JP2018516983A - Compositions and methods for treating viral infections - Google Patents

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Abstract

本発明は、ウイルス感染を処置するための方法および組成物を提供する。ヌクレアーゼを使用して、感染細胞中のウイルス核酸を切断する。ヌクレアーゼは、配列特異的な様式でウイルス核酸を切断するため、感染宿主の遺伝子または感染宿主のゲノムに由来する他の重要なゲノム特徴を切断しない。好ましい実施形態では、ヌクレアーゼは、Cas9等のCRISPR関連タンパク質であり、Cas9と、HSV核酸またはCMV核酸を標的とするように設計されたガイドRNAとを含むリボ核タンパク質として感染細胞に送達される。それに加えてまたはその代わりに、ヌクレアーゼは、プラスミドにコードして送達してもよく、または標的細胞内で発現されるmRNAとして送達してもよい。方法および組成物は、患者を処置するために使用してもよく、または組織、細胞、もしくは臓器をex vivoで処置するために使用してもよい。The present invention provides methods and compositions for treating viral infections. Nucleases are used to cleave viral nucleic acids in infected cells. Nucleases cleave viral nucleic acids in a sequence-specific manner and therefore do not cleave infected host genes or other important genomic features derived from the infected host genome. In a preferred embodiment, the nuclease is a CRISPR-related protein such as Cas9 and is delivered to infected cells as a ribonucleoprotein comprising Cas9 and a guide RNA designed to target HSV or CMV nucleic acids. In addition or alternatively, the nuclease may be delivered encoded in a plasmid or as mRNA expressed in the target cell. The methods and compositions may be used to treat a patient or may be used to treat a tissue, cell, or organ ex vivo.

Description

(関連出願への相互参照)
本出願は、2015年5月29日に出願された米国仮出願番号第62/168,259号、および2015年5月29日に出願された米国仮出願番号第62/168,262号の両方の利益および優先権を主張しており、これらの内容は参考として援用される。
(Cross-reference to related applications)
This application includes both US Provisional Application No. 62 / 168,259, filed May 29, 2015, and US Provisional Application No. 62 / 168,262, filed May 29, 2015. All of which are incorporated by reference.

(技術分野)
本発明は、概して、ウイルス感染の処置および細胞中の外来核酸の切断に関する。
(Technical field)
The present invention relates generally to the treatment of viral infections and the cleavage of foreign nucleic acids in cells.

(背景)
ウイルス感染は、重大な医学的問題である。例えば、単純ヘルペスウイルス(HSV)は、顔または口周辺の水疱という症状を示す口腔ヘルペス、または破裂して小さな潰瘍をもたらす場合がある水疱という症状を示す陰部ヘルペスを引き起こす場合がある。水疱が現われる前に、刺痛または電撃痛が生じる場合がある。加えて、HSVは、潜伏感染状態で細胞内に無期限に潜む能力、および処置した後でも完全には根絶されない能力を有する。潜伏感染は、免疫監視をすり抜けることができ、いつでも溶菌サイクルを再活性化することができるため、感染個体の発生ならびにそれに伴う疼痛および苦痛のリスクが持続する。
(background)
Viral infection is a serious medical problem. For example, herpes simplex virus (HSV) may cause oral herpes that show symptoms of blisters around the face or mouth, or genital herpes that show symptoms of blisters that can rupture, resulting in small ulcers. Stinging or electric shock may occur before blisters appear. In addition, HSV has the ability to remain indefinitely in cells in a latently infected state and not to be completely eradicated after treatment. Latent infection can bypass immune surveillance and can re-activate the lysis cycle at any time, thus sustaining the incidence of infected individuals and the associated pain and distress.

世界的には、人口の約90%は、HSV−1およびHSV−2の一方または両方に感染しており、HSV−1感染は、HSV−2感染よりもはるかに多くまん延している。合衆国人口の約65%は、HSV−1に対する抗体を有しており、14歳〜49歳のアメリカ人の約16%は、HSV−2に感染している。   Worldwide, about 90% of the population is infected with one or both of HSV-1 and HSV-2, and HSV-1 infection is far more common than HSV-2 infection. About 65% of the US population has antibodies to HSV-1, and about 16% of Americans aged 14 to 49 are infected with HSV-2.

別の厄介なウイルスの例は、サイトメガロウイルス(CMV)である。臓器移植を受ける際に、患者に感染することがある。CMV感染は、肺、肝臓、膵臓、腎臓、胃、腸、脳、および副甲状腺に広がり、臓器不全を起こし、死亡に至ることさえある。このウイルスは、目に広がった場合、網膜剥離および失明を引き起こす場合がある。加えて、胎児は、子宮内でサイトメガロウイルス(CMV)に感染し、最終的には、聴力損失、視覚障害、精神遅滞、協調運動障害、および死を引き起こす場合がある。CMVに感染した乳児は、生まれた時は健康でも、成長過程で何年にもわたって、聴力損失もしくは視力喪失または精神的欠陥の徴候をモニターしなければならない。   Another annoying virus example is cytomegalovirus (CMV). Patients may be infected when undergoing an organ transplant. CMV infection can spread to the lungs, liver, pancreas, kidneys, stomach, intestines, brain, and parathyroid glands, causing organ failure and even death. When spread to the eye, the virus can cause retinal detachment and blindness. In addition, the fetus can be infected with cytomegalovirus (CMV) in the uterus, ultimately causing hearing loss, visual impairment, mental retardation, coordination problems, and death. Infants infected with CMV should be monitored for signs of hearing loss or vision loss or mental deficits over the years of growth, even if they are born healthy.

(要旨)
本発明は、ウイルス感染を処置するための方法および組成物を提供する。ヌクレアーゼを使用して、感染細胞のウイルス核酸を切断する。ヌクレアーゼは、配列特異的な様式でウイルス核酸を切断するため、感染宿主の遺伝子または感染宿主のゲノムに由来する他の重要なゲノム特徴を切断しない。好ましい実施形態では、ヌクレアーゼは、Cas9等のCRISPR関連タンパク質であり、Cas9と、HSV核酸またはCMV核酸を標的とするように設計されているガイドRNAとを含むリボ核タンパク質として感染細胞に送達される。それに加えてまたはその代わりに、ヌクレアーゼは、プラスミドにコードして送達してもよく、または標的細胞内で発現されるmRNAとして送達してもよい。方法および組成物は、患者を処置するために使用してもよく、または組織、細胞、もしくは臓器をex vivoで処置するために使用してもよい。
(Summary)
The present invention provides methods and compositions for treating viral infections. Nucleases are used to cleave viral nucleic acids in infected cells. Nucleases cleave viral nucleic acids in a sequence-specific manner and therefore do not cleave infected host genes or other important genomic features derived from the infected host genome. In a preferred embodiment, the nuclease is a CRISPR-related protein such as Cas9 and is delivered to infected cells as a ribonucleoprotein comprising Cas9 and a guide RNA designed to target HSV or CMV nucleic acids. . In addition or alternatively, the nuclease may be delivered encoded in a plasmid or as mRNA expressed in the target cell. The methods and compositions may be used to treat a patient or may be used to treat a tissue, cell, or organ ex vivo.

本発明の実施形態は、HSVに関する。   Embodiments of the invention relate to HSV.

本発明は、oriS、UL9、RL2、またはLAT等のHSVゲノムの特定の領域を標的とするガイドされるヌクレアーゼ系を使用して、HSV感染を選択的に処置するための組成物および方法を提供する。本発明の方法を使用して、宿主の遺伝物質の完全性を妨害せずに、潜伏性HSV遺伝物質であっても宿主生物から除去することができる。ヌクレアーゼをHSV核酸へと標的にして核酸を損壊し、それによりウイルス複製または転写を妨害するか、または宿主ゲノムからウイルス遺伝物質を切除することさえ可能である。HSVに向けられている配列特異的標的指向性部分を使用することにより、ウイルス核酸が細胞内に粒子として存在するかまたは宿主ゲノムに組み込まれているかに関わらず、ヌクレアーゼが、宿主物質に作用せずにHSV核酸のみを除去することができるよう特異的に標的に向かい得る。配列特異的部分は、ヌクレアーゼで破壊しようとするウイルスゲノム物質を標的とするが、宿主細胞ゲノムを標的としないガイドRNAを含んでいてもよい。一部の実施形態では、共にウイルスゲノム物質を標的とし、そしてそれを選択的に編集または破壊する、CRISPR/Cas9ヌクレアーゼおよびガイドRNA(gRNA)が使用される。CRISPR(クラスターを形成し規則正しい間隔を持つ短いパリンドロームリピート)は、ファージ感染から細菌を保護する細菌免疫系の天然に存在するエレメントである。ガイドRNAは、CRISPR/Cas9複合体を、oriS、UL9、RL2、またはLAT等のHSV標的配列に局在化させる。複合体が結合することにより、Cas9エンドヌクレアーゼは、HSVゲノム標的配列に局在化され、ウイルスゲノムの切断が引き起こされる。   The present invention provides compositions and methods for selectively treating HSV infection using a guided nuclease system that targets specific regions of the HSV genome, such as oriS, UL9, RL2, or LAT. To do. Using the methods of the present invention, even latent HSV genetic material can be removed from the host organism without disturbing the integrity of the host genetic material. It is possible to target nucleases to HSV nucleic acids to destroy the nucleic acids, thereby preventing viral replication or transcription, or even excise viral genetic material from the host genome. By using a sequence-specific targeting moiety directed to HSV, the nuclease can act on the host material regardless of whether the viral nucleic acid is present as a particle in the cell or integrated into the host genome. Can be specifically directed to the target so that only HSV nucleic acids can be removed. The sequence specific portion may include a guide RNA that targets the viral genomic material to be destroyed by the nuclease but does not target the host cell genome. In some embodiments, CRISPR / Cas9 nuclease and guide RNA (gRNA) are used that both target viral genomic material and selectively edit or destroy it. CRISPR (short palindromic repeats that form clusters and are regularly spaced) is a naturally occurring element of the bacterial immune system that protects bacteria from phage infection. The guide RNA localizes the CRISPR / Cas9 complex to HSV target sequences such as oriS, UL9, RL2, or LAT. By binding the complex, the Cas9 endonuclease is localized to the HSV genomic target sequence, causing cleavage of the viral genome.

ガイドされるヌクレアーゼ系は、例えば、局所用溶液を塗布することにより感染宿主内に経皮的に導入することができる。局所用溶液は、感染組織に直接塗布してもよい。   The guided nuclease system can be introduced transdermally into an infected host, for example, by applying a topical solution. The topical solution may be applied directly to the infected tissue.

配列特異的部分は、例えば、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、メガヌクレアーゼ、または宿主の遺伝物質の正常機能を妨害することなくHSV核酸を分解または妨害するために使用することができる他の系を含む他のヌクレアーゼ系が、HSV核酸を標的にすることを可能にする。   The sequence specific portion is used, for example, to degrade or interfere with HSV nucleic acids without interfering with the normal functioning of zinc finger nuclease, transcription activator-like effector nuclease (TALEN), meganuclease, or host genetic material. Other nuclease systems, including other systems that can be capable of targeting HSV nucleic acids.

本発明の態様は、単純ヘルペスウイルス(HSV)感染を処置するための組成物を含む。組成物は、ヌクレアーゼと、HSV核酸に相補的であり、かつヌクレアーゼをHSV核酸に向かわせることが可能な配列特異的標的指向性部分とをコードするベクターを含む。   Aspects of the invention include compositions for treating herpes simplex virus (HSV) infections. The composition includes a vector encoding a nuclease and a sequence-specific targeting moiety that is complementary to the HSV nucleic acid and capable of directing the nuclease to the HSV nucleic acid.

ある特定の実施形態では、HSV核酸は、以下の領域の1つまたは複数を含み得る:複製開始点S(oriS)、ロングユニーク領域9(UL9、long unique region 9)、またはロングリピート領域2(RL2、long repeat region 2)。組成物は、例えば、局所用溶液により経皮投与されるように構成されていてもよい。ヌクレアーゼは、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、およびメガヌクレアーゼであってもよい。   In certain embodiments, the HSV nucleic acid may comprise one or more of the following regions: origin of replication S (oriS), long unique region 9 (UL9, long unique region 9), or long repeat region 2 ( RL2, long repeat region 2). The composition may be configured to be administered transdermally, for example, with a topical solution. The nuclease may be a zinc finger nuclease, a transcriptional activator-like effector nuclease, and a meganuclease.

種々の実施形態では、ヌクレアーゼは、Cas9エンドヌクレアーゼであってもよく、配列特異的結合モジュールは、ウイルスゲノムの部分を特異的に標的とするガイドRNAを含んでいてもよい。本発明の組成物は、ヒト患者への送達用にパッケージされていてもよい。   In various embodiments, the nuclease may be a Cas9 endonuclease and the sequence specific binding module may include a guide RNA that specifically targets a portion of the viral genome. The composition of the present invention may be packaged for delivery to a human patient.

ある特定の実施形態では、標的指向性配列は、ヒトゲノム内で60%超の一致を有していないガイドRNAであり得る。   In certain embodiments, the targeting sequence can be a guide RNA that does not have more than 60% identity in the human genome.

ベクターは、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ワクシニアウイルス、アデノ随伴ウイルス、プラスミド、ナノ粒子、カチオン性脂質、カチオン性ポリマー、金属ナノ粒子、ナノロッド、リポソーム、マイクロバブル、細胞透過性ペプチド、またはリポスフェアを含んでいてもよい。   Vectors include retrovirus, lentivirus, adenovirus, herpes virus, poxvirus, alphavirus, vaccinia virus, adeno-associated virus, plasmid, nanoparticle, cationic lipid, cationic polymer, metal nanoparticle, nanorod, liposome, micro Bubbles, cell penetrating peptides, or lipospheres may be included.

ある特定の態様では、本発明は、HSV感染を処置するための方法であって、ヌクレアーゼと、HSV核酸に相補的な配列特異的標的指向性部分とをコードするベクターを宿主の細胞に導入するステップを含む方法を含む。さらなるステップとしては、配列特異的標的指向性部分が、HSV核酸を切断するために、ヌクレアーゼがHSV核酸を標的にするようにするステップが挙げられる。   In certain aspects, the present invention provides a method for treating HSV infection, wherein a vector encoding a nuclease and a sequence-specific targeting moiety complementary to an HSV nucleic acid is introduced into a host cell. Including a method comprising steps. Further steps include allowing the nuclease to target the HSV nucleic acid in order for the sequence specific targeting moiety to cleave the HSV nucleic acid.

HSV核酸は、複製開始点S(oriS)、ロングユニーク領域9(UL9)、またはロングリピート領域2(RL2)を含む、1つまたは複数のゲノム領域の部分または全てを含み得る。本発明の方法は、ベクターを宿主に経皮投与することを含んでいてもよく、経皮投与は、ベクターを含む局所用溶液を塗布することを含んでいてもよい。   The HSV nucleic acid may comprise part or all of one or more genomic regions, including the origin of replication S (oriS), long unique region 9 (UL9), or long repeat region 2 (RL2). The methods of the invention may include transdermally administering the vector to a host, and transdermal administration may include applying a topical solution containing the vector.

ヌクレアーゼは、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、またはメガヌクレアーゼであってもよい。ある特定の実施形態では、ヌクレアーゼは、Cas9エンドヌクレアーゼを含んでいてもよく、配列特異的結合モジュールは、ウイルスゲノムの部分を特異的に標的とするガイドRNAを含んでいてもよい。   The nuclease may be a zinc finger nuclease, a transcriptional activator-like effector nuclease, or a meganuclease. In certain embodiments, the nuclease may comprise a Cas9 endonuclease and the sequence specific binding module may comprise a guide RNA that specifically targets a portion of the viral genome.

本発明の種々の方法では、宿主は、生体ヒト対象であってもよく、そのステップは、in vivoで実施してもよい。標的指向性配列は、ガイドRNAであってもよく、ヒトゲノム内で60%超の一致を有していない。   In various methods of the invention, the host may be a living human subject and the steps may be performed in vivo. The targeting sequence may be a guide RNA and does not have more than 60% identity in the human genome.

ある特定の方法では、ベクターは、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ワクシニアウイルス、アデノ随伴ウイルス、プラスミド、ナノ粒子、カチオン性脂質、カチオン性ポリマー、金属ナノ粒子、ナノロッド、リポソーム、マイクロバブル、細胞透過性ペプチド、またはリポスフェアを含んでいてもよい。   In certain methods, the vector is a retrovirus, lentivirus, adenovirus, herpes virus, poxvirus, alphavirus, vaccinia virus, adeno-associated virus, plasmid, nanoparticle, cationic lipid, cationic polymer, metal nanoparticle , Nanorods, liposomes, microbubbles, cell penetrating peptides, or lipospheres.

本方法は、HSVゲノム編集または破壊を可能にし、それにより、宿主の未感染細胞に悪影響を及ぼさずにHSVウイルス増殖の無能力化をもたらす。したがって、本発明の組成物および方法は、HSVゲノム機能を標的損壊するか、またはoriS、UL9、RL2、またはLAT等の、HSVゲノムにあるエンドヌクレアーゼ作用のための部位を標的とすることにより1つまたは複数の切断を引き起こして、ウイルス核酸を消化することにより、HSV感染を処置するために使用することができる。   The method allows HSV genome editing or disruption, thereby resulting in incompetence of HSV virus growth without adversely affecting the host's uninfected cells. Thus, the compositions and methods of the present invention target 1 to target sites for endonuclease action in the HSV genome, such as target disruption of HSV genome function or oriS, UL9, RL2, or LAT. It can be used to treat HSV infection by causing one or more cleavages and digesting the viral nucleic acid.

好ましい態様では、本発明は、単純ヘルペスウイルス(HSV)感染を処置するための組成物を提供する。組成物は、ヌクレアーゼと、HSV核酸に相補的であり、かつヌクレアーゼをHSV核酸に向かわせることが可能な配列特異的標的指向性部分とを含むリボ核タンパク質を含む。HSV核酸は、複製開始点S(oriS)領域、ロングユニーク領域9(UL9)、ロングリピート領域2(RL2)、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。好ましくは、ヌクレアーゼは、Cas9エンドヌクレアーゼを含み、配列特異的結合モジュールは、ウイルスゲノムの部分を特異的に標的とするガイドRNAを含む。標的指向性配列は、ガイドRNAであり、ヒトゲノム内で60%超の一致を有していない。   In a preferred embodiment, the present invention provides a composition for treating herpes simplex virus (HSV) infection. The composition comprises a ribonucleoprotein comprising a nuclease and a sequence-specific targeting moiety that is complementary to the HSV nucleic acid and capable of directing the nuclease to the HSV nucleic acid. The HSV nucleic acid may include a replication origin S (oriS) region, a long unique region 9 (UL9), a long repeat region 2 (RL2), or a combination thereof. Preferably, the nuclease comprises a Cas9 endonuclease and the sequence specific binding module comprises a guide RNA that specifically targets a portion of the viral genome. Targeting sequences are guide RNAs and do not have more than 60% identity in the human genome.

組成物は、経皮投与用に構成されていてもよい。一部の実施形態では、組成物は、感染組織に局所塗布するための薬学的に許容される担体を含む。   The composition may be configured for transdermal administration. In some embodiments, the composition comprises a pharmaceutically acceptable carrier for topical application to the infected tissue.

本発明の実施形態はCMVに関する。   Embodiments of the invention relate to CMV.

本発明は、組織のサイトメガロウイルス(CMV)感染を、感染個体が聴力喪失/視力喪失、精神的欠陥、多臓器不全、および死亡等のCMV感染の影響を被ることがないように処置するための方法を提供する。CMV感染は、CMV核酸を標的とするヌクレアーゼを使用することにより処置される。ヌクレアーゼは、CMV核酸を切断し、したがってCMV核酸の機能を妨害し、それによりCMVの組織または患者への感染が予防される。ヌクレアーゼは、CMV感染している患者内に導入してもよく、または移植前の臓器内に導入してもよい。例えば、人命を救うための移植に必要な心臓を、CMV標的化ヌクレアーゼに曝露して、移植前にCMVゲノムを無力化してもよい。したがって、心臓移植レシピエントは、感染した心臓を受容するか、または次の心臓がCMV無感染であることを期待して見送って待機するかしかない選択する必要がなくなる。   The present invention treats tissue cytomegalovirus (CMV) infection such that the infected individual is not affected by CMV infection such as hearing loss / vision loss, mental deficits, multiple organ failure, and death. Provide a way. CMV infection is treated by using nucleases that target CMV nucleic acids. Nucleases cleave CMV nucleic acids and thus interfere with the function of CMV nucleic acids, thereby preventing infection of CMV in tissues or patients. Nucleases may be introduced into patients who are infected with CMV or may be introduced into organs prior to transplantation. For example, the heart required for transplantation to save lives may be exposed to a CMV targeted nuclease to neutralize the CMV genome prior to transplantation. Thus, the heart transplant recipient need not choose to accept an infected heart or to wait and wait in the hope that the next heart will be CMV free.

ある特定の態様では、本発明は、サイトメガロウイルス(CMV)感染を処置するための組成物を提供する。組成物は、ヌクレアーゼと、CMV核酸に相補的であり、かつヌクレアーゼをCMV核酸に向かわせることが可能な配列特異的標的指向性部分とを含む。   In certain aspects, the present invention provides a composition for treating cytomegalovirus (CMV) infection. The composition includes a nuclease and a sequence-specific targeting moiety that is complementary to the CMV nucleic acid and capable of directing the nuclease to the CMV nucleic acid.

ある特定の態様では、本発明は、臓器のサイトメガロウイルス(CMV)感染を処置するための方法を提供する。上記方法は、CMV核酸を切断するヌクレアーゼを臓器内に導入し、その後ヌクレアーゼに、CMV核酸を標的とし切断させることを含む。臓器は、移植ドナー由来であってもよく、または細胞から増殖または生成してもよい。一部の態様では、臓器は、心臓、肝臓、腎臓、目、肺、膵臓、腸、胸腺、または移植レシピエント内に移植される任意の他の生物学的組織である。送達用ヌクレアーゼの調製は、ヌクレアーゼをウイルスベクターまたは非ウイルスベクターと会合させることを含んでいてもよいことが理解されるべきである。例えば、ヌクレアーゼは、リポソーム内にヌクレアーゼを封入または結合させることにより臓器内に送達するように調製してもよい。   In certain aspects, the invention provides a method for treating cytomegalovirus (CMV) infection of an organ. The method includes introducing a nuclease that cleaves a CMV nucleic acid into an organ and then causing the nuclease to target and cleave the CMV nucleic acid. The organ may be derived from a transplant donor or may be grown or generated from cells. In some aspects, the organ is the heart, liver, kidney, eye, lung, pancreas, intestine, thymus, or any other biological tissue that is transplanted into the transplant recipient. It should be understood that preparation of a delivery nuclease may include associating the nuclease with a viral or non-viral vector. For example, the nuclease may be prepared for delivery into an organ by encapsulating or binding the nuclease within a liposome.

本発明の一部の実施形態では、組織(または臓器、これらは、本明細書では同義的に使用される)は、移植に使用される組織であり得る。例えば、組織は、レシピエントに移植するためにドナーが提供する臓器であってもよい。一部の実施形態では、臓器の組織をヌクレアーゼで処置して、CMV核酸を切断および無力化する。   In some embodiments of the invention, the tissue (or organ, which are used interchangeably herein) can be the tissue used for transplantation. For example, the tissue may be an organ provided by a donor for transplantation into a recipient. In some embodiments, organ tissue is treated with nucleases to cleave and neutralize CMV nucleic acids.

一部の実施形態では、移植ドナーをヌクレアーゼで処置するか、またはヌクレアーゼに曝露する。本発明の方法によると、ドナーはヌクレアーゼを治療剤として受け、患者内の組織からCMVを除去する。任意の患者への送達用手段を使用することができることが理解されるべきである。例えば、ヌクレアーゼは、経口手段、非経口手段、吸入手段、局所手段、直腸手段、または膣手段により送達してもよい。   In some embodiments, the transplant donor is treated with or exposed to a nuclease. According to the method of the present invention, the donor receives nuclease as a therapeutic agent and removes CMV from tissue within the patient. It should be understood that any means for delivery to a patient can be used. For example, the nuclease may be delivered by oral, parenteral, inhalation, topical, rectal, or vaginal means.

一部の実施形態では、移植レシピエントは、移植後にヌクレアーゼで処置するか、またはヌクレアーゼに曝露する。本発明の方法によると、移植レシピエントは、CMVが患者内および患者全体に広がることを予防するために、ヌクレアーゼで処置される。ヌクレアーゼは、当技術分野の任意の公知の手段により送達することができることが理解されるべきである。   In some embodiments, the transplant recipient is treated with or exposed to a nuclease after transplantation. According to the method of the present invention, transplant recipients are treated with nucleases to prevent CMV from spreading within and across patients. It should be understood that the nuclease can be delivered by any known means in the art.

一部の実施形態では、組織は患者内に位置する。本発明の方法によると、患者は、感染を予防するために、CMVを標的とするヌクレアーゼで処置されてもよい。例えば、患者は、妊婦であってもよい。ヌクレアーゼは、CMVゲノムを標的とし、ウイルスの機能を破壊または損壊させる。したがって、妊婦は、子宮内で胎児にウイルスを移さない。   In some embodiments, the tissue is located within the patient. According to the method of the present invention, a patient may be treated with a nuclease that targets CMV to prevent infection. For example, the patient may be a pregnant woman. Nucleases target the CMV genome and disrupt or destroy viral function. Thus, pregnant women do not transfer the virus to the fetus in the womb.

一部の態様では、本発明は、胎児のサイトメガロウイルス(CMV)感染を処置するための方法を提供する。上記方法は、CMV核酸を切断するヌクレアーゼを提供すること、および妊婦内への送達用にヌクレアーゼを調製することを含む。ヌクレアーゼは、当技術分野で公知の技法により、妊婦内に、妊婦の子宮内に、または子宮の胎児内に送達してもよいことが理解されるべきである。   In some aspects, the present invention provides a method for treating fetal cytomegalovirus (CMV) infection. The method includes providing a nuclease that cleaves a CMV nucleic acid and preparing the nuclease for delivery into a pregnant woman. It should be understood that the nuclease may be delivered into the pregnant woman, into the pregnant woman's uterus, or into the fetus of the uterus by techniques known in the art.

また、任意のタイプのヌクレアーゼを使用してCMV核酸を切断することができることが理解されるべきである。ヌクレアーゼは、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、またはメガヌクレアーゼであってもよい。ヌクレアーゼは、構造特異的ヌクレアーゼであってもよく、または配列特異的ヌクレアーゼであってもよい。一部の実施形態では、ヌクレアーゼは、Cas9エンドヌクレアーゼである。本発明の方法は、ヌクレアーゼを使用してCMV核酸を切断することをさらに含んでいてもよい。   It should also be understood that any type of nuclease can be used to cleave the CMV nucleic acid. The nuclease may be a zinc finger nuclease, a transcriptional activator-like effector nuclease, or a meganuclease. The nuclease may be a structure specific nuclease or a sequence specific nuclease. In some embodiments, the nuclease is a Cas9 endonuclease. The method of the invention may further comprise cleaving the CMV nucleic acid using a nuclease.

一部の実施形態では、上記方法は、CMV核酸の部分へとヌクレアーゼを向かわせるガイドRNAを細胞または組織に送達することを含む。一部の実施形態では、例えば、ガイドRNAは、Cas9エンドヌクレアーゼをCMV核酸の部分へと向かわせる。ある特定の実施形態では、ガイドRNAは、ヒトゲノムに完全一致を有しないように設計される。ガイドRNAは、ヌクレアーゼをCMVゲノムの調節エレメントに向かわせてもよい。   In some embodiments, the method comprises delivering a guide RNA to a cell or tissue that directs the nuclease to a portion of the CMV nucleic acid. In some embodiments, for example, the guide RNA directs the Cas9 endonuclease to a portion of the CMV nucleic acid. In certain embodiments, the guide RNA is designed not to have a perfect match with the human genome. The guide RNA may direct nucleases to the regulatory elements of the CMV genome.

ヌクレアーゼは、ウイルスベクターにより組織に送達してもよい。ウイルスベクターは、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ワクシニアウイルス、またはアデノ随伴ウイルスであってもよい。一部の実施形態では、ヌクレアーゼは、プラスミド、ナノ粒子、カチオン性脂質、カチオン性ポリマー、金属ナノ粒子、ナノロッド、リポソーム、細胞透過性ペプチド、リポスフェア、およびポリエチレングリコール(PEG)により送達してもよい。   Nucleases may be delivered to tissues by viral vectors. The viral vector may be a retrovirus, lentivirus, adenovirus, herpes virus, poxvirus, alphavirus, vaccinia virus, or adeno-associated virus. In some embodiments, nucleases may be delivered by plasmids, nanoparticles, cationic lipids, cationic polymers, metal nanoparticles, nanorods, liposomes, cell permeable peptides, lipospheres, and polyethylene glycol (PEG). .

一部の実施形態では、ヌクレアーゼは、CRISPR/Cas9エンドヌクレアーゼである。移植片の細胞内または組織内のCMVゲノムの1つまたは複数の部分を特異的に標的とするガイドRNAを使用してもよい。CRISPR/Cas9複合体は、CMVゲノムに結合し、それを変更する。他の実施形態では、本発明は、共にCMVゲノム物質を標的とし、CMVゲノム物質を選択的に編集または破壊する、CRISPR/Cas9ヌクレアーゼおよびガイドRNA(gRNA)を使用することができる。CRISPR(クラスターを形成し規則正しい間隔を持つ短いパリンドロームリピート)は、ファージ感染から細菌を保護する細菌免疫系のエレメントである。ガイドRNAは、CRISPR/Cas9複合体をCMV標的配列に局在化させる。複合体が結合することにより、Cas9エンドヌクレアーゼは、CMVゲノム標的配列に局在化され、CMVゲノムの破損を引き起こす。好ましい実施形態では、ガイドRNAは、CMV核酸を損壊し、それが機能的に組み換わる機会を低減するために、CMVゲノムの複数の部位を標的とするように設計される。   In some embodiments, the nuclease is a CRISPR / Cas9 endonuclease. Guide RNAs that specifically target one or more portions of the CMV genome within the cells or tissues of the graft may be used. The CRISPR / Cas9 complex binds to and alters the CMV genome. In other embodiments, the present invention can use CRISPR / Cas9 nuclease and guide RNA (gRNA) that both target CMV genomic material and selectively edit or destroy CMV genomic material. CRISPR (short palindromic repeats that form clusters and are regularly spaced) is an element of the bacterial immune system that protects bacteria from phage infection. Guide RNA localizes the CRISPR / Cas9 complex to the CMV target sequence. By binding the complex, the Cas9 endonuclease is localized to the CMV genome target sequence, causing CMV genome breakage. In a preferred embodiment, the guide RNA is designed to target multiple sites in the CMV genome in order to destroy the CMV nucleic acid and reduce the opportunity for it to functionally recombine.

本方法は、CMVゲノム破壊を可能にし、それにより、細胞に対する細胞毒性が観察されることなく、ウイルス増殖の無能力化がもたらされる。本発明の態様は、CMVゲノム物質(DNAまたはRNA)を選択的に標的とするようにCRISPR/gRNA/Cas9複合体を設計し、CRISPR/gRNA/Cas9複合体を、CMVゲノムを含む細胞または組織に送達し、ウイルスを無力化にするためにCMVゲノムを切断することを提供する。本方法は、CMVゲノム機能が標的にされた損壊を可能にするか、または好ましい実施形態では、CMVゲノムにおけるヌクレアーゼ作用のための複数の部位を標的とすることにより引き起こされた複数の切断によってCMV核酸を消化することを可能にする。本発明の態様は、CRISPR/gRNA/Cas9複合体カクテルのトランスフェクションを提供することによって、CMV増殖を完全に抑制する。本発明のさらなる態様および利点は、以下のその詳細な説明を考慮すると明白となる。   The method allows for CMV genome disruption, thereby leading to incompetence of virus growth without observing cytotoxicity to the cells. Aspects of the invention design a CRISPR / gRNA / Cas9 complex to selectively target CMV genomic material (DNA or RNA), and convert the CRISPR / gRNA / Cas9 complex into a cell or tissue containing the CMV genome. Cleaving the CMV genome to neutralize the virus. The method allows for targeted disruption of CMV genome function or, in a preferred embodiment, CMV by multiple cleavages caused by targeting multiple sites for nuclease action in the CMV genome. Makes it possible to digest nucleic acids. Embodiments of the present invention completely inhibit CMV proliferation by providing for transfection of a CRISPR / gRNA / Cas9 complex cocktail. Further aspects and advantages of the present invention will become apparent in view of the following detailed description thereof.

図1は、HSV感染を標的とするための方法の概略を図示する。FIG. 1 schematically illustrates a method for targeting HSV infection. 図2は、HSVゲノムマップである。FIG. 2 is an HSV genome map. 図3は、cas9による消化前および消化後のHSVゲノム領域の増幅産物(アンプリコン)を示す。図3は、Cas9を有するか、または有していない、RL2、LATi、LATp、UL9、OriS、およびUS12ガイド配列で処置した細胞のゲノムDNAサイズのバンド示すレーンのゲルである。FIG. 3 shows amplification products (amplicons) of the HSV genomic region before and after digestion with cas9. FIG. 3 is a lane gel showing genomic DNA size bands of cells treated with RL2, LATi, LATp, UL9, OriS, and US12 guide sequences with or without Cas9. 図4は、CRISPR処置試料の様々なレベルのHSV DNA減少を示す定量PCRアッセイの結果を示す。FIG. 4 shows the results of a quantitative PCR assay showing various levels of HSV DNA reduction in CRISPR treated samples. 図5は、Cas9陽性細胞の選択を可能にするEGFPマーカーがCas9タンパク質の後に融合されていることを示す。FIG. 5 shows that an EGFP marker enabling the selection of Cas9 positive cells is fused after the Cas9 protein. 図6は、プラスミドがori−Pを含むことにより、細胞内部の活性プラスミド複製が促進され、トランスフェクション効率が60%超増加したことを示す。FIG. 6 shows that inclusion of ori-P promoted active plasmid replication inside the cell and increased transfection efficiency by more than 60%. 図7は、候補となる構造関連標的、形質転換関連標的、および潜伏関連標的が示されているEBVゲノムの概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram of the EBV genome showing candidate structure-related targets, transformation-related targets, and latency-related targets. 図8は、ガイドRNA sgEBV2およびPCRプライマー位置の周辺のゲノム構成を示す。FIG. 8 shows the genomic organization around the guide RNA sgEBV2 and PCR primer positions. 図9は、sgEBV2により誘導された大きな欠失を示す(レーン1〜3は、それぞれ、sgEBV2処置の前、5日後、および7日後である)。FIG. 9 shows a large deletion induced by sgEBV2 (lanes 1-3 are before, 5 days, and 7 days after sgEBV2 treatment, respectively). 図10は、ガイドRNA sgEBV3/4/5およびPCRプライマー位置の周辺のゲノム構成を示す。FIG. 10 shows the genomic organization around the guide RNA sgEBV3 / 4/5 and PCR primer positions. 図11は、sgEBV3/5およびsgEBV4/5により誘導された大きな欠失を示す。レーン1および2は、sgEBV3/5処置の前および8日後の3F/5R PCR増幅産物である。レーン3および4は、sgEBV4/5処置の前および8日後の4F/5R PCR増幅産物である。FIG. 11 shows the large deletions induced by sgEBV3 / 5 and sgEBV4 / 5. Lanes 1 and 2 are 3F / 5R PCR amplification products before and 8 days after sgEBV3 / 5 treatment. Lanes 3 and 4 are 4F / 5R PCR amplification products before and 8 days after sgEBV4 / 5 treatment. 図12は、サンガー配列決定法により、sgEBV3/5の8日後にゲノム切断および修復ライゲーションが確認されたことを示す。FIG. 12 shows that genomic cleavage and repair ligation were confirmed 8 days after sgEBV3 / 5 by Sanger sequencing. 図13は、サンガー配列決定法により、sgEBV4/5の8日後にゲノム切断および修復ライゲーションが確認されたことを示す。FIG. 13 shows that the Sanger sequencing method confirmed genomic cleavage and repair ligation 8 days after sgEBV4 / 5. 図14は、EBVゲノム領域において種々の組合せのガイドRNAで標的とした後の相対的細胞増殖を示す。FIG. 14 shows relative cell growth after targeting with various combinations of guide RNAs in the EBV genomic region. 図15は、sgEBV1〜7で処置する前のフローサイトメトリー散乱シグナルを示す。FIG. 15 shows the flow cytometric scatter signal before treatment with sgEBV1-7. 図16は、sgEBV1〜7で処置した5日後のフローサイトメトリー散乱シグナルを示す。FIG. 16 shows the flow cytometric scatter signal after 5 days of treatment with sgEBV1-7. 図17は、sgEBV1〜7で処置した8日後のフローサイトメトリー散乱シグナルを示す。FIG. 17 shows the flow cytometric scatter signal after 8 days of treatment with sgEBV1-7. 図18は、sgEBV1〜7で処置する前のアネキシンV Alexa647およびDAPI染色結果を示す。FIG. 18 shows annexin V Alexa647 and DAPI staining results before treatment with sgEBV1-7. 図19は、sgEBV1〜7で処置した5日後のアネキシンV Alexa647およびDAPI染色結果を示す。FIG. 19 shows annexin V Alexa647 and DAPI staining results after 5 days of treatment with sgEBV1-7. 図20は、sgEBV1〜7で処置した8日後のアネキシンV Alexa647およびDAPI染色結果を示す。FIG. 20 shows annexin V Alexa647 and DAPI staining results after 8 days of treatment with sgEBV1-7. 図21および図22は、顕微鏡観察により、sgEBV1〜7での処置後にアポトーシス細胞形態が明らかになったことを示す。Figures 21 and 22 show that microscopic observation revealed apoptotic cell morphology after treatment with sgEBV1-7. 図21および図22は、顕微鏡観察により、sgEBV1〜7での処置後にアポトーシス細胞形態が明らかになったことを示す。Figures 21 and 22 show that microscopic observation revealed apoptotic cell morphology after treatment with sgEBV1-7. 図23は、sgEBV1〜7で処置する前の核形態を示す。FIG. 23 shows the nuclear morphology prior to treatment with sgEBV1-7. 図24〜図26は、sgEBV1〜7で処置した後の核形態を示す。FIGS. 24-26 show nuclear morphology after treatment with sgEBV1-7. 図24〜図26は、sgEBV1〜7で処置した後の核形態を示す。FIGS. 24-26 show nuclear morphology after treatment with sgEBV1-7. 図24〜図26は、sgEBV1〜7で処置した後の核形態を示す。FIGS. 24-26 show nuclear morphology after treatment with sgEBV1-7. 図27は、デジタルPCRによる様々なCRISPR処置後のEBV負荷を示す。Cas9およびCas9−oriPは2つの複製物を有し、sgEBV1〜7は5つの複製物を有していた。FIG. 27 shows EBV loading after various CRISPR treatments by digital PCR. Cas9 and Cas9-oriP had 2 replicates and sgEBV1-7 had 5 replicates. 図28は、マイクロ流体チップに捕捉されている単一のRaji細胞を示す。FIG. 28 shows a single Raji cell trapped in a microfluidic chip. 図29は、チップに捕捉されている単一のsgEBV1〜7処置細胞を示す。FIG. 29 shows a single sgEBV1-7 treated cell trapped on the chip. 図30は、処置前の単一細胞のEBV定量PCR Ct値のヒストグラムである。FIG. 30 is a histogram of single cell EBV quantitative PCR Ct values prior to treatment. 図31は、sgEBV1〜7で処置した7日後の単一生存細胞のEBV定量PCR Ct値のヒストグラムである。FIG. 31 is a histogram of EBV quantitative PCR Ct values of single viable cells after 7 days of treatment with sgEBV1-7. 図32は、EBV CRISPRのSURVEYORアッセイを示す(レーンは左から右へと付番されている:レーン1:NEB 100bpラダー;レーン2:sgEBV1対照;レーン3:sgEBV1;レーン4:sgEBV5対照;レーン5:sgEBV5;レーン6:sgEBV7対照;レーン7:sgEBV7;レーン8:sgEBV4)。FIG. 32 shows the SURVEYOR assay for EBV CRISPR (lanes are numbered from left to right: lane 1: NEB 100 bp ladder; lane 2: sgEBV1 control; lane 3: sgEBV1; lane 4: sgEBV5 control; lane 5: sgEBV5; lane 6: sgEBV7 control; lane 7: sgEBV7; lane 8: sgEBV4). 図33は、CRISPR処置が、EBV陰性バーキットリンパ腫細胞株DG−75に細胞毒性でなかったことを示す。FIG. 33 shows that CRISPR treatment was not cytotoxic to the EBV negative Burkitt lymphoma cell line DG-75. 図34は、CRISPR処置が、初代ヒト肺線維芽細胞IMR90に細胞毒性でなかったことを示す。FIG. 34 shows that CRISPR treatment was not cytotoxic to primary human lung fibroblast IMR90. 図35は、ウイルス核酸を切断するために使用されているZFNを示す。FIG. 35 shows ZFNs that have been used to cleave viral nucleic acids. 図36は、ウイルス感染を処置するための組成物(composition)を示す。FIG. 36 shows a composition for treating viral infection. 図37は、CMVを標的とするための本発明の実施形態のフローチャートを示す。FIG. 37 shows a flowchart of an embodiment of the present invention for targeting CMV. 図38は、CMVゲノムのマップである。FIG. 38 is a map of the CMV genome. 図39は、CMVゲノムに由来するPCR増幅産物およびin vitro CRISPR消化に由来する対応する産物を示す(対で示されている)、in vitro CRISPRエンドヌクレアーゼアッセイからの結果を示す。FIG. 39 shows the results from the in vitro CRISPR endonuclease assay, showing PCR amplification products from the CMV genome and corresponding products from in vitro CRISPR digestion (shown in pairs). 図40は、CMVゲノムに由来するPCR増幅産物およびin vitro CRISPR消化に由来する対応する産物を示す(対で示されている)、in vitro CRISPRエンドヌクレアーゼアッセイからの結果を示す。FIG. 40 shows the results from the in vitro CRISPR endonuclease assay, showing PCR amplification products from the CMV genome and corresponding products from in vitro CRISPR digestion (shown in pairs). 図41は、CMVゲノムに由来するPCR増幅産物およびin vitro CRISPR消化に由来する対応する産物を示す(対で示されている)、in vitro CRISPRエンドヌクレアーゼアッセイからの結果を示す。FIG. 41 shows the results from the in vitro CRISPR endonuclease assay, showing PCR amplification products from the CMV genome and corresponding products from in vitro CRISPR digestion (shown in pairs). 図42は、細胞3237を処置して外来核酸を除去するための方法3201を示す。FIG. 42 shows a method 3201 for treating cells 3237 to remove foreign nucleic acids.

(詳細な説明)
本発明の実施形態は、RL2、LAT、UL9、またはOriS等のHSVゲノムの特定の領域を標的とするガイドされるヌクレアーゼ系を使用して、HSV−1およびHSV−2感染を含むHSV感染を処置するための組成物および方法に関する。本発明の組成物は、宿主のゲノムに影響を及ぼさずに、宿主細胞のHSVウイルス核酸をヌクレアーゼ活性により損壊する。本発明の方法および組成物は、感染宿主細胞のHSVゲノムを損壊することにより、潜伏HSV感染でさえ根絶することができる。
(Detailed explanation)
Embodiments of the present invention use guided nuclease systems that target specific regions of the HSV genome, such as RL2, LAT, UL9, or OriS, to detect HSV infections, including HSV-1 and HSV-2 infections. It relates to compositions and methods for treatment. The composition of the present invention destroys the HSV viral nucleic acid of the host cell by nuclease activity without affecting the host genome. The methods and compositions of the present invention can eradicate even latent HSV infection by disrupting the HSV genome of the infected host cell.

それに加えてまたはその代わりに、本発明の実施形態は、サイトメガロウイルス(CMV)を処置するための方法に関する。本発明の方法は、CMVゲノム中に大型または反復挿入または欠失を系統的に引き起こすことにより、細胞内、組織内、または患者内のCMVを無力化するかまたは損壊し、完全ゲノムが再構築される可能性を低減するために使用される。ゲノムへの挿入または欠失は、ウイルスを無力化または破壊し、したがってCMVが処置される。一部の実施形態では、ヌクレアーゼは、CRISPR/Cas9複合体であってもよい。一部の実施形態では、ヌクレアーゼは、ガイドRNA等の配列により誘導される。一部の実施形態では、臓器等の組織が、移植前にヌクレアーゼで処置される。一部の実施形態では、移植ドナーまたは移植レシピエントが、移植手術の前および後で処置される。一部の実施形態では、CMVに感染した患者が、ヌクレアーゼで処置される。   In addition or alternatively, embodiments of the invention relate to methods for treating cytomegalovirus (CMV). The method of the present invention systematically causes large or repetitive insertions or deletions in the CMV genome, thereby neutralizing or destroying CMV in cells, tissues, or patients, and restructuring the complete genome. Used to reduce the likelihood of being done. Insertion or deletion into the genome neutralizes or destroys the virus, thus treating CMV. In some embodiments, the nuclease may be a CRISPR / Cas9 complex. In some embodiments, the nuclease is induced by a sequence such as a guide RNA. In some embodiments, tissues such as organs are treated with nucleases prior to transplantation. In some embodiments, the transplant donor or transplant recipient is treated before and after transplant surgery. In some embodiments, a patient infected with CMV is treated with a nuclease.

図1には、HSV感染を標的とするための方法を図示する。この方法は、標的することが可能なヌクレアーゼ(例えば、ヌクレアーゼのタンパク質または遺伝子として)を得ることを含む。ZFN、TALEN、またはメガヌクレアーゼ等の、任意の好適なヌクレアーゼを使用することができる。好ましい実施形態では、ヌクレアーゼはCas9である。oriS、UL9、RL2、またはLAT等のHSVゲノムの特定の標的へとヌクレアーゼを標的に向かわせる配列が提供される。ヌクレアーゼ遺伝子およびコードされたgRNAは、プラスミドまたはアデノウイルスに基づくベクター等のDNAベクター中に提供されていてもよく、ベクターは、任意選択でプロモーターをさらに含んでいてもよい。その後、その組成物は、HSV感染細胞に導入される。任意の好適なトランスフェクション法または送達法を使用することができる。細胞に導入されると、遺伝子が発現され、Cas9酵素は、gRNAを使用してHSVゲノムを標的とし、それを切断する。gRNAは、HSVゲノムに特異的であり、ヒトゲノムとの一致を有していないため、本明細書に記載の方法および基準によると、宿主ゲノムが無傷に保たれ、正常なヒト遺伝子機能が妨害されない。   FIG. 1 illustrates a method for targeting HSV infection. This method involves obtaining a nuclease (eg, as a nuclease protein or gene) that can be targeted. Any suitable nuclease can be used, such as ZFN, TALEN, or meganuclease. In a preferred embodiment, the nuclease is Cas9. Sequences are provided that direct the nuclease to a specific target of the HSV genome, such as oriS, UL9, RL2, or LAT. The nuclease gene and the encoded gRNA may be provided in a DNA vector, such as a plasmid or adenovirus-based vector, and the vector may optionally further comprise a promoter. The composition is then introduced into HSV infected cells. Any suitable transfection or delivery method can be used. When introduced into a cell, the gene is expressed and the Cas9 enzyme uses the gRNA to target the HSV genome and cleave it. Since gRNA is specific for the HSV genome and does not match the human genome, the methods and criteria described herein keep the host genome intact and do not interfere with normal human gene function. .

HSVならびに標的とする領域に関する考察は、以下の文献に見出すことができる:Summersら、2002年、Herpes Simplex Virus Type 1 Origins of DNA Replication Play No Role in the Regulation of Flanking Promoters、J Virol.、76巻(14号);Eomら、2003年、Replication-initiator protein (UL9) of the herpes simplex virus 1 binds NFB42 and is degraded via the ubiquitin-proteasome pathway、Proc Natl Acad Sci U S A、100巻(17号):9803〜9807頁;McGeochら、1991年、Comparative sequence analysis of the long repeat regions and adjoining parts of the long unique regions in the genomes of herpes simplex viruses types 1 and 2、J Gen Virol.、72巻(Pt12):3057〜75頁。これら文献の各々の内容は、それらの全体が参照によりあらゆる目的のために組み込まれる。   A discussion of HSV and targeted regions can be found in the following literature: Summers et al., 2002, Herpes Simplex Virus Type 1 Origins of DNA Replication Play No Role in the Regulation of Flanking Promoters, J Virol., 76 Eom et al., 2003, Replication-initiator protein (UL9) of the herpes simplex virus 1 binds NFB42 and is degraded via the ubiquitin-proteasome pathway, Proc Natl Acad Sci USA, 100 (17): 9803 ˜9807; McGeoch et al., 1991, Comparative sequence analysis of the long repeat regions and adjoining parts of the long unique regions in the genomes of herpes simplex viruses types 1 and 2, J Gen Virol., 72 (Pt12): 3057 ~ 75 pages. The contents of each of these documents are incorporated by reference in their entirety for all purposes.

図2には、HSVゲノム、およびCRISPRガイドRNAにより標的とすることができるHSV oriSパリンドローム二量体(oriS)、RL2−ICP0(RL2)、LATイントロン(LATi)、LATプロモーター(LATp)、UL9、およびUS12遺伝子が示されている。   FIG. 2 shows the HSV genome and HSV oriS palindromic dimer (oriS), RL2-ICP0 (RL2), LAT intron (LATi), LAT promoter (LATp), UL9, which can be targeted by CRISPR guide RNA. , And the US12 gene is shown.

図3には、cas9および対応するガイドRNAによる消化前および消化後のHSVゲノム領域の増幅産物が示されている。T7 in vitro転写を使用して、RL2、LATi、LATp、UL9、oriS、およびUS12に対するスキャフォールドを有する完全ガイドRNAを生成した。ゲノム標的の隣接領域は、HSV2 G株のゲノムDNA(ATCCから得た)からPCRで増幅した。Cas9タンパク質(PNA Bioから得た)、ガイドRNA、および標的DNAを、in vitroエンドヌクレアーゼアッセイのために混合およびインキュベートした。cas9および各々の個々のゲノム領域を標的とするガイドRNAによる消化前および消化後の、RL2、LATi、LATp、UL9、oriS、およびUS12のPCR増幅産物が示されている図3に示されているように、消化されたDNAのDNAゲル電気泳動により、エンドヌクレアーゼ活性が高いことが明らかになった。   FIG. 3 shows amplification products of the HSV genomic region before and after digestion with cas9 and the corresponding guide RNA. T7 in vitro transcription was used to generate a complete guide RNA with scaffolds for RL2, LATi, LATp, UL9, oriS, and US12. The flanking region of the genomic target was amplified by PCR from HSV2 G strain genomic DNA (obtained from ATCC). Cas9 protein (obtained from PNA Bio), guide RNA, and target DNA were mixed and incubated for in vitro endonuclease assay. RL2, LATi, LATP, UL9, oriS, and US12 PCR amplification products before and after digestion with cas9 and guide RNA targeting each individual genomic region are shown in FIG. Thus, DNA gel electrophoresis of the digested DNA revealed high endonuclease activity.

図37には、CMVを標的とするための本発明の実施形態のフローチャートが示されている。概して、方法100は、CMVゲノムを標的とするヌクレアーゼ105を導入することを含む。ヌクレアーゼは、臓器または妊婦に導入することができる。臓器または胎児は、CMV感染を有することの疑いであり得る。この方法は、ヌクレアーゼに、CMV核酸を標的とし、かつ切断させること110をさらに含む。ヌクレアーゼは、CMVゲノムに結合し、それを変更することができる。   FIG. 37 shows a flowchart of an embodiment of the present invention for targeting CMV. In general, the method 100 includes introducing a nuclease 105 that targets the CMV genome. Nucleases can be introduced into organs or pregnant women. The organ or fetus can be suspected of having CMV infection. The method further includes 110 causing the nuclease to target and cleave the CMV nucleic acid. Nucleases can bind to and alter the CMV genome.

(i.感染細胞の処置)
細胞は、核酸中にコードされているヌクレアーゼで処置(例えば、mRNAまたはプラスミドとして送達)してもよく、または活性形態で送達されてもよい。ヌクレアーゼが、Cas9等のCRISPR関連タンパク質である場合、活性リボ核タンパク質(RNP)を細胞に送達してもよい。
(I. Treatment of infected cells)
The cells may be treated (eg, delivered as mRNA or plasmid) with a nuclease encoded in the nucleic acid, or delivered in an active form. If the nuclease is a CRISPR-related protein such as Cas9, active ribonucleoprotein (RNP) may be delivered to the cell.

図42には、細胞3237を処置して、単純ヘルペスウイルスに由来するウイルス核酸3251等の外来核酸を除去するための方法3201が示されている。方法3201は、感染を処置するために使用するために使用してもよく、または方法3201は、ヒトに由来の細胞等の対象細胞から外来核酸を除去するための研究開発にin vitroで使用してもよい。   FIG. 42 shows a method 3201 for treating cells 3237 to remove foreign nucleic acids such as viral nucleic acid 3251 derived from herpes simplex virus. Method 3201 may be used for use to treat an infection, or method 3201 may be used in vitro for research and development to remove foreign nucleic acids from a subject cell, such as a cell derived from a human. May be.

方法3201は、ヌクレアーゼ3205およびRNA3213を含むリボ核タンパク質(RNP)3231を形成するステップ3225;細胞3237をドナーから得るステップ;RNP3231を細胞3237に送達する(好ましくは、in vitroで)ステップ3245;および細胞3237内のウイルス核酸3251をRNP3231で切断するステップを含む。方法3201は、患者内に移植するための細胞3237を提供するステップを含んでいてもよい。   Method 3201 forms ribonucleoprotein (RNP) 3231 comprising nuclease 3205 and RNA 3213; obtaining cell 3237 from a donor; delivering RNP 3231 to cell 3237 (preferably in vitro) step 3245; and Cleaving viral nucleic acid 3251 in cell 3237 with RNP3231. Method 3201 may include providing cells 3237 for implantation in a patient.

送達ステップ3245は、エレクトロポレーションを含んでいてもよく、またはRNPは、送達ステップ3245用のリポソームにパッケージングされていてもよい。一部の実施形態では、ウイルス核酸3251は、エピゾームウイルスゲノムとして、つまりウイルスのエピソームまたはエピソームベクターとして存在し得る。RNA3213は、ウイルス核酸3251内の標的に実質的に相補的であり、好ましくはヒトゲノムのいずれの位置に対しても実質的に相補的ではない部分を有する。好ましい実施形態では、ウイルスは、HSV−1、HSV−2、水痘帯状疱疹ウイルス、エプスタインバーウイルス、およびサイトメガロウイルスからなる群から選択されるもの等のヘルペスファミリーウイルスである。ウイルスは、細胞中で潜伏段階であってもよい。   Delivery step 3245 may include electroporation, or the RNP may be packaged in liposomes for delivery step 3245. In some embodiments, viral nucleic acid 3251 may exist as an episomal virus genome, ie, as a viral episome or episomal vector. RNA 3213 has a portion that is substantially complementary to a target in viral nucleic acid 3251 and preferably not substantially complementary to any position in the human genome. In a preferred embodiment, the virus is a herpes family virus, such as those selected from the group consisting of HSV-1, HSV-2, varicella-zoster virus, Epstein-Barr virus, and cytomegalovirus. The virus may be in the latent stage in the cell.

好ましい実施形態では、ヌクレアーゼ3205は、好ましくはCas9等のクリスパー関連タンパク質である。RNA3213は、単一ガイドRNA(sgRNA)(crRNAおよびtracrRNAの機能性を提供する)であってもよい。好ましい実施形態では、ヌクレアーゼ3205およびRNA3213は、RNP3231として細胞に送達される。   In a preferred embodiment, nuclease 3205 is preferably a crisper-related protein such as Cas9. RNA 3213 may be a single guide RNA (sgRNA) (providing the functionality of crRNA and tracrRNA). In a preferred embodiment, nuclease 3205 and RNA 3213 are delivered to the cell as RNP3231.

好ましい実施形態では、細胞3237は、その内部にウイルス核酸3251を有し、上記方法は、ヌクレアーゼを使用してウイルス核酸を切断することをさらに含む。   In a preferred embodiment, cell 3237 has viral nucleic acid 3251 therein, and the method further comprises cleaving the viral nucleic acid using a nuclease.

一部の実施形態では、RNPは、臨床応用に、特に非経口送達用に好ましい(例えば、プラスミドDNAと比べて)ことが判明する場合がある。RNPは、DNA(AAV)またはmRNAよりも利点をもたらす活性予形成薬物である。薬物成分は、細胞内で転写、翻訳、またはアセンブルされる必要がない。RNP3231の送達は、薬物特性の向上、例えば、より早期の開始活性およびクリアランス(毒性)制御をもたらすことができる。   In some embodiments, RNP may prove to be preferred (eg, compared to plasmid DNA) for clinical applications, particularly for parenteral delivery. RNP is an active preformed drug that provides advantages over DNA (AAV) or mRNA. The drug component need not be transcribed, translated, or assembled within the cell. Delivery of RNP3231 can result in improved drug properties, such as earlier initiating activity and clearance (toxicity) control.

図36には、ある特定の実施形態によるウイルス感染を処置するための組成物が示されている。組成物は、好ましくは、ヌクレアーゼと、HSVへとヌクレアーゼを標的に向かわせ、RL2、LAT、UL9、またはOriS等のHSVのゲノム領域に相補的であってもよい標的指向性部分(例えばgRNA)とをコードするベクター(プラスミド、直鎖状DNA、またはウイルスベクターであってもよい)を含む。組成物は、任意選択で、本明細書にさらに記載されているような、プロモーター、複製開始点、他のエレメント、またはそれらの組合せの1つまたは複数を含んでいてもよい。   FIG. 36 illustrates a composition for treating a viral infection according to certain embodiments. The composition preferably targets a nuclease and a targeting moiety (eg gRNA) that targets the nuclease to HSV and may be complementary to a genomic region of HSV such as RL2, LAT, UL9, or OriS And a vector (which may be a plasmid, linear DNA, or viral vector). The composition may optionally include one or more of a promoter, origin of replication, other elements, or combinations thereof, as further described herein.

(ii.ヌクレアーゼ)
本発明の方法は、プログラム可能であるか、または標的に向かわせることが可能なヌクレアーゼを使用して、ウイルス核酸を特異的に標的として破壊することを含む。例えば、ジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、クラスターを形成し規則正しい間隔を持つ短いパリンドロームリピート(CRISPR)ヌクレアーゼ、メガヌクレアーゼ、他のエンドヌクレアーゼもしくはエキソヌクレアーゼ、またはそれらの組合せを含む、任意の好適な標的指向性ヌクレアーゼを使用することができる。Schiffer、2012年、Targeted DNA mutagenesis for the cure of chronic viral infections、J Virol、88巻(17号):8920〜8936頁を参照されたい。この文献は、参照により組み込まれる。
(Ii. Nuclease)
The method of the present invention involves specifically destroying a viral nucleic acid using a nuclease that is programmable or can be directed to a target. For example, zinc finger nuclease (ZFN), transcription activator-like effector nuclease (TALEN), short palindromic repeat (CRISPR) nuclease, meganuclease, other endonuclease or exonuclease with clustering and regular spacing, or Any suitable targeting nuclease can be used, including combinations of: See Schiffer, 2012, Targeted DNA mutagenesis for the cure of chronic viral infections, J Virol, 88 (17): 8920-8936. This document is incorporated by reference.

CRISPR方法論では、ガイドとしての小型RNA(gRNA)と複合体を形成して、任意のゲノム位置のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)の上流にあるDNAを配列特異的な様式で切断するCRISPR関連ヌクレアーゼ(Cas9)が使用される。CRISPRは、crRNAおよびtracrRNAとして公知の別々のガイドRNAを使用することができる。このような2つの別々のRNAを組み合わせて単一のRNAにすることにより、短鎖ガイドRNA設計による部位特異的な哺乳類ゲノム切断が可能になる。Cas9およびガイドRNA(gRNA)は、公知の方法により合成することができる。Cas9/ガイドRNA(gRNA)は、非特異的DNA切断タンパク質Cas9、およびハイブリダイズしてCas9/gRNA複合体を標的に向かわせ、そして動員するRNAオリゴを使用する。Changら、2013年、Genome editing with RNA-guided Cas9 nuclease in zebrafish embryos、Cell Res、23巻:465〜472頁;Hwangら、2013年、Efficient genome editing in zebrafish using a CRISPR-Cas system、Nat. Biotechnol、31巻:227〜229頁;Xiaoら、2013年、Chromosomal deletions and inversions mediated by TALENS and CRISPR/Cas in zebrafish、Nucl Acids Res、1〜11頁を参照されたい。   In the CRISPR methodology, a CRISPR-related nuclease that forms a complex with a small RNA (gRNA) as a guide to cleave DNA upstream of a protospacer adjacent motif (PAM) at any genomic location in a sequence-specific manner ( Cas9) is used. CRISPR can use separate guide RNAs known as crRNA and tracrRNA. Combining these two separate RNAs into a single RNA allows site-specific mammalian genome cleavage by short guide RNA design. Cas9 and guide RNA (gRNA) can be synthesized by known methods. Cas9 / guide RNA (gRNA) uses the non-specific DNA cleavage protein Cas9 and RNA oligos that hybridize to target and mobilize the Cas9 / gRNA complex. Chang et al., 2013, Genome editing with RNA-guided Cas9 nuclease in zebrafish embryos, Cell Res, 23: 465-472; Hwang et al., 2013, Efficient genome editing in zebrafish using a CRISPR-Cas system, Nat. Biotechnol 31: 227-229; see Xiao et al., 2013, Chromosomal deletions and inversions mediated by TALENS and CRISPR / Cas in zebrafish, Nucl Acids Res, 1-11.

CRISPR(クラスターを形成し規則正しい間隔を持つ短いパリンドロームリピート)は、細菌に見出され、ファージ感染から細菌を保護すると考えられている。CRISPRは、近年では真核生物DNAの遺伝子発現を変更するための手段として使用されているが、抗ウイルス療法またはより幅広くゲノム物質を損壊する方法としては提案されていない。むしろ、CRISPRは、標的とした細胞または細胞集団のDNAの転写を増加または減少させる手段としての挿入または欠失を導入するために使用されている。例えば、Horvathら、Science(2010年)327巻:167〜170頁;Ternsら、Current Opinion in Microbiology(2011年)14巻:321〜327頁;Bhayaら、Annu Rev Genet(2011年)45巻:273〜297頁;Wiedenheftら、Nature(2012年)482巻:331〜338頁;Jinek Mら、Science(2012年)337巻:816〜821頁;Cong Lら、Science(2013年)339巻:819〜823頁;Jinek Mら、(2013年)、eLife 2:e00471;Mali Pら、(2013年)Science、339巻:823〜826頁;Qi LSら、(2013年)Cell、152巻:1173〜1183頁;Gilbert LAら、(2013年)Cell、154巻:442〜451頁;Yang Hら、(2013年)Cell、154巻:1370〜1379頁;およびWang Hら、(2013年)Cell、153巻:910〜918頁)を参照されたい。これら文献の各々の内容は、それらの全体が参照によりあらゆる目的のために組み込まれる。   CRISPR (short palindromic repeats that form clusters and regularly spaced) are found in bacteria and are thought to protect bacteria from phage infection. CRISPR has recently been used as a means to alter gene expression of eukaryotic DNA, but has not been proposed as an antiviral therapy or more widely as a method of destroying genomic material. Rather, CRISPR has been used to introduce insertions or deletions as a means to increase or decrease transcription of DNA in a targeted cell or cell population. For example, Horvath et al., Science (2010) 327: 167-170; Terns et al., Current Opinion in Microbiology (2011) 14: 321-327; Bhaya et al., Annu Rev Genet (2011) 45: 273-297; Wiedenheft et al., Nature (2012) 482: 331-338; Jinek M et al., Science (2012) 337: 816-821; Cong L et al., Science (2013) 339: 819-823; Jinek M et al. (2013), eLife 2: e00471; Mali P et al. (2013) Science 339: 823-826; Qi LS et al. (2013) Cell 152: Gilbert LA et al. (2013) Cell, 154: 442-451; Yang H et al. (2013) Cell, 154: 1370-1379; and Wang H et al. (2013). Ce ll, 153: 910-918). The contents of each of these documents are incorporated by reference in their entirety for all purposes.

本発明の態様では、Cas9エンドヌクレアーゼは、ゲノムの少なくとも2つの位置で二本鎖切断を引き起こす。こうした2つの二本鎖切断は、ゲノム断片の欠失を引き起こす。ウイルス修復経路により2つの末端がアニーリングされたとしても、ゲノムは依然として欠失したままであり得る。この機序を使用した1つまたは複数の欠失は、ウイルスゲノムを無力化することになる。その結果、宿主細胞からウイルス感染がなくなることになる。   In aspects of the invention, the Cas9 endonuclease causes a double-strand break at at least two positions in the genome. These two double strand breaks cause deletion of the genomic fragment. Even if the two ends are annealed by the viral repair pathway, the genome may still remain deleted. One or more deletions using this mechanism will neutralize the viral genome. As a result, virus infection is eliminated from the host cell.

本発明の実施形態では、ヌクレアーゼは、標的ウイルスのゲノムを切断する。ヌクレアーゼは、核酸のヌクレオチドサブユニット間のリン酸ジエステル結合を切断することが可能な酵素である。エンドヌクレアーゼは、ポリヌクレオチド鎖内のリン酸ジエステル結合を切断する酵素である。デオキシリボヌクレアーゼI等、幾つかのものは、DNAを比較的非特異的に(配列に関わらず)切断するが、多くものは、典型的には制限エンドヌクレアーゼまたは制限酵素と呼ばれ、ヌクレオチド配列を非常に特異的にのみ切断する。本発明の好ましい実施形態では、Cas9ヌクレアーゼが、本発明の組成物および方法に組み込まれるが、任意のヌクレアーゼを使用することができることが理解されるべきである。   In embodiments of the invention, the nuclease cleaves the genome of the target virus. A nuclease is an enzyme capable of cleaving a phosphodiester bond between nucleotide subunits of a nucleic acid. An endonuclease is an enzyme that cleaves a phosphodiester bond in a polynucleotide chain. Some, such as deoxyribonuclease I, cleave DNA relatively non-specifically (regardless of sequence), but many are typically referred to as restriction endonucleases or restriction enzymes, Cleaves only very specifically. In a preferred embodiment of the present invention, Cas9 nuclease is incorporated into the compositions and methods of the present invention, but it should be understood that any nuclease can be used.

本発明の好ましい実施形態では、Cas9ヌクレアーゼを使用して、ゲノムを切断する。Cas9ヌクレアーゼは、ゲノムに二本鎖切断を生成することが可能である。Cas9ヌクレアーゼは、2つの機能性ドメインRuvCおよびHNHを有しており、各々が異なる鎖を切断する。これらドメインが両方とも活性であると、Cas9はゲノム中に二本鎖切断を引き起こす。   In a preferred embodiment of the invention, Cas9 nuclease is used to cleave the genome. Cas9 nuclease can generate double-strand breaks in the genome. Cas9 nuclease has two functional domains, RuvC and HNH, each cleaving a different strand. If both of these domains are active, Cas9 causes a double-strand break in the genome.

本発明の一部の実施形態では、ゲノムへの挿入は、無力化を引き起こすかまたはゲノム発現を変更するように設計することができる。加えて、挿入/欠失は、二本鎖切断に中途終止コードンを生成するか、またはリーディングフレームをシフトさせて二本鎖切断の下流に中途終止コードンを生成するかのいずれかにより、中途終止コードンを導入するためにも使用される。NHEJ修復経路のこうした結果はいずれも、標的遺伝子を損壊するために活用することができる。CRISPR/gRNA/Cas9系の使用により導入される変更は、ゲノムに恒久的に存続する。   In some embodiments of the invention, insertions into the genome can be designed to cause neutralization or alter genome expression. In addition, insertions / deletions terminate prematurely by either generating a premature stop codon for double-strand breaks or by shifting the reading frame to generate a premature stop codon downstream of the double-strand break. Also used to introduce cordons. Any of these results of the NHEJ repair pathway can be exploited to destroy the target gene. Changes introduced through the use of the CRISPR / gRNA / Cas9 system persist permanently in the genome.

本発明の一部の実施形態では、少なくとも1つの挿入は、CRISPR/gRNA/Cas9複合体により引き起こされる。好ましい実施形態では、ゲノム中に多数の挿入を引き起こすことにより、ウイルスが無力化される。本発明の態様では、挿入の数は、ゲノムが修復され得る確率を低下させる。   In some embodiments of the invention, at least one insertion is caused by a CRISPR / gRNA / Cas9 complex. In a preferred embodiment, the virus is neutralized by causing multiple insertions in the genome. In aspects of the invention, the number of insertions reduces the probability that the genome can be repaired.

本発明の一部の実施形態では、少なくとも1つの欠失が、CRISPR/gRNA/Cas9複合体により引き起こされる。好ましい実施形態では、ゲノムに多数の欠失を引き起こすことにより、ウイルスが無力化される。本発明の態様では、欠失の数は、ゲノムが修復され得る確率を低下させる。非常に好ましい実施形態では、本発明のCRISPR/Cas9/gRNA系は、宿主ゲノムを無傷に保ったまま、著しいゲノム損壊を引き起こし、ウイルスゲノムの効果的な破壊をもたらす。   In some embodiments of the invention, at least one deletion is caused by the CRISPR / gRNA / Cas9 complex. In a preferred embodiment, the virus is neutralized by causing multiple deletions in the genome. In aspects of the invention, the number of deletions reduces the probability that the genome can be repaired. In a highly preferred embodiment, the CRISPR / Cas9 / gRNA system of the present invention causes significant genomic damage while keeping the host genome intact, resulting in effective destruction of the viral genome.

TALENは、本質的にあらゆる配列を標的とすることができるDNA結合ドメインに融合された非特異的DNA切断ヌクレアーゼを使用する。TALEN技術の場合、標的部位を識別し、発現ベクターを製作する。線状にされた発現ベクター(例えば、Not1により)を、mRNA合成の鋳型として使用することができる。Life Technologies(カールズバッド、米国カリフォルニア州)製のmMESSAGE mMACHINE SP6転写キット等の市販のキットを使用してもよい。JoungおよびSander、2013年、TALENs: a widely applicable technology for targeted genome editing、Nat Rev Mol Cell Bio、14巻:49〜55頁を参照されたい。   TALEN uses a non-specific DNA-cleaving nuclease fused to a DNA binding domain that can target essentially any sequence. In the case of TALEN technology, a target site is identified and an expression vector is produced. A linearized expression vector (eg, with Not1) can be used as a template for mRNA synthesis. Commercially available kits such as the mMESSAGE mMACHINE SP6 transcription kit from Life Technologies (Carlsbad, CA) may be used. See Joung and Sander, 2013, TALENs: a widely applicable technology for targeted genome editing, Nat Rev Mol Cell Bio, 14: 49-55.

TALENおよびCRISPR法は、標的部位との1対1関係を提供する。つまり、TALEドメインの1単位のタンデムリピートが、標的部位の1つのヌクレオチドを認識し、CRISPR/Cas系のcrRNA、gRNA、またはsgRNAは、DNA標的の相補配列にハイブリダイズする。これらの方法は、1対のTALENまたは1つのgRNAを有するCas9タンパク質を使用して、標的に二本鎖切断を生成することを含み得る。その後、切断箇所は、非相同末端結合または相同組換え(HR)により修復される。   The TALEN and CRISPR methods provide a one-to-one relationship with the target site. That is, one unit of tandem repeat of the TALE domain recognizes one nucleotide of the target site, and the CRISPR / Cas system crRNA, gRNA, or sgRNA hybridizes to the complementary sequence of the DNA target. These methods can include using a Cas9 protein with a pair of TALENs or one gRNA to generate a double stranded break in the target. The cleavage site is then repaired by non-homologous end joining or homologous recombination (HR).

図35は、ウイルス核酸を切断するために使用されているZFNが示されている。手短に述べれば、ZFN法は、標的にされたZFN305および任意選択で少なくとも1つのアクセサリーポリヌクレオチドをコードする少なくとも1つのベクター(例えば、RNA分子)を、感染宿主細胞に導入することを含む。例えば、Weinsteinの米国特許出願公開第2011/0023144号を参照されたい。この文献は、参照により組み込まれる。細胞は、標的配列311を含む。細胞をインキュベートしてZFN305を発現させ、ZFN305により、標的とされた染色体配列311に二本鎖切断317を導入する。一部の実施形態では、ドナーポリヌクレオチドまたは交換ポリヌクレオチド321が導入される。ウイルス核酸の部分を無関連配列と交換することにより、ウイルス核酸の転写または複製を完全に妨害することができる。標的DNA311は交換ポリヌクレオチド321と共に、誤りがちな非相同末端結合DNA修復プロセスまたは相同性により導かれたDNA修復プロセスにより修復され得る。   FIG. 35 shows the ZFN being used to cleave the viral nucleic acid. Briefly, the ZFN method involves introducing into an infected host cell at least one vector (eg, an RNA molecule) encoding a targeted ZFN 305 and optionally at least one accessory polynucleotide. See, for example, U.S. Patent Application Publication No. 2011/0023144 to Weinstein. This document is incorporated by reference. The cell contains the target sequence 311. Cells are incubated to express ZFN305 and double-strand breaks 317 are introduced into the targeted chromosomal sequence 311 by ZFN305. In some embodiments, a donor polynucleotide or exchange polynucleotide 321 is introduced. By exchanging parts of the viral nucleic acid with unrelated sequences, transcription or replication of the viral nucleic acid can be completely prevented. The target DNA 311 can be repaired with the exchange polynucleotide 321 by an error-prone non-homologous end-joining DNA repair process or a DNA repair process guided by homology.

典型的には、ZFNは、DNA結合ドメイン(つまり、ジンクフィンガー)および切断ドメイン(つまり、ヌクレアーゼ)を含み、この遺伝子は、mRNA(例えば、5’キャッピングされているか、ポリアデニル化されているか、またはその両方)として導入することができる。ジンクフィンガー結合ドメインは、選択した任意の核酸配列を認識および結合するように操作することができる。例えば、Quら、2013年、Zinc-finger-nucleases mediate specific and efficient excision of HIV-1 proviral DAN from infected and latently infected human T cells、Nucl Ac Res、41巻(16号):7771〜7782頁を参照されたい。この文献は参照により組み込まれる。操作されたジンクフィンガー結合ドメインは、天然に存在するジンクフィンガータンパク質と比較して、新規な結合特異性を有する場合がある。操作方法としては、これらに限定されないが、合理的設計および種々のタイプの選択が挙げられる。ジンクフィンガー結合ドメインは、ジンクフィンガー認識領域(つまり、ジンクフィンガー)を介して標的DNA配列を認識するように設計することができる。例えば、米国特許第6,607,882号;第6,534,261号;および第6,453,242号を参照されたい。これら文献は、参照により組み込まれる。ジンクフィンガー認識領域を選択するための例示的な方法としては、ファージディスプレイおよびツーハイブリッド系を挙げることができ、米国特許第5,789,538号;米国特許第5,925,523号;米国特許第6,007,988号;米国特許第6,013,453号;米国特許第6,410,248号;米国特許第6,140,466号;米国特許第6,200,759号;および米国特許第6,242,568号に開示されている。これら文献の各々は、参照により組み込まれる。   Typically, ZFNs include a DNA binding domain (ie, zinc finger) and a cleavage domain (ie, nuclease), and this gene is mRNA (eg, 5 ′ capped, polyadenylated, or Both) can be introduced. The zinc finger binding domain can be engineered to recognize and bind to any selected nucleic acid sequence. See, for example, Qu et al., 2013, Zinc-finger-nucleases mediate specific and efficient excision of HIV-1 proviral DAN from infected and latently infected human T cells, Nucl Ac Res, 41 (16): 7771-7782. I want to be. This document is incorporated by reference. Engineered zinc finger binding domains may have novel binding specificities as compared to naturally occurring zinc finger proteins. The operating methods include, but are not limited to, rational design and various types of selection. A zinc finger binding domain can be designed to recognize a target DNA sequence via a zinc finger recognition region (ie, a zinc finger). See, for example, US Pat. Nos. 6,607,882; 6,534,261; and 6,453,242. These documents are incorporated by reference. Exemplary methods for selecting a zinc finger recognition region can include phage display and two-hybrid systems, US Pat. No. 5,789,538; US Pat. No. 5,925,523; US Pat. US Pat. No. 6,007,988; US Pat. No. 6,013,453; US Pat. No. 6,410,248; US Pat. No. 6,140,466; US Pat. No. 6,200,759; This is disclosed in Japanese Patent No. 6,242,568. Each of these documents is incorporated by reference.

また、ZFNは切断ドメインを含む。ZFNの切断ドメイン部分は、制限エンドヌクレアーゼおよびホーミングエンドヌクレアーゼ等の任意の好適なエンドヌクレアーゼまたはエキソヌクレアーゼから得ることができる。例えば、BelfortおよびRoberts、1997年、Homing endonucleases: keeping the house in order、Nucleic Acids Res、25巻(17号):3379〜3388頁を参照されたい。切断ドメインは、切断活性に二量体化を必要とする酵素に由来していてもよい。各ヌクレアーゼが活性酵素二量体の単量体を含む場合、切断に2つのZFNが必要とされる場合がある。あるいは、単一のZFNが、活性酵素二量体を生成するための単量体を両方とも含んでいてもよい。存在する制限エンドヌクレアーゼは、配列特異的結合、および結合部位でのまたはその近傍でのDNA切断が可能であってもよい。ある特定の制限酵素(例えば、タイプIIS)は、認識部位から除去された部位でDNAを切断し、分離可能な結合ドメインおよび切断ドメインを有する。例えば、タイプIIS酵素FokIは、二量体として活性であり、一方の鎖のその認識部位から9個のヌクレオチドで、および他方の鎖のその認識部位から13個のヌクレオチドで、DNAの二本鎖切断を触媒する。ZFNに使用されるFokI酵素は、切断単量体とみなすことができる。したがって、FokI切断ドメインを使用する標的とされる二本鎖切断の場合、各々がFokI切断単量体を含む2つのZFNを使用して、活性酵素二量体を再構成することができる。Wahら、1998年、Structure of FokI has implications for DNA cleavage、PNAS、95巻:10564〜10569頁;米国特許第5,356,802号;米国特許第5,436,150号;米国特許第5,487,994号;米国特許出願公開第2005/0064474号;米国特許出願公開第2006/0188987号;米国特許出願公開第2008/0131962号を参照されたい。これら文献の各々は、参照により組み込まれる。   ZFN also contains a cleavage domain. The cleavage domain portion of ZFN can be obtained from any suitable endonuclease or exonuclease such as restriction endonucleases and homing endonucleases. See, for example, Belfort and Roberts, 1997, Homing endonucleases: keeping the house in order, Nucleic Acids Res, 25 (17): 3379-3388. The cleavage domain may be derived from an enzyme that requires dimerization for cleavage activity. If each nuclease contains an active enzyme dimer monomer, two ZFNs may be required for cleavage. Alternatively, a single ZFN may contain both monomers for generating active enzyme dimers. An existing restriction endonuclease may be capable of sequence-specific binding and DNA cleavage at or near the binding site. Certain restriction enzymes (eg, type IIS) cleave DNA at sites removed from the recognition site and have separable binding and cleavage domains. For example, the type IIS enzyme FokI is active as a dimer and is 9 nucleotides from its recognition site on one strand and 13 nucleotides from its recognition site on the other strand. Catalyze cleavage. The FokI enzyme used for ZFN can be regarded as a cleavage monomer. Thus, in the case of targeted double-strand breaks using the FokI cleavage domain, two ZFNs each containing a FokI cleavage monomer can be used to reconstitute the active enzyme dimer. Wah et al., 1998, Structure of FokI has implications for DNA cleavage, PNAS, 95: 10564-10569; US Pat. No. 5,356,802; US Pat. No. 5,436,150; US Pat. No. 487,994; U.S. Patent Application Publication No. 2005/0064474; U.S. Patent Application Publication No. 2006/0188987; U.S. Patent Application Publication No. 2008/0131962. Each of these documents is incorporated by reference.

ZFNを使用したウイルス標的化は、ある配列を含む少なくとも1つのドナーポリヌクレオチドを細胞内に導入することを含んでいてもよい。ドナーポリヌクレオチドは、好ましくは、染色体への組込み部位のいずれかの側と配列類似性を共有する上流配列および下流配列に隣接されている導入されるべき配列を含む。ドナーポリヌクレオチドの上流配列および下流配列は、目的の染色体配列とドナーポリヌクレオチドとの組換えを促進するように選択される。典型的には、ドナーポリヌクレオチドはDNAであり得る。ドナーポリヌクレオチドは、DNAプラスミド、バクテリア人工染色体(BAC)、酵母人工染色体(YAC)、ウイルスベクター、DNAの線状小片、PCR断片、ネイキッド核酸であってもよく、リポソーム等の送達媒体を使用してもよい。ドナーポリヌクレオチドの配列は、エキソン、イントロン、調節配列、またはそれらの組合せを含んでいてもよい。二本鎖切断は、ドナーポリヌクレオチドとの相同組換えにより修復され、所望の配列が染色体内に組み込まれる。ZFN媒介性プロセスの場合、ZFNにより標的配列内に導入された二本鎖切断は、交換ポリヌクレオチドとの相同組換えにより修復され、交換ポリヌクレオチドの配列を標的配列の部分と交換することができる。二本鎖切断の存在は、切断の相同組換えおよび修復を促進する。交換ポリヌクレオチドは、物理的に組み込まれてもよく、あるいは切断を修復するための鋳型として交換ポリヌクレオチドを使用して、交換ポリヌクレオチドの配列情報が、標的配列のその部分の配列情報と交換されるという結果をもたらすことができる。したがって、ウイルス核酸の部分を、交換ポリヌクレオチドの配列に変換することができる。ZFN法は、ベクターを使用して、ZFNおよび任意選択で少なくとも1つの交換ポリヌクレオチドまたは少なくとも1つのドナーポリヌクレオチドをコードする核酸分子を感染細胞に送達することを含むことができる。   Viral targeting using ZFN may involve introducing at least one donor polynucleotide comprising a sequence into the cell. The donor polynucleotide preferably comprises upstream and downstream sequences that share sequence similarity with either side of the chromosomal integration site and sequences to be introduced. The upstream and downstream sequences of the donor polynucleotide are selected to facilitate recombination of the chromosomal sequence of interest with the donor polynucleotide. Typically, the donor polynucleotide can be DNA. The donor polynucleotide may be a DNA plasmid, a bacterial artificial chromosome (BAC), a yeast artificial chromosome (YAC), a viral vector, a linear piece of DNA, a PCR fragment, or a naked nucleic acid, using a delivery vehicle such as a liposome. May be. The sequence of the donor polynucleotide may include exons, introns, regulatory sequences, or combinations thereof. Double-strand breaks are repaired by homologous recombination with the donor polynucleotide, and the desired sequence is integrated into the chromosome. In the case of a ZFN-mediated process, double-strand breaks introduced into the target sequence by ZFN can be repaired by homologous recombination with the exchange polynucleotide, exchanging the sequence of the exchange polynucleotide with a portion of the target sequence. . The presence of double-strand breaks promotes homologous recombination and repair of the breaks. The exchange polynucleotide may be physically incorporated, or the exchange polynucleotide sequence information is exchanged with the sequence information of that portion of the target sequence, using the exchange polynucleotide as a template to repair the cleavage. Result. Thus, a portion of the viral nucleic acid can be converted to the sequence of the exchange polynucleotide. The ZFN method can include using a vector to deliver a nucleic acid molecule encoding ZFN and optionally at least one exchange polynucleotide or at least one donor polynucleotide to an infected cell.

メガヌクレアーゼは、大型認識部位(12〜40塩基対の二本鎖DNA配列)により特徴付けられるエンドデオキシリボヌクレアーゼであり、そのため、一般的にこの部位は任意の所与のゲノムに1つしか存在しない。例えば、I−SceIメガヌクレアーゼにより認識される18塩基対配列は、偶然に1つ見出すだけでも、平均でヒトゲノムの20倍のサイズのゲノムを必要とするだろう(単一のミスマッチを有する配列は、ヒトサイズのゲノム1つ当たり約3倍見出されるが)。したがって、メガヌクレアーゼは、最も特異的な天然に存在する制限酵素であると考えられる。メガヌクレアーゼは、配列および構造モチーフに基づいて、5つのファミリーに分類することができる:LAGLIDADG、GIY−YIG、HNH、His−Cysボックス、およびPD−(D/E)XKである。最もよく研究されているファミリーは、生命界の全てに見出されているLAGLIDADGタンパク質のファミリーであり、一般的にイントロンまたはインテイン内にコードされているが、独立したメンバーも存在する。配列モチーフLAGLIDADGは、酵素活性の必須エレメントである。幾つかのタンパク質は、そのようなモチーフを1つだけ含むが、他のタンパク質はそのようなモチーフを2つ含む。いずれの場合でも、このモチーフの後には、他のファミリーメンバーとの配列類似性がほとんどないかまたは全くない約75〜200個のアミノ酸残基が続いていた。結晶構造は、以下のLAGLIDADGファミリーの配列特異性の様式および切断機序を示す:(i)伸長β鎖がDNAの主溝内に埋没することにより特異的接触が生じ、DNA結合サドルが、DNAのヘリックスのねじれを模倣するピッチおよび輪郭を有する;(ii)タンパク質とDNAとの間の完全な水素結合能力は、決して完全に実現されることはない;(iii)特徴的な4−ntの3’−OH突出を生成する切断が副溝を横切って生じ、中央「4塩基」領域のDNAの歪みにより、切断を受けるリン酸結合がタンパク質触媒コアにより接近する;(iv)固有の「金属共有」パラダイムが関与することがある、提唱されている2金属機序により切断が生じる;および(v)最後に、コアα/βフォールディングの外側領域の「適応させられた(adapted)」スキャフォールドから、さらなる親和性および/または特異的接触が生じ得る。Silvaら、2011年、Meganucleases and other tools for targeted genome engineering、Curr Gene Ther、11巻(1号):11〜27頁を参照されたい。この文献は、参照により組み込まれる。   A meganuclease is an endodeoxyribonuclease that is characterized by a large recognition site (a 12-40 base pair double stranded DNA sequence), so that there is generally only one such site in any given genome. . For example, an 18 base pair sequence recognized by an I-SceI meganuclease will require an average 20 times the size of the genome of the human genome, even if one is found by chance (sequences with a single mismatch are , Which is found approximately three times per human-sized genome). Meganucleases are therefore considered to be the most specific naturally occurring restriction enzymes. Meganucleases can be classified into five families based on sequence and structural motifs: LAGLIDADG, GIY-YIG, HNH, His-Cys box, and PD- (D / E) XK. The most well-studied family is the family of LAGLIDADG proteins found all over the life world, generally encoded within introns or inteins, but there are also independent members. The sequence motif LAGLIDADG is an essential element of enzyme activity. Some proteins contain only one such motif, while other proteins contain two such motifs. In any case, this motif was followed by about 75-200 amino acid residues with little or no sequence similarity to other family members. The crystal structure shows the following sequence of LAGLIDADG family sequence specificity and cleavage mechanism: (i) Specific contacts occur when the extended β chain is buried in the major groove of DNA, and the DNA binding saddle With a pitch and contour that mimics the helix twist of (ii) the complete hydrogen bonding ability between protein and DNA is never fully realized; (iii) the characteristic 4-nt Cleavage to produce a 3′-OH overhang occurs across the minor groove, and due to DNA distortion in the central “4-base” region, the phosphate bond undergoing cleavage is closer to the protein catalytic core; (iv) a unique “metal” The proposed bimetallic mechanism, which may involve a “shared” paradigm, results in cleavage; and (v) Finally, “adaptation” of the outer region of the core α / β folding From Sera were (Adapted) "scaffold, further affinity and / or specific contact may occur. See Silva et al., 2011, Meganucleases and other tools for targeted genome engineering, Curr Gene Ther, 11 (1): 11-27. This document is incorporated by reference.

本発明の一部の実施形態では、鋳型配列がゲノム内に挿入される。ゲノムDNAにヌクレオチド改変を導入するためには、相同性により導かれた修復(HDR)の間に、所望の配列を含むDNA修複鋳型が存在しなければならない。DNA鋳型は、通常、gRNA/Cas9と共に細胞内にトランスフェクトされる。各相同性アームの長さおよび結合位置は、導入される変化のサイズに依存する。好適な鋳型が存在すると、HDRは、Cas9誘導性二本鎖切断に著しい変化を導入することができる。   In some embodiments of the invention, the template sequence is inserted into the genome. In order to introduce nucleotide modifications into genomic DNA, there must be a DNA repair template containing the desired sequence during homology-guided repair (HDR). The DNA template is usually transfected into cells with gRNA / Cas9. The length and binding position of each homology arm depends on the size of the change introduced. In the presence of a suitable template, HDR can introduce significant changes in Cas9-induced double strand breaks.

本発明の一部の実施形態では、修飾型のヌクレアーゼを使用してもよい。RuvC−またはHNH−のいずれかの単一不活性触媒ドメインを含む修飾型のCas9酵素は、「ニッカーゼ」と呼ばれる。活性ヌクレアーゼドメインが1つのみで、Cas9ニッカーゼは、標的DNAの一方の鎖のみを切断し、一本鎖切断または「ニック」を生成する。不活性dCas9(RuvC−およびHNH−)と同様に、Cas9ニッカーゼは、gRNA特異性に基づいてDNAに依然として結合することができるが、ニッカーゼは、DNA鎖の一方のみを切断することになる。CRISPRプラスミドの大部分は、S.pyogenesに由来し、RuvCドメインは、D10A突然変異により不活化することができ、HNHドメインは、H840A突然変異により不活化することができる。   In some embodiments of the invention, modified nucleases may be used. A modified Cas9 enzyme containing a single inactive catalytic domain of either RuvC- or HNH- is called "nickase". With only one active nuclease domain, Cas9 nickase cleaves only one strand of the target DNA, producing a single strand break or “nick”. Like inactive dCas9 (RuvC- and HNH-), Cas9 nickase can still bind to DNA based on gRNA specificity, but nickase will only cleave one of the DNA strands. The majority of CRISPR plasmids are From Pyogenes, the RuvC domain can be inactivated by the D10A mutation and the HNH domain can be inactivated by the H840A mutation.

一本鎖切断またはニックは、通常、インタクトな相補的DNA鎖を鋳型として使用して、HDR経路により迅速に修復される。しかしながら、Cas9ニッカーゼにより導入された2つの近接した反対側の鎖のニックは、二本鎖切断として扱われ、この場合、「ダブルニック」または「二重ニッカーゼ」CRISPR系と呼ばれることが多い。ダブルニック誘導性二本鎖切断は、遺伝子標的に対する所望の効果に応じて、NHEJまたはHDRのいずれかにより修復することができる。こうした二本鎖切断にて、CRISPR/Cas9複合体により挿入および欠失が引き起こされる。本発明の態様では、欠失は、2つの二本鎖切断を互いに近接して配置することにより引き起こされ、それによりゲノムの断片の欠失が引き起こされる。   Single-strand breaks or nicks are usually quickly repaired by the HDR pathway using an intact complementary DNA strand as a template. However, the nicks of two adjacent opposite strands introduced by Cas9 nickase are treated as double-strand breaks and are often referred to as “double nick” or “double nickase” CRISPR systems. Double nick-induced double strand breaks can be repaired by either NHEJ or HDR, depending on the desired effect on the gene target. Such double strand breaks cause insertions and deletions by the CRISPR / Cas9 complex. In aspects of the invention, the deletion is caused by placing two double-strand breaks in close proximity to each other, thereby causing a deletion of a genomic fragment.

(iii.標的指向性部分)
ヌクレアーゼは、ガイドRNA(gRNA)の標的特異性を使用することができる。以下で考察されるように、ガイドRNAまたは単一ガイドRNAは、ウイルスゲノムを標的とするように特異的に設計される。
(Iii. Target-directed part)
Nucleases can use the target specificity of guide RNA (gRNA). As discussed below, guide RNAs or single guide RNAs are specifically designed to target the viral genome.

本発明のCRISPR/Cas9遺伝子編集複合体は、ウイルスゲノムを標的とするガイドRNAと共に最適に作用する。ガイドRNA(gRNA)(単一ガイドRNA(sgRNA)、crisprRNA(crRNA)、トランス活性化RNA(tracrRNA)、任意の他の標的指向性オリゴ、またはそれらの任意の組合せを含む)は、ウイルスゲノムの損壊を引き起こすために、CRISPR/Cas9複合体をウイルスゲノムへと導く。本発明の態様では、CRISPR/Cas9/gRNA複合体は、細胞内の特定のウイルスを標的とするように設計される。本発明の組成物を使用して任意のウイルスを標的とすることができることが理解されるべきである。ウイルスゲノムの特異的領域を識別することにより、CRISPR/Cas9/gRNA複合体の開発および設計が支援される。   The CRISPR / Cas9 gene editing complex of the present invention works optimally with guide RNA targeting the viral genome. Guide RNA (gRNA) (including single guide RNA (sgRNA), crisprRNA (crRNA), trans-activated RNA (tracrRNA), any other targeting oligo, or any combination thereof) In order to cause destruction, the CRISPR / Cas9 complex is led into the viral genome. In aspects of the invention, the CRISPR / Cas9 / gRNA complex is designed to target a specific virus in the cell. It should be understood that the compositions of the present invention can be used to target any virus. Identifying specific regions of the viral genome aids the development and design of CRISPR / Cas9 / gRNA complexes.

本発明の態様では、CRISPR/Cas9/gRNA複合体は、細胞内の潜伏ウイルスを標的とするように設計される。細胞内にトランスフェクトされると、CRISPR/Cas9/gRNA複合体は、反復挿入または欠失によりゲノムの無力化を引き起こすか、または挿入または欠失の数に起因して、修復の可能性を著しく低減させる。   In aspects of the invention, the CRISPR / Cas9 / gRNA complex is designed to target intracellular latent viruses. When transfected intracellularly, the CRISPR / Cas9 / gRNA complex causes neutralization of the genome by repeated insertions or deletions, or significantly increases the potential for repair due to the number of insertions or deletions. Reduce.

一例として、エプスタインバーウイルス(EBV)は、ヒトヘルペスウイルス4(HHV−4)とも呼ばれ、本発明のCRISPR/Cas9/gRNA複合体により細胞内で不活化される。EBVは、ヘルペスファミリーのウイルスであり、ヒトにおいて最も一般的なウイルスの1つである。ウイルスは、直径がおよそ122nm〜180nmであり、タンパク質カプシドに包まれた二重らせんのDNAで構成されている。この例では、適切なin vitroモデルとして役割を果たすのは、Raji細胞株である。Raji細胞株は、造血起源からの最初の連続継代性ヒト細胞株であり、細胞株は、非通常株のエプスタインバーウイルスを産生するが、最も広範に研究されているEBVモデルの1つである。Raji細胞内のEBVゲノムを標的とするためには、EBVに対して特異性を有するCRISPR/Cas9複合体が必要とされる。EBVを標的とするCRISPR/Cas9プラスミドの設計は、Addgene,Inc.から得たU6プロモーター駆動性キメラガイドRNA(sgRNA)およびユビキタスプロモーター駆動性Cas9で構成される。本発明では、市販のガイドRNAおよびCas9ヌクレアーゼを使用することができる。Cas9タンパク質の後に融合されているEGFPマーカーにより、Cas9陽性細胞の選択を可能にした。   As an example, Epstein-Barr virus (EBV), also called human herpesvirus 4 (HHV-4), is inactivated in cells by the CRISPR / Cas9 / gRNA complex of the present invention. EBV is a herpes family of viruses and is one of the most common viruses in humans. Viruses are approximately 122 nm to 180 nm in diameter, and are composed of double helix DNA wrapped in a protein capsid. In this example, it is the Raji cell line that serves as a suitable in vitro model. The Raji cell line is the first serially passaged human cell line from hematopoietic origin, which produces an unusual strain of Epstein-Barr virus, but is one of the most widely studied EBV models. is there. To target the EBV genome in Raji cells, a CRISPR / Cas9 complex with specificity for EBV is required. The design of the CRISPR / Cas9 plasmid targeting EBV is described in Addgene, Inc. From a U6 promoter-driven chimeric guide RNA (sgRNA) and a ubiquitous promoter-driven Cas9. In the present invention, commercially available guide RNA and Cas9 nuclease can be used. The EGFP marker fused after the Cas9 protein allowed the selection of Cas9 positive cells.

本発明の態様では、ガイドRNAは、商業的に購入したか否かに関わらず、特定のウイルスゲノムを標的とするように設計されている。ウイルスゲノムが識別され、ウイルスゲノムの選択部分を標的とするガイドRNAが開発され、本発明の組成物に組み込まれる。本発明の態様では、ガイドRNA設計には、特定のウイルス株の基準ゲノムが選択される。   In aspects of the invention, the guide RNA is designed to target a specific viral genome, whether or not purchased commercially. Viral genomes are identified and guide RNAs targeting selected portions of the viral genome are developed and incorporated into the compositions of the present invention. In aspects of the invention, a reference genome of a particular virus strain is selected for guide RNA design.

例えば、EBVゲノムを標的とするガイドRNAは、本実施例における系の成分である。EBVに関しては、例えば、B95−8株に由来する基準ゲノムを、設計指針として使用した。EBV等の、目的のゲノム内の選択領域または遺伝子が標的とされる。例えば、6つの領域を、ゲノム編集の目的が異なる7つのガイドRNA設計で標的とすることができる。   For example, guide RNA targeting the EBV genome is a component of the system in this example. For EBV, for example, a reference genome derived from B95-8 strain was used as a design guide. A selected region or gene within the genome of interest, such as EBV, is targeted. For example, six regions can be targeted with seven guide RNA designs with different genomic editing objectives.

図7は、候補となる構造関連標的、形質転換関連標的、および潜伏関連標的が示されているEBVゲノムの概略図である。さらに、図7には、sgEBV1、sgEBV2、sgEBV3、sgEBV4/5、sgEBV6、およびsgEBV7が、EBVゲノムを標的とする箇所が示されている。   FIG. 7 is a schematic diagram of the EBV genome showing candidate structure-related targets, transformation-related targets, and latency-related targets. Further, FIG. 7 shows the locations where sgEBV1, sgEBV2, sgEBV3, sgEBV4 / 5, sgEBV6, and sgEBV7 target the EBV genome.

EBVに関して、感染の潜在モードおよび溶菌モードの両方で発現される唯一の核エプスタインバーウイルス(EBV)タンパク質は、EBNA1である。EBNA1は、潜伏感染に幾つかの重要な役割を果たすことが公知であるが、EBNA1は、遺伝子調節および潜伏ゲノム複製を含む多数のEBV機能にとって重要である。したがって、ガイドRNA sgEBV4およびsgEBV5を選択して、ゲノムのこの全領域を切除するためにEBNA1コード領域の両端を標的とした。こうした「構造」標的により、EBVゲノムを系統的により小さな小片に消化することが可能になる。EBNA3CおよびLMP1は、宿主細胞形質転換に不可欠であり、これら2つのタンパク質の5’エキソンをそれぞれ標的とするようにガイドRNA sgEBV3およびsgEBV7を設計した。   For EBV, the only nuclear Epstein-Barr virus (EBV) protein that is expressed in both latent and lytic modes of infection is EBNA1. Although EBNA1 is known to play several important roles in latent infection, EBNA1 is important for many EBV functions including gene regulation and latent genome replication. Therefore, guide RNAs sgEBV4 and sgEBV5 were selected to target both ends of the EBNA1 coding region to excise this entire region of the genome. These “structural” targets allow the EBV genome to be digested systematically into smaller pieces. EBNA3C and LMP1 are essential for host cell transformation, and guide RNAs sgEBV3 and sgEBV7 were designed to target the 5 'exons of these two proteins, respectively.

(iv.細胞への導入)
本発明の方法は、ヌクレアーゼおよび配列特異的標的指向性部分を細胞内に導入することを含む。ヌクレアーゼは、配列特異的標的指向性部分によりウイルス核酸を標的とし、その後、宿主ゲノムを妨害することなくウイルス核酸を切断する。任意の好適な方法を使用して、ヌクレアーゼを感染細胞または組織に送達することができる。例えば、ヌクレアーゼまたはヌクレアーゼをコードする遺伝子を、注射により、経口で、または流体力学的送達により送達することができる。ヌクレアーゼまたはヌクレアーゼをコードする遺伝子は、全身循環に送達してもよく、または特定の組織タイプに送達してもよく、もしくはそうでなければ局在化させてもよい。ヌクレアーゼまたヌクレアーゼをコードする遺伝子を修飾またはプログラムして、コードされているヌクレアーゼが、ある特定の組織タイプで優先的にまたはある特定の組織タイプでのみ転写されるように組織特異的プロモーターを使用することによる等の、ある特定の条件下でのみ活性化させてもよい。
(Iv. Introduction into cells)
The methods of the invention involve introducing nucleases and sequence-specific targeting moieties into cells. Nucleases target viral nucleic acids with sequence-specific targeting moieties and then cleave the viral nucleic acids without interfering with the host genome. Any suitable method can be used to deliver the nuclease to infected cells or tissues. For example, a nuclease or gene encoding a nuclease can be delivered by injection, orally, or by hydrodynamic delivery. The nuclease or gene encoding the nuclease may be delivered to the systemic circulation, or may be delivered to a particular tissue type, or may be otherwise localized. Modify or program a nuclease or nuclease-encoding gene to use a tissue-specific promoter so that the encoded nuclease is preferentially transcribed in certain tissue types or only in certain tissue types It may be activated only under certain conditions, such as by chance.

一部の実施形態では、特異的なCRISPR/Cas9/gRNA複合体が細胞内に導入される。ガイドRNAは、ウイルスゲノムの少なくとも1つのカテゴリーの配列を標的とするように設計される。潜伏感染に加えて、本発明は、パッケージングにされる前に、または放出された後にウイルスゲノムを標的とすることにより、ウイルス複製を能動的に制御するために使用することもできる。   In some embodiments, a specific CRISPR / Cas9 / gRNA complex is introduced into the cell. Guide RNAs are designed to target at least one category of sequence in the viral genome. In addition to latent infection, the present invention can also be used to actively control viral replication by targeting the viral genome before packaging or after release.

一部の実施形態では、ガイドRNAのカクテルを細胞内に導入してもよい。ガイドRNAは、ウイルスゲノムの多数のカテゴリーの配列を標的とするように設計される。ゲノムに沿って幾つかの領域を標的とすることにより、複数位置での二本鎖切断は、ゲノムを断片化し、修復の可能性を低下させる。修復機構が働いたとしても、こうした大きな欠失は、ウイルスを無力化する。   In some embodiments, a cocktail of guide RNAs may be introduced into the cell. Guide RNAs are designed to target multiple categories of sequences in the viral genome. By targeting several regions along the genome, double-strand breaks at multiple positions will fragment the genome and reduce the likelihood of repair. Even if the repair mechanism works, such a large deletion neutralizes the virus.

一部の実施形態では、幾つかのガイドRNAを添加して、異なるカテゴリーの配列を標的とするカクテルが生成される。例えば、2、5、7、または11個のガイドRNAが、3つの異なるカテゴリーの配列を標的とするCRISPRカクテル中に存在してもよい。しかしながら、任意の数のgRNAをカクテルに導入して、配列のカテゴリーを標的とすることができる。好ましい実施形態では、配列のカテゴリーは、それぞれ、ゲノム構造、宿主細胞形質転換、および潜伏感染性にとって重要である。   In some embodiments, several guide RNAs are added to generate a cocktail that targets different categories of sequences. For example, 2, 5, 7, or 11 guide RNAs may be present in a CRISPR cocktail that targets three different categories of sequences. However, any number of gRNAs can be introduced into the cocktail to target the category of sequence. In preferred embodiments, the sequence categories are important for genomic structure, host cell transformation, and latent infectivity, respectively.

本発明の一部の態様では、in vitro実験により、ウイルスゲノム内の最も必須な標的を決定することが可能である。例えば、ゲノムを効果的に無力化するために最も必須な標的を理解するために、ガイドRNAのサブセットをモデル細胞内にトランスフェクトする。アッセイにより、どのガイドRNAまたはどのカクテルが、必須なカテゴリーの配列を標的とするのに最も効果的であるかを決定することができる。   In some aspects of the invention, it is possible to determine the most essential target within the viral genome by in vitro experiments. For example, to understand the most essential target for effectively neutralizing the genome, a subset of guide RNAs are transfected into model cells. The assay can determine which guide RNA or which cocktail is most effective in targeting the essential categories of sequences.

例えば、EBVゲノムを標的とする場合、CRISPRカクテル中の7個のガイドRNAが、それぞれEBVゲノム構造、宿主細胞形質転換、および潜伏感染性にとって重要であると識別されている3つの異なるカテゴリーの配列を標的とした。効果的なEBV処置に最も必須な標的を理解するために、ガイドRNAのサブセットをRaji細胞にトランスフェクトした。   For example, when targeting the EBV genome, three different categories of sequences in which the seven guide RNAs in the CRISPR cocktail are each identified as important for EBV genome structure, host cell transformation, and latent infectivity Was targeted. In order to understand the most essential targets for effective EBV treatment, a subset of guide RNA was transfected into Raji cells.

図14には、EBVゲノムの領域において種々の組合せのガイドRNAで標的とした後の相対的細胞増殖が示されている。sgEBV4/5は、EBVゲノムを85%低減したが、完全カクテルほど効果的には細胞増殖を抑制することができなかった(図14)。構造配列を標的とするガイドRNA(sgEBV1/2/6)は、EBV負荷を完全には除去しなかったが(26%の減少)、細胞増殖を完全に中止させることができた。ゲノム編集の効率が高いことおよび増殖が停止したことを考慮すると、sgEBV1/2/6の残留EBVゲノム痕跡は、インタクトなゲノムに起因するのではなく、EBVゲノムから消化された遊離の浮遊DNA、つまり偽陽性であると疑われた。   FIG. 14 shows the relative cell growth after targeting with various combinations of guide RNAs in the region of the EBV genome. sgEBV4 / 5 reduced the EBV genome by 85% but failed to suppress cell proliferation as effectively as the full cocktail (FIG. 14). Guide RNA targeting the structural sequence (sgEBV1 / 2/6) did not completely eliminate EBV loading (26% reduction) but was able to completely stop cell growth. In view of the high efficiency of genome editing and the cessation of growth, the residual EBV genomic signature of sgEBV1 / 2/6 is not attributed to the intact genome, but free floating DNA digested from the EBV genome, That is, it was suspected to be a false positive.

CRISPR/Cas9/gRNA複合体を構築したら、複合体を細胞内に導入する。複合体は、in vitroモデルまたはin vivoモデルの細胞内に導入することができることが理解されるべきである。本発明の態様では、CRISPR/Cas9/gRNA複合体は、トランスフェクション後にウイルスのインタクトなゲノムを残さないように設計され、複合体は、効率的なトランスフェクションのために設計される。   Once the CRISPR / Cas9 / gRNA complex is constructed, the complex is introduced into the cell. It should be understood that the complex can be introduced into cells of an in vitro model or an in vivo model. In aspects of the invention, the CRISPR / Cas9 / gRNA complex is designed to leave no intact genome of the virus after transfection, and the complex is designed for efficient transfection.

本発明の態様では、ウイルスベクターおよび非ウイルスベクターを含む種々の方法によりCRISPR/Cas9/gRNAを細胞内にトランスフェクトすることが可能である。ウイルスベクターとしては、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、およびアデノ随伴ウイルスを挙げることができる。任意のウイルスベクターを本発明に組み込んで、細胞内へのCRISPR/Cas9/gRNA複合体の送達を達成することができることが理解されるべきである。消化または無力化のために設計されたCRISPR/Cas9/gRNA複合体によっては、幾つかのウイルスベクターは、他のものよりも効果的であり得る。本発明の態様では、ベクターは、宿主細胞でベクターを複製および維持するのに必要な複製開始点等の必須成分を含む。   In aspects of the invention, CRISPR / Cas9 / gRNA can be transfected into cells by a variety of methods including viral and non-viral vectors. Viral vectors can include retroviruses, lentiviruses, adenoviruses, and adeno-associated viruses. It should be understood that any viral vector can be incorporated into the present invention to achieve delivery of the CRISPR / Cas9 / gRNA complex into the cell. Depending on the CRISPR / Cas9 / gRNA complex designed for digestion or neutralization, some viral vectors may be more effective than others. In aspects of the invention, the vector includes essential components such as an origin of replication necessary to replicate and maintain the vector in a host cell.

本発明の態様では、ウイルスベクターを送達ベクターとして使用して、複合体を細胞内に送達する。送達ベクターとしてのウイルスベクターの使用は、当技術分野で公知である。例えば、Wilkesらの米国特許出願公開第2009/0017543号を参照されたい。この文献の内容は、参照により組み込まれる。   In aspects of the invention, the viral vector is used as a delivery vector to deliver the complex into the cell. The use of viral vectors as delivery vectors is known in the art. See, for example, US Patent Application Publication No. 2009/0017543 to Wilkes et al. The contents of this document are incorporated by reference.

レトロウイルスは、その核酸をmRNAゲノムの形態(5’キャップおよび3’PolyA尾部を含む)で格納し、偏性寄生体として宿主細胞を標的とする一本鎖RNAウイルスである。当技術分野の一部の方法では、核酸を細胞内に導入するためにレトロウイルスが使用されてきた。ウイルスは、宿主細胞の細胞質内部に入ると、それ自体の逆転写酵素を使用してそのRNAゲノムからDNAを産生する。これは、通常のパターンの逆であり、したがってレトロ(逆方向)である。その後、この新しいDNAは、インテグラーゼ酵素により宿主細胞ゲノムに組み込まれ、その時点で、このレトロウイルスDNAは、プロウイルスと呼ばれる。例えば、モロニーマウス白血病ウイルス等の組換えレトロウイルスは、安定的した様式の宿主ゲノム内への組込み能力を有する。それらは、宿主ゲノム内への組込みを可能にする逆転写酵素を含む。レトロウイルスベクターは、複製可能または複製欠損のいずれであってもよい。本発明の一部の実施形態では、細胞内へのトランスフェクションを達成にするためにレトロウイルスが組み込まれるが、CRISPR/Cas9/gRNA複合体は、ウイルスゲノムを標的とするように設計される。   Retroviruses are single-stranded RNA viruses that store their nucleic acids in the form of mRNA genomes (including 5 'caps and 3' PolyA tails) and target host cells as obligate parasites. In some methods in the art, retroviruses have been used to introduce nucleic acids into cells. Once inside the cytoplasm of the host cell, the virus uses its own reverse transcriptase to produce DNA from its RNA genome. This is the reverse of the normal pattern and is therefore retro (reverse). This new DNA is then integrated into the host cell genome by the integrase enzyme, at which point the retroviral DNA is called a provirus. For example, recombinant retroviruses such as Moloney murine leukemia virus have the ability to integrate into the host genome in a stable manner. They contain reverse transcriptases that allow integration into the host genome. Retroviral vectors can be either replicable or replication defective. In some embodiments of the invention, retroviruses are incorporated to achieve transfection into cells, but the CRISPR / Cas9 / gRNA complex is designed to target the viral genome.

本発明の一部の実施形態では、レトロウイルスのサブクラスであるレンチウイルスが、ウイルスベクターとして使用される。レンチウイルスは、非分裂細胞のゲノム内への組込み能力を考慮すると、送達媒体(ベクター)として適合することができる。これは、他のレトロウイルスは分裂する細胞にしか感染することができないため、レンチウイルスに固有な特徴である。RNAの形態のウイルスゲノムは、ウイルスが細胞に進入してDNAを産生する際に逆転写され、その後ウイルスのインテグラーゼ酵素により無作為位置でゲノム内に挿入される。この時点ではプロウイルスと呼ばれるベクターは、ゲノムに残留し、細胞が分裂するときに細胞の子孫に受け継がれる。   In some embodiments of the invention, lentivirus, a subclass of retrovirus, is used as a viral vector. Lentiviruses can be adapted as delivery vehicles (vectors) given their ability to integrate into the genome of non-dividing cells. This is an inherent feature of lentiviruses because other retroviruses can only infect dividing cells. The viral genome in the form of RNA is reverse transcribed as the virus enters the cell and produces DNA, which is then inserted into the genome at random locations by the viral integrase enzyme. At this point, a vector called a provirus remains in the genome and is inherited by the cell's progeny when the cell divides.

レンチウイルスとは対照的に、アデノウイルスDNAは、ゲノムに組み込まれず、細胞分裂の間には複製されない。アデノウイルスおよび関連AAVは、宿主のゲノム内に組み込まれないため、送達ベクターとして有望な手法であろう。本発明の一部の態様では、標的とされるウイルスゲノムだけが、CRISPR/Cas9/gRNA複合体により影響を受け、宿主の細胞は影響を受けない。アデノ随伴ウイルス(AAV)は、ヒトおよび幾つかの他の霊長類種に感染する小型ウイルスである。AAVは、分裂する細胞および分裂しない細胞の両方に感染することができ、そのゲノムを宿主細胞のゲノム内に組み込むことができる。例えば、遺伝子治療ベクターとしての使用に有望であるため、自己相補性アデノ随伴ウイルス(scAAV)と呼ばれる改変型AAVが研究者により生成されている。AAVは、DNAの一本鎖をパッケージングしており、第2鎖の合成プロセスを必要とするが、scAAVは、両鎖をパッケージングしており、それらは共にアニーリングして二本鎖DNAを形成する。第2鎖の合成を省くことにより、scAAVは、細胞内での迅速な発現が可能になる。それ以外については、scAAVは、その対応するAAVの多くの特徴を有している。本発明の方法は、送達ベクターの手段として、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、またはワクシニアウイルスを組み込むことができる。   In contrast to lentiviruses, adenoviral DNA is not integrated into the genome and is not replicated during cell division. Adenovirus and related AAV are promising delivery vectors because they do not integrate into the host genome. In some aspects of the invention, only the targeted viral genome is affected by the CRISPR / Cas9 / gRNA complex and the host cells are not affected. Adeno-associated virus (AAV) is a small virus that infects humans and several other primate species. AAV can infect both dividing and non-dividing cells and can integrate its genome into the genome of the host cell. For example, researchers have generated modified AAVs called self-complementing adeno-associated viruses (scAAV) because they are promising for use as gene therapy vectors. AAV packages a single strand of DNA and requires a second strand synthesis process, whereas scAAV packages both strands and they both anneal to yield double stranded DNA. Form. By omitting the synthesis of the second strand, scAAV can be rapidly expressed in cells. Otherwise, scAAV has many features of its corresponding AAV. The methods of the invention can incorporate herpes virus, pox virus, alpha virus, or vaccinia virus as a delivery vector means.

本発明のある特定の実施形態では、非ウイルスベクターを使用して、トランスフェクションを達成することができる。核酸の非ウイルス送達法としては、リポフェクション、ヌクレオフェクション、マイクロインジェクション、バイオリスティック、ビロソーム、リポソーム、免疫リポソーム、ポリカチオン、または脂質:核酸コンジュゲート、ネイキッドDNA、人工ビリオン、およびDNAの作用剤増強性取り込みが挙げられる。リポフェクションは、例えば、米国特許第5,049,386号、第4,946,787号、および第4,897,355号に記載されており(これら文献の各々の内容は、それらの全体があらゆる目的にために参照により組み込まれる。)、リポフェクション試薬は、市販されている(例えば、TransfectamおよびLipofectin)。ポリヌクレオチドの効率的な受容体認識リポフェクションに好適なカチオン性および中性脂質としては、Jesseeの米国特許第7,166,298号またはJesseの米国特許第6,890,554号に記載されているものが挙げられ、これら文献の各々の内容は、参照により組み込まれる。送達は、細胞に対してであってもよく(例えば、in vitroまたはex vivo投与)、または標的組織に対してでもよい(例えば、in vivo投与)。   In certain embodiments of the invention, non-viral vectors can be used to achieve transfection. Non-viral delivery methods for nucleic acids include lipofection, nucleofection, microinjection, biolistics, virosomes, liposomes, immunoliposomes, polycations, or lipid: nucleic acid conjugates, naked DNA, artificial virions, and enhanced agent of DNA Sex uptake may be mentioned. Lipofection is described, for example, in US Pat. Nos. 5,049,386, 4,946,787, and 4,897,355 (the contents of each of these references are all in their entirety) Lipofection reagents are commercially available (eg, Transfectam and Lipofectin). Cationic and neutral lipids suitable for efficient receptor-recognition lipofection of polynucleotides are described in Jessee US Pat. No. 7,166,298 or Jesse US Pat. No. 6,890,554. And the contents of each of these documents are incorporated by reference. Delivery may be to cells (eg, in vitro or ex vivo administration), or to target tissue (eg, in vivo administration).

合成ベクターは、典型的には、負荷電の核酸と複合体を形成して100nm程度の直径を有する粒子を形成することができるカチオン性脂質またはポリマーに基づく。複合体は、ヌクレアーゼによる分解から核酸を保護する。さらに、細胞および局所送達戦略は、内部移行、放出、および適切な細胞内コンパートメント中の分配の必要性に対処しなければならない。全身送達戦略は、さらなるハードル、例えば、カチオン性送達媒体と血液成分との強力な相互作用、細網内皮系による取り込み、腎臓ろ過、目的の細胞に対する担体の毒性および標的指向能力に遭遇する。カチオン性非ウイルスの表面を修飾することにより、血液成分とのそれらの相互作用を最小限に抑え、細網内皮系取り込みを低減し、それらの毒性を低減し、標的細胞とのそれらの結合親和性を増加させることができる。血漿タンパク質との結合(オプソニン化とも称される)は、RESが循環ナノ粒子を認識する主要機序である。例えば、肝臓のクッパー細胞等のマクロファージは、スカベンジャー受容体を介してオプソニン化されたナノ粒子を認識する。   Synthetic vectors are typically based on cationic lipids or polymers that can complex with negatively charged nucleic acids to form particles having a diameter on the order of 100 nm. The complex protects the nucleic acid from degradation by nucleases. Furthermore, cellular and local delivery strategies must address the need for internalization, release, and distribution in the appropriate intracellular compartment. Systemic delivery strategies encounter additional hurdles such as strong interactions between cationic delivery vehicles and blood components, uptake by the reticuloendothelial system, renal filtration, carrier toxicity to the cells of interest and targeting ability. By modifying the surface of the cationic non-viral to minimize their interaction with blood components, reduce reticuloendothelial system uptake, reduce their toxicity, and their binding affinity to target cells Sex can be increased. Binding to plasma proteins (also called opsonization) is the primary mechanism by which RES recognizes circulating nanoparticles. For example, macrophages such as liver Kupffer cells recognize nanoparticles that are opsonized via scavenger receptors.

本発明の一部の実施形態では、非ウイルスベクターは、標的送達およびトランスフェクションを達成するように修飾される。ペグ化(つまり、表面をポリエチレングリコールで修飾すること)は、非ウイルスベクターのオプソニン化および凝集を低減し、細網内皮系によるクリアランスを最小限に抑えて、静脈内(i.v.)投与後の循環寿命延長をもたらすために使用される主要な方法である。したがって、ペグ化ナノ粒子は、「ステルス」ナノ粒子と呼ばれることが多い。循環から迅速にクリアランスされないナノ粒子は、感染細胞に遭遇する機会を得ることになる。   In some embodiments of the invention, the non-viral vector is modified to achieve targeted delivery and transfection. PEGylation (ie, modifying the surface with polyethylene glycol) reduces opsonization and aggregation of non-viral vectors, minimizes reticuloendothelial clearance, and is administered intravenously (iv). It is the primary method used to provide later circulation life extension. Thus, PEGylated nanoparticles are often referred to as “stealth” nanoparticles. Nanoparticles that are not cleared rapidly from the circulation will have the opportunity to encounter infected cells.

しかしながら、表面のPEGは、標的細胞による取り込みを減少させ、生物学的活動を低減させる場合がある。したがって、ペグ化成分の遠位端部に標的指向性リガンドを付加することが必要であり、標的細胞表面の受容体との結合が可能になるように、PEG「シールド」を越えてリガンドを突出させる。カチオン性リポソームを遺伝子担体として使用する場合、核酸の放出には、六方相形成を促進してエンドソーム脱出を可能にすること以外に、中性ヘルパー脂質の応用が有用である。本発明の一部の実施形態では、核酸を全身送達するための、および実験動物モデルにおいて治療効果を得るための、中性またはアニオン性リポソームが開発される。また、新規のカチオン性脂質およびポリマー、およびペプチドと共有結合または非共有結合で結合する遺伝子、標的指向性リガンド、ポリマー、または環境感受性部分の設計および合成も、非ウイルスベクターが遭遇する問題の解決のために注目されている。無機ナノ粒子(例えば、金属ナノ粒子、酸化鉄、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸マンガン、複水酸化物、カーボンナノチューブ、および量子ドット)を送達ベクターに施したものを調製し、多くの異なる様式で表面官能化することができる。   However, surface PEG may reduce uptake by target cells and reduce biological activity. Therefore, it is necessary to add a targeting ligand to the distal end of the pegylation component and project the ligand beyond the PEG “shield” to allow binding to receptors on the target cell surface Let When cationic liposomes are used as gene carriers, neutral helper lipids are useful for nucleic acid release, in addition to promoting hexagonal phase formation and enabling endosome escape. In some embodiments of the invention, neutral or anionic liposomes are developed for systemic delivery of nucleic acids and for obtaining therapeutic effects in experimental animal models. The design and synthesis of novel cationic lipids and polymers, and genes, targeting ligands, polymers, or environmentally sensitive moieties that bind covalently or non-covalently to peptides also solve the problems encountered by non-viral vectors. Has been noticed for. Prepare inorganic vectors (eg, metal nanoparticles, iron oxide, calcium phosphate, magnesium phosphate, manganese phosphate, double hydroxide, carbon nanotubes, and quantum dots) on delivery vectors in many different ways Can be surface functionalized.

本発明のガイドされるヌクレアーゼ系は、単独で投与してもよく、または活性成分として、薬学的に許容される担体、希釈剤、アジュバント、および媒体と組み合わせて投与してもよい。ベクターは、液体充填剤または固体充填剤、希釈剤、賦形剤、溶媒、または封入物質を含んでいてもよい局所製剤または静脈内製剤に組み込んでもよく、ある臓器または身体の部分から別の臓器または身体の部分へと対象作用剤を運搬または搬送することに関与してもよい。各担体は、製剤の他の成分との適合性を有しているべきである。   The guided nuclease system of the present invention may be administered alone or in combination with pharmaceutically acceptable carriers, diluents, adjuvants, and vehicles as active ingredients. The vector may be incorporated into a topical or intravenous formulation that may contain liquid or solid fillers, diluents, excipients, solvents, or encapsulating materials, from one organ or body part to another. Or it may be involved in transporting or transporting the agent of interest to a body part. Each carrier should be compatible with the other ingredients of the formulation.

ある特定の実施形態では、本発明の組成物は、ヒドロゲルに封入されていてもよい。別の実施形態では、本明細書で開示されている組成物は、脂質に基づく製剤を含んでいてもよい。公知の脂質に基づく薬物送達系のいずれかを、本発明の実行に使用することができる。例えば、封入活性化合物の持続放出速度を確立することが可能である限り、多胞性リポソーム、多重層リポソーム、および単層リポソームを全て使用することができる。そのような製剤を使用して、ガイドされるヌクレアーゼ組成物の放出プロファイルを変更することができる。制御放出多胞性リポソーム薬物送達系を製作するための方法は、PCT出願公開番号:WO9703652、WO9513796、およびWO9423697に記載されている。これら文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。   In certain embodiments, the compositions of the present invention may be encapsulated in a hydrogel. In another embodiment, the compositions disclosed herein may comprise a lipid based formulation. Any of the known lipid-based drug delivery systems can be used in the practice of the present invention. For example, multivesicular liposomes, multilamellar liposomes, and unilamellar liposomes can all be used as long as it is possible to establish a sustained release rate of the encapsulated active compound. Such formulations can be used to alter the release profile of the guided nuclease composition. Methods for making controlled release multivesicular liposomal drug delivery systems are described in PCT application publication numbers: WO9703652, WO9513796, and WO9423697. The contents of these documents are incorporated herein by reference.

合成膜小胞は、通常はステロイド、特にコレステロールと組み合わせたリン脂質の組合せを含んでいてもよい。他のリン脂質または他の脂質を使用することもできる。合成膜小胞の生産に有用な脂質の例としては、ホスファチジルグリセロール、ホスファチジルコリン、ホスファチジルセリン、ホスファチジルエタノールアミン、スフィンゴ脂質、セレブロシド、およびガングリオシドが挙げられ、好ましい実施形態では、卵ホスファチジルコリン、ジパルミトイルホスファチジルコリン、ジステアロイルホスファチジルコリン(distearoylphosphatidyleholine)、ジオレオイルホスファチジルコリン、ジパルミトイルホスファチジルグリセロール、およびジオレオイルホスファチジルグリセロールが挙げられる。   Synthetic membrane vesicles may contain a combination of phospholipids usually combined with steroids, especially cholesterol. Other phospholipids or other lipids can also be used. Examples of lipids useful for the production of synthetic membrane vesicles include phosphatidylglycerol, phosphatidylcholine, phosphatidylserine, phosphatidylethanolamine, sphingolipids, cerebrosides, and gangliosides, and in preferred embodiments egg phosphatidylcholine, dipalmitoylphosphatidylcholine, Distearoylphosphatidylcholine, dioleoylphosphatidylcholine, dipalmitoylphosphatidylglycerol, and dioleoylphosphatidylglycerol.

本発明の組成物を含有する脂質に基づく小胞を調製する場合、化合物封入の効率、化合物の不安定性(labiality)、得られる小胞集団の均一性およびサイズ、活性化合物対脂質の比率、透過性、調製物の不安定性、および製剤の薬学的許容性等の変数が考慮されるべきである。   When preparing lipid-based vesicles containing the composition of the present invention, compound encapsulation efficiency, compound labiality, homogeneity and size of the resulting vesicle population, active compound to lipid ratio, permeation Variables such as sex, instability of the preparation, and pharmacological tolerance of the formulation should be considered.

別の実施形態では、本発明のガイドされるヌクレアーゼシステムは、小胞、特にリポソームで送達することができる(Langer(1990年)Science、249巻:1527〜1533頁を参照されたい)。この文献の内容は、その全体が参照によりあらゆる目的のために組み込まれる。さらに別の実施形態では、ガイドされるヌクレアーゼシステムは、制御放出系で送達することができる。一実施形態では、ポンプを使用することができる(前出のLanger(1990年)を参照されたい)。別の実施形態では、ポリマー材料を使用することができる(Howardら、(1989年)、J. Neurosurg.、71巻:105頁を参照されたい。この文献の内容は、参照によりその全体があらゆる目的のために組み込まれる)。別の実施形態では、本発明のベクターは、例えば、レトロウイルスベクターを使用することにより(例えば、米国特許第4,980,286号を参照)、または直接注射により、または微粒子衝撃を使用することにより(例えば、遺伝子銃;Biolistic、Dupont)、または脂質もしくは細胞表面受容体もしくはトランスフェクション剤でコーティングすることにより、または核に進入することが公知であるホメオボックス様ペプチドと連結させて投与することにより(Joliotら、1991年、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、88巻:1864〜1868頁を参照)、細胞内に移行するように投与することができる。これら文献の内容は、それらの全体が参照によりあらゆる目的のために組み込まれる。あるいは、核酸を細胞内に導入し、相同組換えにより宿主細胞DNA内に組み込んで発現させてもよい。   In another embodiment, the guided nuclease system of the present invention can be delivered in vesicles, particularly liposomes (see Langer (1990) Science, 249: 1527-1533). The contents of this document are incorporated by reference in their entirety for all purposes. In yet another embodiment, the guided nuclease system can be delivered in a controlled release system. In one embodiment, a pump can be used (see Langer (1990) supra). In another embodiment, polymeric materials can be used (see Howard et al., (1989), J. Neurosurg., 71: 105, the contents of which are incorporated by reference in their entirety) Incorporated for purposes). In another embodiment, the vectors of the invention are used, for example, by using retroviral vectors (see, eg, US Pat. No. 4,980,286), or by direct injection or using microparticle bombardment. (Eg, gene gun; Biolistic, Dupont) or by coating with a lipid or cell surface receptor or transfection agent or linked to a homeobox-like peptide known to enter the nucleus (See Joliot et al., 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88: 1864-1868). The contents of these documents are incorporated by reference in their entirety for all purposes. Alternatively, a nucleic acid may be introduced into a cell and expressed by being incorporated into host cell DNA by homologous recombination.

本発明の一部の実施形態では、組織の固有環境および外部刺激に応答する標的指向性制御放出系が使用される。金ナノロッドは、近赤外領域に強い吸収帯を有し、したがって、吸収された光エネルギーは、金ナノロッドにより熱に変換される。これは、いわゆる「光熱効果」である。近赤外光は組織の深部まで透通することができるため、金ナノロッドの表面を核酸で修飾して、制御放出することができる。修飾した金ナノロッドを近赤外光で照射すると、光熱効果に起因して誘導される熱変性により核酸が放出される。放出される核酸の量は、光放射の出力および露光時間に依存する。   In some embodiments of the invention, a targeted controlled release system is used that is responsive to the native environment of the tissue and external stimuli. Gold nanorods have a strong absorption band in the near-infrared region, and thus absorbed light energy is converted into heat by the gold nanorods. This is the so-called “photothermal effect”. Since near-infrared light can penetrate to the deep part of the tissue, the surface of the gold nanorod can be modified with a nucleic acid and controlled release. When the modified gold nanorods are irradiated with near infrared light, nucleic acids are released by thermal denaturation induced by the photothermal effect. The amount of nucleic acid released depends on the output of light radiation and the exposure time.

本発明の一部の実施形態では、リポソームを使用して、細胞内または組織内へのトランスフェクションを達成することができる。核酸のリポソーム製剤の薬理学の大部分は、核酸がリポソーム二重層内部に封入される程度により決定される。封入された核酸は、ヌクレアーゼ分解から保護されるが、リポソーム表面に単に会合しているものは保護されない。封入された核酸は、インタクトなリポソームと長期循環寿命および体内分散を共有するが、表面に会合しているものは、リポソームから乖離すると裸の核酸の薬理学に従う。   In some embodiments of the invention, liposomes can be used to achieve transfection into cells or tissues. Most of the pharmacology of nucleic acid liposome formulations is determined by the extent to which the nucleic acid is encapsulated within the liposome bilayer. Encapsulated nucleic acids are protected from nuclease degradation, but those that are simply associated with the liposome surface are not protected. Encapsulated nucleic acids share long circulation life and in vivo dispersion with intact liposomes, but those associated with the surface follow the pharmacology of naked nucleic acids when detached from the liposomes.

一部の実施形態では、本発明の複合体は、リポソームに封入される。低分子薬物とは異なり、核酸は、主にサイズが大きく親水性の性質であるため、インタクトな脂質二分子膜を通り抜けることができない。したがって、核酸は、エタノール液滴法(SALPのような)、逆相蒸発法、およびエタノール希釈法(SNALPのような)等の従来の受動担持技術を用いてリポソーム内に捕捉することができる。   In some embodiments, the complexes of the invention are encapsulated in liposomes. Unlike small molecule drugs, nucleic acids cannot pass through intact lipid bilayers due to their large size and hydrophilic nature. Thus, nucleic acids can be captured in liposomes using conventional passive loading techniques such as the ethanol droplet method (such as SALP), the reverse phase evaporation method, and the ethanol dilution method (such as SNALP).

一部の実施形態では、汎用性があり、トランスフェクション効率が比較的高いため、直鎖ポリエチレンイミン(L−PEI)が、非ウイルスベクターとして使用される。L−PEIは、肺、脳、膵臓、網膜、膀胱等の広範な臓器内に、ならびに腫瘍内に遺伝子をin vivoで効率的に送達するために使用されている。L−PEIは、in vitroおよびin vivoで、核酸を効率的に濃縮し、安定化させ、送達することができる。   In some embodiments, linear polyethyleneimine (L-PEI) is used as a non-viral vector because of its versatility and relatively high transfection efficiency. L-PEI has been used to efficiently deliver genes in vivo into a wide range of organs such as the lung, brain, pancreas, retina, and bladder, as well as into tumors. L-PEI can efficiently concentrate, stabilize and deliver nucleic acids in vitro and in vivo.

マイクロバブルと組み合わせた低強度超音波は、安全な遺伝子送達法として最近注目されている。超音波は、組織透過効果を示す。マイクロバブルと組み合わせた低強度超音波は、非侵襲性であり、部位特異的であり、非標的臓器に影響を及ぼさずに、全身送達後に腫瘍細胞を破壊することを可能にすることができる。超音波媒介性マイクロバブル破壊は、薬物および核酸を様々な組織に非侵襲的に送達するための革新的な方法として提案されている。マイクロバブルを使用して、目的の特定領域に到達するまで薬物または遺伝子を担持させ、その後、超音波を使用してマイクロバブルを破裂させることにより、生物活性物質の部位特異的な送達がもたらされる。さらに、アルブミンをコーティングしたマイクロバブルがグリコカリックス(glycocalix)損傷または内皮機能障害を有する管脈領域に付着する能力は、超音波が存在しない場合でも薬物を送達することが可能な別の機序である。Tsutsuiら、2004年、The use of microbubbles to target drug delivery、Cardiovasc Ultrasound、2巻:23頁を参照されたい。この文献の内容は、参照により組み込まれる。超音波誘発薬物送達では、組織透過効果は、超音波造影剤、ガス充填マイクロバブルを使用して強化することができる。核酸を送達するためのマイクロバブルの使用は、マイクロバブルが標的領域を通ってそれらが微小血管で移動している間に超音波ビームの焦点を合わせることによりDNA担持マイクロバブルを破壊すると、マイクロバブルシェルの損壊に際し局所的な形質導入が引き起こされるが、非標的領域で形質導入が引き起こされることはないという仮説に基づく。   Low intensity ultrasound combined with microbubbles has recently attracted attention as a safe gene delivery method. Ultrasound exhibits a tissue penetration effect. Low intensity ultrasound in combination with microbubbles can be non-invasive, site specific, and can destroy tumor cells after systemic delivery without affecting non-target organs. Ultrasound-mediated microbubble destruction has been proposed as an innovative method for non-invasive delivery of drugs and nucleic acids to various tissues. Using microbubbles to carry drugs or genes until they reach a specific area of interest, and then rupturing the microbubbles using ultrasound results in site-specific delivery of the bioactive agent . Furthermore, the ability of albumin-coated microbubbles to attach to vascular areas with glycocalix damage or endothelial dysfunction is another mechanism that can deliver drugs even in the absence of ultrasound. is there. See Tsutsui et al., 2004, The use of microbubbles to target drug delivery, Cardiovasc Ultrasound, 2:23. The contents of this document are incorporated by reference. For ultrasound-induced drug delivery, tissue penetration effects can be enhanced using ultrasound contrast agents, gas-filled microbubbles. The use of microbubbles to deliver nucleic acids breaks down the DNA-carrying microbubbles by focusing the ultrasound beam while they travel through the target area and through the microvessels. It is based on the hypothesis that local transduction is caused upon shell failure, but not in non-target areas.

超音波媒介性送達の他に、磁気標的指向性送達を送達に使用することができる。磁性ナノ粒子は、通常、核酸送達を画像化するために遺伝子ベクターに捕捉される。核酸担体は、超音波および磁場の両方に応答することができ、つまり磁気および音響活性リポスフェア(MAAL)であってもよい。基本的な前提は、治療剤が、磁気マイクロまたはナノ粒子に付加されているか、または磁気マイクロまたはナノ粒子内に封入されているということである。こうした粒子は、官能化することができるポリマーまたは金属コーティングを有する磁気コアを有していてもよく、または細孔内に沈殿している磁性ナノ粒子を含む多孔性ポリマーで構成されていてもよい。ポリマーまたは金属コーティングを官能化することにより、例えば、標的化学療法のための細胞毒性薬物または遺伝子欠損を修正するための治療用DNAを付加することが可能である。結合させたら、粒子/治療剤複合体を、多くの場合ではカテーテルを使用して標的近傍の注射部位に位置決めして、血流に注入する。一般的には強磁場で高勾配の希土類磁石からの磁場を、標的部位に集中させ、粒子が磁場に進入する際に粒子にかかる力により、粒子を標的にて捕捉および溢出させることが可能になる。   In addition to ultrasound-mediated delivery, magnetic targeting delivery can be used for delivery. Magnetic nanoparticles are usually captured in a gene vector to image nucleic acid delivery. The nucleic acid carrier can respond to both ultrasound and magnetic fields, ie it can be magnetic and acoustically active lipospheres (MAAL). The basic premise is that the therapeutic agent is attached to or encapsulated in the magnetic micro or nanoparticle. Such particles may have a magnetic core with a polymer or metal coating that can be functionalized, or may be composed of a porous polymer that includes magnetic nanoparticles precipitated within the pores. . By functionalizing the polymer or metal coating, it is possible to add, for example, cytotoxic drugs for targeted chemotherapy or therapeutic DNA to correct gene defects. Once bound, the particle / therapeutic agent complex is positioned at the injection site near the target, often using a catheter, and injected into the bloodstream. Generally, a magnetic field from a rare earth magnet with a strong magnetic field and high gradient is concentrated on the target site, and when the particle enters the magnetic field, the particle can be trapped and overflowed by the target. Become.

従来のリポソームと比較して細胞毒性が低減されていることと組み合わせてトランスフェクション効率が強化されている合成カチオン性ポリマーに基づくナノ粒子(直径約100nm)が開発されている。様々な物理的および化学的特徴を有する脂質分子で構成されている別個の層をポリマーナノ粒子製剤に組み込むことにより、細胞膜との融合および細胞内への進入がより良好になり、細胞内部での分子放出が強化され、ナノ粒子複合体の細胞内分解が低減されるため、効率の向上がもたらされる。   Nanoparticles (about 100 nm in diameter) based on synthetic cationic polymers that have enhanced transfection efficiency combined with reduced cytotoxicity compared to conventional liposomes have been developed. Incorporation of a separate layer composed of lipid molecules with various physical and chemical characteristics into the polymer nanoparticle formulation provides better fusion with the cell membrane and entry into the cell, allowing it to enter the cell interior. Increased efficiency results because enhanced molecular release and reduced intracellular degradation of the nanoparticle complex.

一部の実施形態では、複合体は、中でもリポソーム、アルブミンに基づく粒子、ペグ化タンパク質、生分解性ポリマー薬物複合材料、ポリマーミセル、デンドリマー等の全身療法用のナノ系にコンジュゲートされる。Davisら、2008年、Nanotherapeutic particles: an emerging treatment modality for cancer、Nat Rev Drug Discov.、7巻(9号):771〜782頁を参照されたい。この文献は、参照により組み込まれる。リポソーム等の長期循環巨大分子担体では、増強された透過性、および腫瘍血管からの優先的血管外漏出に対する保持効果を活用することができる。ある特定の実施形態では、本発明の複合体は、細胞への送達用のリポソームまたはポリマーソーム(polymerosome)にコンジュゲートされているか、または封入されている。例えば、リポソームアントラサイクリンは、非常に効率的な封入化を達成しており、リポソームダウノルビシンおよびペグ化リポソームドキソルビシン等の超長期循環性を有する型が挙げられる。Krishnaら、Carboxymethylcellulose-sodium based transdermal drug delivery system for propranolol、J Pharm Pharmacol.、1996年4月;48巻(4号):367〜70頁を参照されたい。   In some embodiments, the conjugates are conjugated to nanosystems for systemic therapy such as liposomes, albumin based particles, PEGylated proteins, biodegradable polymer drug composites, polymer micelles, dendrimers, among others. See Davis et al., 2008, Nanotherapeutic particles: an emerging treatment modality for cancer, Nat Rev Drug Discov., 7 (9): 771-782. This document is incorporated by reference. Long-circulating macromolecular carriers such as liposomes can take advantage of enhanced permeability and retention effects on preferential extravasation from tumor blood vessels. In certain embodiments, the complexes of the invention are conjugated or encapsulated in liposomes or polymersomes for delivery to cells. For example, liposomal anthracycline has achieved very efficient encapsulation, and examples thereof include ultralong-term circulation types such as liposomal daunorubicin and pegylated liposomal doxorubicin. See Krishna et al., Carboxymethylcellulose-sodium based transdermal drug delivery system for propranolol, J Pharm Pharmacol., April 1996; 48 (4): 367-70.

リポソーム送達系は、安定製剤を提供し、薬物動態の向上、および組織に対するある程度の「受動的」または「生理学的」標的指向性を提供する。有望な化学治療剤等の親水性および疎水性物質の封入化は公知である。例えば、以下の文献を参照されたい:Schneiderの米国特許第5,466,468号、合成脂質を含む非経口投与可能なリポソーム製剤が開示されている;Hostetlerらの米国特許第5,580,571号、リン脂質にコンジュゲートされているヌクレオシド類似体が開示されている;Nyqvistの米国特許第5,626,869号、薬学的活性化合物が、少なくとも1つの両親媒性成分および極性脂質成分および少なくとも1つの無極性脂質成分を含む限定脂質系に含まれているヘパリンまたはその断片である医薬組成物が開示されている。   Liposome delivery systems provide stable formulations, provide improved pharmacokinetics, and some “passive” or “physiological” targeting to tissues. Encapsulation of hydrophilic and hydrophobic substances such as promising chemotherapeutic agents is known. See, for example, the following literature: Schneider US Pat. No. 5,466,468, which discloses parenterally administrable liposomal formulations containing synthetic lipids; Hostetler et al. US Pat. No. 5,580,571. Nucleoside analogs conjugated to phospholipids are disclosed; US Pat. No. 5,626,869 to Nyqvist, wherein a pharmaceutically active compound comprises at least one amphiphilic component and a polar lipid component and at least Disclosed is a pharmaceutical composition that is heparin or a fragment thereof contained in a limited lipid system comprising one non-polar lipid component.

リポソームおよびポリマーソームは、複数の溶液および化合物を含んでいてもよい。ある特定の実施形態では、本発明の複合体は、ポリマーソームとカップリングされているか、またはポリマーソームに封入されている。人工小胞の一種としてのポリマーソームは、溶液を取り囲む極小中空球体であり、両親媒性合成ブロックコポリマーを使用して小胞膜を形成することにより製作される。一般的なポリマーソームは、それらのコアに水溶液を含有し、薬物、酵素、他のタンパク質およびペプチド、ならびにDNAおよびRNA断片等の感受性分子を封入し、保護するのに有用である。ポリマーソーム膜は、生物学的系に見出されるもの等の、外部物質から封入した物質を隔離する物理的障壁を提供する。ポリマーソームは、公知の技法により複乳剤から生成することができる。Lorenceauら、2005年、Generation of Polymerosomes from Double-Emulsions、Langmuir、21巻(20号):9183〜6頁を参照されたい。この文献は、参照により組み込まれる。   Liposomes and polymersomes may contain multiple solutions and compounds. In certain embodiments, the complexes of the invention are coupled to or encapsulated in polymersomes. A polymersome as a kind of artificial vesicle is a very small hollow sphere surrounding a solution, and is produced by forming a vesicle membrane using an amphiphilic synthetic block copolymer. Common polymersomes contain aqueous solutions in their cores and are useful for encapsulating and protecting sensitive molecules such as drugs, enzymes, other proteins and peptides, and DNA and RNA fragments. Polymersome membranes provide a physical barrier that sequesters encapsulated material from external materials, such as those found in biological systems. Polymersomes can be produced from double emulsions by known techniques. See Lorenceau et al., 2005, Generation of Polymerosomes from Double-Emulsions, Langmuir, 21 (20): 9183-6. This document is incorporated by reference.

本発明の一部の実施形態は、遺伝子銃またはバイオリスティック銃粒子送達系を提供する。遺伝子銃は、遺伝子情報を細胞に注入するためのデバイスであり、ペイロードは、プラスミドDNAでコーティングされている重金属の元素粒子であってもよい。この技法は、バイオバリスティックまたはバイオリスティックと呼ばれる場合もある。また、DNAワクチンを送達するためにも遺伝子銃が使用されている。遺伝子銃は、DNAプラスミド、蛍光タンパク質、色素等の、幅広く様々な有機および非有機種を細胞にトランスフェクトすることができる。   Some embodiments of the present invention provide a gene gun or biolistic gun particle delivery system. A gene gun is a device for injecting genetic information into cells, and the payload may be heavy metal element particles coated with plasmid DNA. This technique is sometimes referred to as bioballistic or biolistic. Gene guns are also used to deliver DNA vaccines. The gene gun can transfect cells with a wide variety of organic and non-organic species such as DNA plasmids, fluorescent proteins, dyes and the like.

本発明の態様は、送達ベクターの使用を数多く提供する。送達ベクターの選択は、標的とされている細胞または組織、およびCRISPR/Cas9/gRNAの特定の組成に基づく。例えば、上記で考察されているEBVの例では、リンパ球は、リポフェクションに抵抗性であることが公知であるため、Raji細胞内へのDNA送達には、ヌクレオフェクション(Nucleofectorと呼ばれるデバイスにより生成される電気的パラメータと、細胞核内および細胞質内に基質を直接移行させる細胞タイプ特異的試薬との組合せ)が必要であった。Lonza pmaxプロモーターは、Cas9発現を駆動する。それは、このプロモーターがRaji細胞内での強力な発現をもたらしていたためである。ヌクレオフェクションの24時間後、蛍光顕微鏡で、少数の細胞から明白なEGFPシグナルが観察された。   Aspects of the invention provide a number of uses for delivery vectors. The choice of delivery vector is based on the targeted cell or tissue and the specific composition of the CRISPR / Cas9 / gRNA. For example, in the EBV example discussed above, lymphocytes are known to be resistant to lipofection, so DNA delivery into Raji cells is generated by a device called Nucleofector (Nucleofector). In combination with cell type specific reagents that transfer the substrate directly into the cell nucleus and cytoplasm). The Lonza pmax promoter drives Cas9 expression. This is because this promoter resulted in strong expression in Raji cells. 24 hours after nucleofection, a clear EGFP signal was observed from a small number of cells on a fluorescence microscope.

図6には、プラスミドがori−Pを含む場合、細胞内部の活性プラスミド複製が促進され、トランスフェクション効率が60%超増加したことが示されている。左側のパネルは、非処置細胞およびCas9で処置した細胞は、蛍光マーカーを有する細胞の数が同様に少なかったことを示している。右パネルは、oriPがより高いトランスフェクションを促進したことを示している。   FIG. 6 shows that when the plasmid contains ori-P, active plasmid replication inside the cell was promoted and transfection efficiency increased by more than 60%. The left panel shows that untreated cells and cells treated with Cas9 had a similarly low number of cells with fluorescent markers. The right panel shows that oriP promoted higher transfection.

しかしながら、EGFP陽性細胞集団は劇的に減少し、ヌクレオフェクションの48時間後に10%未満のトランスフェクション効率が測定された(図6)。EBV複製開始点配列oriPを含んでいたCRISPRプラスミドは、60%超のトランスフェクション効率をもたらした(図6)。   However, the EGFP positive cell population decreased dramatically and transfection efficiencies of less than 10% were measured 48 hours after nucleofection (FIG. 6). The CRISPR plasmid, which contained the EBV origin of replication sequence oriP, resulted in transfection efficiencies greater than 60% (FIG. 6).

本発明の態様は、標的指向性送達のためにCRISPR/Cas9/gRNA複合体を使用する。一般的で公知の経路としては、経皮経路、経粘膜(transmucal)経路、経鼻経路、経眼経路、経肺経路が挙げられる。薬物送達系はとしては、リポソーム、プロリポソーム、ミクロスフェア、ゲル、プロドラッグ、シクロデキストリン等を挙げることができる。本発明の態様では、肺の特定部位または細胞集団を標的とするためのエアロゾルに移行されることになる、生分解性ポリマーで構成されているナノ粒子が使用され、所定の様式での薬物放出および許容される期間内での分解が提供される。経皮的および径粘膜的制御放出送達系、鼻およびバッカルエアゾルスプレー、薬物含浸ロゼンジ、封入細胞、経口柔質ゲル、皮膚を介して薬物を投与するイオントフォレーシスデバイス、ならびに様々なプログラム可能な移植薬物送達デバイス等の制御放出技術(CRT)を、本発明の複合体と共に使用して、標的指向性制御送達が達成される。   Embodiments of the invention use CRISPR / Cas9 / gRNA complexes for targeted delivery. Common and known routes include the transdermal route, the transmucal route, the nasal route, the ocular route, and the transpulmonary route. Examples of drug delivery systems include liposomes, proliposomes, microspheres, gels, prodrugs, cyclodextrins and the like. In embodiments of the invention, nanoparticles composed of biodegradable polymers are used that will be transferred to aerosols to target specific regions or cell populations of the lung, and drug release in a predetermined manner. And degradation within an acceptable period of time is provided. Transdermal and mucosal controlled release delivery systems, nasal and buccal aerosol sprays, drug-impregnated lozenges, encapsulated cells, oral soft gels, iontophoretic devices for administering drugs through the skin, and various programmable Targeted controlled delivery is achieved using controlled release technology (CRT), such as an implanted drug delivery device, with the conjugates of the present invention.

CMV標的指向性ヌクレアーゼは、本明細書に記載の技法により、および当技術分野で公知の技法により、細胞、臓器、患者、または胎児内へと送達することができることが理解されるべきである。本発明のCMV標的指向性ヌクレアーゼは、ベクターおよび/またはガイドRNAと会合させること(結合、封入など)により送達用に調製することができる。   It should be understood that a CMV targeting nuclease can be delivered into a cell, organ, patient, or fetus by the techniques described herein and by techniques known in the art. The CMV targeting nucleases of the invention can be prepared for delivery by associating (binding, encapsulating, etc.) with a vector and / or guide RNA.

本発明の態様は、胎盤を越える、即ち経胎盤的なCMV標的指向性ヌクレアーゼの送達を提供する。胎児への導管としての胎盤は、薬物標的でもあり、薬物障壁でもある。あるいは、ヌクレアーゼは、羊膜嚢内または胎児内に導入することができる。例えば、ヌクレアーゼは、注射により羊膜嚢内または胎児内に導入することができる。あるいは、胎児は、幼児に治療剤を送達するための当技術分野で公知の任意の技法を使用し、出産後に本発明の方法を使用して、CMV感染を処置することができる。   Aspects of the invention provide for delivery of a CMV targeting nuclease across the placenta, ie transplacental. The placenta as a conduit to the fetus is both a drug target and a drug barrier. Alternatively, the nuclease can be introduced into the amniotic sac or into the fetus. For example, the nuclease can be introduced into the amniotic sac or fetus by injection. Alternatively, the fetus can use any technique known in the art for delivering therapeutic agents to infants and treat the CMV infection using the methods of the invention after delivery.

(v.ウイルス核酸切断)
CRISPR/Cas9/gRNA複合体は、細胞内部に入ると、ウイルスゲノムを標的とする。本発明の態様では、複合体は、ウイルスゲノムへと標的化されている。潜伏感染に加えて、本発明を使用して、パッケージングにされる前にまたは放出された後にウイルスゲノムを標的とすることにより、ウイルス複製を能動的に制御することもできる。一部の実施形態では、本発明の方法および組成物は、Cas9等のヌクレアーゼを使用して潜伏ウイルスゲノムを標的とし、それにより増殖の機会を低減させる。ヌクレアーゼは、gRNA(例えば、crRNA+tracrRNAまたはsgRNA)と複合体を形成し得る。複合体は、ウイルス核酸を標的化様式で切断して、ウイルスゲノムを無力化する。上記で考察されているように、Cas9エンドヌクレアーゼは、ウイルスゲノムの二本鎖切断を引き起こす。ウイルスゲノムに沿った幾つかの位置を標的とし、一本鎖切断ではなく二本鎖切断を引き起こすことにより、ゲノムに沿った幾つかの位置でゲノムが効果的に切断される。好ましい実施形態では、二本鎖切断は、天然の修復機構がゲノムを共に接合した場合であってもゲノムが無力化されるように、小型の欠失が引き起こされるか、または小さな断片がゲノムから除去されるように設計されている。
(V. Viral nucleic acid cleavage)
Once inside the cell, the CRISPR / Cas9 / gRNA complex targets the viral genome. In aspects of the invention, the complex is targeted to the viral genome. In addition to latent infection, the present invention can also be used to actively control viral replication by targeting the viral genome before being packaged or released. In some embodiments, the methods and compositions of the invention use nucleases such as Cas9 to target latent viral genomes, thereby reducing the chance of growth. Nucleases can form complexes with gRNA (eg, crRNA + tracrRNA or sgRNA). The complex cleaves the viral nucleic acid in a targeted manner and neutralizes the viral genome. As discussed above, Cas9 endonuclease causes double-strand breaks in the viral genome. By targeting several locations along the viral genome and causing double strand breaks rather than single strand breaks, the genome is effectively cleaved at several locations along the genome. In preferred embodiments, double-strand breaks cause small deletions or small fragments are removed from the genome so that the genome is neutralized even when the natural repair machinery joins the genome together. Designed to be removed.

細胞内への導入後、CRISPR/Cas9/gRNA複合体は、ウイルスゲノム、遺伝子、転写物、または他のウイルス核酸に作用する。CRISPRにより生成された二本鎖DNA切断は、修復されて小型の欠失がもたらされる。こうした欠失は、タンパク質コードを中断し、したがってノックアウト効果を発揮することになる。   After introduction into the cell, the CRISPR / Cas9 / gRNA complex acts on the viral genome, gene, transcript, or other viral nucleic acid. Double-stranded DNA breaks generated by CRISPR are repaired resulting in small deletions. Such a deletion disrupts the protein code and thus exerts a knockout effect.

ヌクレアーゼまたはヌクレアーゼをコードする遺伝子は、トランスフェクションにより感染細胞内に送達することができる。例えば、感染細胞に、Cas9およびgRNAをコードするDNAをトランスフェクトすることができる(単一の小片または別々の小片で)。gRNAは、ウイルスゲノムに沿って1つまたは幾つかの位置にCas9エンドヌクレアーゼを局在化させるように設計される。Cas9エンドヌクレアーゼは、ゲノム中に二本鎖切断を引き起こし、ウイルスゲノムから小断片を欠失させる。欠失は、修復機構が働いたとしても、ウイルスゲノムを無力化する。   Nucleases or genes encoding nucleases can be delivered into infected cells by transfection. For example, infected cells can be transfected (in a single piece or separate pieces) with DNA encoding Cas9 and gRNA. The gRNA is designed to localize the Cas9 endonuclease at one or several positions along the viral genome. Cas9 endonuclease causes double-strand breaks in the genome and deletes small fragments from the viral genome. Deletion neutralizes the viral genome, even if the repair mechanism works.

その後、本発明の方法によるヌクレアーゼで処置した細胞および組織は、移植用に提供される。一部の実施形態では、臓器は、組織を無CMV化するヌクレアーゼで移植前に処置される。   Thereafter, nuclease treated cells and tissues according to the methods of the invention are provided for transplantation. In some embodiments, the organ is treated with a nuclease that renders the tissue CMV-free prior to transplantation.

本発明の一部の実施形態では、ヌクレアーゼは、移植臓器で使用するために調製される。臓器移植は、臓器をある身体から別の身体へと移動させるか、またはドナー部位からその個体自身の身体の別の位置へと移動させて、レシピエントの損傷したまたは欠けている臓器を置換することである。また、臓器は、その個体自身の細胞(幹細胞、または不全臓器から抽出された細胞)、または別の個体の細胞から生成または再増殖することができる。臓器は、生体供給源または死体供給源のいずれかからであってもよい。移植することができる臓器は、心臓、腎臓、肝臓、肺、膵臓、腸、および胸腺である。組織としては、骨、腱(両方とも筋骨格移植片と呼ばれる)、角膜、皮膚、心臓弁、神経、および静脈が挙げられる。角膜移植片および筋骨格移植片は、一般的に移植される組織または臓器である。   In some embodiments of the invention, the nuclease is prepared for use in a transplanted organ. Organ transplantation moves an organ from one body to another, or from a donor site to another location on the individual's own body, replacing a damaged or missing organ in the recipient That is. An organ can also be generated or repopulated from its own cells (stem cells or cells extracted from a defective organ) or from cells of another individual. The organ may be from either a biological source or a cadaver source. Organs that can be transplanted are the heart, kidney, liver, lung, pancreas, intestine, and thymus. Tissue includes bone, tendons (both called musculoskeletal grafts), cornea, skin, heart valves, nerves, and veins. Corneal and musculoskeletal grafts are the tissues or organs that are generally transplanted.

(vi.宿主ゲノム)
本発明の方法および組成物は、宿主遺伝物質を妨害せずにウイルス核酸を標的とするために使用することができることが理解される。本発明の方法および組成物は、ウイルス配列内の標的にハイブリダイズする配列を有するガイドRNA等の標的指向性部分を使用する。本発明の方法および組成物は、gRNAを使用して、排他的にウイルスゲノムと結合し、二本鎖を切断することによりウイルス配列を宿主から除去するcas9酵素等の標的に向かうヌクレアーゼまたはそのようなヌクレアーゼをコードするベクターをさらに使用してもよい。
(Vi. Host genome)
It will be appreciated that the methods and compositions of the invention can be used to target viral nucleic acids without interfering with host genetic material. The methods and compositions of the invention use a targeting moiety such as a guide RNA having a sequence that hybridizes to a target within the viral sequence. The methods and compositions of the present invention use a gRNA to bind to the viral genome exclusively and to remove a viral sequence from the host by cleaving the duplex, or a nuclease directed to a target such as the cas9 enzyme or the like A vector encoding a specific nuclease may also be used.

標的指向性部分がガイドRNAを含む場合、gRNAの配列またはガイド配列は、ウイルス配列を調査して、プロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接し、しかもプロトスペーサーモチーフに隣接する宿主ゲノムには出現しない約20個のヌクレオチドの領域を見出すことにより決定することができる。   If the targeting moiety comprises a guide RNA, the sequence of the gRNA or guide sequence is examined in the viral sequence and does not appear in the host genome adjacent to the protospacer adjacent motif (PAM) and adjacent to the protospacer motif It can be determined by finding a region of about 20 nucleotides.

好ましくは、ガイド配列は、ガイド配列に従って製作されるgRNA/cas9複合体が、宿主ゲノムを妨害することなく、ウイルス配列の指定の特徴または標的と結合しそれらを消化することになるように、ある特定の類似性基準(例えば、PAMにより近い領域に向かってバイアスのかかった同一性と少なくとも60%同一であること)を満たす。好ましくは、ガイドRNAは、ウイルス配列中のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)(例えば、NGG、この場合Nは任意のヌクレオチドである)の次のヌクレオチド文字列に対応する。好ましくは、宿主ゲノムは、(1)所定の類似性基準によるヌクレオチド文字列が一致し、(2)またPAMに隣接するあらゆる領域を欠如する。所定の類似性基準は、例えば、PAMの5’側にある20個ヌクレオチド内に少なくとも12個の一致ヌクレオチドがあるという要件を含んでいてもよく、また、PAMの5’側にある10個ヌクレオチド内に少なくとも7個の一致ヌクレオチドがあるという要件を含んでいてもよい。注釈付きウイルスゲノム(例えば、GenBankからの)を使用して、ウイルス配列の特徴を識別し、ウイルス配列の選択特徴(例えば、ウイルス複製開始点、末端反復、複製因子結合部位、プロモーター、コード配列、または反復領域)内のウイルス配列のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)の次のヌクレオチド文字を見出してもよい。ウイルス配列および注釈は、ゲノムデータベースから得ることができる。   Preferably, the guide sequence is such that the gRNA / cas9 complex produced according to the guide sequence will bind to and digest the specified feature or target of the viral sequence without interfering with the host genome. Satisfy certain similarity criteria (eg, be at least 60% identical to an identity biased towards a region closer to the PAM). Preferably, the guide RNA corresponds to the next nucleotide string of the protospacer flanking motif (PAM) (eg, NGG, where N is any nucleotide) in the viral sequence. Preferably, the host genome (1) matches a string of nucleotides according to a given similarity criterion and (2) also lacks any region adjacent to the PAM. A given similarity criterion may include, for example, the requirement that there are at least 12 matching nucleotides within the 20 nucleotides 5 'to the PAM, and the 10 nucleotides 5' to the PAM. It may include the requirement that there be at least 7 matching nucleotides within. An annotated viral genome (eg, from GenBank) is used to identify the characteristics of viral sequences and select characteristics of viral sequences (eg, viral origin of replication, terminal repeats, replication factor binding site, promoter, coding sequence, Alternatively, the next nucleotide character of the protospacer adjacent motif (PAM) of the viral sequence within the repeat region) may be found. Viral sequences and annotations can be obtained from genomic databases.

複数の候補gRNA標的がウイルスゲノムに見出される場合、ガイドRNAの鋳型である配列の選択は、ガイド配列としての標的特徴に最も近いかまたは最も5’端にある候補標的を優先してもよい。選択は、好ましくは、中間的な(例えば、40%〜60%の)GC含量を有する配列を優先的に選んでもよい。エンドヌクレアーゼによるRNA指向性標的化に関するさらなる背景は、以下の文献で考察されている:米国特許出願公開第2015/0050699号;米国特許出願公開第20140356958号;米国特許出願公開第2014/0349400号;米国特許出願公開第2014/0342457号;米国特許出願公開第2014/0295556号;および米国特許出願公開第2014/0273037号。これら文献の各々の内容は、参照によりあらゆる目的のために組み込まれる。感染細胞にヒトゲノムのバックグラウンドが存在するため、ウイルスゲノムに対する効率が高く、ヒトゲノムに対するオフターゲット効果が低いことを保証するための1組のステップが提供される。こうしたステップは、(1)ウイルスゲノム内の標的を選択すること、(2)宿主ゲノムのPAM+標的配列を回避すること、(3)株間で保存されているウイルス標的を方法論的に選択すること、(4)適切なGC含量を有する標的を選択すること、(5)細胞でのヌクレアーゼ発現を制御すること、(6)ベクターを設計すること、(7)アッセイで検証すること等、およびそれらの種々の組合せを含んでいてもよい。標的指向性部分(ガイドRNA等)は、好ましくは、(i)潜伏関連標的、(ii)感染および症状関連標的、および(iii)構造関連標的等の、ある特定のカテゴリー内の標的と結合する。   If multiple candidate gRNA targets are found in the viral genome, the selection of the sequence that is the template for the guide RNA may favor the candidate target that is closest or most 5 'to the target feature as the guide sequence. Selection may preferably preferentially select sequences having an intermediate (eg 40% to 60%) GC content. Further background on RNA-directed targeting by endonucleases is discussed in the following literature: US Patent Application Publication No. 2015/0050699; US Patent Application Publication No. 20140356958; US Patent Application Publication No. 2014/0349400; U.S. Patent Application Publication No. 2014/0342457; U.S. Patent Application Publication No. 2014/0295556; and U.S. Patent Application Publication No. 2014/0273037. The contents of each of these documents are incorporated by reference for all purposes. Since there is a human genome background in the infected cells, a set of steps is provided to ensure high efficiency against the viral genome and low off-target effects on the human genome. These steps include (1) selecting a target within the viral genome, (2) circumventing the PAM + target sequence of the host genome, (3) methodologically selecting a viral target that is conserved among strains, (4) select targets with appropriate GC content, (5) control nuclease expression in cells, (6) design vectors, (7) validate with assays, etc. and Various combinations may be included. Target-directing moieties (such as guide RNA) preferably bind to targets within a particular category, such as (i) latency-related targets, (ii) infection and symptom-related targets, and (iii) structure-related targets. .

gRNAの第1のカテゴリーの標的は、潜伏関連標的を含む。ウイルスゲノムは、潜伏を維持するためにある特定の特徴を必要とする。こうした特徴としては、これらに限定されないが、マスター転写制御因子、潜伏特異的プロモーター、宿主細胞と情報交換するシグナル伝達タンパク質等が挙げられる。宿主細胞が潜伏中に分裂している場合、ウイルスゲノムは、複製系がゲノムのコピーレベルを維持することが必要である。ウイルス複製開始点、末端反復、および複製開始点に結合する複製因子は、良好な標的である。こうした特徴の機能が妨害されると、ウイルスが再活性化し、それは、従来の抗ウイルス療法で処置することができる。   The first category of targets of gRNA includes latency related targets. The viral genome requires certain features to maintain latency. Such features include, but are not limited to, master transcriptional regulators, latency specific promoters, signaling proteins that exchange information with host cells, and the like. If the host cell is dividing during incubation, the viral genome requires the replication system to maintain a copy level of the genome. Viral origins of replication, terminal repeats, and replication factors that bind to the origin of replication are good targets. When the function of these features is disturbed, the virus reactivates and it can be treated with conventional antiviral therapy.

gRNAの第2のカテゴリーの標的は、感染関連および症状関連の標的を含む。ウイルスは、感染を促進するための種々の分子を産生する。ウイルスは、宿主細胞に進入すると、溶菌サイクルを開始し、それにより細胞死および組織損傷(HBV)を引き起こし得る。HPV16等のある特定の場合では、細胞産物(E6およびE7タンパク質)は、宿主細胞を形質転換し、がんを引き起こし得る。こうした分子を産生する重要なゲノム配列(プロモーター、コード配列等)を妨害すると、さらなる感染を予防することができ、および/またはその疾患の症状を治癒しないとしても、緩和することができる。   The second category of targets for gRNA includes infection-related and symptom-related targets. Viruses produce a variety of molecules to promote infection. When the virus enters the host cell, it can initiate a lysis cycle, thereby causing cell death and tissue damage (HBV). In certain cases, such as HPV16, cell products (E6 and E7 proteins) can transform host cells and cause cancer. Interfering with the important genomic sequences (promoter, coding sequence, etc.) that produce such molecules can prevent further infection and / or alleviate if the disease symptoms are not cured.

gRNAの第3のカテゴリーの標的は、構造関連標的を含む。ウイルスゲノムは、ゲノム統合、複製、または他の機能を支援する反復領域を含む場合がある。反復領域を標的とすると、ウイルスゲノムを切断して複数の小片にすることができ、それによりゲノムは物理的に破壊される。   The third category of targets of gRNA includes structure related targets. The viral genome may contain repetitive regions that support genome integration, replication, or other functions. Targeting the repeat region allows the viral genome to be cut into multiple pieces, which physically destroys the genome.

ヌクレアーゼがcasタンパク質である場合、標的指向性部分は、ガイドRNAである。各casタンパク質は、標的とされた配列の次の特定のPAM(ガイドRNAのではない)を必要とする。これは、ヒトゲノム編集の場合と同じある。現在の理解では、ガイドRNA/ヌクレアーゼ複合体は、まずPAMに結合し、その後ガイドRNAと標的ゲノムとの間の相同性を探索する。Sternbergら、2014年、DNA interrogation by the CRISPR RNA-guided endonuclease Cas9、Nature、507巻(7490号):62〜67頁。DNAは、認識されると、PAMの3−nt上流で消化される。こうした結果は、オフターゲット消化が起こるためには、宿主DNAにPAMが存在し、かつガイドRNAとPAM直前の宿主ゲノムとの間の親和性が高いことが必要であることを示唆している。   When the nuclease is a cas protein, the targeting moiety is a guide RNA. Each cas protein requires a specific PAM (not a guide RNA) next to the targeted sequence. This is the same as in the case of human genome editing. In the current understanding, the guide RNA / nuclease complex first binds to PAM and then searches for homology between the guide RNA and the target genome. Sternberg et al., 2014, DNA interrogation by the CRISPR RNA-guided endonuclease Cas9, Nature, 507 (7490): 62-67. Once recognized, the DNA is digested 3-nt upstream of PAM. These results suggest that for off-target digestion to occur, PAM must be present in the host DNA and the affinity between the guide RNA and the host genome immediately before PAM must be high.

高度に保存されているウイルスゲノムの部分を標的とする標的指向性部分を使用することが好ましい場合がある。ウイルスゲノムは、ヒトゲノムよりもはるかに変異性が高い。異なる株を標的とするために、ガイドRNAは、好ましくは、保存された領域を標的とすることになる。PAMは、最初の配列認識にとって重要であるため、保存された領域にPAMを有することも不可欠である。   It may be preferable to use a targeting portion that targets a highly conserved portion of the viral genome. The viral genome is much more mutated than the human genome. In order to target different strains, the guide RNA will preferably target a conserved region. Since PAM is important for initial sequence recognition, it is also essential to have a PAM in the conserved region.

好ましい実施形態では、本発明の方法を使用して、核酸を細胞に送達する。細胞に送達される核酸は、決定されたガイド配列を有するgRNAを含んでいてもよく、または核酸は、標的遺伝物質に対して作用することになる酵素をコードするプラスミド等のベクターを含んでいてもよい。その酵素が発現されることにより、標的遺伝物質の分解またはそうでなければ妨害が可能になる。酵素は、Cas9エンドヌクレアーゼ等のヌクレアーゼであってもよく、また、核酸は、決定されたガイド配列を有する1つまたは複数のgRNAをコードしていてもよい。   In preferred embodiments, the methods of the invention are used to deliver nucleic acids to cells. The nucleic acid delivered to the cell may comprise a gRNA having a determined guide sequence, or the nucleic acid comprises a vector such as a plasmid encoding an enzyme that will act on the target genetic material. Also good. Expression of the enzyme allows for degradation or otherwise disruption of the target genetic material. The enzyme may be a nuclease such as Cas9 endonuclease and the nucleic acid may encode one or more gRNAs having a determined guide sequence.

gRNAにより、ヌクレアーゼは、標的遺伝物質を標的とする。標的遺伝物質がウイルスゲノムを含む場合、そのゲノムの一部分に相補的なgRNAは、ヌクレアーゼによるそのゲノムの分解(degredation)を誘導することができ、それにより、インタクトなウイルスゲノムのさらなる複製が一切防止されるか、またはさらに細胞から完全に除去される。こうした手段により、潜伏ウイルス感染を標的として根絶することができる。   With gRNA, nucleases target target genetic material. If the target genetic material contains a viral genome, a gRNA complementary to a portion of that genome can induce degredation of the genome by nucleases, thereby preventing any further replication of the intact viral genome. Or completely removed from the cells. By such means, it is possible to eradicate the latent virus infection as a target.

宿主細胞は、特定の細胞タイプによっては、異なる速度で増殖する場合がある。迅速な細胞複製にはヌクレアーゼの発現が高いことが必要であるが、未感染細胞のオフターゲット切断を回避するには、発現は低い方が役に立つ。ヌクレアーゼ発現の制御は、幾つかの態様により達成することができる。ヌクレアーゼがベクターから発現される場合、ベクターがウイルス複製開始点を有することにより、ベクターのコピー数を感染細胞でのみ劇的に増加させることができる。各プロモーターは、異なる組織では異なる活性を有する。遺伝子転写は、異なるプロモーターを選択することにより調整することができる。また、転写物およびタンパク質安定性は、安定化または不安定化モチーフ(ユビキチン標的指向性配列等)を配列に組み込むことにより調整することができる。   Host cells may grow at different rates depending on the particular cell type. Rapid cell replication requires high nuclease expression, but lower expression helps to avoid off-target cleavage of uninfected cells. Control of nuclease expression can be achieved in several ways. If the nuclease is expressed from a vector, the vector's copy origin can be dramatically increased only in infected cells by having a viral origin of replication. Each promoter has a different activity in different tissues. Gene transcription can be regulated by selecting different promoters. Transcripts and protein stability can also be adjusted by incorporating stabilizing or destabilizing motifs (such as ubiquitin targeting sequences) into the sequence.

gRNA配列、ヌクレアーゼ(例えば、cas9)、他のエレメント、またはそれらの組合せに対する特異的プロモーターを使用してもよい。例えば、一部の実施形態では、gRNAは、U6プロモーターにより駆動される。タンパク質発現用のプロモーターを含むベクターを設計してもよい(例えば、Lonza Group Ltd(バーゼル、スイス)によりPMAXCLONINGという商標名で販売されているベクターに記載されているプロモーターを使用して)。ベクターは、プラスミドであってもよい(例えば、合成機器255および組換えDNA実験装置で生成される)。ある特定の実施形態では、プラスミドは、U6プロモーター駆動性gRNAまたはキメラガイドRNA(sgRNA)およびユビキタスプロモーター駆動性cas9を含む。任意選択で、ベクターは、後にcas9+細胞を選択することを可能にするために、cas9タンパク質の後に融合されているEGFP等のマーカーを含んでいてもよい。cas9は、gRNA(元の細菌系のCRISPR RNA(crRNA)と類似している)を、相補的なtrans活性化crRNA(tracrRNA)と共に使用して、gRNAに相補的なウイルス配列を標的とすることができることが理解される。cas9は、単一のRNA分子、gRNAおよびtracrRNAのキメラでプログラムすることができることも示されている。単一ガイドRNA(sgRNA)は、プラスミドにコードすることができ、sgRNAの転写は、cas9のプログラミングおよびtracrRNAの機能を提供することができる。背景については、Jinek、2012年、A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity、Science、337巻:816〜821頁、および特にこの文献の図5Aを参照されたい。   Specific promoters for gRNA sequences, nucleases (eg, cas9), other elements, or combinations thereof may be used. For example, in some embodiments, the gRNA is driven by a U6 promoter. Vectors containing promoters for protein expression may be designed (eg, using the promoters described in the vector sold under the trade name PMAXCLONING by Lonza Group Ltd (Basel, Switzerland)). The vector may be a plasmid (eg, generated with a synthesizer 255 and a recombinant DNA laboratory). In certain embodiments, the plasmid comprises U6 promoter-driven gRNA or chimeric guide RNA (sgRNA) and ubiquitous promoter-driven cas9. Optionally, the vector may include a marker such as EGFP fused after the cas9 protein to allow subsequent selection of cas9 + cells. cas9 uses gRNA (similar to the original bacterial CRISPR RNA (crRNA)) with a complementary trans-activated crRNA (tracrRNA) to target viral sequences complementary to gRNA It is understood that It has also been shown that cas9 can be programmed with a single RNA molecule, a chimer of gRNA and tracrRNA. A single guide RNA (sgRNA) can be encoded in the plasmid, and transcription of sgRNA can provide cas9 programming and tracrRNA functions. For background, see Jinek, 2012, A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity, Science, 337: 816-821, and particularly FIG. 5A of this document.

上記の原理を使用すると、本発明の方法および組成物を使用して、宿主ゲノムに悪影響を及ぼさずに、感染宿主のウイルス核酸を標的とすることができる。   Using the above principles, the methods and compositions of the present invention can be used to target viral nucleic acids of infected hosts without adversely affecting the host genome.

さらなる背景は、Hsu、2013年、DNA targeting specificity of RNA-guided Cas9 nucleases、Nature Biotechnology、31巻(9号):827〜832頁;およびJinek、2012年、A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity、Science、337巻:816〜821頁を参照されたい。これら文献の各々の内容は、参照により組み込まれる。標的位置は、(i)潜伏関連標的(ii)感染および症状関連標的、または、(iii)構造関連標的等の、ある特定のカテゴリー内にあるものが選択されるため、これら配列を切断することにより、ウイルスが不活化され、宿主からウイルスが除去される。標的指向性RNA(gRNAまたはsgRNA)は、ウイルス遺伝子配列の標的と一致するが、宿主ゲノムと一致する一切のオフターゲットを起こさないという類似性基準を満たすように設計されているため、潜伏ウイルス遺伝物質は、宿主ゲノムを一切妨害せずに宿主から除去される。   Further background is Hsu, 2013, DNA targeting specificity of RNA-guided Cas9 nucleases, Nature Biotechnology, 31 (9): 827-832; and Jinek, 2012, A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in See adaptive bacterial immunity, Science 337: 816-821. The contents of each of these documents are incorporated by reference. Cleavage these sequences because target locations are selected that are within a certain category, such as (i) latency-related targets, (ii) infection and symptom-related targets, or (iii) structure-related targets. This inactivates the virus and removes the virus from the host. Targeted RNA (gRNA or sgRNA) is designed to meet the similarity criterion that matches the target of the viral gene sequence but does not cause any off-target that matches the host genome, thus The material is removed from the host without interfering with the host genome at all.

(ii.アポトーシス経路)
少数の細胞しか感染しておらず、その全体細胞(ならびにCMVゲノム)を取り除くだけで十分である場合、本発明の態様では、潜伏ウイルス状態で活性であり、殺細胞遺伝子を駆動するプロモーターを含むベクターの投与が企図される。この手法の場合、特に興味深い標的はHSVである。それは、数千〜数万個のニューロンにしか潜伏感染していないと推定されるためである。Hoshinoら、2008年、The number of herpes simplex virus -infected neurons and the number of viral genome copies per neuron correlate with latent viral load in ganglia、Virology、372巻(1号):56〜63頁を参照されたい。この文献は、参照により組み込まれる。殺細胞遺伝子の例としては、(1)細胞ゲノムを標的とする標的化可能なヌクレアーゼ;ならびに(2)BAXおよびBAK等のアポトーシスエフェクターおよびアルファ溶血素等の細胞膜またはミトコンドリア膜の完全性を破壊するタンパク質の両方が挙げられる(Bayles、「Bacterial programmed cell death: making sense of a paradox」、 Nature Reviews Microbiology、12巻、63〜69頁(2014年))。潜伏感染細胞でのみ活性であるプロモーターは、この状況で使用することができるだけでなく、活性を感染細胞特異的にすることによりヌクレアーゼ療法の選択性を増加させるためにも使用することができる。そのようなプロモーターの一例は、潜伏関連プロモーター1または「LAP1」である(PrestonおよびEfstathiou、「Molecular Basis of HSV Latency and Reactivation」、Human Herpesviruses: Biology, Therapy and Immunoprophylaxis、2007年)。一部の実施形態では、本発明は、宿主細胞であるが、感染している細胞のみの死滅を引き起こすために使用することができる方法および治療薬を提供する。例えば、処置は、細胞死を引き起こすタンパク質の遺伝子を送達することを含んでいてもよく、上記遺伝子は、感染ウイルスのゲノムに由来するプロモーター等のウイルス調節エレメントの制御下にあるか、または上記遺伝子は、ウイルス複製開始点を含むベクターにコードされている。ウイルスが存在する場合、遺伝子が発現され、遺伝子産物は、その細胞の死滅を引き起こすことになる。遺伝子は、アポトーシスに重要なタンパク質をコードし得るか、または遺伝子は、宿主ゲノムを消化するヌクレアーゼをコードし得る。
(Ii. Apoptotic pathway)
If only a small number of cells are infected and it is sufficient to remove the whole cell (as well as the CMV genome), embodiments of the invention include a promoter that is active in the latent viral state and that drives the cell killing gene. Administration of the vector is contemplated. For this approach, a particularly interesting target is HSV. This is because it is estimated that only thousands to tens of thousands of neurons are latently infected. See Hoshino et al., 2008, The number of herpes simplex virus-infected neurons and the number of viral genome copies per neuron correlate with latent viral load in ganglia, Virology, 372 (1): 56-63. This document is incorporated by reference. Examples of cytocidal genes include (1) targetable nucleases that target the cell genome; and (2) disrupt the integrity of cell or mitochondrial membranes such as apoptotic effectors such as BAX and BAK and alpha hemolysin Both proteins are mentioned (Bayles, “Bacterial programmed cell death: making sense of a paradox”, Nature Reviews Microbiology, 12, 63-69 (2014)). Promoters that are only active in latently infected cells can be used not only in this situation, but can also be used to increase the selectivity of nuclease therapy by making the activity specific to infected cells. An example of such a promoter is latency-related promoter 1 or “LAP1” (Preston and Efstathiou, “Molecular Basis of HSV Latency and Reactivation”, Human Herpesviruses: Biology, Therapy and Immunoprophylaxis, 2007). In some embodiments, the present invention provides methods and therapeutics that can be used to cause the killing of only infected cells that are host cells. For example, treatment may include delivering a gene for a protein that causes cell death, wherein the gene is under the control of a viral regulatory element, such as a promoter derived from the genome of the infecting virus, or the gene Is encoded by a vector containing the viral origin of replication. If the virus is present, the gene is expressed and the gene product will cause the cell to die. The gene can encode a protein important for apoptosis, or the gene can encode a nuclease that digests the host genome.

アポトーシス実施形態を使用すると、感染細胞および未感染細胞の混合物を含む試料内からの感染細胞を除去することができる。標的化可能なヌクレアーゼを使用して、ウイルス駆動性プロモーター、標的化可能なヌクレアーゼ、および細胞(例えばヒト)ゲノムを標的とするガイドRNAを含む組成物を提供することができる。ウイルスが存在すると、ヌクレアーゼは、細胞を死滅させることになる。試料には未感染細胞のみが残されることになる。   Apoptotic embodiments can be used to remove infected cells from within a sample containing a mixture of infected and uninfected cells. A targetable nuclease can be used to provide a composition comprising a virus-driven promoter, a targetable nuclease, and a guide RNA that targets a cellular (eg, human) genome. In the presence of the virus, the nuclease will kill the cell. Only uninfected cells will be left in the sample.

アポトーシスタンパク質は、治療薬として使用することができる。ベクター内にコードされている治療薬が提供されてもよく、ベクターには、ウイルスに感染した細胞内に治療薬を発現させる配列もコードされている。配列は、ウイルスのゲノムに由来する調節エレメント(例えば、プロモーターおよび複製開始点)であってもよい。治療薬は、ウイルス感染細胞の死滅を選択的に引き起こす機構を提供することができる。例えば、細胞のアポトーシス経路欠損を回復させるタンパク質を使用してもよい。遺伝子は、例えば、BAX、BAK、BCL−2、またはアルファ溶血素であってもよい。好ましくは、治療薬は、ウイルスに感染した細胞にアポトーシスを誘導し、未感染細胞ではアポトーシスを誘導しない。   Apoptotic proteins can be used as therapeutic agents. A therapeutic agent encoded in the vector may be provided, and the vector also encodes a sequence that allows the therapeutic agent to be expressed in cells infected with the virus. The sequence may be regulatory elements (eg, promoter and origin of replication) derived from the viral genome. The therapeutic agent can provide a mechanism that selectively causes the death of virus-infected cells. For example, a protein that restores a defect in the apoptotic pathway of cells may be used. The gene may be, for example, BAX, BAK, BCL-2, or alpha hemolysin. Preferably, the therapeutic agent induces apoptosis in cells infected with the virus and does not induce apoptosis in uninfected cells.

一部の実施形態では、本発明は、ウイルスベクター、プラスミド、またはアポトーシスを促進する少なくとも1つの遺伝子をコードする他のコード核酸、およびウイルスゲノムに関連する少なくとも1つのプロモーターを含む組成物を提供する。アポトーシス制御因子Bcl−2は、ミトコンドリア外膜透過性(MOMP)を支配し、Bax、BAD、Bak、Bok、Bcl−rambo、Bcl−xs、およびBOK/Mtd等のアポトーシス促進性タンパク質を含むタンパク質のファミリーである。   In some embodiments, the invention provides a composition comprising a viral vector, a plasmid, or other encoding nucleic acid encoding at least one gene that promotes apoptosis, and at least one promoter associated with the viral genome. . Apoptosis regulator Bcl-2 governs mitochondrial outer membrane permeability (MOMP) and is a protein that includes pro-apoptotic proteins such as Bax, BAD, Bak, Bok, Bcl-rambo, Bcl-xs, and BOK / Mtd It is a family.

アポトーシス制御因子BAXは、bcl−2様タンパク質4としても公知であり、ヒトではBAX遺伝子によりコードされるタンパク質である。BAXは、Bcl−2遺伝子ファミリーのメンバーである。このタンパク質は、BCL2とヘテロ二量体を形成し、アポトーシス活性化因子として機能する。このタンパク質は、ミトコンドリア膜電位依存アニオンチャンネル(VDAC)と相互作用し、その開口を増加させ、膜電位の喪失およびシトクロムcの放出に至ることが報告されている。   Apoptosis regulator BAX is also known as bcl-2-like protein 4, and is a protein encoded by the BAX gene in humans. BAX is a member of the Bcl-2 gene family. This protein forms a heterodimer with BCL2 and functions as an apoptosis activator. This protein has been reported to interact with the mitochondrial membrane voltage-dependent anion channel (VDAC), increasing its opening, leading to loss of membrane potential and release of cytochrome c.

Bcl−2相同性アンタゴニスト/キラーは、ヒトでは第6染色体上のBAK1遺伝子によりコードされているタンパク質である。このタンパク質は、ミトコンドリアに局在化されており、アポトーシスを誘導するように機能する。それは、ミトコンドリア膜電位依存アニオンチャンネルと相互作用し、その開口を加速させ、膜電位の喪失およびシトクロムcの放出に至る。   A Bcl-2 homologous antagonist / killer is a protein encoded by the BAK1 gene on chromosome 6 in humans. This protein is localized to the mitochondria and functions to induce apoptosis. It interacts with the mitochondrial membrane voltage-dependent anion channel, accelerating its opening, leading to loss of membrane potential and the release of cytochrome c.

このファミリーに属するタンパク質をコードするヒト遺伝子としては、以下のものが挙げられる:BAK1、BAX、BCL2、BCL2A1、BCL2L1、BCL2L2、BCL2L10、BCL2L13、BCL2L14、BOK、およびMCL1。   Human genes encoding proteins belonging to this family include the following: BAK1, BAX, BCL2, BCL2A1, BCL2L1, BCL2L2, BCL2L10, BCL2L13, BCL2L14, BOK, and MCL1.

(参照による組込み)
本開示の全体にわたって、特許、特許出願、特許公報、ジャーナル、本、論文、ウェブコンテンツ等の他の文献が参照および引用されている。そのような文献は全て、それらの全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
(Incorporation by reference)
Throughout this disclosure, other references such as patents, patent applications, patent publications, journals, books, papers, web content, etc. are referenced and cited. All such documents are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.

(均等物)
本明細書に図示および記載されているものに加えて、本発明およびその多数のさらなる実施形態に対する種々の改変は、当業者であれば、本明細書に引用されている科学文献および特許文献への参照を含む本書類の完全な内容から明白になる。本明細書の主題は、種々の実施形態およびその均等物にて本発明を実施するために応用することができる重要な情報、例示、および指針を含む。
(Equivalent)
In addition to what is shown and described herein, various modifications to the present invention and its numerous further embodiments will occur to those skilled in the art to the scientific and patent literature cited herein. It will be clear from the complete contents of this document, including references to The subject matter of this specification includes important information, examples, and guidance that can be applied to implement the invention in various embodiments and equivalents thereof.

(実施例1)
標的HSV
T7 in vitro転写により、スキャフォールドを有する完全なガイドRNAを産生した。ゲノム標的の隣接領域を、HSV2 G株ゲノムDNA(ATCCから得た)からPCRで増幅した。Cas9タンパク質(PNA Bioから得た)、ガイドRNA、および標的DNAを、in vitroエンドヌクレアーゼアッセイのために混合およびインキュベートした。
Example 1
Target HSV
T7 in vitro transcription produced a complete guide RNA with a scaffold. The flanking region of the genomic target was amplified by PCR from HSV2 G strain genomic DNA (obtained from ATCC). Cas9 protein (obtained from PNA Bio), guide RNA, and target DNA were mixed and incubated for in vitro endonuclease assay.

細胞内でのHSVに対する効率をさらに試験するため、本発明者らは、上述の各HSV2増幅産物を発現ベクターにサブクローニングした。また、同じガイドRNA配列(RL2、LATi、LATp、UL9、OriS、およびUS12)を、CMVプロモーター駆動性cas9およびU6プロモーター駆動性sgRNAスキャフォールドを含むCRISPRプラスミドにクローニングした。本発明者らは、リポフェクタミン2000を用いて、HSV2増幅産物クローンおよび抗HSV CRISPRプラスミドを両方とも、293T細胞にトランスフェクトした。トランスフェクションの72時間後に、細胞を回収してゲノムDNAを単離した。   In order to further test the efficiency against intracellular HSV, we subcloned each of the HSV2 amplification products described above into an expression vector. The same guide RNA sequence (RL2, LATi, LATp, UL9, OriS, and US12) was also cloned into a CRISPR plasmid containing CMV promoter driven cas9 and U6 promoter driven sgRNA scaffolds. We transfected 293T cells with Lipofectamine 2000, both HSV2 amplification product clones and anti-HSV CRISPR plasmids. Cells were harvested and genomic DNA was isolated 72 hours after transfection.

図3は、Cas9を用いてまたは用いずに、RL2、LATi、LATp、UL9、OriS、およびUS12ガイド配列で処置した細胞のゲノムDNAサイズのバンド示すレーンのゲルである。   FIG. 3 is a lane gel showing genomic DNA size bands of cells treated with RL2, LATi, LATp, UL9, OriS, and US12 guide sequences with or without Cas9.

図4には、CRISPR処置試料における様々なレベルのHSV DNA減少を示す定量PCRアッセイの結果が示されている。一過性の細胞モデルを用いたin vivo抗HSV処置では、本発明者らは、スクランブルsgRNA配列を有するCRISPRプラスミドを対照として使用した。DNA試料インプットは、各対照試料で正規化した。OriSは、最も高いウイルスDNA除去活性を示し、次にRL2、UL9、およびLATiが続いた。   FIG. 4 shows the results of a quantitative PCR assay showing various levels of HSV DNA reduction in CRISPR treated samples. For in vivo anti-HSV treatment using a transient cell model, we used a CRISPR plasmid with a scrambled sgRNA sequence as a control. DNA sample input was normalized with each control sample. OriS showed the highest viral DNA removal activity, followed by RL2, UL9, and LATi.

(実施例2)
標的EBV
バーキットリンパ腫細胞株Raji、Namalwa、およびDG−75を、ATCCから取得し、ATCCの推奨に従って10%FBSおよびPSAで補完されたRPMI1640で培養した。ヒト原発性肺線維芽細胞IMR−90を、Coriellから取得し、10%FBSおよびPSAで補完されたアドバンストDMEM/F−12で培養した。
(Example 2)
Target EBV
Burkitt lymphoma cell lines Raji, Namalwa, and DG-75 were obtained from ATCC and cultured in RPMI 1640 supplemented with 10% FBS and PSA according to ATCC recommendations. Human primary lung fibroblast IMR-90 was obtained from Coriell and cultured in Advanced DMEM / F-12 supplemented with 10% FBS and PSA.

Cong Lら、(2013年)、Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/Cas Systems.、Science、339巻:819〜823頁に記載されているような、U6プロモーター駆動性キメラガイドRNA(sgRNA)およびユビキタスプロモーター駆動性Cas9からなるプラスミドは、addgeneから得た。Cas9タンパク質の後に融合されているEGFPマーカーで、Cas9陽性細胞の選択を可能にした(図6)。本発明者らは、より効率的なPol−III転写およびより安定的なステム−ループ構造のために修飾型キメラガイドRNA設計を採用した(Chen Bら、(2013年)、Dynamic Imaging of Genomic Loci in Living Human Cells by an Optimized CRISPR/Cas System.、Cell、155巻:1479〜1491頁)。   Cong L et al. (2013), Multiplex Genome Engineering Using CRISPR / Cas Systems., Science, 339: 819-823, U6 promoter driven chimeric guide RNA (sgRNA) and ubiquitous promoter driven A plasmid consisting of sex Cas9 was obtained from addgene. The EGFP marker fused after the Cas9 protein allowed selection of Cas9 positive cells (FIG. 6). We adopted a modified chimeric guide RNA design for more efficient Pol-III transcription and a more stable stem-loop structure (Chen B et al. (2013), Dynamic Imaging of Genomic Loci. in Living Human Cells by an Optimized CRISPR / Cas System. Cell, 155: 1479-1491).

本発明者らは、pX458をAddgene,Inc.から得た。合成イントロン(pmax)を有する修飾CMVプロモーターを、Lonza対照プラスミドpmax−GFPからPCRで増幅した。修飾ガイドRNA sgRNA(F+E)をIDTに注文した。EBV複製開始点oriPを、B95−8形質転換リンパ芽球様細胞株GM12891からPCRで増幅した。本発明者らは、標準的なクローニングプロトコールを使用して、pmax、sgRNA(F+E)、およびoriPをpX458にクローニングし、元のCAGプロモーター、sgRNA、およびf1開始点を置換した。本発明者らは、B95−8基準に基づいてEBV sgRNAを設計し、IDTにDNAオリゴを注文した。pX458の元々のsgRNAプレースホールダーは、陰性対照として役目を果たす。   We have identified pX458 in Addgene, Inc. Obtained from. A modified CMV promoter with a synthetic intron (pmax) was amplified by PCR from the Lonza control plasmid pmax-GFP. Modified guide RNA sgRNA (F + E) was ordered from IDT. The EBV origin of replication oriP was amplified by PCR from the B95-8 transformed lymphoblastoid cell line GM12891. We cloned pmax, sgRNA (F + E), and oriP into pX458 using standard cloning protocols, replacing the original CAG promoter, sgRNA, and the f1 origin. We designed EBV sgRNA based on the B95-8 standard and ordered DNAT from IDT. The original sgRNA placeholder of pX458 serves as a negative control.

リンパ球は、リポフェクションに抵抗性であることが公知であり、したがって、本発明者らは、Raji細胞内へのDNA送達にヌクレオフェクションを使用した。本発明者らは、Lonza pmaxプロモーターを選択して、Cas9発現を駆動する。それは、このプロモーターがRaji細胞内での強力な発現をもたらしていたためである。本発明者らは、DNA送達にLonza Nucleofector IIを使用した。500万個のRaji細胞またはDG−75細胞に、各々100ul反応で5ugプラスミドをトランスフェクトした。細胞株キットVおよびプログラムM−013を、Lonzaの推奨に従って使用した。IMR−90の場合、100ul Solution V中で5ugプラスミドを用いて、100万個の細胞にプログラムT−030またはX−005をトランスフェクトした。本発明者らは、ヌクレオフェクションの24時間後に、蛍光顕微鏡で少数の細胞からの明白なEGFPシグナルを観察した。しかしながら、その後EGFP陽性細胞集団は劇的に減少し、本発明者らは、ヌクレオフェクションの48時間後には10%未満のトランスフェクション効率を測定した(図6)。本発明者らは、このトランスフェクション効率の減少は、細胞分裂によるプラスミド希釈に起因すると考えた。宿主細胞内のプラスミドレベルを活性に維持するために、本発明者らは、EBV複製開始点配列、oriPを含むようにCRISPRプラスミドの再設計した。細胞内部での活性プラスミド複製により、トランスフェクション効率は、60%超に上昇した(図6)。   Lymphocytes are known to be resistant to lipofection and therefore we used nucleofection for DNA delivery into Raji cells. We select the Lonza pmax promoter to drive Cas9 expression. This is because this promoter resulted in strong expression in Raji cells. We used Lonza Nucleofector II for DNA delivery. Five million Raji cells or DG-75 cells were each transfected with 5 ug plasmid in a 100 ul reaction. Cell line kit V and program M-013 were used according to Lonza's recommendations. In the case of IMR-90, 1 million cells were transfected with program T-030 or X-005 using 5 ug plasmid in 100 ul Solution V. We observed a clear EGFP signal from a small number of cells with a fluorescence microscope 24 hours after nucleofection. However, the EGFP positive cell population subsequently decreased dramatically and we measured transfection efficiencies of less than 10% 48 hours after nucleofection (FIG. 6). We thought that this decrease in transfection efficiency was due to plasmid dilution due to cell division. In order to maintain the plasmid level in the host cell active, we redesigned the CRISPR plasmid to include the EBV origin of replication sequence, oriP. Due to active plasmid replication inside the cells, transfection efficiency increased to over 60% (FIG. 6).

EBVゲノムを標的とするガイドRNAを設計するために、本発明者らは、B95−8株に由来するEBV基準ゲノムに依存した。本発明者らは、ゲノム編集の目的が異なる7つのガイドRNA設計で6つの領域を標的とした。   In order to design a guide RNA targeting the EBV genome, we relied on an EBV reference genome derived from the B95-8 strain. We targeted six regions with seven guide RNA designs with different genome editing objectives.

プライマー設計等のさらなる情報は、WangおよびQuake、2014年、RNA-guided endonuclease provides a therapeutic strategy to cure latent herpesviridae infection、PNAS、111巻(36号):13157〜13162頁、およびPNASのウェブサイトにオンラインで公開されているこの論文の補足情報に示されている。これら文書の内容は両方とも、参照によりあらゆる目的のために組み込まれる。   For more information on primer design, etc., see Wang and Quake, 2014, RNA-guided endonuclease provides a therapeutic strategy to cure latent herpesviridae infection, PNAS, 111 (36): 13157-13162, and online at the PNAS website It is shown in the supplementary information of this paper published in The contents of both of these documents are incorporated by reference for all purposes.

EBNA1は、遺伝子調節および潜伏ゲノム複製を含む、多くのEBV機能にとって重要である。ゲノムのこの領域全体を切除するために、EBNA1コード領域の両端に対するガイドRNA sgEBV4およびsgEBV5を用いた。ガイドRNA sgEBV1、2、および6は、反復領域内にあるため、少なくとも1つのCRISPR切断の成功率が倍増する。こうした「構造」標的により、EBVゲノムを系統的により小さな小片に消化することが可能になる。EBNA3CおよびLMP1は、宿主細胞形質転換に不可欠であり、本発明者らは、これら2つのタンパク質の5’エキソンを標的とするように、それぞれガイドRNA sgEBV3を設計し、そしてsgEBV7は設計された。   EBNA1 is important for many EBV functions, including gene regulation and latent genome replication. To excise this entire region of the genome, guide RNAs sgEBV4 and sgEBV5 to both ends of the EBNA1 coding region were used. Since guide RNA sgEBV1, 2, and 6 are within the repeat region, the success rate of at least one CRISPR cleavage is doubled. These “structural” targets allow the EBV genome to be digested systematically into smaller pieces. EBNA3C and LMP1 are essential for host cell transformation, we designed guide RNA sgEBV3 and sgEBV7, respectively, to target the 5 'exons of these two proteins.

EBVゲノム編集。CRISPRにより生成される二本鎖DNA切断は、修復されて小型の欠失がもたらされる。図8〜13は、CRISPR/Cas9が大きな欠失を誘導したことを示す。   EBV genome editing. Double-stranded DNA breaks generated by CRISPR are repaired resulting in small deletions. Figures 8-13 show that CRISPR / Cas9 induced a large deletion.

図8には、ガイドRNA sgEBV2およびPCRプライマー位置の周辺のゲノム構成が示されている。   FIG. 8 shows the genomic organization around the guide RNA sgEBV2 and PCR primer positions.

図9には、sgEBV2により誘導された大きな欠失が示されている。レーン1〜3は、それぞれ、sgEBV2処置の前、5日後、および7日後である。   FIG. 9 shows a large deletion induced by sgEBV2. Lanes 1-3 are before, 5 days, and 7 days after sgEBV2 treatment, respectively.

図10には、ガイドRNA sgEBV3/4/5およびPCRプライマー位置の周辺のゲノム構成が示されている。   FIG. 10 shows the genomic organization around the guide RNA sgEBV3 / 4/5 and PCR primer positions.

図11には、sgEBV3/5およびsgEBV4/5により誘導された大きな欠失が示されている。レーン1および2は、sgEBV3/5処置の前および8日後の3F/5R PCR増幅産物である。レーン3および4は、sgEBV4/5処置の前および8日後の4F/5R PCR増幅産物である。   FIG. 11 shows the large deletions induced by sgEBV3 / 5 and sgEBV4 / 5. Lanes 1 and 2 are 3F / 5R PCR amplification products before and 8 days after sgEBV3 / 5 treatment. Lanes 3 and 4 are 4F / 5R PCR amplification products before and 8 days after sgEBV4 / 5 treatment.

図12および図13には、サンガー配列決定法により、sgEBV3/5処置(図12)およびsgEBV4/5処置(図13)の8日後にゲノム切断および修復ライゲーションが確認されたことが示されている。領域690および700(図12)、ならびに領域690および700(図13)は、修復ライゲーション前の2つの末端を示す。   FIGS. 12 and 13 show that Sanger sequencing confirmed genomic cleavage and repair ligation 8 days after sgEBV3 / 5 treatment (FIG. 12) and sgEBV4 / 5 treatment (FIG. 13). . Regions 690 and 700 (FIG. 12) and regions 690 and 700 (FIG. 13) show the two ends prior to repair ligation.

こうした欠失は、タンパク質コードを中断し、したがってノックアウト効果を発揮することになる。SURVEYORアッセイにより、個々の部位の効率的な編集を確認した。   Such a deletion disrupts the protein code and thus exerts a knockout effect. SURVEYOR assay confirmed efficient editing of individual sites.

図32には、EBV CRISPRのSURVEYORアッセイが示されている(レーンは左から右へと付番されている:レーン1:NEB 100bpラダー;レーン2:sgEBV1対照;レーン3:sgEBV1;レーン4:sgEBV5対照;レーン5:sgEBV5;レーン6:sgEBV7対照;レーン7:sgEBV7;レーン8:sgEBV4)。   FIG. 32 shows the SURVEYOR assay for EBV CRISPR (lanes are numbered from left to right: lane 1: NEB 100 bp ladder; lane 2: sgEBV1 control; lane 3: sgEBV1; lane 4: sgEBV5 control; lane 5: sgEBV5; lane 6: sgEBV7 control; lane 7: sgEBV7; lane 8: sgEBV4).

各ガイドRNAにより誘導された独立した小型欠失を越えた標的部位間の大きな欠失は、EBVゲノムを系統的に破壊することができる。ガイドRNA sgEBV2は、12個の125bp反復単位を有する領域を標的とする(図8)。反復領域全体のPCR増幅産物は、約1.8kbのバンドを示した(図9)。sgEBV2トランスフェクションの5日後または7日後、本発明者らは、同じPCR増幅に由来する約0.4kbのバンドを得た(図9)。約1.4kb欠失は、最初の反復単位の切断と最後の反復単位の切断との間の修復ライゲーションの予想産物である(図8)。   Large deletions between target sites beyond the independent small deletions induced by each guide RNA can systematically disrupt the EBV genome. Guide RNA sgEBV2 targets a region with 12 125 bp repeat units (FIG. 8). The PCR amplification product of the entire repeat region showed a band of about 1.8 kb (FIG. 9). After 5 or 7 days after sgEBV2 transfection, we obtained an approximately 0.4 kb band derived from the same PCR amplification (FIG. 9). The approximately 1.4 kb deletion is the expected product of repair ligation between the cleavage of the first repeat unit and the last repeat unit (FIG. 8).

sgRNA標的に隣接するDNA配列を、Phusion DNAポリメラーゼを用いてPCR増幅した。SURVEYORアッセイを、製造業者の説明書に従って実施した。大きな欠失を有するDNA増幅産物を、TOPOクローニングし、単一のコロニーを使用してサンガー配列決定を行った。EBV負荷を、Fluidigm BioMarkでのTaqmanデジタルPCRで測定した。保存されているヒト遺伝子座を標的とするTaqmanアッセイを、ヒトDNA正規化に使用した。Fluidigm C1に由来する単一細胞全ゲノム増幅産物の1ngを、EBV定量PCRに使用した。   The DNA sequence flanking the sgRNA target was PCR amplified using Phusion DNA polymerase. The SURVEYOR assay was performed according to the manufacturer's instructions. DNA amplification products with large deletions were TOPO cloned and Sanger sequencing was performed using a single colony. EBV loading was measured by Taqman digital PCR at Fluidigm BioMark. A Taqman assay targeting conserved human loci was used for human DNA normalization. 1 ng of single cell whole genome amplification product derived from Fluidigm C1 was used for EBV quantitative PCR.

固有標的間の領域を欠失させることが可能である(図10)。sgEBV4〜5トランスフェクションの6日後、隣接領域全体をPCR増幅したところ(プライマーEBV4Fおよび5Rを用いて)、より短い増幅産物が得られ、同時に、予想される2kbのバンドは非常によりかすかであった(図11)。増幅産物クローンをサンガー配列決定したところ、2つの予期される切断部位が直接接続されていることが確認された(図13)。sgEBV3〜5を用いた同様の実験でも、EBNA3CからEBNA1までのさらに大きな欠失が判明した(図11)。   It is possible to delete regions between unique targets (FIG. 10). Six days after sgEBV4-5 transfection, PCR amplification of the entire flanking region (using primers EBV4F and 5R) resulted in a shorter amplification product, while the expected 2 kb band was much faint. (FIG. 11). Sanger sequencing of the amplified product clones confirmed that the two expected cleavage sites were directly connected (FIG. 13). A similar experiment using sgEBV3-5 also revealed a larger deletion from EBNA3C to EBNA1 (FIG. 11).

プライマー設計等のさらなる情報は、WangおよびQuake、2014年、RNA-guided endonuclease provides a therapeutic strategy to cure latent herpesviridae infection、PNAS、111巻(36号):13157〜13162頁、およびPNASのウェブサイトにオンラインで公開されているこの論文の補足情報に示されている。これら書類の内容は両方とも、参照によりあらゆる目的のために組み込まれる。   For more information on primer design, etc., see Wang and Quake, 2014, RNA-guided endonuclease provides a therapeutic strategy to cure latent herpesviridae infection, PNAS, 111 (36): 13157-13162, and online at the PNAS website It is shown in the supplementary information of this paper published in The contents of both of these documents are incorporated by reference for all purposes.

EBVゲノム破壊による細胞増殖停止。CRISPRトランスフェクションの2日後、EGFP陽性細胞を、さらなる培養のためにフロー選別し、生存細胞を毎日計数した。図14〜図26には、EBVゲノム破壊による細胞増殖停止が示されている。図14には、異なるCRISPR処置後の細胞増殖曲線が示されている。ここでは、5つの独立したsgEBV1〜7処置が示されている。図15〜図20には、sgEBV1〜7処置の前(図15)、5日後(図16)および8日後(図14)のフローサイトメトリー散乱シグナルが示されている。図18〜図20には、sgEBV1〜7処置の前(図18)、5日後(図19)、および8日後(図20)のアネキシンV Alexa647およびDAPI染色結果が示されている。領域300および200は、(図15〜図17)の部分集団P3およびP4に対応する。   Cell growth arrest due to EBV genome disruption. Two days after CRISPR transfection, EGFP positive cells were flow sorted for further culture and viable cells were counted daily. 14 to 26 show cell growth arrest due to EBV genome disruption. FIG. 14 shows cell growth curves after different CRISPR treatments. Here, five independent sgEBV1-7 treatments are shown. FIGS. 15-20 show flow cytometry scatter signals before (FIG. 15), 5 days (FIG. 16) and 8 days (FIG. 14) before sgEBV1-7 treatment. 18-20 show the annexin V Alexa 647 and DAPI staining results before (FIG. 18), 5 days (FIG. 19), and 8 days (FIG. 20) of sgEBV1-7 treatment. Regions 300 and 200 correspond to subpopulations P3 and P4 (FIGS. 15-17).

図21および図22には、顕微鏡観察により、sgEBV1〜7処置後にアポトーシス細胞形態が明らかなったことが示されている。   FIG. 21 and FIG. 22 show that microscopic observation revealed apoptotic cell morphology after sgEBV1-7 treatment.

図23には、sgEBV1〜7で処置する前の核形態が示されている。   FIG. 23 shows the nuclear morphology prior to treatment with sgEBV1-7.

図24〜図26には、sgEBV1〜7で処置した後の核形態が示されている。   FIGS. 24-26 show the nuclear morphology after treatment with sgEBV1-7.

予想通り、oriPまたはsgEBVを欠如したCas9プラスミドで処置した細胞は、数日内にEGFP発現を喪失し、非処置対照群と同様の速度で増殖した(図14)。Cas9−oriPおよびスクランブルガイドRNAを有するプラスミドは、8日後にEGFP発現を維持したが、細胞増殖速度が低減されなかった。混合カクテルsgEBV1〜7による処置は、測定可能な細胞増殖をもたらさず、全細胞数は一定のままであったか減少したかのいずれかであった(図14)。   As expected, cells treated with Cas9 plasmid lacking oriP or sgEBV lost EGFP expression within a few days and grew at a similar rate as the untreated control group (FIG. 14). The plasmid with Cas9-oriP and scrambled guide RNA maintained EGFP expression after 8 days, but the cell growth rate was not reduced. Treatment with mixed cocktail sgEBV1-7 did not result in measurable cell proliferation and the total cell number either remained constant or decreased (FIG. 14).

図15には、フローサイトメトリー散乱シグナルが、sgEBV1〜7処置後に細胞形態が変化したことを明白に明らかにし、大多数の細胞が、サイズが収縮し、粒状化が増加した(P4からP3へのシフト)ことが示されている。   In FIG. 15, the flow cytometric scatter signal clearly reveals that the cell morphology has changed after sgEBV1-7 treatment, with the majority of cells shrinking in size and increasing granulation (from P4 to P3). Shift).

図19には、集団P3の細胞が膜透過性障害も示したことを示すDAPI染色結果が示されている。特に複数のガイドRNAによるCRISPR細胞毒性の可能性を排除するために、2つの他の試料:EBV陰性バーキットリンパ腫細胞株DG−75および初代ヒト肺線維芽細胞IMR90に対して同じ処置を実施した。   FIG. 19 shows the results of DAPI staining showing that the cells of population P3 also showed a membrane permeability disorder. The same treatment was performed on two other samples: EBV negative Burkitt lymphoma cell line DG-75 and primary human lung fibroblast IMR90, specifically to eliminate the possibility of CRISPR cytotoxicity by multiple guide RNAs. .

図33には、CRISPR処置が、EBV陰性バーキットリンパ腫細胞株DG−75に細胞毒性でなかったことが示されている。   FIG. 33 shows that CRISPR treatment was not cytotoxic to the EBV negative Burkitt lymphoma cell line DG-75.

図34には、CRISPR処置が、初代ヒト肺線維芽細胞IMR90に細胞毒性でなかったことが示されている。   FIG. 34 shows that CRISPR treatment was not cytotoxic to primary human lung fibroblast IMR90.

トランスフェクションの8日後および9日後では、細胞増殖速度は、非処置対照群と変わらず、細胞毒性が無視できる程度であったことを示唆している。   At 8 and 9 days after transfection, the cell growth rate was unchanged from the untreated control group, suggesting that the cytotoxicity was negligible.

以前の研究によると、EBV腫瘍形成能力は、宿主細胞アポトーシスを妨害するためであると考えられている(Ruf IKら、(1999年)、Epstein-Barr Virus Regulates c-MYC, Apoptosis, and Tumorigenicity in Burkitt Lymphoma.、Molecular and Cellular Biology、19巻:1651〜1660頁)。したがって、EBV活性の抑制は、アポトーシスプロセスを回復させることができる。そう考えれば、本発明者らの実験で細胞死が観察されたことを説明することができる。アネキシンV染色は、インタクトな細胞膜を有するが、ホスファチジルセリンが露出している細胞の特徴的な部分集団を明らかにした。これは、アポトーシスによる細胞死を示唆している(図18)。明視野顕微鏡では、明白なアポトーシス細胞形態が示され(図21)、蛍光染色は、劇的なDNA断片化を示した(図23)。まとめると、こうした証拠は、EBVゲノム破壊後に正常な宿主細胞アポトーシス経路が回復したことを示唆している。   According to previous studies, EBV tumorigenicity is believed to be due to interfering with host cell apoptosis (Ruf IK et al. (1999), Epstein-Barr Virus Regulates c-MYC, Apoptosis, and Tumorigenicity in Burkitt Lymphoma., Molecular and Cellular Biology, 19: 1651-1660). Thus, suppression of EBV activity can restore the apoptotic process. In view of this, it can be explained that cell death was observed in our experiments. Annexin V staining revealed a characteristic subpopulation of cells with intact cell membranes but exposed phosphatidylserine. This suggests cell death due to apoptosis (FIG. 18). Bright field microscopy showed clear apoptotic cell morphology (FIG. 21), and fluorescent staining showed dramatic DNA fragmentation (FIG. 23). Taken together, these evidences suggest that the normal host cell apoptotic pathway has been restored following EBV genome disruption.

図27〜図31には、CRISPR処置後のEBV負荷量が示されている。   27 to 31 show the EBV load after the CRISPR treatment.

図27には、デジタルPCRによる、様々なCRISPR処置後のEBV負荷が示されている。Cas9およびCas9−oriPは、2つの複製物を有し、sgEBV1〜7は5つの複製物を有していた。   FIG. 27 shows EBV loading after various CRISPR treatments by digital PCR. Cas9 and Cas9-oriP had 2 replicates and sgEBV1-7 had 5 replicates.

(部分集団中のEBVの完全クリアランス)
細胞増殖停止とEBVゲノム編集との間の関連の可能性を研究するために、EBNA1を標的としたデジタルPCRを用いて、EBV負荷を異なる試料で定量した。保存されているヒト体細胞遺伝子座を標的とする別のTaqmanアッセイは、ヒトDNA正規化の内部対照としての役目を果たした。各非処置Raji細胞は、平均で、42コピーのEBVゲノムを有する(図27)。oriPまたはsgEBVを欠如したCas9プラスミドで処置した細胞は、非処置対照と明白に異なるEBV負荷差を示さなかった。oriPを有するがsgEBVを有していないCas9プラスミドで処置した細胞は、約50%低減されたEBV負荷を示した。この実験の細胞では増殖速度差が一切示されなかったという上記の観察と合わせて考えると、本発明者らは、これは、プラスミド複製中のEBNA1結合の競合によるものである可能性が高いと解釈する。ガイドRNAカクテルsgEBV1〜7をトランスフェクションに付加することにより、EBV負荷が劇的に低減された。生存細胞および死細胞は両方とも、非処置対照と比較して60%超のEBV減少を示している。
(Complete clearance of EBV in subpopulation)
To study the possible link between cell growth arrest and EBV genome editing, digital PCR targeting EBNA1 was used to quantify EBV loading in different samples. Another Taqman assay targeting a conserved human somatic locus served as an internal control for human DNA normalization. Each untreated Raji cell has an average of 42 copies of the EBV genome (FIG. 27). Cells treated with Cas9 plasmid lacking oriP or sgEBV did not show EBV loading differences that were clearly different from untreated controls. Cells treated with the Cas9 plasmid with oriP but without sgEBV showed about 50% reduced EBV loading. In combination with the above observation that the cells in this experiment did not show any growth rate differences, we believe that this is likely due to competition for EBNA1 binding during plasmid replication. Interpret. Adding guide RNA cocktail sgEBV1-7 to the transfection dramatically reduced EBV loading. Both viable and dead cells show a EBV reduction of greater than 60% compared to untreated controls.

7つのガイドRNAは同じモル比で提供したが、プラスミドトランスフェクションおよび複製プロセスは、非常に確率論的である可能性が高い。幾つかの細胞は、必然的にガイドRNAカクテルの異なるサブセットまたは混合物を受け取ることになり、これは処置効率に影響及ぼす場合がある。そのような効果を制御するため、EBV負荷を、自動マイクロ流体システムによる単一細胞全ゲノム増幅を使用することにより単一細胞レベルで測定した。   Although seven guide RNAs were provided at the same molar ratio, the plasmid transfection and replication process is likely to be very stochastic. Some cells will inevitably receive different subsets or mixtures of guide RNA cocktails, which may affect treatment efficiency. To control such effects, EBV loading was measured at the single cell level by using single cell whole genome amplification with an automated microfluidic system.

新たに培養したRaji細胞を、マイクロ流体チップに搭載し、81個の単一細胞を捕捉した。   Freshly cultured Raji cells were mounted on a microfluidic chip and 81 single cells were captured.

sgEBV1〜7処置細胞の場合、トランスフェクションの8日後に生存細胞をフロー選別して、91個の単一細胞を捕捉した。   For sgEBV1-7 treated cells, viable cells were flow sorted 8 days after transfection to capture 91 single cells.

図28には、マイクロ流体チップに捕捉されている単一のRaji細胞が示されている。   FIG. 28 shows a single Raji cell trapped in a microfluidic chip.

図29には、チップに捕捉されている単一のsgEBV1〜7処置細胞が示されている。   FIG. 29 shows a single sgEBV1-7 treated cell trapped on the chip.

製造業者の説明書に従って、約150ngの増幅DNAを、各単一細胞反応チャンバから得た。品質管理目的のため、本発明者らは、各単一細胞増幅産物に対して4遺伝子座のヒト体細胞DNA定量PCRを実施し(Wang J, Fan HC, Behr B, Quake SR、(2012年)Genome-wide single-cell analysis of recombination activity and de novo mutation rates in human sperm.、Cell、150巻:402〜412頁)、少なくとも1つの遺伝子座から陽性増幅産物を得ることを条件とした。   Approximately 150 ng of amplified DNA was obtained from each single cell reaction chamber according to the manufacturer's instructions. For quality control purposes, we performed 4 loci human somatic DNA quantitative PCR on each single cell amplification product (Wang J, Fan HC, Behr B, Quake SR, (2012). ) Genome-wide single-cell analysis of recombination activity and de novo mutation rates in human sperm., Cell, 150: 402-412), provided that a positive amplification product was obtained from at least one locus.

図30は、処置前の単一細胞のEBV定量PCR Ct値のヒストグラムである。点線は、細胞当たり1つのEBVゲノムのCt値を表す。EBV負荷の対数正規分布は、品質管理に合格した69個の非処置単一細胞産物により示されており、ほとんど全ての細胞が著しい量のEBVゲノムDNAを示した。   FIG. 30 is a histogram of single cell EBV quantitative PCR Ct values prior to treatment. The dotted line represents the Ct value of one EBV genome per cell. A lognormal distribution of EBV load was shown by 69 untreated single cell products that passed quality control, with almost all cells showing significant amounts of EBV genomic DNA.

本発明者らは、単一の統合EBVゲノムを含むNamalwaバーキットリンパ腫細胞のサブクローンを用いて、定量PCRアッセイを較正した。単一コピーEBV測定によると、Ctは29.8であった。これにより、本発明者らは、69個のRaji単一細胞試料の平均Ctが、バルクデジタルPCR測定による細胞当たり42コピーのEBVに対応していたと決定することが可能になった。sgEBV1〜7処置試料の場合、71個の単一細胞産物が品質管理に合格し、EBV負荷分布は劇的により広範であった。   We calibrated the quantitative PCR assay using a subclone of Namalwa Burkitt lymphoma cells containing a single integrated EBV genome. According to single copy EBV measurement, Ct was 29.8. This allowed us to determine that the average Ct of 69 Raji single cell samples corresponded to 42 copies of EBV per cell by bulk digital PCR measurements. For sgEBV1-7 treated samples, 71 single cell products passed quality control and the EBV load distribution was dramatically wider.

図31は、sgEBV1〜7で処置した7日後の単一生存細胞のEBV定量PCR Ct値のヒストグラムである。点線は、細胞当たり1つのEBVゲノムのCt値を表す。   FIG. 31 is a histogram of EBV quantitative PCR Ct values of single viable cells after 7 days of treatment with sgEBV1-7. The dotted line represents the Ct value of one EBV genome per cell.

22個の細胞は、非処置細胞と同じEBV負荷を有していたが、19個の細胞は、検出可能なEBVを有しておらず、残りの30個の細胞は、非処置試料と比べて劇的なEBV負荷減少を示した。   Twenty-two cells had the same EBV load as untreated cells, but 19 cells had no detectable EBV and the remaining 30 cells were compared to untreated samples. Showed a dramatic decrease in EBV load.

図32には、EBV CRISPRのSURVEYORアッセイが示されている。レーン1(レーンは左から右へと付番されている):NEB 100bpラダー;レーン2:sgEBV1対照;レーン3:sgEBV1;レーン4:sgEBV5対照;レーン5:sgEBV5;レーン6:sgEBV7対照;レーン7:sgEBV7;レーン8:sgEBV4。図33には、EBV陰性バーキットリンパ腫DG−75を用いたCRISPR細胞毒性試験が示されている。図34には、初代ヒト肺線維芽細胞IMR−90を用いたCRISPR細胞毒性試験が示されている。   FIG. 32 shows the URV CRISPR SURVEYOR assay. Lane 1 (lanes are numbered from left to right): NEB 100 bp ladder; Lane 2: sgEBV1 control; Lane 3: sgEBV1; Lane 4: sgEBV5 control; Lane 5: sgEBV5; Lane 6: sgEBV7 control; Lane 7: sgEBV7; Lane 8: sgEBV4. FIG. 33 shows a CRISPR cytotoxicity test using EBV negative Burkitt lymphoma DG-75. FIG. 34 shows a CRISPR cytotoxicity test using primary human lung fibroblast IMR-90.

EBV処置に必須の標的。本発明者らのCRISPRカクテルの7つのガイドRNAは、それぞれEBVゲノム構造、宿主細胞形質転換、および潜伏感染性にとって重要な3つの異なるカテゴリーの配列を標的とする。効果的なEBV処置に最も必須な標的を理解するために、本発明者らは、ガイドRNAのサブセットをRaji細胞にトランスフェクトした。sgEBV4/5は、EBVゲノムを85%低減したが、完全カクテルほど効果的には細胞増殖を抑制することができなかった(図14)。構造配列を標的とするガイドRNA(sgEBV1/2/6)は、EBV負荷を完全には除去しなかったが(26%の減少)、細胞増殖を完全に停止させることができた。本発明者らは、ゲノム編集の効率が高いことおよび増殖が停止したことを考慮して(図2)、sgEBV1/2/6の残存EBVゲノム痕跡は、インタクトなゲノムによるものではなく、EBVゲノムから消化された遊離浮遊DNA、つまり偽陽性であると推測する。本発明者らは、EBV処置には、特定の重要なタンパク質を標的とするよりも、EBVゲノム構造を系統的に破壊する方がより効果的であると結論付ける。   An essential target for EBV treatment. The seven guide RNAs of our CRISPR cocktail target three different categories of sequences that are important for EBV genomic structure, host cell transformation, and latent infectivity, respectively. In order to understand the most essential targets for effective EBV treatment, we transfected a subset of guide RNA into Raji cells. sgEBV4 / 5 reduced the EBV genome by 85% but failed to suppress cell proliferation as effectively as the full cocktail (FIG. 14). Guide RNA targeting the structural sequence (sgEBV1 / 2/6) did not completely eliminate EBV loading (26% reduction) but was able to completely stop cell proliferation. In view of the high efficiency of genome editing and the cessation of growth (FIG. 2), the present inventors found that the residual EBV genome trace of sgEBV1 / 2/6 was not due to an intact genome, but an EBV genome. It is assumed that the free floating DNA digested from the above, that is, false positive. We conclude that EBV treatment is more effective for systematically disrupting the EBV genomic structure than targeting specific critical proteins.

Claims (53)

単純ヘルペスウイルス(HSV)感染の処置のための組成物であって、
ヌクレアーゼと、
HSV核酸に相補的であり、前記ヌクレアーゼを前記HSV核酸に向かわせることが可能な配列特異的標的指向性部分と
をコードするベクターを含む組成物。
A composition for the treatment of herpes simplex virus (HSV) infection, comprising:
Nuclease,
A composition comprising a vector that is complementary to an HSV nucleic acid and encodes a sequence-specific targeting moiety capable of directing the nuclease to the HSV nucleic acid.
前記HSV核酸が、複製開始点S(oriS)領域である、請求項1に記載の組成物。   The composition according to claim 1, wherein the HSV nucleic acid is a replication origin S (oriS) region. 前記HSV核酸が、ロングユニーク領域9(UL9)またはロングリピート領域2(RL2)である、請求項1に記載の組成物。   The composition according to claim 1, wherein the HSV nucleic acid is a long unique region 9 (UL9) or a long repeat region 2 (RL2). 経皮的に投与されるように構成されている、請求項1に記載の組成物。   The composition of claim 1, wherein the composition is configured to be administered transdermally. 局所用溶液を含む、請求項1に記載の組成物。   The composition of claim 1 comprising a topical solution. 前記ヌクレアーゼが、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、およびメガヌクレアーゼからなる群から選択されるヌクレアーゼである、請求項1に記載の組成物。   2. The composition of claim 1, wherein the nuclease is a nuclease selected from the group consisting of zinc finger nucleases, transcription activator-like effector nucleases, and meganucleases. 前記ヌクレアーゼが、Cas9エンドヌクレアーゼを含み、配列特異的結合モジュールが、ウイルスゲノムの部分を特異的に標的とするガイドRNAを含む、請求項1に記載の組成物。   2. The composition of claim 1, wherein the nuclease comprises a Cas9 endonuclease and the sequence specific binding module comprises a guide RNA that specifically targets a portion of the viral genome. ヒト患者への送達用にさらにパッケージングされている、請求項1に記載の組成物。   The composition of claim 1 further packaged for delivery to a human patient. 標的指向性の配列が、ガイドRNAであり、ヒトゲノム内で60%超の一致を有していない、請求項1に記載の組成物。   The composition of claim 1, wherein the targeting sequence is a guide RNA and does not have more than 60% identity in the human genome. 前記ベクターが、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ワクシニアウイルス、アデノ随伴ウイルス、プラスミド、ナノ粒子、カチオン性脂質、カチオン性ポリマー、金属ナノ粒子、ナノロッド、リポソーム、マイクロバブル、細胞透過性ペプチド、およびリポスフェアからなる群から選択されるベクターを含む、請求項1に記載の組成物。   The vector is a retrovirus, lentivirus, adenovirus, herpesvirus, poxvirus, alphavirus, vaccinia virus, adeno-associated virus, plasmid, nanoparticle, cationic lipid, cationic polymer, metal nanoparticle, nanorod, liposome, 2. The composition of claim 1 comprising a vector selected from the group consisting of microbubbles, cell penetrating peptides, and lipospheres. 単純ヘルペスウイルス(HSV)感染を処置するための方法であって、
ヌクレアーゼとHSV核酸に相補的な配列特異的標的指向性部分とをコードするベクター、または前記ヌクレアーゼと前記配列特異的標的指向性部分とを含むリボ核タンパク質を宿主の細胞内に導入するステップ、
前記配列特異的標的指向性部分が、前記ヌクレアーゼを前記HSV核酸に向かわせるようにさせるステップ、および
前記ヌクレアーゼに前記HSV核酸を切断させるステップ
を含む方法。
A method for treating a herpes simplex virus (HSV) infection comprising:
Introducing a vector encoding a nuclease and a sequence-specific targeting moiety complementary to an HSV nucleic acid, or a ribonucleoprotein comprising the nuclease and the sequence-specific targeting moiety into a host cell;
The method comprising the step of causing the sequence-specific targeting moiety to direct the nuclease to the HSV nucleic acid, and causing the nuclease to cleave the HSV nucleic acid.
前記HSV核酸が、複製開始点S(oriS)領域である、請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the HSV nucleic acid is a replication origin S (oriS) region. 前記HSV核酸が、ロングユニーク領域9(UL9)またはロングリピート領域2(RL2)である、請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the HSV nucleic acid is a long unique region 9 (UL9) or a long repeat region 2 (RL2). 前記ベクターを前記宿主に経皮的に投与するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。   12. The method of claim 11, further comprising the step of transdermally administering the vector to the host. さらに、前記経皮的な投与が、前記ベクターを含む局所用溶液を塗布することを含む、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the transdermal administration further comprises applying a topical solution containing the vector. 前記ヌクレアーゼが、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、およびメガヌクレアーゼからなる群から選択されるベクターである、請求項11に記載の方法。   12. The method of claim 11, wherein the nuclease is a vector selected from the group consisting of a zinc finger nuclease, a transcriptional activator-like effector nuclease, and a meganuclease. 前記ヌクレアーゼが、Cas9エンドヌクレアーゼを含み、配列特異的結合モジュールが、ウイルスゲノムの部分を特異的に標的とするガイドRNAを含む、請求項11に記載の方法。   12. The method of claim 11, wherein the nuclease comprises a Cas9 endonuclease and the sequence specific binding module comprises a guide RNA that specifically targets a portion of the viral genome. 前記宿主が、生体ヒト対象であり、前記ステップがin vivoで実施される、請求項11に記載の方法。   12. The method of claim 11, wherein the host is a living human subject and the step is performed in vivo. 標的指向性の配列が、ガイドRNAであり、ヒトゲノム内で60%超の一致を有していない、請求項11に記載の方法。   12. The method of claim 11, wherein the targeting sequence is a guide RNA and has no more than 60% identity in the human genome. 前記ベクターが、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ワクシニアウイルス、アデノ随伴ウイルス、プラスミド、ナノ粒子、カチオン性脂質、カチオン性ポリマー、金属ナノ粒子、ナノロッド、リポソーム、マイクロバブル、細胞透過性ペプチド、およびリポスフェアからなる群から選択されるベクターを含む、請求項11に記載の方法。   The vector is a retrovirus, lentivirus, adenovirus, herpesvirus, poxvirus, alphavirus, vaccinia virus, adeno-associated virus, plasmid, nanoparticle, cationic lipid, cationic polymer, metal nanoparticle, nanorod, liposome, 12. The method of claim 11, comprising a vector selected from the group consisting of microbubbles, cell penetrating peptides, and lipospheres. 単純ヘルペスウイルス(HSV)感染の処置のための組成物であって、
ヌクレアーゼと、
HSV核酸に相補的であり、前記ヌクレアーゼを前記HSV核酸に向かわせることが可能な配列特異的標的指向性部分と
を含むリボ核タンパク質を含む組成物。
A composition for the treatment of herpes simplex virus (HSV) infection, comprising:
Nuclease,
A composition comprising a ribonucleoprotein that is complementary to an HSV nucleic acid and comprises a sequence-specific targeting moiety capable of directing the nuclease to the HSV nucleic acid.
前記HSV核酸が、複製開始点S(oriS)領域である、請求項21に記載の組成物。   The composition according to claim 21, wherein the HSV nucleic acid is a replication origin S (oriS) region. 前記HSV核酸が、ロングユニーク領域9(UL9)またはロングリピート領域2(RL2)である、請求項21に記載の組成物。   The composition according to claim 21, wherein the HSV nucleic acid is a long unique region 9 (UL9) or a long repeat region 2 (RL2). 経皮的に投与されるように構成されている、請求項21に記載の組成物。   24. The composition of claim 21, wherein the composition is configured to be administered transdermally. 感染組織に局所塗布するための薬学的に許容される担体をさらに含む、請求項21に記載の組成物。   24. The composition of claim 21, further comprising a pharmaceutically acceptable carrier for topical application to the infected tissue. 前記ヌクレアーゼが、Cas9エンドヌクレアーゼを含み、配列特異的結合モジュールが、ウイルスゲノムの部分を特異的に標的とするガイドRNAを含む、請求項21に記載の組成物。   23. The composition of claim 21, wherein the nuclease comprises a Cas9 endonuclease and the sequence specific binding module comprises a guide RNA that specifically targets a portion of the viral genome. 標的指向性の配列が、ガイドRNAであり、ヒトゲノム内で60%超の一致を有していない、請求項21に記載の組成物。   23. The composition of claim 21, wherein the targeting sequence is a guide RNA and has no more than 60% identity in the human genome. サイトメガロウイルス(CMV)感染の処置のための組成物であって、
ヌクレアーゼと、
CMV核酸に相補的であり、前記ヌクレアーゼを前記CMV核酸に向かわせることが可能な配列特異的標的指向性部分と
を含む組成物。
A composition for the treatment of cytomegalovirus (CMV) infection, comprising:
Nuclease,
A sequence-specific targeting moiety that is complementary to a CMV nucleic acid and capable of directing the nuclease to the CMV nucleic acid.
前記ヌクレアーゼが、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、およびメガヌクレアーゼからなる群から選択されるヌクレアーゼを含む、請求項30に記載の組成物。   32. The composition of claim 30, wherein the nuclease comprises a nuclease selected from the group consisting of a zinc finger nuclease, a transcriptional activator-like effector nuclease, and a meganuclease. 前記ヌクレアーゼがCas9エンドヌクレアーゼである、請求項30に記載の組成物。   32. The composition of claim 30, wherein the nuclease is a Cas9 endonuclease. 前記ヌクレアーゼが、前記Cas9エンドヌクレアーゼを前記CMV核酸の部分へと標的化するガイドRNAをさらに含む、請求項32に記載の組成物。   33. The composition of claim 32, wherein the nuclease further comprises a guide RNA that targets the Cas9 endonuclease to a portion of the CMV nucleic acid. 前記ヌクレアーゼが、前記CMV核酸中に少なくとも1つの二本鎖切断を引き起こす、請求項30の組成物。   32. The composition of claim 30, wherein the nuclease causes at least one double-strand break in the CMV nucleic acid. 前記ヌクレアーゼが、前記CMV核酸中に少なくとも1つの挿入を引き起こす、請求項30の組成物。   32. The composition of claim 30, wherein the nuclease causes at least one insertion in the CMV nucleic acid. 臓器のサイトメガロウイルス(CMV)感染を処置するための方法であって、
ヌクレアーゼと、CMV核酸に相補的であり、前記ヌクレアーゼを前記CMV核酸に向かわせることが可能な配列特異的標的指向性部分とを含む組成物を臓器内に導入するステップ、および
前記ヌクレアーゼに、CMV核酸を標的とし、かつ切断させるステップ
を含む方法。
A method for treating a cytomegalovirus (CMV) infection of an organ comprising:
Introducing into the organ a composition comprising a nuclease and a sequence-specific targeting moiety that is complementary to a CMV nucleic acid and capable of directing the nuclease to the CMV nucleic acid; and A method comprising the steps of targeting and cleaving a nucleic acid.
前記臓器が移植ドナーに由来する、請求項36に記載の方法。   40. The method of claim 36, wherein the organ is derived from a transplant donor. 前記臓器が、心臓、肝臓、腎臓、目、肺、膵臓、腸、および胸腺からなる群から選択される、請求項36に記載の方法。   40. The method of claim 36, wherein the organ is selected from the group consisting of heart, liver, kidney, eye, lung, pancreas, intestine, and thymus. 前記ヌクレアーゼが、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、およびメガヌクレアーゼからなる群から選択されるヌクレアーゼを含む、請求項36に記載の方法。   38. The method of claim 36, wherein the nuclease comprises a nuclease selected from the group consisting of a zinc finger nuclease, a transcriptional activator-like effector nuclease, and a meganuclease. 前記ヌクレアーゼがCas9エンドヌクレアーゼである、請求項36に記載の方法。   38. The method of claim 36, wherein the nuclease is a Cas9 endonuclease. 前記ヌクレアーゼが、前記Cas9エンドヌクレアーゼを前記CMV核酸の部分へと標的化するガイドRNAをさらに含む、請求項40に記載の方法。   41. The method of claim 40, wherein the nuclease further comprises a guide RNA that targets the Cas9 endonuclease to a portion of the CMV nucleic acid. 前記導入するステップが、送達用ウイルスベクターで前記ヌクレアーゼを送達することを含む、請求項36に記載の方法。   38. The method of claim 36, wherein the introducing step comprises delivering the nuclease with a delivery viral vector. 前記ウイルスベクターが、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ワクシニアウイルス、およびアデノ随伴ウイルスからなる群から選択される、請求項42に記載の方法。   43. The method of claim 42, wherein the viral vector is selected from the group consisting of retrovirus, lentivirus, adenovirus, herpes virus, pox virus, alphavirus, vaccinia virus, and adeno-associated virus. 前記導入するステップが、プラスミド、ナノ粒子、カチオン性脂質、カチオン性ポリマー、金属ナノ粒子、ナノロッド、リポソーム、細胞透過性ペプチド、リポスフェア、およびポリエチレングリコール(PEG)からなる群から選択されるものを含むベクターで前記ヌクレアーゼを送達することを含む、請求項36に記載の方法。   The introducing step includes those selected from the group consisting of plasmids, nanoparticles, cationic lipids, cationic polymers, metal nanoparticles, nanorods, liposomes, cell-permeable peptides, lipospheres, and polyethylene glycol (PEG). 38. The method of claim 36, comprising delivering the nuclease with a vector. 前記ヌクレアーゼが、前記CMV核酸中に少なくとも1つの二本鎖切断を引き起こす、請求項36に記載の方法。   40. The method of claim 36, wherein the nuclease causes at least one double-strand break in the CMV nucleic acid. 前記ヌクレアーゼが、前記CMV核酸中に少なくとも1つの挿入を引き起こす、請求項36に記載の方法。   40. The method of claim 36, wherein the nuclease causes at least one insertion in the CMV nucleic acid. 胎児のサイトメガロウイルス(CMV)感染を処置するための方法であって、
ヌクレアーゼと、CMV核酸に相補的であり、前記ヌクレアーゼを前記CMV核酸に向かわせることが可能な配列特異的標的指向性部分とを含む組成物を妊婦に導入するステップ、および
前記ヌクレアーゼに、CMV核酸を標的とし、かつ切断させるステップ
を含む方法。
A method for treating fetal cytomegalovirus (CMV) infection comprising:
Introducing into a pregnant woman a composition comprising a nuclease and a sequence-specific targeting moiety that is complementary to a CMV nucleic acid and capable of directing the nuclease to the CMV nucleic acid; and Targeting and cleaving.
前記ヌクレアーゼが、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、およびメガヌクレアーゼからなる群から選択されるヌクレアーゼを含む、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the nuclease comprises a nuclease selected from the group consisting of a zinc finger nuclease, a transcriptional activator-like effector nuclease, and a meganuclease. 前記ヌクレアーゼがCas9エンドヌクレアーゼである、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the nuclease is a Cas9 endonuclease. 前記ヌクレアーゼが、前記Cas9エンドヌクレアーゼを前記CMV核酸の部分へと標的化するガイドRNAと会合している、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the nuclease is associated with a guide RNA that targets the Cas9 endonuclease to a portion of the CMV nucleic acid. 前記導入するステップが、ウイルスベクター内の前記ヌクレアーゼを送達することを含む、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the introducing step comprises delivering the nuclease in a viral vector. 前記ウイルスベクターが、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ワクシニアウイルス、およびアデノ随伴ウイルスからなる群から選択される、請求項51に記載の方法。   52. The method of claim 51, wherein the viral vector is selected from the group consisting of retroviruses, lentiviruses, adenoviruses, herpesviruses, poxviruses, alphaviruses, vaccinia viruses, and adeno-associated viruses. 前記導入するステップが、プラスミド、ナノ粒子、カチオン性脂質、カチオン性ポリマー、金属ナノ粒子、ナノロッド、リポソーム、細胞透過性ペプチド、リポスフェア、およびポリエチレングリコール(PEG)からなる群から選択されるものを含むベクターで前記ヌクレアーゼを送達することを含む、請求項47に記載の方法。   The introducing step includes those selected from the group consisting of plasmids, nanoparticles, cationic lipids, cationic polymers, metal nanoparticles, nanorods, liposomes, cell-permeable peptides, lipospheres, and polyethylene glycol (PEG). 48. The method of claim 47, comprising delivering the nuclease with a vector. 前記ヌクレアーゼが、前記CMV核酸中に少なくとも1つの二本鎖切断を引き起こす、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the nuclease causes at least one double-strand break in the CMV nucleic acid. 前記ヌクレアーゼが、前記CMV核酸中に少なくとも1つの挿入を引き起こす、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the nuclease causes at least one insertion in the CMV nucleic acid.
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