EA043850B1 - AAV-MEDIATED EXPRESSION USING A SYNTHETIC PROMOTER AND ENHANCER - Google Patents

AAV-MEDIATED EXPRESSION USING A SYNTHETIC PROMOTER AND ENHANCER Download PDF

Info

Publication number
EA043850B1
EA043850B1 EA201892006 EA043850B1 EA 043850 B1 EA043850 B1 EA 043850B1 EA 201892006 EA201892006 EA 201892006 EA 043850 B1 EA043850 B1 EA 043850B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
vector
cftr
promoter
enhancer
recombinant
Prior art date
Application number
EA201892006
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Джон Ф. Энгельхард
Цзыин Янь
Original Assignee
Юниверсити Оф Айова Рисерч Фаундейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юниверсити Оф Айова Рисерч Фаундейшн filed Critical Юниверсити Оф Айова Рисерч Фаундейшн
Publication of EA043850B1 publication Critical patent/EA043850B1/en

Links

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross reference to related applications

По изобретению испрашивается приоритет по дате подачи заявки США с серийным № 62/304,656, поданной 7 марта 2016 года, раскрытие которой включено в настоящее описание посредством ссылкиThe invention claims priority to U.S. Application Serial No. 62/304,656, filed March 7, 2016, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

Положение о правах правительстваGovernment Rights Statement

Изобретение осуществлено с правительственной поддержкой по гранту HL108902, выделенному в National Institutes of Health. Правительство имеет определенные права на изобретение.The invention was made with government support under grant HL108902 allocated to the National Institutes of Health. The government has certain rights to an invention.

ПредпосылкиPrerequisites

Кистозный фиброз (CF) представляет собой летальное аутосомно-рецессивное нарушение, которое поражает по меньшей мере 30000 человек только в США (O'Sullivan et al., 2009). Генетической основной CF является мутация одного гена, который кодирует регулятор трансмембранной проводимости при кистозном фиброзе (CFTR) (Riordan et al., 1989; Rommens et al., 1989). Она ведет к дефектному белку CFTR и вытекающим аномалиям в транспорт электролитов и текучих веществ во многих органах (Welsh, 1990; Rowe et al., 2005). Наиболее опасным для жизни исходом является CF заболевание легких, которое отличается вязким слизистым секретом и хроническими бактериальными инфекциями (Welsh, 1990). Вместе с усовершенствованием ухода за пациентом и успехами в фармакологической терапии для CF, продолжительность жизни пациентов с CF постоянно увеличивается в течение последних десятилетий; однако качество жизни пациентов с CF остается низким, а лекарственные средства, которые облегчают легочные осложнения, являются дорогостоящими и эффективны только у отдельных пациентов. Поскольку заболевание легких является основной причиной смертности у пациентов с CF, а генетической основой является моногенный дефект, генная терапия для CF заболевания легких имеет потенциал к излечению всех пациентов с CF, независимо от их мутации в CFTR. Таким образом, клинические исследования по CF легочной генной терапии начаты в середине 1990-х. Однако все исследования до настоящего времени были безуспешными (Sumner-Jones et al., 2010). Причина, лежащая в основе этого, состоит в том, что векторы, доступные для переноса генов в эпителий дыхательных путей человека (НАЕ), не эффективны (Mueller & Flute, 2008; Griesenbach & Alton, 2009; Griesenbach et al., 2010).Cystic fibrosis (CF) is a lethal autosomal recessive disorder that affects at least 30,000 people in the United States alone (O'Sullivan et al., 2009). The genetic basis of CF is a mutation in a single gene that encodes the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) (Riordan et al., 1989; Rommens et al., 1989). It leads to a defective CFTR protein and resulting abnormalities in the transport of electrolytes and fluids in many organs (Welsh, 1990; Rowe et al., 2005). The most life-threatening outcome is CF lung disease, which is characterized by viscous mucous secretions and chronic bacterial infections (Welsh, 1990). Along with improvements in patient care and advances in pharmacological therapy for CF, the life expectancy of patients with CF has been steadily increasing over the past decades; however, the quality of life of patients with CF remains poor, and medications that alleviate pulmonary complications are expensive and effective only in selected patients. Because lung disease is the leading cause of death in CF patients and the genetic basis is a monogenic defect, gene therapy for CF lung disease has the potential to cure all CF patients, regardless of their CFTR mutation. Thus, clinical trials for CF pulmonary gene therapy began in the mid-1990s. However, all studies to date have been unsuccessful (Sumner-Jones et al., 2010). The reason behind this is that the vectors available for gene transfer into human airway epithelium (HAE) are not efficient (Mueller & Flute, 2008; Griesenbach & Alton, 2009; Griesenbach et al., 2010).

Аденоассоциированный вирус (AAV), член семейства парвовирусов человека, является непатогенным вирусом, репликация которого зависит от вирусов-помощников. По этой причине, rAAV векторы относятся к наиболее часто используемым в доклинических исследованиях и клинических исследованиях генной терапии (Carter, 2005; Wu et al., 2006; Daya & Berns, 2008). В действительности, клинические исследования CF заболевания легких с использованием rAAV2 продемонстрировали хороший профиль безопасности и длительную персистенцию вирусного генома в ткани дыхательных путей (как оценивали с помощью биопсии) относительно других средств переноса генов (таких как рекомбинантный аденовирус). Тем не менее, перенос генов не позволял усовершенствовать функцию легких у пациентов с CF, поскольку не обнаруживали транскрипцию мРНК CFTR, извлекаемой из rAAV вектора (Flotte, 2001; Aitken et al., 2001; Wagner et al., 2002; Moss et al., 2007; Duan et al., 2000). Эти наблюдения соответствуют последним исследованиям rAAV трансдукции с использованием модели поляризованного НАЕ in vitro, в которой клетки выращивают на границе раздела воздух-жидкость (ALI) (Flotte, 2001; Duan et al., 1998). Низкая эффективность rAAV2 в качестве вектора для экспрессии CFTR в НАЕ главным образом обусловлена двумя основными препятствиями: 1) неэффективный процессинг вируса после проникновения и 2) ограниченная упаковывающая способность rAAV.Adeno-associated virus (AAV), a member of the human parvovirus family, is a non-pathogenic virus that depends on helper viruses for replication. For this reason, rAAV vectors are among the most commonly used in preclinical and clinical gene therapy studies (Carter, 2005; Wu et al., 2006; Daya & Berns, 2008). Indeed, clinical studies of CF lung disease using rAAV2 have demonstrated a good safety profile and long-term persistence of the viral genome in airway tissue (as assessed by biopsy) relative to other means of gene transfer (such as recombinant adenovirus). However, gene transfer did not improve lung function in CF patients because transcription of CFTR mRNA extracted from the rAAV vector was not detected (Flotte, 2001; Aitken et al., 2001; Wagner et al., 2002; Moss et al. , 2007; Duan et al., 2000). These observations are consistent with recent studies of rAAV transduction using an in vitro polarized HAE model in which cells are grown at an air-liquid interface (ALI) ( Flotte, 2001 ; Duan et al., 1998 ). The low efficiency of rAAV2 as a vector for CFTR expression in HAE is mainly due to two major obstacles: 1) inefficient post-entry viral processing and 2) limited packaging capacity of rAAV.

Начальные доклинические исследования с использованием rAAV2-CFTR, которые подкрепляли первые клинические исследования у пациентов с CF, осуществляли у макаков-резусов. Эти исследования демонстрировали, что вирусная ДНК и происходящая из трансгена мРНК CFTR персистировали в легких в течение длительных периодов после rAAV2-опосредованного переноса генов CFTR (Conrad et al., 1996). Однако более поздние исследования по сравнению эффективности rAAV2 трансдукции между ALI-культурами эпителия дыхательных путей человека и макака-резуса показывали, что тропизм rAAV2 к апикальной трансдукции значительно выше в культурах макаков-резусов, чем в их человеческих аналогах (Liu et al., 2007), вероятно, из-за видоспецифических различий в рецепторах и корецепторах AAV2, которые существуют на апикальной поверхности. В исследованиях поляризованного НАЕ, большинство вирионов AAV2 проходили интернализацию после апикальной инфекции, но накапливались в цитоплазме вместо того, чтобы проходить в ядро (Duan et al., 2000; Ding et al., 2005). Одной помехой для внутриклеточной направленной миграции, необходимой для плодотворной вирусной трансдукции, является убиквитин-протеасомный путь (Duan et al., 2000; Yan et al., 2002); временное ингибирование активности протеасом значительно усиливает трансдукцию (в 700 раз) rAAV2-люциферазных векторов с апикальной поверхности за счет содействия транслокации вектора в ядро (Yan et al., 2006). Однако применение ингибиторов протеасом для увеличения эффективности трансдукции rAAV-CFTR векторов только немного усовершенствует экспрессию CFTR, наиболее вероятно из-за низкой активности короткого промотора, используемого в rAAV-CFTR векторах (Zhang et al., 2004). Открытая рамка считывания (ORF) гена CFTR составляет 4,443 т. о., и таким образом приближается к размеру генома AAV в 4,679 т. о. Несмотря на то, что капсид AAV может вмещать содержимое, превышающее его нативный ДНК геном, его максимальная упаковывающая способность составляет приблизительно 5,0 т. о. (Dong et al., 1996), и экспрессия трансгена из векторов, превышающих этот предел, ведет к значительно сниженной функции (Wu et al., 1993).Initial preclinical studies using rAAV2-CFTR, which supported the first clinical studies in patients with CF, were performed in rhesus monkeys. These studies demonstrated that viral DNA and transgene-derived CFTR mRNA persisted in the lungs for long periods after rAAV2-mediated CFTR gene transfer (Conrad et al., 1996). However, more recent studies comparing the efficiency of rAAV2 transduction between ALI cultures of human and rhesus monkey airway epithelium showed that rAAV2 tropism for apical transduction is significantly higher in rhesus monkey cultures than in their human counterparts (Liu et al., 2007). , likely due to species-specific differences in AAV2 receptors and co-receptors that exist on the apical surface. In studies of polarized HAE, most AAV2 virions were internalized after apical infection but accumulated in the cytoplasm instead of passing into the nucleus (Duan et al., 2000; Ding et al., 2005). One obstacle to the intracellular directional migration required for fruitful viral transduction is the ubiquitin-proteasome pathway (Duan et al., 2000; Yan et al., 2002); transient inhibition of proteasome activity significantly enhances transduction (700-fold) of rAAV2-luciferase vectors from the apical surface by promoting vector translocation into the nucleus (Yan et al., 2006). However, the use of proteasome inhibitors to increase the transduction efficiency of rAAV-CFTR vectors will only slightly improve CFTR expression, most likely due to the low activity of the short promoter used in rAAV-CFTR vectors (Zhang et al., 2004). The open reading frame (ORF) of the CFTR gene is 4,443 kb, and thus approaches the AAV genome size of 4,679 kb. Although the AAV capsid can accommodate contents larger than its native DNA genome, its maximum packaging capacity is approximately 5.0 kb. (Dong et al., 1996), and transgene expression from vectors exceeding this limit leads to significantly reduced function (Wu et al., 1993).

- 1 043850- 1 043850

С учетом необходимости цис-элементов в 300 п. о. из генома AAV (две последовательности ITR на концах) и кодирующей последовательности CFTR в 4443 п. о., в векторном геноме остается немного места (257 п. о.) для сильного промотора и сигнала полиаденилирования. Таким образом, rAAV-CFTR вектор первого поколения (AV2.tgCF), который тестировали в клинических исследованиях, основан на активности криптического промотора из AAV2 ITR для управления транскрипцией кДНК полноразмерного CFTR с синтетическим сигналом полиаденилирования (Flotte et al., 1993; Aitken et al., 2003).Taking into account the need for cis-elements of 300 bp. from the AAV genome (two ITR sequences at the ends) and the 4443 bp CFTR coding sequence, there is little room (257 bp) in the vector genome for a strong promoter and polyadenylation signal. Thus, the first generation rAAV-CFTR vector (AV2.tgCF) that was tested in clinical studies relies on the cryptic promoter activity of the AAV2 ITR to drive transcription of the full-length CFTR cDNA with a synthetic polyadenylation signal (Flotte et al., 1993; Aitken et al. ., 2003).

He так давно разработан rAAV вектор AV2.tg83-CFTR, в котором используется синтетический промотор в 83 п. о. (tg83) (Zhang et al., 2004) для усовершенствования экспрессии кДНК полноразмерного CFTR человека. Размер генома этого вектора составляет 4,95 т. о. Несмотря на то, что этого вектор давал 3-кратное увеличение цАМФ-опосредованных Cl- токов в CF HAE ALI-культурах относительно AV2.tgCF, этот уровень экспрессии оставался субоптимальным для применения в генной терапии CF. Другие группы пытались использовать миниген CFTR для того, чтобы создавать пространство для встраивания более хорошего промотора в rAAV векторы; это выглядело обоснованным, исходя из более ранних исследований функции и структуры гена CFTR, которые показывают, что делеция коротких несущественных последовательностей с С-конца и регуляторного домена (R-домена) оказывала только минимальные эффекты на функцию хлорных каналов в CFTR (Zhang et al., 1998). Один широко используемый миниген CFTR представляет собой CFTRAR, который утратил 156 п. о., кодирующих 52 аминокислотных остатка (708-759) на N-конце R-домена. Перенос генов с использованием рекомбинантного аденовирусного вектора, кодирующего CFTRAR, В CF HAE ALI-культуры показывал, что этот трансген сохраняет по меньшей мере 80% трансэпителиального транспорта Cl-, обеспечиваемого полноразмерным CFTR (Ostedgaard et al., 2002). Кроме того, экспрессия CFTRAR у мышей с нокаутом CFTR-/-, спасала летальный кишечный фенотип (Ostedgaard et al., 2011). Эта делеция 156 п. о. позволяла упаковывать rAAV CFTR экспрессирующий вектор длиной 4,94 т. о., с экспрессией, управляемой минимальным промотором CMV (173 п. о.), в капсид AAV5 (Ostedgaard et al., 2005). Дополнительные усилия были направлены на разработку вариантов AAV векторов с более высоким апикальным тропизмом через направленную эволюцию капсида AAV в поляризованных НАЕ ALI-культурах (Li et al., 2009). Однако эти rAAV векторы не обеспечивали эффективной экспрессии CFTR, поскольку минимальный промотор CMV не функционировал хорошо в полностью дифференцированном эпителии дыхательных путей.The rAAV vector AV2.tg83-CFTR, which uses a synthetic 83-bp promoter, was developed not long ago. (tg83) (Zhang et al., 2004) to improve the expression of full-length human CFTR cDNA. The genome size of this vector is 4.95 kb. Although this vector produced a 3-fold increase in cAMP-mediated Cl - currents in CF HAE ALI cultures relative to AV2.tgCF, this level of expression remained suboptimal for use in CF gene therapy. Other groups have tried to use the CFTR minigene to create space for insertion of a better promoter into rAAV vectors; this seemed reasonable based on earlier studies of CFTR gene function and structure, which show that deletion of short non-essential sequences from the C-terminus and regulatory domain (R-domain) had only minimal effects on chloride channel function in CFTR (Zhang et al. , 1998). One widely used CFTR minigene is CFTRAR, which has lost 156 bp encoding 52 amino acid residues (708-759) at the N-terminus of the R domain. Gene transfer using a recombinant adenoviral vector encoding CFTRAR into CF HAE ALI cultures showed that this transgene retains at least 80% of the transepithelial Cl - transport provided by full-length CFTR (Ostedgaard et al., 2002). Additionally, expression of CFTRAR in CFTR−/− knockout mice rescued the lethal intestinal phenotype (Ostedgaard et al., 2011). This deletion is 156 bp. allowed the 4.94 kb rAAV CFTR expression vector, with expression driven by the minimal CMV promoter (173 bp), to be packaged into the AAV5 capsid (Ostedgaard et al., 2005). Additional efforts have been directed toward developing variant AAV vectors with higher apical tropism through directed evolution of the AAV capsid in HAE-polarized ALI cultures (Li et al., 2009). However, these rAAV vectors did not efficiently express CFTR because the CMV minimal promoter did not function well in fully differentiated airway epithelium.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Чтобы обойти ограничение размера промотора в рекомбинантном аденоассоциированном вирусном (rAAV) векторе, который можно использовать для того, чтобы экспрессировать определенные трансгены, осуществляли скрининг набора из 100-членных синтетических энхансерных элементов, состоящих из десяти повторов по 10 п. о., на способность увеличивать экспрессию трансгена CFTR с короткого синтетического промотора в 83 п. о. в контексте rAAV вектора для применения в генной терапии кистозного фиброза (CF). Скрининг эффективности синтетических энхансеров для усиления экспрессии трансгена проводили ступенчато в плазмидах без AAV последовательностей, провирусных векторах в форме плазмид с последовательностями AAV и rAAV векторах. Оценивали плазмидную трансфекцию и трансдукцию вирусным вектором в культивируемых клеточных линиях и у целых животных in vivo. Начальные исследования по оценке транскрипционной активности в монослойных (не поляризованных) культурах клеточных линий дыхательных путей человека и первичных клетках дыхательных путей хорька обнаруживали, что три из этих синтетических энхансеров (F1, F5 и F10) значительно содействовали транскрипции трансгена люциферазы в контексте плазмидной трансфекции. Дополнительный анализ в поляризованных культурах эпителия дыхательных путей человека и хорька на границе раздела воздух-жидкость (ALI), а также в дыхательных путях хорька in vivo, демонстрировал, что энхансер F5 давал наивысший уровень экспрессии трансгена в контексте AAV вектора. Кроме того, демонстрировали, что увеличение размера вирусного генома от 4,94 до 5,04 т. о. не оказывает значительного влияния на выход частиц векторов, но значительно снижает функциональность rAAV-CFTR векторов из-за небольших концевых делеций, которые простирались в экспрессирующую CFTR кассету слишком большого генома в 5,04 т. о. Поскольку rAAV-CFTR векторы размером больше 5 т. о. имеют значительно ослабленный векторный эффект, укороченный миниген CFTR хорька с делецией 159 п. о. в R-домене использовали для конструирования rAAV вектора (AV2/2.F5tg83-fCFTRAR). Этот вектор давал приблизительно 17-кратное увеличение экспрессии CFTR и значительно усовершенствовал Cl- токи в CF ALI-культурах. Эта комбинация небольшого энхансера/промотора может иметь обширную полезность для rAAV-опосредованной генной терапии, например, генной терапии CF, в дыхательных путях.To overcome the promoter size limitation in a recombinant adeno-associated virus (rAAV) vector that can be used to express specific transgenes, a set of 100-mer synthetic enhancer elements consisting of ten 10-bp repeats was screened for the ability to increase expression of the CFTR transgene from a short synthetic promoter of 83 bp. in the context of an rAAV vector for use in gene therapy for cystic fibrosis (CF). Screening for the effectiveness of synthetic enhancers to enhance transgene expression was carried out stepwise in plasmids without AAV sequences, proviral vectors in the form of plasmids with AAV sequences and rAAV vectors. Plasmid transfection and viral vector transduction were assessed in cultured cell lines and in whole animals in vivo. Initial studies assessing transcriptional activity in monolayer (non-polarized) cultures of human airway cell lines and primary ferret airway cells found that three of these synthetic enhancers (F1, F5 and F10) significantly promoted luciferase transgene transcription in the context of plasmid transfection. Additional analysis in polarized cultures of human and ferret airway epithelium at the air-liquid interface (ALI), as well as in ferret airways in vivo, demonstrated that the F5 enhancer gave the highest level of transgene expression in the context of an AAV vector. In addition, it was demonstrated that an increase in the size of the viral genome from 4.94 to 5.04 kb. had no significant effect on vector particle yield, but significantly reduced the functionality of rAAV-CFTR vectors due to small terminal deletions that extended into the oversized 5.04 kb CFTR expression cassette. Since rAAV-CFTR vectors larger than 5 kb. have a significantly weakened vector effect, a shortened ferret CFTR minigene with a 159 bp deletion. in the R domain was used to construct the rAAV vector (AV2/2.F5tg83-fCFTRAR). This vector produced an approximately 17-fold increase in CFTR expression and significantly improved Cl currents in CF ALI cultures. This small enhancer/promoter combination may have broad utility for rAAV-mediated gene therapy, such as CF gene therapy, in the airways.

Раскрытие относится к рекомбинантному вектору, такому как парвовирусный вектор, например, рекомбинантный аденоассоциированный вирусный (rAAV) вектор или бокавирусный (BoV) вектор, такой как BoV человека, который содержит синтетический энхансер, имеющий множество синтетических энхансерных последовательностей, функционально связанных с промотором, например, синтетическим промотором. В одном из вариантов осуществления каждый из множества энхансеров имеет одну и ту же последовательность. В одном из вариантов осуществления по меньшей мере 2 из множества энхансеров имеют отличающуюся последовательность. В одном из вариантов осуществления синтетический энханThe disclosure relates to a recombinant vector, such as a parvovirus vector, such as a recombinant adeno-associated virus (rAAV) vector or a bocavirus (BoV) vector, such as a human BoV, that contains a synthetic enhancer having a plurality of synthetic enhancer sequences operably linked to a promoter, e.g. synthetic promoter. In one embodiment, each of the plurality of enhancers has the same sequence. In one embodiment, at least 2 of the plurality of enhancers have a different sequence. In one embodiment, the synthetic enchan

- 2 043850 сер формируют из различных энхансерных последовательностей, где каждая уникальная последовательность может быть представлена один раз или больше чем один раз, и если больше чем один раз, может быть в тандеме или чередоваться с другими (отличающимися) энхансерными последовательностями. Например, синтетический энхансер может иметь пять различных энхансерных последовательностей, каждая представлена два раза в синтетическом энхансере, и повторные последовательности могут быть в тандеме (или нет). В одном из вариантов осуществления по меньшей мере одна из энхансерных последовательностей имеет сайт связывания ТР53. В одном из вариантов осуществления по меньшей мере одна из энхансерных последовательностей имеет сайт связывания CREB. В одном из вариантов осуществления по меньшей мере одна из энхансерных последовательностей имеет сайт связывания NRF-1 (CATGCGCAG). В одном из вариантов осуществления множество имеет комбинацию из одного или нескольких сайтов связывания ТР53, одного или нескольких сайтов связывания NRF-1 и/или одного или нескольких сайтов связывания CREB, например, CREB7. В одном из вариантов осуществления энхансерная последовательность имеет сайт связывания, представленный на одной из фиг. 8А-8С. В одном из вариантов осуществления множество имеет от 2 вплоть до 20 различных синтетических энхансерных последовательностей В одном из вариантов осуществления по меньшей мере одна из энхансерных последовательностей имеет не больше чем 15 п. о. В одном из вариантов осуществления множество составляет приблизительно до 150 нуклеотидов в длину, например, приблизительно 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130 или 140 нуклеотидов в длину. В одном из вариантов осуществления синтетический энхансер содержит F1, F5 или F10. В одном из вариантов осуществления энхансер имеет по меньшей мере 80, 85, 90, 92, 95, 98 или 99% идентичности нуклеотидных последовательностей с F1, F5 или F10. В одном из вариантов осуществления связанный промотор представляет собой синтетический промотор. В одном из вариантов осуществления промотор представляет собой tg83. В одном из вариантов осуществления промотор представляет собой промотор AAV. В одном из вариантов осуществления промотор представляет собой гетерологичный промотор, например, из генома другого вируса или млекопитающего. В одном из вариантов осуществления промотор функционально связан с открытой рамкой считывания, например, гетерологичной открытой рамкой считывания. В одном из вариантов осуществления открытая рамка считывания кодирует продукт профилактического или терапевтического гена, например, регулятор трансмембранной проводимости при кистозном фиброзе, α-антитрипсин, β-глобин, γ-глобин, тирозингидроксилазу, глюкоцереброзидазу, арилсульфатазу А, фактор VIII, дистрофии или эритропоэтин. В одном из вариантов осуществления комбинация множества энхансерных последовательностей и промотора составляет не больше чем 300 нуклеотидов в длину, например, не больше чем 125, 150, 175, 200, 250 или 275 нуклеотидов в длину. В одном из вариантов осуществления комбинация множества энхансерных последовательностей и промотора составляет меньше чем 500 нуклеотидов в длину. В одном из вариантов осуществления вектор представляет собой парвовирусный вектор, такой как rAAV вектор, например, AAV1, AAV2, AAV3, AAV4, AAV5, AAV6, AAV7, AAV8 или AAV9 вектор, или бокавирусный вектор человека, например, HBoV1, HBoV2, HBoV3 или HBoV4, или эволюционировавший вектор AAV или HBoV, который адаптирует уникальный тропизм, например, необязательно с использованием слегка измененных капсидных последовательностей от известных серотипов- 2 043850 sers are formed from different enhancer sequences, where each unique sequence may be present once or more than once, and if more than once, may be in tandem or alternate with other (different) enhancer sequences. For example, a synthetic enhancer may have five different enhancer sequences, each present twice in the synthetic enhancer, and the repeat sequences may be in tandem (or not). In one embodiment, at least one of the enhancer sequences has a TP53 binding site. In one embodiment, at least one of the enhancer sequences has a CREB binding site. In one embodiment, at least one of the enhancer sequences has an NRF-1 binding site (CATGCGCAG). In one embodiment, the plurality has a combination of one or more TP53 binding sites, one or more NRF-1 binding sites, and/or one or more CREB binding sites, eg, CREB7. In one embodiment, the enhancer sequence has a binding site shown in one of FIGS. 8A-8C. In one embodiment, the plurality has from 2 to 20 different synthetic enhancer sequences. In one embodiment, at least one of the enhancer sequences is no more than 15 bp. In one embodiment, the plurality is up to about 150 nucleotides in length, such as about 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, or 140 nucleotides in length. In one embodiment, the synthetic enhancer comprises F1, F5 or F10. In one embodiment, the enhancer has at least 80, 85, 90, 92, 95, 98, or 99% nucleotide sequence identity with F1, F5, or F10. In one embodiment, the associated promoter is a synthetic promoter. In one embodiment, the promoter is tg83. In one embodiment, the promoter is an AAV promoter. In one embodiment, the promoter is a heterologous promoter, for example, from the genome of another virus or mammal. In one embodiment, the promoter is operably linked to an open reading frame, for example, a heterologous open reading frame. In one embodiment, the open reading frame encodes a prophylactic or therapeutic gene product, for example, cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, α-antitrypsin, β-globin, γ-globin, tyrosine hydroxylase, glucocerebrosidase, arylsulfatase A, factor VIII, dystrophy, or erythropoietin. In one embodiment, the combination of multiple enhancer sequences and a promoter is no more than 300 nucleotides in length, such as no more than 125, 150, 175, 200, 250, or 275 nucleotides in length. In one embodiment, the combination of multiple enhancer sequences and a promoter is less than 500 nucleotides in length. In one embodiment, the vector is a parvovirus vector, such as an rAAV vector, for example, AAV1, AAV2, AAV3, AAV4, AAV5, AAV6, AAV7, AAV8 or AAV9 vector, or a human bocavirus vector, for example, HBoV1, HBoV2, HBoV3 or HBoV4, or an evolved AAV or HBoV vector that adapts a unique tropism, for example, optionally using slightly modified capsid sequences from known serotypes

Настоящее описание также относится к подходу к ступенчатому скринингу комбинаций тканеспецифических, а также повсеместных синтетических промоторов/энхансеров, в плазмидах, провирусных векторах и rAAV векторах, которые можно использовать при применении rAAV генной терапии к доставке кассеты большого трансгена. Примеры использования включают, но не ограничиваясь этим, экспрессию фактора VIII 4,3 т. о. с удаленным В-доменом в мышцах и/или печени при гемофилии А или доставку инструмента редактирования генов 4,2 т. о. из Streptococcus pyogenes (SpCas9) и химерной sgRNA вместе в любую желаемую ткань и орган in vivo.The present disclosure also relates to a stepwise screening approach for tissue-specific as well as ubiquitous synthetic promoter/enhancer combinations in plasmids, proviral vectors and rAAV vectors that can be used in the application of rAAV gene therapy to large transgene cassette delivery. Examples of use include, but are not limited to, expression of factor VIII 4.3 kb. with deleted B domain in muscle and/or liver for hemophilia A or delivery of a 4.2 kb gene editing tool. from Streptococcus pyogenes (SpCas9) and chimeric sgRNA together into any desired tissue and organ in vivo.

Кроме того, изобретение относится к способам применения рекомбинантного парвовирусного вектора для того, чтобы инфицировать клетки, например, клетки млекопитающих, такие как клетки хорька, собаки, кошки, коровы, лошади, козы или свиньи или клетки примата, например, клетки человека, например, вводя композицию, содержащую рекомбинантный парвовирусный вектор, млекопитающему. Например, геном рекомбинантного парвовируса может содержать экспрессирующую кассету, кодирующую гетерологичный продукт гена, например, который представляет собой терапевтический белок, такой как регулятор трансмембранной проводимости при кистозном фиброзе, α-антитрипсин, β-глобин, γглобин, тирозингидроксилаза, глюкоцереброзидаза, арилсульфатаза А, фактор VIII, дистрофии, эритропоэтин, а1-антитрипсин, поверхностно-активный белок SP-D, SP-A или SP-C, эритропоэтин или цитокин, например, IFN-α, IFNy, TNF, IL-1, IL-17 или IL-6, или профилактический белок, который является антигеном, таким как вирусный, бактериальный, опухолевый или грибковый антиген, или нейтрализующее антитело или его фрагмент, которые направлены на эпитоп антигена, такой как тот, что из респираторного вируса человека, например, вируса гриппа или RSV, включая в качестве неограничивающих примеров белок HBoV, белок вируса гриппа, белок RSV или белок SARS.The invention further relates to methods of using a recombinant parvovirus vector to infect cells, for example mammalian cells, such as ferret, dog, cat, cow, horse, goat or pig cells, or primate cells, for example human cells, for example, administering a composition containing the recombinant parvovirus vector to a mammal. For example, the genome of a recombinant parvovirus may contain an expression cassette encoding a heterologous gene product, for example, that is a therapeutic protein such as cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, α-antitrypsin, β-globin, γglobin, tyrosine hydroxylase, glucocerebrosidase, arylsulfatase A factor VIII, dystrophies, erythropoietin, α1-antitrypsin, surfactant protein SP-D, SP-A or SP-C, erythropoietin or cytokine, for example IFN-α, IFNy, TNF, IL-1, IL-17 or IL- 6, or a prophylactic protein that is an antigen, such as a viral, bacterial, tumor or fungal antigen, or a neutralizing antibody or fragment thereof, that is directed to an epitope of an antigen, such as that of a human respiratory virus, such as influenza virus or RSV including, but not limited to, HBoV protein, influenza virus protein, RSV protein, or SARS protein.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

Фиг. 1A-1D. Эффективность синтетических олигонуклеотидных энхансеров в увеличении активноFig. 1A-1D. The effectiveness of synthetic oligonucleotide enhancers in increasing active

- 3 043850 сти tg83-уnравляемых люциферазных репортерных плазмид в монослойных культурах. А) Схематическая структура репортерных векторов, используемых для скрининга библиотеки энхансеров. Показаны транскрипционные мотивы синтетического промотора tg83. (B-D) Репортерная активность в монослойных культурах клеточных линий дыхательных путей человека: (В) А549 и (С) IB3 и (D) первичные клетки дыхательных путей хорька после трансфекции указанными плазмидами. Люциферазный анализ проводили через 24 ч после трансфекции. Данные представляют среднюю (±SEM, N=3) относительную люциферазную активность для каждой трансфекции, нормализованную по таковой у безэнхансерного вектора pGL3-tg83luc, значение для которого в клетках каждого тестируемого типа принимали равным 1.- 3 043850 sti tg83-controlled luciferase reporter plasmids in monolayer cultures. A) Schematic structure of reporter vectors used to screen enhancer libraries. Transcription motifs of the synthetic tg83 promoter are shown. (B-D) Reporter activity in monolayer cultures of human airway cell lines: (B) A549 and (C) IB3 and (D) primary ferret airway cells after transfection with the indicated plasmids. Luciferase assay was performed 24 h after transfection. Data represent the mean (±SEM, N=3) relative luciferase activity for each transfection, normalized to that of the enhancerless pGL3-tg83luc vector, which was set to 1 in each cell type tested.

Фиг. 2A-2F. Эффективность энхансеров F1, F5 и F10 в увеличении активности промотора tg83 в контексте провирусных плазмид и rAAV. А) Эффект AAV2 ITR, оказываемый на транскрипцию с промотора tg83, как оценивали после трансфекции А549 и первичных клеток дыхательных путей хорька с использованием pGL3-tg83 или pAV2-tg83luc. Данные представляют среднюю (±SEM, N=3) относительную люциферазную активность (RLU) через 24 ч после трансфекции. В) Эффективность энхансеров при транскрипции после трансфекции А549 и первичных клеток дыхательных путей хорька указанными AAV2 провирусными плазмидами. Данные представляют среднюю (±SEM, N=3) относительную люциферазную активность для каждой трансфекции, нормализованную по безэнхансерному вектору pAV2tg83luc (взятому за 1 для каждого типа клеток), через 24 ч после трансфекции. С) Эффективность энхансеров при транскрипции после инфекции клеток А549 указанными rAAV2 векторами через 24 ч после инфекции. Данные представляют среднюю (±SEM, N=3) относительную люциферазную активность для каждой инфекции, нормализованную по безэнхансерному вектору pAV2-tg83luc (взятому за 1). (D и Е) Эффективность энхансеров при транскрипции после базолатеральной инфекции поляризованного эпителия дыхательных путей (D) человека и (Е) хорька, который инфицировали с использованием 2х1010 DRP указанных rAAV2 векторов. Данные представляют среднюю (±SEM, N=4) относительную люциферазную активность (RLU) для каждого условия через 2 суток после инфекции. (F) Эффективность энхансеров при транскрипции в ткани легких и трахеи после инфекции детенышей хорька в возрасте 5 суток с использованием 2x1011 DRP AV2/1.F5tg83luc или AV2/1.F10tg83luc, в присутствии ингибиторов протеасом. Люциферазную активность измеряли на 8 сутки после инфекции. Данные представляют среднюю (±SEM, N=4) относительную люциферазную активность (RLU/мкг белка).Fig. 2A-2F. Efficiency of enhancers F1, F5 and F10 in increasing tg83 promoter activity in the context of proviral plasmids and rAAV. A) The effect of AAV2 ITR on transcription from the tg83 promoter as assessed after transfection of A549 and primary ferret airway cells with pGL3-tg83 or pAV2-tg83luc. Data represent mean (±SEM, N=3) relative luciferase activity (RLU) 24 h posttransfection. B) Transcriptional efficiency of enhancers following transfection of A549 and primary ferret airway cells with the indicated AAV2 proviral plasmids. Data represent mean (±SEM, N=3) relative luciferase activity for each transfection, normalized to the enhancerless vector pAV2tg83luc (set as 1 for each cell type), 24 h posttransfection. C) Transcriptional efficiency of enhancers following infection of A549 cells with the indicated rAAV2 vectors 24 h postinfection. Data represent mean (±SEM, N=3) relative luciferase activity for each infection, normalized to the enhancerless vector pAV2-tg83luc (set as 1). (D and E) Transcriptional efficiency of enhancers following basolateral infection of (D) human and (E) ferret polarized airway epithelia that were infected using 2x10 10 DRP of the indicated rAAV2 vectors. Data represent mean (±SEM, N=4) relative luciferase activity (RLU) for each condition 2 days postinfection. (F) Transcriptional efficiency of enhancers in lung and tracheal tissue following infection of 5-day-old ferret pups using 2x1011 DRP AV2/1.F5tg83luc or AV2/1.F10tg83luc, in the presence of proteasome inhibitors. Luciferase activity was measured on day 8 postinfection. Data represent mean (±SEM, N=4) relative luciferase activity (RLU/μg protein).

Фиг. 3А-3С. Влияние размера конструкции rAAV-CFTR на восстановление хлорных токов CFTR в поляризованном CF эпителии дыхательных путей. А) Схематическая иллюстрация структур rAAV2 векторов различных размеров, которые кодируют открытую рамку считывания (ORF) полноразмерного CFTR хорька и варианты с удаленным R-доменом, под управлением одних и тех же транскрипционных элементов: синтетический промотор 83 п. о. (tg83), синтетический сигнал полиаденилирования 62 п. о. (рА), 5'-нетранслируемая область 17 п. о. (UTR) и 3' UTR 9 п. о. ORF полноразмерного CFTR хорька (fCFTR) составляет 4455 п. о. Метку 3хНА 99 п. о. вставляли между аминокислотными остатками S900 и I901, доводя fCFTR(HA) до 4554 п. о. fCFTRAR имеет укороченную ORF (4296 п. о.); из R-домена удаляли 53 аминокислотных остатка (I708-I760, 159 п. о.). fCFTRAR(HA) имеет длину 4395 п. о., при наличии инсерции НА-метки 99 п. о. и делеции 159 п. о. в R-домене. Функциональности этих векторов в отношении восстановления CFTR-специфичного транспорта Cl- (отражаемого в трансэпителиальных токах короткого замыкания (Isc)) сравнивали в дифференцированных CF НАЕ ALI-культурах, после инфекции с использованием 1011 DRP на вставку Millicell (MOI приблизительно 105 DRP/клетка) в присутствии ингибиторов протеасом LLnL (10 мкМ) и доксорубицина (2 мкМ). CF НАЕ ALI-культуры создавали из условно трансформированной клеточной линии дыхательных путей человека с CF (CuFi8; генотип AF508/AF508). В) Типичные кривые изменений Isc в CF ALI-культурах, инфицированных указанными AAV-CFTR векторами, после последовательного добавления различных ингибиторов и агонистов. Амилорид и DIDS использовали для блокирования ENaC-опосредованных натриевых токов и не CFTR хлорных каналов перед добавлением агониста цАМФ (форсколин и IBMX), a GlyH101 использовали для блокирования CFTR-специфичных токов. AIsc (IBMX & Forsk) отражает активацию CFTR-опосредованных хлорных токов после введения агониста цАМФ, а AIsc (GlyH101) отражает ингибирование CFTRопосредованных хлорных токов после добавления GlyH101. С) Эффекты размера вектора, оказываемые на восстановление хлорных Isc токов. rAAV-CFTR векторы увеличивали с приращением приблизительно 100 п. о. Представлены ответы AIsc (IBMX & Forsk) и AIsc (GlyH101), показывающие величину CFTRопосредованного хлорного транспорта после базолатеральной инфекции CF НАЕ ALI, как описано в (В). CFTR токи, которые возникали в первичных не CF НАЕ (N=14), приведены для сравнения. Данные представляют среднее (±SEM) для N=3 независимых вставок Millicell.Fig. 3A-3C. Effect of rAAV-CFTR construct size on restoration of CFTR chloride currents in CF-polarized airway epithelium. A) Schematic illustration of the structures of rAAV2 vectors of various sizes that encode the open reading frame (ORF) of full-length ferret CFTR and R-domain deleted variants driven by the same transcription elements: an 83-bp synthetic promoter. (tg83), synthetic 62 bp polyadenylation signal. (pA), 5'-untranslated region 17 bp. (UTR) and 3' UTR 9 bp. The ORF of full-length ferret CFTR (fCFTR) is 4455 bp. Mark 3xHA 99 p.o. inserted between amino acid residues S900 and I901, bringing fCFTR(HA) to 4554 bp. fCFTRAR has a shortened ORF (4296 bp); 53 amino acid residues (I708-I760, 159 bp) were removed from the R-domain. fCFTRAR(HA) is 4395 bp long, with a 99 bp HA tag insertion. and deletions of 159 bp. in the R domain. The functionality of these vectors in restoring CFTR-specific Cl - transport (reflected in transepithelial short circuit currents (Isc)) was compared in CF differentiated HAE ALI cultures following infection using 10 11 DRP per Millicell insert (MOI approximately 105 DRP/cell). in the presence of proteasome inhibitors LLnL (10 µM) and doxorubicin (2 µM). CF HAE ALI cultures were created from a conditionally transformed human airway cell line with CF (CuFi8; genotype AF508/AF508). B) Typical curves of Isc changes in CF ALI cultures infected with the indicated AAV-CFTR vectors after sequential addition of various inhibitors and agonists. Amiloride and DIDS were used to block ENaC-mediated sodium currents and non-CFTR chloride channels before the addition of a cAMP agonist (forskolin and IBMX), and GlyH101 was used to block CFTR-specific currents. AIsc (IBMX & Forsk) reflects the activation of CFTR-mediated chloride currents after administration of the agonist cAMP, and AIsc (GlyH101) reflects the inhibition of CFTR-mediated chloride currents after the addition of GlyH101. C) Effects of vector size on the recovery of chlorine Isc currents. rAAV-CFTR vectors were expanded in approximately 100 bp increments. AIsc (IBMX & Forsk) and AIsc (GlyH101) responses are shown showing the magnitude of CFTR-mediated chloride transport following basolateral CF HAE ALI infection as described in (B). CFTR currents that occurred in primary non-CF HAEs (N=14) are shown for comparison. Data represent the mean (±SEM) of N=3 independent Millicell inserts.

Фиг. 4А, 4В. Анализ целостности вирусного генома посредством денатурирующего электрофореза в геле и анализа слот-блоттинга. А) Вирусную ДНК экстрагировали из 109 DRP указанных AAV-CFTR векторов, разрешенных на 0,9% щелочном агарозном геле, и переносили на нейлоновую мембрану. Саузерн-блоттинг осуществляли с использованием 32Р-меченного CFTR зонда для визуализации вирусной ДНК. В) Для того чтобы оценивать возможную делецию, которая может возникать на концах плюс- и минус-цепях вирусных геномов, 3,33x108 DRP каждого вируса (титр определяли посредством ПЦР TaqFig. 4A, 4B. Analysis of viral genome integrity by denaturing gel electrophoresis and slot blot analysis. A) Viral DNA was extracted from 10 9 DRP of the indicated AAV-CFTR vectors resolved on a 0.9% alkaline agarose gel and transferred to a nylon membrane. Southern blotting was performed using a 32 P-labeled CFTR probe to visualize viral DNA. B) In order to evaluate possible deletion that may occur at the ends of the plus and minus strands of viral genomes, 3.33x108 DRP of each virus (titer determined by Taq PCR

- 4 043850- 4 043850

Man с использованием зонда/праймера для кДНК fCFTR) загружали в трех повторениях в Slot-Dot® SF Module (Bio-Rad, Hercules, CA), оснащенный нейлоновой мембраной. 3-кратное серийное разведение провирусной плазмиды (от 3x109 до 3,7x107 копий) также загружали для создания калибровочных крив для количественного определения. Блоттинг зондировали с использованием 32Р-меченных олигонуклеотидов к промотору tg83, кДНК CFTR или полиА. (-) и (+) представляют зонды, образующие гибриды с минус- и плюс-цепью одноцепочечного генома rAAV. Сначала гибридизацию проводили с использованием набора зондов, которые образуют гибриды с минус-цепью, и затем повторно зондировали с использованием набора олигонуклеотидов, которые образуют гибриды с плюс-цепью. Число копий вирусных геномов, которые обнаруживали с помощью каждого зонда, определяли (среднее ±SEM, N=3) на основе измерения плотности сигнала с использованием NIH ImageJ и сравнения с калибровочными кривыми.Man using fCFTR cDNA probe/primer) was loaded in triplicate into a Slot-Dot® SF Module (Bio-Rad, Hercules, CA) equipped with a nylon membrane. A 3-fold serial dilution of the proviral plasmid (3x109 to 3.7x107 copies) was also loaded to generate calibration curves for quantitation. The blot was probed with 32 P-labeled oligonucleotides to the tg83 promoter, CFTR cDNA, or polyA. (−) and (+) represent probes that form hybrids with the minus and plus strands of the single-stranded rAAV genome. Hybridization was first performed using a set of probes that form minus-strand hybrids and then reprobed using a set of oligonucleotides that form plus-strand hybrids. The copy number of viral genomes detected by each probe was determined (mean ±SEM, N=3) based on signal density measurements using NIH ImageJ and comparison with calibration curves.

Фиг. 5. Эффекты энхансера F5, оказываемые CFTR токи, возникающие в CF НАЕ после инфекции rAAV векторами. CF HAE ALI инфицировали с использованием AV2/2.tg83-fCFTRAR или AV2/2.F5tg83fCFTRAR, при указанных MOI, с апикальной или базолатеральной поверхности. Ингибиторы протеасом вводили совместно во время 16-часового периода инфекции. Измерения Isc в инфицированных ALIкультурах проводили через 2 недели после инфекции. Средние (±SEM) AIsc (IBMX & Forsk) и AIsc (GlyH101) представлены вместе с N для указанного независимого анализа Transwell. CF и не CF НАЕ культуры с имитацией инфицирования представлены для сравнения.Fig. 5. Effects of the F5 enhancer on CFTR currents occurring in CF HAE following infection with rAAV vectors. CF HAE ALI were infected with AV2/2.tg83-fCFTRAR or AV2/2.F5tg83fCFTRAR, at the indicated MOIs, from the apical or basolateral surface. Proteasome inhibitors were co-administered during the 16-h infection period. Isc measurements in ALI-infected cultures were performed 2 weeks postinfection. Mean (±SEM) AIsc (IBMX & Forsk) and AIsc (GlyH101) are presented along with N for the indicated independent Transwell analysis. CF and non-CF HAE mock-infected cultures are presented for comparison.

Фиг. 6А, 6В. Эффекты энхансера F5, оказываемые на CFTR токи и tg83-уnравляемую транскрипцию CFTR после инфекции rAAV векторами. CF HAE ALI инфицировали с использованием AV2/2.tg83fCFTRAR или AV2/2.F5tg83-fCFTRAR при MOI 2x104 DRP/клетка с базолатеральной поверхности, в присутствии ингибиторов протеасом. A) Isc измеряли в инфицированных ALI-культурах на 3 и 10 сутки после инфекции. Представлены значения AIsc (IBMX & Forsk) и AIsc (GlyH101). В) Относительное содержание мРНК CFTR векторного происхождения в культурах, которые оценивали на диаграмме а, как определяли с использованием RS-PCR и нормализовали по транскриптам GAPDH в каждом образце. Данные представляют среднее (±SEM) для N=3 независимых Transwell на каждой диаграмме.Fig. 6A, 6B. Effects of the F5 enhancer on CFTR currents and tg83-driven CFTR transcription following infection with rAAV vectors. CF HAE ALI were infected with AV2/2.tg83fCFTRAR or AV2/2.F5tg83-fCFTRAR at an MOI of 2x10 4 DRP/cell from the basolateral surface, in the presence of proteasome inhibitors. A) Isc was measured in infected ALI cultures at 3 and 10 days postinfection. AIsc (IBMX & Forsk) and AIsc (GlyH101) values are presented. B) Relative abundance of vector-derived CFTR mRNA in cultures assessed in panel a, as determined using RS-PCR and normalized to GAPDH transcripts in each sample. Data represent the mean (±SEM) of N=3 independent Transwells in each plot.

Фиг. 7А, 7В. Хорьков в возрасте 5 суток системно инфицировали с использованием 2x1011 DRP AAV2/9F5tg83luc или AAV2/9F10tg83luc через инъекцию в яремную вену. Животных умерщвляли на 8 сутки после инфекции, моментальные ткани из различных органов собирали и гомогенизировали в репортерном лизирующем буфере (Promega) для люциферазного анализа. А) Данные сравнения экспрессии люциферазы после инфекций AAV2/9F5tg83luc или AAV2/9F10tg83luc, где экспрессию люциферазы с промотора F5tg83 произвольно принимали за 100 в каждой ткани. В) Значения представляют (среднюю ±SEM, n=3) относительную люциферазную активность (RLU/мкг белка).Fig. 7A, 7B. Ferrets at 5 days of age were systemically infected with 2x1011 DRP AAV2/9F5tg83luc or AAV2/9F10tg83luc via jugular vein injection. Animals were sacrificed on day 8 postinfection, and instant tissues from various organs were collected and homogenized in reporter lysis buffer (Promega) for luciferase assay. A) Data comparing luciferase expression after AAV2/9F5tg83luc or AAV2/9F10tg83luc infections, where luciferase expression from the F5tg83 promoter was arbitrarily set to 100 in each tissue. B) Values represent (mean ±SEM, n=3) relative luciferase activity (RLU/μg protein).

Фиг. 8A-8W. А-Е) Сайты связывания в F5, которые можно использовать для того, чтобы получать синтетические энхансеры, как раскрыто в настоящем описании. F-P) Сайты связывания в F10, которые можно использовать для того, чтобы получать синтетические энхансеры, как раскрыто в настоящем описании. Q-W) Сайты связывания в F5tg83, которые можно использовать для того, чтобы получать синтетические энхансеры или промотор, как раскрыто в настоящем описании. SEQ ID NO: 31-68.Fig. 8A-8W. A-E) Binding sites in F5 that can be used to produce synthetic enhancers as disclosed herein. F-P) Binding sites in F10 that can be used to produce synthetic enhancers as disclosed herein. Q-W) Binding sites in F5tg83 that can be used to generate synthetic enhancers or a promoter as disclosed herein. SEQ ID NO: 31-68.

Фиг. 9A-D. Эффективность переноса генов AV.F5Tg83-hCFTRAR в трахею и легкие хорька. Хорьков в возрасте 3 суток инфицировали объемом 100 мкл с 6x1011 DRP AV. F5Tg83-hCFTRAR в 500 мкМ доксорубицина. Не инфицированные животные получали равный объем носителя с доксорубицином. На 10 сутки после инфекции легкие и трахею собирали целиком и моментально замораживали в жидком азоте. Ткань превращали в порошок и получали мРНК и кДНК для количественной ПЦР CFTR человека и хорька. (А и В) Копии мРНК hCFTR и fCFTR в (А) трахеи и (В) легких. Число копий определяли с использованием калибровочной кривой, созданной по серийным разведениям плазмидной кДНК CFTR для каждого вида. (С и D) Соотношение мРНК hCFTR трансгенного происхождения и эндогенного fCFTR. C1-C3 представляют животных в группе с имитацией инфицирования и А1-А3 представляют животных в AAV-инфицированной группе. Также приведено усредненное для трех AAV-инфицированных животных. Штриховая линия представляет эндогенные уровни CFTR (соотношение=1). Данные описывают среднее ±SEM для N=3 животных в каждой группе.Fig. 9A-D. Efficiency of AV.F5Tg83-hCFTRAR gene transfer into the trachea and lungs of the ferret. Ferrets aged 3 days were infected with a 100 μl volume of 6x1011 DRP AV. F5Tg83-hCFTRAR in 500 μM doxorubicin. Uninfected animals received an equal volume of vehicle plus doxorubicin. On day 10 after infection, the entire lungs and trachea were collected and snap-frozen in liquid nitrogen. The tissue was powdered and mRNA and cDNA were obtained for human and ferret CFTR qPCR. (A and B) hCFTR and fCFTR mRNA copies in (A) trachea and (B) lungs. Copy number was determined using a calibration curve generated from serial dilutions of plasmid CFTR cDNA for each species. (C and D) Ratio of transgenic-derived hCFTR mRNA to endogenous fCFTR. C1-C3 represent animals in the mock-infected group and A1-A3 represent animals in the AAV-infected group. The average for three AAV-infected animals is also shown. The dashed line represents endogenous CFTR levels (ratio=1). Data describe the mean ±SEM of N=3 animals in each group.

Фиг. 10A-D. AV.F5Tg83-hCFTRAR эффективно трансдуцирует дыхательные пути взрослых хорьков. Легкие хорьков в возрасте 1 месяца (N=3) трансдуцировали с использованием 7,5x1012 DRP AV.F5Tg83-hCFTRAR, несущих кДНК hCFTRAR, в 500 мкл объеме PBS в присутствии 250 мкМ доксорубицина. Контрольное животное с имитацией инфицирования (N=1) получало 500 мкл PBS без вектора в присутствии 250 мкМ доксорубицина. Вектор доставляли в легкие с использованием микрораспылителя PennCentury через интубацию трахеи. Тем же животным также осуществляли назальную доставку с использованием 100 мкл, содержащих 1,5x1012 DRP, с 250 мкМ доксорубицина посредством инстилляции текучего вещества. При назальной доставке с имитацией инфицирования давали PBS с 250 мкМ доксорубицина. На 12 сутки после инфекции отдельно собирали доли легких, наряду с трахеей, килем и носовыми раковинами с прилежащей адвентицией. Ткани моментально замораживали, и порошкообразные образцы обрабатывали отдельно для мРНК и ДНК. А) РНК-специфичная ПЦР (RS-PCR) TaqMan с мРНКFig. 10A-D. AV.F5Tg83-hCFTRAR effectively transduces the airways of adult ferrets. Lungs from 1 month old ferrets (N=3) were transduced with 7.5x10 12 DRP AV.F5Tg83-hCFTRAR carrying hCFTRAR cDNA in a 500 μl volume of PBS in the presence of 250 μM doxorubicin. A mock-infected control animal (N=1) received 500 μl of vector-free PBS in the presence of 250 μM doxorubicin. The vector was delivered to the lungs using a PennCentury micronebulizer via tracheal intubation. The same animals were also nasally delivered using 100 μl containing 1.5x10 12 DRP with 250 μM doxorubicin via fluid instillation. For nasal mock infection delivery, PBS containing 250 μM doxorubicin was given. On day 12 after infection, the lung lobes were collected separately, along with the trachea, carina, and turbinates with adjacent adventitia. Tissues were snap frozen and powdered samples were processed separately for mRNA and DNA. A) RNA-specific PCR (RS-PCR) TaqMan with mRNA

- 5 043850- 5 043850

CFTR человека и эндогенной мРНК GAPDH хорька для животных, которых лечили вектором и имитацией. В результатах представлено соотношение мРНК hCFTR/fGAPDH. В) RS-PCR TaqMan с эндогенной мРНК CFTR хорька и эндогенной мРНК GAPDH хорька для животных, которых лечили вектором и имитацией. В результатах представлено соотношение мРНК fCFTR/fGAPDH. С) Количественная ПЦР TaqMan для числа векторных геномов в каждом образце на 100 нг ДНК. D) Соотношение копий мРНК для hCFTR/fCFTR в каждом образце. За 1 принимали эндогенные уровни CFTR (красная штриховая линия). Образцы легких содержали усредненно 3,0±0,5 копий мРНК hCFTR трансгенного происхождения на копию мРНК fCFTR. Трансдукция тканей трахеи и носа была более вариабельной, но усредненно одна копия мРНК hCFTR трансгенного происхождения/fCFTR. В результатах представлено среднее ±SEM для животных, которых лечили вектором.Human CFTR and endogenous ferret GAPDH mRNA for vector and mock treated animals. The results show the hCFTR/fGAPDH mRNA ratio. B) TaqMan RS-PCR with endogenous ferret CFTR mRNA and endogenous ferret GAPDH mRNA for vector and mock treated animals. The results show the fCFTR/fGAPDH mRNA ratio. C) TaqMan qPCR for the number of vector genomes in each sample per 100 ng of DNA. D) mRNA copy ratio for hCFTR/fCFTR in each sample. Endogenous CFTR levels were taken as 1 (red dashed line). Lung samples contained an average of 3.0 ± 0.5 copies of transgenic-derived hCFTR mRNA per copy of fCFTR mRNA. Transduction of tracheal and nasal tissues was more variable, but averaged one copy of hCFTR mRNA of transgenic origin/fCFTR. Results represent the mean ±SEM of vector-treated animals.

Подробное описаниеDetailed description

Генную терапию широко используют в клинических исследованиях с 1990-х годов, сообщалось о многих успешных случаях использования вирусных или не вирусных векторов для того, чтобы доставлять терапевтические гены. rAAV является наиболее широко используемым, для него доказан профиль высокой безопасности, широкий тропизм к тканям/органам и персистирующая экспрессия трансгена. AAV представляет собой небольшой одноцепочечный ДНК вирус с по существу небольшим геномом в 4,679 т. о., таким образом, применение rAAV для генной терапии ограничено доставкой относительно небольших трансгенов. Несмотря на то, что капсид AAV может вмещать геном rAAV слегка больший, чем его исходный размер, 4,95 т. о. по-видимому составляет максимальный размер для эффективной экспрессии трансгена. Поскольку последовательность обязательного цис-элемента AAV в 300 п. о. (концевые повторы на обоих концах) включают в rAAV вектор, фактическая вставка с кассетой экзогенной экспрессии гена не может превышать 4,6 т. о. Это является проблемой для доставки эффективной экспрессии большого гена, размер которого приближается к этому пределу.Gene therapy has been widely used in clinical research since the 1990s, and many successful cases have been reported using viral or non-viral vectors to deliver therapeutic genes. rAAV is the most widely used and has a proven high safety profile, broad tissue/organ tropism, and persistent transgene expression. AAV is a small single-stranded DNA virus with an essentially small genome of 4,679 kb, thus the use of rAAV for gene therapy is limited to the delivery of relatively small transgenes. Although the AAV capsid can accommodate the rAAV genome slightly larger than its original size, 4.95 kb. appears to be the maximum size for efficient transgene expression. Because the sequence of the 300 bp obligatory AAV cis element. (terminal repeats at both ends) are included in the rAAV vector, the actual insertion with the exogenous gene expression cassette cannot exceed 4.6 kb. This is a challenge for delivering efficient expression of a large gene that approaches this size limit.

Один типичный пример состоит в том, чтобы доставлять ген CFTR (регулятор трансмембранной проводимости при кистозном фиброзе) для генной терапии кистозного фиброза (CF) с использованием rAAV вектора. Кодирующая последовательность гена CFTR составляет целых 4,443 т. о. Чтобы конструировать CFTR-экспрессирующий AAV вектор с необходимыми минимальными 5' и 3' UTR и сайтами клонирования, есть пространство меньше 200 п. о. для встраивания промотора и сигнала полиаденилирования для управления транскрипцией кДНК полноразмерного CFTR.One typical example is to deliver the CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) gene for cystic fibrosis (CF) gene therapy using an rAAV vector. The coding sequence of the CFTR gene is as much as 4,443 kb. To construct a CFTR-expressing AAV vector with the required minimum 5' and 3' UTRs and cloning sites, there is less than 200 bp of space. to insert a promoter and polyadenylation signal to drive transcription of the full-length CFTR cDNA.

В последнее время создана модель с нокаутом CFTR у хорьков, которая спонтанно развивает фенотип легких, который отражает ключевые признаки заболевания CF человека, в том числе самопроизвольную бактериальную инфекцию легких, дефектную секрецию из подслизистых желез, диабет и желудочно-кишечное заболевание (Sun et al., 2008; Sun et al., 2010; Oliver et al., 2012; Sun et al., 2014; Yan et al., 2013. Показано, что дыхательные пути новорожденных хорьков можно эффективно трансдуцировать с помощью rAAV1 в присутствии ингибиторов протеасом (Yan et al., 2013). Таким образом, доклинические исследования в модели CF на хорьках можно начинать сразу, как только создадут rAAV вектор, который эффективно экспрессирует CFTR в эпителии дыхательных путей. По существу небольшой геном 4,679 т. о. rAAV требует использования короткого, но надежного транскрипционного регуляторного элемента для эффективной экспрессии большого трансгена, размер которого приближается к пределу упаковки. Создавали кассету, которая эффективно экспрессирует ген CFTR хорька (fCFTR).Recently, a CFTR knockout model in ferrets has been developed that spontaneously develops a lung phenotype that reflects key features of human CF disease, including spontaneous bacterial lung infection, defective secretion from submucosal glands, diabetes, and gastrointestinal disease (Sun et al. , 2008; Sun et al., 2010; Oliver et al., 2012; Sun et al., 2014; Yan et al., 2013. It has been shown that the respiratory tract of newborn ferrets can be effectively transduced with rAAV1 in the presence of proteasome inhibitors (Yan et al., 2013) Thus, preclinical studies in the ferret model of CF can begin as soon as an rAAV vector that efficiently expresses CFTR in the airway epithelium is generated. The inherently small 4,679 kb genome of rAAV requires the use of a short, but a robust transcriptional regulatory element for efficient expression of a large transgene whose size approaches the packaging limit.A cassette was created that efficiently expresses the ferret CFTR (fCFTR) gene.

rAAV-CFTR вектор первого поколения (AV2.tgCF), зависящий от активности криптического промотора AAV2 ITR, неэффективно экспрессировал CFTR в клинических исследованиях. Чтобы преодолеть эту проблему, использовали другой rAAV вектор, AV2.tg83-CFTR, в котором используют синтетический промотор в 83 п. о. (tg83), чтобы усовершенствовать экспрессию. Несмотря на то, что этот вектор вызывал в 3 раза более высокие цАМФ-опосредованные Cl- токи в CF HAE ALI-культурах, чем AV2.tgCF, этот уровень экспрессии остается субоптимальным для применения в генной терапии CF. Поэтому существует срочная потребность в сильном коротком промоторе для управления экспрессией CFTR в AAV векторе для генной терапии CF. Аналогичным образом, чтобы экспрессировать фактор VIII в 4,3 т. о. с удаленным В-доменом в мышцах и/или печени для генной терапии гемофилии с использованием rAAV, также необходим короткий промотор, эффективный в мышцах и печени.The first generation rAAV-CFTR vector (AV2.tgCF), dependent on the activity of the cryptic AAV2 ITR promoter, did not efficiently express CFTR in clinical studies. To overcome this problem, another rAAV vector, AV2.tg83-CFTR, which uses a synthetic 83-bp promoter, was used. (tg83) to refine expression. Although this vector induced 3-fold higher cAMP-mediated Cl - currents in CF HAE ALI cultures than AV2.tgCF, this expression level remains suboptimal for use in CF gene therapy. Therefore, there is an urgent need for a strong short promoter to drive CFTR expression in an AAV vector for CF gene therapy. Similarly, to express factor VIII at 4.3 kb. with the B domain deleted in muscle and/or liver for hemophilia gene therapy using rAAV, a short promoter effective in muscle and liver is also required.

Другой пример состоит в том, чтобы доставлять систему CRISPR/Cas9 для редактирования генов. Современное развитие способа редактирования генов CRISPR/Cas9 содействует новой стратегии генной терапии у человека посредством коррекции дефектного гена в предварительно выбранных сайтах, не изменяя эндогенную регуляцию гена, представляющего интерес. Эта система состоит из двух ключевых компонентов: белок Cas9 и sgRNA, a также коррекционная матрица, когда необходимо. rAAV можно использовать для того, чтобы доставлять эти элементы in vivo в различные целевые органы, но необходима совместная доставка белка Cas9 и химерной sgRNA в одну и ту же клетку, поскольку двойная AAV векторная система доставки мало эффективна. Поскольку размер экспрессирующей кассеты для Streptococcus pyogenes (SpCas9) и sgRNA транскрипционной кассеты вместе превышает 4,2 т. о., то для использования одного rAAV вектора для доставки эффективно экспрессируемого белка SpCas9 необходимо использовать небольшую, но надежную промоторную/энхансерную последовательность, чтобы управAnother example is to deliver the CRISPR/Cas9 system for gene editing. The current development of the CRISPR/Cas9 gene editing technique facilitates a new gene therapy strategy in humans by correcting the defective gene at preselected sites without altering the endogenous regulation of the gene of interest. This system consists of two key components: the Cas9 protein and sgRNA, as well as a correction matrix when necessary. rAAV can be used to deliver these elements in vivo to various target organs, but co-delivery of the Cas9 protein and chimeric sgRNA into the same cell is required, since the dual AAV vector delivery system is not very efficient. Since the size of the Streptococcus pyogenes (SpCas9) expression cassette and sgRNA transcription cassette together exceeds 4.2 kb, using a single rAAV vector to deliver efficiently expressed SpCas9 protein requires the use of a small but robust promoter/enhancer sequence to control

- 6 043850 лять экспрессией SpCas9, и, таким образом, желательны повсеместные и/или тканеспецифические энхансеры. Несмотря на то, что Cas9 Staphylococcus aureus (SaCas9), который составляет приблизительно 1,0 т. о., меньше по размеру, помещается вместе со своей sgRNA и релевантными экспрессирующими кассетами в один AAV вектор, использование короткого синтетического промотора допускает дополнительное встраивание матрицы коррекции генов для rAAV вектора все-в-одном в применении к генной терапии на основе редактирования генов.- 6 043850 to express SpCas9, and thus ubiquitous and/or tissue-specific enhancers are desirable. Although Staphylococcus aureus Cas9 (SaCas9), which is approximately 1.0 kb smaller in size, is placed along with its sgRNA and relevant expression cassettes in a single AAV vector, the use of a short synthetic promoter allows for additional insertion of a correction template genes for rAAV all-in-one vector for application to gene editing-based gene therapy.

Как описано ниже, короткие (меньше чем 0,2 т. о.) синтетические энхансер/промоторы предоставляют решение для разрешения текущей проблемы rAAV вектора при доставке кассеты большого трансгена. Это раскрытие, в одном из вариантов осуществления, относится к использованию синтетического энхансера/промотора F5tg83 в 183 п. о. в rAAV векторах для того, чтобы доставлять эффективную экспрессию CFTR в ткань дыхательных путей легких для генной терапии CF. Это раскрытие, в одном из вариантов осуществления, также предусматривает эффективный подход для скрининга и идентификации комбинаций тканеспецифических или повсеместных синтетических промоторов/энхансеров.As described below, short (less than 0.2 kb) synthetic enhancer/promoters provide a solution to the current rAAV vector problem in delivering a large transgene cassette. This disclosure, in one embodiment, relates to the use of a synthetic 183 bp F5tg83 enhancer/promoter. in rAAV vectors to deliver efficient CFTR expression to lung airway tissue for CF gene therapy. This disclosure, in one embodiment, also provides an effective approach for screening and identifying tissue-specific or ubiquitous synthetic promoter/enhancer combinations.

Поскольку энхансерная активность различается в зависимости от клеточных линий и состояния дифференцировки клеток, а также находится под влиянием AAV ITR и последовательности гена, представляющего интерес, скрининг проводили ступенчато, например, в плазмидах, провирусных векторах и rAAV векторах.Because enhancer activity varies among cell lines and cell differentiation state, and is also influenced by the AAV ITR and gene sequence of interest, screening was done in a stepwise fashion, for example, in plasmids, proviral vectors, and rAAV vectors.

В одном из вариантов осуществления система скрининга включает определенный 83-членный синтетический коровый промотор (tg83p) и набор случайных 100-членных синтетических последовательностей с высокой энхансерной активностью. Скрининговый подход можно использовать для скрининга 100-членных синтетических последовательностей по их энхансерной активности для усиления транскрипции промотора, например, транскрипции промотора tg83p в 83 п. о., в другом органе/ткани для других генов, представляющих интерес, схожим ступенчатым образом: например, для управления экспрессией фактора VIII в мышцах или печени, а также для управления экспрессией белка Cas9 в любых конкретных тканях или стволовых клетках. Помимо тканеспецифической экспрессии, подход также можно использовать для того, чтобы идентифицировать энхансер с повсеместным эффектом, чтобы усовершенствовать активность промотора tg83p в широком диапазоне тканей/органов, через тестирование экспрессии репортерных генов, происходящих из rAAV, на уровне нескольких органов.In one embodiment, the screening system includes a specific 83-mer synthetic core promoter (tg83p) and a set of random 100-mer synthetic sequences with high enhancer activity. The screening approach can be used to screen 100-mer synthetic sequences for their enhancer activity to enhance transcription of a promoter, e.g. transcription of the 83 bp tg83p promoter, in another organ/tissue for other genes of interest in a similar stepwise manner: e.g. to control factor VIII expression in muscle or liver, and to control Cas9 protein expression in any specific tissues or stem cells. In addition to tissue-specific expression, the approach can also be used to identify an enhancer with a ubiquitous effect to enhance tg83p promoter activity across a wide range of tissues/organs, through testing the expression of rAAV-derived reporter genes at the multi-organ level.

В частности, набор векторов, содержащих синтетический промотор tg83, связанный с различными синтетическими последовательностями (приблизительно 100 п. о.) с высокой энхансерной активностью, конструировали для начального скрининга в монослойных (не поляризованных) культурах клеточных линий дыхательных путей человека и первичных клеток дыхательных путей хорька, что, как рассмотрено далее, выявляло, что три из этих синтетических энхансеров (F1, F5 и F10) значительно способствовали транскрипции трансгена люциферазы с tg83p в контексте плазмидной трансфекции. Следующим было конструирование rAAV репортерных векторов с предварительно отобранными кандидатами (F1, F5 или комбинация энхансера/промотора tg83p и F5). Эти векторы также включали частичную последовательность гена, представляющего интерес (здесь CFTR), которая может поместиться в геноме rAAV по максимуму; этот подход допускает скрининг последовательностей кДНК, которые в конечном итоге будут находиться в рекомбинантном вирусе, а также влияет на активность энхансера/промотора через неизвестные процессы (вероятно, вторичная структура ДНК). Анализ в поляризованных культурах эпителия дыхательных путей человека и хорька на границе раздела воздух-жидкость (ALI) в контексте инфекции AAV вектором обнаружил, что комбинация F5tg83 (183 п. о. в длину) являлся наиболее эффективным промотором в обеих ALI-культурах, приводя к 19,6-кратному и 57,5-кратному увеличению репортерной экспрессии (люцифераза светляка), соответственно, относительно безэнхансерного аналога. Промотор F5tg83 также вызывал наивысший уровень экспрессии трансгена в дыхательных путях хорька in vivo. Наконец, промотор F5tg83 использовали в rAAV-CFTR векторе для управления экспрессией CFTR, вектор (AV. F5tg83CFTRAR) давал приблизительно 17-кратное увеличение относительно безэнхансерного вектора (AV.tg83CFTRR) в управляемой вектором транскрипции мРНК CFTR и значительно усовершенствовал Cl- токи в CF ALI-культурах человека.Specifically, a set of vectors containing the synthetic tg83 promoter linked to various synthetic sequences (approximately 100 bp) with high enhancer activity were constructed for initial screening in monolayer (non-polarized) cultures of human airway cell lines and primary airway cells ferret, which, as discussed below, revealed that three of these synthetic enhancers (F1, F5 and F10) significantly contributed to transcription of the tg83p luciferase transgene in the context of plasmid transfection. The next step was to construct rAAV reporter vectors with preselected candidates (F1, F5, or the tg83p enhancer/promoter combination and F5). These vectors also included a partial sequence of the gene of interest (here CFTR) that could fit into the rAAV genome as much as possible; this approach allows screening of cDNA sequences that will ultimately be found in the recombinant virus and also influences enhancer/promoter activity through unknown processes (likely DNA secondary structure). Analysis in polarized cultures of human and ferret airway epithelium at the air-liquid interface (ALI) in the context of AAV vector infection revealed that the combination F5tg83 (183 bp in length) was the most effective promoter in both ALI cultures, leading to 19.6-fold and 57.5-fold increases in reporter expression (firefly luciferase), respectively, relative to the enhancerless counterpart. The F5tg83 promoter also caused the highest level of transgene expression in the ferret airway in vivo. Finally, the F5tg83 promoter was used in the rAAV-CFTR vector to drive CFTR expression, the vector (AV. F5tg83CFTRAR) gave an approximately 17-fold increase relative to the enhancerless vector (AV.tg83CFTRR) in vector-driven transcription of CFTR mRNA and significantly improved Cl - currents in CF ALI -human cultures.

Таким образом, увеличивали экспрессию с rAAV векторов, имеющий большой трансген, используя комбинации небольших синтетических энхансеров/промоторов, имеющие из определенного 83-членного синтетического корового промотора и набор случайных синтетических 100-членных синтетических энхансеров. В частности, несколько комбинаций коротких синтетических промоторов/энхансеров 183 п. о. (F5tg83, F1tg83 и F10tg83) способны определять сильную экспрессиею трансгена в клетках дыхательных путей человека, а также не относящегося к человеку млекопитающего (такого как хорек). В одном из вариантов осуществления надежный промотор F5tg83 можно использовать в rAAV векторе для того, чтобы доставлять регулятор трансмембранной проводимости при кистозном фиброзе (CFTR) в 4,4 т. о. для генной терапии кистозного фиброза.Thus, expression was increased from rAAV vectors having a large transgene using small synthetic enhancer/promoter combinations having a specific 83-mer synthetic core promoter and a set of random synthetic 100-mer synthetic enhancers. In particular, several combinations of short synthetic promoters/enhancers of 183 bp. (F5tg83, F1tg83 and F10tg83) are capable of detecting strong transgene expression in human airway cells as well as non-human mammals (such as the ferret). In one embodiment, the robust F5tg83 promoter can be used in an rAAV vector to deliver the 4.4 kb cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR). for gene therapy of cystic fibrosis.

Изобретение дополнительно описано с помощью следующих неограничивающих примеров.The invention is further described using the following non-limiting examples.

Пример 1.Example 1.

Материалы и методы.Materials and methods.

Получение rAAV векторов. Все стоки rAAV векторов создавали в клетках НЕК293 посредствомPreparation of rAAV vectors. All rAAV vector stocks were generated in HEK293 cells by

- 7 043850 taccctcgagaacggtgacgtg (SEQ ID № 7). ggagatgcgcctgtctcctggaatg (SEQ ID № 8) тройной совместной плазмидной трансфекции с использованием системы без аденовирусов и очищали в двух раундах ультрацентрифугирования с CsCl, как приведено в Yan et al. (2004). Для всех вирусных векторов и провирусных плазмид использовали rAAV2 геномы, которые упаковывали в капсид AAV2 или AAV1 для того, чтобы создавать rAAV2/2 и rAAV2/1 вирусы, соответственно. ПЦР в реальном времени TaqMan использовали для того, чтобы количественно определять физический титр (устойчивые к ДНКазам частицы, DRP) очищенных вирусных стоков, как описано в Yan et al. (2006) и Ding et al. (2006). Набор праймеры/зонд для ПЦР, который использовали для титрования люциферазных векторов, представляет собой:- 7 043850 taccctcgagaacggtgacgtg (SEQ ID No. 7). ggagatgcgcctgtctcctggaatg (SEQ ID No. 8) triple co-plasmid transfection using an adenovirus-free system and purified by two rounds of CsCl ultracentrifugation as given in Yan et al. (2004). For all viral vectors and proviral plasmids, rAAV2 genomes were used and packaged into the AAV2 or AAV1 capsid to generate rAAV2/2 and rAAV2/1 viruses, respectively. TaqMan real-time PCR was used to quantify the physical titer (DNase-resistant particles, DRPs) of purified viral stocks as described in Yan et al. (2006) and Ding et al. (2006). The PCR primer/probe set used to titrate the luciferase vectors is:

5'-TTTTTGAAGCGAAGGTTGTGG-3' (прямой праймер) (SEQ ID №1),5'-TTTTTGAAGCGAAGGTTGTGG-3' (forward primer) (SEQ ID No. 1),

5'-CACACACAGTTCGCCTCTTTG-3' (обратный праймер) (SEQ ID №2) и5'-CACACACAGTTCGCCTCTTTG-3' (reverse primer) (SEQ ID No. 2) and

5'-FAM-ATCTGGATACCGGGAAAACGCTGGGCGTTAAT-TAMRA-3' зонд) (SEQ ID № 3);5'-FAM-ATCTGGATACCGGGAAAACGCTGGGCGTTAAT-TAMRA-3' probe) (SEQ ID No. 3);

набор праймеры/зонд, использованный для векторов с CFTR хорька, представляет собой 5'-GACGATGTTGAAAGCATACCAC-3' (прямой праймер) (SEQ ID №4),the primer/probe set used for ferret CFTR vectors is 5'-GACGATGTTGAAAGCATACCAC-3' (forward primer) (SEQ ID #4),

5'-CACAACCAAAGAAATAGCCACC-3' (обратный праймер) (SEQ ID №5) и5'-CACAACCAAAGAAATAGCCACC-3' (reverse primer) (SEQ ID No. 5) and

5'-FAM-AGTGACAACATGGAACACATACCTCCG-TAMRA-3' (зонд) (SEQ ID NO: 6).5'-FAM-AGTGACAACATGGAACACATACCTCCG-TAMRA-3' (probe) (SEQ ID NO: 6).

Все праймеры и зонды синтезировали с помощью IDT (Coralville, IA). Реакцию ПЦР осуществляли и анализировали с использованием системы обнаружения ПЦР реальном времени и программного обеспечения Bio-Rad My IQTM В.All primers and probes were synthesized using IDT (Coralville, IA). The PCR reaction was performed and analyzed using a real-time PCR detection system and Bio-Rad My IQTM B software.

Анализ целостности вирусных геномов. Вирусную ДНК экстрагировали из 109 DRP AAV-CFTR векторов и разрешали в 0,9% щелочном денатурирующем агарозном геле при 2 0 вольтах в течение ночи в буфере 50 мМ NaOH/1 мМ EDTA. После переноса на нейлоновую мембрану, осуществляли саузернблоттинг с 32Р-меченным CFTR зондом для визуализации вирусной ДНК. Для проверки 5'-концевых геномных делеций в слишком больших rAAV векторах, 3,33х108 DRP каждого вируса (количественно определяли с помощью ПЦР TaqMan с набором зонд/праймеры для кДНК fCFTR) загружали на нейлоновую мембрану для слот-блоттинга. Сначала блоты гибридизовали с набором из трех 32Р-меченных олигонуклеотидных зондов для минус-цепи генома rAAV: в 5'-последовательности промотора tg83: центре кДНК CFTR хорька: ; и 3'-последовательности синтетического по лиА: gcatcgatcagagtgtgttggttttttgtgtg (SEQ ID №9). После экспозиции с X-film, мембраны очищали от зонда и снова гибридизовали с другим набором из трех 32Р-меченных олигонуклеотидных зондов, комплементарных плюс-цепи. Программное обеспечение NIH ImageJ использовали для того, чтобы количественно определять интенсивность сигнала гибридизации для того, чтобы определять соответствующее число геномов, обнаруживаемых с помощью каждого зонда с использованием серийных разведений провирусной плазмиды в качестве стандартов.Analysis of the integrity of viral genomes. Viral DNA was extracted from 10 9 DRP AAV-CFTR vectors and resolved on a 0.9% alkaline denaturing agarose gel at 2 0 volts overnight in 50 mM NaOH/1 mM EDTA buffer. After transfer to a nylon membrane, Southern blotting was performed with a 32 P-labeled CFTR probe to visualize viral DNA. To test for 5' terminal genomic deletions in oversized rAAV vectors, 3.33 x 10 8 DRPs of each virus (quantified by TaqMan PCR with fCFTR cDNA probe/primer set) were loaded onto a nylon membrane for slot blotting. First, the blots were hybridized with a set of three 32 P-labeled oligonucleotide probes for the minus strand of the rAAV genome: in the 5' sequence of the tg83 promoter: the center of the ferret CFTR cDNA: ; and the 3' sequence of the synthetic LiA: gcatcgatcagagtgtgttggttttttgtgtg (SEQ ID No. 9). After exposure to X-film, the membranes were stripped of probe and hybridized again with another set of three 32 P-labeled oligonucleotide probes complementary to the plus strand. NIH ImageJ software was used to quantify hybridization signal intensity to determine the appropriate number of genomes detected by each probe using serial dilutions of the proviral plasmid as standards.

Клеточная культура и условия трансфекции и инфекции. Клеточные линии дыхательных путей человека А549 и IB3, а также клетки НЕК293 культивировали в виде монослоев в модифицированной Дульбекко среде Игла (DMEM) с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки и пенициллинастрептомицина и поддерживали в 37°С инкубаторе при 5% СО2. Первичные клетки дыхательных путей хорька выделяли и культивировали в качестве не поляризованного монослоя или на ALI для того, чтобы создавать поляризованный эпителий, как описано в Liu et al. (2007). Поляризованный первичный НАЕ создавали из ткани дыхательных путей трансплантата легкого, как описано в Karp et al. (2002) с помощью Cells and Tissue Core of The Center for Gene Therapy в University of Iowa. Поляризацию клеток линии CuFi8, условно трансформированной клеточной линии, которую создавали из ΔF508/ΔF508 CF клеток дыхательных путей (Zabner et al., 2003), поляризовали на ALI с использованием условий, схожих с таковыми, использованными для первичного НАЕ (Yan et al., 2013). Эпителий дыхательных путей хорька и человека выращивали на 12 мм мембранных вставках Millicell (Millipore) и дифференцировали с использованием среды USG с добавкой 2% Ultroser G (Pall BioSepra, SA, France) на ALI перед использованием. Клеточные линии и первичные монослойные культуры клеток дыхательных путей трансфицировали плазмидами с использованием липофектамина и 1,0 мкг плазмиды. Для rAAV инфекций клеток А549, поляризованных эпителиальных клеток дыхательных путей человека или хорька, векторы обычно оставляли в среде для культивирования в течение 24 ч (клетки А549) или 16 ч (поляризованные клетки). Для апикальной инфекции поляризованных НАЕ ALI-культур, векторы разводили в среде USG до конечного объема 50 мкл и вносили в верхнюю камеру вставки Millicell. Для базолатеральной инфекции векторы добавляли непосредственно в среду для культивирования в нижнюю камеру. Ингибиторы протеасом добавляли в среду для культивирования на всем протяжении периода инфекции поляризованных клеток, по 40 мкМ LLnL (N-ацетил-L-лейцин-L-лейцин-L-норлейцин) и 5 мкМ доксорубицина в случае поляризованных человека и 10 мкМ LLnL и 2 мкМ доксорубицина в случае CuFI ALI-культур и ALI-культур хорька. Эпителии экспонировали для вирусов и химических соединений в течение 16 ч и затем удаляли. В этот момент вставки Millicell быстро промывали небольшим количеством среды USG и только в нижнюю камеру добавляли свежую среду USG. Доксорубицин получали из Sigma (St, Louis, МО) и LLnL получали из Boston Biochem (Cambridge, MA).Cell culture and transfection and infection conditions. Human airway cell lines A549 and IB3, as well as HEK293 cells, were cultured as monolayers in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) supplemented with 10% fetal bovine serum and penicillin streptomycin and maintained in a 37°C incubator with 5% CO 2 . Primary ferret airway cells were isolated and cultured as a non-polarized monolayer or on ALI to generate polarized epithelium as described in Liu et al. (2007). Polarized primary HAE was generated from lung graft airway tissue as described by Karp et al. (2002) with the help of the Cells and Tissue Core of the Center for Gene Therapy at the University of Iowa. CuFi8 cells, a conditionally transformed cell line that was generated from ΔF508/ΔF508 CF airway cells (Zabner et al., 2003), were polarized on ALI using conditions similar to those used for primary HAE (Yan et al., 2003). 2013). Ferret and human airway epithelia were grown on 12 mm Millicell membrane inserts (Millipore) and differentiated using USG medium supplemented with 2% Ultroser G (Pall BioSepra, SA, France) on ALI before use. Cell lines and primary monolayer cultures of airway cells were transfected with plasmids using Lipofectamine and 1.0 μg of plasmid. For rAAV infections of A549 cells, polarized human or ferret airway epithelial cells, vectors were typically left in culture medium for 24 h (A549 cells) or 16 h (polarized cells). For apical infection of polarized HAE ALI cultures, vectors were diluted in USG medium to a final volume of 50 μl and added to the upper chamber of a Millicell insert. For basolateral infection, vectors were added directly to the culture medium in the lower chamber. Proteasome inhibitors were added to the culture medium throughout the period of infection of polarized cells, 40 μM LLnL (N-acetyl-L-leucine-L-leucine-L-norleucine) and 5 μM doxorubicin in the case of human polarized cells and 10 μM LLnL and 2 µM doxorubicin in CuFI ALI and ferret ALI cultures. Epithelia were exposed to viruses and chemical compounds for 16 hours and then removed. At this point, the Millicell inserts were quickly washed with a small amount of USG medium and only fresh USG medium was added to the bottom chamber. Doxorubicin was obtained from Sigma (St. Louis, MO) and LLnL was obtained from Boston Biochem (Cambridge, MA).

- 8 043850 rAAV инфекция легких хорька. Все эксперименты с животными осуществляли в соответствии с протоколами, одобренными в Institutional Animal Care and Use Committee из University of Iowa. Инфекцию легких хорька in vivo осуществляли посредством интратрахеальной инъекции 300 мкл инокулята, содержащего 2x1011 DRP rAAV2/1 и 250 мкМ доксорубицина. Перед инфицированием в возрасте 5 суток, детенышей хорьков анестезировали посредством ингаляции смеси изофлурана и кислорода. На 8 сутки после инфекции животных умерщвляли интраперитонеальной инъекции чрезмерной дозы пентобарбитала натрия. Для анализа экспрессии люциферазы контейнер с трахеей и легкими хорька незамедлительно замораживали в жидком азоте и затем измельчали в порошок с использованием криогенного тканевого измельчителя. 1 мл Passive Lysis Buffer (Promega, Madison, WI) добавляли в порошкообразную ткань, чтобы экстрагировать белок. После четырех циклов заморозки-оттаивания, тканевой экстракт центрифугировали на 15000 об./мин в течение 5 мин, и осветленный тканевой экстракт использовали для люциферазного анализа с использованием набора для люциферазного анализа из Promega.- 8 043850 rAAV infection of ferret lungs. All animal experiments were performed in accordance with protocols approved by the Institutional Animal Care and Use Committee of the University of Iowa. In vivo infection of ferret lungs was accomplished by intratracheal injection of 300 μl of inoculum containing 2x1011 DRP rAAV2/1 and 250 μM doxorubicin. Before infection at 5 days of age, ferret pups were anesthetized by inhalation of a mixture of isoflurane and oxygen. On day 8 postinfection, animals were sacrificed by intraperitoneal injection of an excessive dose of sodium pentobarbital. For luciferase expression analysis, a container containing ferret trachea and lungs was immediately frozen in liquid nitrogen and then ground into powder using a cryogenic tissue grinder. 1 ml Passive Lysis Buffer (Promega, Madison, WI) was added to the powdered tissue to extract protein. After four freeze-thaw cycles, the tissue extract was centrifuged at 15,000 rpm for 5 min, and the clarified tissue extract was used for luciferase assay using a luciferase assay kit from Promega.

Измерение экспрессии репортерной люциферазы светляка. В указанное время после инфекции или трансфекции, клетки лизировали с использованием люциферазного клеточного лизирующего буфера и определяли ферментативную активность люциферазы в клеточных лизатах с использованием Luciferase Assay System (Promega) в 20/20 люминометре, оборудованном автоматическим инжектором (Turner Biosystems, Sunnyvale, CA).Measurement of firefly luciferase reporter expression. At the indicated times after infection or transfection, cells were lysed using luciferase cell lysis buffer, and luciferase enzymatic activity in cell lysates was determined using the Luciferase Assay System (Promega) in a 20/20 luminometer equipped with an auto-injector (Turner Biosystems, Sunnyvale, CA).

Измерение токов короткого замыкания. Трансэпителиальные токи короткого замыкания (Isc) измеряли с использованием фиксации напряжения в эпителии (Model EC-825) и автономной камерной системы Ussing (обе приобретали в Warner Instruments, Inc., Hamden, CT), как описано в Liu et al. (2007). На всем протяжении эксперимента камеру содержали при 37°С и аэрировали раствор в камере. Базолатеральную сторону камеры заполняли буферным раствором Рингера, содержащим 135 мМ NaCl, 1,2 мМ CaCl2, 1,2 мМ MgCl2, 2,4 мМ KH2PO4, 0,2 мМ K2HPO4 и 5 мМ Hepes, pH 7,4. Апикальную сторону камеры заполняли раствором Рингера с низким содержанием хлоридов, в котором NaCl заменяли на 135 мМ глюконат натрия. Трансэпителиальное напряжение фиксировали на нуле, токовые импульсы подавали каждые 5 с и регистрировали ток короткого замыкания с использованием многоканальной фиксации напряжения/тока VCC MC8 (Physiologic Instruments) и программного обеспечения Quick DataAcq. Следующие химические соединения последовательно добавляли в апикальную камеру: (1) амилорид (100 мкМ), чтобы ингибировать эпителиальную натриевую проводимость с помощью ENaC; (2) 4,4'диизотиоцианато-стильбен-2,2'-дисульфоновая кислота (DIDS) (100 мкМ), чтобы ингибировать не CFTR хлорные каналы; (3) агонисты цАМФ форсколин (10 мкМ) и 3-изобутил-1-метилксантин (IBMX) (100 мкМ) для того, чтобы активировать CFTR хлорные каналы; и (4) ингибитор CFTR GlyH-101 (N-(2лигроинленил)-[(3,5-дибром-2,4-дигидроксифенил)метилен]глицингидразид) (10 мкМ), чтобы блокировать секрецию Cl- через CFTR. ΔIsc вычисляли по различиям в Cl- измерении плато, усредненным за 45 с до и после каждого изменения условий (химический стимул).Short circuit current measurement. Transepithelial short circuit currents (Isc) were measured using an epithelial voltage clamp (Model EC-825) and a Ussing self-contained chamber system (both purchased from Warner Instruments, Inc., Hamden, CT) as described in Liu et al. (2007). Throughout the experiment, the chamber was kept at 37°C and the solution in the chamber was aerated. The basolateral side of the chamber was filled with Ringer's buffer solution containing 135 mM NaCl, 1.2 mM CaCl 2 , 1.2 mM MgCl 2 , 2.4 mM KH2PO4, 0.2 mM K2HPO4 and 5 mM Hepes, pH 7.4. The apical side of the chamber was filled with low chloride Ringer's solution in which NaCl was replaced by 135 mM sodium gluconate. The transepithelial voltage was fixed at zero, current pulses were applied every 5 s, and the short-circuit current was recorded using a VCC MC8 multichannel voltage/current clamp (Physiologic Instruments) and Quick DataAcq software. The following chemicals were sequentially added to the apical chamber: (1) amiloride (100 μM) to inhibit epithelial sodium conductance by ENaC; (2) 4,4'diisothiocyanato-stilbene-2,2'-disulfonic acid (DIDS) (100 μM) to inhibit non-CFTR chloride channels; (3) cAMP agonists forskolin (10 μM) and 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX) (100 μM) to activate CFTR chloride channels; and (4) CFTR inhibitor GlyH-101 (N-(2ligroinlenyl)-[(3,5-dibromo-2,4-dihydroxyphenyl)methylene]glycine hydrazide) (10 μM) to block Cl secretion through CFTR. ΔIsc was calculated from the differences in the Cl plateau measurement averaged over the 45 s before and after each change in condition (chemical stimulus).

Количественный анализ мРНК CFTR векторного происхождения после трансдукции с использованием rAAV. Общую РНК из rAAV-инфицированных клеток получали с использованием RNeasy Mini plus Kit (Qiagen). Поскольку остаточный оцДНК геном rAAV в образце РНК может представлять собой нежелательную матрицу для традиционной ПЦР в реальном времени, использовали модифицированный РНК-специфичный способ ПЦР для rAAV вектора46 для того, чтобы обнаруживать мРНК CFTR хорька векторного происхождения. Вкратце, синтез 1-й цепи кДНК инициировали с использованием связанного с адаптером (нижний регистр) вектор-специфичного праймера, который направлен на синтетическую сигнальную последовательность полиаденилирования (верхний регистр). Последовательность этого праймера представляет собойQuantitative analysis of vector-derived CFTR mRNA after transduction with rAAV. Total RNA from rAAV-infected cells was prepared using the RNeasy Mini plus Kit (Qiagen). Because residual ssDNA rAAV genome in an RNA sample may represent an undesirable template for conventional real-time PCR, a modified rAAV vector-derived RNA-specific PCR method 46 was used to detect vector-derived ferret CFTR mRNA. Briefly, 1st-strand cDNA synthesis was initiated using an adapter-linked (lowercase) vector-specific primer that targets a synthetic polyadenylation signal sequence (uppercase). The sequence of this primer is

5'-gcacgagggcgacugucaUGAUCGAUGCAUCUGAGCUCUUUAUUA-3' (SEQ ID № 10), где все dT заменены на dU. После того, как осуществляли расщепление РНКазой H для устранения РНК-матриц, специфичный к CFTR хорька праймер (5-TGCAGATGAGGTTGGACTCA-3 ; SEQ ID № 11) использовали для синтеза 2-й цепи. Во избежание ложно амплификации с кДНК, полученной из одноцепочечной вирусной ДНК, все dU-компоненты в кДНК продуктах 1-й и 2-й цепи, а также избыточные адаптерные праймеры, расщепляли с применением урацил-N-гликозилазы (UNG). Таким образом, получали кДНК продукт 2-й цепи, связанный с комплементарной последовательностью адаптера, который происходил исключительно из rAAV транскриптов. Набор праймеров для ПЦР TaqMan содержал последовательность CFTR хорька 5'-CAAGTCTCGCTCTCAAATTGC-3' (SEQ ID № 12) и адаптерную последовательность 5'-GCACGAGGGCGACTGTCA-3' (SEQ ID № 13).5'-gcacgagggcgacugucaUGAUCGAUGCAUCUGAGCUCUUUAUUA-3' (SEQ ID No. 10), where all dT are replaced with dU. After RNase H digestion was performed to eliminate the RNA templates, a ferret CFTR-specific primer (5-TGCAGATGAGGTTGGACTCA-3; SEQ ID NO: 11) was used to synthesize the 2nd strand. To avoid spurious amplification with cDNA derived from single-stranded viral DNA, all dU components in the 1st and 2nd strand cDNA products, as well as redundant adapter primers, were digested using uracil-N-glycosylase (UNG). This produced a 2nd strand cDNA product linked to a complementary adapter sequence that was derived exclusively from rAAV transcripts. The TaqMan PCR primer set contained the ferret CFTR sequence 5'-CAAGTCTCGCTCTCAAATTGC-3' (SEQ ID no. 12) and the adapter sequence 5'-GCACGAGGGCGACTGTCA-3' (SEQ ID no. 13).

Используемый зонд TaqMan представлял собойThe TaqMan probe used was

5'-F^-ACCTCTTCTTCCGTCTCCTCCTTCA-TAMRA-3' (SEQ ID № 14) .5'-F^-ACCTCTTCTTCCGTCTCCTCCTTCA-TAMRA-3' (SEQ ID No. 14) .

Результаты Синтетические олигонуклеотидные энхансеры, которые увеличивают управляемую промотором tg83 транскрипцию в клетках дыхательных путей.Results Synthetic oligonucleotide enhancers that enhance tg83 promoter-driven transcription in airway cells.

Предшествующий объективный скрининг, оценивающий короткие синтетические энхансеры из библиотеки, содержащей 52429 уникальных последовательностей, идентифицировал энхансерные элементы, способные активировать транскрипцию с минимального цитомегаловирусного (CMV) IE промоA previous unbiased screen evaluating short synthetic enhancers from a library containing 52,429 unique sequences identified enhancer elements capable of activating transcription from the minimal cytomegalovirus (CMV) IE promoter

- 9 043850 тора в 128 п. о. (от -53 до +75) в клетках HeLa (Schlabach et al., 2010). Эта библиотека содержала все возможные 10-членные ДНК последовательности, напечатанные на микрочипах в виде 10 тандемных повторов (общей длины в 100 оснований каждая). Наиболее эффективные 100-членные олигонуклеотиды усиливали транскрипцию этого минимального CMV IE промотора в 128 п. о. до 75-137% от того, что индуцировал CMV IE промотор дикого типа в 600 п. о. (Schlabach et al., 2010). В предыдущих исследованиях последовательность синтетического промотора в 83 п. о. (tg83) использовали для экспрессии полноразмерного гена CFTR из rAAV вектора (AV2.tg83-CFTR), и обнаруживали, что он вызывает более высокую экспрессию трансгена в CF НАЕ культурах чем криптический промотор из AAV2 ITR (Zhang et al., 2009). Промотор tg83 состоит из сайта ATF-1/CREB и сайта связывания Sp1 из промотора α1 субъединицы Na, К-АТФазы и ТАТА-бокса и сайта инициации транскрипции из CMV IE промотора. Предложена гипотеза о том, что объединение промотора tg83 с синтетическим энхансером, идентифицированным посредством скрининга библиотеки, позволит получить транскрипционные единицы с более высокой эффективностью в поляризованном эпителии дыхательных путей человека и/или хорька in vitro и in vivo. Для того чтобы тестировать эту возможность, лучшие восемь энхансерных последовательностей, идентифицированных Schlabach et al. (F1, F4, F5, F10, C9, D3, CREB6 и CREB8; Schlabach et al., 2010) оценивали по их способности усиливать tg83 транскрипцию в эпителии дыхательных путей человека и хорька.- 9 043850 torus in 128 p.o. (-53 to +75) in HeLa cells (Schlabach et al., 2010). This library contained all possible 10-mer DNA sequences printed on microarrays in the form of 10 tandem repeats (total length 100 bases each). The most effective 100-mer oligonucleotides enhanced transcription of this minimal 128-bp CMV IE promoter. up to 75-137% of that induced by the CMV IE wild-type 600 bp promoter. (Schlabach et al., 2010). In previous studies, the 83-bp synthetic promoter sequence (tg83) was used to express the full-length CFTR gene from the rAAV vector (AV2.tg83-CFTR), and was found to induce higher transgene expression in CF HAE cultures than the cryptic promoter from the AAV2 ITR (Zhang et al., 2009). The tg83 promoter consists of an ATF-1/CREB site and a Sp1 binding site from the Na subunit α1 promoter, K-ATPase and TATA box, and a transcription initiation site from the CMV IE promoter. It is hypothesized that combining the tg83 promoter with a synthetic enhancer identified through library screening will produce transcription units with higher efficiency in polarized human and/or ferret airway epithelium in vitro and in vivo. To test this possibility, the top eight enhancer sequences identified by Schlabach et al. (F1, F4, F5, F10, C9, D3, CREB6 and CREB8; Schlabach et al., 2010) were assessed for their ability to enhance tg83 transcription in human and ferret airway epithelium.

FlFl

AGTCAGGGCAAGTCAGTGGCAAGTCAGGGCAGTCAGGGCAGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGTGGCAAGTCAGGGCAGTCAGGGCAGTCAGGGCAAGTCAGGGCA

AGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCA (SEQ ID № 15)AGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCA (SEQ ID No. 15)

F10 gaattgacgcatatattgacgcatattgacgcaaattgacgcaaatgacagcaagattg acgcaaattgagcgcaaattgacgcaaattaattgacgcat (SEQ ID № 16) F4F10 gaattgacgcatatattgacgcatattgacgcaaattgacgcaaatgacagcaagattg acgcaaattgagcgcaaattgacgcaaattaattgacgcat (SEQ ID No. 16) F4

СTGATGCAATСTGATGCAATСTGATGCAATСTGATGCAATСTGATGCAATСTGAGCAAT CTGATGCAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAAT (SEQ ID № 17)CTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAAT CTGATGCAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAAT (SEQ ID No. 17)

F5F5

TGGTGAGCGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCGGGCATTCTGGTGAGCGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCGGGCATTC

TGGGCGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCA (SEQ ID № 18)TGGGCGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCA (SEQ ID No. 18)

C3C3

GCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAA TCTGATGCAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAATT (SEQ ID № 19)GCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAA TCTGATGCAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAATT (SEQ ID No. 19)

D9D9

GCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAA TCTGATGCAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAATT (SEQ ID № 20)GCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAA TCTGATGCAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAATT (SEQ ID No. 20)

CREB6CREB6

ATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCG

G (SEQ ID № 21)G (SEQ ID No. 21)

CREB8CREB8

ATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCG

GATTGACGCGGATTGACGCG (SEQ ID № 22)GATTGACGCGGATTGACGCG (SEQ ID No. 22)

Комбинации энхансеров/промоторов: tg83 ctcgagaacggtgacgtgcacgcgtgggcggagccatcacgcaggttgctatataagca gagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID № 23)Enhancer/Promoter Combinations: tg83 ctcgagaacggtgacgtgcacgcgtgggcggagccatcacgcaggttgctatataagca gagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID no. 23)

Fltg83Fltg83

AGTCAGGGCAAGTCAGTGGCAAGTCAGGGCAGTCAGGGCAGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGTGGCAAGTCAGGGCAGTCAGGGCAGTCAGGGCAAGTCAGGGCA

AGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCActcgagaacggtgacgtgcacgcg tgggcggagccatcacgcaggttgctatataagcagagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID № 24)AGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCAAGTCAGGGCActcgagaacggtgacgtgcacgcg tgggcggagccatcacgcaggttgctatataagcagagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID No. 24)

F10tg83F10tg83

GAAT T GAC GCATATAT T GACGCATAT T GACGCAAAT T GACGCAAAT GACAGCAAGAT T GGAAT T GAC GCATATAT T GACGCATAT T GACGCAAAT T GACGCAAAT GACAGCAAGAT T G

ACGCAAATTGAGCGCAAATTGACGCAAATTAATTGACACGCAAATTGAGCGCAAATTGACGCAAAATTAATTGAC

- 10 043850 ctcgagaacggtgacgtgcacgcgtgggcggagccatcacgcaggttgctatataagcagagct cgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID № 25) F4tg83 СTGATGCAATСTGATGCAATСTGATGCAATСTGATGCAATСTGATGCAATСTGAGCAAT С T GAT GCAAT С T GAT G CAATAT GAT GAAT G T GAT GCAAT ctcgagaacggtgacgtgcacgcgtgggcggagccatcacgcaggttgctatataagcagagct cgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID № 26) F5tg83 GTGGTGAGCGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCGGGCATT CTGGGCGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATctcgagaacggtgacgtgcacgcgtggg cggagccatcacgcaggttgctatataagcagagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID № 27) C3tg83- 10 043850 ctcgagaacggtgacgtgcacgcgtgggcggagccatcacgcaggttgctatataagcagagct cgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID No. 25) F4tg83 CTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAAT C T GAT GCAAT C T GAT G CAATAT GAT GAAT G T GAT GCAAT ctcgagaacggtgacgtgcacgcgtgggcggagccatcacgcaggttgctatataagcagagct cgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID no. 26) F5tg83 GTGGTGAGCGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATGTCGGGCATT CTGGGCG TCTGGGCATGTCTGGGCATGTCTGGGCATctcgagaacggtgacgtgcacgcgtggg cggagccatcacgcaggttgctatataagcagagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID No. 27) C3tg83

GCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAAGCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAA

TCTGATGCAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAATTctcgagaacggtgacgtgcacgc gtgggcggagccatcacgcaggttgetatataagcagagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID № 28) D9tg83 GCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAA TCTGATGCAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAATTctcgagaacggtgacgtgcacgc gtgggcggagccatcacgcaggttgetatataagcagagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID № 29) CREB6tg83 ATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCG Gctcgagaacggtgacgtgcacgcgtgggcggagccatcacgcaggttgctatataagcagagc tcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID № 30)TCTGATGCAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAATTctcgagaacggtgacgtgcacgc gtgggcggagccatcacgcaggttgetatataagcagagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID no. 28) D9tg83 GCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGATGCAATCTGAGCAA TCTGATG CAATCTGATGCAATATGATGAATGTGATGCAATTctcgagaacggtgacgtgcacgc gtgggcggagccatcacgcaggttgetatataagcagagctcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID #29) CREB6tg83 ATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCGGATTGACGCG Gctcgagaacggt gacgtgcacgcgtgggcggagccatcacgcaggttgctatataagcagagc tcgtttagtgaaccgtcaga (SEQ ID No. 30)

Промотор tg83 клонировали в беспромоторный люциферазный репортерный плазмидный pGL3Basic Vector (Promega) для того, чтобы создавать pGL3-tg83. Затем конструировали серию люциферазных репортерных экспрессирующих плазмид, в которую помещали один из восьми 100-членных энхансеров перед промотором tg83 в pGL3-tg83 (фиг. 1А). Сравнение репортерной экспрессии с pGL3-tg83 и его энхансер-содержащих производных проводили в монослойных (не поляризованных) культурах двух клеточных линий дыхательных путей человека (А549 и IB3) и первичных клетках дыхательных путей хорька (фиг. 1B-1D). Две дополнительные люциферазные экспрессирующие плазмиды, pAV2-CMV-luc (содержит CMV IE энхансер-промотор дикого типа, 600 п. о.) и pAV2-CBA-luc (содержит энхансер CMV IE-промотор β-актина курицы, т. е., промотор СВА) включали в качестве контролей для промоторной активности высокого уровня. Оценка экспрессии люциферазы после плазмидной трансфекции показывала, что все тестируемые энхансеры увеличивали управляемую tg83 экспрессию люциферазы и что их эффективности варьировали в зависимости от клеточной линии: в культурах клеток А459 человека и первичных клеток дыхательных путей хорька F1tg83 и F5tg83 превышали активность промоторов СВА и CMV; и в культурах клеток IB3 человека F10tg83 был наиболее эффективным, но вызывал значительно меньшую экспрессию, чем промотор CMV (фиг. 1B-1D).The tg83 promoter was cloned into the promoterless luciferase reporter plasmid pGL3Basic Vector (Promega) to generate pGL3-tg83. A series of luciferase reporter expression plasmids were then constructed into which one of the eight 100-mer enhancers upstream of the tg83 promoter was placed in pGL3-tg83 (Fig. 1A). Comparison of reporter expression with pGL3-tg83 and its enhancer-containing derivatives was performed in monolayer (non-polarized) cultures of two human airway cell lines (A549 and IB3) and primary ferret airway cells (Fig. 1B-1D). Two additional luciferase expression plasmids, pAV2-CMV-luc (contains the wild-type CMV IE enhancer-promoter, 600 bp) and pAV2-CBA-luc (contains the CMV IE enhancer-chicken β-actin promoter, i.e., CBA promoter) were included as controls for high-level promoter activity. Assessment of luciferase expression after plasmid transfection showed that all enhancers tested increased tg83-driven luciferase expression and that their efficiencies varied depending on the cell line: in cultures of human A459 cells and primary ferret airway cells, F1tg83 and F5tg83 exceeded the activity of the CBA and CMV promoters; and in human IB3 cell cultures, F10tg83 was most effective but produced significantly less expression than the CMV promoter (Fig. 1B-1D).

Элемент F5 наиболее эффективно усиливает управляемую tg83 транскрипцию в поляризованном эпителии дыхательных путей человека и хорька in vitro, а также в дыхательных путях хорька in vivo.The F5 element most effectively enhances tg83-driven transcription in polarized human and ferret airway epithelia in vitro and in ferret airways in vivo.

Поскольку энхансеры F1, F5 и F10 наиболее эффективны при активации управляемой tg83 транскрипции в монослойных культурах клеток дыхательных путей, оценивали способность этих элементов содействовать транскрипции в контексте rAAV векторных геномов. Конструировали четыре rAAV провирусных вектора, несущих люциферазную экспрессирующую кассету, с экспрессией под управлением tg83 (безэнхансерный), F1tg83, F5tg83 или F10tg83. Провирусную плазмиду pAV2-tg83-fCFTR использовали в качестве шаблонного вектора для клонирования, его промотор и 5' часть fCFTR кодирующей области заменяли на люциферазную экспрессирующую кассету в 2,1 или 2,2 т. о. Размер генома составлял 4,75 т. о. в случае rAV2.tg83luc и 4,85 т. о. для энхансер-содержащих векторов. Эту конструкцию использовали по двум причинам. Во-первых, сохранение как можно большей последовательности fCFTR обеспечивало то, что размер векторного генома будет схож с таковым у rAAV-CFTR экспрессирующих векторов, которые в конечном итоге будут созданы. Во-вторых, сохранение областей кДНК fCFTR максимизировало потенциальное влияние последовательности CFTR хорька на функцию энхансера.Because the F1, F5, and F10 enhancers are most effective at activating tg83-driven transcription in monolayer cultures of airway cells, the ability of these elements to promote transcription was assessed in the context of rAAV vector genomes. Four rAAV proviral vectors carrying a luciferase expression cassette were constructed with expression under the control of tg83 (enhancerless), F1tg83, F5tg83, or F10tg83. The proviral plasmid pAV2-tg83-fCFTR was used as a template vector for cloning, its promoter and the 5' part of the fCFTR coding region were replaced with a 2.1 or 2.2 kb luciferase expression cassette. The genome size was 4.75 kb. in the case of rAV2.tg83luc and 4.85 kb. for enhancer-containing vectors. This design was used for two reasons. First, maintaining as much fCFTR sequence as possible ensured that the vector genome size would be similar to that of the rAAV-CFTR expression vectors that would eventually be generated. Second, conservation of fCFTR cDNA regions maximized the potential impact of the ferret CFTR sequence on enhancer function.

В качестве первой стадии исследования влияния AAV ITR и части последовательности трансгена fCFTR, подлежащей тестированию (т.е. 3'-половины от кДНК fCFTR), на транскрипцию с промотора tg83, репортерную экспрессию с плазмид pGL3-tg83 и pAV2-tg83luc сравнивали после трансфекции в монослойные культуры А549 и первичных клеток дыхательных путей хорька. Обнаруживали, что плазмида pAV2-tg83luc в 2,5 раза (в А549) и 2 раза (в первичных клетках дыхательных путей хорька) трансAs a first step to investigate the effect of the AAV ITR and the portion of the fCFTR transgene sequence to be tested (i.e., the 3' half of the fCFTR cDNA) on transcription from the tg83 promoter, reporter expression from the pGL3-tg83 and pAV2-tg83luc plasmids were compared after transfection into monolayer cultures of A549 and primary ferret airway cells. Plasmid pAV2-tg83luc was found to be 2.5-fold (in A549) and 2-fold (in primary ferret airway cells) trans

- 11 043850 крипционно более активна, чем плазмиды на основе pGL3 (фиг. 2А), что подсказывает, что включение AAV ITR и/или лишних последовательностей fCFTR оказывало в целом положительные эффекты на активность промотора tg83. Затем сравнивали экспрессию репортерного гена для плазмид pAV2F1tg83luc, pAV2-F5tg83luc, pAV2-F10tg83luc, и pAV-tg83luc. Как и ожидали, энхансеры F1, F5 и F10 значительно усовершенствовали транскрипцию с промотора tg83 (приблизительно в 10-19 раз) в клетках обоих типов (фиг. 2В). Однако эффективность почти всех энхансеров был значительно снижена (приблизительно в 3-18 раз) в rAAV провирусных плазмидах по сравнению с плазмидами pGL3-tg83, которые не содержат ITR и последовательность CFTR (фиг. 2В, залитые столбцы в сравнении с фиг. 1В; фиг. 2В, незакрашенные столбцы в сравнении с фиг. 1D). Это подсказывает, что последовательности из AAV ITR и/или части кДНК CFTR хорька оказывают общее негативное влияние на функцию энхансера. Однако этот эффект, оказываемый на синтетические энхансеры, различался между монослоями А549 и первичных клеток дыхательных путей хорька. В клетках А549 энхансер F1 испытывал наиболее значительное влияние, при снижении его активности в rAAV провирусной плазмиде в 18,1 раза, тогда как таковая у энхансеров F5 и F10 снижалась только в 8,2 раза и 3,8 раза, соответственно. В первичных клетках дыхательных путей хорька энхансеры F1 и F5 имели 4,4-кратное и 2,8-кратное снижение активности, соответственно, в контексте провирусной плазмиды, тогда как функция F10 была слегка усилена (приблизительно 40%).- 11 043850 transcriptionally more active than the pGL3-based plasmids (Fig. 2A), suggesting that inclusion of the AAV ITR and/or extra fCFTR sequences had an overall positive effect on tg83 promoter activity. Reporter gene expression was then compared for plasmids pAV2F1tg83luc, pAV2-F5tg83luc, pAV2-F10tg83luc, and pAV-tg83luc. As expected, the F1, F5, and F10 enhancers significantly enhanced transcription from the tg83 promoter (approximately 10- to 19-fold) in both cell types (Fig. 2B). However, the efficiency of almost all enhancers was significantly reduced (approximately 3- to 18-fold) in rAAV proviral plasmids compared to pGL3-tg83 plasmids, which lack the ITR and CFTR sequence (Fig. 2B, filled bars versus Fig. 1B; Fig. 2B, open bars compared to Fig. 1D). This suggests that sequences from the AAV ITR and/or portions of the ferret CFTR cDNA have an overall negative effect on enhancer function. However, this effect on synthetic enhancers differed between monolayers of A549 and primary ferret airway cells. In A549 cells, the F1 enhancer experienced the most significant effect, with its activity in the rAAV proviral plasmid decreasing by 18.1 times, while that of the F5 and F10 enhancers decreased only by 8.2 times and 3.8 times, respectively. In primary ferret airway cells, the F1 and F5 enhancers were 4.4-fold and 2.8-fold decreased in activity, respectively, in the context of a proviral plasmid, whereas F10 function was slightly increased (approximately 40%).

Затем оценивали экспрессию с различных энхансерных элементов в контексте rAAV2/2 векторов. В клетках А549, схожие увеличения экспрессии с комбинации энхансера/промотора tg83 наблюдали после трансфекции провирусной плазмидой и инфекции соответствующим rAAV вектором (фиг. 2В, залитые столбцы в сравнении с фиг. 2С). Затем первичные ALI-культуры эпителия дыхательных путей человека и хорька инфицировали равными титрами каждого rAAV вектора, и экспрессию трансгена оценивали в 2 сутки после инфекции. Эти эксперименты демонстрировали, что F5tg83 является наиболее эффективным промотором в обеих ALI-культурах человека и хорька (фиг. 2D и 2Е), приводя к 19,6-кратному и 57,5кратному увеличению, соответственно, управляемой tg83 транскрипции относительно таковой, управляемой с помощью безэнхансерного контроля (фиг. 2D и 2Е). Следует отметить, что дифференцированное состояние эпителиальных клеток дыхательных путей хорька, похоже, оказывает значительное влияние на экспрессию с различных комбинаций энхансера/промотора tg83 в контексте rAAV трансдукции; энхансер F5 более эффективно усиливал tg83 экспрессию в поляризованном эпителии (фиг. 2Е; 57,5кратно), чем в недифференцированных монослоях (фиг. 2В; 16,6-кратно); энхансер F1 только немного увеличивал активность промотора tg83 в поляризованных клетках, но увеличивал экспрессию трансгена в 13,8 раза в клетках монослоя.Expression from various enhancer elements was then assessed in the context of rAAV2/2 vectors. In A549 cells, similar increases in expression from the tg83 enhancer/promoter combination were observed following transfection with a proviral plasmid and infection with the corresponding rAAV vector (Fig. 2B, filled bars versus Fig. 2C). Primary ALI cultures of human and ferret airway epithelium were then infected with equal titers of each rAAV vector, and transgene expression was assessed at 2 days postinfection. These experiments demonstrated that F5tg83 was the most efficient promoter in both human and ferret ALI cultures (Figures 2D and 2E), resulting in 19.6-fold and 57.5-fold increases, respectively, in tg83-driven transcription relative to that driven by enhancerless control (Figs. 2D and 2E). It is noteworthy that the differentiated state of ferret airway epithelial cells appears to have a significant impact on expression from different tg83 enhancer/promoter combinations in the context of rAAV transduction; the F5 enhancer more effectively increased tg83 expression in polarized epithelium (Fig. 2E; 57.5-fold) than in undifferentiated monolayers (Fig. 2B; 16.6-fold); The F1 enhancer only slightly increased tg83 promoter activity in polarized cells, but increased transgene expression by 13.8-fold in monolayer cells.

Наконец, активности in vivo у промоторов F5tg83 и F10tg83 сравнивали в дыхательных путях новорожденных хорьков, используя интратрахеальную инъекцию двух rAAV1 векторов с псевдотипированным капсидом (AV2/1.F5tg83luc и AV2/1.F10tg83luc; инъецировали равные титры частиц). Ранее показано, что этот серотип капсида эффективен при трансдукции дыхательных путей хорька в присутствии ингибитора протеасом (Yan et al., 2013). Люциферазную активность измеряли в экстрактах, полученных из ткани трахеи и легких на 8 сутки после инфекции, и обнаруживали, что F5tg83 более эффективен, чем F10tg3, при трансдукции и легких и трахеи хорька (фиг. 2F). Эти находки соответствовали таковым для поляризованных ALI-культур эпителия дыхательных путей хорька (фиг. 2Е).Finally, the in vivo activities of the F5tg83 and F10tg83 promoters were compared in the respiratory tract of newborn ferrets using intratracheal injection of two rAAV1 pseudotyped capsid vectors (AV2/1.F5tg83luc and AV2/1.F10tg83luc; equal particle titers were injected). This capsid serotype was previously shown to be effective in transducing ferret airways in the presence of a proteasome inhibitor (Yan et al., 2013). Luciferase activity was measured in extracts obtained from tracheal and lung tissue at day 8 postinfection, and F5tg83 was found to be more efficient than F10tg3 in transducing both ferret lungs and trachea (Fig. 2F). These findings were consistent with those of polarized ALI cultures of ferret airway epithelium ( Fig. 2E ).

Узкие пределы для размера генома rAAV оказывают значительное влияние на функциональность rAAV-CFTR векторов, при этом не меняя эффективность упаковки.Narrow limits on rAAV genome size have a significant impact on the functionality of rAAV-CFTR vectors without affecting packaging efficiency.

Размер ожидаемого генома AV.tg83fCFTR, если полностью упакован, составляет 4,937 т. о. (фиг. 3А). Встраивание энхансера F5 увеличивает его до 5,040 т. о. Несмотря на то, что общепризнанна способность AAV заключать в капсид геном rAAV слегка более длинный, чем его естественный размер (4,679 т. о.), постепенное увеличение размера rAAV вектора с 4,675 т. о. до 4,883 т. о. и 5,083 т. о. ведет к 25 и 75%, соответственно, снижению трансдукции (Dong et al., 1996). Кроме того, одномолекулярное секвенирование (SMS) двух концов rAAV после упаковки провирусного генома в 5,8 т. о. показало, что 5' ITR нестабилен и имеет издержки в виде делеций (Kapranov et al., 2012). Учитывая, что пределы для упаковки функционального генома в контексте rAAV-CFTR векторов еще не определены, было не ясно, будет ли геном AV.F5tg83fCFTR в 5,04 т. о. скомпрометирован в отношении стабильности и функции генома.The expected genome size of AV.tg83fCFTR if fully packaged is 4.937 kb. (Fig. 3A). Incorporation of the F5 enhancer increases it to 5,040 kb. Although the ability of AAV to encapsid the rAAV genome slightly longer than its natural size (4.679 kb) is generally accepted, the gradual increase in the size of the rAAV vector from 4.675 kb. up to 4.883 t.o. and 5.083 t.o. leads to a 25 and 75%, respectively, reduction in transduction (Dong et al., 1996). In addition, single-molecule sequencing (SMS) of the two ends of rAAV after packaging the proviral genome into 5.8 kb. showed that the 5' ITR is unstable and has costs in the form of deletions (Kapranov et al., 2012). Given that the limits for packaging a functional genome in the context of rAAV-CFTR vectors have not yet been determined, it was not clear whether the 5.04 kb AV.F5tg83fCFTR genome would be. compromised with respect to genome stability and function.

Этот вопрос изучали путем конструирования вектора AV2.tg83-fCFTR(HA) в 5,036 т. о., в котором экспрессирующую CFTR кассету продлевали посредством добавления эпитопной метки 3хНА (99 нуклеотидов) в области, кодирующей четвертую внеклеточную петлю (ECL4) в CFTR хорька (предыдущие исследования показывали, что эта инсерция не оказывает влияния на функцию хлорных каналов (Glozman et al., 2009; Fisher et al., 2012)). Этот вектор позволял авторам изобретения проверять, как размер генома влияет на функциональность CFTR в отсутствие изменений транскрипции трансгена. Получали два rAAV2 вектора (AV2/2.tg83-fCFTR и AV2/2.tg83-fCFTR-HA; фиг. 3А), и оценивали их способность создавать CFTR-опосредованные хлорные токи в поляризованных CF НАЕ. Выход векторов для двух вирус был почти одинаковым (AV2/2.tg83-fCFTR приблизительно 5x109 DRP/мкл и AV2/2.tg83This question was examined by constructing the 5,036 kb vector AV2.tg83-fCFTR(HA), in which the CFTR expression cassette was extended by adding a 3xHA epitope tag (99 nucleotides) to the region encoding the fourth extracellular loop (ECL4) of ferret CFTR ( previous studies have shown that this insertion has no effect on chloride channel function (Glozman et al., 2009; Fisher et al., 2012). This vector allowed the inventors to test how genome size affects CFTR functionality in the absence of changes in transgene transcription. Two rAAV2 vectors (AV2/2.tg83-fCFTR and AV2/2.tg83-fCFTR-HA; Fig. 3A) were generated and their ability to generate CFTR-mediated chloride currents in polarized CF HAEs was assessed. The vector yield for the two viruses was almost the same (AV2/2.tg83-fCFTR approximately 5x109 DRP/μl and AV2/2.tg83

- 12 043850 fCFTR(HA) приблизительно 3x109 DRP/мкл). Поляризованные CF НАЕ культивировали на ALI и инфицировали с относительно высокой множественностью заражения (MOI) приблизительно 105 DRP/клетка (1011 DRP каждого rAAV2 вектора на вставку). На 10 сутки после инфекции, определяли уровень экспрессии CFTR посредством измерения тока короткого замыкания (Isc), как описано в Zhang et al. (2004) и Fisher et al. (2011). На фиг. 3В представлена типичная кривая Isc после инфекции CF НАЕ с использованием AV2/2.tg83-fCFTR или AV2/2.tg83-fCFTR-HA. Амилорид и DIDS сначала применяли для блокирования не CFTR хлорных каналов и ENaC-опосредованных натриевых токов, а затем агонисты цАМФ (IBMX и форсколин) использовали для того, чтобы индуцировать активность CFTR. Изменения в Isc после добавления IBMX и форсколина (AIscIMBX & Forsk) и последующего добавления ингибитора CFTR GlyH101 (AIscglyH) использовали для того, чтобы оценивать функцию CFTR. Эти результаты четко показывали, что функциональное дополнение активности CFTR в CF НАЕ выше после инфекции с использованием AV2/2.tg83-fCFTR, чем с использованием AV2/2.tg83-fCFTR-HA (фиг. 3В). Средние значения AIscIBMX & Forsk и AIscglyH из этих экспериментов сведены на фиг. 3С. CFTR-опосредованные цАМФиндуцибельные Cl- токи, которые получали с помощью AV2/2.tg83-fCFTR(НА), составляли только 3,6% от таковых в не CF НАЕ ALI-культурах, но все же выше фоновых уровней (р<0,01). В отличие от этого, инфекция с использованием AV2/2.tg83-fCFTR создавала в 10 раз более высокие цАМФ-индуцибельные Cl- токи, чем AV2/2.tg83-fCFTR(НА) и достигала приблизительно 30% активности CFTR в не CF НАЕ ALI-культурах. Эти результаты демонстрируют, что пределы для сохранения функции CFTR очень узки, когда получают слишком большие геномы rAAV, и что функциональность вектора не зависит только от эффективности упаковки DRP. Кроме того, эти исследования показывают, что встраивание 100нуклеотидного энхансера F5 в AV2/2.tg83-fCFTR, при общем размере генома в 5,04 т. о., может иметь значимое негативное влияние на функцию генома.- 12 043850 fCFTR(HA) approximately 3x10 9 DRP/µl). Polarized CF HAE were cultured on ALI and infected at a relatively high multiplicity of infection (MOI) of approximately 10 5 DRP/cell (10 11 DRP of each rAAV2 vector per insert). At day 10 postinfection, the expression level of CFTR was determined by measuring the short circuit current (Isc) as described in Zhang et al. (2004) and Fisher et al. (2011). In fig. 3B shows a typical Isc curve following CF HAE infection using AV2/2.tg83-fCFTR or AV2/2.tg83-fCFTR-HA. Amiloride and DIDS were first used to block non-CFTR chloride channels and ENaC-mediated sodium currents, and then cAMP agonists (IBMX and forskolin) were used to induce CFTR activity. Changes in Isc after addition of IBMX and forskolin (AIscIMBX & Forsk) and subsequent addition of the CFTR inhibitor GlyH101 (AIscglyH) were used to assess CFTR function. These results clearly showed that functional complementation of CFTR activity in CF HAE is higher following infection with AV2/2.tg83-fCFTR than with AV2/2.tg83-fCFTR-HA (Fig. 3B). The average AIscIBMX & Forsk and AIscglyH values from these experiments are summarized in FIG. 3C. CFTR-mediated cAMP-inducible Cl- currents produced by AV2/2.tg83-fCFTR(HA) were only 3.6% of those in non-CF HAE ALI cultures, but still above background levels (p<0. 01). In contrast, infection with AV2/2.tg83-fCFTR generated 10-fold higher cAMP-inducible Cl currents than AV2/2.tg83-fCFTR(HA) and achieved approximately 30% CFTR activity in non-CF HAE ALI cultures. These results demonstrate that the limits for maintaining CFTR function are very narrow when overly large rAAV genomes are produced and that vector functionality does not depend solely on the efficiency of DRP packaging. In addition, these studies indicate that insertion of the 100-nucleotide F5 enhancer into AV2/2.tg83-fCFTR, with a total genome size of 5.04 kb, may have a significant negative impact on genome function.

Эффективная упаковка функционального минигена CFTR хорька в rAAV.Efficient packaging of a functional ferret CFTR minigene into rAAV.

Далее исследовали возможность использования укороченного минигена CFTR хорька, чтобы дополнительно уменьшать размер генома rAAV-CFTR вектора и сделать возможным встраивание энхансера F5. Сообщалось, что миниген CFTR человека (CFTRAR) С частичной делецией R-домена в 156 п. о. (кодирующей аминокислоты 708-759) сохраняет большую часть активности хлорного канала полноразмерного белка (Ostedgaard et al., 2002; Ostedgaard et al., 2011). Миниген fCFTRAR создавали посредством делеции гомологичной последовательности в 159 п. о., кодирующей аминокислоты 708-760 в соответствующем положении белка человека, и получали два дополнительных вектора: AV2/2.tg83-fCFTRAR (4,778 т. о.) и AV2/2.tg83-fCFTRAR(HA) (4,877 т. о.). Эта пара векторов позволяла исследовать не только функцию минигена fCFTR в CF НАЕ ALI-культурах, но также влияние инсерции НА-метки в ген fCFTR. Анализ ответов AIscIBMX & Forsk и AIscglyH на эти два вируса показывал, что и AV2/2.tg83-fCFTR и AV2/2.tg83-fCFTR(НА) создавали существенные CFTR-опосредованные Cl- токи после инфекции CF НАЕ ALI-культур (фиг. 3С). Однако НА-меченная форма создавала приблизительно на 20% меньший Clток, чем AV2/2.tg83-fCFTRAR. Эта находка согласуется с rAAV векторами в 4,88 т. о., которые имеют только приблизительно 25% функциональной активности векторов в 4,68 т. о. (Dong et al., 1996). Альтернативно, сама НА-метка может влиять на функцию CFTR в контексте делеции R-домена, несмотря на то, что в контексте полноразмерного CFTR эта ECL4 НА-метка не оказывает влияния на функцию Cl- канала (Glozman et al., 2009; Fisher et al., 2011). Несмотря на больший размер генома у AV2/2.tg83-fCFTR (4,9437 т. о.), этот вектор создавал приблизительно на 30% больший CFTR-опосредованный ток, чем его более короткий аналог AV2/2.tg83-fCFTRAR (4,778 т. о.) (фиг. 3С). Это снижение активности Cl- канала fCFTRAR схоже с таковым у hCFTRAR (Ostedgaard et al., 2002). Однако, учитывая потенциал к сниженной функциональности у более крупных векторных геномов, влияние делеции R-домена на функцию белка CFTR хорька вероятно больше такового на CFTR человека.We next explored the possibility of using a truncated ferret CFTR minigene to further reduce the genome size of the rAAV-CFTR vector and allow insertion of the F5 enhancer. It has been reported that the human CFTR minigene (CFTRAR) With a partial deletion of the R domain at 156 bp. (encoding amino acids 708–759) retains most of the chloride channel activity of the full-length protein (Ostedgaard et al., 2002; Ostedgaard et al., 2011). The fCFTRAR minigene was created by deleting the 159 bp homologous sequence encoding amino acids 708-760 at the corresponding position of the human protein, yielding two additional vectors: AV2/2.tg83-fCFTRAR (4,778 kb) and AV2/2. tg83-fCFTRAR(HA) (4.877 kb). This pair of vectors made it possible to study not only the function of the fCFTR minigene in CF HAE ALI cultures, but also the effect of insertion of the HA tag into the fCFTR gene. Analysis of the responses of AIscIBMX & Forsk and AIscglyH to these two viruses showed that both AV2/2.tg83-fCFTR and AV2/2.tg83-fCFTR(HA) created significant CFTR-mediated Cl - currents after infection of CF HAE ALI cultures (Fig. .3C). However, the HA-labeled form produced approximately 20% less Cl current than AV2/2.tg83-fCFTRAR. This finding is consistent with 4.88-kb rAAV vectors, which have only approximately 25% of the functional activity of 4.68-kb vectors. (Dong et al., 1996). Alternatively, the HA tag itself may influence CFTR function in the context of R domain deletion, although in the context of full-length CFTR the ECL4 HA tag has no effect on Cl channel function (Glozman et al., 2009; Fisher et al., 2009). al., 2011). Despite the larger genome size of AV2/2.tg83-fCFTR (4.9437 kb), this vector generated approximately 30% greater CFTR-mediated current than its shorter counterpart AV2/2.tg83-fCFTRAR (4.778 kb). thus) (Fig. 3C). This decrease in fCFTRAR Cl channel activity is similar to that of hCFTRAR (Ostedgaard et al., 2002). However, given the potential for reduced functionality in larger vector genomes, the impact of R domain deletion on ferret CFTR protein function is likely greater than that on human CFTR.

Чтобы устанавливать влияние длины генома на упаковку тестируемых rAAV векторов, целостность вирусного генома исследовали с использованием щелочного денатурирующего агарозного электрофореза в геле после, чего следовал саузерн-блоттинг (фиг. 4А). Этот анализ показывал, что наименьший векторный геном (т. е. из AV2.tg83-fCFTRAR, 4,778 т. о.) можно отличать от других трех вирусов на основе его более быстрой миграции через гель (AV2.tg83-fCFTRAR на 99 нуклеотидов короче, чем вектор AV2.tg83-fCFTRΔR(НА)). Однако AV2.tg83-fCFTR(НА) (5,036 т. о.), AV2.tg83-fCFTR (4,937 т. о.) и AV2.tg83-fCFTRΔR(НА) (4,887 т. о.) нельзя отличить друг от друга на основе этого анализа. Учитывая что, может быть возможно визуализировать отличия и 149 нуклеотидов (AV2.tg83-fCFTR(НА) в сравнении с AV2.tg83-fCFTRΔR(НА)) и 99 нуклеотидов (AV2.tg83-fCFTR(HA) в сравнении с AV2.tg83fCFTRΔR(НА) и AV2.tg83-fCFTR(HA) в сравнении с AV2.tg83-fCFTR), эти находки интерпретировали как подтверждение мнения о том, что вирусные геномы, которые больше таковых у AV2.tg83fCFTRΔR(НА) (4,887 т. о.), склонны подвергаться делециям, которые компрометируют экспрессию трансгена CFTR.To determine the effect of genome length on the packaging of the rAAV vectors tested, the integrity of the viral genome was examined using alkaline denaturing agarose gel electrophoresis followed by Southern blotting (Fig. 4A). This analysis showed that the smallest vector genome (i.e., from AV2.tg83-fCFTRAR, 4,778 kb) could be distinguished from the other three viruses based on its faster migration through the gel (AV2.tg83-fCFTRAR is 99 nucleotides shorter than the vector AV2.tg83-fCFTRΔR(HA)). However, AV2.tg83-fCFTR(HA) (5.036 kb), AV2.tg83-fCFTR (4.937 kb) and AV2.tg83-fCFTRΔR(HA) (4.887 kb) cannot be distinguished from each other based on this analysis. Considering that, it may be possible to visualize differences of both 149 nucleotides (AV2.tg83-fCFTR(HA) versus AV2.tg83-fCFTRΔR(HA)) and 99 nucleotides (AV2.tg83-fCFTR(HA) versus AV2.tg83fCFTRΔR (HA) and AV2.tg83-fCFTR(HA) versus AV2.tg83-fCFTR), these findings were interpreted as supporting the view that viral genomes that are larger than those of AV2.tg83fCFTRΔR(HA) (4,887 kb .), are prone to undergo deletions that compromise expression of the CFTR transgene.

Мнение о том, что делеция возникает в контексте более длинных геномов, дополнительно подтверждала гибридизация вирусных геномов с двумя наборами олигонуклеотидных зондов плюс-и минусThe view that the deletion occurs in the context of longer genomes was further supported by hybridization of viral genomes with two sets of plus and minus oligonucleotide probes

- 13 043850 цепей в центре кДНК CFTR, промоторе tg83 и синтетических последовательностях полиА (фиг. 4В). Результаты этого анализа показывали, что вирусная ДНК из наибольшего вектора AV2.tg83-fCFTR(HA) подвержена делециям на 5'-концах геномов плюс- и минус-цепей. В отличие от этого, 3'-концы геномов плюс- и минус-цепей AV2.tg83-fCFTR(НА) оставались интактным, что согласуется с упаковкой одноцепочечных геномов AAV в направлении от 3' к 5'. Тот факт, что прочность гибридизации на промоторе tg83 (для плюс-цепи) и последовательности полиА (для минус-цепи) ниже, чем таковая при гибридизации кДНК fCFTR, подсказывал, что эти делеции не ограничены областью ITR (т. е. что повреждение распространялось в экспрессирующую CFTR кассету). Такие делеции не наблюдали во втором самым длинном векторе, AV2.tg83-fCFTR, следовательно, экспрессирующая CFTR кассета в этом векторе наиболее вероятно все же остается интактной, несмотря на то, что частичные делеции в области ITR вероятно возникают, как предполагали по миграции вирусной ДНК в денатурирующем агарозном геле. Хотя делеции в областях ITR могут не оказывать непосредственного влияния на экспрессию трансгена CFTR, они могут влиять на стабильность вирусных геномов и, таким образом, опосредованно влиять на экспрессию CFTR. Эти результаты, вместе с функциональным анализом, приводят к заключению о том, что кДНК fCFTRAR без НА-метки лучше всего подойдет для тестирования влияния энхансера F5, оказываемого на rAAV-опосредованное дополнение CFTR.- 13,043,850 strands in the center of the CFTR cDNA, tg83 promoter and synthetic polyA sequences (Fig. 4B). The results of this analysis showed that viral DNA from the largest vector AV2.tg83-fCFTR(HA) was subject to deletions at the 5' ends of the plus and minus strand genomes. In contrast, the 3′ ends of the AV2.tg83-fCFTR(HA) plus- and minus-strand genomes remained intact, consistent with the packaging of single-stranded AAV genomes in a 3′ to 5′ direction. The fact that the hybridization strength at the tg83 promoter (for the plus strand) and the polyA sequence (for the minus strand) was lower than that for fCFTR cDNA hybridizations suggested that these deletions were not limited to the ITR region (i.e., that the damage was spreading into a CFTR expression cassette). Such deletions were not observed in the second longest vector, AV2.tg83-fCFTR, therefore the CFTR expression cassette in this vector most likely still remains intact, although partial deletions in the ITR region are likely to occur as predicted by viral DNA migration in a denaturing agarose gel. Although deletions in ITR regions may not directly affect CFTR transgene expression, they may affect the stability of viral genomes and thus indirectly affect CFTR expression. These results, together with the functional analysis, lead to the conclusion that the fCFTRAR cDNA without the HA tag is best suited to test the effect of the F5 enhancer on rAAV-mediated addition of CFTR.

Синтетический промотор F5tg83 усовершенствует rAAV-опосредованное дополнение CFTR.The synthetic F5tg83 promoter improves rAAV-mediated addition of CFTR.

Далее создавали провирусную плазмиду pAV2.F5tg83-fCFTRAR и получали вирус AV2/2.F5tg83fCFTRAR с размером генома 4,87 т. о. Эффективность этого вируса для дополнения функции CFTR канала после инфекции поляризованных CF НАЕ сравнивали с таковой у аналогичного безэнхансерного вектора (AV2.tg83-fCFTRAR).Next, the proviral plasmid pAV2.F5tg83-fCFTRAR was created and the AV2/2.F5tg83fCFTRAR virus with a genome size of 4.87 kb was obtained. The effectiveness of this virus to complement CFTR channel function following infection of polarized CF HAE was compared with that of a similar enhancerless vector (AV2.tg83-fCFTRAR).

Результаты этого анализа показывали, что встраивание энхансера F5 значительно усовершенствовало CFTR-опосредованные Cl- токи (фиг. 5). Через две недели после базолатеральной инфекции при MOI 5х104 DRP/клетка, цАМФ-индуцированные CFTR-опосредованные Cl-токи для AV2/2.F5tg83fCFTRAR в 3,5 раза превышали AV2/2.tg83-fCFTRAR, и первый составлял 89% от того, что наблюдали в не CF первичных НАЕ. Схоже усовершенствование функции CFTR (4,8-кратное) наблюдали с использованием AV2/2.F5tg83-fCFTRAR после апикальной инфекции, но в этом случае эффективность трансдукции была значительно ниже, как предварительно сообщалось для этого серотипа. При сниженной MOI 1x104 DRP/клетка базолатерально, AV2/2.F5tg83-fCFTRAR вызывал 69% CFTR тока, создаваемого с помощью этого вектора при 5-кратно увеличенной MOI, что подсказывает, что в последнем случае дополнение функции CFTR достигало насыщения. Таким образом, когда сравнивают эффективность векторов AV2/2.F5tg83-fCFTRAR (lx 104 DRP/клетка) и AV2/2.tg83-fCFTRAR (5x104 DRP/клетка) в контексте оптимальной инфекции (т. е. базолатеральной) и ненасыщающих условий, встраивание энхансера F5 усовершенствовало эффект вектора в 13,5 раза. Этот уровень увеличения тока согласуется с увеличением экспрессии, наблюдаемой при использовании аналогичных люциферазных экспрессирующих векторов (фиг. 2D, в 19,6 раза).The results of this analysis showed that integration of the F5 enhancer significantly improved CFTR-mediated Cl - currents (Fig. 5). Two weeks after basolateral infection at an MOI of 5x10 4 DRP/cell, cAMP-induced CFTR-mediated Cl currents for AV2/2.F5tg83fCFTRAR were 3.5 times higher than AV2/2.tg83-fCFTRAR, and the former accounted for 89% of that , which was observed in non-CF primary HAE. A similar enhancement of CFTR function (4.8-fold) was observed using AV2/2.F5tg83-fCFTRAR following apical infection, but in this case the transduction efficiency was significantly lower as previously reported for this serotype. At a reduced MOI of 1x104 DRP/cell basolaterally, AV2/2.F5tg83-fCFTRAR caused 69% of the CFTR current generated by this vector at a 5-fold increased MOI, suggesting that in the latter case the addition of CFTR function had reached saturation. Thus, when the efficiency of the AV2/2.F5tg83-fCFTRAR (lx 104 DRP/cell) and AV2/2.tg83-fCFTRAR (5x104 DRP/cell) vectors is compared in the context of optimal infection (i.e., basolateral) and non-saturating conditions, insertion of the F5 enhancer improved the vector effect by 13.5 times. This level of increase in current is consistent with the increase in expression observed using similar luciferase expression vectors (Fig. 2D, 19.6-fold).

Учитывая очевидное насыщение CFTR токов при наивысшей MOI (5x104 DRP/клетка) после базолатеральной инфекции с использованием AV2/2.F5tg83fCFTRAR, кинетику экспрессии CFTR оценивали при промежуточной MOI (2x104 DRP/клетка). Измерения осуществляли на 3 и 10 сутки после инфекции CF НАЕ с использованием AV2/2.F5tg83-fCFTRAR и AV2/2.tg83-fCFTRAR. Результаты этого анализа показывали, что, в контексте энхансера F5, начало CFTR-опосредованных Cl- токов было более быстрым, чем в его отсутствие (фиг. 6А). Фактически, CFTR токи были максимальными на 3 сутки после инфекции с использованием AV2/2. F5tg83-fCFTRAR, при этом токи возрастали в 3,6 раза между 3 и 10 сутками после инфекции с использованием AV2/2.tg83-fCFTRAR. Для более непосредственного сравнения транскрипционной активности между этими векторами, мРНК CFTR хорька исследовали с помощью РНКспецифичной ПЦР с обратной транскриптазой в реальном времени (RS-PCR), этот способ предотвращает амплификацию ДНК продуктов векторного происхождения и его ранее применяли при обнаружении мРНК CFTR из rAAV-инфицированных клеток и тканей (Zhang et al., 2004; Gerard et al., 2003). Анализы результатов RS-PCR, после нормализации по транскриптам GAPDH хорька, показывал в 6,4 раза и 17,1 раза повышенные уровни мРНК fCFTR после инфекции с использованием AV2.F5tg83-fCFTRAR в сравнении с AV2/2.tg83-fCFTRAR, в моменты времени на 3 и 10 сутки, соответственно (фиг. 6В). 10-кратное увеличение мРНК CFTR, которое наблюдали между 3 и 10 сутками после инфекции, подтверждает, что CFTR токи были насыщены к 3 суткам после инфекции. Таким образом, на транскрипционном уровне, встраивание энхансера F5 увеличивало экспрессию CFTR в 17,1 раза, близко отражая результаты, наблюдаемые с использованием люциферазных экспрессирующих векторов (фиг. 2D, в 19,6 раза).Given the apparent saturation of CFTR currents at the highest MOI (5x104 DRP/cell) after basolateral infection with AV2/2.F5tg83fCFTRAR, CFTR expression kinetics were assessed at an intermediate MOI (2x104 DRP/cell). Measurements were performed on days 3 and 10 after CF HAE infection using AV2/2.F5tg83-fCFTRAR and AV2/2.tg83-fCFTRAR. The results of this analysis showed that, in the context of the F5 enhancer, the onset of CFTR-mediated Cl - currents was more rapid than in its absence (Fig. 6A). In fact, CFTR currents were maximal at day 3 postinfection using AV2/2. F5tg83-fCFTRAR, while currents increased 3.6-fold between 3 and 10 days after infection using AV2/2.tg83-fCFTRAR. To more directly compare the transcriptional activity between these vectors, ferret CFTR mRNA was examined using RNA-specific real-time reverse transcriptase PCR (RS-PCR), a method that prevents amplification of DNA products of vector origin and has previously been used to detect CFTR mRNA from rAAV-infected cells and tissues (Zhang et al., 2004; Gerard et al., 2003). Analyzes of RS-PCR results, after normalization to ferret GAPDH transcripts, showed 6.4-fold and 17.1-fold increased fCFTR mRNA levels following infection with AV2.F5tg83-fCFTRAR compared with AV2/2.tg83-fCFTRAR, at time on days 3 and 10, respectively (Fig. 6B). The 10-fold increase in CFTR mRNA that was observed between days 3 and 10 postinfection confirms that CFTR currents were saturated by day 3 postinfection. Thus, at the transcriptional level, insertion of the F5 enhancer increased CFTR expression by 17.1-fold, closely mirroring the results observed using luciferase expression vectors ( Fig. 2D , 19.6-fold).

Обсуждение.Discussion.

rAAV векторы привлекают существенное внимание в отношении генной терапии человека, но их по существу небольшой геном (4,679 т. о.) является значимой проблемой для доставки больших генов, таких как CFTR. Несмотря на то, что несколько лабораторий пытались проводить рациональное конструирование коротких энхансеров и промоторов для использования в rAAV векторах, этот подход еще должен дать надежную экспрессию CFTR в дыхательных путях. В данном исследовании предпринят полно- 14 043850 стью эмпирический подход посредством скрининга синтетических энхансеров по их эффективности при доставке экспрессии репортерного гена ступенчато - в плазмидах, провирусных векторах и вирусных векторах. Хотя основная цель состояла в разработке rAAV векторов для доставки CFTR в дыхательные пути, схожий подход может оказаться эффективным при попытках генной терапии, направленных на доставку других больших генов (например, фактора VIII и дистрофина), которые делают необходимым использование коротких промоторов.rAAV vectors have received significant attention in human gene therapy, but their inherently small genome (4,679 kb) poses a significant challenge for delivery of large genes such as CFTR. Although several laboratories have attempted to rationally engineer short enhancers and promoters for use in rAAV vectors, this approach has yet to yield reliable expression of CFTR in the airways. This study took a completely empirical approach by screening synthetic enhancers for their effectiveness in delivering reporter gene expression in a stepwise manner - in plasmids, proviral vectors and viral vectors. Although the primary goal was to develop rAAV vectors to deliver CFTR to the airways, a similar approach may be effective in gene therapy efforts aimed at delivering other large genes (eg, factor VIII and dystrophin) that necessitate the use of short promoters.

Известно, что получение слишком большого генома rAAV ведет к случайным делециям на 5'концах одноцепочечных геномов, заключаемых в капсиды (Kapranov et al., 2012), но функциональная целостность векторных геномов rAAV, которые приближаются к общепринятой максимальной емкости rAAV (приблизительно 5,0 т. о.), тщательно не исследована. Данное исследование дает, в контексте CFTR-экспрессирующих rAAV векторов, доказательство того, что функциональность генома rAAV начинает снижаться значительно ниже этого порога в 5,0 т. о. Доказательство, подтверждающее это, включает снижение функции CFTR для генома в 4,877 т. о. в сравнении с геномом в 4,778 т. о. (фиг. 3С) и отсутствие различий в миграции одноцепочечных геномов в 4,877-5,036 т. о. при визуализации на щелочных гелях (фиг. 4А). Дополнительно, самый большой CFTR вектор (5,036 т. о.) подвержен делеции в приблизительно 30% геномов, которая выходит за пределы 5' ITR и в промотор (в случае плюс-цепи) или область полиА (в случае минус-цепи). Это подсказывает, что повреждение экспрессирующей CFTR кассеты может отвечать за значительное ослабление функции CFTR, доставляемого с помощью этого вектора. Хотя используемые олигозонды обнаруживали только делеции в 30% геномов для этой самой большой конструкции, 90% снижение CFTR хлорного тока между векторами в 4,937 и 5,036 т. о. подсказывает, что значительно большая процентная доля геномов подвержена функциональным делециям и что делеции ITR также могут ослаблять эффективность вектора.It is known that making an rAAV genome too large leads to random deletions at the 5' ends of single-stranded capsid genomes (Kapranov et al., 2012), but the functional integrity of rAAV vector genomes that approach the generally accepted maximum rAAV capacity (approximately 5.0 thus), has not been thoroughly studied. This study provides, in the context of CFTR-expressing rAAV vectors, evidence that the functionality of the rAAV genome begins to decline well below this 5.0 kb threshold. Evidence supporting this includes a reduction in CFTR function for a 4,877 kb genome. compared to a genome of 4,778 kb. (Fig. 3C) and no differences in the migration of single-stranded genomes at 4,877-5,036 kb. when visualized on alkaline gels (Fig. 4A). Additionally, the largest CFTR vector (5,036 kb) is subject to deletion in approximately 30% of genomes that extends beyond the 5' ITR and into the promoter (in the case of the plus strand) or polyA region (in the case of the minus strand). This suggests that damage to the CFTR expression cassette may be responsible for the significant attenuation of CFTR function delivered by this vector. Although the oligoprobes used detected only deletions in 30% of the genomes for this largest construct, a 90% reduction in CFTR chlorine current between the 4.937 and 5.036 kb vectors. suggests that a significantly higher percentage of genomes are susceptible to functional deletions and that ITR deletions may also impair vector efficiency.

Данные находки выглядят несоответствующими предыдущему наблюдаемому только 4-кратному изменению экспрессии трансгена между rAAV векторами, размер которых составляет 4,7 т. о. и 5,2 т. о. (Wu et al., 2010). Однако в этом более раннем исследовании лишнюю последовательность, использованную для продления вектора, располагали между экспрессирующей кассетой и ITR, и делеции лишней последовательности вероятно будут оказывать меньшее влияние на транскрипционную активность трансгена. В данном исследовании AAV-CFTR вектора вместо этого использовали короткий синтетический промотор и сигнал полиА, и следовало ожидать значительного влияния небольших делеции в этих коротких транскрипционных регуляторных элементах, оказываемого на экспрессию гена. Поскольку титр устойчивых к ДНКазам частиц обычно используют для того, чтобы подтверждать эффективную упаковку геномов rAAV, небольшие 5'-концевые делеции будут оказывать значительное влияние на функциональность слишком больших rAAV векторов.These findings appear inconsistent with the previous observation of only a 4-fold change in transgene expression between 4.7-kb rAAV vectors. and 5.2 t.o. (Wu et al., 2010). However, in this earlier study, the extra sequence used to extend the vector was located between the expression cassette and the ITR, and deletions of the extra sequence would likely have less of an impact on the transcriptional activity of the transgene. In this study, the AAV-CFTR vectors used a short synthetic promoter and polyA signal instead, and small deletions in these short transcriptional regulatory elements would have expected to have a significant effect on gene expression. Since the titer of DNase-resistant particles is typically used to confirm efficient packaging of rAAV genomes, small 5'-terminal deletions will have a significant impact on the functionality of oversized rAAV vectors.

Эмпирический подход, который использовали для скрининга синтетических 100 п. о. энхансеров по способности усовершенствовать rAAV-опосредованную экспрессию трансгена в дыхательных путях, давал несколько важных наблюдений: 1) энхансерная активность различалась в зависимости от клеточных линий, а также состояния дифференцировки клеток; 2) на энхансерную активность влияли ITR AAV и также возможно влияла последовательность гена, представляющего интерес (в этом исследовании, 3'половина кодирующей области кДНК CFTR хорька); 3) энхансерная активность в случае rAAV инфекции в целом схожа с таковой в контексте провирусного вектора, хотя с небольшими различиями; 4) инфекция дыхательных путей человека и хорька с использованием вирусных векторов обнаруживала некоторые различия в функции энхансера (наиболее заметно для AV2/2.F1tg83luc, фиг. 2D и 2Е). Эти результаты показывают, что, несмотря на то, что трансфекция провирусной плазмидой подходит для начального скрининга синтетических энхансеров, выполнение такого скрининга в неполяризованных первичных культурах дыхательных путей может не создавать те же паттерны экспрессии гена, которые наблюдают после AAV инфекции поляризованных культур дыхательных путей.The empirical approach used to screen synthetic 100 bp. enhancers in their ability to enhance rAAV-mediated transgene expression in the airways provided several important observations: 1) enhancer activity varied depending on cell lines as well as the differentiation state of the cells; 2) enhancer activity was influenced by the AAV ITR and also possibly influenced by the sequence of the gene of interest (in this study, the 3' half of the coding region of the ferret CFTR cDNA); 3) enhancer activity in the context of rAAV infection is generally similar to that in the context of a proviral vector, although with minor differences; 4) infection of human and ferret respiratory tracts using viral vectors showed some differences in enhancer function (most notable for AV2/2.F1tg83luc, Figs. 2D and 2E). These results indicate that although proviral plasmid transfection is suitable for initial screening of synthetic enhancers, performing such screens in nonpolarized primary airway cultures may not produce the same gene expression patterns observed following AAV infection of polarized airway cultures.

С помощью этого скрининга идентифицировали синтетический энхансер в 100 п. о. (F5), который значительно усовершенствует транскрипционную активность синтетического промотора в 83 п. о. (tg83), в поляризованных культурах и первичных эпителиальных клеток человека и дыхательных путей хорька, а также в легких и трахее хорька in vivo. Миниген CFTR хорька, не содержащий часть R-домена из 53 аминокислот (fCFTRAR), сохранял приблизительно 70% функции fCFTR дикого типа, подобно сохранению 80% функции у аналогичной конструкции hCFTRAR, о которой сообщали ранее (Ostedgaard et al., 2002). Тем не менее, это значительно скомпенсировано увеличенной экспрессией трансгена с AV2.F5tg83-fCFTRAR, поскольку использование укороченного минигена позволяет сэкономить пространство в 150 п. о., чтобы сделать возможным встраивание энхансера F5. В контексте rAAV вектора, энхансер F5 значительно усовершенствовал управляемую tg83 экспрессию мРНК CFTR (17,1-кратно) на 10 сутки после инфекции CF НАЕ относительно вектора AV2/2.tg83-fCFTRAR, который не содержит этот энхансер. Это увеличение экспрессии мРНК CFTR с AV2/2.F5tg83-fCFTRAR хорошо коррелировало с 19,6-кратным усовершенствованием CFTR-опосредованных токов, которое делал возможным этот вектор, и вело к возникновению приблизительно 89% цАМФ-опосредованных Cl- токов, которые наблюдали в не CF НАЕ.Using this screen, a 100 bp synthetic enhancer was identified. (F5), which significantly improves the transcriptional activity of the 83 bp synthetic promoter. (tg83), in polarized cultures of both primary human and ferret airway epithelial cells, and in ferret lungs and trachea in vivo. The ferret CFTR minigene lacking part of the 53 amino acid R domain (fCFTRAR) retained approximately 70% of the function of wild-type fCFTR, similar to the 80% retention of function in a similar hCFTRAR construct reported previously (Ostedgaard et al., 2002). However, this is significantly offset by increased transgene expression with AV2.F5tg83-fCFTRAR, since the use of a truncated minigene saves 150 bp of space to allow insertion of the F5 enhancer. In the context of the rAAV vector, the F5 enhancer significantly enhanced tg83-driven CFTR mRNA expression (17.1-fold) at 10 days post-CF HAE infection relative to the AV2/2.tg83-fCFTRAR vector, which does not contain this enhancer. This increase in CFTR mRNA expression with AV2/2.F5tg83-fCFTRAR correlated well with the 19.6-fold improvement in CFTR-mediated currents that this vector enabled and resulted in approximately 89% of the cAMP-mediated Cl - currents that were observed in not CF HAE.

- 15 043850- 15 043850

Стоит отметить, что найден потолок на уровне функциональной коррекции, которого можно достичь в отношении изменений в Isc. В динамических исследованиях максимальной коррекции Isc в CF НАЕ достигали на 3 сутки после инфекции, приблизительно с 10-кратным увеличением мРНК CFTR на 10 сутки после инфекции, которое не приносило усовершенствования Cl- токов (фиг. 6). Эти находки дают важное понимание для оценки функциональности rAAV-CFTR векторов: дозозависимые эффекты вектора необходимы для точного сравнения конструкций векторов. Потолок CFTR токов может быть отражением самоограничивающей биологии клетки (например, контроль над общим количеством CFTR на плазматической мембране), или аберрантной направленной миграции CFTR к базолатеральной мембране при более высоких уровнях экспрессии (Farmen et al., 2005).It is worth noting that a ceiling was found at the level of functional correction that can be achieved in relation to changes in Isc. In dynamic studies, the maximum correction of Isc in CF HAE was achieved at 3 days postinfection, with an approximately 10-fold increase in CFTR mRNA at 10 days postinfection, which did not bring about an improvement in Cl - currents (Fig. 6). These findings provide important insight for assessing the functionality of rAAV-CFTR vectors: dose-dependent vector effects are necessary to accurately compare vector designs. The ceiling of CFTR currents may be a reflection of self-limiting cell biology (eg, control of the total amount of CFTR at the plasma membrane), or aberrant directional migration of CFTR to the basolateral membrane at higher expression levels (Farmen et al., 2005).

Вкратце, создавали rAAV-CFTR вектор, который обеспечивает экспрессию на высоком уровне, пригодную для использования в исследованиях генной терапии легких в модели CF на хорьках. Кроме того, данные находки подсказывают, что небольшие синтетические энхансеры и промоторы могут быть эффективными инструментами для оптимизации конструкции rAAV векторов для доставки больших трансгенов.Briefly, an rAAV-CFTR vector was generated that provides high-level expression suitable for use in lung gene therapy studies in a ferret model of CF. In addition, these findings suggest that small synthetic enhancers and promoters may be effective tools for optimizing the design of rAAV vectors for delivery of large transgenes.

Краткое изложение.Summary.

Как рассмотрено в настоящем описании, комбинацию небольшого синтетического энхансера/промотора размером приблизительно 200 п. о. или меньше, можно использовать в rAAV векторе для того, чтобы доставлять эффективную экспрессию трансгена для экспрессии большого трансгена; в этом исследовании геном является CFTR. В настоящем описании также рассмотрен эмпирический подход для скрининга набора 100-членных синтетических энхансерных элементов по их способности увеличивать репортерную экспрессию с короткого синтетического промотора в 83 п. о. (tg83p) в ткани дыхательных путей легких. Частичную последовательность гена, представляющего интерес (в данном исследовании это CFTR), включают в репортерный вектор для того, чтобы максимизировать эффект для скрининга наилучшей энхансерной последовательности. Скрининг проводили ступенчато - в плазмидах, провирусных векторах и rAAV векторах, а также на различных клеточных/тканевых уровнях - в монослойных (не поляризованных) культурах клеточных линии дыхательных путей человека и первичных клеток дыхательных путей хорька, в поляризованных культурах эпителия дыхательных путей человека и хорька на границе раздела воздух-жидкость (ALI) и дыхательных путях хорька in vivo. Энхансерная активность различается в зависимости от клеточных линий и состояния дифференцировки клеток, а также находится под влиянием AAV ITR и последовательности гена, представляющего интерес. Таким образом, эффекты энхансера в контексте плазмидной трансфекции могут отличаться от таковых в контексте rAAV трансдукции. Эффекты конкретного энхансера in vivo могут не быть предсказуемыми на основе его поведения, демонстрируемого в культуральных клеточных линиях. Таким образом, скрининг нужно проводить на различных клеточных/тканевых уровнях и ступенчато - в плазмидах, провирусных векторах и rAAV векторах, чтобы обеспечивать успех.As discussed herein, a small synthetic enhancer/promoter combination of approximately 200 bp. or smaller, can be used in an rAAV vector to deliver efficient transgene expression to express a large transgene; in this study the genome is CFTR. Also discussed herein is an empirical approach for screening a set of 100-mer synthetic enhancer elements for their ability to enhance reporter expression from a short 83-bp synthetic promoter. (tg83p) in the tissue of the respiratory tract of the lungs. A partial sequence of the gene of interest (in this study, CFTR) is included in the reporter vector in order to maximize the effect of screening for the best enhancer sequence. Screening was carried out stepwise - in plasmids, proviral vectors and rAAV vectors, as well as at various cellular/tissue levels - in monolayer (non-polarized) cultures of human airway cell lines and primary ferret airway cells, in polarized cultures of human and ferret airway epithelium at the air-liquid interface (ALI) and the ferret airway in vivo. Enhancer activity varies among cell lines and cell differentiation state, and is also influenced by the AAV ITR and the sequence of the gene of interest. Thus, enhancer effects in the context of plasmid transfection may differ from those in the context of rAAV transduction. The effects of a particular enhancer in vivo may not be predictable based on its behavior demonstrated in cultured cell lines. Thus, screening must be performed at various cellular/tissue levels and in a stepwise manner across plasmids, proviral vectors, and rAAV vectors to ensure success.

Обнаружено, что три синтетических энхансера (F1, F5 и F10) значительно увеличивают транскрипцию tg83p для трансгена люциферазы в контексте плазмидной трансфекции. Промотор F5tg83, комбинация энхансера F5 и tg83p в 183 п. о., был наиболее эффективным промотором в ALI-культурах человека и хорька, приводя к 19,6-кратному и 57,5-кратному увеличению репортерной экспрессии, соответственно, относительно безэнхансерного аналога. Промотор F5tg83 также давал наивысший уровень экспрессии трансгена в дыхательных путях хорька in vivo. Когда промотор F5tg83 использовали для того, чтобы транскрибировать миниген CFTR в 4,2 т. о. (CFTRAR) В rAAV векторе, он давал приблизительно 17кратное увеличение транскрипции мРНК CFTR векторного происхождения и значительно усовершенствовал Cl- токи в CF ALI-культурах человека, по сравнению с вектором, в котором используют только tg83p.Three synthetic enhancers (F1, F5 and F10) were found to significantly increase tg83p transcription for the luciferase transgene in the context of plasmid transfection. The F5tg83 promoter, a 183-bp combination of the F5 enhancer and tg83p, was the most efficient promoter in human and ferret ALI cultures, resulting in 19.6-fold and 57.5-fold increases in reporter expression, respectively, relative to the enhancerless counterpart. The F5tg83 promoter also produced the highest level of transgene expression in the ferret airway in vivo. When the F5tg83 promoter was used to transcribe the 4.2 kb CFTR minigene. (CFTRAR) In the rAAV vector, it produced an approximately 17-fold increase in vector-derived CFTR mRNA transcription and significantly improved Cl - currents in human CF ALI cultures compared to a vector using tg83p alone.

Комбинации энхансера/промотора для эпителия легких (например, F5tg83) не обязательно могут быть также эффективными для других органов/тканей. Например, когда AAV векторы, несущие репортерный ген люциферазы под управлением F5tg83 или F10tg83, использовали для того, чтобы инфицировать различные ткани/органы пищеварительной системы, F5tg83 демонстрировал самую сильную промоторную активность в поджелудочной железе, желчном пузыре и печени, тогда как F10tg83 превосходил по эффективности F5tg83 в тонкой кишке (фиг. 7А-7В).Enhancer/promoter combinations for lung epithelium (eg F5tg83) may not necessarily be also effective for other organs/tissues. For example, when AAV vectors carrying a luciferase reporter gene driven by F5tg83 or F10tg83 were used to infect various tissues/organs of the digestive system, F5tg83 showed the strongest promoter activity in the pancreas, gall bladder and liver, while F10tg83 was superior in efficiency F5tg83 in the small intestine (Fig. 7A-7B).

Несмотря на то, что исследования сосредотачивали на идентификации последовательности сильного синтетического энхансера/промотора, используемой для эффективной экспрессии CFTR в ткани легких/дыхательных путей, скрининговый подход можно использовать для любых желаемых типов клеток, тканей и органов in vitro и in vivo.Although studies have focused on identifying a strong synthetic enhancer/promoter sequence used for efficient expression of CFTR in lung/airway tissue, the screening approach can be used for any desired cell types, tissues and organs in vitro and in vivo.

Таким образом, обнаруживали, что использование коротких энхансерных элементов (приблизительно 100-членных синтетических олигонуклеотидных последовательностей, состоящих из 10-членных повторов) усиливает экспрессию гена с минимального промотора в rAAV векторах. Эти 100 п. о. энхансерные элементы предварительно идентифицировали по их способности активировать транскрипцию под управлением предраннего (IE) минимального промотора CMV в клеточных линиях (Schlabach et al., 2010). Предложена гипотеза о том, что энхансеры, которые наиболее сильны в активации транскрипции, можно использовать для усиления активности синтетического промотора tg83 в клетках дыхательныхThus, the use of short enhancer elements (approximately 100-mer synthetic oligonucleotide sequences consisting of 10-mer repeats) was found to enhance gene expression from a minimal promoter in rAAV vectors. These 100 p.o. enhancer elements were previously identified by their ability to activate transcription under the control of the CMV immediate early (IE) minimal promoter in cell lines ( Schlabach et al., 2010 ). A hypothesis has been proposed that enhancers that are most powerful in activating transcription can be used to enhance the activity of the synthetic tg83 promoter in respiratory cells

- 16 043850 путей в контексте rAAV векторов. Тестировали восемь комбинаций промотора tg83 и синтетических энхансеров в 100 п. о. и обнаруживали, что тот, который обозначали как F5, эффективно усиливал транскрипцию с промотора tg83 в поляризованных клетках дыхательных путей (in vitro), полученных как от человека, так и от хорька, а также в дыхательных путях хорька (in vivo). При использовании промотора F5tg83 и минигена CFTR хорька с частичной делецией в R-домене (fCFTRΔR) находили rAAV вектор (AV2/2.F5tg83-fCFTRAR), у которого тестировали способность корректировать CFTR-опосредованный Cl- транспорт в CF ALI-культурах.- 16,043,850 pathways in the context of rAAV vectors. Eight combinations of the tg83 promoter and 100 bp synthetic enhancers were tested. and found that one designated F5 effectively enhanced transcription from the tg83 promoter in polarized airway cells (in vitro) derived from both humans and ferrets, as well as in ferret airways (in vivo). Using the F5tg83 promoter and the ferret CFTR minigene with a partial deletion in the R domain (fCFTRΔR), an rAAV vector (AV2/2.F5tg83-fCFTRAR) was found, which was tested for its ability to correct CFTR-mediated Cl transport in CF ALI cultures.

Пример 2.Example 2.

AV.F5Tg83-hCFTRAR тестировали на экспрессию hCFTR в дыхательных путях новорожденных и взрослых хорьков. Конечной точкой этих анализов было соотношение мРНК CFTR человека трансгенного происхождения (hCFTR) и эндогенного CFTR хорька (fCFTR). У новорожденных хорьков в возрасте 3 суток (фиг. 9) AV.F5Tg83-CFTRΔR вел к 240% более высокой экспрессии CFTR человека по сравнению с эндогенным CFTR (хорька) после доставки гена в легкие.AV.F5Tg83-hCFTRAR was tested for hCFTR expression in the airways of neonatal and adult ferrets. The endpoint of these analyzes was the ratio of transgenic human CFTR (hCFTR) to endogenous ferret CFTR (fCFTR) mRNA. In newborn ferrets at 3 days of age (Fig. 9), AV.F5Tg83-CFTRΔR led to 240% higher expression of human CFTR compared to endogenous (ferret) CFTR after gene delivery to the lungs.

Принимая во внимание, что фенотип эпителия дыхательных путей хорька и секреция в дыхательных путях меняются по мере развития легких, оценивали, трансдуцирует ли AV.F5Tg83-CFTRAR дыхательные пути взрослого хорька и остается ли промотор активным. С этой целью оценивали способность AV.F5Tg83-CFTRAR трансдуцировать легкие хорьков в возрасте 1 месяца. У взрослых хорьков в возрасте 1 месяца (фиг. 10) AV.F5Tg83-CFTRAR вел к 300% более высокой экспрессии CFTR человека по сравнению с эндогенным CFTR (хорька) после доставки гена в легкие. Кроме того, соотношение CFTR человека и хорька составляло приблизительно один в носовом ходу. Эти находки у новорожденных и взрослых хорьков подсказывают, что промотор F5tg83 надежно экспрессирует трансген CFTR в легких in vivo.Given that ferret airway epithelial phenotype and airway secretion change with lung development, we assessed whether AV.F5Tg83-CFTRAR transduces the adult ferret airway and whether the promoter remains active. For this purpose, the ability of AV.F5Tg83-CFTRAR to transduce the lungs of 1 month old ferrets was assessed. In adult ferrets at 1 month of age (Fig. 10), AV.F5Tg83-CFTRAR led to 300% higher expression of human CFTR compared to endogenous (ferret) CFTR after gene delivery to the lungs. In addition, the ratio of human to ferret CFTR was approximately one in the nasal passage. These findings in neonatal and adult ferrets suggest that the F5tg83 promoter reliably expresses the CFTR transgene in the lung in vivo.

ЛитератураLiterature

Aitken et al., Chest, 123:792 (2003).Aitken et al., Chest, 123:792 (2003).

Aitken et al., Hum Gene Then., 12:1907 (2001).Aitken et al., Hum Gene Then., 12:1907 (2001).

Carter, Hum Gene Ther., 16:541 (2005).Carter, Hum Gene Ther., 16:541 (2005).

Conrad et al., Gene Ther., 3:658 (1996).Conrad et al., Gene Ther., 3:658 (1996).

Daya & Berns, Clin. Microb. Rev., 21:583 (2008).Daya & Berns, Clin. Microb. Rev., 21:583 (2008).

Ding et al., Gene Ther., 12:873 (2005).Ding et al., Gene Ther., 12:873 (2005).

Ding et al., Mol. Ther., 13:671 (2006) .Ding et al., Mol. Ther., 13:671 (2006).

Dong et al., Hum. Gene Ther., 7:2101 (1996).Dong et al., Hum. Gene Ther., 7:2101 (1996).

Duan et al., Hum. Gene Ther., 9:2761 (1998).Duan et al., Hum. Gene Ther., 9:2761 (1998).

Duan et al., J. Clin. Invest., 105:1573 (2000) .Duan et al., J. Clin. Invest., 105:1573 (2000).

Farmen et al., Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol., 289:1123 (2005).Farmen et al., Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol., 289:1123 (2005).

Fisher et al., J. Biol. Chem., 287:21673 (2012).Fisher et al., J. Biol. Chem., 287:21673 (2012).

Flotte et al., J. Biol. Chem., 268:3781 (1993).Flotte et al., J. Biol. Chem., 268:3781 (1993).

Flotte, Curr. Opin. Mol. Ther., 3: 497 (2001).Flotte, Curr. Opin. Mol. Ther., 3: 497 (2001).

Flotte, et al., J. Biol. Chem., 268:3781 (1993).Flotte, et al., J. Biol. Chem., 268:3781 (1993).

- 17 043850- 17 043850

Gerard et al., Gene Ther., 10:1744 (2003).Gerard et al., Gene Ther., 10:1744 (2003).

Glozman et al., J. Cell Biol., 184:847 (2009) .Glozman et al., J. Cell Biol., 184:847 (2009).

Griesenbach et al., Virus Adapt. Treat., 2:159, (2010).Griesenbach et al., Virus Adapt. Treat., 2:159, (2010).

Griesenback & Alton, Adv. Drug Deliv. Rev., 61:128 (2009)Griesenback & Alton, Adv. Drug Deliv. Rev., 61:128 (2009)

Kapranov et al., Hum. Gene Ther., 23:46 (2012).Kapranov et al., Hum. Gene Ther., 23:46 (2012).

Karp et al., Methods Mol. Biol., 188:115 (2002).Karp et al., Methods Mol. Biol., 188:115 (2002).

Li et al., Mol. Ther., 17:2067 (2009).Li et al., Mol. Ther., 17:2067 (2009).

Liu et al., Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 36:313 (2007)Liu et al., Am. J. Respira. Cell Mol. Biol., 36:313 (2007)

Liu et al., Gene Ther., 14:1543 (2007).Liu et al., Gene Ther., 14:1543 (2007).

Liu et al., Mol. Ther., 15:2114 (2007).Liu et al., Mol. Ther., 15:2114 (2007).

Moss et al., Hum. Gene Ther., 18:726 (2007)Moss et al., Hum. Gene Ther., 18:726 (2007)

Mueller & Mueller & Fit Fit stte, Clin. Rev. Allerg stte, Clin. Rev. Allergy у Immunol. at Immunol. , 35:164 , 35:164 (2008) . (2008). Olivier et Olivier et al., al., , J. Clin. Invest., 122:3755 (2012) . , J. Clin. Invest., 122:3755 (2012). Ostedgaard Ostedgaard et et al., Proc. Natl. Acad. al., Proc. Natl. Acad. Sci . Sci. USA, USA, 102:2952 102:2952 (2005) . (2005). Ostedgaard Ostedgaard et et al., Proc. Natl. Acad. al., Proc. Natl. Acad. Sci . Sci. USA, USA, 108:2921 108:2921 (2011) . (2011) Ostedgaard Ostedgaard et et al., Proc. Natl. Acad. al., Proc. Natl. Acad. Sci . Sci. USA, USA, 99:3093 99:3093 (2002). (2002). 0'Sullivan 0'Sullivan & Freedman, Lancet, 373:1891 & Freedman, Lancet, 373:1891 (2009) (2009) Riordan et Rommens et Rowe et al. Riordan et Rommens et Rowe et al. al. , al., . , N al. , al., . , N , Science, 245:1066 (1989) , Science, 245:1059 (1989) . Engl. J. Med., 352:1992 , Science, 245:1066 (1989) , Science, 245:1059 (1989) . Engl. J Med 352:1992 (2005) (2005) Schlabach Schlabach et et al., Proc. Natl. Acad. al., Proc. Natl. Acad. Sci . Sci. USA, USA, 107:2538 107:2538

(2010) .(2010).

Summer-Jones et al., Gene Therapy for Cystic Fibrosis LungSummer-Jones et al., Gene Therapy for Cystic Fibrosis Lung

Disease, Disease Birkhauser Birkhauser Basel, Basel (2010) . Basel, Basel (2010). Sun Sun et al., Am. et al., Am. . J. Pathol., 184:1309 (2014). . J. Pathol., 184:1309 (2014). Sun Sun et al., Am. et al., Am. . J. Respir. Cell Mol. Biol., 50:502 (2014) . J. Respira. Cell Mol. Biol., 50:502 (2014) Sun Sun et al., J. et al.,J. Clin. Invest., 118:1578 (2008). Clin. Invest., 118:1578 (2008). Sun Sun et al., J. et al.,J. Clin. Invest., 120:3149 (2010). Clin. Invest., 120:3149 (2010).

Wagner et al., Hum. Gene Ther., 13:1349 (2002) .Wagner et al., Hum. Gene Ther., 13:1349 (2002).

Welsch, FASEB. J., 4:2718 (1990).Welsch, FASEB. J., 4:2718 (1990).

Welsh et al., In The Metabolic and Molecular Bases ofWelsh et al., In The Metabolic and Molecular Bases of

Inherited Disease, eds. McGraw-Hill, New York, Inherited Disease, eds. McGraw-Hill, New York, p. p. 3799 3799 (1995) . (1995) Wu et al., Wu et al. Mol. Ther., Mol. Ther., 14:316 (2006). 14:316 (2006). Wu et al., Yan et al., Yan et al., Yan et al., Yan et al., Yan et al., Zabner et Wu et al. Yan et al. Yan et al. Yan et al. Yan et al. Yan et al., Zabner et Mol. Ther., Hum. Gene Hum. Gene J. Virol., J. Virol., Mol. Ther. al. , Am J Mol. Ther., Hum. Gene Hum. Gene J. Virol., J. Virol., Mol. Ther. al. , AmJ 18:80 (2010) . Ther., 24:786 (2013) . Ther., 26:334 (2015). 76:2043 (2002) . 78:2863 (2004) . , 21:2181 (2013) . . Physiol. Lung Cell 18:80 (2010) . Ther., 24:786 (2013). Ther., 26:334 (2015). 76:2043 (2002). 78:2863 (2004). , 21:2181 (2013). . Physiol. Lung Cell Mol. Mol. Physiol Physiol 284 : 844 (2003) . Zhang et al Zhang et al 284:844 (2003). Zhang et al Zhang et al ., Mol. Ther., 10:990 (2004) . ., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, ., Mol. Ther., 10:990 (2004). .,Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95: 95: :10158 :10158 (1998) . (1998)

Все публикации, патенты и патентные заявки включены в настоящее описание посредством ссылки. Несмотря на то, что в приведенном выше описании это изобретение описано по отношению к определенным предпочтительным вариантам его осуществления и многие детали приведены в иллюстративных целях, специалистам в данной области будет очевидно, что изобретение допускает дополнительные варианты осуществления и определенные подробности в настоящем описании можно значительно изменять, не отступая от основных принципов изобретения.All publications, patents and patent applications are incorporated herein by reference. Although the above description has described this invention in relation to certain preferred embodiments and many details have been set forth for illustrative purposes, it will be apparent to those skilled in the art that the invention is capable of additional embodiments and certain details in the present specification are subject to significant modification. without departing from the basic principles of the invention.

Claims (33)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Выделенный рекомбинантный парвовирусный вектор, содержащий энхансер, функционально связанный с промотором, причем энхансер и промотор имеют по меньшей мере 90% идентичности нуклеотидных последовательностей с SEQ ID NO: 27.1. An isolated recombinant parvovirus vector containing an enhancer operably linked to a promoter, wherein the enhancer and promoter have at least 90% nucleotide sequence identity with SEQ ID NO: 27. 2. Рекомбинантный парвовирусный вектор по п.1, в котором энхансер содержит F5.2. Recombinant parvovirus vector according to claim 1, in which the enhancer contains F5. 3. Рекомбинантный парвовирусный вектор по п.1 или 2, в котором энхансер и промотор имеют по меньшей мере 95, 98, 99% или большую идентичность последовательностей нуклеиновых кислот с SEQ ID NO: 27.3. The recombinant parvovirus vector according to claim 1 or 2, wherein the enhancer and promoter have at least 95, 98, 99% or greater nucleic acid sequence identity with SEQ ID NO: 27. 4. Рекомбинантный парвовирусный вектор по п.3, в котором промотор и энхансер включают последовательность SEQ ID NO: 27.4. The recombinant parvovirus vector according to claim 3, wherein the promoter and enhancer comprise the sequence of SEQ ID NO: 27. 5. Рекомбинантный парвовирусный вектор по любому из пп.1-4, в котором промотор представляет собой tg83.5. Recombinant parvovirus vector according to any one of claims 1-4, in which the promoter is tg83. 6. Рекомбинантный парвовирусный вектор по любому из пп.1-5, который представляет собой бокавирусный или аденоассоциированный вирусный вектор.6. Recombinant parvovirus vector according to any one of claims 1-5, which is a bocavirus or adeno-associated viral vector. 7. Рекомбинантный парвовирусный вектор по п.6, который представляет собой аденоассоциированный вирусный вектор.7. Recombinant parvovirus vector according to claim 6, which is an adeno-associated viral vector. 8. Рекомбинантный парвовирусный вектор по любому из пп.1-7, в котором промотор функционально связан с открытой рамкой считывания.8. Recombinant parvovirus vector according to any one of claims 1 to 7, wherein the promoter is operably linked to the open reading frame. 9. Рекомбинантный парвовирусный вектор по п.8, в котором открытая рамка считывания кодирует профилактический или терапевтический продукт гена.9. The recombinant parvovirus vector of claim 8, wherein the open reading frame encodes a prophylactic or therapeutic gene product. 10. Рекомбинантный парвовирусный вектор по п.9, в котором терапевтический продукт гена представляет собой регулятор трансмембранной проводимости при кистозном фиброзе (CFTR) или CFTRAR.10. The recombinant parvovirus vector of claim 9, wherein the therapeutic gene product is a cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) or CFTRAR. 11. Рекомбинантный парвовирусный вектор по п.10, в котором CFTR или CFTRAR. представляет собой CFTR человека или CFTRAR человека.11. The recombinant parvovirus vector according to claim 10, wherein CFTR or CFTRAR. represents human CFTR or human CFTRAR. 12. Способ экспрессии трансгена в клетке, включающий: введение композиции, содержащей рекомбинантный парвовирусный вектор по любому из пп.1-11, в эукариотическую клетку с тем, чтобы экспрессировать трансген в клетке.12. A method of expressing a transgene in a cell, comprising: introducing a composition containing a recombinant parvovirus vector according to any one of claims 1 to 11 into a eukaryotic cell so as to express the transgene in the cell. 13. Способ экспрессии трансгена у млекопитающего, включающий введение млекопитающему композиции, содержащей рекомбинантный парвовирусный вектор по любому из пп.1-11, чтобы экспрессировать трансген в клетках млекопитающего.13. A method of expressing a transgene in a mammal, comprising administering to the mammal a composition comprising a recombinant parvovirus vector according to any one of claims 1 to 11 to express the transgene in cells of the mammal. 14. Способ по п.12 или 13, в котором экспрессию трансгена усиливают по меньшей мере в 2, 5, 10 или 15 или более раз относительно соответствующего парвовирусного вектора, который не содержит энхансер.14. The method according to claim 12 or 13, wherein the expression of the transgene is enhanced by at least 2, 5, 10 or 15 or more times relative to the corresponding parvovirus vector that does not contain an enhancer. 15. Способ по любому из пп.12-14, в котором композицию вводят инъекцией.15. The method according to any one of claims 12 to 14, wherein the composition is administered by injection. 16. Способ по любому из пп.12-14, в котором композицию вводят интраназально.16. The method according to any one of claims 12-14, in which the composition is administered intranasally. 17. Способ по любому из пп.12-16, в котором млекопитающее представляет собой человека.17. The method according to any one of claims 12 to 16, wherein the mammal is a human. 18. Выделенный вектор, содержащий энхансер, функционально связанный с промотором, причем энхансер и промотор имеют по меньшей мере 90% идентичности нуклеотидных последовательностей с SEQ ID NO: 27.18. An isolated vector containing an enhancer operably linked to a promoter, wherein the enhancer and promoter have at least 90% nucleotide sequence identity with SEQ ID NO: 27. 19. Вектор по п.18, в котором энхансер содержит F5.19. The vector according to claim 18, in which the enhancer contains F5. 20. Вектор по п.18 или 19, в котором промотор представляет собой tg83.20. The vector according to claim 18 or 19, wherein the promoter is tg83. 21. Вектор по любому из пп.18-20, в котором промотор функционально связан с открытой рамкой считывания.21. The vector according to any one of claims 18 to 20, wherein the promoter is operably linked to the open reading frame. 22. Вектор по п.21, в котором открытая рамка считывания кодирует профилактический или терапевтический продукт гена.22. The vector of claim 21, wherein the open reading frame encodes a prophylactic or therapeutic gene product. 23. Вектор по п.22, в котором терапевтический продукт гена представляет собой CFTR или CFTRAR.23. The vector of claim 22, wherein the therapeutic gene product is CFTR or CFTRAR. 24. Вектор по п.23, в котором CFTR или CFTRAR представляет собой CFTR человека или CFTRAR человека.24. The vector of claim 23, wherein the CFTR or CFTRAR is human CFTR or human CFTRAR. 25. Вектор по любому из пп.18-24, в котором энхансер и промотор имеют по меньшей мере 95, 98, 99% или большую идентичность нуклеотидных последовательностей с SEQ ID NO: 27.25. The vector according to any one of claims 18 to 24, wherein the enhancer and promoter have at least 95, 98, 99% or greater nucleotide sequence identity with SEQ ID NO: 27. 26. Вектор по любому из пп.18-25, который представляет собой плазмиду.26. The vector according to any one of claims 18-25, which is a plasmid. 27. Рекомбинантный аденоассоциированный вектор, содержащий (i) энхансер, функционально связанный с промотором, причем энхансер и промотор содержат последовательность SEQ ID NO: 27; и (ii) трансген CFTRAR человека, функционально связанный с промотором.27. A recombinant adeno-associated vector comprising (i) an enhancer operably linked to a promoter, the enhancer and promoter comprising the sequence SEQ ID NO: 27; and (ii) a human CFTRAR transgene operably linked to a promoter. 28. Применение рекомбинантного парвовирусного вектора по любому из пп.1-11, вектора по любому из пп.18-26 или рекомбинантного аденоассоциированного вектора по п.27 для генной терапии муковисцидоза у человека.28. Use of a recombinant parvovirus vector according to any of claims 1-11, a vector according to any of claims 18-26 or a recombinant adeno-associated vector according to claim 27 for gene therapy of cystic fibrosis in humans. 29. Применение по п.28, где вектор предназначен для инъекции.29. Use according to claim 28, where the vector is intended for injection. 30. Применение по п.28, где вектор предназначен для интраназального введения.30. Use according to claim 28, where the vector is intended for intranasal administration. 31. Способ генной терапии муковисцидоза у человека, включающий введение субъекту рекомби-31. A method of gene therapy for cystic fibrosis in humans, including administering to the subject recombinant - 19 043850 нантного парвовирусного вектора по п.11, вектора 24 или рекомбинантного аденоассоциированного вектора по п.27.- 19 043850 nant parvovirus vector according to claim 11, vector 24 or recombinant adeno-associated vector according to claim 27. 32. Способ по п.31, где рекомбинантный парвовирусный вектор, вектор или рекомбинантный аденоассоциированный вектор вводят инъекцией.32. The method of claim 31, wherein the recombinant parvovirus vector, vector or recombinant adeno-associated vector is administered by injection. 33. Способ по п.31, где рекомбинантный парвовирусный вектор, вектор или рекомбинантный аденоассоциированный вектор вводят интраназальным путем.33. The method according to claim 31, wherein the recombinant parvovirus vector, vector or recombinant adeno-associated vector is administered intranasally.
EA201892006 2016-03-07 2017-03-07 AAV-MEDIATED EXPRESSION USING A SYNTHETIC PROMOTER AND ENHANCER EA043850B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/304,656 2016-03-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA043850B1 true EA043850B1 (en) 2023-06-29

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240066147A1 (en) Aav-mediated expression using a synthetic promoter and enhancer
Yan et al. Optimization of recombinant adeno-associated virus-mediated expression for large transgenes, using a synthetic promoter and tandem array enhancers
US10494645B2 (en) Effective delivery of large genes by dual AAV vectors
CN110606874B (en) Variant AAV and compositions, methods and uses for gene transfer into cells, organs and tissues
US6436392B1 (en) Adeno-associated virus vectors
US6936466B2 (en) Transcriptionally-activated AAV inverted terminal repeats (ITRs) for use with recombinant AAV vectors
US5756283A (en) Method for improved production of recombinant adeno-associated viruses for gene therapy
US7241447B1 (en) Adeno-associated virus vectors and uses thereof
Sanlioglu et al. Two independent molecular pathways for recombinant adeno-associated virus genome conversion occur after UV-C and E4orf6 augmentation of transduction
CN113302201A (en) Recombinant viral vectors and nucleic acids for producing the same
JP2001526900A (en) Adeno-associated virus and chimeric adenovirus recombinant virus useful for integrating foreign gene information into chromosomal DNA of target cells
US20220154213A1 (en) Bocaparvovirus small noncoding rna and uses thereof
CA2386546A1 (en) Adeno-associated viruses and uses thereof
CN106884014B (en) Adeno-associated virus inverted terminal repeat sequence mutant and application thereof
Pieroni et al. Targeted integration of adeno-associated virus-derived plasmids in transfected human cells
JP2001520047A (en) Transcriptionally activated inverted terminal repeat (ITR) for use with recombinant AAV vectors
Afione et al. Delayed expression of adeno-associated virus vector DNA
CN115803441A (en) Adeno-associated virus compositions for restoration of PAH gene function and methods of use thereof
EA043850B1 (en) AAV-MEDIATED EXPRESSION USING A SYNTHETIC PROMOTER AND ENHANCER
AU2006202785B2 (en) Adeno-associated viruses and uses thereof
Mochizuki et al. using various kinds of promoters and serotypes
CN112041437A (en) Adeno-associated virus compositions for restoring F8 gene function and methods of use thereof
US20220380812A1 (en) Crispr/cas9 system as an agent for inhibition of polyoma jc infection
KR20150129001A (en) Promoter compositions
WO2019212973A1 (en) Raav-mediated nuclease-associated vector integration (raav-navi)