JP2020509786A - 聴覚損失の治療のための遺伝子治療構成物および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年3月17日に提出された米国仮出願No.62/472,790、および2017年7月12日に提出された米国仮出願No.62/531,522に基づく利益を主張し、それらの各内容は、その全体が本明細書に参照によって組み込まれる。
[本開示の分野]
開示されるのは、TMPRSS3遺伝子またはLOXHD1遺伝子の遺伝的変異によって引き起こされる聴覚損失および難聴の治療および/または予防に有用な組成物および方法である。
[本開示の背景]
聴覚損失は、ヒトにおいて最も一般的な感覚障害である。世界保健機関(WHO)によって公開された障害をもたらす聴覚損失の程度における2012年の推定によると、障害をもたらす聴覚損失を持って生きている人口は世界中で3億6千万人(3億2千800万人の成人、および3千200万人の子供)であり、それらの人口の89%(または3億2千200万人)は、低所得国に住む(聴覚損失の有病率におけるWHO全体の推定;Mortality and Burden of Diseases and Prevention of Blindness and Deafness,WHO2012)。
LOXHD1の臨床的特徴:
・常染色体劣性
・聴覚損失、感覚神経的、両側性(低周波数での軽度聴覚損失)
・アシュケナージ系ユダヤ人ファミリーにおいて7歳〜10歳で人工内耳移植につながる先天性発症
・血縁のイラン人ファミリーにおいて7歳〜8歳で発症し、成人期に中間周波数および高周波数における中程度〜重度の損失に進行する
常染色体劣性聴覚損失−77(DFNB77)は、染色体18q21におけるLOXHD1遺伝子(613072)のホモ接合変異によって引き起こされるという証拠。
本願に開示されるのは、配列ID No:1もしくは配列ID No:2の核酸配列を含む、または配列ID NO:1もしくは配列ID No:2の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列を含む発現ベクターであり、ここで、核酸配列は、プロモーターに作動可能に連結される。さらに本願に開示されるのは、聴覚損失の治療または予防のための方法に使用するための医薬組成物であり、配列ID No:1もしくは配列ID No:2の核酸配列を有する、または配列ID NO:1もしくは配列ID No:2の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列を有する発現ベクターを含み、ここで、核酸配列はプロモーターに作動可能に連結される。いくつかの実施形態において、核酸配列は、配列ID NO:1または配列ID No:2の核酸配列に少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、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%、または少なくとも99%の配列同一性を有する。いくつかの実施形態において、発現ベクターは、アデノ−関連ウイルスベクター、アデノウイルスベクター、単純ヘルペスウイルスベクター、ワクシニアウイルスベクター、ヘルバー依存的アデノウイルスベクター、およびレンチウイルスベクターから選択される。いくつかの実施形態において、ベクターは、AAV2、AAV2/Anc80、AAV5、AAV6、AAV6.2、AAV7、AAV8、AAV9、AAVrh8、AAVrh10、AAVrh39、AAVrh43、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、およびAnc80から選択されるアデノ−関連ウイルスベクターである。いくつかの実施形態において、アデノ−関連ウイルスベクターは、AAV2またはAnc80である。いくつかの実施形態において、プロモーターは、任意の有毛細胞プロモーターから選択され、発達初期に作動可能に連結される核酸の発現を誘導し、例えば、TMPRSS3プロモーター、ヒトサイトメガロウイルス(HCMV)プロモーター、サイトメガロウイルス/チキンベータ−アクチン(CBA)プロモーター、Myo7aプロモーター、またはPou4f3プロモーター等の発現を生涯にわたって維持する。
本発明として考えられる主題は、明細書の結論における特許請求の範囲に特に指摘され、明確にクレームされる。本発明における前述のおよび他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面と併用されて続く詳細な説明から明らかになるだろう。
本願に使用される用語「有効量」または「治療的有効量」は、本願に記述されるような活性剤の量に関し、上記の「治療(treatment)」の説明において記述されるような、一つ以上の所望の臨床成績を達成するために、または達成する方向に貢献するために十分である量に関する。任意の個々の場合において適切な「有効」量は、用量漸増試験のような当該技術分野において公知の標準技術を用いて決定されてもよい。
[聴覚損失における臨床的特徴]遺伝性聴覚損失および難聴は、伝音性、感音性、またはその両方の組み合わせ;症候性(外耳または他の器官の先天性異常と、または他の器官システムを含む医学的問題と関連する)または非症候性(外耳の関連する可視できる異常、または任意の関連する医学的問題はない);および言語習得前(言語が発達する前)または言語習得後(言語が発達する後)、であってもよい(Richard JH Smith,MD,et al.(2104)難聴および遺伝性聴覚損失修正(Deafness and Hereditary Hearing Loss Overview).(GeneReviews)。
[診断/試験]聴覚損失の遺伝型は、聴覚損失の後天的(非−遺伝性)原因とは区別されなければならない。聴覚損失の遺伝型は、耳鼻科的、聴覚的、および身体検査、家族歴、付随的試験(例えば、側頭骨におけるCT検査)、および分子遺伝学的試験によって診断される。分子遺伝学的試験は、様々な型の症候性および非症候性難聴で可能であり、診断および遺伝相談に大きな役割を果たす。
[1.歪成分耳音響放射(DPOAE)]歪成分耳音響放射(DPOAE)は、蝸牛が比率1.1〜1.3の2つの純粋な音質周波数によって同時に刺激される場合に発生される応答である。DPOAEの発生メカニズムにおける最近の研究は、DPOAE応答において2つの重要な要素が存在すること、一つは、相互変調「ひずみ」によって発生される、一つは「反射」によって発生される、ことを明確に示している。
[2.聴性脳幹反応(ABR)]聴性脳幹反応(ABR)試験は、聴覚のための内耳(蝸牛)および脳経路についての情報を与える。この試験は、時々、聴性誘発反応(AEP)とも称される。試験は、子供や聴覚スクリーニングにおける従来の行動論的方法では難しい他の患者で使用されることができる。ABRは、脳または脳経路における聴覚損失の型を示す兆候、症状、病気を有する人々に適応される。試験は、ヒトおよび動物の両方に使用される。ABRは、頭に電極(心電図が動作される場合に心臓周囲に置かれる電極に類似する)を貼り付け、および音に応答して脳波活性を記録することによって行われる。試験される人は、試験が行われる間、静かに休んでいる、または眠っている。応答は必須ではない。ABRを、新生児の聴覚スクリーニングプログラムにおけるスクリーニング試験としても使用することができる。スクリーニング試験として使用される場合、強さのレベル、または大きさのレベルの一つが検査され、乳児は検査に合格するか不合格であるかである。(アメリカ言語聴覚協会ウェブサイト)。
[聴覚損失の臨床症状]聴覚損失は、次の型および発症によって記述される:
[型]
・伝音性聴覚損失は、外耳および/または中耳の耳小骨の異常に起因する。
・感音性聴覚損失は、内耳構造(すなわち、蝸牛)の機能異常に起因する。
・混合聴覚損失は、伝音性および感音性聴覚損失の組み合わせである。
・中枢聴覚機能障害は、第8脳神経、聴性脳幹、または大脳皮質レベルでの損傷または機能障害に起因する。
[発症]
・言語習得前聴覚損失は、発話の発達前に存在する。全ての生まれつきの(出生時の)聴覚損失は、言語習得前であるが、全ての言語習得前聴覚損失は生まれつきではない。
・言語習得後聴覚損失は、正常な発話の発達後に起こる。
(Richard JH Smith,MD,et al.;難聴および遺伝性聴覚損失概説(Deafness and Hereditary Hearing Loss Overview);GeneReviews;最初の掲載:1999年2月14日;最後の修正:2014年1月9日)
[聴覚損失の重症度]聴覚は、デシベル(dB)で測定される。各周波数のための閾値または0dBマークは、正常な若い成人が、ある時間におけるトーンバースト50%を認識するレベルに関する。聴覚は、個々の閾値が正常な閾値の15dB以内である場合に正常と考えられる。聴覚損失の重症度は、表4に示されるように等級付けられる。
・低い(<500Hz)
・中間(501〜2000Hz)
・高い(>2000Hz)
[遺伝子治療]遺伝子治療は、DNAが遺伝病を治療するために患者に導入される場合である。新しいDNAは、通常、既存遺伝子において疾患原因変異の影響を修正するための機能性遺伝子を含む。遺伝子導入は、実験的目的または治療的目的のいずれかのために、遺伝情報を標的細胞に動かすベクターまたはベクターシステムに依存する。ベクターまたはベクターシステムは、遺伝子導入反応の効率、特異性、宿主応答、薬理学、および寿命における重要な決定因と考えられる。最近、遺伝子導入を達成するための最も効率的かつ効果的方法は、複製−欠損を作成しているウイルスに基づかれるベクターまたはベクターシステムの使用を介する(PCT公開No.WO2015/054653;祖先ウイルス配列を予測する方法およびその使用(Methods of Predicting Ancestral Virus Sequences and Uses Thereof))。
[ベクター]今まで、アデノウイルス、アデノ−関連ウイルス、単純ヘルペスウイルス、ワクシニアウイルス、レトロウイルス、ヘルパー依存的アデノウイルス、およびレンチウイルスは、蝸牛遺伝子伝達のために全て試験されている。もちろん、最も潜在性を示しているものは、アデノ関連ウイルス(AAV)であり、アデノ関連ウイルスは、複製せず、内耳に導入遺伝子を効率的に伝達することができ、中毒性難聴の原因とならない。特に、AAVは、内耳有毛細胞に効果的に伝達することができ、このことは、有毛細胞特異的変異のために遺伝子異常を修正することを望む場合に重要な特徴である。今まで、多くの異なるAAVサブタイプが、コルチ器官への任意の損傷をほとんど示すことなく、蝸牛遺伝子伝達のために用いられて成功してきた。AAV血清型1、2、5、6、および8を研究する最近の報告では、有毛細胞、支持細胞、聴覚神経、および螺旋靭帯での成功した遺伝子発現を証明し、最も効果的に遺伝子導入されるのは有毛細胞であることを証明した(Lawrence R.Lustig,MD and Omar Akil,PhD(2012)蝸牛遺伝子治療(Cochlear Gene Therapy).Curr Opin Neurol.25(1):57−60)。内耳に投与可能なAAVベクターの例は、米国特許出願N0.2013/0095071にさらに記述されており、その全体が本明細書に参照によって組み込まれる。
[遺伝子治療のマウスモデル]:劣性型遺伝的難聴の様々な異なるマウスモデルは、遺伝子治療を介して救出されている。例えば、聴覚損失を誘導するVGLUT3変異、TLC1変異、フィルリン(whirlin)変異、クラリン(clarin)1変異の修正を含む(Akil et al.,2012;Askew et al.,2015;Chien et al.,2016;Geng et al.,2017;Isgrig et al.,2017)。全てのこれらのモデルは、聴覚の成熟前および内耳有毛細胞の変性前に、新生児のマウス内耳へのベクターの伝達を必要とする。このことは、遺伝子治療戦略を用いて聴覚の救出に作用するために、標的疾患が、聴覚の損失および標的細胞の変性より前に遺伝子治療における伝達を可能にするように、少なくとも人において緩徐進行性であるべきである、ということを示す。
[TMPRSS3遺伝子変異は聴覚損失を誘導する]:TMPRSS3(DFNA8/10)の変異に関連する聴覚損失は、様々な異なる表現型で存在することができる。生まれつき深刻な聴覚損失、および成人で発症する進行性聴覚損失が記述されている(Weegerink et al.,2011)。現在のところ、Tmprss3機能障害によるメカニズムは知られていない。出生時の聴覚損失マウス、および少し遅い時期であるがまだ聴覚の成熟前に聴覚損失を発症するマウス、の2つのマウスモデルが、今まで発展されている。Fasquelle et al.は、Tmprss3におけるタンパク質ー短縮型ナンセンス変異を有するエチル−ニトロソウレア−誘導変異マウスを生成した。これは、出生後12日、聴覚の成熟の前後における有毛細胞の損失および聴覚の悪化を示した。加えて、嚢状の有毛細胞に影響を及ぼし、螺旋神経節の遅延型変性が観察された(Fasquelle et al.2011)。螺旋神経節の変性が、コルチ器官の変性に関連するのか、螺旋神経節におけるTmprss3の機能障害に起因するのかはマウスモデルから明確でない。多くの研究では、マウス内耳におけるTmprss3の分布を評価しており、有毛細胞および螺旋神経節細胞におけるTmprss3の存在を証明している(Fan,Zhu,Li,Ji,&Wang,2014;Fasquelle et al.,2011)。マウスTmprss3の発現を、抗体抗−TMPRSS3を用いて1月齢のC57B15マウスで評価した(1:100,ab167160,アブカム社(Abcam),ケンブリッジ、マサチューセッツ)。標識は、内有毛細胞および外有毛細胞、血管条、並びに螺旋神経節細胞の約50%において観察された(図5)。このことは、蝸牛内電位の変化がないことがFasquelleマウスモデルにおいて観察されたけれども(Fasquelle et al.,2011)、Tmprss3機能の損失は、さらに、strial機能の損失をもたらす恐れがあることを示す。
[内耳への伝達のためのAAV血清型]:広範囲の異なるAAV血清型は、内耳組織へトランスフェクションするのに有用であることが証明されている(Gyorgy et al.,2017;Shu,Tao,Wang,et al.,2016b;Xia,Yin,&Wang,2012)。新生児の、および成人の動物においてベクター伝達導入遺伝子の分布に明らかな違いがあり、さらに、有毛細胞へのトランスフェクションを評価する場合、内リンパ、対、内リンパへの伝達に違いがある(Kilpatrick et al.,2011;Wang et al.,2013)。マウスモデルにおいて、内リンパへのベクター伝達は、有毛細胞における向上したトランスフェクションをもたらすが、残聴の損失をもたらし、このことは、進行性聴覚損失のモデルを作ることを難しくする。潜在的に多くの動物またはヒトにおいて、ベクターは、聴覚損失を引き起こすことなく内リンパ嚢へ伝達することが可能であるので、トランスフェクション効率を上昇させることが可能である(Colletti et al.,2010)。プラスミド研究の目的のために、外リンパへの伝達は、マウスの聴覚を評価することを可能にするだろう。AAV2は、成人動物における有毛細胞、および螺旋神経節への伝達を示している(Tao et al.,2017)。AAV2の付加的利点は、ヒト遺伝子治療臨床試験において、すでに広範囲の実績および安全性データを有していることである(Santiago−Ortiz&Schaffer,2016)。最近、様々な研究は、合成AAV(AAV2/Anc80)が有毛細胞への伝達を向上させるが、天然の(native)AAV2と同等の螺旋神経節への伝達を提供しないことを示している(Landegger et al.,2017;Suzuki,Hashimoto,Xiao,Vandenberghe,&Liberman,2017)。本発明は、聴覚損失を成人で発症し、およびAAV2またはAAV2/Anc80 Tmprss3遺伝子治療が聴覚および螺旋神経節機能におけるより良い救出をもたらすかどうかを比較するためのマウスモデルを提供する。
[人工多能性幹細胞(iPSCs)]。人工多能性幹細胞(IPSまたはIPSCs)は、皮膚、肝臓、胃または他の成熟細胞のような成人細胞から遺伝子の導入を介して作成されている幹細胞であり、細胞を再プログラム化し、細胞を胚性幹細胞の全ての特徴を有する細胞に転換する幹細胞である。多能性という用語は、体の器官、神経システム、皮膚、筋肉、および骨格を形成する全ての3つの胚性系統を含む複数の細胞型を生じさせる細胞の能力を含意する。
[CRISPR/Cas9 遺伝子編集]。本願に記述される方法は、TMPRSS3遺伝子変異、またはLOXHD1遺伝子変異を編集することによって聴覚を救うためのCRISPR/Cas9ゲノム編集の使用も熟慮する。この技術は、2つの遺伝性聴覚損失マウスモデル(Tmc1 and Pmca2)において聴覚をうまく救出するために使用されている(Askew,C et al.(2015)。Tmc遺伝治療は、聴覚障害のあるマウスにおいて聴覚機能を回復させる(Sci Transl Med.7(295):295ra108)。技術は、顕性聴覚損失を標的にするために主に使用されている一方、Tmprss3ノックーインマウスモデル、および最終的にTMPRSS3遺伝子またはLOXHD1遺伝子における変異によって引き起こされる聴覚損失を有するヒトにおいて、劣性聴覚損失を標的にし、聴覚を回復させるために発展されることができる。欠陥遺伝子配列を修復するためのCRISPR/Cas9遺伝子編集の使用は、PCT公開No.WO2016/069910、PCT公開No.WO2015/048577、および米国出願公開No.2015/0291966にさらに記述されており、それらの全体が本明細書に参照によって組み込まれる。
[マウスにおけるCRISPR/Cas9システムを有するヒトTMPRSS3変異[c.916G>A(p.Ala306Thr)]の標的化変異]:存在するマウスモデルは、TMPRSS3遺伝子の完全なノックアウトを有し、生まれつきの聴覚損失、または出生後12日で聴覚の発症時の有毛細胞の変性をもたらす(Fasquelle et al.,2011)。この例は、ヒトTMPRSS3変異を有するノックインマウスの発展を記述する。TMPRSS3におけるc.916G>A(p.Ala306Thr)は、最も一般的な変異であり、中国、ドイツ、オランド、および韓国からの10以上の様々な民族の聴覚障害のある患者で同定されており、この変異がDFNB8/DFNB10表現型の主な原因になることを示す(Chung et al.,2014;Elbracht et al.,2007;Gao et al.,2017;Weegerink et al.,2011)。ヒト変異を有するマウスモデルは、Harms et al.の以前の研究において詳細に記述されるようにCRISPR/Cas9技術を用いて生成されるだろう(Harms et al.,2014)。簡潔に、ガイドRNA(gRNA)設計ツールは、遺伝子および対象の変異のための適切なgRNAを選択するために使用され;最小限の予測されたオフ−ターゲットゲノム部位編集を有するgRNAが選択され、対象のゲノム遺伝子座および他の予測されたオフ−ターゲットゲノム部位を増幅するためのプライマーと共に、サービスプロバイダーによって合成されるだろう。
[実施例2−マウスモデルにおける聴覚損失は、TMPRSS3遺伝子治療によって阻害される、または回復されることができるかどうかの評価]
様々なベクターが内耳へ遺伝子を伝達するために提案されている。より小さい遺伝子の長期伝達のために、AAVベクターは広範囲に研究されており、安全であり、広範囲の細胞への伝達を提供する。しかしながら、外有毛細胞へのAAV伝達は、より高力価のベクターでさえ不完全であることが示されている。最近、合成アデノ関連ウイルスベクターAAV2/Anc80が開発されており、内有毛細胞および外有毛細胞への優れた伝達を提供する。2つの異なるベクターシステムが試験され、Tmprss3機能が螺旋神経節の救出にも必要とされ得るという潜在性に基づかれるものである。聴覚の救出は、これらの2つのベクターシステムを用いるマウスモデルで比較されるだろう。潜在性結果は、AAV2/Anc80の場合においてより悪いABRを伴なうDPOAEの救出を含み、このことは有毛細胞に加えて螺旋神経節を治療することの必要性を示すだろう。簡潔にベクターは、実施例1の結果に基づいて聴覚損失の発症を確認される前の1〜2週間で後半規管に半規管開口術で伝達されるだろう。対数倍異なる3つの濃度のベクターはマイクロポンプを用いて注入されるだろう。動物の聴覚は、実施例1で決定された時点で一連のABRおよびDPOEAを用いて評価されるだろう。3〜6月齢の動物において、蝸牛における組織学的、免疫組織化学的および全載評価によって有毛細胞生存が評価されるだろう。対照は、ベクター(AAV2.hCMV.GFP、またはAAV2/Anc80.hCMV.GFP)を発現するGFPのみで処理された動物からなる。マウスは、任意の前庭システムをさらに示す場合、前庭システム組織学およびロータロッド試験によって評価もされるだろう。加えて、Tmprss3治療の毒性は、Tmprss3発現する両ベクターを用いてトランスフェクションする野生型マウスによって評価されるだろう。統計学的分析は、反復測定のためにANOVAを用いてグラフバッド(Graphpad)プリズム(Prism)第7版によって行われるだろう。結果は、ベクター力価当たりの聴覚に基づいて評価されるだろう。推測される動物は、変異体では時点当たりn=60(2つのベクター、3つの濃度のベクター、組織学的および全載評価)を使用し、対照では時点当たりn=3を使用する。過剰発現研究は、2つのベクターを用いてn=5を使用するだろう。
[AAV2TMPRSS3伝達システムの評価]:ヒトCMV(hCMV)プロモーターによって引き起こされるヒトTMPRSS3(BC074847)は、AAV2ベクターシステムにおいてクローン化された。ベクターは、塩化セシウム勾配で精製された。力価はpPCRによって決定された(1.1×1013GC/ml)。合成および精製後、ベクターを20μl体積にアリコートし、5%グリセロールを有するPBS中に80℃で保存した。
[TMPRSS3伝達のためのアッセイシステムの発展]:ベクター機能の効率性を評価するために、我々はTMPSS3産生を分析するためのシステムを発展させたかった。これは、異なるプロモーターを用いるベクター設計を後に評価するために、およびベクター安全性を評価するためにも役立つだろう。細胞系列は、異なるAAV血清型を用いるトランスフェクション効率について様々である(Ellis et al.,2013)。様々な細胞系列は、AAV2を用いてトランスフェクションされる能力の検査を受けた。残念ながら、AAV2を用いてトランスフェクションすることができるいくつかの一般的に使用される細胞系列は、天然の(native)TMPRSS3を発現する。様々なヒト癌細胞系列が検査され、TMPRSS3を発現することがないRNAseqが確認されている。原発性若年性鼻咽頭血管線維種(JNA)細胞は、AAV2hcmv.gfpを用いてトランスフェクションすることが明らかになった。細胞を、DMEMおよび10%熱不活性化ウシ胎児血清(FBS)(インビトロジェン(Invitrogen)、カールスバッド、カリフォルニア)を補充されたT−75フラスコに、37℃で5%CO2を維持しながらプレートに置いた。培地交換は48時間ごとに行った。細胞がP4に達し90〜100%密集になった時、3mlの0.05%トリプシンを洗浄のために加え、吸引し、その後、細胞を除去するために3mlのトリプシンを加えた。インキュベーションを37度で3〜5分間行った。トリプシンを10%FBS/DMEMを用いて中和した。細胞溶液を15mlの円すい状の瓶に集め、1200rpmで5分間、4度で回転した。細胞を、その後、10mlの10%FBS/DMEMで懸濁し、プレートに置き、24時間付着させた。AAV2−TMPRSS3の導入は、細胞を4ウェルチャンバーミリセル(Millicell)EZ スライド(PEZGS0416、ミリポアシグマ社、バーリントン、マサチューセッツ)に置き、500μLの培地に2μl/ml濃度のAAV2.hcmv.TMPRSS3を有する培地に細胞を播種することによって行った。細胞培地を24時間後に交換し、その後、トランスフェクション後48時間ごとに細胞が分析されるまで交換した。
[AAV2−TMPRSS3トランスフェクション細胞の免疫細胞化学]:トランスフェクションされたJNA細胞を、PBSを用いて最初に洗浄し、その後PBS中に4%パラホルムアルデヒドを有する溶液を用いて室温で10分間固定化した。細胞を、1%トリトン−X100/1%ウシ胎児血清/10%正常血清を用いて、1時間室温でブロッキングし透過処理した。一次抗体(1:100、ab167160、アブカム社(Abcam)、ケンブリッジ、マサチューセッツ/1:50、GTX81644、ジェーンテックス(GeneTex)社、アーバイン、カリフォルニア)を、4℃で一晩インキュベーションした。次の日、細胞を、PBSを用いてリンスし、その後、アレクサ(Alexa)フルオロ(Fluor)488(1:500、インビトロジェン(Invitrogen)社、カールスバッド、カリフォルニア)を用いて標識化した。これらの細胞を、PBSを用いてさらに洗浄し、その後、プロロング(ProLong)ゴールド(Gold)退色防止封入培地(インビトロジェン(Invitrogen)社、カールスバッド、カリフォルニア)を用いて0.2μg/ml 4’,6−ジアミジノ−2−フェニルインドールと共に染色した。
[実施例3−TMPRSS3]
[TMPRSS3−変異マウスモデルの発展]ヒトの状態とできる限り近く似ているマウスモデルの発展は、更なる治療への鍵となる。ノックアウトTmprss3マウスモデルは、商業業者から入手でき、これらの実施例に記述される実験において使用されてもよい。しかしながら、上述されるような聴覚損失を引き起こす公知のヒト変異体を心にとどめることは、マウスモデルを発展させることに、より関連性があるだろう。モデルは、ヒト変異がヒトと同様にマウスにおいても聴覚損失を引き起こすことを示すことを期待され、このことは、そのモデルを治療のために研究されるのに役立つものにする。遺伝子導入マウス系列を産生する方法は、当該技術分野において日常的に使用され、当業者に公知であるだろう。重要なことに、マウスモデルを生成する時間は、わずか数年前では平均2年であり近頃ではCRISPR/Cas9技術を用いると数か月になり著しく短くなっている。したがって、マウスモデルを産生するのにかかる時間は、もはや速度制限因子ではない。我々は、我々の研究のためにヒト変異を有するTMPRSS3マウスモデルを作成することを提案している。TMPRSS3ノックアウトマウスにおいて、有毛細胞は死に、マウスは深刻な聴覚損失を示す。Tmprss3ノックインマウスモデルの作成後、我々はABRおよびDPOAEによって有毛細胞の生存および聴覚損失を研究するだろう。マウスモデルが有毛細胞の損失における進行性聴覚損失を示す場合、そのことは我々がヒトDFNB8のためのTmprss3マウスモデルを生成しているという証明である。
[遺伝子治療用のAAV−TMPRSS3を産生するために]我々は、Tmprss3変異マウスを治療するためにAAV−介在遺伝子治療を使用するだろう。我々は、研究用に2つのAAVベクター(Anc80およびAAV2)を同定しているが、アデノウイルスベクター、単純ヘルペスウイルスベクター、ワクシニアウイルスベクター、ヘルバー依存的アデノウイルスベクター、レンチウイルスベクター、または例えば、AAV5、AAV6、AAV6.2、AAV7、AAV8、AAV9、AAVrh8、AAVrh10、AAVrh39、AAVrh43、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、もしくはAAV8のような他のアデノ関連ウイルスベクターのような、他の発現ベクターを試験してもよい。Anc80およびAAV2は共に、正常な聴覚に副作用を及ぼすことなく哺乳類の新生児有毛細胞に遺伝子を高効率的に伝達する。さらに最近、Anc80およびAAV2は共に、正常な聴覚に影響を及ぼすことなく成人のマウス有毛細胞に遺伝子を伝達するために使用されることができることを示す(Zinn,E.et al.,ウイルス進化系統におけるインシリコ再構築は、潜在的な遺伝子治療ベクターを生成する(In Silico Reconstruction of the Viral Evolutionary Lineage Yields a Potent Gene Therapy Vector),Cell Rep.2015 Aug 11;12(6):1056−68;およびAskew,C.et al.,Tmc遺伝子治療は、聴覚障害マウスにおける聴覚機能を回復させる(Tmc gene therapy restores auditory function in deaf mice),Sci Transl Med.2015 Jul 8;7(295):295ra108)。我々は、AAV−TMPRSS3ウイルスを産生するためにヒトTMPRSS3cDNAをベクターにクローン化するだろう。我々は、TMPRSS3がインビトロ(in Vitro)培養システムにおいて使用するために産生されるということを示すために研究を行うだろう。その確認に続いて、AAV−TMPRSS3が、内耳の細胞分析によって、および聴覚研究(ABRおよびDPOAE)によって示されるように副作用を有さないことを示すために、AAV−TMPRSS3を新生児の野生型マウス内耳に注入するだろう。
[聴覚の回復におけるAAV−TMPRSS3の研究]我々は、AAV−TMPRSS3を新生児のTmprss3ノックイン変異マウス内耳に注入するだろう。分析は、AAV−TMPRSS3注入マウスおよびAAV−GFPを注入された対照マウスで行われ、分析には聴覚試験、細胞分子生物学研究、および長期効果を含むだろう。細胞レベルにおいて、我々は、AAV−TMPRSS3が1月齢で有毛細胞生存を促進するかどうか決定するだろう。AAV−GFPを注入された対照変異耳において、我々はこの時点における有毛細胞の損失を観察することを期待する。対照的に、我々はAAV−TMPRSS3を注入されると有毛細胞の生存が観察されることを期待する。我々は、注入工程(蝸牛開口術、蝸牛窓膜、半規管開口術)および聴覚回復をより良くするための用量を最適化するだろう。重要なことに、我々は、成人(1月〜6月齢)マウスに注入を行い、聴覚回復を評価するだろう。成人への注入結果は、新生児への注入結果と比較され、そのことは、介入が未だ効果的である時間窓について我々に情報を与えるだろう。
[実施例4−患者の人工多能性幹細胞(iPS)細胞から生成された有毛細胞の研究]
本研究の一つの重要な態様は、ヒト有毛細胞を用いて我々の作業戦略を証明することである。ヒトの側頭骨は本研究で利用することはできないので、我々は、代わりに患者の線維芽細胞、および対照の家族線維芽細胞を用いて患者のiPS細胞系列を設立するだろう。線維芽細胞は最も頻度の高い変異を有する患者から採取され、iPS細胞系列を設立するだろう。iPS細胞系列は、有毛細胞を含む内耳細胞に分化するだろう。培養システムと共に、AAV−TMPRSS3をiPS誘導有毛細胞に感染するために使用するだろう。感染された有毛細胞は、パッチクランピング(patchy clamping)によって生存および有毛細胞形質導入を研究されるだろう。我々は、未感染および未処理の対照有毛細胞と比較して、有毛細胞生存および有毛細胞機能の向上を観察することを期待する。本研究は、ヒト有毛細胞におけるAAV−TMPRSS3インフェクションおよびTMPRSS3遺伝子発現の効率を評価するための機会を提供するだろう。当該成果は、正常に機能しないヒト有毛細胞がAAV−TMPRSS3で治療されることができることを証明し、そのことは、AAV−TMPRSS3を未来の臨床研究に向かう主な一歩とする。
[実施例5−LOXHD1]
[LOXHD1−変異マウスモデルの発展]ヒトの状態とできる限り近く似ているマウスモデルの発展は、更なる治療への鍵となる。ノックアウトLOXHD1マウスモデルは、上述されるような聴覚損失を引き起こす公知のヒト変異体を心に抱くモデルを発展させることに関連があるだろう。モデルは、ヒト変異がヒトと同様にマウスにおいても聴覚損失を引き起こすことを示すことを期待され、このことは、そのモデルを治療のために研究されるのに役立つものにする。遺伝子導入マウス系列を産生する方法は、当該技術分野において日常的に使用され、当業者に公知であるだろう。重要なことに、マウスモデルを生成する時間は、わずか数年前では平均2年であり近頃ではCRISPR/Cas9技術を用いると数か月になり著しく短くなっている。したがって、マウスモデルを産生するためにかかる時間は、もはや速度制限因子ではない。我々は、我々の研究のためにヒト変異を有するLOXHD1マウスモデルを作成することを提案している。LOXHD1ノックアウトマウスにおいて、有毛細胞は死に、マウスは深刻な聴覚損失を示す。LOXHD1ノックインマウスモデルの作成後、我々はABRおよびDPOAEによって有毛細胞の生存および聴覚損失を研究するだろう。マウスモデルが有毛細胞の損失における進行性聴覚損失を示す場合、そのことは我々がヒトDFNB77のためのLOXHD1マウスモデルを生成しているという証明である。
[遺伝子治療用のAAV−LOXHD1を産生するために]我々は、LOXHD1変異マウスを治療するためにAAV−介在遺伝子治療を使用するだろう。我々は、研究用に2つのAAVベクター(Anc80およびAAV2)を同定しているが、アデノウイルスベクター、単純ヘルペスウイルスベクター、ワクシニアウイルスベクター、ヘルバー依存的アデノウイルスベクター、レンチウイルスベクター、または例えば、AAV5、AAV6、AAV6.2、AAV7、AAV8、AAV9、AAVrh8、AAVrh10、AAVrh39、AAVrh43、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、もしくはAAV8のような他のアデノ関連ウイルスベクター、のような他の発現ベクターを試験してもよい。Anc80およびAAV2は共に、正常な聴覚に副作用を及ぼすことなく哺乳類の新生児有毛細胞に遺伝子を高効率的に伝達する。さらに、Anc80およびAAV2は共に、正常な聴覚に影響を及ぼすことなく成人のマウス有毛細胞に遺伝子を伝達するために使用されることができる(Zinn,E.et al.,ウイルス進化系統におけるインシリコ再構築は、潜在的な遺伝子治療ベクターを生成する(In Silico Reconstruction of the Viral Evolutionary Lineage Yields a Potent Gene Therapy Vector),Cell Rep.11;12(6):1056−68;およびAskew,C.et al.,Tmc遺伝子治療は、聴覚障害マウスにおける聴覚機能を回復させる(Tmc gene therapy restores auditory function in deaf mice),Sci Transl Med.7(295):295ra108)。我々は、AAV−LOXHD1ウイルスを産生するためにヒトLOXHD1cDNAをベクターにクローン化するだろう。我々は、LOXHD1がインビトロ(in Vitro)培養システムにおいて使用するために産生されるということを示すために研究を行うだろう。その確認に続いて、AAV−LOXHD1が、内耳の細胞分析によって、および聴覚研究(ABRおよびDPOAE)によって副作用を有さないことを示すために、AAV−LOXHD1を新生児の野生型マウス内耳に注入するだろう。
[聴覚の回復におけるAAV−LOXHD1の研究]我々は、AAV−LOXHD1を新生児のLOXHD1ノックイン変異マウス内耳に注入するだろう。分析は、AAV−LOXHD1注入マウスおよびAAV−GFPを注入された対照マウスで行われ、分析には聴覚試験、細胞分子生物学研究、および長期効果を含むだろう。細胞レベルにおいて、我々は、AAV−LOXHD1が1月齢で有毛細胞生存を促進するかどうか決定するだろう。AAV−GFPを注入された対照変異耳において、我々はこの時点における有毛細胞の損失を観察することを期待する。対照的に、我々はAAV−LOXHD1を注入されると有毛細胞の生存が観察されることを期待する。我々は、注入工程(蝸牛開口術、蝸牛窓膜、半規管開口術)および聴覚回復をより良くするための用量を最適化するだろう。重要なことに、我々は、成人(1月〜6月齢)マウスに注入を行い、聴覚回復を評価するだろう。成人への注入結果は、新生児への注入結果と比較され、そのことは、介入が未だ効果的である時間窓についての情報を我々に与えるだろう。
[患者の人工多能性幹細胞(iPS)細胞から生成された有毛細胞の研究]
本研究の一つの重要な態様は、ヒト有毛細胞を用いて我々の作業戦略を証明することである。ヒトの側頭骨は本研究で利用することはできないので、我々は、代わりに患者の線維芽細胞、および対照の家族線維芽細胞を用いて患者のiPS細胞系列を設立するだろう。線維芽細胞は最も頻度の高い変異を有する患者から採取され、iPS細胞系列を設立するだろう。iPS細胞系列は、有毛細胞を含む内耳細胞に分化するだろう。培養システムと共に、AAV−LOXHD1をiPS誘導有毛細胞に感染するために使用するだろう。感染された有毛細胞は、パッチクランピング(patchy clamping)によって生存および有毛細胞形質導入を研究されるだろう。我々は、未感染および未処理の対照有毛細胞と比較して、有毛細胞生存および有毛細胞機能の向上を観察することを期待する。本研究は、ヒト有毛細胞におけるAAV−LOXHD1インフェクションおよびLOXHD1遺伝子発現の効率を評価するための機会を提供するだろう。当該成果は、正常に機能しないヒト有毛細胞がAAV−LOXHD1で治療されることができることを証明し、そのことは、AAV−LOXHD1を未来の臨床研究に向かう主な一歩とする。
[実施例6−実験方法]
[ABR測定]:ABR閾値を知的聴覚システムスマートEPプログラム(Intelligent Hearing Systems Smart EP program)(IHS社,マイアミ,フロリダ,米国)を用いて記録した。動物は上述されるように麻酔され、温熱パッドで保温した(37℃)。針電極を、頂点(+)、左耳の後ろ(−)、反対の耳の後ろ(グランド)に置いた。トーンバーストを、高周波数変換器を用いて500μsの期間で、4kHz、8kHz、16kHz、および32kHzにおいて示した。記録は、100Kと等しい総ゲインを用いて、高周波および低周波通過フィルターのための100Hz設定および15kHz設定を用いて行われた。最小の128スイープを90dB SPLで示した。SPLは10dBステップで減少した。閾値レベルに近い、最大1024プレゼンテーションまで用いて5dB SPLステップを各周波数で行った。閾値は、少なくとも一つの波が2以上の反復記録で同定されることが可能であるSPLとして定義された。術前閾値は最初の操作前に測定され、最後の術後閾値は動物を犠牲にする前に測定された。我々は、各ベクター伝達前および最後のベクター伝達後3日にマウスを試験した。
[DPOAE測定]:OHCにおける機能的損傷を評価するために、歪成分耳音響放射(DPOAE)および入/出力関数(I/O関数)を上述のIHSプログラムを用いて両側で記録した。歪成分を、IHS高周波数変換器を用いて2kHz〜32kHzの純音のために測定した。エティモティック(Etymotic)10B+プローブを外耳管に挿入した。L1レベルを65dBに設定し、L2レベルを55dBに設定した。周波数は、16スイープを用いてF2−F1比が1.22と得られた。I/O関数は、16kHzの周波数で得られた。65dB SPL〜31dB SPLの範囲の9つの刺激レベルを5dBステップで使用した。マウスは、各ベクター伝達前および最後のベクター伝達後3日に試験された。
[内耳へのTMPRSS3発現AAVの伝達]全ての手順は、適切な動物実験委員会によって検査され承認された。成人マウスを、0.9%塩化ナトリウム液中にケタミン(150mg/kg)、キシロカイン(6mg/kg)、およびアセプロマジン(2mg/kg)の混合物を有する溶液のi.p.注射で麻酔した。ベクターは、後部半規管にいずれも伝達された。背面耳介後部切開を行って、後部または外側半規管を露出した。マイクロドリルを用いて、蝸牛開口術によって、外リンパ空間を作成し露出した。続いて、0.5μlのベクターを、0.1μl目盛りを有するハミルトンマイクロシリンジ、および36ゲージ針を用いて注射した。蝸牛開口術は、骨ろうを用いて密封され、動物を回復させることができた。
[マウスのロータロッド(RR)訓練および試験のためのプロトコル]:訓練のために、マウスをRRロータロッド(ENV−575M、メド アソシエイティッド インク.(Med Associated Inc.)、ジョージア、米国)に置き、一度に一匹ずつ、プログラムを4〜40rpmの速度に初期化した。マウスは落ちる/ジャンプする/止まる、および最初のスロットで回転すると、マウスは捕らえられ、プログラムを停止することなく連続的なスロットに置かれる。処置後、マウスをRRに置き、各スロットに一匹のマウスでプログラムを開始する。マウスが落ちると、マウスは捕らえら、他のマウスがプログラムを終えるのを待つために動物小屋に置かれる。
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本発明の一つ以上の実施形態を記述している。それにもかかわらず、様々な修飾が本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われてもよい。したがって、他の実施形態は次の特許請求の範囲の範囲内である。
Claims (24)
- 発現ベクターであって、
配列ID NO:1、配列ID NO:1の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列、配列ID NO:3、又は配列ID NO:3の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列からなる群から選択される核酸配列;および
前記核酸配列に作動可能に連結されるプロモーター、
を含む、発現ベクター。 - 前記発現ベクターは、アデノ−関連ウイルスベクターである、
請求項1に記載の発現ベクター。 - 前記アデノ−関連ウイルスベクターは、AAV2、AAV2/Anc80、AAV5、AAV6、AAV6.2、AAV7、AAV8、AAV9、AAVrh8、AAVrh10、AAVrh39、AAVrh43、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8又はAnc80からなる群から選択される、
請求項2に記載の発現ベクター。 - 前記プロモーターは、TMPRSS3プロモーター、Myo7aプロモーター、ヒトサイトメガロウイルス(HCMV)プロモーター、サイトメガロウイルス/チキンベータ−アクチン(CBA)プロモーター、又はPou4f3プロモーター、からなる群から選択される、
請求項1に記載の発現ベクター。 - 聴覚損失の治療または予防のための方法において使用のための医薬組成物であって、
配列ID NO:1、配列ID NO:1の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列、配列ID NO:3、又は配列ID NO:3の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列からなる群から選択される核酸配列;および前記核酸配列に作動可能に連結されるプロモーターを含む発現ベクターを含む、
医薬組成物。 - 前記発現ベクターは、アデノ−関連ウイルスベクターである、
請求項5に記載の医薬組成物。 - 前記アデノ−関連ウイルスベクターは、AAV2、AAV2/Anc80、AAV5、AAV6、AAV6.2、AAV7、AAV8、AAV9、AAVrh8、AAVrh10、AAVrh39、AAVrh43、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8又はAnc80からなる群から選択される、
請求項6に記載の医薬組成物。 - 前記プロモーターは、TMPRSS3プロモーター、Myo7aプロモーター、ヒトサイトメガロウイルス(HCMV)プロモーター、サイトメガロウイルス/チキンベータ−アクチン(CBA)プロモーター、又はPou4f3プロモーター、からなる群から選択される、
請求項5に記載の医薬組成物。 - 配列ID NO:1、配列ID NO:1の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列、配列ID NO:3、又は配列ID NO:3の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列からなる群から選択される核酸配列;および前記核酸配列に作動可能に連結されるプロモーターを含む発現ベクターを用いてトランスフェクションされた細胞。
- 前記発現ベクターは、アデノ−関連ウイルスベクターである、
請求項9に記載の細胞。 - 前記アデノ−関連ウイルスベクターは、AAV2、AAV2/Anc80、AAV5、AAV6、AAV6.2、AAV7、AAV8、AAV9、AAVrh8、AAVrh10、AAVrh39、AAVrh43、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8又はAnc80からなる群から選択される、
請求項10に記載の細胞。 - 前記プロモーターは、TMPRSS3プロモーター、Myo7aプロモーター、ヒトサイトメガロウイルス(HCMV)プロモーター、サイトメガロウイルス/チキンベータ−アクチン(CBA)プロモーター、又はPou4f3プロモーター、からなる群から選択される、
請求項9に記載の細胞。 - 前記細胞は、幹細胞である、請求項9に記載の細胞。
- 前記幹細胞は、人工多能性幹細胞である、請求項13に記載の細胞。
- 聴覚損失の治療または予防のための方法であって、
配列ID NO:1、配列ID NO:1の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列、配列ID NO:3、又は配列ID NO:3の核酸に少なくとも90%の配列同一性を有する核酸配列からなる群から選択される核酸配列;および前記核酸配列に作動可能に連結されるプロモーターを含む発現ベクターの有効量を必要な被検体に投与することを含む、方法。 - 前記発現ベクターは、アデノ−関連ウイルスベクターである、
請求項15に記載の方法。 - 前記アデノ−関連ウイルスベクターは、AAV2、AAV2/Anc80、AAV5、AAV6、AAV6.2、AAV7、AAV8、AAV9、AAVrh8、AAVrh10、AAVrh39、AAVrh43、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8又はAnc80からなる群から選択される、
請求項16に記載の方法。 - 前記プロモーターは、TMPRSS3プロモーター、Myo7aプロモーター、ヒトサイトメガロウイルス(HCMV)プロモーター、サイトメガロウイルス/チキンベータ−アクチン(CBA)プロモーター、又はPou4f3プロモーター、からなる群から選択される、
請求項15に記載の方法。 - 前記発現ベクターは、被検体の内耳に注射によって投与される、請求項15に記載の方法。
- 前記注射方法は、蝸牛開口術、蝸牛窓膜、内リンパ嚢、中央階、半規管開口術(canalostomy)、内リンパ嚢経由の中央階、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項19に記載の方法。
- 前記被検体は、聴覚損失に関連する一つ以上の遺伝的危険因子を有する、請求項15に記載の方法。
- 前記遺伝的危険因子の一つは、TMPRSS3遺伝子の変異又はLOXHD1遺伝子の変異からなる群から選択される、請求項21に記載の方法。
- 前記被検体は、聴覚損失の任意の臨床指標を示さない、請求項21に記載の方法。
- ヒトLOXHD1遺伝子の変異又はヒトTMPRSS3遺伝子の変異からなる群から選択される聴覚損失を引き起こす変異を含む、遺伝子導入マウス。
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