JP2005168509A - Spliceosome-mediated rna trans-splicing - Google Patents

Spliceosome-mediated rna trans-splicing Download PDF

Info

Publication number
JP2005168509A
JP2005168509A JP2005003107A JP2005003107A JP2005168509A JP 2005168509 A JP2005168509 A JP 2005168509A JP 2005003107 A JP2005003107 A JP 2005003107A JP 2005003107 A JP2005003107 A JP 2005003107A JP 2005168509 A JP2005168509 A JP 2005168509A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nucleic acid
target
acid molecule
mrna
trans
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005003107A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Lloyd G Mitchell
ミッチェル,ロイド,ジー.
Mariano A Garcia-Blanco
ガルシア−ブランコ,マリアーノ,エー.
Carl C Baker
ベイカー,カール,シー.
Madaiah Puttaraju
パッタラジュ,マダイアー
Gary S Mansfield
マンスフィールド,ゲイリー,エス.
Hengjun Chao
チャオ,ヘンジュン
Christopher Walsh
ウオルシュ,クリストファー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INTRONN Inc
Original Assignee
INTRONN Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/756,097 external-priority patent/US20060088938A1/en
Priority claimed from US09/756,096 external-priority patent/US20030077754A1/en
Priority claimed from US09/756,095 external-priority patent/US20020115207A1/en
Priority claimed from US09/838,858 external-priority patent/US20030148937A1/en
Priority claimed from US09/941,492 external-priority patent/US20030027250A1/en
Application filed by INTRONN Inc filed Critical INTRONN Inc
Publication of JP2005168509A publication Critical patent/JP2005168509A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/85Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for animal cells
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P31/00Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P31/00Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
    • A61P31/04Antibacterial agents
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P35/00Antineoplastic agents
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P37/00Drugs for immunological or allergic disorders
    • A61P37/02Immunomodulators
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P37/00Drugs for immunological or allergic disorders
    • A61P37/02Immunomodulators
    • A61P37/06Immunosuppressants, e.g. drugs for graft rejection
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/102Mutagenizing nucleic acids
    • C12N15/1027Mutagenizing nucleic acids by DNA shuffling, e.g. RSR, STEP, RPR
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2800/00Nucleic acids vectors
    • C12N2800/10Plasmid DNA
    • C12N2800/108Plasmid DNA episomal vectors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2830/00Vector systems having a special element relevant for transcription
    • C12N2830/001Vector systems having a special element relevant for transcription controllable enhancer/promoter combination
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2830/00Vector systems having a special element relevant for transcription
    • C12N2830/60Vector systems having a special element relevant for transcription from viruses
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2840/00Vectors comprising a special translation-regulating system
    • C12N2840/44Vectors comprising a special translation-regulating system being a specific part of the splice mechanism, e.g. donor, acceptor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2840/00Vectors comprising a special translation-regulating system
    • C12N2840/44Vectors comprising a special translation-regulating system being a specific part of the splice mechanism, e.g. donor, acceptor
    • C12N2840/445Vectors comprising a special translation-regulating system being a specific part of the splice mechanism, e.g. donor, acceptor for trans-splicing, e.g. polypyrimidine tract, branch point splicing

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Oncology (AREA)
  • Communicable Diseases (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for in vivo production of a trans-spliced molecule in a selected subset of cells. <P>SOLUTION: An in vivo trans-splicing reaction between a pre-trans-splicing molecule and a pre-mRNA which is uniquely expressed in a specific target cell provides a novel mRNA which is functional as a mRNA or encodes a protein to be expressed in the target cells. The expression product of the mRNA is a protein of therapeutic value to the cell or host organism, a toxin which causes killing of the specific cells or a novel protein not normally present in such cells. The invention further provides PTMs that have been genetically engineered for the identification of exon/intron boundaries of pre-mRNA molecules using an exon tagging method. The PTMs can also be designed to result in the production of chimeric RNA encoding for peptide affinity purification tags which can be used to purify and identify proteins expressed in a specific cell type. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

1. 緒論
本発明は、標的スプライセオソームトランススプライシングによって新規な核酸分子を作製する方法および組成物を提供する。本発明の組成物は、天然の標的前駆体メッセンジャーRNA分子(標的プレmRNA)と相互作用し、新規なキメラRNA分子(キメラRNA)の形成をもたらすトランススプライシング反応を媒介するようデザインされたプレトランススプライシング分子(PTM)を含む。本発明のPTMは、それ自体、RNA翻訳の阻害のようなある機能を遂行しうるか、または細胞において欠陥があるもしくは不活性なタンパク質を補足するタンパク質をコードするか、または特定の細胞を死滅させる毒素をコードする新規なキメラRNAの産生をもたらすように遺伝子操作される。一般に、標的プレmRNAは、特定の細胞型内で発現され、従って、新規なキメラRNAの発現を選択された細胞型にターゲットする手段となることから、標的として選択される。本発明はさらに、エキソンのタグ付け法を用いてプレmRNA分子のエキソン/イントロン境界を同定するために遺伝子操作されたPTMに関する。またPTMは、特定の細胞型で発現するタンパク質を精製および同定するのに使用できるペプチドアフィニティー精製タグをコードするキメラRNAの生成をもたらすようデザインすることもできる。本発明の方法は、本発明のPTMと標的プレmRNAを、PTMの一部が標的プレmRNAの一部にトランススプライシングされて新規なキメラRNA分子を形成するような条件下で接触させることを含む。本発明の方法および組成物は、癌などの増殖性疾患の治療、または遺伝疾患、自己免疫疾患もしくは感染性疾患の治療のための細胞遺伝子調節、遺伝子修復および自殺遺伝子治療に使用できる。また、本発明の方法および組成物は、標的スプライセオソームトランススプライシングにより、植物において新規な核酸分子を生成するためにも使用できる。例えば、標的トランススプライシングは植物の病害の処置、病害耐性植物の遺伝子操作、または植物での所望の遺伝子の発現のために植物において遺伝子発現を調節するために使用できる。本発明の方法および組成物はまた、イントロン/エキソン境界をマッピングするため、また、いずれかの細胞で発現した新規なタンパク質を同定するためにも使用できる。
1. Introduction The present invention provides methods and compositions for making novel nucleic acid molecules by targeted spliceosome trans-splicing. The composition of the present invention is a pretrans designed to mediate a trans-splicing reaction that interacts with a natural target precursor messenger RNA molecule (target pre-mRNA), resulting in the formation of a novel chimeric RNA molecule (chimeric RNA). Contains splicing molecules (PTM). The PTMs of the invention may themselves perform a function, such as inhibition of RNA translation, or encode a protein that complements a defective or inactive protein in the cell or kills a specific cell Engineered to result in production of a novel chimeric RNA encoding the toxin. In general, the target pre-mRNA is selected as a target because it is expressed in a particular cell type and thus provides a means to target the expression of the novel chimeric RNA to the selected cell type. The invention further relates to PTMs that have been genetically engineered to identify exon / intron boundaries of pre-mRNA molecules using exon tagging methods. PTMs can also be designed to result in the production of chimeric RNAs encoding peptide affinity purification tags that can be used to purify and identify proteins expressed in specific cell types. The method of the invention comprises contacting the PTM of the invention with a target pre-mRNA under conditions such that a portion of the PTM is trans-spliced to a portion of the target pre-mRNA to form a novel chimeric RNA molecule. . The methods and compositions of the present invention can be used for the treatment of proliferative diseases such as cancer, or cellular gene regulation, gene repair and suicide gene therapy for the treatment of genetic, autoimmune or infectious diseases. The methods and compositions of the invention can also be used to generate new nucleic acid molecules in plants by targeted spliceosome trans-splicing. For example, targeted trans-splicing can be used to regulate gene expression in plants for treatment of plant diseases, genetic manipulation of disease resistant plants, or expression of desired genes in plants. The methods and compositions of the present invention can also be used to map intron / exon boundaries and to identify novel proteins expressed in any cell.

2. 発明の背景
染色体のDNA配列はコード領域(エキソン)を含み、通常、介在する非コード領域(イントロン)も含んだプレmRNAへと転写される。イントロンはスプライシングと呼ばれる精密なプロセスでプレmRNAから除かれる(Chowら, 1977, Cell 12: 1-8;およびBerget, S.M.ら, 1977, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 3171-3175)。スプライシングは、いくつかの小さなリボヌクレオタンパク質(snRNP)と、集合してスプライセオソームとして知られる酵素複合体を形成する多くのタンパク質因子との協調した相互作用として起こる(Mooreら, 1993, The RNA World, R.F. GestlandおよびJ.F. Atkins編 (Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.); Kramer, 1996, Annu. Rev. Biochem., 65:367-404; StaleyおよびGuthrie, 1998, Cell 92: 315-326)。
2. Background of the Invention The DNA sequence of a chromosome contains a coding region (exon) and is usually transcribed into a pre-mRNA containing an intervening non-coding region (intron). Introns are removed from pre-mRNA by a precise process called splicing (Chow et al., 1977, Cell 12: 1-8; and Berget, SM et al., 1977, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 3171-3175) . Splicing occurs as a coordinated interaction of several small ribonucleoproteins (snRNPs) and many protein factors that assemble into an enzyme complex known as the spliceosome (Moore et al., 1993, The RNA World, RF Gestland and JF Atkins (Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY); Kramer, 1996, Annu. Rev. Biochem., 65: 367-404; Staley and Guthrie, 1998, Cell 92: 315- 326).

プレmRNAのスプライシングは2ステップ機構で進行する。第1のステップでは、5’スプライス部位が切断されて「遊離の」5'エキソンと輪縄状の中間体が生じる(Moore, M.J.およびP.A. Sharp, 1993, Nature 365: 364-368)。第2のステップでは、この5’エキソンが3’エキソンと連結し、それに伴って輪縄状の産物としてのイントロンが遊離する。これらのステップは小さな核リボヌクレオタンパク質とスプライセオソームと呼ばれるタンパク質の複合体で触媒される。これらのスプライシング反応部位は5'および3’スプライス部位の周辺の共通配列によって規定される。5’スプライス部位共通配列はAG/GURAGU(ここでA=アデノシン、U=ウラシル、G=グアニン、C=シトシン、R=プリン、/=スプライス部位)である。3’スプライス領域は、分岐点または分枝部位、ポリピリミジントラクトおよび3’スプライス共通配列(YAG)の3つの個別の配列エレメントからなる。これらのエレメントは3’スプライス領域を大まかに規定し、3’スプライス領域は3’スプライス部位の上流に100ヌクレオチドのイントロンを含みうる。哺乳類の分岐点共通配列はYNYURAC(ここでN=任意のヌクレオチド、Y=ピリミジン)である。下線のAは分岐形成部位である(BPA=分岐点アデノシン)。3'スプライス共通配列はYAG/Gである。分岐点とスプライス部位の間には通常ポリピリミジントラクトが見られるが、これは哺乳類系では効果的な分岐点の利用と3’スプライス部位の認識に重要なものである(Roscigno, R. F.ら, 1993, J. Biol. Chem.. 268:11222-11229)。分岐点およびポリピリミジントラクトの下流にある最初のYAGのトリヌクレオチドは最もよく用いられる3’スプライス部位である(Smith, C.W.ら, 1989, Nature 342:243-247)。 Pre-mRNA splicing proceeds by a two-step mechanism. In the first step, the 5 ′ splice site is cleaved to yield a “free” 5 ′ exon and a noose intermediate (Moore, MJ and PA Sharp, 1993, Nature 365: 364-368). In the second step, the 5 ′ exon is linked to the 3 ′ exon, and the intron as a noose product is released accordingly. These steps are catalyzed by a complex of small nuclear ribonucleoproteins and proteins called spliceosomes. These splicing reaction sites are defined by a consensus sequence around the 5 ′ and 3 ′ splice sites. The 5 ′ splice site consensus sequence is AG / GURAGU (where A = adenosine, U = uracil, G = guanine, C = cytosine, R = purine, / = splice site). The 3 ′ splice region consists of three separate sequence elements: a branch point or branch site, a polypyrimidine tract and a 3 ′ splice consensus sequence (YAG). These elements roughly define a 3 ′ splice region, which can contain a 100 nucleotide intron upstream of the 3 ′ splice site. The mammalian branching point consensus sequence is YNYUR A C (where N = any nucleotide, Y = pyrimidine). Underlined A is a branch formation site (BPA = branch point adenosine). The 3 ′ splice consensus sequence is YAG / G. A polypyrimidine tract is usually found between the branch point and the splice site, which is critical for effective branch point utilization and 3 'splice site recognition in mammalian systems (Roscigno, RF et al., 1993). , J. Biol. Chem .. 268: 11222-11229). The first YAG trinucleotide downstream of the branch point and polypyrimidine tract is the most commonly used 3 'splice site (Smith, CW et al., 1989, Nature 342: 243-247).

ほとんどの場合、スプライシング反応は同じプレmRNA分子内で起こり、これはシススプライシングと呼ばれる。独立して転写された2つのプレmRNAの間のスプライシングをトランススプライシングと呼ぶ。トランススプライシングはトリパノソーマで初めて発見され(Sutton & Boothroyd, 1986, Cell 47: 527; Murphyら, 1986, Cell 47:517)、続いて線虫(Krause & Hirsh, 1987, Cell 49:753);扁虫(Rajkovicら, 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87:8879; Davisら, 1995, J. Biol. Chem. 270: 21813)および植物のミトコンドリア(Malekら, 1997, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94:553)で発見された。寄生虫Trypanosoma bruceiでは、全てのmRNAがトランススプライシングによりその5’末端にスプライスリーダー(SL)RNAを獲得する。Caenorhabditis elegansでも、いくつかの遺伝子で5’リーダー配列がトランススプライシングされる。この機構は多くの異なる転写物に単一の共通配列を付加するのに好適である。   In most cases, the splicing reaction occurs within the same pre-mRNA molecule, which is called cis-splicing. Splicing between two independently transcribed pre-mRNAs is called trans-splicing. Trans-splicing was first discovered in trypanosomes (Sutton & Boothroyd, 1986, Cell 47: 527; Murphy et al., 1986, Cell 47: 517), followed by nematodes (Krause & Hirsh, 1987, Cell 49: 753); (Rajkovic et al., 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 8879; Davis et al., 1995, J. Biol. Chem. 270: 21813) and plant mitochondria (Malek et al., 1997, Proc. Natl. Acad Sci. USA 94: 553). In the parasite Trypanosoma brucei, all mRNAs acquire a splice leader (SL) RNA at their 5 'end by trans-splicing. Caenorhabditis elegans also trans-splices the 5 'leader sequence in several genes. This mechanism is suitable for adding a single consensus sequence to many different transcripts.

トランススプライシング機構は従来のシススプライシング機構とほとんど同じであり、2つのホスホリル転移反応によって起こる。まず、2’-5’ホスホジエステル結合が形成され、シススプライシングの場合の輪縄状の中間体に等しい「Y」型の分岐を持つ中間体が生じる。第2の反応であるエキソン連結は従来のシススプライシングと同様に起こる。また、3’スプライス部位の配列およびトランススプライシング反応を触媒するsnRNPのいくつかは、シススプライシングに関与するそれらの対応物とよく似ている。   The trans-splicing mechanism is almost the same as the conventional cis-splicing mechanism and occurs by two phosphoryl transfer reactions. First, a 2'-5 'phosphodiester bond is formed, resulting in an intermediate having a "Y" -shaped branch that is equivalent to a noose intermediate in the case of cis-splicing. The second reaction, exon ligation, occurs in the same way as conventional cis-splicing. Also, the sequence of the 3 'splice site and some of the snRNPs that catalyze the trans-splicing reaction are very similar to their counterparts involved in cis-splicing.

またトランススプライシングは、あるプレmRNAのイントロンが別のプレmRNAのイントロンと相互作用して、2つの通常のプレmRNA間のスプライス部位の組換えを促進するという、また違ったプロセスについてもいう場合がある。このタイプのトランススプライシングは、トランスジェニックマウスにおいて内因性の不変領域に連結されたヒト免疫グロブリン可変領域配列をコードする転写産物を説明するために仮定されたものである(Shimizuら, 1989, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86:8020)。さらにまた、c-myb pre-RNAのトランススプライシングが実証され(Vellard, M.ら, Proc. Natl. Acad. Sci., 1992 89:2511-2515)、もっと最近では、培養細胞および核抽出物中に、互いにトランススプライシングされたクローン化SV40由来のRNA転写物が検出された(Eulら, 1995, EMBO. J. 14:3226)。しかし、哺乳類プレmRNAの天然に存在するトランススプライシングは極めてまれであると考えられる。   Trans-splicing may also refer to a different process in which an intron of one pre-mRNA interacts with an intron of another pre-mRNA to promote recombination of the splice site between two normal pre-mRNAs. is there. This type of trans-splicing was hypothesized to account for transcripts encoding human immunoglobulin variable region sequences linked to endogenous constant regions in transgenic mice (Shimizu et al., 1989, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 8020). Furthermore, trans-splicing of c-myb pre-RNA has been demonstrated (Vellard, M. et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 1992 89: 2511-2515), and more recently in cultured cells and nuclear extracts. In addition, RNA transcripts from cloned SV40 that were trans-spliced together were detected (Eul et al., 1995, EMBO. J. 14: 3226). However, naturally occurring trans-splicing of mammalian pre-mRNA is considered extremely rare.

数グループにより、スプライシング機構を調べるモデル系としてin vitroトランススプライシングが用いられている(Konarska & Sharp, 1985, Cell 46:165-171; Solnick, 1985, Cell 42:157; Chiara & Reed, 1995, Nature 375:510; PasmanおよびGarcia-Blanco, 1996, Nucleic Acids Res. 24:1638)。かなり効率的なトランススプライシング(シススプライシングされた類似体の30%)は互いに塩基対合可能なRNA間で達成されたが、塩基対合によって結びつかないRNAのスプライシングはさらに10倍低くなった。基質間で明確なRNA-RNA相互作用を必要としない他のin vitroトランススプライシング反応が、Chiara & Reed (1995, Nature 375: 510), Bruzik J.P. & Maniatis, T. (1992, Nature 360:692)ならびにBruzik J.P.およびManiatis, T. (1995, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 92: 7056-7059)によって観測されている。これらの反応は比較的低い頻度でしか起こらず、下流5’スプライス部位またはエキソンスプライシングエンハンサーなどの特殊なエレメントを要する。   Several groups have used in vitro trans-splicing as a model system to investigate splicing mechanisms (Konarska & Sharp, 1985, Cell 46: 165-171; Solnick, 1985, Cell 42: 157; Chiara & Reed, 1995, Nature 375: 510; Pasman and Garcia-Blanco, 1996, Nucleic Acids Res. 24: 1638). While fairly efficient trans-splicing (30% of cis-spliced analogs) was achieved between RNAs that could base pair with each other, splicing of RNAs that were not linked by base pairing was further 10 times lower. Other in vitro trans-splicing reactions that do not require clear RNA-RNA interactions between substrates are Chiara & Reed (1995, Nature 375: 510), Bruzik JP & Maniatis, T. (1992, Nature 360: 692) And by Bruzik JP and Maniatis, T. (1995, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 92: 7056-7059). These reactions occur only relatively infrequently and require special elements such as downstream 5 'splice sites or exon splicing enhancers.

RNAを正しく切断して連結する働きをする複数のタンパク質の前駆体mRNAへの結合を含むスプライシング機構に加えて、第3の機構としてはイントロン自身によるRNAの切断および連結を含み、これは触媒RNA分子またはリボザイムと呼ばれる。このリボザイムの切断活性は、リボザイムに別の「ハイブリダイゼーション」領域を組み込むことにより特定のRNAにターゲッティングされている。標的RNAとハイブリダイズすると、このリボザイム切断触媒領域は標的を切断する。このようなリボザイム活性は、外来のまたは異常なRNAの産生を特徴とするヒト疾患の治療など、in vivoにおける標的RNAの不活性化または切断に有用であることが示唆されている。また、特定のRNAのターゲッティングおよび破壊のためのもう1つの機構として、アンチセンスRNAの使用も提案されている。このような例では、小RNA分子を標的RNAとハイブリダイズさせ、標的RNAに結合することによって標的RNAの翻訳を妨げるか、あるいはヌクレアーゼの活性化によりRNAの破壊を起こすようにデザインする。   In addition to the splicing mechanism involving the binding of multiple proteins to the precursor mRNA, which serves to correctly cleave and link RNA, the third mechanism includes RNA cleavage and ligation by the intron itself, which is catalytic RNA Called a molecule or ribozyme. This ribozyme cleavage activity is targeted to specific RNAs by incorporating another “hybridization” region into the ribozyme. When hybridized with the target RNA, this ribozyme cleavage catalytic region cleaves the target. Such ribozyme activity has been suggested to be useful for inactivation or cleavage of target RNA in vivo, such as in the treatment of human diseases characterized by the production of foreign or abnormal RNA. The use of antisense RNA has also been proposed as another mechanism for targeting and destroying specific RNAs. In such an example, a small RNA molecule is designed to hybridize with a target RNA and prevent translation of the target RNA by binding to the target RNA, or to cause RNA destruction by nuclease activation.

最近まで、特定の標的遺伝子を改変するための標的トランススプライシングの実用上の適用例は第1群リボザイムに基づく機構に限られていた。テトラヒメナ(Tetrahymena)第1群リボザイムを用いた標的トランススプライシングは、大腸菌(E. coli)(Sullenger B.A.およびCech. T.R., 1994, Nature 341: 619-622)、マウス繊維芽細胞(Jones, J.T.ら, 1996, Nature Medicine 2:643-648)、ヒト繊維芽細胞(Phylacton, L.A.ら, Nature Genetics 18:378-381)およびヒト赤血球前駆体(Lapら, 1998, Science 280: 1593-1596)で実証されている。改変型第1群リボザイムによって起こる標的RNAトランススプライシングの多くの用途が検討されてきたが、天然の哺乳類スプライシング機構、すなわちスプライセオソームによって媒介される標的トランススプライシングはこれまでに報告されていない。   Until recently, practical applications of targeted trans-splicing to modify specific target genes were limited to mechanisms based on group 1 ribozymes. Targeted trans-splicing with Tetrahymena Group 1 ribozymes has been described in E. coli (Sullenger BA and Cech. TR, 1994, Nature 341: 619-622), mouse fibroblasts (Jones, JT et al., 1996, Nature Medicine 2: 643-648), human fibroblasts (Phylacton, LA et al., Nature Genetics 18: 378-381) and human erythrocyte precursors (Lap et al., 1998, Science 280: 1593-1596) ing. Although many uses of targeted RNA trans-splicing caused by modified group 1 ribozymes have been investigated, the natural mammalian splicing mechanism, splicosome-mediated target trans-splicing, has not been reported so far.

3. 発明の概要
本発明は、スプライセオソームにより媒介される標的トランススプライシングを介して新規な核酸分子を作製するための組成物および方法に関する。本発明の組成物は、天然の標的プレmRNA分子(以下、「プレmRNA」という)と相互作用しかつ新規なキメラRNA分子(以下、「キメラRNA」という)の形成をもたらすスプライセオソームトランススプライシング反応を媒介するようにデザインされた、プレトランススプライシング分子(以下、「PTM」という)を含む。本発明の方法は、本発明のPTMと天然標的プレmRNAとを、PTMの一部が天然プレmRNAにスプライシングされて新規なキメラRNAを形成するような条件下で接触させることを含む。本発明のPTMは、トランススプライシング反応から生じた新規なキメラRNAそれ自体がRNAの翻訳を阻害するといったある機能を遂行するか、あるいはまた、キメラRNAが細胞内で欠陥のあるまたは不活性なタンパク質を補足するタンパク質をコードするか、または特定の細胞を死滅させる毒素をコードするように遺伝子操作される。一般に、標的プレmRNAは、それが特定の細胞型で発現され、それにより新規なキメラRNAの発現を選択された細胞型にターゲットするための手段を提供するという理由で選択される。標的細胞としては、限定されるものではないが、ウイルスその他の感染性病原体に感染した細胞、良性または悪性新生物、あるいは自己免疫疾患または組織拒絶に関わる免疫系の成分が挙げられる。また本発明のPTMは、遺伝病に関与することが分かっている遺伝子変異を修正するためにも使用できる。特に、内部エキソンを置換するために二重トランススプライシング反応を用いることができる。本発明のPTMはまた、標的プレmRNAにおいてイントロン/エキソン境界を同定する方法としてmRNA分子のエキソン配列にタグを付けるために遺伝子操作することもできる。本発明はさらに、特定の細胞型で発現されるタンパク質を精製および同定する際に用いるペプチドアフィニティー精製タグをコードするよう遺伝子操作されるPTM分子の使用に関する。本発明の方法および組成物は遺伝子調節、遺伝子修復および標的化された細胞死に使用することができる。このような方法および組成物は限定されるものではないが、遺伝病、感染性疾患または自己免疫疾患、および癌などの増殖性疾患の治療
ならびに植物における遺伝子発現の調節に使用できる。
3. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to compositions and methods for making novel nucleic acid molecules via spliceosome-mediated targeted trans-splicing. The composition of the present invention is a spliceosome trans-splicing that interacts with a natural target pre-mRNA molecule (hereinafter referred to as “pre-mRNA”) and results in the formation of a novel chimeric RNA molecule (hereinafter referred to as “chimeric RNA”). Contains a pre-trans-splicing molecule (hereinafter “PTM”) designed to mediate the reaction. The method of the invention comprises contacting the PTM of the invention with a natural target pre-mRNA under conditions such that a portion of the PTM is spliced to the natural pre-mRNA to form a novel chimeric RNA. The PTM of the present invention is a novel chimeric RNA generated from a trans-splicing reaction itself, which performs a certain function such as inhibiting RNA translation, or is a protein in which the chimeric RNA is defective or inactive in the cell. Is engineered to encode a protein that complements or a toxin that kills certain cells. In general, the target pre-mRNA is selected because it is expressed in a particular cell type, thereby providing a means for targeting the expression of the novel chimeric RNA to the selected cell type. Target cells include, but are not limited to, cells infected with viruses or other infectious pathogens, benign or malignant neoplasms, or components of the immune system involved in autoimmune disease or tissue rejection. The PTMs of the present invention can also be used to correct genetic mutations known to be involved in genetic diseases. In particular, a double trans-splicing reaction can be used to replace an internal exon. The PTMs of the present invention can also be engineered to tag the exon sequences of mRNA molecules as a way to identify intron / exon boundaries in the target pre-mRNA. The present invention further relates to the use of PTM molecules that are genetically engineered to encode peptide affinity purification tags for use in purifying and identifying proteins expressed in specific cell types. The methods and compositions of the present invention can be used for gene regulation, gene repair and targeted cell death. Such methods and compositions can be used to treat, but are not limited to, genetic diseases, infectious or autoimmune diseases, and proliferative diseases such as cancer and regulation of gene expression in plants.

5. 発明の詳細な説明
本発明はプレトランススプライシング分子(PTM)を含んでなる組成物、および新規な核酸分子を作製するためのかかる分子の使用に関する。本発明のPTMは、プレmRNAに特異的に結合するようにデザインされた1以上の標的結合ドメイン;分岐点、ピリミジントラクト、ならびに3’スプライス受容部位および/または5'スプライス供与部位を含む3’スプライス領域;ならびにそのRNAスプライス部位を標的結合ドメインから離す1以上のスペーサー領域を含んでなる。また、本発明のPTMは翻訳可能なタンパク質産物をコードするもののようないずれかのヌクレオチド配列を含むように操作することもできる。
5. Detailed Description of the Invention The present invention relates to compositions comprising pre-trans-splicing molecules (PTMs) and the use of such molecules to make new nucleic acid molecules. The PTMs of the invention comprise one or more target binding domains designed to specifically bind to pre-mRNA; 3 ′ containing branch points, pyrimidine tracts, and 3 ′ splice acceptor and / or 5 ′ splice donor sites A splice region; and one or more spacer regions that separate the RNA splice site from the target binding domain. The PTMs of the present invention can also be engineered to contain any nucleotide sequence, such as that encoding a translatable protein product.

本発明の方法は、本発明のPTMと天然プレmRNAを、PTMの一部が天然プレmRNAの一部へとトランススプライシングされて新規なキメラRNAを生じるような条件下で接触させることを含む。標的プレmRNAは、それが特定の細胞型で発現し、従って、新規なRNAの発現を選択された細胞型へターゲッティングする機構をもたらすことから、標的として選択される。得られるキメラRNAは特定の細胞型で所望の機能をもたらすか、または遺伝子産物を産生しうる。特定の細胞としては、限定されるものではないが、ウイルスその他の感染性病原体に感染したもの、良性または悪性新生物、あるいは自己免疫疾患または組織拒絶に関わる免疫系の成分が挙げられる。特異性はPTMの結合ドメインを標的内因性プレmRNAに結合するように改変することで達成される。キメラRNAによりコードされる遺伝子産物は、例えば治療遺伝子またはマーカー遺伝子ならびに毒素をコードする遺伝子など、臨床的に有用な遺伝子をはじめとするいずれの遺伝子であってもよい。   The method of the invention comprises contacting the PTM of the invention with a natural pre-mRNA under conditions such that a portion of the PTM is trans-spliced into a portion of the natural pre-mRNA to produce a new chimeric RNA. The target pre-mRNA is selected as the target because it is expressed in a particular cell type and thus provides a mechanism for targeting the expression of the new RNA to the selected cell type. The resulting chimeric RNA may provide the desired function in a particular cell type or produce a gene product. Specific cells include, but are not limited to, those infected with viruses or other infectious pathogens, benign or malignant neoplasms, or components of the immune system involved in autoimmune disease or tissue rejection. Specificity is achieved by modifying the binding domain of PTM to bind to the target endogenous pre-mRNA. The gene product encoded by the chimeric RNA may be any gene including clinically useful genes such as, for example, therapeutic or marker genes and genes encoding toxins.

5.1. プレトランススプライシング分子の構造
本発明は標的トランススプライシングにより新規なキメラ核酸分子を作出するのに用いる組成物を提供する。本発明のPTMは(i)PTMの結合をプレmRNAへターゲッティングする1以上の標的結合ドメイン、(ii)分岐点、ピリミジントラクト、ならびに3’スプライス受容部位および/または5'スプライス供与部位を含む3’スプライス領域;ならびに(iii)そのRNAスプライス部位を標的結合ドメインから離す1以上のスペーサー領域を含んでなる。また、このPTMは翻訳可能なタンパク質産物をコードするいずれかのヌクレオチド配列を含むように操作することもできる。本発明のさらにもう1つの実施形態では、PTMはキメラRNA分子の翻訳を阻害するヌクレオチド配列を含むように操作することができる。例えば、このヌクレオチド配列は、翻訳停止コドンまたは二次構造を形成することにより翻訳を阻害するヌクレオチド配列を含んでもよい。あるいは、キメラRNAはアンチセンス分子として働き、それによりそれが結合するRNAの翻訳を阻害するものであってもよい。
5.1. Structure of Pre-trans-Splicing Molecules The present invention provides compositions used to create new chimeric nucleic acid molecules by targeted trans-splicing. The PTMs of the invention comprise (i) one or more target binding domains that target PTM binding to pre-mRNA, (ii) branch points, pyrimidine tracts, and 3 ′ splice acceptor and / or 5 ′ splice donor sites 3 A splice region; and (iii) one or more spacer regions that separate the RNA splice site from the target binding domain. The PTM can also be engineered to include any nucleotide sequence encoding a translatable protein product. In yet another embodiment of the invention, the PTM can be engineered to include a nucleotide sequence that inhibits translation of the chimeric RNA molecule. For example, the nucleotide sequence may include a nucleotide sequence that inhibits translation by forming a translation stop codon or secondary structure. Alternatively, the chimeric RNA may act as an antisense molecule, thereby inhibiting translation of the RNA to which it binds.

PTMの標的結合ドメインは、選択されたプレmRNAのターゲッティング領域に対して相補的、かつ、アンチセンス配向である複数の結合ドメインを含んでもよい。本明細書において標的結合ドメインは、結合の特異性を与え、核のスプライセオソームプロセッシング機構がPTMの一部をプレmRNAの一部へとトランススプライシングできるように近接してプレmRNAをつなぎ止めるいずれかの配列として定義される。これらの標的結合ドメインは数千までのヌクレオチドを含みうる。本発明の好ましい実施形態では、これらの結合ドメインは少なくとも10ないし30、数百までのヌクレオチドを含みうる。本明細書に示されるように、PTMの特異性は標的結合ドメインの長さを増加させることによって著しく高めることができる。例えば標的結合ドメインは数百またはそれより多いヌクレオチドを含んでもよい。さらにまた、標的結合ドメインは「直鎖状」であってもよいが、このRNAは、複合体を安定化させて、それによりスプライシング効率を高めうる二次構造を形成するように折りたたまれていてもよいと考えられる。第2の標的結合領域は分子の3’末端に位置してもよく、本発明のPTMに組み込むことができる。絶対的な相補性が好ましいが、必ずしも必要ではない。本明細書に関してRNAの一部に「相補的な」配列とは、そのRNAとハイブリダイズして安定な二重らせんを形成しうるのに十分な相補性を有する配列を意味する。ハイブリダイズ能は相補性の程度および核酸の長さの両方に依存しうる(例えば、Sambrookら, 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2d Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York参照)。一般にハイブリダイズする核酸が長いほど、RNAと誤対合する塩基をより多く含んでなお安定した二重らせんを形成する。当業者ならば、標準的な方法を用いてハイブリダイズした複合体の安定性を調べることにより、二重らせんの誤対合または長さの許容度を確かめることができる。   The target binding domain of the PTM may comprise a plurality of binding domains that are complementary to the targeting region of the selected pre-mRNA and that are in an antisense orientation. As used herein, a target binding domain is any one that provides binding specificity and tethers pre-mRNA in close proximity so that the nuclear spliceosome processing machinery can trans-splice part of the PTM into part of the pre-mRNA. Is defined as an array of These target binding domains can contain up to several thousand nucleotides. In preferred embodiments of the invention, these binding domains may comprise at least 10-30, up to several hundred nucleotides. As shown herein, the specificity of PTM can be significantly increased by increasing the length of the target binding domain. For example, the target binding domain may comprise hundreds or more nucleotides. Furthermore, the target binding domain may be “linear”, but the RNA is folded to form a secondary structure that can stabilize the complex and thereby increase splicing efficiency. Is also considered good. The second target binding region may be located at the 3 'end of the molecule and can be incorporated into the PTMs of the invention. Absolute complementarity is preferred but not necessary. As used herein, a sequence that is “complementary” to a portion of RNA means a sequence that has sufficient complementarity to hybridize with the RNA to form a stable duplex. Hybridization ability may depend on both the degree of complementarity and the length of the nucleic acid (e.g. Sambrook et al., 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2d Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York reference). In general, the longer the nucleic acid that hybridizes, the more bases that mispair with RNA and still form a stable duplex. One skilled in the art can ascertain the tolerance of duplex mismatch or length by examining the stability of the hybridized hybrid using standard methods.

PTMをイントロン-エキソンタグ付けまたはペプチドアフィニティータグ付けに用いるようデザインする場合、PTMライブラリーを、標的結合ドメインにランダムなヌクレオチド配列を含むように遺伝子操作する。あるいは、 イントロン-エキソンタグ付けには、標的結合ドメインを欠くようにPTMを遺伝子操作してもよい。かかるPTM分子ライブラリーを作製する上での到達目標は、ライブラリーが、細胞で発現する各RNA分子に結合しうるPTM分子の集団を含むということである。組換え発現ベクターは、ランダムなDNA断片をPTMに挿入してランダムな標的結合ドメインを形成させるのに使用できる制限エンドヌクレアーゼ部位を含むPTMのコード領域を含むように遺伝子操作することができる。標的結合ドメインとしてPTMに含めるべきランダムヌクレオチド配列は、限定されるものではないが、制限酵素によるDNA部分消化、またはDNAのランダム断片を作出するDNA物理的剪断をはじめ、当業者に周知の様々な異なる方法を用いて作出することができる。ランダム結合ドメイン領域はまた、縮重オリゴヌクレオチド合成によって作出することもできる。これらの縮重オリゴヌクレオチドは、縮重結合ドメインを有するPTM分子ライブラリーの作出のため、各末端に制限エンドヌクレアーゼ認識部位を有し、PTM分子へのクローニングを容易にするために操作することができる。   When PTM is designed to be used for intron-exon tagging or peptide affinity tagging, the PTM library is engineered to include random nucleotide sequences in the target binding domain. Alternatively, PTMs may be genetically engineered to lack a target binding domain for intron-exon tagging. The goal in creating such a PTM molecule library is that the library contains a population of PTM molecules that can bind to each RNA molecule expressed in the cell. Recombinant expression vectors can be engineered to contain a PTM coding region that includes a restriction endonuclease site that can be used to insert random DNA fragments into the PTM to form a random target binding domain. The random nucleotide sequence to be included in the PTM as a target binding domain includes, but is not limited to, a variety of well known to those skilled in the art, including DNA partial digestion with restriction enzymes, or DNA physical shearing to generate random fragments of DNA. Can be created using different methods. Random binding domain regions can also be created by degenerate oligonucleotide synthesis. These degenerate oligonucleotides have restriction endonuclease recognition sites at each end for the creation of PTM molecule libraries with degenerate binding domains that can be manipulated to facilitate cloning into PTM molecules. it can.

また、結合はその他の機構、例えば三重らせんの形成、またはPTMが特定のRNA結合タンパク質、すなわち特定の標的プレmRNAと結合したタンパク質を認識するように操作されているものなど、タンパク質/核酸相互作用によって達成することもできる。あるいは、本発明のPTMは、例えばRNA分子内のヌクレオチド間の分子内塩基対合によって生じるヘアピン構造などの二次構造を認識するようにデザインしてもよい。   In addition, the binding may involve other mechanisms, such as triple helix formation, or protein / nucleic acid interactions, such as those in which the PTM is engineered to recognize a specific RNA binding protein, ie, a protein that binds to a specific target pre-mRNA. Can also be achieved. Alternatively, the PTMs of the present invention may be designed to recognize secondary structures such as hairpin structures generated by intramolecular base pairing between nucleotides in RNA molecules.

また、PTM分子は分岐点、ピリミジントラクトおよび3' スプライス受容AG部位および/または5'スプライス供与部位を含む3’スプライス領域を含む。RNA スプライシングに用いる5’スプライス供与部位および3’スプライス領域の共通配列は当技術分野で周知のものである(Mooreら, 1993, The RNA World, Cold Spring Harbor Laboratory Press, p. 303-358参照)。さらにまた、本発明の実施において、5'供与スプライス部位および3’スプライス領域として機能する能力を維持する改変共通配列を用いてもよい。要するに、5’スプライス部位共通配列はAG/GURAGU(ここで、A=アデノシン、U=ウラシル、G=グアニン、C=シトシン、R=プリンおよび/=スプライス部位)である。3’スプライス部位は分岐点または分岐部位、ポリピリミジントラクトおよび3'共通配列(YAG)の3つの異なる配列エレメントからなる。哺乳類の分岐点共通配列は YNYURAC(Y=ピリミジン)である。下線を引いたAは分岐形成部位である。ポリピリミジントラクトは、分岐点とスプライス部位アクセプターとの間に位置し、様々な分岐点利用および3’スプライス部位認識に重要なものである。 The PTM molecule also includes a 3 ′ splice region that includes a branch point, a pyrimidine tract and a 3 ′ splice acceptor AG site and / or a 5 ′ splice donor site. Common sequences for 5 'splice donor sites and 3' splice regions used for RNA splicing are well known in the art (see Moore et al., 1993, The RNA World, Cold Spring Harbor Laboratory Press, p. 303-358). . Furthermore, modified consensus sequences that maintain the ability to function as 5 ′ donor splice sites and 3 ′ splice regions may be used in the practice of the invention. In short, the 5 ′ splice site consensus sequence is AG / GURAGU (where A = adenosine, U = uracil, G = guanine, C = cytosine, R = purine and / = splice site). The 3 ′ splice site consists of three different sequence elements: a branch point or branch site, a polypyrimidine tract and a 3 ′ consensus sequence (YAG). The consensus sequence for mammalian branching points is YNYUR A C (Y = pyrimidine). Underlined A is a branch formation site. The polypyrimidine tract is located between the branch point and the splice site acceptor and is important for various branch point utilization and 3 'splice site recognition.

さらに、3'受容部位(AG)を含んでなるPTMを遺伝子操作することができる。このようなPTMはピリミジントラクトおよび/または分岐点配列をさらに含んでもよい。   In addition, a PTM comprising a 3 ′ receptor site (AG) can be genetically engineered. Such PTMs may further comprise pyrimidine tract and / or branch point sequences.

最近、ジヌクレオチドAUで始まり、ジヌクレオチドACで終わるプレメッセンジャーRNAイントロンが確認され、U12イントロンと呼ばれている。U12イントロン配列ならびにスプライス受容/供与配列として機能するいずれかの配列をPTMで用いてもよい。   Recently, a premessenger RNA intron that begins with dinucleotide AU and ends with dinucleotide AC has been identified and is referred to as the U12 intron. Any sequence that functions as a U12 intron sequence as well as a splice acceptor / donor sequence may be used in the PTM.

また、標的結合ドメインからRNAスプライス部位を離すスペーサー領域もPTMに含めてよい。このスペーサー領域は非スプライスPTMの翻訳を遮断する停止コドン、および/または標的プレmRNAへのトランススプライシングを促進する配列などの特徴を有しうる。   A spacer region that separates the RNA splice site from the target binding domain may also be included in the PTM. This spacer region may have features such as a stop codon that blocks translation of the non-spliced PTM and / or a sequence that facilitates trans-splicing into the target pre-mRNA.

本発明の好ましい実施形態では、スペーサー、結合ドメイン、またはPTMの他のいずれかの場所に「セーフティー」を組み込んで非特異的トランススプライシングを妨げる。これは比較的弱い相補性によってPTMの3'および/または5’スプライス部位のエレメントをカバーして非特異的トランススプライシングを妨げるPTMの1領域である。PTMは、PTMの結合/ターゲッティング部分のハイブリダイゼーションの際に 3'および/または5'スプライス部位はカバーされず、完全活性型となるようにデザインされる。   In a preferred embodiment of the invention, “safety” is incorporated in the spacer, binding domain, or elsewhere in the PTM to prevent non-specific trans-splicing. This is a region of PTM that covers elements of the 3 'and / or 5' splice sites of PTM with relatively weak complementarity and prevents non-specific trans-splicing. The PTM is designed to be fully active without covering the 3 'and / or 5' splice sites upon hybridization of the binding / targeting portion of the PTM.

「セーフティー」は、PTM分岐点、ピリミジントラクト、3’スプライス部位および/または5’スプライス部位(スプライシングエレメント)の片側または両側に弱く結合する1以上のシス配列の相補的ストレッチからなる(または、第2の個別の核酸ストランドでありうる)か、あるいは、スプライシングエレメントそれ自体の一部と結合しうる。この「セーフティー」結合はスプライシングエレメントが活性となるのを防ぐ(すなわちU2 snRNPその他のスプライシング因子がPTMスプライス部位認識エレメントと結合するのを妨げる)。この「セーフティー」の結合はPTMの標的結合領域が標的プレmRNAに結合して露出し、PTMスプライシングエレメントを活性化する(それらを標的プレmRNAへとトランススプライシングされやすくする)ことで阻害されうる。   “Safety” consists of a complementary stretch of one or more cis sequences that bind weakly to one or both sides of a PTM branch point, pyrimidine tract, 3 ′ splice site and / or 5 ′ splice site (splicing element) (or Can be two separate nucleic acid strands) or can be associated with a part of the splicing element itself. This “safety” binding prevents the splicing element from becoming active (ie, prevents U2 snRNP and other splicing factors from binding to the PTM splice site recognition element). This “safety” binding can be inhibited by exposing the target binding region of the PTM to the target pre-mRNA and activating the PTM splicing elements (making them more likely to be spliced into the target pre-mRNA).

本発明のPTMには、細胞死などの作用をもたらしうる翻訳可能なタンパク質、あるいはマーカーとしての欠損した機能または作用を回復するものをコードするヌクレオチド配列が含まれる。例えば、ヌクレオチド配列は公知の遺伝病で欠損または変異している遺伝子産物をコードする配列を含みうる。あるいは、ヌクレオチド配列は、細胞の同定または画像化に用いうるマーカータンパク質またはペプチドをコードすることができる。本発明のさらに別の実施形態では、アフィニティー精製に用いるPTM分子には、HISタグ(6つの連続するヒスチジン残基)(Janknechtら, 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 8972-8976)、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)のC末端(SmithおよびJohnson, 1986, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83:8703-8707)(Pharmacia)またはFLAG(Asp-Tyr-Lys-Asp-Asp-Asp-Lys)(Eastman Kodak/IBI, Rochester, NY)などのアフィニティータグをコードするヌクレオチド配列を含めてもよい。このようなヌクレオチド配列を含むPTMを使用すると、ペプチドアフィニティータグと結合させた細胞で通常発現されるペプチド配列を含む融合タンパク質をコードするキメラRNAが産生される。このアフィニティータグは細胞で発現されるペプチド配列の迅速な精製と同定のための方法を提供する。好ましい実施形態では、ヌクレオチド配列は、放射線照射または化学療法などの続いて行う治療に対する細胞の感受性を高める何らかの機能を提供する毒素その他のタンパク質をコードしてもよい。   The PTM of the present invention includes a translatable protein that can bring about an effect such as cell death, or a nucleotide sequence encoding a substance that restores a deficient function or action as a marker. For example, the nucleotide sequence can include a sequence that encodes a gene product that is defective or mutated in a known genetic disease. Alternatively, the nucleotide sequence can encode a marker protein or peptide that can be used to identify or image cells. In yet another embodiment of the invention, the PTM molecule used for affinity purification includes an HIS tag (six consecutive histidine residues) (Janknecht et al., 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 8972-8976 ), C-terminus of glutathione-S-transferase (GST) (Smith and Johnson, 1986, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83: 8703-8707) (Pharmacia) or FLAG (Asp-Tyr-Lys-Asp-Asp A nucleotide sequence encoding an affinity tag such as -Asp-Lys) (Eastman Kodak / IBI, Rochester, NY) may be included. Using a PTM containing such a nucleotide sequence produces a chimeric RNA that encodes a fusion protein comprising a peptide sequence normally expressed in cells conjugated with a peptide affinity tag. This affinity tag provides a method for rapid purification and identification of peptide sequences expressed in cells. In a preferred embodiment, the nucleotide sequence may encode a toxin or other protein that provides some function that increases the sensitivity of the cell to subsequent treatments such as irradiation or chemotherapy.

本発明の極めて好ましい実施形態では、PTM分子はジフテリア毒素サブユニットAをコードするヌクレオチド配列を含むようにデザインする(Greenfield, L.ら, 1983, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80: 6853-6857)。ジフテリア毒素サブユニットAは酵素毒素活性を含み、ヒト細胞で発現または送達された場合に細胞死をもたらす働きをする。さらに本発明では、限定されるものではないが、シュードモナス毒素、志賀毒素および外毒素Aをはじめ、その他種々の公知のペプチド毒素を用いてもよい。   In a highly preferred embodiment of the invention, the PTM molecule is designed to include a nucleotide sequence encoding diphtheria toxin subunit A (Greenfield, L. et al., 1983, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80: 6853- 6857). Diphtheria toxin subunit A contains enzyme toxin activity and serves to cause cell death when expressed or delivered in human cells. Furthermore, in the present invention, various known peptide toxins such as Pseudomonas toxin, Shiga toxin and exotoxin A may be used, although not limited thereto.

PTM分子の前後いずれかにさらなる特徴(例えば、スプライシングを促進するためのポリアデニル化シグナルもしくは5’スプライス配列、さらなる結合領域、「セーフティー」自己相補領域、さらなるスプライス部位、または分子の安定性を調節し、分解を防ぐための保護基など)を有する翻訳可能なタンパク質をコードするヌクレオチド配列を付加することができる。   Additional features either before or after the PTM molecule (eg, to regulate polyadenylation signals or 5 'splice sequences to promote splicing, additional binding regions, "safety" self-complementary regions, additional splice sites, or molecular stability A nucleotide sequence encoding a translatable protein having a protecting group to prevent degradation, etc.).

本発明のPTMへ組み込みうるさらなる特徴としては、非スプライシングプレmRNAの発現を防ぐための、結合ドメインとスプライス部位の間の領域における停止コドンまたはその他のエレメントが挙げられる。本発明の別の実施形態では、PTMは、3’標的イントロンまたはエキソンへの結合を促進するために、また、固定された原型のシス5’スプライス部位(U5および/またはU1結合部位)を遮断するために、翻訳可能なタンパク質をコードするヌクレオチド配列から下流にある第2のアンチセンス結合ドメインを伴って作出することができる。   Additional features that can be incorporated into the PTMs of the invention include stop codons or other elements in the region between the binding domain and the splice site to prevent expression of the non-spliced pre-mRNA. In another embodiment of the invention, the PTM blocks binding to the original cis 5 'splice site (U5 and / or U1 binding site) to facilitate binding to the 3' target intron or exon. To do so, it can be generated with a second antisense binding domain downstream from the nucleotide sequence encoding the translatable protein.

また、キメラトランススプライシング産物の作出に二重トランススプライシング反応を必要とするPTMも作出することができる。このようなPTMはRNAの修復に使用できる内部エキソンを置換するのに使用できる。2つのトランススプライシング反応を促進するようにデザインされたPTMは上記のように作製されるが、それらは5’供与部位と3’スプライス受容部位の双方を含む。さらに、PTMは2以上の結合ドメインおよびスプライサー領域を含んでもよい。これらのスプライサー領域は複数の結合ドメインとスプライス部位との間、あるいはまた複数の結合ドメイン間で置換してもよい。   Also, PTMs that require a double trans-splicing reaction for the production of chimeric trans-splicing products can be generated. Such PTMs can be used to replace internal exons that can be used to repair RNA. PTMs designed to facilitate two trans-splicing reactions are made as described above, but they contain both a 5 'donor site and a 3' splice acceptor site. In addition, the PTM may contain more than one binding domain and splicer region. These splicer regions may be substituted between multiple binding domains and splice sites, or alternatively between multiple binding domains.

核局在化およびスプライセオソームの組み込み、ならびに細胞内安定性を促進または補助するため、PTMに3’ヘアピン構造、環化RNA、ヌクレオチド塩基修飾または合成類似体などのさらなるエレメントを組み込むことができる。   Additional elements such as 3 'hairpin structures, cyclized RNA, nucleotide base modifications, or synthetic analogs can be incorporated into the PTM to promote or assist nuclear localization and spliceosome integration, as well as intracellular stability .

さらにまた、植物細胞で用いるPTMを設計する際には、植物でのイントロンのプロセッシングに必ずしも不可欠な配列ではないため、保存された分岐点配列またはポリピリミジントラクトを含む必要はない。しかし、脊椎動物および酵母のスプライシングに必要なものなど、3’スプライス受容部位および/または5’スプライス供与部位は含まれる。さらに、植物でのスプライシング効率はUA豊富なイントロン配列も含めることによって増大させることができる。当業者ならば、植物におけるトランススプライシング反応を媒介しうるいずれの配列を用いてもよいことが分かるであろう。   Furthermore, when designing a PTM for use in plant cells, it is not necessary to include a conserved branch point sequence or polypyrimidine tract because it is not necessarily an essential sequence for intron processing in plants. However, 3 'splice acceptor and / or 5' splice donor sites are included, such as those required for vertebrate and yeast splicing. Furthermore, splicing efficiency in plants can be increased by including UA-rich intron sequences. One skilled in the art will appreciate that any sequence that can mediate a trans-splicing reaction in plants may be used.

本発明のPTMは、標的細胞において新規なキメラRNAを産生するようにデザインした方法で用いることができる。本発明の方法は、例えば、RNA分子、またはRNA分子へ転写されるDNAベクターなど、当業者が用いるいずれの形態であってもよいが、PTMを標的細胞へ送達することを含んでなり、そのPTMがプレmRNAに結合し、プレmRNAの一部へスプライシングされるPTM分子の一部を含んでなるキメラRNAの形成をもたらすトランススプライシング反応を媒介する。   The PTM of the present invention can be used in a method designed to produce a novel chimeric RNA in a target cell. The method of the invention may be in any form used by those skilled in the art, such as, for example, an RNA molecule, or a DNA vector transcribed into an RNA molecule, comprising delivering a PTM to a target cell, PTM binds to the pre-mRNA and mediates a trans-splicing reaction that results in the formation of a chimeric RNA comprising a portion of the PTM molecule that is spliced into a portion of the pre-mRNA.

5.2. トランススプライシング分子の合成
本発明の核酸分子は、RNAもしくはDNAまたはその誘導体もしくは改変型、一本鎖もしくは二本鎖でありうる。核酸とは、デオキシリボヌクレオチドからなる場合であれ、リボヌクレオシドからなる場合であれ、また、ホスホジエステル結合からなる場合であれ、改変型の結合からなる場合であれ、PTM分子、またはPTM分子をコードする核酸分子を意味する。また、核酸という用語には、生物学的にみられる5つの塩基(アデニン、グアニン、チミン、シトシンおよびウラシル)以外の塩基からなる核酸も特に含まれる。
5.2. Synthesis of trans-splicing molecules The nucleic acid molecules of the invention can be RNA or DNA or derivatives or modified versions thereof, single-stranded or double-stranded. A nucleic acid encodes a PTM molecule or PTM molecule, whether it consists of deoxyribonucleotides, ribonucleosides, phosphodiester bonds, or modified bonds. Means nucleic acid molecule. The term nucleic acid also specifically includes nucleic acids composed of bases other than the five biologically found bases (adenine, guanine, thymine, cytosine and uracil).

本発明のRNAおよびDNA分子は、DNAおよびRNA分子の合成に関して当技術分野で公知のいずれの方法によっても調製することができる。例えば、核酸は当業者に周知の方法により市販の試薬およびシンセサイザーを用いて化学的に合成してもよい(例えば、Gait, 1985, Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press, Oxford, England)。あるいはRNA分子は、RNA分子をコードするDNA配列のin vitroおよびin vivo転写によって作製することもできる。このようなDNA配列はT7またはSP6ポリメラーゼプロモーターなどの適切なRNAポリメラーゼプロモーターを組み込んだ様々なベクターへ組み込むことができる。RNAはSPS65(Promega Corporation, Madison, WI)などのプラスミドを用いるin vitro転写を介して高収率で産生することができる。さらにまた、Q-β増幅などのRNA増幅法を利用してRNAを産生することもできる。   The RNA and DNA molecules of the present invention can be prepared by any method known in the art for the synthesis of DNA and RNA molecules. For example, nucleic acids may be chemically synthesized using commercially available reagents and synthesizers by methods well known to those skilled in the art (eg, Gait, 1985, Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press, Oxford, England). Alternatively, RNA molecules can be made by in vitro and in vivo transcription of DNA sequences encoding RNA molecules. Such DNA sequences can be incorporated into a variety of vectors incorporating an appropriate RNA polymerase promoter, such as a T7 or SP6 polymerase promoter. RNA can be produced in high yield via in vitro transcription using plasmids such as SPS65 (Promega Corporation, Madison, Wis.). Furthermore, RNA can be produced using RNA amplification methods such as Q-β amplification.

核酸分子は例えば分子の安定性、ハイブリダイゼーション、細胞への輸送などを向上させるために塩基部分、糖部分、またはリン酸骨格を改変することができる。例えば全体としての電荷を小さくするようPTMを改変すると、分子の細胞への取り込みを向上させることができる。さらにまた、ヌクレアーゼ分解に対する感受性を低減する改変を行うこともできる。核酸分子はペプチド(例えば、in vivoで宿主細胞受容体をターゲッティングするため)、または細胞膜(例えば、Letsingerら, 1989, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 86:6553-6556; Lemaitreら, 1987, Proc. Natl. Acad. Sci. 84:648-652; 1988年12月15日公開のPCT公開W088/09810参照)または血液脳関門(例えば、1988年4月25日公開のPCT公開W089/10134)を通過する輸送を補助する薬剤、ハイブリダイゼーション誘発切断剤(例えば、Krolら, 1988, BioTechniques 6:958-976参照)またはインターカレート剤(例えば、Zon, 1988, Pharm. Res. 5:539-549)などのその他の付属基を含んでもよい。この目的で核酸分子は、別の分子、例えばペプチド、ハイブリダイゼーション誘発架橋剤、輸送剤、ハイブリダイゼーション誘発切断剤などにコンジュゲートしてもよい。核酸分子への種々のその他周知の改変が細胞内安定性および半減期を上昇させる手段として導入できる。可能な改変としては、限定されるものではないが、分子の5’および/または3’末端へのリボまたはデオキシヌクレオチドのフランキング配列の付加が挙げられる。安定性の上昇が望まれるいくつかの環境では、2’-O-メチル化などの改変型のヌクレオシド内結合を有する核酸が好ましいものでありうる。改変型のヌクレオシド内結合を含む核酸は当業者に周知の試薬および方法を用いて合成することができる(Uhlmannら, 1990, Chem. Rev. 90:543-584; Schneiderら, 1990, Tetrahedron Lett. 31:335およびその中に挙げられている参照文献参照)。   Nucleic acid molecules can be modified at the base moiety, sugar moiety, or phosphate backbone, for example, to improve molecular stability, hybridization, transport to cells, and the like. For example, modifying the PTM to reduce the overall charge can improve the uptake of molecules into the cell. Furthermore, modifications can be made that reduce sensitivity to nuclease degradation. Nucleic acid molecules can be peptides (eg, for targeting host cell receptors in vivo) or cell membranes (eg, Letsinger et al., 1989, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 6553-6556; Lemaitre et al., 1987, Proc. Natl. Acad. Sci. 84: 648-652; see PCT publication W088 / 09810 published December 15, 1988) or blood brain barrier (eg PCT publication W089 / 10134 published April 25, 1988) Agents that aid in transport across, hybridization-induced cleavage agents (see, for example, Krol et al., 1988, BioTechniques 6: 958-976) or intercalating agents (see, for example, Zon, 1988, Pharm. Res. 5: 539- Other attachment groups such as 549) may also be included. For this purpose, the nucleic acid molecule may be conjugated to another molecule, such as a peptide, a hybridization-induced crosslinking agent, a transport agent, a hybridization-induced cleavage agent, and the like. Various other well-known modifications to the nucleic acid molecule can be introduced as a means of increasing intracellular stability and half-life. Possible modifications include, but are not limited to, the addition of flanking sequences of ribo or deoxynucleotides to the 5 'and / or 3' ends of the molecule. In some circumstances where increased stability is desired, nucleic acids having modified intranucleoside linkages such as 2'-O-methylation may be preferred. Nucleic acids containing modified intranucleoside linkages can be synthesized using reagents and methods well known to those skilled in the art (Uhlmann et al., 1990, Chem. Rev. 90: 543-584; Schneider et al., 1990, Tetrahedron Lett. 31: 335 and references cited therein).

核酸は当技術分野において周知であるような好適な手段のいずれかによって精製しうる。例えば、核酸は逆相クロマトグラフィーまたはゲル電気泳動によって精製することができる。もちろん当業者ならば、精製方法が精製する核酸の大きさによってある程度異なることが分かるであろう。   The nucleic acid can be purified by any suitable means as is well known in the art. For example, the nucleic acid can be purified by reverse phase chromatography or gel electrophoresis. Of course, those skilled in the art will appreciate that the purification method will vary somewhat depending on the size of the nucleic acid to be purified.

PTMをコードする核酸分子を用いる場合、核酸分子の発現ベクターへのクローニングには当技術分野で公知のクローニング技術を用いることができる。使用できる当技術分野で一般に知られている組換えDNA技術の方法は、Ausubelら(編), 1993, Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, NY;およびKriegler, 1990, Gene Transfer and Expression, A Laboratory Manual, Stockton Press, NYに記載されている。   When a nucleic acid molecule encoding PTM is used, cloning techniques known in the art can be used for cloning the nucleic acid molecule into an expression vector. Methods of recombinant DNA technology commonly known in the art that can be used are described in Ausubel et al. (Eds.), 1993, Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, NY; and Kriegler, 1990, Gene Transfer and Expression, A Laboratory Manual, Stockton Press, NY.

目的のPTMをコードするDNAは、DNAの大スケール複製も提供し、かつ、PTMの転写を指令する必須エレメントも含む様々な宿主ベクター系に組換え操作することができる。患者の標的細胞をトランスフェクトすることを目的にこのような構築物を用いると、内因的に発現したプレmRNA標的と相補的塩基対を形成し、それにより複合化した核酸分子間のトランススプライシング反応を促進するのに十分な量のPTMの転写が起こる。例えば、ベクターは、細胞に取り込ませ、PTM分子の転写を命令することができるようにin vivoで導入することができる。このようなベクターは、転写されて目的のRNAを産生する限り、エピソームとして維持されるものであっても染色体に組み込まれるものであってもよい。このようなベクターは当技術分野で標準的な組換えDNA技術によって構築することができる。   The DNA encoding the PTM of interest can be engineered into a variety of host vector systems that provide large scale replication of the DNA and also contain the essential elements that direct the transcription of the PTM. The use of such constructs to transfect patient target cells forms complementary base pairs with endogenously expressed pre-mRNA targets, thereby transducing splicing reactions between complexed nucleic acid molecules. A sufficient amount of PTM transcription occurs to facilitate. For example, a vector can be introduced in vivo such that it can be taken up by a cell and direct the transcription of a PTM molecule. Such a vector may be maintained as an episome or integrated into a chromosome as long as it is transcribed to produce the target RNA. Such vectors can be constructed by recombinant DNA techniques standard in the art.

目的のPTMをコードするベクターは、プラスミド、ウイルス、または哺乳類細胞で複製および発現させるのに用いる当技術分野で公知のその他のものであってもよい。PTMをコードする配列の発現は、哺乳類、好ましくはヒトの細胞で機能させるために当技術分野で公知のいずれかのプロモーターによって調節することができる。このようなプロモーターは誘導性のものであっても構成的なものであってもよい。このようなプロモーターとしては、限定されるものではないが、SV40初期プロモーター領域(Benoist, C.およびChambon, P. 1981, Nature 290:304-310)、ラウス肉腫ウイルスの3’長い末端リピートに含まれるプロモーター(Yamamotoら, 1980, Cell 22: 787-797)、ヘルペスチミジンキナーゼプロモーター(Wagnerら, 1981, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 78:1441-1445)、メタロチオネイン遺伝子の調節配列(Brinsterら, 1982, Nature 296:39-42)、CMVウイルスプロモーター、ヒト漿膜ゴナドトロピン-βプロモーター(Hollenbergら, 1994, Mol. Cell. Endocrinology 106:111-119)などが挙げられる。いずれの種類のプラスミド、コスミド、YACまたはウイルスベクターを用いて、直接組織部位へ導入できる組換えDNA構築物を作製することができる。あるいは、所望の標的細胞へ選択的に感染するウイルスベクターを用いることもできる。   The vector encoding the PTM of interest may be a plasmid, virus, or other known in the art for use in replication and expression in mammalian cells. Expression of sequences encoding PTMs can be regulated by any promoter known in the art for functioning in mammalian, preferably human cells. Such promoters may be inducible or constitutive. Such promoters include, but are not limited to, the SV40 early promoter region (Benoist, C. and Chambon, P. 1981, Nature 290: 304-310), included in the 3 'long terminal repeat of Rous sarcoma virus. Promoter (Yamamoto et al., 1980, Cell 22: 787-797), herpes thymidine kinase promoter (Wagner et al., 1981, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78: 1441-1445), regulatory sequences of the metallothionein gene (Brinster et al. 1982, Nature 296: 39-42), CMV virus promoter, human serosa gonadotropin-β promoter (Hollenberg et al., 1994, Mol. Cell. Endocrinology 106: 111-119) and the like. Any type of plasmid, cosmid, YAC or viral vector can be used to create a recombinant DNA construct that can be introduced directly into a tissue site. Alternatively, a viral vector that selectively infects a desired target cell can be used.

ペプチドアフィニティー精製タグをコードするPTMの使用に関しては、ランダムな標的結合部位を含むヌクレオチド配列をPTMに挿入し、それらを選択可能な哺乳類発現ベクター系にクローニングするのが望ましい。限定されるものではないが、それぞれtk欠損、hgprt欠損またはaprt欠損細胞における単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ、ヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼおよびアデニンホスホリボシルトランスフェラーゼタンパク質の発現についての選択をはじめ、いくつかの選択系を使用することができる。また、メトトレキサート耐性を付与するジヒドロ葉酸トランスフェラーゼ(dhfr)、ミコフェノール酸耐性を付与するキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ(gpt)、アミノグリコシドG-418耐性を付与するネオマイシン(neo)、およびハイグロマイシン耐性を付与するハイグロマイシンBホスホトランスフェラーゼ(hygro)に関する選択に基づく代謝拮抗物質耐性を使用することができる。本発明の好ましい実施形態では、いずれの細胞にも1個のベクターまたは限られた数のベクターしか存在しないように、培養細胞を細胞に対して低率のベクターで形質転換する。本発明の実施に用いるベクターとしては、限定されるものではないが、レトロウイルスまたはアデノ随伴ウイルス種に由来するものなどウイルス発現ベクターをはじめとするいずれかの真核発現ベクターが挙げられる。   For the use of PTMs encoding peptide affinity purification tags, it is desirable to insert nucleotide sequences containing random target binding sites into the PTM and clone them into selectable mammalian expression vector systems. Several options, including but not limited to selection for expression of herpes simplex virus thymidine kinase, hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase and adenine phosphoribosyltransferase proteins in tk-, hgprt-, and aprt-deficient cells, respectively A system can be used. Also confers resistance to dihydrofolate transferase (dhfr) conferring resistance to methotrexate, xanthine-guanine phosphoribosyltransferase (gpt) conferring resistance to mycophenolic acid, neomycin (neo) conferring resistance to aminoglycoside G-418, and hygromycin resistance Anti-metabolite resistance based on selection for hygromycin B phosphotransferase (hygro) can be used. In a preferred embodiment of the invention, cultured cells are transformed with a low rate of vector to cells so that there is only one vector or a limited number of vectors in any cell. Vectors used in the practice of the present invention include, but are not limited to, any eukaryotic expression vector including viral expression vectors such as those derived from retrovirus or adeno-associated virus species.

5.3. トランススプライシング分子の使用および投与
5.3.1 遺伝子調節、遺伝子修復および標的化細胞死のためのPTM分子の使用
本発明の組成物および方法は遺伝子調節、遺伝子修復、および標的化細胞死をはじめとする種々の異なる用途を有する。例えば、トランススプライシングは毒性を有するタンパク質を細胞に導入するために使用できる。さらにPTMは、ウイルスmRNAと結合してウイルスmRNAの機能を破壊するか、あるいは、ウイルスmRNAを発現するいずれの細胞も破壊しうるように操作することができる。本発明のさらに別の実施形態では、PTMは、有害なmRNA転写物に停止コドンを配置し、それにより転写物の発現を低下させるように操作することができる。
5.3. Use and administration of trans-splicing molecules
5.3.1 Use of PTM molecules for gene regulation, gene repair and targeted cell death The compositions and methods of the present invention have a variety of different uses including gene regulation, gene repair, and targeted cell death. For example, trans-splicing can be used to introduce toxic proteins into cells. Furthermore, PTMs can be engineered to bind to viral mRNA and destroy viral mRNA function, or to destroy any cell that expresses viral mRNA. In yet another embodiment of the invention, the PTM can be engineered to place a stop codon in the detrimental mRNA transcript, thereby reducing the expression of the transcript.

本発明のある実施形態では、PTM分子はパピローマウイルスRNAと結合してウイルスRNAの機能を阻害するようにデザインした。具体的には、HPVプレmRNAを特異的にターゲッティングし、HPV感染した癌細胞においてのみ阻害的または毒性であるタンパク質の発現をもたらすように抗HPV PTMをデザインした。このように本発明は、パピローマウイルスRNAの機能を阻害するようにデザインしたPTM分子を提供する。このようなパピローマウイルスとしては、限定されるものではないが、ヒトパピローマウイルスを含む哺乳類パピローマウイルスが挙げられる。   In one embodiment of the invention, the PTM molecule was designed to bind to papillomavirus RNA and inhibit viral RNA function. Specifically, anti-HPV PTM was designed to specifically target HPV pre-mRNA and result in expression of proteins that are only inhibitory or toxic in HPV-infected cancer cells. Thus, the present invention provides a PTM molecule designed to inhibit the function of papillomavirus RNA. Such papillomaviruses include, but are not limited to, mammalian papillomaviruses including human papillomaviruses.

パピローマウイルスは、ヒトをはじめ種々の脊椎動物に乳頭腫(いぼ)を作る小型DNAウイルスの一群である。さらに、ヒトパピローマウイルスはわが国で性的伝染病の最も一般的な原因の一つであり、大部分の子宮頚癌は発癌性ヒトパピローマウイルスに関連し、E6およびE7発癌タンパク質をコードするウイルスmRNAを発現する。このように、本発明のPTM分子は感染した宿主内でパピローマウイルスの増殖を阻害するのに使用できる。   Papillomaviruses are a group of small DNA viruses that cause papillomas (warts) in various vertebrates including humans. Furthermore, human papillomavirus is one of the most common causes of sexually transmitted diseases in Japan, and most cervical cancers are related to oncogenic human papillomavirus and express viral mRNAs encoding E6 and E7 oncoproteins To do. Thus, the PTM molecules of the present invention can be used to inhibit the growth of papillomavirus in an infected host.

二重トランススプライシング反応、3'エキソン置換および/または5’エキソン置換をはじめとする標的トランススプライシングを用い、末端切断型または点突然変異を含む転写物を修復または修正することができる。本発明のPTMは特定の突然変異の上流もしくは下流、または未成熟3’の上流で標的転写物を切断し、突然変異を含む転写物の部分を機能的配列で置換するトランススプライシング反応を介して変異転写物を修正するようにデザインされている。   Targeted trans-splicing, including double trans-splicing reactions, 3 ′ exon substitutions and / or 5 ′ exon substitutions, can be used to repair or correct transcripts containing truncated or point mutations. The PTMs of the present invention are via a trans-splicing reaction that cleaves the target transcript upstream or downstream of a particular mutation, or upstream of the immature 3 ', and replaces the portion of the transcript containing the mutation with a functional sequence. Designed to correct mutant transcripts.

さらにまた、腫瘍細胞での毒素の選択的発現のために二重トランススプライシング反応を用いてもよい。例えば、PTMは、ヒトβ-漿膜ゴナドトロピン-6(βhCG6)遺伝子転写物の第2のエキソンを置換し、ジフテリア毒素サブユニットA(DT-A)をコードするエキソンを送達するようにデザインすることができる。サブユニットBの不在下でのDT-Aの発現はDT-A遺伝子を発現する細胞でのみ毒性となるはずである。βhCG6はトランススプライシングによる遺伝子改変の原型的な標的である。βhCG6遺伝子の配列および構造は完全に知られており、スプライシングのパターンが決定されている。βhCG6遺伝子は多くの非生殖細胞系の腫瘍をはじめとする多種の固形癌で発現が高いが、このβhCG6遺伝子は正常な成体の大部分の細胞ではサイレントである。従って、βhCG6プレmRNAは腫瘍特異的毒性をもたらすようにデザインされたトランススプライシング反応の望ましい標的となる。   Furthermore, a double trans-splicing reaction may be used for selective expression of toxins in tumor cells. For example, PTM can be designed to replace the second exon of the human β-serosa gonadotropin-6 (βhCG6) gene transcript and deliver an exon encoding diphtheria toxin subunit A (DT-A). it can. Expression of DT-A in the absence of subunit B should be toxic only in cells that express the DT-A gene. βhCG6 is a prototypical target for genetic modification by trans-splicing. The sequence and structure of the βhCG6 gene is completely known and the pattern of splicing has been determined. The βhCG6 gene is highly expressed in many types of solid tumors, including many non-germline tumors, but the βhCG6 gene is silent in most normal adult cells. Thus, βhCG6 pre-mRNA is a desirable target for trans-splicing reactions designed to provide tumor-specific toxicity.

βhCG6プレmRNAの第1のエキソンは、トランススプライシングmRNAの効率的な翻訳に必要なシグナルを提供するとともに、DT-A毒素の適切な折りたたみにより最小の妨害しか引き起こさないように、開始コドンAUGを含む5つのアミノ酸だけをコードするのが理想的である。キメラタンパク質の形成を妨げる停止コドンを含むようにデザインされたDT-Aエキソンは、βhCG6遺伝子の最後のエキソンへとトランススプライシングされるように操作する。βhCG6遺伝子の最後のエキソンは、mRNAをポリアデニル化して確実に翻訳されるようにする適当なシグナルを有する構築物を提供する。   The first exon of the βhCG6 pre-mRNA contains the initiation codon AUG so that it provides the necessary signal for efficient translation of the trans-spliced mRNA and causes minimal interference by proper folding of the DT-A toxin Ideally it encodes only 5 amino acids. A DT-A exon designed to contain a stop codon that prevents the formation of the chimeric protein is engineered to be trans-spliced to the last exon of the βhCG6 gene. The last exon of the βhCG6 gene provides a construct with the appropriate signal to polyadenylate the mRNA and ensure translation.

嚢胞性繊維症(CF)はヒトにおいて最も一般的な致死性の遺伝子病の1つである。遺伝子解析および分子解析の双方に基づき、嚢胞性繊維症に関連する遺伝子が単離され、そのタンパク質産物が推定されている(Kerem, B.S.ら, 1989, Science 245:1073-1080; Riordanら, 1989, Science 245: 1066-1073; Rommansら, 1989, Science 245:1059-1065)。CF関連遺伝子のタンパク質産物は嚢胞性繊維症膜貫通調節タンパク質(CFTR)と呼ばれる。本発明の特定の実施形態では、トランススプライシング反応は嚢胞性繊維症膜貫通調節タンパク質(CFTR)をコードするDNA配列における遺伝子欠損を修正するために用い、それによって嚢胞性繊維症膜貫通調節タンパク質をコードするDNA配列が発現され、患者の気道上皮細胞に機能的塩素イオンチャネルが形成される。   Cystic fibrosis (CF) is one of the most common lethal genetic diseases in humans. Based on both genetic and molecular analysis, a gene associated with cystic fibrosis has been isolated and its protein product estimated (Kerem, BS et al., 1989, Science 245: 1073-1080; Riordan et al., 1989 Science 245: 1066-1073; Rommans et al., 1989, Science 245: 1059-1065). The protein product of the CF-related gene is called cystic fibrosis transmembrane regulatory protein (CFTR). In certain embodiments of the invention, the trans-splicing reaction is used to correct a genetic defect in a DNA sequence encoding a cystic fibrosis transmembrane regulatory protein (CFTR), thereby causing the cystic fibrosis transmembrane regulatory protein to The encoding DNA sequence is expressed and functional chloride channels are formed in the patient's airway epithelial cells.

集団研究によって、最も多い嚢胞性繊維症突然変異はCFTRアミノ酸配列の508番のフェニルアラニンをコードするエキソン10における3つのヌクレオチドの欠失であることが示された。図15に示されているように、トランススプライシング反応はCFTRのアミノ酸配列の508番の欠失を修正することができた。遺伝子欠損の修正に用いるPTMは、CFTR BDイントロン9配列、スペーサー配列、分岐点、ポリピリミジントラクト、3’スプライス部位および野生型CFTR BDエキソン10配列を含んでいた(図13)。トランススプライシング反応を用いてCFTRをコードする変異DNAが首尾よく修正できるということは、遺伝子欠損の修正のためのPTMの全般的な適用を支持するものである。   Population studies have shown that the most common cystic fibrosis mutation is a three nucleotide deletion in exon 10, which encodes the CFTR amino acid sequence at position 508 phenylalanine. As shown in FIG. 15, the trans-splicing reaction was able to correct the deletion at position 508 of the CFTR amino acid sequence. The PTM used to correct the gene deletion contained the CFTR BD intron 9 sequence, spacer sequence, branch point, polypyrimidine tract, 3 'splice site and wild type CFTR BD exon 10 sequence (Figure 13). The successful modification of mutant DNA encoding CFTR using a trans-splicing reaction supports the general application of PTMs for correcting gene defects.

血友病Aは凝固カスケードの重要な成分である因子VIIIの活性の欠損を特徴とするX染色体連関出血障害である。血友病Aの罹患率は男性5,000ないし10,000人におよそ1人である。罹患者は関節および筋肉出血に苦しみ、打撲しやすく、傷からの出血が長引く。血友病Aは因子VIII遺伝子における種々の突然変異から起こる。この遺伝子は26個のエキソンからなり、186kbにわたる。突然変異が同定されている血友病A患者の約95%は遺伝子に点突然変異を有する。本発明の特定の実施形態では、因子VIIIをコードするDNA配列における遺伝子欠損を修正するためにトランススプライシング反応を用い、それにより因子VIIIタンパク質をコードするDNA配列が発現し、患者の血漿で機能的凝固因子が形成される。本発明のPTMは因子VIII遺伝子のコード領域における欠損を修正することを目的として対象とするいずれのエキソンまたはエキソンの組合せも修復するように遺伝子操作することができる。   Hemophilia A is an X-linked hemorrhage disorder characterized by a deficiency in the activity of factor VIII, an important component of the coagulation cascade. The prevalence of hemophilia A is approximately 1 in 5,000 to 10,000 men. Affected individuals suffer from joint and muscle bleeding, are easy to bruise, and have prolonged bleeding from the wound. Hemophilia A results from various mutations in the factor VIII gene. This gene consists of 26 exons and spans 186 kb. About 95% of hemophilia A patients with identified mutations have point mutations in the gene. In certain embodiments of the invention, a trans-splicing reaction is used to correct a genetic defect in the DNA sequence encoding factor VIII, whereby the DNA sequence encoding factor VIII protein is expressed and functional in the patient's plasma. A clotting factor is formed. The PTMs of the present invention can be engineered to repair any exon or combination of exons of interest for the purpose of correcting a defect in the coding region of the factor VIII gene.

遺伝的研究では、最も一般的な因子VIII突然変異が生じることが示されている。図46に示されるように、トランススプライシング反応は因子VIIIアミノ酸配列における突然変異を修正することができた。突然変異はマウス遺伝子のエキソン16とイントロン16の間にネオマイシン遺伝子を挿入し、エキソン16のオープンリーディングフレームに割り込ませ、イントロン16の3'スプライス供与部位を除去することにより作出した。遺伝子欠損を修正するのに用いたPTMは因子VIIIエキソン16〜24コード配列、スペーサー配列、分岐点、ポリピリミジントラクト、および3'受容スプライスを含んでいた(図44A)。トランススプライシング反応を用いて因子VIIIをコードする変異型DNAが首尾よく修正できるということは、遺伝子欠損の修正のためのPTMの全般的な適用をさらに支持するものである。   Genetic studies have shown that the most common factor VIII mutations occur. As shown in FIG. 46, the trans-splicing reaction was able to correct mutations in the Factor VIII amino acid sequence. Mutations were made by inserting the neomycin gene between exon 16 and intron 16 of the mouse gene, interrupting the exon 16 open reading frame, and removing the 3 'splice donor site of intron 16. The PTM used to correct the gene defect contained a Factor VIII exon 16-24 coding sequence, a spacer sequence, a branch point, a polypyrimidine tract, and a 3 ′ receptor splice (FIG. 44A). The successful modification of mutant DNA encoding factor VIII using a trans-splicing reaction further supports the general application of PTMs for correcting gene defects.

本発明の方法および組成物はまた、植物での遺伝子発現を調節するためにも使用できる。例えば、いずれかの操作された遺伝子の発現を選択された標的植物遺伝子の本来の調節下に置くためにトランススプライシングを用いてもよく、それにより操作された遺伝子の発現が調節される。トラススプライシングはまた、非宿主植物において操作された遺伝子の発現を妨げたり、あるいは内因性の遺伝子産物をさらに望ましい産物へと変換するためにも使用できる。   The methods and compositions of the invention can also be used to regulate gene expression in plants. For example, trans-splicing may be used to place the expression of any engineered gene under the original regulation of the selected target plant gene, thereby regulating the expression of the engineered gene. Truss splicing can also be used to prevent the expression of engineered genes in non-host plants or to convert endogenous gene products into more desirable products.

本発明の特定の実施形態では、トランススプライシングはBt毒素(Bacillus thuringiensis)を産生する殺虫遺伝子の発現を調節するためにも使用できる。例えば、昆虫が植物を食害した後にはじめて発現する傷害応答遺伝子(プレmRNA)へとトランススプライシングされるようにPTMをデザインすることができる。このようにして、植物の全細胞がPTM中にBt遺伝子を有するようになるが、これらの細胞は昆虫が植物を傷害した際に傷害した場所でしかBtは産生されない。植物の残りの部分は、ほとんどあるいはまったくBtを作らない。PTMは、所望の発現パターンで、Bt遺伝子を選択されたいずれかの遺伝子へとトランススプライシングすることができる。さらに、PTMをターゲッティングして植物の食用部分ではBtを産生しないようにすることができるはずである。   In certain embodiments of the invention, trans-splicing can also be used to regulate the expression of insecticidal genes that produce Bt toxins (Bacillus thuringiensis). For example, a PTM can be designed so that it is trans-spliced into an injury response gene (pre-mRNA) that is expressed only after an insect damages a plant. In this way, all plant cells have the Bt gene in the PTM, but these cells produce Bt only where the insects injured the plant. The rest of the plant makes little or no Bt. PTM can trans-splice the Bt gene into any selected gene with the desired expression pattern. In addition, it should be possible to target PTM so that edible parts of the plant do not produce Bt.

PTMの使用に関する1つの利点は、PTMが標的遺伝子の本来の遺伝子制御エレメントを獲得していることから、操作した遺伝子の上流にある適当な調節配列を同定・再構成するのに費やす時間や労力が軽減される。このようにPTMによって調節される遺伝子の発現は、標的プレmRNAを含む植物細胞でしか起こらないはずである。消費者は組換え遺伝子から作られたタンパク質を食べたがらないので、植物の食用部分または花粉で発現しない遺伝子をターゲッティングすることで、トランススプライシングは遺伝子組換え植物に対する抵抗を緩和することができる。かかる作物の食用部分は、遺伝子組換えタンパク質が含まれていないことを試験する必要がある。   One advantage of using PTM is that the time and effort spent identifying and reconfiguring the appropriate regulatory sequences upstream of the engineered gene, because PTM has acquired the original gene control element of the target gene. Is reduced. Thus, expression of genes regulated by PTM should occur only in plant cells containing the target pre-mRNA. Because consumers do not want to eat proteins made from recombinant genes, trans-splicing can alleviate resistance to genetically modified plants by targeting genes that are not expressed in the edible part of the plant or pollen. The edible part of such crops needs to be tested for the absence of genetically modified proteins.

また、PTMは他の植物には存在しない宿主細胞特有の配列へターゲッティングすることができる。従って、PTMをコードする遺伝子(DNA)がたとえ他の植物種にジャンプしたとしても、そのPTM遺伝子にはトランススプライシングの適当な標的がないことになる。このようにトランススプライシングは他の植物種へ遺伝子が「ジャンプ」することを防ぐ「フェイルセーフ(fail-safe)」様式を与え、PTM遺伝子は、適当な標的プレmRNAを含む操作された植物宿主でしか発現しない。操作されていない植物での発現は不可能なのである。   PTM can also be targeted to host cell-specific sequences that do not exist in other plants. Therefore, even if the gene (DNA) encoding PTM jumps to other plant species, the PTM gene does not have an appropriate target for trans-splicing. Thus, trans-splicing provides a “fail-safe” mode that prevents the gene from “jumping” to other plant species, and the PTM gene can be found in engineered plant hosts containing the appropriate target pre-mRNA. Only expressed. It cannot be expressed in plants that have not been manipulated.

トランススプライシングはまた、ある遺伝子産物を別のものへと変換するより効率的な経路を提供する。例えば、トランススプライシングリボザイムおよびキメラオリゴをトウモロコシゲノムに組み込んで飽和油と不飽和油の比率を改変することができる。トランススプライシングはまた、ある遺伝子産物を別のものへと変換するのに用いることができる。   Trans-splicing also provides a more efficient pathway for converting one gene product into another. For example, trans-splicing ribozymes and chimeric oligos can be incorporated into the corn genome to modify the ratio of saturated and unsaturated oils. Trans-splicing can also be used to convert one gene product to another.

例えば、リポソームへの封入、マイクロパーティクル、マイクロカプセル、組成物を発現しうる組換え細胞、受容体により媒介されるエンドサイトーシス(例えば、WuおよびWu, 1987, J. Biol. Chem. 262:4429-4432参照)、レトロウイルスその他のベクターの一部としての核酸の構築、DNA注入、エレクトロポレーション、リン酸カルシウムにより媒介されるトランスフェクションなど、種々の送達系が知られており、本発明の組成物を細胞へ導入するのに用いることができる。   For example, encapsulation in liposomes, microparticles, microcapsules, recombinant cells capable of expressing the composition, receptor-mediated endocytosis (eg, Wu and Wu, 1987, J. Biol. Chem. 262: 4429 -4432), nucleic acid construction as part of retroviruses and other vectors, DNA injection, electroporation, calcium phosphate mediated transfection and various other delivery systems are known and compositions of the invention Can be used to introduce into a cell.

これらの組成物および方法は癌およびその他の重篤なウイルス感染、自己免疫疾患、ならびに特定の細胞型の改変または除去が有益なその他の病状を治療するために使用できる。また、これらの組成物および方法は、欠損または変異遺伝子産物の発現が正常な表現型をもたらす遺伝性の遺伝子疾患を有する患者の細胞に、機能的生物活性分子をコードする遺伝子を提供するために使用することもできる。   These compositions and methods can be used to treat cancer and other serious viral infections, autoimmune diseases, and other medical conditions in which modification or removal of specific cell types is beneficial. These compositions and methods also provide genes encoding functional bioactive molecules to cells of patients with hereditary genetic disease whose expression of the defective or mutated gene product results in a normal phenotype. It can also be used.

好ましい実施形態では、PTM機能を促進するために、遺伝子送達および宿主細胞での発現という方法で、PTMをコードする配列を含んでなる核酸を投与する。本発明のこの実施形態では、核酸はPTM産生を促進することにより作用を媒介する。当技術分野で利用できる宿主細胞に対する遺伝子送達の方法はいずれも本発明に従って使用できる。遺伝子送達法の総説としては、Strauss, M.およびBarranger, J.A., 1997, Concepts in Gene Therapy, by Walter de Gruyter & Co., Berlin; Goldspielら, 1993, Clinical Pharmacy 12:488-505; WuおよびWu, 1991, Biotherapy 3:87-95; Tolstoshev, 1993, Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 33:573-596; Mulligan, 1993, Science 260:926-932;ならびにMorganおよびAnderson, 1993, Ann. Rev. Biochem. 62:191-217; 1993, TIBTECH 11(5):155-215を参照。方法例を以下に記載する。   In a preferred embodiment, to promote PTM function, a nucleic acid comprising a sequence encoding PTM is administered by gene delivery and expression in a host cell. In this embodiment of the invention, the nucleic acid mediates the action by promoting PTM production. Any method of gene delivery to host cells available in the art can be used according to the present invention. For a review of gene delivery methods, see Strauss, M. and Barranger, JA, 1997, Concepts in Gene Therapy, by Walter de Gruyter & Co., Berlin; Goldspiel et al., 1993, Clinical Pharmacy 12: 488-505; Wu and Wu , 1991, Biotherapy 3: 87-95; Tolstoshev, 1993, Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 33: 573-596; Mulligan, 1993, Science 260: 926-932; and Morgan and Anderson, 1993, Ann. Rev. Biochem. 62: 191-217; 1993, TIBTECH 11 (5): 155-215. An example method is described below.

宿主細胞への核酸の送達は直接的(すなわち、宿主がその核酸または核酸を運ぶベクターに直接曝される場合)であっても、間接的(すなわち、まず、in vitroにて宿主細胞をその核酸で形質転換した後、宿主へ移植する場合)であってもよい。これらの2つのアプローチはそれぞれin vivoまたはex vivo遺伝子送達として知られている。   Delivery of the nucleic acid to the host cell can be direct (i.e., when the host is directly exposed to the nucleic acid or vector carrying the nucleic acid) or indirectly (i.e. Or after transplantation into a host). These two approaches are known as in vivo or ex vivo gene delivery, respectively.

特定の実施形態では、核酸は直接in vivo投与し、そこで発現させてPTMを産生させる。これは例えばそれを適当な核酸発現ベクターの一部として構築し、細胞内のものとなるように投与することにより、あるいは例えば欠陥または弱毒レトロウイルスその他のウイルスベクターを用いた感染(米国特許第4,980,286号参照)により、あるいは裸のDNAのの直接注入により、あるいはマイクロパーティクル衝撃(例えば、遺伝子ガン; Biolistic, Dupont)の使用により、あるいは脂質もしくは細胞表面受容体またはトランスフェクション剤によるコーティング、あるいはリポソーム、マイクロパーティクルまたはマイクロカプセルへの封入により、あるいは核へ入ることが知られているペプチドに結合させて投与することにより、あるいは受容体によって媒介されるエンドサイトーシスを受けるリガンドへ結合させて投与する(例えば、WuおよびWu, 1987, J. Biol. Chem. 262:4429-4432)ことによるなど、当技術分野で公知の多くの方法のいずれかによって達成することができる。   In certain embodiments, the nucleic acid is administered directly in vivo, where it is expressed to produce PTM. This can be done, for example, by constructing it as part of an appropriate nucleic acid expression vector and administering it to be intracellular, or by infection with, for example, defective or attenuated retroviruses (US Pat. No. 4,980,286). Or by direct injection of naked DNA, or by the use of microparticle bombardment (e.g., gene guns; Biolistic, Dupont), or coating with lipids or cell surface receptors or transfection agents, or liposomes, Administer by encapsulating in microparticles or microcapsules, or by binding to a peptide known to enter the nucleus, or by binding to a ligand that undergoes receptor-mediated endocytosis ( For example, Wu and Wu, 1987 , J. Biol. Chem. 262: 4429-4432) and any of a number of methods known in the art.

特定の実施形態では、PTMを含むウイルスベクターを使用することができる。例えば、ウイルスゲノムのパッケージングおよび宿主細胞DNAへの組み込みに必要でないレトロウイルス配列を削除するように改変されたレトロウイルスベクターを用いることができる(Millerら, 1993, Meth. Enzymol. 217:581-599参照)。あるいは、アデノウイルスまたはアデノ随伴ウイルスベクターを細胞または組織への遺伝子送達に使用することができる(アデノウイルスを基にした遺伝子送達の総説としてはKozarskyおよびWilson, 1993, Current Opinion in Genetics and Development 3:499-503参照)。   In certain embodiments, viral vectors containing PTM can be used. For example, retroviral vectors modified to delete retroviral sequences that are not necessary for packaging of the viral genome and integration into host cell DNA can be used (Miller et al., 1993, Meth. Enzymol. 217: 581- 599). Alternatively, adenovirus or adeno-associated virus vectors can be used for gene delivery to cells or tissues (for review of adenovirus-based gene delivery, see Kozarsky and Wilson, 1993, Current Opinion in Genetics and Development 3: 499-503).

細胞への遺伝子送達に対する別のアプローチとしては、エレクトロポレーション、リポフェクション、リン酸カルシウムを媒介とするトランスフェクション、またはウイルス感染のような方法により組織培養細胞へ遺伝子を導入することを含む。通常、導入方法は細胞への選択マーカーの導入を含む。次にこれらの細胞を、導入遺伝子を取り込み、それを発現している細胞を単離する選択下に置く。得られた組換え細胞は当技術分野で公知の種々の方法により宿主へ送達することができる。好ましい実施形態では、遺伝子送達に用いる細胞は宿主細胞自身のものである。   Another approach to gene delivery into cells involves introducing genes into tissue culture cells by methods such as electroporation, lipofection, calcium phosphate mediated transfection, or viral infection. Usually, the introduction method involves the introduction of a selectable marker into the cells. These cells are then placed under selection to isolate those cells that have taken up and are expressing the transgene. The resulting recombinant cells can be delivered to the host by various methods known in the art. In preferred embodiments, the cells used for gene delivery are those of the host cell itself.

本発明はまた、有効量のPTMまたはPTMをコードする核酸および製薬上許容される担体を含んでなる医薬組成物も提供する。特定の実施形態では、「製薬上許容される」とは、連邦政府または州政府の規制機関によって認可されているか、または米国薬局方またはその他動物用、より好ましくはヒト用として汎用されている薬局方に挙げられていることを意味する。「担体」とは、それとともに治療薬を投与する希釈剤、アジュバント、賦形剤またはビヒクルをさす。好適な医薬担体の例は、E.W. Martinによる"Remington's Pharmaceutical Sciences"に記載されている。   The present invention also provides a pharmaceutical composition comprising an effective amount of PTM or a nucleic acid encoding PTM and a pharmaceutically acceptable carrier. In certain embodiments, “pharmaceutically acceptable” refers to a pharmacy that is approved by a federal or state government regulatory agency or that is commonly used for the United States Pharmacopeia or other animal, more preferably for humans. Means that it is listed. “Carrier” refers to a diluent, adjuvant, excipient or vehicle with which the therapeutic is administered. Examples of suitable pharmaceutical carriers are described in “Remington's Pharmaceutical Sciences” by E.W. Martin.

特定の実施形態では、医薬組成物は、(1)例えばそのタンパク質を欠いた、遺伝的に欠陥がある、生物学的に不活性もしくは活性が不十分な、または発現が十分でない宿主で内因性タンパク質または機能が存在しないか、そのレベルが低い(正常または望ましいものに比べて)疾病または疾患、あるいは(2)in vitroまたはin vivoアッセイによって特定のタンパク質の機能を阻害するPTMの利便性が示される疾病または疾患、において投与する。PTMにより媒介されるトランススプライシング反応から生じたキメラmRNAによってコードされるタンパク質の活性は、例えば宿主組織サンプル(例えば、生検組織から)を得、in vitroでmRNAまたはタンパク質レベル、発現したキメラmRNAの構造および/または活性に関してアッセイすることで容易に検出することができる。このように、限定されるものではないが、キメラmRNAによりコードされるタンパク質を検出および/または可視化する免疫アッセイ (例えば、ウエスタンブロット、免疫沈降とその後のドデシル硫酸ナトリウムポリアクリルアミドゲル電気泳動、免疫組織化学など)、および/またはキメラmRNAの存在を検出および/または可視化することによるキメラmRNAの発現の形成を検出するハイブリダイゼーションアッセイ(例えば、ノーザンアッセイ、ドットブロット、in situハイブリダイゼーションおよび逆転写PCRなど)などをはじめとする、当技術分野で標準的な多くの方法を利用することができる。   In certain embodiments, the pharmaceutical composition is (1) endogenous in a host that lacks the protein, for example, is genetically defective, biologically inactive or poorly active, or is poorly expressed. Diseases or disorders where the protein or function is absent or low (compared to normal or desirable), or (2) the convenience of PTMs that inhibit the function of a particular protein by in vitro or in vivo assays. Is administered in a disease or disorder. The activity of the protein encoded by the chimeric mRNA resulting from the trans-splicing reaction mediated by the PTM is obtained, for example, from a host tissue sample (e.g., from a biopsy tissue) and in vitro mRNA or protein level, expressed in the expressed chimeric mRNA. It can be easily detected by assaying for structure and / or activity. Thus, but not limited to, an immunoassay that detects and / or visualizes the protein encoded by the chimeric mRNA (eg, Western blot, immunoprecipitation followed by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis, immune tissue) And / or hybridization assays that detect the formation of chimeric mRNA expression by detecting and / or visualizing the presence of the chimeric mRNA (e.g., Northern assay, dot blot, in situ hybridization and reverse transcription PCR, etc.) And many other methods standard in the art can be used.

本発明はまた、有効量のPTMまたはPTMをコードする核酸、および製薬上許容される担体を含んでなる医薬組成物も提供する。特定の実施形態では、「製薬上許容される」とは、連邦政府または州政府の規制機関によって認可されているか、または米国薬局方またはその他動物用、より好ましくはヒト用として汎用されている薬局方に挙げられていることを意味する。「担体」とは、それとともに治療薬を投与する希釈剤、アジュバント、賦形剤またはビヒクルをさす。好適な医薬担体の例は、E.W. Martinによる"Remington's Pharmaceutical Sciences"に記載されている。特定の実施形態では、本発明の医薬組成物は治療を必要とする領域に局所投与するのが望ましい。これは限定されるものではないが例えば、手術中の局部注入(local infusion)、例えば術後の外傷用医薬材料と組み合わせた局所適用、注射、カテーテル、坐剤、あるいはインプラント(インプラントはシアラスティック(sialastic)メンブランまたはファイバーなどの膜をはじめとする多孔質、非多孔質、またはゼラチン素材のものである)によって達成できる。ナノ粒子、徐放性ポリマー、ヒドロゲルなどの母材など、その他の放出制御性薬物送達系もある。   The present invention also provides a pharmaceutical composition comprising an effective amount of PTM or a nucleic acid encoding PTM and a pharmaceutically acceptable carrier. In certain embodiments, “pharmaceutically acceptable” refers to a pharmacy that is approved by a federal or state government regulatory agency or that is commonly used for the United States Pharmacopeia or other animal, more preferably for humans. Means that it is listed. “Carrier” refers to a diluent, adjuvant, excipient or vehicle with which the therapeutic is administered. Examples of suitable pharmaceutical carriers are described in “Remington's Pharmaceutical Sciences” by E.W. Martin. In certain embodiments, it may be desirable to administer the pharmaceutical composition of the invention locally to the area in need of treatment. This includes, but is not limited to, for example, local infusion during surgery, such as topical application in combination with post-surgical medicinal materials, injections, catheters, suppositories, or implants (implants are shear sialastic) of porous, non-porous, or gelatinous materials, including membranes such as membranes or fibers. There are other controlled release drug delivery systems such as nanoparticles, sustained release polymers, and matrix materials such as hydrogels.

PTMはターゲッティングされる細胞で所望の作用をもたらすのに有効な量で投与する。PTMの有効用量は生物学的半減期、バイオアベラビリティーおよび毒性などのパラメーターに着目する当業者に周知の手法によって決定することができる。有効である本発明の組成物の量は治療する疾病または疾患の性質によって異なり、標準的な臨床技術によって決定することができる。さらにまた、最適用量範囲を確定する助けとして所望によりin vitroアッセイを用いてもよい。   PTM is administered in an amount effective to produce the desired effect on the targeted cells. An effective dose of PTM can be determined by techniques well known to those skilled in the art focusing on parameters such as biological half-life, bioavailability and toxicity. The amount of the composition of the invention that is effective depends on the nature of the disease or disorder being treated and can be determined by standard clinical techniques. Furthermore, in vitro assays may be used as desired to help determine optimal dosage ranges.

本発明はまた、本発明の医薬組成物の1以上の成分を、所望により容器を伴い、充填させた1以上の容器を含んでなる医薬パックまたはキットも提供し、このような容器は医薬または生物製品の製造、使用または販売を規制する政府機関によって規定された形態で認知でき、なお、この認知はヒトにおける投与を目的とする製造、使用または販売の政府機関による認可を反映している。   The present invention also provides a pharmaceutical pack or kit comprising one or more containers filled with one or more components of the pharmaceutical composition of the present invention, optionally with a container, such container being a pharmaceutical or It can be recognized in a form prescribed by government agencies that regulate the manufacture, use or sale of biological products, and this recognition reflects the approval of the government agency for manufacture, use or sale for administration in humans.

5.3.2 エキソンのタグ付けのためのPTM分子の使用
ヒトその他の生物のゲノムを配列決定し、特性解析する現在の努力を鑑みれば、このような特性解析を容易にする方法が必要である。ゲノムマッピングおよびシーケンシングによって現在得られる情報の大部分はmRNAのcDNAへの逆転写によって作出される相補的DNA(cDNA)ライブラリーから得られるものである。残念なことに、このプロセスはイントロン配列およびエキソン/イントロン境界の位置に関する情報を欠落させる。
5.3.2 Use of PTM molecules for exon tagging Given the current efforts to sequence and characterize the genomes of humans and other organisms, methods are needed to facilitate such characterization. Most of the information currently available from genome mapping and sequencing comes from complementary DNA (cDNA) libraries generated by reverse transcription of mRNA into cDNA. Unfortunately, this process lacks information about intron sequences and exon / intron boundary locations.

本発明は、(i)プレトランススプライシング分子とプレmRNA分子を、そのプレトランススプライシング分子の一部が標的プレmRNAへとトランススプライシングされてキメラmRNAを形成するような条件下で接触させ、(ii)そのキメラmRNA分子を増幅し、(iii)増幅した分子を選択的に精製し、さらに(iv)増幅した分子のヌクレオチド配列を決定し、それによりイントロン-エキソン境界を決定することを含んでなる、プレmRNA分子のエキソン-イントロン境界をマッピングする方法を包含する。   The invention comprises (i) contacting a pre-trans-splicing molecule and a pre-mRNA molecule under conditions such that a portion of the pre-trans-splicing molecule is trans-spliced to a target pre-mRNA to form a chimeric mRNA (ii) Amplifying the chimeric mRNA molecule, (iii) selectively purifying the amplified molecule, and (iv) determining the nucleotide sequence of the amplified molecule and thereby determining the intron-exon boundary. A method for mapping exon-intron boundaries of pre-mRNA molecules.

本発明のある実施形態では、プレmRNA分子のエキソン-イントロン境界を位置決定するためのトランススプライシング反応でPTMを用いることができる。イントロン-エキソン境界のマッピングに用いるPTMは上記第5.1節のものと類似した構造を有する。具体的にはPTMは多くのプレmRNAと結合するようにデザインされた標的結合ドメイン、(ii)分岐点、ピリミジントラクトおよび3’スプライス受容部位、または5’スプライス供与部位を含む3’スプライス領域、(iii)そのmRNAスプライス部位を標的結合ドメインから離すスペーサー領域、および(iv)プレmRNAへとトランススプライシングされるタグ領域を含む。あるいは、エキソン-イントロン境界を位置決定するのに用いるPTMは標的結合ドメインを含まないように操作することもできる。   In certain embodiments of the invention, PTMs can be used in trans-splicing reactions to locate exon-intron boundaries of pre-mRNA molecules. The PTM used for intron-exon boundary mapping has a structure similar to that in Section 5.1 above. Specifically, a PTM is a target binding domain designed to bind many pre-mRNAs, (ii) a 3 'splice region containing a branch point, pyrimidine tract and 3' splice acceptor site, or 5 'splice donor site, (iii) a spacer region that separates the mRNA splice site from the target binding domain, and (iv) a tag region that is trans-spliced into the pre-mRNA. Alternatively, the PTM used to locate the exon-intron boundary can be engineered to contain no target binding domain.

イントロン-エキソンマッピングのためには、ランダムヌクレオチド配列を含む標的結合ドメインを含むようにPTMを遺伝子操作する。このランダムヌクレオチド配列は、プレmRNAと結合してそれをつなぎ止めることができる少なくとも15〜30で数百までのヌクレオチド配列を含み、これにより核のスプライセオソームプロセッシング機構がPTMの一部(タグまたはマーカー領域)をプレmRNAの一部へとトランススプライシングすることができる。短い標的結合ドメインを含有する、またはイノシンを含有するPTMはストリンジェントでない条件下でプレmRNA分子と結合する。さらに、強い分岐点配列およびピリミジントラクトはPTMトランススプライシングの非特異性を増強する働きをする。   For intron-exon mapping, the PTM is engineered to include a target binding domain containing a random nucleotide sequence. This random nucleotide sequence contains at least 15-30 up to several hundred nucleotide sequences that can bind to and anchor the pre-mRNA, so that the nuclear spliceosome processing machinery is part of the PTM (tag or marker). Region) can be trans-spliced into part of the pre-mRNA. PTMs containing short target binding domains or containing inosine bind to pre-mRNA molecules under non-stringent conditions. Furthermore, strong branch point sequences and pyrimidine tracts serve to enhance non-specificity of PTM trans-splicing.

PTM分子において標的結合ドメインとして用いるランダムヌクレオチド配列は、限定されるものではないが、制限エンドヌクレアーゼによるDNAの部分消化、またはDNAの物理的剪断をはじめとする様々に異なる方法を用いて作出することができる。このようなランダムヌクレオチド配列の使用は、細胞内で発現した各標的プレmRNAに関して種々の結合活性を有するPTM分子の膨大なアレイを作出するようにデザインされる。オリゴヌクレオチドのランダムライブラリーは、遺伝子操作されたPTM分子をプラスミドベクターへクローニングするための各末端にある適当な制限エンドヌクレアーゼ認識部位を用いて合成することができる。ランダムオリゴヌクレオチドを連結して発現させると、ランダムなPTMの結合ライブラリーが得られる。   Random nucleotide sequences used as target binding domains in PTM molecules can be generated using a variety of different methods including, but not limited to, partial digestion of DNA with restriction endonucleases or physical shearing of DNA. Can do. The use of such random nucleotide sequences is designed to create a vast array of PTM molecules with different binding activities for each target pre-mRNA expressed in the cell. A random library of oligonucleotides can be synthesized using appropriate restriction endonuclease recognition sites at each end for cloning genetically engineered PTM molecules into plasmid vectors. When random oligonucleotides are ligated and expressed, a random PTM binding library is obtained.

本発明の特定の実施形態では、ランダムヌクレオチド配列を含んでなる標的結合ドメインを含むPTM分子をコードする発現ライブラリーは当業者に周知の種々の方法を用いて作出することができる。理想的には、このライブラリーは細胞内で発現した各標的プレmRNAと相互作用しうるPTM分子を含むのに十分複雑なものである。   In certain embodiments of the invention, an expression library encoding a PTM molecule comprising a target binding domain comprising a random nucleotide sequence can be generated using a variety of methods well known to those skilled in the art. Ideally, this library is complex enough to contain PTM molecules that can interact with each target pre-mRNA expressed in the cell.

例を挙げれば、図9はイントロン-エキソン境界のマッピングに利用できる2形態のPTMの模式図である。左のPTMはプレmRNA3’スプライス部位へと非特異的にトランススプライシングされうるが、右のPTMはプレmRNA5’スプライス部位へとトランススプライシングされうる。PTMと標的プレmRNAとの間のトランススプライシングの結果、原型エキソンの3’または5’いずれかの末端に特定のヌクレオチド配列「タグ」を有するキメラmRNA分子が産生される。   By way of example, FIG. 9 is a schematic diagram of two forms of PTM that can be used to map intron-exon boundaries. The left PTM can be non-specifically spliced into the pre-mRNA 3 'splice site, while the right PTM can be trans-spliced into the pre-mRNA 5' splice site. The result of trans-splicing between the PTM and the target pre-mRNA results in the production of a chimeric mRNA molecule having a specific nucleotide sequence “tag” at either the 3 ′ or 5 ′ end of the original exon.

選択的精製の後、PTMのタグヌクレオチド配列内で始まり、タグ付けされたエキソン配列へと進行するプライマーを用いてDNAシーケンシング反応を行う。このタグヌクレオチド配列の最後のヌクレオチドのすぐ後の配列がエキソン境界を表す。イントロン-エキソンタグの同定のためには、当業者に周知の方法を用いてin vitroまたはin vivoのいずれかで本発明のトランススプライシング反応を行うことができる。   After selective purification, a DNA sequencing reaction is performed using primers that begin within the tag nucleotide sequence of the PTM and proceed to the tagged exon sequence. The sequence immediately after the last nucleotide of this tag nucleotide sequence represents an exon boundary. For identification of intron-exon tags, the trans-splicing reaction of the present invention can be performed either in vitro or in vivo using methods well known to those skilled in the art.

5.3.3. 細胞内で発現したタンパク質の同定のためのPTM分子の使用
本発明のさらにもう1つの実施形態では、PTMにより媒介されるトランススプライシング反応は細胞内で発現する、これまでには検出されなかった未知のタンパク質を同定するために使用できる。この方法は、とりわけタンパク質サイズが小さい、あるいはタンパク質が低濃度であるために二次元電気泳動または他の方法では検出できない、あるいは二次元電気泳動では他のタンパク質と同様の移動パターンを示すためにタンパク質を検出できないタンパク質の同定に特に有用である。
5.3.3. Use of PTM molecules for the identification of proteins expressed in cells In yet another embodiment of the present invention, a trans-splicing reaction mediated by PTM is expressed in cells, previously detected. Can be used to identify unknown proteins that were not. This method is particularly difficult to detect by two-dimensional electrophoresis or other methods because of the small protein size, or low protein concentration, or because the two-dimensional electrophoresis shows a similar movement pattern to other proteins. It is particularly useful for identifying proteins that cannot be detected.

本発明は、(i)ランダムな標的結合ドメインおよびペプチドタグをコードするヌクレオチド配列を含有するプレトランススプライシング分子とプレmRNA分子を、そのプレトランススプライシング分子の一部が標的プレmRNAの一部へとトランススプライシングされて融合ポリペプチドをコードするキメラmRNAを形成するような条件下で接触させるか、あるいはゲル電気泳動によってそれを分離し、(ii)融合ポリペプチドをアフィニティー精製する、さらに(iii)融合タンパク質のアミノ酸配列を決定することを含んでなる、細胞内で発現したタンパク質を同定する方法に関する。   The present invention relates to (i) a pretrans-splicing molecule and a pre-mRNA molecule containing a nucleotide sequence encoding a random target binding domain and a peptide tag, wherein a part of the pre-trans-splicing molecule is converted to a part of the target pre-mRNA. Contacting it under conditions such that it is trans-spliced to form a chimeric mRNA encoding the fusion polypeptide, or separating it by gel electrophoresis and (ii) affinity purifying the fusion polypeptide, and (iii) fusion It relates to a method of identifying a protein expressed in a cell comprising determining the amino acid sequence of the protein.

細胞内で発現したタンパク質を同定するためには、本発明のPTMを、(i)ランダム化ヌクレオチド配列を含んでなる標的結合ドメイン、(ii)分岐点、ピリミジントラクトおよび3'スプライス受容部位および/または5'スプライス供与部位を含む3'スプライス領域、(iii)そのPTMスプライス部位を標的結合ドメインから離すスペーサー領域、および(iv)マーカーまたはペプチドアフィニティー精製タグをコードするヌクレオチド配列を含むように遺伝子操作する。このようなペプチドタグとしては、限定されるものではないが、HISタグ(6ヒスチジン連続残基)(Janknechtら, 1991 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:8972-8976)、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)(Smith, D.B.およびJohnson, K.S., 1988, Gene 67:31)(Pharmacia)またはFLAG(Kodak/IBI)タグ(Nisson, J.ら, J. Mol. Recognit., 1996, 5:585-594)が挙げられる。   In order to identify proteins expressed in cells, the PTMs of the present invention can be obtained from (i) a target binding domain comprising a randomized nucleotide sequence, (ii) a branch point, a pyrimidine tract and a 3 ′ splice acceptor site and / or Or genetic manipulation to include a 3 'splice region containing a 5' splice donor site, (iii) a spacer region that separates the PTM splice site from the target binding domain, and (iv) a nucleotide sequence encoding a marker or peptide affinity purification tag To do. Such peptide tags include, but are not limited to, HIS tag (6 histidine consecutive residues) (Janknecht et al., 1991 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 8972-8976), glutathione-S- Transferase (GST) (Smith, DB and Johnson, KS, 1988, Gene 67:31) (Pharmacia) or FLAG (Kodak / IBI) tag (Nisson, J. et al., J. Mol. Recognit., 1996, 5: 585 -594).

このようなPTMを用いたトランススプライシング反応の結果、マーカーまたはペプチドアフィニティー精製タグに結合した細胞内で通常発現されるタンパク質配列を含んでなる融合タンパク質をコードするキメラmRNA分子が形成される。このような方法の望ましい到達点は細胞内で合成された全てのタンパク質がマーカーまたはペプチドアフィニティータグを受け取り、それにより細胞内で発現した各タンパク質を同定する方法を提供することである。   As a result of such a trans-splicing reaction using PTM, a chimeric mRNA molecule encoding a fusion protein comprising a protein sequence normally expressed in cells bound to a marker or peptide affinity purification tag is formed. A desirable goal of such a method is to provide a method by which every protein synthesized in a cell receives a marker or peptide affinity tag, thereby identifying each protein expressed in the cell.

本発明の特定の実施形態では、ランダムヌクレオチド配列を含んでなる種々の標的結合ドメインを有するPTMをコードするPTM発現ライブラリーを作製する。望ましい到達点は細胞内で発現した各プレmRNAに結合しうるPTMを産生するに十分複雑なPTM発現ライブラリーを作り出すことである。好ましい実施形態では、このライブラリーを哺乳類発現ベクターにクローニングし、1個の細胞につき1つ、またはせいぜい数個のベクターが存在するようにする。   In certain embodiments of the invention, a PTM expression library is generated that encodes a PTM having various target binding domains comprising random nucleotide sequences. A desirable goal is to create a PTM expression library that is complex enough to produce a PTM that can bind to each pre-mRNA expressed in the cell. In a preferred embodiment, this library is cloned into a mammalian expression vector so that there is one or at most several vectors per cell.

キメラタンパク質の発現を同定するには、宿主細胞をこのPTMライブラリーで形質転換し、1個のPTMベクターを含有する個々のコロニーが増殖および精製可能なようにプレーティングする。単一のコロニーを選択、単離し、適当な培地で増殖させ、例えばアフィニティー精製タグを用い、標識されたキメラタンパク質エキソン断片を他の細胞タンパク質から分離する。例えば、アフィニティークロマトグラフィーはFLAGタグなどのペプチドタグに特異的に結合する抗体の使用を含みうる。あるいは、HISタグを用いる場合には融合タンパク質は、イミダゾールを含有するバッファーで溶出した結合ペプチドを選択的に溶出させるNi2+ ニトリロ酢酸アガロースカラムを用いて精製される。GSTタグを用いる場合には融合タンパク質はグルタチオン-S-トランスフェラーゼアガロースビーズを用いて精製する。次にこれらの融合タンパク質は遊離グルタチオンの存在下で溶出させることができる。 To identify the expression of the chimeric protein, host cells are transformed with this PTM library and plated so that individual colonies containing one PTM vector can be grown and purified. Single colonies are selected, isolated and grown in an appropriate medium, and labeled chimeric protein exon fragments are separated from other cellular proteins using, for example, affinity purification tags. For example, affinity chromatography can include the use of antibodies that specifically bind to a peptide tag such as a FLAG tag. Alternatively, when an HIS tag is used, the fusion protein is purified using a Ni 2+ nitriloacetic acid agarose column that selectively elutes the bound peptide eluted with a buffer containing imidazole. When GST tag is used, the fusion protein is purified using glutathione-S-transferase agarose beads. These fusion proteins can then be eluted in the presence of free glutathione.

キメラタンパク質の精製後、分析を行って融合タンパク質のアミノ酸配列を決定する。融合タンパク質のアミノ酸配列はエドマン分解とその後のHPLC、質量分析またはアミノ酸分析を用いたアミノ酸解析など、当業者に周知の技術を用いて決定する。同定したところで、そのペプチド配列をGenBankなどのタンパク質データベースで入手できる配列と比較する。部分的なペプチド配列が既知であれば、さらなる分析は行わない。部分的なタンパク質配列が未知であれば、そのタンパク質のより完全な配列決定を行って全タンパク質配列を決定することができる。融合タンパク質は全長タンパク質の一部のみを含む場合には、全長タンパク質をコードする核酸は通常の方法を用いて単離することができる。例えば、cDNAライブラリーをスクリーニングするためのプローブまたはPCRプライマーとして用いるには、部分タンパク質配列に基づいてオリゴヌクレオチドプライマーを生成することができる。   After purification of the chimeric protein, analysis is performed to determine the amino acid sequence of the fusion protein. The amino acid sequence of the fusion protein is determined using techniques well known to those skilled in the art, such as Edman degradation followed by amino acid analysis using HPLC, mass spectrometry or amino acid analysis. Once identified, the peptide sequence is compared to sequences available in protein databases such as GenBank. If the partial peptide sequence is known, no further analysis is performed. If the partial protein sequence is unknown, a more complete sequencing of the protein can be performed to determine the total protein sequence. If the fusion protein contains only a portion of the full length protein, the nucleic acid encoding the full length protein can be isolated using conventional methods. For example, for use as a probe or PCR primer for screening a cDNA library, oligonucleotide primers can be generated based on partial protein sequences.

6. 実施例: トランススプライシング分子の作製
以下の節はPTMの作製およびこのような分子がトランススプライシング反応を媒介してキメラmRNA分子を産生しうる証明について記載する。
6. Examples: Generation of trans-splicing molecules The following sections describe the generation of PTMs and demonstration that such molecules can mediate trans-splicing reactions to produce chimeric mRNA molecules.

6.1. 材料および方法
6.1.1. プレmRNA分子の構築
野生型ジフテリア毒素サブユニットA(DT-A, 野生型受託番号#K01722)およびDT-A突然変異体(CRM 197, 酵素活性無し)を含有するプラスミドはDr. Virginia Johnson, Food and Drug Administration, Bethesda, Maryland (Uchidaら, 1973 J. Biol. Chem 248:3838)から入手した。in vitro実験では、DT-Aをプライマー:DT-1F (5'-GGCGCTGCAGGGCGCTGATGATGTTGTTG)、およびDT-2R (5'-GGCGAAGCTTGGATCCGACACGATTTCCTGCACAGG)を用いて増幅し、PstIおよびHindIIIで切断し、PstIおよびHindIIIで消化したpBS(-)ベクター(Stratagene, La Jolla, CA)へクローニングした。得られたクローンpDTAを用いて個々のPTMを構築した。(1) pPTM+:ターゲッティング構築物。EcoRIおよびPstlで消化したpDTAへIN3-1(5'AATTCTCTAGATGCTTCACCCGGGCCTGACTCGAGTACTAACTGGTACCTCTTCTTTTTTTTCCTGCA)およびIN2-4(5'-GGAAAAAAAAGAAGAGGTACCAGTTAGTACTCGAGTCAGGCCCGGGTGAAGCATCTAGAG)プライマーを挿入することにより作製した。(2) pPTM+Sp:BDとBPの間に30bpのスペーサー配列を有すること以外はpPTM+に同じ。pPTM+をXhoIで消化し、オリゴヌクレオチド内でスペーサーS(5'-TCGAGCAACGTTATAATAATGTTC)およびスペーサーAS(5'-TCGAGAACATTATT ATAACGTTGC)を連結することにより作製した。in vivo研究では、pcPTM+SpのEcoRIおよびHindIII断片を哺乳類発現ベクターpcDNA3.1(Invitrogen) のCMVプロモーターの制御下にクローニングした。また、コドン14のメチオニンをイソロイシンに変え、翻訳の開始を妨げた。得られたプラスミドをpcPTM+Spと命名した。(3)pPTM+CRM:野生型DT-AをCRM突然変異体DT-A(T. Uchidaら, 1973, J. Biol. Chem. 248:3838)で置換したこと以外はpPTM+Spに同じ。これはプライマーDT-1FおよびDT-2Rを用いてDT-A突然変異体(G52Eにおける突然変異)のPCR増幅により作製した。in vivo研究では、PTM+CRMのEcoRI HindIII断片をpc3.1DNAにクローニングし、pcPTM+ARMを得た。(4)PTM-:非ターゲッティング構築物。PTM+をEcoRIおよびPst Iで消化し、ゲル精製して結合ドメインを除去した後、オリゴヌクレオチドIN-5(5'-ATCTCTAGATCAGGCCCGGGTGAAGCCCGAG)およびIN-6(5'-TGCTTCACCC GGGCCTGATCTAGAG)を連結することにより作製した。(5)PTM-SpはPstI部位に30bpのスペーサー配列を有すること以外はPTM-と同一のバージョンである。同様に、特定の配列を挿入または欠失させることでスプライス突然変異体[Py(-)AG(-)およびBP(-)Py(-)AG(-)]およびセーフティー変異体[PTM+SF-Pyl, PTM+SF-Py2, PTM+SFBP3およびPTM+SFBP3-Pyl]を構築した(1参照)。

Figure 2005168509
太字のヌクレオチドは、正常なBP、PPTおよび3'スプライス部位に対する突然変異を示す。分岐部位Aは下線で示す。イタリックのヌクレオチドはPTMのBP配列をマスクするためにセーフティーBDに導入された誤対合を示す。 6.1. Materials and methods
6.1.1. Construction of pre-mRNA molecule Plasmids containing wild-type diphtheria toxin subunit A (DT-A, wild-type accession number # K01722) and DT-A mutant (CRM 197, no enzyme activity) are Dr. Obtained from Virginia Johnson, Food and Drug Administration, Bethesda, Maryland (Uchida et al., 1973 J. Biol. Chem 248: 3838). For in vitro experiments, DT-A was amplified with primers: DT-1F (5'-GGCGCTGCAGGGCGCTGATGATGTTGTTG), and DT-2R (5'-GGCGAAGCTTGGATCCGACACGATTTCCTGCACAGG), digested with PstI and HindIII, and digested with PstI and HindIII It was cloned into pBS (-) vector (Stratagene, La Jolla, CA). Individual PTMs were constructed using the resulting clone pDTA. (1) pPTM +: targeting construct. Prepared by inserting IN3-1 (5'AATTCTCTAGATGCTTCACCCGGGCCTGACTCGAGTACTAACTGGTACCTCTTCTTTTTTTTCCTGCA) and IN2-4 (5'-GGAAAAAAAAGAAGAGGTACCAGTTAGTACTCGAGTCAGGCCCGGGTGAAGCATCTAGAG) primers into pDTA digested with EcoRI and Pstl. (2) pPTM + Sp: Same as pPTM + except that it has a 30 bp spacer sequence between BD and BP. pPTM + was digested with XhoI and made by ligating spacer S (5′-TCGAGCAACGTTATAATAATGTTC) and spacer AS (5′-TCGAGAACATTATT ATAACGTTGC) in the oligonucleotide. For in vivo studies, the EcoRI and HindIII fragments of pcPTM + Sp were cloned under the control of the CMV promoter of the mammalian expression vector pcDNA3.1 (Invitrogen). Also, methionine at codon 14 was changed to isoleucine, preventing translation initiation. The resulting plasmid was named pcPTM + Sp. (3) pPTM + CRM: Same as pPTM + Sp except that wild type DT-A was replaced with CRM mutant DT-A (T. Uchida et al., 1973, J. Biol. Chem. 248: 3838). This was generated by PCR amplification of a DT-A mutant (mutation in G52E) using primers DT-1F and DT-2R. For in vivo studies, the EcoRI HindIII fragment of PTM + CRM was cloned into pc3.1DNA to obtain pcPTM + ARM. (4) PTM-: non-targeting construct. Made by digesting PTM + with EcoRI and Pst I, gel purification to remove the binding domain, and then ligating oligonucleotides IN-5 (5'-ATCTCTAGATCAGGCCCGGGTGAAGCCCGAG) and IN-6 (5'-TGCTTCACCC GGGCCTGATCTAGAG) . (5) PTM-Sp is the same version as PTM- except that it has a 30 bp spacer sequence at the PstI site. Similarly, splice mutants [Py (−) AG (−) and BP (−) Py (−) AG (−)] and safety mutants [PTM + SF− Pyl, PTM + SF-Py2, PTM + SFBP3 and PTM + SFBP3-Pyl] were constructed (see 1).
Figure 2005168509
Bold nucleotides indicate mutations to normal BP, PPT and 3 'splice sites. Branch site A is underlined. Italicized nucleotides indicate mismatches introduced into Safety BD to mask the BP sequence of PTM.

また、二重トランススプライシングPTM構築物(DS-PTM)も、PTM+SFの毒素コード配列の3'末端へ、5'スプライス部位とβHCGプレmRNAの第2のイントロンに相補的な第2の標的結合ドメインとを付加して作製した(図A)。   The dual trans-splicing PTM construct (DS-PTM) also binds to the 3 'end of the toxin coding sequence of PTM + SF, a second target binding complementary to the 5' splice site and the second intron of the βHCG pre-mRNA. A domain was added (FIG. A).

6.1.2. βHCG6標的プレmRNA
in vitro標的プレmRNAを産生するため、βHCG遺伝子6(受託番号#X00266)のSacI断片をpBS(-)にクローニングした。これによりヌクレオチド460〜1265に由来し、5'非翻訳領域、開始コドン、エキソン1、イントロン1、エキソン2およびイントロン2の大部分を含む805bpのインサートが産生された。in vivo研究では、EcoRIおよびBamHI断片を哺乳類発現ベクター(pc3.1DNA)へクローニングし、βHCG6を産生した。
6.1.2. ΒHCG6 target pre-mRNA
To produce the target pre-mRNA in vitro, the SacI fragment of βHCG gene 6 (Accession No. # X00266) was cloned into pBS (−). This produced a 805 bp insert derived from nucleotides 460-1265, including the 5 'untranslated region, the start codon, exon 1, intron 1, exon 2, and most of intron 2. For in vivo studies, EcoRI and BamHI fragments were cloned into a mammalian expression vector (pc3.1 DNA) to produce βHCG6.

6.1.3. mRNAの調製
in vitroスプライシング実験では、T7 mRNAポリメラーゼ(Pasman & Garcia-Blanco, 1996, Nucleic Acids Res. 24:1638)を用い、それぞれBamHIおよびHindIIIで消化したプラスミドDNAをin vitro翻訳することにより、βHCG6、β-グロビンプレmRNAおよび種々のPTM mRNAを合成した。合成したmRNAを変性ポリアクリルアミドゲルでの電気泳動により精製し、産物を切り出し、溶出した。
6.1.3. Preparation of mRNA
In in vitro splicing experiments, THC mRNA polymerase (Pasman & Garcia-Blanco, 1996, Nucleic Acids Res. 24: 1638) was used to translate plasmid DNA digested with BamHI and HindIII, respectively, by in vitro translation. The globin pre-mRNA and various PTM mRNAs were synthesized. The synthesized mRNA was purified by electrophoresis on a denaturing polyacrylamide gel, and the product was cut out and eluted.

6.1.4. in vitroスプライシング
PTMおよび標的プレmRNAを、98℃で加熱した後に30〜34℃までゆっくり冷却することによりアニーリングした。各反応物には最終量12.5μlに、アニーリングしたmRNA複合体4μl(標的100ngおよびPTM200ng)、1Xスプライスバッファー(2mM MgCl2、1mM ATP、5mMリン酸クレアチニン、および40mM KCl)およびHeLaスプライス核抽出物(Promega)4μlを含んだ。反応物を30℃で示された時間の間インキュベートし、同量の高塩バッファー(7M尿素、5% SDS、100mM LiCl、10mM EDTAおよび10mM TrisHCl, pH7.5)を添加することで反応を停止させた。核酸はフェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール(50:49:1)で抽出した後、エタノール沈殿させることにより精製した。
6.1.4. In vitro splicing
PTM and target pre-mRNA were annealed by heating at 98 ° C and then slowly cooling to 30-34 ° C. Each reaction has a final volume of 12.5 μl, 4 μl of annealed mRNA complex (target 100 ng and PTM 200 ng), 1 × splice buffer (2 mM MgCl 2 , 1 mM ATP, 5 mM creatinine phosphate, and 40 mM KCl) and HeLa splice nuclear extract 4 μl of (Promega) was included. Incubate the reaction at 30 ° C for the indicated time and stop the reaction by adding the same amount of high salt buffer (7M urea, 5% SDS, 100 mM LiCl, 10 mM EDTA and 10 mM TrisHCl, pH 7.5). I let you. The nucleic acid was purified by extraction with phenol: chloroform: isoamyl alcohol (50: 49: 1) and ethanol precipitation.

6.1.5. 逆転写-PCR反応
RT-PCR解析はEZ-RT PCRキット(Perkin-Elmer, Foster City, CA)を用いて行った。各反応物には、反応量50μl中に、シスまたはトランススプライシングmRNA 10ng、または全mRNA 1〜2μg、3'および5'特異的プライマー各0.1μl、各dNTP 0.3mM、1X EZバッファー(50mMビシン、115mM酢酸カリウム、4%グリセロール, pH8.2)、2.5mM酢酸マグネシウムおよび5UのrTth DNAポリメラーゼを含んだ。60℃で45分間逆転写を行った後、得られたcDNAのPCR増幅を以下のようにして行った:初期変性94℃30秒1サイクル、変性94℃18秒、60℃40秒でアニーリングおよび伸張の25サイクル、その後70℃で7分最終伸張。反応産物はアガロースゲルでの電気泳動によって分離した。
6.1.5. Reverse transcription-PCR reaction
RT-PCR analysis was performed using the EZ-RT PCR kit (Perkin-Elmer, Foster City, CA). Each reaction contains 10 ng of cis or trans-spliced mRNA, or 1-2 μg of total mRNA, 0.1 μl each of 3 ′ and 5 ′ specific primers, 0.3 mM each dNTP, 1 × EZ buffer (50 mM bicine, 50 μl reaction volume). 115 mM potassium acetate, 4% glycerol, pH 8.2), 2.5 mM magnesium acetate and 5 U of rTth DNA polymerase. After reverse transcription at 60 ° C. for 45 minutes, PCR amplification of the resulting cDNA was performed as follows: initial denaturation 94 ° C. 30 seconds 1 cycle, denaturation 94 ° C. 18 seconds, 60 ° C. 40 seconds annealing and 25 cycles of stretching followed by 7 min final stretching at 70 ° C. The reaction products were separated by electrophoresis on an agarose gel.

本研究で用いたプライマーは以下の通りだった:
DT-1F: GGCGCTGCAGGGCGCTGATGATGTTGTTG
DT-2R: GGCGAAGCTTGGATCCGACACGATTTCCTGCACAGG
DT-3R: CATCGTCATAATTTCCTTGTG
DT-4R: ATGGAATCTACATAACCAGG
DT-5R: GAAGGCTGAGCACTACACGC
HCG-R2: CGGCACCGTGGCCGAAGTGG
Bio-HCG-F: ACCGGAATTCATGAAGCCAGGTACACCAGG
β-グロブリン-F: GGGCAAGGTGAACGTGGATG
β-グロブリン-R: ATCAGGAGTGGACAGATCC
The primers used in this study were:
DT-1F: GGCGCTGCAGGGCGCTGATGATGTTGTTG
DT-2R: GGCGAAGCTTGGATCCGACACGATTTCCTGCACAGG
DT-3R: CATCGTCATAATTTCCTTGTG
DT-4R: ATGGAATCTACATAACCAGG
DT-5R: GAAGGCTGAGCACTACACGC
HCG-R2: CGGCACCGTGGCCGAAGTGG
Bio-HCG-F: ACCGGAATTCATGAAGCCAGGTACACCAGG
β-globulin-F: GGGCAAGGTGAACGTGGATG
β-globulin-R: ATCAGGAGTGGACAGATCC

6.1.6. 細胞増殖、トランスフェクションおよびmRNAの単離
ヒト肺癌細胞系H1299(ATCC受託番号#CRL-5803)を37℃、5 % C02環境下、10%ウシ胎児血清を補足したRPMI培地で増殖させた。リポフェクタミン試薬(Life Technologies, Gaithersburg, MD)を用い、細胞をpcSp+CRM(CRMは非機能的毒素である)、PTMを発現するベクター、またはベクター単独(pcDNA3.1)でトランスフェクトした。アッセイとしてはトランスフェクション2週間後にネオマイシン耐性(neor)コロニー形成に関してスコアした。4つのneorコロニーが選択され、neo選択の継続下で拡張した。RNAエキソール(BioChain Institute, Inc., San Leandro, CA)を用いて全細胞mRNAを単離し、RT-PCRに用いた。
6.1.6. Cell proliferation, transfection and mRNA isolated human lung cancer cell line H1299 (ATCC Accession No. # CRL-5803) to 37 ℃, 5% C0 2 environment, in RPMI medium supplemented with 10% fetal calf serum Allowed to grow. Cells were transfected with pcSp + CRM (CRM is a non-functional toxin), a vector expressing PTM, or the vector alone (pcDNA3.1) using Lipofectamine reagent (Life Technologies, Gaithersburg, MD). The assay was scored for neomycin resistant (neo r ) colony formation 2 weeks after transfection. Four neo r colonies were selected and expanded under continued neo selection. Total cellular mRNA was isolated using RNA Exol (BioChain Institute, Inc., San Leandro, Calif.) And used for RT-PCR.

6.1.7. ヌードマウスの腫瘍におけるトランススプライシング
11個体のヌードマウスの背側側腹皮下部に1x107個のH1299ヒト肺腫瘍細胞を左右に注射した(B10、B11およびB12以外は1腫瘍を持っていた)(1日目)。14日目、マウスに適量の麻酔を施し、数方向のエレクトロポレーション(T820, BTX Inc., San Diego, CA)をかけながら、またはかけずに、pcβHCG6またはpcPTM+Spを含む、または含まないpcSp+CRM 100μgを含有する全量100μlの生理食塩水を注射した。右側の腫瘍に注射した溶液には針の軌跡をマークするために墨も加えた。48時間後に動物を屠殺し、腫瘍を摘出し、すぐに-80℃で凍結した。分析に関しては、各腫瘍10mgをホモジナイズし、製造業者の説明書に従ってダイナビーズmRNAディレクトキット(Dynabeads mRNA direct kit)(Dynal)を用いてmRNAを単離した。精製したmRNA(総量10μlのうち2μl)を、はじめに記載したようなβHCG-FおよびDT-5Rプライマーを用いてRT-PCRに供した。全てのサンプルをDT-3R、ネスティッドDT-Aプライマーおよびビオチン化βHCG-Fを用いて再増幅し、これらの産物を2%アガロースゲルでの電気泳動により分析した。バンドを生じたサンプルをM280ストレプトアビジンダイナビーズを用い処理して一本鎖DNAとし、毒素特異的プライマー(DT-3R)を用いて配列決定した。
6.1.7. Trans-splicing in tumors of nude mice
Eleven nude mice were injected with 1 × 10 7 H1299 human lung tumor cells left and right into the dorsal abdominal subcutaneous region (1 day except for B10, B11 and B12) (Day 1). On day 14, mice are anesthetized with or without pcβHCG6 or pcPTM + Sp with or without several-direction electroporation (T820, BTX Inc., San Diego, CA) A total volume of 100 μl of saline containing 100 μg of pcSp + CRM was injected. Black ink was also added to the solution injected into the tumor on the right to mark the needle trajectory. After 48 hours the animals were sacrificed, the tumors removed and immediately frozen at -80 ° C. For analysis, 10 mg of each tumor was homogenized and mRNA was isolated using the Dynabeads mRNA direct kit (Dynal) according to the manufacturer's instructions. Purified mRNA (2 μl out of a total volume of 10 μl) was subjected to RT-PCR using βHCG-F and DT-5R primers as described at the beginning. All samples were reamplified using DT-3R, nested DT-A primer and biotinylated βHCG-F, and these products were analyzed by electrophoresis on a 2% agarose gel. Samples that produced bands were treated with M280 streptavidin dynabeads to give single stranded DNA and sequenced using a toxin-specific primer (DT-3R).

6.2. 結果
6.2.1. PTMの合成
18ntの標的結合ドメイン(βHCG6イントロン1に相補的)、30ヌクレオチドのスペーサー領域、分岐点(BP)配列、ポリピリミジントラクト(PPT)、およびジフテリア毒素サブユニットA(DT-A)をコードするエキソンのすぐ上流の3'スプライス部位にAGジヌクレオチドを含む原型トランススプライシングmRNA分子pcPTM+Sp(図1A)を構築した(Uchidaら, 1973, J. Biol. Chem. 248:3838)。その後、DT-Aエキソンをコドン14の翻訳開始部位を除去するように改変した。トランススプライシングを証明するためにPTM構築物は最大活性となるようデザインされていることから、それらは効力のある3'スプライスエレメント(酵母BPおよび哺乳類PPT)(Mooreら, 1993, In The mRNA World, R.F. GestelandおよびJ.F. Atkins編(Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press)を含んでいた。βHCG6プレmRNA(Talmadgeら, 1984, Nucleic Acids Res. 12:8415)を、この遺伝子が大部分の腫瘍細胞で発現されることから、モデル標的として選んだ。これは脳下垂体および性腺などいくつかの例外があるが、正常な成体細胞では発現しない(Acevedoら, 1992, Cancer 76:1467; Hoonら, 1996, Int J. Cancer 69:369; Belletら, 1997, Cancer Res. 57:516)。図1Cに示されているように、pcPTM+Spは、βHCG6イントロン1の3'末端を有するその結合ドメインにより、通常のワトソン・クリック塩基対を形成して標的のイントロン3'スプライスシグナルをマスクする。この特徴は標的とPTMの間のトランススプライシングを促進するようにデザインされている。
6.2. Results
6.2.1. Synthesis of PTM
An exon encoding an 18nt target binding domain (complementary to βHCG6 intron 1), a 30 nucleotide spacer region, a branch point (BP) sequence, a polypyrimidine tract (PPT), and diphtheria toxin subunit A (DT-A). A prototype trans-splicing mRNA molecule pcPTM + Sp (FIG. 1A) containing an AG dinucleotide at the immediately upstream 3 ′ splice site was constructed (Uchida et al., 1973, J. Biol. Chem. 248: 3838). Subsequently, the DT-A exon was modified to remove the translation start site at codon 14. Since PTM constructs are designed to be maximally active to demonstrate trans-splicing, they are effective 3 'splice elements (yeast BP and mammalian PPT) (Moore et al., 1993, In The mRNA World, RF Gesteland and JF Atkins (Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press), including βHCG6 pre-mRNA (Talmadge et al., 1984, Nucleic Acids Res. 12: 8415) It was chosen as a model target because it is expressed in cells, with some exceptions such as pituitary gland and gonadal, but not in normal adult cells (Acevedo et al., 1992, Cancer 76: 1467; Hoon et al. , 1996, Int J. Cancer 69: 369; Bellet et al., 1997, Cancer Res. 57: 516) As shown in FIG. 1C, pcPTM + Sp has its binding with the 3 ′ end of βHCG6 intron 1 Targets by forming a normal Watson-Crick base pair by domain Intron 3 'to mask the splice signal. This feature is designed to promote trans-splicing between the target and the PTM.

HeLa核抽出物を確立されたスプライシング手順(Pasman & Garcia-Blanco, 1996, Nucleic Acids Res. 24:1638)とともに用い、PTM構築物がβHCG6プレmRNA標的に侵入することができるかどうかを調べた。in vitroトランススプライシング産物はキメラmRNA分子に特異的なプライマーを用いてRT-PCRにより検出した。トランススプライシング反応が成功したと推定される産物は、βHCG6の最初のエキソンのすぐ後にDT-AをコードするpcPTM+Spに由来するエキソンを含んでなるキメラmRNAである(図1C)。このようなキメラmRNAはプライマーβHCG-F(βHCG6エキソン1特異的)およびDT-3R(DT-A特異的, 図2Aレーン1〜2)を用い、RT-PCRにより容易に検出された。0時間またはATPの不在下では466bpの産物は見られず、このことはこの反応がATPと時間双方に依存的であったことを示す。   HeLa nuclear extracts were used with established splicing procedures (Pasman & Garcia-Blanco, 1996, Nucleic Acids Res. 24: 1638) to determine if the PTM construct was able to enter the βHCG6 pre-mRNA target. In vitro trans-splicing products were detected by RT-PCR using primers specific for the chimeric mRNA molecule. The product presumed to be a successful trans-splicing reaction is a chimeric mRNA comprising an exon from pcPTM + Sp encoding DT-A immediately following the first exon of βHCG6 (FIG. 1C). Such chimeric mRNAs were easily detected by RT-PCR using primers βHCG-F (βHCG6 exon 1 specific) and DT-3R (DT-A specific, FIG. 2A lanes 1-2). No product of 466 bp was seen at 0 hours or in the absence of ATP, indicating that this reaction was both ATP and time dependent.

pcPTM+Spの標的結合ドメインはβHCG6イントロン1プレmRNAに相補的な18個のヌクレオチドを含み、効率的なトランススプライシングを示した(図2Aレーン1〜2)。相補的でない18個のヌクレオチドの「非結合ドメイン」を含む非ターゲッティングPTM-Spを用いた場合には、トランススプライシング効率は少なくとも8倍低下した(図2レーン3〜4)。結合ドメインとBPの間にスペーサーを含む、または含まないPTM mRNAのトランススプライシング効率も比較した。この実験から、スペーサーの付加によりトランススプライシング効率が有意に上昇することが証明された(図2Bレーン2+5)。効率的なトランススプライシングに必要なスプライシング因子の補充を容易にするためには、3'スプライス部位と、結合ドメイン/標的相互作用によって生じた二本鎖二次構造の間にスペースがいくらか必要であると思われる。   The target binding domain of pcPTM + Sp contained 18 nucleotides complementary to βHCG6 intron 1 pre-mRNA, indicating efficient trans-splicing (FIG. 2A lanes 1-2). When using non-targeting PTM-Sp containing a non-complementary 18 nucleotide “non-binding domain”, the trans-splicing efficiency was reduced by at least 8 fold (FIG. 2, lanes 3-4). The trans-splicing efficiency of PTM mRNA with or without a spacer between the binding domain and BP was also compared. This experiment demonstrated that trans-splicing efficiency was significantly increased by the addition of a spacer (FIG. 2B lanes 2 + 5). To facilitate recruitment of the splicing factors required for efficient trans-splicing, some space is required between the 3 'splice site and the double-stranded secondary structure created by the binding domain / target interaction. I think that the.

トランススプライシング特異性におけるPTM長の影響を検討するため、AccIで切断したPTMプラスミドからより短いPTMを合成した(図1参照)。これによりDT-Aコード配列の3'末端から479個のヌクレオチドが除去された。図2Bは非ターゲッティングの短いPTM(-)(レーン14〜17)に比較した場合のターゲッティングの短いPTM(+)(レーン10〜12)のトランススプライシング能力を示している。短いPTM+は他方、非ターゲッティングの短いPTM(図2Bレーン17)よりも実質的により多くのトランススプライシング産物(図2Bレーン12)を産生した。これらの実験から、より長いPTMほどトランススプライシングを非特異的に媒介する能力が高い可能性があることを示す。   To investigate the effect of PTM length on trans-splicing specificity, shorter PTMs were synthesized from PTM plasmids cut with AccI (see FIG. 1). This removed 479 nucleotides from the 3 ′ end of the DT-A coding sequence. FIG. 2B shows the trans-splicing ability of the short targeting PTM (+) (lanes 10-12) as compared to the non-targeting short PTM (−) (lanes 14-17). Short PTM +, on the other hand, produced substantially more trans-splicing product (FIG. 2B lane 12) than non-targeting short PTM (FIG. 2B lane 17). These experiments indicate that longer PTMs may have a higher ability to mediate trans-splicing non-specifically.

6.2.2. PTMスプライセオソームにより媒介されるトランススプライシングの精度
pcPTM+SpとβHCG6標的との間のトランススプライシングが正確かどうかを確認するため、5' ビオチン化βHCG-Fおよび非ビオチン化DT-3Rプライマーを用いてRT-PCR増幅産物を産生した。この産物を一本鎖DNAに変換し、MitchellおよびMerril(1989, Anal. Biochem. 178:239)の方法を用い、プライマーDT-3R(DT-A特異的リバースプライマー)で直接配列決定した。トランススプライシングは推定されるスプライス部位の間で正確に起こっており(図3)、スプライシングの際、従来のプレmRNAが操作されたPTM構築物の侵入を受けることができ、さらにこの反応が正確なものであることが確認された。
6.2.2. Accuracy of trans-splicing mediated by PTM spliceosome
To confirm whether the trans-splicing between pcPTM + Sp and βHCG6 target was correct, RT-PCR amplification products were produced using 5 ′ biotinylated βHCG-F and non-biotinylated DT-3R primers. This product was converted to single stranded DNA and directly sequenced with primer DT-3R (DT-A specific reverse primer) using the method of Mitchell and Merril (1989, Anal. Biochem. 178: 239). Trans-splicing occurs exactly between putative splice sites (Figure 3), and during splicing, conventional pre-mRNA can be invaded by engineered PTM constructs, and this reaction is accurate It was confirmed that.

さらに、二重スプライシング PTM(DS-PTM)の選択的トランススプライシングが見られた(図8B)。DS-PTMは3'または5'いずれかのスプライス部位に寄与することでトランススプライシングをもたらしうる。また、3'および5'の両部位で同時に二重トランススプライシングしてエキソン置換を可能とするであろうDS-PTMも構築することができる。図8Bはこの構築物で5'スプライス部位が標的βHCGプレmRNA:DS-PTMが1:1の濃度の際に最も活性があることを示している。 1: 6の比率では3'スプライス部位がより活性がある。   Furthermore, alternative trans-splicing of double spliced PTM (DS-PTM) was seen (FIG. 8B). DS-PTM can result in trans-splicing by contributing to either the 3 ′ or 5 ′ splice sites. It is also possible to construct a DS-PTM that would allow double ex-splicing at both the 3 'and 5' sites simultaneously to allow exon substitution. FIG. 8B shows that the 5 ′ splice site is most active in this construct when the target βHCG pre-mRNA: DS-PTM is at a concentration of 1: 1. At a ratio of 1: 6, the 3 'splice site is more active.

6.2.3. 3'スプライス部位はPTMのトランススプライシングに不可欠である
一般に3'スプライス部位は1)受容部位の5'側に位置するBP配列、2)ピリミジン残基の短い連なりからなるPPT、および3)イントロン-エキソン境界のYAGトリヌクレオチドスプライス部位アクセプターの3つのエレメントを含む(Senapathyら, 1990, Cell 91:875; Mooreら, 1993)。これらの配列エレメントのうちの1つが欠失または変更されるとスプライシングが低下または起こらないことが知られている(Aebiら, 1986; Reed & Maniatis 1988, Genes Dev. 2:1268; Reed, 1989, Genes Dev. 3:2113; Roscignoら, 1993, J. Biol. Chem. 268:11222; Coolidgeら, 1997, Nucleic Acids Res. 25:888)。これらの保存されたエレメントの標的トランススプライシングにおける役割に実験的に取り組んだ。1つの場合[(BP(-)Py(-)AG(-)]は、3つのシスエレメントを全て(BP、PPTおよびAGジヌクレオチド)をランダムな配列で置換した。PPTおよび3'スプライス部位アクセプターが突然変異され、ランダム配列で置換されたもう1つのスプライシング突然変異体[(Py(-)AG(-)]を構築した。in vitroトランススプライシングを支持しうる構築物はなく(図2Aレーン5〜8)、このことは通常のシススプライシングの場合と同様、PTMトランススプライシングプロセスも3'スプライス部位に機能的BP、PPTおよびAGアクセプターを必要とすることを示唆するものである。
6.2.3. The 3 'splice site is essential for PTM trans-splicing. Generally, the 3' splice site is 1) a BP sequence located 5 'to the acceptor site, 2) a PPT consisting of a short chain of pyrimidine residues, and 3) Contains three elements of the YAG trinucleotide splice site acceptor at the intron-exon boundary (Senapathy et al., 1990, Cell 91: 875; Moore et al., 1993). It is known that splicing does not decrease or occur when one of these sequence elements is deleted or altered (Aebi et al., 1986; Reed & Maniatis 1988, Genes Dev. 2: 1268; Reed, 1989, Genes Dev. 3: 2113; Roscigno et al., 1993, J. Biol. Chem. 268: 11222; Coolidge et al., 1997, Nucleic Acids Res. 25: 888). The role of these conserved elements in targeted trans-splicing was experimentally addressed. In one case [(BP (-) Py (-) AG (-)] replaced all three cis elements (BP, PPT and AG dinucleotide) with random sequences: PPT and 3 'splice site acceptor We constructed another splicing mutant [(Py (−) AG (−)] that was mutated and replaced with a random sequence, and there is no construct that can support in vitro trans-splicing (FIG. 2A lanes 5-5). 8) This suggests that the PTM trans-splicing process requires functional BP, PPT and AG acceptors at the 3 ′ splice site, as in the case of normal cis-splicing.

6.2.4. 特異性を高めるための「セーフティー」スプライス部位の開発
結合ドメインの包摂またはPTMの短縮によって達成される標的特異性のレベルを改善するため、いくつかのPTM構築物の標的結合ドメインを、3'スプライス部位をマスクする分子内ステムを作り出すよう改変した(「セーフティーPTM」と呼ぶ)。PTM 3'スプライス部位領域またはそれらに隣接する配列と部分的に塩基対合し、それにより標的捕捉の前にPTM 3'スプライス部位に対するスプライセオソーム成分の接近を遮断する結合ドメインの一部によってセーフティーステムが形成される(図4A, PTM+SF)。PTM結合ドメインとβHCG6標的領域の自由な部分間の塩基対合はセーフティーステムを解除し、U2AFなどのスプライシング因子をPTM 3'スプライス部位へ結合させ、トランススプライシングを開始する(図4B)。
6.2.4. Development of “safety” splice sites to increase specificity To improve the level of target specificity achieved by inclusion of binding domains or shortening of PTM, target binding domains of some PTM constructs Modified to create an intramolecular stem that masks the 3 'splice site (referred to as "Safety PTM"). Safety by part of the binding domain that partially base pairs with the PTM 3 'splice site region or sequences adjacent to it, thereby blocking access of the spliceosome component to the PTM 3' splice site prior to target capture A stem is formed (FIG. 4A, PTM + SF). Base pairing between the free part of the PTM binding domain and the βHCG6 target region releases the safety stem, splicing factors such as U2AF to the PTM 3 ′ splice site and initiating trans-splicing (FIG. 4B).

この概念をPTM+SF(セーフティー)またはpcPTM+Sp(線状)のいずれか、および標的(βHCG6)および非標的(β-グロビン)プレmRNAの両者を含有するスプライシング反応において試験した。これらのスプライシング産物は次にRT-PCRおよびゲル電気泳動により解析した。βHCG-FおよびDT-3Rプライマーを用いたところ、βHCG標的および線状PTM(pcPTM+Sp, 図5レーン2)またはセーフティーPTM(PTM+SF, 図5レーン8)のいずれかを含む反応において特異的196bpトランススプライシングバンドが示された。線状PTM(図5レーン2)とセーフティーPTM(図5レーン8)の間の標的トランススプライシングの比較により、セーフティーPTMの方が線状PTMよりもトランススプライシングが効率的でなかったことが示された。   This concept was tested in a splicing reaction containing either PTM + SF (safety) or pcPTM + Sp (linear) and both target (βHCG6) and non-target (β-globin) pre-mRNA. These spliced products were then analyzed by RT-PCR and gel electrophoresis. Using βHCG-F and DT-3R primers, specific for reactions containing either βHCG target and linear PTM (pcPTM + Sp, Fig. 5 lane 2) or safety PTM (PTM + SF, Fig. 5 lane 8) A typical 196 bp trans-splicing band was shown. Comparison of target trans-splicing between linear PTM (Figure 5 lane 2) and safety PTM (Figure 5 lane 8) shows that safety PTM was less efficient in trans-splicing than linear PTM. It was.

非ターゲッティング反応物はβ-グロビン-F(β-グロビンのエキソン1に特異的)および DT-3Rプライマーを用いて増幅した。β-グロビンプレmRNAによる非特異的PTMトランススプライシングによって産生された推定産物は189bpである。非特異的トランススプライシングは線状PTMとβ-グロビンプレmRNAの間のものであることが明らかであった(図5レーン5)。これに対し、非特異的トランススプライシングはセーフティーPTMを用いることで事実上なくなった(図5レーン11)。線状PTMはスプライセオソームにより媒介されるトランススプライシングの概念を証明するために最大活性となるようにデザインされていることから、このことは予期されないことではなった。その効力のある3'スプライス部位と組み合わせた線状PTMの開環構造はスプライシング因子の結合を強く促進する。一度結合すれば、これらのスプライシング因子は、トリパノソーマにおけるトランススプライシングと同様のプロセスでいずれかの5'スプライス部位でトランススプライシングを潜在的に開始することができる。セーフティーステムはU2AFなどのスプライシング因子が標的捕捉の前にPTMに結合するのを防ぐようにデザインされた。この結果は結合ドメインの自由な部分とβHCG6標的の間の塩基対合がセーフティーステムを解除し(mRNA-mRNA相互作用による)、3'スプライス部位のカバーが除かれ、スプライシング因子の補充およびトランススプライシングの開始を可能とするというモデルと一致する。β-グロビンとβHCG6プレmRNAの間ではトランススプライシングは検出されなかった(図5レーン3、6、9および12)。   Non-targeting reactions were amplified using β-globin-F (specific for exon 1 of β-globin) and DT-3R primer. The estimated product produced by non-specific PTM trans-splicing with β-globin pre-mRNA is 189 bp. It was clear that non-specific trans-splicing was between linear PTM and β-globin pre-mRNA (Figure 5 lane 5). In contrast, non-specific trans-splicing was virtually eliminated by using safety PTM (Fig. 5, lane 11). This was not unexpected as linear PTM was designed to be maximally active to prove the concept of trans-splicing mediated by the spliceosome. The open structure of linear PTM combined with its potent 3 'splice site strongly promotes splicing factor binding. Once bound, these splicing factors can potentially initiate trans-splicing at any 5 'splice site in a process similar to trans-splicing in trypanosomes. The safety stem was designed to prevent splicing factors such as U2AF from binding to the PTM prior to target capture. This result shows that base pairing between the free part of the binding domain and the βHCG6 target breaks the safety stem (due to mRNA-mRNA interaction), the 3 'splice site cover is removed, splicing factor recruitment and trans-splicing This is consistent with the model of enabling the start of No trans-splicing was detected between β-globin and βHCG6 pre-mRNA (FIG. 5, lanes 3, 6, 9, and 12).

6.2.5. セーフティーPTMおよび変異体のin vitroトランススプライシング
トランススプライシングにおける3'スプライス部位でのシスエレメントの役割をよりよく理解するために、プリンで置換することによりPPTを弱め、かつ/または塩基置換によりBPを改変した一連のセーフティーPTM変異体を構築した(表I参照)。セーフティー(PTM+SF)のin vitroトランススプライシング効率を3つのセーフティー変異体と比較したところ、トランススプライシング能の低下が示された。最も大きな作用は変異体2 (PTM+SFPy2)で見られ、トランススプライシング不能であった(4Cレーン5〜6)。このトランススプライシングの阻害はPPTを弱めたこと、かつ/またはセーフティーステムのTmがより高いことによるものと思われる。これに対し、BP配列中の変異(PTM+SFBP3)はトランススプライシングに著しい作用はなかった(図4Cレーン7〜8)。導入された改変は哺乳類分岐点共通領域YNYURAC(ここでY=ピリミジン、R=プリン、およびN=任意のヌクレオチド)(Mooreら, 1993)内であったことから、このことは驚くことではなかった。この知見は、分岐点配列がスプライシング効率に影響を及ぼすことなく除去できることを示す。PPTの変更(PTM+SF-Pyl)はトランススプライシングレベルを低下させた(レーン3〜4)。同様に、BPとPPTの両者を変更した場合(PTM+SFBP3-Pyl)、トランススプライシングにさらなる低下を引き起こした(図4Cレーン9〜10)。これらのセーフティー変異体のトランススプライシング効率の順は、 PTM+SF>PTM+SFBP3>PTM+SFPy1>PTM+SFBP3-Pyl>PTM+SFPy2である。これらの結果から、PPTおよびBPの双方がin vitroトランススプライシングの効率に重要なものである(Roscignoら, 1993, J. Biol. Chem. 268:11222)ことが確認される。
6.2.5. In vitro trans-splicing of safety PTMs and mutants To better understand the role of cis elements at the 3 'splice site in trans-splicing, substituting with purines weakens PPT and / or bases substitutions A series of safety PTM mutants with modified BP was constructed (see Table I). The in vitro trans-splicing efficiency of safety (PTM + SF) was compared to the three safety mutants, indicating reduced trans-splicing ability. The greatest effect was seen with variant 2 (PTM + SFPy2), which was incapable of trans-splicing (4C lanes 5-6). This inhibition of trans-splicing may be due to weakening of PPT and / or higher Tm of the safety stem. In contrast, a mutation in the BP sequence (PTM + SFBP3) had no significant effect on trans-splicing (FIG. 4C lanes 7-8). This was not surprising since the introduced modifications were within the mammalian branching point common region YNYURAC (where Y = pyrimidine, R = purine, and N = any nucleotide) (Moore et al., 1993). . This finding indicates that branch point sequences can be removed without affecting splicing efficiency. Changing the PPT (PTM + SF-Pyl) decreased the trans-splicing level (lanes 3-4). Similarly, changing both BP and PPT (PTM + SFBP3-Pyl) caused a further decrease in trans-splicing (FIG. 4C lanes 9-10). The order of the trans-splicing efficiency of these safety variants is PTM + SF> PTM + SFBP3> PTM + SFPy1> PTM + SFBP3-Pyl> PTM + SFPy2. These results confirm that both PPT and BP are important for the efficiency of in vitro trans-splicing (Roscigno et al., 1993, J. Biol. Chem. 268: 11222).

6.2.6. シスおよびトランススプライシング間の競合
PTMの濃度を引き上げることによりプレmRNAシススプライシングが遮断できるかどうかを調べるために、反応をトランススプライシングへ向ける実験を行った。スプライシング反応は一定量のβHCG6プレmRNA標的および種々の濃度のトランススプライシングPTMを用いて行った。シススプライシングは、βHCG-F(エキソン1)およびβHCG-R2(エキソン2)に対するプライマーを用いるRT-PCRによりモニタリングした。これにより、予測された125bpのシススプライシング産物と478bpの非スプライシング産物が増幅された(図6A)。プライマーβHCG-FおよびDT-3Rを用いてトランススプライシング産物を検出した(図6B)。より低いPTM濃度では、シススプライシング(図6Aレーン1〜4)はトランススプライシング(図6Bレーン1〜4)よりも優勢であった。シススプライシングは標的よりも1.5倍高いPTM濃度でおよそ50%低下した。標的濃度3倍までPTM mRNA濃度を高めると、シススプライシングが90%を超えて阻害され(図6Aレーン7〜9)、これに伴いトランススプライシング産物が上昇した(図6Bレーン6〜10)。1回の反応で3つのプライマー(βHCG-F、HCG-R2およびDT-3R)全てを含むことでシスおよびトランス双方のスプライシング産物を同時に増幅させるために競合的RT-PCRを行った。この実験は図6で見られる同様の結果を示し、in vitro条件下でPTMは標的プレmRNAのシススプライシングを効率的に遮断し、それを操作されたトランススプライシングキメラmRNAの産生に置き換えることを示している。
6.2.6. Competition between cis and trans splicing
To investigate whether pre-mRNA cis-splicing could be blocked by increasing the concentration of PTM, experiments were conducted to direct the reaction to trans-splicing. The splicing reaction was performed using a fixed amount of βHCG6 pre-mRNA target and various concentrations of trans-splicing PTM. Cis splicing was monitored by RT-PCR using primers for βHCG-F (exon 1) and βHCG-R2 (exon 2). This amplified the expected 125 bp cis-spliced product and 478 bp non-spliced product (FIG. 6A). Trans-splicing products were detected using primers βHCG-F and DT-3R (FIG. 6B). At lower PTM concentrations, cis-splicing (Figure 6A lanes 1-4) was superior to trans-splicing (Figure 6B lanes 1-4). Cis splicing was reduced approximately 50% at 1.5 times higher PTM concentration than the target. Increasing the PTM mRNA concentration up to 3 times the target concentration inhibited cis-splicing by more than 90% (FIG. 6A lanes 7-9), which increased the trans-splicing product (FIG. 6B lanes 6-10). Competitive RT-PCR was performed to simultaneously amplify both cis and trans splicing products by including all three primers (βHCG-F, HCG-R2 and DT-3R) in a single reaction. This experiment shows similar results seen in Figure 6, showing that under in vitro conditions, PTM effectively blocks cis-splicing of the target pre-mRNA and replaces it with the production of engineered trans-splicing chimeric mRNA. ing.

6.2.7. 組織培養におけるトランススプライシング
細胞培養モデルにおいてトランススプライシング機構を証明するために、ヒト肺癌系H1299(βHCG6陽性)をSP+CRM (非機能的ジフテリア毒素)を発現するベクターまたはベクター単独(pcDNA3.1)でトランスフェクトし、ネオマイシンの存在下で増殖させた。14日後に4つのネオマイシン耐性コロニーを個別に回収し、引き続きネオマイシンの存在下で拡張した。各クローンから全mRNAを単離し、プライマーβHCG-FおよびDT-3Rを用いRT-PCRにより分析した。これにより、選択された4クローンのうち3クローンで推定される196bpのトランススプライシング産物が得られた(図7Aレーン2、3および4)。クローン#2由来の増幅産物を直接配列決定したところ、PTMにより駆動されるトランススプライシングがヒト細胞において内因的に発現したβHCG6標的エキソン1 とDT-Aの最初のヌクレオチドの推定スプライス部位で正確に起こったことが確認された(図7B)。
6.2.7. Trans-splicing in tissue culture To prove the trans-splicing mechanism in a cell culture model, human lung cancer line H1299 (βHCG6-positive) is expressed as a vector expressing SP + CRM (non-functional diphtheria toxin) or vector alone (pcDNA3 Transfected in .1) and grown in the presence of neomycin. Four 14 neomycin resistant colonies were individually collected after 14 days and subsequently expanded in the presence of neomycin. Total mRNA was isolated from each clone and analyzed by RT-PCR using primers βHCG-F and DT-3R. This resulted in a 196 bp trans-splicing product estimated in 3 out of 4 selected clones (FIG. 7A lanes 2, 3 and 4). Direct sequencing of the amplified product from clone # 2 revealed that PTM-driven trans-splicing occurred exactly at the putative splice site of the first nucleotide of βHCG6 target exon 1 and DT-A endogenously expressed in human cells (Fig. 7B).

6.2.8. in vivoモデルにおけるトランススプライシング
トランススプライシングのin vivo機構を証明するために、以下の実験を無胸腺(ヌード)マウスで行った。腫瘍は背側側腹皮下部位に107個のH1299細胞を注射することにより確立した。14日目、PTM発現プラスミドを腫瘍に注射した。次に大部分の腫瘍をエレクトロポレーションに供し、プラスミドの送達を促進した(以下の表2参照)。48時間後、腫瘍を摘出し、ポリ-A mRNAを単離し、RT-PCRにより増幅した。19のPTM処理腫瘍のうち8つでトランススプライシングが検出された。1回目のRT-PCRの後、2サンプルでmRNAから推定されるトランススプライシング産物(466bp)が生じた。続いてネスティッドプライマーセットを用いた2回目のPCR増幅によりさらに6つの腫瘍がトランススプライシング陽性となり、これらは推定196bpの産物を生じた(表2)。各陽性サンプルを配列決定したところ、βHCG6エキソン1は推定スプライス部位でDT-A(野生型またはCRM突然変異体)のコード配列へと正確にトランススプライシングされたことが示された。6つの陽性サンプルは、同時トランスフェクションプラスミドpcPTM+CRMおよびpcHCG6を受容した処理群に由来し、標的プレmRNA濃度を高めた。これはトランススプライシング事象を検出できる確率を高めるために行った。他の2つの陽性腫瘍は、pcPTM+Sp(野生型DT-A)のみを受容した群に由来するものであった。これらの腫瘍はβHCG6発現プラスミドでトランスフェクトされたものではなく、ここで再び、第6.2.7節に記載された組織培養モデルと同様に、PTMと腫瘍細胞によって産生された内因性βHCG6プレmRNAの間でトランススプライシングが起こったことが示された。

Figure 2005168509
a: 99μsの3パルスセットを6パルス直交印加
b: 10msの4パルスセットを8パルス直交印加
c: 50msの4パルスセットを8パルス直交印加
+: RT-PCRトランススプライシング産物陽性
1: エレクトロポレーションを受けず 6.2.8. Trans-splicing in an in vivo model To demonstrate the in vivo mechanism of trans-splicing, the following experiment was performed in athymic (nude) mice. Tumors were established by injecting 10 7 H1299 cells into the dorsal ventral subcutaneous site. On day 14, the PTM expression plasmid was injected into the tumor. Most tumors were then subjected to electroporation to facilitate plasmid delivery (see Table 2 below). After 48 hours, tumors were removed and poly-A mRNA was isolated and amplified by RT-PCR. Trans-splicing was detected in 8 of 19 PTM treated tumors. After the first RT-PCR, a trans-splicing product (466 bp) deduced from mRNA was generated in 2 samples. Subsequent second PCR amplification using the nested primer set resulted in six additional tumors being positive for trans-splicing, which produced an estimated 196 bp product (Table 2). Sequencing of each positive sample showed that βHCG6 exon 1 was correctly trans-spliced into the coding sequence of DT-A (wild type or CRM mutant) at the putative splice site. Six positive samples were derived from treatment groups that received the co-transfection plasmids pcPTM + CRM and pcHCG6, and increased the target pre-mRNA concentration. This was done to increase the probability that a trans-splicing event could be detected. The other two positive tumors were from the group that received only pcPTM + Sp (wild type DT-A). These tumors were not transfected with βHCG6 expression plasmids, and again here, similar to the tissue culture model described in Section 6.2.7, of endogenous βHCG6 pre-mRNA produced by PTM and tumor cells. It was shown that trans-splicing occurred between them.
Figure 2005168509
a : Apply 6 pulses orthogonally to 3 pulses set of 99μs
b : 4-pulse set of 10ms applied 8 pulses orthogonally
c : 4-pulse set of 50ms applied 8-pulse orthogonal
+ : Positive RT-PCR trans-splicing product
1 : No electroporation

7. 実施例: lacZトランススプライシングモデル
特異的プレmRNA標的とPTMの間の、スプライセオソームにより媒介される標的トランススプライシングの機構の普遍性を証明および評価するために、β-ガラクトシダーゼ酵素の発現に基づく簡単なモデル系を開発した。以下の節では特異的標的とPTMの間の、スプライセオソームにより媒介される標的トランススプライシングの成功を示す結果について記載する。
7. Example: To demonstrate and evaluate the universality of the spliceosome-mediated target trans-splicing mechanism between lacZ trans-splicing model specific pre-mRNA target and PTM, the expression of β-galactosidase enzyme A simple model system based on this was developed. The following sections describe the results showing the success of spliceosome-mediated target trans-splicing between specific targets and PTMs.

7.1. 材料および方法
7.1.1. プライマー配列
以下のプライマーをlacZモデル系の試験に用いた:
5'Lac-1F
GCATGAATTCGGTACCATGGGGGGGTTCTCATCATCATC
5'Lac-1R
CTGAGGATCCTCTTACCTGTAAACGCCCATACTGAC
3'Lac-1F
GCATGGTAACCCTGCAGGGCGGCTTCGTCTGGGACTGG
3'Lac-1R
CTGAAAGCTTGTTAACTTATTATTTTTGACACCAGACC
3'Lac-Stop
GCATGGTAACCCTGCAGGGCGGCTTCGTCTAATAATGGGACTGGGTG
HCG-In1F
GCATGGATCCTCCGGAGGGCCCCTGGGCACCTTCCAC
HCG-In1R
CTGACTGCAGGGTAACCGGACAAGGACACTGCTTCACC
HCG-Ex2F
GCATGGTAACCCTGCAGGGGCTGCTGCTGTTGCTG
HCG-Ex2R
CTGAAAGCTTGTTAACCAGCTCACCATGGTGGGGCAG
Lac-TR1(ビオチン): 7-GGCTTTCGCTACCTGGAGAGAC
Lac-TR2 GCTGGATGCGGCGTGCGGTCG
HCG-R2: CGGCACCGTGGCCGAAGTGG
7.1. Materials and methods
7.1.1. Primer sequences The following primers were used for testing the lacZ model system:
5'Lac-1F
GCATGAATTCGGTACCATGGGGGGGTTCTCATCATCATC
5'Lac-1R
CTGAGGATCCTCTTACCTGTAAACGCCCATACTGAC
3'Lac-1F
GCATGGTAACCCTGCAGGGCGGCTTCGTCTGGGACTGG
3'Lac-1R
CTGAAAGCTTGTTAACTTATTATTTTTGACACCAGACC
3'Lac-Stop
GCATGGTAACCCTGCAGGGCGGCTTCGTCTAATAATGGGACTGGGTG
HCG-In1F
GCATGGATCCTCCGGAGGGCCCCTGGGCACCTTCCAC
HCG-In1R
CTGACTGCAGGGTAACCGGACAAGGACACTGCTTCACC
HCG-Ex2F
GCATGGTAACCCTGCAGGGGCTGCTGCTGTTGCTG
HCG-Ex2R
CTGAAAGCTTGTTAACCAGCTCACCATGGTGGGGCAG
Lac-TR1 (Biotin): 7-GGCTTTCGCTACCTGGAGAGAC
Lac-TR2 GCTGGATGCGGCGTGCGGTCG
HCG-R2: CGGCACCGTGGCCGAAGTGG

7.1.2. lacZプレmRNA標的分子の構築
lacZ標的1プレmRNA(pc3.l lacT1)は以下3つのPCR産物:(i)lacZの5'断片、その後(ii)βHCG6イントロン1、および(iii)lacZの3'断片をクローニングすることにより構築した。lacZ遺伝子の5'および3'断片を、以下のプライマー:5'Lac-1Fおよび5'Lac-1R(5'断片用)と3'Lac-1Fおよび3'Lac-1R(3'断片用)を用い、鋳型pcDNA3.1/His/lacZ(Invitrogen, San Diego, CA)からPCR増幅した。増幅されたlacZ 5'断片は1788bpの長さであり、開始コドンを含み、増幅された3'断片は1385bpの長さであり、分岐点、ポリピリミジントラクトおよびβHCG6イントロン1の他、天然型の5'および3'スプライス部位を有する。βHCG6イントロン1は以下のプライマー:HCG-In1FおよびHCG-In1Rを用いてPCR増幅した。
7.1.2. Construction of lacZ pre-mRNA target molecule
The lacZ target 1 pre-mRNA (pc3.l lacT1) is constructed by cloning the following three PCR products: (i) the 5 ′ fragment of lacZ, then (ii) βHCG6 intron 1, and (iii) the 3 ′ fragment of lacZ did. The 5 'and 3' fragments of the lacZ gene are replaced with the following primers: 5'Lac-1F and 5'Lac-1R (for 5 'fragment) and 3'Lac-1F and 3'Lac-1R (for 3' fragment) Was used for PCR amplification from the template pcDNA3.1 / His / lacZ (Invitrogen, San Diego, Calif.). The amplified lacZ 5 'fragment is 1788 bp in length, contains the start codon, the amplified 3' fragment is 1385 bp in length, as well as the branch point, polypyrimidine tract and βHCG6 intron 1 as well as the native type Has 5 'and 3' splice sites. βHCG6 intron 1 was PCR amplified using the following primers: HCG-In1F and HCG-In1R.

lacZ標的2は、フレーム内の3'スプライス部位の4コドン後に2つの停止コドン(TAA TAA)を含むこと以外はlacZ標的1と同じバージョンである。これは、以下のプライマー:3'Lac-Stopおよび3'Lac 1Rを用いて3'断片(lacZ)をPCR増幅し、lacZ標的1の機能的3'断片を置き換えることによって作製した。   lacZ target 2 is the same version as lacZ target 1 except that it contains two stop codons (TAA TAA) after 4 codons of the 3 ′ splice site in frame. This was generated by PCR amplification of the 3 ′ fragment (lacZ) using the following primers: 3 ′ Lac-Stop and 3 ′ Lac 1R, replacing the functional 3 ′ fragment of lacZ target 1.

7.1.3. pc3.1 PTM1およびpc3.1 PTM2の構築
プレトランススプライシング分子pc3.1 PTM1は、pPTM+SpをPstIおよびHindIIIで消化し、DT-A毒素をコードするDNA断片をlacZの機能的3'末端をコードするDNA断片で置き換えることによって作製した。この断片は以下のプライマー:3'Lac-1Fおよび3'Lac-1Rを用いてPCR増幅により生成した。細胞培養実験については、HCGイントロン1に対する結合ドメイン、30bpのスペーサー、酵母分岐点(TACTAAC)、および強力なポリピリミジントラクトの後にクローニングされたlacZを含むpc3.1 PTM2のEcoRIおよびHindIII断片をpcDNA3.1へクローニングした。
7.1.3. Construction of pc3.1 PTM1 and pc3.1 PTM2 The pretrans -splicing molecule pc3.1 PTM1 digests pPTM + Sp with PstI and HindIII and converts the DNA fragment encoding the DT-A toxin into a functional lacZ. It was prepared by replacing with a DNA fragment encoding the 3 'end. This fragment was generated by PCR amplification using the following primers: 3'Lac-1F and 3'Lac-1R. For cell culture experiments, pcDNA3 contains EcoRI and HindIII fragments of pc3.1 PTM2 containing the binding domain for HCG intron 1, 30 bp spacer, yeast branch point (TACTAAC), and lacZ cloned after a strong polypyrimidine tract. Cloned into 1.

プレトランススプライシング分子pc3.1 PTM2は、pPTM+SpをPstIおよびHindIIIで消化し、DT-A毒素をコードするDNA断片をβHCG6エキソン2で置き換えることによって作製した。βHCG6エキソン2は以下のプライマー:HCG-Ex2FおよびHCG-Ex2Rを用いるPCR増幅により生成した。細胞培養実験については、HCGイントロン1に対する結合ドメイン、30bpのスペーサー、酵母分岐点(TACTAAC)、および強力なポリピリミジントラクトの後にクローニングされたβHCG6エキソン2を含むpc3.1 PTM2のEcoRIおよびHindIII断片を用いた。   The pretrans-splicing molecule pc3.1 PTM2 was generated by digesting pPTM + Sp with PstI and HindIII and replacing the DNA fragment encoding the DT-A toxin with βHCG6 exon 2. βHCG6 exon 2 was generated by PCR amplification using the following primers: HCG-Ex2F and HCG-Ex2R. For cell culture experiments, the EcoRI and HindIII fragment of pc3.1 PTM2 containing the binding domain for HCG intron 1, a 30 bp spacer, yeast branch point (TACTAAC), and βHCG6 exon 2 cloned after a strong polypyrimidine tract. Using.

7.1.4. 293T細胞へのlacZスプライス標的プレmRNAとPTMの同時トランスフェクション
ヒト胚性腎細胞(293T)を37℃、5%CO2下、10%FBSを補足したDMEM培地で増殖させた。製造業者の説明書に従い、リポフェクタミンプラス(Life Technologies, Gaithersburg, MD)を用い、pc3.1 LacT1とpc3.1 PTM2、またはpc3.1 LacT2とpc3.1 PTM1で細胞を同時トランスフェクトした。トランスフェクションの24時間後に細胞を回収し、全RNAを単離し、標的およびPTM分子に特異的なプライマーを用いてRT-PCRを行った。また、β-gal染色キット(Invitrogen, San Diego. CA)を用いて細胞を染色することによりβ-ガラクトシダーゼ活性をモニタリングした。
7.1.4. Co-transfection of lacZ splice target pre-mRNA and PTM into 293T cells Human embryonic kidney cells (293T) were grown in DMEM medium supplemented with 10% FBS at 37 ° C., 5% CO 2 . Cells were co-transfected with pc3.1 LacT1 and pc3.1 PTM2 or pc3.1 LacT2 and pc3.1 PTM1 using Lipofectamine Plus (Life Technologies, Gaithersburg, MD) according to the manufacturer's instructions . Cells were harvested 24 hours after transfection, total RNA was isolated and RT-PCR was performed using primers specific for the target and PTM molecules. Also, β-galactosidase activity was monitored by staining the cells with a β-gal staining kit (Invitrogen, San Diego. CA).

7.2. 結果
7.2.1. lacZスプライス標的は機能的β-ガラクトシダーゼを産生するために効率的にシススプライシングする
スプライス標的プレmRNAの効率的シススプライス能を調べるため、リポフェクタミンプラス(Life Technologies, Gaithersburg, MD)を用い、pc3.1 lacT1を293T細胞へトランスフェクトした後、全RNAのRT-PCR解析を行った。シススプライシングRT-PCR産物の配列解析により、スプライシングが正確であり、かつ、推定されるスプライス部位で正確に起こったことが示された(図12B)。さらに、標的プレmRNA分子の正確なシススプライシングの結果、β-ガラクトシダーゼの加水分解を触媒する活性型β-ガラクトシダーゼ、すなわち、X-galをコードしうるmRNAが形成され、顕微鏡下で視認できる青色を呈する。標的プレmRNAの正確なシススプライシングはβ-ガラクトシダーゼの酵素活性が検出できることでさらに確認された。
7.2. Results
7.2.1. The lacZ splice target is efficiently cis-spliced to produce functional β-galactosidase. To investigate the efficient cis-splicing ability of the splice target pre-mRNA, Lipofectamine Plus (Life Technologies, Gaithersburg, MD ) Was used to transfect pc3.1 lacT1 into 293T cells, and then RT-PCR analysis of total RNA was performed. Sequence analysis of the cis-spliced RT-PCR product showed that splicing was correct and occurred exactly at the putative splice site (FIG. 12B). Furthermore, as a result of accurate cis-splicing of the target pre-mRNA molecule, an active β-galactosidase that catalyzes the hydrolysis of β-galactosidase, that is, an mRNA that can encode X-gal, is formed, and a blue color that can be seen under a microscope. Present. Accurate cis-splicing of the target pre-mRNA was further confirmed by the ability to detect the enzymatic activity of β-galactosidase.

機能的3'lacZ断片(PTM1)のトランススプライシングによる欠陥型lacZ標的2プレmRNAの修復は、β-ガラクトシダーゼの酵素活性を染色することで測定した。この目的で、293T細胞をlacZ 標的2プレmRNA(欠陥型3'断片を含む)およびPTM1(正常3'lacZ配列を含む)で同時トランスフェクトした。トランスフェクションの48時間後にβ-ガラクトシダーゼ酵素活性に関して細胞をアッセイした。PTM1の、lacZ標的2プレmRNAへの効率的なトランススプライシングの結果、機能的β-ガラクトシダーゼ活性が生じるだろう。図11B〜Eで示されているように、PTM1のlacZ標的2へのトランススプライシングの結果、β-ガラクトシダーゼ酵素活性が対照の5%〜10%まで回復する。   Repair of defective lacZ target 2 pre-mRNA by trans-splicing of a functional 3 ′ lacZ fragment (PTM1) was measured by staining the enzymatic activity of β-galactosidase. For this purpose, 293T cells were co-transfected with lacZ target 2 pre-mRNA (containing a defective 3 ′ fragment) and PTM1 (containing a normal 3 ′ lacZ sequence). Cells were assayed for β-galactosidase enzyme activity 48 hours after transfection. Efficient trans-splicing of PTM1 to the lacZ target 2 pre-mRNA will result in functional β-galactosidase activity. As shown in FIGS. 11B-E, trans-splicing of PTM1 to lacZ target 2 results in recovery of β-galactosidase enzyme activity from 5% to 10% of the control.

7.2.2. lacZ標的プレmRNAとPTM2の間の標的トランススプライシング
トランススプライシングをアッセイするため、lacZ標的プレmRNAとPTM2を293T細胞にトランスフェクトした。トランスフェクション後、全RNAをRT-PCRを用いて分析した。以下のプライマーをPCR反応に用いた:lacZ-TR1(lacZ 5'エキソン特異的)およびHCGR2(βHCGRエキソン2特異的)。このRT PCR反応は推定される195bpのトランススプライシング産物を産生したが(図11レーン2および3)、これはlacZ標的プレmRNAとPTM2の間の効率的なトランススプライシングを示すものである。レーン1はPTM2を含まない対照を示す。
7.2.2. Target trans-splicing between lacZ target pre-mRNA and PTM2 To assay trans-splicing, lacZ target pre-mRNA and PTM2 were transfected into 293T cells. Following transfection, total RNA was analyzed using RT-PCR. The following primers were used in the PCR reaction: lacZ-TR1 (lacZ 5 ′ exon specific) and HCGR2 (βHCGR exon 2 specific). This RT PCR reaction produced a putative 195 bp trans-splicing product (Figure 11 lanes 2 and 3), indicating efficient trans-splicing between the lacZ target pre-mRNA and PTM2. Lane 1 shows a control without PTM2.

また、トランススプライシングの効率はβ-ガラクトシダーゼ酵素活性を染色することにより測定した。トランススプライシングをアッセイするため、293T細胞をlacZ標的プレmRNAおよびPTM2で同時トランスフェクトした。トランスフェクションの24時間後に細胞をβ-ガラクトシダーゼ活性に関してアッセイした。標的プレmRNAとPTMの間に効率的なトランススプライシングが存在すれば、lacZ標的プレmRNAの5'断片からなるキメラmRNAが生じ、活性型のβ-ガラクトシダーゼをコードすることができないβHCG6エキソン2が形成される。これらの同時トランスフェクション実験の結果から、PTM2の、lacZ標的1へのトランススプライシングの結果、対照に比べてβ-ガラクトシダーゼ活性が低下したことが示された。   The efficiency of trans-splicing was measured by staining β-galactosidase enzyme activity. To assay for trans-splicing, 293T cells were co-transfected with lacZ target pre-mRNA and PTM2. Cells were assayed for β-galactosidase activity 24 hours after transfection. Efficient trans-splicing between the target pre-mRNA and PTM results in a chimeric mRNA consisting of the 5 'fragment of the lacZ target pre-mRNA, resulting in the formation of βHCG6 exon 2 that cannot encode active β-galactosidase Is done. The results of these co-transfection experiments showed that trans-splicing of PTM2 to lacZ target 1 resulted in decreased β-galactosidase activity compared to the control.

lacZ標的プレmRNAとPTM2の間のトランススプライシングが正確であることをさらに確認するために、5'ビオチン化lacZ-TR1および非ビオチン化HCGR2プライマーを用いてRT-PCRを行った。一本鎖DNAを単離し、HCGR2プライマー(HCGエキソン2特異的プライマー)を用いて直接配列決定を行った。スプライシング部位の配列によって明らかなように、トランススプライシングは推定されるスプライス部位の間で正確に起こっており(図12Aおよび12B)、スプライシングの際に通常のプレmRNAに操作されたPTMが侵入でき、さらにこの反応が正確であることが確認された。   To further confirm that the trans-splicing between lacZ target pre-mRNA and PTM2 is correct, RT-PCR was performed using 5 'biotinylated lacZ-TR1 and non-biotinylated HCGR2 primers. Single stranded DNA was isolated and sequenced directly using HCGR2 primer (HCG exon 2 specific primer). As is evident by the splicing site sequence, trans-splicing occurs exactly between the putative splice sites (Figures 12A and 12B), allowing the PTM manipulated by normal pre-mRNA to enter during splicing, It was further confirmed that this reaction was accurate.

8. 実施例: 嚢胞性繊維症膜貫通調節タンパク質遺伝子のコレクション
嚢胞性繊維症(CF)は世界でも最も一般的な遺伝病の1つである。CFに関連する遺伝子が単離され、そのタンパク質産物が推定されている(Kerem, B.S.ら, 1989, Science 245:1073-1080; Riordanら, 1989, Science 245:1066-1073; Rommansら, 1989, Science 245:1059-1065)。CF関連遺伝子のタンパク質産物は嚢胞性繊維症膜貫通コンダクタンス調節タンパク質(CFTR)と呼ばれている。全ての突然変異体対立遺伝子の約70%を占める最も一般的な病因突然変異は508番のフェニルアラニンをコードするエキソン10の3つのヌクレオチドの欠失である(ΔF508)。以下の節ではスプライセオソームにより媒介されるトランススプライシングを用いた嚢胞性繊維症遺伝子の修復の成功について記載し、モデル系でCFTR修復の実現可能性を示す。
8. Examples: Collection of Cystic Fibrosis Transmembrane Regulatory Protein Genes Cystic fibrosis (CF) is one of the most common genetic diseases in the world. Genes related to CF have been isolated and their protein products presumed (Kerem, BS et al., 1989, Science 245: 1073-1080; Riordan et al., 1989, Science 245: 1066-1073; Rommans et al., 1989, Science 245: 1059-1065). The protein product of the CF-related gene is called cystic fibrosis transmembrane conductance regulatory protein (CFTR). The most common pathogenic mutation, accounting for approximately 70% of all mutant alleles, is a deletion of 3 nucleotides of exon 10 encoding 508 phenylalanine (ΔF508). The following sections describe the successful repair of the cystic fibrosis gene using spliceosome-mediated trans-splicing and demonstrate the feasibility of CFTR repair in a model system.

8.1. 材料および方法
8.1.1. プレトランススプライシング分子
CFTRプレトランススプライシング分子(PTM)はCFTRイントロン9(3'末端、-13〜-31)に相補的な23個のヌクレオチドの結合ドメイン、30個のヌクレオチドのスペーサー領域(スプライセオソーム成分の効率的な結合を可能とする)、分岐点(BP)配列、ポリピリミジントラクト(PPT)およびCFTRエキソン10(F508を含む野生型配列)をコードする配列のすぐ上流にある3'スプライス部位のAGジヌクレオチドからなる。この最初のPTMはトランススプライシングを証明するために最大活性となるようにデザインされていることから、従ってPTMはUACUAAC酵母共通BP配列と延長PPTを含んでいた。内因性CFTRではなくトランススプライシング産物の特異的増幅および単離を可能とするため、野生型エキソン10コード配列の後に18個のヌクレオチドのHISタグ(6ヒスタミンコドン)を含んだ。この2つの断片の生成に用いたオリゴヌクレオチドは、増幅されたDNAの哺乳類発現ベクターpcDNA3.1への指向性クローニングを容易にする特有の制限部位を含んでいた(それぞれApalとPstI、およびPstIとNotI)。
8.1. Materials and Methods
8.1.1. Pre-trans-splicing molecules
The CFTR pretrans-splicing molecule (PTM) is a 23 nucleotide binding domain complementary to CFTR intron 9 (3 'end, -13 to -31), a 30 nucleotide spacer region (efficient spliceosomal component) 3 'splice site AG dinucleotide immediately upstream of the sequence encoding the branch point (BP) sequence, polypyrimidine tract (PPT) and CFTR exon 10 (wild type sequence including F508). Consists of. Since this initial PTM was designed to be maximally active to demonstrate trans-splicing, the PTM therefore contained the UACUAAC yeast common BP sequence and an extended PPT. An 18 nucleotide HIS tag (6 histamine codons) was included after the wild type exon 10 coding sequence to allow specific amplification and isolation of the trans-spliced product but not the endogenous CFTR. The oligonucleotides used to generate these two fragments contained unique restriction sites that facilitate directional cloning of the amplified DNA into the mammalian expression vector pcDNA3.1 (Apal and PstI, and PstI, respectively). NotI).

8.1.2. 標的CFTRプレmRNAミニ遺伝子
CFTRミニ遺伝子標的は図13に示され、CFTRエキソン9、イントロン9の機能的5'および3'領域(それぞれ各末端から260および265ヌクレオチド)、エキソン10[ΔF508]、およびイントロン10の5'領域(96ヌクレオチド)からなる。さらに図16に示されているように、CFTRエキソン1〜9および10〜24を含むミニ標的遺伝子を用いて嚢胞性繊維症突然変異のコレクションに対するスプライセオソームにより媒介されるトランススプライシングの使用を試験できる。図 17は嚢胞性繊維症突然変異のコレクションに対しても用いることができる二重スプライシングPTMを示す。示されているように、二重スプライシングPTMはCFTR BDイントロン9、スペーサー、分岐点、ポリピリミジントラクト、3'スプライス部位、CFTRエキソン10、スペーサー、分岐点、ポリピリミジントラクト、5'スプライス部位およびCFTR BDエキソン10を含む。
8.1.2. Target CFTR pre-mRNA minigene
The CFTR minigene target is shown in FIG. 13 and includes CFTR exon 9, functional 5 ′ and 3 ′ regions of intron 9 (260 and 265 nucleotides from each end, respectively), exon 10 [ΔF508], and 5 ′ region of intron 10 (96 nucleotides). In addition, as shown in Figure 16, we test the use of spliceosome-mediated trans-splicing for a collection of cystic fibrosis mutations using mini-target genes containing CFTR exons 1-9 and 10-24 it can. FIG. 17 shows a dual splicing PTM that can also be used against a collection of cystic fibrosis mutations. As shown, the double spliced PTM is CFTR BD intron 9, spacer, branch point, polypyrimidine tract, 3 'splice site, CFTR exon 10, spacer, branch point, polypyrimidine tract, 5' splice site and CFTR. Includes BD exon 10.

8.1.3. オリゴヌクレオチド
以下のオリゴヌクレオチドを用いてCFTR PTMを作製した:

Figure 2005168509
8.1.3. Oligonucleotides CFTR PTMs were made using the following oligonucleotides:
Figure 2005168509

以下のヌクレオチドを用いてCFTR標的プレmRNAミニ遺伝子(エキソン9 +ミニイントロン9+エキソン10+5'末端イントロン10)を作製した:

Figure 2005168509
The following nucleotides were used to create the CFTR target pre-mRNA minigene (exon 9 + mini intron 9 + exon 10 + 5 ′ terminal intron 10):
Figure 2005168509

以下のオリゴヌクレオチドを用いてトランススプライシング産物を検出した:

Figure 2005168509
The following oligonucleotides were used to detect trans-splicing products:
Figure 2005168509

8.2. 結果
PTMおよび標的プレmRNAをリポフェクタミン(Life Technologies, Gaithersburg, MD)を用いて293胚性腎細胞に同時トランスフェクトした。トランスフェクションの24時間後に細胞を回収し、RNAを単離した。RT-PCR反応でPTMおよび標的特異的プライマーを用い、標的プレmRNAの突然変異体エキソン10がPTMの野生型エキソン10で置換されたトランススプライシング産物を検出した(図14)。トランススプライシング産物の配列解析から、3つのヌクレオチド欠失が回復し、そのスプライシングが正確であり、推定されるスプライス部位で起こっている(図15)ことが確認され、嚢胞性繊維症遺伝子CFTRのはじめてのRNA修復が示された(Mansfieldら, 2000, Gene Therapy 7: 1885-1895)。
8.2. Results
PTM and target pre-mRNA were co-transfected into 293 embryonic kidney cells using Lipofectamine (Life Technologies, Gaithersburg, MD). Cells were harvested 24 hours after transfection and RNA was isolated. Using the PTM and target-specific primers in the RT-PCR reaction, a trans-splicing product was detected in which the mutant exon 10 of the target pre-mRNA was replaced with the wild-type exon 10 of PTM (FIG. 14). Sequence analysis of the trans-splicing product confirmed that the three nucleotide deletions were restored, that the splicing was correct and occurred at the putative splice site (Figure 15), the first time for the cystic fibrosis gene CFTR RNA repair was shown (Mansfield et al., 2000, Gene Therapy 7: 1885-1895).

9. 実施例: 二重トランススプライシング
以下の実施例は標的プレmRNAと、3'および5'両スプライス部位を含むPTM RNAの間の二重トランススプライシングにより内部エキソンが正確に置換され、機能上活性な全長タンパク質の産生が導かれることを示すものである。
9. Example: Double trans-splicing The following example is functionally active, with internal transons accurately displaced by double trans-splicing between target pre-mRNA and PTM RNA containing both 3 'and 5' splice sites. This indicates that the production of a full-length protein is guided.

本明細書に記載のように、いずれのプレmRNAでも、3'-スプライス部位、5'-スプライス部位の一方または双方を含むトランス反応RNA分子を提供することで再プログラムすることができる。以下の実施例では、5'および3'両スプライス部位を含むプレトランススプライシング分子(PTM)を用いた単一の内部エキソンのターゲッティングおよび置換の成功を記載する。このようなPTMはスプライセオソームにより媒介される意図した標的遺伝子との2つのトランススプライシング反応を促進することができる。この機構を試験するため、 lacZ 5'「エキソン」-CFTR ミニイントロン9-CFTRエキソン10(ΔF508)-CFTRミニイントロン10、続いてlacZ 3'「エキソン」からなるスプライシングlacZモデル標的遺伝子を作製した。この標的転写物では、β-ガラクトシダーゼORFの124bp中央部がCFTRのエキソン10(ΔF508)に置換されていたことから、従ってそれは非機能的タンパク質を産生する。124bp lacZ「ミニエキソン」の欠失、ならびに標的イントロンおよびエキソンに相補的な結合ドメイン(BD)を含む5'および3'トランススプライシングドメインからなるPTMを作製した。HEK 293T細胞を標的単独またはPTM単独のいずれかでトランスフェクトしたところ、検出可能なレベルのβ-gal活性は見られなかった。これに対し、標的+PTMでトランスフェクトした293T細胞は実質的レベルのβ-gal活性を生じ、タンパク質機能の回復を示した。標的とPTMの間のトランススプライシングの精度は、推定内部エキソン置換が明らかとなった適当なRT-PCR産物を配列決定することで確認した。疾病モデルでこのアプローチの実現可能性を、嚢胞性繊維症において CFTR ΔF508エキソン10を、F508を含む正常なエキソン10で置換することにより調べた。これらの結果は、トランススプライシング技術が、それらが遺伝子の5'エキソンまたは3'エキソンに関するものであれ、またはいずれかの内部エキソンに関するものであれ、遺伝子欠陥の多くを修正するよう容易に適合させることができることを示す。   As described herein, any pre-mRNA can be reprogrammed by providing a trans-reactive RNA molecule that includes one or both of a 3′-splice site, a 5′-splice site. The following example describes the successful targeting and substitution of a single internal exon using a pretrans-splicing molecule (PTM) containing both 5 'and 3' splice sites. Such PTMs can promote two trans-splicing reactions with the intended target gene mediated by the spliceosome. To test this mechanism, a spliced lacZ model target gene consisting of lacZ 5 ′ “exon” -CFTR miniintron 9-CFTR exon 10 (ΔF508) -CFTR miniintron 10, followed by lacZ 3 ′ “exon” was generated. In this target transcript, the 124 bp middle part of β-galactosidase ORF was replaced with exon 10 (ΔF508) of CFTR, thus producing a non-functional protein. A PTM consisting of a 5 'and 3' trans-splicing domain containing a deletion of the 124 bp lacZ “mini-exon” and a binding domain (BD) complementary to the target intron and exon was generated. When HEK 293T cells were transfected with either target alone or PTM alone, no detectable levels of β-gal activity were seen. In contrast, 293T cells transfected with target + PTM produced substantial levels of β-gal activity, indicating restoration of protein function. The accuracy of trans-splicing between target and PTM was confirmed by sequencing the appropriate RT-PCR product that revealed a putative internal exon substitution. The feasibility of this approach in a disease model was examined by replacing CFTR ΔF508 exon 10 with normal exon 10 including F508 in cystic fibrosis. These results indicate that trans-splicing techniques are easily adapted to correct many of the genetic defects, whether they relate to the 5 'or 3' exons of a gene, or to any internal exons. Show that you can.

図18はlacZ 5'エキソン-CFTRミニイントロン9-CFTRエキソン10(Δ508)-CFTRミニイントロン10、続いてlacZ 3'エキソンからなるモデルlacZ標的の模式図である。この標的では、lacZ遺伝子の124bp中央部分を、508番に突然変異を有する(Δ508)CFTRエキソン10で置換されている。このプレmRNA標的は通常のシススプライシングを受けて、lacZ 5'エキソン-CFTRエキソン10(Δ508)、続いてlacZ 3'エキソンかならるmRNAを産生する。β-ガラクトシダーゼORFが破壊されているため、これは機能のない末端切断型タンパク質を産生する。   FIG. 18 is a schematic diagram of a model lacZ target consisting of lacZ 5 ′ exon-CFTR miniintron 9-CFTR exon 10 (Δ508) -CFTR miniintron 10, followed by lacZ 3 ′ exon. In this target, the 124 bp central part of the lacZ gene has been replaced with CFTR exon 10, which has a mutation at position 508 (Δ508). This pre-mRNA target is subject to normal cis-splicing to produce mRNA that is lacZ 5 ′ exon-CFTR exon 10 (Δ508) followed by lacZ 3 ′ exon. Since the β-galactosidase ORF is destroyed, it produces a truncated protein with no function.

二重トランススプライシングによりβ-gal機能を回復させるため、図19に示されるように、124bp lacZ「ミニエキソン」の欠失、ならびに標的イントロンおよびエキソンに相補的な結合ドメインを含む5'および3'トランススプライシングドメインからなる3つのPTMを作製した。これらのPTMは、3'エキソン置換で用いるPTM24(下記参照)由来の120bpの3'結合ドメイン(イントロン9に相補的)、スペーサー配列、酵母分岐点、ポリピリミジントラクト、3'アクセプターAGジヌクレオチド、lacZ「ミニエキソン」、5'スプライス部位、スペーサー配列、続いて5'結合ドメインを有する。これらのPTMは5'結合ドメイン配列のみが異なる。DSPTM5はイントロン10に相補的で、標的の5'スプライス部位だけを遮断する27bpのBDを有する。DSPTM6は120bpの5'BDを有し、標的の5'および3'両スプライス部位にわたり、一方DSPTM7は両スプライス部位(5'および3')をマスクし、また標的のエキソン全体にわたる260bpのBDを有する。   In order to restore β-gal function by double trans-splicing, as shown in FIG. Three PTMs consisting of splicing domains were prepared. These PTMs are 120 bp 3 'binding domain (complementary to intron 9) from PTM24 (see below) used for 3' exon substitution, spacer sequence, yeast branch point, polypyrimidine tract, 3 'acceptor AG dinucleotide, It has a lacZ “mini-exon”, a 5 ′ splice site, a spacer sequence, followed by a 5 ′ binding domain. These PTMs differ only in the 5 'binding domain sequence. DSPTM5 is complementary to intron 10 and has a 27 bp BD that blocks only the 5 'splice site of the target. DSPTM6 has a 120 bp 5'BD and spans both the 5 'and 3' splice sites of the target, while DSPTM7 masks both the splice sites (5 'and 3') and 260 bp of BD throughout the target exon. Have.

DSPTM7とDSCFT1.6標的プレmRNAとの結合を示す二重トランススプライシング反応の模式図は図20に示されている。3'BDはミニイントロン9に相補的な120bpの結合ドメイン;5'BD(260bp)はミニイントロン10およびエキソン10に相補的な第2の結合ドメイン;ssはスプライス部位;BPは分岐点;およびPPTはポリピリミジントラクト。   A schematic diagram of the double trans-splicing reaction showing the binding of DSPTM7 and DSCFT1.6 target pre-mRNA is shown in FIG. 3′BD is a 120 bp binding domain complementary to miniintron 9; 5′BD (260 bp) is a second binding domain complementary to miniintron 10 and exon 10; ss is a splice site; BP is a branch point; PPT is a polypyrimidine tract.

DSPTM7の重要な構造要素(図21)は以下の通りである:

Figure 2005168509
The important structural elements of DSPTM7 (Figure 21) are:
Figure 2005168509

β-gal機能の回復がRNAトランススプライシング媒介性のものかどうかを決定するため、突然変異体を図22に示す。DSPTM8は、BPなどの3'スプライスエレメント、ポリピリミジントラクトおよび3'アクセプターAGジヌクレオチドが欠失され、ランダムな配列に置き換えられた3'スプライス突然変異体である。このPTMはなお3'および5'結合ドメインならびに機能的5'スプライス部位を有している。PTM29は第2の結合ドメインおよび5'ssを欠くが、なお 3'結合ドメイン3'スプライス部位を有し、一方、PTM30は第1の結合ドメインおよび3'スプライス部位を欠くが、機能的5'スプライス部位および第2の結合ドメインを有している。   To determine if the restoration of β-gal function is RNA trans-splicing mediated, the mutant is shown in FIG. DSPTM8 is a 3 ′ splice mutant in which a 3 ′ splice element such as BP, polypyrimidine tract and 3 ′ acceptor AG dinucleotide has been deleted and replaced with a random sequence. This PTM still has 3 'and 5' binding domains and a functional 5 'splice site. PTM29 lacks the second binding domain and 5'ss but still has a 3 'binding domain 3' splice site, while PTM30 lacks the first binding domain and 3 'splice site, but is functional 5' It has a splice site and a second binding domain.

二重トランススプライシングにより媒介されるβ-gal機能の回復を調べるため、リポフェクタミンプラス試薬を用い、293T細胞を2μgの標的またはPTM単独でトランスフェクトするか、あるいは2μgの標的および1.5μgのPTMで同時トランスフェクトした。トランスフェクションの48時間後、全RNAを単離し、K1-1FおよびLac-6Rプライマーを用いRT-PCRにより解析した。これらのプライマーは一回の反応でシスおよびトランスの両スプライシング産物を増幅し、これらは大きさに基づいて同定した。シススプライシング産物の大きさは295bpであり、一方トランススプライシング産物の大きさは230bpである。DSPTM7とDSCFT1.6プレmRNAの間のトランススプライシングが正確であることを確認するため、RT-PCR増幅産物を切り出し、K1-2FおよびLac-6Rプライマーを用いて再増幅し、K1-2FまたはLac-6Rプライマーを用いて直接配列決定した。図23に示されているように、トランススプライシングは推定スプライス部位で正確に起こっており、2つのトランススプライシング事象による正確な内部エキソン置換が確認された。   To investigate the recovery of β-gal function mediated by double trans-splicing, 293T cells were transfected with 2 μg target or PTM alone or 2 μg target and 1.5 μg Co-transfected with PTM. 48 hours after transfection, total RNA was isolated and analyzed by RT-PCR using K1-1F and Lac-6R primers. These primers amplified both cis and trans splicing products in a single reaction and were identified based on size. The size of the cis-splicing product is 295 bp, while the size of the trans-splicing product is 230 bp. To ensure correct trans-splicing between DSPTM7 and DSCFT1.6 pre-mRNA, the RT-PCR amplification product is excised and re-amplified using K1-2F and Lac-6R primers, and K1-2F or Lac Sequencing was done directly using the -6R primer. As shown in FIG. 23, trans-splicing occurred exactly at the putative splice site, confirming correct internal exon replacement by two trans-splicing events.

欠陥型lacZプレmRNAの二重トランススプライシング事象による修復とそれに続く全長β-galタンパク質の産生は同時トランスフェクションアッセイで検討した。293T細胞をDSCFT1.6標的およびDSPTM7発現プラスミドで同時トランスフェクトすると同時に対照としてDSCFT1.6標的またはDSPTM7単独でトランスフェクトした。ポリクローナル抗β-ガラクトシダーゼ抗血清を用いた全細胞溶解物のウエスタンブロット解析はDSCFT1.6標的+DSPTM7プラスミドで同時トランスフェクトした細胞でのみ約120kDaのタンパク質を特異的に認識したが(図24レーン3および4)、DSCFT1.6標的(レーン1)またはDSPTM7プラスミド単独(レーン2)でトラスフェクトした細胞では認識しなかった。同様に、DSCFT1.6標的+3'スプライス突然変異体(レーン5および6)、または3'トランススプライシングドメインもしくは5'トランススプライシングドメインが欠失されたPTM29もしくは30(レーン7)で同時トランスフェクトした細胞では全長タンパク質は検出されなかった。さらに、120kDaのタンパク質バンドはlacZ-T1プラスミドを用いて産生された機能的全長β-galと同時に移動した(陽性対照、データは示されていない)。これらの結果は標的とPTMの間の二重トランススプライシングによる全長タンパク質の産生を確認するだけでなく、このプロセスには3'スプライス部位および5'スプライス部位の双方が不可欠であることを示した。   Repair of defective lacZ pre-mRNA by double trans-splicing events and subsequent production of full-length β-gal protein was examined in a co-transfection assay. 293T cells were co-transfected with DSCFT1.6 target and DSPTM7 expression plasmid and simultaneously with DSCFT1.6 target or DSPTM7 alone as controls. Western blot analysis of whole cell lysates using polyclonal anti-β-galactosidase antiserum specifically recognized a protein of about 120 kDa only in cells co-transfected with DSCFT1.6 target + DSPTM7 plasmid (Figure 24 lane 3). And 4), did not recognize in cells transfected with DSCFT1.6 target (lane 1) or DSPTM7 plasmid alone (lane 2). Similarly, co-transfected with DSCFT1.6 target + 3 'splice mutant (lanes 5 and 6), or PTM29 or 30 (lane 7) lacking the 3' trans-splicing domain or 5 'trans-splicing domain No full-length protein was detected in the cells. Furthermore, the 120 kDa protein band migrated simultaneously with the functional full-length β-gal produced using the lacZ-T1 plasmid (positive control, data not shown). These results not only confirmed the production of full-length proteins by double trans-splicing between the target and PTM, but also indicated that both the 3 'and 5' splice sites are essential for this process.

標的プレmRNAとDSPTM7 RNAの間の二重トランススプライシングにより産生された全長タンパク質が機能的に活性であるかどうかを決定するため、293T細胞をDSCFT1.6ターゲッティング+二重スプライシングPTM5、6または7発現プラスミドの1つで同時トランスフェクトするか、またはDSCFT1.6標的もしくはDSPTM7単独でトランスフェクトした。全細胞抽出液を調製し、ONPGアッセイ(Invitrogen)を用いてβ-gal活性に関してアッセイした。DSCFT1.6標的またはDSPTM7のいずれか単独でトランスフェクトした細胞から調製した抽出液におけるβ-gal活性はモック(mock)トランスフェクションで検出されたバックグラウンドレベルとほぼ同じであった(図25)。これに対し、DSCFT1.6標的およびDSPTM7で同時トランスフェクトした293T細胞はバックグラウンドの約21倍高いレベルのβ-gal活性を生じた(図25)。これらの結果により、標的プレmRNAとPTM RNAの間の正確な二重トランススプライシングと機能的全長タンパク質の産生が確認された。   DSCFT1.6 targeting + double splicing PTM5, 6 or 7 expression to determine whether the full-length protein produced by double trans-splicing between target pre-mRNA and DSPTM7 RNA is functionally active Co-transfected with one of the plasmids or transfected with DSCFT1.6 target or DSPTM7 alone. Whole cell extracts were prepared and assayed for β-gal activity using the ONPG assay (Invitrogen). Β-gal activity in extracts prepared from cells transfected with either DSCFT1.6 target or DSPTM7 alone was approximately the same as the background level detected by mock transfection (FIG. 25). In contrast, 293T cells co-transfected with DSCFT1.6 target and DSPTM7 produced β-gal activity that was approximately 21 times higher than background (FIG. 25). These results confirmed the correct double trans-splicing between the target pre-mRNA and PTM RNA and the production of a functional full-length protein.

二重トランススプライシング反応によるβ-gal活性の回復がPTMの3'および5'両スプライス部位の存在に絶対的に依存するものであることを確認するため、本発明者らはいくつかの突然変異体を構築した:(a)DSPTMBは機能的3'スプライスエレメント(分岐点、ポリピリミジントラクトおよび3'アクセプターAGジヌクレオチド)が欠失され、ランダムな配列で置換されていたこと以外はDSPTM7に同じである(詳細は図22を参照);(b)PTM29は5'スプライス部位ならびに5'結合ドメインを欠くが、3'結合ドメインおよび3'スプライス部位を有する;および(c)PTM30は3'結合ドメインおよび3'スプライス部位を欠くが、5'スプライス部位および5'結合ドメインを有する。DSCFT1.6標的またはDSPTM7のいずれか単独でトランスフェクトした細胞から調製した抽出液におけるβ-gal活性はモックトランスフェクションで検出されたバックグラウンドレベルとほとんど同じあった(図26)。同様に、DSPTM8単独(3'スプライス部位突然変異体)でトランスフェクトした細胞またはDSCFT1.6標的+上記突然変異体PTMの1つでの同時トランスフェクションではβ-gal活性の有意な上昇は検出されなかった。他方、機能的3'および5'スプライス部位を有するDSCFT1.6標的およびDSPTM7で同時トランスフェクトした細胞はバックグラウンドを超える実質的なレベルのβ-gal活性を生じた(図26)。これらの結果によって二重スプライシングPTMには両スプライス部位が必要であることが確認され、また、β-gal活性の回復が末端切断型タンパク質間の相補性によるものであったという可能性が排除された(図26)。   To confirm that the restoration of β-gal activity by the double trans-splicing reaction is absolutely dependent on the presence of both the 3 'and 5' splice sites of PTM, we (A) DSPTMB is the same as DSPTM7 except that the functional 3 'splice elements (branch point, polypyrimidine tract and 3' acceptor AG dinucleotide) have been deleted and replaced with a random sequence. (See FIG. 22 for details); (b) PTM29 lacks a 5 ′ splice site and a 5 ′ binding domain, but has a 3 ′ binding domain and a 3 ′ splice site; and (c) PTM30 has a 3 ′ binding. It lacks a domain and a 3 ′ splice site, but has a 5 ′ splice site and a 5 ′ binding domain. Β-gal activity in extracts prepared from cells transfected with either DSCFT1.6 target or DSPTM7 alone was almost the same as the background level detected by mock transfection (FIG. 26). Similarly, a significant increase in β-gal activity was detected in cells transfected with DSPTM8 alone (3 'splice site mutant) or co-transfection with DSCFT1.6 target + one of the mutant PTMs above. There wasn't. On the other hand, DSCFT1.6 target with functional 3 ′ and 5 ′ splice sites and DSPTM7 co-transfected cells produced substantial levels of β-gal activity above background (FIG. 26). These results confirm that double splicing PTM requires both splice sites and eliminate the possibility that recovery of β-gal activity was due to complementarity between truncated proteins. (FIG. 26).

種々の濃度の標的およびPTMを同時トランスフェクトしβ-gal活性の回復に関してアッセイした。予測されたように、DSCFT1.6標的+DSPTM7で同時トランスフェクトした293T細胞は対照を超える実質的なレベルのβ-gal活性(約30倍)を示した。PTM濃度を2および3倍引き上げると、 β-gal活性レベルは上昇するが、有意なものではなかった(図27)。これらの結果によって、二重トランススプライシングにより媒介されるβ-gal酵素機能の回復がさらに確認された。   Various concentrations of target and PTM were co-transfected and assayed for recovery of β-gal activity. As expected, 293T cells co-transfected with DSCFT1.6 target + DSPTM7 showed substantial levels of β-gal activity (approximately 30-fold) over control. Increasing the PTM concentration 2 and 3 times increased the β-gal activity level but was not significant (FIG. 27). These results further confirmed the recovery of β-gal enzyme function mediated by double trans-splicing.

二重トランススプライシング反応の特異性は、特異的標的(DSCFT1.6)に類似するが、CFTRミニイントロン9-CFTRエキソン10(Δ508)およびCFTRミニイントロン10の代わりにβHCGイントロン1-βHCGエキソン2およびβHCGイントロン2を有する非特異的標的(DSHCGT1.1)を構築することにより調べた(図28)。DSHCGT1.1(非特異的標的)単独またはDSPTM7(DSCFT1.6標的にターゲッティングされている)と組み合わせてトランスフェクトした細胞から単離した全RNAの RT-PCR解析では、予測された314bpの二重トランススプライシング産物を生じなかった。他方、特異的標的+PTMで同時トランスフェクトした細胞から調製した全RNAのRT-PCR解析では予測された314bpの産物が生じた。このことはさらに全細胞抽出液のβ-gal活性アッセイによっても確認された。非特異的標的単独またはDSCFT1.6標的にターゲッティングされたDSPTM7と組み合わせてトランスフェクトした細胞で検出されるβ-gal活性レベルはバックグラウンドレベルとほとんど同じであった。これに対し、特異的標的(DSCFT1.6)+DSPTM7で同時トランスフェクトした細胞では実質的なレベルのβ-gal活性が検出された(図27)。これらの結果によって、二重トランススプライシングが高度に特異的であることが確認された。   The specificity of the double trans-splicing reaction is similar to the specific target (DSCFT1.6), but instead of CFTR miniintron 9-CFTR exon 10 (Δ508) and CFTR miniintron 10, βHCG intron 1-βHCG exon 2 and It was investigated by constructing a non-specific target (DSHCGT1.1) with βHCG intron 2 (FIG. 28). RT-PCR analysis of total RNA isolated from cells transfected with DSHCGT1.1 (non-specific target) alone or in combination with DSPTM7 (targeted to DSCFT1.6 target) showed the expected 314 bp duplex No trans-splicing product was produced. On the other hand, RT-PCR analysis of total RNA prepared from cells co-transfected with specific target + PTM yielded the expected 314 bp product. This was further confirmed by β-gal activity assay of whole cell extract. The level of β-gal activity detected in cells transfected with non-specific target alone or in combination with DSPTM7 targeted to DSCFT1.6 target was almost the same as the background level. In contrast, substantial levels of β-gal activity were detected in cells co-transfected with specific target (DSCFT1.6) + DSPTM7 (FIG. 27). These results confirmed that double trans-splicing is highly specific.

図30の修復モデルは、エキソン1〜9、ミニイントロン9、Δ508突然変異を含むエキソン10、ミニイントロン10およびエキソン11〜24からなる標的CFTRプレmRNAの部分を示す(図30)。図で示されるPTMはエキソン10コード配列(コドン508を含む)、および各々その固有のスプライシングエレメント(受容部位および供与部位、分岐点およびピリミジントラクト)およびイントロン9スプライス部位に相補的な結合ドメインを有する2つのトランススプライシングドメイン、エキソン10の部分(5'および3'末端)およびイントロン10 5'スプライス部位からなる(図31(DS-CF1))。PTMのエキソン10も、PTMのエキソン10と、その固有の、またエキソン配列に相補的な結合ドメインを有するPTMのためでもある結合ドメインとの間のアンチセンス作用を軽減するに至る改変されたコドン利用も有する(図31)。PTMと標的の間の二重トランススプライシング事象は修復された全長mRNAを生じるはずである。   The repair model of FIG. 30 shows a portion of the target CFTR pre-mRNA consisting of exons 1-9, miniintron 9, exon 10, containing a Δ508 mutation, miniintron 10 and exons 11-24 (FIG. 30). The PTM shown in the figure has an exon 10 coding sequence (including codon 508) and binding domains complementary to each of its unique splicing elements (accepting and donating sites, branch points and pyrimidine tracts) and intron 9 splice sites It consists of two trans-splicing domains, part of exon 10 (5 ′ and 3 ′ end) and intron 10 5 ′ splice site (FIG. 31 (DS-CF1)). PTM exon 10 is also a modified codon that leads to reduced antisense action between PTM exon 10 and the binding domain that is also for PTMs that have a binding domain that is unique and complementary to the exon sequence. Also has use (Figure 31). A double trans-splicing event between the PTM and the target should result in a repaired full-length mRNA.

図32はPTM20エキソン10へと正確にスプライシングされた標的エキソン9(改変コドンを有する)(上のパネル)、PTMのエキソン10のコドン508(中央のパネル)、および標的エキソン11へと正確にスプライシングされたPTMエキソン10(下のパネル)を示す単一のPCR産物の配列を示す。修復された標的の配列はRT-PCRの後にPCRを行うことで生成した。   Figure 32 shows precisely spliced to target exon 9 (with modified codon) correctly spliced to PTM20 exon 10 (top panel), codon 508 of PTM exon 10 (middle panel), and target exon 11 Shown is the sequence of a single PCR product showing PTM exon 10 (bottom panel). The repaired target sequence was generated by performing PCR after RT-PCR.

10. 実施例: 5'エキソン置換を遂行しうるPTMを用いた嚢胞性繊維症遺伝子のトランススプライシング修復
遺伝子修復に5'エキソン置換を用いる重要な利点は、
(a)遺伝子の5'部分の置換が可能となること、
(b)その構築物が全長遺伝子構築物よりも小さな配列およびスペースしか必要としないこと、
(c)PTM翻訳を妨げると考えられるポリAシグナルを欠いたPTMが産生できること、および
(d)翻訳を増強するために5'末端を改変できること
である。
10. Example: An important advantage of using 5 'exon substitution for trans-splicing repair gene repair of cystic fibrosis gene using PTM capable of performing 5' exon substitution is
(a) the replacement of the 5 ′ part of the gene is possible,
(b) the construct requires less sequence and space than the full-length gene construct;
(c) the ability to produce PTMs lacking a polyA signal that are thought to interfere with PTM translation; and
(d) The 5 ′ end can be modified to enhance translation.

10.1. 材料および方法
10.1.1. プラスミドの構築
PTM30のCFTRコード配列(エキソン1〜10)は、部分cDNAプラスミド鋳型(61160; American Type Culture Collection, Manassas, VA)を用いてPCRにより生成した。トランススプライシングドメイン(TSD)[結合ドメイン、スペーサー配列、ポリピリミジントラクト(PPT)、分岐点(BP)および3'スプライス部位を含む] は、PCR産物(既存のプラスミド鋳型を使用)からオリゴヌクレオチドをアニーリングすることにより生成した。次に種々の断片(TSDおよびコード配列)を適当な制限部位を用いてpcDNA3.1(-)へクローニングした。オリゴデオキシヌクレオチドプライマーはSigma Genosys (The Woodlands, TX)から入手した。PCR産物は全てREDTaq (Sigma, St. Louis, MO)またはクローニングPfu(Stratagene, La Jolla, CA)DNAポリメラーゼのいずれかを用いて生成した。増幅のためのPCRプライマーは指向性クローニングのための制限部位を含んだ。PCR産物を適当な制限酵素で消化し、哺乳類発現プラスミドpc3.1DNA(-)(Invitrogen, Carlsbad, CA)へクローニングした。
10.1. Materials and Methods
10.1.1. Plasmid construction
The CFTM coding sequence of PTM30 (exons 1-10) was generated by PCR using a partial cDNA plasmid template (61160; American Type Culture Collection, Manassas, VA). Trans-splicing domain (TSD) [includes binding domain, spacer sequence, polypyrimidine tract (PPT), branch point (BP) and 3 'splice site] anneals oligonucleotides from PCR products (using existing plasmid templates) Was generated. The various fragments (TSD and coding sequence) were then cloned into pcDNA3.1 (-) using appropriate restriction sites. Oligodeoxynucleotide primers were obtained from Sigma Genosys (The Woodlands, TX). All PCR products were generated using either REDTaq (Sigma, St. Louis, Mo.) or cloning Pfu (Stratagene, La Jolla, Calif.) DNA polymerase. PCR primers for amplification included restriction sites for directional cloning. The PCR product was digested with appropriate restriction enzymes and cloned into the mammalian expression plasmid pc3.1DNA (-) (Invitrogen, Carlsbad, CA).

10.2. 細胞培養およびトランスフェクション
リポフェクタミンプラス(Life Technologies, Gaithersburg, MD)を用い、構築物をヒト胚性腎(HEK)293Tまたは293細胞(1.25 x 106細胞/60mmポリ-d-リジンコーティングディッシュ)に同時トランスフェクトし、トランスフェクションの開始から48時間後に細胞を回収した。製造業者の説明書(Epicenter Technologies, Inc.)に記載のようにして全RNAを単離した。HEK 293T細胞を10%v/vウシ胎児血清(Hyclone, Inc., Logan, UT)を補足したダルベッコ改変イーグル培地(Life Technologies)で増殖させた。細胞は全て37℃、5% CO2下の加湿インキュベーターで維持した。
10.2. Cell culture and transfection Using Lipofectamine Plus (Life Technologies, Gaithersburg, MD), constructs were transferred to human embryonic kidney (HEK) 293T or 293 cells (1.25 x 10 6 cells / 60 mm poly-d-lysine coating) The cells were harvested 48 hours after the start of transfection. Total RNA was isolated as described in the manufacturer's instructions (Epicenter Technologies, Inc.). HEK 293T cells were grown in Dulbecco's modified Eagle medium (Life Technologies) supplemented with 10% v / v fetal bovine serum (Hyclone, Inc., Logan, UT). All cells were maintained in a humidified incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 .

10.1.3. 逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(TR-PCR)
RT-PCRはEZ-RT-PCRキット(Perkin-Elmer, Foster, CA)を用いて行った。各反応物には反応量40μl中に0.03〜1.0μgの全RNAおよび80ngの5'および3'特異的プライマーを含んだ。RT-PCR産物は2% Seakenアガロースゲルで電気泳動に付した。トランススプライシング産物を生成するのに用いたPTM特異的および標的特異的オリゴヌクレオチドはそれぞれ、5'-CGCTGGAAAAACGAGCTTGTTG-3' (プライマーCF93)および5'-ACTCAGTGTGATTCCACCTTCTC-3' (プライマーCF111)である。シススプライシング産物を生成するのに用いたPTM特異的および標的特異的オリゴヌクレオチドはCF1およびCF93であった。オリゴヌクレオチドCF1の配列は、5'-GACCTCTGCAGACTTCACTTCTAATGATGATTATGG-3'である。
10.1.3. Reverse transcription polymerase chain reaction (TR-PCR)
RT-PCR was performed using an EZ-RT-PCR kit (Perkin-Elmer, Foster, CA). Each reaction contained 0.03-1.0 μg total RNA and 80 ng 5 ′ and 3 ′ specific primers in a reaction volume of 40 μl. The RT-PCR product was subjected to electrophoresis on a 2% Seaken agarose gel. The PTM-specific and target-specific oligonucleotides used to generate the trans-splicing product are 5'-CGCTGGAAAAACGAGCTTGTTG-3 '(primer CF93) and 5'-ACTCAGTGTGATTCCACCTTCTC-3' (primer CF111), respectively. The PTM-specific and target-specific oligonucleotides used to generate the cis-splicing products were CF1 and CF93. The sequence of oligonucleotide CF1 is 5′-GACCTCTGCAGACTTCACTTCTAATGATGATTATGG-3 ′.

図33の修復モデルは、エキソン1〜9、ミニイントロン9、Δ508突然変異を含むエキソン10、ミニイントロン10およびエキソン11〜24からなる標的CFTR プレmRNA部分を示す(図33)。図に示されているPTMはエキソン1〜10コード配列(コドン508を含む)、ならびにその固有のスプライシングエレメント(供与部位、分岐点およびピリミジントラクト)および結合ドメインを有するトランススプライシングドメインからなる。種々の結合ドメインを有するいくつかのPTMを構築した。3つの例を図34に示している。図34Aでは、結合ドメインはイントロン9のスプライス部位およびエキソン10の一部に相補的である(3'末端; CF-PTM11)。図34Bでは、PTMはエキソン10の5'末端およびイントロン9の3'スプライス部位にもわたる延長結合ドメインを有する(CF-PTM20)。最後の例(図34C)では、結合ドメインは、結合ドメインがエキソン10の全長に及んでいること以外はパネルBで示されたものと同じである(CF-PTM30)。最後の場合では、PTMエキソン10は、その固有の結合ドメインによるアンチセンス作用を軽減するために改変されたコドン利用を有する(図34)。結合ドメインのさらなる例は図35に示されている。   The repair model of FIG. 33 shows a target CFTR pre-mRNA portion consisting of exons 1-9, miniintron 9, exon 10, containing a Δ508 mutation, miniintron 10 and exons 11-24 (FIG. 33). The PTM shown in the figure consists of an exon 1-10 coding sequence (including codon 508) and a trans-splicing domain with its unique splicing elements (donor site, branch point and pyrimidine tract) and binding domain. Several PTMs with different binding domains were constructed. Three examples are shown in FIG. In FIG. 34A, the binding domain is complementary to the splice site of intron 9 and part of exon 10 (3 ′ end; CF-PTM11). In FIG. 34B, the PTM has an extended binding domain that spans the 5 ′ end of exon 10 and the 3 ′ splice site of intron 9 (CF-PTM20). In the last example (FIG. 34C), the binding domain is the same as shown in panel B (CF-PTM30) except that the binding domain spans the entire length of exon 10. In the last case, PTM exon 10 has a modified codon usage to mitigate the antisense effect due to its unique binding domain (FIG. 34). A further example of a binding domain is shown in FIG.

図36はシスおよびトランススプライシング産物の配列を示している。図36Aの上のパネルはその3つのヌクレオチド(CTT)が欠失した標的エキソン10を示し、一方下のパネルはともに正確にスプライシングされた標的のエキソン10および11を示す。図36Bは1つのPCR産物の部分配列であり、PTMのエキソン10における改変コドン(上のパネル)、PTMのエキソン10のコドン508(中央のパネル)、および標的エキソン11へと正確にスプライシングされたPTMエキソン10(下のパネル)を示し、これはトランススプライシングが正確であることを示す。修復された標的の配列はRT-PCR、その後にPCRを行うことにより生成した。   FIG. 36 shows the sequences of cis and trans splicing products. The top panel of FIG. 36A shows the target exon 10 with its three nucleotides (CTT) deleted, while the bottom panel shows the precisely spliced target exons 10 and 11. Figure 36B is a partial sequence of one PCR product, correctly spliced to the modified codon in exon 10 of PTM (top panel), codon 508 of PTM exon 10 (middle panel), and target exon 11 PTM exon 10 (bottom panel) is shown, indicating that trans-splicing is correct. The repaired target sequence was generated by RT-PCR followed by PCR.

11. 実施例: 長い結合ドメイン(不連続であってもよい)を有するPTMはトランススプライシング効率および特異性を増大させる
11.1. 材料および方法
11.1.1. 細胞培養
ヒト胚性腎細胞(293または293T)はthe University of North Carolina tissue culture facility at Chapel Hill (Chapel Hill, NC)に由来した。細胞は37℃、5% CO2の加湿インキュベーターにて、10%v/vウシ胎児血清(Hyclone, Logan, UT)を補足したダルベッコ改変イーグル培地(Life Technologies, Bethesda, MD)に維持した。0.5%トリプシンを用いて2〜3日毎に細胞を継代し、所望の密度で再プレーティングした。内因性の突然変異体lacZプレmRNA(lacZCF9)を発現する安定した細胞を0.5mg/ml G418(Calbiochem, San Diego, CA)の存在下で維持した。
11. Example: PTMs with long binding domains (which may be discontinuous) increase trans-splicing efficiency and specificity
11.1. Materials and Methods
11.1.1. Cell culture Human embryonic kidney cells (293 or 293T) were derived from the University of North Carolina tissue culture facility at Chapel Hill (Chapel Hill, NC). Cells were maintained in Dulbecco's modified Eagle medium (Life Technologies, Bethesda, MD) supplemented with 10% v / v fetal calf serum (Hyclone, Logan, UT) in a humidified incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 . Cells were passaged every 2-3 days with 0.5% trypsin and re-plated at the desired density. Stable cells expressing the endogenous mutant lacZ pre-mRNA (lacZCF9) were maintained in the presence of 0.5 mg / ml G418 (Calbiochem, San Diego, CA).

11.1.2. 組換えプラスミド
標的: pc3.1lacZCF9、pc3.1lacZCF9m、およびpc3.1lacZHCG1m。pc3.1lacZCF9は通常のlacZプレmRNAをコードしており、5'エキソンとしてlacZコード配列であるヌクレオチド1〜1788、CFTRミニイントロン9、それに続くlacZコード配列であるヌクレオチド1789〜3174を3'エキソンとして用いて構築された。これは、lacZ 3'エキソンにおける停止コドンを含まず、βHCG6イントロン1の代わりにCFTRミニイントロン9を有すること以外はpc3.1lacZ-T2と同様のものである(図37A)。CFTRミニイントロン9は鋳型としてのプラスミドT5およびプライマーCFIN-9F(5'-CTAGGATCCCGTTCTTTTGTTCTTCACT ATTAA)とCFIN-9R(5'-CTAGGGTTACCGAAGTAAAACCATACTTATTAG、下線は制限部位)を用いてPCR増幅し、BamHIおよびBstEIIで消化し、pc3.1lacZ-T2プラスミドのBHCG6イントロン1の代わりにクローニングした。pc3.1lacZCF9mは欠陥型のlacZプレmRNAを発現するが、3'エキソン内に2つのナンセンスコドンをイン・フレームで含むこと以外はpc3.1lacZCF9と同一である(図37A)。pc3.1lacZHCG1mはキメラ標的であり、lacZ 5'エキソン、それに続くβHCG6のイントロン1およびエキソン2を含む。これは変異型lacZ 3'エキソンの代わりにβHCG6のエキソン2を含むこと以外はpc3.1lacZCF9mと同様のものである。βHCG6エキソン2は、鋳型DNAとしてのβHCG6プラスミド(アクセッション番号X00266)およびプライマーHCGEx-2F(5'-GCATGGTTACCCTGCAGGGGCTGCTGCTGTTGCTG)とHCGEx-2R(5'-CTGAAAGCTTGTTAACCAGCTCACCATGGTGGGGCAG、下線は制限部位)を用いてPCR増幅し、BstEIIおよびHindIIIで消化し、pc3.1lacZCF9mのlacZ 3'エキソンに代えるようにクローニングした。プラスミドpcDNA3.l/HisB/lacZ(Invitrogen, Carlsbad, CA)をDNA鋳型として用いて5'および3' lacZエキソンを作製した。lacZ 5'エキソンは1788bpの長さであり、ATG開始コドンを有し、lacZ 3'エキソン(停止コドンを含まない)は1385bpの長さであり、3'エキソンの末端に転写終結シグナルを有する。CFTRミニイントロン9およびβHCG6イントロン1はそれぞれ548bpおよび352bpの大きさであり、両者とも5'および3'スプライスシグナルを有する。βHCG6のエキソン2は162bpの長さであり、エキソンの末端に転写終結シグナルを有する。
11.1.2. Recombinant plasmid targets: pc3.1lacZCF9, pc3.1lacZCF9m, and pc3.1lacZHCG1m. pc3.1lacZCF9 encodes a normal lacZ pre-mRNA, and 5 ′ exons include lacZ coding sequence nucleotides 1 to 1788, CFTR miniintron 9, followed by lacZ coding sequence nucleotides 1789 to 3174 as 3 ′ exons. Built using. This is similar to pc3.1lacZ-T2 except that it does not contain a stop codon in the lacZ 3 ′ exon and has CFTR miniintron 9 instead of βHCG6 intron 1 (FIG. 37A). CFTR miniintron 9 is PCR amplified using plasmid T5 as a template and primers CFIN-9F (5'-CTA GGATCC CGTTCTTTTGTTCTTCACT ATTAA) and CFIN-9R (5'-CTAG GGTTACC GAAGTAAAACCATACTTATTAG, underlined restriction sites), BamHI and Digested with BstEII and cloned in place of BHCG6 intron 1 of pc3.1lacZ-T2 plasmid. pc3.1lacZCF9m expresses defective lacZ pre-mRNA, but is identical to pc3.1lacZCF9 except that it contains two nonsense codons in-frame within the 3 ′ exon (FIG. 37A). pc3.1lacZHCG1m is a chimeric target, including lacZ 5 ′ exon, followed by intron 1 and exon 2 of βHCG6. This is similar to pc3.1lacZCF9m except that it contains exon 2 of βHCG6 instead of the mutant lacZ 3 ′ exon. BetaHCG6 exon 2, BetaHCG6 plasmid as template DNA (accession number X00266) and primer HCGEx-2F (5'-GCAT GGTTACC CTGCAGGGGCTGCTGCTGTTGCTG) and HCGEx-2R (5'-CTGA AAGCTT GTTAACCAGCTCACCATGGTGGGGCAG, underlined restriction sites) using PCR amplified, digested with BstEII and HindIII, and cloned to replace the lacZ 3 ′ exon of pc3.1lacZCF9m. Plasmids pcDNA3.1 / HisB / lacZ (Invitrogen, Carlsbad, Calif.) Were used as DNA templates to generate 5 ′ and 3 ′ lacZ exons. The lacZ 5 ′ exon is 1788 bp long and has an ATG start codon, and the lacZ 3 ′ exon (not including the stop codon) is 1385 bp long and has a transcription termination signal at the end of the 3 ′ exon. CFTR miniintron 9 and βHCG6 intron 1 are 548 bp and 352 bp in size, respectively, and both have 5 ′ and 3 ′ splice signals. Exon 2 of βHCG6 is 162 bp long and has a transcription termination signal at the end of the exon.

プレトランススプライシング分子(PTM): PTM-CF14はトランススプライシングドメインのマイナーな改変を有する、pcPTM1と同様の形態のものである(図37B)。PTM-CF14は線状形態であり、CFTRミニイントロン9に相補的な23bpのアンチセンス結合ドメイン(BD)(5'-ACCCATCATTATTAGGTCATTAT)、18bpのスペーサー、標準的な分岐点配列(UACUAAC; BP)および延長されたポリピリミジントラクト(PPT)、それに続き通常のlacZ 3'エキソンを含む。PTM-CF22、PTM-CF24、PTM-CF26およびPTM-CF27はBDの長さが異なること以外はPTM-CF14と同一である(図37B)。sPTM-CF18は32bpのBDを有し、またsPTM-CF22およびsPTM-CF24はそれぞれPTM-CF22およびPTM-CF24と同じBDを含む。これらのPTMでは、PTMの3’スプライス部位をマスクするために分子内ステムループ構造(「セーフティー」)を作り出すように結合ドメインを改変した。種々の結合ドメインは、特異的プライマー(唯一のNheIおよびSacII部位を含む)および鋳型としてCFTRミニイントロン9を含むプラスミドを用いるPCR増幅によって作製した。PCR産物はNhe IおよびSac IIで消化し、そしてそれを、スペーサー配列、3'スプライスエレメント(BP、PPTおよびアクセプターAGジヌクレオチド)、それに続く通常のlacZ 3'エキソンからなるPTMプラスミド中へクローニングした。   Pre-trans-splicing molecule (PTM): PTM-CF14 is of the same form as pcPTM1 with minor modifications of the trans-splicing domain (FIG. 37B). PTM-CF14 is a linear form, 23 bp antisense binding domain (BD) complementary to CFTR miniintron 9 (5'-ACCCATCATTATTAGGTCATTAT), 18 bp spacer, standard branch point sequence (UACUAAC; BP) and Contains an extended polypyrimidine tract (PPT) followed by a normal lacZ 3 'exon. PTM-CF22, PTM-CF24, PTM-CF26 and PTM-CF27 are the same as PTM-CF14 except that the lengths of the BDs are different (FIG. 37B). sPTM-CF18 has a 32 bp BD, and sPTM-CF22 and sPTM-CF24 contain the same BD as PTM-CF22 and PTM-CF24, respectively. In these PTMs, the binding domain was modified to create an intramolecular stem-loop structure (“safety”) to mask the 3 ′ splice site of the PTM. The various binding domains were generated by PCR amplification using specific primers (including unique NheI and SacII sites) and a plasmid containing CFTR miniintron 9 as a template. The PCR product was digested with Nhe I and Sac II and cloned into a PTM plasmid consisting of a spacer sequence, 3 'splice elements (BP, PPT and acceptor AG dinucleotide) followed by a normal lacZ 3' exon. .

11.1.3. プラスミドDNAの293T細胞へのトランスフェクション
トランスフェクション前日に1 x 106 個の293T細胞を、細胞の接着を高めるためにポリ-D-リジンでコーティングした60mmプレート(Sigma, St. Louis, MO)にプレーティングし、37℃で24時間増殖させた。標準的なプロトコールに従い、リポフェクタミンプラス試薬(Life Technologies, Bethesda, MD)を用い、細胞を発現プラスミドでトランスフェクトした。典型的な同時トランスフェクションでは、2μgのpc3.1lacZCF9m標的および1.5μg のPTM発現プラスミドを細胞中にトランスフェクトし、また対照(標的およびPTM単独トランスフェクション)としてはpcDNA3.1ベクターを用い、全DNA濃度を3.5μgに標準化した。
11.1.3. Transfection of plasmid DNA into 293T cells The day before transfection, 1 x 10 6 293T cells were coated with poly-D-lysine-coated 60 mm plates (Sigma, St. Louis to enhance cell adhesion). , MO) and grown at 37 ° C. for 24 hours. Cells were transfected with the expression plasmid using Lipofectamine Plus reagent (Life Technologies, Bethesda, MD) according to standard protocols. In a typical cotransfection, 2 μg of pc3.1lacZCF9m target and 1.5 μg of PTM expression plasmid are transfected into the cells, and pcDNA3.1 vector is used as a control (target and PTM alone transfection) and total DNA The concentration was standardized to 3.5 μg.

トランスフェクションの48時間後、プレートをPBSですすぎ、細胞を回収し、マスターピュア(Master Pure) RNA/DNA精製キット(Epicenter Technologies, Madison, WI)を用いて全RNAまたは全DNAを単離した。RNA調製物中の夾雑DNAはDNアーゼIで処理することによって除去し、一方、DNA調製物中の夾雑RNAは37℃で30〜45分間RNアーゼAで消化することによって除去した。   Forty-eight hours after transfection, plates were rinsed with PBS, cells were harvested, and total RNA or total DNA was isolated using a Master Pure RNA / DNA purification kit (Epicenter Technologies, Madison, Wis.). Contaminated DNA in the RNA preparation was removed by treatment with DNase I, while contaminating RNA in the DNA preparation was removed by digestion with RNase A at 37 ° C. for 30-45 minutes.

11.1.4. 逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT-PCR)
EZrTth RNA PCRキット(Perkins-Elmer, Foster City, CA)を用い、製造業者が示したようにしてRT-PCRを行った。典型的な反応(50μl)には25〜500ngの全RNA、100ngの5'標的特異的プライマー(シスおよびトランススプライシング産物に共通)(Las-9F, 5'-GATCAAATCTGTCGATCCTTCC)および100ngの3'プライマー(Las-3R, 5'-CTGATCCACCCAGTCCCATTA、シススプライシングのための標的特異的プライマー;およびLac-5R、5'-GACTGATCCACCCAGTCCCAGA、トランススプライシングのためのPTM特異的プライマー)、1×逆転写バッファー(100mM Tris-HCl, pH8.3, 1 mM MnC12を含む900mM KCL)、200μM dNTPsおよび10単位のrTth DNAポリメラーゼを含めた。RT反応では、60℃にて45分の後、94℃にて30秒の予熱、次いで94℃にて18秒と60℃にて1分のアニーリングおよび伸長とのPCR増幅25〜35サイクル、その後70℃にて7分の最終伸長を行った。反応生成物はアガロースゲル電気泳動によって解析した。
11.1.4. Reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR)
RT-PCR was performed using the EZrTth RNA PCR kit (Perkins-Elmer, Foster City, CA) as indicated by the manufacturer. A typical reaction (50 μl) includes 25-500 ng total RNA, 100 ng 5 ′ target specific primer (common to cis and trans splicing products) (Las-9F, 5′-GATCAAATCTGTCGATCCTTCC) and 100 ng 3 ′ primer ( Las-3R, 5'-CTGATCCACCCAGTCCCATTA, target-specific primer for cis-splicing; and Lac-5R, 5'-GACTGATCCACCCAGTCCCAGA, PTM-specific primer for trans-splicing), 1x reverse transcription buffer (100 mM Tris-HCl , pH8.3, 900mM KCL) containing 1 mM MnC1 2, including the rTth DNA polymerase of 200 [mu] M dNTPs and 10 units. For RT reactions, 45 minutes at 60 ° C followed by 30 seconds pre-heating at 94 ° C, then PCR amplification 25-35 cycles with annealing and extension at 94 ° C for 18 seconds and 60 ° C for 1 minute, A final extension at 70 ° C. for 7 minutes was performed. The reaction product was analyzed by agarose gel electrophoresis.

11.1.5. タンパク質の調製およびβgalアッセイ
発現プラスミドでトランスフェクトした細胞から、凍結解凍法にて全細胞タンパク質を単離し、β-galアッセイキット(Invitrogen, Carlsbad, CA)を用いてβ-ガラクトシダーゼ活性をアッセイした。タンパク質濃度は、Bio-Radタンパク質アッセイ試薬(BIO-RAD, Hercules, CA)を用いた色素結合アッセイによって測定した。
11.1.5. Protein preparation and total cell protein isolated from cells transfected with βgal assay expression plasmid by freeze-thawing and β-galactosidase activity using β-gal assay kit (Invitrogen, Carlsbad, CA) Were assayed. Protein concentration was determined by a dye binding assay using Bio-Rad protein assay reagent (BIO-RAD, Hercules, CA).

11.1.6. ウエスタンブロット
約5〜25μgの全タンパク質を7.5% SDS-PAGEゲル上で電気泳動に付し、さらにPVDF-P膜(Millipore)へエレクトロブロッティングした。室温で1時間ブロッキングした後(ブロッキングバッファー:1×PBS中、5%のドライミルクおよび0.1%のTween-20)、そのブロットを室温で1時間、ポリクローナルウサギ抗β-ガラクトシダーゼ抗体(Research Diagnostics Inc., NJ)の1:2500希釈液とともにインキュベートし、ブロッキングバッファーで3回洗浄し、次に、1:5000希釈の抗ウサギHRPコンジュゲート二次抗体とともにインキュベートした。室温で1時間インキュベートした後、ブロッキングバッファー中で3回洗浄し、ECL PLusウェスタンブロッティング試薬(Amersham Pharmacia Biotech, Piscataway, NJ)を用いて呈色させた。
11.1.6. Western blot Approximately 5-25 μg of total protein was electrophoresed on a 7.5% SDS-PAGE gel and further electroblotted onto a PVDF-P membrane (Millipore). After blocking for 1 hour at room temperature (blocking buffer: 5% dry milk and 0.1% Tween-20 in 1 × PBS), the blot was polyclonal rabbit anti-β-galactosidase antibody (Research Diagnostics Inc. , NJ) with a 1: 2500 dilution, washed three times with blocking buffer, and then incubated with a 1: 5000 dilution of anti-rabbit HRP-conjugated secondary antibody. After incubation at room temperature for 1 hour, the cells were washed three times in blocking buffer and developed with ECL PLus Western blotting reagent (Amersham Pharmacia Biotech, Piscataway, NJ).

11.1.7. in situ β-gal染色
β-gal染色キット(Invitrogen, Carlsbad, CA)を用い、細胞の機能的β-ガラクトシダーゼの発現をモニタリングした。β-gal陽性細胞のパーセンテージは、無作為に選択した5〜10個の視野で染色細胞 対 非染色細胞を算出することによって求めた。
11.1.7. In situ β-gal staining Cells were monitored for functional β-galactosidase expression using a β-gal staining kit (Invitrogen, Carlsbad, Calif.). The percentage of β-gal positive cells was determined by calculating stained versus unstained cells in 5-10 randomly selected fields.

11.1.8. 内因性欠陥型lacZプレmRNA標的を発現するネオマイシン耐性クローンの選択
1日目に1 x 106個の293細胞を60mmプレートにプレーティングして37℃で24時間増殖させた。2日目、上記のようにリポフェクタミンプラス・トランスフェクション試薬を用い、2μgのpc3.1lacZCF9mで細胞をトランスフェクトした。トランスフェクションの48時間後、0.5mg/mlのG418を含有する培地中に細胞を希釈し(1:20の比率)、増殖させた。2週間終了時、ネオマイシン耐性コロニーを選択し、プールして増殖させて、常にG418の存在下で維持した。
11.1.8. Selection of neomycin resistant clones expressing endogenous defective lacZ pre-mRNA target
On day 1, 1 × 10 6 293 cells were plated on 60 mm plates and grown at 37 ° C. for 24 hours. On the second day, cells were transfected with 2 μg of pc3.1lacZCF9m using Lipofectamine plus transfection reagent as described above. Forty-eight hours after transfection, cells were diluted (1:20 ratio) in medium containing 0.5 mg / ml G418 and grown. At the end of 2 weeks, neomycin resistant colonies were selected, pooled and expanded and always maintained in the presence of G418.

11.2. 結果
細胞におけるスプライセオソームにより媒介されるRNAトランススプライシングについての容易で用途の広い解析を可能とするモデル系を開発した。細菌lacZ遺伝子を嚢胞性繊維症膜貫通コンダクタンス調節タンパク質(CFTR)遺伝子由来の末端切断型イントロン9で分断した(図37A)。この分断lacZ遺伝子は、それをヒト293T細胞へ導入したところ、適切なスプライシングが可能なlacZプレmRNAの合成を誘導した。このlacZ遺伝子のオープンリーディングフレームを、第2のエキソンの5’末端付近に2つのナンセンスコドンをイン・フレームで挿入することにより変異させた(図37A)。このlacZ遺伝子はlacZCF9mと呼ぶ。293T細胞においてlacZCF9mは、酵素活性を持たない末端切断型β-ガラクトシダーゼ(β-gal)タンパク質をコードするlacZCF9mプレmRNAの合成を誘導した。lacZCF9m遺伝子を有する細胞は、機能喪失型突然変異によって引き起こされる遺伝病のモデル系となる。
11.2. Results We developed a model system that allows easy and versatile analysis of spliceosome-mediated RNA trans-splicing in cells. The bacterial lacZ gene was cleaved with a truncated intron 9 derived from the cystic fibrosis transmembrane conductance regulatory protein (CFTR) gene (FIG. 37A). This split lacZ gene, when introduced into human 293T cells, induced the synthesis of lacZ pre-mRNA capable of proper splicing. The open reading frame of this lacZ gene was mutated by inserting two nonsense codons in-frame near the 5 ′ end of the second exon (FIG. 37A). This lacZ gene is called lacZCF9m. In 293T cells, lacZCF9m induced the synthesis of lacZCF9m pre-mRNA encoding a truncated β-galactosidase (β-gal) protein without enzymatic activity. Cells carrying the lacZCF9m gene serve as a model system for genetic diseases caused by loss-of-function mutations.

プレトランススプライシング分子(PTM)は、lacZCF9mプレmRNAとのトランススプライシングを起こして、2つのナンセンスコドンによって引き起こされる突然変異を修復するように、デザインした。23、91および153個のヌクレオチド(nt)にわたる結合ドメインを有するPTMを構築し、これらをPTM-CF14、PTM-CF22およびPTM-CF24と呼称した(図37B)。PTM-CF24結合ドメインは、標的CFTR遺伝子イントロン9の153個の連続するヌクレオチドとは結合せず、むしろ27および126個のヌクレオチドの相補領域間に存在する標的において47個のヌクレオチドのループを作る(図37B)。これらのPTMはlacZCF9mによって作り出された欠陥を修復するものと推定された(図37C)。   A pretrans-splicing molecule (PTM) was designed to trans-splice with the lacZCF9m pre-mRNA to repair mutations caused by two nonsense codons. PTMs with binding domains spanning 23, 91 and 153 nucleotides (nt) were constructed and designated PTM-CF14, PTM-CF22 and PTM-CF24 (FIG. 37B). The PTM-CF24 binding domain does not bind to the 153 contiguous nucleotides of the target CFTR gene intron 9, but rather creates a 47 nucleotide loop in the target that lies between the complementary region of 27 and 126 nucleotides ( FIG. 37B). These PTMs were presumed to repair defects created by lacZCF9m (FIG. 37C).

半定量的RT-PCR解析を用い、長い標的結合ドメインを有するPTMによって媒介されるトランススプライシングの効率を調べた。トランススプライシングによるlacZCF9m転写物の修復は、PTMと標的(lacZCF9m)プラスミドとの同時トランスフェクション、または内因性プレmRNAとして標的を発現するよう改変された細胞のトランスフェクションという、2つの異なる方法で調べた。PTMをコードするプラスミドをlacZCF9mプラスミドと同時トランスフェクトすることは、前者をその効率についてスクリーニングするための容易な方法であった。半定量的RT-PCRアッセイにおいてPTM-CF22およびPTM-CF24はPTM-CF14よりもおよそ3倍および10倍効率がよく、このことはmRNA修復の著しい向上を示している(図38)。RT-PCR産物の配列決定を行ったところ、トランススプライシングは正確であり、その結果として標的およびPTMに由来するエキソンが適切に連結されることが示された。さらに、PTMの3’スプライス部位における重要なシス作用エレメントの突然変異は、トランススプライシングを妨げた。これらのアッセイおよび本明細書に記載のその他の全てのアッセイでは、DNAレベルの組換えを除外するために対照実験を行った。このように、lacZCF9m転写物の修復は、標的RNAトランススプライシングの結果であった。   Semi-quantitative RT-PCR analysis was used to examine the efficiency of PTM-mediated trans-splicing with a long target binding domain. Repair of lacZCF9m transcripts by trans-splicing was investigated in two different ways: co-transfection of PTM with the target (lacZCF9m) plasmid or transfection of cells modified to express the target as endogenous pre-mRNA. . Co-transfecting a plasmid encoding PTM with the lacZCF9m plasmid was an easy way to screen the former for its efficiency. PTM-CF22 and PTM-CF24 are approximately 3 and 10 times more efficient than PTM-CF14 in the semi-quantitative RT-PCR assay, indicating a significant improvement in mRNA repair (Figure 38). Sequencing of the RT-PCR product showed that trans-splicing was correct, resulting in proper ligation of the target and exons from the PTM. Furthermore, mutations in key cis-acting elements in the 3 'splice site of PTM prevented trans-splicing. In these assays and all other assays described herein, control experiments were performed to rule out DNA level recombination. Thus, repair of the lacZCF9m transcript was the result of target RNA trans-splicing.

PTM-CF14、PTM-CF22またはPTM-CF24の、内因性lacZCF9m遺伝子を有する293細胞へのトランスフェクションにより、標的結合ドメインが長いほど効率の高いPTMとなることが確認された(図38B)。同等レベルのRT-PCRトランススプライシング特異的産物が、PTM-CF24およびPTM-CF14のそれぞれについて30サイクルおよび35サイクルのPCRの後に得られた。従ってこのデータは、長い結合ドメインを有するPTMが、これまでに報告されたPTMよりも少なくとも1桁は高いレベルでlacZCF9m転写物を修復したことを示している。   Transfection of PTM-CF14, PTM-CF22 or PTM-CF24 into 293 cells with the endogenous lacZCF9m gene confirmed that the longer the target binding domain, the more efficient PTM is (FIG. 38B). Equivalent levels of RT-PCR trans-splicing specific products were obtained after 30 and 35 cycles of PCR for PTM-CF24 and PTM-CF14, respectively. Thus, this data indicates that PTMs with long binding domains repaired the lacZCF9m transcript at a level at least an order of magnitude higher than previously reported PTMs.

10個のlacZCF9mのうち1を超えるものがトランススプライシングによって修復されうる。定量的リアルタイムPCRを用いて、長い結合ドメインを有するPTMによって修復されたlacZCF9m転写物の割合を測定した。これらの実験において上記の同時トランスフェクションアッセイを用いた。23ヌクレオチドの結合ドメインを含むPTM-CF14は、293T細胞では1.2〜1.6%、H1299ヒト肺癌細胞では2.1%のlacZCF9m RNAを修復することが示された。153ヌクレオチドの長い結合ドメインを有するPTM-CF24は、著しく効率が高く、293T細胞では12.1〜15.2%、H1299 細胞では19.7%のlacZCF9m RNAを修正した。結果としてこれはlacZCF9m mRNAのレベルにおける測定可能な低下をもたらした。また、これらのデータから、このRT-PCRアッセイの、シススプライシング産物であるlacZCF9m mRNAと、トランススプライシング産物である修復されたlacZCF9m mRNAとを識別することができる顕著な能力も確認された。これは、トランススプライシングにより媒介されるmRNA修復効率のRNAレベルでのはじめての真の定量である。これらのデータから、上記に示された半定量的RT-PCR解析の示唆が確認される。同様の実験を内因性lacZCF9mプレmRNA標的を発現する293細胞を用いて行った。上記で示されたデータと一致するように、PTM-CF24はPTM-CF14よりも10倍効率がよく、このPTM-CF24は内因性lacZCF9m転写物の1.3〜4.1%を修正する。これらのデータから、PTMの長さを増大させるとトランススプライシング効率に著しい増加がもたらされることが確認される。   More than 1 out of 10 lacZCF9m can be repaired by trans-splicing. Quantitative real-time PCR was used to determine the percentage of lacZCF9m transcript repaired by PTM with a long binding domain. The co-transfection assay described above was used in these experiments. PTM-CF14, containing a 23 nucleotide binding domain, was shown to repair lacZCF9 mRNA in 1.2-1.6% in 293T cells and 2.1% in H1299 human lung cancer cells. PTM-CF24, which has a long binding domain of 153 nucleotides, was significantly more efficient, correcting 12.1 to 15.2% in 293T cells and 19.7% in lacZCF9 mRNA in H1299 cells. As a result this resulted in a measurable decrease in the level of lacZCF9m mRNA. These data also confirmed the remarkable ability of this RT-PCR assay to distinguish between the cis-spliced product lacZCF9m mRNA and the trans-spliced product repaired lacZCF9m mRNA. This is the first true quantification of mRNA repair efficiency mediated by trans-splicing at the RNA level. These data confirm the suggestion of the semi-quantitative RT-PCR analysis shown above. Similar experiments were performed with 293 cells expressing the endogenous lacZCF9m pre-mRNA target. Consistent with the data shown above, PTM-CF24 is 10 times more efficient than PTM-CF14, which corrects 1.3-4.1% of the endogenous lacZCF9m transcript. These data confirm that increasing the length of the PTM results in a significant increase in trans-splicing efficiency.

トランススプライシングにより媒介されるmRNAの修復は活性β-ガラクトシダーゼの合成をもたらす。細胞レベルでのmRNAの修復の成功の最終的な基準は活性タンパク質の産生である。ウェスタンアッセイを用い、トランススプライシングの結果として全長β-galが産生されたことを確認した。lacZCF9mまたはPTM-CF24をコードするプラスミドで293T細胞をトランスフェクトした後には、全長β-galは認められなかった。しかし、両プラスミドの同時トランスフェクションの結果、全長β-galタンパク質が活発に産生され、このことは抗β-gal抗血清を用いて容易に検出された(図39)。この結果は酵素活性データを補完するものであり、その酵素活性データが末端切断型β-galタンパク質の補充によるものではなかったことを示唆している。ウェスタンブロット解析では、293T細胞において全長β-galタンパク質はトランススプライシングによって生成されたものであることが明らかになり、さらに、長い結合ドメインを有するPTMが効率的にスプライシングされたことも確認された。   MRNA repair mediated by trans-splicing results in the synthesis of active β-galactosidase. The final criterion for successful repair of mRNA at the cellular level is the production of active protein. A Western assay was used to confirm that full-length β-gal was produced as a result of trans-splicing. Full length β-gal was not observed after 293T cells were transfected with plasmids encoding lacZCF9m or PTM-CF24. However, co-transfection of both plasmids resulted in the active production of full-length β-gal protein, which was easily detected using anti-β-gal antiserum (FIG. 39). This result complements the enzyme activity data, suggesting that the enzyme activity data was not due to supplementation of the truncated β-gal protein. Western blot analysis revealed that full-length β-gal protein was generated by trans-splicing in 293T cells, and further confirmed that PTMs with long binding domains were efficiently spliced.

β-gal mRNAの適切な修復および全長β-galタンパク質の合成は活性酵素の産生をもたらすはずである。実際、lacZCF9mおよびPTM-CF24で同時トランスフェクトされた293T細胞はin situ(図40A)または抽出物(図40B)のいずれかで測定した場合にβ-gal活性を有することが示された。この活性は標的プレmRNAおよびPTMの間のトランススプライシングによるものであることが示された。さらに定量的液相アッセイでは、上記に示されたデータがさらに確認され、すなわち、PTM-CF22およびPTM-CF24はPTM-CF14よりもそれぞれ2.9倍および9.3倍効率が高かった。しかし、最も顕著であったのは、安定な内因性遺伝子としてlacZCF9mを有する293T細胞を用いた場合の結果であった。これらの細胞をPTM-CF14でトランスフェクトした際、得られたβ-gal活性のレベルはかろうじてバックグラウンドを超えるものであった。しかし、PTM-CF24でのトランスフェクションは相当なレベルのβ-gal活性をもたらした(図40C)。これは全長β-galタンパク質の出現と並行して行った。これらのデータは、突然変異したプレmRNAを修復するトランススプライシング効率の大幅な上昇を示す。実際、グループIリボザイムまたはトランススプライシングのいずれかによる哺乳動物細胞における内因性RNAの修復についての先行する報告は全て、RT-PCRを用いて低レベルの修復の徴候を記載しているに過ぎない。   Proper repair of β-gal mRNA and synthesis of full-length β-gal protein should result in the production of active enzyme. Indeed, 293T cells co-transfected with lacZCF9m and PTM-CF24 were shown to have β-gal activity when measured either in situ (FIG. 40A) or extract (FIG. 40B). This activity was shown to be due to trans-splicing between the target pre-mRNA and PTM. In addition, the quantitative liquid phase assay further confirmed the data presented above, ie, PTM-CF22 and PTM-CF24 were 2.9-fold and 9.3-fold more efficient than PTM-CF14, respectively. However, the most remarkable result was obtained when 293T cells having lacZCF9m as a stable endogenous gene were used. When these cells were transfected with PTM-CF14, the level of β-gal activity obtained was barely above background. However, transfection with PTM-CF24 resulted in significant levels of β-gal activity (FIG. 40C). This was done in parallel with the appearance of full-length β-gal protein. These data show a significant increase in trans-splicing efficiency to repair the mutated pre-mRNA. Indeed, all previous reports on the repair of endogenous RNA in mammalian cells, either by group I ribozymes or trans-splicing, have only described signs of low level repair using RT-PCR.

極めて長い結合ドメインを有するPTMは特異性が高い。結合ドメイン内の二次構造はHeLa核抽出物においてPTMの特異性を高めうることが示された。トランススプライシング反応の特異性をin vivoにて確認するため、非特異的反応のリポーターとして機能しうる第2の標的遺伝子を調製した。この遺伝子はlacZHCG1mと呼ばれ、lacZCF9mと第1エキソンを共有している。lacZHCG1mのイントロンはヒト絨毛性ゴナドトロピン遺伝子6(βhCG6)のβ-サブユニットのイントロン1であり、第2エキソンは同じ遺伝子のエキソン2である。lacZHCG1mは、正確にスプライシングされることにより全長β-galをコードしないキメラmRNAを生じるプレmRNAの合成を駆動する(下記参照)。PTM-CF14、PTM-CF22およびPTM-CF24は、これらのPTMおよび標的遺伝子中の結合ドメイン間に相補性が認められないため、lacZHCG1mプレmRNAへはターゲッティングされない。ゆえに、これらのPTMとlacZHCG1mプレmRNAとの間のトランススプライシングはいずれも非特異的である(図41A)。   PTMs with very long binding domains are highly specific. It was shown that the secondary structure within the binding domain can enhance the specificity of PTM in HeLa nuclear extract. In order to confirm the specificity of the trans-splicing reaction in vivo, a second target gene that can function as a reporter for non-specific reaction was prepared. This gene is called lacZHCG1m and shares the first exon with lacZCF9m. The intron of lacZHCG1m is intron 1 of the β-subunit of human chorionic gonadotropin gene 6 (βhCG6), and the second exon is exon 2 of the same gene. lacZHCG1m drives the synthesis of a pre-mRNA that is correctly spliced to yield a chimeric mRNA that does not encode full-length β-gal (see below). PTM-CF14, PTM-CF22 and PTM-CF24 are not targeted to the lacZHCG1m pre-mRNA because there is no complementarity between the binding domains in these PTMs and target genes. Therefore, all of the splicing between these PTM and lacZHCG1m pre-mRNA is nonspecific (FIG. 41A).

293T細胞をPTM-CF14、PTM-CF22またはPTM-CF24でトランスフェクトし、非特異的トランススプライシングのレベルをRT-PCRおよび液相β-galアッセイにより測定した。半定量的RT-PCRにより、PTM-CF24は、lacZHCG1mプレmRNAとのトランススプライシングを、PTM-CF14と比べて非常に起こしにくいことが示唆された。β-gal活性の測定から確認されることであるが、lacZHCG1mとPTM-CF24とで同時トランスフェクトされた細胞は、lacZHCG1mとPTM-CF14で同時トランスフェクトされたものよりも3.7倍低減されたβ-galしか生じなかった(図41C)。これらのデータを基に、PTM-CF24は非特異的標的よりもその標的に対してトランススプライシングを起こす頻度が50倍高いと見積もられた。PTM-CF24の「セーフティー」形態であるsPTM-CF24はそれ以上の特異性をもたらさなかった(図41C)。しかしやはり、より短い結合ドメインを有するPTMに関しては、結合ドメインを含む「セーフティー」ステムはin vivoにおける特異性を高めることが分かった(図41C)。これらのデータから、長い結合ドメインは効率が高いだけでなく特異性も高いPTMをもたらすものと結論された。   293T cells were transfected with PTM-CF14, PTM-CF22 or PTM-CF24 and the level of non-specific trans-splicing was measured by RT-PCR and liquid phase β-gal assay. Semi-quantitative RT-PCR suggested that PTM-CF24 is much less prone to trans-splicing with lacZHCG1m pre-mRNA than PTM-CF14. As confirmed by measurement of β-gal activity, cells co-transfected with lacZHCG1m and PTM-CF24 were 3.7 times less β than those co-transfected with lacZHCG1m and PTM-CF14. Only -gal occurred (Figure 41C). Based on these data, PTM-CF24 was estimated to be 50 times more likely to cause trans-splicing to that target than to a non-specific target. SPTM-CF24, a “safety” form of PTM-CF24, did not provide further specificity (FIG. 41C). However, again, for PTMs with shorter binding domains, a “safety” stem containing the binding domain was found to increase specificity in vivo (FIG. 41C). From these data, it was concluded that long binding domains result in PTMs that are not only highly efficient but also highly specific.

長い結合ドメインがPTMの特異性を高めたという観察結果は、極めて長い結合ドメイン(>200nt)が識別能もさらに高めうることを示唆した。それぞれ200ヌクレオチドおよび411ヌクレオチドにわたる結合ドメインを有するPTM-CF26および-CF27をコードするプラスミドを構築し、lacZHCG1mプラスミドとともに同時トランスフェクトした。これら2つのPTMの非特異的トランススプライシングは、RT-PCRでかろうじて検出される程度のものであった(図41B)。β-galアッセイによって測定した場合、PTM-CF26およびPTM-CF27は非特異的トランススプライシング活性を最小限しか有していなかった(図41C)。液相β-galアッセイによって測定した場合のlacZCF9mとの特異的トランススプライシング反応では、PTM-CF26はPTM-CF14と同等の活性であった(図41B)。PTM-CF26は非特異的標的(lacZHCG1m)に対するよりも特異的標的(lacZCF9m)に対してトランススプライシングを起こす頻度が80倍高いと見積もられた。ゆえに、極めて長い結合ドメインを含むことにより、これらのPTMには極めて高い特異性が付与される。   The observation that long binding domains increased the specificity of PTM suggested that very long binding domains (> 200 nt) could further enhance discrimination. Plasmids encoding PTM-CF26 and -CF27 with binding domains spanning 200 and 411 nucleotides, respectively, were constructed and co-transfected with the lacZHCG1m plasmid. Nonspecific trans-splicing of these two PTMs was barely detectable by RT-PCR (Figure 41B). PTM-CF26 and PTM-CF27 had minimal non-specific trans-splicing activity as measured by β-gal assay (FIG. 41C). In a specific trans-splicing reaction with lacZCF9m as measured by liquid phase β-gal assay, PTM-CF26 was as active as PTM-CF14 (FIG. 41B). PTM-CF26 was estimated to be 80 times more likely to trans-splice against a specific target (lacZCF9m) than to a non-specific target (lacZHCG1m). Thus, including very long binding domains confers very high specificity to these PTMs.

12. 実施例: 3’エキソン置換を用いた因子VIII遺伝子の修復
血友病は血液凝固因子の1つが欠損することによって起こる出血性疾患である。血友病Aは全症例の約80%を占め、凝固因子VIIIの欠損である。以下の節ではスプライセオソームにより媒介されるトランススプライシングを用いた凝固因子VIII遺伝子の修復の成功について記載し、遺伝子治療を用いた因子VIIIの修復の実現可能性を示す。
12. Example: Repair of factor VIII gene with 3 'exon replacement Hemophilia is a bleeding disorder caused by a deficiency of one of the blood clotting factors. Hemophilia A accounts for about 80% of all cases and is deficient in coagulation factor VIII. The following sections describe the successful repair of the coagulation factor VIII gene using spliceosome-mediated trans-splicing and demonstrate the feasibility of repair of factor VIII using gene therapy.

マウス因子VIII PTMのコード領域(エキソン16〜24)を、指向性クローニングのための唯一の制限部位を含むプライマーを用いてcDNAプラスミド鋳型からPCR増幅した。PCR産物は全て、クローン化Pfu DNAポリメラーゼ(Stratagene, La Jolla, CA)を用いて作製した。EcoRVおよびPmeI制限部位を用いてコード配列をpc3.1DNA(-)へクローニングした。結合ドメイン(BD)は、鋳型としてゲノムDNAを用い、PCRにより作製した。プライマーは指向性クローニングのための唯一の制限部位を含んでいた。このPCR産物を、NheIおよびSacII制限部位を用いて既存のPTMプラスミド(PTM-CF24、pc3.1DNA)へクローニングした。このプラスミドはすでに、スペーサー配列、ポリピリミジントラクト(PPT)、分岐点(BP)および3'受容部位を含む残りのTSDエレメントを含んでいた。次にこのTSD全体を因子VIII PTMコード配列を含有するベクター(上記のもの)へサブクローニングした。最後に、別個のプラスミドクローンに由来するウシ成長ホルモン3’非翻訳配列を、PmeIおよびBamHI制限部位を用いて上記PTMへサブクローニングした。   The coding region of murine factor VIII PTM (exons 16-24) was PCR amplified from a cDNA plasmid template with primers containing a unique restriction site for directional cloning. All PCR products were generated using cloned Pfu DNA polymerase (Stratagene, La Jolla, CA). The coding sequence was cloned into pc3.1DNA (-) using EcoRV and PmeI restriction sites. The binding domain (BD) was prepared by PCR using genomic DNA as a template. The primer contained a unique restriction site for directional cloning. This PCR product was cloned into an existing PTM plasmid (PTM-CF24, pc3.1DNA) using NheI and SacII restriction sites. This plasmid already contained the rest of the TSD element including the spacer sequence, polypyrimidine tract (PPT), branch point (BP) and 3 ′ acceptor site. The entire TSD was then subcloned into a vector containing the factor VIII PTM coding sequence (above). Finally, bovine growth hormone 3 'untranslated sequences from separate plasmid clones were subcloned into the PTM using PmeI and BamHI restriction sites.

この構築物全体を配列決定した後、ありうる多義的スプライシングをRT-PCRによってアッセイし、次に、XhoIおよびBamHI制限部位を用いてAAVプラスミドpDLZ20-M2へサブクローニングした(Chaoら, 2000, Gene Therapy 95:1594-1599; FlotteおよびCarter, 1998, Methods Enzymol., 292:717-32)。いくつかのウイルス(および非ウイルス)送達系では、治療薬のサイズが重要となる。アデノ随伴ウイルスなどのウイルスベクターは、(i)広範な宿主範囲を有する非病原性ウイルスであること、(ii)アデノウイルスベクターに比べて炎症性応答が低いこと、および(iii)分裂中の細胞にも非分裂細胞にも感染可能であることから好ましい。しかし、rAAVのパッケージング能は野生型ゲノムの大きさのおよそ110%、すなわち約4.9kBに限られていることから、プロモーターおよびエンハンサーなどの大きな調節エレメントの余地が小さい。B-ドメイン欠失ヒト因子VIIIがAAVのパッケージングサイズに近いことから、トランススプライシングはより小さな導入遺伝子を送達する可能性を付与するとともに調節エレメントの付加を可能とする。   After sequencing the entire construct, possible ambiguous splicing was assayed by RT-PCR and then subcloned into AAV plasmid pDLZ20-M2 using XhoI and BamHI restriction sites (Chao et al., 2000, Gene Therapy 95 : 1594-1599; Flotte and Carter, 1998, Methods Enzymol., 292: 717-32). In some viral (and non-viral) delivery systems, the size of the therapeutic agent is important. Viral vectors, such as adeno-associated viruses, are (i) non-pathogenic viruses with a broad host range, (ii) have a lower inflammatory response compared to adenoviral vectors, and (iii) dividing cells And non-dividing cells can be infected. However, the packaging capacity of rAAV is limited to approximately 110% of the wild-type genome size, ie about 4.9 kB, so there is little room for large regulatory elements such as promoters and enhancers. Since B-domain deleted human factor VIII is close to the packaging size of AAV, trans-splicing offers the possibility of delivering smaller transgenes and allows for the addition of regulatory elements.

XhoI PTMクローニング部位の上流にあるプレmRNAの多義的供与部位を除去するため、エキソン1の一部およびイントロン1配列の全体を含むオリジナルAAV構築物からおよそ170bpの配列を除去した(図44C参照)。   An approximately 170 bp sequence was removed from the original AAV construct containing part of exon 1 and the entire intron 1 sequence to remove the ambiguous donor site of the pre-mRNA upstream of the XhoI PTM cloning site (see FIG. 44C).

図44Dの修復モデルはエキソン1〜14、イントロン14、エキソン15、イントロン16、およびネオマイシン遺伝子インサートを含むエキソン16〜24からなるマウス因子VIIIプレmRNA標的(内因性遺伝子)の単純化モデルを示す。図に示されているPTMは、エキソン16〜24コード配列、ならびにそれ自身のスプライシングエレメント(供与部位、分岐点およびピリミジントラクト)および結合ドメインを有するトランススプライシングドメインからなる。結合ドメインの詳細は図44Aおよび44Bに示されている。この結合ドメインはイントロン15のスプライス部位およびエキソン16の一部(5'末端)に相補的である。   The repair model in FIG. 44D shows a simplified model of the mouse factor VIII pre-mRNA target (endogenous gene) consisting of exons 1-14, intron 14, exon 15, intron 16, and exons 16-24 containing the neomycin gene insert. The PTM shown in the figure consists of an exon 16-24 coding sequence and a trans-splicing domain with its own splicing elements (donor site, branch point and pyrimidine tract) and binding domain. Details of the binding domain are shown in FIGS. 44A and 44B. This binding domain is complementary to the splice site of intron 15 and part of exon 16 (5 ′ end).

遺伝子修復に3’エキソン置換を用いることの重要な利点は、(i)構築物が全長遺伝子構築物より小さな配列およびスペースしか必要とせず、それにより調節エレメントのためのスペースがより大きく残ること、(ii)SMaRTの修復が標的遺伝子を発現する細胞でしか起こらないことから、修復されたRNAの異所発現に関連する潜在的な問題がなくなるということである。   An important advantage of using 3 ′ exon replacement for gene repair is that (i) the construct requires less sequence and space than the full-length gene construct, thereby leaving more space for regulatory elements (ii) ) Since repair of SMaRT occurs only in cells that express the target gene, the potential problems associated with ectopic expression of the repaired RNA are eliminated.

因子VIII欠損マウスはノースカロライナ大学チャペルヒル校(University of North Carolina at Chapel Hil)の動物施設で維持した。プラスミドの注入に関しては、各マウスに鎮静剤を投与し、解剖顕微鏡下に置き、1cm垂直正中線腹部切開を行った。およそ100マイクログラムのPTMプラスミドDNAを含むリン酸緩衝生理食塩水を、肝臓門脈へ注入した。注入後1、2、3および20日の間隔で眼窩後方叢から採血し、コアテストアッセイ(Coatest assay)を用いて因子VIII活性をアッセイした。   Factor VIII deficient mice were maintained in an animal facility at the University of North Carolina at Chapel Hil. For plasmid injection, each mouse was administered a sedative and placed under a dissecting microscope and a 1 cm vertical midline abdominal incision was made. Phosphate buffered saline containing approximately 100 micrograms of PTM plasmid DNA was injected into the liver portal vein. Blood was drawn from the retro-orbital plexus at intervals of 1, 2, 3 and 20 days after injection and factor VIII activity was assayed using the Coatest assay.

マウスから採取した血液サンプルにおける因子VIIIの活性をコアテストアッセイと呼ばれる標準的な試験を用いてアッセイした。アッセイは製造業者の説明書に従って行った(Chromgenix AB, Milan, Italy)。因子VIIIノックアウトマウスにおける因子VIIIの修復を示すデータは図46に示されている。   The activity of factor VIII in blood samples taken from mice was assayed using a standard test called the core test assay. The assay was performed according to the manufacturer's instructions (Chromgenix AB, Milan, Italy). Data showing factor VIII repair in factor VIII knockout mice is shown in FIG.

ヒトにおける血友病Aの欠陥は、DNA全体の再配列、単一のDNA塩基の置換、欠失および挿入を含むいくつかのカテゴリーに大まかに分類される。エキソン1〜22(イントロンを含む)の逆位およびエキソン23〜26から離れた転座を伴うDNAの再配列は重篤な血友病Aの全症例の約40%の原因であることが確認されている。イヌ血友病Aモデルもまた、全体の再配列が非常に似ている。この突然変異は本発明者らのヒトおよびイヌ因子VIII PTMデザインの基礎として用いられる。   Hemophilia A defects in humans fall roughly into several categories, including whole DNA rearrangements, single DNA base substitutions, deletions and insertions. DNA rearrangement with inversion of exons 1-22 (including introns) and translocation away from exons 23-26 is confirmed to cause about 40% of all cases of severe hemophilia A Has been. The canine hemophilia A model is also very similar in overall rearrangement. This mutation is used as the basis for our human and canine factor VIII PTM design.

ヒト因子VIII PTMの構築方法は、異なるコード領域(エキソン23〜26)がヒトcDNAから増幅され、結合ドメインがヒトゲノム配列鋳型(全ゲノムDNAまたはゲノムクローン)から増幅され、さらに、修復された因子VIIIタンパク質を検出するのに用いるPTMではC末端FLAGタグが遺伝子工学的に操作されること以外は、マウスPTMに関して上記したものとよく似ている。スペーサー配列、ポリピリミジントラクト(PPT)、分岐点(BP)および3'受容部位を含むトランススプライシングドメインの残りのエレメントは既存のプラスミドから得る。必要があれば、PTM内の多義的スプライシングを排除するために結合ドメイン配列に変化を加える。最終的なPTMを同じマウスAAVプラスミドベクターpDLZ20-M2へサブクローニングし、このプラスミドからウイルスを調製した。イヌ因子VIII PTMはイヌcDNAおよびゲノムプラスミドを用いる以外は同様にして作製した。
13. 実施例: パピローマウイルスRNAの標的トランススプライシング
大多数の子宮頚癌は発癌性ヒトパピローマウイルス(HPV)に関連し、E6およびE7発癌タンパク質をコードするウイルスmRNAを発現する。下記のように、PTMはHPV-16のE6領域へターゲッティングされ、226番のヌクレオチドに位置する5’スプライス部位を用いて、TMエキソンをE6 ORFの5'末端へとスプライスする。
The method of construction of human factor VIII PTM is that different coding regions (exons 23-26) are amplified from human cDNA, binding domains are amplified from human genomic sequence templates (total genomic DNA or genomic clones), and repaired factor VIII PTMs used to detect proteins are very similar to those described above for mouse PTMs, except that the C-terminal FLAG tag is genetically engineered. The remaining elements of the trans-splicing domain, including the spacer sequence, polypyrimidine tract (PPT), branch point (BP) and 3 ′ acceptor site, are obtained from existing plasmids. If necessary, changes are made to the binding domain sequence to eliminate ambiguous splicing within the PTM. The final PTM was subcloned into the same mouse AAV plasmid vector pDLZ20-M2 and virus was prepared from this plasmid. Canine factor VIII PTM was prepared in the same manner except that canine cDNA and genomic plasmid were used.
13. Examples: Target trans-splicing of papillomavirus RNA The majority of cervical cancers are associated with oncogenic human papillomavirus (HPV) and express viral mRNAs encoding E6 and E7 oncoproteins. As described below, PTM is targeted to the E6 region of HPV-16 and uses a 5 'splice site located at nucleotide 226 to splice the TM exon to the 5' end of the E6 ORF.

13.1 材料および方法
PTM効率を調べるため標的DNA(p1059)を用いたが、これはSV40初期プロモーターおよび複製起点の後ろにクローニングされた全HPV-16初期領域(nt79〜4468)を含む。特異性は標的として異種発現ベクターlacZCF9mを用いて評価した(Puttarajuら, 2001. Mol Ther 4:105-14)。プラスミドはQuiagen maxi prepキットを用いて調製した。
13.1 Materials and methods
Target DNA (p1059) was used to examine PTM efficiency, which includes the SV40 early promoter and the entire HPV-16 early region (nt 79-4468) cloned behind the origin of replication. Specificity was assessed using the heterologous expression vector lacZCF9m as a target (Puttaraju et al., 2001. Mol Ther 4: 105-14). The plasmid was prepared using Quiagen maxi prep kit.

293細胞がほぼ集密的な6cmプレートを、リポフェクタミン2000(Life Technologies)を用い、2μgの標的DNAおよび2μgのPTM DNAでトランスフェクトした。トランスフェクション2日後、プレート上の細胞をPBSで洗浄し、300μlの溶解バッファーを用いてプレート上で溶解した。Ambion RNAqueousキットを用いて全細胞RNAを調製した。トランスフェクトしたDNAを、LiCl沈殿と、その後のAmboin DNA-freeTM DNAse処理を用いたDNアーゼI処理および除去試薬によって、RNAから除去した。 A 6 cm plate almost confluent of 293 cells was transfected with 2 μg of target DNA and 2 μg of PTM DNA using Lipofectamine 2000 (Life Technologies). Two days after transfection, the cells on the plate were washed with PBS and lysed on the plate using 300 μl lysis buffer. Total cellular RNA was prepared using the Ambion RNAqueous kit. Transfected DNA was removed from RNA by LiCl precipitation followed by DNase I treatment and removal reagent using Amboin DNA-free DNAse treatment.

High Capacity cDNA Archive Kit (PE Applied Biosystems)からのRTを製造業者の指示に従って用い(ただし、以下のような改変を伴った:ランダムプライマーの量は半分にし、反応物100μl当たり5μlの50μMオリゴ(dTl6)原液および5μlの20単位/μlのRNアーゼ阻害剤原液を加えた)、RNAをcDNAへ変換した。リアルタイム定量的PCR(QPCR)解析のため、RT反応物を50ng/μlおよび5ng/μl(もとのRNA含量に対して)まで希釈した。特異的シスおよびトランススプライスmRNAの量をリアルタイム定量的PCRを用いて定量した。これらのアッセイはリアルタイムQRT-PCRと呼ばれる。これらの反応は本質的にこれまで記載されているように(Puttarajuら, 2001 Mol Ther 4:105-14)、PE Applied Biosystems製のSYBRグリーンキットを用い、Bio-Rad iCycler iQ Real Time PCR装置にて行った。   RT from the High Capacity cDNA Archive Kit (PE Applied Biosystems) was used according to the manufacturer's instructions (with the following modifications: the amount of random primer was halved and 5 μl of 50 μM oligo (dTl6) per 100 μl reaction. The stock solution and 5 μl of 20 units / μl RNase inhibitor stock solution were added), and the RNA was converted to cDNA. The RT reaction was diluted to 50 ng / μl and 5 ng / μl (relative to the original RNA content) for real-time quantitative PCR (QPCR) analysis. The amount of specific cis and trans splice mRNA was quantified using real-time quantitative PCR. These assays are called real-time QRT-PCR. These reactions were essentially performed as described previously (Puttaraju et al., 2001 Mol Ther 4: 105-14) using the SYBR Green Kit from PE Applied Biosystems, using a Bio-Rad iCycler iQ Real Time PCR instrument. I went.

全HPV-16 RNAレベル(シスおよびトランススプライシングされたもの)をE6エキソン1(HPV-16 nt152〜204; 53bp)中の共通のアンプリコンを用いて評価した。このアッセイはHPV-16プライマーoJMD-15(ACAGAGCTGCAAACAACTAT)およびoJMD-16(TTGCAGTACACATTCTAA)を用いる。各PCR反応に用いるRT反応物の量は5ngとした。HPV-16の nt226 5'スプライス部位からのPTM lacZエキソンへのトランススプライシングは53bpのキメラアンプリコンを用いて評価した。このアッセイはHPV-16センスプライマーoCCB-348(GCAAGCAACAGTTACTGCGA; HPV-16 nt201〜220)およびlacZアンチセンスプライマーoCCB-322(ATCCACCCAGTCCCAGA)を用いる。各PCR反応に用いるRT反応物の量は50ngとした。両アッセイとも、定量のための標準曲線を作成するために同じプラスミド(p3671)を用いた。HPV-16の nt880 5'スプライス部位からPTM lacZエキソンへのトランススプライシングは50bpのキメラアンプリコンを用いて評価した。このアッセイはHPV-16センスプライマーoCCB-366(ATCTACCATGGCTGATCCTG; HPV-16 nt858〜877)およびlacZアンチセンスプライマーoCCB-322を用いる。各PCR反応に用いるRT反応物の量は50ngとした。このアッセイの標準曲線を作成するため、プラスミドp3672を用いた。   Total HPV-16 RNA levels (cis and trans-spliced) were assessed using a common amplicon in E6 exon 1 (HPV-16 nt152-204; 53 bp). This assay uses HPV-16 primers oJMD-15 (ACAGAGCTGCAAACAACTAT) and oJMD-16 (TTGCAGTACACATTCTAA). The amount of RT reaction used for each PCR reaction was 5 ng. Trans-splicing from the nt226 5 ′ splice site of HPV-16 to the PTM lacZ exon was evaluated using a 53 bp chimeric amplicon. This assay uses HPV-16 sense primer oCCB-348 (GCAAGCAACAGTTACTGCGA; HPV-16 nt 201-220) and lacZ antisense primer oCCB-322 (ATCCACCCAGTCCCAGA). The amount of RT reaction used for each PCR reaction was 50 ng. Both assays used the same plasmid (p3671) to generate a standard curve for quantification. Trans-splicing from the nt880 5 ′ splice site of HPV-16 to the PTM lacZ exon was evaluated using a 50 bp chimeric amplicon. This assay uses HPV-16 sense primer oCCB-366 (ATCTACCATGGCTGATCCTG; HPV-16 nt858-877) and lacZ antisense primer oCCB-322. The amount of RT reaction used for each PCR reaction was 50 ng. Plasmid p3672 was used to generate a standard curve for this assay.

リアルタイムQPCRの標準として用いるプラスミドは以下のようにしてクローニングした。293T細胞におけるp1059およびHPV-PTM1の同時トランスフェクションからのRT反応をPCR反応の鋳型として用いた。プライマーoCCB-257(HPV-16 nt127〜147; ACCCAGAAAGTTACCACAGTT)およびoCCB-322は127bpのバンドを示し、これをpCRII-TOPO(Invitrogen)中にTOPOクローニングして、p3671を得た。配列決定から、このDNAはHPV-16 nt226からPTMの3’スプライス部位へのトランススプライシングに相当することが示された。プライマーoJMD-17(HPV-16 nt689〜708; GACAAGCAGAACCGGACAGA)およびoCCB-322は219bpのバンドを示し、これをpCRII-TOPOにTOPOクローニングしてp3672を得た。配列決定から、このDNAはHPV-16 nt880からPTMの3’スプライス部位へのトランススプライシングに相当することが示された。プラスミド原液(1ng/μl)については、標準曲線のために用いる前にPicoGreen(Molecular Probes)を用いて定量した。   The plasmid used as the standard for real-time QPCR was cloned as follows. The RT reaction from co-transfection of p1059 and HPV-PTM1 in 293T cells was used as a template for the PCR reaction. Primers oCCB-257 (HPV-16 nt127-147; ACCCAGAAAGTTACCACAGTT) and oCCB-322 showed a 127 bp band which was TOPO cloned into pCRII-TOPO (Invitrogen) to give p3671. Sequencing showed that this DNA corresponds to trans-splicing from HPV-16 nt226 to the 3 'splice site of PTM. Primers oJMD-17 (HPV-16 nt 689-708; GACAAGCAGAACCGGACAGA) and oCCB-322 showed a 219 bp band, which was TOPO cloned into pCRII-TOPO to obtain p3672. Sequencing showed that this DNA corresponds to trans-splicing from HPV-16 nt880 to the 3 'splice site of PTM. The stock plasmid solution (1 ng / μl) was quantified using PicoGreen (Molecular Probes) before being used for the standard curve.

PTMおよび標的lacZCF9mでの同時トランスフェクションに関するシスおよびトランススプライシングの定量はまさにこれまでに記載のように行った(Puttarajuら, 2001. Mol. Ther. 4:105-14)。各PCR反応に用いるRT反応物の量は5ngとした。   Cis and trans-splicing quantification for co-transfection with PTM and target lacZCF9m was performed exactly as described previously (Puttaraju et al., 2001. Mol. Ther. 4: 105-14). The amount of RT reaction used for each PCR reaction was 5 ng.

13.2 結果
HPVおよびCF PTMを、トランススプライシング効率を評価するためにHPV-16発現ベクターp1059とともに、またはトランススプライシングの特異性を評価するためにlacZCF9m(CFイントロンを含む)とともに、293細胞へ同時トランスフェクトした。上記のようにリアルタイムQRT-PCRアッセイを行い、各標的のシススプライシングに対するトランススプライシングのレベルを評価した。結果は表1に示されている。全RNAレベルをDNA標準のfgとして表す。標準 p3671およびp3672は同じサイズに近く、従ってこれらの値を用い、各アッセイにつき相対RNAレベルで表すことができる。HPV-PTM1、2、5および6はHPV-16の nt226 5'スプライス部位へと効率的にトランススプライシングされた。HPV-PTM1では最大70%のトランススプライシングが見られた。予測されたように、HPV-PTM5トランススプライシングはPTMの分岐点およびポリピリミジントラクトにおける突然変異によって無効になった。これらのPTMはnt 880 5’スプライス部位へのトランススプライシングを1%未満で示した。このデータは、ヌクレオチド409および526 3’スプライス部位に相補的な結合ドメインを有するこれらのPTMのデザインと一致する。880 5’スプライス部位の下流のHPV-PTM-8およびHPV-PTM-9トランス結合ドメインは5’スプライス部位に対する効率的なトランススプライシング(HPV-PTM8では37%、HPV-PTM9では22%)を示し、nt226 5’スプライス部位に対するトランススプライシング効率はいく分低い。HPV-PTM9は、nt880 5’スプライス部位へのスプライシング因子の結合を立体障害により妨害する。また、 HPV-PTM1、2、5および6の特異性も、CFイントロンを有する標的プレmRNAに対するトランススプライシング能によって評価した。特異性は274から606倍の範囲であった。

Figure 2005168509
13.2 Results
HPV and CF PTM were co-transfected into 293 cells with HPV-16 expression vector p1059 to assess trans-splicing efficiency or with lacZCF9m (including CF intron) to assess trans-splicing specificity. Real-time QRT-PCR assays were performed as described above to assess the level of trans-splicing for each target cis-splicing. The results are shown in Table 1. Total RNA levels are expressed as DNA standard fg. Standards p3671 and p3672 are close to the same size, so these values can be used and expressed in relative RNA levels for each assay. HPV-PTM1, 2, 5 and 6 were efficiently trans-spliced into the nt226 5 ′ splice site of HPV-16. HPV-PTM1 showed up to 70% trans-splicing. As expected, HPV-PTM5 trans-splicing was abolished by mutations in the PTM branch and polypyrimidine tracts. These PTMs showed less than 1% trans-splicing to the nt 880 5 ′ splice site. This data is consistent with these PTM designs having binding domains complementary to nucleotides 409 and 526 3 ′ splice sites. 880 HPV-PTM-8 and HPV-PTM-9 trans-binding domains downstream of the 5 'splice site show efficient trans-splicing to the 5' splice site (37% for HPV-PTM8 and 22% for HPV-PTM9) The trans-splicing efficiency for the nt226 5 ′ splice site is somewhat lower. HPV-PTM9 interferes with the binding of the splicing factor to the nt880 5 ′ splice site by steric hindrance. In addition, the specificity of HPV-PTM1, 2, 5 and 6 was also evaluated by the trans-splicing ability for target pre-mRNA having CF intron. Specificity ranged from 274 to 606 times.
Figure 2005168509

14. 実施例: 標的パピローマウイルスPTMのデザイン
最初の治療薬前駆体RNA分子(「PTM」)はHPV mRNAの存在量およびスプライシングパターンを基にして開発する。良性感染におけるHPV-16の転写マップが図48に示されている。この最初のPTMについてシスおよびトランススプライシングアッセイを行い、それらのアッセイから得られたデータを用いてスプライセオソームにより媒介されるRNAトランススプライシング反応において至適効率を有する特定のPTMを作出する。
14. Example: Target Papillomavirus PTM Design The first therapeutic drug precursor RNA molecule ("PTM") is developed based on the abundance and splicing pattern of HPV mRNA. A transcription map of HPV-16 in benign infection is shown in FIG. Cis and trans-splicing assays are performed on this initial PTM and the data obtained from those assays are used to create a specific PTM with optimal efficiency in the RNA trans-splicing reaction mediated by the spliceosome.

最も効率的なPTMは、感染した細胞を死滅させる毒性産物をコードするPTMによりHPV標的転写物をトランススプライシングするものである。最もよく用いられるHPV標的スプライス部位のターゲッティングにおいては、2つの活性のある5'スプライス部位標的および2つの活性のある3'スプライス部位標的が使用できる。より高い頻度で用いられる部位を遮断するようにPTMをデザインする場合には、低い頻度で用いられるスプライス部位も十分な標的となりうる。多くの子宮頚癌ではHPV-16の組み込みがこれらの癌においてE6およびE7領域の発現しかもたらさないことから、標的スプライス部位の選択はその強度が癌治療を目的とするかどうかでさらに制限される。   The most efficient PTMs are those that transsplice the HPV target transcript with a PTM that encodes a toxic product that kills infected cells. In the most commonly used HPV target splice site targeting, two active 5 'splice site targets and two active 3' splice site targets can be used. When designing PTMs to block sites that are used more frequently, splice sites that are used less frequently may be sufficient targets. In many cervical cancers, HPV-16 incorporation only results in expression of the E6 and E7 regions in these cancers, so the choice of target splice site is further limited by whether its strength is intended for cancer therapy .

毒性産物の発現をもたらす最初のPTMの開発に以下の標的スプライス部位を用いる。   The following target splice sites are used in the development of the first PTM that results in the expression of toxic products.

i) 5’スプライス部位標的:
nt226:このスプライス部位は全E6*種の合成に用いられる。大部分の腫瘍および細胞株では、P97プロモーター転写物の大多数はこの5’スプライス部位を用いてスプライシングされる。
i) 5 'splice site target:
nt226: This splice site is used for the synthesis of all E6 * species. In most tumors and cell lines, the majority of P97 promoter transcripts are spliced using this 5 'splice site.

nt880:このスプライス部位は全E6US(非スプライシング)、およびE6*IIIを除くE6*種の合成に用いられ、両スプライス部位とも増殖性感染および癌の双方で好適な標的となる。 nt880: This splice site is used for the synthesis of all E6US (non-splicing) and E6 * species except E6 * III, both splice sites being suitable targets for both proliferative infection and cancer.

ii) 3’スプライス部位標的:
nt409:この 3’スプライス部位は、一般にE6*II種よりも存在量の多いE6*I種のスプライシングに用いられる。このスプライス部位は癌および増殖性HPV感染に用いられる。
ii) 3 'splice site target:
nt409: This 3 ′ splice site is generally used for splicing of E6 * I species that are more abundant than E6 * II species. This splice site is used for cancer and proliferative HPV infection.

nt3358:この標的はウイルスDNAが染色体外にある場合に限り、ほとんどのmRNAのスプライシングに用いられる。このスプライス部位は大部分の癌の治療にとっては良好な標的というわけではない。   nt3358: This target is used for splicing most mRNAs only when the viral DNA is extrachromosomal. This splice site is not a good target for the treatment of most cancers.

さらに、増殖性感染組織または癌において内部エキソンnt409〜880またはnt526〜880を置換するように二重トランススプライシングPTMが開発される。   In addition, dual trans-splicing PTMs are developed to replace internal exons nt409-880 or nt526-880 in proliferatively infected tissues or cancer.

あるいは、最初のPTMは、トランススプライシングが、PTMによりコードされる部分ウイルスおよび部分外来ペプチドである融合タンパク質をコードするmRNAを生じるようにデザインされる。この融合タンパク質は必須のウイルス機能を阻害するようウイルスタンパク質の機能を変化させる。上記のスプライス部位は次の3つのウイルス融合タンパク質を生じるようターゲッティングされる:
(i)標的として226 5’スプライス部位を用いるE6のN末端
(ii)標的としてnt409(最良)またはnt526 3’スプライス部位を用いるE6のC末端
(iii)標的としてnt3358 3’スプライス部位を用いるE2のC末端。
Alternatively, the initial PTM is designed such that trans-splicing results in an mRNA that encodes a fusion protein that is a partial virus and a partial foreign peptide encoded by the PTM. This fusion protein alters the function of the viral protein to inhibit essential viral functions. The splice site is targeted to produce the following three viral fusion proteins:
(i) N-terminus of E6 using 226 5 'splice site as target
(ii) C6 terminus of E6 using nt409 (best) or nt526 3 'splice site as target
(iii) C2 terminus of E2 using nt3358 3 ′ splice site as target.

この融合タンパク質は染色体外ウイルスDNAを含む増殖性感染および癌で産生される。E2のC末端ドメインはDNA結合・二量化ドメインであり、融合タンパク質をP97プロモーターへターゲッティングし、転写を遮断するのに使用できる。高濃度ではE2ウイルスタンパク質はP97プロモーターのすぐ上流に結合し、結合をめぐって転写因子 SP1およびTFIIDと競合することで転写を阻害する。しかし、これらのE2結合部位は長い制御領域(LCR)の上流のものよりも弱く、ウイルスE2タンパク質が高濃度の場合にのみ飽和する。E2が低濃度の場合は、このタンパク質は上流LCRのE2結合部位に結合し、転写を活性化する。このように、融合タンパク質に「リプレッサー」ドメインを付加すると、いずれかのE2結合部位と結合することにより転写を遮断することができる。この融合タンパク質はまた、E1/E2複合体が複製起点と結合することから、ウイルスDNAの複製を遮断するのにも有用である。しかし、E2 DNA結合ドメインとE1の複合体はこの起点には結合しないことが示されている。E2は二量体であるので、E2融合タンパク質と全長E2タンパク質とのヘテロ二量体化によりおそらくDNA複製におけるE2の機能が失われるであろう。   This fusion protein is produced in productive infections and cancers involving extrachromosomal viral DNA. The C-terminal domain of E2 is a DNA binding and dimerization domain that can be used to target the fusion protein to the P97 promoter and block transcription. At high concentrations, the E2 viral protein binds immediately upstream of the P97 promoter and inhibits transcription by competing with transcription factors SP1 and TFIID for binding. However, these E2 binding sites are weaker than those upstream of the long regulatory region (LCR) and saturate only at high concentrations of viral E2 protein. At low concentrations of E2, this protein binds to the E2 binding site of the upstream LCR and activates transcription. Thus, adding a “repressor” domain to a fusion protein can block transcription by binding to any E2 binding site. This fusion protein is also useful for blocking viral DNA replication because the E1 / E2 complex binds to the origin of replication. However, it has been shown that the complex of E2 DNA binding domain and E1 does not bind to this origin. Since E2 is a dimer, heterodimerization of the E2 fusion protein with the full-length E2 protein will likely lose the function of E2 in DNA replication.

上記で挙げた図48に示されるHPV標的スプライス部位に対するターゲッティングおよびトランススプライス能に基づいたPTMを構築し、スプライシングによって、感染細胞を死滅させるか、または容易に検出できるマーカー遺伝子を発現するジフテリア毒素サブユニットA(DT-A)産物の発現がもたらされるようにスクリーニングする。他のペプチドまたはタンパク質毒素をもコードしてもよい。典型的な原型PTM(3'トランススプライシング)はHPV配列に相補的なアンチセンス標的結合ドメイン(25以上)、スペーサー配列、標準的な分岐点配列(UACUAAC)、延長ポリピリミジントラクト(12〜15U)、3'スプライス部位のAGジヌクレオチド、それに続く送達される遺伝子からなる。PTMはまた、HPV 3'スプライス部位を用いてPTMにより媒介されるトランススプライシングが起こるよう構築する(図66B)。PTMのトランススプライシングドメイン(TSD)はモジュール方式で構築する。各PTMエレメントの間に個々のエレメントの置換を容易にする唯一の制限部位を組み込む。3'エキソン置換および5'エキソン置換モデルの模式図がそれぞれ示されている(図66A〜B)。トランススプライシングの効率および特異性の双方は、結合ドメインの長さ、スペーサー配列、PPTの強度をはじめとするTSDにおけるいくつかの配列の変更により実質的に調節することができるということがこれまでに実証されている。   Diphtheria toxin sub that constructs a PTM based on targeting and trans-splicing ability to the HPV target splice site shown above in FIG. 48 and kills infected cells or expresses a marker gene that can be easily detected by splicing Screen for expression of unit A (DT-A) product. Other peptide or protein toxins may also be encoded. A typical prototype PTM (3 ′ trans-splicing) is an antisense target binding domain (25 or more) complementary to the HPV sequence, a spacer sequence, a standard branch point sequence (UACUAAC), an extended polypyrimidine tract (12-15U) 3 'splice site AG dinucleotide followed by the gene to be delivered. PTMs are also constructed so that PTM-mediated trans-splicing occurs using the HPV 3 ′ splice site (FIG. 66B). The PTM trans-splicing domain (TSD) is constructed in a modular fashion. Incorporate a unique restriction site between each PTM element to facilitate individual element replacement. Schematic diagrams of 3 ′ exon substitution and 5 ′ exon substitution models are shown, respectively (FIGS. 66A-B). To date, both trans-splicing efficiency and specificity can be substantially regulated by several sequence changes in TSD, including binding domain length, spacer sequence, and PPT strength. Proven.

「線状」PTMはトランススプライシング効率を最大にし、それにより、非常に高いトランススプライシング効率を与えるPTM配列を同定するように、最初にデザインされる。線状PTMは一本鎖形態としてのPTMの結合ドメインをさす。高度のターゲッティング特異性を達成するには、「セーフティーステム」と呼ばれるもう1つに形態のTSDを構築することができる。これらのPTMでは、PTMのスプライス部位は折りたたみ構造において、自身と結合することにより他のプレmRNA標的との反応から保護される。特異的標的との接触により、セーフティーステムの解除、スプライセオソーム形成のためのPTMの3’スプライス部位の露出および活性化が促進される。   “Linear” PTMs are initially designed to identify PTM sequences that maximize trans-splicing efficiency, thereby giving very high trans-splicing efficiency. Linear PTM refers to the binding domain of PTM as a single-stranded form. To achieve a high degree of targeting specificity, another form of TSD called a “safety stem” can be constructed. In these PTMs, the splice site of the PTM is protected from reaction with other pre-mRNA targets by binding to itself in a folded structure. Contact with a specific target facilitates release of the safety stem, exposure and activation of the PTM 3 'splice site for spliceosome formation.

また、トランススプライシングの特異性をさらに高めるために、予測される治療効果を得るのに2つのトランススプライシング事象を必要とするPTMも構築される(図65)。このPTMはHPV 5’スプライス部位へとトランススプライシングする上流3’スプライス部位を有し、それにより単独のトランススプライシング産物を生じる。この産物は必要なポリアデニル化シグナルを含まず、核細胞質輸送およびmRNAの翻訳ができないことから不活性であろう。HPV 3’スプライス部位を用いる第2のスプライシング事象はポリアデニル化に必要なシグナルを伴うPTMを提供する必要がある(図65)。ポリアデニル化は、3'および5'両結合ドメインが線状である線状結合ドメインを有するPTM、あるいは、3'セーフティー+5'線状結合ドメインを有するPTMに必要であり、ウイルス発現の阻害のためにもデザインされる。さらに、PTMは、3'および5'両セーフティースプライス部位、または3'線状もしくは5'セーフティー部位を有する「二重セーフティー」PTMとしてもデザインされる。   A PTM is also constructed that requires two trans-splicing events to obtain the expected therapeutic effect to further increase the specificity of trans-splicing (FIG. 65). This PTM has an upstream 3 'splice site that trans-splices into the HPV 5' splice site, thereby producing a single trans-spliced product. This product will be inactive because it does not contain the necessary polyadenylation signal and is incapable of nucleocytoplasmic transport and mRNA translation. The second splicing event using the HPV 3 'splice site needs to provide a PTM with the signal required for polyadenylation (Figure 65). Polyadenylation is required for PTMs with linear binding domains in which both the 3 'and 5' binding domains are linear, or PTMs with 3 'safety + 5' linear binding domains, which inhibit viral expression Also designed for. In addition, PTMs are also designed as “dual safety” PTMs with both 3 ′ and 5 ′ safety splice sites, or 3 ′ linear or 5 ′ safety sites.

これらPTMの試験はin vitroスプライシングアッセイおよび細胞培養に基づくアッセイを用いて行われる。PTMのトランススプライシング能を調べるためにはHPV-16含有細胞系を用いる。W12細胞(80263細胞)は染色体外HPV-16 DNAを含み、全HPV-16初期領域を発現しており、PTMターゲッティングを試験するのに用いることができる。SiHaおよびCaSki細胞系は組み込まれたHPV-16を含み、ウイルスのE6/E7/5'E1領域のみを発現する。これらの細胞系は、子宮頚癌で発現されるものに特徴的なウイルスプレmRNAを発現するので、有用である。しかし、それらは3358 3'スプライス部位をターゲッティングするPTMを試験するために有用な細胞系とはいえない。CaSki細胞は試験した他のいずれの細胞系よりも著しく高いレベルのHPV-16 mRNAを発現することから、他のPTMをアッセイする上で最良の細胞となる。   These PTM tests are performed using in vitro splicing assays and cell culture based assays. In order to examine the trans-splicing ability of PTM, a cell line containing HPV-16 is used. W12 cells (80263 cells) contain extrachromosomal HPV-16 DNA and express the entire HPV-16 early region and can be used to test PTM targeting. SiHa and CaSki cell lines contain integrated HPV-16 and express only the E6 / E7 / 5′E1 region of the virus. These cell lines are useful because they express viral pre-mRNA characteristic of that expressed in cervical cancer. However, they are not useful cell lines for testing PTMs that target the 3358 3 'splice site. CaSki cells express significantly higher levels of HPV-16 mRNA than any other cell line tested, making them the best cells to assay for other PTMs.

細胞培養に基づく、PTM発現ベクターとHPV-16初期領域発現ベクターでの同時トランスフェクション実験では、PTMの発現に関してアッセイする。HPV-16の発現を駆動するいくつかのプラスミドを構築した。例えば、同時トランフェクション実験で使用できる2つのプラスミドとしては、SV40初期プロモーター(p1059)またはK14プロモーター(p2571; pK14-1203)のいずれかの指令下でHPV-16を発現するものが挙げられる。   Co-transfection experiments with cell culture-based PTM expression vector and HPV-16 early region expression vector assay for PTM expression. Several plasmids that drive the expression of HPV-16 were constructed. For example, two plasmids that can be used in co-transfection experiments include those that express HPV-16 under the direction of either the SV40 early promoter (p1059) or the K14 promoter (p2571; pK14-1203).

イソ型特異的(すなわち、スプライス特異的)プライマーと定量的リアルタイム逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(QRT/PCR)を併用して選択的スプライシングについてアッセイする。このアッセイは極めてイソ型特異的であり、RNA分解に対しては比較的感度が低く、一分子のcDNAに対しては感度がよく、広いダイナミックレンジを有し(少なくとも7O桁の規模)、かつ、各イソ型の絶対量が得られる。各PTM/標的プレmRNAの組合せに特異的なプライマー対を用いる。このアッセイの配列特異性により、トランススプライシング反応の特異性をモニタリングすることができる。アッセイの感度および定量性ならびにアッセイを開発・実施する上での迅速性はパピローマウイルスプレmRNAへターゲッティングされるPTMの至適化に有用である。   Assay for alternative splicing using isoform-specific (ie, splice-specific) primers in combination with quantitative real-time reverse transcription polymerase chain reaction (QRT / PCR). This assay is highly isoform specific, relatively insensitive to RNA degradation, sensitive to single molecule cDNA, has a wide dynamic range (at least on the order of 70), and The absolute amount of each isoform is obtained. Primer pairs specific to each PTM / target pre-mRNA combination are used. The sequence specificity of this assay allows the specificity of the trans-splicing reaction to be monitored. The sensitivity and quantification of the assay and the rapidity in developing and performing the assay are useful for optimizing the PTM targeted to the papillomavirus pre-mRNA.

また、PTMにより誘導されるトランススプライシングの特異性(すなわち、HPV標的プレmRNAへの標的トランススプライシングの特異性を調べるためのもの)も、標準的な手法に従い、cDNA末端の5'および/または3'迅速増幅(RACE)によって評価する。この方法は従来のcDNAライブラリーの構築に比べて比較的迅速であり、5'および/または3' cDNA末端の完全配列を与えることから、特異的および非特異的スプライシング事象の数を求めることができる。まず、(i)線状PTM+HPVミニ遺伝子標的、および(ii)セーフティーPTM+HPVミニ遺伝子標的で同時トランスフェクトされた細胞から単離したRNAからなる2つのcDNAライブラリーを構築する。例えば、トランススプライシングされたRNAの5’末端(3'エキソン置換)を同定するために、PTMアンチセンスプライマーを用いて5’RACEアッセイを行う。同様に、トランススプライシングされたRNAの3’末端(5’エキソン置換)を同定するために、PTMセンスプライマーを用いて3' RACEアッセイを行う。このcDNAをPCRにより増幅し、制限酵素で消化し、プラスミドベクターへクローニングする。これらのcDNAクローンをまず、PTM特異的プローブを用いたコロニーハイブリダイゼーションによってスクリーニングする。各cDNAライブラリーから陽性クローンを選択して配列決定し、その配列情報を用いて線状PTMとセーフティーPTMの特異性を比較する。これにより高頻度でトランススプライシングする非特異的標的の同定が可能となる。これらの標的を解析すると、非特異的トランススプライシングを引き起こす配列についての有用な情報が得られ、特異的PTMの構築に役立つ。   The specificity of trans-splicing induced by PTM (i.e., to determine the specificity of target trans-splicing to HPV target pre-mRNA) is also 5 'and / or 3 at the end of the cDNA according to standard techniques. 'Evaluate by rapid amplification (RACE). This method is relatively quick compared to the construction of a conventional cDNA library and gives the complete sequence of the 5 ′ and / or 3 ′ cDNA ends, thus determining the number of specific and non-specific splicing events. it can. First, two cDNA libraries are constructed consisting of RNA isolated from cells co-transfected with (i) a linear PTM + HPV minigene target and (ii) a safety PTM + HPV minigene target. For example, to identify the 5 'end (3' exon substitution) of trans-spliced RNA, a 5 'RACE assay is performed using PTM antisense primers. Similarly, a 3 ′ RACE assay is performed using PTM sense primers to identify the 3 ′ end (5 ′ exon substitution) of the trans-spliced RNA. This cDNA is amplified by PCR, digested with restriction enzymes, and cloned into a plasmid vector. These cDNA clones are first screened by colony hybridization using a PTM specific probe. Positive clones are selected from each cDNA library, sequenced, and the specificity of linear PTM and safety PTM is compared using the sequence information. This allows identification of non-specific targets that transsplice at high frequency. Analyzing these targets provides useful information about the sequences that cause non-specific trans-splicing and helps in the construction of specific PTMs.

トランススプライシングアッセイにおける最初の候補PTMの解析から得られたトランススプライシング効率および特異性のデータを用い、最適なトランススプライシング能を有するPTMを考案・開発する。これらの最適なPTMは上記のトランススプライシングアッセイを用いて解析する。   Using the data of trans-splicing efficiency and specificity obtained from the analysis of the first candidate PTM in the trans-splicing assay, we will devise and develop a PTM with the optimal trans-splicing ability. These optimal PTMs are analyzed using the trans-splicing assay described above.

器官典型的な「ラフト/異種移植片」技術を用いたパピローマウイルス感染のマウスモデル。パピローマウイルスは一般に種および細胞型特異的である。増殖性感染はウシケラチノサイトとウシパピローマウイルスを用いてヌードマウスで確立したものである。この系では、まず、ケラチノサイトを、繊維芽細胞を含むコラーゲン「ラフト」上にプレーティングし、組織培養にて集密的になるまで増殖させる。次に、ケラチノサイトにパピローマウイルスを感染させるか、またはケラチノサイトをウイルスゲノムDNAでトランスフェクトし、数日間培養して増殖させる。次に、これらのラフトをヌードマウスの背に移植し、そこでそのラフトは増殖的に感染したウシ組織へと発達する。ヒトパピローマウイルス感染はヒトパピローマウイルスとケラチノサイトを組み合わせて用いる同じ技術を用いても確立することができる。この系は抗パピローマウイルスPTMのin vivo効率を調べるのに有用である。さらに、子宮頚癌組織または子宮頚癌細胞系のヌードマウスへの移植も用いられる。また、ウシパピローマウイルス(BPV-1)、イヌ口腔パピローマウイルス(COPV)、およびワタオウサギパピローマウイルス(CRPV)を含むいくつかの動物モデルを用いて試験を行うこともできる。COPVは特にワクチンの開発の良好なモデルとして役立つ。   Organ mouse model of papillomavirus infection using the typical “raft / xenograft” technique. Papillomaviruses are generally species and cell type specific. A productive infection was established in nude mice using bovine keratinocytes and bovine papillomavirus. In this system, keratinocytes are first plated on collagen “raft” containing fibroblasts and grown to confluence in tissue culture. Next, keratinocytes are infected with papillomavirus or keratinocytes are transfected with viral genomic DNA and grown in culture for several days. These rafts are then transplanted into the back of nude mice where they develop into productively infected bovine tissue. Human papillomavirus infection can also be established using the same technique using a combination of human papillomavirus and keratinocytes. This system is useful for examining the in vivo efficiency of anti-papillomavirus PTM. In addition, transplantation of cervical cancer tissue or cervical cancer cell lines into nude mice is also used. Tests can also be conducted using several animal models including bovine papilloma virus (BPV-1), canine oral papilloma virus (COPV), and cottontail rabbit papilloma virus (CRPV). COPV is particularly useful as a good model for vaccine development.

本発明は本明細書に記載の特定の実施形態に範囲を限定されるものではない。実際、当業者には以上の記載および添付の図面から、本明細書に記載されているものの他にも本発明の様々な改変が明らかになろう。このような改変も添付の特許請求の範囲内に入るものとする。本明細書には種々の参照文献が挙げられているが、それらの開示の全体が参照により本明細書に組み入れられるものとする。   The present invention is not limited in scope to the specific embodiments described herein. Indeed, various modifications of the invention in addition to those described herein will become apparent to those skilled in the art from the foregoing description and accompanying drawings. Such modifications are intended to fall within the scope of the appended claims. Various references are cited herein, the entire disclosures of which are incorporated herein by reference.

プレトランススプライシングRNAのモデル。Pre-trans-splicing RNA model. モデルPTM構築物および標的トランススプライシング戦略。第一世代PTMの模式図(PTM+SpおよびPTM-Sp)。BD,結合ドメイン;NBD,非結合ドメイン;BP,分岐点;PPT,ピリミジントラクト;ss,スプライス部位;およびDT-A,ジフテリア毒素サブユニットA。PTMS内のユニーク制限部位は一文字で示されている:E, EcoRI; X, Xhol; K, Kpnl; P, Pstl; A, Accl; B, BamHIおよびH, HindIII。Model PTM constructs and targeted trans-splicing strategies. Schematic diagram of the first generation PTM (PTM + Sp and PTM-Sp). BD, binding domain; NBD, non-binding domain; BP, branch point; PPT, pyrimidine tract; ss, splice site; and DT-A, diphtheria toxin subunit A. Unique restriction sites within PTMS are indicated by a single letter: E, EcoRI; X, Xhol; K, Kpnl; P, Pstl; A, Accl; B, BamHI and H, HindIII. 従来のワトソンクリック塩基対合によるPTM+SpとβHCG6標的プレmRNAとの結合、ならびに提案されるシスおよびトランススプライシング機構を示した模式図。The schematic diagram which showed the coupling | bonding of PTM + Sp and (beta) HCG6 target pre mRNA by the conventional Watson Crick base pairing, and the proposed cis and trans splicing mechanism. βHCG6標的に対する種々のPTM構築物のin vitroトランススプライシング効率。標的とされた結合ドメインおよび活性スプライス部位はPTMトランススプライシング活性と相関する。全長標的(pcPTM+Sp)、非標的(PTM-Sp)およびスプライス変異体[Py(-)AG(-)およびBP(-)Py(-)AG(-)]PTM RNAを、βHCG6 標的プレmRNAを含有するスプライシング反応物に加えた。これらの産物をプライマーβHCG-F(標的βHCG6エキソン1に特異的)およびDT-5R(DT-Aに相補的)を用いてRT-PCR増幅し、1.5%アガロースゲルでの電気泳動によって分析した。In vitro trans-splicing efficiency of various PTM constructs against βHCG6 target. Targeted binding domains and active splice sites correlate with PTM trans-splicing activity. Full length target (pcPTM + Sp), non-target (PTM-Sp) and splice variants [Py (-) AG (-) and BP (-) Py (-) AG (-)] PTM RNA, βHCG6 target pre-mRNA Was added to the splicing reaction. These products were RT-PCR amplified using primers βHCG-F (specific for target βHCG6 exon 1) and DT-5R (complementary to DT-A) and analyzed by electrophoresis on a 1.5% agarose gel. 種々のPTM構築物のin vitroトランススプライシング効率。結合ドメインとスプライス部位の間にスペーサーを有する全長PTM(PTM+Sp)、スペーサー領域を持たないPTM(PTM+)および標的結合ドメイン(short PTM+)または非標的結合領域(PTM-)を含むshort PTMを、βHCG標的プレmRNAを含有するスプライシング反応物に加えた。これらの産物をプライマーβHCG-FおよびDT-3を用いてRT-PCR増幅した。short PTMを含有する反応物については、DT-3の結合部位がPTAから除かれていることから、リバースPCRプライマーをDT-4とした。In vitro trans-splicing efficiency of various PTM constructs. Full length PTM with spacer between binding domain and splice site (PTM + Sp), PTM without spacer region (PTM +) and short PTM with target binding domain (short PTM +) or non-target binding region (PTM-) , Added to the splicing reaction containing the βHCG target pre-mRNA. These products were RT-PCR amplified using primers βHCG-F and DT-3. For the reaction containing short PTM, since the binding site of DT-3 was removed from PTA, the reverse PCR primer was designated as DT-4. PTMと標的プレmRNAの間でin vitroトランススプライシングされた産物を示すヌクレオチド配列。図2(レーン2)から466bpのトランススプライシングRT-PCR産物を、5’ビオチン標識したフォワードプライマー(βHCG-F)およびネステッド非標識リバースプライマー(DT-3R)を用いて再増幅した。一本鎖DNAを精製し、毒素特異的DT-3Rプライマーを用いて直接配列決定した。矢印は標的βHCG6エキソン1の最後のヌクレオチドとDT-Aをコードする最初のヌクレオチドの間にあるスプライス部位を示す。Nucleotide sequence showing the product of in vitro trans-splicing between PTM and target pre-mRNA. From FIG. 2 (lane 2), the 466 bp trans-spliced RT-PCR product was reamplified using a 5 'biotin labeled forward primer (βHCG-F) and a nested unlabeled reverse primer (DT-3R). Single stranded DNA was purified and sequenced directly using toxin-specific DT-3R primers. The arrow indicates the splice site between the last nucleotide of target βHCG6 exon 1 and the first nucleotide encoding DT-A. スプライシング因子からBPおよびPPTをマスクすることを意図した、PTM分子内塩基対合ステムを示す「セーフティー」PTMおよび変異体の模式図。下線の配列はβHCG6イントロン1相補的標的結合ドメインを表し、イタリックの配列はBPと相同な標的誤対合を示す。Schematic representation of “safety” PTMs and mutants showing PTM intramolecular base pairing stems intended to mask BP and PPT from splicing factors. The underlined sequence represents the βHCG6 intron 1 complementary target binding domain, and the italicized sequence indicates target mismatches that are homologous to BP. 標的に結合した際のオープン配置のセーフティーPTMの模式図。Schematic diagram of safety PTM in open configuration when bound to target. in vitroトランススプライシング反応を、セーフティーPTMまたはセーフティーPTM変異体をβHCG6標的とともにインキュベートすることで行った。スプライシング反応物を、βHCG-FおよびDT-3Rプライマーを用いたRT-PCRによって増幅し、産物を2.0%アガロースゲルで分析した。In vitro trans-splicing reactions were performed by incubating safety PTMs or safety PTM variants with a βHCG6 target. The splicing reaction was amplified by RT-PCR using βHCG-F and DT-3R primers and the products were analyzed on a 2.0% agarose gel. 標的トランススプライシングの特異性は、PTMにセーフティー配列を含めることで増強される。βHCG6プレmRNA(250ng)とβ-グロビンプレmRNA(250ng)を、PTM+SF(セーフティー)またはpcPTM+Sp(線状)RNA(500ng)のいずれかとともにアニーリングした。in vitroトランススプライシング反応およびRT-PCR解析は実験手順に記載したように行い、産物を2.0%アガロースゲルで分離した。RT-PCRに用いたプライマーは示したとおりである。The specificity of targeted trans-splicing is enhanced by including a safety sequence in the PTM. βHCG6 pre-mRNA (250 ng) and β-globin pre-mRNA (250 ng) were annealed with either PTM + SF (safety) or pcPTM + Sp (linear) RNA (500 ng). In vitro trans-splicing reactions and RT-PCR analysis were performed as described in the experimental procedure, and the products were separated on a 2.0% agarose gel. Primers used for RT-PCR are as shown. 漸増するPTM濃度の存在下において、シススプライシングはトランススプライシングにより阻害され、置き換わる。一定量のβHCG6標的プレmRNA(100ng)の存在下、PTM (pcPTM+Sp)RNAの濃度を上昇させつつ(52〜300ng)、in vitroスプライシング反応を行った。シススプライシング産物および非スプライシング産物のRT-PCRにはプライマーβHCG-F(エキソン1特異的)およびβHCG-R2(エキソン2特異的-パネルA)を用い、RT-PCRトランススプライシング産物に対してはプライマーβHCG-FおよびDT-3Rを用いた(パネルB)。反応産物をそれぞれ1.5%および2.0%アガロースゲルで分析した。パネルAでレーン9は300ngのPTMの存在下での60分時点を表し、これはパネルBのレーン10に相当する。In the presence of increasing PTM concentrations, cis-splicing is inhibited and replaced by trans-splicing. In vitro splicing reaction was performed while increasing the concentration of PTM (pcPTM + Sp) RNA (52-300 ng) in the presence of a certain amount of βHCG6 target pre-mRNA (100 ng). Primers βHCG-F (exon 1 specific) and βHCG-R2 (exon 2 specific-panel A) are used for RT-PCR of cis-spliced and non-spliced products, and primers for RT-PCR trans-spliced products βHCG-F and DT-3R were used (Panel B). The reaction products were analyzed on 1.5% and 2.0% agarose gels, respectively. In panel A, lane 9 represents the 60 minute time point in the presence of 300 ng PTM, which corresponds to lane 10 in panel B. PTMは培養したヒト癌細胞においてトランススプライシングが可能である。pcSp+CRMでトランスフェクトした4つのネオマイシン耐性H1299肺癌腫コロニー(無毒なDT-Aを発現する)各々から全RNAを単離し、全RNA 1μgおよび5’ビオチン化βHCG-Fおよび非ビオチン化DT-3Rプライマーを用いてRT-PCRを行った。一本鎖DNAを精製し、配列決定した。PTM can be trans-spliced in cultured human cancer cells. Total RNA was isolated from each of four neomycin resistant H1299 lung carcinoma colonies (expressing non-toxic DT-A) transfected with pcSp + CRM, total RNA 1 μg and 5 ′ biotinylated βHCG-F and non-biotinylated DT- RT-PCR was performed using 3R primers. Single stranded DNA was purified and sequenced. 内因性βHCG6標的とCRM197変異体毒素の間でトランススプライシングされた産物のヌクレオチド配列(センス鎖)を示す。2つの矢印はスプライス部位の位置を示している。The nucleotide sequence (sense strand) of the product trans-spliced between the endogenous βHCG6 target and CRM197 mutant toxin is shown. Two arrows indicate the position of the splice site. 二重スプライシングプレ治療mRNAの模式図。Schematic diagram of double splicing pre-treatment mRNA. 二重スプライシングPTMの選択的トランススプライシング。PTM濃度を変えることで、PTMを標的の5’スプライス部位か3’スプライス部位のいずれかにトランススプライシングすることができる。Selective trans-splicing of double splicing PTM. By varying the PTM concentration, the PTM can be trans-spliced to either the target 5 'splice site or 3' splice site. エキソンのタグ付けのためのPTM分子の使用を示した図。2例のPTMを示す。左側のPTMは標的プレmRNAの3’スプライス部位へ非特異的にトランススプライシングする能力がある。他方、右側のPTMは標的プレmRNAの5’スプライス部位へ非特異的にトランススプライシングするようにデザインされている。PTMにより媒介されるトランススプライシング反応の結果、エキソンの5’または3’側のいずれかに特定のタグを含んでなるキメラRNAが得られる。Diagram showing the use of PTM molecules for exon tagging. Two examples of PTM are shown. The left PTM is capable of non-specific trans-splicing to the 3 'splice site of the target pre-mRNA. On the other hand, the right PTM is designed to non-specifically trans-splice to the 5 'splice site of the target pre-mRNA. The result of the PTM-mediated trans-splicing reaction results in a chimeric RNA comprising a specific tag on either the 5 'or 3' side of the exon. lacZノックアウトモデルで用いる構築物の模式図。標的lacZプレmRNAはlacZの5’断片を含み、次にβHCG6イントロン1とlacZの3’断片(標的1)が続く。このモデル系で用いるPTM分子は、pPTM+SPをPstIおよびHindIIIで消化し、DT-A毒素をβHCG6エキソン2で置き換えることにより作製した(pc3.1PTM2)。Schematic diagram of the construct used in the lacZ knockout model. The target lacZ pre-mRNA contains a 5 'fragment of lacZ, followed by βHCG6 intron 1 and a 3' fragment of lacZ (target 1). The PTM molecule used in this model system was generated by digesting pPTM + SP with PstI and HindIII and replacing the DT-A toxin with βHCG6 exon 2 (pc3.1PTM2). スプライセオソームにより媒介されるRNAトランススプライシングによるβ-Gal活性の回復を示した模式図。lacZノックインモデル(pc.3.1 lacZ T2)で用いる構築物の模式図。このlacZ標的プレmRNAは、3’スプライス部位の4コドン後に2つの停止コドン(TAA TAA)をインフレームで含むこと以外は、ノックアウト実験に用いる標的プレmRNAと同じである。このモデル系で用いるPTM分子は、pPTM+SPをPstIおよびHindIIIで消化し、DT-A毒素をlacZの機能性3’断片で置き換えることにより作製した。Schematic showing the recovery of β-Gal activity by RNA trans-splicing mediated by spliceosome. Schematic diagram of the construct used in the lacZ knock-in model (pc.3.1 lacZ T2). This lacZ target pre-mRNA is the same as the target pre-mRNA used in the knockout experiment except that it contains two stop codons (TAA TAA) in-frame 4 codons after the 3 'splice site. The PTM molecule used in this model system was generated by digesting pPTM + SP with PstI and HindIII and replacing the DT-A toxin with a functional 3 'fragment of lacZ. lacZノックアウトモデルを用いた場合のシスおよびトランススプライシングを示したもの。LacZスプライス標的1プレmRNAおよびPTM2を293T細胞へ同時トランスフェクトした。次に全RNAを単離し、適当な特異的プライマーを用いてシススプライシング産物およびトランススプライシング産物に関してPCRにより分析した。増幅したPCR産物を2%アガロースゲルで分離した。Shown with cis and trans splicing using lacZ knockout model. LacZ splice target 1 pre-mRNA and PTM2 were co-transfected into 293T cells. Total RNA was then isolated and analyzed by PCR for cis and trans spliced products using appropriate specific primers. Amplified PCR products were separated on a 2% agarose gel. β-ガラクトシダーゼ活性の分析。293細胞をlacZ標的2 DNA単独でトランスフェクトした。Analysis of β-galactosidase activity. 293 cells were transfected with lacZ target 2 DNA alone. β-ガラクトシダーゼ活性の分析。293細胞をlacZ標的2 DNAとPTM1でトランスフェクトした。Analysis of β-galactosidase activity. 293 cells were transfected with lacZ target 2 DNA and PTM1. 正確なトランススプライシングを示すトランススプライシングされた分子のヌクレオチド配列。Nucleotide sequence of a trans-spliced molecule showing correct trans-splicing. シススプライシング産物およびトランススプライシング産物のヌクレオチド配列。これらのヌクレオチド配列は異なるスプライシング反応の各々について期待される配列であった。Nucleotide sequence of cis-splicing product and trans-splicing product. These nucleotide sequences were the expected sequences for each of the different splicing reactions. 嚢胞性繊維症膜貫通調節タンパク質(CFTR)遺伝子の修復に関する遺伝子修復モデル。A gene repair model for the repair of the cystic fibrosis transmembrane regulatory protein (CFTR) gene. 外因的に加えられたCFTRミニ遺伝子標的とPTMの間のトランススプライシングのRT-PCRを示したもの。プラスミドを293胚性腎細胞へ同時トランスフェクトした。RT-PCR反応に用いたプライマー対は各レーンの上に示されている。各レーンの下方のバンド(471bp)はトランススプライシング産物を示す。レーン1の下方のバンド(471bp)を2% Seakemアガロースゲルから精製し、そのバンドのDNA配列を決定した。RT-PCR showing trans-splicing between exogenously added CFTR minigene target and PTM. The plasmid was cotransfected into 293 embryonic kidney cells. The primer pair used for the RT-PCR reaction is indicated above each lane. The lower band (471 bp) in each lane indicates the trans-splicing product. The lower band (471 bp) in lane 1 was purified from a 2% Seakem agarose gel and the DNA sequence of the band was determined. トランススプライシング産物 (図14に示されているレーン1の下方のバンド)のDNA配列。このDNA配列はF508コドン(CTT)の存在を示し、エキソン9配列はエキソン10配列およびHisタグ配列と連続している。DNA sequence of the trans-splicing product (lower band in lane 1 shown in FIG. 14). This DNA sequence indicates the presence of the F508 codon (CTT) and the exon 9 sequence is contiguous with the exon 10 sequence and the His tag sequence. 図15Aに示されるトランススプライシング産物のDNA配列の続き。Continuation of the DNA sequence of the trans-splicing product shown in FIG. 15A. エキソン10にF508の欠失を有する外因的に加えられたCFTR標的分子の修復に関する模式図。Schematic diagram for the repair of exogenously added CFTR target molecule with F508 deletion in exon 10. 二重スプライシングPTMを用いたエキソン10置換による内因性CFTR転写物の修復。二重スプライシングPTMを用いることで、極めて短いPTM分子によるΔ508変異の修復が可能となる。Repair of endogenous CFTR transcript by exon 10 substitution using double splicing PTM. By using double splicing PTM, the Δ508 mutation can be repaired by extremely short PTM molecules. lacZ 5’エキソン-CFTRミニイントロン9-CFTRエキソン10(Δ508)-CFTRミニイントロン10、続いてlacZ 3'エキソンからなるモデルlacZ標的。PTMの結合ドメインを括弧でくくってある。lacZ 5 'exon-CFTR miniintron 9-CFTR exon 10 (Δ508)-a model lacZ target consisting of a CFTR miniintron 10 followed by a lacZ 3' exon. The PTM binding domain is enclosed in parentheses. β-gal機能を回復するようにデザインされた二重トランススプライシングPTMの模式図。Schematic diagram of double trans-splicing PTM designed to restore β-gal function. DSPTM7とDSCFT1.6標的プレmRNAの結合を示す二重トランススプライシング反応の模式図。Schematic diagram of double trans-splicing reaction showing binding of DSPTM7 and DSCFT1.6 target pre-mRNA. DSPTM7の重要な構造エレメント。二重スプライシングPTMは3’および5’双方の機能的スプライス部位ならびに結合ドメインを有する。An important structural element of DSPTM7. Double spliced PTMs have both 3 'and 5' functional splice sites and binding domains. 変異型二重スプライシングPTMの模式図。Schematic of mutant double splicing PTM. 二重トランススプライシング反応の精度。The accuracy of the double trans-splicing reaction. 標的プレmRNAとDSPTM7の間の二重トランススプライシングは全長タンパク質をもたらす。ポリクローナル抗β-ガラクトシダーゼ抗血清を用いた全細胞溶解物のウエスタンブロット分析。Double trans-splicing between the target pre-mRNA and DSPTM7 results in a full-length protein. Western blot analysis of whole cell lysates using polyclonal anti-β-galactosidase antiserum. 二重トランススプライシングによるDSCFT1.6標的プレmRNAとDSPTM7 RNAの間の正確な内部エキソン置換は、機能的に活性なβ-galタンパク質をもたらす。全細胞抽出物を調製し、ONPGアッセイによりβ-gal活性を調べた。Accurate internal exon substitution between DSCFT1.6 target pre-mRNA and DSPTM7 RNA by double trans-splicing results in a functionally active β-gal protein. Whole cell extracts were prepared and examined for β-gal activity by ONPG assay. 3’および5’スプライス部位は二重トランススプライシング反応によるβ-gal機能の回復に不可欠である。The 3 'and 5' splice sites are essential for the restoration of β-gal function by a double trans-splicing reaction. 二重トランススプライシング:標的およびPTMのタイトレーション。種々の濃度の標的およびPTMを同時トランスフェクトし、β-gal活性の回復を分析した。Double trans-splicing: Target and PTM titration. Various concentrations of target and PTM were co-transfected and analyzed for recovery of β-gal activity. 二重トランススプライシング反応の特異性を調べるためにデザインされた構築物。A construct designed to investigate the specificity of the double trans-splicing reaction. 二重トランススプライシング反応の特異性。Specificity of the double trans-splicing reaction. 二重トランススプライシング事象を媒介するPTMを用いる嚢胞性繊維症遺伝子のトランススプライシング修復。Trans-splicing repair of the cystic fibrosis gene using PTM to mediate double trans-splicing events. ミニ遺伝子標的の2つのスプライス部位およびエキソン10の一部をマスクする長い結合ドメインを有するPTM。PTM with a long binding domain that masks two splice sites of the minigene target and a portion of exon 10. PTMエキソン10(コドンの改変を伴う)へと正確にスプライシングされた標的エキソン9(上のパネル)、PTMのエキソン10中のコドン508(中央のパネル)、および標的エキソン11へと正確にスプライシングされたPTMエキソン10(下のパネル)、を示す単一のPCR産物の配列。修復された標的の配列はRT-PCR、続いてPCRにより作製した。Precisely spliced to PTM exon 10 (with codon modification), target exon 9 (top panel), codon 508 in PTM exon 10 (middle panel), and target exon 11 Single PCR product sequence showing PTM exon 10 (bottom panel). The repaired target sequence was generated by RT-PCR followed by PCR. 5’エキソン置換を行いうるPTMを用いた嚢胞性繊維症のトランススプライシング修復。Trans-splicing repair of cystic fibrosis using PTM capable of 5 'exon replacement. 異なる結合ドメインを有する3つの異なるPTM分子の模式図。Schematic of three different PTM molecules with different binding domains. それ自体の結合ドメインによるアンチセンス効果を軽減するように改変されたコドン利用頻度を有するPTMエキソン10の模式図。Schematic diagram of PTM exon 10 with codon usage modified to reduce the antisense effect due to its own binding domain. シスおよびトランススプライシングされた産物の配列。Cis and trans-spliced product sequences. トランススプライシングによるメッセンジャーRNA修復のモデル系。本研究で用いた欠陥型lacZCF9mスプライス標的の模式図(詳細については「材料および方法」を参照)。BP,分岐点;PPT,ポリピリミジントラクト;ss,スプライス部位およびpA,ポリアデニル化シグナル。A model system for messenger RNA repair by trans-splicing. Schematic representation of the defective lacZCF9m splice target used in this study (see Materials and Methods for details). BP, branch point; PPT, polypyrimidine tract; ss, splice site and pA, polyadenylation signal. トランススプライシングドメインの重要な成分を示すプロトタイプPTM、ならびに結合ドメインの長さおよびそれらが標的プレmRNAに結合するおよその位置を示す種々のPTMの図。トランススプライシングドメイン内のユニーク制限部位はN,Nhe I;S,Sac II;K,Kpn IおよびE,EcoR Vである。Diagram of a prototype PTM showing the key components of the trans-splicing domain, and various PTMs showing the length of the binding domains and the approximate location where they bind to the target pre-mRNA. Unique restriction sites within the trans-splicing domain are N, Nhe I; S, Sac II; K, Kpn I and E, EcoR V. アンチセンス結合によるPTMの結合および標的RNAトランススプライシングによる欠陥型lacZプレmRNAの修復を示す模式図。予測されるシスおよびトランススプライシングされた産物、ならびにLac-9F、Lac-3RおよびLac-5Rのプライマー結合部位が示されている。Schematic diagram showing PTM binding by antisense binding and repair of defective lacZ pre-mRNA by target RNA trans-splicing. The predicted cis and trans spliced products and the primer binding sites for Lac-9F, Lac-3R and Lac-5R are shown. lacZメッセンジャーRNAの効率的修復。標的特異的プライマーLac-9F(5’エキソン)およびLac-3R(3'エキソン)を用いてシススプライシング産物を増幅し、一方、標的およびPTM特異的プライマーLac-9F(5’エキソン)およびLac-5R(3'エキソン)を用いてトランススプライシング産物を増幅した(レーン7〜15)。全RNA 25〜50ngを用いて標的シススプライシングを測定し(レーン1〜6)、全RNA 50〜200ngを用いてPTMにより誘導されたRNAトランススプライシングを測定した(レーン7〜12)。レーン13〜15は、トランススプライシングに対する対照lacZCF9でトランスフェクトした細胞に由来する全RNA25〜50ng。Efficient repair of lacZ messenger RNA. Target specific primers Lac-9F (5 ′ exon) and Lac-3R (3 ′ exon) are used to amplify the cis-splicing product, while target and PTM specific primers Lac-9F (5 ′ exon) and Lac− The trans-splicing product was amplified using 5R (3 ′ exon) (lanes 7-15). Target cis-splicing was measured using 25-50 ng of total RNA (lanes 1-6), and RNA trans-splicing induced by PTM was measured using 50-200 ng of total RNA (lanes 7-12). Lanes 13-15 are 25-50 ng of total RNA from cells transfected with control lacZCF9 for trans-splicing. トランススプライシングによる内因性mRNAの修復。レーン1〜3はPTM-CF14、レーン4〜6はPTM-CF22、レーン7〜9はPTM-CF24、でそれぞれトランスフェクトした細胞由来のRNA。レーン10はモックトランスフェクト細胞由来のRNAであり、レーン11は逆転写反応を省いた対照である。Repair of endogenous mRNA by trans-splicing. Lanes 1 to 3 are RNAs derived from cells transfected with PTM-CF14, lanes 4 to 6 are PTM-CF22, and lanes 7 to 9 are PTM-CF24. Lane 10 is RNA derived from mock-transfected cells, and lane 11 is a control without reverse transcription reaction. メッセンジャーRNAの修復は全長β-ガラクトシダーゼの合成をもたらす。レーン1はlacZCF9(陽性対照、5μg)、レーン2はlacZCF9m標的単独(25μg)、レーン3はPTM-CF24単独(25μg)、およびレーン4はlacZCF9m標的+PTM-CF24(25μg)。Messenger RNA repair results in the synthesis of full-length β-galactosidase. Lane 1 is lacZCF9 (positive control, 5 μg), lane 2 is lacZCF9m target alone (25 μg), lane 3 is PTM-CF24 alone (25 μg), and lane 4 is lacZCF9m target + PTM-CF24 (25 μg). SMaRTによるメッセンジャーRNAの修復は機能的β-ガラクトシダーゼをもたらす。トランススプライシングにより作製された機能的β-ガラクトシダーゼのin situ検出。上記のように、293T細胞を、lacZCF9m標的単独(パネルA)でトランスフェクトするか(一過性アッセイ)、またはlacZCF9m標的+PTM-CF24(パネルB)発現プラスミドで同時トランスフェクトした。トランスフェクションの48時間後に細胞をPBSですすぎ、β-gal活性についてin situ染色した。Repair of messenger RNA by SMaRT results in a functional β-galactosidase. In situ detection of functional β-galactosidase generated by trans-splicing. As described above, 293T cells were transfected with lacZCF9m target alone (Panel A) (transient assay) or co-transfected with lacZCF9m target + PTM-CF24 (Panel B) expression plasmid. Cells were rinsed with PBS 48 hours after transfection and stained in situ for β-gal activity. 欠陥型lacZ mRNAの修復は機能的β-ガラクトシダーゼをもたらす。標的およびPTM、lacZCF9m標的またはPTM-CF24プラスミド単独のいずれかでトランスフェクトした細胞由来の抽出物、残りはlacZCF9m標的および示したPTMの1つで同時トランスフェクトした細胞由来のものであった。Repair of defective lacZ mRNA results in a functional β-galactosidase. Extracts from cells transfected with either target and PTM, lacZCF9m target or PTM-CF24 plasmid alone, the rest were from cells co-transfected with lacZCF9m target and one of the indicated PTMs. トランススプライシングによる内因性mRNAの修復は機能的β-ガラクトシダーゼをもたらす。内因性lacZCF9mプレmRNA標的を発現する安定した細胞を、上記した「線状」PTM (PTM-CF14、PTM-CF22またはPTM-CF24)でトランスフェクトした。トランスフェクション後、全細胞溶解物を調製し、β-gal活性をアッセイした。示されている結果は2回の独立したトランスフェクションの平均値である。Repair of endogenous mRNA by trans-splicing results in a functional β-galactosidase. Stable cells expressing the endogenous lacZCF9m pre-mRNA target were transfected with the “linear” PTM (PTM-CF14, PTM-CF22 or PTM-CF24) described above. Following transfection, whole cell lysates were prepared and assayed for β-gal activity. Results shown are the average of two independent transfections. メッセンジャーRNAの修復は特異的である。lacZHCG1mプレmRNAと「線状」PTMの間の非特異的トランススプライシングを評価するための実験的戦略。Messenger RNA repair is specific. Experimental strategy to evaluate non-specific trans-splicing between lacZHCG1m pre-mRNA and "linear" PTM. 結合ドメインの延長はトランススプライシングの特異性を増強する。レーン1〜3はPTM-CF14、4〜6はPTM-CF22、7〜9はPTM-CF24、10〜12はPTM-CF26および13〜15はPTM-CF27。Extension of the binding domain enhances the specificity of trans-splicing. Lanes 1-3 are PTM-CF14, 4-6 are PTM-CF22, 7-9 are PTM-CF24, 10-12 are PTM-CF26, and 13-15 are PTM-CF27. 極めて長い結合ドメインを有するPTMが特異性を増強しうる。全細胞抽出物(5μl)を液相でβ-gal活性に関してアッセイし、比活性を算出した。β-gal活性をモックに対して正規化した。なお、示された結果は2回の独立したトランスフェクションの平均値である。対照、lacZHCG1m標的単独でトランスフェクトした細胞由来の抽出物、他はlacZHCG1m標的および線状PTMの1つで同時トランスフェクトしたものであった。PTMs with very long binding domains can enhance specificity. Whole cell extracts (5 μl) were assayed for β-gal activity in the liquid phase and the specific activity was calculated. β-gal activity was normalized to mock. The results shown are the average values of two independent transfections. Controls, extracts from cells transfected with the lacZHCG1m target alone, others were co-transfected with one of the lacZHCG1m target and linear PTM. トランススプライシングドメイン(下線)およびCFTR遺伝子のエキソン1〜10のコード配列を示すCFTR PTM30(5’エキソン置換PTM)の全配列。エキソン10で改変されたコドンは下線を引き、太字で示されている。Full sequence of CFTR PTM30 (5 'exon replacement PTM) showing the trans-splicing domain (underlined) and the coding sequence of exons 1-10 of the CFTR gene. Codons modified with exon 10 are underlined and shown in bold. 153塩基対のPTM24結合ドメイン。A 153 base pair PTM24 binding domain. トランススプライシングドメイン(下線)およびCFTR cDNAのエキソン10〜24のコード配列を示すCFTR PTM24(3'エキソン置換PTM)の全配列。コード配列の末尾にヒスチジンタグと翻訳停止コドンがある。Full sequence of CFTR PTM24 (3 ′ exon substituted PTM) showing the trans-splicing domain (underlined) and coding sequence of exons 10-24 of CFTR cDNA. There is a histidine tag and a translation stop codon at the end of the coding sequence. エキソン16〜26の正常マウス配列を含むマウス因子VIII PTMの詳細な構造。BGH=ウシ成長ホルモン3'UTR(非翻訳配列);結合ドメイン=125bp;クリプティック部位を除去するための塩基の変更を円で囲んである:F5、F6、F7、F8=プライマー部位。Detailed structure of mouse factor VIII PTM containing normal mouse sequences of exons 16-26. BGH = bovine growth hormone 3′UTR (untranslated sequence); binding domain = 125 bp; base changes to remove cryptic sites are circled: F5, F6, F7, F8 = primer sites. マウス因子VIII遺伝子における結合ドメインの範囲を示す模式図。The schematic diagram which shows the range of the binding domain in a mouse factor VIII gene. PTM結合ドメインの上流の配列でクリプティックドナー部位を除去するためのAAVベクターpDLZ20およびpDLZ20-M2のプロモーターの変更。Altering the promoters of AAV vectors pDLZ20 and pDLZ20-M2 to remove cryptic donor sites at sequences upstream of the PTM binding domain. 因子VIII修復モデル。マウス因子VIII遺伝子のイントロン15の3’スプライス部位に結合するPTMの模式図。Factor VIII repair model. Schematic diagram of PTM binding to the 3 'splice site of intron 15 of mouse factor VIII gene. トランススプライシングドメインが除去されたF8 PTMの模式図。これは修復がトランススプライシングの結果であるかどうかを調べるための対照PTMに相当する。Schematic diagram of F8 PTM with trans-splicing domain removed. This corresponds to a control PTM to determine if the repair is the result of trans-splicing. 因子VIIIノックアウトマウスにおける因子VIIIの修復を示すデータ。コアテストアッセイを用いて、血液を因子VIII活性に関して調べた。Data showing factor VIII repair in factor VIII knockout mice. Blood was examined for factor VIII activity using a core test assay. エキソン16〜26の正常配列およびC末端FLAGタグを含むマウス因子VIII PTMの詳細な構造。BGH=ウシ成長ホルモン3"UTR;結合ドメイン=125bp。Detailed structure of mouse factor VIII PTM containing normal sequences of exons 16-26 and a C-terminal FLAG tag. BGH = bovine growth hormone 3 "UTR; binding domain = 125 bp. エキソン23〜26の正常配列を含むヒトまたはイヌ因子VIII PTMの詳細な構造。Detailed structure of human or canine factor VIII PTM containing normal sequences of exons 23-26. HPV-16の転写マップ。A transcription map of HPV-16. PTMによる16型ヒトパピローマウイルス発現の破壊。16型HPV標的プレmRNAの3’スプライス部位に結合するHPV-PTM2の模式図。Disruption of type 16 human papillomavirus expression by PTM. Schematic of HPV-PTM2 binding to the 3 'splice site of type 16 HPV target pre-mRNA. 複数のPTMがHPV E7にターゲットされる、E7ターゲッティング戦略。E7 targeting strategy where multiple PTMs are targeted to HPV E7. 結合ドメイン、分岐点およびポリピリミジントラクトを示すPTMデザイン。PTM design showing binding domains, branch points and polypyrimidine tracts. (A) 409位の3’ssにターゲッティングされる80bp結合ドメインを有するHPV-PTM1。(B) 409位の3’ssにターゲッティングされる149bp結合ドメインを有するHPV-PTM2。(A) HPV-PTM1 with an 80 bp binding domain targeted to 3'ss at position 409. (B) HPV-PTM2 with a 149 bp binding domain targeted to the 3'ss at position 409. HPV-PTM3および4の結合ドメイン。HPV-PTM3 and 4 binding domains. HPV-PTM5および6の結合ドメイン。太字のヌクレオチドはPTMのクリプティックスプライシングを避けるために改変されている。HPV-PTM5 and 6 binding domains. Bold nucleotides have been modified to avoid cryptic splicing of PTM. HPV-PTMターゲッティングドメインの位置。Location of the HPV-PTM targeting domain. 293T細胞におけるHPV-PTMのトランススプライシング効率。293T細胞を、2μgのp1059標的および1.5μgのPTM発現プラスミドで同時トランスフェクトした。トランスフェクションの48時間後、全RNAを単離し、RT-PCRによって分析した。標的特異的プライマーoJMD15およびJMD16を用いてシススプライシング産物を増幅し(上のパネルのレーン1〜11)、一方、標的およびPTM特異的プライマーoJMD15およびLac-6Rを用いてトランススプライシング産物を増幅した(下のパネルのレーン1〜12)。従って、レーン13〜14(上のパネル)で、lacZCF9ならびにHPV-PTM1および2でそれぞれトランスフェクトした細胞から単離されたRNAは、HPV-PTMの特異性を評価するための対照として利用できる。Transsplicing efficiency of HPV-PTM in 293T cells. 293T cells were co-transfected with 2 μg p1059 target and 1.5 μg PTM expression plasmid. Total RNA was isolated 48 hours after transfection and analyzed by RT-PCR. The cis-spliced product was amplified using target-specific primers oJMD15 and JMD16 (lanes 1-11 in the upper panel), while the trans-splicing product was amplified using target and PTM-specific primers oJMD15 and Lac-6R ( Lower panel lanes 1-12). Thus, in lanes 13-14 (upper panel), RNA isolated from cells transfected with lacZCF9 and HPV-PTM1 and 2 respectively can be used as a control to assess the specificity of HPV-PTM. HPV標的プレmRNAとPTMの間のトランススプライス部位を示すヌクレオチド配列。RT-PCR産物を精製し、プライマーLac5R(PTMの3'エキソンに結合する)を用いて直接配列決定した。矢印はHPVプレmRNA標的のE6とPTMのlacZ 3'エキソンの間のトランススプライス部位を示す。Nucleotide sequence showing the transsplice site between HPV target pre-mRNA and PTM. The RT-PCR product was purified and sequenced directly using primer Lac5R (which binds to the 3 ′ exon of PTM). The arrow indicates the trans-splice site between the HPV pre-mRNA target E6 and the PTM lacZ 3 'exon. 293細胞におけるトランススプライシング(同時トランスフェクション)。トランススプライシング効率はリアルタイムQRT-PCRを用いて定量した。Trans-splicing (co-transfection) in 293 cells. Trans-splicing efficiency was quantified using real-time QRT-PCR. 内因性プレmRNA標的へのHPV-PTMのトランススプライシング効率。SiHaおよびCaSki細胞を、1.5μgのHPV-PTM1、2またはCFTR標的PTM14または27発現プラスミドでトランスフェクトした。トランススプライシングの48時間後、全RNAを単離し、RT-PCRにより分析した。内因性HPV標的とPTMの間のトランススプライシングを、標的およびPTM特異的プライマーoJMD15およびLac-16Rを用いて検出した。HPV-PTMでトランスフェクトした細胞では、予測されるトランススプライシング産物(418bp)が明らかに見られるが(レーン2〜3および5〜7)、対照では見られない(レーン1および4)。さらに、レーン8でも非特異的トランススプライシングのためトランススプライシングが検出される。Trans-splicing efficiency of HPV-PTM to endogenous pre-mRNA target. SiHa and CaSki cells were transfected with 1.5 μg HPV-PTM1,2 or CFTR target PTM14 or 27 expression plasmids. 48 hours after trans-splicing, total RNA was isolated and analyzed by RT-PCR. Trans-splicing between the endogenous HPV target and PTM was detected using target and PTM specific primers oJMD15 and Lac-16R. In the cells transfected with HPV-PTM, the expected trans-splicing product (418 bp) is clearly seen (lanes 2-3 and 5-7), but not in the control (lanes 1 and 4). Furthermore, trans-splicing is also detected in lane 8 due to non-specific trans-splicing. SiHa細胞におけるHPV-PTM1の正確なトランススプライシング。標的プレmRNAは内因性mRNAであった。トランススプライシングされたキメラRNAの配列解析は、トランススプライシングが正確であることを示している。Accurate trans-splicing of HPV-PTM1 in SiHa cells. The target pre-mRNA was an endogenous mRNA. Sequence analysis of the trans-spliced chimeric RNA shows that trans-splicing is correct. リアルタイムQRT-PCRを用いたSiHa細胞におけるトランススプライシング効率の定量。Quantification of trans-splicing efficiency in SiHa cells using real-time QRT-PCR. SiHa細胞におけるHPV-PTM1、HPV-PTM5、およびHPV-PTM6のトランススプライシング効率。全RNAの分析をRT-PCRにより行った。Trans-splicing efficiency of HPV-PTM1, HPV-PTM5, and HPV-PTM6 in SiHa cells. Total RNA analysis was performed by RT-PCR. ポリピリミジントラクトの欠失はトランススプライシングを無効にする。レーン1および2は変異型HPV-PPTでトランスフェクトした細胞由来のRNAを示す。レーン3および4はHPV-PTM5プラスミドでトランスフェクトした細胞由来のRNAを示す。トランススプライシングから得られた269bpの産物が検出される。Deletion of polypyrimidine tract abolish trans-splicing. Lanes 1 and 2 show RNA from cells transfected with mutant HPV-PPT. Lanes 3 and 4 show RNA from cells transfected with the HPV-PTM5 plasmid. A 269 bp product obtained from trans-splicing is detected. HPVミニ遺伝子標的の5’スプライス部位に結合するPTMおよび得られるトランススプライシングされたキメラRNAの模式図。Schematic representation of the PTM binding to the 5 'splice site of the HPV minigene target and the resulting trans-spliced chimeric RNA. 二重トランススプライシング。HPVミニ遺伝子標的の3’および5’スプライス部位に結合する二重トランススプライシングPTMの模式図。得られるトランススプライシングされたmRNAを示す。Double trans-splicing. Schematic of dual trans-splicing PTM binding to 3 'and 5' splice sites of HPV minigene target. The resulting trans-spliced mRNA is shown. (A) 3’エキソン置換によるトランススプライシング。HPVミニ遺伝子標的の3’スプライス部位に結合するPTMの模式図。(B) 5’エキソン置換によるトランススプライシング。HPVミニ遺伝子標的の5’スプライス部位に結合するPTMの模式図。(A) Trans-splicing by 3 'exon substitution. Schematic of PTM binding to the 3 'splice site of the HPV minigene target. (B) Trans-splicing by 5 'exon substitution. Schematic representation of PTM binding to the 5 'splice site of the HPV minigene target. 内部エキソン置換のためにデザインされた二重スプライシングHPV-PTMの模式図。Schematic diagram of double splicing HPV-PTM designed for internal exon replacement.

Claims (38)

核酸分子を含んでなる細胞であって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 分岐点および3’スプライス受容部位を含む3’スプライス領域;
c) 3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記細胞。
A cell comprising a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) a 3 ′ splice region comprising a branch point and a 3 ′ splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in the cell.
核酸分子を含んでなる細胞であって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 3’スプライス受容部位;
c) 該3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記細胞。
A cell comprising a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) 3 'splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in the cell.
核酸分子を含んでなる細胞であって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 5’スプライス部位;
c) 5’スプライス部位を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記細胞。
A cell comprising a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) 5 'splice site;
c) a spacer region separating the 5 ′ splice site from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in the cell.
前記核酸分子が5’供与部位をさらに含んでなる、請求項1に記載の細胞。   2. The cell of claim 1, wherein the nucleic acid molecule further comprises a 5 'donor site. 3’スプライス領域がピリミジントラクトをさらに含む、請求項1に記載の細胞。   2. The cell of claim 1, wherein the 3 'splice region further comprises a pyrimidine tract. 前記核酸分子が5’スプライス部位の片側または両側に結合する1以上の相補配列を含むセーフティー配列をさらに含んでなる、請求項1に記載の細胞。   2. The cell of claim 1, wherein the nucleic acid molecule further comprises a safety sequence comprising one or more complementary sequences that bind to one or both sides of the 5 'splice site. 前記核酸分子が3’スプライス領域の片側または両側に結合する1以上の相補配列を含むセーフティーヌクレオチド配列をさらに含んでなる、請求項1に記載の細胞。   2. The cell of claim 1, wherein the nucleic acid molecule further comprises a safety nucleotide sequence comprising one or more complementary sequences that bind to one or both sides of the 3 'splice region. 前記核酸分子の標的プレmRNAへの結合が相補性、三重らせん形成またはタンパク質-核酸相互作用により媒介される、請求項1に記載の細胞。   2. The cell of claim 1, wherein binding of the nucleic acid molecule to a target pre-mRNA is mediated by complementarity, triple helix formation or protein-nucleic acid interaction. 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列が、イヌ非ヒト因子VIIIタンパク質のエキソン23〜26またはマウス非ヒト因子VIIIタンパク質のエキソン16〜26をコードする、請求項1に記載の細胞。   2. The cell of claim 1, wherein the nucleotide sequence trans-spliced to the target pre-mRNA encodes canon non-human factor VIII protein exons 23-26 or mouse non-human factor VIII protein exons 16-26. 核酸分子を発現する組換えベクターを含んでなる細胞であって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 分岐点および3’スプライス受容部位を含む3’スプライス領域;
c) 3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記細胞。
A cell comprising a recombinant vector that expresses a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) a 3 ′ splice region comprising a branch point and a 3 ′ splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in the cell.
核酸分子を発現する組換えベクターを含んでなる細胞であって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 3’スプライス受容部位;
c) 該3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記細胞。
A cell comprising a recombinant vector that expresses a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) 3 'splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in the cell.
核酸分子を発現する組換えベクターを含んでなる細胞であって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 5’スプライス部位;
c) 5’スプライス部位を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記細胞。
A cell comprising a recombinant vector that expresses a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) 5 'splice site;
c) a spacer region separating the 5 ′ splice site from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in the cell.
前記核酸分子が5’供与部位をさらに含んでなる、請求項10に記載の細胞。   11. The cell of claim 10, wherein the nucleic acid molecule further comprises a 5 'donor site. 3’スプライス領域がピリミジントラクトをさらに含む、請求項10に記載の細胞。   11. The cell of claim 10, wherein the 3 'splice region further comprises a pyrimidine tract. 前記核酸分子が3’スプライス領域の片側または両側に結合する1以上の相補配列を含むセーフティーヌクレオチド配列をさらに含んでなる、請求項10に記載の細胞。   11. The cell of claim 10, wherein the nucleic acid molecule further comprises a safety nucleotide sequence comprising one or more complementary sequences that bind to one or both sides of the 3 'splice region. 細胞においてキメラRNA分子を作製する方法であって、
細胞内で発現された標的非ヒト因子VIIIプレmRNAと、核スプライシング成分により認識される核酸分子とを、該核酸分子の一部が標的プレmRNAの一部にトランススプライシングされて細胞内でキメラRNAを形成する条件下で接触させることを含んでなり、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 分岐点および3’スプライス受容部位を含む3’スプライス領域;
c) 3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなる、上記方法。
A method for producing a chimeric RNA molecule in a cell comprising:
The target non-human factor VIII pre-mRNA expressed in the cell and the nucleic acid molecule recognized by the nuclear splicing component are partially spliced into a part of the target pre-mRNA, and the chimeric RNA in the cell Contacting under conditions that form a nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) a 3 ′ splice region comprising a branch point and a 3 ′ splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
Comprising the above method.
細胞においてキメラRNA分子を作製する方法であって、
細胞内で発現された標的非ヒト因子VIIIプレmRNAと、核スプライシング成分により認識される核酸分子とを、該核酸分子の一部が標的プレmRNAの一部にトランススプライシングされて細胞内でキメラRNAを形成する条件下で接触させることを含んでなり、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 3’スプライス受容部位;
c) 該3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなる、上記方法。
A method for producing a chimeric RNA molecule in a cell comprising:
The target non-human factor VIII pre-mRNA expressed in the cell and the nucleic acid molecule recognized by the nuclear splicing component are partially spliced into a part of the target pre-mRNA, and the chimeric RNA in the cell Contacting under conditions that form a nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) 3 'splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
Comprising the above method.
細胞においてキメラRNA分子を作製する方法であって、
細胞内で発現された標的非ヒト因子VIIIプレmRNAと、核スプライシング成分により認識される核酸分子とを、接触させることを含んでなり、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 5’スプライス部位;
c) 5’スプライス部位を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記方法。
A method for producing a chimeric RNA molecule in a cell comprising:
Contacting a target non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell with a nucleic acid molecule recognized by a nuclear splicing component, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) 5 'splice site;
c) a spacer region separating the 5 ′ splice site from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in a cell.
前記核酸分子が5’供与部位をさらに含んでなる、請求項16に記載の方法。   17. The method of claim 16, wherein the nucleic acid molecule further comprises a 5 'donor site. 3’スプライス領域がピリミジントラクトをさらに含む、請求項16に記載の方法。   17. The method of claim 16, wherein the 3 'splice region further comprises a pyrimidine tract. 前記核酸分子が3’スプライス領域の片側または両側に結合する1以上の相補配列を含むセーフティーヌクレオチド配列をさらに含んでなる、請求項16に記載の方法。   17. The method of claim 16, wherein the nucleic acid molecule further comprises a safety nucleotide sequence comprising one or more complementary sequences that bind to one or both sides of the 3 'splice region. a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 分岐点および3’スプライス受容部位を含む3’スプライス領域;
c) 3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、細胞内で核スプライシング成分により認識される、核酸分子。
a) one or more target binding domains that target the binding of nucleic acid molecules to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in cells;
b) a 3 ′ splice region comprising a branch point and a 3 ′ splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
A nucleic acid molecule that is recognized by a nuclear splicing component in a cell.
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 3’スプライス受容部位;
c) 該3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、細胞内で核スプライシング成分により認識される、核酸分子。
a) one or more target binding domains that target the binding of nucleic acid molecules to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in cells;
b) 3 'splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
A nucleic acid molecule that is recognized by a nuclear splicing component in a cell.
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 5’スプライス部位;
c) 5’スプライス部位を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、細胞内で核スプライシング成分により認識される、核酸分子。
a) one or more target binding domains that target the binding of nucleic acid molecules to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in cells;
b) 5 'splice site;
c) a spacer region separating the 5 ′ splice site from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
A nucleic acid molecule that is recognized by a nuclear splicing component in a cell.
前記核酸分子が5’供与部位をさらに含んでなる、請求項22に記載の核酸分子。   23. The nucleic acid molecule of claim 22, wherein the nucleic acid molecule further comprises a 5 'donor site. 3’スプライス領域がピリミジントラクトをさらに含む、請求項22に記載の核酸分子。   23. The nucleic acid molecule of claim 22, wherein the 3 'splice region further comprises a pyrimidine tract. 前記核酸分子が3’スプライス領域の片側または両側に結合する1以上の相補配列を含むセーフティーヌクレオチド配列をさらに含んでなる、請求項22に記載の核酸分子。   23. The nucleic acid molecule of claim 22, further comprising a safety nucleotide sequence comprising one or more complementary sequences that bind to one or both sides of the 3 'splice region. 前記核酸分子の標的プレmRNAへの結合が相補性、三重らせん形成またはタンパク質-核酸相互作用により媒介される、請求項22に記載の核酸分子。   23. The nucleic acid molecule of claim 22, wherein binding of the nucleic acid molecule to a target pre-mRNA is mediated by complementarity, triple helix formation, or protein-nucleic acid interaction. 核酸分子を発現する真核生物発現ベクターであって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 分岐点および3’スプライス受容部位を含む3’スプライス領域;
c) 3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記発現ベクター。
A eukaryotic expression vector for expressing a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) a 3 ′ splice region comprising a branch point and a 3 ′ splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in a cell.
核酸分子を発現する真核生物発現ベクターであって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 3’スプライス受容部位;
c) 該3’スプライス領域を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記発現ベクター。
A eukaryotic expression vector for expressing a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) 3 'splice acceptor site;
c) a spacer region that separates the 3 ′ splice region from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in a cell.
核酸分子を発現する真核生物発現ベクターであって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン;
b) 5’スプライス部位;
c) 5’スプライス部位を標的結合ドメインから分離するスペーサー領域;および
d) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記発現ベクター。
A eukaryotic expression vector for expressing a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell;
b) 5 'splice site;
c) a spacer region separating the 5 ′ splice site from the target binding domain; and
d) a nucleotide sequence trans-spliced into the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in a cell.
前記核酸分子が5’供与部位をさらに含んでなる、請求項29に記載のベクター。   30. The vector of claim 29, wherein the nucleic acid molecule further comprises a 5 'donor site. 前記核酸分子がピリミジントラクトをさらに含んでなる、請求項29に記載のベクター。   30. The vector of claim 29, wherein the nucleic acid molecule further comprises a pyrimidine tract. 前記核酸分子が3’スプライス領域の片側または両側に結合する1以上の相補配列を含むセーフティーヌクレオチド配列をさらに含んでなる、請求項29に記載のベクター。   30. The vector of claim 29, wherein the nucleic acid molecule further comprises a safety nucleotide sequence comprising one or more complementary sequences that bind to one or both sides of the 3 'splice region. 前記ベクターがウイルスベクターである、請求項29に記載のベクター。   30. The vector of claim 29, wherein the vector is a viral vector. 前記ウイルスベクターがアデノ随伴ウイルスベクターである、請求項35に記載のベクター。   36. The vector of claim 35, wherein the viral vector is an adeno-associated viral vector. 生理学上許容される担体および請求項29〜36のいずれか1項に記載のベクターを含んでなる組成物。   37. A composition comprising a physiologically acceptable carrier and the vector according to any one of claims 29 to 36. 被験者に核酸分子を投与することを含んでなる、被験者の非ヒト因子VIII遺伝的欠損を修復するための方法であって、該核酸分子が、
a) 細胞内で発現された非ヒト因子VIIIプレmRNAに該核酸分子の結合をターゲットする1以上の標的結合ドメイン、ただし、該プレmRNAは非ヒト因子VIII遺伝的欠損を含む遺伝子によりコードされるものであること;および
b) 標的プレmRNAにトランススプライシングされるヌクレオチド配列であって、非ヒト因子VIIIポリペプチドをコードする該ヌクレオチド配列;
を含んでなり、該核酸分子は細胞内で核スプライシング成分により認識されるものである、上記方法。
A method for repairing a non-human factor VIII genetic defect in a subject comprising administering to the subject a nucleic acid molecule, the nucleic acid molecule comprising:
a) one or more target binding domains that target binding of the nucleic acid molecule to a non-human factor VIII pre-mRNA expressed in a cell, wherein the pre-mRNA is encoded by a gene containing a non-human factor VIII genetic defect Be; and
b) a nucleotide sequence trans-spliced to the target pre-mRNA, said nucleotide sequence encoding a non-human factor VIII polypeptide;
And the nucleic acid molecule is recognized by a nuclear splicing component in a cell.
JP2005003107A 2001-01-08 2005-01-07 Spliceosome-mediated rna trans-splicing Pending JP2005168509A (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/756,097 US20060088938A1 (en) 1995-12-15 2001-01-08 Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing in plants
US09/756,096 US20030077754A1 (en) 1995-12-15 2001-01-08 Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
US09/756,095 US20020115207A1 (en) 1995-12-15 2001-01-08 Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
US09/838,858 US20030148937A1 (en) 1995-12-15 2001-04-20 Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
US09/941,492 US20030027250A1 (en) 1995-12-15 2001-08-29 Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002555104A Division JP2004525618A (en) 2001-01-08 2002-01-08 RNA trans-splicing mediated by spliceosomes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005168509A true JP2005168509A (en) 2005-06-30

Family

ID=27542170

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002555104A Pending JP2004525618A (en) 2001-01-08 2002-01-08 RNA trans-splicing mediated by spliceosomes
JP2005003076A Pending JP2005176849A (en) 2001-01-08 2005-01-07 Spliceosome mediated rna trans-splicing
JP2005003107A Pending JP2005168509A (en) 2001-01-08 2005-01-07 Spliceosome-mediated rna trans-splicing

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002555104A Pending JP2004525618A (en) 2001-01-08 2002-01-08 RNA trans-splicing mediated by spliceosomes
JP2005003076A Pending JP2005176849A (en) 2001-01-08 2005-01-07 Spliceosome mediated rna trans-splicing

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1358203A4 (en)
JP (3) JP2004525618A (en)
AU (1) AU2002246959B2 (en)
CA (1) CA2434118A1 (en)
IL (3) IL165056A0 (en)
WO (1) WO2002053581A2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10139492B4 (en) * 2001-08-13 2004-06-09 Eul, Joachim, Dr. Process for the repair of a mutated RNA from a gene-defective DNA and for the targeted killing of tumor cells by RNA trans-splicing as well as process for the detection of naturally trans-spliced cellular RNA
WO2003104412A2 (en) 2002-06-05 2003-12-18 Intronn, Inc. Spliceosome mediated rna trans-splicing and correction of factor viii genetic defects using spliceosome mediated rna trans spling
CA2553828A1 (en) * 2004-01-23 2005-08-04 Intronn, Inc. Expression of apoa-1 and variants thereof using spliceosome mediated rna trans-splicing
AU2005295033B2 (en) * 2004-10-08 2012-01-19 Virxsys Corporation Targeted trans-splicing of highly abundant transcripts for in vivo production of recombinant proteins
AU2005326784B2 (en) * 2004-10-08 2012-03-15 Virxsys Corporation Use of RNA trans-splicing for antibody gene transfer and antibody polypeptide production
JP5081462B2 (en) * 2007-02-02 2012-11-28 富士フイルム株式会社 Fusion protein production method by trans-splicing method
EP2742128A4 (en) * 2011-08-12 2015-03-18 Virxsys Corp Compositions and methods for inducing apoptosis
EP3164492B1 (en) 2014-07-03 2019-10-23 F. Hoffmann-La Roche AG Polypeptide expression systems

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6280978B1 (en) * 1995-12-15 2001-08-28 Intronn Holdings, Llc Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
ES2279531T3 (en) * 1995-12-15 2007-08-16 Intronn, Inc. THERAPEUTIC MOLECULES GENERATED BY CUTTING AND EMPALME IN TRANS.

Also Published As

Publication number Publication date
IL165056A0 (en) 2005-12-18
JP2004525618A (en) 2004-08-26
EP1358203A4 (en) 2006-11-22
IL156665A0 (en) 2004-01-04
WO2002053581A2 (en) 2002-07-11
IL165057A0 (en) 2005-12-18
WO2002053581A3 (en) 2002-09-26
EP1358203A2 (en) 2003-11-05
JP2005176849A (en) 2005-07-07
AU2002246959B2 (en) 2008-03-06
CA2434118A1 (en) 2002-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11447796B2 (en) Circular RNA for translation in eukaryotic cells
JP4353390B2 (en) Methods and compositions for use in spliceosome-mediated RNA trans-splicing
US20060246422A1 (en) Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
US6083702A (en) Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
JP4321877B2 (en) Therapeutic molecules produced by trans-splicing
JP2005168509A (en) Spliceosome-mediated rna trans-splicing
US7033801B2 (en) Compositions and methods for rapidly generating recombinant nucleic acid molecules
JP2021513863A (en) Compositions and Methods for Treating Non-Aging Hearing Impairment in Human Subjects
JP2023514149A (en) RNA assembly and expression mediated by ribozymes
AU2002246959A1 (en) Spliceosome mediated RNA trans-splicing
US20030077754A1 (en) Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
US20030148937A1 (en) Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
AU2004237884B2 (en) Spliceosome mediated RNA trans-splicing
JP2005528911A (en) Spliceosome-mediated RNA trans-splicing and correction of genetic defects in factor VIII using spliceosome-mediated RNA trans-splicing
US20020115207A1 (en) Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
US20060088938A1 (en) Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing in plants
Smicun et al. Enhanced intracellular availability and survival of hammerhead ribozymes increases target ablation in a cellular model of osteogenesis imperfecta
CA2558640A1 (en) Spliceosome mediated rna trans-splicing
JP2009000120A (en) Method and composition for use in spliceosome-mediated rna trans-splicing
AU2004237883A1 (en) Spliceosome mediated RNA trans-splicing
JP2006505242A (en) Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080219

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20080513

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20080516

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080819

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20080910

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20081111