CN116848234A - 使用修饰的自然杀伤（nk）细胞诱导抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用（adcc）的方法 - Google Patents

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CN116848234A CN202180087454.5A CN202180087454A CN116848234A CN 116848234 A CN116848234 A CN 116848234A CN 202180087454 A CN202180087454 A CN 202180087454A CN 116848234 A CN116848234 A CN 116848234A
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克里斯多佛·博格斯
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Abstract

本发明公开涉及修饰的NK细胞与抗体或其抗原‑结合片段组合来诱导增强的抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)以用于免疫疗法的用途。

Description

使用修饰的自然杀伤(NK)细胞诱导抗体依赖的细胞介导的细 胞毒性作用(ADCC)的方法
相关申请
本发明申请主张2020年10月26日提交的美国临时专利申请No.63/105,464；2020年11月18日提交的美国临时专利申请No.63/115,112；和2021年3月25日提交的美国临时专利申请No.63/165,786的优先权，以上专利申请的全部内容明确作为参考并入本文。
序列表
本发明申请包含以ASCII格式电子提交并且以其全部内容作为参考并入本文的序列表。2021年3月7日创建的所述ASCII拷贝的名称为126454-02620_SL.txt并且大小为415,455字节。
背景技术
NK细胞对于免疫疗法，例如，在免疫肿瘤学的背景中是有用的。NK细胞是一类细胞毒性先天淋巴细胞。NK细胞在肿瘤免疫中起重要作用，并且NK细胞的细胞毒活性受激活和抑制途径网络密切调节(参见，例如，Bald，T.，Krummel，M.F.，Smyth，M.J.等人(2020)NatImmunol 21，835-847；和Huntington，N.D.，Cursons，J.&Rautela，J.(2020)Nat RevCancer 20，437-454；以上文献以其全部内容作为参考并入本文)。
已报道了天然存在的或修饰的NK细胞在免疫疗法中的用途，例如，经由自体同源或同种异体NK细胞转移，并且尽管已实现了一定的成功，但是这些方法的特征通常在于次优的NK细胞反应。在免疫肿瘤学的背景中，据信这种次优反应至少部分针对利用NK细胞抑制途径来抑制细胞毒NK细胞活性，限制NK细胞侵袭和/或抑制NK细胞增殖和存活的肿瘤。因此，目前已观察到NK细胞在实体瘤疗法中的应用所取得的成功有限。
已实施了初始工作来设法将NK细胞反应集中在特定细胞上，例如，通过在NK细胞中表达将NK细胞靶向肿瘤细胞的嵌合抗原受体，或者通过调节激活或抑制NK细胞途径来实现更强和/或更持久的NK细胞反应。参见，例如，Liu等人(2020)New EnglandJ.Medicine382(6)：545-553；该文献以其全部内容作为参考并入本文。
为了获得现成的同种异体NK细胞疗法，已开发了其中细胞表达CD16的增强形式(hnCD16)的诱导的多潜能干细胞系，并且已从该iPSC系获得了NK细胞。参见，例如，Li等人，CellStem Cell.2018Aug 2；23(2)：181-192.e5；该文献以其全部内容作为参考并入本文。
然而，到目前为止，已观察到所有这些方法所获得的成功有限。因此，仍需要开发更好的用于免疫疗法的治疗方法。
发明内容
本发明公开提供了在NK细胞疗法中，例如，在免疫治疗方法的背景中，特别是结合治疗性抗体或其抗原结合部分有用的修饰的NK细胞(或其它淋巴细胞)，以产生显著的抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用(ADCC)效果，借此意外地提高修饰的NK细胞在杀伤靶细胞，例如，癌细胞中的有效性。ADCC是细胞-介导的免疫防御机制，其中在特异性抗体结合其膜-表面抗原后，免疫效应细胞主动将靶细胞溶胞。为了参与ADCC，免疫效应细胞必须表达Fc-γ受体(FcγR)以能够识别结合至所述靶细胞的抗体的Fc区。大部分免疫效应细胞具有活化和抑制性FcγR两者。使用NK细胞经由ADCC靶向癌细胞的益处在于不同于其它效应细胞，NK细胞仅具有活化FcγR(例如，FcγR IIIa，也称为CD16a和FcγR IIc，也称为CD32c)并且据信是人中ADCC的最重要的效应因子。因此，本文所公开的修饰的NK细胞和靶向癌细胞特异抗原的抗体引起ADCC的用途提供了新颖且意外有效的免疫疗法。
在一些实施方式中，本文所提供的修饰的NK细胞可以用作患有或已诊断为过度增殖疾病，如(例如)癌症的患者的现成临床解决方案。在一些实施方式中，与未修饰的NK细胞相比，所述修饰的NK细胞显示出增强的存活、增殖、NK细胞反应水平、NK细胞反应持续时间、对NK细胞功能持久性降低的耐受性和/或目标识别。例如，本文所提供的修饰的NK细胞可以包含基因组编辑，其导致TGFβ受体2(TGFbetaR2)中的功能缺失和/或CISH的功能缺失。在一些实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，其导致TGFbetaR2的功能缺失。在一些实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，其导致CISH的功能缺失。在一些实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，其导致TGFbetaR2的功能缺失和CISH的功能缺失。在一些实施方式中，所述修饰的NK细胞由基因组编辑组成，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失。在一些实施方式中，所述修饰的NK细胞由基因组编辑组成，所述基因组编辑导致CISH的功能缺失。在一些实施方式中，所述修饰的NK细胞由基因组编辑组成，其导致TGFbetaR2的功能缺失和CISH的功能缺失。2020年9月17日公开的WO2020/168300中描述了可以在本文所描述的方法中有用的其它修饰的NK细胞，该专利的全部内容明确作为参考并入本文。
在一些实施方式中，本文所提供的修饰的NK细胞可以包含基因组编辑，所述基因组编辑导致：在修饰的NK细胞中，所关心的嵌合抗原受体(CAR)，例如，靶向间皮素、EGFR、HER2和/或MICA/B的CAR的表达；CD16变体，例如，非天然存在的CD16变体，如(例如)hnCD16的表达(参见，例如，Zhu等人，Blood 2017，130：4452，该文献的内容以其全部作为参考并入本文)；IL15/IL15RA融合蛋白的表达；TGFβ受体2(TGFbetaR2)的功能缺失；和/或TGFbetaR2的显性负性变体的表达；ADORA2A的功能缺失；B2M的功能缺失；HLA-G的表达：CIITA的功能缺失；PD1的功能缺失；TIGIT的功能缺失；和/或CISH的功能缺失；或者其两种或更多种的任意组合。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失和CISH的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失和TIGIT的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致CISH的功能缺失和TIGIT的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致CISH的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致CISH的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TIGIT的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TIGIT的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致ADORA2A的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失、CISH的功能缺失和TIGIT的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失、CISH的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失、CISH的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失、TIGIT的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失、TIGIT的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TGFbetaR2的功能缺失、ADORA2A的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致CISH的功能缺失、TIGIT的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致CISH的功能缺失、TIGIT的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致CISH的功能缺失、ADORA2A的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致TIGIT的功能缺失、ADORA2A的功能缺失和NKG2A的功能缺失。
在一些实施方式中，本文所提供的修饰的NK细胞可以包含基因组编辑，所述基因组编辑导致：外源CD16变体，例如，hnCD16的表达、外源IL15/IL15RA融合蛋白的表达、外源HLA-G的表达、外源DN-TGFbetaR2的表达、TGFbetaR2中功能缺失、B2M中功能缺失、PD1的功能缺失、TIGIT的功能缺失和/或ADORA2A的功能缺失。
在一些实施方式中，本文所提供的修饰的NK细胞可以包含基因组编辑，所述基因组编辑导致：外源CD16变体，例如，hnCD16的表达、外源IL15/IL15RA融合蛋白的表达、外源HLA-G的表达、外源DN-TGFbetaR2的表达、可溶性MICA和/或MICB的表达、TGFbetaR2中功能缺失、B2M中功能缺失、PD1的功能缺失、TIGIT的功能缺失和/或ADORA2A的功能缺失。
在一些实施方式中，本文所提供的修饰的NK细胞可以包含基因组编辑，所述基因组编辑导致：外源CD16变体，例如，hnCD16的表达、外源IL15/IL15RA融合蛋白的表达、外源HLA-G的表达、外源DN-TGFbetaR2的表达、可溶性MICA和/或MICB的表达、外源IL-12的表达、外源IL-18的表达、TGFbetaR2中功能缺失、B2M中功能缺失、PD1的功能缺失、TIGIT的功能缺失和/或ADORA2A的功能缺失。
在一些实施方式中，本文所提供的修饰的NK细胞可以包含基因组编辑，所述基因组编辑导致：外源CD16变体，例如，hnCD16的表达、外源IL15/IL15RA融合蛋白的表达、外源HLA-G的表达、外源DN-TGFbetaR2的表达、外源IL-12的表达、外源IL-18的表达、TGFbetaR2中功能缺失、B2M中功能缺失、PD1的功能缺失、TIGIT的功能缺失和/或ADORA2A的功能缺失。
在一些实施方式中，本发明公开的特性在于修饰的NK细胞，其中所述修饰的NK细胞不表达内源CD3、CD4和/或CD8；并且表达编码下列的至少一种内源基因：(i)CD56(NCAM)、CD49和/或CD45；(ii)NK细胞受体(分化簇16(CD16))；(iii)自然杀伤2组成员D(NKG2D)；(iv)CD69；(v)自然细胞毒性受体；或其两种或更多种的任意组合；其中所述修饰的NK细胞还：(1)包含编码下列的至少一种外源核酸构建体：(i)嵌合抗原受体(CAR)；(ii)免疫球蛋白γFc区受体III的非天然存在的变体(FcγRIII、CD16)；(iii)白介素15(IL-15)；(iv)IL-15受体(IL-15R)，或其变体；(v)白介素12(IL-12)；(vi)白介素-12受体(IL-12R)，或其变体；(vii)人类白细胞抗原G(HLA-G)；(viii)人类白细胞抗原E(HLA-E)；(ix)编码白细胞表面抗原分化簇CD47(CD47)的核酸序列；或其两种或更多种的任意组合；和/或(2)显示出以下中的至少一种的功能缺失：(i)转化生长因子β受体2(TGFβR2)；(ii)腺嘌呤核苷A2a受体(ADORA2A)；(iii)具有Ig和ITIM结构域的T细胞免疫受体(TIGIT)；(iv)β-2微球蛋白(B2M)；(v)细胞程序死亡蛋白1(PD-1)；(vi)细胞因子诱导含SH2蛋白(CISH)；(vii)II类主要组织相容性复合体反式激活因子(CIITA)；(viii)自然杀伤细胞受体NKG2A(自然杀伤2A组)；(ix)两种或更多种HLA II类组织适合性抗原α链基因和/或两种或更多种HLAII类组织适合性抗原β链基因；(x)分化簇32B(CD32B、FCGR2B)；(xi)T细胞受体α恒定区(TRAC)；或其两种或更多种的任意组合。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFβR2的功能缺失和CISH的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFbetaR2的功能缺失和TIGIT的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFbetaR2的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFbetaR2的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出CISH的功能缺失和TIGIT的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出CISH的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出CISH的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TIGIT的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TIGIT的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出ADORA2A的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFbetaR2的功能缺失、CISH的功能缺失和TIGIT的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFbetaR2的功能缺失、CISH的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFbetaR2的功能缺失、CISH的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFbetaR2的功能缺失、TIGIT的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFbetaR2的功能缺失、TIGIT的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TGFbetaR2的功能缺失、ADORA2A的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出CISH的功能缺失、TIGIT的功能缺失和ADORA2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出CISH的功能缺失、TIGIT的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出CISH的功能缺失、ADORA2A的功能缺失和NKG2A的功能缺失。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞显示出TIGIT的功能缺失、ADORA2A的功能缺失和NKG2A的功能缺失。
在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞不表达内源CD3、CD4和/或CD8；并且表达编码下列的至少一种内源基因：(i)CD56(NCAM)、CD49和/或CD45；(ii)NK细胞受体(分化簇16(CD16))；(iii)自然杀伤2组成员D(NKG2D)；(iv)CD69；(v)自然细胞毒性受体；或其两种或更多种的任意组合；其中所述修饰的NK细胞还：(1)包含编码下列的至少一种外源核酸构建体：(i)嵌合抗原受体(CAR)；(ii)免疫球蛋白γFc区受体III的非天然存在的变体(FcγRIII、CD16)；(iii)白介素15(IL-15)；(iv)IL-15受体(IL-15R)，或其变体；(v)白介素12(IL-12)；(vi)白介素-12受体(IL-12R)，或其变体；(vii)人类白细胞抗原G(HLA-G)；(viii)人类白细胞抗原E(HLA-E)；(ix)编码白细胞表面抗原分化簇CD47(CD47)的核酸序列；或其两种或更多种的任意组合；和/或(2)显示出转化生长因子β受体2(TGFβR2)、细胞因子诱导含SH2蛋白(CISH)或它们的组合的功能缺失。
在一些实施方式中，所述修饰的NK细胞包含基因组编辑，所述基因组编辑导致：CD16变体，例如，非天然存在的CD16变体，如(例如)hnCD16的表达(参见，例如，Zhu等人，Blood 2017，130∶4452，以上文献的内容以其全部作为参考并入本文)；IL15/IL15RA融合蛋白的表达；TGFβ受体2(TGFbetaR2)中功能缺失；和CISH的功能缺失。
在另一个方面，本文公开了治疗受试者中癌症的方法，所述方法包括向所述受试者施用修饰的自然杀伤(NK)细胞和包含结合癌细胞的Fc结构域的分子，例如，抗体或其抗原结合部分，其中所述修饰的NK细胞显示出转化生长因子β受体2(TGFβR2)和细胞因子诱导含SH2蛋白的功能缺失，其中所述施用在所述受试者中诱导了癌细胞的ADCC，借此治疗所述受试者中的癌症。
在一个方面，本文公开了诱导癌细胞的抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)的方法，所述方法包括用修饰的自然杀伤(NK)细胞和包含结合癌细胞的Fc结构域的分子，例如，抗体或其抗原结合部分接触所述癌细胞，其中所述修饰的NK细胞显示出转化生长因子β受体2(TGFβR2)和细胞因子诱导含SH2蛋白的功能缺失，借此诱导所述癌细胞的ADCC。在一个实施方式中，所述接触在受试者体内。
在一个实施方式中，所述施用提高ADCC或增强ADCC。在一个实施方式中，与使用未修饰的NK细胞和所述抗体的癌细胞的ADCC相比，所述施用将ADCC提高了至少约10％、至少约15％、20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％、至少约100％、至少约125％、至少约150％、至少约175％、至少约2倍、至少约3倍、至少约4倍、至少约5倍、至少约6倍、至少约7倍、至少约8倍、至少约9倍或至少约10倍。
在另一个实施方式中，在施用后，所述施用将所述受试者中的肿瘤体积减小了至少约10％、至少约15％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％或至少约95％。在一个实施方式中，在施用后至少约5天、7天、10天、14天、21天、30天、1个月、40天、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月、7个月、8个月、9个月、10个月、11个月或1年，所述施用将所述受试者中的肿瘤体积减小了以上所列的值。
在一个实施方式中，所述施用提高了受试者的存活时间。在一个实施方式中，与未施用所述修饰的NK细胞和所述抗体的受试者，例如，对比受试者相比，所述受试者的存活时间增加了至少约2倍、约3倍、约4倍或约5倍；与单独施用所述抗体的受试者，例如，对比受试者相比，增加至少约2倍、约3倍、约4倍或约5倍；和/或与单独施用所述修饰的NK细胞的受试者，例如，对比受试者相比，增加至少约50％、约75％、约100％、约150％、约2倍、约3倍、约4倍或约5倍。在一个实施方式中，对比受试者是具有与所述受试者相同类型的癌细胞的受试者。在一个实施方式中，对比受试者是具有与所述受试者相同类型的癌细胞并且具有与所述受试者相当肿瘤负荷的受试者。在一个实施方式中，对比受试者的存活时间是根据具有与所述受试者相同类型的癌细胞和/或相同的癌症阶段和/或相同的肿瘤负荷量的受试者群体计算的平均存活时间。
在一个实施方式中，所述接触是体外接触。在一个实施方式中，所述接触在受试者中。
在一个实施方式中，与TNFα的对照水平表达相比，所述施用将TNFα的水平提高了至少约2倍、至少约3倍、至少约4倍或至少约5倍。在一个实施方式中，TNFα的对照水平是通过未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的TNFα的水平。在另一个实施方式中，TNFα的对照水平是TNFα的参考水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含与TNFα的对照水平表达相比，TNFα水平至少约2倍的增加，其中所述TNFα的对照水平是通过未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的TNFα的水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包含与TNFα的对照水平表达相比，TNFα水平至少约3倍的增加。
在一个实施方式中，与IFNγ的对照水平表达相比，所述施用将IFNγ的水平提高至少约2倍、至少约3倍、至少约4倍或至少约5倍。在一个实施方式中，IFNγ的对照水平是通过未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的IFNγ的水平。在另一个实施方式中，IFNγ的对照水平是IFNγ的参考水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与IFNγ的对照水平表达相比，IFNγ水平至少约2倍的增加，其中所述IFNγ的对照水平是通过未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的IFNγ的水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与IFNγ的对照水平表达相比IFNγ水平至少约3倍的增加。
在一个实施方式中，与归一化总积分红色对象强度的对照水平相比，所述施用将肿瘤球体测定中的归一化总积分红色对象强度降低了至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或100％，其中所述归一化总积分红色对象强度的对照水平是使用未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的归一化总积分红色对象强度的水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与归一化总积分红色对象强度的对照水平相比，将肿瘤球体测定中的归一化总积分红色对象强度降低至少约20％。在一个实施方式中，所述归一化总积分红色对象强度的对照水平是使用未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的归一化总积分红色对象强度的水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与归一化总积分红色对象强度的对照水平相比，肿瘤球体测定中归一化总积分红色对象强度减低至少约25％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约75％或者约100％。
在一个实施方式中，与融细胞性颗粒的对照水平表达相比，所述施用将所述修饰的NK细胞所产生的融细胞性颗粒的水平提高了至少约2倍、至少约3倍、至少约4倍、至少约5倍、至少约10倍或者至少约20倍。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒的对照水平是通过未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的融细胞性颗粒的水平。在另一个实施方式中，所述融细胞性颗粒的对照水平是融细胞性颗粒的参考水平。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒选自由以下组成的组：GZMB、GZMA和GZMH。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与融细胞性颗粒的对照水平表达相比，融细胞性颗粒水平至少约2倍的增加。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒选自由以下组成的组：GZMB、GZMA和GZMH。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒的对照水平是通过未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的融细胞性颗粒的水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与融细胞性颗粒的对照水平表达相比，融细胞性颗粒水平增加至少约3倍。
在一个实施方式中，与融细胞性颗粒的对照水平表达相比，所述施用早至少约1小时、至少约2小时、至少约3小时、至少约4小时或者至少约5小时提高了所述修饰的NK细胞所产生的融细胞性颗粒水平。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒的对照水平是通过未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的融细胞性颗粒的水平。例如，与所观察到的通过所述未修饰的NK细胞在相同条件下所产生的融细胞性颗粒水平的提高相比，所述施用早至少约1小时、至少约2小时、至少约3小时、至少约4小时或者至少约5小时提高通过所述修饰的NK细胞所产生的融细胞性颗粒水平。在另一个实施方式中，所述融细胞性颗粒的对照水平是融细胞性颗粒的参考水平。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒选自由以下组成的组：GZMB、GZMA和GZMH。
在一个实施方式中，与融细胞性颗粒的对照产率相比，所述施用将所述修饰的NK细胞所产生的融细胞性颗粒的产率提高了至少约2倍、至少约3倍、至少约4倍或至少约5倍。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒的对照产率是通过未修饰的NK细胞在相同条件下的融细胞性颗粒产率。在另一个实施方式中，所述融细胞性颗粒的对照产率是融细胞性颗粒的参考产率。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒选自由以下组成的组：GZMB、GZMA和GZMH。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与融细胞性颗粒的对照产率相比，融细胞性颗粒产率至少约2倍的升高。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒选自由以下组成的组：GZMB、GZMA和GZMH。在一个实施方式中，所述融细胞性颗粒的对照产率是通过未修饰的NK细胞在相同条件下的融细胞性颗粒产率。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与融细胞性颗粒的对照产率相比，融细胞性颗粒产率至少约3倍的升高。
在一个实施方式中，与CD107a的对照水平表达相比，所述施用将所述修饰的NK细胞中CD107a的水平提高了至少约2倍、至少约3倍、至少约4倍或至少约5倍。在一个实施方式中，所述CD107a的对照水平是在相同条件下未修饰的NK细胞中的CD107a的水平。在另一个实施方式中，所述CD107a的对照水平是CD107a的参考水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与CD107a的对照水平表达相比，CD107a水平至少约2倍的升高。在一个实施方式中，所述CD107a的对照水平是在相同条件下未修饰的NK细胞中的CD107a的水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与CD107a的对照水平表达相比，CD107a水平至少约3倍的升高。
在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞在营养物剥夺条件下的细胞毒性活性与细胞毒性活性的对照水平相比高至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或100％，其中细胞毒性活性的对照水平是未修饰的NK细胞在相同条件下的细胞毒性水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与细胞毒性活性的对照水平相比，细胞毒性活性在营养物剥夺条件下至少约20％的升高。在一个实施方式中，所述细胞毒性活性的对照水平是未修饰的NK细胞在相同条件下的细胞毒性水平。在一个实施方式中，与细胞毒性活性的对照水平相比，所述修饰的NK细胞包括在营养物剥夺条件下细胞毒性活性增加至少约25％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约75％或约100％。
在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞的备用呼吸能力与备用呼吸能力的对照水平相比高至少20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或100％，其中所述备用呼吸能力的对照水平是在相同条件下未修饰的NK细胞的备用呼吸能力的水平。在一个实施方式中，所述修饰的NK细胞包括与备用呼吸能力的对照水平相比，备用呼吸能力至少20％的升高。在一个实施方式中，所述备用呼吸能力的对照水平是在相同条件下未修饰的NK细胞的备用呼吸能力的水平。在一个实施方式中，与备用呼吸能力的对照水平相比，所述修饰的NK细胞包括备用呼吸能力增加至少约25％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约75％或约100％。
在一个实施方式中，所述包含结合癌细胞的Fc结构域的分子，例如，抗体或其抗原结合部分结合表皮生长因子受体(EGFR)、HER2或CD20。在一个实施方式中，所述抗体是西妥昔单抗、曲妥珠单抗或利妥昔单抗，或其抗原结合部分。
在一个实施方式中，与所述抗体同时施用所述修饰的NK细胞。在一个实施方式中，在所述修饰的NK细胞之前施用所述抗体。在一个实施方式中，在所述修饰的NK细胞之前1天、2天、3天、4天、5天、6天、7天、8天、9天、10天、11天、12天、13天或2周施用所述抗体。在一个实施方式中，在所述抗体之前施用所述修饰的NK细胞。在一个实施方式中，在所述抗体之前1天、2天、3天、4天、5天、6天、7天、8天、9天、10天、11天、12天、13天或2周施用所述修饰的NK细胞。在另一个实施方式中，施用所述修饰的NK细胞一次，并且施用所述抗体至少2、3、4或5次。在另一个实施方式中，施用所述修饰的NK细胞至少1、2、3、4或5次，并且施用所述抗体至少1、2、3、4或5次，两者的施用是同时或顺序的。
在一个实施方式中，所述癌细胞是头颈癌细胞、乳腺癌细胞、结直肠癌细胞、胃癌细胞、肾细胞癌(RCC)细胞或者非小细胞肺癌(NSCLC)细胞、实体瘤细胞、膀胱癌细胞、肝细胞癌细胞、前列腺癌细胞、卵巢/子宫癌细胞、胰腺癌细胞、间皮瘤细胞、黑素瘤细胞、成胶质细胞瘤细胞、宫颈癌细胞、口腔癌细胞、咽癌、甲状腺癌细胞、胆囊癌细胞、软组织肉瘤或者血液学癌症细胞。在一个实施方式中，所述癌细胞是头颈癌细胞。
在一个实施方式中，在所述施用之前已使用CRISPR修饰所述修饰的NK细胞。在一个实施方式中，已使用RNA向导核酸酶和至少一个向导RNA(gRNA)修饰所述修饰的NK细胞。在一个实施方式中，所述RNA向导核酸酶包括以下所示的序列：SEQ ID NO：1142、SEQ IDNO：1143、SEQ ID NO：1144、SEQ ID NO：1145、SEQ ID NO：1146、SEQ ID NO：1147、SEQ IDNO：1148、SEQ ID NO：1149或SEQ ID NO：1150。在一个实施方式中，所述RNA向导核酸酶包括SEQ ID NO：1146所示的序列。在一个实施方式中，所述gRNA靶向SEQ ID NO：769-875或1174中任一项所述的DNA序列。在一个实施方式中，所述gRNA靶向SEQ ID NO：540-768或1173中任一项所述的DNA序列。在一个实施方式中，所述gRNA包括SEQ ID NO：1164或SEQ ID NO：1170和/或SEQ ID NO：1166或SEQ ID NO：1172所示的序列。在一个实施方式中，从NK细胞，例如，成熟NK或干细胞产生所述修饰的NK细胞。在一个实施方式中，所述干细胞是诱导的多潜能干细胞(iPS)细胞、造血干细胞(HSC)或者胚胎干细胞。在一个实施方式中，所述NK细胞是iNK细胞。
附图说明
图1A和1B显示在NK细胞中实现了TGFBR2和CISH的稳健的单基因编辑和双基因编辑。在对于每个KO组合的CRISPR-EngCas12a之后72小时，通过图1A中的NGS评价在CISH和TGFBR2的编辑，并且通过图1B中的AO/PI染色评价存活力。数据得自3个唯一的NK细胞供体，其代表最少5个独立实验。
图2A和2B显示了通过在IL-15刺激后，CRISPR-EngCas12a提高的STAT5的磷酸化(pSTAT5)和在TGF-β刺激后降低的SMAD2/3的磷酸化(pSMAD2/3)所造成的CISH和TGFBR2的敲除(KO)。在CRISPR-EngCas12a编辑后72小时，将NK细胞细胞因子-饥饿18小时，然后用IL-15(图2A)或者IL-15和TGF-β(图2B)重刺激120min，并通过蛋白磷酸化流式细胞术测定分析。数据代表两个独立实验中的4个唯一的NK细胞供体。统计学差异是单因素方差分析的结果(*p＜0.05；**p＜0.01；***p＜0.001，****p＜0.0001)。
图3A、3B、3C和3D显示了与未编辑的对照NK细胞相比，在与卵巢癌细胞系SK-OV-3(图3A和3B)和前列腺癌细胞系PC-3(图3C和3D)的球状体球状体共培养后，NK细胞中通过CRISPR-EngCas12a编辑的CISH/TGFBR2的双重KO(DKO)提高了炎性细胞因子的产生。在球状体测定结束时(120hr)收获上清液并通过AlphaLISA分析TNF-α和IFN-γ(+TGF-β条件)。统计学差异是双因素方差分析的结果(*p＜0.05；**p＜0.01；***p＜0.001，****p＜0.0001)。
图4A、4B、4C和4D显示在不同的效应细胞比靶细胞(E：T)比下，在体外球状体测定中，与未编辑的对照NK细胞相比，CRISPR-EngCas12a编辑提高了NK细胞对SK-OV-3卵巢肿瘤的抗-肿瘤活性。图4A和4B显示如对最少4个唯一供体和3个独立实验所分析的，在存在10ng/ml TGF-β且分别不添加和添加10μg/mL曲妥珠单抗的情况下，在10：1的E：T比下的肿瘤球状体分析。在Incucyte成像系统上每两小时测量红色目标强度，测量5天。图4C和4D显示如对最少4个唯一供体和3个独立实验所分析的，在存在10ng/ml TGF-β且分别不添加和添加10μg/mL曲妥珠单抗的情况下，在1.25：1、2.5：1、5：1和10：1的E：T比下的肿瘤球状体分析。在添加NK细胞后100小时显示红色目标强度
图5显示了通过NK细胞经由体外抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用的增强的肿瘤杀伤。如对最少4个唯一供体和3个独立实验所分析的，在1.25：14的低E：T比下，通过未编辑和CISH/TGFBR2 DKONK细胞两者，添加10μg/mL曲妥珠单抗显著提高SK-OV-3肿瘤球状体的杀伤。
图6A、6B、6C和6D显示CRISPR-EngCas12a-编辑的NK细胞比未编辑的对照NK细胞更有效地降低了SK-OV-3卵巢肿瘤负担，从而导致体内小鼠模型中的中值存活时间的提高。经由腹膜内(i.p.)对NSG小鼠(在两个独立实验中，n＝8只每组)接种50万个(图6A和6C)或1百万个(图6B和6D)表达荧光素酶的SK-OV-3细胞。七天后，通过i.p.输注向小鼠施用1000万个未编辑的NK细胞或者1000万个DKO NK细胞。图6A和6B显示了通过来自SK-OV-3细胞的生物发光信号所测量的肿瘤负荷，并且图6C和6D显示了小鼠的整体存活期。数据代表两个独立实验。统计学差异是生物发光的双因素方差分析(*p＜0.05；**p＜0.01；***p＜0.001)以及整体存活期的对数秩和检验的结果。
图7A、7B、7C和7D显示在具有SK-OV-3肿瘤的小鼠的NK细胞治疗中曲妥珠单抗介导了抗体-依赖性细胞毒性。经由腹膜内(i.p.)向NSG小鼠(n＝8只每组)接种50万个表达荧光素酶的SK-OV-3细胞。在第7天，用2.5mpk同种型、2.5mpk曲妥珠单抗、1000万个未编辑的CD56+NK细胞、1000万个DKO CD56+NK细胞或者DKO CD56+NK细胞与曲妥珠单抗的组合处理小鼠。将平均肿瘤体积显示为平均值±SEM(****p＜0.0001，**p＜0.01，*p＜0.05，双因素方差分析)(图7A和7B)。如所示的，对处理组显示了Kaplan-Meier存活曲线(*p＜0.05；**p＜0.01；Gehan-Wilcoxon检验)(图7C和7D)。图7A和7C显示DKO NK细胞在控制肿瘤生长和提高小鼠寿命方面有效。图7B和7D显示曲妥珠单抗的施用进一步降低了SK-PV-3卵巢肿瘤负荷并且延长了用DKO NK细胞治疗的具有-肿瘤的小鼠的寿命。
图8A和8B显示DKO NK细胞证实了在大于7天的测试期内，Raji肿瘤细胞的更稳健的连续杀伤，其中相对于对照NK细胞，多次重新添加Raji肿瘤靶细胞，以及与利妥昔单抗的组合改善了对照和DKO NK细胞两者的杀伤。图8A显示了测定的实验装置。在每个孔中接种20万个NK细胞。在测定开始时，将1万个Raji肿瘤细胞加入至NK细胞，并且随后，每48小时将5千个肿瘤细胞和IL-15单次剂量施用(bolused)至每个孔中。通过归一化总红色目标面积，定量存活的肿瘤细胞。图8B显示DKO NK细胞证实相对于对照NK提高了Raji肿瘤细胞的杀伤并且利妥昔单抗的添加改善了两类NK细胞的杀伤。
图9A显示了如通过NanoString分析所评价的，CISH-/-NK细胞中颗粒酶转录本GZMB、GZMA和GZMH的上调。
图9B显示如通过RT-qPCR所定量的CISH/TGFBR2 DKO NK细胞中GZMB转录本上调22倍。将TBP(TATA盒结合蛋白)用作参考转录本。
图9C显示CISH/TGFBR2 DKO NK细胞证实相对于未编辑的对照NK细胞，肿瘤细胞毒性增强。以5：1的效应因子肿瘤比，在存在10ng/mL TGF-β的情况下，将CISH/TGFBR2 DKO NK细胞与SK-OV-3肿瘤球状体共培养36小时的一段时间。误差线表示标准偏差。
图9D显示了与CISH/TGFBR2 DKO NK细胞或者未编辑的NK对照细胞共培养4小时的SK-OV3：：GzmB细胞的Incucyte图像。图9D显示当与SK-OV-3肿瘤细胞共培养时，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞释放比未编辑的对照NK细胞更多的GzmB。
图9E显示CISH/TGFBR2 DKO NK细胞相对于未编辑的NK对照细胞，在较早的时间点时证实了更高水平的GzmB颗粒化。
图10A显示当与未编辑的对照NK细胞相比时，在分离培养中的不利代谢条件下，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞具有增强的细胞毒性。在无TGF-β时，以10：1的效应因子肿瘤比，将CISH/TGFBR2 DKO NK细胞与SK-OV-3肿瘤球状体共培养。
图10B显示当与未编辑的对照NK细胞相比时，在多因素不利的代谢条件下，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞具有增强的细胞毒性。以5：1的效应因子肿瘤比，在存在10ng/mL TGF-β的情况下，将CISH/TGFBR2 DKO NK细胞或未编辑的对照细胞与SK-OV-3肿瘤球状体共培养。
图10C显示当与未编辑的对照NK细胞相比时，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞对进化为在不利代谢条件下生长的肿瘤细胞具有增强的细胞毒性。以10：1的效应因子肿瘤比，在存在10ng/mL的TGF-β的情况下，将CISH/TGFBR2 DKO NK细胞或者未编辑的对照细胞与选择性进化在不利代谢条件下生长的SK-OV-3肿瘤球状体共培养。在100小时测量EC50。
图10D显示与未编辑的对照NK细胞相比，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞在不利代谢条件下比在对照培养基内具有更大的细胞毒性潜力。在如所示的多种效应因子靶标比，在存在10ng/mL的TGF-β的情况下，将CISH/TGFBR2 DKO NK细胞或者未编辑的对照细胞与选择性进化在不利代谢条件下生长的SK-OV-3肿瘤球状体共培养。
图10E显示在过夜IL-15饥饿后，与未编辑的对照NK细胞相比，CISH/TGFBR2 DKONK细胞显示出显著更大的代谢健康性(即更大的备用呼吸能力(SRC))。*p＜0.05。
图11A和11B显示如对最少5个唯一供体和2个独立实验所分析的，在存在TGF-β的情况下，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞分别增强了对Nalm6细胞的抗-肿瘤活性。在存在5ng/mLIL-15且不添加和添加10ng/mL TGF-β的情况下，以20：1的效应因子肿瘤比，将CISH/TGFBR2DKO NK细胞和未编辑的对照NK细胞与Nalm6肿瘤细胞共培养。在所有条件下观察到了提高的细胞毒性，而当在细胞培养物中添加TGF-β时，观察到了更大的提高。
图12显示CISH/TGFBR2 DKO NK细胞证实在多至20天的测试期内对Nalm6细胞的稳健连续杀伤，其中相对于对照NK细胞多次添加Nalm6细胞。
图13显示CISH/TGFBR2 DKO NK细胞连续杀伤Nalm6肿瘤细胞超过8天，而未编辑的NK细胞具有有限的连续杀伤作用。数据代表来自2个独立实验中的6个唯一供体的NK细胞。
图14显示在存在TGF-β的情况下，相对于未编辑的对照NK细胞，在连续杀伤测定中，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞产生了高水平的炎性细胞因子(IFN-γ和TFN-α)。
图15A、15B和15C显示CISH/TGFBR2 DKO NK细胞证实在存在TGF-β的情况下，对多种其它血液学肿瘤细胞系，例如，Raji(伯基特氏淋巴瘤)(图15A)、RPMI8226(多发性骨髓瘤)(图15B)和THP-1细胞(急性单核细胞性白血病)(图15C)的持续连续杀伤活性。数据代表来自5个独立实验中的5个唯一供体的NK细胞。
详细说明
本发明公开提供了在NK细胞疗法中，例如，在免疫治疗方法的背景中，结合治疗性抗体或其抗原结合部分有用的修饰的NK细胞(或其它淋巴细胞)，以产生显著的抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)效果，借此意外地提高修饰的NK细胞在杀伤靶细胞，例如，癌细胞中的有效性。ADCC是细胞-介导的免疫防御机制，其中在特异性抗体结合其膜-表面抗原后，免疫效应细胞主动将靶细胞溶胞。为了参与ADCC，免疫效应细胞必须表达Fc-γ受体(FcγR)以能够识别结合至所述靶细胞的抗体的Fc区。大部分免疫效应细胞具有活化和抑制性FcγR两者。使用NK细胞经由ADCC靶向癌细胞的益处在于不同于其它效应细胞，NK细胞仅具有活化FcγR(例如，FcγRIIIa，也称为CD146a和FcγR IIc，也称为CD32c)并且据信是人中ADCC的最重要的效应因子。因此，本文所公开的修饰的NK细胞和靶向癌细胞特异抗原的抗体引起ADCC的用途提供了新颖且意外有效的免疫疗法。
本发明公开的一些方面提供了用于产生修饰的NK细胞的组合物、方法和策略。在一些实施方式中，通过编辑NK细胞，例如，成熟NK细胞的基因组产生这些修饰的NK细胞。在一个实施方式中，NK细胞得自健康供体，然后使用本文所述的组合物和方法编辑以制备修饰的NK细胞。例如，NK细胞的离体扩增至少描述于Myers and Miller，Exploring the NKcell platform for cancer immunotherapy，Nat Rev Clin Oncol(2020)，https：// doi.org/10.1038/s41571-020-0426-7，以上文献的全部内容明确作为参考并入本文。
在其它实施方式中，通过体外或体内编辑NK细胞所来源的细胞的基因组产生修饰的NK细胞。在一些实施方式中，NK细胞所来源的细胞是干细胞，例如，造血干细胞(HSC)或者多潜能干细胞，如(例如)胚胎干细胞(ES细胞)或诱导的多潜能干细胞(iPS细胞)。例如，在一些实施方式中，通过编辑ES细胞、iPS细胞或造血干细胞的基因组产生修饰的NK细胞，并随后将所编辑的干细胞分化成NK细胞。在一些实施方式中，当修饰的NK细胞的产生包括修饰的NK细胞从iPS细胞的分化时，基因组编辑可以在iPS细胞的产生、维持或分化期间的任何适合的时间进行。例如，当将供体细胞重编程成iPS细胞时，可以在iPS细胞重编程之前，重编程程序期间或者在已将供体细胞重编程为iPS细胞之后对供体细胞，例如，体细胞，如(例如)成纤维细胞或T淋巴细胞进行本文所描述的基因编辑方法。
来源于iPS细胞的NK细胞在本文中还称为iNK细胞。在一些实施方式中，本发明公开提供了用于产生来源于发育成熟细胞，也称为体细胞，如(例如)成纤维细胞或周围血液细胞的iNK细胞的组合物、方法和策略。
在一些实施方式中，本发明公开提供了用于产生已来源于发育成熟T细胞(已经历胸腺选择的T细胞)的iNK细胞的组合物、方法和策略。发育成熟T细胞的一个标志是重新排列的T细胞受体基因座。在T细胞成熟期间，TCR基因座经历了V(D)J重排以产生完整的V-结构域外显子。在T细胞向诱导多能干(iPS)细胞的重编程期间和在所产生的iPS细胞向体细胞的分化期间保留了这些重排。
使用T细胞产生iPS细胞的一个优势在于可以相对容易地，例如，通过基于CRISPR的方法或者其它基因编辑方法编辑T细胞。
使用T细胞产生iPS细胞的另一个优势在于重排的TCR基因座使得能够遗传追踪单个细胞和它们的子代细胞。如果重编程、扩增、培养和/或分化策略参与NK细胞产生和单细胞克隆扩增，则重排的TCR基因座可以用作清楚识别细胞及其子代细胞的遗传标志物。反过来，这使得能够将细胞群体鉴定为真克隆的，或者使得能够鉴定混合群体，或者克隆群体中的污染细胞。
使用T细胞产生具有多个编辑的iNK细胞的第三优势在于对针T细胞培养，选择与染色体易位有关的某些核型畸变。当通过CRISPR技术编辑细胞时，并且具体地当产生具有多个编辑的细胞时，对这些畸变具有顾虑。
使用T细胞来源的iPS细胞作为获得治疗性淋巴细胞的起点的第四优势在于它允许在淋巴细胞中表达预先筛选的TCR，例如，经由对T细胞选择对于特异性抗原，例如，肿瘤抗原的结合活性，将所选T细胞重编程成iPS细胞，然后从表达TCR的这些iPS细胞获得淋巴细胞(例如，T细胞)。该策略还将允许在其它细胞类型中激活TCR，例如，通过遗传或表观遗传策略。
使用T细胞来源的iPS细胞作为iNK分化的起点的第五优势在于在重编程过程期间，所述T细胞保留了至少一部分它们的“表观遗传记忆”，并因此与使用非相关细胞，如成纤维细胞作为iNK获得起点的方法相比，相同或密切相关的细胞类型，如iNK细胞的后续分化将更有效和/或导致产生高质量细胞群体。
定义和缩写
除非另作说明，否则以下术语中的每一个具有在本节中所述的含义。
不定冠词“一个”表示相关名词中的至少一种并且与术语“至少一个”和“一个或多个”是可互换使用的。
连词“或者”和“和/或”作为非排它选言连接词是可互换使用的。
“受试者”表示人或非人动物。人受试者可以是任何年龄(例如，婴儿、儿童、年轻成年人或成年人)，并且可以患有疾病，或者可以需要基因或特定基因组合的改变。作为另外一种选择，受试者可以是动物，该术语包括(但不限于)哺乳动物并且更具体地，非人灵长类动物、啮齿类(例如，小鼠、大鼠、仓鼠等)、兔、豚鼠、狗、猫等。在本发明公开的某些实施方式中，所述受试者是家畜，例如，牛、马、绵羊或山羊。在某些实施方式中，所述受试者是禽类。
术语“治疗”(“treatment'’、“treat'’和“treating”)表示旨在逆转、减轻、延缓如本文所描述的疾病或病症或其一种或多种症状的发病，或者抑制其发展和/或预防或延缓其复发的临床干预。可以在出现一种或多种症状之后和/或在已诊断疾病之后向受试者施用治疗，例如，处于如本文所描述的修饰的NK细胞或修饰的NK细胞群体形式的治疗。可以在不存在症状的情况下施用治疗，例如，以预防或延缓症状的发病或者抑制疾病的发病或发展。例如，可以在症状发病之前向易感个体施用治疗(例如，根据基因或其它易感因素)。还可以在症状解决后继续治疗，例如，以预防或延缓它们的复发。
“预防(prevent/preventing/prevention)”是指预防哺乳动物(例如，人)中的疾病，包括：(a)避免或预先排除疾病；(b)影响对疾病的易患病性；或(c)预防或延迟疾病的至少一种症状的发作。
术语“多核苷酸”、“核苷酸序列”、“核酸”、“核酸分子”、“核酸序列”和“寡核苷酸”是指DNA和RNA中的一系列核苷酸碱基(也称为“核苷酸”)，并且表示两个或更多个核苷酸的任何链。多核苷酸、核苷酸序列、核酸等可以是嵌合混合物或其衍生物或修饰形式，单链或双链。它们可以在碱基部分、糖部分或磷酸骨架处进行修饰，例如，以改善分子的稳定性、其杂交参数等。核苷酸序列通常携带遗传信息，包括(但不限于)细胞器用于制造蛋白质和酶的信息。这些术语包括双链或单链基因组DNA、RNA、任何合成和遗传操纵的多核苷酸，以及正义和反义多核苷酸二者。这些术语还包括含有修饰的碱基的核酸。
在本文所提供的核苷酸序列中使用了常规IUPAC表示法，如下表1中所示(还参见Cornish-Bowden A，Nucleic Acids Res.1985May 10；13(9)：3021-30，作为参考并入本文)。然而，应注意在序列可能由DNA或RNA编码的那些情况下，例如，在gRNA靶向结构域中，“T”表示“胸腺嘧啶或尿嘧啶”。
表1：IUPAC核酸表示法
符号 碱基
A 腺嘌呤
T 胸腺嘧啶或尿嘧啶
G 鸟嘌呤
C 胞嘧啶
U 尿嘧啶
K G或T/U
M A或C
R A或G
Y C或T/U
S C或G
W A或T/U
B C、G或T/U
V A、C或G
H A、C或T/U
D A、G或T/U
N A、C、G或T/U
术语“蛋白质”、“肽”和“多肽”是可互换使用的以表示通过肽键连接在一起的氨基酸的连续链。这些术语包括单个蛋白质、结合在一起的蛋白质的组或复合物，以及这些蛋白质的片段或部分、变体、衍生物和类似物。在本文中使用常规表示法来表示肽序列，在左侧以氨基或N末端开始，并且前进至右侧的羧基或C末端。可以使用标准单字母或三字母缩写。
术语“变体”是指如多肽、多核苷酸或小分子的实体，其与参考实体显示出显著的结构同一性，但与参考实体相比，在一个或多个化学部分的存在或水平方面与参考实体在结构上不同。在多个实施方式中，变体在功能上也与其参考实体不同。通常，具体实体是否被恰当地视为参考实体的“变体”是基于其与参考实体的结构同一性程度的。
如本文所使用的，在核酸(例如，基因、蛋白质编码基因组区、启动子)的背景下，术语“内源的”是指在其天然位置，例如，在细胞的基因组内的天然核酸或蛋白质。相比之下，如本文在核酸，例如表达构建体、cDNA、插缺和核酸载体的背景下所使用的术语“外源的”是指使用(例如)基因编辑或基因工程技术(例如，基于CRISPR的编辑技术)已人工引入细胞基因组中的核酸。
术语“RNA向导核酸酶”和“RNA向导核酸酶分子”在本文中是可互换使用的。在一些实施方式中，RNA向导核酸酶是RNA向导DNA核酸内切酶。在一些实施方式中，RNA向导核酸酶是CRISPR核酸酶。RNA向导核酸酶的非限制性实例列于下表2中，并且本文所公开的方法和组合物可以使用本文所公开的或本领域那些技术人员已知的RNA向导核酸酶的任何组合。本领域那些技术人员将知道适用于本发明公开的背景下的其它核酸酶和核酸酶变体，并且将理解本发明公开不限于该方面。
表2.RNA向导核酸酶
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考虑本发明公开，其它适合的RNA向导核酸酶(例如，Cas9和Cas12核酸酶)对于技术人员将是显而易见的，并且本发明公开不受限于本文所提供的示例性的适合的核酸酶。在一些实施方式中，适合的核酸酶是Cas9或Cpf1(Cas12a)核酸酶。在一些实施方式中，本发明公开还涵盖了核酸酶变体，例如，Cas9或Cpf1核酸酶变体。核酸酶变体是指核酸酶，其包含特征为与所述核酸酶的野生型氨基酸序列相比的一个或多个氨基酸替换、缺失或添加的氨基酸序列。适合的核酸酶和核酸酶变体还可以包含纯化标签(例如，多组氨酸标签)和信号肽，例如，包含核定位信号序列或由其组成。在本文其它处更详细地描述了适合的核酸酶和核酸酶变体的一些非限制性实例，并且还包括在2019年3月14日提交且标题为“用于治疗血红蛋白病的系统和方法(Systems and Methods for the Treatment ofHemoglobinopathies)”的PCT申请PCT/US2019/22374中描述的那些，该专利申请的全部内容作为参考并入本文。
在一些实施方式中，RNA向导核酸酶是氨基酸球菌属(Acidaminococcus sp.)Cpf1变体(AsCpf1变体)。基于本发明公开，适合的Cpf1核酸酶变体(包括适合的AsCpf1变体)对于本领域技术人员而言将是已知的或显而易见的，并且包括(但不限于)本文所公开的Cpf1变体或本领域已知的其它Cpf1变体。例如，在一些实施方式中，RNA向导核酸酶是氨基酸球菌属(Acidaminococcus sp.)Cpf1RR变体(AsCpf1-RR)。在另一个实施方式中，RNA向导核酸酶是Cpf1RVR变体。例如，适合的Cpf1变体包括具有M537R替换、H800A替换和/或F870L替换或其任何组合(根据AsCpf1野生型序列的编号方案)的那些。在一些实施方式中，RNA向导核酸酶是具有M537R替换、H800A替换和F870L替换(根据AsCpf1野生型序列的编号方案)的氨基酸球菌属(Acidaminococcus sp.)Cpf1变体(AsCpf1变体)。
如本文所使用的，术语“造血干细胞”或“最终造血干细胞”是指能够产生成熟髓样和淋巴样细胞类型，包括T细胞、自然杀伤细胞和B细胞的CD34+干细胞。
如本文所使用的，术语“重编程”或“去分化”或“提高细胞潜能”或“提高发育潜能”是指提高细胞潜能或将细胞去分化为较低分化状态的方法。例如，与非重编程状态的相同细胞相比，具有提高的细胞潜能的细胞具有更强的发育可塑性(即可以分化为更多细胞类型)。换句话说，重编程细胞是处于比在非重编程状态下相同细胞更低的分化状态的细胞。在一些实施方式中，术语“重编程”是指将体细胞或多潜能干细胞去分化为多潜能干细胞，也称为诱导的多潜能干细胞或iPS细胞。用于从体细胞或多能干细胞产生iPS细胞的适合的方法是本领域技术人员所熟知的。
如本文所使用的，术语“分化”是非特化(“非专能”)或较少特化的细胞获取特化细胞，如(例如)血细胞或肌细胞的特征的过程。分化的细胞或分化诱导的细胞是细胞谱系内占据更特化(“专能”)位置的细胞。例如，在用细胞培养基中的适合的分化因子处理后，可以将iPS细胞分化为多种更高分化的细胞类型，例如，神经干细胞或造血干细胞、淋巴细胞、心肌细胞和其它细胞类型。用于将多潜能和多能细胞类型分化为更高分化的细胞类型的适合的方法、分化因子和细胞培养基是本领域技术人员熟知的。当应用于分化过程时，术语“专能”是指在分化途径中行进到如下的点的细胞，其中在正常情况下，它将继续分化为特定的细胞类型或细胞类型的亚型，并且在正常情况下，不可以分化为不同细胞类型或恢复到较低分化的细胞类型。
如本文所使用的，术语“分化标志物”、“分化标志物基因”或“分化基因”是指其表达指示细胞，如多潜能细胞中发生的细胞分化的基因或蛋白质。分化标志物基因包括(但不限于)以下基因：CD34、CD4、CD8、CD3、CD56(NCAM)、CD49、CD45；NK细胞受体(分化簇16(CD16))、自然杀伤组-2成员D(NKG2D)、CD69、NKp30、NKp44、NKp46、CD158b、FOXA2、FGF5、SOX17、XIST、NODAL、COL3A1、OTX2、DUSP6、EOMES、NR2F2、NR0B1、CXCR4、CYP2B6、GAT A3、GATA4、ERBB4、GATA6、HOXC6、INHA、SMAD6、RORA、NIPBL、TNFSF11、CDH11、ZIC4、GAL、SOX3、PITX2、APOA2、CXCL5、CER1、FOXQ1、MLL5、DPP10、GSC、PCDH10、CTCFL、PCDH20、TSHZ1、MEGF10、MYC、DKK1、BMP2、LEFTY2、HES1、CDX2、GNAS、EGR1、COL3A1、TCF4、HEPH、KDR、TOX、FOXA1、LCK、PCDH7、CD1D FOXG1、LEFTY1、TUJ1、T基因(Brachyury)、ZIC1、GATA1、GATA2、HDAC4、HDAC5、HDAC7、HDAC9、NOTCH1、NOTCH2、NOTCH4、PAX5、RBPJ、RUNX1、STAT1和STAT3。
如本文所使用的，术语“分化标志物基因谱”或“分化基因谱”、“分化基因表达谱”、“分化基因表达特征(differentiation gene expression signature)”、“分化基因表达组”、“分化基因组”或“分化基因特征”是指多种分化标志物基因的表达或表达水平。
如本文所使用的，在细胞发育潜力的背景下，术语“潜能”或“发育潜能”是指细胞可得到的所有发育选择的总和(即发育潜能)。细胞潜能的连续体包括(但不限于)全能细胞、多潜能细胞、多能细胞、寡能细胞、单能细胞和末端分化细胞。
如本文所使用的，术语“多潜能”是指细胞形成所有体或细胞体(即胚体)谱系的能力。例如，胚胎干细胞是一类多潜能干细胞，其能够从三个胚层，即外胚层、中胚层和内胚层中的每个形成细胞。多潜能性是范围在不能够产生完整生物体的不完全或部分多潜能细胞(例如，上胚层干细胞或EpiSC)到能够产生完整生物体的更原始、更多潜能的细胞(例如，胚胎干细胞或诱导的多潜能干细胞)的发育潜能的连续体。
如本文所使用的，术语“诱导的多潜能干细胞”或iPS细胞是指从分化的体细胞(例如，成人、新生儿或胎儿细胞)获得的干细胞，所述干细胞的获得是通过称为重编程为能够分化为所有三个胚层或皮层——中胚层、内胚层和外胚层的组织的细胞的过程进行的。自然界中不存在iPS细胞。
如本文所使用的，术语“胚胎干细胞”是指来源于胚胎囊胚的内细胞团的多潜能干细胞。胚胎干细胞是多潜能的，并在发育过程中产生三个主要胚层——外胚层、内胚层和中胚层的所有衍生物。它们不会促进胚外膜或胎盘，即不是全能的。
如本文所使用的，术语“多能干细胞”是指具有分化为具有一个或多个胚层(外胚层、中胚层和内胚层)，但非全部三个胚层的细胞的发育潜力的细胞。因此，多能细胞也可被称为“部分分化的细胞”。多能细胞在本领域中是熟知的，并且多能细胞的实例包括成体干细胞，如(例如)造血干细胞和神经干细胞。“多能”表示细胞可以形成多种类型的给定谱系的细胞，而非其它谱系的细胞。例如，多能造血细胞可以形成多种不同类型的血细胞(红细胞、白细胞、血小板等)，但不能形成神经元。因此，术语“多能性”是指发育潜力程度低于全能和多潜能的细胞的状态。
可以部分通过评价细胞的多潜能性特征来确定多潜能性。多潜能性特征包括(但不限于)：(i)多潜能干细胞形态；(ii)无限自我更新的潜力；(iii)多潜能干细胞标志物的表达，其包括(但不限于)SSEA1(仅小鼠)、SSEA3/4、SSEA5、TRA1-60/81、TRAl-85、TRA2-54、GCTM-2、TG343、TG30、CD9、CD29、CD133/prominin、CD140a、CD56、CD73、CD90、CD105、OCT4、NANOG、SOX2、CD30和/或CD50；(iv)分化为全部3种体细胞谱系(外胚层、中胚层和内胚层)的能力；(v)由3种体细胞谱系组成的畸胎瘤形成；和(vi)由来自3种体细胞谱系的细胞组成的拟胚体的形成。
如本文所使用的，术语“多潜能干细胞形态”是指胚胎干细胞的经典形态学特征。正常胚胎干细胞形态的特征在于圆形且小的形状，其具有高核质比、明显存在的核仁以及典型的细胞内间隙。
如本文所使用的，术语“营养剥夺条件”是指不利的生长或代谢条件，其中观察到了较低的营养物水平或营养物的缺乏。营养剥夺是肿瘤微环境的标志条件之一。肿瘤的快速生长导致由于血液供给不足所造成的肿瘤物质核心内缺氧和营养剥夺微环境的出现。在一些实施方式中，营养剥夺条件包括用于细胞代谢的营养物，例如，葡萄糖或谷氨酰胺的浓度的降低。在一些实施方式中，营养剥夺条件包括降低的葡萄糖浓度，例如，约10mM、约9mM、约8mM、约7mM、约6mM、约5mM、约4mM、约3mM、约2mM或约1mM的葡萄糖浓度至小于约1mM，例如，约0.9mM、约0.8mM、约0.7mM、约0.6mM、约0.5mM、约0.4mM、约0.3mM、约0.2mM或约0.1mM的葡萄糖浓度。在一些实施方式中，营养剥夺条件包括降低的谷氨酰胺浓度，例如，约10mM、约9mM、约8mM、约7mM、约6mM、约5mM、约4mM、约3mM、约2mM或约1mM的谷氨酰胺浓度至小于约1mM，例如，约0.9mM、约0.8mM、约0.7mM、约0.6mM、约0.5mM、约0.4mM、约0.3mM、约0.2mM或约0.1mM的谷氨酰胺浓度。在一些实施方式中，营养剥夺条件包括提高的抑制代谢物(例如，乳酸盐)的浓度，例如，约0mM、约0.1mM、约0.2mM、约0.3mM、约0.4mM、约0.5mM、约0.6mM、约0.7mM、约0.8mM、约0.9mM或约1mM的乳酸盐浓度至约10mM、约15mM、约20mM、约25mM、约30mM、约35mM、约40mM、约45mM或约50mM的乳酸盐浓度。在另一个实施方式中，营养剥夺条件包括降低的pH，例如，从pH约7.5、约7.4、约7.3、约7.2、约7.1或约7至pH约6.9、约6.8、约6.7、约6.6或约6.5。
如本文所使用的，术语“备用呼吸能力”是指用于评价线粒体储备量的功能参数。备用呼吸能力是基础ATP产生及其最大活性之间的差异。当细胞经受应激时，能量需求提高，需要更多的ATP来维持细胞功能。具有较大备用呼吸能力的细胞可以产生更多的ATP并且克服更强的应激。
基因纽编辑系统
本发明公开涉及修饰的NK细胞的产生，例如，其基因组已被修饰的NK细胞或者来源于其基因组已被修饰的多能或多潜能干细胞，例如，HSC、ES细胞或iPS细胞的NK细胞。可以使用本领域技术人员已知的任何基因编辑技术来修饰本文所提供的NK细胞和干细胞，包括(例如)通过使用基因组编辑系统，例如，CRISPR。
术语“基因组编辑系统”是指具有RNA向导DNA编辑活性的任何系统。本发明公开的基因组编辑系统包括至少两种从天然存在的CRISPR系统改适的组分：向导RNA(gRNA)和RNA向导核酸酶。这两种组分形成复合物，所述复合物能够与特定核酸序列结合并在所述核酸序列中或其周围编辑DNA，例如，通过制备一条或多条单链断裂(SSB或切口)、双链断裂(DSB)和/或点突变。
天然存在的CRISPR系统进化性地组织化为两个类别和五种类型(Makarova等人Nat Rev Microbiol.2011Jun；9(6)：467-477(Makarova)，作为参考并入本文)，并且尽管本发明公开的基因组编辑系统可改适任一类型或类别的天然存在的CRISPR系统的组分，但本文所提供的实施方式通常是从2类和II型或V型CRISPR系统改适的。2类系统涵盖II型和V型，其特征在于相对较大的多结构域RNA向导核酸酶蛋白(例如，Cas9或Cpf1)以及一个或多个向导RNA(例如，crRNA和任选地tracrRNA)，它们形成核糖核蛋白(RNP)复合物，所述复合物结合(即靶向)并切割与crRNA的靶向(或间臂)序列互补的特定基因座。根据本发明公开的基因组编辑系统类似地靶向并编辑细胞DNA序列，但与天然存在的CRISPR系统显著不同。例如，本文所述的单分子向导RNA不是天然存在的，并且根据本发明公开的向导RNA和RNA向导核酸酶二者可并入多种非天然存在的修饰中。
基因组编辑系统可以以多种方式实施(例如，施用或递送至细胞或受试者)，并且不同的实施可适合于不同应用。例如，在某些实施方式中，基因组编辑系统是作为蛋白质/RNA复合物(核糖核蛋白或RNP)来实施的，其可以包括在药物组合物中，所述药物组合物任选地包括药物可用的载体和/或包封剂，如脂质或聚合物微粒或纳米颗粒、胶束、脂质体等。在某些实施方式中，基因组编辑系统是作为一种或多种编码以上所描述的RNA向导核酸酶和向导RNA组分的核酸(任选地与一种或多种其它组分一起)来实施的；在某些实施方式中，基因组编辑系统是作为一种或多种包含此类核酸的载体来实施的，例如，病毒载体，如腺病毒相关病毒；并且在某些实施方式中，基因组编辑系统是作为任何上述的组合来实施的。根据本文所述原理操作的其它或经修改的实施将对技术人员是显而易见的并且在本发明公开的范围内。
应注意本发明公开的基因组编辑系统可靶向单一特定核苷酸序列，或者可通过使用两个或更多个向导RNA靶向(并且能平行编辑)两个或更多个特定核苷酸序列。在整个本发明公开中，多种gRNA的使用被称为“多重化”，并且可用于靶向多个无关的所关心的靶标序列，或在单一靶标结构域内形成多个SSB或DSB，并且在一些情况下，用于在这种靶标结构域内产生特定编辑。例如，Maeder等人的国际专利公开No.WO2015/138510(Maeder)(该专利公开作为参考并入本文)描述了用于修正人CEP290基因中的点突变(C.2991+1655A至G)的基因组编辑系统，所述点突变导致产生了隐蔽剪接位点，这反过来降低或消除了该基因的功能。Maeder的基因组编辑系统利用两个向导RNA，所述向导RNA靶向该点突变任一侧上的(即侧接)序列，并且形成侧接该突变的DSB。这反过来促进了包括突变在内的插入序列的缺失，借此消除了隐蔽剪接位点并恢复正常基因功能。
作为另一个实例，Cotta-Ramusino等人的WO 2016/073990(“Cotta-Ramusino”)(作为参考并入本文)描述了利用两个gRNA并结合Cas9切口酶(制造单链切口的Cas9，如化脓链球菌(S.pyogenes)D10A)的基因组编辑系统，这种布置被称为“双切口酶系统”。Cotta-Ramusino的双切口酶系统经配置以在所关心的序列的相对链上制造两个偏移一个或多个核苷酸的切口，所述切口组合产生具有突出(在Cotta-Ramusino的情况下是5′突出，但3′突出也是可能的)的双链断裂。在一些情况下，该突出反过来可以有助于同源介导修复事件。并且作为另一个实例，Palestrant等人的WO 2015/070083(“Palestrant”，作为参考并入本文)描述靶向编码Cas9的核苷酸序列的gRNA(称为“向导RNA”)，其可以包括于基因组编辑系统中，所述基因组编辑系统包含一个或多个其它gRNA以允许Cas9的瞬时表达，所述Cas9可能另外(例如)在一些经病毒转导的细胞中是组成型表达的。这些多重化应用旨在是示例性的而不是限制性的，并且技术人员将理解其它多重化应用通常与本文所描述的基因组编辑系统相容。
在一些情况下，基因组编辑系统可以形成双链断裂，这些双链断裂是通过细胞DNA双链断裂机制，如NHEJ或HDR来修复的。这些机制描述于多个文献中，例如，Davis&Maizels，PNAS，111(10)：E924-932，March 11，2014(Davis)(描述Alt-HDR)；Frit等人DNA Repair 17(2014)81-97(Frit)(描述Alt-NHEJ)；和Iyama and Wilson III，DNA Repair(Amst.)2013-Aug；12(8)：620-636(Iyama)(一般地描述经典HDR和NHEJ途径)。
当基因组编辑系统通过形成DSB来操作时，那么这些系统任选地包括促进或有助于特定双链断裂修复模式或特定修复结果的一种或多种组分。例如，Cotta-Ramusino还描述了其中添加单链寡核苷酸“供体模板”的基因组编辑系统；将供体模板并入细胞DNA的靶标区中，该靶标区被所述基因组编辑系统切割，并且可以导致在所述靶标序列中产生变化。
在某些实施方式中，基因组编辑系统在不引起单链或双链断裂的情况下修饰靶标序列，或修饰靶标序列中或附近的基因的表达。例如，基因组编辑系统可以包括融合至作用于DNA的功能结构域的RNA向导核酸酶，借此修饰靶标序列或其表达。作为一个实例，RNA向导核酸酶可连接至(例如，融合至)胞苷脱氨酶功能结构域，并且可通过产生靶向的C至A的替换来操作。在Komor等人Nature 533，420-424(19May2016)(“Komor”)中描述了示例性的核酸酶/脱氨酶融合，该文献作为参考并入。作为另外一种选择，基因组编辑系统可以使用切割失活(即“死”)核酸酶，如死Cas9(dCas9)，并且可以通过在细胞DNA的一个或多个靶标区上形成稳定复合物来起作用，借此干扰涉及靶标区的功能，其无限制地包括mRNA转录、染色质重塑等。
向导RNA(gRNA)分子
术语“向导RNA”和“gRNA”表示促进RNA向导核酸酶，如Cas9或Cpf1与细胞中的靶标序列，如基因组或游离基因序列特异性结合(或“靶向”)的任何核酸。gRNA可以是单分子的(包含单一RNA分子，并且作为另外一种选择称为嵌合的)，或者模块化的(包含不止一种并且通常两种单独的RNA分子，如crRNA和tracrRNA，其通常彼此结合，例如，通过成双链(duplexing)结合)。在整个文献中描述了gRNA和它们的构成部件，例如，在Briner等人(Molecular Cell 56(2)，333-339，October 23，2014(Briner)，该文献作为参考并入本文)，和在Cotta-Ramusino中。
在细菌和古细菌中，II型CRISPR系统通常包含RNA向导核酸酶蛋白，如Cas9、包括与外源序列互补的5′区的CRISPRRNA(crRNA)和包括与crRNA的3′区互补并形成双螺旋的5′区的反式激活crRNA(tracrRNA)。尽管不意欲受任何理论束缚，但是据认为这种双螺旋有助于Cas9/gRNA复合物的形成并且是Cas9/gRNA复合物活性的所必需的。由于II型CRISPR系统适合于在基因编辑中使用，已发现crRNA和tracrRNA可以结合到单一单分子或嵌合向导RNA中，在一个非限制性实例中，通过桥接crRNA(在其3′端)和tracrRNA(在其5′端)的互补区的4个核苷酸(例如，GAAA)的“四核苷酸环”或者“接头”序列。(Mali等人Science.2013Feb 15；339(6121)：823-826(“Mali”)；Jiang等人Nat Biotechnol.2013Mar；31(3)：233-239(“Jiang”)；和Jinek等人，2012Science Aug.17；337(6096)：816-821(“Jinek”)，所有文献作为参考并入本文)。
向导RNA无论是单分子的还是模块化的都包含与靶标序列，如其中需要编辑的细胞基因组中的DNA序列内的靶向结构域完全或部分互补的“靶向结构域”。靶向结构域在文献中表示为多种名称，其无限制地包括“向导序列”(Hsu等人，Nat Biotechnol.2013Sep；31(9)：827-832(“Hsu”)，该文献作为参考并入本文)、“互补区”(Cotta-Ramusino)、“间隔区”(Briner)并且一般地称为“crRNA”(Jiang)。不管赋予它们的名称如何，靶向结构域的长度通常为10-30个核苷酸，并且在某些实施方式中，长度为16-24个核苷酸(例如，长度为16、17、18、19、20、21、22、23或24个核苷酸)，并且在Cas9 gRNA的情况下所述靶向结构域位于5′末端处或附近，并且在Cpf1gRNA的情况下位于3′末端处或附近。
除靶向结构域外，gRNA通常(但不必需，例如，如以下所讨论的)包括可以影响gRNA/Cas9复合物的形成或活性的多个结构域。例如，如以上所提及的，由gRNA的第一和第二互补结构域形成的双螺旋结构(也称为重复序列：抗重复序列双螺旋)与Cas9的识别(REC)叶片相互作用，并且可以介导Cas9/gRNA复合物的形成。(Nishimasu等人，Cell 156，935-949，February 27，2014(Nishimasu 2014)和Nishimasu等人，Cell 162，1113-1126，August 27，2015(Nishimasu 2015)，以上两篇文献作为参考并入本文)。应注意所述第一和/或第二互补结构域可以含有可由RNA聚合酶识别为终止信号的一个或多个多聚-A段。因此，第一和第二互补结构域的序列被任选地修饰(例如，通过使用如Briner中所述的A-G替换或A-U替换)以消除这些段并促进gRNA的完整体外转录。对第一和第二互补结构域的这些及其它类似修饰在本发明公开的范围内。
与第一和第二互补结构域一起，Cas9 gRNA通常包含在体内但不一定在体外参与核酸酶活性的两个或更多个其它双螺旋区域。(Nishimasu 2015)。在第二互补结构域的3′部分附近的第一茎环1被不同地称为“近端结构域”(Cotta-Ramusino)、“茎环1”(Nishimasu2014和2015)和“联结”(Briner)。一个或多个其它茎环结构通常存在于gRNA的3′末端附近，其数量随着物种而变化：酿脓链球菌(S.pyogenes)gRNA通常包含两个3′茎环(总计4个茎环结构，包括重复序列：抗重复序列双螺旋)，而金黄色葡萄球菌(S.aureus)及其它物种仅有一个(总计3个茎环结构)。Briner中提供了按物种组织的保守茎环结构(并且更一般地，gRNA结构)的描述。
尽管先前描述已集中在与Cas9一起使用的gRNA，但应理解已(或将来可能会)发现或发明其它RNA向导核酸酶，所述RNA向导核酸酶利用了与关于这一点所述的那些在某些方面不同的gRNA。例如，Cpf1(“来自普氏菌属(Prevotella)和弗朗西丝氏菌属1(Franciscella 1)的CRISPR”)是最近发现的不需要tracrRNA起作用的RNA向导核酸酶。(Zetsche等人，2015，Cell 163，759-771October 22，2015(Zetsche I)，该文献作为参考并入本文)。用于Cpf1基因组编辑系统中的gRNA通常包含靶向结构域和互补结构域(替代地，称为“手柄”)。还应注意，在与Cpf1一起使用的gRNA中，靶向结构域通常存在于3′末端处或附近，而不是上文关于Cas9 gRNA所描述的5′末端(手柄位于Cpfl gRNA的5′末端处或附近)。
本领域技术人员将理解尽管来自不同原核物种的gRNA之间或Cpfl与Cas9gRNA之间可能存在结构差异，但是gRNA的运行原理总体上是一致的。由于这种运行一致性，gRNA可以通过其靶向结构域序列而在广义上被定义，并且技术人员将理解，可以将给定的靶向结构域序列并入任何适合的gRNA中，所述适合的gRNA包括单分子或嵌合gRNA或包含一个或多个化学修饰和/或序列修饰(替换、其它核苷酸、截短等)的gRNA。因此，为了方便在本发明公开中呈现，gRNA可以仅关于其靶向结构域序列来描述。
更一般地，熟练技术人员将理解本发明公开的一些方面涉及可使用多种RNA向导核酸酶实现的系统、方法和组合物。因此，除非另有说明，否则术语gRNA应理解为涵盖可与任何RNA向导核酸酶一起使用的任何适合的gRNA，而不仅限于与特定物种的Cas9或Cpf1相容的那些gRNA。举例说明，在某些实施方式中，术语gRNA可以包括与存在于2类CRISPR系统(如II型或V型或CRISPR系统)中的任何RNA向导核酸酶或者由此来源或改编的RNA向导核酸酶一起使用的gRNA。
在一些实施方式中，所使用的向导RNA包括与标准gRNA支架相比的修饰。例如，这些修饰可以包括(例如)核碱基或主链部分的gRNA的一部分的化学修饰。在一些实施方式中，这种修饰还可以包括gRNA内DNA核苷酸的存在，例如，在靶向结构域的内部或外部。在一些实施方式中，所述修饰可以包括gRNA支架的延伸，例如，通过在向导RNA的3′或5′末端，例如在靶向结构域的远端，添加1-100个核苷酸，包括RNA和/或DNA核苷酸。
通常，gRNA包括糖基核糖，它是具有氧的5元环。示例性的修饰的gRNA可以无限制地包括核糖中氧的替代(例如，经硫(S)、硒(Se)或亚烷基，如(例如)亚甲基或亚乙基)；双键的添加(例如，以用环戊烯基或环己烯基替代核糖)；核糖的环缩(例如，以形成环丁烷或环氧丙烷的4元环)；核糖的环扩(例如，以形成具有另外的碳或杂原子的6元环或7元环，如(例如)脱水己糖醇、阿卓糖醇、甘露糖醇、环己烷基、环己烯基以及吗啉代，其也具有氨基磷酸酯主链)。尽管大多数的糖类似物改变定位至2′位，但其它位点也适于修饰，包括4′位。在某些实施方式中，gRNA包含4′-S、4′-Se或4′-C-氨基甲基-2′-O-Me修饰。
在某些实施方式中，可以将脱氮核苷酸(例如，7-脱氮-腺苷)并入gRNA中。在某些实施方式中，可以将O-烷基化和N-烷基化核苷酸(例如，N6-甲基腺苷)并入gRNA中。在某些实施方式中，gRNA中的一个或多个或全部核苷酸是脱氧核苷酸。
在某些实施方式中，如本文所使用的gRNA可以是经修饰的或未修饰的gRNA。在某些实施方式中，gRNA可以包括一个或多个修饰。在某些实施方式中，所述一个或多个修饰可以包括硫代磷酸酯键修饰、二硫代磷酸酯(PS2)键修饰、2′-O-甲基修饰或其组合。在某些实施方式中，所述一个或多个修饰可以在gRNA的5′端、在gRNA的3′端或其组合。
在某些实施方式中，gRNA修饰可包含一个或多个二硫代磷酸酯(PS2)键修饰。
在一些实施方式中，本文所使用的gRNA包括一个或多个或一段脱氧核糖核酸(DNA)碱基，在本文中也称为“DNA延伸”。在一些实施方式中，本文所使用的gRNA在gRNA的5′端、gRNA的3′端或其组合处包括DNA延伸。在某些实施方式中，所述DNA延伸可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99或100个DNA碱基长。例如，在某些实施方式中，DNA延伸可以是1、2、3、4、5、10、15、20或25个DNA碱基长。在某些实施方式中，DNA延伸可以包括一个或多个选自腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)或胸腺嘧啶(T)的DNA碱基。在某些实施方式中，DNA延伸包括相同的DNA碱基。例如，DNA延伸可以包括一段腺嘌呤(A)碱基。在某些实施方式中，DNA延伸可以包括一段胸腺嘧啶(T)碱基。在某些实施方式中，DNA延伸包括不同DNA碱基的组合。在某些实施方式中，DNA延伸可包含表3所示的序列。
在某些实施方式中，本文所使用的gRNA包括DNA延伸以及一个或多个化学修饰，例如，一个或多个硫代磷酸酯键修饰、一个或多个二硫代磷酸酯(PS2)键修饰、一个或多个2′-O-甲基修饰或其组合。在某些实施方式中，所述一个或多个修饰可以在gRNA的5′端、在gRNA的3′端或其组合。在某些实施方式中，包括DNA延伸的gRNA可包含表3所示的包括DNA延伸的序列。不希望受理论束缚，据考虑可以在本文中使用任何DNA延伸，只要它不与所述gRNA所靶向的靶标核酸杂交。在一些实施方式中，相对于不包括这种DNA延伸的gRNA，具有DNA延伸的gRNA在靶标核酸位点处显示出编辑增加。在一些实施方式中，相对于不包括这种延伸的gRNA，具有DNA延伸的gRNA显示出更有效的向NK细胞和/或干细胞的递送。
在一些实施方式中，本文所使用的gRNA包括一个或多个或一段核糖核酸(RNA)碱基，在本文中也称为“RNA延伸”。在一些实施方式中，本文所使用的gRNA在gRNA的5′端、gRNA的3′端或其组合处包括RNA延伸。在某些实施方式中，所述RNA延伸可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99或100个RNA碱基长。例如，在某些实施方式中，所述RNA延伸可以是1、2、3、4、5、10、15、20或25个RNA碱基长。在某些实施方式中，RNA延伸可以包括一个或多个选自腺嘌呤(rA)、鸟嘌呤(rG)、胞嘧啶(rC)或尿嘧啶(rU)的RNA碱基，其中“r”代表RNA，2′-羟基。在某些实施方式中，RNA延伸包括相同的RNA碱基。例如，RNA延伸可以包括一段腺嘌呤(rA)碱基。在某些实施方式中，RNA延伸包括不同RNA碱基的组合。在某些实施方式中，RNA延伸可包含表3所示的序列。
在某些实施方式中，本文所使用的gRNA包括RNA延伸以及一个或多个化学修饰，例如，一个或多个硫代磷酸酯键修饰、一个或多个二硫代磷酸酯(PS2)键修饰、一个或多个2′-O-甲基修饰或其组合。在某些实施方式中，所述一个或多个修饰可以在gRNA的5′端、在gRNA的3′端或其组合。在某些实施方式中，包括RNA延伸的gRNA可包含表3所示的包括RNA延伸的序列。在gRNA的5′末端包括RNA延伸的gRNA可以包含本文所公开的序列。在gRNA的3′末端包括RNA延伸的gRNA可以包含本文所公开的序列。
据考虑本文所使用的gRNA还可以包括RNA延伸和DNA延伸。在某些实施方式中，所述RNA延伸和DNA延伸可以位于gRNA的5′端、gRNA的3′端或其组合处。在某些实施方式中，所述RNA延伸位于所述gRNA的5′端并且所述DNA延伸位于所述gRNA的3′端。在某些实施方式中，所述RNA延伸位于所述gRNA的3′端并且所述DNA延伸位于所述gRNA的5′端。
在一些实施方式中，包括修饰，例如，5′端处的DNA延伸，和/或如本文所公开的化学修饰的gRNA与RNA向导核酸酶，例如，AsCpf1核酸酶复合，以形成RNP，其然后用于编辑靶细胞，例如，NK细胞。
下表中提供了用于Cpf1向导RNA的示例性的适合的5′延伸：
表3：gRNA 5′延伸
基于本发明公开，其它适合的gRNA修饰将对于本领域那些技术人员是显而易见的。适合的gRNA修饰包括(例如)以下中所述的那些：2018年10月2日提交的标题为“MODIFIED CPF1 GUIDE RNA”PCT专利申请PCT/US2018/054027；和2015年12月3日提交的标题为“GUIDE RNA WITH CHEMICAL MODIFICATIONS”的PCT专利申请PCT/US2015/000143；2016年4月5日提交的标题为“CHEMICALLYMODIFIED GUIDE RNAS FOR CRISPR/CAS-MEDIATED GENE REGULA TION”的PCT专利申请PCT/US2016/026028；和2016年9月23日提交的标题为“NUCLEASE-MEDIATED GENOME EDITING OF PRIMARY CELLSAND ENRICHMENTTHEREOF”的PCT专利申请PCT/US2016/053344；以上每篇专利的全部内容以其全部作为参考并入本文。
gRNA设计
先前已描述了用于靶标序列的选择和验证以及脱靶分析的方法，例如，Mali；Hsu；Fu等人，2014Natbiotechnol 32(3)：279-84；Heigwer等人，2014Nat methods 11(2)：122-3；Bae等人(2014)Bioinformatics 30(10)：1473-5；和Xiao A等人(2014)Bioinformatics30(8)：1180-1182。这些参考文献中的每一篇作为参考并入本文。作为非限制性实例，gRNA设计可包括使用软件工具来优化对应于用户靶标序列的潜在靶标序列的选择，例如，以使全基因组的总脱靶活性最小化。尽管脱靶活性不局限于切割，但可以(例如)使用实验衍生的加权方案来预测每个脱靶序列处的切割效率。这些及其它向导选择方法详细描述于Maeder和Cotta-Ramusino中。
在某些实施方式中，gRNA分子中的一个或多个或全部核苷酸是经修饰的。在2019年8月8日公开的WO 2019/152519中描述了用于修饰gRNA的策略，该专利的全部内容明确作为参考并入本文。
在本文中(例如，在下表中)提供了适合于本发明公开所涵盖的某些实施方式的向导RNA的非限制性实例。本领域那些技术人员将能够从作为DNA或RNA序列的靶向结构域序列的公开内容设想适合于特异性核酸酶(例如，Cas9或Cpf-1核酸酶)的向导RNA序列。例如，包含由RNA核苷酸组成的靶标序列的向导RNA将包括对应于作为DNA序列所提供的靶向结构域序列的RNA序列，并且这含有尿嘧啶，而不是胸苷核苷酸。例如，包含由RNA核苷酸组成并由DNA序列TCTGCAGAAATGTTCCCCGT(SEQ ID NO：22)描述的靶向结构域序列的向导RNA将具有相应RNA序列UCUGCAGAAAUGUUCCCCGU(SEQ ID NO：23)的靶向结构域。如技术人员将显而易见的，这种靶向序列将与适合的向导RNA支架(例如，crRNA支架序列或嵌合crRNA/tracerRNA支架序列)连接。适合的gRNA支架序列是本领域那些技术人员已知的。对于AsCpf1，例如，适合的支架序列包含序列UAAUUUCUACUCUUGUAGAU(SEQ ID NO：24)，其添加至靶向结构域的5′末端。在以上实例中，这将导致产生具有序列UAAUUUCUACUCUUGUAGAUUCUGCAGAAAUGUUCCCCGU(SEQ ID NO：25)的Cpf1向导RNA。本领域技术人员将进一步理解如何修饰这种向导RNA，例如，通过添加DNA延伸(例如，在以上实例中，添加如本文所述的25聚体DNA延伸将得到(例如)具有以下序列的向导RNA：ATGTGTTTTTGTCAAAAGACCTTTTrUrArArUrUrUrCrUrArCrUrCrUrUrGrUrArGrArUrUrCrUrGrCrArGrArArArUrGrUrUrCrCrCrCrGrU(SEQ IDNO：26)、ATGTGTTTTTGTCAAAAGACCTTTTrUrArArUrUrUrCrUrArCrUrCrUrUrGrUrArGrArUrArCrUrGrArCrArGrCrGrUrGrArArCrArGrGrUrArG(SEQ ID NO：1164)或ATGTGTTTTTGTCAAAAGACCTTTTrUrArArUrUrUrCrUrArCrUrCrUrUrGrUrArGrArUrUrGrArUrGrUrGrArGrArUrUrUrUrCrCrArCrCrU(SEQ ID NO：1166)。将理解本文所提供的示例性靶向序列不是限制性的，并且参考本领域中的常识，基于本发明公开，其它适合的序列，例如，本文所公开的特定序列的变体，将对于技术人员是显而易见的。
在一些实施方式中，用于在本发明公开中使用的gRNA是靶向TGFbetaR2的gRNA(TGFβR2 gRNA)。在一些实施方式中，靶向TGFbetaR2的gRNA是表4中描述的gRNA中的一种或多种。
表4.TGFbetaR2 gRNA
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在一些实施方式中，用于在本发明公开中使用的gRNA是靶向CISH的gRNA(CISHgRNA)。在一些实施方式中，靶向CISH的gRNA是表5中描述的gRNA中的一种或多种。
表5.CISH gRNA
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RNA向导核酸酶
根据本发明公开的RNA向导核酸酶包括(但不限于)天然存在的2类CRISPR核酸酶，如Cas9和Cpf1，以及由此衍生或获得的其它核酸酶。在功能方面，RNA向导核酸酶被定义为如下的那些核酸酶：(a)与gRNA相互作用(例如，复合)；和(b)与gRNA一起结合或任选地切割或修饰DNA的靶区，所述靶区包括(i)与gRNA的靶向结构域互补的序列，以及任选地，(ii)称为“原间隔序列邻近基序”或“PAM”的另一序列，其更详细地描述于下文中。在说明以下实例时，RNA向导核酸酶可以在广义上依据其PAM特异性和切割活性来定义，即使在共有相同PAM特异性或切割活性的各个RNA向导核酸酶之间可能存在变化。技术人员将理解本发明公开的一些方面涉及可以使用具有特定PAM特异性和/或切割活性的任何适合的RNA向导核酸酶实施的系统、方法和组合物。为此，除非另外指明，否则术语RNA向导核酸酶应理解为一般术语，并不限于RNA向导核酸酶的任何具体类型(例如，Cas9 vs.Cpf1)、种类(例如，化脓链球菌(S.pyogenes)vs.金黄色葡萄球菌(S.aureus))或变体(例如，全长vs.截短或分裂；天然存在的PAM特异性vs.工程化PAM特异性等)。
PAM序列的名称来源于其与“原间隔”序列的顺序关系，所述原间隔与gRNA靶向结构域(或“间隔”)互补。与原间隔序列一起，PAM序列定义了特定RNA向导核酸酶/gRNA组合的靶区域或序列。
多种RNA向导核酸酶可能需要PAM与原间隔之间的不同顺序关系。例如，Cas9核酸酶识别原间隔3′的PAM序列，而
另一方面，Cpf1通常识别原间隔5′的PAM序列。
除了识别PAM和原间隔的特定顺序取向以外，RNA向导核酸酶还可以识别特定PAM序列。例如，金黄色葡萄球菌(S.aureus)Cas9识别NNGRRT或NNGRRV的PAM序列，其中N个残基紧靠由gRNA靶向结构域所识别区域的3′。化脓链球菌(S.pyogenes)Cas9识别NGG PAM序列。并且新弗朗西斯菌(F.novicida)Cpf1识别TTN PAM序列。已鉴定多种RNA向导核酸酶的PAM序列，并且鉴定新型PAM序列的策略已描述于Shmakov等人，2015，Molecular Cell 60，385-397，November 5，2015。还应注意，工程化RNA向导核酸酶可具有与参考分子的PAM特异性不同的PAM特异性(例如，在工程化RNA向导核酸酶的情形中，参考分子可以是衍生出RNA向导核酸酶的天然存在的变体，或与工程化RNA向导核酸酶具有最大氨基酸序列同源性的天然存在的变体)。
除了其PAM特异性以外，RNA向导核酸酶的特征可以在于其DNA切割活性：天然存在的RNA向导核酸酶通常在靶标核酸中形成DSB，但是已产生仅生成(以上所讨论的)SSB的工程化变体(Ran&Hsu等人，Cell 154(6)，1380-1389，September 12，2013(Ran)，作为参考并入本文)或完全不切割的工程化变体。
Cas9
已确定化脓链球菌(S.pyogenes)Cas9的晶体结构(Jinek 2014)以及与单分子向导RNA和靶标DNA复合的金黄色葡萄球菌(S.aureus)Cas9的晶体结构(Nishimasu 2014；Anders 2014；和Nishimasu 2015)。
天然存在的Cas9蛋白包含两个叶：识别(REC)叶和核酸酶(NUC)叶；每个叶包含特定结构和/或功能域。REC叶包含富精氨酸桥螺旋(BH)结构域，以及至少一个REC结构域(例如，REC1结构域和任选地REC2结构域)。REC叶不与其它已知蛋白共有结构相似性，表明其是独特的功能域。不希望受限于任何理论，突变分析表明了BH和REC域的特殊功能作用：BH结构域似乎在gRNA：DNA识别中发挥作用，而REC结构域被认为与gRNA的重复：抗重复双螺旋相互作用并介导Cas9/gRNA复合物的形成。
NUC叶包含RuvC结构域、HNH结构域和PAM相互作用(PI)结构域。RuvC结构域与反转录病毒整合酶超家族成员共有结构相似性，并且切割靶标核酸的非互补(即底部)链。它可从两个或更多个分裂的RuvC基序形成(例如，化脓链球菌(S.pyogenes)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)中的RuvC I、RuvCII和RuvCIII)。同时，HNH结构域在结构上与HNN内切核酸酶基序类似，并且切割靶标核酸的互补(即顶部)链。顾名思义，PI结构域有助于PAM特异性。
尽管Cas9的某些功能与以上所述的特定结构域有关(但不必需完全取决于所述结构域)，但这些和其它功能可以受其它Cas9结构域或任一叶上的多个结构域介导或影响。例如，在化脓链球菌(S.pyogenes)Cas9中，如在Nishimasu 2014中所述，gRNA的重复：抗重复双螺旋落在REC叶与NUC叶之间的沟中，并且双螺旋中的核苷酸与BH、PI和REC结构域中的氨基酸相互作用。第一茎环结构中的一些核苷酸也与多个结构域(PI、BH和REC1)中的氨基酸相互作用，第二和第三茎环(RuvC和PI结构域)中的一些核苷酸也是如此。
Cpf1
与crRNA和包括TTTN PAM序列的双链(ds)DNA靶标复合的氨基酸球菌属(Acidaminococcus sp.)Cpf1的晶体结构已由Yamano等人(Cell.2016May 5；165(4)：949-962(Yamano)，作为参考并入本文)解析。像Cas9一样，Cpfl具有两个叶：REC(识别)叶和NUC(核酸酶)叶。REC叶包括REC1和REC2结构域，其缺少与任何已知蛋白质结构的相似性。同时，NUC叶包括三个RuvC结构域(RuvC-I、-II和-III)和BH结构域。然而，与Cas9相反，Cpf1REC叶缺少HNH结构域，并且包括同样缺少与已知蛋白质结构的相似性的其它结构域：结构上独特的PI结构域、3个楔形(WED)结构域(WED-I、-II和-III)和核酸酶(Nuc)结构域。
尽管Cas9和Cpf1共有结构和功能的相似性，但应理解某些Cpf1活性是由与任何Cas9结构域不同的结构域介导的。例如，靶标DNA的互补链的切割似乎是由Nuc结构域介导的，所述Nuc结构域在顺序上和空间上与Cas9的HNH结构域不同。另外，Cpf1gRNA的非靶向部分(把手)采用假结(pseudoknot)结构，而不是Cas9 gRNA中由重复：抗重复双螺旋形成的茎环结构。
RNA向导核酸酶的修饰
上述RNA向导核酸酶具有可用于多种应用的活性和性质，但技术人员将理解RNA向导核酸酶在某些情况下也可以经修饰以改变切割活性、PAM特异性或其它结构或功能特性。
首先参见改变切割活性的修饰，上文已描述降低或消除NUC叶内结构域活性的突变。可在RuvC结构域中、在Cas9 HNH结构域中或在Cpf1 Nuc结构域中做出的示例性突变描述于Ran and Yamano中，以及Cotta-Ramusino中。通常，降低或消除两个核酸酶结构域之一中的活性的突变导致具有切口酶活性的RNA向导核酸酶，但应注意切口酶活性的类型根据哪个结构域失活而变化。作为一个实例，RuvC结构域或Cas9HNH结构域的失活导致产生了切口酶。
对于化脓链球菌(S.pyogenes)(Kleinstiver等人，Nature.2015Jul 23；523(7561)：481-5(Kleinstiver I))和金黄色葡萄球菌(S.aureus)(Kleinstiver等人，NatBiotechnol.2015Dec；33(12)：1293-1298(Klienstiver II))，相对于天然存在的Cas9参考分子的PAM特异性的修饰已由Kleinstiver等人描述。Kleinstiver等人还已描述了改善Cas9的靶向保真性的修饰(Nature，2016January 28；529，490-495(Kleinstiver III))。这些参考文献中的每一篇作为参考并入本文。
已将RNA向导核酸酶分裂成两个或更多个部分，如Zetsche等人(NatBiotechnol.2015Feb；33(2)：139-42(Zetsche II)，作为参考并入)和Fine等人(SciRep.2015Jul1；5：10777(Fine)，作为参考并入)所述。
在某些实施方式中，RNA向导核酸酶可以是尺寸经优化的或截短的，例如，通过一个或多个缺失来进行，所述缺失减小核酸酶的尺寸，同时仍保留gRNA结合、靶向和PAM识别以及切割活性。在某些实施方式中，RNA向导核酸酶以共价或非共价方式，任选地通过接头结合至另一多肽、核苷酸或其它结构。示例性结合的核酸酶和接头描述于Guilinger等人，Nature Biotechnology 32，577-582(2014)，该文献出于所有目的作为参考并入本文。
RNA向导核酸酶还任选地包括标签，如(但不限于)核定位信号，以促进RNA向导核酸酶蛋白向细胞核的移动。在某些实施方式中，RNA向导核酸酶可以引入C末端和/或N末端核定位信号。核定位序列在本领域中是已知的并且描述于Maeder和其它文献中。
前述修饰列表旨在在本质上是示例性的，并且技术人员根据本发明公开将理解在某些应用中，其它修饰可以是可能的或期望的。因此，为简洁起见，参考特定RNA向导核酸酶呈现本发明公开的示例性系统、方法和组合物，但应理解所使用的RNA向导核酸酶可以不改变其操作原理的方式进行修饰。这些修饰在本发明公开的范围内。
示例性的适合的核酸酶变体包括(但不限于)包含M537R替换、H800A替换和/或F870L替换或其任意组合(根据AsCpf1野生型序列的编号方案)的AsCpf1变体。AsCpf1氨基酸序列的其它适合的修饰是本领域那些技术人员已知的。下面提供了野生型AsCpf1和AsCpf1变体的一些示例性序列。
His-AsCpf1-sNLS-sNLS H800A氨基酸序列(SEQ ID NO：1142)
Cpf1变体1氨基酸序列(SEQ ID NO：1143)
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Cpf1变体2氨基酸序列(SEQ ID NO：1144)
Cpf1变体3氨基酸序列(SEQ ID NO：1145)
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Cpf1变体4氨基酸序列(SEQ ID NO：1146)
Cpf1变体5氨基酸序列(SEQ ID NO：1147)
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Cpf1变体6氨基酸序列(SEQ ID NO：1148)
Cpf1变体7氨基酸序列(SEQ ID NO：1149)
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示例性AsCpf1野生型氨基酸序列(SEQ ID NO：1150)：
编码RNA向导核酸酶的核酸
本文提供了编码RNA向导核酸酶(例如，Cas9、Cpfl或其功能片段)的核酸。先前已描述了编码RNA向导核酸酶的示例性核酸(参见，例如，Cong 2013；Wang2013；Mali 2013；Jinek 2012)。
在一些情形中，编码RNA向导核酸酶的核酸可以是合成核酸序列。例如，合成核酸分子可以是化学修饰的。在某些实施方式中，编码RNA向导核酸酶的mRNA将具有一种或多种(例如，全部)以下性质：其可以加帽；多聚腺苷酸化；以及经5-甲基胞苷和/或假尿苷替换。
合成核酸序列也可以经密码子优化，例如，至少一个非常见密码子或较不常见的密码子已被常见密码子替代。例如，合成核酸可以指导优化的信使mRNA的合成(例如，针对在(例如，本文描述的)哺乳动物表达系统中的表达进行优化)。密码子优化的Cas9编码序列的实例呈现于Cotta-Ramusino中。
另外或者作为另外一种选择，编码RNA向导核酸酶的核酸可包含核定位序列(NLS)。核定位序列在本领域中是已知的。
举例来说，下文作为SEQ ID NO：1175描述了Cpf1变体4的核酸序列：
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候选分子的功能分析
候选RNA向导核酸酶、gRNA和其复合物可以通过本领域中已知的标准方法来评价。参见，例如，Cotta-Ramusino。RNP复合物的稳定性可通过差示扫描荧光法来评价，如下文所述。
差示扫描荧光法(DSF)
包含gRNA和RNA向导核酸酶的核糖核蛋白(RNP)复合物的热稳定性可以通过DSF来测量。DSF技术测量蛋白质的热稳定性，所述热稳定性可以在有利条件下(如添加结合RNA分子，例如gRNA)提高。
DSF测定可以根据任何适合的规程来进行，并且可以用于任何适合的环境中，无限制地包括(a)测试不同条件(例如，gRNA：RNA向导核酸酶蛋白的不同化学计量比，不同缓冲溶液等)以鉴别RNP形成的最佳条件；和(b)测试RNA向导核酸酶和/或gRNA的修饰(例如，化学修饰、序列改变等)以鉴别改善RNP形成或稳定性的那些修饰。DSF测定的一个读出是RNP复合物的解链温度的迁移；相对高的迁移表明相对于特征为较低迁移的参考RNP复合物，RNP复合物更稳定(并且可能因此具有更高活性或更有利的形成动力学、降解动力学或另一功能特征)。在作为筛选工具布置DSF测定时，可指定阈值解链温度迁移，从而使得输出是解链温度迁移等于或高于阈值的一种或多种RNP。例如，阈值可以是5℃-10℃(例如，5°、6°、7°、8°、9°、10°)或更高，并且输出可以是一种或多种特征为解链温度迁移大于或等于所述阈值的RNP。
以下描述了DSF测定条件的两个非限制性实例：
为了确定形成RNP复合物的最佳溶液，将水+10×SYPRO(LifeTechnologies产品目录号S-6650)中固定浓度(例如，2μM)的Cas9分配至384孔板中。然后，添加稀释于具有不同pH和盐的溶液中的等摩尔量的gRNA。在室温下培育10分钟并短暂离心以除去任何气泡后，使用Bio-Rad CFX384TM Real-Time System C1000TouchTM热循环仪和Bio-Rad CFX Manager软件运行从20℃至90℃的梯度，每10秒温度升高1℃。
第二测定由以下步骤组成：在来自上文测定1的最适缓冲液中混合不同浓度的gRNA与固定浓度(例如2μM)的Cas9，并在384孔板中孵育(例如，在RT下10分钟)。添加等体积的最适缓冲液+10×SYPRO(Life Technologies产品目录号S-6650)，并且将板用B粘合剂(MSB-1001)密封。在短暂离心以除去任何气泡后，使用Bio-RadCFX384TM Real-Time System C1000 TouchTM热循环仪和Bio-Rad CFX Manager软件运行从20℃至90℃的梯度，每10秒温度升高1℃。
基因纽编辑策略
在本发明公开的多个实施方式中，上述基因组编辑系统用于在细胞内或从细胞获得的DNA的靶标区中产生编辑(即改变)。本文描述了产生特定编辑的各种策略，并且这些策略通常是就所期望的修复结果、各个编辑(例如，SSB或DSB)的数目和定位以及此类编辑的那你位点方面进行描述的。
涉及SSB或DSB的形成的基因组编辑策略的特征在于修复结果，这些修复结果包括：(a)靶标区的全部或部分的缺失；(b)所靶标区的全部或部分中的插入或其替代；或(c)靶标区的全部或部分的中断。这种分组并不旨在具有限制性，或结合于任何具体理论或模型，而仅是为了便于呈现而提供。技术人员将理解所列结果不会相互排斥，并且一些修复可导致其它结果。除非另作说明，否则对特定编辑策略或方法的描述不应理解为需要特定的修复结果。
靶标区的替代通常包括用同源序列替代所述靶标区内已有序列的全部或部分，例如通过基因修正或基因转变来进行，两种修复结果是通过HDR途径介导的。HDR是通过使用供体模板促进的，所述供体模板可以是单链或双链的，如下文更详细地描述的。单链或双链模板可以是外源的，在这种情况中，它们将促进基因修正，或者所述模板可以是内源的(例如，细胞基因组内的同源序列)，以促进基因转换。外源模板可以具有不对称突出(即与DSB位点互补的模板部分可在3′或5′方向上偏移，而不是位于供体模板内的中心)，例如，如Richardson等人所述(Nature Biotechnology 34，339-344(2016)，(Richardson)，作为参考并入)。在模板为单链的情况下，它可以对应于所述靶标区的互补(顶部)或非互补(底部)链。
基因构建体
在一些方面，本发明公开提供了复杂的编辑策略，以及所产生的具有复杂基因组改变的修饰的细胞，这些复杂的基因组改变允许产生用于临床应用，例如，用于免疫肿瘤学治疗方法的先进的NK细胞产品。
在一些实施方式中，通过使用一种或多种HDR表达构建体引入基因组改变。在一些实施方式中，通过使用一种或多种HDR表达构建体引入基因组改变。在一些实施方式中，一种或多种HDR表达构建体包含一种或多种供体HDR模板。在一些实施方式中，一种或多种供体HDR模板包含编码一个或多个cDNA的一个或多个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含1个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含2个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含3个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含4个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含5个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含6个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含7个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含8个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含9个表达盒。在一些实施方式中，供体HDR模板包含10个表达盒。在一些实施方式中，一个或多个表达盒是单顺反子的。在一些实施方式中，一个或多个表达盒是双顺反子的。
在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含1个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含2个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含3个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含4个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含5个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含6个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含7个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含8个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含9个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含10个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含由2A序列隔开的一个或多个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含由2A序列隔开的两个cDNA。在一些实施方式中，一个或多个表达盒包含由2A序列隔开的3个cDNA。
在一些实施方式中，HDR表达构建体包含由异源启动子驱动的一个或多个cDNA。
在一些实施方式中，HDR表达构建体包含用于在靶标基因中插入失活突变的一种或多种供体模板，其中所述基因产物具有较少或没有功能(部分或全部失活)。在一些实施方式中，HDR表达构建体包含用于在靶标基因中插入失活突变的一种或多种供体模板，其中基因产物没有功能(全部失活)。
在一些情况下，通过在靶标区中或周围形成一个或多个切口来辅助基因转换和基因修正，如Ran和Cotta-Ramusino中所述。在一些情况下，将双-切口酶策略用于形成两个偏移SSB，其反过来形成了具有突出(例如，5′突出)的单一DSB。
靶标序列的全部或部分的中断和/或缺失可通过多种修复结果来实现。作为一个实例，可通过同时产生两个或更多个侧接靶标区的DSB使序列缺失，然后在修复DSB时切除所述靶标区，如在Maeder中针对LCA10突变所述。作为另一实例，可在修复前通过使用以下方式所产生的缺失来中断序列：形成具有单链突出的双链断裂，然后对突出进行核酸外切加工。
靶标序列中断的一个具体亚组是通过在所述靶标序列内形成插缺(indel)来介导，其中修复结果通常是通过NHEJ途径(包括Alt-NHEJ)介导的。NHEJ由于其与插缺突变的结合而被称为“易错”修复途径。然而，在一些情况下，通过NHEJ修复DSB，并且不改变其周围序列(所谓的“完美”或“无瘢痕”修复)；这通常需要DSB的两端来完美连接。同时，插缺被认为是从DNA游离端在连接前的酶促处理产生的，其从一个或两个游离端的任一条或两条链中添加和/或除去核苷酸。
由于游离DSB端的酶促处理在本质上可以是随机的，插缺突变往往是可变的，沿分布发生，并且可受多种因素影响，包括特定靶位点、所使用的细胞类型、所使用的基因组编辑策略等。即使如此，有可能引起关于插缺形成的有限普遍化：通过修复单一DSB形成的缺失最常在1-50bp范围内，但是可达到大于100-200bp。通过修复单一DSB形成的插入往往较短，并且常包括紧密围绕断裂位点的序列的短重复。然而，有可能获得大的插入，并且在这些情况下，所插入的序列通常已被追溯至基因组的其它区域或追溯至存在于细胞中的质粒DNA。
插缺突变-和经配置以产生插缺的基因组编辑系统-(例如)在不需要产生特定最终序列时和/或在将耐受移码突变的情况下对于中断靶序列是有用的。它们还可以用于其中优选特定序列的环境中，只要某些所期望的序列倾向于优先通过给定位点处的SSB或DSB的修复而发生即可。插缺突变还是评价或筛选特定基因组编辑系统和其组分的活性的有用工具。在这些和其它环境中，插缺的特征可以在于：(a)其在与基因组编辑系统接触的细胞的基因组中的相对和绝对频率，和(b)相对于未编辑序列的数值差异分布，例如±1、±2、±3等。作为一个实例，在先导发现(lead-finding)环境中，可基于在受控条件下的插缺读数筛选多种gRNA，以鉴别最有效驱动靶标位点处的切割的那些gRNA。可以选择在阈值频率或在阈值频率以上产生插缺或产生插缺的特定分布的向导以供进一步研究和开发。插缺频率和分布还可以用作用于评价不同基因组编辑系统实施或配置和递送方法的读数，例如，通过保持gRNA不变并改变某些其它反应条件或递送方法。
多重化策略
尽管上文所讨论的示例性策略集中在通过单一DSB介导的修复结果，但根据本发明公开的基因组编辑系统还可用于产生在相同基因座中或在不同基因座中的两个或更多个DSB。包括形成多个DSB或SSB的编辑策略描述于(例如)Cotta-Ramusino中。在一些实施方式中，在NK细胞或NK细胞所来源的细胞的基因组中进行多种编辑时，这些编辑在同一时间或密切接近的时间进行。在一些此类实施方式中，通过两种或更多种不同的RNA向导核酸酶实现两种或更多种基因组编辑。例如，这些基因组编辑之一可以通过saCas9(结合各自saCas9向导RNA)来实现，并且可以通过Cpf1(结合各自Cpf1向导RNA)来实现不同的基因组编辑。在一些实施方式中，在多重化基因组编辑方法的背景下，与使用相同的RNA向导核酸酶进行两种或更多种编辑相比，使用不同的RNA向导核酸酶是有利的，例如，它允许降低不期望的影响(如(例如)脱靶切割)的可能性或频率，以及基因组易位的发生。
供体模板设计
供体模板设计详细描述于文献中，例如Cotta-Ramusino中。DNA寡聚物供体模板(寡脱氧核苷酸或ODN)可以是单链(ssODN)或双链(dsODN)的，可以用于促进基于HDR的DSB修复，并且对于向靶标DNA序列引入改变、将新序列插入靶标序列中或完全替代靶标序列是特别有用的。
不论是单链或双链，供体模板通常包括与要切割的靶标序列内或附近(例如，侧接或邻近)的DNA区域同源的区域。这些同源区域在本文中称作“同源臂”，并且如以下示意性地显示的：
[5′同源臂-[替代序列]-[3′同源臂]。
同源臂可具有任何适合的长度(如果仅使用一个同源臂，包括0个核苷酸)，并且3′和5′同源臂可以具有相同长度或者可以具有不同长度。适当同源臂长度的选择可受多种因素影响，如对避免与某些序列(如Alu重复序列或其它极为常见的元件)的同源性或微同源性的期望。例如，可以缩短5′同源臂以避免序列重复元件。在其它实施方式中，可以缩短3′同源臂以避免序列重复元件。在一些实施方式中，可以缩短5′和3′同源臂两者以避免包括某些序列重复元件。另外，一些同源臂设计可以改善编辑效率或提高所期望的修复结果的频率。例如，Richardson等人Nature Biotechnology 34，339-344(2016)(Richardson)，作为参考并入，发现单链供体模板的3′和5′同源臂的相对不对称性影响修复率和/或结果。
供体模板中的替代序列已描述于其它文献(包括Cotta-Ramusino等人)中。替代序列可以是任何适合长度(如果所期望的修复结果是缺失，则包括0个核苷酸)，并且相对于需要编辑的细胞内的天然存在的序列，通常包括1、2、3或更多个序列修饰。一种常见的序列修饰包括改变天然存在的序列以修复突变，所述突变与需要治疗的疾病或病况相关。另一种常见的序列修饰包括改变一个或多个序列，所述序列与RNA向导核酸酶的PAM序列或用于产生SSB或DSB的gRNA的靶向结构域互补或编码它们，以在将替代序列引入靶标位点中之后减少或消除靶标位点的重复切割。
如果使用线性ssODN，其可以配置以(i)退火至靶标核酸的切口的链，(ii)退火至靶标核酸的完整链，(iii)退火至靶标核酸的正链和/或(iv)退火至靶标核酸的负链。ssODN可具有任何适合的长度，例如，约、至少或不超过150-200个核苷酸(例如，150、160、170、180、190或200个核苷酸)。
应注意模板核酸也可以是核酸载体，如病毒基因组或环状双链DNA，例如，质粒。包含供体模板的核酸载体可以包括其它编码或非编码元件。例如，模板核酸可以作为病毒基因组的一部分递送(例如，在AAV或慢病毒基因组中)，其包括某些基因组主链元件(例如，在AAV基因组的情况下，末端反向重复序列)并且任选地包括编码gRNA和/或RNA向导核酸酶的其它序列。在某些实施方式中，供体模板可以邻近或侧接由一种或多种gRNA识别的靶标位点，以促进在供体模板的一端或两端上形成游离DSB，所述供体模板可以参与使用相同gRNA修复在细胞DNA中形成的相应SSB或DSB。适合用作供体模板的示例性核酸载体描述于Cotta-Ramusino中。
无论使用何种形式，模板核酸都可以设计为避免不期望的序列。在某些实施方式中，可以缩短一个或两个同源臂以避免与某些序列重复元件(例如，Alu重复、LINE元件等)重叠。
靶基因编辑的定量测量
应注意本发明公开的基因组编辑系统允许检测和定量测量中靶基因编辑结果，包括靶向整合。本文所述的组合物和方法可以依赖于包含5′同源臂、货物、一个或多个引发位点、3′同源臂和任选地填充序列的供体模板的使用。例如，作为参考以其全部内容并入本文的Ramusino等人(Ramusino)的国际专利公开No.WO2019/014564描述了通过将与存在于靶向的基因组DNA基因座(即靶标核酸)的引发位点基本相同的一个或多个引物结合位点(即引发位点)嵌入供体模板来定量分析中靶基因编辑结果，包括靶向整合事件的组合物和方法。将引发位点嵌入供体模板中，从而使得当发生供体模板与靶标核酸的同源重组时，供体模板的成功靶向整合将来自供体模板的引发位点整合到靶标核酸中，从而使得可以产生至少一个扩增子，以定量确定中靶编辑结果。
在一些实施方式中，靶标核酸包含第一引发位点(P1)和第二引发位点(P2)，并且供体模板包含货物序列、第一引发位点(P1’)和第二引发位点(P2’)，其中P2′位于货物序列的5′，其中P1′位于货物序列的3′(即A1--P2'--N--P1’--A2)，其中P1′与P1基本相同，并且其中P2′与P2基本相同。在准确的同源驱动的靶向整合之后，用两个寡核苷酸引物使用单PCR反应产生三个扩增子。从最初存在于基因组DNA中的引物结合位点(P1和P2)产生第一扩增子，扩增子X，并且可以进行测序以分析未导致靶向整合的中靶编辑事件(例如，插入、缺失、基因转换)。在同源驱动的靶向整合之后，剩余的两个扩增子被定位至5′和3′连接。第二扩增子，扩增子Y，产生自靶标核酸处的靶向整合事件后P1和P2′之间的核酸序列的扩增，借此扩增5′连接。第三扩增子，扩增子Z，产生自靶标核酸处靶向整合事件后P1′和P2之间的核酸序列扩增，借此扩增3′连接。除关于靶向整合的保真性的信息之外，这些扩增子的测序还提供了对靶标核酸处的靶向整合的定量评价。为避免扩增子尺寸固有的任何偏差，可以任选地在供体模板中包含填充序列以保持所有三个预期的扩增子长度相同。
基因纽编辑系统的实施：递送、配制和施用途径
如以上所讨论的，本发明公开的基因组编辑系统可以以任何适合的方式实施，这表示此类系统的组分(无限制地包括RNA向导核酸酶、gRNA和任选的供体模板核酸)可以以任何适合的形式或形式的组合来递送、配制或施用，从而在细胞、组织或受试者中导致基因组编辑系统的转导、表达或引入和/或引起所期望的修复结果。根据本发明公开的基因组编辑系统可以引入多种gRNA、多种RNA向导核酸酶以及其它组分，如蛋白质，并且基于本发明公开的系统中所示的原理，多种实施将对技术人员是明显的。在一些实施方式中，本发明公开的基因组编辑系统作为核糖核蛋白(RNP)复合物被递送到细胞中。在一些实施方式中，一种或多种RNP复合物以任何顺序依次或同时递送至细胞中。
可以通过本领域已知的方法或如本文所述将编码根据本发明公开的基因组编辑系统的多种元件的核酸施用给受试者或递送至细胞。例如，可以通过(例如)载体(例如，病毒或非病毒载体)、非载体基方法(例如，使用裸DNA或DNA复合物)或其组合递送RNA向导核酸酶的编码DNA和/或gRNA的编码DNA以及供体模板核酸。在一些实施方式中，本发明公开的基因组编辑系统由AAV递送。
编码基因组编辑系统或其组分的核酸可以作为裸DNA或RNA直接递送至细胞，例如，借助转染或电穿孔来递送，或者可以缀合至促进靶细胞(例如，红血球、HSC)吸收的分子(例如，N-乙酰半乳糖胺)。在一些实施方式中，本发明公开的基因组编辑系统通过电穿孔被递送到细胞中。
改善细胞疗法过程的一个有希望的解决方案包括将活性蛋白直接递送到人细胞中。蛋白质递送剂Feldan Shuttle是一种基于蛋白质的递送剂，其设计用于细胞疗法(Del′Guidice等人，PLoS One.2018Apr 4；13(4)：e0195558；该文献以其全部内容作为参考并入)。在一些实施方式中，本发明公开的基因组编辑系统通过Feldan Shuttle被递送到细胞中。
本发明公开的修饰的细胞可以通过在提交本专利申请时本领域技术人员已知的任何已知施用途径施用。在一些实施方式中，本发明公开的修饰的细胞是静脉内(IV)施用的。在一些实施方式中，本发明公开的修饰的NK细胞是静脉内(IV)施用的。
如本文所使用的，“剂量”是指向受试者施用给定时间的药理活性材料的具体的量。除非另作说明，否则所述的剂量是指具有复杂基因组改变的NK细胞，其允许产生用于临床应用的先进的NK细胞产品。在一些实施方式中，修饰的NK细胞的剂量是指修饰的NK细胞的有效量。例如，在一些实施方式中，修饰的NK细胞的剂量或有效量是指每剂量约1×109-5×109个修饰的NK细胞或约2×109-5×109个修饰的NK细胞。在一些实施方式中，修饰的NK细胞的剂量或有效量是指每剂量约3×109-5×109个修饰的NK细胞或约4×109-5×109个修饰的NK细胞。
修饰的iNK细胞的产生
本发明公开的一些方面涉及来源于干细胞(例如，多能细胞，如(例如)HSC，或多潜能干细胞，如(例如)ES细胞或iPS细胞)的基因修饰的NK细胞的产生。在一些实施方式中，在基因修饰的iNK细胞来源于iPS细胞的情况下，iPS细胞来源于体细胞供体细胞。在一些实施方式中，在基因修饰的iNK细胞来源于iPS细胞的情况下，iPS细胞来源于多能供体细胞，例如HSC。
最终iNK细胞中存在的基因组编辑可以在将供体细胞重编程为iPS细胞状态的过程的任何阶段、在iPS细胞状态期间和/或在将iPS细胞分化为iNK状态的过程的任何阶段(例如，中间状态，如(例如)iPS细胞来源的HSC状态，或甚至直至或处于最终iNK细胞状态)进行。在一些实施方式中，本文所提供的修饰的iNK细胞中存在的一种或多种基因组编辑在将供体细胞重编程为iPS细胞状态之前进行。在一些实施方式中，本文所提供的修饰的iNK细胞中存在的所有编辑均在重编程/分化过程中的同时、密切接近的时间和/或相同细胞阶段(例如在供体细胞阶段、重编程过程期间、iPS细胞阶段或在分化过程期间)进行。在一些实施方式中，本文所提供的修饰的iNK细胞中存在的两种或更多种编辑在重编程/分化过程的不同时间和/或不同细胞阶段进行。例如，在一些实施方式中，在供体细胞阶段进行编辑，并且在iPS细胞阶段进行不同的编辑；在一些实施方式中，在重编程阶段进行编辑，并且在iPS细胞阶段进行不同的编辑。提供这些实例来说明本文所提供的一些策略，并且不表示限制。
多种细胞类型可用作供体细胞，该供体细胞可经受本文所提供的用于修饰的iNK细胞的获得的重编程、分化和基因组编辑策略。将要经受本文所提供的重编程、分化和基因组编辑策略的供体细胞可以是任何适合的细胞类型。例如，供体细胞可以是多潜能干细胞或分化的细胞，例如，体细胞，如(例如)成纤维细胞或T淋巴细胞。
在一些实施方式中，供体细胞是人细胞。在一些实施方式中，供体细胞是非人灵长类动物细胞。在一些实施方式中，供体细胞是哺乳动物细胞。在一些实施方式中，供体细胞是体细胞。在一些实施方式中，供体细胞是干细胞或祖细胞。在某些实施方式中，供体细胞不是人胚胎的一部分，并且其获得不涉及人胚胎的破坏。
在一些实施方式中，本文提供了iNK细胞和获得这类iNK细胞的方法，这类iNK细胞具有一种或多种基因组改变(例如，对于免疫肿瘤学治疗方法而言不期望的基因敲除，和/或对于免疫肿瘤学治疗方法而言所期望的外源核酸，例如编码基因产物的表达构建体的敲入)。在一些实施方式中，iNK细胞来源于iPS细胞，其反过来来源于体细胞供体细胞。任何适合的体细胞均可用于产生iPS细胞，并且反过来产生iNK细胞。已描述了从各种体细胞供体细胞类型获得iPS细胞适合的策略并且这些策略在本领域中是已知的。在一些实施方式中，体细胞供体细胞是成纤维细胞。在一些实施方式中，体细胞供体细胞是成熟T细胞。
例如，在一些实施方式中，获得iPS细胞并随后获得iNK细胞的体细胞供体细胞是发育成熟的T细胞(经历过胸腺选择的T细胞)。发育成熟的T细胞的一个标志是重排的T细胞受体基因座。在T细胞成熟期间，TCR基因座经历V(D)J重排以产生完整的V-结构域外显子。这些重排在将T细胞重编程为诱导性多潜能干(iPS)细胞的整个过程中以及在将所得的iPS细胞分化为体细胞的整个过程中保留。
在某些实施方式中，体细胞供体细胞是CD8+T细胞、CD8+原初T细胞、CD4+中枢记忆T细胞、CD8+中枢记忆T细胞、CD4+效应记忆T细胞、CD4+效应记忆T细胞、CD4+T细胞、CD4+干细胞记忆T细胞、CD8+干细胞记忆T细胞、CD4+辅助性T细胞、调节性T细胞、细胞毒性T细胞、自然杀伤T细胞、CD4+原初T细胞、TH17 CD4--T细胞、TH1CD4+T细胞、TH2 CD4+T细胞、TH9 CD4+T细胞、CD4+Foxp3+T细胞、CD4+CD25+CD127-T细胞或CD4+CD25+CD127-Foxp3+T细胞。
使用T细胞产生iPS细胞的一个优势是可以相对容易地编辑T细胞，例如，通过基于CRISPR的方法或其它基因编辑方法。使用T细胞产生iPS细胞的另一个优势是重排的TCR基因座允许对单个细胞及其子代细胞进行遗传跟踪。如果重编程、扩增、培养和/或分化策略在NK细胞产生中涉及单细胞的克隆扩增，则重排的TCR基因座可用作明确鉴别细胞及其子代细胞的遗传标志物。反过来，这允许将细胞群鉴定为真实克隆，或鉴定混合群体或克隆群体中的污染细胞。
使用T细胞产生具有多个编辑的iNK细胞的第三个优势是在T细胞培养物中选择与染色体易位有关的某些核型畸变。当通过CRISPR技术编辑细胞时，并且具体地当产生具有多个编辑的细胞时，这类畸变造成了问题。
使用T细胞来源的iPS细胞作为获得治疗性淋巴细胞的起点的第四个优势是它允许在淋巴细胞中表达预筛选的TCR，例如，通过针对特定抗原(例如肿瘤抗原)的结合活性选择T细胞，将所选择的T细胞重编程为iPS细胞，然后由这些iPS细胞获得表达TCR的淋巴细胞(例如，T细胞)。该策略还允许在其它细胞类型中激活TCR，例如，通过遗传或表观遗传策略。
使用T细胞获得的iPS细胞作为iNK分化的起点的第五个优势是T细胞在整个重编程过程中保留其“表观遗传记忆”的至少一部分，因此相同或密切相关的细胞类型(如iNK细胞)的后续分化与使用非相关细胞(如成纤维细胞)作为iNK来源的起点的方法相比将更有效和/或将产生更高质量的细胞群体。
在某些实施方式中，正在被操纵的供体细胞，例如，正在进行重编程的细胞和/或正在对基因组进行编辑的细胞是长期造血干细胞、短期造血干细胞、多能祖细胞、谱系限制性祖细胞、淋巴样祖细胞、髓样祖细胞、普通髓样祖细胞、红系祖细胞、巨核细胞红系祖细胞、视网膜细胞、感光细胞、视杆细胞、视锥细胞、视网膜色素上皮细胞、小梁网细胞、耳蜗毛细胞、外毛细胞、内毛细胞、肺泡上皮细胞、支气管上皮细胞、肺泡上皮细胞、肺上皮祖细胞、横纹肌细胞、心肌细胞、肌卫星细胞、神经元、神经元干细胞、间充质干细胞、诱导多能干细胞(iPS)、胚胎干细胞、成纤维细胞、单核细胞源性巨噬细胞或树突细胞、巨核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、网织红细胞、B细胞，例如祖B细胞(progenitor B cell)、前B细胞、祖B细胞(Pro B cell)、记忆B细胞、血浆B细胞、胃肠上皮细胞、胆管上皮细胞、胰腺导管上皮细胞、肠干细胞、肝细胞、肝星形细胞、库柏法细胞、成骨细胞、破骨细胞、脂肪细胞、前脂肪细胞、胰岛细胞(例如，β细胞、α细胞、δ细胞)、胰腺外分泌细胞、施旺细胞或少突胶质细胞。
在某些实施方式中，供体细胞是循环血细胞，例如，网织红细胞、巨核细胞红系祖细胞(MEP)、髓样祖细胞(CMP/GMP)、淋巴样祖细胞(LP)、造血干细胞/祖细胞(HSC)或内皮细胞(EC)。在某些实施方式中，供体细胞是骨髓细胞(例如，网织红细胞、红系细胞(例如，成红细胞)、MEP细胞、髓样祖细胞(CMP/GMP)、LP细胞、红系祖细胞(EP)、HSC、多能祖细胞(MPP)、内皮细胞(EC)、血原性内皮(HE)细胞或间质干细胞)。在某些实施方式中，供体细胞是髓样祖细胞(例如，普通髓样祖细胞(CMP)或粒细胞巨噬细胞祖细胞(GMP))。在某些实施方式中，供体细胞是淋巴样祖细胞，例如，淋巴共同祖细胞(CLP)。在某些实施方式中，供体细胞是红系祖细胞(例如，MEP细胞)。在某些实施方式中，供体细胞是造血干细胞/祖细胞(例如，长期HSC(LT-HSC)、短期HSC(ST-HSC)、MPP细胞或谱系限制性祖细胞(LRP))。在某些实施方式中，供体细胞是CD34+细胞、CD34+CD90+细胞、CD34+CD38-细胞、CD34+CD90+CD49f+CD38-CD45RA-细胞、CD105+细胞、CD31+或CD133+细胞或者CD34+CD90+CD133+细胞。在某些实施方式中，供体细胞是脐血CD34+HSPC、脐带静脉内皮细胞、脐带动脉内皮细胞、羊水CD34+细胞、羊水内皮细胞、胎盘内皮细胞或胎盘造血CD34+细胞。在某些实施方式中，供体细胞是动员的外周血造血CD34+细胞(在患者用动员剂，例如，G-CSF或普乐沙福(Plerixafor)治疗之后)。在某些实施方式中，供体细胞是外周血内皮细胞。
在一些实施方式中，供体细胞是分裂细胞。在其它实施方式中，供体细胞是非分裂细胞。
在一些实施方式中，向对其有需要的受试者施用由本文所提供的重编程、分化和编辑的方法和策略所产生的修饰的iNK细胞，例如，在免疫肿瘤学治疗方法的背景下。在一些实施方式中，可以使用本领域已知的任何适合的方法，将供体细胞或本文所提供的重编程、分化和编辑策略的任何阶段的任何细胞维持在培养中或储存(例如，在液氮中冷冻)，例如，用于后续鉴定或向对其有需要的受试者施用。
细胞重编程
与非重编程状态的相同细胞相比，具有提高的细胞潜能的细胞具有更强的发育可塑性(即可以分化为更多细胞类型)。换句话说，重编程细胞是处于比在非重编程状态下相同细胞更低的分化状态的细胞。
可以通过利用几种方法进行本发明公开的细胞的重编程。本发明公开的用于重编程体细胞的一些方法的实例描述于(但不限于)Valamehr等人WO2017/078807(“Valamehr”)和Mendlein等人WO2010/108126(“Mendlein”)以上专利以其全部内容作为参考并入本文。
简要地，用于指导多潜能干细胞向确定性造血谱系的细胞分化的方法可包括：(i)使多潜能干细胞与包含BMP激活因子和任选地bFGF的组合物接触，以启动由多潜能干细胞向中胚层细胞的分化和扩增；(ii)将这些中胚层细胞与包含BMP激活剂、bFGF和GSK3抑制剂的组合物接触，其中所述组合物任选地不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动由这些中胚层细胞向具有确定性HE潜力的中胚层细胞的分化和扩增；(iii)使这些具有确定性HE潜力的中胚层细胞与以下组合物接触，所述组合物包含ROCK抑制剂；选自bFGF、VEGF、SCF、IGF、EPO、IL6和IL11的一种或多种生长因子和细胞因子；以及任选地Wnt途径激活因子，其中该组合物任选地不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动由具有确定性生血内皮潜力的多潜能干细胞来源的中胚层细胞向确定性生血内皮的分化和扩增；以及任选地，使多潜能干细胞、多潜能干细胞来源的中胚层细胞、具有生血内皮的中胚层细胞和/或确定性生血内皮经受约2％至约10％之间的低氧张力。
在用于指导多潜能干细胞向造血谱系的细胞分化的方法的一些实施方式中，所述方法还包括使多潜能干细胞与包含MEK抑制剂、GSK3抑制剂和ROCK抑制剂的组合物接触，其中所述组合物不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以接种和扩增多潜能干细胞。在一些实施方式中，多潜能干细胞是iPSC。在一些实施方式中，iPSC是原初iPSC。在一些实施方式中，iPSC包含一种或多种遗传印记，并且其中包含在iPSC中的一种或多种遗传印记被保留在由其分化的多潜能干细胞来源的造血细胞中。
在用于指导多潜能干细胞向造血谱系的细胞分化的方法的一些实施方式中，多潜能干细胞向造血谱系的细胞的分化没有产生拟胚体，并且处于单层培养形式。
在上述方法的一些实施方式中，所获得的多潜能干细胞来源的确定性生血内皮细胞是CD34+。在一些实施方式中，所获得的确定性生血内皮细胞是CD34+CD43-。在一些实施方式中，确定性生血内皮细胞是CD34+CD43-CXCR4-CD73-。在一些实施方式中，确定性生血内皮细胞是CD34+CXCR4-CD73-。在一些实施方式中，确定性生血内皮细胞是CD34+CD43-CD93-。在一些实施方式中，确定性生血内皮细胞是CD34+CD93-。
在上述方法的一些实施方式中，所述方法进一步包括(i)使多潜能干细胞来源的确定性生血内皮与以下组合物接触，所述组合物包含ROCK抑制剂；选自VEGF、bFGF、SCF、Flt3L、TPO和IL7的一种或多种生长因子和细胞因子；和任选地BMP激活因子；以启动确定性生血内皮向前T细胞祖细胞的分化；并且任选地，(ii)使这些前T细胞祖细胞与以下组合物接触，所述组合物包含选自SCF、Flt3L和IL7的一种或多种生长因子和细胞因子，但不含VEGF、bFGF、TPO、BMP激活因子和ROCK抑制剂中的一种或多种，以启动这些前T细胞祖细胞向T细胞祖细胞或T细胞的分化。在所述方法的一些实施方式中，多潜能干细胞来源的T细胞祖细胞是CD34+CD45+CD7+。在所述方法的一些实施方式中，多潜能干细胞来源的T细胞祖细胞是CD45+CD7+。
在上述用于指导多潜能干细胞向造血谱系的细胞分化的方法的另外一些实施方式中，所述方法进一步包括：(i)使多潜能干细胞来源的确定性生血内皮与以下组合物接触，所述组合物包含ROCK抑制剂；选自VEGF、bFGF、SCF、Flt3L、TPO、IL3、IL7和IL15的一种或多种生长因子和细胞因子；和任选地BMP激活因子，以启动确定性生血内皮向前NK细胞祖细胞的分化；并且任选地，(ii)使多潜能干细胞来源的前NK细胞祖细胞与以下组合物接触，所述组合物包含选自SCF、Flt3L、IL3、IL7和IL15的一种或多种生长因子和细胞因子，其中所述培养基不含VEGF、bFGF、TPO、BMP激活因子和ROCK抑制剂中的一种或多种，以启动前NK细胞祖细胞向NK细胞祖细胞或NK细胞的分化。在一些实施方式中，多潜能干细胞来源的NK祖细胞是CD3-CD45+CD56+CD7+。在一些实施方式中，多潜能干细胞来源的NK细胞是CD3-CD45+CD56+，并且任选地进一步由NKp46+、CD57+和CD16+定义。
在上述用于指导多潜能干细胞向NK细胞分化的方法的另外一些实施方式中，所述方法进一步包括敲除多潜能干细胞中的基因Nrg1。
在一些实施方式中，本发明公开提供了用于产生多潜能干细胞来源的T谱系细胞的方法，其包括：(i)使多潜能干细胞与包含BMP激活因子和任选地bFGF的组合物接触，以启动从多潜能干细胞向中胚层细胞的分化和扩增；(ii)使这些中胚层细胞与以下组合物接触，所述组合物包含BMP激活因子、bFGF和GSK3抑制剂，但不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动从中胚层细胞向具有确定性HE潜力的中胚层细胞的分化和扩增；(iii)使具有确定性HE潜力的中胚层细胞与以下组合物接触，所述组合物包含ROCK抑制剂；选自bFGF、VEGF、SCF、IGF、EPO、IL6和IL11的一种或多种生长因子和细胞因子；以及任选地Wnt途径激活因子；其中所述组合物不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动从具有确定性HE潜力的中胚层细胞向确定性生血内皮的分化和扩增；(iv)使确定性生血内皮与以下组合物接触，所述组合物包含ROCK抑制剂；选自VEGF、bFGF、SCF、Flt3L、TPO和IL7的一种或多种生长因子和细胞因子；和任选地BMP激活因子；以启动确定性生血内皮向前T细胞祖细胞的分化；以及(v)使这些前T细胞祖细胞与以下组合物接触，所述组合物包含选自SCF、Flt3L和IL7的一种或多种生长因子和细胞因子，其中所述组合物不含VEGF、bFGF、TPO、BMP激活因子和ROCK抑制剂中的一种或多种；以启动这些前T细胞祖细胞向T细胞祖细胞或T细胞的分化；并且任选地，使接种的多潜能干细胞、中胚层细胞、具有确定性HE潜力的中胚层细胞和/或确定性生血内皮经受约2％至约10％之间的低氧张力。在一些实施方式中，上述方法的组II进一步包括使iPSC与包含MEK抑制剂、GSK3抑制剂和ROCK抑制剂，但不含TGFβ受体/ALK抑制剂的组合物接触，以接种和扩增多潜能干细胞；和/或其中这些多潜能干细胞。在一些实施方式中，多潜能干细胞是iPSC。在一些实施方式中，iPSC是原初iPSC。在所述方法的一些实施方式中，多潜能干细胞向T细胞谱系的分化没有产生拟胚体，并且处于单层培养形式。
在一些实施方式中，本发明公开提供了用于产生多潜能干细胞来源的NK谱系细胞的方法，其包括：(i)使多潜能干细胞与包含BMP激活因子和任选地bFGF的组合物接触，以启动从多潜能干细胞向中胚层细胞的分化和扩增；(ii)使中胚层细胞与以下组合物接触，所述组合物包含BMP激活因子、bFGF和GSK3抑制剂，并且任选地不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动由中胚层细胞向具有确定性HE潜力的中胚层细胞的分化和扩增；(iii)使具有确定性HE潜力的中胚层细胞与以下组合物接触，所述组合物包含选自bFGF、VEGF、SCF、IGF、EPO、IL6和IL11的一种或多种生长因子和细胞因子；ROCK抑制剂；任选地Wnt途径激活因子；并且任选地不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动由具有确定性HE潜力的多潜能干细胞来源的中胚层细胞向多潜能干细胞来源的确定性生血内皮的分化和扩增；(iv)使多潜能干细胞来源的确定性生血内皮与以下组合物接触，所述组合物包含ROCK抑制剂；选自VEGF、bFGF、SCF、Flt3L、TPO、IL3、IL7和IL15的一种或多种生长因子和细胞因子，以及任选地BMP激活因子，以启动多潜能干细胞来源的确定性生血内皮向前NK细胞祖细胞的分化；以及(v)使多潜能干细胞来源的前NK细胞祖细胞与以下组合物接触，所述组合物包含选自SCF、Flt3L、IL3、IL7和IL15的一种或多种生长因子和细胞因子，但不含VEGF、bFGF、TPO、BMP激活因子和ROCK抑制剂中的一种或多种，以启动多潜能干细胞来源的前NK细胞祖细胞向多潜能干细胞来源的NK细胞祖细胞或NK细胞的分化；以及任选地使接种的多潜能干细胞、多潜能干细胞来源的中胚层细胞和/或确定性生血内皮经受约2％至约10％之间的低氧张力。在一些实施方式中，用于产生组II的多潜能干细胞来源的NK谱系细胞的方法进一步包括使iPSC与包含MEK抑制剂、GSK3抑制剂和ROCK抑制剂，但不含TGFβ受体/ALK抑制剂的组合物接触，以接种和扩增iPSC。在一些实施方式中，iPSC是原初iPSC。在一些实施方式中，用于产生多潜能干细胞来源的NK谱系细胞的方法没有产生拟胚体，并且处于单层培养形式。
在一些实施方式中，本发明公开提供了用于产生多潜能干细胞来源的确定性生血内皮的方法，所述方法包括：(i)使iPSC与包含BMP激活因子和任选地bFGF的组合物接触，以启动从多潜能干细胞向多潜能干细胞来源的中胚层细胞的分化和扩增；(ii)使多潜能干细胞来源的中胚层细胞与以下组合物接触，所述组合物包含BMP激活因子、bFGF和GSK3抑制剂，并且任选地不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动从多潜能干细胞来源的中胚层细胞向具有确定性HE潜力的多潜能干细胞来源的中胚层细胞的分化和扩增；(iii)使具有确定性HE潜力的多潜能干细胞来源的中胚层细胞与以下组合物接触，所述组合物包含选自bFGF、VEGF、SCF、IGF、EPO、IL6和IL11的一种或多种生长因子和细胞因子；ROCK抑制剂；以及任选地Wnt途径激活因子，并且任选地不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动从具有确定性HE潜力的多潜能干细胞来源的中胚层细胞向多潜能干细胞来源的确定性生血内皮的分化和扩增；以及任选地，使接种的多潜能干细胞、多潜能干细胞来源的中胚层细胞和/或确定性生血内皮经受约2％至约10％之间的低氧张力。在一些实施方式中，用于产生多潜能干细胞来源的确定性生血内皮的上述方法进一步包括：将iPSC与包含MEK抑制剂、GSK3抑制剂和ROCK抑制剂但不含TGFβ受体/ALK抑制剂的组合物接触，以接种和扩增iPSC；和/或其中iPSC是原初iPSC。在一些实施方式中，iPSC包含一种或多种遗传印记，并且其中包含在iPSC中的一种或多种遗传印记被保留在由其分化的多潜能干细胞来源的确定性生血内皮细胞中。在一些实施方式中，将iPSC分化为确定性生血内皮细胞的上述方法没有产生拟胚体，并且处于单层培养形式。
在一些实施方式中，本发明公开提供了用于产生造血谱系的多潜能干细胞来源的多能祖细胞的方法，所述方法包括：(i)使iPSC与包含BMP激活因子和任选地bFGF的组合物接触，以启动从iPSC向多潜能干细胞来源的中胚层细胞的分化和扩增；(ii)使多潜能干细胞来源的中胚层细胞与以下组合物接触，所述组合物包含BMP激活因子、bFGF和GSK3抑制剂，但不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动从中胚层细胞向具有确定性HE潜力的中胚层细胞的分化和扩增；(iii)使具有确定性HE潜力的中胚层细胞与以下组合物接触，所述组合物包含ROCK抑制剂；选自bFGF、VEGF、SCF、IGF、EPO、IL6和IL11的一种或多种生长因子和细胞因子；以及任选地Wnt途径激活因子，其中所述组合物不含TGFβ受体/ALK抑制剂，以启动从具有确定性HE潜力的中胚层细胞向确定性生血内皮的分化和扩增；(iv)使确定性生血内皮与以下组合物接触，所述组合物包含BMP激活因子，ROCK抑制剂，选自TPO、IL3、GMCSF、EPO、bFGF、VEGF、SCF、IL6、Flt3L和IL11组成的组的一种或多种生长因子和细胞因子，以启动确定性生血内皮向前HSC的分化；以及(v)使前HSC与以下组合物接触，所述组合物包含BMP激活因子、选自TPO、IL3、GMCSF、EPO、bFGF、VEGF、SCF、IL6和IL11的一种或多种生长因子和细胞因子，但不含ROCK抑制剂，以启动前HSC向造血多能祖细胞的分化；以及任选地使接种的多潜能干细胞、中胚层细胞和/或确定性生血内皮经受约2％至约10％之间的低氧张力。在一些实施方式中，用于产生多潜能干细胞来源的造血多能祖细胞的上述方法进一步包括使多潜能干细胞与包含MEK抑制剂、GSK3抑制剂和ROCK抑制剂，但不含TGFβ受体/ALK抑制剂的组合物接触，以接种和扩增多潜能干细胞。在一些实施方式中，多潜能干细胞是iPSC。在一些实施方式中，iPSC是原初iPSC。在一些实施方式中，iPSC包含一种或多种遗传印记，并且其中包含在iPSC中的一种或多种遗传印记被保留在由其分化的多潜能干细胞来源的造血多能祖细胞中。在一些实施方式中，使用上述方法的多潜能干细胞向造血多能祖细胞的分化没有产生拟胚体，并且处于单层培养形式。
在一些实施方式中，本发明公开提供了一种组合物，其包含：由本文所公开的培养平台产生的一个或多个细胞群体：多潜能干细胞来源的(i)CD34+确定性生血内皮(iCD34)，其中iCD34细胞具有分化为多能祖细胞、T细胞祖细胞、NK细胞祖细胞、T细胞、NK细胞、NKT细胞和B细胞的能力，并且其中iCD34细胞是CD34+CD43-；(ii)确定性生血内皮(iHE)，其中iHE细胞是CD34+，以及CD43-、CD93-、CXCR4-、CD73-和CXCR4-CD73-中至少一种；(iii)多潜能干细胞来源的确定性HSC，其中iHSC是CD34+CD45+；(iv)造血多能祖细胞，其中iMPP细胞是CD34+CD45+；(v)T细胞祖细胞，其中T细胞祖细胞是CD34+CD45+CD7+或CD34-CD45+CD7+；(vi)T细胞，其中T细胞是CD45+CD3+CD4+或CD45+CD3+CD8+；(vii)NK细胞祖细胞，其中NK细胞祖细胞是CD45+CD56+CD7+；(viii)NK细胞，其中NK细胞是CD3-CD45+CD56+，并且任选地进一步由NKp46+、CD57+和CD16+定义；(ix)NKT细胞，其中NKT细胞是CD45+Vα24Jα18+CD3+；和(x)B细胞，其中B细胞是CD45+CD19+。
在一些实施方式中，本发明公开提供了使用本文所公开的方法产生的以下一种或多种细胞系或克隆细胞：多潜能干细胞来源的(i)CD34+确定性生血内皮(iCD34)，其中iCD34细胞具有分化为多能祖细胞、T细胞祖细胞、NK细胞祖细胞、T细胞、NK细胞和NKT细胞的能力，并且其中iCD34细胞是CD34+CD43-；(ii)确定性生血内皮(iHE)，其中iHE细胞系或克隆细胞是CD34+，以及CD43-、CD93-、CXCR4-、CD73-和CXCR4-CD73-中至少一种；(iii)确定性HSC，其中iHSC是CD34+CD45+；(iv)造血多能祖细胞(iMPP)，其中iMPP细胞是CD34+CD45+；(v)T细胞祖细胞，其中T细胞祖细胞是CD34+CD45+CD7+或CD34-CD45+CD7+；(vi)T细胞，其中T细胞是CD45+CD3+CD4+或CD45+CD3+CD8+；(vii)NK细胞祖细胞，其中NK细胞祖细胞是CD45+CD56+CD7+；(viii)NK细胞，其中NK细胞是CD3-CD45+CD56+，并且任选地进一步由NKp46+、CD57+和CD16+定义；(ix)NKT细胞，其中NKT细胞是CD45+Vα24Jα18+CD3+；和(x)B细胞，其中B细胞是CD45+CD19+。
在一些实施方式中，本发明公开提供了使用由所公开的方法所产生的以下细胞群体、细胞系或克隆细胞中的一种或多种促进造血自我更新、重构或植入的方法：多潜能干细胞来源的(i)CD34+确定性生血内皮(iCD34)，其中iCD34细胞具有分化为多能祖细胞、T细胞祖细胞、NK细胞祖细胞、T细胞、NK细胞和NKT细胞的能力，并且其中iCD34细胞是CD34+CD43-；(ii)确定性生血内皮(iHE)，其中iHE细胞系或克隆细胞是CD34+，以及CD43-、CD93-、CXCR4-、CD73-和CXCR4-CD73-中至少一种；(iii)确定性HSC，其中iHSC是CD34+CD45+；(iv)造血多能祖细胞，其中iMPP细胞是CD34+CD45+；(v)T细胞祖细胞，其中T细胞祖细胞是CD34+CD45+CD7+或CD34-CD45+CD7+；(vi)T细胞，其中T细胞是CD45+CD3+CD4+或CD45+CD3+CD8+；(vii)NK细胞祖细胞，其中NK细胞祖细胞是CD45+CD56+CD7+；(viii)NK细胞，其中NK细胞是CD3-CD45+CD56+，并且任选地进一步由NKp46+、CD57+和CD16+定义；(ix)NKT细胞，其中NKT细胞是CD45+Vα24Jα18+CD3+；和(x)B细胞，其中B细胞是CD45+CD19+。
在一些实施方式中，本发明公开提供了产生具有增强的治疗性质的造血谱系细胞的方法，并且所述方法包括：获得包含一个或多个遗传印记的iPSC；并指导iPSC向造血谱系细胞分化。指向分化的步骤进一步包括：(i)使多潜能干细胞与包含BMP途径激活因子和任选地bFGF的组合物接触，以获得中胚层细胞；以及(ii)使这些中胚层细胞与包含BMP途径激活因子、bFGF和WNT途径激活因子的组合物接触，以获得具有确定性生血内皮(HE)潜力的中胚层细胞，其中这些具有确定性生血内皮(HE)潜力的中胚层细胞能够提供造血谱系细胞。优选地，没有形成拟胚体的步骤，在步骤(i)和(ii)中获得中胚层细胞和具有确定性HE潜力的中胚层细胞，并且所获得的造血谱系细胞包含确定性生血内皮细胞、造血干细胞和祖细胞(HSC)、造血多能祖细胞(MPP)、前T细胞祖细胞、前NK细胞祖细胞、T细胞祖细胞、NK细胞祖细胞、T细胞、NK细胞、NKT细胞或B细胞。此外，造血谱系细胞保留了在iPSC中包含的用于指向分化的遗传印记。
在一些实施方式中，上述方法的指向分化的步骤进一步包括：(i)使这些具有确定性HE潜力的中胚层细胞与包含bFGF和ROCK抑制剂的组合物接触，以获得确定性HE细胞；(ii)使这些确定性HE细胞与以下组合物接触，所述组合物包含BMP激活因子和任选地ROCK抑制剂以及选自TPO、IL3、GMCSF、EPO、bFGF、VEGF、SCF、IL6、Flt3L和IL11的一种或多种生长因子和细胞因子，以获得造血多能祖细胞(MPP)；(iii)使这些确定性HE细胞与以下组合物接触，所述组合物包含选自SCF、Flt3L和IL7的一种或多种生长因子和细胞因子；以及任选地BMP激活因子、ROCK抑制剂、TPO、VEGF和bFGF中的一种或多种，以获得前T细胞祖细胞、T细胞祖细胞和/或T细胞；或(iv)使这些确定性HE细胞与以下组合物接触，以获得前NK细胞祖细胞、NK细胞祖细胞和/或NK细胞，所述组合物包含选自SCF、Flt3L、TPO、IL7和IL15的一种或多种生长因子和细胞因子，以及任选地BMP激活因子、ROCK抑制剂、VEGF和bFGF中的一种或多种。
简而言之，所述方法可以包括重编程成熟源T或B细胞以获得诱导性多潜能干细胞(iPSC)；以及检测iPSC或由其来源的造血谱系细胞中特定V(D)J重组的存在，该重组与用于产生iPSC的成熟T或B细胞中包含的那种相同。在一些实施方式中，上述方法进一步包括将包含与成熟源T或B细胞相同的V(D)J重组的iPSC或造血谱系细胞分离。在一些实施方式中，上述方法包括在重编程源细胞之前，获得用于重编程的成熟源T或B细胞；以及确定免疫球蛋白(Ig)或T细胞受体(TCR)中包含的对成熟源T或B细胞特异的V(D)J重组。
“多潜能性因子”或“重编程因子”是指能够单独或与其它剂组合提高细胞的发育潜能的试剂。多潜能性因子无限制地包括能够提高细胞发育潜能的多核苷酸、多肽和小分子。示例性的多潜能性因子包括(例如)转录因子和小分子重编程剂。
已表明适合于体细胞重编程的来自所有3个胚层的多种细胞类型中的一些包括(但不限于)肝脏和胃(Aoi等人，2008)；胰腺β细胞(Stadtfeld等人，2008)；成熟B淋巴细胞(Hanna等人，2008)；人皮肤成纤维细胞(Takahashi等人，2007；Yu等人，2007；Lowry等人，2008；Aasen等人，2008)；脑膜细胞(Qin等人，2008)；神经干细胞(DiSteffano等人，2008)；和神经祖细胞(Eminli等人，2008)。因此，本发明公开部分地设想了用以从任何细胞谱系重编程和/或编程细胞的方法。
本发明公开部分设想了通过使细胞与一种或多种抑制子和/或激活因子接触来改变细胞潜能，从而调节表观遗传状态、染色质结构、转录、mRNA剪接、转录后修饰、mRNA稳定性和/或半衰期、翻译、翻译后修饰、蛋白质稳定性和/或半衰期和/或与确定或影响细胞潜能相关的细胞途径的组分的半衰期和/或蛋白质活性。
因此，在各个实施方式中，如本文其它处所讨论的，本发明公开使用可预测且高度受控的基因表达方法，其使得能够进行体细胞的离体或体内重编程或脱分化和编程或分化。如上所述，然而，细胞的有意遗传工程不是优选的，因为它改变细胞基因组，并且可能导致遗传或表观遗传异常。相比之下，本发明公开的组合物和方法提供了抑制子和/或激活因子，其通过模拟细胞的内源发育潜能途径以实现细胞的重编程和/或编程来非遗传性改变细胞的潜能。
重编程中的小分子
已通过所定义的基因(例如，Oct-3/4、Sox-2、Klf-4、c-Myc和Lin28等)与小分子组合的反转录病毒感染实现了将体细胞重编程为诱导性多潜能干细胞。
在一些实施方式中，本发明公开提供了改变细胞的潜能的方法，所述方法包括使细胞与一种或多种抑制子和/或激活因子或包含它们的组合物接触，其中所述一种或多种抑制子和/或激活因子调节与细胞潜能相关的细胞途径的至少一种组分，借此改变细胞潜能。在具体的实施方式中，一种或多种抑制子和/或激活因子调节与细胞潜能有关的细胞途径的一种或多种组分，并借此改变细胞潜能。在某些实施方式中，一种或多种抑制子和/或激活因子调节与细胞潜能有关的一个或多个细胞途径的一种或多种组分，并借此改变细胞潜能。在某些相关实施方式中，所述组分的调节是协同的，并提供了改变细胞潜能的整体效力。与基础潜能状态相比，细胞潜能可以改变为高潜能状态(例如，从分化的细胞到多能、多潜能或全能细胞)或低潜能状态(例如，从全能、多潜能或多能细胞到分化的体细胞)。在其它实施方式中，细胞潜能可以改变不止一次。例如，可以首先将细胞重编程为高潜能状态，然后编程为具体的体细胞。
在另一个实施方式中，本发明公开的方法提供了细胞潜能的提高，其中细胞被重编程或去分化为全能状态，其包括使所述细胞与包含一种或多种抑制子和/或激活因子的组合物接触，其中所述一种或多种抑制子和/或激活因子调节与细胞全能性有关的细胞途径的至少一种组分，借此将细胞潜能提高至全能状态。
在具体实施方式中，将细胞潜能提高至多潜能状态的方法包括使所述细胞与一种或多种抑制子和/或激活因子接触，其中所述一种或多种抑制子和/或激活因子调节与细胞潜能有关的细胞途径的至少一种组分，借此将细胞潜能提高至多潜能状态。
在另一个具体实施方式中，将细胞潜能提高至多能状态的方法包括使细胞与一种或多种抑制子和/或激活因子接触，其中所述一种或多种抑制子和/或激活因子调节与细胞潜能有关的细胞途径的至少一种组分，借此将细胞潜能提高至多能状态。
在某些实施方式中，提高细胞潜能的方法进一步包括使全能细胞、多潜能细胞或多能细胞与第二组合物接触的步骤，其中第二组合物调节细胞潜能途径的至少一种组分以降低细胞的全能性、多潜能性或多能性，并将细胞分化为成熟体细胞。
在另一个相关实施方式中，本发明公开提供了重编程细胞的方法，所述方法包括使细胞与包含一种或多种抑制子和/或激活因子的组合物接触，其中所述一种或多种抑制子和/或激活因子调节与细胞重编程有关的一个或多个细胞途径的至少一种组分，借此重编程细胞。
在其它实施方式中，本发明公开提供了将细胞去分化为高潜能状态的方法，所述方法包括使细胞与包含一种/或多种激活因子的组合物接触，其中所述一种或多种抑制子和/或激活因子调节与将细胞去分化为高潜能状态有关的一种或多种细胞途径的至少一种组分，借此将细胞去分化为无潜能状态。
根据本发明公开的多个实施方式，抑制子可以是抗体或抗体片段、内抗体、反式体(transbody)、DNA酶、ssRNA、dsRNA、mRNA、反义RNA、核酶、反义寡核苷酸、pri-miRNA、shRNA、拮抗剂(antagomir)、适体、siRNA、dsDNA、ssDNA；多肽或其活性片段、拟肽、类肽或小有机分子。基于多肽的抑制子包括(但不限于)融合多肽。基于多肽的抑制子还包括转录抑制子，其可以进一步是如在本文其它地方所描述的融合多肽和/或人工设计的转录抑制子。
根据其它多种实施方式，激活因子可以是抗体或抗体片段、mRNA、双功能反义寡核苷酸、dsDNA、多肽或其活性片段、拟肽、类肽或小有机分子。
在一些实施方式中，抑制子通过以下方式调节细胞潜能途径的至少一种组分：a)阻遏所述至少一种组分；b)脱阻遏所述至少一种组分的抑制子；或c)阻遏所述至少一种组分的激活因子。在相关实施方式中，一种或多种抑制子可以通过以下方式调节与细胞潜能有关的途径的至少一种组分：a)脱阻遏所述至少一种组分；b)阻遏所述至少一种组分的抑制子；或c)脱阻遏所述至少一种组分的激活因子。
在某些实施方式中，一种或多种抑制子通过以下方式调节与细胞潜能有关的细胞途径的至少一种组分：a)阻遏组蛋白甲基转移酶或阻遏所述至少一种组分的表观遗传状态、染色质结构、转录、mRNA剪接、转录后修饰、mRNA稳定性和/或半衰期、翻译、翻译后修饰、蛋白质稳定性和/或半衰期和/或蛋白质活性；或b)脱阻遏去甲基酶或激活所述至少一种组分的表观遗传状态、染色质结构、转录、mRNA剪接、转录后修饰、mRNA稳定性和/或半衰期、翻译、翻译后修饰、蛋白质稳定性和/或半衰期和/或蛋白质活性。
在相关的实施方式中，激活因子通过以下方式调节与细胞潜能有关的细胞途径的至少一种组分：a)激活所述至少一种组分；b)激活所述至少一种组分的抑制子的抑制子；或c)激活所述至少一种组分的激活因子。
在某些实施方式中，一种或多种激活因子通过以下方式调节至少一种组分：a)激活组蛋白去甲基酶或激活所述至少一种组分的表观遗传状态、染色质结构、转录、mRNA剪接、转录后修饰、mRNA稳定性和/或半衰期、翻译、翻译后修饰、蛋白质稳定性和/或半衰期和/或蛋白质活性；或b)激活组蛋白甲基转移酶的抑制子或激活所述至少一种组分的表观遗传状态、染色质结构、转录、mRNA剪接、转录后修饰、mRNA稳定性和/或半衰期、翻译、翻译后修饰、蛋白质稳定性和/或半衰期和/或蛋白质活性的抑制子。
在多个其它实施方式中，本发明公开部分设想了重编程细胞的方法，所述方法包括使细胞与一种或多种抑制子接触，其中所述一种或多种抑制子调节与细胞重编程有关的细胞途径的至少一种组分，借此重编程细胞。
在多个其它实施方式中，本发明公开部分设想了重编程细胞的方法，所述方法包括使细胞与包含一种或多种激活因子的组合物接触，其中所述一种或多种激活因子调节与细胞重编程有关的细胞途径的至少一种组分，借此重编程所述细胞。
尽管本文提供了用于重编程/NK细胞分化的一些示例性方法，但是这些是示例性的，并且不表示限制本发明公开的范围。基于本发明公开，根据本领域的知识，用于重编程/NK细胞分化的其它适合方法对本领域技术人员而言是显而易见的。
用于在饲养层上或用饲养细胞培养NK细胞的方法在(例如)Valamehr等人的EP3184109(“Valamehr”)中进行了更详细的描述，该专利以其全部内容作为参考并入本文。
通常，可以使用多种方法和装置培养任何类型的NK细胞群体。培养设备的选择通常基于培养的规模和目的。细胞培养的按比例放大优选地包括专用设备的使用。例如，在Spanholtz等人(PLoS ONE 2010；5：e9221)和Sutlu等人(Cytotherapy 2010，Early Online1-12)中详细说明了用于大规模临床级NK细胞生产的设备。
上文描述的用于离体培养NK细胞群体的方法可以尤其得到培养的NK细胞群体。
编辑的类型
本发明公开的一些方面提供了复杂的编辑策略，以及所产生的具有复杂基因组改变的NK细胞，这些复杂的基因组改变允许产生用于临床应用，例如，用于免疫肿瘤学治疗方法的先进的NK细胞产品。在一些实施方式中，本文所提供的修饰的NK细胞可以用作用于患有或已被诊断出过度增殖性疾病(如(例如)癌症)的患者的现成临床解决方案。在一些实施方式中，与未修饰的NK细胞相比，修饰的NK细胞表现出增强的存活率、增殖、NK细胞应答水平、NK细胞应答持续时间、对NK细胞耗竭的抵抗和/或靶标识别。例如，本文所提供的修饰的NK细胞可以包含导致下列的基因组编辑：TGFβ受体2(TGFbetaR2)中功能缺失和/或修饰的NK细胞中CISH的功能缺失。
修饰的NK细胞可以在其基因组中显示出导致靶标基因的功能丧失的一种或多种编辑和/或来自外源核酸构建体(例如，表达构建体)的导致基因产物(例如，蛋白质)的功能获得或过表达的一个或多个修饰，所述外源核酸构建体包含被整合到修饰的NK细胞的基因组中或以染色体外方式提供(例如，以游离型表达构建体的形式)的编码所述基因产物的cDNA。
靶标基因的功能丧失的特征在于基于基因组修饰(例如，在靶标基因中RNA向导核酸酶介导的切割)，靶标基因表达降低，所述基因组修饰导致所编码的基因产物的失活或者其表达或功能降低。
基因产物的功能获得的特征在于细胞中基因产物(例如，蛋白质)的表达升高(在本文中也称为过表达)，其可包括(例如)基因产物的表达水平升高，或者不会从(例如)内源基因内源表达基因产物的细胞中所述基因产物的表达。
在一些实施方式中，通过将编码所述基因产物的外源核酸构建体引入细胞中来实现基因产物表达升高，例如，包含在异源启动子的控制下编码所述基因产物的cDNA的外源核酸构建体。在一些实施方式中，外源核酸构建体通过(例如)HDR介导的基因编辑整合到特定基因座中，如本文其它处更详细地描述的。实现功能缺失编辑的方法以及实现基因产物表达升高的方法，例如，通过RNA向导核酸酶技术，是本领域技术人员所熟知的。
本发明公开涵盖了表现出组合的表4和表5中所列的基因产物的任何编辑和/或表达升高的修饰的NK细胞，以及这些表中所列的这些基因产物的编辑和/或表达升高的任意组合。
应理解本文所提供的示例性实施方式旨在显示本发明公开所涵盖的NK细胞的一些实例。为了简洁起见，涵盖了本文未详细描述的其它配置，但是基于本发明公开，这些实施方式对于本领域技术人员是立刻将显而易见的。
敲入和敲除
在一些实施方式中，修饰的细胞可以表达TGFbetaR2中功能缺失和/或CISH中功能缺失中的一个或多个。
如本文所使用的，术语“表达(express/expression)”是指产生多肽的过程，包括转录和翻译。表达可以通过(例如)多种方法提高，包括：提高编码多肽的基因数目、提高基因的转录(如通过将基因放置在组成型启动子的控制下)、提高基因的翻译、敲除竞争性基因或这些的组合和/或其它方法。
如本文所使用的，“敲入”是指将靶标基因添加到细胞的遗传基因座中。
如本文所使用的，术语“敲除”是指靶标基因中的失活突变，其中所述靶标基因的产物包含功能缺失。
如本文所使用的，术语“功能缺失”是指靶标基因中的失活突变，其中所述基因产物具有较低或无功能(部分或完全失活)。如本文所使用的术语“完全功能缺失”是指靶标基因中的失活突变，其中所述基因产物无功能(完全失活)。
如本文所使用的，术语“TGFβRII”或者“TGFbetaR2”是指具有蛋白激酶结构域，与1型TGF-β受体形成杂二聚体复合物并且结合TGF-β的跨膜蛋白。这种受体/配体复合物使蛋白磷酸化，其然后进入细胞核并调节与细胞增殖、细胞周期阻滞、创伤愈合、免疫抑制和致瘤作用有关的基因的转录。在KR710923.1、NM_001024847.2和NM_003242.5中说明了TGFβRII的示例性序列。
如本文所使用的，术语“CISH”是指细胞因子诱导含SH2蛋白，例如，参见，Delconte等人，Nat Immunol.2016Jul；17(7)：816-24；该文献以其全部内容作为参考并入本文。作为NG_023194.1说明了CISH的示例性序列。
如本文所使用的，术语“IL-15/IL15RA”或者“白介素-15”(IL-15)是指与白介素-2(IL-2)具有结构相似性的细胞因子。与IL-2一样，IL-15结合至由IL-2/IL-15受体β链(CD122)和常见的γ链(γ-C，CD132)组成的复合物并通过所述复合物发出信号。在病毒感染后，单核吞噬细胞(和一些其它细胞)分泌IL-15。这种细胞因子诱导自然杀伤细胞的细胞增殖；即主要作用是杀伤病毒感染细胞的先天免疫系统的细胞。IL-15受体α(IL15RA)以非常高的亲和力特异性结合IL15，并且能够独立于其它亚基结合IL-15。据表明这种性质允许通过一个细胞产生IL-15，并通过另一个细胞内吞，然后呈递给第三方细胞。据报道IL15RA提高细胞凋亡抑制剂BCL2L1/BCL2-XL和BCL2的细胞增殖和表达。NG_029605.2中提供了IL-15的示例性序列，并且NM_002189.4中提供了IL-15RA的示例性序列。
IL-15是促进NK细胞生长和记忆T细胞的稳态维持的关键细胞因子。IL-15及其受体链IL-15Ra对NK存活至关重要，并且不刺激调节性T细胞。IL-15/IL-15Ra与IL-2受体的β和γ亚基结合，并借此激活JAK1/3和STAT5。在一些实施方式中，本发明公开的修饰的细胞(例如，NK细胞)表达外源IL-15/IL-15Ra。在一些实施方式中，作为膜结合的IL15.IL15Ra复合物表达外源IL-15/IL-15Ra，如Imamura等人，Blood.2014Aug 14；124(7)：1081-8和Hurton LV等人，PNAS，2016中所述；以上文献以其全部内容作为参考并入本文。在一些实施方式中，作为可溶性IL15Ra.IL15复合物表达外源IL-15/IL-15Ra，如Mortier E等人，JBC2006；Bessard A，Mol Cancer Ther 2009；和Desbois M，JI 2016中所述；以上文献以其全部内容作为参考并入本文。在一些实施方式中，本发明公开的修饰的细胞(例如，NK细胞)表达膜结合的IL15.IL15Ra复合物和可溶性IL15Ra.IL15复合物。在-些实施方式中，本发明公开的修饰的细胞(例如，NK细胞)表达具有可切割接头的IL15.IL15Ra复合物的膜结合形式。CISH的敲除与进一步促进IL-15信号转导有关，如Delconte P，Nat Immunol 2016中所述；该文献以其全部内容作为参考并入本文。在一些实施方式中，本发明公开的修饰的细胞(例如，NK细胞)表达CISH的功能缺失。在一些实施方式中，本发明公开的修饰的细胞(例如，NK细胞)表达外源IL-15/IL-15Ra和CISH的功能缺失。
本发明公开具体涵盖了上述基因的变体，包括与以上鉴定的基因序列具有至少75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％百分比同一性的变体。如本文所使用的，术语“百分比(％)序列同一性”或“百分比(％)同一性”(也包括“同源性”)的定义为在用以实现最大百分比序列同一性并且不将任何保守替换视为序列同一性的一部分而比对序列和引入缺口(如果需要)后，候选序列中与参考序列中的氨基酸残基或核苷酸相同的氨基酸残基或核苷酸的百分比。除了手动进行，可以通过以下方式来产生比较序列的最佳比对：Smith and Waterman，1981，Ads App.Math.2，482的局部同源算法，Neddleman and Wunsch，1970，J.Mo1.Biol.48，443的局部同源算法，Pearson andLipman，1988，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85，2444的相似性搜索方法或者使用这些算法的计算机程序(Wisconsin Genetics软件包，Genetics Computer Group，575Science Drive，Madison，Wis.中的GAP、BESTFIT、FASTA、BLAST P、BLAST N和TFASTA)。
敲入和敲除可以通过本领域技术人员已知的基因组编辑技术进行并且包括CRISPR/Cas技术。单切割以及多重化编辑策略适合于实现本文所提供的所期望的产物配置，并且在本文中描述了这种策略或这种策略是本领域技术人员另外已知的。
在一些实施方式中，评价示例性修饰的细胞(例如，修饰的多潜能细胞或其分化子代，例如，iNK细胞或其它修饰的淋巴细胞类型)逃避非自体宿主(例如，需要免疫疗法的患者)的免疫系统的能力。在一些实施方式中，这种评价包括体外测定。用于这种评价的适合的体外测定是相关领域技术人员已知的，并且无限制地包括混合的淋巴细胞反应性(MLR)测定。这种测定及其它适合的测定描述于(例如)Abbas等人，Cellular and MolecularImmunology，第7版，ISBN 9781437735734，该文献的全部内容作为参考并入本文。鉴于本发明公开，其它适合的测定对技术人员而言将是显而易见的。
使用方法
可以通过将本发明的修饰的细胞引入受试者来改善多种疾病。疾病的实例为，包括(但不限于)，癌症，所述癌症包括(但不限于)实体瘤，所述实体瘤包括(但不限于)脑、前列腺、乳腺、肺、结肠、子宫、皮肤、肝脏、骨、胰腺、卵巢、睾丸、膀胱、肾、头、颈、胃、宫颈、直肠、喉或食道的肿瘤；和血液学恶性肿瘤，所述血液学恶性肿瘤包括(但不限于)急性和慢性白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤和脊髓发育不良综合征。
本发明的具体实施方式涉及通过向受试者施用包含本文所述的任何细胞的组合物来治疗有需要的受试者的方法。在具体的实施方式中，在本文中使用术语“治疗(treating/treatment)”等来一般地表示获得所期望的药理学和/或生理学效果。就完全或部分预防疾病方面，效果可以是预防性的，和/或就疾病和/或归因于疾病的不良影响的部分或完全治愈方面，可以是治疗性的。如本文所使用的，“治疗”涵盖了哺乳动物中的疾病的任何治疗，并且包括：预防该疾病发生在可能易患该疾病但尚未被诊断患有该疾病的受试者中；抑制该疾病，即阻止其发展；或缓解该疾病，即导致该疾病消退。可以在疾病或损伤发生之前、期间或之后施用治疗剂或组合物。对其中治疗稳定或降低患者的不期望的临床症状的正在发生的疾病的治疗是特别关心的。
在具体实施方式中，受试者患有可通过细胞疗法治疗、改善和/或改进的疾病、病况和/或损伤。一些实施方式考虑需要细胞疗法的受试者是患有损伤、疾病或病况的受试者，而细胞疗法(例如，将细胞材料施用于受试者的疗法)可以治疗、改善、改进和/或降低与所述损伤、疾病或病症相关的至少一种症状的严重程度。某些实施方式考虑需要细胞疗法的受试者包括(但不限于)骨髓或干细胞移植的候选、接受化疗或放射疗法的受试者、患有过度增殖性障碍或癌症(例如，过度增殖性障碍或造血系统癌症)或者有患此病风险的受试者、患有肿瘤(例如，实体瘤)或有发展此病风险的受试者、患有病毒感染或与病毒感染相关的疾病或者有患此病风险的受试者。
因此，本文所描述的实施方式进一步提供了包含通过本文所公开的方法和组合物制备的细胞的药物组合物，其中药物组合物进一步包含药物可用的媒介。在一些实施方式中，所述药物组合物包含通过本文所公开的方法和组合物制备的NK细胞。
另外，本文所描述的实施方式提供了上述药物组合物的治疗用途，其通过将所述组合物引入适合于过继性细胞疗法的受试者，其中所述受试者患有实体瘤；血液恶性肿瘤；自身免疫病；或者与病毒、细菌、真菌和/或蠕虫感染，包括(但不限于)HIV、RSV、EBV、CMV、腺病毒或BK多瘤病毒感染有关的感染。
本文所描述的具体实施方式还涉及治疗对其有需要的受试者的方法，其通过向所述受试者施用包含本文所描述的任何细胞以及一种或多种抗体或其片段的组合物来诱导和/或提高所述受试者中的抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)。在一些实施方式中，当与一种或多种抗体或其片段一起施用于对其有需要的受试者，例如，患有癌症的受试者时，相对于与相同的一种或多种抗体或其片段一起向对其有需要的受试者施用的未修饰的NK细胞，本文所描述的修饰的NK细胞显示出更高的ADCC活性。在一些实施方式中，当与一种或多种抗体或其片段一起施用于对其有需要的受试者，例如，患有癌症的受试者时，相对于与相同的一种或多种抗体或其片段一起向受试者施用的未修饰的NK细胞，本文所描述的修饰的NK细胞杀伤更大量的癌细胞。
癌症
作为本发明公开的适合的治疗靶标的癌症包括来自膀胱、血液、骨、骨髓、脑、乳腺、结肠、食道、眼、胃肠、牙龈、头、肾、肝脏、肺、鼻咽、颈、卵巢、前列腺、皮肤、胃、睾丸、舌或子宫的癌细胞。另外，癌症可以具体地为以下组织学类型，尽管不限于此：恶性赘生物；癌瘤；未分化的癌瘤；巨细胞和梭形细胞癌；小细胞癌；乳头状癌；鳞状细胞癌；淋巴上皮癌；基底细胞癌；毛母质癌；移行细胞癌；乳头状移行细胞癌；腺癌；恶性胃泌素瘤；肝胆管型肝癌；肝细胞癌；肝细胞癌和肝胆管型肝癌并存；小梁腺癌；腺样囊性癌；腺瘤性息肉中的腺癌；家族性结肠息肉病的腺癌；实体癌；恶性类癌瘤；细支气管-肺泡腺癌；乳头状腺癌；嫌色细胞癌；嗜酸细胞癌；嗜酸性腺癌；嗜碱细胞癌；透明细胞腺癌；颗粒细胞癌；滤泡状腺癌；乳头状和滤泡状腺癌；非包裹性硬化型癌；肾上腺皮质癌；子宫内膜样癌；皮肤附属器癌；大汗腺腺癌；皮脂腺癌；盯聍腺腺癌；粘液表皮样癌；囊腺癌；乳头状囊腺癌；乳头状浆液性囊腺癌；粘液性囊腺癌；粘液腺癌；印戒细胞癌；浸润性导管癌；髓样癌；小叶癌；炎性癌；乳腺派杰病；腺泡细胞癌；腺鳞癌；腺癌鳞化；恶性胸腺瘤；恶性卵巢间质瘤；恶性卵泡膜细胞瘤；恶性粒导细胞瘤；恶性塞尔托利氏细胞瘤；支持细胞癌；恶性睾丸非生殖细胞瘤；恶性脂质细胞瘤；恶性副神经节瘤；恶性乳腺外副神经节瘤；嗜铬细胞瘤；血管球肉瘤；恶性黑色素瘤；无黑色素性黑素瘤；浅表扩散性黑素瘤；巨色素痣中的恶性黑素瘤；上皮样细胞黑素瘤；恶性蓝痣；肉瘤；纤维肉瘤；恶性纤维组织细胞瘤；粘液肉瘤；脂肪肉瘤；平滑肌肉瘤；横纹肌肉瘤；胚胎性横纹肌肉瘤；腺泡状横纹肌肉瘤；基质肉瘤；恶性混合瘤；苗勒氏混合瘤；肾胚细胞瘤；肝胚细胞瘤；癌肉瘤；恶性间充质瘤；恶性卵巢布伦纳氏瘤；恶性叶状肿瘤；滑膜肉瘤；恶性间皮瘤；无性细胞瘤；胚胎癌；恶性畸胎瘤；恶性卵巢甲状腺瘤；绒毛膜癌；恶性中肾瘤；血管肉瘤；恶性血管内皮瘤；卡波济氏肉瘤；恶性血管外皮瘤；淋巴管肉瘤；骨肉瘤；质旁骨肉瘤；软骨肉瘤；恶性成软骨细胞瘤；间胚叶性软骨肉瘤；骨巨细胞瘤；尤因氏肉瘤；恶性牙原性肿瘤；造釉细胞性牙肉瘤；恶性成釉细胞瘤；造釉细胞性纤维肉瘤；恶性松果体瘤；脊索瘤；恶性神经胶质瘤；室管膜瘤；星形细胞瘤；原浆性星形细胞瘤；纤维型星形细胞瘤；成星形细胞瘤；成胶质细胞瘤；寡枝神经胶质细胞瘤；成少突神经胶质细胞瘤；原始神经外胚层；小脑肉瘤；节细胞神经母细胞瘤；成神经细胞瘤；成视网膜细胞瘤；嗅神经源性肿瘤；恶性脑膜瘤；神经纤维肉瘤；恶性神经鞘瘤；恶性颗粒细胞肿瘤；恶性淋巴瘤；霍奇金氏病；霍奇金淋巴瘤；类肉芽肿；小淋巴细胞性恶性淋巴瘤；弥漫性大细胞恶性淋巴瘤；滤泡性恶性淋巴瘤；阿利贝尔氏病；其它特指类型的非霍奇金氏淋巴瘤；恶性组织细胞病；多发性骨髓瘤；肥大细胞肉瘤；免疫增生性小肠病；白血病；淋巴细胞性白血病；浆细胞性白血病；红白血病；淋巴肉瘤细胞性白血病；骨髓性白血病；嗜碱性细胞白血病；嗜酸粒性白血病；单核细胞性白血病；肥大细胞白血病；巨核细胞白血病；髓系肉瘤；和毛细胞白血病。
在一些实施方式中，所述癌症是头颈癌。
在一些实施方式中，所述癌症是乳腺癌。在另一个实施方式中，所述癌症是结肠癌。在另一个实施方式中，所述癌症是胃癌。在另一个实施方式中，所述癌症是RCC。在另一个实施方式中，所述癌症是非小细胞肺癌(NSCLC)。
在一些实施方式中，可以用本文所提供的修饰的NK细胞(单独或与一种或多种其它癌症治疗方式组合)治疗的实体癌适应症包括：膀胱癌、肝细胞癌、前列腺癌、卵巢癌/子宫癌、胰腺癌、间皮瘤、黑素瘤、成胶质细胞瘤、HPV相关和/或HPV阳性癌症，如宫颈癌和HPV+头颈癌、口腔癌、咽癌、甲状腺癌、胆囊癌和软组织肉瘤。
在一些实施方式中，可以用本文所提供的修饰的NK细胞治疗的血液学癌症适应症(单独或与一种或多种其它癌症治疗方式组合)包括：ALL、CLL、NHL、DLBCL、AML、CML、多发性骨髓瘤(MM)。
如本文所使用的，术语“癌症”(还与术语“过度增殖”和“赘生”可互换使用)是指具有自主生长能力的细胞，即特征在于快速增殖细胞生长的异常状态或病况。癌性疾病状态可以被分类为病理性，即表征或构成疾病状态，例如，恶性肿瘤生长，或者可以被分类为非病理性，即偏离正常但与疾病状态无关，例如，与伤口修复相关的细胞增殖。该术语表示包括所有类型的癌性生长或致癌过程，转移组织或恶性转化细胞、组织或器官，而不论组织病理学类型或侵袭性阶段如何。术语“癌症”包括多种器官系统的恶性肿瘤，如影响肺、乳腺、甲状腺、淋巴、胃肠道和泌尿道的那些，以及包括以下恶性肿瘤的腺癌，如大多数结肠癌、肾细胞癌、前列腺癌和/或睾丸肿瘤、非小细胞肺癌、小肠癌和食道癌。术语“癌”是本领域所承认的并且是指上皮细胞或内分泌组织的恶性肿瘤，其包括呼吸系统癌瘤、胃肠系统癌瘤、生殖泌尿系统癌瘤、睾丸癌、乳腺癌、前列腺癌、内分泌系统癌瘤和黑素瘤。示例性的癌包括从宫颈、肺、前列腺、乳腺、头颈、结肠和卵巢组织形成的那些癌。术语“癌”还包括癌肉瘤，例如，其包括由癌和肉瘤组织所组成的恶性肿瘤。“腺癌”是指来源于腺组织的癌或者其中肿瘤细胞形成可识别的腺结构的癌。术语“肉瘤”是本领域所承认的并且是指间质来源的恶性肿瘤。
肺的细胞增殖和/或分化病症的实例包括(但不限于)肿瘤，如支气管癌，包括副肿瘤综合征、细支气管肺泡癌、神经内分泌肿瘤，如支气管癌、混合性肿瘤、转移性肿瘤和胸膜肿瘤，包括孤立性纤维肿瘤(胸膜纤维瘤)和恶性间皮瘤。
乳腺细胞增殖和/或分化病症的实例包括(但不限于)增殖性乳腺疾病，包括(例如)上皮细胞增生、硬化性腺病和小管乳头状瘤(small ductpapillomas)；肿瘤，例如间质瘤，如纤维腺瘤、乳腺叶状肿瘤和肉瘤，以及上皮肿瘤，如大导管乳头状瘤；乳腺癌，包括原位(非侵袭性)癌，其包括导管原位癌(包括佩吉特氏病)和原位小叶癌，以及侵袭性(浸润性)癌，包括(但不限于)侵袭性导管癌、侵袭性小叶癌、髓样癌、胶样(黏液性)癌、小管癌和侵袭性乳头状癌，以及混合性恶性赘生物。雄性乳腺病症包括(但不限于)雄性乳房增大和癌。
涉及结肠的细胞增殖和/或分化病症的实例包括(但不限于)结肠肿瘤，如非赘生性息肉、腺瘤、家族性综合征、结直肠癌发生、结直肠癌和类癌肿瘤。
除上述那些之外，癌症或赘生性病况的实例包括(但不限于)纤维肉瘤、肌肉瘤、脂肪肉瘤、软骨肉瘤、骨原性肉瘤、脊索瘤、血管肉瘤、内皮肉瘤、淋巴管肉瘤、淋巴管内皮肉瘤、滑膜瘤、间皮瘤、尤因氏瘤、平滑肌肉瘤、横纹肌肉瘤、胃癌、食道癌、直肠癌、胰腺癌、卵巢癌、前列腺癌、子宫癌、头颈癌、皮肤癌、脑癌、鳞状细胞癌、皮脂腺癌、乳头状癌、乳头状腺癌、囊腺癌、髓样癌、支气管癌、肾细胞癌、肝癌、胆管癌、绒毛膜癌、精原细胞瘤、胚胎癌、胚胎性癌肉瘤、宫颈癌、睾丸癌、小细胞肺癌、非小细胞肺癌、膀胱癌、上皮癌、神经胶质瘤、星形细胞瘤、成神经管细胞瘤、颅咽管瘤、室管膜瘤、松果体瘤、成血管细胞瘤、听神经瘤、寡枝神经胶质细胞瘤、脑膜瘤、黑素瘤、成神经细胞瘤、成视网膜细胞瘤、白血病、淋巴瘤或卡波西肉瘤。
在此背景下，所考虑的有用的次要或辅助治疗剂包括(但不限于)：化疗剂包括烷化剂，如噻替派和环磷酰胺；烷基磺酸盐，如白消安、英丙舒凡和哌泊舒凡；氮丙啶，如苯并多巴(benzodopa)、卡波醌、米特多巴(meturedopa)和尤利多巴(uredopa)；乙烯亚胺和甲基蜜胺类(methylamelamines)，包括六甲蜜胺、三乙撑蜜胺(triethylenemelamine)、三亚乙基磷酰胺、三亚乙基硫代磷酰胺和三羟甲蜜胺(trimethylomelamine)；多聚乙酰(尤其是布拉他辛(bullatacin)和布拉他辛酮(bullatacinone))；δ-9-四氢大麻酚(屈大麻酚，/>)；β-拉帕醌；拉帕醇；秋水仙碱；桦木酸；喜树碱(包括合成类似物拓扑替康/>CPT-11(伊立替康，)、乙酰喜树碱、东莨菪碱和9-氨基喜树碱)；苔藓抑素；卡利斯汀(callystatin)；CC-1065(包括其阿多来新、卡折来新和比折来新合成类似物)；鬼臼毒素；鬼臼酸；替尼泊苷；念珠藻素(cryptophycins)(特别是念珠藻素1和念珠藻素8)；尾海兔素；倍癌毒素(duocarmycin)(包括合成类似物、KW-2189和CB1-TM1)；艾榴塞洛素(eleutherobin)；水鬼蕉碱(pancratistatin)；匍枝珊瑚醇(sarcodictyin)；海绵抑制素(spongistatin)；氮芥(如苯丁酸氮芥)、萘氮芥、胆磷酰胺(chlorophosphamide)、雌莫司汀、异环磷酰胺、二氯甲基二乙胺、盐酸氧氮芥(mechlorethamine oxide hydrochloride)、美法仑、新恩比兴、胆甾醇对苯乙酸氮芥(phenesterine)、泼尼莫司汀、曲磷胺、尿嘧啶氮芥；亚硝基脲，如卡莫司汀、吡葡亚硝脲、福莫司汀、洛莫司汀、尼莫司汀和雷莫司汀(ranimnustine)；抗生素，如烯二炔抗生素(例如，卡里奇霉素(calicheamicin)，尤其是卡里奇霉素γ1I和卡里奇霉素ω11(参见，例如，Agnew，Chem.Intl.Ed.Engl.，33：183-186(1994))；达内霉素，包括达内霉素A；埃斯培拉霉素(esperamicin)；以及新制癌菌素生色团(neocarzinostatin chromophore)和相关的色蛋白烯二炔抗生素生色团)、阿克拉霉素、放射菌素、安曲霉素、偶氮丝氨酸、博来霉素、放线菌素C(cactinomycin)、卡拉比星(carabicin)、洋红霉素、嗜癌菌素、色霉素、更生霉素、柔红霉素、地托比星、6-重氮-5-氧代-L-正亮氨酸、多柔比星(包括/>吗啉代-多柔比星、氰基吗啉代-多柔比星、2-吡咯啉代-多柔比星、多柔比星HCl脂质体注射液/>和脱氧多柔比星)、表柔比星、依索比星、伊达比星、麻西罗霉素、丝裂霉素(如丝裂霉素C)、麦考酚酸、诺拉霉素、橄榄霉素、培洛霉素、泊非霉素(potfiromycin)、嘌罗霉素、三铁阿霉素、罗多比星、链黑菌素、链佐星、杀结核菌素、鸟苯美司、净司他丁、佐柔比星；抗代谢药，如甲氨蝶呤、吉西他滨替加氟/>卡培他滨/>埃博霉素和5-氟尿嘧啶(5-FU)；叶酸类似物，如二甲叶酸、甲氨蝶呤、蝶罗呤、三甲曲沙；嘌呤类似物，如氟达拉滨、6-巯嘌呤、硫咪嘌呤、硫鸟嘌呤；嘧啶类似物，如安西他滨、阿扎胞苷、6-氮尿苷、卡莫氟、阿糖孢苷、二脱氧尿苷、去氧氟尿苷、依诺他滨、氟尿苷；雄激素，如卡鲁睾酮(calusterone)、屈他雄酮丙酸酯、环硫雄醇、美雄烷、睾内酯；抗肾上腺，如氨鲁米特、米托坦、曲洛司坦；叶酸补充剂，如亚叶酸(frolinic acid)；醋葡醛内酯；醛磷酰胺糖苷；氨基乙酰丙酸；蒽尿嘧啶；安吖啶；贝斯布西(bestrabucil)；比生群；伊达曲杀(edatraxate)；地磷酰胺(defofamine)；秋水仙胺；地吖醌；依氟鸟氨酸(elformithine)；依利醋铵(elliptinium acetate)；依托格鲁；硝酸镓；羟基脲；香菇多糖；氯尼达明；美登素，如美登素和安丝菌素；米托胍腙；米托蒽醌；莫比达摩(mopidanmo1)；二胺硝吖啶(nitraerine)；喷司他丁；蛋氨氮芥；吡柔比星；洛索蒽醌；2-乙肼；丙卡巴肼；/>多糖复合物(JHSNatural Products，Eugene，Oreg.)；雷佐生；根霉素；西索菲兰；锗螺胺；细交链孢菌酮酸(tenuazonic acid)；三亚胺醌；2，2′，2″-三氯三乙胺；单端孢霉烯(trichothecene)(尤其是T-2毒素、疣孢菌素A、杆孢菌素A和蛇形菌素(anguidine))；氨基甲酸乙酯；长春地辛达卡巴嗪；甘露莫司汀；二溴甘露醇；二溴卫矛醇；哌泊溴烷；加西托星(gacytosine)；阿糖胞苷(“Ara-C')；噻替派；类紫杉醇，例如，紫杉醇紫杉醇的白蛋白工程化纳米颗粒制剂(ABRAXANETTM)和多西紫杉醇苯丁酸氮芥；6-硫鸟嘌呤；巯嘌呤；甲氨蝶呤；铂类似物，如顺铂和卡铂；长春碱/>铂；依托泊苷(VP-16)；异环磷酰胺；米托蒽醌；长春新碱奥沙利铂；亚叶酸(1eucovovin)；长春瑞滨/>诺凡特龙(novantrone)；依达曲沙；道诺霉素；氨喋呤；环孢霉素、西罗莫司、雷帕霉素、雷帕罗格、伊班膦酸盐；局部拓扑异构酶抑制剂RFS 2000；二氟甲基鸟氨酸(DMFO)；类视黄醇，如视黄酸；CHOP，即环磷酰胺、多柔比星、长春新碱和泼尼松龙组合疗法的缩写，以及FOLFOX，即奥沙利铂(ELOXATINTM)与5-FU、亚叶酸组合的治疗方案的缩写；抗雌激素和选择性雌激素受体调节剂(SERM)，包括(例如)他莫昔芬(包括/>他莫昔芬)、雷洛昔芬/>屈洛昔芬、4-羟基他莫昔芬、曲沃昔芬、雷洛昔芬(keoxifene)、LY117018、奥那司酮和托瑞米芬/>抗黄体酮；雌激素受体下调剂(ERD)；雌激素受体拮抗剂，如氟维司群发挥作用以抑制或关闭卵巢的试剂，例如，黄体生成素-释放激素(LHRH)激动剂，如醋酸亮脯利特(/>和/>)、醋酸戈舍瑞林、醋酸布舍瑞林和曲普瑞林；其它抗雄激素，如氟他胺、尼鲁米特和比卡鲁胺；和芳香酶抑制剂，其抑制酶芳香酶，该芳香酶调节肾上腺中的雌激素产生，如(例如)4(5)-咪唑、氨鲁米特、醋酸甲地孕酮依西美坦/>福美坦、法倔唑、伏氯唑/>来曲唑/>和阿那曲唑/>二膦酸盐，如氯屈膦酸(例如，/>或)、羟乙二磷酸酯/>NE-58095、唑来膦酸/唑来膦酸盐阿伦膦酸盐/>帕米膦酸盐/>替鲁膦酸盐或利塞膦酸盐/>曲沙他滨(1，3-二氧戊环核苷胞嘧啶类似物)；适体，例如，在美国专利No.6，344，321中所述的适体，该专利以其全部内容作为参考并入本文；抗HGF单克隆抗体(例如，来自Aveo的AV299、来自Amgen的AMG102)；截短的mTOR变体(例如，来自Compugen的CGEN241)；蛋白激酶抑制剂，其阻断mTOR诱导的途径(例如，来自Arqule的ARQ197、来自Exelexis的XL880、来自SGXPharmaceuticals的SGX523、来自Supergen的MP470、来自Pfizer的PF2341066)；疫苗，如/>疫苗和基因疗法疫苗，例如，疫苗、/>疫苗和/>疫苗；拓扑异构酶1抑制剂(例如，)；rmRH(例如，/>)；二甲苯磺酸拉帕替尼(ErbB-2和EGFR双酪氨酸激酶小分子抑制剂，也称为GW572016)；COX-2抑制剂，如塞来昔布(/>4-(5-(4-甲基苯基)-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-1-基)苯磺酰胺；以及上述任一项的药物可用的盐、酸或衍生物。
对于治疗癌症有效的其它化合物在本领域中是已知的并且本文描述了这些化合物，所述化合物适合于与本发明公开所述的组合物和方法一起使用，其描述于(例如)“Physicians Desk Reference，第62版Oradell，N.J.：Medical Economics Co.，2008”、Goodman&Gilman′s“The Pharmacological Basis of Therapeutics，第11版.McGraw-Hill，2005”、“Remington：The Science and Practice of Pharmacy，第20版.Baltimore，Md.：Lippincott Williams&Wilkins，2000.”和“The Merck Index，第14版.WhitehouseStation，N.J.：Merck Research Laboratories，2006”，其作为参考并入本文相关部分。
抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)
本发明公开提供了在NK细胞疗法中，例如，在免疫治疗方法的背景中，具体地结合抗体或其抗原结合部分有用的修饰的NK细胞(或其它淋巴细胞)，以产生显著的抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)效果，借此意外地提高修饰的NK细胞在杀伤靶细胞，例如，癌细胞中的有效性。ADCC是细胞-介导的免疫防御机制，其中在特异性抗体结合其膜-表面抗原后，免疫效应细胞主动将靶细胞溶胞。为了参与ADCC，免疫效应细胞必须表达Fc-γ受体(FcγR)以能够识别结合至所述靶细胞的抗体的Fc区。大部分免疫效应细胞具有活化和抑制性FcγR两者。使用NK细胞经由ADCC靶向癌细胞的益处在于不同于其它效应细胞，NK细胞仅具有活化FcγR(例如，FcγRIIIa，也称为CD16a和FcγR IIc，也称为CD32c)并且据信是人中ADCC的最重要的效应因子。因此，本文所公开的修饰的NK细胞和靶向癌细胞特异抗原的抗体引起ADCC的用途提供了新颖且意外有效的免疫疗法。
在一个实施方式中，包含结合癌细胞的Fc结构域的分子，例如，抗体或其抗原结合部分结合癌细胞上的抗原，或者“癌症抗原”。在一个实施方式中，癌细胞上的抗原是表皮生长因子受体(EGFR)、HER2、CD20、PD-L1、PD-1(PEMBRO和NIVO)、CTLA-4(IPI)、CD73、TIGIT、GD2、VEGF-A、VEGFR-2、PDGFR-2、PDGFRα、RANKL、CD19、CD3。在一个实施方式中，所述抗体是西妥昔单抗、曲妥珠单抗、利妥昔单抗、帕妥珠单抗、帕尼单抗、耐昔妥珠单抗(Necitumumab)、达妥昔单抗、贝伐单抗、雷莫芦单抗、olaratumab、普利木单抗、纳武单抗、博纳吐单抗、阿仑珠单抗、贝伐单抗、贝伦妥单抗、西妥昔单抗、吉妥珠单抗、普利木单抗、奥法木单抗、帕尼单抗、利妥昔单抗、托西莫单抗、inotuzumab、glembatumumab、lovortuzumab或曲妥珠单抗，或其抗原结合部分。其它抗体包括阿德木单抗(adecatumumab)、阿夫土珠单抗(afutuzumab)、巴维昔单抗(bavituximab)、贝利木单抗、bivatuzumab、坎妥珠单抗(cantuzumab)、西他土珠单抗(citatuzumab)、西妥木单抗(cixutumumab)、可纳木单抗(conatumumab)、达西珠单抗(dacetuzumab)、埃洛妥珠单抗、埃达珠单抗(etaracizumab)、法利珠单抗(farletuzumab)、斐济木单抗(figitumumab)、伊妥木单抗(iratumumab)、拉贝珠单抗(1abetuzumab)、来沙木单抗(1exatumumab)、林妥珠单抗(lintuzumab)、鲁卡木单抗(1ucatumumab)、马帕木单抗、马妥珠单抗、米拉土珠单抗(milatuzumab)、耐昔妥珠单抗(Necitumumab)、尼妥珠单抗、奥拉木单抗(olaratumab)、奥普珠单抗(oportuzumab)、帕妥珠单抗、普鲁米单抗(pritumumab)、兰尼单抗(ranibizumab)、若巴木单抗(robatumumab)、西罗珠单抗(sibrotuzumab)、司妥昔单抗、tacatuzumab、替加珠单抗(tigatuzumab)、土可珠单抗(tucotuzumab)、维妥珠单抗(veltuzumab)、伏妥莫单抗和扎鲁目单抗(Zalutumumab)或其抗原结合部分。
在一个实施方式中，所述抗体是西妥昔单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是曲妥珠单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是利妥昔单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是帕妥珠单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是帕尼单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是耐昔妥珠单抗(Necitumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是达妥昔单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是贝伐单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是雷莫芦单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是奥拉木单抗(olaratumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是普利木单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是纳武单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是博纳吐单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是阿仑珠单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是贝伐单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是贝伦妥单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是吉妥珠单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是普利木单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是奥法木单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是帕尼单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是托西莫单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是伊珠单抗(inotuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是glembatumumab，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是lovortuzumab，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是阿德木单抗(adecatumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是阿夫土珠单抗(afutuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是巴维昔单抗(bavituximab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是贝利木单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是bivatuzumab，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是坎妥珠单抗(cantuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是西他土珠单抗(citatuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是西妥木单抗(cixutumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是可纳木单抗(conatumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是达西珠单抗(dacetuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是埃洛妥珠单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是埃达珠单抗(etaracizumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是法利珠单抗(farletuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是斐济木单抗(figitumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是伊妥木单抗(iratumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是拉贝珠单抗(1abetuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是来沙木单抗(1exatumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是林妥珠单抗(lintuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是鲁卡木单抗(1ucatumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是马帕木单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是马妥珠单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是米拉土珠单抗(milatuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是耐昔妥珠单抗(Necitumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是尼妥珠单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是奥拉木单抗(olaratumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是奥普珠单抗(oportuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是帕妥珠单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是普鲁米单抗(pritumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是兰尼单抗(ranibizumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是若巴木单抗(robatumumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是西罗珠单抗(sibrotuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是司妥昔单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是tacatuzumab，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是替加珠单抗(tigatuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是土可珠单抗(tucotuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是维妥珠单抗(veltuzumab)，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是伏妥莫单抗，或其抗原结合部分。在一个实施方式中，所述抗体是扎鲁目单抗(Zalutumumab)，或其抗原结合部分。
本文引用(无论是上文还是下文)的所有出版物、专利和专利申请都以其全部内容作为参考并入本文。
在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则单词“包括(comprise/comprises和comprising)”将被理解为表示包括所述步骤或元素或者步骤或元素组，但不排除任何其它步骤或元素或者步骤或元素组。“由…组成”表示包括并且限于短语“由……组成：”之后的任何。因此，短语“由…组成”表示所列出的元素是必需的或强制性的，并且没有其它元素可以存在。“基本由…组成”意在包括该短语之后列出的任何元素，并且限于不会干扰或有助于本发明公开针对所列元素指定的活动或动作的其它元素。因此，短语“基本由…组成”表示所列元素是必需的或强制性的，而没有其它元素是可选的，并且根据它们是否影响所列元素的活动或动作而可以存在或可以不存在。
可以将上述多个实施方式组合以提供其它实施方式。将在本说明书中提及的和/或在申请数据表中所列的所有美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开以其全部内容作为参考并入本文。数据库条目的内容，例如，本文所提供的NCBI核苷酸或蛋白质数据库条目，以其全部内容并入本文。如果数据库条目会随时间变化，则自本发明申请的申请日期的内容作为参考并入本文。如果必要，可以修改实施方式的方面，以采用不同专利、专利申请和专利公开的概念以提供其它实施方式。
根据上文详细说明，可以对实施方式作出这些和其它改变。总体上，在以下权利要求中，所使用的术语不应解读为将权利要求限制在说明书和权利要求中所公开的具体实施方式，而应解读为包括所有可能的实施方式以及这些权利要求所享有的等效权利的全部范围。因此，权利要求不受本发明公开的限制。
实施例
以下实施例仅是说明性的并且不意欲以任何方式限制本发明公开的范围或内容。
实施例1：CRISPR-EngCas12a证实CISH和TGFBR2在NK细胞中的有效编辑，并且编辑 的NK细胞显示出改善的效应因子功能
自然杀伤(NK)细胞经由多种机制区分肿瘤和健康组织，包括应激配体的识别和MHC I类表达的丧失。然而，同种异体NK细胞的效应因子功能可以由于功能持久性的丧失以及肿瘤固有的免疫抑制机制，如TGF-β的产生而降低。本文描述了使用CRISPR-Cas12a基因编辑，通过敲除CISH和TGFBR2基因来增强NK细胞功能的下一代同种异体NK细胞疗法。CISH(IL-2/IL-15信号转导的负调节因子)的敲除改善了NK细胞效应因子功能，而TGF-β受体基因TGFBR2的敲除使得NK细胞耐受TGF-β介导的抑制。
具体地，使用工程化Cas12a(“EngCas12a”；Cpf1变体4氨基酸序列(SEQ ID NO：1146))编辑来源于健康人供体NK细胞的NK细胞。将CD3-耗竭的周围血单核细胞融化到含有IL-15的NK MACS培养基中并在GREX板中培养14天。在分析或功能测定前，通过核糖核蛋白电穿孔实施CRISPR-EngCas12a基因编辑并将细胞培养另外72小时。
将以下向导RNA序列用于CISH和TGFBR2的编辑。
表6：gRNA序列
通过每个靶标的CRISPR-EngCas12a切割位点周围的基因组区域的聚合酶链反应扩增，然后通过下一代测序(NGS)并与参考基因组进行比较以获得编辑百分比(插缺)进行插缺分析。
如图1A和1B中所证实的，在NK细胞中实现了TGFBR2和CISH的稳健的单基因和双基因编辑。在单基因和双基因敲除(KO、DKO)背景下，在NK细胞中在两个靶标实现了大于80％的插缺。
实施蛋白磷酸化流式细胞术测定以确定NK细胞中STAT5(pSTAT5)和SMAD2/3(pSMAD2/3)的磷酸化状态。在单和双KO NK细胞两者中，与未编辑的NK细胞相比，CISH的敲除(KO)提高了IL-15刺激时的pSTAT5(图2A)和pSTAT3水平(数据未显示)，并且TGFBR2的KO降低了TGF-β刺激时的pSMAD2/3水平(图2B)。这些数据表明CRISPR-EngCas12a对CISH和TGFBR2的双KO提高了NK细胞对IL-15的敏感性以及对TGF-β介导的免疫抑制的耐受性。
通过在96孔超低附着板中接种5，000个SK-OV-3或PC-3细胞形成了球状体。在添加效应细胞和10ng/mL TGF-β之前，在37℃培育球状体。在将效应细胞与肿瘤球状体和TGF-β共培养120hr后，实施AlphaLISA分析TNF-α和IFN-γ分泌。
如图3A-3D所示，与未编辑的NK细胞相比，在SK-OV-3和PC-3两种细胞中，在所测试的每个E：T比，CRISPR-EngCas12a对CISH和TGFBR2的双KO(DKO)提高了炎性细胞因子TNF-α和IFN-γ的分泌。
这些结果证实了CRISPR-EngCas12a对健康NK细胞的有效编辑，并且在CISH和TGFBR2的编辑增强了NK细胞的效应因子功能。
实施例2：CISH/TGFBR2 DKO NK细胞显示出增强的体外抗-肿瘤活性和抗体依赖的 细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)
通过在96孔超低附着板中接种5,000个NucLight Red标记的SK-OV-3细胞形成了球状体。在添加效应细胞和10ng/mL TGF-β之前，在37℃培育球状体，然后在Incucyte S3系统上每2小时成像长达120个小时。在添加效应因子时，将所示数据对红色目标强度进行归一化。球状体曲线的归一化维持了与非归一化数据中所观察到的相同的效力模式。
如图4A-4D所示，两种单一敲除(TGFBR2 KO和CISH NK)证实了在存在外源TGF-β的情况下，相对于未编辑的对照NK细胞，对肿瘤靶标改善的细胞毒性(对于两种单一KO，p＜0.0001)。此外，CISH KO NK细胞意外地以与TGFBR2 KO NK细胞类似的水平进行杀伤，表明敲除CISH还帮助NK细胞克服TGF-β免疫抑制。CISH/TGFBR2 DKO NK细胞证实在所测试的E∶T比，与单一敲除或未编辑的对照NK细胞相比，卵巢肿瘤球状体SK-OV-3优良的快速和持续杀伤(n＝7个独立实验，4个唯一NK细胞供体，p＜0.0001)，从而证实了同时靶向两种途径的加和作用。未编辑的单一KO和双KO NK细胞还以类似趋势杀伤PC-3前列腺肿瘤球状体(数据未显示)。
这些数据表明CISH/TGFBR2 DKO NK细胞对于靶向多种类型的肿瘤是非常有效的。
另外，在存在靶向HER2的单克隆抗体曲妥珠单抗的情况下，检查了NK细胞对SK-OV-3肿瘤球状体的杀伤。曲妥珠单抗(10μg/ml)的加入意外地在1.25：1的低E：T比下将通过未编辑的NK细胞的杀伤提高了很大程度，并且曲妥珠单抗还显著提高了通过已经有效的DKO NK细胞的杀伤(参见图5)，其导致最大量的肿瘤球状体杀伤。该数据显示曲妥珠单抗和NK细胞具有强抗体-依赖性细胞毒性(ADCC)，并且曲妥珠单抗和NK细胞，特别是CISH/TGFBR2 DKO NK细胞的组合具有成为有效的肿瘤治疗的潜力。CISH/TGFBR2 DKO细胞还在存在西妥昔单抗的情况下以类似趋势(即在存在西妥昔单抗的情况下，大于未编辑的NK细胞或者单一CISH KO或TGFBR2 KO细胞；数据未显示)杀伤最大量的PC-3前列腺肿瘤球状体。
实施例3：CISH/TGFBR2 DKO NK细胞显示出增强的体内抗-肿瘤活性
在体内NSG小鼠异种移植模型中，腹膜内注射(i.p.)50或100万个fLuc-SK-OV-3细胞(表达荧光素酶)。在肿瘤细胞注射后7天，经由i.p.注射1000万个未编辑的对照NK细胞或者DKO NK细胞。每周实施使用IVIS系统的生物发光成像以监测肿瘤负荷。
单剂量的DKO NK细胞比未编辑的对照NK细胞更有效地降低肿瘤负荷(图6A和6B)，从而导致中值存活时间统计学显著增加并导致了较低的肿瘤负荷(图6C-6D)。
该结果表明CISH/TGFBR2 DKO NK细胞作为基于细胞的癌症药物是有前景的。
实施例4：抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADDC)进一步增强了通过CISH/ TGFBR2 DKO NK的体内抗-肿瘤活性
对NSG小鼠(n＝8只每组)经由i.p.接种50万个表达荧光素酶的SK-OV-3细胞。在肿瘤接种后第6天，将具有肿瘤的小鼠随机分配到具有相当肿瘤负荷的组中。一天后，用2.5mpk同种型、2.5mpk曲妥珠单抗、1000万个未编辑的CD56+NK细胞、1000万个DKO CD56+NK细胞或者DKO CD56+NK细胞与曲妥珠单抗的组合经由i.p注射小鼠。
图7A和7C再次显示DKO NK细胞对于控制小鼠的肿瘤生长和延长寿命显著更有效。曲妥珠单抗显著提高了DKO NK治疗的这些效果，如图7B和7D所示。
该数据显示曲妥珠单抗可以介导ADCC并且促进通过DKO NK细胞的体内肿瘤杀伤，并且强烈表明曲妥珠单抗和DKO NK细胞的组合疗法对于癌症，如卵巢癌可以是非常有效的治疗。
实施例5：还在连续杀伤测定中，在利妥昔单抗和NK细胞的组合治疗中观察到了 ADCC作用
将2D血红素重刺激/连续杀伤测定用于确定NK细胞在连续肿瘤杀伤中的耐久度。具体地，20万个未编辑的对照NK细胞或CISH/TGFBR2 DKO NK细胞接种到每个孔中。在测定开始时，将1万个Raji肿瘤细胞(血液学恶性细胞系)加入至NK细胞，并且随后每48小时将5千个肿瘤细胞和IL-15加样(spiked)至每个孔中。通过归一化总红色目标面积，定量存活的肿瘤细胞(参见图8A)。
不存在NK细胞时，单独的利妥昔单抗不杀伤肿瘤细胞(数据未显示)。对于未编辑的NK细胞，利妥昔单抗的添加改善了不存在和存在TGF-β两者的情况下的肿瘤细胞杀伤(图8B，左侧2个图版)。DKO NK细胞已比未编辑的NK细胞在杀伤肿瘤细胞中更有效(图8B，比较顶部2个图版)，并且利妥昔单抗的加入进一步增强了DKO NK细胞对肿瘤细胞的杀伤(图8B，右侧2个图版)。在该连续杀伤测定中，7天后NK细胞对于杀伤肿瘤细胞仍有效。
该实验显示利妥昔单抗在通过NK细胞的Raji细胞杀伤中介导ADCC。在存在或不存在TGF-β的情况下，在该测定中，利妥昔单抗和CISH/TGFBR2 DKO NK细胞的组合对于连续杀伤肿瘤细胞最有效至少7天，表明这对于癌症，如血液学癌症是有效的组合疗法。
整体上，在存在不同的癌症治疗抗体，包括曲妥珠单抗和西妥昔单抗(实施例2和4)和利妥昔单抗(实施例5)的情况下，显示CISH/TGFBR2 DKO NK细胞表现出改善的ADCC和效应因子功能的实验结果表明CISH/TGFBR2 DKO细胞可以与多种癌症治疗抗体组合以改善多种癌症的治疗结局。
实施例6：CISH/TGFBR2 DKO NK细胞的功能鉴定显示出提高的颗粒酶B和去颗粒 化，其支持改善的连续杀伤能力
如以上所描述的，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞具有提高的效应因子功能并且耐受TGF-β抑制。在存在TGF-β的情况下，这些组合活性使得该健康供体来源的NK细胞疗法能够比对照NK细胞更有效地杀伤肿瘤细胞并且杀伤更长持续时间。
为了进一步研究CISH/TGFBR2双敲除(DKO)NK细胞(如实施例1所述所产生的)提高连续杀伤能力的机制，首先使用Nanostring分析，关注对于NK细胞效应因子功能和代谢重要的转录本研究每种基因编辑所促使的转录变化。除了CISH和TGFBR2单基因和双基因敲除(KO)NK细胞外，作为对照包括了未编辑的、空电穿孔的和对照编辑的(靶向生物学不相关的位点)NK细胞以研究电穿孔和双链DNA断裂对NK细胞功能的潜在影响。在电穿孔后，将分析中所包括的所有样品在IL-15(10ng/mL)中培养3天。有趣地，在所有对照条件下未检测到显著转录变化，而含有CISH编辑的样品明显上调与NK细胞效应因子功能有关的转录本，包括融细胞性颗粒(GZMB、GZMA和GZMH)的含量(图9A)。此外，在CISH/TGFBR2 DKO NK细胞中表达了比对照NK细胞高平均22倍的GZMB转录本，如在4个唯一的NK细胞供体中通过RT-qPCR所测量的(图9B)。
然后，溶胞特征是否增加可以是其中CISH/TGFBR2 DKO NK细胞在功能上优于对照NK细胞的一个潜在机制。与该假设一致，在与SKOV-3肿瘤细胞共培养14hr后，CISH/TGFBR2DKO NK细胞显示出显著更高的CD107a(去颗粒标志物)水平，表明CISH/TGFBR2 DKO NK细胞相对于对照NK细胞具有提高的去颗粒能力。为了确定与NK细胞衔接后肿瘤细胞内颗粒酶蛋白的存在，发展了新型GzmB报告基因并将慢病毒载体用于将该报告分子引入肿瘤细胞系(SK-OV-3：：GzmB)。用报告分子转导SK-OV-3肿瘤细胞，然后与CISH/TGFBR2 DKO NK细胞或对照NK细胞共培养。将106个NK细胞与5000个用NucLight Red标记的SK-OV-3：：GzmB细胞共培养；并且在Incucyte S3系统上每2小时成像长达36小时(图9D)。相对于与对照NK细胞共培养的转导的肿瘤细胞，在与CISH/TGFBR2 DKONK细胞共培养的用GzmB报告分子转导的SK-OV-3肿瘤细胞中早4小时鉴别到GzmB活性。另外，在36小时的时间段内，与对照NK细胞相比，CISH/TGFBR2 DKONK细胞影响80％更多的具有颗粒酶B的SK-OV-3肿瘤细胞(图9C和9E)。显著地，这些数据证实CISH/TGFBR2 DKO NK细胞不仅比对照NK细胞更快速地释放GzmB，而且去颗粒化的GzmB的量同样更多(相对于对照NK细胞)，从而确认提高的去颗粒化是CISH/TGFBR2 DKO NK细胞相对于对照NK细胞具有优良的功能能力的关键机制。
总体上，这些数据证实CISH/TGFBR2 DKO NK细胞表达高水平的GzmB并且比未编辑的NK细胞具有更快且增强的去颗粒化活性，从而表明这是CISH/TGFBR2DKO NK细胞在SK-OV-3肿瘤靶标体外杀伤期间显示出优良细胞毒性的潜在机制。
实施例7：CISH/TGFBR2 DKO NK细胞证实在肿瘤靶标杀伤期间，在营养剥夺条堡下 通过提高的备用呼吸能力的优良功能。
自然杀伤(NK)细胞经由多种机制区分肿瘤和健康组织，包括应激配体的识别和MHC I类表达的丧失。如以上所描述的，在来源于健康供体的NK细胞中，经由CRISPR-Cas12a介导的CISH和TGFBR2双基因敲除产生CISH/TGFBR2 DKO NK细胞(参见实施例1)。这些细胞证实了体外和体内两种情况下，对TGF-β抑制的耐受性和提高的肿瘤控制。
通过效应细胞的抗-肿瘤活性需要显著的能量消耗并且受限于肿瘤微环境(TME)中可用的营养物。由于活跃的肿瘤细胞代谢导致与浸润效应细胞对必需营养物的竞争，以及与此同时由于Warburg代谢而富集了免疫抑制代谢产物，如乳酸，因此已知TME是营养剥夺的。为了研究CISH/TGFBR2 DKO NK细胞在这些不利代谢条件下是否是功能性的，因此在已建立的SK-OV-3卵巢肿瘤球状体模型中对代谢微环境建模。
为了对这种不利的微环境体外建模，在降低的葡萄糖浓度(10-0.5mM，例如，10mM(对照)、5mM、2.5mM、1.0mM或0.5mM)或者谷氨酰胺浓度(2-0.1mM，例如，2mM(对照)、1mM、0.5mM或0.1mM)(两者均为NK细胞代谢的重要能源)，和提高的抑制代谢产物乳酸盐浓度(0-50mM，例如，0.0mM(对照)、25mM或50mM)或者降低的pH(7.2-6.5，例如，7.2(对照)、6.9、6.7或6.5)下产生了SK-OV-3卵巢肿瘤球状体。已知这些代谢条件中的每一种抑制效应细胞功能，并且通过在不存在TGF-β的情况下，以10：1的效应因子：靶标比实施球状体细胞共培养，对该系统进行了进一步应激(图10A)。在所有上述条件下，相对于标准培养基中形成的球状体，以类似的比形成了SK-OV-3肿瘤球状体。显著地，已发现在每种这些条件下，CISH/TGFBR2DKO NK细胞证实了在不存在关键营养物的情况下并且在不利的生长条件下，相对于对照未编辑的NK细胞的快速且持续的肿瘤杀伤。
为了对TME中代谢条件的复杂性进一步建模，产生了代谢条件的多阶矩阵，其中在存在乳酸盐和/或酸性细胞培养基的情况下组合了多种营养物的剥夺。具体地，在存在10ng/mL TGF-β的情况下，以5∶1的效应因子：靶标比，通过SK-OV3-肿瘤球状体测定了NK细胞的细胞毒性(图10B)。还通过SK-OV3-肿瘤球状体测定了NK细胞的细胞毒性，所述细胞选择性进化以在存在10g/mL TGF-β的情况下，以10：1的效应因子：靶标比例，在100小时(图10C)或者以不同的效应因子：靶标比(图10D)在100小时在营养物剥夺和/或高乳酸盐培养基中生长。显著地，在所有所测试的矩阵条件下，已意外地发现CISH/TGFBR2 DKO NK细胞证实相对于对照NK细胞，对SK-OV-3球状体的细胞毒性升高，表明CISH/TGFBR2 DKO NK细胞优于对照NK细胞的清楚且稳健的代谢优势。在所有这些条件下，相对于对照NK细胞，进一步观察到通过CISH/TGFBR2DKO NK细胞的IFN-γ和TNF-α浓度的相应升高。
考虑到线粒体呼吸对于NK细胞持久度和功能至关重要，因此接下来研究了CISH/TGFBR2 DKO NK细胞的线粒体功能。CISH/TGFBR2 DKO NK细胞一致证实在过夜IL-15饥饿后，相对于对照NK细胞更大的备用呼吸能力(SRC)，从而表明了由于CISH和TGFBR2敲除所造成的增强的线粒体储备量(图10E)。SRC是线粒体质量和健康性的函数。具有较大SRC的细胞可以产生更多的ATP并且克服更强的胁迫，包括氧化应激。在与IL-15培养过夜的NK细胞中观察到了类似的结果。SRC的升高可能能够使CISH/TGFBR2 DKO NK细胞达到在代谢困难条件下介导效应因子功能所必须的增强的能量需求，因此保持了优良的细胞毒能力和细胞因子产生。
总之，发展了复杂的多因子体外肿瘤球状体模型以更实际地研究体内可能遇到的TME。这些数据证实C RISPR-Cas12a CISH和TGFBR2基因编辑的NK细胞的增强的代谢功能在类似于效应细胞在肿瘤内所经历的那些的代谢不良条件下在SK-OV-3球状体的体外杀伤期间导致产生了优良的细胞毒性。这些数据进一步证实了CISH/TGFBR2 DKO NK细胞作为新型癌症细胞疗法的潜力。
实施例8.CISH/TGFBR2 DKO NK细胞证实了对其它肿瘤细胞系的增强的抗-肿瘤活 性和持续的连续杀伤
进一步测试了(如实施例14所述产生的)CISH/TGFBR2双敲除的NK细胞对多种其它肿瘤细胞系，如Nalm6肿瘤细胞及其它血液学肿瘤细胞系的抗肿瘤活性。
图11A和11B显示CISH/TGFBR2双敲除的NK细胞在存在TGF-β的情况下，与对照未编辑的NK细胞相比，对Nalm6肿瘤细胞显示出增强的抗肿瘤活性。将CISH/TGFBR2 DKO NK细胞或未编辑的对照NK细胞以20：1的效应因子肿瘤比，在存在5ng/mL IL-15且不添加和添加10ng/mL TGF-β的情况下与Nalm6肿瘤细胞共培养。在所有条件下观察到了升高的细胞毒性，而当在细胞培养物中添加TGF-β时，观察到了更大的升高。
另外，如图12和图13所示，在体外连续杀伤测定中，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞连续杀伤Nalm6肿瘤细胞超过8天，而未编辑的NK细胞具有有限的连续杀伤作用。在该测定中，在存在5ng/mL IL-15和10ng/mL TGF-β的情况下，每48小时将Nalm6肿瘤细胞(5×103个细胞)加入至NK细胞。每48小时收获来自该测定的上清液，并且在该测定的持续时间内，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞相对于未编辑的NK细胞显示产生较高水平的IFN-γ和TNF-α(图14)，表明CISH/TGFBR2 DKO NK细胞即使在连续杀伤后也可以继续产生这些炎性细胞因子。
还在连续杀伤测定中测试了其它血液学肿瘤细胞系，如Raji(伯基特氏淋巴瘤)、RPMI8226(多发性骨髓瘤)和THP-1(急性单核细胞性白血病)细胞。如图15A-15C所示，CISH/TGFBR2 DKO NK细胞证实了在存在TGF-β的情况下，对这些肿瘤细胞系中的每一种的持续的连续杀伤活性，并且CISH/TGFBR2 DKO NK细胞连续杀伤这些肿瘤细胞系中每一种的细胞超过8天。
这些数据表明CISH/TGFBR2 DKO NK细胞对于靶向多种类型的肿瘤是非常有效的。

Claims (31)

1.诱导癌细胞的抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)的方法，所述方法包括将所述癌细胞与修饰的自然杀伤(NK)细胞和抗体或其抗原结合部分接触，其中所述修饰的NK细胞显示出转化生长因子β受体2(TGFβR2)和细胞因子诱导含SH2蛋白(CISH)的功能缺失，借此诱导所述癌细胞的ADCC。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触是在受试者中的。
3.治疗受试者中癌症的方法，所述方法包括向所述受试者施用修饰的自然杀伤(NK)细胞和抗体或其抗原结合部分，其中所述修饰的NK细胞显示出转化生长因子β受体2(TGFβR2)和细胞因子诱导含SH2蛋白的功能缺失，其中所述施用在所述受试者中诱导了癌细胞的ADCC，借此治疗所述受试者中的癌症。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中与使用未修饰的NK细胞和所述抗体的癌细胞的ADCC相比，所述施用将ADCC提高至少约20％、至少约25％、至少约50％、至少约75％、至少约100％、至少约2倍、至少约5倍或至少约10倍。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中到施用后约10天或约20天，所述施用将所述受试者中的肿瘤体积减小了至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％或至少约80％或至少约90％。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述施用后，所述施用将所述受试者中的肿瘤体积减小了至少约10天、至少约20天、至少约30天、至少约40天。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的方法，其中所述施用提高了所述受试者的存活时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述受试者的存活时间与未施用所述修饰的NK细胞和所述抗体的受试者相比提高至少约2倍，与单独施用所述抗体的受试者相比提高至少约2倍，和/或与单独施用所述修饰的NK细胞的受试者相比提高至少约50％。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触是体外的。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与TNFα的对照水平表达相比TNFα水平升高至少约2倍，其中TNFα的对照水平是未修饰的NK细胞在相同条件下产生的TNFα的水平。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与TNFα的对照水平表达相比TNFα水平提高至少约3倍。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与IFNγ的对照水平表达相比IFNγ水平提高至少约2倍，其中所述IFNγ的对照水平是未修饰的NK细胞在相同条件下产生的IFNγ的水平。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与IFNγ的对照水平表达相比IFNγ水平提高至少约3倍。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与融细胞性颗粒的对照水平表达相比融细胞性颗粒水平提高至少约2倍，其中所述融细胞性颗粒选自由以下组成的组：GZMB、GZMA和GZMH；任选地其中融细胞性颗粒的对照水平是未修饰的NK细胞在相同条件下产生的融细胞性颗粒的水平。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与融细胞性颗粒的对照水平表达相比融细胞性颗粒水平提高至少约3倍。
16.根据权利要求9-15中任一项所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与融细胞性颗粒的对照产率相比融细胞性颗粒的产率提高至少约2倍，其中所述融细胞性颗粒选自由以下组成的组：GZMB、GZMA和GZMH；任选地其中融细胞性颗粒的对照产率是未修饰的NK细胞在相同条件下的融细胞性颗粒的产率。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与融细胞性颗粒的对照产率相比融细胞性颗粒产率升高至少约3倍。
18.根据权利要求9-17中任一项所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与CD107a的对照水平表达相比CD107a水平升高至少约2倍；任选地其中所述CD107a的对照水平是未修饰的NK细胞在相同条件下的CD107a的水平。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与CD107a的对照水平表达相比CD107a水平升高至少约3倍。
20.根据权利要求9-19中任一项所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与归一化总积分红色对象强度的对照水平相比肿瘤球体测定中归一化的总积分红色对象强度减少至少约20％，其中所述归一化的总积分红色对象强度的对照水平是使用未修饰的NK细胞在相同条件下产生的归一化的总积分红色对象强度的水平。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与归一化的总积分红色对象强度的对照水平相比在肿瘤球状体测定中归一化的总积分红色对象强度降低至少约25％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约75％或者约100％。
22.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与细胞毒性活性的对照水平相比在营养物剥夺条件下细胞毒性活性升高至少约20％，任选地其中所述细胞毒性活性的对照水平是未修饰的NK细胞在相同条件下的细胞毒性水平。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与细胞毒性活性对照水平相比在营养物剥夺条件下细胞毒性活性升高至少约25％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约75％或约100％。
24.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与备用呼吸能力的对照水平相比备用呼吸能力升高至少20％，任选地其中所述备用呼吸能力的对照水平是未修饰的NK细胞在相同条件下的备用呼吸能力的水平。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述修饰的NK细胞包括与备用呼吸能力的对照水平相比备用呼吸能力升高至少约25％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约75％或约100％。
26.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中所述抗体或其抗原结合部分结合所述癌细胞上的抗原。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述癌细胞上的抗原是表皮生长因子受体(EGFR)、HER2、CD20、PD-L1、PD-1(PEMBRO和NIVO)、CTLA-4(IPI)、CD73或TIGIT。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述抗体是西妥昔单抗、利妥昔单抗或曲妥珠单抗，或其抗原结合部分。
29.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中将所述修饰的NK细胞与所述抗体或其抗原结合部分同时施用。
30.根据权利要求1-28中任一项所述的方法，其中在所述修饰的NK细胞之前施用所述抗体或其抗原结合部分，或者其中在所述抗体或其抗原结合部分之前施用所述修饰的NK细胞。
31.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中所述癌细胞是头颈癌细胞、乳腺癌细胞、结直肠癌细胞、胃癌细胞、肾细胞癌(RCC)细胞或者非小细胞肺癌(NSCLC)细胞、实体瘤细胞、膀胱癌细胞、肝细胞癌细胞、前列腺癌细胞、卵巢/子宫癌细胞、胰腺癌细胞、间皮瘤细胞、黑素瘤细胞、成胶质细胞瘤细胞、宫颈癌细胞、口腔癌细胞、咽癌、甲状腺癌细胞、胆囊癌细胞、软组织肉瘤或者血液学癌症细胞。
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