JP2008306962A - Hiv-1-specific rna interference molecule - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an RNA interference molecule having low off-target effects and exhibiting effective RNA interfering actions on HIV-1 (human immunodeficiency virus-1) which is a highly diverse virus. <P>SOLUTION: All the partial sequences of 21 bases are formed on the basis of 495 kinds of genomic sequences of HIV-1 group M, and RNA interference molecules satisfying design conditions are selected according to an siRNA (small-interfering RNA) design guideline by Ui-Tei et al. to study the siRNA target cleavage assay and proliferation inhibitory effects on the HIV-1. Thereby, an effective RNA interference molecule can be constructed by using a preservation region at the maximum level as the target for the HIV-1. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、抗HIV−1ゲノム配列における最高度の保存領域に対して特異的に干渉効果を示すRNA干渉分子に関する。より詳しくは、HIV−1特異的に干渉効果を示し、オフターゲット効果を示さないRNA干渉分子、その探索方法および該RNA干渉分子の設計方法に関する。   The present invention relates to RNA interference molecules that specifically exhibit interference effects on the highest degree of conservation regions in anti-HIV-1 genomic sequences. More specifically, the present invention relates to an RNA interference molecule that exhibits an interference effect specifically for HIV-1 and does not exhibit an off-target effect, a search method thereof, and a design method of the RNA interference molecule.

RNA干渉(RNAinterference;RNAi)とは、細胞に導入した2本鎖RNA(double-strand RNA;dsRNA)が、相同な塩基配列をもつmRNAを特異的に切断することによって遺伝子発現を抑制する現象である。RNAiの分子機構は、生体内においてはウイルスやトランスポゾンに対する防御機構の一部と考えられているほか、生体内で多数発現しているマイクロRNA(micro RNA;miRNA)による遺伝子発現の制御において重要な役割を担っている。また、人為的にdsRNAを細胞内に導入することによって、任意の遺伝子を簡単にノックダウンできることから、RNAiは遺伝子の機能解析に有効な手段として注目されている。   RNA interference (RNAi) is a phenomenon in which double-strand RNA (dsRNA) introduced into a cell suppresses gene expression by specifically cleaving mRNA having a homologous base sequence. is there. The molecular mechanism of RNAi is considered to be part of the defense mechanism against viruses and transposons in vivo, and is important in the control of gene expression by microRNA (microRNA; miRNA) that is expressed in vivo. Have a role. In addition, since an arbitrary gene can be knocked down easily by artificially introducing dsRNA into a cell, RNAi has attracted attention as an effective means for analyzing the function of the gene.

哺乳動物で、RNA干渉実験を行うには、標的遺伝子と相同な、化学合成した約21塩基対の短いdsRNA(short-interfering RNA;siRNA)またはsiRNAを発現するベクターを細胞に導入する方法が一般的に用いられる。しかし、siRNAの配列はどのようなものでも細胞内で機能するわけではなく、無作為に設計したsiRNAの7〜8割はRNA干渉作用を示さない。目的の遺伝子を十分に抑制させるために、標的遺伝子に対するdsRNAをin vitro転写により合成し、dsRNA切断酵素により切断した様々な配列のsiRNA混合物を利用する方法が報告されている(非特許文献1)。   In order to conduct RNA interference experiments in mammals, a method is generally used in which a chemically synthesized short-interfering RNA (siRNA) of about 21 base pairs homologous to a target gene or a vector expressing siRNA is introduced into cells. Used. However, any siRNA sequence does not function in cells, and 70 to 80% of randomly designed siRNAs do not exhibit RNA interference. In order to sufficiently suppress the target gene, a method has been reported in which dsRNA for a target gene is synthesized by in vitro transcription and siRNA mixtures having various sequences cleaved by a dsRNA cleaving enzyme are used (Non-patent Document 1). .

有効性の高いsiRNAについて、ホタルルシフェラーゼ遺伝子に対する16種類のsiRNAを無作為に設計し、そのRNA干渉効果をホタルルシフェラーゼ活性を指標として種々の培養細胞で測定した結果について報告がある。哺乳動物においてRNA干渉効果の高い順にsiRNAを並べてみると、一定のパターンが認められた。即ち、効果の高いsiRNAは、1)アンチセンス鎖の5'末端がアデニン(A)またはウラシル(U)であり、2)センス鎖の5'末端がグアニン(G)またはシトシン(C)であった。また、3)アンチセンス鎖の5'の7塩基中の4塩基以上はAまたはUである点が共通していた。一方、効果を示さないsiRNAは、1)〜3)の条件を全て満たさないという対称的な特性を示していることが確認された(非特許文献2)。   As for highly effective siRNA, 16 types of siRNAs against firefly luciferase gene were randomly designed, and the results of measuring the RNA interference effect in various cultured cells using firefly luciferase activity as an index have been reported. When siRNAs were arranged in descending order of the RNA interference effect in mammals, a certain pattern was observed. That is, highly effective siRNAs are 1) the 5 ′ end of the antisense strand is adenine (A) or uracil (U), and 2) the 5 ′ end of the sense strand is guanine (G) or cytosine (C). It was. In addition, 3) 4 or more out of 7 bases of 5 ′ of the antisense strand were common in that they were A or U. On the other hand, it was confirmed that siRNA which does not show an effect has a symmetrical characteristic that does not satisfy all the conditions of 1) to 3) (Non-patent Document 2).

また、siRNAの長さは約21塩基対と短いため、標的遺伝子とは全く無関係な遺伝子にも相同部分が存在する確立が高い。そのような場合、siRNAによって標的とは無関係な遺伝子の発現まで抑制してしまう可能性がある。この現象は、siRNAのオフターゲット効果と呼ばれており、siRNAを用いた遺伝子機能解析や、siRNAを医薬に応用する上で深刻な問題の一つとなっている。オフターゲット効果を回避するためには、標的以外のすべての遺伝子に対して相同性が最小となるsiRNAを選択することが望ましい。一般的には、設計したsiRNA配列をBLASTで検索し、無関係な遺伝子がヒットしないものを選択すればよいと考えられる。しかし、個々のsiRNA配列をBLASTで検索するのは、時間と労力を要し、siRNAのような短い配列の検索では見落としが多いという重大な欠点がある。このような欠点を解消するためのプログラムとして、siRNA設計ウェブサーバも公開されている(http://design.RNAi.jp/)。   Moreover, since the siRNA is as short as about 21 base pairs, there is a high probability that a homologous portion exists in a gene completely unrelated to the target gene. In such a case, there is a possibility that the expression of a gene unrelated to the target is suppressed by siRNA. This phenomenon is called the off-target effect of siRNA, and is a serious problem in gene function analysis using siRNA and application of siRNA to medicine. In order to avoid the off-target effect, it is desirable to select siRNA that minimizes homology to all genes other than the target. In general, it is considered that a designed siRNA sequence is searched by BLAST, and an unrelated gene is not hit. However, searching for individual siRNA sequences by BLAST requires time and labor, and there is a serious drawback that searching for short sequences such as siRNA is often overlooked. An siRNA design web server is also released as a program for solving such drawbacks (http://design.RNAi.jp/).

C型肝炎ウイルス(HCV)に関し、RNA干渉作用を示すdsRNA分子について、報告がある(特許文献1)。ここでは、特に感染した細胞においてウイルスの複製を阻害するsiRNAを開示し、特に好ましいdsRNA分子は、HCV核酸に対応し、肝細胞においてHCVの複製を阻害することが報告されている。また、もう一つの局面において、ヌクレアーゼ分解に耐性である修飾されたsiRNAについても開示がある。しかしながら、本文献ではHCVの複製の阻害に関し、効果的なRNAi作用を有するsiRNAについての言及はなく、オフターゲット効果についての問題点も指摘されていない。   Regarding hepatitis C virus (HCV), there is a report on a dsRNA molecule that exhibits RNA interference (Patent Document 1). Here, siRNAs that inhibit viral replication are disclosed, particularly in infected cells, and particularly preferred dsRNA molecules correspond to HCV nucleic acids and have been reported to inhibit HCV replication in hepatocytes. In another aspect, there is also disclosed a modified siRNA that is resistant to nuclease degradation. However, in this document, regarding inhibition of HCV replication, there is no mention of siRNA having an effective RNAi action, and no problem with the off-target effect is pointed out.

後天性免疫不全症候群を引き起こすヒト免疫不全ウイルス(human immunodeficiency virus;HIV)は高率に変異を起こし、これが抗HIV薬剤耐性のみならず、HIV−1感染やワクチンに対する宿主の獲得免疫応答をウイルスが回避する原因となっている。HIVやHCVなどのRNAウイルスは、ゲノム多様性が著しく高く、1種類のsiRNAを単独で用いた場合、そのsiRNAに耐性をもつ変異ウイルスが容易に出現しうることが報告されている(非特許文献3、4)。そこで、多様性の高いウイルスであるHIV−1に対する対策の一つとして、効果的なsiRNAの提供が望まれている。
Nature Methods. 2: p.779-784 (2005) バイオテクノロジージャーナル、1-2 p.23-28 (2006) J. Virol. 77, 11531-11535 (2003a) J. Virol. 78, 2601-2605 (2004) 特開2006-320327号公報
Human immunodeficiency virus (HIV), which causes acquired immunodeficiency syndrome, is highly mutated, and this is not only the anti-HIV drug resistance but also the acquired immune response of the host against HIV-1 infection and vaccine It is a cause to avoid. It has been reported that RNA viruses such as HIV and HCV have extremely high genome diversity, and that when one kind of siRNA is used alone, a mutant virus resistant to the siRNA can easily appear (non-patented). References 3, 4). Therefore, provision of effective siRNA is desired as one of the countermeasures against HIV-1, which is a highly diverse virus.
Nature Methods. 2: p.779-784 (2005) Biotechnology Journal, 1-2 p.23-28 (2006) J. Virol. 77, 11531-11535 (2003a) J. Virol. 78, 2601-2605 (2004) JP 2006-320327 A

本発明は、多様性の高いウイルスであるHIV−1に対し、効果的にRNA干渉作用を示し、かつオフターゲット効果の低いRNA干渉分子を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide an RNA interference molecule that exhibits an RNA interference action effectively against HIV-1, which is a highly diverse virus, and has a low off-target effect.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、HIV−1グループMのゲノム配列495種をもとに、21塩基の部分配列(以下、単に「21-mer」と呼ぶ。)全てを生成し、有効性の高いRNA干渉分子を構築するための設計条件を満たす21-merを選択し、標的切断アッセイおよびHIV−1の増殖抑制効果を調べることにより、HIV−1に対して効果的なRNA干渉分子を構築することができ、本発明を完成した。   As a result of intensive research in order to solve the above problems, the present inventors have determined that a partial sequence of 21 bases (hereinafter simply referred to as “21-mer”) based on 495 species of HIV-1 group M genome sequences. By selecting a 21-mer that meets all the design requirements for constructing a highly effective RNA interfering molecule and examining the target cleavage assay and the growth inhibitory effect of HIV-1 As a result, an RNA interference molecule effective against the above can be constructed, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下よりなる。
1.少なくとも21塩基の塩基配列を含み、HIV−1の保存領域を標的とし、HIV−1特異的にRNA干渉効果を示すRNA干渉分子。
2.HIV−1の保存領域が、HIV−1の配列を少なくとも70%以上保存する領域である請求項1に記載のRNA干渉分子。
3.HIV−1の保存領域が、非翻訳領域から選択される請求項1または2に記載のRNA干渉分子。
4.HIV−1の非翻訳領域が、ウイルスの遺伝子発現に必要なTATA配列、ポリAシグナル(AAUAAA)領域、逆転写に必要なprimer activation signal (PAS)領域、primer bindig site (PBS)領域、ウイルスのパッケージングに必要なpackaging signal(Ψ)領域、ゲノムの+鎖DNA合成に必要なcentral poly purine tract (cPPT)領域、central terminal sequence (CTS)領域、並びに3' poly purine tract (3'PPT)領域のいずれかから選択される領域である請求項3に記載のRNA干渉分子。
5.HIV−1の配列において、配列表の配列番号2〜235のいずれかに示す塩基配列を標的とし、HIV−1特異的にRNA干渉効果を示すRNA干渉分子。
6.HIV−1の配列において、配列番号7、11、12,14、17、23、61、65、71、99、101、106、107、110、127、136、137、139、159、171、174、197、218〜235のいずれかに示す塩基配列部分を標的とする、HIV−1特異的にRNA干渉効果を示す請求項5に記載のRNA干渉分子。
7.請求項1〜6のいずれかに記載のRNA干渉分子の探索方法。
8.請求項1〜6のいずれかに記載のRNA干渉分子の設計方法。
9.請求項1〜6のいずれかに記載のRNA干渉分子を1種または複数種用いることを特徴とするHIV−1増殖の抑制方法。
10.センス鎖が、配列番号237〜277のいずれかに示す塩基配列からなるsiRNAに対応するRNA干渉分子を1種または複数種用いることを特徴とする記載のHIV−1増殖の抑制方法。
11.センス鎖が、配列番号239、配列番号242、配列番号247、配列番号248、配列番号251〜254、配列番号266〜268のいずれかに示す配列からなるsiRNAに対応するRNA干渉分子を1種または複数種用いることを特徴とする請求項10に記載のHIV−1増殖の抑制方法。
That is, this invention consists of the following.
1. An RNA interference molecule comprising a base sequence of at least 21 bases, targeting a conserved region of HIV-1 and exhibiting an RNA interference effect specifically for HIV-1.
2. The RNA interference molecule according to claim 1, wherein the conserved region of HIV-1 is a region that conserves at least 70% of the sequence of HIV-1.
3. The RNA interference molecule according to claim 1 or 2, wherein the conserved region of HIV-1 is selected from untranslated regions.
4). HIV-1 untranslated regions include TATA sequences necessary for viral gene expression, poly A signal (AAUAAA) region, primer activation signal (PAS) region necessary for reverse transcription, primer bindig site (PBS) region, Packaging signal (Ψ) region necessary for packaging, central poly purine tract (cPPT) region, central terminal sequence (CTS) region, and 3 'poly purine tract (3'PPT) region necessary for genomic + strand DNA synthesis The RNA interference molecule according to claim 3, which is a region selected from any one of the above.
5. An RNA interference molecule that targets the base sequence shown in any of SEQ ID NOs: 2 to 235 in the sequence listing and exhibits an RNA interference effect specifically for HIV-1 in the sequence of HIV-1.
6). In the sequence of HIV-1, SEQ ID NOs: 7, 11, 12, 14, 17, 23, 61, 65, 71, 99, 101, 106, 107, 110, 127, 136, 137, 139, 159, 171, 174 The RNA interference molecule according to claim 5, which exhibits an RNA interference effect specifically for HIV-1 targeting a base sequence portion shown in any one of 197, 218-235.
7). The method for searching for an RNA interference molecule according to claim 1.
8). The method for designing an RNA interference molecule according to any one of claims 1 to 6.
9. A method for inhibiting HIV-1 proliferation, comprising using one or more RNA interference molecules according to any one of claims 1 to 6.
10. The method for inhibiting HIV-1 proliferation according to claim 1, wherein the sense strand uses one or more RNA interference molecules corresponding to siRNA having the base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 237 to 277.
11. One type of RNA interference molecule corresponding to siRNA having a sense strand consisting of any one of SEQ ID NO: 239, SEQ ID NO: 242, SEQ ID NO: 247, SEQ ID NO: 248, SEQ ID NO: 251-254, SEQ ID NO: 266-268, or The method for inhibiting HIV-1 proliferation according to claim 10, wherein a plurality of types are used.

本発明のHIV−1特異的RNA干渉分子は、HIV−1ゲノムの多様性にもかかわらず、効果的にHIV−1の増殖を抑制することができる。これにより、抗HIV−1治療薬のスクリーニングや、RNA干渉分子を用いた抗HIV−1治療薬の開発に対して貢献することができる。   The HIV-1 specific RNA interference molecule of the present invention can effectively suppress the proliferation of HIV-1 despite the diversity of the HIV-1 genome. This can contribute to the screening of anti-HIV-1 therapeutics and the development of anti-HIV-1 therapeutics using RNA interference molecules.

本発明において、「RNA干渉分子」とは、RNA干渉効果を示す2本鎖のポリヌクレオチドまたはそれを発現しうる分子をいい、siRNAおよびその一部が修飾されているもの、あるいはDNAに置換されているものも含まれる。ポリヌクレオチドを発現しうる分子としては、例えばshRNAベクターも含まれる。   In the present invention, “RNA interference molecule” refers to a double-stranded polynucleotide exhibiting an RNA interference effect or a molecule capable of expressing the same, and siRNA and a part thereof modified, or substituted with DNA. Is also included. Examples of molecules capable of expressing a polynucleotide include shRNA vectors.

本発明のRNA干渉分子の標的部位は、以下の方法で選択することができる。本発明のHIV−1特異的RNA干渉分子は、HIV−1ゲノムの最高度の保存領域を標的とするものであり、該標的となりうる領域は、Los Alamos HIV Sequence Database(HIV sequence database, http://www.hiv.lanl.gov/)より入手可能なHIV−1グループMのゲノム配列495種をもとに解析することができる(表1−1〜1−10参照)。まず495種のHIV−1配列を構成するHIV−1ゲノムの21塩基の部分配列である21-merを生成し、その各21-merが495種のうちの何種に共通であるかを調べ、前記ゲノム配列からRNA干渉分子の標的として有効な候補となりうる高度保存領域を同定する。   The target site of the RNA interference molecule of the present invention can be selected by the following method. The HIV-1 specific RNA interference molecule of the present invention targets the highest conserved region of the HIV-1 genome, and the potential target region is the Los Alamos HIV Sequence Database (HIV sequence database, http: Analysis can be performed based on 495 HIV-1 group M genome sequences available from //www.hiv.lanl.gov/) (see Tables 1-1 to 1-10). First, a 21-mer which is a 21 base partial sequence of the HIV-1 genome constituting 495 HIV-1 sequences is generated, and the number of the 495 species common to each 21-mer is examined. Then, a highly conserved region that can be an effective candidate as a target of an RNA interference molecule is identified from the genome sequence.

例えば、ある21-merが495種のHIV−1配列のうち300種に共通であった場合、単純には、そのオリゴヌクレオチドの保存度(conservation)を、300/495×100=60.6(%)と計算することができる。ただし、本解析に用いたHIV−1配列の多くは5'UTR部分の配列を欠いているため、5'UTR領域の保存度を計算する場合には、分母を495とすると保存度が過小に評価される場合がある。この場合には、5'UTR領域のうち、LTR部分について、3'LTRの配列を補完し、分母の適正値を算定することでより正確な保存度を計算することができる。   For example, when a certain 21-mer is common to 300 of 495 HIV-1 sequences, simply the conservation of the oligonucleotide is 300/495 × 100 = 60.6 (%) And can be calculated. However, since most of the HIV-1 sequences used in this analysis lack the 5 'UTR region sequence, when the conservation degree of the 5' UTR region is calculated, the conservation degree is too low when the denominator is 495. May be evaluated. In this case, a more accurate conservation degree can be calculated by complementing the 3 ′ LTR sequence for the LTR portion in the 5 ′ UTR region and calculating an appropriate value for the denominator.

まず、495種のHIV−1配列を構成する21-merを生成したところ、合計で4,417,157種が得られ、配列の重複を除くと1,208,150種であることが確認される。495種のHIV−1配列から生成された全21-merが、重複を除いた際に4分の1程度にしかならない事実は、HIV−1ゲノムの多様性が著しく高いことが示唆される。   First, when 21-mers constituting 495 HIV-1 sequences were generated, a total of 4,417,157 species were obtained, and 1,208,150 species were confirmed excluding sequence duplication. The fact that the total 21-mer generated from 495 HIV-1 sequences is only about a quarter when duplication is removed suggests that the diversity of the HIV-1 genome is remarkably high.

ついで、各21-merの保存度を、siVirusプログラム(Naito et al., Nucleic Acids Res. 34, W448-W450 (2006))を用いて計算することができる。   The conservation of each 21-mer can then be calculated using the siVirus program (Naito et al., Nucleic Acids Res. 34, W448-W450 (2006)).

HIV−1を標的とするRNA干渉法の試みは、既に複数の研究グループより報告されているが、それらの研究で使用されているsiRNAの多くは、保存度が低いことが示されている(表2−1〜2−3参照。)   Attempts at RNA interference targeting HIV-1 have already been reported by several research groups, but many of the siRNAs used in these studies have been shown to be poorly conserved ( (See Tables 2-1 to 2-3.)

しかしながら、21-merのうち、特定の領域に位置するものは高度に保存されていることが確認された。これらの領域の多くは、非翻訳領域内にあり、ウイルス遺伝子発現や増殖に必須な配列を含んでいた。すなわち、ウイルスの遺伝子発現に必要なTATA配列領域、ポリAシグナル(AAUAAA)領域、逆転写に必要なprimer activation signal (PAS)領域、primer bindig site (PBS)領域、ウイルスのパッケージングに必要なpackaging signal(Ψ)領域、ゲノムの+鎖DNA合成に必要なcentral polypurine tract (cPPT)領域、central terminal sequence (CTS)領域、および3' polyurine tract (3'PPT)領域などに位置するものが高度に保存されていた。本発明のRNA干渉分子は、これらの非翻訳領域を標的とするRNA干渉効果を示す2本鎖のポリヌクレオチドまたはそれを発現しうる分子、siRNAおよびその一部が修飾されているもの、あるいはDNAに置換されているものから選択することができる。また、これらの非翻訳領域に限らず、高い保存度を有する部位を標的にするのであれば、本発明のRNA干渉分子とすることができる。ここにおいて、高い保存度とは、具体的にはLos Alamos HIV Sequence Database(HIV sequence database, http://www.hiv.lanl.gov/)より入手可能なHIV−1グループMのゲノム配列495種のうち70%以上、より好ましくは80%以上の保存度をいう。   However, it was confirmed that 21-mer located in a specific region is highly conserved. Many of these regions were within the untranslated region and contained sequences essential for viral gene expression and propagation. That is, TATA sequence region necessary for viral gene expression, poly A signal (AAUAAA) region, primer activation signal (PAS) region necessary for reverse transcription, primer bindig site (PBS) region, packaging necessary for virus packaging The ones located in the signal (Ψ) region, the central polypurine tract (cPPT) region, the central terminal sequence (CTS) region, and the 3 'polyurine tract (3'PPT) region, which are necessary for genome + strand DNA synthesis, are highly sophisticated. It was preserved. The RNA interference molecule of the present invention is a double-stranded polynucleotide that exhibits an RNA interference effect targeting these untranslated regions, a molecule capable of expressing it, siRNA and a part thereof modified, or DNA Can be selected from those replaced with Moreover, the RNA interference molecule of the present invention can be used as long as it targets not only these non-translated regions but also a site having a high degree of conservation. Here, the high degree of conservation is specifically 495 species of HIV-1 group M genome sequences available from the Los Alamos HIV Sequence Database (HIV sequence database, http://www.hiv.lanl.gov/). Among these, the preservation degree is 70% or more, more preferably 80% or more.

上記に例示される非翻訳領域は、すべてアミノ酸配列ではなくRNAの配列自体もしくはRNAの2次構造を通して機能を発揮するような領域であり、例えば、図3および図4に示す領域を標的とすることができる。例えば翻訳領域であり、アミノ酸配列のレベルで保存されているような領域の多くは、コドンの3番目の塩基の変異を許容するため、塩基配列レベルでは必ずしも保存されていない例が多い。   The non-translated regions exemplified above are all regions that exert their functions through the RNA sequence itself or the RNA secondary structure rather than the amino acid sequence. For example, the regions shown in FIGS. 3 and 4 are targeted. be able to. For example, many of the regions that are translation regions and are conserved at the amino acid sequence level allow mutation of the third base of the codon, and thus are not always conserved at the base sequence level.

以上の解析により各21-merを同定し、保存度が70%以上であるような21-merを調べた結果、配列表の配列番号2〜235に示す各配列が挙げられる(表3−1〜3−5、図5参照。)。これらの配列を標的とするRNA干渉分子のうち、36種がUi-TeiらのsiRNA設計ガイドラインを満たし、哺乳動物細胞で有効と予測される。またReynoldsらのsiRNA設計法では30種、Amarzguiouiらの設計方法では44種がそれぞれ有効と予測することができる。   As a result of identifying each 21-mer by the above analysis and examining the 21-mer having a conservation degree of 70% or more, the sequences shown in SEQ ID NOs: 2 to 235 in the Sequence Listing are listed (Table 3-1). -3-5, see FIG. Of the RNA interference molecules that target these sequences, 36 species meet the siRNA design guidelines of Ui-Tei et al. And are expected to be effective in mammalian cells. In addition, 30 types can be predicted to be effective in the siRNA design method of Reynolds et al., And 44 types in the design method of Amarzguioui et al.

より具体的には、HIV−1の配列において、配列表の配列番号2〜235のいずれかに示す塩基配列部分を標的とすることができる。さらには、HIV−1の配列において、配列番号7、11、12,14、17、23、61、65、71、99、101、106、107、110、127、136、137、139、159、171、174、197、218〜235のいずれかに示す塩基配列部分を標的とするのが好適である。   More specifically, in the HIV-1 sequence, the base sequence part shown in any one of SEQ ID NOs: 2 to 235 in the sequence listing can be targeted. Furthermore, in the sequence of HIV-1, SEQ ID NOs: 7, 11, 12, 14, 17, 23, 61, 65, 71, 99, 101, 106, 107, 110, 127, 136, 137, 139, 159, It is preferable to target the base sequence portion shown in any of 171, 174, 197, and 218 to 235.

上述の標的部位に対するHIV−1特異的RNA干渉分子のうち、特にsiRNAの設計方法を、Ui-Teiら、Reynoldsら、およびAmarzguiouiらの方法に基づき説明する。   Among the HIV-1 specific RNA interference molecules for the target sites described above, the siRNA design method, in particular, will be described based on the methods of Ui-Tei et al., Reynolds et al., And Amarzguioui et al.

Ui-TeiらのsiRNA設計ガイドライン(Ui-Tei et al., Nucleic Acids Res. 32, 936-948 (2004))の概略は、以下のとおりである。siRNAを構成するセンス鎖、アンチセンス鎖を、それぞれ単に、センス鎖、アンチセンス鎖とよぶ。
(i)アンチセンス鎖の5'末端が、AまたはUである。
(ii)センス鎖の5'末端が、GまたはCである。
(iii)アンチセンス鎖の5'端の7塩基のうち4塩基以上がAまたはUである。
(iv)配列中にG/Cが10塩基以上連続しない。
The outline of the siRNA design guidelines of Ui-Tei et al. (Ui-Tei et al., Nucleic Acids Res. 32, 936-948 (2004)) is as follows. The sense strand and antisense strand constituting the siRNA are simply referred to as sense strand and antisense strand, respectively.
(i) The 5 ′ end of the antisense strand is A or U.
(ii) The 5 ′ end of the sense strand is G or C.
(iii) 4 or more bases out of 7 bases at the 5 ′ end of the antisense strand are A or U.
(iv) G / C does not continue for 10 bases or more in the sequence.

Reynoldsらの判定方法(Reynolds et al., Nat. Biotechnol. 22, 326-330 (2004))の概略は以下のとおりであり、合計6点以上のsiRNAを有効と判定する。
(I)siRNAの2本鎖部分におけるG/Cの数が、19塩基中7〜10塩基の範囲であれば+1点。
(II)アンチセンス鎖の5'端の5塩基におけるAまたはUの数を(0〜5)得点とする。
(III)2本鎖部分のTmが20℃未満。
(IV)センス鎖の5'端から19番目の塩基がAであれば、+1点。
(V)センス鎖の5'端から3番目の塩基がAであれば、+1点。
(VI)センス鎖の5'端から10番目の塩基がUであれば、+1点。
(VII)アンチセンス鎖の5'末端がGまたはCであれば−1点。
(VIII)センス鎖の5'端から13番目の塩基がGであれば−1点。
The outline of the determination method of Reynolds et al. (Reynolds et al., Nat. Biotechnol. 22, 326-330 (2004)) is as follows, and a total of 6 or more siRNAs are determined to be effective.
(I) +1 point if the number of G / C in the double-stranded part of siRNA is in the range of 7 to 10 bases out of 19 bases.
(II) The number of A or U in 5 bases at the 5 ′ end of the antisense strand is taken as (0-5) score.
(III) Tm of the double-stranded part is less than 20 ° C.
(IV) If the 19th base from the 5 'end of the sense strand is A, +1 point.
(V) If the third base from the 5 'end of the sense strand is A, +1 point.
(VI) +1 point if the 10th base from the 5 'end of the sense strand is U.
(VII) -1 point if the 5 'end of the antisense strand is G or C.
(VIII) -1 point if the 13th base from the 5 'end of the sense strand is G.

Amarzguiouiらの判定方法(Amarzguioui et al., Biotchem. Biophys. Res. Commun. 316, 1050-1058 (2004))の概略は以下のとおりであり、合計3点以上のsiRNAを有効と判定する。
(1)△T3:アンチセンス鎖の5'端の3塩基におけるAまたはUの数(0〜3)から、センス鎖の5'端の3塩基におけるAまたはUの数(0〜3)を引いた値を得点とする。(−3から+3までの値をとりうる。)
(2)センス鎖の5'末端GまたはCであれば、+1点。
(3)センス鎖の5'末端がUであれば−1点。
(4)センス鎖の5'端から6番目の塩基がAであれば、+1点。
(5)センス鎖の5'端から19番目の塩基がGであれば、−1点。
(6)アンチセンス鎖の5'末端がAまたはUであれば+1点。
The outline of the determination method of Amarzguioui et al. (Amarzguioui et al., Biotchem. Biophys. Res. Commun. 316, 1050-1058 (2004)) is as follows, and a total of 3 or more siRNAs are determined to be effective.
(1) ΔT3: From the number of A or U at the 3 bases at the 5 ′ end of the antisense strand (0-3), the number of A or U at the 3 bases at the 5 ′ end of the sense strand (0-3) The subtracted value is used as the score. (It can take values from -3 to +3.)
(2) +1 point if the 5 ′ end G or C of the sense strand.
(3) -1 point if the 5 'end of the sense strand is U.
(4) If the sixth base from the 5 'end of the sense strand is A, +1 point.
(5) If the 19th base from the 5 'end of the sense strand is G, -1 point.
(6) +1 point if the 5 ′ end of the antisense strand is A or U.

上記の設計方法により選別されるsiRNA分子は、一般的な方法、例えばオリゴヌクレオチド合成法によって製造することができる。また、本発明のRNA干渉分子には、siRNAおよびその一部が修飾されているものも含まれ、siRNA分子は修飾ヌクレオチド塩基を含ませることもできる。例えば、修飾塩基は、既に市販されている一般的なものを使用することができる。修飾塩基の使用により、siRNA分子の安定性を増大させ、それによって所望の効果をもたらすのに必要とされる量を低減させることができる。また、siRNA分子がDNAに置換されているものについても、同様の合成方法により得ることができる。   SiRNA molecules selected by the above design method can be produced by a general method such as oligonucleotide synthesis. In addition, the RNA interference molecule of the present invention includes those in which siRNA and a part thereof are modified, and the siRNA molecule can also contain a modified nucleotide base. For example, the modified base can be a common one already on the market. The use of modified bases can increase the stability of the siRNA molecule and thereby reduce the amount required to produce the desired effect. Moreover, what substituted the siRNA molecule | numerator by DNA can be obtained with the same synthesis method.

さらに、本発明のRNA干渉分子には、上述のポリヌクレオチドを発現しうる分子としては、例えばshRNAベクターも含まれる。このようなベクターは、具体的には、例えばGenScript社、iGENE社、Ambion社など各社が既に市場で受注している方法で作製することができる。   Furthermore, the RNA interference molecule of the present invention includes, for example, a shRNA vector as a molecule capable of expressing the above-mentioned polynucleotide. Specifically, such a vector can be prepared by a method that has already been ordered in the market by, for example, GenScript, iGENE, Ambion, etc.

本発明の本発明のRNA干渉分子の効果は、本発明のRNA干渉分子自体が備える標的切断活性により評価することができる。本発明のRNA干渉分子が本来の標的とは別の遺伝子の相同部分を認識し、その遺伝子を抑制してしまうオフターゲット効果は、RNA干渉分子に対応するsiRNA配列と標的とするmRNA配列との間に、どの程度の相同性があると生じるかを検討し、任意の標的配列に対するsiRNAの標的切断活性により評価することができる。   The effect of the RNA interference molecule of the present invention of the present invention can be evaluated by the target cleavage activity of the RNA interference molecule of the present invention itself. The off-target effect that the RNA interference molecule of the present invention recognizes a homologous part of a gene different from the original target and suppresses the gene is that the siRNA sequence corresponding to the RNA interference molecule and the target mRNA sequence are The degree of homology between them can be examined and evaluated by the target cleavage activity of siRNA against an arbitrary target sequence.

さらに、本発明は本発明のRNA干渉分子を1種または複数種用いることを特徴とするHIV−1増殖の抑制方法にも及ぶ。具体的には、RNA干渉分子におけるsiRNAのセンス鎖が、配列表の配列番号237〜277の何れかに示す塩基配列からなるsiRNAに対応するRNA干渉分子を用いたHIV−1増殖の抑制方法が挙げられ、より具体的には配列番号239(si510)、配列番号242(si521)、配列番号247(si764)、配列番号248(si770)、配列番号251〜254(si2075、si2329、si2330、si2333)、配列番号266〜268(si4750、si4751、si4753)のいずれかに示すsiRNAに対応するRNA干渉分子を1種または複数種用いるHIV−1増殖の抑制方法が挙げられる。   Furthermore, the present invention extends to a method for inhibiting HIV-1 proliferation, which uses one or more RNA interference molecules of the present invention. Specifically, there is a method for suppressing HIV-1 proliferation using an RNA interference molecule corresponding to an siRNA in which the sense strand of the siRNA in the RNA interference molecule has a base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 237 to 277 in the Sequence Listing. More specifically, SEQ ID NO: 239 (si510), SEQ ID NO: 242 (si521), SEQ ID NO: 247 (si764), SEQ ID NO: 248 (si770), SEQ ID NOS: 251 to 254 (si2075, si2329, si2330, si2333). And a method for suppressing HIV-1 proliferation using one or more RNA interference molecules corresponding to the siRNA shown in any of SEQ ID NOs: 266 to 268 (si4750, si4751, si4753).

さらに本発明のRNA干渉分子は、標的が異なる複数のsiRNAに対応するRNA干渉分子を同時に用いることできる。本発明のRNA干渉分子2種を組み合わせて同時に用いることにより、HIV−1の多様な変異株に対し、97%以上のHIV−1株に効果が認められる(図10参照)。   Furthermore, the RNA interference molecule of the present invention can simultaneously use RNA interference molecules corresponding to a plurality of siRNAs having different targets. When two types of RNA interference molecules of the present invention are used in combination, 97% or more of the HIV-1 strain is effective against various HIV-1 mutant strains (see FIG. 10).

本発明は、上記説明したHIV−1特異的にRNA干渉効果を示すRNA干渉分子の他、該RNA干渉分子の探索方法、設計方法にも及び、さらには該RNA干渉分子を用いたHIV−1増殖の抑制方法にも及ぶ。   The present invention covers not only the above-described RNA interference molecules exhibiting RNA interference effects specifically for HIV-1, but also a search method and a design method for the RNA interference molecules, and further HIV-1 using the RNA interference molecules. It extends to methods of inhibiting proliferation.

以下に実施例および実験例を示して、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の応用が可能である。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples and experimental examples. However, the present invention is not limited to these examples, and various applications can be made without departing from the technical idea of the present invention. Is possible.

(実施例1)HIV−1に対するRNA干渉分子の標的領域の特定
本発明のHIV−1のゲノム配列は、Los Alamos HIV Sequence Database (HIV sequence database, http://www.hiv.lanl.gov/)より入手可能なHIV−1グループMのゲノム配列495種をもとにした(表1−1〜1−10参照)。前記ゲノム配列からsiRNAの標的として有効な候補となりうる高度保存領域を同定した。まず495種のHIV−1配列を構成する21-mer全てを生成し、そのひとつの21-merが、495種のうちの何種に共通であるかを調べた。
(Example 1) Identification of target region of RNA interference molecule for HIV-1 The genome sequence of HIV-1 of the present invention is the Los Alamos HIV Sequence Database (HIV sequence database, http://www.hiv.lanl.gov/ ) Based on 495 types of HIV-1 group M genome sequences available (see Tables 1-1 to 1-10). A highly conserved region that could be an effective candidate for siRNA target was identified from the genome sequence. First, all 21-mers constituting 495 HIV-1 sequences were generated, and it was examined how many of the 495 species were common to one 21-mer.

ついで、各21-merの保存度を、siVirusプログラム(Naito et al., Nucleic Acids Res. 34, W448-W450 (2006))を用いて計算した。保存度0%から100%の点で示したところ、それらの殆どが0%に近く、HIV−1ゲノムの大部分の領域は、21-merの単位では保存されていないことが明らかになった(図1参照)。具体的には、保存度が70%以上の21-merは全体のわずか1.6%であり、保存度が50%以上の21-merでも、全体の5.2%に過ぎなかった(図2参照)。また、すべてのHIV−1配列に共通な、保存度が100%であるような21-merは存在しなかった。これらの結果は、HIV−1を標的とするsiRNAを無作為に設計しても、高い多様性をもつHIV−1を効率よく標的とすることが難しいことが示唆された。HIV−1を標的とするRNAi法の試みは既に複数の研究グループより報告されているが、それらの研究で使用されているsiRNAの多くは、保存度が低かった(表2−1〜2−3参照。)   Subsequently, the conservation degree of each 21-mer was calculated using the siVirus program (Naito et al., Nucleic Acids Res. 34, W448-W450 (2006)). When the degree of conservation was shown as 0% to 100%, most of them were close to 0%, and it was revealed that most of the HIV-1 genome was not conserved in 21-mer units. (See FIG. 1). Specifically, 21-mer with a preservation degree of 70% or more is only 1.6% of the whole, and even a 21-mer with a preservation degree of 50% or more was only 5.2% of the whole (Fig. 2). In addition, there was no 21-mer having a conservation degree of 100% common to all HIV-1 sequences. These results suggest that it is difficult to efficiently target HIV-1 having high diversity even if siRNA targeting HIV-1 is randomly designed. Trials of RNAi methods targeting HIV-1 have already been reported by several research groups, but many of the siRNAs used in these studies have low conservation (Tables 2-1 to 2- (See 3.)

以上の解析により保存度が70%以上であるような21-merを調べたところ、配列表の配列番号2〜235に示す標的配列を確認した。これらの234の標的配列に対応するsiRNAのうち、36種がUi-TeiらのsiRNA設計ガイドラインを満たし、哺乳動物細胞で有効と予測された。またReynoldsらのsiRNA設計法では30種、Amarzguiouiらの設計方法では44種がそれぞれ有効と予測された。   When the 21-mer having a conservation degree of 70% or more was examined by the above analysis, the target sequences shown in SEQ ID NOs: 2 to 235 in the sequence listing were confirmed. Of the siRNAs corresponding to these 234 target sequences, 36 species fulfilled the siRNA design guidelines of Ui-Tei et al. And were predicted to be effective in mammalian cells. In addition, 30 types were predicted to be effective in the siRNA design method of Reynolds et al., And 44 types were predicted to be effective in the design method of Amarzguioui et al.

siRNAの抗HIV-1効果を検証するため、Ui-TeiらのsiRNA設計ガイドラインを満たす36種のsiRNAから、感染性分子クローンpNL4-3(GenBank:M19921)と配列が完全一致するものを23種選択し、また保存度が中程度でUi-TeiらのsiRNA設計ガイドラインを満たし、かつpNL4-3(GenBank:M19921)と配列が完全一致するものを18種選択し、計41種類選択した。   In order to verify the anti-HIV-1 effect of siRNA, 23 of the 36 siRNAs that meet the siRNA design guidelines of Ui-Tei et al. have the exact sequence matching with the infectious molecular clone pNL4-3 (GenBank: M19921). In addition, 18 kinds were selected that had a medium degree of conservation, met the siRNA design guidelines of Ui-Tei et al., And completely matched the sequence of pNL4-3 (GenBank: M19921), for a total of 41 kinds.

選択したsiRNAの標的部位は、配列表の配列番号7、11、12,14、17、23、61、65、71、99、101、106、107、110、127、136、137、139、159、171、174、197、218〜235に示す塩基配列からなり、siRNAのセンス鎖は、配列表の配列番号237〜277に示す塩基配列からなり、アンチセンス鎖は、配列表の配列番号279〜319に示す塩基配列からなる。これらの各塩基配列を図5に示した。siRNAそのものは、図5におけるsiに続く番号表示からも識別することができる。   The target site of the selected siRNA is SEQ ID NO: 7, 11, 12, 14, 17, 23, 61, 65, 71, 99, 101, 106, 107, 110, 127, 136, 137, 139, 159 in the sequence listing. 171, 174, 197, 218-235, the sense strand of siRNA consists of the base sequence shown in SEQ ID NO: 237-277, and the antisense strand is shown in SEQ ID NO: 279- It consists of the base sequence shown in 319. Each of these base sequences is shown in FIG. siRNA itself can also be identified from the number display following si in FIG.

(実施例2)HIV−1特異的RNA干渉分子の作製
図5に示すsiRNAのセンス鎖(配列表の配列番号237〜277)を化学合成し、2本鎖にアニーリングしたものをRNAi社(東京)より購入した。siControl(配列番号278)は、Ui-Teiらのガイドラインを満たし、かつヒトの全転写産物に3ミスマッチ以内で相同な配列が存在しないネガティブコントロールである。
Example 2 Preparation of HIV-1 Specific RNA Interference Molecules The siRNA sense strands shown in FIG. 5 (SEQ ID NOs: 237 to 277 in the sequence listing) were chemically synthesized and annealed into double strands from RNAi (Tokyo). ) Purchased from. siControl (SEQ ID NO: 278) is a negative control that satisfies the guidelines of Ui-Tei et al. and has no homologous sequence within 3 mismatches in all human transcripts.

HeLa細胞を、10%非動化ウシ胎児血清を含有するDulbecco's modified Eagle medium(DMEM;Gibco社)に抗生物質を添加して37℃で培養した。HeLa細胞へのsiRNAのトランスフェクションは、24ウェルプレートにおいて、Lipofectamine 2000 (Invitrogen社)を用いて同製品のマニュアルに記載の方法で行った。細胞に導入するプラスミドは、Qiagen Plasmid Midi またはQIAwell 96 Ultra (Qiagen社)を用いて抽出した。   HeLa cells were cultured at 37 ° C. with antibiotics added to Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM; Gibco) containing 10% non-immobilized fetal bovine serum. Transfection of siRNA into HeLa cells was performed in a 24-well plate using Lipofectamine 2000 (Invitrogen) according to the method described in the manual for the product. Plasmids to be introduced into cells were extracted using Qiagen Plasmid Midi or QIAwell 96 Ultra (Qiagen).

(実験例1)HIV−1逆転写酵素活性の測定
実施例2で得た41種類のsiRNAについて、HIV−1に対する増殖抑制効果を、サブタイプB, B', C, CRF01_AEに属する4種のHIV−1感染性分子クローンで評価した。評価に使用した4種のクローンの概要を表4に示した。これら3種のサブタイプはアジア領域におけるHIV−1流行の主要な原因となっており、また塩基配列の上では相互に隔たりのあるクラスタを形成している。
(Experimental Example 1) Measurement of HIV-1 Reverse Transcriptase Activity The 41 types of siRNA obtained in Example 2 were tested for the growth-inhibitory effect against HIV-1 with four types belonging to subtypes B, B ′, C and CRF01_AE. The HIV-1 infectious molecular clone was evaluated. A summary of the four clones used for the evaluation is shown in Table 4. These three subtypes are the main causes of the HIV-1 epidemic in the Asian region, and form clusters that are separated from each other on the base sequence.

本実験例では、それぞれの感染性分子クローンを各siRNAとともにHeLa細胞に導入し、48時間後に培地上清を回収してHIV−1由来の逆転写酵素活性を測定し、ウイルスの増殖を評価した。   In this experimental example, each infectious molecular clone was introduced into HeLa cells together with each siRNA, and after 48 hours, the supernatant of the medium was collected and the HIV-1-derived reverse transcriptase activity was measured to evaluate the growth of the virus. .

その結果を図6Aに示した。各siRNAを5nMで導入した場合、41種のRNA干渉分子のうち26種が、すべてのHIV−1株の増殖を20%以下に抑制した。残りの15種のsiRNAのうちsi4794およびsi4888を除く13種は、標的切断アッセイにおいて活性が認められた。またsi690、si4794およびsi4888を除く12種は少なくとも1種のHIV−1株の増殖を20%以下に抑制していることから、それらのsiRNA自体は有効であると考えられた。   The result is shown in FIG. 6A. When each siRNA was introduced at 5 nM, 26 out of 41 RNA interference molecules suppressed the growth of all HIV-1 strains to 20% or less. Of the remaining 15 siRNAs, 13 except for si4794 and si4888 were found active in the target cleavage assay. Moreover, since 12 types except si690, si4794, and si4888 suppressed the proliferation of at least 1 sort of HIV-1 strain to 20% or less, those siRNA itself was considered effective.

しかし、siRNA配列と標的配列との間に1塩基〜数塩基のミスマッチが存在する場合は、それらのHIV−1株の増殖を抑制することができなかった。一方、塩基の置換がsiRNAの末端に近い場合にはsiRNAの効果が保持される場合があった。このように末端に近い位置においてミスマッチの影響が少ないという結果は、以下の実験例2に示すオフターゲット効果の解析結果とおおむね一致した。   However, when a mismatch of 1 to several bases exists between the siRNA sequence and the target sequence, the growth of those HIV-1 strains could not be suppressed. On the other hand, when the base substitution is close to the end of siRNA, the effect of siRNA may be retained. The result that the influence of the mismatch is small at the position close to the end in this way generally coincided with the analysis result of the off-target effect shown in Experimental Example 2 below.

図7において、本発明の41種類のsiRNA配列と、各感染性クローンの標的配列のアラインメントを示した。siRNA配列は、アンチセンス鎖の21塩基に対応するセンス側の配列を示した。いずれもRNA分子であるが、塩基配列はGenBankに収録された各データにあわせ、ATGCの4文字を用いて記載した。   FIG. 7 shows an alignment of 41 types of siRNA sequences of the present invention and target sequences of each infectious clone. The siRNA sequence was a sense side sequence corresponding to 21 bases of the antisense strand. Although all are RNA molecules, the base sequence is described using 4 characters of ATGC in accordance with each data recorded in GenBank.

また、si689およびsi690については、siRNA配列と標的配列とが完全に一致しているにもかかわらずHIV−1の増殖を抑制できなかった。この領域は、HIV−1の5'UTRがとりうる2種類の2次構造(Huthoff et al., 2001)すなわちBMH (branched multiple hairpin)とLDI (long distance interaction)の両方において固く閉じており、siRNAが標的配列に接近することを妨げている可能性が示唆された。さらにsi575の効果がpNL4-3と93IN101とで異なる点が注目された。この理由は明らかでないが、一つの可能性として、各感染分子クローンで標的部分の2次構造に差異があり、siRNAの接近のしやすさが異なるのかもしれない。   Moreover, about si689 and si690, although the siRNA sequence and the target sequence corresponded completely, the growth of HIV-1 could not be suppressed. This region is tightly closed in two types of secondary structures that can be taken by the HIV-1 5'UTR (Huthoff et al., 2001), both BMH (branched multiple hairpin) and LDI (long distance interaction), It was suggested that siRNA may be preventing access to the target sequence. Furthermore, it was noted that the effect of si575 is different between pNL4-3 and 93IN101. The reason for this is not clear, but one possibility is that each infectious molecular clone has a different secondary structure of the target portion, and siRNA accessibility may be different.

(実験例2)標的切断アッセイ
標的切断アッセイ系は、siRNAの標的となる21〜40塩基の配列を組み込んだ発現ベクターとsiRNAとを同時に培養細胞に導入して、ベクターから発現する標的mRNAがsiRNAによって切断される効率を、リアルタイムRT−PCRで定量する方法による。siRNA配列と標的とするmRNA配列との間に、どの程度の相同性があるとオフターゲット効果が生じるかを検討するため、標的切断アッセイ系により任意の標的配列に対するsiRNAの標的切断活性を評価した。pCI-neo (Promega社)のNheI部位とXbaI部位との間に、Kozak配列およびいくつかの制限酵素部位を挿入して、pTRECベクターを構築した。挿入した配列は以下のとおりである。
[NheI site]-CACCATGGAATTCACGCGTCTCGAG-[XbaI site](配列番号321)
(Experimental example 2) Target cleavage assay A target cleavage assay system introduces an expression vector incorporating a sequence of 21 to 40 bases that is a target of siRNA and siRNA simultaneously into a cultured cell, and the target mRNA expressed from the vector is siRNA. By the method of quantifying the efficiency of cleavage by real-time RT-PCR. In order to examine the degree of homology between the siRNA sequence and the target mRNA sequence to produce an off-target effect, the target cleavage activity of siRNA against an arbitrary target sequence was evaluated by a target cleavage assay system. . A pTREC vector was constructed by inserting a Kozak sequence and several restriction enzyme sites between the NheI and XbaI sites of pCI-neo (Promega). The inserted sequence is as follows.
[NheI site] -CACCATGGAATTCACGCGTCTCGAG- [XbaI site] (SEQ ID NO: 321)

本アッセイのために構築した標的mRNA発現ベクターpTREC(Target RNA Expression Constructの略)を用いた(図8参照)。本アッセイでは、合成DNAオリゴヌクレオチドをpTRECベクターのMCSに挿入することにより、標的配列を自由に設定できるため、ある特定のsiRNAに対して標的mRNAの配列を1塩基ずつ変えていくような系統的な解析が可能となる。pTRECベクターから発現するmRNAの配列は、標的部分を除いて共通であるため、まったく同一の実験条件下でsiRNAの標的切断活性を定量的に評価することができる。   The target mRNA expression vector pTREC (abbreviation of Target RNA Expression Construct) constructed for this assay was used (see FIG. 8). In this assay, the target sequence can be set freely by inserting a synthetic DNA oligonucleotide into the MCS of the pTREC vector, so that the target mRNA sequence can be changed one base at a time for a specific siRNA. Analysis is possible. Since the sequence of mRNA expressed from the pTREC vector is common except for the target portion, siRNA target cleavage activity can be quantitatively evaluated under exactly the same experimental conditions.

構築したpTRECベクターのEcoRI部位とXhoI部位との間に、各siRNAの標的配列を挿入した。各コンストラクト(0.5μg/well)を、siRNA(終濃度5nM)とともにHeLa細胞に導入し、24時間後に細胞を回収し、RNeasy96 (Qiagen社)で全RNAを抽出した。得られたRNAを、オリゴdTをプライマーにSuperScript (Invitrogen社)で逆転写してcDNAを得た。リアルタイムPCRは、ABI PRISM7000 (Applied Biosystems社)を使用して、SYBER Green PCR Master Mix (Applied Biosystems社)で行った。   The target sequence of each siRNA was inserted between the EcoRI site and the XhoI site of the constructed pTREC vector. Each construct (0.5 μg / well) was introduced into HeLa cells together with siRNA (final concentration 5 nM). After 24 hours, the cells were collected, and total RNA was extracted with RNeasy96 (Qiagen). The obtained RNA was reverse transcribed with SuperScript (Invitrogen) using oligo dT as a primer to obtain cDNA. Real-time PCR was performed with SYBER Green PCR Master Mix (Applied Biosystems) using ABI PRISM7000 (Applied Biosystems).

その結果を図6Bに示した。各siRNAを5nMで用いた場合、41種のsiRNAのうち39種が標的mRNAを40%以下に抑制した。si4794およびsi4888は有効と予測されたにもかかわらず、5nMの濃度において十分な抑制効果を示さなかった。この理由は明らかではないが、si4794は配列中に連続するグアニン残基(GGGGGG)および連続するシトシン残基(CCCCCC)を含むためRNAオリゴの化学合成が難しく、またsi4888は配列中にAAAUUUUという回文配列が存在し、2次構造をとりやすいため、いずれも正しく塩基対を形成した2本鎖siRNAの実効濃度が低下していた可能性がある。   The result is shown in FIG. 6B. When each siRNA was used at 5 nM, 39 of 41 types of siRNA suppressed the target mRNA to 40% or less. Although si4794 and si4888 were expected to be effective, they did not show a sufficient inhibitory effect at a concentration of 5 nM. The reason for this is not clear, but si4794 contains consecutive guanine residues (GGGGGG) and consecutive cytosine residues (CCCCCC) in the sequence, making it difficult to chemically synthesize RNA oligos, and si4888 is called AAAUUUU in the sequence. Since there is a sentence sequence and it is easy to take a secondary structure, there is a possibility that the effective concentration of double-stranded siRNA that correctly formed base pairs in all cases was lowered.

以上の結果より、本発明により、HIV−1の高度な多様性に対応しうるRNA干渉分子を高い確率で設計することができた。本発明のRNA干渉分子のうち、保存度が70%以上であり、かつウイルス増殖を10%以下に抑制できたsiRNAは、以下であった。   From the above results, according to the present invention, it was possible to design RNA interference molecules capable of dealing with the high diversity of HIV-1 with high probability. Among the RNA interference molecules of the present invention, siRNAs having a conservation degree of 70% or more and capable of suppressing virus growth to 10% or less were as follows.

si521:ポリAシグナルを標的とする。保存度は94%であった。
si764およびsi770:Ψを標的とする。保存度は88%であった。
si510:TAR-ポリAシグナルを標的とする。保存度は84%であった。
si2075:リボソームスリップサイト(ribosomal slip site)を標的とする。保存度は各々70%であった。
si2329、si2330およびsi2333:プロテアーゼ領域を標的とする。保存度は各々77%であった。
si4750、si4751およびsi4753:インテグラーゼ領域を標的とする。保存度は71−74%であった。
si521: Target poly A signal. The degree of preservation was 94%.
si764 and si770: Target Ψ. The degree of preservation was 88%.
si510: Targets TAR-poly A signal. The degree of preservation was 84%.
si2075: Targets a ribosomal slip site. Each degree of preservation was 70%.
si2329, si2330 and si2333: target the protease region. Each degree of preservation was 77%.
si4750, si4751 and si4753: targeting the integrase region. The degree of preservation was 71-74%.

しかしながら、1種のsiRNA単独でデータベースに登録された全HIV−1を標的とすることは不可能であった(図9参照)。これを克服するために、標的が異なる複数のsiRNAに対応するsiRNAを同時に用いることできる。本発明のRNA干渉分子2種を組み合わせて同時に用いることにより97%以上のHIV−1に効果が認められた(図10参照)。   However, it was impossible to target all HIV-1 registered in the database with one siRNA alone (see FIG. 9). To overcome this, siRNAs corresponding to multiple siRNAs with different targets can be used simultaneously. 97% or more of HIV-1 was found to be effective by combining and simultaneously using two RNA interference molecules of the present invention (see FIG. 10).

具体的には、si509とsi4888、si510とsi4888、si512とsi4888、si515とsi4888、si1521とsi4888、si509とsi1817、si510とsi1817、si512とsi1817、si509とsi1689、si510とsi1689、si512とsi1689、si515とsi1689、si521とsi1689、si689とsi764、si689とsi770、si515とsi1817、si521とsi1770、si521とsi1817、si521とsi4652、si521とsi764、si689とsi1817、si764とsi1817、si521とsi1490、si521とsi2485、si521とsi2486、si521とsi4175、si521とsi4794、si521とsi554、si689とsi4809、si689とsi7653、si689とsi7658、si764とsi4888、si770とsi1817、si509とsi2075、si510とsi2075、si512とsi2075、si512とsi770、si515とsi770、si521とsi2075、si521とsi2329、si521とsi2330、si521とsi2333、si521とsi3000、si521とsi3005、si521とsi4745、si521とsi4750、si521とsi4751、si521とsi4753、si521とsi4806、si521とsi4809等の各siRNAに対応するRNA干渉分子の組合せにより97.9%以上の効果が得られた。   Specifically, si509 and si4888, si510 and si4888, si512 and si4888, si515 and si4888, si1521 and si4888, si509 and si1817, si510 and si1817, si512 and si1817, si509 and si1589, si589 And si1689, si521 and si1689, si689 and si764, si689 and si770, si515 and si1817, si521 and si1770, si521 and si4652, si521 and si4652, si6521 and si7652, si6852 and si18417 , Si521 and si2486, si52 And si4175, si521 and si4794, si521 and si554, si689 and si4809, si689 and si7653, si689 and si7658, si764 and si4888, si770 and si1817, si509 and si2075, si510 and si1275 , Si521 and si2075, si521 and si2329, si521 and si2330, si521 and si2333, si521 and si3000, si521 and si3005, si521 and si4745, si521 and si4750, si521 and si4751 RNA corresponding to each siRNA Effect of over 97.9% was obtained by the combination of Wataru molecule.

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以上詳述したように、本発明の最高度の保存領域に対する抗HIV−1に対するsiRNAは、HIV−1のゲノムの多様性にもかかわらず、効果的にHIV−1の増殖を抑制することができる。これにより、抗HIV−1治療薬のスクリーニングや、本siRNAを用いた抗HIV−1治療薬の開発に対して貢献することができる。   As described above in detail, the siRNA against anti-HIV-1 against the highest degree of conservation region of the present invention can effectively suppress the proliferation of HIV-1 despite the diversity of HIV-1 genome. it can. This can contribute to the screening of anti-HIV-1 therapeutics and the development of anti-HIV-1 therapeutics using the present siRNA.

495種のHIV−1配列における21-merの分布および保存度を示す図である。It is a figure which shows distribution and conservation of 21-mer in 495 kinds of HIV-1 arrangement | sequences. 495種のHIV−1配列における21-merの保存度を示す図である。It is a figure which shows the conservation degree of 21-mer in 495 types of HIV-1 arrangement | sequences. BMI(branched multiple hairpin)型の2次構造および本発明のsiRNAの標的部位を示す図である。It is a figure which shows the BMI (branched multiple hairpin) type secondary structure and the target site of the siRNA of the present invention. LDI(long distance interaction)型の2次構造および本発明のsiRNAの標的部位を示す図である。It is a figure which shows the LDI (long distance interaction) type secondary structure and the target site | part of siRNA of this invention. 本発明のRNA干渉分子の標的部位ならびにsiRNA分子のセンス鎖およびアンチセンス鎖の塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence of the target site | part of the RNA interference molecule of this invention, and the sense strand and antisense strand of siRNA molecule. 本発明のRNA干渉分子の評価結果を示す図である。A.HIV−1逆転写酵素活性の測定結果を示す図である。B.標的切断アッセイ結果を示す図である。It is a figure which shows the evaluation result of the RNA interference molecule of this invention. A. It is a figure which shows the measurement result of HIV-1 reverse transcriptase activity. B. It is a figure which shows a target cleavage assay result. 本発明のRNA干渉分子に関し、各HIV−1標的部位に対するアラインメントを示す図である。It is a figure which shows the alignment with respect to each HIV-1 target site regarding the RNA interference molecule of this invention. 本発明のRNA干渉分子の標的切断アッセイに用いるpTRECベクターの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the pTREC vector used for the target cleavage assay of the RNA interference molecule of this invention. 本発明のRNA干渉分子を1種用いたときの、各HIV−1変異株全体に対して抑制効果を認めた変異株の割合を示す図である。It is a figure which shows the ratio of the mutant strain which recognized the inhibitory effect with respect to the whole each HIV-1 mutant strain when 1 type of RNA interference molecule of this invention was used. 本発明のRNA干渉分子を2種用いたときの、各HIV−1変異株全体に対して抑制効果を認めた変異株の割合を示す図である。It is a figure which shows the ratio of the mutant strain which recognized the inhibitory effect with respect to the whole each HIV-1 mutant strain when two types of RNA interference molecules of this invention were used.

Claims (11)

少なくとも21塩基の塩基配列を含み、HIV−1の保存領域を標的とし、HIV−1特異的にRNA干渉効果を示すRNA干渉分子。 An RNA interference molecule comprising a base sequence of at least 21 bases, targeting a conserved region of HIV-1 and exhibiting an RNA interference effect specifically for HIV-1. HIV−1の保存領域が、HIV−1の配列を少なくとも70%以上保存する領域である請求項1に記載のRNA干渉分子。 The RNA interference molecule according to claim 1, wherein the conserved region of HIV-1 is a region that conserves at least 70% of the sequence of HIV-1. HIV−1の保存領域が、非翻訳領域から選択される請求項1または2に記載のRNA干渉分子。 The RNA interference molecule according to claim 1 or 2, wherein the conserved region of HIV-1 is selected from untranslated regions. HIV−1の非翻訳領域が、ウイルスの遺伝子発現に必要なTATA配列、ポリAシグナル(AAUAAA)領域、逆転写に必要なprimer activation signal (PAS)領域、primer bindig site (PBS)領域、ウイルスのパッケージングに必要なpackaging signal(Ψ)領域、ゲノムの+鎖DNA合成に必要なcentral poly purine tract (cPPT)領域、central terminal sequence (CTS)領域、並びに3' poly purine tract (3'PPT)領域のいずれかから選択される領域である請求項3に記載のRNA干渉分子。 HIV-1 untranslated regions include TATA sequences necessary for viral gene expression, poly A signal (AAUAAA) region, primer activation signal (PAS) region necessary for reverse transcription, primer bindig site (PBS) region, Packaging signal (Ψ) region required for packaging, central poly purine tract (cPPT) region, central terminal sequence (CTS) region, and 3 'poly purine tract (3'PPT) region required for genomic + strand DNA synthesis The RNA interference molecule according to claim 3, which is a region selected from any one of the above. HIV−1の配列において、配列表の配列番号2〜235のいずれかに示す塩基配列を標的とし、HIV−1特異的にRNA干渉効果を示すRNA干渉分子。 An RNA interference molecule that targets the base sequence shown in any of SEQ ID NOs: 2 to 235 in the sequence listing and exhibits an RNA interference effect specifically for HIV-1 in the sequence of HIV-1. HIV−1の配列において、配列番号7、11、12,14、17、23、61、65、71、99、101、106、107、110、127、136、137、139、159、171、174、197、218〜235のいずれかに示す塩基配列部分を標的とする、HIV−1特異的にRNA干渉効果を示す請求項5に記載のRNA干渉分子。 In the sequence of HIV-1, SEQ ID NOs: 7, 11, 12, 14, 17, 23, 61, 65, 71, 99, 101, 106, 107, 110, 127, 136, 137, 139, 159, 171, 174 The RNA interference molecule according to claim 5, which exhibits an RNA interference effect specifically for HIV-1 targeting the base sequence portion shown in any one of 197, 218 to 235. 請求項1〜6のいずれかに記載のRNA干渉分子の探索方法。 The method for searching for an RNA interference molecule according to claim 1. 請求項1〜6のいずれかに記載のRNA干渉分子の設計方法。 The method for designing an RNA interference molecule according to any one of claims 1 to 6. 請求項1〜6のいずれかに記載のRNA干渉分子を1種または複数種用いることを特徴とするHIV−1増殖の抑制方法。 A method for inhibiting HIV-1 proliferation, comprising using one or more RNA interference molecules according to any one of claims 1 to 6. センス鎖が、配列番号237〜277のいずれかに示す塩基配列からなるsiRNAに対応するRNA干渉分子を1種または複数種用いることを特徴とする記載のHIV−1増殖の抑制方法。 The method for inhibiting HIV-1 proliferation according to claim 1, wherein the sense strand uses one or more RNA interference molecules corresponding to siRNA having the base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 237 to 277. センス鎖が、配列番号239、配列番号242、配列番号247、配列番号248、配列番号251〜254、配列番号266〜268のいずれかに示す配列からなるsiRNAに対応するRNA干渉分子を1種または複数種用いることを特徴とする請求項10に記載のHIV−1増殖の抑制方法。 One type of RNA interference molecule corresponding to siRNA having a sense strand consisting of any one of SEQ ID NO: 239, SEQ ID NO: 242, SEQ ID NO: 247, SEQ ID NO: 248, SEQ ID NO: 251-254, SEQ ID NO: 266-268, or The method for suppressing HIV-1 proliferation according to claim 10, wherein a plurality of types are used.
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