본원은 FVIII이 내인성 vWF 단백질과 복합체를 형성하는 것을 방지 또는 억제하는 것과 동시에 FVIII이 LRP(Low density lipoprotein receptor related protein)에 결합하는 것을 막아주어 FVIII 단백질의 반감기를 연장하는 기술에 관한 것이다. 이로 인해 LRP 및 프로테아제 의존적 FVIII 제거를 지연시키는 것은 물론 vWF 의존적 제거를 동시에 감소시켜 반감기가 증가된다.
따라서 한 양태에서 본원은 인간 혈액응고 8인자(Factor VIII 또는 FVIII) 및 하나 이상의 vWF D’D3 도메인이 융합된 키메라 단백질에 관한 것이다.
본원에 따른 키메라 단백질은 천연형태에서 경쇄와 중쇄로 구성되는 FVIII의 경쇄 및 중쇄를 하나의 폴리펩타이드로 발현되는 단쇄(sc, single chain)로, 또는 경쇄 및 중쇄가 각각 별개의 폴리펩타이드로 발현되는 이쇄(dc, dual chain)의 형태를 취할 수 있다.
일 구현예에서 본원에 따른 키메라 단백질이 단쇄(단일 폴리펩타이드)로 구현되며, 이 경우 vWF D’D3 도메인은 FVIII의 N- 또는 C- 말단 방향에 위치하며, 효소에 의한 절단 부위를 포함하는 아미노산 링커(또는 연결체)로 연결된다.
본원에 따른 키메라 단백질은 또한 이쇄(이중 폴리펩타이드)로 구현되며, 이 경우 vWF D’D3 도메인은 FVIII의 중쇄 또는 경쇄의 N- 또는 C- 말단 방향에 연결될 수 있다. 일 구현예에서는 특히 B 도메인의 C- 말단 방향에 연결된다.
본원에 따른 키메라 단백질에 포함될 수 있는 FVIII 단백질은 vWF와의 결합을 통해 본원에 따른 목적을 달성하는 한, 다양한 길이 또는 유래의 것이 사용될 수 있다.
FVIII는 A1-A2-B-A3-C1-C2 도메인으로 구성되며, 간세포에서 단쇄의 단백질로 합성된다. 합성 후 프로세싱을 거쳐 성숙되어 중쇄와 경쇄로 구성된 280 kDa의 헤테로이량체를 형성한다. 이 중 경쇄는 80kDa이며 A3-C1-C2 도메인으로 구성되고, 중쇄는 A1-A2-B 도메인으로 구성되고 분자량은 90-200kDa으로 B-도메인의 길이에 따라 분자량의 차이가 크다. 이러한 헤테로이량체는 혈액 내에서 vWF와 결합하여 비활성화 상태로 존재하다가, 혈관 손상과 같은 자극에 노출 시, 트롬빈에 의해 알지닌 잔기 뒤, 즉 서열번호 01의 서열을 기준으로 372, 740 및 1689번 잔기 뒤에서 절단된다. 그 결과 vWF로부터 분리되고, 활성화되어 A1, A2 및 A3-C1-C2의 삼량체가 형성된다. 이어 삼량체는 FIXa에 의한 FX의 활성화를 촉매하고, 빠르게 분해된다.
본원에 따른 키메라 단백질에 포함될 수 있는 FVIII 단백질은 응고 경로에서 전장 야생형 FVIII 인자의 기능을 보유하는 전장, 이의 기능적 단편, 변이체, 유사체 또는 유도체를 포함한다. FVIII 단백질은 FVIII 폴리펩타이드 또는 FVIII과 상호 교환적으로 사용된다. FVIII 기능의 예는 혈액 응고를 활성화시키는 능력, IX 인자에 대한 보조인자로서 작용하는 능력, 또는 Ca2+ 및 인지질의 존재 하에 IX 인자와 테나세 복합체(tenase complex)를 형성하는(이후 X 인자를 활성화 형태 Xa로 전환시킴) 능력을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
또한 다양한 유래의 FVIII 단백질이 사용될 수 있으며, 예를 들면 인간, 돼지과, 고양이과, 래트 또는 쥣과 FVIII 단백질일 수 있다. FVIII 아미노산 및 핵산 서열의 비제한적인 예는 예컨대 GenBank NOs: NM_000132, NP_000123, 1012296A AAA52420.1, CAA25619.1, AAA52484.1, 1012298A, EAW72647.1, EAW72646.1, XP_001498954.1, ACK44290.1, ACO95359.1, NP_001138980.1, ABZ10503.1, NP_032003.2로 개시되어 있다.
본원에 따른 일 구현예에서는 인간 유래의 FVIII이 사용되며, 예를 들면 인간 FVIII은 서열번호 01의 서열(신호펩타이드는 포함하지 않음)로 표시될 수 있으며, 야생형 서열에서 중쇄는 서열번호 01의 서열을 기준으로 1-740 잔기, B 도메인은 a3 도메인을 포함하여 741-1689 잔기, 경쇄는 1690-2332 잔기까지이다.
또한 FVIII의 변이체, 유도체, 변형체, 돌연변이체, 복합체 또는 유사체 또한 당해 분야에 공지되어 있으며, 또 본 발명에 포함된다. 예를 들어, 미국 특허번호 제5,668,108호에 개시된 바와 같은 FVIII의 변이체는 위치 1241에 있는 아스파라긴산이 글루탐산에 의해 치환되고 첨부된 핵산 변화를 갖는 FVIII의 변이체를 개시하고; 미국 특허번호 제5,149,637호는 글리코실화되거나 또는 글리코실화되지 않은 C-말단 단편을 포함하는 FVIII 변이체를 기재하며; 또 미국 특허번호 제5,661,008호는 적어도 3개 아미노산 잔기에 의해 아미노산 1649 내지 2332에 연결된 아미노산 1-740을 포함하는 FVIII 변이체를 개시한다.
본원에 따른 키메라 단백질에 포함될 수 있는 FVIII은 B 도메인이 결실된 FVIII을 포함하며, 이러한 FVIII은 예를 들면 미국 특허 제6,316,226호, 제6,346,513호, 제7,041,635호, 제5,789,203호, 제6,060,447호, 제5,595,886호, 제6,228,620호, 제5,972,885호, 제6,048,720호, 제5,543,502호, 제5,610,278호, 제5,171,844호, 제5,112,950호, 제4,868,112호 및 제6,458,563호에 개시된 것을 포함하나 이로 제한하는 것은 아니다.
또한 본원에 따른 키메라 단백질에 포함될 수 있는 FVIII은 B 도메인의 일부가 결실된 FVIII으로 중쇄 및 경쇄를 포함하나 퓨린(furin)과 같은 단백질분해효소에 의한 절단부위를 포함하지 않도록 일부 잔기가 결실된다.
일 구현예에서 일부가 결실된 B 도메인은 서열번호 01의 서열의 1648 및 1649 잔기 위치를 기준으로, 이를 포함하여 N-말단 및 C-말단 방향으로 각각 최소 5개의 아미노산이 결실된 것을 포함하거나 및/또는 4개 내지 6개의 당화부위를 포함하도록 일부가 결실된 B 도메인 단편을 포함한다.
일 구현예에서 본원에 따른 키메라 단백질에 포함될 수 있는 B 도메인의 일부가 결실된 FVIII에서, 상기 B 도메인 단편은 서열번호 01의 서열을 기준으로 아미노산 잔기 741 내지 902 및 1654 내지 1689를 포함하는 것이다.
다른 구현예에서는 이러한 B 도메인 단편은 서열번호 01의 서열을 기준으로 아미노산 잔기 741 내지 902 및 1654 내지 1689의 아미노산 서열을 포함하고 상기 잔기 중 일부, 특히 782번 아이소루이신 잔기가 친수성 폴리머로의 개질을 위해 시스테인으로 치환된 것을 포함하는 것이다.
또 다른 구현예에서 본원에 따른 키메라단백질에 포함될 수 있는, B 도메인의 일부가 결실된 FVIII는 서열번호 03으로 표시되는 아미노산 서열 또는 이와 90% 이상의 상동성이 있는 아미노산 서열을 갖는다. 상기 서열번호 03의 아미노산 서열에 포함된 B 도메인은 서열번호 01을 기준으로 741 - 902번 잔기를 포함한다.
본원에 따른 키메라 단백질에 포함될 수 있는 FVIII은 A 도메인 및/또는 B 도메인 단편의 일부 아미노산 잔기에서 친수성 폴리머와 컨쥬게이션되어 개질될 수 있다.
특히 본원에서는 개질을 통해 본원에 따른 키메라 단백질의 LRP 결합을 방해하기 위한 것으로, 부위 특이적으로 진행되며, 이를 달성할 수 있는 다양한 위치에서 개질될 수 있다.
본원에 따른 일 구현예에서 본원에 따른 키메라 단백질에서 컨쥬게이션되는 위치는 상기 A 도메인에서 서열번호 01의 서열을 기준으로 아미노산 잔기 491, 495, 498 및 1806으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 위치; 그리고 상기 B 도메인에서 서열번호 01의 서열을 기준으로 아미노산 잔기 754, 781, 782, 788, 789, 825, 897로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 위치이다.
본원에 따른 다른 구현예에서 특히 B 도메인, 특히 상술한 위치에서 페길화된다.
본원에 따른 다른 구현예에서는 B 도메인의 782번 아이소루이신 잔기에서 개질되며, 특히 페길화되고, 페길화를 위해, 후술하는 바와 같이 상기 잔기가 시스테인으로 치환되거나 또는 시스테인기가 삽입될 수 있다.
본원에 따른 FVIII의 개질에 사용될 수 있는 친수성 폴리머는 본원에 따른 목적을 달성하는 한 당업계에 공지된 다양한 폴리머가 사용될 수 있으며, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리에틸렌 옥사이드, 덱스트란을 포함하나 이로 제한하는 것은 아니다.
본원에 따른 일 구현예에서는 PEG가 사용되며, 특히 20kDa 이상의 PEG가 사용된다. 본원에 따르면, PEG는 LRP 결합영역 근처에 결합되어 PEG hindrance에 의해 FVIII이 LRP에 결합하는 것을 저해 시키는 기능을 하며, 따라서 PEG의 길이가 너무 짧으면 이러한 hindrance를 충분히 주지 못 할 가능성이 있기 때문에 PEG의 길이가 20kDa 이상인 것이 중요하다. 일 구현예에서는 특히 40kDa, 60kDa 또는 그 이상의 PEG가 사용된다.
본원에 따른 개질에서 페길화에 사용되는 PEG는 공지된 다양한 작용기 (functional group)을 이용하여 해당 잔기에 연결될 수 있다.
본원에 따른 일 구현예에서 PEG는 부위 특이적으로 시스테인과 같은 잔기에 존재하는 자유 -SH기를 통해 연결되며, 이 경우 예를 들면 thiol, orthopyridyl disulfide, acryloyl, sulfone 또는 maleimide기, 특히 maleimide기를 통해 연결될 수 있으나, 이로 제한하는 것은 아니다.
본원에 따른 FVIII은 친수성 폴리머로의 개질을 위해 친수성 폴리머에 연결되는 잔기는 다른 잔기로 치환 또는 삽입 될 수 있으며, 치환 또는 삽입되는 잔기는 개질에 사용되는 물질에 따라 상이하며, 당업자라면 적절한 것을 선정할 수 있을 것이다.
본원에 따른 일 구현예에서는 개질로서 페길화가 사용되며, 이 경우 개질되는 잔기는 시스테인으로 치환 또는 시스테인 잔기가 적절한 위치에 삽입될 수 있다.
본원에 따른 일 구현예에서는 B 도메인의 782번 아이소루이신 잔기에서 개질되며, 특히 페길화되고, 페길화를 위해 상기 잔기가 시스테인으로 치환된다.
페길화 반응은 공지된 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 예를 들면 자유 시스테인의 마스킹을 위해 사용된 시스테인이나 글루타치온은 페길화 반응 전에 제거되어 도입한 시스테인의 free thiol이 복원되어야 하며, 이를 위해 TCEP, DTT, beta-mercaptoethanol, 시스테인, 글루타티온(환원형) 등의 환원제를 처리하는 과정과 이 과정에서 FVIII 본연의 이황화 본드가 환원적으로 절단된 것을 복원하기 위한 산화 과정을 포함하여 수행할 수 있다. 개질을 위해 시스테인으로 치환된 단백질의 발현은 당업계에 공지된 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 예를 들면 페길화되는 단백질의 경우, 도입된 자유 시스테인은 발현 도중이나 세포 밖으로 배출 후 배양액의 free thiol을 포함하는 저분자 물질인 시스테인 또는 글루타치온과 이황화 결합을 형성하기 때문에, 자유 시스테인을 마스킹하여 페길화 전 까지 안정화 시켜 페길화 효율을 높이는 것이 필요하다.
본원에 따른 키메라 단백질은 vWF D’D3 도메인을 포함한다.
vWF(또는 F8vWF)는 바이벨펠라드 소체(Weibel-Palade body)에서 내피조직, 거핵세포(혈소판의 α-과립) 및 내피하(subendothelian) 결합조직에서 생성되고 혈장에 존재하는 대형 다합체 당단백질이다. 염기성 vWF 단량체는 2813개(시그널펩타이드 포함하는 경우)의 아미노산으로 구성되고, 모든 단량체는 특이적 기능을 갖는 다수의 특이적 도메인, 즉 (FVIII 인자에 결합하는) D'/D3 도메인, (혈소판 GPIb-수용체, 헤파린 및/또는 가능하게는 콜라겐에 결합하는) A1 도메인, (콜라겐에 결합하는) A3 도메인, C1 도메인(RGD 도메인이 활성화될 때 이것은 혈소판 인테그린 αIIbβ3에 결합) 및 단백질의 C-말단의 "시스테인 매듭" 도메인을 포함하며, 시스테인 매듭은 혈소판 유래 성장 인자(PDGF), 형질전환 성장 인자-β(TGFβ) 및 β-인간 융모성 고나도트로핀(βHCG)에서도 발견된다.
vWF 아미노산 서열 및 vWF 또는 그의 일부를 코딩하는 핵산 서열의 비제한적인 예는 예컨대 GenBank NO: NP_000543, NM_000552, AAE20723, AAB59512, P04275, EAW88815, ACP57027, EAW88816, 및 AAD04919; 미국 특허번호 제5,260,274호; Titani etal., Biochemistry, 25:3171-84 (1986); 및 Sadler etal., PNAS, 82:6391-6398 (1985)로 공지되어 있다.
예를 들면 전장 인간 vWF의 아미노산 서열은 서열번호 02 (시그널펩타이드는 포함하지 않음)로 나타낸다. 서열번호 02를 기준으로 vWF의 "프로펩티드" 부분(D1-D2)은 아미노산 잔기 1 부터 Arg-741까지이고, 또 "성숙" vWF 단백질은 아미노산 잔기 742 내지 2791 까지이다. 개별 도메인은 D': 742 - 842; D3: 843 - 1248; A1: 1249 - 1457; A2: 1458 - 1650; A3: 1651 - 1850; D4: 1851 - 2232; C1: 2233 - 2311; C2: 2312 - 2380; C3: 2407 - 2474; C4: 2475 - 2555; C5: 2556 - 2624; C6: 2625 - 2700 및 CK: 2701 - 2791로 표시될 수 있다 (Lenting. P. J. BLOOD, 26 MARCH 2015. VOLUME 125, NUMBER 13). 또는 대안적인 vWF 도메인 맵핑 및 명명 시스템은 EXPASY 단백질 데이터베이스 명명법 (worldwideweb.uniprot.org/uniprot/P04275)에 의해 D1: 12 - 218; D2: 365 - 576; D': 754 - 805; D3: 844 - 1052; A1: 1255 - 1431; A2: 1476 - 1643; A3: 1669 - 1849; D4: 1927 - 2131; B: 2233 - 2306 (EXPASY에서는 C1으로 명명됨); C1: 2407 - 2473 (EXPASY에서는 C2로 명명됨); C2: 2558 - 2623 (EXPASY에서는 C3으로 명명됨); 및 CK: 2701 - 2790로 표시될 수 있다.
본원에 따른 키메라 단백질에 포함되는 vWF D'D3 도메인은 FVIII와 융합되어 본원에 따른 재조합 FVIII이 내인성 vWF (전장 vWF)에 결합하는 것을 억제한다.
본원에 따른 키메라 단백질에 포함되는 vWF D'D3 도메인은 이러한 활성을 보유하는 한 다양한 길이 또는 유래의 것이 사용되며, 이의 변이체, 유도체, 변형체, 돌연변이체, 복합체 또는 유사체를 포함한다.
일 구현예에서 본원에 따른 키메라 단백질에 포함되는 vWF의 D'D3 도메인은 서열번호 02를 기준으로 742번 내지 1248번 아미노산 또는 이와 적어도 60%, 70%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 100% 상동성을 나타내고, 본원에 따른 재조합 FVIII에 대한 내인성 vWF의 결합을 방지한다.
앞서 언급한 바와 같이 본원에 따른 키메라 단백질은 FVIII의 경쇄 및 중쇄를 하나의 폴리펩타이드로 발현하는 단일 폴리펩타이드 또는 경쇄 및 중쇄 각각을 별개의 폴리펩타이드로 발현하는 이중 폴리펩타이드로 구현될 수 있다.
도 2a를 참조하면 본원에 따른 키메라 단백질이 단쇄 또는 단일 폴리펩타이드로 구현되는 경우, vWF D’D3 도메인은 FVIII의 N- 또는 C- 말단 방향에 위치할 수 있으며, 체내에서 D’D3의 분리를 위해 효소절단 부위를 포함하는 아미노산 링커(또는 연결체)로 연결될 수 있다.
일 구현예에서 본원에 따른 키메라 단백질에 포함되는 FVIII과 D'D3 도메인은 연결체로서 [G4S]n 의 아미노산 서열로 표시되는(상기 식에서 G는 글라이신, S는 세린이고, n은 1 내지 100 사이 정수) 연결체와 연결될 수 있으며, 상기 연결체는 효소절단 부위를 포함한다. 연결체는 D’D3와 FVIII를 연결하며, D’D3가 FVIII의 vWF 결합 위치에 정확하게 결합할 수 있게 유연성을 부여해 주는 기능을 갖고 있다. 구체적으로 본원에서는 D’D3를 FVIII에 융합시킬 수 있는 위치는 FVIII 중쇄의 N-말단, C-말단, FVIII 경쇄의 N-말단 또는 C-말단 이고, D’D3 도메인에서 N-말단에 해당하는 D’도메인이 FVIII의 A3 도메인 쪽에 결합하고, D3 도메인이 FVIII의 C2 도메인 쪽에 결합하는 것을 고려하면, FVIII 경쇄의 C-말단에 D’D3를 융합시켰을 때가 D’도메인과 FVIII의 A3 도메인의 거리가 가장 멀 때인 것으로 분석되었다. 따라서 D’D3를 FVIII에 융합시킬 때 D’D3가 FVIII에 제대로 잘 결합하게 하기 위해서 유연성 있는 링커를 선택하였다. 그리고 기존에 발표된 FVIII의 결정구조를 근거로 C2 도메인의 C-말단부터 A3 도메인의 N-말단까지 직선 거리를 측정하고, 이 거리를 아미노산 개수로 환산하여 링커의 길이를 선별하였다. 그렇기 때문에 링커의 길이가 상기 직선 거리보다 짧게 되면, D’도메인이 FVIII의 A3 도메인까지 가지 못 하기 때문에 상기 연결체의 길이가 너무 짧으면 D’D3가 FVIII 결합 위치에 정확하게 결합할 수 없다. 그러므로 상술한 조건을 만족하는 충분한 길이의 연결체가 필요하다. D’D3를 융합 하는 위치에 따라 상기 연결체의 최적 길이는 변할 수 있다. 이러한 기능을 갖는 한 다양한 길이의 연결체가 사용될 수 있다. 일 구현예에서는 n은 최소 4이다. 다른 구현예는 상기 식에서 n은 4, 6, 8, 10, 16, 21, 22 또는 58 일 수 있다.
또한, 상기 연결체는 효소절단 부위를 포함하고 있기 때문에 FVIII이 활성화 될 때, vWF D’D3, 또는 vWF D’D3 및 연결체가 FVIII으로부터 잘려 나갈 수 있게 해주는 기능도 갖고 있다.
본원에 따른 연결체에 포함되는 효소절단 부위는 연결체의 N- 또는 C-말단 방향에 연결될 수 있다.
본원에 따른 일 구현예에서 효소절단부위는 트롬빈에 의해 절단될 수 있는 부위로, 이러한 부위는 DFLAEGGGVR (서열번호 36), TTKIKPR (서열번호 37), 또는 LVPRGS (서열번호 38)로 표시될 수 있다. 이 경우, 본원에 따른 키메라 단백질은 투여시 체내에서 트롬빈에 의해 절단되어 FVIIIa로 활성화되고 활성화 IX 인자(FIXa)와 함께 X 인자를 활성화하여 활성화 X 인자(FXa)로 전환시킨다.
또한, 본원에 따른 연결체에 포함될 수 있는 효소절단부위는 트롬빈 외에 coagulant cascade에 있는 FVIIa, FXa, 또는 FXIa에 의해 잘릴 수 있는 부위도 포함될 수 있으며, 이러한 부위는 ASKPQGRIVGG (서열번호 39), IDGR (서열번호 40), IEGR (서열번호 41), SKLTRAETVF (서열번호 42)로 표시될 수 있다.
본원에 따른 일 구현예에서 효소절단 부위는 링커의 N-말단 방향 쪽에 포함되며, 트롬빈과 같은 효소에 의해 이 부위가 잘리면 연결체와 D'D3 도메인이 FVIII으로부터 분리된다.
본원에 따른 다른 구현예에서는 효소절단 부위는 링커의 C-말단 방향에 포함되며, 트롬빈에 의해 이 부위가 잘리어 연결체와 D’D3 도메인이 FVIII으로부터 분리된다.
도 2b를 참조하면, 앞서 언급한 바와 같이 본원에 따른 키메라 단백질은 중쇄 및 경쇄 각각이 별개의 폴리펩타이드로 발현되는 이쇄 또는 제 1 및 제 2의 두 개의 폴리펩타이드의 형태로 구현되며, 이 경우, 경쇄와 중쇄는 금속 이온 매개 비공유 결합에 의해 회합될 수 있다.
본원에 따른 키메라 단백질이 이쇄로 구현되는 경우, 제 1 폴리펩타이드는 FVIII의 중쇄 A1, A2 및 B 도메인의 전부 또는 일부를 포함하고, 제2 폴리펩타이드는 FVIII의 경쇄 A3, C1, C2 및/또는 B 도메인의 일부를 포함한다.
본원에 따른 단백질이 이쇄로 구현되는 경우 제 1 폴리펩타이드에 포함되는 B 도메인은 앞서 언급한 바 및 후술하는 바를 참조할 수 있다.
본원에 따른 단백질이 이쇄로 구현되는 경우 제 2 폴리펩타이드에는 B 도메인이 포함되지 않을 수 있거나 또는 B 도메인의 일부가 사용될 수 있다. 후자의 경우, 예를 들면 B 도메인 C-말단 잔기부터 N-말단 방향으로 86개의 잔기를 포함한다. 제 2 폴리펩타이드로 발현된 B 도메인 일부는 세포외로 분비될 때 떨어져 나간다.
본원에 따른 키메라 단백질이 이쇄로 구현되는 경우, vWF D’D3 도메인은 제 1 폴리펩타이드의 C 말단 방향에 연결된다. 이 경우 B 도메인이 일종의 연결체로서 작용할 수 있다. 또한 본원에 따른 단백질이 이쇄로 구현되는 경우, 단쇄로 발현되는 경우와 비교하여 동일하거나 또는 긴 길이의 B 도메인이 사용될 수 있다.
본원에 따른 일 구현예에서 단쇄의 경우 서열번호 1의 서열을 기준으로 741-902 및 1654-1689 잔기의 B 도메인이 사용되고, 이쇄의 경우 서열번호 01을 기준으로 741-936의 196개 잔기 길이의 B 도메인이 사용된다. 이쇄로 발현되는 경우 B 도메인에 D’도메인이 연결될 수 있고, 본 이론으로 제한되는 것은 아니나, 융합되는 단백질간의 연결이 구조적으로 보다 자연스럽게 이어주기 위함이다. 구체적으로 일 구현예에서 본원에 채용된 196개 B 도메인의 C-말단의 아미노산 잔기 서열은 - SGGPLSLS이다. D’도메인의 N-말단의 아미노산 서열은 SLSCR PPMVKLVCPA- 로 시작한다. 따라서 상기 SLS의 3개의 아미노산 잔기가 겹쳐지도록 하기 위해 196개의 B 도메인이 사용되었다. 196개의 B 도메인은 -SGGPLSLS 중에 SGGPL 잔기까지만을 포함하여 계산한 것이다.
본원에 따른 키메라 단백질은 vWF D’D3를 하나 이상 포함할 수 있다.
D’D3는 vWF의 N-말단에 위치한 2개의 도메인으로, D3 도메인은 실제 다른 분자의 vWF와 D3 도메인을 통해 이량체를 형성한다. 따라서 본원에서는 D’D3를 단량체 또는 이량체 형태로 FVIII에 융합될 수 있다.
복수개의 vWF D’D3를 포함하는 경우, 예를 들면 두 개를 포함하는 경우, 제 1 D’D3는 FVIII에 연결되고, 제 2 D’D3는 제 1 D’D3에 연결되는 방식으로 구현될 수 있다.
복수개의 vWF D’D3를 포함하는 경우, 제 1 및 제 2 D’D3는 연결체를 통해서 연결될 수 있거나, 또는 제 2 D’D3는 별개로 발현되어, 키메라 단백질과 복합체(complex)를 형성하도록 할 수 있다. 예를 들면 scFVIII/D’D3/D’D3-120 키메라 단백질에서와 같이 연결체를 이용하여 연결되는 경우, 상기 연결체는 앞서 언급한 바를 참조할 수 있으나 효소절단 부위는 포함하지 않는다.
또한 D’D3를 dimer 형태로 사용하는 경우 D’D3는 D3 도메인에 있는 S-S bond를 통해 이량체가 형성될 수 있다. 복수개의 D’D3를 예를 들면 이쇄의 경우와 같이 별개의 벡터에서 발현하는 경우, FVIII-D’D3의 DNA와 D’D3 DNA를 하나의 세포에서 동시 발현시켜, 세포내에서 D’D3끼리 이량체가 만들어 지고, 세포 밖으로 분비되게 한 후, 이를 분리 정제하여 사용할 수 있다.
나아가 본원에 따른 키메라 단백질은 하나 이상의 Fc 단백질을 추가로 포함할 수 있다. Fc를 추가로 D’D3와 함께 FVIII에 융합하게 되면, D’D3에 의해 혈중 vWF가 결합하지 못 하는 효과와 함께 Fc에 의해 FcRn 리사이클링을 통한 반감기 증가 효과를 추가로 기대 할 수 있다. 일 구현예에서는 특히 약 50 kDa 정도 되는 Fc가 융합되며, Fc에 의한 입체적 방해(steric hindrance)에 의해 혈중 vWF가 이 물질에 결합하는 것을 더욱 어렵게 할 수 있다.
따라서, 위와 같은 기능을 본원에 따른 목적을 달성하는 한 다양한 길이 및 유래의 Fc가 포함될 수 있다. 본원에 따른 일 구현예에서는 서열번호 22로 표시되는 Fc, 인간 기원의 IgG 유래의 Fc가 사용된다.
본원에 따른 키메라 단백질이 단쇄로 구현되는 경우, Fc는 vWF D’D3에 연결될 수 있다. 이 경우 연결체를 이용하여 연결될 수 있으며, 상기 연결체는 앞서 언급한 바를 참조할 수 있으나 효소절단 부위는 포함하지 않는다.
본원에 따른 키메라 단백질이 이쇄로 구현되는 경우, Fc는 중쇄의 일부로 발현되는 vWF D’D3에 및/또는 경쇄의 C 말단 방향에 연결될 수 있다. 이 경우 연결체를 이용하여 연결될 수 있으며, 상기 연결체는 앞서 언급한 바를 참조할 수 있으며, 특히 경쇄에 연결되는 경우에는 효소절단 부위를 포함하며, D’D3에 연결되는 경우에는 효소절단 부위는 포함하지 않는다.
본원에 따른 키메라 단백질에 두 개 이상의 Fc가 포함될 수 있다.
복수개의 Fc를 포함하는 경우, 예를 들면 두 개를 포함하는 경우, 일 구현예에서 제 1 Fc는 키메라 FVIII에 연결되고, 제 2 Fc는 제 1 Fc에 연결되는 방식으로 구현될 수 있다. 다른 구현예에서 제 1 Fc는 이쇄로 발현되는 키메라 FVIII의 중쇄에 연결되고, 제 2 Fc는 경쇄에(그 역순도 가능) 연결되는 방식으로 구현될 수 있으며, 이 경우 복수의 Fc 간에 이량체와 같은 복합체가 형성될 수 있다.
복수개의 Fc를 포함하는 경우, 제 1 및 제 2 Fc는 연결체를 통해서 연결될 수 있거나, 또는 제 2 Fc는 하나의 세포에서 별개의 벡터로 발현되고, 세포 내에서 Fc 간에 이량체가 만들어지고, 이후 세포 외로 분비된 것을 정제하여 사용할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 본원에 따른 키메라 단백질은 단쇄 또는 이쇄로 구현될 수 있다.
일 구현예에서 본원에 따른 단쇄의 키메라 단백질은 서열번호 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21 또는 25로 표시될 수 있다. 상기 단백질은 별개의 D’D3 및/또는 Fc와 복합체를 형성할 수 있으며, 일 구현예에서 서열번호 19의 키메라 단백질은 서열번호 20으로 표시되는 하나 이상의 D’D3와 복합체를 형성할 수 있으며, 또는 서열번호 21의 키메라 단백질은 서열번호 22로 표시되는 하나 이상의 Fc와 복합체를 형성할 수 있다.
일 구현예에서 본원에 따른 이쇄의 키메라 단백질은 서열번호 4 및 5 (각각 중쇄 및 경쇄), 서열번호 23 및 24 (각각 중쇄 및 경쇄), 서열번호 26 및 27 (각각 중쇄 및 경쇄), 서열번호 28 및 29 (각각 중쇄 및 경쇄), 서열번호 30 및 31 (각각 중쇄 및 경쇄), 서열번호 32 및 33 (각각 중쇄 및 경쇄), 또는 서열번호 34 및 35 (각각 중쇄 및 경쇄)로 표시될 수 있다. 상기 단백질은 별개의 D’D3 및/또는 Fc와 복합체를 형성할 수 있으며, 일 구현예에서 서열번호 28 및 29 (각각 중쇄 및 경쇄) 또는 서열번호 32 및 33 (각각 중쇄 및 경쇄)의 키메라 단백질은 서열번호 22로 표시되는 하나 이상의 Fc와 복합체를 형성할 수 있다.
본원에는 상술한 서열번호 04 내지 35로 표시되는 아미노산 서열은 물론 이와 90% 이상 상동성 또는 실질적으로 동일한 서열의 단백질도 포함된다.
이러한 실질적 동일성 또는 상동성은 당업계에 공지된 서열비교 방법을 이용하여 결정될 수 있다. 본원에 개시된 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 80% 상동성, 특히 85% 이상, 더욱 특히 90%, 더더욱 특히 95% 이상의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다. 서열비교를 위한 얼라인먼트 방법은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들면 Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. (1981) 2:482; Needleman and Wunsch, J. Mol. Bio. (1970) 48:443; Pearson and Lipman, Methods in Mol. Biol. (1988) 24: 307-31; Higgins and Sharp, Gene (1988) 73:237-44; Higgins and Sharp, CABIOS (1989) 5:151-3; Corpet et al., Nuc. Acids Res. (1988) 16:10881-90; Huang et al., Comp. Appl. BioSci. (1992) 8:155-65 및 Pearson et al., Meth. Mol. Biol. (1994) 24:307-31에 개시되어 있다. NCBI Basic Local Alignment Search Tool(BLAST)(Altschul et al., J. Mol. Biol. (1990) 215:403-10)은 NCBI 등에서 접근 가능하며, blast, blastp, blasm, blastx, tblastn 및 tblastx와 같은 서열 분석 프로그램과 연동되어 이용할 수 있다. BLSAT는 www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/에서 접속 가능하며, 이 프로그램을 이용한 서열 상동성 비교 방법은 www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html에서 확인할 수 있다.
본원에 따른 키메라 단백질은 반감기 측면에서 야생형의 FVIII와 비교하여 최소 1.5배, 최소 2배, 최소 3배 이상의 반감기가 향상된 것이다. 반감기를 측정하는 방법은 개시되어 있으며, 당업자라면 본원의 기재, 당업계의 기술 및 참고문헌의 기재를 고려하여 적절한 방법을 선택하여 반감기 및 활성을 측정하고 이에 기반하여 본원의 범위에 포함되는 키메라단백질을 결정할 수 있을 것이다.
다른 양태에서 본원은 또한 본원에 개시된 키메라 단백질을 코딩하는 핵산분자 또는 폴리뉴클레오타이드, 상기 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 벡터 또는 상기 벡터로 형질전환된 세포(주)에 관한 것이다.
본원에 따른 핵산분자는, 본원에 따른 키메라 단백질이 발현되는 세포의 종류에 맞추어 코돈최적화(Codon optimized) 된 것을 포함하는 것이다. 본원에 따른 일 구현예에서는 CHO 코돈에 최적화되며, 이러한 핵산 서열은 서열번호 58, 59, 60, 62, 63, 64, 65, 또는 66의 서열로 표시될 수 있다.
본원에 따른 키메라 단백질을 코딩하는 핵산분자는 또한 상술한 바와 같이 실질적으로 동일한 생물학적 균등물에 해당하는 FVIII을 코딩하는 것을 또한 포함하는 것이다.
또한 본원에 따른 키메라단백질을 코딩하는 핵산분자는 다양한 목적을 위해 다양한 발현 벡터에 클로닝되어 사용될 수 있다. 발현 벡터의 구체적 구성은 본원에 따른 키메라단백질을 발현하고자 하는 숙주 세포에 따라 달라질 수 있으나, 본원에 따른 핵산분자의 mRNA로의 발현 또는 mRNA의 단백질로의 발현을 조절하는 서열, 예를 들면 프로모터 및/또는 인핸서 등과 같은 조절서열을 포함한다. 이러한 또는 다양한 다른 목적으로 사용될 수 있는 다양한 벡터 및 조절서열이 공지되어 있으며, 당업자라면 본원의 구체적 목적 및 효과를 고려하여 적절한 것으로 선택할 수 있을 것이며, 예를 들면 본원의 실시예 및 도면에 기재된 것을 포함할 수 있으나 이로 제한하는 것은 아니다.
본원에 따른 키메라 단백질을 코딩하는 핵산분자를 포함하는 벡터는 당업계에 공지된 방법을 통하여 제조될 수 있으며, 예를 들면 본원에 따른 키메라 단백질을 코딩하는 핵산분자를 벡터의 프로모터 및/또는 인핸서에 작동 가능하게 연결한다. 일 구현예에서는 세포에서 외래 유전자를 발현시킬 수 있는 재조합 발현 벡터에 삽입되며, 이러한 벡터의 예로는 pMSGneo, pcDNA3.1(+) 등 일반 단백질 발현 벡터를 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. pMSGneo 벡터의 경우 핵 기질(nuclear matrix)에 결합하는 MAR(Matrix attachment region) 인자가 포함된 발현 벡터로서, 상기 MAR 인자는 발현 벡터에 사용되는 경우 위치-독립적 발현(position-independent expression)을 유도하여 유전자 발현을 증대시키는 역할을 한다. 따라서, pMSGneo 벡터를 이용하는 경우 안정적이고 높은 발현량을 얻을 수 있다. 또한, pcDNA3.1(+) 벡터는 강력한 CMV 프로모터가 함유되어 있어 단백질 발현에 널리 사용되고 있다. 본원에 따른 일 구현예에서는 도 3에 기재된 것이 사용된다. 본원에 따른 키메라단백질은 상술한 바와 같이 단일 폴리펩타이드 또는 두 개의 폴리펩타이드로 발현될 수 있다.
또한, 본원에 따른 키메라 단백질을 코딩하는 핵산분자를 포함하는 상기 재조합 발현 벡터는 다양한 목적을 위해 적절한 숙주세포에 형질 전환될 수 있다. 숙주세포는 본원에 따른 벡터의 증폭 및/또는 벡터에 포함된 핵산분자가 발현될 수 있는, 원핵 및 진핵 세포를 모두 포함하는 것이다. 이러한 목적으로 사용될 수 있는 다양한 세포가 공지되어 있으며, 당업자라면 본원의 구체적 목적 및 효과를 고려하여 적절한 것으로 선택할 수 있을 것이며, 예를 들면 본원의 실시예 및 도면에 기재된 것을 포함할 수 있으나 이로 제한하는 것은 아니다. 예를 들면 대장균(E.coli), 포유동물 세포(Mammalian cell), 효모(Yeast), 식물 세포(Plant cell), 곤충 세포(Insect cell)를 포함한다. 본원에 따른 일 구현예에서는 재조합 FVIII의 발현을 위해, 진핵세포, 특히 포유동물 세포주가 사용된다. 당업자라면 본원에 따른 재조합 FVIII의 특징을 고려하여 이러한 특징을 갖는 단백질을 발현할 수 있는 적절한 세포주를 선별할 수 있을 것이며, 예를 들면 이러한 포유동물 세포주로는 당업계에 공지된 CHO, BHK, COS7, HEK 세포주 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, CHO 세포주, 특히 CHO-S 세포주 또는 CHO-K1 세포주 또는 CHO-DG44 세포주, 또는 HEK 세포주 특히 HEK293 세포주가 사용될 수 있으나 이로 제한하는 것은 아니다.
본원에 따른 벡터는 발현을 위해 상기와 같은 숙주세포로 전달된다. 이러한 숙주세포로의 벡터의 전달 방법은 당업계에 알려져 있으며, 예를 들면, 칼슘포스페이트 침전법, 샷건 방법, 리포좀을 이용한 방법, 나노니들 또는 전기천공법등 당업계의 공지된 방법을 이용하여 수행될 수 있으나, 이로 제한하는 것은 아니다.
다른 양태에서 본원은 또한 상술한 본원에 따른 벡터를 진핵세포에 전달이입하는 단계; 상기 세포를 배양액 중에서 배양하는 단계; 상기 배양액을 수집하여 시스테인(cysteine) 도입된 키메라 단백질을 정제하는 단계; 및 상기 정제된 시스테인(cysteine) 도입된 단백질을 페길화 완충액으로 처리하는 단계; 도입된 시스테인(cysteine)의 자유 티올기를 환원 과정을 통해 복원하는 단계; 환원 과정 중 분리된 키메라 단백질 내부의 이황화 결합을 복원하기 위하여 산화시키는 단계; 환원형의 티올기로 복원된 키메라 단백질 시스테인(cysteine)에 특이적으로 페길화시키는 단계 및 페길화 키메라 단백질을 분리하는 단계를 포함하는, 키메라 단백질의 생산방법에 관한 것이다.
본원에 따른 방법에 사용되는 구체적인 벡터, 세포 및 각 단계의 처리 과정은 본원 실시예에 기재된 것을 참고할 수 있다.
본원에 따른 키메라 단백질은 혈액응고가 필요한 질환, 혈우병, 특히 혈우병 A 환자의 혈액응고 또는 혈우병 A의 치료에 유용하게 사용될 수 있다.
이에 다른 양태에서 본원은 또한 상술한 바와 같은 본원에 따른 키메라 단백질, 이를 코딩하는 핵산 분자, 이를 포함하는 벡터, 또는 상기 핵산분자 또는 벡터를 포함하는 세포, 또는 상기 구성에 및 약학적으로 허용 가능한 담체를 포함하는 약학적 조성물을 혈우병 환자 특히 A형 환자 또는 혈액의 응고가 필요한 환자에게 치료적으로 유효한 양으로 투여하는 단계를 포함하는 혈우병, 특히 A형 혈우병의 치료 방법 또는 혈액응고 방법에 관한 것이다.
본원에 따른 키메라 단백질 또는 이를 코딩하는 핵산 분자 또는 이를 코딩하는 벡터는 약학적으로 허용 가능한 담체를 함께 포함하는 혈우병, 특히 A형 혈우병의 치료용 약학 조성물의 형태로 제공될 수 있다.
또한 본원의 약학 조성물은 단독으로, 또는 기타 약물치료 및 생물학적 반응조절제를 사용하는 방법들과 병용하여 사용할 수 있다.
본원의 조성물은 상기 언급한 유효성분 이외에 추가로 약학적 또는 생리학적으로 허용 가능한 담체를 1종 이상 포함하여 제조할 수 있다.
본원에서 사용된 용어 담체란 사용되는 투여량 및 농도에 노출되는 세포 또는 포유동물에 무독성인 약학적으로 허용 가능한 담체, 부형제, 또는 안정화제를 의미하는 것이다. 이러한 담체의 예로는 식염수, 링거액, 완충 식염수, 포스페이트, 시트레이트 및 다른 유기산과 같은 완충액, 아스코르브산을 비롯한 산화방지제, 저분자량(약 10 잔기 미만) 폴리펩타이드, 단백질, 예를 들어 혈청 알부민, 젤라틴 또는 면역글로불린; 친수성 중합체, 예를 들어 폴리비닐피롤리돈, 아미노산, 예를 들어 글리신, 글루타민, 아스파라긴, 아르기닌 또는 라이신, 단당류, 이당류 및 글루코스, 만노스 또는 덱스트린을 비롯한 기타 탄수화물, 킬레이트화제, 예를 들어 EDTA, 당 알콜, 예를 들어 만니톨또는 소르비톨, 염 형성 카운터 이온, 예를 들어 나트륨, 및(또는) 비 이온계 계면활성제, 예를 들어 트윈, 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 및 플루로닉스(PLURONICS)를 들 수 있다.
필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 또한 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형으로 제제화할 수 있다. 더 나아가 당해 기술분야의 적정한 방법으로 또는 레밍턴의 문헌(Remington's Pharmaceutical Science(최근판), Mack Publishing Company, Easton PA)에 개시되어 있는 방법을 이용하여 각 질환에 따라 또는 성분에 따라 바람직하게 제형화할 수 있다.
본원의 조성물은 목적하는 방법에 따라 특히 비경구투여(예를 들어, 정맥 내, 피하, 복강 내)가 바람직하다. 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 시간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.
본원에 따른 조성물은 치료적으로 유효한 양으로 투여된다. 본원에서, "치료적으로 유효한 양"은 의학적 치료에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료하기에 충분한 양을 의미하며, 유효용량 수준은 환자의 질환의 종류, 중증도, 약물의 활성, 약물에 대한 민감도, 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본원의 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있으며, 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 상기한 요소들을 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하며, 이는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어, "치료"란 본 발명의 조성물의 투여에 의해 질환에 의한 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다. 본원에 따른 방법이 사용되는 대상체는 인간을 포함하는 영장류이나, 이로 제한하는 것은 아니다.
본원에 따른 재조합 키메라 단백질은 그 자체 또는 상술한 바와 같은 조성물의 형태로 혈우병 또는 혈액응고가 필요한 대상체에게 치료적으로 유효한 양으로 투여되어, 혈액 응고 방법 또는 혈우병의 치료 방법의 형태로 제공될 수 있으며, 앞서 기재한 바를 참고할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1. 키메라 FVIII 구축
실시예 1-1. scFVIII (single-chain FVIII) 제작
단쇄 형태로 발현되는 FVIII의 구축을 위해, furin 절단 위치인 1648 잔기(전장 FVIII 아미노산 서열을 나타내는 서열번호 01의 아미노산 서열기준)를 포함하는 B 도메인의 일부가 결실된 FVIII를 구축하였다. 구축된 각각의 scFVIII은 B 도메인의 N-말단(서열번호 01의 741번째 아미노산 잔기)로부터 특정 길이의 B 도메인을 포함하고 포함된 B 도메인은 원래 보유하고 있는 당쇄를 그대로 포함하도록 제작되었으며, 위치 특이적 페길화(site-specific PEGylation)를 위해 B 도메인에 위치한 782번 아이소루이신 잔기를 시스테인으로 개질하였다.
제조 방법은 다음과 같다.
하기 표 1의 B 도메인이 결실된 각 scFVIII은 인간 FVIII 핵산서열 (NM000132)을 기준으로 합성하였다. 먼저 scFVIII 유전자 발현벡터를 제조하기 위하여 인간 FVIII 핵산서열(NM000132)을 기준으로 CSL 형태(Leader-중쇄-B 도메인 (741-764, 1653-1689)-경쇄)를 5’에 NotI-AsisI과 3’에 PacI-XhoI 효소절단 부위를 포함하도록 GeneArt 사를 통해 유전자 전체를 합성하였다. 합성된 유전자를 pcDSW 벡터의 NotI/XhoI site에 클로닝하여 pcDSW-CSL 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 AsisI/PacI 효소를 이용하여 절단 후 절단된 밴드 크기 비교를 통해 확인하였다. 이후 B 도메인이 결실된 각 scFVIII는 FVIII 중쇄의 A2 도메인 내에 존재하는 BamHI site (GGATCC) 부터 경쇄 3’에 PacI 효소절단 부위를 포함하도록 GeneArt 사를 통해 유전자를 합성한 후 기존에 완성된 pcDSW-CSL 발현벡터를 효소 BamHI/PacI을 이용하여 기존 FVIII의 해당 부위를 제거한 후 합성된 유전자를 BamHI/PacI site로 자르고 pcDSW-CSL 발현벡터의 BamHI/PacI site에 클로닝하여 pcDSW-scFVIII 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 BamHI/PacI 효소를 이용하여 절단 후 크기 비교를 통해 확인하였다.
[표 1] scFVIII constructed in the present disclosure
Cysteine이 도입된 scFVIII G4 (B3, 서열번호 3)은 cysteine 치환 부위 및 FVIII 중쇄 A2 도메인 내에 존재하는 BamHI site (GGATCC) 부터 경쇄 말단 3’에 PacI 효소절단 부위가 포함되도록 GeneArt 사를 통해 유전자를 합성한 후, 앞에서 제작한 발현벡터 pcDSW-scFVIII G4에 효소 BamHI/PacI을 이용하여 기존 FVIII의 해당 부위를 제거한 후, 합성된 유전자를 BamHI/PacI site에 클로닝하여 cysteine이 치환된 pcDSW-scFVIII G4 (B3) 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 서열분석을 통해 확인하였다.
실시예 1-2. dcFVIII (dual-chain FVIII) 제작
D’D3를 포함하는 이량체 형태로 발현되는 FVIII 구축을 위해 D’D3를 포함하는 중쇄와 경쇄를 각각 다른 벡터를 이용하여 하나의 세포에서 발현시켰다. D’D3를 포함하는 중쇄에는 실시예 1-1에서 사용한 B3에 해당하는 B 도메인이 포함되어 있으며, 경쇄는 대한민국 특허 제251286호에 기재된 경쇄를 발현하는 벡터를 참고하여 만들었다.
실시예 1-3. 키메라 FVIII 제작
키메라 FVIII은 실시예 1-1과 1-2에서 만든 단쇄 FVIII과 이량체 FVIII을 기본으로 하여 D’D3를 1개 또는 2개를 융합 하였으며, 융합한 D’D3가 FVIII에 적절히 결합할 수 있게 링커를 사용하였다. 링커는 FVIII의 B 도메인 일부를 사용하거나 [G4S]n 를 이용하였다. 또한 일부는 상기에 명시한 구성에 Fc까지 포함하였다 (도 2, 도 3, 표 2).
[표 2] 본원에서 제작한 키메라 FVIII
키메라 FVIII의 클로닝은 특허 실시예 1-1에서 기술한 scFVIII G4 (B3)를 이용하여 진행하였다. 서열번호 04의 FVIII 중쇄는 FVIII의 A2 도메인에 존재하는 KpnI 효소절단 부위부터 말단 3’에 PacI 효소절단 부위가 포함하도록 GeneArt 사를 통해 유전자를 합성한 후, 실시예 1-1에서 제작한 scFVIII G4 (B3) 발현벡터 pcDSW-scFVIII G4 (B3)에 효소 KpnI/PacI을 이용하여 기존 FVIII의 해당 부위를 제거한 후 합성된 유전자를 KpnI/PacI에 클로닝하여 서열번호 04의 중쇄에 해당하는 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 효소 절단을 통한 길이 분석을 통해 확인하였다. 서열번호 05 경쇄는 5’에 AsisI-Leader 서열과 FVIII 경쇄 C1 도메인에 존재하는 BspEI 효소절단 부위까지 포함하도록 GeneArt 사를 통해 유전자를 합성한 후 실시예 1-1에 제작한 scFVIII G4 (B3) 발현벡터 pcDSW-scFVIII G4 (B3)에 효소 AsiSI/BspEI을 이용하여 기존 FVIII의 해당 부위를 제거한 후 합성된 유전자를 AsiSI/BspEI site에 클로닝하여 서열번호 05의 경쇄에 해당하는 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 효소 절단을 통한 길이 분석을 통해 확인하였다. 서열번호 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16은 FVIII 경쇄의 C1 도메인에 존재하는 BspEI 효소 부위 서열부터 말단 3’에 PacI 효소절단 부위가 포함되도록 GeneArt 사를 통해 유전자를 합성한 후 실시예 1-1에서 제작한 scFVIII G4 (B3) 발현벡터 pcDSW-scFVIII G4 (B3)에 효소 BspEI/PacI을 이용하여 기존 FVIII의 해당 부위를 제거한 후 합성된 유전자를 BspEI/PacI site에 클로닝하여 서열번호 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16에 해당하는 키메라 FVIII 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 효소 절단을 통한 길이 분석 및 서열분석을 통해 확인하였다. 서열번호 14와 비교하여 서열번호 15로 표시되는 펩타이드는 링커에 있는 트롬빈 절단부위의 위치가 상이하고, 서열번호 16으로 표시되는 펩타이드는 트롬빈 절단부위의 위치 및 링커의 서열자체가 상이하며, 이를 각각 TH1 및 TH2로 표시하였다.
서열번호 17, 18, 21은 FVIII 경쇄 C1 도메인에 존재하는 BspEI 효소 부위 서열부터 말단 3’에 PacI 효소절단 부위가 포함되도록 코스모진텍사를 통해 CHO 코돈 최적화 및 유전자를 합성한 후 실시예 1-1에서 제작한 scFVIII G4 (B3) 발현벡터 pcDSW-scFVIII G4 (B3)에 효소 BspEI/PacI을 이용하여 기존 FVIII의 해당 부위를 제거한 후 합성된 유전자를 BspEI/PacI site에 클로닝하여 서열번호 17, 18, 21에 해당하는 키메라 FVIII 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 효소 절단을 통한 길이 분석을 통해 확인하였다.
서열번호 19는 5’에 NotI-AsiSI 효소절단 부위를 추가하고 FVIII 중쇄 A1 도메인에 존재하는 AflII 효소절단 부위까지 포함되도록 코스모진텍사를 통해 CHO 코돈 최적화 및 유전자를 합성한 후, 실시예 1-1에서 제작한 scFVIII G4 (B3) 발현벡터 pcDSW-scFVIII G4 (B3)에 효소 AsiSI/AflII을 이용하여 기존 FVIII의 해당 부위를 제거한 후 합성된 유전자를 AsiSI/AflII site에 클로닝하여 서열번호 19에 해당하는 키메라 FVIII 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 효소 절단을 통한 길이 분석을 통해 확인하였다.
서열번호 20은 코스모진텍에서 합성된 서열번호 64로 표시되는 유전자를 효소 MfeI/XbaI을 이용하여 기존 해당 부위 유전자를 제거하고 합성된 서열번호 63으로 표시되는 유전자로부터 효소 MfeI/XbaI을 처리하고 인서트를 확보하여 MfeI/XbaI site에 일차 클로닝 하였다. 일차 클로닝 된 유전자를 발현 벡터로 옮기기 위하여 기 제작된 scFVIII G4 (B3) 발현벡터 pcDSW-scFVIII G4 (B3)에 효소 NotI/PacI을 이용하여 기존 FVIII의 해당 부위를 제거한 후 일차 클로닝 된 유전자를 효소 NotI/PacI으로 인서트를 절단하고 발현 벡터의 NotI/PacI site에 클로닝하여 서열번호 20에 해당하는 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 효소 절단을 통한 길이 분석을 통해 확인하였다.
서열번호 22는 5’에는 AsisI, 3’에는 PacI 효소절단 부위가 각 각 포함되도록 GeneArt 사를 통해 유전자를 합성한 후, 실시예 1-1에서 제작한 scFVIII G4 (B3) 발현벡터 pcDSW-scFVIII G4 (B3)에 효소 AsisI/PacI을 이용하여 기존 FVIII의 해당 부위를 제거한 후 합성된 유전자를 AsisI/PacI site에 클로닝하여 서열번호 22에 해당하는 발현 벡터를 구축하였고, 발현 벡터 구축의 정확성은 효소 절단을 통한 길이 분석을 통해 확인하였다.
이외에 서열번호 15는 CHO 형질전환 세포주를 제작하기 위하여 추가로 CHO 발현벡터를 제작하였다. 서열번호 15의 5’에는 AatII-AscI, 3’에는 BsiWI-PacI 효소절단 부위가 각각 포함되도록 본 유전자를 합성하거나 Biobasics 사, GeneArt 사 그리고 Genscript 사를 통해 CHO 발현에 최적화되도록 유전자를 합성하였다. CHO 발현벡터 pMSID2의 AscI/PacI site에 합성된 유전자를 클로닝하여 서열번호 15에 해당하는 CHO 발현 벡터를 구축하였다. 발현 벡터 구축의 정확성은 효소 절단을 통한 길이 분석을 통해 확인하였다.
실시예 2. 키메라 FVIII 발현
실시예 1에서 구축한 키메라 FVIII을 세포에서 발현하였으며, 발현된 세포는 세포배양배지로 배양된다. 우선 발현을 위해 실시예 1에서 구축한 발현 벡터를 Expi293F™ 세포에 Expi293F™ Expression System Kit (Thermofisher 사, Catalog Number A14635)을 사용하여 전달 이입하였다. 형질전환 방법 및 배양은 30mL scale 기준으로 아래와 같이 실시하였으며, 단백 필요량에 따라 실제 배양 부피는 조절하였다. 형질전환 수행 24시간 전에 Expi293F™ 세포를 2.0 X 106 cells/mL로 Expi293 배양배지를 이용하여 예상 필요량에 맞추어 계대배양 하였다. 형질전환 수행 당일, 세포 수와 세포 생존율(viability)을 측정하여 세포 생존율이 95% 이상일 경우 형질전환을 진행하였다. 125mL 플라스크에 7.5 X 107 cell 되도록 Expi293 배양배지를 첨가하여 25.5mL로 맞춰주었다. 실시예 1에서 구축한 발현 벡터 30μg를 Opti-MEM을 이용하여 총 볼륨이 1.5mL이 되도록 섞어주었다. 80μL transfection reagent 를 Opti-MEM을 이용하여 총 볼륨이 1.5mL이 되도록 섞어주고 상온에서 5분간 incubation 해주었다. 5분 후 transfection reagent가 들어있는 Opti-MEM을 DNA가 들어있는 Opti-MEM에 넣어주고 부드럽게 섞어주었다. 그리고 20 ~ 30분간 상온에서 반응시켜 주었다. 3mL의 DNA: transfection reagent 복합체를 미리 준비해 놓은 125mL flask Expi293F™ 세포에 (Total volume: 28.5mL) 한 방울씩 떨어뜨려주고 37℃, 5% CO2 shaking incubator에서 125 rpm으로 배양하였다. 16 ~ 20시간 후에 Enhancer 1과 Enhancer 2를 각각 150μL, 1.5mL을 넣어주고 34℃, 5% CO2 shaking incubator에서 125 rpm으로 배양하였다. 배양 2일째 세포를 모두 원심분리하여 기존의 배양배지를 완전히 제거하고 30mL의 새로운 배양배지에 세포를 모두 풀어준 후 34℃, 5% CO2 shaking incubator에서 125 rpm으로 배양하였다. 도입 3일차에 키메라 FVIII을 발현하는 세포를 모두 원심 분리하여 배양액을 회수하였다. 배지 회수 후 남은 세포를 동일한 부피의 새로운 배양배지에 세포를 모두 풀어준 후 1일간 34℃에서 배양을 실시하였다. 본 과정을 배양 5일차까지 반복하여 3일, 4일, 5일 배양액을 회수하여 cysteine 도입된 키메라 FVIII의 활성 분석 및 정제를 진행하였다. 위와 유사한 방법으로 CHO-DG44 세포에서 FVIII 발현을 진행하였다.
이외에 CHO 형질전환 세포주를 제작 및 키메라 FVIII을 발현하였다. 형질전환 수행 24시간 전에 CHO DG44 세포를 CDM4CHO 배지 (Hyclone 사, Catalog Number, SH30557.02)에서 5~6 x 105 cells/mL의 양으로 필요량에 맞추어 계대하였다. 형질전환 당일 125mL 플라스크에 1 x 107 cells/mL로 OptiPro 배지 (Thermo fisher 사, Catalog Number 12309-019)를 이용하여 3mL로 분주하였다. 실시 예 1에서 구축한 30μg의 CHO 발현 벡터를 OptiPro을 이용하여 총 볼륨이 1.5mL이 되도록 섞어주었다. 90μL PEI MAX(1 μg/μL)와 OptiPro을 이용하여 총 볼륨이 1.5mL이 되도록 섞어주었다. 5분 뒤에 PEI MAX가 포함된 1.5mL OptiPro을 DNA가 들어있는 1.5mL OptiPro에 넣어주고 부드럽게 섞어주어 30분간 상온에서 반응시켰다. DNA:PEI 복합체 3mL을 미리 준비한 CHO DG44세포에 한 방울씩 떨어뜨려 주었다. 37℃, 5% CO2 shaking incubator에서 140 rpm으로 4시간 동안 배양하였다. 24mL의 CDM4CHO 배지를 첨가하여 140 rpm으로 배양하고 48시간 후에 세포 선별을 수행하였다.
형질전환된 CHO DG44 세포를 20nM MTX가 포함된 CDM4CHO 배양 배지를 이용하여 T-175 플라스크에 5 x 106 cells/mL로 50mL 되도록 현탁하고 37℃, 5% CO2 incubator에서 7일간 정치 배양하였다. 만약, 세포수가 모자라면 총 볼륨을 줄이고 진행하였다. 선별 수행 7일 후 세포수를 측정하여 125mL 플라스크에 5 x 105 cells/mL로 20nM MTX가 포함된 배양 배지를 이용하여 계대하고 37℃, 5% CO2 shaking incubator에서 140 rpm으로 배양하였다. 3 ~ 4일 간격으로 125mL 플라스크에 계대 배양을 실시하고 세포 농도가 1 x 106 cells/mL, 생존율이 90% 이상일 경우 선별이 완료된 것으로 판단하였다.
키메라 FVIII 발현을 위하여 CHO 형질전환 세포주를 3 x 105 cells/mL로 접종하여 37℃, 5% CO2 shaking incubator에서 140 rpm으로 배양하였다. 배양 4일째 세포를 모두 원심 분리하여 기존의 배양 배지를 완전히 제거하고 동일 부피의 새로운 배양배지에 세포를 모두 풀어준 후 31℃, 5% CO2 shaking incubator에서 140 rpm 으로 1일간 배양하였다. 본 배지교환 및 배양과정을 배양 8일차까지 반복하고 6일, 7일 그리고 8일 배양액을 회수하여 키메라 FVIII의 활성 분석 및 정제를 진행하였다.
실시예 3. 키메라 FVIII 발현 확인
실시예 3-1. 키메라 FVIII 발현량 측정
많이 사용하는 FVIII 활성 측정 시험 방법은 one-stage clotting method와 chromogenic method 두 가지이다. 그 중 키메라 FVIII 발현량 측정은 chromogenic method를 이용하여 측정하였다. Chromogenic method는 FIXa, FX, thrombin, calcium, phospholipids와 FVIII 시료를 섞어 준 후, FVIII 시료에 의해 활성화 된 FXa의 양을 측정하기 위해 FXa에 의해 잘리면서 발색하는 chromogenic substrate를 넣어주고, chromogenic substrate의 발색 정도에 따라 FVIII의 활성을 측정하는 방법이다.
Chromogenic method의 실험 방법은 CHROMOGENIX(社)에서 판매하고 있는 chromogenic assay kit를 endpoint 방법으로 사용하였고, 제조사가 제공한 시험방법을 본 시험에 적합하게 변형하여 시험을 진행하였다. 시료를 1× 희석버퍼를 사용하여 standard range (0.25-1 IU/mL)에 들어 오도록 희석한다. 표준품 (calibration plasma)을 0, 0.25, 0.5, 1 IU/mL 농도가 되게 1× 희석버퍼를 이용하여 준비하였다. 이렇게 준비한 시료와 표준품 10μL를 1× 희석버퍼 790μL로 희석한 후, 96 well plate에 50μL씩 분주하고, 37℃에서 5분간 정치시켰다. Automatic dispenser pipette을 사용하여 factor reagent를 50μL씩 각 well에 분주한 후 2분간 37℃에서 2분간 반응 시켰다. 50μL substrate를 각 well에 분주한 후 2분간 37℃에서 2분간 정치하여 발색 시켰다. 발색된 시료에 50μL 2% citric acid를 넣어주어 반응을 정지 시켰다. 405nm 파장에서 흡광도를 측정하여 선형 calibration curve를 그린 후, 샘플의 흡광도를 calibration curve에 대입하여 시료의 활성을 측정하였다.
[표 3] 키메라 FVIII 발현량
D’D3를 융합 하기 전인 scFVIII-B3의 발현량은 1.6에서 8.0 IU/mL 사이로 측정되었었다. D’D3를 융합한 키메라 FVIII 중 단쇄 형태로 발현되는 경우 expression level이 D’D3를 융합하기 전인 scFVIII-B3와 유사한 것을 확인하였다. 하지만, 이량체로 발현되는 경우 expression level이 0.1 IU/mL로 기존 scFVIII-B3 보다 10배 이상 낮은 것을 확인하였으며, 측정된 결과는 표 3에 기재되었다.
실시예 3-2. 발현 패턴 분석
본원에 구축된 키메라 FVIII을 실시예 4에 따라 정제한 후, 정제 시료를 웨스턴블랏 분석을 통해 발현 패턴을 확인하였다.
배양액과 LDS sample buffer를 각각 3:1의 비율로 혼합하여 4-12% bis-tris (BT) 젤에 혼합한 시료 30μL를 로딩한 후 150 volt로 약 1시간 동안 러닝한다. 러닝이 완료된 젤을 nitrocellulose (NC) membrane에 transfer한 후, blocking 버퍼 (Thermo Scientific)에 한 시간 정치하였다. 제 8인자의 중쇄 (GMA-012, Green Mountain Antibodies), 경쇄 (ab41188, Abcam) 및 D’D3 (96340, Abcam)을 인식하는 primary 항체를 TBST 버퍼에 희석하여 제조한 후, blocking이 완료된 NC membrane과 1시간 반응시켰다. TBST 버퍼를 사용하여 5분 간격으로 3회 washing을 진행한다. Secondary 항체 (Goat anti-mouse IgG-HRP conjugate)는 TBST 버퍼로 희석하여 제조한 후, NC membrane과 10분간 반응시킨다. TBST 버퍼를 사용하여 5분 간격으로 5회 세척하였다. ECL Prime Western Blotting Detection Reagent을 뿌려주어 NC membrane을 발색시킨 후, 암실에서 Hyperfilm ECL (GE healthcare)에 membrane을 노출하여 현상하였다.
그 결과 단쇄로 발현되는 키메라 FVIII은 모두 본원에서 디자인 한 형태로 발현되는 것을 확인하였고, 링커 길이에 따른 발현 패턴 변화는 없는 것으로 나타났다 (도 5).
실시예 4. 키메라 FVIII 생산
키메라 FVIII의 생산 공정은 크게 5단계로 구성되어 있으며, 실시예 2에서 배양한 배양액을 이용하여 정제를 진행하였다.
첫 번째 단계에서는 배양액에서 키메라 FVIII을 분리정제 하는 공정으로 FVIII 정제용으로 GE에서 개발한 VIIISelect resin을 이용하였다. VIIISelect resin을 컬럼에 패킹한 후, 2% citric acid로 컬럼을 세척하였다. 평형 버퍼 (20 mM Histidine, 5 mM CaCl2, 1 M NaCl, 0.02% Tween® 80, pH 7.0)를 흘려주어 평형을 잡는다. 배양액에 최종 1 M NaCl 농도가 되도록 5 M NaCl 버퍼를 넣어주고, pH를 7.0으로 적정한 후, 컬럼에 로딩하였다. 배양액 로딩 후, 평형 버퍼를 UV가 baseline으로 떨어질 때까지 흘려주어 평형을 잡았다. 용출 버퍼 (20 mM Histidine, 5 mM CaCl2, 0.9 M Arginine, 45% propylene glycol, 0.02% Tween® 80, pH 6.5)를 흘려주어 키메라 FVIII을 용출하였다.
두 번째 단계에서는 첫 번째 단계의 용출액에 섞여 있는 propylene glycol을 제거해주고, 일부 섞여 있는 분순물을 제거해주는 공정으로 GE사의 Q fast flow resin을 이용하였다. Q fast flow resin을 컬럼에 패킹한 후, 세척 버퍼 (0.5 M NaOH, 1 M NaCl)를 흘려주어 컬럼을 세척하였다. 평형 버퍼 (20 mM Histidine, 5 mM CaCl2, 0.02% Tween® 80, pH 7.0)를 흘려주어 평형을 잡았다. VIIISelect 공정의 용출액을 평형 버퍼로 10배 희석한 후, pH를 7.0으로 적정하고, 컬럼에 로딩하였다. 로딩 후, 평형 버퍼를 UV가 baseline으로 떨어질 때까지 흘려주어 평형을 잡았다. 용출 버퍼 (20 mM Histidine, 5 mM CaCl2, 500 mM NaCl, 0.02% Tween® 80, pH 7.0)를 흘려주어 키메라 FVIII을 용출하였다.
세 번째 단계에서는 정제한 키메라 FVIII에 PEG를 접합시켜 주는 공정이다. 정제된 키메라 FVIII 용액에 최종농도가 0.1 mM이 되도록 TCEP를 첨가한 후 4℃에서 1시간 정치시켜 삽입한 cysteine을 환원시켰다. 페길화 버퍼 (20 mM Histidine, 5 mM CaCl2, 200 mM NaCl, 0.02% Tween® 80, pH 7.0)로 평형이 잡힌 PD-10 컬럼 (GE healthcare)을 사용하여 잔존 TCEP를 제거하였다. 환원된 키메라 FVIII 자체의 이황화 결합을 산화시켜주기 위하여 4℃에서 2시간 정치 시켰다. PEG 접합은 DMSO에 녹인 PEG 용액(50 mg/mL)을 단백질 당 PEG 비율을 1:20이 되도록 넣어준 후 4℃에서 12-16시간 정치시켰다.
네 번째 단계에서는 PEGylation 과정 중에 생긴 impurity인 PEG가 붙지 않은 키메라 FVIII과 PEG가 2개 이상 붙은 키메라 FVIII을 제거하는 공정으로 GE사의 Superdex 200 resin을 이용하였다. Pre-packing 된 superdex 200 컬럼에 평형 버퍼 (20 mM Histidine, 5 mM CaCl2, 200 mM NaCl, 0.02% Tween® 80, pH 7.0)를 흘려주어 평형을 잡았다. PEGylation 공정 시료를 sample loop를 이용하여 컬럼에 로딩하였다. 로딩 후, 평형 버퍼를 흘려주며 peak을 수집하고, SDS-PAGE로 분석하여 적절한 fraction을 풀링(pooling) 하였다.
다섯 번째 단계에서는 네 번째 단계에서 풀링한 페길화 키메라 FVIII을 농축하는 공정이다. 이를 위해 Millipore사의 amicon 30kDa를 이용하여 25 IU/mL 농도가 되게 농축을 하였다.
정제 정도와 페길화 정도를 분석하기 위하여 공정 중간 시료와 최종 시료에 대한 SDS-PAGE를 수행하였다 (도 4, 도 6). scFVIII/D’D3의 경우 linker 길이에 따른 정제 패턴은 거의 유사한 것을 확인할 수 있다. 첫 번째 공정인 VIIISelect 공정에서 대부분의 HCP가 제거 되는 것을 볼 수 있으며, 두 번째 공정인 Q FF 공정에서 monomer 형태인 scFVIII/D’D3만 정제 되는 것을 확인하였다. 그 후, PEGylation 공정을 진행 한 후, 정제한 결과 PEG-scFVIII/D’D3만 정제 된 것을 확인하였다.
실시예 5. 키메라 FVIII 물질 비역가(specific activity) 확인
키메라 FVIII의 비역가를 확인하기 위해 chromogenic method로 키메라 FVIII의 activity를 측정하였고, BSA를 standard로 사용하여 BCA 방법으로 키메라 FVIII의 단백정량을 측정하였다. 이렇게 측정한 activity 결과 값을 단백정량 값으로 나누어 주어 specific activity를 측정하였으며, 그 결과는 표 4와 같다.
[표 4] 키메라 FVIII 비역가(specific activity)
scFVIII/D’D3의 경우 linker 길이를 바꾸어 주어도 specific activity 값은 큰 차이가 없는 것을 확인하였으며, 본 실시예에서 측정한 specific activity는 다른 recombinant FVIII의 specific activity 값들과 유사한 것을 확인하였다.
실시예 6. 키메라 FVIII의 LRP, vWF binding affinity 측정 실험
키메라 FVIII과 LRP 또는 vWF와의 binding affinity를 ELISA 방법을 이용하여 측정하였다. vWF (HCVWF-0191, Haemtech, 200 μg/mL) 또는 LRP (#04-03, Biomac, 260 μg/mL)를 사용하여 96 well plate에 well 당 100μL씩 coating한 후, 상온에서 2시간 동안 정치한다. 2시간 incubation 후, PBS에 0.1% Tween® 20을 첨가한 washing buffer로 washing을 수행한다. PBS에 1% BSA를 첨가한 blocking buffer를 well 당 200μL씩 넣고, 상온에서 1시간 동안 incubation하여 blocking을 수행한다. 1시간 incubation 후, PBS에 0.1% Tween® 20을 첨가한 washing buffer로 washing을 수행한다. FVIII sample을 blocking buffer로 적절한 농도로 희석한 후, well 당 100μL씩 loading 후, 상온에서 1시간 동안 incubation 한다. PBS에 0.1% Tween® 20을 첨가한 washing buffer로 washing을 수행한다. Anti-Factor VIII biotin (SAF8C-APBIO, Affinity Biologicals, 100 μg/mL)을 blocking buffer로 1/2000 희석하여 well 당 100μL씩 loading 하고, 상온에서 1시간 동안 정치한다. PBS에 0.1% Tween® 20을 첨가한 washing buffer로 washing을 수행한다. Streptavidin-HRP (S2438, Sigma-Aldrich)를 blocking buffer로 1/3000 희석하여 well 당 100μL씩 loading 하고 상온에서 45분 동안 incubation 한다. PBS에 0.1% Tween® 20을 첨가한 washing buffer로 washing을 수행한다. TMB substrate (52-00-03, KPL)를 well 당 100μL씩 처리 후, 10분 동안 incubation 한다. Stop solution (1 N 황산)을 well 당 100μL씩 넣어주어 반응 정지시킨 후, 490 nm 흡광도를 측정한다.
실험 결과, 키메라 FVIII의 LRP, vWF에 대한 결합이 ADVATE® 보다 현저히 감소되는 것을 확인하였다. 또한, 키메라 FVIII이 페길화 되면 LRP, vWF 결합은 더 감소되는 것을 확인하였다 (도 7, 도 8).
실시예 7. 동물 PK 시험: PEG-scFVIII/D’D3-120
페길화 키메라 FVIII의 체내 반감기를 측정하기 위해 혈우병 A형 마우스 모델 (HA mice)을 이용한 PK 시험을 진행하였다. HA mice는 8주령의 쥐(20 ± 2 g)를 이용하였고, 투여 전 개체 별 무게 측정 후, 그룹화 하였다 (n = 3 / time point). 대조 물질인 Advate®와 페길화 키메라 FVIII (본 실시예에서는 PEG-scFVIII/D’D3-120을 이용하였음)을 125 IU/kg 용량을 정맥으로 단 회 투여 하였다. PK 혈액 샘플은 Advate® 투여군에서는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 9, 16, 22, 30 hr에, PEG-scFVIII/D’D3-120 투여군에서는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 16, 30, 40, 48, 64, 72 hr에 200μL sampling 하였다. 채혈 직후 샘플을 항응고제 (sodium citrate 3.2% buffer)와 1:9 부피로 섞은 후 원심분리로 혈장을 분리하였다. Advate®와 PEG-scFVIII/D’D3-120의 역가는 Chromogenic method를 사용하여 측정하였고, 약동학적 파라미터는 WinNonLin software(version 6.4)의 non-compartmental (NCA) model을 적용하여 산출하였다. PK 분석 결과(도 9) Advate®의 반감기는 약 7.86시간으로 측정되었고, PEG-scFVIII/D’D3-120의 반감기는 Advate® 보다 3.3배 긴 약 26.12시간으로 측정되었다. PEG-scFVIII/D’D3-120의 평균 머무름시간(MRT)도 Advate®에 비해 3.6배 증가하였다. 또한 PEG-scFVIII/D’D3-120의 소실속도(CL)는 Advate®보다 약 2배 감소하였고, 농도곡선하면적(AUC)은 약 2배 증가하는 것으로 나타났다.
[표 5] 페길화 키메라 FVIII 약동학적 파라미터
실제 예방적 요법으로 FVIII의 투여 시, 혈중 FVIII의 농도가 1% 또는 3% 이상으로 유지되도록 하기 때문에 반감기가 긴 지속형 FVIII을 사용할 경우 혈중 FVIII의 농도가 1% 또는 3% 이하로 떨어지는 시간을 지연시킬 수 있고 이는 투여 횟수의 감소로 이어질 수 있다. 지금까지 개발된 지속형 FVIII의 경우 HA mice에서 반감기의 증가폭은 대조군 대비 2배 이하 수준이었다. 이는 상기에서 언급한 것처럼 FVIII이 혈중에서 vWF와 강한 비공유 결합을 한 상태로 돌아다니기 때문에 vWF의 반감기보다 더 길어지지 못했던 것으로 판단된다. 본원에서 개발한 키메라 FVIII은 혈중 vWF와의 결합을 저해하는 것과 동시에 키메라 FVIII이 LRP에 의한 소실도 막아주기 때문에 지금까지 개발 된 지속형 FVIII이 넘지 못 했던 대조군 대비 반감기가 2배 이상 증가한 것으로 판단되며, 이는 매우 의미 있는 결과라고 판단한다.
실시예 8. 동물 PK 시험: 다양한 크기의PEG 접합된 scFVIII/D’D3-120
실시예 7과 유사하게 혈우병 A형 마우스 모델(HA mice)을 이용한 PK 시험을 진행하였다. HA mice는 8주령의 쥐(20 ± 2 g)를 이용하였고, 투여 전 개체 별 무게 측정 후, 그룹화하였다 (n = 3 / time point). 이 후 대조 물질인 Advate®와 페길화 키메라 FVIII을 125 IU/kg 용량을 정맥으로 단 회 투여 하였다. 본 실시예에서는 scFVIII/D’D3-120에 서로 다른 size의 PEG를 접합시켜 PK 시험을 진행하였다. 대조 물질인 Advate® 투여군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 9, 16, 22, 30 hr에, 시험군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 16, 30, 40, 48, 64, 72, 96 hr에 200μL sampling 하였다. 채혈 직후 샘플을 항응고제 (sodium citrate 3.2% buffer)와 1:9 부피로 섞은 후 원심분리로 혈장을 분리하였다. Advate®와 페길화 키메라 FVIII의 역가는 Chromogenic method를 사용하여 측정하였고, 약동학적 파라미터는 WinNonLin software(version 6.4)의 non-compartmental (NCA) model을 적용하여 산출하였다.
PK 분석 결과 Advate®의 반감기는 약 7.88시간으로 측정되었고, 40kDa PEG-scFVIII/D’D3-120의 반감기는 약 20.93시간으로 측정되었고, 60kDa PEG-scFVIII/D’D3-120의 반감기는 약 28.09시간으로 측정되었다. 약동학적 프로파일 및 약동학적 파라미터는 도 10 및 표 6과 같다.
[표 6] 페길화 키메라 FVIII 약동학적 파라미터
실시예 9. 동물 PK 시험: PEG-scFVIII/D’D3-60과 Fc가 융합된 scFVIII/D’D3-120에 PEG 접합
혈우병 A형 마우스 모델(HA mice)을 이용한 PK 시험을 진행하였다. HA mice는 8주령의 쥐(20 ± 2 g)를 이용하였고, 투여 전 개체 별 무게 측정 후, 그룹화 하였다 (n = 3 / time point). 대조 물질인 Advate®와 페길화 키메라 FVIII을 125 IU/kg 용량을 정맥으로 단 회 투여 하였다. 본 실시예에서는 PEG-scFVIII/D’D3-60과 Fc가 융합된 scFVIII/D’D3-120에 PEG를 접합시킨 물질을 이용하여 PK 시험을 진행하였다. 대조 물질인 Advate® 투여군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 9, 16, 22, 30 hr에, 시험군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 16, 30, 40, 48, 64, 72, 96 hr에 200μL sampling 하였다. 채혈 직후 샘플을 항응고제 (sodium citrate 3.2% buffer)와 1:9 부피로 섞은 후 원심분리로 혈장을 분리하였다. Advate®와 페길화 키메라 FVIII의 역가는 Chromogenic method를 사용하여 측정하였고, 약동학적 파라미터는 WinNonLin software(version 6.4)의 non-compartmental (NCA) model을 적용하여 산출하였다.
PK 분석 결과 Advate®의 반감기는 약 7.08시간으로 측정되었고, PEG-scFVIII/D’D3-60의 반감기는 약 16.53시간으로 측정되었고, PEG-scFVIII/D’D3/Fc-120, Fc의 반감기는 약 18.89시간으로 측정되었다. 약동학적 프로파일 및 약동학적 파라미터는 도 11 및 표 7과 같다.
[표 7] 페길화 키메라 FVIII 약동학적 파라미터
실시예 10. 동물 PK 시험: PEG-scFVIII/D’D3-300과 D’D3를 이량체 형태로 FVIII의 c-말단에 융합한 scFVIII/D’D3-120에 PEG 접합
혈우병 A형 마우스 모델(HA mice)을 이용한 PK 시험을 진행하였다. HA mice는 8주령의 쥐(20 ± 2 g)를 이용하였고, 투여 전 개체 별 무게 측정 후, 그룹화하였다 (n = 3 / time point). 대조 물질인 Advate®와 페길화 키메라 FVIII을 125 IU/kg 용량을 정맥으로 단 회 투여 하였다. 본 실시예에서는 PEG-scFVIII/D’D3-300과 D’D3를 이량체 형태로 FVIII의 c-말단에 융합한 scFVIII/D’D3-120에 PEG를 접합시킨 물질을 이용하여 PK 시험을 진행하였다. 대조 물질인 Advate® 투여군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 9, 16, 22, 30 hr에, 시험군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 16, 30, 40, 48, 64, 72, 96 hr에 200μL sampling 하였다. 채혈 직후 샘플을 항응고제 (sodium citrate 3.2% buffer)와 1:9 부피로 섞은 후 원심분리로 혈장을 분리하였다. Advate®와 페길화 키메라 FVIII의 역가는 Chromogenic method를 사용하여 측정하였고, 약동학적 파라미터는 WinNonLin software(version 6.4)의 non-compartmental (NCA) model을 적용하여 산출하였다.
PK 분석 결과 Advate®의 반감기는 약 9.02시간으로 측정되었고, PEG-scFVIII/D’D3-300의 반감기는 약 15.76시간으로 측정되었고, PEG-scFVIII/D’D3/D’D3-120의 반감기는 약 18.00시간으로 측정되었다. 약동학적 프로파일 및 약동학적 파라미터는 도 12 및 표 8과 같다.
[표 8] 페길화 키메라 FVIII 약동학적 파라미터
실시예 11. 동물 PK 시험: PEG-scFVIII/D’D3-60, PEG-scFVIII/D’D3-120, PEG-scFVIII/D’D3-300
혈우병 A형 마우스 모델(HA mice)을 이용한 PK 시험을 진행하였다. HA mice는 8주령의 쥐(20 ± 2 g)를 이용하였고, 투여 전 개체 별 무게 측정 후, 그룹화하였다 (n = 3 / time point). 대조 물질인 Advate®와 페길화 키메라 FVIII을 125 IU/kg 용량을 정맥으로 단 회 투여 하였다. 본 실시예에서는 PEG-scFVIII/D’D3-60, PEG-scFVIII/D’D3-120, PEG-scFVIII/D’D3-300을 이용하여 PK 시험을 진행하였다. 대조 물질인 Advate® 투여군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 9, 16, 22, 30 hr에, 시험군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 16, 30, 40, 48, 64, 72, 96 hr에 200μL sampling 하였다. 채혈 직후 샘플을 항응고제 (sodium citrate 3.2% buffer)와 1:9 부피로 섞은 후 원심분리로 혈장을 분리하였다. Advate®와 페길화 키메라 FVIII의 역가는 Chromogenic method를 사용하여 측정하였고, 약동학적 파라미터는 WinNonLin software(version 6.4)의 non-compartmental (NCA) model을 적용하여 산출하였다.
PK 분석 결과 Advate®의 반감기는 약 6.99시간으로 측정되었고, PEG-scFVIII/D’D3-60, PEG-scFVIII/D’D3-120, PEG-scFVIII/D’D3-300의 반감기는 각각 약 20.07, 24.48, 17.13시간으로 측정되었다. 약동학적 프로파일 및 약동학적 파라미터는 도 13 및 표 9와 같다.
[표 9] 페길화 키메라 FVIII 약동학적 파라미터
실시예 12. 동물 PK 시험: PEG-scFVIII/D’D3-120, PEG-scFVIII/D’D3-120-TH1, PEG-scFVIII/D’D3-120-TH2
혈우병 A형 마우스 모델(HA mice)을 이용한 PK 시험을 진행하였다. HA mice는 8주령의 쥐(20 ± 2 g)를 이용하였고, 투여 전 개체 별 무게 측정 후, 그룹화 하였다 (n = 3 / time point). 대조 물질인 Advate®와 페길화 키메라 FVIII을 125 IU/kg 용량을 정맥으로 단 회 투여 하였다. 본 실시예에서는 PEG-scFVIII/D’D3-120, PEG-scFVIII/D’D3-120-TH1, PEG-scFVIII/D’D3-120-TH2를 이용하여 PK 시험을 진행하였다. 대조 물질인 Advate® 투여군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 9, 16, 22, 30 hr에, 시험군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 16, 30, 40, 48, 64, 72, 96 hr에 200μL sampling 하였다. 채혈 직후 샘플을 항응고제 (sodium citrate 3.2% buffer)와 1:9 부피로 섞은 후 원심분리로 혈장을 분리하였다. Advate®와 페길화 키메라 FVIII의 역가는 Chromogenic method를 사용하여 측정하였고, 약동학적 파라미터는 WinNonLin software(version 6.4)의 non-compartmental (NCA) model을 적용하여 산출하였다.
PK 분석 결과 Advate®의 반감기는 약 6.26시간으로 측정되었고, PEG-scFVIII/D’D3-120, PEG-scFVIII/D’D3-120-TH1, PEG-scFVIII/D’D3-120-TH2의 반감기는 각각 약 21.28, 24.19, 25.28시간으로 측정되었다. 약동학적 프로파일 및 약동학적 파라미터는 도 14 및 표 10과 같다.
[표 10] 페길화 키메라 FVIII 약동학적 파라미터
실시예 13. 동물 PK 시험: 다양한 크기 및 형태의 PEG 접합된 scFVIII/D’D3-120-TH1
혈우병 A형 마우스 모델(HA mice)을 이용한 PK 시험을 진행하였다. HA mice는 8주령의 쥐(20 ± 2 g)를 이용하였고, 투여 전 개체 별 무게 측정 후, 그룹화 하였다 (n = 3 / time point). 대조 물질인 Advate®와 페길화 키메라 FVIII을 125 IU/kg 용량으로 정맥으로 단 회 투여 하였다. 본 실시예에서는 scFVIII/D’D3-120-TH1에 여러 가지 PEG를 접합시킨 물질을 이용하여 PK 시험을 진행하였다. 대조 물질인 Advate® 투여군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 9, 16, 22, 30 hr에, 시험군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 16, 30, 40, 48, 64, 72, 96 hr에 200μL sampling 하였다. 채혈 직후 샘플을 항응고제 (sodium citrate 3.2% buffer)와 1:9 부피로 섞은 후 원심분리로 혈장을 분리하였다. Advate®와 페길화 키메라 FVIII의 역가는 Chromogenic method를 사용하여 측정하였고, 약동학적 파라미터는 WinNonLin software(version 6.4)의 non-compartmental (NCA) model을 적용하여 산출하였다.
PK 분석 결과 Advate®의 반감기는 약 7.66시간으로 측정되었고, 20kDa linear PEG-scFVIII/D’D3-120-TH1, 20kDa branch PEG-scFVIII/D’D3-120-TH1, 40kDa branch PEG-scFVIII/D’D3-120-TH1의 반감기는 각각 약 22.98, 16.10, 27.33시간으로 측정되었다. 약동학적 프로파일 및 약동학적 파라미터는 도 15 및 표 11과 같다.
[표 11] 페길화 키메라 FVIII 약동학적 파라미터
실시예 14. Thrombin generation assay
페길화 키메라 FVIII의 thrombin generation profile을 확인하기 위해 thrombin generation assay를 진행하였다. Fluoroskan Ascent™ FL microplate fluorometer and luminometer (5210460, Thermofisher) 기기를 미리 37℃로 warming 해 놓고, 37℃ pre-warmed D.W로 기계의 line을 washing 하였다. FVIII deficient plasma (OTXW17, Siemens), Calibrator (TS20.00, Thrombinoscope), PPP-low-reagent (TS31.00, Thrombinoscope)를 상온에서 15분 이상 방치하여 warming 시킨 후, 37℃ pre-warmed D.W 1mL로 reconstitution 하였다. 96 well plate에 Calibrator와 PPP-low-reagent를 20μL씩 넣어주고, 앞에서 준비한 Fluoroskan 기기에 plate를 넣어 37℃로 가온해 놓았다. Sample dilution은 앞에서 준비한 FVIII deficient plasma를 이용하여 적절한 농도로 희석하였다. FluCa-Kit (TS50.00, Thrombinoscope)안의 Fluo-buffer를 37℃로 warming 해 놓았다. 준비한 sample을 Fluoroskan 기기 안에 들어있는 plate에 80μL씩 넣고, 37℃로 warming 된 Fluo-buffer 1 vial에 40μL의 Fluo-substrate를 넣어 준비하였다. 준비된 Flu-Ca를 기계에 넣은 후, 미리 짜놓은 software를 실행하면 각 well 당 20μL의 Flu-Ca가 분주 되고, thrombin generation을 진행하였다.
Thrombin generation assay 결과 FVIII deficient plasma에서는 thrombin generation profile이 현저히 낮은 반면, 키메라 FVIII에서는 thrombin generation profile이 농도 의존적으로 점차 높아지는 것을 확인하였다. 키메라 FVIII 1 IU/mL의 thrombin generation profile은 normal plasma의 thrombin generation profile과 유사한 것을 확인할 수 있었다 (도 16).
실시예 15. 동물 급성 효능(acute efficacy) 시험
키메라 FVIII의 효력을 확인하기 위해 혈우병 A형 마우스(HA mice)의 tail clip model에서 acute efficacy 시험을 진행하였다. Wild type mice (WT)는 19 - 25 g 중량의 수컷 C57BL/6 mouse를 오리엔트 바이오에서 공급받은 개체를 이용하였고, HA mice는 녹십자에서 breeding한 개체로 19 - 25 g 중량의 수컷 mouse를 선별하여 이용하였다. 시험 당일, 15mL conical tube (1개/마리)에 saline을 14mL까지 채운 후, 가열된 water bath에 담가서 saline의 온도가 37℃가 되도록 유지시켰고, 투여 전 mouse의 체중을 측정하였다. Pentobarbital sodium을 IP로 60 mg/kg dose로 투여하여 마취시킨 후, 음성 대조물질은 0.9% 생리 식염수를, 양성대조 물질인 Advate®와 페길화 키메라 FVIII은 100 IU/kg dose로 jugular vein으로 5 mL/kg의 볼륨으로 단 회 투여하였다. 5분 후, HA mice 꼬리의 말단에서 4mm 되는 지점을 절단하고, 꼬리를 saline buffer에 넣어 30분 동안 혈액을 모았다. 30분 동안 모은 혈액 시료를 1,500g 에서 5분간 원심 분리하여 상층액을 제거한 후, 10mL pipet을 이용하여 conical tube에 3차 증류수를 10mL까지 넣고, vortex를 이용하여 혈액을 완전히 용혈 시켰다. Blood loss를 측정하기 위해 용혈 된 샘플을 hemoglobin assay kit (MAK115-1KT, Sigma-Aldrich)의 방법으로 분석하였다.
Wild type mice (WT)의 경우 hemoglobin의 농도가 약 100 nM 인 것을 확인하였고, HA mice (KO)에서 음성대조군인 경우 hemoglobin의 농도가 약 1,000 nM 인 것을 확인하였다. Advate®와 페길화 키메라 FVIII의 경우 hemoglobin의 농도가 약 140 - 450 nM 인 것을 확인하였으며, 이는 음성대조군에 비해 약 55% 감소한 수치이다. Advate®와 페길화 키메라 FVIII 간에는 통계적으로 차이가 없는 것을 확인하였다 (도 17).
실시예 16. 동물 PK 시험: CHO 세포에서 발현한 scFVIII/D’D3-120-TH1에 다양한 크기 및 형태의 PEG 접합
혈우병 A형 마우스 모델(HA mice)을 이용한 PK 시험을 진행하였다. HA mice는 8주령의 쥐(20 ± 2 g)를 이용하였고, 투여 전 개체 별 무게 측정 후, 그룹화 하였다 (n = 3 / time point). 대조 물질인 Advate®와 페길화 키메라 FVIII을 125 IU/kg 용량으로 정맥으로 단 회 투여 하였다. 본 실시예에서는 CHO 세포에서 발현한 scFVIII/D’D3-120-TH1에 여러 가지 PEG를 접합시킨 물질을 이용하여 PK 시험을 진행하였다. 대조 물질인 Advate® 투여군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 9, 16, 22, 30 hr에, 시험군의 혈액 시료는 투여 후 0, 0.083, 2, 6, 16, 30, 40, 48, 64, 72, 96 hr에 200μL sampling 하였다. 채혈 직후 샘플을 항응고제 (sodium citrate 3.2% buffer)와 1:9 부피로 섞은 후 원심분리로 혈장을 분리하였다. Advate®와 페길화 키메라 FVIII의 역가는 Chromogenic method를 사용하여 측정하였고, 약동학적 파라미터는 WinNonLin software(version 6.4)의 non-compartmental (NCA) model을 적용하여 산출하였다.
PK 분석 결과 Advate®의 반감기는 약 8.22시간으로 측정되었고, 20kDa linear PEG-scFVIII/D’D3-120-TH1, 40kDa linear PEG-scFVIII/D’D3-120-TH1의 반감기는 각각 약 25.01, 26.88시간으로 측정되었다. 약동학적 프로파일 및 약동학적 파라미터는 도 18 및 표 12와 같다.
[표 12] 페길화 키메라 FVIII 약동학적 파라미터
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