JP2016534035A - 筋萎縮性側索硬化症を治療するための組成物及び方法 - Google Patents
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Abstract
一本鎖オリゴヌクレオチドを用いて、ALSを有する被験者から得られた細胞又はALSを有する被験者におけるSMN1及び/若しくはSMN2の発現を調節する方法が提供される。一本鎖オリゴヌクレオチドを用いて、ALSを治療する方法も提供される。ある実施形態において、SMN(SMN1、SMN2)をコードする遺伝子のPRC2関連領域をターゲティングする一本鎖オリゴヌクレオチドが提供される。ある実施形態では、これらの一本鎖オリゴヌクレオチドは、PRC2媒介によるSMN1又はSMN2の抑制を軽減又は阻止することにより、SMN1又はSMN2の発現を活性化又は増大する。ある実施形態では、細胞は、脊髄性筋萎縮症(SMA)に関連する突然変異がないSMN1遺伝子を含む。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、35U.S.C.§119(e)に従い、2013年10月4日に提出された「COMPOSITIONS AND METHODS FOR TREATING AMYOTROPHIC LATERAL SCLEROSIS」と題する米国仮特許出願第61/887,019号明細書の利益を請求する。尚、これら出願は全て、その全内容を参照により本明細書に組み込むものとする。
本出願は、35U.S.C.§119(e)に従い、2013年10月4日に提出された「COMPOSITIONS AND METHODS FOR TREATING AMYOTROPHIC LATERAL SCLEROSIS」と題する米国仮特許出願第61/887,019号明細書の利益を請求する。尚、これら出願は全て、その全内容を参照により本明細書に組み込むものとする。
本発明は、オリゴヌクレオチドベースの組成物、並びに疾患を治療する目的でオリゴヌクレオチドベースの組成物を使用する方法に関する。
筋萎縮性側索硬化症(ALS)は、運動ニューロンに影響を及ぼし、最終的に死を招く進行性の神経変性疾患である。スーパーオキシドディスムターゼ(SOD1)などのいくつかの遺伝子がALSに関連し、これらは、肉腫中に融合/脂肪肉腫中に転位し(FUS/TLS)、正常なTAR DNA−結合タンパク質43(TDP−43)、運動ニューロン(SMN)及びその他の生存の消失に到る。現在、ALSの治療法はない。
生存運動ニューロン(SMN)は、核内低分子リボ核タンパク質(snRNP)の組み立てへのその関与を通して転写スプライシングに関与するタンパク質である。snRNPは、前mRNAと結合してスプライソソームを形成するタンパク質−RNA複合体であり、これは、前mRNAをスプライシングして、ほとんどの場合イントロンの除去を引き起こす。3つの遺伝子が、SMN又はSMNの変異体をコードし、SMN又は、SMN1(生存運動ニューロン1、テロメア)、SMN2(生存運動ニューロン2、セントロメア)、及びSMNP(生存運動ニューロン1、テロメア偽遺伝子)が挙げられる。SMN1及びSMN2は、ヒトにおいて5q13での遺伝子重複の結果生じる。SMN活性が不足すると、特に脊髄運動ニューロンにおいて、広範に広がるスプライシングの欠損が起こり、脊髄下位運動ニューロンの変性を招く。
本発明の態様は、運動ニューロン疾患、例えば、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、原発性側索硬化症、進行性筋萎縮、進行性球麻痺又は仮性球麻痺などを治療する方法及び組成物に関する。ある実施形態では、ALSを治療する方法であって、細胞(例えば、運動ニューロン)にSMNの上方制御を引き起こす1つ又は複数の一本鎖オリゴヌクレオチドを、ALSを有する被験者に投与するステップを含む方法が提供される。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、SMN遺伝子(例えば、ヒトSMN1、ヒトSMN2)のPRC2関連領域をターゲティングし、これにより該遺伝子の上方制御を引き起こす一本鎖オリゴヌクレオチドが提供される。例えば、本発明のある態様によれば、ALSを治療する目的で、細胞における完全長SMNタンパク質の発現を増大する方法が提供される。他の態様では、運動ニューロン疾患(例えば、ALS、原発性側索硬化症、進行性筋萎縮、進行性球麻痺、仮性球麻痺、又はSMA)を有する患者の細胞(例えば、運動ニューロン)においてGem形成を促進する方法及び組成物が本明細書に提供される。従って、ある実施形態では、ニューロンにおけるスプライソソーム完全性を少なくとも部分的に改善する方法及び組成物が提供される。
従って、本明細書に開示する本発明の態様は、細胞におけるSMN1又はSMN2を上方制御する上で有用な方法及び組成物を提供する。ある実施形態において、SMN(SMN1、SMN2)をコードする遺伝子のPRC2関連領域をターゲティングする一本鎖オリゴヌクレオチドが提供される。ある実施形態では、これらの一本鎖オリゴヌクレオチドは、PRC2媒介によるSMN1又はSMN2の抑制を軽減又は阻止することにより、SMN1又はSMN2の発現を活性化又は増大する。ある実施形態では、細胞は、脊髄性筋萎縮症(SMA)に関連する突然変異がないSMN1遺伝子を含む。
ある実施形態において、本明細書に記載される方法は、対象細胞においてエキソン7を含む(又は包含する)SMN1又はSMN2の成熟mRNAの発現を増大するのに十分な量で、SMN遺伝子のPRC2関連領域、例えば、SMN1又はSMN2のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN遺伝子のmRNA前駆体、例えば、SMN1又はSMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを細胞に送達することを含む。ある実施形態では、細胞は、脊髄性筋萎縮症(SMA)に関連する突然変異がないSMN1遺伝子を含む。
本発明のある態様によれば、SMN遺伝子のPRC2関連領域、例えば、配列番号1、2、4、若しくは5として記載されるヌクレオチド配列のPRC2関連領域(例えば、その少なくとも8個の連続したヌクレオチド)と相補的な相補性の領域を有する一本鎖オリゴヌクレオチドが提供される。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、以下に挙げる特徴の少なくとも1つを有する:a)5’X−Y−Zの配列(ここで、Xは、任意のヌクレオチドであり、Xはオリゴヌクレオチドの5’末端にあり、Yは、ミクロRNAのヒトシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、長さ1〜23ヌクレオチドのヌクレオチド配列である);b)3個以上の連続したグアノシンヌクレオチドを含まない配列;c)ヌクレオチドの全ての配列に対し閾値レベルに満たない配列同一性を有し、オフターゲット遺伝子の5’末端の上流50キロベースからオフターゲット遺伝子の3’末端の下流50キロベースの間にある、第2ヌクレオチド配列と同等の長さの配列;d)少なくとも2つの一本鎖ループを含む二次構造を形成するRNAをコードするPRC2関連領域と相補的な配列;並びにe)60%を超えるG−C含有率を有する配列。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、特徴a)、b)、c)、d)、及びe)の少なくとも2つを有し、これらは各々独立に選択される。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、特徴a)、b)、c)、d)、及びe)の少なくとも3つを有し、これらは各々独立に選択される。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、特徴a)、b)、c)、d)、及びe)の少なくとも4つを有し、これらは各々独立に選択される。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、特徴a)、b)、c)、d)、及びe)の各々を有する。特定の実施形態では、オリゴヌクレオチドは、このオリゴヌクレオチドが8〜50ヌクレオチドの長さである配列5’X−Y−Zを有する。
本発明のある態様によれば、配列X−Y−Zを有する一本鎖オリゴヌクレオチドが提供され、ここで、Xは、任意のヌクレオチドであり、Yは、ヒトミクロRNAのシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、長さ1〜23ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、この一本鎖オリゴヌクレオチドは、SMN遺伝子のPRC2関連領域、例えば、配列番号1、2、4、若しくは5として記載されるヌクレオチド配列のPRC2関連領域と相補的である。本発明のある態様では、配列5’X−Y−Zを有する一本鎖オリゴヌクレオチドが提供され、ここで、Xは、任意のヌクレオチドであり、Yは、ヒトミクロRNAのシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、長さ1〜23ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、この一本鎖オリゴヌクレオチドは、SMN遺伝子のPRC2関連領域、例えば、配列番号1、2、4、若しくは5として記載されるヌクレオチド配列のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的である。ある実施形態では、Yは、表1から選択される配列である。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号9〜18のいずれか1つに記載される配列である。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜13087又は13108〜13116のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜13087又は13108〜13116のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列を含み、ここで、提供されるヌクレオチド配列の5’末端は、オリゴヌクレオチドの5’末端である。ある実施形態では、相補性の領域(例えば、少なくとも8個の連続したヌクレオチド)は、配列番号7又は8に記載されるヌクレオチド配列内にも存在する。
ある実施形態において、PRC2関連領域は、配列番号9〜14のいずれか1つに記載される配列である。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜8329及び13093〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜8329及び13093〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列を含み、ここで、提供されるヌクレオチド配列の5’末端は、オリゴヌクレオチドの5’末端である。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号7に記載されるヌクレオチド配列内にも存在する。
ある実施形態において、PRC2関連領域は、配列番号15〜18のいずれか1つに記載される配列である。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号1158〜1159、1171、1482〜1483、1485〜1486、2465〜2471、2488〜2490、2542〜2546、2656〜2657、2833〜2835、3439〜3440、3916〜3918、4469〜4472、4821、5429、5537、6061、7327、8330〜13061、及び13062〜13087、及び13108〜13116のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号8に記載されるヌクレオチド配列内に存在する。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜13087又は13108〜13116のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列を含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、長さが50ヌクレオチド以下である。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜13087又は13108〜13116のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列の少なくとも8個のヌクレオチドの断片を含む。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、表4に記載されるヌクレオチド配列を含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、表4又は表6に記載されるヌクレオチド配列の少なくとも8個のヌクレオチドの断片を含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、表4又は表6に記載されるヌクレオチド配列から構成される。
本発明のある態様によれば、一般式A−B−Cを含む化合物が提供され、ここで、Aは、1遺伝子のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドであり、Bは、リンカーであり、Cは、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドである。ある実施形態では、Bは、オリゴヌクレオチド、ペプチド、低pH不安定結合、又はジスルフィド結合を含む。ある実施形態では、スプライス制御配列は、上記遺伝子のエキソン内に常在する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、上記遺伝子のイントロン−エキソン接合部を横断する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、上記遺伝子のイントロン内に常在する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、少なくとも1つのhnRNAP結合配列を含む。ある実施形態では、Cの配列を有するオリゴヌクレオチドと、1細胞におけるmRNA前駆体のスプライス制御配列とのハイブリダイゼーションにより、上記細胞におけるmRNA前駆体のプロセシングから生じる成熟mRNAでの特定のエキソンの封入が起こる。ある実施形態では、Cの配列を有するオリゴヌクレオチドと、1細胞におけるmRNA前駆体のスプライス制御配列とのハイブリダイゼーションにより、上記細胞におけるmRNA前駆体のプロセシングから生じる成熟mRNAでの特定のイントロン又はエキソンの排除が起こる。
ある実施形態において、遺伝子は、SMN1又はSMN2である。ある実施形態では、スプライス制御配列は、SMN1又はSMN2のイントロン6、イントロン7、エキソン7、エキソン8又はイントロン7とエキソン8の接合部に存在する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、配列:CAGCAUUAUGAAAG(配列番号13100)を含む。ある実施形態では、Bは、以下:TCACTTTCATAATGCTGG(配列番号13088);TCACTTTCATAATGC(配列番号13089);CACTTTCATAATGCT(配列番号13090);ACTTTCATAATGCTG(配列番号13090);及びCTTTCATAATGCTGG(配列番号13092)から選択される配列を含む。
ある実施形態において、Aは、配列5’X−Y−Zを有し、ここで、Xは、任意のヌクレオチドであり、Yは、ヒトミクロRNAのシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、長さ1〜23ヌクレオチドのヌクレオチド配列である。ある実施形態では、SMN遺伝子2のPRC2関連領域は、配列番号1、2、4、若しくは5内のPRC2関連領域である。ある実施形態では、Yは、表1から選択される配列である。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号9〜23のいずれか1つに記載される配列である。ある実施形態において、Aは、配列番号30〜8329及び13088〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、Aは、配列番号30〜8329及び13088〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列を含み、ここで、提供されるヌクレオチド配列の5’末端は、Aの5’末端である。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号7に記載されるヌクレオチド配列内にも存在する。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号24〜29のいずれか1つに記載される配列である。
ある実施形態において、Aは、配列番号1158〜1159、1171、1482〜1483、1485〜1486、2465〜2471、2488〜2490、2542〜2546、2656〜2657、2833〜2835、3439〜3440、3916〜3918、4469〜4472、4821、5429、5537、6061、7327、8330〜13061、13062〜13087、及び13108〜13116のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号8に記載されるヌクレオチド配列内に存在する。ある実施形態では、Aは、3個以上の連続したグアノシンヌクレオチドを含まない。ある実施形態では、Aは、4個以上の連続したグアノシンヌクレオチドを含まない。ある実施形態では、A又はCは、長さ8〜30ヌクレオチドである。ある実施形態では、Aは、長さ8〜10ヌクレオチドであり、PRC2関連領域の相補的配列のヌクレオチドの1、2、又は3個を除く全てが、シトシン又はグアノシンヌクレオチドである。ある実施形態では、Bは、1〜10個のチミジン又はウリジンを含むオリゴヌクレオチドである。ある実施形態では、Bは、A及びCに比して、哺乳動物抽出物中で切断を受けやすい。
ある実施形態において、Aは、以下:GCTUTGGGAAGUAUG(配列番号11394)、CUTUGGGAAGTATG(配列番号11395)及びGGTACATGAGTGGCT(配列番号11419)から選択されるヌクレオチド配列を含み;Bは、ヌクレオチド配列TTTT又はUUUUを含み;Cは、ヌクレオチド配列TCACTTTCATAATGCTGG(配列番号13088);TCACTTTCATAATGC(配列番号13089);CACTTTCATAATGCT(配列番号13090);ACTTTCATAATGCTG(配列番号13091);又はCTTTCATAATGCTGG(配列番号13092)を含み、ここで、Aの3’末端はBの5’末端に連結され、Bの3’末端はCの5’末端に連結されている。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、3個以上の連続したグアノシンヌクレオチドを含まない。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、4個以上の連続したグアノシンヌクレオチドを含まない。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、長さが8〜30ヌクレオチドである。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、長さが50ヌクレオチド以下である。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、長さ8〜10ヌクレオチドであり、PRC2関連領域の相補的配列のヌクレオチドの1、2、又は3個を除く全てが、シトシン又はグアノシンヌクレオチドである。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、SMN遺伝子のPRC2関連領域、例えば、配列番号1、2、4、若しくは5として記載されるヌクレオチド配列のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的であり、ここで、一本鎖オリゴヌクレオチドのヌクレオチド配列は、以下:
(a)(X)Xxxxxx、(X)xXxxxx、(X)xxXxxx、(X)xxxXxx、(X)xxxxXx及び(X)xxxxxX、
(b)(X)XXxxxx、(X)XxXxxx、(X)XxxXxx、(X)XxxxXx、(X)XxxxxX、(X)xXXxxx、(X)xXxXxx、(X)xXxxXx、(X)xXxxxX、(X)xxXXxx、(X)xxXxXx、(X)xxXxxX、(X)xxxXXx、(X)xxxXxX及び(X)xxxxXX、
(c)(X)XXXxxx、(X)xXXXxx、(X)xxXXXx、(X)xxxXXX、(X)XXxXxx、(X)XXxxXx、(X)XXxxxX、(X)xXXxXx、(X)xXXxxX、(X)xxXXxX、(X)XxXXxx、(X)XxxXXx、(X)XxxxXX、(X)xXxXXx、(X)xXxxXX、(X)xxXxXX、(X)xXxXxX及び(X)XxXxXx、
(d)(X)xxXXX、(X)xXxXXX、(X)xXXxXX、(X)xXXXxX、(X)xXXXXx、(X)XxxXXXX、(X)XxXxXX、(X)XxXXxX、(X)XxXXx、(X)XXxxXX、(X)XXxXxX、(X)XXxXXx、(X)XXXxxX、(X)XXXxXx、及び(X)XXXXxx、
(e)(X)xXXXXX、(X)XxXXXX、(X)XXxXXX、(X)XXXxXX、(X)XXXXxX及び(X)XXXXXx、並びに
(f)XXXXXX、XxXXXXX、XXxXXXX、XXXxXXX、XXXXxXX、XXXXXxX及びXXXXXXx
からなる群から選択されるヌクレオチド配列の1つ又は複数を含み、ここで、「X」は、ヌクレオチド類似体を示し、(X)は、任意選択のヌクレオチド類似体を示し、「x」は、DNA又はRNAヌクレオチド単位を示す。
(a)(X)Xxxxxx、(X)xXxxxx、(X)xxXxxx、(X)xxxXxx、(X)xxxxXx及び(X)xxxxxX、
(b)(X)XXxxxx、(X)XxXxxx、(X)XxxXxx、(X)XxxxXx、(X)XxxxxX、(X)xXXxxx、(X)xXxXxx、(X)xXxxXx、(X)xXxxxX、(X)xxXXxx、(X)xxXxXx、(X)xxXxxX、(X)xxxXXx、(X)xxxXxX及び(X)xxxxXX、
(c)(X)XXXxxx、(X)xXXXxx、(X)xxXXXx、(X)xxxXXX、(X)XXxXxx、(X)XXxxXx、(X)XXxxxX、(X)xXXxXx、(X)xXXxxX、(X)xxXXxX、(X)XxXXxx、(X)XxxXXx、(X)XxxxXX、(X)xXxXXx、(X)xXxxXX、(X)xxXxXX、(X)xXxXxX及び(X)XxXxXx、
(d)(X)xxXXX、(X)xXxXXX、(X)xXXxXX、(X)xXXXxX、(X)xXXXXx、(X)XxxXXXX、(X)XxXxXX、(X)XxXXxX、(X)XxXXx、(X)XXxxXX、(X)XXxXxX、(X)XXxXXx、(X)XXXxxX、(X)XXXxXx、及び(X)XXXXxx、
(e)(X)xXXXXX、(X)XxXXXX、(X)XXxXXX、(X)XXXxXX、(X)XXXXxX及び(X)XXXXXx、並びに
(f)XXXXXX、XxXXXXX、XXxXXXX、XXXxXXX、XXXXxXX、XXXXXxX及びXXXXXXx
からなる群から選択されるヌクレオチド配列の1つ又は複数を含み、ここで、「X」は、ヌクレオチド類似体を示し、(X)は、任意選択のヌクレオチド類似体を示し、「x」は、DNA又はRNAヌクレオチド単位を示す。
ある実施形態において、オリゴヌクレオチドの少なくとも1個のヌクレオチドは、ヌクレオチド類似体である。ある実施形態では、上記の少なくとも1個のヌクレオチド類似体によって、上記の少なくとも1個のヌクレオチド類似体を含まないオリゴヌクレオチドと比較して、1〜5℃の範囲のオリゴヌクレオチドのTmの増加が起こる。
ある実施形態において、オリゴヌクレオチドの少なくとも1個のヌクレオチドは、2’O−メチルを含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドの各ヌクレオチドは、2’O−メチルを含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、少なくとも1個のリボヌクレオチド、少なくとも1個のデオキシリボヌクレオチド、又は少なくとも1個の架橋ヌクレオチドを含む。ある実施形態では、架橋ヌクレオチドは、LNAヌクレオチド、cEtヌクレオチド又はENA修飾ヌクレオチドである。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドの各ヌクレオチドは、LNAヌクレオチドである。
ある実施形態において、オリゴヌクレオチドのヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドと2’−フルオロ−デオキシリボヌクレオチドを交互に含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドのヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドと2’O−メチルヌクレオチドを交互に含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドのヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドとENAヌクレオチド類似体を交互に含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドのヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドとLNAヌクレオチドを交互に含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドの5’ヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドである。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドのヌクレオチドは、LNAヌクレオチドと2’O−メチルヌクレオチドを交互に含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドの5’ヌクレオチドは、LNAヌクレオチドである。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドのヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドの5’及び3’末端の各々で、少なくとも1個のLNAヌクレオチドによりフランキングされているデオキシリボヌクレオチドを含む。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、少なくとも2個、少なくとも3個、少なくとも4個、少なくとも5個又は6個以上のヌクレオチドの間に、修飾されたヌクレオチド間結合(例えば、ホスホロチオエートヌクレオチド間結合又は他の結合)を含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、全ヌクレオチドの間に、修飾されたヌクレオチド間結合(例えば、ホスホロチオエートヌクレオチド間結合又は他の結合)を含む。
ある実施形態において、オリゴヌクレオチドの3’位のヌクレオチドは、3’ヒドロキシル基を有する。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドの3’位のヌクレオチドは、3’チオホスフェートを有する。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、その5’又は3’ヌクレオチドに結合したビオチン部分又は他の部分を有する。ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、その5’又は3’末端に、コレステロール、ビタミンA、葉酸塩、シグマ受容体リガンド、アプタマー、CPPなどのペプチド、脂質などの疎水性分子、ASGPR又は動的ポリ抱合体並びにそれらの変異体を有する。
本発明のある態様によれば、本明細書に開示するオリゴヌクレオチドのいずれかと、担体とを含む組成物が提供される。ある実施形態では、緩衝液中にオリゴヌクレオチドのいずれかを含む組成物が提供される。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、担体と結合している。ある実施形態では、担体は、ペプチドである。ある実施形態では、担体は、ステロイドである。本発明のある態様によれば、本明細書に開示するオリゴヌクレオチドのいずれかと、薬学的に許容される担体とを含む医薬組成物が提供される。
本発明のある態様によれば、本明細書に開示する組成物のいずれかを収納する容器を含むキットが提供される。
本発明のいくつかの態様によれば、細胞におけるSMN1又はSMN2の発現を増大する方法が提供される。ある実施形態では、細胞は、脊髄性筋萎縮症(SMA)に関連する突然変異がないSMN1遺伝子を含む。ある実施形態では、細胞は、野生型SMN1遺伝子を有する。ある実施形態では、本方法は、細胞に、本明細書に開示する一本鎖オリゴヌクレオチドのいずれか1つ又は複数を送達するステップを含む。ある実施形態では、細胞への一本鎖オリゴヌクレオチドの送達によって、一本鎖オリゴヌクレオチドを含まない対照細胞におけるSMN1又はSMN2の発現のレベルより高い(例えば、少なくとも50%高い)SMN1又はSMN2の発現のレベルがもたらされる。
本発明の一部の態様によれば、被験者においてSMN1又はSMN2のレベルを増加する方法が提供される。本発明の一部の態様によれば、被験者におけるSMN1又はSMN2のレベル低下を伴う状態(例えば、ALS、原発性側索硬化症、進行性筋萎縮、進行性球麻痺、仮性球麻痺)を治療する方法が提供される。ある実施形態では、本方法は、本明細書に開示する一本鎖オリゴヌクレオチドのいずれか1つ又は複数を被験者に投与するステップを含む。
本発明の態様は、細胞におけるSMNタンパク質の発現を増大する方法に関する。ある実施形態では、細胞は、脊髄性筋萎縮症(SMA)に関連する突然変異がないSMN1遺伝子を含む。ある実施形態では、本方法は、上記細胞においてエキソン7を含むSMN2の成熟mRNAの発現を増大するのに十分な量で、SMN2のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを上記細胞に送達することを含む。ある実施形態では、SMN2のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な領域は、SMN1の対応する領域に対して少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つ、少なくとも6つ、少なくとも7つ、少なくとも8つ、又は9つ以上のミスマッチを有する。本明細書で用いる「スプライス制御配列」という用語は、mRNA前駆体に存在する場合、細胞におけるそのmRNA前駆体のスプライシングに影響を与えるヌクレオチド配列を指す。ある実施形態では、スプライス制御配列は、hnRNAPタンパク質などの、mRNAスプライシングを調節する分子に対する1つ又は複数の結合部位を含む。ある実施形態では、スプライス制御配列は、配列CAG又はAAAGを含む。ある実施形態では、スプライス制御配列は、エキソン(例えば、エキソン7又はエキソン8などのSMN1又はSMN2のエキソン)に存在する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、イントロン−エキソン接合部(例えば、イントロン6/エキソン7接合部又はイントロン7/エキソン8接合部などのSMN1又はSMN2のイントロン−エキソン接合部)を横断する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、イントロン(例えば、イントロン6又はイントロン7などのSMN1又はSMN2のイントロン)に常在する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、配列CAGCAUUAUGAAAG(配列番号13100)又はその一部を含む。
ある実施形態において、第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、以下:TCACTTTCATAATGCTGG(配列番号13088);TCACTTTCATAATGC(配列番号13089);CACTTTCATAATGCT(配列番号13090);ACTTTCATAATGCTG(配列番号13091);又はCTTTCATAATGCTGG(配列番号13092)から選択される配列を含むスプライススイッチングオリゴヌクレオチドである。ある実施形態では、第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、長さが8〜30ヌクレオチドである。
本発明のある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列5’X−Y−Zを有し、ここで、Xは、任意のヌクレオチドであり、Yは、ヒトミクロRNAのシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、長さ1〜23ヌクレオチドのヌクレオチド配列である。ある実施形態では、SMN2遺伝子のPRC2関連領域は、配列番号1、2、4、若しくは5内のPRC2関連領域である。ある実施形態では、Yは、表1から選択される配列である。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号9〜23のいずれか1つに記載される配列である。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜8329及び13088〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜8329及び13088〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列を含み、ここで、提供されるヌクレオチド配列の5’末端は、第1一本鎖オリゴヌクレオチドの5’末端である。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号7に記載されるヌクレオチド配列内にも存在する。
ある実施形態において、PRC2関連領域は、配列番号24〜29のいずれか1つに記載される配列である。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号1158〜1159、1171、1482〜1483、1485〜1486、2465〜2471、2488〜2490、2542〜2546、2656〜2657、2833〜2835、3439〜3440、3916〜3918、4469〜4472、4821、5429、5537、6061、7327、8330〜13061、13062〜13087、及び13108〜13116のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号8に記載されるヌクレオチド配列内に存在する。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、3個以上の連続したグアノシンヌクレオチドを含まない。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、4個以上の連続したグアノシンヌクレオチドを含まない。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、長さが8〜30ヌクレオチドである。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、長さ8〜10ヌクレオチドであり、PRC2関連領域の相補的配列のヌクレオチドの1、2、又は3個を除く全てが、シトシン又はグアノシンヌクレオチドである。
ある実施形態において、第1一本鎖オリゴヌクレオチド及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、細胞に同時に投与する。ある実施形態では、細胞は被験者において存在し、細胞に送達するステップは、第1一本鎖オリゴヌクレオチド及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドを共製剤として被験者に投与することを含む。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、リンカーを介して第2一本鎖オリゴヌクレオチドと共有結合している。ある実施形態では、リンカーは、オリゴヌクレオチド、ペプチド、低pH不安定性結合、又はジスルフィド結合を含む。ある実施形態では、リンカーは、オリゴヌクレオチドを含み、任意選択で、このオリゴヌクレオチドは、1〜10のチミジン又はウリジンを含む。ある実施形態では、リンカーは、第1及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドに比べ、哺乳動物抽出物において切断されやすい。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、第2一本鎖オリゴヌクレオチドと共有結合していない。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチド及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、細胞に個別に送達される。
ある態様によれば、被験者におけるALSを治療するための方法が提供される。本方法は、ある実施形態では、上記被験者においてSMNタンパク質の発現を増大するのに十分な量で、SMN2のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを上記被験者に送達することを含む。
本発明のある態様によれば、被験者におけるALSを治療するための方法が提供され、この方法は、上記被験者においてSMNタンパク質の発現を増大するのに十分な量で、SMN2のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを上記被験者に送達することを含む。関連する組成物も提供される。ある実施形態では、SMN2のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを含む組成物が提供される。ある実施形態では、1遺伝子のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドと、これにリンカーを介して結合された上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドとを含む組成物が提供される。SMN1又はSMN2発現を調節する一本鎖オリゴヌクレオチドを含む関連キットも提供される。
本発明のある態様によれば、本明細書に開示するオリゴヌクレオチド又は化合物のいずれかと、担体を含む組成物が提供される。ある実施形態では、緩衝液中にオリゴヌクレオチドまたは化合物のいずれかを含む組成物が提供される。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、担体と結合している。ある実施形態では、担体は、ペプチドである。ある実施形態では、担体は、ステロイドである。本発明のある態様によれば、本明細書に開示するオリゴヌクレオチドのいずれかと、薬学的に許容される担体とを含む医薬組成物が提供される。
本発明のある態様によれば、SMN2のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを含む組成物が提供される。ある実施形態では、スプライス制御配列は、SMN2のエキソン内に常在する。ある実施形態では、エキソンは、エキソン7又は8である。ある実施形態では、スプライス制御配列は、SMN2のイントロン−エキソン接合部を横断する。ある実施形態では、イントロン−エキソン接合部は、イントロン6/エキソン7接合部又はイントロン7/エキソン8接合部である。ある実施形態では、スプライス制御配列は、SMN2のイントロン内に常在する。ある実施形態では、イントロンは、イントロン6又はイントロン7(配列番号13101)である。ある実施形態では、スプライス制御配列は、配列:CAGCAUUAUGAAAG(配列番号13100)又はその一部を含む。ある実施形態では、スプライス制御配列は、少なくとも1つのhnRNAP結合配列を含む。ある実施形態では、第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、以下:TCACTTTCATAATGCTGG(配列番号13088);TCACTTTCATAATGC(配列番号13089);CACTTTCATAATGCT(配列番号13090);ACTTTCATAATGCTG(配列番号13091);及びCTTTCATAATGCTGG(配列番号13092)から選択される配列を含む。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列5’X−Y−Zを有し、ここで、Xは、任意のヌクレオチドであり、Yは、ヒトミクロRNAのシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、長さ1〜23ヌクレオチドのヌクレオチド配列である。ある実施形態では、SMN2のPRC2関連領域は、配列番号1、2、4、若しくは5内のPRC2関連領域である。ある実施形態では、Yは、表1から選択される配列である。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号9〜23のいずれか1つに記載される配列である。ある実施形態において、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜8329及び13093〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜8329及び13093〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列を含み、ここで、提供されるヌクレオチド配列の5’末端は、第1一本鎖オリゴヌクレオチドの5’末端である。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号7に記載されるヌクレオチド配列内にも存在する。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号24〜29のいずれか1つに記載される配列である。ある実施形態において、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、以下:配列番号1158〜1159、1171、1482〜1483、1485〜1486、2465〜2471、2488〜2490、2542〜2546、2656〜2657、2833〜2835、3439〜3440、3916〜3918、4469〜4472、4821、5429、5537、6061、7327、8330〜13061、13062〜13087、及び13108〜13116のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号8に記載されるヌクレオチド配列内に存在する。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、3個以上の連続したグアノシンヌクレオチドを含まない。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、4個以上の連続したグアノシンヌクレオチドを含まない。ある実施形態では、第1及び/又は第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、長さが8〜30ヌクレオチドである。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、長さが8〜10ヌクレオチドであり、PRC2関連領域の相補的配列のヌクレオチドの1、2、又は3個を除く全てが、シトシン又はグアノシンヌクレオチドである。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、リンカーを介して第2一本鎖オリゴヌクレオチドと共有結合している。ある実施形態では、リンカーは、オリゴヌクレオチド、ペプチド、低pH不安定性結合、又はジスルフィド結合を含む。ある実施形態では、リンカーは、オリゴヌクレオチドを含み、任意選択で、このオリゴヌクレオチドは、1〜10個のチミジン又はウリジンを含む。ある実施形態では、リンカーは、第1及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドに比べ、哺乳動物抽出物中で切断を受けやすい。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、第2一本鎖オリゴヌクレオチドと共有結合していない。ある実施形態では、組成物は、担体をさらに含む。ある実施形態では、担体は、薬学的に許容される担体である。
本発明の別の態様は、SMN1又はSMN2の発現を活性化又は増大するためのオリゴヌクレオチドを選択する方法を提供する。ある実施形態では、SMN1又はSMN2の発現を活性化又は増大するための候補が豊富な(例えば、オリゴヌクレオチドの無作為選択と比較して)オリゴヌクレオチドのセットを選択する方法が提供される。従って、本方法は、SMN1又はSMN2の発現を活性化又は増大するオリゴヌクレオチドが豊富な臨床候補のセットを確立するのに用いることができる。このようなライブラリーを用いて、例えば、SMN1又はSMN2を処置するための治療薬を開発するためのリードオリゴヌクレオチドを同定することもできる。さらに、ある実施形態では、SMN1又はSMN2の発現を活性化する目的で、一本鎖オリゴヌクレオチドの薬物動態学、生体分布、生物学的利用能及び/又は効力を制御するのに有用なオリゴヌクレオチド化学が提供される。
本発明の別の態様によれば、本明細書に開示される組成物のいずれかを収納する容器を含むキットが提供される。本発明の他の態様によれば、1遺伝子のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドを収納する第1容器と;上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドを収納する第2容器とを含むキットが提供される。ある実施形態では、スプライス制御配列は、上記遺伝子のエキソン内に常在する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、上記遺伝子のイントロン−エキソン接合部を横断する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、上記遺伝子のイントロン内に常在する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、少なくとも1つのhnRNAP結合配列を含む。ある実施形態では、Cの配列を有するオリゴヌクレオチドと、1細胞におけるmRNA前駆体のスプライス制御配列とのハイブリダイゼーションにより、上記細胞におけるmRNA前駆体のプロセシングから生じる成熟mRNAでの特定のエキソンの封入が起こる。ある実施形態では、Cの配列を有するオリゴヌクレオチドと、1細胞におけるmRNA前駆体のスプライス制御配列とのハイブリダイゼーションにより、上記細胞におけるmRNA前駆体のプロセシングから生じる成熟mRNAでの特定のイントロン又はエキソンの排除が起こる。ある実施形態において、遺伝子は、SMN1又はSMN2である。ある実施形態では、スプライス制御配列は、イントロン6、イントロン7、エキソン7、エキソン8、又はイントロン7とエキソン8の接合部に常在する。ある実施形態では、スプライス制御配列は、配列:CAGCAUUAUGAAAG(配列番号13100)を含む。ある実施形態では、第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、以下:TCACTTTCATAATGCTGG(配列番号13088);TCACTTTCATAATGC(配列番号13089);CACTTTCATAATGCT(配列番号13090);ACTTTCATAATGCTG(配列番号XX);及びCTTTCATAATGCTGG(配列番号13091)から選択される配列を含む。ある実施形態において、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列5’X−Y−Zを有し、ここで、Xは、任意のヌクレオチドであり、Yは、ヒトミクロRNAのシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、長さ1〜23ヌクレオチドのヌクレオチド配列である。ある実施形態では、SMN遺伝子2のPRC2関連領域は、配列番号1、2、4、若しくは5内のPRC2関連領域である。ある実施形態では、Yは、表1から選択される配列である。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号9〜23のいずれか1つに記載される配列である。ある実施形態において、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜8329及び13093〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜8329及び13093〜13094のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列を含み、ここで、提供されるヌクレオチド配列の5’末端は、第1一本鎖オリゴヌクレオチドの5’末端である。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号7に記載されるヌクレオチド配列内にも存在する。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号24〜29のいずれか1つに記載される配列である。ある実施形態において、第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、以下:配列番号1158〜1159、1171、1482〜1483、1485〜1486、2465〜2471、2488〜2490、2542〜2546、2656〜2657、2833〜2835、3439〜3440、3916〜3918、4469〜4472、4821、5429、5537、6061、7327、8330〜13061、13062〜13087、及び13108〜13116のいずれか1つに記載されるヌクレオチド配列、又は少なくとも8個のヌクレオチドであるその断片を含む。ある実施形態では、少なくとも8個の連続したヌクレオチドは、配列番号8に記載されるヌクレオチド配列内に存在する。
表の簡単な説明
表1:ヒトmiRNAのシード配列ではない六量体
表1:ヒトmiRNAのシード配列ではない六量体
表2:実験室での試験のために作製されたオリゴヌクレオチド配列。RQ(第2カラム)及びRQ SE(第3列)は、対照ウェル(通常、担体のみ)と比較したオリゴの活性、並びに実験の標準誤差又は3重の測定値を示す。[オリゴ]は、in vitro実験についてはナノモルで、またin vivo実験については体重キログラム当たりのミリグラムで示す。
表3:オリゴヌクレオチド修飾の一覧。表3の接尾辞「Sup」は、3’末端ヌクレオチドが、合成の目的で、固体支持体に結合され得ることを示す。一般に、合成のために固体支持体に結合させると、合成されたオリゴヌクレオチドは、固体支持体が最終オリゴヌクレオチド産物の一部ではないように放出されることは理解すべきである。
表4:試験のために作製されたオリゴヌクレオチド配列。この表は、修飾ヌクレオチドの配列を示すものであり、lnaXは、3’ホスホロチオエート結合を有するLNAヌクレオチドを表し、omeXは、2’−O−メチルヌクレオチドであり、dXは、デオキシヌクレオチドである。ヌクレオチドコードの末端のsは、ヌクレオチドが、3’ホスホロチオエート結合を有することを示している。配列の末端における「−Sup」は、3’末端が、3’結合上にリン酸塩又はチオリン酸塩のいずれかを欠いていることを示している。フォーマット化配列のカラムは、表2、7、8及び9において試験したオリゴヌクレオチドに対して、修飾ヌクレオチドを含むオリゴヌクレオチドの配列を示す。
表5:細胞株
PCT公開番号:国際公開第2013/173638号パンフレットとして公開された国際(PCT)特許出願番号:PCT/US2013/041440号パンフレットからの付録Aは、参照により本明細書に組み込むものとし;付録Aは、様々なオリゴヌクレオチドの試験からのRT−PCRデータを示す表7を含む。
PCT公開番号:国際公開第2013/173638号パンフレットとして公開された国際(PCT)特許出願番号:PCT/US2013/041440号パンフレットからの付録Aは、参照により本明細書に組み込むものとし;付録Aは、様々なオリゴヌクレオチドの試験からのRT−PCRデータを示す表7を含む。
PCT公開番号:国際公開第2013/173638号パンフレットとして公開された国際(PCT)特許出願番号:PCT/US2013/041440号パンフレットからの付録Bは、参照により本明細書に組み込むものとし;付録Bは、様々な組み合わせ処理の試験からのRT−PCRデータを示す表8を含む。
PCT公開番号:国際公開第2013/173638号パンフレットとして公開された国際(PCT)特許出願番号:PCT/US2013/041440号パンフレットからの付録Cは、参照により本明細書に組み込むものとし;付録Cは、様々なオリゴヌクレオチドの試験からのELISAデータを示す表9を含む。
上記の付録A〜Cの表7〜9にそれぞれ関する以下のカラム情報に留意されたい。配列番号:使用するオリゴヌクレオチドの塩基配列の配列識別子;オリゴ名:オリゴヌクレオチドの名称;Avg RQ:標的遺伝子のRT−PCRによる発現の平均相対定量;Avg RQ SE;RT−PCRによる発現レベルの相対定量の平均の標準誤差;「lipo単独の対照に対する%SMN」は、Lipofectamine2000(トランスフェクション試薬)処理細胞と比較したSMNタンパク質レベル(ng/mg全タンパク質)の割合を%に換算したものを指す;「%SMN CVV」は、変動係数を指す;Exp#:実験参照番号;標的:標的遺伝子;[オリゴ]別途記載のない限り、用いたオリゴヌクレオチドの濃度(nM);細胞株:用いた細胞株;アッセイタイプ:用いたアッセイ;時間(h):処理後のアッセイの時間;第2薬剤:第2オリゴヌクレオチドの名称(オリゴ名により同定される)又は併用実験で用いた薬剤;[第2]:第2オリゴヌクレオチド又は薬剤の濃度;単位:濃度の単位;第3薬剤:第3オリゴヌクレオチドの名称(オリゴ名により同定される)又は併用実験で用いた薬剤;[第3]:第3オリゴヌクレオチドの又は薬剤の濃度;注記:実験に関するコメント。オリゴ名は、表2及び4に記載するものと一致する。
筋萎縮性側索硬化症(ALS)は、ルー・ゲーリッグ(Lou Gehrig)病及びシャルコー(Charcot)病とも呼ばれ、急速に進行する衰弱、筋萎縮及び線維束形成、筋痙性、発語困難(構音障害)、嚥下困難(嚥下障害)、及び呼吸困難(呼吸困難)を特徴とし、最終的に患者の死を招く。ALSのこれらの特徴は、随意筋運動を制御するニューロンへの損傷によって生じるものである。
ALS患者由来細胞及び動物モデルの両方で、Gemの消失が記載されている。Gemの消失は、脊髄性筋萎縮症(SMA)でも起こることが認識されている。Gem、すなわちコイル小体対(Gemini of coiled bodies)は、SMNタンパク質を含有する小型構造であり、細胞核内にみいだされる。Gemは、一般に、直径が0.2ミクロン〜2ミクロンであり、電子顕微鏡下で観察すると、もつれた糸の玉に似ている。Gemは、snRNP生合成に関与すると考えられている。突然変異型SOD1は、SMN局在化を改変して、Gem形成を阻止するが、これは、SMN過剰発現によって保存される。ALSの突然変異型SOD1マウスモデルにおいて、SMNの過剰発現により、Gemの消失及び疾患発症が遅延した。このように、ある実施形態では、SMN発現の誘導は、ALS(例えば、突然変異型SOD1による家族性ALS(ALSの約10%))において治療利益をもたらす。TDP−43及びFUS/TLSは、核GemにおいてSMNと相互作用し、3つのタンパク質の全てが、UsnRNAのレベルを制御することにより、スプライソソーム維持に機能を果たす。FUSは、Gem形成に関与し、FUS欠損細胞でのGemの消失は、外性SMNを過剰発現する細胞において逆転させることができる。このように、ALSの病原性に関与する共通のプロセスは、ニューロンのスプライソソーム完全性の消失であると考えられ、これによって異常スプライシング及び運動ニューロン細胞死が起こるが、これは、SMN含有Gemの異常に起因し得る。
従って、運動ニューロン疾患、例えば、ALS、原発性側索硬化症、進行性筋萎縮、進行性球麻痺又は仮性球麻痺を有する被験者の細胞におけるSMNの発現を選択的に誘導する上で有用な方法及び関連する一本鎖オリゴヌクレオチドが提供される。ある実施形態では、SMN1又はSMN2の特定のスプライス変異体の発現を誘導するための方法が提供される。従って、ある実施形態では、スプライス変異体によりコードされる特定のSMNタンパク質アイソフォームの、細胞中のレベルを制御する上で有用な方法が提供される。ある実施形態では、方法は、ALSを治療するのに十分なレベルまでSMNタンパク質の発現を誘導する上で有用である。例えば、本発明のある態様によれば、ALSを治療することを目的として、1細胞において完全長SMNタンパク質の発現を増大する方法が提供される。ある実施形態では、本方法は、細胞に、この細胞においてエキソン7を含む(又は包含する)SMN1又はSMN2の成熟mRNAの発現を増大するのに十分な量で、SMN1又はSMN2のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN1又はSMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを送達するステップを含む。本発明の別の態様を本明細書に詳細に記載する。
従って、ある実施形態では、本明細書に記載される方法は、SOD1、FUS/TLS、又はTDP−43から選択される遺伝子における突然変異を含む細胞又は被験者に、本明細書に記載の一本鎖オリゴヌクレオチドを投与するステップを含む。SOD1、FUS/TLS、及びTDP−43における突然変異は、ヒト及び動物モデルのALSと関連している。ALSと関連するSOD1の突然変異として、A4V、H46R、G37R、L38V、及びG93Aが挙げられる。ALSに関連するTDP−43の突然変異としては、以下:D169G、K263E、N267S、G287S、G290A、S292N、G294A、G294V、G295S、G295R、G298S、M311V、A315T、A321G、A321V、Q331K、S332N、G335D、M337V、Q343R、N345K、G348C、G348V、N352S、N352T、R361S、P363A、Y374X、N378D、S379P、S379C、A382T、A382P、I383V、G384R、N390S、N390D、及びS393Lが挙げられる。ALSに関連するFUS/TLSの突然変異としては、以下:S57del、G156E、G191S、R216C、G225V、G230C、R234C、R234L、R224C、M254V、S402_P441delinsGGGG、S462F、G466VfsX14、R495X、G507D、K510E、S513P、R514G、R514S、G515C、H517Q、H517P、R518K、R518G、R521H、R521G、R521C、R522G、R524S、R524T、及びP525Lが挙げられる。前述したように、これらの遺伝子における突然変異は、SMN含有Gem形成及び/又は活性に影響を与えることが立証されている。
SOD1、FUS/TLS、及びTDP−43に加えて、他の遺伝子及び遺伝子座における突然変異もALSに関連している。これらの遺伝子を下の表に掲載する。
従って、ある実施形態では、本明細書に記載する方法は、本明細書に記載のオリゴヌクレオチドと一緒に、以下:SOD1、ALS2、SETX、FUS/TLS、VAPB、ANG、TDP−43、FIG4、OPTN、ATXN2、VCP、UBQLN2、SIGMAR1、CHMP2B、PFN1、又はC9orf72から選択される遺伝子におけるALSに関連する突然変異を含む細胞又は被験者に、本明細書に記載の一本鎖オリゴヌクレオチドを投与するステップを含む。
ある実施形態では、細胞は、ALSを有する被験者から取得した細胞又は該被験者に存在する細胞である。ある実施形態では、細胞は、運動ニューロンである。運動ニューロンは、脊椎から筋肉にシグナルを輸送して、運動を起こす遠心性神経(遠心性ニューロンとも呼ばれる)である。運動ニューロンは、筋肉に直接又は間接的にシグナルを輸送することができる。
筋萎縮性側索硬化症(ALS)
本発明のいくつかの態様は、ALSを有する被験者、又はALSを有する被験者から得られる細胞若しくは組織に関する。ALSは、上位及び下位運動ニューロンの変性を特徴とする運動ニューロン疾患であり、最終的に、筋力低下及び全身の委縮を招く。
本発明のいくつかの態様は、ALSを有する被験者、又はALSを有する被験者から得られる細胞若しくは組織に関する。ALSは、上位及び下位運動ニューロンの変性を特徴とする運動ニューロン疾患であり、最終的に、筋力低下及び全身の委縮を招く。
ある実施形態では、本明細書に開示するオリゴヌクレオチドで治療する被験者は、1つ又は複数のALSの症状を有する被験者である。ALSは、症状(医療専門家による理学的検査によって特定され得る)及び/又は一連の試験(その一部は、ALSと類似の症状を有する別の疾患からALSを識別するために設計される)に基づいて診断することができる。ALSの症状としては、呼吸困難、嚥下困難(例えば、喉にものを詰まらせやすい、流涎、若しくは吐き気)、頸部筋肉の筋力低下による頭部垂下、筋痙攣、線維束性収縮(fasciculation)と呼ばれる筋収縮、緩徐に悪化する筋力低下(一般に、まず腕若しくは手などの身体の一部に影響し、最終的に持ち上げ、階段昇降、及び歩行の困難を招く)、麻痺、言語障害(例えば、緩徐な又は異常な言語パターン)、変声、嗄声、及び減量が挙げられる。以下:衰弱、筋振戦、筋痙攣、筋の単収縮、筋組織の消失、舌の単収縮、反射異常、歩行の堅さ若しくはぎこちなさ、関節での反射増加、泣き笑いの制御困難(時として感情失禁と呼ばれる)、又は咽頭反射の消失のうち1つ又は複数について患者を検査することにより、理学的検査を用いて、患者のこうした症状を特定することができる。ALSの診断又は診断の補助に用いることができる検査の例として、限定はしないが、以下:他の症状からALSを識別するための血液及び/又は尿検査;肺筋肉が罹患しているかどうかを調べるための呼吸試験;ALSに類似している可能性がある頸部の疾患若しくは損傷を特定するための頸椎CT又はMRI;どの神経若しくは筋肉が適切に作動していないかを調べるための筋電図;神経伝導検査;遺伝子検査;他の症状からALSを識別するための頭部CT若しくはMRI;嚥下検査;並びに脊椎穿刺(腰椎穿刺)が挙げられる。ALS様症状を引き起こす他の状態又は疾患としては、感染症(例えば、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、ヒトT細胞白血病ウイルス(HTLV)、ポリオ、ウエストナイル熱、及びライム病など)、多発性硬化症、ポストポリオ症候群、多巣性運動ニューロパチー、及び脊髄性筋萎縮症が挙げられる。
ある実施形態では、ALSを有すると診断された被験者を、疾患の進行についてモニターしてもよい。ある実施形態では、ALS機能評価スケール(ALSFRS、例えば、The Amyotrophic Lateral Sclerosis Functional Rating Scale:Assessment of Activities of Daily Living in Patients With Amyotrophic Lateral Sclerosis.Arch Neurol.1996;53(2):141−147を参照)、ALS機能評価スケール改訂版(ALSFRS−R、例えば、Cedarbaum JM,Stambler N,Malta E,Fuller C,Hilt D,Thurmond B,Nakanishi Aを参照)又は別の適切なスケールを用いて、被験者をモニターする。ALSFRS−R:呼吸機能の評価を組み込むALS機能評価スケール改訂版。BDNF ALS試験群(第3相)。J Neurol Sci.1999 Oct 31;169(1−2):13−21)。ALSFRS及びALSFRS−Rは、次の挙動カテゴリーを測定する:言語、唾液分泌、嚥下、筆記、食物の切断及び器具の扱い(胃瘻造設の有無にかかわらず)、身支度及び衛生、寝返り及び寝具の調整、歩行、階段昇降、並びに呼吸。ALSFRS−Rはさらに、呼吸困難、起座呼吸、及び補助換気の必要性の追加評価を含む。例示的ALSFRS−R検査は、ALS C.A.R.Eプロジェクトの下でのCenter for Outcomes Researchウェブサイトを通して提供される(ALS Functional Rating Scale Scoring Tool Onlineを参照)。ある実施形態では、これらのカテゴリー各々の特徴に基づいてスコアを計算してもよい(正常又は軽度障害は、各カテゴリーについて高スコアを付与し、顕著な又は重度障害は、各カテゴリーについて低スコアを付与する)。ある実施形態では、各カテゴリーのスコアを合計して、総合スコアを取得する。ある実施形態では、時間経過による総合スコアの変化を追跡するために、検査を複数回実施してもよい。ある実施形態では、スコアの増加はALSの進行を示し;スコアの減少又は不変のスコアは、ALSの安定又は退行を示し得る。
ポリコーム抑制複合体2(PRC)−相互反応RNA
本明細書に記載する本発明の態様は、ポリコーム抑制複合体2(PRC)−相互反応RNAの発見に関する。ポリコーム抑制複合体2(PRC)は、ヒストンメチルトランスフェラーゼであり、ヒストンH3のメチル化によってゲノム領域のサイレンシングに関与する既知のエピジェネティック制御因子である。他の機能の中でも、PRC2は、RepA、Xist、及びTsixなどの長い非コードRNA(lncRNA)と相互反応して、ヒストンH3−リシン27のトリメチル化を触媒する。PRC2は、4つのサブユニット、Eed、Suz12、RbAp48、及びEzh2を含む。本発明の態様は、SMN1又はSMN2遺伝子を含むか、又はそれと機能的に近く、SMN1又はSMN2の発現を誘導若しくは増大することができるゲノム領域内から発現されるRNA(例えば、lncRNA)のPRC2関連領域に結合する一本鎖オリゴヌクレオチドの認識に関する。ある実施形態では、この上方制御は、SMN1又はSMN2のPRC2媒介抑制の阻害によって起こると考えられる。
本明細書に記載する本発明の態様は、ポリコーム抑制複合体2(PRC)−相互反応RNAの発見に関する。ポリコーム抑制複合体2(PRC)は、ヒストンメチルトランスフェラーゼであり、ヒストンH3のメチル化によってゲノム領域のサイレンシングに関与する既知のエピジェネティック制御因子である。他の機能の中でも、PRC2は、RepA、Xist、及びTsixなどの長い非コードRNA(lncRNA)と相互反応して、ヒストンH3−リシン27のトリメチル化を触媒する。PRC2は、4つのサブユニット、Eed、Suz12、RbAp48、及びEzh2を含む。本発明の態様は、SMN1又はSMN2遺伝子を含むか、又はそれと機能的に近く、SMN1又はSMN2の発現を誘導若しくは増大することができるゲノム領域内から発現されるRNA(例えば、lncRNA)のPRC2関連領域に結合する一本鎖オリゴヌクレオチドの認識に関する。ある実施形態では、この上方制御は、SMN1又はSMN2のPRC2媒介抑制の阻害によって起こると考えられる。
本明細書で用いる「PRC2関連領域」という用語は、PRC2の成分と直接又は間接的に相互作用するヌクレオチドの配列を含むか、又はこれをコードする核酸の領域を指す。PRC2関連領域は、PRC2と相互作用するRNA(例えば、長い非コードRNA(lncRNA))内に存在し得る。PRC2関連領域は、PRC2と相互作用するRNAをコードするDNA内に存在し得る。場合によっては、PRC2関連領域は、PRC2相互作用領域とも同様に呼ばれる。
ある実施形態において、PRC2関連領域は、RNAを発現する細胞のin situ紫外線照射に応答してPRC2の成分に架橋するRNAの領域、又はこのRNA領域をコードするゲノムDNAの領域である。ある実施形態では、PRC2関連領域は、PRC2の成分をターゲティングする抗体と免疫沈降するRNAの領域、又はこのRNA領域をコードするゲノムDNAの領域である。ある実施形態では、PRC2関連領域は、SUZ12、EED、EZH2又はRBBP4(上で述べたように、PRC2の成分である)に特異的に結合する抗体と共に免疫沈降するRNAの領域、又はこのRNA領域をコードするゲノムDNAの領域である。
ある実施形態において、PRC2関連領域は、PRC2の成分をターゲティングする抗体を用いたRNA免疫沈降アッセイにおいてヌクレアーゼ(例えば、RNase)から保護されるRNAの領域、又はこの保護されたRNA領域をコードするゲノムDNAの領域である。ある実施形態では、PRC2関連領域は、SUZ12、EED、EZH2又はRBBP4をターゲティングする抗体を用いたRNA免疫沈降アッセイにおいてヌクレアーゼ(例えば、RNase)から保護されるRNAの領域、又はこの保護されたRNA領域をコードするゲノムDNAの領域である。
ある実施形態において、PRC2関連領域は、PRC2の成分をターゲティングする抗体を用いたRNA免疫沈降アッセイの産物のシークエンシング反応において、比較的高い頻度の配列リード数をもたらすRNAの領域、又はこのRNA領域をコードするゲノムDNAの領域である。ある実施形態では、PRC2関連領域は、SUZ12、EED、EZH2又はRBBP4に特異的に結合する抗体を用いたRNA免疫沈降アッセイの産物のシークエンシング反応において、比較的高い頻度の配列リード数をもたらすRNAの領域、又はこの保護されたRNA領域をコードするゲノムDNAの領域である。このような実施形態において、PRC2関連領域は、「ピーク」と呼ばれることもある。
ある実施形態において、PRC2関連領域は、PRC2複合体と相互作用する40〜60ヌクレオチドの配列を含む。ある実施形態では、PRC2関連領域は、PRC2と相互作用するRNAをコードする40〜60ヌクレオチドの配列を含む。ある実施形態では、PRC2関連領域は、PRC2と相互作用する(例えば、40〜60ヌクレオチドの)配列を含む、長さ5kb以下の配列を含む。ある実施形態では、PRC2関連領域は、PRC2と相互作用することがわかっている(例えば、40〜60ヌクレオチドの)配列を有する、長さ5kb以下の配列を含み、この配列内にRNAがコードされている。ある実施形態では、PRC2関連領域は、PRC2と相互作用する(例えば、40〜60ヌクレオチドの)配列を含む、長さ約4kbの配列を含む。ある実施形態では、PRC2関連領域は、PRC2と相互作用することがわかっている(例えば、40〜60ヌクレオチドの)配列を有する、長さ約4kbの配列を含み、この配列内にRNAがコードされている。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号9〜29のいずれか1つに記載されている配列を有する。ある実施形態では、PRC2関連領域は、配列番号24〜29のいずれか1つに記載されている配列を有する。
ある実施形態において、SMN1又はSMN2遺伝子を含むか、又はその近傍にあるゲノム領域内のPRC2関連領域に特異的に結合するか、あるいはこの領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドが提供される。ある実施形態では、配列番号9〜29のいずれか1つに記載されている配列を有するPRC2関連領域に特異的に結合するか、又はこの領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドが提供される。ある実施形態では、配列番号9〜29のいずれか1つに記載されている配列を有するPRC2関連領域に特異的に結合するか、又はこの領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドが提供され、ここで、上記配列は、これらの配列番号が位置する(例えば、ヒトゲノムにおいて)対応ゲノム領域からの2kb以下、5kb以下、若しくは10kb以下のフランキング配列と結合している。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号30〜13087又は13108〜13116のいずれか1つに記載されている配列を有する。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、表2に記載されている配列を有する。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドが相補的なSMN1又はSMN2のPRC2関連領域は、配列番号24〜29から選択される。ある実施形態では、SMN1又はSMN2のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドは、以下の配列番号:1158〜1159、1171、1482〜1483、1485〜1486、2465〜2471、2488〜2490、2542〜2546、2656〜2657、2833〜2835、3439〜3440、3916〜3918、4469〜4472、4821、5429、5537、6061、7327、8330〜13061、13062〜13087、及び13108〜13116から選択される配列を含む。ある実施形態では、SMN1又はSMN2のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドは、11395、11394、10169、及び10170から選択される配列を含む。
本発明の理論に拘束されるわけではないが、これらのオリゴヌクレオチドは、特定の染色体座へのPRC2の動員(recruitment)を阻止することにより、PRC2の結合及び機能を妨害することができる。例えば、PRC2関連領域lncRNAに特異的に結合するように設計された一本鎖オリゴヌクレオチドは、lncRNAだけではなく、lncRNAに結合するPRC2も、結合クロマチンから安定して置換することができる。置換後、PRC2の完全な補体は、24時間後まで回復されない。さらに、lncRNAは、シス(cis)様式でPRC2を動員して、lncRNAが転写された特定の染色体座又はその付近での遺伝子発現を抑制することができる。
ある実施形態において、遺伝子発現を調節する方法が提供され、この方法は、in vitro、ex vivo、又はin vivoで実施してよい。本明細書の説明全体を通して化合物の使用について述べるときは必ず、SMN1又はSMN2のレベル若しくは活性の低減に関連する状態(例えば、ALS)の治療に用いるための医薬組成物又は薬剤の調製における化合物の使用を考慮することが理解されよう。従って、1つの非制限的例として、本発明のこの態様は、疾患の治療に用いるための薬剤の調製における一本鎖オリゴヌクレオチドの使用を含み、この治療は、SMN1又はSMN2の発現を上方制御することを含む。
本発明の別の態様において、SMN1又はSMN2の発現を活性化するための候補オリゴヌクレオチドを選択する方法が提供される。本方法は、一般に、候補オリゴヌクレオチドとして、PRC2関連領域(例えば、配列番号9〜29のいずれか1つに記載のヌクレオチド配列)に相補的なヌクレオチド配列を含む一本鎖オリゴヌクレオチドを選択することを含む。ある実施形態では、SMN1又はSMN2の発現を活性化するオリゴヌクレオチドが豊富な(例えば、オリゴヌクレオチドの無作為選択と比較して)オリゴヌクレオチドのセットを選択することができる。
SMN1又はSMN2の発現を調節するための一本鎖オリゴヌクレオチド
本発明の一態様では、1細胞においてSMN1又はSMN2の発現を調節するための、PRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドが提供される。ある実施形態では、SMN1又はSMN2の発現は上方制御又は増大される。ある実施形態では、PRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドは、遺伝子発現が上方制御又は増大されるように、長いRNA転写物とPRC2の相互作用を阻害する。ある実施形態では、PRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドは、遺伝子発現が上方制御又は増大されるように、長いRNA転写物とPRC2の相互作用を阻害することにより、ヒストンH3のメチル化の低減及び遺伝子不活性化の低減をもたらす。ある実施形態では、上記の相互作用は、PRC2との結合を阻止又は低減する長いRNAの構造の変化によって、破壊又は阻害され得る。SMN1又はSMN2の発現を活性化するための候補オリゴヌクレオチドを選択するための本明細書に開示する方法のいずれかを用いて、オリゴヌクレオチドを選択することができる。
本発明の一態様では、1細胞においてSMN1又はSMN2の発現を調節するための、PRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドが提供される。ある実施形態では、SMN1又はSMN2の発現は上方制御又は増大される。ある実施形態では、PRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドは、遺伝子発現が上方制御又は増大されるように、長いRNA転写物とPRC2の相互作用を阻害する。ある実施形態では、PRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドは、遺伝子発現が上方制御又は増大されるように、長いRNA転写物とPRC2の相互作用を阻害することにより、ヒストンH3のメチル化の低減及び遺伝子不活性化の低減をもたらす。ある実施形態では、上記の相互作用は、PRC2との結合を阻止又は低減する長いRNAの構造の変化によって、破壊又は阻害され得る。SMN1又はSMN2の発現を活性化するための候補オリゴヌクレオチドを選択するための本明細書に開示する方法のいずれかを用いて、オリゴヌクレオチドを選択することができる。
一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列番号1〜8のいずれか1つに記載されているヌクレオチド配列のPRC2関連領域と相補的な相補性の領域を含んでいてもよい。一本鎖オリゴヌクレオチドの相補性の領域は、PRC2関連領域の少なくとも6個、例えば、少なくとも7個、少なくとも8個、少なくとも9個、少なくとも10個、少なくとも15個又は16個以上の連続したヌクレオチドと相補的であってよい。
当然のことながら、SMN1及びSMN2同士の高い相同性のために、SMN1のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドは、SMN2の対応するPRC2関連領域とも相補的であることが多い。
PRC2関連領域は、染色体において、SMN1又はSMN2遺伝子の5’末端の上流50キロベースと、SMN1又はSMN2遺伝子の3’末端の下流50キロベースとの間の位置に位置するものであってよい。PRC2関連領域は、染色体において、SMN1又はSMN2遺伝子の5’末端の上流25キロベースと、SMN1又はSMN2遺伝子の3’末端の下流25キロベースとの間の位置に位置してもよい。PRC2関連領域は、染色体において、SMN1又はSMN2遺伝子の5’末端の上流12キロベースと、SMN1又はSMN2遺伝子の3’末端の下流12キロベースとの間の位置に位置してもよい。PRC2関連領域は、染色体において、SMN1又はSMN2遺伝子の5’末端の上流5キロベースと、SMN1又はSMN2遺伝子の3’末端の下流5キロベースとの間の位置に位置してもよい。
SMN1又はSMN2遺伝子に対して、選択されるPRC2関連領域のゲノム位置は変動し得る。例えば、PRC2関連領域は、SMN1又はSMN2遺伝子の5’末端の上流にあってよい。PRC2関連領域は、SMN1又はSMN2遺伝子の3’末端の下流にあってよい。PRC2関連領域は、SMN1又はSMN2遺伝子のイントロン内にあってよい。PRC2関連領域は、SMN1又はSMN2遺伝子のエキソン内にあってよい。PRC2関連領域は、SMN1又はSMN2遺伝子のイントロン−エキソン接合部、5’−UTR−エキソン接合部若しくは3’−UTR−エキソン接合部を横断してもよい。
一本鎖オリゴヌクレオチドは、式X−Y−Zを有する配列を含んでもよく、ここで、Xは、任意のヌクレオチドであり、Yは、ミクロRNAのヒトシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、可変長さのヌクレオチド配列である。ある実施形態では、Xは、オリゴヌクレオチドの5’ヌクレオチドである。ある実施形態では、Xがオリゴヌクレオチドの5’末端で固定されている場合、オリゴヌクレオチドは、Xに5’で連結されたヌクレオチド又はヌクレオチド類似体を一切有していない。ある実施形態では、ペプチド又はステロールなどの他の化合物は、これらがヌクレオチド又はヌクレオチド類似体ではない限り、この実施形態において5’末端で連結されている。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、配列5’X−Y−Zを有し、長さ8〜50ヌクレオチドである。こうした配列特性を有するオリゴヌクレオチドは、miRNA経路を回避すると予想される。従って、ある実施形態では、こうした配列特性を有するオリゴヌクレオチドは、miRNA分子として細胞内で機能するという意図しない結果をもたらす可能性が低い。Y配列は、表1に記載する長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であってよい。
一本鎖オリゴヌクレオチドは、グアノシンヌクレオチド区間(例えば、3個以上、4個以上、5個以上、6個以上の連続したグアノシンヌクレオチド)を含まない配列を有してもよい。ある実施形態では、グアノシンヌクレオチド区間を有するオリゴヌクレオチドは、グアノシンヌクレオチド区間のないオリゴヌクレオチドと比較して、増大した非特異的結合及び/又はオフターゲット効果を有する。
一本鎖オリゴヌクレオチドは、オフターゲット遺伝子を包含するか、又はその近傍のゲノム位置に位置する、同等長さの全てのヌクレオチド配列に対して閾値レベルに満たない配列同一性を有する配列を有していてもよい。例えば、オリゴヌクレオチドは、SMN1又はSMN2以外のあらゆる既知の遺伝子(例えば、あらゆる既知のタンパク質コード遺伝子)を包含するか、又はその近傍のゲノム位置に位置する配列を含まないことを確実にするように設計してもよい。同様の実施形態では、オリゴヌクレオチドは、いずれか他の既知のPRC2関連領域、特に、いずれか他の既知の遺伝子(例えば、いずれか既知のタンパク質コード遺伝子)に機能的に関連するPRC2関連領域に位置する配列を含まないことを確実にするように設計してもよい。どちらの場合にも、オリゴヌクレオチドは、オフターゲット効果を有する低い尤度を有すると予想される。配列同一性の閾値レベルは、50%、60%、70%、80%、85%、90%、95%、99%又は100%配列同一性であってよい。
一本鎖オリゴヌクレオチドは、少なくとも2つの一本鎖ループを含む二次構造を形成するRNAをコードするPRC2関連領域と相補的な配列を有していてもよい。ある実施形態では、1つ又は複数の一本鎖ループ(例えば、少なくとも2つの一本鎖ループ)を含む二次構造を形成するRNAをコードするPRC2関連領域と相補的なオリゴヌクレオチドは、無作為に選択したオリゴヌクレオチドと比較して、活性である(例えば、標的遺伝子の発現を活性化又は増大することができる)高い尤度を有することが見出されている。場合によっては、二次構造は、少なくとも2つの一本鎖ループの間に二本鎖ステムを含んでもよい。従って、オリゴヌクレオチドとPRC2関連領域同士の相補性の領域は、少なくとも1つのループの少なくとも一部をコードするPRC2関連領域の位置にあってよい。ある態様では、オリゴヌクレオチドとPRC2関連領域同士の相補性の領域は、ループの少なくとも2つの少なくとも一部をコードするPRC2関連領域の位置にあってよい。ある態様では、オリゴヌクレオチドとPRC2関連領域同士の相補性の領域は、二本鎖ステムの少なくとも一部をコードするPRC2関連領域の位置にあってよい。ある実施形態では、(例えば、lncRNAの)PRC2関連領域を同定する(例えば、RIP−Seq方法又はそれから得られる情報を用いて)。ある実施形態では、RNA二次構造予測アルゴリズム、例えば、RNAfold、mfoldを用いて、PRC2関連領域を含む予測二次構造RNA(例えば、lncRNA)を決定する。ある実施形態では、少なくとも2つの一本鎖ループの間に二本鎖ステムを含み得る1つ又は複数の一本鎖ループ(例えば、少なくとも2つの一本鎖ループ)を含む二次構造を形成するRNAの領域をターゲティングするように、オリゴヌクレオチドを設計する。
一本鎖オリゴヌクレオチドは、30%超のG−C含有率、40%超のG−C含有率、50%超のG−C含有率、60%超のG−C含有率、70%超のG−C含有率、又は80%超のG−C含有率を有する配列を有していてもよい。一本鎖オリゴヌクレオチドは、100%以下のG−C含有率、95%以下のG−C含有率、90%以下のG−C含有率、又は80%以下のG−C含有率を有する配列を有していてもよい。オリゴヌクレオチドが、長さ8〜10ヌクレオチドであるいくつかの実施形態では、PRC2関連領域の相補的配列のヌクレオチドの1、2、3、4、若しくは5個を除く全てが、シトシン又はグアノシンヌクレオチドである。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドが相補的であるPRC2関連領域の配列は、アデニン及びウラシルから選択される3個以下のヌクレオチドを含む。
一本鎖オリゴヌクレオチドは、SMN1又はSMN2の当該種の相同体を包含する位置、又はその近傍の位置で、様々な種(例えば、マウス、ラット、ウサギ、ヤギ、サルなど)の染色体と相補的であってもよい。一本鎖オリゴヌクレオチドは、SMN1又はSMN2遺伝子を包含するか、又はその近傍のヒトゲノム領域と相補的であってもよいし、また、SMN1又はSMN2のマウス相同体を包含するか、又はその近傍のマウスゲノム領域と相補的であってもよい。例えば、一本鎖オリゴヌクレオチドは、SMN1又はSMN2遺伝子を包含するか、又はその近傍のヒトゲノム領域である、配列番号1、2、3、4、若しくは5に記載の配列と相補的であってもよいし、また、SMN1又はSMN2遺伝子のマウス相同体を包含するか、又はその近傍のマウスゲノム領域である、配列番号7若しくは8に記載の配列と相補的であってもよい。これらの特徴を有するオリゴヌクレオチドを、複数の種(例えば、ヒト及びマウス)における効力についてin vivo又はin vitroで試験することができる。このアプローチはまた、対象の疾患について適切な動物が存在する種を選択することにより、ヒトの疾患を治療するための臨床候補薬の開発も促進する。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドの相補性の領域は、PRC2関連領域の少なくとも8〜15、8〜30、8〜40、又は10〜50、又は5〜50、又は5〜40塩基、例えば、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、若しくは50個の連続したヌクレオチドと相補的である。ある実施形態では、相補性の領域は、PRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的である。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドの配列は、PRC2に結合するRNA配列、又はその一部分に基づいており、前記部分は、5〜40の連続した塩基対、又は約8〜40、又は約5〜15、又は約5〜30、又は約5〜40、又は約5〜50塩基の長さを有する。相補的とは、この用語が当技術分野で用いられている場合、2つのヌクレオチド同士の正確な対合の能力を指す。例えば、オリゴヌクレオチドの特定の位置にあるヌクレオチドが、PRC2関連領域の同じ位置のヌクレオチドと水素結合することができれば、その一本鎖オリゴヌクレオチドとPRC2関連領域は、その位置で互いに相補的であるとみなされる。一本鎖オリゴヌクレオチドとPRC2関連領域は、各分子内の十分な数の対応位置が、それらの塩基同士が互いに水素結合することができるヌクレオチドにより占められている場合、互いに相補的である。従って、「相補的」とは、こうした安定かつ特異的な結合が、一本鎖オリゴヌクレオチドとPRC2関連領域との間に起こるのに十分な程度の相補性又は正確な対合を示すために用いられる用語である。例えば、一本鎖ヌクレオチドの一位置にある塩基が、PRC2関連領域の対応位置にある塩基と水素結合することができれば、これらの塩基は、その位置で互いに相補的であるとみなされる。100%の相補性は要求されない。
一本鎖オリゴヌクレオチドは、PRC2関連領域の連続ヌクレオチドと、少なくとも80%(任意選択で、少なくとも85%、90%、91%、92%、93%、94%、96%、97%、98%、99%、又は100%)相補的であってよい。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、PRC2関連領域の連続ヌクレオチドの部分と比較して、1、2若しくは3つの塩基ミスマッチを含んでいてもよい。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、15塩基に対して3つ以下の塩基ミスマッチ、又は10塩基に対して2つ以下の塩基ミスマッチを有していてもよい。
相補的オリゴヌクレオチド配列が、特異的にハイブリダイズすることが可能なその標的の配列と100%相補的である必要はないことは当技術分野で理解されよう。ある実施形態では、本発明の開示を目的とする相補的オリゴヌクレオチド配列は、この配列と標的分子(例えば、lncRNA)の結合が、標的(例えば、lncRNA)の正常な機能を妨害して、活性の消失(例えば、遺伝子発現の結果として起こる上方制御によるPRC2関連抑制の阻害)を引き起こし、非特異的結合の回避が要望される条件下で、例えば、in vivoアッセイ又は治療的処置の場合には、生理学的条件下で、また、in vitroアッセイ場合には、アッセイが好適な緊縮条件で行われる条件下で、配列と非標的配列との非特異的結合を回避するのに十分な程度の相補性があるとき、特異的にハイブリダイズ可能である。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、長さ7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50ヌクレオチド又はそれ以上である。好ましい実施形態では、オリゴヌクレオチドは、長さ8〜30ヌクレオチドである。
ある実施形態において、PRC2関連領域は、遺伝子配列と同じDNA鎖上に存在する(センス)。ある実施形態では、PRC2関連領域は、遺伝子配列と逆のDNA鎖上に存在する(アンチセンス)。PRC2関連領域と相補的なオリゴヌクレオチドは、センス又はアンチセンス配列のいずれかと結合することができる。塩基対合は、正統なワトソン−クリック塩基対合及び非ワトソン−クリック塩基対合(例えば、ゆらぎ(Wobble)塩基対合及びフーグスティーン(Hoogsteen)塩基対合)の両方を含んでよい。相補的塩基対合について、アデノシン型塩基(A)は、チミジン型塩基(T)又はウラシル型塩基(U)と相補的であり、シトシン型塩基(C)は、グアノシン型塩基(G)と相補的であり、また、3−ニトロピロール又は5−ニトロインドールなどのユニバーサル塩基は、A、C、U、若しくはTのいずれともハイブリダイズすることができるため、これらと相補的であるとみなされることは理解されよう。イノシン(I)も、当技術分野ではユニバーサル塩基と考えられており、A、C、U、若しくはTのいずれとも相補的であるとみなされる。
ある実施形態において、配列表に示す配列を含む本明細書に記載の配列におけるいずれか1つ又は複数のチミジン(T)ヌクレオチド(若しくはその修飾ヌクレオチド)又はウリジン(U)ヌクレオチド(若しくはその修飾ヌクレオチド)を、アデノシンヌクレオチドとの塩基対合(例えば、ワトソン−クリック塩基対による)に好適ないずれか他のヌクレオチドで置換してもよい。ある実施形態では、配列表に示す配列を含む本明細書に記載の配列におけるいずれか1つ又は複数のチミジン(T)ヌクレオチド(若しくはその修飾ヌクレオチド)又はウリジン(U)ヌクレオチド(若しくはその修飾ヌクレオチド)を、異なるピリミジンヌクレオチドで好適に置換してもよいし、その逆も可能である。ある実施形態では、配列表に示す配列を含む本明細書に記載の配列におけるいずれか1つ又は複数のチミジン(T)ヌクレオチド(若しくはその修飾ヌクレオチド)をウリジン(U)ヌクレオチド(若しくはその修飾ヌクレオチド)で好適に置換してもよいし、その逆も可能である。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドのGC含有率は、約30〜60%であるのが好ましい。実施形態によっては、3つ以上のG又はCが連続して出現するのは好ましくない場合もある。従って、ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、3つ以上のグアノシンヌクレオチドの区間を含まない。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、単一の連続した転写物(例えば、非スプライスRNA)としてゲノム(例えば、ヒトゲノム)内でコードされるRNAに特異的に結合するか、又はこれに対して相補的である。ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、ゲノム(例えば、ヒトゲノム)内でコードされるRNAに特異的に結合するか、又はこれに対して相補的であり、ここで、上記ゲノムにおいて、RNAのコード領域の5’末端と、RNAのコード領域の3’末端との間の距離は、1kb未満、2kb未満、3kb未満、4kb未満、5kb未満、7kb未満、8kb未満、9kb未満、10kb未満、又は20kb未満である。
本明細書に記載するどのオリゴヌクレオチドも除外することができることは理解すべきである。
ある実施形態において、本明細書に開示する一本鎖オリゴヌクレオチドは、遺伝子に対応するmRNAの発現を少なくとも約50%(すなわち、通常の150%、若しくは1.5倍)、又は約2倍〜約5倍増大し得る。ある実施形態では、発現は、少なくとも約15倍、約20倍、約30倍、約40倍、約50倍若しくは約100倍、又はこれら数値のいずれかの間の範囲で、増大され得る。また、増大したmRNA発現は、増大したタンパク質発現と相関することがわかっている。
本明細書に記載するオリゴヌクレオチド、又はこれらを設計若しくは合成する方法の実施形態のいくつか又は全てにおいて、オリゴヌクレオチドは、遺伝子発現を上方制御し、また、タンパク質コード標準遺伝子と同じ鎖から転写されるPRC2結合RNAに特異的に結合するか、又はこれと特異的にハイブリダイズするか、又はこれと相補的であってよい。オリゴヌクレオチドは、標準遺伝子(refGene)のタンパク質コードセンス鎖のイントロン、エキソン、イントロンエキソン接合部、5’UTR、3’UTR、翻訳開始領域、又は翻訳終結領域内で始まるか、又はこれらと重複するPRC2結合RNAの領域に結合し得る。
本明細書に記載するオリゴヌクレオチド、又はこれらを設計若しくは合成する方法の実施形態のいくつか又は全てにおいて、オリゴヌクレオチドは、遺伝子発現を上方制御し、また、タンパク質コード標準遺伝子の逆鎖(アンチセンス鎖)から転写されるPRC2結合RNAに特異的に結合するか、又はこれと特異的にハイブリダイズするか、又はこれと相補的であってよい。オリゴヌクレオチドは、標準遺伝子のタンパク質コードアンチセンス鎖のイントロン、エキソン、イントロン−エキソン接合部、5’UTR、3’UTR、翻訳開始領域、又は翻訳終結領域内で始まるか、又はこれと重複するPRC2結合RNAの領域に結合し得る。
本明細書に記載するオリゴヌクレオチドは、修飾されていてもよく、例えば、修飾された糖部分、修飾されたヌクレオチド結合、修飾されたヌクレオチド及び/又はこれらの組合せを含んでもよい。さらに、オリゴヌクレオチドは、以下に挙げる特性の1つ又は複数を呈示することができる:標的RNAの実質的な切断又は変性を引き起こさない;;標的RNAの実質的に完全な切断又は変性を引き起こさない;RNAseH経路を活性化しない;RISCを活性化しない;アルゴノート(Argonaute)ファミリータンパク質を一切動員しない;ダイサー(Dicer)により切断されない;選択的スプライシングを媒介しない;免疫刺激賦活性ではない;ヌクレアーゼ耐性である;非修飾オリゴヌクレオチドと比較して向上した細胞取込みを有する;細胞又は哺乳動物に対して毒性ではない;エンドソーム離脱の向上をもたらし得る;lncRNAと、PRC2、好ましくはEzh2サブユニット、任意選択でSuz12、Eed、RbAp46/48サブユニット若しくはJarid2などの副因子との相互作用を妨害する;ヒストンH3リシン27メチル化を低減する、及び/又は遺伝子発現を上方制御する。
RNAと相互作用して、遺伝子発現を調節するように設計されたオリゴヌクレオチドは、DNA標的に結合するように設計されたものとは別個の塩基配列のサブセットである(例えば、RNAが転写される基礎ゲノムDNA配列と相補的である)。
スプライススイッチングオリゴヌクレオチド
本発明の態様は、エキソンスキップを最小限に抑えるためにSMN1又はSMN2mRNA前駆体をターゲティングする戦略を提供する。従って、本発明の態様は、ALSの治療に有用な治療化合物を提供する。ある実施形態では、本明細書において「スプライススイッチングオリゴヌクレオチド」と呼ばれるオリゴヌクレオチドが提供され、SMN2スプライシングを調節する。ある実施形態では、細胞における完全長SMNタンパク質の発現を増大するのに有用な方法及び関連組成物、化合物、並びにキットが提供される。本方法は、一般に、1細胞においてエキソン7を含む(又は包含する)SMN2の成熟mRNAの発現を増大するのに十分な量で、SMN2のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを上記細胞に送達することを含む。SMN1又はSMN2のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドのいずれを用いてもよい。スプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドが、本明細書において、スプライススイッチングオリゴヌクレオチドと呼ばれる場合もあることは理解すべきである。
本発明の態様は、エキソンスキップを最小限に抑えるためにSMN1又はSMN2mRNA前駆体をターゲティングする戦略を提供する。従って、本発明の態様は、ALSの治療に有用な治療化合物を提供する。ある実施形態では、本明細書において「スプライススイッチングオリゴヌクレオチド」と呼ばれるオリゴヌクレオチドが提供され、SMN2スプライシングを調節する。ある実施形態では、細胞における完全長SMNタンパク質の発現を増大するのに有用な方法及び関連組成物、化合物、並びにキットが提供される。本方法は、一般に、1細胞においてエキソン7を含む(又は包含する)SMN2の成熟mRNAの発現を増大するのに十分な量で、SMN2のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを上記細胞に送達することを含む。SMN1又はSMN2のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドのいずれを用いてもよい。スプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドが、本明細書において、スプライススイッチングオリゴヌクレオチドと呼ばれる場合もあることは理解すべきである。
スプライススイッチングオリゴヌクレオチドは、典型的に、mRNA前駆体のスプライス制御配列(例えば、イントロンのスプライシングサイレンサー配列)と相補的な配列を含み、mRNA前駆体に結合して、そのプロセシングに影響を与えることができる。スプライススイッチングオリゴヌクレオチドは、エキソンの領域、イントロンの領域又はイントロン/エキソン接合部と相補的であってもよい。ある実施形態では、スプライス制御配列は、配列:CAGCAUUAUGAAAG(配列番号13100)又はその一部を含む。ある実施形態では、スプライス制御配列は、少なくとも1つのhnRNAP結合配列を含む。ある実施形態では、エキソン6の5’スプライス部位との対合についてエキソン7及び8の3’スプライス部位同士の競合が存在し、従って、エキソン8の3’スプライス部位の認識の障害により、エキソン7封入が優先されるという前提に基づいて、SMN1又はSMN2をターゲティングするスプライススイッチングオリゴヌクレオチドは機能する。ある実施形態では、SMN2エキソン7封入及び完全長SMNタンパク質発現を促進するスプライススイッチングオリゴヌクレオチドが提供され、ここで、オリゴヌクレオチドは、イントロン7/エキソン8接合部と相補的である。ある実施形態では、スプライススイッチングオリゴヌクレオチドは、SMN1又はSMN2のエキソン(例えば、エキソン7)と相補的なセグメントから構成される。ある実施形態では、スプライススイッチングオリゴヌクレオチドは、セリン/アルギニンリッチ(SR)タンパク質により認識される結合モチーフを含むRNA配列からなる尾部(例えば、非相補的尾部)を含む。ある実施形態では、スプライススイッチングオリゴヌクレオチドは、イントロンのスプライシングサイレンサー(ISS)と(少なくとも一部が)相補的である。ある実施形態では、ISSは、SMN1又はSMN2のイントロン6又はイントロン7に存在する。ある実施形態では、スプライススイッチングオリゴヌクレオチドは、(例えば、SMN1又はSMN2の)標的エキソン又はイントロンに相補的なアンチセンス部分と、SRタンパク質のスプライシング活性化ドメインに類似した最小RSドメインペプチドとを含む。ある実施形態では、スプライススイッチングオリゴヌクレオチドは、7、8、9、10、11、12、13、14、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50ヌクレオチド又はそれ以上の長さである。一実施形態では、オリゴヌクレオチドは、長さ8〜30ヌクレオチドである。
リンカー
本明細書に開示するオリゴヌクレオチドのいずれかを、リンカー、例えば、切断性リンカーにより、1個又は複数の他のオリゴヌクレオチドと連結してもよい。従って、ある実施形態では、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドであって、リンカーを介して、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドに連結された一本鎖オリゴヌクレオチドを含む化合物が提供される。ある実施形態では、一般式A−B−Cを有する化合物が提供され、ここで、Aは、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドであり、Bは、リンカーであり、Cは、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドである。ある実施形態では、リンカーBは、オリゴヌクレオチド、ペプチド、低pH不安定性結合、又はジスルフィド結合を含む。ある実施形態では、化合物は、5’−A−B−C−3’のように配向されている。ある実施形態では、化合物は、3’−A−B−C−5’のように配向されている。Bがオリゴヌクレオチドであるいくつかの実施形態では、Aの3’末端が、Bの5’末端に連結され、Bの3’末端が、Cの5’末端に連結されている。Bがオリゴヌクレオチドであるいくつかの実施形態では、Aの5’末端が、Bの3’末端に連結され、Bの5’末端が、Cの3’末端に連結されている。Bがオリゴヌクレオチドであるいくつかの実施形態では、Aの5’末端が、Bの5’末端に連結され、及び/又はBの3’末端が、Cの3’末端に連結されている。Bがオリゴヌクレオチドであるいくつかの実施形態では、Aの3’末端が、Bの3’末端に連結され、及び/又はBの5’末端が、Cの5’末端に連結されている。
本明細書に開示するオリゴヌクレオチドのいずれかを、リンカー、例えば、切断性リンカーにより、1個又は複数の他のオリゴヌクレオチドと連結してもよい。従って、ある実施形態では、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドであって、リンカーを介して、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドに連結された一本鎖オリゴヌクレオチドを含む化合物が提供される。ある実施形態では、一般式A−B−Cを有する化合物が提供され、ここで、Aは、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドであり、Bは、リンカーであり、Cは、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドである。ある実施形態では、リンカーBは、オリゴヌクレオチド、ペプチド、低pH不安定性結合、又はジスルフィド結合を含む。ある実施形態では、化合物は、5’−A−B−C−3’のように配向されている。ある実施形態では、化合物は、3’−A−B−C−5’のように配向されている。Bがオリゴヌクレオチドであるいくつかの実施形態では、Aの3’末端が、Bの5’末端に連結され、Bの3’末端が、Cの5’末端に連結されている。Bがオリゴヌクレオチドであるいくつかの実施形態では、Aの5’末端が、Bの3’末端に連結され、Bの5’末端が、Cの3’末端に連結されている。Bがオリゴヌクレオチドであるいくつかの実施形態では、Aの5’末端が、Bの5’末端に連結され、及び/又はBの3’末端が、Cの3’末端に連結されている。Bがオリゴヌクレオチドであるいくつかの実施形態では、Aの3’末端が、Bの3’末端に連結され、及び/又はBの5’末端が、Cの5’末端に連結されている。
「リンカー」という用語は、2つ以上のオリゴヌクレオチドを共有結合することができる化学部分を指す。ある実施形態では、リンカー内に含まれる、又は含有される少なくとも1つの結合は、切断が可能である(例えば、エンドソーム抽出物のような哺乳動物抽出物などの生物学的環境において)ため、結合切断後には、少なくとも2つのオリゴヌクレオチドはもはや互いに共有結合されていない。ある実施形態において、提供されるリンカーは、リンカーが少なくとも1つの切断可能な結合を含む限りにおいて、非切断性の領域を含んでいてもよいことは理解されよう。
ある実施形態において、リンカーは、オリゴヌクレオチドと比較して、哺乳動物抽出物においてエンドペプチダーゼによる切断を受けやすいポリペプチドを含んでもよい。エンドペプチダーゼは、トリプシン、キモトリプシン、エラスターゼ、サーモリシン、ペプシン、又はエンドペプチダーゼV8であってよい。エンドペプチダーゼは、カテプシンB、カテプシンD、カテプシンL、カテプシンC、パパイン、カテプシンS又はエンドソーム酸性インスリナーゼであってよい。例えば、リンカーは、以下:ALAL、APISFFELG、FL、GFN、R/KXX、GRWHTVGLRWE、YL、GF、及びFFから選択されるアミノ酸配列を有するペプチドを含み、ここで、Xは、いずれかのアミノ酸である。
ある実施形態において、リンカーは、式:−(CH2)nS−S(CH2)m−を含み、ここで、n及びmは、独立に、0〜10の整数である。
ある実施形態において、リンカーは、オリゴヌクレオチドと比較して、哺乳動物抽出物においてエンドヌクレアーゼによる切断を受けやすいオリゴヌクレオチドを含んでもよい。リンカーは、1〜10個のチミジン又はウリジンを含むヌクレオチド配列を含んでもよい。リンカーは、リン酸ジエステルヌクレオチド間結合を介して連結されたデオキシリボヌクレオチドを含むヌクレオチド配列を有してもよい。リンカーは、リン酸ジエステルヌクレオチド間結合を介して連結された1〜10個のチミジン又はウリジンを含むヌクレオチド配列を有してもよい。リンカーは、ホスホロチオエートヌクレオチド間結合を介して連結された1〜10個のチミジン又はウリジンを含むヌクレオチド配列を有してもよい。
ある実施形態において、少なくとも1つのリンカーは、少なくとも2つのオリゴヌクレオチドと比較して、哺乳動物抽出物の存在下で酵素による切断に対し2倍、3倍、4倍、5倍、10倍以上感受性が高い。2つ以上のリンカーを含む化合物中に、様々なリンカーを様々な割合で及び/又は様々な酵素により切断されるように設計することができることは理解すべきである。同様に、2つ以上のリンカーを含む化合物中に、様々なリンカーを様々な組織、細胞又は細胞内コンパートメントにおける切断に対して感受性であるように設計することもできる。これにより、有利なことに、化合物は、様々な割合で、様々な酵素により、又は様々な組織、細胞若しくは細胞内コンパートメントにおいて、化合物から放出されるオリゴヌクレオチドを有することができるため、要望されるin vivo位置又は投与から要望の時間後に、単量体オリゴヌクレオチドの放出を制御することが可能になる。
特定の実施形態において、リンカーは、エキソヌクレアーゼがより豊富な血漿、血液若しくは血清中で安定(例えば、それらが相互に結合するオリゴヌクレオチドより安定)しており、エンドヌクレアーゼが比較的豊富な細胞内環境では、より不安定である。ある実施形態では、リンカーは、リンカーの半減期が、本明細書に記載する条件下(例えば、肝臓ホモジネート中)で少なくとも24、若しくは28、32、36、48、72、96時間又はそれより長ければ、「非切断性」であるとみなされる。反対に、ある実施形態では、リンカーは、リンカーの半減期が、多くとも10、若しくは8、6、5時間又はそれより短ければ、「切断性」であるとみなされる。
ある実施形態において、リンカーは、ヌクレアーゼ切断性オリゴヌクレオチドリンカーである。ある実施形態では、ヌクレアーゼ切断性リンカーは、オリゴヌクレオチド骨格中に1つ又は複数のリン酸ジエステル結合を含む。例えば、リンカーは、単一のリン酸ジエステル架橋又は2、3、4、5、6、7又は8個以上のリン酸ジエステル結合を、1〜10デオキシヌクレオチド、例えば、RNAの場合、dT、又はリボヌクレオチド、例えば、rUの鎖として含んでもよい。リンカー中にdT又は他のDNAヌクレオチドdNを含む場合、特定の実施形態では、切断性リンカーは、1つ又は複数のリン酸ジエステル結合を含む。別の実施形態では、rU又は他のRNAヌクレオチドrNの場合、切断性リンカーは、ホスホロチオエート結合のみから構成されるものであってもよい。ある実施形態では、ヌクレアーゼにより比較的緩徐に切断される(従って、「非切断性」と呼ばれる)ホスホロチオエート結合デオキシヌクレオチドとは対照的に、ホスホロチオエート結合rUは、リボヌクレアーゼによる比較的速い切断を受けるため、ある実施形態において、切断性とみなされる。また、dN及びrNを組み合わせてリンカー領域に結合させることも可能であり、これらは、リン酸ジエステル又はホスホロチオエート結合によって連結される。他の実施形態において、リンカーは、化学的に修飾されたヌクレオチド(依然としてヌクレアーゼにより切断可能である)、例えば、2’−O−修飾類似体などを含んでもよい。特に、2’−O−メチル又は2’−フルオロヌクレオチドを互いに結合させるか、又はdN若しくはrNヌクレオチドと結合させることができる。一般に、ヌクレオチドリンカーの場合、リンカーは、標的と相補的にすることもできるが、通常、標的と相補的ではない化合物の一部である。これは、リンカーが、一般に、標的上のオリゴヌクレオチドの作用に先立って切断さることから、標的に対するリンカーの同一性が重要ではないためである。従って、ある実施形態では、リンカーは、設計されるオリゴヌクレオチドの標的のいずれかと相補的ではない(オリゴ)ヌクレオチドリンカーである。
ある実施形態において、切断可能なリンカーは、意図的に導入されたRpホスホロチオエート立体異性体の連続的区間(例えば、4、5、6、7又は8個以上の区間)を含むオリゴヌクレオチドリンカーである。Rp立体異性体は、Sp立体異性体とは異なり、ヌクレアーゼ切断を受けやすいことがわかっている(Krieg et al.,2003,Oligonucleotides,13:491−499)。このようなリンカーは、PS結合したオリゴヌクレオチドのラセミ混合物を含まない。というのは、混合型結合は、比較的安定しており、長い区間のRp立体異性体を含まないと考えられ、故に、「非切断性」と考えられるからである。従って、ある実施形態において、リンカーは、4、5、6、7又は8個以上のホスホロチオエート化ヌクレオチドの区間を含み、ここで、この区間は、実質的量のSp立体異性体を含まないか、又は一切含まない。その量は、10%毎モルを超えれば実質的であるとみなすことができる。
ある実施形態において、リンカーは、非ヌクレオチドリンカー、例えば、単一のリン酸ジエステル架橋である。このような切断性リンカーの別の例は、ジスルフィド結合、例えば、−(CH2)nS−S(CH2)m−(n及びmは、0〜10の整数である)を含む化学基である。例示的実施形態において、n=m=6である。非ヌクレオチドリンカーの別の例は以下に記載する。
リンカーは、化学的又は酵素的切断反応を受けるように設計することができる。化学反応は、例えば、酸性環境での切断(例えば、エンドソーム)、還元的切断(例えば、サイトゾル切断)又は酸化的切断(例えば、肝ミクロソーム中)を含む。切断反応は、再構成反応により開始することもできる。酵素反応は、ヌクレアーゼ、ペプチダーゼ、プロテアーゼ、ホスファターゼ、オキシダーゼ、レダクターゼなどにより媒介される反応を含んでもよい。例えば、リンカーは、pH感受性、カテプシン感受性であってもよいし、又は主にエンドソーム及び/若しくはサイトゾル中で切断することもできる。
ある実施形態において、リンカーは、ペプチドを含む。特定の実施形態において、リンカーは、エンドペプチダーゼにより切断可能な配列を有するペプチドを含む。切断可能なペプチド配列に加えて、リンカーは、追加のアミノ酸残基及び/又は非ペプチド化学部分、例えば、アルキル鎖を含んでもよい。特定の実施形態では、リンカーは、カテプシンBの基質である、Ala−Leu−Ala−Leuを含む。例えば、Schmid et al,Bioconjugate Chem 2007,18,702−716に記載されているマレイミドカプロイル−Arg−Arg−Ala−Leu−Ala−Leuリンカーを参照されたい。特定の実施形態では、カテプシンB−切断性リンカーは、腫瘍細胞中で切断される。特定の実施形態では、リンカーは、カテプシンD、L、及びBの基質である、Ala−Pro−Ile−Ser−Phe−Phe−Glu−Leu−Glyを含む(例えば、Fischer et al,Chembiochem 2006,7,1428−1434を参照)。特定の実施形態では、カテプシン−切断性リンカーは、HeLA細胞中で切断される。ある実施形態では、リンカーは、カテプシンBの基質である、Phe−Lysを含む。例えば、特定の実施形態では、リンカーは、Phe−Lys−p−アミノ安息香酸(PABA)を含む。例えば、Walker et al,Bioorg.Med.Chem.Lett.2002,12,217−219に記載のマレイミドカプロイル−Phe−Lys−PABAリンカーを参照されたい。特定の実施形態では、リンカーは、カテプシンCの基質である、Gly−Phe−2−ナフチルアミドを含む(例えば、Berg et al.Biochem.J.1994,300,229−235を参照)。特定の実施形態では、カテプシンC−切断性リンカーは、肝細胞中で切断される。ある実施形態では、リンカーは、カテプシンS切断部位を含む。例えば、ある実施形態では、リンカーは、例えば、Lutzner et al,J.Biol.Chem.2008,283,36185−36194に記載されているように、Gly−Arg−Trp−His−Thr−Val−Gly−Leu−Arg−Trp−Glu、Gly−Arg−Trp−Pro−Pro−Met−Gly−Leu−Pro−Trp−Glu、又はGly−Arg−Trp−His−Pro−Met−Gly−Ala−Pro−Trp−Gluを含む。特定の実施形態では、カテプシンS−切断性リンカーは、抗原提示細胞中で切断される。ある実施形態では、リンカーは、パパイン切断部位を含む。パパインは、典型的に、配列−R/K−X−Xを有するペプチドを切断する(例えば、Chapman et al,Annu.Rev.Physiol 1997,59,63−88を参照)。特定の実施形態において、パパイン切断性リンカーは、エンドソーム中で切断される。ある実施形態では、リンカーは、エンドソーム酸性インスリナーゼ切断部位を含む。例えば、ある実施形態では、リンカーは、Tyr−Leu、Gly−Phe、又はPhe−Pheを含む(例えば、Authier et al,FEBS Lett.1996,389,55−60を参照)。特定の実施形態では、エンドソーム酸性インスリナーゼ切断性リンカーは、肝細胞中で切断される。
ある実施形態において、リンカーは、pH感受性である。特定の実施形態では、リンカーは、低pH不安定性結合を含む。本明細書で用いる場合、低pH不安定性結合は、酸性条件下(pH<7)で選択的に破壊される結合である。このような結合は、細胞エンドソーム及びリソソームが7未満のpHを有することから、エンドソーム不安定性結合と呼ばれることもある。例えば、特定の実施形態では、リンカーは、アミン、イミン、エステル、安息香酸イミン、アミノエステル、ジオルトエステル、ポリホスホエステル、ポリホスファゼン、アセタール、ビニルエーテル、ヒドラゾン、アジドメチル−メチル無水マレイン酸、チオプロピオン酸塩、隠ぺいエンドソーム融解剤又はシトラコニル基を含む。
特定の実施形態において、リンカーは、以下から選択される低pH不安定性結合を含む:ジオール及びケトンを形成するための、酸性環境(例えば、7より小さく、約4より大きいpH)で不安定なケタール;ジオール及びアルデヒドを形成するための、酸性環境(例えば、7より小さく、約4より大きいpH)で不安定なアセタール;アミン及びアルデヒド又はケトンを形成するための、酸性環境(例えば、7より小さく、約4より大きいpH)で不安定なイミン又はイミニウム;酸性条件下で不安定なケイ素−酸素−炭素結合;ケイ素−窒素(シラザン)結合;ケイ素−炭素結合(例えば、アリールシラン、ビニルシラン、及びアリルシラン);マレアマート(無水マレイン酸誘導体及びアミンから合成されるアミド結合);オルトエステル;ヒドラゾン;酸性触媒加水分解を受けるように設計された活性化カルボン酸誘導体(例えば、エステル、アミド);又はビニルエーテル。さらに別の例は、POLYCONJUGATES FOR IN VIVO DELIVERY OF POLYNUCLEOTIDESと題する国際特許出願公開番号:国際公開第2008/022309号パンフレットに見出すことができ、その内容は、本明細書に参照により組み込むものとする。
ある実施形態では、リンカーは、隠ぺいエンドソーム融解剤を含む。エンドソーム融解ポリマーは、pHの変化に応答して、エンドソームの破壊若しくは溶解を引き起こすか、あるいは、エンドソーム又はリソソームなどの細胞内膜封入小胞からの、通常膜不透過性化合物(ポリヌクレオチド又はタンパク質など)のエスケープを可能にすることができるポリマーである。エンドソーム融解化合物のサブセットは、融合性ペプチドなどの融合性化合物である。融合性ペプチドは、細胞質へのオリゴマー化合物などの物質のエンドソーム放出を促進することができる。例えば、米国特許出願第20040198687号明細書、第20080281041号明細書、第20080152661号明細書、及び第20090023890号明細書(本明細書に参照により組み込む)を参照されたい。
リンカーは、臓器/組織特異的切断を受けるように設計することもできる。例えば、様々な組織において発現される特定の標的の場合、他の臓器でのノックダウンは不要な副作用を招き得るため、肝臓におけるノックダウンのみが望ましいことがある。従って、ピロラーゼ(TPO)及びグルコース−6−ホスファターゼ(G−6−Pase)などの肝臓特異的酵素に対して感受性のリンカーを、アンチセンス作用を主に肝臓に限定するように作製することができる。あるいは、肝臓酵素には感受性ではないが、γグルタミルトランスペプチダーゼなどの腎臓特異的酵素に対して感受性のリンカーを、アンチセンス作用を主に腎臓に限定するように作製することもできる。同様に、経口投与される多量体オリゴヌクレオチドの場合、Phe−Ala及びLeu−Alaを切断する腸特異的ペプチドを考慮することができる。同様に、プラスミン(例えば、PHEA−D−Val−Leu−Lys認識部位)など、腫瘍において過剰発現された酵素により認識される酵素認識部位をリンカーに導入することにより、腫瘍特異的ノックダウンが実現可能になるであろう。リンカーにおける正しい酵素認識部位を選択することにより、様々な臓器において特異的切断及びノックダウンが達成可能になるであろう。加えて、リンカーは、肝臓ターゲティングの場合には、N−アセチルガラクトサミン、また、腫瘍又は活性化マクロファージターゲティングの場合には、葉酸塩、ビタミンA若しくはRGD−ペプチドなどのターゲティングシグナルを含有することもできる。従って、ある実施形態では、切断性リンカーは、臓器−又は組織特異的、例えば、肝臓特異的、腎臓特異的、腸特異的などである。
オリゴヌクレオチドは、個別のオリゴヌクレオチドのいずれかの部分を介して、例えば、リン酸塩、糖(例えば、リボース、デオキシリボース)、又は核酸塩基を介して連結することができる。特定の実施形態では、2つのオリゴヌクレオチドを互いに連結する場合、例えば、第1オリゴヌクレオチドの5’末端と第2ヌクレオチドの3’末端に、第1オリゴヌクレオチドの5’末端と第2ヌクレオチドの5’末端に、第1オリゴヌクレオチドの3’末端と第2ヌクレオチドの3’末端にリンカーを結合させることができる。他の実施形態において、2つのオリゴヌクレオチドを互いに連結する場合、例えば、修飾核酸塩基を介して、リンカーを各オリゴヌクレオチドの内部残基に結合することができる。当業者であれば、多量体の場合、多くのこうした並び替えが可能であることは理解されよう。適切なリンカー、及びこうしたリンカーを有する化合物を生成する方法のさらに別の例は、MULTIMERIC OLIGONUCLEOTIDE COMPOUNDSと題する国際特許出願番号:PCT/US2012/055535号パンフレットに見出すことができ(公開番号国際公開第2013040429号パンフレット)、そのリンカーおよび化学に関する内容は、本明細書に参照により全体を組み込むものとする。
SMN1又はSMN2の発現を活性化するための候補オリゴヌクレオチドを選択する方法
SMN1又はSMN2の発現を活性化若しくは増大するための候補オリゴヌクレオチドを選択するための方法が本明細書において提供される。標的選択方法は、一般に、本明細書に記載する構造及び機能的特性のいずれかを有する一本鎖オリゴヌクレオチドを選択するステップを含む。典型的には、本方法は、SMN1又はSMN2と機能的に関連するPRC2関連領域、例えば、SMN1又はSMN2遺伝子に対するPRC2の動員を促進する(例えば、シス(cis)調節様式で)ことにより、SMN1又はSMN2の発現を調節するlncRNAのPRC2関連領域をターゲティングするオリゴヌクレオチドを同定することを目標とする1つ又は複数のステップを含む。このようなオリゴヌクレオチドは、核酸(例えば、lncRNA)のPRC2関連領域とハイブリダイズするそれらの能力によって、SMN1又はSMN2の発現を活性化する候補であると予想される。ある実施形態では、このハイブリダイゼーションイベントは、PRC2と核酸(例えば、lncRNA)との相互作用を破壊し、その結果、SMN1又はSMN2遺伝子座に対するPRC2及びその関連共抑制因子(例えば、クロマチン再構成因子)の動員を破壊すると理解されている。
SMN1又はSMN2の発現を活性化若しくは増大するための候補オリゴヌクレオチドを選択するための方法が本明細書において提供される。標的選択方法は、一般に、本明細書に記載する構造及び機能的特性のいずれかを有する一本鎖オリゴヌクレオチドを選択するステップを含む。典型的には、本方法は、SMN1又はSMN2と機能的に関連するPRC2関連領域、例えば、SMN1又はSMN2遺伝子に対するPRC2の動員を促進する(例えば、シス(cis)調節様式で)ことにより、SMN1又はSMN2の発現を調節するlncRNAのPRC2関連領域をターゲティングするオリゴヌクレオチドを同定することを目標とする1つ又は複数のステップを含む。このようなオリゴヌクレオチドは、核酸(例えば、lncRNA)のPRC2関連領域とハイブリダイズするそれらの能力によって、SMN1又はSMN2の発現を活性化する候補であると予想される。ある実施形態では、このハイブリダイゼーションイベントは、PRC2と核酸(例えば、lncRNA)との相互作用を破壊し、その結果、SMN1又はSMN2遺伝子座に対するPRC2及びその関連共抑制因子(例えば、クロマチン再構成因子)の動員を破壊すると理解されている。
候補オリゴヌクレオチドを選択する方法は、SMN1又はSMN2遺伝子を包含するか、又はこれらの近傍にある染色体位置(例えば、配列番号1〜8のいずれか1つに記載されている配列を有する染色体位置)に位置するPRC2関連領域(例えば、配列番号9〜29のいずれか1つに記載されているヌクレオチド配列)を選択することを含む。PRC2関連領域は、SMN1又はSMN2遺伝子のセンス鎖を含む染色体の鎖に位置していてもよく、この場合、候補オリゴヌクレオチドは、SMN1又はSMN2遺伝子のセンス鎖と相補的である(すなわち、SMN1又はSMN2遺伝子に対してアンチセンスである)。あるいは、PRC2関連領域は、SMN1又はSMN2遺伝子のアンチセンス鎖を含む第1染色体の鎖に位置していてもよく、この場合、オリゴヌクレオチドは、SMN1又はSMN2遺伝子のアンチセンス鎖(鋳型鎖)と相補的である(すなわち、SMN1又はSMN2遺伝子に対してセンスである)。
SMN1又はSMN2の発現を活性化するオリゴヌクレオチドが豊富な候補オリゴヌクレオチドのセットを選択する方法は、SMN1又はSMN2遺伝子を包含するか、又はこれらの近傍にある染色体位置に位置する1つ又は複数のPRC2関連領域を選択することを含んでよく、ここで、上記セットにおける各オリゴヌクレオチドは、1つ又は複数のPRC2関連領域と相補的なヌクレオチド配列を含む。本明細書で用いる「〜の発現を活性化するオリゴヌクレオチドが豊富なオリゴヌクレオチドのセット」というフレーズは、上記の豊富なセットと同じ物理化学的特性(例えば、同じGC含有率、Tm、長さなど)のオリゴヌクレオチドの無作為選択と比較して、標的遺伝子(例えば、SMN1又はSMN2)の発現を活性化するオリゴヌクレオチドの数をより多く有するオリゴヌクレオチドのセットを指す。
一本鎖オリゴヌクレオチドの設計及び/又は合成が、このような配列情報により記載される核酸又はPRC2関連領域と相補的な配列の設計及び/又は合成を含む場合、当業者は、例えば、当技術分野における一般的知識の一部を成すワトソン−クリック塩基対合の理解により、相補的配列を容易に決定することができる。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドの設計及び/又は合成は、当業者には公知の技術により出発材料からオリゴヌクレオチドを製造することを含み、その際、合成は、PRC2関連領域の配列、又はその一部に基づいて実施してよい。
一本鎖オリゴヌクレオチドの設計及び/又は合成の方法は、以下:
PRC2関連領域を同定する、及び/又は選択するステップ;
PRC2関連領域の配列若しくはその一部に対し、要望される程度の配列同一性又は相補性を有する核酸配列を設計するステップ;
一本鎖オリゴヌクレオチドを、設計した配列に合成するステップ;
合成した一本鎖オリゴヌクレオチドを精製するステップ;並びに
任意選択で、合成した一本鎖オリゴヌクレオチドを少なくとも1種の薬学的に許容される希釈剤、担体若しくは賦形剤と混合することにより、医薬組成物又は薬剤を形成するステップ
のうち1つ又は複数を含み得る。
PRC2関連領域を同定する、及び/又は選択するステップ;
PRC2関連領域の配列若しくはその一部に対し、要望される程度の配列同一性又は相補性を有する核酸配列を設計するステップ;
一本鎖オリゴヌクレオチドを、設計した配列に合成するステップ;
合成した一本鎖オリゴヌクレオチドを精製するステップ;並びに
任意選択で、合成した一本鎖オリゴヌクレオチドを少なくとも1種の薬学的に許容される希釈剤、担体若しくは賦形剤と混合することにより、医薬組成物又は薬剤を形成するステップ
のうち1つ又は複数を含み得る。
このように設計及び/又は合成した一本鎖オリゴヌクレオチドは、本明細書に記載するように、遺伝子発現を調節する方法に有用となり得る。
好ましくは、本発明の一本鎖オリゴヌクレオチドは、化学的に合成される。本発明を実施するのに用いられるオリゴヌクレオチドは、公知の化学的合成技術により、in vitroで合成することができる。
本発明のオリゴヌクレオチドは、修飾、例えば、ヌクレオチド修飾などの取り込みにより、核酸分解に対して安定化させることができる。例えば、本発明の核酸配列は、ヌクレオチド配列の5’又は3’末端にホスホロチオエートの、少なくとも第1、第2、又は第3ヌクレオチド間結合を含む。別の例として、核酸配列は、2’−修飾ヌクレオチド、例えば、2’−デオキシ、2’−デオキシ−2’−フルオロ、2’−O−メチル、2’−O−メトキシエチル(2’−O−MOE)、2’−O−アミノプロピル(2’−O−AP)、2’−O−ジメチルアミノエチル(2’−O−DMAOE)、2’−O−ジメチルアミノプロピル(2’−O−DMAP)、2’−O−ジメチルアミノエチルオキシエチル(2’−O−DMAEOE)、又は2’−O−−N−メチルアセトアミド(2’−O−NMA)を含んでよい。別の例として、核酸配列は、少なくとも1つの2’−O−メチル−修飾ヌクレオチドを含んでよく、ある実施形態では、ヌクレオチドの全てが、2’−O−メチル−修飾を含む。ある実施形態では、核酸配列は、ロックされている、すなわち、2’−O原子と4’−C原子とをつなぐメチレン架橋により、リボース環が「ロック」されている核酸類似体を含む。
本明細書に記載する一本鎖オリゴヌクレオチドの修飾された化学又はフォーマットのいずれかを互いに組み合わせることができること、並びに、同じ分子内に1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、又は6つ以上の異なるタイプの修飾を含有させられることは理解されよう。
ある実施形態において、本方法は、合成された一本鎖オリゴヌクレオチドを増幅するステップ、及び/又は一本鎖オリゴヌクレオチド(若しくは増幅された一本鎖オリゴヌクレオチド)を精製するステップ、並びに/又はこのようにして得られた一本鎖オリゴヌクレオチドを配列決定するステップをさらに含んでもよい。
従って、一本鎖オリゴヌクレオチドを調製する方法は、疾患の治療に用いるための医薬組成物又は薬剤の製造に使用される方法であってもよく、任意選択で、上記治療は、PRC2関連領域に関連する遺伝子の発現を調節することを含む。
前述した方法において、PRC2関連領域は、PRC2に結合するRNAを同定することを含む方法により、同定若しくは取得することができ、あるいは、同定若しくは取得されている。
このような方法は、以下のステップを含む:核リボ核酸を含有するサンプルを用意するステップ、このサンプルを、PRC2又はそのサブユニットと特異的に結合する物質と接触させるステップ、上記物質とサンプル中のタンパク質との複合体を形成させるステップ、複合体を分配するステップ、複合体中に存在する核酸と相補的な核酸を合成するステップ。
一本鎖オリゴヌクレオチドがPRC2関連領域、又はこのような配列の一部に基づいている場合、これは、その配列に関する情報、例えば、文書又は電子形態で入手可能な配列情報を基にしてよく、こうした情報は、一般に入手可能な科学出版物又は配列データベースに含まれる配列情報を含み得る。
ある実施形態では、候補オリゴヌクレオチドをALSの動物モデル及び/又は細胞ベースのモデルにおいて試験してもよい。ALSの動物及び細胞ベースのモデルは、当技術分野で公知である。ALSの例示的動物モデルとして、以下のものが挙げられる:SOD1突然変異型トランスジェニックマウス(例えば、SOD1G93Aマウス)、SOD1突然変異型トランスジェニックゼブラフィッシュ、ALS2ノックアウトマウス、ALS2ノックアウトゼブラフィッシュ、トランスジェニックヒトWT FUSマウス、ノウンダウン及びトランスジェニック突然変異型ゼブラフィッシュ、TDP−43ノックアウトマウス、トランスジェニック突然変異型TDP−43マウス、トランスジェニック突然変異型TDP−43ゼブラフィッシュ、トランスジェニック突然変異型TDP−43ラット、Vps54WTマウス、Tbcepmnマウス、神経フィラメント軽鎖過剰発現トランスジェニックマウス、神経フィラメント重鎖過剰発現トランスジェニックマウス、及びペリフェリン過剰発現トランスジェニックマウス(例えば、Jakob Maximilian Moser,Paolo Bigini,and Thomas Schmitt−John.The wobbler mouse,an ALS animal model.Mol Genet Genomics.2013;288(5−6):207−229;並びにBruijn LI,Miller TM,Cleveland DW.Unraveling the mechanisms involved in motor neuron degeneration in ALS.Annu Rev Neurosci.2004;27:723−749を参照)。例示的な細胞ベースのモデルとしては、ALS患者由来の細胞(一次若しくは細胞株)、例えば、NSC−34/hSOD1(G93A)細胞及びR495XALS原因突然変異を含むFUSを発現するHeLa細胞、又はALS動物モデル由来の細胞が挙げられる。
ヌクレオチド類似体
ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、少なくとも1個のリボヌクレオチド、少なくとも1個のデオキシリボヌクレオチド、及び/又は少なくとも1個の架橋ヌクレオチドを含んでもよい。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、ロックド核酸(LNA)ヌクレオチド、抑制エチル(cEt)ヌクレオチド、又はエチレン架橋核酸(ENA)ヌクレオチドなどの架橋ヌクレオチドを含んでもよい。このようなヌクレオチドの例は本発明に開示しており、当技術分野でも公知である。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、以下の米国特許又は米国特許出願:米国特許第7,399,845号明細書、米国特許7,741,457号明細書、米国特許8,022,193号明細書、米国特許7,569,686号明細書、米国特許7,335,765号明細書、米国特許第7,314,923号明細書、米国特許第7,335,765号明細書、米国特許第7,816,333号明細書、米国特許第20110009471号明細書の1つに開示されているヌクレオチド類似体を含み、これら文献の各々の全内容は、あらゆる目的のために本明細書に参照により組み込む。オリゴヌクレオチドは、1つ又は複数の2’O−メチルヌクレオチドを含んでもよい。オリゴヌクレオチドは、2’O−メチルヌクレオチドから完全に構成されていてもよい。
ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、少なくとも1個のリボヌクレオチド、少なくとも1個のデオキシリボヌクレオチド、及び/又は少なくとも1個の架橋ヌクレオチドを含んでもよい。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、ロックド核酸(LNA)ヌクレオチド、抑制エチル(cEt)ヌクレオチド、又はエチレン架橋核酸(ENA)ヌクレオチドなどの架橋ヌクレオチドを含んでもよい。このようなヌクレオチドの例は本発明に開示しており、当技術分野でも公知である。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドは、以下の米国特許又は米国特許出願:米国特許第7,399,845号明細書、米国特許7,741,457号明細書、米国特許8,022,193号明細書、米国特許7,569,686号明細書、米国特許7,335,765号明細書、米国特許第7,314,923号明細書、米国特許第7,335,765号明細書、米国特許第7,816,333号明細書、米国特許第20110009471号明細書の1つに開示されているヌクレオチド類似体を含み、これら文献の各々の全内容は、あらゆる目的のために本明細書に参照により組み込む。オリゴヌクレオチドは、1つ又は複数の2’O−メチルヌクレオチドを含んでもよい。オリゴヌクレオチドは、2’O−メチルヌクレオチドから完全に構成されていてもよい。
多くの場合、一本鎖オリゴヌクレオチドは、1つ又は複数のヌクレオチド類似体を有する。例えば、一本鎖オリゴヌクレオチドは、少なくとも1つのヌクレオチド類似体を含まないオリゴヌクレオチドと比較して、1℃、2℃、3℃、4℃、又は5℃の範囲でオリゴヌクレオチドのTmに上昇をもたらす少なくとも1つのヌクレオチド類似体を含んでもよい。一本鎖オリゴヌクレオチドは、複数のヌクレオチド類似体を含んでもよく、これにより、ヌクレオチド類似体を含まないオリゴヌクレオチドと比較して、合計で2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃又はそれ以上の範囲でオリゴヌクレオチドのTmに上昇をもたらす。
オリゴヌクレオチドは、長さ50ヌクレオチド以下であってよく、ここで、オリゴヌクレオチドの2〜10、2〜15、2〜16、2〜17、2〜18、2〜19、2〜20、2〜25、2〜30、2〜40、2〜45、又はそれ以上の個数のヌクレオチドがヌクレオチド類似体である。オリゴヌクレオチドは、長さ8〜30ヌクレオチドであってよく、ここで、オリゴヌクレオチドの2〜10、2〜15、2〜16、2〜17、2〜18、2〜19、2〜20、2〜25、2〜30のヌクレオチドがヌクレオチド類似体である。
オリゴヌクレオチドは、長さ8〜15ヌクレオチドであってよく、ここで、オリゴヌクレオチドの2〜4、2〜5、2〜6、2〜7、2〜8、2〜9、2〜10、2〜11、2〜12、2〜13、2〜14のヌクレオチドがヌクレオチド類似体である。任意選択で、オリゴヌクレオチドは、1、2、3、4、5、6、7、8、9、若しくは10個の修飾ヌクレオチドを除いて、全てのヌクレオチドを有してもよい。
オリゴヌクレオチドは、架橋ヌクレオチド(例えば、LNAヌクレオチド、cEtヌクレオチド、ENAヌクレオチド)から完全に構成されていてもよい。オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドと2’−フルオロ−デオキシリボヌクレオチドを交互に含んでもよい。オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドと2’−O−メチルヌクレオチドを交互に含んでもよい。オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドとENAヌクレオチドを交互に含んでもよい。オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドとLNAヌクレオチドを交互に含んでもよい。オリゴヌクレオチドは、LNAヌクレオチドと2’−O−メチルヌクレオチドを交互に含んでもよい。オリゴヌクレオチドは、架橋ヌクレオチド(例えば、LNAヌクレオチド、cEtヌクレオチド、ENAヌクレオチド)である5’ヌクレオチドを有していてもよい。オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドである5’ヌクレオチドを有していてもよい。
オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドの5’及び3’末端の各々で、少なくとも1つの架橋ヌクレオチド(例えば、LNAヌクレオチド、cEtヌクレオチド、ENAヌクレオチド)によりフランキングされるデオキシリボヌクレオチドを含んでもよい。オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドの5’及び3’末端の各々で、1、2、3、4、5、6、7、8又はそれ以上の架橋ヌクレオチド(例えば、LNAヌクレオチド、cEtヌクレオチド、ENAヌクレオチド)によってフランキングされているデオキシリボヌクレオチドを含んでもよい。オリゴヌクレオチドの3’位は、3’ヒドロキシル基を有してもよい。オリゴヌクレオチドの3’位は、3’チオリン酸塩を有してもよい。
オリゴヌクレオチドは、標識と結合させてもよい。例えば、オリゴヌクレオチドは、その5’又は3’末端で、ビオチン部分、コレステロール、ビタミンA、葉酸塩、シグマ受容体リガンド、アプタマー、CPPなどのペプチド、脂質などの疎水性分子、ASGPR又は動的ポリ抱合体並びにそれらの変異体と結合させてもよい。
好ましくは、一本鎖オリゴヌクレオチドは、以下:修飾された糖部分、及び/又は修飾されたヌクレオチド間結合、及び/又は修飾されたヌクレオチド及び/又はそれらの組合せを含む1つ又は複数の修飾を含む。所与のオリゴヌクレオチドにおける全ての位置が均一に修飾されている必要はなく、実際には、本明細書に記載する修飾の2つ以上を単一のオリゴヌクレオチド内に、又は1オリゴヌクレオチド内の単一のヌクレオチドに組み込んでもよい。
ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、各々が少なくとも1個のヌクレオチドから構成される2つ以上の化学的に別個の領域を含むキメラオリゴヌクレオチドである。これらのオリゴヌクレオチドは、典型的に、1つ又は複数の有益な特性(例えば、ヌクレアーゼ耐性の増大、細胞内への取込みの増大、標的に対する結合親和性の増大)を賦与する修飾されたヌクレオチドの少なくとも1つの領域と、RNA:DNA又はRNA:RNAハイブリッドを切断することができる酵素の基質である1領域を含む。本発明のキメラ一本鎖オリゴヌクレオチドは、前述したように、2つ以上のオリゴヌクレオチド、修飾されたオリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオシド及び/又はオリゴヌクレオチド模倣物の複合構造体として形成してもよい。このような化合物は、当技術分野では、ハイブリッド又はギャップマー(gapmer)とも呼ばれている。こうしたハイブリッド構造体の調製を教示する代表的な米国特許としては、限定しないが、以下のものがある:米国特許第5,013,830号明細書;第5,149,797号明細書;第5,220,007号明細書;第5,256,775号明細書;第5,366,878号明細書;第5,403,711号明細書;第5,491,133号明細書;第5,565,350号明細書;第5,623,065号明細書;第5,652,355号明細書;第5,652,356号明細書;及び第5,700,922号明細書。尚、これら文献の各々は、本明細書に参照により組み込むものとする。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、糖の2’位で修飾された少なくとも1個のヌクレオチド、極めて好ましくは2’−O−アルキル−、2’−O−アルキル−O−アルキル又は2’−フルオロ−修飾ヌクレオチドを含む。別の好ましい実施形態では、RNA修飾は、ピリミジンのリボース上に2’−フルオロ、2’−アミノ及び2’−O−メチル−修飾ヌクレオチド、RNAの3’末端に脱塩基残基若しくは逆方法塩基を含む。こうした修飾は、常用の方法でオリゴヌクレオチドに組み込まれ、これらのオリゴヌクレオチドは、所与の標的に対して、2’−デオキシオリゴヌクレオチドより高いTm(すなわち、より高い標的結合親和性)を有することがわかっている。
いくつかのヌクレオチド及びヌクレオシド修飾が、それらを組み込んだオリゴヌクレオチドを、ネイティブオリゴデオキシヌクレオチドより、ヌクレアーゼ消化に対して耐性にすることが明らかにされており;これらの修飾されたオリゴは、非修飾オリゴヌクレオチドより長時間にわたってインタクトのまま生存する。修飾オリゴヌクレオチドの具体例としては、修飾された骨格を含むものがあり、例えば、ホスホロチオエート、リン酸トリエステル、メチルホスホネート、単鎖アルキル若しくはシクロアルキル糖間結合又は単鎖ヘテロ原子又は複素環式糖間結合が挙げられる。最も好ましいものは、ホスホロチオエート骨格を有するオリゴヌクレオチド及びヘテロ原子骨格を有するものであり、特に、以下のものである:CH2−NH−O−CH2、CH、〜N(CH3)〜O〜CH2(メチレン(メチルイミノ)又はMMI骨格として知られる)、CH2−−O−−N(CH3)−CH2、CH2−N(CH3)−N(CH3)−CH2及びO−N(CH3)−CH2−CH2骨格(ここで、ネイティブリン酸ジエステル骨格は、O−P−−O−CHのように表される);アミド骨格(De Mesmaeker et al.Ace.Chem.Res.1995,28:366−374を参照);モルホリノ骨格構造(Summerton及びWeller、米国特許第5,034,506号明細書を参照);ペプチド核酸(PNA)骨格(ここで、オリゴヌクレオチドのリン酸ジエステル骨格は、ポリアミド骨格で置換されており、ヌクレオチドは、ポリアミド骨格のアザ窒素原子と直接又は間接的に結合している;Nielsen et al.,Science 1991,254,1497を参照)。リン含有結合としては、限定しないが、ホスホロチオエート、キメラホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、リン酸トリエステル、アミノアルキルリン酸トリエステル、3’アルキレンホスホネート及びキラルホスホネートなどのメチル及び他のアルキルホスホネート、ホスフィン酸塩、3’−アミノホスホロアミデート及びアミノアルキルホスホロアミデートなどのホスホロアミデート、チオノホスホロアミデート、チオノアルキルホスホネート、チオノアルキルリン酸トリエステル、並びに通常の3’−5’結合を有するボラノリン酸塩、これらの2’−5’結合類似体、並びに逆転極性を有するもの(ここで、ヌクレオシド単位の隣接する対は、3’−5’から5’−3’に、又は2’−5’から5’−2’に連結される)を含む;米国特許第3,687,808号明細書;同第4,469,863号明細書;同第4,476,301号明細書;同第5,023,243号明細書;同第5,177,196号明細書;同第5,188,897号明細書;同第5,264,423号明細書;同第5,276,019号明細書;同第5,278,302号明細書;同第5,286,717号明細書;同第5,321,131号明細書;同第5,399,676号明細書;同第5,405,939号明細書;同第5,453,496号明細書;同第5,455,233号明細書;同第5,466,677号明細書;同第5,476,925号明細書;同第5,519,126号明細書;同第5,536,821号明細書;同第5,541,306号明細書;同第5,550,111号明細書;同第5,563,253号明細書;同第5,571,799号明細書;同第5,587,361号明細書;同第5,625,050号明細書を参照。
モルホリノベースのオリゴマー化合物は、以下:Dwaine A.Braasch及びDavid R.Corey,Biochemistry,2002,41(14),4503−4510);Genesis,volume 30,issue 3,2001;Heasman,J.,Dev.Biol.,2002,243,209−214;Nasevicius et al.,Nat.Genet.,2000,26,216−220;Lacerra et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.,2000,97,9591−9596;並びに1991年7月23日に発行された米国特許第5,034,506号明細書に記載されている。ある実施形態では、モルホリノベースのオリゴマー化合物は、ホスホロジアミデートモルホリノオリゴマー(PMO)である(例えば、Iverson,Curr.Opin.Mol.Ther.,3:235−238,2001;及びWang et al.,J.Gene Med.,12:354−364,2010に記載されている通り;これらの開示内容は、本明細書に参照により全体を組み込むものとする)。
シクロヘキセニル核酸オリゴヌクレオチド模倣物は、Wang et al.,J.Am.Chem.Soc.,2000,122,8595−8602に記載されている。
リン原子を内部に含まない修飾オリゴヌクレオチド骨格は、短鎖アルキル若しくはシクロアルキルヌクレオシド間結合、混合ヘテロ原子及びアルキル若しくはシクロアルキルヌクレオシド間結合、又は1つ又は複数の短鎖ヘテロ原子若しくは複素環式ヌクレオシド間結合によって形成される骨格を有する。これらは、モルホリノ結合(一部がヌクレオシドの糖部分から形成される);シクロサン骨格;スルフィド、スルホキシド及びフルホン骨格;ホルムアセチル及びチオホルムアセチル骨格;メチレンホルムアセチル及びチオホルムアセチル骨格;アルケン含有骨格;スルファミメート骨格;メチレンイミノ及びメチレンヒドラジノ骨格;スルホネート及びスルホンアミド骨格;アミド骨格;並びにN、O、S及びCH2成分の混合部分を有する他の骨格であり;以下を参照されたい:米国特許第5,034,506号明細書;同第5,166,315号明細書;同第5,185,444号明細書;同第5,214,134号明細書;同第5,216,141号明細書;同第5,235,033号明細書;同第5,264,562号明細書;同第5,264,564号明細書;同第5,405,938号明細書;同第5,434,257号明細書;同第5,466,677号明細書;同第5,470,967号明細書;同第5,489,677号明細書;同第5,541,307号明細書;同第5,561,225号明細書;同第5,596,086号明細書;同第5,602,240号明細書;同第5,610,289号明細書;同第5,602,240号明細書;同第5,608,046号明細書;同第5,610,289号明細書;同第5,618,704号明細書;同第5,623,070号明細書;同第5,663,312号明細書;同第5,633,360号明細書;同第5,677,437号明細書;及び同第5,677,439号明細書。尚、これらの文献は各々、本明細書に参照により組み込む。
また、アラビノヌクレオチド又は修飾されたアラビノヌクレオチド残基に基づく、又はそれらから構築されるオリゴヌクレオチドを含む修飾オリゴヌクレオチドも知られている。アラビノヌクレオチドは、リボヌクレオシドの立体異性体であり、糖環の2’位の立体配置だけが異なる。ある実施形態では、2’−アラビノ修飾は、2’−Fアラビノである。ある実施形態では、修飾オリゴヌクレオチドは、2’−フルオロ−D−アラビノ核酸(FANA)である(例えば、Lon et al.,Biochem.,41:3457−3467,2002及びMin et al.,Bioorg.Med.Chem.Lett.,12:2651−2654,2002;に記載されている通り;これらの開示内容は、本明細書に参照により全体を組み込むものとする)。また、同様の修飾を糖の他の位置、特に3’末端ヌクレオシド上又は2’−5’結合オリゴヌクレオチド内の糖の3’位、及び5’末端ヌクレオチドの5’位に実施することもできる。
PCT公開番号:国際公開第99/67378号パンフレットは、相補的メッセンジャーRNAとの結合による遺伝子発現の配列特異的阻害向上を目的とするアラビノ核酸(ANA)オリゴマー及びその類似体を開示している。
他の好ましい修飾としては、エチレン架橋核酸(ENA)がある(例えば、国際公開第2005/042777号パンフレット、Morita et al.,Nucleic Acid Res.,Suppl 1:241−242,2001;Surono et al.,Hum.Gene Ther.,15:749−757,2004;Koizumi,Curr.Opin.Mol.Ther.,8:144−149,2006及びHorie et al.,Nucleic Acids Symp.Ser(Oxf),49:171−172,2005;これらの開示内容は、本明細書に参照により全体を組み込むものとする)。好ましいENAとしては、限定しないが、2’−O、4’−C−エチレン架橋核酸が挙げられる。
LNAの例は、国際公開第2008/043753号パンフレットに記載されており、下記の一般式:
の組成物を含み、
式中、X及びYは、独立に、基−O−、
−S−、−N(H)−、N(R)−、−CH2−又は−CH−(二重結合の一部である場合)、
−CH2−O−、−CH2−S−、−CH2−N(H)−、−CH2−N(R)−、−CH2−CH2−又は−CH2−CH−(二重結合の一部である場合)、
−CH=CH−
の群から選択され、ここで、Rは、水素及びC1〜4−アルキルから選択され;Z及びZ*は、独立に、ヌクレオシド間結合、末端基又は保護基から選択され;Bは、天然若しくは非天然ヌクレオチド塩基部分を構成し;いずれかの配向に非対称基が存在してもよい。
の組成物を含み、
式中、X及びYは、独立に、基−O−、
−S−、−N(H)−、N(R)−、−CH2−又は−CH−(二重結合の一部である場合)、
−CH2−O−、−CH2−S−、−CH2−N(H)−、−CH2−N(R)−、−CH2−CH2−又は−CH2−CH−(二重結合の一部である場合)、
−CH=CH−
の群から選択され、ここで、Rは、水素及びC1〜4−アルキルから選択され;Z及びZ*は、独立に、ヌクレオシド間結合、末端基又は保護基から選択され;Bは、天然若しくは非天然ヌクレオチド塩基部分を構成し;いずれかの配向に非対称基が存在してもよい。
好ましくは、本明細書に記載するオリゴヌクレオチドに用いられるLNAは、下記式:
のいずれかに従う少なくとも1つのLNA単位を含み、
式中、Yは、−O−、−S−、−NH−、若しくはN(RH)−であり;Z及びZ*は、独立に、ヌクレオシド間結合、末端基又は保護基から選択され;Bは、天然若しくは非天然ヌクレオチド塩基部分を構成し;RHは、水素及びC1〜4−アルキルから選択される。
のいずれかに従う少なくとも1つのLNA単位を含み、
式中、Yは、−O−、−S−、−NH−、若しくはN(RH)−であり;Z及びZ*は、独立に、ヌクレオシド間結合、末端基又は保護基から選択され;Bは、天然若しくは非天然ヌクレオチド塩基部分を構成し;RHは、水素及びC1〜4−アルキルから選択される。
ある実施形態において、本明細書に記載するオリゴヌクレオチドに用いられるロックド核酸(LNA)は、PCT/DK2006/000512のスキーム2に示される式のいずれかに従う少なくとも1つのロックド核酸(LNA)単位を含む。
ある実施形態において、本発明のオリゴマーに用いられるLNAは、以下:−0−P(O)2−O−、−O−P(O,S)−O−、−0−P(S)2−O−、−S−P(O)2−O−、−S−P(O,S)−O−、−S−P(S)2−O−、−0−P(O)2−S−、−O−P(O,S)−S−、−S−P(O)2−S−、−O−PO(RH)−O−、O−PO(OCH3)−O−、−O−PO(NRH)−O−、−0−PO(OCH2CH2S−R)−O−、−O−PO(BH3)−O−、−O−PO(NHRH)−O−、−O−P(O)2−NRH−、−NRH−P(O)2−O−、−NRH−CO−O−から選択されるヌクレオシド間結合を含み、ここで、RHは、水素及びC1〜4−アルキルから選択される。
具体的に好ましいLNA単位を以下のスキーム2に示す:
「チオ−LNA」という用語は、一般式におけるX又はYの少なくとも1つが、S又は−CH2−S−から選択される、ロックドヌクレオチドを含む。チオ−LNAは、β−D及びα−L−立体配置のいずれであってもよい。
「アミノ−LNA」という用語は、一般式におけるX又はYの少なくとも1つが、−N(H)−、N(R)−、−CH2−N(H)−、及び−CH2−N(R)−(Rは、水素及びC1〜4−アルキルから選択される)から選択される、ロックドヌクレオチドを含む。アミノ−LNAは、β−D及びα−L−立体配置のいずれであってもよい。
「オキシ−LNA」という用語は、一般式におけるX又はYの少なくとも1つが、−O−又は−CH2−O−を示す、ロックドヌクレオチドを含む。オキシ−LNAは、β−D及びα−L−立体配置のいずれであってもよい。
「ena−LNA」という用語は、一般式におけるYが、−CH2−O−である(−CH2−O−の酸素原子は、塩基Bに対して2’−位置に結合している)ロックドヌクレオチドを含む。
LNAは、本明細書でさらに詳しく説明する。
また、1つ又は複数の置換された糖部分を含んでもよく、例えば、2’位置にある以下のものの1つが挙げられる:OH、SH、SCH3、F、OCN、OCH3OCH3、OCH3O(CH2)nCH3、O(CH2)nNH2又はO(CH2)nCH3(nは、1〜約10である);C1〜C10低級アルキル、アルコキシアルコキシ、置換された低級アルキル、アルカリル若しくはアルキリル;Cl;Br;CN;CF3;OCF3;O−、S−、若しくはN−アルキル;O−、S−、若しくはN−アルケニル;SOCH3;SO2CH3;ONO2;NO2;N3;NH2;ヘテロシクロアルキル;ヘテロシクロアルカリル;アミノアルキルアミノ;ポリアルキルアミノ;置換されたシリル;RNA切断性基(cleaving group);リポータ基;インターカレータ;オリゴヌクレオチドの薬物動態学的特性を向上させるための基;又はオリゴヌクレオチドの薬力学的特性を向上させるための基並びに同様の特性を有する他の置換基。好ましい修飾としては、2’−メトキシエトキシ[2’−0−CH2CH2OCH3、また、2’−O−(2−メトキシエチル)としても知られる]がある(Martin et al,HeIv.Chim.Acta,1995,78,486)。他の好ましい修飾としては、2’−メトキシ(2’−0−CH3)、2’−プロポキシ(2’−OCH2CH2CH3)及び2’−フルオロ(2’−F)が挙げられる。また、類似の修飾をオリゴヌクレオチド上の他の位置、特に、3’末端ヌクレオチド上の糖の3’位及び5’末端ヌクレオチドの5’位に実施してもよい。オリゴヌクレオチドは、ペントフラノシル基に代わりシクロブチルなどの糖模倣物を有していてもよい。
一本鎖オリゴヌクレオチドはまた、上記に加え、又は代わって、核酸塩基(一般に、当技術分野では単純に「塩基」と呼ぶ)修飾又は置換を含んでもよい。本明細書で用いる「非修飾」又は「天然の」ヌクレアーゼは、アデニン(A)、グアニン(G)、チミン(T)、シトシン(C)及びウラシル(U)を含む。修飾された核酸塩基は、天然の核酸に稀に又は一時的にしか認められない核酸塩基、例えば、以下を含む:ヒポキサチン、6−メチルアデニン、5−Meピリミジン、特に、5−メチルシトシン(5−メチル−2’−デオキシシトシンとも呼ばれ、当技術分野では5−Me−Cと呼ばれることが多い)、5−ヒドロキシメチルシトシン(HMC)、グリコシルHMC及びゲントビオシルHMC、イソシトシン、プソイドイソシトシン、並びに合成の核酸塩基、例えば、2−アミノアデニン、2−(メチルアミノ)アデニン、2−(イミダゾリルアルキル)アデニン、2−(アミノアルキルアミノ)アデニン、又は他のヘテロ置換されたアルキルアデニン、2−チオウラシル、2−チオチミン、5−ブロモウラシル、5−ヒドロキシメチルウラシル、5−プロピルウラシル、8−アザグアニン、7−デアザグアニン、N6(6−アミノヘキシル)アデニン、6−アミノプリン、2−アミノプリン、2−クロロ−6−アミノプリン及び2,6−ジアミノプリン又は他のジアミノプリン。例えば、Kornberg,“DNA Replication”,W.H.Freeman&Co.,San Francisco,1980,pp75−77;Gebeyehu,G.et al.Nucl.Acids Res.,15:4513(1987))を参照。例えば、イノシンなどの当技術分野において周知の「ユニバーサル」塩基も含んでよい。5−Me−C置換は、核酸二重らせんの安定性を0.6〜1.2℃増大することが示されており(Sanghvi,Crooke,及びLebleu,eds.,Antiscnse Research and Applications,CRC Press,Boca Raton,1993,pp.276−278)、これを塩基置換として用いてよい。
所与のオリゴヌクレオチドにおける全ての位置が均一に修飾されている必要はなく、実際には、本明細書に記載する修飾の2つ以上を単一のオリゴヌクレオチド内に、あるいは、1オリゴヌクレオチド内の単一のヌクレオチドに組み込んでもよい。
ある実施形態において、糖及びヌクレオシド間結合の両方、すなわちヌクレオチド単位の骨格を新しい基で置換する。塩基単位は、適切な核酸標的化合物とのハイブリダイゼーションのために維持する。こうしたオリゴマー化合物の1つ、すなわち優れたハイブリダイゼーション特性を有することが示されているオリゴヌクレオチド模倣物は、ペプチド核酸(PNA)と呼ばれる。PNA化合物では、オリゴヌクレオチドの糖骨格は、アミド含有骨格、例えば、アミノエチルグリシン骨格で置換されている。核酸塩基は保持され、骨格のアミド部分のアザ窒素原子と直接又は間接的に結合している。PNA化合物の調製を教示する代表的米国特許としては、限定しないが、米国特許第5,539,082号明細書;同第5,714,331号明細書;及び同第5,719,262号明細書が挙げられ、これらは各々、参照により本明細書に組み込む。PNA化合物についての別の教示は、Nielsen et al,Science,1991,254,1497−1500に見出すことができる。
一本鎖オリゴヌクレオチドはまた、1つまたは複数の核酸塩基(多くの場合、当技術分野では単に「塩基」と呼ばれる)修飾又は置換を含んでもよい。本明細書で用いる「非修飾」又は「天然の」核酸塩基は、プリン塩基のアデニン(A)及びグアニン(G)、並びにピリミジン塩基のチミン(T)、シトシン(C)及びウラシル(U)を含む。修飾された核酸塩基は、他の合成及び天然核酸塩基、例えば、以下を含む:5−メチルシトシン(5−Me−C)、5−ヒドロキシメチルシトシン、キサンチン、ヒポキサン、2−アミノアデニン、アデニン及びグアニンの6−メチル及び他のアルキル誘導体、アデニン及びグアニンの2−プロピル及び他のアルキル誘導体、2−チオウラシル、2−チオチミン及び2−チオシトシン、5−ハロウラシル及びシトシン、5−プロピルウラシル及びシトシン、6−アゾウラシル、シトシン及びチミン、5−ウラシル(プソイド−ウラシル)、4−チオウラシル、8−ハロ、8−アミノ、8−チオール、8−チオアルキル、8−ヒドロキシル、並びに他の8−置換アデニン及びグアニン、5−ハロ、とりわけ5−ブロモ、5−トリフルオロメチル、及び他の5−置換ウラシル及びシトシン、7−メチルグアニン及び7−メチルアデニン、8−アザグアニン及び8−アザアデニン、7−デアザグアニン及び7−デアザアデニン、並びに3−デアザグアニン及び3−デアザアデニン。
さらに、核酸塩基は、米国特許第3,687,808号明細書に開示されているもの、“The Concise Encyclopedia of Polymer Science And Engineering”,858〜859頁,Kroschwitz,ed.John Wiley&Sons,1990に開示されているもの;Englisch et al.,Angewandle Chemie,International Edition、1991,30,613頁により開示されているもの、並びにSanghvi,Chapter 15,Antisense Research and Applications”,289〜302頁,Crooke,及びLebleu,eds.,CRC Press、1993によって開示されているものを含む。これら核酸塩基のいくつかは、本発明のオリゴマー化合物の結合親和性を増大するのにとりわけ有用である。このようなものとして、5−置換ピリミジン、6−アザピリミジン、並びにN−2、N−6及び0−6置換プリンが挙げられ、これらは、2−アミノプロピルアデニン、5−プロピニルウラシル、並びに5−プロピニルシトシンを含む。5−メチルシトシン置換は、核酸二重らせんの安定性を0.6〜1.2℃増大することが示されており(Sanghvi et al.,eds,“Antisense Research and Applications”,CRC Press,Boca Raton,1993,pp.276−278)、これらは現時点で好ましい塩基置換であり、特に、2’−O−メトキシエチル糖修飾と組合せた場合、さらに好ましい塩基置換である。修飾された核酸塩基は、以下:米国特許第3,687,808号明細書、並びに同第4,845,205号明細書;同第5,130,302号明細書;同第5,134,066号明細書;同第5,175,273号明細書;同第5,367,066号明細書;同第5,432,272号明細書;同第5,457,187号明細書;同第5,459,255号明細書;同第5,484,908号明細書;同第5,502,177号明細書;同第5,525,711号明細書;同第5,552,540号明細書;同第5,587,469号明細書;同第5,596,091号明細書;同第5,614,617号明細書;同第5,750,692号明細書、及び同第5,681,941号明細書に記載されており、これらは各々、参照により本明細書に組み込む。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、オリゴヌクレオチドの活性、細胞分布、又は細胞の取込みを増強する、1つ又は複数の部分若しくはコンジュゲートに化学的に連結させる。例えば、同じ、若しくは異なるタイプの1つ又は複数の一本鎖オリゴヌクレオチドを互いに結合させることができ;又は一本鎖オリゴヌクレオチドを1細胞型若しくは組織型に対して増強された特異性を有するターゲティング部分と結合させることができる。このような部分としては、限定しないが、以下のものが挙げられる:コレステロール部分などの脂質部分(Letsinger et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA、1989,86,6553−6556)、コール酸(Manoharan et al.,Bioorg.Med.Chem.Let.,1994,4,1053−1060)、チオエーテル、例えば、ヘキシル−S−トリチルチオール(Manoharan et al,Ann.N.Y.Acad.Sci.,1992,660,306−309;Manoharan et al.,Bioorg.Med.Chem.Let.,1993,3,2765−2770)、チオコレステロール(Oberhauser et al.,Nucl.Acids Res.,1992,20,533−538)、脂肪族鎖、例えば、ドデカンジオール又はウンデシル残基(Kabanov et al.,FEBS Lett.,1990,259,327−330;Svinarchuk et al.,Biochimie,1993,75,49−54)、リン脂質、例えば、ジ−ヘキサデシル−rac−グリセロール又はトリエチルアンモニウム1,2−ジ−O−ヘキサデシル−rac−グリセロ−3−H−ホスホネート(Manoharan et al.,Tetrahedron Lett.,1995,36,3651−3654;Shea et al.,Nucl.Acids Res.1990,18,3777−3783)、ポリアミン又はポリエチレングリコール鎖(Mancharan et al.,Nucleosides&Nucleotides、1995,14,969−973)、又はアダマンタン酢酸(Manoharan et al.,Tetrahedron Lett.,1995,36,3651−3654)、パルミチル部分(Mishra et al.,Biochim.Biophys.Acta、1995,1264、229−237)、又はオクタデシルアミン若しくはヘキシルアミノ−カルボニル−tオキシコレステロール部分(Crooke et al.,J.Pharmacol.Exp.Ther.,1996,277,923−937)。また、以下:米国特許第4,828,979号明細書;同第4,948,882号明細書;同第5,218,105号明細書;同第5,525,465号明細書;同第5,541,313号明細書;同第5,545,730号明細書;同第5,552,538号明細書;同第5,578,717号明細書;同第5,580,731号明細書;同第5,580,731号明細書;同第5,591,584号明細書;同第5,109,124号明細書;同第5,118,802号明細書;同第5,138,045号明細書;同第5,414,077号明細書;同第5,486,603号明細書;同第5,512,439号明細書;同第5,578,718号明細書;同第5,608,046号明細書;同第4,587,044号明細書;同第4,605,735号明細書;同第4,667,025号明細書;同第4,762,779号明細書;同第4,789,737号明細書;同第4,824,941号明細書;同第4,835,263号明細書;同第4,876,335号明細書;同第4,904,582号明細書;同第4,958,013号明細書;同第5,082,830号明細書;同第5,112,963号明細書;同第5,214,136号明細書;同第5,082,830号明細書;同第5,112,963号明細書;同第5,214,136号明細書;同第5,245,022号明細書;同第5,254,469号明細書;同第5,258,506号明細書;同第5,262,536号明細書;同第5,272,250号明細書;同第5,292,873号明細書;同第5,317,098号明細書;同第5,371,241号明細書;同第5,391,723号明細書;同第5,416,203号明細書;同第5,451,463号明細書;同第5,510,475号明細書;同第5,512,667号明細書;同第5,514,785号明細書;同第5,565,552号明細書;同第5,567,810号明細書;同第5,574,142号明細書;同第5,585,481号明細書;同第5,587,371号明細書;同第5,595,726号明細書;同第5,597,696号明細書;同第5,599,923号明細書;同第5,599,928号明細書、及び同第5,688,941号明細書を参照されたい。尚、これらは各々、参照により本明細書に組み込むものとする。
これらの部分又はコンジュゲートは、一次又は二次ヒドロキシル基などの官能基に共有結合したコンジュゲート基を含んでもよい。本発明のコンジュゲート基としては、インターカレータ、リポータ分子、ポリイミン、ポリアミド、ポリエチレングリコール、ポリエーテル、オリゴマーの薬力学的特性を増強するための基;又はオリゴマーの薬物動態学的特性を増強するための基が挙げられる。典型的なコンジュゲート基としては、コレステロール、脂質、リン脂質、ビオチン、フェナジン、葉酸塩、フェナントリジン、アントラキノン、アクリジン、フルオレセイン、ローダミン、クーマリン、及び色素が挙げられる。本発明に関して、薬力学的特性を増強する基には、取込みを向上させ、分解に対する耐性を増強し、及び/又は標的核酸との配列特異的ハイブリダイゼーションを強化する基が含まれる。本発明に関して、薬物動態学的特性を増強する基には、本発明の化合物の取込み、分布、代謝又は排出を向上させる基が含まれる。代表的コンジュゲート基は、1992年10月23日に提出された国際特許出願番号:PCT/US92/09196号パンフレット、及び米国特許第6,287,860号明細書に開示されており、これらは、参照により本明細書に組み込まれる。コンジュゲート部分は、限定しないが、コレステロール部分などの脂質部分、コール酸、チオエーテル、例えば、ヘキシル−5−トリチルチオール、チオコレステロール、脂肪族鎖、例えば、ドデカンジオール又はウンデシル残基、リン脂質、例えば、ジ−ヘキサデシル−rac−グリセロール又はトリエチルアンモニウム1,2−ジ−O−ヘキサデシル−rac−グリセロ−3−H−ホスホネート、ポリアミン又はポリエチレングリコール鎖、又はアダマンタン酢酸、パルミチル部分、又はオクタデシルアミン若しくはヘキシルアミノ−カルボニル−オキシコレステロール部分を含む。例えば、以下の文献を参照されたい:米国特許第4,828,979号明細書;同第4,948,882号明細書;同第5,218,105号明細書;同第5,525,465号明細書;同第5,541,313号明細書;同第5,545,730号明細書;同第5,552,538号明細書;同第5,578,717号明細書;同第5,580,731号明細書;同第5,580,731号明細書;同第5,591,584号明細書;同第5,109,124号明細書;同第5,118,802号明細書;同第5,138,045号明細書;同第5,414,077号明細書;同第5,486,603号明細書;同第5,512,439号明細書;同第5,578,718号明細書;同第5,608,046号明細書;同第4,587,044号明細書;同第4,605,735号明細書;同第4,667,025号明細書;同第4,762,779号明細書;同第4,789,737号明細書;同第4,824,941号明細書;同第4,835,263号明細書;同第4,876,335号明細書;同第4,904,582号明細書;同第4,958,013号明細書;同第5,082,830号明細書;同第5,112,963号明細書;同第5,214,136号明細書;同第5,082,830号明細書;同第5,112,963号明細書;同第5,214,136号明細書;同第5,245,022号明細書;同第5,254,469号明細書;同第5,258,506号明細書;同第5,262,536号明細書;同第5,272,250号明細書;同第5,292,873号明細書;同第5,317,098号明細書;同第5,371,241号明細書;同第5,391,723号明細書;同第5,416,203号明細書;同第5,451,463号明細書;同第5,510,475号明細書;同第5,512,667号明細書;同第5,514,785号明細書;同第5,565,552号明細書;同第5,567,810号明細書;同第5,574,142号明細書;同第5,585,481号明細書;同第5,587,371号明細書;同第5,595,726号明細書;同第5,597,696号明細書;同第5,599,923号明細書;同第5,599,928号明細書、及び同第5,688,941号明細書。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチド修飾は、オリゴヌクレオチドの5’又は3’末端の修飾を含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドの3’末端は、ヒドロキシル基又はチオホスフェートを含む。別の分子(例えば、ビオチン部分又は発蛍光団)を一本鎖オリゴヌクレオチドの5’又は3’末端に結合することができることは理解すべきである。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、5’ヌクレオチドに結合したビオチン部分を含む。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、ロックド核酸(LNA)、ENA修飾ヌクレオチド、2’−O−メチルヌクレオチド、又は2’−フルオロ−デオキシリボヌクレオチドを含む。ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドと2’−フルオロ−デオキシリボヌクレオチドを交互に含む。ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドと2’−O−メチルヌクレオチドを交互に含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドとENA修飾ヌクレオチドを交互に含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドとロックド核酸ヌクレオチドを交互に含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、ロックド核酸ヌクレオチドと2’−O−メチルヌクレオチドを交互に含む。
ある実施形態において、オリゴヌクレオチドの5’ヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドである。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドの5’ヌクレオチドは、ロックド核酸ヌクレオチドである。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドのヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチドの5’及び3’末端の各々で少なくとも1個のロックド核酸ヌクレオチドによりフランキングされているデオキシリボヌクレオチドを含む。ある実施形態では、オリゴヌクレオチドの3’位のヌクレオチドは、3’ヒドロキシル基又は3’チオホスフェートを有する。
ある実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間結合を含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、少なくとも2個のヌクレオチドの間にホスホロチオエートヌクレオチド間結合を含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、全てのヌクレオチドの間にホスホロチオエートヌクレオチド間結合を含む。
一本鎖オリゴヌクレオチドが、本明細書に記載する修飾の任意の組合せを有してもよいことは理解すべきである。
オリゴヌクレオチドは、以下の修飾パターンの1つ又は複数を有するヌクレオチド配列を含んでもよい。
(a)(X)Xxxxxx、(X)xXxxxx、(X)xxXxxx、(X)xxxXxx、(X)xxxxXx及び(X)xxxxxX、
(b)(X)XXxxxx、(X)XxXxxx、(X)XxxXxx、(X)XxxxXx、(X)XxxxxX、(X)xXXxxx、(X)xXxXxx、(X)xXxxXx、(X)xXxxxX、(X)xxXXxx、(X)xxXxXx、(X)xxXxxX、(X)xxxXXx、(X)xxxXxX及び(X)xxxxXX、
(c)(X)XXXxxx、(X)xXXXxx、(X)xxXXXx、(X)xxxXXX、(X)XXxXxx、(X)XXxxXx、(X)XXxxxX、(X)xXXxXx、(X)xXXxxX、(X)xxXXxX、(X)XxXXxx、(X)XxxXXx、(X)XxxxXX、(X)xXxXXx、(X)xXxxXX、(X)xxXxXX、(X)xXxXxX及び(X)XxXxXx、
(d)(X)xxXXX、(X)xXxXXX、(X)xXXxXX、(X)xXXXxX、(X)xXXXXx、(X)XxxXXXX、(X)XxXxXX、(X)XxXXxX、(X)XxXXx、(X)XXxxXX、(X)XXxXxX、(X)XXxXXx、(X)XXXxxX、(X)XXXxXx、及び(X)XXXXxx、
(e)(X)xXXXXX、(X)XxXXXX、(X)XXxXXX、(X)XXXxXX、(X)XXXXxX及び(X)XXXXXx、並びに
(f)XXXXXX、XxXXXXX、XXxXXXX、XXXxXXX、XXXXxXX、XXXXXxX及びXXXXXXx
ここで、「X」は、ヌクレオチド類似体を示し、(X)は、任意のヌクレオチド類似体を示し、「x」は、DNA又はRNAヌクレオチド単位を示す。上に挙げたパターンの各々は、単独、又は開示された他の修飾パターンのいずれかとの組み合わせでオリゴヌクレオチド内に1回又は複数回出現し得る。
(a)(X)Xxxxxx、(X)xXxxxx、(X)xxXxxx、(X)xxxXxx、(X)xxxxXx及び(X)xxxxxX、
(b)(X)XXxxxx、(X)XxXxxx、(X)XxxXxx、(X)XxxxXx、(X)XxxxxX、(X)xXXxxx、(X)xXxXxx、(X)xXxxXx、(X)xXxxxX、(X)xxXXxx、(X)xxXxXx、(X)xxXxxX、(X)xxxXXx、(X)xxxXxX及び(X)xxxxXX、
(c)(X)XXXxxx、(X)xXXXxx、(X)xxXXXx、(X)xxxXXX、(X)XXxXxx、(X)XXxxXx、(X)XXxxxX、(X)xXXxXx、(X)xXXxxX、(X)xxXXxX、(X)XxXXxx、(X)XxxXXx、(X)XxxxXX、(X)xXxXXx、(X)xXxxXX、(X)xxXxXX、(X)xXxXxX及び(X)XxXxXx、
(d)(X)xxXXX、(X)xXxXXX、(X)xXXxXX、(X)xXXXxX、(X)xXXXXx、(X)XxxXXXX、(X)XxXxXX、(X)XxXXxX、(X)XxXXx、(X)XXxxXX、(X)XXxXxX、(X)XXxXXx、(X)XXXxxX、(X)XXXxXx、及び(X)XXXXxx、
(e)(X)xXXXXX、(X)XxXXXX、(X)XXxXXX、(X)XXXxXX、(X)XXXXxX及び(X)XXXXXx、並びに
(f)XXXXXX、XxXXXXX、XXxXXXX、XXXxXXX、XXXXxXX、XXXXXxX及びXXXXXXx
ここで、「X」は、ヌクレオチド類似体を示し、(X)は、任意のヌクレオチド類似体を示し、「x」は、DNA又はRNAヌクレオチド単位を示す。上に挙げたパターンの各々は、単独、又は開示された他の修飾パターンのいずれかとの組み合わせでオリゴヌクレオチド内に1回又は複数回出現し得る。
遺伝子発現を調節する方法
ある実施形態においては、細胞におけるSMNタンパク質の発現を増大する方法が提供される。ある実施形態では、本方法は、1細胞においてエキソン7を含む(又は包含する)SMN1又はSMN2の成熟mRNAの発現を増大するのに十分な量で、SMN1又はSMN2のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN1又はSMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを上記細胞に送達することを含む。第1及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、一緒に又は個別に送達してよい。第1及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、互いに連結してもよいし、連結されていない、すなわち個別であってもよい。
ある実施形態においては、細胞におけるSMNタンパク質の発現を増大する方法が提供される。ある実施形態では、本方法は、1細胞においてエキソン7を含む(又は包含する)SMN1又はSMN2の成熟mRNAの発現を増大するのに十分な量で、SMN1又はSMN2のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN1又はSMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを上記細胞に送達することを含む。第1及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、一緒に又は個別に送達してよい。第1及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、互いに連結してもよいし、連結されていない、すなわち個別であってもよい。
本発明のある実施形態において、被験者におけるALSを治療するための方法が提供される。ある実施形態では、本方法は、1被験者における完全長SMNタンパク質の発現を、ALSに関連する1つ又は複数の状態を改善するのに十分なレベルまで増大するのに十分な量で、SMN1又はSMN2のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、SMN1又はSMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを上記被験者に投与することを含む。第1及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、一緒に又は個別に投与してよい。第1及び第2一本鎖オリゴヌクレオチドは、互いに連結してもよいし、連結されていない、すなわち個別であってもよい。第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、第2一本鎖オリゴヌクレオチドの投与から1時間、2時間、3時間、4時間、8時間、12時間、24時間、48時間又はそれ以上の時間以内に投与してよい。第1一本鎖オリゴヌクレオチドは、第2一本鎖オリゴヌクレオチドの前又は後に投与してよい。オリゴヌクレオチドは、被験者の必要性及び/又は治療する医師の判断に応じて1回又は複数回投与してよい。ある態様では、オリゴヌクレオチドは、サイクルに従い投与してよい。投与サイクルは変動し得る;例えば、投与サイクルは、第2オリゴ−第1オリゴ−第2オリゴ−第1オリゴの繰り返し;又は第1オリゴ−第2オリゴ−第1オリゴ−第2オリゴの繰り返し;又は第1オリゴ−第2オリゴ−第2オリゴ−第1オリゴ−第1オリゴ−第2オリゴ−第2オリゴ−第1オリゴの繰り返しであってもよい。当業者であれば、特定の被験者を治療するのに適した投与サイクル及び投与間隔を選択することができよう。
一態様において、本発明は、研究を目的とする(例えば、細胞における遺伝子の機能を研究するための)、細胞(例えば、SMN1又はSMN2レベルが低減した細胞)における遺伝子発現を調節する方法に関する。別の形態では、本発明は、遺伝子又はエピジェネティック療法を目的とする、細胞(例えば、SMN1又はSMN2レベルが低減した細胞)における遺伝子発現を調節する方法に関する。細胞はin vitro、ex vivo又はin vivo(例えば、SMN1又はSMN2の発現又は活性の低減を原因とする疾患を有する被験者において)であってよい。ある実施形態では、細胞における遺伝子発現を調節する方法は、本明細書に記載する一本鎖オリゴヌクレオチドを送達することを含む。ある実施形態では、細胞への一本鎖オリゴヌクレオチドの送達によって、一本鎖オリゴヌクレオチドが送達されていない対照細胞における遺伝子の発現レベルに比べ、少なくとも5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、200%又はそれ以上高い遺伝子の発現レベルがもたらされる。特定の実施形態では、細胞への一本鎖オリゴヌクレオチドの送達によって、一本鎖オリゴヌクレオチドが送達されていない対照細胞における遺伝子の発現レベルに比べ、少なくとも50%高い遺伝子の発現レベルがもたらされる。
本発明の別の態様において、方法は、本明細書に記載する一本鎖オリゴヌクレオチドを含む組成物を被験者(例えば、ヒト)に投与して、被験者におけるタンパク質レベルを増大することを含む。ある実施形態では、タンパク質レベルの増大は、投与前の被験者におけるタンパク質の量に比べ、少なくとも5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、200%、又はそれ以上高い。
別の例として、細胞におけるSMN1又はSMN2の発現を増大するために、本方法は、SMN1又はSMN2遺伝子を包含するか、又はこれらの近傍にあるゲノム位置に位置する(例えば、長い非コードRNAの)PRC2関連領域と十分相補的である一本鎖オリゴヌクレオチド配列を細胞に導入することを含む。
別の態様において、本発明は、SMN1又はSMN2の発現又は活性レベル低下に関連する状態(例えば、ALS)を治療する方法を提供し、この方法は、本明細書に記載する一本鎖オリゴヌクレオチドを投与することを含む。
被験者は、非ヒト哺乳動物、例えば、マウス、ラット、モルモット、ウサギ、ネコ、イヌ、ヤギ、ウシ、又はウマを含み得る。好ましい実施形態において、被験者は、ヒトである。一本鎖オリゴヌクレオチドは、ヒトを含む動物における病態の治療薬中の治療部分として使用されてきた。一本鎖オリゴヌクレオチドは、細胞、組織及び動物、特にヒトの治療のための治療計画に有用となるように設計することができる治療法である。
治療薬の場合、ALSを有することが疑われる動物、好ましくはヒトを、本発明の一本鎖オリゴヌクレオチドを投与することにより治療する。例えば、非制限的な一実施形態では、本方法は、治療が必要な動物に、本明細書に記載する治療有効量の一本鎖オリゴヌクレオチドを投与するステップを含む。
製剤、送達及び投与
本明細書に記載するオリゴヌクレオチドは、SMNタンパク質のレベル又は活性低下に関連する状態(例えば、ALS)を治療する目的で、被験者への投与のために製剤化することができる。本明細書に開示するオリゴヌクレオチドのどれを用いても、製剤、組成物及び方法を実施できることは理解すべきである。ある実施形態において、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを含む製剤が提供される。ある実施形態では、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、これにリンカーを介して連結された上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを含む製剤が提供される。従って、ある実施形態では、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドが、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドと連結されており、また別の実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは連結されていない。連結されていない一本鎖オリゴヌクレオチドは、同時に(例えば、同じ組成物内で)又は個別に、被験者に投与するか、又は細胞に送達することができる。
本明細書に記載するオリゴヌクレオチドは、SMNタンパク質のレベル又は活性低下に関連する状態(例えば、ALS)を治療する目的で、被験者への投与のために製剤化することができる。本明細書に開示するオリゴヌクレオチドのどれを用いても、製剤、組成物及び方法を実施できることは理解すべきである。ある実施形態において、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを含む製剤が提供される。ある実施形態では、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、これにリンカーを介して連結された上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを含む製剤が提供される。従って、ある実施形態では、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドが、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドと連結されており、また別の実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは連結されていない。連結されていない一本鎖オリゴヌクレオチドは、同時に(例えば、同じ組成物内で)又は個別に、被験者に投与するか、又は細胞に送達することができる。
製剤は、好都合には単位剤形で提供することができ、製薬の分野で公知のいずれかの方法により調製してもよい。単一剤形を製造するのに担体物質と組み合わせることができる活性成分(例えば、本発明のオリゴヌクレオチド又は化合物)の量は、治療しようとする宿主、具体的投与方式、例えば、皮内若しくは吸入などに応じて変動する。単一剤形を製造するのに担体物質と組み合わせることができる活性成分の量は、一般に、治療効果、例えば、腫瘍退縮をもたらす化合物の量である。
本発明の医薬製剤は、製剤の製造に関する分野で公知のいずれかの方法に従い調製することができる。このような製剤は、甘味料、香味料、着色剤及び防腐剤を含有してよい。製剤は、製造に好適であり、非毒性の薬学的に許容される賦形剤と混合してもよい。製剤は、1種以上の希釈剤、乳化剤、防腐剤、緩衝剤、賦形剤などを含んでもよく、液体、粉末、エマルション、凍結乾燥した粉末、スプレー、クリーム、ローション、徐放剤、錠剤、丸薬、ゲル、パッチ、インプラントなどの形態で提供することができる。
製剤化した一本鎖オリゴヌクレオチド組成物は、多様な状態を呈するものであってよい。ある例では、組成物は、少なくとも部分的に結晶性、均質に結晶性、及び/又は無水性(例えば、含水率が80%、50%、30%、20%、若しくは10%未満)である。別の例では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、水相、例えば、水を含む溶液状である。水相又は結晶性組成物は、例えば、送達ビヒクル、例えば、リポソーム(特に、水相の場合)又は粒子(例えば、結晶性組成物に好適となり得るようなミクロ粒子)に組み込むことができる。一般に、意図する投与方法と適合性である方法で、一本鎖オリゴヌクレオチド組成物を製剤化する。
ある実施形態において、組成物は、以下の方法の少なくとも1つにより調製する:噴霧乾燥、凍結乾燥、真空乾燥、蒸発、流動層乾燥、若しくはこれらの技術の組合せ;又は脂質を用いた超音波処理、フリーズドライ、縮合及びその他の自己組織化。
一本鎖オリゴヌクレオチド調製物は、別の薬剤、例えば、別の治療薬又は一本鎖オリゴヌクレオチドを安定化する物質、例えば、一本鎖オリゴヌクレオチドと複合体化するタンパク質と組み合わせて製剤化又は投与する(一緒に、若しくは個別に)ことができる。別の薬剤は、キレート剤、例えば、EDTA(例えば、Mg2+などの二価カチオンを除去するため)、塩、RNAse阻害剤(例えば、RNAsinなどの広特異性RNAse阻害剤)などを含む。ある実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドと併用される他の薬剤は、SMN発現の調節も行う薬剤である。ある実施形態では、他の薬剤は、成長ホルモン、ヒストンデアセチラーゼ阻害剤、ヒドロキシカルバミド(ヒドロキシ尿素)、天然のポリフェノール化合物(例えば、レスベラトロール、クルクミン)、プロラクチン、又はサルブタモールである。用いることができるヒストンデアセチラーゼ阻害剤の例として、脂肪族化合物(例えば、酪酸塩(例えば、酪酸ナトリウム及びフェニル酪酸ナトリウム)及びバルプロ酸)、ベンザミド(例えば、M344)、及びヒドロキサム酸(例えば、CBHA、SBHA、エンチノスタット(MS−275))パノビノスタット(LBH−589)、トリコスタチンA、ボリノスタット(SAHA))が挙げられる。
一実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチド調製物は、別の一本鎖オリゴヌクレオチド、例えば、第2遺伝子の発現及び/若しくはmRNAプロセシングを調節する第2一本鎖オリゴヌクレオチド又は第1遺伝子の発現を調節する第2一本鎖オリゴヌクレオチドを含む。さらに別の調製物は、少なくとも3、5、10、20、50、又は100以上の異なる一本鎖オリゴヌクレオチド種を含んでもよい。こうした一本鎖オリゴヌクレオチドは、同様の数の異なる遺伝子に関して、遺伝子発現を媒介することができる。一実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチド調製物は、少なくとも1種の第2治療薬(例えば、オリゴヌクレオチド以外の薬剤)を含む。
送達経路
一本鎖オリゴヌクレオチドを含む組成物は、様々な経路で被験者に送達することができる。経路の例として、静脈内、皮内、局所、直腸、非経口、肛門、膣内、鼻内、肺、眼などが挙げられる。「治療に有効な量」という用語は、予想される生理学的応答を賦与するために、治療対象の被験者において要望されるレベルのSMN1又はSMN2発現をもたらすのに必要な、組成物中に存在するオリゴヌクレオチドの量である。「生理学的に有効な量」という用語は、要望される苦痛緩和又は治癒効果を賦与するために、被験者に送達される量である。「薬学的に許容される担体」という用語は、被験者に対する有意な有害な毒物学的効果を伴わずに、担体を被験者に投与することができることを意味する。
一本鎖オリゴヌクレオチドを含む組成物は、様々な経路で被験者に送達することができる。経路の例として、静脈内、皮内、局所、直腸、非経口、肛門、膣内、鼻内、肺、眼などが挙げられる。「治療に有効な量」という用語は、予想される生理学的応答を賦与するために、治療対象の被験者において要望されるレベルのSMN1又はSMN2発現をもたらすのに必要な、組成物中に存在するオリゴヌクレオチドの量である。「生理学的に有効な量」という用語は、要望される苦痛緩和又は治癒効果を賦与するために、被験者に送達される量である。「薬学的に許容される担体」という用語は、被験者に対する有意な有害な毒物学的効果を伴わずに、担体を被験者に投与することができることを意味する。
本発明の一本鎖オリゴヌクレオチド分子は、投与に適した医薬組成物に組み込むことができる。こうした組成物は、典型的に、1種又は複数種の一本鎖オリゴヌクレオチドと、薬学的に許容される担体を含む。本明細書で用いる「薬学的に許容される担体」という表現は、製剤投与に適合性のあらゆる溶媒、分散媒、コーティング剤、抗菌及び抗真菌剤、等張剤及び吸収遅延剤などを含むことを意図する。薬学的に活性の物質のためのこのような媒質及び薬剤の使用は、当技術分野では公知である。従来の媒質又は薬剤が活性化合物と非適合性である場合を除いて、組成物におけるその使用が考慮される。また、追加の活性化合物を組成物に組み込むこともできる。
本発明の医薬組成物は、局所又は全身治療のいずれが要望されるか、また治療しようとする部位に応じていくつかの方法で投与することができる。投与は、局所(眼、膣、直腸、鼻内、経皮など)、経口又は非経口であってよい。非経口投与には、静脈内持続注入法、皮下、腹腔内若しくは筋内注射、又はクモ膜下腔内若しくは脳室内投与が含まれる。
投与の経路及び部位は、ターゲティングを増強するように選択してよい。例えば、筋肉細胞をターゲティングするためには、対象の筋肉への筋内注射が、理にかなった選択であろう。肺細胞は、エアロゾル形態の一本鎖オリゴヌクレオチドを投与することにより、ターゲティングすることができる。血管内皮細胞は、バルーンカテーテルを一本鎖オリゴヌクレオチドでコーティングして、オリゴヌクレオチドを機械的に導入することによりターゲティングすることができる。
局所投与とは、製剤を被験者の表面に直接接触させることによる、被験者への送達を指す。局所投与の最も一般的形態は、皮膚に対するものであるが、本明細書に開示する組成物は、身体の他の表面、例えば、眼、粘膜、体腔の表面又は内面にも直接適用することができる。前述したように、最も一般的な局所送達は、皮膚に対するものである。この用語は、限定しないが、局所及び経皮を含む複数の投与経路を包含する。これらの投与方式は、典型的に、皮膚の透過障壁の浸透及び標的組織又は層への有効な送達を含む。局所投与は、表皮及び真皮に浸透して、最終的に組成物の全身送達を達成する手段として用いることができる。局所投与は、被験者の表皮若しくは真皮、又はその特定の層、又は下層組織にオリゴヌクレオチドを選択的に投与する手段として用いることができる。
局所投与のための製剤としては、経皮パッチ、軟膏、ローション、クリーム、ジェル、点滴薬、座薬、スプレー、液剤及び粉末剤が挙げられる。従来の製剤用担体、水性、粉末若しくは油性基剤、増粘剤などが必要であるか、又は望ましい場合もある。また、コーティングされたコンドーム、手袋などが有用な場合もある。
経皮送達は、脂溶性治療薬の投与のための貴重な経路である。真皮は、表皮より透過性であるため、擦りむいた、熱傷を受けた、又はむき出しの皮膚からの吸収は、はるかに高速である。炎症及び皮膚への血流を増加する他の生理学的状態もまた、経皮吸収を増強する。この経路を介した吸収は、油性ビヒクルの使用(塗擦)又は1種以上の浸透促進剤の使用により、増強され得る。経皮経路により本明細書に開示する組成物を送達する他の有効な方法としては、皮膚の水和、及び徐放性局所パッチの使用がある。経皮経路は、全身及び/又は局所療法のために本明細書に開示する組成物を送達する潜在的に有効な手段を提供する。加えて、イオン導入法(電界の影響下での生体膜を介したイオン性溶質の輸送)、音波泳動又は超音波泳動(生体膜、特に皮膚及び角質を通した各種治療薬の吸収を増強するための超音波の使用)、並びに投与位置及び投与部位での貯留に関するビヒクル特性の最適化も、皮膚及び粘膜部位を介した局所適用組成物の輸送を増強する上で有用な方法である。
経口及び鼻粘膜は、他の投与経路に比して利点を提供する。例えば、これらの膜を介して投与されたオリゴヌクレオチドは、作用の迅速な開始を有し、治療血漿レベルをもたらし、肝代謝の初回通過効果を回避し、有害な胃腸(GI)環境へのオリゴヌクレオチドの暴露を回避する。さらに別の利点は、オリゴヌクレオチドを容易に適用、局在化及び除去することができるような膜部位に対する容易な接近を含む。
経口送達の場合、組成物は、口腔の表面、例えば、舌下面及び口腔底の粘膜又は頬の内側表面を構成する頬粘膜にターゲティングすることができる。舌下粘膜は、比較的透過性であるため、多くの薬剤の迅速な吸収及び許容可能な生体利用可能性をもたらす。さらに、舌下粘膜は、好都合で、許容可能かつ容易に接触可能である。
一本鎖オリゴヌクレオチドの医薬組成物は、計量噴霧ディスペンサーから、前述したような混合ミセル医薬製剤及び噴霧剤を、吸入せずに、口腔に噴霧することによりヒトの口腔に投与することもできる。一実施形態では、ディスペンサーをまず振盪した後、医薬組成物及び噴霧剤を口腔に噴霧する。
経口投与のための組成物としては、粉末若しくは顆粒、水中の懸濁液若しくは溶液、シロップ、エマルション、エリキシール又は非水性媒体、錠剤、カプセル、ロゼンジ、又はトローチが挙げられる。錠剤の場合、用いることができる担体としては、ラクトース、クエン酸ナトリウム、及びリン酸の塩がある。デンプンなどの各種崩壊剤、並びにステアリン酸マグネシウム、ラウリル硫酸ナトリウム及びタルクなどの潤滑剤が一般に錠剤に用いられている。カプセル形態への経口投与の場合、有用な希釈剤は、ラクトース及び高分子量ポリエチレングリコールである。経口用途に水性懸濁液が必要な場合、核酸組成物は、乳化及び懸濁剤と組み合わせることができる。要望される場合には、特定の甘味料及び/又は香味料を添加してもよい。
非経口投与には、静脈内持続注入法、皮下、腹腔内又は筋内注射、クモ膜下腔内又は脳室内投与が含まれる。ある実施形態において、非経口投与は、疾患の部位への直接の投与(例えば、腫瘍への注射)を含む。
非経口投与のための製剤は、滅菌水溶液を含んでもよく、こうした水溶液は、緩衝剤、希釈剤及びその他の好適な添加剤をさらに含有してもよい。脳室内投与は、例えば、レザバーに取り付けられた脳室内カテーテルによって促進してもよい。静脈内での使用の場合、溶質の合計濃度を制御して、製剤を等張性にしなければならない。
本明細書に記載する一本鎖オリゴヌクレオチドのいずれも眼組織に投与することができる。例えば、組成物は、眼の表面又は周辺組織、例えば、瞼の内部に適用することができる。眼への投与の場合、軟膏又は点滴可能な液体を、アプリケータ又は点眼器などの当技術分野では公知の眼投与装置により投与してよい。このような組成物は、ヒアルロン酸、硫酸コンドロイチン、ヒドロキシプロピルメチルセルロース又はポリ(ビニルアルコール)などのムコミメティック剤(mucoimimetics)、ソルビン酸、EDTA若しくは塩化ベンジルクロニウムなどの防腐剤、並びに通常量の希釈剤及び/又は担体を含んでもよい。一本鎖オリゴヌクレオチドはまた、眼の内部に投与することもでき、これを選択した部位又は構造体に導入することができる針若しくは他の送達装置により導入することができる。
肺送達組成物は、患者が分散液を吸入することにより送達することができ、これによって、分散液内の組成物、好ましくは一本鎖オリゴヌクレオチドが、肺に到達し、そこで、組成物が肺胞領域を通して直接血液循環中に容易に吸収されるようにすることができる。肺送達は、肺の疾患を治療するための全身送達及び局在化送達の両方に有効となり得る。
肺送達は、噴霧化、エアロゾル化、ミセル及び乾燥粉末ベースの製剤の使用など、様々なアプローチにより達成することができる。送達は、液体ネブライザー、エアロゾルベースの吸入器、及び乾燥粉末分散器を用いて、達成することができる。定量装置が好ましい。噴霧器又は吸入器を用いる利点の1つは、装置が自蔵式であるため、汚染の可能性が最小限に抑えられることである。例えば、乾燥粉末分散器は、乾燥粉末として容易に製剤化することができる薬剤を送達する。一本鎖オリゴヌクレオチド組成物は、単独で、又は好適な粉末担体と組み合わせて、凍結乾燥又は噴霧乾燥粉末として安定して貯蔵することができる。吸入用組成物の送達は、タイマー、ドーズカウンター、時間計測装置を含み得る投与タイミング要素、又は時間表示器を用いて実施することができ、これらが装置に内蔵されていれば、エアロゾル薬剤の投与の際の用量追跡、適合性モニタリング、及び/又は患者への用量トリガーが可能になる。
「粉末」という用語は、流動性であって、吸入装置に容易に分散させることができ、被験者によって吸入されて、粒子が肺に到達し、肺胞への浸透を可能にするような微細に分散した固体粒子から構成される組成物を意味する。従って、こうした粉末は、「呼吸用(respirable)」と言われる。好ましくは、平均粒度は、粒径約10μm未満であり、好ましくは比較的均一の球状形の分布をしている。より好ましくは、粒径は、約7.5μm未満であり、極めて好ましくは約5.0μm未満である。通常、粒度分布は、直径約0.1μm〜約5μm、特に約0.3μm〜約5μmである。
「乾燥(した)」という用語は、組成物が、約10重量%(%w)未満の水、通常約5%w未満、好ましくは約3%w未満の含水率を有することを意味する。乾燥組成物は、粒子が、エアロゾルを形成するように、吸入装置中に容易に分散可能であるものでよい。
担体として有用な様々なタイプの医薬用賦形剤としては、ヒト血清アルブミン(HSA)などの安定剤、炭水化物、アミノ酸及びポリペプチドなどの充填剤;pH調節剤若しくは緩衝剤;塩化ナトリウムなどの塩等がある。これらの担体は、結晶性又は非晶性形態のいずれであってもよいし、両者の混合物であってもよい。
好適なpH調節剤又は緩衝剤としては、有機酸と塩基から調製される有機塩、例えば、クエン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウムなどがあり、クエン酸ナトリウムが好ましい。ミセル状一本鎖オリゴヌクレオチド製剤の肺投与は、テトラフルオロエタン、ヘプタフルオロエタン、ジメチルフルオロプロパン、テトラフルオロプロパン、ブタン、イソブタン、ジメチルエーテル及びその他の非CFC及びCFC噴霧剤などの噴霧剤を含む定量噴霧装置を用いて達成することができる。
例示的装置としては、血管系に導入される装置、例えば、血管組織の管腔に挿入される装置、又は装置自体が血管系の一部を形成するもの、例えば、ステント、カテーテル、心臓弁、及びその他の血管装置が挙げられる。これらの装置、例えば、カテーテル又はステントは、肺、心臓、又は脚の血管系に配置することができる。
他の装置としては、非血管装置、例えば、腹腔内、臓器若しくは腺組織に移植される装置、例えば、人工臓器がある。こうした装置は、一本鎖オリゴヌクレオチドに加えて治療物質を放出することができる。例えば、ある装置は、インスリンを放出することができる。
一実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドを含む組成物の単位用量又は計測用量は、埋め込みデバイスによって投与される。デバイスは、被験者内のパラメータを監視するセンサーを含んでもよい。例えば、デバイスは、例えば、ポンプ、並びに任意選択で付属の電子部品を含んでもよい。
組織、例えば、細胞又は臓器を一本鎖オリゴヌクレオチドによりex vivoで処置した後、被験者に投与又は移植することができる。組織は、オートロガス、同種異系、又は異種間組織であってよい。例えば、組織を処置して、移植片対宿主病を軽減することができる。他の実施形態では、組織は、同種異系であり、組織を処置して、その組織における不要な遺伝子発現を特徴とする障害を治療することができる。例えば、組織、例えば、造血細胞、例えば、骨髄造血細胞を処置して、不要な細胞増殖を阻害することができる。オートロガス又は移植片のいずれであっても、処置した組織の導入と、他の療法を組み合せることができる。ある実施において、一本鎖オリゴヌクレオチドで処置した細胞を、例えば、半透性多孔質隔膜により、他の細胞から遮断するが、この隔膜は、細胞がインプラントから流出するのを阻止するが、身体からの分子は細胞に到達させると共に、これら細胞が生成する分子が身体に進入することを可能にする。一実施形態では、多孔質隔膜は、アルギニン酸塩から形成される。
一実施形態において、避妊用具を一本鎖オリゴヌクレオチドでコーティング又は包含する。例示的避妊用具としては、コンドーム、ペッサリー、IUD(子宮内避妊用具、スポンジ、膣内シース、及び避妊用具がある。
投薬
一態様において、本発明は、一本鎖オリゴヌクレオチド(例えば、化合物として、又は組成物の1成分として)を被験者(例えば、ヒト被験者)に投与する方法を特徴とする。ある実施形態では、本方法は、単位用量中の化合物(例えば、本明細書に開示するように、一般式A−B−Cの化合物、又は一本鎖オリゴヌクレオチド)を被験者に投与することを含む。一実施形態では、単位用量は、体重1kg当たり約10mg〜25mgである。一実施形態では、単位用量は、体重1kg当たり約1mg〜約100mgである。一実施形態では、単位用量は、体重1kg当たり約0.1mg〜約500mgである。ある実施形態では、単位用量は、体重1kg当たり0.001、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、5、10、25、50又は100mg超である。
一態様において、本発明は、一本鎖オリゴヌクレオチド(例えば、化合物として、又は組成物の1成分として)を被験者(例えば、ヒト被験者)に投与する方法を特徴とする。ある実施形態では、本方法は、単位用量中の化合物(例えば、本明細書に開示するように、一般式A−B−Cの化合物、又は一本鎖オリゴヌクレオチド)を被験者に投与することを含む。一実施形態では、単位用量は、体重1kg当たり約10mg〜25mgである。一実施形態では、単位用量は、体重1kg当たり約1mg〜約100mgである。一実施形態では、単位用量は、体重1kg当たり約0.1mg〜約500mgである。ある実施形態では、単位用量は、体重1kg当たり0.001、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、5、10、25、50又は100mg超である。
規定量は、疾患又は障害、例えば、SMN1若しくはSMN2に関連する疾患又は障害を治療又は予防するのに有効な量であってよい。単位用量は、例えば、注射(例えば、静脈内若しくは筋内)、吸入投与、又は局所適用によって投与することができる。
ある実施形態において、単位用量は、毎日投与する。ある実施形態では、1日1回より頻度は少なく、例えば、2日、4日、8日若しくは30日毎に1回投与する。別の実施形態では、単位用量をある頻度で(例えば、規則的な頻度で)投与しない。例えば、単位用量を単一回投与してよい。ある実施形態では、単位用量を1日1回より多く、例えば、1時間、2時間、4時間、8時間、12時間毎等に1回投与する。
一実施形態において、被験者に、初期用量及び1回又は複数回の維持用量の一本鎖オリゴヌクレオチドを投与する。維持用量は、一般に初期用量より少なく、例えば、初期用量の半分である。維持計画は、1日につき0.0001〜100mg/kg(体重)の範囲、例えば、1日につき体重1kg当たり100、10、1、0.1、0.01、0.001、又は0.0001mgの用量又は複数回用量で被験者を治療することを含む。維持用量は、1日、5日、10日、又は30日毎に1回以下投与してもよい。さらに、治療計画は、一定期間継続してよいが、これは、特定の疾患の性質、その重症度及び患者の全身状態に応じて変動する。ある実施形態では、投薬は、1日に1回以下、例えば、24、36、48、又はそれ以上の時間毎に1回以下、例えば、5又は8日毎に1回以下送達してもよい。治療後に、その状態の変化及び病態の症状の改善について患者をモニターする。オリゴヌクレオチドの用量は、患者が現状の投薬レベルに有意に応答しない場合には、増加してもよいし、あるいは、病態の症状の改善が認められる、病態が除去されるか、又は望ましくない副作用が認められる場合には、用量を減らしてもよい。
有効量は、特定の状況下で必要に応じて、又は適切と考えられれば、単一用量又は2回以上の用量で投与することができる。反復又は頻繁な注入を促進することが要望される場合には、送達装置、例えば、ポンプ、半永久的ステント(例えば、静脈内、腹腔内、大槽内若しくは嚢内)、又はレザバーの埋め込みが妥当であろう。
ある実施形態において、医薬組成物は、複数の一本鎖オリゴヌクレオチド種を含む。ある実施形態では、医薬組成物は、1遺伝子(例えば、SMN1又はSMN2)のPRC2関連領域と相補的な第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、1遺伝子(SMN1又はSMN2)のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを含む。ある実施形態では、医薬組成物は、一般式A−B−Cを含む化合物を含み、ここで、Aは、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドであり、Bは、リンカーであり、Cは、上記遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドである。
別の実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチド種は、天然に存在する標的配列(例えば、PRC2関連領域)に関して、別の種と重複せず、かつ隣接していない配列を有する。別の実施形態では、複数の一本鎖オリゴヌクレオチド種が、異なるPRC2関連領域に対して特異的である。別の実施形態では、一本鎖オリゴヌクレオチドは、対立遺伝子特異的である。ある態様では、別の治療法と共に、一本鎖オリゴヌクレオチドで患者を治療する。
治療が成功したら、患者は、病態の再発を防ぐために維持療法を受けることが望ましい場合もあり、この場合、本発明の化合物を、体重1kg当たり0.0001mg〜100mgの範囲の維持用量で投与する。
一本鎖オリゴヌクレオチド組成物の濃度は、障害を治療若しくは予防する上で、又はヒトにおける生理学的条件を調節する上で十分な量である。投与される一本鎖オリゴヌクレオチドの濃度又は量は、薬剤について決定されたパラメータ、並びに投与方法、例えば、経鼻、口腔内、肺などに応じて変動する。例えば、経鼻製剤は、鼻腔の刺激又は炎症を防ぐために、成分によっては、はるかに低濃度が要求される傾向があると考えられる。時には、好適な経鼻製剤を提供するために、経口製剤を10〜100倍希釈するのが望ましい場合もある。
いくつかの要因が、被験者を有効に治療するのに要求される用量に影響を与え得るが、このような要因として、限定しないが、障害の重症度、治療歴、被験者の全般的健康状態及び/又は年齢、並びに存在する他の疾患などがある。さらに、治療有効量の一本鎖オリゴヌクレオチドによる被験者の治療は、単一療法を含んでもよいし、又は、好ましくは、一連の療法を含んでもよい。また、治療に用いる一本鎖オリゴヌクレオチドの有効量が、特定の治療の過程で増減し得ることは理解されよう。例えば、一本鎖オリゴヌクレオチド組成物を投与した後、被験者をモニターすることができる。モニタリングから得た情報に基づき、追加量の一本鎖オリゴヌクレオチド組成物を投与することができる。
投薬は、治療しようとする疾患状態の重症度及び応答性に左右され、治療コースは、数日から数ヵ月、あるいは、治癒が達成されるか、又は疾患状態の軽減が達成されるまで継続する。最適な投薬スケジュールは、患者の身体におけるSMN1又はSMN2発現レベルの測定値から計算することができる。通常の当業者であれば、最適な投薬量、投与方法及び反復速度を容易に決定することができる。最適な投薬量は、個々の化合物の相対的効能に応じて変動し得るが、一般に、in vitro及びin vivo動物モデルで有効であると認められるEC50に基づいて推定することができる。ある実施形態では、動物モデルは、ヒトSMN1又はSMN2を発現するトランスジェニック動物を含む。別の実施形態では、試験のための組成物は、動物モデルにおけるSMN1又はSMN2とヒトにおけるSMN1又はSMN2との間で保存されている配列に対して、少なくとも内部領域内で、相補的である一本鎖オリゴヌクレオチドを含む。
一実施形態において、一本鎖オリゴヌクレオチド組成物の投与は、非経口、例えば、静脈内(例えば、ボーラス又は拡散性注入)、内皮、腹腔内、筋内、クモ膜下腔内、脳室内、頭蓋内、皮下、経粘膜、口腔、舌下、内視鏡、直腸、経口、膣、局所、肺、鼻内、尿道又は眼などの経路によるものである。投与は、被験者又は例えば、医療供給者などの別の人によって実施することができる。組成物は、計測された用量で、又は定用量を送達するディスペンサーにより提供することができる。選択される送達方法については以下に、より詳しく述べる。
キット
本発明の特定の形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドを含む組成物を収納する容器を含むキットが提供される。ある実施形態では、キットは、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドを収納する容器と;その遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドを収納する第2の容器とを含む。ある実施形態では、キットは、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドと、その遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドとを収納する容器を含む。ある実施形態では、組成物は、一本鎖オリゴヌクレオチドと、薬学的に許容される担体とを含む医薬組成物である。ある実施形態では、医薬組成物の個々の成分を1つの容器内に提供してもよい。あるいは、医薬組成物の成分を2つ以上の容器、例えば、一本鎖オリゴヌクレオチド用の1つの容器と、担体化合物用の少なくとも1つの別の容器に個別に提供するのが望ましい場合もある。キットは、例えば、単一ボックス内の1つ又は複数の容器のようにいくつかの異なる構成でパッケージしてもよい。例えば、キットに備えられた指示書に従い、様々な成分を組み合わせることができる。例えば、医薬組成物を調製及び投与するために、本明細書に記載の方法に従い、上記成分を組み合わせることができる。キットは、さらに送達装置を含んでもよい。
本発明の特定の形態において、一本鎖オリゴヌクレオチドを含む組成物を収納する容器を含むキットが提供される。ある実施形態では、キットは、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドを収納する容器と;その遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドを収納する第2の容器とを含む。ある実施形態では、キットは、1遺伝子のPRC2関連領域と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドと、その遺伝子のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な一本鎖オリゴヌクレオチドとを収納する容器を含む。ある実施形態では、組成物は、一本鎖オリゴヌクレオチドと、薬学的に許容される担体とを含む医薬組成物である。ある実施形態では、医薬組成物の個々の成分を1つの容器内に提供してもよい。あるいは、医薬組成物の成分を2つ以上の容器、例えば、一本鎖オリゴヌクレオチド用の1つの容器と、担体化合物用の少なくとも1つの別の容器に個別に提供するのが望ましい場合もある。キットは、例えば、単一ボックス内の1つ又は複数の容器のようにいくつかの異なる構成でパッケージしてもよい。例えば、キットに備えられた指示書に従い、様々な成分を組み合わせることができる。例えば、医薬組成物を調製及び投与するために、本明細書に記載の方法に従い、上記成分を組み合わせることができる。キットは、さらに送達装置を含んでもよい。
本発明を以下の実施例によりさらに詳しく説明するが、これらは限定するものとして何ら解釈すべきではない。本明細書を通じて引用した参照物(参照文献、発行された特許、公開特許出願、及び係属特許出願など)は全て、本明細書に参照によって明示的に組み込まれるものとする。
本発明を以下の実施例においてさらに詳しく説明するが、これらは、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定するものではない。
実施例1:SMN1を上方制御するPRC関連領域をターゲティングするオリゴヌクレオチド
材料及び方法:
リアルタイムPCR
Promega SV 96 Total RNA Isolationシステム又はDNAseステップを省いたTrizolを用いて、細胞からRNAを回収した。個別のパイロット実験において、50ngのRNAが、逆転写酵素反応のための十分な鋳型であることが判明した。細胞から回収されたRNAを基準化して、50ngのRNAを各逆転写反応に投入した。限界に達するには希薄過ぎたいくつかのサンプルについて、最大投入量を添加した。Superscript IIキットを用いて、逆転写酵素反応を実施し、icycler SYBR green chemistry(Biorad)を用いて、cDNAサンプルに対してリアルタイムPCRを実施した。各標的遺伝子についてのmRNA発現のベースラインレベルを、上に概説したように定量PCRで決定した。また、構成的に発現される各種ハウスキーピング遺伝子のmRNAについてもベースラインレベルを決定した。標的遺伝子とほぼ同じレベルのベースライン発現を有する「対照」ハウスキーピング遺伝子を比較の目的で選択した。
材料及び方法:
リアルタイムPCR
Promega SV 96 Total RNA Isolationシステム又はDNAseステップを省いたTrizolを用いて、細胞からRNAを回収した。個別のパイロット実験において、50ngのRNAが、逆転写酵素反応のための十分な鋳型であることが判明した。細胞から回収されたRNAを基準化して、50ngのRNAを各逆転写反応に投入した。限界に達するには希薄過ぎたいくつかのサンプルについて、最大投入量を添加した。Superscript IIキットを用いて、逆転写酵素反応を実施し、icycler SYBR green chemistry(Biorad)を用いて、cDNAサンプルに対してリアルタイムPCRを実施した。各標的遺伝子についてのmRNA発現のベースラインレベルを、上に概説したように定量PCRで決定した。また、構成的に発現される各種ハウスキーピング遺伝子のmRNAについてもベースラインレベルを決定した。標的遺伝子とほぼ同じレベルのベースライン発現を有する「対照」ハウスキーピング遺伝子を比較の目的で選択した。
タンパク質発現(ELISA)
SMNタンパク質を決定するELISAを製造者の指示に従い実施した(SMN ELISAキット#ADI−900−209、Enzo Life Sciences)。データをビシンコニン酸(BCA)アッセイ(Pierce cat#:23225)により測定される全タンパク質に対して正規化した。
SMNタンパク質を決定するELISAを製造者の指示に従い実施した(SMN ELISAキット#ADI−900−209、Enzo Life Sciences)。データをビシンコニン酸(BCA)アッセイ(Pierce cat#:23225)により測定される全タンパク質に対して正規化した。
細胞培養
ヒト肝細胞Hep3B、ヒト肝細胞HepG2細胞、マウス肝癌Hepa1〜6細胞、及びヒト腎臓近位尿細管上皮細胞(RPTEC)を、当技術分野で公知の条件を用いて培養した(例えば、Current Protocols in Cell Biologyを参照)。試験した他の細胞株は、ニューロン細胞株(SK−N−AS、U−87)及びSMN患者線維芽細胞であった。本明細書に記載する実験に用いた細胞株の詳細を表5に記載する。
ヒト肝細胞Hep3B、ヒト肝細胞HepG2細胞、マウス肝癌Hepa1〜6細胞、及びヒト腎臓近位尿細管上皮細胞(RPTEC)を、当技術分野で公知の条件を用いて培養した(例えば、Current Protocols in Cell Biologyを参照)。試験した他の細胞株は、ニューロン細胞株(SK−N−AS、U−87)及びSMN患者線維芽細胞であった。本明細書に記載する実験に用いた細胞株の詳細を表5に記載する。
オリゴヌクレオチド設計
SMN1を上方制御するために、PRC−2相互作用領域内でオリゴヌクレオチドを設計した。各オリゴヌクレオチドの配列及び構造を表2に示す。続く表に、表2に記載した特定の試験オリゴヌクレオチドについて用いたヌクレオチド類似体、修飾及びヌクレオチド間結合の説明を提供する。
SMN1を上方制御するために、PRC−2相互作用領域内でオリゴヌクレオチドを設計した。各オリゴヌクレオチドの配列及び構造を表2に示す。続く表に、表2に記載した特定の試験オリゴヌクレオチドについて用いたヌクレオチド類似体、修飾及びヌクレオチド間結合の説明を提供する。
オリゴヌクレオチドによる細胞のin vitroトランスフェクション
細胞を500uL当たり25,000細胞の密度で24ウェルプレートの各ウェルに接種し、Lipofectamine及び一本鎖オリゴヌクレオチドを用いて、トランスフェクションを実施した。対照ウェルは、Lipofectamineのみを含有した。トランスフェクションから48時間後、約200uLの細胞培養上澄みをELISAのために−80℃で保存した。トランスフェクションから48時間後、細胞からRNAを回収し、上に概説したように定量PCRを実施した。各オリゴヌクレオチドによる標的mRNA発現の誘導率(%)を、オリゴヌクレオチドの存在下でのmRNAレベルを対照(Lipofectamineのみ)の存在下でのmRNAに対して基準化することにより決定した。これを「対照」ハウスキーピング遺伝子のmRNA発現の増大と並べて比較した。
細胞を500uL当たり25,000細胞の密度で24ウェルプレートの各ウェルに接種し、Lipofectamine及び一本鎖オリゴヌクレオチドを用いて、トランスフェクションを実施した。対照ウェルは、Lipofectamineのみを含有した。トランスフェクションから48時間後、約200uLの細胞培養上澄みをELISAのために−80℃で保存した。トランスフェクションから48時間後、細胞からRNAを回収し、上に概説したように定量PCRを実施した。各オリゴヌクレオチドによる標的mRNA発現の誘導率(%)を、オリゴヌクレオチドの存在下でのmRNAレベルを対照(Lipofectamineのみ)の存在下でのmRNAに対して基準化することにより決定した。これを「対照」ハウスキーピング遺伝子のmRNA発現の増大と並べて比較した。
結果:
一本鎖オリゴヌクレオチドのin vitro送達によりSMN1発現が上方制御された
SMN1発現を上方制御するための候補としてのオリゴヌクレオチドを設計した。合計52の一本鎖オリゴヌクレオチドを、配列番号1、2、4、又は5に記載される配列内のPRC2相互作用領域と相補的であるように設計した。オリゴヌクレオチドは、少なくとも2回反復して試験した。オリゴヌクレオチドの配列及び構造上の特徴を表2に記載する。手短には、前述したように、オリゴヌクレオチドで細胞をin vitroでトランスフェクトした。処理後の細胞におけるSMN1発現をqRT−PCRにより評価した。SMN1発現を上方制御したオリゴヌクレオチドを同定した。さらに詳細を表2に概説する。
一本鎖オリゴヌクレオチドのin vitro送達によりSMN1発現が上方制御された
SMN1発現を上方制御するための候補としてのオリゴヌクレオチドを設計した。合計52の一本鎖オリゴヌクレオチドを、配列番号1、2、4、又は5に記載される配列内のPRC2相互作用領域と相補的であるように設計した。オリゴヌクレオチドは、少なくとも2回反復して試験した。オリゴヌクレオチドの配列及び構造上の特徴を表2に記載する。手短には、前述したように、オリゴヌクレオチドで細胞をin vitroでトランスフェクトした。処理後の細胞におけるSMN1発現をqRT−PCRにより評価した。SMN1発現を上方制御したオリゴヌクレオチドを同定した。さらに詳細を表2に概説する。
表7は、オリゴヌクレオチドを特定の濃度[オリゴ]で細胞にトランスフェクトし、48又は72時間後にRNAを調製して、qRTPCRアッセイを実施することにより、完全長(FL)又はΔ7SMNのmRNAレベルを決定した実験からの結果をさらに示す。他の形態では、オリゴを10μMで、裸で(gymnotically)細胞に投与し、処理から9日後にRNAを回収した。試験した細胞株は、ニューロン細胞株(SK−N−AS、U−87)及びSMN患者線維芽細胞であった。
表8は、オリゴヌクレオチドを特定の濃度([オリゴ]、[2回目]、[3回目])で、1種又は2種の更なるオリゴ又は小分子化合物のいずれかと組み合わせて細胞にトランスフェクトし、48又は72時間後にRNAを調製して、qRTPCRアッセイを実施することにより、完全長(FL)又はΔ7SMNのmRNAレベルを決定した実験からの結果をさらに示す。試験した細胞株は、SMN患者線維芽細胞であった。
表9は、オリゴヌクレオチドを特定の濃度([オリゴ]、[2回目]、[3回目])で、1種若しくは2種の更なるオリゴのいずれかと組み合わせて、又は二量体として、又は裸の(gymnotic)処理により、細胞にトランスフェクトし、24、48、72又は216時間後に細胞溶解物を調製して、ELISAアッセイを実施することにより、SMNタンパク質レベルを決定した、実験からの結果をさらに示す。試験した細胞株は、SMN患者線維芽細胞であった。
一本鎖オリゴヌクレオチド(標的遺伝子のアンチセンス鎖)
配列番号範囲:30〜8329、13088〜13094
Gランを含まない配列番号例:
配列番号範囲:30〜8329、13088〜13094
Gランを含まない配列番号例:
miRシードを含まない配列番号例:
一本鎖オリゴヌクレオチド(標的遺伝子のセンス鎖)
Gランを含まない配列番号例:
miRシードを含まない配列番号例:
実施例2:SMN2及びスプライススイッチングオリゴヌクレオチドを上方制御するPRC2相互作用領域をターゲティングするオリゴヌクレオチドを用いた、SMN2転写物を含有するエキソン7の選択的上方制御
オリゴ設計:
SMN1/2遺伝子座におけるPRC2相互作用領域(lncRNAピーク)をターゲティングするオリゴヌクレオチドを設計した。これらのオリゴは、表4に概略を示すように、様々なDNA塩基修飾、修飾配置、ヌクレオシド間結合及びオリゴ間リンカー(オリゴ1〜52及び59〜101)を用いて合成した。
オリゴ設計:
SMN1/2遺伝子座におけるPRC2相互作用領域(lncRNAピーク)をターゲティングするオリゴヌクレオチドを設計した。これらのオリゴは、表4に概略を示すように、様々なDNA塩基修飾、修飾配置、ヌクレオシド間結合及びオリゴ間リンカー(オリゴ1〜52及び59〜101)を用いて合成した。
スプライススイッチングオリゴ(SSO)をSMN2の配列に基づいて設計した。このようなSSOの長さ及び化学の様々な修飾を作製した(オリゴ53〜58)。
バイオインフォーマティック分析を用いて、ユニバーサル陰性対照オリゴ(オリゴ232〜293)も設計した。
方法:
細胞培養:
6つの線維芽細胞株と1つのリンパ芽球細胞株をCoriell Instituteから取得した(図2)。Lipofectamine 2000(線維芽細胞)を用いて、又はエレクトロポレーション若しくは援助のない送達(リンパ芽球)によるいずれかで、細胞をオリゴでトランスフェクトして、SMN1/2mRNA及びタンパク質発現に対するオリゴヌクレオチドの作用を確認した。実験は全て、生物学的に3回繰り返して実施した。
細胞培養:
6つの線維芽細胞株と1つのリンパ芽球細胞株をCoriell Instituteから取得した(図2)。Lipofectamine 2000(線維芽細胞)を用いて、又はエレクトロポレーション若しくは援助のない送達(リンパ芽球)によるいずれかで、細胞をオリゴでトランスフェクトして、SMN1/2mRNA及びタンパク質発現に対するオリゴヌクレオチドの作用を確認した。実験は全て、生物学的に3回繰り返して実施した。
mRNA及びタンパク質発現:
mRNA発現−
1.第1日に、SMN発現の低下した患者の線維芽細胞を100uL当たり5,000細胞の密度で96ウェルプレートの各ウェルに接種した。
2.第2日に、製造者の指示に従い、Lipofectamine 2000を用い、10nM又は30nMのいずれかのオリゴでトランスフェクションを実施した。
3.トランスフェクションから48時間後に、Ambion Cells−to−CTキットを用いて、製造者の指示に従い、細胞からqRT−PCR結果を直接取得した。
4.StepOne PlusでのTaqman FAST qPCRを用いて、定量PCR評価を完了し、デルタデルタCt方法を用いて、SMN発現をハウスキーパ遺伝子(B2M)に対して基準化することにより、mRNA発現の変化を定量した。
mRNA発現−
1.第1日に、SMN発現の低下した患者の線維芽細胞を100uL当たり5,000細胞の密度で96ウェルプレートの各ウェルに接種した。
2.第2日に、製造者の指示に従い、Lipofectamine 2000を用い、10nM又は30nMのいずれかのオリゴでトランスフェクションを実施した。
3.トランスフェクションから48時間後に、Ambion Cells−to−CTキットを用いて、製造者の指示に従い、細胞からqRT−PCR結果を直接取得した。
4.StepOne PlusでのTaqman FAST qPCRを用いて、定量PCR評価を完了し、デルタデルタCt方法を用いて、SMN発現をハウスキーパ遺伝子(B2M)に対して基準化することにより、mRNA発現の変化を定量した。
タンパク質発現(ELISA)−
SMNタンパク質を定量するためのELISAを製造者の指示(SMN ELISAキット#ADI−900−209、Enzo Life Sciences)に従い、実施した。手短には、SMN線維芽細胞は、第1日に、24ウェル組織培養物塗布プレートのウェル当たり40,000細胞で培養した。第2日に、Lipofectamine 2000を用い、オリゴで細胞をトランスフェクトし、処理から24及び48時間後に細胞溶解物を調製した。ELISAを製造者の指示に従い実施した。続いて、オリゴヌクレオチドにより誘導されたSMNタンパク質レベルを、Lipofectamine処理単独により誘導されたSMNタンパク質レベルに対して基準化することにより、SMNタンパク質の誘導倍率を決定した。
SMNタンパク質を定量するためのELISAを製造者の指示(SMN ELISAキット#ADI−900−209、Enzo Life Sciences)に従い、実施した。手短には、SMN線維芽細胞は、第1日に、24ウェル組織培養物塗布プレートのウェル当たり40,000細胞で培養した。第2日に、Lipofectamine 2000を用い、オリゴで細胞をトランスフェクトし、処理から24及び48時間後に細胞溶解物を調製した。ELISAを製造者の指示に従い実施した。続いて、オリゴヌクレオチドにより誘導されたSMNタンパク質レベルを、Lipofectamine処理単独により誘導されたSMNタンパク質レベルに対して基準化することにより、SMNタンパク質の誘導倍率を決定した。
スプライススイッチングアッセイ(DdeIアッセイ)−
SMN2由来転写物は、SMN1中にヌクレオチド多型が存在しないために導入されたユニークなDdeI制限エレメントを含有し、SMN2産物のより高速な遊走によって、SMN1由来の転写物から識別される。手短には、上に記載したように、SSOを含む、又は含まない各々30nMのPRC2相互作用領域ターゲティングオリゴヌクレオチドで、SMN発現の低下した患者の線維芽細胞を処理した。SMNエキソン5フォワードプライマー及びエキソン8リバースプライマーを用いて、RT−PCRを実施することにより、cDNAを生成した後、これらをDdeIで消化した。SMN1転写物がもし存在すれば、これは、DdeI消化SMN2転写物より低速で遊走するため、ゲルの上から1番目のバンドとして認められる。上から2番目のバンドは、完全長SMN2(正確にスプライスされた形態)を示し、3番目のバンドは、不正確にスプライスされたSMN2Δ7を示す(図5)。
SMN2由来転写物は、SMN1中にヌクレオチド多型が存在しないために導入されたユニークなDdeI制限エレメントを含有し、SMN2産物のより高速な遊走によって、SMN1由来の転写物から識別される。手短には、上に記載したように、SSOを含む、又は含まない各々30nMのPRC2相互作用領域ターゲティングオリゴヌクレオチドで、SMN発現の低下した患者の線維芽細胞を処理した。SMNエキソン5フォワードプライマー及びエキソン8リバースプライマーを用いて、RT−PCRを実施することにより、cDNAを生成した後、これらをDdeIで消化した。SMN1転写物がもし存在すれば、これは、DdeI消化SMN2転写物より低速で遊走するため、ゲルの上から1番目のバンドとして認められる。上から2番目のバンドは、完全長SMN2(正確にスプライスされた形態)を示し、3番目のバンドは、不正確にスプライスされたSMN2Δ7を示す(図5)。
結果
筋萎縮性側索硬化症(ALS)及び脊髄性筋委縮症(SMA)はいずれも、運動ニューロンが変性して死ぬ神経変性疾患であり、筋低下を招き、最後には麻痺を引き起こす。いずれの場合にも、運動ニューロンは、スプライソソーム完全性の欠損を呈し、これはGem(コイル小体対(Gemini of coiled body))の破壊によって示される。
筋萎縮性側索硬化症(ALS)及び脊髄性筋委縮症(SMA)はいずれも、運動ニューロンが変性して死ぬ神経変性疾患であり、筋低下を招き、最後には麻痺を引き起こす。いずれの場合にも、運動ニューロンは、スプライソソーム完全性の欠損を呈し、これはGem(コイル小体対(Gemini of coiled body))の破壊によって示される。
ある実施形態において、SMN1遺伝子は、エキソン7の少なくとも一部を含む欠失又は他の突然変異のいずれかのために、SMNタンパク質を正しくコードすることができないように突然変異している。しかし、SMA患者は、一般に、少量のSMSタンパク質を依然として発現するSMN2遺伝子の少なくとも1つのコピー(多くは、2つ以上のコピーを有する)を保持している。SMN2遺伝子は、エキソン7においてCからTへの突然変異を有し(SMN1と比較して)、これは、エキソン7がより高い頻度でスプライスされるように、そのmRNA前駆体のスプライシングを改変する。その結果、完全長SMNタンパク質は、正常レベルの約10%しかSMN2から生成されない(図1を参照)。
6つのSMA線維芽細胞株と1つのリンパ芽球細胞株をCoriell Instituteから取得した(図2)。SMN2のPRC2関連領域に対して指令されたオリゴヌクレオチド(オリゴ1〜52及び59〜101)で細胞をトランスフェクトし、RT−PCRアッセイを実施して、SMNmRNA発現に対する作用を評価した。(細胞株3814及び3813の結果については、図3及び4を参照)。SMNのPRC2関連領域に対して指令されるオリゴは、野生型SMN1が、例えば、ALSを有する被験者からの細胞に存在するとき、SMNタンパク質発現をさらに増強し得る。別個の実験で、SMN2のイントロン7におけるスプラス制御配列に対して指令されたオリゴヌクレオチド(オリゴ53〜58)で細胞をトランスフェクトし、RT−PCRアッセイを実施して、SMNmRNA発現に対する作用を評価した(細胞株3814及び3813の結果については、図3及び4を参照)。スプライススイッチングオリゴヌクレオチド(オリゴ53〜58)は、DdeI制限消化後に得られたPCR産物のゲル分離解析に基づき、完全長SMN2の発現を増大することが判明したのに対し;SMN2のPRC2関連領域に対して指令された特定のオリゴヌクレオチドは増大しなかった(図5)。
SMN ELISA(Enzo)アッセイを実施したところ、SMN2のPRC2関連領域に対して指令された特定のオリゴヌクレオチド単独では、いくつかのSMA患者線維芽細胞におけるトランスフェクションから24時間後の完全長SMNタンパク質を有意に増加しなかったことが判明した。(図6)しかし、同じSMN ELISAアッセイは、SMN2のPRC2関連領域に対して指令されたオリゴヌクレオチドは、スプライススイッチングオリゴヌクレオチド(オリゴ53又は54)と組み合わせると、SMA患者線維芽細胞におけるトランスフェクションから24時間後の完全長SMNタンパク質を有意に増加し、スプライススイッチングオリゴヌクレオチド単独で観察されたものを超えたことを示した。(図7及び8)。RT−PCRアッセイを実施して、SMN2のPRC2関連領域に対して指令されたオリゴヌクレオチドが、スプライススイッチングオリゴヌクレオチド(オリゴ53又は54)と組み合わせると、SMA患者線維芽細胞におけるトランスフェクションから24時間後にSMNタンパク質を有意に増加したことがわかった。(図9)これらの実験は、LNAと2’OMeヌクレオチド又はDNAとLNAヌクレオチドのいずれかを交互に有する修飾オリゴヌクレオチドについて実施した。
要約すると、実施例2の結果は、SMN2のPRC2関連領域をターゲティングする特定のオリゴが、SMN RNA発現(例えば、SMNΔ7転写物の)SMA患者由来線維芽細胞を誘導することを示している。これらの結果はまた、ある実施形態では、スプライススイッチングオリゴはSMN RNA発現を誘導しないかもしれないが、SMN RNAスプライシングを完全長転写物に変換し得ることも示している。最後に、これらの結果は、スプライススイッチングオリゴとPRC2関連領域ターゲティングオリゴとの組み合わせが、SMA患者由来の細胞における完全長SMNタンパク質を実質的に増加することを示している。
実施例3:PRC2作用機構の確認
材料及び方法:
オリゴヌクレオチド
実施例3で用いたオリゴを以下の表6及び/又は表4に示す(フォーマット化配列の構造的特徴については表3を参照のこと)。
材料及び方法:
オリゴヌクレオチド
実施例3で用いたオリゴを以下の表6及び/又は表4に示す(フォーマット化配列の構造的特徴については表3を参照のこと)。
非ヒト霊長類(NHP)用量応答曲線
非ヒト霊長類カニクイザル線維芽細胞(NHP)をCoriell Institute(Coriell cat#:AG21329)から購入し、ヌクレオシドと、2mM L−グルタミン及び15%FBSを含むMEM(Eagle)Alpha改変培地(modification)中で培養した。細胞を96ウェルプレートのウェル当たり1×104細胞で平板培養した。24時間後、オリゴヌクレオチドをLipofectamine 2000(LifeTechnology cat#11668−019)と一緒に細胞にトランスフェクトして、200〜1.5nM最終濃度にわたる用量応答曲線を作成した。mRNA発現分析前の48時間にわたって、培地を取り替えずに、オリゴを細胞と結合させた。
非ヒト霊長類カニクイザル線維芽細胞(NHP)をCoriell Institute(Coriell cat#:AG21329)から購入し、ヌクレオシドと、2mM L−グルタミン及び15%FBSを含むMEM(Eagle)Alpha改変培地(modification)中で培養した。細胞を96ウェルプレートのウェル当たり1×104細胞で平板培養した。24時間後、オリゴヌクレオチドをLipofectamine 2000(LifeTechnology cat#11668−019)と一緒に細胞にトランスフェクトして、200〜1.5nM最終濃度にわたる用量応答曲線を作成した。mRNA発現分析前の48時間にわたって、培地を取り替えずに、オリゴを細胞と結合させた。
qPCR
SMN完全長(FL)qPCRの場合、Cells to Ct(LifeTechnology cat#4391851C及び4391852C)を用い、製造者の指示に従ってcDNAを調製した。以前設計されたTaqManプローブ(IDT)(Hua et al 2010 Genes and Dev 24:1634−1644)及びハウスキーピングGAPDH TaqManアッセイ(LifeTechnology cat#Hs02758991_g1)を用いて、qPCRを実施した。ΔΔCt法により分析を実施した。
SMN完全長(FL)qPCRの場合、Cells to Ct(LifeTechnology cat#4391851C及び4391852C)を用い、製造者の指示に従ってcDNAを調製した。以前設計されたTaqManプローブ(IDT)(Hua et al 2010 Genes and Dev 24:1634−1644)及びハウスキーピングGAPDH TaqManアッセイ(LifeTechnology cat#Hs02758991_g1)を用いて、qPCRを実施した。ΔΔCt法により分析を実施した。
完全長SMNプローブ:
フォワードプライマー:5’−GCTGATGCTTTGGGAAGTATGTTA−3’(配列番号13117)
リバースプライマー:5’−CACCTTCCTTCTTTTTGATTTTGTC−3’(配列番号13118)
プローブ5’−TACATGAGTGGCTATCATACT−3’(配列番号13119)
フォワードプライマー:5’−GCTGATGCTTTGGGAAGTATGTTA−3’(配列番号13117)
リバースプライマー:5’−CACCTTCCTTCTTTTTGATTTTGTC−3’(配列番号13118)
プローブ5’−TACATGAGTGGCTATCATACT−3’(配列番号13119)
SMN完全長(FL)及びΔ7(del7)SMNqPCRの場合、Cells to Ct(LifeTechnology cat#4391851C及び4391852C)を用い、製造者の指示に従ってcDNAを調製した。以前設計されたTaqManプローブ(IDT)(Hua et al 2010 Genes and Dev 24:1634−1644)及びハウスキーピングGAPDH TaqManアッセイ(LifeTechnology cat#Hs02758991_g1)を用いて、qPCRを実施した。ΔΔCt法により分析を実施した。
完全長SMNプローブ:
フォワードプライマー:5’−GCTGATGCTTTGGGAAGTATGTTA−3’(配列番号13117)
リバースプライマー:5’−CACCTTCCTTCTTTTTGATTTTGTC−3’(配列番号13118)
プローブ5’−TACATGAGTGGCTATCATACT−3’(配列番号13119)
フォワードプライマー:5’−GCTGATGCTTTGGGAAGTATGTTA−3’(配列番号13117)
リバースプライマー:5’−CACCTTCCTTCTTTTTGATTTTGTC−3’(配列番号13118)
プローブ5’−TACATGAGTGGCTATCATACT−3’(配列番号13119)
Δ7SMNプローブ:
フォワードプライマー:5’−TGGACCACCAATAATTCCCC−3’(配列番号13120)
リバースプライマー:5’−ATGCCAGCATTTCCATATAATAGCC−3’(配列番号13121)
プローブ5’−TCCAGATTCTCTTGATGATG−3’(配列番号13122)
フォワードプライマー:5’−TGGACCACCAATAATTCCCC−3’(配列番号13120)
リバースプライマー:5’−ATGCCAGCATTTCCATATAATAGCC−3’(配列番号13121)
プローブ5’−TCCAGATTCTCTTGATGATG−3’(配列番号13122)
スプライススイッチングオリゴと組み合わせたPRC2関連SMNオリゴの実験
スプライススイッチングオリゴと組み合わせたPRC2関連SMNオリゴの作用を評価するために、2つの異なる方法から成るマトリックス化手法を採用した。(i)PCR2SMNオリゴの濃度を30nMに維持しながら、スプライススイッチングオリゴを次の濃度192、96、48、24、12、6、3及び1.5pMで組み合わせた。(ii)スプライススイッチングオリゴの濃度を300nMに維持しながら、PCR2SMNオリゴを次の濃度100、50、25、12.5、6.25、3.125、1.56nMで組み合わせた。
スプライススイッチングオリゴと組み合わせたPRC2関連SMNオリゴの作用を評価するために、2つの異なる方法から成るマトリックス化手法を採用した。(i)PCR2SMNオリゴの濃度を30nMに維持しながら、スプライススイッチングオリゴを次の濃度192、96、48、24、12、6、3及び1.5pMで組み合わせた。(ii)スプライススイッチングオリゴの濃度を300nMに維持しながら、PCR2SMNオリゴを次の濃度100、50、25、12.5、6.25、3.125、1.56nMで組み合わせた。
各実験セットについて、これらの組み合わせを、Coriell Instituteから取得したSMA由来線維芽細胞(Coriell cat#:GM9677)に、Lipofectamine 2000を用い、製造者の指示に従ってトランスフェクトした。細胞を96ウェルプレートのウェル当たり1×104細胞で平板培養した。翌日、細胞をそれぞれのオリゴの組み合わせでトランスフェクトした。mRNA発現分析前の48時間にわたって、培地を取り替えずに、オリゴを細胞上に放置した。
クロマチン免疫沈降(ChIP)
細胞を室温で10分間1%ホルムアルデヒドと架橋させた後、グリシンでクエンチングした。クロマチンを調製して、300〜500bpのサイズ範囲まで音波破砕(Covaris S200)した。H3、H3K27me3、H3K36me3、EZH2、及びRNA Polymerase II Serine2(Abcam)及びH3K4me3(Millipore)の抗体をプロテインG磁気ビーズ(NEB)に結合させ、洗浄した後、IPブロッキングバッファー中に再懸濁させた。クロマチン溶解物をビーズに添加してから、4℃で一晩免疫沈降させた。免疫沈降物を洗浄し、RNase A(Roche)処理し、Proteinase K(Roche)処理した後、65℃で一晩のインキュベーションによって架橋を逆転させた。DNAを精製、沈降、及びヌクレアーゼ非含有水中に再懸濁させた。DNAの濃縮を決定するためにカスタムTaqmanプローブセットを使用した。
細胞を室温で10分間1%ホルムアルデヒドと架橋させた後、グリシンでクエンチングした。クロマチンを調製して、300〜500bpのサイズ範囲まで音波破砕(Covaris S200)した。H3、H3K27me3、H3K36me3、EZH2、及びRNA Polymerase II Serine2(Abcam)及びH3K4me3(Millipore)の抗体をプロテインG磁気ビーズ(NEB)に結合させ、洗浄した後、IPブロッキングバッファー中に再懸濁させた。クロマチン溶解物をビーズに添加してから、4℃で一晩免疫沈降させた。免疫沈降物を洗浄し、RNase A(Roche)処理し、Proteinase K(Roche)処理した後、65℃で一晩のインキュベーションによって架橋を逆転させた。DNAを精製、沈降、及びヌクレアーゼ非含有水中に再懸濁させた。DNAの濃縮を決定するためにカスタムTaqmanプローブセットを使用した。
結果:
SMN発現がPRC2により調節されていること、及びPRC2関連領域をターゲティングするように設計したSMNオリゴがSMN発現を上方制御することができることを確認するために、実験を実施した。最初に、PRC2複合体の1成分であるEEDを、EEDに特異的な3つのsiRNAを用い、GM09677細胞においてノックダウンした。EEDsiRNAは、Qiagen(EED#3:カタログ番号SI00376299;EED#6:カタログ番号SI03037335)から購入した。標準的プロトコルを用いて、RNAを処理細胞から抽出した。3日にわたる50nM濃度のsiRNAによるsiRNA処置後、EED及びSMN2mRNAレベルを測定した。EEDsiRNA処理後に、完全長SMN2mRNAレベルが上方制御されたことを認め、SMN発現調節におけるPRC2の関与を確認した(図10)。次に、表4又は表6に記載する、30nM濃度のSMNオリゴ77及び83(SMNにおけるPRC2関連領域をターゲティングするように設計されている)で、細胞を3日間処理した。続いて、RNAを抽出し、SMN2レベルを測定した。SMNオリゴ77及び83の両方が、対照と比較してSMN2レベルを上方制御することが判明し(図10)、PRC2関連領域をターゲティングするオリゴが、SMNレベルを上方制御することができることを確認した。
SMN発現がPRC2により調節されていること、及びPRC2関連領域をターゲティングするように設計したSMNオリゴがSMN発現を上方制御することができることを確認するために、実験を実施した。最初に、PRC2複合体の1成分であるEEDを、EEDに特異的な3つのsiRNAを用い、GM09677細胞においてノックダウンした。EEDsiRNAは、Qiagen(EED#3:カタログ番号SI00376299;EED#6:カタログ番号SI03037335)から購入した。標準的プロトコルを用いて、RNAを処理細胞から抽出した。3日にわたる50nM濃度のsiRNAによるsiRNA処置後、EED及びSMN2mRNAレベルを測定した。EEDsiRNA処理後に、完全長SMN2mRNAレベルが上方制御されたことを認め、SMN発現調節におけるPRC2の関与を確認した(図10)。次に、表4又は表6に記載する、30nM濃度のSMNオリゴ77及び83(SMNにおけるPRC2関連領域をターゲティングするように設計されている)で、細胞を3日間処理した。続いて、RNAを抽出し、SMN2レベルを測定した。SMNオリゴ77及び83の両方が、対照と比較してSMN2レベルを上方制御することが判明し(図10)、PRC2関連領域をターゲティングするオリゴが、SMNレベルを上方制御することができることを確認した。
次に、クロマチン免疫沈降(ChIP)を用いて、SMN遺伝子座でのクロマチン状態を決定した(図11A)。PRC2成分EED及びEZH2のノックダウンが、SMNクロマチンにおけるEZH2の存在を低減したことが認められた(図11B)。ヒストン3は、EZH2、すなわちPRC2複合体中のヒストンメチルトランスフェラーゼ酵素の作用によりリシン27でトリメチル化される(H3K27m3修飾)。また、このH3K27m3修飾は、転写を抑制すると理解されている。EED及びEZH1/2のノックダウンはまた、H3K27m3マークも若干低減した(図11C)。H3K27m3マークの消失を認めるには、より長い時間を必要とするため、H3K27m3の低減は、EZH2の低減ほど大きくなかった。これらのデータは、PRC2成分のノックダウンが、SMN遺伝子クロマチンにおけるEZH2及びH3K27m3の存在の低減をもたらすことを明らかにし、PRC2が、SMN遺伝子で正常に作用することを示している。さらに、PRC2成分のノックダウンが、転写活性のマークの増大、例えば、SMN遺伝子座の領域内のRNA PolIIS2及びH3K36m3の増大をもたらすことも認められた(図12)。H3K36m3修飾は、転写伸長のマークである。RNAポリメラーゼII及びH3K36m3の存在の増大は、PRC2のノックダウンが、SMN転写の増大をもたらすことを示している。従って、PRC2は、確かにSMN遺伝子の転写を正常に抑制する。HOXC13遺伝子は、PRC2により抑制されることがわかっているため、これをEED及びEZH1/2ノックダウンの陽性対照として用いた。このように、EEDノックダウンは、EZH2を低減し、抑制型H3K27メチル化マークを低減し、転写伸長のH3K36メチル化マークを増大すると共に、このゲノム位置でRNAポリメラーゼIIの存在を増大することが判明した(図11D)。
続いて、SMNオリゴでの処理後、クロマチン状態を測定した。GM09677細胞を30nM濃度のSMNオリゴ77及び83で3日間処理した。オリゴ77及び83は、SMN遺伝子座においてEZH2会合を低減したことが判明した(図13A)。EZH2会合の消失は、スプライススイッチングオリゴを用いた場合には観察されなかった。H3K27me3は、SMNオリゴ83処理により低減したが、これは、EZH2(H3K27me3抑制型クロマチン修飾を適用するヒストンメチルトランスフェラーゼ)の動員を阻止するオリゴ処理と一致している(図13B)。オリゴ処理は、HOXC13プロモータクロマチン含量に影響しなかった(図13C)。後者の結果は、これらのオリゴがSMN遺伝子に対するPRC2の動員しか阻止せず、別のPRC2調節遺伝子であるHOXC13でのPRC2活性に影響を及ぼさないことから、オリゴの作用の選択性を示すものである。SMNオリゴ処理はまた、PRC2成分のノックダウンと同様に、転写伸長のマーク、例えば、H3K36m3及びRNA polIIS2も増加した(図14)。これに対して、例示的スプライススイッチングオリゴは、転写伸長のマークを増加しなかった(図15)。これらの結果は、SMN上方制御オリゴ処理が、SMN遺伝子に対するPRC2の動員の阻害と一致する様式で、転写を増大することを示している。
次に、SMN1発現のレベルを評価するために、SMNオリゴを非ヒト霊長類(NHP)細胞で試験した。多くのSMNオリゴが、用量依存的に、NHP細胞中のSMN1のレベルを上方制御することが認められた(図16A)。エキソン7排除は、SMA患者に起こるヒトに特有の現象であり、NHPでは観察されない(Rochette CF etal.Hum Genet.2001 Mar;108(3):255−66.PMID:11354640)。その結果、例示的スプライススイッチングオリゴは、NHP細胞においてSMN発現を上方制御することができなかった(図16B)。
これらの結果から、PRC2関連領域RNAをターゲティングするオリゴヌクレオチド(本明細書では、PRC2ターゲティングオリゴと呼ばれる場合もある)は、野生型SMN1の発現を上方制御することができることが確認される。これらの結果は、特に、SMN上方制御によるALS患者の治療に関して重要である。何故なら、ALS患者は、典型的に、野生型SMN1遺伝子を有するため、PRC2ターゲティングオリゴによる上方制御に応答性となり得るからである。
次に、複数の作用機構を有するオリゴが、相乗効果を有するか否かを決定するために、PRC2関連領域をターゲティングするように設計されたSMNオリゴ及びSMNスプライススイッチングオリゴ処理を組み合わせた。SMN PRC2ターゲティングオリゴをスプライススイッチングオリゴと組み合わせて細胞を処理すると、単独のオリゴ処理と比較してSMN2の上方制御が増大することが判明した(図17)。
最後に、PRC2関連領域をターゲティングするように設計された複数のSMNオリゴをGM09677細胞において、それらがSMN2mRNA及びタンパク質レベルを上方制御する能力について試験した。GM09677細胞を30nM濃度のSMNオリゴで3日間処理した。試験した全てのオリゴが、完全長SMNmRNAをある程度まで上方制御し、一部のオリゴは、SMNmRNAを対照レベルの2倍超上方制御することが判明した(図18)。試験したオリゴは、対照レベルの少なくとも2倍SMNタンパク質を上方制御することもわかった(図19)。また、いくつかのスプライススイッチングオリゴは、GM09677細胞において、それらがSMN2mRNA及びタンパク質レベルを上方制御する能力についても試験した。GM09677細胞を30nM濃度のスプライシングオリゴで3日間処理した。試験した全てのスプライススイッチングオリゴが、完全長SMNmRNAをある程度まで上方制御し、一部のオリゴは、SMNmRNAを対照レベルの2倍超上方制御することが判明した(図20)。また、試験したスプライススイッチングオリゴは、対照レベルの少なくとも3倍SMNタンパク質を上方制御することもわかった(図21)。
まとめると、PRC2ノックダウンは、SMN発現、RNAポリメラーゼ占有率及び活性化クロマチンマーク(転写活性化を示す)を増大すると共に、SMN遺伝子とEZH2の会合を低減することが判明した。同様に、PRC2関連領域をターゲティングするように設計されたSMNオリゴもまた、SMN1及び2発現、RNAポリメラーゼ占有率及び活性化クロマチンマーク(転写活性化を示す)を増大すると共に、SMN遺伝子とEZH2の会合を低減した。さらに、様々な作用機構に関与する組み合わせたオリゴは、単独のオリゴの使用と比較してSMN発現増大をもたらし得る。
以上記載した明細書は、当業者が本発明を実施する上で十分であると考えられる。本発明は、記載した例によって範囲を限定されることはない。何故なら、これらの例は本発明の一態様の単なる例示として意図されるに過ぎず、他の機能的に同等の実施形態が、本発明の範囲に含まれるからである。本明細書に示し、説明したもの以外の本発明の様々な変更は、以上の説明から当業者には明らかになることであり、これらは、添付した特許請求の範囲に含まれる。本発明の利点及び目的は、本発明の各実施形態により必ずしも包含されているわけではない。
Claims (46)
- ALSを有する被験者の細胞におけるSMNの発現を増大する方法であって、SMN遺伝子のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的である相補性の領域を含む、第1一本鎖オリゴヌクレオチドを前記細胞に送達することを含む方法。
- 前記細胞が、SOD1、ALS2、SETX、FUS/TLS、VAPB、ANG、TDP−43、FIG4、OPTN、ATXN2、VCP、UBQLN2、SIGMAR1、CHMP2B、PFN1、又はC9orf72においてALSに関連する遺伝子改変を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記細胞が、SOD1においてALSに関連する遺伝子改変を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記細胞が、運動ニューロンである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記一本鎖オリゴヌクレオチドが、5’X−Y−Zである配列を含み、ここで、Xは、任意のヌクレオチドであって、Xは、前記オリゴヌクレオチドの5’末端に固定されており、Yは、ヒトミクロRNAのシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、長さ1〜23ヌクレオチドのヌクレオチド配列である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記一本鎖オリゴヌクレオチドが、長さ8〜30ヌクレオチドである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記方法が、SMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドを投与することをさらに含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記スプライス制御配列が、SMN2のエキソンに常在する、請求項7に記載の方法。
- 前記エキソンが、エキソン7又はエキソン8である、請求項8に記載の方法。
- 前記スプライス制御配列が、SMN2のイントロン−エキソン接合部を横断する、請求項7に記載の方法。
- 前記イントロン−エキソン接合部が、イントロン6/エキソン7接合部又はイントロン7/エキソン8接合部である、請求項10に記載の方法。
- 前記スプライス制御配列が、SMN2のイントロンに常在する、請求項7に記載の方法。
- 前記イントロンが、イントロン6又はイントロン7である、請求項12に記載の方法。
- 前記第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、前記第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを同時に投与する、請求項7〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1一本鎖オリゴヌクレオチドが、リンカーを介して前記第2一本鎖オリゴヌクレオチドと共有結合している、請求項7〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記リンカーが、オリゴヌクレオチド、ペプチド、低pH不安定性結合、又はジスルフィド結合を含む、請求項15に記載の方法。
- 前記第1一本鎖オリゴヌクレオチド又は第2一本鎖オリゴヌクレオチドの少なくとも1つのヌクレオチドが、ヌクレオチド類似体である、請求項7〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1一本鎖オリゴヌクレオチド又は第2一本鎖オリゴヌクレオチドが、少なくとも1個のリボヌクレオチド、少なくとも1個のデオキシリボヌクレオチド、又は少なくとも1個の架橋ヌクレオチドを含む、請求項7〜17のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2一本鎖オリゴヌクレオチドが、8〜30ヌクレオチドの長さである、請求項7〜18のいずれか1項に記載の方法。
- 前記細胞が、脊髄性筋萎縮症(SMA)に関連する突然変異がないSMN1遺伝子を含む、請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。
- ALSを有する被験者におけるSMNのレベルを増加する方法であって、SMN遺伝子のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的である相補性の領域を含む、第1一本鎖オリゴヌクレオチドを前記被験者に投与することを含む方法。
- ALSを治療する方法であって、SMN遺伝子のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的である相補性の領域を含む、第1一本鎖オリゴヌクレオチドを前記被験者に投与することを含む方法。
- 前記被験者が、SOD1、FUS/TLS、又はTDP−43から選択される遺伝子における突然変異を有する、請求項21又は22に記載の方法。
- 前記一本鎖オリゴヌクレオチドが、クモ膜下腔内に投与される、請求項21〜23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記一本鎖オリゴヌクレオチドが、5’X−Y−Zである配列を含み、ここで、Xは、任意のヌクレオチドであって、Xは、前記オリゴヌクレオチドの5’末端に固定されており、Yは、ヒトミクロRNAのシード配列ではない、長さ6ヌクレオチドのヌクレオチド配列であり、Zは、長さ1〜23ヌクレオチドのヌクレオチド配列である、請求項21〜24のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1一本鎖オリゴヌクレオチドが、長さ8〜30ヌクレオチドである、請求項21〜25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1一本鎖オリゴヌクレオチドの少なくとも1つのヌクレオチドが、ヌクレオチド類似体である、請求項21〜26のいずれか1項に記載の方法。
- 前記方法が、SMN2のmRNA前駆体のスプライス制御配列と相補的な第2一本鎖オリゴヌクレオチドを投与することをさらに含む、請求項21〜27のいずれか1項に記載の方法。
- 前記スプライス制御配列が、SMN2のエキソンに常在する、請求項28に記載の方法。
- 前記エキソンが、エキソン7又はエキソン8である、請求項29に記載の方法。
- 前記スプライス制御配列が、SMN2のイントロン−エキソン接合部を横断する、請求項28に記載の方法。
- 前記イントロン−エキソン接合部が、イントロン6/エキソン7接合部又はイントロン7/エキソン8接合部である、請求項31に記載の方法。
- 前記スプライス制御配列が、SMN2のイントロンに常在する、請求項28に記載の方法。
- 前記イントロンが、イントロン6又はイントロン7である、請求項33に記載の方法。
- 前記第1一本鎖オリゴヌクレオチドと、前記第2一本鎖オリゴヌクレオチドとを同時に投与する、請求項28〜34のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1一本鎖オリゴヌクレオチドが、リンカーを介して前記第2一本鎖オリゴヌクレオチドと共有結合している、請求項28〜35のいずれか1項に記載の方法。
- 前記リンカーが、オリゴヌクレオチド、ペプチド、低pH不安定性結合、又はジスルフィド結合を含む、請求項36に記載の方法。
- 前記第2一本鎖オリゴヌクレオチドの少なくとも1つのヌクレオチドが、ヌクレオチド類似体である、請求項28〜37のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1一本鎖オリゴヌクレオチド又は第2一本鎖オリゴヌクレオチドが、少なくとも1個のリボヌクレオチド、少なくとも1個のデオキシリボヌクレオチド、又は少なくとも1個の架橋ヌクレオチドを含む、請求項28〜38のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2一本鎖オリゴヌクレオチドが、8〜30ヌクレオチドの長さである、請求項38〜39のいずれか1項に記載の方法。
- スプライソソーム欠損を有する細胞においてGem形成を促進する方法であって、
SMN遺伝子のPRC2関連領域の少なくとも8個の連続したヌクレオチドと相補的である相補性の領域を含む、一本鎖オリゴヌクレオチドを前記細胞に送達することを含む方法。 - 前記細胞が、運動ニューロン疾患を有する患者の運動ニューロンである、請求項41に記載の方法。
- 前記運動ニューロン疾患が、ALS又はSMAである、請求項42に記載の方法。
- 前記細胞への前記一本鎖オリゴヌクレオチドの送達前及び/又は送達後に、前記細胞におけるスプライソソーム完全性を評価することをさらに含む、請求項41〜43のいずれか1項に記載の方法。
- スプライソソーム完全性の評価が、前記細胞の核におけるFUS、TDP−43、SMN、Gemin3、Gemin4又は別のGemマーカの局在化を決定することを含む、請求項44に記載の方法。
- 前記細胞が、脊髄性筋萎縮症(SMA)に関連する突然変異がないSMN1遺伝子を含む、請求項41〜45のいずれか1項に記載の方法。
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