單鏈雙功能的糖蛋白激素的製作方法

2023-10-23 13:48:12 2

專利名稱：單鏈雙功能的糖蛋白激素的製作方法
技術領域：
本發明涉及蛋白質工程領域，具體地，涉及通常為異二聚體的某些糖蛋白激素的修飾形式。本發明涉及絨毛膜促性腺激素(CG)、促甲狀腺激素(TSH)、黃體生成素(LH)和促卵泡成熟激素(FSH)的經修飾的單鏈形式，它們能夠提供兩種效果或功能，或者一般能夠作為天然激素的促效劑和／或拮抗劑而起作用。
背景技術：
在人體中，四種重要的糖蛋白激素異(源)二聚體(LH、FSH、TSH和CG)具有相同的a亞基和不同的β亞基。這些激素中的三種也幾乎存在於所有其它的脊椎動物中；而目前僅在靈長類以及懷孕母馬的胎盤和尿中發現CG。
PCT申請WO90／09800(1990年9月7日出版，在此引用作為參考)描述了這些激素的許多修飾形式。一種重要的修飾是用人絨毛膜促性腺激素或其變異體的羧基端肽(carboxy terminal peptide，CTP)對β亞基進行C端延伸。也描述了這些激素的其他突變蛋白。CTP是從人絨毛膜促性腺激素β亞基的112-118位中任一位置延伸至145位的胺基酸序列。該PCT申請描述了通過保守性胺基酸置換而獲得CTP延伸變異體，而不破壞CTP的改變清除特性的能力。此外，PCT專利申請WO 94／24148(1994年10月27日公布，在此引用作為參考)描述了通過在C末端以外的位置延伸或插入CTP而修飾這些激素，而且CTP片段比從112-118位延伸至145位的序列更短。
FSH的CTP-延伸型β亞基還在申請人的兩篇文章中有描述LaPolt，P．S．等人；Endocrinoloy(1992)1312514-2520和Fares，F．A．等人，Proc Natl Acad SciUSA(1992)894304-4308。這兩篇文章在此引用作為參考。
人絨毛膜促性腺激素異源二聚體形式的晶體結構已發表在幾乎同時出版的兩篇文章中。一篇是Lapthorn，A．J．等人，Nature(1994)369455-461，另一篇是Wu，H．等人，Structure(1994)2545-558。這些文章的結果總結於Patel，D．J．Nature(1994)369438-439中。
PCT申請WO91／16922(1991年11月14日公布)描述了異源二聚體糖蛋白激素的多種嵌合的及其他修飾形式。一般而言，該文獻針對分別涉及各種α或β鏈的α亞基或β亞基的嵌合物。簡單地列在該申請中而沒有給出其他說明的一個構建物將基本上整個人絨毛膜促性腺激素的β鏈與α亞基前體蛋白(即含有該亞基的分泌信號序列)融合在一起。
另外兩個公布的PCT申請描述了這些激素的單鏈形式，其中α和β亞基被共價相連，形成如下通式的融合肽∶β(接頭)nα或α(接頭)nβ式中n為0或1，而α和β為這些激素的各亞基。Moyle，W．RPCT申請WO95／22340(1995年8月24日公布)；以及本發明人的申請WO96／05224(1996年2月22日公布)。這些文獻的公開內容也在此引用作為參考。
上述單鏈糖蛋白激素的一類形式，即胱氨酸橋連(bridge)的數目被減少的形式，公開於美國申請No．08／933，693(1997年9月19日申請)。該申請在此引用作為參考。
目前已發現，通過將兩個β亞基包含在一個單鏈內使其共用一個共同的α亞基，可以構建出一種單鏈形式的糖蛋白激素，它們有更強的促效劑和／或拮抗劑活性，和／或它們是雙功能的。這些形式可以含有如上述文獻中描述的各種CTP延伸片段和插入片段以及α和β亞基的天然形式的變異體和CTP的變異體。
本發明公開的內容本發明提供了糖蛋白激素的單鏈形式，它含有兩個相同或不同的β亞基。本發明的單鏈形式可以是糖基化、部分糖基化或非糖基化的，而且存在於天然糖蛋白激素或其變異體中的α和β鏈可以任選地通過接頭成分(linker moiety)而連接。特別優選的接頭成分包括羧基端肽(CTP)單元，它或者是完整的單元或者是其一部分所構成的變異體。產生的單鏈激素或者保留或增強了未修飾的異源二聚體形式激素的活性，或者是該活性的拮抗劑。如果兩個β亞基不同，那麼它們作為促效劑和／或拮抗劑而呈現雙功能。
因此，一方面，本發明涉及一種糖基化或非糖基化的下式蛋白質β1-(接頭1)m-α-(接頭2)n-β2(1)；或β1-(接頭1)m-β2-(接頭2)n-α(2)；或α-(接頭1)m-β1-(接頭2)n-β2(3)式中，各β1和β2具有脊椎動物糖蛋白激素β亞基的胺基酸序列，或是所述胺基酸序列的變異體(其中所述變異體在本文中已有定義)。「α」指脊椎動物糖蛋白激素α亞基或其變異體；「接頭」指共價相連的成分，它以合適的距離將β1和β2亞基與α亞基，以及將β1和β2亞基相互間隔開。各m和n獨立地為0或1。
在所有上述例子中，單鏈形式保留了構象，因此在單鏈形式中包含整個亞基是不必要的。因此，本發明包括上式(1)、(2)和(3)的化合物，它含有α和／或β亞基的片段，其中這些形式保留了含完整亞基的對應形式所表現的生物活性。
另一方面，本發明涉及產生本發明的蛋白的重組材料和方法，涉及含有本發明蛋白的藥物組合物，涉及對本發明蛋白特異的抗體，以及涉及其應用的方法。
附圖簡述

圖1顯示了在與hCG的競爭下，化合物CGβ-α-CTP-FSHβ與LH受體的結合情況。
圖2顯示了在與FSH的競爭下，圖1中化合物與FSH受體的結合情況。
發明的實施方式在人體中有四種「糖蛋白」激素構成一個包括人絨毛膜促性腺激素(hCG)、促卵泡成熟激素(FSH)、黃體生成素(LH)和促甲狀腺激素(TSH)在內的家族。如此處所用，「糖蛋白激素」指該家族的所有成員。所有這些激素都是由α亞基和β亞基構成的異二聚體，其中對於某一物種而言在該組中的α亞基胺基酸序列是相同的，而β亞基因視家族成員的不同而不同。因此，一般情況下這些糖蛋白激素是由相互結合但非共價相連的α和β亞基構成的異二聚體。大多數脊椎動物產生FSH、TSH和LH；絨毛膜促性腺激素只在包括人在內的靈長類和懷孕母馬中發現。
在動物中，各激素的α和β亞基由不同的基因編碼，而且分別合成，然後被裝配成非共價相連的異二聚體複合物。在本發明的化合物中，β亞基被直接連於α亞基成為一個一級結構必然為線性的單鏈分子。由二級和三級結構因素和構象所賦予的三維結構，在外觀上與異二聚體形式十分相似，從而使β亞基所代表的異二聚體的功能得以表現。然而，通過亞基結構的適當變化，本發明的化合物可以具有促效劑或拮抗劑活性；例如，如果β亞基是不同的，化合物可表現出針對某一糖蛋白激素受體的拮抗劑活性，但是又表現出對另一受體的促效劑活性，或者可以對兩種受體都有促效劑活性或拮抗劑活性。本發明化合物所表現出的活性譜，取決於選擇的各α和β亞基、連接成分的性質、以及α和β亞基的取向。
在本發明的最佳實施例中，式(1)、(2)或(3)化合物是融合蛋白，其中α和β亞基直接地或通過肽接頭而頭對尾地相連。在只有基因編碼的胺基酸構成序列時，該化合物可重組合成。然而，並不需要將本發明化合物局限於這種方式；α和β亞基以及接頭可包括非基因編碼的胺基酸。此外，接頭可以是肽之外的物質，例如二羧酸或酸酐、二胺、或雙功能接頭(例如Pierce Chemical CoRockford，IL出售的)等。此外，這些亞基可以按融合蛋白所需要的頭對頭或尾對尾構型、以及頭對尾構型直接地或通過接頭而相連。在這些情況下，用標準活化技術，對於頭對頭構型而言，兩個氨基可以通過酸酐或通過任何二羧酸衍生物而連接；兩個羧基可以通過二胺或二醇連接。
但是，為了方便起見，最優選的形式是頭對尾構型，其中形成標準的肽鍵，而且化合物可以通過重組技術或肽合成技術製備成融合蛋白，它或者是諸反應成分的單鏈，或者較佳地，連接了整個序列的各部分。
不論各實例如何，α和β亞基在靠近其N端和C端的位置處與該分子的其餘部分連接。優選的是，這些亞基直接在其末端相連，然而這種連接也許是單純的「靠近」型。一般地，「靠近」表示在末端的10個胺基酸之內，較佳地在5個胺基酸之內，更佳地在2個胺基酸之內的一個位置，最佳地為末端本身。
亞基組份如此處所用，α亞基，和FSH、LH、TSH和CG的β亞基以及異二聚體形式一般與其常規定義相同，指具有本領域中已知胺基酸序列的蛋白質或其等位變異體，而不論其所表現的糖基化方式或胺基酸側鏈的其他衍生變化。
這些肽的「天然」形式是指具有從相關脊椎動物組織中分離出的胺基酸序列、而且具有本領域中已知胺基酸序列的肽或其等位變異體。
這些蛋白質和CTP單元(見下文)的「變異體」形式，指通過例如定點突變或其他重組操作而產生的或者人工合成的、在天然蛋白質胺基酸序列中具有故意改變(包括截短)的蛋白質。
這些改變由1-10、較佳地1-8、更佳地1-5個胺基酸變化構成，包括缺失、插入和取代，其中最佳的是保守性胺基酸取代。得到的變異體必須保留活性以影響天然激素的相應活性，即或者它們必須保留天然激素的生物學活性從而能起促效劑作用，或者它們必須起拮抗劑的作用，通常是能夠與天然激素的受體結合但不能實現信號轉導。
按常規含義，「保守性類似物」指這樣的類似物，其中被取代的殘基與進行取代的殘基屬於同一胺基酸種類。如本領域中熟知的那樣，胺基酸已分類成幾組，例如參見Dayhoff，M．等人，Atlas of Protein Sequences andStructure(1972)5∶89-99。通常，酸性胺基酸被歸在一組；鹼性胺基酸被歸在一組；中性親水胺基酸被歸在一組；等等。更具體的分類情況列於WO 96／05224，該文獻在此引用作為參考。
一組優選變異體是其中α或β亞基或兩者的糖基化位點被改變的變異體。本文所述的激素四成員家族(quartet)的部分有用變異體在美國專利5，177，193中有描述(1993年1月5日出版，在此引用作為參考)。如其所述，可以通過破壞相關位點，或者通過選擇產生蛋白質的宿主細胞而改變糖基化方式。
胺基酸序列的改變也包括插入和缺失。因此，激素的截短形式被包括在變異體中，例如缺失C末端85-92位中部分或全部胺基酸的α亞基突變型。此外還包括缺失N末端的1-10個胺基酸的α亞基。
突變蛋白還包括非關鍵區域被改變或被去除的突變蛋白。這種缺失和改變可包括整個環，從而缺失或改變遠大於10個胺基酸的序列。但是變異體必須至少保留受體結合域和／或涉及信號轉導的區域。
有相當多的文獻涉及此處所述的激素四成員家族的變異體，而且從這些文獻中明顯地知道，可以製備大量可能具有促效劑和拮抗劑活性的變異體。公開的這些變異體參見Chen，F．等人，Molec Endocrinol(1992)6914-919；Yoo，J．等人，JBiol Chem (1993)26813034-13042；Yoo，J等人，J BiolChem(1991)26617741-17743；Puett，D．等人，Glycoprotein Hormones，Lusbader，J．W．等人，EDS，Springer Verlag New York(1994)122-134；Kuetmann，H．T．et al(ibid)P103-117；Erickson，L．D．等人，End ocrinology(1990)1262555-2560；和Bielinska，M．等人，J Cell Biol(1990)111330a(Abstract 1844)。
其他的變異體包括其中有一個或多個胱氨酸連接被缺失的種類，這典型地是通過用中性胺基酸置換一個或兩個參與連接的半胱氨酸而實現。特別優選的可被缺失的胱氨酸連接是位於26位和110位之間以及23位和72位之間的胱氨酸連接。
此外，已表明，激素四成員家族的β亞基可以以嵌合形式構建從而提供嵌合體兩種組份的生物學功能，或者通常提供生物學功能改變的激素。因此，可以按Moyle，Proc Natl Acad Sci(1991)88760-764；Moyle，Nature(1994)368251-255描述的方法構建具有FSH和LH／CG活性的嵌合分子。如這些文章中所述，用FSH-β的101-109位胺基酸置換CG-β亞基中的相應殘基可得到具有hCG和FSH二者活性的類似物。
如本文所用，「肽」和「蛋白質」可互換使用，因為它們之間的長度區別是不確定的。
如上所述，在構成本發明的具有或不具有連接成分的化合物時，被用作α和β亞基的「變異體」可以是該亞基的完整胺基酸序列或僅是其一部分。
「變異體」還包括含插入在非關鍵區域的CTP(或變異的CTP)的α和／或β鏈。
α和β亞基的「非關鍵」區域是生物學活性(包括促效劑和拮抗劑活性)非必需的分子區域。通常可將這些區域從結合位點、前體剪切位點和催化區域中去除。對引導合適摺疊、與受體結合和催化活性等至關重要的區域，應加以評估。應注意，在二聚體情況下是關鍵的某些區域在單鏈形式下會變成非關鍵的，因為由分子所賦予的構象限制可能會消除這些區域的關鍵性。非關鍵區域的確定可以方便地通過缺失或修飾候選區域然後對所需活性進行適當的測試即可實現。因修飾而導致活性損失的區域是關鍵的；而改變後導致相同或相似活性(包括拮抗劑活性)的區域被認為是非關鍵的。
應再次強調，「生物學活性」指對天然激素的活性起促效的或拮抗的活性。因此，某些區域對變異體作為拮抗劑起作用至關重要，儘管拮抗劑不能直接提供激素的生理效應。
例如，對於α亞基，33-59位被認為是信號轉導所必需的，而羧基端20個胺基酸的延伸段是信號轉導／受體結合所必需的。與β亞基進行裝配中的關鍵殘基至少包括殘基33-58，尤其是37-40。
當非關鍵區域「靠近」N末端或C末端時，插入可以位於該末端10個胺基酸中的任何位置，更佳地在5個胺基酸中，最佳地為末端本身。
如本文所用，「CTP單元」指在人絨毛膜促性腺激素β亞基的羧基端發現的、在C末端從胺基酸112-118延伸至殘基145的胺基酸序列，或指其一部份。因此，每個「完整」CTP單元含有28-34個胺基酸，其長度取決於CTP的N末端。
「部分」CTP單元指這樣的胺基酸序列，它位於位置112-118至145(含145本身)，但是從最短的「完整」CTP單元(即從118-145位)中缺失至少一個胺基酸。這些「部分」序列包括在「變異體」的定義內。「部分」CTP單元宜含有至少一個O-糖基化位點。激素的某些非糖基化形式是拮抗劑，因此可以作為拮抗劑使用。CTP單元在絲氨酸殘基處含有4個糖基化位點，分別位於121(位點1)、127(位點2)、132(位點3)和138(位點4)位。用於促效劑的CTP部分形式可含有一個或多個按在天然CTP序列中的次序排列的這些位點，儘管介於中間的位點可以刪略。
在某些情況下，可以插入或使用串聯式的CTP單元作為接頭。「串聯式」插入或延伸表示插入子或延伸段含有至少兩個「CTP單元」。每個CTP單元可以是完整的或是片段，可以是天然的或變異的。在串聯式延伸或插入中的所有CTP單元可以是相同的，也可以互不相同。
「接頭成分」是將α和β序列連接在一起而又不幹擾其活性的組成部分，這些活性由作為異二聚體成員的同一α和β所表現，或者它發生了改變使其活性從促效劑轉變成拮抗劑活性。活性水平可以在合理的範圍內變動，但是接頭的存在不能使單鏈形式基本上喪失其促效劑和拮抗劑活性。單鏈形式並不是前肽而是成熟的蛋白質，而且必須表現出與該異二聚體(異二聚體的元件形成其組成)的激素活性有關的活性。
雙功能激素的優選例本發明的雙功能激素可用重組技術進行最有效和最經濟地生產。因此，優選的是那些僅含有基因編碼的胺基酸的α和β鏈、CTP單元和其他接頭成分形式的融合蛋白。然而，如上所述，有可能用肽合成技術或其他有機合成技術來構建至少某單鏈激素的部分，因此含有非基因編碼的胺基酸和非肽型接頭的變異體也在本發明範圍之內。
在最佳實施例中，β1亞基的C-末端是共價地(可任選地通過接頭)連於成熟α亞基的N-末端，該α亞基又共價地(可任選地通過接頭)連於β2亞基。連接可以是直接肽連接，其中一個亞基的C末端胺基酸與另一亞基的N末端直接通過肽鍵而相連；但是，在許多情況下，最好在兩個末端之間含有接頭成分。在大多數情況下，接頭成分在兩個鏈之間至少提供一個β轉角。因此，在接頭中存在脯氨酸殘基也許是有利的。
(應理解，在所討論的構成單鏈形式的亞基末端之間的連接中，一個或多個末端也可以通過如上所述的取代和／或缺失而改變。)在一組特別優選的實施例中，連接是頭對尾型，接頭成分含有一個或多個CTP單元和／或其變異體或截短形式。用於這種接頭成分的CTP單元的優選形式在下面描述。
此外，接頭成分可含有共價地(最好可以釋放)連於接頭成分的藥物。將藥物偶聯於接頭成分的方法以及使其釋放的方法是常規方法。
如上所述，CTP和其變異體除了位於接頭成分中之外，還可以包括在構成單鏈激素的各亞基的任何非關鍵區域中。
儘管CTP單元宜包含在接頭成分中，應理解該接頭可以是能提供α和β亞基適當空間關係的任何合適的共價結合材料。因此，對於頭對尾構型，接頭一般是二價成分，例如含有任意數目的、但通常小於100個、更佳地小於50個的胺基酸的肽，它具有適當的親水性／疏水性比率以便在溶液中能提供適當的間隔和構象，或者是可賦予這些特性的非肽型接頭。通常，接頭應有均衡的親水性，從而位於周圍溶液中並且不幹擾α和β亞基或者兩個β亞基之間的相互作用。較佳地，接頭含有通常由肽接頭中脯氨酸提供的β轉角，或者含有絲氨酸和／或甘氨酸殘基。可以使用具有上述正確特性的任何合適的聚合物，其中包括肽接頭。
特別優選的本發明的雙功能激素例子包括頭對尾構型的βFSH-α-βFSH；α-βFSH-βLH；βFSH-α-βLH；βLH-α-βLH；α-βLH-βFSH；βLH-α-βFSH；βTSH-α-βTSH；βTSH-βFSH-α；βTSH-α-βFSH；βCG-α-βCG；α-βCG-βFSH；α-βCG-βTSH；βCG-βFSH-α；βCG-α-βTSH；βFSH-CTP-αβFSH；α-βFSH-CTP-βLH；βFSH-CTP-α-βLH；βLH-CTP-αβLH；α-βLH-CTP-βFSH；βLH-α-CTP-βFSH；βLH(δ115-123)-α-βFSH；βLH(δ115-123)-CTP-α-βFSH；βCG-CTP-αCTP-βFSH-CTP-CTP；βTSH-CTP-CTP-αβFSH-CTP-CTP；βFSH-CTP-CTP-α-βLH；βLH-CTP-CTP-βLH-α；βCG-CTP-CTP-α-βTSH；βCG-CTP-CTP-βLH-α；βFSH-CTP-βLH(δ115-123)-CTP-α；等。
人類的亞基形式也是特別優選的。在上述構建物中，「CTP」指CTP或其變異體(包括截短片段)，如No．96／05224中所述。
對於應用於人體，人類形式的α和β亞基是理想的。應理解，在其他脊椎動物中的對應形式可用於獸醫用途。因此，牛、羊、馬、豬、貓、犬和其他動物特有的FSH、TSH和LH亞基，適用於影響這些物種自身的各病症。
可以包含在接頭成分中的合適藥物包括肽或蛋白質，例如類胰島素生長因子；表皮生長因子；酸性和鹼性成纖維細胞生長因子；血小板衍生的生長因子；各種集落刺激因子(CFS)，例如粒細胞CFS、巨噬細胞CFS等；以及各種細胞因子如IL-2、IL-3和多種其他白細胞介素蛋白質；各種幹擾素；腫瘤壞死因子等。可以包含用於釋放這些藥物的合適的切割位點如蛋白酶的靶序列，而該蛋白酶的靶位點並不存在於α和β亞基中。肽類或蛋白質類藥物的優點是整個構建物可以方便地通過單基因的重組表達而生產。另外，也可以使用小分子藥物如抗生素、消炎藥、毒素等。
一般地，包含在接頭成分中的藥物可以是需要在激素通常結合的受體附近發揮作用的藥物。還可提供將藥物從接頭的包含形式中釋放出來的合適方法，例如通過在下面的「製備方法」一節中所述的引入酶催化裂解位點的方法。
其他修飾本發明的單鏈蛋白質還可以用公知的方法進行偶聯或衍生從而對胺基酸序列進行衍生變化，例如磷酸化、糖基化、對通常的糖基化形式進行去糖基化、醯化、對胺基酸側鏈進行修飾(如將脯氨酸轉變成羥基脯氨酸)，以及與那些翻譯後修飾(已發現普遍存在)類似的修飾形式。
本發明的激素的糖基化狀態尤為重要。激素可以以非糖基化形式製備，這可通過在原核宿主中生產，或通過突變亞基和／或CTP單元中一般存在的糖基化位點。非糖基化和部分糖基化的激素可以通過對糖基化位點的操作來製備。當然，糖基化形式也包括在本發明範圍之內。
正如本領域中熟知的那樣，本發明的單鏈蛋白質也可偶連於標記物、載體、固相載體等，這取決於所需的用途。可以使用其標記形式來跟蹤其代謝結果；用於該目的的合適標記物包括(尤其是)放射性同位素標記物如碘131、鎝99、銦111等。這些標記物也可用於介導在測試系統中對單鏈蛋白質進行檢測；在該例子中，可以使用放射性同位素以及酶標記物、螢光標記物、生色標記物等。使用這類標記物可對有關受體進行定位，因為它們可用作這些受體的導向式(targ eting)試劑。
本發明的蛋白質還可偶聯於載體以便在製備與這些新的修飾形式發生特異性免疫反應的抗體的過程中增加其免疫原性。用於該目的的合適載體包括匙孔血藍蛋白(KLH)、牛血清白蛋白、白喉類毒素等。可以採用標準偶聯技術將本發明的修飾肽與載體相連，包括使用雙功能接頭。
可以使用類似的連接技術及其他技術，將本發明的蛋白質偶聯於固相載體。偶聯後，可以將這些蛋白質用作親和試劑，分離所需的、與其有特異反應的組份。因此，它們可用於純化和分離與適當β亞基發生作用的受體。
製備方法構建本發明的蛋白質的方法是本領域中眾所周知的。如上所述，如果僅含有基因編碼的胺基酸，而且單鏈是處於頭對尾構型，那麼目前最實際的方法是通過表達編碼所需蛋白質的DNA而重組合成這些材料。含有編碼單鏈形式(包括變異形式)的核酸序列的DNA可以由天然序列製備，或者從頭人工合成，或者組合使用這些技術。定點誘變、連入額外序列、擴增反應(如PCR)和構建合適表達系統的技術目前都是本領域中眾所周知的。編碼所需蛋白質的部分或全部DNA可以用標準的固相合成技術合成，最好引入限制性酶切位點以方便連接。可將用於轉錄和翻譯包含的編碼序列的合適控制元件提供給DNA編碼序列。眾所周知，目前已有可以與大量不同宿主相容的表達系統，這些宿主包括原核宿主如大腸桿菌或枯草桿菌和真核宿主如酵母、其他真菌(如麴黴和鏈孢黴屬)、植物細胞、昆蟲細胞、哺乳動物細胞(如CHO細胞)、鳥類細胞等。
宿主的選擇尤其應涉及翻譯後加工，特別是包括糖基化。糖基化的位置主要由分子內的糖基化位點的性質所控制；但是，佔據該位點的糖的性質主要由宿主的性質所決定。因此，本發明激素性質的微調可以通過適當地選擇宿主而實現。
α亞基部分(其中α亞基是修飾的或非修飾的)的一種特別優選的基因形式是「小基因」(minigene)構建物。如本文所用，α亞基「小基因」指在Matzuk，M．Met al，Mol Endocrinol(1988)295-100中描述pM2／CG α或pM2／I構建物中所公開的基因構建物。
對於重組生產，可使用已用表達系統修飾的宿主細胞，進行培養從而產生所需的蛋白質。此處使用的術語如下「修飾的」重組宿主細胞，即「經修飾從而含有」本發明的重組表達系統的細胞，指這樣的宿主細胞，它已經用方便的引入方法(包括轉染、病毒感染等)處理從而含有此表達系統。「修飾的細胞」是指細胞含有該表達系統而不論該表達系統是整合入染色體還是位於染色體之外。「修飾的」細胞對於包含表達系統可以是穩定的，或者編碼序列可被瞬時表達。簡而言之，帶有本發明的表達系統的「修飾的」重組宿主細胞是指，當天然不含有該表達系統時，通過引入操作而含有該表達系統的細胞，而不論用何種方式實現這種引入。
「表達系統」指含有待表達的編碼核苷酸序列及其相伴的、實現編碼序列表達所必需的控制序列的DNA分子。典型地，這些控制序列包括啟動子、終止調控序列以及(在某些情況下)操縱子或其他調控表達的序列。控制序列是那些設計用於在特定重組宿主靶細胞中發揮作用的序列，因此必須選擇宿主細胞使之與構建的表達系統中的控制序列相容。
如果需要分泌產生的蛋白質，那麼還要包含編碼信號肽的其他核苷酸序列，從而產生操作性連於(operably linked)所需單鏈激素的信號肽，進而產生前體蛋白。一旦分泌，信號肽被切除，釋放出成熟的單鏈激素。
如本文所用，「細胞」、「細胞培養物」和「細胞系」可互換使用而不必在意其細微區別。在需要區分它們的地方，會在上下文中清楚地表明。對於都可以表示的場合，所有含義的都包括在內。
產生的蛋白質可以從細胞裂解液中獲得(如果產生於細胞內)，或者從培養基中獲得(如果是分泌的)。從細胞培養物中回收重組蛋白質的技術是本領域中眾所周知的，而且可以用已知技術如色譜法、凝膠電泳、選擇性沉澱等純化這些蛋白質。
本發明的全部或部分激素可以用本領域已知的肽合成技術直接合成。合成的部分可以連接起來，而在接頭成分中所含藥物的釋放位點可以用標準化學方法引入。當然，對於那些含有非基因編碼的胺基酸的例子以及採用頭對頭或尾對尾構型的例子，合成工作至少部分是處於蛋白質水平的。在天然N端或靠近天然N端的位置的頭對頭連接，可以通過含有與氨基起反應的功能基團的接頭如二羧酸衍生物而實現。在C端或靠近C端的位置的尾對尾連接，可以通過二胺、二醇或其組合的接頭而實現。
抗體本發明的蛋白質可以用於產生與這些新化合物起特異性免疫反應的抗體。這些抗體可以用於各種診斷和治療用途。
抗體一般是用標準免疫方案在哺乳動物如兔、小鼠、羊或大鼠中製備，並且抗體作為多克隆抗血清進行效價測定以保證免疫充分。然後收穫多克隆抗血清以用於例如免疫測定。來自宿主的分泌抗體的細胞，如脾細胞或外周血白細胞，可以用已知的技術進行永生化處理並篩選，以產生對本發明的蛋白質呈免疫特異性的單克隆抗體。「抗體」包括其保留所需免疫特異性的任何片段，例如Fab，Fab′，F(ab)2，Fv等。因此，抗體也可以用重組技術製備，通常是分離出至少編碼單克隆抗體可變區(具有合適特異性)的核苷酸序列並構建合適的表達系統。這種方法允許進行任何所需的修飾，例如產生Fv形式、嵌合形式、「人源化」形式等。
「對本發明蛋白質有免疫特異性的」指在確定親和性或非親和性所考慮的普通參數內，抗體能特異性地結合於本發明的化合物，但不結合於異二聚體或其亞基本身或僅包括一個β亞基的任何單鏈形式。應理解，特異性是一個相對概念，可以選擇任意的限度，例如特異性結合可相差100倍或更多。因此，本發明範圍內的免疫特異性抗體與其針對的單鏈蛋白質的反應比與相應異二聚體、現有技術的單鏈形式或各亞基的反應至少大100倍。這些抗體的獲得，可以通過例如選擇與本發明化合物結合的抗體並且捨去也結合異二聚體、亞基或現有技術單鏈形式(描述於WO95／22340和WO96／05224)的那些抗體。
配方和用法可用已知的、與單鏈形式相應的異二聚體類似的方法，來配製和施用本發明的蛋白質。因此，配製和施用方法會隨所用的具體激素或激素組合而有所不同。然而，與異二聚體相比，施用的劑量水平和頻率也可以改變，尤其考慮到如果存在CTP單元，那麼生物學半衰期會因其存在而延長。
本發明的蛋白質的配方是典型的用於蛋白質或肽藥物的配方，如在Remington′s Pharmac eutical Sciences(最新版)，Mack Publishing Company，Easton，PA中所述的配方。蛋白質的給藥一般是通過注射，例如靜脈注射、肌內注射、皮下注射、或腹膜內注射，或者使用透黏膜或透皮給藥的配方。這些配方一般含有表面活性劑或滲透劑如膽鹽、梭鏈孢酸等。這些配方還可以以氣霧劑或栓劑形式，或者在透皮給藥中以皮膚膏藥(patch)形式給藥。口服給藥也是可行的，只要配方能防止本發明的肽在消化道中被降解。
劑量規定和配方的優化可按常規方法並如本領域中通常進行的那樣進行。這些配方也可修改以包含適合獸醫應用的那些成分。
本發明的化合物可以用於許多方面，最明顯地是作為激素異二聚體形式的替代物。因此，與異二聚體相同，本發明的促效劑形式的單鏈激素可用於治療不育症(作為體外受精技術的輔助劑)以及其他與天然激素相關的治療方法。這些技術適用於人和其他動物。當然，在其品種衍化方面對單鏈蛋白的選擇取決於採用何種方法。應意識到，賦予那些含兩種不同β亞基的化合物的雙重功能，為以前不能得到的治療提供了機會。
本發明化合物還可以以類似於異二聚體的方式用作試劑。
此外，本發明化合物可用作診斷工具，以檢測生物樣品中抗體的存在與否，該抗體結合於天然蛋白質的程度達到了結合單鏈化合物相關部分的程度。它們還可以作為評估各種樣品中這些激素水平的試劑盒中的對照試劑。評估激素本身的水平或針對它們的抗體的水平的方法是本領域中公知的標準免疫分析方法。可以使用各種涉及放射性同位素標記、螢光標記、酶標記等標記技術的競爭性和直接分析試驗。
本發明化合物還可用於檢測和純化與天然激素結合的受體。因此，本發明化合物可以偶聯於固相載體，用於受體或抗激素抗體的親和色譜層析製備。得到的受體本身可用於在篩選治療和候選試劑的試驗中評估激素作為候選藥物的活性。當然，當β亞基不同時，必須考慮這些化合物中β亞基的雙重特異性。然而，當兩個β亞基相同時，它們提供了一種針對相關受體的強有力的親和純化工具。
最後，唯一地與本發明的單鏈激素反應的抗體可用作純化工具，用於分離隨後製備物中的這些材料。它們還可用於監測這些化合物作為藥物給藥後的水平。
下列實施例用於闡述本發明，而不是限制本發明。
實施例1帶備CGβ-α-CTP-FSHβ用現有的編碼各亞基相關部分的核苷酸序列來製備編碼標題化合物的核苷酸序列。CGβ區域編碼人CGβ的145個胺基酸；編碼α亞基的核苷酸序列編碼人α的92個胺基酸(作為小基因)；編碼CTP的序列編碼人絨毛膜促性腺激素118-145位的28個胺基酸；而FSHβ的編碼區域編碼人FSHβ亞基的111個胺基酸。
按Sachais，βBiol．Chem(1993)2682319所述的方式，將含有CGβ外顯子3、α小基因、CTP和βFSH的擴增片段插入pM2HA-CGβexonl，2(一種衍生自pM2且含CGβ外顯子1，2的表達載體)的SalI位點。含CGβ外顯子1，2的pM2在Matzuk，M．M．等人，Proc Natl Acad Sic USA(1987)846354-6358和Matzuk，M．M．等人，JCell Biol(1988)1061049-1059中有描述。首先，將在CGβ外顯子3下遊含有α小基因的片段插入該載體，從而獲得pM2-HACGβα。然後pM2-HACGβα用ScaI進行酶切，再與ScaI限制性消化過的pBIIKS(+)α-CTP-FSH連接。形成的表達載體pM2-HACGβ-α-CTP-FSH，當插入合適宿主時，產生標題化合物。
實施例2CGβ-α-CTP-FSHβ的產生和活性將實施例1中構建的表達載體轉染入中國倉鼠卵巢(CHO)細胞，通過放射性標記的蛋白質在SDS凝膠上的免疫沉澱而評估該蛋白質的產生情況。
收集培養基，濃縮，然後測試其與人LH受體(預計會結合於βCG-α部分)的結合情況。對於該試驗，LH受體的製備是通過將編碼完整人LH受體的cDNA插入表達載體pCMX(Oikawa，J．X-C等人，Mol Endocrinol(1991)5759-768)。將處於指數生長期的293細胞用該載體並用Chen，C．等人，Mol Cell Biol(1987)72745-2752中的方法進行轉染，導致LH受體在表面上表達。
在該試驗中，將表達人LH受體的細胞(2×105／管)與lng標記的hCG一起溫育，並與濃度逐漸增加的未標記hCG或數量逐漸增加的待測樣品在22℃競爭18小時。在樣品存在時，標記的下降便表明樣品的結合能力。在該試驗中，對於293細胞中的人LH受體，異二聚體型hCG具有野生型的活性(這與以前的測定相同)，而含CGβ-α-CTP-FSHβ的培養基也表現出活性。這些結果示於圖1。如圖所示，異二聚體的hCG(實心方塊)和本發明的雙功能單鏈蛋白(實心圓圈)都成功地與標記的hCG競爭LH受體。雙功能化合物的效力稍低，因為α亞基羧基末端被修飾。
同樣，圖1還顯示了另一試驗的結果，其中測試了來自被修飾從而含有兩個表達系統的細胞的不同數量的培養上清。一種表達系統產生單鏈FSHβ-α；另一系統產生hCG的β亞基。形成的非共價相連的單鏈FSHα-β／CGβ複合物(實心三角形)也成功地競爭結合。
類似地，還測試了來自含CGβ-α-CTP-FSHβ的培養基上清與293細胞中表達的FSH受體的結合情況。該試驗按上述方式進行，不同點在於用表達人FSH受體的細胞替換表達人LH受體的細胞，並且將標記的FSH用作競爭劑。該試驗的結果示於圖2。
如圖所示，單鏈的標題化合物(實心圓圈)成功地與FSH(實心方塊)競爭結合。在另一無關的試驗中，同樣如圖2所示，不同類型複合物(即非共價地連於CGβ的單鏈FSHβ-α)的混合物(與非複合的且過量的單鏈FSHβ-α(實心三角形)混合而成)，是一種出色的競爭劑。
實施例4構建其他的表達載體按與實施例1類似的方式，製備產生單鏈雙功能FSHβ-CTP-α-CGβ、α-FSHβ-CTP-CGβ、CGβ-βFSH-CTP-α和β LH-CTP-βFSH-CTP-α的表達載體，然後轉染入CHO細胞。收穫培養上清液，並如上所述針對LH受體和FSH受體進行測試。這些化合物也表現出結合於兩種受體的能力。
權利要求
1．一種糖基化或非糖基化的、具有促效劑和／或拮抗劑活性的蛋白質，其特徵在於，該蛋白質具有下式β1-(接頭1)m-α-(接頭2)n-β2(1)；或β1-(接頭1)m-β2-(接頭2)n-α(2)；或α-(接頭1)m-β1-(接頭2)n-β2(3)式中，各β1和β2具有脊椎動物糖蛋白激素β亞基的胺基酸序列，或是該胺基酸序列的變異體；「α」指脊椎動物糖蛋白激素α亞基或其變異體；「接頭」指共價相連的成分，它將β1和β2亞基與α亞基，以及將β1和β2亞基相互間隔開，從而有效地保留了所述活性；以及各m和n獨立地為0或1。
2．如權利要求1所述的蛋白質，其特徵在於，該m和n是1。
3．如權利要求1所述的蛋白質，其特徵在於，至少一個該接頭成分包含一針對糖蛋白激素受體的藥物，或者其中至少一個接頭是CTP或其變異體。
4．如權利要求1所述的蛋白質，其特徵在於，β1是FSH、LH、或TSH的β亞基，並通過全長或部分CTP單元或其變異體而延伸至靠近其C末端的一個位置。
5．如權利要求1所述的蛋白質，其特徵在於，α亞基或者一個或多個β亞基，或兩者都通過將CTP單元或其變異體插入非關鍵區域而被修飾，和／或其中的所述接頭成分包括CTP或其變異體。
6．如權利要求1所述的蛋白質，其特徵在於，該變異體相對於所述序列的天然形式而言含有1-5個保守的胺基酸替換，和／或所述變異體是所述序列的截短形式。
7．一種藥物組合物，其特徵在於，它含有與適當的藥物賦形劑相混合的權利要求1所述的蛋白質。
8．一種被偶連於固相載體的權利要求1所述的蛋白質。
9．一種對權利要求1所述的蛋白質有免疫特異性的抗體。
10．一種DNA或RNA分子，其特徵在於，它含有編碼權利要求1所述的蛋白質的核苷酸序列。
11．一種表達系統，它用於產生糖蛋白激素的促效劑和／或拮抗劑，其特徵在於，該表達系統含有編碼權利要求1所述的蛋白質的第一核苷酸序列，該序列操作性地連於能夠實現所述第一核苷酸序列表達的控制序列。
12．如權利要求11所述的表達系統，其特徵在於，它還含有編碼信號肽的第二核苷酸序列，該信號肽操作性地連於所述第一核苷酸序列所編碼的蛋白質。
13．一種宿主細胞，其特徵在於，它經修飾以含有權利要求11所述的表達系統。
14．一種宿主細胞，其特徵在於，它經修飾以含有權利要求12所述的表達系統。
15．一種產生單鏈蛋白質的方法，該單鏈蛋白質是糖蛋白激素的促效劑和／或拮抗劑，其特徵在於，該方法包括在產生所述蛋白質的條件下，培養權利要求14所述的細胞；和從培養物中回收所述蛋白質。
16．一種產生單鏈蛋白質的方法，該單鏈蛋白質是糖蛋白激素的促效劑和／或拮抗劑，其特徵在於，該方法包括在產生該糖所述蛋白質的條件下，培養權利要求14所述的細胞；和從培養物中回收所述蛋白質。
全文摘要
本發明公開了糖蛋白激素的單鏈促效劑和/或拮抗劑。這些蛋白質具有式:(1)β
文檔編號A61K38/24GK1290301SQ98811235
公開日2001年4月4日 申請日期1998年11月9日 優先權日1997年11月17日
發明者I·布伊米, D·本－梅納漢 申請人:華盛頓大學