JP2006501841A - 日本脳炎ウイルスの全長のゲノムRNA及び該JEVゲノムRNAに対する感染性を有するJEVcDNA及びその用途 - Google Patents

日本脳炎ウイルスの全長のゲノムRNA及び該JEVゲノムRNAに対する感染性を有するJEVcDNA及びその用途 Download PDF

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Abstract

本発明は、日本脳炎ウイルスの新規なゲノムRNA及びそれから合成した前記JEVゲノムRNAに対する感染性があるJEV cDNAに関するものである。より詳細には、本発明は、配列番号 15で表される全体長のJEVゲノムRNA及び前記JEVゲノムRNAに対する感染性があるJEV cDNAに関するものである。本発明のJEVゲノムRNA及びJEVゲノムRNAに対する感染性があるJEV cDNAは、JEV遺伝子を同定することだけではなく、JEVの複製、転写及び翻訳に関連した分子生物学的なメカニズムの研究のために使用できる。また、本発明は、日本脳炎の治療剤、ワクチン、診断試薬及び診断用器具等の開発にも有用に使用できる。併せて、異種遺伝子の発現ベクターに使用できる。

Description

本発明は、日本脳炎ウイルス(以下「JEV」と略称する)の新規なゲノムRNA配列の決定、前記JEVゲノムRNAに対する感染性を有するJEV cDNAの構成及び治療、ワクチン、診断利用のための前記クローンまたはこれらの誘導体の利用に関するものである。さらに、本発明は、例えば、異種起源の遺伝子発現システム、遺伝的免疫及び一時的遺伝子治療のためのJEVベクターに関するものである。
JEVは、フラビウイルス科(flaviviridae)に属するRNAウイルスの一種で、蚊によって伝播される。JEVは、ヒト、特に子供に永久的な神経精神疾患(neuropsychiatric sequelae)を引き起こし、さらに死亡に至らせる重要な病原性ウイルスであると知られている。(非特許文献1〜3)。ほぼ毎年50,000件が発病し、その約25%が死亡する。生存者の約半分は、永久的な神経疾患に苦しめられる。(非特許文献4、5)。JEVは、旧ソ連からインドに至るまで大部分のアジア地域に分布している。しかし、最近JEVウイルスの伝播が、南半球でも報告され、これは前記JEVウイルスが全世界的に公衆保健を脅す可能性があることを意味している。(非特許文献6〜8)。
JEVは、単一鎖)の小さい外皮(small−enveloped)ウイルスであり、長さ約11kbの陽性センス(positive−sense)RNAゲノムを有している。ゲノムは、一つの長い転写解読フレーム(以下「ORF」と略称する)を有し、ORFの両端部位にウイルスの自己複製に重要な役割をするシス作用性(cis−acting)因子を有する5’及び3’非翻訳部位(nontranslated region;NTR)で構成されている。JEVのRNAゲノムは、5’−末端にタイプIキャップ(cap)構造を有しているが、3’−末端にポリ(A)尾構造は有していない。ORFは、一つの大きい多重蛋白質(polyprotein)として翻訳され、これは翻訳と同時または翻訳後にプロセッシングされ、三つの構造蛋白質と七つの非構造蛋白質が生産される。ここで、前記蛋白質に当たる遺伝子は、JEV RNAゲノム上で、C−prM−E−NS1−NS2A−NS2B−NS3−NS4A−NS4B−NS5のような配列を有する。(非特許文献9〜11)。JEVウイルス遺伝子産物の機能、JEVの自己複製、神経毒性及び病原性に関与する分子生物学的なメカニズムのような内容は、現在までよく知られていない。その理由として一番大きいのは、信頼できる逆相遺伝子系が存在しないためである。
陽性センスRNAウイルスに対する研究は、逆相遺伝子システムの開発と共に急速に発展してきた。ここで、興味あるウイルスゲノムの感染性cDNAクローンが製造され、これが合成されたウイルスを製造する感染性を有するRNA合成のための鋳型として作用する。逆相遺伝子システムでは、RNA−ラウンチアプローチ方式とDNA−ラウンチアプローチ方式の二つの方法がある。伝統的な「RNA−ラウンチ(RNA−launched)」アプローチ方法では、細胞が感染性を有するcDNAクローンから合成されたRNA転写物にトランスフェクトされ、前記細胞から合成されたウイルスが回収される。(非特許文献12〜16)。また、「DNA−ラウンチ(DNA−launched)」アプローチ方法では、感染性を有するcDNAクローンを受容細胞(susceptible cell)に直接形質転換させることによって合成されたウイルスを製造する。前記方法は、ポリオウイルスに対して初めて適用されたもので、(非特許文献17)、アルファウイルスに対しても適用された。(非特許文献18)。
前記二つのアプローチ方法は、最も大きいRNAゲノムを有しているコロナウイルス(非特許文献19)を含め、多くの陽性−センスRNAウイルスファミリーに対して感染性を有するcDNAクローンを製造するために使用されてきた。前記感染性を有するcDNAクローンは、陽性センスRNAウイルスに対する多くの疑問点を解決するにおいて重要に使用されてきた。しかし、日本脳炎ウイルスについては、まだ逆相遺伝子システムが構築されていないため、JEVに対する研究は、進歩していない。これは、全長の感染性を有するcDNAクローンの構築が成功していないためである。その理由として一番大きいのは、クローンされたcDNAの遺伝子学的な不安定性に起因する。結局、多くの研究努力にも関わらず、現在までJEVに対する遺伝学的に安定した全長の感染性を有するcDNA分子クローンは、合成されていない実情である。(非特許文献20〜23)。
それで、本発明者らは、韓国に存在する野生の蚊から分離した韓国型(Korean isolate)JEVを使用してウイルスゲノムRNAの真性の全長のヌクレオチド塩基配列を正確に証明し、前記JEVゲノムRNAに対する全長の感染性を有するcDNAを合成することにより逆相遺伝子システムを開発した。このように開発された前記感染性を有するJEVcDNAを利用した逆相遺伝子システムは、JEV遺伝子産物に対する機能、JEVの自己複製、神経侵入性及び病原性に関与する分子生物学的なメカニズムを証明するのに有用に使用可能であり、また、前記感染性を有するJEVcDNAを異種遺伝子の発現のためのベクターに有用に使用可能であることを証明することにより、本発明を完成した。
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本発明の目的は、日本脳炎ウイルスの新規なゲノムRNA、前記ゲノムRNAに対する感染性を有するcDNA及び前記cDNAまたはこれの誘導体を利用して製造される新しい遺伝子発現ベクターを提供することである。
前記目的を達成するために、
1)本発明は、JEVウイルスの新規なゲノムRNAを提供する。
2)本発明は、自己複製ができるJEV RNA転写物を生産可能な感染性を有するJEV cDNAを提供する。
3)本発明は、前記全長のJEVゲノムRNAに対するcDNAを含むベクターを提供する。
4)本発明は、前記JEV cDNAベクターから合成された自己複製可能なRNA転写物を提供する。
5)本発明は、前記JEV cDNAベクターから合成されたRNA転写物をトランスフェクトされた細胞から得られた組換えされたJEVウイルス(recombinant JEV virus)を提供する。
6)本発明は、前記JEV cDNAを含むJEV発現ベクターを提供する。
7)本発明は、前記JEV発現ベクターを利用して異種遺伝子(heterologous gene)を発現させる様々な方法を提供する。
以下、本発明を詳細に説明する。
I.本発明は、JEVウイルスの新規なゲノムRNAを提供する。
本発明の韓国型JEVゲノムRNAは、5’−非翻訳部位、ポリペプチドコード部位及び3’−非翻訳部位で構成される。
上記でゲノムRNAの全長は、10,968bpであり、95bpからなる5’−非翻訳部位、10,299bpからなるポリペプチドコード部位及び574bpからなる3’−非翻訳部位で構成されている。
本発明の好ましい実施例によると、本発明のJEVウイルスの新規なゲノムRNAは、配列番号15で表される配列である。また、前記配列番号15で表されるJEVウイルスのゲノムRNAと98%以上の相同性を有する配列も本発明の新規なゲノムRNAに含まれる。
本発明の韓国型JEVウイルスは、韓国型日本脳炎ウイルスであるJEV K87P39ウイルスからプラーク分離精製(plaque−purification)技術を利用して再び分離精製されたウイルスとして「JEV CNU/LP2」と命名した(図1参照)。
本発明者らは、韓国型日本脳炎ウイルスであるJEV CNU/LP2ウイルスの全長のヌクレオチド塩基配列を証明するため、長いRT−PCR(long RT−PCR)方法でウイルスの5’−末端と3’−末端を除いた残りの部位を、三つの重畳するcDNA、JVF(nt 1−3865)、JVM(nt 3266−8170)及びJVR(nt 7565−10893)cDNAで合成及び増幅して、各々約3.9kbp(JVF)、約4.9kbp(JVM)及び約3.3kbp(JVR)の切片を得て、これに対する塩基配列を証明した(図2のA参照)。
ウイルスゲノムRNAの3’−末端の正確な塩基配列を証明するためには、まず、オリゴヌクレオチドTをCNU/LP2ゲノムRNAの3’−末端に接合(ligation)させなければならず、(図2のB参照)、ここで、オリゴヌクレオチドTは、cDNA合成とPCR増幅時に必要な特異なプライマーバインディング位置を提供する(図2のB参照)。アガロースゲル電気泳動を通じて増幅された産物は、約700bpの大きいバンドと約450bpの小さいバンドの二種類のバンドに移動することが証明された(図2のC参照)。二つのバンドを精製してクローンさせ、前記大きいバンド、小さいバンドを含む10乃至20個の無作為に選択されたクローン各々を配列分析した。塩基配列を分析した結果、JEVウイルスの全体塩基配列が証明された大部分の分離株の場合において報告されたように、本発明者らは、大きい挿入体(約700bp)を有する全てのクローンのウイルスゲノムRNAの3’−末端が−GATCT10968で終わることを発見した。一方、小さい挿入体(約450bp)を有する全てのクローンは、ウイルスRNAゲノムの塩基配列10,684番目で終結し、大きいバンドより284bp小さくなることが分かった。小さい挿入体の場合、ウイルスゲノムRNAの3’−末端に284ヌクレオチドを含んでいないため、全長のJEV cDNA結合(assembly)過程の間、本発明者らは、大きい挿入体のヌクレオチド塩基配列を使用した。
CNU/LP2ウイルスゲノムRNAの5’−末端の正確な塩基配列を証明するため、まず、5’−末端に存在するキャップ構造をタバコ酸ピロホスファート(tobacco acid pyrophosphatase)と反応させて除去した。ここで、キャップ構造が除去されたウイルスゲノムRNAは、自家接合(self−ligation)が行われ、接合された3’−5’部位は、ウイルス3’−末端近くの塩基配列(nt 10259−nt 10276)に相補的に結合するRT−PCRのための陽性センスプライマーと、ウイルス5’−末端近くの塩基配列(nt 164−nt 181)に相補的に結合する陰性センスプライマーを使用してcDNAを合成し、PCR増幅した(図2のD参照)。アガロースゲルを利用した電気泳動の結果、PCRで増幅された産物は、約850bpの大きさの単一バンドで現われた(図2のE参照)。このように増幅されたアンプリコン(amplicon)をクローニングした後、無作為に選別した12個のクローンの塩基配列を分析した結果、12個全てのクローンでウイルス3’−末端塩基配列の−GATCT10968に続いて5’−末端の塩基配列AGAAGT−が連結されていることが分かった(図2のB及び図2のC参照)。
前記結果から、本発明者らは、配列番号15で表されるJEV CNU/LP2分離株(isolate)の完全な全長のヌクレオチド塩基配列を証明した。JEV CNU/LP2ゲノムRNAの全長は、10,968bpであり、これは95bpからなる5’−非翻訳部位、10,299bpからなるポリペプチドコード部位及び574bpからなる3’−非翻訳部位の三つの部位で構成されている。本発明者らは、CNU/LP2分離株の前記全体塩基配列を、ジェンバンク(GenBank)データベースで塩基配列が全て証明されている公知の26個のJEVウイルスのゲノムRNA(Ishikawa、K94P05、FU、CH2195LA、CH2195SA、RP−2ms、RP−9、CH1392、T1P1、YL、JaGAr01、HVI、TC、TL、Beijing−1、Ling、Vellore P20778、p3、SA14−14−2、SA(A)、SA14−12−1−7、SA14−2−8、SA14、SA(V)、GP78及びJaOArS982ウイルス株)の全長のヌクレオチド塩基配列と比較した。比較分析に使用したウイルス株に対する分離地域、分離年度、出処及びジェンバンクアクセス番号(GenBank accession number)に関する情報を下に要約した(表1参照)。
(表1)
Figure 2006501841
IU:情報なし
他のJEV菌株のヌクレオチド塩基配列を比較した結果、JEV分離株CNU/LP2ゲノムは、これらゲノムと各々89.0%(Ishikawa)、89.1%(K94P05)、89.3%(FU)、95.8%(CH2195LA)、95.9%(CH2195SA)、97.1%(RP−2ms)、97.2%(RP−9)、97.3%(CH1392)、97.3%(T1P1)、97.0%(YL)、97.4%(JaGAr01)、97.1%(HVI)、96.9%(TC)、96.7%(TL)、96.4%(Beijing−1)、96.3%(Ling)、96.0%(Vellore P20778)、97.1%(p3)、97.4%(SA14−14−2)、97.5%(SA(A))、97.5%(SA14−12−1−7)、97.7%(SA14−2−8)、97.9%(SA14)、97.9%(SA(V))、96.3%(GP78)及び97.1%(JaOArS982)の相同性を有する(表2参照)。したがって、本発明の配列番号15で表される塩基配列と98%以上の相同性を有するJEVウイルスのゲノムRNAの塩基配列は、本発明の権利範囲に属する。
(表2)
Figure 2006501841
本発明の塩基配列は、JEVポリペプチドコード部位以外にも、ウイルスの自己複製、転写及び翻訳を調節するシス作用性(cis−acting)因子を有している5’−非翻訳部位と3’−非翻訳部位の正確な塩基配列を分子生物学的な実験方法で証明した。これは、幾つかの研究で5’−末端及び3’−末端部位全てが試験管内(You and Padmanabhan,J.Biol.Chem.,1999年、第274巻、33714−33722頁)及び生体内(Khromykh等,J.Virol.,2001年、第75巻、6719−6728頁)フラビウイルス(flavivirus)RNA複製の開始に要求されることが知られているため、大変重要な意味を持つ。特に、本発明で、JEV CNU/LP2の5’−末端及び3’−末端の塩基配列と証明されたAGAAGT−及び−GATCT10968は、前記ウイルスの自己複製に重要な役割を果たすと思われる。
本発明者らは、上記で証明されたJEVの完全な全長の塩基配列を有する合成RNA転写物に細胞を形質転換させた時に、感染性を有する合成されたJEVウイルスが生産されることを下記で実験的に証明することにより、JEVが自己複製の時に必要な完全な全長の塩基配列を機能的な側面から世界で最初に立証した。
II.本発明は、自己複製ができるJEV RNA転写物を生産可能な感染性を有するJEV cDNAを提供する。
本発明の感染性を有するJEV cDNAは、配列番号15で表される塩基配列または配列番号15と98%以上の相同性がある全長のJEVゲノムRNAの塩基配列に基づいて合成され、試験管内転写を通じて自己複製ができるJEV RNA転写物を合成するのに鋳型として使用される。本発明の全長のJEV cDNAは、まず、5’−末端及び3’−末端を含むウイルスゲノムRNAをRT−PCRによって数々の重畳するcDNAで増幅させた後、これを連結することにより製造される。
試験管内ランオフ転写反応を通じて全長の合成JEV RNA転写物を生産するため、JEVゲノムRNAの5’−末端すぐ前にSP6またはT7プロモーター塩基配列部位を含み、JEVゲノムRNAの3’−末端すぐ後にランオフ位置を人為的に作るようにウイルスゲノムRNAに存在しない唯一の制限酵素認識塩基配列を含む(図3のA参照)。本発明では、好ましい実施例としてJEVゲノムRNAに当たる三つの重畳するcDNA(JVF、JVM及びJVR)、SP6またはT7プロモーター塩基配列を含む5’−末端部位及びランオフ位置として、XhoIとXbaI認識塩基配列を含む3’−末端部位に当たる二つのcDNAを利用して、3個のSP6−誘導された全長のJEV cDNAと3個のT7−誘導された全長のJEV cDNAを各々製造した(図3のB及び図3のC参照)。しかし、前記二つのプロモーター以外にも、他プロモーターを使用可能であることは、当業者において自明なことである。また、本発明で開発された全長のJEV cDNAは、ランオフ位置としてXhoIとXbaIと使用したが、それ以外にも他の制限酵素を使用可能であることは、当業者において自明なことである。
本発明のJEV cDNAクローンは、BACであるpBeloBAC11プラスミドをベクターとして使用して、上記のように数々の重畳するcDNAを含むサブクローンを製造した後、これを互いに連結することによって、全長のJEV cDNAを提供する。
本発明者らは、好ましい実施例でSP6プロモーターを有しながら配列番号43、配列番号44及び配列番号45で表されるJEV cDNAとT7プロモーターを有しながら各々配列番号46、配列番号47及び配列番号48で表されるJEV cDNAを提供する(図3のB及び図3のC参照)。全ての場合において、ランオフ転写反応以後にウイルスゲノムの3’末端が完全であることを立証するため、本発明者らは、ウイルスゲノムの末端にXho IまたはXba Iの特異な制限酵素認識部位を挿入させた(図3のBまたは図3のC参照)。
III.本発明は、前記全長のJEVゲノムRNAに対するcDNAを含むベクターを提供する。
本発明のベクターは、前記JEV全長の感染性を有するcDNAを含むことを特徴とする。本発明の好ましい実施例では、SP6プロモーターを有する配列番号43、配列番号44及び配列番号45で表されるJEV cDNAを含むpBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XbaI及びT7プロモーターを有する配列番号46、配列番号47及び配列番号48で表されるpBACT7/JVFL/XhoI、pBACT7/JVFLx/XhoI、pBACT7/JVFLx/XbaIベクターを提供する。本発明者らは、前記ベクター中で最も効率が良いpBACT7/JVFLx/XbaI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIを、2002年10月2日付にて韓国生命工学研究院遺伝子銀行に寄託した(アクセッション番号:KCTC 10346BP、KCTC 10347BP)。
IV.本発明は、前記JEV cDNAベクターから合成された自己複製可能なRNA転写物を提供する。
試験管内ランオフ転写反応の場合、鋳型として使用されるJEV cDNAは、上記のようにウイルスゲノムの3’−末端すぐ後にランオフ位置としてエンジニアリングしたXhoIまたは XbaI制限酵素による消化により線形化される(図3参照)。XhoIの処理により線形化された二つプラスミド(pBACSP6/JVFL/XhoIとpBACSP6/JVFLx/XhoI)は、mG(5’)ppp(5’)Aキャップ構造類似体の存在下でSP6ポリメラーゼランオフ転写反応を通じて5’−末端にキャップ構造を有する同時に、3’−末端にウイルスと関連しない三つのヌクレオチドCGAを有する合成RNA転写物を生産するのに鋳型として使用する(図3のB参照)。これは、Xho Iの切断により残された5’突出部位を複製した結果である。これと類似に、XbaI−線形化されたpBACSP6/JVFLx/XbaIプラスミドは、mG(5’)ppp(5’)Aキャップ構造類似体の存在下でSP6ポリメラーゼランオフ転写反応を通じて5’−末端にキャップ構造を有すると同時に、3’−末端にウイルスと関連しない四つのヌクレオチド CTAGを有する合成RNA転写物を生産するのに鋳型として使用する(図3のB参照)。
本発明者らは、合成されたJEV RNA転写物の特異的感染力を定量するため、感染センターアッセイ法を実施した。その結果、合成されたRNA転写物に敏感な(susceptible)BHK−21細胞を形質転換させた場合、全て高い感染性(3.4−4.3x10PFU/μg)を示した(表3参照)。これと同じく、T7プロモーターを有する三つの全長のJEV cDNA pBACT7/JVFL/XhoI、pBACT7/JVFLx/XhoI及びpBACT7/JVFLx/XbaIを鋳型として使用して、mG(5’)ppp(5’)Aキャップ構造類似体の存在下でT7ポリメラーゼランオフ転写反応を通じて合成したRNA転写物も、高い特異的感染性(2.9−3.8x10PFU/μg)を示した(表3参照)。
ある種のフラビウイルスの場合、感染性を有するcDNAから転写された合成RNAの3’−末端に、ウイルスと関連しないヌクレオチド塩基配列が存在すると、合成されたRNAの特異的感染性が減少すれるかまたはなくなる(abrogate)ということが報告された(Yamshchikov等,Virology、2001年、第281巻、294−304頁)。前記報告に基づいて本発明者らは、JEV cDNAからJEVの3’−末端にウイルスと関連しないヌクレオチド塩基配列が存在しない合成されたRNA転写物を製造し、これの特異的感染性を比較した。具体的に、本発明者らは、転写反応に先立って、Xba I処理により線形化したpBACsp6/JVFLx/XbaIプラスミドを、リョクトウヌクレアーゼ(MBN)で処理することによりウイルスと関連しない配列が欠失した合成RNAを製造した。MBN活性を立証するため、Xba I処理により線形化してMBNで処理されたpBACSP6/JVFLx/XbaI plasmidは、自家接合(self−ligation)され、これのウイルス3’末端の配列を分析した結果、四つの不必要なヌクレオチドであるCTAGが除去されたことが証明された。Xba I処理により線形化してMBNで処理されたpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN(図3のB参照)及びpBACT7/JVFLx/XbaIMBN(図3C参照)から、RNA転写物は、全て、MBNで処理していない転写物と比較して特異的感染性が増加した。その結果、MBNで処理したpBACSP6/JVFLx/XbaIMBNcDNA鋳型から転写されたRNAの特異的感染性は、3.1×10PFU/μgと測定された。これは、MBNで処理していないpBACSP6/JVFLx/XbaI cDNA鋳型から転写されたRNAの特異的感染性である3.4×10PFU/μgより、約10倍も高い(表3参照、infectivity)。また、pBACT7/JVFLx/XbaIMBNcDNAから合成されたRNAも、MBN処理以後に増加された感染性を示した(2.7×10 PFU/μg)(表3参照、infectivity)。したがって、本発明者らは、高い感染性を有する合成されたJEV RNA転写物を生産するためには、JEVゲノムRNAに完全な(authentic)3’−末端が存在しなければならないことを確認した。それで、本発明の感染性を有するJEV cDNAクローンは、10−10PFU/μgの高い特異的感染性を有する合成されたRNA転写物を生産するランオフ転写反応のための鋳型として使用可能である。
このような全長の感染性を有するJEV cDNAを組換えるための以前の試みは(非特許文献20〜23)、クローニングされたJEV cDNAの遺伝的不安定性によって全て失敗した。このような問題を克服するため、鋳型が二つの重畳するJEV cDNAを、試験管内接合させて製造するシステムを利用した研究が試みられた(非特許文献23)。以後、前記鋳型を試験管内感染性を有するRNA転写物を合成するために使用した。しかし、この転写物の特異的感染性は約100PFU/μgで、ウイルスの分子生物学的及び遺伝学的分析のため、前記システムを有用に使用するには非常に低い感染性であった(非特許文献23)。
本発明では、大腸菌から一つ乃至二コピーずつ維持されるBACプラスミドにJEV cDNAをクローニングすることにより、遺伝子の不安定性を克服できた。このように合成した感染性を有するJEV cDNAプラスミドの遺伝的構造及び機能は、少なくとも大腸菌で増殖される180世代の間は安定に維持された(図7参照)。したがって、本発明者らは、バクテリア人工染色体(BAC)を導入することにより、全長の感染性を有するcDNAの合成時に発生するJEV cDNAの遺伝学的不安定性を克服できた。また、合成された感染性を有するJEV cDNAを安定に扱えるようになった。
全長の感染性を有するJEV cDNAを鋳型として使用し、試験管内転写反応を通じて確実な5’−末端及び3’−末端を有するJEV合成RNA転写物が合成可能であることは、非常に重要な意味を持つ。その理由は、幾つかの研究で5’−末端及び3’−末端部位全てが試験管内(You and Padmanabhan,J.Biol.Chem.,1999年、第274巻、33714−33722頁)及び生体内(Khromykh等,J.Virol.,2001年、第75巻、6719−6728頁)フラビウイルスRNA複製の開始に要求されることが知られているためである。このような目的を達成するため、本発明者らは、他フラビウイルスの感染性を有するcDNAを合成する時に使用された方法を応用した(van der Werf等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1986年、第83巻、2330−2334頁; 非特許文献15)。JEVゲノムRNAに存在するキャップ構造は、ジヌクレオチドであるAGと連結され、これはフラビウイルスで非常に保存された特性である(Rice、Flaviviridae:The viruses and their replication、1996年、931−960頁、Lippincott−Raven Publisher)。5’−末端の確実性は、SP6またはT7プロモーター転写出発に必要なヌクレオチド塩基配列を、ウイルスゲノムの始めの部位に位置させることにより確保された。SP6またはT7ポリメラーゼによる転写反応において、mG(5’)ppp(5’)Aキャップ構造類似体を導入することにより(Contreras等,Nucleic Acids Res.,1982年、第10巻、6353−6362頁)、本発明者らは、感染しやすい細胞内へのトランスフェクションにより、高い感染性を有しながら完全な5’−末端及びキャップ構造を有するRNA転写物を合成した。また、SP6またはT7ポリメラーゼ−誘導転写反応でmG(5’)ppp(5’)G キャップ構造類似体を導入することにより(Contreras等,Nucleic Acids Res.,1982年、第10巻、6353−6362頁)、ジヌクレオチドAG上部にウイルスと関連しない追加的なGヌクレオチドを位置させる。従来報告のように(非特許文献15)、本発明者らも追加されたヌクレオチドが、生成されたJEV子孫(recovered JEV progeny)のゲノムRNAから喪失されることを確認した。また、追加的なGヌクレオチドを添加した場合にも、本発明者らは、感染性を有するcDNA鋳型から転写された合成RNAの特異的感染性または自己複製能力が変化しないことを観察した。
JEV RNAの3’−末端に位置するジヌクレオチドCTは、フラビウイルスで絶対的に保存されている(Rice、Flaviviridae:The viruses and their replication、1996年、931−960頁、Lippincott−Raven Publisher)。これは、前記ジヌクレオチドCTがウイルスの自己複製において非常に重要で、感染性を有するcDNAから生産されたRNA転写物は、完全な3’−末端を有しなければならないことを提示する。したがって、本発明者らは、合成されたRNA転写物が完全な3’−末端を有して終結可能な方法で、JEVに対する逆相遺伝子システムをデザインした。実際に本発明者らは、ウイルスと関連しない三つまたは四つのヌクレオチドを3’−末端に有しているRNA転写物より、完全な3’−末端を有するRNA転写物の特異的感染性が、約10倍高いことを確認した。
V.本発明は、前記JEV cDNAベクターから合成されたRNA転写物をトランスフェクトされた細胞から得られた組換えJEVウイルス(recombinant JEV virus)を提供する。
本発明では、前記JEV全長の感染性を有するcDNAから合成されたJEV RNA転写物でトランスフェクトされた細胞から合成されたJEV(synthetic JEV)ウイルスが生産される。トランスフェクトされた細胞は、JEVウイルスの感染により誘導される強い細胞変性効果(cytopathic effect)を示し、前記トランスフェクトされた細胞から得られた合成JEV(synthetic JEV)ウイルスは、プラークの形態(plaque morphology)、細胞病原性(cytopathogenicity)、成長パターン、ウイルス蛋白質の発現及びウイルスRNA合成の観点から、最初の親ウイルス(parental virus)であるCNU/LP2ウイルスと区別できなかった(図5参照)。また、JEV cDNA上の特定部位に位置指定突然変異(site−directed mutation)を誘導し、大腸菌で感染性を有するJEV cDNAを分子遺伝学的に操作することにより、組換えウイルス突然変異体が製造可能である。したがって、本発明の感染性を有するJEV cDNAを利用した逆相遺伝子システムは、JEVゲノムの複製メカニズムに対する遺伝子分析研究に有用に使用できる。
VI.本発明は、前記JEV cDNAを含むJEV発現ベクターを提供する。
本発明は、様々な細胞形態でJEV cDNAの新規な発現ベクターとして使用できる用途を提供する。
最近、RNAウイルスの一員であるアルファウイルス(alphavirus)は、広く使用されている動物細胞で複製できるという長所から、細胞培養及び生体内で哺乳動物細胞発現ベクターとして成功的に開発されて使用されてきた(Agapov等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1998年、第95巻、12989−12944頁;Frolov等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1996年、第93巻、11371−11377頁;Schlesinger,Trends Biotechnol.,1993年、第11巻、18−22頁)。アルファウイルスのように、JEVもヒト、マウス、サル、ブタ及びハムスターから由来した様々な種類の第1(primary)及び連続細胞培養で、自己複製可能であることが報告されたことがある(Burke and Monath,Flaviviruses,2001年、1043−1125頁、Lippincott Williams & Wilkins Publishers)。このような性質は、JEVが様々な他細胞で異種遺伝子発現ベクターとして有用に使用できることを意味する。即ち、全長の感染性を有するJEV cDNAを発現ベクターに使用して異種遺伝子をJEV cDNA上に挿入すると、異種遺伝子が含まれたRNA転写物が、試験管内転写反応過程を通じて生成される。この転写物に細胞を形質転換させると自己複製が可能であるので、多量の外来蛋白質が製造できる。
異種遺伝子を発現するための発現カセットは、JEV 3’NTR開始部位に挿入することが好ましい。異種遺伝子発現カセットをJEV 3’NTR開始部位に挿入した理由は、CNU/LP2だけではなく、全体塩基配列が証明された三つのJEVウイルス株(Williams等,J.Gen.Virol.,2000年、第81巻、2471−2480頁;Nam等,Am.J.Trop.Med.Hyg.,2001年、第65巻、388−392頁;Jan等,Am.J.Troop.Med.Hyg.,1996年、第55巻、603−609頁)で、9−25bpの小さい欠失がウイルス3’NTR開始部位で観察された。これは、前記部位が外来遺伝子を挿入させるための良い部位になり得ることを提示するためである。したがって、本発明で開発された感染性を有するJEV cDNAは、哺乳動物細胞を含む様々な種類の細胞で、所望する異種遺伝子の迅速な発現のための発現ベクターとして有用に使用できる。
VII.本発明は、前記JEV発現ベクターを利用して異種遺伝子(heterologous gene)を発現させる様々な方法を提供する。
発現ベクターの機能は、異種遺伝子の発現のために、細胞内に目的とする異種遺伝子を伝達することである。本発明で、全長の感染性を有するJEV cDNAは、哺乳動物細胞を含む様々な細胞形態で異種遺伝子発現ベクターとして使用できることを立証した。
また、本発明では、BAC(Yun等,J.Virol.,2003年、第77巻、6450−6465頁)として作用する全長の感染性を有するJEV cDNAに基づいた異種遺伝子の発現システムを説明している。一時的発現システムとして、JEVは、(i)ウイルスの高い力価を速く生成する、(ii)前記ウイルスは、昆虫及び哺乳動物細胞形態を含む様々な宿主細胞を感染させられる、(iii)遺伝的に安定した感染性を有するcDNAが利用可能で、易しく操作することが可能である、また、(iv)RNAゲノムの細胞質複製は、宿主ゲノム内に挿入される可能性が少なく、したがって、好ましくない突然変異があまり起きないという長所を提供する。
本発明者らは、JEVに基づいたシステムが三つの異なる方式で外来遺伝子を発現するのに使用できることを立証した。一つは、外来遺伝子を含む感染性を有する組換えベクターRNA/ウイルスに関するものであり、二つ目は、ウイルス複製は可能であるが、他細胞への伝播能力は欠如したJEVウイルスレプリコンベクターRNAの生成に関するものである。三つ目は、ウイルスレプリコン粒子(VRP)形成のためのパッケージシステムの用途に関するものである。したがって、本発明では、JEV システムが、様々な哺乳動物細胞形態で目的とする外来遺伝子を速く発現させるJEVウイルス/感染性を有するRNA/レプリコンRNA/VRPベクターを生成するのに使用できることを示した。
本発明の感染性があるかまたはレプリコンJEV cDNAベクターを使用して異種遺伝子を発現させる基本的な方法は、
1)感染性があるかまたはレプリコンJEV cDNA発現ベクターに異種遺伝子を挿入させ組換えられたJEV cDNA発現ベクターを製造する工程;
2)前記組換えられたJEV cDNA発現ベクターからJEV RNA転写物を製造する工程;
3)前記JEV RNA転写物で宿主細胞を形質転換させ、形質転換体を製造する工程;及び
4)前記形質転換体を培養して外来蛋白質を発現させる工程で構成される。
本発明者らは、上記の方法でGFP(green fluorescent protein;緑色蛍光蛋白質)、EGFP(enhanced version of GFP;増進されたGFP蛋白質)、LUC(luciferase;ルシフェラーゼ)、LacZ遺伝子及び抗生剤ピュウーロマイシン(puromycin)に対する抵抗性を付与する優性の選択マーカーであるPAC(puromycin N−acetyltransferase;ピュウーロマイシンN−アセチル転移酵素)を発現する全長の感染性を有する組換えJEV cDNAを製造した(図8及び図9参照)。このように組換えられたJEV cDNAから転写されたJEV RNA転写物で、BHK−21細胞を形質転換させた。GFP、EGFP、LUC、LacZ及びPAC発現を図8及び図10に提示する。また、前記異種遺伝子を含む組換え感染性を有するJEVウイルス粒子を培養上澄み液から製造した。さらに、一般的に生命科学及び医学分野で多く使用される様々な動物細胞株(BHK−21、Vero、NIH/3T3、ST、HeLa、MDCK、CRFK、B103及びSHSY−5Y)を組換えウイルスで感染させ、前記異種遺伝子の発現を研究した。その結果、ウイルスゲノムRNAに挿入されたGFPまたはLUC遺伝子は、テストした全ての種類の細胞で発現した(表4参照)。したがって、組換えられたJEV cDNA、JEV RNA転写物及び組換えされたJEVウイルス粒子は、様々な種類の細胞形態で、外来異種遺伝子の発現のためのベクターとして有用に使用できることを確認した。
JEV RNA複製器具を使用して外来遺伝子を独立的に発現させるため、本発明者らは、厳しい安全基準を満たすウイルス構造遺伝子の一つ、二つまたは全ての遺伝子を欠失させ、自己複製が可能な自己制限されたウイルスレプリコンのパネルを製造した(図11のA参照)。このウイルスレプリコンは、RNAトランスフェクション時に、複製及び遺伝子発現を始めることができた(図11のB及び図11のC参照)。
JEVレプリコンを基礎にした発現ベクターの利用は、トランス作用時に全てのJEVウイルス構造蛋白質(C、prM及びE)を連続的に発現させる安定したレプリコンPCL(packaging cell line;パッケージ細胞株)のパネルを開発することによりさらに精巧化した(図12参照)。これらPCLは、JEVウイルスレプリコンの効率的なパッケージングのトランス補完(complementation)を可能にした。それで、これらPCLは、JEVウイルスレプリコンの導入時に、効率的に高い力価のウイルスVRPを生成するのに使用できることを示す(図12参照)。
また、本発明者らは、3kbまで異種遺伝子を含める感染性を有するJEV組換えウイルス RNAが、ウイルス粒子内にパッケージングできることを示した。JEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE及びJEV/Rep/NS1のようなJEVウイルスレプリコンベクターを選択すると、少なくとも5kbの外来遺伝子をJEV VRP内にパッケージングさせることができると測定された。JEVビリオン(virion)内にパッケージングできる外来遺伝子の大きさ制限を調査することは重要である。コード配列が大体4.5kbである包嚢繊維症膜透過伝導性調節因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)(Flotte等,J.Biol.Chem.,1993年、第268巻、3781−3790頁)のように、長さの長い遺伝子の発現を所望するなら、これは重要な問題になり得る。また、二つまたはそれ以上の発現単位を追加しようとするなら、JEVウイルスレプリコンの大きいパッケージング能力は有用である(Thiel等,J.Virol.,2003年、第77巻、9790−9798頁;Agapov等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1998年、第95巻、12989−12994頁)。アデノ関連ウイルスに基づいたベクター(adeno−associated virus−based vector)の場合には、本来の大きさ制限を迂回してパッケージング能力を拡張させた(Duan等,Nat.Med.,2000年、第6巻、595−598頁;Yan等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2000年、第97巻、6716−6721頁)、これは類似の方式でJEVウイルスレプリコンのパッケージング能力を拡張できることを示している。
また、他RNAウイルス誘導ベクター(Agapov等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1998年,第95巻,12989−12994頁;Pushko等,Virology,1997年,第239巻,389−401頁;Berglund等,Nat.Biotechnol.,1998年,第16巻,562−565頁;Basak等,J.Interferon Cytokine Res.,1998年,第18巻,305−313頁;Barclay等,J.Gen.Virol.,1998年,第79巻,1725−1734頁;Khromykh and Westaway,J.Virol.,1997年,第71巻,1497−1505頁;Molenkamp等,J.Virol.,2003年,第77巻,1644−1648頁;Shi等,Virology,2002年,第296巻,219−233頁;Varnavski and Khromykh,Virology,1999年,第255巻,366−375頁;Perri等,J.Virol.,2000年,第74巻,9802−9807頁;Curtis等,J.Virol.,2002年,第76巻,1422−1434頁)のように、本発明者らは、日本脳炎ウイルスの構造蛋白質が、アルファウイルスに基づいた発現システムを使用してトランス作用で提供される時、パッケージングが可能な様々なJEVウイルスレプリコンベクターRNAをエンジニアリングできた(Agapov等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1998年,第95巻,12989−12994頁)。したがって、本発明では、生物学的に安全なJEVベクターを効率的に生成可能なパッケージングシステムを明確に立証した。アルファウイルス(Frolova等,J.Virol.,1997年,第 71巻,248−258頁;White等,J.Virol.,1998年,第72巻,4320−4326頁)及びレトロウイルス(Rein,Arch.Virol.Suppl.,1994年,第9巻,513−522頁)と違い、JEVを含むフラビウイルスによって利用されるパッケージング信号に関してはほとんど知られていない。JEVに対する本発明のトランス補完システム(trans−complementation system)は、全体JEV構造部位がパッケージングに特別な役割を果たし得ない証拠を提示する。したがって、前記システムは、JEV RNAでパッケージング信号とRNAの蛋白質膜化(encapsidation)及び形態形成(morphogenesis)と関連した構造蛋白質部位を糾明するのに有用である。さらに前記情報は、本発明のJEV発現システムの有用性を増進させる。
要約すると、本発明の全長のJEVゲノムRNA及び前記ゲノムRNAに対する感染性を有するJEV cDNAは、神経侵入性(neurovirulence)及び病原性に関与するJEV遺伝子を同定することだけではなく、JEVの複製、転写及び翻訳に関連した分子生物学的なメカニズムの研究に使用できる。また、日本脳炎の治療剤、治療用または予防用ワクチン、診断試薬及び診断用器具等の開発にも有用に使用でき、併せて真核細胞で異種遺伝子の発現ベクターとして有用に使用できる。また、全長のJEVゲノムRNA及び感染性を有するJEV cDNAは、日本脳炎の治療剤、ワクチン、診断試薬及び診断キット及び真核細胞内目的とする異種遺伝子の発現ベクターの開発のために効果的に使用できる。また、DNA免疫及び一時的遺伝子治療のため、本発明で説明したJEVベクターシステムは、試験管内条件及び生体内条件で外来遺伝子を細胞内に運送可能な有望なシステムである。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
但、下記実施例は、本発明を例示するだけで、本発明の内容が下記実施例に限定されるものではない。
実施例1:JEVウイルスの分離
<1−1>使用した細胞株及びウイルス
BHK−21細胞株は、ロックフェラ−大学のカルス・エム・ライス(Charles M.Rice)博士から提供受け、10% FBS(fetal bovine serum)、2mM L−グルタミン、ビタミン及び抗生剤を含むα−MEM(minimum essential medium)で培養維持した。細胞の培養に使用する全ての試薬は、Gibco/BRL社(Gibco/BRL Life Technologies,Inc.,Gaithersburg,MD)から購入した。JEVの韓国分離株であるK87P39(Chung等,Am.J.Trop.Med.Hyg.,1996年,第55巻,91−97頁)は、国立保健院(Korean National Institute of Health)から分株を受けた。JEV K87P39ウイルス株は、1987年に韓国の野生の蚊から分離されたもので、マウスの子(suckling)の脳で5回継代培養(passage)した。黄熱病ウイルス(yellow fever virus)YF17Dウイルス株は、感染性を有するcDNA pACNR/YF17D(Charles M.Riceから提供受けた)から下記の方法のように、SP6 RNAポリメラーゼを利用した試験管内ランオフ(run−off)転写反応により製造した。
<1−2>プラークの分離精製(plaque purification)
JEV K87P39ウイルスに感染した敏感なBHK−21細胞上に、10%FBS及び0.5% SeaKem LEアガロース(FMC BioProducts,Rockland,Maine)を含むMEM培養液で覆った後、5%CO、37℃が維持される培養器で3〜4日間培養した。3〜4日間培養した後、感染した細胞は、3.7%ホルムアルデヒドで室温で4時間固定させた後、覆われているアガロースを除去し、クリスタルバイオレット(crystal violet)で染色してプラークを示した。上記のプラーク分析(plaque assay)の結果、K87P39ウイルスは、混合した多様な大きさのプラークを示した(図1のA、K87P39−infected)。
したがって、本発明者らは、JEV K87P39ウイルスから一定の大きさの大きいプラークで現れるJEVウイルス株を分離するため、BHK−21細胞を使用して下記で説明するプラーク精製(plaque purification)方法で分離し、CNU/LP2と命名した。K87P39ウイルスに感染した敏感なBHK−21細胞上に、10%FBS及び0.5%SeaKem LEアガロース(FMC BioProducts,Rockland,Maine)を含むMEM培養液で覆った後、5%CO、37℃が維持された培養器で3〜4日間培養した。培養した後、各々のプラークを滅菌されたパステルピペットで選択した(pick)後、1mlのα−MEM培養液と共に4℃で2時間アガロースからウイルスを溶離(elution)した。溶離されたウイルス(elute)は、一回だけBHK−21細胞で増幅してJEV CNU/LP2ウイルスのストック(stock)で使用するまで−80℃に保管した。
BHK−21細胞を、このように分離されたJEV CNU/LP2ウイルスで感染させた時に現われるプラーク形態をJEV K87P39と比較するため、上記のプラーク分析(plaque assay)を遂行した。その結果、JEV K87P39ウイルスが感染したBHK−21細胞では、混合された様々な大きさのプラークが観察された(図1のA、K87P39−infected)。一方、CNU/LP2ウイルスが感染したBHK−21細胞では、一定の大きさの大きいプラークが観察された(図1のA、CNU/LP2−infected)。また、JEV K87P39及びJEV CNU/LP2菌株で感染したVero細胞を利用してプラーク形態を比較した時にも、類似の結果が観察された(図1のB)。
<1−3>免疫蛍光(immunofluorescence)
感染したBHK−21細胞でJEVウイルス蛋白質の発現を共焦点顕微鏡(confocal microscopy)で調査するため、本発明者らは、2×10細胞を4−ウェルチャンバースライドに分株して12時間培養させた後、モック(mock)−感染させるかまたは本来の(original)JEV K87P39ウイルス株、JEV CNU/LP2分離株(isolate)またはYF17Dウイルス株で1 MOI(multiplicity of infection)で18時間感染させた。JEVウイルス蛋白質に対する免疫染色のため、まず、0.37%(v/v)のホルムアルデヒドが添加されたPBSと共に25℃で30分間培養することにより、細胞を固定化させた。次に、PBSを利用して細胞を洗浄した後、0.2%(v/v)トリトンX−100が添加されたPBSで37℃で10分間浸透させた(permeabilized)。再びPBSで細胞を四回洗浄した後、PBSで15分間再水和させ(rehydrated)、5%(w/v)BSAを含むPBSで37℃で1時間ブロックさせた。次に、1:500に稀釈したJEVに特異的なマウス過免疫腹水液で細胞を25℃で2時間培養し、PBSで三回洗浄した後、1:500に稀釈されたFITC結合した塩素抗マウスIgG(Jackson ImmunoResearch Labs Inc.)で25℃で2時間培養した後、PBSで再び三回洗浄した。その後、細胞の核を視覚化するため、5μg/mlのヨウ化プロピディウム及び5μg/mlのRNase Aを含むPBSで37℃で30分間細胞を培養させた後、80%グリセロールでマウンティング(mounting)を実施した。63倍対物レンズ(objective)を装着したゼイスアキシオスコープ(Zeiss Axioskop)共焦点顕微鏡でBio−Rad MRC 1024及びレーザーシャープ(LaserSharp)ソフトウェアを利用してイメージを得た。
その結果、CNU/LP2−感染したBHK−21細胞の核週辺膜(perinuclear membrane)で、JEVウイルス蛋白質の発現を観察し(図1のC、CNU/LP2−infected)、K87P39−感染したBHK−21細胞の場合にも類似だった(図1のC、K87P39−infected)。前記蛍光染色は、モック感染したBHK−21細胞(図1のC、Mock−infected)または陰性対照群であるJEVと非常に類似のフラビウイルスである黄熱病ウイルスYF17Dで感染したBHK−21細胞(図1のC、YF17D−infected)では観察されなかった。神経細胞株であるSHSY−5Y(ヒト)及びB103(マウス),非神経細胞株であるVero(サル)及びMDCK(犬)を含む様々な動物細胞株に対するCNU/LP2感染結果、培養上澄み液で高いウイルスタイター(10−10PFU/ml)が観察された。したがって、本発明者らは、JEV CNU/LP2を全長の感染性を有するJEV cDNAの合成のための親ウイルス株(parental strain)として使用した。
実施例2:完全なJEV CNU/LP2ゲノムRNAのヌクレオチド塩基配列分析
本発明者らは、製造社の指針により300μlのTRIzol LS試薬(Gibco/BRL)を使用し、100μlのウイルスを含む培養液からウイルスゲノムRNAを抽出した後、20μlのRNaseが除去された水に再浮游させた。ウイルスゲノムRNAの完全な塩基配列を分析するため、5’−末端及び3’−末端を含む全体ウイルスゲノムRNAを、長い(long)RT−PCR方法を利用して五つの重畳するcDNA(JVF、JVM、JVR、JV3NTR及びJV35NTR)で増幅させた(図2)。cDNA合成及びPCR増幅に使用したオリゴヌクレオチドは、ジェンバンク(GenBank)データベースに塩基配列が全て証明されている16個のJEVウイルスゲノムRNA(CH2195LA、CH2195SA、FU、GP78、HVI、JaGAr01、JaOArS982、K94P05、Vellore P20778、p3、SA(A)、SA(V)、SA14、SA14−14−2、TC及びTLウイルス株)に共通する(consensus)塩基配列に基づいてデザインした。
<2−1>JEV CNU/LP2ゲノムRNAの塩基配列分析
1−3,865ヌクレオチドのJVFアンプリコン(amplicon)を増幅するため、JEVゲノムの3,986−4,003ヌクレオチドと相補的な配列番号1で表されるプライマーJ7をcDNA合成に使用した(図2のA)。JVF PCR増幅のためのプライマーは、下記のとおりである:1−18ヌクレオチドに相補的な配列番号2で表されるプライマーJ8;及び3,845−3,865ヌクレオチドに相補的な配列番号3で表されるプライマーJ6。3,266−8,170ヌクレオチドのJVMアンプリコンの場合には、8,150−8,170に相補的な配列番号4で表されるプライマーJ4をcDNA合成のために使用した。JVM PCR増幅のためのプライマーは、下記のとおりである:3,266−3,283ヌクレオチドに相補的な配列番号5で表されるプライマーJ20;及びプライマーJ4。7,565−10,893ヌクレオチドのJVRアンプリコンの場合には、cDNA合成のために10,947−10,967ヌクレオチドに相補的な配列番号6で表されるプライマーJ1を使用した。JVR PCR増幅のためのプライマーは、下記のとおりである:7,565−7,582ヌクレオチドに相補的な配列番号7で表されるプライマーJ12;及び10,870−10,893ヌクレオチドに相補的な配列番号8で表されるプライマーJ2。標準RT反応は、10μlの抽出されたウイルスRNA、5pmolの上記の適当なプライマー、100Uのスーパークリプト(Superscript)II RT(Gibco/BRL)、40UのRNaseOUT(Gibco/BRL)、0.1mMのDTT、10mMのdNTP混合液及び製造社から供給されたRTバッファー(Gibco/BRL)を含む20μlの反応混合液で遂行した。反応混合液は、37℃で1時間培養し、以後70℃で15分間加熱させた。5μl当量(aliquot)のRT混合液をピロベスト(Pyrobest)DNA重合酵素(Takara Bio Inc.,Shiga,日本)及び上記の適当なプライマー対をPCR増幅のために使用した。PCR反応は、94℃で30秒間変性(denaturaton)させ、60℃で30秒間アニーリング(annealing)させた後、72℃で5分間重合(polymerization)させる過程を30回反復実施した後、72℃で10分間最終的に延長させた。クローニングする間に起こり得る選択偏向(selection bias)を避けるため、PCR増幅産物のクローニングされないアンプリコンを使用して直接的に自動3700DNA 配列分析機を使用して両方向をすべてシーケンスすることにより、塩基配列分析を遂行した。
その結果、3’−末端及び5’−末端塩基配列を除いた配列番号9で表されるJEV CNU/LP2ウイルスゲノムの全体塩基配列を決定した。
<2−2>JEV CNU/LP2ゲノムRNAの3’−末端塩基配列の決定
JEV CNU/LP2ゲノムRNAの3’−末端の塩基配列を分析するため、本発明者らは、配列番号10で表される合成オリゴヌクレオチドTをウイルスゲノムRNAの3’−末端に接合させることにより、cDNA合成及びPCR増幅のためのプライマー結合部位を提供した(Kolykhalov等,J.Virol.,1996年,第70巻,3363−3371頁)。この方法は、C型肝炎ウイルスゲノムRNAの非常に保存された3’−末端の塩基配列を分析するために成功的に使用された(Kolykhalov等,J.Virol.,1996年,第70巻,3363−3371頁)。オリゴヌクレオチドTの3’−末端は、末端(terminal)デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ(Takara)を利用してddATPを挿入することにより最初に変形され、このようにすることにより、オリゴヌクレオチドTの分子内(intramolecular)及び分子間(intermolecular)接合が起きないようにした。また、オリゴヌクレオチドTの5’−末端は、T4ポリヌクレオチドリン酸化酵素(Takara)によりリン酸化された。以後、T4 RNA接合酵素(ligase,New England Biolabs,Inc.,Beverly,MA)を利用し、5’−リン酸化され3’−変形されたオリゴヌクレオチドTをウイルスゲノムRNAの3’−末端に接合させた。20μlの接合反応混合液は、10UのT4 RNA接合酵素、40UのRNaseOUT、10pmolのオリゴヌクレオチドT、ウイルスゲノムRNA及び製造社(NEB)から提供されたバッファーを含む。16℃で12時間培養した後、接合されたウイルスRNAをフェノールで抽出してエタノールで沈澱させた後、20μlのRNaseが除去された水に再浮游させた。順次的に、オリゴヌクレオチドTと相補的な配列番号11で表されるオリゴヌクレオチドTRを使用し、以前に記述された方法により10μlのオリゴヌクレオチドと接合したウイルスRNAをcDNA合成に使用した。合成されたcDNAの増幅は、ヌクレオチド10,259−10,276に相補的な配列番号12で表されるプライマーJ35及びプライマーTRを使用して遂行した。PCRのため、5μl当量(aliquot)のRT混合液をピロベスト(Pyrobest)DNA重合酵素を使用して94℃で30秒、60℃で30秒、72℃で1分間30回反復実施した後、最終的に72℃で10分間延長させた。PCR反応混合液の組成は、上記の組成と同じく使用した。陽性−センス及び陰性−センスプライマーに各々導入されたHindIII及びEcoRI認識部位を使用し、pRS2ベクター(Charles M.Riceから提供受けた)に上記で合成されたcDNA JV3NTRアンプリコンをクローニングさせた(図2のB)。
アガロースゲル電気泳動の結果、上記で増幅したPCR産物は、二つのバンドに移動し、大きいバンドは約700bp、小さいバンドは約450bpの大きさを有した(図2のC)。両バンドすべて精製した後、クローニングし、各々大きいバンド及び小さいバンドを含む20〜10個の無作為に選別したクローンを利用してJEV CNU/LP2の3’−末端塩基配列を分析した。全体配列が証明された大部分のJEV分離株の場合で報告したように、本発明者らは、大きい挿入体(約700bp)を有する全てのクローンのウイルスゲノムが−GATCT10968で終わることを発見した。一方、小さい挿入体(約450bp)を有する全てのクローンは、ヌクレオチド10,684で終結され、大きいバンドより284bp短いバンドを有した。小さい挿入体(約450bp)の場合、ウイルスゲノムRNAの3’−末端に284個のヌクレオチドを含んでいないため、全長のJEV cDNAの結合(assembly)過程の間、本発明者らは、大きい挿入体(約700bp)のヌクレオチド塩基配列を使用した。
<2−3> JEV CNU/LP2ゲノムRNAの5’−末端塩基配列の決定
JEV CNU/LP2ゲノムRNAの5’−末端の塩基配列は、自家接合(self−ligation)されたウイルスRNAを利用して決定した(Campbell and Pletnev,Virology,2000年,第269巻,225−237頁)。まず、タバコ酸ピロホスファターゼ(tobacco acid pyrophosphatase;TAP)を使用してウイルスゲノムRNAのキャップ構造を切断した。20μlの切断反応液は、10UのTAP(Epicentre Technol.社,Madison,WI)、10μlのウイルスRNA及び製造社(Epicentre Technol.社)から供給されたバッファーを含む。37℃で1時間培養した後、TAP処理されたウイルスRNAをフェノールで抽出してエタノールで沈澱させた後、RNaseが除去された20μlの水に再浮游させた。キャップが除去された(decapped)ウイルスRNAの半分(10μl)を、上記のようにT4 RNA接合酵素を利用して20μlの反応混合液で自家接合させた。cDNA合成のために自家接合されたウイルスRNAの1/4(5μl)を使用し、ここで、ヌクレオチド215−232と相補的な配列番号13で表されるプライマーJ40を使用した。このように合成した一番目鎖(first−strand)cDNAは、ヌクレオチド164−181に相補的な配列番号14で表されるプライマーJ39及びプライマーJ35を使用してPCR増幅した(図2のD)。アガロースゲル電気泳動結果、増幅された産物は、約850bpの単一バンドであることを確認した(図2のE)。増幅されたcDNA JV35NTRアンプリコンを、ApoI及びSpeIを使用して切断した後、ApoI及びXbaIで切断されたpRS2ベクターに接合させてpRS2/JV3’5’を製造した。
JEV CNU/LP2ゲノムRNAの5’−末端の塩基配列を分析するため、無作為に選択した12個クローンの塩基配列を分析した。12個の全てのクローンで、本発明者らは、ウイルス3’−末端の塩基配列 −GATCT10968に続いて5’−末端の塩基配列AGAAGT−が連結されていることが分かった(図2のB及び図2のC)。また、クローニングされないPCRアンプリコンの直接的な塩基配列分析によっても同一の結果が得られた。したがって、本発明者らは、CNU/LP2分離株(isolate)の完全なヌクレオチド塩基配列が配列番号15で表されることを確認した。
実施例3:全長の感染性を有するJEV cDNAの製造
JEV CNU/LP2ゲノムRNAに対する全長の感染性を有するcDNAをクローニングするための過程で、クローンされたDNAが遺伝子再配列(genetic rearrangement)が起こるため、ウイルスゲノムの特定の部位は、大腸菌の高いコピー数(high−copy−number)のプラスミドでクローニングするのに適当ではなかった。また、上記の難しさは、他のフラビウイルスの場合にも存在することが報告されたことがある(Campbell and Pletnev,Virology,2000年,第269巻,225−237頁;Polo等,J.Virol.,1997年,第71巻,5366−5374;Gritsun and Gould,Virology,1995年,第214,611−618頁;非特許文献22、非特許文献23、非特許文献15)。また、前記部位を低いコピー数(low−copy−number)のバクテリアプラスミドでクローンさせようとした場合にも、低いDNA収率と共に遺伝的不安定のため成功的ではなかった。したがって、本発明者らは、BACであるpBeloBAC11プラスミドをベクターとして使用することにより、JEV全長の感染性を有するcDNAを合成しようとした。
<3−1>三つの長い重畳したJEV cDNAアンプリコンのサブクローニング
本発明者らは、標準手順による組換えDNA技術を使用した(Sambrook等,Molecular cloning,1989年,Cold Spring Harbor Laboratory)。まず、完全なヌクレオチド塩基配列を分析するために使用された三つの重畳するcDNAアンプリコン(JVF、JVM及びJVR)を、pBeloBAC11プラスミドの誘導体である配列番号42で表されるpBAC/SVに各々サブクローン(subclone)した。pBAC/SVプラスミドは、pACNR/NADL(Mendez等,J.Virol.,1998年,第72巻,4737−4745頁)の491bp Not I−AatII(T4 DNAポリメラーゼ(polymerase)処理)切片、pSINrep19(Frolov等,Proc.Natl.Acad.Sci.,USA.,1996年,第93巻,11371−11377頁)の9,215bp Sac I(T4 DNAポリメラーゼ処理)−Ssp I(T4 DNAポリメラーゼ処理)切片及びpBeloBAC11の6,875bp Sfi I(T4 DNAポリメラーゼ処理)−Not I切片を含む。それで、3,863bpの大きさのJVFアンプリコンのRsrII−AvrII切片、4,717bpのJVMアンプリコンのBspEI−MluI切片及び3,326bpのJVRアンプリコンのRsrII−BglII切片を同一の制限酵素で切断させた後、pBAC/SVプラスミドに各々挿入させた。その結果、各々pBAC/JVF、pBAC/JVM及びpBAC/JVRサブクローンが製造された。前記BACプラスミドを大腸菌DH10B細胞で成長させた後、挿入された三つのJEV cDNAアンプリコンの塩基配列を各々分析した。三つのサブクローンにクローニングされた全てのJEV cDNAのヌクレオチド塩基配列は、pBAC/JVRに存在するNS5遺伝子の塩基置換(T8906→C)を除いては、親ウイルス(parental virus)であるCNU/LP2のものと同一であった。前記置換は、蛋白質翻訳の観点では沈黙(silent)し、無作為で選別した八つの個別クローンの塩基配列が8,906ヌクレオチド位置で全てT残基を示したため、クローニング過程でこのような塩基置換が発生したと推測される。T8906→C置換が対応するアミノ酸の配列を変形させないが、このようなヌクレオチド配列の変化がウイルスの複製に影響を及ぼすため(van Dinten等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1997年,第94巻,991−996頁)、本発明者らは、再びT残基に置換させて本来の塩基配列を有するようにした。T8906→C置換を8,827−9,142に対応する315bp ApaI−HindIII切片を再クローニングすることにより矯正(correct)し、その結果pBAC/JVRRが製造された。大腸菌DH10B菌株での造作及び増殖過程で、三つのサブクローンJEV cDNAは、遺伝学的に安定したまま維持された。
<3−2>全長のJEV cDNAの5’−末端にSP6プロモーターの導入
バクテリオファージSP6プロモーター転写出発点(start)を全長のJEV cDNA5’−末端に正確に挿入させるため、本発明者らはpBAC/JVFを変形させた。まず、配列番号16で表されるプライマーJ41及びSP6プロモーターの陰性センス配列に当たる配列番号17で表されるプライマーJ43を使用してpBAC/SVをPCRし、また、配列番号18で表されるプライマーJ42及び配列番号19で表されるプライマーJ40を使用してpBAC/JVFをPCRすることにより二つの切片を分離した。前記二つの切片をプライマーJ41及びJ40を使用してPCRを遂行することにより融合させた。その結果生成されたアンプリコンをPacI及びPmeIを使用して切断した後、同一のPacI及びPmeI酵素で切断されたpBAC/JVFに接合させてpBACSP6/JVFを生成した。
<3−3>SP6プロモーターを含む全長のJEV cDNA製造
ウイルスゲノムの3’末端で線形化されたプラスミドのランオフ転写反応の間に、完全かほぼ完全な(authentic)3’末端を製造するため、本発明者らは、pBAC/JVRRを変形させてJEVウイルス完全な3’−末端のヌクレオチド塩基配列がXhoIまたはXbaIの唯一の(unique)制限酵素認識部位を有するようにした。ウイルスゲノムRNAの3’−末端に唯一のXhoI認識部位を含むpBAC/JVRR/XhoIサブクローンを製造するため、pRS2/JV3’5’を配列番号20で表されるプライマーJ90及びXhoI認識部位を含む配列番号21で表されるプライマーJ45を使用してPCRを遂行することにより切片Iを合成した。298−bp SfiI−SpeI部位の切片IアンプリコンをSfiI及びNheIで切断したpBAC/JVRRに接合させた。ウイルスゲノムの3’−末端にXbaI認識部位を有するpBAC/JVRRx/XbaIサブクローンを製造するため、まず、PCRを利用してNS5遺伝子のヌクレオチド9,131−9,136に既に存在するXbaI認識部位に沈黙(silent)点突然変異(A9134→T)を導入することにより制限酵素の認識部位を除去した。このようなpBAC/JVRRx/XbaIサブクローン構造で、「x」表示は、本来のXbaI認識部位を除去させた沈黙点突然変異(A9134→T)を示す。具体的に、pBAC/JVRRを配列番号22で表されるプライマーJ31及びA9134→T置換を導入させる配列番号23で表されるプライマーJ47を利用して増幅させた。ヌクレオチド8,828−9,143に対応するcDNAアンプリコンの315bp ApaI−HindIII部位をpBAC/JVRRにクローニングさせてpBAC/JVRRxを製造した。次に、pBAC/JVRR/XhoIの場合と同一の方法を使用してpBAC/JVRRx/XbaIサブクローンを製造した。したがって、プライマーJ90及びXbaI部位を含む配列番号24で表されるプライマーJ46を使用してpRS2/JV3’5’をPCRによって増幅することにより切片IIを得た。切片IIアンプリコンの298bp SfiI−SpeI部位をSfiI及びNheIで切断したpBAC/JVRRxに接合させてpBAC/JVRRx/XbaIサブクローンを製造した。単一のXhoI部位及びA9134→T置換部位を含むpBAC/JVRRx/XhoIサブクローンを製造するため、切片Iアンプリコンの298bp SfiI−SpeI部位をSfiI及びNheIで切断したpBAC/JVRRxに接合させてpBAC/JVRRx/XhoIサブクローンを製造した。
上記の方法で、本発明者らは、pBACSP6/JVF、pBAC/JVM、pBAC/JVRR/XhoI、pBAC/JVRRx/XbaI及びpBAC/JVRRx/XhoIの五つのプラスミドを製造した。前記プラスミドは、JEVゲノムRNAを重畳して含み、下記のように全長の感染性を有するJEV cDNAを合成するのに使用した(図3)。まず、pBAC/JVMの4,717bp BspEI−MluI切片、pBACSP6/JVFの8,970bp BspEI−XbaI切片及びpBAC/SVの3,670bp XbaI−MluI切片を接合することによりpBACSP6/JVFMサブクローンを製造した。順次的に、pBACSP6/JVFMの二つの切片(8,142bpのPacI−SapI切片と4,801bpのPacI−BsrGI切片)を、i)pBACSP6/JVFL/XhoIを製造するためにpBAC/JVRR/XhoIの5,620bp SapI−BsrGI切片と、ii)pBACSP6/JVFLx/XbaIを製造するためにpBAC/JVRRx/XbaIの5,622bp SapI−BsrGI切片と、またはiii)pBACSP6/JVFLx/XhoIを製造するためにpBAC/JVRRx/XhoIの5,620bp SapI−BsrGI切片と各々接合させた。最終的に生成された三つの全長のJEV cDNAプラスミドは、各々pBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIと命名し、配列番号43、配列番号44及び配列番号45と記載した(図3のB)。前記cDNAクローンは全てウイルスゲノムの始まり(beginning)部位にSP6プロモーター転写出発(transcription start)部位を有し、SP6 RNAポリメラーゼを使用した試験管内転写反応を通じて完全な(authentic)5’−末端を有する合成RNA転写物が生産できる(図3のB、灰色ボックス)。ランオフ(run−off)転写後、ウイルスゲノムの3’−末端を完全であるかまたは完全なものに近くするため、本発明者らは、ウイルスゲノムの末端にXhoIまたはXbaI制限酵素認識部位を位置させた(図3のB、下線)。したがって、pBACSP6/JVFL/XhoIは、ウイルスゲノムの末端にXhoI認識部位を有する。ウイルスゲノムのNS5遺伝子に既にXbaI認識部位が存在するため、ウイルスゲノムのすぐ末端にXbaI認識部位を有するようにするため、NS5遺伝子に存在するXbaI認識部位に沈黙(silent)点突然変異(A9134→T)を導入してXbaI認識部位を除去した。前記コンストラクト(construct)をpBACSP6/JVFLx/XbaIと命名し、ここで「x」表示は、本来の(original)XbaI認識部位が除去された沈黙点突然変異が存在することを意味する。三つ目のクローンであるpBACSP6/JVFLx/XhoIは、ウイルスゲノムの末端にランオフ位置としてXhoI認識部位とA9134→T置換を全部含む。
本発明者らは、JEV cDNAを含むpBACSP6/JVFLx/XbaIを、2002年10月2日付で韓国生命工学研究院遺伝子銀行に寄託した(アクセッション番号;KCTC 10347BP)。
<3−4>T7プロモーターを含む全長のJEV cDNA製造
前記実施例<3−3>と同一の方法で、本発明者らは、SP6−誘導された(driven)JEV cDNAと共に、三つのT7−誘導された全長のJEV cDNAのセットを製造した。まず、配列番号25で表されるプライマーJ81及び配列番号26で表されるプライマーJ80を使用してpBAC/NADLcIn/PAC(Charles M.Riceから提供された)由来の切片をPCRにより合成した。また、配列番号27で表されるJ42プライマー及び配列番号28で表されるJ82プライマーを使用してpBACSP6/JVFLx/XbaI由来の切片を合成した。前記二つの切片をプライマーJ81及びJ82を使用してPCRの二回目の実行で融合させた。その結果、生成されたアンプリコンの793−bp EcoRI−SpeI切片をEcoRI及びXbaIで切断させたpRS2ベクターに挿入させてpRS2T7/5’JVを製造した。pRS2T7/5’JVの675bp PvuI−PmeI切片を、i)pBACT7/JVFL/XhoIを製造するためにpBACSP6/JVFL/XhoIの18,364bp PacI−PmeI切片と、ii)pBACT7/JVFLx/XhoIを製造するためにpBACSP6/JVFLx/XhoIの18,364bp PacI−PmeI切片と、またはiii)pBACT7/JVFLx/XbaIを製造するためにpBACSP6/JVFLx/XbaIの18,366bp PacI−PmeI切片と各々接合させた。最終的に、三つの生成された全長のJEV cDNAは、各々pBACT7/JVFL/XhoI、pBACT7/JVFLx/XhoI及びpBACT7/JVFLx/XbaIと命名し、配列番号46、配列番号47及び配列番号48と記載した。(図3のC)。各々のクローニング工程で、制限酵素及びヌクレオチド配列分析を広範囲に実施してクローニングされたcDNAの構造を分析した。その結果、欠失または再配列による挿入体の構造上の遺伝学的不安定性は観察されなかった。
本発明者らは、JEV cDNAを含むpBACT7/JVFLx/XbaIを、2002年10月2日付で韓国生命工学研究院遺伝子銀行に寄託した(アクセッション番号;KCTC 10346BP)。
実施例4:転写及び形質転換
本発明者らは、上記で合成した全長のJEV cDNAを鋳型として使用し、試験管内転写反応により合成JEV RNA転写物を生産した。これのため、100−200ngの鋳型DNAをXhoIまたはXbaIで切断して線形化させた後、製造社(Gibco/BRL)によって提供されたバッファー、0.6mM キャップ類似体[mG(5’)ppp(5’)AまたはmG(5’)ppp(5’)G,NEB Inc.]、0.5μMの[H]UTP(1.0mCi/ml,50Ci/mmol,New England Nuclear Corp.,Boston,MA)、10mMのDTT、各々1mMのUTP、GTP、CTP及びATP、40UのRNaseOUT及び15UのSP6 RNAポリメラーゼ(Gibco/BRL)で構成された25μlの反応混合液に添加した。前記反応混合液は、37℃で1時間培養した。DE−81濾過紙(Whatman,Maidstone,UK)にRNAが吸収される[H]UTP陥入(incorporation)に基づきRNAを定量した(Sambrook等,Molecular cloning,1989年,Cold Spring Harbor Laboratory)。その後、1〜1.5μl当量の反応混合液を利用してアガロースゲル電気泳動を実施し、実験の前までは反応混合液を−80℃に保管した。
上記で合成されたRNA転写物を細胞内に形質転換させるため、ECM830エレクトロポレーター(BTX Inc.,San Diego,CA)を使用して製造社の指針により、細胞に合成RNAをエレクトロポレーションさせた。要するに、亜飽和(subconfluent)状態の細胞にトリプシンを処理し、RNaseが除去された冷たいPBSを利用して3回洗浄した後、2×10細胞/mlの濃度でPBSに再浮游させた。400μl当量の浮游物を2μgの合成RNAと混合した後、以前実験で最適の条件と決定された条件(980V,99−μsパルス長及び5パルス)で細胞を直ちにエレクトロポレーションさせた。それから、エレクトロポレーションされた混合液を10mlの新鮮な培養液に移した。
また、合成RNAの特異的感染性(specific infectivity)を定量するため、感染センタ分析(infectious center assay)を実施した。具体的に、ランオフ転写の場合、JEV cDNA鋳型は、XhoIまたはXbaI制限酵素の切断により線形化された。mG(5’)ppp(5’)Aキャップ構造類似体の存在下でXhoIの処理によって線形化された二つのプラスミド(pBACSP6/JVFL/XhoIとpBACSP6/JVFLx/XhoI)は、SP6ポリメラーゼランオフ転写から5’−末端にキャップ構造を有し、3’−末端にウイルスと関連しないCGAヌクレオチド塩基配列を有している合成RNAが生産された(図3のB)。このような結果は、XhoI切断によって残された5’突出部位が複製されたためである。これと類似に、XbaI−線形化されたpBACSP6/JVFLx/XbaIプラスミドは、SP6ポリメラーゼランオフ転写から5’−末端にキャップ構造を有し、3’−末端にウイルスと関連しないCTAGヌクレオチド塩基配列を有している合成RNAが生産された(図3のB)。エレクトロポレーションされた細胞を順次的に10倍ずつ稀釈し、6−ウェルプレートで成長する感染されていない単層細胞(5×10)に分株した。6時間培養してプレートに細胞を付着させた後、0.5%のSeaKem LEアガローズを含むMEM培地で、上記の方法で細胞を培養した。細胞を37℃、5%CO条件で3〜4日間培養させた後、感染プラークセンターをクリスタルバイオレット(crystal violet)染色により視覚化させた。
その結果、敏感な(susceptible)BHK−21細胞が上記の合成RNAでトランスフェクトされた時、全て高い特異的感染性を示した(表3)。即ち、最適のエレクトロポレーション条件でトランスフェクトされたpBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIから得られた合成RNAの場合、特異的感染性が各々3.5×10、4.3×10及び3.4×10PFU/μgであった(表3、infectivity)。これと類似の結果が、T7ポリメラーゼランオフ転写によってT7−誘導されたJEV cDNAから転写された合成RNAでも観察された(表3、infectivity)。
(表3)
全長のJEV cDNAから合成されたRNA転写物の試験管内特異的感染性及びウイルス力価
Figure 2006501841
a:全ての全長のJEV cDNAは、cDNA名前内に表示したランオフ転写に適当な制限酵素処理により線形化された。pBACSP6/JVFLx/XbaIMBN及びpBACT7/JVFLx/XbaIMBNにおいて、XbaI切断及びMBN処理により、これらcDNA鋳型を線形化させて製造した。
b:記載したように、SP6またはT7RNA重合酵素を使用して試験管内転写後、BHK−21細胞をエレクトロポレーションするためにサンプルを使用し、感染プラークセンターを測定した。
c:エレクトロポレーション後、24及び48時間後のウイルス力価
<4−1>JEV cDNAから合成されたJEV RNA転写物の3’−末端にウイルスと関連しないヌクレオチド塩基配列が欠如されたJEV RNA転写物の合成
ある種のフラビウイルスの場合、感染性を有するcDNAから転写された合成RNAの3’−末端にウイルスと関連しない配列が存在すると、特異的感染性が減少されるかまたはなくなる(abrogate)といることが報告されたことがある(Yamshchikov等,Virology,2001年,第281巻,294−304頁)。前記報告に基づき、本発明者らは、3’末端にウイルスと関連しない配列が欠如した合成RNAを製造して特異的感染性を比較した。具体的に、本発明者らは、追加に存在するCTAGヌクレオチドを転写反応前に除去するため、XbaI−線形化されたpBACSP6/JVFLx/XbaIプラスミドをリョクトウヌクレアーゼ(MBN)で処理することにより、ウイルスと関連しないヌクレオチド塩基配列を有していない合成JEV RNAを製造しようとした。XbaI−線形化されてMBN−処理されたpBACSP6/JVFLx/XbaIから合成されたpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN(図3のB)及びpBACT7/JVFLx/XbaIから合成されたpBACT7/JVFLx/XbaIMBN(図3のC)は、全てMBNで処理していない転写物と比較した時、特異的感染性が増加した。正確には、MBN−処理されたpBACSP6/JVFLx/XbaIMBNから転写されたRNAの特異的感染性は、3.1×10PFU/μgと測定されたが、これは変形されていない鋳型から転写されたRNAの特異的感染性である3.4×10PFU/μgより約10倍も高い(表3、infectivity)。また、pBACT7/JVFLx/XbaI(3.0×10PFU/μg)由来のRNAもMBN処理以後に増加した特異的感染性を示した(2.7×10PFU/μg)(表3、infectivity)。したがって、本発明者らは、高い感染性を有する合成JEV RNA転写物が生産されるためには、JEVゲノムRNAに完全な(authentic)3’−末端が存在しなければならないことを確認した。
また、3または4個のJEVウイルスと関連しないヌクレオチドが3’−末端に存在することによって変形されたRNA転写物の特異的感染性は、トランスフェクトされたBHK−21細胞の培養上澄み液で収集したウイルス力価(titer)にも影響を及ぼした。MBNが処理されないpBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI及びpBACSP6/JVFLx/XbaI由来のRNA転写物でトランスフェクトされたBHK−21細胞から放出されたウイルス力価は、形質転換後24時間が経過した時、2.1−4.4×10 PFU/ml範囲であった(表3、ウイルス力価24時間)。この時点でトランスフェクトされた細胞の半分だけが相変わらず培養プレートに付着していたが、これはウイルスによって誘導される強い細胞変性効果(cytopathic effect)を示す。前記力価は、形質転換後、48時間が経過した時、3.2−5.2×10 PFU/ml範囲で約10倍増加したが(表3、ウイルス力価48時間)、この時点で大部分の細胞は、死んで培養プレートの底に落ちた。しかし、MBN−処理されたpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN由来のRNA転写物でトランスフェクトされたBHK−21細胞から放出されたウイルス力価は、形質転換後24時間が経過した時、既に6.2×10PFU/mlに到達し、ここで、多くのトランスフェクトされた細胞が死んだ(表3、ウイルス力価24時間)。前記力価は、形質転換後、48時間に1.4×10PFU/mlで少し減少した(表3、ウイルス力価48時間)。また、上記で合成されたT7ポリメラーゼを利用したRNA転写物の場合にも、類似のパターンのウイルス生産が観察された(表3)。
実施例5:合成RNA転写物の特異的感染性確認
本発明者らは、全長のcDNAクローンpBACSP6/JVFLx/XbaIMBNを使用し、特異的感染性は全長のJEV cDNA鋳型からRNA転写を必要とすることを確認した(図4)。cDNA鋳型自体では感染性がなかったが(図4のA、レーン5及びB、SP6 Pol除外)、試験管内転写反応の間DNase Iを処理すると感染性がなくなるため、転写反応の間には完全なcDNA鋳型が要求されることを確認した(図4のA、レーン2及びB、DNase処理中)。完全な反応混合液と比較した時(図4のA、レーン 1及びB、未処理)、転写反応後にDNase Iを添加することは、影響を及ぼさなかった(図4のA、レーン3及びB、DNase I処理後)。しかし、反応後にRNase Aを処理すると、転写された合成RNAの感染性が除去された(図4のA、レーン4及びB、RNase A処理後)。
実施例6:全長の感染性を有するJEV cDNAから生産された合成JEVウイルス(synthetic JEV)と親ウイルス(parental virus)CNU/LP2との特性比較
本発明者らは、全長の感染性を有するJEV cDNA(pBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XbaI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN)鋳型から生産された合成JEVウイルス(synthetic JEV)と、最初にcDNAに製造のため使用した親ウイルス(parental virus)であるCNU/LP2を、プラーク形態、ウイルス成長キネティクス(growth kinetics)、ウイルス蛋白質の合成及びウイルスゲノムRNAの合成を各々比較した。
<6−1>プラーク分析(plaque assay)によるプラーク形態比較
本発明者らは、BHK−21細胞に上記の全長の感染性を有するJEV cDNA(pBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XbaI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN)鋳型から得られた合成JEVウイルスと親ウイルスCNU/LP2を感染させ、10%FBS及び0.5%SeaKem LEアガロース(FMC BioProducts、Rockland、Maine)を含むMEM培養液で覆った後、5%CO2、37℃が維持された培養器で培養した。3乃至4日間培養し、感染した細胞は、3.7%ホルムアルデヒドで室温で4時間固定させた後、覆われているアガロースを除去してクリスタルバイオレット(crystal violet)で染色してプラークを視覚化した。その結果、図5のAから確認できるように、pBACSP6/JVFL/XhoI(プレート1)、BACSP6/JVFLx/XhoI(プレート2)、pBACSP6/JVFLx/XbaI(プレート3)及びpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN(プレート4)から生産された合成JEVで感染したBHK−21細胞は、CNU/LP2で感染した細胞(プレート5)の場合と類似に、同一の大きさの(homogeneous)大きいプラークを形成した。
<6−2>ウイルスの成長キネティクス比較
本発明者らは、BHK−21細胞に上記の全長の感染性を有するJEV cDNA(pBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XbaI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN)鋳型から得られた合成JEVウイルスと親ウイルスCNU/LP2を低い(0.01PFU/細胞)、中間(1.0PFU/細胞)及び高い(10PFU/細胞)MOI(multiplicities of infection)で感染させた後、時間が経過することによって感染したBHK−21細胞で生産される感染性を有するJEVウイルスの成長キネティクス(kinetics)を分析するため、細胞培養液を周期的に収集した。具体的に、指示された時点でウイルスを収穫し、上記のプラーク分析を通じてウイルス力価を測定した。その結果、図5のBで見られるように、時間によって蓄積されるウイルス力価は、本発明で実施した三つのMOI(0.01、1.0及び10)で、四つの合成JEVウイルス(pBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XbaI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN)及び親ウイルスCNU/LP2の場合に全て類似であった。
<6−3>ウエスタンブロット分析を通じたウイルス蛋白質の合成比較
本発明者らは、上記の全長の感染性を有するJEV cDNA(pBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XbaI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN)鋳型から得られた合成JEVウイルスと親ウイルスCNU/LP2で感染したBHK−21細胞で発現されるJEVウイルスの蛋白質を比較した。具体的に、1MOIで感染した3×10BHK−21細胞を、200μlのサンプルローディングバッファー(80mM Tri−HCl(pH 6.8)、2.0%SDS、10%グリセロール、0.1M DTT、0.2%ブロモフェニルブルー)を利用して溶解させ、溶解された細胞(lysate)の1/10を5分間沸かした後、SDS−ポリアクリルアミドゲルで分留させた(fractionated)。トランスブロット(trans−blot)SD電気泳動伝達細胞機械(electrophoretic transfer cell machine、Bio−Rad Labs Inc.Hercules、CA)を利用し、SDS−ポリアクリルアミドゲルからメタノルで活性化させたポリビニリデンジフルオライド膜に蛋白質を電気的に移した後、洗浄溶液(0.2%ツイーン20が添加されたPBS)に溶解させた5%非脂肪粉乳を利用して室温で1時間膜をブロックさせた。洗浄溶液で3回洗浄した後、アクチン蛋白質の全ての同素体(isoform)のC−末端に保存されているエピトーフ(epitope)を認識する単クローン抗アクチン抗体(A4700,Sigma,St.Louis,MO)またはJEVに特異的なマウス過免疫性(hyperimmune)腹水液(ascites fluid)(ATCC VR−1259AF)で、室温で2時間膜を培養した。洗浄溶液で膜を3回洗浄した後、AP(alkaline phosphatase)と結合したヤギ抗マウスIgG(Jackson ImmunoResearch Labs Inc.,West Grove,PA)で、室温で2時間培養した。膜を洗浄溶液で3回洗浄した後、PBSで1回洗浄した。膜に存在するアクチンまたはJEV蛋白質バンドは、基質である5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−ホスファート及びニトロブルーテトラゾリウムを、膜と共に培養することにより視覚化させた。その結果、合成JEVウイルス及び親ウイルス全てが類似の量と同一のパターンのJEVウイルス特異的蛋白質を生産することを確認した(図5のC、上パネル)。サンプルローディング対照群としては、アクチン(actin)蛋白質を使用し、同一の量のアクチン蛋白質がmock−感染した細胞と合成JEVウイルス及び親ウイルスで感染した細胞に存在することを確認した(図5のC、下パネル)。
<6−4>ノーザンブロット分析を通じたウイルスゲノムRNAの合成比較
本発明者らは、上記の全長の感染性を有するJEV cDNA(pBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XbaI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN)鋳型から得られた合成JEVウイルスと親ウイルスCNU/LP2で感染したBHK−21細胞で発現されるJEVウイルスのRNAを比較した。具体的に、1mlのTRIzol試薬(Gibco/BRL)を使用して3×10の感染したBHK−21細胞から全体RNAを抽出した。JEV−特異的RNAを分析するため、抽出された全体RNAの1/3に対してノーザンブロット分析を実施した(Sambrook等,Molecular cloning,1989年,Cold Spring Harbor Laboratory)。2.2Mホルムアルデヒド−1%アガロースゲルでRNAを電気泳動した後、ナイロン膜(Amersham Biosciences Inc.,Piscataway,NJ)に伝達した。254nm光源(Stratalinker UV cross−linker,Stratagene,La Jolla,CA)を使用して膜に存在するRNAを膜と相互連結(cross−link)させた後、JEVゲノムの9,143−9,351ヌクレオチド塩基配列に相補的に結合する[32P]CTP−標識されたアンチセンスリボプローブ(riboprobe)と共に培養させることによりJEV−特異的RNAを検出した。pBACSP6/JVFLx/XbaIの209bp HindIII−SacI切片を同一の酵素で切断したpGEM3Zf(+)に挿入させてpGEM3Zf(+)/JV9143を製造した。前記pGEM3Zf(+)/JV9143をBamHI酵素で切断してBamHI−線形化されたcDNAクローンから、試験管内転写反応を通じて前記リボプローブを合成した。T7−MEGAscriptキット(Ambion、Austin、TX)を使用して3.12μMの[α−32P]CTP(800Ci/mmol、Amersham)を含む20μlの反応混合液から製造社の指針に従い、前記BamHI−線形化されたpGEM3Zf(+)/JV9143クローンを転写させた。DNase Iを処理した後、転写反応に含まれていない(unincorporated)リボヌクレオサイドトリホスファ−トを除去するため、反応混合液をQuick Spin G−50セパドクスカラム(Boehringer mannheim)に適用させた。培養溶液[5×SSPE(0.9M NaCl、50mM NaHPO及び5mM EDTA pH7.7)、5×Denhardt’s試薬、0.5%SDS、100μg/mlの変性されたサケ精子DNA、50%ホルムアミド]で、55℃で6時間膜を前培養させた後、1×10cpmの標識されたリボプローブを含む培養溶液で、55℃で一晩培養させた。1×SSPE、0.5%SDSを使用して55℃で10分間3回膜を洗浄した後、0.1×SSPE、0.5%SDSを使用して10分間1回洗浄した。ウイルスRNAバンドを自家放射線写真(autoradiography)で視覚化させた後、Molecular Imager(Bio−Rad Lab)を利用して定量した。その結果、全ての場合において、ウイルスRNAの発現程度が類似であった(図5のD)。前記ブロットをイメージ分析機で定量した結果、ウイルスゲノムRNA(図5のD、上パネル)と18S rRNA(図5のD、下パネル)の比率に大きい差はなく、このような事実から、全ての場合にウイルスゲノムRNAが類似の程度で発現されることを確認した。
上記の結果から、全ての全長の感染性を有するJEV cDNA(pBACSP6/JVFL/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XhoI、pBACSP6/JVFLx/XbaI及びpBACSP6/JVFLx/XbaIMBN)鋳型から得られた合成JEVウイルスは、プラーク形態、細胞病原性(cytopathogenicity)、ウイルス成長パターン、ウイルス蛋白質の合成及びウイルスゲノムRNAの合成の観点で、親ウイルスCNU/LP2と区別できなかった。また、3’末端配列の分析の結果、ある合成ウイルスから誘導されたウイルスRNAゲノムの3’末端でも、ウイルスと関連しない配列である追加的な三つ(CGA)または四つ(CTAG)ヌクレオチドは発見されなかった。前記結果から、本発明で開発された感染性を有するJEV cDNAクローンを分子遺伝学的用途で使用できることを確認した。
実施例7:形質転換された培養液の親ウイルスによる汚染可否確認
上記の結果は、JEV cDNAクローンがSP6またはT7ポリメラーゼによる転写後に、高い感染性を有した合成RNA転写物を生産可能であることを強く提示するが、形質転換された培養液が親ウイルスCNU/LP2に汚染された可能性を完全に排除できない。したがって、そのような可能性を完全に排除するため、本発明者らは、遺伝子マーカー(genetic marker、gm)をpBACSP6/JVFLx/XbaIベクターに導入するためにPCRを利用した位置指定突然変異(site−directed mutagenesis)を実施した。具体的に、PCRによる位置指定突然変異(site−directed mutagenesis)誘導により、pBACSP6/JVFLx/XbaIに存在するNS5遺伝子内部に点突然変異A8171→C(silence)を導入してpBACSP6/JVFLx/gm/XbaIを製造した(図6のA)。点突然変異によってNS5遺伝子内部に新しいXhoI制限酵素認識部位が生成される。まず、A8171 →C置換によってXhoI認識部位が生成される配列番号29で表されるプライマーJ48及び配列番号30で表されるプライマーJ3を使用し、PCRによってpBACSP6/JVFLx/XbaI由来の切片を製造した。その結果生成されたアンプリコンの665bp MluI−ApaI切片を、pBACSP6/JVFLx/XbaIの4,802bp ApaI−BsrGI切片及び5,874bp BsrGI−MluI切片と共に接合させてpBACSP6/JVFLx/gm/XbaIを製造した。XbaI−線形化されてMBN−処理されたpBACSP6/JVFLx/gm/XbaIMBNから合成されたRNA転写物でトランスフェクトされたBHK−21細胞は、遺伝子マーカーを含む感染性を有する合成JEVウイルス(JVFLx/gm/XbaIMBNと標記)を生産した(図6のA)。JVFLx/gm/XbaIMBNの表現型的特性は、最初のウイルスJVFLx/XbaIMBNの場合と異なっていなかった。これは、A8171→C置換がウイルス自己複製に影響を及ぼさないことを示す。
JVFLx/gm/XbaIMBNウイルスがpBACSP6/JVFLx/gm/XbaIMBNのcDNA鋳型から由来したことを証明するため、本発明者らは、BHK−21細胞で生産されたウイルスを0.1MOIで順次的に継代培養した。各々の継代培養で得たウイルスは、入力(input)RNA転写物と鋳型cDNAプラスミドの汚染を避けるため、RNase A及びDNase Iを各々処理した後に継代培養した(Mendez等,J.Virol.,1998年,第72巻,4737−4745頁)。A8171→C置換を含む2,580bp PCR産物を増幅するため、1及び3継代培養で放出されたJVFLx/gm/XbaIMBN及びJVFLx/XbaIMBNウイルスから抽出されたウイルスRNAをRT−PCRに使用した(図6のB、レーン1、3及び5)。JVFLx/gm/XbaIMBNから増幅されたRT−PCR産物をXhoIで処理する場合、1,506bp及び1,074bpの二つの切片が生成された(図6のB、レーン2及び4)。一方、JVFLx/XbaIMBNから増幅されたRT−PCR産物は、XhoIによって切断されなかった(図6のB、レーン5及びレーン6比較)。前記結果は、A8171→C置換が実際にJVFLx/gm/XbaIMBNウイルスRNAに存在することを意味する。したがって、本発明者らは、合成されたJVFLx/gm/XbaIMBNウイルスは、全長の感染性を有するJEV cDNA pBACSP6/JVFLx/gm/XbaIMBNから由来されたことを確認した。
実施例8:全長の感染性を有するJEV cDNAの遺伝学的安定性分析
以前の全長のJEV cDNAを合成しようとする研究では、構造蛋白質prM及びEをコードする部位で時々ナンセンス(nonsense)突然変異が発生するということが報告されたことがある(非特許文献23)。JEVに対する分子生物学的研究には信頼できる感染性を有するJEV cDNAクローンが必須的に要求されるため、本発明者らはpBACSP6/pJVFLx/XbaIの遺伝子構造及び機能に関して幾つかの方法で深く分析した。
具体的に、感染性を有するJEV cDNAの遺伝子構造及び機能を下記のように分析した。大腸菌DH10B菌株をpBACSP6/JVFLx/XbaIで形質転換させた後、独立的に由来した二つのクローンを12.5μg/mlのクローラルフェニコールを含む10mlの2xYT培養液に接種して37℃で一晩培養した。前記一次培養細胞を毎日10倍ずつ稀釈しながら、9日間維持させた(非特許文献19)。本発明の実験条件で、各々の継代培養は約20世代を示し、これは以前報告で観察されたことと符合する(非特許文献19)。3回、6回及び9回の継代培養後に、SDS−アルカライン(alkaline)方法によって大きい規模(large−scale)の感染性を有するcDNAプラスミドをDH10Bから分離し、セシウムクロライド密度傾斜遠心分離(cesium chloride density gradient centrifugation)でプラスミドを精製した(Sambrook等,Molecular cloning,1989年,Cold Spring Harbor Laboratory)。プラスミドDNAの遺伝子構造を制限酵素認識部位パターンによって調査した。0回、3回、6回及び9回の継代培養後に分離精製されたプラスミドを、制限酵素分析でプラスミドの遺伝子構造を調査した。3、6及び9回継代培養での制限酵素パターンは、0回継代培養時と比較すると、視覚的には差異がなかった。したがって、アガロースゲル電気泳動分析の解像度範囲内で、二つの感染性を有するcDNAクローンは、構造的に安定であるとみられる。
また、XbaI切断及びエンドヌクレアーゼ(MBN)処理によって線形化されたcDNA鋳型から転写された合成RNA転写物の特異的感染性(specific infectivity)を測定することにより、継代培養されたJEV cDNAプラスミドの遺伝学的安定性を機能的な側面で分析した。その結果、二つの独立的に分離及び精製されたcDNAから製造されたRNA転写物の特異的感染性は、0回継代培養と9回継代培養間で大きい差を示さなかった(図7)。前記結果から、感染性を有するJEV cDNAは、大腸菌での継代培養過程で構造的及び機能的に安定に維持されていることを確認した。
実施例9:感染性を有するJEV cDNAを異種遺伝子の発現のためのベクターへの応用
以前に報告されたように(Burke and Monath,Flaviviruses,2001年,1043−1125頁,Lippincott Williams&Wilkins Publishers)、本発明者らは、JEVはヒト、マウス、サル、ブタ、犬、猫及びハムスターを含む様々な種類の真核細胞で自己複製できることを発見した。前記結果は、JEVが様々な種類の細胞で異種遺伝子の発現のためのベクターに有用に使用できることを意味する。これをテストするため、EMCV IRES(internal ribosome entry site of encephalomyocarditis virus)elementによって誘導される発現ベクターに、pBACSP6/JVFLx/XbaI上のウイルス3’NTR開始部位に一般的に使用される二つのリポーター遺伝子であるエクエオリアビクトリア(Aequeorea victoria)GFP(green fluorescent protein)及び北アメリカホタル(Photinus pyralis)LUC(ルシフェラーゼ)を挿入させた(図8のA)。
このため、まず、pBACSP6/JVFLx/GFP/XbaI(図8のA)を製造するため、pBACSP6/JVFLx/XbaI由来の切片を、配列番号31で表されるプライマーJ72及び配列番号32で表されるプライマーJ73を使用したPCRによって増幅させた。また、配列番号33で表されるプライマーJ74及び配列番号34で表されるプライマーJ75を使用してpRSGFP−C1の切片を増幅した。J72及びJ75プライマーを使用したPCRの2回目実行によって前記二つの切片を融合させた。その結果生成されたアンプリコンの913bp KpnI−NsiI切片を、pBACSP6/JVFLx/XbaIの8,011bp NsiI−PacI及び11,021bp PacI−KpnI切片に接合させてpBACSP6/JVFLx/GFP/XbaIを製造した。
次に、pBACSP6/JVFLx/LUC/XbaI(図8のA)を製造するため、pBACSP6/JVFLx/XbaI由来の切片を、プライマーJ72及び配列番号35で表されるプライマーJ76を使用したPCRによって増幅させた。また、配列番号36で表されるプライマーJ77及び配列番号37で表されるプライマーJ78を使用してpACNR/NADLcIn/LUC(Charles M.Riceから受けた)の切片を増幅した。J72及びJ78プライマーを使用したPCRの2回目の実行によって前記二つの切片を融合させた。その結果生成されたアンプリコンの1,801bp KpnI−NsiI切片を、pBACSP6/JVFLx/XbaIの8,011bp NsiI−PacI及び11,021bp PacI−KpnI切片に接合させてpBACSP6/JVFLx/LUC/XbaIを製造した。
NS3遺伝子の中央部分に83個の5,581−5,663ヌクレオチドが欠失され、5,596ヌクレオチドでウイルス翻訳がプレターミネーションされるpBACSP6/JVFLx/LUCREP−/XbaIベクター(図8のA)を製造するため、pBACSP6/JVFLx/LUC/XbaI切片を配列番号38で表されるプライマーJ89及び配列番号39で表されるプライマーJ91を使用してPCRによって増幅させた。また、配列番号40で表されるプライマーJ92及び配列番号41で表されるプライマーJ93を使用してpBACSP6/JVFLx/LUC/XbaIの切片を増幅した。J89及びJ93プライマーを使用したPCRの2回目の実行によって前記二つの切片を融合させた。その結果生成されたアンプリコンの3,960bp SfiI−EagI切片を、pBACSP6/JVFLx/LUC/XbaIの6,493bp EagI−SfiI及び10,297bp SfiI−SfiI切片に接合させてpBACSP6/JVFLx/LUCREP−/XbaIを製造した。
CNU/LP2だけではなく、全体配列が証明された三つのJEVウイルス株(Williams等,J.Gen.Virol.,2000年,第81巻,2471−2480頁;Nam等,Am.J.Trop.Med.Hyg.,2001年,第65巻,388−392頁;Jan等,Am.J.Troop.Med.Hyg.,1996年,第55巻,603−609頁)で、9−25bpの小さい欠失がウイルス3’NTR開始部位で観察されたが、これは前記部位が異種遺伝子を挿入させるのに良い部位になれることを提示する。したがって、上記のように合成されたpBACSP6/JVFLx/GFP/XbaIとpBACSP6/JVFLx/LUC/XbaI cDNAを鋳型として作られた合成RNA転写物でBHK−21細胞を形質転換させた時、異種遺伝子の挿入によって合成RNA転写物の特異的感染性が変化しなかった。
GFP発現を調査するため、pBACSP6/JVFLx/GFP/XbaIMBNcDNA鋳型で転写された感染性を有する合成RNA転写物で未処置のBHK−21細胞を形質転換させた後、共焦点顕微鏡で調査した。具体的に、BHK−21細胞をmock−トランスフェクションさせるかまたは2μgのJVFLx/GFP/XbaIMBNRNAを使用して形質転換させた。1×10のトランスフェクトされた細胞を4−ウェルチャンバースライドで30時間培養させた。PBSを使用して細胞を2回洗浄した後、0.37%(v/v)ホルムアルデヒドを添加したPBSに、25℃で30分間培養させて固定し、0.2mlの80%グリセロールでマウンティングを実施した。マウンティングした細胞は、共焦点顕微鏡で観察した。その結果、GFPは核と細胞質間に拡散できる程度で充分に小さいため、(約30kDa)、GFPを発現するBHK−21細胞は、核と細胞質全てで緑色蛍光を示した(図8のB、JVFLx/GFP/XbaIMBN)。予想されたように、このような蛍光は、mock−トランスフェクトされた細胞(図8のB、Mock)だけではなく、pBACSP6/JVFLx/XbaIMBN由来のRNA転写物でトランスフェクトされた細胞では観察されなかった。
時間によるLUCの誘導を定量的に分析するため、本発明者らは、pBACSP6/JVFLx/LUC/XbaIMBN由来の複製適格性のRNA転写物だけではなく、pBACSP6/JVFLx/LUCREP−/XbaIMBN由来の複製非適格なRNA転写物も製造した(図8のA)。pBACSP6/JVFLx/LUCREP−/XbaIMBN鋳型は、NS3遺伝子の中央部位であるヌクレオチド5,581−5,663に83個ヌクレオチドが欠失している。したがって、ヌクレオチド5,596でウイルスの翻訳が予め終結されることにより、ウイルスRNAの自己複製が起きない(図8のAの*参照、pBACSP6/JVFLx/LUCREP−/XbaIMBN)。
pBACSP6/JVFLx/LUC/XbaIMBN上のウイルスcDNAにエンジニアリングされたLUC遺伝子から発現されるルシフェラーゼ量を分析するため、8×10のBHK−21細胞をmock−トランスフェクションさせるか、2μgのJVFLx/LUC/XbaIMBNRNAまたはJVFLx/LUCREP−/XbaIMBNRNAで形質転換させた。6×10細胞/ウェルの濃度で細胞を6−ウェルプレートに分株して培養した。定められた時点で、Ca2+及びMg2+を除去したPBS溶液で細胞を洗浄した後、0.2mlの溶解バッファー[25mM Tris−phosphate pH7.8、2mM DTT、2mM 1,2−diaminocyclohexane−N,N,N’,N’−tetraacetic acid,10% glycerol,1%トリトンX−100(v/v)]を各々のウェルに添加して細胞を溶解させた。細胞溶解物(lysate)を室温で10分間培養した後、細胞沈澱物(debris)を遠心分離で除去した。上澄み液を迅速に実験前まで−80℃で保管した。ルシフェラーゼ活性を測定するため、20μlの細胞溶解物を100μlのルシフェラーゼ分析試薬[20mM Tricine、1.07mM(MgCOMg(OH)・5HO、2.67mM MgSO4、0.1mM EDTA、33.3mM DTT、270μM coenzyme A、470μM luciferin(Promega)、530μM ATP]が含まれている発光測程機(luminometer)チューブに位置させた(placed)。ルシフェラーゼ活性は、10秒間測定した。各々のデータは、3回の独立的な実験の結果を示す。
その結果、複製適格JVFLx/LUC/XbaIMBNRNAでトランスフェクトされたBHK−21細胞では(図8のC、黒い円)、トランスフェクション後6時間に最初ルシフェラーゼ活性が2.4±0.2×10RLUであった。このような活性は、形質転換後30時間に5.3±0.1×10RLUで劇的に増加され、形質転換後54時間には、7.8±0.1×10RLUに至り、この時点で>50%の細胞が死んだ。一方、複製非適格JVFLx/LUCREP−/XbaIMBNRNAでトランスフェクトされたBHK−21細胞では、形質転換後6時間に最初ルシフェラーゼ活性が1.9±0.4×10RLUで(図8のC、白い円)JVFLx/LUC/XbaIMBN−でトランスフェクトされた細胞の場合と類似であったが(図8のC、黒い円)、時間が経過することによって活性が漸進的に減少し、形質転換後54時間には16±1.2RLUに減少した。このような数値は、未処置の細胞の背景(background)ルシフェラーゼ活性水準である(図8C、白い円)。したがって、時間によって発現されるルシフェラーゼ活性の程度は、ウイルス複製の有無によって異なった形で現れる。
また、本発明者らは上記のように、GFPとLUC遺伝子を有した全長の感染性を有する組換えJEV cDNAを製造した。組換えJEV cDNAから合成したJEV RNA転写物でBHK−21細胞を形質転換させた後、培養上澄み液からGFPとLUC遺伝子を含んだ組換えられたJEV JVFLx/GFP/XbaIMBN及びJVFLx/LUC/XbaIMBNを製造した。このように生産された組換えJEVウイルスからGFPとLUC遺伝子の発現有無は、一般的に生命科学及び医学分野で多く使用される様々な動物細胞株(BHK−21,Vero,NIH/3T3,ST,HeLa,MDCK,CRFK,B103,及びSHSY−5Y)を前記ウイルスで感染させることにより観察した。その結果、ウイルスゲノムRNAに挿入されたGFPまたはLUC遺伝子は、分析した全ての種類の細胞で発現することが観察できた(表4)。したがって、組換えられたJEV cDNA、JEV RNA転写物及びJEVウイルス粒子は、様々な種類の細胞内で外来異種遺伝子の発現のためのベクターとして有用に使用できることを確認した。
(表4)感染性を有するJEV cDNA上にエンジニアリングされたGFP及びLUC遺伝子の発現
Figure 2006501841
a:組換えられたJEV JVFLx/GFP/XbaIMBNで細胞を感染させた後、GFPの発現を分析した。
b:組換えられたJEV JVFLx/LUC/XbaIMBNで細胞を感染させた後、LUC蛋白質の発現を分析した。
実施例10:感染性を有するJEV cDNAの新規な異種遺伝子発現システムの用途
本発明者らは、追加的に目的とする外来遺伝子を発現するJEV発現システムの用途を研究した。まず、本発明者らは、三つの多く使用される様々な大きさの異形リポーター遺伝子、即ちEGFP(an improved version of the Aequorea victoria GFP gene,768 bp)、北アメリカホタル(Photinus pyralis)のLUC遺伝子(1653bp)及びLacZ遺伝子(3012bp)を発現させるため、全長のウイルスゲノムをエンジニアリングした(図9のB)。本発明者らは、また、抗生剤ピュウーロマイシンに抵抗性を付与する優性選択マーカーPAC(600bp)を導入させた(図9のB)。
実施例10−1:BACで作用するバイシストロン全長の感染性を有するJEV cDNAに基づいた異種遺伝子をコードする感染性を有する組換えJEVの製造及び特性分析
<10−1−1>感染性を有する組換えJEVベクターのプラスミド製造
標準分子生物学プロトコールによって全てのプラスミドを製造し(Sambrook等,Molecular cloning:a laboratory manual,2nd ed.Cold Spring Harbor Laboratory,Cold Spring Harbor,N.Y.,1989年)、PCRによって増幅された全ての部位は配列分析で確認した。本発明で使用された全ての組換えJEVベクターをpBACSP6/JVFLx/XbaIに基礎して製造し(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)、以後、前記ベクターをpJEV/FLと命名する(図9のA)。
本発明者らは、LUC、EGFP、LacZ及びPAC遺伝子を発現する四つの感染性を有する組換えJEVベクターセットを製造した。pJEV/FL/LUCは、上記の実施例9で記述したpBACSP6/JVFLx/LUC/XbaIと命名されたコンストラクトと同一である(図9のB)。pJEV/FL/LacZを製造するため、まず、pJEV/FL/LUCの2,409bp Kpn I−Avr II切片をKpn I及びXba Iで切断したpGEM3Zf(+)内でサブクローンしてpGEM/LUCを製造した。pSinRep3/LacZ(Charles Rice博士から分譲を受けた)の3,177bp Nco I−Stu I切片をpGEM/LUCの3,935bp Nco I−Nsi I(T4 DNA ポリメラーゼ−処理)切片と接合させてpGEM/LacZを製造した。pGEM/LacZの3,873bp Kpn I−Not I切片をpJEV/FL/LUCの7,456bp Not I−Pac I及び11,021bp Pac I−Kpn I切片と接合させてpJEV/FL/LacZを製造した(図9のB)。配列番号49と記載されるEGFPFプライマー及び配列番号50と記載されるEGFPRプライマーを使用し、pEGFP−C1のPCR増幅によってEGFPをコードする配列切片を製造した。EGFP切片アンプリコンの773bp Nco I−Stu I部位をpRS/LacZの3,241bp EcoR V−Sac II及び2,062bp Sac II−Nco I切片と接合させてpRS/EGFPを製造した。pRS/EGFPの3,406bp Sac II−Not I切片をpJEV/FL/LUCの7,456bp Not I−Pac I及び9,102bp Pac I−Sac II切片と接合させてpJEV/FL/EGFPを製造した(図9のB)。pJEV/FL/PACを製造するため、pACNR/NADLcIns/PAC(Charles Rice 博士から分譲を受けた)切片を配列番号51と記載されるPACFプライマー及び配列番号52と記載されるPACRでPCR−増幅させた。その結果、生産されたアンプリコンの881bp Dra III−Nsi I部位を、pJEV/FL/LUCの8,011bp Nsi I−Pac I、10,096bp Pac I−Nde I及び842bp Nde I−Dra IIIと接合させてpJEV/FL/PACを製造した(図9のB)。EMCV IRESによって誘導された発現カセットをpJEV/FLのウイルス3’NTRの開始部位に挿入させた(図9のA及び図9のB)。
<10−1−2>EGFP発現分析
トランスフェクトされた細胞を36−48時間、四つのウェルチャンバースライド内でシード培養した。培養した後、0.37%(v/v)ホルムアルデヒドを含むPBSで培養することによって細胞を固定させ、0.2ml80%グリセロールでマウンティングを実施した。適当なフィルターを利用した共焦点顕微鏡(confocal microscope)で細胞を観察した。EGFPの発現をフローサイトメーター分析で調査した。具体的に、細胞をトリプシン処理してPBSで1回洗浄し、PBS内で0.37%(v/v)ホルムアルデヒドで再懸濁した後、FACScanフローサイトメーターFACSCalibur(Becton Dickinson)で分析した。適当な正方向及び側面光分散計(forward and side light−scattering gates)によって死滅された細胞を排除した。生きている一万個の細胞を分析に使用した。
<10−1−3>β−ガラクトシダーゼ分析
PBSで細胞を1回洗浄して0.05%(v/v)グルタルアルデヒドを含んだPBSで、室温で15分間固定させた後、またPBSで注意して3回洗浄した。5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−ガラクトピラノシド(Sigma)と染色溶液[5mMフェリシアン化カリウム、2mM MgCl含有したPBS]を37℃で共に反応させて細胞のβ−gal活性を測定した。
<10−1−4>ルシフェラーゼ分析
上記の方法(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)によって基質にルシフェリン(Promega)を使用して細胞のLUC活性を測定した。各実験は、3回反復して遂行して平均値を提示した。
<10−1−5>ピュウーロマイシンセレクション
細胞を37℃で6時間の間6−ウェルプレートでシード培養した。Purfoci形成を測定するため、0.5%SeaKem LEアガロース(FMC BioProducts,Rockland,Maine)、加熱によって非活性化された10%FBS及びペニシリン/ストレプトマイシンを含んだMEM培養液で細胞を覆った後、2日間37℃で培養した。その以後に、ピュウーロマイシン(10μg/ml)を添加するか排除させて追加的に3日間培養した。セレクション以後に、ホルムアルデヒド固定された細胞をクリスタルバイオレット染色によってPur fociを観察した(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)。Pur細胞培養のため、細胞をアガロースプラグで覆わないまま、2日間37℃で完全培地で培養した。続いて、セレクションのため10μg/mlピュウーロマイシンを含んだ完全培地で24−48時間の間培養し、生きて残った細胞をクリスタルバイオレットで染色して観察した。
<10−1−6>追加的な発現単位を含む組換え合成JEV RNA/ウイルスで形質転換/感染したBHK−21細胞で発現される異形蛋白質
発現カセットの挿入がベクターの特異的な感染性/複製を変形させるかどうかを調査するため、本発明者らは、四つのSP6−誘導された外来遺伝子を含有した感染性を有するJEV cDNAコンストラクトから転写された合成RNAの特異的な試験管内感染性を調査した(表5)。精製されたpJEV/FL及びその誘導体プラスミドをXba I処理によって線形化させてMBNで処理した。上記のように、線形化されたプラスミドをSP6 RNAポリメラーゼを利用した試験管内転写反応(25μl)に使用した。転写後に、反応混合液を追加的に10UのDNase Iと30分間反応させ、フェノールクロロホルムイソアミルアルコールでRNAを抽出した。DE−81濾過紙(Whatman、Maidstone、UK)にRNAが吸収される[H]UTP取り込みを基にしてRNAを定量した。上記の方法によるエレクトロポレーションによって細胞内に流入されたRNA(2μg)で細胞を形質転換させた(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)。
pJEV/FL/PAC、pJEV/FL/EGFP、pJEV/FL/LUC及びpJEV/FL/LacZから誘導された合成RNAは、適格BHK−21細胞内に挿入され、各々3.5x10、2.5x10、3.4x10及び1.1x10PFU/μgの特異的感染性を示し、このような結果は親ベクターpJEV/FL(3.2x10PFU/μg)の感染性と類似である。しかし、組換え合成RNAでトランスフェクトされたBHK−21細胞は、pJEV/FLでトランスフェクトされた細胞に比べて、均一で小さいプラークを形成した(図9のC)。このような結果は、組換えRNAでトランスフェクトされた細胞で観察される感染性を有するウイルス(表5、ウイルス力価)及び減少した細胞変性(表5、CPE)の後期生産(delayed production)と一致する。また、本発明者らは、組換えRNAでトランスフェクトされたBHK−21細胞内ウイルス蛋白質(図9のD)の遅延型の蓄積は、以前に挿入された外来遺伝子の長さと相関関係があることを確認した(図9のB)。
(表5)様々なリポーター遺伝子を含む全長のJEV cDNA誘導体から生成された試験管内RNA転写物の特異的感染性及び組換えウイルス力価
Figure 2006501841
a:試験管内転写反応に使用された全てのJEV cDNA鋳型は、Xba I切断で線形化された後に、MBNで処理して製造した。
b:SP6 RNAポリメラーゼを使用した試験管内転写反応以後に、サンプルを使用してBHK−21細胞をエレクトロポレーションし、感染性を有するプラークセンタを測定した(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)。
c:エレクトロポレーション後、48時間及び72時間後のウイルス力価。
d:全長のJEV cDNA誘導体から生成されたRNA転写物でエレクトロポレーション以後にウイルス−誘導されたCPEを観察した。エレクトロポレーションしてから24時間後に、親ベクターpJEV/FLで「++++」と表示した強いCPEを観察した。エレクトロポレーションしてから60時間後に、pJEV/FL/PAC及びpJEV/FL/EGFPにおいては、「++」と表示したCPEを観察した。pJEV/FL/LacZにおいては、「+」と表示したようにエレクトロポレーションしてから72時間後に明確なCPEが現われ始めた。「−」は、どのようなCPEも現わさないことを示す。
感染性を有するJEV cDNAを使用した場合のEGFP、LUC、LacZ及びPAC発現を図10に示した。蛍光顕微鏡を使用してJEV/FL/EGFP RNAでトランスフェクトされたBHK−21細胞で明るい緑色蛍光を観察した(図10のA)。フローサイトメーター分析による場合、mockでトランスフェクトされた細胞に比べて、緑色の蛍光細胞(−)は、99.7%が前記蛋白質を含んでいることが測定された(図10のB)。図10のCは、JEV/FL/LacZ RNAを発現するBHK−21細胞のX−gal染色パターンを示す。また、本発明者らは、時間経過による複製可能な(replication−competent)JEV/FL/LUC RNAでトランスフェクトされたBHK−21細胞(●)またはnt 5596(*)でウイルス蛋白質の解読を早期終結させる部位が欠如した複製的確性のJEV/FL/LUCREP−RNAでトランスフェクトされたBHK−21細胞(○)のLUC活性をモニターリングした。上記のように(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)このような結果は、増加されたウイルス複製は、増加されたLUC活性と相関関係があることを立証した(図10のD)。また、ピュウーロマイシを処理したJEV/FL/PAC RNAでトランスフェクトされたBHK−21細胞のセレクション(図10のE)は、生きて残ったJEV/FL/PAC RNAでトランスフェクトされた細胞を示し、この細胞がピュウーロマイシンを含有した培地(プレート7)を完全に覆うかピュウーロマイシンを含有した培地を覆った半固体アガー下にPur fociを形成した(プレート8)。一方、mockでトランスフェクトされた細胞は、セレクション24時間後に死滅した(プレート5−6)。予想したように、両細胞型全てピュウーロマイシンの欠如培地には、飽和するように成長した(プレート1−4)。
<10−2>JEVウイルスレプリコンの製造及びベクター特性
<10−2−1>JEVウイルスレプリコンベクターのプラスミド製造
構造蛋白質のコード配列内にインフレーム(in−frame)欠失をエンジニアリングするため、全てのJEVウイルスレプリコンのためのプラスミドは、pJEV/FL/LUCに基礎して製造した。二つのアミノ酸残基、即ちLeu及びGluの挿入を誘発させる新規なXho I部位によって全ての欠失を区別した。第1に、本発明者らは、各構造蛋白質内に単一インフレーム欠失を含んだ四つのJEVウイルスレプリコンベクターセットを製造した。C遺伝子に273個ヌクレオチド欠失(nt 132−404)を含むpJEV/Rep/ΔCC/LUCを製造するため、pJEV/FLのPCR増幅によって二つの切片を合成した。即ち、配列番号53で表されるDelFプライマー及び配列番号54で表されるC1Rプライマーを使用して切片C1を合成し、配列番号55で表されるC2Fプライマー及び配列番号56で表されるDelRプライマーを使用して切片C2を合成した。二つの切片(C1切片アンプリコンの267bp Pac I−Xho I部位及びC2切片アンプリコンの226bp Xho I−BsiW I部位)をpJEV/FL/LUCの20,073bp BsiW I−Pac I切片と接合させてpJEV/Rep/ΔCC/LUCコンストラクトを製造した。C遺伝子に204−ヌクレオチド欠失(nt 201−404)を含むpJEV/Rep/ΔC/LUCを製造するため、pJEV/FLから切片C3をDelFプライマー及び配列番号57で表されるC3Rプライマーを使用してPCR増幅させた。その結果、生成されたアンプリコン336bp Pac I−Xho I切片をpJEV/Rep/ΔCC/LUCの12,850bp Xho I−Rsr II及び7,449bp Rsr II−Pac I切片と接合させてpJEV/Rep/ΔC/LUCコンストラクトを製造した。prM遺伝子に282−ヌクレオチド欠失(nt 531−812)を含むpJEV/Rep/ΔprM/LUCを製造するため、pJEV/FLのPCR増幅によって二つの切片を製造した。即ち、DelFプライマー及び配列番号58で表されるprM1Rプライマーを使用して切片prM1を製造し、配列番号59と記載されるprM2Fプライマー及びDelRプライマーを使用して切片prM2を製造した。二つの切片(prM1切片アンプリコンの666bp Pac I−Xho I部位及びprM2切片アンプリコンの1,616bp Xho I−Sfi I部位)をpJEV/FL/LUCの10,264bp Sfi I−Nsi I及び8,011bp Nsi I−Pac I切片と接合させてpJEV/Rep/ΔprM/LUCコンストラクトを製造した。E遺伝子に1,170−ヌクレオチド欠失(nt 1,032−2,201)を含むpJEV/Rep/ΔE/LUCをエンジニアリングするため、pJEV/FLのPCR増幅によって二つの切片を製造した。即ち、DelFプライマー及び配列番号60と記載されるE1Rプライマーを使用して切片E1を製造し、配列番号61と記載されるE2Fプライマー及びDelRプライマーを使用して切片E2を製造した。二つの切片(prM1切片アンプリコンの1,167bp Pac I−Xho I部位及びprM2切片アンプリコンの227bp Xho I−Sfi I部位)をpJEV/FL/LUCの10,264bp Sfi I−Nsi I及び8,011bp Nsi I−Pac I切片と接合させてpJEV/Rep/ΔE/LUCコンストラクトを製造した(図11のA)。
第2、本発明者らは、JEV構造遺伝子内に二重インフレーム欠失を含む三つのJEVウイルスレプリコンベクターパネルを製造した。二つのpJEV/FL/LUC切片(10,264bp Sfi I−Nsi I及び8,011−bp Nsi I−Pac I切片)を、i)pJEV/Rep/ΔC+ΔprM/LUCを製造するため、pJEV/Rep/ΔC/LUCの438bp Pac I−Hind III切片及びpJEV/Rep/ΔprM/LUCの1,646bp Hind III−Sfi I切片と、ii)pJEV/Rep/ΔC+ΔE/LUCを製造するため、pJEV/Rep/ΔC/LUCの866bp Pac I−Mlu I切片及びpJEV/Rep/ΔE/LUCの330bp Mlu I−Sfi I切片と、またはiii)pJEV/Rep/ΔprM+ΔE/LUCを製造するため、pJEV/Rep/ΔprM/LUCの788bp Pac I−Mlu I切片及びpJEV/Rep/ΔE/LUCの30bp Mlu I−Sfi I切片と各々接合させた(図11のA)。
第3、本発明者らは、全てのJEV構造蛋白質が欠失された二つのJEVウイルスレプリコンベクターセットを製造した。pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUCを製造するため、二つのpJEV/FL/LUC切片(10,264bp Sfi I−Nsi I及び8,011−bp Nsi I−Pac I切片)をpJEV/Rep/ΔC+ΔprM/LUCの590bp Pac I−Mlu I切片及びpJEV/Rep/ΔE/LUCの330bp Mlu I−Sfi I切片と接合させた。また、本発明者らは、C蛋白質の35N−末端及び24C−末端アミノ酸がNS1蛋白質のN−末端に続き、その他のウイルスゲノムを含むpJEV/Rep/NS1/LUCを製造した。まず、pJEV/Rep/ΔC/LUCからの切片をDelFプライマー及び配列番号62と記載されるNS1Rプライマーを使用してPCRによって合成した。それから、pJEV/FLからの切片を配列番号63と記載されるNS1Fプライマー及び配列番号64と記載されるPRプライマーを使用して合成した。この二つの切片をDelF及びPRプライマーを使用したPCRの2回目実行で融合させた。その結果得られるアンプリコンの474bp Pac I−ApaL I切片をpJEV/FL/LUCの3,038bp ApaL I−BamH I及び15,122bp BamH I−Pac I切片と接合させた(図11のA)。
pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUC及びpJEV/Rep/NS1/LUCに追加し、また本発明者らは、八つの他JEVウイルスレプリコンベクターを製造した。pJEV/FL/EGFPの6,797bp BamH I−Not I切片を、i)pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/EGFPを製造するため、pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUCの11,529bp BamH I−Not I切片を、またはii)pJEV/Rep/NS1/EGFPを製造するため、pJEV/Rep/NS1/LUCの10,968bp BamH I−Not I切片と各々接合させた。pJEV/FL/LacZの5,792bp Sac II−Not I切片を、i)pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LacZを製造するため、pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUCの7,456bp Not I−Pac I及び7,464bp Pac I−Sac II切片と、またはii)pJEV/Rep/NS1/LacZを製造するため、pJEV/Rep/NS1/LUCの7,456−bp Not I−Pac I及びthe 6,903bp Pac I−Sac II切片と各々接合させた。pJEV/FL/PACの6,663bp BamH I−Not I切片を、i)pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/PACを製造するため、pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUCの11,529bp BamH I−Not I切片と、またはii)pJEV/Rep/NS1/PACを製造するため、pJEV/Rep/NS1/LUCの10,968bp BamH I−Not I切片と各々接合させた。
<10−2−2>様々な自己複製自己制限JEVウイルスレプリコンから発現される異形蛋白質
JEV RNA複製開始を使用して外来遺伝子を独立的に発現させるため、本発明者らは、厳しい安全基準を充足させる自己複製自己制限ウイルスレプリコンのパネルを製造した(図11のA)。最初に本発明者らは敏感で定量的な方式でウイルス複製のモニターリングが容易であるように、異種遺伝子としてLUCリポーター遺伝子を使用した。したがって、各蛋白質の膜内位置(orientation)を考慮し、ウイルスの一つ、二つまたは全ての構造遺伝子(C、prM及びE)をインフレーム欠失させてpJEV/FL/LUCのコンテクスト(context)内に注意してエンジニアリングした(図11のA)。
様々なウイルスレプリコンでトランスフェクトされたBHK−21細胞のLUC活性を時間経過によって作成した(図11のB)。陽性対照群として複製可能なJEV/FL/LUC RNA(●、黒)でトランスフェクトされたBHK−21細胞において、形質転換してから6時間後、最初のLUC活性は5.5±0.3X10RLUであった。このような活性は、形質転換してから48時間後には、2.7±0.5X10RLUと急激に増加し、形質転換してから96時間後まで維持された。複製不可能なJEV/FL/LUCREP− RNA(◆、黒)でトランスフェクトされたBHK−21細胞において、形質転換してから6時間後、入力ウイルスRNAから発現された最初のLUC活性は、類似の5.2±0.6X10RLUであった。しかし、前記活性は、形質転換してから96時間後には、8.8±1.0RLUと時間経過によって急激に減少し、これは未処置の細胞の背景発光(luminescence)程度に相応する程度である。全てのフラビウイルスに保存されたと提案された3’NTRのサイクリゼーション(cyclization)配列(Bredenbeek等,J.Gen.Virol.,2003年,第84巻,1261−1268頁;Lo等.,J.Virol.,2003年,第77巻,10004−10014頁;Khromykh等,J.Virol.,2001年,第75巻,6719−6728頁)に相補的な配列が欠如されたpJEV/Rep/ΔCC/LUC(◆、青)とは異なり、一つまたはその以上の構造蛋白質遺伝子の一部が欠失したウイルスレプリコンでトランスフェクトされたBHK−21細胞のLUC活性は、複製可能なJEV/FL/LUC RNAでトランスフェクトされたBHK−21細胞の形質転換してから6−48時間の間の活性(●、黒)とほぼ同一であった。しかし、その以後これらの活性は、JEV/FL/LUCREP−に類似にウイルス伝播の欠如により、時間経過によって急激に減少した。興味深いのはJEV/Rep/NS1/LUC RNA(●、緑)に基づいたLUC活性(しかし、JEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUC RNA(塗りつぶし四角、緑)は、影響を及ぼされない)は、他の複製可能なウイルスレプリコンの活性に比べ、全ての時間に渡って約5倍ほど高かった。
JEV特異的過免疫性血清を使用した免疫ブロット(immunoblotting)で定量した結果、LUC発現形態(profile)は、ウイルス蛋白質蓄積方式と一致した(図11のC)、また、本発明者らは、pJEV/Rep/NS1及びpJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔEのようなJEVレプリコンベクターを使用した場合に、様々な多く使用される動物細胞でリポーター遺伝子を効果的に発現させられることを確認した。
<10−3>JEVウイルスレプリコンのためのパッケージングシステムの製造
<10−3−1>pSinRep19ベクターに基づいたJEV構造蛋白質発現ベクターのプラスミド製造
本発明者らは、pSinRep19(Agapov等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1998年,第95巻,12989−12994頁)に基づいたJEV構造蛋白質発現ベクターを製造した。pSinRep19/JEV C−Eを製造するため、Xba I部位(下線で表示)を挿入させた配列番号65で表されるJEVCFプライマー(5−GATTCTAGAATGACTAAAAAACCA)及びPme I部位(下線で表示)を挿入させた配列番号66で表されるJEVERプライマー(5−GATGTTTAAACTATTAAGCATGCACATTGGT)を使用してpJEV/FLの切片を増幅させた。その結果、生成されたアンプリコンの2,393bp Xba I−Pme I切片を、pSinRep19/JEV C−Eを製造するため、pSinRep19の10,864bp Xba I−Mlu I(T4 DNAポリメラーゼ−処理)切片と接合させた(図12のA)。pSinRep19/JEV C−NS1を製造するため、JEVCFプライマー及びPme I部位(下線で表示)を挿入させた配列番号67で表されるJEVNS1Rプライマー(5−GATGTTTAAACTATTAAGCATCAACCTGTGA)を使用してPCR増幅によってpJEV/FL切片を製造した。それから、その結果生成されたアンプリコンの3,449bp Xba I−Pme I切片を、pSinRep19/JEV C−NS1を製造するため、pSinRep19の10,864bp Xba I−Mlu I(T4 DNAポリメラーゼ−処理)切片と接合させた(図12のA)。pSinRep19/JEV C−E−BglIIの製造のため、pSinRep19/JEV C−NS1の2,559bp Xba I−Bgl II(T4 DNAポリメラーゼ−処理)切片をpSinRep19の10,864bp Xba I−Mlu I(T4 DNAポリメラーゼ−処理)切片と接合させた(図12のA)。
<10−3−2>JEV−誘導されたレプリコンベクターRNAのためのパッケージング細胞株の製造
JEVの全ての構造蛋白質(C、prM及びE)を継続的に発現し、JEVウイルスレプリコンの効率的なパッケージングのトランス補完が可能なPCL(packaging cell line;パッケージ細胞株)の開発により、JEVレプリコン発現ベクターの利用効率が増進された。セレクションを増進させるサブゲノムプロモーターによって誘導されるPAC遺伝子を含むpSinRep19発現ベクター(図12のA)に基づき、本発明者らは、C−E(pSinRep19/JEV C−E)、C−E及びNS1の58N−末端残基(pSinRep19/JEV C−E−BglII)及びC−NS1(pSinRep19/JEV C−NS1)に対する配列をコードする三つの互いに違っているJEV構造蛋白質発現カセットコンストラクトを製造した。
前記ベクターによって生成された蛋白質発現を、相応するベクターから試験管内転写した合成RNAで形質転換させたBHK−21細胞で測定した。pSinRep19及びその誘導体をXho I切断によって線形化させた。上記の方法によって前記線形化されたプラスミドを、SP6 RNAポリメラーゼを使用した試験管内転写反応(25μl)に使用した。転写後に、反応混合液を追加的に10UのDNase Iと30分間反応させ、フェノールクロロホルムイソアミルアルコールでRNAを抽出した。DE−81濾過紙(Whatman,Maidstone,UK)にRNAが吸収される[H]UTP陥入(incorporation)に基づきRNAを定量した。上記の方法によるエレクトロポレーションによって細胞内に流入されたRNA(2μg)で細胞を形質転換させた(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)。トランスフェクトされた細胞溶解物をJEV特異的過免疫性血清で免疫ブロット(immunoblotting)によって分析した時、三つのベクター各々形質転換させたBHK−21細胞から全てウイルス糖蛋白質(glycoprotern)Eの同一の量が検出された(図12のB)。デザインしたように、NS1蛋白質はSinRep19/JEV C−NS1 RNAで形質転換させた細胞でだけ検出された(図12のB)。
VRP(JEV viral replicon particle)を生産する二つの方法を図12のCに概略化して示した。第一は、JEV構造蛋白質を発現するSinRep19ベクターRNAを、試験管内転写されたレプリコンベクターRNAと共に一時的に共同形質転換(cotransfection)させることである。パッケージされたVRPの力価測定とモニターリングは、VRPで未処置のBHK−21細胞を感染させた後、リポーター遺伝子発現を測定することによって可能である。何回の実験でEGFPを発現するJEVウイルスレプリコンRNA[EV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/EGFP(□、緑)またはJEV/Rep/NS1/EGFP(塗りつぶし四角、緑)]とSinRep19/JEV C−NS1 RNAを共同形質転換させた結果、1.1−4.3X10IU/ml(infectious unit/ml)VRPを製造した(図12のD)。LacZを発現するJEVウイルスレプリコン、即ちEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LacZ(□、青)またはJEV/Rep/NS1/LacZ(塗りつぶし四角、青)を使用した場合にも類似の結果が得られた。SinRep19/JEV C−NS1またはSinRep19/JEV C−E−BglII JEV構造蛋白質発現カセットが使用される時にも、どのような差異も観察されなかった。しかし、EGFPまたはLacZを発現するウイルスレプリコンとSinRep19/JEV C−EベクターRNAの共同形質転換は、100倍少ないVRPを生成した(図12のD)。このような観察は、LUCを発現するJEVレプリコンRNA、即ちJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUC(□、黒)またはJEV/Rep/NS1/LUC(塗りつぶし四角、黒)と全てのJEV構造蛋白質発現ベクターの共同形質転換によっても確認された(図12のD)。
JEV VRPを生産する他の方法は、JEV構造蛋白質発現ベクターRNAで細胞を形質転換させた後、ピュウーロマイシンでセレクションすることによって達成される連続的PCL使用に基づいている。上記の方法のように、BHK−21細胞をJEV構造蛋白質発現ベクターで形質転換させた。形質転換以後に前記細胞を24時間の間シード培養した後、10μg/mlのピュウーロマイシン(Sigma)を含む新鮮な完全培地に培地交換した。以後に前記細胞をピュウーロマイシン存在下で維持させ、親BHK−21細胞と共に継代培養するか凍結保管した。
セレクトされた細胞は、宿主細胞にいかなる有害な影響も与えずJEV構造蛋白質を安定に発現させてJEVに基づいたVRPを生成する際に、親BHK−21細胞よりもう少し効率が高かった。全ての場合において、二つのベクターRNAで親BHK−21細胞を共同形質転換させるプロトコールに比べ、JEVウイルスレプリコンベクターRNAで前記PCLを形質転換させる場合に、より高いVRP力価(1.0X10−1.2X10 IU/ml)が生成された(図12のE)。
本発明で開発されたパッケージングシステムに複製可能なウイルス粒子が存在するかどうかを分析するため、未処置のBHK−21細胞を72時間の間1MOIで3X10IU VRPで感染させた。存在するかも知れない複製可能なウイルス粒子の非常に少ない量を増幅させるため、前記感染した細胞から得られた原液上澄み液を追加的に3回継代培養した。3回の継代培養の結果、JEV特異的過免疫性血清を使用したIFAにより、感染した細胞からリポーター遺伝子またはウイルス蛋白質の発現をテストした。いかなる複製可能なウイルス粒子も検出されなかった。さらに、JEV構造蛋白質を発現するSindbisレプリコンRNAは、放出されたVRPでまったく膜で取り囲まれなかった。
上記のように、本発明のJEVゲノムRNAの完全なヌクレオチド塩基配列及びそれから合成した全長の感染性を有するJEV cDNAは、神経侵入性(neurovirulence)及び病原性(pathogenesis)に関与するJEV遺伝子を同定することだけではなく、JEVの自己複製(replication)、転写(transcription)及び翻訳(translation)に関連した分子生物学的なメカニズムの研究に使用できる。また、本発明は、日本脳炎の治療剤、ワクチン、診断試薬及び診断用器具の開発に適用でき、様々な外来遺伝子の発現ベクター(gene expression vector)として使用できる。
上述に開示した概念及び特定の態様が、本発明の目的と同じ目的を実施するための改変されたまたは設計された他の態様の根拠として容易に利用されうることは当業者に理解されるものと思われる。当業者はまた、そのような等価の態様が、添付の特許請求の範囲に示されるような本発明の精神及び範囲から逸脱しないことも理解するものと思われる。
Figure 2006501841
Figure 2006501841
日本脳炎ウイルスの韓国分離株K87P39とそれから分離した大きいプラークを形成するJEV分離体(large−plaque forming JEV isolate)CNU/LP2を比較したもので、JEVにmock−感染したBHK−21細胞(Mock−infected)、混合した様々な大きさのプラークを示すJEV K87P39韓国分離株に感染したBHK−21細胞(K87P39−infected)、及び一定の大きいプラークを示すCNU/LP2に感染したBHK−21細胞(CNU/LP2−infected)に対するプラーク分析結果(A)、Vero細胞を使用した場合のプラーク分析結果(B)及び染色したJEV−特異的タンパク質(緑色蛍光)とヨウ化プロピディウム(propidium idodine、赤色蛍光)で染色した細胞の核を共焦点顕微鏡(confocal microscopy)で見た写真であり、BHK−21細胞をK87P39、CNU/LP2、または黄熱病ウイルスYF17D(yellow fever virus 17D)で感染またはmock−感染させた写真である(C)。18時間経過後、細胞を固定し、JEV−特異的マウス高度免疫(hyperimmune)腹水(ascite)で染色した後、イソチオシアン酸フルオレセイン(fluorescein isothiocyanate)が結合されたヤギ(goat)アンチ−マウス免疫グロブリンGを処理して共焦点顕微鏡(confocal microscopy)で観察した。 Aは、JEVの5’−末端と3’−末端を除外した全体JEVゲノムRNAを示す三つの重畳するcDNAアンプリコンのRT−PCR増幅に対する概略図で、RNAは灰色でcDNAは黒色平行線で示し、CNU/LP2 JEVゲノムRNA(全長:10,968 base pairs)を図式的に上部に示し、三つの重畳するcDNAであるJVF(nt 1−3,865)、JVM(nt 3,266−8,170)、及びJVR(nt 7,565−10,893)は下部に示した。Bは、CNU/LP2 JEVゲノムRNAの3’−末端の塩基配列を分析するための概略図で、5’−末端がリン酸化(phosphorylation)され、同時に3’−末端が詰まった(blocked)オリゴヌクレオチド T(Oligo T)を、T4 RNA接合酵素(ligase)を使用してJEVゲノムRNAの3’−末端と接合させたものであり、接合されたRNAは、矢印で表示したプライマーを使用してcDNA合成とPCR増幅を実施し、増幅された産物は、クローニングして塩基配列を証明するのに使用する。Cは、前記JEVゲノムRNAから合成されたJEV−特異的アンプリコン(amplicon)を示した電気泳動写真で、一番目の鎖のcDNAは、オリゴTと相補的に結合するオリゴヌクレオチドTR(oligonucleotide TR)を使用して合成し、逆転写反応は、Superscript II逆転写酵素を添加するか(lane1)、または添加せず(lane2)遂行し、合成されたcDNAは、オリゴヌクレオチドTRとプライマーJ35を使用して増幅した後、増幅されたJEV−特異的アンプリコンは、1.2%アガロースゲル上で分離してEtBr(ethidium bromide)で染色した。Dは、CNU/LP2 JEVゲノムRNAの5’−末端の塩基配列を分析するための概略図で、JEVゲノムRNAの5’−末端にあるキャップ(cap)構造をまずTAP(tobacco acid pyrophosphatase)酵素で除去した後、T4 RNA接合酵素で自家接合(セルフライゲーション)を実行した後、cDNA合成とPCR増幅に使用し、増幅された産物は、クローニングして塩基配列を証明するのに使用する。Eは、前記JEVゲノムRNAから合成されたJEV−特異的アンプリコンを示した電気泳動写真で、一番目の鎖のcDNAは、nt 215−232と相補的に結合するプライマーを使用して合成し、逆転写反応は、逆転写酵素を添加するか(lane1)、または添加せず(lane2)遂行した。合成されたcDNAは、プライマーJ35とnt 164−181と相補的に結合するプライマーJ39を使用して増幅し、増幅されたJEV−特異的アンプリコンは、1.2%アガロースゲル上で分離してEtBrで染色し、ここで、Mは100 bp DNAラダ−マーカー(ladder marker)として塩基対で示した。 Aは、バクテリア人工染色体であるpBeloBAC11に全長のJEV cDNAをクローニングするための概略図を示したもので、本発明で合成された全長のJEV cDNAをcDNAの両末端に太い線で表示されたJEVゲノムの5’NTR及び3’NTRとウイルスのタンパク質で図式化して模式図で示し、5’−末端のSP6及びT7プロモーターの転写開始部位(transcription start)と3’−末端のランオフ転写(run−off transcription)のための唯一の制限酵素位置を各々示した。Bは、JEVゲノムRNAのヌクレオチド塩基配列は、太い小文字のイタリック体で示し、四つのSP6誘導された(SP6−driven)全長のJEV cDNA鋳型の5’−末端及び3’−末端塩基配列を示し、Cは、四つのT7−誘導された(T7−driven)全長のJEV cDNA鋳型の5’−末端及び3’−末端塩基配列を示す。SP6またはT7RNAポリメラーゼランオフ転写物を合成するために、二つのSP6−誘導された(B、pBACSP6/JVFL/XhoIとpBACSP6/JVFLx/XhoI)と二つのT7−誘導された(C、pBACT7/JVFL/XhoIとpBACT7/JVFLx/XhoI)JEV cDNA鋳型は、XhoI処理してウイルスと関連しない三つのCGAヌクレオチドを3’−末端に線形化させる。一つのSP6−誘導された(B、pBACSP6/JVFLx/XbaI)及び一つのT7−誘導された(C、pBACT7/JVFLx/XbaI)JEV cDNA鋳型は、XbaI処理してウイルスと関連しない四つのCTAGヌクレオチドを3’−末端に線形化させる。また、XbaI−処理したSP6−誘導されたpBACSP6/JVFLx/XbaIと、XbaI−処理したT7−誘導されたpBACT7/JVFLx/XbaIのJEV cDNA 3’−末端に追加されたウイルスと関連しない四つのCTAGヌクレオチドは、リョクトウヌクレアーゼ(MBN)によって除去することにより、pBACSP6/JVFLx/XbaIMBNとpBACT7/JVFLx/XbaIMBN cDNA鋳型を生産する。 本発明で合成した全長のJEV cDNA鋳型単独では感染性がないが、試験管内転写過程を通じて感染性があるRNAの製造のためには、前記cDNAが必ず必要である事実を示したもので、試験管内転写過程に使用された全長のJEV cDNA鋳型と、それから転写された合成RNAを示す電気泳動写真(A)及び使用した全長のJEV cDNA鋳型と転写した合成RNAを共にBHK−21細胞にトランスフェクションさせた時に得られた感染性程度を示したグラフ(B)である。ここで、pBACSP6/JEFLx/XbaI(100−200 ng)をXba Iで線形化してMBN処理した後、DNase I存在(Aは、レーン2に、Bは、DNase I処理する)下に、または欠如(Aは、レーン1に、Bは、DNase未処理する)下で、S+P6ポリメラーゼ転写に用いる。合成した後、転写反応混合物を37℃、30分間DNase Iで処理(Aは、レーン3に、Bは、DNase処理後)するか、RNase Aで処理(Aは、レーン4に、Bは、RNase処理後)する。対照群としての反応は、SP6 RNAポリメラーゼ欠如下で遂行する。(Aは、レーン5に、Bは、SP6ポリメラーゼ未処理する)。前記処理後に、反応混合物の5%を0.6%アガロースゲルで分離し、cDNA鋳型とRNA転写物をEtBrで染色して視覚化し、(A)と反応混合物をBHK−21細胞に形質転換に利用してプラークの感染中枢を測定した(B)。 感染性を有するJEV cDNAで合成されたJEVウイルス(synthetic JEV)と親ウイルス(parental virus)CNU/LP2を比較したもので、Aは、感染性を有するJEV cDNAで合成されたJEVウイルス(synthetic JEV)と親ウイルス(parental virus)CNU/LP2を比較したもので、合成されたJEV及び親ウイルス CNU/LP2のプラーク分析のため、BHK−21細胞を親ウイルスまたは合成ウイルスで感染させ、アガロースゲルで覆った後、クリスタルバイオレットで3日後に染色して分析した写真である。Bは、0.01、1及び10のMOI(multiplicities of infection)で感染合成したJEV及び親ウイルスCNU/LP2で感染したBHK−21細胞で生成されるウイルスの成長動力学(growth kinetics)を示すグラフであって、ウイルスをh.p.i(hour postinfection indicated)で収集してそのタイター(titer)をプラーク分析で決定して分析したグラフである。Cは、ウイルス蛋白質の発現程度を示す免疫ブロット(immunoblot)で、BHK−21細胞は、1 MOIで合成JEV(レーン1乃至4)またはCNU/LP2(レーン5)またはmock(レーン6)で感染させた後、18時間培養した。約3x10細胞で蛋白質抽出物を抽出して10%SDS−ポリアクリルアミドゲルで分離する。ウイルス蛋白質をJEV−特異的高度免疫(hyperimmune)腹水(ascite)で免疫ブロットして観察する(上パネル)。これと平行するように、アクチン蛋白質はローディングして伝達対照群で検出する(下パネル)。ウイルスの蛋白質関連する切断中間体の位置とアクチンは、左側に矢印で示し、kDaによる分子量マーカーを右側に示した。Dは、ウイルスRNAの発現程度を示すノーザンブロット(northern blot)で、約1x10細胞で全体RNAを抽出した後、32P−標識されたアンチセンスリボプローブを、nt 9143−9351を通るNS5遺伝子の配列(上パネル)と交雑してノーザンブロットした電気泳動写真である。EtBr−染色された18S rRNAバンドをローディングコントロール(下パネル)とし、全長のゲノムウイルス RNA(11kb)と18S rRNAは、左側に示した。 pBACSP6/JVFLx/gm/XbaI由来の組換えされたJEV(recombinant JEV)に存在するXhoI遺伝子マーカー(genetic marker)の存在を示すダイアグラムと電気泳動写真である。Aは、Xho I切断後に期待されるJVFLx/XbaIMBNとJVFLx/gm/XbaIMBN RT−PCR切片の概略図である。図面は、RT−PCRに使用するプライマー(矢印)、導入されたXho I位置(別表)、及びRT−PCR生成物の大きさ(2,580bp)と二つのXho I切断生成物(1,506bpと1,074bp)を示す。Bでは、BHK−21細胞をpBACSP6/JVFLx/XbaIMBNまたはpBACSP6/JVFLx/gm/XbaIMBNから転写した合成RNAに形質転換(transfection)させる。ウイルスは24時間回復させ、0.1 MOIでBHK−21細胞に順次的に継代した。次段階の継代培養のための感染前に、ウイルスはDNase IとRNase Aで反応させた。継代1及び3で得られたウイルスが含まれた培養上澄み液からウイルスRNAを抽出してRT−PCRに利用する。前記PCR生成物をXho I存在(+)または欠如(−)下で反応させ、1%アガロースゲルに分離してEtBrで染色する。切断または切断されていないPCR生成物の予想大きさを左側に示し、レーンMは、1−kb DNAラダーマーカー(bpで表示)を示す。 180世代の間に維持される感染性を有するJEV cDNAクローンpBACSP6/JVFLx/XbaIから転写された合成RNAの感染性程度を示すグラフである。pBACSP6/JVFLx/XbaIを有する二つの独立的クローン(塗りつぶした円と中空円)は、クロラムフェニコールを含む2xYTで37℃で一晩中(overnight)培養する。一次培養は、9日間毎日10稀釈して増殖させ、一晩中培養するために新鮮な培養液を添加する。各継代は、約20世代とし、現われ継代でDNAプラスミドを精製し、Xba Iで線形化した後、MBN処理し、これをSP6 RNAポリメラーゼを利用したランオフ転写の鋳型として利用する。その後、転写物は特異的感染度を測定するため、BHK−21細胞に形質転換させるのに使用する。 JEV cDNAをベクターと使用して異形蛋白質を発現することを示すもので、Aは、SP6 RNA重合酵素を利用したランオフ転写に使用された本発明のcDNA鋳型に対する概略図である。ここで、GFPまたはLUC遺伝子を含む脳心筋炎ウイルス(EMCV)の内部リボソーム挿入部位(internal ribosome entry site、IRES)をウイルスゲノムの3’NTRの開始点に挿入し、SP6プロモーター転写を始め、Xba I切断とMBN処理(XbaI/MBN)によってランオフ位置を生成した。pBACSP6/JVFLx/LUCREP−/XbaIMBNで、太い線は、nt 5596(別表)でウイルス翻訳(translation)を前もって終結させるNS3遺伝子の中央にある83−ヌクレオチド欠失(nt 5580−5563)を示す。Bは、GFP蛋白質の発現を示す共焦点顕微鏡写真で、BHK−21細胞をmock−形質転換(Mock)させるかまたは2μgの合成RNAと形質転換させたものである。ここで、合成RNAは、pBACSP6/JVFLx/GFP/XbaIMBN鋳型(JVFLx/GFP/XbaIMBN)から転写されたものである。その後、30時間反応させた後、固定して共焦点顕微鏡で観察した。Cは、LUC蛋白質の発現を示すグラフで、BHK−21細胞(8x10)をmock−形質転換させるかまたはpBACSP6/JVFLx/LUC/XbaIMBN (●)から転写された2μgの合成RNAまたはpBACSP6/JVFLx/LUCREP−/XbaIMBN(○)鋳型から転写された2μgの合成RNAと形質転換させた。その後、ウェル当たり6x10 細胞の密度で6−ウェルプレートに塗抹する。細胞は、各々の始点で溶解させた後、LUC活性を測定する。独立する三つの実験結果から得られた基準偏差をエラーバー(error bar)に示した。 感染性組換えJEVをコードする外来遺伝子の概略図及び特性を示し、組換えJEVは、BACで提供されるバイシストロン(bicistron)全長の感染性JEV cDNAに基づく。Aは、感染性組換えJEV cDNAを製造する過程で、感染性JEV cDNAの母鎖の構造(pJEV/FL)は、ユン等の文献(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)に示されている。ウイルスのORFは、ウイルスゲノムの5’と3’NTRの両末端の太い線と共に示した。EMCV IRESによって誘導された追加的な発現ユニットを単一のNsi I部位を使用して3’NTRの開始点に挿入する。現われたものは、SP6プロモーター転写開始部位(SP6 promoter)とXba I切断及びMBN処理(XbaI/MBN)によってできたランオフ位置を示す。Xは、関心ある外来遺伝子を示す。Bは、本発明で製造した感染性組換えJEV cDNAの構造を示す。三つ共通に使用されるリポーター(EGFP,768 bp;LUC,1653 bp;及びLacZ,3012 bp)または優性の選択的マーカーPAC(600bp)を3’NTRの開始点に作っておいた。対照群として使用した複製完全pJEV/FL/LUC cDNAの場合、複製不完全pJEV/FL/LUCREP− cDNAは、NS3遺伝子の中央にある83−塩基の欠失(塗りつぶし箇所)を導入したものである。その結果、上記(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)のように、nt 5596(*)でウイルスの翻訳が未成熟終結された。CとDは、感染性組換えJEVを親ウイルスのそれと比較したものである。Cは、BHK−21細胞(8X10)は、mock−形質転換させるかまたは前記JEV cDNAから転写された親ウイルスのJEV RNA 2μgまたは組換えJEV cDNA 2μgと形質転換させた。ここで、トランスフェクトされた細胞をアガロースゲルで覆った後、5日後にクリスタルバイオレットで染色してプラークを視覚化した。Dでは、トランスフェクトされた細胞を(4X10)各時点で1X サンプルローディング(loading)バッファーで溶解させた後、その蛋白質抽出物を10%SDS−ポリアクリルアミドゲルで分離させた。ウイルスの蛋白質は、JEV−特異的なマウス高度免疫血清(Yun等,J.Virol.,2003年,第77巻,6450−6465頁)で免疫ブロット(immunoblotting)させ、ウイルス蛋白質蓄積を示した。ウイルス蛋白質の位置(E及びNS1)と切断−関連(cleavage−related)中間体の位置は、左側に矢印で示した。分子量マーカーは、kDa単位で右側に示した。Vは、JEV CNU/LP2−感染したBHK−21細胞を、それから、Nは、未処置BHK−21細胞を示す。 感染性JEV cDNAをベクターに使用する優性選択的マーカー及びリポーター遺伝子の発現を示したものである。BHK−21細胞(8X10)を各プラスミドから転写された2μgの母鎖または組換えJEV RNAと形質転換させるかmock−形質転換させた。各プラスミドは、pJEV/FL/EGFP(A−B)、pJEV/FL/LacZ(C)、pJEV/FL/LUCまたはpJEV/FL/LUCREP−(D)及びpJEV/FL/PAC(E)である。A、Bは、EGFPの発現を示し、トランスフェクトされた細胞は、形質転換36時間後に共焦点顕微鏡(confocal microscopy)分析(A)及び流動細胞計測法(B)に使用した。−−は、JEV/FL/EGFP RNA−トランスフェクトされた細胞を示し、・・・は、mock−トランスフェクトされた細胞を示す。Cは、LacZの発現を示し、トランスフェクトされた細胞を形質転換36時間後にX−gal染色した。Dは、LUCの発現を示し、トランスフェクトされた細胞をウェル(well)当たり4X10細胞の密度で、六つのウェルプレートに塗布(seed)した後、開始された始点で細胞溶解した後、LUC分析した。実験は、3回反復し、平均値はエラーバー(error bar)で示した。●は、JEV/FL/LUC RNA−トランスフェクトされた細胞を示し、○は、JEV/FL/LUCREP− RNA−形質転換された細胞を示し、−は、未処置細胞の背景ルミネセンス(luminescence)の水準を示す。Eは、PACの発現を示し、形質転換された細胞を6−ウェルプレートに接取し、完全培地(1、3、5、及び7番プレート)または0.5%のアガロースを含めて覆われた培地(2、4、6、及び8番プレート)で培養する。培養2日後に、プレートは、10μg/mlピューロマイシン存在下に(5−8番プレート)または未存在下に(1−4番プレート)さらに3日間培養する。その後、細胞を固定し、クリスタルバイオレットで染色した。 JEVウイルスレプリコンの構造と特性を示したもので、Aは、JEVウイルスレプリコンの構造を示す。太いボックスは、感染性pJEV/FL/LUC コンストラクトのゲノムに導入されたインフレーム欠失(in−frame deletion)を示す。四つのコンストラクト、即ち、pJEV/Rep/ΔCC/LUC、pJEV/Rep/ΔC/LUC、pJEV/Rep/ΔprM/LUC及びpJEV/Rep/ΔE/LUCは、JEVの各構造遺伝子内に一つのインフレームが欠失されている。pJEV/Rep/ΔC/LUCと違って、pJEV/Rep/ΔCC/LUCは、C遺伝子の5’領域で開示された環形(cyclization)配列モチーフに延長された欠失(deletion)を有する。三つのコンストラクト、即ち、pJEV/Rep/ΔC+ΔprM/LUC、pJEV/Rep/ΔC+ΔE/LUC及びpJEV/Rep/ΔprM+ΔE/LUCは、二重(double)インフレームが欠失している。一方、pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUCは、ウイルスの全ての構造蛋白質に三重(triple)インフレーム欠失を有している。また、作られたpJEV/Rep/NS1/LUCは、C−蛋白質の35N−末端と24C−末端アミノ酸を暗号化し、その後にNS1蛋白質のN−末端と残りのウイルスゲノムがすぐ後に付いて存在する。Bは、LUCの発現を示す。未処置BHK−21細胞を(8X10)各プラスミドから転写された2μgの母鎖または組換えJEV RNAに形質転換させた後、ウェル当たり4X10個の細胞密度で6−ウェルプレートに塗抹する。開始された時点で、細胞溶解後、LUC分析(assay)を遂行する。実験は、3回反復し、平均値を示した。●黒色は、pJEV/FL/LUCであり、◆黒色は、pJEV/FL/LUCREP−であり、◆青色は、pJEV/Rep/ΔCC/LUCであり、塗りつぶし四角(青色)は、pJEV/Rep/ΔC/LUCであり、塗りつぶし三角(青色)は、pJEV/Rep/ΔprM/LUCであり、●青色は、pJEV/Rep/ΔE/LUCであり、塗りつぶし四角(赤色)は、pJEV/Rep/ΔC+ΔprM/LUCであり、塗りつぶし三角(赤色)は、pJEV/Rep/ΔC+ΔE/LUCであり、●赤色は、pJEV/Rep/ΔprM+ΔE/LUCであり、塗りつぶし四角(緑色)のものは、pJEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUCであり、●緑色のものは、pJEV/Rep/NS1/LUCである。−は、未処置細胞の背景ルミネセンス(luminescence)の水準を示す。Cは、ウイルス蛋白質の蓄積を示す。形質転換された細胞を(4X10)48時間形質転換させた後、1Xサンプルローディング(loading)バッファーで溶解させ、その蛋白質抽出物を10%SDS−ポリアクリルアミドゲルで溶解させる。蛋白質をニトロセルロース膜に移動させた後、JEV−特異的なマウス高度免疫血清で免疫ブロット(immunoblotting)する。 JEVウイルスレプリコンに対する包装(packaging)システムの製造に関するものである。Aは、JEV構造的蛋白質発現カセット(cassette)は、シンドビス(Sindbis)ウイルスに基づく発現ベクターを基礎とする。pSinRep19は、二重(double)サブケノミックノンサイトパチック(noncytopathic)RNAベクターである。外部遺伝子とPAC遺伝子を矢印で示したように別途の下部ゲノム(subgenomic)プロモーターを利用して発現させる。pSinRep19/JEV C−Eカセットは、JEV C、prM及びE遺伝子を暗号化する。pSinRep19/JEV C−E−BglIIカセットは、NS1のN末端58残基が、JEV C、prM及びE遺伝子の後を引き継いで暗号化する。一方、pSinRep19/JEV C−NS1は、NS1遺伝子の残り断片を有する。MCSは、多重クローニング部位(multiple cloning sites)を示す。Bは、三つのJEV構造的蛋白質発現カセットから発現されたJEV構造的蛋白質のウエスタンブロット分析写真である。BHK−21細胞を各JEV構造的蛋白質発現カセットに形質転換させるかmock−形質転換させ、溶解物を48時間経過後に収得する。細胞溶解物の等価量をSDS−PAGEにより分離させ、JEV特異的高度免疫血清でプローブする。電気泳動写真の右側は、ウイルス蛋白質EとNS1の位置を示し、左側は、分子量 マーカーをkDa単位で示す。Cは、(i)JEVウイルスレプリコンRNAとJEV構造的蛋白質発現ベクターRNAのコトランスフェクションまたは(ii)JEVウイルスレプリコンRNAをJEV構造的蛋白質発現PCLに形質転換して、いかにしてJEV VRPsが生じるかを示す概略図である。D乃至Eは、JEV VRPsの生産を示す。Dは、JEV VRPsの生成のための二つのアプローチ方法の中一つで、二つのRNAベクター、即ち、JEV構造的蛋白質発現ベクターRNAと示されたJEVウイルスレプリコンベクターRNAを未処置のBHK−21細胞にコトランスフェクションすることによって得られた結果を示す。Eは、JEV VRPsの生成のための他のアプローチ方法で、開示されたJEVウイルスレプリコンベクターRNAに形質転換されたJEV PCLから得られた結果を示す。JEVウイルスレプリコンRNAは、次のように示す。□緑色は、JEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/EGFPであり、塗りつぶし四角(緑色)は、JEV/Rep/NS1/EGFPであり、□青色は、JEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LacZであり、塗りつぶし四角(青色)は、JEV/Rep/NS1/LacZであり、塗りつぶし四角(黒色)は、JEV/Rep/ΔC+ΔprM+ΔE/LUCであり、□黒色は、JEV/Rep/NS1/LUCである。形質転換48時間後に、上澄み液(supernatant)を収集し、これはVRPの滴定及び個々のリポーター遺伝子の発現を調査するため、未処置のBHK−21細胞を感染させるのに使用する。−は、未処置の細胞の背景ルミネセンスの水準を示す。

Claims (28)

  1. 5’−非翻訳部位(NTR)、一本のポリペプチドをコードする部位、及び3’NTRからなる単離された韓国型JEVのゲノムRNA。
  2. RNAゲノムの全長が10,968ヌクレオチド長で、95ヌクレオチド長からなる5’NTR、10,299ヌクレオチド長からなる一本のポリペプチドをコードする部位、及び574ヌクレオチドからなる3’NTRからなる、請求項1に記載の韓国型JEVゲノムRNA。
  3. 配列番号15で表される、請求項1に記載の韓国型JEVゲノムRNA。
  4. 配列番号15で表されるJEVゲノムRNAと98%以上の相同性がある、請求項3に記載のJEVゲノムRNA。
  5. 5’−末端配列が、AGAAGT−である、請求項1に記載のJEVゲノムRNA。
  6. 3’−末端配列が、−GATCT10968である、請求項1に記載のJEVゲノムRNA。
  7. 請求項1の全長のJEVゲノムRNAに対する感染性がある、JEV cDNA。
  8. 前記cDNAが、JEVゲノムRNAの5’−末端の最初にプロモーターを含み、JEVゲノムRNAの3’−末端の終端にランオフ位置として制限酵素認識配列を含む、請求項7に記載のJEV cDNA。
  9. 前記プロモーターが、SP6またはT7である、請求項8に記載のJEV cDNA。
  10. 前記制限酵素認識配列が、JEVウイルスゲノムRNAに存在しない、請求項8に記載のJEV cDNA。
  11. 前記制限酵素認識配列が、XhoIまたはXbaIである、請求項8に記載のJEV cDNA。
  12. SP6プロモーターを有する配列番号43、配列番号44、及び配列番号45で表される塩基配列とT7プロモーターを有する配列番号46、配列番号47、及び配列番号48で表される塩基配列からなる群から選択される、請求項8に記載のJEV cDNA。
  13. 請求項7の全体長のJEVゲノムRNAに対するJEV cDNAを含むベクター。
  14. バクテリア人工染色体(BAC)を親ベクターに使用する、請求項13に記載のベクター。
  15. 前記ベクターが、配列番号43で表されるJEV cDNAを含むpBACSP6/JVFL/XhoI、配列番号44で表されるJEV cDNAを含むpBACSP6/JVFLx/XhoI、配列番号45で表されるJEV cDNAを含むpBACSP6/JVFLx/XbaI、配列番号46で表されるJEV cDNAを含むpBACT7/JVFL/XhoI、配列番号47で表されるJEV cDNAを含むpBACT7/JVFLx/XhoI、および配列番号48で表されるJEV cDNAを含むpBACT7/JVFLx/XbaIからなる群から選択される、請求項13に記載のベクター。
  16. 前記ベクターが、T7プロモーターを有するpBACT7/JVFLx/XbaIである、請求項15に記載のベクター(アクセッション番号;KCTC 10346BP)。
  17. 前記ベクターが、SP6プロモーターを有するpBACSP6/JVFLx/XbaIである、請求項15に記載のベクター(アクセッション番号;KCTC 10347BP)。
  18. 請求項13のベクターから合成された感染性があるJEV RNA転写物。
  19. 3’−末端の、ウイルスと関連しないヌクレオチドが除去されている、請求項18に記載の感染性があるJEV RNA転写物。
  20. リョクトウヌクレアーゼ(MBN)で処理することによりウイルスと関連しないヌクレオチドを除去した、請求項19に記載の感染性があるJEV RNA転写物。
  21. 請求項18のJEV RNA転写物でトランスフェクトされた細胞。
  22. 請求項21の細胞を培養して得られる合成されたJEV。
  23. JEV cDNA上に突然変異を導入することにより突然変異を持つ、請求項22に記載の合成されたJEV。
  24. 以下の工程を含む、異種遺伝子の発現方法:
    1)請求項13のJEV cDNAベクターに異種遺伝子を挿入し、組換えられたJEV cDNA 発現ベクターを調製する工程;
    2)前記組換えJEV cDNA発現ベクターからJEV RNA転写物を産出する工程;
    3)前記JEV RNA転写物を細胞にトランスフェクトさせ、転写物を調製する工程;及び
    4)前記形質転換体を培養して外来蛋白質を発現させる工程。
  25. 外来の遺伝子をJEV cDNA上のJEV 3’NTR開始部位に挿入する、請求項24記載の方法。
  26. JEVゲノムRNAまたはJEV cDNAから由来したエレメントを含むJEVに対する診断試薬。
  27. JEVゲノムRNAまたはJEV cDNAから由来したエレメントを含む抗JEVウイルスワクチン。
  28. 請求項7のJEV cDNAを有効成分として含む治療剤。
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