JP2000511051A - 細胞受容体に関してマスキングされているか又は非マスキング(unmasked)されたウイルス粒子 - Google Patents

細胞受容体に関してマスキングされているか又は非マスキング(unmasked)されたウイルス粒子

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、標的真核細胞中への遺伝子の導入のためのペプチドの用途を特徴とするもので、このペプチドは、約10〜約200、特に約15〜約150アミノ酸、そして有利には約20アミノ酸を含有し、そして少なくとも30%のアミノ酸は、プロリン残基から構成され、これらのプロリン残基は、約180°でのポリペプチド鎖の折り返し(「β−折り返し」又は「逆折り返し」)を誘導するように規則的に配置され、これらの折り返しは、均等に間隔があき、そして該ペプチドのN末端側(上流)に、標的表面分子又は細胞表面上に発現する抗原、特に該真核細胞上に位置する適切な受容体(標的受容体)を認識することができるN末端(上流)タンパク質ドメインを含有し、そして該ペプチドのC末端側(下流)に、該真核細胞上に位置する適切な受容体(補助受容体)を認識することができるC末端(下流)タンパク質ドメインを含有するポリペプチド構築物中に、ポリプロリンβ−折り返しらせんを形成し、このペプチドは、C末端(下流)タンパク質ドメインと補助受容体の間の相互作用を促進又は阻害することができ、この相互作用の阻害は、N末端(上流)タンパク質ドメインが標的受容体と相互作用しないときに起こり、そしてC末端(下流)タンパク質ドメインと補助受容体の間の相互作用の促進は、N末端(上流)タンパク質ドメインが標的受容体と相互作用したときに起こる。

Description

【発明の詳細な説明】 細胞受容体に関してマスキングされているか又は非マスキング(unmasked)さ れたウイルス粒子 本発明は、生物学的機構に関して、特に細胞相互作用の機構に関して、マスキ ングの性質及び非マスキングの性質を有するペプチドを有する、組換えウイルス 粒子に関する。 本発明はまた、特に遺伝子導入における細胞標的化のための、上述のウイルス 粒子の適用に関する。 レトロウイルス、そしてしたがってレトロウイルスベクターは、特異的な細胞 表面分子(レトロウイルス受容体と呼ばれる)を、レトロウイルス粒子の表面で 発現するエンベロープ糖タンパク質で認識することにより、これらの感染サイク ルを開始する。次にこの認識により、複雑であまり理解されておらず、またエン ベロープ糖タンパク質の第2の機能が介在するプロセスである、ウイルスと細胞 膜の間の融合が起こる。 標的細胞の表面との相互作用の特異性を改変する可能性は、特にレトロウイル スエンベロープ糖タンパク質に導入された遺伝子修飾により、以前に証明されて いる。 幾つかの研究により、このような修飾は、レトロウイルスエンベロープ糖タン パク質が成熟し、細胞表面上に発現し、そしてビリオンに選択的に組込まれるこ とを可能にする複雑なプロセスにおいて、妨害作用を伴わないことが証明されて いる。更には、今やこれらの修飾が、これらのポリペプチドに対応する表面分子 との相互作用による細胞の特異的認識をもたらしうることが明らかになった。最 後に、ある場合には、この認識により、標的細胞における感染サイクルの継続及 び導入遺伝子(transgene)の組み込みが可能になるが、その効率は、最良の可 能性ある場合で、未修飾レトロウイルスエンベロープによりその正常レトロウイ ルス受容体を介して与えられる効率よりもはるかに低下している。よって一方で は、幾つかの標的表面分子は、感染を開始するための受容体として使用すること ができず、そして他方では、これらをそのように使用することができる場合、最 初の相互作用に続くプロセスは極めて低い効率で起こると結論される。これらの 結論は、「1段階標的化」の方策、即ち、最初の相互作用の目的が、補助プロセ スの介入なしに、感染サイクルの継続を直接もたらすことであるアプローチに関 しては真である。 導入遺伝子の安定な組込み及び発現が必要とされているため、レトロウイルス ベクターは、遺伝子導入及び特に遺伝子治療のために今や最も使用されているベ クターである。他の遺伝子導入ベクターは存在する(アデノウイルスベクター、 リポソーム、ヘルペスウイルスから誘導されたベクター、又はAAVから誘導さ れたベクター)が、導入遺伝子の安定で効率的な組込みが得られない。現在まで に試験された、レトロウイルスベクターを用いる多くの遺伝子治療プロトコール は、患者の細胞の外植(explantation)、インビトロにおけるこれらのトランスジ ェネシス(transgenesis)及び増殖、これに続くこれらの再移植に基づくのに対 して、レトロウイルスベクターによってインビボの状況で治療遺伝子を導入でき るようにすることが非常に望まれる。このために、治療遺伝子を運ぶレトロウイ ルス粒子は、幾つかの追加的特徴、更に詳細には、遺伝子導入の標的細胞を非常 に特異的に認識する能力を備える必要があろう。実際、感染の開始のためにレト ロウイルスにより自然に認識される表面分子は、多くの細胞上で非常に広範に発 現する。このため、遺伝子導入を成し遂げようと考える細胞の正確な識別ができ ない。 幾つかの研究では、レトロウイルスベクターの感染親和性を改変することを目 的とした。これらの研究の幾つかは、レトロウイルス粒子の生化学的修飾に基づ き、他の幾つかは、レトロウイルスエンベロープ糖タンパク質の遺伝子修飾(全 てのレトロウイルス粒子が改変することを保証する)に基づく。この前文に関連 して、この研究は、修飾されたウイルス粒子が標的細胞表面分子に付着し、この ため感染サイクルが継続する「単一段階標的化」からなっていた。しかし、この ように改変されたレトロウイルスベクターの効率は、治療の目的のために使用で きる道具を得るために必要とされるものとしては非常に低い。 標的化の方策の開発は、既に上述した理由(キメラエンベロープ糖タンパク質 の標的表面分子への結合後の、これらの糖タンパク質の遺伝子融合プロセスの非 効率、及びレトロウイルス受容体として幾つかの表面分子は使用できないこと) で「単一段階」システムでは成功できない可能性がある。 幾つかのヒト遺伝子治療プロトコールでは、組換えレトロウイルス粒子の直接 接種によりインビボで遺伝子導入を成し遂げることのできる、レトロウイルスベ クターが要求される。現在までに開発されたレトロウイルスベクターに対して、 これが前提とする改善点の中で、我々は下記: − 感染価の改善、 − 血清及び更に一般的には種々の体液中でのウイルス粒子の安定性の改善、 − 休止細胞に感染できること、 − 遺伝子治療の標的細胞を識別できること、 を列挙することができる。 本発明は、遺伝子治療の標的細胞を識別するための手段を提案することを目的 とする。遺伝子治療における幾つかの適用では、遺伝子導入は処置すべき細胞で のみ起こり、他のカテゴリーの細胞では起こらないことを保証することが必須で ある。例えば、我々が化学療法に関して正常細胞にある選択的な利益を与えよう とすると、この利益を与える導入遺伝子ががん細胞中に導入されないようにせざ るをえない。 本発明は、第2段階が第1段階の実現次第である、2段階機構に関する。 本発明は、特に、効率については既知である天然のレトロウイルスの機構と関 係のある、標的細胞の特異的認識と標的細胞への侵入とを併用するために、標的 化の性能に関して有益な代替法に関する。 本発明は、更に詳細には2段階標的化機構: − エンベロープ糖タンパク質に挿入された新規なN末端結合ドメインにより 標的表面分子の認識を可能にする第1段階、 − 当初のエンベロープ糖タンパク質に元々あるドメインを介する正常レトロ ウイルス受容体の条件つきの認識を可能にし、そしてこのため、細胞中へのウイ ルス粒子の侵入のプロセスにおける中継を可能にする第2段階(ここで、「条件 つき」という用語は、侵入機構における中継が、ウイルス粒子が前もって当初の 表面分子と相互作用した場合にのみ達成でき、次いで真に標的に感染させること を保証することを意味する)、 に関する。 本発明は、2段階機構における第1段階を行うための、そして第1段階が起こ らない限り、第2段階に関して「マスキング」の役割を演じ、かつ第1段階が起 こった場合のみ、第2段階を可能にする、即ち、第2段階に関して非マスキング の役割を演じる、新規なペプチドに関する。 本発明はまた、これらの新規なペプチドを使用する、キメラエンベロープ糖タ ンパク質の構築に関する。 本発明は、標的真核細胞中への遺伝子の導入のためのペプチドの用途に関する もので、このペプチドは、約10〜約200、特に約15〜約150アミノ酸、 そして好ましくは約20アミノ酸を含有し、そして少なくとも30%のアミノ酸 は、プロリン残基から構成され、これらのプロリン残基は、約180°にポリペ プチド鎖の折り返し(「β−折り返し」又は「逆折り返し」)を誘導するように規則 的に配置され、これらの折り返しは、均等に間隔があき、そして該ペプチドのN 末端側(上流)に、標的表面分子又は細胞表面上に発現する抗原、特に該真核細 胞上に位置する適切な受容体(標的受容体)を認識することができるN末端(上流) タンパク質領域を含有し、そして該ペプチドのC末端側(下流)に、上述の真核 細胞上に位置する適切な受容体(補助受容体)を認識することができるC末端( 下流)タンパク質領域を含有するポリペプチド構築物中に、β型折り返しを伴う ポリプロリンらせん(「ポリプロリンβ−折り返しらせん」)を形成し、このペプ チドは、C末端(下流)タンパク質領域と補助受容体の間の相互作用を促進又は 阻害することができ、この相互作用の阻害は、N末端(上流)タンパク質ドメイ ンが標的受容体と相互作用しないときに起こり、そしてC末端(下流)タンパク 質ドメインと補助受容体の間の相互作用の促進は、N末端(上流)タンパク質ド メインが標的受容体と相互作用したときに起こる。 20アミノ酸のペプチド(以下に定義されるΔPRO)の場合、このβ−折り 返しポリプロリンらせんは、4つのβ折り返し及びこのため4つの折り返しを含 有し、そして更にα−らせん又はβ−シート二次構造とは適合しない。都合のよ いことに、キメラタンパク質の2つのドメイン(N末端ドメインと補助ドメイン )の間に位置するβ型折り返しを有するポリプロリンらせんは、本質的に、1) 弾 性力、2)おそらくエンベロープの三量体性に関係して、他のポリプロリンらせ んとの自己集成(self assembly)の性質、3)N末端ドメインのその受容体と の結合により誘導される歪みを補助ドメインに伝達し、補助ドメインの活性化を 若起する性質を有する。 本発明はまた、一般に、第1段階が起こった場合にのみ第2段階が行われる任 意の2段階機構に関するものであり、そして例えばキメラタンパク質がその基質 を認識することができる場合にのみ起こる、キメラタンパク質に関係する酵素機 構に関する。 「標的表面分子、又は細胞表面上に発現する抗原を認識することができるN末 端(上流)タンパク質ドメイン」という表現は、 1)このN末端タンパク質ドメインと標的表面分子の間の相互作用は、(野生型 レトロウイルスエンベロープ糖タンパク質とレトロウイルス受容体の間の相互作 用に関してナノモルオーダーの)解離定数により特性を表すことができ; 2)このN末端タンパク質ドメインの可溶化型(即ち、キメラエンベロープ糖タ ンパク質の構築に関わっていない)は、キメラエンベロープ糖タンパク質中のN 末端位置に挿入されると、この同じタンパク質ドメインと同様な結合性を有し; 3)N末端タンパク質ドメインを含有するキメラエンベロープ糖タンパク質は、 ウイルス学の古典的な方法(例えば、結合試験;「実施例」を参照のこと)によ り解析することができる、 ことを意味する。 標的表面分子、又は細胞表面上に発現する抗原の例として、以下を挙げること ができる: − 種々の造血細胞系統を識別するためのマーカー、特に未分化細胞及び/又 は造血幹細胞上に発現するマーカー(例:CD34)、 − 腫瘍細胞に発現するマーカー(例:がん胎児性抗原)、 − 種々の分化組織に特異的に存在するマーカー(例:増殖因子の受容体、ペ プチドホルモンの受容体)。 標的表面分子の例としては、以降で標的受容体と呼ばれる受容体を特に挙げる ことができる。 用語法の便宜のために、「標的受容体」という表現は、任意の標的表面分子又 は細胞表面上に発現する任意の抗原を包含するように以降使用される。 「適切な受容体(補助受容体)を認識することができるC末端(下流)タンパ ク質ドメイン」という表現は、C末端タンパク質ドメインが補助受容体と相互作 用することができ、この相互作用は、C末端タンパク質ドメインがレトロウイル スエンベロープ糖タンパク質から誘導され、補助受容体がこの同じ糖タンパク質 により使用されるレトロウイルス受容体であるならば、ナノモルオーダーの解離 定数により特性を表され、この相互作用が、自然のプロセスに厳密に類似した機 構(即ち、キメラエンベロープ糖タンパク質に関係なく)において遺伝子融合プ ロセスを引き起こすことができることを意味する。 本発明の主題であるペプチドは、2つのタンパク質ドメイン(該ペプチドに対 してN末端タンパク質ドメイン、及び該ペプチドに対してC末端タンパク質ドメ イン)の間に位置し、N末端タンパク質ドメインがその機能(例えば結合)にお いて起動した場合に限り、C末端タンパク質ドメインの機能(例えば、このC末 端ドメインの機能が結合であれば、結合)を誘導しうるものである。 本発明のペプチドによりC末端タンパク質ドメインの機能が誘導されないとい うことは、本発明のペプチドの「マスキング」の機構に対応し、一方本発明のペ プチドによるC末端タンパク質ドメインの機能の誘導は、本発明のペプチドの「 非マスキング」の機構に対応する。以降本発明のペプチドを「マスキング/非マ スキングペプチド」とも呼ぶのはこのためである。 本発明は、標的化及び遺伝子融合活性を有する、本質的に完全な、真核細胞に 感染することができるウイルス性又は非ウイルス性組換え遺伝子導入ベクターに より運ばれる糖タンパク質の構築における、本発明のペプチドの用途に関するも のであり、該真核細胞は、真核細胞中への該ウイルス性又は非ウイルス性ベクタ ーの侵入の促進を可能にする標的受容体及び補助受容体を有しており、上述の糖 タンパク質は、 − 上述のペプチド、 − 上述の標的受容体と相互作用することができる該ペプチドのN末端(上流 )側のタンパク質ドメイン(このタンパク質ドメインは、上述の遺伝子導入ベ クターの特異的結合を可能にする)、及び − 上述の補助受容体と相互作用することができる該ペプチドのC末端(下流 )側のタンパク質ドメイン(この相互作用は、真核細胞中への上述の遺伝子導入 ベクターの侵入の補助機構の役割を果たす)を含んでおり、 C末端(下流)タンパク質ドメインによる真核細胞中へのウイルス性又は非ウイ ルス性組換えベクターの細胞侵入のプロセスは、N末端(上流)タンパク質ドメ インがウイルス性又は非ウイルス性組換えベクターを認識し、かつこれを真核細 胞の標的受容体と結合させたときにのみ起こることができ、これが、上述のペプ チドにより、C末端(下流)タンパク質ドメインに関して補助受容体の「非マス キング」、即ち接近しやすさの機構をもたらし、そして上述の遺伝子導入ベクタ ーと真核細胞の標的受容体の間にN末端(上流)タンパク質ドメインによる認識 が起こらない場合には、上述のペプチドにより、C末端(下流)タンパク質ドメ インに関して補助受容体の「マスキング」、即ち接近しにくさの機構が生じる。 標的化及び遺伝子融合活性を有する糖タンパク質という表現は、 1)導入遺伝子を運ぶ(レトロ)ウイルス粒子に効率よく組込まれることができ 、 2)標的細胞表面分子を特異的に認識することができ、かつそれを運ぶ(レトロ )ウイルス粒子の結合をこの分子に特異的に向け直すことができ、 3)分子標的への定着後、エンベロープ糖タンパク質が誘導された(レトロ)ウ イルスが本来使用する機構により、(レトロ)ウイルス粒子の膜と細胞の細胞質 膜の融合を引き起こすことができる、糖タンパク質を意味する。 「実質的に完全」という表現は、翻訳後プロセス(必要に応じて、オリゴマー 化、ウイルス組込み及び融合の性質)を保つために必要な全ての決定基を保持し ているウイルス糖タンパク質を意味する。しかし、ある種の変化(突然変異、欠 失、付加など)は、その機能に著しい影響を及ぼすことなく糖タンパク質に加え ることができ、そしてこれら軽い変更を含む糖タンパク質は、本発明の要求にと っては実質的に完全であると見なされる。詳細には、糖タンパク質は、特にN末 端で、幾つかのアミノ酸(例えば約1〜10個)が欠けていてもよいが、一般に は野生型タンパク質と同じサイズであって、野生型タンパク質と本質的に同じ生 物学的性質を持つ。 「ウイルス組換え遺伝子導入ベクター」という表現は、真核細胞型の細胞に感 染することができる任意のウイルス、好ましくはアデノウイルス又はレトロウイ ルス(例えばC型レトロウイルス)のような遺伝子治療に適したウイルスを意味 する。 「非ウイルス組換え遺伝子導入ベクター」という表現は、導入される遺伝子を 含有するDNA、その調節配列、及び1)標的細胞の表面上へのDNAの沈殿を 標的化し、2)このDNAを標的細胞中に導入し、そして3)このDNAを標的 細胞の核内に導入することのできる機能的特性を有する、脂質、炭水化物、又は タンパク質の分類に属する分子を合わせた高分子複合体を意味する。 「ウイルス組換え遺伝子導入ベクターの細胞侵入のプロセス」という表現は、 この細胞の表面と遺伝子導入ベクターの間の最初の接触後、標的細胞の細胞質中 への輸送された遺伝子の導入に至る全ての事象を意味する。 一例として、レトロウイルスベクターでは、「標的化可能な」表面分子が既知 (即ち、他の組織に比べて充分に特異的)である、定義された細胞標的及び表面 分子に対するリガンド(リガンド又は一本鎖抗体)に関して、この表面分子を標 的化するエンベロープ糖タンパク質をコードする遺伝子は、遺伝子的に構築する ことができる。これは、シグナルペプチド、リガンド、「マスキング/非マスキ ング」ペプチド、及びレトロウイルスエンベロープの残りの部分を融合(Nから C末端)することにより達成される。このキメラ分子の発現ベクターは、MLV ウイルスのgag及びpolタンパク質を発現する「半トランス相補(semi-tran scomplementing)」細胞系中に挿入する(レトロウイルスのウイルスキャプシド及 び複製の酵素をコードする)。「トランス相補」細胞系を得て、次にこれを使用 して、このレトロウイルスベクターを運ぶプラスミドを追加的に導入すれば、正 常レトロウイルスエンベロープを発現する従来のトランス相補細胞系で起こるよ うに、レトロウイルスベクターを産生することができる。 本発明はまた、真核細胞に感染することができる組換え(レトロ)ウイルス粒 子により運ばれる、本質的に完全な(レトロ)ウイルスエンベロープ糖タンパク 質の構築における、本発明のペプチドの用途に関するものであり、該エンベロー プ糖タンパク質は、好ましくは重合体型、そして特に三量体型であり、重合体型 の各モノマーは、今度はヘテロ二量体型であり、該真核細胞は、真核細胞中への 上述の(レトロ)ウイルス粒子((レトロ)ウイルス受容体)の侵入の促進を可能 にする標的受容体と補助受容体を有し、エンベロープ糖タンパク質は、 − 上述のペプチド、 − 上述の標的受容体と相互作用することができる、上述のペプチドのN末端 側(上流)のタンパク質ドメイン(この相互作用は、(レトロ)ウイルス粒子の 特異的結合を可能にする)、及び − 上述の(レトロ)ウイルス受容体と相互作用することができる、上述のペ プチドのC末端側(下流)のタンパク質ドメイン(この相互作用は、真核細胞中 への(レトロ)ウイルス粒子の侵入の補助機構の役割を果たす)を含んでおり、 C末端(下流)タンパク質ドメインによる真核細胞中への(レトロ)ウイルス組 換え粒子の細胞侵入のプロセスは、N末端(上流)タンパク質ドメインが真核細 胞の標的受容体を認識し、かつこれを(レトロ)ウイルス組換え粒子と結合させ たときにのみ起こることができ、これが、上述のペプチドにより、C末端(下流 )タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体の「非マスキング」、即 ち接近しやすさの機構をもたらし、そしてウイルス組換え粒子と真核細胞の標的 受容体の間に、N末端(上流)タンパク質ドメインによる認識が起こらない場合 には、上述のペプチドにより、C末端(下流)タンパク質ドメインに関して(レ トロ)ウイルス受容体の「マスキング」、即ち接近しにくさの機構が生じる。 (レトロ)ウイルスエンベロープ糖タンパク質は、表面サブユニット(SU) 及び膜貫通サブユニット(TM)とのヘテロ二量体の三量体である。三量体化の この概念は、(レトロ)ウイルスエンベロープの機能性の基本である。本発明の エンベロープ糖タンパク質は、好ましくは三量体型である。 本発明の有利な実施態様では、N末端(上流)タンパク質ドメインは、以下の ポリペプチドから選択される: − 細胞表面分子を認識する一本鎖抗体、 − 細胞表面分子に対する任意のリガンド、特にポリペプチドホルモン、サイ トカイン、増殖因子。 本発明の有利な実施態様では、C末端(下流)タンパク質ドメインは、天然結 合ドメイン、組換え(レトロ)ウイルス粒子により運ばれるエンベロープ糖タン パク質がそれから誘導される野生型エンベロープ糖タンパク質の融合及び付着の 機能、を含む、本質的に完全な(レトロ)ウイルスエンベロープ糖タンパク質に 対応する。 本発明の有利な実施態様では、ペプチドは、C型レトロウイルスのエンベロー プ糖タンパク質に由来し、そしてここでウイルスは、好ましくは以下:同種指向 性MLVウイルス、両種指向性MLVウイルス、他種指向性MLVウイルス、M CF MLVウイノレス、MLV 10A1ウイルス、GALV(テナガザル白 血病ウイルス(Gibbon Ape Leukemia Virus))、SSAV(サル肉腫関連ウイルス( Simian Sarcoma Associated Virus))、FeLV A、FeLV B、FeLV C(FeLV:ネコ白血病ウイルス(Feline Leukemia Virus))から選択され 、そして特にペプチドは、以下の配列:PRO(4070A)、PRO(MoML V)、ΔPRO、PRO+、ΔPRO+、PROβ、ΔPROβ、ΔPRO4− β、ΔPRO4−int、ΔPRO4−vrb、PROβ、PRO−int、P RO−vrbの1つを含むか又はそれで構成されるペプチドから選択される。 本発明は、ウシエラスチンから誘導したか又は適合させた、以下の配列:EL 3、EL3−V、EL5の1つを含むか又はそれで構成されるペプチドから選択 されるペプチドの用途に関する。 本発明はまた、以下の配列の1つを含むか又はそれで構成される配列から選択 されるペプチド配列に関する: 本発明はまた、約10〜約200、特に約15〜約150アミノ酸、そして好 ましくは約20アミノ酸のペプチドを含有するポリペプチド配列に関するもので あり、ここで、アミノ酸の少なくとも30%はプロリン残基からなり、そしてこ れらのプロリン残基は、約180°でポリペプチド鎖の折り返し(「β−折り返 し」又は「逆折り返し」)を誘導するように規則的に配置され、これらの折り返し は、均等に間隔があき、これら自体ポリプロリンβ−折り返しらせんを構成し、 − 上述のペプチドのN末端タンパク質ドメイン(上流)が真核細胞上に位置 する適切な受容体(標的受容体)と反応することができ(そしてこのタンパク質 ドメインは、該N末端タンパク質ドメインを含有する組換え(レトロ)ウイルス 粒子の特異的な結合を可能にする)、そして − 上述のペプチドのC末端タンパク質ドメイン(下流)が該真核細胞上に位 置する適切な補助(レトロ)ウイルス受容体((レトロ)ウイルス受容体)と相互 作用することができ(そしてこの相互作用は、該真核細胞中への(レトロ)ウイ ルス粒子の侵入の補助機構の役割を果たす)、 該真核細胞中への該組換え(レトロ)ウイルス粒子のC末端(下流)タンパク質 ドメインによる細胞侵入のプロセスは、N末端(上流)タンパク質ドメインが真 核細胞の標的受容体を認識し、かつこれを該組換え(レトロ)ウイルス粒子と結 合させたときにのみ起こることができ、これが、上述のペプチドにより、C末端 (下流)タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体の非マスキング 、即ち接近しやすさの機構をもたらし、 そして組換えウイルス粒子と真核細胞の標的受容体の間に、N末端(上流)タン パク質ドメインによる認識が起こらない場合には、上述のペプチドにより、C末 端(下流)タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体のマスキング 、即ち接近しにくさの機構が生じる。 本発明はまた、真核細胞に感染することができる組換え(レトロ)ウイルス粒 子に関するものであり、この細胞は、標的受容体と上述の(レトロ)ウイルス粒 子の補助受容体を含有し、特に重合体型、そして好ましくは三量体型の、実質的 に完全なエンベロープ糖タンパク質を含み、重合体型の各モノマーは、好ましく はそれ自体ヘテロ二量体型であり、約10〜約200、特に約15〜約150ア ミノ酸、そして好ましくは約20アミノ酸のペプチドを含有し、ここでアミノ酸 の少なくとも30%は、プロリン残基からなり、これらのプロリン残基は、約1 80°でポリペプチド鎖の折り返し(「β−折り返し」又は「逆折り返し」)を誘導 するように規則的に配置され、これらの折り返しは、均等に間隔があき、これら 自体ポリプロリンβ−折り返しらせんを構成し、 − 上述のペプチドのN末端側(上流)のタンパク質ドメインが上述の標的受 容体と相互作用することができ(このペプチド領域は、(レトロ)ウイルス粒子 の特異的な結合を可能にする)、そして − 上述のペプチドのC末端側(下流)のタンパク質ドメインが上述の(レト ロ)ウイルス受容体と相互作用することができ(この相互作用は、真核細胞中へ の(レトロ)ウイルス粒子の侵入の補助機構の役割を果たす)、 真核細胞中への組換え(レトロ)ウイルス粒子のC末端(下流)タンパク質ドメ インによる細胞侵入のプロセスは、N末端(上流)タンパク質ドメインが真核細 胞の標的受容体を認識し、かつこれを該組換え(レトロ)ウイルス粒子と結合さ せたときにのみ起こることができ、これが、上述のペプチドにより、C末端(下 流)タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体の非マスキング、即 ち接近しやすさの機構をもたらし、 そして組換えウイルス粒子と真核細胞の標的受容体の間に、N末端(上流)タン パク質ドメインによる認識が起こらない場合には、上述のペプチドにより、C末 端(下流)タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体のマスキング 、即ち接近しにくさの機構が生じる。 本発明はまた、N末端(上流)タンパク質ドメインが以下のペプチドから選択 されることを特徴とする、組換え(レトロ)ウイルス粒子に関する: − 細胞表面分子を認識する一本鎖抗体、 − 細胞表面分子に対する任意のリガンド、特にポリペプチドホルモン、サイ トカイン、増殖因子。 本発明はまた、C末端(下流)タンパク質ドメインが、組換え(レトロ)ウイ ルス粒子により運ばれるエンベロープ糖タンパク質がそれから誘導される野生型 エンベロープ糖タンパク質の結合、融合及び付着の機能を有する(レトロ)ウイ ルス由来のポリペプチドに対応し、 そしてレトロウイルスのMLV−A、GALV、FeLVB、若しくはアデノウ イルス、ヘルペスウイルス、AAV(アデノ関連ウイルス(Adeno Associated Vi rus))のようなウイルスから誘導されるエンベロープ糖タンパク質の結合、融合 及び付着の機能を有する天然の領域に由来するか、又は更に一般的には真核細胞 由来のウイルス[特に、オルトミクソウイルス(インフルエンザウイルスなど) 又はパラミクソウイルス(SV5など)]から誘導されるウイルス糖タンパク質に 由来することができることを特徴とする、組換え(レトロ)ウイルス粒子に関す る。 本発明はまた、ペプチドが、C型レトロウイルスのエンベロープ糖タンパク質 から誘導され、そしてペプチドが、好ましくは以下:同種指向性MLVウイルス 、両種指向性MLVウイルス、他種指向性MLVウイルス、MLV MCFウイ ルス、MLV 10A1ウイルス、GALV(テナガザル白血病ウイルス(Gibbon Ape Leukemia Virus))、SSAV(サル肉腫関連ウイルス(Simian Sarcoma Asso ciated Virus))、FeLV A、FeLV B、FeLV C(FeLV:ネコ 白血病ウイルス(Feline Leukemia Virus))から選択されるウイルスから誘導さ れ、そして特にペプチドが、以下の配列:PRO(4070A)、PRO(MoM LV)、ΔPRO、PRO+、ΔPRO+、PROβ、ΔPROβ、ΔPRO4 −β、 ΔPRO4−int、ΔPRO4−vrb、PROβ、PRO−int、PRO −vrbの1つを含むか又はそれで構成されるペプチドから選択されることを特 徴とする、組換え(レトロ)ウイルス粒子に関する。 本発明はまた、 − ペプチドが、C型レトロウイルスのエンベロープ糖タンパク質に由来し、 そしてウイルスは、好ましくは以下:同種指向性MLVウイルス、両種指向性M LVウイルス、他種指向性MLVウイルス、MLV MCFウイルス、MLV 10A1ウイルス、GALV(テナガザル白血病ウイルス(Gibbon Ape Leukemia Virus))、SSAV(サル肉腫関連ウイルス(Simian Sarcoma Associated Virus)) 、FeLV A、FeLV B、FeLV C(FeLV:ネコ白血病ウイルス (Feline Leukemia Virus))から選択され、そして特にペプチドは、以下の配列 :PRO(4070A)、PRO(MoMLV)、ΔPRO、PRO+、ΔPRO+ 、PROβ、ΔPROβ、ΔPRO4−β、ΔPRO4−int、ΔPRO4− vrb、PROβ、PRO−int、PRO−vrbの1つを含むか又はそれで 構成されるペプチドから選択され、 − N末端(上流)タンパク質ドメインが、以下のペプチド: * 細胞表面分子を認識する一本鎖抗体、 * 細胞表面分子に対する任意のリガンド、特にポリペプチドホルモン、サ イトカイン、増殖因子から選択され、 − C末端タンパク質ドメインが、組換え(レトロ)ウイルス粒子により運ば れるエンベロープ糖タンパク質がそれから誘導される野生型エンベロープ糖タン パク質の結合、融合及び付着の機能を有する(レトロ)ウイルス由来のポリペプ チドに対応し、 そしてレトロウイルスのMLV−A、GALV、FeLVB、若しくはアデノウ イルス、ヘルペスウイルス、AAV(アデノ関連ウイルス(Adeno Associated Vi rus))のようなウイルスから誘導されるエンベロープ糖タンパク質の結合、融合 及び付着の機能を有する天然の領域に由来するか、又は更に一般的には真核細胞 由来のウイルス[特に、オルトミクソウイルス(インフルエンザウイルスなど) 又はパラミクソウイルス(SV5など)]から誘導されるウイルス糖タンパク質 に由来することができることを特徴とする、組換え(レトロ)ウイルス粒子に関 する。 本発明はまた、N末端(上流)タンパク質ドメインをコードするヌクレオチド 配列の5’末端が、シグナルペプチドをコードするヌクレオチド配列の3’末端 に隣接し、N末端(上流)タンパク質ドメインをコードするヌクレオチド配列の 3’末端が、ペプチドをコードするヌクレオチド配列の5’末端に隣接し、ペプ チドをコードするヌクレオチド配列の3’末端が、C末端(下流)タンパク質ド メインをコードするヌクレオチド配列の5’末端に隣接することを特徴とする、 組換え(レトロ)ウイルス粒子に関する。 本発明はまた、本発明のペプチド又は組換え粒子をコードする核酸に関する。 本発明はまた、他の非標的細胞の中に存在する標的真核細胞中への核酸の選択 的インビトロ又はエクスビボ導入の方法であって、導入される核酸を含有する本 発明の組換え(レトロ)ウイルス粒子を、標的及び非標的細胞へ投与することを 含む方法に関する。 本発明はまた、生理学的に適切な医薬担体と共に、活性物質として本発明の( レトロ)ウイルス粒子を含有し、そして導入される遺伝子をも含有する、医薬組 成物に関する。 遺伝子治療に重要な導入される遺伝子に関して、これらは、例えば、IFN、 IL2、p53、VEGF、TNF、CFTR、HSV−TK、lacZ、GF P、種々のサイトカインの遺伝子、条件自殺遺伝子を含む他の型の自殺遺伝子、 抗ウイルス活性を有する他の遺伝子、抗腫瘍活性を有する他の遺伝子、他のマー カー遺伝子及び単一又は多重遺伝子性疾患の治療用の任意の遺伝子である。一例 として、最も特異的に関与する病態は、ほとんどの単一又は多重遺伝子性疾患( 膵線維症、ミオパシー、リソソーム病、種々の形態のがん、ウイルス性疾患(A IDS)など)である。 本発明の機構の正確な理解のためには(図1を参照のこと)、本発明のエンベロ ープ糖タンパク質(「キメラエンベロープ」とも表示される)は、追加の認識領域 と同様、これらの固有の特定領域;即ち(図2を参照のこと)、 1)野生型エンベロープ糖タンパク質の表面サブユニット(SU)のN末端部分 (そのため余分な結合ドメインの直ぐ下流)に位置する天然結合ドメイン、及び 2)サブユニット(SU)のC末端部分及びエンベロープ糖タンパク質複合体の 膜貫通サブユニット(TM)に位置する融合ドメイン に対応する機能を有することを心に留める必要がある。前に構築されたキメラエ ンベロープ(例えば、EMO及びAMOエンベロープ)では、図2に図解した一 般構造に基づき、天然結合ドメインは機能性である。それが認識するレトロウイ ルス受容体が標的細胞の表面で発現されるならば、このドメインはそれを認識し 、そして感染が進行するのを可能にする。そして、余分な結合ドメインを特異的 に認識する表面分子も発現されるとしても、特異的な標的化の可能性はない。 しかし、余分な結合ドメインと天然結合ドメインの間に挿入されるペプチドに よっては、天然結合ドメインの機能性をかなりの程度調整することは可能であり 、幾つかのこれらのペプチドでは、レトロウイルス受容体の認識に関してその接 近しやすさを有効に防止しうる(第1の作用)。余分な結合ドメインが前もって標 的表面分子と相互作用した場合に限り、この部位を非マスキングし、そして正常 レトロウイルス受容体との相互作用に接近しやすくすることは可能であろう。こ の第2の作用にも、2つのドメインを分離するペプチドが介在する。ここで正常 レトロウイルス受容体は、補助分子の役割を演じる。 図面の符号: − 図1は、標的化ウイルス粒子の2段階侵入プロセスを表す。ウイルス粒子 (A)は、マスキング/非マスキングペプチドのN末端ドメイン(リガンド、一 本鎖抗体など)、及びC末端ドメイン(B)よりなる標的化エンベロープ糖タン パク質により作成する。標的細胞中へのビリオンの導入を引き起こす段階は、マ スキング/非マスキングペプチドにより調整される機構を包含する(C)。 − 図2は、検討した幾つかの標的化エンベロープの概略図である。幾つかの 機能性領域の位置を示す。垂直矢印:タンパク質分解の切断部位。SU:表面サ ブユニット、TM:膜貫通サブユニット、SP:シグナルペプチド、PRO:ポ リプロリン領域、T:膜貫通ドメイン、Ram−1リガンド:両種指向性受容体 の結合ドメイン、Rec−1リガンド:同種指向性受容体の結合ドメイン、EG F:上皮細胞増殖因子。暗灰色の四角:MoMLVのenv遺伝子から誘導した 配列、明灰色の四角:MLV−4070Aのenv遺伝子から誘導した配列、白 色の四角:MLVから誘導した他の配列。黒色の四角:ポリプロリン領域から誘 導したスペーサーペプチド。全てのenv遺伝子は、レトロウイルススプライシ ング部位、ドナー(SD)及びアクセプター(SA)[pol遺伝子の末端(Δ POL)を含有する190ntの同一のイントロン配列を有する]を使用して、 同じプロモーター(LTR)及びサブゲノムmRNAから開始するポリアデニル 化シグナル(pA)から出発して発現される。幾つかの制限部位の位置を示す。 − 図3は、検討したスペーサーペプチド及び結合ドメインの配列を示す。( A)AMOシリーズのスペーサーペプチド(AS208及び種々のスペーサーペ プチドと融合した)の配列、そして全体は、MoMLVのエンベロープのSUの コドン7と融合している。(B)MOAシリーズのスペーサーペプチドの配列。R ec−1の結合ドメインは、種々のスペーサーペプチドと融合し、そして全体は 、両種指向性MLVのエンベロープのSUのコドン5と融合している。(C)E MO及びEAシリーズのスペーサーペプチドの配列。結合ドメインEGFは、種 々のスペーサーペプチドと融合し、そして全体は、両種指向性MLVのエンベロ ープのSUのコドン5、又はMoMLVのエンベロープのSUのコドン7と融合 している。 − 図4は、EMOシリーズのエンベロープの膜発現の検出を示す。フレオマ イシンを使用して選択したトランスフェクションした細胞の集団は、抗hEGF 抗体で(黒色ヒストグラム)又はこの抗体なし(白色ヒストグラム)でマークし 、次にFITCと結合した抗IgGマウス抗体でマークした。 − 図5は、AMOシリーズのキメラエンベロープの発現及びウイルス組込み を示す。キメラエンベロープ(図2及び図3Aを参照のこと)を発現するプラス ミドによりトランスフェクションしたTELCeB6細胞の分解物、及び超遠心 分離により精製したウイルス粒子の沈殿物の免疫ブロット。免疫ブロットは、抗 SU抗血清(上部)又は抗p30−CA抗血清(下部、46KD未満のサイズ)で 検出する。p30−CA(CA)の位置、及びMO野生型エンベロープについて は前駆体(PR)及びエンベロープ複合体の表面タンパク質(SU)の位置を示 す。 − 図6は、EMO(A)及びAMO(B)シリーズのエンベロープのヒト細 胞上の結合試験を示す。蛍光のバックグラウンドノイズは、同種指向性エンベロ ープとのヒト細胞のインキュベーションにより与えられる(白色ヒストグラム)。 − 図7は、PRO(4070A)のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図8は、PRO(MoMLV)のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図9は、PROβ(MoMLV)のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す 。 − 図10は、PRO+(4070A)のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示 す。 − 図11は、ΔPROのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図12は、ΔPROβのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図13は、ΔPRO+のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図14は、AMOPROのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図15は、AMOΔPROのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図16は、MOAPROのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図17は、MOAΔPROのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図18は、EMOPROのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図19は、EMOPROβのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図20は、EMOPRO+のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図21は、EAPROのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図22は、EAPROβのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図23は、EAPRO+のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図24は、EMOΔPROのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図25は、EMOΔPROβのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図26は、EMOΔPRO+のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図27は、EAΔPROのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図28は、EAΔPROβのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図29は、EAΔPRO+のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図30は、AMOEL3のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図31は、EL3のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図32は、AMOEL3−Vのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図33は、EL3−Vのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図34は、AMOEL5のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図35は、EL5のアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図36は、ΔPRO4−ベータのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図37は、ΔPRO4−intのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図38は、ΔPRO4−vrbのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図39は、PRO−ベータのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図40は、PRO−intのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 − 図41は、PRO−vrbのアミノ酸及びヌクレオチド配列を示す。 実施例 実施例1: レトロウイルスは、感染プロセスを開始するために、ウイルス受容体と呼ばれ る一定数の細胞表面分子を利用する(23)。幾つかの著しい例外、特にヒト免疫 不全症ウイルスの場合を除けば、他のレトロウイルス、特にC型哺乳動物レトロ ウイルスにより利用される多くの受容体は、宿主生物のほとんどの細胞型にわた って分布している。例えば、両種指向性マウス白血病ウイルス(MLV−A)は 、その受容体のリン酸輸送体のRam−1がほぼ全ての細胞で発現されるため、 大多数の哺乳動物細胞に感染することができる。 C型哺乳動物レトロウイルスは、特にヒトにおける遺伝子導入の目的のため、 遺伝子治療において、レトロウイルスベクターを作成するために現在使用されて いる。幾つかの遺伝子治療法は、レトロウイルスベクターが、遺伝子導入の真の 標的細胞を非常に正確に認識することができるならば、促進されるであろう。こ のため、我々を含む幾つかの研究グループは、ウイルス粒子と細胞表面の間の認 識を調節するための種々の方策を開発した。この相互作用は、本質的にレトロウ イルスエンベロープ糖タンパク質に関係する:したがってこのタンパク質が遺伝 子導入の標的細胞で特異的に発現される細胞表面分子を認識することができるよ うに、これに遺伝子的変化を加えることが論理的であると考えられる。 このような変化を可能にする2つの型の方策が最近開発された。第1の方策で は、その受容体に対するレトロウイルスエンベロープ糖タンパク質の天然結合ド メインを、細胞表面分子に結合することができる、サイズを縮小したペプチドの 挿入又は置換により改変した。この研究は、遺伝子導入のための細胞標的化の実 行可能性を証明した(20)。 第2のアプローチでは、種々の細胞表面分子に結合することができるポリペプ チド(リガンド、一本鎖抗体)をエンベロープ糖タンパク質のSUサブユニット のN末端に挿入した(6)(10)(13)(15)(21)。一般に、これらの種々の型 の標的化エンベロープにより作成されるビリオンの研究では、ウイルス粒子の結 合を新規な表面分子の方に特異的かつ効率的に向け直せることが可能であること が示された。標的化の効力を制限する幾つかの因子もまた同定された。第1は、 標的化される表面分子の生理学的性質(二量体化、内在化、細胞内輸送(「traffic king」)プロセス)に依存すると考えられ(6)、第2は、リガンドのN末端挿入に より生成するキメラエンベロープの低い内因性遺伝子融合能力に関係する(6)( 21)。この低い遺伝子融合能力は、新規な結合ドメインとエンベロープの間に スペーサーペプチドを導入することにより部分的に克服することができることが 観察された(21)。しかし、得られた最も良好な感染価は、野生型エンベロープ を有するレトロウイルスベクターで得ることのできる感染価よりも100倍低い 。更には、特定の標的化モデル(Ram−1の標的化)で得られたこれらの結果 は、他の型の標的化エンベロープ糖タンパク質に拡張できないこともある。した がってこれらの問題を解決するための代替となる方策を開発することが必須であ ると考えられた。 更には、N末端挿入により生成する標的化エンベロープ糖タンパク質で得られ る一般的知見は、支持エンベロープの天然結合ドメインが常に機能性であるとい うことである。標的細胞が遺伝子治療におけるヒト細胞である範囲で、使用され る支持糖タンパク質が、高等哺乳動物の細胞上の受容体を認識しないMoMLV ウイルスの同種指向性エンベロープであるため、天然結合ドメインのこの機能性 は、感染の「バックグラウンドノイズ」の問題を提起しない。しかし、この認識 においてスペーサーペプチドがどのような影響を及ぼすかを見るために、そして 感染プロセスにおける2つの型の相互作用の相対的寄与を評価するために、2つ の異なる表面分子を認識することができるこれらのキメラエンベロープ糖タンパ ク質を解析することは興味深いことに思われた。 以下に記載される研究の主題を形成するこれらの観察により、最初に標的化糖 タンパク質のN末端に挿入されたリガンドの間の特異的認識、次に天然レトロウ イルス受容体により適正な細胞標的に特異的に結合したウイルスの侵入の促進を 可能にする補助機構に関与する、2段階標的化の方策の開発に至った。天然結合 ドメインと天然レトロウイルス受容体の間の直接相互作用に関連した感染のバッ クグラウンドノイズのいかなる問題をも回避するために、標的化部位と支持エン ベロープ糖タンパク質の間に挿入され、ウイルス粒子が標的表面分子と相互作用 しない限り天然結合ドメインをマスクすることができる、マスキング/非マスキ ングスペーサーペプチドをも開発した。この相互作用の実現は、天然結合ドメイ ンの非マスキングを誘導し、そして天然結合ドメインと天然レトロウイルス受容 体の間の相互作用(補助機構)を誘導し、次にウイルスの細胞中への導入に引き 継ぐ。 装置と方法:細胞系。 細胞系TELCeB6(7)は、TELacZ系(19)から、トランスフェ クション、及びMoMLV(モロニーマウス白血病ウイルス(Moloney Murine L eukemia Virus))のgag及びpolタンパク質を発現する細胞のクローン選択 により誘導する。TELacZ細胞は、核のβ−ガラクトシダーゼを形質導入す ることができるレトロウイルスベクターMFGnlslacZを発現する。TE LCeB6細胞は、nlsLacZレトロウイルスマーカーベクターを輸送する レトロウイルスキャプシド(エンベロープを欠いているため、非感染性)の産生 を可能にする。細胞A431(ATCC CRL1555)及びTE671(A TCC CRL8805)は、10%ウシ胎児血清(ギブコ社(Gibco-BRL))を 補足したDMEM培地(ギブコ社(Gibco-BRL))中で培養する。細胞CHO、C ERD9(9)、及びCEAR13(9)は、10%ウシ胎児血清及びプロリン( ギブコ社(Gibco-BRL))を補足したDMEM培地(ギブコ社(Gibco-BRL))中で培 養する。NIH−3T3細胞系及びNIH−3T3誘導株は、10%ウシ新生児 血清(ギブコ社(Gibco-BRL))を補足したDMEM培地(ギブコ社 (Gibco-BRL))中で培養する。 キメラエンベロープ。 EGFR(EGF受容体)又はRam−1(MLV−A受容体)のいずれかを 認識するポリペプチドをコードするDNA断片は、制限部位を含有するオリゴヌ クレオチドを使用することによりPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)で作成した。 これらのポリペプチドは、コドン+6にSfiI及びNotl制限部位を作成し たMLVのSUタンパク質(表面タンパク質gp70)のN末端に導入した(3 3)。本明細書で使用した種々のenv遺伝子の概略図は図2に示す。簡単に述 べると、ヒトEGF(3)の53アミノ酸をコードする、PCR増幅から誘導し たDNA断片は、cDNAマトリックス(ATCC59957)及び2つのオリ ゴヌクレオチド:SfiI制限部位を伴うOUEGF: 及びNotI部位を含有するOLEGF: を使用して作成した。SfiI及びNotIによる消化後、これらの断片を、キ メラタンパク質EMOの場合にはMoMLVのSUタンパク質、又はキメラタン パク質EAでは4070AウイルスのSUをコードする遺伝子のいずれかに、ク ローン化した(6)。 AMO構築物(6)では、NotI部位は、4070Aエンベロープ(AS2 08と呼ばれる)中の受容体の認識ドメインの末端に作成し、(2)、そしてヌク レオチド(nt)750(14)は、2つのオリゴヌクレオチド:XhoIの上 流805FC(5’>TCCAATTCCTTCCAAGGGGC)、及びNot I制限部位を含有する、 に帰すべき、XhoI部位(nt594)から高プロリン領域の前のnt750ま でから作成したPCR断片を使用して作成した。キメラエンベロープは、env 遺伝子4070A MLVのXhoI/ClaI部位の間の、env EMO遺 伝子(MoMLVのSU及びTM-P15E膜貫通タンパク質をコードする)か ら単離した、XhoI/NotI PCR断片及びNotI/ClaI断片のク ローン化により構築する。 得られる構築物をBglII/ClaI断片(MoMLVの5408〜7676 位に対応する)の形態で回収し、選択マーカー遺伝子(8)がPGK(ホスホグ リセリン酸キナーゼ)遺伝子のポリアデニル化配列に融合して、MLV−C57 ウイルスのLTR3’の下流に導入されたFBMOSALF発現プラスミド(7 )のBamHI及びClaI部位にクローン化する。 EMO、EA、又はAMOについては、NotIクローニング部位により供給 された3つのアラニンからなるスペーサーペプチドにより、残りのMLVエンベ ロープから新しい認識部位を分離した(15)。3つの他のシリーズの標的化エン ベロープ(エンベロープEMO、EA又はAMOから誘導)では、スペーサーア ミノ酸はEGFR(EGF)の認識ドメイン後、又は後述のようにRam−1( AS208)の認識ドメイン後のいずれかに導入した。 Ram−1を標的とする一連のエンベロープは、Ram−1の認識ドメインと MoMLVエンベロープの間に異なるスペーサーを導入することにより作成した (図3A)。AMOPROについては、SU4070Aに由来する高プロリンの5 9アミノ酸領域(両種指向性)(ヌクレオチド751〜927)(14)を使用し た。これもエンベロープMLV4070Aから単離したより短い高プロリン領域 (nt751〜789)はAMOΔPROに使用した。この領域は、envから 誘導された領域と細胞遺伝子mplの同等領域の間に位置する産物v−mpl( 骨髄増殖性白血病のウイルスに由来する)(18)の13アミノ酸スペーサーに対 応する。 AMO1の場合には、MLV4070Aのエンベロープから誘導された最初の 208アミノ酸をMoMLVのSUのアミノ酸1に融合した。AMO1Fxにつ いては、血液凝固因子Xaの切断部位に対応する4アミノ酸部位(Ile−Gl u−Gly−Arg)(12)をRam−1認識部位の後に挿入して、MoML VのSUの+1コドンに融合した。これらの構築物のために使用 される方策は上述される。簡単に述べると、4070Aのenv遺伝子のXho I部位(nt594)の直ぐ上流に位置するオリゴヌクレオチド(5’−TCCA ATTCCTTCCAAGGGGC−3’)を、NotI部位を有する下記の2 つのオリゴヌクレオチド: の一方又は他方と組合せて使用して、env4070Aマトリックスを使用する PCRにより、それぞれAMOPRO及びAMOΔPROエンベロープの3’断 片を作成した。 これらPCR断片をXhoI及びNotIによる消化に付して、AMO型のエ ンベロープを発現するプラスミドである、XhoI/NotIで開いたFBAM OSALFプラスミドにクローン化した。エンベロープAMOFx、AMO1及 びAMO1Fxを発現するプラスミドは、Xa配列を含む(AMO1Fx、AM OFx)か又は含まない(AMO1)、コドン1又はコドン6にNotI部位を 作り出すために、修飾MoMLVエンベロープを発現する一連のプラスミド(1 3)中にRam−1(認識部位)を含有するFBAMOSALFのNdeI/N otI断片をクローン化することにより作成した。AMOから誘導し、他の型の スペーサーペプチドを含有するエンベロープを構築した。これら全てのスペーサ ーペプチドを図3Aに示す。 MOAPRO及びMOAΔPROエンベロープは、AMOPRO及びAMOΔ PROエンベロープと同様な方法により作成した。EAエンベロープを発現する FBEASALFプラスミドをNdeI/NotIで開いた。このDNAを使用 して2つの断片をクローン化した:FBMOSALFプラスミド(同種指向性M Oエンベロープを発現する)の消化からの、LTR5’及びレトロウイルスリー ダー配列に加えてMoMLVウイルスのenv遺伝子のN末端(6565位)を 含有する5’NdeI/BamHI断片(17)。3’断片は、マトリックスとし てMoMLVのenv遺伝子、オリゴヌクレオチド5’として(5’−ACTG GGGCTTACGTTTGT−3’)BamHIの上流、及びオリゴヌクレオ チド3’として、それぞれMOAPRO及びMOAΔPROエンベロープを構 築するため、 を使用してPCRにより作成した。これらのPCR断片をBamHI及びNot Iで消化し、5’断片で同時連結した。これら2つの構築物のスペーサーペプチ ドの配列は、図3Bに示す。 EMOキメラエンベロープ(6)を発現するFBEMOSALFは、BaaH IIによる消化、クレノー酵素によるフィリング、そしてNdeIによる消化に付 した。LTR5’、リーダー配列、pol遺伝子の末端及びヒトEGFを含有す る生じた1.8Kbの断片を単離して、FBAMOΔPROSALF又はFBAM OPROSALF(それぞれAMOΔPRO及びAMOPROキメラエンベロー プを発現するプラスミド)のいずれかに挿入し、ここで、それぞれエンベロープ EMOΔPRO+及びEMOPRO+を発現するプラスミドが生成するように、 NdeI/EcoRI断片を削除し、EcoRI部位を埋めた。エンベロープE MO1、EMO1FXを発現するプラスミドも作成した。これら2つの構築物の ためのスペーサーペプチドの配列は、図3Cに示す。 EAPRO+及びEAΔPRO+エンベロープを発現するプラスミドは、FB EASALFプラスミドのSfiI/Not断片を、EMOPRO+及びEMO ΔPRO+エンベロープを発現するプラスミドから得られたSfiI/NotI 断片で置換することにより作成した。 最後にこれら種々のエンベロープEMOΔPRO+、EMOPRO+、EAP RO+及びEAΔPRO+について、スペーサーペプチドをN末端部分で短縮し た。このために、DNA断片は、マトリックスとしてEMO遺伝子、オリゴヌク レオチド5’として開始コドンに先行する(5’−ACCATCCTCTAGA CGGACATG−3’)(XbaI部位の上流)、及びオリゴヌクレオチド3’ としてBamHI部位を含有する(5’−TATCAGGATCCCAAATG TAAGCCCTGGATCGCGCAGTTCCCACCACTTCAGGT CTCGGTACTGAC−3’)を使用するPCRにより作成した。このDN AをXbaI/BamHIで消化し、事前にMOAPRO及びMOA ΔPROエンベロープを発現するプラスミドから得られたBamHI/NotI 断片で同時連結することによりXbaI/NotI断片を除去後、EMOPRO +又はEMOΔPRO+エンベロープを発現するプラスミドの一方又は他方にク ローン化した。これにより、それぞれEMOPROβ及びEMOΔPROβエン ベロープを発現することができる2つのプラスミドを得るが(図3C)、ここで、 EGFは、高プロリン領域の前のMoMLVウイルスのエンベロープのBamH I部位の直ぐ上流(nt6357)に融合しており(17)、潜在的bシートはそ のまま残されている。これら最後の2つの構築物から得られるSfiI/Not I断片の一方又は他方を次に、前もってSfiI/NotI断片の除去後、FB EASALFプラスミド中に導入した;これにより、それぞれEAPROβ及び EAΔPROβエンベロープを発現することができる2つのプラスミドが得られ る(図3C)。 別の構築物シリーズ(EMOPRO、EMOΔPRO、EAPRO、EAΔP RO)では、潜在的βシートを除去して、EGFは高プロリン領域のレベルで直 接融合した(図3C)。 ウイルスの産生 エンベロープを発現するプラスミドは、TeLCeB6細胞系にリン酸カルシ ウム沈殿法(16)によりトランスフェクションした。細胞は、フレオマイシン (50mg/ml)による選択に付し、次に耐性クローンをバルクでトリプシン処理 した。これらのコンフルエンス細胞を使用して、FCS(10%)の存在下でD MEM培地中で一晩インキュベーション後、ウイルスの上清を回収した。これら の上清を、ウェスタンブロット、結合試験及び感染試験での分析のための試料を 得る目的で超遠心分離に付す。免疫ブロット。ウイルス産生細胞は、トリトンX 100 1%、SDS 0.05%、デオキシコール酸5mg/ml、NaCl 1 50mM及びPMSF 1mMを含有するトリス−HCl 20mM(pH7.5)の緩 衝液中で4℃で10分間溶解させる。10,000gで10分間遠心分離後、細 胞核の沈殿のため、分析時まで上清を−70℃で凍結する。これらのウイルス試 料は、SW41ベックマン(Beckman)ローター(30,000rpm、4℃で1時間 )中でウイルス上清(10ml)を超遠心分離することにより得る。沈殿物は PBS(リン酸緩衝化生理食塩水)100mlに再懸濁して、−70℃で凍結する 。試料(細胞溶解物30mg又は精製ウイルス10ml)は、SDS 6%、b− メルカプトエタノール30%、グリセロール10%及びブロモフェノールブルー 0.06%を含有する375mMトリス−HCl(pH6.8)の緩衝液と5:1の 比で混合し、次に3分間煮沸し、アクリルアミド10%/SDSゲルで分析する 。ニトロセルロース膜にタンパク質を移行後、免疫学的マーキングをスキムミル ク5%及びトゥイーン0.1%の存在下でTBS(トリス塩基生理食塩水、pH7 .4)中で行う。RLV(ラウシャー白血病ウイルス)のgp70−SU又はR LVのp30に対する、ヤギ抗血清から得られた抗体(クオリティーバイオテク 社(Quality Biotech Inc.)、米国)を、それぞれ1:1,000又は1/10,0 00の希釈で使用した。ブロットは、ヤギ免疫グロブリンに対するウサギ由来の 結合抗体(ダコ(DAKO)、英国)を使用して、電気化学発光キット(アマーシャム ライフサイエンス(Amersham Life Science))を用いて展開させた。 結合試験。 標的細胞をPBSで洗浄して、PBS中のバーゼン液(Versene)0.02% による37℃で10分間のインキュベーションにより分離した。これらの細胞を PBA(2%FCS及びアジ化ナトリウム0.1%を含有するPBS)で洗浄す る。次に106個の細胞をウイルスの存在下で、EMOエンベロープシリーズで は4℃で30分間、又はAMOエンベロープシリーズでは37℃で45分間イン キュベートする。PBAで洗浄後、細胞を83A25モノクローナル抗体(Evan sら,1990)の存在下で4℃で30分間インキュベートする。PBAで2回洗浄 後、細胞をFITCと結合した結合抗ラット抗体(ダコ(Dako);英国)の存在下 で4℃で30分間インキュベートする。PBA中で2回の最終洗浄の5分前に、 細胞をヨウ化プロピジウム(20mg/ml)でカウンター染色した。生存細胞の蛍 光をFACS(FACSカリバー(FACScalibur)、ベクトンディッキンソン(Beck ton Dickinson)で分析する。 感染試験。 標的細胞を24ウェル培養プレートに3.104細胞/ウェルの密度で接種す る。ポリブレンを4mg/mlで含有するウイルス上清の種々の希釈液を細胞に 37℃で3〜5時間加える。次に上清を新鮮培地で置換して、細胞を37℃で2 4〜48時間インキュベートする。次にX−gal染色を以前に報告されたよう に行う(4)。ウイルス価は、コロニー数/ml(lacZ i.u./ml)で以前に報 告されたように概算する(5)。 EGFRをブロックするために、標的細胞を、ヒト組換えEGF(236−E G、R&Dシステムズ、英国)10-6Mを含有する培地中で37℃で30分間イ ンキュベートする。次に細胞を洗浄し、以前に報告されたように感染を行う。エ ンドソームの酸性化をブロックするために、リン酸クロロキン(シグマ(Sigma)、 英国)100mMを培地に加える。感染の6時間後、細胞を洗浄して通常の培地中 でインキュベートする。 結果と考察。 変異体エンベロープの構築。 レトロウイルス受容体Ram−1(11)、(22)、又はEGF受容体のいずれ かを認識することができる2つのシリーズの修飾エンベロープを作成した。Ra m−1を標的とする第1のエンベロープのAMOは、MoMLVのエンベロープ のN末端(コドン7との融合による)に、Ram−1を認識(AS208、図3 A)し、MLV−AのSUの最初の208アミノ酸に対応するポリペプチド(1 )を挿入することにより構築した。EGFをコードする配列を、MoMLVのS Uの+6位のMLVのenv遺伝子に挿入した(図2)。既に、この挿入部位が、 ビリオンの表面上で一本鎖抗体断片の発現を可能にすることは証明されている( 15)。キメラエンベロープEMOの場合には(図2)、ヒトEGFをMoMLV のエンベロープに同じ位置で挿入し、一方エンベロープEAでは、挿入はMLV の両種指向性エンベロープに+5位で行った。 AMO、EMO及びEAエンベロープについて、新規な結合ドメインを3つの アラニンに対応するスペーサーペプチドにより、レトロウイルス受容体の認識ド メインから分離した。次にRam−1を標的とするか、又はEGFRを標的とす る、2つの型の親エンベロープについては、異なるサイズと構造のスペーサーの 挿入により種々の構築物を作成した。これら異なるスペーサーのタンパク質配列 は、Ram−1を標的とするエンベロープの場合は図3Aに、そしてEGFRを 標的とするエンベロープでは図3Cに示す 同種指向性(MO)及び両種指向性(A)対照エンベロープを含む種々のエン ベロープを発現するプラスミドを、gag及びpol遺伝子、更にはレトロウイ ルスベクターnlsLacZ(7)によりコードされるタンパク質を発現する細 胞系TELCeB6中にトランスフェクションした。 ビリオン中のエンベロープの発現及び組込み。 対応する細胞のタンパク質分解物を、ほとんどのAMOシリーズのエンベロ ープ(他のキメラエンベロープについては示していない)ではMLVのSUに対 する抗体(図5)により、エンベロープの発現について分析した。全てのキメラ エンベロープについて、エンベロープの前駆体及び成熟形態SUは、予想した大 きさで、及び野生型エンベロープと同様なレベルで検出することができたが、こ のことは、これらキメラエンベロープが正常に産生され、かつ成熟したことを示 唆している。 細胞表面上での発現は、SUに対する抗体を使用するか、又は抗EGFモノク ローナル抗体を使用して、FACS中での産生細胞の分析により測定した。種々 のエンベロープによりトランスフェクションされた細胞は、抗SU抗体によりマ ークすることができる(示していない)。EGFエンベロープ融合エンベロープを 発現する細胞のみ、抗EGFモノクローナル抗体によりマークすることができる (図4)。このことは、細胞表面上でのキメラエンベロープの発現及びキメラ糖タ ンパク質上でのEGFの正しい折り畳みを証明する。 レトロウイルス粒子へのキメラエンベロープの組込みを証明するために、種々 のエンベロープでトランスフェクションしたTELCeB6細胞系の上清を超遠 心分離に付して、ウイルス粒子の沈殿物を回収した。これらの沈殿物は、gag 遺伝子の産物(CAp30)及びエンベロープタンパク質の発現に関して免疫ブ ロットにより分析した(AMOシリーズのほとんどのエンベロープについては図 5、他のキメラエンベロープについては示していない)。種々のキメラエンベロ ープの間でウイルス組み込みの効率を比較する目的で、同一量のウイルス粒子( 抗CAp30抗体によりgagタンパク質をマークすることにより測定)をゲル に沈殿させた。 SUタンパク質は、全ての変異体で、予想された大きさであるが、野生型エン ベロープで観察されたよりもわずかに少ない割合で検出することができた。AM OG2X及びAMOG3Xエンベロープの場合だけは、組込みの効率は、野生型 エンベロープに比較してかなり低い。予想されるように、種々のエンベロープに よりトランスフェクションしたTELacZ上清からの沈殿物(gag及びpo lタンパク質を発現しない)ではエンベロープの発現は観察されなかった。これ らの結果は、キメラSUタンパク質がレトロウイルス粒子と結合していることを 示す。 受容体へのエンベロープの結合 受容体Ram−1及び/又はEGFの受容体を発現するヒト細胞を本試験に使 用した。これらの細胞をウイルス調製物の存在下でインキュベートし、SUに対 する抗体によりFACSで分析することにより、標的受容体へのウイルスエンベ ロープの結合を測定する(図6B)。予想されるように、種々のヒト細胞上でMO 同種指向性エンベロープを発現するウイルスの場合には結合は観察されない(示 していない)が、一方Ram−1を標的とするキメラエンベロープを有するウイ ルスは、未修飾両種指向性エンベロープを発現するウイルスで観察されるのと同 様な効率でTE671細胞に結合することができる。AMOから誘導したRam −1を標的とする全てのエンベロープは、同様な効率でTE671細胞に結合す ることができる。この結合は、AS208断片(Ram−1の精製認識ドメイン )による競合後に阻害することができる(2)が、このことは、この認識が特異 的であることを示唆している(結果は提供していない)。 EGFRを標的とするエンベロープ(EMOシリーズ)は更にA431細胞に EGFRエクスプレッサー上で結合することができる(図6A)。EGF(EGF Rのエンドサイトーシスを誘導する)の存在下でのA431細胞のプレインキュ ベーションがこの結合を阻害する(示していない)ため、この結合は特異的であ ると考えられる。 感染におけるRam−1とRec−1の協力。 種々の標的化エンベロープにより偽型化されたレトロウイルスベクターの形質 導入は、異なる型の受容体を発現する細胞上で測定した:EGF及びRam−1 受 容体を発現するヒト細胞TE671;マウスEGF、Rec−1及びRam−1 受容体を発現する3T3細胞;Rec−1及びRam−1を発現するCEAR1 3細胞;Rec−1のみを発現するCERD9細胞。力価測定は、以前に報告さ れたように行った(6)。予想されるように、MO同種指向性エンベロープにより 偽型化されたウイルスはTE671細胞に感染することができなかったが、マウ ス細胞3T3、CEAR13及びCerd9の感染は可能であった(107lac Z i.u./mlのオーダーの力価で)。逆に、両種指向性Aエンベロープを有するウ イルスは、マウス細胞3T3、CEAR13及びTE671に感染することがで きる(107lacZ i.u./mlのオーダーの力価で)。 キメラAMOエンベロープを有するウイルスは、4.103lacZ i.u./ml の力価でTE671細胞に感染することができる(表1)。比較において、受容体 への結合の同様な効率にも関わらず(図6B)、野生型エンベロープで得られた力 価は10,000倍高い。驚くべきことに、AMOPROエンベロープを発現す るウイルスは、結合の良好な効率にも関わらず、ヒト細胞TE671に感染する ことができないことが判った。AMOエンベロープで得られた力価と比較すると (表1)、AMOシリーズのエンベロープに挿入された他の型のスペーサーは、3 0倍(AMODPRO)〜100倍以上(AMO1Fx)の力価の上昇をもたら し、これにより、4.105lacZ i.u./mlの力価に達することも可能にする 。これらの感染は、標的となった受容体Ram−1を介して起こることが示され た。これは、MLV−Aウイルスで慢性的に感染させた標的細胞における干渉試 験により証明した。これらの細胞は、Ram−1を標的とするエンベロープを有 するウイルスによる感染に特異的に無反応性になる(結果は示していない)。Ra m−1に結合するための部位が種々のスペーサーによりMoMLVのSUから分 離したキメラエンベロープを有するウイルスは、3T3細胞に非常に感染性であ ることが判明した。AMOエンベロープで得られた力価と比較して、ウイルス価 の200倍(AMOPRO)〜1,000倍以上(AMO1Fx)の増加を測定 した(表1)。 3T3の感染は、Rec−1又はRam−1を介して起こる(表1)。これは、 MLV−A(Ram−1をブロックする)又はMoMLV(Rec−1をブロッ クする)のいずれかにより慢性的に感染させた3T3細胞で行った干渉試験によ り証明することができる。AMOエンベロープを発現するウイルスは、Rec− 1とRam−1受容体の一方若しくは他方、又は両方が標的細胞上で利用可能で あるかどうかに依存して、無差別に3T3に感染することができると考えられる 。これらAMOウイルスと比較して、Ram−1を標的とすることができる他の エンベロープを含有するウイルス粒子は、2つの受容体のうち1つしか利用可能 でないときに3T3に感染することはほとんどできない。例えば、AMOFxエ ンベロープを含有する100粒子(無傷の3T3で測定した力価による)を使用 して干渉する3T3に感染させるとき、4つのウイルスは、Rec−1が利用可 能でさえあれば細胞に感染することができ、そして2つのウイルスは、Ram− 1が利用可能でさえあれば細胞に感染することができる。このことは、両方の受 容体が利用可能であるときと比較して一方しか利用可能でないとき、感染性がか なり消失することを示す(94%以上のウイルスが感染性でない)。このことは また、2つの受容体Ram−1及びRec−1が協力して3T3に感染すること を示唆している。この協力の現象は、AMOPROエンベロープを有するウイル スの場合には更に顕著であると思われる。これら最後に言及したウイルスは、R ec−1のみが利用可能であるとき3T3に感染するのは困難であり、Ram− 1のみが利用可能であるときにはまったく感染することができない。しかし、R ec−1とRam−1の両方が利用可能であるとき、感染は可能であり、6×1 04lacZ i.u./mlのオーダーの力価を得ることができる(表1)。 この協力作用をよりよく解析するために、Rec−1のみ(Cerd9細胞)、 若しくはRec−1とRam−1(Cear13細胞)のいずれかを発現するよ うに改変した、CHO細胞(天然にはRam−1及びRec−1受容体を欠いて いる)、又はRam−1のみを発現するTE671細胞を標的として使用して感 染試験を行った。更に、AMOエンベロープから誘導された他のエンベロープを 作成した。これらのエンベロープは、Ram−1を標的とする部位の後に他の型 のスペーサーペプチド(図3Aを参照のこと)、特にフレキシブルスペーサーを有 する。典型的実験の結果は表2に示す。各エンベロープについて、協力性指数を 、1つの受容体だけを発現する細胞型で得られた力価の、両方の型の受容体を 発現する細胞型で得られた力価に対する比として計算した。したがって1という 指数は、受容体が1つだけか両方であるかに関わらず、力価が同じであることを 示す。これは、明らかに同種指向性又は両種指向性の野生型エンベロープによる 場合である。1未満の指数は、単一受容体が発現されるとき、両方が発現される ときに比べて力価がさほど良好でなく、そして感染を促進するのに両方の受容体 が必要であることを示す。この指数が低いほど、2つの受容体の必要性が高まる 。表1に示唆されるように、元々のAMOエンベロープを含むビリオンの感染性 は、単一型の受容体があるか、又は両方の型があるかに影響されない(表2)。実 際、この指数が1を超えることもあり、これは、おそらく2つの結合ドメインが 相互に妨げるため、2つの受容体の同時存在が感染プロセスを阻害することを示 唆している。AMO1Fxエンベロープを含むウイルスでは、AMOビリオンと 比較して、Ram−1のみを発現するTE671細胞で感染性が少なくとも10 0倍良好であるとしても情況は異なっている。Ram−1を介する感染性の増大 は、2つの結合ドメインを分離するスペーサーペプチドのサイズの増大により説 明することができる:AS208部位は、糖タンパク質の残りに関して立体障害 を少なくすることが可能であり、そしてこれらのエンベロープは更に容易に遺伝 子融合プロセスを誘導することができる。更には、Rec−1のみを発現するC erd9細胞は、AMO1Fxビリオンにより比較的容易に感染する。しかし、 表1の結果により、2つの受容体の一方のみ又は他方のみが存在するときに比較 して、両方の分子Ram−1及びRec−1が同時発現するときには10倍感染 が促進される(約0.1の指数)。「フレキシブル」スペーサーを含むエンベロー プ(AMOG1Fx、AMOG2、AMOG2Fx及びAMOG3)は、単独で 発現されるRec−1を介する感染に関してはAMO1Fxエンベロープと同様 の挙動を示すと考えられる。しかし、単独で発現されるRam−1による感染性 (RamID)は、スペーサーの長さの関数として低下する傾向にある。これは おそらく、AS208ドメインと融合ドメインの間の距離の増大による、Ram −1での結合後の遺伝子融合シグナルの伝達の低下を反映する。そのうえこれら のエンベロープでは、2つの受容体が同一細胞の表面上で同時発現されると感染 には好都合である。 AMO1Fxエンベロープについては、対称ではないが(RamIDは同様、 しかしRecIDは非常に異なる)、AMOΔPROエンベロープを含有するビ リオンは、Ram−1が単独で発現されるとき細胞に効率よく感染することがで きる。そのうえこのエンベロープについては、Rec−1も細胞表面上に存在す るとき感染性は約10倍上昇する。この差は、単にAMOΔPROビリオンが感 染にRec−1を優先的に利用するという事実によるものではない。実際、Re c−1単独が利用可能である細胞の感染は、Ram−1とRec−1が同時発現 するときに比べて、極めてわずかである(表1)か又は検出不可能(表2)でさ えある。RecID指数は、10-5未満である(表2)。このことはまた、2つの 受容体が協同して感染できることを証明する。これらの結果はまた、同種指向性 受容体Rec−1への結合のドメインは、AMOΔPROエンベロープがウイル ス粒子で発現するとき接近できず、これらのビリオンが事前にRam−1と相互 作用する場合にのみ接近しやすくなることを示唆している。また、Ram−1と の結合により、感染プロセスの促進のため、Rec−1への結合のドメインが非 マスキングされ利用されることをも示唆することができる。このマスキング/非 マスキングは、アロステリック型の機構により起こる可能性があり、このため、 Ram−1/AS208相互作用により誘導され、スペーサーペプチドに関係す る、キメラ糖タンパク質のコンホメーションの変化を引き起こす。この機構は、 スペーサーペプチドのアミノ酸組成に強く依存するようである。同等なサイズで 、AMOΔPROビリオンを、フレキシブルスペーサ−AMO1Fx、AMOG 1Fx及びAMOG2を含むエンベロープを含有するビリオンと比較すると、R ecIDに少なくとも1000倍の差がある。ΔPROペプチドは、おそらくII 型ポリプロリンらせんに配置された5つのプロリンを含有するが、一方AMOG 1Fx及びAMOG2エンベロープは本質的にグリシンを含有する。 AMOΔPROビリオンと同様に、AMOPROエンベロープを含有するビリ オンは、細胞に感染するための2つの型の受容体の同時存在を必要とする。しか し2つの受容体を同時発現する細胞型の感染価は、これらのエンベロープの組込 みの少なさがこの結果の原因であるという仮説を排除することはできないが、A MOΔPROビリオンで観察される感染価よりも低い。AMOΔPROよりも 更に際だって、AMOPROウイルスは、2つの受容体のいずれか1つが単独で 発現されるとき細胞に感染することができない(表2)。2つの指数RamID及 びRecIDは、実際に10-5未満である。これらの結果は、 1)単独で発現されるとき、Ram−1とのAMOPROビリオンの相互作用 は、遺伝子融合を可能にする糖タンパク質のコンホメーションの変化を引き起こ すのに充分ではない。更に、PROスペーサーペプチドは、堅すぎるか、又は長 すぎてこのような変化に適さないこともあり、 2)Rec−1との結合のドメインは、AMOPROビリオンがRam−1と 相互作用しない限り、Rec−1と相互作用のため、及び侵入プロセスに引き継 ぐために接近しにくい、 ことを示唆する。 標的化部位の下流に位置する結合ドメインのマスキングが、PROスペーサー ペプチドに結合したAS208ペプチドの独自の性質であるかどうかを更に識別 することを目的として、逆向きの構築を行った。MOAPROエンベロープは、 同種指向性エンベロープの結合ドメイン、次にこの同じエンベロープの高プロリ ン領域を含有し、全体が両種指向性エンベロープのN末端に融合している(図2) 。表2に示される結果は、AMOPROエンベロープを含有するビリオンと同様 に、MOAPROビリオンは、受容体Rec−1又はRam−1のいずれか一方 のみを発現する細胞に感染するのは困難を伴うか、又は全然感染できないことを 示す。MOAPROエンベロープ中のRam−1ドメインでは、AMOPROエ ンベロープ中におけるRec−1ドメイン(RecID 5.6×10-4未満) よりも更に接近しにくい(RamID 7×10-5未満)とさえ考えられる。M OAPROエンベロープは、2つの型の受容体を発現する細胞には105lac Z i.u./mlのオーダーの力価で効率的に感染できるが、このことは、このエン ベロープではそのうえ、2つの受容体の存在が相乗的に感染プロセスを行うこと を示唆する。 これらの結果をまとめると、標的化ドメインと残りのレトロウイルスエンベロ ープの間に挿入されたスペーサーペプチドが、該ペプチドの下流に位置するドメ インの接近しやすさ及び融合の活性化を制御することを示唆している。この制 御は、ペプチド自体に依存し、その長さ及びその生化学的組成によって影響を受 ける。公式化される仮説は、PROスペーサーペプチドが、最終的に、未修飾糖 タンパク質中の受容体に対する結合ドメインと融合ドメインの間に位置する、問 題の高プロリン領域と同じ役割を果たすということである。この役割は、ドメイ ン下流(野生型エンベロープの融合ドメイン又はキメラエンベロープの結合ドメ イン)のマスキングであり、続いてその受容体とのドメイン上流の相互作用のた めの非マスキングである。野生型エンベロープの場合には、この非マスキングに より、融合が活性化するが、一方キメラエンベロープの場合には、非マスキング によりウイルス受容体に結合ドメインが接近しやすくなる。受容体が細胞表面で 発現するならば、相互作用が起こりえ、これが次に融合ドメインの活性化を引き 起こすが、これによって、なぜ2つの受容体の同時存在が感染を相乗的に起こす のかを説明できる。 これらの結果により、そのために標的化エンベロープを種々のドメインで構築 し、その機能が、高プロリン配列を含有する特異的なスペーサーペプチドにより 活性化及び調整される、2段階標的化方策を提案することができる。N末端から C末端まで、標的組織又は標的細胞に特異的に発現する細胞表面分子を認識する ことができる「標的化」ドメイン(例えば、一本鎖抗体又は表面受容体に対する リガンド)を含む、これらのキメラエンベロープ糖タンパク質は、以下のように 理解することができる:補助領域(これは、活性化されると次にウイルスの侵入 を促進することができる)をマスクできるスペーサーペプチド。このような補助 ドメインは、レトロウイルスエンベロープ全体、即ち、遍在するレトロウイルス 受容体との相互作用によりウイルス感染に介在し、これを引き継ぐことのできる 構造であることができ、したがってこれは標的表面分子と同時発現する見込みが 非常に強い。理想的には、補助ドメインは、ウイルス粒子が標的表面分子と特異 的に相互作用するまでマスクされている必要がある。例えば、AMOPRO及び AMOΔPROエンベロープの場合に、標的表面分子は、Ram−1であるが、 一方補助ドメインは、同種指向性エンベロープである。 感染におけるEGFRとRec−1の協力。 PRO及びΔPROスペーサーペプチドが、別の型の標的化エンベロープの場 合のマスキング/非マスキング機構に介在できるかどうかを証明するために、E GF受容体により別の2段階標的化モデルを検討した。Ram−1の標的化で得 られた結果により、マスキング/非マスキングスペーサーペプチドのC末端を提 案することができた。しかし、そのN末端は正確には定義できなかった。このた め、まず第1に、EMOPRO+及びEMOΔPRO+エンベロープを構築した (図3B)(ここで、PRO及びΔPROスペーサーペプチドは更に、N末端に 、両種指向性エンベロープから誘導し、高プロリン領域の直ぐ上流に位置する、 41アミノ酸を含有する)。EMOPRO+及びEMOΔPRO+エンベロープ では、標的化ドメインは、EGFであるが、補助ドメインは、同種指向性エンベ ロープである。これら2つのエンベロープを、スペーサーペプチドを含有しない EMOエンベロープと比較した(図2及び2B)。 感染試験は、Rec−1単独を発現する細胞(Cerd9細胞)又はRec− 1とEGFRを同時発現する細胞(3T3細胞)で行った。典型的な実験の結果 は、表3に示す。AMOエンベロープで得られた結果から予想されるように、E MOエンベロープを含有するウイルスは、Cerd9及び3T3細胞に効率的に 感染することができるが、このことは、これらのエンベロープのRec−1に対 する結合ドメインがマスクされていないことを示す。EMOウイルスと比較して 、EMOPRO+及びEMOΔPRO+エンベロープを含有するウイルス粒子が 、Cerd9細胞に感染するのは困難である(EMOウイルスよりも1,000 〜10,000倍の間で感染が少ない)。しかし、Rec−1及びEGFRが同 時発現すると、これがEMOビリオンの力価に影響しない場合でさえ、EMOP RO+及びEMOΔPROエンベロープを含有するウイルス粒子は、Rec−1 が単独で発現されるときに比較して、それぞれ20及び60倍感染性が高くなる 。 AMOPRO及びAMOΔPROエンベロープで得られた結果に関連して、マ スキングは明らかにあまり奏功せず、このためCerd9細胞への無視できない 感染性をもたらす。これはおそらく、PRO+及びΔPRO+スペーサーペプチ ドが、その機能について最適化されていないという事実が原因であるが、またお そらくCerd9細胞がEMOPRO+及びEMOΔPRO+エンベロープの活 性化に寄与するEGF受容体を少数だけ発現するという事実にも原因がある。 表 1 干渉試験においてRam-1を標的とするエンベロープを含む ウイルスで得られた力価(lacZ i.u./ml) a:3T3で得られた力価に対して100の値を示す計算パーセント。 b:MLV-A(3T3-MLV-A)又はMoMLV(3T3-MoMLV)で慢性的に 感染された3T3での感染。 c:問題の細胞の表面で利用可能な受容体。 表 2 Ram-1を標的とするエンベロープを含有する ウイルスで得られた力価(lacZ i.u./ml) 表 3 EGFRを標的とするエンベロープを含有する ウイルスで得られた力価(lacZ i.u./ml) 実施例2 Rec−1とRam−1受容体の間の協力、及び受容体のこの協力を調節する ことができるペプチドを解析することを目的として、新しいシリーズのAMO型 キメラエンベロープ糖タンパク質(前実施例を参照のこと)を構築した: − AMOPRO及びAMODPROエンベロープにより得られる感染が、R ec−1との相互作用により第2段階に進むかどうかを証明するために、Rec −1との結合ドメインを、AMOPRO及びAMODPROエンベロープ内、及 び感染のために受容体の協力を必要としないAMOG1X対照エンベロープ内の 点突然変異(D84K突然変異)(MacKrellら,J.Virology,70:1768-1774(199 6))により不活化した(Valsesia-Wittmannら,The EMBO Journal 16:1214-1223( 1997))。 − 協力ペプチドについてII型ポリプロリンらせん構造の役割を証明するため に、エンベロープAMOEL3とAMOEL5を構築した。これらのエンベロー プは、文献に解析されているように、II型ポリプロリンらせんのそれぞれ3つ及 び5つの折り返しを有する(Urry,Journal of Protein Chemistry 7:1-34(1988) )。 これらのキメラエンベロープによりレトロウイルスを作成し、Rec−1単独 、若しくはRam−1単独、又はRam−1とRec−1の2つの分子を発現す る細胞を感染させてレトロウイルスを解析した。 材料と方法。 オリゴヌクレオチドelast3U: を一緒にハイブリダイズした。得られるビカテナリーDNA断片を、EaeI制 限酵素で消化し、NotIで前もって開いておいたFBAMOSALF発現プラ スミドにクローン化した。ペプチドEL3(このペプチド配列は表4に示す)を 含有するプラスミドFBAMOEL3SALF(図30の遺伝子envAMOE L3の配列を参照のこと)が生じた(図31のヌクレオチド配列を参照のこと)。 オリゴヌクレオチドUpEl5: を一緒にハイブリダイズした。得られるビカテナリーDNA断片を、EcoNI 制限酵素で消化し、EcoNIで前もって開いておいたFBAMOEL3SAL F発現プラスミドにクローン化した。ペプチドEL5(このペプチド配列は表4 に示す)を含有するプラスミドFBAMOEL5SALF(図32の遺伝子en vAMOEL5の配列を参照のこと)が生じた(図33のヌクレオチド配列を参 照のこと)。 オリゴヌクレオチドDELASTIN3−V Upper: を一緒にハイブリダイズした。得られるビカテナリーDNA断片を、EaeI制 限酵素で消化し、NotIで前もって開いておいたFBAMOSALF発現プラ スミドにクローン化した。EL3-Vペプチド(このペプチド配列は表4に示す )を含有するプラスミドFBAMOEL3−VSALF(図34の遺伝子AMO EL3−Vの配列を参照のこと)が生じた(図35のヌクレオチド配列を参照の こと)。 オリゴヌクレオチドDELASTIN3−I Upper: を一緒にハイブリダイズした。得られるビカテナリーDNA断片を、EaeI制 限酵素で消化し、NotIで前もって開いておいたFBAMOSALF発現プラ スミドにクローン化した。これにより、ペプチドEL3-I(このペプチド配列 は表4に示す)を含有するプラスミドFBAMOEL3−ISALFが生じた。 オリゴヌクレオチドUpXhoD84K: を合成した。オリゴヌクレオチド805FCとLMOADeltaPRO3(前 記配列を参照のこと)から出発して、FBAMOSALFマトリックスから出発 する2つのDNA断片のPCR増幅のために、8O5FC/LoXhoD84K 又はUpXhoD84K/LMOADeltaPRO3の対を独立に使用した。 これら2つのDNAを酵素NotI/XhoI及びXhoI/BamHIでそれ ぞれ消化し、前もってNotIとBamHIで開いておいた3つのプラスミドF BAMOSALF、FBAMODeltaPROSALF、及びFBAMOPr oSALFのいずれかに同時に連結した。得られるプラスミドは、それぞれエン ベロープAMOD84K、AMODeltaProD84K、及びAMOPro D84Kを発現する。 プラスミドFBAMOG1X(Valsesia-Wittmannら,The EMBO Journal 16:1 214-1223(1997))から、制限酵素NdeI/XhoI及びXhoI/BstEII で消化して、それぞれ2005塩基対と241塩基対の2つのDNA断片を単離 した。これらの2つの挿入体を、前もって酵素NdeIとBstEIIで消化した プラスミドFBAMO84KSALFにクローン化して、AMOG1XD84K エンベロープを発現することができるプラスミドを得た。 結果と考察。 キメラエンベロープの発現とウイルスの組込み。エンベロープAMO、AMO DeltaPRO、AMOPRO、AMOEL3、AMOEL5、AMOEL3 −V、AMOEL3−I、AMO1FX、AMOG1X、AMOD84K、AM ODeltaPROD84K、AMOPROD84K、AMOG1XD84K、 AMODeltaPRO2(Valsesia-Wittmannら,The EMBO Journal 16:1214-12 23(1997))、及びAMODeltaPRO4(Valsesia-Wittmannら,The EMBO J ournal 16:1214-1223(1997))の発現プラスミドを、トランスフェクションによ りTELCeB6系の細胞(Cossetら,Journal of Virology 69:6314-6322 (1995a))中に導入した。フレオマイシンによる選択後、フレオマイシン耐性コ ロニーを各DNAについて合わせて、ビリオンを作成し、最初に報告された方法 により分析した(Cossetら,Journal of Virology 69:7430-7436(1995a))。 これらの種々のキメラエンベロープを細胞中で通常に発現させそして成熟させ 、更にウイルス粒子に効率的に組込む(結果は示していない)。結合試験を行って 、これらのレトロウイルスが、標的表面分子Ram−1によりヒト細胞に特異的 に結合できることを証明した(結果は示していない)。 Rec−1のみ(Cerd9)、若しくはRam−1のみ(CHO−Ram−1) 、又はRam−1とRec−1の2つの分子(Cear13)のいずれかを発現 する細胞を感染させるために、これらの種々のウイルスを使用した。これらのウ イルスの力価の結果は、表4に示す。 これらの結果は、以下のように要約される: − AMOエンベロープでは、文献に記載の、合成(AMOEL3)又は天然 のポリプロリンらせんの3つのベータ折り返しによるスペーサーペプチドの置換 (AMOEL3−V、ウシエラスチンから)は、同種指向性エンベロープの機能 をマスクする能力及びRam−1とRec−1受容体の協力を調節する能力に関 して、協力するスペーサーペプチドDeltaPRO2、DeltaPRO、D eltaPRO4、又はPROを含有する「AMO」エンベロープを有するウイ ルスと類似の表現型を付与する。エラスチンから誘導されたペプチド(AMOE L3−V及びAMOEL3)はII型ポリプロリンらせんとして配置されるため、 得られた結果に基づき、DeltaPROとProペプチドによるRam−1と Rec−1受容体の協力の調節は、おそらくII型ポリプロリンらせんとして推定 される二次構造が原因であると示唆される。更に、エラスチンから誘導されるス ペーサーペプチド(AMOEL3−V)に導入され、II型ポリプロリンらせんへ のペプチドの折り畳みを破壊する目的を有する突然変異(AMOEL3−I、各 ベータ折り返しのプロリンをイソロイシンで置換して得られる突然変異)により 、受容体の協力が解除される。 − 同種指向性受容体への結合能力の破壊(D84K突然変異)は、協力する スペーサーペプチド、特にPRO(AMOPRO対AMOPROD84Kの結果 を参照のこと)を含有するエンベロープの受容体協力を停止させるが、フレキシ ブルスペーサーペプチドG1Xを有する対照エンベロープの機能には影響を与え ない(AMOG1X対AMOG1XD84Kの結果を参照のこと)。ここから我々 は、同種指向性受容体への結合が、Ram−1受容体への定着後の、第2段階の 感染に必要であると結論する。 この結果は、キメラエンベロープAMOProで作成したレトロウイルスの場 合には、同種指向性受容体への結合ドメインがマスクされていることを示すこと に注意されたい(Valsesia-Wittmannら,The EMBO Journal 16:1214-1223(1997)) 。したがって、これらの結果をまとめると、2段階相互作用モデルに一致し、こ こで: − 「ナイーブ」立体配置(即ち、細胞と相互作用することが許されないとき )では、「AMOPRO」レトロウイルスは、標的の「一次」受容体(Ram− 1分子)とおそらく相互作用することができるが、補助受容体(Rec−1分子 )とは直接相互作用することができない。このマスキングは、Proスペーサー ペプチドの第1の性質に起因するものと思われる。 − このウイルスがRam−1と相互作用することが許されるとき、Proス ペーサーペプチドのレベルでコンホメーションの局所的変化が起き、このためR ec−1への結合ドメインが接近しやすくなる。コンホメーションのこの変化は 、Proスペーサーペプチドの第2の性質に起因する。 − Ram−1を有し、その上にウイルスが結合している同じ細胞の表面にR ec−1受容体が存在するなら、第2の段階でこの受容体は、ウイルスの侵入分 子として作用するであろう。 表 4 力価測定の結果エンベロープ。「PHQV」は、MoMLVのエンベロープのアミノ酸7〜10 を表し、そして「NVG」は、Ram−1への結合ドメインの最後の3アミノ酸 を表す。 b.記載した細胞について得られた相対的力価:Cear13、受容体Ram− 1とRec−1を発現する;CHO−Ram−1、Ram−1のみを発現する; Cerd9、Rec−1のみを発現する。 実施例3 リガンドのN末端挿入により生成するキメラエンベロープ糖タンパク質の構築 を用いて遺伝子導入を標的とする方策を開発しようとすると、特に、これらの標 的化エンベロープの融合を活性化するための、ウイルスと標的表面分子との間の 相互作用の能力の低さ又は能力の欠如という困難に突き当たる(CossetとRussell ,Gene Therapy 3:946-956(1996))。2つの表面分子(1つは、標的受容体又は 細胞表面付着分子であり、他の1つは、融合専門の(レトロ)ウイルス受容体又 は補助表面分子である)を協力させる可能性(Valsesia-Wittmannら,The EMBO Journal 16:1214-1223(1997))は、この問題(キメラエンベロープの遺伝子融合 の能力の低さ、及びより一般的にはレトロウイルスを標的化する効率の低さ)を 克服する手段を考えることを可能にする。受容体の協力を3つの標的化モ デルで試験したが、この場合以下の3つの細胞表面分子が標的化レトロウイルス の付着部位として機能する:(i)EGF(上皮増殖因子)の受容体、及び(ii )ヒトCMHのクラスI分子。これらの2つの表面分子の結合ドメインは、増殖 因子(EGFR)、又は一本鎖抗体(CMH−I)のいずれかである。これらのリ ガンドは、両種指向性MLVエンベロープ(4070A)のN末端での融合によ り挿入し、両種指向性MLVウイルスのSUサブユニットが運ぶ高プロリン領域 からの種々のペプチドは、リガンドと4070Aエンベロープの間に挿入した( 表5を参照のこと)。 材料と方法 スペーサーペプチドDeltaPro2、DeltaPro3、DeltaP ro4、及びProをコードするDNA断片(表5を参照のこと)は、DNAマ トリックスとして遺伝子env4070A、5'でオリゴヌクレオチドPRO− 5−NE(5'-ATC GAG GTC ACC GCG GCC GCG GGA CCC CGA GTC CCC ATA GGG CCC )(これは、4つのPCR断片について同じである)及びオリゴヌクレオチド3 ’として配列AMODPRO(−H+P−A): を使用してPCRにより作成した。 対応するDNA断片を、酵素EagIで消化し、前もってNotI制限部位で 開いておいたプラスミドFBEASALF(キメラエンベロープ糖タンパク質E Aを発現する)(Cossetら,Journal of Virology 69:6314-6322(1995a))に別 々に挿入した。得られたプラスミドは、エンベロープEADeltaPro2、 EADeltaPro3、EADeltaPro4、及びEAProを発現する 。 プロモーターFB29、並びにMoMLVウイルス(Marinら,Journal of Vi rology 70:2957-2962(1996))のエンベロープ糖タンパク質のシグナルペプチド とともに提供されるscFv抗MHC−Iを含有するNdeI/NotI断片を 、前もってNdeI/NotI断片を除去したFBEASALFプラスミドに クローン化した。これにより、N末端でscFvが融合した4070キメラエン ベロープを発現することができるプラスミドFB34ASALFが得られる。次 にこのプラスミドを、前もってEagI酵素で消化したスペーサーペプチドDe ltaPro2、DeltaPro3、DeltaPro4、及びPro(表5 を参照のこと)を挿入するために、NotIで開いた。これにより、エンベロー プ34DeltaPro2、34DeltaPro3、34DeltaPro4 、及び34Proのための一連の発現ベクターが得られる。 結果と考察。 これらの種々のDNAを、TELCeB6系の細胞にトランスフェクションに より導入し、常法によりレトロウイルスを作成した(実施例1と2を参照のこと) 。これらのレトロウイルスは、キメラエンベロープ糖タンパク質を正しく発現す ること、そして後者は、特異的細胞標的上のウイルス粒子の結合の効率的な向け 直しを可能にすることが示された(結果は示していない)。 種々の群のキメラエンベロープで産生したウイルスは、両種指向性受容体のみ を発現し標的表面分子を発現しない細胞を感染させるために使用した。これらの ウイルスの力価測定の結果を表5に示す。 これらの結果は、高プロリン領域からの断片を用いて両種指向性エンベロープ の機能をマスクできることを示す。EGFで作成したキメラの場合、有意なマス キング効果を得るためには、少なくとも5つのベータ折り返しを挿入することが 必要であり、高プロリン領域全体を挿入すると完全に阻害される。scFv抗M HC−Iで作成したキメラでは、完全なマスキング効果を得るためには3つのベ ータ折り返しが必要である。 表 5 力価測定の結果 a:標的化結合ドメインと4070Aエンベロープの間に挿入されたペプチド 。「AAA」は、キメラエンベロープで融合を行うために使用されるNotI部 位をコードする;「PHQV]は、両種指向性エンベロープのアミノ酸4〜7を 表す。ベータ折り返しには、下線を引いてある。 b:EGFR標的化エンベロープ(リガンド:EGF)と、MHC−Iを標的 とする標的化エンベロープ(リガンド:scFv抗MHC−I)についてのCe ar13細胞上での力価測定。 c:リガンドは両種指向性SUの末端で直接融合(4番目のアミノ酸で)し、 スペーサーペプチドを持たない。 実施例4 以前の研究は、マスキング作用及び最少の協力作用を得るのに必要な、協力す るペプチドのC末端の範囲を明確にし、II型ポリプロリンらせんの折り返しの数 を決定することを可能にした。AMOキメラエンベロープのモデルの場合(前記 を参照)、少なくとも2つのらせんの折り返しがあれば充分である(Valsesia-Wit tmannら,The EMBO Journal 16:1214-1223(1997))。しかし、Ram−1の結合 ドメイン(AMOキメラの場合)ではなく他の結合ドメインで作成され、そして 支持エンベロープとして両種指向性エンベロープを使用して作成されたキメラエ ンベロープについては、協力作用はあまり顕著でなく、これは一方では、両種指 向性エンベロープの機能のマスキングにはポリプロリンらせんの4つの折り返し が必要であること(表5を参照)、そして他方では、標的表面分子にウイル スが結合した後の両種指向性エンベロープの機能の活性化はあまり強くないこと が原因である。1つの可能な説明は、AMOキメラのモデルでは、PROスペー サーペプチドとは別に、Ram−1自体への結合ドメインは、同種指向性エンベ ロープの機能の活性化を、このPROペプチドと協同して誘導するための重要な 抗原決定基を有するということである。実際Ram−1に対する結合ドメインは 、天然には高プロリン領域の直ぐ上流に位置するレトロウイルスエンベロープの 断片(両種指向性エンベロープから誘導される)である。受容体の協力における そのような領域の存在と重要性を測定するために、標的化ドメインと両種指向性 エンベロープとを一緒にしてキメラエンベロープを構築し、これらの2つのポリ ペプチドの間に挿入し、顕著には両種指向性エンベロープのN末端ドメインから 誘導されるペプチド断片と組合せた高プロリン領域(又は、この領域の断片)を 含有する種々のペプチドを、その協力作用について試験した。 材料と方法 スペーサーペプチドDeltaPro4−ベータ、DeltaPro4−in t、DeltaPro4−vrbをコードするDNA断片を、PCRにより、D NAマトリックスとして遺伝子env4070A、3’でオリゴヌクレオチドA MODPRO(+H+S−A): を使用してそれぞれ作成した(図36〜38を参照のこと)。 スペーサーペプチドPro−ベータ、Pro−int及びPro−vrbをコ ードするDNA断片を、PCRにより、DNAマトリックスとして遺伝子env 4070A、3’でオリゴヌクレオチドPRO−3−NE: を使用してそれぞれ作成した(図39〜41を参照のこと)。 これらのDNA断片をEagI酵素で消化し、FBEASALFプラスミド( 前記参照)に挿入して、キメラエンベロープEADeltaPro4−ベータ、 EADeltaPro4−int、EADeltaPro4−vrb、EAPr o−ベータ、EAPro−int及びEAPro−vrbの発現ベクターを産生 するか、又はFB34ASALFプラスミド(前記参照)に挿入して、キメラエ ンベロープ34ADeltaPro4−ベータ、34ADeltaPro4−i nt、34ADeltaPro4−vrb、34APro−ベータ、34APr o−int及び34APro−vrbの発現ベクターを産生した。 文献 1.Battini,J.L.,O.Danos,and J.M.Heard.1995.Receptor-binding domain of murine leukemia virus envelope glycoproteins.J.Virol.69:713-719. Receptor-binding properties of a purified fragment of the 4070A amphotro pic murine leukemia virus envelope glycoprotein.J.Virol.in press. 3.Bell,G.I.,N.M.Fong,M.M.Stempien,M.A.Wormsted,D.Caput,L.Ku,M.S.U rdea,L.B.Rall,and R.Sanchez-Pescador.1986.Human epidermal growth factor precursor:cDNA sequence,expression in vitro and gene organization.Nuclei c Acid Res.14:8427-8446. 4.Cosset,F.-L.,C.Legras,Y.Chebloune,P.Savatier,P.Thoraval,J.L.Tho mas,J.Samamt,V.M.Nigon,and G.Verdier.1990.A new avian leukosis virus-bas ed packaging cell line that uses two separate transcomplementing helper genomes.J.Virol.64:1070-1078. 5.Cosset,F.-L.,C.Legras,J.L.Thomas,R.M.Molina,Y.Chebloune,C.Faure ,V.M.Nigon,and G.Verdier.1991.Improvement of avian leukosis virus(ALV)-b ased retrovirus vectors by using different cis-acting sequences from ALV s.J Virol.65:3388-3394. 6.Cosset,F.-L.,F.J.Morling,Y.Takeuchi,R.A.Weiss,M.K.L.Collins,and S.J.Russell.1995a.Retroviral retargeting by envelopes expressing an N-t erminal binding domain.J.Virol.69:6314-6322. 7.Cosset,F.-L.,Y.Takeuchi,J.L.Battini,R.A.Weiss,and M.K.L.Collins .1995b.High titer packaging systems producing recombinant retroviruses r esistant to human serum.J.Virol.69:7430-7436. 8.Gatignol,A.,H.Durand,and G.Tiraby.1988.Bleomycin resistance c onferred by a drug-binding protein.FEBS Letters.230:171-175. 9.Kozak.S.L..D.C.Siess,M.P.Kavanaugh,A.D.Miller,and D.Kabat.1995. 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L.Collins.1994.Type C retrovirus inactivation by human complement is det ermined by both the viral genome and producer cell.J.Virol.68:8001-8007. 20.Valsesia-Wittmann,S.,A.Drynda,G.Deleage,M.Aumailley,J.-M.Heard, O.Danos,G.Verdier,and F.-L.Cosset.1994.Modifications in the binding doma in of avian retrovirus envelope protein to redirect the host range of re troviral vectors.J.Virol.68:4609-4619. 21.Valsesia-Wittmann,S.,F.J.Morling,B.H.K.Nilson,Y.Takeuchi,S.J.Ru ssell,and F.-L.Cosset.1996.Improvement of retroviral retargeting by usin g amino acid spacers between an additional binding domain and the N term inus of Moloney murine leukemia virus SU.J.Virol.70:2059-2064. 22.VanZeijl,M.,S.V.Johann,E.Cross,J.Cunningham,R.Eddy,T.B.Shows,an d B.O'Hara.1994.An amphotropic virus receptor is a second member of the gibbon apeleukemia virus receptor family.Proc.Natl.Acad.Sci.USA.91:1168- 1172. 23.Weiss,R.A.1993.Cellular receptors and viral glycoproteins invol ved in retroviral entry,p.I-108.In J.levy(ed.),The Retroviridae,vol.2.Pl enum Press.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 7/00 C12N 7/00 (72)発明者 ラッセル,スティーブン・ジェー イギリス国、ケンブリッジ シービー2 5イーアール、リトル・シェルフォード、 カウントヤーズ 10 【要約の続き】 は、N末端(上流)タンパク質ドメインが標的受容体と 相互作用しないときに起こり、そしてC末端(下流)タ ンパク質ドメインと補助受容体の間の相互作用の促進 は、N末端(上流)タンパク質ドメインが標的受容体と 相互作用したときに起こる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.標的真核細胞中への遺伝子の導入のためのペプチドの用途であって、このペ プチドは、約10〜約200、特に約15〜約150アミノ酸、そして有利には 約20アミノ酸を含有し、そして少なくとも30%のアミノ酸は、プロリン残基 から構成され、これらのプロリン残基は、約180°でのポリペプチド鎖の折り 返し(「β−折り返し」又は「逆折り返し」)を誘導するように規則的に配置され、 これらの折り返しは、均等に間隔があき、そして該ペプチドのN末端側(上流) に、標的表面分子又は細胞表面上に発現する抗原、特に該真核細胞上に位置する 適切な受容体(標的受容体)を認識することができるN末端(上流)タンパク質 ドメインを含有し、そして該ペプチドのC末端側(下流)に、上述の真核細胞上 に位置する適切な受容体(補助受容体)を認識することができるC末端(下流) タンパク質ドメインを含有するポリペプチド構築物中に、ポリプロリンβ−折り 返しらせんを形成し、このペプチドは、C末端(下流)タンパク質ドメインと補 助受容体の間の相互作用を促進又は阻害することができ、この相互作用の阻害は 、N末端(上流)タンパク質ドメインが標的受容体と相互作用しないときに起こ り、そしてC末端(下流)タンパク質ドメインと補助受容体の間の相互作用の促 進は、N末端(上流)タンパク質ドメインが標的受容体と相互作用したときに起 こることを特徴とする、ペプチドの用途。 2.標的化及び遺伝子融合活性を有する、本質的に完全な、真核細胞に感染する ことができるウイルス性又は非ウイルス性組換え遺伝子導入ベクターにより運ば れる、糖タンパク質の構築における、請求項1記載のペプチドの用途であって、 この真核細胞は、真核細胞中への上述のウイルス性又は非ウイルス性ベクターの 侵入の促進を可能にする標的受容体及び補助受容体を有しており、上述の糖タン パク質は、 − 上述のペプチド、 − 該標的受容体と相互作用することができる該ペプチドのN末端側(上流) のタンパク質ドメイン(このタンパク質ドメインは、該遺伝子導入ベクターの特 異的結合を可能にする)、及び − 該補助受容体と相互作用することができる該ペプチドのC末端側(下流) のタンパク質ドメイン(この相互作用は、真核細胞中への該遺伝子導入ベクター の侵入の補助機構の役割を果たす)を含んでおり、 C末端(下流)タンパク質ドメインによる真核細胞中へのウイルス性又は非ウイ ルス性組換えベクターの細胞侵入のプロセスは、N末端(上流)タンパク質ドメ インがウイルス性又は非ウイルス性組換えベクターを認識し、かつこれを真核細 胞の標的受容体と結合させたときにのみ起こることができ、これが、上述のペプ チドの作用で、C末端(下流)タンパク質ドメインに関して補助受容体の「非マ スキング」、即ち接近しやすさの機構をもたらし、そして上述の遺伝子導入ベク ターと真核細胞の標的受容体の間にN末端(上流)タンパク質ドメインにより、 認識が起こらない場合には、上述のペプチドの作用で、C末端(下流)タンパク 質ドメインに関して補助受容体の「マスキング」、即ち接近しにくさの機構が生じ ることを特徴とする、ペプチドの用途。 3.真核細胞に感染することができる組換え(レトロ)ウイルスにより運ばれる 、本質的に完全な(レトロ)ウイルスエンベロープ糖タンパク質の構築における 、請求項1〜2の1項記載のペプチドの用途であって、該エンベロープ糖タンパ ク質が、有利には重合体型、そして特に三量体型であり、重合体型の各モノマー が、本来ヘテロ二量体型であり、該真核細胞は、真核細胞中への該(レトロ)ウ イルス粒子((レトロ)ウイルス受容体)の侵入の促進を可能にする標的受容体と 補助受容体を含有し、エンベロープ糖タンパク質が、 − 上述のペプチド、 − 該標的受容体と相互作用することができる、該ペプチドのN末端側(上流) のタンパク質ドメイン(この相互作用は、(レトロ)ウイルス粒子の特異的結合 を可能にする)、及び − 該(レトロ)ウイルス受容体と相互作用することができる、該ペプチドの C末端側(下流)のタンパク質ドメイン(この相互作用は、真核細胞中への(レ トロ)ウイルス粒子の侵入の補助機構の役割を果たす)を含んでおり、 C末端(下流)タンパク質ドメインによる真核細胞中への組換え(レトロ)ウイ ルス粒子の細胞侵入のプロセスは、N末端(上流)タンパク質ドメインが真核細 胞の標的受容体を認識し、かつこれを組換え(レトロ)ウイルス粒子と結合させ たときにのみ起こることができ、これが、上述のペプチドの作用で、C末端(下 流)タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体の「非マスキング」、 即ち接近しやすさの機構をもたらし、そして組換えウイルス粒子と真核細胞の標 的受容体の間にN末端(上流)タンパク質ドメインによる認識が起こらない場合 には、上述のペプチドの作用で、C末端(下流)タンパク質ドメインに関して(レ トロ)ウイルス受容体の「マスキング」、即ち接近しにくさの機構が生じることを 特徴とする、ペプチドの用途。 4.N末端(上流)タンパク質ドメインが、下記ポリペプチド: − 細胞表面分子を認識する一本鎖抗体、 − 細胞表面分子に対する任意のリガンド、特にポリペプチドホルモン、サイ トカイン、増殖因子 から選択されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載のペプチド の用途。 5.C末端(下流)タンパク質ドメインが、天然結合ドメイン、組換え(レトロ )ウイルス粒子により運ばれるエンベロープ糖タンパク質がそれから誘導される 野生型エンベロープ糖タンパク質の融合及び付着の機能、を含む、本質的に完全 な(レトロ)ウイルスエンベロープ糖タンパク質に対応することを特徴とする、 請求項1〜4のいずれか1項記載のペプチドの用途。 6.ペプチドが、C型レトロウイルスのエンベロープ糖タンパク質に由来し、そ してウイルスが、好ましくは以下:同種指向性MLVウイルス、両種指向性ML Vウイルス、他種指向性MLVウイルス、MLV MCFウイルス、MLV 1 0A1ウイルス、GALV(テナガザル白血病ウイルス(Gibbon Ape Leukemia Vi rus))、SSAV(サル肉腫関連ウイルス(Simian Sarcoma Associated Virus))、 FeLV A、FeLV B、FeLV C(FeLV:ネコ白血病ウイルス(F eline Leukemia Virus))から選択され、そして特にペプチドが、以下の配列: PRO(4070A)、PRO(MoMLV)、ΔPRO、PRO+、ΔPRO+、 PROβ、ΔPROβ、ΔPRO4−β、ΔPRO4−int、ΔPRO4−v rb、PROβ、PRO−int、PRO−vrbの1つを含むか又はそれで構 成されるペプチドから選択されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか 1項記載のペプチドの用途。 7.ペプチドが、ウシエラスチンから誘導されるか又は適合され、そして以下の 配列:EL3、EL3−V、EL5の1つを含むか又はそれで構成されるペプチ ドから選択されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項記載のペプチ ドの用途。 8.以下の配列: の1つを含むか又はそれで構成される配列から選択される、ペプチド配列。 9.約10〜約200、特に約15〜約150アミノ酸、そして好ましくは約2 0アミノ酸のペプチドを含有するペプチド配列であって、アミノ酸の少なくとも 30%がプロリン残基からなり、これらのプロリン残基が、約180°でポリペ プチド鎖の折り返し(「β−折り返し」又は「逆折り返し」)を誘導するように規則 的に配置され、これらの折り返しが、均等に間隔があき、ポリプロリンβ−折り 返しらせんを構成し、 − 該ペプチドのN末端タンパク質ドメイン(上流)が真核細胞上に位置する 適切な受容体(標的受容体)と反応することができ(そしてこのタンパク質ドメ インは、該N末端タンパク質ドメインを含有する組換え(レトロ)ウイルス粒子 の特異的な結合を可能にする)、そして − 該ペプチドのC末端タンパク質ドメイン(下流)が該真核細胞上に位置す る適切な補助(レトロ)ウイルス受容体((レトロ)ウイルス受容体)と相互作用 することができ(そしてこの相互作用は、該真核細胞中への(レトロ)ウイルス 粒子の侵入の補助機構の役割を果たす)、 該真核細胞中への該組換え(レトロ)ウイルス粒子の、C末端(下流)タンパク 質ドメインによる細胞侵入のプロセスは、N末端(上流)タンパク質ドメインが 真核細胞の標的受容体を認識し、かつこれを該組換え(レトロ)ウイルス粒子と 結合させたときにのみ起こることができ、これが、上述のペプチドの作用で、C 末端(下流)タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体の非マスキ ング、即ち接近しやすさの機構をもたらし、 そして組換えウイルス粒子と真核細胞の標的受容体の間に、N末端(上流)タン パク質ドメインによる認識が起こらない場合には、上述のペプチドの作用で、C 末端(下流)タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体のマスキン グ、即ち接近しにくさの機構が生じることを特徴とする、ペプチド配列。 10.真核細胞に感染することができる組換え(レトロ)ウイルス粒子であって 、この細胞が、標的受容体と上述の(レトロ)ウイルス粒子の補助受容体を有し 、特に重合体型、そして有利には三量体型の、実質的に完全なエンベロープ糖タ ンパク質を含み、重合体型の各モノマーが、有利にはそれ自体ヘテロ二量体型で あり、約10〜約200、特に約15〜約150アミノ酸、そして好ましくは約 20アミノ酸のペプチドを含有し、ここでアミノ酸の少なくとも30%が、プロ リン残基からなり、これらのプロリン残基が、約180°でポリペプチド鎖の折 り返し(「β−折り返し」又は「逆折り返し」)を誘導するように規則的に配置され 、これらの折り返しが、均等に間隔があき、ポリプロリンβ−折り返しらせんを 構成し、 − 上述のペプチドのN末端側(上流)のタンパク質ドメインが上述の標的受 容体と相互作用することができ(このペプチドドメインは、(レトロ)ウイルス 粒子の特異的な結合を可能にする)、そして − 上述のペプチドのC末端側(下流)のタンパク質ドメインが上述の(レト ロ)ウイルス受容体と相互作用することができ(この相互作用は、真核細胞中へ の(レトロ)ウイルス粒子の侵入の補助機構の役割を果たす)、 真核細胞中への組換え(レトロ)ウイルス粒子の、C末端(下流)タンパク質ド メインによる細胞侵入のプロセスは、N末端(上流)タンパク質ドメインが真核 細胞の標的受容体を認識し、かつこれを組換え(レトロ)ウイルス粒子と結合さ せたときにのみ起こることができ、これが、上述のペプチドの作用で、C末端( 下流)タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体の非マスキング、 即ち接近しやすさの機構をもたらし、 そして組換えウイルス粒子と真核細胞の標的受容体の間に、N末端(上流)タン パク質ドメインによる認識が起こらない場合には、上述のペプチドの作用で、C 末端(下流)タンパク質ドメインに関して(レトロ)ウイルス受容体のマスキン グ、即ち接近しにくさの機構が生じることを特徴とする、組換え(レトロ)ウイ ルス粒子。 11.N末端(上流)タンパク質ドメインが、下記ポリペプチド: − 細胞表面分子を認識する一本鎖抗体、 − 細胞表面分子に対する任意のリガンド、特にポリペプチドホルモン、サイ トカイン、増殖因子 から選択されることを特徴とする、請求項10記載の組換え(レトロ)ウイルス 粒子。 12.C末端(下流)タンパク質ドメインが、組換え(レトロ)ウイルス粒子に より運ばれるエンベロープ糖タンパク質がそれから誘導される野生型エンベロー プ糖タンパク質の結合、融合及び付着の機能を有する(レトロ)ウイルス由来の ポリペプチドに対応し、 そしてレトロウイルスのMLV−A、GALV、FeLVB、若しくはアデノウ イルス、ヘルペスウイルス、AAV(アデノ関連ウイルス(Adeno Associated Vi rus))のようなウイルスからのエンベロープ糖タンパク質の結合、融合及び付着 の機能を有する天然ドメインに由来するか、又は更に一般的には真核細胞由来の ウイルス[特に、オルトミクソウイルス(インフルエンザウイルスなど)又はパ ラミクソウイルス(SV5など)]からのウイルス糖タンパク質に由来することが できることを特徴とする、請求項10又は11の1項記載の組換え(レトロ)ウイ ルス粒子。 13.ペプチドが、C型レトロウイルスのエンベロープ糖タンパク質に由来し、 そしてペプチドが、有利には以下:同種指向性MLVウイルス、両種指向性ML Vウイルス、他種指向性MLVウイルス、MLV MCFウイルス、MLV 1 0A1ウイルス、GALV(テナガザル白血病ウイルス(Gibbon Ape Leukemia Vi rus))、SSAV(サル肉腫関連ウイルス(Simian Sarcoma Associated Virus))、 FeLV A、FeLV B、FeLV C(FeLV:ネコ白血病ウイルス (Feline Leukemia Virus))から選択されるウイルスに由来し、そして特にペプ チドが、以下の配列:PRO(4070A)、PRO(MoMLV)、ΔPRO、P RO+、ΔPRO+、PROβ、ΔPROβ、ΔPRO4−β、ΔPRO4−i nt、ΔPRO4−vrb、PROβ、PRO−int、PRO−vrbの1つ を含むか又はそれで構成されるペプチドから選択されることを特徴とする、請求 項10〜12のいずれか1項記載の組換え(レトロ)ウイルス粒子。 14.請求項10〜13のいずれか1項記載の組換え(レトロ)ウイルス粒子で あって、 − ペプチドが、C型レトロウイルスのエンベロープ糖タンパク質に由来し、 そしてウイルスは、好ましくは以下:同種指向性MLVウイルス、両種指向性M LVウイルス、他種指向性MLVウイルス、MLV MCFウイルス、MLV 10A1ウイルス、GALV(テナガザル白血病ウイルス(Gibbon Ape Leukemia Virus))、SSAV(サル肉腫関連ウイルス(Simian Sarcoma Associated Virus)) 、FeLV A、FeLV B、FeLV C(FeLV:ネコ白血病ウイルス (Feline Leukemia Virus))から選択され、そして特にペプチドは、以下の配列 :PRO(4070A)、PRO(MoMLV)、ΔPRO、PRO+、ΔPRO+ 、PROβ、ΔPROβ、ΔPRO4−β、ΔPRO4−int、ΔPRO4− vrb、PROβ、PRO−int、PRO−vrbの1つを含むか又はそれで 構成されるペプチドから選択され、 − N末端(上流)タンパク質ドメインが、以下のペプチド: * 細胞表面分子を認識する一本鎖抗体、 * 細胞表面分子に対する任意のリガンド、特にポリペプチドホルモン、サ イトカイン、増殖因子から選択され、 − C末端タンパク質ドメインが、組換え(レトロ)ウイルス粒子により運ば れるエンベロープ糖タンパク質がそれから誘導される野生型エンベロープ糖タン パク質の結合、融合及び付着の機能を有する(レトロ)ウイルス由来のポリペプ チドに対応し、 そしてレトロウイルスのMLV−A、GALV、FeLVB、若しくはアデノウ イルス、ヘルペスウイルス、AAV(アデノ関連ウイルス(Adeno Associated Virus))のようなウイルスからのエンベロープ糖タンパク質の結合、融合及び付 着の機能を有する天然ドメインに由来するか、又は更に一般的には真核細胞由来 のウイルス[特に、オルトミクソウイルス(インフルエンザウイルスなど)又は パラミクソウイルス(SV5など)]からのウイルス糖タンパク質に由来すること ができることを特徴とする、組換え(レトロ)ウイルス粒子。 15.N末端(上流)タンパク質ドメインをコードするヌクレオチド配列の5’ 末端が、シグナルペプチドをコードするヌクレオチド配列の3’末端に隣接し、 N末端(上流)タンパク質ドメインをコードするヌクレオチド配列の3’末端が 、ペプチドをコードするヌクレオチド配列の5’末端に隣接し、ペプチドをコー ドするヌクレオチド配列の3’末端が、C末端(下流)タンパク質ドメインをコ ードするヌクレオチド配列の5’末端に隣接することを特徴とする、請求項10 〜14のいずれか1項記載の組換え(レトロ)ウイルス粒子。 16.請求項10〜15のいずれか1項記載のペプチド又は組換え粒子をコード する核酸。 17.他の非標的細胞の中に存在する標的真核細胞中への核酸の選択的インビト ロ又はエクスビボ導入の方法であって、導入される核酸を含有する、請求項10 〜15のいずれか1項記載の組換え(レトロ)ウイルス粒子を、標的及び非標的 細胞へ投与することを含む方法。 18.生理学的に適切な医薬担体と組合せて、活性物質として請求項10〜15 のいずれか1項記載の(レトロ)ウイルス粒子を含有し、そして導入される遺伝 子をも含有する、医薬組成物。
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