ES2638274T3 - Ribozimas de auto-escisión y usos de éstas - Google Patents

Ribozimas de auto-escisión y usos de éstas Download PDF

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Abstract

Una ribozima de auto-escisión, que comprende (a) una secuencia de una ribozima de Schistosoma mansoni de tipo salvaje de SEQ ID NO: 2, y (b) un bucle adicional de 3-40 nucleótidos insertado entre dos nucleótidos en las posiciones de nucleótidos 46 a 53 de SEQ ID NO: 2.

Description

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rz da lugar a la generación de ARNm intactos y expresión de proteína. (b) El vector de expresión del gen informador pMD usado para el ensayo de transfección, y las posiciones en las que se pusieron rz. El sitio Cap en el inicio del ARNm; Un sitio en 5' del intrón; B, C, y D sitio en el intrón; E sitio inmediatamente en 5' del inicio de la traducción; F y G sitios en la región no traducida 3'. (c) a (g): optimización de la actividad de Sm1 de Esquistosoma (SEQ ID NOs: 1-12). (c) y (d), rz insertada en la posición A del vector pMD; (e) a (g) en la posición E del vector. Los mutantes inactivos correspondientes contenían una sustitución A14 a G. El nombre de rz se muestra a la izquierda; la actividad de escisión a la derecha. (c) Resto Pst3 de grillo. La numeración de los nucleótidos sigue la nomenclatura de Hertel et al., 1992. (d) Resto SM1 de Esquistosoma. El Sm1 original carecía del bucle III y no presentaba actividad en células. Los nucleótidos representados en color reflejan los cambios hechos a Sm1. (e) Los cambios en el tallo I de N79 cerca del núcleo o cerca del sitio de inserción de restricción potenciaron más la actividad. La línea negra identifica la secuencia diana de los oligonucleótidos morfolino antisentido (SEQ ID NO: 67). (f) El acortamiento del tallo I redujo de forma importante la actividad de escisión de rz, (g) Los cambios de nucleótido único en el bucle I de la rz N107 disminuyeron su actividad dramáticamente. La rz N107 es una variante de N79 en la que dos 'AUG' se reemplazaron por GUG y ACG para eliminar los codones de inicio potenciales. Los signos ± indican la desviación estándar de la media de al menos cuatro medidas independientes.
Las Figuras 2a-2b muestran que la auto-escisión eficiente puede ocurrir en diferentes células, con diferentes vectores, y con secuencias de rz posicionadas en diferentes localizaciones. (a) N79 funcionó eficientemente en una variedad de tipos de células. Los números son las medidas de β-gal expresada. (b) N79 funcionó eficientemente en algunas, pero no todas, las posiciones en el vector. Los números son 'veces de disminución' en la expresión de β-gal (rz funcional frente a inactiva). Los signos ± indican la desviación estándar de la media de al menos cuatro medidas independientes.
Las Figuras 3a-3c muestran la inducción de la expresión génica en células cultivadas mediante la inhibición de la auto-escisión de rz. (a) Efecto de oligonucleótido morfolino en rz N79 en ensayo de transfección transitorio. La inducción se midió por 'veces de incremento' en la expresión de β-gal con frente a sin aplicación de morfolino. El nivel de inducción también se muestra como un porcentaje respecto al nivel de expresión de rz inactiva. La diana para el oligonucleótido se muestra en la Fig. 1e. (b) Inducción de la expresión de luciferasa por toyocamicina en una línea celular estable que porta una construcción de expresión que contiene una doble rz N79. Las células se trataron con toyocamicina durante 24 horas a la dosificación de 0, 0,5, 1, y 1,5 μM (se observaron efectos tóxicos a concentraciones mayores de 1,5 μM). Las medidas cuantitativas de actividad luciferasa revelaron emisión de 1.555, 66.774, 242.546, 377.655 fotones por segundo por 1.000 células respectivamente, comparado con una emisión de fondo de 121 de células que no portan el gen de luciferasa. Las barras de error indican la desviación estándar de la media de al menos cuatro medidas independientes. (c) Inducción por toyocamicina a nivel de ARN como se revela por análisis de transferencia northern. Las condiciones experimentales fueron similares a las de (b). El ARN se purificó del núcleo 'N' o el citoplasma 'C' después de 24 horas de tratamiento.
La Figura 4 muestra el control efectivo de la expresión génica in vivo usando un sistema de regulación génica basado en rz-. El panel superior muestra el animal al que se inyectó en la retina AAV que porta doble inactivo N79 y se trató con toyocamicina. El panel medio muestra el animal al que se inyectó en la retina AAV que porta doble funcional N79 y se trató con adenosina. El panel inferior muestra lo mismo que el panel medio pero tratado con toyocamicina. Se observó una fuerte inducción en la expresión de luciferasa en el día 2 en el panel inferior. También se inyectó a los animales en los músculos isquiotibiales de la extremidad posterior AAV que porta doble inactivo N79 como control interno. La inyección de AAV se hizo 3 semanas antes del primer día de formación de imágenes (día 0). Se implantaron gránulos con liberación de fármaco subcutáneamente en el cuello dorsal inmediatamente después de la primera formación de imágenes, y liberaron el fármaco durante 7 días. El gránulo de toyocamicina contiene 10 μg de fármaco; el gránulo de adenosina 50 μg.
Las Figuras 5A-5F muestran secuencias de algunos restos mutantes de ARN de esquistosoma de auto-escisión (SEQ ID NOs: 13-46), localizaciones de estas modificaciones de nucleótidos, y sus actividades de auto-escisión en células de mamíferos. Los cambios en la actividad de ribozima resultante se midieron monitorizando las veces de diferencia en la actividad del informador beta-galactosidasa.
La Figura 6 es un diagrama que ilustra la secuencia de nucleótidos parcial de un resto de ARN de esquistosoma de auto-escisión y sitios para modificación del bucle III y núcleo; SEQ ID NO: 64.
La Figura 7 es un diagrama que ilustra la secuencia de nucleótidos parcial de un resto de ARN de esquistosoma de auto-escisión con un bucle III de cuatro nucleótidos y un sitio para la modificación de núcleo; SEQ ID NO: 65.
La Figura 8 muestra la secuencia de nucleótidos de un vector ejemplar denominado HDM-nLacZ; SEQ ID NO: 66.
Las Figuras 9A-9B muestran que 5'-FUridina (A) y 5'-FUracilo (B) indujeron la expresión génica mediante la inhibición de la auto-escisión de rz de una manera dependiente de la dosis.
La Figura 10 muestra las estructuras de cuatro ribozimas pequeñas: (a) de cabeza de martillo; (b) horquilla; (c) virus de hepatitis delta; y (d) ribozimas de Neurospora VS. Las ribozimas de cabeza de martillo (a) están compuestas por
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deseado. En una realización particular, el ADN que codifica la ribozima de auto-escisión (natural o mutantes tales como mutantes de ribozima de esquistosomas) está 5' del ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado. Así, el orden de los componentes en la construcción (de 5' a 3') es: promotor -ADN que codifica una ribozima de auto-escisión -ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado. En una segunda realización, el ADN que codifica la ribozima de auto-escisión está 3' del ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado. Así, el orden de los componentes en la construcción (de 5' a 3') es: promotor-ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado -ADN que codifica una ribozima de auto-escisión.
En determinados aspectos, la construcción de ADN de la invención comprende un promotor que incluye, pero no está limitado a, promotor tARN, promotores 5S rARN, promotores de gen de histona, promotor CMV, promotor RSV, promotor SV40, promotor PEPCK, promotor MT, promotor SRα, promotores de la familia P450, promotor GAL7, promotor T7, promotor T3, promotor SP6, y promotor K11. El promotor T7, promotor T3, promotor SP6, y promotor K11 se han descrito en la Pat. U.S. No. 5.591.601, cuyos contenidos completos se incorporan por referencia.
La invención se refiere a líneas celulares de empaquetamiento útiles para generar vectores virales y virus recombinantes que comprenden un genoma recombinante que incluye una secuencia de nucleótidos (ARN o ADN) que representa una construcción de ADN de la presente invención; construcción de dichas líneas celulares; y métodos para usar los vectores virales recombinantes para modular a producción de un producto de ácido nucleico deseado in vitro, in vivo y ex vivo. En una realización particular, los vectores virales y virus recombinantes comprenden un genoma recombinante que incluye una secuencia de nucleótidos que codifica una ribozima de autoescisión (natural o mutantes tales como mutantes de ribozima de esquistosomas), una secuencia de nucleótidos que codifica un producto de ácido nucleico deseado y un promotor unido de forma operativa a la secuencia de nucleótidos que codifica el producto de ácido nucleico deseado, como se describe en la presente memoria.
Las líneas celulares útiles para generar vectores virales y virus recombinantes que comprenden un genoma recombinante que incluye una secuencia de nucleótidos que representa una construcción de ADN de la presente invención se producen transfectando células huésped, tal como células huésped de mamífero, con un vector viral que incluye la construcción de ADN integrada en el genoma del virus, como se describe en la presente memoria. Las preparaciones madre virales se recogen según métodos generalmente conocidos en la técnica. Véase, por ejemplo, Ausubel et al., Eds., Current Protocols In Molecular Biology, John Wiley & Sons, Nueva York (1998); Sambrook et al., Eds., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2ª edición, Cold Spring Harbor University Press, Nueva York (1989); Danos y Mulligan, Patente U.S. No. 5.449.614; y Mulligan y Wilson, Patente U.S. No. 5.460.959. Los vectores virales recombinantes producidos por las líneas celulares de empaquetamiento de la presente invención también se refieren en la presente memoria como vectores virales que representan la construcción de ADN.
Métodos de administración de ácidos nucleicos
Las construcciones de ADN que codifican una ribozima de auto-escisión (natural o mutantes tales como mutantes de ribozima de esquistosomas) pueden introducirse en una célula por una variedad de métodos (por ejemplo, transformación, transfección, captación directa, bombardeo de proyectiles, usando liposomas). La presente invención contempla cualesquiera métodos generalmente conocidos en la técnica que son apropiados para el agente o efector particular y tipo de célula. Por ejemplo, los agentes y efectores pueden introducirse en una célula por captación directa, DEAE-dextrano, precipitación con fosfato de calcio, lipofección, fusión celular, electroporación, biolística, microinyección, infección (por ejemplo, por virus de ADN y virus de ARN) y transducción mediada por retrovirus. Dichos métodos se describen con más detalle, por ejemplo, en Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Segunda Edición, Cold Spring Harbor University Press, Nueva York (1989); y Ausubel, et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, Nueva York (1998). Otros métodos adecuados también se describen en la técnica.
Un vector que comprende una construcción de ADN también puede introducirse en una célula dirigiendo el vector a los fosfolípidos de la membrana de la célula. Por ejemplo, el direccionamiento de un vector de la presente invención puede conseguirse uniendo la molécula del vector a una proteína VSV-G, una proteína viral con afinidad para todos los fosfolípidos de la membrana celular. Dicha construcción puede producirse usando métodos muy conocidos para los expertos en la técnica.
En una realización particular, una construcción de ADN que codifica una ribozima de auto-escisión (natural o mutantes tales como mutantes de ribozima de esquistosomas) se inserta en un vector de ácido nucleico, por ejemplo, un plásmido de ADN, virus u otro replicón adecuado (por ejemplo, vector viral). Los vectores virales incluyen retrovirus, adenovirus, parvovirus (por ejemplo, virus adeno-asociados), coronavirus, virus de ARN de cadena negativa tal como ortomixovirus (por ejemplo, virus de influenza), rhabdovirus (por ejemplo, virus de la rabia y estomatitis vesicular), paramixovirus (por ejemplo, paperas y Sendai), virus de ARN de cadena positiva tal como picornavirus y alphavirus, y virus de ADN bicatenario incluyendo adenovirus, herpesvirus (por ejemplo, virus del Herpes Simple tipos 1 y 2, virus de Epstein-Barr, citomegalovirus), y poxvirus (por ejemplo, vaccinia, viruela aviar y viruela de canario). Otros virus incluyen virus Norwalk, togavirus, flavivirus, reovirus, papovavirus, hepadnavirus, y virus de hepatitis, por ejemplo. Los ejemplos de retrovirus incluyen: leucosis-sarcoma aviar, virus de mamíferos de tipo C, tipo B, tipo D, grupo HTLV-BLV, lentivirus, spumavirus (Coffin, J.M., Retroviridae: The viruses and their replication, En Fundamental Virology, Tercera Edición, B.N. Fields, et al., Eds., Lippincott-Raven Publishers,
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es capaz de inhibir la escisión de la ribozima de auto-escisión codificada (natural o mutantes tales como mutantes de ribozima de esquistosomas), se administra entonces al individuo, en el que el ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado se expresa, resultando en la producción del producto. En una realización particular de este método, la construcción de ADN que comprende: (a) ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado; (b) un promotor unido de forma operativa al ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado; y (c) ADN que codifica una ribozima de auto-escisión. El ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado y el ADN que codifica la ribozima de auto-escisión están en 3' del promotor. El ADN que codifica la ribozima de auto-escisión puede estar en 5' ó 3' del ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado. La transcripción de los dos componentes de ADN en la construcción produce un ARNm que comprende la ribozima de auto-escisión y ARNm que codifica el producto de ácido nucleico deseado.
Alternativamente, en un método para expresar un producto de ácido nucleico deseado en un individuo, una construcción de ADN de la presente invención puede administrarse directamente al individuo. El modo de administración es preferiblemente en la localización de las células diana. La administración puede ser nasalmente o por inyección. Otros modos de administración (parenteral, mucosal, sistémica, implante, intraperitoneal, oral, intradérmica, transdérmica, intramuscular, intravenosa incluyendo infusión y/o inyección de bolo, subcutánea, tópica, epidural, bucal, rectal, vaginal, etc.) son generalmente conocidos en la técnica. La construcción de ADN puede, preferiblemente, administrarse en un vehículo farmacéuticamente aceptable, tal como disolución salina, agua estéril, disolución de Ringer, o disolución isotónica de cloruro de sodio. Un agente (tal como un fármaco) que es capaz de inhibir la escisión de la ribozima de auto-escisión codificada (natural o mutantes tales como mutantes de ribozima de esquistosomas), se administra entonces al individuo, en el que el ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado se expresa, resultando en la producción del producto.
En otra realización, las construcciones de ADN de la presente invención pueden usarse en un método para modular la expresión de un producto de ácido nucleico deseado en un individuo. En este método, las células que comprenden una construcción de ADN de la presente invención se introducen en un individuo. Un efector que es capaz de unirse al resto de aptámero del complejo aptámero-ribozima de auto-escisión se administra entonces al individuo, mediante lo que la expresión del ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado puede inducirse, potenciarse, reducirse, inhibirse o regularse, dependiendo del diseño del complejo como se ha discutido anteriormente. En una realización particular de este método, la construcción de ADN que comprende: (a) ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado; (b) un promotor unido de forma operativa al ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado; y (c) ADN que codifica un complejo aptámero-ribozima de auto-escisión (por ejemplo, un resto mutante de ARN de esquistosoma de auto-escisión que comprende un aptámero injertado en el resto mutante de ARN de esquistosoma de auto-escisión en una localización de manera que la actividad de escisión del resto mutante de ARN de esquistosoma de auto-escisión puede controlarse mediante la unión de un efector al aptámero). Alternativamente, en un método para modular la expresión de un producto de ácido nucleico deseado en un individuo, una construcción de ADN de la presente invención puede administrarse directamente al individuo. Los modos de administración incluyen los descritos anteriormente. La construcción de ADN puede, preferiblemente, administrarse en un vehículo farmacéuticamente aceptable, tal como disolución salina, agua estéril, disolución de Ringer, o disolución isotónica de cloruro de sodio. Un efector que es capaz de unirse al resto de aptámero del complejo aptámero-ribozima de auto-escisión puede administrarse entonces al individuo, mediante lo que la expresión del ADN que codifica el producto de ácido nucleico deseado puede inducirse, potenciarse, reducirse, inhibirse o regularse, dependiendo del diseño del complejo como se ha discutido anteriormente.
Los agentes y efectores pueden administrarse a un individuo en una variedad de formas. La ruta de administración depende del agente o efector particular. Las rutas de administración son generalmente conocidas en la técnica e incluyen rutas oral, intradérmica, transdérmica (por ejemplo, en polímeros de liberación lenta), intramuscular, intraperitoneal, intravenosa incluyendo infusión y/o inyección en bolo, subcutánea, tópica, epidural, bucal, rectal, vaginal e intranasal. También pueden usarse otras rutas de administración adecuadas, por ejemplo, para conseguir la absorción a través de los revestimientos epiteliales o mucocutáneos.
La dosificación de agente, efector, construcción de ADN de la presente invención administrada a un individuo, incluyendo frecuencia de administración, variará dependiendo de una variedad de factores, incluyendo modo y ruta de administración; tamaño, edad, sexo, salud, peso corporal y dieta del receptor; naturaleza y grado de los síntomas de la enfermedad o trastorno que se está tratando; clase de tratamiento concurrente, frecuencia de tratamiento, y el efecto deseado.
Composiciones farmacéuticas
En determinadas realizaciones, el agente, efector, y construcción de ADN (referidos colectivamente en la presente memoria como agentes terapéuticos) de la presente descripción se formulan con un vehículo farmacéuticamente aceptable. Dichos agentes terapéuticos pueden administrarse solos o como un componente de una formulación farmacéutica (composición). Las secuencias de ácido nucleico recombinante (por ejemplo, construcciones de expresión) que codifican una ribozima (natural o mutantes tales como mutantes de ribozima de esquistosomas) pueden usarse en composiciones terapéuticas (o farmacéuticas) para regular la expresión de un producto de ácido nucleico diana. Las composiciones terapéuticas de la invención pueden usarse solas o mezcladas, o en combinación química, con uno o más materiales, incluyendo otros vectores recombinantes, materiales que incrementan la
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