JP7006275B2 - グルコサミン残基の3-o-硫酸化率が高いヘパラン硫酸 - Google Patents
グルコサミン残基の3-o-硫酸化率が高いヘパラン硫酸 Download PDFInfo
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Description
[1]
下記一般式(I)に示す二糖単位の繰り返し構造を含む、抗凝固活性を有する多糖:
R1、R2、R4、およびR5は、それぞれ独立に、水素または硫酸基を示す;
R3は、水素、硫酸基、またはアセチル基を示す;
R3の少なくとも一部が硫酸基である;
R4における硫酸基の比率が、13%以上である;
R5における硫酸基の比率が、50%以上である。
[2]
前記二糖単位の含有率が、90%以上である、前記多糖。
[3]
前記多糖を構成する糖鎖の総数の50%以上の数の糖鎖が、下記一般式(II)に示す構造からなる、前記多糖:
式中、nは、平均値として3~30である。
[4]
前記多糖を構成する糖鎖の総数の50%以上の数の糖鎖が、下記一般式(II)に示す構造からなる、前記多糖:
式中、nは、平均値として3~15である。
[5]
平均糖連結数が6~60残基である、前記多糖。
[6]
平均糖連結数が6~30残基である、前記多糖。
[7]
プルランを標準としてゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される数平均分子量が8000~60000である、前記多糖。
[8]
プルランを標準としてゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される数平均分子量が12000~40000である、前記多糖。
[9]
プルランを標準としてゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量が10000~100000である、前記多糖。
[10]
プルランを標準としてゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量が15000~50000である、前記多糖。
[11]
前記二糖単位のヘキスロン酸残基におけるイズロン酸残基の比率が0%~70%である、前記多糖。
[12]
R1における硫酸基の比率が、0%~80%である、前記多糖。
[13]
イズロン酸残基のR1における硫酸基の比率が、0%~100%である、前記多糖。
[14]
グルクロン酸残基のR1における硫酸基の比率が、0%~50%である、前記多糖。
[15]
R2における硫酸基の比率が、1%未満である、前記多糖。
[16]
R3における硫酸基の比率が、70%~100%である、前記多糖。
[17]
R3におけるアセチル基の比率が、0%~33%である、前記多糖。
[18]
R4における硫酸基の比率が、45%以下である、前記多糖。
[19]
R5における硫酸基の比率が、70%~100%である、前記多糖。
[20]
GlcA-GlcN(NS3S6S)、GlcA(2S)-GlcN(NS6S)、IdoA(2S)-GlcN(NS6S)、GlcA-GlcN(NS6S)、IdoA(2S)-GlcN(NS)、IdoA(2S)-GlcN(NS3S)、IdoA-GlcN(NS6S)、およびGlcA-GlcN(NS)から選択される1またはそれ以上の二糖単位を、50%以上の総含有率で含む、前記多糖。
[21]
Anti-Factor Xa活性/Anti-Factor IIa活性比が、1.5以上である、前記多糖。
[22]
プルランを標準としてゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が1.5以下である、前記多糖。
[23]
フリー体、もしくはその薬理学的に許容される塩、またはそれらの混合物である、前記多糖。
[24]
前記塩が、アンモニウム塩、ナトリウム塩、リチウム塩、およびカルシウム塩から選択される、前記多糖。
[25]
前記多糖を含む医薬組成物。
[26]
血液凝固に起因する症状の予防、改善、および/または治療用である、前記組成物。
[27]
前記症状が、播種性血管内凝固症候群、血栓塞栓症、人工透析における血液凝固、または体外循環における血液凝固である、前記組成物。
本発明の多糖は、抗凝固活性を有する新規な硫酸化多糖である。本発明の多糖を、「ヘパラン硫酸」という場合がある。本発明の多糖は、単一の種類の糖鎖からなるものであってもよく、複数の種類の糖鎖の混合物であってもよい。本発明の多糖は、通常は、複数種の糖鎖の混合物として得られる。「複数種の糖鎖の混合物」とは、構造(糖連結数、分子量、および置換基の種類や位置、等)の異なる2種またはそれ以上の糖鎖の組み合わせをいう。本発明の多糖が単一の種類の糖鎖からなるものである場合にあっては、本発明の多糖を特定する各パラメータは、特記しない限り、当該糖鎖における該当パラメータを示す。本発明の多糖が複数の種類の糖鎖の混合物である場合にあっては、本発明の多糖を特定する各パラメータは、特記しない限り、当該混合物全体における該当パラメータの平均値を示す。本発明の多糖を製造する際の中間体等の他の多糖についても同様である。
本発明の多糖を製造する手法は特に制限されない。本発明の多糖は、例えば、他の多糖からの誘導により(すなわち、他の多糖を原料として)製造することができる。他の多糖としては、グリコサミノグリカン(GAG)が挙げられる。GAGとしては、N-アセチルヘパロサン(単に「ヘパロサン」ともいう)や本発明の多糖以外のヘパラン硫酸が挙げられる。ヘパロサンは、グルクロン酸(GlcA)残基とN-アセチル-D-グルコサミン(GlcNAc)残基からなる二糖の繰り返し構造[→4)-β-GlcA-(1→4)-α-GlcNAc-(1→]より構成される多糖である。他の多糖を原料とする本発明の多糖の製造は、例えば、物理的手法、化学的手法、酵素法、またはそれらの組み合わせにより実施することができる。具体的には、他の多糖を原料として、例えば、所定の分子量への調整、所定の比率での異性化、所定の比率での官能基の導入または除去、またはそれらの組み合わせにより、本発明の多糖を製造することができる。また、本発明の多糖は、単糖等の原料から全合成することもできる。
ヘパロサンは、例えば、ヘパロサン生産能を有する細菌(「ヘパロサン生産菌」ともいう)を利用した発酵法により製造できる(WO2015/050184)。
N-脱アセチル化工程は、ヘパロサンを部分的にN-脱アセチル化する工程である。N-脱アセチル化工程により部分的にN-脱アセチル化されたヘパロサンが生成する。N-脱アセチル化工程による生成物(部分的にN-脱アセチル化されたヘパロサン)を「N-脱アセチル化ヘパロサン」ともいう。「ヘパロサンを部分的にN-脱アセチル化する」とは、ヘパロサンのN-アセチル基の一部が残存するように、ヘパロサンをN-脱アセチル化することをいう。ヘパロサンのN-アセチル基の一部を残存させることにより、低分子化工程においてN-アセチル基を有するグルコサミン残基の部位を優先的に切断することができ、以て、所望の平均分子量を有する本発明の多糖を効率よく製造することができる。N-脱アセチル化の程度は、本発明の多糖を製造できる限り、特に制限されない。N-脱アセチル化工程は、例えば、N-アセチル基の残存率が下記のような値となるように実施することができる。すなわち、N-アセチル基の残存率は、例えば、1%以上、1.5%以上、3%以上、5%以上、7%以上、9%以上、または11%以上であってもよく、50%以下、45%以下、40%以下、35%以下、33%以下、30%以下、25%以下、20%以下、または17%以下であってもよく、それらの組み合わせであってもよい。N-アセチル基の残存率は、具体的には、例えば、1%~33%、7%~33%、7%~30%、または11%~17%であってもよい。例えば、N-アセチル基の残存率7%~30%は、概ね、N-アセチル基が6~28糖残基に1つ(二糖単位として3~14単位に1つ)の比率で存在していることに相当する。また、例えば、N-アセチル基の残存率11%~17%は、概ね、N-アセチル基が12~18糖残基に1つ(二糖単位として6~9単位に1つ)の比率で存在していることに相当する。N-脱アセチル化の程度(すなわちN-アセチル基の残存率)は、例えば、二糖分析により確認することができる。N-アセチル基の残存率は、上述したN-アセチル化率として測定できる。
低分子化工程は、N-脱アセチル化ヘパロサンをヘパリナーゼIIIで切断し、低分子化する工程である。低分子化工程により低分子化されたN-脱アセチル化ヘパロサンが生成する。低分子化工程による生成物(低分子化されたN-脱アセチル化ヘパロサン)を「低分子化N-脱アセチル化ヘパロサン」ともいう。低分子化の程度は、本発明の多糖を製造できる限り、特に制限されない。低分子化工程は、例えば、低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンの平均分子量が後述する本発明の多糖の平均分子量(例えば、プルランを標準としてGPCにより測定される値として、1000~150000、好ましくは、8000~60000の数平均分子量(Mn)および2000~300000、好ましくは、10000~100000の重量平均分子量(Mw))となるように実施することができる。
ヘパラン硫酸生成工程は、低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンから本発明の多糖を生成する工程である。ヘパラン硫酸生成工程は、例えば、低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンを、N-硫酸化、C5-エピメリ化、2-O-硫酸化、GlcN残基の3-O-硫酸化、および6-O-硫酸化する工程から選択される1またはそれ以上、例えば全て、の工程を含んでいてよい。ヘパラン硫酸生成工程に含まれる工程の種類は、本発明の多糖が得られる限り、特に制限されない。すなわち、ヘパラン硫酸生成工程に含まれる工程の種類は、本発明の多糖の構造に応じて適宜設定できる。ヘパラン硫酸生成工程は、例えば、少なくとも、N-硫酸化、GlcN残基の3-O-硫酸化、および6-O-硫酸化の工程を含んでいてよい。
(C1)N-硫酸化;
(C3)GlcN残基の3-O-硫酸化および6-O-硫酸化。
(C1)N-硫酸化;
(C2)C5-エピメリ化および2-O-硫酸化;
(C3)GlcN残基の3-O-硫酸化および6-O-硫酸化。
本発明の多糖は、有効成分として組成物に配合して利用できる。すなわち、本発明は、本発明の多糖を含有する組成物を提供する。同組成物を、「本発明の組成物」ともいう。組成物としては、医薬組成物が挙げられる。本発明の組成物は、例えば、血液凝固に起因する症状の予防、改善、および/または治療用のものであってよい。すなわち、本発明の組成物は、例えば、血液凝固に起因する症状の予防、改善、および/または治療剤であってよい。血液凝固に起因する症状としては、播種性血管内凝固症候群(DIC)、血栓塞栓症(静脈血栓症、心筋梗塞症、肺塞栓症、脳塞栓症、四肢動脈血栓塞栓症、手術中・術後の血栓塞栓症等)、人工透析における血液凝固、体外循環における血液凝固が挙げられる。
(1)ヘパロサン発酵
WO2015/050184の実施例1に記載のヘパロサン生産菌(エシェリヒア・コリBL21(DE3)/pVK9-kfiABCD株)および培養条件にてヘパロサンを含有する培養液を得た。
培養液から遠心分離により培養上清を回収した。培地成分を除去するために1mLの培養上清をUF膜を用いてmilliQ水で洗浄し、250μLまで濃縮した。UF膜濃縮液250μLに500μLの100%エタノールを加え、遠心分離によってヘパロサンを沈降させた。得られた沈殿を風乾させ、ヘパロサンを得た。残りの培養上清から同様の手順でヘパロサンを精製し、ヘパロサン計10gを得た。
1) ヘパロサン1.22gにHydrazine・H2O61mLと1N硫酸4.7mLを添加し、気相を窒素置換後、100℃に加温し、4.75時間反応させた。
2) 氷冷により反応を停止させた後、16%NaCl水溶液61mLおよびMeOH610mLを添加して遠心し、上清を除去した。得られた沈殿をH2O50mLに溶解させた後、AmiconUF膜(3kDa)を用いて脱塩濃縮した。
3) 得られた濃縮液に2倍量のH2Oおよび等量の1M NaHCO3を添加後、0.2M I2/0.4M KI溶液を黄色に呈色するまで滴下した。その後Hydrazine・H2Oを滴下し、余剰のヨウ素をヨウ素イオンに還元後、再度AmiconUF膜(3kDa)を用いて脱塩濃縮し、濃縮液を減圧乾固してN-脱アセチル化ヘパロサンを得た。得られたN-脱アセチル化ヘパロサンにおけるアセチル基の残存率は14.9%であった(後述)。
(1)ヘパリナーゼIIIの調製
<Flavobacterium heparinum由来hepC遺伝子の発現プラスミドの構築>
Flavobacterium heparinum(ATCC 13125)よりヘパリナーゼIIIをコードするhepC遺伝子をpMIV-Pnlp0ベクター(米国特許出願公開20050196846号)にクローニングし、hepC遺伝子の発現プラスミドpMIV-Pnlp0-hepCを構築した。pMIV-Pnlp0-terには強力なnlp0プロモーター(Pnlp0)とrrnBターミネーターが組み込まれており、プロモーターとターミネーターの間に目的の遺伝子を挿入することで発現ユニットとして機能させることができる。「Pnlp0」はエシェリヒア・コリK-12株由来の野生型nlpD遺伝子のプロモーターを示す。
hepC遺伝子の発現プラスミドpMIV-Pnlp0-hepCをエシェリヒア・コリBL21(DE3)株(ライフテクノロジーズ社)へエレクトロポレーション(Cell;80μL,200Ω,25μF,1.8kV、キュベット;0.1mL)により導入し、ヘパリナーゼIII生産株としてエシェリヒア・コリBL21(DE3)/pMIV-Pnlp0-hepC株を得た。この株を25μg/mLクロラムフェニコール添加LB培地にて37℃で一晩前培養を行った。その後、培養液を、坂口フラスコに300mL張りこんだLB培地中に終濃度2%v/vとなるよう植菌した。37℃にて4時間振とう培養を行い、培養を終了した。遠心分離後、菌体を0.85%NaClにて2回洗浄し、30mLの50mM HEPESバッファー(pH7.0)にて懸濁した。懸濁液を超音波破砕に供して菌体を破砕した。細胞破砕液を遠心分離し、上清(無細胞抽出液)としてヘパリナーゼIII酵素液を調製した。
実施例2で得られたN-アセチル基残存率14.9%のN-脱アセチル化ヘパロサン1gおよび31.3mIU/μLのヘパリナーゼIII溶液2mLを100mM NaClおよび1.5mM CaCl2を含むTris緩衝溶液(pH8.0)100mLに溶解し、37℃にて5.3時間反応させた。反応液に16%NaCl水溶液100mLおよびEtOH900mLを添加して混合し、遠心分離して上清を除去し、低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンを得た。
1) 実施例3で得られた低分子化N-脱アセチル化ヘパロサン1gをmilliQ水50mLに溶解させ、20mg/mL NaHCO3/20mg/mL Trimethylamine・SO3水溶液を50mL添加して55℃で一晩反応させた。
2) EtOH1Lを添加して混合し、遠心分離して上清を除去し、N-硫酸化低分子化ヘパロサンを得た。
3) 得られたN-硫酸化低分子化ヘパロサンをmilliQ水に溶解して500μLとし、二糖分析を行ってN-脱アセチル化ヘパロサンに対する収率を求めた。また、GPC分析に供し、分子量分布を求めた。手順を以下に示す。
N-硫酸化低分子化ヘパロサンの二糖分析は、既報(T.Imanari,et.al.,“High-performance liquid chromatographic analysis of glycosaminoglycan-derived oligosaccharides.”J.O.Chromato.A,720,275-293(1996))の条件に従い実施した。すなわち、N-硫酸化低分子化ヘパロサンをヘパリナーゼIIおよびIIIを用いて不飽和二糖に分解し、分解物をHPLCで分析することにより、各構成二糖の量を定量した。
1) ヘパリナーゼII0.2U(Sigma)、ヘパリナーゼIII0.02~0.03mIU、多糖サンプル5μg、および酵素消化用buffer(100mM CH3COONa,10mM(CH3COO)2Ca,pH7.0)10μLを混合し、milliQ水で100μLにメスアップし、反応溶液とした。
2) 反応溶液を37℃で16時間以上反応させた後、100℃にて2分間煮沸し、反応を停止させた。
3) 0.45μmのフィルターで不溶物を除去した溶液を二糖分析用サンプルとした。
4) 分析は、カラムにはInertsil ODS-3 150mm×2.1mm、粒子径5μmを用い、温度は50℃、流速は0.25mL/min、検出波長は230nm、溶離液はA液として4%Acetonitrile、1.2mM Tributylamineを用い、B液として4%Acetonitrile、0.1M CsClを用い、B液1-90%のグラジエント条件で行った。
N-硫酸化低分子化ヘパロサン及びヘパラン硫酸(milliQ水に1mg/mLとなるように溶解したもの)をHPLCによるゲルろ過(GPC分析)に供した。カラムにはGS520(Shodex、Asahipak GS-520HQ、7.5mm×300mm,粒子径7μm)を、溶離液には100mMリン酸二水素カリウム水溶液を用い、流速0.6mL/分、カラム温度40℃、検出波長200nmで分析した。平均分子量(MnおよびMw)は、プルランの分子量マーカー(Shodex、STANDARD P-82、分子量範囲5900~708000)を標準として算出した。
(1)C5-エピメラーゼの発現と精製
C5-エピメラーゼとしては、ヒト由来のC5-エピメラーゼの触媒部位(Gln29-Asn617)と、マルトース結合タンパク質(MBP)との融合タンパク質(MBP-C5-エピメラーゼ)を利用した。そのため、同触媒部位をコードする塩基配列をpMAL-c2xベクター(New England Biolabs社)にクローニングし、MBP-C5-エピメラーゼの発現プラスミドpMAL-c2x-MBP-C5epiを構築した。pMAL-c2xベクターによれば、クローニングした遺伝子がMBPとの融合タンパク質として発現する。
2-O-硫酸化酵素(2-OST)としては、チャイニーズハムスター由来の2-OSTの94番目のチロシン残基をイソロイシンに変換した変異体の触媒部位(Arg51-Asn356)と、マルトース結合タンパク質(MBP)との融合タンパク質(MBP-2-OST)を利用した。そのため、同触媒部位をコードする塩基配列をpMAL-c2xベクター(New England Biolabs社)にクローニングし、MBP-2-OSTの発現プラスミドpMAL-c2x-MBP-2OSTを構築した。
調製されたMBP-C5-エピメラーゼ菌体抽出液及び精製MBP-2-OSTを用い、C5エピメリ化および2-O-硫酸化を行った。166mgの実施例4で得られたN-硫酸化低分子化ヘパロサン、50mM MES(pH7.0)、100mM NaCl、および1mM PAPSの混合液703mLに、終濃度0.9mg/mLとなるようC5-エピメラーゼ発現菌体の菌体抽出液108mLと、終濃度0.5mg/mLとなるよう精製MBP-2-OST16.9mLを加えて総量828mLの反応液を調製し、37℃で24時間反応させた。
変換率(C5エピメリ化率および2-O-硫酸化率)の定量は、亜硝酸分解による二糖組成分析により実施した。
NaNO2(CAS No.:7632-00-0,MW:69.01)
クエン酸(CAS No.:77-92-9,MW:192.1)
2,4-ジニトロフェニルヒドラジン(CAS No.:119-26-6,MW:198.1)50%含水品(略:DNPH)
Heparin(Aldrich製)
Heparin標準溶液:1mg/mL
NaNO2水溶液:試薬49.5mgをH2O1mLに溶解
クエン酸水溶液:試薬384.2mgをH2O1mLに溶解
DNPH溶液:試薬20.4mg(50%含水)をアセトニトリル1mLに溶解
<LC条件>
カラム:住化分析センター製ODS Z-CLUE3μm 2.0mm×250mm
カラム槽温度:50℃
溶離液流量:0.3mL/min
検出:UV365nm
注入量:5μL
溶離液組成:A液 50mM-HCOONH4(pH4.5)
B液 MeCN
イオン化法 ;エレクトロスプレーイオン化(ESI(+/-))
DL温度 :250℃
ヒートブロック :250℃
ネブライザーガス流速:1.5L/min
ドライガス流速 :15L/min
1.5mLマイクロチューブ(Eppendorf)にHeparin標準液、クエン酸buffer水溶液20μL、NaNO2水溶液10μLを順に添加し、混合溶液を65℃で2hr撹拌(1000rpm)し、亜硝酸分解液を得た。得られた亜硝酸分解液40μLにDNPH溶液20μLを添加し、45℃で2hr撹拌(1000rpm)し、誘導化液を得た。得られた誘導化液の組成をLC-MSで分析した。Heparin標準液を分析して得られるIdoA(2S)-GlcN(NS6S)のピークから換算係数(1mg×IdoA(2S)-GlcN(NS6S)のarea純度/IdoA(2S)-GlcN(NS6S)のarea値)を算出し、被験液中の各二糖誘導体のarea値からその濃度を求めた。算出された二糖構造とその割合を表3に示す。表中、N-アセチル基を有する二糖誘導体等を含むと考えられる未同定ピークのデータは割愛し、GlcA(2S)-GlcN(NS)、IdoA(2S)-GlcN(NS)、GlcA-GlcN(NS)、およびIdoA-GlcN(NS)の総量を100%とした。C5-エピメリ化率(IdoA(2S)-GlcN(NS)とIdoA-GlcN(NS)の割合の和)は58%、2-O-硫酸化率(GlcA(2S)-GlcN(NS)とIdoA(2S)-GlcN(NS)の割合の和)は65%であることが確認された。
<反応前の精製>
実施例5で得られた酵素反応液(C5エピメリ化および2-O-硫酸化のカップリング反応後の反応液)30mLを遠心分離し(7000G、30分)、その上清を0.45μmのフィルターで濾過した。濾過液27.3gをファルマシア製カラム(型番:XK26)に充填した弱アニオン交換樹脂15g(DIAION、WA-30三菱化学製 事前に25.6mM NaH2PO4でpH5.5に調整)に投入して多糖成分を吸着し、洗浄液(0.5M NaCl+25.6mM NaH2PO4(pH5.5))480mLを通液した(流速:6.4mL/min)。次に、溶離液(2M NaCl+25.6mM NaH2PO4(pH5.5))230mLを通液し(流速6.4mL/min)、多糖成分を含む溶離液を得た。得られた溶離液をAmicon-3K(メルクミリポア製)にチャージして遠心分離(4000G)を行った。得られた濃縮液に更に水100mLを添加して再度遠心分離を行った。この洗浄操作を3回実施して洗浄濃縮液11gを取得した。
強カチオン交換樹脂(DIAION、UBK550三菱化学製 予め1M塩酸でH型に変換)3mLに洗浄濃縮液11gを通液した後(pH2.25)、トリブチルアミン2.36mg/エタノール10μLの混合液1.8mLを添加して中和した(pH8.36)。得られた中和液を凍結乾燥した。
アルゴン気流下で凍結乾燥物全量にDMF1.92mL及び三酸化硫黄ピリジン付加物76.4mg(0.48mmol)を添加し、-10℃で48時間撹拌した。反応液に5M酢酸Na水溶液2.8mL及び水31mLを添加して室温で1時間撹拌することで反応を停止した。反応停止液を0.2μmのフィルターで濾過し、その濾過液をAmicon-3K(メルクミリポア製)にチャージして遠心分離(4000G)を行った。得られた濃縮液に更に水20mLを添加して再度遠心分離を行った。この洗浄操作を2回実施して洗浄濃縮液3.92gを取得した。得られた洗浄濃縮液をサンプリングし、実施例5と同様の手順で亜硝酸分解により二糖組成分析を行った。その結果、洗浄濃縮液3.92g中に二糖単位の量に換算して76.5mgの反応生成物(多糖)が含まれていることを確認した。
(1)3-O-硫酸化酵素(3-OST)発現株の作製
マウス由来3-OST-1のアミノ酸配列(NCBI-Protein ID:NP_034604;配列番号29)をKEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)データベースより取得した。既報(Edavettal S.C.et al.,J Biol Chem.2004;279(24)25789-97)を参考に、エシェリヒア・コリのcodon usageに合わせて最適化した、同3-OST-1の触媒部位(Gly48-His311)をコードする塩基配列(配列番号30)を含むDNA断片を合成した。得られたDNA断片をpETDuet-1ベクター(Novagen)のEcoRI-SalIサイトに挿入して、3-OST-1発現プラスミドpETDuet-3-OST-1を構築した。この発現プラスミドによれば、N末端側にHis-Tagが付加された3-OST-1が発現するため、Hisタグによる3-OST-1の精製が可能となる。この発現プラスミドをエシェリヒア・コリBL21(DE3)株へ実施例5(1)と同様の手法で導入し、3-OST-1発現株pETDuet-3-OST-1/BL21(DE3)株を得た。
エシェリヒア・コリpETDuet-3-OST-1/BL21(DE3)株を100μg/mLのアンピシリンを含むLB寒天培地(1.0%(w/v)ペプトン、0.5%(w/v)酵母エキス、1.0%(w/v)NaCl、1.5%(w/v)寒天)に接種し、37 ℃で一晩静置培養した。寒天培地上に生育した菌体20μLをLB培地1mLに懸濁し、そのうち50μLをOvernight Express TB培地(メルク社、100μg/mLアンピシリン含有)50mLを張り込んだ坂口フラスコに添加した。植菌した坂口フラスコ16本を22℃、120往復/分で24~26時間振とう培養した後に、遠心分離(4℃、8,000rpm、5分)によって集菌した。沈殿として得られた菌体を160mLの平衡化バッファー(50mM リン酸ナトリウム、300mM NaCl、pH7.0)に懸濁し、再度遠心分離(4℃、8,000rpm、5分)することによって菌体を洗浄した。洗浄操作を2回繰り返した後、沈殿として得られた菌体を160mLの平衡化バッファーに再度懸濁し、氷水で冷やしながら超音波破砕(190W、20分間)を行った。破砕液を遠心分離(4℃、8,000rpm、10分)し、得られた上清を無細胞抽出液とした。
実施例6で得られた反応生成物全量、50mM HEPES(pH7.5)、221μM PAPSの混合液326.5mLを調製した。水浴中で予め37℃に保温した同混合液に終濃度234mg/Lとなるよう精製3-OST-1 56mLを添加して全量382.5mLの反応液を調製し、反応を開始した。37℃で緩やかに撹拌しながら反応を進行させ、24時間経過後に90℃20分加熱し酵素を失活させた。
実施例5と同様の手順で亜硝酸分解により反応生成物の二糖組成分析を行った。算出された二糖構造とその割合を表4に示す。
実施例7で得られた酵素反応液(GlcN残基の3-O-硫酸化反応後の反応液)371gを遠心分離し(8000G、30分)、その上清を0.45μmのフィルターで濾過した。その濾過液をAmicon-3K(メルクミリポア製)にチャージして遠心分離(4000G)を行った。得られた濃縮液に更に水200mLを添加して再度遠心分離を行った。この洗浄操作を3回実施して洗浄濃縮液11.6gを取得した。その洗浄濃縮液をファルマシア製カラム(型番:XK16)に充填した弱アニオン交換樹脂7.5g(DIAION、WA-30三菱化学製 事前に25.6mM NaH2PO4でpH5.5に調整)に投入して多糖成分を吸着し、洗浄液(0.5M NaCl+25.6mM NaH2PO4(pH5.5))500mLを通液した(流速:3.0mL/min)。次に、溶離液(2M NaCl+25.6mM NaH2PO4(pH5.5))500mLを通液し(流速3.0mL/min)、多糖成分を含む溶離液を得た。得られた溶離液171gをAmicon-50K(メルクミリポア製)にチャージして遠心分離(4000G)を行った。得られた透過液を更にAmicon-3K(メルクミリポア製)にチャージして遠心分離(4000 G)を行った。得られた濃縮液に水100mLを添加して再度遠心分離を行った。この洗浄操作を3回実施して洗浄濃縮液8.58gを取得した。得られた洗浄濃縮液を凍結乾燥して精製多糖41mgを取得した。
実施例8で得られた精製多糖について、表5に示す項目の測定を実施した。測定法は後述する。結果を表5に示す。
エピメリ化率、2-O-硫酸化率、GlcN残基の3-O-硫酸化率等のパラメータの異なる複数種の硫酸化多糖の作製し、抗凝固活性の評価を実施した。
実施例5(3)と同様の反応液組成で総量100mLの反応液を調製し、0時間、4時間、8時間37℃で反応させた。実施例5と同様の手順で亜硝酸分解により反応生成物に含まれる二糖組成分析を行った。算出された二糖構造とその割合を表6に示す。表中、N-アセチル基を有する二糖誘導体等を含むと考えられる未同定ピークのデータは割愛し、GlcA(2S)-GlcN(NS)、IdoA(2S)-GlcN(NS)、GlcA-GlcN(NS)、およびIdoA-GlcN(NS)の総量を100%とした。
得られた酵素反応液(C5エピメリ化および2-O-硫酸化のカップリング反応後の反応液)各100mLについて、実施例6と同様の手順で精製および6-O-硫酸化反応を行い、洗浄濃縮液を取得した。得られた洗浄濃縮液をサンプリングし、実施例5と同様の手順で亜硝酸分解により二糖組成分析を行った。その結果、各サンプルについて、洗浄濃縮液中に二糖単位の量に換算して約80μgの反応生成物(多糖)が含まれていることを確認した。
得られた6-O-硫酸化反応の反応生成物について、実施例7と同様の反応液組成で総量300μLの反応液を調製し、24時間37℃で反応させた。実施例5と同様の手順で亜硝酸分解により反応生成物の二糖組成分析を行った。算出された二糖構造とその割合を表7に示す。表中、4時間および8時間のサンプルについては、未同定ピークのデータは割愛し、表に示す二糖単位の総量を100%とした。
実施例8と同様の手順でGlcN残基の3-O-硫酸化反応の反応生成物を精製し、抗凝固活性の測定を実施した。結果を表8に示す。
実施例9および10において、各項目は以下に示す手順で測定した。
・使用キット:テストチーム ヘパリンS(清水メディカル製)
・低分子ヘパリン標準品:日本薬局法標準品(医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス財団製 Anti-Factor Xa:1750IU)
・使用器具:
ミキサー&恒温機:Thermomixer compact(Eppendorf製)
UV吸光度計:PD-303S((株)アペル製)
UV-セル:アクリル製角セル(光路長10mm)
・基質液:基質剤1バイアルをミリQ水20mLで溶解した。
・アンチトロンビンIII液:アンチトロンビンIII剤1バイアルをミリQ水10mLに溶解した。
・ファクターXa液:ファクターXa剤1バイアルをミリQ水10mLに溶解した。
・緩衝液:付属のバイアルをそのまま使用した。
・正常血漿:正常血漿剤1バイアルをミリQ水1.0mLで溶解した。
・反応停止液:氷酢酸(特級)20mLにミリQ水を加え全量を40mLにした。
・ヘパリン標準液:
一次希釈ヘパリン溶液(35IU/mL):ヘパリン1750IUをミリQ水50mLに溶解した。
二次希釈ヘパリン液(0.175IU/mL):一次希釈ヘパリン溶液100μLに緩衝液900μLを正確に加えて混合した。更に、混合液50μLに緩衝液950μLを正確に加えて混合した。
ヘパリン標準液:二次希釈ヘパリン溶液を表9に示す通りに希釈して混和した。
基質濃度が2μg/mLになるように精製多糖をミリQで希釈又は溶解し、希釈液Aを得た。希釈液Aに表10に示す割合で試薬を添加し、検体を調製した。
測定用及び検体ブランク用マイクロチューブのそれぞれに検体200μLを正確に採取して、37℃で4分加温撹拌した。測定用マイクロチューブにファクターXa液100μLを加えてよく混和し30秒静置した後、37℃で正確に30秒間加温した。測定用マイクロチューブに予め37℃に加温した基質液200μLを加えてよく混和し30秒静置した後、37℃で正確に180秒間加温した。各マイクロチューブに反応停止液300μLを加え、直ちに混和した。UVセルに反応液800μLを分注し、波長405nmで吸光度を測定した。同様に、各希釈系列のヘパリン標準液について測定を行い、ヘパリン標準液から算出される検量線を基に、検体のAnti-Factor Xa活性を求めた。1mLの血液凝固を1時間抑制する濃度を1 IU/mLと定義した。
・使用試薬および使用キット:
活性化部分トロンボプラスチン時間(aPTT)測定用塩化カルシウム溶液(0.025mol/L GMY-300A)シスメックス(株)製
活性化部分トロンボプラスチン時間キット アクチンFSL GAC-200A シスメックス(株)製
正常コントロール血漿 デイドサイトロール レベル1 GCA-110A シスメックス(株)製
低分子ヘパリン標準品:日本薬局法標準品(医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス財団製 Anti-Factor IIa:670 IU)
・使用器具:
半自動血液凝固測定装置(CA-104 シスメックス(株)製)
キュベットに標準液(低分子ヘパリン標準品の希釈系列)又は被験液(精製多糖の溶液)10μL、アクチン50μL、コントロール血漿50μLを加え、直ちに検出部に挿入し遮光蓋を閉じた。3分撹拌した後、導入部から塩化カルシウム溶液50μLを添加した。凝固時間が自動的に表示された。標準液から算出される検量線を基に、被験液のAnti-Factor IIa活性を求めた。1mLの血液凝固を1時間抑制する濃度を1 IU/mLと定義した。
・使用機器:Toxinometer ET-6000(和光純薬製)
・使用試薬:ライセート試薬(limulus ES-II Single Test Wako)
標準LPS(JPSE10000)
・LPS標準溶液(EU/mL):0.01,0.1,1
ES-IIシングルテストワコーにLPS標準溶液又は被験液(精製多糖の溶液)200μL分注し、ミキサーで5秒撹拌した。チューブ内に大きな気泡がないことを確認してから、Toxinometerのポジション1に挿入した(自動的に測定開始)。透過率94.9%になる時間を求め、LPS標準溶液から算出される検量線を基に、被験液中のLPS濃度を求めた。
・使用機器:プレートリーダー(SPECTRA MAX190,Molecular Devices製)
・使用試薬:
NaOH/Na2CO3溶液:NaOH2g及びNa2CO310gを水に溶解し全量を500mLに調整した。
硫酸銅/酒石酸Na溶液:硫酸銅5水和物2.5g及び酒石酸Na2水和物5.96gを水に溶解し全量を500mLに調整した。
硫酸銅アルカリ溶液:NaOH/Na2CO3溶液5mL及び硫酸銅/酒石酸Na溶液1mLを混合した(用時調製)。
フォーリン水溶液:Aldrich製フォーリン試薬(F9252-100mL)を水で2倍希釈した。
アルブミン標準液:Thermo Scientific製の標準液(2mg/mL)を用いて0.125,0.25,0.5,1mg/mLに希釈した。
1.5mLマイクロチューブにアルブミン標準液又は被験液(精製多糖の溶液)20μLと硫酸銅アルカリ溶液300μLを分注し、ミキサーで撹拌後10分間静置した。更にフォーリン水溶液30μLを添加して撹拌後30分静置した。得られた発色液300μLを96穴プレートに注ぎ750nmの吸光度を求めた。アルブミン標準液から算出される検量線を基に、被験液中のタンパク質濃度を求めた。
実施例5と同様の手順で亜硝酸分解により二糖組成分析を行い、GlcA-GlcN(NS3S6S)の含有率を算出した。
実施例4と同様の手順でプルランの分子量マーカーを標準としてGPC分析を行い、平均分子量(MnおよびMw)を算出した。
(1)ヘパロサンのN-脱アセチル化
1) ヘパロサン120mgに2M NaOH6mLを添加し、48℃に加温し、4.1時間反応させた。
2) 6N HCl2mLを添加して反応を停止させた後、MeOH45mLを添加して遠心し、上清を除去した。得られた沈殿を0.25M NaHCO3 8mLに溶解させた後、AmiconUF膜(3kDa)を用いて脱塩濃縮し、6mLのN-脱アセチル化ヘパロサン溶液を得た。得られたN-脱アセチル化ヘパロサンにおけるアセチル基の残存率は27.6%であった(後述)。
(2)ヘパリナーゼIII反応による低分子化
(1)で得られたN-アセチル基残存率27.6%のN-脱アセチル化ヘパロサン溶液6mLおよび10mIU/μLのヘパリナーゼIII溶液221μLを1M NaClおよび15mM CaCl2を含むTris緩衝溶液(pH8.0)0.6mLと混合した後にmilliQ水を添加して12mLとし、37℃にて8時間反応させた。反応液にEtOH 86mLを添加して混合し、遠心分離して上清を除去し、低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンを得た。
(3)低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンのN-硫酸化
1) (2)で得られた低分子化N-脱アセチル化ヘパロサン全量をmilliQ水6mLに溶解させ、20mg/mL NaHCO3/20mg/mL Trimethylamine・SO3水溶液を6mL添加して55℃で一晩反応させた。
2) EtOH86mLを添加して混合し、遠心分離して上清を除去し、N-硫酸化低分子化ヘパロサンを得た。
3) 得られたN-硫酸化低分子化ヘパロサンについて、実施例4と同一の手法で平均分子量を求めた。
(1)ヘパロサンのN-脱アセチル化
実施例11と同様にしてヘパロサンをN-脱アセチル化反応に供し、反応時間を制御することによりN-アセチル基残存率が2.6%~29.6%のN-脱アセチル化ヘパロサンを取得した。
(2)ヘパリナーゼIII反応による低分子化
(1)で得られたN-脱アセチル化ヘパロサンの低分子化を実施例11と同様の条件でヘパリナーゼIIIと反応させ、低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンを取得した。
(3)低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンのN-硫酸化
(2)で得られた低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンを実施例11と同様の条件でN-硫酸化反応に供し、N-硫酸化低分子化ヘパロサンを得た。
(4)平均分子量の集計
得られたN-硫酸化低分子化ヘパロサンについて、実施例4と同一の手法で平均分子量を求めた。得られた収率および平均分子量(プルラン換算)の結果を表11に示す。
表11の結果により、N-アセチル基残存率を高くすることにより分子量を低減させるように制御できることが示された。
N-アセチル基の残存量がヘパラン硫酸の活性に影響するため、分子量の違いの活性への影響を調べる目的でN-アセチル基の残存量の等しい異なる分子量の低分子化N-硫酸化ヘパロサンを調製した。分子量は、低分子化反応の反応時間で制御した。
(1)ヘパロサンのN-脱アセチル化
実施例11と同様にしてヘパロサンをN-脱アセチル化反応に供し、N-アセチル基残存率が29.4%のN-脱アセチル化ヘパロサンを取得した。
(2)ヘパリナーゼIII反応による低分子化
(1)で得られたN-脱アセチル化ヘパロサンの低分子化を実施例11と同様の条件でヘパリナーゼIIIと反応させ、酵素添加量と反応時間で分子量を制御し、4種類の低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンを取得した。
(3)低分子化N-脱アセチル化ヘパロサンのN-硫酸化
(2)で得られた低分子化N-脱アセチル化ヘパロサン4種類を実施例11と同様の条件でN-硫酸化反応に供し、N-硫酸化低分子化ヘパロサンを得た。
(4)得られたN-硫酸化低分子化ヘパロサンについて、実施例4と同一の手法で収率および分子量分布を求めた。
C5-エピメラーゼとしては、ヒト由来のC5-エピメラーゼの触媒部位(Gly101-Asn617)と、C末端3アミノ酸を置換したマルトース結合タンパク質(MBP*,既報(Rob J.Center,et.al.,“Cristallization of a trimeric human T cell leukemia virus type 1 gp21 ectodomain fragment as a chimera with maltose-binding protein.”Protein Science, 7, 1612-1619 (1998)))との融合タンパク質(MBP*-C5-エピメラーゼ(G101))を利用した。
2-O-硫酸化酵素(2-OST)としては、チャイニーズハムスター由来の2-OSTの94番目のチロシン残基をイソロイシンに変換した変異体の触媒部位(Asp68-Asn356)と、MBP*との融合タンパク質(MBP*-2-OST(D68))を利用した。
実施例13で調製した14mg N-硫酸化ヘパロサンNo.1、No.2、またはNo.3、50mM MES(pH7.0)、100mM NaCl、および0.5mM PAPSを反応液組成とした混合液68.9mlに、終濃度0.09mg/mLのC5-エピメラーゼ発現菌体の菌体抽出液0.7mlおよび終濃度0.07mg/mLの2-OST精製蛋白質0.4 mlを加えて総量70mLの反応液をそれぞれ調製し、37℃で10時間反応させた。
実施例13で調製した14mg N-硫酸化ヘパロサンNo.1、No.2、またはNo.3、50mM MES(pH7.0)、100mM NaClを反応液組成とした混合液5.4mlに、終濃度1.0mg/mLのC5-エピメラーゼ発現菌体の菌体抽出液0.6mlを加えて総量5mLの反応液をそれぞれ調製し、37℃で24時間反応させた。使用したC5-エピメラーゼは実施例14(1)と同一のもの使用した。実施例5と同様の手順で亜硝酸分解により反応生成物に含まれる二糖組成分析を行った。算出された二糖構造とその割合を表14に示す。
得られたNo.4-No.9の酵素反応液(C5エピメリ化および2-O-硫酸化のカップリング反応後、または、C5エピメリ化単独反応の反応液)について、実施例6と同様の手順で精製および6-O-硫酸化反応を行い、洗浄濃縮液を取得した。
得られた6-O-硫酸化反応の反応生成物各80μgについて、実施例7と同様の反応液組成で総量300μLの反応液を調製し、24時間37℃で反応させた。実施例5と同様の手順で亜硝酸分解により反応生成物の二糖組成分析を行った。算出された二糖構造とその割合を表15に示す。未同定ピークのデータは割愛し、表に示す二糖単位の総量を100%とした。
実施例8と同様の手順で3-O-硫酸化反応の反応生成物を精製し、抗凝固活性の測定を実施した。結果を表16に示す。
配列番号1:エシェリヒア・コリK5株のkfiABCDオペロンの塩基配列
配列番号2:エシェリヒア・コリK5株のKfiAタンパク質のアミノ酸配列
配列番号3:エシェリヒア・コリK5株のKfiBタンパク質のアミノ酸配列
配列番号4:エシェリヒア・コリK5株のKfiCタンパク質のアミノ酸配列
配列番号5:エシェリヒア・コリK5株のKfiDタンパク質のアミノ酸配列
配列番号6、7:プライマー
配列番号8:野生型nlpDプロモーター(Pnlp0)を含むPaeI-SalI断片の塩基配列
配列番号9、10:プライマー
配列番号11:rrnBターミネーターの塩基配列
配列番号12~15:プライマー
配列番号16:Flavobacterium heparinum ATCC 13125のhepC遺伝子の塩基配列
配列番号17:Flavobacterium heparinum ATCC 13125のHepCタンパク質のアミノ酸配列
配列番号18、19:プライマー
配列番号20:pMAL-c2x
配列番号21、22:プライマー
配列番号23:C5-エピメラーゼ挿入断片の塩基配列(ヒト由来C5-エピメラーゼの触媒部位をコードする塩基配列)
配列番号24:ヒト由来C5-エピメラーゼの触媒部位のアミノ酸配列
配列番号25、26:プライマー
配列番号27:2-OST挿入断片の塩基配列(チャイニーズハムスター由来2-OST変異体の触媒部位をコードする塩基配列)
配列番号28:チャイニーズハムスター由来2-OST変異体の触媒部位のアミノ酸配列
配列番号29:マウス由来3-OST-1のアミノ酸配列
配列番号30:エシェリヒア・コリのcodon usageに合わせて最適化した、マウス由来3-OST-1の触媒部位(Gly48-His311)をコードする塩基配列
配列番号31、32:プライマー
配列番号33:pMAL-MBP*
配列番号34、35:プライマー
配列番号36:C5-エピメラーゼ(G101)挿入断片の塩基配列(ヒト由来C5-エピメラーゼの触媒部位(Gly101-Asn617)をコードする塩基配列)
配列番号37:ヒト由来C5-エピメラーゼの触媒部位(Gly101-Asn617)のアミノ酸配列
配列番号38、39:プライマー
配列番号40:2-OST(D68)挿入断片の塩基配列(チャイニーズハムスター由来2-OST変異体の触媒部位(Asp68-Asn356)をコードする塩基配列)
配列番号41:チャイニーズハムスター由来2-OST変異体の触媒部位(Asp68-Asn356)のアミノ酸配列
Claims (21)
- 抗凝固活性を有する多糖であって、
下記一般式(I):
(式中、R1~R5は、以下の条件を満たす:
R1、R2、R4、およびR5は、それぞれ独立に、水素または硫酸基を示す;
R3は、水素、硫酸基、またはアセチル基を示す;
R3の少なくとも一部が硫酸基である;
R4における硫酸基の比率が、13%以上である;
R5における硫酸基の比率が、50%以上である。)に示す二糖単位の繰り返し構造を含み、
前記多糖を構成する糖鎖の総数の50%以上の数の糖鎖が、下記一般式(II):
(式中、R1~R5は、前記一般式(I)におけるR1~R5と同一である;
nは、平均値として3~30である。)に示す構造からなり、
プルランを標準としてゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される数平均分子量が12000~40000であり、
Anti-Factor Xa活性/Anti-Factor IIa活性比が、1.5以上である、多糖。 - 前記二糖単位の含有率が、90%以上である、請求項1に記載の多糖。
- 前記多糖を構成する糖鎖における平均糖連結数が6~60残基である、請求項1~3のいずれか1項に記載の多糖。
- 前記多糖を構成する糖鎖における平均糖連結数が6~30残基である、請求項1~4のいずれか1項に記載の多糖。
- 前記二糖単位のヘキスロン酸残基におけるイズロン酸残基の比率が0%~70%である、請求項1~5のいずれか1項に記載の多糖。
- R1における硫酸基の比率が、0%~80%である、請求項1~6のいずれか1項に記載の多糖。
- イズロン酸残基のR1における硫酸基の比率が、0%~100%である、請求項1~7のいずれか1項に記載の多糖。
- グルクロン酸残基のR1における硫酸基の比率が、0%~50%である、請求項1~8のいずれか1項に記載の多糖。
- R2における硫酸基の比率が、1%未満である、請求項1~9のいずれか1項に記載の多糖。
- R3における硫酸基の比率が、70%~100%である、請求項1~10のいずれか1項に記載の多糖。
- R3におけるアセチル基の比率が、0%~33%である、請求項1~11のいずれか1項に記載の多糖。
- R4における硫酸基の比率が、45%以下である、請求項1~12のいずれか1項に記載の多糖。
- R5における硫酸基の比率が、70%~100%である、請求項1~13のいずれか1項に記載の多糖。
- GlcA-GlcN(NS3S6S)、GlcA(2S)-GlcN(NS6S)、IdoA(2S)-GlcN(NS6S)、GlcA-GlcN(NS6S)、IdoA(2S)-GlcN(NS)、IdoA(2S)-GlcN(NS3S)、IdoA-GlcN(NS6S)、およびGlcA-GlcN(NS)から選択される1またはそれ以上の二糖単位を、50%以上の総含有率で含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の多糖。
- プルランを標準としてゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が1.5以下である、請求項1~15のいずれか1項に記載の多糖。
- フリー体、もしくはその薬理学的に許容される塩、またはそれらの混合物である、請求項1~16のいずれか1項に記載の多糖。
- 前記塩が、アンモニウム塩、ナトリウム塩、リチウム塩、およびカルシウム塩から選択される、請求項1~17のいずれか1項に記載の多糖。
- 請求項1~18のいずれか1項に記載の多糖を含む医薬組成物。
- 血液凝固に起因する症状の予防、改善、および/または治療用である、請求項19に記載の組成物。
- 前記症状が、播種性血管内凝固症候群、血栓塞栓症、人工透析における血液凝固、または体外循環における血液凝固である、請求項20に記載の組成物。
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