네르셉트"는 TNFR-Fc를 말하며, 이는 각각의 분자가 사람 IgG1의 235개 아미노산 Fc 부위로 이루어진 p75 TNF-α 수용체의 세포외 부위의 2개 분자의 이량체이다.

당단백질의 발현을 위한 유전자의 숙주 세포내로의 도입

일반적으로, 세포내로 도입된 핵산 분자는 본 발명에 따라 발현시키는데 요구되는 당단백질을 암호화한다. 또는, 핵산 분자는 세포에 의해 목적하는 당단백질의 발현을 유도하는 유전자 생성물을 암호화할 수 있다. 예를 들어, 도입된 유전 물질은 내인성 또는 이종 당단백질의 전사를 활성화하는 전사 인자를 암호화할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 도입된 핵산 분자는 세포에 의해 발현된 당단백질의 해독 또는 안정성을 증가시킬 수 있다.

목적하는 당단백질의 발현을 달성하기에 충분한 핵산을 포유동물 숙주 세포내로 도입시키기에 적합한 방법은 당해 분야에 공지되어 있다(참조: Gething et al., Nature, 293:620-625, 1981; Mantei et al., Nature, 281:40-46, 1979; Levinson et al. 제EP 117,060호; 및 제EP 117,058호, 이들 각각은 본원에서 참조로 인용됨). 포유동물 세포의 경우, 유전 물질을 포유동물 세포내로 도입시키는 일반적인 방법은 그라함(Graham) 및 반 데르 에르브(van der Erb)의 칼슘 포스페이트 침전법(참조: Virology, 52:456-457, 1978) 또는 하울리-넬슨(Hawley-Nelson)의 lipofectamine^TM(제조원: Gibco BRL)방법(참조: Focus 15:73, 1993)을 포함한다. 포유동물 세포 숙주 시스템 형질전환의 일반적인 측면은 1983년 8월 16일자로 발행된 미국 특허 제4,399,216호에 악셀(Axel)에 의해 기술되어 있다. 유전 물질을 포유동물 세포내로 도입시키기 위한 각종 기술의 경우, 문헌(참조: Keown et al., Methods in Enzymology, 1989, Keown et al., Methods in Enzymology, 185:527-537, 1990, 및 Mansour et al., Nature, 336:348-352, 1988)을 참조한다.

일부 양태에서, 도입될 핵산은 노출된(naked) 핵산 분자의 형태이다. 예를 들어, 세포내로 도입된 핵산 분자는 당단백질 및 필수적인 유전자 조절 요소를 암호화하는 핵산으로만 이루어질 수 있다. 또는, 당단백질(필수적인 조절 요소들 포함)을 암호화하는 핵산은 플라스미드 벡터내로 함유될 수 있다. 포유동물 세포내에서 당단백질의 발현에 적합한 벡터의 비제한적인 대표적 예는 pCDNA1; pCD(참조: Okayama, et al. Mol. Cell Biol. 5:1136-1142, 1985); pMClneo Poly-A(참조: Thomas, et al. Cell 51:503-512, 1987); pAC 373 또는 pAC 610과 같은 바쿨로바이러스 벡터; CDM8(참조: Seed, B. Nature 329:840, 1987); 및 pMT2PC(참조: Kaufman, et al. EMBO J. 6:187-195, 1987)를 포함하며, 상기 문헌은 전문이 본원에서 참조로 인용되어 있다. 일부 양태에서, 세포내로 도입될 핵산 분자는 바이러스 벡터내에 함유되어 있다. 예를 들어, 당단백질을 암호화하는 핵산은 바이러스 게놈(또는 부분적인 바이러스 게놈)내로 삽입될 수 있다. 당단백질의 발현을 지시하는 조절 요소들은 바이러스 게놈내로 삽입된 핵산과 함께 포함(즉, 바이러스 게놈내로 삽입된 유전자에 결합)될 수 있거나 또는 바이러스 게놈 자체에 의해 제공될 수 있다.

노출된 DNA는 DNA 및 칼슘 포스페이트를 함유하는 침전물을 형성함으로써 세포내로 도입될 수 있다. 또는, 노출된 DNA는 또한 DNA 및 DEAE-덱스트란의 혼합물을 형성하고 당해 혼합물을 세포와 함께 항온처리하거나 또는 세포와 DNA를 함께 적절한 완충액 내에서 항온처리하고 세포를 고-전압 전기 펄스(예를 들면, 전기충격에 의해)에 적용시킴으로써 세포내로 도입시킬 수 있다. 노출된 DNA 세포를 도입시키는 추가의 방법은 DNA를 양이온성 지질을 함유하는 리포좀 현탁액과 혼합하는 것이다. 이후에, DNA/리포좀 복합체를 세포와 함께 항온처리한다. 노출된 DNA는 또한 예를 들면, 미세주사에 의해 세포내로 직접 주사할 수 있다.

또는, 노출된 DNA는 또한 DNA를 세포-표면 수용체에 대한 리간드에 커플링된 폴리라이신과 같은 양이온에 복합체화시킴으로써 세포내로 도입시킬 수 있다(참조: Wu, G. and Wu, C.H. J. Biol. Chem. 263:14621, 1988; Wilson et al. J. Biol. Chem. 267:963-967, 1992; 및 미국 특허 제5,166,320호, 이들 각각은 전문이 본원에 참조로 인용됨). DNA-리간드 복합체의 수용체에 대한 결합은 수용체-매개된 세포내이입에 의해 DNA의 흡수를 촉진시킨다.

특정 핵산 서열, 예를 들면, 당단백질을 암호화하는 cDNA를 함유하는 바이러스 벡터의 사용은 핵산 서열을 세포내로 도입시키기 위한 일반적인 시도이다. 바이러스 벡터를 사용한 세포의 감염은, 많은 비율의 세포가 핵산을 수용하여, 핵산을 수용한 세포의 선택에 대한 필요성을 제거할 수 있는 이점을 갖는다. 추가로, 예를 들면, 바이러스 벡터내에 함유된 cDNA에 의해 바이러스 벡터내에 암호화된 분자는 바이러스 벡터 핵산을 취하는 세포내에서 효율적으로 유전적 발현된다.

결손 레트로바이러스는 유전자 치료요법 목적을 위한 유전자 전달에서 사용하기 위해 잘 특성화되어 있다(참조: Miller, A.D. Blood 76:271, 1990). 재조합 레트로바이러스는 레트로바이러스 게놈내로 삽입된 목적하는 당단백질을 암호화하는 핵산을 갖도록 작제할 수 있다. 또한, 레트로바이러스 게놈의 부위는 레트로바이러스 복제가 결손되도록 제거할 수 있다. 이후에, 이러한 복제 결손 레트로바이러스는 표준 기술에 의해 헬퍼 바이러스의 사용을 통해 표적 세포를 감염시키는데 사용할 수 있는 비리온내로 패키징된다.

아데노바이러스의 게놈은 목적하는 당단백질을 암호화하고 발현하지만 정상의 용해성 바이러스 생주기에서 복제하는 자체의 능력의 측면에서 불활성화되도록 조작시킬 수 있다(참조: 예를 들면, Berkner et al. BioTechniques 6:616, 1988; Rosenfeld et al. Science 252:431-434, 1991; 및 Rosenfeld et al. Cell 68:143-155, 1992). 아데노바이러스 균주 Ad 5형 dl324 또는 아데노바이러스의 다른 균주(예를 들면, Ad2, Ad3, Ad7 등)으로부터 기원한 적합한 아데노바이러스 벡터는 당업자에게 공지되어 있다. 재조합 아데노바이러스는, 이들이 효과적인 유전자 전달 비히클이 되기 위해 분열 세포를 필요로 하지 않고 기도 상피(참조: Rosenfeld et al., 1992, 상기 인용), 내피 세포(참조: Lemarchand et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89:6482-6486, 1992), 간 세포(참조: Herz 및 Gerard, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:2812-2816, 1993) 및 근육 세포(참조: Quantin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89:2581-2584, 1992)를 포함하는 광범위한 세포 유형을 감염시키는데 사용할 수 있다는 점에서 유리하다. 또한, 도입된 아데노바이러스 DNA(및 이에 함유된 외부 DNA)는 숙주 세포의 게놈내로 통합되지 않고 에피좀 상태로 잔존함으로써, 도입된 DNA가 숙주 게놈(예를 들면, 레트로바이러스 DNA)내로 통합되는 상황하에 삽입 돌연변이유발의 결과로써 발생할 수 있는 잠재적 문제를 피할 수 있다. 또한, 외부 DNA에 대한 아데노바이러스 게놈의 운반능은 다른 유전자 전달 벡터에 비해 크다(8 킬로베이스 이하)(참조: Berkner et al. 상기 인용; Haj-Ahmand and Graham, J. Virol. 57:267, 1986). 현재 사용중인 대부분의 복제-결손 아데노바이러스 벡터는 바이러스 E1 및 E3 유전자의 전부 또는 일부를 결여하고 있으나 아데노바이러스 유전 물질의 80% 정도를 보유한다.

아데노-관련 바이러스(AAV)는 아데노바이러스 또는 헤르페스 바이러스와 같은 다른 바이러스를 효율적인 복제 및 생산성 생 주기를 위한 헬퍼 바이러스로서 필요로 하는 자연적으로 존재하는 결손 바이러스이다(참조: Muzyczka et al. Curr. Topics in Micro. and Immunol., 158:97-129, 1992). 이는 또한 이의 DNA를 분열하지 않는 세포내로 통합시킬 수 있는 소수의 바이러스 중 하나이며, 높은 빈도의 안정한 통합을 나타낸다(참조: Flotte et al., Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 7:349-356, 1992; Samulski et al., J. Virol. 63:3822-3828, 1989; 및 McLaughlin et al., J. Virol. 62:1963-1973, 1989). AAV의 300개 정도의 적은 염기 쌍을 함유하는 벡터는 패키징하여 통합시킬 수 있다. 외인성 DNA에 대한 스페이스는 약 4.5kb로 제한된다. 트라츠킨(Tratschin) 등의 문헌(참조: Mol. Cell. Biol. 5:3251-3260, 1985)에 기술된 것과 같은 AAV 벡터는 DNA를 세포내로 도입시키는데 사용할 수 있다. 각종 핵산을 AAV 벡터를 사용하여 상이한 세포 유형내로 도입시켰다(참조: Hermonat et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81:6466-6470, 1984; Tratschin et al., Mol. Cell. Biol. 4:2072-2081, 1985; Wondisford et al., Mol. Endocrinol. 2:32-39, 1988; Tratschin et al., J. Virol. 51:611-619, 1984; 및 Flotte et al., J. Biol. Chem. 268:3781-3790, 1993).

핵산 분자를 세포 집단내로 도입시키는데 사용된 방법이 세포의 많은 집단의 변형 및 세포에 의한 당단백질의 효율적인 발현을 초래하는 경우, 세포의 변형된 집단을 집단내에서 개개 세포의 추가의 분리 또는 서브클로닝없이 사용할 수 있다. 즉, 세포의 집단에 의해 당단백질이 충분히 생산될 수 있으므로, 추가의 세포 분리가 요구되지 않으며 당해 집단은 당단백질 생산용 세포 배양물을 종균배양하는데 즉시 사용할 수 있다. 또는, 당단백질을 효율적으로 생산하는 소수의 세포 또는 단일 세포로부터 세포의 동종 집단을 분리하여 확장시키는 것이 바람직할 수 있다.

핵산 분자를 목적하는 당단백질을 암호화하는 세포내로 도입시키는 것에 대한 대안으로, 도입된 핵산은 세포에 의해 외인성으로 생산된 당단백질의 발현 수준을 유도시키거나 또는 증가시키는 다른 폴리펩타이드 또는 단백질을 암호화할 수 있다. 예를 들어, 세포는 특정 당단백질을 발현할 수 있으나, 세포의 추가의 처리없이 이를 수행하는데 실패할 수 있다. 유사하게, 세포는 요구된 목적을 위해 불충분한 양의 당단백질을 발현할 수 있다. 따라서, 목적하는 당단백질의 발현을 자극하는 제제를 사용하여 세포에 의한 당단백질의 발현을 유도하거나 또는 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 도입된 핵산 분자는 목적하는 당단백질의 전사를 활성화시키거나 또는 상향조절하는 전사 인자를 암호화할 수 있다. 결국 이러한 전사 인자의 발현은 목적하는 당단백질의 발현, 또는 보다 강한 발현을 초래한다.

특정 양태에서, 당단백질의 발현을 지시하는 핵산은 숙주 세포내로 안정하게 도입된다. 특정 양태에서, 당단백질의 발현을 지시하는 핵산은 숙주 세포내로 일시적으로 도입된다. 당업자는 자신의 실험 요구도를 기준으로 핵산을 세포내로 안정하게 또는 일시적으로 도입시킬 수 있는지를 선택할 수 있을 것이다.

목적하는 당단백질을 암호화하는 유전자는 하나 이상의 조절성 유전자 조절 요소에 임의로 결합시킬 수 있다. 특정 양태에서, 유전자 조절 요소는 당단백질의 구성적 발현을 지시한다. 특정 양태에서, 목적하는 당단백질을 암호화하는 유전자의 유전적 발현을 제공하는 유전자 조절 요소를 사용할 수 있다. 유도성 유전자 조절 요소(예를 들면, 유도성 프로모터)의 사용은 세포내에서 당단백질 생산의 조절을 허용한다. 진핵 세포에서 사용하기 위한 잠재적으로 유용한 유도성 유전자 조절 요소의 비제한적 예는 호르몬-조절된 요소들(참조: 예를 들면, Mader, S. and White, J.H., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:5603-5607, 1993), 합성 리간드-조절 요소(참조: 예를 들면, Spencer, D.M. et al., Science 262:1019-1024, 1993) 및 이온화 조사-조절된 요소(참조: 예를 들면, Manome, Y. et al., Biochemistry 32:10607-10613, 1993; Datta, R. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89:10149-10153, 1992)을 포함한다. 당해 분야에 공지된 추가의 세포-특이적 또는 다른 조절 시스템도 본 발명에 따라 사용할 수 있다.

당업자는, 세포가 본 발명의 교시에 따라서 목적하는 당단백질을 발현하도록 유전자를 도입시키는 방법을 선택하고 임의로 적절히 변형시킬 수 있을 것이다.

세포

세포 배양 및 당단백질의 발현이 쉬운 어떠한 숙주 세포도 본 발명에 따라 이용할 수 있다. 특정 양태에서, 숙주 세포는 포유동물 세포이다. 본 발명에 따라 사용할 수 있는 포유동물 세포의 비제한적 예는 BALB/c 마우스 골수종 세포주(NSO/l, ECACC No: 85110503); 사람 망막모세포종(PER.C6 (제조원: 네덜란드 라이덴 소재의 CruCell)); SV40으로 형질전환된 원숭이 신장 CV1 세포주(COS-7, ATCC CRL 1651); 사람 배아 신장 세포주(현탁액 배양물 내에서 성장시키기 위해 서브클로닝된 293 또는 293 세포, 참조: Graham et al., J. Gen Virol., 36:59,1977); 새끼 햄스터 신장 세포(BHK, ATCC CCL 10); 차이니즈 햄스터 난소 세포 +/-DHFR (CHO, 참조: Urlaub and Chasin, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77:4216, 1980); 마우스 세르톨리 세포(sertoli cell)(TM4, 참조: Mather, Biol. Reprod., 23:243-251, 1980); 원숭이 신장 세포(CV1 ATCC CCL 70); 아프리카 녹색 원숭이 신장 세포(VERO-76, ATCC CRL-1 587); 사람 경부암종 세포(HeLa, ATCC CCL 2); 개 신장 세포(MDCK, ATCC CCL 34); 버팔로 랫트(buffalo rat) 신장 세포(BRL 3A, ATCC CRL 1442); 사람 폐 세포(W138, ATCC CCL 75); 사람 간 세포(Hep G2, HB 8065); 마우스 유방 종양(MMT 060562, ATCC CCL51); TRI 세포(참조: Mather et al., Annals N.Y. Acad. Sci., 383:44-68, 1982); MRC 5 세포; FS4 세포; 및 사람 간암 세포주(Hep G2)를 포함한다.

추가로, 당단백질을 발현하는 임의의 수의 상업적으로 및 비-상업적으로 이용가능한 하이브리도마 세포주도 본 발명에 따라 이용할 수 있다. 당업자는, 하이브리도마 세포주가 최적 성장 및 당단백질 발현을 위한 상이한 배양 조건을 필요로 할 수 있고/있거나 상이한 영양 요구도를 가질 수 있음을 인지할 것이며, 조건들을 경우에 따라 조절할 수 있을 것이다.

위에서 언급한 바와 같이, 많은 경우에서 세포들을 선택하거나 조작함으로써 높은 수준의 당단백질을 생산할 것이다. 흔히, 세포는 사람의 손에 의해, 예를 들면, 목적하는 당단백질을 암호화하는 유전자를 도입하고/하거나 이러한 유전자의 발현을 조절하는 유전자 조절 요소들(내인성이거나 또는 도입된 것에 상관없이)을 도입시킴에 의해 높은 수준의 당단백질을 생산하도록 조작될 것이다.

당업자는, 상이한 세포 유형에서 생산된 당단백질이 상이한 수득된 글리코실화 패턴을 함유할 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 프르지빌로(Przybylo) 등은, 카드헤드린의 글리코실화 패턴이 비-악성 요관 세포, v-raf 형질감염된 HCV29 세포 및 방광의 이행 세포 암에서 발현되는 경우 상이함을 입증하였다[참조: Przybylo et al., Cancer Cell International, 2(1):6, 2002]. 리펠리(Lifely) 등은, 사람화된 IgG 항체의 글리코실화 패턴 및 생물학적 활성이 CHO, Y0 골수종 및 NS0 골수종 세포주에서 발현되는 경우 상이함을 입증하였다[참조: Lifely et al., Glycobiology. 5(8):813-22, 1995]. 당업자는 과도한 실험없이 특정 당단백질의 생산을 위해 바람직한 세포주를 선택할 수 있을 것이다. 궁극적으로 선택되는 세포주에 상관없이, 당단백질은 본 발명에 따라 발현되어 보다 광범위한 글리코실화 패턴을 생성할 수 있다.

특정의 당단백질은 세포 성장, 세포 생존성 또는 궁극적으로 목적하는 당단백질의 생산을 몇가지 방식으로 제한하는 세포의 일부 다른 특성에 있어 유해한 효과를 가질 수 있다. 특정 당단백질을 발현시키기 위해 조작된 하나의 특정 유형의 세포 집단 중에서도, 세포 집단내 변동성이 존재함으로써 특정의 개개 세포는 더 잘 성장하거나, 목적하는 당단백질을 더 생산하거나, 보다 광범위한 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질을 생산하거나, 또는 글리코실화 패턴이 자연적으로 존재하는 당단백질의 글리코실화 패턴을 정확하게 반영하는 당단백질을 생산한다. 특정 양태에서, 세포주는 실시자에 의해 세포를 배양하기 위해 선택한 특정 조건하에서 강한(robust) 성장을 위해 실험적으로 선택된다. 일부 양태에서, 특정 당단백질을 발현시키기 위해 조작된 개개의 세포는 세포 성장, 최종 세포 밀도, 세포 생존율, 발현된 당단백질의 역가, 올리고사카라이드 측쇄의 정도 및 조성, 또는 실시자에 의해 중요하다고 고려되는 다른 어떠한 조건과 이러한 조건의 특정 조합을 기준으로 하는 대규모 생산을 위해 선택된다.

세포의 배양

본 발명은 당단백질의 발현에 대해 조정될 수 있는 특정 세포 배양 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 세포는 배치 또는 공급-배치 배양으로 성장시킬 수 있으며, 여기서, 배양은 당단백질의 충분한 발현 후에 종결된 후, 발현된 당단백질을 수거한다. 또는, 세포를 관류 배양물 내에서 성장시킬 수 있으며, 여기서, 배양은 종결되지 않으며 새로운 영양물과 다른 성분들이 주기적으로 또는 연속해서 배양물에 가해지며, 이 동안에 발현된 당단백질은 주기적으로 또는 연속해서 수거된다.

세포는 실시자가 선택한 어떠한 편리한 용적으로도 성장시킬 수 있다. 예를 들어, 세포는 수 밀리리터 내지 수십 리터로부터의 용적 범위의 소 규모 반응 용기 내에서 성장시킬 수 있다. 또는, 세포는 1 리터 내지 10, 100, 250, 500, 1000, 2500, 5000, 8000, 10,000, 12,000 리터 이상의 용적 범위 또는 이들 사이의 어떠한 용적 범위의 거대 규모의 산업적 생물반응기 내에서 성장시킬 수 있다.

세포 배양물의 온도는, 주로 세포 배양물이 생존성으로 유지되는 온도의 범위, 즉 높은 수준의 당단백질이 생산되는 범위 및/또는 발현된 당단백질이 바람직한 글리코실화 패턴을 함유하는 범위를 기초로 선택될 것이다. 예를 들어, CHO 세포는 잘 성장하여 약 37℃에서 산업적으로 적절한 수준에서 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질을 생산할 수 있다. 일반적으로, 대부분의 포유동물 세포는 약 25℃ 내지 42℃의 범위내에서 잘 성장하여 산업적으로 적절한 수준의 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질을 생산할 수 있지만, 본 기술내용에서 교시된 방법은 이러한 온도에 제한되지 않는다. 특정 포유동물 세포는 약 35℃ 내지 40℃ 범위의 온도에서 잘 성장하여 산업적으로 적절한 수준의 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질을 생산할 수 있다. 특정 양태에서, 세포 배양물을 세포 배양 과정 동안 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45℃의 온도에서 1회 이상 성장시킨다. 당업자는 실시자의 특정 생산 요건 및 세포의 특정 요구도에 따라 세포를 성장시키기에 적절한 온도 또는 온도들을 선택할 것이다.

또한, 배양은 배양 과정 동안에 하나 이상의 온도 이동에 적용시킬 수 있다. 배양물의 온도 이동이 있는 경우, 온도 이동은 상대적으로 점진적이다. 예를 들어, 온도 변화를 완성하기 위해서는 수시간 또는 수일이 걸릴 수 있다. 또는, 온도 이동은 상대적으로 급진적일 수 있다. 온도는 배양 과정 동안에 끊임없이 증가시키거나 또는 강하시킬 수 있다. 또는, 온도는 배양 과정 동안 다양한 시간에서 별개의 양으로 증가되거나 또는 강하될 수 있다. 후속적인 온도(들) 또는 온도 범위(들)은 초기 또는 앞서의 온도(들) 또는 온도 범위(들)보다 낮거나 또는 높을 수 있다. 당업자는, 다수의 별개의 온도 이동이 이러한 양태를 포함함을 이해할 것이다. 예를 들어, 온도는 1회(보다 높거나 또는 낮은 온도 또는 온도 범위) 이동할 수 있으며, 이러한 온도 또는 온도 범위에서 세포가 특정 기간 동안 유지된 후, 온도는 다시 앞서의 온도 또는 온도 범위의 온도 또는 온도 범위보다 높거나 또는 낮을 수 있는, 새로운 온도 또는 온도 범위로 다시 이동될 수 있다. 각각의 별개의 이동 후 배양물의 온도는 일정할 수 있거나 또는 특정 범위의 온도에서 유지될 수 있다.

초기 온도 또는 온도 범위를 사용하면서, 온도 이동(들)후 세포 배양물의 온도 또는 온도 범위는, 주로 세포 배양물이 생존하는 온도를 기초로 하여 일반적으로 선택되며, 높은 수준의 당단백질이 생산되는 범위 및/또는 발현된 당단백질이 바람직한 글리코실화 패턴을 함유하는 범위는 바람직한 글리코실화 패턴을 함유한다. 일반적으로, 대부분의 포유동물 세포는 약 25℃ 내지 42℃의 범위내에서 생존성을 유지하며 산업적으로 적절한 수준에서 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질을 발현하지만, 본 기술내용에 의해 교시된 방법은 상기 온도에 제한되지 않는다. 특정 양태에서, 포유동물 세포는 약 25℃ 내지 35℃의 범위내에서 생존성을 유지하며 산업적으로 적절한 수준에서 바람직한 글리코실화 패턴을 갖는 당단백질을 발현한다. 당업자들은, 세포의 특정 요구도 및 실시자의 특정 생산 요건에 따라, 세포를 성장시키기에 적절한 온도(들) 또는 온도 범위(들)을 선택할 수 있을 것이다. 세포는 실시자의 요구도 및 세포 자체의 요건에 따라 특정의 시간 동안 성장시킬 수 있다.

특정 양태에서, 배치 및 공급-배치 반응은, 발현된 당단백질이 충분히 높은 역가를 달성하고/하거나 일단 발현된 당단백질이 실시자의 요구도에 의해 측정한 것으로서, 바람직한 글리코실화 패턴을 나타내면 종결시킨다. 추가로 또는 대안으로, 배치 및 공급-배치 반응은, 세포가 실시자의 요구도에 의해 측정한 것으로서, 충분히 높은 밀도에 이를 때 종결시킬 수 있다. 예를 들어, 배양은, 세포가 최대 생존성 세포 밀도의 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 99 퍼센트에 이르면 종결시킬 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 배치 및 공급-배치 반응은 락테이트 및 암모니아와 같은 대사 노폐물의 과도한 축적 전에 종결시킬 수 있다.

특정 경우에, 세포에 의해 고갈되거나 또는 대사된 영양분 또는 기타 배지 성분들을 사용하여 후속적인 생산 상태동안 세포 배양물을 보충하는 것이 유리할 수 있다. 비제한적 예로서, 세포 배양물을 호르몬 및/또는 성장 인자, 무기 이온(예를 들면, 나트륨, 클로라이드, 칼슘, 마그네슘 및 포스페이트와 같은), 완충제, 비타민, 뉴클레오사이드 또는 뉴클레오타이드, 미량 성분(일반적으로 매우 낮은 최종 농도로 존재하는 무기 화합물), 아미노산, 지질, 또는 글루코스 또는 다른 에너지원으로 보충하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 보충 성분은 세포 배양물에 1회 가할 수 있거나, 또는 이들을 세포 배양물의 일련의 첨가로 제공할 수 있다.

특정 양태에서, 세포는 본원에서 참고로 인용한 미국 가특허원 제60/605,097호에 기술된 세포 배양 방법 중 어느 것에 따라 성장시킨다. 특정 양태에서, 세포는 본원에서 참조로 인용된 미국 가특허원 제11/213,308호에 기술된 하나 이상의 조건에 따라 성장시킨다.

당업자들은 특정 세포 배양 조건을 조절하여 성장율, 세포 생존성, 세포 배양물의 최종 세포 밀도, 락테이트 및 암모늄과 같은 해로운 대사 부산물의 최종 농도, 발현된 당단백질의 최종 역가, 올리고사카라이드 측쇄의 정도 및 조성 또는 실시자가 중요한 것으로 고려하는 기타 조건들 또는 이들 조건들의 특정 조합을 포함하나, 이에 한정되지 않는 세포 배양의 특정 특성들을 최적화할 수 있을 것이다.

발현된 당단백질의 분리

일반적으로, 본 발명에 따라 발현된 당단백질을 분리하고/하거나 정제하는 것이 바람직할 것이다. 특정 양태에서, 발현된 당단백질은 배지내로 분비되므로, 세포 및 기타 고형물은 예를 들면, 정제 과정에서 첫번째 단계로서 원심분리 또는 여과에 의해 제거될 수 있다.

또는, 발현된 당단백질은 숙주 세포의 표면에 결합될 수 있다. 예를 들면, 배지를 제거하고 당단백질을 발현하는 숙주 세포를 정제 과정의 첫번째 단계로서 용해시킬 수 있다. 포유동물 숙주 세포의 용해는 유리 비드에 의한 물리적 파괴 및 높은 pH 조건에의 노출을 포함하는, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 익히 공지된 어떠한 다수의 수단으로 달성할 수 있다.

발현된 당단백질은 크로마토그래피(예: 이온 교환, 친화성, 크기 배제 및 하이드록시아파타이트 크로마토그래피), 겔 여과, 원심분리 또는 차등적 가용성, 에탄올 침전을 포함하나, 이에 한정되지 않는 표준 방법 및/또는 단백질의 정제를 위한 어떠한 다른 이용가능한 기술로 분리하고 정제할 수 있다[참조: Scopes, Protein Purification Principles and Practice 2nd Edition, Springer-Verlag, New York, 1987; Higgins, S.J. and Hames, B.D. (eds.), Protein Expression : A Practical Approach, Oxford Univ Press, 1999; 및 Deutscher, M.P., Simon, M.I., Abelson, J.N. (eds.), Guide to Protein Purification : Methods in Enzymology (Methods in Enzymology Series, Vol. 182), Academic Press, 1997, 이들 각각은 본원에서 참조로 인용됨]. 특히 면역친화성 크로마토그래피의 경우, 당단백질은 당단백질에 대해 생성하는 항체를 포함하는 친화성 컬럼에 결합시킴에 의해 분리하여 정지상 지지체에 고정시킬 수 있다. 또는, 인플루엔자 외피 서열, 폴리-히스틴 또는 글루타티온-S-트랜스퍼라제와 같은 친화성 태그를 표준 재조합 기술에 의해 당단백질에 부착시켜 적절한 친화성 컬럼을 통과시킴에 의해 용이하게 정제할 수 있다. 페닐 메틸 설포닐 플루오라이드(PMSF), 류펩틴, 펩스타틴 또는 아프로티닌과 같은 프로테아제 억제제를 어떠한 또는 모든 단계에서 가하여 정제 과정 동안 당단백질의 분해를 감소시키거나 또는 제거할 수 있다. 프로테아제 억제제는, 발현된 당단백질을 분리하고 정제하기 위해 세포를 용해시켜야 하는 경우 유리하다. 추가로 또는 대안으로, 글리코시다제 억제제를 임의의 또는 모든 단계에서 가하여 공유 결합된 올리고사카라이드 쇄의 효소적 트리밍(trimming)을 감소시키거나 또는 제거할 수 있다.

본 발명에 따라 발현된 당단백질은 이들이 전통적인 세포 배양 조건하에서 성장하는 경우보다 더 광범위하거나, 또는 변경된 글리코실화 패턴을 가질 수 있다. 따라서, 정제 단계에서 활용될 수 있는 본 발명의 하나의 실제적 이점은, 특정의 본 발명의 방법에 따라 성장한 당단백질상에서 추가의 및/또는 변경된 당 잔기가 보다 전통적인 방법에 따라 성장한 당단백질에서 가능한 것보다 실시자가 당단백질을 보다 용이하게 또는 보다 높은 순도로 정제하는데 사용할 수 있는 독특한 생화학적 특성을 이에 부여할 수 있다는 것이다.

당업자는, 정확한 정제 기술은 정제될 당단백질의 특성, 당단백질이 발현되는 세포의 특성 및/또는 세포가 성장하는 배지의 조성에 따라 변할 것임을 인지할 것이다.

면역원성 조성물

본 기술의 교시에 따라 생산된 당단백질은 또한 면역원성 조성물 내에 예를 들면, 백신으로서 사용될 수 있다. 특정 양태에서, 본 발명의 특정 방법에 따라 당단백질을 생산함으로써 달성된 개선된 글리코실화 패턴은 보다 효과적인 면역원성 조성물을 생성할 수 있다. 예를 들어, 생산된 당단백질을 함유하는 면역원성 조성물은 보다 효과적인 면역 반응을 야기할 수 있으며, 여기서, 피검체의 면역계는 당단백질에 대해 보다 많은 수의 항체를 생산하고/하거나 면역원성 당단백질에 대해 보다 높은 특이성을 나타내는 항체를 생산한다. 추가로 또는 대안으로, 이러한 당단백질은 심각한 부작용이 거의 없고/없거나 전혀 없는 면역 반응을 야기할 수 있다. 특정 양태에서, 본 발명의 면역원성 조성물은 하나 이상의 당단백질을 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 본 발명의 면역원성 조성물은 하나 이상의 생리학적으로 허용되는 담체를 포함할 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 면역원성 조성물(들)의 성분에 대한 적절한 "유효량" 또는 용량의 선택은 사용된 면역원성 조성물중 선택된 당단백질(들)의 실체, 당단백질(들)의 글리코실화 패턴, 및 피검체의 신체적 상태를 포함하나, 이에 한정되지 않는, 가장 특히, 면역화된 피검체의 일반적인 건강, 연령 및/또는 체중을 포함하는 각종 인자들을 기초로 한다. 당해 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 면역원성 조성물에서 추가 성분들의 존재 및 투여의 특정 방법 및 경로는 또한 DNA 플라스미드 조성물의 용량 및 양에 영향을 미칠 수 있다. 유효 투여량의 이러한 선택 및 상향 또는 하향 조절은 당해 분야의 기술내에 있다. 보호 반응을 포함하나, 이에 한정되지 않는 면역 반응을 유도하거나, 또는 환자에서 현저한 부작용없이 외인성 효과를 생성하는데 요구되는 면역원성 조성물의 양은 이들 인자에 따라 변한다. 적합한 투여량은 당업자에 의해 용이하게 측정된다.

본 발명의 특정의 면역원성 조성물은 애주번트를 함유할 수 있다. 애주번트는 면역원 또는 항원과 함께 투여되는 경우 면역 반응을 향상시키는 물질이다. 다수의 사이토카인 또는 림포카인은 면역 조절 활성을 가진 것으로 밝혀졌으므로, 인터루킨 1-α, 1-β, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12(참조: 예를 들면, 미국 특허 제5,723,127호, 본원에서 이의 전문이 참조로 인용됨), 13, 14, 15, 16, 17 및 18(및 이의 돌연변이 형태), 인터페론-α, β 및 γ, 과립구-대식구 콜로니 자극 인자(참조: 예를 들면, 미국 특허 제5,078,996호, 본원에서 이의 전문이 참조로 인용됨), 대식구 콜로니 자극 인자, 과립구 콜로니 자극 인자, GSF, 및 종양 괴사 인자 α 및 β를 포함하나, 이에 한정되지 않는 애주번트로서 사용될 수 있다. 본 발명에 유용한 또 다른 애주번트는 MCP-1, MIP-1α, MIP-1β 및 RANTES를 포함하나, 이에 한정되지 않는 케모카인을 포함한다. 셀렉틴, 예를 들면, L-셀렉틴, P-셀렉틴 및 E-셀렉틴과 같은 부착 분자도 또한 보조제로서 유용할 수 있다. 또 다른 유용한 보조제는 제한없이 뮤신-유사 분자, 예를 들면, CD34, GlyCAM-1 및 MadCAM-1, LFA-1, VLA-1, Mac-1 및 p150.95와 같은 다수의 인테그린 계열, PECAM, ICAM, 예를 들면, ICAM-1, ICAM-2 및 ICAM-3, CD2 및 LFA-3와 같은 다수의 면역글로불린 상과, CD40 및 CD40L과 같은 공동자극 분자, 혈관 성장 인자, 신경 성장 인자, 섬유아세포 성장 인자, 상피 성장 인자, B7.2, PDGF, BL-1 및 혈관 내피 성장 인자를 포함하는 성장 인자, Fas, TNF 수용체, Fot, Apo-1, p55, WSL-1, DR3, TRAMP, Apo-3, AIR, LARD, NGRF, DR4, DR5, KILLER, TRAIL-R2, TRICK2 및 DR6를 포함하는 수용체 분자를 포함한다. 또 다른 애주번트 분자는 카스파제(ICE)를 포함한다(참조: 제WO98/17799호 및 제WO43839호, 이들 각각은 이의 전문이 본원에 참조로 인용됨).

또한 애주번트로서 유용한 것은 국제 특허공보 제WO 00/18434호에 기술된 것들을 포함하는 콜레라 독소(CT) 및 이의 돌연변이체이다(여기서, 29번의 아미노산 위치에서 글루탐산은 다른 아미노산(아스파르트산 제외), 바람직하게는 히스티딘으로 치환된다). 유사한 CT 또는 돌연변이체는 국제 특허 공보 제WO 02/098368호에 기술되어 있다(여기서, 16번 아미노산 위치에서 이소류신은, 단독으로 또는 68번 아미노산 위치에서의 세린의 다른 아미노산에 의한 치환과 함께, 다른 아미노산에 의해 치환되어 있고/있거나; 여기서, 72번 아미노산 위치의 발린은 다른 아미노산으로 치환되어 있다). 다른 CT 독소는 국제 특허 공보 제WO 02/098369호에 기술되어 있다(여기서, 25번 아미노산 위치에서 아르기닌은 다른 아미노산으로 치환되어 있고/있거나; 아미노산이 49번 아미노산 위치에 삽입되어 있고/있거나; 2개의 아미노산이 35번 및 36번 아미노산 위치에서 삽입되어 있다). 이들 참조 문헌 각각은 본원에 이의 전문이 참조로 인용되어 있다.

특정 양태에서, 본 발명의 면역원성 조성물은 비강, 경구, 질내, 직장내, 비경구, 피내, 경피내(참조: 예를 들면, 이의 전문이 본원에 참조로 인용된 국제 특허 공보 제WO 98/20734호), 근육내, 복강내, 피하내, 정맥내 및 동맥내를 포함하나, 이에 한정되지 않는 각종 경로로 사람 또는 비-사람 척추동물에 투여된다. 적절한 경로는 사용된 면역원성 조성물의 특성, 환자의 연령, 체중, 성별 및 일반적인 건강상태 및 면역원성 조성물 내에 존재하는 항원 및/또는 당업자에게 공지된 기타 요인에 따라 선택될 수 있다.

특정 양태에서, 면역원성 조성물은 수회 투여된다. 면역원성 조성물의 투여 순서 및 개개의 투여사이의 기간은 방법 적용에 대한 숙주의 물리적 특성 및 정밀한 반응을 포함하나, 이에 한정되지 않는, 당업자에게 공지된 관련 인자에 따라 당업자에 의해 선택될 수 있다.

약제학적 제형

특정 양태에서, 생산된 당단백질은 약리학적 활성을 가질 것이며 약제의 제조시 유용할 것이다. 위에서 기술된 것으로서 본 발명의 조성물은 피검체에게 투여될 수 있거나 또는 우선 비경구(예: 정맥내), 피내, 피하, 경구, 비강, 기관지내, 안내, 경피(국소), 경점막, 직장 및 질내 경로를 포함하나, 이에 한정되지 않는 어떠한 이용가능한 경로에 의해 전달용으로 제형화될 수 있다. 본 발명의 약제학적 조성물은 통상적으로 포유동물 세포주로부터 발현된 정제된 당단백질, 전달제(즉, 위에서 기술한 바와 같은, 양이온성 중합체, 펩타이드 분자 수송인자, 표면활성제들)와 함께 약제학적으로 허용되는 담체를 포함한다. 본원에 사용된 것으로서 용어 "약제학적으로 허용되는 담체"는 약제학적 투여와 상용가능한 용매, 분산 매질, 피복제, 항세균제 및 항진균제, 등장화제 및 흡수 지연제 등을 포함한다. 보충적 활성 화합물을 또한 조성물내에 혼입시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따라 생산된 당단백질을 추가로 독소, 저-분자량 세포독소 약물, 생물학적 반응 개질제 및 방사성핵종과 같은 전신 약리치료용 기타 약물과 추가로 접합시킬 수 있다(참조: 예를 들면, Kunz et al., Calicheamicin derivative - carrier conjugates, US20040082764 A1).

대안으로 또는 추가로, 본 발명에 따라 생산된 단백질 또는 폴리펩타이드는 하나 이상의 추가의 약제학적 활성제와 함께(동시에 또는 순차적으로) 투여될 수 있다. 이러한 약제학적으로 활성인 제제의 대표적인 목록은 본원에 참조로 인용된 문헌(참조: Physicians' Desk Reference, 55 Edition, published by Medical Economics Co., Inc., Montvale, NJ, 2001)에서 찾을 수 있다. 이들 열거된 제제 중 다수의 경우, 약제학적 유효량 및 처방은 당해 분야에 공지되어 있으며; 다수는 상기 문헌(참조: the Physicians' Desk Reference)에 제시되어 있다.

약제학적 조성물은 의도된 투여 경로에 적합하도록 유리하게 제형화된다. 비경구, 피내 또는 피하 적용을 위해 사용되는 액제 또는 현탁액제는 다음 성분들을 포함할 수 있다: 주사용수, 염수 용액, 고정 오일, 폴리에틸렌 글리콜, 글리세린, 폴리프로필렌 글리콜 또는 기타 합성 용매와 같은 멸균 희석제; 벤질 알코올 또는 메틸 파라벤과 같은 항세균제; 아스코르브산 또는 아황산나트륨과 같은 항산화제; 에틸렌디아민테트라아세트산과 같은 킬레이트제; 아세테이트, 시트레이트 또는 포스페이트와 같은 완충제 및 염화나트륨 또는 덱스트로즈와 같은 장성 조절제. pH는 염산 또는 수산화나트륨과 같은 산 또는 염기로 조절할 수 있다. 비경구 제제는 유리 또는 플라스틱으로 제조된 앰플, 1회용 주사기 또는 다중 용량 바이알 내에 봉입될 수 있다.

주사가능한 용도로 적합한 약제학적 조성물은 통상적으로 멸균 수용액(수용성인 경우) 또는 분산액 및 멸균된 주사용 액제 또는 현탁액제의 즉석 제제용 멸균 산제를 포함한다. 정맥내 투여를 위해서, 적합한 담체는 생리학적 염수, 정균수, Cremophor EL^TM(제조원: 뉴저지주 파시패니 소재의 BASF) 또는 포스페이트 완충된 염수(PBS)를 포함한다. 모든 경우에, 조성물은 멸균이어야 하며 용이한 주사가능성이 있도록 하기에 충분하도록 유체이어야 한다. 본 발명의 특정의 약제학적 제형은 제조 및 저장의 조건하에서 안정하며 세균 및 진균과 같은 미생물의 오염 작용에 대해 보존되어야 한다. 일반적으로, 관련 담체는 용매 또는 예를 들면, 물, 에탄올, 폴리올(예를 들면, 글리세롤, 프로필렌 글리콜 및 액체 폴리에틸렌 글리콜 등)을 함유하는 분산 매질 및 이들의 적합한 혼합물일 수 있다. 적절한 유동성은 예를 들면, 레시틴과 같은 피복물을 사용하고, 분산의 경우에 요구되는 입자 크기를 유지하며 표면활성제를 사용함에 의해 유지될 수 있다. 미생물 작용의 방지는 각종 항세균제 및 항진균제, 예를 들면, 파라벤, 클로로부탄올, 페놀, 아스코르브산, 티메로살 등에 의해 달성할 수 있다. 많은 경우에, 등장화제, 예를 들면, 당, 만니톨, 소르비톨과 같은 폴리알코올, 또는 염화나트륨을 조성물 내에 포함시키는 것이 유리할 것이다. 주사가능한 조성물의 장기간 흡수는 조성물 내에 흡수를 지연시키는 제제, 예를 들면, 알루미늄 모노스테아레이트 및 젤라틴을 포함시킴에 의해 달성할 수 있다.

주사가능한 멸균 액제는 필요량의 정제된 당단백질을 적절한 용매 내에서 경우에 따라 위에서 열거된 성분 중 하나 또는 이들의 배합물을 혼입시킨 후 여과 멸균에 의해 제조할 수 있다. 일반적으로, 분산액제는 포유동물 세포주로부터 발현된 정제된 당단백질을 염기성 분산 매질 및 위에서 열거된 것들로부터의 요구된 다른 성분들을 함유하는 멸균 비히클내로 혼입시킴에 의해 제조한다. 주사가능한 멸균 액제의 제조용 멸균 산제의 경우에, 제조 방법은 예를 들면, 진공 건조 및 활성 성분과 추가의 어떠한 바람직한 성분의 분말을 이의 앞서의 멸균-여과된 용액으로부터 수득하는 동결-건조를 포함한다.

경구 조성물은 일반적으로 불활성 희석제 또는 식용 담체를 포함한다. 치료학적 경구 투여의 목적을 위해, 정제된 당단백질을 부형제와 혼입시키고 정제, 트로키제 또는 캅셀제, 예를 들면, 젤라틴 캅셀제의 형태로 사용할 수 있다. 경구 조성물은 또한 구강세척제로서 사용하기 위한 유체 담체를 사용하여 제조할 수 있다. 약제학적으로 혼화성인 결합제 및/또는 보조 물질을 조성물의 일부로서 포함시킬 수 있다. 정제, 환제, 캅셀제, 트로키제 등은 다음 성분들 중 어느 것, 또는 유사한 특성의 화합물을 함유할 수 있다: 미세결정성 셀룰로즈, 검 트라가칸트 또는 젤라틴과 같은 결합제; 전분 또는 락토즈와 같은 부형제; 알긴산, 프리모겔 또는 옥수수 전분과 같은 붕해제; 마그네슘 스테아레이트 또는 스테로테스와 같은 윤활제, 콜로이드성 이산화규소와 같은 활주제; 슈크로즈 또는 사카린과 같은 감미제; 또는 페퍼민트, 메틸 살리실레이트 또는 오렌지 풍미와 같은 풍미제. 경구 전달용 제형은 위장관내에서 안정성을 증진시키고/시키거나 흡수를 향상시키는 제제를 유리하게 혼입시킬 수 있다.

흡입에 의한 투여를 위해, 포유동물 세포주로부터 발현된 정제된 당단백질 및 전달제를 포함하는 본 발명의 조성물은 적합한 분사제, 예를 들면, 이산화탄소와 같은 가스, 또는 분무기를 함유하는 디스펜서(dispenser) 또는 가압 용기로부터 에어로졸 분무의 형태로 유리하게 전달된다. 본 발명은 특히 비강 스프레이, 흡입기 또는 기타 직접적인 전달을 상부 및/또는 하부 기도에 사용한 조성물의 전달을 고려한다. 인플루엔자 바이러스에 대해 지시된 DNA 백신의 비강 투여는 CD8 T 세포 반응을 유도하는 것으로 밝혀졌으며, 이는, 호흡관내 적어도 일부의 세포가 당해 경로에 의해 전달되는 경우 DNA를 흡수하며, 본 발명의 전달제가 세포 흡수를 향상시킬 것임을 나타낸다. 특정 양태에 따라서, 포유동물 세포로부터 발현된 정제된 당단백질 및 전달제를 포함하는 조성물은 에어로졸 투여를 위한 큰 다공성 입자로 제형화된다.

전신 투여는 또한 경점막 또는 경피 수단으로 달성할 수 있다. 경점막 또는 경피 투여를 위해, 침투할 장벽에 적절한 침투제를 제형 내에 사용한다. 이러한 침투제는 일반적으로 당해 분야에 공지되어 있으며, 예를 들면, 경점막 투여, 세제, 담즙 염 및 푸시드산 유도체를 포함한다. 경점막 투여는 비강 스프레이 또는 좌제를 사용하여 달성할 수 있다. 경피 투여를 위해, 정제된 당단백질 및 전달제는 당해 분야에 일반적으로 공지된 것으로서 연고제, 고약, 겔제 또는 크림제로 제형화된다.

조성물은 또한 좌제(예를 들면 코코아 버터 및 기타 글리세라이드와 같은 통상의 좌제 기제와 함께) 또는 직장 전달용 정체 관장의 형태로 제조될 수 있다.

특정 양태에서, 본 발명의 약제학적 조성물은 국소 마취제, 펩타이드, 양이온성 지질, 리포좀 또는 지질 입자와 같은 지질, 폴리라이신과 같은 다가양이온, 덴드리머와 같은 측쇄의 3차원 다가양이온, 탄수화물, 양이온성 양친매제, 세제, 벤질암모늄 표면활성제, 또는 세포에 폴리뉴클레오타이드 전달을 촉진시키는 다른 화합물을 함유한다. 이러한 촉진제는 국소 마취제 부피바카인 또는 테트라카인(참조: 예를 들면, 미국 특허 제5,593,972호; 제5,817,637호; 제5,380,876호; 제5,981,505호 및 제6,383,512호 및 국제 특허 공보 제WO98/17799호, 이들 각각은 본원에 이의 전문이 참조로 인용됨)을 포함한다.

특정 양태에서, 조성물은 이식 및 미세봉입 전달계를 포함하는 조절된 방출 제형과 같이, 신체로부터의 신속한 제거에 대해 당단백질을 보호할 담체와 함께 제조된다. 에틸렌 비닐 아세테이트, 다가무수물, 폴리클리콜산, 콜라겐, 폴리오르토에스테르 및 폴리락트산과 같은 생분해성, 생체적합성 중합체를 사용할 수 있다. 이러한 제형의 제조 방법은 당업자에게 익숙할 것이다. 물질들은 또한 알자 코포레이션(Alza Corporation) 및 노바 파마슈티칼스, 인코포레이티드(Nova Pharmaceuticals, Inc.)로부터 시판된다. 리포좀 현탁액(바이러스 항원에 대한 모노클로날 항체를 갖는 감염된 세포에 대해 표적화된 리포좀 포함)을 또한 약제학적으로 허용되는 담체로서 사용할 수 있다. 이러한 현탁액은 본원에 이의 전문이 참조로 인용된 미국 특허 제4,522,811호에 기술되어 있는 바와 같이, 당업자에게 익히 공지된 방법에 따라 제조할 수 있다.

경구 또는 비경구 조성물을 투여의 용이성 및 용량의 단일성을 위한 단일 용량형으로 제형화하는 것이 유리할 수 있다. 본원에 사용된 것으로서 단위 용량형은 치료될 환자의 단일 용량으로 적합한 물리적으로 분리된 단위를 말하며, 각각의 단위는 요구된 약제학적 담체와 함께 바람직한 치료학적 효과를 생성하기 위해 계산된 예정된 양의 활성 당단백질을 함유한다.

본 발명에 따라 발현된 당단백질은 경우에 따라 다양한 간격 및 상이한 기간에, 예를 들면, 약 1 내지 10주, 2 내지 8주, 약 3 내지 7주, 약 4, 5 또는 6주 등의 사이에 주당 1회로 투여할 수 있다. 당업자는, 질병 또는 질환의 중증도, 앞서의 치료, 피검체의 일반적인 건강상태 및/또는 연령, 및 존재하는 기타 질병을 포함하나, 이에 한정되지 않는 특정의 인자들이 피검체를 효과적으로 치료하는데 요구되는 용량 및 시간변수에 영향을 미칠 수 있음을 인지할 것이다. 일반적으로, 본원에 기술된 바와 같은 당단백질을 사용한 피검체의 치료는 단일 치료를 포함할 수 있거나, 또는 많은 경우에, 일련의 치료를 포함할 수 있다. 적절한 투여량이 당단백질의 효능에 의존할 것이며 예를 들면, 예비선택된 바람직한 반응이 달성될 때까지 증가하는 투여량의 투여를 통해 특정 수용체에 대해 임의로 조절될 수 있음은 이해될 것이다. 또한, 어떠한 특정 동물 피검체에 대한 특정 투여량은 사용된 특정 당단백질의 활성, 피검체의 연령, 체중, 일반적인 건강, 성별 및 식이, 투여 시간, 투여 경로, 배출률, 특정 약물 조합 및/또는 조절될 발현 또는 활성 정도를 포함하는 각종 인자에 따를 것임이 이해될 것이다.

본 발명은 본 발명의 조성물의 비사람 동물의 치료용 용도를 포함한다. 따라서, 투여량 및 투여 방법은 수의 약리학 및 의약의 공지된 원리에 따라 선택될 수 있다. 이에 대한 안내는 예를 들면, 문헌[참조: Adams, R. (ed.), Veterinary Pharmacology and Therapeutics^th, 8^th edition, Iowa State University Press; ISBN: 0813817439; 2001]에서 찾을 수 있다.

본 발명의 약제학적 조성물은 투여 지침서와 함께 용기, 팩 또는 디스펜서(dispenser) 내에 포함될 수 있다.

다음 설명은 단지 대표적인 것으로 이해되어야 하며 한정함을 의미하지 않는다. 본 발명을 접목시키기 위한 다른 방법 및 재료 및 또한 추가의 적용은 당업자에게 익숙할 것이며, 첨부되는 청구의 범위내에 포함되는 것으로 의도된다.

실시예 1: 배지 제형

본 발명은, 하나 이상의 본 발명의 농도의 망간을 함유하는 배양 배지에서 성장시킨 세포 배양물에 의해 생산된 당단백질이 당해 세포를 전통적인 배지에서 성장시킬 때보다 더 광범위한 글리코실화 패턴을 함유한다는 사실을 포함한다. 망간은 세포 성장을 지지할 수 있는 어떠한 배양 배지에도 가할 수 있다. 망간이 본 발명의 농도중 어느 것 이내에서 가해진 대표적인 배양 배지가 표 1에 열거되어 있지만, 본 발명은 이러한 배양 배지의 이용에 한정되지 않는다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다른 배양 배지를 사용하여 세포를 성장시키고/시키거나 특정의 변형을 표 1에 열거된 대표적인 배양 배지의 조성에 대해 수행할 수 있다.

특정 양태에서, 세포는 초기 배양이 1회 이상의 공급 배지에서 시작된 후 1회 이상 보충된다. 대표적인 공급 배지를 표 2에 열거하지만, 본 발명은 이러한 공급 배지의 이용에 한정되지 않는다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다른 공급 배지를 이용하여 세포를 성장시킬 수 있고/있거나 특정의 변경을 표 2에 열거한 대표적인 공급 배지의 조성에 대해 수행할 수 있다. 예를 들어, 이러한 공급 배지의 하나 이상의 성분들의 농도를 증가시키거나 또는 감소시켜 이러한 성분들의 바람직한 농도를 달성할 수 있다. 특정 양태에서, 각각의 공급 배지 성분의 농도를 동일한 계수로 증가시키거나 감소시킨다. 예를 들어, 각각의 공급 배지 성분의 농도를 1x, 2x, 3x, 4x, 5x, 6x, 7x, 8x, 9x, 10x, 11x, 12x, 13x, 14x, 15x, 16x, 17x, 18x, 19x, 20x, 25x, 30x, 35x, 40x, 45x, 50x 이상 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있다.

실시예 2: rFIX 펩타이드 맵핑의 소규모 시험

도입: 재조합 사람 혈액 응고 인자 IX("rFIX") 대규모 약물 물질("BDS")의 생산 동안, 배치 대 배치 차이를 펩타이드 맵내 K4 펩타이드의 상대적 피크 면적비("RPAR")로 관찰하였다. 샘플은 아크로모박터 라이티쿠스(Achromobacter lyticus)("AchroK", Wako catalog #129-02541)로부터의 라이실 엔도펩티다제로 분해하고, 후속적으로 역상 HPLC로 분해하여 제조하였다. K4 펩타이드의 RPAR은 특정 배치내 참조 물질의 대조군 샘플의 82%의 하한 이하로 떨어졌으며 대조군 샘플의 최소 78%에 이르렀다. 물질의 균형은 K4' 피크에서 발견되었다. 2개 피크사이의 차이는 전적으로 Ser-61에서의 글리코실화 정도에 기인한다. K4 종은 세린에 결합된 Sia-α2,3-Gal-β1,4-GlcNAc-β1,3-Fuc-α1-O 테트라사카라이드를 가지는 반면, 비례하여 증가된 K4' 종은 단지 푸코즈를 갖는다.

완전한 규모의 세포 배양 실험을, 펩타이드 맵 차이가 발생하였던 기간 동안에 수행하였다. 세포를 FeSO₄, CuSO₄ 및 콜린 클로라이드가 각각 2X, 7X 및 2X로 보충된 세포 배양 배지 내에서 성장시켰다. 실험적 배치의 소규모 정제에 의해 생산된 BDS는 개선된 K4 RPAR을 나타내었지만, 동일한 방식으로 정제한 대조군 물질은 그렇지 않았다. BDS 롯트는 펩타이드 맵 요건(≥ 대조군 샘플의 82%)을 통과하였지만, 참조 물질에서 관찰된 수준에는 이르지 못하였다. 이는, RPAR 맵에서 관찰된 차이가 세포 배양 과정의 결과이며 영양 결핍과 관련이 될 수 있음을 나타내었다.

과정 중 샘플 분석: 세포를 미세 여과("MF") 및 한외여과/투석여과("UF/DF") 단계에 의해 세포 배양 배지로부터 제거하여 분석에 이용가능한 개개의 생물반응기로부터 상당히 순수한 물질을 수득하였다.

K4 종이 세포로부터 분비된 후 K4'(푸코즈 유일) 종으로 다시 분해되는지를 시험하기 위해, 변형된 분석을 UF/DF 잔류물로부터의 과정내 샘플에서 수행하였다. 잔류물의 대량 샘플을 3개의 동일한 분취량으로 나누었다. 하나는 소규모 포획 컬럼위에서 즉시 정제하였고; 이를 네가티브 대조군으로서 제공하였다. 다른 2개는 각각 37℃에서 밤새 항온처리한 후 유사한 방식으로 정제하였다. 밤새 분취량 중 하나에는 시알리다제를 가하여 시알산이 일부 다른 글리코시다제의 활성을 차단하는 경우에 K4 종으로부터 말단 시알산을 제거하였다. 소규모 정제 후, 모든 3개의 샘플을 위에서와 같이 K4 종에 대해 분석하였다. 도 1은 어떠한 샘플에 있어서도 시알리다제에 의해 촉매된 것 이상의 분해가 없음을 나타낸다. 이는, 펩타이드 맵 문제가 동화작용이며, Ser-61에서 "손실(missing)된" 당 잔기가 신생 쇄에 부가되지 않았음을 의미하는 매우 강력한 지표였다. 이들 당 잔기를 제거하는데 관여하는 글리코시드 활성이 불활성화되었거나 또는 MF 및 UF/DF 단계에서 제거되었을 가능성이 남아 있지만, 이 가능성은 매우 낮다. 이러한 결과는 또한, Q 세파로즈 단계의 상류로부터의 샘플을 분석하기 위한 소규모 정제 시스템의 유용성을 입증하였다.

소규모 모델링: 진탕 플라스크내에서 성장시킨 소규모 rFIX 배양물을 모델로서 사용하여 K4 종에 대한 다양한 배지 및 첨가물의 효과를 평가하였다. 각각의 경우에, 진탕 플라스크로부터의 조건 배지를 용적-기준 피크 수집을 사용하여 소규모 포획 컬럼위에서 직접 정제(UF/DF의 부재하에)하고 샘플내 K4 분포를 측정하였다.

소규모 모델의 유용성을 완전한 규모의 실험에서와 동일한 첨가제를 사용하여 입증하였다. 문헌 고찰에서 Mn⁺⁺가 초파리 효소의 유사한 글리코실화 활성에 요구됨이 밝혀졌으므로(참조: Moloney et al., J. Biol. Chem. 275(13): 9604-9611, 2000; Bruckner et al., Nature 406: 411-415, 2000), 망간 첨가를 또한 분석하였다. 당해 비교는 진탕 플라스크 내에서 4회의 계대배양을 통해 수행하였고, 결과는 도 2에 나타낸다. 각각의 샘플에 대한 2회 주사를 나타낸다. "P#"는 각각의 조건의 계대배양 수를 나타낸다. P1-2의 경우에, Mn의 농도는 1 nM이고; P3-4의 경우에, 10 nM이었다. 대조군과 보충 배지 K4 종 분포사이의 차이는 생산 생물반응기 내에서 관찰된 차이와 비교가능하다. 단일 계대배양 및 수회 계대배양에서 어떠한 경향성도 나타나지 않은 후에 차이가 명백해진다.

첨가제는 3개의 성분(FeSO₄, CuSO₄ 및 콜린 클로라이드)을 포함하였으므로, 다음 실험은 이들 성분들 중 어느 것이 증진된 K4 종 분포에 관여하였는지에 초점을 맞추었다. 3개의 성분들을 3개의 rFIX 진탕 플라스크 배양물에 가하였다. 성분들을 쌍을 이루어 가하여 임의의 상승 효과가 나타나게 하였다. 다른 배양물은 포지티브(모든 3개의 성분) 및 네가티즈(첨가제 없음) 대조군을 포함하였다.

도 3은, FeSO₄가 K4 종의 분포의 개선에 도움을 주는데 관여하는 첨가제임을 나타내었다. 각각의 샘플의 2회 주사를 나타낸다. 첨가는 실험 농도에서 수행하였다. FeSO₄의 부재하에서 CuSO₄ 및 콜린 클로라이드의 첨가는 분포를 더욱 악화시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 알려지지 않은 이유로 인하여, K4'의 탈-시알릴화된 형태는 시험 샘플 및 검정 참조물 둘다에서 보다 풍부하게 나타나기 시작하였다는 것에 주목해야 한다. 이러한 경향성은 도 3에서 명백하며 후속 실험에서 지속된다.

배지 분말의 철 함량의 유도적으로-커플링된 플라즈마분광기("ICP") 분석은, 적절한 양의 철이 분말 내에 존재하였음을 입증하였다. 이는, 첨가된 FeSO₄로부터 기원한 이점이 실제로 원료 물질의 미량 오염에 의해 유발된다는 가설을 가져왔다. 원래의 배지 조건에 사용되었던 FeSO₄ 롯트를 ICP 분석으로 분석하였으며, 몇가지 미량의 불순물이 검출 한계 이상의 수준으로 나타났다. 공지된 억제제 및 rFIX 세포 배양 배지의 성분들을 제거함에 의해, 목록은 다음의 9개의 잠재적으로 유익한 원소들로 압축되었다: Sb, Bi, B, Co, Ge, Mn, Mo, Ni 및 V.

그 다음, 소규모 모델링 실험을 수행하여 원래의 배지 첨가물을 보충할 수 있는 일부 다른 가능한 첨가제를 시험하였다. 추가의 CuSO₄, ZnSO₄ 및 MnSO₄(10 nM 이하)를 시험하였다. 아연은 다른 2가 양이온의 흡수를 경쟁적으로 억제하므로 ZnSO₄를 포함시켰다. 알려지지 않은 이유로 인하여, 대조군 및 실험 조건들은 대조군 조건에 대해 앞서 관찰되었던 것과 보다 유사한 매우 유사한 K4 종 분포를 제공하였다(참조: 도 4, 각각의 샘플에 대한 2회 주사를 나타낸다). 그러나, 실험 조건에의 FeSO₄의 첨가는 K4 종 분포를 분명하게 개선시켰다. 가해진 ZnSO₄가 K4 종 분포를 보다 악화시켰을 수 있지만, 이러한 차이의 중요성은 확실하지 않다.

탈-시알릴화된 K4' 피크의 수준의 증가가 도 3에서 관찰되었음을 앞서 언급하였다. 이러한 현상은 기술된 소규모 연구의 과정에 걸쳐 지속되고 경향성이었다. 이러한 경향은 제시된 바와 같은 결과의 해석을 변화시키지 않는다.

결론: 과정중 및 소규모 포획 컬럼 용출물의 광범위한 시험은, 배지 분말에 있어서의 차이가 K4 RPAR에 있어서의 이동을 유발하며, 결국 다수의 펩타이드 맵 차이를 초래한다는 강력한 증거를 제공하였다. 세포 배양 배지에의 특성 성분들의 첨가는 부분적으로 이동을 역전시키므로, 배지 분말에 있어서의 차이가 하나 이상의 성분들을 낮은 수준으로 이동시키는 것으로 여겨졌다. 관찰된 가장 효과적인 첨가제는 FeSO₄였고, ICP 분석은, 배지 분말이 적절한 양의 Fe을 함유하였음을 나타내었으므로, 따라서, FeSO₄에 있어서의 미량의 분순물이 Ser-61에서의 적절한 글리코실화에 필수적이라는 가설을 세웠다. FeSO₄의 ICP 분석을 기초로 할 때, 미량의 분순물은 배지 분말의 특정한 성분이 아니라, 오히려 배지 중에 이미 항상 존재하였던 부수적인 영양분이었다.

실시예 3: rFIX 펩타이드 맵에 대한 배지 첨가물의 영향의 소규모 연구

도입: 실시예 2는, Ser-61에서 글리코실화 정도에 있어서의 배치 대 배치 차이가 K4 펩타이드 집단 분포에서의 이동으로서 관찰되는 바와 같이, 각종 rFIX 배치에서 관찰되었음을 입증하였다. 모든 rFIX 배치는 완전한 길이의 테트라사카라이드(Sia-α2,3-Gal-β1,4-GlcNAc-β1,3-Fuc-α1)가 우세한 당해 부위에서 쇄 길이의 분포를 갖지만, 일부 배치는 푸코즈가 유일한 형태의 현저하게 높은 분획을 가졌다.

실시예 2는 또한, K4 분포에 있어서의 이동이 생물반응기 내에서 발생하였으며 배지 분말의 롯트 변화와 밀접하게 관련되어 있음을 입증하였다. 실시예 2의 결과는, 당형태 분포에 있어서의 변화가 이화작용이 아닌 동화작용이라는 가설을 강력하게 지지한다. 또한, 이들 실험들은, 보충적인 FeSO₄가 이동을 부분적으로 역전시킬 수 있음을 입증하였으나, ICP 분석은, 배지 분말 롯트들 사이에 FeSO₄ 농도에 있어서 현저한 차이가 없음을 입증하였다. 따라서, 상이한 배지 분말 롯트와 함께 다양한 수준으로 존재한 FeSO₄의 다른 미확인의 미량 성분이 이동에 관여하였다고 가설을 세웠다.

상가적 효과: 실시예 2에 논의된 바와 같이, ICP 분석은 실험적 배양 조건에 사용된 FeSO₄ 롯트내 9개의 미량 성분들의 측정가능한 양을 나타내었다. 공개된 배지 제형중 이들에 대한 이러한 미량 성분들의 비교는 Sb 또는 Bi를 첨가할 필요성을 제거하였다. 배지 제형 및 FeSO₄의 ICP 분석을 기초로 하여, 5개 화합물들의 혼합물을 생성하여 rFIX 배양물(최종 배지 농도 주어짐)에 가하였다: 1 nM (NH₄)₆Mo₇O₂₄, 10 nM CoCl₂, 5.5 nM NH₄VO₃, 1.5 nM NiSO₄ 및 20 nM H₃BO₃. 초기 문헌 고찰은, 망간이 글리코실트랜스퍼라제 활성에 중요할 수 있음을 지적하였으므로(참조: Breton and Imberty, Curr. Opinion in Structural Biol. 9: 563-571, 1999; Bruckner et al., Nature 406: 411-415, 2000), FeSO₄를 별도로 가하였다. 동일한 실험에서, 추가의 FeSO₄ (2X 또는 4X)를 시험하여 이것이 또한 상대적인 양의 테트라사카라이드를 증가시킬 수 있는지를 측정하였다. 각각의 경우에, 첨가제를 실시예 2에 기술된 보충물 외에 사용하였다.

당해 첨가 실험의 결과는 도 5에 나타낸다. 종 분포를 측정하였으며 보고된 값은 이들의 합에 대한 4개의 K4 피크 각각의 면적의 비이다. 도면은 또한 참조 물질, 대조군(첨가물 없음) 및 보충된(실시예 2에서와 같이) 배양물을 나타낸다. 각각의 샘플에 대한 2개의 주사를 나타낸다. 각각의 컬럼 세트에서, 가장 좌측 컬럼은 Ser-61에서 테트라사카라이드를 가진 분자의 분획에 상응하며, 가장 우측 컬럼은 단지 푸코즈만을 가진 분획이다. 포지티브 및 네가티브 대조군 배양물(각각 보충된 및 보충되지 않은 배양물) 사이의 관찰된 차이는 앞서 관찰된 것 보다 더 작았다. 그럼에도 불구하고, 도 5는, 미량 성분들의 혼합물이 K4 종 분포에 있어 효과가 없는 반면, FeSO₄ 및 MnSO₄ 둘다의 첨가는 K4 종 분포를 개선시켰음을 입증한다. 보충물에 첨가하는 경우, 15 nM MnSO₄는 K4 종 분포에 있어 12μM FeSO₄의 첨가시와 거의 동일한 효과를 가졌다.

망간에 대한 강력한 반응으로 인해, rFIX 세포 배양 배지에서 망간에 대한 최적 농도를 찾도록 실험을 설계하였다. 도 6은, 당해 실험이, 망간이 가해진 배양물 모두가 보충된 또는 대조군 배양물보다 푸코즈 유일의 K4를 덜 가지므로, 도 5에 나타낸 결과와 일치하는 결과를 제공함을 나타냈다. 실제로, 40 nM 이상의 망간을 사용한 배양물은 검정 참조 물질에서와 같이 푸코즈 유일의 K4와 동일한 양을 가졌다. 그러나, 40nM 망간보다 트리사카라이드가 100 또는 500 nM로 더 존재하는 것으로 여겨졌다. 즉, 40 nM은 Ser-61에서 보다 광범위한 FIX 글리코실화를 위한 예상외의 유리한 망간 농도였다는 것이 결정되었다.

소규모 모델의 유용성: 이들 소규모 실험 및 실시예 2에 나타낸 것들 중 하나의 특이한 특징은 실험에 따라 변화하는 수준의 트리사카라이드 또는 탈-시알화된 종이었다. 당해 종은 검정 참조물질과 유사하게 변하므로, 단일-포트(single-pot) 분해 방법의 인공물인 것으로 여겨진다. 제공된 실험을 위한 모든 샘플은 동일한 원료 물질을 사용하여 동시에 분해시켰으므로, 상기 다양성은 당해 실시예 또는 실시예 2에서 나타낸 분석에 영향을 미치는 것으로는 여겨지지 않는다.

결론: 상기 실험들은, rFIX 세포 배양 배지에의 40 nM MnSO₄의 첨가가 K4 종 분포를 증진시킴을 입증하였다.

실시예 4: 항-A베타 배양 배지 샘플의 N- 결합된 올리고사카라이드 분석

도입: 사람화된 항-A베타 펩타이드 IgG1 모노클로날 항체를 발현하는 CHO 세포("항-A베타 세포")의 N-결합된 올리고사카라이드 핑거프린트(fingerprint)를 4개의 배지 조건하에서 시험하였다. 샘플 ID 및 관련 정보는 표 3에 나타낸다.

과정: 항-A베타 배양물 1을 성장시키고 공급 배지를 주기적으로 공급하였다. 항-A베타 배양물 2에서 미량의 성분 E를 초기에 가하였다. 표 4는 미량 성분 E의 조성을 열거한다. 항-A베타 컬럼 3은, 초기 글루타민 수준이 4mM인 것을 제외하고는 컬럼 2와 동일한 조건에서 성장시켰다. 항-A베타 배양물 4는, 미량의 E를 가하지 않고 공급 배지를 글루타메이트를 사용하여 2g/L로 보충하는 것을 제외하고는, 배양물 3과 동일한 조건하에 성장시켰다.

각각의 샘플의 당형태를 PNGase F 분해에 이어 고 pH 음이온성 교환 크로마토그래피와 펄스형 전기화학 검출(HPAEC-PED) 분석으로 측정하였다. 간략히 설명하면, 샘플을 50 mM 암모늄 포르미에이트로 완충제 교환하고, 아미콘 울트라(Amicon Ultra) 30,000 MWCO 단백질 농축기를 사용하여 pH 7.3에서 완충시켰다. 회수한 후, 각각의 샘플을 5 μL PNGase F (글리콜 미함유)로 분해하고 37℃에서 밤새 항온처리하였다. 이후에, 샘플을 속도 진공 원심분리로 건조시키고 정제수로 재구성시켰다. 이후에, 샘플을 HPAEC-PED 분석용 오토샘플러 바이알에 옮겼다. HPAEC-PED 시스템에는 디오넥스 카보팩(Dionex CarboPac) PA100 가아드 및 분석 컬럼(2 x 250 mm) 및 ED-40 검출기가 장착되어 있다. 나트륨 아세테이트의 선형 구배를 사용하였고, 이는 2개의 용출물을 포함한다: 용출물 A는 100mM NaOH로 이루어져 있고 용출물 B는 100 mM NaOH/500 mM 나트륨 아세테이트로 이루어져 있다.

데이터 분석: 항-A베타 항체와 연합된 복합체 N-결합된 바이안테나리 글리칸의 3개 유형은 이들의 외부 N-결합된 바이안테나리 암(arm)상에 0개("G0"), 1개("G1") 또는 2개("G2")의 갈락토즈 잔기를 함유한다. 모든 샘플은 G0, G1 및 G2 당형태의 대표적인 3개의 피크의 존재를 나타내었다. 도 7은 각각의 샘플의 G0, G1 및 G2 HPAEC-PED 피크에 대한 총 피크 면적의 퍼센트의 그래프상 비교를 나타낸다. 추가의 작은 피크의 존재를 모든 제출된 샘플의 프로파일에서 관찰하였다. 관찰된 피크는 모노- 및 디-시알릴화된 당형태의 낮은 수준을 나타낸다.

고찰: 당해 실험은 각종 실험 조건하에서 공급 배지가 보충된 항-A베타 배양물의 G0:G1:G2 피크의 상대적 분포를 시험하였다. 미량 성분 E가 가해진 배양물은 미량 성분 E가 없는 배양 조건과 비교하여 G1 및 G2 수준에 있어서의 상응하는 증가와 함께 G0 수준에서의 강하를 입증하였다(도 7). 적은 글루타민을 함유한 배양 조건은 유사한 효과를 가지며, 당해 효과는 상가적이다. 미량 성분 E가 가해진 저 글루타민(4mM) 배양물은 N-결합된 당형태의 분포에 있어서 현저한 이동을 입증하였는데, G0 및 G1의 비율은 거의 동일하였고, G2는 총 피크 면적의 대략 10%를 나타내었다(도 7). 미량 성분 E가 가해진 배양물은 156nM의 농도로 망간을 함유하였다. 그러나, 배양물은 또한 상승된 수준의 다른 금속도 함유하였음에 주목하여야 한다. 따라서, 망간 외에도, 증진된 글리코실화 패턴에 기여하는 다른 배양 조건이 관찰될 수 있다.

결론: 항-A베타 샘플에서 관찰된 글리코실화 분포에 있어서의 차이는 대부분 배양 조건에서 각각의 변화에 기인하는 것 같다. 본 발명자들의 데이터는, 저 글루타민(4mM)의 존재 및/또는 100 mM MnSO₄를 함유하는 미량 성분 E의 첨가가 항-A베타에 있어서 다양한 N-결합된 당형태의 분포 퍼센트의 극적인 변화를 초래함을 강력히 시사한다. 이들 효과는 독립적이고 상가적인 것으로 여겨진다.

실시예 5: 항- A베타 망간 연구 샘플의 N- 결합된 올리고사카라이드 분석

도입: 실시예 4는, 항-A베타 샘플의 글리코실화 분포에 있어서의 증진이 미량 성분 E를 배양 조건에 첨가하고 글루타민을 낮은 수준으로 유지시킴에 의해 달성될 수 있음을 입증하였다. 본 실시예에서, 본 발명자들은 배양 조건에서 망간만을 첨가하는 것이 글리코실화 분포의 유사한 개선에 영향을 미칠 수 있는지를 시험하였다.

과정: 항-A베타 배양물을 40mM 망간을 함유하거나 또는 미함유하는 배양 배지 내에서 성장시켰다. 배양물에 40% 총 용적으로 공급 배지를 공급하였다. 샘플을 수거하고 실시예 4에 기술된 방법에 따라 분석하였다.

데이터 분석: 분석된 샘플을 피크 존재 및 각각의 피크에 대한 총 피크 면적의 퍼센트의 측면에서 비교하였다. 도 8은 각각의 샘플의 G0, G1 및 G2 HPAEC-PED 피크에 대한 총 피크 면적의 퍼센트의 그래프상 비교를 나타낸다.

고찰: 항-A베타 항체와 결합된 3개 유형의 복합체 N-결합된 바이안테나리 글리칸은 G0, G1 및 G2 구조이며, 이들은 각각 이들의 외부 N-결합된 바이안테나리 암상에 0, 1 또는 2개의 갈락토즈 잔기를 함유한다. 40mM 망간을 미함유하거나 또는 함유하는 배지 내에서 성장시킨 세포로부터 수거한 샘플은 G0, G1 및 G2 당형태의 대표적인 모든 3개의 피크의 존재를 나타내었다. G0 피크는 대조군 샘플내 68% 총 피크 면적에서부터, 가해진 망간을 함유하는 배지로부터 수거된 샘플내 53%로 감소하였다(참조: 도 8). 총 피크 면적의 G1 및 G2 퍼센트의 증가가 또한 망간을 함유하는 배지로부터 수거한 샘플에서 관찰되었다. 총 피크 면적의 G1 퍼센트는 대조군 샘플에서 26%이고, 망간-첨가 샘플에서 39%였다. 총 피크 면적의 G2 퍼센트는 대조군 샘플에서 6%이고 망간-첨가 샘플에서 9%였다(도 8).

결론: 이들 데이터는, 배양 배지에 망간만을 첨가하는 것이 이들 샘플에서 G0:G1:G2의 분포 퍼센트의 이동에 의해 입증되는 바와 같이 보다 광범위한 글리코실화 패턴을 생성함을 나타낸다.

Claims (30)

1. 목적하는 당단백질을 암호화하는 유전자를 함유하는 포유동물 세포를, 당단백질이 발현되게 하는데 충분한 시간 및 조건 하에 대략 10 nM 내지 600 nM 망간을 포함하는 세포 배양 배지 내에서 배양함을 포함하여, 세포 배양물 내에서 당단백질을 생산하는 방법으로서, 여기서, 상기 발현된 당단백질의 글리코실화 패턴은 망간이 없다는 것을 제외하고는 동일한 배지 내에서 동일한 조건하에 관찰된 글리코실화 패턴보다 더 광범위한 방법.
2. 제1항에 있어서,

   목적하는 당단백질을 암호화하는 유전자를 함유하는 포유동물 세포를, 대략 10 nM 내지 600 nM 망간을 포함하는 세포 배양 배지 내에서 배양하는 단계;

   상기 배양물을, 상기 배양물이 제1 온도 범위에서 유지되는 경우 최대로 가능한 생존 세포 밀도의 약 20% 내지 80%의 범위내의 생존 세포 밀도로 세포가 증식하게 하는데 충분한 제1 시간 기간 동안 상기 제1 온도 범위에서 유지시키는 단계;

   상기 배양물을 제2 온도 범위로 이동시키는 단계 (여기서, 상기 제2 온도 범위의 적어도 하나의 온도는 상기 제1 온도 범위의 최저 온도보다 낮다); 및

   상기 배양물을 상기 당단백질이 발현되게 하는데 충분한 시간 및 조건 하에 제2 시간 기간 동안 유지시키는 단계 (여기서, 상기 발현된 당단백질의 글리코실화 패턴은 망간이 없다는 것을 제외하고는 동일한 배지 내에서 동일한 조건하에 관찰 된 글리코실화 패턴보다 더 광범위하다)

   를 포함하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 제1 온도 범위가 대략 30 내지 42℃인 온도 범위를 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 제1 온도 범위가 대략 37℃인 온도를 포함하는 방법.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 온도 범위가 대략 25 내지 41℃인 온도 범위를 포함하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 제2 온도 범위가 대략 31℃인 온도를 포함하는 방법.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 이동 단계에 이어서 배양물을 제3 온도 또는 온도 범위로 이동시킴을 포함하는 제2 이동 단계를 추가로 포함하는 방법으로서, 여기서, 상기 제3 온도 범위 중 적어도 하나의 온도는 제2 온도 범위의 최저 온도보다 낮은 방법.
8. 제7항에 있어서, 제3 온도 범위가 대략 25 내지 40℃인 온도 범위를 포함하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 세포 배양 배지가 대략 20 내지 200nM 망간을 포함하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 세포 배양 배지가 대략 40nM 망간을 포함하는 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 세포 배양 배지가 대략 8mM 이하의 초기 농도의 글루타민을 포함하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 세포 배양 배지의 초기 글루타민 농도가 대략 4mM 이하인 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 세포 배양물의 용적이 적어도 약 500L인 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 초기 세포 배양이 개시된 후 세포 배양물에 추가로 공급 배지를 제공하는 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 세포 배양물에 추가로 보충 성분을 제공하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 보충 성분이 호르몬 및/또는 기타 성장 인자, 무기 이온, 완충제, 비타민, 뉴클레오사이드 또는 뉴클레오타이드, 미량 성분, 아미노산, 지질, 글루코스 또는 기타 에너지원 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 방법.
17. 제16항에 있어서, 세포 배양물에 대략 2g/L의 글루코스를 보충하는 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 세포 배양 배지가 제한 배지(defined medium)인 방법.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 목적하는 당단백질이 응고 인자 IX를 포함하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 응고 인자 IX가 재조합 사람 응고 인자 IX인 방법.
21. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 목적하는 당단백질이 항-A베타 항체를 포함하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 항-A베타 항체가 모노클로날 항체인 방법.
23. 제22항에 있어서, 항-A베타 항체가 사람화된 항-A베타 펩타이드 IgG1 모노클로날 항체인 방법.
24. 대략 10 내지 600nM 망간을 포함하는 세포 배양 배지.
25. 제24항에 있어서, 대략 20 내지 200nM 망간을 포함하는 세포 배양 배지.
26. 제25항에 있어서, 대략 40nM 망간을 포함하는 세포 배양 배지.
27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 세포 배양 배지가 대략 8mM 이하의 초기 농도의 글루타민을 포함하는 세포 배양 배지.
28. 제27항에 있어서, 초기 글루타민 농도가 대략 4mM 이하인 세포 배양 배지.
29. 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 배지가 제한 배지인 세포 배양 배지.
30. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득된 당단백질.

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