JP2017513921A - ジストロフィン異常症を治療するためのキメラジストロフィン−vsv−gタンパク質 - Google Patents
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Abstract
一連の機能ドメインの融合構築物であるキメラタンパク質は、疾患を患っているヒト対象に治療剤を送達するために使用される。一部の実施形態では、キメラタンパク質は、治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域を含む。輸送領域は、対象内の罹患細胞の細胞膜を横切ってキメラタンパク質を移動させる。細胞内の切断領域でキメラタンパク質がひとたび切断されると、治療領域が輸送領域から分離され、治療領域は細胞内で正常に機能することができる。治療領域は、例えば、筋ジストロフィー症、捻曲性骨異形成症、悪性黒色腫、ポルフィリン症、アルファ−1アンチトリプシン欠乏症、アイカルディ・グチエール症候群、嚢胞性線維症、早老症、マルファン症候群、結節性硬化症、副腎白質ジストロフィー症等の治療において有効であり得る。
Description
本出願は、2014年3月3日に出願された米国仮出願第61/946,961号の利益を主張する、2015年3月2日に出願された米国出願第14/635,012号の利益を主張する国際出願である。
開示するのは、筋ジストロフィー症、捻曲性骨異形成症、悪性黒色腫、ポルフィリン症、アルファ−1アンチトリプシン欠乏症、アイカルディ・グチエール症候群、嚢胞性線維症、早老症、マルファン症候群、結節性硬化症、副腎白質ジストロフィー症等の疾患を患っているヒト対象の治療に使用するために設計された治療構築物を含むキメラ又は融合タンパク質である。
ジストロフィン糖タンパク質複合体(DGC)は、極めて重要な骨格筋及び心筋の構造的構成要素である。それは、ジストロフィン及びそれと結合する複数のタンパク質を含み、筋肉の膜に構造的安定性を付与する。DGCのタンパク質間の物理的相互作用は、膜の外から中への機械的な連結の基礎を形成し、生物学的シグナル伝達プロセスを媒介するのに重要な役割を果たしている。これらのタンパク質は、膜が収縮及び弛緩する際に膜を安定化する複雑なネットワークを形成する。これらの相互作用は、筋肉膜の構造的完全性を維持するのに不可欠である。変異によるこれらの構成成分のいずれの欠乏も、構造的安定性を損ない、筋肉損傷をもたらす。
ジストロフィンは、当初、致死性神経筋障害であるデュシェンヌ型筋ジストロフィー症(DMD)におけるその欠損を通して同定された。機能的な完全長ジストロフィンタンパク質が欠乏している骨格筋及び心筋は、収縮−弛緩活動からの裂傷及び損傷を極めて受けやすい。心臓では、ジストロフィン欠損mdxマウスにおいて行われた大動脈結紮実験は、同様に心臓損傷が加速される結果となる。これらの研究は、収縮によって誘発される損傷に対する細胞膜の保護におけるジストロフィン及びDGCの重要な役割を証明した。
DMD患者におけるジストロフィンの欠如は、筋肉膜を収縮による損傷に対して脆弱且つ感受性の状態に置き、機械的安定性及び適切な機械的シグナル伝達の損失を伴うDGCの破壊をもたらす。ジストロフィン欠損筋線維は、結果として筋線維壊死を伴う繰返し連続して起こる収縮を介した損傷を受け、これによって、最終的に筋線維が線維及び脂肪組織によって置き換えられる;筋前駆細胞又は衛星細胞の連続的な枯渇、並びにそれらが増殖、倍加及び分化できないことにより、進行性の変性及び再生効率の不良も生じる。
ジストロフィンは、以下の4つの機能ドメインを有する:アミノ末端にあるカルポニン様アクチン結合ドメイン、24個のスペクトリン様リピートのセントラルロッドドメイン、カルボキシ末端にあるシステインに富んだ領域、及び極度な螺旋状のカルボキシ末端領域。アミノ末端のアクチン結合ドメインは、ジストロフィンを細胞骨格の線維状アクチンに固定する役割を果たしている。セントラルロッドドメイン内では、11から17のスペクトリンリピートがアクチンを結合するための第2の部位を構成する。システインに富んだ領域は、膜貫通タンパク質、ベータ−ジストログリカンの細胞内部分と相互作用し、ジストロフィンを筋細胞膜に固定する。極度なカルボキシル末端は、シントロフィンとのその相互作用を媒介する。
ヒトジストロフィン遺伝子は、これまでに特徴付けされた最大の遺伝子である。それは、79個のエクソン、数個のスプライシング部位及び幾つかの組織特異的プロモーターを含み、これが、多様な長さのアミノ末端短縮型ジストロフィンタンパク質を形成するさまざまな転写を生じさせる。ジストロフィンは、11058ヌクレオチドの長さであるオープンリーディングフレームを有する巨大な遺伝子であり、研究するのが困難な標的となっている。ジストロフィン遺伝子の大きなサイズは、その高頻度の自然突然変異の原因ともなり、その変異の大部分は欠失である。これらの変異によって引き起こされる重症度の程度は、欠失の種類に依存して異なる。欠失が遺伝子の読み枠の破壊によるジストロフィンタンパク質の完全な欠如をもたらす場合、重症型の筋ジストロフィー症又はDMDが生じ得る。短縮タンパク質の形成につながる欠失は、結果としてベッカー型筋ジストロフィー等のより軽症型の筋ジストロフィー症をもたらす。コード配列のほぼ半分である、5,106塩基対を包含しているジストロフィンタンパク質の中央部を除去する1種類の欠失は、極めて軽症型の筋ジストロフィー症を引き起こし、患者は61歳でも歩行可能であることが報告されている。
ジストロフィン遺伝子は、逆遺伝学によって同定された最初の遺伝子のうちの1つである。DMDは、若齢男性3500人に1人の発生率を有するX連鎖性の筋ジストロフィー症である。DMDは、最も一般的な既知の遺伝性疾患のうちの1つである。その発症は、3から5歳までの年齢の間に起こることがあり、疾患の重症度に依存して、罹患した男性は13歳までに歩行不能になる。他の臨床的特徴には、側弯症、筋肉の衰弱及び損傷、筋肉肥大、心筋症、精神遅滞並びに極めて高い血清クレアチンキナーゼレベルが含まれる。この疾患は、最終的に15から25歳までの年齢の間に死亡を引き起こす。これらの患者における最も一般的な死因は、呼吸不全又は心不全である。米国、ヨーロッパ、オーストラリア、カナダ、イスラエル、及び日本のみで何万名もの人々がDMDと共に生活している。
DMDは、マウス、ネコ及びイヌを含む幾つかの動物においても報告されている。成熟タンパク質の欠乏をもたらす、ジストロフィン遺伝子のエクソン23に未成熟終止コドン変異を有するMdxマウスは、疾患の病因を研究するための動物モデルとして長く使用されている。ジストロフィンの欠如は、結果として出生後約3週間で骨格筋壊死の急性発症をもたらし、その後、壊死が徐々に減少するまで変性及び再生が長期間続き、病状安定を有する成体マウス(3〜4ヶ月)において相対的に低いレベルに達する。しかし、病状はDMDにおけるよりもはるかにより良性である。
水疱性口内炎ウイルスは、ヒトにおいて、狂犬病等の、幾つかの疾患を引き起こすことが長い間知られてきた。これらのウイルスは、宿主細胞膜とウイルス膜の融合を促進するVSV−G糖タンパク質としても知られているタンパク質のエンベロープをそれらの周囲に形成することによって宿主に侵入する。VSV−Gは、VSV−Gエンベロープを有するシュードタイピングウイルスベクターによる遺伝子導入のための手段として広範に使用されてきた。哺乳動物細胞の膜内に存在するLDL受容体は、VSV−Gタンパク質の受容体及び水疱性口内炎ウイルスの入口の役割をすることが最近示されている。LDL受容体は広範囲の哺乳動物の細胞及び組織内に存在するので、これは、水疱性口内炎ウイルスの汎親和性の性質の根拠となるであろう。
現在開発されているDMD療法は、DNAに基づく療法及び細胞に基づく療法、並びに細胞経路又は遺伝子発現を変調させる目的の薬剤を含む。エキソンスキッピング、遺伝子療法、幹細胞、又は未成熟終止コドン変異の読み飛ばしを誘導する小分子のいずれかを介して、完全長機能タンパク質又は短い短縮型タンパク質の発現を回復させるための試みがなされてきた。他の有望なアプローチは、ジストロフィン代用物ユートロフィンを促進して、DGCの分解を安定化又は減少させるための小分子又は組換えタンパク質を含む。
以前から使用されるアプローチは有望であるが、これらのアプローチには以下のような限界があるため、代替の戦略が開発される必要がある;例えば、エキソンスキッピングのために使用されるオリゴヌクレオチドは、心臓等の全ての非骨格の標的筋組織に効果的に送達することができなかった;ジストロフィン遺伝子内の未成熟終止コドンの読み飛ばしを誘導することを目的としたアタルレンは、未成熟終止コドンを示す変異を示す患者亜集団にしか使用することができなかった;アタルレンは、その薬物で治療した患者において臨床試験中に何らかの有意な効果を示すのに十分な効力がなかった。現在、DMDに利用可能な治療はなく、現在の治療は、プレドニゾン及び支持的なケアを臨床的に使用することによって病気の進行を遅らせることに基づいており、平均余命は30代である。
従って、望まれるのは、DMDを有する患者を治療するための単純であるが有効なシステム及び方法である。更に望まれるのは、結果として筋線維の構造的な安定性の増大又は維持、筋肉損傷の制限、及び筋肉強度の向上をもたらす、複数の型の患者全体に亘る複数の型のジストロフィン異常症の治療を可能にする単一のシステム及び方法である。
本明細書に開示されているのは、特定の状態の症状を示している患者において、キメラタンパク質を送達することによって、それらの状態に伴う症状を緩和するためのシステム及び方法である。
一部の実施形態では、このシステムは、治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域により特徴付けられるキメラタンパク質であって、該輸送領域が細胞膜を横切る該キメラタンパク質の輸送を可能にすることを特徴とする該キメラタンパク質を含む。一部の実施形態では、切断領域は、治療領域のN末端に配置される。一部の実施形態では、切断領域は、治療領域のC末端に配置される。一部の実施形態では、治療領域は、全長のジストロフィン、短縮型(truncated)ジストロフィン、及びこれらの組合せからなる群から選択される。
一部の実施形態では、輸送領域は、水疱性口内炎ウイルスG及び水疱性口内炎ウイルスGの機能性バリアントからなる群から選択される。一部の実施形態では、水疱性口内炎ウイルスGバリアントは、少なくとも4つまでのアミノ酸の置換が可能である。一部の実施形態では、水疱性口内炎ウイルスGバリアントは、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、又は少なくとも99%の配列同一性からなる群から選択される野生型水疱性口内炎ウイルスGとの配列同一性を少なくとも有する。
一部の実施形態では、切断領域は、細胞膜を横切るキメラタンパク質の輸送の後に切断されるように構成されている。一部の実施形態では、切断領域は、膜メタロプロテアーゼの切断部位である。一部の実施形態では、切断領域は、各アミノ酸が保存的に置換され得ることを特徴とする、アミノ酸配列PLGLWALを含む。一部の実施形態では、切断領域は、Pがプロリンを特定し、Xが任意の残基であり、Hyが疎水性残基であり、且つS/Tがセリン又はスレオニンのいずれであってもよいことを特徴とする、アミノ酸配列P−X−X−Hy−(S/T)を含む。
一部の実施形態では、キメラタンパク質の配列の少なくとも一部は、配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8、及び薬理学的に許容されるこれらの等価物からなる群から選択される。
一部の実施形態では、本開示は、医学的状態を有する対象を治療する方法において、治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域により特徴付けられるキメラタンパク質であって、該輸送領域が細胞膜を横切る該キメラタンパク質の輸送を可能にすることを特徴とする該キメラタンパク質の治療用量を用意するステップと、該治療用量を該対象に投与するステップとを特徴とする方法に向けられている。一部の実施形態では、医学的状態は、筋ジストロフィー症、捻曲性骨異形成症、悪性黒色腫、ポルフィリン症、アルファ−1アンチトリプシン欠乏症、アイカルディ・グチエール症候群、嚢胞性線維症、早老症、マルファン症候群、結節性硬化症、副腎白質ジストロフィー症等を含む。一部の実施形態では、治療領域のヌクレオチド配列は、配列番号1、配列番号3、配列番号5、及び配列番号7からなる群から選択される配列を含む。一部の実施形態では、治療領域のアミノ酸配列は、配列番号2、配列番号4、配列番号6、及び配列番号8からなる群から選択される配列を含む。
一部の実施形態では、本開示は、症状の治療において使用するためのキメラタンパク質を作製する方法において、治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域により特徴付けられるキメラタンパク質であって、該輸送領域が細胞膜を横切る該キメラタンパク質の輸送を可能にすることを特徴とする該キメラタンパク質をコードするヌクレオチド配列をベクター中にクローニングするステップと、宿主細胞内に該ベクターをトランスフェクトするステップと、該宿主細胞を増殖させるステップと、該宿主細胞から該キメラタンパク質を単離するステップとを特徴とする方法に向けられている。一部の実施形態では、治療領域のヌクレオチド配列は、配列番号1、配列番号3、配列番号5、及び配列番号7からなる群から選択される配列を含む。一部の実施形態では、治療領域をコードするヌクレオチド配列は、完全長ジストロフィン、短縮型ジストロフィン、及びこれらの組合せからなる群から選択されるタンパク質をコードする。
症状の治療において使用するためのキメラタンパク質を作製する方法の一部の実施形態では、輸送領域をコードするヌクレオチド配列は、水疱性口内炎ウイルスG及び水疱性口内炎ウイルスGの機能バリアントからなる群から選択されるタンパク質をコードする。症状の治療において使用するためのキメラタンパク質を作製する方法の一部の実施形態では、切断領域をコードするヌクレオチド配列は、膜メタロプロテアーゼをコードする。症状の治療において使用するためのキメラタンパク質を作製する方法の一部の実施形態では、医学的状態は、筋ジストロフィー症、捻曲性骨異形成症、悪性黒色腫、ポルフィリン症、アルファ−1アンチトリプシン欠乏症、アイカルディ・グチエール症候群、嚢胞性線維症、早老症、マルファン症候群、結節性硬化症、副腎白質ジストロフィー症等を含む。症状の治療において使用するためのキメラタンパク質を作製する方法の一部の実施形態では、宿主細胞からキメラタンパク質を単離するステップは、宿主細胞の溶解液からキメラタンパク質を単離するステップを含む。
本発明とみなされる主題は、本明細書に添付の特許請求の範囲に特に示され且つ明確に主張される。本発明の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面と組み合わせて以下の発明を実施するための形態から明らかであろう。
本発明によって開示されている実施形態は、本明細書に提示されている革新的な教示の多数の可能な有利な使用及び実施形態の単なる例に過ぎない。一般に、本出願の明細書においてなされている言及は、請求されている多様な発明のいずれかを必ずしも限定するものではない。更に、一部の言及は、一部の本発明の特徴に適用されるが、他のものには適用されないこともある。一般に、他に明記されていない限り、単数の要素は複数であってもよく、一般性を失うことなくその逆もまた同様である。図面において、同様の符号は、幾つかの図面を通して、同様の部分を指す。
図1は、本開示の一部の実施形態と一致しているキメラタンパク質の概略図を示している。一部の実施形態では、輸送領域は、治療領域のN末端に融合される。一部の実施形態では、輸送領域は、治療領域のC末端に融合される。一部の実施形態では、切断領域は、治療領域と輸送領域の間に配置される。本明細書中で使用される場合、「輸送領域」という用語は、互換可能に「送達機構(delivery mechanism)」又は「担体(carriers)」とも呼ばれることがある。一部の実施形態では、輸送領域は、VSV−Gである。一部の実施形態では、治療領域は、完全長ジストロフィンタンパク質である。一部の実施形態では、治療領域は、短縮型(truncated)ジストロフィンタンパク質である。一部の実施形態では、切断領域は、膜メタロプロテアーゼの切断部位である。
一部の実施形態では、本開示のキメラタンパク質は、配列の少なくとも一部が、配列番号1、配列番号3、配列番号5、配列番号7、及び薬理学的に許容されるこれらの等価物からなる群から選択されることを特徴とするヌクレオチド配列を有する。一部の実施形態では、本開示のキメラタンパク質は、配列の少なくとも一部が、配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、及び薬理学的に許容されるこれらの等価物からなる群から選択されることを特徴とするアミノ酸配列を有する。一部の実施形態では、キメラタンパク質のための配列は、配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8のうちの少なくとも1つと少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、又は少なくとも99%の配列同一性を有する。一部の実施形態では、結果として生じるバリアントキメラタンパク質の薬理学的活性が保持される限り、任意の好適な変異、置換、付加、及び欠失がキメラタンパク質になされてもよい。
配列番号1は、本発明の一部の実施形態と一致している、VSV−GがN末端にある、ジストロフィン−VSV−Gキメラタンパク質のヌクレオチド配列である。
配列番号2は、本発明の一部の実施形態と一致している、VSV−GがN末端にある、ジストロフィン−VSV−Gキメラタンパク質のアミノ酸配列である。
配列番号3は、本発明の一部の実施形態と一致している、VSV−GがN末端にある、短縮型ジストロフィン−VSV−Gキメラタンパク質のヌクレオチド配列である。
配列番号4は、本発明の一部の実施形態と一致している、VSV−GがN末端にある、短縮型ジストロフィン−VSV−Gキメラタンパク質のアミノ酸配列である。
配列番号5は、本発明の一部の実施形態と一致している、VSV−GがC末端にある、ジストロフィン−VSV−Gキメラタンパク質のヌクレオチド配列である。
配列番号6は、本発明の一部の実施形態と一致している、VSV−GがC末端にある、ジストロフィン−VSV−Gキメラタンパク質のアミノ酸配列である。
配列番号7は、本発明の一部の実施形態と一致している、VSV−GがC末端にある、短縮型ジストロフィン−VSV−Gキメラタンパク質のヌクレオチド配列である。
配列番号8は、本発明の一部の実施形態と一致している、VSV−GがC末端にある、短縮型ジストロフィン−VSV−Gキメラタンパク質のアミノ酸配列である。
組換え及びキメラタンパク質は、多様な症状のための療法として市場において入手可能になっており、関節炎等の疾患を治癒させるのに極めて強力であることが立証されている。一部の実施形態では、本開示は、2種のタンパク質間に、膜メタロプロテアーゼ(MMP)の切断部位となる短いリンカーを用いて又は用いずに、N末端又はC末端のいずれかでVSV−G(又はVSV−Gのバリアント)タンパク質と融合されたジストロフィン(又はジストロフィンの機能変異体若しくは短縮型)タンパク質に向けられる。この療法は、生物学的有効量の組換えジストロフィンタンパク質の投与に基づき、これは種々の筋組織内に形質導入されてジストロフィンの欠乏に伴う病変を寛解させることになる。この療法は、対象が特定の機能タンパク質産生の欠乏を補うのを可能にすることになる。
一部の実施形態では、VSV−Gタンパク質は、ジストロフィンタンパク質を多様な組織に送達するための輸送領域又は担体の役割をする。LDL受容体は、これを通してVSV−Gが細胞に入るための最初の接触を確立するものであるが、これは、広範囲の組織内に存在する。従って、このアプローチは、従来のアプローチにおいて見出される異なる標的部位でのジストロフィンタンパク質の送達に関連した問題を軽減する。一部の実施形態では、本出願のキメラタンパク質中に使用されるVSV−Gは、野生型VSV−Gである。一部の実施形態では、VSV−Gは、野生型VSV−Gのバリアントである。生じたバリアントVSV−Gの細胞膜輸送活性が保持される限り、任意の好適な変異、置換、付加、及び欠失がVSV−Gになされてよい。一部の実施形態では、好適なVSV−Gバリアントは、VSV−Gの耐熱性及び血清耐性変異株を含み、これは、野生型VSV−Gに対する以下の点変異を含む:S162T、T230N、T368A、又は組み合わされた変異体T230N+T368A、若しくはK66T+S162T+T230N+T368A。一部の実施形態では、バリアントVSV−Gは、野生型VSV−Gと少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、又は少なくとも99%の配列同一性を有する。
タンパク質を別のタンパク質と融合させることは、時に、それらのタンパク質の機能と干渉してそれらの生物活性における低下につながる。この問題を解決するために、一部の実施形態では、MMPの切断部位を含む切断領域が提供される。一部の実施形態では、切断可能なリンカーは、ジストロフィンとVSV−Gの間に配置される。こうした実施形態では、ジストロフィンは、VSV−Gを有するキメラ構築物から、それがMMPによって切断されるときにのみ放出されることになる。MMPは、筋ジストロフィー症を含む、多様な病理学的状態及び炎症の間に過剰発現される。従って、キメラジストロフィン−VSV−Gタンパク質が送達によって炎症の部位に到達したときに、MMPは、筋細胞内への取り込み及び対象のジストロフィン異常症の治療のためにキメラタンパク質を切断してジストロフィンタンパク質を放出する。一部の実施形態では、MMP切断部位は、全てのMMPのための既知の推定上の切断部位である、アミノ酸PLGLWALをコードする。一部の実施形態では、MMP切断部位は、Pがプロリンを特定し、Xが任意の残基であり、Hyが疎水性残基であり、且つS/Tがセリン又はスレオニンのいずれであってもよいことを特徴とする、アミノ酸P−X−X−Hy−(S/T)によって定義される配列を含む。一部の実施形態では、MMP切断部位は、配列PLGLWAL、P−X−X−Hy−(S/T)、並びにこれらのバリアント及び変異から選択される。一部の実施形態では、切断部位は排除される。
この戦略は、ジストロフィンをそれぞれの症状のための目的のタンパク質と置き換えることにより、単一のタンパク質の欠乏によって惹起される他の症状にも拡張され得る。一部の実施形態では、ジストロフィンは、別の治療構築物によって置き換えられる。これらの実施形態では、治療構築物は、捻曲性骨異形成症、悪性黒色腫、ポルフィリン症、アルファ−1アンチトリプシン欠乏症、アイカルディ・グチエール症候群、嚢胞性線維症、早老症、マルファン症候群、結節性硬化症、副腎白質ジストロフィー症等のような、他の疾患の病理学的状態を治療するために選択されるはずである。一部の実施形態では、キメラタンパク質中に含まれるタンパク質のN−及びC−末端に他のタンパク質が融合されてもよい。以下の表1は、本開示のキメラタンパク質、並びに、一部の実施形態では、ジストロフィンと置換され得る治療構築物を使用して有効に治療され得る多様な症状を表している。
一部の実施形態では、本開示は、ジストロフィン異常症の治療において、上記の実施形態と一致しているキメラタンパク質を使用する方法にも向けられる。図6に示されているように、一部の実施形態では、ジストロフィン異常症を有する対象を治療する方法は、治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域により特徴付けられるキメラタンパク質であって、該輸送領域が細胞膜を横切る該キメラタンパク質の輸送を可能にすることを特徴とする該キメラタンパク質の治療用量を用意するステップ(600)と、該治療用量を該対象に投与するステップ(610)とを含む。本明細書中で使用される場合、治療用量という用語は、ジストロフィン異常症を治療するのに有効な処方の一部として対象に投与されるキメラタンパク質の任意の好適な容量及び濃度を意味する。特定の投与量は、計画選択の事項であり、対象の特性で変化し得る。
方法:
一部の実施形態では、本開示は、ジストロフィン異常症の治療に使用するために、上記の実施形態と一致しているキメラタンパク質を作製する方法にも向けられる。図7に示されているように、一部の実施形態では、キメラタンパク質を作製する方法は、治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域により特徴付けられるキメラタンパク質であって、該輸送領域が細胞膜を横切る該キメラタンパク質の輸送を可能にすることを特徴とする該キメラタンパク質をコードするヌクレオチド配列をベクター中にクローニングするステップ(700)と、宿主細胞内に該ベクターをトランスフェクトするステップ(710)と、該宿主細胞を増殖させるステップ(720)と、該宿主細胞から該キメラタンパク質を単離するステップ(730)とを含む。一部の実施形態では、図8に示されているように、単離するステップ(730)は、宿主細胞の溶解液からキメラタンパク質を単離するステップ(830)を含む。キメラタンパク質を作製する方法の一部の実施形態と一致している特殊な例は、以下の通りである:
一部の実施形態では、本開示は、ジストロフィン異常症の治療に使用するために、上記の実施形態と一致しているキメラタンパク質を作製する方法にも向けられる。図7に示されているように、一部の実施形態では、キメラタンパク質を作製する方法は、治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域により特徴付けられるキメラタンパク質であって、該輸送領域が細胞膜を横切る該キメラタンパク質の輸送を可能にすることを特徴とする該キメラタンパク質をコードするヌクレオチド配列をベクター中にクローニングするステップ(700)と、宿主細胞内に該ベクターをトランスフェクトするステップ(710)と、該宿主細胞を増殖させるステップ(720)と、該宿主細胞から該キメラタンパク質を単離するステップ(730)とを含む。一部の実施形態では、図8に示されているように、単離するステップ(730)は、宿主細胞の溶解液からキメラタンパク質を単離するステップ(830)を含む。キメラタンパク質を作製する方法の一部の実施形態と一致している特殊な例は、以下の通りである:
ジストロフィンタンパク質は、参照により本明細書にその内容の全体が組み込まれている、特許出願第07/136,618号及び系統ID22473616の下で、Kunkelらによって記載されている。ヒトのジストロフィンタンパク質の完全なmRNA配列は、遺伝子バンクで受託番号M18533、M17154、M18026、及びM20250の下で入手可能である。
以下の試験は全て、切断領域を有さず且つ治療用ジストロフィンのN末端に輸送領域としてVSV−Gを有するキメラジストロフィンタンパク質に対して行われた。
完全長ヒト(Homo Sapiens)ジストロフィンのcDNAを有するプラスミドは、Transomic Technologies、601 Genome Way、Suite 1222、 Huntsville、AL 35806から供給された。クローニングベクターpRK−Flag−Myc(Sigma)、及びVSV−G cDNAを有するpMD2.G(Addgene)を入手した。VSV−Gタンパク質は、pRK−Flag−MycベクターのApaI及びNotI部位でクローニングされ、それによってFlagタグはVSV−Gと置き換えられた。VSV−Gタンパク質は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により、鋳型としてpMD2.Gベクターを、且つフォワードプライマー及びリバースプライマーとしてそれぞれ5’ AAT TAT GGG CCC GAC ACC ATG GAG TGC CTT TTG TAC TTA 3’及び5’ CTC TAC TTG GCT GAA CCT CGC CGG CGG TTT AGG 3’を使用してクローニングされた。
次に、フォワードプライマー及びリバースプライマーとして、それぞれCCG TCA GCG GCC GCC ATG CTT TGG TGG GAA GAA GTA及びTAC TCT CTC CTG TGT TAC CAG CTG GAG TACを用いてジストロフィンのオープンリーディングフレーム(ORF)を増幅するためにPCRが行われた。これらは、制限酵素部位Not I及びSal Iを含むように設計されている。ジストロフィンORFは、VSV−Gに続くpRK−Flag−MycベクターのNot I及びSal I部位でクローニングされ、VSV−GがN末端にあるキメラジストロフィンが得られた。PCRを行うためにKAPA HiFi HotStart ReadyMix PCRキットが使用された。
N末端のVSV−Gを有するジストロフィン及び短縮型ジストロフィンのキメラ遺伝子配列は、IDT DNAによってその適正技術を使用して合成され、タンパク質発現に適切なベクター中にバキュロウイルス系を使用して挿入された。バキュロウイルス系を使用したタンパク質精製の方法は、十分に確立されており、十分に当業者の能力の範囲内にある。
キメラ配列が作製されたら、キメラジストロフィンタンパク質は、それが確実に適切に発現されるように哺乳動物細胞内にトランスフェクトされた。HEK−293細胞は、6ウェルプレート中のカバーガラス(coverslips)上に60%のコンフルエンスで播種された。細胞は、PromegaからのViafect(商標)試薬を使用して、VSV−Gタンパク質単独又はキメラジストロフィン−VSV−Gタンパク質のいずれかを含むベクターをトランスフェクトされた。トランスフェクションの1日後に培地は通常の培地(DMEM中に10%のFBS)に交換された。トランスフェクション48時間後、細胞からの培地が取り出された。
図2及び3に示されているように、カバーガラス上に播種されたトランスフェクト細胞は、ジストロフィンキメラタンパク質発現の検出のために固定及び染色され、VSV−G単独のものと比較された。固定のために、細胞は、Dulbeccoのリン酸緩衝生理食塩水(DPBS)中で洗浄され、4%のパラホルムアルデヒド溶液中で10分間固定された。細胞はDPBS中で再び洗浄され、次いで、0.5%のTritonX−100での更なる5分間の処理が行われた。DPBS中での3回の洗浄後、細胞は、10%のBSA中で1時間ブロッキングされた。次いで、VSV−Gタンパク質に対する一次抗体(VSV−G−タグ抗体、pAb、ウサギ、供給源:GenScript)又はジストロフィンに対する一次抗体(モノクローナル抗ジストロフィン、クローンMANDYS8)が、2.5%のBSA−DPBS中で1:100の希釈で添加され、1時間半インキュベートされた。細胞は、DPBS中で再び洗浄された。抗VSV−G一次抗体に対する抗ウサギFITCコンジュゲート二次抗体又は抗ジストロフィン一次抗体に対する抗マウステキサスレッドコンジュゲート二次抗体も、2.5%のBSA−DPBS中で1:100の希釈で添加され、30分間インキュベートされた。細胞は、DPBS中で洗浄され、DPBS中でDAPIで染色された。細胞は、抗退色封入剤中にマウントされた。
染色されたトランスフェクトHEK−293細胞は、蛍光顕微鏡下で間接的な免疫蛍光について検出された。トランスフェクト細胞は細胞質内で蛍光を示し、キメラタンパク質の発現が確認された(図3)。VSV−Gタンパク質単独の分布は、キメラタンパク質のものとは異なっていた(図2)。
DMD患者細胞(GM05169及びGM03604 A)は、Coriell Institute of Biomedical Researchから供給された。調整培地でのDMD患者細胞の処理のために、GM05169及びGM03604 A細胞は、6ウェルプレート中のカバーガラス上に播種された。HEK293細胞は上記のようにトランスフェクトされ、培地はトランスフェクション24時間後に交換された後に更に48時間放置された。トランスフェクション72時間後、トランスフェクト細胞からの培地は、回収されて遠心分離された。(15%のFBS DMEM培地の添加によって2mlの総容量にされている)異なる量のHEKトランスフェクション調整培地2.0ml、1.0ml、及び0.5mlがDMD患者細胞に添加され、次いで、細胞は上記のように固定されて染色された。
DMD患者細胞は、次いで、培地から患者細胞へのキメラタンパク質形質導入について蛍光顕微鏡下で解析された。図4及び5に示されているように、トランスフェクトHEK−293細胞調整培地の処理は、患者細胞の細胞質内での蛍光によって示されるように、実際に結果として、培地中に分泌されたキメラタンパク質の形質導入をもたらした。
ジストロフィンタンパク質とのVSV−Gタンパク質の融合は、ジストロフィンタンパク質が標的筋組織内に入るのを促進するであろうと仮定された。VSV−Gは、過剰発現されたときに、ゲシクルとして知られている小胞内に分泌される小胞タンパク質である。従って、発現によってトランスフェクション培地中と同様にキメラジストロフィンタンパク質が分泌され得ることが想定された。キメラタンパク質について蛍光陽性を示しているDMD患者細胞は、HEK−293トランスフェクト細胞の培地中にキメラタンパク質が分泌され、DMD患者細胞への調整培地の処理により、患者細胞によってキメラタンパク質が取り上げられていることを証明する。
上記のように、一部の実施形態では、キメラタンパク質の発現及び機能性は、キメラタンパク質をコードするDNAを、組換えタンパク質産生のためのバキュロウイルス中に挿入することによって確認される。組換えタンパク質産生のためのバキュロウイルス中へのDNA挿入は市販のpOET1トランスファープラスミド(Oxford Expression Technologies)を使用して達成され、製造業者のプロトコールによってバキュロウイルス媒介性タンパク質発現のために組換えバキュロウイルスストックが調製される。
キメラタンパク質は、Sf9、Sf21又はTni等の市販の細胞系及び市販の培養培地を含むフラスコ又はバイオリアクター内で培養される昆虫細胞の懸濁液培養物を感染させるための組換えバキュロウイルスストックを使用して製造業者のプロトコールによって作製される。感染された培養物は、次いで、感染後48及び96時間の間に回収され、キメラタンパク質は、親和性、イオン交換、疎水性相互作用、及びサイズ排除等の1つ又は複数の方法を含むカラムクロマトグラフィーによって培養培地又は清澄化された細胞溶解液から精製される。
精製されたキメラタンパク質は、1つ又は複数のジストロフィン特異的一次抗体を使用してウエスタンブロットによって同定される。タンパク質純度は、シプロオレンジ又はクマシーブルーで染色されたSDS PAGEのデンシトメトリー解析、及び逆相高速液体クロマトグラフィー(RP−HPLC)によって決定される。リン酸緩衝生理食塩水(PBS)又は同様の製剤緩衝液中でのタンパク質安定性は、タンパク質単分散度における経時的な変化及び複数回の凍結/解凍サイクル後の変化を検出するための分析的サイズ排除クロマトグラフィー(aSEC)によって評価される。精製されたタンパク質試料中のエンドトキシンレベルは、カブトガニ(Limulus)アメーバ様細胞溶解液(LAL)アッセイによって測定される。
上記の方法によって作製された精製されたキメラタンパク質は、ジストロフィン異常症の間に観察される病理学的影響を改善させるその活性の更なる検証のためにmdxマウス内に投与される。全ての動物試験は、Jackson Laboratoryによって行われる。
異なるバックグラウンドのmdxマウスのバリアント(DBA/2J)が、この試験に使用される。18匹のヘミ接合性D2.B10−Dmdmdx/J雄変異体マウス及び6匹のDBA/2J雄対照マウスが、Jackson Laboratory施設において作製される。6匹のD2.B10−Dmdmdx/J雄変異体マウス、28日±3日齢、の3つの群は、キメラタンパク質又はビヒクルを6週間投与される。6匹のDBA/2J雄対照、28日±3日齢、の1つの群は、キメラタンパク質投与ビヒクルのみを投与される。
処置期間の終了時に、以下の測定が行われる:
− 血清クレアチンキナーゼ(CK)活性。血清CKは、眼窩後出血によって採取されて直ちに且つ分析まで凍結された血清からBeckman Coulter AU Clinical Chemistry分析計で測定される;
− 骨格筋によるエバンスブルー色素(EBD)取り込み。EBDは、安楽死の24時間前であるがCK測定のための血清採取後に注射される。安楽死後、腓腹筋が採取されて瞬間凍結される。筋は、次いで、ホモジナイズされ、溶解液は清澄化され、分光光度法によって上清中のEBD濃度が測定される;
− 組織学。例示目的のためのヘマトキシリン及びエオシン染色、筋線維形態計測、萎縮/肥大の程度の定量化及び中央に位置している核のためのレチクリン染色、並びに線維症の可視化のためのマッソントリクローム染色が行われる。犠死後、1本の後脚及び1つの片側横隔膜が採取され、パラホルムアルデヒド中で固定される。筋は、解剖されて、パラフィン包埋され、横断切片化される。筋毎に3つの切片を調製して、1群当たり2匹のマウスでの例示目的のためのヘマトキシリン及びエオシン、並びに自動化された線維サイズ測定及び中央の核の計数のためのレチクリン染色で染色される;
− 四頭筋、心筋、及び横隔膜における抗ジストロフィン免疫蛍光。前脛骨筋及び四頭筋が使用される。1つの四頭筋及び心臓が、凍結切片化用に固定なしで瞬間凍結され、横断切片が、抗ジストロフィン免疫蛍光によって染色される;並びに
− 前脛骨筋におけるRNA抽出及び以下のmRNAの定量:炎症のマーカー、線維症のマーカー、筋線維再生のマーカー。1つの前脛骨筋は、RNAで保存される。その後、RNAは、抽出され、逆転写されて、以下のmRNAがサイバーグリーンqPCRによって定量化される:Mpeg1及びLgals3(マクロファージマーカー)、Ly6c1(線維化促進性単球マーカー)、Tnf−アルファ(炎症性サイトカイン)、新生児ミオシン(線維再生マーカー)、及びコラーゲンI。
− 血清クレアチンキナーゼ(CK)活性。血清CKは、眼窩後出血によって採取されて直ちに且つ分析まで凍結された血清からBeckman Coulter AU Clinical Chemistry分析計で測定される;
− 骨格筋によるエバンスブルー色素(EBD)取り込み。EBDは、安楽死の24時間前であるがCK測定のための血清採取後に注射される。安楽死後、腓腹筋が採取されて瞬間凍結される。筋は、次いで、ホモジナイズされ、溶解液は清澄化され、分光光度法によって上清中のEBD濃度が測定される;
− 組織学。例示目的のためのヘマトキシリン及びエオシン染色、筋線維形態計測、萎縮/肥大の程度の定量化及び中央に位置している核のためのレチクリン染色、並びに線維症の可視化のためのマッソントリクローム染色が行われる。犠死後、1本の後脚及び1つの片側横隔膜が採取され、パラホルムアルデヒド中で固定される。筋は、解剖されて、パラフィン包埋され、横断切片化される。筋毎に3つの切片を調製して、1群当たり2匹のマウスでの例示目的のためのヘマトキシリン及びエオシン、並びに自動化された線維サイズ測定及び中央の核の計数のためのレチクリン染色で染色される;
− 四頭筋、心筋、及び横隔膜における抗ジストロフィン免疫蛍光。前脛骨筋及び四頭筋が使用される。1つの四頭筋及び心臓が、凍結切片化用に固定なしで瞬間凍結され、横断切片が、抗ジストロフィン免疫蛍光によって染色される;並びに
− 前脛骨筋におけるRNA抽出及び以下のmRNAの定量:炎症のマーカー、線維症のマーカー、筋線維再生のマーカー。1つの前脛骨筋は、RNAで保存される。その後、RNAは、抽出され、逆転写されて、以下のmRNAがサイバーグリーンqPCRによって定量化される:Mpeg1及びLgals3(マクロファージマーカー)、Ly6c1(線維化促進性単球マーカー)、Tnf−アルファ(炎症性サイトカイン)、新生児ミオシン(線維再生マーカー)、及びコラーゲンI。
本発明の1つ又は複数の実施形態が記載されている。それにもかかわらず、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、多様な改変がなされ得ることが理解されるであろう。従って、他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内である。
Claims (23)
- 治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域により特徴付けられるキメラタンパク質であって、該輸送領域が細胞膜を横切る該キメラタンパク質の輸送を可能にすることを特徴とするキメラタンパク質。
- 前記切断領域が、前記治療領域のN末端に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載のキメラタンパク質。
- 前記切断領域が、前記治療領域のC末端に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載のキメラタンパク質。
- 前記治療領域が、完全長ジストロフィン、短縮型ジストロフィン、及びこれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載のキメラタンパク質。
- 前記輸送領域が、水疱性口内炎ウイルスG及び水疱性口内炎ウイルスGの機能性バリアントからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載のキメラタンパク質。
- 前記水疱性口内炎ウイルスGバリアントは、少なくとも4つまでのアミノ酸の置換が可能であることを特徴とする、請求項5に記載のキメラタンパク質。
- 前記水疱性口内炎ウイルスGバリアントが、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、又は少なくとも99%の配列同一性からなる群から選択される野生型水疱性口内炎ウイルスGとの配列同一性を少なくとも有することを特徴とする、請求項5に記載のキメラタンパク質。
- 前記切断領域が、前記細胞膜を横切る前記キメラタンパク質の輸送の後に切断されるように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のキメラタンパク質。
- 前記切断領域が、膜メタロプロテアーゼの切断部位であることを特徴とする、請求項1に記載のキメラタンパク質。
- 前記キメラタンパク質の配列の少なくとも一部が、配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8、及び薬理学的に許容されるこれらの等価物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載のキメラタンパク質。
- 前記切断領域がアミノ酸配列PLGLWALを含み、各アミノ酸が保存的に置換されていてもよいことを特徴とする、請求項9に記載のキメラタンパク質。
- 前記切断領域がアミノ酸配列P−X−X−Hy−(S/T)を含み、Pがプロリンを特定し、Xが任意の残基であり、Hyが疎水性残基であり、且つS/Tがセリン又はスレオニンのいずれであってもよいことを特徴とする、請求項9に記載のキメラタンパク質。
- 医学的状態を有する対象を治療する方法において、
治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域により特徴付けられるキメラタンパク質であって、該輸送領域が細胞膜を横切る該キメラタンパク質の輸送を可能にすることを特徴とする該キメラタンパク質の治療用量を用意するステップと、
該治療用量を該対象に投与するステップと
を特徴とする方法。 - 前記医学的状態が、筋ジストロフィー症、捻曲性骨異形成症、悪性黒色腫、ポルフィリン症、アルファ−1アンチトリプシン欠乏症、アイカルディ・グチエール症候群、嚢胞性線維症、早老症、マルファン症候群、結節性硬化症、副腎白質ジストロフィー症等を含むことを特徴とする、請求項13に記載の医学的状態を有する対象を治療する方法。
- 前記キメラタンパク質の配列の少なくとも一部が、配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8、及び薬理学的に許容されるこれらの等価物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項13に記載の医学的状態を有する対象を治療する方法。
- 筋ジストロフィー症を有する対象の治療のためのキメラタンパク質であって、配列の少なくとも一部が、配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8、及び薬理学的に許容されるこれらの等価物からなる群から選択されることを特徴とする配列を有するキメラタンパク質。
- 症状の治療に使用するためのキメラタンパク質を作製する方法において、
ヌクレオチド配列をベクター中にクローニングするステップであって、該ヌクレオチド配列が、治療領域、輸送領域、及び該治療領域と該輸送領域の間に配置された切断領域により特徴付けられるキメラタンパク質をコードし、該輸送領域が細胞膜を横切る該キメラタンパク質の輸送を可能にすることを特徴とする、ステップと、
宿主細胞内に該ベクターをトランスフェクトするステップと、
該宿主細胞を増殖させるステップと、
該宿主細胞から該キメラタンパク質を単離するステップと
を特徴とする該方法。 - 前記ヌクレオチド配列が、配列番号1、配列番号3、配列番号5、及び配列番号7からなる群から選択される配列を含むことを特徴とする、請求項17に記載の症状の治療に使用するためのキメラタンパク質を作製する方法。
- 前記治療領域をコードする前記ヌクレオチド配列が、完全長ジストロフィン、短縮型ジストロフィン、及びこれらの組合せからなる群から選択されるタンパク質をコードすることを特徴とする、請求項17に記載の症状の治療に使用するためのキメラタンパク質を作製する方法。
- 前記輸送領域をコードする前記ヌクレオチド配列が、水疱性口内炎ウイルスG及び水疱性口内炎ウイルスGの機能バリアントからなる群から選択されるタンパク質をコードすることを特徴とする、請求項17に記載の症状の治療に使用するためのキメラタンパク質を作製する方法。
- 前記切断領域をコードする前記ヌクレオチド配列が、膜メタロプロテアーゼの切断領域をコードすることを特徴とする、請求項17に記載の症状の治療に使用するためのキメラタンパク質を作製する方法。
- 前記症状が、筋ジストロフィー症、捻曲性骨異形成症、悪性黒色腫、ポルフィリン症、アルファ−1アンチトリプシン欠乏症、アイカルディ・グチエール症候群、嚢胞性線維症、早老症、マルファン症候群、結節性硬化症、副腎白質ジストロフィー症等を含むことを特徴とする、請求項17に記載の症状の治療に使用するためのキメラタンパク質を作製する方法。
- 前記宿主細胞から前記キメラタンパク質を単離する前記ステップが、前記宿主細胞の溶解液から前記キメラタンパク質を単離するステップを含むことを特徴とする、請求項17に記載の症状の治療に使用するためのキメラタンパク質を作製する方法。
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