JP2001514658A - 異種遺伝子の一時的及び選択的発現に対する酸化ストレスを発生させる光力学的治療 - Google Patents

異種遺伝子の一時的及び選択的発現に対する酸化ストレスを発生させる光力学的治療

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Abstract

(57)【要約】 本発明は異種遺伝子の選択的、一時的発現のための方法を開示している。本発明は標的組織内で異種遺伝子を選択的、一時的に発現するための方法で構成されている。加熱または光力学的治療(PDT)によって誘発される酸化ストレスの条件下で対象の遺伝子を発現するために光力学的治療または熱によって誘発されるプロモーターが用いられる。(サイトカイン、毒素、腫瘍抑制遺伝子、アンチセンス分子、及び抗血管形成性因子などの)異種遺伝子の選択的、一時的発現は腫瘍、血管増殖、組織低酸素症の治療において有意の治療効果を有している。加熱、他の熱源(マクロ波、超音波、あるいはラジオ周波数波誘発電流など)、あるいはPDTによる標的を絞った遺伝子治療は制御され、局所化された形態で治療遺伝子の発現を誘発してくれる。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 異種遺伝子の一時的及び選択的発現に対する酸化ストレスを発生さ させる光力学的治療 発明の背景 本発明は一部国立健康研究所からの交付金を用いて行われたものである。その 結果として、連邦政府も本発明に対して一定の権利を有している。発明の分野 本発明は一般的には充実性腫瘍の臨床治療に関するものである。より具体的に は、本発明は制御され局所化された形態で治療的遺伝子の発現を誘発することに 関連している。 関連技術の説明 光力学的治療(PDT)は充実性悪性腫瘍の臨床治療である(Fisher,A.M.R .ら、Laser Surgery Medicine 17:2−31(1995);Marcus,S.L.及びDugan ,M.H.,Laser Surgery Medicine,12:318−24(1992);及びHenderson,B.W .及びDougherty,T.J.,Photochem .Photobiol.,55:931−48(1992))。有 効な局所的腫瘍抑制活性を提供するための手順をつくりだすためには、腫瘍組織 内の光感作化剤の局所化及び反応酸素種の光化学的発生がレーザー発生光の正確 な伝達と組み合わされる(Henderson,B.W,Photodermatology 6:200−11(19 89);及びWilson,B.C.,及びJeeves,W.P.,PHOTOMEDICINE(B en Hur,E.,及びI.Rosenthal編集)2:127−67(1987))。フォトフリン (Photofrin)と命名されているヘマトポルフィリンの誘導体が多数の臨床実験 で用いられている。フォトフリン媒介PDTは最近食道癌の治療に関してFDA の承認を受け、この化合物はカナダ、オランダ、及び日本でも承認を受けている 。PDTは気管支、膀胱、皮膚、頭部/首及び子宮頸部の腫瘍の治療と乾癬及び 年齢性の皮膚のあざ変性などの非悪性不全の治療にかなり有望である。 より改善された薬学的、光化学的、及び光物理的特性を示す新しい光感作化剤 の開発及び臨床的評価についても関心も高まりつつある(Gomer.C.J.,Yearly ReviewPhotochemPhotobiol.,54:1093−1107(1991))。臨床実験中の第 二世代の光感作化剤には錫エチオプルプリン(SnET2)、モノ−1−アスパ ルチル・クロリンe6(NPe6)、ベンゾポルフィリン誘導物(BPD)、メ ソ−テトラ−(ヒドロキシフェニル)クロリン(mTHPC)及び5−アミノ・ レブリン酸(ALA)がある。これらの化合物は化学的純度、より長い波長での 吸光性の向上、より優れた腫瘍組織保留性、正常な組織からの迅速な除去が可能 であること、反応性酸素種及び暗毒性が少ないことなどを含むフォトフリンと同 等、あるいはそれを上回ると考えられるいろいろな特性を示す(Dougherty,T. J.,Photochem .Phrotobiol.58:895−900(1993);Moan,J及びBerg.K.,Ph otochem .Photobiol. 55:931−48(1992)及びKessel,Photochem .Photobiol 50:169−74(1989))。ALAは内発性プロトポルフィリ ンIXの代謝性前駆体である。 PDT中の反応性酸素種の光化学的発生は脂質、蛋白質、及び核酸に損傷を及 ぼす場合がある(Moan,J.,Photochem .Photobiol.43:681−90(1986))。 実際、細胞膜、細胞小器官、酵素、DNAに対する損傷は多数の正常及び悪性細 胞に関して資料で報告されている(Prinze、C.,ら、Biochim .Biophys.Acta. ,1038:152−57(1990));及びHilf,R.,ら、Cancer Res.,44:1483−88(1 984))。こうした箇所のいずれかに対する酸化損傷は細胞死につながる可能性 がある。しかしながら、PDTが誘発する致死性の実際の機序及び標的について はまだ十分に判明していない。 PDTは初期応答遺伝子(c-fos,c-jun,c-myc,egr-1)と、ヒートショック 蛋白質(HSP)に属するストレス蛋白質遺伝子、グルコース調節蛋白質(GR P)及びヘム・オキシゲナーゼ系の発現を誘発する(Luna.M.C.,ら、Cancer Res. ,54:1374−80(1994);Gomer,C.J.,ら、Photochem .Photobiol.,53:2 75−279(1991);Gomer,C.J.,ら、Cancer Res.,51:6574−79(1991);及 びGomler,C.J.,ら、Cancer Res (印刷中)(1997))。ストレス遺伝子の誘 発は転写レベルで行われるが、特定の標的及び/又はストレス反応遺伝子発現の 誘発に関与している信号経路に関する情報は分かっていない。アポトーシスもP DTによって誘発され、細胞膜から始まる信号形質導入経路が関与しているよう である(Agarwal.M.L.,ら、Cancer Res.,51: 5993−96(1991);He.X.Y.,ら、Photochem .Photobiol.59:468−73(1994)及 びZaidi,S.I.A.,ら、Photochem .Photobiol.58:771−76(1993))。特徴 的なDNA分断、クロマチン濃縮、及び構成エンドヌグレアーゼは光感作化され た細胞で観察される。アポトーシスもイン・ビボでPDT処理腫瘍において初期 の出来事として確認されている。 細胞は種々のストレス応答を有している。そうしたストレス応答のそれぞれは 1つまたは複数のタイプの環境的刺激あるいはストレスによって引き起こされ、 その誘発の主な結果はストレス許容レベルの増大である。ヒートショック応答は こうしたストレス応答のうちでも最も良く特徴付けが行われているもののひとつ である。1962年に、高いが、致死的ではない温度(ヒートショック)及び一定の 化学物質に対する露出がDrosophila busckiiの唾液腺上に新しいパフを出現させ ることが報告された。顕微鏡ではっきり見えるこれらのパフはヒートショック誘 発可能遺伝子に関する高い転写活性とヒートショック蛋白質に対するメッセンジ ャ−RNAを発生させるRNA合成を示している。より最近、バクテリアからよ り高等な脊椎動物にいたるまでの広範な生物がヒートショックで遺伝子発現にお ける同様の劇的な変化を示すことが実証されている。 ヒートショックに対する反応はヒートショック蛋白質(HSP)の強力な誘発 と誘発前に発現されていたほとんどの遺伝子の抑制の両方を伴う。その細胞の蛋 白質合成機構による 翻訳のためにmRNAが選択される遺伝子転写とその方法の両方のパターンに著 しい変化が起きる。 ヒートショックによる転写上の変化はヒートショック遺伝子プロモーターにお けるヒートショック要素の存在によるものである。この要素はヒートショックに 対する反応における転写の特殊な誘発のために必要なDNA配列である。大腸菌 の熱誘発可能プロモーターにおいては、ヒートショック要素のコンセンサス配列 は転写開始サイトに対して対して−44〜ー36のヌクレオチド位置でのCTGCC ACCCである。真核細胞の熱誘発性プロモーターにおいて、それはTATAボ ックス要素上流に交互に反対向きになって配置されている5bpの配列NGAAN の連続的な反復として発現される。 実験的な目的のために、ヒートショック反応は通常温度を上昇させることによ って誘発される。誘発のために最適の温度は種によるが、通常は細胞成長を可能 とする最高温度より1度か2度上である。また、この反応は通常は一過性である 。 熱反応以外にもヒートショック蛋白質合成の他の誘発因子も存在する。これら にはいくつか全体的に潜在的な細胞毒性を有する化学物質と、非常に反応性の高 い遊離基を発生させる可能性のある生理学的状態を含んでいる。こうした誘発因 子は高温になると異常な、あるいは部分的に変性した蛋白質の細胞内蓄積を起こ させる能力を共有しているようである。 分子量が78,000〜94,000のグルコース調節蛋白質、すなわちGRPはヒートシ ョック蛋白質と類似した配列を有してい る。GRP族の蛋白質はグルコースの枯渇、酸素欠乏、細胞内カルシウムの変質 、抑制因子への露出や配糖体化、及びPDT媒介酸化ストレスなどの要素が共同 して関与することで誘発される(Gomer.C.J.,ら、Cancer Res 51:6574−79 (1991);及びLi,L-J.,ら、J .Cell Physiol.153:575−82(1992))。78, 000GRPは配列が免疫グロブリン重鎖結合蛋白質と同じであり、GRP78とG RP94の両方が内部原形質網状組織(ER)内に局在している。GRP78は発生 期の、分泌性膜横断蛋白質と一時的に結合すると同時に、ER内に異常に組み込 まれた、あるいは処理された蛋白質と永続的に結合する。GRP78はER内の蛋 白質処理が攪乱された場合、細胞ストレス中及びその後に保護的機能を示すと考 えられる。Leeらは腫瘍低酸素症によるgrp78の転写性活性化が標的を定めた遺伝 子治療に応用可能であることを示した。塩基要素の大部分が除去された先端が切 られたgrp78は低酸素症のマウス腫瘍内のレポーター遺伝子の高レベルの表現を 効果的に促進することが示されている(Gazit,G.,ら、Cancer Res 55:1660 −63(1995))。 本発明はPDTによって媒介された酸化ストレスがストレス蛋白質、特にヒー トショック蛋白質に属するものの強力な転写性変換因子であることを実証するも のである。従って、本発明はDPT殺腫瘍作用を増強するために高レベルで局所 的な細胞毒素又は免疫調整因子の発現を促進するめのHSP−又はGRP誘発性 プロモーターを有する遺伝子組換え構成 物を用いた標的を定めた遺伝子治療の方法にも関係している。 従って、先行技術は細胞毒素あるいは免疫調整因子の高レベルの局所発現をつ くりだす方法においては不十分である。 本発明はこの技術分野における長い間望まれていたニーズに応えるものである。 発明の要約 本発明のひとつの目的はPDTの直接的な影響を増大させるために、あるいは それとの相乗作用を目的として、遺伝子の空間的及び一時的発現に対する分子ス イッチとして機能するこうした治療的機能性を用いてPDT(又は熱)の殺腫瘍 性(又は抗血管形成性)特性を局所的に増大させるための新しい方法を提供する ものである。本発明は構成的に作用するプロモーター、例えば遺伝子転写を特定 の細胞グループに限定する組織固有レセプター又は組織固有エンハンサーを用い るウイルスによる伝達システムを用いて局所化細胞毒性遺伝子治療を行おうとす る現在行われている治療方式より優れている。遺伝子発現の一時的な調節は通常 の細胞や組織では細胞毒性遺伝子生産の高基底表現の故に構成的に作用するプロ モーターを用いて行うことはできない(誘発性遺伝子治療とPDT又は熱を組み 合わせる)。本発明は通常の組織に対する毒性を増大することなしに局所腫瘍制 御を増大させる(治療効果を増大させる)。PDT又は熱誘発性プロモーターの 転写性活性化は任意の組織体積、そして特定の期間で制御される。従ってこの手 順は、PDT又は熱によって誘発される 直接的な細胞毒性とPDT又は熱の向標的性の両方を活用して細胞毒性転写の空 間的及び一時的規制を誘発する。 PDT又は熱向標的遺伝子治療はPDTあるいは熱処理分野内で転写的に活性 化されて局所的な細胞毒性を増強させる異種遺伝子をコードするcDNAの上流 にPDTあるいは熱誘発性プロモーターを含んだ構成物を用いる。Weichselbaum らはイオン化放射を用いて同様の手順に関して報告している(Weichselbaum,R .R.,ら、Cancer Res 54:4266−69(1994))。 本発明のひとつの目的は個人の標的細胞の一時的で局所化された治療方法を提 供することであり、この方法は光力学的治療又は熱で誘発可能なプロモーターに よる制御下で治療に役立つ異種遺伝子を発現するベクターを該個人に投与するス テップと、その標的組織を光力学的治療あるいは熱に露出させるステップを含ん でいる。本発明のこうした具体的な目的の種々の実施の形態として、熱レーザー 、マイクロ波、超音波、あるいはラジオ周波数波などを用いて熱を発生させる方 法が含まれている。 本発明の別の目的において、個人の標的組織の一時的で局所化された治療の方 法が提供され、その方法はその個人に光力学的治療のための光感作化剤を投与す るステップと、その個人に光力学的治療によって誘発可能なプロモーターの制御 下で治療に役立つ異種遺伝子を発現する発現ベクターを投与するステップと、そ の光感作化剤及び発現ベクターをその標 的組織に摂取させるステップと、その標的組織を光にあててその光と上記光感作 化剤との組み合わせが反応性酸素種を発生させて光力学的治療によって誘発可能 なプロモーターを誘発させ、その治療に役立つ異種遺伝子を発現させるステップ で構成されている。本発明のこの目的の具体的な実施例において、光感作化剤は フォトフリン、錫エチオプルプリン、モノ−1−アスパルチル・クロリンe6、 ベンゾポルフィリン誘導物、メソ−テトラ(ヒドロキシフェニル(クロリン及び 5−アミノ・レブリン酸によって構成されるグループから選択される。 本発明による方法の両方の目的に種々の実施態様にはベクターを系統的、ある いは局所的に投与するステップが含まれる。本発明によるベクターの好ましい実 施の態様としてはそのベクターがレトロウイルス・ベクター、アデノ会合ウイル ス・ベクター、あるいはリポソーマルDNAベクターである場合が含まれる。 本発明の両方の目的の具体的な好ましい実施態様としては、そのプロモーター がヒートショック蛋白質(hsp)プロモーターあるいはグルコース調節蛋白質プ ロモーターである場合が含まれる。さらに、好ましい実施態様には、その異種遺 伝子は免疫調節遺伝子、特にサイトカインである場合を含んでいる。さらに、実 施態様にはその異種遺伝子が腫瘍抑制遺伝子、アンチセンスDNA、あるいは抗 血管形成性遺伝子である場合も含まれる。 本発明のいずれかの目的で、好ましい実施態様には上記の標的組織が腫瘍であ るか、あるいは異常な組織成長領域である場合が含まれる。 本発明の他の側面、特徴、利点は本発明の現時点での好ましい実施態様につい ての以下の説明から明らかになるであろう。これらの実施態様は開示の目的のた めに提供されるものである。 図面の簡単な説明 本発明の上に述べたような特徴、利点、及び目的がより明確になり、詳しく理 解されるように、以下に図面を添付してある。これらの図面は明細書の一部を形 成するものである。なお、添付図面は本発明の好ましい実施態様を示すものであ って、本発明の範囲の限定を意図するものではない。図1〜5は熱又はPDTの いずれかにさらされたRIF HB−3細胞内のベータ・ガラクトシダーゼ(β −gal)レポーター遺伝子の選択的、一時的発現を示しており、 図1:1.5,10,20,30及び40分間熱(45℃)で処理した感染RIF HB− 3細胞内でのベータ−ガラクトシダーゼ活性(基質としてONGP(o−ニトロ フェニル−ピラノガラクトシダーゼ)を用いて測定)。サンプルは高温処理して 6時間後に回収された。各データ・ポイントは少なくとも3つの個別実験の平均 値±S.E.を示している。 図2:600ジュール/cm2から5400ジュール/cm2の範囲の照射量でNPe6−媒 介PDTによって処理したRIF HB− 3細胞内でのベータ−ガラクトシダーゼ活性(ONPGを基質として用いて測定 )。サンプルは光処理の6時間後に回収された。各データ・ポイントは少なくと も3つの個別実験の平均値±S.E.を示している。 図3:45℃で20分間処理したRIF HB−3細胞でのベータ−ガラグトシダ ーゼ発現(ONPGを基質として用いて測定)の反応速度。各データ・ポイント は少なくとも3回の個別実験の平均値±S.E.である。酵素活性を熱処理から3 時間後に検出した(19ミリユニット/mg蛋白質)。β−gal活性のピーク値(100 及び125ミリユニット/mg蛋白質)は熱処理後6時間及び12時間後に到達された。 図4:3000ジュール/cm2の照射量でNPe6−PDTで処理したRIF HB −3細胞内でのベータ−ガラクトシダーゼ発現(ONPGを基質として使用して 測定)の反応速度。各データ・ポイントは少なくとも3回の個別実験の平均値± S.E.を示す。酵素活性の最低レベルは処理から3時間後に検出された。ピーク 活性はNPe6媒介PDTから6時間後と12時間後との間に到達された。 図5:C3H/HeJマウス内で成長しつつあり、熱かNPe6−PDTのい ずれかで処理されたRIF HB−3腫瘍からのベータ−ガラクトシダーゼ活性 (ONPGを基質として用いて測定)。熱処理は45℃で20分間さらすことによっ て行われた。PDTに関しては3つの照射量でテストされた。各カラムは5つの 個別の実験の平均値±S.E.を示している。 最大の反応は熱処理(hyperthermia)(8.25ミリユニット/mg蛋白質)後に観察 された。NPe6−PDTは1.08〜3.48ミリユニット/mg蛋白質の範囲のベータ ーガラクトシダーゼ酵素活性を誘発した。比較対象の腫瘍や光やNPe6だけで 処理した腫瘍では測定可能なレベルでの検出は行われなかった(PH及びSn ET2を用いてのPDT措置に対しては同様の結果が得られた)。 図6〜12は熱かPDTで処理されたRIF HC−2細胞及びRIF RH C−7細胞内でのクロラムフェニコール・アセチル・トランスフェラーゼ(CA T)レポーター遺伝子の選択的で一時的な発現を示している。 図6:熱(45℃)で1.5,10,20及び40分間処理されたトランスフェクトRI F HC−C細胞でのCAT活性。サンプルは熱処理から24時間後に回収された 。クロラムフェニコールのアセチレート化クロラムフェニコールへの転化は結果 として得られるTLCプレートからの放射活性をカウントすることによって計算 された。 図7:熱(45℃)で1.5,10,20及び40分間処理した後のトランスフェクトR IF RHC−7細胞におけるCAT活性。サンプルは熱処理24時間後に得られ た。クロラムフェニコールのアセチレート化クロラムフェニコールへの転化は結 果として得られるTLCプレートからの放射活性をカウントすることによって計 算された。 図8:600ジュール/cm2と5400ジュール/cm2の範囲のNPe 6媒介PDTで処理したトタンスフェクトRIF HC−2細胞でのCAT活性 。クロラムフェニコールのアセチレート化クロラムフェニコールの転化は結果と して得られるTLCプレートからの放射活性をカウントすることによって計算さ れた。 図9:45℃で20分間処理されたトタンスフェクトRIF HC−2細胞内での CAT活性の反応速度。サンプルは熱の処理から3〜48時間後に集められた。ク ロラムフェニコールのアセチレート化クロラムフェニコールへの転化は結果とし て得られるTLCプレートからの放射活性をカウントすることによって計算され た。 図10:45℃で20分間処理したトタンスフェクトRIF RHC−7細胞内での CTA活性の反応速度。サンプルは熱の処理から3〜48時間後に得られたもので ある。クロラムフェニコールのアセチレート化クロラムフェニコールの転化は結 果として得られるTLCプレートからの放射活性をカウントすることによって計 算された。 図11:細胞用のウォーターバス熱あるいは細胞用のレーザー誘発熱のいずれか で処理されたRIF HC−2細胞及びC3H/HeJマウス内で成長している RIF HC−2腫瘍からのCAT活性。熱処理は45℃の温度に20分間さらすこ とによって行われた。細胞培養サンプルは熱処理から24時間後に回収され、腫瘍 サンプルは熱処理後3,6及び24時間後に回収された。比較対象の腫瘍からは測 定可能なレベルのC ATは記録されなかった。 図12:レーザー誘発加熱、NPe6−PDT、又はPH−PDTのいずれかに よって処理されたCH3H/HeJマウス内で成長しているRIF HC−2及 びRIF RHC−7腫瘍からのCAT活性。熱処理は45℃の温度で20分間さら すことで行われた。比較対象の腫瘍、及び光、NPe6あるいはPHだけで処理 された腫瘍の場合、測定可能なレベルは記録されなかった。 発明の詳細な説明 本発明の範囲と精神を逸脱せずにここに開示されている発明に対して種々の置 き換えや修正が可能であることは当業者には明らかであろう。 ここに用いられている『光力学的治療』あるいは『PDT』という用語は充実 性腫瘍を可視光(通常は非熱レーザーによって発生される)によって処理し、そ の後、腫瘍局所化光感作化剤を系統投与する措置を意味している(Fisher,A.M .R.,ら、Laser Surgery Medicine 17:2−31(1995);Marcus.S.L.及びD ugan,M.H.,Laser Surgery Medicine,12:318−24(1992);及びHenderson,B .W.及びDougherty,T.J.,Photochem .Photobiol.,55:931−48(1992)参照 )。光感作化剤及びレーザー光によって誘発される光化学反応は細胞レベル以下 の標的(細胞膜、細胞小器官、酵素及びDNA)に対する酸化損傷をもたらす単 原子酸素などの酸素種をつくりだす。PDTは種々のタイプの固形腫瘍(食道、 気管 支、膀胱、脳、眼球、頭部/首、皮膚、子宮頸部及び年齢性の皮膚のあざ変性及 び乾癬などの非悪性疾患)を治療するために臨床的に用いられている。フォトフ リン(PH)、錫エチオプルプリン(SnET2)、モノ−1−アスパルチル・ クロリンe6(NPe6)、ベンゾポルフィリン誘導物(BPD)、メソ−テト ラ−(ヒドロキシフェニル)グロリン(mTHPC)及び5−アミノ・レブリン 酸(ALA)などの種々の光感作化剤がPDTにおいて用いられている。 ここで用いられている『ヒートショック遺伝子』という用語は昇温に対する反 応において高いレベルで転写される遺伝子を意味する。 ここで用いられている『CAT』あるいは『CATアッセイ』という用語は真 核プロモーター配列の有効性をイン・ビボで評価するためのアッセイを意味する 。CAT遺伝子はCATをコードし、CATはその2つのヒドロキシル基の1つ 又は両方で薬品をアセチル化することによって抗生物質クロラムフェニコールを 不活性化する。真核細胞はCATを合成せず、その遺伝子は特に哺乳動物細胞に おけるプロモーターの合成のためのレポーター遺伝子として開発されている。C ATは[14C]クロラムフェニコールがCTA酵素の存在下だけで合成されるア セチル化された不活性誘導体から分離される薄層クロマトグラフィーに基づく方 法によって分析される。 ここで用いられている『β−gal』又は『β−ガラクトシ ダーゼ・アッセイ』という用語は真核プロモーター配列の有効性をイン・ビボで 評価するために用いられるアッセイを意味している。β−ガラグトシダーゼはラ クトースなどのβ−ガラクトシドを末端非還元性β−ガラクトース残基の加水分 解によって構成成分の糖類に加水分解する酵素である。大腸LacZ遺伝子は調査対 象のプロモーターの制御下で問題の遺伝子とLacZ遺伝子との間のlacZ発現の翻訳 的なイン−フレーム融合としてのプロモーターの作用の調査においてレポーター 遺伝子として用いられる。プロモーターの活性はo−ニトロフェニル−ピラノガ ラクトースを基質として用いたβ−ガラクトシダーゼ活性の測定によって評価す ることができる。 ここで用いられている『グルコース調節蛋白質』あるいは『GRP』という用 語はグルコース枯渇、低酸素症、細胞内カルシウムの変質、抑制因子への露出、 あるいはグリコシル化、及びPDT媒介酸性化ストレス状態などが共に働いて誘 発される蛋白質の群を意味している。 そしてここで用いられている『腫瘍抑制遺伝子』という用語は細胞の成長及び 分裂の通常の制御の種々の側面に関与していると考えられるタイプの遺伝子を意 味している。これらの遺伝子の共通の特徴は、通常、遺伝子的な手段で不活性化 され、腫瘍形成に寄与してしまうことである。 ここで用いられている『免疫調節遺伝子』とは、その発現が特定の刺激、ある いは種々の刺激に対する免疫反応の過程 を調節する遺伝子を意味している。その例としてはインターロイキン4、インタ ーロイキン10、腫瘍壊死因子αなどがある。 ここで用いられている『サイトカイン』という用語は特定の刺激に対する免疫 応答の過程に影響を及ぼし、そして規制することができる免疫システムの細胞に よってつくりだされる小さな蛋白質を意味している。 ここで用いられている『抗血管形成性遺伝子』とは血管の形成を滅少させる、 あるいはそれを終わらせる蛋白質をコードする遺伝子を意味している。 ここで用いられている『アンチセンスDNA』とはアンチセンスRNAをコー ドするDNAを意味している。こうしたアンチセンスRNAは遺伝子の天然の『 センス』mRNA転写によってRNA−DNA二重体を形成して、それによって その翻訳を妨害してしまう可能性を有している。アンチセンスRNAは特定の遺 伝子の発現を不活性化する手段を提供してくれ、単純な細胞と複雑な細胞の両方 に適用することができる。 本発明によれば、当業者に知られているような通常の分子生物学的、微生物学 的、及び遺伝子組換えDNA技術を用いることができる。こうした技術は以下の ような文献に詳細に説明されている。例えば、Maniatis,Fritsch & Sambrook, “Molecular Cloning:A Laboratory Manual”(1982):“DNA Cloning:A Practical Approach”,巻I及びII (D.N.Glover編、1985);“Oligonucleotide Synthesis”(M.J.Gait編、1 984);“Nucleic Acid Hybridization”(B.D.Hames & S.J.Higgins編、(1 985));“Transcription and Translation”(B.D.Hames & S.J.Higgins編 (1984);“Animal Cell Culture”(R.I.Freshney編(1986);“Immobiliz ed Cells And Enzymes”(IRL Press,(1986);B.Perbel,“A Practical Gu ide To Molecular Cloning”(1984))。 従って、以下の用語が使われている場合、それは以下のような定義を有してい る。 『ベクター』とは別のDNA部分を取りつけて、その取りつけられた部分の複 製をもたらすことができるプラスミド、ファージ、あるいはコスミドなどのレプ リコンである。ベクターは、その投与が受容体哺乳動物によって許容できる場合 に『薬学的に受け入れ可能な』と称する。こうした薬剤は、投与された量が生理 学的に有意である場合に、『治療的に有効な量』と称せられる。薬剤は、その存 在が受容体哺乳動物の生理に変化をもたらす場合に生理学的に有意であると称す る。例えば、レトロウイルス感染症の治療において、感染の程度、あるいは感染 による生理学的損傷を減少させる化合物を治療的に有効であると考えられる。 『DNA分子』とは一本鎖形状か、あるいは二本鎖らせん形のポリマー形態の デオキシボヌクレオチド(アデニン、グアニン、シミン、あるいはシトシン)を 意味する。この用語 はこの分子の一次構造及び二次構造のみを意味しており、いずれの形態の三次形 態も限定されるものでもない。従って、この用語は特に直鎖状DNA分子(例え ば、制限フラグメント)、ウイルス、プラスミド、及びクロモソームに見られる 二本鎖DNAを含んでいる。以下の構造の検討では、従来の方式に従って、DN Aの非転写ストランドに沿った5'−3'の方向でのみ配列を示す(例えば、mR NAに相同な配列を有するストランド)。 『複製元』とはDNA合成に関与するDNA配列を意味する。 DNA『コード配列』とは適切な規制配列の制御下に置かれた場合にイン・ビ ボで転写されポリペプチド内に翻訳される二本鎖DNA配列を意味する。コード 配列の境界は5'(アミノ)末端の開始コドンと3’(カルボキシル)末端の翻 訳停止コドンによって決められる。コード配列は原核配列、真核細胞mRNAか らのcDNA、真核細胞性(例えば哺乳動物の)DNAからのゲノム性DNA配 列、そして合成DNA配列も含む。ポリアデニル化信号及び翻訳終了配列は通常 コード配列の3'末端に配置される。 転写及び翻訳制御配列はプロモーター、エンハンサー、ポリアデニル化信号、 ターミネーターなど宿主細胞内でのコード配列の発現をもたらすDNA調節遺伝 子である。 『プロモーター配列』とは細胞内のRNAポリメラーゼを結合させ、下流(3 '方向)コード発現配列の転写を開始す ることができるDNA領域のことである。本発明を明確にするために、プロモー ター配列は転写開始サイトによってその3'末端で結合され、上流(5'方向)に 延びて背景との対比で検出可能なレベルで転写を開始するのに必要な最低限の塩 基又は要素を取り込むものと定義する。このプロモーター配列内には転写開始サ イト(通常はヌグレアーゼS1によるマッピングによって定義される)とRNA ポリメラーゼの結合に関係している蛋白質結合サイト(コンセンサス配列)が見 いだされるであろう。真核細胞プロモーターは、いつもではないがしばしば、“ TATA”ボックス及び“CAT”ボックスを含んでいる。原核細胞プロモータ ーは−10〜−35コンセンサス配列に加えてシャイン−ダルガノ配列を含んでいる 。ベクターを働かせるために種々のプロモーターを用いることができる。 『発現制御配列』とは別のDNA配列の転写や翻訳を制御したり調節したりす るDNA配列である。コード配列はRNAポリメラーゼがコード配列をmRNA に転写し、それがコード配列によってコードされる蛋白質に翻訳される場合に、 細胞内の転写及び翻訳制御配列の『制御下』に置かれている。 『信号配列』はコード配列の前に含まれる場合がある。この配列は、宿主細胞 に対してポリペプチドと細胞表面に向かわせたり、あるいはポリペプチドを培養 液内に分泌するように信号を送る信号ペプチド、N末端からポリペプチドまでを コードし、この信号ペプチドがその蛋白質が細胞を出ていく 前に宿主細胞によってクリップ・オフされる。信号配列は真核細胞や原核細胞内 に天然の状態で存在する種々の蛋白質と組み合わさった状態で見いだされる場合 もある。 本発明はこれらの治療的機能性をPDTの種々の効果を増大させたりあるいは 相乗的に働かせたりするために遺伝子の場所的、一時的発現に対する分子スイッ チとして働かせるために用いることによって、PDT(又は熱)の殺腫瘍(又は 抗血管形成性)特性を局所的に強化させるための新しい方法に向けられたもので ある。本発明は構成的に作用するプロモーター、つまり、遺伝子転写を特定の細 胞グループに限定する組織固有レセプターあるいは組織固有エンハンサーを用い るウイルス伝達システムを用いて局所的な細胞毒性遺伝子治療を行おうとする現 在の方式より優れている。正常な細胞や組織内では細胞毒性遺伝子生産が基本的 に高いレベルで発現されるために構成的に作用するプロモーターを用いて遺伝子 発現の一時的な調節を行うことはできない。本発明は(誘発性遺伝子治療とPD T又は熱を組み合わせることで)通常の組織の毒性を増大させずに局所的腫瘍制 御を強化させ(治療効果を高め)ることができる。PDT又は熱誘発性プロモー ターの転写活性化は任意の組織体積内で、そして特定の時間的枠組みで制御され る。従ってこの手順は、PDT又は熱によって誘発される直接的な細胞毒性と細 胞毒性遺伝子転写の空間的、一時的調節を引き出すためにPODTをより集中的 に標的に向かって行わせることとの両方を可能にしてくれる。 PDT−あるいは熱標的遺伝子治療はPDT又は熱処理領域内で転写的に活性 化されて局所的な細胞毒性を強める異種遺伝子をコードするcDNAの上流のP DT−又は熱誘発性プロモーターを含む構成物を用いる。 本発明はヒト個人の標的組織の一時的で局所的な措置の方法を提供するもので あり、この方法はその個人に対して光力学的治療あるいは熱によって誘発可能な プロモーターの制御下で治療に役立つ発現ベクターを投与するステップと、その 標的組織を光力学的治療あるいは熱にさらすステップとで構成されている。 遺伝子治療の目的のために、分子生物学及び腫瘍学の分野での通常の知識と技 術を有している人であれば、それほど過重な実験をしなくても、本発明によるこ の新しい方法において用いられるべき適切な用量や投与経路については判断でき るであろう。 本発明は異種遺伝子の選択的及び一時的な発現のための方法を開示するもので ある。本発明は培養液内で成長された細胞内と、充実性腫瘍としてイン・ビボで 成長された細胞のための両方に異種遺伝子を選択的且つ一時的発現を獲得するた めの二つの方法で構成されている。ヒトヒートショック蛋白質(hsp)プロモー ターはレーザー誘発加熱あるいは光力学的治療(PDT−)誘発酸化性ストレス の状態下で対象となる遺伝子を発現するために用いられる。異種遺伝子(サイト カイン、トキシン、腫瘍抑制遺伝子、アンチセンス分子、及 び抗血管形成性因子など)の選択的及び一時的発現は腫瘍、血管増殖、及び組織 肥大の措置において治療上有意義な利点をもっている。レーザー誘発加熱や他の 熱源(マイクロ波、超音波、あるいはラジオ周波数誘発電流など)によって標的 に向けられた遺伝子治療は制御され局所化された形態で治療的に役立つ遺伝子の 発現を誘発することにより治療的な有効性を向上させる。 以下の実施例は本発明の種々の実施の形態を示すために開示されるものであっ て、いかなる意味でも本発明を限定することは意図していない。 実施例1 細胞系: 親の比較対象細胞及びhspプロモーターレポーター遺伝子構成物によってトラ ンスフェクトあるいは形質導入された受容体細胞として放射線誘発繊維肉腫細胞 (RIF)を用いた。3つのhspプロモーター・レポーター遺伝子細胞系が確立 され、テストされた。これらの細胞系のうちの2つは発現プラスミドによってト ランスフェクトされ、1つの細胞系は誘発可能なレトロウィルス性ベクターによ って形質導入された。StressGen Biotech Corpから入手したプラスミド、p2500 -CAT(hsp70プロモーターの制御下でクロラムフェニコール・アセチル・トラ ンスフェラーゼ(CAT)の誘発性発現をもたらす)及びp1730R(hsp70プロ モーターの制御下でベータ・ガラクトシダーゼ(β−gal)の誘発性発現をもた らす)、さらにStratagene社からのプラスミド、pMC1Neo(チミジン・キ ナーゼ・プロモーターの制御下でネオマイシン抵抗遺伝子の構成的発現をもたら す)をスーパーコンペテント大腸菌内で成長させて、単離し、その後アルカリ溶 解を行い、精製された。各StressGen発現プラスミドはカルシウム・リン酸DN A沈殿技術を用いてpMC1Neo(5:1の比率)と共にRIF−I細胞内に 共トランスフェクトさせた。これらの細胞を600μg/ml G418内で成長させて、 その結果得られるコトニーをクローニング・リングを用いて取り出した。G418 抵抗性クローンを延長させて、β−galあるいはCAT活性に関して熱をポジテ ィブ誘発因子として用いることで調べた。次にポジティブ・クローンのPDT後 の活性について調べた。PDT後にβ−galかCAT活性を表現した個々のRI F−1クローンが得られた。 異種レポーター遺伝子の作用を開始させるためのスイッチとして熱又はPDT を用いることができることを証明するために用いられた3つの細胞系は: 1. 2.5kb hspプロモーターの制御下でCATを発現するRIF HC−2細胞 。 2. 2.5kb hspプロモーターの制御下でベータ・ガラクトシダーゼを発現する IF HB−3細胞 、及び 3.(クロラムフェニコール・アセチル・トランスフェラーゼ遺伝子と結紮された 300bphspプロモーター+5’LTRから構成的に表現されるホスホトランスフェ ラーゼ(メオ・ レジスタンス)遺伝子を含む修正GINAレトロウィルス性ベクターによって得 られたRIF RFC−7細胞。 G−418内で成長させることで安定したトランスフェクタントが確立され、その 後、クロラムフェニコール・アセチル・トランスフェラーゼ活性の熱誘発発現に 関する選別を行った。 これら3つの細胞系のすべては安定的に発現ベクターを一体化し、それらの細 胞系がC3H/HeJマウスのわき腹に注入されると、充実性繊維肉腫腫瘍をつ くりだす。 実施例2 処理条件: 培養中の細胞の高熱処理: 細胞(2×106)をT−75フラスコに熱処理開始より24時間前に播種した。熱 処理は温度を調節したウォーターバス内で45℃の温度に細胞をさらすことによっ て行われた。 培養中の細胞の光感作化処理(PDT): 3つの違った光感作化剤、フォロフリン(PH)、モノ−1−アスパラチル・ クロリンe6(Noe6),及び錫エチオプルプリン(Sn ET2)について 調べた。細胞(2×106)を100mmペトリ皿に上記の光感作化剤の1つと共に16時 間のインキュベーションを開始するより24時間前に入れた。光感作化剤培養濃度 はPH及びNpe6の場合25μg/ml、そしてSnET2の場合は0.75μg/mlであ った。細胞は5%血清を含む培養液内で光感作化剤と共に暗下で16時間インキュ ベーションされた。その後、その細胞を15%血清を含む培地 で30分間洗浄してから、段階別の照射量の赤色光に照射された。Npe6とSn ET2に対して664nmダイオード・レーザー光が2mW.cm2の照射量で用いられ た。PHで培養された細胞に対しては、並列の30−W蛍光球からの広スペクトル (570〜650mm)赤色光を0.35mW/cm2の割合で用いた。 マウス内で成長している腫瘍の熱処理: 直径が6〜7mmの寸法の腫瘍の高熱処理は44.5〜45℃の温度に20分間さらすこ とによって行われた。これらの温度は腫瘍を270mW/cm2の密度で810nmレーザー光 を放出するダイオード・レーザーによって腫瘍を照射することによって行われた 。 マウス内で成長している腫瘍のPDT処理: 直径が6〜7mmの腫瘍の光力学的治療(PDT)はPHあるいはNPe6を5 mg/kgの割合で、あるいはSnET2を1.5mg/kgの割合で静脈注射することによ って行われた。腫瘍の非熱レーザー光による照射は薬品を投与してから4〜5時 間(Npe6の場合)あるいは24時間(PH及びSnET2の場合)に開始され た。630nmの赤色光をpH媒介PDTの場合に、また664nm光をSn ET2−及び Npe6−媒介PDTの場合にそれぞれ用いた。照射量は75mW/cm2であった。 実施例3 細胞及び組織のベーターガラクトシダーゼ・アッセイ: 細胞リゼイト(RIF HB−3細胞をレポーター・リシス緩衝液(promega )でインキュベートして得られた)あるいは腫瘍リゼイト(RIF HB−3固 形腫瘍をレポーター・ リシス緩衝液に入れてポリトロンでホモゲナイズすることによって得たもの)を 微細遠心分離管に入れて4℃で2分間遠心分離にかけた。150μlの上澄液を基質 ONPG(o−ニトロフェニル−B−D−ガラクトピラノシド)を含むアッセイ 2X緩衝液(promega)を加えて、反応物を37℃の温度で3時間インキュベート することによってそのベーターガラクトシダーゼ活性に関して調べた。500μlの 1M炭酸ナトリウムを加えてこの反応を停止させ、420nmでの吸収度を分光光度 計で読み取った。ベーターガラクトシダーゼ活性は蛋白質のミリユニット/mg( BIO−RAD蛋白質アッセイで測定)で示した。 実施例4 細胞及び組織のCATアッセイ: 細胞の場合、10μgの細胞蛋白質(細胞の凍結/解凍によって得たもの)を35 μlの1M トリスCl pH7.8,10μlの6.0mg/mlアセチルCoA、2.5μlのC −14クロラムフェニコール(ICN Pharmaceiticals社、Costa Mesa,CA,カ タログ番号12060)、及び最終体積が75μlにする水と混合した。この反応混合物 を37℃のウォーターベースで30分間インキュベートした。アセチル化クロラムフ ェニコールを1ml酢酸エチルを加えることで反応混合物から抽出して、1分間ボ ルテックスして最大速度で5分間遠心分離した。酢酸エチル層を取り出して、45 分間かけて乾燥させた。サンプルを30μlの酢酸エチルに溶解して、シリカ・ゲ ル薄層クロマトグ ラフィー・プレート上に滴下した。TLCプレートをクロロホルム:メタノール (比率、95:5)を200ml含むチェンバー内で45分間かけて展開し、空気乾燥し 、X線フィルムに一昼夜露出させた。CAT転化比率はTLCプレート上のアセ チル化されたスポットとアセチル化されないスポットを切り出してシンチレーシ ョン・カウンターでカウントして計算した。 組織サンプルの場合、CATアッセイを“Molecular Cloning”,Sambrook,F ritsch.Maniatis.Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)に紹介され ている手順に多少の修正を加えて行った。65.5μgの蛋白質サンプルを65℃の温 度で10分間インキュベートしてジアセチレートを非活性化させた。各サンプルに 対して、50μlの1MトリスCl pH7.8,10μlの6.0mg/mlアセチルCoA,4.3 μlのC−14クロラムフェニコール(ICN Pharmaceuticals社,Costa Mesa,C A)と水を加えて、最終体積を130μlとした。サンプルと37℃の温度で6時間イ ンキュベートして、5μlの新たに作成した6.0mg/m1アセチルCoA溶液をそれ らのサンプルに2時間毎に加えた。6時間インキュベートを行った後、1mlの酢 酸エチルを各サンプルに加えて、1分間ボルテックスさせてから5分間遠心分離 を行い、有機層を取り出してから空気乾燥して、30μlの酢酸エチルを各サンプ ルに加えてから、それらサンプルをTLCプレート上にスポッティングした。T LCプレートを200mlのクロロホルム:メタノール(95:5)を含むチェン バー内で45分間展開して、空気乾燥し、X線フィルムに一昼夜露出させた。CA T転化比率はPLCプレート上のアセチル化されたスポットとアセチル化されな かったスポットと切り出してシンチレーションカウンターでカウントすることで 計算した。 実施例5 PDT誘発性プロモーター/TNF−α発現ベクター: hspプロモーターを含むStressGen(p2500CAT)とTNF−αの完全な コード配列を含むATCC(pUC−R10173)から開始プラスミドを得る。p2 500CATからのCTA遺伝子をHindIII及びBamH1による消化によって取り出す 。その結果得られる末端をNew England Biolabs社から得られる市販のアダプタ ーを用いて修飾する。事前にアリール化されたアダプター1105(EcoR1−Xmn I)及び1107(HindIII−XmnI)を用いてEcoR1に転化する。BamH1末端を アダプター1105(EcoR1−XmnI)及び1106(BamH1−XmnI)を用いてEco R1に転化する。アダプター挿入に続いて、ベクターをpUC−R10173の精製E coR1フラグメントに結紮させる。環状プラスミドを用いてコンペテント大腸菌 を形質変換させる。選別されたコロニーの微細サンプルをAval及びBgIIIで切断 して挿入物の方向を判定する。正しく挿入されたコロニーを拡張して、その結果 得られるプラスミド(pHspTNF)をRIF癌細胞内でpMClNeoと共 にトランスフェクトさせる。安定して一体化された hspプロモーター/TNF−α発現ベクター、pHspTNFを含む腫瘍細胞系を 単離する。 本明細書で取り上げられているすべての特許及び刊行物は本発明が関係する技 術分野の当業者の水準に合致したものである。さらに、これらの特許及び刊行物 は、引用によってそれぞれ個別的、具体的に組み込まれるのと同じ程度に全体と して本明細書に組み込まれている。 当業者であれば、ここに述べられている課題を実行し、目的と利点を達成する と同時に、それらに本質的に付随した課題、目的、利点を達成するのによく適合 していることは容易に理解できるであろう。上に述べた実施の形態はここに述べ られている方法、手順、処理、分子、及び具体的な化合物と共に現段階で好まし い実施の段階を示しており、具体例であって、本発明の範囲の限定を意図するも のではない。特許請求の範囲の範囲で定義される本発明の精神の範囲内での変更 や他の使用法は当業者であれば容易に想起できるであろう。
───────────────────────────────────────────────────── 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) A61K 41/00 A61K 41/00 A61P 43/00 A61P 43/00 111 111 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,HU,IL,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS, LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE ,SG,SI,SK,TJ,TM,TR,TT,UA, UG,UZ,VN (72)発明者 ネイム,アンジェラ フェラリオ アメリカ合衆国 91206 カリフォルニア, グレンダール,リュートン ドライブ 666 (72)発明者 ルーナ,マリアン クーンスゲン アメリカ合衆国 91105 カリフォルニア, パサデナ,カウイーア ドライブ 1882

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. ヒトの標的組織内の遺伝子の発現を増強する方法において、 光力学的治療又は熱によって誘発可能なプロモーターの制御下で治療的に有効 な異種遺伝子を発現するベクターで、上記遺伝子が上記プロモーターに対して異 種である発現ベクターを上記ヒトの上記標的組織に対して配送するステップと、 上記標的組織を光力学的治療又は熱処理し、上記光力学的治療又は熱が上記遺 伝子の発現を増強するステップとで構成される方法。 2. 上記ベクターが組織的に投与される請求項1の方法。 3. 上記ベクターが局所的に投与される請求項1の方法。 4. 上記ベクターがレトロウイルス性ベクター、アデノ会合ウイルス性ベクター 、あるいはリポソーマルDNAベクターである請求項1の方法。 5. 上記プロモーターがヒートショック蛋白質(hsp)プロモーター、あるいは グルコース調節蛋白質プロモーターである請求項1の方法。 6. 上記異種遺伝子が免疫調節遺伝子、腫瘍抑制遺伝子、アンチセンスDNA、 又は抗血管形成性遺伝子である請求項1の方法。 7. 上記免疫調節遺伝子がサイトカイン遺伝子である請求項6の方法。 8. 上記プロモーターが反応性酸素種によって誘発可能な請求項1の方法。 9. 上記標的組織が腫瘍、異常組織成長領域、異常血管成長領域である請求項1 の方法。 10. 上記熱が熱レーザー、マクロ波、超音波、あるいはラジオ周波数波である 請求項1の方法。 11. 上記熱が44.5〜45℃の範囲である請求項1の方法。 12. ヒトの標的組織内での遺伝子の発現を増強する方法において、 上記ヒトに光力学的治療のために光感作化剤を投与するステップと、 上記ヒトの上記標的組織に光力学的治療によって誘発可能なプロモーターの制 御下で治療的に役立つ異種遺伝子を発現し、上記遺伝子が上記プロモータに対し て異種である発現ベクターを配送するステップと、 上記光感作化剤及び上記発現ベクターを上記標的組織によって取り込まれるよ うにするステップと、そして上記標的組織を光にさらし、上記光が上記光感作化 剤と組み合わさって反応性酸素種を発生させ、光力学的治療によって誘発可能な 上記プロモータを誘発させて、上記治療的に有用な異種遺伝子の発現を増強させ るステップとで構成される方法。 13. 上記光感作化剤がフォトフリン、錫エチオプルプリン、モノ−1−アスパ ルチルコリンe6、ベンゾポルフィリ ン誘導体、メソ−テトラ−(ヒドロキシフェニル)クロリン及び5−アミノ・レ ブリン酸の群から選択される請求項12の方法。 14. 上記プロモーターはヒートショック蛋白質(hsp)プロモーター又はグルコ ース調節蛋白質プロモーターである請求項12の方法。 15. 上記ベクターがレトロウイルス性ベクター、アデノ会合ウイルス性ベクタ ー、又はリポソーマルDNAベクターである請求項12の方法。 16. 上記異種遺伝子が免疫調節遺伝子、腫瘍抑制遺伝子、アンチセンスDNA 又は抗血管形成性遺伝子である請求項12の方法。 17. 上記免疫調節遺伝子がサイトカイン遺伝子である請求項16の方法。 18. 上記光がレーザーによって発生される請求項12の方法。
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