JP2021519791A - 増強されたヒト膵臓トロピズムを有する新規な組換えアデノ随伴ウイルスキャプシド - Google Patents

増強されたヒト膵臓トロピズムを有する新規な組換えアデノ随伴ウイルスキャプシド Download PDF

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Abstract

【課題】増強されたヒト膵臓トロピズムを有する新規な組換えアデノ随伴ウイルスキャプシドの提供。【解決手段】 本発明は、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入および/またはトロピズムを示す、変異AAVキャプシドポリペプチドに関する。【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年3月30日に出願された米国仮特許出願第62/651,010号および2018年10月12日に出願された米国仮特許出願第62/745,226号の優先権を主張し、これらの両方は参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
連邦政府の支援による研究または開発の下で行われた発明に対する権利に関する声明
本発明は、助成番号U01DK089569の下で米国政府の支援を受けてなされた。米国政府は、本発明の一定の権利を有する。
本発明は、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入および/またはトロピズムを示す、変異AAVキャプシドポリペプチドに関する。
望ましい遺伝子の不在もしくは欠陥(機能の喪失)または望ましくない遺伝子もしくは欠陥遺伝子の発現(機能の獲得)によって引き起こされる遺伝的障害は、様々な疾患を引き起こす。現在、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターは、インビボで遺伝子を送達するための最良の安全性(複製欠損、低い組み込み率、および最小の免疫応答)ならびに有効性プロファイルを有するため、治療用途のための選択される遺伝子移入ベクターとして認識されている。AAVベクターは、小さな無エンベロープ(non−enveloped)かつ非病原性のヘルパーウイルス依存性ssDNAウイルスであり、様々な組織トロピズムおよび形質導入効率を有する様々な血清型を有する。これまでに単離されたAAV血清型のうち、AAV2およびAAV8は、重度の血友病Bに罹患したヒトの肝臓を標的化するために使用されている。両方のベクターは有効に働き、AAV8の場合、治療導入遺伝子の長期発現が文書化された。ヒトの最近のデータは、AAVベクターで肝臓を標的化することにより、治療レベルでのFIX導入遺伝子の長期発現が達成されることが実証された。さらに、AAV血清型1、2および/またはキメラ2.5を使用したいくつかの第1相および第2相臨床試験が、嚢胞性線維症、血友病、カナバン病、デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)、およびα1アンチトリプシン欠乏症の治療について報告されている(非特許文献1;非特許文献2;非特許文献3;非特許文献4;非特許文献5;非特許文献6;非特許文献7)。
パルボウイルスファミリーのメンバーであるアデノ随伴ウイルス(AAV)は、4.7キロ塩基(kb)の一本鎖直鎖DNAゲノムを有する、小さな無エンベロープの二十面体ウイルスである。AAVは、該ウイルスが精製アデノウイルス株中の汚染物質として発見されたため、Dependovirus属に割り当てられている(非特許文献8)。AAVは天然で複製欠陥性であるため、AAVは、その野生型状態では、複製に必要なタンパク質因子を提供するために、ヘルパーウイルス(典型的にはアデノウイルス)に依存する。AAVの4.7kbゲノムは、複製に重要なヘアピン形状に折り畳まる2つの逆位末端反復配列(ITR)に隣接する。AAVは、天然で複製欠陥性であり、ヒト体内のほぼ全ての細胞種に形質導入することができ、遺伝子治療における治療的使用またはワクチン送達のための理想的なベクターである。野生型状態において、AAVのライフサイクルは、感染後にAAVゲノムが宿主染色体に部位特異的に組み込まれる潜伏期、およびアデノウイルスまたは単純ヘルペスウイルスのいずれかの感染後、組み込まれたゲノムがその後にレスキューされ、複製され、感染ウイルスにパッケージングされる感染期を含む。ベクター化される(vectorized)際、AAVのウイルスRepおよびCap遺伝子は除去されて、ウイルス産生中にトランスで提供され、これにより、ITRが、残存する唯一のウイルスDNAとなる(非特許文献9)。次いで、RepおよびCapを可能な移入ベクター構成のアレイに置き換え、遺伝子付加または遺伝子標的化を行う。これらのベクター化組換えAAV(rAAV)は、分裂細胞および非分裂細胞の両方に形質導入され、膵臓組織のような静止組織において強固な安定した発現を示す。様々な遺伝性または後天性疾患を処置することが完了したかまたは進行中であるrAAV遺伝子治療臨床試験の数は、rAAVベースの治療の人気が増すにつれて劇的に増加している。同様に、臨床ワクチンの場では、ヒト/サル免疫不全ウイルス(HIV/SIV)、インフルエンザウイルス、ヘニパウイルス、およびヒトパピローマウイルス(HPV)に対する受動ワクチン手法における抗体発現カセットを送達するためのベクターとしてrAAVを使用した多くの最近の臨床前研究および1つの継続的な臨床試験が存在している。(非特許文献10;非特許文献11;非特許文献12;非特許文献13;非特許文献14;非特許文献15;非特許文献16;非特許文献17;非特許文献18;非特許文献19;非特許文献20;非特許文献21;および非特許文献22を参照のこと)。非病原性非分裂細胞を含む広範な宿主範囲の感染性、および潜在的な部位特異的染色体組み込みの特性は、AAVを遺伝子移入の魅力的なツールとする。
西側世界で初めて承認されたrAAVベースの遺伝子治療(2012年に欧州連合で使用することが承認された、リポタンパク質リパーゼ欠損症のためGlybera(登録商標))は、rAAV治療が世界的に臨床講義に移行する真の可能性へと遺伝子治療団体、投資家、および規制機関を刺激している。しかしながら、様々な組織および細胞種に形質導入するrAAVの印象的な能力にもかかわらず、その複雑性、導入遺伝子パッケージングサイズの制限、および一般集団における既存の中和抗体の高い普及率など、いくつかの欠点により、臨床用途に対する使用が制限される。遺伝子治療目的のために、形質導入は、効率的かつ高度に細胞種特異的の両方である必要がある。膵臓組織は、送達された導入遺伝子産物の治療レベルの発現を提供するのに十分に高いレベルで形質導入することが、歴史的に最もチャレンジングな組織の1つである。
特にHIVおよびインフルエンザウイルスなどの病原性ウイルスに対する受動免疫保護を提供するワクチンの送達のためのベクターとしてのrAAVの使用の可能性を取り巻く最近の興奮は、ヒトにおけるこの特有のワクチン接種手法のための高効率な膵臓送達を可能にするrAAVキャプシドの緊急性を新たにした。既存のrAAV血清型での効率的なヒト膵臓形質導入の制限を考慮して、ワクチン戦略のための治療レベルの広域(broad−spectrum)抗体または膵臓障害処置に不可欠な遺伝子を発現するのに十分なレベルでヒト膵臓組織またはヒト膵島に効率的に形質導入することができる、臨床rAAVベクター候補の生体工学が追求されている。
特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4および特許文献5を含む、様々な公開されている米国特許出願は、AAVベクターおよびビリオンを記載し、これらの全ては参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
しかしながら、単一の腹腔内注入においてどの程度のAAVを送達することができるかに対する物理的制限があり、これは、注入されたベクターが疾患の膵臓組織または膵島細胞を特異的かつ効率的に標的化することを確実にするための注入が必要であるという事実によってさらに複雑化するため、膵臓遺伝子治療試験には高レベルの形質導入が必要である。AAVが優れたヒト膵臓導入を有する場合、治療的適合性を達成するために、より低い用量およびより少ない注入しか必要とされないであろう。同様に、ワクチン送達ツールとしての使用のために、AAV内にコードされる抗体の強固な分泌を達成して血液中の循環抗体の治療レベルに到達するためには、高効率な形質導入および安定性が必要である。
したがって、ヒト膵臓組織形質導入が改善されたAAVベクターに対する当該技術分野における必要性が残っている。本発明は、ヒト膵臓組織および/または膵島細胞への形質導入に関して、非変異親キャプシドポリペプチドよりも著しく改善されたヒト膵臓組織形質導入を示す変異AAVキャプシドポリペプチドを提供することによって、この必要性を満たす。本発明は、DNA遺伝子シャフリングおよびリプログラミング戦略による指向性進化(directed evolution)を利用して、ヒト膵島細胞について最良の親細胞(すなわち、LK03(主にα細胞特異的である))よりも高い形質導入効率および高い細胞種特異的(例えば、α細胞またはβ細胞特異的)形質導入を有する変異AAVキャプシドポリペプチドを特徴付けし、スクリーニングする。
米国特許出願公開第2015/0176027号明細書 米国特許出願公開第2015/0023924号明細書 米国特許出願公開第2014/0348794号明細書 米国特許出願公開第2014/0242031号明細書 米国特許出願公開第2012/0164106号明細書
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本発明は、変異アデノ随伴ウイルス(AAV)キャプシドポリペプチドを提供する。変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、分離したまたはインタクトなヒト膵島のいずれかに形質導入された。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加したトロピズムを示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵島内の1種以上の細胞において増加した形質導入またはトロピズムをさらに示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビボでのヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビトロでのヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、エクスビボでのヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増強された中和プロファイルを示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、プールされたヒト免疫グロブリンに対する増強された中和プロファイルを示す。
いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルを示す変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)およびAAV−10A3(配列番号2)からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルを示す変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)である。いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルを示す変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A3(配列番号2)である。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、機能的AAVキャプシドの一部であり、該機能的AAVキャプシドは、非コードRNA、タンパク質コード配列、発現カセット、多重発現(multi−expression)カセット、相同組換えのための配列、ゲノム遺伝子標的化カセット、および治療用発現カセットからなる群から選択される核酸配列をパッケージングする。
いくつかの実施形態では、核酸配列は、AAVベクター内に含まれる。
いくつかの実施形態では、発現カセットは、CRISPR/CAS発現系である。
いくつかの実施形態では、治療用発現カセットは、治療用タンパク質または抗体をコードする。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、AAV−10A4(配列番号3)、AAV−10A5(配列番号4)、AAV−18A1(配列番号5)、AAV−10B1(配列番号6)、AAV−10B3(配列番号7)、AAV−10B5(配列番号8)、AAV−10B6(配列番号9)、AAV−10B7(配列番号10)、AAV−18B2(配列番号12)、およびAAV−18B3(配列番号13)からなる群から選択される。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)からなる群から選択される。
本発明はまた、治療用処置レジメンまたはワクチンにおける本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドの使用方法を提供する。
いくつかの実施形態では、方法は、内分泌障害の治療用処置における上記の変異AAVキャプシドポリペプチドの使用である。
いくつかの実施形態では、方法は、I型またはII型を含む糖尿病の治療用処置における上記の変異AAVキャプシドポリペプチドの使用である。
本発明はまた、対象に投与される核酸の総量を減少させるように、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドを使用する方法であって、該方法は、変異AAVキャプシドポリペプチドを使用して核酸が形質導入されるときに、同様の治療効果を得るために、非変異親キャプシドポリペプチドを使用して核酸が形質導入されるときに対象に投与される核酸の量と比較して、より少ない総核酸量を対象に投与することを含む、方法を提供する。
本発明はまた、変異AAVキャプシドポリペプチドをコードする核酸配列を含むAAVベクターであって、該変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す、AAVベクターを提供する。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加したトロピズムを示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビボでのヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビトロでのヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、エクスビボでのヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、AAVベクターは、非コードRNA、コード配列、発現カセット、多重発現カセット、相同組換えのための配列、ゲノム遺伝子標的化カセット、および治療用発現カセットからなる群から選択される核酸配列をさらに含む。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと同様の核酸発現を可能にする。
いくつかの実施形態では、発現カセットは、CRISPR/CAS発現系である。
いくつかの実施形態では、治療用発現カセットは、治療用タンパク質または抗体をコードする。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチド配列はAAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、AAV−10A4(配列番号3)、AAV−10A5(配列番号4)、AAV−18A1(配列番号5)、AAV−10B1(配列番号6)、AAV−10B3(配列番号7)、AAV−10B5(配列番号8)、AAV−10B6(配列番号9)、AAV−10B7(配列番号10)、AAV−18B2(配列番号12)、およびAAV−18B3(配列番号13)からなる群から選択される。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチド配列は、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)からなる群から選択される。
本発明はまた、処置レジメンまたはワクチンにおける本発明のAAVベクターの使用方法を提供する。
いくつかの実施形態では、方法は、内分泌障害の治療的処置における上記のAAVベクターの使用である。
いくつかの実施形態では、方法は、I型またはII型を含む糖尿病の治療用処置における上記のAAVベクターの使用である。
本発明はさらに、対象に投与されるAAVベクター総量を減少するための、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドの使用方法であって、変異AAVキャプシドポリペプチドによってAAVベクターが形質導入されるときに、同様の治療効果を得るために、非変異親キャプシドポリペプチドによってAAVベクターが形質導入されるときに対象に投与されるAAVベクターの量と比較して、より少ない総AAVベクター量を対象に投与することを含む、方法を提供する。
いくつかの実施形態では、本発明は、変異AAVキャプシドポリペプチドを生成するための方法であって、該変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示し、該方法は、
a)変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子のライブラリーを生成することであって、上記変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子が、2つ以上の非変異親キャプシドポリペプチド由来の配列を含む複数の変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子を含むことと、
b)上記変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子ライブラリーをAAVベクターにクローニングすることによってAAVベクターライブラリーを生成することであって、上記AAVベクターが、複製能を有するAAVベクターであることと、
c)非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムについて、変異AAVキャプシドポリペプチドをコードするb)の上記AAVベクターライブラリーをスクリーニングすることと、
d)c)の上記変異AAVキャプシドポリペプチドを選択することと、を含む、方法を提供する。
いくつかの実施形態では、方法は、e)d)から上記変異AAVキャプシドポリペプチドの配列を決定することをさらに含む。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加したトロピズムを示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増強された中和プロファイルをさらに示す。いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、プールされたヒト免疫グロブリンに対する増強された中和プロファイルをさらに示す。
いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルをさらに示す変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)およびAAV−10A3(配列番号2)からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルをさらに示す変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)である。いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルをさらに示す変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A3(配列番号2)である。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、1つ以上の非筋肉ヒト組織において増加した形質導入またはトロピズムをさらに示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビボでのヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビトロでのヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、エクスビボでのヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す。
本発明の他の目的、利点、および実施形態は、以下の詳細な説明から明らかとなる。
指向性分子進化のための図示。 シャフリングに使用される親キャプシドアミノ酸配列の系統関係。シャフリングに使用される親キャプシド配列間の系統発生学的距離。アミノ酸配列について多様性範囲を示す。 バーコード化キャプシドシャフリング(barcoded capsid shuffled)AAVライブラリーの生成。ライブラリー生成ワークフロー:最初に、シャフリングキャプシド配列のクローニングのための骨格として使用する、AAVベクターバーコードライブラリーを生成した。 プラスミドおよびAAVレベルでの、ランダムに選択された10個の親ライブラリークローンにおけるキャプシドアミノ酸配列の交差分析。親の寄与は、以下の順序で示される(上から下へ):po2、AAV1、AAV6、AAV3B、LK03、AAV8、rh10、AAV9hu14、AAV2、DJ。 アミノ酸位置による、列挙される10個の親ライブラリーにおける親の寄与。キャプシド配列をプラスミドライブラリー(上パネル)およびAAVライブラリー(下パネル)から増幅し、PacBioハイスループット配列決定によって分析した。(A)10個の親と比較した、プラスミドレベルおよびAAVレベルでのランダムな10個の親ライブラリークローンのアミノ酸位置による保存分析。(B)キャプシド配列全体にわたる親の寄与を示す、プラスミドレベル(上)およびAAVレベル(下)における10個の親ライブラリーキャプシドのPacBioハイスループット配列決定。 18個の親ライブラリー(プラスミドレベル)。 18個の親混合物の生産。 インタクトな膵島および分離された膵島でのシャフリングライブラリーならびに親バーコード化AAV混合物の継代レジメン:スクリーニングA.ヒト膵島での親混合物およびシャフリングバーコード化AAVライブラリーの継代レジメン。 AAVライブラリーおよび18個の親混合物の複製。 18個の親対照混合物の組成(左)および継代中の親キャプシドAAVの濃縮(右)。最も濃縮された親AAVのみを右パネルに示す。(A)NGS BC配列決定によって決定される18個の親プールの組成。(B)インタクトな膵島および分離された膵島での18個の親混合物の3回の連続した継代による親AAVの濃縮。 10個の親ライブラリー(左)および18個の親ライブラリー(右)の継代中のシャフリングAAVキャプシド変異体の濃縮。最も濃縮したAAV変異体のみが異なる色で示されており、その他は全てグレーである。さらなる分析のために選択された変異体を名称によって示す。インタクトな膵島および分離された膵島での両方のライブラリーの3回の選択ラウンドによるキャプシド配列の濃縮。各経過後、BC配列をMiSeqを使用してNGSによって分析した。色付け部分は、濃縮されたAAV集団を表す。最も改善された表現型を有する変異体が示される(KP1、KP2、KP3)。 インタクトな膵島でのシャフリングライブラリーの継代レジメン:スクリーニングB。 10個の親ライブラリーの継代中のシャフリングAAVキャプシド変異体の濃縮。最も濃縮したAAV変異体のみが異なる色で示されており、その他は全てグレーである。さらなる分析のために選択された変異体を名称によって示す。赤色の名称は、2つの独立したスクリーニングで濃縮された変異体を示す。 18個の親ライブラリー(上部パネル)、Ad5なしの10個の親ライブラリーのラウンド1(下部パネル)の継代中のシャフリングAAVキャプシド変異体の濃縮。最も濃縮したAAV変異体のみが異なる色で示されており、その他は全てグレーである。さらなる分析のために選択された変異体を名称によって示す。赤色の名称は、2つの独立したスクリーニングで濃縮された変異体を示す。 AAVベクターによる分離されたヒト膵島への形質導入。 遺伝子治療のための組換えAAV。 PacBio配列決定により、良好なキャプシド−BC結合が明らかにされている。 GFPを発現するrAAVの生成。濃縮AAV種由来のキャプシド配列をBC配列特異的リバースプライマーを使用して増幅し、トリプルプラスミドトランスフェクションにより、293T細胞中でrAAVを産生した。次いで、粗またはタカラキット精製rAAV調製物を使用して、qPCRによるベクターコピー数について定量化し、膵島細胞に形質導入するために使用した。 膵島細胞における形質導入効率。 形質導入の繰り返し:上位の変異体のみ、MOI 1K対10K。 最良のキャプシド変異体の組成(交差、アミノ酸)。ライブラリーの親は、親の侵入順に異なる色で示されている。大きな点は、100%の親一致を表し(すなわち、問題の位置は、1つの親のみと一致する)、小さな点は、各位置での複数の親一致(すなわち、位置は、2つ以上の親と一致する)を表す。各キメラについての実線は、交差間の配列内で同定されたライブラリー親を表す。交差間の細い水平平行線のセットは、多数の親が等しい確率で一致することを示す。 10A1および18A1は、LK03より著しく良好にβ細胞に形質導入する。 膵島のGrompe形質導入。インタクトな膵島全体を氷上で1〜2時間(2%FBS/CMRL)、MOI=10Kで形質導入し、培養物に3日間懸濁した。FACS:2B4/8G12 mAbs。 総膵島GFP+(HIC1−2B4+集団)の定量化。 ALPHA GFP+(2B4+8G12+)細胞の定量化。 BETA GFP+(2B4+8G12−/lo)細胞の定量化。(lo=低い発現)。 他のGFP+(2B4+8G12int)細胞の定量化。(int=中程度の発現)。 異なる群でのGFP発現細胞の定量化および蛍光強度の中央値。 スクリーニングA由来のベクター化キャプシド変異体。 ヒト膵島細胞での選択されたキャプシド変異体の形質導入効率。キット1E+05個の分離された膵島細胞を、1KのMOIで、半精製または粗rAAVで形質導入した。48時間後、形質導入効率をFACSによって評価した。 ヒト膵島細胞上の選択されたキャプシド変異体の形質導入効率。1E+05個の分離された膵島細胞を、1Kおよび10KのMOIで半精製rAAVで形質導入した。48時間後、形質導入効率をFACSによって評価した。最良の親LK03を上回る形質導入の改善が示される。 アミノ酸レベルでの最良キャプシド変異体の交差分析。 1KのMOIでの1E+05個の分離された膵島細胞への形質導入後のGFP発現細胞の定量化。 LK03と比較したキャプシド変異体性能。 形質導入のためのキャプシド変異体のベクター化および試験。濃縮変異体の検証:(A)濃縮AAV変異体由来のキャプシド配列をBC特異的プライマーを使用して増幅し、GFP導入遺伝子を有するscAAVベクターをパッケージングするために使用した。(B)変異体の粗ウイルス調製物、および最良の親のうちの1つ(LK03)を使用して、1,000のMOIで分離された膵島細胞に形質導入した。(C)CsCl精製rAAVを最良の変異体用に調製し、2つの異なるMOIを使用して、膵島細胞への形質導入を2重で(in duplicates)分析した。濃縮変異体の検証:(A)濃縮AAV変異体由来のキャプシド配列をBC特異的プライマーを使用して増幅し、GFP導入遺伝子を有するscAAVベクターをパッケージングするために使用した。(B)変異体の粗ウイルス調製物、および最良の親のうちの1つ(LK03)を使用して、1,000のMOIで分離された膵島細胞に形質導入した。(C)CsCl精製rAAVを最良の変異体用に調製し、2つの異なるMOIを使用して、膵島細胞への形質導入を2重で分析した。 2つの異なるドナー由来のヒト膵島への形質導入(MOI10,000)。AAV DJ、AAV LK03、および新規な変異体のうちの2つの膵島亜集団特異的形質導入効率。2つの異なるドナー(AおよびB)由来のインタクトな膵島を、10,000のMOIで、GFPを発現するrAAVで形質導入した。2日後、膵島を単一細胞懸濁液中に分離し、表面マーカーの染色、続いて、FACSを使用して、α細胞またはβ細胞特異的形質導入について分析した。 膵島形質導入および細胞内染色。 最良のキャプシド変異体の組成(X−over、アミノ酸)。ライブラリーの親は、親の侵入順に異なる色で示されている。大きな点は、100%の親一致を表し(すなわち、問題の位置は、1つの親のみと一致する)、小さな点は、各位置での複数の親一致(すなわち、位置は、2つ以上の親と一致する)を表す。各キメラについての実線は、交差間の配列内で同定されたライブラリー親を表す。交差間の細い水平平行線のセットは、多数の親が等しい確率で一致することを示す。(A)3つの最良の変異体のキャプシドアミノ酸配列の交差分析。DJおよびLK03の配列は、示される親配列からなるキメラであるため、親配列として含まれない。(B)シャフリング変異体を、UCSFキメラを使用して、AAV2 VP3の結晶構造上に3D偽色マッピングした。色分けは、(A)のように、色を使用したアミノ酸寄与を示す。 様々なヒト細胞種および非ヒト細胞種への形質導入効率。 膵島変異体は、筋肉細胞に対して、最良のNP22変異体よりも良好な性能を有する。 精製rAAV調製物のウェスタンブロットの結果。 新規なrAAV変異体をBalb/SCIDマウスに注射し、各変異体の形質導入効率をインビボで試験した。 インビボルシフェラーゼ画像化により、新規なAAV変異体のインビボ形質導入効率を研究した。 新規なAAV変異体のインビボ形質導入効率の定量化(7日目および14日目)。 新規なAAV変異体のインビボ形質導入効率の結果(1週目および2週目)。 新規なAAV変異体の中和プロファイル。プールされたヒト免疫グロブリン(IVIG)による中和に対する新規なキャプシド変異体の感受性。2つの異なるバッチ由来の示された濃度のIVIGを、rAAVの2.2E+07個のベクターコピーと共に、100ulの体積中、37℃で1時間インキュベートし、続いて、100のMOIでの許容Huh7細胞への形質導入を2重で行った。形質導入の24時間後に、細胞溶解物由来のルシフェラーゼ活性を決定した。プールされたヒト免疫グロブリン(IVIG)による中和に対する新規なキャプシド変異体の感受性。2つの異なるバッチ由来の示された濃度のIVIGを、rAAVの2.2E+07個のベクターコピーと共に、100ulの体積中、37℃で1時間インキュベートし、続いて、100のMOIでの許容Huh7細胞への形質導入を2重で行った。形質導入の24時間後に、細胞溶解物由来のルシフェラーゼ活性を決定した。 新規なAAV変異体のインビボ肝臓形質導入効率(7日目、14日目、21日目、および33日目)。新規なキャプシド変異体のインビボ形質導入効率。Balb/C SCIDマウスに、様々なキャプシドがパッケージングされた2E+10vgのAAVルシフェラーゼベクターを注射し、Ami画像化システムを使用して、肝臓におけるルシフェラーゼ活性を数週間にわたってモニタリングした。各群の平均値は、最小値および最大値で示される。新規なキャプシド変異体のインビボ形質導入効率。Balb/C SCIDマウスに、様々なキャプシドがパッケージングされた2E+10vgのAAVルシフェラーゼベクターを注射し、Ami画像化システムを使用して、肝臓におけるルシフェラーゼ活性を数週間にわたってモニタリングした。各群の平均値は、最小および最大で示される。 様々な臓器におけるルシフェラーゼ発現(エクスビボ、5週目)。rAAVの注射の34日後に様々なマウス臓器で測定したルシフェラーゼ活性。溶解緩衝液中で臓器をホモジナイズし、ルシフェラーゼ活性についてアッセイした。各個々のマウスのデータを示し、群によって色分けする。rAAVの注射の34日後に様々なマウス臓器で測定したルシフェラーゼ活性。溶解緩衝液中で臓器をホモジナイズし、ルシフェラーゼ活性についてアッセイした。各個々のマウスのデータを示し、群によって色分けする。 様々な臓器でのベクターコピー数(5週目)。図13様々なヒト細胞種および非ヒト細胞種への形質導入効率についての新規な変異体の分析。キャプシド配列を使用して、AAVルシフェラーゼベクターをパッケージングし、2重で形質導入した一次ヒト膵島を除いて、細胞を1,000のMOIで3重で形質導入した。形質導入の2日後に、形質導入効率のための読み出しとして、細胞溶解物中のルシフェラーゼ活性を決定した。様々なヒト細胞種および非ヒト細胞種への形質導入効率についての新規な変異体の分析。キャプシド配列を使用して、AAVルシフェラーゼベクターをパッケージングし、2重で形質導入した一次ヒト膵島を除いて、細胞を1,000のMOIで3重で形質導入した。形質導入の2日後に、形質導入効率のための読み出しとして、細胞溶解物中のルシフェラーゼ活性を決定した。 10個の親ライブラリーおよび18個の親プールにおける親の寄与。(A、B)10個の親ライブラリーから得られたキメラキャプシド配列を、PacBio配列決定によってプラスミドレベル(A)またはAAVレベル(B)で分析し、親の寄与を各アミノ酸位置に割り当てた。(C)バーコードのハイスループット配列決定を使用して分析した、18個の親プールにおける親の寄与。(D)キャプシド配列のPacBio配列決定を使用して分析した、18個の親プールにおける親の寄与。 インタクトな膵島および分離された膵島での3回の継代ラウンド中の18個の親混合物、10個の親ライブラリー、および18個の親ライブラリーの複製。20,000のMOIを使用して、インタクトな膵島を示されたAAV調製物で感染させ、2,000のMOIを使用して、分離された膵島細胞を感染させた。アデノウイルス5を使用してAAVを複製し、4日後にウイルスを上清および細胞から採取した。ウイルス種の複製をrep qPCRによって決定した。各ラウンドについて、感染に使用された総ウイルスゲノムコピーおよび取り出された総ウイルスゲノムコピーを示す。 3回の継代ラウンド中の別個のキャプシドの濃縮。各経過後に、バーコード配列をウイルスゲノムから増幅し、ハイスループット配列決定によって分析した。18個の親混合物の継代についての濃縮された親キャプシドの色分けは、図1cに示される親プールの色分けと同一である。最も改善されたキャプシド(KP1、KP2、KP3)の起源を示す。 濃縮されたキャプシド配列のレスキューおよび膵島形質導入のための選択されたキャプシドの評価。(A)前方プライマーはrep遺伝子の3’端の配列にアニールされ、逆プライマーは増幅される変異体キャプシドの右バーコードの配列に特異的であった。(B)GFPを発現する自己相補的AAVをLK03および12個の新規なキャプシド配列と共にパッケージングし、1,000個の低MOIを使用して、膵島細胞に形質導入した。48時間後、細胞をFACSを使用して、GFP発現について選別した。(C)分離された膵島細胞を、2つの最良の親キャプシドを用いて生成されたCsCl勾配で精製したscCAG−GFP rAAV調製物、および事前スクリーニングにおいて上位のトランスデューサーであった新規なキャプシドで形質導入した。形質導入のために、3つの異なるMOIを使用した。形質導入効率は、GFP陽性細胞の割合(左グラフ)、およびGFP陽性細胞集団内の蛍光強度の中央値(右グラフ)として両方示される。(D)新規な変異体のα細胞およびβ細胞特異的形質導入効率。2つの新規な変異キャプシドならびにAAV−DJおよびAAV−LK03キャプシドがパッケージングされたGFP発現rAAVを使用して、インタクトな膵島を10,00のMOIで形質導入し、α細胞およびβ細胞特異的形質導入を表面染色、続いて、FACSによって決定した。データは、2つの異なるドナー由来の膵島を使用した2つの個々の実験の標準偏差と共に平均値として示され、統計的に有意な差を示す。*:p<0.1、**:p<0.01、***:p<0.001 選択されたシャフリングAAVキャプシド変異体のアミノ酸配列および構造組成。(A)ベクター化シャフリングキャプシドにおける親キャプシド断片交差のアミノ酸配列マッピング分析。ライブラリーの親を左記のように異なる色で示す。大きな点は、100%の親一致を表し(すなわち、問題の位置は、1つの親のみと一致する)、小さな点は、各位置での複数の親一致(すなわち、位置は、2つ以上の親と一致する)を表す。各キメラについての実線は、交差間の配列内で同定されたライブラリー親を表す。交差間の細い水平平行線のセットは、多数の親が等しい確率で一致することを示す。垂直のスパイクは、親間における速くて単一の位置スイッチを示す。VP1、VP2、VP3、およびAAP ORFを以下に示す。(B)ベクター化シャフリングキャプシドにおける親AAP断片交差のアミノ酸配列マッピング分析。(C)最大可能性に基づいて親血清型由来の配列を比較することによって、各キメラの配列中の各アミノ酸位置について濃縮スコアを計算した。示されているように、ライブラリーの親を異なる色で示す。(D)シャフリング変異体のVP3配列を、AAV2 VLPの結晶構造上に3D偽色マッピングした。色分けは、(A)および(B)のように色を使用して親アミノ酸の寄与を示す。(E)シャフリング変異体のAAV3Bと異なる残基を、AAV6 VP3の結晶構造上に3D偽色マッピングした。薄い灰色の残基は、AAV3Bアミノ酸に対応し、色付きの残基は、他の血清型に由来する表面曝露アミノ酸を示す。AAV3Bを除いて、色分けは(A)および(B)と同様である。 ホタルルシフェラーゼ発現rAAVを使用したインビトロ形質導入実験。(A)様々なヒトおよび非ヒト由来細胞種での新規なキャプシドならびにAAV−DJおよびAAV−LK03キャプシドへの形質導入効率。ホタルルシフェラーゼ発現カセットがパッケージングされたrAAVを含む異なるキャプシドを、1,000のMOIで各々3重で細胞(膵島細胞を除く)に形質導入し、形質導入の48時間後、ルシフェラーゼ活性アッセイで細胞溶解物を分析した。組換えホタルルシフェラーゼ酵素の2倍希釈液を使用して標準曲線を調製し、標準曲線に基づいて、生(raw)発光単位をルシフェラーゼ分子に計算した。(B)2つの異なるバッチのプールされたヒト免疫グロブリン(IVIG)の希釈液を使用して、異なるキャプシドがパッケージングされたrAAVの中和アッセイ。Huh−7細胞を、異なる濃度のIVIGで37℃で1時間事前にインキュベートしたホタルルシフェラーゼ発現rAAVで100のMOIで生物学的に2重で形質導入した。形質導入の24時間後、細胞溶解物におけるルシフェラーゼ活性を測定した。各試料について、標準偏差と共に平均値を示す。統計的に有意な差のみをグラフ下の凡例に示す。***:p<0.001、****:p<0.0001. 新規なキャプシドならびにAAV8およびDJキャプシドがパッケージングされたrAAVのインビボ形質導入効率。Balb/C SCIDマウスに、各々2E10vgのホタルルシフェラーゼ発現rAAVを尾静脈を介して注射し、ルシフェリン基質を腹腔内注射した後、ライブイメージングを使用して、肝臓におけるルシフェラーゼ発現を数週間にわたってモニタリングした。3匹の動物を含むAAV8群を除き、各群について4匹の動物に注射した。各群の腹部輝度平均値(mean ventral radiance)を、標準偏差と共に各時点で示す。AAV8群由来の1匹の動物を、基質の注射に失敗したために分析から省いた。統計的に有意な差のみをグラフ下の凡例に示す。**:p<0.01 インビボでヒト化肝臓を有するマウスにおけるヒト肝細胞形質導入の検証および定量化。(A)様々なキャプシド血清型を用いる2E11vgの静脈注射においてssAAV−RFPで形質導入したヒト化肝臓を有する処置マウスの代表的な免疫蛍光画像。肝臓切片上のDAPI(青色)、ヒト特異的FAH(緑色)、およびウイルス−RFP(赤色)。スケールバー、50μM.(B)全肝細胞(左パネル)およびヒト肝細胞(右パネル)への形質導入効率の定量化、ならびにヒト肝細胞再集団(repopulation)レベル(下パネル)の定量化各データ点は、各マウスの関心領域を表す(個々の生物学的複製物、「材料および方法」を参照のこと)。各マウスの合計6〜9つの関心領域を走査し、分析した。各群の平均および標準偏差を示す。統計学的に有意な差のみをグラフに示す。**:p<0.01、****:p<0.0001 ライブラリー生成に使用される親キャプシド。(A)アミノ酸レベルにおける18個の親キャプシドの系統関係。10個の親ライブラリーの生成に使用される親キャプシドを赤色で示す。Genious6.0.6を使用して近隣結合(neighbour−joining)ツリーを構築した。(B)親の寄与を示す、キメラキャプシドDJおよびLK03の交差分析。シンプルな可視化のために、両方のキメラについて同じ親キャプシド配列が示されるが、それらは異なる親組成を有する異なるライブラリーに由来する。AAV−DJは、AAV2、AAV4、AAV5、AAV8、AAV9hu14、AAV−ウシ、AAV−鳥類、およびAAV−ヤギ1キャプシド配列を含むライブラリーに由来し、AAV−LK03は、AAV1、AAV2、AAV3B、AAV4、AAV5、AAV6、AAV8、AAV9hu14、AAV−ウシ、AAV−鳥類、およびAAV−ヤギ1配列を含むライブラリーに由来した。(C)親の寄与を示す、AAV−DJおよびAAV−LK03についてのAAP交差分析。 ランダムクローンのSanger配列決定による10個の親ライブラリーの分析。(A)プラスミドライブラリー(左)ならびにAAVライブラリー(右)に由来するいくつかのシャフリングキャプシドのアミノ酸配列の交差分析。一致のため、LK03およびDJは個々の親として示していない。十字で記される位置は、デノボ変異ではなく、AAV4からの短いストレッチを含むAAV−LK03に由来した。親キャプシドを以下の順番で示す。AAV1、AAV2、AAV3B、AAV6、AAV8、AAV9hu14、AAV−アカゲザル10、AAV−ブタ2。(B)プラスミドおよびAAVレベル(rAAV)での、投入した8個の親配列および10個の親ライブラリーのキャプシド配列に沿った保存分析。 ランダムクローンのSanger配列決定による18個の親ライブラリーの分析。(A)プラスミドライブラリーに由来するいくつかのシャフリングキャプシドのアミノ酸配列の交差分析。親キャプシドを以下の順番で示す。AAV1、AAV2、AAV3 B、AAV6、AAV8、AAV9hu14、AAV−アカゲザル10、AAV−ブタ2、AAV4、AAV5、AAV12、AAV−ウシ、AAV−ヤギ1、AAV−ブタ1、AAV−マウス1、およびAAV−鳥類。(B)投入する16個の親配列ならびに18個の親ライブラリーのキャプシド配列に沿った保存分析。キャプシドDJおよびLK03は、使用される親由来の断片からなるキメラであるため、親として列挙されない。 ヒト膵島についての第2のライブラリースクリーニングの結果。(A)インタクトな膵島での3回の継代ラウンド中の10個の親ライブラリーおよび18個の親ライブラリーの複製。1000または50,000のMOIを使用して、10個の親ライブラリーを生物学的に2重で膵島に感染させた。18個の親ライブラリーによる感染は、50,000のMOIを使用して、生物学的に3重で行った。アデノウイルス5を使用してAAVを複製し、4日後にウイルスを上清および細胞から採取した。ウイルス種の複製をrep qPCRによって決定した。各ラウンドについて、感染に使用された総ウイルスゲノムコピーおよび取り出された総ウイルスゲノムコピーを示す。(B)3回の継代ラウンド中の異なるキャプシドの濃縮。各経過後に、バーコード配列をウイルスゲノムから増幅し、ハイスループット配列決定によって分析した。 異なるキメラおよび野生型AAVキャプシドの形質導入効率。(A)分離された膵島細胞を、1,000のMOIでrAAV(AAV2、AAV3B、DJ、およびLK03キャプシド)で形質導入し、形質導入の48時間後、フローサイトメトリーによって形質導入効率を決定した。(B)分離された膵島細胞を、2つの最良の親キャプシドを用いて生成されたCsCl勾配で精製したscCAG−GFP rAAV調製物、および事前スクリーニングにおいて上位のトランスデューサーであった新規なキャプシドで形質導入した。形質導入のために、3つの異なるMOIを使用した。形質導入効率は、各細胞の蛍光強度と関連したGFP発現細胞の数の関数として測定される。 ヌクレオチドレベルでの親の寄与、ならびにベクターゲノムおよびタンパク質組成物のパッケージングについての新規なキャプシドの分析。(A)ベクター化シャフリングキャプシドにおける親キャプシド断片交差のヌクレオチド配列マッピング分析。VP1、VP2、VP3、およびAAPコード配列は、KP1、KP2、およびKP3配列の交差分析下で示される。(B)DJ、LK03、ならびに新規なキャプシド変異体がパッケージングされたssCAG−FLucベクターゲノムのアルカリ性サザンブロット分析。各レーンに1E09vgを充填した。サイズ規格は、所望のサイズの断片を得るために異なる制限酵素で消化されたプラスミドで構成された。ベクターゲノムを、DJ、LK03、ならびに新規なキャプシド変異体がパッケージングされたscCAG−GFPベクターゲノムのアルカリ性サザンブロット分析のFLuc特異的放射標識プローブ(C)でプローブした(probed)。サイズ規格は、所望のサイズの断片を得るために異なる制限酵素で消化されたプラスミドで構成された。ベクターゲノムを、GFP特異的放射標識プローブでプローブした。(D)精製scCAG−GFPベクター調製物のウェスタンブロット分析1E09vgに相当する精製ウイルスを4〜12%のBis−Trisゲル上に充填し、ニトロセルロースメンブレン上に移し、3つ全てのキャプシドタンパク質のC末端において高度に保存されたエピトープを認識するB1抗体でプローブした。 新規なキャプシドならびにAAV8およびDJキャプシドと共にパッケージングされたrAAVのインビボ形質導入効率。(A)Balb/C SCIDマウスに、2E10vgの各ホタルルシフェラーゼ発現rAAVを尾静脈を介して注射し、ルシフェリン基質を腹腔内注射した後、ライブイメージングを使用して、肝臓におけるルシフェラーゼ発現を数週間にわたってモニタリングした。3匹の動物を含むAAV8群を除いて、各群について4匹の動物に注射した。閾値5E07で、最大輝度を2E09に設定した。(B)注射後34日目にマウスを犠牲にさせ、Promega Luciferaseアッセイシステムを使用して、いくつかの臓器をエクスビボでルシフェラーゼ発現について分析した。(C)ゲノムDNAをマウス肝臓から単離し、qPCRによってベクターコピー数について分析した。群間の統計的に有意な差のみを示す。*:p<0.1、**:p<0.01、***:p<0.001、****:p<0.0001 新規な配列のアミノ酸アラインメント。(A)新規な変異体のキャプシド配列および8つの親血清型を、MegAlignを使用してアラインメントした。コンセンサス配列との差異のみを示す。VP1、VP2、およびVP3の開始部位を示す。 新規な配列のアミノ酸アラインメント。(A)新規な変異体のキャプシド配列および8つの親血清型を、MegAlignを使用してアラインメントした。コンセンサス配列との差異のみを示す。VP1、VP2、およびVP3の開始部位を示す。 新規な配列のアミノ酸アラインメント。(B)新規な変異体ならびに8種の親血清型の組み立て活性化タンパク質(assembly activating protein)(AAP)配列をアラインメントした。 ヒト胚性幹細胞由来β細胞のキャプシドKP1の形質導入効率。DJ、LK03およびKP1キャプシドを使用してTomato Redベクターをパッケージングし、hESC由来成熟β細胞を示されるMOIで形質導入した。β細胞マーカーCペプチドの細胞内染色を形質導入後6日目に行い、細胞をフローサイトメトリーによって分析した。 ヒト肝細胞再集団レベル、全ての肝細胞およびヒト肝細胞への形質導入効率の定量化。各データポイントは、各マウスの関心領域を表す。各マウスの合計6〜9個の関心領域を走査し、分析した。各マウスの平均値および標準偏差を示す。群間の統計的に有意な差のみをグラフに示す。**:p0.01、****:p0.0001 ヒト膵島およびhESC由来β細胞上の新規なおよび親AAVキャプシドの形質導入効率。(A)DJ、LK03およびKP1キャプシドを使用してTomato Redベクターをパッケージングし、hESC由来成熟β細胞を示したMOIで形質導入した。β細胞マーカーCペプチドの細胞内染色を形質導入後6日目に行い、細胞をフローサイトメトリーによって分析した。(B)同じ細胞を免疫蛍光画像化によっても分析した。
序論
より高い治療レベルの核酸発現を達成するように、遺伝子治療のためのヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入を可能にする遺伝子治療ベクターの必要性が当該技術分野に依然として存在する。本発明は、この必要性を満たし、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入および/またはトロピズムを示す変異AAVキャプシドポリペプチドを提供する。
詳細説明
様々な実施形態では、本発明は、変異アデノ随伴ウイルス(AAV)キャプシドポリペプチドであって、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す、変異AAVキャプシドポリペプチドを提供する。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、組換え変異AAVキャプシドポリペプチドまたは変異rAAVキャプシドポリペプチドと称される。
他の様々な実施形態では、本発明は、変異AAVキャプシドポリペプチドをコードする核酸配列を含むAAVベクターであって、該変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す、AAVベクターを提供する。いくつかの実施形態では、AAVベクターは、組換えAAVベクターまたはrAAVベクターと称される。
いくつかの実施形態では、本発明は、変異AAVキャプシドポリペプチドであって、該変異AAVキャプシドポリペプチドが、実質的に同一の非変異親AAVキャプシドタンパク質と比較して、少なくとも1つのアミノ酸の差異(例えば、アミノ酸置換、アミノ酸挿入、アミノ酸欠失)を含み、該変異体AAVキャプシドタンパク質が、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す、変異AAVキャプシドポリペプチドを提供する。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、天然に存在するAAVキャプシドポリペプチドに存在するアミノ酸配列を含まない。
いくつかの実施形態では、本発明は、a)変異AAVキャプシドタンパク質を含み、該変異AAVキャプシドポリペプチドが、実質的に同一の非変異親AAVキャプシドタンパク質と比較して、少なくとも1つのアミノ酸の差異(例えば、アミノ酸置換、アミノ酸挿入、アミノ酸欠失)を含み、該変異AAVキャプシドタンパク質が、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す、AAVベクターを提供する。いくつかの実施形態では、AAVキャプシドポリペプチドは、天然に存在するAAVキャプシドポリペプチドに存在するアミノ酸配列を含まない。
本発明をより詳細に記載する前に、本発明は本明細書に記載される特定の実施形態に限定されず、そのような実施形態は変化し得ると理解されたい。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、用語は限定的であることを意図するものではないことも理解されたい。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。別途定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。ある範囲の値が提供される場合、文脈が別段で明確に指示していない限り、その範囲の上限と下限との間に、下限の単位の10分の1までの各介在値、およびその記載された範囲内の他の記載された値もしくは介在値も本発明の範囲に包含されると理解されたい。これらのより小さい範囲の上限および下限は、独立してより小さい範囲に含まれてもよく、記載される範囲内の任意の具体的に除外される制限を受けること条件として、本発明にも包含される。記載された範囲が限界の一方または両方を含む場合、これらの含まれる限界の一方または両方を除く範囲も本発明に含まれる。特定の範囲は、「約」という用語が数値範囲に先行して本明細書に示される。「約」という用語は、本明細書で使用され、それが先行する正確な数、ならびに該用語が先行する数に近いまたはほぼその数についての文字による補助を提供する。数値が具体的に記載された数値に近いか、または具体的に記載された数値におおよそ近いかを決定する際に、記載されていない近いまたはおおよその数値は、示される文脈において、具体的に記載された数値の実質的な等価物を提供する数値であってもよい。本明細書に列挙される全ての刊行物、特許および特許出願は、各個々の刊行物、特許または特許出願が参照により組み込まれるように具体的かつ個別に示されているのと同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。さらに、各引用される刊行物、特許、または特許出願は、刊行物が引用されたものに関連した主題を開示および記載するために、参照により本明細書に組み込まれる。任意の刊行物の引用は、出願日前のその開示のためのものであり、本明細書に記載の発明が先行発明によりそのような刊行物に先行する資格を有さないことを認めるものとして解釈されるべきではない。さらに、提供される公開日は、実際の公開日とは異なる可能性があり、これは独立して確認する必要があり得る。
特許請求の範囲は、いずれの任意選択による要素を排除するように起草され得ることにさらに留意されたい。このため、この記述は、特許請求された要素の列挙に関連した「専ら」、「のみ」などのような排他的な用語の使用、または「否定的」制限の使用に対する先行詞として機能することが意図される。本開示を読んだ際に当業者に明らかとなるように、本明細書に記載および例示される個々の実施形態の各々は、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴と容易に分離させるかまたは組み合わせられる個別の構成成分および特徴を有する。任意の記載の方法を、記載する事象の順序でまたは論理的に可能な他の順序で行ってもよい。本明細書に記載されものと等価な任意の方法および材料を本発明の実施または試験に使用してもよいが、説明に役立つ代表的方法および材料をここで説明する。
本発明において説明するように、以下の用語を用い、以下に示すように定義する。
略語
「AAV」は、アデノ随伴ウイルスの略称であり、ウイルス自体またはその誘導体を指すために使用されてもよい。この用語は、別段で必要とされる場合を除き、全てのサブタイプならびに天然に存在する形態および組換え形態の両方を包含する。「rAAV」という略称は、組換えAAVベクター(または「rAAVベクター」)とも称される組換えアデノ随伴ウイルスを指す。
定義
「AAV」という用語には、1型AAV(AAV1)、2型AAV(AAV2)、3型AAV(AAV3)、4型AAV(AAV4)、5型AAV(AAV5)、6型AAV(AAV6)、7型AAV(AAV7)、8型AAV(AAV8)、9型AAV(AAV9)、9_hu14、鳥類AAV、ウシ(bovine)AAV、イヌAAV、ウシAAV、霊長類AAV、非霊長類AAV、およびウシ(ovine)AAVが含まれる。「霊長類AAV」は、霊長類に感染することができるAAVを指し、「非霊長類AAV」は、非霊長類哺乳動物に感染することができるAAVを指し、「ウシAAV」は、ウシ哺乳動物に感染することができるAAVを指すなどである。
本明細書で使用される「AAVベクター」とは、いくつかの実施形態では、変異キャプシドポリペプチドを含む様々な核酸配列をコードするAAVベクター核酸配列を指し(すなわち、AAVベクターは、変異キャプシドポリペプチドとも称される、変異キャプシドポリペプチドをコードする核酸配列を含む)、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す。AAVベクターはまた、核酸挿入物の一部として、AAV起源ではない異種核酸配列を含むことができる。この異種核酸配列は、典型的には、細胞の遺伝子形質転換のための関心の配列を含む。一般的に、異種ポリヌクレオチドは、少なくとも1つ、一般的には2つのAAV末端逆位反復配列(ITR)に隣接している。
「非変異親キャプシドポリペプチド」という語句は、任意の天然に存在するAAVキャプシドポリペプチドおよび/または任意のAAV野生型キャプシドポリペプチドを含む。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチドには、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9、ウシAAV、および/または鳥類AAVキャプシドポリペプチドが含まれる。
変異AAVキャプシドポリペプチドおよび非変異親キャプシドポリペプチドの文脈における「実質的に同一である」という用語は、1個以上のアミノ酸変化を有する配列を指す。いくつかの実施形態では、これらの変化は、キャプシドポリペプチドのパッケージング機能に影響を及ぼさない。いくつかの実施形態では、実質的に同一には、非変異親キャプシドポリペプチドと約99%、約98%、約97%、約96%、約95%、約94%、約93%、約92%、約91%、または約90%同一の変異AAVキャプシドポリペプチドが含まれる。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、変異AAVキャプシドポリペプチドのサブ領域にわたって、例えば、ポリペプチド配列全長の約25%超、約50%超、約75%超、または約90%超にわたって、非変異親キャプシドポリペプチドと実質的に同一であり得る。
「AAVビリオン」もしくは「AAVウイルス」もしくは「AAVウイルス粒子」または「AAVベクター粒子」とは、少なくとも1つのAAVキャプシドポリペプチド(変異AAVキャプシドポリペプチドおよび非変異親キャプシドポリペプチドの両方を含む)およびキャプシド化(encapsidated)ポリヌクレオチドAAV移入ベクターから成るウイルス粒子を指す。該粒子が異種ポリヌクレオチド(すなわち、哺乳動物細胞に送達されるトランス遺伝子などの、野生型AAVゲノム以外のポリヌクレオチド)を含む場合、該粒子は、「AAVベクター粒子」または単に「AAVベクター」と称される。したがって、AAVビリオンまたはAAVベクター粒子の産生には、必然的にAAVベクターの産生が含まれるが、それは、そのようなベクターが、AAVビリオンまたはAAVベクター粒子内に含まれるからである。
「パッケージング」とは、核酸配列および/または他の治療分子をキャプシド化するAAVビリオンまたはAAV粒子の組み立てをもたらす一連の細胞内事象を指す。パッケージングとは、本明細書に記載の変異AAVキャプシドポリペプチドを含むキャプシドへの、核酸配列および/または他の治療分子のキャプシド化を指すことができる。一般的に、AAVは、約5kbの限られたパッケージング能力を有する。
本明細書で使用される「治療分子」という語句は、核酸(例えば、ベクターを含む)、ポリペプチド(例えば、抗体を含む)、およびワクチン、ならびに本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされ得る任意の他の治療分子を含むことができる。
AAV「rep」および「cap」遺伝子は、アデノ随伴ウイルス(AAV)の複製およびキャプシド化タンパク質をコードするポリヌクレオチド配列を指す。AAV rep(複製)およびcap(キャプシド)は、本明細書ではAAV「パッケージング遺伝子」と称される。
AAVについての「ヘルパーウイルス」は、AAV(例えば、野生型AAV)が哺乳動物細胞によって複製およびパッケージングされることを可能にするウイルスを指す。アデノウイルス、ヘルペスウイルス、およびポックスウイルス、例えば、ワクシニアを含む、AAVのための様々なそのようなヘルパーウイルスが当該技術分野で既知である。アデノウイルスは多くの異なる下位群を包含するが、サブグループCのアデノウイルス5型が最も一般的に使用される。ヒト、非ヒト哺乳動物、および鳥類起源の多数のアデノウイルスが知られており、ATCCなどの預託機関から入手可能である。ヘルペスファミリーのウイルスには、例えば、単純ヘルペスウイルス(HSV)およびエプスタイン・バーウイルス(EBV)、ならびにサイトメガロウイルス(CMV)および仮性狂犬病ウイルス(PRV)が挙げられ、これらもATCCなどの預託機関から入手可能である。
「ヘルパーウイルス機能」とは、(本明細書に記載の複製およびパッケージングのための他の要件と併せて)AAV複製およびパッケージングを可能にするヘルパーウイルスゲノムにコードされている機能を指す。本明細書中に記載されるように、「ヘルパーウイルス機能」は、ヘルパーウイルスを提供すること、または例えば必要な機能(複数可)をコードするポリヌクレオチド配列をトランスでプロデューサー細胞に提供することによることを含む多くの方法で提供され得る。
「感染性」ビリオン、ウイルス、またはウイルス粒子は、ウイルス種に対してトロピズムを有する細胞に送達可能なポリヌクレオチド構成成分を含むものである。この用語は、いずれかのウイルスの複製能力を必ずしも意味するものではない。本明細書で使用する場合、「感染性」ウイルスまたはウイルス粒子は、標的細胞にアクセスした際に標的細胞に感染することができ、標的細胞中で異種核酸を発現することができるものである。したがって、「感染性」は、ウイルス粒子が標的細胞にアクセスし、標的細胞に侵入し、標的細胞中で異種核酸を発現する能力を指す。感染性は、インビトロでの感染性またはインビボでの感染性を指すことができる。感染性ウイルス粒子を計数するためのアッセイは、本開示の他箇所および当該技術分野において説明されている。ウイルス感染性は、感染性ウイルス粒子対全ウイルス粒子の比として表すことができる。総ウイルス粒子は、ウイルスゲノムコピーの数として表すことができる。ウイルス粒子が細胞中で異種核酸を発現する能力を「形質導入」と称することができる。ウイルス粒子が細胞中で異種核酸を発現する能力は、マーカー遺伝子の評価、例えば、GFPがウイルス粒子に感染した細胞内で産生されて検出および/もしくは測定される、緑色蛍光タンパク質(GFP)アッセイ(例えば、ウイルスが、GFPをコードするヌクレオチド配列を含む場合)、または例えば酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)もしくは蛍光活性化細胞選別(FACS)による産生タンパク質の測定を含む、多くの技術を使用してアッセイすることができる。
「複製能を有する(replication−competent)」ビリオンまたはウイルス(例えば、複製能を有するAAV)という用語は、表現型的に野生型の感染性ウイルスを指し、感染した細胞中で(すなわち、ヘルパーウイルスまたはヘルパーウイルス機能の存在下で)複製可能である。AAVの場合、複製能は、一般的に、機能的AAVパッケージング遺伝子の存在を必要とする。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のAAVベクターは、1つ以上のAAVパッケージング遺伝子を欠如しており、哺乳動物細胞(特にヒト細胞内)内での複製能を有さない。いくつかの実施形態では、AAVベクターは、任意のAAVパッケージング遺伝子配列を欠如しており、AAVパッケージング遺伝子と移入されるAAVベクターとの間の組換えによって、複製能を有するAAVを生成する可能性を最小限に抑える。多くの実施形態では、本明細書に記載のAAVベクター調製物は、あったとしてもわずかな、複製能を有するAAV(rcAAV、RCAとも称される)を含むものである(例えば、AAV粒子10個あたり約1個未満のrcAAV、AAV粒子10個あたり約1個未満のrcAAV、AAV粒子10個あたり約1個未満のrcAAV、AAV粒子1012個あたり約1個未満のrcAAV、またはrcAAVなし)。
「ポリヌクレオチド」および「核酸」は、本明細書では互換的に使用され、デオキシリボ核酸(DNA)およびリボ核酸(RNA)を含む、全ての形態の核酸、オリゴヌクレオチドを指す。ポリヌクレオチドには、ゲノムDNA、cDNA、およびアンチセンスDNA、およびスプライシングされたもしくはスプライシングされていないmRNA、rRNA、tRNA、lncRNA、RNAアンタゴミル、ならびに阻害DNAまたはRNA(RNAi、例えば、低分子もしくは短鎖ヘアピン(sh)RNA、マイクロRNA(miRNA)、アプタマー、低分子もしくは短鎖干渉(si)RNA、トランススプライシングRNA、またはアンチセンスRNA)が含まれる。ポリヌクレオチドには、非コードRNAも含まれ、これには、例えば、RNAi、miRNA、lncRNA、RNAアンタゴミル、アプタマー、および当業者に既知の任意の他の非コードRNAを含むが、これらに限定されない。ポリヌクレオチドには、天然に存在する、合成された、および意図的に改変または修飾されたポリヌクレオチド、ならびに類似体および誘導体が含まれる。「ポリヌクレオチド」という用語は、デオキシリボヌクレオチドもしくはリボヌクレオチドまたはそれらの類似体を含む、任意の長さのヌクレオチドの多量体形態を指し、核酸配列と同義である。ポリヌクレオチドは、メチル化ヌクレオチドおよびヌクレオチド類似体などの修飾されたヌクレオチドを含んでもよく、非ヌクレオチド成分によって妨害され得る。存在する場合、ヌクレオチド構造の修飾は、ポリマーの組み立ての前または後に付与され得る。ポリヌクレオチドという用語は、本明細書で使用する場合、二本鎖および一本鎖分子を同義に指す。別段特定されない限り、または必要とされない限り、ポリヌクレオチドを含む本明細書の任意の実施形態は、二本鎖形態、および二本鎖形態を構成することが既知であるかまたは予測される2つの相補的一本鎖形態の各々の両方を包含する。ポリヌクレオチドは、一重鎖、二重鎖、もしくは3重で鎖、直鎖状または円形であり得、任意の長さであり得る。ポリヌクレオチドを考察する際に、特定のポリヌクレオチドの配列または構造は、5’から3’方向に配列を提供する慣例に従って、本明細書に記載されてもよい。
「遺伝子」は、転写および翻訳された後に特定のタンパク質またはポリペプチドをコードすることができる少なくとも1つのオープンリーディングフレームを含むポリヌクレオチドを指す。
「低分子干渉」もしくは「短鎖干渉RNA」またはsiRNAは、関心の遺伝子(「標的遺伝子」)へと標的化されるヌクレオチドのRNA二重鎖である。「RNA二重鎖」は、RNA分子の2つの領域間の相補的対形成によって形成される構造を指す。siRNAは、遺伝子に「標的化」され、siRNAの二重鎖部分のヌクレオチド配列は、標的化された遺伝子のヌクレオチド配列に相補的である。いくつかの実施形態では、siRNAの二本鎖の長さは30ヌクレオチド未満である。いくつかの実施形態では、二重鎖は、29、28、27、26、25、24、23、22、21、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、または10ヌクレオチド長であり得る。いくつかの実施形態では、二本鎖の長さは、19〜25ヌクレオチド長である。siRNAのRNA二重鎖部分は、ヘアピン構造の一部であり得る。二重鎖部分に加えて、ヘアピン構造は、二重鎖を形成する2つの配列の間に位置するループ部分を含んでもよい。ループの長さは様々であり得る。いくつかの実施形態では、ループは、5、6、7、8、9、10、11、12、または13ヌクレオチド長である。ヘアピン構造はまた、3’突出(overhang)部分または5’突出部分を含むことができる。いくつかの実施形態では、突出部は、0、1、2、3、4、または5ヌクレオチド長の3’または5’突出である。
本明細書で使用する場合、「マイクロRNA」という用語は、内因性マイクロRNAおよび人工マイクロRNA(例えば、合成miRNA)を含むがこれらに限定されない、任意の種類の干渉RNAを指す。内因性マイクロRNAは、mRNAの生産的利用を調節することができるゲノム中に天然にコードされる小さなRNAである。人工マイクロRNAは、mRNAの活性を調節することができる、内因性マイクロRNA以外の任意の種類のRNA配列であり得る。マイクロRNA配列は、これらの配列のうちのいずれか1つ以上からなるRNA分子であり得る。マイクロRNA(または「miRNA」)配列は、Lim,et al.,2003,Genes & Development,17,991−1008,Lim et al.,2003,Science,299,1540,Lee and Ambrose,2001,Science,294,862,Lau et al.,2001,Science 294,858−861,Lagos−Quintana et al.,2002,Current Biology,12,735−739,Lagos−Quintana et al.,2001,Science,294,853−857,and Lagos−Quintana et al.,2003,RNA,9,175−179などの刊行物に記載されている。マイクロRNAの例には、より大きなRNAの任意のRNA断片が含まれるか、またはmiRNA、siRNA、stRNA、sncRNA、tncRNA、snoRNA、smRNA、shRNA、snRNA、もしくは他の小さな非コードRNAである。例えば、米国特許出願第20050272923号、同第20050266552号、同第20050142581号、および同第20050075492号を参照のこと。「マイクロRNA前駆体」(または「プレmiRNA」)は、中に組み込まれたマイクロRNA配列を有するステムループ構造を有する核酸を指す。「成熟マイクロRNA」(または「成熟miRNA」)は、マイクロRNA前駆体(「プレmiRNA」)から切断された、または合成された(例えば、無細胞合成によって実験室で合成された)マイクロRNAを含み、約19ヌクレオチド〜約27ヌクレオチドの長さを有し、例えば、成熟マイクロRNAは、19nt、20nt、21nt、22nt、23nt、24nt、25nt、26nt、または27ntの長さを有することができる。成熟マイクロRNAは、標的mRNAに結合し、標的mRNAの翻訳を阻害することができる。
ポリヌクレオチドに適用される「組換え」は、ポリヌクレオチドが、クローニング、制限、またはライゲーション工程、および天然に見出されるポリヌクレオチドとは別個のおよび/または異なる構築物をもたらす他の手順の様々な組み合わせの産物であることを意味する。組換えウイルスは、組換えポリヌクレオチドをカプセル化するウイルス粒子である。これらの用語は、それぞれ、元のポリヌクレオチド構築物の複製物および元のウイルス構築物の子孫を含む。
「制御要素」または「制御配列」という用語は、ポリヌクレオチドの複製、重複(duplication)、転写、スプライシング、翻訳、または分解を含む、ポリヌクレオチドの機能的調節に寄与する分子の相互作用に関与するヌクレオチド配列を指す。この調節は、プロセスの頻度、速度、または特異性に影響を及ぼし得、本来は増強性または阻害性であり得る。当該技術分野で既知の制御要素には、例えば、プロモーター、エンハンサー、およびデグロンなどの転写調節配列が含まれる。プロモーターは、ある特定の条件下では、RNAポリメラーゼに結合し、通常はプロモーターの下流(3’方向)に位置するコード領域の転写を開始することができるDNA領域である。
「作動的に連結された」または「作動可能に連結された」という用語は、遺伝要素の並置を指し、該要素は、それらが予想される様式で作動することを可能にする関係にある。例えば、プロモーターがコード配列の転写の開始を助ける場合、プロモーターはコード領域に作動可能に連結される。この機能的関係が維持される限り、プロモーターとコード領域との間に介在残基が存在し得る。
「異種」という用語は、それが比較されている残りの実体とは遺伝子型的に(genotypically)異なる実体に由来することを意味する。例えば、遺伝子工学技法によって異なる種に由来するプラスミドまたはベクターに導入されたポリヌクレオチドは、異種ポリヌクレオチドである。天然のコード配列から除去され、コード配列に作動的に連結されたプロモーターは、天然には見出されず、異種ピロモーターに連結している。例えば、異種遺伝子産物をコードする異種核酸配列を含むAAVは、天然に存在する野生型AAVに通常は含まれない核酸を含むAAVであり、コードされた異種遺伝子産物は、天然に存在する野生型AAVによって通常はコードされない遺伝子産物である。変異AAVキャプシドポリペプチドをコードする核酸を含むAAVは、異種核酸配列を含む。宿主細胞に移入される/送達されると、ビリオン内に含まれる異種ポリヌクレオチドが発現され得る(例えば、転写され、適切な場合翻訳される)。あるいは、ビリオン内に含まれる宿主細胞に移入/送達された異種ポリヌクレオチドは、発現される必要はない。「異種」という用語は、ポリヌクレオチドに関して本明細書で必ずしも使用されるわけではないが、「異種」という修飾語がない場合でもポリヌクレオチドを参照することは、その省略にもかかわらず異種ポリヌクレオチドを含むことを意図する。
「遺伝子改変」および「遺伝子修飾」(およびその文法上の異形)は、本明細書では互換的に使用され、遺伝要素(例えば、ポリヌクレオチド)が有糸分裂または減数分裂以外によって細胞に導入されるプロセスを指す。要素は、細胞に対して異種であってもよく、または細胞に既に存在する要素の追加のコピーまたは改善版であってもよい。遺伝子改変は、例えば、エレクトロポレーション、リン酸カルシウム沈殿、またはポリヌクレオチド−リポソーム複合体など、当該技術分野で既知である任意のプロセスによって、細胞を組換えプラスミドまたは他のポリヌクレオチドでトランスフェクトすることによって行ってもよい。遺伝子改変はまた、例えば、DNAまたはRNAウイルスまたはウイルスベクターを用いる形質導入または感染によって行われてもよい。一般的に、遺伝子要素は、細胞内の染色体または微小染色体に導入されるが、細胞およびその子孫の表現型および/または遺伝子型を変化させる任意の改変がこの用語に含まれてもよい。
配列が、インビトロでの延長した細胞培養中、その機能を発揮するために利用可能である場合、細胞は、遺伝子配列によって「安定して」改変され、形質導入され、遺伝子修飾され、または形質転換されると言う。一般的に、そのような細胞は、遺伝子改変が導入され、改変された細胞の子孫によっても遺伝可能である点で、「遺伝的に(heritably)」改変される(遺伝子修飾される)。
「ポリペプチド」、「ペプチド」、および「タンパク質」という用語は、本明細書では互換的に使用され、任意の長さのアミノ酸のポリマーを指す。「ポリヌクレオチド配列」によってコードされる「ポリペプチド」、「タンパク質」、および「ペプチド」には、天然のタンパク質と同様に、全長天然配列、ならびにサブ配列、修飾形態、または変異体が天然全長タンパク質のある程度の機能性を保持する限り、機能的サブ配列、修飾形態、または配列変異体が含まれる。本明細書に記載の方法および使用において、そのようなポリペプチド、タンパク質、およびポリヌクレオチド配列によってコードされるペプチドは、欠陥内因性タンパク質と同一であるか、もしくはその発現が不十分であるか、または処置された哺乳動物において欠乏し得るが、必要ではない。これらの用語は、修飾アミノ酸ポリマー、例えば、ジスルフィド結合形成、グリコシル化、脂質化、リン酸化、メチル化、カルボキシル化、脱アミド化、アセチル化、または標識化成分との結合も包含する。哺乳動物対象に遺伝子産物を送達する状況において考察した場合、抗血管新生ポリペプチド、神経保護ポリペプチドなどのポリペプチド、ならびにそのための組成物は、それぞれのインタクトなポリペプチド、またはインタクトなタンパク質の所望の生化学的機能を保持するその任意の断片もしくは遺伝子操作された誘導体を指す。
本明細書で使用する場合、本開示方法で使用される遺伝的にコードされたL−エナチオマーアミノ酸の略称は、慣用的であり、表1に以下の通りである。
Figure 2021519791
「親水性アミノ酸」は、Eisenberg et al.,1984,J.Mol.Biol.179:125−142の正規化されたコンセンサス疎水性スケールに従って、0未満の疎水性を示すアミノ酸を指す。遺伝的にコードされた親水性アミノ酸には、Thr(T)、Ser(S)、His(H)、Glu(E)、Asn(N)、Gln(Q)、Asp(D)、Lys(K)、およびArg(R)が含まれる。
「酸性アミノ酸」は、pK値が7未満の側鎖を有する親水性アミノ酸を指す。酸性アミノ酸は、典型的には、水素イオンの喪失に起因して、生理的pHにおいて負に荷電した側鎖を有する。遺伝的にコードされた酸性アミノ酸には、Glu(E)およびAsp(D)が含まれる。
「塩基性アミノ酸」は、pK値が7超の側鎖を有する親水性アミノ酸を指す。塩基性アミノ酸は、典型的には、水素イオンとの会合に起因して、生理的pHにおいて正に荷電した側鎖を有する。遺伝的にコードされた塩基性アミノ酸には、His(H)、Arg(R)、およびLys(K)が含まれる。
「極性アミノ酸」とは、生理学的pHにおいて未荷電の側鎖を有するが、2つの原子によって共通して共有される対の電子が、原子のうちの1つによってより密接に保持される少なくとも1つの結合を有する親水性アミノ酸を指す。遺伝的にコードされた極性アミノ酸には、Asn(N)、Gln(Q)、Ser(S)、およびThr(T)が含まれる。
「疎水性アミノ酸」は、Eisenberg,1984,J.Mol.Biol.179:125−142の正規化されたコンセンサス疎水性スケールに従って、0超の疎水性を示すアミノ酸を指す。例示的な疎水性アミノ酸には、Ile(I)、Phe(F)、Val(V)、Leu(L)、Trp(W)、Met(M)、Ala(A)、Gly(G)、Tyr(Y)、Pro(P)、およびプロリン類似体が含まれる。
「芳香族アミノ酸」とは、少なくとも1つの芳香族または複素芳香族環を有する側鎖を有する疎水性アミノ酸を指す。芳香族または複素芳香族環は、−OH、−SH、−CN、−F、−Cl、−Br、−I、−NO2、−NO、−NH2、−NHR、−NRR、−C(O)R、−C(O)OH、−C(O)OR、−C(O)NH2、−C(O)NHR、−C(O)NRRなどの1つ以上の置換基を含んでもよく、式中、各Rは、独立して、(C1〜C6)アルキル、置換(C1〜C6)アルキル、(C1〜C6)アルケニル、置換(C1〜C6)アルケニル、(C1〜C6)アルキニル、置換(C1〜C6)アルキニル、(C1〜C21))アリール、置換(C5〜C20)アリール、(C6〜C26)アルカリル、置換(C6〜C26)アルカリル、5〜20員ヘテロアリール、置換5〜20員ヘテロアリール、6〜26員アルクヘテロアリール(alkheteroaryl)、または置換6〜26員アルクヘテロアリールである。遺伝的にコードされた芳香族アミノ酸には、Phe(F)、Tyr(Y)、およびTrp(W)が含まれる。
「非極性アミノ酸」とは、生理学的pHにおいて未荷電の側鎖を有し、2つの原子によって共通して共有される一対の電子が、概して2つの原子の各々によって等しく保持される結合を有する(すなわち、側鎖は極性ではない)疎水性アミノ酸を指す。遺伝的にコードされた無極性(apolar)アミノ酸には、Leu(L)、Val(V)、Ile(I)、Met(M)、Gly(G)、およびAla(A)が含まれる。
「脂肪族アミノ酸」は、脂肪族炭化水素側鎖を有する疎水性アミノ酸を指す。遺伝的にコードされた脂肪族アミノ酸には、Ala(A)、Val(V)、Leu(L)、およびIle(I)が含まれる。
アミノ酸に関する「非天然」という用語は、上記表1に列挙される20個のアミノ酸のうちの1つとして含まれない任意のアミノ酸分子、ならびに当業者に既知の任意の修飾または誘導体化アミノ酸を含むことができる。非天然アミノ酸には、β−アラニン、α−アミノ酪酸、γ−アミノ酪酸、γ−(アミノフェニル)酪酸、α−アミノイソ酪酸、ε−アミノカプロン酸、7−アミノヘプタノイン酸、β−アスパラギン酸、アミノ安息香酸、アミノフェニル酢酸、アミノフェニル酪酸、γ−グルタミン酸、システイン(ACM)、ε−リジン、メチオニンスルホン、ノルロイシン、ノルバリン、オルニチン、d−オルニチン、p−ニトロ−フェニルアラニン、ヒドロキシプロリン、1,2,3,4,−テトラヒドロイソキノリン−3−カルボン酸、およびチオプロリンが含まれるが、これらに限定されない。
キャプシドポリペプチドなどのポリペプチドに関する「変異体(variant)」または「変異体(variants)」という用語は、非変異ポリペプチド配列とも称される親ポリペプチド配列と少なくとも1つのアミノ酸によって異なるポリペプチド配列を指す。いくつかの実施形態では、ポリペプチドは、キャプシドポリペプチドであり、変異体は、少なくとも1つのアミノ酸置換によって異なる。アミノ酸には、天然に存在するアミノ酸および天然に存在しないアミノ酸、ならびにそれらの誘導体も含まれる。アミノ酸にはまた、D型およびL型の両方が含まれる。
「単離された」プラスミド、核酸、ベクター、ウイルス、ビリオン、宿主細胞、タンパク質、または他の物質は、物質もしくは類似の物質が天然に発生する場合に存在するか、または最初に調製されるものに由来する他の構成成分のうちの少なくともいくつかが欠如した物質の調製物を指す。このため、例えば、単離された物質は、精製技法を使用してそれを源混合物から濃縮することによって調製されてもよい。濃縮は、溶液の体積あたりの重量などの絶対的な基準で測定することができ、または供給源混合物中に存在する干渉する可能性のある第2の物質との関連で測定することができる。本開示の実施形態の濃縮が増えることによって、増々、より単離される。単離されたプラスミド、核酸、ベクター、ウイルス、宿主細胞、または他の物質は、いくつかの実施形態では、例えば、約80%〜約90%純粋、少なくとも約90%純粋、少なくとも約95%純粋、少なくとも約98%純粋、または少なくとも約99%以上純粋に精製される。
「高度に保存された」という用語は、少なくとも80%の同一性、好ましくは少なくとも90%の同一性、より好ましくは97%超の同一性を意味する。同一性は、当業者に既知のアルゴリズムおよびコンピュータプログラムを用いて当業者によって容易に決定される。
核酸配列またはアミノ酸配列の文脈における「パーセント配列同一性」または「同一である」という用語は、最大限対応するようにアラインメントさせたときに同じである2つの配列中の残基を指す。配列同一性の比較の長さは、ゲノムノ全長、遺伝子コード配列の全長、または少なくとも約500〜5000個のヌクレオチドの断片にわたってもよい。しかしながら、少なくとも約9個のヌクレオチド、通常は少なくとも約20〜24個のヌクレオチド、少なくとも約28〜32個のヌクレオチド、少なくとも約36個以上のヌクレオチドなどのより小さい断片間の同一性がまた、所望されてもよい。同様に、「パーセント配列同一性」は、タンパク質の全長にわたるアミノ酸配列またはその断片について容易に決定され得る。好適には、断片は、長さが少なくとも約8個のアミノ酸であり、最大で約700個のアミノ酸であることができる。
本明細書で使用する場合、「処置」、「処置する」などの用語は、所望の薬理学的および/または生理学的効果を得ることを指す。この効果は、疾患またはその症状を完全にまたは部分的に防止するという点で予防的であり得、ならびに/または疾患および/もしくは疾患に起因する有害作用の部分的もしくは完全な治癒という点で処置であり得る。本明細書で使用する場合、「処置」は、哺乳動物、特にヒトにおける疾患の任意の処置を含み、該「処置」には、(a)疾患にかかりやすいかまたは疾患に罹患するリスクがあるが、疾患を有するとまだ診断されていない対象において、疾患が発生するのを防止すること、(b)疾患を阻害すること、すなわち、その発達を阻害すること、および(c)疾患を緩和すること、すなわち、疾患の退行を引き起こすことを含む。
「個体」、「宿主」、「対象」、および「患者」という用語は、本明細書では互換的に使用され、サルおよびヒトを含む、ヒトおよび非ヒト霊長類、競技哺乳動物(例えば、ウマ)、哺乳動物の家畜(例えば、ヒツジ、ヤギなど)、哺乳動物ペット(イヌ、ネコなど)、ならびにげっ歯類(例えば、マウス、ラットなど)を含むがこれらに限定されない、哺乳動物を指す。
「薬学的に許容される」および「生理学的に許容される」という用語は、1つ以上の投与経路、インビボ送達または接触に好適な、生物学的に許容される製剤、気体、液体、または固体、またはそれらの混合物を意味する。「薬学的に許容される」または「生理学的に許容される」組成物は、生物学的にまたはさもなければ望ましくない材料であり、例えば、材料は、実質的に望ましくない生物学的効果を引き起こすことなく対象に投与され得る。したがって、このような医薬組成物は、例えば、本明細書に開示されるAAVベクターもしくはAAVビリオン、または形質転換細胞を対象に投与するために使用されてもよい。
本明細書で使用される「単位剤形」という語句は、処置される対象の単位投与量として適した物理的に別個の単位を指し、各単位は、任意選択で薬学的担体(賦形剤、希釈剤、ビヒクル、または充填剤)と関連して所定の量を含み、1回以上の用量で投与される場合、所望の効果(例えば、予防的または治療的効果)を生じる。いくつかの実施形態では、単位剤形は、例えば、液体組成物または凍結乾燥(freeze−dried)もしくは凍結乾燥状態(lyophilized)の組成物を含むアンプルおよびバイアル内にあってもよく、例えば、滅菌液体担体は、インビボでの投与もしくは送達の前に添加することができる。個々の単位剤形は、多用量キットまたは容器に含まれ得る。AAVベクターまたはAAVビリオン、およびその医薬組成物は、投与を容易にし、かつ投与量を均一にするために、単一または多数の単位剤形中にパッケージングすることができる。
「治療有効量」は、実験および/または臨床試験により決定することができる比較的広い範囲に属する。例えば、インビボ注射、例えば、対象の組織(例えば、膵臓組織)に直接注射する場合、治療有効用量は、対象の体重1キログラムあたり約10〜約1015ほどのAAVビリオンである。いくつかの実施形態では、治療有効用量は、対象の体重1キログラムあたり約10〜1012ほどのAAVビリオンである。他の有効投与量は、用量応答曲線を確立する日常的な試験より、当業者によって容易に確立することができる。
「有効量」または「十分な量」とは、単回投与または多数回投与で、単独でまたは1つ以上の他の組成物(薬物などの治療剤)、処置、プロトコル、もしくは治療レジメン薬剤(例えば、ワクチンレジメンを含む)との組み合わせで、任意の持続時間(長期もしくは短期)の検出可能な応答、任意の持続時間(例えば、分、時、日、月、年、もしくは治癒)における予想されるもしくは所望の転帰または任意の測定可能もしくは検出可能な程度の対象に対する利益を提供する量を指す。
処置のための「有効量」または「十分な量」(例えば、改善するため、または治療上の利益もしくは改善を提供するため)の用量は、典型的には、疾患の1つ、多数、もしくは全ての有害な症状、結果、または合併症、例えば、疾患によって引き起こされるかもしくは疾患に関連する1つ以上の有害な症状、障害、病気、病態、または合併症に対する応答を測定可能な範囲で提供するのに有効であるが、疾患の進行または悪化を減少、軽減、阻害、抑制、制限、または制御することも満足な結果である。
「予防」およびその文法的変形は、対象に対する接触、投与、またはインビボ送達が疾患前である方法を意味する。対象への投与またはインビボ送達は、疾患によって引き起こされるかまたは疾患に関連する有害な症状、状態、合併症などの発症前に行うことができる。例えば、記載される方法および使用の候補としてそのような対象を同定するために、スクリーニング(例えば、遺伝子)を使用することができるが、対象では、疾患が顕在化されなくてもよい。したがって、そのような対象には、機能的遺伝子産物(タンパク質)の不十分な量もしくは欠乏について陽性であるとスクリーニングされた対象、または疾患をもたらす異常、部分的に機能的もしくは非機能的な遺伝子産物(タンパク質)を産生する対象、および疾患をもたらす異常または欠陥(変異)遺伝子産物(タンパク質)について陽性であるとスクリーニングされた対象が含まれるが、そのような対象では、疾患の症状が顕在化されなくてもよい。
「増強された中和プロファイル」という語句は、対象における中和抗体結合をより良く回避するAAVベクターまたはビリオンの能力を指す。いくつかの場合では、より少ない中和抗体により、AAV感染がより高いレベルの形質導入を生じさせることが可能となり、これにより、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチド、AAVベクター、およびビリオンが遺伝子治療目的により適したものとなる。
「トロピズム」と「形質導入」は、相互に関連していますが、違いがある。本明細書で使用される「トロピズム」という用語は、AAVベクターまたはビリオンが1つ以上の特定の細胞種に感染する能力を指すが、ベクターが、1つ以上の特定の細胞種において細胞に形質導入するためにどのように機能するかも包含することができ、すなわち、トロピズムは、特定の細胞種もしくは組織種へのAAVベクターもしくはビリオンの優先的な侵入、および/または特定の細胞種または組織種への侵入、続いて、任意選択でかつ好ましくは、細胞内のAAVベクターまたはビリオンによって担持される配列の発現(例えば、転写、および任意選択で翻訳)を容易にする、例えば、組換えウイルスでは、異種ヌクレオチド配列の発現を容易にする細胞表面との優先的な相互作用を指す。本明細書で使用する場合、「形質導入」という用語は、AAVベクターまたはビリオンが1つ以上の特定の細胞種に感染する能力を指し、すなわち、形質導入は、AAVベクターまたはビリオンの細胞への侵入、およびベクターゲノムから発現を得るためのAAVベクターまたはビリオン内に含まれる遺伝物質の細胞中への移入を指す。全ての事例ではないが、いくつかの場合では、形質導入およびトロピズムは相関し得る。
「トロピズムプロファイル」という用語は、1つ以上の標的細胞、組織、および/または臓器への形質導入のパターンを指す。例えば、いくつかのシャフリングAAVキャプシド(変異AAVキャプシドポリペプチド)は、ヒト膵臓組織またはヒト膵島の効率的な形質導入を提供する。逆に、いくつかのシャフリングAAVキャプシドは、肝臓、性腺、および/または低レベルの生殖細胞への形質導入のみを有する。本明細書に開示される変異AAVキャプシドポリペプチドは、ヒト膵臓組織またはヒト膵島の効率的かつ/または増強された形質導入を提供する。
別途示さない限り、「効率的な形質導入」もしくは「効率的なトロピズム」または同様の用語は、好適な対照(例えば、それぞれ、対照への形質導入またはトロピズムの少なくとも約50%、60%、70%、80%、85%、90%、95%、100%、110%、125%、150%、175%、または200%以上)を参照して決定することができる。好適な制御は、所望のトロピズムプロファイルを含む様々な要因に依存する。同様に、好適な対照を参照することによって、キャプシドおよび/またはウイルスが、標的組織について「効率的に形質導入しない」か、もしくは「効率的なトロピズムを有しない」か、または同様の用語であるかどうかを決定することができる。
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用する場合、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈が別途明確に指示していない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。したがって、例えば、「組換えAAVビリオン」への言及は、複数のそのようなビリオンを含み、「宿主細胞」への言及は、1つ以上の宿主細胞および当業者に既知のその等価物などへの言及を含む。特許請求の範囲は、いずれの任意選択の要素も排除するように起草され得ることにさらに留意されたい。このため、この記述は、特許請求された要素の列挙に関連した「専ら」、「のみ」などのような排他的な用語の使用、または「否定的」制限の使用に対する先行詞として機能することが意図される。
本発明についてさらに記載する前に、本発明は、記載される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然変化してもよいことが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明の範囲が添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるため、限定することを意図するものではないことも理解されたい。
AAVキャプシドおよびベクターの特徴
本発明のAAVベクターは、多くの特徴を有する。いくつかの実施形態では、ベクターは、変異AAVキャプシドポリペプチドをコードする核酸配列を含む。そのようなAAVベクターおよびそれらの特徴は、以下に詳細に説明される。
本発明の例示的なAAVベクターは、野生型または非変異親キャプシドタンパク質由来の少なくとも1つのアミノ酸についてアミノ酸配列が異なる変異AAVキャプシドタンパク質をコードする核酸を含む。アミノ酸の差異は、キャプシド中の溶媒アクセス可能部位、例えば、溶媒アクセス可能ループ中、または内腔中(すなわち、AAVキャプシドの内部空間)に位置することができる。いくつかの実施形態では、内腔は、AAVキャプシドの内部空間を含む。例えば、アミノ酸置換は、AAVキャプシドポリペプチド中のGHループに位置することができる。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、またはAAV9キャプシドポリペプチドにおけるアミノ酸置換を含む。
いくつかの実施形態では、本発明は、変異アデノ随伴ウイルス(AAV)キャプシドタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む単離された核酸であって、該変異AAVキャプシドタンパク質は、非変異キャプシドアミノ酸配列または非変異親キャプシドポリペプチド配列のサブ部分に対して、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、少なくとも約99%、または100%を有するアミノ酸配列を含み、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピスヒトを示す、核酸を提供する。いくつかの実施形態では、本発明は、変異アデノ随伴ウイルス(AAV)キャプシドタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む単離核酸であって、該変異AAVキャプシドタンパク質は、親非変異キャプシドアミノ酸配列または非変異親キャプシドポリペプチド配列のサブ部分、例えば、野生型AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、またはAAV9キャプシドポリペプチドに対して少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、少なくとも約99%、または100%を有するアミノ酸配列を含み、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す、単離核酸を提供する。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV血清型1、3、6、8、および9(すなわち、AAV1、AAV6、AAV8、およびAAV9)由来の非変異親キャプシドポリペプチド配列由来の1つ以上の領域またはサブ部分を含む。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、配列番号27〜44のいずれか1つから選択される非変異親キャプシドポリペプチド配列由来の1つ以上の領域またはサブ部分を含む。
いくつかの実施形態では、対象AAVベクターは、非変異親キャプシドポリペプチドまたは非変異親キャプシドポリペプチドのサブ部分と少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、または少なくとも約99%、または100%のアミノ酸配列同一性を有する変異キャプシドポリペプチドをコードすることができる。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、当該技術分野で既知の他のベクター/プラスミドによってコードされる。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、アミノ酸またはその断片に言及する場合、実質的相同性または「実質的類似性」を示し、これは、好適なアミノ酸の挿入または欠失と、別のアミノ酸(もしくはその相補鎖)とが最適にアラインメントされた場合、アラインメントされた配列の少なくとも約95%〜約99%においてアミノ酸配列同一性があることを示す。いくつかの実施形態では、相同性は、全長配列またはそのポリペプチド、例えば、キャプシドタンパク質、もしくは少なくとも8個のアミノ酸、もしくはより好ましくは長さが少なくとも約15個のアミノ酸のそれらの断片であり、非変異親キャプシドポリペプチド配列のサブ部分が含まれる。例えば、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチド配列または非変異親キャプシドポリペプチドのサブ部分と少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、少なくとも約99%、または100%のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸を含むことができる。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチド配列は、配列番号1〜7のいずれか1つを含む。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチド配列は、配列番号8〜14のいずれか1つによってコードされる。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
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いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入を示す。いくつかの実施形態では、形質導入は、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増加する。いくつかの実施形態では、形質導入は、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、約30%〜約60%、または約40%〜約50%増加する。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加したトロピズムを示す。いくつかの実施形態では、トロピズムは、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増加する。いくつかの実施形態では、トロピズムは、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、約30%〜約60%、または約40%〜約50%増加する。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増強された中和プロファイルをさらに示す。いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、プールされたヒト免疫グロブリンに対する増強された中和プロファイルをさらに示す。いくつかの実施形態では、中和プロファイルは、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増強される。いくつかの実施形態では、中和プロファイルは、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、約30%〜約60%、または約40%〜約50%増強される。いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルは、宿主における中和抗体の生成の減少によって決定される。いくつかの実施形態では、中和抗体の生成の減少は、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%の減少である。いくつかの実施形態では、中和抗体の生成の減少は、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、約30%〜約60%、または約40%〜約50%の減少である。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルを示す変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)およびAAV−10A3(配列番号2)からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルを示す変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)である。いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルを示す変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A3(配列番号2)である。
いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、1つ以上のヒト幹細胞種において増加した形質導入またはトロピズムをさらに示す。いくつかの実施形態では、ヒト幹細胞の種類には、胚幹細胞、成体組織幹細胞(すなわち、体細胞幹細胞)、骨髄、前駆細胞、人工多能性幹細胞、およびリプログラム(reprogrammed)幹細胞が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、成体幹細胞は、オルガノイド(organoid)幹細胞(すなわち、体内の関心の任意の臓器または臓器系に由来する幹細胞)を含むことができる。身体の器官には、例えば、皮膚、髪の毛、爪、感覚受容器官、汗腺、油腺、骨、筋肉、脳、脊髄、神経、下垂体、松果腺、視床下部、甲状腺、副甲状腺、胸腺、副腎、膵臓(膵島組織)、心臓、血管、リンパ節、リンパ管、胸腺、脾臓、扁桃腺、鼻、咽頭、喉頭、気管、気管支、肺、口、咽頭、食道、胃、小腸、大腸、直腸、肛門管、歯、唾液腺、舌、肝臓、胆嚢、膵臓、盲腸、腎臓、尿管、膀胱、尿道、精巣、精管(輸精管)、尿道、前立腺、陰茎、陰嚢、卵巣、子宮、卵管(ファロピアン管)、膣、外陰部、および乳腺(乳房)が含まれるが、これらに限定されない。身体の臓器系には、外皮系、骨格系、筋肉系、神経系、内分泌系、心臓血管系、リンパ系、呼吸器系、消化器系、泌尿器系、および生殖器系が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増加する。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、または約30%〜約60%増加する。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加した形質導入またはトロピズムをさらに示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加した形質導入をさらに示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加したトロピズムをさらに示す。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増加する。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、または約30%〜約60%増加する。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加した形質導入またはトロピズムをさらに示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加した形質導入をさらに示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加したトロピズムをさらに示す。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増加する。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、または約30%〜約60%増加する。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチド配列はAAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、AAV−10A4(配列番号3)、AAV−10A5(配列番号4)、AAV−18A1(配列番号5)、AAV−10B1(配列番号6)、AAV−10B3(配列番号7)、AAV−10B5(配列番号8)、AAV−10B6(配列番号9)、AAV−10B7(配列番号10)、AAV−18B2(配列番号12)、およびAAV−18B3(配列番号13)からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチド配列は、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、新規な変異をさらに含む。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドに対して、約99%、約98%、約97%、約96%、約95%、約94%、約93%、約92%、約91%、または約90%の同一性を示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、AAV−10A4(配列番号3)、AAV−10A5(配列番号4)、AAV−18A1(配列番号5)、AAV−10B1(配列番号6)、AAV−10B3(配列番号7)、AAV−10B5(配列番号8)、AAV−10B6(配列番号9)、AAV−10B7(配列番号10)、AAV−18B2(配列番号12)、およびAAV−18B3(配列番号13)と約99%、約98%、約97%、約96%、約95%、約94%、約93%、約92%、約91%、または約90%の同一性を示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)の1つ以上のサブ領域と約99%、約98%、約97%、約96%、約95%、約94%、約93%、約92%、約91%、または約90%の同一性を示す。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
本発明はまた、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、AAV−10A4(配列番号3)、AAV−10A5(配列番号4)、AAV−18A1(配列番号5)、AAV−10B1(配列番号6)、AAV−10B3(配列番号7)、AAV−10B5(配列番号8)、AAV−10B6(配列番号9)、AAV−10B7(配列番号10)、AAV−18B2(配列番号12)、およびAAV−18B3(配列番号13)などの変異AAVキャプシドポリペプチドを生成することを提供する。いくつかの実施形態では、本発明はまた、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)などの変異AAVキャプシドポリペプチドを生成することを提供する。これらの方法は、ライブラリー生成の既知の技術を用いるが、該方法は、変異AAVキャプシドポリペプチド生成中に複製能を有するAAVベクターを用いる点(すなわち、変異AAVキャプシドポリペプチドの選択および進化)において新規である。本発明は、変異AAVキャプシドポリペプチドの生成方法であって、変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示し、該方法が、
a)変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子のライブラリーを生成することであって、上記変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子は、2つ以上の非変異親キャプシドポリペプチド由来の配列を含む複数の変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子を含むことと、
b)上記変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子ライブラリーをAAVベクターにクローニングすることによってAAVベクターライブラリーを生成することであって、上記AAVベクターが複製能を有するAAVベクターであることと、
c)非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す変異AAVキャプシドポリペプチドをコードするb)の上記AAVベクターライブラリーをスクリーニングすることと、
d)c)の上記変異AAVキャプシドポリペプチドを選択することと、を含む、方法を提供する。
いくつかの実施形態では、方法は、e)d)から上記変異AAVキャプシドポリペプチドの配列を決定することをさらに含む。
いくつかの実施形態では、本発明のスクリーニング方法によって生成される変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入を示す。いくつかの実施形態では、形質導入は、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増加する。いくつかの実施形態では、形質導入は、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、約30%〜約60%、または約40%〜約50%増加する。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、本発明のスクリーニング方法によって生成される変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加したトロピズムを示す。いくつかの実施形態では、トロピズムは、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増加する。いくつかの実施形態では、トロピズムは、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、約30%〜約60%、または約40%〜約50%増加する。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、本発明のスクリーニング方法によって生成される変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、増強された中和プロファイルをさらに示す。いくつかの実施形態では、中和プロファイルは、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増強される。いくつかの実施形態では、中和プロファイルは、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、約30%〜約60%、または約40%〜約50%増強される。いくつかの実施形態では、増強された中和プロファイルは、宿主における中和抗体の生成の減少によって決定される。いくつかの実施形態では、中和抗体の生成の減少は、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%の減少である。いくつかの実施形態では、中和抗体の生成の減少は、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、約30%〜約60%、または約40%〜約50%の減少である。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、本発明のスクリーニング方法によって生成される変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加した形質導入またはトロピズムをさらに示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加した形質導入をさらに示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加したトロピズムをさらに示す。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増加する。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、または約30%〜約60%増加する。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
いくつかの実施形態では、本発明のスクリーニング方法によって生成される変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加した形質導入またはトロピズムをさらに示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加した形質導入をさらに示す。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドをコードするベクターと比較して、1つ以上の非膵臓ヒト組織において増加したトロピズムをさらに示す。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約99%、または約100%増加する。いくつかの実施形態では、形質導入および/またはトロピズムは、約5%〜約80%、約10%〜約70%、約20%〜約60%、または約30%〜約60%増加する。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号27〜44のいずれか1つである。いくつかの実施形態では、非変異親キャプシドポリペプチド配列は、配列番号45〜62のいずれか1つによってコードされる。
形質導入は、例えば、以下の実施例2に記載されるものを含む免疫蛍光およびフローサイトメトリー分析、ならびに当該技術分野で既知の他の方法を含む、当該技術分野で既知の技術によって測定することができる。インビトロ導入分析は、ヒト膵臓組織またはヒト膵島細胞において、再び当該技術分野で説明されるように、または例えばGFP発現(または別のマーカー遺伝子)を測定することを含む以下の実施例1および2に記載されるように、導入を決定するために行うことができる。インビボまたはエクスビボ導入分析は、再び当該技術分野で説明されるように、またはルシフェラーゼ発現(もしくは別のマーカー遺伝子)を測定することを含む以下の実施例で記載されるように、例えばホタルシフェラーゼベースアッセイを含む当該技術分野で既知の技術によって、導入を決定するために測定することができる。いくつかの実施形態では、形質導入効率の変化を決定するために、変異AAVキャプシドポリペプチドがパッケージングされたAAVベクターからのマーカー発現が、非変異親キャプシドポリペプチドがパッケージングされたAAVベクターからのマーカー発現と比較される。いくつかの実施形態では、形質導入が、トロピズムを決定するために異なる細胞種について比較され、すなわち、トロピズムプロファイルと称する場合もある特定の細胞種についてのトロピズムを決定するために、変異AAVキャプシドポリペプチドがパッケージングされたAAVベクターからの形質導入を、少なくとも2つの異なる細胞種における非変異キャプシドポリペプチドがパッケージングされたAAVからの形質導入と比較する。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの細胞種は、ヒト膵臓組織またはヒト膵島細胞由来である。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの細胞種は、ヒトα−膵島細胞またはβ−膵島細胞である。いくつかの実施形態では、少なくとも第2の細胞種は、血液細胞、血幹細胞、肝臓細胞、性腺、生殖細胞、関節組織もしくは細胞、膵臓(α−膵島細胞および/もしくはβ−膵島細胞を含む)、脾臓組織もしくは細胞、胃腸管、肺組織もしくは細胞、ならびに/または腎臓組織もしくは細胞を含むが、これらに限定されない。
変異AAVキャプシドポリペプチドを生成するための方法には、一連または複数のAAV擬似種(例えば、AAV1、AAV2、AAV3b、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9、AAV9_hu14、ウシAAV、鳥類AAV)由来のキャプシド遺伝子のファミリーを用いて開始される、キャプシドタンパク質のDNAシャフリングが含まれ、該キャプシド遺伝子は、酵素的にシャフリングされて、キャプシド遺伝子の多様なライブラリーを作製し、該キャプシド遺伝子は、AAVシャトルプラスミドに再びクローニングされ、生きた複製ウイルスライブラリーを生成するために利用される(例えば、図1および図3を参照のこと)。非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、シャフリングキャプシド(すなわち、変異AAVキャプシドポリペプチド)がヒト膵臓組織および/またはヒト膵島を機能的に形質導入し得る確率を最大限にするために、本発明は、インタクトな一次ヒト膵島および分離ヒト膵島細胞において2つの同時スクリーニングを行うことを企図する。
両方のスクリーニングの完了時に、完全なSanger配列決定、および親血清型(すなわち、親非変異キャプシドポリペプチド配列)との系統比較のために、変異体が各スクリーニングから選択される。いくつかの実施形態では、親非変異キャプシドポリペプチド配列は、初期のライブラリーに入ったものである。各スクリーニングから最も高度に選択された変異体(例えば、形質導入および/またはトロピズムの最も高い増加を示す変異体)は、いくつかの場合ではその後の検証実験で使用するために、単離され、発現構築物と共にベクター化される。いくつかの実施形態では、各スクリーニングから選択される進化したキャプシド(すなわち、変異AAVキャプシドポリペプチド)に対する各親AAV血清型(すなわち、非変異親キャプシドポリペプチド)の遺伝的寄与度を評価するために、新規なキャプシド(すなわち、変異AAVキャプシドポリペプチド)中の各位置に対する親(すなわち、非変異親キャプシドポリペプチド)の寄与確率についての濃縮スコアを計算するために、交差マッピング(例えば、図4および図21を参照)および生物情報学的予測分析(例えば、図10および図11を参照)を行うことができる。両方の方法論により、進化したキャプシド変異体の高度にシャフリングされた性質が実証され、選択されたキャプシド内に存在する特有のドメインおよび共有ドメインの両方が明らかにされた。いくつかの実施形態では、進化した変異体に最も寄与する親キャプシド(すなわち、非変異親キャプシドポリペプチド)には、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)が含まれる。
インビトロでの特徴付けは、様々な膵臓由来細胞株における対照血清型(すなわち、非変異親キャプシドポリペプチド)を上回る変異AAVキャプシドポリペプチドによる形質導入の有意な増加を実証するために使用される。
そのような分析のために、AAVベクター化変異体(変異AAVキャプシドポリペプチドからなるAAVベクター)の大規模な超高純度産生を行うことができ、最終的な臨床使用のために十分に高い力価(例えば、変異体AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、AAV−10A4(配列番号3)、AAV−10A5(配列番号4)、AAV−18A1(配列番号5)、AAV−10B1(配列番号6)、AAV−10B3(配列番号7)、AAV−10B5(配列番号8)、AAV−10B6(配列番号9)、AAV−10B7(配列番号10)、AAV−18B2(配列番号12)、およびAAV−18B3(配列番号13)、特に、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)を生成することができるものをさらに検証するために考慮する。
本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドをコードするAAVベクターの活性を調べるために、エクスビボヒト膵臓組織を使用してさらなる検証を行うことができる。エクスビボヒト膵臓外植形質導入は、ヒト膵臓組織における有意に増加した発現を特異的に検証するために使用される。エクスビボ分析および/またはアッセイで使用するための試料には、外科標本からのヒト膵臓単離物が含まれ得るが、これらに限定されない。そのようなヒト膵臓標本は、外科的単離によって、男性および女性患者の両方から得ることができる。エクスビボ分析および/またはアッセイで使用するための試料には、非ヒト膵臓単離物が含まれ得るが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、ヒト膵臓または膵島は、インビトロ分析および/またはアッセイに使用することができる。
キメラヒト化膵臓異種移植片は、ヒト様インビボ系をモデル化するための強力なツールであるが、それらは、マウス細胞が継続的に存在すること、ならびにマウスおよびヒトタンパク質の両方を同時に発現する融合産物のキメラ特性を考慮すると、ヒト患者における予測される形質導入を正確に規定する能力について限定される。いくつかの実施形態では、死亡した臓器ドナーから回収された膵島を、患者への移植前に特定の転写因子を発現するrAAVで処置することができる。膵島移植は、1型糖尿病の処置として長年行われており、当業者に周知の手術である。いくつかの実施形態では、死亡した臓器ドナーから回収された膵島を、本明細書に記載される本発明のrAAVベクターで処置することができる。
いくつかの実施形態では、変異親キャプシドポリペプチドをコードするAAVベクターの増加した形質導入が、分裂および非分裂ヒト膵臓細胞種の両方において示される。いくつかの実施形態では、変異親キャプシドポリペプチドをコードするAAVベクターの増加した形質導入が、分裂膵臓細胞において示される。いくつかの実施形態では、変異親キャプシドポリペプチドをコードするAAVベクターの増加した形質導入が、長期の導入遺伝子発現を有する非分裂膵臓細胞において示される。
AAVベクター要素
核酸挿入物(異種ヌクレオチド配列とも称される)は、インビボでヌクレオチド配列におけるその転写または発現を指示する制御要素に動作可能に連結することができる。そのような制御要素は、選択された遺伝子(例えば、内因性細胞制御要素と通常関連する制御配列を含むことができる。あるいは、異種制御配列を用いることができる。有用な異種対照配列は、一般的に、哺乳動物またはウイルス遺伝子をコードする配列に由来するものを含む。例には、SV40初期プロモーター、マウス乳癌ウイルス長い末端反復(LTR)プロモーター、アデノウイルス主要後期プロモーター(Ad MLP)、単純ヘルペスウイルス(HSV)プロモーター、目的遺伝子に対して異種である内因性細胞プロモーター、CMV即時型初期プロモーター領域(CMVIE)などのサイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、ラウス肉腫ウイルス(RSV)プロモーター、合成プロモーター、ハイブリッドプロモーターなどが含まれるが、これらに限定されない。さらに、マウスメタロチオネイン遺伝子などの非ウイルス遺伝子由来の配列も使用することができる。そのようなプロモーター配列は、例えば、Stratagene(San Diego,Calif.)から市販されている。
いくつかの実施形態では、細胞種特異的または組織特異的プロモーターは、異種遺伝子産物をコードする核酸挿入物(異種ヌクレオチド配列とも称される)に作動可能に連結することができ、特定の細胞種または組織において選択的または優先的に遺伝子産物を産生することを可能にする。いくつかの実施形態では、誘導性プロモーターは、異種核酸に作動可能に連結することができる。
いくつかの実施形態では、核酸は、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドと共にパッケージングされる。いくつかの実施形態では、核酸挿入物またはパッケージングされる核酸は、少なくとも50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、または1500個の核酸長である。いくつかの実施形態では、核酸挿入物またはパッケージングされる核酸は、少なくとも50個の核酸〜少なくとも1500個の核酸である。いくつかの実施形態では、核酸挿入物またはパッケージングされる核酸は、少なくとも100個の核酸〜少なくとも1400個の核酸である。いくつかの実施形態では、核酸挿入物またはパッケージングされる核酸は、少なくとも200個の核酸〜少なくとも1100個の核酸である。いくつかの実施形態では、核酸挿入物またはパッケージングされる核酸は、少なくとも300個の核酸〜少なくとも1000個の核酸である。いくつかの実施形態では、核酸挿入物またはパッケージングされる核酸は、少なくとも100個の核酸〜少なくとも900個の核酸である。いくつかの実施形態では、核酸挿入物またはパッケージングされる核酸は、少なくとも200個の核酸〜少なくとも900個の核酸である。いくつかの実施形態では、核酸挿入物またはパッケージングされる核酸は、少なくとも300個の核酸〜少なくとも900個の核酸である。いくつかの実施形態では、核酸挿入物またはパッケージングされる核酸は、少なくとも100個の核酸〜少なくとも600個の核酸である。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされるAAVベクターは、全長で少なくとも約2000個の核酸であり、全長で最大約5000個の核酸である。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされるAAVベクターは、約2000個の核酸、約2400個の核酸、約2800個の核酸、約3000個の核酸、約3200個の核酸、約3400個の核酸、約3600個の核酸、約3800個の核酸、約4000個の核酸、約4200個の核酸、約4400個の核酸、約4600個の核酸、約4700個の核酸、または約4800個の核酸である。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされるAAVベクターは、約2000個の核酸(2kb)〜約5000個の核酸(5kb)である。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされるAAVベクターは、約2400個の核酸(2.4kb)〜約4800個の核酸(4.8kb)である。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされるAAVベクターは、約3000個の核酸(3kb)〜約5000個の核酸(5kb)である。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされるAAVベクターは、約3000個の核酸(3kb)〜約4000個の核酸(4kb)である。
本明細書に開示されるAAVベクターまたはAAVビリオンはまた、AAVベクターによりトランスフェクトされた細胞中または本発明に従って産生されたAAVビリオンに感染した細胞中で転写、翻訳、および/または発現を可能にするような様式で核酸挿入物(異種ヌクレオチド配列とも称される)に作動可能に連結された従来の制御要素を含むことができる。本明細書中で使用される場合、「作動可能に連結された」配列は、関心の遺伝子と連続する発現制御配列および目的の遺伝子を制御するためにトランスでまたは遠隔で作用する発現制御配列の両方を含む。
発現制御配列には、適切な転写開始、終結、プロモーター、およびエンハンサー配列;スプライシングおよびポリアデニル化(ポリA)シグナルなどの効率的なRNAプロセシングシグナル;細胞質mRNAを安定化させる配列;翻訳効率を高める配列(すなわち、コザックコンセンサス配列);タンパク質の安定性を増大する配列;および必要に応じて、コードされた産物の分泌を増大する配列が含まれる。天然、構成的、誘導性、および/または組織特異的プロモーターを含む非常に多くの発現制御配列は当該技術分野で既知であり、利用され得る。
構成的プロモーターの例には、レトロウイルスラウス肉腫ウイルス(RSV)LTRプロモーター(任意選択でRSVエンハンサーを有する)、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーター(任意選択でCMVエンハンサーを有する)(例えば、Boshart et al.,Cell,41:521−530(1985)を参照のこと)、SV40プロモーター、ジヒドロ葉酸レダクターゼプロモーター、β−アクチンプロモーター、ホスホグリセロールキナーゼ(PGK)プロモーター、およびEF1プロモーター(Invitrogen)が含まれるが、これに限定されない。誘導性プロモーターは、遺伝子発現の調節を可能にし、外来的に供給される化合物、温度などの環境因子、または特定の生理学的状態(例えば、急性期、細胞の特定の分化状態、もしくは複製細胞中のみ)の存在によって調節することができる。誘導性プロモーターおよび誘導系は、Invitrogen、Clontech、およびAriadを含むが限定するものではない、様々な商業的供給者から入手可能である。多くの他の系が記載されており、当業者によって容易に選択することができる。外因的に供給される化合物によって調節される誘導性プロモーターの例には、亜鉛誘導性ヒツジメタロチオニン(MT)プロモーター、デキサメタゾン(Dex)誘導性マウス乳癌ウイルス(MMTV)プロモーター、T7ポリメラーゼプロモーター系(WO98/10088)、エクジソン昆虫プロモーター(No et al.,(1996)Proc.Natl.Acad.Sci.USA,93:3346−3351)、テトラサイクリン抑制系(Gossen et al.,(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.USA,89:5547−5551)、テトラサイクリン誘導系(Gossen et al.,(1995)Science,268:1766−1769,see also Harvey et al.,(1998)Curr.Opin.Chem.Biol.,2:512−518)、RU486誘導系(Wang et al.,(1997)Nat.Biotech.,15:239−243およびWang et al.,(1997)Gene Ther.,4:432−441)、およびラパマイシン誘導系(Magari et al.,(1997)J.Clin.Invest.,100:2865−2872)が含まれる。この文脈において有用である他の種類の誘導性プロモーターは、特定の生理学的状態、例えば、温度、急性期、特定の細胞分化状態、または複製細胞中のみにより調節されるものである。
別の実施形態では、核酸挿入物の天然プロモーター(異種のヌクレオチド配列とも称される)が使用される。核酸挿入物(異種ヌクレオチド配列とも称される)の発現が天然の発現を模倣することが所望される場合、天然プロモーターが好ましいものであり得る。核酸挿入物(異種ヌクレオチド配列とも称される)の発現を時間的もしくは発生的に、もしくは組織特異的に、または特定の転写刺激に応答して調節する必要がある場合に、天然プロモーターを使用してもよい。さらなる実施形態では、エンハンサー要素、ポリアデニル化部位、またはコザックコンセンサス配列などの他の天然発現制御要素はまた、天然の発現を模倣するために使用されてもよい。
核酸挿入物(異種ヌクレオチド配列とも称される)の別の実施形態は、組織特異的プロモーターに作動可能に連結された遺伝子を含む。例えば、膵臓での発現が所望される場合、膵臓で活性なプロモーターが使用されるべきである。これらには、天然に存在するプロモーターよりも高い活性を有する、骨格βアクチン、ミオシン軽鎖2A、ジストロフィン、および筋クレアチンキナーゼをコードする遺伝子由来のプロモーターが含まれる(Li et al.,Nat.Biotech.,17:241−245(1999)を参照のこと)。組織特異的であるプロモーターの例は、特に、肝臓(アルブミン、Miyatake et al.,(1997)J.Virol.,71:5124−32;B型肝炎ウイルスコアプロモーター、Sandig et al,(1996)Gene Ther.,3:1002−9;α−フェトプロテイン(AFP)、Arbuthnot et al.,(1996)Hum.Gene Ther.,7:1503−14)、骨オステオカルシン(Stein et al.,(1997)Mol.Biol.Rep.,24:185−96);骨シアロタンパク質(Chen et al.,(1996)J.Bone Miner.Res.,11:654−64)、リンパ球(CD2,Hansal et al.,(1998)J.Immunol.,161:1063−8;免疫グロブリン重鎖;T細胞レセプター鎖)、ニューロン、例えば、ニューロン特異的エノラーゼ(NSE)プロモーター(Andersen et al.,(1993)Cell.Mol.Neurobiol.,13:503−15)、ニューロフィラメント軽鎖遺伝子(Piccioli et al.,(1991)Proc.Natl.Acad.Sci.USA,88:5611−5)、およびニューロン特異的 vgf 遺伝子(Piccioli et al.,(1995)Neuron,15:373−84)について既知である。
様々な実施形態では、1つ以上の治療的に有用な核酸挿入物(異種ヌクレオチド配列とも称される)を有するAAVベクターまたはAAVビリオンは、特に、選択マーカーまたはレポーター遺伝子、例えば、ゲネチシン、ハイグロマイシン、またはプリマイシン耐性をコードする配列を含む。選択可能なレポーターまたはマーカー遺伝子は、例えばアンピシリン耐性を調べることを含む、細菌細胞中のプラスミド/ベクターの存在をシグナル伝達するために使用することができる。プラスミドの他の成分は、複製起点を含むことができる。これらおよび他のプロモーターならびにベクター要素の選択は、慣用的であり、多くのそのような配列が利用可能である(例えば、Sambrook et al.およびその中で引用されている参考文献を参照のこと)。
宿主細胞およびパッケージング
宿主細胞は、感染性AAVベクターを生成するため、および開示されたAAVベクターに基づいてAAVビリオンを生成するために必要である。したがって、本発明は、本発明のAAVベクターに基づいてAAVビリオンを生成およびパッケージングするための宿主細胞を提供する。様々な宿主細胞が、当該技術分野で既知であり、本発明の方法に用途を見出される。本明細書に記載されるまたは当該技術分野において既知の任意の宿主細胞を、本明細書に記載の組成物および方法で用いることができる。
本明細書の開示は、さらに、宿主細胞、例えば、対象核酸を含む単離された(遺伝子修飾された)宿主細胞を提供する。対象宿主細胞は、単離された細胞、例えば、インビトロ培養物中の細胞であり得る。対象宿主細胞は、以下に記載される対象AAVベクターまたはAAVビリオンを産生するのに有用である。対象宿主細胞が対象AAVビリオンを産生するために使用される場合、これを「パッケージング細胞」と称する。いくつかの実施形態では、対象宿主細胞は、対象AAVベクターで安定的に遺伝子修飾される。他の実施形態では、対象宿主細胞は、対象AAVベクターで一過性で遺伝子修飾される。
いくつかの実施形態では、対象核酸は、エレクトロポレーション、リン酸カルシウム沈殿、リポソーム媒介トランスフェクション、バキュロウイルス感染などを含むがこれらに限定されない確立された技術を使用して、宿主細胞に安定的にまたは一過性で導入される。安定的な形質転換のために、対象核酸は、一般的に、選択マーカー、例えば、ネオマイシン耐性などのいくつかの周知の選択マーカーのいずれかをさらに含む。
一般的に、本発明によるAAVベクターをトランスフェクションによって送達する場合、AAVベクターは、約5μg〜約100μgのDNA、約10〜約50μgのDNAから約1×10個の細胞〜約1×1013個の細胞、または約1×10個の細胞の量で送達される。しかしながら、選択されたベクター、送達方法、および選択された宿主細胞などの因子を考慮して、宿主細胞に対するベクターDNAの相対量を調整することができ、そのような調整は当業者の技能レベル内である。
いくつかの実施形態では、感染性ビリオンの生成に使用するための宿主細胞は、原核(例えば、細菌)細胞を含む任意の生物、ならびに昆虫細胞、酵母細胞、および哺乳動物細胞を含む真核細胞から選択することができる。対象宿主細胞は、様々な細胞、例えば、哺乳動物細胞(例えば、マウス細胞および霊長類細胞(例えば、ヒト細胞)を含む)のいずれかに対象核酸(すなわち、AAVベクター)を導入することによって生成される。特に望ましい宿主細胞は、任意の哺乳動物種の中から選択される。いくつかの実施形態では、細胞には、A549、WEHI、10T1/2、BHK、MDCK、COS1、COS7、BSC1、BSC40、BMT10、WI38、HeLa、CHO、293、Vero、NIH3T3、PC12、Huh−7 Saos、C2C12、RAT1、Sf9、L細胞、HT1080、ヒト胚腎臓(HEK)、ヒト胚幹細胞、ヒト成体組織幹細胞、多能性幹細胞、人工多能性幹細胞、リプログラム幹細胞、オルガノイド幹細胞、骨髄幹細胞、HLHepG2、HepG2、ならびにヒト、サル、マウス、ラット、ウサギ、およびハムスターを含む哺乳動物由来の一次線維芽細胞、肝細胞、および筋芽細胞などが含まれるが、これらに限定されない。細胞を提供する哺乳動物種の選択は、本発明を限定するものではなく、哺乳動物細胞の種類、すなわち、線維芽細胞、肝細胞、腫瘍細胞などを限定するものでもない。使用する細胞に対して必要なことは、AAVベクターによる感染またはトランスフェクションが可能であることである。いくつかの実施形態では、宿主細胞は、いくつかの実施形態では本明細書に記載の変異AAVキャプシドポリペプチドを含む、細胞中で安定してトランスフェクトされたRepおよびCapを有する細胞である。いくつかの実施形態では、宿主細胞は、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドまたは本明細書に記載のAAVベクターの一部、例えば、AAVベクター内に含まれる異種核酸配列を発現する。
いくつかの実施形態では、本発明による宿主細胞の調製物は、選択されたDNA配列組み立てなどの技術を伴う。この組み立ては、従来の技術を利用して達成されてもよい。そのような技術には、周知であり、かつ上記で引用したSambrook et al.に記載された、cDNAおよびゲノムクローニング、ポリメラーゼ連鎖反応、合成方法、および所望のヌクレオチド配列を提供する任意の他の好適な方法と組み合わせたアデノウイルスおよびAAVゲノムの重複したオリゴヌクレオチド配列の使用が含まれる。
いくつかの実施形態では、AAVベクターの宿主細胞への導入は、当業者に既知であり、かつ本明細書全体を通して考察されているような技術を使用して達成されてもよい。好ましい実施形態では、標準的なトランスフェクション技術、例えば、CaPOトランスフェクションもしくはエレクトロポレーション、および/またはハイブリッドアデノウイルス/AAVベクターによる、ヒト胚性腎臓細胞株HEK293(トランス作用E1タンパク質を提供する機能的アデノウイルスE1遺伝子を含むヒト腎臓細胞株)などの細胞株への感染が使用される。
いくつかの実施形態では、遺伝子修飾された宿主細胞は、上記のような変異AAVキャプシドタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む核酸に加えて、1つ以上のAAV Repタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む核酸を含む。他の実施形態では、対象宿主細胞は、AAVベクターをさらに含む。そのような宿主細胞を使用してAAVビリオンを生成することができる。AAVビリオンを生成する方法は、例えば、米国特許出願公開第2005/0053922号および米国特許出願公開第2009/0202490号に記載されている。
AAVベクターに加えて、例示的な実施形態では、宿主細胞は、宿主細胞でのAAVキャプシドポリペプチド(変異AAVキャプシドポリペプチドおよび非変異親キャプシドポリペプチドを含む)の発現を駆動する配列、および核酸挿入物(異種ヌクレオチド配列とも称される)に見出されるAAV反転末端反復(ITR)の血清型または交差相補(cross−complementing)血清型と同じ血清型のRep配列を含む。AAV CapおよびRep配列は、AAV供給源から独立して取得されてもよく、当業者に既知の任意の様式で、または本明細書に記載されるようにして宿主細胞に導入されてもよい。さらに、例えば、AAV8キャプシド中でAAVベクターをシュードタイピングする(pseudotyping)場合、必須Repタンパク質の各々をコードする配列は、AAV8によって供給されてもよく、またはRepタンパク質をコードする配列は、異なるAAV血清型(例えば、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、および/もしくはAAV9)によって供給されてもよい。
いくつかの実施形態では、宿主細胞は、上記のものなどの好適なプロモーター(例えば、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドを含む)の制御下でキャプシドタンパク質を安定的に含む。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、誘導性プロモーターの制御下で発現される。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、トランスで宿主細胞に供給される。宿主細胞にトランスで送達される場合、キャプシドタンパク質は、宿主細胞での選択されたキャプシドタンパク質の発現を指示するのに必要な配列を含むプラスミドにより送達されてもよい。いくつかの実施形態では、トランスで宿主細胞に送達される場合、キャプシドタンパク質をコードするベクター(例えば、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドを含む)はまた、AAV、例えばRep配列をパッケージングするために必要な他の配列を有する。
いくつかの実施形態では、宿主細胞は、上記のものなどの好適なプロモーターの制御下でRep配列を安定的に含む。いくつかの実施形態では、必須Repタンパク質は、誘導性プロモーターの制御下で発現される。別の実施形態では、Repタンパク質は、トランスで宿主細胞に供給される。トランスで宿主細胞に送達される場合、Repタンパク質は、宿主細胞での選択されたRepタンパク質の発現を指示するために必要な配列を含むプラスミドにより送達されてもよい。いくつかの実施形態では、トランスで宿主細胞に送達される場合、キャプシドタンパク質(例えば、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドを含む)をコードするベクターはまた、AAVベクター、例えば、Rep配列をパッケージングするために必要な他の配列を有する。
いくつかの実施形態では、Rep配列およびCap配列は、単一核酸分子上で宿主細胞にトランスフェクションされてもよく、非組み込みエピソームとして細胞内に安定して存在してもよい。別の実施形態では、RepおよびCap配列は、細胞の染色体に安定的に組み込まれる。別の実施形態は、宿主細胞で一過性で発現されるRepおよびCap配列を有する。例えば、そのようなトランスフェクションのための有用な核酸分子は、5’から3’に、プロモーター、プロモーターとRep遺伝子配列の開始部位との間に挿入された任意選択によるスペーサー、AAV Rep遺伝子配列、およびAAV Cap遺伝子配列を含む。
Repおよびキャプシドを提供する分子は、宿主細胞内に一過性で(すなわち、トランスフェクションを介して)存在することができるが、いくつかの実施形態では、Repおよびキャプシドタンパク質のうちの1つまたは両方、ならびにそれらの発現を制御するプロモーターは、例えば、エピソームとして、または宿主細胞の染色体への組み込みによって、宿主細胞中で安定的に発現される。本発明の実施形態を構築するために使用される方法は、上記参照文献に記載されるものなどの従来の遺伝子工学または組換え工学技術である。
いくつかの実施形態では、パッケージング宿主細胞は、本発明のAAVベクターをAVビリオンにパッケージングするために、ヘルパー機能を必要とし得る。いくつかの実施形態では、これらの機能は、ヘルペスウイルスによって供給されてもよい。いくつかの実施形態では、必要なヘルパー機能は、各々ヒトまたは非ヒト霊長類アデノウイルス供給源から提供され、American Type Culture Collection(ATCC)、バージニア州マナサス(米国)を含む様々な供給源から入手可能である。いくつかの実施形態では、宿主細胞は、E1a遺伝子産物、E1b遺伝子産物、E2a遺伝子産物、および/またはE4 ORF6遺伝子産物を提供し、および/またはそれらを含む。いくつかの実施形態では、宿主細胞は、VAI RNAなどの他のアデノウイルス遺伝子を含んでもよい。いくつかの実施形態では、宿主細胞には、他のアデノウイルス遺伝子または遺伝子機能は存在しない。
異種核酸、核酸遺伝子産物、およびポリペプチド遺伝子産物
様々な実施形態では、本発明は、核酸およびポリペプチドを含む様々な治療用分子をパッケージングすることができるキャプシドを形成することができる、変異AAVキャプシドポリペプチドを提供する。いくつかの実施形態では、治療用分子はワクチンである。様々な実施形態では、本発明は、例えば、導入遺伝子挿入物または他の核酸挿入物を含む、核酸挿入物を含むことができるAAVベクターを提供する。これにより、ベクターがポリペプチドを発現することが可能になる。そのような核酸は、異種核酸、核酸遺伝子産物、およびポリペプチド遺伝子産物を含むことができる。核酸挿入物の特徴は、以下に記載される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のAAVベクターは、核酸挿入物を含む。いくつかの実施形態では、核酸挿入物には、非コードRNA、タンパク質コード配列、発現カセット、多重発現カセット、相同性組換えのための配列、ゲノム遺伝子標的化カセット、および治療用発現カセットからなる群から選択される核酸配列を含むが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、発現カセットは、CRISPR/CAS発現系である。
いくつかの実施形態では、核酸挿入物は、異種遺伝子産物、例えば、核酸遺伝子産物またはポリペプチド遺伝子産物をコードするヌクレオチド配列を含む異種核酸を含む。いくつかの実施形態では、遺伝子産物は、干渉RNA(例えば、shRNA、siRNA、miRNA)である。いくつかの実施形態では、遺伝子産物は、アプタマーである。遺伝子産物は、自己相補的核酸であり得る。いくつかの実施形態では、遺伝子産物は、ポリペプチドである。
好適な異種遺伝子産物には、干渉RNA、アンチセンスRNA、リボザイム、およびアプタマーが含まれる。遺伝子産物が干渉RNA(RNAi)である場合、好適なRNAiには、細胞中の標的ポリペプチドのレベルを低下させるRNAiが含まれる。
いくつかの実施形態では、例示的なポリペプチド、核酸、または他の治療用分子には、膵臓組織関連疾患の処置に有用なものが含まれる。例示的な膵臓組織関連疾患には、真性糖尿病(例えば、I型およびII型)、急性膵炎、慢性膵炎、遺伝性膵炎、自己免疫性膵炎、膵臓癌(例えば、膵臓腺癌、膵腺房細胞癌、嚢胞腺癌、膵芽腫、膵粘液性嚢胞腫瘍など)、膵臓良性腫瘍(例えば、膵漿液嚢胞腺腫、充実性偽乳頭状膵臓腫瘍など)、膵内分泌腫瘍、嚢胞性線維症、膵外分泌不全(EPI)、膵偽嚢胞、膵嚢胞、シュワッハマン・ダイアモンド症候群、ヨハンソン・ブリザード症候群、一般的なチャンネル症候群(Common Channel syndrome)、ゾリンジャー・エリソン症候群、総胆管嚢胞、膵管出血、または先天性膵臓異常(例えば、膵管癒合不全、輪状膵、異所性膵組織)が含まれるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、例示的なポリペプチドには、神経保護ポリペプチドおよび抗血管新生ポリペプチドが含まれる。好適なポリペプチドには、グリア由来神経栄養因子(GDNF)、線維芽細胞成長因子2(FGF−2)、ナーチュリン(nurturin)、毛様体神経栄養因子(CNTF)、神経成長因子(NGF;例えば、神経成長因子−β)、脳由来神経栄養因子(BDNF)、ニューロトロフィン−3(NT−3)、ニューロトロフィン−4(NT−4)、ニューロトロフィン−6(NT−6)、表皮成長因子(EGF)、色素上皮由来因子(PEDF)、Wntポリペプチド、可溶性Flt−1、アンジオスタチン、エンドスタチン、VEGF、抗VEGF抗体、可溶性VEGFR、第VIII因子(FVIII)、第IX因子(FIX)、およびヘッジホッグファミリーのメンバー(ソニックヘッジホッグ、インディアンヘッジホッグ、およびデザートヘッジホッグなど)が含まれるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、異種核酸配列によってコードされる有用な治療用産物には、インスリン、グルカゴン、成長ホルモン(GH)、副甲状腺ホルモン(PTH)、成長ホルモン放出因子(GRF)、卵胞刺激ホルモン(FSH)、黄体形成ホルモン(LH)、ヒト絨毛性ゴナドトロピン(hCG)、血管内皮成長因子(VEGF)、アンジオポエチン、アンギオスタチン、顆粒球コロニー刺激因子(GCSF)、エリスロポエチン(EPO)、結合組織成長因子(CTGF)、塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)、酸性線維芽細胞成長因子(aFGF)、表皮成長因子(EGF)、血小板由来成長因子(PDGF)、インスリン成長因子IおよびII(IGF−IおよびIGF−II)、TGFαを含む形質転換成長因子αスーパーファミリーのいずれか1つ、アクチビン、インヒビン、または骨形態形成タンパク質(BMP)BMP1−15のいずれか、ヘレグリン/ニューレグリン/ARIA/neu分化因子(NDF)成長因子ファミリーのいずれか1つ、神経成長因子(NGF)、脳由来神経栄養因子(BDNF)、神経栄養素NT−3およびNT−4/5、毛様神経栄養因子(CNTF)、グリア細胞株由来神経栄養因子(GDNF)、ニューチュリン(neurturin)、アグリン、セマフォリン/コラプシン(collapsin)、ネトリン−1およびネトリン−2、肝細胞成長因子(HGF)、エフリン、ノギン、ソニックヘッジホッグ、ならびにチロシンヒドロキシラーゼを含むが、これらに限定されない、ホルモンならびに成長因子および分化因子が挙げられる。
いくつかの実施形態では、有用な異種核酸配列産物は、サイトカインおよびリンホカイン、例えば、トロンボポエチン(TPO)、インターロイキン(IL)IL−1〜IL−25(IL−2、IL−4、IL−12、およびIL−18を含む)、単球走化性タンパク質、白血病阻害因子、顆粒球−マクロファージコロニー刺激因子、Fasリガンド、腫瘍壊死因子αおよびβ、インターフェロン(α、β、およびγ)、幹細胞因子、flk−2/flt3リガンドを含むが、これらに限定されない、免疫系を調節するタンパク質が含まれる。免疫系によって産生される遺伝子産物も本発明において有用である。これらには、免疫グロブリンIgG、IgM、IgA、IgD、およびIgE、キメラ免疫グロブリン、ヒト化抗体、一本鎖抗体、T細胞受容体、キメラT細胞受容体、一本鎖T細胞受容体、クラスIおよびクラスII MHC分子、ならびに操作された免疫グロブリンおよびMHC分子が含まれるが、これらに限定されない。有用な遺伝子産物には、補体調節タンパク質、例えば、補体調節タンパク質、膜補因子タンパク質(MCP)、分解促進因子(decay accelerating factor)(DAF)、CR1、CF2、およびCD59も含まれる。
いくつかの実施形態では、有用な異種核酸配列産物には、ホルモン、成長因子、サイトカイン、リンホカイン、調節タンパク質、および免疫系タンパク質のうちのいずれか1つの受容体が含まれる。有用な異種核酸配列には、低密度リポタンパク質(LDL)受容体、高密度リポタンパク質(HDL)受容体、超低密度リポタンパク質(VLDL)受容体、およびスカベンジャー受容体を含む、コレステロール調節および/または脂質調節のための受容体も含まれる。本発明は、グルココルチコイド受容体およびエストロゲン受容体を含むステロイドホルモン受容体スーパーファミリーのメンバー、ビタミンD受容体、ならびに他の核受容体などの遺伝子産物の使用も包含する。さらに、有用な遺伝子産物には、jun、fos、max、mad、血清応答因子(SRF)、AP−1、AP−2、myb、MyoD、およびミオゲニンなどの転写因子、ETSボックス含有タンパク質、TFE3、E2F、ATF1、ATF2、ATF3、ATF4、ZF5、NFAT、CREB、HNF−4、C/EBP、SP1、CCAATボックス結合タンパク質、インターフェロン調節因子(IRF−1)、ウィルムス腫瘍タンパク質、ETS結合タンパク質、STAT、GATAボックス結合タンパク質、例えば、GATA−3、および翼状らせん(winged helix)タンパク質のフォークヘッドファミリーが含まれる。
いくつかの実施形態では、有用な異種核酸配列産物には、カルバモイルシンセターゼI、オルニチントランスカルバミラーゼ、アルギノスクシネートシンセターゼ、アルギノスクシネートリアーゼ、アルギナーゼ、フマリルアセトアセテートヒドラーゼ、フェニルアラニンヒドロキシラーゼ、α−1アンチトリプシン、グルコース−6−ホスファターゼ、ポルホビリノゲンデアミナーゼ、シスタチオンβ−シンターゼ、分岐鎖ケト酸デカルボキシラーゼ、アルブミン、イソバレリル−coAデヒドロゲナーゼ、プロピニルCoAカルボキシラーゼ、メチルマロニルCoAムターゼ、グルタリルCoAデヒドロゲナーゼ、インスリン、β−グルコシダーゼ、ピルベートカルボキシレート、肝ホスホリラーゼ、ホスホリラーゼキナーゼ、グリシンデカルボキシラーゼ、H−プロテイン、T−プロテイン、嚢胞性線維症膜貫通調節因子(CFTR)配列、およびジストロフィンcDNA配列が含まれる。さらに他の有用な遺伝子産物には、酵素の欠乏活性に起因する様々な状態に有用である酵素置換療法に有用な酵素が含まれる。例えば、マンノース−6−ホスフェートを含む酵素が、リソソーム蓄積疾患の治療に利用されてもよい(例えば、好適な遺伝子には、β−グルクルオニダーゼ(GUSB)をコードする遺伝子が含まれる)。
いくつかの実施形態では、有用な異種核酸配列産物には、血友病B(第IX因子を含む)および血友病A(第VIII因子およびその変異体、例えば、ヘテロ二量体の軽鎖および重鎖ならびにB欠失ドメインを含む;米国特許第6,200,560号および米国特許第6,221,349号)を含む、血友病の処置に使用されるものが含まれる。第VIII因子遺伝子は2351個のアミノ酸をコードし、タンパク質はA1−A2−B−A3−C1−C2としてアミノ末端からカルボキシ末端へと指定される6つのドメインを有する(Wood et al.,(1984)Nature,312:330;Vehar et al.,(1984)Nature 312:337;およびToole et al.,(1984)Nature,342:337)。ヒト第VIII因子は細胞内で処理されて、A1、A2、およびBドメインを含む重鎖ならびにA3、C1、およびC2ドメインを含む軽鎖を主に含むヘテロ二量体が得られる。一本鎖ポリペプチドおよびヘテロ二量体の両方は、A2ドメインとBドメインとの間のトロンビン切断によって活性化されるまで、血漿中で不活性前駆体として循環し、該活性化によりBドメインが放出され、A1ドメインおよびA2ドメインからなる重鎖をもたらす。Bドメインは、タンパク質の活性化された凝固促進(procoagulant)形態で欠失される。さらに、天然タンパク質において、Bドメインに隣接する2つのポリペプチド鎖(「a」および「b」)は、二価カルシウムカチオンに結合される。
いくつかの実施形態では、有用な遺伝子産物には、挿入、欠失、またはアミノ酸置換を含む天然に存在しないアミノ酸配列を有するキメラまたはハイブリッドポリペプチドなどの、天然に存在しないポリペプチドが含まれる。例えば、一本鎖の操作された免疫グロブリンは、特定の免疫不全患者に有用であり得る。他の種類の天然に存在しない遺伝子配列には、標的の過剰発現を低減するために使用されるアンチセンス分子およびリボザイムなどの触媒核酸が含まれる。
いくつかの実施形態では、本発明は、幹細胞障害、例えば、骨髄幹細胞または成体組織幹細胞(すなわち、体細胞幹細胞)のいずれかにおける障害の処置方法を提供する。いくつかの実施形態では、成体幹細胞は、オルガノイド幹細胞(すなわち、体内の関心の任意の臓器または臓器系に由来する幹細胞)を含むことができる。身体の器官には、例えば、皮膚、髪の毛、爪、感覚受容器官、汗腺、油腺、骨、筋肉、脳、脊髄、神経、下垂体、松果腺、視床下部、甲状腺、副甲状腺、胸腺、副腎、膵臓(膵島組織)、心臓、血管、リンパ節、リンパ管、胸腺、脾臓、扁桃腺、鼻、咽頭、喉頭、気管、気管支、肺、口、咽頭、食道、胃、小腸、大腸、直腸、肛門管、歯、唾液腺、舌、肝臓、胆嚢、膵臓、盲腸、腎臓、尿管、膀胱、尿道、精巣、精管(輸精管)、尿道、前立腺、陰茎、陰嚢、卵巣、子宮、卵管(ファロピアン管)、膣、外陰部、および乳腺(乳房)が含まれるが、これらに限定されない。身体の臓器系には、外皮系、骨格系、筋肉系、神経系、内分泌系、心臓血管系、リンパ系、呼吸器系、消化器系、泌尿器系、および生殖器系が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、処置のための障害は、任意の1つ以上のオルガノイド幹細胞(すなわち、体内の任意の関心の臓器または臓器系に由来する幹細胞)における障害である。いくつかの実施形態では、処置はインビボである(例えば、変異AAVキャプシドポリペプチドが投与は、直接に対象に対してである)。いくつかの実施形態では、処置はエクスビボである(例えば、変異AAVキャプシドポリペプチドの投与は、対象から単離された幹細胞に対してであり、次いで処置された幹細胞は対象に戻される)。
異種核酸配列の発現の低減および/または調節は、癌および乾癬などの過増殖細胞によって特徴付けられる過増殖状態の処置に特に望ましい。標的ポリペプチドには、正常細胞と比較して、過剰増殖細胞において排他的にまたはより高いレベルで産生されるポリペプチドが含まれる。標的抗原には、癌遺伝子、例えば、myb、myc、fyn、ならびにトランスロケーション遺伝子bcr/abl、ras、src、P53、neu、trk、およびEGRFによってコードされるポリペプチドが含まれる。標的抗原としての癌遺伝子産物に加えて、抗癌処置および保護レジメンのための標的ポリペプチドは、B細胞リンパ腫によって作られる抗体の可変領域およびT細胞リンパ腫のT細胞受容体の可変領域を含み、いくつかの実施形態では、自己免疫疾患の標的抗原として使用される。他の腫瘍関連ポリペプチドは、モノクローナル抗体17−1Aによって認識されるポリペプチドおよび葉酸結合ポリペプチドを含む腫瘍細胞においてより高いレベルで見出されるポリペプチドなどの標的ポリペプチドとして使用することができる。
いくつかの実施形態では、好適な治療用ポリペプチドおよびタンパク質は、細胞受容体および「自己」指向性抗体を産生する細胞を含む、自己免疫に関連する標的に対する広範囲にわたる保護免疫応答を付与することによって自己免疫疾患および障害に罹患した個体を処置するのに有用なものを含む。T細胞媒介性自己免疫疾患には、関節リウマチ(RA)、多発性硬化症(MS)、シェーグレン症候群、サルコイドーシス、インスリン依存性真性糖尿病(IDDM)、自己免疫性甲状腺炎、反応性関節炎、強直性脊椎炎、強皮症、多発性筋炎、皮膚筋炎、乾癬、血管炎、ウェゲナー肉芽腫症、クローン病、および潰瘍性大腸炎が含まれる。これらの疾患の各々は、内因性抗原に結合し、自己免疫疾患に関連する炎症性カスケードを開始するT細胞受容体(TCR)によって特徴付けられる。
いくつかの実施形態では、異種核酸配列は、細菌、ウイルス、真菌、寄生微生物、もしくはヒトおよび非ヒト脊椎動物に感染する多細胞寄生虫を含む、他の病原体に対してヒトもしくは非ヒト動物を免疫化するのに有用な(すなわち、例えばワクチンとして有用な)免疫原、または癌細胞もしくは腫瘍細胞由来の免疫原をコードする。細菌病原体の例には、pneumococci、staphylococci(およびそれによって産生される毒素、例えば、エンテロトキシンB)、およびstreptococciを含む、病原性グラム陽性球菌(cocci)が含まれる。病原性グラム陰性球菌には、髄膜球菌(meningococcus)、淋菌(gonococcus)が含まれる。病原性腸グラム陰性桿菌(bacilli)には、enterobacteriaceae;pseudomonas、acinetobacteria、およびeikenella;類鼻疽;salmonella;shigella;haemophilus;moraxella;H.ducreyi(軟性下疳を引き起こす);brucella種(ブルセラ症);Francisella tularensis(野兎病を引き起こす);Yersinia pestis(ペスト)および他のYersinia(pasteurella);Streptobacillus moniliformisおよびspirillumが含まれ、グラム陽性桿菌には、Listeria monocytogenes;Erysipelothrix rhusiopathiae;Corynebacterium diphtheria(ジフテリア症を引き起こす);cholera;Bacillus.anthracia(炭疽を引き起こす);donovanosis(Klebsiella granulomatisによって引き起こされる鼠径部肉芽腫);ならびにバルトネラ症が含まれる。 病原性嫌気性細菌によって引き起こされる疾患には、破傷風、ボツリヌス中毒(Clostridum botulinumおよびその毒素)、Clostridium perfringensおよびそのイプシロン毒素、他のclostridia、結核、ハンセン病、ならびに他のmycobacteriaが含まれる。病原性スピロヘータ疾患には、梅毒、トレポネーマ症、イチゴ腫(yaws)、ピンタ(pinta)、および風土病性梅毒、ならびにレプトスピラ症が含まれる。高病原体細菌および病原性真菌によって引き起こされる他の感染症には、鼻疽病(Burkholderia mallei)、放線菌症、ノカルジア症、クリプトコッカス症、ブラストミセス症、ヒストプラズマ症、およびコクシジオイデス症、カンジダ症、アスペルギルス症、およびムコール症、スポロトリクム症、パラコクシジオイド症、ペトリエリジオシス症、トルロプシス症、マイセトーマ、およびクロモミコーシス、ならびに皮膚糸状菌症が含まれる。リケッチア感染症には、チフス熱、ロッキー山紅斑熱、Q熱(Coxiella burnetii)、およびリケッチア痘が含まれる。マイコプラズマおよびクラミジア感染症の例には、肺炎マイコプラズマ、性病性リンパ肉芽腫(Chlamydia trachomatisによって引きこされる)、オウム病、および周産期クラミジア感染症が含まれる。病原性原虫および蠕虫ならびにそれらによって生じる感染症を包含する病原性真核生物には、アメーバ症(Entamoeba histolyticaによって引き起こされる)、マラリア症(Plasmodiumによって引き起こされる)、リーシュマニア症(Leishmaniaによって引き起こされる)、トリパノソーマ症(Trypanosomaによって引き起こされる)、トキソプラズマ症(Toxoplasma gondiiによって引き起こされる)、Pneumocystis carinii、バベシア症(Babesiaによって引き起こされる)、ジアルジア症(Giardia lambliaによって引き起こされる)、旋毛虫症(Trichinella属の円虫によって引き起こされる)、フィラリア症(Filarioideaの回虫によって引き起こされる)、住血吸虫症(寄生虫Schistosomaの5種のうちの1つに感染した淡水産巻貝によって運ばれる)、線虫(nematode)感染症(Nematoda)、吸虫(trematode)または吸虫(fluke)感染症(Platyhelminthes)、および条虫(cestode)感染症が含まれる。ウイルスの例には、ヒト免疫不全ウイルス(HIV;例えば、HIV−1およびHIV−2)、インフルエンザ(例えば、インフルエンザA、インフルエンザB、およびインフルエンザC)、パラインフルエンザ肝炎ウイルス(例えば、A型肝炎、B型肝炎、C型肝炎、D型肝炎、およびE型肝炎)、ヘルペスウイルス(HSV;HHV;例えば、単純ヘルペスウイルス1型および2型、別名、HSV−1、HSV−2を含むが、これらに限定されない、単純ヘルペスウイルス1型、2型、3型、4型、5型、6A型、6B型、7型、および8型)、水痘帯状疱疹(varicella−zoster)ウイルス(HHV−3)、エプスタインバールウイルス(HHV−4)、ロゼオロウイルス(HHV−6AおよびHHV−6B);ラウス肉腫ウイルス、サイトメガロウイルス(HHV−5)、カポジ肉腫関連ヘルペスウイルス;KSHV;HV−8)、パポウイルス(例えば、ヒトパピローマウイルス;HPV;HPV−1、HPV−2、HPV−16、およびHPV−18)、パルボウイルス(例えばパルボウイルスB19)、オルソミクソウイルス、パラミクソウイルス(例えば、モルビリウイルス、レスピロウイルス、ルブラウイルウイルス、フェルラウイルス、ニューモウイルス、およびメタニューモウイルス)、ピコルナウイルス(例えば、口蹄疫ウイルス、アクアマウイルスA、脳心筋炎ウイルス(encephalomyocarditis virus)、タイロウイルス、コサウイルスA、カリシウイルスA、エンテロウイルスA、エンテロウイルスB、エンテロウイルスC、エンテロウイルスD、エンテロウイルスE、エンテロウイルスF、エンテロウイルスG、エンテロウイルスH、エンテロウイルスJ、ライノウイルスA、ライノウイルスB、ライノウイルスC、アイチウイルスA、アイチウイルスB、アイチウイルスC、メレグリウイルスA(melegrivirus A)、ヒトパレコウイルス、ユンガンウィルス(ljungan virus)、およびサリウイルスA(salivirus A))、トガウイルス(例えば、フラビウイルス、アルファウイルス、およびルビウイルス)、牛痘ウイルス、ウマポックスウイルス、クリミア・コンゴ出血熱ウイルス、デングウイルス、東ウマ脳炎ウイルス、エボラウイルス、ハンタウイルス、ヒトコロナウイルス、ヒトエンテロウイルス68、ヒトエンテロウイルス70、非HIVレトロウイルス、ライノウイルス、呼吸系発疹ウイルス(RSV)、SARSコロナウイルス、ヒトスプーマレトロウイルス(Human spumaretrovirus)、ヒトTリンパウイルス、イスファハンウイルス、日本脳炎ウイルス、ラッサウイルス、リンパ球脈絡髄膜炎ウイルス、MERSコロナウイルス、麻疹ウイルス、メンゴ脳心筋炎ウイルス(Mengo encephalomyocarditis virus)、サルポックウイルス、ムンプスウイルス、ノーウォークウイルス、ピキンデウイルス、ポリオウイルス、狂犬病ウイルス、ロタウイルス(例えば、ロタウイルスA、ロタウイルスB、ロタウイルスC)、風疹ウイルス、セント・ルイス脳炎ウイルス、トスカーナウイルス、ウークニエミウイルス、ベネズエラウマ脳炎ウイルス、西部ウマ脳炎ウイルス、ウエストナイルウイルス、黄熱病ウイルス、およびジカウイルス、ならびに当業者に既知の任意の他のウイルスが含まれるが、これらに限定されない。
AAVビリオンを生成するための方法
様々な実施形態では、本発明は、本発明のAAVビリオンを生成するための方法を提供する。AAVビリオンを生成するための様々な方法は、当該技術分野で既知であり、本明細書に記載のAAVベクターを含むAAVビリオンを生成するために使用することができる。一般的に、本方法は、本発明のAAVベクターを、AAVベクターをAAVビリオンにパッケージングすることができる宿主細胞に挿入または形質導入することを含む。例示的な方法が以下に記載され、参照されるが、当業者に既知の任意の方法を用いて、本発明のAAVビリオンを生成することができる。
異種核酸を含み、AAVビリオンを生成するために使用されるAAVベクターは、当該技術分野で周知である方法を使用して構築することができる。例えば、Koerber et al.(2009)Mol.Ther.,17:2088;Koerber et al.(2008)Mol Ther.,16:1703−1709;ならびに米国特許第7,439,065号、同第6,951,758号、および同第6,491,907号を参照のこと。例えば、異種配列は、AAVゲノムから取り出した主なAAVオープンリーディングフレーム(「ORF」)と共に、AAVゲノムに直接挿入することができる。ITRの十分な部分が複製およびパッケージング機能が依然として可能である限り、AAVゲノムの他の部分も欠失することができる。そのような構築物は、当該技術分野で周知の技術を使用して設計することができる。例えば、米国特許第5,173,414号および同第5,139,941号、国際公開第WO92/01070号(1992年1月23日公開)および同第WO93/03769号(1993年3月4日公開);Lebkowski et al.(1988)Molec.Cell.Biol.8:3988−3996;Vincent et al.(1990)Vaccines 90(Cold Spring Harbor Laboratory Press);Carter,B.J.(1992)Current Opinion in Biotechnology 3:533−539;Muzyczka,N.(1992)Curr.Topics Microbiol.Immunol.158:97−129;Kotin,R.M.(1994)Human Gene Therapy 5:793−801;Shelling and Smith(1994)Gene Therapy 1:165−169;およびZhou et al.(1994)J.Exp.Med.179:1867−1875を参照のこと。
AAVビリオンを産生するために、AAVベクターは、トランスフェクションなどによる既知の技術を使用して好適な宿主細胞に導入される。多くのトランスフェクション技術が当該技術分野において一般的に知られている。例えば、Graham et al.(1973)Virology,52:456,Sambrook et al.(1989)Molecular Cloning,A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratories,New York,Davis et al.(1986)Basic Methods in Molecular Biology,Elsevier,and Chu et al.(1981)Gene 13:197を参照のこと。特に好適なトランスフェクション方法には、リン酸カルシウム共沈殿(Graham et al.(1973)Virol.52:456−467)、培養細胞への直接的マイクロインジェクション(Capecchi,M.R.(1980)Cell 22:479−488)、エレクトロポレーション(Shigekawa et al.(1988)BioTechniques 6:742−751)、リポソーム媒介遺伝子移入(Mannino et al.(1988)BioTechniques 6:682−690)、脂質媒介性形質導入(Felgner et al.(1987)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84:7413−7417)、および高速微小射出物(microprojectile)を使用する核酸送達(Klein et al.(1987)Nature 327:70−73)が含まれる。
AAVビリオンを産生するのに好適な宿主細胞は、異種AAV DNA分子のレシピエントとして使用することができるかまたは使用されてきた任意の種および/または種類の細胞を含み、ヘルパーウイルスからの必要なAAV産生補因子の発現を支持することができる。そのような宿主細胞には、異種DNA分子のレシピエントとして使用することができるかまたは使用されてきた微生物、酵母細胞、昆虫細胞、および哺乳動物細胞が含まれ得るが、これらに限定されない。この用語は、トランスフェクションされた元の細胞の子孫を含む。したがって、本明細書で使用される「宿主細胞」は、一般的に、外因性DNA配列でトランスフェクションされた細胞を指す。安定したヒト細胞株HEK293(例えば、American Type Culture Collection受託番号ATCC CRL1573により容易に入手可能)由来の細胞を使用することができる。ヒト細胞株HEK293は、アデノウイルス5型DNA断片で形質転換されたヒト胚性腎臓細胞株であり(Graham et al.(1977)J.Gen.Virol.36:59)、アデノウイルスElaおよびElb遺伝子を発現する(Aiello et al.(1979)Virology 94:460)。HEK293細胞株は容易にトランスフェクトされ、AAVビリオンを産生するための好都合なプラットフォームを提供する。
昆虫細胞においAAVビリオンを産生する方法は、当該技術分野で既知であり、対象AAVビリオンを産生するために使用することができる。例えば、米国特許出願公開第2009/0203071号、米国特許第7,271,002号、およびChen(2008)Mol.Ther.16:924を参照のこと。
いくつかの実施形態では、AAVビリオンまたはAAVベクターは、本明細書に記載される方法または当該技術分野で既知の方法のいずれかによって、感染性ビリオンまたはウイルス粒子にパッケージングされる。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、同様のパッケージングを可能にする。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドがパッケージングされたAAVベクターは、非変異親キャプシドポリペプチドからパッケージングされたベクターよりも良好に、インビボで細胞に形質導入する。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドがパッケージングされたAAVベクターは、非変異親キャプシドポリペプチドからパッケージングされたベクターよりも、インビトロで細胞中に形質導入する。
いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドからパッケージングされた核酸よりも高い核酸発現をもたらす。
いくつかの実施形態では、上記変異AAVキャプシドポリペプチドがパッケージングされたAAVベクターは、非変異親キャプシドポリペプチドからパッケージングされた導入遺伝子よりも良好な導入遺伝子発現をもたらす。
医薬組成物および投与
本発明は、本明細書に記載される本発明の方法による対象の処置に有用な医薬組成物を提供する。さらに、本発明は、記載される医薬組成物を投与するための投与レジメンを提供する。本発明は、a)本明細書に記載の対象AAVベクターまたはAAVビリオン、および本明細書に記載の変異ポリペプチドを含むキャプシドによってパッケージングされるかまたは該キャプシド内にパッケージングされる治療分子、ならびにb)薬学的に許容される担体、希釈剤、賦形剤、または緩衝剤を含む医薬組成物を提供する。いくつかの実施形態では、薬学的に許容される担体、希釈剤、賦形剤、または緩衝剤は、ヒトにおける使用に好適である。
そのような賦形剤、担体、希釈剤、および緩衝剤には、過度の毒性を伴わずに投与することができる任意の医薬品が含まれる。薬学的に許容される賦形剤には、限定されないが、水、生理食塩水、グリセロール、およびエタノールなどの液体が含まれる。薬学的に許容される塩、例えば、塩酸塩、臭化水素酸塩、リン酸塩、硫酸塩などの無機酸塩;および酢酸塩、プロピオン酸塩、マロン酸塩、安息香酸塩などの有機酸の塩が含まれてもよい。さらに、補助物質、例えば、湿潤剤または乳化剤、pH緩衝物質などが、そのようなビヒクル中に存在してもよい。多種多様な薬学的に許容される賦形剤が当該技術分野で既知であり、本明細書で詳細に考察される必要はない。薬学的に許容される賦形剤は、例えば、A.Gennaro,(2000)Remington:The Science and Practice of Pharmacy,20th edition,Lippincott,Williams,& Wilkins;Pharmaceutical Dosage Forms and Drug Delivery Systems(1999)H.C.Ansel et al.,eds.,7th ed.,Lippincott,Williams,& Wilkins;and Handbook of Pharmaceutical Excipients(2000)A.H.Kibbe et al.,eds.,3rd ed.Amer.Pharmaceutical Assoc.を含む、様々な刊行物に十分に記載されている。
対象組成物は、本発明の対象変異AAVキャプシドポリペプチドを含む液体、または溶液中、懸濁液中、もしくはその両方に変異AAVキャプシドポリペプチドを含むAAVビリオンを含むことができる。本明細書で使用する場合、液体組成物にはゲルが含まれる。いくつかの場合では、液体組成物は水性である。いくつかの実施形態では、組成物は、インサイチュでゲル化可能な水性組成物、例えば、インサイチュでゲル化可能な水溶液である。水性組成物は、光学的に適合するpHおよび浸透圧を有する。
そのような組成物には、薬剤投与またはインビボ接触もしくは送達に適合する、溶媒(水性または非水性)、溶液(水性または非水性)、乳剤(例えば、水中油または油中水)、懸濁液、シロップ剤、エリキシル剤、分散および懸濁媒体、コーティング剤、等張化剤、ならびに吸収促進剤または遅延剤が含まれる。水性および非水性溶媒、溶液および懸濁液は、懸濁剤および増粘剤を含んでもよい。そのような薬学的に許容される担体には、錠剤(コーティングまたは非コーティング)、カプセル剤(硬質または軟質)、マイクロビーズ、粉剤、顆粒剤、および結晶が含まれる。補助活性化合物(例えば、防腐剤、抗菌剤、抗ウイルス剤、および抗真菌剤)を組成物に組み込むことができる。
医薬組成物は、本明細書に記載されるかまたは当業者に既知のように、投与または送達の特定の経路に適合するように製剤化することができる。したがって、医薬組成物は、様々な経路による投与に好適な担体、希釈剤、または賦形剤を含む。
非経口投与に好適な組成物は、活性化合物の水溶液および非水溶液、懸濁液、または乳剤を含む。調製物は、典型的には無菌であり、意図されるレシピエントの血液と等張性であり得る。非限定的な説明に役立つ実施例には、水、生理食塩水、デキストロース、フルクトース、エタノール、動物オイル、植物オイル、または合成オイルが含まれる。
腹腔内または静脈内投与(例えば、局所接触)の場合、浸透剤を医薬組成物中に含めることができる。浸透剤は、当該技術分野で既知であり、例えば、経粘膜投与のために、界面活性剤、胆汁塩、およびフシジン酸誘導体を含む。経粘膜投与のために、活性成分を当該技術分野で一般的に既知のエアゾール剤、スプレー剤、軟膏剤(ointments)、膏薬(salves)、ゲル剤、またはクリーム剤へと製剤化することができる。皮膚との接触のために、医薬組成物は、典型的には、軟膏剤、クリーム剤、ローション剤、ペースト剤、ゲル剤、スプレー剤、エアゾール剤、またはオイルを含む。有用な担体には、Vaseline(登録商標)、ラノリン、ポリエチレングリコール、アルコール、経粘膜増強剤、およびこれらの組み合わせが含まれる。
共溶媒および補助剤を製剤に添加してもよい。共溶媒の非限定的な例は、ヒドロキシル基または他の極性基、例えば、アルコール、例えば、イソプロピルアルコール;グリコール、例えば、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリコールエーテル;グリセロール;ポリオキシエチレンアルコールおよびポリオキシエチレン脂肪酸エステルが挙げられる。補助剤には、例えば、界面活性剤、例えば、大豆レシチンおよびオレイン酸;ソルビタンエステル、例えば、トリオレイン酸ソルビタンエステル;およびポリビニルピロリドンが挙げられる。
医薬組成物およびAAVベクターまたはAAVビリオンに適切な送達系、ならびに方法および使用は、当該技術分野で既知である(例えば、Remington:The Science and Practice of Pharmacy(2003)20th ed.,Mack Publishing Co.,Easton,Pa.;Remington’s Pharmaceutical Sciences(1990)18th ed.,Mack Publishing Co.,Easton,Pa.;The Merck Index(1996)12th ed.,Merck Publishing Group,Whitehouse,N.J.;Pharmaceutical Principles of Solid Dosage Forms(1993),Technonic Publishing Co.,Inc.,Lancaster,Pa.;Ansel and Stoklosa,Pharmaceutical Calculations(2001)11th ed.,Lippincott Williams & Wilkins,Baltimore,Md.;and Poznansky et al.,Drug Delivery Systems(1980),R.L.Juliano,ed.,Oxford,N.Y.,pp.253−315を参照のこと)。
用量は、処置が予防的または治療的であるかどうか、処置の対象となる疾患の種類、発症、進行、重症度、頻度、持続期間、もしくは確率、所望の臨床エンドポイント、以前の処置もしくは同時処置、対象の一般的な健康状態、年齢、性別、人種、または免疫能力、および当業者によって理解される他の要因によって変化し、かつ、それらに依存し得る。用量、数、頻度、または持続時間は、処置もしくは治療の任意の有害な副作用、合併症、または他の危険因子、および対象の状態によって示されるように、比例して増加または減少してもよい。当業者は、治療的または予防的利益を提供するのに十分な量を提供するために必要な投与量および時期に影響を及ぼし得る要因を理解するであろう。
本明細書に開示される本発明の方法および使用は、対象が処置の対象となる疾患を有するか、もしくは疾患の1つ以上の症状を有すると同定されるか、またはスクリーニングされて、対象が疾患の1つ以上の症状を有さないにもかかわらず、本明細書に記載されるように陽性として同定された後、約1時間〜約2時間、約2時間〜約4時間、約4時間〜約12時間、約12時間〜約24時間、または約24時間〜約72時間以内に実施することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される本発明は、約1時間以内、約2時間以内、約3時間以内、約4時間以内、約5時間以内、約6時間以内、約7時間以内、約8時間以内、約9時間以内、約10時間以内、約11時間以内、約12時間以内、約24時間以内、約36時間以内、約48時間以内、または約72時間以上以内に実施することができる。もちろん、本発明の方法および使用は、対象が処置の対象となる疾患を有するか、もしくは疾患の1つ以上の症状を有すると同定された後、またはスクリーニングされ、本明細書に記載されるように陽性として同定されてから、約1日後〜約7日後、約7日後〜約14日後、約14日後〜約21日後、約21日後〜約48日以上後、数ヶ月後または数年後に実施することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される本発明は、約1日以内、約2日以内、約3日以内、約4日以内、約5日以内、約6日以内、約7日以内、約8日以内、約9日以内、約10日以内、約11日以内、約12日以内、約14日以内、約21日以内、約36日以内、または約48日以上以内に実施することができる。
いくつかの実施形態では、本発明は、キットに、パッケージング材料およびその中の1つ以上の構成成分を提供する。キットは、典型的には、構成成分の説明書またはキット中の構成成分のインビトロ、インビボ、もしくはエクスビボでの使用のための指示書を含む、ラベルまたはパッケージング挿入文書を含む。キットは、そのような構成成分の集合物、例えば、変異AAVキャプシドポリペプチド、AAVベクター、またはAAVビリオン、および任意選択で第2の活性物、例えば、別の化合物、薬剤、薬物、または組成物を含むことができる。
キットとは、1つ以上のキット構成成分を収容する物理的構造物を指す。パッケージング材料は、構成成分を無菌で維持することができ、そのような目的のために一般的に使用される材料(例えば、紙、段ボール、ガラス、プラスチック、箔、アンプル、バイアル、チューブなど)で作製することができる。
ラベルまたは挿入文書は、その中の1つ以上の構成成分の同定情報、用量、ならびに作用機序、薬物動態、および薬力学を含む活性成分の臨床薬理を含むことができる。ラベルまたは挿入文書は、製造業者、ロット番号、製造業者の場所および日付、有効期限を同定する情報を含む。ラベルまたは挿入文書は、製造業者情報、ロット番号、製造業者の場所、および日付を同定する情報を含む。ラベルまたは挿入文書は、キット構成成分が使用され得る疾患に関する情報を含むことができる。ラベルまたは挿入文書は、方法、使用、または処置プロトコルもしくは治療レジメンでキット構成成分のうちの1つ以上を使用するための臨床医または対象のための指示書を含むことができる。指示書は、投与量、頻度、または持続期間、および本明細書に記載の方法、使用、処置プロトコル、または予防もしくは治療レジメンのいずれかを実施するための指示書を含むことができる。
ラベルまたは挿入文書は、構成成分が提供し得る任意の利益、例えば、予防的または治療的利益に関する情報を含むことができる。ラベルまたは挿入文書は、潜在的な副作用、合併症、または反応に関する情報、例えば、特定の組成物を使用することが適切ではない状況に関する対象または臨床医への警告を含むことができる。有害な副作用または合併症はまた、対象が、組成物と適合性がない場合があり得る1つ以上の他の薬物を服用しているか、もしくは将来服用する予定であるか、もしくは現在服用中であるか、または対象が、別の適合性がない処置プロトコルもしくは治療レジメンを受けているか、もしくは将来受ける予定であるか、もしくは現在受けている場合に生じ得、したがって、指示書は、そのような不適合性に関する情報を含むことができる。
ラベルまたは挿入文書は、「印刷物」、例えば、紙もしくは段ボールを含み、または構成成分、キット、もしくは梱包材(例えば、箱)に分離もしくは固定され、またはキット構成成分を含むアンプル、チューブ、もしくはバイアルに付着される。ラベルまたは挿入文書は、さらに、コンピュータ読取可能媒体、例えば、バーコード印刷ラベル、ディスク、光ディスク、例えば、CD−またはDVD−ROM/RAM、DVD、MP3、磁気テープ、もしくは電気記憶媒体、例えば、RAMおよびROM、またはこれらのハイブリッド、例えば、磁気/光学記憶媒体、フラッシュ媒体、もしくはメモリタイプカードを含むことができる。
疾患の処置方法
本発明はまた、本発明のAAVベクターおよび/または核酸を投与することによって対象の疾患の処置方法を提供し、ここで、本明細書に記載のAAVベクターおよび/または核酸は、機能的AAVキャプシド内にパッケージングされ、機能的AAVキャプシドは、本発明の1つ以上の変異AAVキャプシドポリペプチドを含む。例示的な実施形態では、本発明は、それを必要とする対象に本発明の医薬組成物を投与して、対象の疾患を処置する方法を提供する。様々な実施形態では、対象は、本発明の組成物の投与を他に必要としない。いくつかの実施形態では、本発明は、ワクチン投与のための方法を提供する。
いくつかの実施形態では、変異AVキャプシドポリペプチドは、異種遺伝子産物、例えば処置タンパク質またはワクチンをコードするヌクレオチド配列を含む異種核酸からなる治療用発現カセットをパッケージングする。いくつかの実施形態では、AAVビリオンまたはAAVベクターは、異種遺伝子産物、例えば処置タンパク質またはワクチンをコードするヌクレオチド配列を含む異種核酸からなる治療用発現カセットを含む。
いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、ワクチン送達の一部として用いられる。ワクチン送達は、治療用タンパク質のいずれか、ならびに本明細書に記載の核酸の送達を含むことができる。いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチドは、ワクチンレジメンの一部として用いられ、本明細書に記載の方法に従って投与される。
いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチド、AAVビリオン、またはAAVベクターは、治療的処置レジメンで使用される。
いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVキャプシドポリペプチド、AAVビリオン、またはAAVベクターは、治療用ポリペプチド産生に使用される。
いくつかの事例では、主題の変異AAVキャプシドポリペプチドまたはAAVベクターは、主題の細胞に導入されるとき、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされるか、またはAAVベクターによってコードされる異種遺伝子産物の高レベル産生を提供する。例えば、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされた、またはAAVによってコード化された異種ポリペプチドは、約1μg〜約50μg以上のレベルで産生され得る。
いくつかの事例では、対象変異AAVキャプシドポリペプチド、AAVビリオン、またはAAVベクターは、対象に導入されるとき、標的細胞の少なくとも約10%、少なくとも約15%、少なくとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約35%、少なくとも約40%、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、または80%超において、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされるか、またはAAVベクターによってコードされる異種遺伝子産物の産生を提供する。
いくつかの実施形態では、本発明は、疾患を処置する方法を提供し、方法は、上記の変異AAVキャプシドポリペプチドまたは対象AAVベクターによってパッケージングされる有効量の治療分子を、それを必要とする個体に投与することを含む。
対象変異AAVキャプシドポリペプチドまたは対象AAVベクターは、全身、局部、もしくは局所、または任意の経路、例えば、注射、注入、経口(例えば、摂取もしくは吸入)、または局所(例えば、経皮)によって投与され得る。そのような送達および投与方法には、静脈内、筋肉内、腹腔内、皮膚内、皮下、空洞内、頭蓋内、経皮(局所)、非経口、例えば、経粘膜または直腸が含まれる。例示的な投与および送達経路には、静脈内、腹腔内、動脈内、筋肉内、非経口、皮下、胸膜内、局所、真皮内、経皮、非経口、例えば、経粘膜、頭蓋内、脊髄内、経口(消化)、粘膜、呼吸、鼻腔内、挿管、肺内、肺内滴下、口腔内、舌下、血管内、鞘内、腔内、イオン形成、眼内、眼科、光学、腺内、臓器内、およびリンパ内が含まれる。
いくつかの事例では、治療有効量の変異AAVキャプシドポリペプチドまたは対象AAVベクターによってパッケージングされる治療分子は、1回以上の用量で個体に投与される場合、個体における疾患もしくは障害の進行を遅延させるのに有効であるか、または症状を改善するのに有効である量である。例えば、変異AAVキャプシドポリペプチドまたは対象AAVベクターによってパッケージングされる治療分子の治療有効量は、1回以上の用量で個体に投与される場合、変異AAVキャプシドポリペプチドまたはAAVベクターによってパッケージングされる治療分子による処置の不在下での疾患の進行と比較して、疾患の進行を少なくとも約15%、少なくとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約40%、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、または約80%超遅延させるのに有効な量であり得る。
したがって、処置の治療効果または有益な効果は、特定の対象に提供される、任意の客観的もしくは主観的に測定可能なもしくは検出可能な改善または利益である。治療効果または有益な効果は、疾患の全てもしくは任意の特定の有害な症状、障害、疾患、または合併症の完全な焼灼療法であってもよいが、必要ではない。したがって、満足のいく臨床エンドポイントは、疾患によって引き起こされるかもしくはそれに関連する有害な症状、障害、疾患、または合併症、あるいは疾患によって引き起こされるかもしくはそれに関連する1つ以上の有害な症状、障害、疾患、もしくは合併症の悪化もしくは進行の阻害、減少、軽減、抑制、防止、制限、または制御が、短期間または長期間(時間、数日、数週間、数ヶ月など)にわたって存在する場合に達成される。
臨床症状の改善はまた、当該技術分野において既知の1つ以上の方法によってモニタリングすることができ、治療有効性の指標として使用することができる。臨床症状はまた、間接眼鏡検査、眼底撮影、蛍光眼底血管撮影、光干渉断層撮影、網膜電図(全視野、多焦点、または他)、外眼検査、細隙灯生体顕微鏡検査(slit lamp biomicroscopy)、圧平眼圧測定、パキメトリー、自動屈折測定(autorefaction)、または他の視覚機能の測定などの、解剖学的または生理学的手段によってモニタリングされてもよい。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチド、対象AAVベクター、またはAAVウイルスによってパッケージングされる治療分子(例えば、ワクチンを含む)は、対象に導入された場合、約2日〜約6ヶ月、例えば、約2日〜約7日、約1週間〜約4週間、約1ヶ月〜約2ヶ月、または約2ヶ月〜約6ヶ月の期間にわたって異種遺伝子産物の産生を提供する。いくつかの実施形態では、変異AAVキャプシドポリペプチド、対象AAVベクターまたはウイルスによってパッケージングされる治療分子(例えば、ワクチンを含む)は、対象に導入された場合、6ヶ月超、例えば、約6ヶ月〜20年以上、または1年超、例えば、約6ヶ月〜約1年、約1年〜約2年、約2年〜約5年、約5年〜約10年、約10年〜約15年、約15年〜約20年、または20年超の期間にわたってコードされる異種遺伝子産物の産生を提供する。いくつかの実施形態では、投与レジメンは、ワクチン接種レジメンの一部である。
対象AAVビリオンの多数回用量を、それを必要とする個体に投与することができる。一定期間にわたって多数回用量が投与される場合、活性剤は、月に1回〜年に約1回、年に約1回〜2年に1回、2年に約1回〜5年に1回、または5年に約1回〜10年に約1回、一定期間にわたって投与される。例えば、対象AAVビリオンは、約3ヶ月〜約2年、約2年〜約5年、約5年〜約10年、約10年〜約20年、または20年超の期間にわたって投与される。実際の投与頻度および実際の処置期間は、様々な要因に依存する。いくつかの実施形態では、投与レジメンは、ワクチン接種レジメンの一部である。
治療効果を達成するための用量、例えば、ベクターゲノム/体重1キログラムあたり(vg/kg)での用量は、投与経路、治療効果を達成するために必要な異種ポリヌクレオチド発現レベル、処置される特定の疾患、ウイルスベクターに対する任意の宿主免疫応答、異種ポリヌクレオチドまたは発現産物(タンパク質)に対する宿主免疫応答、ならびに発現されるタンパク質の安定性を含むが、これらに限定されないいくつかの要因に基づいて変動する。当業者は、前述の要因ならびに他の要因に基づいて、特定の疾患または障害を有する患者を処置するためのビリオン用量範囲を容易に決定することができる。一般的に、用量は、治療効果を達成するために、対象の体重の1キログラムあたり、少なくとも約、またはそれ超の、例えば、1×10、1×1010、1×1011、1×1012、1×1013、または1×1014以上のベクターゲノムの範囲である。
いくつかの実施形態では、本発明の変異AAVポリペプチドは、対象に投与される総AAVベクターまたは他の治療分子の量を減少させるように用いることができ、上記AAVベクターまたは他の治療分子が、変異AAVキャプシドポリペプチドを使用して形質導入されるときに、同様の治療効果を得るために(すなわち、両方の投与量は、同様の治療効果または区別できない治療効果を誘導する)、変異AAVベクターまたは他の治療分子が非変異親キャプシドポリペプチド使用して形質導入されるときに対象に投与されるAAVベクターまたは他の治療分子の量と比較して、より少ない総AAVベクターまたは他の治療分子が対象に投与される。いくつかの実施形態では、対象に投与される総ベクターまたは他の治療分子は、AAVベクターまたは他の治療分子が変異AAVキャプシドポリペプチドを使用して形質導入される場合、同様の治療効果を得るために(すなわち、両方の投与量は、同様の治療効果または区別できない治療効果を誘導する)、AAVベクターまたは他の治療分子が、非変異親キャプシドポリペプチドを使用して形質導入される場合と比較して、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約50%、約55%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%以上、減少する。いくつかの実施形態では、対象に投与される総ベクターまたは他の治療分子は、AAVベクターまたは他の治療分子が変異AAVキャプシドポリペプチドを使用して形質導入される場合、同様の治療効果を得るために(すなわち、両方の投与量は、同様の治療効果または区別できない治療効果を誘導する)、AAVベクターまたは他の治療分子が、非変異親キャプシドポリペプチドを使用して形質導入される場合と比較して、約5%〜約80%、約10%〜約75%、約15%〜約65%、約20%〜約60%、または約10%〜約50%、減少する。
有効量または十分な量は、単回の投与で提供されることができるが、それは必要ではなく、多数回の投与を必要としてもよく、単独でまたは別の組成物(例えば、薬剤)、処置、プロトコル、もしくは処置レジメンと組み合わせて投与することができるが、それは必要ではない。例えば、量は、対象の必要性、処置される疾患の種類、状態、および重症度、または処置の副作用(ある場合)によって示されるように、比例して増加してもよい。さらに、有効量または十分な量は、第2の組成物(例えば、別の薬物もしくは薬剤)、処置、プロトコル、または治療レジメンなしに単回または多数回投与される場合には、有効または十分である必要はなく、その理由は、所与の対象において有効または十分であるとみなされるために、そのような用量を上回る追加の用量、量もしくは持続時間、もしくは追加の組成物(例えば、薬物もしくは薬剤)、処置、プロトコル、または処置レジメンが含まれ得るからである。有効とみなされる量には、凝固障害(例えば、血友病AまたはB)の処置のための組換え凝固因子タンパク質の投与などの別の処置、治療レジメン、またはプロトコルの使用の減少をもたらす量も含まれる。
有効量または十分な量は、処置されるありとあらゆる対象、または所与の群もしくは集団中の処置される対象の大部分において有効である必要はない。有効量または十分な量とは、群または一般集団ではなく、特定の対象における有効性または十分性を意味する。そのような方法に典型的であるように、いくつかの対象は、所与の処置方法または使用に対して、より大きな反応もしくはより小さな反応を示すか、または全く反応を示さないであろう。したがって、適切な量は、処置される状態、所望の治療効果、および個々の対象(例えば、対象内のバイオアベイラビリティ、性別、年齢など)に依存する。
疾患もしくはその症状または根底にある細胞応答に関して、検出可能または測定可能な改善には、疾患または疾患によって引き起こされるかもしくは疾患に関連する合併症の、主観的もしくは客観的な減少、軽減、阻害、抑制、発生の制限もしくは制御、頻度、重症度、進行、持続期間、または疾患の症状もしくは根底にある原因もしくは結果の改善、または疾患の好転が含まれる。
したがって、成功的な処置の成果は、対象における疾患、または疾患の1つ以上の有害な症状もしくは根本的な原因もしくは結果の発生、頻度、重症度、進行、または持続時間を減少し、軽減し、阻害し、抑制し、制限し、制御し、または防止する「治療効果」または「利益」をもたらすことができる。したがって、疾患または有害症状のうちの1つ以上の根底にある原因に影響を及ぼす処置方法および使用は、有益であると考えられる。疾患の安定化などの悪化またはその有害な症状の減少または軽減も、成功的な処置の成果である。
したがって、治療上の利益または改善は、疾患、または疾患に関連する任意の1つ、殆どもしくは全ての有害な症状、合併症、結果、または根底にある原因の完全な除去である必要はない。したがって、短期もしくは長期の持続期間(時、日、週、月など)にわたって、対象の疾患における漸進的な改善、または疾患の発生、頻度、重症度、進行、もしくは持続時間における部分的な減少、軽減、阻害、抑制、制限、制御、もしくは防止、または疾患の阻害もしくは好転(例えば、1つ以上の症状もしくは合併症の安定化)がある場合に、満足のいくエンドポイントが達成される。疾患の潜在的な治療効果または改善を提供する処置などの方法または使用の有効性は、様々な方法によって確認することができる。
開示される方法および使用は、所望の治療、有益、付加的、相乗的、または相補的な活性または効果を有する任意の化合物、薬剤、薬物、処置、または他の治療レジメンもしくはプロトコルと組み合わせることができる。例示的な組み合わせ組成物および処置には、第2の活性剤、例えば、生物製剤(タンパク質)、薬剤および薬物が含まれる。そのような生物製剤(タンパク質)、薬剤、薬物、処置、および治療は、本発明の任意の他の方法または使用、例えば、血液凝固疾患の対象を処置する治療方法の前に、実質的に同時に、またはそれに続いて投与するか行うことができる。
化合物、薬剤、薬物、処置、または他の治療レジメンもしくはプロトコルは、組み合わせ組成物として投与されてもよく、または別々に、例えば、本明細書に記載のAAVベクターもしくはAAVビリオンの送達と同時にもしくは連続的にもしくは逐次的に(送達の前または後に)投与することができる。したがって、本発明は、本発明の方法または使用が、本明細書に記載されるかまたは当業者に既知である任意の化合物、薬剤、薬物、治療レジメン、処置プロトコル、プロセス、療法または組成物と組み合わされる場合の組み合わせを提供する。化合物、薬剤、薬物、治療レジメン、処置プロトコル、プロセス、療法または組成物は、本明細書に記載のAAVベクターまたはAAVビリオンを対象に投与する前、実質的に同時、または投与後に投与または実施することができる。したがって、組み合わせの実施形態の具体的な非限定的な例には、前述のまたは他の化合物、薬剤、薬物、治療レジメン、処置プロトコル、プロセス、療法もしくは組成物が含まれる。
本発明の方法および使用は、特に、別の化合物、薬剤、薬物、治療レジメン、処置プロトコル、プロセス、または療法の必要性または使用の低減をもたらす方法および使用も含む。例えば、血液凝固疾患に関して、本発明の方法または使用は、所与の対象において、対象における欠損または欠陥(異常または変異)内因性凝固因子を補充するための組換え凝固因子タンパク質の投与の投与頻度が低いか、もしくはその投与の用量が低減したか、またはその投与が排除された場合、治療利益を有する。したがって、本発明に従って、別の処置または治療の必要性または使用を低減する方法および使用が提供される。
本発明は、動物において有用であり、獣医学的用途を含む。したがって、好適な対象には、ヒトなどの哺乳動物、および非ヒト哺乳動物が含まれる。「対象」という用語は、動物、典型的には哺乳動物、例えばヒト、非ヒト霊長類(類人猿、テナガザル、ゴリラ、チンパンジー、オランウータン、マカク)、飼育動物(domestic animal)(イヌおよびネコ)、家畜(farm animal)(ニワトリおよびカモ、ウマ、ウシ、ヤギ、ヒツジ、ブタなどの家禽)、および実験動物(マウス、ラット、ウサギ、モルモット)を指す。ヒト対象には、胎児対象、新生児対象、乳児対象、幼若対象、および成人対象が含まれる。対象には、動物性疾患モデル、例えば、血液凝固疾患のマウスおよび他の動物モデル、ならびに当業者に既知の他のものが含まれる。
本発明に従って処置可能な疾患の非限定的な特定の例には、本明細書に記載される疾患および膵臓疾患が含まれる。膵臓疾患には、真性糖尿病(例えば、I型およびII型)、急性膵炎、慢性膵炎、遺伝性膵炎、自己免疫性膵炎、膵臓癌(例えば、膵臓腺癌、膵腺房細胞癌、嚢胞腺癌、膵芽腫、膵粘液性嚢胞腫瘍など)、膵臓良性腫瘍(例えば、膵漿液嚢胞腺腫、充実性偽乳頭状膵臓腫瘍など)、膵内分泌腫瘍、嚢胞性線維症、膵外分泌不全(EPI)、膵偽嚢胞、膵嚢胞、シュワッハマン・ダイアモンド症候群、ヨハンソン・ブリザード症候群、一般的なチャンネル症候群(Common Channel syndrome)、ゾリンジャー・エリソン症候群、総胆管嚢胞、膵管出血、または先天性膵臓異常(例えば、膵管癒合不全、輪状膵、異所性膵組織)が含まれるが、これらに限定されない。
一実施形態では、本発明の方法または使用は、(a)キャプシドが本明細書に記載されるように調製された変異AAVキャプシドポリペプチドを含むAAVビリオンを提供することであって、AAVビリオンが異種核酸配列を含み、異種核酸配列が、上記核酸配列の転写を付与する発現制御要素に作動可能に連結される、提供することと、(b)上記異種核酸が哺乳動物内で発現されるように、ある量のAAVビリオンを哺乳動物に投与することと、を含む。
一実施形態では、本発明の方法または使用は、(a)本明細書に記載されるように調製された変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされた治療分子(例えば、ワクチンを含む)を提供することであって、該治療分子が異種核酸配列を含み、該異種核酸配列が、該核酸配列の転写を付与する発現制御要素に作動可能に連結されている、提供することと、(b)上記異種核酸が上記哺乳動物において発現されるように、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされた、ある量の治療分子(例えば、ワクチンを含む)を上記哺乳動物に投与することと、を含む。
別の実施形態では、本発明の方法または使用は、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされた異種ポリヌクレオチド、変異AAVキャプシドポリペプチドによってパッケージングされた複数の異種ポリヌクレオチド、本明細書に記載されるように調製されたAAVビリオン、または異種核酸配列を含む複数のAAVビリオンを哺乳動物もしくは哺乳動物の細胞に投与し、それによって、異種ポリヌクレオチド配列を哺乳動物または哺乳動物の細胞に送達または移入することにより、異種ポリヌクレオチド配列を哺乳動物または哺乳動物の細胞に送達または移入することを含む。いくつかの実施形態では、異種核酸配列は、哺乳動物で発現されるタンパク質をコードし、または異種核酸配列は、哺乳動物における内因性タンパク質の発現を低減する阻害配列またはタンパク質をコードする。
例として、血友病に関して、治療効果を得るためには、正常な個体に見出される因子濃度の1%超の血液凝固因子濃度が、重症疾患表現型を中等度の疾患表現型に変えるために必要であると考えられる。重症の表現型は、関節損傷および命に関わる出血によって特徴付けられる。中等度の疾患表現型を軽度の疾患表現型に変えるには、正常値の約5%超の血液凝固因子濃度が必要と考えられる。そのような血友病対象の処置に関して、所望の治療効果を達成するために、典型的な用量は、少なくとも1×1010のAAVベクターゲノム(vg)/対象の体重1kgあたり(vg/kg)、もしくは約1×1010〜約1×1011vg/対象の体重1kgあたり、もしくは約1×1011〜約1×1012vg/対象の体重1kgあたり、または約1×1012〜約1×1013vg/対象の体重1kgあたりである。
実施例1:ヒト膵島標的化のためのAAVの指向性進化
序論
アデノ随伴ウイルス(AAV)は、様々な細胞種への遺伝子移入の強力なビヒクルとして非常に関心が高い。AAVは、ヒト遺伝子治療のための有望なビヒクルとなるいくつかの特徴を有するが、その複雑性、導入遺伝子パッケージングサイズの制限、および一般集団における既存の中和抗体の高い発生率など、いくつかの欠点により、臨床用途のためのその使用が妨げられる。遺伝子治療の目的のために、形質導入は、効率的かつ高度に細胞種特異性の両方である必要がある。AAV細胞トロピズムおよび免疫原性は、構造キャプシドタンパク質VP1、VP2、およびVP3の配列によって決定される。
DNAシャフリングは、特定の機能を有する分子のインビトロ進化のための強力な方法であり、医療、医薬品、および農業研究などの多種多様な分野での用途を有する。AAVキャプシド配列のシャフリングは、インビトロおよびインビボでの改善された細胞形質導入能力を有する組換えAAV(rAAV)を進化させるために過去において成功裏に使用されている(D.Grimm.J.Virol.82,5887−5911(2008)、およびL.Lisowski.Nature,506,382−386(2013))。
目的
本研究の目的は、糖尿病研究の分野における遺伝子治療用途のためのAAVベクターを生成することである。ハイスループット配列決定のための特有のバーコードで標識付けされたシャフリングされたキャプシド配列を含む高度に複雑なAAVライブラリーを生成し、一次ヒト膵島において多数回の継代ラウンドを行うことによる膵島形質導入の改善についてスクリーニングした。
結果
様々なAAV野生型血清型および前述の変異体(図2)由来のキャプシド遺伝子をDNaseシャフリング法(W.P.Stemmer.Proc.Natl.Acad.Sci.USA,91,10747−10751(1994))を使用してシャフリングし、キャプシドポリA(cap polyA)の下流にバーコード配列を含むAAV骨格ライブラリーにクローニングした(図3)。各AAV変異体を特有のバーコードで標識付けすることにより、ハイスループット配列決定による継代ラウンド間の変異体の濃縮の追跡が可能になる。10個の親ライブラリーをより詳細に分析し、Sanger配列決定による良好な交差率を有することが見出された(図4)(W.Huang.Biotechniques,60,91−94(2016))。PacBio配列決定技術を使用してハイスループットキャプシド+BC配列決定を行い、10個の親キャプシド配列の同様の寄与レベル(図5)ならびに良好なキャプシド−BC結合を明らかにした(例えば、図1を参照のこと)。
ヒト膵島に、高い感染多重度(MOI)で、キャプシドシャフリングされたバーコード化AAVライブラリー、および各々特有のバーコードで標識付けした親キャプシドAAVの対照プールを感染させた(図8および図12)。殆どのスクリーニングにおいて、ヒトアデノウイルス5を、AAVを複製するためのヘルパーとして添加した。インタクトな膵島および分離された膵島の両方を実験に使用し、各スクリーニングについて3回の継代ラウンドを行った。各ラウンドにおいて、AAV複製をqPCRによって評価し、AAVライブラリーおよび18個の親混合物の両方が膵島において複製していることが示された(データは示していない)。
ウイルスゲノムから増幅されたAAVバーコードのMiSeqシーケンサー(Illumina)を使用してハイスループット配列決定を各継代ラウンド後に行った。18個の親混合物によるインタクトな膵島の感染により、DJキャプシド配列を含むAAVに対する選択圧が明らかとなったが(図10)、LK03は、膵島形質導入についてDJよりも優れていることが見出された。これは、形質導入の改善を付与するキャプシド配列を有する変異体が、長時間の継代中に失われ得るが、良好に複製するそれらの変異体は集団を引き継ぎ得ることを示唆している。この理由により、10個の親ライブラリーを使用して、Ad5との重感染を含まない1回のスクリーングを行った。両方のライブラリーを継代した後に得られたバーコードのディープシークエンシングにより、いくつかのキャプシド変異体の急速な濃縮が明らかになった(図11、13、14)。
実施例2:増強されたヒト膵臓組織またはヒト膵島細胞トロピズムを有する新規な組換えアデノ随伴ウイルスキャプシド
目的
本発明の目的は、ヒト膵島細胞に形質導入するための増強された能力を有するrAAVベクターを見出すことであった。これは、内分泌障害特異的1型および2型糖尿病の新規な処置に有用である。
技術的説明
AAVキャプシドライブラリーを使用して、分離されたヒト膵島またはインタクトなヒト膵島のいずれかを選択的に形質導入したAAVを選択した。これらのキャプシド配列をバーコード特異的リバースプライマーを使用して増幅し、導入遺伝子としてGFPを有するrAAVを生成した(図18)。Accumaxを使用して膵島を分離し、37℃、MOI=1Kまたは10Kvg/細胞で48時間形質導入し(10%FBS/CMRL)、プレーティングし、形質導入の48時間後にフローサイトメトリーによって分析した。インタクトなヒト膵島を、氷上、MOI=10Kvg/細胞で1〜2時間形質導入し(2%FBS/CMRL)、続いて、形質導入後2日目の培地交換を伴って、3日間懸濁培養し、次いでフローサイトメトリーによって分析した。2B4(膵島表面マーカー)および8G12(α細胞表面マーカー)に対するモノクローナル抗体を使用して、フローサイトメトリーを行った。数回継代した後、最も多く見られるキャプシドを単離し、配列決定した。GFPレポーターを発現するrAAVベクターを、ヒト膵島の形質導入において現在最も強固であると考えられる以前に単離したrAAVと比較した。
冷(cold)形質導入プロトコルを使用して、2つの異なるドナー(MOI10,000)由来のインタクトなヒト膵島で形質導入を行った。汎膵島マーカーおよびα細胞特異的マーカーに対する抗体を使用して、表面染色を行った。
冷形質導入プロトコル膵島全体をペレット化し、上清を除去した(15mL Falconチューブ中)。100μLのCMRL+2%のFBSを膵島に添加した。AAVを添加し、チューブを何回か軽く叩いた。氷上の15mL Falconチューブ(ほぼ平らに(約10〜15度の角度で)横たわっている)をインキュベートし、アイスバケットを冷えた部屋で水平型(horizontal)シェーカー(約100rpm)上部に1〜2時間置いた。膵島培養培地(CMRL−1066+10mM HEPES+0.5%ヒト血清アルブミン+2%FBS+10mMニコチンアミド+抗生物質/抗真菌剤+1XGlutamax)を37℃で予熱した。24ウェル形式の非コーティング/再懸濁プレート中に、1ウェルあたり350〜500の膵島(AAVを有する)を移した。1ウェルあたり1mLの予熱した膵島培養培地を添加した。37℃、湿度5%のCOインキュベーター中で2日間放置する。2日目に培地を変えた。FACS(Dorrell et al Nature Communications for FACS protocol、表面抗体を使用して膵島をα、β、非α/非βに細分化する)のために3日目に膵島を採取した。
新規な変異体の形質導入効率をインビボで試験した。CAG−Flucを有する4つの群(DJ、AAV8、KP1、KP2、およびKP3)における異なるAAVを、Balb/SCIDマウス(n=4匹のマウス/群)に2e10vg/マウスで注射した(図42を参照)。インビボでのルシフェラーゼ画像化を、毎週、4〜6週間行った。いくつかの臓器(例えば、肝臓、膵臓、肺、心臓、脳、脾臓、腎臓)を採取し、7日目および5週目にルシフェラーゼ活性、Fluc転写産物レベル、およびベクターコピー数について分析した。
結果
一次ヒト膵島細胞への形質導入効率をFACSによって評価した。いくつかのキャプシド変異体は、最良の親LK03と比較した場合に、改善された形質導入を示した(図19、20、22〜28、30、31、33、および34)。インスリンおよびグルカゴンについての細胞内染色により、変異体のいずれかがα細胞またはβ細胞に対する選択性を示すかどうかが明らかになる。それらの相対的形質導入効率を比較し、上位候補は、これまでの至適基準の約10倍強固であった。
本研究は、キャプシドへの追加の遺伝子改変が、標的細胞、例えば、膵島細胞への効率的な遺伝子移入のための増強されたrAAV形質導入を提供することを実証している。これは、膵臓α細胞および/またはβ細胞に対する特異性の標的化に対する重要な解決策を提供する。
2つの異なるドナー由来のインタクトなヒト膵島に対して形質導入を行った(MOI10,000)。汎膵島マーカーおよびα細胞特異的マーカーに対する抗体を使用して表面染色を行い、結果を図35〜36に示す。新規な変異体の増強された形質導入効率が、様々なヒト細胞株および非ヒト細胞株において示された(図39)。新規な変異体のうちの2つ、KP1およびKP3は、LK03よりも良好な中和プロファイルを有した(図46)。
新規な変異体への形質導入効率をBalb/SCIDマウスにおいてインビボで試験した。Balb/SCIDマウスに、異なるキャプシドがパッケージングされた2E+10vgのルシフェラーゼベクターを尾部に注射した。肝臓(腹部および背部)におけるルシフェラーゼ発現を7日間および14日間モニタリングした。次いで、ルシフェラーゼ発現(腹部)を毎週、5週間にわたってモニタリングした(33日目)。7日目および14日目のルシフェラーゼ画像化の結果を図43に示し、図44および図45では定量化している。新規な変異体のインビボ肝臓形質導入効率は、14日目〜33日目には安定していた(図47)。様々な臓器におけるルシフェラーゼ発現を5週目にイクスビボで試験した(図48)。肝臓におけるベクターコピー数は、脳、心臓、および脾臓と比較して上昇した(図49)。
実施例3:一次ヒト膵島細胞の増強された形質導入のためのバーコード化アデノ随伴ウイルスキャプシドシャフリングライブラリーの生成およびスクリーニング
要約
ランゲルハンス膵島への安全かつ有効な遺伝子移入は、糖尿病の処置に有望な手法である。膵島への組換えAAV媒介遺伝子の移入は、それらの細胞を高い効率で形質導入するAAV血清型の欠如によって妨げられる。ヒト膵島について改善されたトロピズムを有する新規なAAV血清型を同定するために、2つの高度に複雑なバーコード化された複製能を有するキャプシドライブラリーを構築し、多様性を単分子DNA配列決定によって検証し、連続的な選択をヒト膵島で行った。濃縮されたバーコードを、ハイスループット配列決定によって追跡し、以前に同定した最良のキャプシドと比較して5〜10倍の効率を有する、分離された膵島およびインタクトな膵島に形質導入することができる3つのキャプシド変異体を同定した。インタクトなヒト膵島に浸透することができるこれらの新規なAAVキャプシド変異体は、糖尿病を有する患者の処置のための強力な遺伝子治療ツールを表す。キャプシドのうちの1つはまた、ヒト化キメラマウスモデルにおけるマウスおよびヒト肝細胞の両方への形質導入において強固であり、したがって、ヒト臨床試験での使用前の臨床前試験のための代用キャプシドを使用する必要性のない多機能ベクターを提供する。
序論
ウイルス遺伝子移入ベクターの開発は、依然として積極的な調査分野である。組換えAAVベクターは、臨床前および臨床試験における生物全体への遺伝子移入の安全なビヒクルとして現れているが、依然として重要な制限がある。rAAVの主な欠点は、約5kbの制限されたパッケージングサイズ、既存の中和抗体による迅速なウイルス除去、天然に存在する血清型の制限された宿主トロピズム、およびAAVのエピソーム性による分裂細胞で発現する導入遺伝子の喪失である。VP1、VP2、およびVP3タンパク質からなるキャプシドは、様々な受容体および共受容体の認識に基づく細胞トロピズムの主な決定因子を有する。さらに、キャプシド変異体は、キャプシド脱脱殻(uncoating)、細胞内輸送、および核侵入などの様々な侵入後事象を示し得、これらは、組織および種の間の形質導入の差異をもたらす。天然および非天然AAVキャプシド変異体は、バイオマイニング(bio−mining)、すなわち、天然に存在するAAVの単離および特徴付け、キャプシドペプチドディスプレイライブラリーのスクリーニング7〜9、細胞特異的設計アンキリンリピートタンパク質(Designed Ankyrin Repeat Proteins)(DARPins)を示すライブラリー10、およびランダムDNAシャフリング11によって得られるキャプシドライブラリーのスクリーニングを使用して単離されており、これまでに最も徹底的に探索されてきた経路である。最近、祖先AAVキャプシド配列からなるライブラリーの作成およびスクリーニングは、非常に特異的な細胞標的化を有するAAVを得るための貴重なツールとして記載されている12
指向性進化は、大きく加速する様式で自然進化を模倣する強力なツールである。最も重要なことに、配列−機能の関係に関する事前知識は必要なく、これは合理的な設計戦略とは対照的である。所望の配列の高度の多様性のライブラリーを作成し、続いて、所望の表現型を示す変異体についてスクリーニングする。DNase媒介シャフリング13〜14、Staggered Extension Polymerization(STEP)15、Random Chimeragenesis on Transient Templates16、制限酵素媒介シャフリング17、およびその他(詳細なプロトコルについては、18を参照のこと)などの、ライブラリー生成のためのいくつかの方法が記載されている。本研究のために、いくつかの全長AAVキャプシド配列のDNase媒介ファミリーシャフリング13、19を用いて、高度に複雑かつ機能的なライブラリーを作製した。この技術は、関連する遺伝子のファミリーに由来するランダムに断片化されたDNAが、ハイブリダイゼーションによるキメラ全長配列に再組み立てする能力を利用する13〜14。部分的に再組み立てされたPCR産物が、関連するが同一ではない鋳型の相同位置でプライミングし(prime)、したがって、鋳型スイッチが開始されたときに、交差が発生する。15塩基未満の同一性に基づく交差は、ライブラリーの複雑性(complexity)を得ることが困難であるので13〜14、したがって、品質は、親配列の多様性と負の相関関係にある傾向がある。DNAシャフリングを使用して、所望の表現型についてスクリーニングすることができる遺伝子の大きなライブラリーを作製することができる。この技術の成功した用途は、様々な酵素、プロモーター、免疫調節タンパク質の特性の改善など、多くの分野で記載されている19〜32。2000年にSoongらは、ウイルス進化のためのDNAシャフリングの用途を最初に記載した20。この高度に多様なウイルスライブラリーを利用するために、数回の継代ラウンド全体を通してストリンジェントな選択圧に供され、濃縮された変異体が回収される。この技術により、改善されたエンベロープ安定性を有するモロニー白血病ウイルス(MLV)粒子26、ならびに新規な宿主細胞トロピズムを有するMLVおよびHIV−1が開発された25、28。2008年に、Grimm,Dらは、キャプシドシャフリングおよび多数回の選択ラウンドにより、改善されたAAV変異体の選択に成功したことを最初に報告した。AAVキャプシド進化のための異なる方法(STEPと組み合わせたエラープローン(error−prone)PCR)は、以前に記載されている33。間もなく、別の者が、AAVキャプシドシャフリングライブラリーを作成し、スクリーニングした34〜40(総説については11を参照のこと)。これらのスクリーニングのいくつかは、選択のラウンド間で濃縮されたAAV変異体を複製するためにヒトアデノウイルス5の存在下で行われたが、アデノウイルスのないAAVライブラリースクリーニングも報告されている41〜44
推定3,030万の米国人が、1型または2型真性糖尿病のいずれかに罹患している45。糖尿病を治療するための様々な戦略が長年にわたって評価されてきた。死んだヒト膵島の肝管への移植は、1型糖尿病患者でのβ細胞を交換するために使用されており、これまでに成功は限定的である(総説については46を参照のこと)。膵島には血管が多く、生存するには大量の酸素が必要である。移植された膵島の血管再生は数週間かかるため、それらの移植片では、酸素欠乏により、非常に多くの細胞が死滅する。特定の転写因子を供給または抑制するエクスビボ遺伝子治療は、移植片の生存率および機能を改善するために使用され得る(総説については47を参照のこと)。最近、PHLDA3のノックアウトが、マウスにおける移植された膵島の生存率の増加をもたらすことが示された48。この手法に加えて、再発性自己免疫破壊による移植された膵島の喪失を防止することが最も重要である。最近、ある研究は、Igf1を過剰発現し、したがってマウスにおける自己免疫性糖尿病への進行を妨害するためのAAVの使用について記載している49
処置のための別の戦略は、Pdx1、Ngn3、MafA、Pax4、およびArxなどの特定の転写因子の過剰発現または抑制によって、グルカゴン産生α細胞または他の内分泌もしくは外分泌膵臓細胞種をβ細胞に変換することである50〜58(総説については59を参照のこと)。糖尿病マウスモデルにおけるフォリスタチン過剰発現は、β細胞機能を保持することが示されている60
今日まで、膵島のための遺伝子治療用ビヒクルとしてのAAVの使用を記述した研究はほんのわずかしかなく、作業の殆どはマウス膵島で行われてきた。マウスにおける腹腔内送達後にβ細胞の高度に特異的な形質導入を達成するためのβ細胞種特異的インスリンプロモーターと組み合わせたAAV8キャプシドが記載されている61。別の研究では、AAV6が、インビトロで高効率でおよび管内経路を介してマウス膵島に形質導入することが見出されたが、AAV8は、全身送達されたときにより強固な血清型であることが示された62。フェニルアラニンへの表面曝露キャプシドチロシン残基の部位特異的変異誘発は、細胞内ユビキチン化−プロテアソーム分解からの回避により、いくつかの血清型の形質導入効率を増強することが記載されている63〜67。最近、Y−F変異体AAV8ベクターは、野生型AAV8と比較して、マウス膵島への遺伝子移入が最大10倍改善されることが報告されている68。興味深いことに、ラットにおける研究により、AAV5がこのげっ歯類での膵島形質導入のための最良のキャプシドであることが見出された69。AAV2は、ヒト膵島70、71への形質導入のために最も頻繁に記載されている血清型である。より最近では、キャプシド変異体DJおよびLK03は、AAV2およびAAV3Bと比較して、ヒト膵島でより良好な形質導入効率を有することが見出されたが、それらのキャプシドではα細胞に対する強い選好が観察された72
本研究は、さらに増強されたヒト膵島細胞形質導入効率を有するキャプシド変異体を開発することを模索した。この目的のために、キャプシドシャフリングされたバーコード化AAVライブラリーをヒト膵島での多数回の選択ラウンドに供し、形質導入効率の改善について濃縮したキャプシド変異体を分析した。キャプシドのバーコード化を行い、キャプシドのSangerに基づく低スループット配列分析ではなく、バーコードのハイスループット配列決定を用いることによってキメラ変異体の濃縮を続いて行った。AAVバーコードSeqと称されるこの新規な技術は、最初に、小さなAAVライブラリーまたは親プールに由来する変異体のインビボ追跡について記載されている73。試験した全ての候補の中で、3つのキメラ変異体は、ヒト膵島への形質導入能力、特にβ細胞への形質導入能力、ならびにインビトロおよびインビボにおける他の細胞種への形質導入能力が大きく改善されていることが見出された。これらの新規なキャプシドは、糖尿病処置のために膵島を標的化するもの以外に、様々な遺伝子治療用途に有用であり得る。
結果:
ヒト膵島形質導入効率についての親キャプシドの評価
最初の工程は、AAV−DJおよびAAV−LK03が、密接に関連する天然血清型AAV−2およびAAV3Bよりも高いヒト膵島形質導入効率を有することを示す以前のデータを確認することであった72。異なるキャプシドによりパッケージングした一本鎖(ss)および自己相補的(sc)GFP発現ベクターをヒト膵島に形質導入し、フローサイトメトリーを用いて形質導入効率を測定した(図62A)。予測した通り、AAV−DJおよびAAV−LK03は、AAV2およびAAV3Bよりも、ヒト膵島において高い形質導入率を有した。この結果を確認することにより、シャフリングされたキャプシドライブラリーでスクリーニングを行う前の検証研究の基礎が提供された。本研究のために、各々がキャプシドコード配列の直ぐ下流に特有のバーコード(BC)配列を有する親AAVを含む対照AAVプールを生成した。等しいコピー数の18個の親AAVの各々を混合した後、プールを精製し、バーコードのハイスループット配列決定によってその組成を分析した(図50C)。親AAVのうちのいくつかは、プール中で低い割合または高い割合を占めていたが、18個の親プールは、キャプシド選択スクリーニングにおけるバーコード配列決定に使用するための最初の検証としてのパイロット(pilot)ライブラリースクリーニングにおいて有用であることが見出された。どのキャプシドがヒト膵島のインタクトな形質導入に最も適していたかを評価するために、インタクトなヒト膵島および分離されたヒト膵島を18個の親プールに感染させ、ヒトアデノウイルス5に重感染させて、AAVを複製した。中央の膵島細胞が周辺の膵島細胞よりも感染しにくいことが推論されたため、インタクトな膵島の感染では分離した膵島の感染よりも10倍高い感染多重度(MOI)を使用した。連続した3回の選択ラウンドを行い、AAV複製(図51)およびウイルスプールの組成(図52)を各ラウンドにおいて評価した。ラウンド1およびラウンド2の選択では、インタクトな膵島での増殖後、投入量と比較して、より低いコピー数のウイルスゲノムを回収したが、ラウンド3では複製物が増した。2000の低いMOIを使用して、分離された膵島細胞に感染させたとき、膵島培養後に得られるウイルスの量は、各選択ラウンドでの投入量よりも高かった。BC配列の次世代配列決定(NGS)を使用して、各ラウンドでのAAVの組成を評価した。各試料について400,000〜1,000,000個の配列読み取りを得た。1回の選択ラウンド後、特にインタクトな膵島を使用したときに、プールの多様性がすでに減少していたため、特定の親AAVは、他のものよりも明らかな利点を有していた(図52)。AAV2、AAV3B、ならびにシャフリングされた変異体DJおよびLK03は、第1の継代後にすでに濃縮された。インタクトな膵島における第3の継代後、予測した通り、AAV−DJおよびAAV−LK03は等しく存在し、AAV2およびAAV3Bはより低い程度で存在した。分離された膵島細胞での18個の親プールの継代により、AAV−DJの早期の濃縮が明らかとなり、AAV2、LK03、AAV3B、およびAAV−アカゲザル10の割合はより低かった。この実験は、AAV−DJおよびAAV−LK03が一次ヒト膵島を強固に形質導入することを示した以前の形質導入研究を確認したため、該実験により、我々の選択スクリーニング手法の正当性が立証された。
多様性の高いバーコード化キャプシドシャフリングAAVライブラリーの生成
シャフリングされたAAVライブラリーを生成する前に、多様性の高いAAVバーコード(BC)ライブラリーを作成した。この目的のために、20ヌクレオチド(nt)長のリンカーによって分離された2つの12ヌクレオチド(nt)長のランダムバーコード配列からなる断片を、AAV2 p5プロモーターおよびrep遺伝子を含むがキャプシド配列は含まないAAVベクターを含むITRにクローニングした。バーコード断片を、キャプシドポリA配列の直ぐ3’側にクローニングし、したがって、ハイスループット配列決定により、選択プロセス全体にわたって変異体濃縮の追跡が可能となった。BCを有するまたは有しない野生型AAVの複製研究によって示されるように、BC配列の挿入は、ウイルス機能に悪影響を及ぼさなかった(データは示していない)。バーコードプラスミドライブラリーのハイスループット配列決定により、十分に高い多様性が示され、全BC読み取りの93%超が特有の配列を有していた(表6)。120万超の読み取りのうち、1つのBC配列のみが6回存在し、20個の異なるBC配列が5回繰り返し存在し、342個の異なるBC配列が各々4回見出され、4844個のBCが各々3回繰り返し存在していることが検出され、74,433個のBC配列(6%)が2回見出された。バーコードのハイスループット配列決定は増幅工程を伴うため、BCライブラリーにおける反復バーコードの実際の数がそれより低かった可能性が非常に高い。バーコードライブラリーのサイズは、形質転換反応物のアリコートから得られたコロニー数に基づいて1E07であると推定された。次いで、10個の関連するAAVまたは18個以上の多様なAAV由来の配列を使用してシャフリングされたキャプシドを生成し、BCライブラリーベクターにクローニングした。シャフリングに使用される親配列の系統分析を図58Aに示す。これらのキャプシド配列のうちの2つ、DJおよびLK03は、以前の生成ライブラリーを使用して当実験室で行われた以前のスクリーニングから得られ、DJについてはAAV2、AAV8、およびAAV9hu14のハイブリッドであり、またはLK03についてはAAV1、AAV3B、AAV4、AAV8、およびAAV9hu14のハイブリッドである(図58B)。図58Bは、DJおよびLK03キャプシドの組成物を示し、図58Cは、DJおよびLK03組み立て活性化タンパク質(assembly activating protein)(AAP)の組成物を示す。キャプシドは、バーコード化された10個の親ライブラリーをシャフリングし、18個の親ライブラリーは各々、ライブラリー形質転換反応物の小さなアリコートをプレーティングした後に寒天プレート上で増殖したコロニー数によって推定される、約5E06個の異なるクローンのサイズを有した。BC配列決定後の複製数が少ないことを考えると、複雑性は、ライブラリーの各々について少なくとも100万であると推定された。
Figure 2021519791
ライブラリーの多様性の程度を、3つの異なる方法−バーコードのハイスループットMiSeq分析、バーコードを含むキャプシドのPacBio配列決定、ならびにバーコードを含むキャプシドのSanger配列決定を使用して評価した。プラスミドライブラリーならびにAAVライブラリー由来のバーコードの増幅およびハイスループット配列決定により、低い複製数で非常に高い程度の複雑性が明らかになった。各試料について少なくとも100万回の読み取りを得た(表6)。10個の親ライブラリーを、プラスミドレベルで、すなわち293T細胞へのトランスフェクション前に分析したところ、全ての読み取りのうちの88.3%が特有の配列を含み、最大の複製数は125万の読み取りのうちの7つの読み取りであることが見出された。18個の親プラスミドライブラリーについて、読み取りのうちの88.6%が特有であり、1つの単一BC配列について得られた最大読み取り数は、180万の読み取りのうちの8つであった。AAVライブラリーのNGSデータ分析により、10個の親ライブラリーおよび18個の親ライブラリーではそれぞれ、約76%および80%の特有のBC配列が明らかとなった(表6)。10個の親AAVライブラリーでは、1つの単一BC配列が287の読み取り(0.025%)で表され、18個の親AAVライブラリーでは、単一BCについて得られた読み取りのうちの最多数は232(0.023%)であった。より低い数、特に10倍以下で存在する他の複製物もあった。
低スループット方法として、プラスミドライブラリーおよび10個の親AAVライブラリーの両方由来のいくつかのキャプシドを、Sanger配列決定によって分析し、Gillam研究室によってオンラインで利用可能になったXoverプログラムを使用して組換え分析に供した。(図59A、図60A)。AAVレベルにおける多様性の分析のために、キャプシドおよびバーコードに及ぶ領域を、抽出したウイルスゲノムから増幅し、クローニングし、配列決定した(図59A、右パネル)。シャフリングされたキャプシドの交差図を示すことに加えて、Xoverソフトウェアによって生成された親の寄与データを使用して、キャプシド配列全体にわたって保存分析を行った。各アミノ酸残基の保存値を計算し、グラフ化した(図59B、図60B)。この分析を使用することにより、ライブラリー内の配列多様性が、親配列と比較して著しく低下したかどうかを評価することが可能になる。プラスミドおよびAAVレベルでの10個の親ライブラリーの場合では、保存パターンは、親配列のものと密接に一致したが(図59B)、18個の親プラスミドライブラリーは、殆どのキャプシドにわたって親よりも高い保存レベルを示した(図60B)。キャプシドアミノ酸配列の交差分析により、10個の親ライブラリーが良好にシャフリングされたことが示され、1キャプシドあたり11個の交差事象の平均的割合であった。少数のクローンは、キメラ親LK03内のAAV4由来配列に由来するグルタミンを24位に含んでいた。一致するゆえに、LK03およびDJは、交差分析数値に親として含まれず、したがって、この残基は、デノボ(de novo)変異として特徴付けられる。18個の親ライブラリーは十分にシャフリングされず、平均8個の交差であった。この観察は、親キャプシドの大部分が大きなストレッチ全体にわたって互いに相同性が低いことで説明することができる。15塩基未満の同一性に基づいて交差を得ることは困難である13。これは、等価モル量の各親を混合したときに、互いに相同性が低い断片が容易に組換えられないことに起因する可能性が高い。より少ない交差がライブラリーキャプシドの3’半分内で見出された観察はまた、キャプシドのこの部分が異なる血清型間の低い配列相同性のいくつかのストレッチを含むため、この制限によって説明することができる。AAVレベルについての10個の親ライブラリーの複雑性は、プラスミドレベルについての複雑性と同様であることが見出され、これは、293T細胞でのAAV産生中のキャプシド組み立てが多様性を大幅に低減する障壁ではないことを示している(図59)。さらに、交差分析パターンにより、親はライブラリー内でほぼ等しくかつランダムに存在するようであるが、AAV3B配列はシャフリングされたクローンの3’部分を幾分好ましいものとするようであることが示される。これは、AAV3Bに加えて、キメラキャプシドLK03をシャフリングするための親配列として使用したという事実によって部分的に説明することができる。LK03の3’半分全体がAAV3Bに由来しており、したがって、AAV3B配列を含む断片が、初期の断片プールにおいて大きな割合を占めた。個々のキャプシドのSanger配列決定に加えて、293T細胞へのトランスフェクション前に、プラスミドレベル(図50A)およびAAVレベル(図50B)での10個の親ライブラリーのPacBio配列決定を行った。プラスミドレベルでの10個の親ライブラリーでは21,000の全長読み取りを得たが、その読み取りの約半数を10個の親AAVライブラリーについて分析した。グラフは、キャプシドの全長にわたる各親アミノ酸残基の寄与を示す。Sanger配列決定によってすでに観察されたように、PacBio配列決定により、キャプシド遺伝子の5’半分が、3’半分よりも、全ての親配列のより均一な分布を含んでいることが明らかとなった。特に、AAVブタ2およびAAV9hu14由来の残基の寄与は、アミノ酸450位〜650位の配列ストレッチにおいて著しく減少したが、AAV3B配列は大きな割合を占めた。AAV3B配列が大きな割合を占めるこことは、AAV3B由来の大きな配列ストレッチを含むLK03(図58B)がシャフリングの親として使用された事実に少なくとも部分的に起因する可能性がある。
実施した別の分析は、各キャプシドが特有のバーコード配列に連結されて、非常に高いレベルのキャプシド−BC連結が見出されるかどうかを確認することであった。PacBio配列決定によれば、全ての配列の0.5%のみが、同一のバーコードを共有する異なるキャプシドを有していた。異なるバーコードが共通のキャプシド配列を共有するケースは検出されなかった。
親AAVプールの生成および分析
対照AAVプールを、18個のバーコード化親AAVの各々の等量(ベクターゲノムコピー数に基づく)から生成し、次いで、2回のCsCl遠心分離によってこのプールを精製した。このプールの組成を、バーコードのハイスループット配列決定によって分析した(図50C)。親AAVのうちのいくつかは、プール中で幾分低い割合を占めていたが、等量の各ウイルスを精製前にプールした。これらの親AAVは、CsCl勾配において収集された画分外の密度でバンド付けが行われた可能性がある。それにも関わらず、殆どの親配列のプールにおいて非常に均等に存在していた。増幅キャプシド+BC配列のPacBioハイスループット配列決定によっても、親AAVプールを分析した(図50D)。PacBio配列決定を使用して、BC NGSデータと比較してプールの組成について同様であるが同一ではないデータを得た。これらの相違は、特定のBC配列またはキャプシド+BC配列のわずかな増幅の差異に起因し得る。その欠点にもかかわらず、18個の親プールは、キャプシド選択スクリーニングにおけるバーコード配列決定に使用するための最初の検証としてのパイロットライブラリースクリーニングにおいて有用であることが見出された。
ヒト膵島における18個の親プールの継代
まず、AAV−2の形質導入効率をAAV−DJおよびAAV−LK03と比較したが(図62A)、それは、後者の2つのベクターがヒト膵島において最も強固であることを示す以前の未公開の研究による(Song et al.,ASGCT abstract)。この結果(図62A)を確認することより、シャフリングキャプシドライブラリーによりスクリーニングを行う前の検証研究の基礎が提供された。AAVキャプシドの18個の親プールを、それぞれ20Kおよび2KのMOIでインタクトな膵島ならびに分離されたヒト膵島に感染させ、ヒトアデノウイルス5に重感染させて、AAVを複製した。連続した3回の選択ラウンドを行い、AAV複製(図51)およびウイルスプールの組成(図52)を各ラウンドにおいて評価した。ラウンド1およびラウンド2の選択では、インタクトな膵島での増殖後、投入量と比較して、より低いコピー数のウイルスゲノムを回収したが、ラウンド3では複製物が増した。2000の低いMOIを使用して、分離された膵島細胞に感染させたとき、膵島培養後に得られるウイルスの量は、各選択ラウンドでの投入量よりも高かった。BC配列のNGSを使用して、各ラウンドにおいてAAVの組成を評価した。各試料について400,000〜1,000,000の読み取りを得た。1回の選択ラウンド後、特にインタクトな膵島が使用されたときに、プールの多様性がすでに減少したため、特定の親AAVは、他の親AAVよりも明らかな利点を有していた(図52)。AAV2、AAV3B、ならびにシャフリングされた変異体DJおよびLK03は、第1の継代後にすでに濃縮された。インタクトな膵島における第3の継代後には、DJおよびLK03は等しく存在していたが、分離された膵島の第2の継代後には、DJは明らかにウイルスプールの大半を占め、我々の選択スクリーニング手法の正当性をさらに立証した。
ヒト膵島におけるキャプシッドシャフリングライブラリーの継代
両方のライブラリーを使用して、インタクトな膵島ならびに分離された膵島にそれぞれ20Kおよび2KのMOIで感染させ、Ad5を使用してAAVを複製した。各ラウンドのウイルス複製をqPCRによって評価した後(図51)、変異体濃縮をBC配列のNGSによって追跡した(図52)。NGS試料サイズは、400,000〜800,000の配列読み取りであった。18個の親プールとは対照的に、各選択ラウンドでのライブラリーの複製が観察され、これは、特定のキャプシド配列が、改善されたトロピズム、形質導入、および/または複製を提供することを示し得る。18個の親ライブラリーの場合には、別個のキャプシド変異体が早くもラウンド1で選択された。2つの異なるMOI(10Kおよび50K)を使用したインタクトな膵島に対する第2のライブラリースクリーニングセットを、10個の親ライブラリーについて2重で行った。さらに、50KのMOIを使用して、別の18個の親ライブラリースクリーニングを3重で行った。このライブラリースクリーニングの複製データを図61Aに示し、BC NGSデータを図61Bに示す。同様のレベルの複製および濃縮が、この第2のライブラリースクリーニングセット中に観察された。しかしながら、今回は、1つの変異体が、10個の親ライブラリーの2つの独立したスクリーニング(MOI10K BおよびMOI 50K B)で濃縮されることが見出され(変異体10B5、黄色で強調表示)、これは、この特定の変異体が膵島における有意な選択の利点を有し得ることを示している。18個の親ライブラリーの3重のスクリーニングのうちの2回において、異なる変異体が濃縮されることが見出された(18B2、マゼンタ色で強調表示)。
改善された膵島形質導入のための選択されたAAVキャプシド変異体の評価
BC配列特異的リバースプライマー(図53A)を使用して、3回の選択ラウンド後に、異なるスクリーニングから合計17個の濃縮されたキャプシド配列を収集し(これらの変異体の濃縮データについては、図52および図61Bを参照)、TOPOクローニングし、配列決定した。各BCについてのいくつかのクローンを配列決定し、左のBC配列がBC NGSによって得られる配列と一致することを確かめた。いくつかのキャプシドでは、クローンのうちのいくつかで、特に5’末端において、キャプシド配列が異なることが観察された。これは、不完全な伸長後の鋳型スイッチングに起因する可能性が高く3〜5、PCR条件および酵素を最適化することによって改善され得る。投入したライブラリーの徹底的な分析を行って、低いレベルのライブラリークローンが同一のバーコードに連結された異なるキャプシドを含むことが見出されだけであるため、それが不十分なキャプシドBC連結に起因するとは考えられない。また、2つの密接に関連する親配列を使用した実験により、増幅中に鋳型スイッチングが実際に起こったことが明らかになった(データは図示せず)。コンセンサス配列と一致するキャプシドをベクター化することを決定した。濃縮されたキャプシドは全て、3’半分においてAAV3Bからの大きな寄与を有していたが、5’半分は非常により多様であることが見出された(データは示していない)。3’半分におけるAAV3B配列は、投入ライブラリーにおいて明確に大きな割合を占めたが、SangerおよびPacBio配列決定によって示されるように、依然として、他の親配列の非常に良好な寄与があった。DJおよびLK03キャプシドが、AAV2またはAAV3Bキャプシドよりも高い効率で膵島に形質導入することが以前の実験において確立されており(図62A)、したがって、新規なキャプシドをDJおよびLK03のみと比較した。17個全てのキャプシド変異体、および以前に確立した最良の膵島キャプシドのうちの1つ(LK03)を使用して、CAGプロモーターによって駆動される導入遺伝子としてGFPを有する自己相補的AAVベクターがパッケージングされた。キャプシドのうちの3つは、高力価のrAAVの生成に失敗し、さらなる評価から除外した。最初の事前スクリーニングでは、粗細胞溶解物由来のrAAVを使用して、分離された膵島細胞を低MOIで形質導入した。形質導入の2日後に、GFP発現細胞のフローサイトメトリーによって形質導入効率を決定した。多数のキャプシド変異体が、AAV−LK03よりも高い形質導入効率を示したが、他のものはほんのわずかしか改善されなかったか、または全く改善されなかった(図53B)。最も改善された3つのキャプシド(10A1、18A1、および10A3)は全て、ライブラリースクリーニングの第1のセットに由来し、以後、KP1、KP2、およびKP3と称する。これらのキャプシドを使用して、2回CsCl勾配精製された高力価rAAV調製物を生成した。分離された膵島細胞を、3つの異なるMOIを使用して、それらの変異体ならびにAAV−DJおよびAAV−LK03で形質導入し、形質導入についてFACSによって分析した。変異体は、最良の親よりもかなり高い効率で膵島細胞に形質導入することを確認した(図53C、図62A)。同じ画分の膵島細胞をAAV−DJまたはAAV−LK03で形質導入するためには、変異キャプシドAAVと比較して、少なくとも10倍の高い力価が必要であった。次の工程は、新規なキャプシドがα細胞またはβ細胞を特異的に標的化するかどうかを決定することであった。KP1およびKP2キャプシドがパッケージングされたscCAG−GFPベクターを高いMOIで形質導入した膵島の亜集団特異的染色により、AAV−DJおよびAAV−LK03と比較して改善されたβ細胞形質導入が明らかとなったが、α細胞形質導入はあまり改善されなかった(図53D)。さらに、インタクトな膵島をこの実験で使用したため、新規なAAVは、膵島に浸透することができ、十分に高いMOIが使用した場合にはα細胞およびβ細胞のほぼ全てに形質導入することが実証された。
β細胞を、最近開発された濃縮プロトコル75後にヒト胚性幹細胞(hESC)から生成し、3つの異なるMOIを使用して、新規なキャプシドのうちの1つをAAV−DJおよびAAV−LK03と比較される形質導入効率について試験した。Tomato Red発現ベクターをこの実験で使用し、細胞をβ細胞マーカーCペプチドについて染色した(図66、図68)。患者由来の膵島細胞において観察されたものと同様に、それらの細胞におけるAAV−KP1と同様の形質導入率を達成するためには、5〜10倍高い力価のAAV−DJまたはAAV−LK03が必要であった。形質導入効率は、Tomato Red発現細胞の割合、およびそれらの細胞における形質導入細胞AAV−KP1の蛍光強度の両方から決定されることに留意されたい。
次の工程は、改善されたキャプシドの共通配列の特徴を解明することを試みた。図54Aは、最も高い膵島細胞形質導入効率を有する3つの最も改善されたキャプシドアミノ酸キャプシド配列の交差分析を示す。キャプシドKP1のN末端部分は、多くの異なる親配列由来のストレッチを含むが、キャプシドKP2およびKP3は、この配列ストレッチにおける多様性が少ない。しかしながら、膵島スクリーニング中に濃縮された全てのキャプシドに見られるように、それらのキャプシドのC末端半分の殆どがAAV3Bに由来し、このストレッチが、膵島細胞トロピズムに重要な配列決定因子を含み得ることを示唆している。AAV3Bは、KP1およびKP3と92%の配列同一性を有し、KP2と95%の同一性を有する3つの新規なキャプシドと最も密接に関連する親キャプシドである。ヌクレオチド配列との交差分析を行う場合(図63A)、親の寄与は、殆どの部分についてアミノ酸配列に関して見出されるものと非常に類似していたが、いくつかの親の寄与パターンが異なった。KP2キャプシドの場合の例として、ヌクレオチド900位の周辺の領域は、アミノ酸交差分析が示唆するように、AAV1またはAAV6キャプシドではなく、AAV−ブタ2キャプシドに由来した。Xoverプログラムは、交差事象の数を最小限にすることを常に試みる。アミノ酸275位〜313位の親配列は全て、共通のアミノ酸配列を共有する(図65A)が、異なるヌクレオチド配列を有するため、このストレッチは、アミノ酸配列を使用する場合、AAV1またはAAV6に由来するものとして示されるが、ヌクレオチド配列を使用して分析を行う場合、AAV6およびAAV−ブタ2に由来するものとして示される。交差数も、ヌクレオチド配列と比較して、アミノ酸配列では低かった。一例として、KP1キャプシドは、ヌクレオチドレベルで19個の交差を有していたが、これは、アミノ酸レベルで15個の交差事象に低減された。キャプシドの機能性はアミノ酸配列によって決定されるので、アミノ酸配列交差分析に焦点を当てた。3つ全ての改善されたキャプシドが、aa 225〜267の配列ストレッチにおいてAAV1およびAAV6に特有の3つの残基を共有するという事実は、これらの残基がヒト膵島形質導入に重要であることを示し得る(図54A、図65A)。AAPは、キャプシド遺伝子内の異なるリーディングフレームを使用しているので、このタンパク質についての交差分析も行った。3つの新規な変異体全てが、キメラAAP配列を含むことが見出された(図54B、図65B)。ヌクレオチド配列交差分析で見られるように、いくつかのKP2 AAP残基はAAV−ブタ2に由来した。交差分析に加えて、濃縮分析を行い、3つ全てのキャプシドにおける特定のアミノ酸残基についての強い選択圧を確認した(図54C)。N末端では、2つの最も改善された変異体KP1およびKP3は、AAV2残基の強い選択を示したが、C末端では、それらは、AAV8由来の残基を共有した。KP2キャプシドは、150位および210位の間にいくつかのAAV2残基の強い濃縮を示す。3つのキャプシドは全て、AAV3Bについての重要なHSPG結合部位であると記載されている位置にアルギニンを有する(図S65Aの597位)76.新規な変異体の予測3次元構造VP3キャプシドマッピングを行い、キャプシドの外側に提示される残基を明らかにした(図5D)。改善された3つのキャプシドは全て、AAV8またはAAV−アカゲザル10のいずれかに由来する、5倍対称孔においてVP3超可変領域(HVR)I(77に従って標識付けされる)中にグルタミン酸(図S65Aにおける330位)を含むことが見出された。AAV3B、およびAAV9hu14を除く全ての他の親は、この位置にアスパラギン酸残基を有する。3つ全てのキャプシド間で共有される他の2つの残基は、HVR I中のアラニンおよびトレオニンである(図S65Aにおける264位および266位)。KP1およびKP3キャプシドはまた、HVR II中の表面曝露残基アルギニン(図S65Aにおける333位)を含み、これは、親キャプシドAAV8、AAV9hu14、およびAAV−アカゲザル10によっても共有される。さらに、KP1およびKP3キャプシドは、Gao and colleagues78によってHVR11と称されるHVR VIIIとIXとの間の可変ストレッチ内に、残基アスパラギン酸、アスパラギン、ロイシン、およびアスパラギンを提示する(図S65Aにおける660位、666位、670位、および671位)。HVR IX KP1およびKP3キャプシドは、AAV8由来の表面曝露残基チロシン、トレオニン、セリン、アラニン、アスパラギン、およびグルタミン酸を共有する(S65Aにおける709位、712位、713位、717位、719位、および721位)。KP1キャプシドは、AAV−ブタ2に由来する表面曝露メチオニンを示し、KP3は、この位置にAAV3Bに由来するバリンを有する(図S65Aにおける390位)。さらに、KP1は、664位にAAV9hu14由来のアラニンを含み、KP3は、この位置にAAV3Bと同じトレオニン残基を有する。表面曝露残基667(リジン)および668(アスパラギン酸)は、KP1についてAAV9hu14に由来し、KP3についてAAV8に由来した(グルタミンおよびセリン)。キャプシド表面に提示される残基に加えて、3つの新規なキャプシドは全て、キャプシド内部に埋入されるいくつかのVP3残基を共有していた(それぞれ、225位、234位、313位、および315位のアラニン、トレオニン、アルギニン、およびアスパラギン)。それらの残基はまた、非コーティングおよび他の侵入後工程に関与し得るため、観察された強力な形質導入効率に寄与する可能性がある。
次の工程は、新規なキャプシドが、AAV−DJおよびAAV−LK03キャプシドと同様の効率で自己相補的および一本鎖ベクターゲノムをパッケージングするかどうかを評価することであった。したがって、CsCl精製rAAV調製物由来の単離されたベクターゲノムを使用してアルカリ性サザンブロット分析を行い(図63B)、一本鎖CAG−ホタルルシフェラーゼゲノムが3.7kbの予想サイズでパッケージングされていることが見出された(図63B)。自己相補的CAG−GFPゲノムがパッケージングされたrAAV調製物を分析したときに、4.3kbのバンドが見出され、該バンドは、trs欠失ITRにおいて結合された2つの発現カセットを有する自己相補的全長ゲノムを表す。しかしながら、予測された4.3kbの生成物に加えて、予測サイズの約半分のバンドが観察され、これは、単鎖ベクターを表している可能性がある(図63C)。その理由は、野生型ATG開始コドンを有するrepを発現するパッケージングベクターがウイルス産生に使用されたという事実であり得るが、これは、scベクターを生成するときのssゲノムパッケージングの増加レベルに関連しているからである。より効率の低いACG開始コドンへのATG開始コドンの変異後における低いレベルのRepタンパク質発現は、より高い割合のdsゲノムパッケージに関連している(Wu et al.,2007)79。また、トランスフェクション後の52時間超のインキュベーション時間は、二本鎖(ds)が一本鎖(ss)ゲノムに戻ることを増加させることが記載されている(Gray et al.,2011)80。しかしながら、本研究では、全長および短いゲノムが、新規な変異体ならびにAAV−DJおよびAAV−LK03について等しい効率でパッケージングされたことに留意することが重要である。したがって、新規なキャプシドの形質導入効率の改善は、全長機能的ゲノムのパッケージングの増加に起因し得ない。さらに、キャプシドタンパク質変異体は、10:1:1の予測される化学測定における3つ全てのキャプシドタンパク質VP3、VP1、およびVP2からなる(図63D)。
一連の多様な細胞株における形質導入効率の評価
いくつかの一次細胞ならびにヒトおよび動物供給源に由来する細胞株を、1KのMOIで、2つの親(DJ、LK03)および3つの進化したキャプシド(KP1、KP2、KP3)がパッケージングされた一本鎖ホタルルシフェラーゼrAAVベクターで形質導入し、ルシフェラーゼアッセイを使用して形質導入効率について分析した。AAV−LK03は、マウス細胞に効率的に形質導入されなかったが、AAV−DJは、高効率で全ての細胞株に形質導入された。新規な変異体は、ヒト膵島細胞293、Hela、HuH7、R7T1、αTC1、HepG2、CHO K1、ヒト筋肉幹細胞、マウス筋芽細胞、SNU 737、およびFRhK−4細胞では、AAV−DJと比較して改善された形質導入効率を示した(図55A、図64A)。AAV−KP1は、一般的に、最も高い増強度を示した。DJと比較した新規なキャプシド変異体の形質導入は、ヒトケラチノサイト、分化ヒト筋芽細胞、および一次マウス胚線維芽細胞では改善されなかったか、またはわずかに改善されただけであった。
新規なキャプシド変異体の中和プロファイル
新規なキャプシド変異体ならびにAAV−DJおよびAAV−LK03を、2つの異なるバッチのプールされたヒト免疫グロブリンによる中和に対する感受性について分析した(図55B)。実験は、各試料について、7つの生物学的複製物において行われ、これらを2つの独立した実験間で分けた。AAV−DJは、中和に対する最も高い耐性を示し、50%の阻害に約120μg/mLのIVIGを必要としたが、AAV−LK03は、非常に感受性であり、50%の中和はたった約15μg/mLで達成された。AAV−KP2は、AAV−LK03と同様の中和プロファイルを有した一方、AAV−KP1およびAAV−KP3は、中和するためにより多くのIVIG(KP3については45ug/ml、およびKP1については55ug/ml)が必要であった。要約すると、プールされたヒトIVIGを中和のために使用したとき、新規な変異キャプシドのうちの2つは、AAV−LK03よりも良好に作用したが、AAV−DJよりも好ましくなかった。
マウスにおけるAAV−KP変異体のインビボ生体分布
マウスに、AAV8、AAV−DJ、ならびにAAV−KP1、KP2、およびKP3キャプシドがパッケージングされたホタルルシフェラーゼベクターrAAVをマウス1匹あたり2E10vgで静脈内注射し、ライブ画像化によって、導入遺伝子発現を数週間にわたってモニタリングした(図56、図64A)。AAVの大部分は肝臓を標的とすることが見出された。AAV−KP1は、AAV−DJよりも急速にマウス肝臓に形質導入するようであったが、定常状態の発現がその後の時点で達成されると、発現レベルはわずかに高いだけであった。注射から35日後、各マウスからいくつかの臓器を採取し、ルシフェラーゼ発現について分析した。肝臓を除いて、各マウス群内での高い変動性を伴って、非常に低い発現レベルが検出された(図64B)。AAV−KP2およびAAV−KP3注射マウスは、心臓組織では、AAV−DJまたはAAV8注射マウスよりも高いルシフェラーゼ発現を有し、3つの変異体は全て、DJまたはAAV8よりも高い効率で脾臓を形質導入した。KP変異AAV注射マウス由来の腎臓組織はまた、AAV−DJ注射マウス由来の腎臓組織よりも高いルシフェラーゼ発現を有したが、AAV−8注射マウスと比較して、レベルは有意に高くなかった。qPCRを使用して、ベクターゲノムを臓器において定量化した。しかしながら、明らかにバックグラウンドを超えるベクターゲノムコピーは、肝臓試料でのみ検出された(図64C)。AAV−KP1を注射したマウスは、AAV−DJまたはAAV−8パッケージングベクターを受けたマウスよりも高いベクターコピー数を含んでいた。AAV−KP3注射マウスは、AAV8注射マウスよりも有意に多くのベクターゲノムを肝臓に含んでいた。しかしながら、AAV−KP2注射マウスは、AAV8注射マウスと同様のレベルのrAAVゲノムを含んでいた。
インビボにおける異種移植肝臓モデルにおける機能的肝細胞形質導入の評価
ヒト化FRG異種移植マウスを形質導入して、シャフリングしたキャプシドのうちの1つの機能的ヒト肝臓形質導入能力を適切なインビボ環境で評価した。高レベルのヒトアルブミン(5.6〜8mg/mL)の発現によって示されるように、マウスにおいて、ヒト肝細胞を高度に再増殖させた。ヒト化マウスに、DJ、LK03、またはKP1キャプシドがパッケージングされたrAAVを発現するTomato Redを1E11vg/マウスの用量で静脈内注射により投与し、AAV投与の14日後に、ヒトおよびマウス肝細胞におけるTomato Redタンパク質の発現について評価した(図57)。LK03は、ヒト肝細胞では高い形質導入効率を有するが、マウス肝細胞ではそうではなく、DJによる形質導入はヒト細胞に特異的ではないことが観察された。KP1はまた、ヒトおよびマウスの肝細胞の両方に形質導入することが見出されたが、DJで見出されたものよりもレベルが高かった。4つのAAV−KP1注射マウスのうちの3つにおいて、ヒト肝細胞への形質導入効率は、AAV−LK03注射マウスに見出されるものと同様であった。しかしながら、AAV−LK03とは異なり、AAV−KP1は、マウスおよびヒト細胞の両方を形質導入したため、AAV−KP1注射マウスでは、総形質導入はより高かった。
考察
本研究で同定された新規なキャプシドは、ヒト膵島細胞、特にβ細胞への形質導入において少なくとも10倍超の効率であった。変異体のうちの1つを、hESC由来のβ細胞への形質導入効率について試験したときに、同様のレベルの改善が達成された。さらに、キャプシド変異体AAV−DJおよびAAV−LK03が、AAV2またはAAV3Bと同等またはより良好な効率で一次ヒト膵島に形質導入することができるという従前の観察が確認された。しかしながら、高MOIは、膵島中心内の細胞を効率的に標的化するために必要であり、β細胞形質導入はα細胞よりも効率的ではなかった。
最近、いくつかの研究は、マウスにおける逆行性膵導管内送達を使用し、rAAVベクターを膵臓に安全かつ効果的に投与する49,81,82。いくつかの転写因子の過剰発現または阻害は、膵臓膵島の祖先およびコミットされた膵島α細胞をβ細胞に効果的に変換することが見出された50、52〜58。内視鏡逆行性胆管膵造影(ERCP)は、膵臓および胆管を調べるために患者に日常的に使用され、糖尿病処置のための新規なベクターを送達するために使用することができる。
他の研究者が、所望の特性についてスクリーニングすることができるライブラリーを生成するために、AAVまたは任意の他のウイルス由来の遺伝子のいずれかと共に、自らの研究室でこのプロトコルを容易に適用することができるように、バーコード化キャプシドシャフリングAAVライブラリーの生成方法が非常に詳細に記載されている。ライブラリー生成のためのプロトコルに加えて、継代レジメン中に親の対照として有用であることが証明された親のAAVを含むプールの生成も記載されている。所望の特性を有するAAVキャプシドを単離するための選択パラメータを最適化するために、このプールを任意のライブラリー選択で使用することができる。特定のスクリーニングの適切なMOIおよび選択ラウンド数を事前に決定することによって、費用および時間を最小限にすることができる。5回の選択ラウンドを日常的に使用する本出願人の研究室での研究とは対照的に、本研究では、3回の選択ラウンドが、変異体を濃縮および増幅するのに十分であり、変異体を確実に単離し得るレベルまで形質導入が改善されることが見出された。
さらに、短いDNAバーコードおよび単一分子DNA配列決定手法を組み合わせることにより、他の重要なパラメータ、例えば、選択プロセス中に使用する最良のMOI、および効率的な濃縮に必要なスクリーニングラウンド数を最適化することが可能になる。トランスフェクションによってプラスミドライブラリーからAAVライブラリーを生成する場合、ウイルス産生のための以前のプロトコルと比較して、AAVプラスミドDNAの量をほぼ20倍低下させることにより、細胞にライブラリープラスミドDNAを過剰充填しないように注意した。1細胞あたり5000個のAAVゲノムのトランスフェクションコピー数は、高力価ライブラリーを依然として達成しつつ、クロスパッケージング(cross−packaging)を最小限にするのに十分に低いことが報告されている83。パッケージングキャプシドと対応するウイルスゲノムとの間の配列の差によって特徴付けられるクロスパッケージングの可能性を除外することはできないが、我々のスクリーニングからの濃縮キャプシドのうちのいくつかは、所望の表現型を示すことが見出され、これは、クロスパッケージングまたはモザイク現象(mosaicism)が我々のライブラリーにおいて大きな問題ではなかったことを示唆している。さらに、トランスフェクション中に高濃度のAAVプラスミドを使用して以前に生成したAAVライブラリーでは、表現型が大きく改善された変異体を生成することに成功し8,37〜39、これは、これまで分からなかった理由により、AAVパッケージングの場合には強力なキャプシド遺伝子型の連結があるようであることを示唆している11
ヒト膵島においてライブラリーをスクリーニングしたとき、いくつかのキャプシド配列が濃縮され、そのうちの3つは、ヒト膵島のみならず、様々な他の細胞種についても改善された形質導入効率を有していた。新規なキャプシド中のどのアミノ酸残基が膵島表現型の改善に関与するかは明らかではないが、膵島細胞および他の細胞種の増強された形質導入を提供し得る、改善されたキャプシド配列中のいくつかの特徴に注目した。3つの改善されたキャプシドの全てのC末端部分は、AAV3B残基について強く濃縮され、これは、これらのアミノ酸が膵島トロピズムに重要な役割を果たし得ることを示唆している。N末端では、2つの最も改善された変異体KP1およびKP3が、AAV2残基の強い選択を示し、3つのキャプシドは全て、AAV1またはAAV6のいずれかに由来するトレオニンを265位に含んでいた(図65A)。3つのキャプシドは全て、594位(図65Aの597位)にアルギニンを有し、これは、AAV3B(Lerch and Chapman)の重要なHSPG結合部位であると説明されている。
KP1が、AAV3BおよびAAVLK03と類似するにもかかわらず、ヒト化肝マウスモデルにおいて、マウス肝細胞およびヒト肝細胞を形質導入したことは興味深い。いくつかのヒト肝臓AAV高形質導入ベクター(Lisowski Paulk)37、39について選択するために、このヒト化モデルを以前に使用したが、そのうちの1つは、初期ヒト試験において強固なhFVIII発現を提供することが示されている84、85。しかしながら、以前のスクリーニングで選択されたベクターは全て、インビトロおよびインビボでのマウス組織または細胞の不十分な形質導入を示した。対照的に、KP1変異体は、キメラマウスモデルにおいて、同様のヒト肝細胞形質導入を示したが、AAVLK03とは対照的に、効率的なマウス肝臓形質導入を示した。これは、マウス細胞への形質導入が比較的低いために、このマウスモデルにおけるヒト肝細胞への形質導入が誇張されたことを示唆している者もいるので興味深い。ヒト化マウスモデルで得られたヒト肝細胞の結果が、マウス肝細胞導入の程度に影響される場合、おそらく、KP1変異体は、ヒト試験で試験されたときにさらにより強固な形質導入を提供するであろう。最低でも、このベクターはマウスおよびヒトの肝臓の両方に形質導入するので、臨床前検査のための代替のキャプシドは必要ない。最終的には、これらのキャプシドは、ヒト臨床肝臓ベース遺伝子治療試験における将来の研究の良好な候補である。
Grimmのグループによる最近の報告書は、指向性進化研究のために生成されたAAVキャプシドライブラリーの機能性が、キメラ変異体プールの大部分における組み立て活性化タンパク質(AAP)の不活性化によって深刻に損なわれ得るという懸念を解決した86。AAPは、ウイルス組み立てにおいて重要な役割を果たすことが以前より記載されていたが9,87〜89、組換えに対して著しく寛容であるようである。他のシャフリングライブラリー由来のランダムキャプシドは、パッケージング効率について以前に試験され、驚くべきことに、キャプシドの大部分が正常またはほんのわずかに低減したrAAV力価を生じることが見出され、これは、ランダム化AAP配列が殆どの場合において有害ではなかったことを示している。本研究で選択した全てのキメラのAAP配列はキメラであり、2つのキャプシドで得られたrAAV力価は、LK03で得られた力価よりも低かった。ウイルス産生中に野生型AAPを供給することが力価を増強するかどうかは評価しなかったが、これはrAAV産生を促進する可能性がある。
濃縮された変異体のバーコードのハイスループット分析が、キャプシド全体のクローニングおよび配列決定よりも、非常に費用対効果が高く、完全であるため、分子進化研究のためのバーコード化ライブラリーの使用は非常に有益であることが見出された。本研究のために生成されたライブラリーは、多くの他の標的細胞に対するスクリーニングにおいて現在評価され、他の臨床遺伝子治療用途に有用な他のAAVキャプシド変異体の発見をもたらし得る。
方法:
特有のバーコード配列のライブラリーを含むAAVベクターの生成。キャプシドコード配列をPacIおよびAscI含有リンカー断片と置き換えた野生型AAV2ベクター(ハイデルベルク大学(独国)のD.GrimmおよびS.Grosse,Germanyによって親切に提供された)を、バーコード化AAVライブラリーの構築のための出発材料として使用した。2つの特有の制限部位(AgeIおよびEagI)を、元の配列における2つのヌクレオチドを変異させることによって、キャプシドポリアデニル化シグナルの直ぐ下流に導入した(キャプシドポリアAシグナルの最後のヌクレオチドを出発点としてカウントした場合に、6位および24位において、AをTとし、TをCとした)。20nt長のスペーサー配列によって分離された12個のランダムヌクレオチドの2つのストレッチからなるバーコードを、前述のようにして生成した73。簡単に述べると、5’末端のAgeI制限部位配列を有するオリゴヌクレオチド、これに続く12個のランダムヌクレオチドおよび20nt長のスペーサー配列(CTA AAC CGG TNN NNN NNN NNN NAC GGA AAT ACG ATG TCG GGA)を、5’末端にEagI部位を含むオリゴヌクレオチド、これに続く12個のランダムヌクレオチド、およびアンチセンスペーサー配列(TTC TCG GCC GNN NNN NNN NNN NTC CCG ACA TCG TAT TTC CGT)にアニールし、エキソヌクレアーゼ活性(NEB)を欠いたKlenowポリメラーゼを使用して延長した。断片を、Qiaquick PCR精製キット(Qiagen)を使用して精製し、その後、AgeIおよびEagIで消化し、Qiaquick PCR精製カラムを使用して精製した。ベクターを同じ制限酵素で消化し、脱リン酸化し、フェノール−クロロホルム精製し、エタノール沈殿させた。最初にいくつかのライゲーション反応を設定し、プライマーrightF(CGC GCC ACT AGT AAT AAA C)およびQSeqRev(TAG AGC AAC TAG AGT TCG)を使用してコロニーPCRを行うことによって可能な多数のバーコード挿入物について試験することにより、最適なベクターと挿入物との比を評価した。スケールアップ反応のために、バーコードを、1〜2.5のベクターとベクターとのモル比で、合計体積30μLでライゲーションして、指示書(Agilent Technologies)に従ってStrataclean樹脂を使用して脱塩し、2μLのアリコートでDH10B−MegaX細胞(Thermo Fisher)にエレクトロポレーションした。エレクトロポレーションした細胞をプールし、500mlのLB−Amp培地に接種するために使用した。ライブラリーサイズおよび多様性を評価するために、アリコートをプレーティングした。37℃のシェーカー細菌中で16時間後、細菌を採取し、Megaprepキット(Qiagen)を使用してプラスミドDNAを単離した。ITRの完全性は、XmaIおよびAhdIによる消化によって確認された。バーコード多様性を評価するために、試験プレートからのいくつかの個々のクローンを配列決定した。
キャプシドシャフリングバーコード化AAVライブラリーの生成。DNAse I媒介ファミリーシャフリングを本質的に前述25、90、91のようにして行った。16個のAAV血清型(AAV1、AAV2、AAV3B、AAV4、AAV5、AAV6、AAV8、AAV9hu14、AAV12、AAVアゲハ10、AAVブタ1、AAVブタ2、AAVウシ、AAVマウス1、AAV鳥類、AAVヤギ1)由来のキャプシド配列、および以前のスクリーニング8、37で選択されたシャフリング変異体AAV DJおよびAAV LK03由来のキャプシド配列を、シャフリング反応の親配列として使用した。キャプシド配列は、様々な供給源(D.Grimm,University of Heidelberg,Germany,Kay lab,VectorCore,Stanford)から得た。全ての配列は、直ぐ5’側にPacI部位およびキャップの3’にAscI部位を含み、pBluescriptにクローニングした。シャフリング前に、隣接pBluescript配列中に位置するプライマー(outer F:AAT TAA CCC TCA CTA AAG G、outer R:GTA ATA CGA CTC ACT ATA GGG C)を使用して、キャプシド配列を個々に増幅した。Phusion Hot Start Flexポリメラーゼ(NEB)を増幅のために使用し、25回のPCRサイクルを使用した(30秒間98℃、10秒間98℃、15秒間56℃、1分15秒間72℃の25サイクル、続いて10分間72℃)。Qiaquick PCR精製キット(Qiagen)を使用してPCR産物を精製し、18個のキャプシド(18個の親ライブラリーの場合)または10個のキャプシド(10個の親ライブラリーの場合、AAV1、AAV2、AAV3B、AAV6、AAV8、AAV9hu14、AAV12、AAVアカゲザル10、DJ、LK03)の全てを等モル比でプールし、DNase I(Sigma)を使用して室温(RT)で断片化した。異なるインキュベーション時点で、アリコートを1.5%のアガロースゲル上で分析し、ドライアイス/エタノール浴中でインキュベーションすることによって、反応を一時的に停止した。断片の大部分が100bp〜500bpの範囲になるまで、インキュベーション時間およびDNAse濃度を調整した。次いで、全反応物を1.5%のアガロースゲルに充填し、所望のサイズ範囲を有する断片をゲルから電気泳動溶出し、2ラウンドのフェノール−クロロホルム精製、続いて1ラウンドのクロロホルム精製およびエタノール沈殿を使用して精製を行った。次いで、Phusion Hot Start Flexポリメラーゼおよび以下のサイクル条件:30秒間98℃、10秒間98℃、30秒間42℃、45秒間72℃の40サイクル、続いて10分間72℃を使用して、DNA断片をプライマーレス(primer−less)PCRで再組み立てした。
プライマーrescueF(GTC TGA GTG ACT AGC ATT CG)およびrescueR (GTC TAC TGA AGC TCA CTG AG)、ならびに以下のサイクル条件:30秒間98℃、10秒間98℃、15秒間57℃、1分15秒間72℃の25サイクル、続いて10分間72℃を使用して、全長キャプシド配列を組み立て反応から増幅した。アンプリコンを新鮮なPCR混合物で4倍希釈し、端部を充填するために、10分間の伸長を伴う1つの追加のサイクルに供した。PCR精製キット(Qiagen)を使用してPCR産物を濃縮した後、該PCR産物をPacIおよびAscIで消化し、PacI、AscIで処理され、脱リン化され、フェノール−クロロホルム精製されたBCライブラリーベクターにライゲーションした。ライゲーション反応物をStrataclean樹脂を使用して脱塩し、MegaX DH10B細胞にエレクトロポレーションし、BCライブラリーベクターの生成のために上記で記載したようにして液体培養で増殖させた。Sanger配列決定を使用してライブラリーのサイズおよび多様性を評価するために、形質転換細胞のアリコートをプレーティングした。プライマーcapF(TGG ATG ACT GCA TCT TTG AA)、capF2(ATT GGC ATT GCG ATT CC)、およびQSeqRev(TAG AGC AAC TAG AGT TCG)を使用して、10個の親ライブラリーの40個のクローンおよび18個の親ライブラリーの20個のクローンを配列決定した。
リン酸カルシウムトランスフェクション法を使用して、AAVライブラリーをHEK 293T細胞において生成した。AAV産生中にクロスパッケージング事象が起こる可能性を最小限にするために、通常のプロトコルと比較して、トランスフェクションされたライブラリープラスミドDNAの量を約20倍減少して、1細胞あたり約5000コピーとした。簡単に述べると、トランスフェクションの2日前に、25個のT225フラスコを1フラスコあたり8E06個の細胞で40ml培地に播種した。形質導入日には、細胞は80%〜90%コンフルエントであった。1フラスコあたり20mlの培地を、トランスフェクションの1.5時間前に新鮮な培地に置き換え、T225あたり、4mlの300mM CaCl中の40μgのpAd5ヘルパープラスミドおよび2μgのライブラリープラスミドの混合物を調製した。等量のCaCl/DNA混合物および2×HBS(280mM NaCl、50mM HEPES pH7.28、1.5mM NaHPO、pH7.12)を混合し、8mLの混合物を各フラスコに添加した。3日間後、細胞を各フラスコの0.5mlの500mM EDTAを使用して単離し、細胞ペレットをベンゾナーゼ消化緩衝液(2mM MgCl、50mM Tris−HCl、pH8.5)に再懸濁した。AAVを3つの凍結解凍サイクルに供することによってAAVを細胞から放出させ、非キャプシド化DNAをベンゾナーゼ(200−U/ml、1時間37℃)で消化することによって除去し、細胞破片を遠心分離によってペレット化し、続いて上清の別のCaCl沈殿工程(25mM最終濃度、氷上で1時間)、および8%PEG−80000および625mM NaClの最終濃度を使用したAAV沈殿工程を行った。ウイルスをHEPES−EDTA緩衝液(50mM HEPES pH7.28、150mM NaCl、25mM EDTA)に再懸濁し、CsClと混合して1.371の最終難溶性指数(refractory index)(RI)にした後、超遠心分離器中で45000Rpmで23時間遠心分離した。18ゲージ針で遠心分離管の底部を貫通した後に画分を収集し、RIが1.3766〜1.3711の範囲の画分をプールし、HEPES−EDTA再懸濁緩衝液で1.3710のRIに調整した。第2のCsCl勾配遠心分離工程を、65000Rpmで少なくとも8時間行った。画分を収集し、1.3766〜1.3711のRIを有する画分をPBSに対して一晩透析し、続いて、新鮮なPBSに対して更に4時間およびPBS中の5%ソルビトールに対して2時間透析した。全ての透析工程を4℃で行った。ウイルスを透析カセットから回収し、プルロニック(登録商標)F−68を添加して0.001%の最終濃度とした。ウイルスを滅菌濾過し、アリコートとし、アリコートで−80℃で保存した。MinElute Virus Spinキット(Qiagenカタログ番号57704)を使用して、10μlの精製ウイルスからゲノムDNAを抽出し、AAV2rep遺伝子特異的プライマープローブセット(repF:TTC GAT CAA CTA CGC AGA CAG、repR:GTC CGT GAG TGA AGC AGA TAT T、rep プローブ:TCT GAT GCT GTT TCC CTG CAG ACA)を使用したqPCRにより、ウイルスゲノム力価を決定した。
バーコード化親AAVプールの生成。18個全ての親AAV由来のキャプシドを、PacIおよびAscI制限部位を使用してBCライブラリーベクターにクローニングした。各親AAVは、配列分析によって確認されるように特有のバーコード配列を含み、2〜6個のT225の間で、293T細胞を各親AAVでトランスフェクトした(1個のT225あたり、37.5ugのAAVプラスミドおよび37.5ugのpAd5ヘルパープラスミド)。各バーコード化親キャプシドAAVの粗溶解物が生成され、2.8E12vgの10個の親または1.1E12vgの18個の親をプールし、それぞれ10個の親混合物および18個の親混合物を生成した。AAVプールを、上記のような二回のCsCl勾配遠心分離によって精製した。
進化したAAVキャプシドの配列寄与度分析。Sequencher5.3ソフトウェアを使用してコンティグを組み立て、Muscle多重配列アラインメントソフトウェア(MacVector,Version 14.5.3)でアラインした。Xover3.0 DNA/タンパク質シャフリングパターン分析ソフトウェアを使用して、シャフリングされた変異体の親断片交差マップを生成した。各親血清型を図に示すように色分けした。
AAVプールおよびライブラリーのPacBio配列決定。10個の親ライブラリーおよび18個の親プールについて、抽出されたウイルスゲノムからcapFおよびQSeqRevを使用して、キャプシドおよびBC配列を含む2.4kbの断片を増幅し、1%のアガロースゲルに充填し、SybrSafeでの染色によって可視化し、ゲル抽出キット(Qiagen)を使用してゲル精製した。10個の親ライブラリーをまた、プラスミドレベルについて評価した後、制限酵素(PacIおよびXbaI)を使用してAAVライブラリーを生成し、キャプシド配列を放出させ、増幅されたキャプシド配列について上記のようにゲル精製した。ライブラリー調製物およびPacific Biosciences(PacBio)配列決定を、Washington PacBio Sequencing Serviceで行った。簡単に述べると、SMRTbell鋳型調製キットバージョン1.0(PacBioカタログ番号100−259−100)を使用して、PacBioの「Procedure and Checklist−2kb Template Preparation and Sequencing」プロトコルに従って、SMRT bellライブラリーを調製した。PacBio「Binding and Annealing」計算機を使用して、SMRTbellライブラリーのアニーリングおよび結合のための適切な濃度を決定した。SMRTbellライブラリーをアニールし、DNA/Polymerase Binding Kit P6バージョン2.0(PacBioカタログ番号100−372−700)を使用して配列決定するためにP6 DNAポリメラーゼに結合した。標準的なMagBeadプロトコルおよびMagBead Bufferキットバージョン2.0(PacBioカタログ番号100−642−800)を使用して、結合したSMRTbellライブラリーをSMRT細胞に充填ドした。DNA配列決定キット4.0バージョン2(PacBioカタログ番号100−612−400、P6/C4化学としても既知である)を用いて、標準的なMagBead配列決定プロトコルを続けた。「ステージ開始(Stage Start)」を有効にしていない状態で6時間のムービータイムにわたって配列決定データを収集した。PacBio SMRTポータルおよびRS_ReadsOfInsert.1プロトコルを使用し、Minimum Full Pass=3および最小予測精度=95%でフィルタリング設定して、circular consensus sequence(CCS)読み取りを生成した。
PacBio配列読み取りのバイオインフォマティクス評価2,250〜2,380ヌクレオチドのキャプシド配列全長を用いるCCS読み取りを、下流のバイオインフォマティクス分析に含んだ。Xover3.0DNA/タンパク質シャフリングパターン分析ソフトウェアを使用して親断片の同一性を最初に評価するインハウスのアルゴリズムを使用して、CSS読み取りにおけるインデルを修正した。各交差断片の親同一性を決定したら、この情報を使用して、修正のためにインデルを決定した。インデルを提供しなかった一塩基多型(SNP)を維持した。PacBioプラットフォームでのSNPエラー比率は1.3〜1.7%である。この比率を超えるSNP頻度は、デノボ変異から生じたと仮定した。次いで、FASTA形式の修正した配列をMUSCLEを使用してアラインした。RAxML12133(Stamatakis et al.2005)の最大尤度法(maximum−likelihood method)を使用して、系統分析を行った。
偽色(false−colored)構造キャプシドマッピング。(図54D)UCSFキメラバージョン1.12を使用して、キメラキャプシド(VP3配列のみ)をAAV2 VLP構造5IPI(Drouin et al.,2016)に偽色マッピングした。マッピングされた色は、親断片交差マップで使用される親血清型色に対応する。キャプシド外観図は、表現された全ての鎖を表し、断面図は、キャプシド内腔を曝露する、5倍対称軸で円筒形を囲む鎖を有する。
代替偽色構造キャプシドマッピング。(図54E)PyMOLバージョン2.3.0を使用して、キメラキャプシド(VP3配列のみ)をAAV6構造4V8694上に偽色マッピングした。最も近い親AAV3Bと異なる表面曝露アミノ酸のみを示す。灰色で示されるAAV3Bを除き、全てのマッピングされたアミノ酸残基色は、交差および濃縮図で使用される親血清型色に対応する。
保存および濃縮計算。MacVectorバージョン14.5.3を使用して得られたアラインメントプロファイルを使用して、各位置でのアミノ酸保存を計算した。平均保存値を30個のアミノ酸残基のストレッチについて計算し、該平均保存値を使用してグラフを生成した。シャフリングライブラリー中のアラインされた各位置における各親の割合を同定するインハウスのアルゴリズムを使用して、親保存パーセントを決定した。最大の正方形サイズは、100%の変異体がその位置でその親由来のアミノ酸を共有することを示す。他の全ての正方形サイズは、その位置にその親由来のそのアミノ酸を有する0〜100%の変異体の割合に比例する。最大尤度に基づく親血清型由来の配列の比較により、各キメラの配列における各アミノ酸位置について濃縮スコアを算出した。Xoverバージョン3.0.74を使用して、各キメラについて、交差データ分析セットを生成した。Excelバージョン16.20を使用して、それらのデータを濃縮スコアに変換した。示されているように、ライブラリーの親を異なる色で示す。
統計。統計分析をPrism v7.0dを使用して行った。テューキーの多重比較検定を使用する2元配置分散分析により、実験値を評価した。P値<0.05は、統計的に有意であるとみなした。
AAVバーコードのハイスループット配列決定。バーコード配列を、インデックスプライマーF(F:AAT GAT ACG GCG ACC ACC GAG ATC TAC ACT CTT TCC CTA CAC GAC GCT CTT CCG ATC T(I)CGC GCC ACT AGT AAT AAA C、およびR:CAA GCA GAA GAC GGC ATA CGA GAT CGG TCT CGG CAT TCC TGC TGA ACC GCT CTT CCG ATC T(I)TAG AGC AAC TAG AGT TCG(指数(I)は、4〜6ヌクレオチドを含む)を用いて増幅し、アガロースゲルを含む2% SybrSafeからゲル精製し、プールし(最大30個の試料)、MiSeq機器で配列決定する。PCRサイクル数は、増幅バイアスを回避するために最小限にし、rep qPCRによって決定されるように、投入AAVゲノムの濃度に依存した。以下のサイクル条件を使用した:2分間98℃、15秒間98℃、15秒間50℃、20秒間72℃の15〜30サイクル、最終15分間の伸長を72℃で行った。全ての増幅について、Phusion Hot Start Flex(NEB)を使用した。
細胞培養条件
ヒト膵島培養。死亡した非糖尿病臓器ドナー由来のヒト膵臓膵島は、Integrated Islet Distribution Program(IIDP)またはStanford Islet Research Coreを通じてアルバータ大学によって提供され、10% FBS、ペニシリン−ストレプトマイシン、1%インスリントランスフェリンセレニウム(Thermo Fisher)、1mMピルビン酸ナトリウム、2mM Glutamax、2.5mM HEPESを含むCMRL−1066中で培養した。全ての膵島細胞培養実験において超低付着表面ディッシュ(ultra−low attachment dish)を使用した。
hESC由来β細胞:Mel1 INSGFP/Wヒト胚性幹細胞(hESC)をS.J.Micallef and E.G.Stanley(Monash Immunology and Stem Cell Laboratories,Australia)から得た。細胞を維持し、hESC培地[10% KSR(Gibco)、10ng/ml FGF−2(R&D Systems)を含む、DMEM/F12(Gibco)]中のマウス胚線維芽細胞(MEF)上で増殖させた。β細胞へのhESCの段階的分化を以前に記載されたプロトコル75に従って行った。簡単に述べると、TrypLE(Gibco)を使用して、コンフルエントhESCを単細胞懸濁液中に分離し、計数し、10ng/mlのアクチビンA(R&D Systems)および10ng/mlのヘレグリンB(Peprotech)を補充した5.5mlのhESC培地中の6ウェル懸濁液プレート中に1ウェルあたり5.5×10個の細胞で播種した。プレートを37℃および5%COで100rpmのオービタルシェーカー上でインキュベートし、3D球体形成を誘導した。24時間後、球体をPBSで洗浄し、1日目の培地に再懸濁した。1日目から20日目まで、培地を毎日換えた。培地の組成は以下の通りである:1日目0.2% FBS、1:5,000 ITS(Gibco)、100ng/mlアクチビンA、および50ng/ml WNT3a(R&D Systems)を含む、RPMI(Gibco)。2日目0.2%FBS、1:2,000ITS、および100ng/mlアアクチビンAを含む、RPMI。3日目:0.2%FBS、1:1,000ITS、2.5μM TGFbi IV(CalBioChem)、および25ng/ml KGF(R&D Systems)を含む、RPMI。4〜5日目0.4%FBS、1:1,000ITS、および25ng/ml KGFを含む、RPMI。6〜7日目1:100 B27(Gibco)を含む25mM グルコースおよび3nM TTNPB(Sigma)を含む、DMEM(Gibco)。8日目1:100 B27を含む25mMグルコース、3nM TTNPB、および50ng/ml EGF(R&D Systems)を含む、DMEM。9〜11日目1:100 B27を含む25mMグルコース、50ng/ml EGF、および50ng/ml KGFを含む、DMEM。12〜20日目1:100 B27を含む25mMグルコース、1:100 Glutamax(Gibco)、1:100 NEAA(Gibco)、10μm ALKi II(Axxora)、500nM LDN −193189(Stemgent)、1μm Xxi(Millipore)、1μM T3(Sigma−Aldrich)、0.5mMビタミンC、1mM N−アセチルシステイン(Sigma−Aldrich)、10μM硫酸亜鉛(Sigma−Aldrich)、および10μg/mlの硫酸ヘパリンを含む、DMEM。20日目に、球体を収集し、Accumax(innovative cell technologies)と共に37℃で10分間インキュベートし、単一細胞に分離した。活GFPが高い細胞をAria II上で低流量で選別し、10%FBS、1:100 Glutamax(Gibco)、1:100NEAA(Gibco)、10μm ALKi II(Axxora)、0.5mMビタミンC、1μM T3(Sigma−Aldrich)、1mM N−アセチルシステイン(Sigma−Aldrich)、10μM硫酸亜鉛(Sigma−Aldrich)、および10μg/ml硫酸ヘパリンを含むCMRL中、1クラスターあたり1,000個の細胞で、Aggrewell−400(StemCell Technologies)中で再凝集させた。23日目に、再凝集した濃縮βクラスター(eBC)をAggrewellsから移し、100rpmでオービタルシェーカー上に置き、さらに6日間培養した。再凝集後、3日毎に培地を換えた。
ヒト骨格筋幹細胞および筋管の培養。6人の個々のドナーから単離された一次筋幹細胞のプール(スタンフォード州G.チャービルからの親切な贈呈)を初期継代において凍結し、アリコートを実験に使用した。プレートを、1%ペニシリン/ストレプトマイシンを含むDMEM中の細胞外マトリックスタンパク質(Sigma)で1:500でコーティングした。hMuSC培地は、記載されるように95、幹状態を維持するために、20% FBS、1% インスリンートランスフェリンーセレン、1% 抗生物質/抗真菌剤、および10μM p38i(Cell Signaling Technologyカタログ番号SB203580)を補充したDMEM:MCDB培地の1:1混合物である。一次hMuSCを筋管に分化させるための培地はp38iを欠如しており、20%FBSの代わりに2%ウマ血清飢餓(horse serum starve)を7日間含んだ。2日毎に全ての培地を換えた。
マウス骨格筋筋芽細胞の培養。野生型C2C12マウス筋芽細胞(ATCCカタログ番号CRL−1772)を、10% FBSおよび1% 抗生物質/抗真菌剤を補充したDMEM中で維持した。
293および293T細胞株の培養。HEK293細胞(ATCCカタログ番号CRL−1573)およびHEK293T細胞(ATCCカタログ番号CRL−3216)を、10%FBS、2mMグルタミン、1%抗真菌剤−抗生物質、11mM HEPES pH7.28、および1mMピルビン酸ナトリウムを含むDMEM中で培養した。
HeLa細胞の培養。HeLa細胞(ATCCカタログ番号CCL−2)を、10% FBS、2mMグルタミン、1%抗真菌剤−抗生物質を含むDMEM中で培養した。
マウス膵臓β細胞の培養。R7T1細胞(H.Moeller,Stanfordからの親切な贈呈物)を、10% FBS、2mM グルタミン、1%抗真菌剤−抗生物質、1ug/ml ドキシサイクリンを含むDMEM中で培養した。
マウス膵臓α細胞の培養。αTC1クローン6細胞(ATCCカタログ番号CRL−2934)を、10% FBS、2mM グルタミン、1%抗真菌剤−抗生物質、15mM HEPES、0.1mM NEAAを含むDMEM中で培養した。
ラット肝腫細胞の培養。H4TG細胞(ATCCカタログ番号CRL−1578)を、10% FBS、4mM グルタミン、1%抗真菌剤−抗生物質を含むDMEM中で培養した。
ヒト肝細胞癌細胞の培養。SNU−387細胞(ATCCカタログ番号CRL−2237)およびHepG2(ATCCカタログ番号HB−8065)を、10% FBS、2mMグルタミン、1%抗真菌剤−抗生物質、1%非必須アミノ酸を含むRPMI中で培養した。HuH7細胞を、10% FBS、2mMグルタミン、1%抗真菌剤−抗生物質、1%非必須アミノ酸を含むDMEM中で培養した。
ヒトケラチノサイトの培養。HaCaT細胞(A.Oro、Stanfordからの親切な贈呈物)を、10% FBS、2mMグルタミン、1%ペニシリン/ストレプトマイシンを含むDMEM中で培養した。
ハムスター卵巣細胞の培養。CHO−K1細胞(ATCCカタログ番号CCL−61)を、10% FBS、1%ペニシリン/ストレプトマイシンを含むHam’s F12中で培養した。
アカゲザル(Rhesus macaque)腎臓細胞の培養。FRhK−4細胞(ATCCカタログ番号CRL−1688)を、10% FBS、2mMグルタミン、1%ペニシリン/ストレプトマイシンを含むDMEM中で培養した。
マウス線維芽細胞の培養。E14で誘導した一次マウス胚性線維芽細胞を、10% FBS、2mMグルタミン、1%非必須アミノ酸、1%抗真菌剤−抗生物質、55uM β−メルカプトエタノールを含むDMEM中で培養した。
ヒト膵島でのAAVライブラリーの選択。10mlの完全培地を含む10cmペトリディッシュ中に膵島を放置し、AAV感染の一晩前に回収した。膵島にインタクトで感染させたか、または感染前にAccumaxを使用して(1000個の膵島当量あたり、1mlのAccumax[IEQ])、膵島を単細胞懸濁液中に分離した約300のIEQまたは1.7E05個の分散された膵島細胞を超低付着表面24ウェルプレートのいくつかのウェルに播種し、様々なMOIの18個の親AAV混合物またはAAVライブラリーのいずれかに感染させ、37℃インキュベーター中で6時間インキュベートした。残った投入ウイルス細胞を除去するために2回PBS洗浄した後、ATCC(カタログ番号VR−5)から得られたヒトアデノウイルス5を超感染させた。インタクトな膵島については、8E07のPFUを使用し、分離された膵島細胞については、4E07のPFUを1ウェルあたり1ml培地に添加した。37℃で4日後、細胞および上清を採取し、3回の凍結解凍サイクルに供し、65℃で30分間インキュベートしてAd5を不活性化した。細胞破片を遠心分離によって除去し(2分間、10,000xg)、repプライマープローブセットを使用したqPCRによる力価測定のために、ウイルスゲノムを100ulの清澄上清から単離した。その後の継代ラウンドでは、十分に高い力価を達成した場合、初期感染と同様のMOIを使用した。力価が低い場合、200ulの最大体積を感染のために使用した。
ベクタープラスミド。CAGプロモーターの制御下でGFPを発現する自己相補的rAAVベクター(pscAAV−CAG−GFP、Addgene、カタログ番号83279)を、プラスミドpscAV−GFP(Jon T Gray、Addgeneからの贈呈物、カタログ番号32396)中のCMVプロモーターをpAV−CAG−GFPー(Edwad Boyden、Addgenからの贈呈物、カタログ番号37825)由来のCAGプロモーターで置き換えることによって生成した。CAGプロモーターの制御下でホタルルシフェラーゼを発現する一本鎖rAAVベクター(pAAV−CAG−FLuc、Addgene、カタログ番号 83281)を、プラスミドpAAV−CAG−GFP中のGFP配列をプラスミドpAAV−EF1α−FLuc−WPRE−HGHpA(Addgene、カタログ番号87951)から得られるホタルシフェラーゼ配列で置き換えることによって生成した。コドン多様化(diversified)Tomato Redを発現する一本鎖rAAVベクターは、Edward Boydenからの贈呈物(pAV−CAG−tdTomato、Addgene、カタログ番号59462)であった。
濃縮されたAAVキャプシド配列の回収および評価第3回の選択ラウンド後に、プライマーcapFおよび3’末端にそれぞれのBC特異的配列を含むリバースプライマーを使用して、ウイルスゲノムからキャプシド配列を増幅した。左のBCが所望の変異体の特異的増幅の対照として作用するように、右のBCを選択してプライマー配列に含めた。ウイルス力価およびウイルスプールにおける特定の変異体の頻度に従って、PCRサイクル数を調整した。以下の増幅パラメータを使用した:2分間98℃、15秒間98℃、20秒間61℃、2分間72℃の25〜30サイクル、および72℃での最終10分間の伸長。PCR産物をゲル精製し、TOPOクローニングし、配列決定した。各BCについてのいくつかのクローンを配列決定し、左のBC配列がBC NGSによって得られる配列と一致することを確かめた。いくつかのキャプシドでは、クローンのうちのいくつかで、特に5’末端において、キャプシド配列が異なることが観察された。これは、不完全な伸長後の鋳型スイッチングに起因する可能性が高く96〜98、PCR条件および酵素を最適化することによって改善され得る。コンセンサス配列と一致したキャプシド配列を使用して、リン酸カルシウムトリプルトランスフェクションにより、自己相補的CAGプロモーター駆動GFP発現ベクターがパッケージングされた。各T225フラスコでは、25ug sc CAG−GFP移入ベクター、25ugパッケージングプラスミド、および25ug pAd5ヘルパープラスミドを使用した。粗細胞溶解物を生成し、GFP特異的プライマープローブセットを使用したqPCRによってrAAV力価を決定し、1KのMOIを使用して、分離されたヒト膵島細胞への形質導入効率について試験した。形質導入の48時間後、再凝集した擬(pseudo)膵島をAccumaxと共にインキュベートした後、Dispaseで処理することによって単細胞懸濁液中に分離させた。BD FACS Calibur機器を使用して、GFP発現細胞の数を評価し、FlowJoソフトウェアバージョン10を使用して、データを分析し、グラフ化した。選択されたキャプシド変異体を使用して、異なる発現ベクターがパッケージングされたCsCl勾配精製ベクター調製物を生成した。
アルカリ性サザンブロットによるパッケージングされたベクターゲノムの分析。標準的な方法を使用してrAAVキャプシドにパッケージングされたDNAのサイズを分析するために、アルカリ性サザンブロット分析を行った。簡単に述べると、アルカリ性ローディング緩衝液(50mM NaOH、1mM EDTA、3% Ficoll、0.025%ブロムクレゾール、0.042%キシレン)中の1E09個のウイルスゲノムを、50mM NaOH、1mM ランニング緩衝液を含む1%アルカリアガロースゲル上に充填した。ゲルを4℃、40mVで24時間でランニングし、12時間後に緩衝液を1度交換した。ゲルブロッティング後、メンブレンを、回転させながら65℃で2時間、PerfectHyb Plus Hybridization緩衝液(Sigma)中の10ug/mlサケ精子DNAと事前にハイブリダイゼーションした。300nt長の32P標識プローブを含むGFPまたはFLuc配列を添加し、回転させながら65℃でハイブリダイズさせたままとした。メンブレンを低ストリンジェント条件下(2×クエン酸塩ナトリウム、65℃で20分)で2回洗浄し、続いて高ストリンジェント条件下(0.1% SDSを含む2×クエン酸塩ナトリウム、65℃で30分)で1回洗浄した。メンブレンをホスホイメージャー(phosphoimager)スクリーニング上に曝露し、Personal Molecular Imager(Biorad)を使用して可視化した。QuantityOneソフトウェアを使用して画像分析を行った。
ウェスタンブロットによるキャプシドタンパク質の分析。標準的な方法および装置を使用してウェスタンブロット分析を行った。簡単に述べると、MOPSランニング緩衝液を使用して、タンパク質を4〜12% NuPAGE Bis−Trisゲル(Life Technologies)上で分解した。キャプシドタンパク質の検出のために、メンブレンを、モノクローナル抗体B1(ARP、カタログ番号03−61058)を用いて、1:200希釈で室温で2時間、プローブした。次いで、メンブレンを、マウスIgGに対するホースラディッシュペルオキシダーゼ(HRP)標識二次抗体と共に1時間インキュベートし、続いて、Pierce ECL2基質およびBiorad Chemdocイメージャーを使用してHRP検出を行った。
キャプシド変異体の細胞種特異的形質導入効率の評価これらの研究のために冷(cold)形質導入法を行った。簡単に述べると、約300個のインタクトな膵島を2%FBSを含む100ulのCMRLに再懸濁し、rAAVを10KのMOIで添加し(1膵島あたり1,000個の細胞を想定)、冷たい室内で水平型シェーカー上で軽く揺らしながら、混合物を氷上でインキュベートした。2時間後、1mlの事前に温めた完全培地(10mM HEPE、0.5%ヒト血清アルブミン、2%FBS、10mM ニコチンアミド、1%抗真菌剤−抗生物質、1% Glutamaxを含む、CMRL−1066)を各試料に添加し、24ウェルの超低付着プレート上で膵島をインキュベートした。培地を2日後に置き換え、膵島を採取し、分離し、表面抗体を使用して前に記載したようにFACSによって分析し、α−、β−、および非α−/非β細胞に細分した99
hESC由来β細胞における形質導入効率についてのrAAVの評価。組換えAAVを、10、100、1000のMOIで、20個の球体から選別された800,000個の高GFP細胞と混合し、10%FBS、1:100 Glutamax、1:100 NEAA、10μm ALKi II、0.5mMビタミンC、1μM T3、1mM N−アセチルシステイン、10μM硫酸亜鉛、および10μg/ml硫酸ヘパリンを含むCMRL中でAggrewell−400で再凝集させた。3日後に培地を換え、この際、再凝集したeBCを6ウェル懸濁液プレートに移した。それらを100rpmでオービタルシェーカー上に置き、さらに3日間培養した。続いて、eBCを分離し、固定化し、透過処理し、以前に記載されているように100、LSRFortessaX20 Dualでの分析のために、抗ヒトCペプチド抗体(1:200)および抗ヒトRFP抗体(Rockland、1:500)について染色した。データをFlowjoソフトウェアで分析した。分子プローブ抗体標識キットを使用し、製造業者の指示書に従って、抗ヒトCペプチド抗体をインハウスでコンジュゲートした。Leica DMI4000 Bを使用してライブイメージを撮影した。
様々な細胞株への形質導入効率のための変異体の評価。AAV DJ、AAV LK03、ならびに変異体AAV KP1、KP2、およびKP3のキャプシド配列を使用して、一本鎖CAG−ホタルルシフェラーゼベクターがパッケージングされた。組換えAAV調製物を2回CsCl精製し、これを使用して、様々なヒトおよびマウス一次細胞および細胞株を100および1000のMOIで3重で形質導入した。分化されたヒト筋肉細胞を除き、全ての細胞が、形質導入時に約60〜70%コンフルエントとなるように、形質導入の1日前に48ウェルプレート上に播種された(サイズおよび増殖速度に応じて、1ウェルあたり20,000〜80,000の播種密度)。形質導入の48時間後にルシフェラーゼアッセイキット(Promega)を使用して、細胞を溶解し、ルシフェラーゼ活性についてアッセイした。精製された組換えルシフェラーゼタンパク質(Promega)を使用して標準曲線を生成した。
中和アッセイ。プールされたヒト免疫グロブリン画分(IVIG,Baxter)の2つの異なるバッチを使用して、中和抗体に対する感受性について新規な変異体を評価した。中和アッセイを、本質的に記載の通りに行った(Meliani et al.,2015)101。簡単に述べると、IVIG調製物を補体不活性化FBSに希釈し、異なるキャプシドがパッケージングされた各ssCAG−FLucベクターの2E08個のベクターゲノムと共に、総体積100ulで、37℃で1時間インキュベートした。前日に48ウェルプレート上に播種したHuh7細胞(1ウェルあたり5E04個)を、ウイルス−IVIG混合物で3重で形質導入し(各ウェル22.5μl、約100のMOIに対応する)、細胞溶解物中のルシフェラーゼ活性を24時間後に決定した。
マウス。NOD株バックグラウンド(NOD−strain background)(FRG/N)のFah/Rag2/Il2rgc(FRG)欠損雌マウスを収容し、オレゴン健康科学大学の特定病原体除去施設で維持した。FRG/Nマウスを、自由にさせて食品照射した高脂肪低タンパク質マウス食餌(Lab Dietカタログ番号Picolab−5LJ5)で維持し、チロシン経路を通る流量を減少させた。移植日から、FRG/Nマウスを酸性水で1週間維持し、細菌の増殖を防止した。翌週、マウスに対して、1週間の8mg/L SMX−TMP抗生物質水(食味のために0.7−mol/Lデキストロースを補充)に切り替えた。その後、FRG/Nマウスに対して、記載したように、1mg/L NTBC水のオンおよびオフにより循環させた。6〜8週齢の雌Balb/C SCIDマウスを、画像化研究のためにThe Jackson Laboratories(カタログ番号001803)から購入した。スタンフォード大学の動物実験委員会、オレゴン保健科学大学、および小児医療研究センターは、全てのマウス手順を承認した。
肝細胞移植。形質導入研究のためのドナーヒト肝細胞を、BioreclarnationIVTから取得した(ロット番号QIE)。ヒト細胞移植を促進するために、移植の24時間前にウロキナーゼを発現する組換えヒトアデノウイルス(5E10 PFU、眼窩後投与)を投与して、離乳FRG/Nマウスを事前調整した。5E05〜1E06個のヒト肝細胞を、麻酔したレシピエントFRG/Nマウスに脾臓内注射し、ヒト肝細胞移植および増殖を促進するためにNTBCのオン/オフで循環させた。広域スペクトラムの抗生物質(4mg/kgのCeftiofur)を手術直前および手術後2日間、腹腔内注射により投与した。移植の6ヶ月後、移植の尺度として循環ヒトアルブミンレベルを、Bethyl定量ヒトアルブミンELISAキット(カタログ番号E88−129)で決定した。
インビボ形質導入実験。野生型マウス肝臓形質導入効率の評価のために、白色Balb/C SCIDマウスに、ノルモダイナミックな(normodynamic)静脈内側尾静脈注射により、各CAG−ホタルルシフェラーゼベクターの2E10ベクターゲノムを注射した。AAV8をLK03の代わりに使用したが、それは、このキャプシドが以前に高度にヒト特異的であることが示されているためである。1g体重あたり150μgのD−ルシフェリン(Biosynthカタログ番号L−8220)の腹腔内注射、およびAmiイメージングシステム使用した腹腔ルシフェラーゼ読み取りによって、肝臓におけるルシフェラーゼ活性について、マウスを週1回モニタリングした。35日目にマウスを犠牲死させ、様々な臓器(肝臓、膵臓、心臓、肺、脾臓、脳、および腎臓)を回収した。Bullet Stormホモジナイザーを使用して、臓器をPassive lysis buffer(Promega)中でホモジナイズし、1mgの各組織試料由来のルシフェラーゼ活性を上記のように測定した。10mgの各組織試料からゲノムDNAを単離し、qPCRを使用してベクターコピー数を決定した。ルシフェラーゼ用のプライマーは、FLuc F:CAC ATA TCG AGG TGG ACA TTA C、およびFLuc R:TG TTT GTA TTC AGC CCA TAGであった。マウスアクチンプライマー(m−actF:CCT GTA TGC CTC TGG TCG TA、およびm−actR:CCT CGT AGA TGG GCA CAG T)を標準化のために使用した。
インビボでのヒト肝細胞形質導入の評価のために、ヒト化FRG/Nマウス(1群あたり3匹のマウス)に、DJ、LK03、またはKP1キャプシドでシュードタイピングされた1E11個のssCAG−Td Tomato Redベクターゲノムを静脈内注射し、この14日間の形質導入中、1mg/L NTBC上で維持した。吸入用イソフルラン麻酔下で肝臓を採取した。肝臓組織をいくつかの葉から切り取って、いくつかの2×5mmの片とし、光から保護して25℃で5時間、10倍の体積の4% PFA中で固定した。固定組織をPBS中で1回洗浄し、スクロース低温保護および再水和シリーズに供した(25℃で2時間でのスクロース10% w/v、4℃で1晩でのスクロース20% w/v、25℃で4時間でのスクロース30% w/v)。肝臓片をPBS中ですすぎ、吸水乾燥を行い、OCT(Tissue−Tekカタログ番号4583)を用いてクリオモルド(cryomold)(Tissue−Tekカタログ番号4557)に封入し(mounted)、液体窒素冷却したイソペンタン浴中で凍結した。標識したクリオモルドをアルミホイルで包み、切片化するまで−80℃で置いた。
肝臓免疫組織化学。4〜5つの葉を有する各肝臓試料を、1切片あたり5μMでマイクロトームで切断した。スライドをメタノール中で−20℃で1分間固定し、室温(RT)で空気乾燥した。通知を除いて、以下の全ての手順を室温で行った。スライドをPBT(PBS+0.1% Tween20)中で3×5分間洗浄し、PBS中の0.3% Triton−X−100に1×10分間透過させ、PBT中で2×5分間洗浄した。加湿チャンバー中で1時間、PBT+10%正常ロバ血清(カタログ番号ab7475;Abcam)でブロッキングを行った。ウサギ抗ヒトFAH抗体(カタログ番号HPA041370;Sigma)を1:200でPBTに添加し、4℃で一晩インキュベートした。染色後、洗浄をPBT中で3×5分間行った。ロバ抗ウサギAlexa Fluor 488 IgG抗体(カタログ番号A−21206;ThermoFisher)の二次抗体をPBT(1:500、80ng/mLのDAPIを含む)に添加し、室温で1時間インキュベートした。スライドをPBTで3×5分間洗浄し、PBSで1×5分間洗浄し、続いて、ProLong Gold Antifade試薬(カタログ番号9071S;Cell Signaling)を用いて封入した。抗体正当性対照(validity control)は、二次のみの染色、ならびに陽性対照ヒト肝臓組織切片(カタログ番号HF−314;Zyagen)および陰性対照未処置マウス肝切片(カタログ番号MF−314−C57;Zyagen)について示すことを含んでいた。Zen Proソフトウェアによる20×対物でのZeissレーザースキャニング共焦点倒立顕微鏡(LSM 880)で画像化を行った。AAV−RFPシグナルを走査し、直接捕捉した。ヒト肝細胞形質導入の定量化をVolocityソフトウェア(v6.3)を使用して行い、眼による計数で確認した。簡単に述べると、各肝臓試料の異なる切片由来の異なる葉にわたる6〜9つの異なる目的領域を走査し、1切片あたり平均で約1,000個の細胞が計数された。約30%〜80%のFAH陽性染色を有する領域を分析のために選択した。走査面積あたりのヒト肝細胞のパーセンテージは、Alexa Fluor 488シグナル(FAH陽性)を有する細胞数をDAPIシグナルを有する細胞数(総細胞数)で割ったものとして示した。総形質導入効率は、RFPシグナルを有する細胞の数(AAV陽性)をDAPIシグナルを有する細胞の数で割ることによって計算した。これらの2つの数値の重複は、異なるAAV血清型についてのヒト肝細胞への形質導入効率を表していた。
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上述の実施例は、本発明の組成物、システム、および方法の実施形態を製造および使用する方法の完全な開示および説明を当業者に提供し、本発明者が本発明とみなすものの範囲を制限することを意図するものではない。当業者に明らかである本発明を実施するための上記様式の修正は、以下の特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。本明細書で言及される全ての特許および刊行物は、本発明に関連する技術分野の当業者のレベルを示す。本開示で引用される全ての参考文献は、各参考文献が参照によりその全体が個別に組み込まれたかのように、参照により組み込まれる。
全ての見出しおよび項目の名称は、明確性および参照目的のためにのみ使用され、決して限定するとみなすものではない。例えば、当業者は、本明細書に記載される発明の趣旨および範囲に従って、異なる見出しおよび項目から様々な態様を適宜組み合わせることの有用性を理解するであろう。
本明細書中で引用される全ての参考文献は、各個々の刊行物または特許もしくは特許出願が、その全体があらゆる目的のために本明細書に組み込まれることを具体的かつ個別に示しているかのように、その全体があらゆる目的のために本明細書に組み込まれる。
当業者に明らかであるように、本出願の多くの修正および変形をその真意および範囲から逸脱せずに行うことができる。本明細書に記載される具体的な実施形態および実施例は、例としてのみ提示され、本出願は、特許請求の範囲によって適格性が付与される十分な範囲の等価物と共に、添付の特許請求の範囲の用語によってのみ限定されることとなる。

Claims (79)

  1. 変異アデノ随伴ウイルス(AAV)キャプシドポリペプチドであって、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す、変異AAVキャプシドポリペプチド。
  2. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、分離されたヒト膵島またはインタクトなヒト膵島のいずれかに形質導入される、請求項1に記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  3. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加した形質導入を示す、請求項1に記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  4. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加したトロピズムを示す、請求項1に記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  5. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵島内の1種以上の細胞において増加した形質導入またはトロピズムをさらに示す、請求項1〜4のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  6. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビボでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項1〜5のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  7. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビトロでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項1〜6のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  8. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、エクスビボでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項1〜7のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  9. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増強された中和プロファイルを示す、請求項1〜8のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  10. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、プールされたヒト免疫グロブリンに対する増強された中和プロファイルを示す、請求項1〜9のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  11. 増強された中和プロファイルを示す前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、AAV−10A1(配列番号1)およびAAV−10A3(配列番号2)からなる群から選択される、請求項1〜10のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  12. 増強された中和プロファイルを示す前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、AAV−10A1(配列番号1)である、請求項1〜11のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  13. 増強された中和プロファイルを示す前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、AAV−10A3(配列番号3)である、請求項1〜12のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  14. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、機能的AAVキャプシドの一部であり、前記機能的AAVキャプシドが、非コードRNA、タンパク質コード配列、発現カセット、多重発現カセット、相同組換えのための配列、ゲノム遺伝子標的化カセット、および治療用発現カセットからなる群から選択される核酸配列をパッケージングしている、請求項1〜13のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  15. 前記核酸配列が、AAVベクター内に含まれる、請求項14に記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  16. 前記発現カセットが、CRISPR/CAS発現系である、請求項14に記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  17. 前記治療用発現カセットが、治療用タンパク質または抗体をコードする、請求項14に記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  18. 前記変異AAVキャプシドポリペプチド配列が、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、AAV−10A4(配列番号3)、AAV−10A5(配列番号4)、AAV−18A1(配列番号5)、AAV−10B1(配列番号6)、AAV−10B3(配列番号7)、AAV−10B5(配列番号8)、AAV−10B6(配列番号9)、AAV−10B7(配列番号10)、AAV−18B2(配列番号12)、およびAAV−18B3(配列番号13)からなる群から選択される、請求項1〜17のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  19. 前記変異AAVキャプシドポリペプチド配列が、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)からなる群から選択される、請求項1〜18のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチド。
  20. 治療用処置レジメンまたはワクチンにおける、請求項1〜19のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチドの使用方法。
  21. 内分泌障害の治療的処置における、請求項1〜20のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチドの使用方法。
  22. I型またはII型を含む糖尿病の処置における、請求項1〜21のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチドの使用方法。
  23. 対象に投与される核酸の総量を減少させるように、請求項1〜22のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチドを使用する方法であって、前記方法は、変異AAVキャプシドポリペプチドを使用して前記核酸が形質導入されるときに、同様の治療効果を得るために、非変異親キャプシドポリペプチドを使用して前記核酸が形質導入されるときに前記対象に投与される核酸の量と比較して、より少ない総核酸量を前記対象に投与することを含む、方法。
  24. 変異AAVキャプシドポリペプチドをコードする核酸配列を含むアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターであって、前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示す、AAVベクター。
  25. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加した形質導入を示す、請求項24に記載のAAVベクター。
  26. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加したトロピズムを示す、請求項25に記載のAAVベクター。
  27. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビボでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項24〜26のいずれかに記載のAAVベクター。
  28. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビトロでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項24〜26のいずれかに記載のAAVベクター。
  29. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、エクスビボでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項24〜27のいずれかに記載のAAVベクター。
  30. 前記ベクターが、非コードRNA、コード配列、発現カセット、多重発現カセット、相同組換えのための配列、ゲノム遺伝子標的化カセット、および治療用発現カセットからなる群から選択される核酸配列をさらに含む、請求項24〜28のいずれかに記載のAAVベクター。
  31. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと同様の核酸発現を可能にする、請求項30に記載のAAVベクター。
  32. 前記発現カセットが、CRISPR/CAS発現系である、請求項30に記載のAAVベクター。
  33. 前記治療用発現カセットが、治療用タンパク質または抗体をコードする、請求項30に記載のAAVベクター。
  34. 前記変異AAVキャプシドポリペプチド配列が、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、AAV−10A4(配列番号3)、AAV−10A5(配列番号4)、AAV−18A1(配列番号5)、AAV−10B1(配列番号6)、AAV−10B3(配列番号7)、AAV−10B5(配列番号8)、AAV−10B6(配列番号9)、AAV−10B7(配列番号10)、AAV−18B2(配列番号12)、およびAAV−18B3(配列番号13)からなる群から選択される、請求項24〜33のいずれかに記載のAAVベクター。
  35. 前記変異AAVキャプシドポリペプチド配列が、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)からなる群から選択される、請求項24〜34のいずれかに記載のAAVベクター。
  36. 治療用処置レジメンまたはワクチンにおける、請求項24〜35のいずれかに記載のAAVベクターの使用方法。
  37. 内分泌障害の治療用処置における、請求項24〜35のいずれかに記載のAAVベクターの使用方法。
  38. I型またはII型を含む糖尿病の治療用処置における、請求項24〜35のいずれかに記載のAAVベクターの使用方法。
  39. 対象に投与される総AAVベクターの量を減少させるように、請求項1〜38のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチドを使用する方法であって、前記方法は、前記AAVベクターが変異AAVキャプシドポリペプチドによって形質導入されるときに、同様の治療効果を得るために、前記AAVベクターが非変異親キャプシドポリペプチドによって形質導入されるときに、前記対象に投与されるAAVベクターの量と比較して、より少ない総AAVベクター量を前記対象に投与することを含む、方法。
  40. 変異AAVキャプシドポリペプチドを生成するための方法であって、前記変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムを示し、前記方法は、
    a)変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子のライブラリーを生成することであって、前記変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子が、2つ以上の非変異親キャプシドポリペプチド由来の配列を含む複数の変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子を含むことと、
    b)前記変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子ライブラリーをAAVベクターにクローニングすることによってAAVベクターライブラリーを生成することであって、前記AAVベクターが、複製能を有するAAVベクターであることと、
    c)非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムについて、変異AAVキャプシドポリペプチドをコードするb)の前記AAVベクターライブラリーをスクリーニングすることと、
    d)c)の前記変異AAVキャプシドポリペプチドを選択することと、を含む、方法。
  41. 前記方法が、e)d)の前記変異AAVキャプシドポリペプチドの配列を決定することをさらに含む、請求項40に記載の方法。
  42. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加した形質導入を示す、請求項40または41に記載の方法。
  43. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加したトロピズムを示す、請求項40〜42のいずれかに記載の方法。
  44. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増強された中和プロファイルをさらに示す、請求項40〜43のいずれかに記載の方法。
  45. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、プールされたヒト免疫グロブリンに対する増強された中和プロファイルをさらに示す、請求項40〜44のいずれかに記載の方法。
  46. 増強された中和プロファイルをさらに示す前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、AAV−10A1(配列番号1)およびAAV−10A3(配列番号2)からなる群から選択される、請求項40〜45のいずれかに記載の方法。
  47. 増強された中和プロファイルをさらに示す前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、AAV−10A1(配列番号1)である、請求項40〜45のいずれかに記載の方法。
  48. 増強された中和プロファイルをさらに示す前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、AAV−10A3(配列番号2)である、請求項40〜45のいずれかに記載の方法。
  49. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビボでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項40〜48のいずれかに記載の方法。
  50. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビトロでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項40〜49のいずれかに記載の方法。
  51. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、エクスビボでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項40〜50のいずれかに記載の方法。
  52. 変異AAVキャプシドポリペプチドをコードする核酸配列を含むアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターであって、前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト肝臓組織またはヒト肝細胞において増加した形質導入またはトロピズムを示す、AAVベクター。
  53. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加した形質導入を示す、請求項52に記載のAAVベクター。
  54. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加したトロピズムを示す、請求項53に記載のAAVベクター。
  55. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビボでヒト肝臓組織またはヒト肝細胞の増加した形質導入を示す、請求項52〜54のいずれかに記載のAAVベクター。
  56. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビトロでヒト肝臓組織またはヒト肝細胞の増加した形質導入を示す、請求項52〜54のいずれかに記載のAAVベクター。
  57. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、エクスビボでヒト肝臓組織またはヒト肝細胞の増加した形質導入を示す、請求項52〜55のいずれかに記載のAAVベクター。
  58. 前記ベクターが、非コードRNA、コード配列、発現カセット、多重発現カセット、相同組換えのための配列、ゲノム遺伝子標的化カセット、および治療用発現カセットからなる群から選択される核酸配列をさらに含む、請求項52〜56のいずれかに記載のAAVベクター。
  59. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと同様の核酸発現を可能にする、請求項58に記載のAAVベクター。
  60. 前記発現カセットが、CRISPR/CAS発現系である、請求項58に記載のAAVベクター。
  61. 前記治療用発現カセットが、治療用タンパク質または抗体をコードする、請求項58に記載のAAVベクター。
  62. 前記変異AAVキャプシドポリペプチド配列が、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、AAV−10A4(配列番号3)、AAV−10A5(配列番号4)、AAV−18A1(配列番号5)、AAV−10B1(配列番号6)、AAV−10B3(配列番号7)、AAV−10B5(配列番号8)、AAV−10B6(配列番号9)、AAV−10B7(配列番号10)、AAV−18B2(配列番号12)、およびAAV−18B3(配列番号13)からなる群から選択される、請求項52〜61のいずれかに記載のAAVベクター。
  63. 前記変異AAVキャプシドポリペプチド配列が、AAV−10A1(配列番号1)、AAV−10A3(配列番号2)、およびAAV−18A1(配列番号5)からなる群から選択される、請求項52〜62のいずれかに記載のAAVベクター。
  64. 治療用処置レジメンまたはワクチンにおける、請求項52〜63のいずれかに記載のAAVベクターの使用方法。
  65. 内分泌障害の治療用処置における、請求項52〜63のいずれかに記載のAAVベクターの使用方法。
  66. I型またはII型を含む糖尿病の治療用処置における、請求項52〜63のいずれかに記載のAAVベクターの使用方法。
  67. 対象に投与される総AAVベクターの量を減少させるように、請求項1〜66のいずれかに記載の変異AAVキャプシドポリペプチドを使用する方法であって、前記方法は、前記AAVベクターが変異AAVキャプシドポリペプチドによって形質導入されるときに、同様の治療効果を得るために、前記AAVベクターが非変異親キャプシドポリペプチドによって形質導入されるときに前記対象に投与されるAAVベクターの量と比較して、より少ない総AAVベクター量を前記対象に投与することを含む、方法。
  68. 変異AAVキャプシドポリペプチドを生成するための方法であって、前記変異AAVキャプシドポリペプチドは、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト肝臓組織またはヒト肝細胞において増加した形質導入またはトロピズムを示し、前記方法は、
    a)変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子のライブラリーを生成することであって、前記変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子は、2つ以上の非変異親キャプシドポリペプチド由来の配列を含む複数の変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子を含むことと、
    b)前記変異AAVキャプシドポリペプチド遺伝子ライブラリーをAAVベクターにクローニングすることによってAAVベクターライブラリーを生成することであって、前記AAVベクターは、複製能を有するAAVベクターであることと、
    c)非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、ヒト膵臓組織またはヒト膵島において増加した形質導入またはトロピズムについて、変異AAVキャプシドポリペプチドをコードするb)の前記AAVベクターライブラリーをスクリーニングすることと、
    d)c)の前記変異AAVキャプシドポリペプチドを選択することと、を含む、方法。
  69. 前記方法が、e)d)の前記変異AAVキャプシドポリペプチドの配列を決定することをさらに含む、請求項68に記載の方法。
  70. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加した形質導入を示す、請求項68または69に記載の方法。
  71. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増加したトロピズムを示す、請求項68〜70のいずれかに記載の方法。
  72. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、増強された中和プロファイルをさらに示す、請求項68〜71のいずれかに記載の方法。
  73. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、プールされたヒト免疫グロブリンに対する増強された中和プロファイルをさらに示す、請求項68〜72のいずれかに記載の方法。
  74. 増強された中和プロファイルをさらに示す前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、AAV−10A1(配列番号1)およびAAV−10A3(配列番号2)からなる群から選択される、請求項68〜73のいずれかに記載の方法。
  75. 増強された中和プロファイルをさらに示す前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、AAV−10A1(配列番号1)である、請求項68〜73のいずれかに記載の方法。
  76. 増強された中和プロファイルをさらに示す前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、AAV−10A3(配列番号2)である、請求項68〜73のいずれかに記載の方法。
  77. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビボでヒト肝臓組織またはヒト肝細胞の増加した形質導入を示す、請求項68〜76のいずれかに記載の方法。
  78. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、インビトロでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項68〜77のいずれかに記載の方法。
  79. 前記変異AAVキャプシドポリペプチドが、非変異親キャプシドポリペプチドと比較して、エクスビボでヒト膵臓組織またはヒト膵島の増加した形質導入を示す、請求項68〜78のいずれかに記載の方法。

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