JP2023521337A - レトロウイルス産生のための改変されたベクター - Google Patents
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Abstract
本発明は、導入遺伝子発現のために適格であるスプライシングされたベクター転写物の低下した産生を示す核酸モジュール(レトロウイルス導入ベクターやBACなど)であって、改変プロモーターおよび/または「スプライストラップ」を含み、かつ、治療用導入遺伝子などの非内因性の導入遺伝子も発現する核酸モジュール、および、そのようなモジュールを含むベクター、ならびにそれらの使用および作製方法に関する。
Description
本発明は、導入遺伝子発現のために適格であるスプライシングされたベクター転写物の低下した産生を示す核酸モジュール(レトロウイルス導入ベクターやBACなど)であって、改変プロモーターおよび/または「スプライストラップ」を含み、かつ、治療用導入遺伝子などの非内因性の導入遺伝子も発現する核酸モジュール、および、そのようなモジュールを含むベクター、ならびにそれらの使用および作製方法に関する。
遺伝子治療において、遺伝物質が、処置を必要としている対象における内因性細胞に送達され、または代替として、単離されたエクスビボ細胞に送達される。遺伝物質により、新規な遺伝子が対象に導入される場合があり、あるいは既存遺伝子のさらなるコピー体が導入される場合があり、あるいは対象に存在する遺伝子の異なる対立遺伝子またはバリアントが導入される場合がある。様々なウイルスベクターシステムが、遺伝子治療における使用のための効果的な遺伝子送達方法として提案されている(VermaおよびSomia(1997)、Nature、389:239-242)。
特に、これらのウイルスベクターは、その遺伝子ペイロードを宿主のゲノムに組み込むことができるためにレトロウイルス科のウイルスに基づいている。様々なレトロウイルスベクターが、レトロウイルスゲノムのパッケージングおよび送達のために要求される必須タンパク質を保つように設計されており、しかし、疾患プロフィルに関わるタンパク質を含めて必須でないアクセサリータンパク質はどれも除かれている。レトロウイルスベクターの例には、非増殖性細胞に組み込まれることができるので広く使用されているレンチウイルスベクター(例えば、ヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)に基づくベクターなど)が含まれる。
現在、ウイルスベクターの大部分が、ウイルス遺伝子の宿主細胞株(産生者たる細胞株)への一過性同時トランスフェクションによって産生される。ウイルス遺伝子は、プラスミドに留まり、ゲノムには組み込まれないので、限られた期間だけにわたって宿主細胞に存在する細菌プラスミドを使用して導入される。
レンチウイルスベクターからの製造プロセスの大部分が典型的には、産生者たる細胞の一過性トランスフェクションを伴っており、これには、高品質またはGMP品位のプラスミドが要求され、このため、コストおよび生産スケジュール策定の点で難題が生じている。4つのプラスミドからなるシステムであって、(i)治療用導入遺伝子を含有する移入ベクタープラスミドと、同様に、(ii)ベクターを産生させるために要求されるウイルス配列、すなわち、エンベロープ糖タンパク質、構造タンパク質、ならびに逆転写およびベクター組込みのために要求される酵素(gag、pol、envおよびrev)をコードする3つのプラスミドとからなるシステムが一般に使用されている。これらのプラスミドが産生者たる細胞に一緒に存在するとき、これらのプラスミドは、ウイルス粒子を産生させるために要求されるRNAおよびタンパク質を生じさせる。
代替として、上記で記載されるような3個~4個の別々のプラスミドの使用の代わりに、製造プロセスは、非哺乳動物の複製起点、および少なくとも25キロベース(kb)のDNAを収容する能力を含む核酸ベクターの使用を伴うことができる(例えば、国際公開WO2017/089307において提供される核酸ベクター(これには、例えば、それに記載される細菌人工染色体(BAC)が含まれる)、および/または国際公開WO2017/089308において提供されるベクターもまた使用することができる)。そのようなベクターは、非哺乳動物の複製起点、および少なくとも25キロベース(kb)のDNAを収容する能力を含んでおり、
gagタンパク質およびpolタンパク質、ならびに
envタンパク質またはその機能的代用体
をコードするレトロウイルス核酸配列を含むことを特徴とする。
gagタンパク質およびpolタンパク質、ならびに
envタンパク質またはその機能的代用体
をコードするレトロウイルス核酸配列を含むことを特徴とする。
(治療用)導入遺伝子発現カセットに加えて、移入ベクターゲノムは、LTRなどのシス作用ウイルスエレメント、ならびに同様にリーダー配列およびパッケージングシグナルを含有しなければならない。このリーダー領域の内部には、保存された主要なスプライスドナーが位置する。この主要なスプライスドナーを下流側のスプライスアクセプター部位と共に使用することによって引き起こされるRNAスプライシングにより、典型的には、効率的なゲノムパッケージングのために要求される完全なシス作用配列を含有しないスプライシングされたベクター転写物が生じ、そのため、この転写物は効率的なパッケージングができない。したがって、感染性ウイルスの状況においてレトロウイルスゲノム調節のためには不可欠であるが、これらのスプライシングされたベクター転写物は要求されず、また、もし産生されるならば、効率的なベクター製造を妨害することがあるかもしれず、しかもなお、その生成を妨げることは、主要なスプライスドナーの周りのRNA立体配座が改変に敏感であるので、極めて困難であることが判明している。
加えて、導入遺伝子(例えば、治療用導入遺伝子)の産生者たる細胞における発現は大抵の場合、LTRを起源とする転写物からであり、多くの場合、例えば、産生者たる細胞に対する細胞毒性作用のために望ましくなく、これも、製造および形質導入プロセスに負の影響を与える可能性がある。
したがって、改善された核酸ベクター、例えば、導入遺伝子(例えば、治療用導入遺伝子)を発現するレトロウイルス移入ベクター、および、例えば、BAC(例えば、上記で記載されるBACおよび国際公開WO2017/089307において提供されるBACなど)、および、例えば、レトロウイルスベクター産生のために不可欠なレトロウイルス遺伝子のすべて、および上記に対処する導入遺伝子を含み、かつ、産生者たる細胞株における導入遺伝子の発現が低下している国際公開WO2017/089308に記載されるベクターなどが求められている。
そのため、本発明者らは上記の欠点に対処しており、導入遺伝子発現のために適格であるスプライシングされたベクター転写物の産生を低下させる、したがって、産生者たる細胞株における導入遺伝子の発現を低下させる、しかし、形質導入された細胞における導入遺伝子の発現には影響を及ぼすことがない改善されたベクターである核酸ベクターにおける使用のための改善された核酸モジュールを提供している。これは、例えば、より一貫的かつ効率的なベクター製造を可能にするであろうし、また、発現したときには当該細胞にとって問題となり得る導入遺伝子を保持する安定な産生者たる細胞株の産生もまた可能にするであろう。
本発明によって提供される核酸モジュールは、(i)導入遺伝子発現を行わせるプロモーターの内部における改変されたスプライスアクセプター部位であって、そのような改変されたプロモーターが、この位置におけるスプライシングされた転写物の産生を低下させるように、または排除するように機能する、改変されたスプライスアクセプター部位、および/または(ii)スプライシングを本明細書中に記載されるように導入遺伝子カセットからそらすように仕向けるための1つまたは複数の「スプライストラップ」を含む;これらの改変はそれによって、導入遺伝子の発現を産生者たる細胞において低下させ、または排除する。特に、導入遺伝子が、リボソームによって認識されてタンパク質に翻訳されるORFであることが典型的である5’ORFになるであろう位置においてであるが、導入遺伝子カセットへのスプライシングを低下させ、または妨げることによって、導入遺伝子発現のために適格である転写物がより少なく産生されることになり、したがって、より少ない導入遺伝子タンパク質が産生者たる細胞において翻訳されることになる。
したがって、改変されたスプライスアクセプター部位を伴うプロモーターを含み、かつ/または本明細書中に記載されるスプライストラップを含む本発明の核酸モジュールを含むそのような改善された核酸ベクター(例えば、レトロウイルス移入ベクターまたはBACなど)の使用は、レトロウイルス産生者たる細胞株の作製、移入プラスミドを加えたときのパッケージング細胞株の使用において様々な利点を提供し、また、レトロウイルスの産生(例えば、治療用導入遺伝子を発現するレトロウイルスの産生)を、一過性の産生を改善することを含めて改善する。
したがって、本発明の第1の態様によれば、下記の核酸モジュールが提供される:
少なくとも1つの導入遺伝子をコードする核酸モジュールであって、(a)第1のプロモーターで、
(i)シス作用レトロウイルスエレメント(例えば、LTRなど)、
(ii)スプライスドナー部位を含むレトロウイルスリーダー配列
をコードするレトロウイルス核酸配列に機能的に連結される第1のプロモーター、
および(b)前記導入遺伝子に機能的に連結される導入遺伝子発現のための第2のプロモーターを含み、ただし、導入遺伝子発現のための前記第2のプロモーターが、(a)弱まったスプライスアクセプター部位を含むように改変される、ならびに/あるいは(b)前記第2のプロモーターが、前記プロモーターの上流側および/または下流側に配置されるスプライストラップ配列を有し、前記スプライストラップ配列により、その位置におけるスプライシングが低下させられる、または排除される、核酸モジュール。
少なくとも1つの導入遺伝子をコードする核酸モジュールであって、(a)第1のプロモーターで、
(i)シス作用レトロウイルスエレメント(例えば、LTRなど)、
(ii)スプライスドナー部位を含むレトロウイルスリーダー配列
をコードするレトロウイルス核酸配列に機能的に連結される第1のプロモーター、
および(b)前記導入遺伝子に機能的に連結される導入遺伝子発現のための第2のプロモーターを含み、ただし、導入遺伝子発現のための前記第2のプロモーターが、(a)弱まったスプライスアクセプター部位を含むように改変される、ならびに/あるいは(b)前記第2のプロモーターが、前記プロモーターの上流側および/または下流側に配置されるスプライストラップ配列を有し、前記スプライストラップ配列により、その位置におけるスプライシングが低下させられる、または排除される、核酸モジュール。
本発明はまた、本発明のモジュールを含む核酸ベクター、例えば、プラスミド(例えば、ゲノムをコードする移入プラスミドなど)または細菌人工染色体(BAC)などを提供する。
本発明のモジュールを含む核酸ベクターを作製する方法であって、下記のレトロウイルス核酸配列:
シス作用ウイルスエレメント(例えば、LTRなど)、リーダー配列およびパッケージングシグナル、導入遺伝子発現のためのプロモーターであって、前記導入遺伝子(1つまたは複数)に機能的に連結されるプロモーター、ならびに同様に、必要な場合には、gagタンパク質、polタンパク質およびenvタンパク質(またはその機能的代用体)をコードするレトロウイルス核酸配列、ならびに同様に、非哺乳動物の複製起点を含む核酸ベクター、例えば、レトロウイルスベクター(例えば、移入ベクターなど)またはBAC(例えば、国際公開WO2017/089307に記載されるBACなど)を得ること、その後、(i)導入遺伝子発現のためのプロモーターを、スプライスアクセプター部位を(全体または一部において)欠失することによって改変して、または導入遺伝子発現のためのプロモーターを、例えば、挿入変異、欠失変異または置換変異によって改変して、その結果、導入遺伝子発現のためのプロモーターは、スプライスアクセプターとしての機能が低下しており、または排除されており、それによって、この位置におけるスプライシングが低下するように、または排除されるようにする工程、ならびに/あるいは(ii)前記ベクターに「スプライストラップ」を挿入して、その結果、「スプライストラップ」が導入遺伝子の上流側および/または下流側に配置される、あるいは主要なスプライスドナーと、導入遺伝子カセット転写開始部位との間に配置される、あるいは主要なスプライスドナーと、ポリアデニル化部位との間に配置されるようにする工程を実施することを含む方法もまた本発明によって提供される。
シス作用ウイルスエレメント(例えば、LTRなど)、リーダー配列およびパッケージングシグナル、導入遺伝子発現のためのプロモーターであって、前記導入遺伝子(1つまたは複数)に機能的に連結されるプロモーター、ならびに同様に、必要な場合には、gagタンパク質、polタンパク質およびenvタンパク質(またはその機能的代用体)をコードするレトロウイルス核酸配列、ならびに同様に、非哺乳動物の複製起点を含む核酸ベクター、例えば、レトロウイルスベクター(例えば、移入ベクターなど)またはBAC(例えば、国際公開WO2017/089307に記載されるBACなど)を得ること、その後、(i)導入遺伝子発現のためのプロモーターを、スプライスアクセプター部位を(全体または一部において)欠失することによって改変して、または導入遺伝子発現のためのプロモーターを、例えば、挿入変異、欠失変異または置換変異によって改変して、その結果、導入遺伝子発現のためのプロモーターは、スプライスアクセプターとしての機能が低下しており、または排除されており、それによって、この位置におけるスプライシングが低下するように、または排除されるようにする工程、ならびに/あるいは(ii)前記ベクターに「スプライストラップ」を挿入して、その結果、「スプライストラップ」が導入遺伝子の上流側および/または下流側に配置される、あるいは主要なスプライスドナーと、導入遺伝子カセット転写開始部位との間に配置される、あるいは主要なスプライスドナーと、ポリアデニル化部位との間に配置されるようにする工程を実施することを含む方法もまた本発明によって提供される。
本発明のさらなる態様によれば、複製欠損レトロウイルスベクター粒子を産生させる方法における使用のための本明細書中で定義されるようなモジュールを含む核酸ベクターが提供される。
本発明のさらなる態様によれば、複製欠損レトロウイルスベクター粒子、例えば、導入遺伝子(例えば、治療用導入遺伝子など)を発現する複製欠損レトロウイルスベクター粒子を産生させる方法であって、下記の工程:
(a)本発明のモジュールを含む核酸ベクター(例えば、本明細書中に記載されるような改変されたベクターまたは改変されたBACのいずれかなど)を宿主細胞(例えば、哺乳動物宿主細胞など)の培養物に導入する工程、および
(b)前記宿主細胞を、前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子が産生される条件のもとで培養する工程、および
(c)前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子を前記細胞から単離する工程
を含む方法もまた提供される。
(a)本発明のモジュールを含む核酸ベクター(例えば、本明細書中に記載されるような改変されたベクターまたは改変されたBACのいずれかなど)を宿主細胞(例えば、哺乳動物宿主細胞など)の培養物に導入する工程、および
(b)前記宿主細胞を、前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子が産生される条件のもとで培養する工程、および
(c)前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子を前記細胞から単離する工程
を含む方法もまた提供される。
上記で記載されるような単離されるそのような複製欠損レトロウイルスベクター粒子はその後、例えば、精製されることおよび/または配合されること、例えば、エクスビボ細胞形質導入のために精製されること、および/またはそのための好適な賦形剤と配合されること、あるいは、例えば、配合されること、例えば、対象(例えば、その必要性のあるヒト対象)に投与するための好適な医薬用賦形剤と配合されることが可能である。
本発明のさらなる態様によれば、本明細書中で定義されるような本発明の方法によって得ることができる、または得られる複製欠損レトロウイルスベクター粒子、およびその使用が提供される。
本発明のベクターおよびモジュールおよび形質導入細胞を含む医薬組成物もまた本発明によって提供される。
さらに本発明のさらなる態様によれば、哺乳動物宿主細胞の培養物に組み込まれる、本発明のモジュールを含む核酸ベクター(例えば、本明細書中に記載されるような改変されたベクターまたは改変されたBACなど)を含む細胞株が提供される。
定義
別途定義される場合を除き、本明細書中で使用されるすべての技術的用語および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書中で参照されるすべての特許および刊行物はそれらの全体が参照によって組み込まれる。
別途定義される場合を除き、本明細書中で使用されるすべての技術的用語および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書中で参照されるすべての特許および刊行物はそれらの全体が参照によって組み込まれる。
用語“comprising”(含む)は、“including”(包含する)または“consisting”(からなる)を包含しており、例えば、Xを「含む」組成物は、もっぱらXからなる場合があり、または何か追加のものを包含する場合がある(例えば、X+Y)。
用語“consisting essentially of”(から本質的になる)は、特徴の範囲を、指定された材料または工程、および実質的な影響を主張された特徴の基本的特性(1つまたは複数)に及ぼさない材料または工程に限定する。
用語“consisting of”(からなる)は、どのような成分であれ追加の成分(1つまたは複数)が存在することを除外する。
数値xに関連しての用語「約」は、例えば、x±10%、x±5%、x±2%、またはx±1%を意味する。
用語「ベクター」または用語「核酸ベクター」は、外来の(すなわち、外因性の)遺伝物質を、その複製および/または発現が可能である別の細胞の中に人為的に運ぶことができるビヒクルを示す。ベクターの例には、非哺乳動物核酸ベクター、例えば、細菌人工染色体(BAC)、酵母人工染色体(YAC)、P1由来人工染色体(PAC)、コスミドまたはフォスミドなどが含まれる。
ベクターの他の例には、ウイルスベクター、例えば、レトロウイルスベクターおよび同様にレンチウイルスベクターなどが含まれ、これらは本発明において特に対象となる。
本発明の第1の態様によれば、下記の核酸モジュールが提供される:
少なくとも1つの導入遺伝子をコードする核酸モジュールであって、(a)第1のプロモーターで、
(i)シス作用レトロウイルスエレメント(例えば、LTRなど)、
(ii)スプライスドナー部位を含むレトロウイルスリーダー配列
をコードするレトロウイルス核酸配列に機能的に連結される第1のプロモーター、
および(b)前記導入遺伝子に機能的に連結される導入遺伝子発現のための第2のプロモーターを含み、ただし、導入遺伝子発現のための前記第2のプロモーターが、(a)弱まったスプライスアクセプター部位を含むように改変される、ならびに/あるいは(b)前記第2のプロモーターが、前記プロモーターの上流側および/または下流側に配置されるスプライストラップ配列を有し、前記スプライストラップ配列により、その位置におけるスプライシングが低下させられる、または排除される、核酸モジュール。
少なくとも1つの導入遺伝子をコードする核酸モジュールであって、(a)第1のプロモーターで、
(i)シス作用レトロウイルスエレメント(例えば、LTRなど)、
(ii)スプライスドナー部位を含むレトロウイルスリーダー配列
をコードするレトロウイルス核酸配列に機能的に連結される第1のプロモーター、
および(b)前記導入遺伝子に機能的に連結される導入遺伝子発現のための第2のプロモーターを含み、ただし、導入遺伝子発現のための前記第2のプロモーターが、(a)弱まったスプライスアクセプター部位を含むように改変される、ならびに/あるいは(b)前記第2のプロモーターが、前記プロモーターの上流側および/または下流側に配置されるスプライストラップ配列を有し、前記スプライストラップ配列により、その位置におけるスプライシングが低下させられる、または排除される、核酸モジュール。
本発明はまた、本発明のモジュールを含む核酸ベクター、例えば、プラスミドまたは細菌人工染色体(BAC)などを提供する。
レトロウイルス:
レトロウイルスは、二倍体一本鎖RNAゲノムを含有するウイルスの一群である。レトロウイルスは、宿主細胞DNAに後で挿入され得るDNAをRNAゲノムから産生する逆転写酵素をコードする。
レトロウイルスは、二倍体一本鎖RNAゲノムを含有するウイルスの一群である。レトロウイルスは、宿主細胞DNAに後で挿入され得るDNAをRNAゲノムから産生する逆転写酵素をコードする。
本明細書中に記載される本発明は、複製欠損レトロウイルスベクター粒子(例えば、複製欠損レンチウイルスなど)を含めたレトロウイルスベクター粒子(例えば、レンチウイルスなど)を産生させるために使用される場合がある。
本発明のレトロウイルス核酸配列は、どのようなレトロウイルスであれ好適なレトロウイルスから選択される場合があり、またはどのようなレトロウイルスであれ好適なレトロウイルスに由来する場合がある。
1つの実施形態において、レトロウイルスは、レンチウイルス、アルファ-レトロウイルス、ガンマ-レトロウイルスまたはフォーミーレトロウイルスに由来し、例えば、レンチウイルスまたはガンマ-レトロウイルスなどに由来し、特にレンチウイルスに由来し、あるいはレンチウイルス、アルファ-レトロウイルス、ガンマ-レトロウイルスまたはフォーミーレトロウイルスから選択され、例えば、レンチウイルスまたはガンマ-レトロウイルスなどから選択され、特にレンチウイルスから選択される。
さらなる実施形態において、レトロウイルスは、HIV-1、HIV-2、SIV、FIV、EIAVおよびVisnaからなる群から選択されるレンチウイルスである。レンチウイルスは非分裂性(すなわち、休止)細胞に感染することができ、このため、レンチウイルスは、遺伝子治療のための魅力的なレトロウイルスベクターとなっている。さらにさらなる実施形態において、レトロウイルスはHIV-1であり、またはHIV-1に由来する。いくつかのレトロウイルスのゲノム構造がこの技術分野において見出され得る。例えば、HIV-1に関する詳細が、NCBI Genbank(ゲノムアクセション番号AF033819)から見出され得る。HIV-1は、最もよく理解されているレトロウイルスの1つであり、そのため、レトロウイルスベクターとして使用されることが多い。
レトロウイルス配列:
すべてのレトロウイルスに共通する核酸配列がより詳しくは、下記のように説明される場合がある:
長末端反復(LTR):レトロウイルスゲノムの基本的構造は5’-LTRおよび3’-LTRを含み、それらの間または内部に、レトロウイルス産生のために要求される遺伝子が位置する。これらのLTRはレトロウイルスの組込みおよび転写のために要求される。それらはまた、レトロウイルス遺伝子の発現を制御するためにプロモーター配列として働くことができる(すなわち、それらはシス作用配列である)。LTRは、U3、R、U5と呼ばれる3つのサブ領域から構成される:U3は、RNAの3’末端に特有な配列に由来し、Rは、RNAの両末端において繰り返される配列に由来し、U5は、RNAの5’末端に特有な配列に由来する。したがって、1つの実施形態において、核酸ベクターは追加として、5’-LTRおよび3’-LTRを含む。さらなる実施形態において、3’側LTRのU5領域は欠失させ、HIV-1非由来のポリAテールにより置換することが可能である(Hanawa他(2002)、Mol.Ther.5(3):242-51を参照のこと)。
すべてのレトロウイルスに共通する核酸配列がより詳しくは、下記のように説明される場合がある:
長末端反復(LTR):レトロウイルスゲノムの基本的構造は5’-LTRおよび3’-LTRを含み、それらの間または内部に、レトロウイルス産生のために要求される遺伝子が位置する。これらのLTRはレトロウイルスの組込みおよび転写のために要求される。それらはまた、レトロウイルス遺伝子の発現を制御するためにプロモーター配列として働くことができる(すなわち、それらはシス作用配列である)。LTRは、U3、R、U5と呼ばれる3つのサブ領域から構成される:U3は、RNAの3’末端に特有な配列に由来し、Rは、RNAの両末端において繰り返される配列に由来し、U5は、RNAの5’末端に特有な配列に由来する。したがって、1つの実施形態において、核酸ベクターは追加として、5’-LTRおよび3’-LTRを含む。さらなる実施形態において、3’側LTRのU5領域は欠失させ、HIV-1非由来のポリAテールにより置換することが可能である(Hanawa他(2002)、Mol.Ther.5(3):242-51を参照のこと)。
本発明の1つの実施形態において、本発明の核酸ベクターに存在するLTRは、(SIN LTRと称される)自己不活性化LTRであることが可能である。
本発明のさらなる実施形態において、本発明の核酸モジュールはまた、gagタンパク質、polタンパク質およびenvタンパク質(またはその機能的代用体)をコードするレトロウイルス核酸配列を含めて追加のレトロウイルス核酸配列、シス作用配列(例えば、cPPT(中央ポリプリン域)およびRRE(rev応答エレメント)をコードするシス作用配列など)を、これらの存在によりウイルス力価がさらに増大することになるので含むことができる。
複製能を有するウイルスが生じることに関する安全上の懸念に対処するために、自己不活性化(SIN)ベクターが、TATAボックスと、転写因子のSp1およびNF-κBのための結合部位とが含まれる3’側LTRのU3領域内の部分を欠失することによって開発されている(Miyoshi他(1998)、J.Virol.72(10):8150-7を参照のこと)。この欠失は感染細胞における逆転写および組込みの後で5’側LTRに移され、その結果、LTRの転写不活性化が生じる。これは、本発明において含まれることがある自己不活性化レンチウイルス型ベクターシステムとして知られている。
Ψ:レトロウイルスRNAのカプシド形成が、レトロウイルスゲノムの5’末端に位置するΨ(プサイ)配列によって生じる。プサイ配列の下流側にあり、gagコード領域内にまで広がる配列が、効率的なレトロウイルスベクター産生に関与していることも、この技術分野では広く知られている(Cui他(1999)、J.Virol.73(7):6171-6176を参照のこと)。1つの実施形態において、核酸ベクターは追加として、Ψ(プサイ)配列を含む。
プライマー結合部位(PBS):レトロウイルスゲノムは、5’-LTRのU5領域の後に存在するPBSを含有する。この部位は、逆転写の開始のために要求されるtRNAプライマーに結合する。1つの実施形態において、核酸ベクターは追加として、PBS配列を含む。
PPT:レトロウイルスゲノムは、ポリプリン域(PPT)と呼ばれるプリン塩基の短い区域をレトロウイルスゲノムの3’末端の近くに含有する。このPPTは、逆転写期間中におけるプラス鎖DNA合成のためのRNAプライマーとして機能する。複雑なレトロウイルス(例えば、HIV-1など)は、DNA合成の開始のための第2の部位を提供する第2のより中央に位置するPPT(すなわち、中央ポリプリン域(cPPT))を含有する。cPPTをコードするレトロウイルスベクターは、増強された形質導入および導入遺伝子発現を有することが示されている(Barry他(2001)、Hum.Gene Ther.12(9):1103-8を参照のこと)。1つの実施形態において、核酸ベクターは追加として、3’-PPT配列および/またはcPPT配列を含む。
上記で記載される非コード領域のゲノム構造は当業者には広く知られている。例えば、HIV-1における非コード領域のゲノム構造に関する詳細が、NCBI Genbankから、ゲノムアクセション番号AF033819により、またはHIV-1 HXB2(一般に使用されるHIV-1参照株)についてはゲノムアクセション番号K03455により見出され得る。1つの実施形態において、非コード領域は、ゲノムアクセション番号K03455において利用可能な配列に由来し、例えば、塩基対454~1126(R-U5-PBS-Gagについて)、塩基対7622~8479(RREについて)または塩基対7769~8146(RREについて)、塩基対4781~4898(cPPTについて)、塩基対9015~9120&塩基対9521~9719(dNEF-PPT-sinU3-R-U5について)に由来する。
Gag/pol:gag遺伝子およびpol遺伝子の発現は、gagとgagpolとの間での翻訳フレームシフトに依拠している。両者は、成熟期間中に切断されるポリタンパク質である。レトロウイルスベクターの主要な構造マトリックスタンパク質、カプシドタンパク質およびヌクレオカプシドタンパク質が、gagによってコードされる。pol遺伝子は下記の、下記のレトロウイルス酵素、i)逆転写酵素(これは、レトロウイルスRNAゲノムが二本鎖DNAに逆転写されるために不可欠である)、ii)インテグラーゼ(これは、レトロウイルスDNAゲノムが宿主細胞染色体に組み込まれることを可能にする)、およびiii)プロテアーゼ(これは、レトロウイルスの成熟タンパク質および機能的タンパク質を産生するために、合成されたポリタンパク質を切断する)をコードする。1つの実施形態において、gagタンパク質およびpolタンパク質をコードするレトロウイルス核酸配列は、HIV-1のHXB2配列(これはゲノムアクセション番号K03455において利用可能である)に由来し、例えば、塩基対790~5105に由来する。
Env:env(「エンベロープ」)遺伝子はレトロウイルスエンベロープの表面成分および膜貫通成分(例えば、HIV-1の糖タンパク質のgp120およびgp41)をコードし、レトロウイルス-細胞膜融合に関与している。レトロウイルスベクターの組織指向性を広げるために、本明細書中に記載されるレトロウイルスベクターは、別のウイルスからのエンベロープタンパク質によりシュードタイプ化される場合がある。シュードタイプ化は、レンチウイルスベクターを含めたレトロウイルスベクターの宿主細胞範囲を、レトロウイルスベクター粒子表面の糖タンパク質(GP)を変化させることによって(例えば、他のエンベロープウイルスから得られるGP、または他のエンベロープウイルスに由来するGPを使用することによって、あるいは合成/人工GPを使用することによって)拡大することができる、または変更することができるプロセスを示す。レトロウイルスベクターをシュードタイプ化するための最も一般に使用されている糖タンパク質が、幅広い指向性および高いベクター粒子安定性のために、水疱性口内炎ウイルスのGP(VSVg)である。しかしながら、他の糖タンパク質がシュードタイプ化のために使用され得ることが当業者によって理解されるであろう(Cronin他(2005)、Curr.Gene Ther.5(4):387-398、これはその全体が参照によって本明細書中に組み込まれる)。シュードタイプ化のために使用されるウイルスの選択はまた、いくつかのシュードタイプが組織タイプ優先を有することが示されているので、標的となる細胞および/または器官のタイプに依存する場合がある。
本発明の1つの実施形態において、envタンパクまたはその機能的代用体は、下記から選択されるウイルスから得られ、または下記から選択されるウイルスに由来する:ベシクロウイルス(例えば、水疱性口内炎ウイルス)、リッサウイルス(例えば、狂犬病ウイルス、モコラウイルス)、アレナウイルス(例えば、リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス(LCMV))、アルファウイルス(例えば、ロスリバーウイルス(RRV)、シンドビスウイルス、セムリキ森林ウイルス(SFV)、ベネズエラウマ脳炎ウイルス)、フィロウイルス(例えば、エボラウイルス・レストン、エボラウイルス・ザイール、ラッサウイルス)、アルファレトロウイルス(例えば、トリ白血病ウイルス(ALV))、ベータレトロウイルス(例えば、ヤーグジークテヒツジレトロウイルス(JSRV))、ガンマレトロウイルス(例えば、モロニーマウス白血病ウイルス(MLV)、テナガザル白血病ウイルス(GALV)、ネコ内在性レトロウイルス(RD114))、デルタレトロウイルス(例えば、ヒトTリンパ球向性ウイルス1(HTLV-1))、スプーマウイルス(例えば、ヒトフォーミーウイルス)、レンチウイルス(例えば、マエディ・ビスナウイルス(MVV))、コロナウイルス(例えば、SARS-CoV)、レスピロウイルス(例えば、センダイウイルス、呼吸器合胞体ウイルス(RSV))、ヘパシウイルス(例えば、C型肝炎ウイルス(HCV))、インフルエンザウイルス(例えば、インフルエンザウイルスA)および核多角体ウイルス(例えば、オートグラファカリフォルニア核多角体病ウイルス(AcMNPV))。さらなる実施形態において、envタンパク質またはその機能的代用体は水疱性口内炎ウイルスから得られ、または水疱性口内炎ウイルスに由来する。この実施形態においては、レトロウイルス粒子がより幅広い宿主細胞範囲に感染することを可能にし、かつ、野生型エンベロープタンパク質を産生させる様々な組換え可能性を排除する水疱性口内炎ウイルス糖タンパク質(VSVg)タンパク質が使用される場合がある。さらなる実施形態において、envタンパク質またはその機能的代用体をコードするレトロウイルス核酸配列は、ゲノムアクセション番号J02428.1において利用可能である配列に由来し、例えば、塩基対3071~4720に由来する。
本明細書中に記載される構造遺伝子はすべてのレトロウイルスに共通している。さらなる補助遺伝子が、異なるタイプのレトロウイルスにおいて見出される場合がある。例えば、レンチウイルス(例えば、HIV-1など)は、rev、vif、vpu、vpr、nefおよびtatとして知られている6つのさらなる補助遺伝子を含有する。他のレトロウイルスが、本明細書中に記載される遺伝子に類似する補助遺伝子を有する場合があり、しかしながら、それらには必ずしも、文献におけるのと同じ名称が与えられていない場合がある。TomonagaおよびMikami(1996)、J.Gen.Virol.77(Pt8):1611-1621などの参考文献には、様々なレトロウイルス補助遺伝子が記載される。
Rev:補助遺伝子rev(「ビリオンの調節因子」)は、Rev応答エレメント(RRE)に結合し、レトロウイルス転写物の排出を容易にするアクセサリータンパク質をコードする。この遺伝子のタンパク質産物は、Rev応答性エレメント(RRE)を含有するレトロウイルスmRNAのフラグメントが核から細胞質に排出されることを可能にする。RRE配列は、複雑な折り畳まれた構造を形成することが予測される。revのこの特定の役割は、スプライシング工程と、核外輸送工程との緊密なつながりを反映している。1つの実施形態において、核酸ベクターはRRE配列を含む。さらなる実施形態において、RRE配列は、HIV-1のHXB2配列(これはゲノムアクセション番号K03455において利用可能である)に由来し、例えば、塩基対7622~8479または塩基対7769~8146に由来し、特に塩基対7622~8479に由来する。
RevはRREに結合し、個々にスプライシングされたウイルス転写物(env、vif、vprおよびvpu)またはスプライシングされていないウイルス転写物(gag、polおよびゲノムRNA)の排出を容易にし、したがって、遺伝子翻訳およびパッケージングのような下流側の事象を引き起こす(SuhasiniおよびReddy(2009)、Curr.HIV Res.7(1):91-100を参照のこと)。1つの実施形態において、核酸ベクターは追加として、補助遺伝子rev、またはそれに対する類似遺伝子(すなわち、他のレトロウイルスまたは機能的類似システムに由来する類似遺伝子)を含む。とりわけ、RREエレメントも、輸送されることになる転写物に含まれるならば、rev遺伝子を含むことにより、レトロウイルスベクターゲノムのRNA転写物の核から細胞質への効率的な排出が確実になる。さらなる実施形態において、rev遺伝子は、ゲノムアクセション番号M11840(すなわち、HIV-1クローン12のcDNA、HIVPCV12遺伝子座)の塩基対970~1320に対して少なくとも60%の配列同一性(例えば、少なくとも70%の配列同一性など)を含む。代替となる実施形態において、rev遺伝子は、ゲノムアクセション番号K03455.1(すなわち、ヒト免疫不全ウイルス1型、HXB2)の塩基対5970~6040および塩基対8379~8653に対して少なくとも60%の配列同一性(例えば、少なくとも70%、80%、90%または100%の配列同一性など)を含む。
補助遺伝子は、レトロウイルスの複製および病理発生において役割を果たしていると考えられ、そのため、多くの現在のウイルスベクター産生システムでは、これらの遺伝子のいくつかが含まれない。例外が、通常の場合には存在するrevであり、すなわち、rev/RREシステムに類似するシステムが使用される可能性がある。したがって、1つの実施形態において、上記補助遺伝子(vpr、vif、vpu、tatおよびnef)または類似する補助遺伝子の1つまたは複数をコードする核酸配列は、前記補助遺伝子がレトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムから除かれるように、または機能的な補助タンパク質をコードすることができないように破壊される。さらなる実施形態において、上記補助遺伝子(vpr、vif、vpu、tatおよびnef)または類似する補助遺伝子の少なくとも2つ以上、3つ以上、4つ以上、またはすべてが、前記補助遺伝子がレトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムから除かれるように、または機能的な補助タンパク質をコードすることができないように破壊される。機能的補助遺伝子の除去は、遺伝子全体の除去を必要としない場合がある;遺伝子の一部の除去または遺伝子の破壊が十分であろう。
複製欠損レトロウイルスベクター粒子をコードする核酸配列は、当該レトロウイルスベクター粒子が基づくレトロウイルスの野生型遺伝子と同じであってもよく、または当該レトロウイルスベクター粒子が基づくレトロウイルスの野生型遺伝子に由来してもよく、すなわち、配列は、野生型ウイルスに含有される配列の遺伝子変化型またはそうでなければ異なる変化型であってもよいことが理解されるであろう。したがって、核酸ベクターまたは宿主細胞ゲノムに取り込まれるレトロウイルス遺伝子はまた、野生型遺伝子のコドン最適化型を示す場合がある。
追加の成分:
本発明の核酸モジュールはさらなる追加の成分を含む場合がある。これらの追加の特徴物は、例えば、転写物を翻訳のために安定化すること、遺伝子発現のレベルを増大させること、および遺伝子転写を開始/停止させることを助けるために使用される場合がある。
特に、本発明のモジュールに存在する核酸配列(例えば、レトロウイルス核酸配列)のそれぞれが、核酸モジュール内に個々の発現構築物として配置される場合がある。
本発明の核酸モジュールはさらなる追加の成分を含む場合がある。これらの追加の特徴物は、例えば、転写物を翻訳のために安定化すること、遺伝子発現のレベルを増大させること、および遺伝子転写を開始/停止させることを助けるために使用される場合がある。
特に、本発明のモジュールに存在する核酸配列(例えば、レトロウイルス核酸配列)のそれぞれが、核酸モジュール内に個々の発現構築物として配置される場合がある。
遺伝子治療:
本発明のモジュールまたは(本発明のモジュールを含む)本発明のベクターを宿主細胞(例えば、哺乳動物宿主細胞)の培養物に導入することによって産生されるレトロウイルスベクター粒子は、遺伝子治療の様々な方法において使用される場合がある。したがって、核酸モジュールは、1つまたは複数の導入遺伝子(例えば、1つ、2つまたは3つの導入遺伝子)を含む。そのような導入遺伝子は、目的とする疾患の処置または改善をもたらすために使用され得る遺伝子産物をコードする治療活性な遺伝子である場合がある。導入遺伝子は、例えば、アンチセンスRNA、リボザイム、タンパク質(例えば、腫瘍抑制タンパク質)、毒素、抗原(これは、抗体またはヘルパーT細胞または細胞傷害性T細胞を誘導するために使用され得る)、または抗体(例えば、単鎖抗体)をコードする場合がある。1つの実施形態において、導入遺伝子は、ベータグロビン、Cas-9、酵素(例えば、アリールスルファターゼA、ガラクトセレブロシダーゼ、ジルストロフィン(Dyrstrophin)など)をコードする。別の実施形態において、導入遺伝子は、T細胞受容体(TCR)またはキメラ抗原受容体(CAR)、例えば、腫瘍抗原(例えば、NY-ESO-1)に特異的なものなどをコードすることができる。
本発明のモジュールまたは(本発明のモジュールを含む)本発明のベクターを宿主細胞(例えば、哺乳動物宿主細胞)の培養物に導入することによって産生されるレトロウイルスベクター粒子は、遺伝子治療の様々な方法において使用される場合がある。したがって、核酸モジュールは、1つまたは複数の導入遺伝子(例えば、1つ、2つまたは3つの導入遺伝子)を含む。そのような導入遺伝子は、目的とする疾患の処置または改善をもたらすために使用され得る遺伝子産物をコードする治療活性な遺伝子である場合がある。導入遺伝子は、例えば、アンチセンスRNA、リボザイム、タンパク質(例えば、腫瘍抑制タンパク質)、毒素、抗原(これは、抗体またはヘルパーT細胞または細胞傷害性T細胞を誘導するために使用され得る)、または抗体(例えば、単鎖抗体)をコードする場合がある。1つの実施形態において、導入遺伝子は、ベータグロビン、Cas-9、酵素(例えば、アリールスルファターゼA、ガラクトセレブロシダーゼ、ジルストロフィン(Dyrstrophin)など)をコードする。別の実施形態において、導入遺伝子は、T細胞受容体(TCR)またはキメラ抗原受容体(CAR)、例えば、腫瘍抗原(例えば、NY-ESO-1)に特異的なものなどをコードすることができる。
レンチウイルスベクター:
非増殖性細胞に組み込まれることができるので、様々なレンチウイルスベクター(例えば、ヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)に基づくベクターなど)が遺伝子治療において広く使用されている。ウイルスベクターは、ウイルスゲノムを別々の部分に分割することによって、例えば、別個のプラスミドに置くことによって複製欠損にすることができる。例えば、ソーク研究所(Salk Institute for Biological Studies)によって開発されたいわゆる第1世代のレンチウイルスベクターは、パッケージング用発現カセット、エンベロープ発現カセットおよびベクター発現カセットからなる3つのプラスミドの発現システムとして構築された。「パッケージング用プラスミド」は、完全なgag-pol配列、調節配列(tatおよびrev)、およびアクセサリー配列(vif、vpr、vpu、nef)を含有する。「エンベローププラスミド」は、生来型HIV-1エンベロープタンパク質の代わりに水疱性口内炎ウイルス糖タンパク質(VSVg)をサイトメガロウイルス(CMV)プロモーターの制御下において収容する。第3のプラスミド(「移入プラスミド」)は、長末端反復(LTR)、カプシド形成配列(例えば、パッケージング配列(Ψ))、Rev応答エレメント(RRE)配列、および導入遺伝子を宿主細胞内で発現させるためのCMVプロモーターまたはRSVプロモーターを保持する。
非増殖性細胞に組み込まれることができるので、様々なレンチウイルスベクター(例えば、ヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)に基づくベクターなど)が遺伝子治療において広く使用されている。ウイルスベクターは、ウイルスゲノムを別々の部分に分割することによって、例えば、別個のプラスミドに置くことによって複製欠損にすることができる。例えば、ソーク研究所(Salk Institute for Biological Studies)によって開発されたいわゆる第1世代のレンチウイルスベクターは、パッケージング用発現カセット、エンベロープ発現カセットおよびベクター発現カセットからなる3つのプラスミドの発現システムとして構築された。「パッケージング用プラスミド」は、完全なgag-pol配列、調節配列(tatおよびrev)、およびアクセサリー配列(vif、vpr、vpu、nef)を含有する。「エンベローププラスミド」は、生来型HIV-1エンベロープタンパク質の代わりに水疱性口内炎ウイルス糖タンパク質(VSVg)をサイトメガロウイルス(CMV)プロモーターの制御下において収容する。第3のプラスミド(「移入プラスミド」)は、長末端反復(LTR)、カプシド形成配列(例えば、パッケージング配列(Ψ))、Rev応答エレメント(RRE)配列、および導入遺伝子を宿主細胞内で発現させるためのCMVプロモーターまたはRSVプロモーターを保持する。
レンチウイルスベクターの第2世代が、ビルレンス配列(vpr、vif、vpuおよびnef)の欠失によって特徴づけられた。パッケージング用ベクターは、gag遺伝子、pol遺伝子、tat遺伝子およびrev遺伝子に縮小させられ、そのため、システムの安全性が増大した。
レンチウイルスシステムを改善するために、第3世代のベクターが、tat遺伝子をパッケージング用構築物から除き、ベクターカセットからのLTRを不活性化することによって設計されており、そのため、挿入変異誘発作用に関連づけられる様々な問題が軽減されている。
レンチウイルスの様々な世代が下記の参考文献に記載される:第1世代:Naldini他(1996)、Science 272(5259):263-7;第2世代:ufferey他(1997)、Nat.Biotechnol.15(9):871-5;第3世代:Dull他(1998)、J.Virol.72(11):8463-7、これらのすべてがそれらの全体において参照によって本明細書中に組み込まれる。レンチウイルスベクターの開発についての総説を、Sakuma他(2012)、Biochem.J.443(3):603-18、およびPicanco-Castro他(2008)、Exp.Opin.Therap.Patents、18(5):525-539において見出すことができる。
用語「非哺乳動物の複製起点」は、複製が開始され、非哺乳動物供給源に由来する核酸配列を示す。これは、宿主細胞が哺乳動物宿主細胞である場合を除いて、本発明の核酸ベクターが、好適な宿主細胞(例えば、微生物細胞、例えば、細菌細胞または酵母細胞など)において内因性染色体と並行して安定に複製し、分離し、その結果、本発明の核酸ベクターが宿主細胞子孫に伝達可能であることを可能にする。哺乳動物宿主細胞において、非哺乳動物の複製起点を有する核酸ベクターは、哺乳動物宿主細胞が複製するときに哺乳動物宿主細胞の内因性染色体に組み込まれるか、または失われるかのどちらかであろう。例えば、非哺乳動物の複製起点を有する核酸ベクター(例えば、細菌人工染色体(BAC)、P1由来人工染色体(PAC)、コスミドまたはフォスミドなど)は、細菌細胞(例えば、大腸菌など)において内因性染色体と並行して安定に複製し、分離することができ、しかしながら、BAC、PAC、コスミドまたはフォスミドは、哺乳動物宿主細胞に導入されるならば、哺乳動物宿主細胞が複製するときに組み込まれるか、または失われるかのどちらかであろう。酵母人工染色体(YAC)は酵母細胞において内因性染色体と並行して安定に複製し、分離することができ、しかしながら、YACは、哺乳動物宿主細胞に導入されるならば、哺乳動物宿主細胞が複製するときに組み込まれるか、または失われるかのどちらかであろう。
細菌人工染色体:
用語「細菌人工染色体」または用語「BAC」は、外因性DNAの大きいインサートを収容することができる細菌プラスミド由来のDNA構築物を示す。細菌人工染色体またはBACは通常、およそ350kbの最大DNAインサートを収容することができる。様々なBACが、プラスミドの一様な分布を細菌の細胞分裂の後で促進する分配遺伝子を含有する、細菌の十分に特徴づけられた機能的稔性プラスミド(F-プラスミド)から開発された。これは、BACが内因性の細菌ゲノム(例えば、大腸菌など)と並行して安定に複製され、分離されることを可能にする。BACは通常、少なくとも1コピーの複製起点(例えば、oriS遺伝子またはoriV遺伝子など)、repE遺伝子(プラスミド複製およびコピー数の調節のために)、および細菌細胞におけるBACの安定な維持を確実にする分配用遺伝子(sopA、sopB、parA、parBおよび/またはparCなど)を含有する。BACは天然では環状で、かつスーパーコイル状であり、これにより、BACは、線状の人工染色体(例えば、YACなど)よりも回収が容易になっている。BACはまた、簡便な方法(例えば、エレクトロポレーションなど)を使用して比較的容易に細菌宿主細胞に導入することができる。
用語「細菌人工染色体」または用語「BAC」は、外因性DNAの大きいインサートを収容することができる細菌プラスミド由来のDNA構築物を示す。細菌人工染色体またはBACは通常、およそ350kbの最大DNAインサートを収容することができる。様々なBACが、プラスミドの一様な分布を細菌の細胞分裂の後で促進する分配遺伝子を含有する、細菌の十分に特徴づけられた機能的稔性プラスミド(F-プラスミド)から開発された。これは、BACが内因性の細菌ゲノム(例えば、大腸菌など)と並行して安定に複製され、分離されることを可能にする。BACは通常、少なくとも1コピーの複製起点(例えば、oriS遺伝子またはoriV遺伝子など)、repE遺伝子(プラスミド複製およびコピー数の調節のために)、および細菌細胞におけるBACの安定な維持を確実にする分配用遺伝子(sopA、sopB、parA、parBおよび/またはparCなど)を含有する。BACは天然では環状で、かつスーパーコイル状であり、これにより、BACは、線状の人工染色体(例えば、YACなど)よりも回収が容易になっている。BACはまた、簡便な方法(例えば、エレクトロポレーションなど)を使用して比較的容易に細菌宿主細胞に導入することができる。
1つの実施形態において、細菌人工染色体はoriS遺伝子を含む。1つの実施形態において、細菌人工染色体はrepE遺伝子を含む。1つの実施形態において、細菌人工染色体は分配用遺伝子を含む。さらなる実施形態において、分配用遺伝子は、sopA、sopB、parA、parBおよび/またはparCから選択される。さらにさらなる実施形態において、細菌人工染色体はsopA遺伝子およびsopB遺伝子を含む。
本発明による使用のためのBAC、および本発明において記載されるようにさらに改変することができるBACは、商用供給元から得られる場合があり、例えば、pSMART BACがLUCIGEN(商標)から得られる(全骨格配列についてはゲノムアクセション番号EU101022.1を参照のこと)。このBACは、TrfA複製タンパク質の存在下でのみ活性である中コピー数のoriV複製起点も含有するL-アラビノース「コピーアップ(copy-up)」システムを含有する。TrfAのための遺伝子がL-アラビノース誘導性プロモーターaraC-PBADの制御下で細菌宿主細胞のゲノムに組み込まれる場合がある(Wild他(2002)、Genome Res.12(9):1434-1444を参照のこと)。L-アラビノースが添加されると、TrfAの発現が誘導され、このことはoriVの活性化をもたらし、それにより、プラスミドが細胞あたり50コピーまで複製することが引き起こされる。
したがって、これに関連して、本発明の核酸モジュールを含む核酸ベクター(例えば、本発明の改変されたBACまたは移入ベクターなど)は、レトロウイルス産生のために好適である安定な細胞株を生じさせるために哺乳動物細胞に容易に移送することができるDNAのリザーバー(すなわち、レトロウイルス産生のために不可欠な遺伝子のためのリザーバー)として作用する。非哺乳動物の複製起点の例には、細菌の複製起点(例えば、oriC、oriVまたはoriS)、または酵母の複製起点(これは自律複製配列(ARSエレメント)としても知られている)が含まれる。
本発明の核酸モジュールを含む核酸ベクター(例えば、BAC)は非哺乳動物の複製起点を含み、例えば、少なくとも25キロベース(kb)のDNAを収容することができる。1つの実施形態において、核酸ベクターは、少なくとも30kb、35kb、40kb、45kb、50kb、55kb、60kb、65kb、70kb、75kb、80kb、85kb、90kb、95kb、100kb、110kb、120kb、130kb、140kb、150kb、160kb、170kb、180kb、190kb、200kb、210、220kb、230kb、240kb、250kb、260kb、270kb、280kb、290kb、300kb、310kb、320kb、330kb、340kbまたは350kbのDNAを収容する能力を有する。「収容する能力」への言及はその通常の意味を有しており、核酸ベクターのためのインサートのサイズについての上限が、主張されたサイズよりも小さくないこと(すなわち、25kb以上のDNA)であることを含意することが理解されるであろう。
本発明の1つの実施形態において、そのような核酸ベクターはまた、一般には5kb~11kbの最大インサートのみを収容するバクテリオファージではない。したがって、1つの実施形態において、本発明のモジュールを含む核酸ベクターは、天然のプラスミド、バクテリオファージまたはエピソームではない。
用語「内因性染色体」は、外因性核酸ベクター(例えば、細菌人工染色体など)の生成または導入の前の宿主細胞において見出されるゲノム染色体を示す。用語「トランスフェクション」、用語「形質転換」および用語「形質導入」は、本明細書中で使用される場合、非哺乳動物ベクターまたはウイルスベクターが標的細胞に挿入されることを記述するために使用される場合がある。ベクターの挿入は通常、細菌細胞については形質転換と呼ばれており、真核細胞についてはトランスフェクションと呼ばれており、だが、ウイルスベクターの挿入はまた、形質導入と呼ばれる場合がある。当業者は、一般に使用される様々な異なる非ウイルストランスフェクション方法を認識しているであろうし、これらには、物理的方法(例えば、エレクトロポレーション、細胞スクイージング(squeezing)、ソノポレーション(sonoporation)、光学的トランスフェクション、プロトプラスト融合、インペールフェクション(impalefection)、マグネトフェクション、遺伝子銃または微粒子銃)、化学試薬(例えば、リン酸カルシウム、高分岐度有機化合物またはカチオン性ポリマー)、またはカチオン性脂質(例えば、リポフェクション)の使用が含まれるが、これらに限定されない。多くのトランスフェクション方法では、プラスミドDNAの溶液を細胞に接触させ、その後で細胞を成長させることが要求される。
用語「プロモーター」は、遺伝子発現を行わせる配列を示す。高レベルの発現を行わせるために、高効率のプロモーター(例えば、非レトロウイルスの高効率プロモーターなど)を使用することが有益である場合がある。
用語「ポリAシグナル」は、様々な宿主因子が転写期間中に新生mRNAの末端にポリアデノシン(ポリA)テールを付加することを可能にする(例えば、導入遺伝子の3’側に置かれる)ポリアデニル化シグナル配列を示す。ポリAテールは、mRNAを酵素分解から保護し、翻訳も助ける、アデノシンリボヌクレオチドが300個までの区域である。したがって、本発明の核酸モジュール(または本モジュールを含むベクター)はポリAシグナル配列を含む場合があり、例えば、ヒトベータグロビンまたはウサギベータグロビンのポリAシグナル、シミアンウイルス40(SV40)の初期ポリAシグナルまたは後期ポリAシグナル、ヒトインスリンのポリAシグナル、あるいはウシ成長ホルモンのポリAシグナルなどを含む場合がある。1つの実施形態において、ポリAシグナル配列はヒトベータグロビンのポリAシグナルである。
用語「イントロン配列」は、最終的な遺伝子産物からRNAスプライシングによって除かれるヌクレオチド配列を示す。エンハンサー/プロモーター領域の下流側およびcDNAインサートの上流側におけるイントロンの使用は遺伝子発現のレベルを増大させることが示されている。発現における増大は特定のcDNAインサートに依存する。したがって、本発明の核酸モジュール(または本モジュールを含むベクター)はイントロンを含む場合があり、例えば、ヒトベータグロビンのイントロン、ウサギベータグロビンのイントロンII、またはキメラなヒトベータグロビン-免疫グロブリンのイントロンなどを含む場合がある。1つの実施形態において、イントロンはヒトベータグロビンのイントロンおよび/またはウサギベータグロビンのイントロンIIである。
用語「パッケージング細胞株」は、gagタンパク質およびpolタンパク質ならびにエンベロープ糖タンパク質の遺伝子を発現することができる細胞株を示す。代替として、用語「産生者たる細胞株」は、目的とする導入遺伝子を含有する移入ベクターも発現することができるパッケージング細胞株を示す。
用語「一過性にトランスフェクトされた」は、標的核酸(すなわち、レトロウイルス遺伝子)が細胞のゲノムに永続的に取り込まれないトランスフェクションされた細胞を示す。そのため、細胞内における核酸の効果は短時間しか持続しない。
用語「安定的にトランスフェクトされた」は、標的核酸(すなわち、レトロウイルス遺伝子)が細胞のゲノムに永続的に取り込まれるトランスフェクションされた細胞を示す。そのため、細胞内における核酸の効果は短時間しか持続しない。
スプライスドナー配列:
すべてのレトロウイルスが、スプライシングされていないmRNAがgag mRNAおよびゲノムRNAの両方として働く異なるレトロウイルス遺伝子産物をコードする多数のスプライシングされたアイソフォームの生成を可能にする主要なスプライスドナーを5’側UTR(非翻訳領域)に含有する。これは、すべてのレトロウイルスの保存された特徴であり、この技術分野において広く知られており、また記載されている(例えば、Mueller、Klaver、Berkhous&Das、2015;J.of General Virology、第96巻、第11号、pp3389-3395)。
すべてのレトロウイルスが、スプライシングされていないmRNAがgag mRNAおよびゲノムRNAの両方として働く異なるレトロウイルス遺伝子産物をコードする多数のスプライシングされたアイソフォームの生成を可能にする主要なスプライスドナーを5’側UTR(非翻訳領域)に含有する。これは、すべてのレトロウイルスの保存された特徴であり、この技術分野において広く知られており、また記載されている(例えば、Mueller、Klaver、Berkhous&Das、2015;J.of General Virology、第96巻、第11号、pp3389-3395)。
スプライスアクセプター配列:
スプライスアクセプターコンセンサス配列は、AG(アクセプターヌクレオチド)が続き、かつ、典型的にはその後にGまたはAが続く、ピリミジン塩基に富むヌクレオチドの連続である(Brent&Guigo、Current Opinion in Structural Biology、14、pp264-272、2004)。そのような配列はこの技術分野において広く知られており、また記載されている(例えば、Martin Stoltzfus、2009、第1章:Regulation of HIV-1 Alternative RNA Splicing and Its Role in Virus Replication、Adv Virus Res(第74巻、pp.1-40);Academic Press)。これらの配列要件は厳密ではないので、様々なスプライスアクセプター配列が多くの場合、様々な配列で存在する。これらの配列がベクターゲノムにおける主要なスプライスドナーの下流側に現れる場合、これらの配列は、スプライスアクセプターとして作用する可能性がある。
スプライスアクセプターコンセンサス配列は、AG(アクセプターヌクレオチド)が続き、かつ、典型的にはその後にGまたはAが続く、ピリミジン塩基に富むヌクレオチドの連続である(Brent&Guigo、Current Opinion in Structural Biology、14、pp264-272、2004)。そのような配列はこの技術分野において広く知られており、また記載されている(例えば、Martin Stoltzfus、2009、第1章:Regulation of HIV-1 Alternative RNA Splicing and Its Role in Virus Replication、Adv Virus Res(第74巻、pp.1-40);Academic Press)。これらの配列要件は厳密ではないので、様々なスプライスアクセプター配列が多くの場合、様々な配列で存在する。これらの配列がベクターゲノムにおける主要なスプライスドナーの下流側に現れる場合、これらの配列は、スプライスアクセプターとして作用する可能性がある。
図1:スプライスアクセプターについてのコンセンサスマップを示す(Brent&Guigo、2004:Recent advances in gene structure prediction、Current Opinion in Structural Biology、14(3)、264-272)。図1における異なるサイズの文字は、特定の塩基がすべての知られているスプライス部位にわたってどのように保存されているかを示す。スプライスドナーのためにはGTが存在しなければならず、アクセプターのためにはAGが存在しなければならない。RNAにおいて広く知られているように、TはUによって置き換えられるであろう。これらの周りの配列はあまり厳密ではない。コンセンサスに対するより良好な一致は、例えば、スプライスドナーについてはAGGTAAGを意味するであろうし、アクセプターについてはATATATATATATCAGGを意味するであろう。これらの配列要件に加えて、可能性のあるスプライス部位は、スプライス部位をスプライシング機構に対してアクセス可能にし、かつ、インシリコでの予測が困難である二次構造を有しなければならない。スプライス部位予測アルゴリズムでは、配列が、一次配列要件を探してスキャンされ、実際の配列がコンセンサスとどの程度よく一致するかに基づくスコアが割り当てられる。MaxEntScanについては、スコアが1(最も弱い一致)から13(最も強い一致)にまで及ぶ。使用することができるスプライス部位予測アルゴリズムが本明細書中に記載される。
核酸ベクター:
導入遺伝子発現を行わせるプロモーターの内部における弱まったスプライスアクセプター部位を伴う本発明の核酸モジュールを含み、それによって、導入遺伝子発現のために適格であるスプライシングされたベクター転写物の産生を低下させる、または排除する本発明のベクター(例えば、プラスミドまたはBACなど)は、産生者たる細胞における導入遺伝子の発現を低下させ、または排除し、それによって、産生者たる細胞における導入遺伝子の起こり得る望ましくない影響(例えば、細胞毒性作用など)を低下させるので好都合である。
導入遺伝子発現を行わせるプロモーターの内部における弱まったスプライスアクセプター部位を伴う本発明の核酸モジュールを含み、それによって、導入遺伝子発現のために適格であるスプライシングされたベクター転写物の産生を低下させる、または排除する本発明のベクター(例えば、プラスミドまたはBACなど)は、産生者たる細胞における導入遺伝子の発現を低下させ、または排除し、それによって、産生者たる細胞における導入遺伝子の起こり得る望ましくない影響(例えば、細胞毒性作用など)を低下させるので好都合である。
したがって、本明細書中に記載されるような(例えば、改変あるいは完全または部分的な欠失によって弱められる)弱まったスプライスアクセプター部位を伴う改変されたプロモーターを有する本発明の核酸モジュールを含むベクター(例えば、本発明のプラスミドまたはBAC)の使用は、様々な利点をレトロウイルスのパッケージング細胞株および産生者たる細胞株ならびにまた一過性細胞株の生成において提供する。したがって、本明細書中に記載されるような弱まったスプライスアクセプター部位を伴うそのような好適なプロモーターは、レトロウイルスベクター転写物の状況において活性であり、その結果、5’側LTRから生じる転写物からのスプライシングを受け入れて、導入遺伝子発現のために適格であるスプライシングされた産物をもたらすようにするスプライスアクセプター部位を含むそのようなプロモーターであることが可能である。例には、SV-40、PGK、EFS、SFFV、およびUbcプロモーターから選択されるプロモーターが含まれる。プロモーターはヒト由来プロモーターが可能であり、または他の種に由来するオルソログが可能である。1つの実施形態において、前記プロモーターはPGKプロモーターであり、例えば、ヒトPGKプロモーターである。本明細書中に記載される研究は、ヒトPGKプロモーターは活性なスプライスアクセプターをその3’端に含むこと、および現時点では、特定されるこの活性なスプライスアクセプター部位は完全または部分的に欠失され得ることを示している。プロモーターがPGKプロモーターであるこの例において、本発明者らは、活性なスプライスアクセプターを構成する最後の2塩基対がアデニンおよびグアニン(AG)であること、そして、これらの2塩基対(すなわち、AG)は両方が欠失され得ること、あるいは代替において、AまたはGのどちらかのみが挿入変異誘発によって欠失される、または置換される、または破壊されるような部分的欠失が可能であることを見出している。AまたはGが置換されるとき、好適な置換は、DNAを構成する他のヌクレオチドのどれもが可能であり、例えば、Gの代わりに、A、チミン(T)またはシトシン(C)のいずれかを利用することができる。23bpのスプライスアクセプター(この場合、AGが19位および20位である)の内部における、スプライスアクセプター活性を低下させる他の変異も可能である。
1つの実施形態において、改変されたPGKプロモーターは、配列番号19に示される核酸配列を有することができる。この配列において、上記で記載されるような活性なスプライスアクセプター部位を構成するグアニンが欠失される(これはPGKnoSA2である)。
1つの実施形態において、改変されたPGKプロモーターは、配列番号20に示される核酸配列を有することができる。この配列において、上記で記載されるような活性なスプライスアクセプター部位を構成するアデニンおよびグアニンの両方が欠失される(これはPGKnoSAである)。
本発明による完全な欠失または部分的な欠失のために好適である(レンチウイルス/レトロウイルスの状況において活性である)隠れたスプライスアクセプターを含む、本発明による使用のための他の好適なプロモーターの例には、SV40プロモーター、例えば、レトロウイルスの状況において活性化される隠れたスプライスアクセプター部位を含有することが以前に示されているSV40 229プロモーターが含まれる(これは、AnsonおよびFuller、2003、Rational development of a HIV-1 gene therapy vector、J Gene、5(10)、pp829-838に記載される)。
本発明に従って使用されること(および修飾されること)も可能である他のプロモーターには、EFS(EF1αショート)、Ubcプロモーター、SFFVプロモーターが含まれる(表1を参照のこと)。
1つの実施形態において、本発明はまた、本明細書中に記載されるような改変されたプロモーターのいずれかを(例えば、導入遺伝子をコードするモジュールまたはベクターにおける使用のために)提供する。例えば、本発明は、配列番号19および配列番号20に示される核酸配列を伴うプロモーターを提供する。
本発明の1つの実施形態において、使用されるプロモーターは、記載されるような改変、例えば、変異誘発技術による改変が後でなされる野生型プロモーターまたは天然プロモーターである。代替において、プロモーターは、本明細書中に記載されるような改変が後でなされる野生型配列に基づく場合があり、しかし、変異誘発がインシリコで実施され、最終的な改変された核酸配列が、当該合成のためのこの技術分野で広く知られている様々な技術を使用して合成される。
プロモーターの改変は野生型プロモーターからの改変を示し、これには、プロモーターのインシリコ合成が、プロモーターの物理的変異誘発と同様に含まれ得る。
スプライスアクセプターの特定が、目的とするプロモーターを含有するレンチウイルス移入プラスミド(または類似の設計物)によりトランスフェクションされる細胞のmRNAを配列決定することを介して達成される場合がある。例えば、活性なスプライスアクセプターがEFSプロモーター(Schambach他、2006、Mol.Therapy、第13巻、第2号、pp391-400)に存在するかどうかを、レンチウイルス移入プラスミドの状況にあるときにおいて実験的に明らかにするために、EFSプロモーターによって制御される導入遺伝子を伴うレンチウイルスベクター移入プラスミドがトランスフェクションされ得るであろう。その後、これらのトランスフェクションされた細胞からのmRNAが様々な技術によって配列決定され得るであろう。これには、的を絞ったアプローチ、例えば、5’RACEからのPCR産物の配列決定、またはRT-PCR後の接合部の増幅など、あるいは的を絞らないアプローチ、例えば、RNAseqなどが含まれ得るであろう。移入プラスミドに対するアラインメントにより、エクソン配列が示されるであろうし、また、移入プラスミドに対するアラインメントは、どのようなスプライスアクセプターであれ活性なスプライスアクセプターがイントロンの3’側接合部において特定されることを可能にするであろう。
代替において、スプライスアクセプターがインシリコで予測される場合がある。
MaxEntScan:
多数のスプライス部位予測アルゴリズムが、これを容易にするために利用可能であり、例えば、位置特異的重み行列(PWM)に基づく分析、最大依存分解(MDD)、マルコフモデルまたは最大エントロピー分布(MED)が利用可能である。今日までのところ、最も偏りのないアプローチはMEDであることが示された。これは、スプライス部位に隣接する位置における塩基を考慮して、利用可能なデータ(ヒト細胞におけるスプライシングされたRNA)からの特徴を使用するだけである方法である(In silico tools for splicing defect prediction-A survey from the viewpoint of end-users、Xueqiu Jian、Eric BoerwinkleおよびXiaoming Liu、Genet Med、2014を参照のこと)。このMEDアプローチが、MaxEntScanにおいて、すなわち、5’側スプライスドナー部位の周りの9塩基と、スプライスアクセプター部位の周りの23塩基とを分析する、Yeo&Burge、J.Comput Biol.2004;11(2-3)、pp377-94に記載されるような「最大エントロピースキャニングツール」において実行される。MEDを使用すると、それぞれの特定された部位についての対数オッズ比としての最大エントロピースコアがもたらされ、この場合、より高いスコアは、その配列が真のスプライス部位であるという確率がより高いことを暗に示している。
多数のスプライス部位予測アルゴリズムが、これを容易にするために利用可能であり、例えば、位置特異的重み行列(PWM)に基づく分析、最大依存分解(MDD)、マルコフモデルまたは最大エントロピー分布(MED)が利用可能である。今日までのところ、最も偏りのないアプローチはMEDであることが示された。これは、スプライス部位に隣接する位置における塩基を考慮して、利用可能なデータ(ヒト細胞におけるスプライシングされたRNA)からの特徴を使用するだけである方法である(In silico tools for splicing defect prediction-A survey from the viewpoint of end-users、Xueqiu Jian、Eric BoerwinkleおよびXiaoming Liu、Genet Med、2014を参照のこと)。このMEDアプローチが、MaxEntScanにおいて、すなわち、5’側スプライスドナー部位の周りの9塩基と、スプライスアクセプター部位の周りの23塩基とを分析する、Yeo&Burge、J.Comput Biol.2004;11(2-3)、pp377-94に記載されるような「最大エントロピースキャニングツール」において実行される。MEDを使用すると、それぞれの特定された部位についての対数オッズ比としての最大エントロピースコアがもたらされ、この場合、より高いスコアは、その配列が真のスプライス部位であるという確率がより高いことを暗に示している。
プロモーター内の予測されたスプライスアクセプターを特定することができる。スプライシングされたmRNAにおける最初の開始コドン(ATG)が導入遺伝子に属する(または導入遺伝子とインフレームである)ことを生じさせるであろうスプライスアクセプターをその後、当該スプライスアクセプターを無効にするために、または弱めるために変異させることができるであろう。しかしながら、それぞれの変異は、プロモーター活性を変化させる可能性があり、したがって、経験的に試験しなければならない。
上記の表には、MaxEntScanを使用してインシリコで特定されるモチーフが示される。AGがプロモーター領域の最後の3ヌクレオチド(ntd)に存在した場合、MaxEntScanは、スコア化されるための23量体の19位および20位にAGが存在することを要求するので、追加の塩基が付加された(これは、cctが付加されたPGK-492、およびGが1つ付加されたUbc-1189に対して適用可能であった)。SV40を例として使用すると、可能性のある2つのスプライスアクセプターが171位および229位において示される。171位におけるモチーフは導入遺伝子発現をもたらさないであろう:これは、ATG(開始コドン)が存在し、その下流にはインフレームでの終止コドン(TAA)がそのちょうど3コドン下流側にあるからである(AGTTCCGCCCATTCTCCGCCCCATGGCTGACTAA)。しかしながら、229位におけるモチーフはATGをプロモーター配列の内部において下流側に有しておらず、このことは、このスプライスアクセプターを使用した転写物に由来する5’側ATG(開始コドン)は導入遺伝子に属するであろうことを意味する(したがって、そのような転写物は導入遺伝子タンパク質発現のために適格であろう)。
代替において、活性なスプライスアクセプターを含むプロモーターは改変することができる:
スプライシングを低下させるために本発明に従って使用することができる改変には、例えば、活性なスプライスアクセプター部位の周りのコンセンサス配列の改変であって、その配列が弱められ、したがって、スプライスアクセプターとして使用される傾向が低下しているような改変を挙げることができる。例えば、PGKプロモーターが使用される場合、最後の2塩基対(AG塩基対)における活性なスプライスアクセプターの周りのコンセンサス配列を、当該活性なスプライスアクセプターが弱められるように改変することができる。コンセンサス配列(AGジヌクレオチドの下流側3bpがcctである場合)における改変として、例えば、そのMaxEntScoreが8.69から3未満(可能性のあるスプライスアクセプターとしてスコア化されるための閾値よりも小さい値)に弱まるため、TCACCGACCTCTCTCCCCAG(cct)からTCACCGACCTCTCCCCgAG(cct)にすることを挙げることができる。
スプライシングを低下させるために本発明に従って使用することができる改変には、例えば、活性なスプライスアクセプター部位の周りのコンセンサス配列の改変であって、その配列が弱められ、したがって、スプライスアクセプターとして使用される傾向が低下しているような改変を挙げることができる。例えば、PGKプロモーターが使用される場合、最後の2塩基対(AG塩基対)における活性なスプライスアクセプターの周りのコンセンサス配列を、当該活性なスプライスアクセプターが弱められるように改変することができる。コンセンサス配列(AGジヌクレオチドの下流側3bpがcctである場合)における改変として、例えば、そのMaxEntScoreが8.69から3未満(可能性のあるスプライスアクセプターとしてスコア化されるための閾値よりも小さい値)に弱まるため、TCACCGACCTCTCTCCCCAG(cct)からTCACCGACCTCTCCCCgAG(cct)にすることを挙げることができる。
スプライストラップの使用:
しかしながら、活性なスプライスアクセプターを(例えば、改変または欠失によって)弱めることの上記で記載されるような起こり得る欠点の1つが、プロモーター配列内における配列のそのような変異誘発はまた導入遺伝子発現を形質導入された細胞において変化させるかもしれないということであり、このことは、導入遺伝子発現に対する影響が有意であるかどうかを判定するためにそれぞれのプロモーターについて評価される必要があるであろう。
しかしながら、活性なスプライスアクセプターを(例えば、改変または欠失によって)弱めることの上記で記載されるような起こり得る欠点の1つが、プロモーター配列内における配列のそのような変異誘発はまた導入遺伝子発現を形質導入された細胞において変化させるかもしれないということであり、このことは、導入遺伝子発現に対する影響が有意であるかどうかを判定するためにそれぞれのプロモーターについて評価される必要があるであろう。
したがって、導入遺伝子発現を産生者たる細胞において低下させ(しかし、導入遺伝子発現を形質導入された細胞において維持する)ための代替方策で、上記で記載されるこれらの制限を克服する代替方策が考案された。これには、産生者たる細胞における導入遺伝子発現の大多数が、LTRから生じるスプライシングされた転写物に起因することが示されているので、「スプライストラップ」の使用が伴う。
「スプライストラップ」を本発明による核酸モジュールにおいて使用することができ、上流側(すなわち、導入遺伝子の5’側)もしくは下流側(すなわち、導入遺伝子の3’側)に、または主要なスプライスドナーと導入遺伝子カセット転写開始部位との間に配置することができ、あるいは主要なスプライスドナーとポリアデニル化部位との間に配置することができる。
本明細書中において記載および定義されるようなスプライストラップは、スプライスアクセプター部位(例えば、強力なスプライスアクセプター部位)を含み、その後には必要に応じて、最小限のオープンリーディングフレーム(ORF)(例えば、約50個未満のコドン、例えば、約40個のコドンもしくは約30個のコドン、または約20個もしくは約10個のコドン)が続く短い核酸配列である。スプライスアクセプター部位が、コンセンサス配列に基づいて合成される場合があり、または天然に存在する知られているスプライスアクセプター、例えば、ヒトEF1αプロモーターのイントロン1に由来するスプライスアクセプター(Kim、Uetsuki、Kaziro、Yamaguchi&Sugano、Use of human elongation factor 1 alpha promoter as a versatile and efficient expression system、Gene、1990、91(2)、217-223)などである場合がある。
本発明の1つの実施形態において、そのようなスプライストラップは、最適に働くためには、(Yeo&Burge、J.Comput Biol.2004;11(2-3)、pp377-94に記載されるように求められる)MaxEntScanスコアが、導入遺伝子発現をもたらすプロモーターにおけるスプライスアクセプターのMaxEntScanスコアよりも大きい。代替において、MaxEntScanスプライスアクセプタースコアは約8.7超であること、例えば、約9超または10超または11超または12超または13超であることが可能である。
本発明の1つの実施形態において、好適なスプライストラップは、5’末端がCおよびTに富み(例えば、約14個を超える、または約16個を超える、または約18個を超えるCヌクレオチドおよびTヌクレオチドの配列であり)、AGヌクレオチドを3’末端に有し、かつ、必要に応じて、約8.7超であるMaxEnt Scanスコア、例えば、約9超または10超または11超または12超または13超であるMaxEnt Scanスコアも有する核酸配列を有する。
スプライストラップを、例えば、どのようなプロモーターであれ導入遺伝子発現のためのプロモーターの上流側で利用することができる。例えば、本発明の核酸モジュールのプロモーターが、(i)隠れたスプライスアクセプター部位についてスクリーニングされないとき、あるいは(ii)前記プロモーターがスクリーニングされており、その後、使用されたならば、導入遺伝子発現のために適格な転写物を生じさせ、プロモーター/転写活性に有意に寄与することが予想される、またはほんとうに有意に寄与する領域の内部に位置する、可能性のあるスプライスアクセプターを含有することが見出され、したがって、配列を変異させることが望ましくないかもしれないときには、そのようなスプライストラップを本発明の核酸モジュールにおいて使用することが望ましい。
導入遺伝子発現を評価するための様々な方法がこの技術分野では広く知られており、これらには、例えば、特異的な転写物アイソフォームを定量化するためのqPCR、転写レポーターアッセイおよび導入遺伝子活性アッセイ、または導入遺伝子に対する抗体を、ウエスタンブロット、ELISA、フローサイトメトリー、免疫蛍光などの技法において使用する検出が含まれる。
プロモーター内の隠れたスプライスアクセプターモチーフが変異させられ、導入遺伝子発現が、適切な統計学的検定(例えば、T検定)に従って有意に変化し、その結果、形質導入された細胞における発現レベルが効力を悪化させているならば、活性なスプライスアクセプターの改変または欠失の代わりにスプライストラップを使用することが望ましい可能性がある。
したがって、本発明の1つの態様において、改変または欠失された活性なスプライスアクセプターの代替として(またはそのようなスプライスアクセプターに加えて)少なくとも1つの「スプライストラップ」、例えば、2つ以上のスプライストラップを含む核酸モジュールが提供される。
本発明のさらなる態様において、上記で記載されるような少なくとも1つの「スプライストラップ」を含む核酸モジュールを含むベクターが提供される。
スプライストラップ配列は、例えば、導入遺伝子カセットのすぐ上流側に配置され、その結果、スプライストラップ配列がLTR由来mRNAにおける導入遺伝子カセットよりも前に転写されて、しかし、導入遺伝子カセット由来mRNAから除外されるようにすることができる。主要なスプライスドナーと導入遺伝子カセット転写開始部位との間における代替位置も好適である場合がある。代替において、スプライストラップ配列は、主要なスプライスドナーとポリAシグナルとの間のどこにでも配置することができる。
これらの配列は、スプライシングされる運命にあるLTR由来mRNAを導入遺伝子カセットからそらして、スプライストラップに向けるために設計された。主要なスプライスドナーと併せてスプライスアクセプターとして使用されるとき、スプライシングされたmRNAは、導入遺伝子にではなく、最小限のORF(または代用体)に属する5’側の開始コドンを有するであろう。最小限のORFは、開始コドンと、その後に続く終止コドンとからなる。哺乳動物リボソームは5’側ORFスキャニング機構を翻訳開始のために利用し、終止コドンに到達すると分解するので、下流側のORF(例えば、導入遺伝子)が効率的に翻訳されることは起こりそうにない。それにもかかわらず、第2の最小限のORFが第1の最小限のORFのそばに配置され、その結果、リボソームが、スプライストラップを利用しているどのようなmRNAにおいてであれ導入遺伝子に到達する前に開始コドンおよび終止コドンの少なくとも2つを読み通さなければならないようにされた。さらに、第1の最小限のORFにおけるリボゾーム組立てを促進させるために、Kozak配列が含められた。したがって、そのようなプロセシングされたmRNAからの導入遺伝子の効率的な翻訳は起こりそうにない。
代替において、知られている機能または予想された機能を有するタンパク質をコードしないORFを最小限のORFの代わりに使用することができる。(典型的にはプロモーターにおける)スプライストラップの下流側にある配列はしばしば、そのような短いORFを含有するであろうし、そのような場合、追加のORFを挿入することは、導入遺伝子の抑制のために必要でないかもしれない。未知タンパク質の発現が産生者たる細胞またはベクターの特性に影響を及ぼす潜在的可能性をなくすことは依然として望ましいかもしれない。
本発明の核酸モジュールにおいて使用することができるスプライストラップの例が下記の表において詳述される。
ST6配列が、Hildinger他、1999;Design of 5’ untranslated sequences in retroviral vectors developed for medical use、Journal of Virology、73(5)、4083-4089に記載される。
本発明の1つの実施形態において、利用されるスプライストラップが、ST1、ST2、ST4およびST5、またはそれらの機能的フラグメントから選択される。そのような機能的フラグメント(またはバリアント)は、CTに富む領域が5’末端に、AGが3’末端に含まれるので表2で詳述されるような、ST1、ST2、ST4およびST5の配列の下線部分を含むことができる。どのTもCによって置き換えることができ、また、逆に、どのCもTによって置き換えることができる。代替において、ST1、ST2、ST4およびST5の機能的フラグメント(またはバリアント)は、約8.7超であるMaxEntScanスプライスアクセプタースコア、例えば、約9超または10超または11超または12超または13超であるMaxEntScanスプライスアクセプタースコアを有するものである。
本発明の核酸モジュールを含む核酸ベクターを作製する方法であって、下記のレトロウイルス核酸配列:
シス作用ウイルスエレメント(例えば、LTRなど)、パッケージングシグナル、導入遺伝子発現のためのプロモーターであって、前記導入遺伝子に機能的に連結されるプロモーター、ならびに同様に、必要な場合には、gagタンパク質、polタンパク質およびenvタンパク質(またはその機能的代用体)をコードするレトロウイルス核酸配列、ならびに同様に、非哺乳動物の複製起点を含む核酸ベクター、例えば、プラスミド、レトロウイルス移入ベクターまたはBAC(例えば、国際公開WO2017/089307に記載されるBACなど)を得ること、その後、(i)導入遺伝子発現のためのプロモーターを、スプライスアクセプター部位を(全体または一部において)欠失することによって改変して、または導入遺伝子発現のためのプロモーターを、例えば、挿入変異、欠失変異または置換変異によって改変して、その結果、導入遺伝子発現のためのプロモーターは、スプライスアクセプターとしての機能が低下しており、または排除されており、それによって、この位置におけるスプライシングが低下しているように、または排除されているようにする工程、ならびに/あるいは(ii)前記ベクターに「スプライストラップ」を挿入して、その結果、「スプライストラップ」が導入遺伝子の上流側および/または下流側に配置される、あるいは主要なスプライスドナーと、導入遺伝子カセット転写開始部位との間に配置される、あるいは主要なスプライスドナーと、ポリアデニル化部位との間に配置されるようにする工程を実施することを含む方法もまた本発明によって提供される。
シス作用ウイルスエレメント(例えば、LTRなど)、パッケージングシグナル、導入遺伝子発現のためのプロモーターであって、前記導入遺伝子に機能的に連結されるプロモーター、ならびに同様に、必要な場合には、gagタンパク質、polタンパク質およびenvタンパク質(またはその機能的代用体)をコードするレトロウイルス核酸配列、ならびに同様に、非哺乳動物の複製起点を含む核酸ベクター、例えば、プラスミド、レトロウイルス移入ベクターまたはBAC(例えば、国際公開WO2017/089307に記載されるBACなど)を得ること、その後、(i)導入遺伝子発現のためのプロモーターを、スプライスアクセプター部位を(全体または一部において)欠失することによって改変して、または導入遺伝子発現のためのプロモーターを、例えば、挿入変異、欠失変異または置換変異によって改変して、その結果、導入遺伝子発現のためのプロモーターは、スプライスアクセプターとしての機能が低下しており、または排除されており、それによって、この位置におけるスプライシングが低下しているように、または排除されているようにする工程、ならびに/あるいは(ii)前記ベクターに「スプライストラップ」を挿入して、その結果、「スプライストラップ」が導入遺伝子の上流側および/または下流側に配置される、あるいは主要なスプライスドナーと、導入遺伝子カセット転写開始部位との間に配置される、あるいは主要なスプライスドナーと、ポリアデニル化部位との間に配置されるようにする工程を実施することを含む方法もまた本発明によって提供される。
本発明のさらなる態様によれば、本明細書中で定義されるような本発明の方法によって得ることができる、または得られる複製欠損レトロウイルスベクター粒子が提供される。
本発明のさらなる態様によれば、複製欠損レトロウイルスベクター粒子を産生させる方法における使用のための本明細書中で定義されるようなモジュールを含む核酸ベクターが提供される。
大きい核酸ベクターの使用:
本発明の核酸モジュールを含む核酸ベクター(例えば、人工染色体など、例えば、BAC)は、例えば、国際公開WO2017/089307に記載されるベクター、または国際公開WO2017/089308に記載されるベクターに基づくことができ、この場合、核酸ベクター(例えば、BAC)は、非哺乳動物の複製起点、および少なくとも25キロベース(kb)のDNAを収容する能力を含み、
gagタンパク質およびpolタンパク質、ならびにenvタンパク質またはその機能的代用体をコードし、かつ、本明細書中に記載されるような改変されたスプライスアクセプター部位または完全もしくは部分的に欠失されたスプライスアクセプター部位ならびに/あるいは本明細書中に記載されるようなスプライストラップをさらに含むレトロウイルス核酸配列を含むことにおいて特徴づけられる。
本発明の核酸モジュールを含む核酸ベクター(例えば、人工染色体など、例えば、BAC)は、例えば、国際公開WO2017/089307に記載されるベクター、または国際公開WO2017/089308に記載されるベクターに基づくことができ、この場合、核酸ベクター(例えば、BAC)は、非哺乳動物の複製起点、および少なくとも25キロベース(kb)のDNAを収容する能力を含み、
gagタンパク質およびpolタンパク質、ならびにenvタンパク質またはその機能的代用体をコードし、かつ、本明細書中に記載されるような改変されたスプライスアクセプター部位または完全もしくは部分的に欠失されたスプライスアクセプター部位ならびに/あるいは本明細書中に記載されるようなスプライストラップをさらに含むレトロウイルス核酸配列を含むことにおいて特徴づけられる。
国際公開WO2017/089307のベクターはまた、当該公報において詳述されるように、レトロウイルスベクター粒子のRNAゲノム、ならびに/あるいは補助遺伝子revもしくはそれに対する類似の遺伝子または機能的に類似したシステム、ならびに/あるいは転写調節エレメントをさらに含む場合がある。
したがって、1つの実施形態において、本発明の核酸モジュールを含む核酸ベクターは、例えば、細菌人工染色体(BAC)、酵母人工染色体、P1由来人工染色体、フォスミドまたはコスミドから選択される大きい核酸ベクターである場合がある。
レトロウイルス遺伝子のすべてをそのような大きい核酸ベクター(例えば、BAC)に含むことの利点は、レトロウイルス遺伝子のすべてが、ただ1つの工程で哺乳動物細胞に導入される前に、取り扱いおよび操作がはるかにより容易である微生物宿主細胞(例えば、細菌宿主細胞または酵母宿主細胞)において最初に調製されることが可能であるということである。
宿主細胞:
さらに本発明のさらなる態様によれば、宿主細胞株への形質導入またはトランスフェクションの後で哺乳動物宿主細胞の培養物に組み込まれる、本明細書中に記載されるような本発明のモジュールを含む核酸ベクター(例えば、改変された移入ベクターまたは改変されたBACなど)を含む細胞株が提供される。
さらに本発明のさらなる態様によれば、宿主細胞株への形質導入またはトランスフェクションの後で哺乳動物宿主細胞の培養物に組み込まれる、本明細書中に記載されるような本発明のモジュールを含む核酸ベクター(例えば、改変された移入ベクターまたは改変されたBACなど)を含む細胞株が提供される。
1つの実施形態において、宿主細胞は哺乳動物細胞である。さらなる実施形態において、哺乳動物細胞は、HEK293細胞、HEK6E細胞、CHO細胞、Jurkat細胞、KS62細胞、PerC6細胞、HeLa細胞、HOS細胞、H9細胞、またはそれらの派生体もしくは機能的等価体から選択される。さらにさらなる実施形態において、哺乳動物宿主細胞はHEK293細胞であり、またはHEK293細胞に由来する。そのような細胞は、接着性の細胞株(すなわち、細胞は、表面に付着する単層で成長する)、または懸濁適合/非接着性の細胞株(すなわち、細胞は培養培地において懸濁状態で成長する)であることが可能であろう。さらにさらなる実施形態において、HEK293細胞はHEK293T細胞またはHEK6E細胞である。用語「HEK293細胞」は、バイオテクノロジーにおいて一般に使用されるヒト胚性腎臓293細胞株を示す。特に、HEK293T細胞は、様々なレトロウイルスベクターの産生のために一般に使用されている。好適な市販細胞株の他の例には、T REX(商標)(Life Technologies)細胞株が含まれる。
本明細書中で定義される方法を使用して形質導入される宿主細胞は、高力価のレトロウイルスベクターを産生するために使用される場合がある。
用語「高力価」に対する本明細書中での言及は、標的細胞(例えば、患者細胞など)に形質導入することができるレトロウイルスベクターまたはモジュール/粒子の効果的な量を示す。1つの実施形態において、高力価は、濃縮することなく106TU/mlを超えている(TU=形質導入単位)。
当業者は、本明細書中に記載されるような本発明のモジュールを含む核酸ベクターを宿主細胞に導入することが、この技術分野において知られている好適な方法を使用して、例えば、脂質媒介トランスフェクション(リポフェクション)、マイクロインジェクション、細胞融合(例えば、ミクロセル融合など)、エレクトロポレーション、化学物質に基づくトランスフェクション方法、または微粒子銃を使用して実施され得ることを認識しているであろう。核酸ベクターを導入するために使用するための方法を選ぶことが、使用される哺乳動物宿主細胞のタイプに依存して選定され得ることが理解されるであろう。1つの実施形態において、導入工程(a)が、リポフェクション、エレクトロポレーション、または化学物質に基づくトランスフェクション方法を使用して実施される。さらなる実施形態において、核酸ベクターはリポフェクションによって宿主細胞に導入される。代替となる実施形態において、核酸ベクターは、化学物質に基づくトランスフェクション方法によって、例えば、リン酸カルシウム処理などによって宿主細胞に導入される。様々なリン酸カルシウム処理が、例えば、Promegaから商用的に利用可能である。
本明細書中に記載される方法において使用される条件は、使用される宿主細胞に依存するであろうことが当業者によって理解されるであろう。典型的な条件、例えば、使用されることになる培養培地または温度は、この技術分野において広く知られている(例えば、Kutner他(2009)、Nature Protocols、4(4);495-505を参照のこと)。1つの実施形態において、培養工程(b)が、哺乳動物宿主細胞を加湿条件下でインキュベーションすることによって実施される。さらなる実施形態において、加湿条件は、トランスフェクションされた細胞を5%のCO2において37℃でインキュベーションすることを含む。1つの実施形態において、培養工程(b)が、10%(vol/vol)のウシ胎児血清(FBS)を含有するダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、または血清非含有のUltraCULTURE(商標)培地(Lonza、カタログ番号12-725F)、またはFreeStyle(商標)発現培地(Thermo fisher、カタログ番号12338 018)から選択される培養培地を使用して実施される。
1つの実施形態において、方法は加えて、複製欠損レトロウイルスベクター粒子を単離することを含む。例えば、1つの実施形態において、分離することが、フィルターを使用することによって実施される。さらなる実施形態において、フィルターは、タンパク質低結合性メンブラン(例えば、0.22μmのタンパク質低結合性メンブランまたは0.45μmのタンパク質低結合性メンブラン)であり、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはポリエーテルスルホン(PES)の人工メンブランなどである。
1つの実施形態において、複製欠損レトロウイルスベクター粒子は、導入工程(a)後72時間以降は単離されない。さらなる実施形態において、複製欠損レトロウイルスベクター粒子は導入工程(a)後48時間~72時間の間で単離され、例えば、48時間、49時間、50時間、51時間、52時間、53時間、54時間、55時間、56時間、57時間、58時間、59時間、60時間、61時間、62時間、63時間、64時間、65時間、66時間、67時間、68時間、69時間、70時間、71時間または72時間で単離される。
単離されると、レトロウイルスベクター粒子はインビボ適用のために濃縮される場合がある。濃縮方法には、例えば、超遠心分離、沈殿またはアニオン交換クロマトグラフィーが含まれる。超遠心分離が、小規模でのレトロウイルスベクター濃縮のための迅速な方法として有用である。代替において、アニオン交換クロマトグラフィー(例えば、Mustang Qアニオン交換膜カートリッジを使用して)、または沈降反応(例えば、PEG6000を使用して)が、大量のレンチウイルスベクター上清を処理するために特に有用である。
本発明のさらなる態様によれば、複製欠損レトロウイルスベクター粒子を産生させる方法であって、
(a)本発明の核酸モジュールを含む核酸ベクター(例えば、本明細書中に記載されるようなBAC)を哺乳動物宿主細胞の培養物に導入すること、および
(b)前記哺乳動物宿主細胞を、前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子が産生される条件のもとで培養すること、
(c)前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子を単離すること
を含む方法が提供される。
(a)本発明の核酸モジュールを含む核酸ベクター(例えば、本明細書中に記載されるようなBAC)を哺乳動物宿主細胞の培養物に導入すること、および
(b)前記哺乳動物宿主細胞を、前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子が産生される条件のもとで培養すること、
(c)前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子を単離すること
を含む方法が提供される。
そのような複製欠損レトロウイルスベクター粒子はその後、例えば、好適な賦形剤(例えば、エクスビボ使用のための細胞培養培地など)、または治療における使用のための、例えば、対象(例えば、その必要性のあるヒト対象など)への投与のための好適な医薬用賦形剤と配合されることが可能である。
本発明のさらなる態様によれば、本明細書中で定義されるような本発明の方法によって得ることができる、または得られる複製欠損レトロウイルスベクター粒子が提供される。
本発明のさらなる態様によれば、複製欠損レトロウイルスベクター粒子を産生させる方法における使用のための本明細書中で定義されるような本発明の核酸モジュールを含む核酸ベクターが上記で述べられたように提供される。
本発明の1つの実施形態において、レトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムの多数のコピーが核酸ベクターに含まれる。RNAゲノムの多数のコピー体は、より高いウイルスベクター力価をもたらすことが予想される。例えば、核酸ベクターは、レトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムを2コピーまたはそれ以上(例えば、3コピー、4コピー、5コピー、6コピー、7コピー、8コピー、9コピーまたは10コピーあるいはそれ以上)含む場合がある。
以下、限定されない実施例を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。
実施例1:PKGnoSAを作製するためのPGKプロモーターの隠れたスプライスアクセプター部位の欠失
ヒトPGKプロモーター内に見出される隠れたスプライスアクセプターを特定した後、PGKプロモーターの3’端に位置する(スプライスアクセプター活性に不可欠な)AGジヌクレオチドを、以下で記載されるように欠失のための標的とした。
ヒトPGKプロモーター内に見出される隠れたスプライスアクセプターを特定した後、PGKプロモーターの3’端に位置する(スプライスアクセプター活性に不可欠な)AGジヌクレオチドを、以下で記載されるように欠失のための標的とした。
この欠失を達成するために、オリゴヌクレオチドnoSA_1FとオリゴヌクレオチドnoSA_1Rとを一緒になるようにアニーリングさせ、その結果、アニーリング生成物が、BspE1およびEcoRIにより制限酵素消化されたDNAとの適合性を有する「粘着性」末端を有するようにした(図2aを参照のこと)。
アニーリング生成物を、BSpeIおよびEcoRIの制限酵素により消化されていた第3世代の自己不活性化レンチウイルスベクタープラスミドBmodT-PGWに連結した。BmodT-PGKnoSA GWと称される得られたプラスミドは、(図2bに示されるように)8塩基対が欠失していた:隠れたスプライスアクセプターのAGジヌクレオチドおよび隣接するAvrII制限部位。
PGKプロモーターのすぐ3’側に位置するこのAvrII部位は、PGKからの欠失されたジヌクレオチドに効果的に取って代わることができたであろうAGジヌクレオチドを含有するので、この部位を除いた。したがって、この部位でのスプライス受容活性が継続したかもしれない。BmodT-PGWと、BmodT-_PGKnoSA GWとの間における配列アラインメントが図2bに示される。変異は制限消化およびサンガー配列決定によって確認された。標的となった8bp欠失を除いて、構築物は同一である。
実施例2:PGKプロモーターの隠れたスプライスアクセプターを欠失することの導入遺伝子発現および力価に対する影響の判定
導入遺伝子発現に対するPGKnoSA(配列番号20)の影響を評価するために、それぞれの移入プラスミド(BmodT-PGW、およびBmodT-PGKnoSA GW)を、すべての第3世代パッケージング成分(Rev、Gag、polおよびVSVg)を(国際公開WO2017/089307および国際公開WO2017/089308に記載されるような)Tetリプレッサー(Tet-On構成)の制御下でコードする構築物であるBAC1-paxとともに同時トランスフェクションした。
導入遺伝子発現に対するPGKnoSA(配列番号20)の影響を評価するために、それぞれの移入プラスミド(BmodT-PGW、およびBmodT-PGKnoSA GW)を、すべての第3世代パッケージング成分(Rev、Gag、polおよびVSVg)を(国際公開WO2017/089307および国際公開WO2017/089308に記載されるような)Tetリプレッサー(Tet-On構成)の制御下でコードする構築物であるBAC1-paxとともに同時トランスフェクションした。
移入プラスミドを等モル量でのBAC1-paxと混合し、PEIproと複合体化させた。その後、DNA/PEI複合体をHEK293Tの懸濁適合(HEK293Tsa)細胞にトランスフェクションした。ドキシサイクリンおよび酪酸ナトリウムを、転写を誘導するためにトランスフェクション後24時間で加えた(それぞれ、2μg/mLおよび5mM)。
トランスフェクションの2日後、細胞を、Evos Amfu FL300倒立顕微鏡を使用してGFPタンパク質について画像化した(図3a)。すべての画像を、同じ設定を使用して取り込んだ。示されるように、GFPタンパク発現が、BmodT-PGKnoSA GWによりトランスフェクションされた細胞では、BmodT-PGWによる場合よりも低かった。
トランスフェクション効率について考慮するために、効果を定量化するために、かつ、形質導入された細胞における力価および導入遺伝子発現に対するどのような影響であれ評価するために、細胞懸濁物を500gでの3分間の遠心分離によって清澄化した。ベクター含有上清を採取し、物理的力価および機能的力価についてアッセイし、一方で、細胞ペレットを2%パラホルムアルデヒドに再懸濁し、フローサイトメトリーによって分析した。すべての細胞が等量のBAC1-paxによりトランスフェクションされたので、また、物理的力価はgag-pol発現に依存しており、しかし移入プラスミドには無関係であるので、物理的力価を使用して、トランスフェクション効率をモニターした。
機能的力価を求めるために、異なる量のベクター含有細胞培養培地をHEK293Tsa細胞に加えた。細胞を形質導入の3日後にフローサイトメトリー分析に供して、GFPを発現する細胞の割合を求めた。隠れたスプライスアクセプターの除去がPGKプロモーター活性に影響するかを評価するために、GFP+細胞のメジアン蛍光強度を調べた。
図3bは、トランスフェクションプールに含まれるすべての単一細胞の平均蛍光強度、およびGFP+形質導入細胞のメジアン蛍光強度を示す。すべての単一細胞の平均蛍光強度を、弱いGFP発現細胞をどのようなGFP+ゲートからであっても除外することを避けるためにトランスフェクション細胞において選択した。
図3cは、隠れたスプライスアクセプターが除かれることのトランスフェクション効率および力価に対する影響を示す。機能的力価および物理的力価の両方が両方のベクター(PGKおよびPGKnoSA)について類似しており、このことは、隠れたスプライスアクセプターの除去がベクター産生またはベクター感染性に対する影響を何ら有していないことを示しており、一方で、トランスフェクションされた産生者たる細胞の蛍光強度がPGKnoSAの場合、PGKの10分の1よりも小さかった。
結果および結論:
この測定を使用すると、トランスフェクションされた細胞では平均蛍光強度が約13分の1に低下することが、PGKに対してPGKnoSAを使用して認められ、一方で、形質導入された細胞における導入遺伝子発現に対する影響は何ら認められなかった(図3a~図3c)。この知見は、産生者たる細胞における導入遺伝子発現が、5’側LTRから生じるスプライシングされた転写物の翻訳に由来するという観察結果と一致している。したがって、このスプライスアクセプターの除去は、導入遺伝子発現を産生者たる細胞において低下させている。
この測定を使用すると、トランスフェクションされた細胞では平均蛍光強度が約13分の1に低下することが、PGKに対してPGKnoSAを使用して認められ、一方で、形質導入された細胞における導入遺伝子発現に対する影響は何ら認められなかった(図3a~図3c)。この知見は、産生者たる細胞における導入遺伝子発現が、5’側LTRから生じるスプライシングされた転写物の翻訳に由来するという観察結果と一致している。したがって、このスプライスアクセプターの除去は、導入遺伝子発現を産生者たる細胞において低下させている。
対照的に、導入遺伝子発現が、形質導入された細胞ではもっぱら導入遺伝子カセット内のプロモーター(例えば、PGK)によって行われる。重要なことに、図3bに示されるデータは、PGKプロモーターの3’端におけるAGジヌクレオチドが、形質導入された細胞におけるPGK活性に対する影響を何ら伴うことなく、または無視できるほどの影響を伴って除去され得ることを明らかにする。
上記に記載される実験の結果は、ハイブリッドLTRプロモーターによって行われる導入遺伝子発現(すなわち、スプライシングされたmRNAにおける5’側ORFが導入遺伝子のORFである導入遺伝子発現)をもたらすことができるであろう導入遺伝子カセットにおける隠れたスプライスアクセプターの特定およびそれに続く除去が実際に、導入遺伝子発現を産生者たる細胞において低下させるための効果的な方策であることを明らかにしている。この方策はPGKプロモーターに限定されず、本明細書中に記載されるような多くの他のプロモーターに対して適用することができるであろう。
実施例3:導入遺伝子からのスプライシングを最小限のORFに転用するためのスプライストラップの使用
しかしながら、実施例2に記載される方策に関して、a)LTR由来転写物からの導入遺伝子発現を可能にし得るであろう、可能性のある隠れたスプライスアクセプターを最初に特定しなければならず、また、b)プロモーター配列内の配列の変異誘発はまた、導入遺伝子発現を形質導入された細胞において変化させるかもしれず、このことは、それぞれのプロモーターについて評価される必要があるであろう。
しかしながら、実施例2に記載される方策に関して、a)LTR由来転写物からの導入遺伝子発現を可能にし得るであろう、可能性のある隠れたスプライスアクセプターを最初に特定しなければならず、また、b)プロモーター配列内の配列の変異誘発はまた、導入遺伝子発現を形質導入された細胞において変化させるかもしれず、このことは、それぞれのプロモーターについて評価される必要があるであろう。
したがって、導入遺伝子発現を産生者たる細胞において低下させための代替方策で、これらの制限を克服する代替方策が考案された。これには、産生者たる細胞における導入遺伝子発現の大多数が、LTRから生じるスプライシングされた転写物に起因することが示されているので、様々な「スプライストラップ」の使用が伴う。これらは、コンセンサスなスプライスアクセプター部位と、それ続いて最小限のオープンリーディングフレーム(ORF)とが含まれる短い配列である。本発明者らはこれらのスプライストラップを導入遺伝子カセットのすぐ上流側に配置し、その結果、スプライストラップがLTR由来mRNAにおける導入遺伝子カセットよりも前に転写され、しかし、導入遺伝子カセット由来mRNAから除外されるようにした。これらの配列は、スプライシングされる運命にあるLTR由来mRNAを捕捉し、したがって、スプライシングを導入遺伝子カセットからそらすために設計された。実施例3において使用されるベクターに存在するエレメントの配置を示す概略図が図10に示される。主要なスプライスドナーと併せてスプライスアクセプターとして使用されるとき、スプライシングされたmRNAは、導入遺伝子にではなく、最小限のORFに属する5’側の開始コドンを有するであろう。最小限のORFは、開始コドンと、その後に続く終止コドンとからなる。哺乳動物リボソームは5’側ORFスキャニング機構を翻訳開始のために利用し、終止コドンに到達すると分解するので、下流側のORF(例えば、導入遺伝子)が効率的に翻訳されることは起こりそうにない。それにもかかわらず、第2の最小限のORFが第1の最小限のORFのそばに配置され、その結果、リボソームが、スプライストラップを利用しているどのようなmRNAにおいてであれ導入遺伝子に到達する前に開始コドンおよび終止コドンの少なくとも2つを読み通さなければならないようにされた。さらに、開始を第1の最小限のORFにおいて促進させるために、Kozak配列が、リボゾーム開始を促進させるように含まれた。したがって、そのようなプロセシングされたmRNAからの導入遺伝子の効率的な翻訳は起こりそうにない。
2つのスプライストラップ(ST1およびST2)を、公開されたスプライスアクセプターコンセンサス配列に基づいて設計した。第3のスプライストラップ(ST3)では、PGKプロモーター内に特定されるスプライスアクセプターが使用された。スプライストラップ4およびスプライストラップ5(ST4およびST5)では、EF1プロモーター由来の広く知られているスプライスアクセプター、またはCAGプロモーターにおいて使用されるウサギベータ-グロビンのスプライスアクセプターがそれぞれ使用された。最後のスプライストラップ(ST6)では、導入遺伝子発現をγ-レトロウイルスベクターにおいて改善するために記載されるスプライスアクセプター配列が使用された(Hildinger他、1999、Design of 5’ untranslated sequences in retroviral vectors developed for medical use、Journal of Virology、73(5)、4083-4089)。これらのスプライスストラップの配列が表2に示される。すべてのスプライストラップを、相補的なオリゴヌクレオチドを互いにアニーリングすることによって組み立て(例が図4aに示される)、BmodT-PGWにClaI制限部位とDraIII制限部位との間においてクローン化して、BmodT-ST#-PGWを作製した。構築物同一性が制限消化およびサンガー配列決定によって確認された。得られた移入プラスミドをそれぞれ、PEIproを使用して第3世代パッケージングプラスミドとともにHEK293Tsa細胞に同時トランスフェクションした。前記のように、トランスフェクションされた細胞をフローサイトメトリーによって平均蛍光強度について分析し、一方で、ベクター上清を物理的力価および機能的力価についてアッセイした。導入遺伝子発現に対する影響を、形質導入された細胞のメジアン蛍光強度(MFI)を測定することによって評価した。結果が図4cに示される。
図4cに示されるように、調べられたスプライストラップはどれもが、PGK活性に対する影響を、(図4cにおいて白抜きの棒として示される)形質導入された細胞において有していなかった。しかしながら、導入遺伝子発現は、スプライストラップ1、スプライストラップ2、スプライストラップ4およびスプライストラップ5が存在するときにはおよそ5分の1~10分の1に低下することが見出された。(図4dに示されるような)力価データに基づいて、ST6を使用するトランスフェクションは他の構築物よりも効率的でないようであった:このことは、ST6のMFIが過小評価されたことを示している。したがって、スプライストラップ3およびスプライストラップ6は、導入遺伝子発現を産生者たる細胞において低下させることにおいて比較的効果的でなかった。スプライストラップ設計物の間での(上記で記載されるような)成績における差異は、コンセンサスなスプライスアクセプターに対するそれらの相対的適合度によって説明することができる。MaxEntScanからのそれらのスコアが図5に示され、ヒトスプライスファインダー(HSF)スコアも含む下記の表4にも示される。既に上記で記載されたように、スプライストラップ3およびスプライストラップ6のスコアは不良であり、一方、それら以外のスプライストラップはスコアが12を超えている。
これらの結果から、本発明者らは、本発明において使用されるスプライストラップは好ましくは、最適に働くためには、(Yeo&Burge、J.Comput Biol.2004;11(2-3)、pp377-94において記載されるように実施される)MaxEntScanスコアが、導入遺伝子発現をもたらすプロモーターにおけるスプライスアクセプターのMaxEntScanスコアよりも大きいことを提案する。代替において、本発明において使用されるスプライストラップのMaxEntScanは、約8.7より大きいスコアを有する。このことが下記の表5に要約される。
結論として、このデータは、スプライストラップが、推定的にはスプライシングを主要なスプライスドナーからスプライストラップに仕向けることによって、すなわち、これにより、リボソームを導入遺伝子にではなくむしろ最小限のORFに呼び寄せるmRNAが生じることによって、導入遺伝子発現を産生者たる細胞において効果的に低下させるために使用できることを示す。
実施例4:治療用導入遺伝子を発現するBAC構築物
レンチウイルスベクターを産生させるために要求されるすべてのベクター成分(gagpol、VSVg、revおよび移入ベクター)、ならびにゼオシン耐性マーカーが、ただ1つの大きいDNA構築物から発現される細菌人工染色体(BAC)DNA構築物を操作した。ベクターパッケージング成分がテトラサイクリン誘導性プロモーターによって制御されるので、ウイルス粒子の産生を培養におけるドキシサイクリンまたはテトラサイクリンの添加によって誘導することができる。移入ベクター配列は、(i)キメラ抗原受容体(CAR)(これは遺伝子Xと呼ばれる)、同様に(ii)膜タンパク質(これは遺伝子Yと呼ばれる)の両方をコードする導入遺伝子を含有しており、これらは、野生型PGKプロモーター(wtPGK)、またはスプライスアクセプターとして機能するその能力を欠失するために改変される、ここではPGKnoSA2(配列番号19)と呼ばれるPGKプロモーターのすぐ3’側である(配列番号19~配列番号21に示されるように、野生型PGKプロモーターに関して、PGKnoSA2では3’側Gのみが欠失され、これに対して、PGKnoSAでは両方の3’側AGが欠失されることを除いて、PGKnoSA2は、本明細書中に記載されるPGKnoSAと同じであることに留意すること)。移入ベクターにおけるエレメントの配置が図10に示される。
レンチウイルスベクターを産生させるために要求されるすべてのベクター成分(gagpol、VSVg、revおよび移入ベクター)、ならびにゼオシン耐性マーカーが、ただ1つの大きいDNA構築物から発現される細菌人工染色体(BAC)DNA構築物を操作した。ベクターパッケージング成分がテトラサイクリン誘導性プロモーターによって制御されるので、ウイルス粒子の産生を培養におけるドキシサイクリンまたはテトラサイクリンの添加によって誘導することができる。移入ベクター配列は、(i)キメラ抗原受容体(CAR)(これは遺伝子Xと呼ばれる)、同様に(ii)膜タンパク質(これは遺伝子Yと呼ばれる)の両方をコードする導入遺伝子を含有しており、これらは、野生型PGKプロモーター(wtPGK)、またはスプライスアクセプターとして機能するその能力を欠失するために改変される、ここではPGKnoSA2(配列番号19)と呼ばれるPGKプロモーターのすぐ3’側である(配列番号19~配列番号21に示されるように、野生型PGKプロモーターに関して、PGKnoSA2では3’側Gのみが欠失され、これに対して、PGKnoSAでは両方の3’側AGが欠失されることを除いて、PGKnoSA2は、本明細書中に記載されるPGKnoSAと同じであることに留意すること)。移入ベクターにおけるエレメントの配置が図10に示される。
これらのBAC DNA構築物を、PEIに基づくトランスフェクション試薬(例えば、PEIpro(商標))を使用して懸濁適合HEK293T細胞にトランスフェクションした。2日後、細胞を、ゼオシンが補充される培地において培養した。その後、ゼオシン耐性の安定なプールが生じた。液滴における単一細胞を、成長培地を含有する96ウェルプレートに置いた。単一細胞に由来するコロニーが培養において19日後~21日後に形成された。
3つの安定なプール(SP1~SP3)を、導入遺伝子(遺伝子xおよび遺伝子Y)をwtPGKプロモーターまたはPGKnoSA2プロモーターの制御下で発現させるBAC DNA構築物をHEK293T細胞にトランスフェクションし、ゼオシンに対する耐性について選択することによって得た。レンチウイルス産生を誘導し、上清を集め、上清のp24の力価(pg/mL)を測定した。レンチウイルス産生のドキシサイクリンによる誘導の後、wtPGK構築物により生じる安定なプールは、PGKnoSA2構築物により生じる安定なプールよりも有意に少ない量のレンチウイルスベクター(pg/mL p24)を産生した(図6)。3つの安定なプールについての平均p24力価がwtPGKまたはPGKnoSA2についてそれぞれ8,803および111,000であり、このことは12.56倍の差を表した(図6)。
安定なプールを生じさせた後、単一細胞を、wtPGK型の安定なプール3およびPGKnoSA2型の安定なプール2のそれぞれについてプレートあたり96ウェルの24枚のプレートに置いた。単一細胞に由来するコロニーが培養において3週間後に形成された(コロニーが形成された)。その後、これらのコロニーを選び取り、ゼオシン選択の存在下で4mLの最少量の培養物にさらに拡大した(クローンを成長させた)。レンチウイルス産生をそれぞれのクローンについて誘導し、上清を集めた。p24の力価(pg/mL)を求め、1E4 pg/mL超のクローンの数を計数した。上清のTU/mLを、形質導入されたSupT1細胞における形質導入単位の数を定量化することによって測定し、1E7 TU/mL超のクローンの数を計数した。
wtPGK構築物がトランスフェクションされる細胞のうち、24個の単一細胞由来コロニーが96ウェルプレートにおいて形成されたにすぎず、それらのうちの11個が首尾よく、4mL以上のスケールに懸濁培養で拡大された。ドキシサイクリンによる誘導の後、1E4 pg/mL超のp24が11個中2個のクローンの上清において検出された。感染力価が、最大のp24力価を有するクローンにおいてさえ検出されず(表6)、移入ベクター配列がこのクローンには存在しなかった(図7)。
対照的に、PGKnoSA2構築物がトランスフェクションされる細胞のうち、144個の単一細胞由来コロニーが96ウェルプレートにおいて形成され、それらのうちの89個が首尾よく、4mL以上のスケールに懸濁培養で拡大された。ドキシサイクリンによる誘導の後で、1E4 pg/mL超のp24が36個のクローンの上清において検出され、1E7 TU/mL超の感染力価が、より高いp24力価を有する19個のクローンにおいて検出され(表6)、移入ベクター配列がこれらのクローンには存在した(図7)。
ほんの少量のレンチウイルス粒子(pg/mL p24)が誘導後のwtPGK構築物由来クローンに存在し、しかし、多量のレンチウイルス粒子が誘導後のPGKnoSA2クローンの多くに存在した(図8)。レンチウイルス感染力価が誘導後のwtPGK構築物由来クローンにおいて何ら検出されず、しかし、高い感染力価が誘導後のPGKnoSA2クローンの多くに存在した(図9)。
要約すると、本発明者らは、遺伝子Xおよび遺伝子Yをコードする本発明者らの治療用導入遺伝子カセットが、構成的に発現されるときには、高力価の産生者たる細胞株を生じさせることができないであろうように産生者たる細胞に対して細胞毒性であることを見出した。この問題が、高力価のレンチウイルスベクターを産生することができる安定な細胞株の生成を可能にした、PGKにおけるスプライスアクセプターを除くこと(PGKnoSA2)によって解決された。
Claims (35)
- 少なくとも1つの導入遺伝子をコードする核酸モジュールであって、
(a)第1のプロモーターであって、
(i)シス作用レトロウイルスエレメント(例えば、LTRなど)、
(ii)スプライスドナー部位を含むレトロウイルスリーダー配列
をコードするレトロウイルス核酸配列に機能的に連結される、第1のプロモーター、および
(b)前記導入遺伝子に機能的に連結される導入遺伝子発現のための第2のプロモーター
を含んでなり、
導入遺伝子発現のための前記第2のプロモーターが、(a)弱まったスプライスアクセプター部位を含むように改変される、ならびに/あるいは(b)前記第2のプロモーターが、前記プロモーターの上流側および/または下流側に配置されるスプライストラップ配列を有し、前記スプライストラップ配列により、その位置におけるスプライシングが低下させられる、または排除される、モジュール。 - 前記スプライスアクセプター部位が、(i)完全な欠失、(ii)部分的な欠失、(iii)挿入、(iv)置換から選択される前記部位の少なくとも1つの改変によって弱められる、請求項1に記載のモジュール。
- 前記レトロウイルス核酸配列が、gagタンパク質、polタンパク質およびenvタンパク質(またはそれらの機能的等価体)と、同様に非哺乳動物の複製起点とをコードする、請求項1または2に記載のモジュール。
- 前記レトロウイルス核酸が、レンチウイルス、アルファ-レトロウイルス、ガンマ-レトロウイルスまたはフォーミーレトロウイルスに由来する、請求項1~3のいずれか一項に記載のモジュール。
- 前記レトロウイルス核酸がレンチウイルスに由来する、請求項1~4のいずれか一項に記載のモジュール。
- 前記レンチウイルスが、HIV-1、HIV-2、SIV、FIV、EIAVおよびVisnaから選択される、請求項5に記載のモジュール。
- スプライストラップ配列を含み、前記スプライストラップ配列が、9を超えるMaxEntScanスプライスアクセプタースコアを有するそのような配列からどのようなものであれ選択される、請求項1~6のいずれか一項に記載のモジュール。
- スプライストラップ配列を含み、前記スプライストラップ配列が、ST1、ST2、ST4もしくはST5と呼ばれるスプライストラップのいずれか1つまたはその機能的フラグメントから選択される、請求項7に記載のモジュール。
- スプライストラップ配列を含み、前記配列の後には、約50コドン未満である最小限のオープンリーディングフレーム(ORF)が続く、請求項8に記載のモジュール。
- スプライストラップ配列を含み、前記スプライストラップ配列が、(i)前記導入遺伝子のすぐ上流、(ii)主要なスプライスドナー部位(MSD)と導入遺伝子カセット転写開始部位との間、または(iii)MSDとポリAとの間から選択される位置にある、請求項1~9のいずれか一項に記載のモジュール。
- 前記第1のプロモーターがCMVまたはRSVであり、前記第2のプロモーターが、SV-40、PGK、EFS、SFFV、およびUbcから選択され、前記導入遺伝子に機能的に連結される、請求項1~10のいずれか一項に記載のモジュール。
- 前記導入遺伝子が治療用導入遺伝子である、請求項1~11のいずれか一項に記載のモジュール。
- 前記レトロウイルス核酸が、HIV-1またはHIV-2に由来するレンチウイルス核酸であり、かつ、弱まったスプライスアクセプター部位、および/または前記導入遺伝子に機能的に連結されるスプライストラップを有するヒトPGKプロモーターである第2のプロモーターをさらに含んでなる、請求項11または12に記載のモジュール。
- 前記PGKプロモーターが、全体または一部において欠失したスプライスアクセプター部位を含むように改変され、かつ、前記スプライスアクセプター部位が前記PGKプロモーター配列の最後の2塩基対のアデニンおよびグアニンの位置に位置する、請求項11~13のいずれか一項に記載のモジュール。
- 前記改変されたPGKプロモーターが、配列番号19または配列番号20に示される核酸配列を有する、請求項14に記載のモジュール。
- 請求項1~15のいずれか一項に記載の核酸モジュールを含んでなる、ベクター。
- プラスミドである、請求項16に記載のベクター。
- 少なくとも25kbのDNAを収容することができる細菌人工染色体(BAC)であり、かつ、請求項3~14のいずれかに記載の核酸モジュールを含む、請求項16に記載のベクター。
- 請求項1~14に記載の核酸モジュールまたは請求項16~18に記載のベクターを含んでなる、細胞。
- 哺乳動物細胞であり、かつ、請求項18に記載のベクターを含む、請求項19に記載の細胞。
- 治療用導入遺伝子を発現する複製欠損レトロウイルスベクター粒子を産生させる方法であって、下記の工程:
(a)請求項3~14に記載の核酸モジュールまたは請求項18に記載のベクターを哺乳動物宿主細胞の培養物に導入する工程、および
(b)前記哺乳動物宿主細胞を、前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子が産生される条件のもとで培養する工程、および
(c)前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子を単離する工程
を含んでなる、方法。 - 治療用導入遺伝子を発現する複製欠損レトロウイルスベクター粒子を産生させる方法であって、下記の工程:
(a)(i)請求項1に記載の核酸モジュールを哺乳動物細胞の培養物に導入し、かつ、同様に、(ii)gag、polおよびenvのレトロウイルス配列ならびに非哺乳動物の複製起点をコードする1つまたは複数のさらなる核酸モジュールを前記細胞に導入する工程、および
(b)前記哺乳動物宿主細胞を、前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子が産生される条件のもとで培養する工程、および
(c)前記複製欠損レトロウイルスベクター粒子を単離する工程
を含んでなる、方法。 - 請求項21または22に記載の方法によって得られる、または得ることができる、複製欠損レトロウイルス。
- 治療用導入遺伝子を発現するレンチウイルスである、請求項23に記載の複製欠損レトロウイルス。
- 弱まったスプライスアクセプター部位、および/または前記治療用導入遺伝子に機能的に連結されるスプライストラップを伴うPGKプロモーターを含む、請求項23または24に記載の複製欠損レトロウイルス。
- ST1、ST2、ST4もしくはST5と呼ばれるスプライストラップのいずれか1つまたはその機能的フラグメントから選択されるスプライストラップを含む、請求項23~25のいずれか一項に記載の複製欠損レトロウイルス。
- 請求項23~26のいずれか一項に記載の複製欠損レトロウイルスと、医薬的に許容され得る賦形剤とを含んでなる、医薬組成物。
- 治療において使用されるための、請求項23~26のいずれか一項に記載の複製欠損レトロウイルスまたは請求項27に記載の医薬組成物。
- エクスビボ細胞形質導入において使用されるための、請求項23~26のいずれか一項に記載の複製欠損レトロウイルスまたは請求項27に記載の医薬組成物。
- 哺乳動物細胞をインビトロにおいて遺伝子改変する方法であって、(i)請求項23~26のいずれか一項に記載の複製欠損レトロウイルスを前記細胞に導入すること、その後、(ii)前記細胞を成長のために好適な条件のもとで培養することを含んでなる、方法。
- 前記細胞がヒト細胞である、請求項30に記載の方法。
- 前記ヒト細胞が自家細胞である、請求項31に記載の方法。
- 請求項30~32のいずれか一項に記載の方法によって得られる、または得ることができる、細胞。
- 請求項30~32のいずれか一項に記載の細胞を、医薬的に許容され得る賦形剤との組み合わせで含んでなる、医薬組成物。
- 疾患の処置をその必要性のあるヒト対象において行う方法であって、請求項23~26のいずれか一項に記載の複製欠損レトロウイルス、請求項30もしくは31に記載の細胞、または請求項34に記載の医薬組成物を前記対象に投与することを含んでなる、方法。
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