JP2020535828A - フェニルケトン尿症を処置するための、プロモーターとエンハンサーの組み合わせを有するベクター - Google Patents

フェニルケトン尿症を処置するための、プロモーターとエンハンサーの組み合わせを有するベクター Download PDF

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Abstract

レンチウイルス粒子を発現するためのレンチウイルスベクター系が開示されている。レンチウイルスベクター系は、治療用ベクターを含む。レンチウイルスベクター系は、フェニルケトン尿症(PKU)に罹患した被験体の細胞中でのPAH発現を上方制御するためのレンチウイルス粒子を産生する。一局面において、治療用カーゴ部分を含むウイルスベクターが提供され、上記治療用カーゴ部分が、PAH配列またはその改変体と;プロモーターと;肝臓特異的エンハンサーと、を含み、上記PAH配列またはその改変体が、上記プロモーターおよび上記肝臓特異的エンハンサーの両方によって作動的に調節される。

Description

関連出願の相互参照
本願は、「VECTORS WITH PROMOTER AND ENHANCER COMBINATIONS FOR TREATING PHENYLKETONURIA」という名称の2017年10月2日に出願された米国仮特許出願第62/566,979号の優先権を主張し、その開示内容全体が、参照により、本明細書に組み込まれる。
本開示の態様は、フェニルケトン尿症(PKU)を処置するための遺伝子医薬に関する。より具体的には、本開示の態様は、様々なプロモーターとエンハンサーの組み合わせによってその発現が調節される、PAH含有レンチウイルスベクターを含むレンチウイルスベクターに関する。
フェニルケトン尿症(PKU)は、処置せずに放置すれば、知的障害、発作、行動上の問題ならびに成長および発達の障害を罹患した小児に引き起こし得る障害の異質な群を表す。高フェニルアラニン血症が知的障害をもたらす機序は、高用量フェニルアラニンの驚くべき毒性を反映し、神経系組織のミエリン形成不全または脱髄を伴う。PKUは、北アメリカでは、12,000人に1人の平均発生率が報告されており、男女等しく罹患する。この障害は、ヨーロッパまたはアメリカ原住民系の人々において最も一般的であり、東部地中海地域でずっと高いレベルに達する。
PKUを有する患者における神経学的変化は、生後1ヶ月以内に示され、成人のPKU患者での磁気共鳴画像法(MRI)は、脳内に白質の病変を示した。これらの病変の大きさと数は、血中フェニルアラニン濃度と直接関連する。対照被験体と比較した、PKUを有する青年および成人の認知プロファイルには、著しく低下した知能指数、処理速度、運動調節および抑制能力、ならびに注意力の試験での低下した成績が含まれ得る。
PKUの大半は、肝臓のフェニルアラニンヒドロキシラーゼ(PAH)の欠乏によって引き起こされる。PAHは、分子状酸素および触媒量の、PAHの非タンパク質補因子であるテトラヒドロビオプテリン(BH)の存在下で、フェニルアラニン(Phe)のチロシン(Tyr)へのヒドロキシル化を触媒する多量体の肝臓の酵素である。PAHの十分な発現の不存在下では、血中のフェニルアラニンレベルが増加し、PKU患者に高フェニルアラニン血症および有害な副作用をもたらす。PAH活性の減少または不存在は、チロシンのならびにメラニン、l−チロキシンおよびドーパミンなどのカテコールアミン神経伝達物質などのその下流の生成物の欠乏を引き起こし得る。
PKUは、PAH中の変異および/またはPAH補因子(すなわち、BH)の合成または再生の欠陥によって引き起こされ得る。注目すべきことに、いくつかのPAH変異は、小胞体中でのタンパク質の折り畳みに影響を与えることが示されており、酵素触媒活性を減弱させまたは大きく消失させる、タンパク質構造中のミスセンス変異(63%)および小さな欠失(13%)に起因する加速された分解および/または凝集をもたらす。
一般に、血液の血漿Pheレベル、食事でのPheに対する耐性および治療に対する潜在的な応答性に基づいて、PKUを分類するために、3つの主要な表現型の群が使用されている。これらの群には、古典的PKU(Phe>1200μM)、非定型または軽症型PKU(Pheは、600〜1200μM)および恒常的軽症型高フェニルアラニン血症(HPA、Phe120〜600μM)が含まれる。
PKUの検出は、普遍的新生児スクリーニング(NBS)に依存する。かかとの穿刺から収集された一滴の血液が、米国の全50州において義務付けられているスクリーニングにおいて、フェニルアラニンレベルについて試験される。
現在のところ、生涯にわたるPheの食事制限およびBHの補給が、PKUに対して利用可能なただ2つの処置の選択肢であり、罹患した乳児で最適な臨床転帰を確保するために、早期の治療的介入が決定的に重要である。しかしながら、費用がかかる薬物適用および特殊な低タンパク質食品は、患者に対して大きな負担を課し、特にこれらの製品が民間の健康保険の適用を完全に受けていない場合には、低栄養、心理社会的または神経認知的合併症をもたらし得る。さらに、BH治療は、BH生合成における欠陥と関連する軽症型高フェニルアラニン血症の処置に主に有効であるのに対して、軽症型または古典的PKUを有する患者の20〜30%が応答するに過ぎない。このため、負担がかかるPhe制限食の代替として、PKUに対する新たな処置様式に対する切迫した要望が存在する。このため、フェニルケトン尿症の処置のための代替的方法を開発することが望ましいであろう。
遺伝子医薬は、PKUを有効に処置する潜在性を有する。遺伝子医薬は、疾患の治療または予防を目的とする遺伝子構築物の送達および発現を伴い得る。遺伝子構築物の発現は、様々なプロモーター、エンハンサーおよび/またはこれらの組み合わせによって調節され得る。
本開示の一態様において、ウイルスベクターは治療用カーゴ部分を含み、治療用カーゴ部分は、PAH配列またはその改変体と、プロモーターと、肝臓特異的エンハンサーとを含み、PAH配列またはその改変体は、プロモーターおよび肝臓特異的エンハンサーの両方によって作動的に(operatively)調節される。
実施形態において、肝臓特異的エンハンサーはプロトロンビンエンハンサーを含む。実施形態において、プロモーターは肝臓特異的プロモーターである。実施形態において、肝臓特異的プロモーターはhAATプロモーターを含む。実施形態において、治療用カーゴ部分はβグロビンイントロンをさらに含む。実施形態において、治療用カーゴ部分は、少なくとも1つの肝細胞核因子結合部位をさらに含む。実施形態において、少なくとも1つの肝細胞核因子結合部位は、プロトロンビンエンハンサーの上流に配置されている。実施形態において、少なくとも1つの肝細胞核因子結合部位は、プロトロンビンエンハンサーの下流に配置されている。
実施形態において、PAH配列またはその改変体は末端切断されている。実施形態において、PAH配列またはその改変体の末端切断された部分は、PAH配列またはその改変体の3’非翻訳領域(UTR)である。
実施形態において、PAH配列またはその改変体は、以下:
と少なくとも80%または少なくとも85%または少なくとも90%または少なくとも95%のパーセント同一性を有する配列を含む。
実施形態において、PAH配列またはその改変体は、配列番号1;配列番号2;配列番号3;または配列番号4を含む。
いくつかの実施形態において、プロトロンビンエンハンサーは、以下:
と少なくとも80%または少なくとも85%または少なくとも90%または少なくとも95%のパーセント同一性を有する配列を含む。
実施形態において、プロトロンビンエンハンサーの配列は配列番号5を含む。
実施形態において、hAATプロモーターの配列は配列番号6を含む。実施形態において、βグロビンイントロンの配列は配列番号7または8の1つを含む。実施形態において、肝細胞核因子結合部位の配列は、配列番号9〜12のいずれか1つを含む。
実施形態において、治療用カーゴ部分は、少なくとも1つの所定の相補的mRNA配列に結合することが可能な少なくとも1つの低分子RNA配列をさらに含む。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列は、完全長UTRを含有する相補的mRNA配列を標的とする。実施形態において、少なくとも1つの所定の相補的mRNA配列はPAH mRNA配列である。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列は、内在性PAHの産生を阻害する。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列はshRNAを含む。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列は第一のプロモーターの調節下にあり、およびPAH配列またはその改変体は第二のプロモーターの調節下にある。実施形態において、第一のプロモーターはH1プロモーターを含む。実施形態において、第二のプロモーターは肝臓特異的プロモーターを含む。実施形態において、肝臓特異的プロモーターはhAATプロモーターを含む。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列は、以下:
と少なくとも80%または少なくとも85%または少なくとも90%または少なくとも95%のパーセント同一性を有する配列を含む。
実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列は、配列番号13または配列番号14を含む。
実施形態において、ウイルスベクターはレンチウイルスベクターである。実施形態において、ウイルスベクターはAAVベクターである。
本開示の一態様において、標的細胞に感染することが可能なレンチウイルス粒子は、標的細胞に感染することに関して最適化されたエンベロープタンパク質と、本開示の実施形態のいずれかによるウイルスベクターとを含む。実施形態において、標的細胞は、肝細胞、筋肉細胞、上皮細胞、内皮細胞、神経細胞、神経内分泌細胞、内分泌細胞、リンパ球、骨髄系細胞、実質臓器内に存在する細胞または造血系統の細胞、造血幹細胞もしくは前駆造血幹細胞である。
本開示の態様において、被験体中のPKUを処置する方法が開示されている。該方法は、治療的有効量の本明細書に記載されたレンチウイルス粒子を被験体に投与することを含む。本開示の態様において、被験体中のPKUを予防する方法は、治療的有効量の本明細書に記載されたレンチウイルス粒子を被験体に投与することを含む。実施形態において、該方法は、PKU表現型と相関する、被験体においてPKU遺伝子型を診断することをさらに含む。実施形態において、被験体は子宮内に存在する。実施形態において、診断は被験体の出生前スクリーニングの間に行われる。実施形態において、診断はインビトロで行われる。実施形態において、治療的有効量のレンチウイルス粒子は、複数の単回用量のレンチウイルス粒子を含む。実施形態において、治療的有効量のレンチウイルス粒子は、単回用量のレンチウイルス粒子を含む。
図1は、環状化形態の例示的な3ベクターレンチウイルスベクター系を図示する。
図2は、環状化形態の例示的な4ベクターレンチウイルスベクター系を図示する。
図3は、PAHの発現を制御するためにプロトロンビンエンハンサーとhAATプロモーターの変形を含有する8つの例示的レンチウイルスベクターの線形マップを図示する。
図4Aおよび4Bは、(図4A)Hepa1−6および(図4B)293T細胞中での、異なるエンハンサー要素ありおよび3’UTRありまたはなしでのPAHのレベルを比較するイムノブロットデータを図示する。
図5A〜5Cは、(図5A)ウサギβグロビンイントロン、(図5B)コドン最適化されたPAH配列および(図5C)上流または下流のいずれかにHNF1またはHNF1/4結合部位を有するプロトロンビンエンハンサーありまたはなしでの、Hepa1−6細胞中でのPAHのレベルを比較するイムノブロットデータを図示する。
図6は、プロトロンビンエンハンサー中の変形を介してPAHを発現するレンチウイルスベクターで形質導入されたHepa1−6細胞中でのPAH RNA発現を図示する。
図7は、Hepa1−6細胞中での、アンチα1トリプシン(hAAT)またはチロキシン結合グロブリン(TBG)プロモーターのいずれかによる、PAH発現のレベルを比較するイムノブロットデータを図示する。
図8Aおよび8Bは、Hepa1−6細胞(図8A)またはHep3B細胞(図8B)中での、ウサギまたはヒトβグロビンイントロンありまたはなしでのPAHのレベルを比較するイムノブロットデータを図示する。
図9は、PAHを発現するレンチウイルスベクターを用いたヒト初代肝細胞中でのPAH発現のイムノブロットデータを図示する。
図10A〜10Cは、PAHを発現するレンチウイルスベクターで形質導入され、BH4補因子前駆体であるセピアプテリンで処置されたHepa1−6細胞の(図10Aおよび10C)細胞培地または(図10B)ライセート中でのフェニルアラニンレベルの検出によるPAH活性を図示する。
図11は、PAHを含有するレンチウイルスベクターでの処置後における、Pahenu2マウスの血中Pheの減少したレベルを図示する。
図12は、LV−Pro−hAAT−PAHによる血中のフェニルアラニン抑制を図示する。
図13A〜13Dは、様々なDJまたはAAV/2血清型ベクターを用いた293細胞中でのAAVによって送達されるPAHの発現後における、PAHタンパク質発現(図13A)およびPAH RNA発現(図13D)を示す;AAV/DJベクター(図13B)およびAAV/2ベクター(図13C)の送達後に、PAHタンパク質発現の倍数変化も分析された。 図13A〜13Dは、様々なDJまたはAAV/2血清型ベクターを用いた293細胞中でのAAVによって送達されるPAHの発現後における、PAHタンパク質発現(図13A)およびPAH RNA発現(図13D)を示す;AAV/DJベクター(図13B)およびAAV/2ベクター(図13C)の送達後に、PAHタンパク質発現の倍数変化も分析された。
図14は、PKUのためのLV−Pro−hAAT−PAHレンチウイルスベクター治療で処置された新生仔enu2/enu2マウス中でのPheの減少したレベルを図示する。
図15は、それぞれが、内在性Pah遺伝子によって発現されたmRNAの3’UTRを標的とし、PAHタンパク質の発現を阻害する、プロトロンビンーhAAT−PAH−PAH shRNA配列#1(配列番号13)またはプロトロンビンーhAAT−PAH−PAH shRNA配列#2(配列番号14)をコードするレンチウイルスベクターでの処置後においてPAH発現を示すHep3B細胞から得たデータを図示する。
本開示の概要
本開示は、治療用ベクターおよび細胞への治療用ベクターの送達に関する。実施形態において、治療用ベクターは、PAH配列またはその改変体および肝臓特異的エンハンサーを含む。実施形態において、治療用ベクターは、宿主(すなわち、内在性)PAHタンパク質発現を制御する低分子RNAも含む。
定義および解釈
本明細書中に別段の定義が為されていなければ、本開示に関連して使用される科学用語および技術用語は、当業者によって一般的に理解されている意味を有するものとする。さらに、文脈によって別段の要求がされていなければ、単数形の用語は複数を含むものとし、複数形の用語は単数を含むものとする。一般的に、本明細書に記載されている、細胞および組織培養、分子生物学、免疫学、微生物学、遺伝学ならびにタンパク質および核酸化学およびハイブリダイゼーションと関連して使用される命名法およびこれらの技術は、周知のものであり、一般的に本分野において使用されているものである。別段の記載がなければ、本開示の方法および技術は、一般に、本分野において周知の慣用的な方法に従って、ならびに本明細書を通じて引用および論述されている様々な一般的およびより具体的な参考文献に記載されているとおりに実施される。例えば、Sambrook J.&Russell D.Molecular Cloning:A Laboratory Manual,3rd ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,N.Y.(2000);Ausubelら、Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Wiley,John&Sons,Inc.(2002);Harlow and Lane Using Antibodies:A Laboratory Manual;Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,N.Y.(1998);およびColiganら、Short Protocols in Protein Science,Wiley,John&Sons,Inc.(2003)を参照されたい。あらゆる酵素的反応または精製技術は、製造業者の仕様に従って、本分野で一般的に達成されるように、または本明細書に記載されているように行われる。本明細書に記載されている分析化学、合成有機化学および医化学および薬化学に関連して使用される命名法ならびにこれらの研究室手技および技術は、本分野において周知であり、一般的に使用されるものである。
本明細書および添付の特許請求の範囲中に使用されている場合、単数形「a」、「an」および「the」は、互換的に使用され、文脈が明確に反対の意味を指示しなければ、複数形も含むことが意図され、それぞれの意味に含まれる。また、本明細書において使用される場合、「および/または」は、列記された項目の1つまたはそれより多くのあらゆるすべての可能な組み合わせのみならず、選択的に(「or」)解釈される場合には、組み合わせの欠如も表し、これらを包含する。
範囲を含む全ての数的表記、例えば、pH、温度、時間、濃度および分子量は、0.1の増分によって(+)または(−)に変動される近似値である。常に明示的に述べられているわけではないが、全ての数的表記には、「約」という用語が前置されていることが理解されるべきである。「約」という用語は、「X+0.1」または「X−0.1」など、「X」のわずかな増分に加えて、正確な値「X」も含む。常に明示的に述べられているわけではないが、本明細書に記載されている試薬は単に例示であること、およびこのようなものと同等な試薬が本分野において知られていることも理解されるべきである。
本明細書において使用される場合、「約」という用語は、当業者によって理解され、それが使用される文脈に応じて、ある程度、変動し得る。本用語が使用されている文脈が与えられた当業者にとって明確でない本用語の使用が存在する場合、「約」は、当該用語の最大プラスまたはマイナス10%を意味するであろう。
活性作用物質「の投与」または「を投与する」という用語は、治療的に有用な形態および治療的有効量で、その個体の身体中に導入することができる形態で、処置を必要とする被験体に活性作用物質を与えることを意味するものと理解されるべきである。
本明細書において使用される「含む」という用語は、組成物および方法が表記された要素を含むが、他の要素を除外しないことを意味することが意図される。組成物および方法を定義するために使用される場合、「から本質的になる」とは、その組成物または方法にとってなんらかの本質的な重要性を有する他の要素を除外することを意味するものとする。「からなる」とは、特許請求される組成物および実質的な方法工程に対して、微量を超えるその他の成分を除外することを意味するものとする。これらの移行語の各々によって定義される実施形態は、本開示の範囲に属する。したがって、方法および組成物は、さらなる工程および要素を含むことができ(含む)、または重要でない工程および組成物を含み(から本質的になる)、または記載された方法工程もしくは組成物のみを意図する(からなる)ことが意図される。
本明細書において使用される「発現」、「発現された」または「コードする」は、ポリヌクレオチドがmRNAに転写される過程および/または転写されたmRNAが、続いて、ペプチド、ポリペプチドもしくはタンパク質に翻訳される過程を表す。発現には、真核細胞中でのmRNAのスプライシングまたはその他の形態の転写後修飾もしくは翻訳後修飾が含まれ得る。
本明細書において使用される「アデノ随伴ウイルスベクター」という用語は、そのアデノ随伴ウイルスの担体または輸送体を表す。本明細書において、「アデノ随伴ウイルスベクター」という用語は、「AAVベクター」とも称され得る。
本明細書において使用される「アデノ随伴ウイルス」という用語は、軽度の免疫応答を生成し、宿主細胞ゲノム中に組み込むことが可能であり、病原性でない小型ウイルスを表す。
本明細書において使用される「AAV/DJ」(本明細書において、「AAV−DJ」とも表される)という用語は、野生型AAV血清型より高い形質導入および感染率を媒介する、異なるAAV血清型から作出されたAAVベクターの血清型である。
本明細書において使用される「AAV2」(本明細書において、「AAV/2」または「AAV−2」とも表される)という用語は、天然に存在するAAV血清型である。
本明細書において使用される「AAV−Pro−hAAT−PAH」という用語は、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列とを含むAAVベクターを表す。
本明細書において使用される略号「ApoEエンハンサー」は、アポリポタンパク質Eエンハンサーを表す。
本明細書において使用される「遺伝子医薬」または「複数の遺伝子医薬」という用語は、臨床的疾患または症状発現を処置するために遺伝子標的を焦点とする治療薬および治療戦略を一般的に表す。「遺伝子医薬」という用語は、遺伝子治療などを包含する。
本明細書において使用される略号「hAAT」は、hAATプロモーターを表す。
本明細書において使用される「hAAT−hPAH−3’UTR289」という用語は、本明細書において、U289ともいわれ得、または導入遺伝子により発現される末端切断されたhPAH3’UTRと一般的に、または末端切断された3’UTRと一般的にいわれ得る。
本明細書において使用される「肝細胞核因子」という用語は、主に肝臓内で発現される転写因子を表す。肝細胞核因子の種類には、肝細胞核因子1、肝細胞核因子2、肝細胞核因子3および肝細胞核因子4が含まれるが、これらに限定されない。
本明細書において使用される略号「HNF」は、肝細胞核因子を表す。したがって、HNF1は肝細胞核因子1を表し、HNF2は肝細胞核因子2を表し、HNF3は肝細胞核因子3を表し、およびHNF4は肝細胞核因子4を表す。
本明細書において使用される「HNF結合部位」という語句は、HNF転写因子が結合することができるDNAの領域を表す。したがって、HNF1結合部位は、HNF1が結合することができるDNAの領域であり、HNF4結合部位は、HNF4が結合することができるDNAの領域である。
本明細書において使用される「個体」、「被験体」および「患者」という用語は、本明細書において互換的に使用され、あらゆる個々の哺乳動物被験体、例えば、マウス、ブタ、ウシ、イヌ、ネコ、ウマ、非ヒト霊長類またはヒト霊長類を表す。
本明細書において使用される「ウサギβグロビンイントロン」という語句は、RNA成熟の間に、スプライシングによって除去され、タンパク質をコードしないウサギβグロビン遺伝子内の核酸セグメントを表す。
本明細書において使用される「ヒトβグロビンイントロン」という語句は、RNA成熟の間に、スプライシングによって除去され、タンパク質をコードしないヒトβグロビン遺伝子内の核酸セグメントを表す。
本明細書において使用される「LV」という用語は、「レンチウイルス」を一般的に表す。非限定的な例として、「LV−PAH」への言及は、PAH配列を含有し、かつPAHを発現するレンチウイルスへの言及である。
本明細書において使用される「LV−Pro−hAAT−PAH」という用語は、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列とを含むレンチウイルスを表す。LV−Pro−hAAT−PAHベクターは、AGT323ベクターとも表される。
本明細書において使用される「LV−HNF−Pro−hAAT−PAH」という用語は、HNF結合部位と、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列とを含むレンチウイルスを表す。
本明細書において使用される「LV−Pro−イントロン−PAH」という用語は、プロトロンビンエンハンサーと、イントロンと、PAH配列とを含み、イントロンがヒトβグロビンイントロンであるレンチウイルスを表す。
本明細書において使用される「LV−Pro−hAAT」という用語は、プロトロンビンエンハンサーとhAATプロモーターとを含むレンチウイルスを表す。
本明細書において使用される「LV−Pro−TBG−PAH」という用語は、プロトロンビンエンハンサーと、チロキシン結合グロブリンと、PAH配列とを含むレンチウイルスを表す。
本明細書において使用される「LV−ApoE−hAAT−PAH−UTR」という用語は、アポリポタンパク質Eエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列と、遺伝子の非翻訳領域とを含み、非翻訳領域がPAH遺伝子の3’UTRであるレンチウイルスを表す。
本明細書において使用される「LV−Pro−hAAT−PAHーshPAH」という用語は、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列と、shPAH配列とを含むレンチウイルスを表す。
本明細書において使用される「パッケージング細胞株」という用語は、レンチウイルス粒子を発現するために使用することができるあらゆる細胞株を表す。
本明細書において使用される、2つまたはそれを超える核酸またはポリペプチド配列という文脈における「パーセント同一性」という用語は、最大の一致のために比較されおよび整列されたときに、以下に記載されている配列比較アルゴリズムの1つ(例えば、BLASTPおよびBLASTNまたは当業者に利用可能な他のアルゴリズム)を用いてまたは目視検査によって測定された場合、同一であるヌクレオチドまたはアミノ酸残基の指定された百分率を有する2つまたはそれを超える配列またはサブ配列を表す。適用に応じて、「パーセント同一性」は、比較されている配列の領域にわたって、例えば、機能的ドメインにわたって存在することができ、または、あるいは、比較されるべき2つの配列の全長にわたって存在することができる。配列比較のために、通例、1つの配列が参照配列として機能し、試験配列がこれと比較される。配列比較アルゴリズムを使用する場合には、試験および参照配列がコンピュータ中に入力され、必要であれば、サブ配列座標が指定され、配列アルゴリズムプログラムパラメータが指定される。次いで、配列比較アルゴリズムは、指定されたプログラムパラメータに基づいて、参照配列と比較した試験配列に対するパーセント配列同一性を計算する。
本明細書において使用される場合、「薬学的に許容され得る」は、合理的な便益/リスク比に相応して過剰な毒性、刺激、アレルギー性応答またはその他の問題もしくは合併症なしに、健全な医学的判断の範疇内で、ヒトおよび動物の組織、臓器および/または体液(bodily fluid)と接触させて使用するのに適している、化合物、物質、組成物および/または剤形を表す。
本明細書において使用される「薬学的に許容され得る担体」は、生理的に適合され得る、あらゆる全ての溶媒、分散媒、コーティング、抗菌剤および抗真菌剤、等張剤(isotonic agent)および吸収遅延剤などを表し、これらを含む。組成物は、薬学的に許容され得る塩、例えば、酸付加塩(acid addition salt)または塩基付加塩(base addition salt)を含むことができる(例えば、Bergeら、(1977)J.Pharm.Sci.66:1−19参照)。
「フェニルアラニンヒドロキシラーゼ」という用語は、本明細書においてPAHとも表され得る。フェニルアラニンヒドロキシラーゼという用語は、ヌクレオチドおよびペプチド配列の両方を含む、全ての野生型および改変体PAH配列を含む。限定するものではなく、フェニルアラニンヒドロキシラーゼという用語は、配列番号1〜4への言及を含み、これらと少なくとも約80%の同一性を有する改変体をさらに含む。ヒトPAHは、本明細書においてhPAHとも表され得る。ヒトPAHは、本明細書においてhPAHとも表され得る。
本明細書において使用される「野生型hPAH」という用語は、本明細書において、内在性PAHまたは「完全長PAH」とも表され得る。
本明細書において「PKU」とも表される、本明細書において使用される「フェニルケトン尿症」という用語は、フェニルアラニンヒドロキシラーゼの慢性的欠乏症ならびに軽症および古典的形態の疾患を含む、これに関連するすべての症状を表す。「フェニルケトン尿症」の処置は、したがって、PKUと関連する症状の全てまたはいくつかに対する処置に関係し得る。
本明細書において使用される「プロトロンビンエンハンサー」という用語は、タンパク質によって結合されることができ、これがプロトロンビン遺伝子の転写をもたらすプロトロンビン遺伝子上の領域である。
本明細書において使用される略号「Pro」は、プロトロンビンエンハンサーを表す。
本明細書において使用される「低分子RNA」は、長さが一般に約200ヌクレオチドまたはそれ未満であり、サイレンシングまたは干渉機能を有する非コードRNAを表す。他の実施形態において、低分子RNAは、約175ヌクレオチドもしくはそれ未満、約150ヌクレオチドもしくはそれ未満、約125ヌクレオチドもしくはそれ未満、約100ヌクレオチドもしくはそれ未満、または約75ヌクレオチドもしくはそれ未満の長さである。このようなRNAには、マイクロRNA(miRNA)、低分子干渉RNA(siRNA)、二本鎖RNA(dsRNA)および低分子ヘアピン型RNA(shRNA)が含まれる。本開示の「低分子RNA」は、一般的には、標的遺伝子mRNAの破壊をもたらす経路を通じて、標的遺伝子の遺伝子発現を阻害しまたはノックダウンすることが可能であるべきである。
本明細書において使用される「shPAH」という用語は、PAHを標的とする低分子ヘアピン型RNAを表す。
本明細書において使用される略号「lncRNA」は、長い非コードRNAを表す。
本明細書において使用される「配列番号(SEQ ID NO)」という用語は、「配列番号(Sequence ID No.)」という用語と同義である。
本明細書において使用される「チロキシン結合グロブリン」という用語は、血流中で甲状腺ホルモンを運ぶ役割を担う輸送タンパク質である。本明細書において使用される略号「TBG」は、チロキシン結合グロブリンを表す。
本明細書において使用される「治療的有効量」という用語は、所定の病気、損傷、疾患または状態に罹患している患者に見られる合併症の症状、進行または開始を処置または予防するための、適切な組成物中のおよび適切な剤形中の本開示の活性作用物質の十分な量を表す。治療的有効量は、患者の状態またはその重篤度の状況および処置されるべき被験体の年齢、体重などに応じて変動するであろう。治療的有効量は、例えば、投与の経路、被験体の状態のほか、当業者によって理解されるその他の要因を含む、多数の要因のいずれにも応じて変動することができる。
本明細書において使用される「治療用ベクター」という用語は、レンチウイルスベクターまたはアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターへの言及を含むが、これらに限定されない。さらに、レンチウイルスベクター系に関して本明細書において使用される場合、「ベクター」という用語は、「プラスミド」という用語と同義である。例えば、2−ベクターおよび3−ベクターパッケージング系を含む3ベクターおよび4−ベクター系は、3−プラスミドおよび4−プラスミド系とも表すことができる。
本明細書において使用される「処置」または「処置する」という用語は、処置されている被験体の自然経過を変更することを試みての介入を一般的に表し、予防のためまたは臨床病理の経過の間のいずれでも実施することができる。望ましい効果には、疾患の発生または再発を予防すること、症状を緩和すること、疾患のあらゆる直接的または間接的な病理的帰結を抑制し、低減しまたは阻害すること、病状を好転させるまたは軽減すること、および寛解または改善された予後を引き起こすことが含まれるが、これらに限定されない。
「処置」は、病状を標的とし、病状と闘う、すなわち、病状を好転させるまたは予防することが意図される。このため、具体的な処置は、標的とされるべき病状ならびに薬物治療および治療的アプローチの現在または将来の状況に依存するであろう。処置は、随伴する毒性を有することがあり得る。
本明細書において使用される「末端切断された」という用語は、本明細書において、「短縮された」または「なしの(without)」とも表され得る。
本明細書において使用される「UTR」という用語は、遺伝子のコード領域の5’または3’のいずれかにある遺伝子の領域を表す。
本明細書において使用される「3’UTR」という用語は、遺伝子のコード領域の3’にある「UTR」である。
本明細書において使用される「改変体」という用語は、本明細書において、類似体または変形とも表され得る。改変体は、ヌクレオチド配列に対するあらゆる置換、欠失または付加を表す。
本明細書において考慮される場合、比較のための配列の最適な整列は、例えば、Smith&Waterman,Adv.Appl.Math.2:482(1981)の局所相同性アルゴリズム(local homology algorithm)によって、Needleman&Wunsch,J.Mol.Biol.48:443(1970)の相同性整列アルゴリズム(homology alignment algorithm)によって、Pearson&Lipman,Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA85:2444(1988)の類似性検索法(search for similarity method)によって、これらのアルゴリズムのコンピュータ化された実行によって(Wisconsin Genetics Software Package,Genetics Computer Group,575 Science Dr.,Madison,Wis.中のGAP、BESTFIT、FASTAおよびTFASTA)、または目視による検査によって実施することができる(一般的には、Ausubelら、下記参照)。
パーセント配列同一性および配列類似性を決定するのに適しているアルゴリズムの一例は、Altschulら、J.Mol.Biol.215:403−410(1990)中に記載されているBLASTアルゴリズムである。BLAST解析を実施するためのソフトウェアは、National Center for Biotechnology Informationのウェブサイトを通じて公に入手可能である。
本開示の核酸およびタンパク質配列は、さらに、例えば関連する配列を同定するために、公的データベースに対する検索を実行するための「問い合わせ配列」として使用することができる。このような検索は、Altschulら、(1990)J.Mol.Biol.215:403−10のNBLASTおよびXBLASTプログラム(バージョン2.0)を用いて実施することができる。BLASTヌクレオチド検索は、本開示に提供されている核酸分子に対して相同なヌクレオチド配列を得るために、NBLASTプログラム、スコア=100、ワード長=12を用いて実行することができる。BLASTタンパク質検索は、本開示のタンパク質分子に対して相同なアミノ酸配列を得るために、XBLASTプログラム、スコア=50、ワード長=3を用いて実行することができる。比較目的でギャップを加えた整列を得るために、Altschulら、(1997)Nucleic Acids Res.25(17):3389−3402に記載されているとおりに、Gapped BLASTを使用することができる。BLASTおよびGapped BLASTプログラムを使用する場合、各プログラム(例えば、XBLASTおよびNBLAST)の初期設定パラメータを使用することができる。http://www.ncbi.nlm.nih.govを参照されたい。
本開示の態様および実施形態の説明
本開示の一態様において、ウイルスベクターは治療用カーゴ部分を含み、治療用カーゴ部分は、PAH配列またはその改変体と、プロモーターと、肝臓特異的エンハンサーとを含み、PAH配列またはその改変体は、プロモーターおよび肝臓特異的エンハンサーの両方によって作動的に調節される。
実施形態において、肝臓特異的エンハンサーはプロトロンビンエンハンサーを含む。実施形態において、プロモーターは肝臓特異的プロモーターである。実施形態において、肝臓特異的プロモーターはhAATプロモーターを含む。実施形態において、治療用カーゴ部分はβグロビンイントロンをさらに含む。実施形態において、治療用カーゴ部分は、少なくとも1つの肝細胞核因子結合部位をさらに含む。実施形態において、少なくとも1つの肝細胞核因子結合部位は、プロトロンビンエンハンサーの上流に配置されている。実施形態において、少なくとも1つの肝細胞核因子結合部位は、プロトロンビンエンハンサーの下流に配置されている。
実施形態において、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列とを含むレンチウイルスベクター(LV−Pro−hAAT−PAH)が提供される。実施形態において、HNF結合部位と、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列とを含むレンチウイルスベクター(LV−HNF−Pro−hAAT−PAH)が提供される。実施形態において、HNF結合部位は、HNF1またはHNF1/4結合部位である。実施形態において、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、イントロンと、PAH配列とを含むレンチウイルスベクター(LV−Pro−イントロン−PAH)が提供される。実施形態において、イントロンはウサギグロビンイントロンである。実施形態において、イントロンはヒトグロビンイントロンである。実施形態において、プロトロンビンエンハンサーとhAATプロモーターとを含むレンチウイルスベクター(LV−Pro−hAAT)が提供される。実施形態において、プロトロンビンエンハンサーと、チロキシン結合グロブリンと、PAH配列とを含むレンチウイルスベクター(LV−Pro−TBG−PAH)が提供される。実施形態において、ApoEエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列と、PAHの3’UTRとを含むレンチウイルスベクター(LV−ApoE−hAAT−PAH−UTR)が提供される。
実施形態において、PAH配列またはその改変体は末端切断されている。実施形態において、末端切断されたPAH配列またはその改変体の部分は、PAH配列またはその改変体の3’非翻訳領域(UTR)である。
実施形態において、3’UTRにおけるPAH末端切断は、3’UTRへのある種の制御性RNAの結合を妨げる。実施形態において、制御性RNAはlncRNAである。実施形態において、制御性RNAはマイクロRNAである。実施形態において、制御性RNAはpiRNAである。実施形態において、制御性RNAはshRNAである。実施形態において、制御性RNAは、19から25ヌクレオチドの長さのsiRNAである。実施形態において、制御性RNAは、配列番号13または14と、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%またはそれを超えるパーセント同一性を有する配列を含む低分子RNA配列である。
実施形態において、PAH配列は配列番号1を含む。実施形態において、PAH配列は、コドン最適化されたPAH配列(配列番号2)を含む。実施形態において、PAH配列またはその改変体は、末端切断された3’UTR(289ヌクレオチド)(配列番号4)を含む。実施形態において、PAH配列またはその改変体は、5’UTR(897ヌクレオチド)(配列番号3)を含む。
実施形態において、PAH配列またはその改変体は、配列番号1、配列番号2、配列番号3または配列番号4と、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%またはそれを超えるパーセント同一性を有する配列を含む。
実施形態において、改変体は、上記配列のいずれに対しても作製することができる。実施形態において、PAH配列またはその改変体は、配列番号1、配列番号2、配列番号3または配列番号4を含む。
実施形態において、プロトロンビンエンハンサーは、配列番号5と、少なくとも80%、または少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%またはそれを超えるパーセント同一性を有する配列を含む。
実施形態において、改変体は、上記配列に対して作製することができる。実施形態において、プロトロンビンエンハンサーの配列は配列番号5を含む。
実施形態において、hAATプロモーターの配列は配列番号6を含む。実施形態において、βグロビンイントロンの配列は配列番号7または8の1つを含む。実施形態において、肝細胞核因子結合部位の配列は、配列番号9〜12のいずれか1つを含む。
実施形態において、治療用カーゴ部分は、少なくとも1つの所定の相補的mRNA配列に結合することが可能な少なくとも1つの低分子RNA配列をさらに含む。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列は、完全長UTRを含有する相補的mRNA配列を標的とする。実施形態において、少なくとも1つの所定の相補的mRNA配列はPAH mRNA配列である。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列はshRNAを含む。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列は第一のプロモーターの調節下にあり、およびPAH配列またはその改変体は第二のプロモーターの調節下にある。実施形態において、第一のプロモーターはH1プロモーターを含む。実施形態において、第二のプロモーターは肝臓特異的プロモーターを含む。実施形態において、肝臓特異的プロモーターはhAATプロモーターを含む。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列は、配列番号13または配列番号14と、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%またはそれを超えるパーセント同一性を有する配列を含む。
実施形態において、改変体は、上記配列のいずれに対しても作製することができる。実施形態において、少なくとも1つの低分子RNA配列は、配列番号13または配列番号14を含む。
実施形態において、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列と、内在性PAHを標的とするshRNAとを含むレンチウイルスベクター(LV−Pro−hAAT−PAH−shPAH)が提供される。実施形態において、shRNAは、内在性PAHの3’UTRを標的とする。実施形態において、shPAHは配列番号13を含む。実施形態において、shPAHは配列番号14を含む。
本開示の一態様において、標的細胞に感染することが可能なレンチウイルス粒子は、標的細胞に感染することに関して最適化されたエンベロープタンパク質と、本明細書に開示されているウイルスベクターのいずれかとを含む。実施形態において、標的細胞は、肝細胞、筋肉細胞、上皮細胞、内皮細胞、神経細胞、神経内分泌細胞、内分泌細胞、リンパ球、骨髄系細胞、実質臓器内に存在する細胞または造血系統の細胞、造血幹細胞もしくは前駆造血幹細胞である。
本開示の態様において、被験体中のPKUを処置する方法は、治療的有効量の本明細書に開示されたレンチウイルス粒子のいずれかを被験体に投与することを含む。本開示の態様において、被験体中のPKUを予防する方法は、治療的有効量の本明細書に開示されたレンチウイルス粒子のいずれかを被験体に投与することを含む。本開示の別の態様において、被験体中のPKUを処置するための、治療的有効量の本明細書に開示されたレンチウイルス粒子のいずれかの使用が開示されている。実施形態において、該方法は、PKU表現型と相関する、被験体においてPKU遺伝子型を診断することをさらに含む。実施形態において、被験体は子宮内に存在する。実施形態において、診断は被験体の出生前スクリーニングの間にまたは親の遺伝子スクリーニングの後に行われる。実施形態において、診断はインビトロで行われる。実施形態において、治療的有効量のレンチウイルス粒子は、複数の単回用量のレンチウイルス粒子を含む。実施形態において、治療的有効量のレンチウイルス粒子は、単回用量のレンチウイルス粒子を含む。
本開示の別の態様において、被験体中のPKUを処置する方法であって、治療的有効量の、外来性PAHを含むレンチウイルスベクターで、PAHの変異体形態を有する被験体を処置することを含む方法が提供される。実施形態において、被験体は哺乳動物である。実施形態において、哺乳動物はヒトである。実施形態において、哺乳動物はげっ歯類である。実施形態において、げっ歯類はマウスまたはラットである。実施形態において、哺乳動物はブタである。
実施形態において、被験体はレンチウイルスベクターで処置される。実施形態において、レンチウイルスベクターはPAH配列またはその改変体を含む。実施形態において、PAH配列は、本明細書に記載されているPAH配列または改変体のいずれかである。
実施形態において、レンチウイルスベクターは、本明細書に記載されているPAHまたは改変体を含むレンチウイルスベクターのいずれかである。実施形態において、PAHを含むレンチウイルスベクターは、図1および2に図示されている、PAHを発現するレンチウイルスベクターである。実施形態において、PAHを含むレンチウイルスベクターは、図3に図示されている、PAHを発現するレンチウイルスベクターである。
実施形態において、ウイルスベクターは、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列とを含む(本明細書において、LV−Pro−hAAT−PAHまたはAGT323とも称される)。実施形態において、プロトロンビンエンハンサー配列は、本明細書に記載されているプロトロンビン配列または改変体のいずれかである。実施形態において、hAATプロモーターは、本明細書に記載されているhAATプロモーター配列または改変体のいずれかである。実施形態において、PAH配列は、本明細書に記載されているPAH配列または改変体のいずれかである。
実施形態において、レンチウイルスベクターは、組み込まれたレンチウイルスベクターから構成される。実施形態において、組み込まれたレンチウイルスベクターはレンチウイルスベクター系に由来する。実施形態において、レンチウイルスベクター系は、rev遺伝子およびenv遺伝子をコードする別個のプラスミドを含む。実施形態において、組み込まれたレンチウイルスベクターは3−ベクターレンチウイルス系に由来する。実施形態において、3−ベクターレンチウイルス系は図1に例示されている。実施形態において、組み込まれたレンチウイルスベクターは4−ベクターレンチウイルス系に由来する。実施形態において、4−ベクターレンチウイルスベクター系は図2に例示されている。
実施形態において、被験体はアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターで処置される。実施形態において、AAVベクターは、本明細書に開示されているAAVベクターのいずれかを含む。実施形態において、AAVベクターはPAH配列またはその改変体を含む。実施形態において、PAH配列は、本明細書に記載されているPAH配列または改変体のいずれかである。
実施形態において、注射は皮内注射である。実施形態において、注射は筋肉内注射である。実施形態において、注射は皮下注射である。実施形態において、注射は静脈内注射である。
実施形態において、本明細書に記載されている方法は、レンチウイルス粒子で被験体を処置する前に、特定の力価の組み込まれたレンチウイルスベクターを作製することをさらに含む。特定の力価は、細胞標的およびインビトロでのレンチウイルスベクター形質導入を使用し、続いて、形質導入された細胞の頻度および細胞当たりの組み込まれたベクターコピー数の数を測定するための、形質導入された細胞からの染色体DNAの定量的PCR分析を使用する試験系において決定される。力価は、適切な数の細胞中へのレンチウイルスベクターの適切な列(column)での形質導入から生じたであろう組み込まれたコピー数の数として表される。実施形態において、力価は、1×10〜1×1015の組み込まれたベクターコピー、例えば、1×10〜1×1013の組み込まれたベクターコピーまたは1×10〜1×1011の組み込まれたベクターコピーである。実施形態において、力価は1×1010の組み込まれたベクターコピーである。
実施形態において、特定の力価の組み込まれたレンチウイルスベクターを作製することは、1またはそれを超える細胞にベクター系を加えることを含む。実施形態において、1またはそれを超える細胞は細胞株である。実施形態において、細胞株は293T細胞株である。実施形態において、細胞株はHeLa細胞株である。実施形態において、細胞株はCHO細胞株である。実施形態において、細胞株はHep3B細胞株である。当業者は、他の実施形態において、細胞株は本分野において既知のいずれの適切な細胞株でもあり得ることも理解するであろう。
実施形態において、方法は、PAHを含むレンチウイルスベクターの注射後に血液中のPheのレベルを測定することをさらに含む。
本開示の態様において、ヒトPAHは、AAVによって送達される発現系を用いて、細胞中で発現される。実施形態において、AAV−2血清型が使用される。実施形態において、AAV−DJ血清型が使用される。実施形態において、AAVベクターはGFPを含有する。実施形態において、AAVベクターはいずれの血清型をも提示し得、またはヒト肝細胞の形質導入を改善するように設計された、組換えDNAもしくはその他の合成的アプローチによって生成され得る。
実施形態において、ヒトPAHがAAVベクター中に導入される。実施形態において、プロトロンビンエンハンサーがAAVベクター中に導入される。実施形態において、hAATプロモーターがAAVベクター中に導入される。実施形態において、ウサギグロビンイントロンがAAVベクター中に導入される。実施形態において、ヒトPAH、プロトロンビンエンハンサー、hAATプロモーターおよびウサギグロビンイントロンのいずれか1つまたはそれより多くが、AAVベクター中に導入される。実施形態において、ウイルスベクターは、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列とを含む(AAV−Pro−hAAT−PAH;AGT323)。
実施形態において、プロトロンビンエンハンサー配列は、本明細書に開示されているプロトロンビン配列または改変体のいずれかである。実施形態において、PAH配列は、本明細書に記載されているPAH配列または改変体のいずれかである。実施形態において、hAAT配列は、本明細書に開示されているhAAT配列または改変体のいずれかである。実施形態において、イントロン配列は、本明細書に開示されているイントロン配列または改変体のいずれかである。
本開示の態様において、レンチウイルスベクター治療は、変異体PAH遺伝子を有する被験体の処置において使用される。実施形態において、被験体はヒトである。他の実施形態において、本明細書において実験的に示されているように、被験体は、Pah変異体マウス系統に由来する新生仔マウスである。実施形態において、変異体マウス系統はPahenu1である。実施形態において、変異体マウス系統はPahenu2である。実施形態において、変異体マウス系統はPahenu3である。
実施形態において、レンチウイルスベクター中のPAH配列は、本明細書に記載されており、www.biopku.org.に見出されるPAHvdb、BIODEF、BIOPKU、JAKEまたはPNDdbデータベース中に列記されているものを含む、PAH配列または改変体のいずれかである。
実施形態において、レンチウイルスベクターは、組み込まれたレンチウイルスベクターから構成される。実施形態において、組み込まれたレンチウイルスベクターはレンチウイルスベクター系に由来する。実施形態において、レンチウイルスベクター系は、rev遺伝子およびエンベロープ遺伝子をコードする別個のプラスミドを含む。実施形態において、組み込まれたレンチウイルスベクターは3−ベクターレンチウイルス系に由来する。実施形態において、3−ベクターレンチウイルス系は図1に例示されている。実施形態において、組み込まれたレンチウイルスベクターは4−ベクターレンチウイルス系に由来する。実施形態において、4−ベクターレンチウイルスベクター系は図2に例示されている。
本開示の態様において、shRNAおよびPAHを含有する細胞中でのレンチウイルスの発現は、内在性PAHの発現を抑制するが、レンチウイルスベクターから発現される外来性PAHの発現を抑制しない。
実施形態において、shRNAおよびPAHを含有するレンチウイルスは、本明細書に記載されているとおりに、インビボで被験体中において発現される。実施形態において、被験体は哺乳動物である。実施形態において、哺乳動物はヒトである。
実施形態において、shRNAおよびPAHを含有するレンチウイルスは、インビトロまたはエクスビボで発現される。実施形態において、レンチウイルスは、インビトロで、例えば細胞株中で発現される。実施形態において、細胞株は、本明細書に記載されている細胞株または当業者に既知の細胞株のいずれかである。実施形態において、細胞株はHep3B細胞株である。
実施形態において、プロトロンビンエンハンサーと、hAATプロモーターと、PAH配列と、内在性PAHを標的とするshRNAとを含むレンチウイルスベクターが提供される(本明細書において、必要に応じて、LV−Pro−hAAT−PAH−shPAHと称される)。実施形態において、shRNAは、内在性PAHの3’UTRを標的とする。
実施形態において、プロトロンビンエンハンサー配列は、本明細書に開示されているプロトロンビン配列または改変体のいずれをも含む。実施形態において、hAATプロモーターは、本明細書に開示されているhAATプロモーター配列または改変体のいずれをも含む。実施形態において、PAH配列は、本明細書に記載されているPAH配列または改変体のいずれをも含む。実施形態において、レンチウイルスベクター中のshRNA配列は、配列番号13を含む。実施形態において、レンチウイルスベクター中のshRNA配列は配列番号14を含む。
本明細書に記載されている本発明のその他の態様および利点は、添付の図面と併せて、本発明の態様を例示する以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
フェニルケトン尿症
PKUは、PAHの変異および/またはPAH補因子(すなわち、BH)の合成または再生の欠陥によって引き起こされると考えられている。注目すべきことに、いくつかのPAH変異は、小胞体中でのタンパク質の折り畳みに影響を与えることが示されており、酵素触媒活性を減弱させまたは大きく消失させる、タンパク質構造中のミスセンス変異(63%)および小さな欠失(13%)に起因する加速された分解および/または凝集をもたらす。PAHの機能性に影響を及ぼすことができる多数の変異が存在するので、PKUを処置するための有効な治療的アプローチは、異常なPAHおよび代替PAHが投与され得る様式に対処することが必要であろう。
一般に、診断で測定されたPheレベル、食事でのPheに対する耐性および治療に対する潜在的な応答性に基づいて、PKUでは、3つの主要な表現型の群が分類される。これらの群には、古典的PKU(Phe>1200μM)、非定型または軽症型PKU(Pheは、600〜1200μM)および恒常的軽症型高フェニルアラニン血症(HPA、Phe120〜600μM)が含まれる。
PKUの検出は、普遍的新生児スクリーニング(NBS)に依存する。米国の全50州において義務付けられ、多くの先進国で日常的に使用されているスクリーニングにおいて、かかとの穿刺から収集された一滴の血液がフェニルアラニンレベルについて試験される。
遺伝子医薬
遺伝子医薬は、疾患の治療または予防を目的として、遺伝子構築物を宿主細胞に送達するために使用されるウイルスベクターへの言及を含む。
遺伝子構築物には、既存の欠陥を修正または補完する機能的遺伝子または遺伝子の一部、調節タンパク質をコードするDNA配列、アンチセンス、低分子ヘアピン型RNA、低分子相同性RNA(short homology RNA)、長い非コードRNA、低分子干渉RNAまたはその他を含む制御性RNA分子をコードするDNA配列、ならびに病状を変化させるために、重大な細胞因子について競合するように設計されたRNAまたはタンパク質のいずれかをコードするデコイ配列が含まれ得るが、これらに限定されない。遺伝子医薬は、特定の疾患の処置または緩和を与えるために、これらの治療的遺伝子構築物を標的細胞へ送達することを含む。
機能的なPAH遺伝子をインビボで肝臓に送達することによって、PAH活性は再構成されるはずであり、血液中のPheの正常なクリアランスがもたらされ、したがって、食事制限または頻繁な酵素置換治療の必要性がなくなる。この治療的アプローチの効果は、内在性PAHに対するshRNAのターゲティングによって改善されるはずである。本開示の態様において、胎児がPKU遺伝子型のリスクがあると同定された場合、機能的PAH遺伝子またはその改変体は、子宮内に送達することもできる。実施形態において、診断工程は、胎児はPKU表現型に対するリスクがあるかどうかを決定するために実施することができる。診断工程が、胎児がPKU表現型に対するリスクがあることを決定すれば、次いで、本明細書に詳述されている遺伝子医薬で胎児を処置することができる。処置は、子宮内でまたはインビトロで行われ得る。
治療用ベクター
本明細書の様々な態様および実施形態にしたがうレンチウイルスのビリオン(粒子)は、ビリオン(ウイルス粒子)を産生するために必要なウイルスタンパク質をコードするベクター系によって発現される。様々な実施形態において、レンチウイルスのPolタンパク質をコードする核酸配列を含有する1つのベクターは、プロモーターに作動可能に連結されて、逆転写および組み込みのために提供される。別の実施形態において、Polタンパク質は、複数のベクターによって発現される。他の実施形態において、プロモーターに作動可能に連結された、ウイルスカプシドを形成するためのレンチウイルスのGagタンパク質をコードする核酸配列を含有するベクターが提供される。実施形態において、このgag核酸配列は、pol核酸配列の少なくともいくつかとは別個のベクター上にある。
本明細書中のベクターに対しては、多数の改変を施すことができ、野生型復帰変異体を得る機会をさらに最少化するための粒子を作製するために使用される。これらには、LTRのU3領域の欠失、tat欠失およびマトリックス(MA)欠失が含まれるが、これらに限定されない。実施形態において、gag、polおよびenvベクターは、レンチウイルスパッケージング配列と称される、レンチウイルスRNAをパッケージするレンチウイルスゲノム由来のヌクレオチドを含有しない。
粒子を形成するベクターは、好ましくは、エンベロープタンパク質を発現する、レンチウイルスゲノム由来の核酸配列を含有しない。好ましくは、プロモーターに作動可能に連結された、エンベロープタンパク質をコードする核酸配列を含有する別個のベクターが使用される。このenvベクターは、レンチウイルスパッケージング配列も含有しない。一実施形態において、env核酸配列はレンチウイルスのエンベロープタンパク質をコードする。
別の実施形態において、エンベロープタンパク質はレンチウイルス由来ではなく、異なるウイルス由来である。得られる粒子は、偽型粒子と称される。エンベロープタンパク質の適切な選択によって、実質的にあらゆる細胞を感染させることができる。例えば、インフルエンザウイルスのエンベロープタンパク質、ヒトおよび非ヒトラブドウイルス分離株、アルファウイルス(セムリキ森林ウイルス、シンドビスウイルス)、アレナウイルス(リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス)、フラビウイルス(ダニ媒介性脳炎ウイルス、デングウイルス、C型肝炎ウイルス、GBウイルス)、ラブドウイルス(水疱性口内炎ウイルス、狂犬病ウイルス)、パラミクソウイルス(流行性耳下腺炎または麻疹)ならびにオルソミクソウイルス(インフルエンザウイルス)由来のVSV−Gまたは類似のエンベロープタンパク質など、細胞内区画を標的とするエンベロープタンパク質をコードするenv遺伝子を使用することができる。好ましく使用することができる他のエンベロープタンパク質には、ネコ白血病ウイルスおよびネコ内在性レトロウイルス、MLV−E、MLV−Aなどのモロニー白血病ウイルス、テナガザル白血病ウイルスGALVおよびヒヒ内在性レトロウイルスからのエンベロープタンパク質が含まれる。これらの後者のエンベロープタンパク質は、宿主細胞が初代細胞である場合に特に好ましい。所望される宿主細胞に応じて、他のエンベロープタンパク質を選択することができる。
本明細書において提供されるレンチウイルスベクター系は、典型的には、gag、polまたはrev遺伝子の少なくとも1つを含む少なくとも1つのヘルパープラスミドを含む。gag、polおよびrev遺伝子の各々は、個別のプラスミド上に提供され得、または1もしくはそれを超える遺伝子は、同じプラスミド上に一緒に提供され得る。一実施形態において、gag、polおよびrev遺伝子は、同じプラスミド上に提供される(例えば、図1)。別の実施形態において、gagおよびpol遺伝子は、第一のプラスミド上に提供され、rev遺伝子は、第二のプラスミド上に提供される(例えば、図2)。したがって、本明細書に記載されているとおりにレンチウイルスを産生するために、3−ベクターおよび4−ベクター系の両方を使用することができる。実施形態において、治療用ベクター、少なくとも1つのエンベローププラスミドおよび少なくとも1つのヘルパープラスミドが、パッケージング細胞、例えば、パッケージング細胞株中にトランスフェクトされる。パッケージング細胞株の非限定例は、293T/17HEK細胞株である。治療用ベクター、エンベローププラスミドおよび少なくとも1つのヘルパープラスミドが、パッケージング細胞株中にトランスフェクトされると、レンチウイルス粒子が最終的に産生される。
別の態様において、レンチウイルス粒子を発現するためのレンチウイルスベクター系が開示されている。この系は、本明細書に記載されているとおりのレンチウイルスベクター;細胞を感染させることに関して最適化されたエンベロープタンパク質を発現するためのエンベローププラスミド;ならびにgag、polおよびrev遺伝子を発現するための少なくとも1つのヘルパープラスミドを含み、レンチウイルスベクター、エンベローププラスミドおよび少なくとも1つのヘルパープラスミドがパッケージング細胞株中にトランスフェクトされると、レンチウイルス粒子がパッケージング細胞株によって産生され、レンチウイルス粒子は、PAHを産生することを阻害し、および/または内在性PAHの発現を阻害することができる。
別の態様において、本明細書において治療用ベクターとも称されるレンチウイルスベクターは、以下の要素:ハイブリッド5’末端反復配列(long terminal repeat)(RSV/5’LTR)(配列番号15〜16)、Psi配列(RNAパッケージング部位)(配列番号17)、RRE(Rev応答要素)(配列番号18)、cPPT(ポリプリントラクト(polypurine tract))(配列番号19)、アンチαトリプシンプロモーター(hAAT)(配列番号6)、フェニルアラニンヒドロキシラーゼ(PAH)(配列番号1〜4、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)(配列番号20)およびΔU3 3’LTR(配列番号21)を含む。実施形態において、本明細書において治療用ベクターとも称されるレンチウイルスベクターは、以下の要素:ハイブリッド5’末端反復配列(RSV/5’LTR)(配列番号15〜16)、Psi配列(RNAパッケージング部位)(配列番号17)、RRE(Rev応答要素)(配列番号18)、cPPT(ポリプリントラクト)(配列番号19)、H1プロモーター(配列番号22)、PAH shRNA(配列番号1〜4)、アンチαトリプシンプロモーター(hAAT)(配列番号6)、PAHshRNA(配列番号1〜4)、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)(配列番号20)およびΔU3 3’LTR(配列番号21)を含む。実施形態において、本明細書に引用された配列を修飾するために、置換、欠失、付加または変異による配列変形を使用することができる。
別の態様において、ヘルパープラスミドは、以下の要素:CMVエンハンサー/ニワトリβアクチンエンハンサー(配列番号23);HIV構成要素gag(配列番号24);HIV構成要素pol(配列番号25);HIV Int(配列番号26);HIV RRE(配列番号27);およびHIV Rev(配列番号28)を含む。別の態様において、ヘルパープラスミドは、gagおよびpol遺伝子を発現するための第一のヘルパープラスミドと、ならびにrev遺伝子を発現するための第二のかつ別個のプラスミドとを含むように修飾され得る。実施形態において、本明細書に引用された配列を修飾するために、置換、欠失、付加または変異による配列変形を使用することができる。
別の態様において、エンベローププラスミドは、以下の要素:RNAポリメラーゼIIプロモーター(CMV)(配列番号29)および水疱性口内炎ウイルスG糖タンパク質(VSV−G)(配列番号30)を含む。実施形態において、本明細書に引用された配列を修飾するために、置換、欠失、付加または変異による配列変形を使用することができる。
様々な態様において、レンチウイルスのパッケージングのために使用されるプラスミドは、ベクター機能の喪失なしに、様々な要素の置換、付加、除去または変異によって修飾される。例えば、限定されることなく、以下の要素は、パッケージング系を構成するプラスミド中の類似の要素を置き換えることができる。伸長因子−1(EF−1)、ホスホグリセリン酸キナーゼ(PGK)およびユビキチンC(UbC)プロモーターは、CMVまたはCAGプロモーターを置き換えることができる。SV40ポリAおよびbGHポリAは、ウサギβグロビンポリAを置き換えることができる。ヘルパープラスミド中のHIV配列は、異なるHIV株または系統群から構築することができる。VSV−G糖タンパク質は、HERV−Wを含むヒト内在性レトロウイルス、ヒヒ内在性レトロウイルスBaEV、ネコ内在性ウイルス(RD114)、テナガザル白血病ウイルス(GALV)、狂犬病(FUG)、リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス(LCMV)、インフルエンザAトリペストウイルス(FPV)、ロスリバーアルファウイルス(RRV)、マウス白血病ウイルス10A1(MLV)またはエボラウイルス(EboV)由来の膜糖タンパク質で置換することができる。
様々なレンチウイルスのパッケージング系は、商業的に(例えば、OriGene Technologies,Inc.,Rockville,MDからのLenti−vpakパッケージングキット)得ることができ、本明細書に記載されているとおりに設計することもできる。さらに、レンチウイルス粒子の産生効率を含む、あらゆる数の関連する要因を改善するために、レンチウイルスのパッケージング系の態様を置換または修飾することは、当業者の技能の範疇に属する。
別の態様において、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターも使用することができる。実施形態において、AAVベクターはAAV−DJ血清型である。実施形態において、AAVベクターは、血清型1〜11のいずれかである。実施形態において、AAV血清型はAAV−2である。実施形態において、AAVベクターは、ヒト肝細胞の最適な形質導入のために作出された非天然の種類である。
AAVベクター構築 本開示の態様において、PAHコード配列(配列番号1〜4)およびhAATプロモーター(配列番号6)と一緒のプロトロンビンエンハンサー(配列番号5)は、pAAVプラスミド(Cell Biolabs,San Diego,CA)中に挿入される。隣接するEcoRIおよびSalI制限部位を有するPAHコード配列は、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって合成される。pAAVプラスミドおよびPAH配列は、EcoRIおよびSalI酵素を用いて消化され、一緒に連結される。PAH配列の挿入は、配列決定によって確認される。次に、プロトロンビンエンハンサーおよびhAATプロモーターは、隣接するMluIおよびEcoRI制限部位とともに、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって合成される。PAHコード配列およびプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーター配列を含有するpAAVプラスミドは、MluIおよびEcoRI酵素を用いて消化され、一緒に連結される。プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターの挿入は、配列決定によって確認される。
さらに、PAHを発現するための代表的なAAVプラスミド系は、AAVヘルパープラスミド、AAVプラスミドおよびAAV Rev/Capプラスミドを含み得る。AAVヘルパープラスミドは、左側ITR(配列番号31)、プロトロンビンエンハンサー(配列番号5)、ヒトアンチαトリプシンプロモーター(配列番号6)、PAH要素(配列番号1〜4)、ポリA要素(配列番号32)および右側ITR(配列番号33)を含有し得る。AAVプラスミドは、適切なプロモーター要素(配列番号23または配列番号29)、E2A要素(配列番号34)、E4要素(配列番号35)、VA RNA要素(配列番号36)およびポリA要素(配列番号32)を含有し得る。AAV Rep/Capプラスミドは、適切なプロモーター要素、Rep要素(配列番号37)、Cap要素(配列番号38)およびポリA要素(配列番号32)を含有し得る。
実施形態において、プロトロンビンエンハンサーおよびPAH配列を含むAAV/DJプラスミド(AAV/DJ−Pro−PAH)が提供される。実施形態において、プロトロンビンエンハンサーと、イントロンと、PAH配列とを含むAAV/DJプラスミド(AAV/DJ−Pro−イントロン−PAH)が提供される。実施形態において、イントロンはヒトβグロビンイントロンである。実施形態において、イントロンはウサギβグロビンイントロンである。実施形態において、GFPを含むAAV/DJプラスミド(AAV/DJーGFP)が提供される。
実施形態において、プロトロンビンエンハンサーおよびPAH配列を含むAAV2プラスミド(AAV2−Pro−PAH)が提供される。実施形態において、プロトロンビンエンハンサーと、イントロンと、PAH配列とを含むAAV2プラスミド(AAV2−Pro−イントロン−PAH)が提供される。実施形態において、イントロンはヒトβグロビンイントロンである。実施形態において、イントロンはウサギβグロビンイントロンである。実施形態において、GFPを含むAAV2(AAV2−GFP)が提供される。
実施形態において、本明細書に開示されているAAVベクターのいずれもが、制御性RNAを発現する配列を含有し得る。実施形態において、制御性RNAはlncRNAである。実施形態において、制御性RNAはマイクロRNAである。実施形態において、制御性RNAはpiRNAである。実施形態において、制御性RNAはshRNAである。実施形態において、制御性RNAは、配列番号13または14と、少なくとも80%、少なくとも81%、少なくとも82%、少なくとも83%、少なくとも84%、少なくとも85%、少なくとも86%、少なくとも87%、少なくとも88%、少なくとも89%、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%またはそれを超えるパーセント同一性を有する配列を含む低分子RNA配列である。
AAV粒子の作製。AAV−PAHプラスミドを、プラスミドpAAV−RC2(Cell Biolabs)およびpHelper(Cell Biolabs)と組み合わせる。pAAV−RC2プラスミドは、RepおよびAAV−2キャプシド遺伝子を含有し、pHelperはアデノウイルスE2A、E4およびVA遺伝子を含有する。AAVキャプシドは、AAV−8(配列番号39)またはAAV−DJ(配列番号40)配列からもなり得る。AAV粒子を作製するために、これらのプラスミドを、比率1:1:1(pAAV−PAH:pAAV−RC2:pHelper)で、293T細胞中にトランスフェクトする。150mmディッシュ(BD Falcon)中での細胞のトランスフェクションのために、10μgの各プラスミドを1mLのDMEM中に一緒に添加する。別の管中で、60μLのトランスフェクション試薬PEI(1μg/mL)(Polysciences)を1mLのDMEMに添加する。2つの管を一緒に混合し、15分間インキュベートする。次いで、トランスフェクション混合物を細胞に添加し、3日後に、細胞を収集する。ドライアイス/イソプロパノール中で、凍結/融解溶解によって、細胞を溶解する。37℃で30分間、ベンゾナーゼヌクレアーゼ(Sigma)を細胞ライセートに添加する。次いで、4℃で15分間、12,000rpmでの遠心によって、細胞残屑をペレットにする。上清を集め、次いで、標的細胞に添加する。
投与量および剤形
開示されているベクター組成物は、目的の遺伝子または配列の短期、中期または長期発現および開示されたベクターのエピソームとしての維持を可能にする。したがって、投薬レジメンは、処置されている状態および投与の方法に基づいて変動し得る。
実施形態において、ベクター組成物は、変動する用量で、必要とする被験体に投与され得る。具体的には、被験体は、約10感染量以上(1つの標的細胞を形質導入するために、平均して、1用量が必要とされる)を投与される。より具体的には、被験体は、kg体重当たり約10感染量以上、約10感染量以上、約10感染量以上、約1010感染量以上、約1011感染量以上もしくは約1012感染量以上またはこれらの値の間にある任意の数の用量を投与される。投薬の上限は、各疾患の徴候に対して決定され、各個別の製品または製品ロットに対する毒性/安全性プロファイルに依存するであろう。
さらに、本開示のベクター組成物は、1日に1回もしくは2回など定期的にまたは他のあらゆる適切な期間、投与され得る。例えば、ベクター組成物は、必要とする被験体に、週に1回、2週間に1回、3週間に1回、1ヶ月に1回、2ヶ月に1回、3ヶ月に1回、6ヶ月に1回、9ヶ月に1回、1年に1回、18ヶ月に1回、2年に1回、30ヶ月に1回または3年に1回投与され得る。
実施形態において、開示されたベクター組成物は、薬学的組成物として投与される。実施形態において、薬学的組成物は、臨床適用のための、鼻、肺、経口、局所または非経口剤形を含むがこれらに限定されない、様々な剤形で調合することができる。剤形の各々は、様々な、可溶化剤、崩壊剤、界面活性剤、充填剤、増粘剤、結合剤、湿潤剤などの希釈剤またはその他の薬学的に許容され得る賦形剤を含むことができる。薬学的組成物は、注射、ガス注入、注入または皮内曝露のために調合することもできる。例えば、注射可能な製剤は、適切なpHおよび張度で水性または非水性溶液中に開示されたベクターを含み得る。
開示されたベクター組成物は、ガイド下注射を用いた肝臓中への直接的注射を介して被験体に投与され得る。いくつかの実施形態において、ベクターは、動脈または静脈循環を介して全身的に投与することができる。いくつかの実施形態において、ベクター組成物は、脾臓または膵臓を含む、肝臓を直接取り囲む組織へのガイド下カニューレ挿入を介して投与することができる。いくつかの実施形態において、ベクター組成物は、門脈または門脈洞(portal sinus)中への注射によって送達され得、臍静脈中への注射によって送達され得る。
開示されたベクター組成物は、鼻内、頬側、舌下、経口、直腸、眼、非経口(静脈内、皮内、筋肉内、皮下、腹腔内)、肺、膣内、局所投与(locally administered)、局所投与(topically administered)、乱刺後の局所投与、粘膜投与、エアロゾルを介した、アガロースもしくはゼラチンなどの半固体媒体中で、または頬側もしくは鼻スプレー製剤を介したなどの、あらゆる薬学的に許容され得る方法を用いて投与することができる。
さらに、開示されたベクター組成物は、固体剤形、錠剤、丸剤、ロゼンジ、カプセル、液体分散物、ゲル、エアロゾル、肺エアロゾル、鼻エアロゾル、軟膏、クリーム、半固体剤形、溶液、エマルジョンおよび懸濁物などの、あらゆる薬学的に許容され得る剤形に調合することができる。さらに、薬学的組成物は、制御放出製剤、持続放出製剤、即時放出製剤またはこれらのあらゆる組み合わせであり得る。さらに、薬学的組成物は、経皮送達系であり得る。
実施形態において、薬学的組成物は、経口投与のための固体剤形で調合することができ、固体剤形は粉末、顆粒、カプセル、錠剤または丸剤であり得る。実施形態において、固体剤形は、炭酸カルシウム、デンプン、スクロース、ラクトース、微結晶セルロースまたはゼラチンなどの1またはそれを超える賦形剤を含むことができる。さらに、固体剤形は、賦形剤に加えて、タルクまたはステアリン酸マグネシウムなどの滑沢剤を含むことができる。いくつかの実施形態において、経口剤形は、即時放出または放出調節形態(modified release form)であり得る。放出調節剤形には、制御放出または持続放出、腸内放出(enteric release)などが含まれる。放出調節剤形中で使用される賦形剤は、当業者に一般的に知られている。
実施形態において、薬学的組成物は、舌下または頬側剤形として調合することができる。このような剤形は、舌下で投与される舌下錠剤または溶液組成物および頬と歯肉間に配置されるバッカル錠を含む。
実施形態において、薬学的組成物は、鼻剤形として調合することができる。本開示のこのような剤形は、鼻送達用の溶液、懸濁物およびゲル組成物を含む。
実施形態において、薬学的組成物は、懸濁物、エマルジョンまたはシロップなどの経口投与用液体剤形で調合することができる。実施形態において、液体剤形は、水および流動パラフィンなどの一般的に使用される単純な希釈剤に加えて、保湿剤、甘味剤、芳香剤(aromatics)または防腐剤などの様々な賦形剤を含むことができる。実施形態において、組成物は、小児患者に投与するのに適するように調合することができる。
実施形態において、薬学的組成物は、無菌水溶液、懸濁物、エマルジョン、非水性溶液または坐剤など、非経口投与用剤形中に調合することができる。実施形態において、溶液または懸濁物は、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、オリーブ油などの植物油またはオレイン酸エチルなどの注射可能なエステルを含むことができる。
薬学的組成物の投与量は、患者の体重、年齢、性別、投与時間および様式、排泄速度ならびに疾患の重篤度に応じて変動し得る。
実施形態において、PKUの処置は、針または血管内カニューレ挿入を用いた、開示されたベクター構築物の肝臓中へのガイド下での直接的注射によって達成される。実施形態において、ベクター組成物は、静脈もしくは動脈カニューレ挿入もしくは注射、皮内送達、筋肉内送達または肝臓近くの排出臓器(draining organ)中への注射によって、脳脊髄液、血液またはリンパ循環中に投与される。
以下の実施例は、本発明の態様を例示するために提供されている。しかしながら、本発明は、これらの実施例に記載されている具体的な条件または詳細に限定されるものではないことが理解されるべきである。本明細書中に引用されている全ての刊行物は、参照により、明確に組み込まれる。
[実施例1]レンチウイルスベクター系の開発
図1に要約されているように、レンチウイルスベクター系を開発した(環状化形態)。治療用ベクター、エンベローププラスミドおよびヘルパープラスミドでのトランスフェクション後に、(American Type Culture Collection、マナサス、バージニア州から購入された)293T/17HEK細胞中で、レンチウイルス粒子を作製した。機能的なウイルス粒子を産生した293T/17HEK細胞のトランスフェクションは、プラスミドDNA取り込みの効率を増加させるために、試薬ポリ(エチレンイミン)(PEI)を利用した。まず、無血清培養培地中に、プラスミドとDNAを3:1(PEIのDNAに対する質量比)の比で別々に添加した 2〜3日後に、細胞培地を収集し、高速遠心および/またはろ過に続く陰イオン交換クロマトグラフィーによってレンチウイルス粒子を精製した。レンチウイルス粒子の濃度は、形質導入単位/ml(TU/ml)を単位として表すことができる。TUの決定は、培養液中のHIVp24レベル(p24タンパク質はレンチウイルス粒子中に組み込まれる)を測定し、定量的PCRによって、形質導入された細胞当たりのウイルスDNAコピーの数を測定することによって、または細胞を感染させ、(ベクターがルシフェラーゼまたは蛍光性タンパク質マーカーをコードする場合)光を使用することによって達成された。
上述されているように、レンチウイルス粒子の産生のために、3−ベクター系(すなわち、2−ベクターレンチウイルスパッケージング系を含む)を設計した。3−ベクター系の模式図が、図1に示されている。簡潔には、図1を参照すると、一番上のベクターはヘルパープラスミドであり、本事例では、Revを含む。図1の中央に登場するベクターは、エンベローププラスミドである。一番下のベクターは、本明細書に記載されているように、治療用ベクターである。
図1を参照すると、ヘルパー+Revプラスミドは、ニワトリβアクチンプロモーターを伴うCMVエンハンサー(配列番号23);ニワトリβアクチンイントロン(配列番号41);HIV Gag(配列番号24);HIV Pol(配列番号25);HIVインテグラーゼ(配列番号26);HIV RRE(配列番号27);HIV Rev(配列番号28);およびウサギβグロビンポリA(配列番号42)を含む。
エンベローププラスミドは、CMVプロモーター(配列番号29);βグロビンイントロン(配列番号7または8);VSV−Gエンベロープ糖タンパク質(配列番号30);およびウサギβグロビンポリA(配列番号42)を含む。
ヘルパー(+Rev)およびエンベローププラスミドからなる2−ベクターレンチウイルスパッケージング系を含む3−ベクター系の合成が開示されている。
材料および方法:
ヘルパープラスミドの構築:Gag、Polおよびインテグラーゼ遺伝子を含有するpNL4−3HIVプラスミド(NIH Aids Reagent Program)からのDNA断片の最初のPCR増幅によって、ヘルパープラスミドを構築した。pCDNA3プラスミド(Invitrogen)中の同じ部位に挿入するために使用することができるEcoRIおよびNotI制限部位を有する断片を増幅するために、プライマーを設計した。フォワードプライマーは(5’−TAAGCAGAATTCATGAATTTGCCAGGAAGAT−3’)(配列番号43)であり、リバースプライマーは(5’−CCATACAATGAATGGACACTAGGCGGCCGCACGAAT−3’)(配列番号44)であった。
Gag、Pol、インテグラーゼ断片に対する配列は、以下のとおりであった。
次に、Eurofins Genomicsによって、RREと、Revと、ウサギβグロビンポリA配列とを含有し、XbaIおよびXmaI隣接制限部位を有するDNA断片が合成された。次いで、このDNA断片を、XbaIおよびXmaI制限部位においてプラスミド中に挿入した。DNA配列は、以下のとおりであった。
最後に、pCDNA3.1のCMVプロモーターをCAGプロモーター(CMVエンハンサー、ニワトリβアクチンプロモーターに加えて、ニワトリβアクチンイントロン配列)で置き換えた。MluIおよびEcoRI隣接制限部位を有する、CAGエンハンサー/プロモーター/イントロン配列を含有するDNA断片は、Eurofins Genomicsによって合成された。次いで、このDNA断片を、MluIおよびEcoRI制限部位においてプラスミド中に挿入した。DNA配列は、以下のとおりであった。
VSV−Gエンベローププラスミドの構築:
水疱性口内炎インディアナウイルス糖タンパク質(VSV−G)配列は、隣接するEcoRI制限部位とともに、Eurofins Genomicsによって合成された。次いで、このDNA断片を、EcoRI制限部位において、pCDNA3.1プラスミド(Invitrogen)中に挿入し、CMV特異的プライマーを用いて配列決定することによって、正しい配向性を決定した。
DNA配列は、以下のとおりであった。
3−ベクターレンチウイルスパッケージング系を含む4−ベクター系も設計し、本明細書に記載された方法および材料を用いて作製した。4−ベクター系の模式図が、図2に示されている。簡潔には、図2を参照すると、一番上のベクターはヘルパープラスミドであり、本事例では、Revを含まない。第二のベクターは、別個のRevプラスミドである。第三のベクターは、エンベローププラスミドである。一番下のベクターは、本明細書に記載されているとおりの治療用ベクターである。
図2を参照すると、ヘルパープラスミドは、CMVエンハンサーおよびニワトリβアクチンプロモーター(配列番号23);ニワトリβアクチンイントロン(配列番号41);HIV Gag(配列番号24);HIV Pol(配列番号25);HIVインテグラーゼ(配列番号26);HIV RRE(配列番号27);およびウサギβグロビンポリA(配列番号42)を含む。
Revプラスミドは、RSVプロモーターおよびHIV Rev(配列番号48);およびウサギβグロビンポリA(配列番号42)を含む。
エンベローププラスミドは、CMVプロモーター(配列番号29);βグロビンイントロン(配列番号7または8);VSV−Gエンベロープ糖タンパク質(配列番号30);およびウサギβグロビンポリA(配列番号42)を含む。
一態様において、PAHを発現する治療用レンチウイルスベクターは、図3のベクターAに示されている要素の全てを含む。別の態様において、PAHを発現する治療用レンチウイルスベクターは、図3のベクターB中に示されている要素の全てを含む。別の態様において、PAHを発現する治療用レンチウイルスベクターは、図3のベクターC中に示されている要素の全てを含む。別の態様において、PAHを発現する治療用レンチウイルスベクターは、図3のベクターD中に示されている要素の全てを含む。別の態様において、PAHを発現する治療用レンチウイルスベクターは、図3のベクターE中に示されている要素の全てを含む。別の態様において、PAHを発現する治療用レンチウイルスベクターは、図3のベクターF中に示されている要素の全てを含む。別の態様において、PAHを発現する治療用レンチウイルスベクターは、図3のベクターG中に示されている要素の全てを含む。別の態様において、PAHを発現する治療用レンチウイルスベクターは、図3のベクターH中に示されている要素の全てを含む。
ヘルパー、Revおよびエンベローププラスミドからなる3−ベクターレンチウイルスパッケージング系を含む4−ベクター系の合成が開示されている。
材料および方法:
Revなしのヘルパープラスミドの構築:
RREとウサギβグロビンポリA配列とを含有するDNA断片を挿入することによって、Revなしのヘルパープラスミドを構築した。この配列は、隣接するXbaIおよびXmaI制限部位とともに、Eurofins Genomicsによって合成された。次いで、RRE/ウサギポリAβグロビン配列を、XbaIおよびXmaI制限部位においてヘルパープラスミド中に挿入した。
DNA配列は、以下のとおりである。
Revプラスミドの構築:
RSVプロモーターおよびHIV Rev配列は、隣接するMfeIおよびXbaI制限部位とともに、Eurofins Genomicsによって、単一のDNA断片として合成された。次いで、このDNA断片を、CMVプロモーターがRSVプロモーターで置き換えられているpCDNA3.1プラスミド(Invitrogen)中に、MfeIおよびXbaI制限部位において挿入した。DNA配列は、以下のとおりであった。
パッケージング系中で使用されるプラスミドは、類似の要素を用いて修飾することができ、イントロン配列は、ベクター機能の喪失なしに、潜在的に除去され得る。例えば、以下の要素は、パッケージング系中の類似の要素を置き換えることができる。
プロモーター:伸長因子−1(EF−1)(配列番号49)、ホスホグリセリン酸キナーゼ(PGK)(配列番号50)およびユビキチンC(UbC)(配列番号51)は、CMV(配列番号29)またはCMVエンハンサー/ニワトリβアクチンプロモーター(配列番号23)を置き換えることができる。これらの配列は、付加、置換、欠失または変異によってさらに変化させることもできる。
ポリA配列:SV40ポリA(配列番号52)およびbGHポリA(配列番号53)は、ウサギβグロビンポリA(配列番号42)を置き換えることができる。これらの配列は、付加、置換、欠失または変異によってさらに変化させることもできる。
HIV Gag、Polおよびインテグラーゼ配列:ヘルパープラスミド中のHIV配列は、異なるHIV株または系統群から構築することができる。例えば、Bal株からのHIV Gag(配列番号24);HIV Pol(配列番号25);およびHIV Int(配列番号26)は、本明細書に概説されているとおりのヘルパー/ヘルパー+Revプラスミド中に含有されているgag、polおよびint配列と入れ替えることができる。これらの配列は、付加、置換、欠失または変異によってさらに変化させることもできる。
エンベロープ:VSV−G糖タンパク質は、ネコ内在性ウイルス(RD114)(配列番号54)、テナガザル白血病ウイルス(GALV)(配列番号55)、狂犬病(FUG)(配列番号56)、リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス(LCMV)(配列番号57)、インフルエンザAトリペストウイルス(FPV)(配列番号58)、ロスリバーアルファウイルス(RRV)(配列番号59)、マウス白血病ウイルス10A1(MLV)(配列番号60)またはエボラウイルス(EboV)(配列番号61)由来の膜糖タンパク質で置換することができる。これらのエンベロープに対する配列は、本明細書中の配列部分において特定されている。さらに、これらの配列は、付加、置換、欠失または変異によってさらに変化させることもできる。
要約すると、3−ベクターと4−ベクター系は、以下のように比較対照することができる。3−ベクターレンチウイルスベクター系は、以下のものを含有する。1.ヘルパープラスミド:HIV Gag、Pol、インテグラーゼ、RREおよびRev;2.エンベローププラスミド:VSV−Gエンベロープ;および3.治療用ベクター:RSV、5’LTR、Psiパッケージングシグナル、RRE、cPPT、プロトロンビンエンハンサー、α1アンチトリプシンプロモーター、フェニルアラニンヒドロキシラーゼ、WPREおよび3’ΔLTR。4−ベクターレンチウイルスベクター系は、以下のものを含有する。1.ヘルパープラスミド:HIV Gag、Pol、インテグラーゼおよびRRE;2.Revプラスミド:Rev;3.エンベローププラスミド:VSV−Gエンベロープ;および4.治療用ベクター:RSV、5’LTR、Psiパッケージングシグナル、RRE、cPPT、プロトロンビンエンハンサー、α1アンチトリプシンプロモーター、フェニルアラニンヒドロキシラーゼ、WPREおよび3’ΔLTR。上記要素と一致する配列は、本明細書中の配列表部分において特定されている。
[実施例2]治療用ベクター
例えば、図3に示されているように、例示的な治療用ベクターを設計および開発した。
まず、左から右へ、図3のベクターAを参照すると、主要な遺伝要素は、以下のとおりである:本明細書に詳述されているとおりの、ハイブリッド5’末端反復配列(RSV/LTR)、Psi配列(RNAパッケージング部位)、RRE(Rev応答要素)、cPPT(ポリプリントラクト)、プロトロンビンエンハンサー、hAATプロモーター、PAH配列およびその改変体を含むPAH配列、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)ならびにU3領域中に欠失を有するLTR。
次に、左から右へ、図3のベクターBを参照すると、主要な遺伝要素は、以下のとおりである:本明細書に詳述されているとおりの、ハイブリッド5’末端反復配列(RSV/LTR)、Psi配列(RNAパッケージング部位)、RRE(Rev応答要素)、cPPT(ポリプリントラクト)、プロトロンビンエンハンサーの上流にあるHNF1(肝細胞核因子)結合部位、hAATプロモーター、PAH配列およびその改変体を含むPAH配列、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)ならびにU3領域中に欠失を有するLTR。
次に、左から右へ、図3のベクターCを参照すると、主要な遺伝要素は、以下のとおりである:本明細書に詳述されているとおりの、ハイブリッド5’末端反復配列(RSV/LTR)、Psi配列(RNAパッケージング部位)、RRE(Rev応答要素)、cPPT(ポリプリントラクト)、プロトロンビンエンハンサーの上流にあるHNF1/4(肝細胞核因子)結合部位、hAATプロモーター、PAH配列およびその改変体を含むPAH配列、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)ならびにU3領域中に欠失を有するLTR。
次に、左から右へ、図3のベクターDを参照すると、主要な遺伝要素は、以下のとおりである:本明細書に詳述されているとおりの、ハイブリッド5’末端反復配列(RSV/LTR)、Psi配列(RNAパッケージング部位)、RRE(Rev応答要素)、cPPT(ポリプリントラクト)、プロトロンビンエンハンサー、HNF1(肝細胞核因子)、hAATプロモーター、PAH配列およびその改変体を含むPAH配列、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)ならびにU3領域中に欠失を有するLTR。
次に、左から右へ、図3のベクターEを参照すると、主要な遺伝要素は、以下のとおりである:本明細書に詳述されているとおりの、ハイブリッド5’末端反復配列(RSV/LTR)、Psi配列(RNAパッケージング部位)、RRE(Rev応答要素)、cPPT(ポリプリントラクト)、プロトロンビンエンハンサー、HNF1/4(肝細胞核因子)、hAATプロモーター、PAH配列およびその改変体を含むPAH配列、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)ならびにU3領域中に欠失を有するLTR。
次に、左から右へ、図3のベクターFを参照すると、主要な遺伝要素は、以下のとおりである:本明細書に詳述されているとおりの、ハイブリッド5’末端反復配列(RSV/LTR)、Psi配列(RNAパッケージング部位)、RRE(Rev応答要素)、cPPT(ポリプリントラクト)、プロトロンビンエンハンサーの上流にある5つのHNF1(肝細胞核因子)結合部位、hAATプロモーター、PAH配列およびその改変体を含むPAH配列、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)ならびにU3領域中に欠失を有するLTR。
次に、左から右へ、図3のベクターGを参照すると、主要な遺伝要素は、以下のとおりである:本明細書に詳述されているとおりの、ハイブリッド5’末端反復配列(RSV/LTR)、Psi配列(RNAパッケージング部位)、RRE(Rev応答要素)、cPPT(ポリプリントラクト)、プロトロンビンエンハンサーの上流にある3つのHNF1/HNF4(肝細胞核因子)結合部位、hAATプロモーター、PAH配列およびその改変体を含むPAH配列、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)ならびにU3領域中に欠失を有するLTR。
まず、左から右へ、図3のベクターHを参照すると、主要な遺伝要素は、以下のとおりである:本明細書に詳述されているとおりの、ハイブリッド5’末端反復配列(RSV/LTR)、Psi配列(RNAパッケージング部位)、RRE(Rev応答要素)、cPPT(ポリプリントラクト)、プロトロンビンエンハンサー、hAATプロモーター、ウサギβグロビンイントロン、PAH配列およびその改変体を含むPAH配列、ウッドチャック転写後制御要素(WPRE)ならびにU3領域中に欠失を有するLTR。
図3に一般的に概説されているベクターを作製するために、本明細書に記載されている方法および材料ならびに当業者によって理解されるその他を使用した。
阻害性RNAの設計:ヒト細胞中のPAHレベルをノックダウンするための潜在的なshRNA候補を検索するために、ホモ・サピエンスフェニルアラニンヒドロキシラーゼ(PAH)(NM_000277.1)mRNAの配列を使用した。潜在的なRNAshRNA配列は、Broad Instituteによって主催されるGPP Web Portal(portals.broadinstitute.org/gpp/public/)またはThermo ScientificからのBLOCK−iT RNAi Designer(https://rnaidesigner.thermofisher.com/rnaiexpress/)などのsiRNAまたはshRNA設計プログラムによって選択された候補から選択された。shRNA発現を制御するために、RNAポリメラーゼIIIプロモーターH1(配列番号22)のすぐ3’に、選択された個々のshRNA配列をレンチウイルスベクター中に挿入した。細胞を形質導入し、特異的なmRNAレベルの変化を測定するために、これらのレンチウイルスshRNA構築物を使用した。
ベクター構築:PAH shRNAのために、BamHIおよびEcoRI制限部位を含有するオリゴヌクレオチド配列が、Eurofins MWG Operonによって合成された。重複するセンスおよびアンチセンスオリゴヌクレオチド配列を混合し、70℃から室温まで冷却する間にアニーリングした。1時間、37℃で、制限酵素BamHIおよびEcoRIを用いて、レンチウイルスベクターを消化した。アガロースゲル電気泳動によって、消化されたレンチウイルスベクターを精製し、Thermo Scientificから得たDNAゲル抽出キットを用いて、ゲルから抽出した。DNA濃度を測定し、ベクター対オリゴ(3:1の比)を混合し、アニーリングさせ、連結した。30分間、室温で、T4DNAリガーゼを用いて連結反応を行った。25μLのSTBL3形質転換受容性細菌細胞に、2.5μLの連結混合物を添加した。42℃での熱ショック後に、形質転換が達成された。アンピシリンを含有する寒天プレート上に細菌細胞を広げ、薬物耐性コロニー(アンピシリン耐性プラスミドの存在を示す)を回収し、LBブロス中で増殖させた。オリゴ配列の挿入を確認するために、Thermo Scientific DNAミニプレップキットを用いて、採集された細菌培養物からプラスミドDNAを抽出した。shRNA発現を制御するために使用されたプロモーターに対する特異的プライマーを用いるDNA配列決定によって、レンチウイルスベクター中でのshRNA配列の挿入を確認した。以下の標的配列を用いて、PAHをノックダウンするために、例示的なshRNA配列を決定した。
PAH shRNA配列#1:
TCGCATTTCATCAAGATTAATCTCGAGATTAATCTTGATGAAATGCGATTTTT(配列番号13)
PAH shRNA配列#2:
ACTCATAAAGGAGCATATAAGCTCGAGCTTATATGCTCCTTTATGAGTTTTTT(配列番号14)
[実施例3]肝臓特異的プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーター
肝臓特異的プロトロンビンエンハンサー(配列番号5)およびヒトα−1アンチトリプシンプロモーター(配列番号6)を含有するレンチウイルスベクターで、Hepa1−6マウスヘパトーム細胞を形質導入した。得られたDNA配列は、以下のとおりである。
これらの感染に対する結果は、本明細書中のさらなる実施例に詳述されている。
[実施例4]プロトロンビンエンハンサーを伴うhAATプロモーターおよび肝細胞核因子(HFN)結合部位
肝臓特異的プロトロンビンエンハンサー(配列番号5)、ヒトα−1アンチトリプシンプロモーター(配列番号6)および1またはそれを超える肝細胞核因子(HNF)結合部位を含有するレンチウイルスベクターで、Hepa1−6マウスヘパトーム細胞を形質導入した。5つのHNF1結合部位(下線が付されたフォントで表記されている)を含む得られたDNA配列は以下のとおりであった。
3つのHNF1/HNF4結合部位(HNF1は下線が付されたフォントで表記され、HNF4は太字のフォントで表記されている)を含む得られたDNA配列は、以下のとおりである。
これらのベクターからのPAHの発現は、本明細書中のさらなる実施例に詳述されている。
[実施例5]PAHのための材料および方法
ホモサピエンスフェニルアラニンヒドロキシラーゼ(hPAH)mRNA(Gen Bank:NM_000277.1)の配列は、この遺伝子の遠位および近位末端に位置するEcoRIおよびSalI制限酵素部位とともに、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって化学的に合成された。ApoE(NM_000001.11、U35114.1)またはプロトロンビン(AF478696.1)およびhAAT(HG98385.1)遺伝子座調節領域の一部を含むハイブリッドプロモーターの調節下において、pCDHレンチウイルスプラスミド(System Biosciences、Palo Alto、CA)中に、EcoRIおよびSalI制限酵素で処理されたhPAHを連結した。さらに、3’非翻訳領域(UTR)の289ヌクレオチドを含めるために、ヒトPAHを合成した。
2時間、37℃で、制限酵素BamHIおよびEcoRI(NEB、Ipswich、MA)を用いて、レンチウイルスベクターおよびhPAH配列を消化した。アガロースゲル電気泳動によって、消化されたレンチウイルスベクターを精製し、ThermoFisher(Waltham、MA)から得たDNAゲル抽出キットを用いて、ゲルから抽出した。DNA濃度を測定し、次いで、3:1の挿入物対ベクター比を用いて、PAH配列(hPAH)と混合した。30分間、室温で、T4DNAリガーゼ(NEB)を用いて混合物を連結した。25μLのSTBL3形質転換受容性細菌細胞(ThermoFisher)に、2.5μLの連結混合物を添加した。42℃での熱ショックによって、形質転換を実施した。アンピシリンを含有する寒天プレート上に細菌細胞を画線し、次いで、コロニーをLBブロス中で増殖させた。PAH配列の挿入を確認するために、ThermoFisher DNAミニプレップキットを用いて、採集された細菌培養物からプラスミドDNAを抽出した。レンチウイルスベクター(LV)中のPAH配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次に、ClaIおよびEcoRI制限部位を有する、ApoEエンハンサー/hAATプロモーターまたはプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーター配列は、Eurofins Genomicsによって合成された。PAHコード配列およびハイブリッドプロモーターを含有するレンチウイルスベクターをClaIおよびEcoRI酵素で消化し、一緒に連結した。DNA配列決定によって、ハイブリッドプロモーターを含有するプラスミドを確認した。次いで、レンチウイルス粒子をパッケージして形質導入された細胞中でPAHを発現するその能力に関して試験するために、hPAHおよびハイブリッドプロモーター配列を含有するレンチウイルスベクターを使用した。哺乳動物細胞をレンチウイルス粒子で形質導入した。3日後に細胞を収集し、PAH発現に対するイムノブロットによって、タンパク質を分析した。
hPAH配列の修飾:
ApoEエンハンサー/hAATプロモーターによって制御される細胞発現レベルを改善するために、hPAH配列のいくつかの修飾を取り込んだ。まず、PAHコード領域の後およびmRNA末端の前に、hPAH3’非翻訳領域(UTR)の289ヌクレオチドを挿入した。これによって、LV−ApoE/hAAT−hPAH−UTRを作製した。
次に、肝臓特異的ApoEエンハンサーを肝臓特異的プロトロンビンエンハンサーと交換した。hPAHコード配列およびUTRの289ヌクレオチドを有するApoEまたはプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターの組み合わせのいずれかを用いて、PAHの発現を分析した。次に、UTR領域を有しない、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびhPAHコード配列を用いて、PAHの発現を評価した。プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターの組み合わせは、ApoEエンハンサー/hAATプロモーターの組み合わせで必要とされるようなUTR領域の必要性をなくした。したがって、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターの組み合わせは、UTR領域の必要性なしに、肝臓特異的な様式で、高いレベルのPAH発現を制御することができる。hPAH遺伝子を制御するための肝臓特異的制御要素を理解する上でのこの重要な進歩は、hPAHの高レベルの産生をなお達成しながら、肝臓組織中での特異的発現のための構築物の生成を可能にする。導入遺伝子発現を肝細胞に限定することは、フェニルケトン尿症用の遺伝子医薬におけるベクターの安全性と標的特異性のための重要な考慮事項である。
[実施例6]プロトロンビンエンハンサーの変形を有するおよび3’UTRを有するまたは有しないhPAHの、Hepa1−6細胞および293T細胞中でのレンチウイルスによって送達された発現
本実施例は、それぞれ図4Aおよび4Bに示されているように、プロトロンビンエンハンサーと組み合わせてhAATプロモーターを含有するレンチウイルスベクターを用いることにより、ApoEエンハンサーと比較して、Hepa1−6癌腫細胞および293Tヒト胎児腎臓細胞中で、ヒトPAHの発現が増加されることを説明する。プロトロンビンエンハンサーがhAATプロモーターと組み合わされると、3’UTRはhPAH発現のために必要とされない。3’UTRは、それぞれ、図4Aおよび4Bに示されているように、プロトロンビンを含有するベクターにおけるPAH発現を実際には減少させる。本実施例は、それぞれ図4Aおよび4Bに示されているように、プロトロンビンエンハンサーと組み合わされた肝細胞核因子1および4(HNF1/4)結合部位を発現するレンチウイルスベクターが、Hepa1−6細胞および293T細胞中のPAHタンパク質のレベルを増加させることも説明する。
ヒトPAH、プロトロンビンおよびApoEエンハンサーおよびhAATプロモーターは、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって合成され、レンチウイルスベクター中に挿入された。これらの配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次いで、Hepa1−6マウス肝臓がん細胞または293Tヒト胎児腎臓細胞(American Type Culture Collection、マナサス、バージニア州)を形質導入するために、確認されたhPAH配列を含有するレンチウイルスベクターを使用した。レンチウイルスベクターは、その3’UTRを有するまたは有しないヒトPAH遺伝子を取り込んだ。さらに、これらの構築物中でのhPAH発現は、肝臓特異的プロトロンビンまたはApoEエンハンサーのいずれかを含有するhAATプロモーターによって駆動された。細胞をレンチウイルス粒子で形質導入し、3日後に、hPAH発現に対するイムノブロットによってタンパク質を分析した。ヒトPAHの相対的発現は、抗PAH抗体(Abcam、Cambridge、MA)を使用するイムノブロットによって検出され、ローディング対照のために抗βアクチン抗体(SigmaMillipore、Billerica、MA)を用いた。
図4Aおよび4Bに示されているように、以下の6つの群が比較される:Hepa1−6細胞または293T細胞のみを含む対照(レーン1)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域を発現するレンチウイルスベクター(レーン2)、プロトロンビンエンハンサーの上流に5×HNF1結合部位を含有するプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン3)、プロトロンビンエンハンサーの上流に3×HNF1および3×HNF4結合部位を含有するプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン4)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによって、3’UTRを有するhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン5)、およびApoEエンハンサー/hAATプロモーターによって、3’UTRを有するhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン6)。図4Aおよび4Bは、ApoEエンハンサーと比較した場合、プロトロンビンエンハンサーがhAATプロモーターと組み合わされると、Hepa1−6癌腫細胞および293T細胞の両方において、PAHの発現が増加されることを実証する。さらに、プロトロンビンエンハンサーがベクター中に含められると、hPAH発現のために、PAH3’UTRは必要とされない。
[実施例7]イントロン配列、コドン最適化されたPAH配列およびHNF−1またはHNF1/4結合部位を含有するプロトロンビンエンハンサーを有するhPAHの、Hepa1−6細胞中での、レンチウイルスによって送達された発現
本実施例は、図5Aに示されているように、プロトロンビンエンハンサーおよびウサギβグロビンイントロン配列と組み合わせたhAATプロモーターを含有するレンチウイルスベクターによって、ヒトPAHの発現が、Hepa1−6癌腫細胞中で増加されることを説明する。イントロン配列が逆方向で挿入されると、hPAHは発現されない。図5Bでは、これは、hPAHコード配列のコドン最適化されたバージョンが、最適化されていないhPAHコード領域配列より発現が少ないことを示す。本実施例は、図5Cに示されているように、プロトロンビンエンハンサーと組み合わされた肝細胞核因子−1および−4(HNF1およびHNF1/4)結合部位を発現するレンチウイルスベクターは、Hepa1−6細胞中のhPAHタンパク質のレベルを増加させることも説明する。
ヒトPAH(最適化されているおよび最適化されていない)、プロトロンビンエンハンサー、hAATプロモーターおよびウサギβグロビン配列は、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって合成され、レンチウイルスベクター中に挿入された。これらの配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次いで、Hepa1−6マウス肝臓がん細胞(American Type Culture Collection、マナサス、バージニア州)を形質導入するために、確認されたhPAH配列を含有するレンチウイルスベクターを使用した。レンチウイルスベクターは、ウサギβグロビンイントロンを有するまたは有しないヒトPAH遺伝子を取り込んだ。さらに、これらの構築物中でのhPAH発現は、プロトロンビンエンハンサーの上流または下流のいずれかに、HNF1またはHNF1/4結合部位を有する肝臓特異的プロトロンビンエンハンサーを含有するhAATプロモーターによって駆動された。細胞をレンチウイルス粒子で形質導入し、3日後に、PAH発現に対するイムノブロットによってタンパク質を分析した。ヒトPAHの相対的発現は、抗PAH抗体(Abcam、Cambridge、MA)を使用するイムノブロットによって検出され、ローディング対照のために抗βアクチン抗体(SigmaMillipore、Billerica、MA)を用いた。
図5Aに示されているように、以下の4つの群が比較される:Hepa1−6細胞のみを含む対照(レーン1)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域を発現するレンチウイルスベクター(レーン2)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現し、順方向にウサギβグロビンイントロンを含有するレンチウイルスベクター(レーン3)およびプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現し、逆方向にウサギβグロビンイントロンを含有するレンチウイルスベクター(レーン4)。図5Bに示されているように、3つの群が比較される:Hepa1−6細胞のみを含む対照(レーン1)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域のみを発現するレンチウイルスベクター(レーン2および3)およびプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコドン最適化された配列を発現するレンチウイルスベクター(レーン4)。図5Cに示されているように、以下の6つの群が比較される:Hepa1−6細胞のみを含む対照(レーン1)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域のみを発現するレンチウイルスベクター(レーン2および3)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現し、ウサギβグロビンイントロンを含有するレンチウイルスベクター(レーン4)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびプロトロンビンエンハンサーの上流にあるHNF1結合部位によってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン5)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびプロトロンビンエンハンサーの下流にあるHNF1結合部位によってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン6)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびプロトロンビンエンハンサーの上流にあるHNF1/4結合部位によってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン7)、ならびにプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびプロトロンビンエンハンサーの下流にあるHNF1/4結合部位によってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン8)。図5A〜5Cは、ウサギβグロビンイントロン配列がhPAHコード配列の上流に追加されると、hPAHの発現がHepa1−6癌腫細胞中で増加されることを実証する。さらに、コドン最適化されたhPAHコード配列は、最適化されていない配列よりも発現が少ない。最後に、プロトロンビンエンハンサーの上流へのHNF1またはHNF1/4結合部位の追加は、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターのみを含有するレンチウイルスベクターと比較して、hPAHの発現を増加させるが、下流への追加は増加させない。
[実施例8]hAATプロモーターならびにHNF−1およびHNF−1/4結合部位を含有するプロトロンビンエンハンサーを有するhPAH RNAの、Hepa1−6細胞中でのレンチウイルスによって送達された発現
図6に示されているように、本実施例は、1および5の感染効率(MOI)で、プロトロンビンエンハンサーならびにHNF1およびHNF1/4に対する結合部位と組み合わされたhAATプロモーターを含有するレンチウイルスベクターが形質導入されたHepa1−6癌腫細胞中で、ヒトPAH RNAの発現が増加されることを説明する。
ヒトPAH、プロトロンビンエンハンサーおよびhAATプロモーターは、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって合成され、レンチウイルスベクター中に挿入された。これらの配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次いで、Hepa1−6マウス肝臓がん細胞(American Type Culture Collection、マナサス、バージニア州)を形質導入するために、確認されたhPAH配列を含有するレンチウイルスベクターを使用した。レンチウイルスベクターは、ヒトPAH遺伝子を取り込んだ。さらに、これらの構築物中でのhPAH発現は、上流のHNF1またはHNF1/4結合部位を有する肝臓特異的プロトロンビンエンハンサーを含有するhAATプロモーターによって駆動された。レンチウイルス粒子で細胞を形質導入し、3日後に、RNeasyキット(Qiagen、Germantown、MD)を用いてRNAを抽出し、TaqManプローブ(5’−TCGTGAAAGCTCATGGACAGTGGC−3’)(配列番号66)ならびにhPAHに対するプライマーセットフォワード:5’−AGATCTTGAGGCATGACATTGG−3’(配列番号67)およびリバース:5’−GTCCAGCTCTTGAATGGTTCTT−3’(配列番号68)を用いたqPCR分析によって分析した。アクチンプローブ(5’−AGCGGGAAATCGTGCGTGAC−3’)(配列番号69)およびプライマーセット(フォワード:5’−GGACCTGACTGACTACCTCAT−3’(配列番号70)およびリバース:5’−CGTAGCACAGCTTCTCCTTAAT−3’)(配列番号71)を用いて、全RNA(100ng)を正規化した。
図6に示されているように、以下の4つの群が比較される:Hepa1−6細胞のみを含む対照(バー1)、1MOI(バー2)および5MOI(バー5)でプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域を発現するレンチウイルスベクター、1MOI(バー3)および5MOI(バー6)で、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびプロトロンビンエンハンサーの上流にあるHNF1結合部位によって、hPAHを発現するレンチウイルスベクターならびに1MOI(バー4)および5MOI(バー7)で、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびプロトロンビンエンハンサーの上流にあるHNF1/4結合部位によって、hPAHを発現するレンチウイルスベクター。図6は、PAH RNAの発現は、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現するベクターを用いると、1から4.7pg(1〜5MOI)に増加することを実証する。HNF1結合部位がプロトロンビンエンハンサーの上流に含められると、2.3から10.7pg(1〜5MOI)まで増加し、HNF1/4結合部位がプロトロンビンエンハンサーの上流に挿入されると、3から17.8pg(1〜5MOI)まで増加する。
[実施例9]プロトロンビンエンハンサーおよびhAATまたはチロキシン結合グロブリン(TBG)プロモーターのいずれかを有するhPAHの、Hepa1−6細胞中での、レンチウイルスによって送達された発現
本実施例は、図7に示されているように、hAATプロモーターと組み合わされたプロトロンビンエンハンサーを含有するレンチウイルスベクターによって、TBGプロモーター(配列番号62)と比較して、ヒトPAHの発現が、Hepa1−6癌腫細胞中で増加されることを説明する。
ヒトPAH、プロトロンビンエンハンサーならびにhAATおよびTBGプロモーターは、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって合成され、レンチウイルスベクター中に挿入された。これらの配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次いで、Hepa1−6マウス肝臓がん細胞(American Type Culture Collection、マナサス、バージニア州)を形質導入するために、確認されたhPAH配列を含有するレンチウイルスベクターを使用した。レンチウイルスベクターは、ヒトPAH遺伝子を取り込んだ。さらに、これらの構築物中でのhPAH発現は、肝臓特異的hAATまたはTBGプロモーターのいずれかによって駆動された。細胞をレンチウイルス粒子で形質導入し、3日後に、PAH発現に対するイムノブロットによってタンパク質を分析した。ヒトPAHの相対的発現は、抗PAH抗体(Abcam、Cambridge、MA)を使用するイムノブロットによって検出され、ローディング対照のために抗βアクチン抗体(SigmaMillipore、Billerica、MA)を用いた。
図7に示されているように、以下の4つの群が比較される:プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域を発現するレンチウイルスベクター(レーン1)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現し、ウサギβグロビンイントロンを含有するレンチウイルスベクター(レーン2)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターのみを含有するレンチウイルスベクターを用いた対照(レーン3)、およびプロトロンビンエンハンサー/TBGプロモーターによってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン4)。図7は、プロトロンビンエンハンサーがhAATプロモーターと組み合わされると、TBGプロモーターと比較して、Hepa1−6癌腫細胞中で、PAHの発現が大幅に増加することを実証する。
[実施例10]PAH遺伝子の上流にあるウサギまたはヒトのいずれかのβグロビンイントロン配列を有するhPAHの、Hepa1−6細胞またはHep3B細胞中でのレンチウイルスによって送達された発現
本実施例は、図8Aおよび8Bに示されているように、hAATプロモーターおよびウサギまたはヒトのいずれかのβグロビンイントロンと組み合わされたプロトロンビンエンハンサーを含有するレンチウイルスベクターを用いたHepa1−6およびHep3B癌腫細胞中でのヒトPAHの発現が、ヒトβグロビンイントロンによって増加されないことを説明する。
ヒトPAH、プロトロンビンエンハンサー、hAATプロモーターおよびウサギまたはヒトβグロビンイントロンは、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって合成され、レンチウイルスベクター中に挿入された。これらの配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次いで、Hepa1−6マウス肝臓がん細胞またはHep3Bヒト肝細胞癌腫細胞(American Type Culture Collection、マナサス、バージニア州)を形質導入するために、確認されたhPAH配列を含有するレンチウイルスベクターを使用した。レンチウイルスベクターは、ヒトPAH遺伝子を取り込んだ。さらに、これらの構築物中でのhPAH発現は、肝臓特異的hAATプロモーターおよびウサギまたはヒトβグロビンイントロンのいずれかによって駆動された。細胞をレンチウイルス粒子で形質導入し、3日後に、PAH発現に対するイムノブロットによってタンパク質を分析した。ヒトPAHの相対的発現は、抗PAH抗体(Abcam、Cambridge、MA)を使用するイムノブロットによって検出され、ローディング対照のために抗βアクチン抗体(SigmaMillipore、Billerica、MA)を用いた。
図8Aおよび8Bに示されているように、以下の4つの群が比較される:レンチウイルスなし(レーン1)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン2)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびウサギβグロビンイントロン配列によってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン3)、ならびにプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびヒトβグロビンイントロンによってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン4)。図8Aおよび8Bは、プロトロンビンエンハンサーおよびhAATプロモーターを有するHepa1−6およびHep3B癌腫細胞中で、PAHの発現が増加されることを実証する。ウサギβグロビンイントロンの添加は、Hepa1−6細胞中での発現を改善するが、Hep3B細胞中では改善しない。ヒトβグロビンイントロンは、Hepa1−6またはHep3B細胞のいずれにおいても、発現を改善しない。
[実施例11]プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターを有するhPAHの、初代ヒト肝細胞中でのレンチウイルスによって送達された発現
本実施例は、図9に示されているように、hAATプロモーターと組み合わされたプロトロンビンエンハンサーを含有するレンチウイルスベクターを用いた、初代ヒト肝細胞中で、ヒトPAHの発現が大幅に増加されることを説明する。
ヒトPAH、プロトロンビンおよびApoEエンハンサーおよびhAATプロモーターは、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって合成され、レンチウイルスベクター中に挿入された。これらの配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次いで、初代ヒト肝細胞(Triangle Research Labs、North Carolina)を形質導入するために、確認されたhPAH配列を含有するレンチウイルスベクターを使用した。レンチウイルスベクターは、ヒトPAHのコード配列またはコード配列および3’UTRを取り込んだ。さらに、これらの構築物中でのhPAH発現は、肝臓特異的プロトロンビンまたはApoEエンハンサーおよびhAATプロモーターによって駆動された。細胞をレンチウイルス粒子で形質導入し、4日後に、PAH発現に対するイムノブロットによってタンパク質を分析した。ヒトPAHの相対的発現は、抗PAH抗体(Abcam、Cambridge、MA)を使用するイムノブロットによって検出され、ローディング対照のために抗βアクチン抗体(SigmaMillipore、Billerica、MA)を用いた。
図9に示されているように、以下の5つの群が比較される:プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターのみを含有するレンチウイルスベクターを用いた対照(レーン1)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域を発現するレンチウイルスベクター(レーン2)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびプロトロンビンエンハンサーの上流にある5×HNF1結合部位によってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン3)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現し、ウサギβグロビンイントロンを含有するレンチウイルスベクター(レーン4)、ならびに3’UTRを有し、ApoE/hAATプロモーターによってhPAHを発現するレンチウイルスベクター(レーン5)。図9は、プロトロンビンエンハンサーがhAATプロモーターと組み合わされると、ApoEエンハンサーと比較して、初代ヒト肝細胞中で、PAHの発現が増加されることを実証する。また、hPAHコード配列の上流にウサギβグロビンイントロン配列を含めることは、hPAH発現を増強する。
[実施例12]Hepa1−6細胞中での、レンチウイルスによって送達されたhPAHの酵素活性
本実施例は、それぞれ、図10Aおよび10Cおよび10Bに示されているように、hPAHがHepa1−6細胞中で発現されると、細胞培地および細胞ライセート中のフェニルアラニン(Phe)レベルの減少によって示されるとおり、レンチウイルスによって送達されるヒトPAHは酵素的に活性であることを説明する。補因子BH4の前駆体、セピアプテリンは、Hepa1−6細胞中のPAH活性のために必要であった。
ヒトPAH、プロトロンビンエンハンサーおよびApoEエンハンサー、hAATプロモーターおよびウサギβグロビンイントロンを合成し、レンチウイルスベクター中に挿入した。これらの配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次いで、Hepa1−6マウス肝臓がん細胞(American Type Culture Collection、マナサス、バージニア州)を形質導入するために、確認されたhPAH配列を含有するレンチウイルスベクターを使用した。レンチウイルスベクターは、ヒトPAHのコード配列を取り込んだ。さらに、これらの構築物中でのhPAH発現は、肝臓特異的プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによって駆動され、ウサギβグロビンイントロン配列を含んだ。細胞をレンチウイルス粒子で形質導入し、4日後に、Phenylalanine Assayキット(SigmaMillipore、Billerica、MA)を用いて、細胞培地または細胞ライセートのいずれかからのフェニルアラニンレベルを測定した。
図10Aおよび10Bに示されているように、図10A中の細胞培地からまたは図10B中の細胞ライセートから、4つの群が比較されている。セピアプテリンなし(バー1)またはセピアプテリンあり(バー3)の、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターのみを含有するレンチウイルスベクターを用いる対照、セピアプテリンなし(バー2)またはセピアプテリンあり(バー4)の、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域を発現し、ウサギβグロビンイントロン配列を含有するレンチウイルスベクター。図10Cに示されているように、10の群が細胞培地から比較されている。セピアプテリンなし(バー1)またはセピアプテリンあり(バー6)の、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターのみを含有するレンチウイルスベクターを用いる対照、セピアプテリンなし(バー2)またはセピアプテリンあり(バー7)の、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域を発現するレンチウイルスベクター、セピアプテリンなし(バー3)またはセピアプテリンあり(バー8)の、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびプロトロンビンエンハンサーの上流にある5×HNF1結合部位によってhPAHのコード領域を発現するレンチウイルスベクター、セピアプテリンなし(バー4)またはセピアプテリンあり(バー9)の、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHのコード領域を発現し、ウサギβグロビンイントロン配列を含有するレンチウイルスベクター、セピアプテリンなし(バー5)またはセピアプテリンあり(バー10)の、ApoEエンハンサー/hAATプロモーターによって、3’UTRを含むhPAHのコード領域を発現するレンチウイルスベクター。図10Aおよび10Bは、セピアプテリンの存在下で、hPAHがHepa1−6細胞中において酵素的に活性であることを示す。図10Aに示されているとおり、hPAHを発現するレンチウイルスベクターで形質導入されたHepa1−6細胞中において、細胞培地フェニルアラニンレベルの38%の減少が存在した。細胞ライセートでは、図10Bに示されているとおり、hPAHを発現するレンチウイルスベクターで形質導入されたHepa1−6細胞において、フェニルアラニンレベルの88%の減少が存在した。図10Cは、異なる肝臓特異的プロモーター要素を含有するベクター中で、hPAHは酵素的に活性であることを示す。プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびhPAHを含有するベクターによるPheレベルの41%の減少、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターの上流にある5×HNF1結合部位およびhPAHを含有するベクターによるPheレベルの43%の減少、ウサギβグロビンイントロンを含むプロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターとhPAHとを含有するベクターによるPheレベルの48%の減少、ならびにApoEエンハンサー/hAATプロモーターと3’UTRを含むhPAHとを含有するベクターによるPheレベルの36%の減少が存在した。
[実施例13]レンチウイルスによって送達されるPAHは、PAH変異体マウスの血液中で血中フェニルアラニンレベルを減少させる。
本実施例は、レンチウイルスによって送達されるPAHが、Pahenu2変異体マウスの血液中のフェニルアラニンレベルを減少させることを説明する。Pahenu2変異体マウスは、Shedlovskyら(Mouse Models of Human Phenylketonuria、Genetics 134:1205−1210(August、1993))に記載され、特徴付けられており、その全体が、参照により、本明細書に組み込まれる。Pahenu2変異体マウス(n=4)に、尾静脈を介して、150μL容量のLV−Pro−hAAT−PAH(AGT323)ベクターを注射した。処置された対照動物には、尾静脈を介して、レンチウイルスベクターを含有しない生理食塩水を注射した。形質導入された293T細胞中の組み込まれたベクターコピーのqPCR検出によって測定すると、LV−Pro−hAAT−PAH(AGT323)の力価は1×1010であった。注射の時点で、マウスは6〜8週齢であった。ベクター注射の前(T=0)、注射の1および2週後に血液を収集した。
フェニルアラニンレベルの測定のために、顔面静脈を介して血液を収集した。ランセットを使用して頬を穿刺し、血清管中に400μLの全血を収集した。血液を1時間静置し、次いで、管を遠心した。血漿/血清が上部層上に分離され、収集された。次いで、臨床用アミノ酸分析機器上で分析されるまで、血漿を凍結させた。
LV−Pro−hAAT−PAH(AGT323)ベクターの導入は、注射後1週および2週の両方で、血中フェニルアラニンレベルの低下を引き起こした。表1および図11に示されているように、1週および2週の時点での平均μMレベルの血中フェニルアラニンは、それぞれ、1674.7および1890であった。これは、約2400〜約2500の間の対照処置されたマウスの平均μM血中フェニルアラニンレベルと比較されている(表1および図11)。
さらに、LV−Pro−hAAT−PAH(AGT323)ベクターの導入は、肝細胞の遺伝的改変をもたらした。剖検の間に集められた肝臓に対するベクターコピー数の研究は、レンチウイルスベクターコピー数が、これらの研究において約0.2/細胞であることを示した。図12に示されているように、肝臓中の増加するベクターコピー数とフェニルアラニンの減少するレベルとの間には、概ね、線形の関係性が存在する(ピアソン積相関係数=−0.326)。
20%以上の血中フェニルアラニンレベルの減少は、フェニルケトン尿症疾患を有するヒト患者に対して治療上の利益を与え、患者の診断を古典的PKUから軽症型フェニルケトン尿症へ移行させる可能性がある。
[実施例14]DJまたはAAV2血清型のいずれかを用いたhPAHの、HEK293T細胞中でのAAVによって送達された発現
本実施例は、ウサギβグロビンイントロンありまたはなしで、hAATプロモーターと組み合わされたプロトロンビンエンハンサーを含有するAAVベクターを用いたHEK293T細胞中で、ヒトPAHが発現されることを説明する。
ヒトPAH、プロトロンビンエンハンサー、hAATプロモーターおよびウサギβグロビンイントロンは、Eurofins Genomics(ルイビル、ケンタッキー州)によって合成され、AAVベクター中に挿入された。これらの配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次いで、HEK293T細胞(American Type Culture Collection、マナサス、バージニア州)を形質導入するために、確認されたhPAH配列を含有するAAVベクターを使用した。AAVベクターは、本明細書に開示されているとおりにヒトPAH遺伝子を取り込んだ。さらに、これらの構築物中でのhPAH発現は、肝臓特異的hAATプロモーターおよびウサギβグロビンイントロンによって駆動された。細胞をAAV粒子で形質導入し、3日後に、PAH発現に対するイムノブロットまたはqPCRによってタンパク質またはRNAを分析した。ヒトPAHタンパク質の発現は、抗PAH抗体(Abcam、Cambridge、MA)を使用するイムノブロットによって検出され、ローディング対照のために抗βアクチン抗体(MilliporeSigma、Billerica、MA)を用いた。TaqMan Fam標識されたプローブ(配列番号66)およびPAHプライマー(フォワード:配列番号67;リバース:配列番号68)を用いるqPCRによって、PAH RNA発現を検出した。
図13Aは、以下の6つの群の比較を示す:AAV/DJ−GFPベクター(レーン1)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現するAAV/DJベクター(レーン2)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびウサギβグロビンイントロン配列によってhPAHを発現するAAV/DJベクター(レーン3)、AAV2−GFPベクター(レーン4)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターによってhPAHを発現するAAV2ベクター(レーン5)、プロトロンビンエンハンサー/hAATプロモーターおよびウサギβグロビンイントロン配列によってhPAHを発現するAAV2ベクター(レーン6)。
図13Bおよび13Cは、図13A中のPAHバンドの増加した曝露後におけるブロットを示す。定量的画像化によって分析される範囲にバンド密度が入るように、曝露を増加させた。元のバンド強度は、AAV/DJ血清型ベクターでの処置を示すブロットと比べて、AAV/2血清型ベクターでの処置を示すブロット上ではずっと低かった。その結果、PAHタンパク質の定量的測定を行うために、AAV/DJ血清型ブロットと比較して、AAV/2血清型ブロット上では、より長い曝露時間が必要とされた。
定量的画像化の結果は、ウサギβグロビンイントロンを含むAAV/DJベクターまたはウサギβグロビンイントロンを欠くAAV/DJベクターのいずれかを用いると、PAHタンパク質発現が2倍増加したことを示した(図13B;バンドの下の数字は、相対的倍数増加を示す)。ウサギβグロビンイントロンを有するAAV/2ベクターの使用はPAHの発現を抑制したのに対して、ウサギβグロビンイントロンを有しないAAV2ベクターの使用は、PAHの50倍増加をもたらした(図13C;バンドの下の数字は、相対的倍数増加を示す)。AAV血清型間でのPAH発現の比較は、AAV/DJ PAHベクターの使用は、AAV2 PAHベクターの使用と比較して、PAHタンパク質のより高い発現をもたらすことを明らかにした。
図13Dは、PAH RNA発現が、AAV2 PAHベクターと比較して、AAV/DJ PAHベクターでより高く、ウサギβグロビンイントロンありおよびなしで、類似の発現が存在することを実証する。
[実施例15]新生仔enu2/enu2マウス中のPKUに対するレンチウイルスベクター治療
肝臓中への直接注射を介して、10μLのベクターストックLV−Pro−hAAT−PAHで新生仔enu2/enu2マウス(生後3日)を処置した。処置されない動物は、ベクターなしの生理食塩水を受けた(シャム対照)。約5×10形質導入単位/マウス(約10形質導入単位/kg)の最終用量のために、ベクターストックは、無菌生理食塩水中において(HEK293細胞中で測定された)約5×10形質導入単位/mLであった。
表2および図14に示されているように、血中フェニルアラニンレベルのμM濃度は、処置されていないenu2/enu2マウス(2063+/−185)と比較して、LV−Pro−hAAT−PAH処置されたenu2/enu2マウス(1390+/−127)中で著しく低下した。
[実施例16]PAH遺伝子の3’UTRを標的とするshPAHの発現は、Hep3B細胞中でのLV−H1−shPAH−プロトロンビン−hAAT−hPAHによるPAH発現を抑制しない
本実施例は、shPAHが、Hep3B細胞中でのレンチウイルスベクター、LV−Pro−hAAT−PAH−shPAH配列#1(配列番号13)からの、またはレンチウイルスベクターLV−Pro−hAAT−PAH−shPAH配列#2(配列番号14)からのPAH発現を抑制しないことを説明する。
本明細書に開示されているヒトPAHを合成し、PAH shRNA配列#1(配列番号13)またはPAH shRNA配列#2(配列番号14)のいずれかを含有するレンチウイルスベクター中に挿入した。これらの配列の挿入は、DNA配列決定によって確認された。次いで、ヒトHep3B細胞(American Type Culture Collection、マナサス、バージニア州から購入した)を形質導入するために、PAH単独またはPAH shRNA配列番号#1(配列番号13)もしくはPAH shRNA配列番号#2(配列番号14)のいずれかとの組み合わせのいずれかを含有するレンチウイルスベクターを使用した。細胞をレンチウイルス粒子で形質導入し、3日後に、PAH発現に対するウェスタンブロットによってタンパク質を分析した。ヒトPAHの相対的発現は、抗PAH抗体(Abcam)およびローディング対照β−アクチンを使用するイムノブロットによって検出された。hPAH発現は、プロトロンビンエンハンサーおよびhAATプロモーターによって駆動された。レンチウイルスベクターは、様々な事例において、ヒトPAH遺伝子とPAH shRNA配列#1(配列番号13)またはPAH shRNA配列#2(配列番号14)とを取り込んだ。shPAH−2発現を制御するために使用されたプロモーターに対して相補的なプライマーを用いたDNA配列決定によって、レンチウイルスベクター(LV)中でのshRNA配列の挿入を確認した。この事例では、PAH shRNA発現を制御するためにH1プロモーターを使用した。shPAHに対する標的配列−(PAH shRNA配列#1(配列番号13)またはPAH shRNA配列#2(配列番号14))は、LV−PAHベクター中には存在しないPAH 3’UTR中にある。
図15に示されているように、レンチウイルス由来のPAHの発現は、PAH shRNA配列#1(配列番号13)またはPAH shRNA配列#2(配列番号14)のいずれによっても抑制されない。

Claims (38)

  1. 治療用カーゴ部分を含むウイルスベクターであって、前記治療用カーゴ部分が、
    PAH配列またはその改変体と;
    プロモーターと;
    肝臓特異的エンハンサーと、
    を含み、
    前記PAH配列またはその改変体が、前記プロモーターおよび前記肝臓特異的エンハンサーの両方によって作動的に調節される、
    ウイルスベクター。
  2. 前記肝臓特異的エンハンサーがプロトロンビンエンハンサーを含む、請求項1に記載のウイルスベクター。
  3. 前記プロモーターが肝臓特異的プロモーターを含む、請求項2に記載のウイルスベクター。
  4. 前記肝臓特異的プロモーターがhAATプロモーターを含む、請求項3に記載のウイルスベクター。
  5. 前記PAH配列またはその改変体が末端切断されている、請求項1に記載のウイルスベクター。
  6. 前記PAH配列またはその改変体の末端切断された部分が、前記PAH配列またはその改変体の3’非翻訳領域(UTR)である、請求項5に記載のウイルスベクター。
  7. 前記治療用カーゴ部分がβグロビンイントロンをさらに含む、請求項1に記載のウイルスベクター。
  8. 前記治療用カーゴ部分が、少なくとも1つの肝細胞核因子結合部位をさらに含む、請求項1に記載のウイルスベクター。
  9. 前記少なくとも1つの肝細胞核因子結合部位が、前記プロトロンビンエンハンサーの上流に配置されている、請求項8に記載のウイルスベクター。
  10. 前記少なくとも1つの肝細胞核因子結合部位が、前記プロトロンビンエンハンサーの下流に配置されている、請求項8に記載のウイルスベクター。
  11. 前記PAH配列またはその改変体が、配列番号1、配列番号2、配列番号3または配列番号4と少なくとも80%または少なくとも85%または少なくとも90%または少なくとも95%のパーセント同一性を有する配列を含む、請求項1に記載のウイルスベクター。
  12. 前記PAH配列またはその改変体が、配列番号1、配列番号2、配列番号3または配列番号4を含む、請求項11に記載のウイルスベクター。
  13. 前記プロトロンビンエンハンサーが、配列番号5と少なくとも80%または少なくとも85%または少なくとも90%または少なくとも95%のパーセント同一性を有する配列を含む、請求項2に記載のウイルスベクター。
  14. 前記プロトロンビンエンハンサーの配列が配列番号5を含む、請求項2に記載のウイルスベクター。
  15. 前記hAATプロモーターの配列が配列番号6を含む、請求項4に記載のウイルスベクター。
  16. βグロビンイントロンの配列が配列番号7または8を含む、請求項5に記載のウイルスベクター。
  17. 肝細胞核因子結合部位の配列が、配列番号9〜12のいずれか1つを含む、請求項6に記載のウイルスベクター。
  18. 前記治療用カーゴ部分が、少なくとも1つの所定の相補的mRNA配列に結合することが可能な少なくとも1つの低分子RNA配列をさらに含む、請求項1に記載のウイルスベクター。
  19. 前記少なくとも1つの低分子RNA配列が、完全長UTRを含有する相補的mRNA配列を標的とする、請求項18に記載のウイルスベクター。
  20. 前記少なくとも1つの所定の相補的mRNA配列がPAHmRNA配列である、請求項18に記載のウイルスベクター。
  21. 前記少なくとも1つの低分子RNA配列がshRNAを含む、請求項18に記載のウイルスベクター。
  22. 前記少なくとも1つの低分子RNA配列が第一のプロモーターの調節下にあり、かつ前記PAH配列またはその改変体が第二のプロモーターの調節下にある、請求項18に記載のウイルスベクター。
  23. 前記第一のプロモーターがH1プロモーターを含む、請求項20に記載のウイルスベクター。
  24. 前記第二のプロモーターが肝臓特異的プロモーターを含む、請求項20に記載のウイルスベクター。
  25. 前記肝臓特異的プロモーターがhAATプロモーターを含む、請求項24に記載のウイルスベクター。
  26. 前記少なくとも1つの低分子RNA配列が、配列番号13または配列番号14と少なくとも80%または少なくとも85%または少なくとも90%または少なくとも95%のパーセント同一性を有する配列を含む、請求項18に記載のウイルスベクター。
  27. 前記少なくとも1つの低分子RNA配列が配列番号13または配列番号14を含む、請求項21に記載のウイルスベクター。
  28. 前記ウイルスベクターがレンチウイルスベクターである、請求項1に記載のウイルスベクター。
  29. 標的細胞に感染することが可能なレンチウイルス粒子であって、前記レンチウイルス粒子が、
    前記標的細胞に感染することに関して最適化されたエンベロープタンパク質と;
    請求項1に記載のウイルスベクターと;
    を含む、レンチウイルス粒子。
  30. 前記標的細胞が、肝細胞、筋肉細胞、上皮細胞、内皮細胞、神経細胞、神経内分泌細胞、内分泌細胞、リンパ球、骨髄系細胞、実質臓器内に存在する細胞または造血系統の細胞、造血幹細胞もしくは前駆造血幹細胞である、請求項29に記載のレンチウイルス粒子。
  31. 被験体中のPKUを処置する方法であって、治療的有効量の請求項29または30に記載のレンチウイルス粒子を前記被験体に投与することを含む、方法。
  32. 被験体中のPKUを予防する方法であって、治療的有効量の請求項29または30に記載のレンチウイルス粒子を前記被験体に投与することを含む、方法。
  33. PKU表現型と相関する、前記被験体においてPKU遺伝子型を診断することをさらに含む、請求項31または32に記載の方法。
  34. 前記被験体が子宮内に存在する、請求項31または32に記載の方法。
  35. 前記診断することが、前記被験体の出生前スクリーニングの間に行われる、請求項33に記載の方法。
  36. 前記診断することがインビトロで行われる、請求項33に記載の方法。
  37. 前記治療的有効量の前記レンチウイルス粒子が、複数の単回用量の前記レンチウイルス粒子を含む、請求項31または32に記載の方法。
  38. 前記治療的有効量の前記レンチウイルス粒子が、単回用量の前記レンチウイルス粒子を含む、請求項31または32に記載の方法。
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