JP2009034029A - Virus vector system having retrograde transport capacity - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
本発明は、特に脳内において高度の逆行性輸送能を有するウィルスベクター系、特に、狂犬病ウィルスの糖タンパク質によって、シュードタイプ化されたレンチウィルスベクター系、該ウィルスベクター系を使用する遺伝子導入方法及び遺伝子治療方法等に関する。 The present invention particularly relates to a viral vector system having a high degree of retrograde transport ability in the brain, in particular, a lentiviral vector system pseudotyped with a glycoprotein of rabies virus, a gene introduction method using the viral vector system, and It relates to gene therapy methods.
非増殖(非複製)型組換え体レンチウィルスベクターは、目的遺伝子を中枢神経系(CNS)における非分裂細胞に輸送して長期間に亘る発現を維持する系等のさまざまな疾患に対する遺伝子治療用ベクターとして多くの研究に利用されている(非特許文献1〜4)。特に、HIV-1 (human immunodeficiency virus type 1) に由来する霊長類のレンチウィルスベクターは遺伝子治療用のベクターとして最も実績のあるものである(非特許文献5〜8)。 Non-proliferating (non-replicating) recombinant lentiviral vectors are used for gene therapy for various diseases such as a system in which a target gene is transported to non-dividing cells in the central nervous system (CNS) and maintained for a long period of time. It has been used as a vector in many studies (Non-Patent Documents 1 to 4). In particular, primate lentiviral vectors derived from HIV-1 (human immunodeficiency virus type 1) are the most proven vectors for gene therapy (Non-Patent Documents 5 to 8).
一方、ある種の脳神経疾患に対する遺伝子治療のためには、神経終末部位より感染し、軸索を逆行性に輸送され、かかる感染部位より離れた場所に位置する標的部位にある細胞体に目的とする遺伝子を導入することのできるウィルスベクターが有益である。 On the other hand, for gene therapy for certain types of cranial nerve disease, the target is a cell body that is infected from a nerve terminal site, transported axons retrogradely, and located at a target site located away from the infected site. A viral vector capable of introducing a gene to be transformed is useful.
これまでに、エンベロープ糖タンパク質(エンベロープ遺伝子タンパク質)として、水泡性口内炎ウィルス(vesicular stomatitis virus:VSV)のG遺伝子(VSV-G)を利用(シュードタイプ化:pseudotyped)した組換え体HIV-1ウィルスを用いて、カニクイサル脳内における逆行性輸送システムが開発されてきたが、このベクターの逆行性輸送は効率的なものではなかった(非特許文献9)。この文献に記載された方法では、免疫染色により確認された結果、サルの線条体に注入された組換え体HIV-1ウィルスにより逆行性に感染された中枢神経系の細胞はごく僅かであった。 So far, the recombinant HIV-1 virus has used the V gene (VSV-G) of vesicular stomatitis virus (VSV) as an envelope glycoprotein (envelope gene protein) (pseudotyped) Although a retrograde transport system in the cynomolgus monkey brain has been developed using this, the retrograde transport of this vector has not been efficient (Non-patent Document 9). In the method described in this document, as confirmed by immunostaining, very few cells of the central nervous system were retrogradely infected by recombinant HIV-1 virus injected into monkey striatum. It was.
一方で、狂犬病ウィルス(rabies virus: RV)は、シナプス終末より感染し、軸索を逆行性に輸送される活性を持つことが知られている。実際に、RV-Gによってウマ貧血ウィルスに基づく非霊長類レンチウィルスベクターの逆行性輸送能が亢進されることが報告されている(非特許文献10、11及び特許文献1)。 On the other hand, rabies virus (RV) is known to be infected from the synaptic terminal and have the activity of transporting axons retrogradely. In fact, it has been reported that the retrograde transport ability of non-primate lentiviral vectors based on equine anemia virus is enhanced by RV-G (Non-patent Documents 10 and 11 and Patent Document 1).
更に、RV-Gでシュードタイプ化したHIV-1レンチウィルスが報告されているが(非特許文献3)、この報告では実際にこのウィルスベクターを使用した動物実験(インビボ)はなされていない。又、狂犬病の原因となる神経向性ウィルスである、モコラリッサウィルス(Mokola lyssavirus)の糖蛋白質又はVSV-Gでシュードタイプ化したHIV-1ベクターのCNSにおける遺伝子移入が研究されている。モコラリッサウィルスの糖蛋白質又はVSV-Gでシュードタイプ化したHIV-1ベクターをラットの鼻孔に注射した結果、嗅神経系までの逆行性輸送に関して、これらのベクターは互いに同程度であった(非特許文献12)。又、この文献には線条体経由でウィルスベクターを投与した例は記載されていない。
従って、本発明の目的は、霊長類を含む哺乳動物の脳内において高頻度な逆行性輸送能を持つ(逆行輸送性)レンチウィルスベクター系、特にHIV-1ウィルスベクター系、該ウィルスベクター系を使用する遺伝子導入方法及び遺伝子治療方法等を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a lentiviral vector system having a high frequency of retrograde transport ability (retroportability) in the brain of mammals including primates, particularly an HIV-1 virus vector system, and the virus vector system. It is to provide a gene introduction method and a gene therapy method to be used.
本発明者は、シナプス終末より感染して軸索を逆行性に輸送される感染特性を有する狂犬病ウィルスの糖タンパク質(RV-G)を利用して、非増殖型組換え体レンチウィルスベクター系をシュードタイプ化することによって、マウス及びサルの脳内において、実際に、線条体に投与したウィルスベクターが線条体に投射する神経の軸索を逆行性に輸送されることにより、該投与部位から離れた標的領域に高頻度に運搬され、標的領域における該神経細胞体に目的の遺伝子を導入し、発現させることが可能となることをインビボで実証し、本発明を完成させた。 The present inventor uses a glycoprotein (RV-G) of a rabies virus having an infectious property that is transmitted from the synaptic terminal and retrogradely transports axons, and uses a non-proliferating recombinant lentiviral vector system. In the mouse and monkey brain, the viral vector that is actually administered to the striatum is retrogradely transported to the axon of the nerve that projects onto the striatum. The present invention has been completed by demonstrating in vivo that the gene of interest can be introduced and expressed in the target cell area away from the target cell at high frequency and introduced into the neuronal cell body in the target area.
即ち、本発明は以下の態様に係るものである。
[態様1]
(1)HIV-1のgag 及びpol遺伝子を含むパッケージングプラスミド;
(2)HIV-1のアクセサリー遺伝子を含むパッケージングプラスミド;
(3)目的遺伝子(導入遺伝子)を含むトランスファープラスミド;及び
(4)エンベロープ遺伝子として狂犬病ウィルスの糖タンパク質(RV-G)をコードする遺伝子を含むエンベローププラスミド、
を含む逆行輸送性ウィルスベクター調製用キット。
[態様2]
本発明のウィルスベクター調製用キット、及び、宿主細胞を含む、プロデューサー細胞作成用キット。
[態様3]
本発明のウィルスベクター調製用キットに含まれる、パッケージングプラスミド、トランスファープラスミド、及び、エンベローププラスミドを感染細胞にコトランスフェクションさせることから成る、プロデューサー細胞の作製方法。
[態様4]
本発明の作製方法で得られたプロデューサー細胞。
[態様5]
本発明のプロデューサー細胞を培養し、培養上清からウィルス粒子を回収することからなる、ウィルスベクターの製造方法。
[態様6]
本発明のウィルスベクター製造の方法によって製造された、逆行性輸送能を有するウィルスベクター。
[態様7]
本発明のウィルスベクターを動物の神経終末部に感染させ、該ウィルスベクターが該神経の軸索を逆行性に輸送されることにより脳内の標的領域にある該神経の細胞体に導入し、目的とする遺伝子を該細胞体内で発現させることから成る、遺伝子導入方法。
[態様8]
本発明のウィルスベクターを活性成分として含有する、遺伝子治療剤。
[態様9]
本発明の方法で導入された目的遺伝子が標的領域における細胞の染色体に組み込まれ発現することを含む、脳疾患の遺伝子治療方法。
That is, the present invention relates to the following aspects.
[Aspect 1]
(1) a packaging plasmid containing HIV-1 gag and pol genes;
(2) a packaging plasmid containing an accessory gene for HIV-1;
(3) a transfer plasmid containing a target gene (transgene); and (4) an envelope plasmid containing a gene encoding a rabies virus glycoprotein (RV-G) as an envelope gene,
A kit for preparing a retrograde transportable virus vector.
[Aspect 2]
A kit for producing a producer cell, comprising a kit for preparing a viral vector of the present invention and a host cell.
[Aspect 3]
A method for producing a producer cell, comprising co-transfecting an infected cell with a packaging plasmid, a transfer plasmid, and an envelope plasmid, which are contained in the kit for preparing a viral vector of the present invention.
[Aspect 4]
Producer cells obtained by the production method of the present invention.
[Aspect 5]
A method for producing a viral vector, comprising culturing the producer cell of the present invention and recovering virus particles from the culture supernatant.
[Aspect 6]
A viral vector having retrograde transport ability produced by the method for producing a viral vector of the present invention.
[Aspect 7]
Infecting the nerve endings of animals with the viral vector of the present invention, the viral vector is retrogradely transported through the nerve axons, and introduced into the cell body of the nerve in the target region in the brain. A gene transfer method comprising expressing the gene in the cell.
[Aspect 8]
A gene therapy agent comprising the viral vector of the present invention as an active ingredient.
[Aspect 9]
A gene therapy method for brain disease, which comprises incorporating and expressing a target gene introduced by the method of the present invention in a chromosome of a cell in a target region.
本発明によって、サル及びマウス等の哺乳動物において、神経終末(シナプス終末)の存在する脳領域に導入目的の特定の遺伝子を持つ組換え体ウィルスベクターを注入し、このウィルスベクターが軸索を逆行性に輸送されることによって、ウィルスベクターの感染(注入)部位から遠く離れた位置にある中枢神経系の細胞体の領域に該目的遺伝子(導入遺伝子)を効率良く導入して発現させられることが初めてインビボで実証された。本発明において、特に、特定のパッケージングプラスミド、トランスファープラスミド及びエンベロープ遺伝子を使用することによって、ウィルスベクター調製用キットを使用して産生されるウィルスベクターは非常に高いウィルス力価が得られ、脳内において高頻度な逆行性輸送能を発揮する組換え体ウィルスベクターの作製が臨床的に可能となった。 According to the present invention, in a mammal such as a monkey and a mouse, a recombinant viral vector having a specific gene to be introduced is injected into a brain region where a nerve terminal (synaptic terminal) exists, and this viral vector reverses axons. The target gene (transgene) can be efficiently introduced and expressed in a region of the cell body of the central nervous system located far from the site of infection (injection) of the viral vector. First demonstrated in vivo. In the present invention, in particular, by using a specific packaging plasmid, transfer plasmid and envelope gene, a viral vector produced using a viral vector preparation kit can obtain a very high virus titer. It has become possible clinically to produce a recombinant virus vector that exhibits a high frequency of retrograde transport ability.
以下、本発明を実施する形態について、詳細に説明する。本発明のウィルスベクター調製用キットにおいて、「gag」はレトロウィルスのコア蛋白質をコードする遺伝子であり、「pol」は逆転写酵素等をコードする遺伝子である。又、「エンベロープ遺伝子」は、脂質二重膜からなるレトロウィルスの外皮膜であるエンベロープに存在するウィルス特異的な蛋白質であるエンベロープをコードする遺伝子である。エンベロープはウィルスが細胞に吸着し侵入するための重要な役割を担っている。更に、「アクセサリー遺伝子」とは、例えば、構造遺伝子の発現を調節するrev遺伝子等を意味する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. In the kit for preparing a viral vector of the present invention, “gag” is a gene encoding a retrovirus core protein, and “pol” is a gene encoding a reverse transcriptase or the like. The “envelope gene” is a gene encoding an envelope, which is a virus-specific protein present in the envelope, which is the outer membrane of a retrovirus composed of a lipid bilayer membrane. The envelope plays an important role for the virus to adsorb and enter cells. Furthermore, the “accessory gene” means, for example, a rev gene that regulates the expression of a structural gene.
本発明のウィルスベクター調製用キットの好適代表例においては、(1)HIV-1のgag 及びpol遺伝子を含むパッケージングプラスミド及び(2)HIV-1のアクセサリー遺伝子を含むパッケージングプラスミドとして、夫々、「pCAGkGP1.1R」及び「pCAG4-RTR2」を使用し、更に、トランスファープラスミドとして、「pCL20c-MSCV-X(ここで、「X」は目的遺伝子を示す)」を使用することを特徴とする。該トランスファープラスミドはマウス幹細胞ウィルスプロモーターの下流に導入の対象である目的遺伝子「X」がコードされている。 In a preferred representative example of the kit for preparing a viral vector of the present invention, (1) a packaging plasmid containing HIV-1 gag and pol genes and (2) a packaging plasmid containing HIV-1 accessory genes, respectively, “PCAGkGP1.1R” and “pCAG4-RTR2” are used, and “pCL20c-MSCV-X (where“ X ”indicates a target gene)” is used as a transfer plasmid. The transfer plasmid encodes the target gene “X” to be introduced downstream of the mouse stem cell virus promoter.
上記のウィルスベクター調製用キットに含まれる各プラスミドは、St. Jude Children’s Research Hospital のArthur Nienhuis博士によって開発されたHIV-1ベクター系「SJ1」(HANAWA, H., et al., (2002) Mol. Ther. 5, 242-251; (2004). Blood 103, 4062-4069: St. Jude Children’s Research Hospitalから供与)に基づき構成されている。このベクター系は、HeLa細胞における力価が他のベクター系の約10倍あることが知られている。従って、当業者であれば、本願明細書及び上記文献を参照することによって、これら各プラスミドを容易に作製することができる。尚、上記の(1)及び(2)のパッケージングプラスミドは、一つのプラスミドとして構築されていても良い。 Each of the plasmids contained in the above kit for preparing a viral vector is an HIV-1 vector system “SJ1” developed by Dr. Arthur Nienhuis of St. Jude Children's Research Hospital (HANAWA, H., et al., (2002) Mol. Ther. 5, 242-251; (2004). Blood 103, 4062-4069: provided by St. Jude Children's Research Hospital. This vector system is known to have a titer in HeLa cells of about 10 times that of other vector systems. Therefore, those skilled in the art can easily prepare each of these plasmids by referring to the present specification and the above-mentioned documents. The packaging plasmids (1) and (2) above may be constructed as a single plasmid.
本発明ウィルスベクター調製用キットのエンベローププラスミドに含まれるエンベロープ遺伝子の例として、例えば、狂犬病ウィルス株の糖タンパク質(RV-G)、特に、配列番号2に示されたアミノ酸配列から成る特定の狂犬病ウィルス株のRV-Gをコードするエンベロープ遺伝子、好ましくは、配列番号1に示された塩基配列を有する核酸を挙げることが出来る。当該塩基配列は、コドン縮重を考慮して、エンベローププラスミド内の他の要素に合わせて適宜最適コドンと成るように塩基を変更することが可能である。このエンベローププラスミドにおいて、エンベロープ遺伝子は、当業者に公知の任意の発現調節配列の発現制御下に結合されている。 Examples of the envelope gene contained in the envelope plasmid of the virus vector preparation kit of the present invention include, for example, a rabies virus strain glycoprotein (RV-G), in particular, a specific rabies virus comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. An envelope gene encoding the strain RV-G, preferably a nucleic acid having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 can be mentioned. In consideration of codon degeneracy, the base sequence can be appropriately changed so as to be an optimal codon according to other elements in the envelope plasmid. In this envelope plasmid, the envelope gene is linked under the expression control of any expression control sequence known to those skilled in the art.
「発現制御下」とは、所定のアミノ酸配列をコードしたDNAが、所定の条件下で、そのアミノ酸配列を有するタンパク質を発現させる能力を有するという意味である。所定のアミノ酸配列をコードしたDNAが発現調節配列の発現制御下に結合されていると、そのDNAは、所定の条件下で、所定のタンパク質を発現するということになる。ここで、「発現調節配列」とは、他の核酸配列の発現を調節する核酸配列のことを意味しており、他の核酸配列の転写、及び、好ましくは翻訳をも制御及び調節する。発現調節配列には、適当なプロモーター、エンハンサー、転写ターミネーター、タンパク質をコードする遺伝子における開始コドン(すなわちATG)、イントロンのためのスプライシングシグナル、ポリアデニル化部位、及びストップコドンが含まれる。 “Under expression control” means that a DNA encoding a predetermined amino acid sequence has the ability to express a protein having the amino acid sequence under predetermined conditions. When DNA encoding a predetermined amino acid sequence is bound under the expression control of an expression regulatory sequence, the DNA expresses a predetermined protein under predetermined conditions. Here, “expression control sequence” means a nucleic acid sequence that regulates the expression of other nucleic acid sequences, and also controls and regulates the transcription and preferably translation of other nucleic acid sequences. Expression control sequences include appropriate promoters, enhancers, transcription terminators, initiation codons (ie, ATG) in the gene encoding the protein, splicing signals for introns, polyadenylation sites, and stop codons.
「プロモーター」とは、転写を行うために必要最小限な配列のことを意味している。プロモーターには、細胞タイプ特異的、組織特異的、又は外部からの信号や調節剤によってプロモーター依存的に遺伝子の発現を制御するプロモーター要素も含まれる。プロモーター要素は、発現されるDNAの5'領域、又は3'領域のいずれかに結合される。また、プロモーターには、構成的なもの、又は誘導的なもののいずれも含まれる。例えば、バクテリアにおいて発現ベクターを作製する場合には、誘導的なプロモーターとして、T7RNAポリメラーゼプロモーター、バクテリオファージγのpL、plac、ptrp、ptac(ptrp−lacのハイブリッドプロモーター)などのプロモーターが使用できる。プロモーターは、使用する目的遺伝子及びウィルスベクターの種類、治療対象となる動物及び脳疾患の種類、及び、患者の病態等に応じて、当業者に公知のものを適宜、選択することが出来る。 “Promoter” means a minimal sequence necessary for transcription. The promoter also includes a promoter element that controls the expression of a gene in a promoter-dependent manner by a cell type-specific, tissue-specific, or external signal or regulator. The promoter element is linked to either the 5 ′ region or the 3 ′ region of the expressed DNA. Promoters include both constitutive and inducible promoters. For example, when producing an expression vector in bacteria, promoters such as T7 RNA polymerase promoter, bacteriophage γ pL, lac, ptrp, ptac (ptrp-lac hybrid promoter) can be used as inducible promoters. A promoter known to those skilled in the art can be appropriately selected according to the type of target gene and viral vector to be used, the type of animal and brain disease to be treated, the pathology of the patient, and the like.
本発明におけるエンベローププラスミドにおいては、エンベロープ遺伝子はサイトメガロウィルスエンハンサー及びトリβアクチンプロモーターの制御下で発現するように結合されていることが好ましい。このようなエンベローププラスミドの好適例として、上記のベクター系「SJ1」に含まれるエンベローププラスミド「pCAGGS-VSV-G」における「VSV-G」をコードする核酸を、配列番号1記載の塩基配列を有する乳飲みマウスの脳にて感染継代された狂犬病ウィルスCVS株の糖タンパク質(RV-G)(国立感染症研究所の森本金次郎先生から供与)をコードする核酸(cDNA)(Morimoto, K. et al., (1998) Proc Natl. Acad. Sci., USA 95, 3152-3156)と常法に従い置換して得られた、「pCAGGS-RV-G」を挙げることが出来る。従って、当業者であれば、本願明細書及び上記文献を参照することによって、これら上記プラスミドを容易に作製することができる。 In the envelope plasmid of the present invention, the envelope gene is preferably ligated so as to be expressed under the control of the cytomegalovirus enhancer and the avian β-actin promoter. As a preferred example of such an envelope plasmid, a nucleic acid encoding “VSV-G” in the envelope plasmid “pCAGGS-VSV-G” contained in the vector system “SJ1” has the base sequence described in SEQ ID NO: 1. Nucleic acid (cDNA) encoding the glycoprotein (RV-G) of the rabies virus CVS strain (passed by Prof. Kinjiro Morimoto, National Institute of Infectious Diseases), which has been subcultured in the brains of suckling mice (Morimoto, K. et. al., (1998) Proc Natl. Acad. Sci., USA 95, 3152-3156) and “pCAGGS-RV-G” obtained by a conventional method. Therefore, those skilled in the art can easily prepare these plasmids by referring to the present specification and the above-mentioned documents.
トランスファープラスミドに含まれる目的遺伝子は、ウィルスベクターの使用目的、治療対象となる動物及び脳疾患の種類、及び、患者の病態等に応じて、当業者に公知のものを適宜、選択することが出来る。従って、マウス、サル、ヒト等の哺乳動物の各種遺伝子、例えば、パーキンソン病に代表される脳神経疾患又は神経変性疾患等の治療に使用される、黒質線条体系の生存又は保護に必要な遺伝子(例えば、チロシンヒドロキシラーゼ、グリア細胞株由来神経栄養因子)等を挙げることが出来る。 The target gene contained in the transfer plasmid can be appropriately selected from those known to those skilled in the art according to the intended use of the viral vector, the type of animal and brain disease to be treated, the patient's condition, etc. . Therefore, various genes of mammals such as mice, monkeys and humans, for example, genes necessary for the survival or protection of the nigrostriatal system used for the treatment of cranial nerve diseases or neurodegenerative diseases represented by Parkinson's disease (For example, tyrosine hydroxylase, glial cell line-derived neurotrophic factor) and the like.
本発明のプロデューサー細胞作製用キットに含まれる宿主細胞としては、上記ウィルスベクター調製用キットによって感染させることができ、その結果、「プロデューサー細胞」と呼ばれるレトロウィルス粒子を産生する細胞を作製できるような細胞であれば、特に制限はなく、当業者に公知の任意の細胞、例えば、HEK293T細胞(SV40 large T antigen が導入されている)等の市販されている適当な動物由来の細胞を使用することができる。 Host cells included in the producer cell preparation kit of the present invention can be infected by the above-described virus vector preparation kit, and as a result, cells that produce retroviral particles called “producer cells” can be prepared. There is no particular limitation as long as it is a cell, and any cell known to those skilled in the art, for example, HEK293T cells (introduced with SV40 large T antigen) and other suitable animal-derived cells should be used. Can do.
本発明の各種キットには、その構成・使用目的などに応じて、上記各プラスミド及び/又は宿主細胞に加えて、例えば、各種試薬類、緩衝液、各種補助剤、反応プレート(容器)等の当業者に公知の他の要素又は成分を適宜含むことができる。 The various kits of the present invention include, for example, various reagents, buffers, various auxiliary agents, reaction plates (containers), etc., in addition to the plasmids and / or host cells, depending on the configuration and purpose of use. Other elements or components known to those skilled in the art can be included as appropriate.
本発明のプロデューサー細胞作製用キットを用いて、ウィルスベクター調製用キットに含まれる、パッケージングプラスミド、トランスファープラスミド、及び、エンベローププラスミドを感染細胞にコトランスフェクションさせることによって、プロデューサー細胞を作製することが出来る。このトランスフェクションは一過性であり、リン酸カルシウム法等の当業者に公知に任意の方法で行なうことが可能である。 Using the producer cell preparation kit of the present invention, a producer cell can be prepared by co-transfecting the packaging plasmid, transfer plasmid, and envelope plasmid contained in the virus vector preparation kit into an infected cell. I can do it. This transfection is transient and can be performed by any method known to those skilled in the art, such as the calcium phosphate method.
こうして得られたプロデューサー細胞を当業者に公知の任意の方法・手段で培養し、培養上清からウィルス粒子を回収することによって、脳内において逆行性輸送能を有し、高い力価を示すウィルスベクターを製造することが出来る。 Producer cells obtained in this way are cultured by any method / means known to those skilled in the art, and virus particles are recovered from the culture supernatant, thereby having a retrograde transport ability in the brain and exhibiting a high titer. Vectors can be manufactured.
本発明のウィルスベクターを動物の神経終末部に感染させ、該ウィルスベクターが該神経の軸索を逆行性に輸送されることにより脳内の標的領域にある該神経の細胞体に導入し、目的とする遺伝子を該細胞体内で発現させることができる。神経終末部は、例えば、線条体にあり、脳内の標的領域は、例えば、一次運動皮質、一次体性感覚皮質、視床束傍核、及び/又は、黒質緻密部のような線条体に投射する脳中枢領域である。 Infecting the nerve endings of animals with the viral vector of the present invention, the viral vector is retrogradely transported through the nerve axons, and introduced into the cell body of the nerve in the target region in the brain. Can be expressed in the cell body. The nerve ending is, for example, in the striatum, and the target area in the brain is, for example, a striatum such as primary motor cortex, primary somatosensory cortex, parathalamic paranucleus, and / or substantia nigra. It is the central region of the brain that projects onto the body.
従って、本発明のウィルスベクターは遺伝子治療剤の活性成分として有効である。この遺伝子治療剤には、活性成分と組合せて、薬学上許容できる、当業者に公知の任意の医薬キャリア−又は希釈剤等のその他の成分を含むことが出来る。 Therefore, the virus vector of the present invention is effective as an active ingredient of a gene therapy agent. The gene therapy agent can include other ingredients such as any pharmaceutical carrier or diluent known to those of ordinary skill in the art in combination with the active ingredient in combination with the active ingredient.
本発明の活性成分の有効量は、ウィルスベクターに含まれる導入遺伝子の種類、脳疾患又は神経変性障害等の種類・重篤度、治療方針、患者の年齢、体重、性別、全般的な健康状態、及び患者の(遺伝的)人種的背景に応じて、当業者が適宜選択することができる。活性成分(ウィルスベクター)の投与量は、例えば、1回の投与当たり、数箇所の感染(注入)部位の総量107〜108TU (Transducing Unit)とすることができる。尚、ウィルスベクター又は遺伝子治療剤は、当業者に公知の任意の投与方法・装置を用いて、患者の所定部位へ感染(注入)させることができる。 The effective amount of the active ingredient of the present invention is the type of transgene contained in the viral vector, the type / seriousness of brain disease or neurodegenerative disorder, treatment policy, patient age, weight, sex, general health condition Depending on the (genetic) racial background of the patient, those skilled in the art can select as appropriate. The dose of the active ingredient (virus vector) can be, for example, a total amount of 10 7 to 10 8 TU (Transducing Unit) at several sites of infection (injection) per administration. The virus vector or gene therapy agent can be infected (injected) into a predetermined site of a patient using any administration method / device known to those skilled in the art.
本発明のウィルスベクターを患者に投与することによって、標的領域における所定の細胞に導入された遺伝子は該細胞の染色体に組み込まれ、目的遺伝子が安定的に発現される。従って、この遺伝子導入方法を利用して、ヒト等の霊長類を含む哺乳動物の脳疾患又は神経変性疾患(例えば、パーキンソン病)等の遺伝子治療を実施することが可能である。 By administering the virus vector of the present invention to a patient, the gene introduced into a predetermined cell in the target region is integrated into the chromosome of the cell, and the target gene is stably expressed. Therefore, gene therapy such as brain disease or neurodegenerative disease (for example, Parkinson's disease) in mammals including primates such as humans can be carried out using this gene transfer method.
以下、実施例および試験例により本発明をより詳細に説明する。これらの例は、本発明の一部を示すものであり、本発明の技術的範囲は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。又、特に記載のない場合には、各操作における実験条件等は本明細書に引用して文献記載の方法に準じて、又は、当該技術分野における標準的な方法に従った。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Test Examples. These examples show a part of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited by these examples. Unless otherwise specified, the experimental conditions in each operation were in accordance with the methods described in the literature cited in this specification or in accordance with standard methods in the technical field.
ウィルスベクターの調製:
本発明のウィルスベクターを、St. Jude Children’s Research Hospital のArthur Nienhuis博士によって開発されたHIV-1ベクター系を利用して調製した。即ち、gag及び pol遺伝子を含むパッケージングプラスミド(pCAGkGP1.1R)、アクセサリー遺伝子を含むパッケージングプラスミド(pCAG4-RTR2)、及び、目的遺伝子として緑色蛍光蛋白質(GFP)を含むトランスファープラスミド(pCL20c-MSCV-GFP)を使用した。又、エンベローププラスミドとしては、上記のベクター系に含まれるエンベローププラスミド「pCAGGS-VSV-G」における「VSV-G」をコードする核酸を配列番号1記載の塩基配列を有する狂犬病ウィルス株の糖タンパク質(RV-G)をコードする核酸(cDNA)と常法により置換して得られた、「pCAGGS-RV-G」を使用した。
Virus vector preparation:
The viral vectors of the present invention were prepared utilizing the HIV-1 vector system developed by Dr. Arthur Nienhuis of St. Jude Children's Research Hospital. That is, a packaging plasmid (pCAGkGP1.1R) containing gag and pol genes, a packaging plasmid (pCAG4-RTR2) containing accessory genes, and a transfer plasmid (pCL20c-MSCV-) containing green fluorescent protein (GFP) as a target gene GFP) was used. As the envelope plasmid, a nucleic acid encoding “VSV-G” in the envelope plasmid “pCAGGS-VSV-G” contained in the above vector system is a glycoprotein of a rabies virus strain having the base sequence described in SEQ ID NO: 1 ( “PCAGGS-RV-G” obtained by replacing the nucleic acid (cDNA) encoding RV-G) by a conventional method was used.
これらのプラスミドを含むウィルスベクター溶液を、HEK293T細胞へリン酸カルシウム法を用いてトランスフェクションした。48時間培養後、培養上清よりウィルス粒子を回収し、遠心し、これを0.45 μmセルロースフィルターでろ過した。次に、この上清に含まれるウィルスベクターを超遠心法(100,000 x g)により濃縮し、0.1% 牛血清アルブミン含有リン酸緩衝生理食塩水(PBS)中に懸濁させ、-80℃で保存した。ウィルス力価を評価するために、HEK293T細胞を6ウェル細胞培養用プレート:MULTIWELL(登録商標) FALCON)に撒き、適当な濃度のウィルス溶液を該培養細胞に感染させ、形質転換3日後にFACS Calibur(Nippon Becton Dickinson Co., Tokyo, Japan)を用いて力価を測定した。その結果、およそ5 X 108 TU/mlのウィルス溶液が得られたことが確認された。 Viral vector solutions containing these plasmids were transfected into HEK293T cells using the calcium phosphate method. After culturing for 48 hours, virus particles were collected from the culture supernatant, centrifuged, and filtered through a 0.45 μm cellulose filter. Next, the viral vector contained in this supernatant was concentrated by ultracentrifugation (100,000 × g), suspended in phosphate buffered saline (PBS) containing 0.1% bovine serum albumin, and stored at −80 ° C. . In order to evaluate the virus titer, HEK293T cells were added to a 6-well cell culture plate: MULTIWELL (registered trademark). FALCON), the cultured cells were infected with a virus solution of an appropriate concentration, and titer was measured 3 days after transformation using FACS Calibur (Nippon Becton Dickinson Co., Tokyo, Japan). As a result, it was confirmed that a virus solution of about 5 × 10 8 TU / ml was obtained.
より具体的には、ウィルスベクターを以下の手順で製造した。
(1)抗生物質含有DMEM 10% FBS(10 ml)の293T 細胞(3x106 個/ 10cm dish: CELL STAR(登録商標) gleiner bio-one)をトランスフェクションの約24時間前に蒔くか、又は、コンフルエントな状態の293T 細胞を1:7で分割し、5% CO2, 37℃でインキュベートした。
(2) 2xHBSP, CaCl2 及び滅菌 milli-Q 水を室温に温めた。
(3)15ml 円錐管中で、以下のDNA混合物:
pCAGkGP1.1R 6μg;
pCAG4-RTR2 2μg;
pCAGGS-VSV-G又はpCAGGS-RV-G 2μg;及び
pCL20c MSCV-GFP 10μg、
に滅菌 milli-Q 水を加えて450μlとし、これに2.5M CaCl2 50μlを添加した。
(4)2xHBSP 500μl を攪拌しながら滴下した。
(5)以上で得られたDNA-CaCl2-HBSP 混合物を293T 細胞上に滴下し、十分に混合した。この DNA-CaCl2-HBSP 混合物のインキュベーション時間は、HBSPのロットによって至適時間が異なる。DNA-CaCl2-HBSP 混合物を培養 dish に加える時は、ゆっくりと均等に 滴下させてから、dish をゆっくり混ぜた。滴下後、粒子が出来ているか否かを検鏡した。ゴミのようなカスが見えた。37℃ 1hでインキュベーション後、もう一度検鏡した。その結果、Dish 底に明らかにべったりと DNA particle が観察された。
(6)約18時間のインキュベーション後、培地を吸引し、温PBS(5ml)で2回良く洗浄し、抗生物質含有DMEM 10% FBS(7 ml)をその上に加えた。
(7)約12時間後に、馴化培地を回収し、低速遠心(1,200 rpm, 10 min, 4℃)し、これを0.45 μmセルロースフィルター(「Millex」(登録商標):PVDF膜、Millipore Co., cat No.SLHV033RB)でろ過した。更に、抗生物質含有DMEM 10% FBS(7 ml)を加え、約12時間後に、2回目の回収操作を実施した。
(8)こうして回収した上清に含まれるウィルスベクターを超遠心法(25,000rpm 90min 4℃、SW28)、又は、限外ろ過(ultrafiltration :Centricon(登録商標)Plus-80, Amicon)により濃縮した。ただし、限外ろ過を行う場合には、血清非含有培地が必要である。超遠心後、tube の底には virus ppt が鮮明に見えた。
(9)PBS/0.1% BSA solution にて virus ppt を懸濁し、一定量ずつドライアイスで瞬間凍結し、−80℃で保存した。
More specifically, a viral vector was produced by the following procedure.
(1) antibiotic 293T cells (3x10 6 cells / 10 cm of material containing DMEM 10% FBS (10 ml) dish: CELL STAR ( TM) gleiner bio-one) was seeded approximately 24 hours prior to transfection, or confluent 293T cells were split 1: 7 and incubated at 5% CO 2 , 37 ° C.
(2) 2xHBSP, CaCl 2 and sterile milli-Q water were warmed to room temperature.
(3) In a 15 ml conical tube, the following DNA mixture:
pCAGkGP1.1R 6 μg;
pCAG4-RTR2 2 μg;
pCAGGS-VSV-G or pCAGGS-RV-G 2 μg; and
pCL20c MSCV-GFP 10 μg,
Sterilized milli-Q water was added to 450 μl, and 2.5 M CaCl 2 50 μl was added thereto.
(4) 500 μl of 2 × HBSP was added dropwise with stirring.
(5) The DNA-CaCl 2 -HBSP mixture obtained above was dropped onto 293T cells and mixed well. The incubation time of the DNA-CaCl 2 -HBSP mixture varies depending on the lot of HBSP. When adding the DNA-CaCl 2 -HBSP mixture to the culture dish, it was added slowly and evenly and then the dish was slowly mixed. After dropping, it was examined whether or not particles were formed. I saw trash like garbage. After incubation at 37 ° C. for 1 h, it was examined again. As a result, DNA particles were clearly observed at the bottom of the dish.
(6) After about 18 hours of incubation, the medium was aspirated, washed well twice with warm PBS (5 ml), and antibiotic-containing DMEM 10% FBS (7 ml) was added thereon.
(7) After about 12 hours, the conditioned medium was collected, centrifuged at a low speed (1,200 rpm, 10 min, 4 ° C.), and this was added to a 0.45 μm cellulose filter (“Millex” (registered trademark): PVDF membrane, Millipore Co., Ltd.). cat No. SLHV033RB). Furthermore, antibiotic-containing DMEM 10% FBS (7 ml) was added, and after about 12 hours, a second collection operation was performed.
(8) The virus vector contained in the supernatant thus recovered was concentrated by ultracentrifugation (25,000 rpm 90 min 4 ° C., SW28) or ultrafiltration (Centricon (registered trademark) Plus-80, Amicon). However, when performing ultrafiltration, a serum-free medium is required. After ultracentrifugation, the virus ppt was clearly visible at the bottom of the tube.
(9) The virus ppt was suspended in PBS / 0.1% BSA solution, frozen at a constant rate with dry ice, and stored at −80 ° C.
尚、上記の方法で使用した試薬の調製は以下の通りである。
CaCl 2 2.5M
2.5M CaCl2 2H2O(36.76g)に水を加えて100mlとし、0.45 μm フィルターでろ過して滅菌し、一定量(10 ml)に分けて−20℃で保存した。
10x HBSP stock solution
1.4M NaCl(40.9g)、50mM HEPES(29.8g)、7.5mM Na2HPO4 ・12H2O(1.35g)、50mM KCl(1.9g)、及び60mM glucose(5.4g)に水を加えて500mlとし、0.45 μm フィルターでろ過して滅菌し、4℃で保存した。
2x HBSP stock solution
100ml 10x HBSP stock solution 及び水(300ml)を混合し、1N NaOHを用いて pH 7.05 (7.05-7.20)に調整し、水を加えて500mlにし、0.45 μm フィルターでろ過して滅菌し、一定量(50 ml)に分けて−20℃で保存した。融解後は4℃で保存した。
In addition, the preparation of the reagent used by said method is as follows.
CaCl 2 2.5M
Water was added to 2.5M CaCl 2 2H 2 O (36.76 g) to make 100 ml, sterilized by filtration through a 0.45 μm filter, and aliquoted (10 ml) and stored at −20 ° C.
10x HBSP stock solution
Add 1.4M NaCl (40.9g), 50mM HEPES (29.8g), 7.5mM Na 2 HPO 4 · 12H 2 O (1.35g), 50mM KCl (1.9g) and 60mM glucose (5.4g) to 500ml And sterilized by filtration through a 0.45 μm filter and stored at 4 ° C.
2x HBSP stock solution
Mix 100ml 10x HBSP stock solution and water (300ml), adjust to pH 7.05 (7.05-7.20) with 1N NaOH, add water to 500ml, filter through 0.45 μm filter, sterilize, and add a certain amount ( 50 ml) and stored at -20 ° C. After thawing, it was stored at 4 ° C.
ウィルスベクターのマウス脳内への導入:
動物の飼育及び取り扱い操作は福島県立医科大学の動物実験委員会及び東京都神経科学研究所の動物実験倫理委員会が制定したガイドラインに基づき実施した。
12週齢マウス(C57BL/6J)をペントバルビタールナトリウム(50 mg/kg, i.p.)で麻酔し、上記で作製したウィルスベクターを含む溶液(3.0 x 108 TU/ml)を、マウスの脳内(線条体)に脳定位固定装置を利用して、マウス脳アトラス(PAXINOS, G., and FRANKLIN, K.B.J. (2001). The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates, 2nd edn. (Academic Press, San Diego))に従い、マイクロインジェクションポンプに連結したガラスマイクロインジェクションキャピラリーを介して線条体(striatum)の背部領域(dorsal region)にトラック上2箇所、1箇所あたり 0.5 μl の溶液を注入した(0.1 μl/min)。ブレグマ(bregma)からの前後(anteroposterior)、内外側(mediolateral)、及び背腹(dorsoventral)の方向の座標は、夫々、0.50 、2.00及び2.50/3.25(mm)であった。
Introduction of viral vectors into the mouse brain:
Animal breeding and handling operations were performed based on guidelines established by the Animal Experiment Committee of Fukushima Medical University and the Animal Experiment Ethics Committee of the Tokyo Metropolitan Institute for Neuroscience.
A 12-week-old mouse (C57BL / 6J) was anesthetized with sodium pentobarbital (50 mg / kg, ip), and the solution containing the viral vector prepared above (3.0 x 10 8 TU / ml) was placed in the mouse brain ( In accordance with the mouse brain atlas (PAXINOS, G., and FRANKLIN, KBJ (2001). The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates, 2nd edn. (Academic Press, San Diego)) Then, 0.5 μl of the solution was injected into the dorsal region of the striatum through the glass microinjection capillary connected to the microinjection pump at two locations on the track (0.1 μl / min). The coordinates of the anteroposterior, mediolateral, and dorsoventral directions from the bregma were 0.50, 2.00, and 2.50 / 3.25 (mm), respectively.
ウィルスベクターのサル脳内への導入:
カニクイサル(Macaca fascicularis, 25 - 3.5 kg)をケタミン塩酸塩(5 mg/kg, i.m.)及びキシラジン塩酸塩(0.5 mg/kg, i.m.)で鎮静させ、その後、ペントバルビタールナトリウム(20 mg/kg, i.v.)で麻酔させ、ハミルトンマイクロシリンジ(50μl)を用いて上記で作製したウィルスベクターを含む溶液(3.0 x 108 TU/ml)を、サル脳アトラス(SZABO, J. and COWAN, W.M. (1984). A stereotaxic atlas of the brain of the cynomolgus monkey (Macaca fascicularis). J. Comp. Neurol. 222, 265-300)に従い、被殻(putamen)内に、各トラック上2箇所、1箇所あたり 5 μl の溶液を注入した。両外耳道を結ぶ線(interauralline)、中線(midline)及び硬膜(dura)からの、前後、内外側、及び背腹の各方向の座標(mm)は、夫々、22, 10, 14/16(トラック1);20, 10, 14/16(トラック2);20, 8, 13/17(トラック3);18, 11, 14/17(トラック4);18, 9, 14/18(トラック5);16, 12, 13/17(トラック6);16, 10, 13/17トラック7);14, 13, 13/17(トラック8);14, 11, 13/17(トラック9); 12, 12, 13/16(トラック10) 及び10, 12, 16/13(トラック11)であった。
Introduction of viral vectors into the monkey brain:
Cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis, 25-3.5 kg) were sedated with ketamine hydrochloride (5 mg / kg, im) and xylazine hydrochloride (0.5 mg / kg, im), then pentobarbital sodium (20 mg / kg, iv The solution containing the viral vector prepared above using a Hamilton microsyringe (50 μl) (3.0 × 10 8 TU / ml) was added to a monkey brain atlas (SZABO, J. and COWAN, WM (1984). A stereotaxic atlas of the brain of the cynomolgus monkey (Macaca fascicularis). According to J. Comp. Neurol. 222, 265-300), 2 μl of solution on each track and 5 μl of solution per place in the putamen Injected. The coordinates (mm) in the front, back, medial and lateral, and dorsal and ventral directions from the interauralline, midline and dura connecting the ear canals are 22, 10, 14/16, respectively. (Track 1); 20, 10, 14/16 (Track 2); 20, 8, 13/17 (Track 3); 18, 11, 14/17 (Track 4); 18, 9, 14/18 (Track) 5); 16, 12, 13/17 (Track 6); 16, 10, 13/17 Track 7); 14, 13, 13/17 (Track 8); 14, 11, 13/17 (Track 9); 12, 12, 13/16 (Track 10) and 10, 12, 16/13 (Track 11).
注入の4週間後、動物をペントバルビタールナトリウム(50 mg/kg, i.p.)で深く麻酔し、心臓経由で、マウスの場合は、4%ホルマリン及び0.1 Mリン酸塩緩衝液(PB: pH 7.4)、サルの場合は、0.1 M PB中の10%ホルマリン及び15%ピクリン酸を灌流した。 Four weeks after injection, the animals were deeply anesthetized with sodium pentobarbital (50 mg / kg, ip) and via the heart, in the case of mice, 4% formalin and 0.1 M phosphate buffer (PB: pH 7.4). In the case of monkeys, 10% formalin and 15% picric acid in 0.1 M PB were perfused.
組織学的操作
アビジン−ビオチン−ペルオキシダーゼ法による免疫染色用に、クライオスタットを用いて横断切片(マウス用:厚さ30 μm、サル用:厚さ60μm)を調製し、ウサギ抗GFPポリクローナル抗体(Molecular Probes, Eugene, OR:1:2,000 希釈)でインキュベートし、更に、ビオチニル化ヤギ抗ウサギIgG抗体(Vector Laboratories, Burlingame, CA:1:1,000希釈)とインキュベートした。免疫反応シグナルはVectastain Elite ABC キット(Vector Laboratories, Burlingame, CA)で視覚化した。
Histological operation For immunostaining by avidin-biotin-peroxidase method, cross sections (for mice: 30 μm thick, for monkeys: 60 μm) were prepared using a cryostat, and rabbit anti-GFP polyclonal Incubated with antibody (Molecular Probes, Eugene, OR: 1: 2,000 dilution) and further incubated with biotinylated goat anti-rabbit IgG antibody (Vector Laboratories, Burlingame, CA: 1: 1,000 dilution). Immune response signals were visualized with the Vectastain Elite ABC kit (Vector Laboratories, Burlingame, CA).
二重免疫蛍光組織化学染色用に、切片を上記ウサギ抗GFPポリクローナル抗体、及び、以下のマウスモノクローナル抗体のいずれか一つとインキュベートした:抗NueN 抗体(1:400 希釈、Chemicon, Temecula, CA)、抗グリア線維性酸性蛋白質(GFAP)抗体(1:400 希釈、Sigma, St, Louis, MO)、又は、抗チロシンヒドロキシラーゼ(TH)抗体(1:400 希釈、Chemicon)。次に、切片をFITC結合ヤギ抗ウサギIgG及びCy3-結合ロバ抗マウス抗体(1:500 希釈、Jackson, ImmunoResearch Laboratories, West Groove, PA)とインキュベートした。蛍光画像は、FITC及びCy3蛍光チャンネル用の適当なフィルターキューブ仕様を備えた共焦点レーザースキャニング顕微鏡(LSM510, Zeiss, Thornwood, NY)下で捉えた。これら蛍光画像はZeiss Axiovision ソフトウェアパッケージにより調節された高級CCDカメラシステムで撮影した。 For double immunofluorescence histochemical staining, sections were incubated with the above rabbit anti-GFP polyclonal antibody and one of the following mouse monoclonal antibodies: anti-NueN antibody (1: 400 dilution, Chemicon, Temecula, CA), Anti-glial fibrillary acidic protein (GFAP) antibody (1: 400 dilution, Sigma, St, Louis, MO) or anti-tyrosine hydroxylase (TH) antibody (1: 400 dilution, Chemicon). The sections were then incubated with FITC-conjugated goat anti-rabbit IgG and Cy3-conjugated donkey anti-mouse antibody (1: 500 dilution, Jackson, ImmunoResearch Laboratories, West Groove, PA). Fluorescence images were captured under a confocal laser scanning microscope (LSM510, Zeiss, Thornwood, NY) with appropriate filter cube specifications for FITC and Cy3 fluorescence channels. These fluorescence images were taken with a high-quality CCD camera system adjusted by the Zeiss Axiovision software package.
細胞計数
前脳及び中脳を通る一連の切片を使用して、上記のアビジン−ビオチン−ペルオキシダーゼ法による免疫染色を実施した。各脳領域における免疫染色された細胞の数はコンピュータ操作による画像プログラム(NIH Image 1.62, National Institutes of Health, Bethesda, MD)で計測した。ベクター注入部位における線条体細胞の同定の為に、代表的な切片を用いて二重免疫蛍光組織化学染色を行った。各動物において、対象領域(0.2 x 0.2 mm)内の免疫染色細胞数を画像プログラムを用いて計測した。各動物からの8〜10個の切片を使用して計測し、切片辺りの平均を計算した。
Cell counts A series of sections through the forebrain and midbrain were used to perform immunostaining with the avidin-biotin-peroxidase method described above. The number of immunostained cells in each brain region was counted with a computerized image program (NIH Image 1.62, National Institutes of Health, Bethesda, MD). For identification of striatal cells at the site of vector injection, double immunofluorescent histochemical staining was performed using representative sections. In each animal, the number of immunostained cells in the target area (0.2 x 0.2 mm) was counted using an image program. Measurements were made using 8-10 sections from each animal and the average per section was calculated.
統計分析
統計的比較は、ANOVA, post hoc Tukey’s test及び Student’s t-test を用いて行った。値はデータの平均+SEMで表記した。
Statistical analysis Statistical comparison was performed using ANOVA, post hoc Tukey's test and Student's t-test. Values are expressed as mean of data + SEM.
結果:マウス
(1)ウサギ抗GFPポリクローナル抗体を用いた免疫染色の結果、マウスの線条体にVSV-G あるいはRV-Gを持つウィルスベクターを注入した場合、両者のベクターはともに線条体の多数の神経細胞において導入遺伝子の発現を誘導した(図1A)。
Results: Mouse (1) As a result of immunostaining with rabbit anti-GFP polyclonal antibody, when a viral vector carrying VSV-G or RV-G was injected into the striatum of the mouse, both vectors were Transgene expression was induced in many neurons (FIG. 1A).
(2)次に、注入されたウィルスベクターが軸索を逆行性に輸送されて目的遺伝子が発現されることを、線条体に投射する脳領域の代表として、一次運動皮質(primary motor cortex: M1)、一次体性感覚皮質(primary somatosensory cortex: S1)、視床束傍核(parafascicular nucleus of the thalamus: PF)、及び、黒質緻密部(substantia nigra pars compacta: SNc)を選択して検討した。その結果、VSV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを注入した場合には、これら脳領域におけるGFP陽性細胞は非常に僅かであるか、全く見られなかった、それに対して、RV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを注入した場合には、PF領域でGFPの顕著な発現が観察され、M1及びS1領域でも中程度の発現が見られ、SNc領域での発現は僅かであった(図1B)。以下の表1にまとめたように、RV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを注入した場合には、VSV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを注入した場合と比較して、夫々の脳領域におけるGFP陽性細胞数は顕著に増大していた(n-=4, p<0.001 for M1 and S1, p<0.01 for PF and SNc, Student’s t-test)。尚、表1中、「ND」は検出されなかったことを示す。 (2) Next, the primary motor cortex (primary motor cortex :) represents that the injected viral vector is transported axon retrogradely and the target gene is expressed as a representative of the brain region projected onto the striatum. M1), primary somatosensory cortex (S1), parafascicular nucleus of the thalamus (PF), and substantia nigra pars compacta (SNc) . As a result, when a viral vector pseudotyped with VSV-G was injected, there were very few or no GFP-positive cells in these brain regions, whereas RV-G When a pseudotyped viral vector was injected, significant expression of GFP was observed in the PF region, moderate expression was observed in the M1 and S1 regions, and the expression in the SNc region was slight ( FIG. 1B). As summarized in Table 1 below, when a viral vector pseudotyped with RV-G was injected, each of the viral vectors pseudotyped with VSV-G was compared to when injected with a viral vector pseudotyped with VSV-G. The number of GFP positive cells in the brain region was significantly increased (n- = 4, p <0.001 for M1 and S1, p <0.01 for PF and SNc, Student's t-test). In Table 1, “ND” indicates that it was not detected.
更に、GFP免疫反応を示す線条体神経の軸索終末が黒質網様部(substantia nigra pars reticulata: SNr)において観察されたが、これは、GFPが順行性輸送されたことによるものである。黒質網様部におけるGFP免疫反応強度は、RV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターの方が低かった(図1B)。 In addition, axonal endings of striatal nerves showing GFP immune responses were observed in the substantia nigra pars reticulata (SNr) due to the antegrade transport of GFP. is there. The intensity of the GFP immunoreaction in the substantia nigra was lower for the virus vector pseudotyped with RV-G (FIG. 1B).
(3)M1, S1及び PFの各領域の切片については上記ウサギ抗GFPポリクローナル抗体及び抗NueN (ニューロンマーカー)抗体、並びに、SNc領域の切片については上記ウサギ抗GFPポリクローナル抗体及び抗TH(ドーパミンニューロンマーカー)抗体を用いた二重免疫蛍光組織化学染色を行った。その結果、RV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを注入されたマウスにおいては、M1, S1及び PFの各領域の殆ど全てのGFP陽性細胞がNueNについて二重染色され、SNc領域では全てのGFP陽性細胞がTHについて二重染色された(図2)。これらの結果は、HIV-1ウィルスベクターをRV-Gでシュードタイプ化することによって、マウス脳内において逆行性軸索輸送を介しての遺伝子導入効率が増大したことを示すものである。 (3) The above-mentioned rabbit anti-GFP polyclonal antibody and anti-NueN (neuron marker) antibody for sections of M1, S1 and PF, and the above-mentioned rabbit anti-GFP polyclonal antibody and anti-TH (dopamine neuron for sections of SNc region) Double immunofluorescent histochemical staining using a marker antibody was performed. As a result, in mice injected with a viral vector pseudotyped with RV-G, almost all GFP positive cells in the M1, S1 and PF regions were double-stained for NueN, and in the SNc region GFP positive cells were double stained for TH (Figure 2). These results indicate that the efficiency of gene transfer via retrograde axonal transport was increased in the mouse brain by pseudotyping the HIV-1 viral vector with RV-G.
(4)マウス線条体細胞内への遺伝子導入パターンを検討すべく、上記ウサギ抗GFPポリクローナル抗体、及び、抗NueN抗体又は抗GFAP(グリア細胞マーカー)抗体を用いた二重免疫蛍光組織化学染色を行った(図3)。その結果、VSV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを注入されたマウスにおいては、NueN及びGFPに対して二重染色された細胞の数はGFP陽性全細胞の90.2 + 6.8 % であり、一方、NueN及びGFAPに対して二重染色された細胞の数はGFP陽性全細胞の6.9 + 0.8 % であった(n=4)。これに対して、RV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを注入されたマウスにおいては、NueN及びGFPに対して二重染色された細胞の数はGFP陽性全細胞の25.8 + 2.5 % であり、一方、NueN及びGFAPに対して二重染色された細胞の数はGFP陽性全細胞の70.6 + 4.1 % であった(n=4)。即ち、線条体ニューロンへの遺伝子導入効率は、RV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターの方が有意に低かった(p<0.001, Turkey’s test)。この逆に、線条体星状膠細胞(striatal astroglia)への遺伝子導入効率は、RV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターの方が有意に高かった(p<0.001, Turkey’s test)。 (4) Double immunofluorescent histochemical staining using the above rabbit anti-GFP polyclonal antibody and anti-NueN antibody or anti-GFAP (glial cell marker) antibody in order to examine the gene transfer pattern into mouse striatal cells (FIG. 3). As a result, in mice injected with VSV-G pseudotyped viral vectors, the number of cells double-stained for NueN and GFP was 90.2 + 6.8% of total GFP-positive cells, The number of cells double-stained for NueN and GFAP was 6.9 + 0.8% of all GFP positive cells (n = 4). In contrast, in mice injected with viral vectors pseudotyped with RV-G, the number of cells double-stained for NueN and GFP was 25.8 + 2.5% of all GFP-positive cells. On the other hand, the number of cells double-stained for NueN and GFAP was 70.6 + 4.1% of all GFP positive cells (n = 4). That is, the efficiency of gene transfer into striatal neurons was significantly lower with the virus vector pseudotyped with RV-G (p <0.001, Turkey's test). In contrast, the efficiency of gene transfer into striatal astroglia was significantly higher with the virus vector pseudotyped with RV-G (p <0.001, Turkey's test).
以上のマウスの脳を用いた分析の結果、RV-Gでシュードタイプ化された本発明のウィルスベクターは、線条体自体への移入効率は低いものの、マウスの線条体に投射する神経細胞集団への逆行性輸送による高頻度な遺伝子導入能を有することが示された。 As a result of the analysis using the mouse brain as described above, the virus vector of the present invention pseudotyped with RV-G has a low efficiency of transfer to the striatum itself, but it projects to the neuronal cells that project to the striatum of the mouse. It was shown to have a high frequency of gene transfer through retrograde transport to the population.
結果:サル
(1)線条体内への投与による黒質線条体ドーパミンニューロンへのウィルスベクターの軸索逆行性輸送能はパーキンソン病の遺伝子治療を目的とするモデル実験にとって非常に重要である。カニクイサルの線条体(被殻:putamen)内にウィルスベクターを注入した。その結果、VSV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを注入してもサルのSNc においてほんの僅かな数(15.8 個/切片, n = 2)の細胞にしか導入されなかった(図4A)。この結果は、最近報告された、サル黒質線条体における逆行性輸送システム(非特許文献9)の結果と一致するものであった。それとは極めて対照的に、RV-Gでシュードタイプ化された本発明のウィルスベクターを注入した場合には、SNc における多数の細胞(376.9 個/切片, n = 2)に遺伝子が導入された。この数は、VSV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを使用した場合に比べて約24倍であった。又、線条体黒質系の軸索終末(striatonigral axon terminals)におけるGFP免疫反応の強度は、VSV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターを使用した場合に比べて、RV-Gでシュードタイプ化された本発明のウィルスベクターを注入した場合が減少していた(図4A)。
Results: The axonal retrograde transport ability of viral vectors to nigrostriatal dopamine neurons by administration into monkey (1) striatum is very important for model experiments aimed at gene therapy of Parkinson's disease. Viral vectors were injected into the striatum (putamen) of cynomolgus monkeys. As a result, even when a viral vector pseudotyped with VSV-G was injected, only a small number (15.8 cells / intercept, n = 2) of cells were introduced into monkey SNc (FIG. 4A). This result was in agreement with the recently reported result of the retrograde transport system in monkey nigrostriatal (Non-Patent Document 9). In sharp contrast, when the viral vector of the present invention pseudotyped with RV-G was injected, the gene was introduced into a large number of cells in SNc (376.9 cells / section, n = 2). This number was about 24 times that in the case of using a viral vector pseudotyped with VSV-G. In addition, the strength of the GFP immune reaction at the striatonigral axon terminals of the striatum nigra system is greater in the pseudotype of RV-G than in the case of using the viral vector pseudotyped with VSV-G. There was a decrease in the case of injecting the modified virus vector of the present invention (FIG. 4A).
(2)次に、RV-Gでシュードタイプ化された本発明のウィルスベクターを注入したサルから調製した一連のSNc 切片をGFP及びTHに対する二重免疫蛍光組織化学染色で検討した。SNcにおける実質的に全てのGFP陽性ニューロンがTHに対して二重染色され、TH免疫反応性ニューロンの多くが(68.0 %, n = 2)がGFP導入遺伝子を発現していた(図4B)。これらのデータから、RV-Gでシュードタイプ化された本発明のウィルスベクターは、サル脳内の黒質線条体ドーパミン系への逆行性輸送による高頻度な遺伝子導入能を有することが示された。 (2) Next, a series of SNc sections prepared from monkeys injected with the viral vector of the present invention pseudotyped with RV-G were examined by double immunofluorescent histochemical staining for GFP and TH. Virtually all GFP-positive neurons in SNc were double-stained for TH, and many of the TH immunoreactive neurons (68.0%, n = 2) expressed the GFP transgene (FIG. 4B). These data indicate that the viral vector of the present invention pseudotyped with RV-G has a high frequency of gene transfer ability by retrograde transport to the nigrostriatal dopamine system in monkey brain. It was.
(3)サル線条体ニューロンへの遺伝子導入効率を検討すべく、GFP及びNueNに対する二重免疫蛍光組織化学染色を行った。VSV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクター及びRV-Gでシュードタイプ化された本発明のウィルスベクターについて、GFP陽性全細胞に対してNueN及びGFPに対して二重染色された細胞の割合は、夫々、51.9 %及び21.4 %(n = 2)であった(図4C)。マウス脳の場合と同様に、線条体ニューロン内へのRV-Gでシュードタイプ化されたウィルスベクターの導入効率は低下しており、このために、RV-Gでシュードタイプ化された本発明のウィルスベクターでは、線条体黒質系の軸索終末におけるGFP免疫反応強度が減少したものと思われる。しかしながら、マウスと比べてサルの場合(図4Aと図1Bとの比較)には、RV-Gでシュードタイプ化された本発明のウィルスベクターは逆行性輸送によって黒質線条体系(nigrostriatal system)により高度に遺伝子導入をすることが可能であることが示された。 (3) Double immunofluorescent histochemical staining for GFP and NueN was performed in order to examine gene transfer efficiency into monkey striatal neurons. For the viral vector pseudotyped with VSV-G and the viral vector of the present invention pseudotyped with RV-G, the percentage of cells double-stained for NueN and GFP with respect to the total GFP-positive cells is Respectively, 51.9% and 21.4% (n = 2) (FIG. 4C). As in the case of the mouse brain, the efficiency of introduction of a viral vector pseudotyped with RV-G into striatal neurons has decreased, and for this reason, the present invention pseudotyped with RV-G. In this virus vector, it seems that the GFP immunoreaction intensity at the axonal terminal of the striatum nigra system decreased. However, in the case of monkeys compared to mice (comparison between FIG. 4A and FIG. 1B), the viral vector of the present invention pseudotyped with RV-G is converted to the nigrostriatal system by retrograde transport. It was shown that gene transfer can be performed to a higher degree.
本明細書中に引用される文献に記載された内容は、本明細書の一部として本明細書の開示内容を構成するものである。 The contents described in the documents cited in the present specification constitute the disclosure of the present specification as a part of the present specification.
本発明は、例えば、黒質−線条体系の選択的変性に起因するパーキンソン病の遺伝子治療に有益であり、この場合には、線条体に組換え体ウィルスを注入し、脳深部に局在する黒質緻密部に効率よく遺伝子導入をすることが可能となる。この技術は、脳神経疾患の遺伝子治療のために、新しく、有効な実験手段を提供するものである。 The present invention is useful for gene therapy of Parkinson's disease caused by, for example, selective degeneration of the substantia nigra-striatal system. In this case, a recombinant virus is injected into the striatum and is deeply localized in the deep brain. It is possible to efficiently introduce a gene into a dense substantia nigra. This technology provides a new and effective experimental means for gene therapy of cranial nerve diseases.
Claims (25)
(2)HIV-1のアクセサリー遺伝子を含むパッケージングプラスミド;
(3)目的遺伝子を含むトランスファープラスミド;及び
(4)エンベロープ遺伝子として狂犬病ウィルスの糖タンパク質(RV-G)をコードする遺伝子を含むエンベローププラスミド、を含む逆行輸送性ウィルスベクター調製用キット。 (1) a packaging plasmid containing HIV-1 gag and pol genes;
(2) a packaging plasmid containing an accessory gene for HIV-1;
(3) a transfer plasmid containing a target gene; and (4) an envelope plasmid containing a gene encoding a rabies virus glycoprotein (RV-G) as an envelope gene.
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