JP2018057364A - 修飾された癌細胞株及びその用途 - Google Patents
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Abstract
【課題】癌細胞のさらなる増殖を防止するために、癌細胞を破壊することの代わりに、修飾することによって自己又は異種の免疫応答を引き起こすことで、効果的な癌治療法、及び潜在的な癌治療のためのより効果的なスクリーニング方法の提供。
【解決手段】修飾された癌細胞におけるST3Gal1糖転移酵素(ST3Gal1)の発現が減少する、修飾された癌細胞。前記ST3GIIの発現が従来の癌細胞と比較して、1〜99%減少する修飾された癌細胞。
【選択図】図1A
【解決手段】修飾された癌細胞におけるST3Gal1糖転移酵素(ST3Gal1)の発現が減少する、修飾された癌細胞。前記ST3GIIの発現が従来の癌細胞と比較して、1〜99%減少する修飾された癌細胞。
【選択図】図1A
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2016年8月4日に出願された米国仮出願第62/371,091号から優先権を主張するものであり、該特許出願の記載事項は、本明細書において全体が参照として引用される。
本出願は、2016年8月4日に出願された米国仮出願第62/371,091号から優先権を主張するものであり、該特許出願の記載事項は、本明細書において全体が参照として引用される。
本発明は、修飾された癌細胞株及びその用途に関する。
グリコシル化はタンパク質にとって非常に重要な翻訳後修飾である。異常なグリコシル化は、糖タンパク質の炭水化物部分の末端部分に主に影響し、腫瘍関連抗原を発現すると共に、より進行した癌病期及び転移を発生することになる。
癌細胞は現在、腫瘍関連抗原を発現することが知られているが、免疫系から腫瘍抗原を隠す能力及び/又は曝露された腫瘍抗原がヒト免疫系に正常として認識又は許容される正常な非突然変異性分化分子又はタンパク質であるため、免疫応答を回避することができる。癌細胞が制御されない状態で増殖するが、身体にとってその癌細胞が必ずしも「外来物」として認識されるわけではないので、標的化することが困難であり、癌の除去は挑戦的な課題である。
癌を効果的に治療するためには、身体の免疫系がこれらの癌に対して陽性の免疫応答を示すことが好ましい。さらに、癌と闘うために、新型且つより効果的な抗癌治療剤は重要である。細胞ベースのスクリーニング法は、前臨床薬開発の初期段階において、新型の抗癌治療剤の有効性及び毒性を評価する際の重要な情報源である。
したがって、癌細胞のさらなる増殖を防止するために、癌細胞を破壊することの代わりに、修飾することによって自己又は異種の免疫応答を引き起こすことで、効果的な癌治療法が必要とされている。また、さらに必要とされるのは、潜在的な癌治療のためのより効果的なスクリーニング方法である。本発明によれば、これらの需要及び他の需要を満たすことができる。
本発明の実施形態において、修飾された癌細胞を提供し、修飾された癌細胞におけるST3 β−ガラクトシド α−2,3−シアリルトランスフェラーゼ1(ST3 beta−galactoside alpha−2,3−sialyltransferase 1,「ST3Gal1」、配列番号1を参照)の発現が、従来の癌細胞と比較して低減される。例示的な実施形態において、修飾された癌細胞におけるST3Gal1の発現を効果的に減少するために、少なくとも1つの遺伝子構築物が使用される。
本発明の一実施形態により、潜在的な癌治療剤をスクリーニングする方法が提供される。この方法は、(a)潜在的な癌治療剤の存在下で本明細書に記載の修飾された癌細胞を増殖させ、及び前記潜在的な癌治療剤の非存在下で本明細書に記載の修飾された癌細胞を増殖させるステップと、(b)潜在的な癌治療剤の存在下で修飾された癌細胞の増殖速度を測定し、及び潜在的な癌治療剤の非存在下で修飾された癌細胞の増殖速度又は細胞数を測定するステップと;(c)潜在的な癌治療剤の存在下及び潜在的な癌治療剤の非存在下で、修飾された癌細胞の増殖速度又は細胞数を比較するステップとを含み、その中、潜在的な癌治療剤の存在下で修飾された癌細胞のより低い増殖速度の遅延又はより低い細胞数は、癌治療剤として働くことを示す。
本発明の他の実施形態により、ST3Gal1の発現を抑制する有効量の遺伝子構築物及び抗癌剤を投与するステップを含み、対象の癌細胞増殖を抑制するための方法であって、有効量の遺伝子構築物及び前記抗癌剤が、相乗作用(synergistic manner)で前記対象における癌細胞増殖を抑制する。
この特許において用いられている「発明(invention)」、「前記発明(the invention)」、「この発明(this invention)」及び「本発明(the present invention)」という用語は、広義には、この特許及び添付の特許請求の範囲の全ての主題事項を指すことを意図している。これらの用語を含む陳述は、本明細書に記載された主題事項又は添付の特許請求の範囲の意味もしくは範囲を限定することが理解すべきである。この特許によってカバーされる本発明の実施例は、この概要ではなく、以下の特許請求の範囲によって定義される。この概要は、本発明の様々な態様の高レベルの概要であり、以下の「発明を実施するための形態」のセクションでさらに説明する概念のいくつかを紹介している。この概要は、特許請求される主題事項の重要な特徴、又は本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、特許請求される主題事項の範囲を決定するために単独で使用されることを意図するものでもない。この主題は、明細書全体、任意の図面又は全ての図面及び各請求項の適切な部分を参照することによって理解されるべきである。
本発明の本質及び利点のさらなる説明は、明細書及び図面の残りの部分を参照することによって理解されることができる。
本明細書で使用される場合、冠詞「1つ(a)」及び「1つ(an)」は、その冠詞の文法的目的の1つ又は複数(すなわち、少なくとも1つ)を指す。例として、「要素(an element)」は、1つの要素又は2つ以上の要素を意味する。
本明細書で使用される「有効量(effective amount)」は、ST3Gal1を抑制する、又は癌の症状及び徴候、例えば、体重減少、疼痛及び臨床的に触診可能な腫瘍量又は放射線学的に様々な撮像手段を介して検出可能な腫瘍量を有効的に減少するのに十分である遺伝子構築物の投与量を指す。用語「有効量」及び「治療上有効量(therapeutically effective amount)」は、交換可能に使用される。
用語「対象(subject)」は、癌を有する脊椎動物、又は癌治療を必要とするとみなされる脊椎動物を指すことができる。対象としては、例えば、霊長類の哺乳動物のような全ての温血動物が含まれ、より好ましくはヒトである。非ヒト霊長類の動物は、同様に対象である。用語「対象」は、飼い慣らされた動物(例えば、ネコ、イヌなど)、家畜(例えば、ウシ、ウマ、ブタ、ヒツジ、ヤギなど)及び実験動物(例えば、マウス、ウサギ、ラット、アレチネズミ、モルモットなど)を含む。したがって、獣医学的使用及び医学的製剤が本明細書において企図される。
用語「ノックダウン」及び「サイレンシング」は交換可能に使用され、遺伝子構築物の導入前に、ST3Gal1 RNA又はタンパク質の発現がそのRNA又はタンパク質の発現と比較して、低下することを指す。
(修飾された癌細胞)
本発明は、前記修飾された癌細胞におけるST3Gal1タンパク質及び/又はRNAの発現が低減された、修飾された癌細胞を提供する。一実施形態において、修飾された癌細胞は、従来の癌細胞と比較して、約1%〜約99%のST3Gal1糖転移酵素を含む。他の実施例において、修飾された癌細胞におけるST3Gal RNA及び/又はタンパク質の発現が従来の癌細胞と比較して、1%〜100%低減されることができる。さらに他の実施例において、従来の癌細胞におけるST3Gal1タンパク質又はRNAの発現は、本明細書に記載の遺伝子構築物又は他の任意の手段によって改変されない。
本発明は、前記修飾された癌細胞におけるST3Gal1タンパク質及び/又はRNAの発現が低減された、修飾された癌細胞を提供する。一実施形態において、修飾された癌細胞は、従来の癌細胞と比較して、約1%〜約99%のST3Gal1糖転移酵素を含む。他の実施例において、修飾された癌細胞におけるST3Gal RNA及び/又はタンパク質の発現が従来の癌細胞と比較して、1%〜100%低減されることができる。さらに他の実施例において、従来の癌細胞におけるST3Gal1タンパク質又はRNAの発現は、本明細書に記載の遺伝子構築物又は他の任意の手段によって改変されない。
一実施形態において、修飾された癌細胞は、細胞内ST3Gal1糖転移酵素を減少する、又はST3Gal1 RNA又はタンパク質の発現を抑制するために、本明細書に記載の遺伝子構築物でトランスフェクトされる。他の実施形態において、修飾された癌細胞は、良性又は悪性(転移性又は非転移性)の固形又は血液癌細胞であってもよい。修飾された癌細胞の非限定的な例は、乳癌、前立腺癌、子宮頸癌、卵巣癌、子宮内膜癌、結腸癌、肝臓癌、脳癌(例えば、神経芽細胞腫)、膵臓癌、膀胱癌、食道癌、頭頸部癌(例えば、鼻咽頭癌)、腎臓癌、皮膚癌(例えば、メラノーマまたは扁平上皮癌)、胃癌、精巣癌、甲状腺癌、肺癌、白血病とリンパ腫、及び骨髄腫が挙げられる。
癌細胞におけるST3Galの発現は、癌細胞に遺伝子構築物を投与することにより、従来の癌細胞と比較して1〜100%減少することができる。例えば、ST3Gal1の発現は、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、99%、又は1%の単位で上記間隔内の範囲%又は任意%(例えば、約28%、約10〜40%、約15−25%など)減少することができる。RNA又はタンパク質の発現は、伝子発現の逐次分析(serial analysis of gene expression,SAGE)、リアルタイムPCR又はウェスタンブロットなどの技術分野で公知の方法によって測定することができる。
1つの例示的な実施形態において、修飾された癌細胞は、ATCC受託番号PTA−122610(2015年10月20日にアメリカ、American Type Culture Collection,10801 University Boulevard, Manassas, VA, 20110,USAに寄託される)に寄託した乳癌細胞である。
(潜在的な癌治療剤のスクリーニング)
本発明は、潜在的な癌治療剤をスクリーニングして、癌治療に適する薬物を特定する方法を提供する。本明細書に記載される遺伝子構築物は、細胞又は実験動物におけるST3Gal1 RNA又はタンパク質の発現を抑制して、潜在的な癌治療剤を評価する研究目的で使用され得る。一実施例において、ST3Gal1の発現を抑制するために遺伝子構築物でトランスフェクトされた本明細書に記載の修飾された癌細胞は、CDC及びADCCに対してより敏感であり、モノクローナル抗体のような潜在的な癌治療剤をスクリーニングするために使用され得る。
本発明は、潜在的な癌治療剤をスクリーニングして、癌治療に適する薬物を特定する方法を提供する。本明細書に記載される遺伝子構築物は、細胞又は実験動物におけるST3Gal1 RNA又はタンパク質の発現を抑制して、潜在的な癌治療剤を評価する研究目的で使用され得る。一実施例において、ST3Gal1の発現を抑制するために遺伝子構築物でトランスフェクトされた本明細書に記載の修飾された癌細胞は、CDC及びADCCに対してより敏感であり、モノクローナル抗体のような潜在的な癌治療剤をスクリーニングするために使用され得る。
これにより、本発明は、潜在的な癌治療剤をスクリーニングする方法を提供し、その方法は、潜在的な癌治療剤を修飾された癌細胞と接触させ、潜在的な癌治療剤の存在下および非存在下で、当技術分野で周知の方法、例えば分光光度法により(i)修飾された癌細胞の増殖速度又は(ii)修飾された癌細胞の細胞数を測定することにより、その潜在的な癌治療剤が癌細胞の増殖を抑制することができるかどうかを決定することを含む。いくつかの実施例において、潜在的な癌治療剤の存在下での修飾された癌細胞のより遅い増殖速度及び/又はより低い細胞数は、その癌治療剤が癌細胞に対して有効であることを示す。
(癌細胞の増殖を抑制する方法)
本発明により、(a)ST3Gal1タンパク質及び/又はRNAの発現を阻害又は抑制するための有効量の遺伝子構築物及び(b)有効量の抗癌剤を投与することによって、癌細胞の増殖を阻害する方法が提供される。有利には、それぞれの抗癌剤が単独療法で使用される場合、抗癌剤の1つ又はすべての低い用量の治療効果が不十分であるが、その組み合わせは、癌細胞抑制に対して相乗効果を有する。
本発明により、(a)ST3Gal1タンパク質及び/又はRNAの発現を阻害又は抑制するための有効量の遺伝子構築物及び(b)有効量の抗癌剤を投与することによって、癌細胞の増殖を阻害する方法が提供される。有利には、それぞれの抗癌剤が単独療法で使用される場合、抗癌剤の1つ又はすべての低い用量の治療効果が不十分であるが、その組み合わせは、癌細胞抑制に対して相乗効果を有する。
CD55分子は、ST3Gal1の標的タンパク質の1つとして認識される。CD55は、C3及びC5の分解(decay)を加速して補体系の活性化を抑止して、補体媒介性細胞傷害から癌細胞への損傷を予防することにより、細胞を補体攻撃から保護する。
癌細胞におけるST3Gal1の発現の抑制は、CD55分子のO−結合型シアリル化の減少及び癌細胞表面上のC3の沈着の増加に関連する。CD55機能の喪失及びC3の沈着の増加は、CDC及びADCCに対する癌細胞の感受性及び抗体ベースの免疫療法の有効性を増強する。
いくつかの実施形態において、遺伝子構築物は、DNA、RNA、キメラ混合物又はそれらの誘導体や修飾型であってもよく、一本鎖又は二本鎖であってもよい。他の実施形態において、遺伝子構築物は、限定されないが、一本鎖アンチセンスオリゴヌクレオチド(ASO)、小ヘアピンRNA(shRNA)、低分子干渉RNA(標準的なワトソン−クリック(Watson−Crick)塩基対形成相互作用によってセンスRNA鎖および相補的なアンチセンスRNA鎖を互いにアニーリングし、長さが約17ヌクレオチド〜約29ヌクレオチドの短い二本鎖RNAを含むsiRNA)、マイクロRNA(miRNA)、エンドリボヌクレアーゼ調製siRNA(esiRNA)、天然アンチセンス短干渉RNA(natsiRNA)、RNA干渉(RNAi)などの任意のRNA種であってもよい。それは、マウス及びゼブラフィッシュを含む数種の脊椎動物種及び植物における特定の遺伝子の発現をノックダウンすることができる。例えば、米国特許第7,416,849号を参照する。
遺伝子構築物は、例えば、分子の安定性、ハイブリダイゼーションなどを改善するように、塩基部分、糖部分、またはリン酸骨格をさらに含むことができる。遺伝子構築物は、(例えば、宿主細胞受容体をターゲティングするための)ペプチドなどの付随基(appended group)、又は細胞膜を通る輸送を容易にする剤を含むことができる(例えば、Letsinger et al., 1989、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 86:6553−6556を参照)。
いくつかの実施形態において、ASOは、配列番号2、4、6、及び8から選択される配列と少なくとも90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、又は100%相同又は実質的に同一のヌクレオチド配列を含む。ASOは、生存して、ST3Gal1 mRNAの相補的標的配列に結合して、一本鎖として単独で翻訳されることを防止しなければならない。
いくつかの実施形態において、siRNAは、配列番号3、5、7及び9から選択される配列と少なくとも90、91、92、93、94、95、96、97、98、99又は100%相同又は実質的に同一のセンス鎖ヌクレオチド配列と、配列番号2、4、6及び8から選択される配列と少なくとも90、91、92、93、94、95、96、97、98、99%または100%相同または実質的に同一のアンチセンス鎖ヌクレオチド配列とを含む。
いくつかの実施形態において、shRNAは、配列番号10、11及び12から選択される配列と少なくとも90、91、92、93、94、95、96、97、98、99又は100%相同又は実質的に同一のヌクレオチド配列を有する。
アンチセンスアプローチには、配列番号13、14又は15などのST3Gal1 mRNAの標的配列に相補的な遺伝子構築物の設計が含まれる。配列番号13の標的領域は3UTRであり、配列番号14及び15の標的領域はCDSである。絶対的な相補性は好ましいが、必要ではない。本明細書で言及されるように、ST3Gal1標的配列に「相補的な(complementary)」配列とは、標的RNA配列とハイブリダイズして安定な二重鎖を形成することができるように十分な相補性を有する配列を意味する。二本鎖アンチセンス核酸である場合、二本鎖DNAの一本鎖が検出され、又は三本鎖の形成が検出されることができる。ハイブリダイズする能力は、相補性の程度及びアンチセンス核酸の長さの両方に依存する。一般的に、ハイブリダイズするRNAが長いほど、標的RNAとミスマッチする塩基をより多く含んでなお安定する二重鎖(場合によっては三重鎖)を形成する。当業者であれば、標準的な方法を用いてハイブリダイズした複合体の融点を決定することにより、ミスマッチの許容度を確認することができる。
本明細書に開示される遺伝子構築物とST3Gal1標的配列(配列番号13、14又は15)との間の「相補性(complementarity)」の程度を決定する際に、相補性の程度は、遺伝子構築物とそれと最適に整列するST3Gal1標的配列の逆相補体との間の同一性のパーセンテージとして表される。パーセンテージは、2つの配列間で同一である整列塩基の数を計数し、遺伝子構築物の総数で割そして100を乗じることによって計算されることができる。ポリヌクレオチドのアラインメント(Polynucleotide alignment)、配列の同一性のパーセンテージ、及び相補性の程度は、標準的な設定を使用するClustalWアルゴリズムを用いて本発明の目的のために決定することができる。
いくつかの実施形態において、遺伝子構築物はST3Gal1の最適に整列した標的配列と比較して1、2、3又は4(又はそれ以上)のミスマッチを含み、ST3Gal1 mRNA又はタンパク質の発現の抑制を達成するために標的配列に十分に結合している。ワトソン−クリック水素結合二重鎖に対するミスマッチの不安定化効果は、例えば、遺伝子構築物の長さの増加によって補償され得る。
ST3Gal1標的配列の選択に関係なく、ST3Gal標的配列に相補的な試験遺伝子構築物と対照オリゴヌクレオチド(例えば、スクランブルRNA)とのST3Gal1 RNAのレベル又はタンパク質発現を比較するために、インビトロ(in vitro)研究を当業者が行うことができる。対照オリゴヌクレオチドは、試験遺伝子構築物とほぼ同じ長さであることが好ましい。
組換え及び染色体外維持のための遺伝子構築物を導入するためのベクターは、当該技術分野において公知であり、任意の適切なベクターを用いることができる。ウイルストランスフェクションのような遺伝子構築物を細胞に導入する方法は当該分野で公知であり、方法の選択は当業者に周知である。
本発明のいくつかの実施形態において、癌細胞に送達可能なベクターが利用される。本明細書中で使用される場合、用語「ベクター(vector)」は、任意のウイルス又は非ウイルスベクターを指し、並びに自己伝達性であってもよいし、動員可能であってもよい任意のプラスミド、コスミッド、ファージ、或いは二本鎖、一本鎖直鎖または環状型の任意のバイナリーベクターを指し、並びに細胞ゲノムへに整合することにより、原核又は真核宿主細胞を形質転換することができ、染色体外(例えば、複製起点を有する自律複製プラスミド)に存在してもよい。当技術分野で公知の任意のベクターが、本発明の実施において使用するために想定される。ウイルスベクターの非限定的な例としては、アデノ随伴ウイルスベクター、レンチウイルスベクター、アデノウイルスベクター、ポリオウイルスベクター、単純ヘルペスウイルスベクター、又はマウスベースウイルスベクターが含まれる。非ウイルスベクターの非限定的な例には、流体力学的注入又は直接注入、コレステロールコンジュゲーション、リポソーム及びリポプレックス、ポリマー及びペプチド送達システム又は表面修飾されたLPDナノ粒子が含まれる(K.Gao et al., siRNA送達のための非ウイルス方法、Mol Pharm. 2009 Jun 1; 6(3):651−658)。
ST3Gal1の発現を阻害する遺伝子構築物及び抗癌剤は、任意の有効量で投与されることができる。いくつかの実施例において、それは約0.01μg〜約5g又は約0.1μg/kg体重〜約200mg/kg体重の範囲の用量で投与され得る。ST3Gal1の発現を阻害する遺伝子構築物又は抗癌剤の投与量は、扱われる疾患状態の重篤度、特定の製剤、ならびに対象の体重及び全身状態且つ投与経路のような他の臨床因子によって決定される。
ST3Gal1の発現を阻害する遺伝子構築物及び抗癌剤の有用な用量は、インビトロ活性及び動物モデルにおけるインビボ(in vivo)活性を比較することによって決定される。マウス及び他の動物における有効な投与量のヒトへの外挿法は、当技術分野で公知である、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第4,938,949号を参照する。
本明細書で提供される方法によれば、ST3Gal1の発現を阻害する遺伝子構築物及び抗癌剤は、注射(例えば、皮下、筋肉内、静脈内、動脈内、腹腔内、皮内)、皮膚的、経皮的、経口(例えば、錠剤、丸剤、液剤、可食用フィルムストリップ))、植込式浸透圧ポンプ、坐剤、エアゾールスプレー、局所、関節内、眼、鼻腔吸入、肺吸入、皮膚と膣への圧入、又は適切に形質転換された細胞を含む移植物中の浸透圧ポンプのようなインプラントを含むが、これに限定されず、様々な経路のいずれかによって投与することができる。
遺伝子構築物と抗癌剤との組み合わせは、治療される状態に適切な期間にわたって、単剤療法又は多剤併用療法を行うように投与されることができる。ST3Gal1の発現を阻害する遺伝子構築物及び抗がん剤は、少なくとも3ヶ月、又は疾患状態の症状と徴候が解消されるまでの期間にわたって、例えば、一日一回、一日二回、一日三回、二日一回、三日一回又は一週一回などの適切な時間間隔で便宜的に投与されことができる。
抗癌剤の非限定的な例は、VT Devita、T. Lawrence and S.Rosenberg(編集者)、第9版(2011)、Lippincott Williams&Wilkins出版社による腫瘍学の癌原理と実践(Cancer Principles and Practice of Oncology)に見出すことができる。当業者であれば、薬物の特定特徴及びそれに関与する癌に基づいてどのような抗癌剤との組み合わせが有用であることを識別することができる。このような抗癌剤の非限定的な例は、化学療法(例えば、アルキル化剤、白金アナログ(platinum analogs)、代謝拮抗剤、エストロゲン受容体(ER)阻害剤及びトランスフェクション中の再構成(REarranged during Transfection,RET)阻害剤などの標的治療)、手術、放射線療法、生物療法(例えば、抗血管新生剤、インターロイキン療法、遺伝子療法、癌ワクチン、抗体、免疫療法)、又はそれらの組み合わせを含む。例示的な実施例において、抗体は、Globo H、SSEA−3、SSEA−4、Gb4又はBb4から選択される腫瘍関連炭水化物抗原に対するものである。
一実施形態において、抗癌剤は、癌ワクチン、抗体、エストロゲン受容体(ER)阻害剤、RET(トランスフェクション中の再構成)阻害剤又はそれらの組み合わせである。ER阻害剤の非限定的な例は、タモキシフェン及びバゼドキシフェン(bazedoxifene)である。RET阻害剤の非限定的な例は、カボザンチニブ(Cabozantinib)、バンデタニブ、アレクチニブ(alectinib)、レンバチニブ(lenvatinib)、ニンテダニブ(nintedanib)、ポナチニブ(Ponatinib)、スニチニブ(Sunitinib)、及びソラフェニブ(Sorafenib)が挙げられる。
本発明の実施形態は、以下の実施例によって説明されるが、決して本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。むしろ、本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な他の実施形態、修正、および同等物を含み、さらに、当業者が本明細書の記載を読んだ後に想到し得ることが明確に理解されるべきである。以下の実施例に記載の研究では、他に明記しない限り、従来の手順に従った。
(実施例1:ST3Gal1標的化タンパク質の同定)
インビトロ研究は、ST3Gal1サイレンシング細胞と対照細胞との間のPNA結合タンパク質を比較してST3Gal1標的タンパク質を同定するために行われた。
インビトロ研究は、ST3Gal1サイレンシング細胞と対照細胞との間のPNA結合タンパク質を比較してST3Gal1標的タンパク質を同定するために行われた。
MDA−MB−231乳癌細胞(Bioresource Collection and Research Centerから購入可能、台湾)は、スクランブルsiRNA(sc)又はアンチセンス鎖(配列番号2)及びセンス鎖(配列番号3)を有するST3Gal1(si)siRNAでトランスフェクトされた。ST3Gal1 mRNAの発現レベルをqPCR分析によって分析し、GAPDH mRNAレベルに標準化した。図1Aに示すように、ST3Gal1RNAの発現は、ST3Gal1siRNAによってscでトランスフェクした乳癌細胞胞のRNAの発現の28.5±8.2%に有意に減少された。
乳癌細胞におけるST3Gal1のタンパク質標的を調べるため、スクランブルsiRNA又はST3Gal1 siRNAで処理した乳癌細胞からの全細胞溶解物を、アガロース結合PNAによる沈降後にPNAレクチンブロット分析のために調製された。ST3Gal1は、コア1 O−グリカンにシアル酸を添加することにより、ガラクトシル(β−1,3)N−アセチルガラクトサミン(galactosyl (β−1, 3) N−acetylgalactosamine)のシアリル化に触媒作用を及ばした。ピーナッツアグルチニン(Peanut agglutinin, PNA)はコア1 O−グリカンに優先的に結合する(シアル酸が添加されていない)ので、ST3Gal1ノックダウンはコア1 O−グリカンへ結合のPNAが増加すると予想される。
予想通りに、乳癌細胞におけるPNA結合信号は、ST3Gal1ノックダウン後、約72,130及び250kDaの分子量で増加した(図1B)。ゲル内消化及びLTQ−FTD質量分析を使用して、ST3Gal1のノックダウンの後、PNA結合タンパク質の1つとするCD55の信号が(2.6倍)増大したと共に、ST3Gal1サイレンシング細胞におけるCD55の分子量がやや低い(図1C)。しかし、総CD55タンパク質レベルが類似している(sc対si:1.0対1.1)(図1D)。
(実施例2:ST3Gal1サイレンシングが乳癌細胞を補体依存性細胞傷害に敏感する)
細胞表面のCD55は、C3bBb複合体の分解を加速し、補体カスケード(cascade)を中断し、補体依存性細胞傷害(CDC)を予防することによって補体系を調節する。インビトロ実験は、変化したST3Gal1媒介性O−結合型シアリル化がCD55の機能に影響するかどうかを決定するために行われた。図2Aは、抗HLA抗体(0.2μg/mlまたは1μg/ml)の存在で、乳癌細胞におけるスクランブル(sc)またはST3Gal1 siRNA(si)の効果を示す。
細胞表面のCD55は、C3bBb複合体の分解を加速し、補体カスケード(cascade)を中断し、補体依存性細胞傷害(CDC)を予防することによって補体系を調節する。インビトロ実験は、変化したST3Gal1媒介性O−結合型シアリル化がCD55の機能に影響するかどうかを決定するために行われた。図2Aは、抗HLA抗体(0.2μg/mlまたは1μg/ml)の存在で、乳癌細胞におけるスクランブル(sc)またはST3Gal1 siRNA(si)の効果を示す。
図2Aに示すように、ST3Gal1ノックダウンは、抗体及び/又は補体の存在下で細胞死を用量依存的に促進する。
具体的に言うと、0.2μg/mlの抗HLA抗体及び10%ウサギ補体の存在下でST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞の溶解%は29.6±0.9〜51.1±2.2%の範囲である。1μg/mlの抗HLA抗体及び10%のウサギ補体の存在下でのST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞の溶解%は、40.9±5.9〜57.4±4.2%の範囲である(図2A)。乳癌細胞のST3Gal1がサイレンシングされ、且つ表面CD55が脱シアリル化(de−sialylated)される場合、CDC攻撃に対してより敏感である。
図2Bは、ST3Gal1 siRNAが、CD46及びCD59などの他のCDC調節タンパク質の分子量ではなく、CD55の分子量を修飾しかないことを示す。さらに、ST3Gal1 siRNAでトランスフェクトした乳癌細胞におけるCD46又はCD59の発現レベルが影響しない。
(実施例3:ST3Gal1サイレンシングがC3沈着の増加によって乳癌細胞をCDCに敏感する)
インビトロ評価は、癌細胞表面上のC3断片の沈着を測定することにより、脱シアリル化CD55を有するST3Gal1サイレンシングの乳癌細胞の分解促進能力を評価するために行われた。
インビトロ評価は、癌細胞表面上のC3断片の沈着を測定することにより、脱シアリル化CD55を有するST3Gal1サイレンシングの乳癌細胞の分解促進能力を評価するために行われた。
乳癌細胞を非溶解条件下でヒト血清で培養し、沈着したC3を抗C3抗体を用いたフローサイトメトリー分析により検出した。図3に示すように、癌細胞表面上のC3沈着物は、抗ヒト白血球抗原(HLA)抗体の濃度と相関する。抗HLA抗体の非存在下において、スクランブルRNA(sc)およびST3Gal1 siRNA(si)でトランスフェクトした乳癌細胞の両方に最小量のC3沈着が存在する(幾何平均蛍光:scが31.5±0.2×103であり、siが35.2±0.6×103である)。10μg/ml及び25μg/mlの抗体では、siでトランスフェクトした乳癌細胞の表面上のC3沈着物は、scでトランスフェクトした乳癌細胞のC3沈着より有意に高い(幾何中央蛍光:10μg/mlの抗体では、scが72.1±4.8x103であり、siが89.5±5.5x103であり、25μg/mlの抗体では、scが118.0±6.4x103であり、siが164.8±0.8x103である)。この結果は、ST3Gal1サイレンシングがC3沈着を増加させ、表面発現CD55の分解促進活性を減少させることを示唆している。
(実施例4:ST3Gal1サイレンシングが乳癌細胞を抗体依存性細胞媒介性(ADCC)細胞傷害性に敏感する)
ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞の表面上の脱シアリル化CD55及び末梢血単核細胞(PBMC)媒介性ADCCの相互作用を調べた。
ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞の表面上の脱シアリル化CD55及び末梢血単核細胞(PBMC)媒介性ADCCの相互作用を調べた。
MDA−MB−231乳癌細胞を実施例1に従ってスクランブルRNA(sc)又はST3Gal1 siRNA(si)でトランスフェクトした。4日後、細胞を回収し、蛍光活性化細胞選別(FACS)によって膜補体調節タンパク質(mCRP)及び標的抗原の発現について分析した。ST3Gal1サイレンシングを用いたmCRP(CD46、CD55、及びCD59)及び標的抗原(HLA及びSSEA4)の発現レベルに変化はなかった。
ADCCアッセイは、エフェクターとするヒトPBMC細胞、抗体としての抗SSEA4、及び標的としてのST3Gal1siRNAでトランスフェクトしたMDA−MB−231細胞を用いて行われた。図4は、ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞が、スクランブルsiRNAでトランスフェクトした乳癌細胞よりもADCCに対する敏感度が有意に高いことを示す。エフェクター:標的の比が10:1(E/T10)である場合、scとsiに対する平均溶解率はそれぞれ24.2±1.7%及び41.5±2.4%であり、その差は統計的に有意である。IgG3アイソタイプ対照抗体(Ab1)及び抗SSEA4抗体(Ab2)は単独ではPMBCの非存在下で細胞の溶解が最小限であった。
(実施例5:ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞におけるCD55のグリコシル化のパターン)
CD55のグリコシル化パターンは、RIPA緩衝液で溶解したST3Gal1 siRNAでトランスフェクトした乳癌細胞を用いて分析された。トランスフェクトされ、溶解した乳癌細胞を脱グリコシル化酵素(PNGsse F、O−グリコシダーゼ(O−Glycosidase)及びノイラミニダーゼ(Neuraminidase))で処理し、ウェスタンブロットを用いて分析する。計算したCD55の分子量は約41kDaである。scでトランスフェクトした乳癌細胞(対照)のCD55は70kDaタンパク質として移動したが、ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞のCD55は低分子量でより速く移動する(図1C)。PNGase FによりN−グリカンを除去する後、scでトランスフェクトした乳癌細胞におけるCD55の分子量がわずかに減少する。しかし、ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞におけるCD55の分子量は、scで処理した乳癌細胞におけるCD55の分子量よりも低いである。この結果は、PNGase F処理の後、scでトランスフェクトした乳癌細胞およびST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞のCD55分子量が異なるので、ST3Gal1がCD55上のO−結合型グリカンのシアリル化を媒介することを示す。
CD55のグリコシル化パターンは、RIPA緩衝液で溶解したST3Gal1 siRNAでトランスフェクトした乳癌細胞を用いて分析された。トランスフェクトされ、溶解した乳癌細胞を脱グリコシル化酵素(PNGsse F、O−グリコシダーゼ(O−Glycosidase)及びノイラミニダーゼ(Neuraminidase))で処理し、ウェスタンブロットを用いて分析する。計算したCD55の分子量は約41kDaである。scでトランスフェクトした乳癌細胞(対照)のCD55は70kDaタンパク質として移動したが、ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞のCD55は低分子量でより速く移動する(図1C)。PNGase FによりN−グリカンを除去する後、scでトランスフェクトした乳癌細胞におけるCD55の分子量がわずかに減少する。しかし、ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞におけるCD55の分子量は、scで処理した乳癌細胞におけるCD55の分子量よりも低いである。この結果は、PNGase F処理の後、scでトランスフェクトした乳癌細胞およびST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞のCD55分子量が異なるので、ST3Gal1がCD55上のO−結合型グリカンのシアリル化を媒介することを示す。
CD55分子のシアル酸残基は、糖タンパク質及びオリゴ糖からのα2−3、α2−6及びα2−8結合型シアル酸残基の加水分解を触媒するノイラミニダーゼを用いて除去される。ノイラミニダーゼを用いたCD55分子の処理は、ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞及びscでトランスフェクトした乳癌細胞(対照)のCD55の分子量を減少させる(図5)。PNGase F及びノイラミニダーゼによるCD55分子の二重消化は、CD55の分子量をさらに減少させる。これらの発見は、CD55のシアリル化がO−結合型であることを示唆している。
この発見をさらに確認するために、scでトランスフェクトした乳癌細胞及びST3Gal1 siRNAでトランスフェクトした乳癌細胞をO−グリコシダーゼで処理して、糖タンパク質からのコア1及びコア3 O−結合型二糖の除去を触媒する。CD55分子の分子量は、scでトランスフェクトした乳癌細胞及びST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞の両方で減少したが、ST3Gal1 siRNAでトランスフェクトした乳癌細胞のCD55の分子量は、scでトランスフェクトした乳癌細胞の分子量より低いである。図5に示すように、PNGase F、ノイラミニダーゼ、及びO−グリコシダーゼによるCD55分子の三重消化は、ST3Gal1サイレンシング及びscでトランスフェクトした乳癌細胞のCD55分子の分子量を約50KDに減少させる。これらの発見は、CD55がST3Gal1によって触媒されるO−結合型シアリル化糖タンパク質であることを確認する。
(実施例6:CD55のN−及びO−グリコシル化の概要)
直接LC−MS/MS分析の結果において、ST3Gal1サイレンシング及びscでトランスフェクトした乳癌細胞は、CD55分子のN−グリカンの大部分が、コアのフコシル化(core fucosylation)された又はされない末端シアル酸を有する複合二分岐及び三分岐構造を含むことを示す。二分岐立体構造および三分岐立体構造は、予想のトリプシンペプチドであるGSQWSDIEEFCNRのグリコフォームとして検出され、それは単一のN結合グリコシル化部位として報告されている。二分岐及び三分岐構造の相対量は、ST3Gal1サイレンシングでは有意に変化しなかった(図6A)。ST3Gal1サイレンシング及びscでトランスフェクトした乳癌細胞におけるCD55分子の同一分析は、セリン/スレオニンリッチ−ストーク領域に位置する可能性のある24個の予測されたO−結合型グリコシル化部位のいずれも同定されなかった(www.cbs.dtu.dk/services/netogly)。その代わりに、放出されたペルメチル化O−グリカンのLC−MS/MS分析は、CD55分子の主な構造が、シアル酸を含む及び含まないコア1、及び最大2つのシアル酸を有するコア2に基づくことを示した。CD55上のコア1及びコア2 O−グリカンのシアリル化は、CD55の活性を調節する。
直接LC−MS/MS分析の結果において、ST3Gal1サイレンシング及びscでトランスフェクトした乳癌細胞は、CD55分子のN−グリカンの大部分が、コアのフコシル化(core fucosylation)された又はされない末端シアル酸を有する複合二分岐及び三分岐構造を含むことを示す。二分岐立体構造および三分岐立体構造は、予想のトリプシンペプチドであるGSQWSDIEEFCNRのグリコフォームとして検出され、それは単一のN結合グリコシル化部位として報告されている。二分岐及び三分岐構造の相対量は、ST3Gal1サイレンシングでは有意に変化しなかった(図6A)。ST3Gal1サイレンシング及びscでトランスフェクトした乳癌細胞におけるCD55分子の同一分析は、セリン/スレオニンリッチ−ストーク領域に位置する可能性のある24個の予測されたO−結合型グリコシル化部位のいずれも同定されなかった(www.cbs.dtu.dk/services/netogly)。その代わりに、放出されたペルメチル化O−グリカンのLC−MS/MS分析は、CD55分子の主な構造が、シアル酸を含む及び含まないコア1、及び最大2つのシアル酸を有するコア2に基づくことを示した。CD55上のコア1及びコア2 O−グリカンのシアリル化は、CD55の活性を調節する。
ST3Gal1サイレンシングした乳癌細胞において、m/z638.439(2+)でのジシアリル化コア2構造の相対量が有意に減少するが、m/z683.839(2+)でのモノシアリル化コア2構造の相対量が増加する(図6B)。LC−MSデータは、ST3Gal1が、CD55分子のN−グリカンではなく、O−グリカンの2−3シアリル化に重要な役割を果たすことを示唆している。CD55分子のO−グリカンの2−3シアリル化の障害は、ジシアリル化コア2構造を犠牲にして、非シアリル化コア1及びモノシアリル化コア2を増加する。一方、CD55分子(m/z895.462)のモノシアリル化コア1 O−グリカンの相対量は、2−6シアリル化の補償などにより、ST3Gal1サイレンシング及びscでトランスフェクトした乳癌細胞において同様であった。
(実施例7:ST3Gal1ノックダウンが前立腺癌細胞及び神経芽細胞腫細胞の増殖に及ぼす影響)
前立腺癌細胞(PC3、バイオリソースの収集と研究センター(Bioresource Collection and Research Center)、台湾)及び神経芽細胞腫細胞(SH−SY5Y、Yi−Cheng Chen教授、マッカイ医科大学(Mackay Medical College)(台湾)から入手した)は、実施例1に従ってスクランブルRNA(sc)又はST3Gal1 siRNA(si)でトランスフェクトした。細胞増殖は、細胞増殖のレベルを表すために使用された蛍光(590nm)を測定することで、VictorX3プレートリーダーでアラマーブルーアッセイによって測定された。
前立腺癌細胞(PC3、バイオリソースの収集と研究センター(Bioresource Collection and Research Center)、台湾)及び神経芽細胞腫細胞(SH−SY5Y、Yi−Cheng Chen教授、マッカイ医科大学(Mackay Medical College)(台湾)から入手した)は、実施例1に従ってスクランブルRNA(sc)又はST3Gal1 siRNA(si)でトランスフェクトした。細胞増殖は、細胞増殖のレベルを表すために使用された蛍光(590nm)を測定することで、VictorX3プレートリーダーでアラマーブルーアッセイによって測定された。
図7A及び7Bは、siRNA(siRNA)によるST3Gal1の阻害が、ST3Gal1阻害(scRNA)なしと比較して、前立腺癌細胞及び神経芽細胞腫細胞の増殖を有意に減少させたことを示す。
(実施例8:乳癌細胞におけるST3Gal1阻害に対するsiRNA及びshRNAの効果)
MDA−MB−231乳癌細胞をスクランブルsiRNA(sc)、shRNAを含まないベクター(pVoid)、shRNA1−3(配列番号11)、shRNA1−4(配列番号12)、又は以下の表1に列挙するsiRNAでトランスフェクトした。
MDA−MB−231乳癌細胞をスクランブルsiRNA(sc)、shRNAを含まないベクター(pVoid)、shRNA1−3(配列番号11)、shRNA1−4(配列番号12)、又は以下の表1に列挙するsiRNAでトランスフェクトした。
ST3Gal1 mRNAの発現レベルをqPCR分析により分析し、GAPDH mRNAレベルに標準化した。
図8A〜8Cに示されるように、scRNA、siRNA−A又はpVoidでトランスフェクトした乳癌細胞と比較して、siRNA−1、siRNA−2、siRNA−3、siRNA−7、shRNA1−3及びshRNA1−4でトランスフェクトした乳癌細胞のST3Gal1 RNAの発現が減少した。
(実施例9:乳癌細胞における抗癌剤とST3Gal1 siRNAとの組み合わせの相乗効果)
乳癌細胞を用いて、ST3Gal1 siRNA(ST3Gal1の発現をノックダウンするため)及び抗癌剤の効果のインビトロ評価を行った。
乳癌細胞を用いて、ST3Gal1 siRNA(ST3Gal1の発現をノックダウンするため)及び抗癌剤の効果のインビトロ評価を行った。
MCF7乳癌細胞を表1のレジームの1つで処理し、細胞増殖をxCELLigence System (ACEA Biosciences, Inc., USA)によって監視した。
図9は、タモキシフェン、バンデタニブ又はそれらの組み合わせの抗癌剤及びST3Gal1ノックダウンの相乗効果を示す。癌細胞生存率について、タモキシフェンの単独使用が76%であり、バンデタニブの単独使用が37.5%であり、タモキシフェンとバンデタニブの併用が22%であり、ST3Gal1 siRNAの単独使用が65%であり、ST3Gal1 siRNA及びタモキシフェンの組み合わせが40%であり、又はST3Gal1 siRNA及びバンデタニブの組み合わせが17%であり、ST3Gal1 siRNA、タモキシフェン、及びバンデタニブの組み合わせが5%であった。
本発明の特定の実施例が説明及び記載されたが、本教示にアクセスする当業者は、本発明がこれらの実施例のみに限定されないことは明らかである。したがって、本発明は、当業者には明らかである多くの修正、変更、変形、置換、及び均等物を含むことが意図されていることを理解されたい。
Claims (16)
- 修飾された癌細胞におけるST3Gal1糖転移酵素(ST3Gal1)の発現が減少することを特徴とする、修飾された癌細胞。
- 前記修飾された癌細胞における前記ST3Gal1の発現が、従来の癌細胞と比較して、1〜99%減少することを特徴とする、請求項1に記載の修飾された癌細胞。
- 前記修飾された癌細胞は、修飾された乳癌細胞、修飾された前立腺癌細胞又は修飾された神経芽細胞腫細胞であることを特徴とする、請求項1に記載の修飾された癌細胞。
- ATCC寄託番号PTA−122610を有することを特徴とする、請求項3に記載の修飾された乳癌細胞。
- 潜在的な癌治療剤をスクリーニングする方法であって、
(a)前記潜在的な癌治療剤の存在下で請求項1に記載の修飾された癌細胞を増殖し、及び前記潜在的な癌治療剤の非存在下で請求項1に記載の修飾された癌細胞を増殖するステップと、
(b)前記潜在的な癌治療剤の存在下での前記修飾された癌細胞の増殖速度又は細胞数を測定し、及び前記潜在的な癌治療剤の非存在下での前記修飾された癌細胞の増殖速度又は細胞数を測定するステップと、
(c)前記潜在的な癌治療剤の存在下及び前記潜在的な癌治療剤の非存在下で、前記修飾された癌細胞の増殖速度又は細胞数を比較するステップと、
を含み、
前記修飾された癌細胞の増殖速度の遅延又はより低い細胞数は、前記潜在的な癌治療剤が癌治療剤として働くことを示すことを特徴とする、潜在的な癌治療剤をスクリーニングする方法。 - 前記潜在的な癌治療剤がモノクローナル抗体であることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- ST3Gal1の発現を抑制する有効量の遺伝子構築物及び抗癌剤を投与するステップを含み、その有効量の遺伝子構築物及び抗癌剤で対象における癌細胞増殖を抑制することを特徴とする、対象の癌細胞増殖を抑制する方法。
- ST3Gal1の発現を阻害する前記遺伝子構築物は、一本鎖アンチセンスオリゴヌクレオチド、低分子干渉RNA(siRNA)及び小ヘアピンRNA(shRNA)から選択されることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記一本鎖アンチセンスオリゴヌクレオチドは、配列番号2、4、6、及び8から選択されるヌクレオチド配列と少なくとも90%相同であることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記siRNAは、配列番号2、4、6、及び8から選択されるヌクレオチド配列と少なくとも90%相同であるアンチセンス鎖、及び配列番号3、5、7、及び9から選択されるヌクレオチド配列と少なくとも90%相同であるセンス鎖を含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記shRNAは、配列番号10、11及び12から選択される配列と少なくとも90%相同であるヌクレオチド配列を含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記遺伝子構築物は、配列番号13、14及び15から選択される配列と少なくとも90%相補的なヌクレオチド配列を含むことを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記抗癌剤は、癌ワクチン、抗体、エストロゲン受容体(ER)阻害剤、トランスフェクション中の再構成(RET)阻害剤又はそれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記抗体は、Globo H、SSEA−3、SSEA−4、Gb4又はBb4から選択される腫瘍関連炭水化物抗原に対するものであることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 前記ER阻害剤は、タモキシフェンであることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 前記RET阻害剤は、バンデタニブであることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
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