説明

ヒトに適合したモノクローナル抗体における使用法

【課題】齧歯類抗体のような非ヒトモノクローナル抗体のヒトへの適合化で使用するためのヒト可変領域のフレームワークを選択する方法を提供する。
【解決手段】ヒトに適合した抗体分子の作成に使用するヒト生殖細胞系列抗体配列及び、体細胞突然変異を含むヒト抗体配列の選択法であって、具体的には、候補となるヒト抗体フレームワーク配列をヒト生殖細胞系列遺伝子データベースまたは体細胞突然変異を有するヒトの配列から選択する方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、齧歯類抗体のような非ヒトモノクローナル抗体のヒトへの適合化(human adaptation)で使用するためのヒト可変領域のフレームワーク(framework)を選択する方法に関する。このフレームワークは、生殖細胞系列または体細胞起源であることができる。
【背景技術】
【0002】
抗体のヒトへの適合化は、異種配列をヒト抗体配列に最大限、置き換えると同時に、それらの抗原結合特異性を保存するための、ヒトの治療標的に対して異種モノクローナル抗体(mAb)を工作することを説明する一般用語である。この目的はこれら抗体の免疫原性を下げてそれらの治療的特性を向上させることにある。また生成する工作された抗体は、ヒト化またはCDR−移植(grafted)抗体として当該技術分野では知られている。
【0003】
現在、抗体のヒトへの適合化に最も広く使用されている技術は、「CDR移植(CDR
grafting)」として知られている。この技術の科学的基礎は、抗体の結合特異性が主にその軽および重鎖可変領域(V−領域)の相補性決定領域(CDR)として知られている3つの超可変ループ内に主に存在する一方、より保存されたフレームワーク領域(フレームワーク、FW;フレームワーク領域、FR)が構造的な支持機能を提供するとう点にある。CDRを適切に選択したFWに移植することにより、ある程度の、またはすべての抗体結合活性を生成する組換え抗体に移すことができる。CDR移植による特異性の転移の最初の証明はハプテンニトロフェノールに関するものであった(非特許文献1)。
【0004】
CDRを定める方法は十分に確立されてきたので、CDR移植に重要となるのは移植に最適なヒト抗体アクセプターの選択である。ドナーCDRまたはドナーFWのアミノ酸配列、あるいはドナー構造に最高の類似性を持つヒト抗体アクセプターを選択するための様々な方法が開発されてきた。これらすべての「ベストフィット(best fit)」法は、大変合理的であるように見えるが、実際には1つの仮定、すなわち元の抗体に対しても最も類似している(アミノ酸配列または構造において)組換え抗体を生成することが、元の抗原結合活性を最高に保存するということに基づいている。これらの方法はすべて治療用の抗体を生成するために成功裏に応用されてきたが(例えば、非特許文献2、非特許文献3、非特許文献4)、元になる仮説が真剣に試験されたことはなかった。
【0005】
ベスト−フィット法の1つの潜在的問題は、ベスト−フィットの基準は数学的であるが、必ずしも生物学的ではないことである。相同性の程度により測定される適応度(fitness)は、例えば同一、相同的、および類似しないアミノ酸残基または核酸配列に割り当てられた数値の和である。これら割り当てた値は多くの他の相同性評価系で主に確認されてきたが、他の系では重要とならないかもしれないわずかな差異が抗体のヒト適合化におけるベスト−フィットを計算するために重要となる可能性がある。
【0006】
関連する問題は、ドナーについて同一または大変緊密な全適応度を有する2つのアクセプターが与えられたとしても、異なるFRでそれらの場所的な適応度が異なるかもしれないことである。まとめると、数学的モデルが抗体工学におけるドナー−アクセプター関係のベスト−フィットを計算するための要件を満たすとは未だに確証されていない。
【0007】
さらに複雑なことは、抗体の2つの鎖の間の相互作用に関連する:ベスト−フィットの
重鎖アクセプターおよびベスト−フィットの軽鎖アクセプターは、ドナーの結合活性を最高に保存するためには互いに適応してしないかもしれない。鎖内の適応度を評価するために利用できる道具は無い。研究者は、より良いペアを見いだすために幾つかのエピトープに対して幾つかの抗体の重鎖および軽鎖を対合させた。しかしこれは抗体のヒトへの適合化について試されなかった。
【0008】
理論的にはすべてのヒト生殖細胞系列配列が配列決定され、そして抗体のFW調査に利用することができる。しかし実際にはこれまでに抗体のヒト化で使用されてきたヒトV領域の大部分が成熟抗体遺伝子、しばしばミエローマタンパク質のものに由来した。それらは体細胞突然変異を含む可能性がある。これらの突然変異は個体に独自であり、そこから再配列された遺伝子が派生し、したがって他の個体には外来と見られるだろう。生殖細胞系列のデータベースの配列は、この視点から一般に抗体のヒト化により適している。しかし2、3ダースのV遺伝子と、より少ないJ遺伝子が利用できるだけである。したがって幾つかの文献では、非ヒト配列と高度に適合性がある生殖細胞系列のフレームワークを見いだすことは難しいかもしれない。対照的に、利用可能な成熟ヒト抗体遺伝子配列の数は、ヒト生殖細胞系列配列よりも数オーダーの規模で高い。このようにこのより大きいデータベース中で適合できる配列を得ることができる見込みは、より高い。
【0009】
アクセプターFWに成熟抗体遺伝子を使用する問題は、軽鎖のための潜在的V−Jの組み合わせ、または重鎖のためのV−D−Jの組み合わせのすべてが成熟遺伝子で示されるわけではない点である。すなわち、緊密に対合しているV遺伝子がうまく対合しないJセグメントに連結される状況が生じる恐れがある。非特許文献5により記載されたマウス抗−Tacモノクローナル抗体のヒト化は、その例である。NBRF−PIRデータベース(http://www.psc.edu/general/software/packages/nbrf−pir/nbrf.html)に対する抗−TacV領域の比較では、ヒトミエローマタンパク質EuのV領域が最高度の相同性(VDJに対して57%同一)を有することが示された。しかしEu V領域のフレームワーク4は幾つかのアミノ酸を有し、恐らくEu Jセグメントによりコードされているが、これはヒトJセグメントでは異例である。これによりEuフレームワーク4と抗−Tacのそれとの間に良くないペアを生じた。既知の機能的ヒトJセグメント(その中には6個ある)のアミノ酸配列に対する抗−TacJ領域(フレームワーク4およびフレームワーク4−CDR3の近位末端)の別個の比較では、ヒトJ4がEu Jよりも一層よく対合することが示される。この例では、VおよびJ要素の別個の比較が齧歯類とヒト抗体配列との間の全可変領域の比較よりも有利であることを示唆している。現在は、この種の個別比較のための道具を直ちに利用することができない。
【0010】
CDR中のすべてのアミノ酸が抗原結合に関与しているわけではない。すなわち抗原−抗体相互作用に重要なこれら残基のみを移植すること、所謂、特異性決定残基の移植(SDR−移植)が、生じる組換え抗体におけるヒト抗体配列の内容(content)をさらに増加させるであろうと提案されてきた(非特許文献6;非特許文献7)。この方法を応用するには抗体構造ならびに抗体−抗原接触残基に関する情報が必要であり、これらは利用できないことが多い。たとえそのような情報を利用できても、SDRを同定する信頼性のある系統的方法は無く、したがってSDR−移植はこれまでほとんどが基本的な調査レベルに留まっている。
【0011】
最近、「ヒトフレイムワークシャフリング(human framework shuffling)」と呼ばれる新規方法が開発された(非特許文献8)。この技術はCDRをコードするDNAフラグメントをヒトFR1、FR2、FR3およびFR4をコードするDNAフラグメントに連結し、これによりドナーのCDRとヒトFRとの間のすべての組み合わせのライブラリーを生成することにより行われる。この方法は成功裏に応用され
てきたが、2つの潜在的問題がある。第1は生じた抗体のFRは、すべてヒト起源でも非連続的FWに由来する可能性があり、したがって自然ではない。これはこれらの不自然なFWがヒトで免疫原性となるかどうか知ることが残る。第2に、理論的にライブラリーが極端に大きくなる可能性があり、そしてスクリーニングおよびアッセイ能力に対する高い要求を出す。
【0012】
このようにヒトに適合した抗体を作成するための改善された方法に対する必要性が存在する。
【参考文献】
【0013】
【非特許文献1】Jones et al.,Nature 321:522−525,1986
【特許文献2】Tempest et al.,Biotechnology 9:266−71,1991
【特許文献3】Gorman et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88:4181−4185,1991
【特許文献4】Co et al.,J.Immunol.152:2968−76,1994
【特許文献5】Queen et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:10029−10033,1989
【特許文献6】Kashmiri et al.,Methods 36:25−34,2005
【特許文献7】Gonzales et al.,Mol Immunol.40:337−49,2004
【特許文献8】Dall’Acqua et al.,Methods 36:43−60,2005
【発明の開示】
【0014】
発明の要約
本発明の1つの観点は、ヒトに適合した抗体分子の作成に使用するヒト生殖細胞系列抗体配列の選択法であって、この方法は:
a.非ヒト抗体可変領域用のペプチド配列を得;
b.非ヒト抗体可変領域用のペプチド配列の相補性決定領域(CDR)およびフレームワーク領域(FR)の輪郭を描き(delineating):
c.VH、VK、Vλ、JH、JKおよびJλ遺伝子サブ−ライブラリーを含んでなるヒト生殖細胞系列抗体遺伝子ペプチド配列のライブラリーを準備し;
d.非ヒト抗体に対して最大のCDRおよびFR類似性を有するペプチド配列のサブセットを、ヒト生殖細胞系列遺伝子ライブラリーから選択し;
e.工程dで選択したヒト生殖細胞系列抗体の重鎖配列のサブセットを:
e1.CDR1およびCDR2ループと非ヒト抗体との長さの適合性の比較;および
e2.CDR1およびCDR2ループと非ヒト抗体との配列の類似性
に基づき選択し:
f.工程dで選択したヒト生殖細胞系列抗体の軽鎖配列のサブセットを:
f1.CDR1、CDR2およびCDR3ループの一部と非ヒト抗体との長さの適合性の比較;および
f2.CDR1、CDR2およびCDR3ループの一部と非ヒト抗体との配列の類似性に基づき選択し:
g.重鎖J遺伝子のペプチド配列のサブセットを、非ヒト抗体のフレームワーク4とJH遺伝子領域との間の配列類似性に基づきヒト生殖細胞系列JH遺伝子サブ−ライブラリーから選択し:
h.軽鎖J遺伝子のペプチド配列のサブセットを、非ヒト抗体のフレームワーク4とJKおよびJλ遺伝子領域との間の配列類似性に基づきヒト生殖細胞系列JKおよびJλ遺伝子サブ−ライブラリーから選択し:
i.ヒトに適合した抗体の作成に使用するヒト抗体重鎖配列を選択するために、ヒト重鎖に関する工程eからのFR1、2および3の選択と工程gからのFR4の選択とを合わせ;そして
j.ヒトに適合した抗体の作成に使用するヒト抗体軽鎖配列を選択するために、ヒト軽鎖に関する工程fからのFR1、2および3の選択と工程hからのFR4の選択とを合わせる、
工程を含んでなる。
【0015】
本発明の別の観点は、ヒトに適合した抗体分子の作成に使用する体細胞突然変異を含むヒト抗体配列の選択法であって、この方法は:
a.非ヒト抗体可変領域用のペプチド配列を得;
b.非ヒト抗体可変領域用のペプチド配列の相補性決定領域(CDR)およびフレームワーク領域(FR)の輪郭を描き:
c.ヒト体細胞抗体遺伝子のペプチド配列のライブラリーを準備し;
d.非ヒト抗体の重および軽鎖に対して最大のCDRおよびFR類似性を有するペプチド配列のサブセットをヒト体細胞遺伝子ライブラリーから選択し;
e.ヒトに適合した抗体の作成に使用するために、工程dで選択したヒト体細胞抗体の重鎖配列のサブセットを、:
e1.CDR1、CDR2およびCDR3ループと非ヒト抗体との長さの適合性の比較;および
e2.CDR1、CDR2およびCDR3ループと非ヒト抗体との配列の類似性
に基づき選択し:そして
f.ヒトに適合した抗体の作成に使用するために、工程dで選択したヒト体細胞抗体の軽鎖配列のサブセットを:
f1.CDR1、CDR2およびCDR3ループと非ヒト抗体との長さの適合性の比較;および
f2.CDR1、CDR2およびCDR3ループと非ヒト抗体との配列の類似性
に基づき選択する
工程を含んでなる。
【0016】
発明の詳細な説明
限定する訳ではないが、本明細書に引用する特許および特許出願を含むすべての刊行物は完全に説明されているように参照により全部、本明細書に編入する。
【0017】
本明細書および特許請求の範囲で使用するように、単数形の“a”、“and”および“the”は内容が明白に他を示さない限り複数の指示物を含む。すなわち例えば「ヒトに適合した抗体(a human−adapted antibody)」という指示は、1もしくは複数のヒトに適合した抗体を指す。
【0018】
他に定義しない限り、本明細書で使用するすべての技術的および科学的用語は本発明が属する分野の当業者により通常に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書に記載するものに類似または等価の方法を本発明の実施または試験に使用することができるが、例示的方法を本明細書には記載する。
【0019】
用語「抗体」は、免疫グロブリンまたは抗体分子および抗体フラグメントを意味する。一般に抗体は特異的抗原に対する結合特異性を現すタンパク質またはポリペプチドである。完全(intact)な抗体は、2つの同一な軽鎖および2つの同一な重鎖からなるヘ
テロ四量体の糖タンパク質である。典型的には各軽鎖が1つの共有ジスルフィド結合により重鎖に連結されているが、ジスルフィド結合の数は異なる免疫グロブリンアイソタイプの重鎖間で変動する。また各重および軽鎖は、規則的に間隔が空いた鎖内ジスルフィド架橋も有する。各重鎖は1つの末端に可変ドメイン(VH)、続いて幾つかの定常ドメインを有する。各軽鎖は1つの末端に可変ドメイン(VL)、およびもう一端に定常ドメインを有し;軽鎖の定常ドメインは重鎖の第1定常ドメインに並び、そして軽鎖可変ドメインは重鎖の可変ドメインに並んでいる。脊椎動物種の抗体軽鎖は、2つの明らかに異なる型、すなわちカッパ(κ)およびラムダ(λ)の1つにそれらの定常ドメインのアミノ酸配列により割り当てられる。
【0020】
免疫グロブリンは5つの主要クラス、すなわちIgA、IgD、IgE、IgGおよびIgMに重鎖定常ドメインのアミノ酸配列に基づき割り当てることができる。IgAおよびIgGはさらにアイソタイプIgA、IgA、IgG、IgG、IgGおよびIgGのサブクラスに分類される。
【0021】
抗体は構成的に発現され、そして形質細胞により分泌される分泌タンパク質である。また抗体はハイブリドーマ生成のような標準的方法により不滅化された形質細胞を使用して、あるいは抗体重鎖および/もしくは軽鎖遺伝子をミエローマ細胞のような不滅化B細胞、またはチャイニーズハムスター卵母(CHO)細胞、植物細胞および昆虫細胞のような他の細胞型へトランスフェクションすることにより生産することもできる。
【0022】
用語「抗体フラグメント」は完全な抗体の一部、一般に完全な抗体の抗原結合または可変領域を意味する。抗体フラグメントの例には、Fab、Fab’、F(ab’)およびFvフラグメント、ダイアボディ(diabodies)、可変重鎖および可変軽鎖が1つのポリペプチド鎖としてリンカーにより連結されたscFv分子のような単鎖抗体分子、および少なくとも2つの完全な抗体から形成される多重特異性抗体を含む。
【0023】
ヒト化された、ヒトに適合した、およびCDR移植抗体は、非ヒト種からのCDRおよびヒト抗体に由来する可変領域のフレームワーク領域および定常領域を含むキメラモノクローナル抗体である。
【0024】
本発明は抗体分子のヒト化工学用(human engineering)の分子構造、モデリングおよび配列に基づく新規な構造に基づくヒト適合化法を提供する。この方法はその配列がヒトの配列に高度に類似し(免疫原性の可能性を下げるために)、そして抗原に対するその親和性が親の非ヒト、典型的にはマウスの抗体に匹敵するヒト抗体分子を生じる。この方法の工程は、マウスの配列をヒトの配列のデータベースと全配列の全体的相同性について、および異なる場所の領域について比較し、そして候補となるヒトの配列を同定するために幾つかのフィルターにかけることを含んでなる。そのようなフィルターに関する選択基準には、ヒト配列におけるマウスCDRのループ長の保存、ループ中の配列相同性、および任意に抗体の分子モデルを構築することにより決定されるような幾つかの明確かつ誘導可能な認識特性の適用を含む。
【0025】
非ヒト抗体からCDRをヒトのフレームワークに移すことが、抗原に対する結合の低下をもたらすことはよく知られている。低下した親和性は、抗原とヒト適合化抗体との間の分子認識における損失による。自由エネルギーの損失に関して元となる原因は、改変した抗体−抗原界面での抗体表面における構造的変化である。この界面には、VLおよびVH中に各3つの6種すべてのCDR、そしてまた新規VLおよびVHの改変されたパッキングによりこの領域中で誘導された構造的変化も関与する。失った親和性の幾つかを獲得するために、幾つかのグループはヒトフレームワーク中の残基をマウス残基に変異させ、これは文献では復帰突然変異し呼ばれている。本出願で記載するヒト適合化法は復帰突然変
異の導入を必要としない。ヒトに適合した抗体の親和性の保持は、フレームワークの選択で使用される原理によるものである。フレームワークは全分子にわたる全体的な配列同一性に基づくだけでなく、VLおよびVHに各3つの6つのすべてのCDRループのループ長および配列同一性にも基づいて選択される。そのような原理で抗体の認識表面上の混乱(perturbation)は確実に最少となり、そして結果的に抗体の抗原に対する親和性の混乱も非ヒトからヒトに適合した抗体へ移った時に最少となる。
【0026】
配列および構造に基づく基準の組み合わせが本発明の方法で使用される。本発明の方法は、NCBI(http://nabi.nlm.nih.gov/)でのヒト免疫グロブリンデータベース、およびヒト生殖細胞系列免疫グロブリンデータベース(http://vbase.mrc−cpe.cam.ac.uk/)およびタンパク質構造データベース(http://www.rcsp.org)のようなデータベース中の配列および構造を抽出し、そして分析する方法を含む。
【0027】
生殖細胞系列VおよびJの遺伝子配列は、VBase(http://vbase.mrc−cpe.cam.ac.uk/)データベースからダウンロードされた。VBaseは、現在リリースされているGenbankおよびEMBLデータライブラリーにあるものを含め、数千の公開された配列から編集されたすべてのヒト生殖細胞系列可変領域配列の包括的ディレクトリーである。このデータベースは、ヒト抗体遺伝子のシークエンシングおよびマッピングに関する研究の延長としてタンパク質工学に関するMRCセンター(MRC Centre for Protein Engineering)で、数年にわたり開発されてきた。このデータベースは重および軽鎖VおよびJ遺伝子に関する配列を含む。フレームワークは4つの短いフレームワーク領域(FR)からなる。図3から分かるように、FR1、FR2およびFR3はCDR1、CDR2およびCDR3の一部と一緒に生殖細胞系列V遺伝子フラグメントによりコードされ、一方、FR4は生殖細胞系列J遺伝子フラグメントによりコードされる。非ヒト配列を体細胞突然変異を含むヒト抗体配列に対して調査するために、NCBIに由来するヒト免疫学データベース(nabi.nlm.nih.gov)を使用することができる。
【0028】
配列の輪郭を描きる(delineation)ために広く使用されている抗体のCDR割り当てのための2つの体系がある。KabatのCDR定義(definition)は、抗体配列の可変性に基づいている。ChothiaのCDRの定義は、抗体の3次元構造およびCDRループのトポロジーに基づく。本発明の方法では、この2つの方法の一致点を使用してCDRを定める。軽鎖CDRの場合、Kabatの定義を使用する。重鎖CDR3の場合は、KabatおよびChothiaの両定義は同一であり、そしていずれも使用することができる。重鎖CDR1の場合、Kabatの定義は第1システインから8残基後に始まり、一方、Chothiaの定義はこのシステインから3残基後に始まる。この場合、Chothiaの定義を使用した。Kabatの定義はCDR1の終結パターンに使用し、これはWにV、IまたはAのような疎水性アミノ酸が続く。Chothiaの定義はこのCDRについて4残基前に終了する。この場合、CDR2の終結定義についてKabatのパターンを使用した。VH−CDR2の場合、Kabatの定義を使用した。しかしほとんどの抗体構造において、この配列に基づく定義はCDR2に属するようにFR3の一部に割り当てる。すなわち、このCDRのより短い変更体(これはこのCDRのC−末端領域について7残基前に終了する)も使用することができるだろう。場合により、マウス可変領域の分子モデルが構築される。このモデルはCDRループの割り当てに関するガイドとして使用する。表1は本発明の方法に使用できる例示的CDRの割り当てを示す。
【0029】
【表1】

【0030】
上記のCDRの定義は、非ヒト配列に対して最高の全体的類似性、そしてまた最大の長さの適合性およびCDRループにおける配列類似性を有するヒト配列を同定するために使用する。
【0031】
ヒト生殖細胞系列の重および軽鎖の選択のための本発明の方法の流れ図を図1および2に示す。
【0032】
本発明の方法は以下の基準を満たすヒト配列の選択を提供する:
1.ヒトの配列は4つすべてのフレームワークおよび3つのCDRを網羅する全分子長にわたりマウスの配列と有意な同一性を有する。
2.ヒトの配列はCDR1、2および3の長さを最大に保存し、すなわちヒトおよびマウスの配列のアライメントは、3つのCDRで最少数の欠失および挿入を有する。
3.ヒトのデータベース中の配列の中で、選択された配列はCDR1、2および3のマウス配列と有意な相同性を有する。
【0033】
ヒトに適合した抗体分子の作成に使用するヒト抗体配列を選択する方法の1つの態様では以下の工程を含んでなる:
a.非ヒト抗体可変領域用のペプチド配列を得、典型的には非ヒト抗体はマウスまたはラットのような齧歯類に由来する。ペプチド配列の情報は、非ヒト抗体可変領域遺伝子のヌクレオチド配列から推論することができる。これらの遺伝子は当業者に周知な技術により単離され、クローン化され、そして配列決定されることができる。
b.非ヒト抗体可変領域のペプチド配列のCDRおよびFRの輪郭を描きる。
c.VH、VK、Vλ、JH、JKおよびJλ遺伝子のサブ−ライブラリーを含んでなるヒト生殖細胞系列の抗体遺伝子ペプチド配列のライブラリーを準備する。
d.非ヒト抗体に対して最大のCDRおよびFR類似性を有するペプチド配列のサブセットを、ヒト生殖細胞系列遺伝子ライブラリーから選択する。非ヒト配列はBLASTプログラムを使用して全長について生殖細胞系列遺伝子のデータベースに対する類似性が調査され(Altschul et al.,J.Mol.Biol.215:403−410(1990))、そして最高のBLASTスコアを有する最高の候補が選択される。この工程は重および軽鎖について行う。非ヒト重鎖はヒト生殖細胞系列VH遺伝子に対して調査される;非ヒト軽鎖はヒト生殖細胞系列VKおよびVλ遺伝子サブライブラリーに対して調査される。
e.工程dで選択したヒト抗体の重鎖配列のサブセットを、CDR1およびCDR2ループと非ヒト抗体との長さの適合性の比較、ならびにCDR1およびCDR2ループと非ヒト抗体との配列の類似性に基づき選択し、複合スコアを使用して上記2つの基準を評価する。BLOSUM62置換マトリックスのような標準突然変異マトリックス(Henikoff and Henikoff,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:10915−10919(1992))を、非ヒトおよびヒト配列のCDR領域のアライメントを採点するために使用し、そして挿入および/または欠失がCDRループにある場合、大きなペナルティを適用する。このプロセスはPipeline Pilot
(商標)プロトコールを使用して自動化された(カリフォルニア州、サンディエゴのAccelrys,Incから利用可能なモジュラーソフトウェア開発環境)。任意に使用者はスコアおよび配列アライメントを見直すことができ、そしてFR1、2および3に使用するための1組のヒト生殖細胞系列遺伝子を選ぶことができる。
f.工程dで選択したヒト抗体の軽鎖配列のサブセットを、CDR1、CDR2およびCDR3ループの一部と非ヒト抗体との長さの適合性の比較、ならびにCDR1、CDR2およびCDR3ループの一部と非ヒト抗体との配列の類似性に基づき選択し、複合スコアを使用して工程eで上に検討した2つの基準を評価する。
g.重鎖J遺伝子のペプチド配列のサブセットを、非ヒト抗体のフレームワーク4とJH遺伝子領域との間の配列類似性に基づきヒト生殖細胞系列JH遺伝子サブ−ライブラリーから選択する。
h.軽鎖J遺伝子ペプチド配列のサブセットを、非ヒト抗体のフレームワーク4とJKおよびJλ遺伝子領域との間の配列類似性に基づきヒト生殖細胞系列JKおよびJλ遺伝子サブ−ライブラリーから選択する。
i.ヒトに適合した抗体の作成に使用するヒト抗体重鎖配列を選択するために、ヒト重鎖に関する工程eからのFR1、2および3の選択と工程gからのFR4の選択とを合わせる。
j.ヒトに適合した抗体の作成に使用するヒト抗体軽鎖配列を選択するために、ヒト軽鎖に関する工程fからのFR1、2および3の選択と工程hからのFR4の選択とを合わせる。
【0034】
全工程は視覚的な作業の流れの環境でPipeline Pilot(商標)スクリプトを使用して自動化された。使用者は特定の使用者が定める基準を、スコア、対応するアライメントおよび生殖細胞系列遺伝子の名前の表示、または出力配列数の設定のようなプロセスに対して適用することができる。
【0035】
本発明の方法はヒト抗体の生殖細胞系列遺伝子データベースまたは体細胞突然変異を含むヒト抗体遺伝子データベースを用いて使用することができる。体細胞突然変異を持つヒト抗体遺伝子データベースの場合、工程e)およびf)には3種すべてのCDRの長さの適合性および配列類似性が関与し、そして工程g)およびh)には必要ない。得られた可変軽および重鎖配列は、Fab(1もしくは幾つか)を生成するために使用することができる。これらFabを適切な定常領域と組み合わせることにより、完全長のモノクローナル抗体配列を得ることができる。
【0036】
配列に基づく方法に加えて、構造/モデルに基づく取り組みを使用することもできる。非ヒト抗体V領域の分子モデルは、分子の構造的特徴を引き出すために、したがって目的物の特性を改善するための工作に高度に有用である。モデルの品質は大変重要であり、そして相同的な構造的鋳型に基づくモデルの場合、標的および鋳型配列の信頼性のあるアライメントが高度に重要である。例えばSali and Blundell,J.Mol.Biol.234:779(1993)を参照にされたい。図4に示す流れ図は、モデリングのための構造的鋳型を選択するために使用される。この図は鋳型が4種すべてのフレームワークおよび3種すべてのCDRを含むVLおよびVHの完全配列の全体的相同性に基づき選択され、次いでループ長およびまた3つのCDRの配列類似性に基づき最高位のヒットが順位付けされることを示す。
【0037】
配列比較との組み合わせにおいて分子モデルを使用することは、配列に基づく方法がそれら自体は最もしばしば配列が離れている空間的に隣接する残基が関与する3次元的特徴による機能的特性を捕捉できないので、有用な選択となる。配列に基づくKabatの分類は、CDRに属するような抗体構造におけるフレームワークの部分を割り当てる。分子モデルはフレームワークおよびCDR領域の境界を正しく定めるために使用され、すなわ
ちこれが配列に基づく割り当てを補正する。ここで使用する構造的モデリングおよび配列分析法の組み合わせはヒトのフレームワークを選択するために有用であり、そしてまたヒトに適合化した抗体の親和性の成熟にも有用である。
【0038】
本発明は新規な抗体のヒト適合化法を提供する。この方法はアクセプターFW配列の供給源としてヒトの生殖細胞系列VおよびJ遺伝子を使用し、すべてのアクセプター分子をFWの類似性および非ヒト抗体とヒト生殖細胞系列配列との間の他の基準に基づき順位付けし、そして代表的なヒトに適合化された抗体のライブラリーを作成する。
【0039】
上記定義のアルゴリズムは修飾して、ウェット−ラボ(wet−lab)海中実験室のスリーニング能力に合うようにFWライブラリーのサイズを変更することができる。齧歯類の抗体の重および軽鎖について、対応するFWライブラリーは各々に作成され、そしてすべてのヒトに適合化された重および軽鎖がスクリーニングのために組み合わされる。このように本発明の全FWライブラリー法のアルゴリズムは、親和性の保持に重要となる見込みが高い最適な鎖内相互作用を有するヒト重鎖および軽鎖の好ましいペアを見いだす可能性を上げる。
【0040】
ヒト重鎖および軽鎖フレームワークの好ましいペアを本発明の方法により選択した後、非ヒト可変領域からの各CDR領域、および選択したフレームワークを代表するヒト重鎖および軽鎖の少なくとも1つのメンバーからのフレームワーク領域を含むヒトに適合化した新規分子を構築することができ、ここで新規分子は非ヒト抗体が結合するものと同じ抗原に結合するヒトに適合化した抗体または抗体フラグメントである。当業者に周知な組換えDNA技法を使用して、ヒトに適合化した分子を構築することができる。次いでこの新規分子は、各分子の抗原に対する結合親和性をスクリーニングし、そして最適なヒトに適合化された抗体または抗体フラグメントを選択することにより選ぶことができる。
【0041】
本発明の方法は現行のヒト適合化技術に優る多くの利点を提供する。例えばSDR−移植のようなすべての他の構造に基づく方法とは対照的に、本発明の方法は詳細な抗体または抗体−抗体複合体構造に関する情報を必要としない。また本発明の他の利点は、本発明が同じCDRドナーに関して幾つかの比較可能な、しかし明確に異なるヒト化抗体を提供できる点である。これは治療用抗体の開発に特に有用であり、研究者はリード候補を選択し、そして1もしくは複数の続く、またはバックアップ候補を有することができるようになる。
【0042】
本発明の方法に関連する別の利点は、それらの明確な配列を持つこれらの比較可能な候補が種々の化学的、生理学的および製薬学的特性を有する可能性がある点である。これは治療用抗体の改善の他の観点で利用することができる。例えば低い溶解性の抗体のCDRは、ヒトフレームワークライブラリーに合わせることができ、そして改善された溶解性を持つ良好なバインダー(binder)を生じた抗体から選択することができる。
【0043】
本発明は、以下の具体的な非限定的例を参照にしてこれから記載する。
【実施例】
【0044】
実施例1
キメラモノクローナル抗体のヒト適合化
インフリキシマブ(infliximab)は約149kDaの分子量を持つキメラIgGκモノクローナル抗体である。インフリキシマブはヒトの腫瘍壊死因子アルファ(TNFα)に特異的に結合し、そしてヒト定常およびマウス可変領域からなり(インフリキシマブのアミノ酸配列(cA2)に関しては米国特許第5,656,272号明細書の図16A&16Bを参照にされたい)、そしてREMICADE(商標)という登録商標で
販売されている。インフリキシマブは119アミノ酸(配列番号1)の重鎖可変領域と、107アミノ酸(配列番号2)の軽鎖可変領域を有する。
【0045】
本発明の方法は、ヒト生殖細胞系列VHおよびVLを選択するためにインフリキシマブの重および軽鎖可変領域配列に適用された。選択されたVH領域はヒト生殖細胞系列配列のVH3 3−72およびJH4と同一である。これを図5でインフリキシマブのフレームワーク領域と比較する。図6に示す選択したVL領域のフレームワーク部分は、ヒト生殖細胞系列配列VK1 A10およびJK3と同一である。選択したVH領域の配列をヒト定常鎖IgGκ H、CAA75030(A236Vの置換を持つ)と組み合わせた。選択したVL領域の配列をヒト定常鎖IgGκ CAA09181と組み合わせた。
【0046】
抗体のヒトTNFαへの結合についてELISA形式を使用して評価した。簡単に説明すると、ヒトTNFαを96ウェルプレートのウェルに塗布し、そして候補mAbを種々の濃度(20〜0.2ng/ml)でインキュベーションし、そして結合した抗体をHRP−標識抗−ヒトカッパ軽鎖IgG(Jackson,ImmunoResearch,West Grove,PA)で検出した。完全長クローン(C7と命名)に関するELISA滴定曲線を図7に示し、そして完全長の合成インフリキシマブ(C3)およびREMICADE(商標)に対する適合性が示される。
【0047】
C7およびREMICADEへのTNFα結合のBIACOR(3対の実験)による結合測定は表2に示し、そしてまた2つの抗体の適合性を証明する。
【0048】
【表2】

【0049】
実施例2
マウスモノクローナル抗体のヒト適合化
本発明の方法は、ヒト生殖細胞系列VHおよびVLを選択してヒトに適合化した抗−RSV抗体B21Mを構築するために、抗−RSV 101Fと命名されたマウスの中和RSウイルス(RSV)Fタンパク質抗体に適用した。101F抗体は120アミノ酸の重鎖可変領域(配列番号3)、および112アミノ酸の軽鎖可変領域(配列番号4)を有する。
【0050】
選択したVH領域のフレームワークはヒト生殖細胞系列配列VB 2−05およびJH4と同一である。これを図8のマウス抗−RSV F101フレームワーク領域と比較する。選択したVH領域配列を、ヒト定常鎖P01857−IgG1(V234Aに置換を持つ)と組み合わせた。選択したVL領域のフレームワークは、ヒト生殖細胞系列配列VB B3およびJK1と同一である。これを図9でマウス抗−RSV F101フレームワーク領域と比較する。この選択したVL領域の配列を、ヒト定常鎖P01834−IgGκ(S227Lに置換を持つ)と組み合わせた。 抗体は、組換えで発現したRSV Fタンパク質の細胞外ドメインへの結合についてELISA形式を使用して評価した。簡単に説明すると、ヒトRSV Fタンパク質を96ウェルプレートのウェルに塗布し、そして候補mAbを種々の濃度(10〜0.2ng/ml)でインキュベーションし、そして結合した抗体をHRP−標識抗ヒトカッパ軽鎖抗体(Jackson,ImmunoResearch,West Grove,PA)で検出した。ヒトに適合化した完全長B21Mクローンに関するELISA滴定曲線を、101F抗体およびハビリズマブ(pavilizmab)の市販品であるSYNAGIS(商標)の滴定曲線と一緒に図10に示す。ヒトに適合化したB21Mはマウス101F抗体およびSYNAGIS(商標)に対する適合性を示した。RSV Fタンパク質結合に関するBIACORによる結合測定は表3に示し、そしてまた2つの抗体の適合性を証明する。B21Mもキメラ抗−101F抗体およびSYNAGIS(商標)に匹敵するウイルス中和を現す(表3を参照)。
【0051】
【表3】

【0052】
方法の確実性を試験するために、ヒト適合化法で最高位のヒットとして選択されたさらに4種の軽鎖を使用してヒトに適合化した抗−RSV抗体を構築した。4つのフレームワークはヒトの配列VB A17、VB A10、gi:20150128およびVB A3と同一である。最初の2つの配列および4番目の配列はヒト生殖細胞系列のデータベースに由来し、そして3番目の配列はHuIg配列である。上記VHと組み合わせたこれら4種のVLを、B21M、B26A、B26B、B28AおよびB28Bと呼ぶ。これら4種すべての分子はB21Mに対して類似の結合プロフィアルを有する(図11を参照)。
【0053】
本発明は今、完全に記載され、当業者が添付する特許請求の範囲の精神または範囲から逸脱せずに、それに対する多くの変更および修飾を行うことができることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】ヒト生殖細胞系列重鎖のデータベースを使用した、マウス抗体の重鎖のヒト適合化のための流れ図を示す。
【図2】ヒト生殖細胞系列軽鎖のデータベースを使用した、マウス抗体の軽鎖のヒト適合化のための流れ図を示す。
【図3】重および軽鎖可変領域のための抗体遺伝子組換えを具体的に説明する。
【図4】抗体モデリングアルゴリズムの流れ図を表す。共通構造の鋳型が利用できない場合、鎖は個別にモデル化され、そして組み合わされる。pdbはタンパク質データバンクデータベース(www.pdb.org)を表す。
【図5】ヒトに適合したC7とキメラインフリキシマブとの間のVH領域の比較を表す(マウスVH)。破線は同一残基を表す。
【図6】ヒトに適合したC7とキメラインフリキシマブとの間のVL領域の比較を表す(マウスVL)。破線は同一残基を表す。
【図7】完全長のヒトに適合したC7、研究室で合成したインフリキシマブ(C3)およびインフリキシマブの市販品のREMICADE(商標)に関するELISA結合滴定曲線を表す。
【図8】ヒトに適合化したB21Mおよびマウス抗−RSV F101抗体との間のVH領域の比較を表す。破線は同一残基を表す。
【図9】ヒトに適合化したB21Mおよびマウス抗−RSV F101抗体との間のVL領域の比較を表す。破線は同一残基を表す。
【図10】キメラ抗−RSV F101抗体、パビリズマブの市販品であるSYNAGIS(商標)およびヒトに適合化したB21Mに関するFタンパク質結合ELISAを表す。
【図11】5種のヒトに適合化した分子、B26A、B26、B28A、B28BおよびB21MのFタンパク質結合ELISAの比較を表す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒトに適合した抗体分子の作成に使用するヒト抗体配列の選択方法であって:
a.非ヒト抗体可変領域用のペプチド配列を得;
b.非ヒト抗体可変領域用のペプチド配列の相補性決定領域(CDR)およびフレームワーク領域(FR)の輪郭を描き:
c.VH、VK、Vλ、JH、JKおよびJλ遺伝子サブ−ライブラリーを含んでなるヒト生殖細胞系列抗体遺伝子のペプチド配列のライブラリーを準備し;
d.非ヒト抗体の重および軽鎖に対して最大のCDRおよびFR類似性を有するペプチド配列のサブセットを、ヒト生殖細胞系列遺伝子ライブラリーから選択し;
e.工程dで選択したヒト生殖細胞系列抗体の重鎖配列のサブセットを:
e1.CDR1およびCDR2ループと非ヒト抗体との長さの適合性の比較;および
e2.CDR1およびCDR2ループと非ヒト抗体との配列の類似性
に基づき選択し:
f.工程dで選択したヒト生殖細胞系列抗体の軽鎖配列のサブセットを:
f1.CDR1、CDR2およびCDR3ループの一部と非ヒト抗体との長さの適合性の比較;および
f2.CDR1、CDR2およびCDR3ループの一部と非ヒト抗体との配列の類似性に基づき選択し:
g.重鎖J遺伝子のペプチド配列のサブセットを、非ヒト抗体のフレームワーク4とJH遺伝子領域との間の配列類似性に基づきヒト生殖細胞系列JH遺伝子サブ−ライブラリーから選択し:
h.軽鎖J遺伝子のペプチド配列のサブセットを、非ヒト抗体のフレームワーク4とJKおよびJλ遺伝子領域との間の配列類似性に基づきヒト生殖細胞系列JKおよびJλ遺伝子サブ−ライブラリーから選択し:
i.ヒトに適合した抗体の作成に使用するヒト抗体重鎖配列を選択するために、ヒト重鎖に関する工程eからのFR1、2および3の選択と工程gからのFR4の選択とを合わせ;そして
j.ヒトに適合した抗体の作成に使用するヒト抗体軽鎖配列を選択するために、ヒト軽鎖に関する工程fからのFR1、2および3の選択と工程hからのFR4の選択とを合わせる、
工程を含んでなる上記方法。
【請求項2】
さらにライブラリーのサイズ、FRの同一性、CDRループ長の適合性および配列類似性の混成評価、およびヒトvおよびj遺伝子の組み合わせの選択基準を含んでなる請求項1に記載の方法。
【請求項3】
ヒトに適合した抗体分子の作成に使用する体細胞突然変異を含むヒト抗体配列の選択法であって:
a.非ヒト抗体可変領域用のペプチド配列を得;
b.非ヒト抗体可変領域用のペプチド配列の相補性決定領域(CDR)およびフレームワーク領域(FR)の輪郭を描き:
c.ヒト体細胞抗体遺伝子のペプチド配列のライブラリーを準備し;
d.非ヒト抗体の重および軽鎖に対して最大のCDRおよびFR類似性を有するペプチド配列のサブセットを、ヒト体細胞遺伝子ライブラリーから選択し;
e.ヒトに適合した抗体の作成に使用するために、工程dで選択したヒト体細胞抗体の重鎖配列のサブセットを、:
e1.CDR1、CDR2およびCDR3ループと非ヒト抗体との長さの適合性の比較;および
e2.CDR1、CDR2およびCDR3ループと非ヒト抗体との配列の類似性
に基づき選択し:そして
f.ヒトに適合した抗体の作成に使用するために、工程dで選択したヒト体細胞抗体の軽鎖配列のサブセットを:
f1.CDR1、CDR2およびCDR3ループと非ヒト抗体との長さの適合性の比較;および
f2.CDR1、CDR2およびCDR3ループと非ヒト抗体との配列の類似性
に基づき選択する
工程を含んでなる上記方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図3】
image rotate

【図7】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate


【公開番号】特開2009−106280(P2009−106280A)
【公開日】平成21年5月21日(2009.5.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−270067(P2008−270067)
【出願日】平成20年10月20日(2008.10.20)
【出願人】(503054122)セントカー・インコーポレーテツド (74)
【Fターム(参考)】