(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー支持体物質に酵素がその中で支持体に結合することができるのに十分な大きさの細孔が全くまたはほとんど無いポリマー支持体に結合された１つまたはそれ以上の酵素によって、インシュリンまたはその類縁体をそれらの前駆体から得る方法。
【請求項２】
ポリマー支持体物質がモノマーのメタクリルアミドおよびＮ，Ｎ′−ビス（メタクリルアミド）のコポリマーである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ポリマー支持体物質がオキシラン基を含むモノマーを有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
酵素がオキシラン基によって支持体物質に共有結合されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
酵素がトリプシンである請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
支持体に固定された酵素が０.０５〜０.５Ｕ／mlの活性を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
反応溶液のｐＨが６〜１０である請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ｐＨが７〜９である請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ポリマー支持体に結合した酵素によって、大きな分子の複雑な反応、つまり好ましくない２次反応または副反応がある反応の触媒作用を行うための方法に関しまた、特に生物学的活性のあるペプチドのバイオ分子、例えばインシュリンまたはその類縁体の、タンパク質の、オリゴ糖または多糖類のバイオ分子をこれらの生物学的には不活性の前駆体、例えばプレプロインシュリンから、ポリマー支持体に結合した酵素によって得る方法に特に関する。
【０００２】
ヒトのインシュリンおよびその誘導体を異なる方法によって製造することが文献に記載されている。目標とする分子の複雑性のために不経済である化学合成に加えて、半合成的な方法および遺伝子技術的方法がさらに存在する。
【０００３】
半合成的方法においては、ブタのインシュリンのＢ鎖のＣ末端のアミノ酸のトリプシンによって接触された置換が起き、これはヒトインシュリンの生成につながる（H. D. Jakubkeら、Angew. Chem.. 97(1985) 79）。
【０００４】
ヒトインシュリンを製造に対する遺伝子技術的な方法はプレプロインシュリンおよびその誘導体の段階を経て進行し、これらも仕上げの際にトリプシン開裂に同様に付される（B. H. Frankら、Peptides: synthesis, structure, function (1981), p.729〜738；Jonassonら、Eur. J. Biochem., 236, 2(1966), 656〜661ページ；Kemmlerら、J. Biol Chem.. 246(1971), p.6786〜6791)。
【０００５】
半合成的方法のために酵素を効率的に利用することに関して、固定されたトリプシンを使用する１つの方法が開発された（EP 0 294 851）。
インシュリンまたはその類縁体を、遺伝子技術によって製造された対応するプレプロインシュリンから得ることに関して、酵素トリプシンが固定された形で存在する酵素法はまだ知られておらず、従って既知の方法では、一方で新規な反応バッチの各々のために新たなトリプシンが添加されねばならず、その一方で、生成物の精製に際して酵素の骨の折れる除去が必要となる。
【０００６】
プレプロインシュリン（ＰＰＩ）のトリプシン開裂は、好ましくない２次反応および副反応が多くある酵素で接触される複雑な反応である。図１に示すように、反応部位が多くあるために、ＰＰＩのトリプシン開裂において多数の反応生成物が生成され、これらのうちＡｒｇ（Ｂ31）、Ａｒｇ（Ｂ32）−インシュリン（「ジ−Ａｒｇ」）およびＡｒｇ（Ｂ31）−インシュリン（「モノ−Ａｒｇ」）といった化合物はさらに仕上げるために実際に価値のある物質であるとみなされるべきである。従って、プレシークエンスと「中間」Ｃ鎖（インシュリンのＡ鎖のシークエンスとＢ鎖のシークエンスとの間のプレプロインシュリン内に配列されたＣ鎖）との双方の除去が必要である。ＰＰＩの他の部位で開裂反応が起きるなら、例えばデス（Ｂ30）−インシュリン（「デス−Ｔｈｒ」）のような好ましくない副生物が生成される。
【０００７】
天然のトリプシンによる開裂は価値のある２つの物質、Ａｒｇ（Ｂ31）、Ａｒｇ（Ｂ32）−インシュリン（「ジ−Ａｒｇ」）およびＡｒｇ（Ｂ31）−インシュリン（「モノ−Ａｒｇ」）が主として生成されることにつながるが、例えばＥｕｐｅｒｇｉｔ（登録商標）Ｃ２５０Ｌ、Ｅｕｐｅｒｇｉｔ（登録商標）Ｃ、Ｄｅｌｏｘａｎ（登録商標）のような慣用の支持体をベースとするトリプシン固定物を使用すると好ましくない反応パターンが生じる。この場合、価値のある２つの物質、ジ−Ａｒｇおよびモノ−Ａｒｇは少量しか生成されず、一方好ましくない２次生成物または副生物（主にデス−Ｔｈｒ）が主として生成される。
【０００８】
大きな分子の複雑な反応つまり、ポリマー支持体に結合された酵素によって好ましくない２次反応または副反応が一般に起きる反応の接触作用を行うための方法であって、好ましくない２次反応または副反応が最大限に回避される方法を利用可能にすることが本発明の目的である。特に、ポリマー支持体に結合された酵素によって、望ましくはペプチド、タンパク質、オリゴ糖または多糖類のバイオ分子をこれらの生物学的に不活性な前駆体から酵素によって得るための方法、殊に、このようにして２次反応または副反応が最大限に回避されつつ、バイオ分子特にインシュリンまたはその類縁体の選択的な生成につながりそして、インシュリンの類縁体について開裂によってインシュリンを生成することができる価値のある関連物質を生じる、ポリマー支持体に結合された酵素によってインシュリンまたはその類縁体をそれらの対応する前駆体から得るための方法を利用可能にすることが本発明の目的である。
【０００９】
本発明の目的は、ポリマー支持体に結合された酵素によって好ましくない２次反応または副反応が一般に起きる大きな分子の複雑な反応の接触作用を行うための方法であって、酵素が細孔内で支持体に結合できるのに十分に大きい細孔が、ポリマー支持体物質にないまたはほとんどない方法によって達せられる。
【００１０】
さらにこの目的は、ポリマー支持体物質が細孔を全くまたはほとんどもたないポリマー支持体に結合された１つまたはそれ以上の酵素によって、ペプチド、タンパク質、オリゴ糖または多糖類からなる群から選択されるバイオ分子の前駆体からこれらのバイオ分子を酵素によって得るための方法であって、酵素が細孔内で支持体に結合できるのに十分大きい細孔が、ポリマー支持体物質にないまたはほとんどない方法によって達せられる。
【００１１】
本発明の方法は、ポリマー支持体に結合された１つまたはそれ以上の酵素によって、インシュリンまたはその類縁体をそれらの対応する前駆体特にプレプロインシュリンから得るのに好適であるのが望ましい。
【００１２】
インシュリンの類縁体は、天然にある少なくとも１つのアミノ酸残基の置換によりまたはこれが存在しないことによってそして／あるいは天然にあるインシュリンのＡ鎖および／またはＢ鎖に少なくとも１つのアミノ酸残基を付加することにより、天然にあるインシュリン、つまりヒトのインシュリンまたは動物のインシュリン、例えばブタまたはウシのインシュリンから誘導される。
【００１３】
ポリマー支持体物質はモノマーのメタクリルアミドおよびＮ,Ｎ′−ビス（メタクリルアミド）のコポリマーであるのが好ましく、ポリマー支持体物質がオキシラン基を含むモノマーを有するのが特に好ましい。
本発明の方法では、酵素は好ましくはオキシラン基によって支持体物質に共有結合的に結合されている。
【００１４】
インシュリンまたはその類縁体をそれらの対応する前駆体特にプレプロインシュリンから得るための好ましい方法では、使用される酵素がトリプシンであるのが好ましい。
この場合、支持体に固定されている酵素は０.０５〜０.５Ｕ／mlの活性を有し、また反応溶液のｐＨは６〜１０であるのが望ましく、７〜９であるのが特に好ましい。
【００１５】
特に実施例を用いることにより本発明を以下に一層詳細に説明する。
多くの固定化において、トリプシンは種々の支持体物質（Ｅupergit（登録商標）Ｃ、Ｅupergit（登録商標）250Ｌ、Ｄeloxan（登録商標））に共有結合的に結合されていた。
【００１６】
しかしながら、プレプロインシュリン（ＰＰＩ）の開裂にこのような固定化物を使用すると、例えばｐＨ、温度または酵素濃度のような様々な反応パラメーターを変化させても価値のある所望の物質のジ−Ａｒｇまたはモノ−Ａｒｇは少量しか生成しなかった。これの代わりに、例えばデス−Ｔｈｒのような好ましくない副生物が主として生成した。
【００１７】
細孔のない支持体であるＥupergit（登録商標）Ｃ１Ｚ支持体上に固定されたトリプシンを使用するとき、驚くことに、自然な使用において好ましいパターンに従ってＰＰＩ開裂が起きた。
【００１８】
トリプシンの固定において細孔のない支持体、例えばＥupergit（登録商標）Ｃ１Ｚを選択すると、価値のある２つの物質、ジ−Ａｒｇおよびモノ−Ａｒｇにとって有利なＰＰＩ開裂での極めて良好な選択性を同時に有する酵素を反復して使用することがこれまでに初めて可能になる。半合成的な方法に似た固定されたトリプシンを使用することは、ヒトインシュリンの製造のための遺伝子技術に対して可能であり、反応溶液からの触媒の分離が容易でありまた反復して使用されるという結果を伴う。
【００１９】
〔実施例〕
実施例１  ポリマー支持体へのタンパク質の固定
実施例１.１  Ｄeloxan（登録商標）
Ｄeloxan（登録商標）にタンパク質を固定するには、支持体をグルタルアルデヒドで前以て活性化することが必要である。酵素を実際に付着する際に、トリプシンの所与の固有の活性を一連の測定において変えた。
活性化：ｐＨ＝９ ［ＫＰＰ：１００ｍＭ］
Ｔ＝２５℃
ｔ＝１時間
Ｄeloxan（登録商標）＝１０ｇ ［ＶＲ＝１５０ml］
ＧＤ＝０.２ｇ／ＴＭｇ
付着条件：ｐＨ＝９ ［ＫＰＰ：１００ｍＭ］
Ｔ＝２５℃
ｔ＝３時間
【００２０】
実施例１.２  Ｅupergit（登録商標）Ｃ250ＬおよびＥupergit（登録商標）Ｃ
Ｅupergit（登録商標）支持体上にトリプシンを固定する場合、単段反応において支持体懸濁液を酵素溶液と混合した。
Ｅupergit（登録商標）Ｃ250Ｌの付着条件：
ｐＨ＝８ ［ＫＰＰ：１Ｍ］
Ｔ＝２５℃
ｔ＝３日
Ｅupergit（登録商標）Ｃの付着条件：
ｐＨ＝８.５ ［硼酸緩衝液 １００ｍＭ］
Ｔ＝２５℃
ｔ＝３日
ベンズアミジン＝２４ｍＭ
【００２１】
実施例１.３  Ｅupergit（登録商標）Ｃ１Ｚ
Ｅupergit（登録商標）Ｃ１Ｚ支持体は、他の支持体とは対照的に細孔がないことで際立っている。
付着条件：ｐＨ＝８ ［ＫＰＰ：１Ｍ］
Ｔ＝２５℃
ｔ＝３日
天然のトリプシン＝7400Ｕ／ｇＴＭ ［Σ＝５ｇに対して37,000Ｕ］
所与の条件の下で、４０５Ｕ／ｇＴＭの比活性を得た。付着の収率は他の２つのＥupergit（登録商標）支持体の結果と肩をならべるが、４６％の回収率は明らかにより高かった。
【００２２】
実施例２
０.８３mg／mlの濃度を有する容積１Ｌのプレプロインシュリン溶液をガラスのビーカーに入れた。ｐＨを８.３に設定しおわった後、０.８１Ｕ／mlの濃度でＤeloxan（登録商標）に付着されたトリプシンを添加することにより開裂反応を開始した。溶液の温度は全反応期間にわたって６℃であった。１ＭのＮａＯＨ溶液の添加によって反応中ｐＨを一定に保った。反応溶液の試料を２３時間にわたって規則的な間隔で抜き出しそして個々の反応成分の含有率をＨＰＬＣによって測定した。
図２から知ることができるように、考察する時間にわたってデス−Ｔｈｒが主生成物として生成されたが、価値のある２つの物質のジ−Ａｒｇおよびモノ−Ａｒｇの量は明らかにより少なかった。
【００２３】
実施例３
０.８３mg／mlの濃度を有する容積１Ｌのプレプロインシュリン溶液をガラスのビーカーに入れた。ｐＨが８.３に設定されおわった後、１.６２Ｕ／mlの濃度でＥupergit（登録商標）Ｃ250Ｌに付着されたトリプシンを添加することにより開裂反応を開始した。溶液の温度は全反応期間にわたって６℃であった。１ＭのＮａＯＨ溶液の添加によって反応中ｐＨを一定に保った。反応溶液の試料を２３時間にわたって規則的な間隔で抜き出しそして個々の反応成分の含有率をＨＰＬＣによって測定した。
図３から知ることができるように、この場合、考察する時間にわたってデス−Ｔｈｒがやはり主生成物として生成されたが、価値のある２つの物質のジ−Ａｒｇおよびモノ−Ａｒｇの量は明らかにより少なく、これらはやはり２次反応で一層分解した。
【００２４】
実施例４
０.８３mg／mlの濃度を有する容積１Ｌのプレプロインシュリン溶液をガラスのビーカーに入れた。ｐＨを８.３に設定しおわった後、０.０８１Ｕ／mlの濃度でＥupergit（登録商標）Ｃ１Ｚに付着されたトリプシンを添加することにより開裂反応を開始した。溶液の温度は全反応期間にわたって６℃であった。１ＭのＮａＯＨ溶液の添加によって反応中ｐＨを一定に保った。反応溶液の試料を２３時間にわたって規則的な間隔で抜き出しそして個々の反応成分の含有率をＨＰＬＣによって測定した。
図４から知ることができるように、この支持体をベースとする固定されたトリプシンによる上記の反応実験とは対照的に、価値のある２つの望ましい物質のジ−Ａｒｇおよびモノ−Ａｒｇが生成される一方、副生物（特にデス−Ｔｈｒ）の割合は劇的に減少した。
【００２５】
実施例５
０.８３mg／mlの濃度を有する容積１Ｌのプレプロインシュリン溶液をガラスのビーカーに入れた。ｐＨが８.３に設定されおわった後、０.４０５Ｕ／mlの濃度でＥupergit（登録商標）Ｃ１Ｚに付着されたトリプシンを添加することにより開裂反応を開始した。溶液の温度は全反応期間にわたって６℃であった。１ＭのＮａＯＨ溶液の添加によって反応中ｐＨを一定に保った。反応溶液の試料を１２時間にわたって規則的な間隔で抜き出しそして個々の反応成分の含有率をＨＰＬＣによって測定した。Ｅupergit（登録商標）Ｃ１Ｚ上に固定されたトリプシンの使用に関する本例では、生成物および副生物の好ましい分布が得られた。
図５から知ることができるように、触媒濃度を５倍にすることにより反応速度を増加することができ、従ってその結果として反応の選択性が価値のある２つの物質に対して不利に変化することなく所要応時間を減少することができた。
【００２６】
実施例２〜５の結果に対する可能な解釈
例えば、プレプロインシュリン（ＰＰＬ）の場合、反応の２次的な生成物とは対照的に出発物質はより大きな分子（≒１０kＤa）であり、これがこうむる細孔の制限はより大きい。このため，すべての２次反応の反応速度は異なる断片におけるＰＰＩの直接的な反応より大きい。細孔で邪魔された支持体の場合、この理由から、所望の中間体Ｐ（図６参照、この例ではジ−Ａｒｇ）の蓄積は不可能であろう。従って、細孔のない（あるいはほとんど細孔のない）支持体の使用はそれ自体が選択性の制御に対する解決方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  プレプロインシュリンのトリプシン開裂における反応部位を示す図である。
ＩＮＳ＝インシュリン；Ａ０−Ａｒｇ−ＩＮＳ＝Ａｒｇ（Ａ０）−インシュリン；ＩＮＳ−ジ−Ａｒｇ＝Ａｒｇ（Ｂ３１）、Ａｒｇ（Ｂ３２）−インシュリン；ＩＮＳ−モノ−Ａｒｇ＝Ａｒｇ（Ｂ３１）−インシュリン；デス−Ｔｈｒ＝デス（Ｂ３０）−インシュリン。
【図１−続き】  プレプロインシュリンのトリプシン開裂における反応部位を示す図である。
【図２】  Ｄeloxan（登録商標）上に固定されたトリプシンを使用するプレプロインシュリンの開裂における反応成分の濃度の時間の関数としての経過を示す図である。
【図３】  Ｅupergit（登録商標）Ｃ250Ｌ上に固定されたトリプシンを使用するプレプロインシュリンの開裂における反応成分の濃度の時間の関数としての経過を示す図である。
【図４】  Ｅupergit（登録商標）Ｃ１Ｚ上に固定されたトリプシンを使用するプレプロインシュリンの開裂における反応成分の濃度の時間の関数としての経過を示す図である。
【図５】  Ｅupergit（登録商標）Ｃ１Ｚ上に固定されたトリプシンを使用するプレプロインシュリンの開裂における反応成分の濃度の時間の関数としての経過を示す図である。
【図６】  反応の選択性に関する支持体の形態の意義を説明する図である。
Ｓ＝基質、例えばＰＰＩ；Ｐ＝所望の中間体、例えばジ−Ａｒｇ；Ｑ＝好ましくない２次的生成物、例えばデス−Ｔｈｒ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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