バイオ医薬品においてシーケンスバリアントとは、DNAの塩基配列から予測されるタンパク質のアミノ酸配列における予期しないアミノ酸の置き換えとして定義され、遺伝子あるいは翻訳レベルのエラーが原因により起こる。正常な哺乳類細胞では生物システムが高い正確性を保持しており、その出現頻度は低い。一方、例えばCHO細胞のようなバイオ医薬品の発現システムは、高い生産性を確保するため様々なストレスを受けており高い正確性の保持が困難となる。その結果、シーケンスバリアントが増加し、品質、有効性及び安全性に対する懸念からバイオ医薬品の開発を中止せざるを得ないケースも報告されている。そのため、開発企業にとっては開発の遅れを回避すると共に労力とコストを削減するため早期の発見及び対処が極めて重要となる。

　そこで本講演では、特に抗体医薬品に着目しシーケンスバリアントの機構、測定法及びケーススタディ、DNAレベルと翻訳レベルの特徴及び見分ける戦略、スクリーニングのプラットフォームと管理戦略の提案、主な原因と傾向及び擬陽性を減少させる戦略について紹介し、シーケンスバリアントの軽減及びスクリーニングと管理戦略における留意点について考察する。なお、本講演は講師が医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス 2020 Vol.52 No.3 に執筆した内容の実例に基づいた解説が中心となる。

1. バイオ医薬品のシーケンスバリアントの概要

2. アミノ酸誤取り込みの機構

3. LC-MS/MSによるシーケンスバリアント解析のワークフロー

4. LC-MS/MSによる解析で高頻度に観察される擬陽性とその原因

5. マニュアルによりタンパク質レベルにおいて真のシーケンスバリアントを確認する際のポイント　

6. 遺伝子レベルにおけるシーケンスバリアントの同定及び定量方法

7. CHO細胞を用いて産生された抗体医薬品のシーケンスバリアントのケーススタディ
　7.1 生産セルラインにおける遺伝的不均一性の評価：
　　　　組換え抗体の低レベルのTyr→Glnシーケンスバリアントのペプチドマッピングによる検出
　7.2 ペプチドマッピングによるバリアント抗体の同定
　7.3 製品の微小不均一性の調査：哺乳類生産セルラインにおける変異の迅速な検出のケーススタディ
　7.4 高解像度MSによる組換えモノクローナル抗体のコドン特異的Ser→Asn誤翻訳の同定
　7.5 CHO細胞で発現させた組換えタンパク質におけるAsn→Serの誤取り込みの発見と調査
　7.6 CHO細胞を用いる抗体産生の間のAsn→Serの誤取り込みの調節
　7.7 組換えモノクローナル抗体における低レベルのシーケンスバリアントの検出
　7.8 CHO細胞で発現させた組換えモノクローナル抗体における意図しないアミノ酸配列変化の機構
　7.9 LC-MS/MSによるペプチドマッピングを用いたシーケンスバリアントの解析
　7.10 治療用モノクローナル抗体のSer→Argシーケンスバリアントの検出と同定
　7.11 哺乳類セルラインで産生されたIgG4モノクローナル抗体におけるAla→Serシーケンスバリアントの特性解析と同定
　7.12 組換えモノクローナルを産生するCHOセルラインにおけるTyrシーケンスバリアントの除去
　7.13 Tyrコドンの誤翻訳の増加と関連する哺乳類tyrosyl-tRNAのアミノ酸特異性の低下
　7.14 組換えタンパク質の低レベルのシーケンスバリアント解析：最適化されたアプローチ
　7.15 分子のポリガミー：
　　　　　1-phenylalanyl-tRNA-synthetaseの混乱はCHO細胞で発現させたメタ-及びオルト-チロシンの誤取り込みを引き起こす
　7.16 CHO細胞由来のIgG1における軽鎖の伸長を起こすTAA (ストップコドン)→ GAA (Glu)の単一塩基対変異の同定
　7.17 MSによる抗体DNAコンストラクト再編成配列の迅速な同定
　7.18 安定なCHOセルラインスクリーニングを支援する次世代シーケンシングによる低レベルシーケンスバリアントの同定
　7.19 CHO細胞で産生されたIgG1組換えモノクローナル抗体の重鎖定常領域の-1読み取りフレームシフトの同定と特性解析
　7.20 CHO細胞で産生されたnivolumabバイオシミラーのFc領域におけるAla→Valシーケンスバリアントの特性解析
　7.21 次世代シーケンシングを用いたセルライン開発の初期の段階における遺伝子変異解析
　7.22 MSとハイスループットシーケンシング解析の組み合わせを用いる 　7.23 セルライン開発のための標的ローカス増幅と次世代シーケンシング技術の適用

8. アミノ酸誤取り込みの主な原因及び傾向の解明
　8.1 異なる培養条件における解析
　8.2 系統的にアミノ酸を枯渇した条件における解析

9. コドンを標的とした低レベルのシーケンスバリアント検出方法の改良とDNA変異と翻訳エラーの違いを定量するためのアルゴリズムの開発

10. シーケンスバリアントの擬陽性を減少させる戦略の開発
　10.1 PepFinderサーチの次に Perl Scriptを用いる方法
　10.2 解析前に同じアミノ酸配列を有するタンパク質の二つのサンプルを段階希釈して混合する方法

11. シーケンスバリアントスクリーニングのプラットフォームの開発

12. シーケンスバリアント管理限界値の提案

13. シーケンスバリアントの製薬企業に対するアンケート結果

14, バイオ医薬品におけるシーケンスバリアントの位置づけ

15. まとめと留意点に関する考察