キーホールリンペットヘモシアニン

キーホール・リンペット・ヘモシアニン（KLH）は、カリフォルニア沖のモントレー湾からバハ・カリフォルニア沖のアスンシオン島まで生息するキーホール・リンペットの一種である巨大キーホール・リンペット（Megathura crenulata）の血リンパに含まれる、大きな多サブユニットの酸素運搬金属タンパク質である。^[2]

キーホールリンペットのヘモシアニン遺伝子には KLH1 と KLH2 の 2 つがあり、タンパク質レベルで約 60% の同一性を共有しています。どちらも、約 3,400 個のアミノ酸と、グリコシル化を除く分子量約 390,000ダルトンからなる大きなグリコシル化タンパク質をコードしています。タンパク質はオリゴマー化して、20 個のモノマーで構成される樽型の 12 量体複合体を形成します。KLH サブユニットの各ドメインには 2 個の銅原子が含まれており、これらが一緒になって 1 つの酸素分子 (O _{2 ) に結合します。酸素がヘモシアニンに結合すると、銅の Cu} ²⁺状態により、分子は独特の透明な乳白色を呈します。酸素がない場合、結合した銅は Cu ¹⁺として検出され、ヘモシアニンは無色です。KLH タンパク質は強力な免疫原性がありますが、ヒトでは有害な免疫反応を引き起こしません。そのため、ワクチンキャリアタンパク質として高く評価されています。KLH タンパク質は、その大きさと糖化のため、合成で再現することができず、キーホール リンペットMegathura crenulataから精製された生物学的製品としてのみ入手可能です。

KLH は、 Megathura crenulataの血リンパから、一連の手順で精製されます。この手順には通常、硫酸アンモニウム沈殿と透析が含まれますが、最高純度を得るためにクロマトグラフィー精製が必要になる場合もあります。KLH 精製にはエンドトキシンの除去も含まれる場合がありますが、エンドトキシンは抗体生成のために注入されるときに アジュバントとして機能するため、この手順は多くの場合不要です。

タンパク質が変性したり、精製プロセスで銅イオンが失われたりすると、乳白色は消え、溶液は鈍い灰色になります。KLH の変性により、タンパク質が凝集して溶液から沈殿する傾向も生じます。

キーホールリンペットヘモシアニン（KLH）は、研究、バイオテクノロジー、治療用途の抗体製造におけるキャリアタンパク質として広く使用されています。ハプテンは、ペプチド、小さなタンパク質、薬物分子などの低分子量の物質で、一般に免疫原性がなく、抗体製造という形で免疫系からの反応を刺激するためにキャリアタンパク質の助けを必要とします。 ^[3] KLHは、この目的で最も広く使用されているキャリアタンパク質です。KLHが効果的なキャリアタンパク質である理由はいくつかあります。その大きなサイズと多数の エピトープは大きな免疫反応を生み出し、ハプテンを結合するためのリジン残基が豊富にあるため、ハプテン：キャリアタンパク質比が高くなり、ハプテン特異的抗体が生成される可能性が高くなります。さらに、KLHは腹足類のリンペットに由来するため、 哺乳類のタンパク質とは系統学的に離れており、そのため哺乳類モデル生物における免疫学に基づく研究技術における偽陽性が減少します。

KLH は凝集して沈殿する傾向があるため、扱いが難しい分子でもあります。凝集体は免疫原性を維持しますが、ハプテンを結合する能力が制限され、実験室での操作が困難です。透明な乳白色の青色の高品質 KLH 調製物は、KLH の溶解性を示す最良の指標です。

ハプテンは、いくつかの方法で KLH に結合できます。カルボジイミド架橋剤EDC を使用して、カルボキシル基を第一級アミンに共有結合させる簡単なワンステップ結合を実行できます。この方法は最も簡単に実行でき、「ランダム」な方向付けにより、考えられるすべてのエピトープに対する抗体生成が可能になりますが、通常はある程度の重合が起こり、溶解性が低下して複合体の取り扱いが難しくなります。

KLH は、リジン残基をスルフィドリル反応性マレイミド基に変換する架橋剤 Sulfo-SMCC で活性化できます。次に、スルフィドリル含有ハプテンを KLH と反応させて、重合を起こさずに免疫原を完成させます。この反応の特異性は、システインが目的のエピトープから離れた位置にある場合 (たとえば、末端システインをペプチドのどちらかの端に追加できるペプチド) に最適です。この 2 段階の手順の最初の部分が完了したマレイミド活性化 KLH は、市販されています。

• コンコレパス コンコレパス ヘモシアニン（ブルーキャリアとして販売）^[要出典]
• ウシ血清アルブミン（BSA）^[要出典]
• カチオン化BSA（cBSA）^[要出典]
• 卵白アルブミン^[要出典]
• CRM197

KLHは、非ホジキンリンパ腫、皮膚黒色腫、乳がん、膀胱がんなど、さまざまな癌ワクチンで試験されています。 ^{[4] [5]}これらのワクチンには、腫瘍細胞を破壊する抗腫瘍免疫反応を刺激するためにKLHに結合した特定の腫瘍関連抗原が含まれています。

がん治療ワクチン（すなわち能動免疫療法）への関心が急速に高まり、がんワクチンの優れたキャリアタンパク質としてのKLHの有効性が実証されたことにより、KLH製剤のバイオ医薬品市場が大きく成長しています。^[6]

ヒト血清中のKLHに対する体液性免疫応答をモニターするアッセイは、バイオメディカルKLHアプリケーションの最適な使用を促進するために開発されました。^[7]

KLH の有益な用途のため、KLH の原料であるジャイアント キーホール リンペットは、商業目的での過剰漁獲の可能性があるため、カリフォルニア州の水産生物学者の間で懸念が高まっています。ジャイアント キーホール リンペットは、そもそも豊富な種ではなく、^[8]一部のダイバーは個体数の減少を報告しています。^[2]カリフォルニア大学サンタバーバラ校海洋科学研究所の 2006 年のレポートでは、科学者はジャイアント キーホール リンペットの「新たな漁業について非常に懸念している」と述べており、「個体数を激減させる」可能性を示唆しています。^[9]連邦政府が後援する多くの KLH を使用する生物医学研究プログラムに KLH の安全な長期供給源を確保するため、国立衛生研究所^[10]や国立科学財団^{[11]などの連邦政府機関も、ジャイアント キーホール リンペットの持続可能な}養殖生産を確立するための研究を後援しています。