JP2010268815A - デュシェンヌ型筋ジストロフィー治療剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 次の(i)及び(ii)よりなる群より選ばれるものであるオリゴヌクレオチド:
(i)配列番号4で示された塩基配列からなるDNA及びホスホロチオエートDNA,
(ii) 配列番号4で示された塩基配列の部分配列であって,配列番号2で示された塩基配列に対して相補的な塩基配列を含んでなる配列からなるDNA及びホスホロチオエートDNA。
【選択図】 なし
Description
Kunkel, LM., Nature Genet., 3: 283-291 (1993)(非特許文献4), D'Souza, VN. et al., Hum. Mol. Genet.,
4: 837-842 (1995)(非特許文献5)]。これらのことから,ジストロフィン遺伝子及びその転写物は,非常に複雑な構成になっている。
Reaction)反応系を用いて簡易に欠失を発見する,重複PCR法が考案された[Chamberlain
JS., et al., Nucleic Acids Res., 16: 11141-11156 (1988)(非特許文献7), Beggs AH., et al., Hum. Genet., 86: 45-48 (1990)(非特許文献8)]。この重複PCR法は,短時間で結果を得ることができ,サザンブロット法で検出できる遺伝子異常の98%がこの方法で検出できることから,今日では最もポピュラーな遺伝子診断法となっている。
(1984)(非特許文献9)]。
(1990)(非特許文献16)]。
al., Biochem. Biophys. Res. Commun., 182: 495-500 (1992)(非特許文献19)]。野生型のジストロフィンのエクソン19及びその両側のイントロンの塩基配列を含む617塩基を対象にした解析結果では,mRNA前駆体は比較的単純なステムループ構造を呈した。特徴的な構造として,エクソン19の配列それ自体が塩基対をなすイントラエクソンヘアピン構造が確認された。これに対し,52塩基のエクソン内欠失を有するジストロフィン神戸のエクソンとその近傍のイントロンの塩基配列からmRNA前駆体の2次構造を演繹すると,野生型と大きく異なっており,ジストロフィン神戸における最大の特徴は,エクソンの配列がイントロンの配列のみと塩基対をなす単純なステム構造を形成することであった。この結果は野生株で見られたイントラエクソンヘアピン構造が,ジストロフィン遺伝子のエクソン構造を特徴づける要素である可能性を示唆した。
vitro のスプライシング反応系を構築し,このことを実験的に明らかにする試みを行った[Takeshima,
Y., et al., J. Clin. Invest., 95: 515-520 (1995)(非特許文献21)][特願平11-140930号]。まず,ジストロフィン遺伝子のエクソン18と19並びにイントロン18からなるミニジーンを作成し,このミニジーンからラジオアイソトープでラベルしたmRNA前駆体を合成した。得られたmRNA前駆体をHeLa細胞の核抽出液と混合しスプライシング反応を試験管内で進行させ,産生された成熟mRNAを電気泳動により分離した。この反応系で正常のエクソン19塩基配列を有するmRNA前駆体を用いるとスプライシングは正常に進行し,エクソン18と19が連続した成熟mRNAを得ることができた。しかしエクソン19の塩基配列をジストロフィンのそれと置換すると,成熟mRNAは産生されなくなった。これは,ジストロフィン神戸でエクソン19から欠失した52塩基がスプライシングに重要な役割を果たしていることを示すものであった。
ジストロフィン遺伝子のエクソン19内の配列がスプライシングの進行に極めて重要であるという上記発見から,この配列を破壊することによりスプライシングの異常が人為的に誘導できるのではないかという可能性に着目し,本発明者等は続けて検討を行った。すなわち,ジストロフィン神戸で欠失した52塩基のうち配列表の配列番号5に示した塩基配列部分を含んだ配列表の配列番号6に示した31塩基に対し,これに相補的な2’−O−メチルオリゴRNAを合成し,これが,エクソン18−イントロン18−エクソン19よりなるmRNA前駆体のスプライシングに及ぼす影響を,前述の試験管内スプライシング反応系で調べた。その結果,スプライシング反応はアンチセンスオリゴヌクレオチドの添加量に,またその反応時間に依存して阻害された。これは,アンチセンスオリゴヌクレオチドによりジストロフィンのイントロンのスプライシングが阻止できることを実験的に初めて証明したものであった。そして,このことは,核内でおこるスプライシング反応が人為的な手段により制御できる可能性を示した[Takeshima, Y. et al., J. Clin. Invest., 95: 515-520 (1995)(非特許文献23)]。
生きた細胞の核内でもアンチセンスオリゴヌクレオチドによりジストロフィンmRNA前駆体のスプライシングが制御できることを明らかにするため,本発明者等は,正常なヒトリンパ芽球細胞を用い,配列表の配列番号5に示した塩基配列部分を含んだ配列表の配列番号6に示された塩基配列に対し,これに相補的な塩基配列を有するアンチセンスオリゴDNAの導入を行って,その存在下に産生されるジストロフィン成熟mRNAについて解析を行った[Zacharias A. DP. et al., B.B.R.C., 226: 445-449 (1996)(非特許文献24)]。すなわち,アンチセンスオリゴDNAの核内への導入は,リポフェクタミンと混合後,これをリンパ芽球培養液に加えることにより行った。その結果,先に試験管内スプライシング反応系で得られた結果とは異なって,ジストロフィンのエクソン19の塩基配列に対するアンチセンスオリゴDNAはヒトリンパ芽球細胞においてエクソン19のスキッピングを誘導し,mRNAにおいてエクソン18がエクソン20に直接つながったものが得られることが確認された。また培養時間を延長することにより,このエクソンスキッピング誘導効果は完全なものとなり,全てのmRNAがエクソン19を欠失したものとして認められるようになった。更に,用いたアンチセンスオリゴDNAは,他のエクソンのスプライシングには問題を起こさなかったことも確認された。
oligonucleotides)は,タンパク質の翻訳阻害のために遺伝子発現を抑制するために適用されてきた。AOsはまた,RNAポリメラーゼIIによる転写を阻害するためにDNAの特異的な領域を標的とするためにも用いられてきた。また,別のアプローチとして,アンチセンスオリゴヌクレオチドを用いて前駆体mRNA分子の異常スプライシングを阻害する方法も報告されている[特表平8-510130号(特許文献1)]。また,ホスホロチオエート−2’−O−メチルオリゴヌクレオチドは,リボヌクレアーゼ−H活性を誘導しないため,サラセミア症貧血患者において,前駆体mRNA中ずれたスプライシング部位を阻害することにより正しいスプライシングを回復する目的で,用いられてきた。
先述のように,DMDでは,ジストロフィンmRNAのリーディングフレームがずれてアウトフレームとなるような遺伝子異常を有している。もしこのリーディングフレームの異常をインフレームに転換できるとすれば,それによりDMDはBMDとなり,症状の改善が期待できる筈である。例えば,仮に,エクソン20のみが単独で欠失している患者を想定すると,エクソン20は242塩基からなっており,当然ながらその単独欠失はフレームシフトを起こして翻訳途中で停止コドンが出現してジストロフィン合成が途中で停止し,その結果DMDの表現型となる。しかしながら,この症例に対し,前記の実験で用いたようなエクソン19に対するアンチセンスオリゴヌクレオチドを投与してエクソン19のスキッピングを人為的に誘発できたとすると,エクソン20の242塩基に加えエクソン19の88塩基が前駆体mRNAから欠失することとなり,合計330塩基の欠失となって,リーディングフレームは一転してインフレームとなる可能性が,すなわちアンチセンスオリゴヌクレオチドの使用によりDMDの表現型をBMDに転換できる可能性が,理論上はある。
前述の通り,正常のジストロフィン遺伝子構造を持つ遺伝子から転写されたmRNA前駆体のスプライシング反応において,本発明者等のデザインしたアンチセンスオリゴヌクレオチドがエクソン19のスキッピングを有効に誘導することが確認された。一方,エクソン20を欠失したDMD患者では,正常とは遺伝子構造を異にするため,ジストロフィンのmRNA前駆体の2次構造あるいは3次構造が正常とは異なると予想される。そのようなエクソン20を欠失したDMD患者でも,前記31塩基のアンチセンスオリゴヌクレオチドが有効か否かを検討した。すなわち,以下に詳述するように,ジストロフィンのエクソン20を欠失したDMD患者2名からEBウイルスでトランスフォームしたリンパ芽球細胞株を樹立し,これを用いてアンチセンスオリゴヌクレオチドによりエクソンスキッピングを誘導できること確認した。
ジストロフィンのエクソン20を欠失したDMD患者2名から,EBウイルスで形質転換したリンパ芽球細胞株を次のようにして樹立した。すなわち,患者より採取した2mlの全血を2mlのRPMI1640培地(10%FBSを補充)と混和し,3mlのFicoll Paque(Pharmacia社)上に重層し,濃度勾配遠心した。その後,リンパ球層のみを回収し,RPMI1640培地(10%FBSを補充)にて2回洗浄し,最後に0.5mlのRPMI1640培地(10%FBSを補充)に浮遊させ,リンパ浮遊液とした。この液と,予め用意しておいたEBウイルス液0.5mlを混和し,混和液を37℃にて1週間培養した。1週間後にEBウイルスを除くためRPMI1640培地(10%FBSを補充)にて洗浄し,その後同じ培養液を使用して培養を継続した。こうして,EBウイルスが患者リンパ球に感染し,形態的に大きな,リンパ芽球となった細胞を得た。
上記により得られたリンパ芽球細胞株の細胞培養液を遠心し,細胞成分のみに分離した。そして,配列表において配列番号2で示した塩基配列に相補的な配列よりなる31塩基のアンチセンスオリゴDNAを約200nM(200pmoles/ml)と2%胎仔牛血清(FBS)を含む維持培地で,この細胞を36℃にて5時間培養した。次いで血清培地に交換した後に,引き続き12時間培養した。培養終了後に,常法により細胞を集めて全RNAを抽出した。
得られた全RNAを基質とし,ヘキサオリゴヌクレオチドからなるランダムオリゴヌクレオチドをプライマーとして,常法に従い逆転写酵素の作用によりcDNAを合成した。合成したcDNAよりジストロフィンのエクソン18から21にわたる領域をnested PCR法を用いて増幅した。まず,プライマーをエクソン18と21にデザインしたもので1回増幅した。この増幅産物をテンプレートとして,1回目に用いたプライマーの内側に位置する領域にマッチするプライマーをデザインして2回目のPCR増幅を行った。この増幅は,アニーリング温度を60℃に設定して行った。
こうして,ジストロフィンcDNAのエクソン18〜21の領域を増幅したところ,アンチセンスの無添加では384塩基対のきれいなバンドが得られた。この増幅産物の塩基配列を常法により決定したところ,これがエクソン18,19,21からなることが示された。これは患者の遺伝子解析結果とよく一致していた。
このアンチセンスオリゴヌクレオチドのエクソンスキッピング誘導効果が正常とDMD患者で異なっている原因は,エクソン19近辺のmRNA前駆体の2次構造あるいは3次構造の差に由来するものと考えられた。アンチセンスオリゴヌクレオチドの濃度を変えることにより,更にDMD患者におけるエクソンスキッピング誘導効率を調べた。しかし,正常患者由来細胞で見られたような,全ての転写産物がエクソンスキッピングを示すような条件は得られなかった。なお,このアンチセンス誘導は,センスオリゴヌクレオチドでも,また他の領域に対するアンチセンスオリゴヌクレオチドでも,見られなかった。
そこで,次に,エクソン20の欠失したDMD患者の筋芽細胞を用いて,ジストロフィン近似のタンパク質が発現するか否かにつき検討した。
ジストロフィン遺伝子のエクソン20を欠失した患者より,無菌的に筋組織を取り出し,細切した後,トリプシンにて遊離細胞を得た。これを洗浄した後,生育培地(Growth medium: 20% FCS,0.5% chicken胚抽出物を補充したHam-F10)中にて培養した。継代に際し細胞培養用のシャーレの中にカバーグラスをおき,その上で筋細胞の培養を行った。筋芽細胞の割合が80%程度になるまで増殖したとき,培養液をFusion培地(2%HSを補充したDMEM)に交換して分化を誘導し,筋細胞とした。
分化誘導して4日目に,アンチセンスオリゴDNA(200 pmol)をリポフェクタミン(6μl)によって細胞内に導入し,更に3,7,及び10日間培養した。
上記培養後のそれぞれの細胞につき,ジストロフィンのC末端に対する抗体を用いたジストロフィン免疫染色を行った。その結果,当初全くジストロフィンの染色のなかった細胞で,ジストロフィンが染色されるようになった。何れにおいても,ジストロフィン陽性細胞が確認された。また,ジストロフィンのN末端領域を認識する抗体を用いてもC末端領域の染色と同様な染色結果が得られ,この産生されたジストロフィンがN末端からC末端に及ぶものであることが確認された。
続いて,上記アンチセンスオリゴDNA添加培養筋芽細胞から,常法によりRNAを抽出した。得られたRNAよりcDNAを合成し,リンパ芽球細胞からのRNAについて上記したのと同様にして,ジストロフィンのエクソン18〜21の領域を増幅した。
次いで,アンチセンスオリゴDNAが実際に核内に移行して作用していることの裏付けを得るために,蛍光標識したアンチセンスオリゴDNAを用いて,その核内への移行の様子を観察した。
上記の結果を基に,更に本発明等は,ジストロフィン遺伝子における欠失好発部位であるエクソン45〜55周辺の,リーディングフレームに関して端数の塩基よりなるエクソン(即ち,その欠失が起こると,アミノ酸読み取りに関しアウトフレームとなる)内より,SESを転写物として与える配列の存在につき調べた。上記のように,in vitroの系における解析よって,SESはプリン残基(特にaagの繰り返し配列)に富んでいる。これに基づき,本発明者等は,ヒトジストロフィン遺伝子のエキソン内にある,比較的プリン残基に富んだ転写物を与える鋳型となりうる(1) エクソン43内の26塩基よりなる塩基配列(配列表の配列番号1に示した塩基配列に相補的な塩基配列),(2) エクソン46内の28塩基よりなる塩基配列(配列表の配列番号2に示した塩基配列に相補的な塩基配列),及び(3) エクソン53内の26塩基,の3箇所を候補として選択し,それらの配列がSES活性を有する転写物を与えるか否かを検討した。
acceptor site)の1128塩基下流までを含んだdsxのゲノム断片をpSP73(Promega)にサブクローンして得られるプラスミドであるpSPdsxE34f〔Inoue et al., Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 89:8092-8096(1992)〕のBglII-HincII断片を,プラスミドpSP72のBglII-SmaI部位に挿入することにより得られたものである。このBglII-HincII断片は,その転写物において,雌性特異的エクソンであるエクソン4の5’末端部分のすぐ下流にSESが付加されないとイントロン3を挟むエクソン間のスプライシングが見られないが,当該部分にSESが付加されるとスプライシングが見られるようになる系を提供する。他方,解析対象である塩基配列については,正逆両方向の一本鎖DNAを各々合成した。このとき,正方向のDNAの5’末端には制限酵素BamHI切断部位を付加し,逆方向のDNAの5’末端には制限酵素XhoI切断部位を付加した。合成した正逆両一本鎖DNAを混合し,熱処理(94℃,2分間)後,室温に戻して両鎖をアニールさせて二本鎖とした。この二本鎖DNAを,前記試験用の基本プラスミド中のdsxエクソン4の5’末端部分のすぐ下流にあるBamHI-Xhol部位に挿入した。こうして,dsxのエクソン3からエクソン4の5’末端部分までの塩基配列とその下流に挿入された解析対象塩基配列とからなるミニジーンを含んだプラスミドが得られた。これらのプラスミドを鋳型として,常法によりRNAポリメラーゼによりラジオアイソトープによって標識されたmRNA前駆体を合成した。このmRNA前駆体を前述の方法と同様にしてHeLa細胞核抽出液と1時間反応させ,スプライシング反応を進行させた後,常法によりゲル電気泳動で解析した。
配列表において配列番号2で示されたヌクレオチド配列に相補的なヌクレオチド配列を有するDNA及びホスホロチオエートオリゴDNAの製造は,Applied Biosystems Model 1380B等のような市販のDNA合成装置を用いて,また,Zon et al., 「Oligonucleotides and Analogues」:A Practical Approach, F. Eckstein, Ed., p. 87-108, Oxford University Press, Oxford, England,米国特許第5,151,510号に記載された方法を用いて,行うことができる。
下記の処方に従って必要量の基剤成分を混合して溶解し,これにアンチセンスオリゴヌクレオチドを溶解させ,所定液量とし,ポアサイズ0.22μmのメンブランフィルターにより濾過して,静脈内投与用製剤とする。
アンチセンスオリゴヌクレオチド(注1)・・・500mg
塩化ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・・8.6g
塩化カリウム・・・・・・・・・・・・・・・・0.3g
塩化カルシウム・・・・・・・・・・・・・・・0.33g
注射用蒸留水・・・・・・・・・・・・・全量 1000ml
注1: 配列表の配列番号3に示された塩基配列よりなるホスホロチオエートオリゴDNA
下記の処方に従って必要量の基剤成分を混合して溶解し,これにアンチセンスオリゴヌクレオチドを溶解させ,所定液量とし,ポアサイズ15nmのフィルター(PLANOVE 15:旭化成)により濾過して,静脈内投与用製剤とする。
アンチセンスオリゴヌクレオチド(注2)・・・100mg
塩化ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・・8.3g
塩化カリウム・・・・・・・・・・・・・・・・0.3g
塩化カルシウム・・・・・・・・・・・・・・・0.33g
リン酸水素ナトリウム・12水塩・・・・・・・・1.8g
1N塩酸・・・・・・・・・・・・・適量(pH7.4)
注射用蒸留水・・・・・・・・・・・・・全量 1000ml
注2: 配列表の配列番号4に示された塩基配列よりなるホスホロチオエートオリゴDNA
下記の処方に従って必要量の基剤成分を混合して溶解し,これにアンチセンスオリゴヌクレオチドを溶解させ,所定液量とし,ポアサイズ35nmのフィルター(PLANOVE 35:旭化成)により濾過して,静脈内投与用製剤とする。
アンチセンスオリゴヌクレオチド(注3)・・・100mg
塩化ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・・8.3g
塩化カリウム・・・・・・・・・・・・・・・・0.3g
塩化カルシウム・・・・・・・・・・・・・・・0.33g
グルコース・・・・・・・・・・・・・・・・・0.4g
リン酸水素ナトリウム・12水塩・・・・・・・・1.8g
1N塩酸・・・・・・・・・・・・・適量(pH7.4)
注射用蒸留水・・・・・・・・・・・・・全量 1000ml
注3: 配列表の配列番号3に示された塩基配列よりなるホスホロチオエートオリゴDNA
Claims (3)
- 次の(i)及び(ii)よりなる群より選ばれるものであるオリゴヌクレオチド:
(i)配列番号4で示された塩基配列からなるDNA,及び
(ii) 配列番号4で示された塩基配列の部分配列であって,配列番号2で示された塩基配列に対して相補的な塩基配列を含んでなる配列からなるDNA。 - 次の(i)及び(ii)よりなる群より選ばれるものであるオリゴヌクレオチド:
(i) 配列番号4で示された塩基配列からなるホスホロチオエートDNA,及び
(ii) 配列番号4で示された塩基配列の部分配列であって,配列番号2で示された塩基配列に対して相補的な塩基配列を含んでなる配列からなるホスホロチオエートDNA。 - 配列表において配列番号2で示された塩基配列を有するRNA及び該塩基配列に対する相補的塩基配列に対して相補的である塩基配列を有するDNAよりなる群より選ばれるオリゴヌクレオチドであって,請求項1のオリゴヌクレオチドに対して相補的である塩基配列からなるものである,オリゴヌクレオチド。
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A521 | Request for written amendment filed |
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A02 | Decision of refusal |
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