血清アルブミン特異的タンパク質バインダーを使用した小型治療タンパク質の長期半減期

サイトカインやホルモンなどの多くの小型タンパク質とペプチドは、さまざまな疾患の治療に臨床的に使用されています。ただし、腎クリアランスが急速にあるため、血液中の半分の短い生命は通常、治療効果が低く頻繁に投与されます。ここでは、ファージディスプレイの選択とモジュール進化アプローチを介して4.3NMの結合親和性を持つヒト血清アルブミン（HSA）特異的タンパク質バインダーの開発を提示し、小型の治療タンパク質の血液半減期を拡張します。概念実証として、LRR（ロイシンリッチリピート）モジュールで構成されるタンパク質バインダーは、グルカゴン様ペプチド-1（GLP-1）のN末端に遺伝的に融合されました。融合したGLP-1は、薬物動態特性を大幅に改善したことが示されています。融合GLP-1の末端半減期は約10時間に増加し、曲線下の面積はコントロールのそれよりも5倍高かった。私たちのアプローチの有用性と可能性は、長期にわたってHSA特異的タンパク質バインダー融合GLP-1を使用して、2型糖尿病マウスモデルの血糖値の効率的な制御によって実証されました。現在のアプローチは、血液循環時間の強化により、小型の治療タンパク質とペプチドの有効性を高める際に効果的に使用できます。

Many small-sized proteins and peptides, such as cytokines and hormones, are clinically used for the treatment of a variety of diseases. However, their short half-life in blood owing to fast renal clearance usually results in a low therapeutic efficacy and frequent dosing. Here we present the development of a human serum albumin (HSA)-specific protein binder with a binding affinity of 4.3nM through a phage display selection and modular evolution approach to extend the blood half-life of a small-sized therapeutic protein. As a proof-of-concept, the protein binder composed of LRR (Leucine-rich repeat) modules was genetically fused to the N-terminus of Glucagon-like Peptide-1 (GLP-1). The fused GLP-1 was shown to have a significantly improved pharmacokinetic property: The terminal half-life of the fused GLP-1 increased to approximately 10h, and the area under the curve was 5-times higher than that of the control. The utility and potential of our approach was demonstrated by the efficient control of the blood glucose level in type-2 diabetes mouse models using the HSA-specific protein binder-fused GLP-1 over a prolonged time period. The present approach can be effectively used in enhancing the efficacy of small-sized therapeutic proteins and peptides through an enhanced blood circulation time.