JP2018516984A - 細胞を標的にしたhpv処置のための組成物および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年5月29日に出願された米国仮特許出願番号第62/168,188号の利益および優先権を主張しており、その内容は参考として援用される。
本発明は、一般に、ガイドされるヌクレアーゼ系を使用してウイルス感染を選択的に処置するための組成物および方法に関する。
ヒトパピローマウイルス、すなわちHPVは、多くの人々に感染するウイルスである。実際、75%を超える女性および男性が人生のある時点で感染する。ほとんどのHPV感染は無症候性であり、身体的症状を引き起こさないが、一部の人々では感染によって乳頭腫として公知の増殖を引き起こすことがあり、子宮頸部、外陰部、膣、陰茎、中咽頭および肛門のがんを引き起こすことさえある。特に、HPV 16およびHPV 18は、子宮頸がんのケースのおよそ70%の原因となることが知られている。
本発明は、HPVに感染した細胞またはある特定のタイプの細胞内の、HPVゲノムを選択的に標的とするため、または標的に向かうことが可能なヌクレアーゼを選択的に発現させるために使用することができる、標的に向かうことが可能なヌクレアーゼを使用したウイルス感染を処置する組成物および方法を提供する。HPVに感染したある特定のタイプの細胞を選択的に標的とすること、感染した細胞内のHPVゲノムを標的とすること、またはそれらの組合せにより、ヌクレアーゼはHPVゲノムを切断することができ、そのことにより、それを不活性化して作動不能とし、ウイルスが感染の潜伏段階にある場合でさえも増殖するウイルスの能力を妨害する。感染細胞を選択的に標的とすることは、例えば、ケラチノサイトに対する、細胞型特異的プロモーターを使用して行うことができ、そのような細胞は感染細胞である。ヌクレアーゼの標的に向かうことが可能な性質により、それは宿主ヒトゲノムの正常な機能を妨害することなくHPVゲノムを切断することに使用することができる。ウイルス核酸を標的とすることは、ヌクレアーゼで破壊しようとするウイルスゲノム物質を標的とし、宿主細胞ゲノムを標的としないガイドRNAなどの配列特異的部分を使用して行うことができる。一部の実施形態では、ウイルスゲノム物質を共に標的とし、それを選択的に編集または破壊するCRISPR/Cas9ヌクレアーゼおよびガイドRNA(gRNA)が使用される。gRNAは、HPVゲノムの特定部分へとCas9を標的に向かわせる。潜伏性HPVは、宿主細胞から切断され、根絶され得るので、本発明の組成物および方法は、HPV感染を処置するために、および強力にパピローマウイルスに関連する多くの有害な健康事象を未然に予防するために使用され得る。
本発明は、一般に、ケラチノサイトにおけるHPV感染への特定の適用でガイドされるヌクレアーゼ系を使用して、ウイルス感染を選択的に処置するための組成物および方法に関する。本発明の方法は、一本鎖または二本鎖切断、切断、消化または編集等のヌクレアーゼ活性を介して細胞内のウイルス核酸を無力化または損壊するために使用される。本発明の方法は、全ゲノムを再構築する確率を減少させて、ゲノム中に大きな欠失または繰り返しの欠失を体系的に引き起こすために使用され得る。
図1は、ウイルスに感染した細胞を処置する方法を図示する。本発明の方法は、患者のin vivo処置に適用可能であり、潜伏ウイルス感染に関連するウイルスの遺伝子等の任意のウイルス遺伝物質を除去するために使用され得る。方法は、例えば、細胞培養物または細胞試料を調製または処理するために、in vitroで使用され得る。in vivoで使用される場合、細胞は、任意の好適な生殖系列細胞または体細胞であってもよく、本発明の組成物は、患者の身体の特定の部分に送達されてもよいか、または全身に送達されてもよい。全身的に送達される場合、本発明の組成物内に組織特異的プロモーターを含めることが好ましくあり得る。例えば、患者が肝臓に局在する潜伏性ウイルス感染を有する場合、標的ヌクレアーゼをコードするプラスミドまたはウイルスベクターに、肝臓組織特異的プロモーターが含まれてもよい。
本発明の方法は、プログラム可能であるか、または標的に向かわせることが可能なヌクレアーゼを使用して、ウイルス核酸を特異的に標的として破壊することを含む。例えば、ジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、クラスターを形成し規則正しい間隔を持つ短いパリンドロームリピート(CRISPR)ヌクレアーゼ、メガヌクレアーゼ、他のエンドヌクレアーゼもしくはエキソヌクレアーゼ、またはそれらの組合せを含む、任意の好適な標的指向性ヌクレアーゼを使用することができる。Schiffer、2012年、Targeted DNA mutagenesis for the cure of chronic viral infections、J Virol、88巻(17号):8920〜8936頁を参照されたい。この文献は、参照により組み込まれる。
ヌクレアーゼは、ガイドRNA(gRNA)の標的特異性を使用することができる。以下で考察されるように、ガイドRNAまたは単一ガイドRNAは、ウイルスゲノムを標的とするように特異的に設計される。本明細書で使用さえる場合、標的指向性配列は、gRNA、crRNA、tracrRNA、sgRNAなどの任意の組合せを意味し得る。本発明のCRISPR/Cas9遺伝子編集複合体は、ウイルスゲノムを標的とするガイドRNAと共に最適に作用する。ガイドRNA(gRNA)(単一ガイドRNA(sgRNA)、crisprRNA(crRNA)、トランス活性化RNA(tracrRNA)、任意の他の標的指向性オリゴ、またはそれらの任意の組合せを含む)は、ウイルスゲノムの損壊を引き起こすために、CRISPR/Cas9複合体をウイルスゲノムへと導く。本発明の態様では、CRISPR/Cas9/gRNA複合体は、細胞内の特定のウイルスを標的とするように設計される。本発明の組成物を使用して任意のウイルスを標的とすることができることが理解されるべきである。ウイルスゲノムの特異的領域を識別することにより、CRISPR/Cas9/gRNA複合体の開発および設計が支援される。
本発明の方法は、ヌクレアーゼおよび配列特異的標的指向性部分をHPV感染ケラチノサイト内に導入することを含む。ヌクレアーゼは、配列特異的標的指向性部分によりウイルス核酸を標的とし、その後、宿主ゲノムを妨害することなくウイルス核酸を切断する。任意の好適な方法を使用して、ヌクレアーゼを感染細胞または組織に送達することができる。例えば、ヌクレアーゼまたはヌクレアーゼをコードする遺伝子を、注射により、経口で、または流体力学的送達により送達することができる。ヌクレアーゼまたはヌクレアーゼをコードする遺伝子は、全身循環に送達してもよく、または特定の組織タイプに送達してもよく、もしくはそうでなければ局在化させてもよい。ヌクレアーゼまたヌクレアーゼをコードする遺伝子を修飾またはプログラムして、コードされているヌクレアーゼが、ある特定の組織タイプで優先的にまたはある特定の組織タイプでのみ転写されるように組織特異的プロモーターを使用することによる等の、ある特定の条件下でのみ活性化させてもよい。
CRISPR/Cas9/gRNA複合体は、細胞内部に入ると、ウイルスゲノムを標的とする。本発明の態様では、複合体は、ウイルスゲノムへと標的化されている。潜伏感染に加えて、本発明を使用して、パッケージングにされる前にまたは放出された後にウイルスゲノムを標的とすることにより、ウイルス複製を能動的に制御することもできる。一部の実施形態では、本発明の方法および組成物は、Cas9等のヌクレアーゼを使用して潜伏ウイルスゲノムを標的とし、それにより増殖の機会を低減させる。
本発明の方法および組成物は、宿主遺伝物質を妨害せずにウイルス核酸を標的とするために使用することができることが理解される。本発明の方法および組成物は、ウイルス配列内の標的にハイブリダイズする配列を有するガイドRNA等の標的指向性部分を使用する。本発明の方法および組成物は、gRNAを使用して、排他的にウイルスゲノムと結合し、二本鎖を切断することによりウイルス配列を宿主から除去するcas9酵素等の標的に向かうヌクレアーゼまたはそのようなヌクレアーゼをコードするベクターをさらに使用してもよい。
図36は、RNAでガイドされるヌクレアーゼ3205およびウイルスのウイルス核酸内の標的部位に相補的な部分を有するRNA 3213を含むリボ核タンパク質(RNP)3231を含む組成物3230を示す。RNPは、任意の細胞の外の溶液中で、活性形態で存在するという点において、好ましくは細胞外RNPである。RNAでガイドされるヌクレアーゼ3205は、Cas9またはCpf1等のCRISPR関連タンパク質であってもよい。図52は、RNP 3231を包み込むリポソーム5215を示す。図53は、リポソーム5215内に包み込まれたRNP 3231が、ヒトパピローマウイルス(HPV)に感染した細胞に送達されると、初期遺伝子、特にE6およびE7内のHPVのウイルス核酸を切断する組成物の実施形態を提供することを示す。図53および図51に示されるように、初期遺伝子(E6およびE7)内の複数の部位を標的とするガイドRNAと共に複数のRNPが送達されると、組成物はHPV+がん細胞を死滅させることについて、有効である。図36は、細胞内の外来核酸を切断する(切断産物が代謝経路に入る可能性があるため、外来核酸を効果的に除去する)方法3201を示す。この方法は、上に記載の任意の実施形態に従った細胞外RNP 3231を含む組成物3230を、in vitroで細胞3259または組織に、または患者に送達するステップ、およびウイルス核酸をRNPで切断するステップを含む。
本開示の全体にわたって、特許、特許出願、特許公報、ジャーナル、本、論文、ウェブコンテンツ等の他の文献が参照および引用されている。そのような文献は全て、それらの全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に図示および記載されているものに加えて、本発明およびその多数のさらなる実施形態に対する種々の改変は、当業者であれば、本明細書に引用されている科学文献および特許文献への参照を含む本書類の完全な内容から明白になる。本明細書の主題は、種々の実施形態およびその均等物にて本発明を実施するために応用することができる重要な情報、例示、および指針を含む。
標的EBV
バーキットリンパ腫細胞株Raji、Namalwa、およびDG−75を、ATCCから取得し、ATCCの推奨に従って10%FBSおよびPSAで補完されたRPMI1640で培養した。ヒト原発性肺線維芽細胞IMR−90を、Coriellから取得し、10%FBSおよびPSAで補完されたアドバンストDMEM/F−12で培養した。
HPVゲノムおよび標的
HPVゲノムは、概して3つの主要領域(初期領域、後期領域、および長い制御領域(long control region;LCR))に分けることができる、およそ8kbのサイズの二本鎖環状DNAゲノムであり、これらの領域は2つのポリアデニル化部位により隔てられている。初期領域は、その5’半分からHPVゲノムの50%を超えるものであり、タンパク質に翻訳される6つの共通のオープンリーディングフレーム(E1、E2、E4、E5、E6およびE7)をコードする。後期領域は、初期領域の下流であり、メジャー(L1)およびマイナー(L2)キャプシドタンパク質の翻訳のためのL1 ORFおよびL2 ORFをコードする。gRNA等の標的指向性配列は、ウイルス機能を妨げるためにキャプシドタンパク質を標的とすることができる。約850bpのLCR領域は、タンパク質コード機能を有さないが、複製の開始点ならびにウイルス初期プロモーターおよび後期プロモーターからの転写調節のための転写因子結合部位を有する。引用により取り込まれる、Bernard、2007年、Gene expression of genital human papillomaviruses and considerations on potential antiviral approaches、Antivir Ther. 7巻:219〜237頁を参照されたい。HPV−16ゲノムは、2つの主要なプロモーターを含む。P97プロモーターは、E6 ORFの上流に位置し、ほとんど全ての初期遺伝子発現に関与する。P670プロモーターは、E7 ORF領域内に位置し、後期遺伝子発現に関与する。HPV−31のP99およびHPV−18のP105に匹敵するHPV−16 P97プロモーターは、非常に強力で、主に、細胞転写因子およびウイルストランス活性化因子/リプレッサーE2と相互作用し、未分化の基底細胞から高度に分化したケラチノサイトへP97の転写を調節するLCRの上流のシスエレメントによって、厳密に制御されている。E2は、TBPまたはTFIID結合後、P97転写のためのリプレッサーとして機能し、その転写抑制は、組込まれたHPV−16 DNAを有する細胞でのみ起こるがエピソーム性HPV−16 DNAを有する細胞では起こらないと考えられている。HPV−16 P670プロモーターは後期プロモーターであり、その活性は分化したケラチノサイトにおいてのみ誘導することができる。E6およびE7コード領域におけるエレメントは後期プロモーターを調節することができ、HPV−16における後期P670プロモーターおよびHPV−31におけるP742は両方ともE7コード領域に位置し、後期プロモーターからの転写は初期pA部位を迂回して後期領域を発現させなければならない。引用により取り込まれる、ZhengおよびBaker、2006年、Papillomavirus genome structure, expression, and post-transcriptional regulation、Front Biosci 11巻:2286〜2302頁を参照されたい。
図36は、ウイルス核酸3251等の外来核酸を除去するための細胞3237を処理する方法3201を示す。方法3201は、HPV感染を処置するために臨床的に使用されてもよく、または方法3201は、例えば、ヒトに由来する細胞等の対象の細胞から外来核酸を除去するための研究および開発のために、in vitroで使用されてもよい。
Cas9 RNPがHPV+がん細胞を死滅させる
Cas9等のヌクレアーゼは、選択されたガイドRNAを介してHPVゲノムにガイドされ得る。図41は、ある特定の実施形態に従って、選択されたガイドRNAがHPVゲノムにマッピングされる場所を示す。2つはE6遺伝子にマッピングし、2つはE7遺伝子にマッピングする。
Cas9 RNPは、Cas9 pDNAよりも良く切断する
図45は、CRISPR/Cas9 RNPがDNA切断を増強することを示すゲルである。
Cas9 RNPはHPV+がん細胞をpDNAよりも効果的に死滅させる
図47は、HPV+がん細胞の生存率が、HPV特異的CRISPR/Cas9 RNPを使用して、HPV+がん細胞を処理した場合に、Cas9をコードするpDNAでこれらの細胞を処理した場合よりも、より低いことを示す。
複数のガイドRNAは、個々のものよりも良好である
図48は、HPV特異的CRISPR RNPの組合せがHPV+がん細胞死滅を改善することを示す。E6−1およびE6−2ガイドRNAでRNPを送達することにより、それらのどちらか一方のみでRNPを送達するよりも低い生存数がもたらされる。
E6、E7を標的とすることによるHPV+がん細胞の死滅
図49は、HPV+がん細胞を死滅させるためのプライマー設計を示す。プライマーE6−1、E6−2、E7−1、E7−3およびE7−4は、示されるように、E6およびE7遺伝子内に位置するように設計された。
RNPのリポソーム送達により、がん細胞が阻害される
図52は、リポソームを介するCas9 RNPの送達を示した。
EBV特異的CRISPR/Cas9 RNPは、EBV+Bリンパ腫がん細胞を特異的に死滅させる。
図37は、EBV特異的CRISPR/Cas9 RNPがEBV+Bリンパ腫がん細胞を特異的に死滅させることを示すための実験設計を図示している。Raji細胞はEBV陽性である。Raji細胞は、造血起源の継続ヒト細胞株である。DG−75細胞は、アメリカ合衆国培養細胞系統保存機関(American Type Culture Collection;Manassas、VA)から入手可能なEBV陰性Bリンパ球細胞株である。DG−75は、mCherry蛍光マーカーを示す。EBV陰性細胞は蛍光マーカーを含むので、成功した切断事象を識別することができる。
Claims (35)
- 標的に向かうことが可能なヌクレアーゼおよび前記ヌクレアーゼをHPVゲノムへと標的に向かわせる標的指向性配列をコードするベクターを含む、ヒトパピローマウイルス(HPV)感染を処置するための組成物。
- ベクターが、ケラチノサイト内での前記標的に向かうことが可能なヌクレアーゼおよび前記標的指向性配列の発現を促進する特徴を含む、請求項1に記載の組成物。
- 発現を促進する前記特徴が、他の型の宿主細胞よりも前記ケラチノサイト内での前記標的に向かうことが可能なヌクレアーゼおよび前記標的指向性配列の発現を選択的に好むプロモーター−エンハンサーカセットを含む、請求項2に記載の組成物。
- 前記ヌクレアーゼが、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、およびメガヌクレアーゼからなる群から選択されるヌクレアーゼである、請求項2に記載の組成物。
- 前記ヌクレアーゼがCas9エンドヌクレアーゼを含み、前記標的指向性配列がガイドRNAを含む、請求項2に記載の組成物。
- 前記標的指向性配列が、前記HPVゲノム内のE6遺伝子を切断するために前記ヌクレアーゼを標的に向かわせる、請求項2に記載の組成物。
- 前記ベクターが、前記HPVゲノム内のE7遺伝子を切断するために前記ヌクレアーゼを標的に向かわせる第2の標的指向性配列をさらに含む、請求項6に記載の組成物。
- ヒト患者への送達のためにさらにパッケージされる、請求項1に記載の組成物。
- 前記標的指向性配列がガイドRNAであり、ヒトゲノム内で60%超の一致を有さない、請求項1に記載の組成物。
- 前記ベクターが、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ワクシニアウイルス、アデノ随伴ウイルス、プラスミド、ナノ粒子、カチオン性脂質、カチオン性ポリマー、金属ナノ粒子、ナノロッド、リポソーム、マイクロバブル、細胞透過性ペプチド、およびリポスフェアからなる群から選択されるベクターを含む、請求項1に記載の組成物。
- ヒトパピローマウイルス(HPV)感染を処置するための方法であって、
宿主細胞に、標的に向かうことが可能なヌクレアーゼおよびHPVゲノムへと前記ヌクレアーゼを標的に向かわせる標的指向性配列を導入するステップ;ならびに
宿主ゲノム上の遺伝子に干渉することなく、前記宿主細胞内において前記ヌクレアーゼで前記HPVゲノムを切断するステップ
を含む方法。 - 前記標的に向かうことが可能なヌクレアーゼおよび前記標的指向性配列が、前記標的に向かうことが可能なヌクレアーゼおよび前記標的指向性配列をコードするベクターを使用して導入される、請求項11に記載の方法。
- 前記宿主細胞がケラチノサイトであり、前記ベクターが、前記ケラチノサイト内での前記標的に向かうことが可能なヌクレアーゼおよび前記標的指向性配列の発現を促進する特徴を含む、請求項12に記載の方法。
- 発現を促進する前記特徴が、他の型の宿主細胞よりも前記ケラチノサイト内での前記標的に向かうことが可能なヌクレアーゼおよび前記標的指向性配列の発現を選択的に好むプロモーター−エンハンサーカセットを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記ベクターが、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、アルファウイルス、ワクシニアウイルス、アデノ随伴ウイルス、プラスミド、ナノ粒子、カチオン性脂質、カチオン性ポリマー、金属ナノ粒子、ナノロッド、リポソーム、マイクロバブル、細胞透過性ペプチド、およびリポスフェアからなる群から選択されるベクターを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記ヌクレアーゼが、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ、およびメガヌクレアーゼからなる群から選択されるヌクレアーゼである、請求項11に記載の方法。
- 前記ヌクレアーゼがCas9エンドヌクレアーゼを含み、前記標的指向性配列がガイドRNAを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記標的指向性配列が、前記HPVゲノム内のE6遺伝子を切断するために前記ヌクレアーゼを標的に向かわせる、請求項17に記載の方法。
- 前記ベクターが、前記HPVゲノム内のE7遺伝子を切断するために前記ヌクレアーゼを標的に向かわせる第2の標的指向性配列をさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記標的指向性配列がガイドRNAであり、ヒトゲノム内で60%超の一致を有さない、請求項19に記載の方法。
- 前記宿主が生体ヒト患者であり、前記ステップがin vivoで行われる、請求項20に記載の方法。
- RNAでガイドされるヌクレアーゼ;および
ウイルスのウイルス核酸内の標的部位に相補的な部分を有するRNA
を含むリボ核タンパク質(RNP)を含む組成物。 - 前記RNAでガイドされるヌクレアーゼが、CRISPR関連タンパク質およびCpf1からなる群より選択される、請求項22に記載の組成物。
- 前記RNPを包み込むリポソームをさらに含む、請求項23に記載の組成物。
- 前記ウイルスがヒトパピローマウイルス(HPV)である、請求項23に記載の組成物。
- 前記標的部位が、前記HPVのゲノムのE6またはE7遺伝子内に存在する、請求項25に記載の組成物。
- 前記RNAでガイドされるヌクレアーゼが、核局在化シグナルをさらに含む、請求項26に記載の組成物。
- 少なくとも第2のRNPをさらに含み、前記第2のRNPは、第2のRNAでガイドされるヌクレアーゼおよび第2のRNAを含む、請求項26に記載の組成物。
- 前記第2のRNAが、前記ウイルス核酸内の第2の標的部位に相補的な第2の部分を含み、前記第2の標的部位が、前記E6またはE7遺伝子内に存在し、前記標的部位と同じでない、請求項28に記載の組成物。
- 前記RNPを包み込むリポソームおよび前記第2のRNPを包み込む第2のリポソームをさらに含む、請求項28に記載の組成物。
- 前記RNAでガイドされるヌクレアーゼがCas9である、請求項28に記載の組成物。
- 前記ウイルスに感染した細胞に送達されたときに前記ウイルス核酸を複数の位置で切断する複数のRNPをさらに含む、請求項23に記載の組成物。
- 前記複数のRNPを包み込む複数のリポソームをさらに含む、請求項31に記載の組成物。
- 前記標的部位に相補的な前記部分が、ヒトゲノム内で60%超の一致を有さない、請求項22〜33のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項22〜33のいずれか一項に記載の組成物をin vitroで細胞または組織に送達するステップ、およびウイルス核酸を前記RNPで切断するステップを含む、細胞から外来核酸を除去する方法。
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