本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を行ない、本発明を完成するに至った。すなわち本発明にかかる方法は、上記課題を解決すべく、組換えニワトリ型二価抗体を製造する方法であって、ニワトリ型一本鎖可変領域断片をコードするポリヌクレオチドを鋳型として軽鎖可変領域遺伝子、および重鎖可変領域遺伝子を増幅する増幅工程;宿主細胞において機能する軽鎖リーダー配列、前記軽鎖可変領域遺伝子、およびニワトリ型抗体の軽鎖定常領域遺伝子を連結する軽鎖発現用遺伝子断片調製工程;並びに宿主細胞において機能する重鎖リーダー配列、前記重鎖可変領域遺伝子、およびニワトリ型抗体の重鎖定常領域遺伝子を連結して重鎖発現用遺伝子断片調製工程;を含むことを特徴としている。
また本発明にかかる方法は、上記課題を解決すべく、上記増幅工程は、配列番号1に示される塩基配列を有する第1プライマー、および配列番号2に示される塩基配列を有する第2プライマーを用いて軽鎖可変領域遺伝子を増幅するとともに、配列番号7に示される塩基配列を有する第7プライマー、および配列番号8に示される塩基配列を有する第8プライマーを用いて重鎖可変領域遺伝子を増幅する工程であってもよい。
また本発明にかかるニワトリ型抗体の製造方法は、上記課題を解決すべく、上記軽鎖リーダー配列は、配列番号3に示される塩基配列を有する第3プライマー、および配列番号4に示される塩基配列を有する第4プライマーを用いて増幅されたポリヌクレオチドであってもよい。
また本発明にかかるニワトリ型抗体の製造方法は、上記課題を解決すべく、上記軽鎖定常領域遺伝子は、配列番号5に示される塩基配列を有する第5プライマー、および配列番号6に示される塩基配列を有する第6プライマーを用いて増幅されたポリヌクレオチドであってもよい。
また本発明にかかるニワトリ型抗体の製造方法は、上記課題を解決すべく、上記軽鎖リーダー配列は、配列番号3に示される塩基配列を有する第3プライマー、および配列番号4に示される塩基配列を有する第4プライマーを用いて増幅されたポリヌクレオチドであり、かつ上記軽鎖定常領域遺伝子は、配列番号5に示される塩基配列を有する第5プライマー、および配列番号6に示される塩基配列を有する第6プライマーを用いて増幅されたポリヌクレオチドであってもよい。
また本発明にかかる方法は、上記課題を解決すべく、上記重鎖リーダー配列は、配列番号9に示される塩基配列を有する第9プライマー、および配列番号10に示される塩基配列を有する第10プライマーを用いて増幅されたポリヌクレオチドであってもよい。
また本発明にかかる方法は、上記課題を解決すべく、上記重鎖定常領域遺伝子は、配列番号11に示される塩基配列を有する第11プライマー、および配列番号12に示される塩基配列を有する第12プライマーを用いて増幅されたポリヌクレオチドであってもよい。
また本発明にかかる方法は、上記課題を解決すべく、上記重鎖リーダー配列は、配列番号9に示される塩基配列を有する第9プライマー、および配列番号10に示される塩基配列を有する第10プライマーを用いて増幅されたポリヌクレオチドであり、かつ上記重鎖定常領域遺伝子は、配列番号11に示される塩基配列を有する第11プライマー、および配列番号12に示される塩基配列を有する第12プライマーを用いて増幅されたポリヌクレオチドであってもよい。
また本発明にかかる方法は、上記課題を解決すべく、上記軽鎖発現用遺伝子断片調製工程は、上記軽鎖リーダー配列;上記軽鎖可変領域遺伝子;および上記軽鎖定常領域遺伝子を鋳型として、上記第3プライマーおよび第6プライマーを用いて増幅反応を行なう工程であってもよい。
また本発明にかかる方法は、上記課題を解決すべく、上記重鎖発現用遺伝子断片調製工程は、上記重鎖リーダー配列;上記重鎖可変領域遺伝子;および上記重鎖定常領域遺伝子を鋳型として、上記第9プライマーおよび第12プライマーを用いて増幅反応を行なう工程であってもよい。
一方、本発明にかかる抗体は、上記課題を解決すべく、上記本発明にかかる方法によって製造された抗体である。
また本発明にかかる抗体は、上記課題を解決すべく、(a)配列番号13に示されるアミノ酸配列;または(b)配列番号13に示されるアミノ酸配列において、1個もしくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列、からなる軽鎖、および(c)配列番号14に示されるアミノ酸配列;または(d)配列番号14に示されるアミノ酸配列において、1個もしくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列、からなる重鎖を備え、プリオンタンパク質と結合する活性を有することを特徴としている。
また本発明にかかる抗体は、上記課題を解決すべく、配列番号13に示されるアミノ酸配列からなる軽鎖、および配列番号14に示されるアミノ酸配列からなる重鎖を備えることを特徴とする抗体であってもよい。
また本発明にかかる抗体は、上記課題を解決すべく、検出用マーカーとして利用し得る酵素または放射性同位元素で標識されている抗体であってもよい。上記検出用マーカーとして利用し得る酵素としては、基質と反応して発色する酵素であることが好ましい。例えばペルオキシダーゼ、ガラクトシダーゼ等が検出用マーカーとして利用し得る酵素として利用される。また上記検出用マーカーとして利用し得る放射性同位元素としては、例えば14C、3H、32P、35S、90Tc、111In、125I、131Iが利用可能である。上記検出用マーカーとして利用し得る酵素または放射性同位元素で標識された抗体によれば、直接法により抗原(プリオンタンパク質)を検出することができ、非特異的反応を低減し、より高感度に抗原を検出することが可能となる。なお、標識の方法は従来公知の方法で行なえばよい。
また本発明にかかるプリオンタンパク質の検出キットは、上記課題を解決すべく、上記本発明にかかる抗体を含むことを特徴としている。
また本発明にかかるプリオンタンパク質の検出キットは、上記課題を解決すべく、上記本発明にかかる抗体を用いてプリオンタンパク質を検出する工程を含むことを特徴としている。
また本発明にかかるプリオン病の診断キットは、上記本発明にかかる抗体を含むことを特徴としている。
また本発明にかかるプリオン病の診断方法は、上記本発明にかかる抗体を用いて、生体から調製された試料中の異常プリオンタンパク質を検出する工程を含むことを特徴としている。
本発明にかかる方法によれば、ファージディスプレイ法によって得られた一本鎖可変領域断片(scFv)から、抗原結合部位を2つ有する組換えニワトリ型二価抗体を製造することができる。それゆえ、これまで作製に時間と技術を要していたハイブリドーマを作製し、該ハイブリドーマからニワトリ型抗体の遺伝子を取得する必要が無いため、組換えニワトリ型二価抗体を容易に作製することができるという効果を奏する。また上記方法によって得られた抗体は、抗原結合部位を2つ有する二価抗体であるため抗原との親和性が高く、またFc領域を有しており検出用の2次抗体が結合する領域が多いために抗原を高感度で検出することができるという効果を奏する。
また本発明にかかる抗体は、組み換えニワトリ型二価抗体である。それゆえ、非特異的反応のない高感度抗原検出系の確立することが可能となる。さらには、当該高感度抗原検出系を用いた各種疾患の診断薬、診断方法を提供することができるという効果を奏する。
例えば、本発明にかかる方法により、プリオンタンパク質と結合するscFvから組換えニワトリ型二価抗体を製造すれば、プリオンタンパク質の高感度検出系および高感度検出方法を確立することができる。さらに前記高感度検出系および高感度検出方法を用いて異常プリオンタンパク質を検出することによって、プリオン病(クロイツフェルト・ヤコブ病またはウシ海綿状脳症等)の診断を高感度に行なうことができる。
本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本発明は、これに限定されるものではない。
本発明の方法は、組換えニワトリ型二価抗体を製造する方法であって、ニワトリ型一本鎖可変領域断片をコードするポリヌクレオチドを鋳型として軽鎖可変領域遺伝子、および重鎖可変領域遺伝子を増幅する増幅工程;宿主細胞において機能する軽鎖リーダー配列、前記軽鎖可変領域遺伝子、およびニワトリ型抗体の軽鎖定常領域遺伝子を連結する軽鎖発現用遺伝子断片調製工程;宿主細胞において機能する重鎖リーダー配列、前記重鎖可変領域遺伝子、およびニワトリ型抗体の重鎖定常領域遺伝子を連結して重鎖発現用遺伝子断片調製工程;前記軽鎖発現用遺伝子断片および重鎖発現用遺伝子断片を宿主細胞に導入する工程;並びに前記宿主細胞を培養する工程;を含むことを特徴としている。
ここで「ニワトリ型二価抗体」とは、ニワトリ型抗体であって1分子あたり抗原結合部位を2つ有する抗体を意味する。換言すれば、抗原との結合価が2価の抗体を意味する。すなわち、それぞれ相同な2本の軽鎖(軽鎖可変領域および軽鎖定常領域)および2本の重鎖(重鎖可変領域および重鎖定常領域)とがジスルフィド結合(S−S結合)により結合した構造を有する抗体である。ただし完全長の抗体分子である必要は無く、2本の重鎖がS−S結合により結合することができる構造、すなわち少なくともF(ab’)2フラグメントを有する構造であればよい。他方、ファージディスプレイ法で得られる抗体(いわゆる「ファージディスプレイ抗体」)は、軽鎖可変領域と重鎖可変領域がリンカーによってつながれ、2種類の可変領域が接近することよって、1つの抗原結合部位を形成している。したがって、ファージディスプレイ抗体は、1分子あたり1つの抗原結合部位を有する抗体である。ここで上記軽鎖と重鎖がリンカーによりつながったファージディスプレイ抗体は、一本鎖可変領域断片(single chain FV(scFv))または、一本鎖抗体と呼ばれる場合がある。
なお本明細書において「ニワトリ型抗体」とは、ニワトリが有する免疫機能によって、抗原に対してニワトリが生産する抗体(IgM,IgA,IgY)のことである。そのうち特に抗原の特定部分だけを認識する単一の抗体のことを「ニワトリ型モノクローナル抗体」という。ただし、本発明においては「ニワトリ型抗体」とは、ニワトリ自身が生産する天然抗体と同様の構造を有する抗体であればよく、例えばニワトリ以外の宿主細胞にニワトリ型抗体をコードする遺伝子を導入して得られた形質転換細胞によって生産される抗体、公知のファージディスプレイ法により生産される抗体をも含む意味である。また抗体の一部のアミノ酸が欠失・置換されたものであってよく、またアミノ酸が付加されたもの(構造改変ニワトリ型抗体)であってもよい。
以下に本発明の方法における各工程を説明する。
<増幅工程>
当該増幅工程は、ニワトリ型一本鎖可変領域断片をコードするポリヌクレオチドを鋳型として軽鎖可変領域遺伝子、および重鎖可変領域遺伝子を増幅する工程である。
「ニワトリ型一本鎖可変領域断片」とは、ニワトリ型抗体の軽鎖可変領域および重鎖可変領域をリンカーでつないだ一本鎖可変領域断片のことを意味する。なお本明細書において、便宜上、一本鎖可変領域断片を「scFv」と記載する。
上記鋳型となるscFvをコードするポリヌクレオチド(以下「scFvポリヌクレオチド」という)は、例えば所望のscFvを提示するファージからDNAを回収することにより得られる。当該scFvポリヌクレオチドは、ポリヌクレオチド断片であっても、プラスミドであってもよく、またその配列情報から化学合成により取得したものであってもよい。
上記scFvポリヌクレオチドは、所望の抗原と結合する軽鎖可変領域および重鎖可変領域をコードする領域を含んでいる。したがって軽鎖可変領域遺伝子(換言すれば「軽鎖可変領域をコードするポリヌクレオチド」)および重鎖可変領域遺伝子(換言すれば「重鎖可変領域をコードするポリヌクレオチド」)は、当該scFvポリヌクレオチドを鋳型として、PCR法およびその改変法等の公知のDNA増幅方法を実施すれば増幅することができる。
なお、上記増幅反応においては、軽鎖可変領域遺伝子および重鎖可変領域遺伝子を増幅するためのプライマーを適宜設計して用いる必要がある。当該プライマーはファージディスプレイ法を行なう際に、種々の軽鎖可変領域遺伝子および重鎖可変領域遺伝子を増幅するために用いた各プライマーの塩基配列情報をもとに設計することができる。
なお、ニワトリ型抗体においては、上記のように設計した各プライマー、すなわち軽鎖可変領域を増幅するために用いられるプライマー、および重鎖可変領域を増幅するために用いられるプライマーをそれぞれ1セットずつ作製しておけば、同一のファージライブラリーから選択したファージ由来のscFvポリヌクレオチドの略すべてに対して使用することが可能である。すなわち、種々の抗原に対する抗体の軽鎖可変領域遺伝子または重鎖可変領域遺伝子を、各1セットのプライマーで略全て増幅することができる。
これは、ニワトリをはじめとする鳥類が持つ独特の抗体遺伝子の多様性獲得メカニズムによって成り立つ。すなわち、哺乳類動物の抗体遺伝子の多様性は、V領域に存在するV遺伝子群とJ遺伝子群の中からそれぞれ1つのV遺伝子およびJ遺伝子が再編成されることによって獲得している。したがって、ファージディスプレイ法を行なう際には、種々の軽鎖可変領域遺伝子および重鎖可変領域遺伝子を各1セットのプライマーだけでは増幅することができない。つまり種々の軽鎖可変領域遺伝子および重鎖可変領域遺伝子を増幅するためには、複数のプライマーセットを設計して増幅に用いなければならないということである。
一方、ニワトリを始めとする鳥類の抗体遺伝子の多様性は、V領域に存在する1つのV遺伝子および1つのJ遺伝子が再編成され、さらにV遺伝子の一部が、多数存在する偽遺伝子と遺伝子変換することによって獲得している。したがって、鳥類のV領域をコードする遺伝子は、たった1つのV遺伝子およびJ遺伝子組み合わせからなっている。よってそのV領域をコードする塩基配列の中に塩基配列が不変な領域にプライマーを設計すれば、略全ての軽鎖可変領域遺伝子および重鎖可変領域遺伝子を各1セットのプライマーによって増幅することができるということである。これは、本発明の大きな利点の一つである。
本発明の方法に適用可能な軽鎖可変領域遺伝子を増幅するためのプライマーとしては、例えば、GCAGGCAGCGCTGACTCAGCC(配列番号1)の塩基配列を有する第1プライマー、およびCTGGCCGAGGACGGTCAGGGTT(配列番号2)の塩基配列を有する第2プライマーが挙げられる。また本発明の方法に適用可能な重鎖可変領域遺伝子を増幅するためのプライマーとしては、例えば、CTGATGGCGGCCGTGACGTT(配列番号7)の塩基配列を有する第7プライマー、およびGGAGGAGACGATGACTTCGGT(配列番号8)の塩基配列を有する第8プライマーが挙げられる。なお本発明に適用可能なプライマーは上記プライマーに限定されるものではなく、1または数個の塩基が置換、欠失、挿入もしくは付加された塩基配列を有するものであってもよく、さらにはこれらの相補的配列からなるプライマーであってもよい。
上記第1プライマー、第2プライマー、第7プライマーおよび第8プライマーは、以下の観点から設計した。ただしプライマーの設計方法はこれに限られるものではない。
ニワトリ型ファージディスプレイ抗体発現用プラスミドは、所望の抗原を免疫したニワトリの脾臓より抽出したmRNAから逆転写酵素によりcDNAを合成し、以下に示すプライマー(軽鎖可変領域増幅用プライマー(CLSB、CLF)、重鎖可変領域増幅用プライマー(CHB、CHSF))を用いて軽鎖可変領域遺伝子、および重鎖可変領域遺伝子を増幅し、プラスミドpPDSに挿入して作製される(詳細については「Yamanaka.H.I.et al Chicken monoclonal antibody isolated by a phage display system.J.Immunol.1996,157:1156−1162」参照のこと)。なお上記CLBSBの塩基配列はTCTGACGGTCGCGCTGACTCAGCC(配列番号15)、CLFの塩基配列はATTAGCGCGCTTAAGGACGGTCAGGGTT(配列番号16)、CHBの塩基配列はCTGATGGCGGCCGTGACGTT(配列番号17)、CHSFの塩基配列はTCCACCTGTCGACACGATGACTTCGGT(配列番号18)である。
上記方法によって得られたニワトリ型ファージディスプレイ抗体は、当該抗体を構成する軽鎖可変領域遺伝子および重鎖可変領域遺伝子を上記プライマー(CLSB、CLF、CHB,CHSF)を用いて増幅しているため、常に上記プライマー(CLSB、CLF、CHB,CHSF)の塩基配列を有することとなる。したがって、上記プライマー(CLSB、CLF)の塩基配列をもとに本発明において適用するプライマーを設計すれば、あらゆる抗原に対するニワトリ型抗体の軽鎖可変領域遺伝子を増幅することができ、上記プライマー(CHB,CHSF)の塩基配列をもとに本発明において適用するプライマーを設計すれば、あらゆる抗原に対するニワトリ型抗体の軽鎖可変領域遺伝子を増幅することができる。
なお、上記第1プライマーはCLSBの一部の塩基配列をもとに設計しており、第2プライマーはCLFの一部の塩基配列をもとに設計しており、第7プライマーはCHBの塩基配列をそのまま用いており、第8プライマーはCHSFの一部の塩基配列をもとに設計している。第1プライマー、第2プライマー、第8プライマーについては、ベースとなるプライマーの一部の塩基配列に、ベースとなるプライマーには存在しない塩基配列を付加しているが、この塩基配列は、後に行なう軽鎖発現用遺伝子断片調製工程および重鎖発現用遺伝子断片調製工程において、軽鎖可変領域遺伝子とリーダー配列、または軽鎖可変領域遺伝子と軽鎖定常領域遺伝子とを連結する際に使用する塩基配列であり、連結する2つのヌクレオチド鎖内に相補的配列として存在する塩基配列である。
なお当該工程において実施するPCR法等の条件については、適宜検討の上、採用すればよい。
<軽鎖発現用遺伝子断片調製工程>
当該工程は、宿主細胞において機能する軽鎖リーダー配列、前記軽鎖可変領域遺伝子、およびニワトリ型抗体の軽鎖定常領域遺伝子を連結して軽鎖発現するために用いられる遺伝子断片を調製する工程である。
「リーダー配列」とは、分泌タンパク質のアミノ酸末端ドメインをコードするヌクレオチド鎖であり、細胞内で合成されたタンパク質が細胞外へ分泌する際の分泌シグナルをコードするヌクレオチド鎖である。なお上記「軽鎖リーダー配列」とは、宿主細胞内で合成された抗体の軽鎖の分泌シグナルをコードするヌクレオチド鎖のことを意味する。
本発明において使用するリーダー配列は、そのコードするポリペプチドが宿主において分泌シグナルとして機能するものであれば特に限定されるものではなく、従来公知のものを適宜選択の上、利用すればよい。軽鎖リーダー配列としては、例えば本発明者等が細胞融合法を用いて作製した抗PrPニワトリモノクローナル抗体(HUC2−13、詳細については特許文献2参照のこと)のリーダー配列、pSecTag2(Invitrogen社製)のMurine Ig kappa−chain V−J2−Cのリーダー配列等が利用可能である。軽鎖リーダー配列の取得方法は、特に限定されるものではなく、上記従来公知の塩基配列情報から、当該リーダー配列を化学合成により入手してもよいし、上記いずれかのモノクローナル抗体を生産するハイブリドーマのmRNAから合成したcDNAを鋳型としてPCR法等により取得してもよい。
軽鎖リーダー配列をPCR法等により取得する際に使用するプライマーとしては、例えばGCCATGGCCTGGGCTCCTCTCCT(配列番号3)の塩基配列を有する第3プライマー、およびGGCTGAGTCAGCGCTGCCTGC(配列番号4)の塩基配列を有する第4プライマーが挙げられる。なお上記第3プライマーにはクローニングに用いる制限酵素サイト(HindIII)を付加するために塩基配列(AAGCTT)が含まれていてもよい。すなわちAAGCTTGCCATGGCCTGGGCTCCTCTCCT(配列番号19)であってもよい。また上記第3プライマーには、リーダー配列とは無関係な塩基配列が、5’末端にさらに付加されているものであってもよい。例えば、配列番号19に示される塩基配列からなる第3プライマーの5’末端に塩基配列(ATATAT)が付加されたプライマー、すなわちATATATAAGCTTGCCATGGCCTGGGCTCCTCTCCT(配列番号20)の塩基配列からなるプライマーであってもよい。当該塩基配列(ATATAT)は、ベクターへの導入の際に制限酵素(HindIII)によって軽鎖リーダー配列から切断される配列であり、その塩基の種類および塩基の組み合わせは特に限定されるものではない。
なお、第3プライマーにおいては、上記のごとくHindIIIが付加されているが、本発明の方法においては、これに限定されるものではなく、導入するベクターのクローニングサイトの種類、軽鎖リーダー配列に含まれる制限酵素サイトの情報をもとに適宜選択の上、採用すればよい。
一方、「ニワトリ型抗体の軽鎖定常領域遺伝子」とは、ニワトリ型抗体の軽鎖定常領域をコードするポリヌクレオチドを意味する。ニワトリ型抗体の軽鎖定常領域は略全てのニワトリ型抗体に共通するものであり、従来公知のニワトリ型モノクローナル抗体の塩基配列情報から軽鎖定常領域の塩基配列情報を入手し、軽鎖定常領域遺伝子を化学合成等により取得すればよい。軽鎖定常領域の塩基配列情報としては、例えば本発明者等が細胞融合法を用いて作製したニワトリの抗体遺伝子軽鎖のgermlineの塩基配列情報(gene bank Accession No.M24403)が利用可能である。軽鎖定常領域遺伝子の取得方法は、特に限定されるものではなく、上記従来公知の塩基配列情報から当該を化学合成により入手してもよいし、上記いずれかのモノクローナル抗体を生産するハイブリドーマのmRNAから合成したcDNAを鋳型としてPCR法等により取得してもよい。なお増幅する軽鎖定常領域は、重鎖とS−S結合をすることができる領域を有していれば足り、特に全長である必要は無い。
軽鎖定常領域遺伝子をPCR法等により取得する際に使用するプライマーとしては、例えばAACCCTGACCGTCCTCGGCCA(配列番号5)の塩基配列を有する第5プライマー、およびTTAGCACTCGGACCTCTTCAG(配列番号6)の塩基配列を有する第6プライマーが挙げられる。なお上記第6プライマーにはクローニングに用いる制限酵素サイト(XbaI)を付加するために塩基配列(TCTAGA)が含まれていてもよい。すなわちTCTAGATTAGCACTCGGACCTCTTCAG(配列番号21)であってもよい。また上記配列番号21に示される塩基配列からなる第6プライマーには、軽鎖定常領域遺伝子とは無関係な塩基配列が、5’末端に付加されているものであってもよい。例えば、第6プライマーの5’末端に塩基配列(TC)が付加されたプライマー、すなわちTCTCTAGATTAGCACTCGGACCTCTTCAG(配列番号22)の塩基配列からなるプライマーであってもよい。当該塩基配列(TC)は、ベクターへの導入の際に制限酵素(XbaI)によって軽鎖定常領域遺伝子から切断される配列であり、その塩基の種類および塩基の組み合わせは特に限定されるものではない。
なお、第6プライマーにおいては、上記のごとくXbaIが付加されているが、本発明の方法においては、これに限定されるものではなく、導入するベクターのクローニングサイトの種類、軽鎖定常領域遺伝子に含まれる制限酵素サイトの情報をもとに適宜選択の上、採用すればよい。
次に軽鎖リーダー配列、軽鎖可変領域遺伝子、および軽鎖定常領域遺伝子を連結して軽鎖発現用遺伝子断片を調製する方法について、上記第3および第4プライマーを用いて増幅した軽鎖リーダー配列、第5および第6プライマーを用いて増幅した軽鎖定常領域遺伝子、並びに第1および第2プライマーを用いて増幅した軽鎖可変領域遺伝子を例に挙げて説示する。なお本工程はこれに限定されるものではない。
本工程は例えば、上記第3および第4プライマーを用いて増幅した軽鎖リーダー配列、第5および第6プライマーを用いて増幅した軽鎖定常領域遺伝子、並びに第1および第2プライマーを用いて増幅した軽鎖可変領域遺伝子を鋳型として、第3プライマーおよび第6プライマーを用いてPCR法等の増幅反応を行なうことによって実施することができる。第1プライマーと第4プライマーとは相補の関係にあり、両プライマーを用いて増幅した増幅断片同士はその相補配列を介してアニーリングが起こりうる状態にあるといえる。すなわち軽鎖リーダー配列の3’末端と軽鎖可変領域の5’末端とをアニーリングにより連結することが可能であるといえる。また同様に第2プライマーと第5プライマーとは一部が相補の関係にあり、両プライマーを用いて増幅した増幅断片同士はその相補配列を介してアニーリングが起こりうる状態にあるといえる。すなわち軽鎖可変領域の3’末端と軽鎖定常領域の5’末端とをアニーリングにより連結することが可能であるといえる。
よって、第3および第4プライマーを用いて増幅した軽鎖リーダー配列、第5および第6プライマーを用いて増幅した軽鎖定常領域遺伝子、並びに第1および第2プライマーを用いて増幅した軽鎖可変領域遺伝子を混合してアニーリング反応を行なえば、上記それぞれが連結したポリヌクレオチド、すなわち軽鎖発現用遺伝子断片を調製することができる。さらに第3プライマーの塩基配列は当該軽鎖発現用遺伝子断片の5’末端に存在し、第6プライマーの塩基配列(相補配列)は当該軽鎖発現用遺伝子断片の3’末端に存在するため、両プライマーを用いて増幅反応を行なえば、当該軽鎖発現用遺伝子断片を大量に増幅することができる。
なお上記の要領で軽鎖発現用遺伝子断片が増幅しない場合は、第3および第4プライマーを用いて増幅した軽鎖リーダー配列、並びに第1および第2プライマーを用いて増幅した軽鎖可変領域遺伝子を鋳型として、第3プライマーおよび第2プライマーを用いてPCR法等の増幅反応を行なって軽鎖リーダー配列と軽鎖可変領域遺伝子を連結した後、当該軽鎖リーダー配列と軽鎖可変領域遺伝子を連結したポリヌクレオチドと、第5および第6プライマーを用いて増幅した軽鎖定常領域遺伝子とを鋳型として、さらに第3プライマーおよび第6プライマーを用いて増幅反応を行なえばよい。
また逆に第1および第2プライマーを用いて増幅した軽鎖可変領域遺伝子、並びに第5および第6プライマーを用いて増幅した軽鎖定常領域遺伝子を鋳型として、第1プライマーおよび第6プライマーを用いてPCR法等の増幅反応を行なって軽鎖可変領域遺伝子と軽鎖定常領域遺伝子を連結した後、さらに当該軽鎖可変領域遺伝子と軽鎖定常領域遺伝子を連結したポリヌクレオチドと、第3および第4プライマーを用いて増幅した軽鎖リーダー配列とを鋳型として、第3プライマーおよび第6プライマーを用いて増幅反応を行なってもよい。
なお当該工程において実施するPCR法等の条件については、適宜検討の上、採用すればよい。また軽鎖リーダー配列、軽鎖可変領域遺伝子、および軽鎖定常領域遺伝子の連結は、上記方法に限定されるものではなく、通常の遺伝子工学的手法を適宜選択して行なってもよい。また本工程に適用可能なプライマーは、目的の遺伝子(ポリヌクレオチド)を増幅し得るものであれば、上記プライマーに限定されるものではなく、1または数個の塩基が置換、欠失、挿入もしくは付加された塩基配列を有するものであってもよく、さらにはこれらの相補的配列からなるプライマーであってもよい。
<重鎖発現用遺伝子断片調製工程>
当該工程は、宿主細胞において機能する重鎖リーダー配列、前記重鎖可変領域遺伝子、およびニワトリ型抗体の重鎖定常領域遺伝子を連結して重鎖発現するために用いられる遺伝子断片を調製する工程である。
「リーダー配列」とは、分泌タンパク質のアミノ酸末端ドメインをコードするヌクレオチド鎖であり、細胞内で合成されたタンパク質が細胞外へ分泌する際の分泌シグナルをコードするヌクレオチド鎖である。なお上記「重鎖リーダー配列」とは、宿主細胞内で合成された抗体の重鎖の分泌シグナルをコードするヌクレオチド鎖のことを意味する。
本発明において使用するリーダー配列は、そのコードするポリペプチドが宿主において分泌シグナルとして機能するものであれば特に限定されるものではなく、従来公知のものを適宜選択の上、利用すればよい。重鎖リーダー配列としては、例えば本発明者等が細胞融合法を用いて作製した抗PrPニワトリモノクローナル抗体(HUC2−13、詳細については特許文献2参照のこと)のリーダー配列が利用可能である。重鎖リーダー配列の取得方法は、特に限定されるものではなく、上記従来公知の塩基配列情報から、当該リーダー配列を化学合成により入手してもよいし、上記いずれかのモノクローナル抗体を生産するハイブリドーマのmRNAから合成したcDNAを鋳型としてPCR法等により取得してもよい。
重鎖リーダー配列をPCR法等により取得する際に使用するプライマーとしては、例えばACCATGAGCCCACTCGTCTCC(配列番号9)の塩基配列を有する第9プライマー、およびAACGTCACGGCCGCCATCAG(配列番号10)の塩基配列を有する第10プライマーが挙げられる。なお上記第9プライマーにはクローニングに用いる制限酵素サイト(KpnI)を付加するために塩基配列(GGTACC)が含まれていてもよい。すなわちGGTACCACCATGAGCCCACTCGTCTCC(配列番号23)であってもよい。また上記第9プライマーには、リーダー配列とは無関係な塩基配列含まれていてもよい。例えば、配列番号23に示される塩基配列からなる第9プライマーの5’末端に塩基配列(TT)が付加されたプライマー、すなわちTTGGTACCACCATGAGCCCACTCGTCTCC(配列番号24)の塩基配列からなるプライマーであってもよい。当該塩基配列(TT)は、ベクターへの導入の際に制限酵素(KpnI)によって重鎖リーダー配列から切断される配列であり、その塩基の種類および塩基の組み合わせは特に限定されるものではない。
なお、第9プライマーにおいては、上記のごとくKpnIが付加されているが、本発明の方法においては、これに限定されるものではなく、導入するベクターのクローニングサイトの種類、重鎖リーダー配列に含まれる制限酵素サイトの情報をもとに適宜選択の上、採用すればよい。
一方、「ニワトリ型抗体の重鎖定常領域遺伝子」とは、ニワトリ型抗体の重鎖定常領域をコードするポリヌクレオチドを意味する。ニワトリ型抗体の重鎖定常領域は略全てのニワトリ型抗体に共通するものであり、従来公知のニワトリ型モノクローナル抗体の塩基配列情報から重鎖定常領域の塩基配列情報を入手し、重鎖定常領域遺伝子を化学合成等により取得すればよい。重鎖定常領域の塩基配列情報としては、例えば本発明者等が細胞融合法を用いて作製したニワトリの抗体遺伝子重鎖のgermlineの塩基配列情報(gene bank Accession No.M30319およびX07174)が利用可能である。重鎖定常領域遺伝子の取得方法は、特に限定されるものではなく、上記従来公知の塩基配列情報から当該を化学合成により入手してもよいし、上記いずれかのモノクローナル抗体を生産するハイブリドーマのmRNAから合成したcDNAを鋳型としてPCR法等により取得してもよい。なお増幅する重鎖定常領域遺伝子は、塩基サイズが大きいために全長を増幅することが困難である。したがって、特に全長を増幅する必要は無い。
重鎖定常領域遺伝子(一部)をPCR法等により取得する際に使用するプライマーとしては、例えばACCGAAGTCATCGTCTCCTCC(配列番号11)の塩基配列を有する第11プライマー、およびCAAACACAACAGCTCCACC(配列番号12)の塩基配列を有する第12プライマーが挙げられる。なお上記第11および第12プライマーを用いて増幅される重鎖定常領域遺伝子(一部)には、ベクターへの導入に利用可能なHindIIIサイトが含まれている。当該第11および第12プライマーは、これらのプライマーによって得られる重鎖定常領域遺伝子(一部)にHindIIIサイトが含まれるように設計されているものである。したがって、増幅によって得られる重鎖定常領域遺伝子が当該HindIIIを含むようにプライマーが設計されていれば、上記配列番号11および12の塩基配列を有するプライマーに限定されない。ただし、上記HindIIIサイトの末端から少なくとも6bp以上塩基が付加されるようにプライマーを設計することが好ましい。なお、増幅によって得られる重鎖定常領域遺伝子に含まれる制限酵素サイトは、当該HindIIIに限定されるものではなく、導入するベクターのクローニングサイトの種類、重鎖定常領域遺伝子に含まれるその他の制限酵素サイトの情報をもとに適宜選択すればよい。
次に重鎖リーダー配列、重鎖可変領域遺伝子、および重鎖定常領域遺伝子を連結して重鎖発現用遺伝子断片を調製する方法について、上記第9および第10プライマーを用いて増幅した重鎖リーダー配列、第7および第8プライマーを用いて増幅した重鎖定常領域遺伝子、並びに第11および第12プライマーを用いて増幅した重鎖可変領域遺伝子を例に挙げて説示する。なお本工程はこれに限定されるものではない。
本工程は例えば、上記第9および第10プライマーを用いて増幅した重鎖リーダー配列、第11および第12プライマーを用いて増幅した重鎖定常領域遺伝子、並びに第7および第8プライマーを用いて増幅した重鎖可変領域遺伝子を鋳型として、第9プライマーおよび第12プライマーを用いてPCR法等の増幅反応を行なうことによって実施することができる。第10プライマーと第7プライマーとは相補の関係にあり、両プライマーを用いて増幅した増幅断片同士はその相補配列を介してアニーリングが起こりうる状態にあるといえる。すなわち重鎖リーダー配列の3’末端と重鎖可変領域遺伝子の5’末端とをアニーリングにより連結することが可能であるといえる。また同様に第8プライマーと第11プライマーとは相補の関係にあり、両プライマーを用いて増幅した増幅断片同士はその相補配列を介してアニーリングが起こりうる状態にあるといえる。すなわち重鎖可変領域の3’末端と重鎖定常領域の5’末端とをアニーリングにより連結することが可能であるといえる。
よって、第9および第10プライマーを用いて増幅した重鎖リーダー配列、第11および第12プライマーを用いて増幅した重鎖定常領域遺伝子、並びに第7および第8プライマーを用いて増幅した重鎖可変領域遺伝子を混合してアニーリング反応を行なえば、上記それぞれが連結したポリヌクレオチド、すなわち重鎖発現用遺伝子断片を調製することができる。さらに第9プライマーの塩基配列は当該重鎖発現用遺伝子断片の5’末端に存在し、第12プライマーの塩基配列(相補配列)は当該重鎖発現用遺伝子断片の3’末端に存在するため、両プライマーを用いて増幅反応を行なえば、当該重鎖発現用遺伝子断片を大量に増幅することができる。
なお上記の要領で重鎖発現用遺伝子断片が増幅しない場合は、第9および第10プライマーを用いて増幅した重鎖リーダー配列、並びに第7および第8プライマーを用いて増幅した重鎖可変領域遺伝子を鋳型として、第9プライマーおよび第8プライマーを用いてPCR法等の増幅反応を行なって重鎖リーダー配列と重鎖可変領域遺伝子を連結した後、当該重鎖リーダー配列と重鎖可変領域遺伝子を連結したポリヌクレオチドと、第11および第12プライマーを用いて増幅した重鎖定常領域遺伝子とを鋳型として、さらに第9プライマーおよび第12プライマーを用いて増幅反応を行なえばよい。
また逆に第7および第8プライマーを用いて増幅した重鎖可変領域遺伝子、並びに第11および第12プライマーを用いて増幅した重鎖定常領域遺伝子を鋳型として、第7プライマーおよび第12プライマーを用いてPCR法等の増幅反応を行なって重鎖可変領域遺伝子と重鎖定常領域遺伝子を連結した後、さらに当該重鎖可変領域遺伝子と重鎖定常領域遺伝子を連結したポリヌクレオチドと、第9および第10プライマーを用いて増幅した重鎖リーダー配列とを鋳型として、第9プライマーおよび第12プライマーを用いて増幅反応を行なってもよい。
なお既述のとおり第11および第12プライマーを用いて増幅した重鎖可変領域遺伝子は、重鎖可変領域遺伝子の一部である。よって、当該重鎖定常領域遺伝子(一部)、第9および第10プライマーを用いて増幅した重鎖リーダー配列、並びに第7および第8プライマーを連結した重鎖発現用遺伝子断片は、ニワトリ型抗体の重鎖の一部をコードするものであり、全長をコードするものではない。当該ニワトリ型抗体の重鎖の一部をコードする重鎖発現用遺伝子断片を全長をコードするものにする場合は、全長の重鎖定常領域遺伝子のHindIII消化断片と、上記重鎖発現用遺伝子断片のHindIII消化断片とをライゲーションすればよい。その結果、ニワトリ型抗体の重鎖の全長をコードする重鎖発現用遺伝子断片を取得することができる。
なお当該工程において実施するPCR法等の条件については、適宜検討の上、採用すればよい。また重鎖リーダー配列、重鎖可変領域遺伝子、および重鎖定常領域遺伝子の連結は、上記方法に限定されるものではなく、通常の遺伝子工学的手法を適宜選択して行なってもよい。また本発明に適用可能なプライマーは目的の遺伝子(ポリヌクレオチド)を増幅し得るものであれば、上記プライマーに限定されるものではなく、1または数個の塩基が置換、欠失、挿入もしくは付加された塩基配列を有するものであってもよく、さらにはこれらの相補的配列からなるプライマーであってもよい。
<形質転換工程>
本発明にかかる方法には、上述の工程で取得した軽鎖発現用遺伝子断片および重鎖発現用遺伝子断片を宿主細胞に導入して形質転換体を取得する工程(形質転換工程)が含まれていることが好ましい。
(軽鎖発現用ベクターおよび重鎖発現用ベクターの構築)
以下に、軽鎖発現用遺伝子断片および重鎖発現用遺伝子断片を宿主細胞に導入し、該細胞内で軽鎖および重鎖を発現させるためのベクター(以下「軽鎖発現用ベクター」および「重鎖発現用ベクター」と称する)、およびそれらの構築方法について説明する。
軽鎖発現用ベクターまたは重鎖発現用ベクターは、ニワトリ型モノクローナル抗体の軽鎖または重鎖を宿主細胞内で発現させることができるものであれば特にその構成等は限定されるものではなく、環状ベクターであってもよいし、リニア形状であってもよい。したがって基本的には取得した軽鎖発現用遺伝子断片または重鎖発現用遺伝子断片をプロモーターの下流に制御可能に連結して構築すればよい。使用するプロモーターの種類も特に限定されるものではなく、宿主細胞内において機能するものであればよい。例えば、動物由来細胞用としては、SV40やウシ・パピローマ・ウイルス(BPV)プロモーターやヒトサイトメガロウイルスプロモーター(CMV)等が挙げられる。またその他上記軽鎖発現用ベクターまたは重鎖発現用ベクターには、プロモーター以外の種々のDNAセグメントが含まれていてもよい。DNAセグメントとしては、例えば遺伝子導入のマーカーとなる薬剤耐性遺伝子(ネオマイシン耐性遺伝子、ゼオシン耐性遺伝子等)、ターミネーター、精製用タグ(ヒスチジンタグ等)を付加する配列を挙げることができる。また導入する宿主細胞に好適な市販ベクターを用いてもよい。後述する実施例においては、pcDNA3.1/myc−His(A)(Invitrogen社)、およびpcDNA4/myc−His(A)(Invitrogen社)をベースとして用い、軽鎖発現用ベクター、および重鎖発現用ベクターを構築している。そのほかpEF1/myc−His(Invitrogen社)、pSecTag2/Hygro(Invitrogen社)が公知のベクターとして利用可能である。
各発現用ベクターの構築方法は、特に限定されるのではなく、必要な遺伝子配列を通常の遺伝子工学的手法を用いて連結すればよい。またPCRによって取得した軽鎖発現用遺伝子断片または重鎖発現用遺伝子断片をサブクローニングすることなく上記各発現用ベクターを構築してもよいし、サブクローニング用ベクター、例えばpUC19、pBluescript IIを用いて大腸菌等にサブクローニングを行なった後に上記各発現用ベクターを構築してもよい。
(軽鎖発現用ベクターおよび重鎖発現用ベクターの宿主細胞の形質転換)
上記軽鎖発現用ベクターおよび重鎖発現用ベクターを用いて、宿主細胞の形質転換を行なう。なお抗体分子は軽鎖および重鎖がS−S結合によって形成される複合体(軽鎖―重鎖複合体)が2分子結合した2量体である。したがって宿主細胞には、軽鎖発現用遺伝子断片および重鎖発現用遺伝子断片の両者を導入する必要がある。
なお形質転換される宿主細胞については、特に限定されるものではなく、上記で構築した各発現用ベクターに応じた宿主を選択して用いればよい。すなわち宿主細胞は、動物由来細胞であっても、植物由来細胞であってもよい。また動物由来細胞、植物由来細胞とは、細胞、組織、並びに器官も含む意味である。特にニワトリ型モノクローナル抗体の大量生産を目的としている本発明においては、免疫システムを有する動物由来の細胞であることが好ましく、液体培地等で培養可能な細胞(培養細胞)が好ましい。動物由来培養細胞の例としては、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)、Hela細胞、メラノーマ細胞、マウス3T3細胞等が挙げられ、植物由来培養細胞の例としては、タバコBY2細胞等が挙げられる。後述する実施例においては、宿主細胞にCHO細胞を用いている。これは、当該細胞は浮遊培養が可能であること、世代時間が12時間と短く、増殖能力が高いために抗体の大量生産に好適であるという理由による。
一方、形質転換方法についても特に限定されるものではなく、宿主細胞および発現用ベクターに好適な方法を選択して用いればよい。例えば、エレクトロポレーション法、パーティクルガン法、リン酸カルシウム法、プロトプラスト/スフェロプラスト法、リポソーム法、DEAEデキストラン法等の従来公知の方法を好適に用いることができる。また特に植物由来細胞への一般的な形質転換法としては、アグロバクテリウムを用いた形質転換法(アグロバクテリウム法)を挙げることができる。ただし軽鎖発現用遺伝子断片および重鎖発現用遺伝子断片が、宿主細胞のゲノムに組み込まれることが好ましい。抗体遺伝子がゲノムに組み込まれることにより、細胞分裂後の娘細胞にもベクターの構成に含まれる遺伝子を確実に伝達することが可能となり、ニワトリ型抗体の生産効率を維持することが可能となるからである。
また軽鎖発現用遺伝子断片および重鎖発現用遺伝子断片が宿主細胞に導入されたか否かを確認する方法は、特に限定されるものではなく、公知の各種の方法を用いることができる。具体的には、各種マーカーを用いればよい。例えば、宿主細胞中で欠失している遺伝子をマーカーとして用い、このマーカーと組み換え植物ウイルス遺伝子とを含むプラスミド等を発現用ベクターとして宿主細胞に導入する。これによってマーカー遺伝子の発現から本発明の遺伝子の導入を確認することができる。例えば後述する実施例においては、CHO細胞を形質転換しており、薬剤耐性マーカー(ネオマイシン耐性遺伝子、ゼオシン耐性遺伝子)を用いてCHO細胞を形質転換しており、ネオマイシンおよびゼオシンを含有する培地中で、形質転換候補細胞株を培養することにより、生育してきた細胞株を形質転換体として選抜することが可能となる。その他のマーカーとしては、ピューロマイシン耐性マーカー、ブレオマイシン耐性マーカー、XGPRT遺伝子、DHFR遺伝子、チミジンキナーゼ遺伝子等が動物細胞の選抜には有効であり、ビアラホス耐性マーカー、カナマイシン耐性マーカー等が植物細胞の選抜に有効である。その他、宿主細胞から調製したゲノムDNAを鋳型とし、導入したタンパク質(転写因子)の遺伝子全長を特異的に増幅するいわゆるジェノミックPCR法を挙げることができる。この方法によって、目的タンパク質(転写因子)をコードする遺伝子が増幅されてくることを電気泳動法等によって確認できれば、該遺伝子の導入を確認することができる。
<形質転換体の培養工程(組換えニワトリ型二価抗体の生産)>
本発明かかる方法は、さらに上記形質転換体を培養して組換えニワトリ型二価抗体を生産する工程が含まれていることが好ましい。
次に上記で取得した形質転換体を用いて組換えニワトリ型二価抗体の生産を行なう工程について説示する。より具体的には、上記形質転換体を培養し、その培養物から目的の組換えニワトリ型二価抗体を精製すればよい。ここで形質転換体の培養方法および培養条件等は、該形質転換体の培養に好適な方法を用いればよく、特に限定されるものではない。例えば動物細胞を培養する場合は、浮遊培養法、担体付着培養法、ホローファイバー培養法等が好適である。特に浮遊培養法は、適応できる細胞がリンパ系の細胞等に限られるが、ジャーファーメンターを利用することができ、スケールアップが容易であるために、より好ましいといえる。後述する実施例において採用した形質転換CHO細胞は、既に述べた通り、浮遊培養が可能な細胞である。また動物細胞を培養する際の培地としては、限定されるわけではないが、アミノ酸、ビタミン類、ブドウ糖、塩類に、血清が加えられている場合がある。その他、緩衝液として重炭酸/炭酸ガス系緩衝液が用いられており、培養器として、CO2インキュベーターが利用可能である。またpHのモニター用にフェノールレッドを添加する場合がある。培養条件は、一般的には37℃で培養するが、細胞株によっては、28℃、40℃の場合がある。なお後述する実施例においては、形質転換CHO細胞の培養には、10% fetal bovine serum(FBS)を含むF12media(GIBCO BRL社)を用いて、5%CO2、37℃の条件で3日間培養を行なっている。
一方、植物細胞を培養する際の培地としては、限定されるものではないが、無機塩類、炭素源、ビタミン類、アミノ酸が加えられている場合がある。さらに、ココナツミルクや酵母エキスを加えて成長を促進させる場合がある。その他、オーキシンとサイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、エチレン等の植物ホルモンを添加する場合がある。また培養条件であるが、光、温度、通気の有無等を培養する細胞に応じて最適なものを採用すればよい。
次に目的の組換えニワトリ型二価抗体の調製方法および精製方法について説明する。軽鎖発現用遺伝子断片および重鎖発現用遺伝子断片が導入された形質転換体は、細胞内で目的の組換えニワトリ型二価抗体の軽鎖および重鎖を生産する。生産された軽鎖および重鎖は細胞内でS−S結合により軽鎖−重鎖複合体を形成し、さらに軽鎖−重鎖複合体の2量体が形成されることによって抗体分子となる。このとき生産された抗体分子は、培養液に分泌されるか、または細胞内に蓄積する。なお生産された抗体分子が分泌されるか細胞内に蓄積するかは形質転換体細胞の種類や培養方法等によって決まる。前者のごとく生産された組換えニワトリ型二価抗体が培養液中に分泌される場合には、培養液上清を遠心分離やろ過等によって調製し、組換えニワトリ型二価抗体とすればよい。一方、細胞内に組換えニワトリ型二価抗体が蓄積する場合には、細胞をガラスビーズ等を用いた公知の細胞破砕方法により細胞を破砕し、該細胞破砕物より組換えニワトリ型二価抗体を取得すればよい。
なお必要に応じて上記方法によって取得した組換えニワトリ型二価抗体を、アフィニティークロマトグラフィーや精製用のレジンを用いる方法によって精製を行なってもよい。上記精製を行なうことによって、プロテアーゼや抗原抗体反応を阻害する夾雑物を除去することができ、取得した組換えニワトリ型二価抗体を高感度微量抗原検出系により好適に用いることができる。後述する実施例においては、生産される組換えニワトリ型二価抗体重鎖のC末端にヒスチジンタグが付加されるように設計してある。ヒスチジンはニッケルに吸着する性質を有するため、ニッケルカラムを用いることによって目的の組換えニワトリ型二価抗体を簡単に精製することができる。
<本発明にかかる組換えニワトリ型二価抗体>
本発明にかかる抗体(組換えニワトリ型二価抗体)は、上記本発明にかかる方法により取得された組換えニワトリ型二価抗体である。当該抗体としては、例えば抗PrPファージディスプレイ抗体3−15(Nakamura et al Establishment of a chicken Monoclonal antibody panel against mammalian prion protein J.Vet.Med.Sci.66 807−814参照)をコードするポリヌクレオチドを鋳型とし、上記説示した本発明の方法により取得した抗体(以下「3−15二価抗体」という)が挙げられる。なお3−15二価抗体の取得方法の詳細については実施例において説示する。
3−15二価抗体は、(a)配列番号13に示されるアミノ酸配列;または(b)配列番号13に示されるアミノ酸配列において、1個もしくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列、からなる軽鎖、および(c)配列番号14に示されるアミノ酸配列;または(d)配列番号14に示されるアミノ酸配列において、1個もしくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列、からなる重鎖を備え、プリオンタンパク質と結合する活性を有することを特徴とする抗体である。
上記「1個もしくはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加された」とは、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異ポリペプチド作製法により置換、欠失、挿入、もしくは付加できる程度の数(好ましくは10個以下、より好ましくは7個以下、最も好ましくは5個以下)のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されていることを意味する。
なお配列番号13に示されるアミノ酸配列からなる軽鎖をコードするポリヌクレオチドの塩基配列を配列番号27に示した。配列番号14に示されるアミノ酸配列からなる重鎖をコードするポリヌクレオチドの塩基配列を配列番号28に示した。なお上記3−15二価抗体の軽鎖をコードするポリヌクレオチドおよび重鎖をコードするポリヌクレオチドは、配列番号27、28の限定されるものではなく、各塩基はコドン表に従って適宜変更可能である。
かかる3−15二価抗体は、抗PrPファージディスプレイ抗体3−15(以下「3−15一価抗体」を鋳型として作製した二価抗体であり、PrPに対する結合活性を有している。後述する実施例において示すように、3−15二価抗体は、3−15一価抗体に比してはるかに高いPrP結合能を有していた。また現在BSEの確定検査で用いられているPrP抗体〔44B1(Virology 320(2004)p40−51参照)およびT2〕と同等のPrP結合能を有していた。さらに44B1に比して検出のバックグラウンドが低く、より高感度にPrPを検出することができるということがわかった。
<3−15二価抗体の利用>
上記3−15二価抗体は試料中のPrPを高感度で検出することができる。また3−15二価抗体を用いて異常PrPを検出することによって、プリオン病の診断を行なうことができる。ここで「プリオン病」とは、PrP(特に異常PrP)が原因で発症する病気の総称のことであり、クロイツフェルト・ヤコブ病、牛海綿状脳症(BSE)、ヒツジやヤギで発病するスクレイピー、Grestmann−Straussle症候群(GSS)、クルー病等が知られている。なおPrPの検出方法は特に限定されるものではなく、ELISA法、ウエスタンブロット法、RIA法等の公知の方法を採用すればよい。また上記方法における条件は標準の条件で行なえばよく、また検出に用いられる抗体の量についても適宜最適な条件等を選択の上、採用すればよい。
ウエスタンブロット法によるPrPの検出方法、およびプリオン病の診断を行なう方法としては以下の方法が挙げられる。PrP(正常型PrPおよび異常型PrP)を検出する場合は、生体から取得した試料(例えば脳破砕液、脳脊髄破砕液、脊髄液等)をプロテイナーゼKで処理せずにポリアクリルアミドゲル電気泳動に供する。プリオン病を診断する(異常型PrPを検出する)場合は、生体から取得した試料(例えば脳破砕液、脳脊髄破砕液、脊髄液等)をプロテイナーゼKで処理した後、ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供する。その後ウエスタンブロッティング法にてプリオンタンパク質を検出すればよい。なお異常PrPはプロテイナーゼK耐性を有しており、上記の通りプロテイナーゼKで処理した試料について、3−15二価抗体を用いて検出を行なえば試料中に異常PrPが含まれているか否か、すなわちプリオン病であるか否かを診断することができる。
上記方法が適用可能な試料としては、PrPを発現する生物由来細胞であれば特に限定されるものではなく、例えばヒト、ウシ、ウマ、ヒツジ、ヤギ由来細胞等が挙げられる。また試料は細胞抽出液の状態であることが好ましい。
一方、上記3−15二価抗体は、PrP検出キット、またはプリオン病診断キットに利用可能である。上記PrP検出キットまたはプリオン病診断キットには、少なくとも3−15二価抗体が含まれていればPrP、または異常PrPを検出することができるが、その他の構成が含まれていてもよい。その他の構成としては、例えばプロテイナーゼK、電気泳動用ゲル、電気泳動用試薬、ウエスタンブロッティング用試薬、正常PrP、異常PrP等を挙げることができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1:3−15二価抗体の製造)
本発明の一例としてヒトプリオンタンパク質(PrP)に対する組換えニワトリ型二価抗体の生産を行なった。
〔軽鎖発現用遺伝子断片の構築〕
軽鎖可変領域遺伝子の調製は、抗PrPファージ抗体3−15の発現用プラスミドphAb3−15(Nakamura et al Establishment of a chicken Monoclonal antibody panel against mammalian prion protein J.Vet.Med.Sci.66 807−814参照)を鋳型として、第1プライマー(配列番号1)、第2プライマー(配列番号2)を用いてPCR法により行なった。
また軽鎖定常領域遺伝子の調製は、組換え抗PrPニワトリ型抗体の軽鎖発現用プラスミド(pcCKL−1、その構築方法については特許文献2(特願2004−325658号(2004年11月9日出願))明細書および図面参照)を鋳型として、第5プライマー(配列番号5)、第6プライマー(配列番号22)を用いてPCR法により行なった。
また軽鎖リーダー配列の調製は、発明者らが構築した組換え抗PrPニワトリ型抗体発現用プラスミド(pcCKL−4、上記pcCKL−1のV領域がニワトリモノクローナル抗体のHUNN−1に変換されたもの。HUNN−1については『Nakamura et al Establishment of a chicken Monoclonal antibody panel aginst mammalian prion protein J.Vet.Med.Sci.66 807−814』参照のこと。)を鋳型として、第3プライマー(配列番号20)、第4プライマー(配列番号4)を用いてPCR法により行なった。
PCRは以下の条件にて行なった。PCR反応液の組成は、10×PCR buffer(東洋紡社製)5μl;2mM dNTP 5μl;25mM MgSO4 3.2μl(final conc.1.6mM);プライマー(10μM)各2.5μl(final conc.0.5μM);鋳型DNA1μl;KOD−plus(東洋紡株式会社製)1μlであり、最終的に蒸留水で50μlにメスアップした。また反応は、(1)94℃で2分間;(2)94℃で15秒間;(3)55℃で30秒間;(4)68℃で2分間の条件で、(1)の後、(2)〜(4)を30サイクル行なった。
上記で取得した軽鎖可変領域遺伝子、軽鎖定常領域遺伝子、および軽鎖リーダー配列を鋳型として、第3プライマー(配列番号20)および第6プライマー(配列番号22)を用いてPCRを行なった。PCRの条件は、鋳型DNAとして上記軽鎖可変領域遺伝子、軽鎖定常領域遺伝子、および軽鎖リーダー配列を反応液50μlあたり0.5μlずつ添加した以外は、上記(1)〜(4)の方法に準じた。
上記PCRによって得られた増幅断片(約700bp)を、HindIII、XbaIで切断し、pcDNA3.1/myc−His(A)(Invitrogen社)のHindIII、XbaIサイトに挿入してpcCKL−3−15を構築した。なお当該pcCKL−3−15についてはシークエンスにより変異が入っていないことを確認した。またpcCKL−3−15は、ネオマイシン耐性遺伝子,CMV(human cytomegalovirus:ヒトメガロウイルス)プロモーター,BGH(bovine growth hormone:ウシ成長ホルモン)ポリAシグナルを有する。なお上記制限酵素消化は、10×M buffer3μl、DNA10μl、HindIII(New England Biolabs社製)1μl、XbaI(New England Biolabs社製)1μl、H2O15μlの反応液組成で、37℃・6時間反応を行なった。
上記方法の概略を図1に示した。
〔重鎖発現用遺伝子断片の構築〕
(1.pcCKH−2の構築)
pcCKH−2の構築方法の概略を図2(a)に示した。pcDNA4/myc−His(A)(Invitrogen社)をHindIIIで切断後、Klenow fragmentを用いて平滑末端化を行ない、さらにセルフライゲーションにより、オリジナルに存在するHindIIIサイトを欠失させた。発明者らが構築した組換え抗PrPニワトリ型抗体の重鎖発現用プラスミド(pcCKH−1、その構築方法については特許文献2(特願2004−325658号(2004年11月9日出願))明細書および図面参照)をKpnIおよびPinAI消化して得られた抗PrPニワトリ型抗体遺伝子断片を、上記プラスミドのKpnIおよびPinAサイトに挿入した。図2(b)に示すオリゴヌクレオチド(配列番号25、26)を合成し、上記プラスミドのKpnI−HindIIIサイトに挿入してpcCKH−2を構築した。
(2.重鎖リーダー配列、重鎖可変領域遺伝子、重鎖定常領域遺伝子の増幅、および重鎖発現用プラスミドpcDHF3−15の構築)
pcDHF3−15の構築方法の概略を図3に示した。
重鎖可変領域遺伝子の調製は、抗PrPファージ抗体3−15の発現用プラスミドphAb3−15(Nakamura et al Establishment of a chicken Monoclonal antibody panel against mammalian prion protein J.Vet.Med.Sci.66 807−814参照)を鋳型として、第7プライマー(配列番号7)、第8プライマー(配列番号8)を用いてPCR法により行なった。
また重鎖定常領域遺伝子(一部)の調製は、本発明者らが構築した組換え抗PrPニワトリ型抗体の重鎖発現用プラスミド(pcCKH−1、その構築方法については特許文献2(特願2004−325658号(2004年11月9日出願))明細書および図面参照)を鋳型として、第11プライマー(配列番号11)、第12プライマー(配列番号12)を用いてPCR法により行なった。
また軽鎖リーダー配列の調製は、pcCKH−1を鋳型として、第9プライマー(配列番号24)、第10プライマー(配列番号10)を用いてPCR法により行なった。
PCRは以下の条件にて行なった。PCR反応液の組成は、10×PCR buffer(東洋紡社製)5μl;2mM dNTP 5μl;25mM MgSO4 3.2μl(final conc.1.6mM);プライマー(10μM)各2.5μl(final conc.0.5μM);鋳型DNA1μl;KOD−plus(東洋紡株式会社製)1μlであり、最終的に蒸留水で50μlにメスアップした。また反応は、(1)94℃で2分間;(2)94℃で15秒間;(3)55℃で30秒間;(4)68℃で2分間の条件で、(1)の後、(2)〜(4)を30サイクル行なった。
上記で取得した重鎖可変領域遺伝子、重鎖定常領域遺伝子、および重鎖リーダー配列を鋳型として、第9プライマー(配列番号24)および第12プライマー(配列番号12)を用いてPCRを行なった。PCR反応液の組成は、10×PCR buffer(東洋紡社製)5μl;2mM dNTP 5μl;25mM MgSO4 2μl(final conc.1mM);プライマー(10μM)各1.5μl(final conc.0.3μM);鋳型DNA各0.5μl;KOD−plus(東洋紡株式会社製)1μlであり、最終的に蒸留水で50μlにメスアップした。また反応は、(1)94℃で2分間;(2)94℃で15秒間;(3)55℃で30秒間;(4)68℃で2分間の条件で、(1)の後、(2)〜(4)を30サイクル行なった。
上記PCRによって得られた増幅断片(約800bp)を、KpnI、HindIIIで切断し、上記pcCKH−2のKpnI−HindIIIサイトに挿入してpcDHF3−15を構築した。なお当該pcDHF3−15についてはシークエンスにより変異が入っていないことを確認した。またpcDHF3−15は、ゼオシン耐性遺伝子,CMV(human cytomegalovirus:ヒトメガロウイルス)プロモーター,BGH(bovine growth hormone:ウシ成長ホルモン)ポリAシグナルを有する。
〔CHO細胞の形質転換〕
約2×105のCHO細胞((財)ヒューマンサイエンス振興財団)に、pcCKL−3−15およびpcDHF3−15(各2.5μg)をPlyFect Transfection Reagent(Qiagen社)を用いてトランスフェクションを行なった。トランスフェクションの方法については、操作マニュアルにしたがって行なった。
トランスフェクション開始から48時間後、400μg/ml Geneticin(Sigma社)と200μg/ml Zeocine(Invitrogen社)を用いて上記薬剤耐性細胞をセレクトした。さらに上記薬剤耐性細胞を、10%fetal bovine serum(FBS)を含むF12media(GIBCO BRL社)を用いて、5%CO2、37℃の条件で3日間培養を行なった。当該培養にて得られた培養液上清について、後述するELISA法によって最終的にPrPに対して特異性の高いクローンを選択した。
ELISA法は、以下のようにして行なった。各クローンを培養し、細胞数約1×106/Plateにそろえ、3日間培養した。当該培養液上清について、抗原に対する反応性をELISA法によって調べた。ELISAプレートに抗原リコンビナントマウスプリオンタンパク質(発明者らが調製したもの)を4℃、一晩の条件で固相化した。25%Block Ace(雪印乳業社製)入りPBSで、37℃、1時間でブロッキングを行なった。洗浄後、各細胞培養液上清を加えて37℃、1時間インキュベートした。さらに洗浄後、二次抗体としてペルオキシダーゼ標識抗ニワトリIgG(H+L)(Kirekegaard and Perry Laboratories製)を加え、37℃、1時間インキュベートした。洗浄後、o−フェニレンジアミンを用いて発色し、490nmの吸収を測定した。当該吸光度の高かったクローンを選抜した。
(実施例2:3−15二価抗体による異常PrPの検出)
〔方法〕
(1.サンプル溶液の調製)
異常PrPサンプルとして、英国より輸入したBSEウシの脳(BSE−UK10)から延髄部分を採取し、これをガラスビーズで破砕後、プロテイナーゼKで処理したものを用いた。異常PrPサンプルにSDS−PAGE用サンプルバッファーを加えて、サンプル溶液を調製した。当該サンプル溶液を6分間煮沸し、12%ゲルにてSDS−PAGEを行なった。
より詳細には、以下のようにしてサンプル溶液を調製した。
英国より輸入したBSEウシの脳(BSE−UK10)から蒸留水を用いて調製された50%(w/v)BSEウシ脳乳剤(入手先:農業技術研究機構動物衛生研究所 プリオン病センター)に、TN Buffer(100mM NaCl,50mM Tris−Hcl(pH7.6))を加えて20%(w/v)BSEウシ脳乳剤とした。
この20%(w/v)BSEウシ脳乳剤250μlに、20%(w/v)正常ウシ脳乳剤250μlを加え、終濃度10%(w/v)BSEウシ脳乳剤500μlを調製した。なお、上記20%(w/v)正常ウシ脳乳剤は、プラテリアBSE(Bio−Rad社製)を用いて陰性が確認された正常ウシ(02−B−230、日本国におけるBSEサーベイランス(surveillance)試料)の脳組織200mgにTN Bufferを800μl加え、安井器械株式会社製マルチビーズショッカー(4000rpm、60秒間)を用いて調製されたものである。
上記10%(w/v)BSEウシ脳乳剤に、40mg/ml collagenase 6.25mlと、10mg/ml DNase 2mlとを加えて混合し、37℃で30分間消化した。
その後、上記反応液へ2−Butanolを25μl加えて混合し、20mg/mlプロテイナーゼK 1ml加えて混合し、37℃で30分間消化した。
さらに上記反応液へ、0.4M Pefabloc(Roche diagnostics社)2.5mlを加えて混合し、プロテイナーゼKの反応を停止させた。
上記反応液へButanol−Methanol solutionを250ml加えて混合し、15000rpm、10分間、20℃で遠心分離を行なって、沈殿を回収した。
沈殿を常温で乾燥させた後、1×SDS−PAGE用サンプルバッファー100μlを加え、100℃で6分間煮沸してサンプル溶液とした。
(2.ウエスタンブロッティング)
ウエスタンプレキャストゲル(NuPAGE 12% Bis−TrisGel,Invitrogen社)にて、200Vの定電圧で40分間の電気泳動を行なった。
電気泳動終了後、ウエットタイプブロッターを用い、90vの定電圧で40分間、ポリビニル膜(Immuno−Blot PVDF membrane(Bio−RAD社製))へ転写した。転写後、5%スキムミルク(Block Ace(雪印乳業社製))および0.05%Tween20を含むPBSでブロッキングを行なった。上記メンブレンを洗浄後、3−15二価抗体を一次抗体として用い、異常PrP(BSE−UK10PK)の検出を行なった。なお比較として、3−15一価抗体、現在BSEの確定検査に用いられている44B1(北海道大学大学院獣医学研究科 プリオン病学講座 堀内氏より入手)およびT2(動物衛生研究所より入手)を用いて検出した。各抗体をメンブレンあたり抗体の量として20ngとなるようにポリビニル膜上に添加し、室温にて60分間反応させた。
また二次抗体反応は、3−15二価抗体を検出する際にはHRP anti chicken IgG(H+L)を3000倍希釈したものを使用し、44B1およびT2を検出する際にはHRP anti mouse IgG(H+L)を3000倍希釈したものを使用した。
なお3−15二価抗体として、形質転換CHO細胞の培養上清を用い、その抗体量をELISA法により測定した。一方、3−15一価抗体は、可溶型として発現させ、ヒスチジンタグによるアフィニティー精製を行ない、さらにゲルろ過精製を行なったものを使用した。タンパク量を測定し、これを抗体量として用いた。発色はSuper Signal West Dura Extended Duration Substrate(PIERCE社製)を用いて発光させた後、FluorChem IS−8044(invitrogen製)を用いて検出した。
〔結果〕
結果を図4に示した。図4の(a)は44B1で検出を行なった結果を示し、図4の(b)はT2で検出を行なった結果を示し、図4の(c)は3−15二価抗体を用いて検出した結果を示し、図4の(d)は3−15一価抗体を用いて検出した結果を示す。同図における各レーンは、左から異常PrP(BSE−UK10PK)を5mg/lane、2.5mg/lane、1.3mg/laneの濃度で電気泳動を行なった各結果を示している。
図4の(a)〜(d)の結果より、3−15二価抗体は、糖鎖付加による3種類の異常PrP(二糖鎖型、一糖鎖型、無糖鎖型)をすべて認識することができた。図4中の各バンドは、上から二糖鎖型異常PrP、一糖鎖型異常PrP、無糖鎖型異常PrPをそれぞれ示す。
また図4の(a)〜(d)の結果より、3−15二価抗体は、現在BSE確定検査に利用されている抗体(44B1、T2)と略同等の異常PrP結合能を有していた。さらに44B1に比して検出のバックグラウンドが低く、より高感度にPrPを検出することができるということがわかった。
一方、3−15一価抗体は異常PrPに対する検出感度が低いのに対して、3−15二価抗体は明らかに検出感度が高かった。したがって、ファージディスプレイ法により得られた一価抗体(scFv)を、本発明の方法を用いて二価抗体にすることによって、明らかに抗原を高感度に検出できるということがわかった。
(実施例3:HRP標識3−15二価抗体による異常PrPの検出)
〔方法〕
HRP標識された3−15二価抗体(以下「HRP標識3−15二価抗体」という)、およびHRP標識されたT2(以下「HRP標識T2」という)を使用した。抗体のHRP標識は、Peroxidase−Labeling−Kit(株式会社 同人化学研究所製)を用いて、添付のマニュアルに準じて行なわれた。なお上記抗体を3000倍希釈して異常PrP(BSE−UK10PK)の検出に用いた。抗体の希釈にはPBS−T(0.2%Tween 20−PBS)を用いた。
上記以外は、実施例2の方法に準じて本実施例を行なった。
〔結果〕
結果を図5に示した。図5の(a)はHRP標識3−15二価抗体を用いた直接法による異常PrP(BSE−UK10PK)の検出結果を示しており、図5の(b)はHRP標識T2を用いた直接法による異常PrP(BSE−UK10PK)の検出結果を示している。図5の(a)および(b)における各レーンは、左から異常PrP(BSE−UK10PK)を2.5mg/lane、1.3mg/lane、0.6mg/lane、0.3mg/lane、0.15mg/laneの濃度で電気泳動を行なった各結果を示している。
図5の結果より、HRP標識3−15二価抗体を用いることによって非特異的反応も少なく、かつ非常に高感度に異常PrP(BSE−UK10PK)を検出することができるということが分かった。よって、HRP標識3−15二価抗体を用いることによって、簡便かつ高感度にBSE診断を行なうことができるということが示された。