JP2022105226A - Kit including primer dna set for detecting mitochondrial ribosomal rna mutation, nucleic acid for expressing mitochondrial ribosomal rna, lipid membrane structure obtained by encapsulating the nucleic acid, and uses of these - Google Patents

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Abstract

To provide a method for detecting a point mutation of mt-12S rRNA, RNA or DNA for efficiently expressing mt-rRNA in mitochondria, and a method for introducing them into mitochondria.SOLUTION: The present invention relates to a kit for detecting a point mutation of mitochondrial DNA or a corresponding point mutation of mitochondrial ribosomal RNA including a primer DNA set for wild type detection and a primer DNA set for mutant type detection, a mitochondria-targeted lipid membrane structure obtained by encapsulating a nucleic acid including a base sequence of mitochondrial ribosomal RNA or a base sequence complementary thereto, a pharmaceutical composition containing the nucleic acid as an active ingredient, and a method for producing a cell formulation for treating and/or preventing mitochondrial disease that includes introducing the nucleic acid in vitro into cells derived from a mitochondrial disease patient or a person at risk of developing mitochondrial disease.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ミトコンドリアリボソームRNA(以下、mt-rRNAと表す。)である12SリボソームRNA(以下、mt-12S rRNAと表す。)の点変異を検出するためのプライマーDNAセットを含むキット、ミトコンドリア内でmt-rRNAを発現させるための核酸、これを封入してなるミトコンドリア指向性脂質膜構造体、並びに前記核酸及び前記脂質膜構造体の医薬組成物における及び細胞製剤の製造における使用に関する。 The present invention is a kit containing a primer DNA set for detecting point mutations in 12S ribosomal RNA (hereinafter referred to as mt-12S rRNA), which is mitochondrial ribosomal RNA (hereinafter referred to as mt-rRNA), in mitochondria. With respect to nucleic acids for expressing mt-rRNA in, mitochondrial-directed lipid membrane structures encapsulated therein, and use in pharmaceutical compositions of said nucleic acids and said lipid membrane structures and in the manufacture of cell preparations.

細胞のオルガネラの1つであるミトコンドリアは、細胞核内の染色体から独立したミトコンドリアゲノムDNA(以下、mt-DNAと表す)を持つ。ミトコンドリアは、核ゲノムDNAから転写翻訳されてミトコンドリア内に移送されるミトコンドリアタンパク質(核DNA由来ミトコンドリアタンパク質)、mt-DNAにコードされ、ミトコンドリア内で転写翻訳されるミトコンドリアタンパク質(ミトコンドリアDNA由来ミトコンドリアタンパク質)、ミトコンドリアt-RNA(以下、mt-tRNAと表す)及びmt-rRNAを含む。これらのタンパク質やRNAをコードするゲノムDNAにおける変異と種々の疾患(脳筋症、神経変性疾患、癌、糖尿病、難聴等)との関連が多数報告されており、これらはミトコンドリア病と総称される。ミトコンドリア病に対する治療法はこれまでのところビタミン類などを補充する対症療法が主流であり、根本的治療法の開発が望まれている。以下、特に断らない限り、本発明はヒトのミトコンドリアを代表例として説明する。 Mitochondria, which is one of the organelles of cells, has mitochondrial genomic DNA (hereinafter referred to as mt-DNA) independent of chromosomes in the cell nucleus. Mitochondria are mitochondrial proteins (mitochondrial proteins derived from nuclear DNA) that are transcribed and translated from nuclear genomic DNA and transferred into mitochondria, and mitochondrial proteins encoded by mt-DNA and transcribed and translated in mitochondria (mitochondrial proteins derived from mitochondrial DNA). , Mitochondrial t-RNA (hereinafter referred to as mt-tRNA) and mt-rRNA. Many associations between mutations in genomic DNA encoding these proteins and RNA and various diseases (cerebral myopathy, neurodegenerative diseases, cancer, diabetes, hearing loss, etc.) have been reported, and these are collectively referred to as mitochondrial diseases. .. So far, symptomatic treatments that supplement vitamins and the like have been the mainstream treatments for mitochondrial diseases, and the development of radical treatments is desired. Hereinafter, unless otherwise specified, the present invention will be described with human mitochondria as a representative example.

現在、研究開発が進められているミトコンドリア病の治療方法の1つは、治療効果が期待されるタンパク質、例えば変異したミトコンドリアタンパク質に対応する野生型タンパク質をミトコンドリア内に送り込むことを目的とした遺伝子治療である。遺伝子治療を実現するため、細胞核内で転写され、細胞質で翻訳された目的タンパク質をミトコンドリア内に移送させることができる外来遺伝子発現システムや、ミトコンドリア内で直接的に目的タンパク質を発現させることができる外来遺伝子発現システム等が提案されている。 One of the therapeutic methods for mitochondrial disease currently under research and development is gene therapy aimed at delivering a protein expected to have a therapeutic effect, for example, a wild-type protein corresponding to a mutated mitochondrial protein, into the mitochondria. Is. In order to realize gene therapy, a foreign gene expression system that can transfer the target protein transcribed in the cell nucleus and translated in the cytoplasm into the mitochondria, or a foreign gene that can directly express the target protein in the mitochondria. Gene expression systems and the like have been proposed.

細胞質で発現させた目的タンパク質のミトコンドリア内への移送に関連して、多種多様な発現ベクターが開発されている。その多くは、核DNA由来ミトコンドリアタンパク質が有するミトコンドリア移行性シグナルペプチド(mitochondrial targeting signal peptide、MTS)を利用している。具体的には、MTSを上流に有する目的タンパク質(MTS付加タンパク質)をコードする発現ベクターを細胞核に送達し、細胞質においてMTS付加タンパク質を発現させ、ミトコンドリアに送達するというものである。 A wide variety of expression vectors have been developed in connection with the transfer of target proteins expressed in the cytoplasm into mitochondria. Most of them utilize the mitochondrial targeting signal peptide (MTS) possessed by the mitochondrial protein derived from nuclear DNA. Specifically, an expression vector encoding a target protein (MTS-added protein) having MTS upstream is delivered to the cell nucleus, the MTS-added protein is expressed in the cytoplasm, and the MTS-added protein is delivered to mitochondria.

この方法はある種の目的タンパク質においては有用であり得るが、ミトコンドリアDNA由来ミトコンドリアタンパク質に対する適用性が低いという問題を有する。ミトコンドリアDNA由来ミトコンドリアタンパク質の多くは細胞質内で不溶性であるために、細胞質で発現されたミトコンドリアDNA由来ミトコンドリアタンパク質が凝集し、ミトコンドリアへの移行が不十分となるからである。 Although this method may be useful for certain proteins of interest, it has the problem of low applicability to mitochondrial DNA-derived mitochondrial proteins. This is because most mitochondrial DNA-derived mitochondrial proteins are insoluble in the cytoplasm, so that the mitochondrial DNA-derived mitochondrial proteins expressed in the cytoplasm aggregate and the transfer to mitochondria becomes insufficient.

特許文献1は、水溶性を高めたMTSと特定のミトコンドリアDNA由来ミトコンドリアタンパク質とからなるMTS付加タンパク質をコードする発現ベクターを用いて、目的タンパク質の細胞質での凝集を抑える方法を開示している。しかし、ミトコンドリアDNA由来ミトコンドリアタンパク質は、ミトコンドリア以外の細胞内オルガネラにあると細胞毒性を示すことが多いので、特許文献1に記載された方法が利用可能な目的タンパク質の範囲は制限される。 Patent Document 1 discloses a method for suppressing aggregation of a target protein in the cytoplasm by using an expression vector encoding an MTS-added protein consisting of an MTS having increased water solubility and a mitochondrial protein derived from a specific mitochondrial DNA. However, since mitochondrial DNA-derived mitochondrial proteins often show cytotoxicity when they are present in intracellular organelles other than mitochondria, the range of target proteins for which the method described in Patent Document 1 can be used is limited.

また、MTS付加タンパク質を利用した上記方法は、本来のミトコンドリアタンパク質の細胞内輸送に干渉する又はこれと競合することで細胞に致死的ダメージを与える可能性があり、遺伝子治療のツールとしては懸念が残る。 In addition, the above method using MTS-added protein may cause fatal damage to cells by interfering with or competing with the intracellular transport of the original mitochondrial protein, and there is concern as a tool for gene therapy. Remain.

一方、ミトコンドリア内で直接的に目的タンパク質を発現させることができる外来遺伝子発現システムの利用では、第一にミトコンドリア内における必要十分な量の目的タンパク質の転写発現が要求される。かかる目的に適合するように、mt-DNAに存在する遺伝子由来のプロモーター、例えばHSP(heavy strand promoter)を選択し、その制御下に目的タンパク質をコードするDNAを置いた発現ベクターが幾つか設計されている。この発現ベクターには、mt-DNAにおいて利用頻度の高いトリプレットコドンを使用するといった工夫も加えられている。しかし、これまでのところ、それら発現ベクターの発現レベルは疾患治療に必要十分な領域には達していない。 On the other hand, in the use of a foreign gene expression system capable of directly expressing a target protein in mitochondria, firstly, a necessary and sufficient amount of transcriptional expression of the target protein in mitochondria is required. To meet this purpose, several expression vectors have been designed in which a promoter derived from a gene present in mt-DNA, for example, HSP (heavy strand promoter), is selected and a DNA encoding the target protein is placed under the control thereof. ing. This expression vector has been devised to use triplet codons, which are frequently used in mt-DNA. However, so far, the expression levels of these expression vectors have not reached the necessary and sufficient range for disease treatment.

例えば、非特許文献1には、MTSを付加した人工ウイルスベクターの内部にHSP制御下にあるミトコンドリア内で転写誘導されるDNAを封入し、ミトコンドリアに直接的にウイルスベクターを導入して目的タンパク質を発現させようとする方法が提唱されている。この方法は、導入されたウイルスベクターからの目的タンパク質の発現レベルが比較的高いという利点を有する一方、ウイルスベクターであることに起因する安全性の問題を伴うことに加え、目的タンパク質が期待通りにミトコンドリア内で発現しているかについての検証が完全にはなされていない。 For example, in Non-Patent Document 1, a DNA that is transcriptionally induced in mitochondria under HSP control is encapsulated inside an artificial virus vector to which MTS is added, and the viral vector is directly introduced into the mitochondria to obtain a target protein. A method for expressing it has been proposed. While this method has the advantage of relatively high expression levels of the protein of interest from the introduced viral vector, it has the safety issues associated with being a viral vector and the protein of interest is as expected. It has not been completely verified whether it is expressed in mitochondria.

本発明者らは、ミトコンドリア内で直接的に目的タンパク質を発現させることができる外来遺伝子発現システムの一つとして、動物細胞の細胞核内で転写活性を示すプロモーター配列、及びトリプトファンに対応するコドンとして1つ又は複数のTGAを含む目的タンパク質をコードするコーディング領域を前記プロモーター配列の制御下に有する組換え発現ベクターを提案した(特許文献2)。この発現ベクターをミトコンドリア指向性脂質膜構造体を利用してミトコンドリア内に送達することで、細胞質内での望ましくない目的タンパク質の翻訳を回避し、さらにミトコンドリア内での目的タンパク質の発現量をより高めることが可能となる。 As one of the foreign gene expression systems capable of directly expressing the target protein in mitochondria, the present inventors have a promoter sequence showing transcriptional activity in the cell nucleus of an animal cell, and a codon corresponding to tryptophan. We have proposed a recombinant expression vector having a coding region encoding a target protein containing one or more TGAs under the control of the promoter sequence (Patent Document 2). By delivering this expression vector into mitochondria using a mitochondrial-directed lipid membrane structure, translation of an undesired target protein in the cytoplasm is avoided, and the expression level of the target protein in mitochondria is further increased. It becomes possible.

上記の従来技術において、ミトコンドリア内に送達される核酸は専らDNAであったが、近年のRNA合成技術の進歩に伴い、DNAに代えてRNAを直接的にミトコンドリア内に送達することによる遺伝子治療戦略が提唱されている。これらの従来技術はいずれも、目的タンパク質の機能をミトコンドリア内で発揮させることを目的とした、当該タンパク質をコードする比較的短鎖の核酸をミトコンドリア内に送達する技術である。 In the above-mentioned conventional technique, the nucleic acid delivered into mitochondria was exclusively DNA, but with the recent progress in RNA synthesis technology, a gene therapy strategy by delivering RNA directly into mitochondria instead of DNA. Has been proposed. All of these conventional techniques are techniques for delivering a relatively short-chain nucleic acid encoding the protein into the mitochondria, with the aim of exerting the function of the target protein in the mitochondria.

また、ミトコンドリア病であると適切に診断されず、有効な治療が施されないまま重症化する事例も存在しているなど、ミトコンドリア病の診断法の確立も重要な課題として残されている。例えば、mt-12S rRNA遺伝子をコードするmt-DNA塩基配列中に存在する点変異A1555Gはミトコンドリア病の一種である薬剤性難聴の原因であるが、この点変異に対しては現在DNA検査のみが実施されており、疾患の直接的原因となるmt-12S rRNAの変異を対象とした検査技術は確立されていない。 In addition, the establishment of a diagnostic method for mitochondrial disease remains an important issue, as there are cases in which mitochondrial disease is not properly diagnosed and becomes severe without effective treatment. For example, the point mutation A1555G present in the mt-DNA base sequence encoding the mt-12S rRNA gene is the cause of drug-induced hearing loss, which is a type of mitochondrial disease, but currently only DNA tests are available for this point mutation. It has been carried out, and no testing technique has been established for mutations in mt-12S rRNA that directly cause the disease.

Yu,H. et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 2012, 109: E1238-47Yu, H. et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 2012, 109: E1238-47

US2015/0225740US2015 / 0225740 WO2017/090763WO2017 / 090763

本発明は、mt-12S rRNAの点変異を検出する方法、ミトコンドリア内でmt-rRNAを効率的に発現させるためのRNA又はDNA、及びこれらをミトコンドリアへ導入する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for detecting a point mutation in mt-12S rRNA, RNA or DNA for efficiently expressing mt-rRNA in mitochondria, and a method for introducing these into mitochondria. ..

本発明者らは、特定の塩基配列からなるプライマーDNAセットを用いることでmt-12S rRNAの点変異を検出及び定量することができること、及び塩基配列に一定の特徴を有する核酸をミトコンドリア内に送達することでミトコンドリア内でのmt-rRNAの効率的な発現が可能となることを見いだし、以下の発明を完成させた。 The present inventors can detect and quantify point mutations in mt-12S rRNA by using a primer DNA set consisting of a specific base sequence, and deliver nucleic acids having certain characteristics in the base sequence into mitochondria. We found that this enables efficient expression of mt-rRNA in mitochondria, and completed the following invention.

(1)配列番号1に示される塩基配列を含むフォワードプライマーDNAと配列番号3又は4に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる野生型検出用プライマーDNAセットと、
配列番号1に示される塩基配列を含むフォワードプライマーDNAと配列番号16、17又は20に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる変異型検出用プライマーDNAセット
とを含む、ミトコンドリアDNAの点変異A1555G又はこれに対応するミトコンドリア12SリボソームRNAの点変異を検出するためのキット。
(2)配列番号1に示される塩基配列を含むフォワードプライマーDNAが、配列番号1又は2に示される塩基配列からなるプライマーDNAである、(1)に記載のキット。
(3)変異型検出用プライマーDNAセットのリバースプライマーDNAが、配列番号17に示される塩基配列からなるプライマーDNAである、(1)又は(2)に記載のキット。
(4)以下のa)又はb)に示される核酸を封入してなるミトコンドリア指向性脂質膜構造体。
a)第一のミトコンドリアtRNAの塩基配列、ミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び第二のミトコンドリアtRNAの塩基配列をこの順番で含むRNA
b)プロモーターの塩基配列及びa)のRNAに相補的な塩基配列を含むDNA
(5)前記a)におけるミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び2つのミトコンドリアtRNAの塩基配列が連続している、(4)に記載の脂質膜構造体。
(6)ミトコンドリアリボソームRNAが野生型の12SミトコンドリアリボソームRNAである、(4)又は(5)に記載の脂質膜構造体。
(7)ジオレイルホスファチジルエタノールアミン及びスフィンゴミエリンを脂質膜の構成脂質として含有する、(4)から(6)のいずれか一項に記載の脂質膜構造体。
(8)膜透過性ペプチドを脂質膜表面に有する、(4)から(7)のいずれか一項に記載の脂質膜構造体。
(9)膜透過性ペプチドが連続した4~20個のアルギニン残基からなるポリアルギニンペプチドである、(8)に記載の脂質膜構造体。
(10)配列番号23で示されるアミノ酸配列からなるペプチドを脂質膜表面に有する、(4)から(9)のいずれか一項に記載の脂質膜構造体。
(11)以下のa)又はb)に示される核酸を有効成分として含有する、ミトコンドリア病の治療及び/又は予防のための医薬組成物。
a)第一のミトコンドリアtRNAの塩基配列、ミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び第二のミトコンドリアtRNAの塩基配列をこの順番で含むRNA
b)プロモーターの塩基配列及びa)のRNAに相補的な塩基配列を含むDNA
(12)
前記a)におけるミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び2つのミトコンドリアtRNAの塩基配列が連続している、(11)に記載の医薬組成物。
(13)ミトコンドリアリボソームRNAが野生型の12SミトコンドリアリボソームRNAである、(11)又は(12)に記載の医薬組成物。
(14)核酸がミトコンドリア指向性脂質膜構造体に封入されている、(11)から(13)のいずれか一項に記載の医薬組成物。
(15)ミトコンドリア病患者又はミトコンドリア病を発症するおそれのある者に由来する細胞に、以下のa)又はb)に示される核酸をインビトロで導入することを含む、ミトコンドリア病の治療及び/又は予防のための細胞製剤の製造方法。
a)第一のミトコンドリアtRNAの塩基配列、ミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び第二のミトコンドリアtRNAの塩基配列をこの順番で含むRNA
b)プロモーターの塩基配列及びa)のRNAに相補的な塩基配列を含むDNA
(16) 前記a)におけるミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び2つのミトコンドリアtRNAの塩基配列が連続している、(15)に記載の製造方法。
(17)ミトコンドリアリボソームRNAが野生型の12SミトコンドリアリボソームRNAである、(15)又は(16)に記載の製造方法。
(18)核酸がミトコンドリア指向性脂質膜構造体に封入されている、(15)から(17)のいずれか一項に記載の製造方法。
(1) A wild-type detection primer DNA set consisting of a combination of a forward primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4.
Mitochondrial DNA comprising a mutant detection primer DNA set consisting of a combination of a forward primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 16, 17 or 20. Point mutation A kit for detecting point mutations in A1555G or the corresponding mitochondrial 12S ribosome DNA.
(2) The kit according to (1), wherein the forward primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 is the primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2.
(3) The kit according to (1) or (2), wherein the reverse primer DNA of the primer DNA set for detecting a variant is a primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 17.
(4) A mitochondria-directed lipid membrane structure in which the nucleic acid shown in the following a) or b) is encapsulated.
a) RNA containing the base sequence of the first mitochondrial tRNA, the base sequence of the mitochondrial ribosome RNA, and the base sequence of the second mitochondrial tRNA in this order.
b) DNA containing the promoter base sequence and the base sequence complementary to the RNA of a)
(5) The lipid membrane structure according to (4), wherein the base sequence of mitochondrial ribosomal RNA and the base sequence of two mitochondrial tRNAs in a) are continuous.
(6) The lipid membrane structure according to (4) or (5), wherein the mitochondrial ribosomal RNA is a wild-type 12S mitochondrial ribosomal RNA.
(7) The lipid membrane structure according to any one of (4) to (6), which contains dioleylphosphatidylethanolamine and sphingomyelin as constituent lipids of the lipid membrane.
(8) The lipid membrane structure according to any one of (4) to (7), which has a membrane-permeable peptide on the surface of the lipid membrane.
(9) The lipid membrane structure according to (8), wherein the membrane-permeable peptide is a polyarginine peptide consisting of 4 to 20 consecutive arginine residues.
(10) The lipid membrane structure according to any one of (4) to (9), which has a peptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 23 on the surface of the lipid membrane.
(11) A pharmaceutical composition for treating and / or preventing mitochondrial disease, which comprises the nucleic acid shown in the following a) or b) as an active ingredient.
a) RNA containing the base sequence of the first mitochondrial tRNA, the base sequence of the mitochondrial ribosome RNA, and the base sequence of the second mitochondrial tRNA in this order.
b) DNA containing the promoter base sequence and the base sequence complementary to the RNA of a)
(12)
The pharmaceutical composition according to (11), wherein the base sequence of mitochondrial ribosomal RNA and the base sequence of two mitochondrial tRNAs in a) are continuous.
(13) The pharmaceutical composition according to (11) or (12), wherein the mitochondrial ribosomal RNA is a wild-type 12S mitochondrial ribosomal RNA.
(14) The pharmaceutical composition according to any one of (11) to (13), wherein the nucleic acid is encapsulated in a mitochondria-directed lipid membrane structure.
(15) Treatment and / or prevention of mitochondrial disease, which comprises introducing the nucleic acid shown in a) or b) below into cells derived from a patient with mitochondrial disease or a person who may develop mitochondrial disease. A method for producing a cell preparation for.
a) RNA containing the base sequence of the first mitochondrial tRNA, the base sequence of the mitochondrial ribosome RNA, and the base sequence of the second mitochondrial tRNA in this order.
b) DNA containing the promoter base sequence and the base sequence complementary to the RNA of a)
(16) The production method according to (15), wherein the base sequence of mitochondrial ribosomal RNA and the base sequence of two mitochondrial tRNAs in a) are continuous.
(17) The production method according to (15) or (16), wherein the mitochondrial ribosomal RNA is a wild-type 12S mitochondrial ribosomal RNA.
(18) The production method according to any one of (15) to (17), wherein the nucleic acid is encapsulated in a mitochondria-directed lipid membrane structure.

本発明のプライマーDNAセットは、これを用いたPCRを行うことにより、mt-DNAの点変異であるA1555G又はこれに対応するmt-12S rRNAの点変異を簡便に検出及び定量することができる。また、本発明の脂質膜構造体及び核酸は、ミトコンドリアにおいてより効率的に、かつ選択的にmt-rRNAを送達又は発現させることができることから、より安全でかつ効果の優れたミトコンドリア病治療用の医薬として、又は細胞製剤の製造において利用することができる。 The primer DNA set of the present invention can easily detect and quantify a point mutation of A1555G, which is a point mutation of mt-DNA, or a point mutation of mt-12S rRNA corresponding thereto, by performing PCR using the primer DNA set. Further, since the lipid membrane structure and nucleic acid of the present invention can deliver or express mt-rRNA more efficiently and selectively in mitochondria, they are safer and more effective for treating mitochondrial diseases. It can be used as a medicine or in the manufacture of cell preparations.

本発明の一態様であるtRF-mt-12S rRNA-tRVの構造及び対応するDNAの塩基配列を表す図である。It is a figure which shows the structure of tR F -mt-12S rRNA-tR V which is one aspect of this invention, and the base sequence of the corresponding DNA. ミトコンドリアリボソームRNA遺伝子の点変異(A1555G)を検出するために設計されたプライマーDNAセットの1~16について、横軸に変異率の理論値を、縦軸に定量的PCRで実測した測定値から算出した変異率をプロットした検量線である。For 1 to 16 primer DNA sets designed to detect point mutations (A1555G) in the mitochondrial ribosome RNA gene, the horizontal axis is the theoretical mutation rate, and the vertical axis is the measured value measured by quantitative PCR. It is a calibration line which plotted the mutation rate. ミトコンドリアリボソームRNA遺伝子の点変異(A1555G)を検出するために設計されたプライマーDNAセットの17~32について、横軸に変異率の理論値を、縦軸に定量的PCRで実測した測定値から算出した変異率をプロットした検量線である。For 17-32 primer DNA sets designed to detect point mutations (A1555G) in the mitochondrial ribosome RNA gene, the horizontal axis is the theoretical mutation rate and the vertical axis is the measured value measured by quantitative PCR. It is a calibration line which plotted the mutation rate. ミトコンドリアリボソームRNA遺伝子の点変異(A1555G)を検出するために設計されたプライマーDNAセットの33~48について、横軸に変異率の理論値を、縦軸に定量的PCRで実測した測定値から算出した変異率をプロットした検量線である。For 33-48 of the primer DNA sets designed to detect point mutations (A1555G) in the mitochondrial ribosome RNA gene, the horizontal axis is the theoretical mutation rate, and the vertical axis is the measured value measured by quantitative PCR. It is a calibration line which plotted the mutation rate. ミトコンドリアリボソームRNA遺伝子の点変異(A1555G)を検出するために設計されたプライマーDNAセットの49~64について、横軸に変異率の理論値を、縦軸に定量的PCRで実測した測定値から算出した変異率をプロットした検量線である。For 49-64 primer DNA sets designed to detect point mutations (A1555G) in the mitochondrial ribosome RNA gene, the horizontal axis is the theoretical mutation rate and the vertical axis is the measured value measured by quantitative PCR. It is a calibration line which plotted the mutation rate. ミトコンドリアリボソームRNA遺伝子の点変異(A1555G)を検出するために設計されたプライマーDNAセットの65~80について、横軸に変異率の理論値を、縦軸に定量的PCRで実測した測定値から算出した変異率をプロットした検量線である。For 65-80 of the primer DNA set designed to detect point mutations (A1555G) in the mitochondrial ribosome RNA gene, the horizontal axis is the theoretical mutation rate, and the vertical axis is the measured value measured by quantitative PCR. It is a calibration line which plotted the mutation rate. ミトコンドリアリボソームRNA遺伝子の点変異(A1555G)を検出するために設計されたプライマーDNAセットの81~96について、横軸に変異率の理論値を、縦軸に定量的PCRで実測した測定値から算出した変異率をプロットした検量線である。For 81-96 of the primer DNA sets designed to detect point mutations (A1555G) in the mitochondrial ribosome RNA gene, the horizontal axis is the theoretical mutation rate, and the vertical axis is the measured value measured by quantitative PCR. It is a calibration line which plotted the mutation rate. ミトコンドリアリボソームRNA遺伝子の点変異(A1555G)を検出するために設計されたプライマーDNAセットの97~108について、横軸に変異率の理論値を、縦軸に定量的PCRで実測した測定値から算出した変異率をプロットした検量線である。For 97-108 of the primer DNA sets designed to detect point mutations (A1555G) in the mitochondrial ribosome RNA gene, the horizontal axis is the theoretical mutation rate, and the vertical axis is the measured value measured by quantitative PCR. It is a calibration line which plotted the mutation rate. プライマーDNAセット14、24及び6について、横軸に変異率の理論値を、縦軸に3~4回の定量的PCRで実測した測定値から算出した変異率の平均値をプロットした検量線である。For primer DNA sets 14, 24 and 6, the horizontal axis is the theoretical value of the mutation rate, and the vertical axis is the calibration curve plotting the average value of the mutation rate calculated from the measured values measured by 3 to 4 quantitative PCRs. be. ミトコンドリア病患者由来の皮膚繊維芽細胞のミトコンドリアにtRF-rRNA-tRV/MITOを導入したときの、及び市販のRNA導入試薬を用いてtRF-mt-12S rRNA-tRVを導入したときの、それぞれのmt-rRNAに相補的なcDNAにおけるA1555G変異率の変化を示すグラフである。When tR F -rRNA-tR V / MITO is introduced into the mitochondria of skin fibroblasts derived from mitochondrial disease patients, and when tR F -mt-12S rRNA-tR V is introduced using a commercially available RNA introduction reagent. It is a graph which shows the change of the A1555G mutation rate in the cDNA complementary to each mt-rRNA.

点変異検出用プライマーDNAセット
本発明の第1の態様は、
配列番号1に示される塩基配列を含むフォワードプライマーDNAと配列番号3又は4に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる野生型検出用プライマーDNAセットと、
配列番号1に示される塩基配列を含むフォワードプライマーDNAと配列番号16、17又は20に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる変異型検出用プライマーDNAセット
とを含む、mt-DNAの点変異A1555G又はこれに対応するmt-12S rRNAの点変異を検出するためのキットに関する。なお、本明細書において、mt-DNAの塩基配列及びその配列中の塩基の位置は、NCBI Reference Sequence: NC_012920.1に登録されている塩基配列とその塩基番号で表される。
Primer DNA set for point mutation detection The first aspect of the present invention is
A wild-type detection primer DNA set consisting of a combination of a forward primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4.
Mt-DNA containing a mutant detection primer DNA set consisting of a combination of a forward primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 16, 17 or 20. A kit for detecting a point mutation in A1555G or the corresponding point mutation in mt-12S rRNA. In the present specification, the base sequence of mt-DNA and the position of the base in the sequence are represented by the base sequence registered in NCBI Reference Sequence: NC_012920.1 and its base number.

点変異A1555Gは、ミトコンドリア病の一種である薬剤性難聴の原因とされる、mt-DNA塩基配列の1555番目のアデニンがグアニンに置換された遺伝子変異で、この遺伝子変異を有する患者は、アミノグリコシド系薬物を投与した際の難聴リスクが顕著に高いことが知られている(Sven N. Hobbie et al., Pro. Nat. Acad. Sci. USA, 2008, 105, 52, 20888-20893.;N.Raimundo et al., Cell, 148, 4, 17, 2012, 716-726)。したがって、この遺伝子変異又はこれに対応するmt-12S rRNA変異の検出は、アミノグリコシド系薬物投与による難聴発症リスクの判定に利用することができ、難聴の誘発又は重症化の抑制に寄与し得るものと期待される。特に、mt-12S rRNA変異の検出は、疾患の直接的原因となる最終産物における変異の検出であることから、より精度の高い薬剤性難聴発症リスクの判定につながるものと期待される。 The point mutation A1555G is a gene mutation in which adenine at position 1555 of the mt-DNA base sequence is replaced with guanine, which is a cause of drug-induced hearing loss, which is a type of mitochondrial disease. It is known that the risk of hearing loss when administering drugs is significantly high (Sven N. Hobbie et al., Pro. Nat. Acad. Sci. USA, 2008, 105, 52, 20888-20893 .; N. Raimundo et al., Cell, 148, 4, 17, 2012, 716-726). Therefore, the detection of this gene mutation or the corresponding mt-12S rRNA mutation can be used to determine the risk of developing deafness due to the administration of aminoglycoside drugs, and can contribute to the induction or suppression of the aggravation of deafness. Be expected. In particular, the detection of mt-12S rRNA mutations is expected to lead to more accurate determination of the risk of developing drug-induced deafness because it is the detection of mutations in the final product that directly causes the disease.

配列番号1に示される塩基配列を含むプライマーDNAと配列番号3又は4に示される塩基配列からなるプライマーDNAとの組み合わせからなる野生型検出用プライマーDNAセットは、検出対象のmt-DNA、又はmt-12S rRNAからの逆転写反応生成物であるcDNAを鋳型としたPCRを行うことにより、1555番目の塩基がアデニンであるmt-DNA又はこれに対応するmt-12S rRNAを特異的に検出することができる。 The wild-type detection primer DNA set consisting of a combination of the primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and the primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4 is mt-DNA to be detected or mt. To specifically detect mt-DNA whose base at position 1555 is adenine or mt-12S rRNA corresponding thereto by performing PCR using cDNA, which is a reverse transcription reaction product from -12S rRNA, as a template. Can be done.

また、配列番号1に示される塩基配列を含むフォワードプライマーDNAと配列番号16、17又は20に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる変異型検出用プライマーDNAセットは、検出対象のmt-DNA、又はmt-12S rRNAからの逆転写反応生成物であるcDNAを鋳型としたPCRを行うことにより、1555番目の塩基がグアニンであるmt-DNA又はこれに対応するmt-12S rRNAを特異的に検出することができる。 Further, the variant detection primer DNA set consisting of a combination of a forward primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 16, 17 or 20 is a detection target. By performing PCR using mt-DNA or cDNA, which is a reverse transcription reaction product from mt-12S rRNA, as a template, mt-DNA whose 1555th base is guanine or mt-12S rRNA corresponding thereto can be obtained. It can be detected specifically.

配列番号1に示される塩基配列を含むプライマーDNAは、例えば、配列番号1に示される塩基配列からなるプライマーDNA、又は配列番号1に示される塩基配列の5'末端側及び/若しくは3'末端側に1若しくは複数個の塩基、例として1~10個、好ましくは1~5個、より好ましくは1~3個、特に1若しくは2個の塩基が付加された塩基配列からなるプライマーDNAであることができる。付加される塩基の種類は、検出対象のmt-DNA又はmt-12S rRNAからのcDNAを特異的に検出できるかぎり制限はないが、mt-DNA中の又はmt-12S rRNAからのcDNA中の対応する位置の塩基と相補的な塩基であることが好ましい。配列番号1に示される塩基配列を含むプライマーDNAは、好ましくは、配列番号1又は2に示される塩基配列からなるプライマーDNAである。 The primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 is, for example, the primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, or the 5'end side and / or the 3'end side of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. A primer DNA consisting of a base sequence to which one or more bases, for example 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, and particularly 1 or 2 bases are added. Can be done. The type of base to be added is not limited as long as the cDNA from the mt-DNA or mt-12S rRNA to be detected can be specifically detected, but the correspondence in the mt-DNA or the cDNA from the mt-12S rRNA is not limited. It is preferable that the base is complementary to the base at the position where it is formed. The primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 is preferably a primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2.

変異型検出用プライマーDNAセットに含まれるリバースプライマーDNAは、配列番号16、17又は20に示される塩基配列からなるプライマーDNAであり、好ましくは配列番号17に示される塩基配列からなるプライマーDNAである。 The reverse primer DNA included in the variant detection primer DNA set is a primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 16, 17 or 20, preferably a primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 17. ..

好ましい実施形態において、キットは、配列番号1に示される塩基配列からなるフォワードプライマーDNAと配列番号3又は4に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる野生型検出用プライマーDNAセットと、配列番号1に示される塩基配列からなるフォワードプライマーDNAと配列番号16、17又は20に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる変異型検出用プライマーDNAセットとを含む。 In a preferred embodiment, the kit comprises a wild-type detection primer DNA set consisting of a combination of a forward primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4. , A variant detection primer DNA set comprising a combination of a forward primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 16, 17 or 20.

より好ましい実施形態において、キットは、配列番号1に示される塩基配列からなるフォワードプライマーDNAと配列番号3に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる野生型検出用プライマーDNAセットと、配列番号1に示される塩基配列からなるフォワードプライマーDNAと配列番号17に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる変異型検出用プライマーDNAセットとを含む。 In a more preferred embodiment, the kit comprises a wild-type detection primer DNA set consisting of a combination of a forward primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3. It includes a primer DNA set for detecting a variant consisting of a combination of a forward primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 17.

野生型検出用プライマーDNAセット及び変異型検出用プライマーDNAセットを用いて、mt-DNA、又はmt-12S rRNAからの逆転写反応生成物であるcDNAを鋳型としたPCRを行うことにより、当該mt-DNA又はcDNA中に含まれる点変異A1555Gを有する分子の割合、すなわち変異率を定量することができる。当業者は、点変異を有する分子を特異的に増幅し、検出することができるPCR条件を適宜設定することができる。 Using the wild type detection primer DNA set and the mutant type detection primer DNA set, PCR using mt-DNA or cDNA, which is a reverse transcription reaction product from mt-12S rRNA, as a template is performed to obtain the mt. -The proportion of molecules having the point mutation A1555G contained in DNA or cDNA, that is, the mutation rate can be quantified. Those skilled in the art can appropriately set PCR conditions capable of specifically amplifying and detecting a molecule having a point mutation.

本発明において変異率とは、ミトコンドリア病をもたらす変異mt-DNAから転写されるmt-12S rRNAについての、mt-12S rRNA全分子中の変異型分子の割合を意味する。 In the present invention, the mutation rate means the ratio of the mutant molecule in all the mt-12S rRNA molecules to the mt-12S rRNA transcribed from the mutant mt-DNA that causes mitochondrial disease.

変異率は、遺伝子変異の定量に用いることができる公知の方法、例えばアレル特異的PCR法、インベーダー法、アレル特異的ハイブリダイゼーション法、次世代シーケンス法等を用いて定量することができる。これらの方法の中で好ましく用いられるものの1つは、定量的ARMS-PCR法(Amplification Refractory Mutation Systems PCR、例えばNewton,C.R. et al, Nucleic Acids Res. 1989, 17, 2503-2516;V. Venegas et al, Methods Mol. Biol. 2012, 837, 313-326、これらの文献は、その全体が参照として本明細書に取り込まれる)である。この方法では、検出対象となる点変異の塩基とその前後の塩基配列を基に、野生型配列を増幅するためのプライマーDNAセット(野生型検出用プライマーDNAセット)と点変異を含む配列を増幅するためのプライマーDNAセット(変異型検出用プライマーDNAセット)とを設計し、各プライマーDNAセットを用いて、測定対象のmt-rRNAの逆転写反応により得られたDNAを鋳型とした定量的PCRを行う。定量的PCRにより決定された野生型検出用プライマーDNAセットを用いた場合のCT値(CTwild)及び変異型検出用プライマーDNAセットを用いた場合のCT値(CTmut)を、下記式にあてはめることで、変異率を算出することができる。

Figure 2022105226000001
The mutation rate can be quantified by using a known method that can be used for quantification of gene mutation, for example, an allele-specific PCR method, an invader method, an allele-specific hybridization method, a next-generation sequencing method, or the like. One of these methods preferably used is the Quantitative ARMS-PCR Method (Amplification Refractory Mutation Systems PCR, eg Newton, CR et al, Nucleic Acids Res. 1989, 17, 2503-2516; V. Venegas et. al, Methods Mol. Biol. 2012, 837, 313-326, these documents are incorporated herein by reference in their entirety). In this method, a primer DNA set for amplifying a wild-type sequence (primer DNA set for wild-type detection) and a sequence containing a point mutation are amplified based on the base of the point mutation to be detected and the base sequences before and after it. Quantitative PCR using the DNA obtained by the reverse transcription reaction of the mt-rRNA to be measured using each primer DNA set by designing a primer DNA set (primer DNA set for mutation detection). I do. The C T value (C Twild) when using the wild-type detection primer DNA set and the C T value (C Tmut ) when using the mutant detection primer DNA set determined by quantitative PCR are expressed by the following formulas. By applying to this, the mutation rate can be calculated.
Figure 2022105226000001

本態様のキットは、野生型検出用プライマーDNAセット及び変異型検出用プライマーDNAセットを含むものであればよいが、逆転写酵素、PCR反応用の試薬、バッファー等をさらに含んでもよい。 The kit of this embodiment may include a primer DNA set for wild-type detection and a primer DNA set for mutant detection, but may further include a reverse transcriptase, a reagent for a PCR reaction, a buffer, and the like.

核酸及びこれを封入した脂質膜構造体
本発明の別の態様は、以下のa)又はb)に示される核酸、及びこれを封入してなるミトコンドリア指向性脂質膜構造体に関する;
a)第一のミトコンドリアtRNAの塩基配列、mt-rRNAの塩基配列及び第二のミトコンドリアtRNAの塩基配列をこの順番で含むRNA
b)プロモーターの塩基配列及びa)のRNAに相補的な塩基配列を含むDNA
Nucleic Acids and Lipid Membrane Structures Encapsulating The Nucleic Acids Another aspect of the present invention relates to the nucleic acids shown in a) or b) below, and the mitochondria-directed lipid membrane structures encapsulating the nucleic acids;
a) RNA containing the base sequence of the first mitochondrial tRNA, the base sequence of mt-rRNA and the base sequence of the second mitochondrial tRNA in this order.
b) DNA containing the promoter base sequence and the base sequence complementary to the RNA of a)

a)のRNAは、第一のミトコンドリアtRNA(以下、mt-tRNAと表す)の塩基配列、mt-rRNAの塩基配列及び第二のmt-tRNAの塩基配列をこの順番で含む。 The RNA of a) contains the base sequence of the first mitochondrial tRNA (hereinafter referred to as mt-tRNA), the base sequence of mt-rRNA, and the base sequence of the second mt-tRNA in this order.

a)のRNAにおいて、mt-tRNAの塩基配列は、ミトコンドリアゲノムに含まれるヒトでは計22種類のmt-tRNA遺伝子の塩基配列から任意に選択して使用することができる。また、第一及び第二のmt-tRNAの塩基配列は、互いに異なったものでもよく、また同じものでもよい。 In the RNA of a), the base sequence of mt-tRNA can be arbitrarily selected and used from the base sequences of a total of 22 types of mt-tRNA genes in humans contained in the mitochondrial genome. Further, the base sequences of the first and second mt-tRNAs may be different from each other or may be the same.

a)のRNAにおいて、mt-rRNAは、ミトコンドリア内で発現させる、言い換えればその機能を発揮させることが望まれるmt-rRNAであればよく、ミトコンドリア病の治療に有効であると期待されるmt-rRNAの他に、ミトコンドリア内で発現させることに学術的な関心が持たれるmt-rRNA等を挙げることができる。本発明においてmt-rRNAは、野生型の12SリボソームRNA(mt-12SrRNA)であることが好ましい。mt-12SrRNAは、ミトコンドリア翻訳に必須であり、mt-12SrRNAの機能不全は細胞機能を低下させ、難聴を発症させるものと考えられている。 In the RNA of a), the mt-rRNA may be any mt-rRNA expressed in mitochondria, in other words, mt-rRNA whose function is desired to be exerted, and is expected to be effective for the treatment of mitochondrial disease. In addition to rRNA, mt-rRNA and the like, which have an academic interest in expression in mitochondria, can be mentioned. In the present invention, the mt-rRNA is preferably a wild-type 12S ribosomal RNA (mt-12S rRNA). mt-12SrRNA is essential for mitochondrial translation, and dysfunction of mt-12SrRNA is thought to reduce cellular function and cause deafness.

a)のRNAにおいて、第一のmt-tRNAの塩基配列、mt-rRNAの塩基配列及び第二のmt-tRNAの塩基配列は、介在配列、例えばミトコンドリアゲノムにおける各々の5'末端側及び3'末端側のフランキング配列等を介して連結されていてもよいが、介在配列が存在せずに直接的に連結されていること、すなわちmt-rRNAの塩基配列及び2つのmt-tRNAの塩基配列が連続していることが好ましい。介在配列が存在する場合、その長さは、1~10塩基程度、例えば1~6塩基、好ましくは1~3塩基である。また、a)のRNAは、第一のmt-tRNAの塩基配列の5'末端側及び第二のmt-tRNAの塩基配列の3'末端側に、上記のフランキング配列等を1~10塩基程度、例えば1~6塩基、好ましくは1~3塩基、さらに有していてもよい。 In the RNA of a), the base sequence of the first mt-tRNA, the base sequence of mt-rRNA and the base sequence of the second mt-tRNA are intervening sequences, for example, the 5'end side and 3'respective of in the mitochondrial genome. It may be linked via a flanking sequence on the terminal side, but it is directly linked without the presence of an intervening sequence, that is, the base sequence of mt-rRNA and the base sequence of two mt-tRNAs. Is preferable to be continuous. When an intervening sequence is present, its length is about 1 to 10 bases, for example 1 to 6 bases, preferably 1 to 3 bases. In addition, the RNA of a) has 1 to 10 bases of the above flanking sequence or the like on the 5'end side of the base sequence of the first mt-tRNA and the 3'end side of the base sequence of the second mt-tRNA. It may have a degree, for example 1 to 6 bases, preferably 1 to 3 bases, and further.

なお、本態様において、a)のRNAは、mt-rRNAの塩基配列を複数個含み、かつ前記mt-rRNAの塩基配列の各々がその5'末端側及び3'末端側にミトコンドリアtRNAの塩基配列を有するRNAであってもよい。かかるRNAは、例えばmt-rRNAの塩基配列を2個含む場合、「第一のミトコンドリアtRNAの塩基配列、第一のmt-rRNAの塩基配列、第二のミトコンドリアtRNAの塩基配列、第二のmt-rRNAの塩基配列及び第三のミトコンドリアtRNAの塩基配列をこの順番で含むRNAと表すことができる。かかるRNAの詳細は、a)のRNAについて上で説明したとおりであり、含まれる複数個のmt-rRNAの塩基配列、及び複数個のミトコンドリアtRNAの塩基配列は、互いに異なったものであっても同じものであってもよい。 In this embodiment, the RNA of a) contains a plurality of mt-rRNA base sequences, and each of the mt-rRNA base sequences has a mitochondrial tRNA base sequence on the 5'end side and the 3'end side thereof. It may be RNA having. When such RNA contains, for example, two base sequences of mt-rRNA, "the base sequence of the first mitochondrial tRNA, the base sequence of the first mt-rRNA, the base sequence of the second mitochondrial tRNA, the second mt -The base sequence of rRNA and the base sequence of the third mitochondrial tRNA can be expressed as RNA containing in this order. The details of such RNA are as described above for RNA in a), and a plurality of RNAs contained therein. The base sequence of mt-rRNA and the base sequences of a plurality of mitochondrial tRNAs may be different from each other or may be the same.

b)のDNAは、プロモーターの塩基配列及びa)のRNAすなわち前記a)のRNAに相補的な塩基配列を含むDNAである。具体的には、b)のDNAは、プロモーターの塩基配列、第一のmt-tRNAの塩基配列に相補的な塩基配列、mt-rRNAの塩基配列に相補的な塩基配列及び第二のmt-tRNAの塩基配列に相補的な塩基配列をこの順番で含むDNAである。ここで、第一及び第二のmt-tRNAの塩基配列、mt-rRNAの塩基配列の各特徴は、a)のRNAについて説明したとおりである。 The DNA of b) is a DNA containing a promoter base sequence and an RNA of a), that is, a base sequence complementary to the RNA of a) above. Specifically, the DNA of b) has a promoter base sequence, a base sequence complementary to the first mt-tRNA base sequence, a base sequence complementary to the mt-rRNA base sequence, and a second mt-. It is a DNA containing a base sequence complementary to the base sequence of tRNA in this order. Here, the characteristics of the first and second mt-tRNA base sequences and the mt-rRNA base sequences are as described for a) RNA.

プロモーター配列は、a)のRNAに相補的な塩基配列をその制御下に有する。プロモーター配列の制御下に有するとは、a)のRNAに相補的な塩基配列がプロモーター配列に転写可能に連結されていること、すなわちプロモーター配列の転写活性によって転写が開始される範囲内にa)のRNAに相補的な塩基配列が存在することを意味する。例としては、プロモーター配列の3'末端から概ね1~200塩基の範囲内に第一のmt-tRNAがある場合を挙げることができるが、そのような範囲はプロモーター配列の種類によって変化し、当業者によって適宜調節することができる。 The promoter sequence has a base sequence complementary to the RNA of a) under its control. Having under the control of the promoter sequence means that the base sequence complementary to the RNA of a) is transcribeably linked to the promoter sequence, that is, within the range in which transcription is initiated by the transcriptional activity of the promoter sequence a). It means that there is a base sequence complementary to the RNA of. An example is the case where the first mt-tRNA is within the range of approximately 1 to 200 bases from the 3'end of the promoter sequence, but such a range varies depending on the type of promoter sequence. It can be adjusted as appropriate by a person skilled in the art.

プロモーターは、転写活性すなわちmt-rRNAの転写誘導能を示すものであれば特に制限はないが、ミトコンドリアに送達された際により効率的かつ選択的なmt-rRNAを発現させるためには、特許文献WO2017/090763及びUS2018/0362999(これらの文献は、その全体が参照として本明細書に取り込まれる)に記載されるように、哺乳動物の細胞核内で転写活性を示すプロモーターが好ましい。哺乳動物の細胞核内で転写活性を示すプロモーターの例としては、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、シミアンウイルス(SV)40プロモーター、ラウスサルコーマウイルス(RSV)プロモーター、EF1αプロモーター、βアクチンプロモーター及びT7プロモーター等を挙げることができ、CMVプロモーター又はRSVプロモーターの利用が好ましい。またこれらは、転写活性が損なわれない限り、塩基配列に置換その他の変異が加わったものであってもよい。 The promoter is not particularly limited as long as it exhibits transcriptional activity, that is, transcription-inducing ability of mt-rRNA, but in order to express more efficient and selective mt-rRNA when delivered to mitochondria, patent literature. Promoters that exhibit transcriptional activity in the cell nucleus of mammals are preferred, as described in WO2017 / 090763 and US 2018/0362999, which are incorporated herein by reference in their entirety. Examples of promoters that exhibit transcriptional activity in mammalian cell nuclei are cytomegalovirus (CMV) promoter, Simian virus (SV) 40 promoter, Raus sarcomavirus (RSV) promoter, EF1α promoter, β-actin promoter and T7 promoter. Etc., and the use of CMV promoter or RSV promoter is preferable. Further, these may be those to which a substitution or other mutation is added to the base sequence as long as the transcriptional activity is not impaired.

b)のDNAは一本鎖の形態にあってもよく、又はこれに相補する塩基配列からなるDNAとの二本鎖の形態にあってもよい。 The DNA of b) may be in a single-stranded form, or may be in a double-stranded form with a DNA having a base sequence complementary thereto.

b)のDNAがミトコンドリアに送達されることにより、前記プロモーターが機能してa)のRNAがミトコンドリア内で転写合成されmt-rRNAが合成される。 When the DNA of b) is delivered to the mitochondria, the promoter functions and the RNA of a) is transcribed and synthesized in the mitochondria to synthesize mt-rRNA.

本態様におけるミトコンドリア指向性脂質膜構造体は、脂質膜の構成脂質としてスフィンゴミエリン(SM)を、好ましくはジオレイルホスファチジルエタノールアミン(DOPE)とSMとを含む。 The mitochondrial-directed lipid membrane structure in this embodiment contains sphingomyelin (SM), preferably dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE) and SM as constituent lipids of the lipid membrane.

ミトコンドリア指向性脂質膜構造体は、膜透過性ペプチドで修飾されていることが好ましい。膜透過性ペプチドとしては、ポリアルギニン、Trans-Activator of Transcription Protein(TAT;例えばH. Nagahara et al., Nat. Med. 4 (1998) 1449-1452及びV. P. Torchilin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 98 (2001) 8786-8791を参照されたい。これらの文献は、その全体が参照として本明細書に取り込まれる)を挙げることができる。ポリアルギニンは、連続した4~20個のアルギニン残基からなるポリアルギニンペプチドであることが好ましく、オクタアルギニンであることが特に好ましい。 The mitochondrial directional lipid membrane structure is preferably modified with a membrane permeable peptide. Membrane-permeable peptides include polyarginine, Trans-Activator of Transcription Protein (TAT; eg H. Nagahara et al., Nat. Med. 4 (1998) 1449-1452 and V. P. Torchilin et al., Proc. Natl. Acad. . Sci. U.S.A. 98 (2001) 8786-8791. These references are incorporated herein by reference in their entirety). The polyarginine is preferably a polyarginine peptide consisting of 4 to 20 consecutive arginine residues, particularly preferably octaarginine.

加えて、ミトコンドリア指向性脂質膜構造体は、ミトコンドリア指向性分子で修飾されていることが好ましい。ミトコンドリア指向性分子としては、例えばMTSペプチド(Kong,BW. et al.,Biochimica et Biophysica Acta 2003, 1625, p.98-108)又はS2ペプチド(Szeto,H.H. et al.,Pharm.Res. 2011, 28, p.2669-2679)を挙げることができる。 In addition, the mitochondrial directional lipid membrane structure is preferably modified with a mitochondrial directional molecule. Examples of mitochondrial directional molecules include MTS peptide (Kong, BW. Et al., Biochimica et Biophysica Acta 2003, 1625, p.98-108) or S2 peptide (Szeto, H.H. et al., Pharm.Res. 2011, 28, p.2669-2679).

また、ミトコンドリア指向性脂質膜構造体は、脂質膜表面に配列番号23で示されるアミノ酸配列からなるペプチド(以下、KALAペプチドと表す)を有することも好ましい。KALAペプチドは、Shaheenら(Biomaterials, 2011, 32: 6342-6350)において、脂質膜同士の膜融合を促進する機能を有する脂質膜融合性ペプチドとして記載されている。KALAペプチドは、脂質膜構造体の表面に置かれることで脂質膜構造体を細胞内オルガネラであるミトコンドリアに選択的に送達させる能力を有する。 Further, it is also preferable that the mitochondrial directional lipid membrane structure has a peptide having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 23 (hereinafter referred to as KALA peptide) on the surface of the lipid membrane. The KALA peptide is described in Shaheen et al. (Biomaterials, 2011, 32: 6342-6350) as a lipid bilayer fusion peptide having a function of promoting membrane fusion between lipid membranes. The KALA peptide has the ability to selectively deliver lipid membrane structures to the intracellular organelle mitochondria by being placed on the surface of the lipid membrane structures.

ミトコンドリア指向性脂質膜構造体の好ましい具体例は、DOPEとSMとを脂質膜の構成脂質として含み、かつ脂質膜表面がオクタアルギニンペプチド、MTSペプチド及びS2ペプチドのうちの少なくとも1つで修飾された脂質膜構造体MITO-Porter(特許第5067733号;WO2006/095837;Yamada Y. et al.,Biochim Biophys Acta. 2008, 1778, p.423-432)及び多重型脂質膜構造体DF-MITO-Porter(Yamada,Y. et al., Mol.Ther., 2011, 19, p.1449-1456; Kawamura,E. et al.,Mitochondrion 2013, 13, p.610-614)、並びにWO2017/090763及びUS2018/0362999にその製造方法と共に詳細に記載された脂質膜構造体において、DOPEとSMとを脂質膜の構成脂質として含み、かつ脂質膜表面がKALAペプチドで修飾された脂質膜構造体等を挙げることができる。これらの文献は、その全体が参照として本明細書に取り込まれる。 A preferred embodiment of a mitochondrial directional lipid membrane structure comprises DOPE and SM as constituent lipids of the lipid membrane, and the surface of the lipid membrane is modified with at least one of octaarginine peptide, MTS peptide and S2 peptide. Lipid membrane structure MITO-Porter (Patent No. 5067733; WO2006 / 095837; Yamada Y. et al., Biochim Biophys Acta. 2008, 1778, p.423-432) and multiplex lipid membrane structure DF-MITO-Porter (Yamada, Y. et al., Mol.Ther., 2011, 19, p.1449-1456; Kawamura, E. et al., Mitochondrion 2013, 13, p.610-614), and WO 2017/090763 and US 2018 In the lipid membrane structure described in detail together with the production method in / 0362999, a lipid membrane structure containing DOPE and SM as constituent lipids of the lipid membrane and the surface of the lipid membrane being modified with KALA peptide is mentioned. Can be done. These documents are incorporated herein by reference in their entirety.

本態様において最も好ましい脂質膜構造体は、前記a)又はb)の核酸が封入され、脂質膜の構成脂質としてDOPEとSMとを含み、かつ脂質膜の表面にKALAペプチドを有する脂質膜構造体である。この脂質膜構造体は、WO2017/090763及びUS2018/0362999に記載された、KALAペプチドで修飾されDNAを封入した脂質膜構造体の製造法に準じて、DNAを前記a)又はb)の核酸にそれぞれ置き換えることで製造することができる。 The most preferable lipid membrane structure in this embodiment is a lipid membrane structure in which the nucleic acid of the above a) or b) is encapsulated, contains DOPE and SM as constituent lipids of the lipid membrane, and has a KALA peptide on the surface of the lipid membrane. Is. This lipid membrane structure is prepared by converting DNA into the nucleic acid of a) or b) above according to the method for producing a lipid membrane structure modified with KALA peptide and encapsulated with DNA described in WO2017 / 090763 and US2018 / 0362999. It can be manufactured by replacing each of them.

医薬組成物
本発明は、上記において説明したとおりの特徴を有するa)又はb)に示される核酸を有効成分として含有する、mt-rRNAの変異を原因とするミトコンドリア病(以下、特に断らない限り、単にミトコンドリア病と表す。)、特にmt-12S rRNAの変異を原因とする薬剤性難聴の治療及び/又は予防のための医薬組成物を、さらなる態様として提供する。かかる医薬組成物は、上記において説明したとおりの特徴を有するa)又はb)に示される核酸をそのまま含むものであってもよいが、上記ミトコンドリア指向性脂質膜構造体の形態にある核酸を有効成分として含む医薬組成物であることが特に好ましい。
Pharmaceutical Composition The present invention contains a nucleic acid shown in a) or b) having the characteristics as described above as an active ingredient, and mitochondrial disease caused by a mutation in mt-rRNA (hereinafter, unless otherwise specified). , Simply referred to as mitochondrial disease), particularly pharmaceutical compositions for the treatment and / or prevention of drug-induced deafness caused by mutations in mt-12S rRNA are provided as a further embodiment. Such a pharmaceutical composition may contain the nucleic acid shown in a) or b) having the characteristics as described above as it is, but the nucleic acid in the form of the mitochondrial directional lipid membrane structure is effective. It is particularly preferable that the pharmaceutical composition is contained as an ingredient.

本態様の医薬組成物は、注射剤、点滴剤等の非経口製剤の形態で用いられることができる。また、このような非経口製剤に用いることができる担体としては、例えば、生理食塩水や、ブドウ糖、D-ソルビトール等を含む等張液といった水性担体が挙げられる。 The pharmaceutical composition of this embodiment can be used in the form of a parenteral preparation such as an injection or an infusion. Examples of carriers that can be used for such parenteral preparations include aqueous carriers such as physiological saline and isotonic solutions containing glucose, D-sorbitol and the like.

本態様の医薬組成物は、薬学的に許容される緩衝剤、安定剤、保存剤その他の添加剤といった成分を含んでもよい。薬学的に許容される成分は当業者において周知であり、当業者が通常の実施能力の範囲内で、例えば第十七改訂日本薬局方その他の規格書に記載された成分から製剤の形態に応じて適宜選択して使用することができる。 The pharmaceutical composition of this embodiment may contain components such as pharmaceutically acceptable buffers, stabilizers, preservatives and other additives. The pharmaceutically acceptable ingredients are well known to those skilled in the art, and within the range of normal practicability, for example, from the ingredients described in the 17th revised Japanese Pharmacopoeia and other standards, depending on the form of the formulation. Can be appropriately selected and used.

本態様の医薬組成物の投与方法は特に制限されないが、非経口製剤である場合は、例えば点耳、鼓室内投与等の内耳投与、血管内投与(好ましくは静脈内投与)、腹腔内投与、腸管内投与、皮下投与等を挙げることができる。好ましい実施形態の一つにおいて、本発明の治療剤は、点耳又は鼓室内投与により生体に投与される。 The administration method of the pharmaceutical composition of this embodiment is not particularly limited, but in the case of a parenteral preparation, for example, inner ear administration such as ear drop, intratympanic administration, intravascular administration (preferably intravenous administration), intraperitoneal administration, etc. Intravenous administration, subcutaneous administration and the like can be mentioned. In one of the preferred embodiments, the therapeutic agent of the present invention is administered to a living body by ear instillation or intratympanic administration.

本態様の医薬組成物は、ミトコンドリア病の原因となるmt-rRNAの遺伝子異常に対応した野生型のmt-rRNAをミトコンドリア内に供給することにより、ミトコンドリア病の治療及び/又は予防効果を示すものと期待される。 The pharmaceutical composition of this embodiment exhibits a therapeutic and / or preventive effect on mitochondrial disease by supplying wild-type mt-rRNA corresponding to a genetic abnormality of mt-rRNA that causes mitochondrial disease into mitochondria. Is expected.

本明細書において用いられる治療及び/又は予防は、疾患の治癒、一時的寛解又は予防等を目的とする医学的に許容される全てのタイプの治療的及び/又は予防的介入を包含する。すなわちミトコンドリア病の治療及び/又は予防は、ミトコンドリア病の進行の遅延又は停止、病変の退縮又は消失、発症の予防又は再発の防止等を含む、種々の目的の医学的に許容される介入を包含する。 As used herein, treatment and / or prevention includes all types of medically acceptable therapeutic and / or prophylactic interventions aimed at cure, temporary remission or prevention of the disease. That is, treatment and / or prevention of mitochondrial disease includes medically acceptable interventions for various purposes, including delaying or stopping the progression of mitochondrial disease, retraction or disappearance of lesions, prevention of onset or prevention of recurrence, and the like. do.

本態様の医薬組成物は、ミトコンドリア病の治療及び/又は予防に用いることができる。したがって本態様の医薬組成物の使用は、当該組成物を用いてミトコンドリア病を治療及び/又は予防する方法として表すこともでき、本発明はそのような方法の発明も提供する。 The pharmaceutical composition of this embodiment can be used for the treatment and / or prevention of mitochondrial disease. Accordingly, the use of the pharmaceutical composition of this embodiment can also be expressed as a method of treating and / or preventing mitochondrial disease using the composition, and the present invention also provides an invention of such a method.

さらに、本態様の医薬組成物をミトコンドリア病患者又はミトコンドリア病を発症するおそれのある者に投与することにより、ミトコンドリア病を治療及び/又は予防することができることが期待される。このように、本発明は、本態様の医薬組成物の有効量をミトコンドリア病患者又はミトコンドリア病を発症するおそれのある者に投与することによる、ミトコンドリア病を治療及び/又は予防する方法も提供する。ここで「有効量」とは、ミトコンドリア病を治療及び/又は予防するのに効果的な量を意味し、かかる量はミトコンドリア病の症状の程度その他の医学的要因によって適宜調節される。 Furthermore, it is expected that mitochondrial disease can be treated and / or prevented by administering the pharmaceutical composition of this embodiment to a mitochondrial disease patient or a person who may develop mitochondrial disease. As described above, the present invention also provides a method for treating and / or preventing mitochondrial disease by administering an effective amount of the pharmaceutical composition of the present embodiment to a mitochondrial disease patient or a person who may develop mitochondrial disease. .. As used herein, the term "effective amount" means an amount effective for treating and / or preventing mitochondrial disease, and the amount is appropriately adjusted depending on the degree of symptoms of mitochondrial disease and other medical factors.

細胞製剤の製造方法
本発明は、ミトコンドリア病患者又はミトコンドリア病を発症するおそれのある者に由来する細胞に、上記において説明したとおりの特徴を有するa)又はb)に示される核酸をインビトロで導入することを含む、ミトコンドリア病の治療及び/又は予防のための細胞製剤の製造方法を、さらなる別の態様として提供する。
Method for Producing Cellular Preparation The present invention introduces the nucleic acid shown in a) or b) into cells derived from a mitochondrial disease patient or a person who may develop mitochondrial disease in vitro. Provided, as yet another embodiment, a method for producing a cell preparation for the treatment and / or prevention of mitochondrial disease, which comprises the above.

核酸を導入しようとするミトコンドリア病患者又はミトコンドリア病を発症するおそれのある者由来の細胞は、ミトコンドリア病患者又はミトコンドリア病を発症するおそれのある者から採取された体細胞であることが好ましい。このような体細胞としては、例えば、これらの者の心臓、脳、骨格筋、皮膚その他のミトコンドリア病によって障害を受けた若しくは受けるおそれがある組織から分離された細胞、又はかかる組織を構成する細胞に分化する能力を持つ細胞が挙げられる。 The cell derived from a mitochondrial disease patient who intends to introduce a nucleic acid or a person who may develop mitochondrial disease is preferably a somatic cell collected from a mitochondrial disease patient or a person who may develop mitochondrial disease. Such somatic cells include, for example, cells isolated from tissues damaged or at risk of damage or risk of heart, brain, skeletal muscle, skin or other mitochondrial diseases of these persons, or cells constituting such tissues. Examples include cells capable of differentiating into.

ミトコンドリア病患者又はミトコンドリア病を発症するおそれのある者由来の細胞に導入される核酸は、そのままの形態であってもよいが、導入効率の観点から、上記のミトコンドリア指向性脂質膜構造体の形態にあることが好ましい。 The nucleic acid introduced into cells derived from mitochondrial disease patients or those who may develop mitochondrial disease may be in the same form as it is, but from the viewpoint of introduction efficiency, the form of the above-mentioned mitochondrial-directed lipid membrane structure It is preferable to be in.

上記において説明したとおりの特徴を有するa)又はb)に示される核酸を、ミトコンドリア病患者又はミトコンドリア病を発症するおそれのある者由来の細胞にインビトロで導入することで、ミトコンドリア病をもたらすmt-rRNAにおける変異率が低下した体細胞を製造することができる。当該細胞は、ミトコンドリア病を治療及び/又は予防するための細胞製剤として、又はかかる細胞製剤を製造するために利用することができる。変異率及びその測定方法は、第1の態様において説明した通りである。 By introducing the nucleic acid shown in a) or b) having the characteristics as described above into cells derived from mitochondrial disease patients or those who may develop mitochondrial disease in vitro, mt- It is possible to produce somatic cells having a reduced mutation rate in rRNA. The cells can be used as a cell preparation for treating and / or preventing mitochondrial disease, or for producing such a cell preparation. The mutation rate and the method for measuring the mutation rate are as described in the first aspect.

以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1.ミトコンドリアRNAにおける点変異定量プロトコルの確立
1)mt-12S rRNAをコードするDNAの作製
制限酵素EcoRI及びEcoRVで開環したプラスミドpUC57-Ampに、以下の2種類の塩基配列の両端にEcoRI及びEcoRVサイトを付加したインサートをそれぞれ組み込んで、T7プロモーターによってmt-rRNAが転写されるプラスミドであるpT7-12S rRNA(WT)及びpT7-12S rRNA(MT)を作製した。
pT7-12S rRNA(WT):
pBluescript II SK (+) (Stratagene) 由来のT7プロモーター20bpと、ヒトmt-DNAの577-1670番目の領域1094bp(ミトコンドリアtRNAPhe、正常12SrRNA及びミトコンドリアtRNAValに対応する)とが連結された塩基配列(配列番号24)を有する。
pT7-12S rRNA(MT):
pBluescript II SK (+) (Stratagene) 由来のT7プロモーター20bpと、1555番目のアラニンをグリシンに置き換えたヒトmt-DNAの577-1670番目の領域1094bp(ミトコンドリアtRNAPhe、変異12SrRNA及びミトコンドリアtRNAValに対応する)とが連結された塩基配列(配列番号25)を有する。
Example 1. Establishment of point mutation quantification protocol for mitochondrial RNA
1) Preparation of DNA encoding mt-12S rRNA Insert the inserts with EcoRI and EcoRV sites added to both ends of the following two types of base sequences into the plasmid pUC57-Amp opened with the restriction enzymes EcoRI and EcoRV, respectively. We prepared pT7-12S rRNA (WT) and pT7-12S rRNA (MT), which are plasmids to which mt-rRNA is transcribed by the T7 promoter.
pT7-12S rRNA (WT):
A base sequence in which 20 bp of the T7 promoter derived from pBluescript II SK (+) (Stratagene) and 1094 bp of the 577-1670th region of human mt-DNA (corresponding to mitochondrial tRNA Phe , normal 12S rRNA and mitochondrial tRNA Val ) are linked. (SEQ ID NO: 24).
pT7-12S rRNA (MT):
Corresponds to 20 bp of T7 promoter derived from pBluescript II SK (+) (Stratagene) and 1094 bp of human mt-DNA in which alanine at position 1555 is replaced with glycine (mitochondrial tRNA Phe , mutant 12S rRNA and mitochondrial tRNA Val ). It has a base sequence (SEQ ID NO: 25) linked to it.

2)プライマー設計
表1に示される塩基配列からなるプライマーDNAをそれぞれ化学合成した。共通フォワードプライマーはmt-DNAの1450又は1451番目から1470番目までの領域に、野生型リバースプライマー及び変異型リバースプライマーはmt-DNAの1555番目から1574、1575、1576、1577又は1578番目までの領域に結合するように設計した。

Figure 2022105226000002
2) Primer design Primer DNA consisting of the nucleotide sequences shown in Table 1 was chemically synthesized. Common forward primers are in the 1450th or 1451th to 1470th regions of mt-DNA, and wild-type reverse primers and mutant reverse primers are in the 1555th to 1574th, 1575th, 1576th, 1577th or 1578th regions of mt-DNA. Designed to combine with.
Figure 2022105226000002

3)定量的PCR
pT7-12S rRNA(WT)及びpT7-12S rRNA(MT)を定められた比で混合したDNA混合溶液を鋳型とし、表2に示される組み合わせからなるプライマーDNA(表中、数字は図2~8中のグラフ番号を示し、(★)は共通フォワードプライマーとしてFl1を使用したこと、(★)が付いていないものは共通フォワードプライマーとしてFを使用したことを示す。)及びSYBR Green Realtime PCR Master Mix(TOYOBO)を用いて定量的PCRを行った。PCR条件は95°C /1 min → {95°C /15 sec → 60°C /1 min} の反応を40サイクル行った。

Figure 2022105226000003
3) Quantitative PCR
Using a DNA mixture solution in which pT7-12S rRNA (WT) and pT7-12S rRNA (MT) are mixed at a specified ratio as a template, primer DNA consisting of the combinations shown in Table 2 (in the table, the numbers are shown in FIGS. 2 to 8). The graph numbers inside are shown, where (★) indicates that Fl1 was used as the common forward primer, and those without (★) indicate that F was used as the common forward primer.) And SYBR Green Realtime PCR Master Mix. Quantitative PCR was performed using (TOYOBO). The PCR conditions were 95 ° C / 1 min → {95 ° C / 15 sec → 60 ° C / 1 min} for 40 cycles.
Figure 2022105226000003

野生型検出用リバースプライマーを含むプライマーDNAセットを用いたPCRで得られたCT値(CTwild)及び変異型検出用リバースプライマーを含むプライマーDNAセットを用いたPCRで得られたCT値(CTmut)を下記式にあてはめて、各DNA混合溶液における変異率を算出した。

Figure 2022105226000004
C T value (C Twild ) obtained by PCR using a primer DNA set containing a reverse primer for wild type detection and C T value (C T wild) obtained by PCR using a primer DNA set containing a reverse primer for mutant detection. C Tmut ) was applied to the following formula to calculate the mutation rate in each DNA mixed solution.
Figure 2022105226000004

横軸に変異率の理論値(正常型DNA及び変異型DNAの混合割合)、縦軸にCT値から算出した変異率をプロットした(図2~8)。その結果、いくつかのプライマーDNAセットについて、理論値と実測値との相関性が高いことが確認された。 The theoretical value of the mutation rate (mixing ratio of normal DNA and mutant DNA) is plotted on the horizontal axis, and the mutation rate calculated from the CT value is plotted on the vertical axis (FIGS. 2 to 8). As a result, it was confirmed that there is a high correlation between the theoretical value and the measured value for some primer DNA sets.

相関性の高かったプライマーDNAセットのうち、以下の3つのプライマーDNAセットについて3又は4回反復して試験を行ったところ、いずれも再現性の高い結果が得られた(図9)。特にプライマーDNAセット14はすべての変異率において理論値と実測値との相関性が高く、再現性も良好であった。これらのプライマーDNAセットは、検量線を用いることなくA1555G変異率の定量に用いることが可能であることが確認された。 Among the highly correlated primer DNA sets, the following three primer DNA sets were repeatedly tested 3 or 4 times, and all of them obtained highly reproducible results (FIG. 9). In particular, the primer DNA set 14 had a high correlation between the theoretical value and the measured value at all mutation rates, and the reproducibility was also good. It was confirmed that these primer DNA sets can be used to quantify the A1555G mutation rate without using a calibration curve.

プライマーDNAセット14
野生型検出用セット:フォワードプライマー F(配列番号1)
リバースプライマー WT1(配列番号3)
変異型検出用セット:フォワードプライマー F(配列番号1)
リバースプライマー MT1-s2(配列番号17)
プライマーDNAセット24
野生型検出用セット:フォワードプライマー F(配列番号1)
リバースプライマー WT1-l1(配列番号4)
変異型検出用セット:フォワードプライマー F(配列番号1)
リバースプライマー MT1-s1(配列番号16)
プライマーDNAセット6
野生型検出用セット:フォワードプライマー F(配列番号1)
リバースプライマー WT1(配列番号3)
変異型検出用セット:フォワードプライマー F(配列番号1)
リバースプライマー MT2-l2(配列番号20)
Primer DNA set 14
Wild-type detection set: forward primer F (SEQ ID NO: 1)
Reverse primer WT1 (SEQ ID NO: 3)
Mutant detection set: Forward primer F (SEQ ID NO: 1)
Reverse primer MT1-s2 (SEQ ID NO: 17)
Primer DNA set 24
Wild-type detection set: forward primer F (SEQ ID NO: 1)
Reverse primer WT1-l1 (SEQ ID NO: 4)
Mutant detection set: Forward primer F (SEQ ID NO: 1)
Reverse primer MT1-s1 (SEQ ID NO: 16)
Primer DNA set 6
Wild-type detection set: forward primer F (SEQ ID NO: 1)
Reverse primer WT1 (SEQ ID NO: 3)
Mutant detection set: Forward primer F (SEQ ID NO: 1)
Reverse primer MT2-l2 (SEQ ID NO: 20)

実施例2.ミトコンドリア病患者由来細胞のA1555G変異率の定量
1)ミトコンドリア病患者由来細胞の調製
健常人(コントロール1)、ND3遺伝子の点変異(T10158C)を有するミトコンドリア病(Leigh脳症)患者(コントロール2)及びmt-12S rRNA遺伝子の点変異(A1555G)を有する難聴を発症したミトコンドリア病患者の各皮膚生検より繊維芽細胞を分離し、継代培養した後に凍結保存して、セルストックを調製した。
Example 2. Quantification of A1555G mutation rate of cells derived from mitochondrial disease patients
1) Preparation of cells derived from mitochondrial disease patients Healthy subjects (Control 1), mitochondrial disease (Leigh encephalopathy) patients with ND3 gene point mutation (T10158C) (Control 2), and mt-12S rRNA gene point mutation (A1555G) Fibroblasts were isolated from each skin biopsy of patients with mitochondrial disease who developed hearing loss, subcultured and then cryopreserved to prepare cell stock.

セルストック1mLを37℃の水浴で溶解させ、DMEM(FBS+)9 mLを加え、遠心分離(160 g, 4℃, 3 min)した。上清を除去し、DMEM(FBS+)10 mLを加え細胞を懸濁させ、全量を10 cm dishに移し、インキュベーション(37℃, 5%CO2)して培養を行った。継代は80~90%コンフルエントになった際に行った。DishをPBS(-)5 mLで洗浄後、0.05%トリプシン溶液を加え10 minインキュベーション(37℃, 5%CO2)し、DMEM(FBS+)9 mLを加え、遠心分離(160g, 4℃, 3 min)した。セルカウント後10 cm dishに適当な濃度で播種した。 1 mL of cell stock was dissolved in a water bath at 37 ° C, 9 mL of DMEM (FBS +) was added, and the mixture was centrifuged (160 g, 4 ° C, 3 min). The supernatant was removed, 10 mL of DMEM (FBS +) was added to suspend the cells, the whole volume was transferred to a 10 cm dish, and the cells were incubated (37 ° C., 5% CO 2 ). The passage was done when it became 80-90% confluent. After washing Dish with 5 mL of PBS (-), add 0.05% trypsin solution, incubate for 10 min (37 ° C, 5% CO 2 ), add 9 mL of DMEM (FBS +), and centrifuge (160 g, 4 ° C, 3). min). After cell counting, the seeds were sown in a 10 cm dish at an appropriate concentration.

2)ミトコンドリア画分及び定量用DNAの調製
皮膚繊維芽細胞(2×106 cells程度)をCell Scrub buffer 200μLに懸濁し、4℃で15 min振とう後、遠心分離(700 g, 4℃, 3 min)した。上清を除去後、MIB(EDTA+)500μLに懸濁した。シリンジ針(27G)により細胞を破砕したのち遠心分離(700 g, 4℃, 10 min)して上清を回収し、0.1 mg/mL RNase溶液を0.45μL添加して25℃で10 minインキュベーションした。遠心分離(700 g, 4℃, 10 min)し上清を回収し、60% percoll solutionの上に添加して遠心分離(20,400 g, 4℃, 10 min)し、境界面の溶液を200μL回収した。遠心分離(20,400 g, 4℃, 15 min)して上清を除去後、MIB(-)500μLを加えた。再度遠心分離(20,400 g, 4℃, 15 min)して上清を除去し、ミトコンドリア画分を得た。
2) Preparation of mitochondrial fraction and quantification DNA Sustain skin fibroblasts (about 2 × 10 6 cells) in 200 μL of Cell Scrub buffer, shake at 4 ° C for 15 min, and then centrifuge (700 g, 4 ° C,). 3 min). After removing the supernatant, it was suspended in 500 μL of MIB (EDTA +). The cells were disrupted with a syringe needle (27 G) and then centrifuged (700 g, 4 ° C, 10 min) to collect the supernatant, 0.45 μL of 0.1 mg / mL RNase solution was added, and the cells were incubated at 25 ° C for 10 min. .. Centrifuge (700 g, 4 ° C, 10 min) to collect the supernatant, add on top of 60% percoll solution and centrifuge (20,400 g, 4 ° C, 10 min) to recover 200 μL of solution at the interface. did. Centrifugation (20,400 g, 4 ° C, 15 min) was performed to remove the supernatant, and then 500 μL of MIB (-) was added. Centrifugation (20,400 g, 4 ° C, 15 min) was performed again to remove the supernatant, and a mitochondrial fraction was obtained.

ミトコンドリア画分から、RNase mini kit(QIAGEN N.V)、RNase-Free DNase Set(QIAGEN N.V)を用いてRNAを抽出し、さらにHigh Capacity RNA-to-cDNA Kit(ABI)を用いてRNAの逆転写反応を行うことで、定量用cDNAを調製した。 RNA is extracted from the mitochondrial fraction using the RNase mini kit (QIAGEN N.V) and RNase-Free DNase Set (QIAGEN N.V), and then the reverse transcription reaction of RNA is performed using the High Capacity RNA-to-cDNA Kit (ABI). By doing so, quantification cDNA was prepared.

3)変異率の定量
実施例1のプライマーDNAセット14を用いて各皮膚繊維芽細胞の12S rRNAに相補的なcDNAにおけるA1555Gの変異率を定量した。結果を表3に示す。

Figure 2022105226000005
3) Quantification of mutation rate Using the primer DNA set 14 of Example 1, the mutation rate of A1555G in cDNA complementary to 12S rRNA of each skin fibroblast was quantified. The results are shown in Table 3.
Figure 2022105226000005

A1555Gを有しないコントロール1及び2では、0.07%及び1.16%と実質的に0%であったことから、プライマーDNAセット14を用いたA1555G定量系は正常に機能していることが確認された。 In controls 1 and 2 without A1555G, 0.07% and 1.16% were substantially 0%, confirming that the A1555G quantitative system using the primer DNA set 14 was functioning normally.

実施例3.ミトコンドリア病患者由来細胞への正常mt-12S rRNAの導入
1)mt-12S rRNAの調製
pT7-12S rRNA(WT)を制限酵素Eco RVで処理して直線化したプラスミドDNAを用意し、RiboMAX(商標)Large Scale RNA Production Systems-T7(PROMEGA)を用いたin vitro転写反応によって、T7プロモーターによって転写されるRNAを合成し、Nucleospin RNA clean-up and concentration of RNA XS kit(TAKARA BIO)を用いて精製した。
Example 3. Introduction of normal mt-12S rRNA into cells derived from mitochondrial disease patients
1) Preparation of mt-12S rRNA
PT7-12S rRNA (WT) was treated with the limiting enzyme Eco RV to prepare a linearized plasmid DNA, and the T7 promoter was subjected to in vitro transcription reaction using RiboMAX ™ Large Scale RNA Production Systems-T7 (PROMEGA). RNA transcribed by the Nucleospin RNA clean-up and concentration of RNA XS kit (TAKARA BIO) was used for purification.

2)mt-12S rRNAを封入したMITO-Porterの調製
0.12 mg/mLのprotamine/HEPES Buffer溶液に0.3 mg/mLの精製mt-12S rRNA/HEPES Buffer溶液の等量をボルテックスしながら添加し、核酸ナノ粒子溶液(N/P比0.6)を調製した。脂質溶液(DOPE:SM:STR-R8=9:2:1、DOPE 18μL、SM 8μL、STR-R8 20μL、EtOH 62μL)に核酸ナノ粒子溶液65μLをボルテックスしながら添加して、懸濁液を調製した。5 mLチューブ中のHEPES Buffer 630μLに懸濁液をボルテックスしながら添加した後、これをAmicon Ultra-4中のHEPES Buffer 4 mLに加え、遠心処理(1000 g、25℃、8 min)した。さらにHEPES Buffer 4 mLを加えて再度遠心処理(1000 g、25℃、12 min)して、mt-12S rRNAが封入されたリポソーム(mt-12S rRNA/MITO)を回収した。リポソームの粒子径及びゼータ電位(表面電位)を表4に示す。

Figure 2022105226000006
2) Preparation of MITO-Porter encapsulating mt-12S rRNA
An equal amount of 0.3 mg / mL purified mt-12S rRNA / HEPES Buffer solution was added to a 0.12 mg / mL protocol / HEPES Buffer solution while vortexing to prepare a nucleic acid nanoparticle solution (N / P ratio 0.6). A suspension is prepared by adding 65 μL of nucleic acid nanoparticle solution to a lipid solution (DOPE: SM: STR-R8 = 9: 2: 1, DOPE 18 μL, SM 8 μL, STR-R8 20 μL, EtOH 62 μL) while vortexing. did. The suspension was added to 630 μL of HEPES Buffer in a 5 mL tube while vortexing, then added to 4 mL of HEPES Buffer in Amicon Ultra-4 and centrifuged (1000 g, 25 ° C., 8 min). Further, 4 mL of HEPES Buffer was added and centrifugation was performed again (1000 g, 25 ° C., 12 min) to recover liposomes (mt-12S rRNA / MITO) containing mt-12S rRNA. The particle size and zeta potential (surface potential) of the liposome are shown in Table 4.
Figure 2022105226000006

3)mt-12S rRNAの導入
6 well plateに2 mL/wellのDMEM(FBS+)で24時間程度前培養したミトコンドリア病患者由来の皮膚繊維芽細胞又はヒト正常皮膚繊維芽NB1RGB細胞(1×105 cells/well)に、RNA量換算で1.2、12、120、240ng/dishとなるようにmt-12S rRNA/MITOをそれぞれ添加して3時間インキュベートした後、培地交換してさらに48時間インキュベートした。インキュベート終了後、実施例2と同様の操作を行って皮膚繊維芽細胞のミトコンドリア画分から定量用cDNAを調製し、プライマーDNAセット14を用いた定量的PCRを行って、mt-12S rRNAに相補的なcDNAにおけるA1555G変異率の変化を測定した。また、RNA量換算で同量のmt-12S rRNAを市販の核酸導入試薬であるリポフェクタミン i MAX(LFN iMAX、ThermoFisher Scientific)を用いて皮膚繊維芽細胞に導入して、上記と同様にして変異率の変化を測定した。
3) Introduction of mt-12S rRNA
RNA content in skin fibroblasts derived from mitochondrial disease patients or human normal skin fibroblasts NB1RGB cells (1 × 10 5 cells / well) precultured in 6 well plates with 2 mL / well DMEM (FBS +) for about 24 hours. After adding mt-12S rRNA / MITO to 1.2, 12, 120 and 240 ng / dish in terms of conversion and incubating for 3 hours, the medium was changed and the cells were incubated for another 48 hours. After completion of the incubation, the same procedure as in Example 2 was carried out to prepare a quantitative cDNA from the mitochondrial fraction of skin fibroblasts, and quantitative PCR using the primer DNA set 14 was performed to complement the mt-12S rRNA. Changes in the A1555G mutation rate in the same cDNA were measured. In addition, the same amount of mt-12S rRNA in terms of RNA amount was introduced into skin fibroblasts using a commercially available nucleic acid-introducing reagent, lipofectamine iMAX (LFN iMAX, ThermoFisher Scientific), and the mutation rate was the same as above. The change in was measured.

市販の核酸導入試薬を用いてmt-rRNAを導入した場合の変異率と比較して、本発明の脂質膜構造体を用いてmt-rRNAを導入することで変異率が約15%まで大幅に低下することが確認された(表5、図10)。

Figure 2022105226000007
Compared with the mutation rate when mt-rRNA is introduced using a commercially available nucleic acid introduction reagent, the mutation rate is significantly increased to about 15% by introducing mt-rRNA using the lipid membrane structure of the present invention. It was confirmed that the decrease was observed (Table 5, FIG. 10).
Figure 2022105226000007

配列番号1:フォワードプライマーF
配列番号2:フォワードプライマーFl1
配列番号3:野生型リバースプライマーWT1
配列番号4:野生型リバースプライマーWT1-l1
配列番号5:野生型リバースプライマーWT1-l2
配列番号6:野生型リバースプライマーWT1-s1
配列番号7:野生型リバースプライマーWT1-s2
配列番号8:野生型リバースプライマーWT2
配列番号9:野生型リバースプライマーWT2-l1
配列番号10:野生型リバースプライマーWT2-l2
配列番号11:野生型リバースプライマーWT2-s1
配列番号12:野生型リバースプライマーWT2-s2
配列番号13:変異型リバースプライマーMT1
配列番号14:変異型リバースプライマーMT1-l1
配列番号15:変異型リバースプライマーMT1-l2
配列番号16:変異型リバースプライマーMT1-s1
配列番号17:変異型リバースプライマーMT1-s2
配列番号18:変異型リバースプライマーMT2
配列番号19:変異型リバースプライマーMT2-l1
配列番号20:変異型リバースプライマーMT2-l2
配列番号21:変異型リバースプライマーMT2-s1
配列番号22:変異型リバースプライマーMT2-s2
配列番号23:KALAペプチド
配列番号24:tRF-rRNA-tRV配列
配列番号25:A1555G変異を有するtRF-rRNA-tRV配列
SEQ ID NO: 1: Forward primer F
SEQ ID NO: 2: Forward primer Fl1
SEQ ID NO: 3: Wild-type reverse primer WT1
SEQ ID NO: 4: Wild-type reverse primer WT1-l1
SEQ ID NO: 5: Wild-type reverse primer WT1-l2
SEQ ID NO: 6: Wild-type reverse primer WT1-s1
SEQ ID NO: 7: Wild-type reverse primer WT1-s2
SEQ ID NO: 8: Wild-type reverse primer WT2
SEQ ID NO: 9: Wild-type reverse primer WT2-l1
SEQ ID NO: 10: Wild-type reverse primer WT2-l2
SEQ ID NO: 11: Wild-type reverse primer WT2-s1
SEQ ID NO: 12: Wild-type reverse primer WT2-s2
SEQ ID NO: 13: Mutant reverse primer MT1
SEQ ID NO: 14: Mutant reverse primer MT1-l1
SEQ ID NO: 15: Mutant reverse primer MT1-l2
SEQ ID NO: 16: Mutant reverse primer MT1-s1
SEQ ID NO: 17: Mutant reverse primer MT1-s2
SEQ ID NO: 18: Mutant reverse primer MT2
SEQ ID NO: 19: Mutant reverse primer MT2-l1
SEQ ID NO: 20: Mutant reverse primer MT2-l2
SEQ ID NO: 21: Mutant reverse primer MT2-s1
SEQ ID NO: 22: Mutant reverse primer MT2-s2
SEQ ID NO: 23: KALA peptide SEQ ID NO: 24: tR F -rRNA-tR V sequence SEQ ID NO: 25: tR F -rRNA-tR V sequence with A1555G mutation

Claims (18)

配列番号1に示される塩基配列を含むフォワードプライマーDNAと配列番号3又は4に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる野生型検出用プライマーDNAセットと、
配列番号1に示される塩基配列を含むフォワードプライマーDNAと配列番号16、17又は20に示される塩基配列からなるリバースプライマーDNAとの組み合わせからなる変異型検出用プライマーDNAセット
とを含む、ミトコンドリアDNAの点変異A1555G又はこれに対応するミトコンドリア12SリボソームRNAの点変異を検出するためのキット。
A wild-type detection primer DNA set consisting of a combination of a forward primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4.
Mitochondrial DNA comprising a mutant detection primer DNA set consisting of a combination of a forward primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a reverse primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 16, 17 or 20. Point mutation A kit for detecting point mutations in A1555G or the corresponding mitochondrial 12S ribosome DNA.
配列番号1に示される塩基配列を含むフォワードプライマーDNAが、配列番号1又は2に示される塩基配列からなるプライマーDNAである、請求項1に記載のキット。 The kit according to claim 1, wherein the forward primer DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 is a primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2. 変異型検出用プライマーDNAセットのリバースプライマーDNAが、配列番号17に示される塩基配列からなるプライマーDNAである、請求項1又は2に記載のキット。 The kit according to claim 1 or 2, wherein the reverse primer DNA of the primer DNA set for detecting a variant is a primer DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 17. 以下のa)又はb)に示される核酸を封入してなるミトコンドリア指向性脂質膜構造体。
a)第一のミトコンドリアtRNAの塩基配列、ミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び第二のミトコンドリアtRNAの塩基配列をこの順番で含むRNA
b)プロモーターの塩基配列及びa)のRNAに相補的な塩基配列を含むDNA
A mitochondria-directed lipid membrane structure encapsulating the nucleic acid shown in a) or b) below.
a) RNA containing the base sequence of the first mitochondrial tRNA, the base sequence of the mitochondrial ribosome RNA, and the base sequence of the second mitochondrial tRNA in this order.
b) DNA containing the promoter base sequence and the base sequence complementary to the RNA of a)
前記a)におけるミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び2つのミトコンドリアtRNAの塩基配列が連続している、請求項4に記載の脂質膜構造体。 The lipid membrane structure according to claim 4, wherein the base sequence of mitochondrial ribosomal RNA and the base sequence of two mitochondrial tRNAs in a) are continuous. ミトコンドリアリボソームRNAが野生型の12SミトコンドリアリボソームRNAである、請求項4又は5に記載の脂質膜構造体。 The lipid membrane structure according to claim 4 or 5, wherein the mitochondrial ribosomal RNA is a wild-type 12S mitochondrial ribosomal RNA. ジオレイルホスファチジルエタノールアミン及びスフィンゴミエリンを脂質膜の構成脂質として含有する、請求項4から6のいずれか一項に記載の脂質膜構造体。 The lipid membrane structure according to any one of claims 4 to 6, which contains dioleylphosphatidylethanolamine and sphingomyelin as constituent lipids of the lipid membrane. 膜透過性ペプチドを脂質膜表面に有する、請求項4から7のいずれか一項に記載の脂質膜構造体。 The lipid membrane structure according to any one of claims 4 to 7, which has a membrane-permeable peptide on the surface of the lipid membrane. 膜透過性ペプチドが連続した4~20個のアルギニン残基からなるポリアルギニンペプチドである、請求項8に記載の脂質膜構造体。 The lipid membrane structure according to claim 8, wherein the membrane-permeable peptide is a polyarginine peptide consisting of 4 to 20 consecutive arginine residues. 配列番号23で示されるアミノ酸配列からなるペプチドを脂質膜表面に有する、請求項4から9のいずれか一項に記載の脂質膜構造体。 The lipid membrane structure according to any one of claims 4 to 9, which has a peptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 23 on the surface of the lipid membrane. 以下のa)又はb)に示される核酸を有効成分として含有する、ミトコンドリア病の治療及び/又は予防のための医薬組成物。
a)第一のミトコンドリアtRNAの塩基配列、ミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び第二のミトコンドリアtRNAの塩基配列をこの順番で含むRNA
b)プロモーターの塩基配列及びa)のRNAに相補的な塩基配列を含むDNA
A pharmaceutical composition for treating and / or preventing mitochondrial disease, which comprises the nucleic acid shown in a) or b) below as an active ingredient.
a) RNA containing the base sequence of the first mitochondrial tRNA, the base sequence of the mitochondrial ribosome RNA, and the base sequence of the second mitochondrial tRNA in this order.
b) DNA containing the promoter base sequence and the base sequence complementary to the RNA of a)
前記a)におけるミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び2つのミトコンドリアtRNAの塩基配列が連続している、請求項11に記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 11, wherein the base sequence of mitochondrial ribosomal RNA and the base sequence of two mitochondrial tRNAs in a) are continuous. ミトコンドリアリボソームRNAが野生型の12SミトコンドリアリボソームRNAである、請求項11又は12に記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 11 or 12, wherein the mitochondrial ribosomal RNA is a wild-type 12S mitochondrial ribosomal RNA. 核酸がミトコンドリア指向性脂質膜構造体に封入されている、請求項11から13のいずれか一項に記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to any one of claims 11 to 13, wherein the nucleic acid is encapsulated in a mitochondria-directed lipid membrane structure. ミトコンドリア病患者又はミトコンドリア病を発症するおそれのある者に由来する細胞に、以下のa)又はb)に示される核酸をインビトロで導入することを含む、ミトコンドリア病の治療及び/又は予防のための細胞製剤の製造方法。
a)第一のミトコンドリアtRNAの塩基配列、ミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び第二のミトコンドリアtRNAの塩基配列をこの順番で含むRNA
b)プロモーターの塩基配列及びa)のRNAに相補的な塩基配列を含むDNA
For the treatment and / or prevention of mitochondrial disease, which comprises introducing the nucleic acid shown in a) or b) below into cells derived from mitochondrial disease patients or those who are at risk of developing mitochondrial disease. Method for manufacturing cell preparation.
a) RNA containing the base sequence of the first mitochondrial tRNA, the base sequence of the mitochondrial ribosome RNA, and the base sequence of the second mitochondrial tRNA in this order.
b) DNA containing the promoter base sequence and the base sequence complementary to the RNA of a)
前記a)におけるミトコンドリアリボソームRNAの塩基配列及び2つのミトコンドリアtRNAの塩基配列が連続している、請求項15に記載の製造方法。 The production method according to claim 15, wherein the base sequence of mitochondrial ribosomal RNA and the base sequence of two mitochondrial tRNAs in a) are continuous. ミトコンドリアリボソームRNAが野生型の12SミトコンドリアリボソームRNAである、請求項15又は16に記載の製造方法。 The production method according to claim 15 or 16, wherein the mitochondrial ribosomal RNA is a wild-type 12S mitochondrial ribosomal RNA. 核酸がミトコンドリア指向性脂質膜構造体に封入されている、請求項15から17のいずれか一項に記載の製造方法。

The production method according to any one of claims 15 to 17, wherein the nucleic acid is encapsulated in a mitochondria-directed lipid membrane structure.

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