JP2022545572A - ロドプシン転写体に特異的なトランススプライシングリボザイム及びその用途 - Google Patents
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Abstract
Description
ターゲットRNA部位を選定するために、RHO RNA変異体の配列を比較し、RHO RNA標的トランススプライシングリボザイムを設計した(図2)。
WT RHO RNAあるいはP23H RHO RNAとリボザイムRNAライブラリーを用いてインビトロマッピング(in vitro mapping)及び細胞内マッピングを行った。インビトロマッピングのために、テストチューブでロドプシンRNAとランダムライブラリーリボザイムとを混合して反応させてからRT-PCRを行った後、トランススプライシング産物として予想されるPCR DNAバンドの配列分析によってトランススプライシングが発生したロドプシンRNA部位を確認した。
配列番号1に表示されるWT RHO、そして、P23H RHO配列のうち+59番目の塩基部位をターゲットにするトランススプライシングリボザイムを含むコンストラクトを最適化した(図4)。前記ターゲット部位は、RHO RNAの+59位置の塩基を含み、5’末端に前記ターゲット部位を標的とし得るIGS(5’-GCCCAA-3’:配列番号6)を導入した。細胞内におけるRHO RNA +59塩基を標的とするリボザイム(以下、「RHO標的リボザイム」という)のトランススプライシング活性を分析するために、改善されたRHO標的リボザイムコンストラクトを製造した。6-ntの長さのIGSだけを有するグループIイントロンは、哺乳類の細胞内で発現したときに不活性化するか、又は非特異的な活性を示すと知られているためである。改善されたRHO標的リボザイムコンストラクトを製造するために、リボザイムのIGSアップストリームに延長されたP1(配列番号7)及び7-ntの長さのP10螺旋(配列番号8及び配列番号9)を含む相補的なオリゴヌクレオチドを挿入することでリボザイムを変形した。
実施例3で製造した第1、第2、及び第3デザインのRHO標的リボザイムのうち、トランススプライシングに最適化されたRHO標的リボザイムを確認するためにRHO標的リボザイムを含むベクターを制作した(図5)。
RHO標的リボザイムのインビトロ効能をstable cellを用いて確認した。陽性対照群としてYFPがタグされた野生型RHO(wild Rho-YFP)を用いた。ロドプシンmRNAが安定的に発現する293A WT RHO、293A P23H RHO細胞株を制作し、この細胞株を介して機能分析を行った。正常ロドプシンタンパク質は、細胞膜に移動して偏在化(localization)するが、P23Hロドプシン突然変異の場合、タンパク質のフォールディングに問題が生じて、細胞膜に移動せずに細胞質の小胞体にとどまることになる。したがって、タンパク質の位置を確認することでロドプシンタンパク質の機能的な変化を確認することができる。
6-1:組換えウイルスの制作
実施例4の第2デザインのRHO標的リボザイムをアデノ随伴ウイルス(Adeno-associated viruses:AAV)ベクターで発現させるために、組換えAAV発現ベクターを制作した。プロモーターは、CMVプロモーターを使用した(図9)。pAAVバックボーンプラスミド20μgをE.coRIで反応させた後、アガロースゲルを溶出した。合成したリボザイム+RHO DNAをインフュージョン(infusion)酵素を用いて反応させてから形質転換(transformation)してコロニーを取得した。それぞれのコロニーを培養してプラスミドを取得し、シークエンシングによって配列が正常にクローニングされたクローンを選別した。このように作られたプラスミドをEcoRVとXbaIで反応させた後、アガロースゲル溶出した。合成したYFP DNAを、インフュージョン酵素を用いて反応させてから形質転換してコロニーを取得した。コロニーを培養してプラスミドを取得し、シークエンシングによって配列が正常にクローニングされたコロニーを選別した。アンチセンス配列を追加するために、E.coRIで反応させた後、アガロースゲルを溶出した。PCRによって取得したAS150配列を、インフュージョン酵素を用いて反応させてから形質転換してコロニーを取得した。同じ方法により、配列分析した後、最終のAAV-cRib-YFPプラスミドを取得した。
実施例6-1のAAV発現ベクターを用いて疾患モデルであるhP23H-RFPマウスでリボザイムの効能を確認した。hP23Hマウス-RFPモデルは、人体P23H遺伝子とRFP蛍光タンパク質が融合した形態でノックイン(knock-in)されたRPマウスモデルとして、RHO P23H研究に幅広く用いられているモデルである。AAV発現ベクター1μl網膜下注射(subretinal injection)方法によりマウスの眼球に注入した。IOキットに連結されている34Gニードルを強膜穿刺(scleral puncture)により刺入させた後、1μl/eyeの体積で両眼に網膜下注射で投与した。投与が完了すると、マウスの眼球に抗生剤点眼液を一滴点眼して感染を防いだ後、FP/OCT撮影によって網膜のブレブ(bleb)形成を確認する方法で投与の成功可否を判定した。
疾患モデルであるhP23H-RFPマウスでトランススプライシングリボザイムの投与後に血清内免疫及び炎症反応を確認した結果を図11に示した(A:投与後2週、B:投与後5週)。
疾患モデルに有効物質を投与した後、RHO RNAをターゲットにしてトランススプライシングが生体内の光受容体で発生したか否かを確認した。そのために、マウスの眼球を摘出して網膜と網膜色素上皮細胞(RPE/choroid)を分離し、各部位でRNAを抽出した後にRT-PCRを行って、トランススプライシング産物生成の有無を観察した。その結果を図12に示した。
疾患モデルであるhP23H-RFPマウスでリボザイムの投与後2週目に全臓器でリボザイム分布を確認した(図13)。投与後2週目にマウス犠牲後に全臓器を得て、gDNA錠剤を介してgDNAを取得した。それぞれの臓器の1μg gDNAを用いてトランススプライシングリボザイム特異的プライマーを用いてリアルタイムPCRを行った。全臓器のうち肝臓組織でトランススプライシングリボザイムを発現するベクターを投与し、全ての個体から検出範囲内でリボザイムが検出された。その他、一部の個体から、肺、小腸、前立腺組織で投与したベクターが検出範囲内でリボザイムが検出され、他の組織では検出されなかった。
正常マウス(C57BL/6J)で濃度別のトランススプライシングリボザイムの投与後、眼球変化を観察して毒性を確認するために、トランススプライシングリボザイムの投与後の週目ごとのFundus及びOCTイメージ、H&E染色結果を確認した(図14)。試験群で網膜下投与によるブレブが形成されることを確認して投与が正常になされたことが確認された(赤い色点線)。一部の個体で角膜の炎症及び硝子体の出血が発生した(白い点線)。H&E染色で確認したとき、3×109GC/eye以上の濃度を処理した群で水晶体の変性、網膜の変性、及び外側網膜の萎縮、脈絡膜の組織構成炎症の発生を確認した。したがって、1×109GC/eye以下の濃度では毒性がないことが確認された。
疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢のマウス)においてトランススプライシングリボザイムの投与後の時間経過による網膜電位図検査の結果である(図15及び表1)。網膜電位図検査のために桿体系(scotopic)ERG測定を実施し、Bウェーブの振幅を比較した。網膜電位図を評価するために、マウスをケタミンで全身麻酔した後、麻酔点眼剤を眼球に点眼して追加局所麻酔した後、散瞳剤を点眼して散瞳誘導した。マウスを載置台上に乗せてからプローブをそれぞれ尾の尾根部、眉間、角膜に設置した状態でmono-flash刺激(0.9log cds/m2(10responses/intensity))に対するERGを測定した。測定が完了すると、マウスの眼球に抗生剤の点眼液を一滴点眼した。分析は、「LabScribeERG(iWorx DataAcquisition Software)」のプログラムを用いて実施した。
疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢)でトランススプライシングリボザイムの投与後8週目で血清分析及びリボザイム活性を確認した(図16)。投与後8週目でもPBSを投与した正常動物(G1)と、PBSのみを投与したG2群を比較したとき、有効物質によるサイトカインの変化はなかった(図16A)。実施例7において、2週目でサイトカインの変化を示したのが5週目では正常動物と比較したときに差がなかったことを確認したが、この結果と比較して判断すると、8週目までもサイトカインの変化には影響を与えないことを意味する。
網膜への感染能及び発現能を確認するために、様々な組換えAAVベクターを製造した(図17)。図17に示したように、5’末端にスプライシング供与/スプライシング受容配列(splicing donor/splicing acceptor sequence、SD/SA sequence)が連結され、3’末端にWPRE(Woodchuck hepatitis virus Posttranscriptional Regulatory Element)が連結された。SD/SA及びWPREの配列は、それぞれ配列番号11及び配列番号13に表示されている。最適な物質を選別するために、以前の実施例で使用したAAVベクターとは異なり、様々な組換えAAV血清(serotype)及びプロモーター(promoter)を有する物質を生産して利用した。これに対して、CMVプロモーターとRHOプロモーターを利用し、最終物質に対する効能を確認するためにYFP蛍光物質は除去し、発現を増加させるためにWPREを挿入した。
製造した組換えAAVベクターを疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢)に投与した後、3週目でリボザイムの分布及びトランススプライシングを確認した(図18)。
網膜への感染能疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢)でトランススプライシングリボザイムの投与後6週目で網膜電位図検査を行った。その結果を図19及び表3に示した。
以下の表5に示すように、疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢)にトランススプライシングリボザイムの投与後6週目に網膜におけるリボザイム分布とトランススプライシングを確認して図21に示した。
ターゲットRNA部位を選定するために、RHO RNA変異体の配列を比較し、RHO RNA標的トランススプライシングリボザイムを設計した(図2)。
WT RHO RNAあるいはP23H RHO RNAとリボザイムRNAライブラリーを用いてインビトロマッピング(in vitro mapping)及び細胞内マッピングを行った。インビトロマッピングのために、テストチューブでロドプシンRNAとランダムライブラリーリボザイムとを混合して反応させてからRT-PCRを行った後、トランススプライシング産物として予想されるPCR DNAバンドの配列分析によってトランススプライシングが発生したロドプシンRNA部位を確認した。
配列番号1に表示されるWT RHO、そして、P23H RHO配列のうち+59番目の塩基部位をターゲットにするトランススプライシングリボザイムを含むコンストラクトを最適化した(図4)。前記ターゲット部位は、RHO RNAの+59位置の塩基を含み、5’末端に前記ターゲット部位を標的とし得るIGS(5’-GCCCAA-3’:配列番号6)を導入した。細胞内におけるRHO RNA +59塩基を標的とするリボザイム(以下、「RHO標的リボザイム」という)のトランススプライシング活性を分析するために、改善されたRHO標的リボザイムコンストラクトを製造した。6-ntの長さのIGSだけを有するグループIイントロンは、哺乳類の細胞内で発現したときに不活性化するか、又は非特異的な活性を示すと知られているためである。改善されたRHO標的リボザイムコンストラクトを製造するために、リボザイムのIGSアップストリームに延長されたP1(配列番号7)及び7-ntの長さのP10螺旋(配列番号8及び配列番号9)を含む相補的なオリゴヌクレオチドを挿入することでリボザイムを変形した。
実施例3で製造した第1、第2、及び第3デザインのRHO標的リボザイムのうち、トランススプライシングに最適化されたRHO標的リボザイムを確認するためにRHO標的リボザイムを含むベクターを制作した(図5)。
RHO標的リボザイムのインビトロ効能をstable cellを用いて確認した。陽性対照群としてYFPがタグされた野生型RHO(wild Rho-YFP)を用いた。ロドプシンmRNAが安定的に発現する293A WT RHO、293A P23H RHO細胞株を制作し、この細胞株を介して機能分析を行った。正常ロドプシンタンパク質は、細胞膜に移動して偏在化(localization)するが、P23Hロドプシン突然変異の場合、タンパク質のフォールディングに問題が生じて、細胞膜に移動せずに細胞質の小胞体にとどまることになる。したがって、タンパク質の位置を確認することでロドプシンタンパク質の機能的な変化を確認することができる。
6-1:組換えウイルスの制作
実施例4の第2デザインのRHO標的リボザイムをアデノ随伴ウイルス(Adeno-associated viruses:AAV)ベクターで発現させるために、組換えAAV発現ベクターを制作した。プロモーターは、CMVプロモーターを使用した(図9)。pAAVバックボーンプラスミド20μgをE.coRIで反応させた後、アガロースゲルを溶出した。合成したリボザイム+RHO DNAをインフュージョン(infusion)酵素を用いて反応させてから形質転換(transformation)してコロニーを取得した。それぞれのコロニーを培養してプラスミドを取得し、シークエンシングによって配列が正常にクローニングされたクローンを選別した。このように作られたプラスミドをEcoRVとXbaIで反応させた後、アガロースゲル溶出した。合成したYFP DNAを、インフュージョン酵素を用いて反応させてから形質転換してコロニーを取得した。コロニーを培養してプラスミドを取得し、シークエンシングによって配列が正常にクローニングされたコロニーを選別した。アンチセンス配列を追加するために、E.coRIで反応させた後、アガロースゲルを溶出した。PCRによって取得したAS150配列を、インフュージョン酵素を用いて反応させてから形質転換してコロニーを取得した。同じ方法により、配列分析した後、最終のAAV-cRib-YFPプラスミドを取得した。
実施例6-1のAAV発現ベクターを用いて疾患モデルであるhP23H-RFPマウスでリボザイムの効能を確認した。hP23Hマウス-RFPモデルは、人体P23H遺伝子とRFP蛍光タンパク質が融合した形態でノックイン(knock-in)されたRPマウスモデルとして、RHO P23H研究に幅広く用いられているモデルである。AAV発現ベクター1μl網膜下注射(subretinal injection)方法によりマウスの眼球に注入した。IOキットに連結されている34Gニードルを強膜穿刺(scleral puncture)により刺入させた後、1μl/eyeの体積で両眼に網膜下注射で投与した。投与が完了すると、マウスの眼球に抗生剤点眼液を一滴点眼して感染を防いだ後、FP/OCT撮影によって網膜のブレブ(bleb)形成を確認する方法で投与の成功可否を判定した。
疾患モデルであるhP23H-RFPマウスでトランススプライシングリボザイムの投与後に血清内免疫及び炎症反応を確認した結果を図11に示した(A:投与後2週、B:投与後5週)。
疾患モデルに有効物質を投与した後、RHO RNAをターゲットにしてトランススプライシングが生体内の光受容体で発生したか否かを確認した。そのために、マウスの眼球を摘出して網膜と網膜色素上皮細胞(RPE/choroid)を分離し、各部位でRNAを抽出した後にRT-PCRを行って、トランススプライシング産物生成の有無を観察した。その結果を図12に示した。
疾患モデルであるhP23H-RFPマウスでリボザイムの投与後2週目に全臓器でリボザイム分布を確認した(図13)。投与後2週目にマウス犠牲後に全臓器を得て、gDNA錠剤を介してgDNAを取得した。それぞれの臓器の1μg gDNAを用いてトランススプライシングリボザイム特異的プライマーを用いてリアルタイムPCRを行った。全臓器のうち肝臓組織でトランススプライシングリボザイムを発現するベクターを投与し、全ての個体から検出範囲内でリボザイムが検出された。その他、一部の個体から、肺、小腸、前立腺組織で投与したベクターが検出範囲内でリボザイムが検出され、他の組織では検出されなかった。
正常マウス(C57BL/6J)で濃度別のトランススプライシングリボザイムの投与後、眼球変化を観察して毒性を確認するために、トランススプライシングリボザイムの投与後の週目ごとのFundus及びOCTイメージ、H&E染色結果を確認した(図14)。試験群で網膜下投与によるブレブが形成されることを確認して投与が正常になされたことが確認された(実線)。一部の個体で角膜の炎症及び硝子体の出血が発生した(点線)。H&E染色で確認したとき、3×109GC/eye以上の濃度を処理した群で水晶体の変性、網膜の変性、及び外側網膜の萎縮、脈絡膜の組織構成炎症の発生を確認した。したがって、1×109GC/eye以下の濃度では毒性がないことが確認された。
疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢のマウス)においてトランススプライシングリボザイムの投与後の時間経過による網膜電位図検査の結果である(図15及び表1)。網膜電位図検査のために桿体系(scotopic)ERG測定を実施し、Bウェーブの振幅を比較した。網膜電位図を評価するために、マウスをケタミンで全身麻酔した後、麻酔点眼剤を眼球に点眼して追加局所麻酔した後、散瞳剤を点眼して散瞳誘導した。マウスを載置台上に乗せてからプローブをそれぞれ尾の尾根部、眉間、角膜に設置した状態でmono-flash刺激(0.9log cds/m2(10responses/intensity))に対するERGを測定した。測定が完了すると、マウスの眼球に抗生剤の点眼液を一滴点眼した。分析は、「LabScribeERG(iWorx DataAcquisition Software)」のプログラムを用いて実施した。
疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢)でトランススプライシングリボザイムの投与後8週目で血清分析及びリボザイム活性を確認した(図16)。投与後8週目でもPBSを投与した正常動物(G1)と、PBSのみを投与したG2群を比較したとき、有効物質によるサイトカインの変化はなかった(図16A)。実施例7において、2週目でサイトカインの変化を示したのが5週目では正常動物と比較したときに差がなかったことを確認したが、この結果と比較して判断すると、8週目までもサイトカインの変化には影響を与えないことを意味する。
網膜への感染能及び発現能を確認するために、様々な組換えAAVベクターを製造した(図17)。図17に示したように、5’末端にスプライシング供与/スプライシング受容配列(splicing donor/splicing acceptor sequence、SD/SA sequence)が連結され、3’末端にWPRE(Woodchuck hepatitis virus Posttranscriptional Regulatory Element)が連結された。SD/SA及びWPREの配列は、それぞれ配列番号11及び配列番号13に表示されている。最適な物質を選別するために、以前の実施例で使用したAAVベクターとは異なり、様々な組換えAAV血清(serotype)及びプロモーター(promoter)を有する物質を生産して利用した。これに対して、CMVプロモーターとRHOプロモーターを利用し、最終物質に対する効能を確認するためにYFP蛍光物質は除去し、発現を増加させるためにWPREを挿入した。
製造した組換えAAVベクターを疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢)に投与した後、3週目でリボザイムの分布及びトランススプライシングを確認した(図18)。
網膜への感染能疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢)でトランススプライシングリボザイムの投与後6週目で網膜電位図検査を行った。その結果を図19及び表3に示した。
以下の表5に示すように、疾患モデルであるhP23H-RFPマウス(5週齢)にトランススプライシングリボザイムの投与後6週目に網膜におけるリボザイム分布とトランススプライシングを確認して図21に示した。
Claims (22)
- ロドプシン転写体を標的にする、トランススプライシングリボザイム。
- 前記トランススプライシングリボザイムは、5’-IGS(internal guide sequence)-リボザイム*-3’の構造を有する、請求項1に記載のトランススプライシングリボザイム。
- 前記トランススプライシングリボザイムは、前記リボザイム*次の3’方向にエクソン(exon)領域をさらに含む、請求項2に記載のトランススプライシングリボザイム。
- 前記IGS領域は、ロドプシン転写体に相補的に結合できる5-10ntの長さの塩基配列からなる、請求項2に記載のトランススプライシングリボザイム。
- 前記IGS領域はロドプシン転写体の+30、+35、+42、+43、+52、+54、+55、+59、+75、+97、+116、+122、+123、+127、+132、+140、+154、+165、+171、+187、+191、+207、+215、+222、+230、+232、+244、+256、+262、+273、+298、+308、+381、+403、+661又は+688部位の塩基を含む領域と相補的に結合できる5-10ntの長さの塩基配列からなる、請求項4に記載のトランススプライシングリボザイム。
- 前記ロドプシン転写体はロドプシン突然変異を含む、請求項1に記載のトランススプライシングリボザイム。
- 前記ロドプシン突然変異は、配列番号1に表示されるロドプシン転写体の1番ないし1142番の間の塩基のうち少なくとも1つの塩基に発生した突然変異である、請求項6に記載のトランススプライシングリボザイム。
- 前記ロドプシン突然変異は、下記からなる突然変異群より選択される少なくとも1つを含む、請求項7に記載のトランススプライシングリボザイム。
L328P、T342M、Q344R/P/ter、V345L/M、A346P、P347A/R/Q/L/S/T、ter349/Q/E、N15S、T17M、V20G、P23A/H/L、Q28H、G51R/V、P53R、T58R/M、V87D/L、G89D、G106R/W、C110F/R/S/Y、E113K、L125R、W161R、A164E/V、C167R/W、P171Q/L/S、Y178N/D/C、E181K、G182S/V、C185R、C187G/Y、G188R/E、D190N/G/Y、H211R/P、C222R、P267R/L、S270R、K296N/E/M、R135G/L/P/W、T4K†、T17M†、M39R、N55K、G90V、M44T、V137M、G90D、T94I、A292E、A295V、F45L、V209M、F220C、P12R、R21C、Q28H、L40R、L46R、L47R、F52Y、F56Y、L57R、Y60ter、Q64ter、R69H、N78I、L79P、L88P、T92I、T97I、V104F、G109R、G114D/V、E122G、W126L/ter、S127F、L131P、Y136ter、C140S、T160T、M163T、A169P、P170H/R、S176F、P180A/S、Q184P、S186P/W、Y191C、T193M、M207R/K、V210F、I214N、P215L/T、M216R/L/K、R252P、T289P、S297R、A298D、K311E、N315ter、E341K、S343C及びQ312ter。 - 前記トランススプライシングリボザイムは、配列番号2ないし配列番号4のいずれか1つに表示される塩基配列を含む、請求項1に記載のトランススプライシングリボザイム。
- 請求項1に記載のトランススプライシングリボザイムを含む非ウイルス性遺伝子伝達体。
- 請求項1に記載のトランススプライシングリボザイムを含む遺伝子コンストラクト(construct)。
- 前記コンストラクトは、前記リボザイムの3’-末端方向に目的遺伝子が追加に連結される、請求項11に記載のコンストラクト。
- 前記目的遺伝子は、正常ロドプシン遺伝子又はリポーター遺伝子である、請求項12に記載のコンストラクト。
- 前記コンストラクトは、前記リボザイムの5’-末端方向に、アンチセンスをコーディングするヌクレオチドが連結されたものである遺伝子コンストラクトであって、
前記アンチセンスは、標的ロドプシン転写体に相補的な配列を有する、請求項11に記載の遺伝子コンストラクト。 - 前記遺伝子コンストラクトに作動可能に連結されたプロモーター配列を含む、請求項11~14のいずれか一項に記載のコンストラクト。
- 請求項11~14のいずれか一項に記載の遺伝子コンストラクトが含まれた組換え発現ベクター。
- 請求項11~14のいずれか一項に記載の遺伝子コンストラクトを含む組換えウイルス。
- 請求項11~14のいずれか一項に記載の遺伝子コンストラクトを含む非ウイルス性遺伝子伝達体。
- 前記ウイルスは、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス(Adeno-associated viruses:AAV)、レトロウイルス、レンチウイルス、単純ヘルペスウイルス又はワクシニアウイルスからなる群より選択されるいずれか1つである、請求項17に記載の組換えウイルス。
- 前記組換えウイルスは、
請求項1に記載のトランススプライシングリボザイムをコーディングするポリヌクレオチド配列を含み、前記ポリヌクレオチドは、プロモーターに作動可能に連結されたものである、組換えアデノ随伴ウイルス(Adeno-associated viruses:AAV)であって、
前記組換えAAVは、AAVの天然由来又は人工血清型又は単離体(isolate)又は系統群(clade)である、請求項17に記載の組換えウイルス。 - 請求項1に記載のリボザイム、請求項10に記載の非ウイルス性遺伝子伝達体、請求項11~14のいずれか一項に記載の遺伝子コンストラクト、請求項16に記載の組換え発現ベクター、請求項17に記載の組換えウイルス、又は請求項18に記載の非ウイルス性遺伝子伝達体を有効成分として含む、網膜色素変性症の予防又は治療用薬学組成物。
- 請求項21に記載の組成物を個体に投与することを含む、網膜色素変性症の予防又は治療方法。
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