JP2019503394A - 分岐オリゴヌクレオチド - Google Patents

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Abstract

製剤なしに効率的かつ特異的な組織分布、細胞取り込み、最小免疫応答およびオフターゲット効果を示す分岐オリゴヌクレオチドが本明細書において提供される。

Description

連邦政府による資金提供を受けた研究の記載
本発明は国立衛生研究所により授与された助成金番号1 R01 GM108803−02の下の政府支援によりかつCHDI財団からの助成金により行った。米国政府は本発明における一定の権利を有する。
関連出願
本出願は2016年1月31日に出願された米国特許仮出願番号第62/289,268号および2016年4月1日に出願された第62/317,113号の優先権を主張するものである。前記出願の内容は、全ての目的のために、参照により本明細書に包含させる。
技術分野
本発明は予想外に高い有効性、取り込みおよび組織分布を達成するためにデザインされた新規分岐オリゴヌクレオチドに関する。
治療用オリゴヌクレオチドは、遺伝子機能の阻害を含む種々の用途について単純かつ有効な手段である。このような阻害の例はRNA干渉(RNAi)である。しかしながら、一般的な治療戦略としてのRNAiの有望性は、小さなRNAを広範囲の組織に送達する能力に左右される。現在、小さな治療RNAは肝臓にしか有効に送達できない。最小限の免疫応答およびオフターゲット効果、製剤なしでの効率的な細胞取り込みならびに効率的かつ特異的な組織分布を示す、自己送達siRNAおよび一般的な治療用オリゴヌクレオチドが依然として必要とされている。
従って、本発明は分布、インビボ有効性および安全性において予想外の改善を示す分岐オリゴヌクレオチド(「本発明の化合物」)を提供する。
第一の態様において、2以上の核酸を含む分岐オリゴヌクレオチド化合物が提供され、これら核酸はリンカー、スペーサーおよび分岐点から選択される1以上の部分により互いに結合されている。
ある実施態様において、分岐オリゴヌクレオチドは2個、3個、4個、6個または8個の核酸を含む。
分岐オリゴヌクレオチドの実施態様において、各核酸は一本鎖であり、5’末端および3’末端を有し、各核酸は独立して、リンカー、スペーサーまたは分岐点と5’末端または3’末端で結合する。
ある実施態様において、各一本鎖核酸は独立して、少なくとも15個の連続したヌクレオチドを含む。ある実施態様において、アンチセンス鎖は少なくとも15個、少なくとも16個、少なくとも17個、少なくとも18個、少なくとも19個、または少なくとも20個の連続したヌクレオチドを含み、標的への相補性を有する。
ある実施態様において、各核酸は1以上の化学修飾ヌクレオチドを有する。ある実施態様において、各核酸は化学修飾ヌクレオチドから成る。
分岐オリゴヌクレオチドの実施態様において、各核酸は二本鎖であり、センス鎖およびアンチセンス鎖を含み、センス鎖およびアンチセンス鎖はそれぞれ、5’末端および3’末端を有する。ある実施態様において、各二本鎖核酸は独立して、センス鎖またはアンチセンス鎖の3’末端または5’末端でリンカー、スペーサーまたは分岐点と結合する。
ある実施態様において、センス鎖およびアンチセンス鎖はそれぞれ、1以上の化学修飾ヌクレオチドを含む。ある実施態様において、センス鎖およびアンチセンス鎖はそれぞれ、化学修飾ヌクレオチドから成る。ある実施態様において、センス鎖およびアンチセンス鎖はともに、交互の2’−メトキシ−ヌクレオチドおよび2’−フルオロ−ヌクレオチドを含む。ある実施態様において、センスおよびアンチセンス鎖の5’末端から1位および2位のヌクレオチドはホスホロチオエート結合により隣接するヌクレオチドに結合する。ある実施態様において、3’末端から1〜6位、または3’末端から1〜7位のヌクレオチドは、ホスホロチオエート結合により隣接するヌクレオチドに結合する。
ある実施態様において、分岐オリゴヌクレオチドは疎水性部分をさらに含む。特定の実施態様において、疎水性部分は分岐オリゴヌクレオチド化合物の1以上の末端5’位に結合する。疎水性部分は1以上の5’ホスフェート部分に含まれ得る。特定の実施態様において、疎水性部分はアルキルまたはアルケニル部分(例えば、アルキルもしくはアルケニル鎖または飽和もしくは不飽和脂肪酸残基)、ビタミンまたはコレステロール誘導体、芳香族部分(例えば、フェニルまたはナフチル)、脂溶性アミノ酸またはそれらの組合せを含む。疎水性部分の特定の実施態様および疎水的に修飾された分岐オリゴヌクレオチド化合物の合成戦略は図44に示される。
分岐オリゴヌクレオチドの実施態様において、各リンカーは独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され;リンカーのいずれかの炭素または酸素原子は場合により窒素原子で置換されていてよいか、ヒドロキシル置換基を有するか、またはオキソ置換基を有する。
第二の態様において、式(I):
〔式中、
Lはエチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され、
式(I)は場合により1以上の分岐点Bおよび1以上のスペーサーSをさらに含んでよく;
Bはそれぞれ独立して、多価有機種またはその誘導体であり;
Sはそれぞれ独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され;
Nはセンス鎖およびアンチセンス鎖を含むRNA二本鎖であり、これらセンス鎖およびアンチセンス鎖はそれぞれ独立して1以上の化学修飾を含み;
nは2、3、4、5、6、7または8である〕
の化合物が本明細書において提供される。
ある実施態様において、式(I)の化合物は表1の式(I−1)〜(I−9)から選択される構造を有する。
ある実施態様において、各アンチセンス鎖は独立して、表2の群から選択される5’末端基Rを含む。
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(II):
〔式中、
Xはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびその化学修飾誘導体から選択され;
Yはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびその化学修飾誘導体から選択され;
−はホスホジエステルヌクレオシド間結合を表し;
=はホスホロチオエートヌクレオシド間結合を表し;そして
---はそれぞれ、個々に塩基対相互作用またはミスマッチを表す〕
の構造を有する。
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(III):
〔式中、
はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;
Xはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドであり;
はそれぞれ、独立して、2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;そして
Yはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドである〕
の構造を有する。
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(IV):
〔式中、
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むアデノシンであり;
Aは2’−O−メチル修飾を含むアデノシンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むグアノシンであり;
Gは2’−O−メチル修飾を含むグアノシンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むウリジンであり;
Uは2’−O−メチル修飾を含むウリジンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むシチジンであり;そして
Cは2’−O−メチル修飾を含むシチジンである〕
の構造を有する。
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(V):
〔式中、
Xはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびその化学修飾誘導体から選択され;
Yはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびその化学修飾誘導体から選択され;
−はホスホジエステルヌクレオシド間結合を表し;
=はホスホロチオエートヌクレオシド間結合を表し;
---はそれぞれ、個々に塩基対相互作用またはミスマッチを表す〕
の構造を有する。
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(VI):
〔式中、
はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;
Xはそれぞれ、独立して2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドであり;
はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;そして
Yはそれぞれ、独立して2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドである〕
の構造を有する。
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(VII):
〔式中、
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むアデノシンであり;
Aは2’−O−メチル修飾を含むアデノシンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むグアノシンであり;
Gは2’−O−メチル修飾を含むグアノシンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むウリジンであり;
Uは2’−O−メチル修飾を含むウリジンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むシチジンであり;
Cは2’−O−メチル修飾を含むシチジンであり;
はそれぞれ、独立して、2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;
Yはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドである〕
の構造を有する。
式(I)の化合物の実施態様において、LはL1:
の構造を有する。L1の実施態様において、RはRであり、nは2である。
式(I)の化合物の実施態様において、LはL2:
の構造を有する。L2の実施態様において、RはRであり、nは2である。
第三の態様において、式(VIII):
〔式中、
Lはエチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され、
ここで、式(VIII)は場合により1以上の分岐点Bおよび1以上のスペーサーSをさらに含んでよく;ここで
Bはそれぞれ独立して、多価有機種またはその誘導体であり;
Sはそれぞれ独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され;
各cNAは独立して、1以上の化学修飾を含むキャリア核酸であり;そして
nは2、3、4、5、6、7または8である〕
の構造を有する治療用核酸のための送達系が本明細書で提供される。
ある実施態様において、表3の式(VIII−1)〜(VIII−9)から選択される構造を有する。
ある実施態様において、式(VIII)の化合物(例えば、式(VIII−1)〜(VIII−9)を含む)、各cNAは独立して、少なくとも15個の連続したヌクレオチドを含む。ある実施態様において、各cNAは独立して、化学修飾ヌクレオチドから成る。
ある実施態様において、送達系はさらにn個の治療用核酸(NA)を含み、各NAは少なくとも1つのcNAとハイブリッド形成する。
ある実施態様において、各NAは独立して、少なくとも16個の連続したヌクレオチドを含む。ある実施態様において、各NAは独立して、少なくとも16〜20個の連続したヌクレオチドを含む。ある実施態様において、各NAは少なくとも2個のヌクレオチドの不対オーバーハングを含む。ある実施態様において、オーバーハングのヌクレオチドはホスホロチオエート結合により結合する。
ある実施態様において、各NAは独立して、DNA、siRNA、アンタゴmiR、miRNA、ギャップマー、ミックスマーまたはガイドRNAから成る群から選択される。ある実施態様において、各NAは同一である。ある実施態様において、各NAは同一ではない。
ある実施態様において、n個の治療用核酸(NA)をさらに含む送達系は本明細書に記載される式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)、(VI)、(VII)およびそれらの実施態様から選択される構造を有する。
送達系の実施態様において、送達の標的は脳、肝臓、皮膚、腎臓、脾臓、膵臓、結腸、脂肪、肺、筋肉および胸腺からなる群から選択される。
ジ−hsiRNAの構造を示す。黒色 − 2’−O−メチル、灰色 − 2’−フルオロ、赤線 − ホスホロチオエート結合、リンカー − テトラエチレングリコール。ジ−hsiRNAはセンス鎖の3’末端でリンカーにより結合した2つの非対称siRNAである。より長いアンチセンス鎖とのハイブリッド形成により、組織分布、細胞取り込みおよび有用性に不可欠な、突出した完全ホスホロチオエート化一本鎖領域が形成される。提示された構造は4つのモノマーのtegリンカーを利用する。リンカーの化学的特性は有効性に影響を与えることなく変更できる。それは長さ、化学組成(全て炭素)、飽和または化学標的リガンドの付加により調節できる。 ジ−分岐siRNAの化学合成、精製およびQCを示す。 図2に示された方法により製造された化合物のHPLCおよびQCを示す。3つの主生成物が質量スペクトルにより、TEG(テトラエチレングリコール)リンカーを有するセンス鎖、ジ−分岐オリゴおよびVit−D(カルシフェロール)コンジュゲートとして特定された。全ての生成物は独立に、HPLCにより精製し、インビボで試験した。ジ−分岐オリゴは唯一、分岐構造が組織保持および分布に不可欠であることを示す前例のない組織分布および有効性により特徴付けられる。 ジ−分岐オリゴヌクレオチドの質量を確認する質量スペクトルを示す。観測された11683の質量は、3’末端によりTEGリンカーによって結合した2つのセンス鎖に対応する。 別の化学経路を用いた分岐オリゴヌクレオチドの合成を示す。 アミダイト、スペーサーおよび分岐部分の例を示す。 分岐オリゴヌクレオチドのモチーフを示す。二重らせんはオリゴヌクレオチドを示す。種々のリンカー、スペーサーおよび分岐点の組合せにより多様な分岐hsiRNA構造が生じる。 構造的に多様な分岐オリゴヌクレオチドを示す。 4つの一本鎖ホスホロチオエート領域を有する本発明の非対称化合物を示す。
インビトロ有効性データを示す。(A)HeLa細胞を、示された濃度で72時間、(RNAiMaxを用いて)ジ−分岐オリゴでトランスフェクトした。(B)一次皮質マウスニューロンを、示された濃度で1週間、ジ−分岐オリゴで処理した。Affymetrix Quantigene 2.0を用いてmRNAを測定した。データをハウスキーピング遺伝子に対して標準化し(PPIB)、未処理細胞の%としてグラフ化した。(C)HeLa細胞を、示された濃度で1週間、(製剤せずに)受動的にジ−siRNAオリゴでトランスフェクトした。 線条体内注射後48時間のジ−siRNAまたはTEGの脳分布を示す。2nmolsの(A)ジ−分岐オリゴ(4nmolの対応するアンチセンス鎖)または(B)TEG−オリゴのみの線条体内注射。コンジュゲートあたりN=2のマウス。48時間後に脳を回収しDapi(核、青)で染色した。赤−オリゴ。(A)においては脳の左側が明るい赤色に見えるが、(B)においては脳の左側が微かに赤色に見えるのみである。 ジ−siRNAの単回注射が注入部位の同側および反対側の両方で検出されることを示す。 マウス脳におけるジ−hsiRNAの広範な分布および有効性。(A)単回IS注射(25μg)7日後の大脳皮質および線条体の両方における健常者のHtt mRNA サイレンシング、QuantiGene(登録商標)。(B)注射7日後の組織におけるhsiRNA蓄積量(PNAアッセイ)。 ジ−hsiRNAのボーラス髄腔内注射後の脊髄への広範な分布および有効性を示す。3nmolのジ−分岐オリゴ(6nmolの対応するアンチセンスHTT鎖)の腰部における髄腔内注射。(A)脊髄の全領域における健常者のHtt mRNAサイレンシング、7日、n=6。動物は注射7日後に屠殺した。脊髄の頸部、胸部および腰静脈領域から採取した組織パンチ。Coles et al.2015に従い、Affymetrix Quantigene 2.0を用いてmRNAを定量した。ハウスキーピング遺伝子、HPRTおよび移植片に対してaCSF対照の割合としてデータを標準化した。aCSF−人工CSF。(B)75μgのCy3−Chol−hsiRNA、Cy−ジ−hsiRNAを動物に腰静脈IT注射した。Chol−hsiRNAsは脊髄の外側から内側までの急勾配の拡散を示す。ジ−hsiRNA脊髄全体(全領域)への広範な分布を示す。ライカ10x(20ミリバール)。髄腔内注射48時間後脊髄の頸部領域におけるジ−分岐オリゴの画像。赤色=オリゴ、青色=Dapi。(C)髄腔内注射48時間後の肝臓におけるジ−分岐オリゴの画像。赤色=オリゴ、青色=Dapi。
本発明の分岐オリゴヌクレオチドを示す。(A)3つのオリゴヌクレオチドをアニールすることにより形成される分岐オリゴヌクレオチド。より長い結合オリゴヌクレオチドは修飾されていないRNA、DNAまたはUNAの形態で開裂可能な領域を含み得る;(B)先に記載されたリンカーまたはスペーサーへの3’および5’結合を有する非対称分岐オリゴヌクレオチド。これはセンス鎖またはアンチセンス鎖またはそれらの組合せの3’および5’末端が利用され得る;(C)3つの別々の鎖で作製された分岐オリゴヌクレオチド。長二重センス鎖は3’ホスホルアミダイトおよび5’ホスホルアミダイトを用いて合成され、3’−3’隣接または5’−5’隣接末端を可能にする。 コンジュゲートした生物活性部分を有する本発明の分岐オリゴヌクレオチドを示す。 ホスホロチオエート含有量と立体選択性の関係を示す。 疎水性部分の例を示す。 ヌクレオチド間結合の例を示す。 ヌクレオチド間骨格結合の例を示す。 糖修飾体の例を示す。 ジ−FM−hsiRNAを示す。(A)VitD−FM−hsiRNA合成から生成した4つの副生成物の化学組成および元の化学合成の粗逆相HPLC分析。(B)脂質がhsiRNA送達を媒介した後のHeLa細胞における副生成物の有効性。細胞を72時間処理した。QuantiGene 2.0キット(Affimetrix社)を用いてmRNAを測定した。ハウスキーピング遺伝子 HPRTに対してデータを標準化し、未処理対照の割合として表す。(C)各hsiRNA副生成物の単回、片側線条体内注射(25μg)。注射48時間後に撮影した画像。 ジ−HTT−Cy3は線条体内注射後に肝臓または腎臓においてサイレンシングを効率的に誘発しないことを示す。図23Aは、陰性対照(aCSF)と比較したジ−HTT−Cy3の線条体内注射1週間後の肝臓におけるHtt mRNA発現を示す散布ドットプロットを示す。図23Bは、陰性対照(aCSF)と比較したジ−HTT−Cy3線条体内注射1週間後の腎臓におけるHtt mRNA発現を示す散布ドットプロットを示す。 線条体内注射後に線条体および大脳皮質の両方において、ジ−HTTが効率的にHTT遺伝子発現をサイレンシングすることおよびジ−HTT−Cy3はジ−HTT(非標識)よりわずかに有効であることを示す。図24Aはジ−HTT、ジ−HTT−Cy3または2つの陰性対照(aCSFまたはジ−NTC)の線条体内注射1週間後の線条体におけるHtt mRNA発現を示す散布ドットプロットを示す。図24Bはジ−HTT、ジ−HTT−Cy3または2つの陰性対照(aCSFまたはジ−NTC)の線条体内注射1週間後の大脳皮質におけるHtt mRNA発現を示す散布ドットプロットを示す。 線条体および大脳皮質におけるジ−HTT−Cy3量を測定する散布ドットプロットを示す。プロットは線条体内注射の2週間後にも多量のジ−HTT−Cy3が検出可能であることを示す。
ジ−HTT−Cy3が線条体内注射2週間後に線条体および大脳皮質の両方において効果的にHTT mRNAおよびタンパク質発現をサイレンシングすることを示す。図26Aは線条体内注射2週間後の線条体および大脳皮質におけるHtt mRNA量を測定する散布ドットプロットを示す。図26Bは線条体内注射2週間後の線条体および大脳皮質におけるHttタンパク質量を測定する散布ドットプロットを示す。 線条体内注射2週間後に、高用量ジ−HTT−Cy3処置はインビボで高い毒性をもたらさないが、インビボで顕著な神経膠症をもたらすことを示す。図27Aはジ−HTT−Cy3またはaCSFを注射した2週間後の線条体および大脳皮質におけるDARPP32シグナルを測定する散布ドットプロットを示す。図27Bはジ−HTT−Cy3またはaCSFを注射した2週間後の線条体および大脳皮質におけるGFAPタンパク質量を測定する散布ドットプロットを示す。 ジ−HTT−Cy3の髄腔内注射が脊髄全体に強く均一な分布をもたらすことを示す蛍光イメージングを示す。 図28Bの合成蛍光画像を示す(脊髄の拡大)。青色 − 核、赤色 − ジ−HTT−Cy3。XXX 脳室内注射48時間後のジ−HTT−Cy3の広範な分布を示す。図30Aは線条体、大脳皮質および小脳の部分の蛍光画像を示す。図30Bは対照(aCSF)またはジ−HTT−Cy3を注射した脳全体の明視野画像を示す。図30Cはジ−HTT−Cy3注射48時間後の脳全体の蛍光画像を示す。 脳室内注射2週間後、ジ−HTT−Cy3が多数の脳領域に蓄積することを示す。散布ドットプロットは脳の多数の領域におけるジ−HTT−Cy3の量を示す。 図32Aは、陰性対照注射(aCSF)と比較して、ジ−HTT−Cy3は脳室内注射2週間後に脳の複数の領域においてHtt遺伝子サイレンシングを誘導することを示す。散布ドットプロットは脳の複数の領域におけるHtt mRNA量を測定する。図32Bは、陰性対照注射(aCSF)と比較して、ジ−HTT−Cy3は脳室内注射2週間後に脳の複数の領域においてHttサイレンシングを誘導することを示す。散布ドットプロットは脳の複数の領域におけるHttタンパク質量を測定する。 高用量の脳室内注射がインビボで軽度毒性を引き起こすことを示す。散布ドットプロットはaCSFのジ−HTT−Cy3注射後に脳の複数の領域におけるDARPP32シグナルを測定する。 高用量の脳室内注射がインビボで顕著な神経膠症をもたらすことを示す。散布ドットプロットはaCSFのジ−HTT−Cy3注射後に脳の複数の領域におけるDARPP32シグナルを測定する。
静脈注射後、ジ−HTT−Cy3が多数の臓器に分布することを示す。蛍光イメージはジ−HTT−Cy3または陰性対照(PBS)の注射後の、心臓、腎臓、副腎および脾臓におけるジ−HTT−Cy3量を示す。 静脈注射後の多数の臓器におけるジ−HTT−Cy3の蓄積を示す。散布ドットプロットは複数の組織におけるジ−HTT−Cy3の量を示す。 hsiRNAおよび完全に代謝された(FM)hsiRNAの構造を示す。 hsiRNAsの完全な代謝安定化が、hsiRNAHTTまたはFM−hsiRNAHTTの線条体内注射後により効果的な遺伝子サイレンシングをもたらすことを示す。図38Aは線条体内注射後12日までのHTT mRNA量を測定する散布ドットプロットを示す。図38Bは線条体内注射後28日までのHTT mRNA量を測定する散布ドットプロットを示す。 一本鎖完全修飾オリゴヌクレオチドの化学的多様性を示す。一本鎖オリゴヌクレオチドはギャップマー、ミックスマー、miRNA阻害剤、SSO、PMOまたはPNAからなり得る。 TEGホスホルアミデート リンカーを有するジ−HTTを示す。 TEGジホスフェートリンカーを有するジ−HTTを示す。 2個のオリゴヌクレオチド分岐または4個のオリゴヌクレオチド分岐のいずれかを有するジ−HTTの変形を示す。 2個のオリゴヌクレオチド分岐およびリンカーに結合したR2を有する構造のジ−HTTの別の変形を示す。 分岐オリゴヌクレオチド構造への疎水性部分の導入のための第一の戦略を示す。 分岐オリゴヌクレオチド構造への疎水性部分の導入のための第二の戦略を示す。 分岐オリゴヌクレオチド構造への疎水性部分の導入のための第三の戦略を示す。
詳細な説明
本発明は分布、インビボ有効性および安全性において予想外の改善を示す分岐オリゴヌクレオチド(「本発明の化合物」)を提供する。本明細書に記載の分岐オリゴヌクレオチドは脳の多数の領域多数の他の臓器に効率的かつ安定に小さなRNAを送達し、コンジュゲートしていない小さなRNAを用いては以前には示されていない、前例のない送達の有効性を示す。
本明細書に記載の組成物は治療標的遺伝子の強力なサイレンシングを促進するための効率的な、安定なsiRNAの送達を可能にする。当該組成物は多数の治療困難な疾患に対する治療可能性を示し、かつRNA療法の使用における存在する課題を克服する。
第一の態様において、リンカー、スペーサーおよび分岐点から選択される1以上の部分により互いに結合した2以上の核酸を含む分岐オリゴヌクレオチド化合物が提供される。
本明細書中の種々の態様および実施態様において、本発明の化合物である分岐オリゴヌクレオチドが提供される。いくつかの実施態様において、本発明の化合物はリンカーにより結合した2〜8個のオリゴヌクレオチドを有する。リンカーは疎水性であり得る。特定の実施態様において、本発明の化合物は2〜3個のオリゴヌクレオチドを有する。ある実施態様において、これらオリゴヌクレオチドは独立して、十分な化学的安定性を有する(例えば、構成塩基の少なくとも40%が化学修飾される)。特定の実施態様において、オリゴヌクレオチドは完全な化学的安定性を有する(すなわち、全ての構成塩基が化学修飾される)。いくつかの実施態様において、本発明の化合物は、それぞれ独立して2〜20個のヌクレオチドを有する1以上の一本鎖ホスホロチオエート化テイルを含む。特定の実施態様において、各一本鎖テイルは8〜10個のヌクレオチドを有する。
特定の実施態様において、本発明の化合物は3つの特性、(1)分岐構造、(2)代謝安定化および(3)ホスホロチオエートリンカーを含む一本鎖テイルの存在により特徴付けられる。特定の実施態様において、本発明の化合物は2つまたは3つの分岐を有する。分岐構造の増加した全体のサイズは取り込みの増加を促進する。また、活性の特定の理論に縛られることなく、多数の(例えば、2つまたは3つの)隣接する分岐は、それぞれの分岐が協調的に動くことを可能にし、従って内面化、トラフィッキングおよび遊離の速度を劇的に上昇させる。
本発明の分岐オリゴヌクレオチドの完全な代謝安定化は予想外に高いインビボ有効性をもたらす。不安定化された分岐siRNAはインビボ有効性が不足する。一本鎖テイルの存在には分岐オリゴヌクレオチドの活性のために必要である。ホスホルアミデート官能基はジ−分岐オリゴの機能に重要である。
特定の実施態様において、本発明の化合物は以下の特性:(1)例えば、3’および5’末端の数が等しくない2以上の分岐オリゴヌクレオチド;(2)例えば、40%以上、最適には100%化学修飾されている、実質的に化学的に安定化されたオリゴヌクレオチド(例えば、RNAおよび場合によりDNAが存在しない);および(3)少なくとも3個、最適には5〜20個のホスホロチオエート結合を含むホスホロチオエート化された一本鎖オリゴヌクレオチドにより特徴付けられる。
本発明の化合物は種々の構造的に多様な実施形態で提供される。図7に示すように、例えば、いくつかの実施態様において、分岐点で結合したオリゴヌクレオチドは一本鎖であり、miRNA阻害剤、ギャップマー、ミックスマー、SSO、PMOまたはPNAから成る。これらの一本鎖はそれらの3’または5’末端で結合し得る。siRNAと一本鎖オリゴヌクレオチドの組合せもまた、二重機能のために使用され得る。別の実施態様において、ギャップマー、ミックスマー、miRNA阻害剤、SSO、PMOおよびPNAに対して相補的な短いオリゴヌクレオチドは、これらの活性な一本鎖オリゴヌクレオチドを運搬し、分布および細胞内面化を促進するために使用される。短い二本鎖領域は分岐構造の細胞への内面化後の急速な解離について低い融点(T 約37℃)を有する。
図16に示すように、本発明のジ−siRNA化合物は化学的に多様なコンジュゲートを含み得る。コンジュゲートされた生物活性リガンドは細胞特異性を向上させるためおよび膜結合、内面化および血清タンパク質結合を促進するために使用され得る。コンジュゲートに使用される生物活性部分の例は、DHAg2、DHA、GalNAcおよびコレステロールを含む。これらの部分はリンカーまたはスペーサーによりジ−siRNA結合し得るか、または他の遊離siRNA末端に結合した追加のリンカーまたはスペーサーにより追加され得る。
分岐構造の存在は、個々の化学組成物の非分岐化合物と比較して、脳における組織保持のレベルを100倍改善し、これは細胞保持および分布の新しいメカニズムを示唆する。本発明の化合物は脊髄および脳の分布を予想外に均一にする。さらに、本発明の化合物は種々の組織への効率的な全身送達および極めて高いレベルの組織蓄積を予想外に示す。
本発明の化合物はASO、miRNA、miRNA阻害剤、スプライススイッチング、PMO、PNAを含む種々の治療オリゴヌクレオチドを含む。いくつかの実施態様において、本発明の化合物はコンジュゲートされた疎水性部分をさらに含み、インビボおよびインビトロで予想外のサイレンシングおよび有効性を示す。
分岐オリゴヌクレオチド構造の非限定的な実施態様を図1、7〜9、15〜17および40〜45に示す。リンカー、スペーサーおよび分岐点の非限定的な例を図6に示す。
可変核酸
ある実施態様において、分岐オリゴヌクレオチドは2個、3個、4個、6個または8個の核酸を含む。ある実施態様において、分岐オリゴヌクレオチド2個の核酸を含む。別の実施態様において、分岐オリゴヌクレオチドは3個の核酸を含む。別の実施態様において、分岐オリゴヌクレオチドは4個の核酸を含む。別の実施態様において、分岐オリゴヌクレオチドは6個の核酸を含む。別の実施態様において、分岐オリゴヌクレオチドは8個の核酸を含む。別の実施態様において、分岐オリゴヌクレオチドは5個の核酸を含む。別の実施態様において、分岐オリゴヌクレオチドは7個の核酸を含む。
分岐オリゴヌクレオチドの実施態様において、各核酸は一本鎖であり、5’末端および3’末端を有し、各核酸は独立して、5’末端または3’末端でリンカー、スペーサーまたは分岐点に結合する。ある実施態様において、各核酸は3’末端でリンカー、スペーサーまたは分岐点に結合する。別の実施態様において、各核酸は5’末端でリンカー、スペーサーまたは分岐点に結合する。ある実施態様において、各核酸リンカーに結合する。別の実施態様において、各核酸スペーサーに結合する。別の実施態様において、各核酸分岐点に結合する。
ある実施態様において、各一本鎖核酸は独立して、少なくとも15個の連続したヌクレオチドを含む。ある実施態様において、核酸は少なくとも15個、少なくとも16個、少なくとも17個、少なくとも18個、少なくとも19個または少なくとも20個の連続したヌクレオチドを含み、標的に対して相補性を有する。特定の実施態様において、相補性は>95%、>90%、>85%、>80%、>75%、>70%、>65%、>60%、>55%または>50%である。ある実施態様において、核酸は標的に対して完全な相補性を有する。
分岐オリゴヌクレオチドの実施態様において、各核酸は二本鎖であり、センス鎖およびアンチセンス鎖を含み、ここでセンス鎖およびアンチセンス鎖はそれぞれ、5’末端および3’末端を有する。ある実施態様において、各二本鎖核酸は独立して、センス鎖またはアンチセンス鎖の3’末端または5’末端でリンカー、スペーサーまたは分岐点に結合する。ある実施態様において、各核酸はセンス鎖の3’末端でリンカー、スペーサーまたは分岐点と結合する。ある実施態様において、各核酸はアンチセンス鎖の3’末端でリンカー、スペーサーまたは分岐点に結合する。別の実施態様において、各核酸はセンス鎖の5’末端でリンカー、スペーサーまたは分岐点に結合する。別の実施態様において、各核酸はアンチセンス鎖の5’末端でリンカー、スペーサーまたは分岐点に結合する。ある実施態様において、各核酸はリンカーに結合する。別の実施態様において、各核酸はスペーサーに結合する。別の実施態様において、各核酸は分岐点に結合する。
ある実施態様において、各二本鎖核酸は独立して、少なくとも15個連続したヌクレオチドを含む。ある実施態様において、アンチセンス鎖は少なくとも15個、少なくとも16個、少なくとも17個、少なくとも18個、少なくとも19個または少なくとも20個の連続したヌクレオチドを含み、標的に対する相補性を有する。特定の実施態様において、相補性は>95%、>90%、>85%、>80%、>75%、>70%、>65%、>60%、>55%または>50%である。ある実施態様において、アンチセンス鎖は標的に対して完全な相補性を有する。
修飾ヌクレオチド
ある実施態様において、各核酸は1以上の化学修飾ヌクレオチドを含む。ある実施態様において、各核酸は化学修飾ヌクレオチドから成る。特定の実施態様において、各核酸の>95%、>90%、>85%、>80%、>75%、>70%、>65%、>60%、>55%または>50%は化学修飾ヌクレオチドを含む。
ある実施態様において、センス鎖およびアンチセンス鎖はそれぞれ、1以上の化学修飾ヌクレオチドを含む。ある実施態様において、センス鎖およびアンチセンス鎖はそれぞれ、化学修飾ヌクレオチドから成る。ある実施態様において、センス鎖およびアンチセンス鎖はともに、別の2’−メトキシ−ヌクレオチドおよび2’−フルオロ−ヌクレオチドを含む。ある実施態様において、センス鎖およびアンチセンス鎖の5’末端から1位および2位のヌクレオチドは、ホスホロチオエート結合により、隣接するヌクレオチドに結合する。ある実施態様において、3’末端から1〜6位、または3’末端から1〜7位のヌクレオチドは、ホスホロチオエート結合により、隣接するヌクレオチドに結合する。他の実施態様において、少なくとも5個のヌクレオチドは、ホスホロチオエート結合により、隣接するヌクレオチドに結合する。
分岐オリゴヌクレオチドの実施態様において、各リンカーは独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され、ここでリンカーの任意の炭素または酸素は場合により窒素原子で置換されていてよいか、ヒドロキシ官能基を有するか、またはオキソ置換基を有する。ある実施態様において、各リンカーはエチレングリコール鎖である。別の実施態様において、各リンカーはアルキル鎖である。別の実施態様において、各リンカーはペプチドである。別の実施態様において、各リンカーはRNAである。別の実施態様において、各リンカーはDNAである。別の実施態様において、各リンカーはホスフェートである。別の実施態様において、各リンカーはホスホネートである。別の実施態様において、各リンカーはホスホルアミデートである。別の実施態様において、各リンカーはエステルである。別の実施態様において、各リンカーはアミドである。別の実施態様において、各リンカーはトリアゾールである。別の実施態様において、各リンカーは図7の式から選択される構造である。
式(I)の化合物
第二の態様において、式(I):
〔式中、
Lはエチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され、
式(I)は場合により1以上の分岐点Bおよび1以上のスペーサーSをさらに含み;
Bはそれぞれ独立して、多価有機種またはその誘導体であり;
Sはそれぞれ独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され;
Nはそれぞれが1以上の化学的修飾を含むセンス鎖およびアンチセンス鎖を含む二本鎖RNAであり;そして
nは2、3、4、5、6、7または8である〕
の化合物が提供される。
ある実施態様において、式(I)の化合物は表1の式(I−1)〜(I−9)から選択される構造を有する。
ある実施態様において,式(I)の化合物は式(I−1)である。別の実施態様において、式(I)の化合物は式(I−2)である。別の実施態様において、式(I)の化合物は式(I−3)である。別の実施態様において、式(I)の化合物は式(I−4)である。別の実施態様において、式(I)の化合物は式(I−5)である。別の実施態様において、式(I)の化合物は式(I−6)である。別の実施態様において、式(I)の化合物は式(I−7)である。別の実施態様において、式(I)の化合物は式(I−8)である。別の実施態様において、式(I)の化合物は式(I−9)である。
式(I)の化合物の実施態様において、各リンカーは独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され、ここで、リンカーの任意の炭素または酸素は場合により窒素原子により置換されていてよいか、ヒドロキシル置換基を有するか、またはオキソ置換基を有する。式(I)の化合物のある実施態様において、各リンカーはエチレングリコール鎖である。別の実施態様において、各リンカーはアルキル鎖である。式(I)の化合物の別の実施態様において、各リンカーはペプチドである。式(I)の化合物の別の実施態様において、各リンカーはRNAである。式(I)の化合物の別の実施態様において、各リンカーはDNAである。式(I)の化合物の別の実施態様において、各リンカーはホスフェートである。別の実施態様において、各リンカーはホスホネートである。式(I)の化合物の別の実施態様において、各リンカーはホスホルアミデートである。式(I)の化合物の別の実施態様において、各リンカーはエステルである。式(I)の化合物の別の実施態様において、各リンカーはアミドである。式(I)の化合物の別の実施態様において、各リンカーはトリアゾールである。式(I)の化合物の別の実施態様において、各リンカーは図7の式から選択される構造である。
式(I)の化合物のある実施態様において、Bは多価有機種である。式(I)の化合物の別の実施態様において、Bは多価有機種の誘導体である。式(I)の化合物のある実施態様において、Bはトリオールまたはテトラオール誘導体である。別の実施態様において、Bはトリ−またはテトラカルボン酸誘導体。別の実施態様において、Bはアミン誘導体である。別の実施態様において、Bはトリ−またはテトラ−アミン誘導体である。別の実施態様において、Bはアミノ酸誘導体である。式(I)の化合物の別の実施態様において、Bは図6の式から選択される。
多価有機種は炭素および3以上の原子価(すなわち、上で定義されるS、LまたはNのような部分を有する結合点)を含む部分である。多価有機種の非限定的な例は、トリオール(例えば、グリセロール、フロログルシノールなど)、テトラオール(例えば、リボース、ペンタエリスリトール、1,2,3,5−テトラヒドロキシベンゼンなど)、トリカルボン酸(例えば、コハク酸、1,3,5−シクロヘキサントリカルボン酸、トリメシン酸など)、テトラカルボン酸(例えば、エチレンジアミン四酢酸、ピロメリット酸など)、三級アミン(例えば、トリプロパルギルアミン、トリエタノールアミンなど)、トリアミン(例えば、ジエチレントリアミンなど)、テトラミンおよびヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはカルボキシル部分(例えば、リシン、セリン、システインなどのようなアミノ酸)の組合せを含む種を含む。
式(I)の化合物の実施態様において、各核酸は1以上の化学修飾ヌクレオチドを含む。式(I)の化合物の実施態様において、各核酸は化学修飾ヌクレオチドから成る。式(I)の化合物の特定の実施態様において、各核酸の>95%、>90%、>85%、>80%、>75%、>70%、>65%、>60%、>55%または>50%は化学修飾ヌクレオチドを含む。
ある実施態様において、各アンチセンス鎖は独立して、表2の群から選択される5’末端基Rを含む。
ある実施態様において、RはRである。別の実施態様において、RはRである。別の実施態様において、RはRである。別の実施態様において、RはRである。別の実施態様において、RはRである。別の実施態様において、RはRである。別の実施態様において、RはRである。別の実施態様において、RはRである。
式(II)の構造
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(II):
〔式中、
Xはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびそれらの化学修飾誘導体から選択され;
Yはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびそれらの化学修飾誘導体から選択され;
−はホスホジエステルヌクレオシド間結合を表し;
=はホスホロチオエートヌクレオシド間結合を表し;そして
---はそれぞれ、個々に塩基対相互作用またはミスマッチを表す〕
の構造を有する。
特定の実施態様において、式(II)の構造はミスマッチを含まない。ある実施態様において、式(II)の構造は1つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(II)の化合物は2つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(II)の化合物は3つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(II)の化合物は4つのミスマッチを含む。ある実施態様において、各核酸は化学修飾ヌクレオチドから成る。
特定の実施態様において、式(II)の構造のXの>95%、>90%、>85%、>80%、>75%、>70%、>65%、>60%、>55%または>50%は化学修飾ヌクレオチドである。他の実施態様において、式(II)の構造のXの>95%、>90%、>85%、>80%、>75%、>70%、>65%、>60%、>55%または>50%は化学修飾ヌクレオチドである。
式(III)の構造
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(III):
〔式中、
はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;
Xはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドであり;
はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;そして
Yはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドである〕
の構造を有する。
ある実施態様において、Xは2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾されたアデノシン、グアノシン、ウリジンまたはシチジンから成る群から選択される。ある実施態様において、Xは2’−O−メチル修飾されたアデノシン、グアノシン、ウリジンまたはシチジンから成る群から選択される。ある実施態様において、Yは2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾されたアデノシン、グアノシン、ウリジンまたはシチジンから成る群から選択される。ある実施態様において、Yは2’−O−メチル修飾されたアデノシン、グアノシン、ウリジンまたはシチジンから成る群から選択される。
特定の実施態様において、式(III)の構造はミスマッチを含まない。ある実施態様において、式(III)の構造は1つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(III)の構造は2つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(III)の化合物3つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(III)の化合物4つのミスマッチを含む。
式(IV)の構造
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(IV):
〔式中、
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むアデノシンであり;
Aは2’−O−メチル修飾を含むアデノシンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むグアノシンであり;
Gは2’−O−メチル修飾を含むグアノシンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むウリジンであり;
Uは2’−O−メチル修飾を含むウリジンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むシチジンであり;そして
Cは2’−O−メチル修飾を含むシチジンである〕
の構造を有する。
式(V)の構造
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(V):
〔式中、
Xはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびそれらの化学修飾誘導体から選択され;
Yはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびそれらの化学修飾誘導体から選択され;
−はホスホジエステルヌクレオシド間結合を表し;
=はホスホロチオエートヌクレオシド間結合を表し;そして
---はそれぞれ、個々に塩基対相互作用またはミスマッチを表す〕
の構造を有する。
特定の実施態様において、式(V)の構造はミスマッチを含まない。ある実施態様において、式(V)の構造は1つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(V)の化合物は2つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(V)の化合物は3つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(V)の化合物は4つのミスマッチを含む。ある実施態様において、各核酸は化学修飾ヌクレオチドから成る。
特定の実施態様において、式(II)の構造のXの>95%、>90%、>85%、>80%、>75%、>70%、>65%、>60%、>55%または>50%は化学修飾ヌクレオチドである。他の実施態様において、式(II)の構造のXの>95%、>90%、>85%、>80%、>75%、>70%、>65%、>60%、>55%または>50%は化学修飾ヌクレオチドである。
式(VI)の構造
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(VI):
〔式中、
はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;
Xはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドであり;
はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;そして
Yはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドである〕
の構造を有する。
(VI)
特定の実施態様において、Xは2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾アデノシン、グアノシン、ウリジンまたはシチジンから成る群から選択される。ある実施態様においてXは2’−O−メチル修飾アデノシン、グアノシン、ウリジンまたはシチジンから成る群から選択される。ある実施態様において、Yは2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾アデノシン、グアノシン、ウリジンまたはシチジンから成る群から選択される。ある実施態様において、Yは2’−O−メチル修飾アデノシン、グアノシン、ウリジンまたはシチジンから成る群から選択される。
特定の実施態様において、式(VI)の構造はミスマッチを含まない。ある実施態様において、式(VI)の構造は1つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(VI)の化合物は2つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(VI)の化合物は3つのミスマッチを含む。別の実施態様において、式(VI)の化合物は4つのミスマッチを含む。
式(VII)の構造
ある実施態様において、式(I)の化合物は式(VII):
〔式中、
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むアデノシンであり;
Aは2’−O−メチル修飾を含むアデノシンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むグアノシンであり;
Gは2’−O−メチル修飾を含むグアノシンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むウリジンであり;
Uは2’−O−メチル修飾を含むウリジンであり;
は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むシチジンであり;そして
Cは2’−O−メチル修飾を含むシチジンであり;
はそれぞれ、独立して、2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;そして
Yはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドである〕
の構造を有する。
可変リンカー
式(I)の化合物の実施態様において、LはL1:
の構造を有する。L1の実施態様において、RはRであり、nは2である。
式(II)の構造の実施態様において、LはL1の構造を有する。式(III)の構造の実施態様において、LはL1の構造を有する。式(IV)の構造の実施態様において、LはL1の構造を有する。式(V)の構造の実施態様において、LはL1の構造を有する。式(VI)の構造の実施態様において、LはL1の構造を有する。式(VII)の構造の実施態様において、LはL1の構造を有する。
式(I)の化合物の実施態様において、LはL2:
の構造を有する。L2の実施態様において、RはRであり、nは2である。
式(II)の構造の実施態様において、LはL2の構造を有する。式(III)の構造の実施態様において、LはL2の構造を有する。式(IV)の構造の実施態様において、LはL2の構造を有する。式(V)の構造の実施態様において、LはL2の構造を有する。式(VI)の構造の実施態様において、LはL2の構造を有する。式(VII)の構造の実施態様において、LはL2の構造を有する。
送達系
第三の態様において、式(VIII):
〔式中、
Lはエチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され、
ここで、式(VIII)は場合により1以上の分岐点Bおよび1以上のスペーサーSをさらに含んでよく;ここで
Bはそれぞれ独立して、多価有機種またはその誘導体であり;
Sはそれぞれ独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され;
各cNAは独立して、1以上の化学修飾を含むキャリア核酸であり;そして
nは2、3、4、5、6、7または8である〕
の構造を有する治療用核酸のための送達系が本明細書で提供される。
送達系のある実施態様において、Lはエチレングリコール鎖である。送達系の別の実施態様において、Lはアルキル鎖である。送達系の別の実施態様において、Lはペプチドである。送達系の別の実施態様において、LはRNAである。送達系の別の実施態様において、LはDNAである。送達系の別の実施態様において、Lはホスフェートである。送達系の別の実施態様において、Lはホスホネートである。送達系の別の実施態様において、Lはホスホルアミデートである。送達系の別の実施態様において、Lはエステルである。送達系の別の実施態様において、Lはアミドである。送達系の別の実施態様において、Lはトリアゾールである。
送達系のある実施態様において、Sはエチレングリコール鎖である。別の実施態様において、Sはアルキル鎖である。送達系の別の実施態様において、Sはペプチドである。別の実施態様において、SはRNAである。送達系の別の実施態様において、SはDNAである。送達系の別の実施態様において、Sはホスフェートである。送達系の別の実施態様において、Sはホスホネートである。送達系の別の実施態様において、Sはホスホルアミデートである。送達系の別の実施態様において、Sはエステルである。別の実施態様において、Sはアミドである。別の実施態様において、Sはトリアゾールである。
送達系のある実施態様において、nは2である。送達系の別の実施態様において、nは3である。送達系の別の実施態様において、nは4である。送達系の別の実施態様において、nは5である。送達系の別の実施態様において、nは6である。送達系の別の実施態様において、nは7である。送達系の別の実施態様において、nは8である。
特定の実施態様において、各cNAは>95%、>90%、>85%、>80%、>75%、>70%、>65%、>60%、>55%または>50%化学修飾ヌクレオチドを含む。
ある実施態様において、式(VIII)の化合物は表3の式(VIII−1)〜(VIII−9)から選択される構造を有する。
ある実施態様において、式(VIII)の化合物は式(VIII−1)の構造である。ある実施態様において、式(VIII)の化合物は式(VIII−2)の構造である。ある実施態様において、式(VIII)の化合物は式(VIII−3)の構造である。ある実施態様において、式(VIII)の化合物は式(VIII−4)の構造である。ある実施態様において、式(VIII)の化合物は式(VIII−5)の構造である。ある実施態様において、式(VIII)の化合物は式(VIII−6)の構造である。ある実施態様において、式(VIII)の化合物は式(VIII−7)の構造である。ある実施態様において、式(VIII)の化合物は式(VIII−8)の構造である。ある実施態様において、式(VIII)の化合物は式(VIII−9)の構造である。
ある実施態様において、式(VIII)の化合物(例えば、式(VIII−1)〜(VIII−9)を含む)、各cNAは独立して、少なくとも15個の連続したヌクレオチドを含む。ある実施態様において、各cNAは独立して、化学修飾ヌクレオチドから成る。
ある実施態様において、送達系はさらにn個の治療用核酸(NA)を含み、ここで各NAは少なくとも1個のcNAにハイブリダイズしている。ある実施態様において、送達系は2個のNAから成る。別の実施態様において、送達系は3個のNAから成る。別の実施態様において、送達系は4個のNAから成る。別の実施態様において、送達系は5個のNAから成る。別の実施態様において、送達系は6個のNAから成る。別の実施態様において、送達系は7個のNAから成る。別の実施態様において、送達系は8個のNAから成る。
ある実施態様において、各NAは独立して、少なくとも16個の連続したヌクレオチドを含む。ある実施態様において、各NAは独立して、16〜20個の連続したヌクレオチドを含む。ある実施態様において、各NAは独立して、16個の連続したヌクレオチドを含む。別の実施態様において、各NAは独立して、17個の連続したヌクレオチドを含む。別の実施態様において、各NAは独立して、18個の連続したヌクレオチドを含む。別の実施態様において、各NAは独立して、19個の連続したヌクレオチドを含む。別の実施態様において、各NAは独立して、20個の連続したヌクレオチドを含む。
ある実施態様において、各NAは少なくとも2個のヌクレオチドの不対オーバーハングを含む。別の実施態様において、各NAは少なくとも3個のヌクレオチドの不対オーバーハングを含む。別の実施態様において、各NAは少なくとも4個のヌクレオチドの不対オーバーハングを含む。別の実施態様において、各NAは少なくとも5個のヌクレオチドの不対オーバーハングを含む。別の実施態様において、各NAは少なくとも6個のヌクレオチドの不対オーバーハングを含む。ある実施態様において、オーバーハングのヌクレオチドはホスホロチオエート結合により結合する。
ある実施態様において、各NAは独立して、DNA、siRNA、アンタゴmiR、miRNAs、ギャップマー、ミックスマーまたはガイドRNAから成る群から選択される。ある実施態様において、各NAは独立してDNAである。別の実施態様において、各NAは独立して、siRNAである。別の実施態様において、各NAは独立して、アンタゴmiRである。別の実施態様において、各NAは独立して、miRNAである。別の実施態様において、各NAは独立してギャップマーである。別の実施態様において、各NAは独立して、ミックスマーである。別の実施態様において、各NAは独立して、ガイドRNAである。ある実施態様において、各NAは同一である。ある実施態様において、各NAは同一でない。
ある実施態様において、n個の治療用核酸(NA)をさらに含む送達系は式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)および本明細書に記載のその実施態様から選択される構造を有する。ある実施態様において、送達系は2個の治療用核酸(NA)をさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)および本明細書に記載のその実施態様から選択される構造を含む。別の実施態様において、送達系は3個の治療用核酸(NA)をさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)および本明細書に記載のその実施態様から選択される構造を有する。ある実施態様において、送達系は4個の治療用核酸(NA)をさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)および本明細書に記載のその実施態様から選択される構造を有する。ある実施態様において、送達系は5個の治療用核酸(NA)をさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、(VII)および本明細書に記載のその実施態様から選択される構造を有する。ある実施態様において、送達系は6個の治療用核酸(NA)をさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)および本明細書に記載のその実施態様から選択される構造を有する。ある実施態様において、送達系は7個の治療用核酸(NA)をさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)および本明細書に記載のその実施態様から選択される構造を有する。ある実施態様において、送達系は8個の治療用核酸(NA)をさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)および本明細書に記載のその実施態様から選択される構造を有する。
ある実施態様において、送達系は、RがRであり、nが2である構造L1またはL2のリンカーをさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)から選択される構造を有する。別の実施態様において、送達系は、RがRであり、nが2である構造L1のリンカーをさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)から選択される構造を有する。別の実施態様において、送達系は、RがRであり、nが2である構造L2のリンカーをさらに含む式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、式(VII)から選択される構造を有する。
送達系の実施態様において、送達の標的は脳、肝臓、皮膚、腎臓、脾臓、膵臓、結腸、脂肪、肺、筋肉および胸腺から成る群から選択される。ある実施態様において、送達の標的は脳である。別の実施態様において、送達の標的は脳の線条体である。別の実施態様において、送達の標的は脳の大脳皮質である。別の実施態様において、送達の標的は脳の線条体である。ある実施態様において、送達の標的は肝臓である。ある実施態様において、送達の標的は皮膚である。ある実施態様において、送達の標的は腎臓である。ある実施態様において、送達の標的は脾臓である。ある実施態様において、送達の標的は膵臓である。ある実施態様において、送達の標的は結腸である。ある実施態様において、送達の標的は脂肪である。ある実施態様において、送達の標的は肺である。ある実施態様において、送達の標的は筋肉である。ある実施態様において、送達の標的は胸腺である。ある実施態様において、送達の標的は脊髄である。
本発明において記載される方法は、本明細書に開示される特定の方法および実験条件に限定されず、従って、方法および条件は変わってよいと解されるべきである。また、本明細書で使用される専門用語は、特定の実施態様のみを表すことを目的とし、限定することを意図しない。
さらに、特に示されない限り、本明細書に記載の実験は当分野の技術範囲である従来の分子および細胞生物学的ならびに免疫学的技術を使用する。このような技術は当業者に既知であり、文献において詳細に説明される。例えば、全ての補遺を含むAusubel, et al., ed., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, Inc., NY (1987-2008)、Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Fourth Edition) by MR Green and J. Sambrook and Harlow et al., Antibodies: A Laboratory Manual, Chapter 14, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (2013, 2nd edition)を参照。
定義
本明細書において特に定義しない限り、ここで使用される科学的および技術的用語は当業者により一般的に理解される意味を有する。何らかの潜在的な曖昧性がある場合、本明細書において提供される定義はあらゆる辞書または外的定義の上に立つ。文脈から他の解釈が必要でない限り、単数形の用語は複数形を含むものとし、複数形の用語は単数形を含むものとする。「または」の使用は、特に明記しない限り、「および/または」を意味する。「含む」ならびに「含まれる」のような他の形態の使用は、限定的ではない。
本明細書で使用される用語「核酸」とは、それぞれリボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチドの鎖から成るRNAまたはDNA分子をいう。
本明細書で使用される用語「治療用核酸」とは、疾患に関連するmRNAと部分的なまたは完全な相補性を有し、疾患に関連するmRNAと相互作用し、mRNA発現のサイレンシングを介在する核酸分子(例えば、リボ核酸)をいう。
本明細書で使用される用語「キャリア核酸」とは、治療用核酸と相補性を有し、治療用核酸とハイブリッド形成する核酸分子(例えば、リボ核酸)をいう。
本明細書で使用される用語「3’末端」とは、リボース環の3’炭素に非修飾ヒドロキシル基を含む核酸の末端をいう。
本明細書で使用される用語「5’末端」とは、リボース環の5’炭素に結合したホスフェート基を含む核酸の末端をいう。
本明細書で使用される用語「ヌクレオシド」とは、ヘテロ環式塩基およびその糖から成る分子をいう。
本明細書で使用される用語「ヌクレオチド」とは、ヌクレオシドの3’または5’糖ヒドロキシル基にホスフェート基を有するヌクレオシドをいう。
本明細書で使用される用語「siRNA」とは、RNA干渉(RNAi)経路を誘発する小分子干渉二本鎖RNAをいう。siRNA分子は多様な長さであってよく(一般には18〜30塩基対)、それらの標的mRNAに対する種々の程度の相補性を含み得る。用語「siRNA」は2個の別々の二本鎖ならびに二本鎖領域を含むヘアピン構造を形成し得る一本鎖を含む。
本明細書で使用される用語「アンチセンス鎖」とは、標的遺伝子に対してある程度の相補性を含む二本鎖siRNAの鎖をいう。
本明細書で使用される用語「センス鎖」とは、アンチセンス鎖に対する相補性を含む二本鎖siRNAの鎖をいう。
本明細書で使用される用語「化学修飾ヌクレオチド」もしくは「ヌクレオチドアナログ」または「改変ヌクレオチド」もしくは「修飾ヌクレオチド」とは、天然に存在しないリボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチドを含む非標準ヌクレオチドをいう。例示的なヌクレオチドアナログは、ヌクレオチドの特定の化学的特性を変化させるが、その意図した機能を果たすためのヌクレオチドの能力を維持できるように、任意の位置で修飾される。誘導体化され得るヌクレオチドの位置の例は、Herdewijn, Antisense Nucleic Acid Drug Dev., 2000 Aug. 10(4):297-310に記載のような5位、例えば5−(2−アミノ)プロピルウリジン、5−ブロモウリジン、5−プロピンウリジン、5−プロペニルウリジンなど;6位、例えば6−(2−アミノ)プロピルウリジン;アデノシンおよび/またはグアノシンの8位、例えば8−ブロモグアノシン、8−クロログアノシン、8−フルオログアノシンなどを含む。ヌクレオチドアナログはまた、デアザヌクレオチド、例えば7−デアザ−アデノシン;O−およびN−修飾(例えば、アルキルされた、例えば、N6−メチルアデノシンまたは当分野で知られる他のもの)ヌクレオチド;および他のヘテロ環修飾ヌクレオチドアナログを含む。
ヌクレオチドアナログはまた、ヌクレオチドの糖部分の修飾を含んでよい。例えば2’OH−基はH、OR、R、F、Cl、Br、I、SH、SR、NH2、NHR、NR、COORまたはORから選択される得基により置換されていてよく、ここでRは置換または非置換C1−C6アルキル、アルケニル、アルキニル、アリールなどである。他の可能性のある修飾は米国特許第5,858,988号および第6,291,438号に記載されている修飾を含む。
本明細書で使用される用語「代謝的に安定化された」とは、2’−ヒドロキシル基から2’−O−メチル基に化学修飾されたリボヌクレオチドを含むRNA分子をいう。
本明細書で使用される用語「ホスホロチオエート」とは、硫黄を有するホスフェート基の1以上の酸素原子を置換することにより修飾されたヌクレオチドのホスフェート基をいう。
本明細書で使用される用語「エチレングリコール鎖」とは、式((CHOH))を有する炭素鎖をいう。
本明細書で使用される用語「アルキル鎖」とは、非環式不飽和炭化水素鎖をいう。本発明に関連して「アルキル鎖」は、限定されないが、直鎖、分岐鎖および環式不飽和炭化水素を含む。
本明細書で使用される用語「アミド」とは、アミノカルボニル官能基に結合したアルキルまたは芳香族基をいう。
本明細書で使用される用語「ヌクレオシド間」および「ヌクレオチド間」とはそれぞれ、ヌクレオシド間およびヌクレオチド間の結合をいう。
本明細書で使用される用語「トリアゾール」とは、位置が変化して複数の異性体をもたらし得る2個の炭素および3個の窒素の5員環を有する、式(C)を有するヘテロ環化合物をいう。
本明細書で使用される用語「末端基」とは、炭素鎖または核酸末端の基をいう。
本明細書で使用される用語「脂溶性アミノ酸」とは、疎水性部分(例えば、アルキル鎖または芳香族環)を含むアミノ酸をいう。
本明細書で使用される用語「アンタゴmiR」とは、miRNA活性阻害剤として機能し得る核酸をいう。
本明細書で使用される用語「ギャップマー」とは、RNase H開裂を誘導するのに十分な長さのデオキシヌクレオチドモノマーの中心ブロックを含むキメラアンチセンス核酸をいう。デオキシヌクレオチドブロックはリボヌクレオチドモノマーまたは修飾を含むリボヌクレオチドモノマーと隣接する。
本明細書で使用される用語「ミックスマー」とは、ロックド核酸(LNA)とDNAの混合物を含む核酸をいう。
本明細書で使用される用語「ガイドRNA」とは、CRISPR/Cas9遺伝子編成系において使用されるような、プロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)配列に隣接したまたは1塩基上流のゲノムにおける特定の配列に相補性を有する核酸をいう。
本明細書で使用される用語「送達標的」とは、分岐オリゴヌクレオチド組成物を送達することが望まれる身体の臓器または部分をいう。
本明細書で使用される用語「ジ−siRNA」とは、分岐オリゴヌクレオチド構造を含み、治療用核酸としてsiRNA分子を含む本発明の分子をいう。
本明細書で使用される用語「アミノ酸」とは、アミンおよびカルボキシル官能基ならびにアミノ酸に特異的な側鎖(R)を含む分子をいう。ある実施態様において、アミノ酸は式:
の構造を有する。
別の実施態様において、「アミノ酸」は式:
の構造を有するペプチドまたはタンパク質の構成成分残基を示し得る。
いくつかの実施態様において、アミノ酸はタンパク質原性アミノ酸の群から選択される。他の実施態様において、アミノ酸はL−アミノ酸またはD−アミノ酸である。他の実施態様において、アミノ酸は合成アミノ酸(例えば、β−アミノ酸)である。
本明細書に記載の特定のヌクレオチド間結合(例えば、ホスホジエステルおよびホスホロチオエート)は、生理学的pHで−1の形式電荷を含み、前記形式電荷はカチオン性部分、例えばナトリウムもしくはカリウムのようなアルカリ金属、カルシウムもしくはマグネシウムのようなアルカリ土類金属またはアンモニウムもしくはグアニジニウムイオンにより相殺されると解される。
ヌクレオチドのホスフェート基もまた、硫黄(例えば、ホスホロチオエート)を有するホスフェート基の1以上の酸素原子を置換することにより、または例えばEckstein, Antisense Nucleic Acid Drug Dev. 2000 Apr. 10(2):117-21, Rusckowski et al. Antisense Nucleic Acid Drug Dev. 2000 Oct. 10(5):333-45, Stein, Antisense Nucleic Acid Drug Dev. 2001 Oct. 11(5): 317-25、Vorobjev et al. Antisense Nucleic Acid Drug Dev. 2001 Apr. 11(2):77-85および米国特許出願番号第5,684,143号に記載されるように、ヌクレオチドがその意図する機能を果たすことを可能にする他の置換をすることにより修飾され得る。上で参照される修飾のいくつか(例えば、ホスフェート基修飾)は、好ましくは、例えば前記アナログを含むポリヌクレオチドのインビボまたはインビトロでの加水分解の速度を低下させる。
送達および分布
別の態様において、核酸が選択的に送達されるように本明細書に記載の分岐オリゴヌクレオチドを患者に投与することを含む、本明細書に記載の核酸を選択的に患者の臓器へ送達する方法が提供される。ある実施態様において、臓器は肝臓である。別の実施態様において、臓器は腎臓である。別の実施態様において、臓器は脾臓である。別の実施態様において、臓器は心臓である。別の実施態様において、臓器は脳である。別の実施態様において、核酸。
本明細書に記載の組成物は、代謝的に安定なオリゴヌクレオチド(例えば、siRNA)の単純で、効果的な、非毒性の送達を促進し、インビボで一定範囲の組織において治療標的の強力なサイレンシングを促進する。
図11に示すように、ジ−siRNAは、線条体内注射後、マウス脳の注射された半球全体に分布する。一本鎖非コンジュゲートsiRNAは一次ニューロンにおけるmRNAをサイレンシングすることができ、ジ−siRNA構造は修飾オリゴヌクレオチドの増強された組織分布および組織保持に不可欠である。コレステロールのような他のコンジュゲートは保持されるが、注射部位から急勾配で拡散して離れることが示される。2つの一本鎖ホスホロチオエートテイルのわずかな疎水性は、組織保持を支援する一方で、脳の注射された同側半球全体への広範かつ均一な分布もまた可能にする。
図12に示すように、ジ−siRNAの単回注射は注射部位の同側および対側の両方で検出され、これは拡散が注射された半球に限られず、正中線を越えて注射されていない側でも起こっていることを示す。脳室内を含む他の注射方法は、わずか一回の注射で両側分布も促すことができる。
ジ−siRNAは、脳に線条体内注射されたとき、極めて独特な細胞分布を示す。蛍光標識したジ−siRNAは大脳皮質においてニューロンに優先的に局在化するように見える。この選択的特徴はこれらの化合物に特異的であり、コレステロールのような細胞型嗜好性を示さない他のsiRNAコンジュゲートにはあてはまらない。
ジ−siRNAは線条体における線維路への局在化を示すが、大脳皮質のニューロン細胞体内に存在する。大脳皮質への移動は拡散であり得るか、または線条体線維路による逆行性輸送であり得る。逆行性輸送が一部重要であるという理論は大脳皮質のいくつかの領域が十分なニューロン侵入を示すが、隣接領域のニューロンはジ−siRNA取り込みを全く示さないという事実により支持される。
ジ−siRNAの治療的に適切な単回脳注射は、脳全体へのジ−siRNAの広範な分布をもたらす。図31〜32に示す分布量は先行技術において前例がなく、ジ−siRNAの有望な治療送達系であることを示す。
単回静脈注射後、ジ−siRNAは全身への広範な分布を示す。図37に示すように、多量のジ−siRNAがマウスの肝臓、皮膚、脳、腎臓、脾臓、膵臓、結腸、脂肪、肺、筋肉および胸腺において検出された。静脈注射後にジ−siRNAが脳に存在するという発見はまた、ジ−siRNA構造が効率的に血液−脳関門を通過することを示す。
サイレンシング
いくつかの実施態様において、本発明の化合物は脳における単回注射において、毒性の兆候なく、インビボで約90%の線条体サイレンシングおよび約65%の皮質サイレンシングを促進する。いくつかの実施態様において、本発明の化合物は、髄腔内注射で脊髄の全領域にわたって約60%のサイレンシングを示す。
ジ−siRNAの単回注射はマウス脳の線条体および大脳皮質の両方において強いサイレンシングを誘発する。この有効性レベルは非コンジュゲートsiRNAについて以前に示されていない。ジ−siRNAは視覚的に線条体内の線維路に取り込まれるように見えるが、観察された有効性は線条体ニューロンがジ−siRNAを多量に内面化することを明確に示す。実験において、2nmolのジ−siRNA(4nmolの対応するアンチセンスHTT鎖)を線条体内注射した。注射7日後、動物を屠殺した。線条体および大脳皮質から300μmの脳切片から採取した組織パンチで回収した。種々脳領域、肝臓および腎臓に存在するジ−siRNAアンチセンス鎖は、該鎖とハイブリッド形成させるためのCy3ラベル相補的PNAおよび組織1mgあたりのオリゴのng量を定量するためのHPLCを使用して定量された。
図10に示すように、ジ−siRNAはHeLa細胞における脂質介在トランスフェクション後に単一の二本鎖と比較して同等の有効性を示し、これはRISC導入が2つの二本鎖siRNAをリンカーにつなぐことによって妨害されないことを示す。ジ−siRNトランスフェクトなしではHeLa細胞において有効ではないが、一次皮質ニューロンでは、1つのホスホロチエートテイルで少なくとも60%サイレンシングを誘発するのに十分であり、これはホスホロチエート化が製剤なしでsiRNAを一次ニューロンへ送達するための有効な方法であることを示す。
図13に示すように、ジ−siRNAの単回投与はマウス脳の線条体および大脳皮質の両方において強いサイレンシングを誘発する。Cy3標識ジ−分岐オリゴを含む錐体ニューロンの63X画像は、ジ−siRNAが視覚的に線条体における繊維路に取り込まれるように見えるが、明確に観察された有効性は線条体ニューロンがジ−siRNAを多量に吸収していることを示す。
図14に示すように、ジ−siRNAは髄腔内注射後に脊髄全体に強く均一なサイレンシングを示す。脊髄の腰部領域におけるジ−siRNA単回注射は頸部、胸部および腰部領域で同程度mRNAをサイレンシングし、均一かつ長い範囲の分布を示す。
図24に示すように、Cy3標識ジ−siRNAはマウス脳の線条体および大脳皮質の両方において強いサイレンシングを誘発する。mRNA発現レベルは分岐オリゴヌクレオチド組成物へのCy3の付加が非標識ジ−siRNAと比較してサイレンシングを強化することを示す。
図23〜24に示すように、単回線条体内注射はマウス脳の大脳皮質および線条体の両方でサイレンシングをもたらしたが、肝臓または腎臓において顕著なサイレンシングをもたらさなかった。これは分岐オリゴヌクレオチドが目的の臓器を特異的に標的化できることを示す。
図26に示すように、ジ−siRNAの単回注射はマウス脳の線条体および大脳皮質の両方において、注射後2週間強いサイレンシングを維持し続ける。ジ−siRNAは少なくとも2週間インビボで安定かつ有効である。
図33および34に示すように、治療的に適切なジ−siRNAの単回注射は脳の複数の領域で顕著なサイレンシングを誘導する。これは治療的に適切な単回注射後の脳における広範なsiRNAサイレンシングの最初の例である。これらの結果はジ−siRNAがRNA治療に効果的な選択肢であることを示す。
修飾RNAサイレンシング剤
本発明の特定の態様において、上記の本発明のRNAサイレンシング剤(またはそのいずれかの一部)はその剤の活性がさらに改善されるように修飾され得る。例えば、上記のRNAサイレンシング剤は下記の修飾のいずれかで修飾される。修飾は一部で標的識別の更なる強化、剤の安定性の強化(例えば分解の阻止)、細胞取り込みの促進、標的有効性の強化、結合(例えば標的への)における有効性の改善、剤に対する患者の耐性の改善および/または毒性の低減に役立ち得る。
1)標的識別を強化するための修飾
特定の実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤は単一ヌクレオチド標的識別を強化するために不安定化したヌクレオチドで置換され得る(参照により本明細書に包含させる2007年1月25日に出願された米国特許出願番号第11/698,689号および2006年1月25日米国仮出願番号第60/762,225号を参照)。このような修飾は標的mRNA(例えば機能獲得変異mRNA)に対するRNAサイレンシング剤の特異性に顕著に影響を与えることなく、非標的mRNA(例えば野生型mRNA)に対するRNAサイレンシング剤の特異性を無効にするのに十分であり得る。
好ましい実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤は、そのアンチセンス鎖における少なくとも1つのユニバーサルヌクレオチドの導入により修飾される。ユニバーサルヌクレオチドは4つの標準ヌクレオチド塩基(例えばA、G、C、U)のいずれかと無差別に塩基対を形成できる塩基部分を含む。ユニバーサルヌクレオチドは二本鎖RNAまたはRNAサイレンシング剤および標的mRNAのガイド鎖により形成される二本鎖の安定性に比較的与える影響が小さいため、好ましい。例示的なユニバーサルヌクレオチドは、デオキシイノシン(例えば2’−デオキシイノシン)、7−デアザ−2’−デオキシイノシン、2’−アザ−2’−デオキシイノシン、PNA−イノシン、ノルホリノ−イノシン、LNA−イノシン、ホスホルアミデート−イノシン、2’−O−メトキシエチル−イノシンおよび2’−OMe−イノシンから成る群から選択されるイノシン塩基部分またはイノシンアナログ塩基部分を有するヌクレオチドから選択される。特定の好ましい実施態様において、ユニバーサルヌクレオチドはイノシン残基またはその天然に存在するアナログである。
特定の実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤は、特異性を決定するヌクレオチド(すなわち、疾患関連多型を認識するヌクレオチド)から5ヌクレオチド以内に少なくとも1つの不安定化ヌクレオチドを導入することにより修飾される。例えば、不安定化ヌクレオチドは、特異性を決定するヌクレオチドから5ヌクレオチド、4ヌクレオチド、3ヌクレオチド、2ヌクレオチドまたは1ヌクレオチド以内の位置で導入され得る。例示的な実施態様において、不安定化ヌクレオチドは、特異性を決定するヌクレオチドから3ヌクレオチドの位置で(すなわち、不安定化ヌクレオチドと特異性を決定するヌクレオチドの間に2つの不安定化ヌクレオチドが存在するように)導入される。二本鎖または鎖の一部(例えば、siRNAおよびshRNA)を有するRNAサイレンシング剤において、不安定化ヌクレオチドは特異性を決定するヌクレオチドを含まない鎖または鎖の一部に導入され得る。好ましい実施態様において、不安定化ヌクレオチドは特異性を決定するヌクレオチドを含む同一の鎖または鎖の一部に導入される。
2)有効性および特異性を強化するための修飾
特定の実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤は改変されて、非対称デザインルールにより介在RNAiにおいて強化された有効性および特異性を容易にすることがある(米国特許番号第8,309,704号、第7,750,144号、第8,304,530号、第8,329,892号および第8,309,705号参照)。このような改変はsiRNAのアンチセンス鎖(例えば、本発明の方法を用いてデザインされたsiRNAまたはshRNAから製造されたsiRNA)のセンス鎖に有利なRISCへの導入を容易にし、従って、標的の開裂およびサイレンシングの有効性を増加させ、改善する。好ましくはRNAサイレンシング剤の非対称性を、RNAサイレンシング剤のアンチセンス鎖3’末端(AS3’)とセンス鎖5’末端(S5’)の結合強度または塩基対強度と比較すると、前記RNAサイレンシング剤のアンチセンス鎖5’末端(AS5’)とセンス鎖3’末端(S3’)の塩基対強度を低下させることにより強化させる。
ある実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤の非対称性は、第一またはアンチセンス鎖の5’末端と3’センス鎖部分の3’末端の間のG:C塩基対が第一またはアンチセンス鎖の3’末端とセンス鎖部分の5’末端の間のG:C塩基対より少なくなるように強化され得る。別の実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤の非対称性は、第一またはアンチセンス鎖の5’末端と3’センス鎖部分の3’末端の間に少なくとも1つのミスマッチ塩基が存在するように強化され得る。好ましくは、ミスマッチ塩基はG:A、C:A、C:U、G:G、A:A、C:CおよびU:Uから成る群から選択される。別の実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤の非対称性は、少なくとも1つの揺らぎ塩基対、例えば、第一またはアンチセンス鎖の5’末端と3’センス鎖部分の3’末端の間にG:Uが存在するように強化され得る。別の実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤の非対称性は、稀少ヌクレオチド、例えば、イノシン(I)を含む塩基対が少なくとも1つ存在するように強化され得る。好ましくは、塩基対はI:A、I:UおよびI:Cから成る群から選択される。さらに別の実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤の非対称性は、修飾ヌクレオチドを含む塩基対が少なくとも1つ存在するように強化され得る。好ましい実施態様において、修飾ヌクレオチドは2−アミノ−G、2−アミノ−A、2,6−ジアミノ−Gおよび2,6−ジアミノ−Aから成る群から選択される。
3)向上した安定性を有するRNAサイレンシング剤
本発明のRNAサイレンシング剤は細胞培養のための血清または生育培地における安定性を改善するために修飾され得る。安定性を強化するために、3’−残基は分解に対して安定化され得て、例えば、それらはプリンヌクレオチド、特にアデノシンまたはグアノシンヌクレオチドから成るように選択され得る。あるいは、ピリミジンヌクレオチドの修飾アナログへの置換、例えば、ウリジンの2’−デオキシチミジンへの置換は許容され、RNA干渉の効率に影響を与えない。
好ましい態様において、本発明は対応する非修飾RNAサイレンシング剤と比較してインビボ安定性が強化されるように修飾ヌクレオチドで内部ヌクレオチドを置換することにより修飾される第一鎖および第二鎖を含むRNAサイレンシング剤に関する。本明細書に定義するように、「内部」ヌクレオチドは核酸分子、ポリヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチドの5’末端または3’末端以外のいずれかの位置で生じるヌクレオチドである。内部ヌクレオチドは一本鎖分子内または二重鎖もしくは二本鎖分子の一鎖内に存在し得る。ある実施態様において、センス鎖および/またはアンチセンス鎖は少なくとも1つの内部ヌクレオチドの置換により修飾される。別の実施態様において、センス鎖および/またはアンチセンス鎖は少なくとも2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、21個、22個、23個、24個、25個またはそれ以上の内部ヌクレオチドの置換により修飾される。別の実施態様において、センス鎖および/またはアンチセンス鎖は少なくとも5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%またはそれ以上の内部ヌクレオチドの置換により修飾される。さらに別の実施態様において、センス鎖および/またはアンチセンス鎖は全ての内部ヌクレオチドの置換により修飾される。
本発明の好ましい実施態様において、RNAサイレンシング剤は少なくとも1つの修飾ヌクレオチドアナログを含む。ヌクレオチドアナログは標的特異的サイレンシング活性、例えば、RNAi介在活性または翻訳抑制活性が実質的に影響を受けない位置、例えば、siRNA分子の5’末端および/または3’末端の領域に位置し得る。特に、末端は修飾ヌクレオチドアナログを取り込むことで安定化され得る。
例示的なヌクレオチドアナログは糖修飾および/または主鎖修飾リボヌクレオチドを含む(すなわち、ホスフェート−糖主鎖に対する修飾を含む)。例えば、天然のRNAのホスホジエステル結合は修飾されて少なくとも1つの窒素または硫黄ヘテロ原子を含み得る。例示的な主鎖修飾リボヌクレオチドにおいて、隣接するリボヌクレオチドに結合するホスホエステル基は修飾された基、例えば、ホスホチオエート基により置換される。例示的な糖修飾リボヌクレオチドにおいて、2’OH基はH、OR、R、ハロ、SH、SR、NH、NHR、NRまたはON(RはC−Cアルキル、アルケニルまたはアルキニルであり、ハロはF、Cl、BrまたはIである)から選択される基により置換される。
具体的な実施態様において、修飾は2’−フルオロ、2’−アミノおよび/または2’−チオ修飾である。特に好ましい修飾は2’−フルオロ−シチジン、2’−フルオロ−ウリジン、2’−フルオロ−アデノシン2’−フルオロ−グアノシン、2’−アミノ−シチジン2’−アミノ−ウリジン、2’−アミノ−アデノシン2’−アミノ−グアノシン、2,6−ジアミノプリン、4−チオ−ウリジンおよび/または5−アミノ−アリル−ウリジンを含む。特定の実施態様において、2’−フルオロリボヌクレオチドは全てウリジンおよびシチジンである。さらなる例示的な修飾は5−ブロモ−ウリジン、5−ヨード−ウリジン、5−メチル−シチジン、リボ−チミジン、2−アミノプリン、2’−アミノ−ブチリル−ピレン−ウリジン、5−フルオロ−シチジンおよび5−フルオロ−ウリジンを含む。2’−デオキシ−ヌクレオチドおよび2’−OMeヌクレオチドは、本発明の修飾RNAサイレンシング剤部分内で使用され得る。さらなる修飾残基はデオキシ−脱塩基、イノシン、N3−メチル−ウリジン、N6,N6−ジメチル−アデノシン、プソイドウリジン、プリン リボヌクレオシドおよびリバビリンを含む。特に好ましい実施態様において、2’部分は結合部分が2’−O−メチルオリゴヌクレオチドであるようなメチル基である。
例示的な実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤はロックド核酸(LNA)を含む。LNAはヌクレアーゼ活性に耐性(極めて安定)であり、mRNAについて一ヌクレオチド識別を備える糖修飾ヌクレオチドを含む(Elmen et al., Nucleic Acids Res., (2005), 33(1): 439-447; Braasch et al. (2003) Biochemistry 42:7967-7975, Petersen et al. (2003) Trends Biotechnol 21:74-81)。これらの分子は2’−デオキシ−2’’−フルオロウリジンのような可能性のある修飾を含む2’−O,4’−C−エチレン−架橋核酸を含む。さらに、LNAは糖部分を3’−エンド配置に拘束することによりオリゴヌクレオチドの特異性を増大させ、それによって塩基対合のためのヌクレオチドを予め編成し、オリゴヌクレオチドの融点を1塩基あたり10℃まで上昇させる。
別の例示的な実施態様において、本発明のRNAサイレンシング剤はペプチド核酸(PNA)を含む。PNAは、ヌクレオチドの糖−ホスフェート部分が、ヌクレアーゼ消化に対して耐性が高く、改善された分子への結合特異性を付与するポリアミド主鎖を形成することができる中性2−アミノエチルグリシン部分で置換された修飾ヌクレオチドを含む(Nielsen, et al., Science, (2001), 254: 1497-1500)。
核酸修飾リボヌクレオチド、すなわち、天然に存在する核酸塩基の代わりに少なくとも1つの非天然核酸塩基を含むクレオチドもまた、好ましい。塩基はアデノシンデアミナーゼの活性をブロックするために修飾され得る。例示的な修飾核酸塩基は、限定されないが、5位で修飾されたウリジンおよび/またはシチジン、例えば、5−(2−アミノ)プロピルウリジン、5−ブロモウリジン;8位で修飾されたアデノシンおよび/またはグアノシン、例えば、8−ブロモグアノシン;デアザヌクレオチド、例えば、7−デアザアデノシン;O−およびN−アルキル化ヌクレオチド、例えば、N6−メチルアデノシンを含む。上の修飾は組み合わせてよいことに留意するべきである。
他の実施態様において、架橋結合はRNAサイレンシング剤の薬物動態を変化させるために、例えば体内での半減期を増大させるために使用され得る。従って、本発明は架橋した2つの核酸の相補鎖を有するRNAサイレンシング剤を含む。本発明はまた、他の部分(例えば、ペプチドのような非核酸部分)、有機化合物(例えば、染料)など)にコンジュゲートしたまたはコンジュゲートしていない(例えば、3’末端で)RNAサイレンシング剤を含む。この方法でsiRNA誘導体を修飾することは、対応するsiRNAと比較して細胞取り込みを改善し得るか、または得られるsiRNA誘導体の細胞標的化活性を強化し、対応するsiRNAと比較して細胞内のsiRNA誘導体の追跡に有用であるか、またはsiRNA誘導体の安定性を改善する。
他の例示的な修飾は、(a)2’修飾、例えば、センス鎖またはアンチセンス鎖、特にセンス鎖のUの2’OMe部分の提供、または3’オーバーハング、例えば、3’末端(3’末端とは分子の3’原子または最も多くの3’部分を意味し、例えば、文脈により示される最も多くの3’Pまたは2’位)の2’OMe部分の提供;(b)主鎖の修飾、例えば、ホスフェート主鎖のOをSで置換することによる修飾、例えば、UまたはAまたはその両方、特にアンチセンス鎖におけるホスホロチオエート修飾、例えば、PのSによる置換の提供;(c)UのC5アミノリンカーによる置換;(d)AのGによる置換(配列変化はアンチセンス鎖ではなくセンス鎖に位置するのが望ましい);および(d)2’位、6’位、7’位または8’位での修飾を含む。例示的な実施態様は、1以上のこれらの修飾がアンチセンス鎖ではなくセンス鎖に存在する実施態様、またはアンチセンス鎖がこのような修飾をほとんど有さない実施態様である。さらなる他の例示的な修飾は3’オーバーハング、例えば、3’末端におけるメチル化されたPの使用;2’修飾の組合せ、例えば、2’OMe部分および主鎖の修飾、例えば、PをSで置換することによる修飾の提供、例えば、ホスホロチオエート修飾の提供,または3’オーバーハング、例えば、3’末端におけるメチル化されたPの使用;3’アルキルを有する修飾;3’オーバーハング、例えば、3’末端に塩基ではないピロリドンを有する修飾;ナプロキセン、イブプロフェンまたは3’末端で分解を示す他の部分を有する修飾を含む。
4)細胞取り込みを強化するための修飾
他の実施態様において、本発明の化合物は、例えば、標的細胞(例えば、神経細胞)による細胞取り込みを強化するために化学部分で修飾される。従って、本発明は他の部分(例えば、ペプチドのような非核酸部分)、有機化合物(例えば、染料)など)にコンジュゲートしたまたはコンジュゲートしていない(例えば、3’末端で)RNAサイレンシング剤を含む。コンジュゲートは当分野で知られる方法により、例えば、Lambert et al., Drug Deliv. Rev.: 47(1), 99-112 (2001) (ポリアルキルシアノアクリレート(PACA)ナノパーティクルに導入された核酸について記載);Fattal et al., J. Control Release 53(1-3):137-43 (1998) (ナノパーティクルに結合した核酸について記載);Schwab et al., Ann. Oncol. 5 Suppl. 4:55-8 (1994) (挿入剤、疎水性基、ポリカチオンまたはPACAナノパーティクルに結合した核酸について記載);およびGodard et al., Eur. J. Biochem. 232(2):404-10 (1995) (ナノパーティクルに結合した核酸について記載)の方法を用いることで達成され得る。
特定の実施態様において、本発明の化合物は脂溶性部分にコンジュゲートされる。ある実施態様において、脂溶性部分はカチオン性基を含むリガンドである。別の実施態様において、脂溶性部分はsiRNAの一方または両方の鎖に結合する。例示的な実施態様において、脂溶性部分はsiRNAのセンス鎖の一方の末端に結合する。別の例示的な実施態様において、脂溶性部分はセンス鎖の3’末端に結合する。特定の実施態様において、脂溶性部分はコレステロール、ビタミンD、DHA、DHAg2、EPA、ビタミンE、ビタミンK、ビタミンA、葉酸またはカチオン性染料(例えば、Cy3)から成る群から選択される。
5)結合したリガンド
他の物質が本発明の化合物に結合され得る。例えば、安定性、標的核酸とのハイブリッド形成熱力学、特定の組織または細胞型に対する標的化、またはエンドサイトーシス依存または非依存機構による細胞透過性を改善するためのRNAサイレンシング剤に結合したリガンド。リガンドおよび関連する修飾体はまた、配列特異性を増大させ、結果としてオフサイト標的化を減少させ得る。結合したリガンドは1以上の挿入剤として機能できる修飾された塩基または糖を含み得る。これらは好ましくは、RNAサイレンシング剤/標的鎖のバルジのような挿入領域に存在する。挿入剤は芳香族、例えば、多環式芳香族性またはヘテロ環式芳香族性化合物であり得る。多環式挿入剤はスタッキング能力を有し得て、2つ、3つ、または4つの縮合した環の形を含み得る。本明細書に記載のユニバーサル塩基は、リガンドに含まれ得る。ある実施態様において、リガンドは標的核酸の開裂により標的遺伝子阻害に貢献する開裂基を含み得る。開裂基は例えば、ブレオマイシン(例えば、ブレオマイシン−A5、ブレオマイシン−A2,またはブレオマイシン−B2)、ピレン、フェナントロリン(例えば、O−フェナントロリン)、ポリアミン、トリペプチド(例えば、lys−tyr−lysトリペプチド)または金属イオンであり得る。金属イオンキレート基は、例えば、Lu(III)またはEU(III)マクロ環式錯体、Zn(II)2,9−ジメチルフェナントロリン誘導体、Cu(II)ターピリジンまたはアクリジンを含み得て、Lu(III)のような遊離金属イオンによりバルジ部分で標的RNAの選択的開裂を促進し得る。いくつかの実施態様において、ペプチドリガンドは標的RNAの開裂を促進するためにRNAサイレンシング剤、例えば、バルジ領域で結合され得る。例えば、1,8−ジメチル−1,3,6,8,10,13−ヘキサアザシクロテトラデカン(サイクラム)は標的RNA開裂を促進するためにペプチド(例えば、アミノ酸誘導体による)にコンジュゲートされ得る。結合されたリガンドは、アミノグリコシドリガンドであり得て、これはRNAサイレンシング剤に改善したハイブリッド形成特性または改善した配列特異性をもたらす例示的なアミノグリコシドはグリコシル化されたポリリシン、ガラクトシル化されたポリリシン、ネオマイシンB、トブラマイシン、カナマイシンAおよびアミノグリコシドのアクリジンコンジュゲート(例えばネオ−N−アクリジン、ネオ−S−アクリジン、ネオ−C−アクリジン、トブラ−N−アクリジンおよびカナA−N−アクリジン)を含む。アクリジンアナログの使用は配列特異性を増大させ得る。例えば、ネオマイシンBはDNAと比較するとRNAに対して高い親和性を有するが、配列特異性が低い。アクリジンアナログ、ネオ−5−アクリジンはHIV Rev応答配列(RRE)に対する増大した親和性を有する。いくつかの実施態様において、アミノグリコシドリガンドのグアニジンアナログ(グアニジノグリコシド)は、RNAサイレンシング剤に結合される。グアニジノグリコシドにおいて、アミノ酸のアミン基はグアニジン基と交換される。グアニジンアナログの結合はRNAサイレンシング剤の細胞透過性を強化し得る。結合したリガンドは、オリゴヌクレオチド剤の細胞取り込みを強化し得るポリアルギニンペプチド、ペプトイドまたはペプチド模倣体であり得る。
例示的なリガンドは、間にあるつながりにより、好ましくは共有結合的に、直接的または間接的にリガンド−コンジュゲート担体にカップリングされ得る。例示的な実施態様において、リガンドは間にあるつながりにより担体に結合される。例示的な実施態様において、リガンドは取り込まれるRNAサイレンシング剤の分布、標的化または寿命を変化させる。例示的な実施態様において、リガンドはこのようなリガンドを有さない種と比較して、選択された標的、例えば、分子、細胞または細胞型、コンパートメント、例えば、細胞または臓器コンパートメント、組織、臓器または身体の領域に対して強化されたアフィニティーを提供する。
例示的なリガンドは、輸送、ハイブリッド形成および特異性特性を改善し得て、得られる天然もしくは修飾RNAサイレンシング剤または本明細書に記載のモノマーの任意の組合せおよび/または天然もしくは修飾リボヌクレオチドを含むポリマー分子のヌクレアーゼ耐性もまた改善し得る。リガンドは一般に、治療的修飾、例えば取り込みを強化するための修飾;例えば分布をモニタリングするための診断化合物またはレポーター基;架橋剤;ヌクレアーゼ耐性付与部分;および天然もしくは非天然核酸塩基を含む。一般的な例は、脂溶性物質、脂質、ステロイド(例えば、ウバオール、ヘコゲニン、ジオスゲニン)、テルペン(例えば、トリテルペン、例えば、サルササポゲニン、フリーデリン、エピフリーデラノール誘導化リトコール酸)、ビタミン(例えば、葉酸、ビタミンA、ビオチン、ピリドキサル)、炭化水素、タンパク質、タンパク質結合剤、インテグリン標的化分子、ポリカチオン性物質、ペプチド、ポリアミンおよびペプチド模倣体を含む。リガンドは天然に存在する物質(例えば、ヒト血清アルブミン(HSA)、低密度リポタンパク質(LDL)またはグロブリン);炭水化物(例えば、デキストラン、プルラン、キチン、キトサン、イヌリン、シクロデキストリンまたはヒアルロン酸);アミノ酸または脂質を含み得る。リガンドはまた、合成ポリマー、例えば、合成ポリアミノ酸のような合成ポリマー、例えば、合成ポリアミノ酸のような組換えまたは合成分子であり得る。ポリアミノ酸の例はポリリシン(PLL)、ポリL−アスパラギン酸、ポリL−グルタミン酸、スチレン−無水マレイン酸コポリマー、ポリ(L−ラクチド−コ−グリコリド)コポリマー、ジビニルエーテル−無水マレイン酸コポリマー、N−(2−ヒドロキシプロピル)メタクリルアミドコポリマー(HMPA)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリウレタン、ポリ(2−エチルアクリル酸)、N−イソプロピルアクリルアミドポリマーまたはポリホスファジンを含む。ポリアミンの例はポリエチレンイミン、ポリリシン(PLL)、スペルミン、スペルミジン、ポリアミン、擬ペプチド−ポリアミン、ペプチド模倣ポリアミン、デンドリマーポリアミン、アルギニン、アミジン、プロタミン、カチオン性脂質、カチオン性ポルフィリンポリアミンの四級塩またはアルファ−へリックスペプチドを含む。
リガンドはまた、標的化基、例えば、細胞または組織標的化剤、例えば、レクチン、糖タンパク質、脂質またはタンパク質、例えば、抗体を含み得て、これは腎細胞のような特定の細胞に結合する。標的化基はチオトロピン、メラノトロピン、レクチン、糖タンパク質、界面活性タンパク質A、ムチン炭化水素、多価ラクトース、多価ガラクトース、N−アセチル−ガラクトサミン、N−アセチル−グルコサミン、多価マンノース、多価フコース、グリコシル化されたポリアミノ酸、多価ガラクトース、トランスフェリン、ビスホスホネート、ポリグルタミン酸塩、ポリアスパラギン酸塩、脂質、コレステロール、ステロイド、胆汁酸、葉酸、ビタミンB12、ビオチンまたはRGDペプチドもしくはRGDペプチド模倣体であり得る。リガンドの他の例は、染料、挿入剤(例えばアクリジンおよび置換アクリジン)、クロスリンカー(例えばソラレン、マイトマイシンC)、ポルフィリン(TPPC4、テキサフィリン、サフィリン)、ポリ環式芳香族性炭化水素(例えば、フェナジン、ジヒドロフェナジン、フェナントロリン、ピレン)、lys−tyr−lysトリペプチド、アミノグリコシド、グアニジウムアミノグリコシド、人工エンドヌクレアーゼ (例えばEDTA)、脂溶性分子、例えば、コレステロール(およびそのチオアナログ)、コール酸、コラン酸、リトコール酸、アダマンタン酢酸、1−ピレン酪酸、ジヒドロテストステロン、グリセロール(例えば、エステル(例えばモノ、ビスまたはトリス脂肪酸エステル、例えば、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19またはC20脂肪酸)およびそれらのエーテル、例えば、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、またはC20アルキル;例えば、1,3−ビス−O(ヘキサデシル)グリセロール、1,3−ビス−O(オクタデシル)グリセロール)、ゲラニルオキシヘキシル基、ヘキサデシルグリセロール、ボルネノール、メントール、1,3−プロパンジオール、ヘプタデシル基、パルミチン酸、ステアリン酸(例えば、ジステアリン酸グリセリル)、オレイン酸、ミリスチン酸、O3−(オレオイル)リトコール酸、O3−(オレオイル)コレン酸、ジメトキシトリチルまたはフェノキサジン)およびペプチドコンジュゲート(例えば、アンテナペディアペプチド、Tatペプチド)、アルキル化剤、ホスフェート、アミノ、メルカプト、PEG(例えば、PEG−40K)、MPEG、[MPEG]、ポリアミノ、アルキル、置換アルキル、放射性標識マーカー、酵素、ハプテン(例えばビオチン)、輸送/吸収促進剤(例えば、アスピリン、ナプロキセン、ビタミンE、葉酸)、合成リボヌクレアーゼ(例えば、イミダゾール、ビスイミダゾール、ヒスタミン、イミダゾールクラスター、アクリジン−イミダゾールコンジュゲート、テトラアザマクロ環のEu3+錯体)、ジニトロフェニル、HRPまたはAPであり得る。
リガンドはタンパク質、例えば、糖タンパク質、またはペプチド、例えば、コ−リガンドに対して特異的な親和性を有する分子または抗体、例えば、癌細胞、内皮細胞または骨細胞のような特定の細胞型に結合する抗体であり得る。リガンドはまた、ホルモンおよびホルモン受容体を含み得る。それらは脂質、レクチン、炭水化物、ビタミン、コファクター、多価ラクトース、多価ガラクトース、N−アセチル−ガラクトサミン、N−アセチル−グルコサミン、多価マンノースまたは多価フコースのような非ペプチド種を含み得る。リガンドは、例えば、リポポリサッカライド、p38 MAPキナーゼ活性化剤またはNF−κB活性化剤であり得る。
リガンドは基質、例えば、細胞の骨格を破壊することによって、例えば細胞のミクロチューブ、ミクロフィラメントおよび/またはフィラメントを破壊することによってRNAサイレンシング剤の細胞への取り込みを増大させることができる薬物であり得る。薬物は例えば、タキソン、ビンクリスチン、ビンブラスチン、サイトカラシン、ノコダゾール、ジャスプラキノライド、ラトランクリンA、ファロイジン、スウィンホリドA、インダノシンまたはミオセルビンであり得る。リガンドは、例えば炎症性応答を活性化することにより、RNAサイレンシング剤の細胞への取り込みを増大させ得る。このような効果を有する例示的なリガンドは、腫瘍壊死因子α(TNFα)、インターロイキン−1βまたはγインターフェロンを含む。ある態様において、リガンドは脂質または脂質に基づく分子である。このような脂質または脂質に基づく分子は、好ましくは血清タンパク質、例えばヒト血清アルブミン(HSA)に結合する。HSA結合リガンドは標的組織、例えば身体の非腎臓標的組織へのコンジュゲートの分布を可能にする。例えば、標的組織は、肝臓の実質細胞を含む肝臓であり得る。HSAに結合し得る他の分子もまた、リガンドとして使用され得る。例えば、ネプロキシンまたはアスピリンが使用され得る。脂質または脂質に基づくリガンドは、(a)コンジュゲートの分解に対する耐性を増大させ、(b)標的化または標的細胞または細胞膜への輸送を増大させることが可能であり、および/または(c)血清タンパク質、例えばHSAへの結合を調製するために使用できる。脂質に基づくリガンドは調節、例えば標的組織へのコンジュゲートの結合の制御に使用され得る。例えば、HSAにより強く結合する脂質または脂質に基づくリガンドは、腎臓に対して標的化され難く、従って体内から排出され難い。HSAに強く結合しない脂質または脂質に基づくリガンドは、コンジュゲートを腎臓に標的化するために使用され得る。好ましい実施態様において、脂質に基づくリガンドはHSAに結合する。脂質に基づくリガンドは、好ましくは非腎臓組織に分布されるように十分な親和性を伴ってHSAに結合し得る。しかしながら、親和性はHSA−リガンド結合が不可逆であるほど強くないことが好ましい。別の好ましい実施態様において、脂質に基づくリガンドは、コンジュゲートが好ましくは腎臓に分布されるようにHSAに弱く結合するか、または全く結合しない。腎細胞を標的化する他の部分もまた、脂質に基づくリガンドの代わりにまたは脂質に基づくリガンドに加えて使用され得る。
別の態様において、リガンドは部分、例えば標的細胞、例えば増殖細胞により取り込まれるビタミンである。これらは、例えば、悪性または非悪性型、例えば癌細胞の、望ましくない細胞増殖により特徴付けられる障害を処置するために特に有用である。例示的なビタミンはビタミンA、EおよびKを含む。他の例示的なビタミンはBビタミン、例えば、葉酸、B12、リボフラビン、ビオチン、ピリドキサルまたは癌細胞により取り込まれる他のビタミンもしくは栄養素を含む。HSAおよび低密度リポタンパク質(LDL)もまた、含まれる。
別の態様において、リガンドは細胞浸透剤、好ましくはらせん型の細胞浸透剤である。好ましくは、該剤は両親媒性である。例示的な剤はtatまたはアンテナペディアのようなペプチドである。該剤がペプチドならば、ペプチド模倣体、逆転異性体、非ペプチド、擬似ペプチドもしくは擬似ペプチドならびにD−アミノ酸の使用を含めて修飾され得る。らせん型の剤は、好ましくはα−ヘリックス剤であり、好ましくは脂溶性および粗油性相を有する。
リガンドは、ペプチドまたはペプチド模倣体であり得る。ペプチド模倣体(本明細書においてオリゴペプチド模倣体とも称される)は天然ペプチドに類似する特定の三次元構造に折り重なることができる分子である。オリゴヌクレオチド剤へのペプチドおよびペプチド模倣体の結合は、例えば細胞認識および吸収を強化することによりRNAサイレンシング剤の薬物動態的分布に影響を与える。ペプチドまたはペプチド模倣体部分は、約5〜50アミノ酸長、例えば、約5、10、15、20、25、30、35、40、45または50アミノ酸長であり得る。ペプチドまたはペプチド模倣体は、例えば、細胞浸透ペプチド、カチオン性ペプチド、両親媒性ペプチドまたは疎水性ペプチド(例えば、主にTyr、TrpまたはPheから成る)であり得る。ペプチド部分はデンドリマーペプチド、構造規制ペプチドまたは架橋ペプチドであり得る。ペプチド部分はL−ペプチドまたはD−ペプチドであり得る。別の代替法において、ペプチド部分は疎水性膜転位配列(MTS)を含み得る。ペプチドまたはペプチド模倣体は、ファージディスプレイライブラリまたは1ビーズ1化合物(OBOC)コンビナトリアルライブラリから特定されたペプチドのようなDNAの無作為な配列によりエンコードされ得る(Lam et al., Nature 354:82-84, 1991)。例示的な実施態様において、取り込まれたモノマー単位によりRNAサイレンシング剤に結合したペプチドまたはペプチド模倣体は、アルギニン−グリシン−アスパラギン酸(RGD)−ペプチドまたはRGD模倣体のような細胞標的化ペプチドである。ペプチド部分は約5アミノ酸から40アミノ酸までの長さの範囲であり得る。ペプチド部分は、例えば安定性またはまたは直接的コンホーメーション特性を増大させるための構造的修飾を有し得る。以下に記載のいずれかの構造的修飾が利用され得る。
実施例1
ジ−RNAおよびビタミンDコンジュゲートhsiRNAの化学的合成
インビトロおよびインビボ有効性評価において使用されるジ−siRNAを以下のように合成した。図2に示すように、トリエチレングリコールをアクリロニトリルと反応させ、保護されたアミン官能基を導入した。その後分岐点をトシル化したソルケタールとして加え、ニトリルを還元してカーバメートリンカーによりビタミンD(カルシフェロール)にその後結合した一級アミンを得た。ケタールをその後加水分解し、一級ヒドロキシルでジメトキシトリチル(DMTr)保護基で選択的に保護されたcis−ジオールを遊離させ、無水コハク酸でスクシニル化した。得られた部分を固体支持体に結合させ、その後固相オリゴヌクレオチド合成および脱保護を行い、3つの生成物;VitD、キャッピングされたリンカー、およびジ−siRNAを得た。合成の生成物をその後実施例4に記載のようにして分析した。
実施例2
代替合成ルート1
図5に示すように、モノホスホアミデートリンカーアプローチは以下の工程を含む:モノアジドテトラエチレングリコールがトシル化されたソルケタールとして負荷された分岐点を有する。ケタールがその後除去されて、一級ヒドロキシルでジメトキシトリチル(DMTr)保護基で選択的に保護されたcis−ジオールを遊離し、トリフェニルホスフィンにより一級アミンに還元され、これは直ちにモノメトキシトリチル(MMTr)保護基で保護される。残りのヒドロキシルを無水コハク酸を用いてスクシニル化し、固体支持体(LCAA CPG)と結合させる。オリゴヌクレオチド合成および脱保護により1つの主生成物、ホスフェートおよびホスホアミデート結合をを有するジ−siRNAを得る。この例は、ホスフェートおよびホスホアミデートリンカーのみを製造するための合成の代替および直接的経路を強調する。
実施例3
代替合成ルート2
ジホスフェート含有部分を製造するために、第二の代替合成アプローチを開発した。図5に示すように、ジホスホエートリンカーアプローチは以下の段階を含む::ソルケタール修飾テトラエチレングリコールから出発して、ケタールを除去し、2つの一級ヒドロキシルをジメトキシトリチル(DMTr)で選択的に保護する。残りのヒドロキシルwpシリル保護した1−ブロモエタノールで伸長する。TBDMSを除去し、スクシニル化し、固体支持体に結合させる。その後固相オリゴヌクレオチド合成および脱保護に続き、ジ−siRNAジホスフェート含有リンカーを製造する。
実施例4
ジ−siRNAおよびビタミンDコンジュゲートhsiRNAの化学合成の品質管理。
HPLC
ジ−siRNAおよびビタミンDコンジュゲートhsiRNAの化学合成の品質を評価するために、分析HPLCを使用して合成した生成物を同定して定量した。3つの主生成物:トリエチレングリコール(TEG)リンカーでキャッピングされたsiRNAセンス鎖、ジ−siRNAおよびビタミンDコンジュゲートsiRNAセンス鎖を同定した(図3)。各生成物をHPLCにより単離し、後の実験に使用した。合成した3つの主生成物の化学構造を図3に示す。HPLC条件:5−80% B(15分)、緩衝液A(0.1M TEAA+5% ACN)、緩衝液B(100% ACN)。
質量スペクトル
質量スペクトルによりさらなる品質制御を行い、ジ−siRNA錯体の性質を確認した。生成物は、TEGリンカーにより3’末端で結合したsiRNAの2つのセンス鎖に対応する11683 m/zの質量を有することが観察された(図4)。この特定の例において、siRNAセンス鎖はハンチンチン遺伝子(Htt)を標的化するようにデザインされた。実施例1で説明される化学合成の方法はハンチンチン遺伝子を標的化するジ−分岐siRNA錯体の望ましい生成物の製造に成功した。LC−MS条件:0−100% B(7分間)、0.6mL/分。緩衝液A(25mM HFIP、20% MeOH中に15mM DBA)、緩衝液B(20%の緩衝液A中のMeOH)。
実施例5
ジ−siRNAおよびビタミンDコンジュゲートhsiRNAの化学合成の副生成物の有効性および細胞取り込み
ジ−siRNAおよびビタミンDコンジュゲートhsiRNAの化学合成でHPLC単離したそれぞれの副生成物のHtt遺伝子サイレンシング有効性を評価するために、HeLa細胞を脂質介在トランスフェクションにより各単離化合物で処理した。ハンチンチンmRNA発現はAffymetrix Quantigene 2.0により評価し、ハウスキーピング遺伝子(PPIB)に対して標準化した。全ての4つの副生成物は、トランスフェクト72時間後に顕著なHtt遺伝子サイレンシングをもたらした(図22)。蛍光標識した各副生成物を線条体内注射によりマウスに送達し、蛍光イメージングによる取り込みを測定することにより、細胞取り込みをインビボで試験した。ジ−siRNA生成物は他の3つの副生成物と比較して、注射されたマウスの半球において劇的な増大された取り込みを示した(図22)。化学合成反応から生じた4つの副生成物について、ジ−siRNAはインビボで効果的な遺伝子サイレンシンおよび高い細胞取り込み量の両方を示した。
実施例6
ジ−分岐siRNA構造のインビトロ有効性
ジ−分岐siRNA(ジ−siRNA)のインビトロ有効性を決定するために、脂質介在送達系を用いてHttを標的化するジ−siRNAをHeLa細胞にトランスフェクトした。HeLa細胞はRNAiMaxを用いて種々の濃度で分岐オリゴヌクレオチドでトランスフェクトした。トランスフェクト72時間後にHTT mRNA発現を測定した。HeLa細胞(図10)における単一の二本鎖siRNAから生じた効果と同様に、ジ−siRNAはHTT遺伝子の顕著なサイレンシングをもたらした。
脂質を介して送達されない一次皮質ニューロンにおける細胞取り込みおよび遺伝子サイレンシングの有効性を決定するために、種々の濃度で一週間、細胞をHtt−ジ−siRNAで受動的に処理した。HTT mRNA発現を測定し、ハウスキーピング遺伝子PPIBに対して標準化した。図10に示すように、ジ−siRNA構造はHtt遺伝子の顕著なサイレンシングをもたらし、ジ−分岐siRNA構造が脂質形成なしに効率的にニューロンへ送達されることを示した。これはsiRNA錯体のジ−分岐構造がRISC導入および既知の効果的なsiRNAの遺伝子サイレンシングを妨げないことを示す。
実施例7
ジ−siRNAおよびビタミンDコンジュゲートhsiRNAの投与方法
インビボでのニューロンにおける分岐オリゴヌクレオチドの送達および活性の有効性を評価するために、ジ−HTT−Cy3を線条体内(IS)注射によりマウスに送達した。ジ−HTT−Cy3は脳の注射された半球全体に局在化し、蓄積したが、単一の分岐HTT−siRNA(トリエチレングリコールコンジュゲートsiRNA(TEG−siRNA))は脳の注射された半球全体において極めて低い蓄積を示した(図11)。Htt−ジ−siRNAの単回IS注射は、注射1週間後に顕著な遺伝子サイレンシングをもたらし(図13)、遺伝子サイレンシングのレベルは注射後2週間維持された(図26)。さらなる実験により、ジ−HTT−Cy3の単回IS注射は、注射2週間後に顕著な毒性をもたらさないことが示された(図27A)。Htt−ジ−siRNAは顕著な神経膠症をもたらしたが(図27B)、これはニューロンにおいてHtt遺伝子がサイレンシングされたときに想定される。さらに、ジ−HTT−Cy3はIS注射2週間後に肝臓または腎臓に蓄積せず(図13)また、Htt mRNAはIS注射後、肝臓または腎臓において顕著にサイレンシングされない(図23)。TEG−siRNAのみと比較したとき、ジ−siRNAの二重分岐構造は分布およびニューロン取り込みを改善し;従って大きさおよび/またはsiRNA錯体の構造が有効性に重要である。Htt−ジ−siRNAのIS注射は、脳に局在化し続ける顕著かつ安定なHttの減少をもたらし、この有効性のレベルは非コンジュゲートsiRNAについては一度も示されていない。
実施例8
他の投与経路1
脊髄における送達の有効性および分岐オリゴヌクレオチドの活性を評価するために、ジ−HTT−Cy3を脊髄の腰部領域に髄腔内(IT)注射によりマウスに送達した。図14および28〜29に示すように、注射1週間後、ジ−HTT−Cy3は脊髄に蓄積する。IT注射はまた、頸部、胸部および脊髄の腰部領域において顕著なHtt mRNAサイレンシングをもたらした(図14)。ジ−HTT−Cy3のIT注射は脊髄において顕著な遺伝子サイレンシングを成功裏にもたらした。
実施例9
他の投与経路2
臨床的に関連する実験において、脳全体の分岐オリゴヌクレオチドの送達および活性の有効性を評価するために、ジ−HTT−Cy3を脳室内(ICV)注射によりマウスに送達した。注射2日後および2週間後の両方で、ジ−siRNAは脳全体に蓄積した(図30−31)。ジ−HTT−Cy3のICVはまた、注射2週間後にHtt mRNAおよびタンパク質発現を顕著にサイレンシングした(図32)。さらなる実験により、ICV送達は注射2週間後に顕著な毒性をもたらさないことが示された(図33)。しかしながら、ジ−HTT−Cy3のICV注射は脳の多数の領域で神経膠症をもたらし、これはHtt遺伝子のサイレンシングによる結果であると想定される(図34)。ICV注射は血液脳関門を避けるためにジ−siRNAを脳脊髄液(CSF)に直接的に投与し、この注射は脳の疾患を処置するために使用される。
ICV注射が神経疾患について治療的に関連する注射であるように、この結果は分岐オリゴヌクレオチドの治療可能性に重要である、ICV投与後の分岐オリゴヌクレオチドの有効性および安定性は、本明細書に記載の発明がハンチントン病を含む種々の処置が困難な神経疾患に治療として使用され得ることを示す。
実施例10
他の投与経路3
全身にわたるジ−siRNAの送達および活性の有効性を評価するために、ジ−HTT−Cy3を静脈内(IV)注射によりマウスに投与した。マウスはに20mg/kgのジ−HTT−Cy3を2日連続で注射し(合計40mg/kg)、最後の注射から24時間後に屠殺した。図35−36に示すように、IV送達後、ジ−siRNAは多くの臓器(肝臓、腎臓、脾臓、膵臓、肺、脂肪、筋肉、胸腺、結腸および皮膚を含む)に蓄積した。ジ−siRNAは脳にもまた蓄積し、これは治療用siRNAを使用した予測不可能な結果であるジ−siRNAの血液−脳関門を通過する能力を示す。IV注射は、ジ−siRNA構造は、全身の広範な種々の細胞型において効果的かつ機能的であることを示す。
実施例11
毒性および神経膠症の決定
毒性
上昇したDARPP32はニューロンの死滅を示すため(Jin, H., et al. DARPP-32 to quantify intracerebral hemorrhage-induced neuronal death in basal ganglia. Transl Stroke Res. 4(1): 130-134. 2013)、ジ−HTT−Cy3の注射後の脳における毒性レベルを評価するために、脳組織においてDARPP32のタンパク質量を評価した。ISまたはICV注射により、2nmolのジ−HTT−Cy3(4nmolの対応するアンチセンスHTT鎖)でマウスを処置した。注射14日後に動物を屠殺し、組織パンチを脳の種々の領域に由来する300μmの脳切片から採取した。DARPP32タンパク質を免疫ブロットにより定量した。人工脳脊髄液(aCSF)を陰性対照として使用した。高用量ジ−HTT−Cy3IS注射もICV注射も顕著な毒性をもたらさなかった(図27および33)。
神経膠症
ジ−HTT−Cy3注射後の脳における神経膠症のレベルを評価するために、高用量のジ−HTT−Cy3後にGFAPタンパク質レベルを評価した。ISまたはICV注射により2nmolのジ−HTT−Cy3(4nmolの対応するアンチセンスHTT鎖)でマウスを処置した。注射14日後にマウスを屠殺し、組織パンチを脳の種々の領域に由来する300μmの脳切片から採取した。GFAPタンパク質を免疫ブロットにより定量した。人工脳脊髄液(aCSF)を陰性対照として使用した。高用量ジ−HTT−Cy3のISおよびICV注射の両方が、顕著な神経膠腫をもたらした(図27および34)が、しかしながら、神経膠腫の誘発はハンチンチン遺伝子のほぼ完全なサイレンシングによる結果であると考えられる。
実施例12
ジ−HTT−Cy3インビボ有効性の決定
分布および蓄積
インビボでの分岐オリゴヌクレオチドの分布の有効性を決定するために、実施例7〜10に記載されるようにIS、ICV、髄腔内またはIV注射によりジ−HTT−Cy3でマウスを処置した。全ての実施例において、2nmolのジ−HTT−Cy3(4nmolの対応するアンチセンスHTT鎖)を注射し、センス鎖とハイブリッド形成するためのCy3−標識ペプチド核酸(PNA)を用いて蓄積を定量した。組織1mgあたりのジ−HTT−Cy3のngを定量するために、その後HPLC分析を使用した。人工脳脊髄液(aCSF)を陰性対照として用いた。
蛍光イメージング実験において、脳切片をジ−HTT−Cy3(赤)の蓄積を検出するためにCy3チャネルを使用して造影されるDAPI(青)で染色した。
サイレンシング
インビボでの分岐オリゴヌクレオチドのサイレンシングの有効性を決定するために、実施例7〜10において上で記載したようにマウスをIS、ICV、髄腔内またはIV注射によりジ−HTT−Cy3で処置した。全ての実施例において、Coles, A. et al., A High-Throughput Method for Direct Detection of Therapeutic Oligonucleotide-Induced Gene Silencing In Vivo. Nucl Acid Ther. 26 (2), 86-92, 2015に記載のように、2nmolのジ−HTT−Cy3(4nmolの対応するアンチセンスHTT鎖)を注射し、Affymetrix Quantigene 2.0を用いてHtt mRNAのサイレンシングを定量した。データをハウスキーピング対照、HPRTに対して標準化し、人工脳脊髄液(aCSF)を陰性対照として使用した。
実施例13
分岐オリゴヌクレオチド構造における疎水性部分の取り込み:戦略1
ある態様において、非保護ヒドロキシル基(またはアミン)を有する、2−シアノエトキシ−ビス(N,N−ジイソプロピルアミノ)ホスフィン(または他の適切なホスフィチル化試薬)でホスフィチル化された短鎖の疎水性アルキレンまたはアルカン(Hy)は、対応する脂溶性ホスホロアミダイトを製造するために使用される。これらの脂溶性ホスホロアミダイトは従来のオリゴヌクレオチド合成条件を用いて、分岐オリゴヌクレオチドの末端位置に付加され得る。この戦略は図44に示される。
実施例14
分岐オリゴヌクレオチド構造における疎水性部分の組み込み:戦略2
別の例において、2−シアノエトキシ−ビス(N,N−ジイソプロピルアミノ)ホスフィン(または任意の他の適切なホスフィチル化試薬)を用いてホスフィチル化され得る正電荷を有するまたは有さない保護されていないヒドロキシル基(またはアミン)を有する短い/小さい芳香族性平面分子(Hy)は、対応する芳香族性疎水性ホスホルアミダイトを製造するために使用される。芳香族性部分は正電荷を有する。これらの脂溶性ホスホルアミダイトは、従来のオリゴヌクレオチド合成条件を用いて分岐オリゴヌクレオチドの末端位置に加えることができる。この戦略は図45に示される。
実施例15
分岐オリゴヌクレオチド構造における疎水性部分の組み込み:戦略3
生物学的に関連する疎水性部分を導入するために、短い脂溶性ペプチドを固体支持体上または溶液中(後者を本明細書に記載)で連続ペプチド合成により製造した。あらゆる正電荷はオリゴヌクレオチドの全体の正味電荷を減少させ、従って、疎水性を増大させるために、短い(1〜10)アミノ酸鎖は正に荷電したまたは極性アミノ酸部分もまた含み得る。適切な長さのペプチドが製造されると、疎水性を増大させ、遊離のアミンをマスクするためにそれは無水酢酸または別の短鎖脂肪酸でキャッピングされるべきである。カルボニル保護基をその後除去し、遊離のヒドロキシル(またはアミン)のホスフィチル化を可能にするカップリングされた3−アミノプロパン−1−オールを得る。このアミノ酸ホスホルアミダイトはその後、従来のオリゴヌクレオチド合成条件を用いて分岐オリゴヌクレオチドの末端5’位に加えることができる。この戦略は図46に示される。

Claims (44)

  1. 2以上の核酸を含む分岐オリゴヌクレオチド化合物であって、これら核酸がリンカー、スペーサーおよび分岐点から選択される1以上の部分により互いに結合している、化合物。
  2. 2個、3個、4個、6個または8個の核酸を含む、請求項1に記載の化合物。
  3. 各核酸が一本鎖であり、5’末端および3’末端を有し、各核酸が独立して、5’末端または3’末端でリンカー、スペーサーおよび分岐点に結合している、請求項1に記載の化合物。
  4. 各一本鎖核酸が、独立して、少なくとも15個の連続したヌクレオチドを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物。
  5. 各核酸が1以上の化学修飾ヌクレオチドを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物。
  6. 各核酸が化学修飾ヌクレオチドから成る、請求項5に記載の化合物。
  7. 各核酸が二本鎖であり、それぞれが5’末端および3’末端を含むセンス鎖およびアンチセンス鎖を含む、請求項1に記載の化合物。
  8. センス鎖およびアンチセンス鎖がそれぞれ、1以上の化学修飾ヌクレオチドを含む、請求項7に記載の化合物。
  9. センス鎖およびアンチセンス鎖がそれぞれ、化学修飾ヌクレオチドから成る、請求項8に記載の化合物。
  10. センス鎖およびアンチセンス鎖の両方が交互に2’−メトキシヌクレオチドおよび2’−フルオロヌクレオチドを含む、請求項9に記載の化合物。
  11. センス鎖およびアンチセンス鎖の5’末端から1位および2位でヌクレオチドがホスホロチオエート結合により隣接するヌクレオチドに結合する、請求項7〜10のいずれか一項に記載の化合物。
  12. 各二本鎖核酸が独立して、センス鎖またはアンチセンス鎖の3’末端または5’末端で結合している、請求項7〜11のいずれか一項に記載の化合物。
  13. アンチセンス鎖が、少なくとも16個、少なくとも17個、少なくとも18個、少なくとも19個または少なくとも20個の連続したヌクレオチドを含み、標的に対する相補性を有する、請求項7〜12のいずれか一項に記載の化合物。
  14. 3’末端から1〜6位または3’末端から1〜7位でヌクレオチドがホスホロチオエート結合により隣接するヌクレオチドに結合する、請求項7〜13のいずれか一項に記載の化合物。
  15. 化合物が分岐オリゴヌクレオチド化合物の末端5’位に結合した疎水性部分をさらに含む、請求項7〜14のいずれか一項に記載の化合物。
  16. 疎水性部分がアルキル、アルケニルもしくはアリール部分、ビタミンもしくはコレステロール誘導体、脂溶性アミノ酸またはそれらの組合せを含む、請求項15に記載の化合物。
  17. 各リンカーが独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され;
    ここで、リンカーのいずれかの炭素または酸素原子が場合により窒素原子で置換されていてよく、ヒドロキシル置換基を有していてよく、またはオキソ置換基を有していてよい;
    請求項1〜16のいずれか一項に記載の化合物。
  18. 式(I):
    〔式中、
    Lはエチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され、
    式(I)は場合により1以上の分岐点Bおよび1以上のスペーサーSをさらに含み;
    Bはそれぞれ独立して、多価有機種またはその誘導体であり;
    Sはそれぞれ独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され;
    Nはそれぞれが1以上の化学的修飾を含むセンス鎖およびアンチセンス鎖を含む二本鎖RNAであり;そして
    nは2、3、4、5、6、7または8である〕
    の化合物。
  19. 式(I−1)〜(I−9):
    から選択される構造を有する、請求項18に記載の化合物。
  20. アンチセンス鎖が、
    から成る群から選択される5’末端基Rを含む、請求項18に記載の化合物。
  21. 式(II):
    〔式中、
    Xはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびそれらの化学修飾誘導体から選択され;
    Yはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびそれらの化学修飾誘導体から選択され;
    −はホスホジエステルヌクレオシド間結合を表し;
    =はホスホロチオエートヌクレオシド間結合を表し;そして
    ---はそれぞれ、個々に塩基対相互作用またはミスマッチを表す〕
    の構造を有する、請求項18に記載の化合物。
  22. 式(II):
    〔式中、
    はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;
    Xはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドであり;
    はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;そして
    Yはそれぞれ、独立して、ヌクレオチド2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドである〕
    の構造を有する、請求項20に記載の化合物。
  23. 式(IV):
    〔式中、
    は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むアデノシンであり;
    Aは2’−O−メチル修飾を含むアデノシンであり;
    は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むグアノシンであり;
    Gは2’−O−メチル修飾を含むグアノシンであり;
    は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むウリジンであり;
    Uは2’−O−メチル修飾を含むウリジンであり;
    は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むシチジンであり;そして
    Cは2’−O−メチル修飾を含むシチジンである〕
    の構造を有する、請求項22に記載の化合物。
  24. 式(V):
    〔式中、
    Xはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびその化学修飾誘導体から選択され;
    Yはそれぞれ、独立して、アデノシン、グアノシン、ウリジン、シチジンおよびその化学修飾誘導体から選択され;
    −はホスホジエステルヌクレオシド間結合を表し;
    =はホスホロチオエートヌクレオシド間結合を表し;そして
    ---はそれぞれ、個々に塩基対相互作用またはミスマッチを表す〕
    の構造を有する、請求項18に記載の化合物。
  25. 式(VI):
    〔式中、
    はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;
    Xはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドであり;
    はそれぞれ、独立して2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;そして
    Yはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドである〕
    の構造を有する、請求項24に記載の化合物。
  26. 式(VII):
    〔式中、
    は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むアデノシンであり;
    Aは2’−O−メチル修飾を含むアデノシンであり;
    は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むグアノシンであり;
    Gは2’−O−メチル修飾を含むグアノシンであり;
    は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むウリジンであり;
    Uは2’−O−メチル修飾を含むウリジンであり;
    は2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むシチジンであり;そして
    Cは2’−O−メチル修飾を含むシチジンであり;
    はそれぞれ、独立して、2’−デオキシ−2’−フルオロ修飾を含むヌクレオチドであり;そして
    Yはそれぞれ、独立して、2’−O−メチル修飾を含むヌクレオチドである〕
    の構造を有する、請求項24に記載の化合物。
  27. LがL1:
    の構造を有する、請求項18〜26のいずれか一項に記載の化合物。
  28. RがRであり、nが2である、請求項27に記載の化合物。
  29. LがL2:
    の構造を有する、請求項18〜26のいずれか一項に記載の化合物。
  30. RがRであり、nが2である、請求項29に記載の化合物。
  31. 式(VIII):
    〔式中、
    Lはエチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート 、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され、
    ここで、式(VIII)は場合により1以上の分岐点Bおよび1以上のスペーサーSをさらに含んでよく;ここで、
    Bはそれぞれ独立して、多価有機種またはその誘導体であり;
    Sはそれぞれ独立して、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスフェート、ホスホネート、ホスホルアミデート、エステル、アミド、トリアゾールおよびそれらの組合せから選択され;
    各cNAは独立して、1以上の化学修飾を含むキャリア核酸であり;そして
    nは2、3、4、5、6、7または8である〕
    の構造を有する治療用核酸のための送達系。
  32. 式(VIII−1)〜(VIII−9):
    から選択される構造を有する、請求項31に記載の送達系。
  33. 各cNAが独立して、少なくとも15個の連続したヌクレオチドを含む、請求項31に記載の送達系。
  34. 各cNAが独立して、化学修飾ヌクレオチドから成る、請求項31に記載の送達系。
  35. n個の治療用核酸(NA)をさらに含み、ここで各NAが少なくとも1つのcNAとハイブリッド形成している、請求項31に記載の送達系。
  36. 各NAが独立して、少なくとも16個の連続したヌクレオチドを含む、請求項35に記載の送達系。
  37. 各NAが独立して、16〜20個の連続したヌクレオチドを含む、請求項35に記載の送達系。
  38. 各NAが少なくとも2個のヌクレオチドの不対オーバーハングを含む、請求項35に記載の送達系。
  39. オーバーハングのヌクレオチドがホスホロチオエート結合により結合している、請求項35に記載の送達系。
  40. 各NAが独立して、DNA、siRNA、アンタゴmiR、miRNA、ギャップマー、ミックスマーまたはガイドRNAから成る群から選択される、請求項35に記載の送達系。
  41. 各NAが同一である、請求項35に記載の送達系。
  42. 各NAが同一でない、請求項35に記載の送達系。
  43. 請求項16〜28のいずれか一項に記載の構造を有する、請求項35に記載の送達系。
  44. 送達の標的が脳、肝臓、皮膚、腎臓、脾臓、膵臓、結腸、脂肪、肺、筋肉および胸腺から選択される、請求項31に記載の送達系。
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