JP2021511782A - 安定化された免疫グロブリンドメイン - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、改変された免疫グロブリンドメイン、より具体的には、安定性が改善された改変型免疫グロブリン重鎖可変ドメインと、そのような免疫グロブリンドメインのライブラリーに関する。本発明はさらに、そのような免疫グロブリンドメインを作製するための方法、ならびにそうした免疫グロブリンドメインを使用する方法に関する。
単一ドメイン抗体フラグメントは、ラクダ科動物種の天然に存在する重鎖IgG(VHHと呼ばれる)または軟骨サメのIgNAR(VNARと呼ばれる)に由来し得る。単一ドメイン抗体には、臨床開発の興味深い候補となるいくつかの特性があるが、非ヒト単一ドメイン抗体は、ヒトにおけるその免疫原性のため、治療用途には適していない。
(a)SEQ ID NO: 207のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR1、
(b)SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR2、
(c)SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR3、および
(d)SEQ ID NO: 210のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR4。
(a)SEQ ID NO: 211のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR1、
(b)SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR2、
(c)SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR3、および
(d)SEQ ID NO: 210のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR4。
(a)SEQ ID NO: 207のアミノ酸配列を含むFR1、
(b)SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列を含むFR2、
(c)SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列を含むFR3、および
(d)SEQ ID NO: 210のアミノ酸配列を含むFR4。
(a)SEQ ID NO: 211のアミノ酸配列を含むFR1、
(b)SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列を含むFR2、
(c)SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列を含むFR3、および
(d)SEQ ID NO: 210のアミノ酸配列を含むFR4。
(i)SEQ ID NO: 212のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 213のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 214のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(ii)SEQ ID NO: 215のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 216のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 217のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(iii)SEQ ID NO: 218のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 219のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 220のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(iv)SEQ ID NO: 221のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 222のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 223のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(v)SEQ ID NO: 224のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 225のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 226のアミノ酸配列を含むCDR3。
(i)SEQ ID NO: 227のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 228のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 229のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(ii)SEQ ID NO: 230のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 231のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 232のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(iii)SEQ ID NO: 233のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 234のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 235のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(iv)SEQ ID NO: 236のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 237のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 238のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(v)SEQ ID NO: 239のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 240のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 241のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(vi)SEQ ID NO: 242のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 243のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 244のアミノ酸配列を含むCDR3;または
(vii)SEQ ID NO: 245のアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO: 246のアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO: 247のアミノ酸配列を含むCDR3。
I.定義
別に定義されない限り、本明細書で使用する技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野で一般的に使用されるのと同じ意味を有する。本明細書を解釈する目的で、以下の定義が適用される;適切な場合はいつでも、単数形で使用される用語は複数形をも含み、逆もまた同様である。
(a)アミノ酸残基26-32(L1)、50-52(L2)、91-96(L3)、26-32(H1)、53-55(H2)、および96-101(H3)に存在する超可変ループ(Chothia and Lesk, J. Mol. Biol. 196:901-917 (1987));
(b)アミノ酸残基24-34(L1)、50-56(L2)、89-97(L3)、31-35b(H1)、50-65(H2)、および95-102(H3)に存在するCDR(Kabat et al., Sequences of Proteins of Immunological Interest, 5th Ed., Public Health Service, National Institutes of Health, Bethesda, MD (1991));
(c)アミノ酸残基27c-36(L1)、46-55(L2)、89-96(L3)、30-35b(H1)、47-58(H2)、および93-101(H3)に存在する抗原接触(MacCallum et al. J. Mol. Biol. 262: 732-745 (1996));および
(d)HVRアミノ酸残基46-56(L2)、47-56(L2)、48-56(L2)、49-56(L2)、26-35(H1)、26-35b(H1)、49-65(H2)、93-102(H3)、および94-102(H3)を含む、(a)、(b)および/または(c)の組み合わせ。
(1)疎水性:ノルロイシン、Met、Ala、Val、Leu、Ile;
(2)中性親水性:Cys、Ser、Thr、Asn、Gln;
(3)酸性:Asp、Glu;
(4)塩基性:His、Lys、Arg;
(5)鎖の向きに影響を与える残基:Gly、Pro;
(6)芳香族:Trp、Tyr、Phe。
aVH
一局面では、本発明は、一部には、安定化された自律VHドメインに基づく。特定の態様では、Kabatのナンバリングによる52a位と71位または33位と52位にシステインを含む自律VHドメインが提供される。前記システインは、適切な条件下でジスルフィド結合を形成することができ、かつ/またはジスルフィド結合を形成する。本発明のさらなる局面では、Kabatのナンバリングによる52a位、71位、33位および52位にシステインを含む自律VHドメインが提供される。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 207のアミノ酸配列によるフレームワーク領域1、またはSEQ ID NO: 208のアミノ酸配列によるフレームワーク領域2、またはSEQ ID NO: 209のアミノ酸配列によるフレームワーク領域3、またはSEQ ID NO: 210のアミノ酸配列によるフレームワーク領域4を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 207のアミノ酸配列によるフレームワーク領域1およびSEQ ID NO: 208のアミノ酸配列によるフレームワーク領域2を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列によるフレームワーク領域1およびSEQ ID NO: 210のアミノ酸配列によるフレームワーク領域3を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 207のアミノ酸配列によるフレームワーク領域1およびSEQ ID NO: 210のアミノ酸配列によるフレームワーク領域4を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 207のアミノ酸配列によるフレームワーク領域1、SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列によるフレームワーク領域3およびSEQ ID NO: 210のアミノ酸配列によるフレームワーク領域4を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 207のアミノ酸配列によるフレームワーク領域1、SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列によるフレームワーク領域2およびSEQ ID NO: 209のアミノ酸配列によるフレームワーク領域3を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 207のアミノ酸配列によるフレームワーク領域1、SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列によるフレームワーク領域2、SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列によるフレームワーク領域3およびSEQ ID NO: 210のアミノ酸配列によるフレームワーク領域4を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列によるフレームワーク領域2、SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列によるフレームワーク領域3およびSEQ ID NO: 210のアミノ酸配列によるフレームワーク領域4を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列によるフレームワーク領域2およびSEQ ID NO: 209のアミノ酸配列によるフレームワーク領域3を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列によるフレームワーク領域2およびSEQ ID NO: 210のアミノ酸配列によるフレームワーク領域4を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。本発明の好ましい態様では、aVHは、SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列によるフレームワーク領域3およびSEQ ID NO: 210のアミノ酸配列によるフレームワーク領域4を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む。あるいは、フレームワーク領域1は、フレームワーク領域1がSEQ ID NO: 207により定義された上記の態様において、SEQ ID NO: 211によるものである。
本発明のさらなる局面では、テンプレートaVHが提供される。好ましい態様では、自律VHドメインはSEQ ID NO: 40のアミノ酸配列を含む(テンプレート1)。SEQ ID NO: 40のアミノ酸配列は、位置P52aCおよびA71Cのシステイン変異に基づく。好ましい態様では、自律VHドメインはSEQ ID NO: 42のアミノ酸配列を含む(テンプレート2)。SEQ ID NO: 42のアミノ酸配列は、位置P52aCおよびA71Cのシステイン変異に基づき、かつさらなる変異、すなわちG26Sを含む。好ましい態様では、自律VHドメインはSEQ ID NO: 44のアミノ酸配列を含む(テンプレート3)。SEQ ID NO: 42のアミノ酸配列は、位置P52aCおよびA71Cのシステイン変異に基づき、かつ31a位にセリンの挿入を含む、つまり、セリンが該配列の31位と32位の間に追加されたことを意味する。好ましい態様では、自律VHドメインはSEQ ID NO: 46のアミノ酸配列を含む(テンプレート4)。SEQ ID NO: 44のアミノ酸配列は、位置P52aCおよびA71Cのシステイン変異に基づき、かつ31a位と31b位に2つのセリンの挿入を含む、つまり、2個のセリンが該配列の31位と32位の間に追加されたことを意味する。好ましい態様では、自律VHドメインはSEQ ID NO: 180のアミノ酸配列を含む(テンプレート5)。SEQ ID NO: 180のアミノ酸配列は、位置Y33CおよびY52のシステイン変異に基づく。SEQ ID NO: 40、42、44、46および180の配列は、さらなる安定化のために、K94SおよびL108Tの変異を含む。しかしながら、テンプレート1〜5はK94Sおよび/またはL198Tの変異を含む必要はない。
さらなる局面では、本発明は、一部には、黒色腫関連コンドロイチン硫酸プロテオグリカン(MCSP)に結合するaVHドメインに基づく。好ましい態様では、MCSPに結合するaVHドメインはSEQ ID NO: 57のアミノ酸配列を含む。好ましい態様では、MCSPに結合するaVHドメインはSEQ ID NO: 59のアミノ酸配列を含む。好ましい態様では、MCSPに結合するaVHドメインはSEQ ID NO: 61のアミノ酸配列を含む。好ましい態様では、MCSPに結合するaVHドメインはSEQ ID NO: 63のアミノ酸配列を含む。好ましい態様では、MCSPに結合するaVHドメインはSEQ ID NO: 65のアミノ酸配列を含む。
本明細書に記載の自律VHドメインを含むVHライブラリーを作製するために、テンプレート配列をランダム化した。テンプレート1(SEQ ID NO:40による)は、3つ全てのCDRにおいてランダム化した。テンプレート2、3および4(それぞれ、SEQ ID NO: 42、SEQ ID NO: 44、SEQ ID NO: 46による)は、CDR2とCDR3でランダム化した。テンプレート5(SEQ ID NO:180による)は、第1のライブラリーでは3つ全てのCDRにおいてランダム化し、第2のライブラリーではCDR2とCDR3でのみランダム化した。
以下は、本発明の方法および組成物の例である。上記の一般的な説明を考慮すると、様々な他の態様を実施できることが理解されよう。
DNAを操作するために、Sambrook, J. et al, Molecular cloning: A laboratory manual; Cold Spring Harbor Laboratory press, Cold spring Harbor, New York, 1989に記載されるような、標準方法を採用した。分子生物学試薬は、製造元の指示に従って使用した。ヒト免疫グロブリン軽鎖および重鎖のヌクレオチド配列に関する一般情報は、Kabat, E.A. et al. (1991) Sequences of Proteins of Immunological Interest, Fifth Ed., NIH Publication No 91-3242に示される。
所望の遺伝子セグメントは、必要な場合、適切なテンプレートを用いてPCRにより作製するか、またはGeneart AG(Regensburg, ドイツ)で合成オリゴヌクレオチドとPCR産物から自動遺伝子合成により合成した。特異な制限エンドヌクレアーゼ切断部位が両端に隣接する遺伝子セグメントは、標準的なクローニング/シーケンシングベクターにクローニングした。プラスミドDNAを形質転換細菌から精製し、UV分光法で濃度を測定した。サブクローニングされた遺伝子断片のDNA配列は、DNAシーケンシングにより確認した。遺伝子セグメントは、それぞれの発現ベクターへのサブクローニングを可能にするために適切な制限部位を含むようにデザインした。真核細胞における分泌に使用される全ての構築物は、リーダーペプチドをコードする5'末端DNA配列を含むようにデザインした。SEQ ID NO: 1および2が代表的なリーダーペプチドを示す。
特異的aVHドメインの選択のために、3種類の異なる抗原が作製された。
を有する(SEQ ID NO: 11および12)。
DR5-Fc-avi、単量体TfR1-Fc-avi、ならびに1価および2価のaVH Fc構築物の発現のために、該構築物を、EBV由来タンパク質EBNAを安定して発現するHEK 293細胞に一過性にトランスフェクトした。標準的なプロトコルに従って、ろ過済みの細胞培養上清からタンパク質を精製した。簡単に述べると、Fc含有タンパク質をプロテインAセファロースカラム(GE healthcare社)にアプライして、PBSで洗浄した。溶出をpH2.8で行い、その後すぐにサンプルを中和した。凝集したタンパク質は、PBS中での、または20mMヒスチジン、150mM NaCl pH6.0中でのサイズ排除クロマトグラフィー(Superdex 200,GE Healthcare社)によって単量体画分から分離した。単量体タンパク質画分をプールし、(必要に応じて)MILLIPORE Amicon Ultra(30 MWCO)遠心濃縮機を用いて濃縮し、-20℃または-80℃で凍結保存した。その後のタンパク質分析および解析評価(例えば、SDS-PAGEによる)、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)または質量分析のために、サンプルの一部を提供した。
包括的な(generic)自律ヒト重鎖可変ドメイン(aVH)ライブラリーの作製
包括的なaVHライブラリーは、Barthelemy et al., J. Biol. Chem. 2008, 283:3639-3654により公開された自律ヒト重鎖可変ドメインのハーセプチン由来テンプレートである配列B1ab(SEQ ID NO: 13および14)に基づいて作製された。B1abでは、軽鎖界面の不在下では表面に露出されるようになる4個の残基を、ファージディスプレイによって同定された残基で置き換えた。これらの変異は、VHドメインフォールドの構造と適合することがわかっている。それらは親水性を高め、それゆえ足場の安定性を向上させて、軽鎖パートナーの不在下で安定かつ可溶性であるaVHドメインの発現を可能にする(図1A)。
新しいライブラリーの機能をテストするために、DR5の細胞外ドメイン(ECD)に対する選択を、HEK293発現タンパク質を用いて実施した。パンニングのラウンドを次のパターンに従って溶液中で行った:(1.)総容量1ml中で0.5時間での100nMビオチン化抗原タンパク質への約1012個のファージミド粒子の結合;(2.)10分間での5.4×107のストレプトアビジン被覆磁気ビーズの添加によるビオチン化抗原の捕捉および特異的結合ファージの結合;(3.)5×1ml PBS/Tween20および5×1ml PBSを用いた該ビーズの洗浄;(4.)10分間での1mlの100mMトリエチルアミン(TEA)の添加によるファージ粒子の溶出、および500μlの1M Tris/HCl pH7.4の添加による中和;(5.)上清中のファージ粒子による指数関数的増殖期の大腸菌(E. coli)TG1細胞の再感染、ヘルパーファージVCSM13による感染、および後続の選択ラウンドで使用されるファージミド粒子のその後のPEG/NaCl沈殿。
安定化ジスルフィド架橋を含むaVHドメインの同定
aVH足場をさらに安定させるために、タンパク質鎖の柔軟性を拘束する追加のジスルフィド架橋の導入を試験した。システインに変異させたときジスルフィド架橋の形成を可能にする位置は、1)構造モデリングにより、または2)追加の安定化ジスルフィドを有する天然のIg様Vタイプ配列を検索することにより、同定した。
安定化された包括的自律ヒト重鎖可変ドメイン(aVH)ライブラリーを作製するための新しいライブラリーテンプレート
より高い安定性を示すaVHライブラリーを作製するために、SEQ ID NO: 30および37に基づいて、新しいaVHライブラリーテンプレートをデザインした。テンプレート配列に次の任意の改変を行った:(1)変異K94Sの導入;(2)抗体Jエレメントによく見られる配列バリアントである変異L108Tの導入。しかし、上記の変異は特異的効果を及ぼさない。全てのライブラリーテンプレートの概要を図3に示す。
52a位と71位の間の追加の安定化ジスルフィド架橋に基づいた新しいaVHライブラリーの作製のために、4つの新しいテンプレートをデザインした(SEQ ID NO: 39、41、43、45)。4つのテンプレートのうち3つは、CDR1領域に追加の配列改変を含む(図3A)。テンプレート2(SEQ ID NO: 42)では、グリシン26がセリンに置き換えられ(G26S改変)、テンプレート3および4(SEQ ID NO: 44および46)は、それぞれ31aおよび31a/bの位置に1つおよび2つのセリン挿入を有する(S31aおよびS31ab改変)。テンプレート1(SEQ ID NO: 40)は3つ全てのCDRでランダム化され、テンプレート2〜4(SEQ ID NO: 42、44、46)はCDR2とCDR3でのみランダム化された。全てのランダム化では、3つのフラグメントを「重複伸長によるスプライシング」(SOE)PCRによって組み立てた。フラグメント1は、フレームワーク1、CDR1、およびフレームワーク2の一部が含まれるaVH遺伝子の5'末端を有する。フラグメント2は、フレームワーク2でフラグメント1と重複し、CDR2およびフレームワーク3領域をコードする。フラグメント3は、フラグメント2とアニーリングし、CDR3領域およびaVHのC末端を保持する。
33位と52位でのジスルフィド架橋によって安定化された、aVHテンプレート5(図3B;DNA:SEQ ID NO: 179;タンパク質:SEQ ID NO: 180)をランダム化するために、前述と同じPCR戦略が選択された。3つのCDRでランダム化されたライブラリーの作製では、フラグメント1はプライマーLMB3 (SEQ ID NO: 15)およびaVH_Y33C_Y52C_H1_rev_Primer_TN (SEQ ID NO: 54)を用いて、フラグメント2はaVH_Y33C_Y52C_H2_for_Primer_TN (SEQ ID NO: 55)およびaVH_H3 reverse Primer (SEQ ID NO: 49)を用いて、フラグメント3はaVH_H3_4/5/6_for_Primer_TN (SEQ ID NO: 50〜52)およびfdseqlong (SEQ ID NO: 17)を用いて作製された(表6)。CDR2とCDR3でのみランダム化されたライブラリーの作製では、ランダム化プライマーSEQ ID NO: 54を、コンスタントプライマーSEQ ID NO: 53に置き換えた(表7)。得られたファージライブラリーのサイズは、約5×109の形質転換体であった。
包括的ジスルフィド安定化aVHライブラリーからの抗MCSPおよび抗TfR1結合剤の選択
前記ライブラリーの複雑性の質をテストし、かつ得られた結合剤をさらに特徴付けるために、組換えMCSPおよびTfR1に対する概念実証選択(proof of concept selection)を前述のように溶液中で行った。両方の選択のために、6つ全てのファージライブラリーを個別に、上記の抗原に対する結合剤についてスクリーニングした。抗原濃度を(10-7Mから×10-8Mへ)下げながら選択を3ラウンドにわたって実施した。ラウンド2では、抗原:ファージ複合体の捕捉を、ストレプトアビジンビーズの代わりにニュートラアビジンプレートを用いて行った。特異的結合剤をELISAにより次のように同定した:ウェルあたり100μlの50nMビオチン化抗原をニュートラアビジンプレートにコーティングした。個々のaVH含有細菌上清を添加し、結合するaVHを、そのFlagタグを介して、抗Flag/HRP二次抗体の使用により検出した。バックグラウンドに対して顕著なシグナルを示すクローンを、配列決定(例示的なDNA配列を、MCSP特異的aVHではSEQ ID NO: 56、58、60、62、64として、TfR1特異的aVHではSEQ ID NO: 66、67、68、69、70、71、72としてリストに載せた)およびさらなる解析のためにショートリストに載せた。
選択したクローンをさらに特性評価するために、ELISA陽性aVH(MCSP特異的aVHではSEQ ID NO: 57、59、61、63、65としてリストに載せた可変ドメインの例示的タンパク質配列)を速度論的パラメータの正確な分析のために精製した。各クローンについて、500mlの培養物に、対応するファージミドを有する細菌を接種し、OD600 0.9で1mM IPTGにより誘導した。その後、該培養物を25℃で一晩インキュベートし、遠心分離により回収した。再懸濁したペレットを25mlのPPBバッファー(30mM Tris-HCl pH8、1mM EDTA、20%スクロース)中で20分間インキュベートした後、細菌を再度遠心分離して、上清を回収した。25mlの5mM MgSO4溶液を用いてこのインキュベーション段階を1回繰り返した。両方のインキュベーション段階の上清をプールし、ろ過し、IMACカラム(His gravitrap,GE Healthcare社)にロードした。続いて、そのカラムを40mlの洗浄バッファー(500mM NaCl、20mMイミダゾール、20mM NaH2PO4 pH7.4)で洗浄した。溶出(500mM NaCl、500mMイミダゾール、20mM NaH2PO4 pH7.4)後、溶出液をPD10カラム(GE Healthcare社)を使用して再緩衝化し、その後ゲルろ過段階を行った。精製されたタンパク質の収量は500〜2000μg/lの範囲であった。
選択したaVHクローンの親和性(KD)は、ニュートラアビジン捕捉によりNLCチップ上に固定したビオチン化MCSP抗原を用いて、25℃でProteOn XPR36機器(Biorad社)を使用して、表面プラズモン共鳴により測定した。組換え抗原(リガンド)の固定化:抗原をPBST(10mMリン酸、150mM塩化ナトリウムpH7.4、0.005%Tween 20)で10μg/mlに希釈し、次に30μl/分で様々な接触時間で注入して、200、400または800レスポンスユニット(RU)の固定化レベルを垂直配向で達成した。アナライトの注入:ワンショット反応速度論的(one-shot kinetics)測定のため、注入方向を水平配向に変えた;精製したaVHの2倍希釈系列(200〜6.25nMの間の様々な濃度範囲)を、結合時間〜180秒、解離時間800秒で、別々のチャネル1〜5に沿って60μl/分で同時に注入した。参照用の「インライン」ブランクを提供するために、バッファー(PBST)を6番目のチャネルに沿って注入した。結合速度定数(kon)と解離速度定数(koff)は、結合および解離のセンサーグラムを同時にフィッティングさせることにより、ProteOn Manager v3.1ソフトウェアで単純なLangmuirの1対1結合モデルを使用して計算した。平衡解離定数(KD)は、koff/kon比として算出した。分析したクローンは、非常に広い範囲(8〜193nM)のKD値を示した。全てのクローンの速度論的および熱力学的データ、凝集温度、ランダム化されたCDR、ならびに安定化ジスルフィド架橋の位置を表8にまとめてある。
選択したaVHクローンをさらに特徴付けるために、全ての結合剤をFcベースのフォーマットに変換した。MCSP特異的aVH配列を、「knob」変異を有するヒトIgG1 FcドメインにN末端で融合させた。特に、同定されたaVH DNA配列(SEQ ID NO: 56、58、60、62、64)がSEQ ID NO: 73のテンプレートaVHコード配列に置き換わった。aVH-Fc融合配列を、「hole」変異をもつFc配列(SEQ ID NO: 74)と組み合わせて発現させると、N末端単量体aVHをもつFcドメインが得られた(図2A)。
ジスルフィド安定化MCSP特異的クローンのMV3細胞株への結合をFACSにより測定した。陰性対照として、無関係の抗体を使用した。96ウェルの丸底プレートにおいて、20万個/ウェルの細胞を単量体aVH-Fc融合構築物(0.27、0.8、2.5、7.4、22.2、66.6、200、および600nM)と300μlのPBS(0.1%BSA)中4℃で30分間インキュベートした。細胞をPBS(0.1%BSA)で洗浄することにより未結合分子を除去した。結合した分子は、FITC結合AffiniPureヤギ抗ヒトIgG Fcγフラグメント特異的二次F(ab')2フラグメント(Jackson ImmunoResearch社#109-096-098;希釈標準溶液:PBS、0.1%BSA中1:20)を用いて検出した。4℃で30分のインキュベーション後、未結合抗体を洗浄により除去し、1%PFAを用いて細胞を固定した。BD FACS CantoII(ソフトウェアBD DIVA)を用いて細胞を解析した。全てのクローンの結合(図4)が観察された。SPRで測定された親和性と結合解析での感度は相関し、クローン2(SEQ ID NO: 57)はSPR分析と細胞結合試験の両方で最高の結合剤であった。
選択および精製したaVHをさらに特性評価するために、MCSP特異的クローンの凝集温度を前述のように測定した。興味深いことに、全てのジスルフィド安定化MCSP特異的クローンの凝集温度は59〜64℃であり、追加のジスルフィド架橋の安定化効果を明確に示している(表8)。
TfR1特異的2価aVH-Fc構築物の、TfR1発現細胞上のそれらのエピトープへの結合は、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)解析により測定した。この解析では、SNAPタグをコードするDNA配列(Cisbio社から購入したプラスミド)をPCRで増幅し、全長TfR1配列(Origene社)を含む発現ベクターに連結した。得られた融合タンパク質はC末端SNAPタグを有する全長TfR1で構成される。トランスフェクション試薬としてLipofectamine 2000を用いて、Hek293細胞を10μgのDNAでトランスフェクトした。20時間のインキュベーション後、細胞をPBSで洗浄し、100nM SNAP-Lumi4Tb(Cibsio社)を含むLabMedバッファー(Cisbio社)中37℃で1時間インキュベートすると、SNAPタグの特異的ラベリングが生じた。続いて、細胞をLabMedバッファーで4回洗浄して未結合の色素を除去した。ラベリング効率は、バッファーと比較して615nmでテルビウムの発光を測定することにより決定した。その後、細胞を-80℃で最大6ヶ月間凍結保存した。ラベルした細胞(ウェルあたり100個)にTfR1特異的aVH Fc融合物を0.5〜60nMの範囲の濃度で添加し、続いてFRETのアクセプター分子として抗ヒトFc-d2(Cisbio社,ウェルあたり200nMの最終濃度とした)を添加することにより結合を測定した。室温で3時間のインキュベーション後、アクセプター色素(665nm)ならびにドナー色素(615nm)の発光を、蛍光リーダー(Victor 3, Perkin Elmer社)を用いて測定した。アクセプターとドナーの発光の比率を計算し、バックグラウンド対照(抗huFc-d2を含む細胞)の比率を差し引いた。曲線をGraphPad Prism5で解析し(図5)、KDを算出した(表9)。
包括的ジスルフィド安定化aVHライブラリーからの抗LAG3特異的結合剤の選択
LAG3特異的aVHの選択は前述のように行われた。この選択のために、6つ全てのファージライブラリーを上記抗原に対する結合剤について個別にスクリーニングした。抗原濃度を(10-7Mから×10-8Mへ)下げながら選択を3ラウンドにわたって実施した。ラウンド2では、抗原:ファージ複合体の捕捉を、ストレプトアビジンビーズの代わりにニュートラアビジンプレートを用いて行った。特異的結合剤をELISAで次のように同定した:ウェルあたり100μlの50nMビオチン化抗原をニュートラアビジンプレートにコーティングした。aVH含有細菌上清を添加し、結合するaVHを、そのFlagタグを介して、抗Flag/HRP二次抗体の使用により検出した。バックグラウンドに対して顕著なシグナルを示すクローンを、配列決定(DNA配列をSEQ ID NO: 76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96としてリストに載せた;タンパク質配列をSEQ ID NO: 77、79、81、83、85、87、89、91、93、95、97としてリストに載せた)およびさらなる解析のためにショートリストに載せた。
選択したaVHクローンの親和性(KD)は、ニュートラアビジン捕捉によりNLCチップ上に固定したビオチン化LAG3-Fc抗原を用いて、25℃でProteOn XPR36機器(Biorad社)を使用して、表面プラズモン共鳴により測定した。組換え抗原(リガンド)の固定化:抗原をPBST(10mMリン酸、150mM塩化ナトリウムpH7.4、0.005%Tween 20)で10μg/mlに希釈し、次に30μl/分で様々な接触時間で注入して、200、400または800レスポンスユニット(RU)の固定化レベルを垂直配向で達成した。LAG3結合相互作用の陰性対照として、ビオチン化Fcドメインを同じ条件で固定化した。アナライトの注入:ワンショット反応速度論的測定のため、注入方向を水平配向に変えた。精製した大腸菌由来aVHの2倍希釈系列(200〜6.25nMの間の様々な濃度範囲)を、結合時間300秒、解離時間360秒として、別々のチャネル1〜5に沿って60μl/分で同時に注入した。参照用の「インライン」ブランクを提供するために、6番目のチャネルに沿ってバッファー(PBST)を注入した。結合速度定数(kon)と解離速度定数(koff)は、結合および解離のセンサーグラムを同時にフィッティングさせることにより、ProteOn Manager v3.1ソフトウェアで単純なLangmuirの1対1結合モデルを使用して計算した。平衡解離定数(KD)は、koff/kon比として算出した。分析したクローンは、非常に広い範囲(5〜766nM)のKD値を示した。全てのクローンの速度論的および熱力学的データ、凝集温度、ランダム化されたCDR、ならびに安定化ジスルフィド架橋の位置を表10にまとめてある。
LAG3がT細胞上に発現されたMHCIIに結合するのを遮断および阻止する細菌精製LAG3特異的aVHドメインの能力を評価するために、細菌から精製されたaVHドメインを用いて細胞ベースの結合阻害アッセイを行った。第1の段階では、20μg/ml〜0.05μg/mlの範囲のaVHドメインの連続希釈液を、PFAEバッファー(2%FCS、0.02%アジ化ナトリウム、および1mM EDTAを含むPBS)中で1μg/mlのビオチン化LAG3-Fcと共にインキュベートした。室温で20分後、この混合物を2×105個のPFAE洗浄A375細胞に加えた。4℃で30分後、細胞をPFAEで1回洗浄した。A375細胞上に発現されたMHCIIへのLAG3-Fcの結合は、Alexa 647標識ヤギ抗ヒトFcの添加により検出した。30分のインキュベーション後、細胞をPFAEバッファーで洗浄し、FACS caliburフローサイトメーターを用いて結合解析を行った。
選択したジスルフィド安定化aVHクローンの、Fcをベースとしたフォーマットへの変換
選択したaVHクローンをさらに特徴付けるために、全ての結合剤をFcベースのフォーマットに変換した。aVHコード配列を、ヒトIgG1 Fcドメインまたは「knob」変異を有するヒトIgG1 FcドメインにN末端で融合させた。両方のFcバリアントは、FcγR結合を完全に廃止するPG-LALA変異を含んでいた。P329G、L234AおよびL235A(EUナンバリング)のFcドメイン中の変異に関連するPG-LALA変異は、WO 2012/130831に記載されており、その全体が本明細書に組み入れられる。
それらの生化学的および生物物理学的特性を特徴付けて比較するために、全ての1価aVH-Fc融合構築物を詳細に分析した:
サンプルを3つのアリコートに分け、それぞれ20mM His/His-HCl、140mM NaCl pH6.0(His/NaCl)中またはPBS中に再緩衝化して、40℃(His/NaCl)または37℃(PBS)で2週間保存した。対照サンプルは-80℃で保存した。
見かけの疎水性は、20μgのサンプルを、25mMリン酸Na、1.5M硫酸アンモニウムpH7.0で平衡化したHIC-Ether-5PW(Tosoh社)カラムに注入することで測定した。溶出は、0%から100%のバッファーB(25mMリン酸Na pH7.0)の直線勾配で60分以内に行った。保持時間を、疎水性が知られているタンパク質標準と比較した。ほとんどの抗体は0〜0.35の相対保持時間を示す。
サンプルを20mM His/His-HCl、140mM NaCl pH6.0中に1mg/mLの濃度で調製し、0.4μmフィルタープレートを通した遠心分離によりオプティカル384ウェルプレートに移し、パラフィンオイルで覆う。サンプルを25℃から80℃まで0.05℃/分の速度で加熱しながら、流体力学半径をDynaProプレートリーダー(Wyatt社)で動的光散乱により繰り返し測定する。
FcRnを、記載されるとおりに(Schlothauer et al.)発現させ、精製して、ビオチン化した。カップリングのために、調製した受容体をストレプトアビジン-セファロース(GE Healthcare社)に添加した。得られたFcRn-セファロースマトリックスをカラムハウジングに詰めた。そのカラムを20mM 2-(N-モルホリン)-エタンスルホン酸(MES)、140mM NaCl、pH5.5(溶離液A)により0.5ml/分の流速で平衡化した。30μgの抗体サンプルを溶離液Aにより1:1の体積比で希釈し、FcRnカラムにアプライした。該カラムを5カラム体積の溶離液Aで洗浄し、続いて35カラム体積の20%から100%の20mM Tris/HCl、140mM NaCl、pH8.8(溶離液B)の直線勾配で溶出した。カラムオーブンを用いて25℃で分析を行った。280nmでの吸光度を連続測定することで溶出プロファイルをモニタリングした。保持時間を、親和性が知られているタンパク質標準と比較した。ほとんどの抗体は0〜1の相対保持時間を示す。
2価aVH-Fc融合構築物のインビトロ特性評価
下記のインビトロ実験では、次の試薬を使用した。全ての結果の要約は表14に見ることができる。
Nunc maxisorpプレート(Nunc 464718)に、PBSバッファーでタンパク質濃度800ng/mlに希釈した組換えヒトLAG3 Fcキメラタンパク質(R&D Systems社, 2319-L3)を25μl/ウェルでコーティングして、4℃で一晩または室温で1時間インキュベートした。洗浄(PBSTバッファーで3×90μl/ウェル)後、各ウェルを90μlのブロッキングバッファー(PBS+2%BSA+0.05%Tween 20)と室温で1時間インキュベートした。洗浄(PBSTバッファーで3×90μl/ウェル)後、1000または3000〜0.05ng/mlの濃度の25μlの抗Lag3 aVHサンプル(OSEPバッファーで1:3希釈)を加えて、室温で1時間インキュベートした。洗浄(PBSTバッファーで3×90μl/ウェル)後、25μl/ウェルのヤギ抗ヒトIgG F(ab')2-HRPコンジュゲート(Jackson社, JIR109-036-006)を1:800希釈で加えて、室温で1時間インキュベートした。洗浄(PBSTバッファーで3×90μl/ウェル)後、25μl/ウェルのTMB基質(Roche社, 11835033001)を加えて、2〜10分間インキュベートした。測定は、Tecan Safire 2機器を用いて370/492nmで行った。対照抗体MDX25F7(US2011/0150892およびWO2014/008218に開示)と比較して、大部分のaVHクローンはより高いEC50値を示した。さらに、マウスLAG3-Fc抗原(R&D Systems社, 3328-L3-050)を用いたそれぞれのELISA実験から、どの結合剤もマウスLAG3と交差反応しないことが明らかになった(データは示してない)。
ヒトLag3への結合からの抗Lag3 aVH Fc融合構築物のオフレートは、BIACORE B4000またはT200機器(GE Healthcare社)を用いて表面プラズモン共鳴により測定した。全ての実験は、ランニングバッファーとしてPBSTバッファー(pH7.4+0.05%Tween20)を用いて25℃で行った。抗ヒトFc(JIR109-005-098, Jackson社)をシリーズS C1センサーチップ(GE Healthcare社)上に固定して約240〜315 RUとした。1または5μg/mlの抗Lag3 aVH抗体を10μl/分で60秒間捕捉した。次の段階では、ヒトIgG(Jackson社, JIR-009-000-003)を2×120秒の注入、10μl/分、250μg/mlの濃度で注入することにより、遊離の抗ヒトFc結合部位をブロックした。0、5および25nMのヒトLAG-3 Fcキメラタンパク質(R&D Systems社, 2319-L3)を30μl/分の流速で180秒間アプライした。解離領域(dissociation phase)を、ランニングバッファーで洗浄することにより900秒間モニタリングした。H3PO4(0.85%)を30μl/分の流速で70秒間注入することにより表面を再生させた。
細胞上のaVH-Fc融合構築物の特性評価
以下のセクションでは、選択したaVH-Fc融合構築物をいくつかの細胞ベースのアッセイで特徴付けた。下記のインビトロ実験で、次の試薬を使用した。全ての結果の要約は表15に見ることができる。
25μl/ウェルのLag3細胞(Lag3を発現する組換えCHO細胞、10,000個/ウェル)を組織培養処理済みの384ウェルプレート(Corning社, 3701)に播種し、37℃で1〜2日間インキュベートした。翌日、培地の除去後、25μlの2価抗Lag3 aVH-Fc構築物(OSEPバッファーで1:3希釈、6μg/mlの濃度で開始)を添加し、4℃で2時間インキュベートした。洗浄(PBSTで1×90μl)後、30μl/ウェルのグルタルアルデヒド(Sigmaカタログ番号:G5882)を0.05%の最終濃度まで加えて、細胞を室温で10分間固定した。洗浄(PBSTバッファーで3×90μl/ウェル)後、25μl/ウェルのヤギ抗ヒトIgG H+L-HRPコンジュゲート(Jackson社, JIR109-036-088)を1:2000希釈で添加し、室温で1時間インキュベートした。洗浄(PBSTバッファーで3×90μl/ウェル)後、25μl/ウェルのTMB基質(Roche社, 11835033001)を加えて、6〜10分間インキュベートした。Tecan Safire 2機器を用いて370/492nmで測定を行った。要約すれば、試験した全ての分子は、LAG3を組換え発現するCHO細胞に結合した。それらのEC50値は主にサブナノモル範囲にあって、非常に強いアビディティ媒介結合を示し、かつELISAで測定して強い結合が確認された(表14)。
25μl/ウェルのA375細胞(10,000個/ウェル)を組織培養処理済みの384ウェルプレート(Corning社, 3701)に播種し、37℃で一晩インキュベートした。2価抗Lag3 aVH-Fc構築物を、ビオチン化Lag3(250ng/ml)と、細胞培養液中1:3希釈、3μg/mlの抗体濃度で開始して、1時間プレインキュベートした。細胞を播種したウェルから培地を除去した後、25μlのプレインキュベートしたaVH-Lag3混合物を該ウェルに移し、4℃で2時間インキュベートした。洗浄(PBSTで1×90μl)後、30μl/ウェルのグルタルアルデヒド(Sigmaカタログ番号:G5882)を0.05%の最終濃度まで加えて、細胞を室温で10分間固定した。洗浄(PBSTバッファーで3×90μl/ウェル)後、25μl/ウェルのPoly-HRP40-Streptavidin(Fitzgerald社, 65R-S104PHRPx)を1:2000または1:8000希釈で加えて、室温で1時間インキュベートした。洗浄(PBSTバッファーで3×90μl/ウェル)後、25μl/ウェルのTMB基質(Roche社, 11835033001)を加えて、2〜10分間インキュベートした。Tecan Safire 2機器を用いて370/492nmで測定を行った。対照抗体MDX25F7と比較して、いくつかのaVHクローンは、3μg/mlの濃度で同様のまたはより優れた阻害を示し、かつ同等のIC50値を示した。
ヒトLAG3を組換え発現するCHO細胞を用いた結合解析に加えて、カニクイザル(cynomolgus)Lag3陽性HEK細胞への結合をも評価した。この実験では、以前にカニクイザルLAG3で一過性にトランスフェクトされた凍結HEK293F細胞を解凍し、遠心分離して、PBS/2%FBS中に再懸濁した。1.5×105個/ウェルの細胞を96ウェルプレートに播種した。一連の2価抗Lag3 aVH-Fc融合構築物を加えて、最終正規化濃度を10μg/mlにした。参照のため、また、対照として、自己蛍光および陽性対照(MDX 25F7およびMDX 26H10)、ならびにアイソタイプ対照(Sigma社からのhuIgG1、カタログ番号#I5154)抗体を準備し、この実験で測定した。HEK細胞を示されたaVH-Fc構築物または抗体と共に氷上で45分間インキュベートし、200μlの氷冷PBS/2%FBSバッファーで2回洗浄した後、二次抗体(APC標識ヤギ抗ヒトIgG-κ, Invitrogen社, カタログ番号#MH10515)を加えて(ウェルあたりFACSバッファーで1:50に希釈)、さらに氷上で30分間インキュベートした。細胞を再度200μlの氷冷PBS/2%FBSバッファーで2回洗浄してから、最後にサンプルを150μlのFACSバッファーに再懸濁し、FACS CANTO-II HTSモジュールで結合を測定した。
さらなる包括的自律ヒト重鎖可変ドメイン(aVH)ライブラリーの作製
所望の遺伝子セグメントは、必要な場合、適切なテンプレートを用いてPCRにより作製するか、またはGeneart AG(Regensburg, ドイツ)で合成オリゴヌクレオチドとPCR産物から自動遺伝子合成により合成した。特異な制限エンドヌクレアーゼ切断部位が両端に隣接する遺伝子セグメントは、標準的なクローニング/シーケンシングベクターにクローニングした。プラスミドDNAを形質転換細菌から精製し、UV分光法で濃度を測定した。サブクローニングされた遺伝子断片のDNA配列は、DNAシーケンシングにより確認した。遺伝子セグメントは、それぞれの発現ベクターへのサブクローニングを可能にするために適切な制限部位を含むようにデザインした。真核細胞における分泌に使用される全ての構築物は、リーダーペプチドをコードする5'末端DNA配列を含むようにデザインした。SEQ ID NO: 248および249が代表的なリーダーペプチドを示す。
を含んでいた。さらに、両方のFcフラグメントにはPG-LALA変異が含まれていた。両方のベクターを、BirAビオチンリガーゼをコードするプラスミドと組み合わせて同時トランスフェクトして、C末端の1価ビオチン化aviタグおよびFc-knob鎖を有する二量体CD28-Fc構築物を得た(SEQ ID NO: 251および252)。
により、aVHのC末端をFcフラグメントのN末端から分離した。aVH-Fc融合構築物を、「hole」変異を有するFc配列(SEQ ID NO: 259)をコードするプラスミドと組み合わせて共発現させた。両方のFc鎖(knobおよびhole)には、FcγR結合を完全に廃止するPG-LALA変異が含まれていた。得られた構築物は、N末端単量体aVHをもつFcフラグメントであった(図2A)。
見かけの疎水性は、20μgのサンプルを、25mMリン酸Na、1.5M硫酸アンモニウムpH7.0で平衡化したHIC-Ether-5PW(Tosoh社)カラムに注入することで測定した。溶出は、0%から100%のバッファーB(25mMリン酸Na、pH7.0)の直線勾配で60分以内に行った。保持時間を、疎水性が知られているタンパク質標準と比較した。ほとんどの抗体は0〜0.35の相対保持時間を示す。
サンプルを20mMヒスチジン/ヒスチジン塩化物、140mM NaCl、pH6.0中に1mg/mLの濃度で調製し、0.4μmフィルタープレートを通した遠心分離によりオプティカル384ウェルプレートに移し、パラフィンオイルで覆った。サンプルを25℃から80℃まで0.05℃/分の速度で加熱しながら、流体力学半径をDynaProプレートリーダー(Wyatt社)で動的光散乱により繰り返し測定した。
FcRnを、記載されるとおりに(Schlothauer et al.)発現させ、精製して、ビオチン化した。カップリングのために、調製した受容体をストレプトアビジン-セファロース(GE Healthcare社)に添加した。得られたFcRn-セファロースマトリックスをカラムハウジングに詰めた。そのカラムを20mM 2-(N-モルホリン)-エタンスルホン酸(MES)、140mM NaCl、pH5.5(溶離液A)により0.5ml/分の流速で平衡化した。30μgの抗体サンプルを溶離液Aにより1:1の体積比で希釈し、FcRnカラムにアプライした。該カラムを5カラム体積の溶離液Aで洗浄し、続いて35カラム体積の20%から100%の20mM Tris/HCl、140mM NaCl、pH8.8(溶離液B)の直線勾配で溶出した。カラムオーブンを用いて25℃で分析を行った。280nmでの吸光度を連続測定することで溶出プロファイルをモニタリングした。保持時間を、親和性が知られているタンパク質標準と比較した。ほとんどの抗体は0〜1の相対保持時間を示す。
ヘパリン親和性は、50mM Tris、pH7.4で平衡化したTSKgel Heparin-5PW(Tosoh社)カラムに30〜50μgのサンプルを注入することで測定した。溶出は、0%から100%のバッファーB(50mM Tris、1M NaCl、pH7.4 mM)の直線勾配で37分以内に行った。保持時間を、親和性が知られているタンパク質標準と比較した。
aVH安定化変異の同定および安定化されたaVHライブラリーの作製
以前のVH-VL界面に特定の変異を導入したにもかかわらず、これまでに報告されたaVH分子の一部は依然として熱安定性が低く、疎水性が高かった。aVHフレームワークをさらに安定化させ、該ドメインの親水性を高めるために、ラクダ類のVHHドメインに保存されている露出した疎水性アミノ酸または残基を同定して、親水性残基またはラクダ類のコンセンサス残基に置き換えた。こうした変異が生化学的特性を改善するかどうかを明らかにするために、これらの変異の導入では、好ましくない生化学的特性を有するaVHドメイン(クローン6H1)が選択された。6H1は52a位と71位(Kabatのナンバリング)にシステインを含む。特に、これらのシステインは、適切な条件下でジスルフィド結合を形成することができ、かつ/またはジスルフィド結合を形成する。変異は個別に、または組み合わせて導入された(図6)。表16は、変異の位置と論理的根拠をまとめたものである。先行する位置101のKabatのナンバリングはCDR3領域の長さによって変化することを考慮して、この位置は、簡略化のために、位置「101-1」として定義されることに留意されたい。
クローン6H1の生化学的特性を改善することが示された同定済みの変異が他のaVHにとっても有益であるかどうかを調べるために、異なる生化学的特性を有する3つのaVH(クローン9B4 (SEQ ID NO: 391)、クローン17B5 (SEQ ID NO: 396)、クローン20G3 (SEQ ID NO: 401))を選択して、変異の4つの組み合わせを各親配列に挿入した(表18)。9B4、17B5および20G3はそれぞれ、33位と52位(Kabatのナンバリング)にシステインを含み、これらは適切な条件下でジスルフィド結合を形成することができ、かつ/またはジスルフィド結合を形成する。
安定化された包括的自律ヒト重鎖可変ドメイン(aVH)ライブラリーを作製するための新しいライブラリーテンプレート
より安定性の高いaVHライブラリーを作製するために、新しいaVHライブラリーテンプレートをデザインした。以前のテンプレートをさらに安定化するために、全てのテンプレート配列に次の改変を行った:変異G44E、T45EおよびF(101-1)Yの導入。得られたタンパク質配列(SEQ ID NO: 256、257、258)とランダム化の位置を図7AおよびBに示す。
包括的aVHライブラリーからの抗FAPの選択
新しいライブラリーの質をテストし、かつ得られた結合剤をさらに特徴付けるために、組換えヒトおよび/またはマウスFAPに対する概念実証選択を前述のように溶液中で行った。抗原濃度を(10-7Mから×10-8Mへ)下げながら、かつ洗浄段階を増やしながら、選択を4ラウンドにわたって実施した。3つ全てのライブラリーの選択は、ヒトまたはマウスFAPに対して、または両方の抗原に対して交互に行った。その場合、1回目と3回目のパンニングラウンドはヒトFAPに対して、2回目と3回目のラウンドはマウスFAPに対して行った。
包括的aVHライブラリーからの抗CEA特異的aVH結合剤の選択および特性評価
ビオチン化抗原「hu(NA1)BA-avi-His」を使用したCEAのN-およびA1-ドメインに対する選択は、前述のように溶液中で行った。全ての選択およびライブラリーについて、キメラ抗原hu(NA1)BA-avi-HisのCEACAM1由来ドメインに対する結合剤を回避するために、最初に、200nMビオチン化ヒトCEACAM1(ニュートラアビジンプレートにコーティングした)による事前クリアリング(pre-clearing)段階を実施した。その後、ライブラリーを、CEACAM5抗原に対する特異的結合剤について個別に選択した。抗原濃度を(10-7Mから2×10-8Mへ)下げながら、かつ洗浄段階を増やしながら、選択を4ラウンドにわたって実施した。あるいは、パンニングラウンド3および4を、全長ヒトCEAで安定にトランスフェクトされたCHO-K1細胞で実施した。その場合、非特異的aVH結合剤を枯渇させるために、ライブラリーを1000万個のCEA陰性CHO細胞と、穏やかに回転するチューブローテーター(tube rotator)を使用して、4℃で60分間インキュベートした。この段階の後、CHO細胞をペレット化した。ファージライブラリーを含む上清を回収し、500万個のCEA発現CHO細胞と4℃でインキュベートした。60分後、細胞をPBSで5回洗浄してから、ファージ粒子を溶出させた。全てのラウンドおよびストリームラインで、ファージ粒子を2つの代替手法により溶出した:1)1mlの100mMトリエチルアミン(TEA)の10分間の添加と、その後の500μlの1M Tris/HCl pH7.4による中和;または2)抗原:ファージ複合体と30分間インキュベートされるCEA特異的抗体(200nM)を用いた競合による溶出。溶出したファージを、指数関数的に増殖する大腸菌TG1の再感染に使用した。次に、細菌にヘルパーファージVCSM13を感染させて、一晩培養した。翌日、ファージミド粒子をPEG/NaCl沈殿により回収し、後続の選択ラウンドで使用した。
包括的aVHライブラリーからの抗CD28特異的aVH結合剤の選択および特性評価
ビオチン化抗原「hu CD28-Fc」を使用したヒトCD28に対する選択は、前述のように溶液中で行った。全ての選択およびライブラリーについて、キメラ抗原のFcフラグメントに対する結合剤を回避するために、最初に、300nMビオチン化ヒトFc(ニュートラアビジンプレートにコーティングした)による事前クリアリング段階を実施した。その後、ライブラリーを、CD28細胞外ドメインに対する特異的結合剤について個別に選択した。抗原濃度を(100×10-9Mから25×10-9Mへ)下げながら、かつ洗浄段階を増やしながら、選択を4ラウンドにわたって実施した。
TGN1412と同じエピトープを共有するaVHクローンを同定するために、競合分析をSPRにより行った。ビオチン化hu CD28-FcをPBST(10mMリン酸、150mM塩化ナトリウムpH7.4、0.005%Tween 20)で10μg/mlに希釈し、次に30μl/分で様々な接触時間で注入して、800レスポンスユニット(RU)の固定化レベルを垂直配向で達成した。次に、注入方向を水平配向に変更し、結合飽和が達成されるまで(180秒)、200nM TGN1412 IgGをチャネル2に沿って注入した。この段階の直後に、aVH-Fcクローンをチャネル1(TGN1412の事前注入なし)とチャネル2(TGN1412の事前注入あり)に沿って、結合時間240秒、解離時間800秒で注入した。参照用の「インライン」ブランクを提供するために、タンパク質を含まないPBSを6番目のチャネルに沿って注入した。4個のクローン(クローンP023.001、P019.020、P023.017、およびP023.057)は、チャネル1で結合を示すが、チャネル2では結合を示さない。この実験は、これらの結合剤がTGN1412と同じエピトープを共有しており、そのため事前に結合されたTGN1412の存在下ではヒトCD28に結合できないことを示している。
クローンP023.001、P019.020、P023.017、およびP023.057がTGN1412と同じエピトープを共有することを確認するために、ヒトCD28を過剰発現する細胞で競合実験を行った。この解析では、SNAPタグをコードするDNA配列(Cisbio社から購入したプラスミド)をPCRで増幅し、全長ヒトCD28配列を含む発現ベクターに連結した。得られた融合タンパク質は、N末端SNAPタグを有する全長CD28で構成されていた。トランスフェクション試薬としてLipofectamine 2000を用いて、Hek293細胞を10μgのDNAでトランスフェクトした。20時間のインキュベーション後、細胞をPBSで洗浄し、100nM SNAP-Lumi4Tb(Cisbio社)を含むLabMedバッファー(Cisbio社)中37℃で1時間インキュベートすると、SNAPタグの特異的ラベリングが生じた。続いて、細胞をLabMedバッファーで4回洗浄して未結合の色素を除去した。ラベリング効率は、バッファーと比較して615nmでテルビウムの発光を測定することにより決定した。その後、細胞を-80℃で最大6ヶ月間凍結保存した。
Claims (26)
- Kabatのナンバリングによる(i)52a位と71位または(ii)33位と52位にシステインを有する自律(autonomous)VHドメインであって、該システインが、適切な条件下でジスルフィド結合を形成することができ、かつ/またはジスルフィド結合を形成する、前記自律VHドメイン。
- Kabatのナンバリングによる44E、45Eおよび(101-1)Yからなる群より選択される置換を含む、請求項1に記載の自律VHドメイン。
- Kabatのナンバリングによる44E、45Eおよび(101-1)Yの置換を含む、請求項2に記載の自律VHドメイン。
- KabatのナンバリングによるG44E、T45EおよびF(101-1)Yからなる群より選択される置換を含む、請求項1に記載の自律VHドメイン。
- KabatのナンバリングによるG44E、T45EおよびF(101-1)Yの置換を含む、請求項4に記載の自律VHドメイン。
- (a)SEQ ID NO: 207のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR1、
(b)SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR2、
(c)SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR3、および
(d)SEQ ID NO: 210のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR4;
または
(a)SEQ ID NO: 211のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR1、
(b)SEQ ID NO: 208のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR2、
(c)SEQ ID NO: 209のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR3、および
(d)SEQ ID NO: 210のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含むFR4
を含む重鎖可変ドメインフレームワークを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の自律VHドメイン。 - SEQ ID NO: 40、SEQ ID NO: 42、SEQ ID NO: 44、SEQ ID NO: 46、またはSEQ ID NO: 180のアミノ酸配列に対して少なくとも95%の配列同一性を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の自律VHドメイン。
- SEQ ID NO: 40、SEQ ID NO: 42、SEQ ID NO: 44、SEQ ID NO: 46、またはSEQ ID NO: 180の配列を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の自律VHドメイン。
- 細胞死受容体5(DR5)、黒色腫関連コンドロイチン硫酸プロテオグリカン(MCSP)、トランスフェリン受容体1(TfR1)、リンパ球活性化遺伝子3(LAG3)、線維芽細胞活性化タンパク質(FAP)、癌胎児性抗原(CEA)、またはCD28に結合する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の自律VHドメイン。
- (A)MCSPに結合し、自律VHドメインが、SEQ ID NO: 57、SEQ ID NO: 59、SEQ ID NO: 61、SEQ ID NO: 63、SEQ ID NO: 65からなる群より選択されるアミノ酸配列を含むか;
(B)TfR1に結合し、自律VHドメインが、SEQ ID NO: 194のアミノ酸配列、SEQ ID NO: 195の配列、SEQ ID NO: 196のアミノ酸配列、SEQ ID NO: 197のアミノ酸配列、SEQ ID NO: 198のアミノ酸配列、SEQ ID NO: 199のアミノ酸配列、SEQ ID NO: 200のアミノ酸配列からなる群より選択されるアミノ酸配列を含むか;
(C)LAG3に結合し、自律VHドメインが、SEQ ID NO: 77、SEQ ID NO: 79、SEQ ID NO: 81、SEQ ID NO: 83、SEQ ID NO: 85 SEQ、SEQ ID NO: 87、SEQ ID NO: 89、SEQ ID NO: 91、SEQ ID NO: 93、SEQ ID NO: 95、SEQ ID NO: 97からなる群より選択されるアミノ酸配列を含むか;
(D)FAPに結合し、自律VHドメインが、SEQ ID NO: 260、SEQ ID NO: 261、SEQ ID NO: 262、SEQ ID NO: 263、SEQ ID NO: 264、SEQ ID NO: 265、SEQ ID NO: 266、SEQ ID NO: 267、SEQ ID NO: 268、SEQ ID NO: 269、SEQ ID NO: 270、SEQ ID NO: 271、SEQ ID NO: 272、SEQ ID NO: 273、SEQ ID NO: 274、SEQ ID NO: 275、SEQ ID NO: 276、SEQ ID NO: 277、SEQ ID NO: 278、SEQ ID NO: 279からなる群より選択されるアミノ酸配列を含むか;
(E)CEAに結合し、自律VHドメインが、SEQ ID NO: 300、SEQ ID NO: 301、SEQ ID NO: 302、SEQ ID NO: 303、SEQ ID NO: 304、SEQ ID NO: 305、SEQ ID NO: 306、SEQ ID NO: 307、SEQ ID NO: 308、SEQ ID NO: 309、SEQ ID NO: 310、SEQ ID NO: 311、SEQ ID NO: 312、SEQ ID NO: 313からなる群より選択されるアミノ酸配列を含むか;または
(F)CD28に結合し、自律VHドメインが、SEQ ID NO: 328、SEQ ID NO: 329、SEQ ID NO: 330、SEQ ID NO: 331、SEQ ID NO: 332、SEQ ID NO: 333、SEQ ID NO: 334、SEQ ID NO: 335、SEQ ID NO: 336、SEQ ID NO: 337、SEQ ID NO: 338、SEQ ID NO: 339、SEQ ID NO: 340、SEQ ID NO: 341、SEQ ID NO: 342、SEQ ID NO: 343、SEQ ID NO: 344、SEQ ID NO: 345、SEQ ID NO: 346からなる群より選択されるアミノ酸配列を含む、
請求項9に記載の自律VHドメイン。 - 自律VHドメインが、特にハーセプチン(Herceptin(登録商標))(トラスツズマブ)のVHフレームワークに基づいた、VH3_23ヒトフレームワークを含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の自律VHドメイン。
- Fcドメインに融合された、請求項1〜11のいずれか一項に記載の自律VHドメイン。
- FcドメインがヒトFcドメインである、請求項12に記載の自律VHドメイン。
- FcドメインのN末端またはC末端に融合された、請求項12または13に記載の自律VHドメイン。
- Fcドメインがknob変異またはhole変異を含み、特にknob変異を含む、請求項12〜14のいずれか一項に記載の自律VHドメイン。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の複数の自律VHドメインを含む、VHドメインライブラリー。
- 様々なポリヌクレオチドから作製された、請求項1〜15のいずれか一項に記載の複数の自律VHドメインを含むVHドメインライブラリー。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の様々な自律VHドメインをコードする複数のポリヌクレオチドを含む、ポリヌクレオチドライブラリー。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の自律VHドメインをコードする、ポリヌクレオチド。
- 請求項19に記載のポリヌクレオチドを含む、発現ベクター。
- 請求項20に記載の発現ベクターを含む、宿主細胞、特に真核生物宿主細胞または原核生物宿主細胞。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の自律VHドメインを含む、抗体、特に二重特異性抗体または多重特異性抗体。
- 請求項16または17に記載のVHドメインライブラリーを用いて抗原結合分子を同定するための方法であって、
(i)VHドメインライブラリーを標的と接触させる段階;および
(ii)ライブラリーの該標的に結合するVHドメインを同定する段階
を含む、前記方法。 - 請求項18に記載のポリヌクレオチドライブラリーを用いて抗原結合分子を同定するための方法であって、
(i)ポリヌクレオチドライブラリーを、特に宿主細胞において、発現させる段階;
(i)発現されたVHドメインライブラリーの標的への結合をアッセイする段階;および
(ii)発現されたVHドメインライブラリーの該標的に結合するVHドメインを同定する段階
を含む、前記方法。 - 請求項23に記載の方法における請求項16または17に記載のVHドメインライブラリーの使用。
- 請求項24に記載の方法における請求項18に記載のポリヌクレオチドライブラリーの使用。
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