JP2023534951A - 組織特異的送達のためのコンジュゲートされたオリゴヌクレオチド - Google Patents
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Abstract
本明細書に提供するのは、効率的かつ特異的な組織分布を特徴とし、インビボでのサイレンシング効果が向上した、コンジュゲートされたオリゴヌクレオチドである。【選択図】なし
Description
関連出願
本出願は、2020年7月16日出願された米国仮特許出願第63/052,811号の優先権を主張するものであり、その開示の全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、2020年7月16日出願された米国仮特許出願第63/052,811号の優先権を主張するものであり、その開示の全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
連邦政府支援の研究に関する記述
本発明は、国立衛生研究所により付与された助成金HD086111、GM131839、及びOD020012の下、政府の支援を受けて行われた。政府は、本発明においてある特定の権利を有する。
本発明は、国立衛生研究所により付与された助成金HD086111、GM131839、及びOD020012の下、政府の支援を受けて行われた。政府は、本発明においてある特定の権利を有する。
本開示は、新規な疎水性にコンジュゲートされたオリゴヌクレオチドに関する。オリゴヌクレオチドコンジュゲートは、予想外に高い有効性、取り込み、及び組織分布を達成するように設計される。
RNA干渉は、遺伝子の機能を阻害するための簡単で効果的なツールを代表する。しかしながら、一般的な治療戦略としてのRNA干渉の可能性は、in vivoで広範囲の組織に低分子RNAを送達する能力に依存している。現在、低分子の治療用RNAは、肝臓にのみ効果的に送達され得る。効率的なRISC侵入、最小限の免疫応答及びオフターゲット効果、製剤化なしでの効率的な細胞取り込み、ならびに効率的かつ特異的な組織分布を特徴とする自己送達型の二本鎖RNAが必要とされている。
1つの態様では、本明細書に提供するのは、標的器官または組織において、二本鎖(ds)RNAのin vivoでの標的RNAのサイレンシング効果を増大させる方法であり、該dsRNAは、アンチセンス鎖及びセンス鎖を含み、ここで、(1)該アンチセンス鎖は、少なくとも16個の連続するヌクレオチド、5’末端、3’末端を含み、標的に対して相補性を有し、(2)該センス鎖は、少なくとも15個の連続するヌクレオチド、5’末端、3’末端を含み、標的と相同性を有し、(3)該アンチセンス鎖の一部は、該センス鎖の一部に相補的であり、(4)該センス鎖の3’末端は、切断可能なリンカーを介して疎水性部分にコンジュゲートされ、(5)該dsRNAは、少なくとも1つの一本鎖ヌクレオチドオーバーハングを含み、該dsRNAは、切断可能なリンカーを欠くdsRNAと比較して、標的器官または組織において増加したin vivoでの標的RNAのサイレンシング効果を含む。
実施形態では、該dsRNAは、2ヌクレオチド~5ヌクレオチドの一本鎖ヌクレオチドオーバーハング(例えば、2ヌクレオチド、3ヌクレオチド、4ヌクレオチド、または5ヌクレオチドの一本鎖オーバーハング)を含む。実施形態では、該dsRNAは、2ヌクレオチの一本鎖ヌクレオチドオーバーハングを含む。実施形態では、該dsRNAは、5ヌクレオチの一本鎖ヌクレオチドオーバーハングを含む。
実施形態では、該オーバーハングは、アンチセンスの3’末端に存在する。
実施形態では、該アンチセンス鎖は、約15ヌクレオチド~25ヌクレオチド長を含む。
実施形態では、該センス鎖は、約15ヌクレオチド~25ヌクレオチド長を含む。
実施形態では、該アンチセンス鎖は、20ヌクレオチド長である。実施形態では、該アンチセンス鎖は、21ヌクレオチド長である。実施形態では、該アンチセンス鎖は、22ヌクレオチド長である。
実施形態では、該センス鎖は、15ヌクレオチド長である。実施形態では、該センス鎖は、16ヌクレオチド長である。実施形態では、該センス鎖は、18ヌクレオチド長である。実施形態では、該センス鎖は、20ヌクレオチド長である。
実施形態では、該dsRNAは、15塩基対~20塩基対の二本鎖領域を含む。
実施形態では、該dsRNAは、15塩基の二本鎖領域を含む。実施形態では、該dsRNAは、16塩基の二本鎖領域を含む。実施形態では、該dsRNAは、18塩基の二本鎖領域を含む。実施形態では、該dsRNAは、20塩基の二本鎖領域を含む。
実施形態では、該アンチセンス鎖の3’末端から1~2位から1~7位のヌクレオチドが、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して互いに結合している。実施形態では、該センス鎖の3’末端から1~2位のヌクレオチドが、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して互いに結合している。実施形態では、該アンチセンス鎖の5’末端から1~2位のヌクレオチドが、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して互いに結合している。実施形態では、該センス鎖の5’末端から1~2位のヌクレオチドが、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して互いに結合している。実施形態では、該dsRNAは、約6~約17個のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。実施形態では、該dsRNAは、約8~約13個のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。
実施形態では、該切断可能なリンカーは、ホスホジエステル連結、ジスルフィド連結、酸に不安定な連結、または光切断可能な連結を含む。
実施形態では、該切断可能なリンカーは、ホスホジエステルヌクレオチド間連結を有するdTdTジヌクレオチドを含む。実施形態では、該酸に不安定な連結は、β-チオプロピオネート連結またはカルボキシジメチルマレイン酸無水物(CDM)連結を含む。
実施形態では、該疎水性部分は、脂肪酸、ステロイド、セコステロイド、脂質、ガングリオシド及びヌクレオシド類似体、エンドカンナビノイド、ならびにビタミンからなる群から選択される。
実施形態では、該疎水性部分は、低密度リポタンパク質及び/または中密度リポタンパク質に対して親和性を有する。実施形態では、該疎水性部分は、3つ未満の二重結合を有する飽和または不飽和部分である。実施形態では、該疎水性部分は、高密度リポタンパク質に対して親和性を有する。実施形態では、該疎水性部分は、3つ以上の二重結合を有する多価不飽和部分である。
実施形態では、該疎水性部分は、コレステロール及びリトコール酸(LCA)からなる群から選択されるステロイドである。
実施形態では、該疎水性部分は、エイコサペンタエン酸(EPA)、ドコサヘキサエン酸(DHA)、及びドコサン酸(DCA)からなる群から選択される脂肪酸である。
実施形態では、該疎水性部分は、コリン、ビタミンA、ビタミンE、及びそれらの誘導体、またはそれらの代謝物からなる群から選択されるビタミンである。
実施形態では、該ビタミンは、レチノイン酸及びコハク酸アルファ-トコフェロールからなる群から選択される。
実施形態では、該切断可能なリンカーは、さらに、さらなる二価または三価のリンカーを含む。
実施形態では、該リンカーが三価リンカーである場合、該リンカーは、さらに、ホスホジエステルまたはホスホジエステル誘導体を連結する。
実施形態では、該dsRNAは、少なくとも1つの修飾ヌクレオチドを含む。
実施形態では、該修飾ヌクレオチドは、2’-O-メチル修飾ヌクレオチド、2’-デオキシ-2’-フルオロ修飾ヌクレオチド、2’-デオキシ修飾ヌクレオチド、ロックドヌクレオチド、脱塩基ヌクレオチド、2’-アミノ修飾ヌクレオチド、2’-アルキル修飾ヌクレオチド、モルホリノヌクレオチド、ホスホルアミデート、ヌクレオチドを含む非天然塩基、またはそれらの混合物を含む。
実施形態では、該dsRNAは、少なくとも1つの式Iの修飾ヌクレオチド間連結を含む:
式中、
Bは、塩基対部分であり、
Wは、O、OCH2、OCH、CH2、及びCHからなる群から選択され、
Xは、ハロ、ヒドロキシ、及びC1-6アルコキシからなる群から選択され、
Yは、O-、OH、OR、NH-、NH2、S-、及びSHからなる群から選択され、
Zは、O及びCH2からなる群から選択され、
Rは、保護基であり、
は、任意的な二重結合である。
Bは、塩基対部分であり、
Wは、O、OCH2、OCH、CH2、及びCHからなる群から選択され、
Xは、ハロ、ヒドロキシ、及びC1-6アルコキシからなる群から選択され、
Yは、O-、OH、OR、NH-、NH2、S-、及びSHからなる群から選択され、
Zは、O及びCH2からなる群から選択され、
Rは、保護基であり、
実施形態では、該dsRNAは、少なくとも80%化学修飾されたヌクレオチドを含む。
実施形態では、該dsRNAは、完全に化学修飾されている。
実施形態では、該dsRNAは、少なくとも70%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。
実施形態では、該アンチセンス鎖は、少なくとも70%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。
実施形態では、該アンチセンス鎖は、約70%~90%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。
実施形態では、該センス鎖は、少なくとも65%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。
実施形態では、該センス鎖は、100%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。
実施形態では、該アンチセンス鎖は、5’ホスフェート、5’-アルキルホスホネート、5’アルキレンホスホネート、または5’アルケニルホスホネートを含む。
実施形態では、該アンチセンス鎖は、5’ビニルホスホネートを含む。
実施形態では、該アンチセンス鎖は、2’-メトキシ-リボヌクレオチド及び2’-フルオロ-リボヌクレオチドを交互に含む。
実施形態では、該アンチセンス鎖の5’末端から2位及び14位のヌクレオチドは、2’-メトキシ-リボヌクレオチドではない。
実施形態では、該標的器官または組織は、腎臓、脾臓、肺、心臓、骨格筋、副腎、及び脂肪からなる群から選択される。
該dsRNAの実施形態では、(1)該疎水性部分はDCAであり、(2)該切断可能なリンカーはdTdTジヌクレオチドであり、(3)該標的器官または組織は、心臓及び骨格筋の一方または両方である。
実施形態では、該dsRNAは、対象に投与される。
実施形態では、該投与は、皮下に施される。
実施形態では、該投与は、静脈内に施される。
本開示は、絶対的に安定な、完全に活性であるコンジュゲートされたオリゴヌクレオチドに関する。オリゴヌクレオチド(例えば、二本鎖(ds)RNA)の組織分布及び細胞取り込みを促進する化学的及び生物学的特性を特定するために、これらのオリゴヌクレオチド(例えば、dsRNA)を疎水性部分であるDCAにコンジュゲートさせた。アンチセンス一本鎖テール長、全ホスホロチオエート(PS)ヌクレオチド間連結修飾、及びコンジュゲートリンカーの化学的性質(切断可能または安定)を含めた、いくつかのdsRNAの特徴を最適化した。最適化したdsRNAコンジュゲートは、2~5ヌクレオチドの一本鎖テール、合計約6~18個のPS修飾、及び切断可能なリンカーを含む。驚くべきことに、切断可能なリンカーを使用すると、組織/器官蓄積を犠牲にすることなく、コンジュゲートされたdsRNAのサイレンシング効果が高まることが発見された。得られたコンジュゲートdsRNAは、脂肪組織、骨格筋、脾臓、肺、副腎、心臓、肝臓及び腎臓を含めた様々な組織に選択的に送達され得る。
本明細書に記載の組成物は、オリゴヌクレオチド(例えば、代謝的に安定なsiRNA)の単純で効率的な非毒性送達を促進し、in vivoで様々な組織における治療標的の強力なサイレンシングを促進する。本明細書に提供するのは、肝臓におけるGalNAcコンジュゲートの性能及び臨床的影響に適合する他の組織を標的とするための化学プラットフォームである。いくつかの生理活性ステロイド、内在性カンナビノイド様、生理活性脂質コンジュゲート及びビタミンベースのコンジュゲートをスクリーニングし、同定した。これらの化合物は、胸腺、膀胱、腸、皮膚、骨髄、胎盤、脂肪組織、筋肉、脾臓、膵臓、肺、卵管、副腎、心臓、肝臓及び腎臓を含めたいくつかの組織において、かつてない分布、ニューロンへの取り込み、有効性、及び無毒性を示す。
特定の態様では、本発明のオリゴヌクレオチドコンジュゲートは、(1)完全に代謝的に安定な足場(RNAが残らない)を提供すること、(2)細胞内に内在化することが生物学的に既知の化合物を選択すること及び効率的な組織分布を可能にする疎水性の範囲を特定すること、(3)これらの疎水性化合物を該代謝的に安定なsiRNAにコンジュゲートすること、及び(4)in vivoで分布、有効性、及び毒性をスクリーニングすることを含むプロセスを介して特定された。疎水性の最適な範囲の発見は、有効であると期待される化学的足場の範囲を決める。低疎水性(コルチゾールのような)では、良好な組織保持を確保するのに十分ではないが、疎水性が高すぎる(例えば、コレステロール)と、注射部位からの分布が最小限に抑えられることが分かった。
定義
本明細書で特に定義しない限り、本明細書で使用される科学用語及び技術用語は、当業者によって一般的に理解される意味を有する。潜在的なあらゆるあいまいさがある場合は、本明細書に提供する定義があらゆる辞書または外部の定義よりも優先される。別段文脈によって要求されない限り、単数形の用語は複数形を含むものとし、複数形の用語は単数形を含むものとする。「または」の使用は、特に明記しない限り、「及び/または」を意味する。「含む(including)」という用語、ならびに「含む(include)」及び「含まれる(included)」等の他の形態の使用は、限定的ではない。
本発明がより容易に理解され得るように、特定の用語を最初に定義する。
「ヌクレオシド」という用語は、リボースまたはデオキシリボース糖に共有結合により連結されたプリンまたはピリミジン塩基を有する分子を指す。例示的ヌクレオシドとしては、アデノシン、グアノシン、シチジン、ウリジン、及びチミジンが挙げられる。さらなる例示的ヌクレオシドとしては、イノシン、1-メチルイノシン、プシュードウリジン、5,6-ジヒドロウリジン、リボチミジン、2N-メチルグアノシン及びN2,N2-ジメチルグアノシン(「希少」ヌクレオシドとも呼ばれる)が挙げられる。「ヌクレオチド」という用語は、エステル連結内で糖部分に結合された1つ以上のリン酸基を有するヌクレオシドを指す。例示的ヌクレオチドとしては、ヌクレオシド一リン酸、二リン酸、及び三リン酸が挙げられる。「ポリヌクレオチド」及び「核酸分子」という用語は、本明細書では交換可能に使用され、5’及び3’炭素原子間のホスホジエステルまたはホスホロチオエート連結によって一緒に結合されたヌクレオチドのポリマーを指す。
「RNA」または「RNA分子」または「リボ核酸分子」という用語は、リボヌクレオチド(例えば、2、3、4、5、10、15、20、25、30、またはそれ以上のリボヌクレオチド)のポリマーを指す。「DNA」または「DNA分子」または「デオキシリボ核酸分子」という用語は、デオキシリボヌクレオチドのポリマーを指す。DNA及びRNAは、自然に合成され得る(例えば、それぞれDNAの複製またはDNAの転写によって)。RNAは、転写後に修飾され得る。DNA及びRNAも化学的に合成され得る。DNA及びRNAは、一本鎖(すなわち、それぞれssRNA及びssDNA)または多重鎖(例えば、二本鎖、すなわち、それぞれdsRNA及びdsDNA)であり得る。「mRNA」または「メッセンジャーRNA」は、1つ以上のポリペプチド鎖のアミノ酸配列を特定する一本鎖RNAである。この情報は、リボソームがmRNAに結合するときに、タンパク質合成中に翻訳される。
本明細書で使用される用語「低分子干渉RNA」(「siRNA」)(当技術分野では「短鎖干渉RNA」とも呼ばれる)は、約10~50のヌクレオチド(またはヌクレオチド類似体)を含むRNA(またはRNA類似体)を指し、RNA干渉を指示または媒介できる。特定の実施形態では、siRNAは、約15~30のヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体、または約16~25のヌクレオチド(またはヌクレオチド類似体)、または約18~23のヌクレオチド(またはヌクレオチド類似体)、または約19~22のヌクレオチド(またはヌクレオチド類似体)(例えば、19、20、21または22のヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体)を含む。「短い」siRNAという用語は、約21ヌクレオチド(またはヌクレオチド類似体)、例えば、19、20、21または22ヌクレオチドを含むsiRNAを指す。「長い」siRNAという用語は、約24~25ヌクレオチド、例えば、23、24、25または26ヌクレオチドを含むsiRNAを指す。短いsiRNAは、場合によっては、短いsiRNAがRNAiを媒介する能力を保持するという条件で、19未満のヌクレオチド、例えば、16、17または18ヌクレオチドを含み得る。同様に、長いsiRNAは、場合によっては、より長いsiRNAが、短いsiRNAへのさらなるプロセシング、例えば酵素プロセシングなく、RNAiを媒介する能力を保持するという条件で、26を超えるヌクレオチドを含み得る。
「ヌクレオチド類似体」または「改変ヌクレオチド」または「修飾ヌクレオチド」という用語は、天然に存在しないリボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチド等、非標準ヌクレオチドを指す。例示的ヌクレオチド類似体は、ヌクレオチドの特定の化学的性質を改変させるが、その意図された機能を実行するヌクレオチド類似体の能力を保持するように、任意の位置で修飾される。誘導体化され得るヌクレオチドの位置の例としては、5位、例えば、5-(2-アミノ)プロピルウリジン、5-ブロモウリジン、5-プロピンウリジン、5-プロペニルウリジン、6位、例えば6-(2-アミノ)プロピルウリジン、及びアデノシン及び/またはグアノシンの8位、例えば、8-ブロモグアノシン、8-クロログアノシン、8-フルオログアノシンが挙げられる。また、ヌクレオチド類似体としては、デアザヌクレオチド、例えば、7-デアザ-アデノシン、O-及びN-修飾(例えば、アルキル化、例えばN6-メチルアデノシン、または当技術分野で知られているもの)ヌクレオチド、及び他の複素環修飾ヌクレオチド類似体、例えば、Herdewijn,Antisense Nucleic Acid Drug Dev.,2000 Aug.10(4):297-310に記載のものが挙げられる。
ヌクレオチド類似体はまた、ヌクレオチドの糖部分への修飾を含み得る。例えば、2’OH基は、H、OR、R、F、Cl、Br、I、SH、SR、NH2、NHR、NR2、またはCOORから選択される基によって置換されてもよく、ここでRは、置換または非置換のC1-C6アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール等である。他の考えられる修飾は、米国特許第5,858,988号及び同第6,291,438号に記載されているものが挙げられる。
ヌクレオチドのリン酸基はまた、例えば、リン酸基の酸素の1つ以上を硫黄(例えば、ホスホロチオエート)で置換することによって、またはヌクレオチドがその意図された機能を実行できるように、他の置換を行うことによって、修飾され得る。例えば、Eckstein,Antisense Nucleic Acid Drug Dev.2000 Apr.10(2):117-21,Rusckowski et al.Antisense Nucleic Acid Drug Dev.2000 Oct.10(5):333-45,Stein,Antisense Nucleic Acid Drug Dev.2001 Oct.11(5):317-25,Vorobjev et al.Antisense Nucleic Acid Drug Dev.2001 Apr.11(2):77-85、及び米国特許第5,684,143号に記載されている。上で参照した特定の修飾(例えば、リン酸基修飾)は、例えば、in vivoまたはin vitroにおいて、類似体を含むポリヌクレオチドの加水分解速度を低下させる。
「オリゴヌクレオチド」という用語は、ヌクレオチド及び/またはヌクレオチド類似体の短いポリマーを指す。
「RNA類似体」という用語は、対応する未改変または未修飾のRNAと比較して、少なくとも1つの改変または修飾されたヌクレオチドを有するが、対応する未改変または未修飾のRNAと同じまたは類似の性質または機能を保持するポリヌクレオチド(例えば、化学的に合成されたポリヌクレオチド)を指す。上述のとおり、オリゴヌクレオチドは、ホスホジエステル連結を有するRNA分子と比較して、結果としてRNA類似体の加水分解速度を低下させる連結により連結され得る。例えば、類似体のヌクレオチドは、メチレンジオール、エチレンジオール、オキシメチルチオ、オキシエチルチオ、オキシカルボニルオキシ、ホスホロジアミデート、ホスホロアミデート、及び/またはホスホロチオエート連結を含み得る。一部のRNA類似体には、糖及び/または骨格修飾リボヌクレオチド及び/またはデオキシリボヌクレオチドが含まれる。そのような改変または修飾は、RNAの末端(複数可)または内部(RNAの1つ以上のヌクレオチド)等への非ヌクレオチド物質の付加をさらに含むことができる。RNA類似体は、RNA干渉を媒介する能力を有する天然のRNAと十分に類似していることのみを必要とする。
本明細書で使用される「RNA干渉」(「RNAi」)という用語は、RNAの選択的な細胞内分解を指す。RNAiは、細胞内で自然に発生し、外来RNA(例えば、ウイルスRNA等)を除去する。天然のRNAiは、遊離dsRNAから切断された断片を介して進行し、分解機構を他の同様のRNA配列に向ける。あるいは、例えば標的遺伝子の発現をサイレンシングするために、ヒトの手によって、RNAiを開始させ得る。
「標的特異的RNA干渉(RNAi)を指示するために、標的mRNA配列に十分に相補的な配列」である鎖を有するRNAi剤、例えば、RNAサイレンシング剤は、その鎖が、RNAi機構またはプロセスによる標的mRNAの破壊を引き起こすのに十分な配列を有することを意味する。
本明細書で使用される「単離RNA」(例えば、「単離siRNA」または「単離siRNA前駆体」)は、組換え技術によって産生された場合は、実質的に他の細胞材料または培養培地を含まないRNA分子を指し、化学合成された場合は、実質的に化学前駆体または他の化学物質を含まない。
本明細書で使用される「RNAサイレンシング」という用語は、RNA分子によって媒介される配列特異的調節機構(例えば、RNA干渉(RNAi)、転写遺伝子サイレンシング(TGS)、転写後遺伝子サイレンシング(PTGS)、クエルリング、共抑制、及び翻訳抑制)の一群を指し、これらは、対応するタンパク質コード遺伝子の発現の阻害または「サイレンシング」をもたらす。RNAサイレンシングは、植物、動物、及び菌類等、多くの種類の生物で観察されている。
「in vitro」という用語は、例えば精製された試薬または抽出物、例えば細胞抽出物を含む、その技術分野で認識されている意味を有する。「in vivo」という用語はまた、例えば、生きている細胞、例えば、不死化細胞、一次細胞、細胞株、及び/または生物内の細胞を含む、当業者によって認識されている意味を有する。
本明細書で使用される「標的遺伝子」という用語は、その発現が実質的に阻害されるか、または「サイレンシング」される遺伝子である。同様に、「標的RNA」は、本開示の二本鎖RNAによる阻害のための標的となり得る遺伝子産物である。このサイレンシングは、例えば、標的遺伝子のmRNAの切断または標的遺伝子の翻訳抑制によるRNAのサイレンシングによって達成することができる。「非標的遺伝子」という用語は、その発現が実質的にサイレンシングを受けない遺伝子である。一実施形態では、標的遺伝子及び非標的遺伝子のポリヌクレオチド配列(例えば、標的遺伝子及び非標的遺伝子によってコードされるmRNA)は、1つ以上のヌクレオチドが異なり得る。別の実施形態では、標的及び非標的遺伝子は、1つ以上の多型(例えば、一塩基多型またはSNP)によって異なり得る。別の実施形態では、標的及び非標的遺伝子は、100%未満の配列同一性を共有できる。別の実施形態では、非標的遺伝子は、標的遺伝子の相同体(例えばオルソログまたはパラログ)であってもよい。
本明細書で使用される、RNAサイレンシング剤、例えばsiRNAまたはRNAサイレンシング剤の「アンチセンス鎖」という用語は、サイレンシングのために標的化された遺伝子のmRNAの約10~50ヌクレオチド、例えば約15~30、16~25、18~23または19~22ヌクレオチドのセクションに実質的に相補的な鎖を指す。アンチセンス鎖または第1の鎖は、標的特異的サイレンシングを指示するために、所望の標的mRNA配列に対して十分に相補的である、例えば、RNAiの機構またはプロセス(RNAi干渉)によって所望の標的mRNAの破壊を引き起こすのに十分に相補的である、または所望の標的mRNAの翻訳抑制を引き起こすのに十分に相補的である配列を有する。
RNAサイレンシング剤、例えばsiRNAまたはRNAサイレンシング剤の「センス鎖」または「第2の鎖」という用語は、アンチセンス鎖または第1の鎖に相補的な鎖を指す。アンチセンス鎖及びセンス鎖はまた、第1の鎖または第2の鎖と称することができ、第1の鎖または第2の鎖は、標的配列に対して相補性を有し、それぞれの第2の鎖または第1の鎖は、第1の鎖または第2の鎖に対して相補性を有する。miRNA二本鎖中間体またはsiRNA様二本鎖には、サイレンシングの標的とされる遺伝子のmRNAの約10~50のヌクレオチドのセクションに十分な相補性を有するmiRNA鎖、及びmiRNA鎖と二本鎖を形成するのに十分な相補性を有するmiRNA*鎖が含まれる。
本明細書で使用される用語「ガイド鎖」は、RISC複合体に入り、標的mRNAの切断を指示する、RNAサイレンシング剤の鎖、例えば、siRNA二本鎖またはsiRNA配列のアンチセンス鎖を指す。
本明細書で使用される「5’末端」は、アンチセンス鎖の5’末端のように、5’末端ヌクレオチド、例えば、アンチセンス鎖の5’末端の1~約5ヌクレオチドの間を指す。本明細書で使用される「3’末端」は、センス鎖の3’末端のように、相補的なアンチセンス鎖の5’末端のヌクレオチドに相補的な領域、例えば、1~約5ヌクレオチドの領域を指す。
本明細書で使用される「塩基対」という用語は、オリゴヌクレオチド二重鎖(例えば、RNAサイレンシング剤の鎖及び標的mRNA配列によって形成される二重鎖)の対向する鎖上のヌクレオチド(またはヌクレオチド類似体)の対間の、主に、ヌクレオチド(またはヌクレオチド類似体)間のH結合、ファンデルワールス相互作用等による相互作用を指す。本明細書で使用される「結合強度」または「塩基対強度」という用語は、塩基対の強度を指す。
安定性が向上したRNAサイレンシング剤
本出願のRNAサイレンシング剤(例えば、二本鎖RNA)は、血清中または細胞培養用の成長培地中での安定性を改善するために修飾され得る。安定性を向上させるために、3’-残基を分解に対して安定化させてよく、例えば、アデノシンまたはグアノシンヌクレオチド等のプリンヌクレオチドからなるように選択され得る。あるいは、修飾類似体によるピリミジンヌクレオチドの置換、例えば、2’-デオキシチミジンによるウリジンの置換は許容され、RNA干渉の効率に影響を与えない。
本出願のRNAサイレンシング剤(例えば、二本鎖RNA)は、血清中または細胞培養用の成長培地中での安定性を改善するために修飾され得る。安定性を向上させるために、3’-残基を分解に対して安定化させてよく、例えば、アデノシンまたはグアノシンヌクレオチド等のプリンヌクレオチドからなるように選択され得る。あるいは、修飾類似体によるピリミジンヌクレオチドの置換、例えば、2’-デオキシチミジンによるウリジンの置換は許容され、RNA干渉の効率に影響を与えない。
1つの態様では、本出願は、第1及び第2の鎖を含むRNAサイレンシング剤を特徴とし、第2の鎖及び/または第1の鎖は、対応する非修飾RNAサイレンシング剤と比較して、in vivo安定性が向上するように、内部ヌクレオチドを修飾ヌクレオチドで置換することによって、修飾される。本明細書で定義されるように、「内部」ヌクレオチドは、核酸分子、ポリヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチドの5’末端または3’末端以外の任意の位置に存在するものである。内部ヌクレオチドは、一本鎖分子内にあっても、二本鎖もしくは二本鎖分子の鎖内にあってもよい。一実施形態では、センス鎖及び/またはアンチセンス鎖は、少なくとも1つの内部ヌクレオチドの置換によって修飾される。別の実施形態では、センス鎖及び/またはアンチセンス鎖は、少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、またはそれ以上の内部ヌクレオチドの置換によって修飾される。別の実施形態では、センス鎖及び/またはアンチセンス鎖は、少なくとも5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、またはそれ以上の内部ヌクレオチドの置換によって修飾される。さらに別の実施形態では、センス鎖及び/またはアンチセンス鎖は、内部ヌクレオチドのすべての置換によって修飾される。
1つの態様では、本出願は、少なくとも80%が化学修飾されたRNAサイレンシング剤を特徴とする。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、完全に化学修飾されていてよく、すなわち、ヌクレオチドの100%が化学修飾されている。別の態様では、本出願は、少なくとも80%が化学修飾された2’-OHリボース基を含むRNAサイレンシング剤を特徴とする。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、約80%、85%、90%、95%、または100%化学修飾されている2’-OHリボース基を含む。
特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、少なくとも1つの修飾ヌクレオチド類似体を含み得る。ヌクレオチド類似体は、標的特異的サイレンシング活性、例えばRNAi媒介活性または翻訳抑制活性が、実質的に影響を受けない位置、例えばsiRNA分子の5’末端及び/または3’末端にある領域に配置され得る。さらに、修飾ヌクレオチド類似体を組み込むことによって、末端を安定化させ得る。
例示的なヌクレオチド類似体としては、糖-及び/または骨格修飾リボヌクレオチド(すなわち、リン酸糖骨格への修飾を含む)。例えば、天然RNAのホスホジエステル連結は、窒素または硫黄ヘテロ原子の少なくとも1つを含むように修飾され得る。例示的な骨格修飾リボヌクレオチドでは、隣接するリボヌクレオチドに結合するリン酸エステル基は、例えばホスホチオエート基の修飾基によって置換される。例示的な糖修飾リボヌクレオチドでは、2’OH-基は、H、OR、R、ハロ、SH、SR、NH2、NHR、NR2またはONから選択される基で置き換えられ、式中、Rは、C1-C6アルキル、アルケニルまたはアルキニルであり、ハロはF、Cl、BrまたはIである。
特定の実施形態では、修飾は、2’-フルオロ、2’-アミノ、及び/または2’-チオ修飾である。修飾としては、2’-フルオロ-シチジン、2’-フルオロ-ウリジン、2’-フルオロ-アデノシン、2’-フルオロ-グアノシン、2’-アミノ-シチジン、2’-アミノ-ウリジン、2’-アミノ-アデノシン、2’-アミノ-グアノシン、2,6-ジアミノプリン、4-チオ-ウリジン、及び/または5-アミノ-アリル-ウリジンが挙げられる。特定の実施形態では、2’-フルオロリボヌクレオチドは、すべてのウリジン及びシチジンである。追加の例示的な修飾としては、5-ブロモ-ウリジン、5-ヨード-ウリジン、5-メチル-シチジン、リボ-チミジン、2-アミノプリン、2’-アミノ-ブチリル-ピレン-ウリジン、5-フルオロ-シチジン、及び5-フルオロウリジンが挙げられる。2’-デオキシ-ヌクレオチド及び2’-Omeヌクレオチドも、本発明の修飾RNAサイレンシング剤部分内で使用することができる。追加の修飾残基としては、デオキシ脱塩基、イノシン、N3-メチル-ウリジン、N6,N6-ジメチル-アデノシン、シュードウリジン、プリンリボヌクレオシド、及びリバビリンが挙げられる。特定の実施形態では、連結部分が2’-O-メチルオリゴヌクレオチドであるように、2’部分がメチル基である。
特定の実施形態では、本出願のRNAサイレンシング剤は、ロックド核酸(LNA)を含む。LNAは、ヌクレアーゼ活性に抵抗する(高度に安定である)糖修飾ヌクレオチドを含み、mRNAについて単一ヌクレオチド識別を有する(Elmen et al.,Nucleic Acids Res.,(2005),33(1):439-447;Braasch et al.(2003)Biochemistry 42:7967-7975,Petersen et al.(2003)Trends Biotechnol 21:74-81)。これらの分子は、2’-デオキシ-2’’-フルオロウリジン等、修飾が可能な2’-O、4’-C-エチレン架橋核酸を有する。さらに、LNAは、糖部分を3’-エンドコンフォメーションに拘束することによってオリゴヌクレオチドの特異性を増大し、それによって塩基対合形成のためにヌクレオチドを事前に組織化し、オリゴヌクレオチドの融解温度を1塩基あたり10℃ほど上昇させる。
別の例示的な実施形態では、本出願のRNAサイレンシング剤は、ペプチド核酸(PNA)を含む。PNAは、ヌクレオチドの糖-リン酸部分が、ポリアミド骨格を形成できる中性の2-アミノエチルグリシン部分で置換され、ヌクレアーゼ消化に対して高い抵抗性があり、分子に対して、改善された結合特異性を付与する修飾ヌクレオチドを含む(Nielsen,et al.,Science,(2001),254:1497-1500)。
天然に存在する核酸塩基の代わりに、少なくとも1つの天然に存在しない核酸塩基を含有する核酸塩基修飾リボヌクレオチド、すなわちリボヌクレオチドも企図される。アデノシンデアミナーゼの活性を遮断するために、塩基を修飾することができる。修飾核酸塩基の例としては、これらに限定されないが、5位で修飾されたウリジン及び/またはシチジン、例えば、5-(2-アミノ)プロピルウリジン、5-ブロモウリジン、8位で修飾されたアデノシン及び/またはグアノシン、例えば8-ブロモグアノシン、デアザヌクレオチド、例えば、7-デアザ-アデノシン、O-及びN-アルキル化ヌクレオチド、例えばN6-メチルアデノシンが挙げられ、好適である。上記の修飾を組み合わせてもよいことに留意されたい。
他の実施形態では、架橋を使用して、RNAサイレンシング剤の薬物動態を変化させ、例えば、身体内での半減期を延長することができる。従って、本出願は、核酸の2つの相補鎖を有するRNAサイレンシング剤を含み、2つの鎖は、架橋されている。本出願は、別の部分(例えば、ペプチド等の非核酸部分)または有機化合物(例えば、染料)等に対して(例えば、その3’末端において)コンジュゲートされているかまたはコンジュゲートされていないRNAサイレンシング剤も含む。このようにsiRNA誘導体を修飾することにより、対応するsiRNAと比較して、細胞への取込みを改善する、または得られたsiRNA誘導体の細胞標的活性を向上させることができ、siRNA誘導体を細胞内で追跡する、または対応するsiRNAと比較して、siRNA誘導体の安定性を改善するのに有用である。
他の例示的な修飾としては、以下が挙げられる:(a)2’の修飾、例えば、センスまたはアンチセンス鎖における、特にセンス鎖における、U上の2’OMe部分の提供、または、3’オーバーハング中、例えば、3’末端での2’OMe部分の提供(3’末端は、分子の3’原子または最大3’部分、例えば、文脈によって示されるように、最も3’のPまたは2’の位置を意味する)、(b)リン酸骨格における、例えばOのSによる置換による骨格の修飾、例えば、特にアンチセンス鎖におけるUまたはAまたは両方へのホスホロチオエート修飾の提供、例えば、OのSによる置換による、(c)UのC5アミノリンカーでの置換、(d)AのGによる置換(配列変化は、特定の実施形態では、アンチセンス鎖ではなくセンス鎖に配置され得る)、及び(d)2’、6’、7’、または8’位での修飾。例示的な実施形態は、これらの修飾の1つ以上がセンス上に存在するが、アンチセンス鎖には存在しない実施形態、またはアンチセンス鎖が、そのような修飾をほとんど有さない実施形態である。さらに他の例示的な修飾としては、3’オーバーハング中、例えば3’末端におけるメチル化Pの使用;2’修飾の組み合わせ、例えば2’OMe部分の提供と骨格の修飾、例えばOのSによる置換、例えばホスホロチオエート修飾の提供、または3’オーバーハング中、例えば3’末端でのメチル化Pの使用、3’アルキルによる修飾;3’オーバーハング中、例えば3’末端での脱塩基ピロリドンによる修飾、ナプロキセン、イブプロフェン、または3’末端での分解を阻害する他の部分による修飾が挙げられる。
高度に修飾されたRNAサイレンシング剤
特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、少なくとも80%の化学修飾ヌクレオチドを含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、完全に化学修飾されており、すなわち、ヌクレオチドの100%が化学修飾されている。
特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、少なくとも80%の化学修飾ヌクレオチドを含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、完全に化学修飾されており、すなわち、ヌクレオチドの100%が化学修飾されている。
特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、2’-O-メチルリッチである、すなわち、50%を超える2’-O-メチル含有量を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、少なくとも約55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、または100%の2’-O-メチルヌクレオチド含有量を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、少なくとも約70%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、約70%~約90%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、アンチセンス鎖及びセンス鎖を含むdsRNAである。特定の実施形態では、アンチセンス鎖は、少なくとも約70%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。特定の実施形態では、アンチセンス鎖は、約70%~約90%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。特定の実施形態では、センス鎖は、少なくとも約70%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。特定の実施形態では、センス鎖は、約70%~約90%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。特定の実施形態では、センス鎖は、100%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む。
2’-O-メチルリッチRNAサイレンシング剤及び特定の化学修飾パターンについては、U.S.S.N.16/550,076(2019年8月23日に出願)及びU.S.S.N.62/891,185(2019年8月23日に出願)にさらに記載され、そのそれぞれが参照により本明細書に組み込まれる。
ヌクレオチド間連結修飾
特定の実施形態では、少なくとも1つのヌクレオチド間連結、サブユニット間連結、またはヌクレオチド骨格が、RNAサイレンシング剤中で修飾される。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤中のヌクレオチド間連結のすべてが修飾される。特定の実施形態では、修飾ヌクレオチド間連結が、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、または25のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、4~16のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、8~13のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、アンチセンス鎖及びセンス鎖を含むdsRNAであり、それぞれ5’末端及び3’末端を含む。特定の実施形態では、センス鎖の5’末端から1位及び2位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、センス鎖の3’末端から1位及び2位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、アンチセンス鎖の5’末端から1位及び2位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、アンチセンス鎖の3’末端から1~2位から1~8位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、アンチセンス鎖の3’末端から1~2位、1~3位、1~4位、1~5位、1~6位、1~7位、または1~8位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、アンチセンス鎖の3’末端から1~2位から1~7位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。
特定の実施形態では、少なくとも1つのヌクレオチド間連結、サブユニット間連結、またはヌクレオチド骨格が、RNAサイレンシング剤中で修飾される。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤中のヌクレオチド間連結のすべてが修飾される。特定の実施形態では、修飾ヌクレオチド間連結が、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、または25のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、4~16のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、8~13のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む。特定の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、アンチセンス鎖及びセンス鎖を含むdsRNAであり、それぞれ5’末端及び3’末端を含む。特定の実施形態では、センス鎖の5’末端から1位及び2位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、センス鎖の3’末端から1位及び2位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、アンチセンス鎖の5’末端から1位及び2位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、アンチセンス鎖の3’末端から1~2位から1~8位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、アンチセンス鎖の3’末端から1~2位、1~3位、1~4位、1~5位、1~6位、1~7位、または1~8位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。特定の実施形態では、アンチセンス鎖の3’末端から1~2位から1~7位のヌクレオチドは、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して隣接するリボヌクレオチドに結合される。
1つの態様では、本開示は、修飾オリゴヌクレオチドを提供し、オリゴヌクレオチドは標的に相補的な5’末端、3’末端を有し、オリゴヌクレオチドは、センス及びアンチセンス鎖、及び少なくとも1つの式(I)の修飾されたサブユニット間連結を含む:
式中、
Bは、塩基対部分であり;
Wは、O、OCH2、OCH、CH2、及びCHからなる群から選択され、
Xは、ハロ、ヒドロキシ、及びC1-6アルコキシからなる群から選択され、
Yは、O-、OH、OR、NH-、NH2、S-、及びSHからなる群から選択され、
Zは、O及びCH2からなる群から選択され;
Rは、保護基であり、
は、任意的な二重結合である。
Bは、塩基対部分であり;
Wは、O、OCH2、OCH、CH2、及びCHからなる群から選択され、
Xは、ハロ、ヒドロキシ、及びC1-6アルコキシからなる群から選択され、
Yは、O-、OH、OR、NH-、NH2、S-、及びSHからなる群から選択され、
Zは、O及びCH2からなる群から選択され;
Rは、保護基であり、
式(I)の実施形態では、Yが、O-である場合、ZまたはWのどちらか一方は、Oではない。
式(I)の実施形態では、塩基対部分Bは、アデニン、グアニン、シトシン、及びウラシルからなる群から選択される。
一実施形態では、修飾オリゴヌクレオチドは、siRNAに組み込まれ、修飾siRNAは、標的に相補的な5’末端、3’末端を有し、標的に対して、相補性であり、siRNAは、センス鎖及びアンチセンス鎖、ならびに式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、式(VI)、または式(VII)のうちのいずれか1つ以上の少なくとも1つの修飾されたサブユニット間連結を含む。
一実施形態では、修飾オリゴヌクレオチドはsiRNAに組み込まれ、修飾siRNAは、5’末端、3’末端を有し、標的に相補的であり、センス及びアンチセンス鎖を含み、siRNAは、少なくとも1つの修飾されたサブユニット間連結を含み、式VIIIである:
式中、
Dは、O、OCH2、OCH、CH2、及びCHからなる群から選択され;
Cは、O-、OH、OR1、NH-、NH2、S-、及びSHからなる群から選択され、
Aは、O及びCH2からなる群から選択され;
R1は、保護基であり;
は、任意的な二重結合であり;
サブユニット間は、任意に修飾された2つのヌクレオシドを架橋している。
Dは、O、OCH2、OCH、CH2、及びCHからなる群から選択され;
Cは、O-、OH、OR1、NH-、NH2、S-、及びSHからなる群から選択され、
Aは、O及びCH2からなる群から選択され;
R1は、保護基であり;
サブユニット間は、任意に修飾された2つのヌクレオシドを架橋している。
一実施形態では、CがO-である場合、AまたはDのどちらか一方はOではない。
修飾siRNA連結の一実施形態では、任意に修飾された各ヌクレオシドは、出現ごとに独立して、アデノシン、グアノシン、シチジン、及びウリジンからなる群から選択される。
式(I)の特定の例示的な実施形態では、Wは、Oである。別の実施形態では、Wは、CH2である。さらに別の実施形態では、Wは、CHである。
式(I)の特定の例示的な実施形態では、Xは、OHである。別の実施形態では、Xは、OCH3である。さらに別の実施形態では、Xは、ハロである。
式(I)の特定の実施形態では、修飾siRNAは、2’-フルオロ置換基を含まない。
式(I)の実施形態では、Yは、O-である。別の実施形態では、Yは、OHである。さらに別の実施形態では、Yは、ORである。さらに別の実施形態では、Yは、NH-である。一実施形態では、Yは、NH2である。別の実施形態では、Yは、S-である。さらに別の実施形態では、Yは、SHである。
式(I)の一実施形態では、Zは、Oである。別の実施形態では、Zは、CH2である。
一実施形態では、修飾されたサブユニット間連結は、アンチセンス鎖の1位~2位に挿入される。別の実施形態では、修飾されたサブユニット間連結は、アンチセンス鎖の6位~7位に挿入される。さらに別の実施形態では、修飾されたサブユニット間連結は、アンチセンス鎖の10位~11位に挿入される。さらに別の実施形態では、修飾されたサブユニット間連結は、アンチセンス鎖の19位~20位に挿入される。一実施形態では、修飾されたサブユニット間連結は、アンチセンス鎖の5位~6位及び18位~19位に挿入される。
式(VIII)の修飾siRNA連結の例示的な実施形態では、Cは、O-である。別の実施形態では、Cは、OHである。さらに別の実施形態では、Cは、OR1である。さらに別の実施形態では、Cは、NH-である。一実施形態では、Cは、NH2である。別の実施形態では、Cは、S-である。さらに別の実施形態では、Cは、SHである。
式(VIII)の修飾siRNA連結の例示的な実施形態では、Aは、Oである。別の実施形態では、Aは、CH2である。さらに別の実施形態では、Cは、OR1である。さらに別の実施形態では、Cは、NH-である。一実施形態では、Cは、NH2である。別の実施形態では、Cは、S-である。さらに別の実施形態では、Cは、SHである。
式(VIII)の修飾siRNA連結の特定の実施形態では、任意に修飾されたヌクレオシドは、アデノシンである。式(VIII)の修飾siRNA連結の別の実施形態では、任意に修飾されたヌクレオシドは、グアノシンである。式(VIII)の修飾siRNA連結の別の実施形態では、任意に修飾されたヌクレオシドは、シチジンである。式(VIII)の修飾siRNA連結の別の実施形態では、任意に修飾されたヌクレオシドは、ウリジンである。
修飾されたsiRNA連結の実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の1~2位に挿入される。別の実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の6~7位に挿入される。さらなる別の実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の10~11位に挿入される。さらに別の実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の19~20位に挿入される。一実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の5位~6位及び18位~19位に挿入される。
式(I)の特定の実施形態では、塩基対部分Bは、アデニンである。式(I)の特定の実施形態では、塩基対部分Bは、グアニンである。式(I)の特定の実施形態では、塩基対部分Bは、シトシンである。式(I)の特定の実施形態では、塩基対部分Bは、ウラシルである。
式(I)の一実施形態では、Wは、Oである。式(I)の一実施形態では、Wは、CH2である。式(I)の実施形態では、Wは、CHである。
式(I)の実施形態では、Xは、OHである。式(I)の実施形態では、Xは、OCH3である。式(I)の実施形態では、Xは、ハロである。
式(I)の例示的な実施形態では、修飾オリゴヌクレオチドは、2’-フルオロ置換基を含まない。
式(I)の実施形態では、Yは、O-である。式(I)の実施形態では、Yは、OHである。式(I)の実施形態では、Yは、ORである。式(I)の実施形態では、Yは、NH-である。式(I)の実施形態では、Yは、NH2である。式(I)の実施形態では、Yは、S-である。式(I)の実施形態では、Yは、SHである。
式(I)の実施形態では、Zは、Oである。式(I)の一実施形態では、Zは、CH2である。
式(I)の実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の1~2位に挿入される。式(I)の別の実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の6~7位に挿入される。式(I)のさらなる別の実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の10~11位に挿入される。式(I)のさらなる別の実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の19~20位に挿入される。式(I)の実施形態では、連結は、アンチセンス鎖の5位~6位及び18位~19位に挿入される。
修飾されたサブユニット間連結は、U.S.S.N.62/824,136(2019年3月26日に出願)、U.S.S.N.62/826,454(2019年3月29日に出願)、及びU.S.S.N.62/864,792(2019年6月21日に出願)でさらに説明され、それぞれが参照により本明細書に組み込まれる。
コンジュゲートされた機能部分
他の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、1つ以上の機能部分で修飾され得る。機能部分は、RNAサイレンシング剤に1つ以上の追加の活性を付与する分子である。特定の実施形態では、機能部分は、標的細胞(例えば神経細胞)による細胞取り込みを向上させる。従って、本発明は、他の部分(例えば、ペプチド等の非核酸部分)または有機化合物(例えば、染料)等に対して、(例えば、その5’及び/または3’末端において)コンジュゲートされているまたはコンジュゲートされていないRNAサイレンシング剤を含む。コンジュゲーションは、例えば、本技術で知られている方法、以下の方法を用いて、達成することができる。Lambert et al.,Drug Deliv.Rev.:47(1),99-112(2001)(ポリアルキルシアノアクリレート(PACA)ナノ粒子に付加された核酸について記載)、Fattal et al.,J.Control Release 53(1-3):137-43(1998)(ナノ粒子に結合した核酸について記載)、Schwab et al.,Ann.Oncol.5 Suppl.4:55-8(1994)(インターカレーション剤、疎水性基、ポリカチオンまたはPACAナノ粒子と連結した核酸について記載)、及びGodard et al.,Eur.J.Biochem.232(2):404-10(1995)(ナノ粒子に連結した核酸について記載)。
他の実施形態では、RNAサイレンシング剤は、1つ以上の機能部分で修飾され得る。機能部分は、RNAサイレンシング剤に1つ以上の追加の活性を付与する分子である。特定の実施形態では、機能部分は、標的細胞(例えば神経細胞)による細胞取り込みを向上させる。従って、本発明は、他の部分(例えば、ペプチド等の非核酸部分)または有機化合物(例えば、染料)等に対して、(例えば、その5’及び/または3’末端において)コンジュゲートされているまたはコンジュゲートされていないRNAサイレンシング剤を含む。コンジュゲーションは、例えば、本技術で知られている方法、以下の方法を用いて、達成することができる。Lambert et al.,Drug Deliv.Rev.:47(1),99-112(2001)(ポリアルキルシアノアクリレート(PACA)ナノ粒子に付加された核酸について記載)、Fattal et al.,J.Control Release 53(1-3):137-43(1998)(ナノ粒子に結合した核酸について記載)、Schwab et al.,Ann.Oncol.5 Suppl.4:55-8(1994)(インターカレーション剤、疎水性基、ポリカチオンまたはPACAナノ粒子と連結した核酸について記載)、及びGodard et al.,Eur.J.Biochem.232(2):404-10(1995)(ナノ粒子に連結した核酸について記載)。
特定の実施形態では、機能部分は、疎水性部分である。特定の実施形態では、疎水性部分は、脂肪酸、ステロイド、セコステロイド、脂質、ガングリオシド及びヌクレオシド類似体、エンドカンナビノイド、ならびにビタミンからなる群から選択される。特定の実施形態では、ステロイドは、コレステロール及びリトコール酸(LCA)からなる群から選択される。特定の実施形態では、脂肪酸は、エイコサペンタエン酸(EPA)、ドコサヘキサエン酸(DHA)、及びドコサン酸(DCA)からなる群から選択される。特定の実施形態では、ビタミンは、コリン、ビタミンA、ビタミンE、及びそれらの誘導体、またはそれらの代謝物からなる群から選択される。特定の実施形態では、ビタミンは、レチノイン酸及びコハク酸アルファ-トコフェロールからなる群から選択される。
特定の実施形態では、本発明のRNAサイレンシング剤は、親油性部分にコンジュゲートされる。1つの実施形態では、親油性部分は、カチオン基を含むリガンドである。別の実施形態では、親油性部分は、siRNAの一方または両方の鎖に付着している。例示的な実施形態では、親油性部分は、siRNAのセンス鎖の一端に付着している。別の例示的な実施形態では、親油性部分は、センス鎖の3’末端に付着している。特定の実施形態では、親油性部分は、コレステロール、ビタミンE、ビタミンK、ビタミンA、葉酸、カチオン色素(例えば、Cy3)からなる群から選択される。例示的な実施形態では、親油性部分は、コレステロールである。他の親油性部分としては、コール酸、アダマンタン酢酸、1-ピレン酪酸、ジヒドロテストステロン、1,3-ビス-O(ヘキサデシル)グリセロール、ゲラニルオキシヘキシル基、ヘキサデシルグリセロール、ボルネオール、メントール、1,3-プロパンジオール、ヘプタデシル基、パルミチン酸、ミリスチン酸、O3-(オレオイル)リトコール酸、O3-(オレオイル)コレン酸、ジメトキシトリチル、またはフェノキサジンが挙げられる。
特定の実施形態では、機能部分は、例えばエンドサイトーシス依存性機序または非依存性機序による、安定性、標的核酸とのハイブリダイゼーション熱力学、特定の組織または細胞型へのターゲティング、または細胞透過性を改善するために、RNAサイレンシング剤に繋留された1つ以上のリガンドを含んでもよい。リガンド及び関連する修飾は、配列の特異性を高め、その結果、オフサイトターゲティングを減少させることもできる。繋留因子リガンドは、インターカレーターとして機能できる1つ以上の修飾塩基または糖を含むことができる。これらは、RNAサイレンシング剤/標的二重鎖のバルジ内等の内部領域内に位置することもできる。インターカレーターは、芳香族、例えば、多環式芳香族または複素環式芳香族化合物であり得る。多環式インターカレーターは、スタッキング能力を有し得、2つ、3つ、または4つの縮合環を有する系を含むことができる。本明細書に記載のユニバーサル塩基は、リガンドに含めることができる。一実施形態では、リガンドは、標的核酸の切断による標的遺伝子の阻害に寄与する切断基を含むことができる。切断基は、例えば、ブレオマイシン(例えば、ブレオマイシン-A5、ブレオマイシン-A2、またはブレオマイシン-B2)、ピレン、フェナントロリン(例えば、O-フェナントロリン)、ポリアミン、トリペプチド(例えば、lys-tyr-lysトリペプチド)、または金属イオンキレート基であり得る。金属イオンキレート基としては、例えば、Lu(III)またはEU(III)大環状錯体、Zn(II)2,9-ジメチルフェナントロリン誘導体、Cu(II)テルピリジン、またはアクリジンを挙げることができ、これらは、Lu(III)等の遊離金属イオンによるバルジ部位での標的RNAの選択的切断を促進することができる。いくつかの実施形態では、ペプチドリガンドは、例えばバルジ領域で、標的RNAの切断を促進するためにRNAサイレンシング剤に繋留することができる。例えば、1,8-ジメチル-1,3,6,8,10,13-ヘキサアザシクロテトラデカン(サイクラム)は、標的RNA切断を促進するために(例えば、アミノ酸誘導体によって)ペプチドにコンジュゲートすることができる。繋留リガンドは、アミノグリコシドリガンドであり得、これは、RNAサイレンシング剤に改善されたハイブリダイゼーション特性または改善された配列特異性を持たせることができる。例示的なアミノグリコシドとしては、グリコシル化ポリリジン、ガラクトシル化ポリリジン、ネオマイシンB、トブラマイシン、カナマイシンA、及びアミノグリコシドのアクリジンコンジュゲート、例えば、Neo-N-アクリジン、Neo-S-アクリジン、Neo-C-アクリジン、Tobra-N-アクリジン、及びKanaA-N-アクリジンが挙げられる。アクリジン類似体の使用により、配列の特異性を高めることができる。例えば、ネオマイシンBは、DNAと比較して、RNAに対して高い親和性を有するが、配列特異性は低くなる。アクリジン類似体であるネオ-5-アクリジンは、HIV Rev-応答エレメント(RRE)に対する親和性が高くなる。いくつかの実施形態では、アミノグリコシドリガンドのグアニジン類似体(グアニジノグリコシド)は、RNAサイレンシング剤に繋留されている。グアニジノグリコシド内では、アミノ酸上のアミン基がグアニジン基に交換されている。グアニジン類似体が付着することにより、RNAサイレンシング剤の細胞透過性が増大し得る。繋留リガンドは、オリゴヌクレオチド剤の細胞取り込みを増大することができるポリアルギニンペプチド、ペプトイドまたはペプチド模倣体であり得る。
例示的なリガンドは、直接、または介在繋留因子を介して間接的に、リガンドコンジュゲート担体にカップリングされる。特定の実施形態では、カップリングは、共有結合を介する。特定の実施形態では、リガンドは、介在繋留因子を介して担体に付着している。特定の実施形態では、リガンドにより、それが組み込まれるRNAサイレンシング剤の分布、標的化または寿命が変化する。特定の実施形態では、リガンドは、そのようなリガンドが存在しない種と比較して、選択された標的、例えば、分子、細胞または細胞型、コンパートメント、例えば、細胞または器官コンパートメント、身体の組織、器官または領域に対して、例えば、より高い親和性を提供する。
例示的なリガンドは、輸送、ハイブリダイゼーション、及び特異性特性を改善することができ、結果として得られる天然のまたは修飾されたRNAサイレンシング剤、または本明細書に記載のモノマーの任意の組み合わせを含むポリマー分子及び/または天然または修飾リボヌクレオチドのヌクレアーゼ耐性も改善し得る。リガンドは、一般に、例えば、取り込みを増大するための治療修飾因子、例えば、分布を監視するための診断用化合物またはレポーター基、架橋剤、ヌクレアーゼ耐性付与部分、及び天然または異常な核酸塩基を含むことができる。一般的な例としては、親油性物質、脂質、ステロイド(例えば、ウバオール、ヘシゲニン(hecigenin)、ジオスゲニン)、テルペン(例えば、トリテルペン、例えば、サルササポゲニン、フリーデリン、エピフリーデラノール誘導体化リトコール酸)、ビタミン(例えば、葉酸、ビタミンA、ビオチン、ピリドキサール)、炭水化物、タンパク質、タンパク質結合剤、インテグリン標的分子、ポリカチオン、ペプチド、ポリアミン、及びペプチド模倣物が挙げられる。リガンドとしては、天然に存在する物質(例えば、ヒト血清アルブミン(HSA)、低密度リポタンパク質(LDL)、またはグロブリン)、炭水化物(例えば、デキストラン、プルラン、キチン、キトサン、イヌリン、シクロデキストリンまたはヒアルロン酸)、アミノ酸、または脂質を挙げることができる。リガンドはまた、組換え分子または合成分子、例えば、合成ポリマー、例えば、合成ポリアミノ酸であってもよい。ポリアミノ酸の例としては、ポリリジン(PLL)であるポリアミノ酸、ポリL-アスパラギン酸、ポリL-グルタミン酸、スチレン-無水マレイン酸コポリマー、ポリ(L-ラクチド-コ-グリコール化)コポリマー、ジビニルエーテル-無水マレイン酸コポリマー、N-(2-ヒドロキシプロピル)メタクリルアミドコポリマー(HMPA)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリウレタン、ポリ(2-エチルアクリル酸)、N-イソプロピルアクリルアミドポリマー、またはポリホスファジンが挙げられる。ポリアミンの例としては、ポリエチレンイミン、ポリリジン(PLL)、スペルミン、スペルミジン、ポリアミン、シュードペプチド-ポリアミン、ペプチド模倣ポリアミン、デンドリマーポリアミン、アルギニン、アミジン、プロタミン、カチオン性脂質、カチオン性ポルフィリン、ポリアミンの四級塩、またはアルファらせんペプチドが挙げられる。
リガンドはまた、腎臓細胞等の特定の細胞型に結合する標的基、例えば細胞または組織標的剤、例えばレクチン、糖タンパク質、脂質またはタンパク質、例えば抗体を挙げることができる。標的基はまた、甲状腺刺激ホルモン、メラノトロピン、レクチン、糖タンパク質、サーファクタントプロテインA、ムチン炭水化物、多価ラクトース、多価ガラクトース、N-アセチルガラクトサミン(GalNAc)またはその誘導体、N-アセチルグルコサミン、多価マンノース、多価フコース、グリコシル化ポリアミノ酸、多価ガラクトース、トランスフェリン、ビスホスホネート、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、脂質、コレステロール、ステロイド、胆汁酸、葉酸、ビタミンB12、ビオチン、またはRGDペプチドまたはRGDペプチド模倣体であり得る。リガンドの他の例としては、色素、インターカレーション剤(例えば、アクリジン及び置換アクリジン)、架橋剤(例えば、ソラレン、マイトマイシンC)、ポルフィリン(TPPC4、テキサフィリン、サフィリン)、多環式芳香族炭化水素(例えば、フェナジン、ジヒドロフェナジン、フェナントロリン、ピレン)、lys-tyr-lysトリペプチド、アミノグリコシド、グアニジウムアミノグリコジ(aminoglycodies)、人工エンドヌクレアーゼ(例えば、EDTA)、親油性分子、例えば、コレステロール(及びそのチオ類似体)、コール酸、コラン酸、リトコール酸、アダマンタン酢酸、1-ピレン酪酸、ジヒドロテストステロン、グリセロール(例えば、エステル(例えば、モノ、ビス、またはトリス脂肪酸エステル、例えば、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19またはC20脂肪酸)及びそのエーテル、例えば、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、またはC20アルキル、例えば、1,3-ビス-O(ヘキサデシル)グリセロール、1,3-ビス-O(オクタデシル)グリセロール)、ゲラニルオキシヘキシル基、ヘキサデシルグリセロール、ボルネオール、メントール、1,3-プロパンジオール、ヘプタデシル基、パルミチン酸、ステアリン酸(例えば、ジステアリン酸グリセリル)、オレイン酸、ミリスチン酸、O3-(オレオイル)リトコール酸、O3-(オレオイル)コレン酸、ジメトキシトリチル、またはフェノキサジン)及びペプチドコンジュゲート(例えば、アンテナペディアペプチド、Tatペプチド)、アルキル化剤、リン酸、アミノ、メルカプト、PEG(例えば、PEG-40K)、MPEG、[MPEG]2、ポリアミノ、アルキル、置換アルキル、放射性標識マーカー、酵素、ハプテン(例えば、ビオチン)、輸送/吸収促進剤(例えば、アスピリン、ナプロキセン、ビタミンE、葉酸)、合成リボヌクレアーゼ(例えば、イミダゾール、ビスイミダゾール、ヒスタミン、イミダゾールクラスター、アクリジン-イミダゾールコンジュゲート、テトラアザマクロ環のEu3+錯体)、ジニトロフェニル、HRPまたはAPが挙げられる。特定の実施形態では、リガンドは、GalNAcまたはその誘導体である。
リガンドは、糖タンパク質等のタンパク質、またはコリガンドに対して特異的親和性を有する分子等のペプチド、またはがん細胞、内皮細胞、または骨細胞等の特定の細胞型に結合する抗体等の抗体であり得る。リガンドとしては、ホルモン及びホルモン受容体を挙げることもできる。それらはまた、非ペプチド種、例えば、脂質、レクチン、炭水化物、ビタミン、補因子、多価ラクトース、多価ガラクトース、N-アセチル-ガラクトサミン、N-アセチル-グルコサミン多価マンノース、または多価フコースを含むことができる。リガンドは、例えば、リポ多糖、p38 MAPキナーゼのアクチベーター、またはNF-kBのアクチベーターであり得る。
リガンドは、例えば、細胞の細胞骨格を破壊することにより、例えば、細胞の微小管、マイクロフィラメント、及び/または中間フィラメントを破壊することにより、細胞へのRNAサイレンシング剤の取り込みを増加させることができる物質、例えば薬物であり得る。薬物は、例えば、タクソン、ビンクリスチン、ビンブラスチン、サイトカラシン、ノコダゾール、japlakinolide、ラトランキュリンA、ファロイジン、スウィンホリドA、インダノシン、またはミオセルビン(myoservin)であり得る。リガンドは、例えば、炎症反応を活性化することにより、細胞へのRNAサイレンシング剤の取り込みを増加させることができる。そのような効果を有する例示的なリガンドとしては、腫瘍壊死因子アルファ(TNF□)、インターロイキン-1ベータ、またはガンマインターフェロンが挙げられる。1つの態様では、リガンドは、脂質または脂質系分子である。かかる脂質または脂質系分子は、血清タンパク質、例えば、ヒト血清アルブミン(HSA)に結合することができる。HSA結合リガンドでは、標的組織、例えば身体の非腎臓標的組織へのコンジュゲートの分布が可能になる。例えば、標的組織は、肝臓の実質細胞を含めた肝臓であり得る。HSAに結合することができる他の分子もまたリガンドとして使用することができる。例えば、ナプロキセンまたはアスピリンを使用することができる。脂質または脂質系リガンドは、(a)コンジュゲートの耐分解性を向上させること、(b)標的細胞または細胞膜への標的化または輸送を増加させること、及び/または(c)血清タンパク質、例えば、HSAへの結合を調節するために使用することができる。脂質系リガンドは、コンジュゲートの標的組織への結合を調節、例えば、制御するために使用することができる。例えば、より強固にHSAに結合する脂質または脂質系リガンドは、腎臓を標的とする可能性が低く、それ故、体内から排出される可能性が低い。HSAにあまり強固に結合しない脂質または脂質系リガンドは、コンジュゲートを腎臓に標的化するために使用することができる。特定の実施形態では、脂質系リガンドは、HSAに結合する。脂質系リガンドは、コンジュゲートが腎臓以外の組織に分布するように、十分な親和性でHSAに結合することができる。しかし、HSA-リガンド結合を逆転させることができないほど親和性は強くないことが企図される。別の実施形態では、脂質系リガンドは、HSAに弱く結合するか、全く結合しないため、本コンジュゲートは、腎臓に分布する。脂質系リガンドの代わりに、またはそれに加えて、腎臓細胞を標的とする他の部分もまた使用することができる。
別の態様では、リガンドは、標的細胞、例えば、増殖性細胞によって取り込まれる部分、例えば、ビタミンである。これらは、望ましくない細胞増殖、例えば、悪性または非悪性型の、例えば、がん細胞を特徴とする障害の治療に特に有用であり得る。代表的なビタミンとしては、ビタミンA、E、及びKが挙げられる。他のビタミンの例としては、ビタミンB、例えば葉酸、B12、リボフラビン、ビオチン、ピリドキサール、または他のビタミンもしくはがん細胞によって取り込まれる栄養素が挙げられる。同様に含まれるのは、HSA及び低密度リポタンパク質(LDL)である。
別の態様では、リガンドは、らせん細胞透過剤等の細胞透過剤である。特定の実施形態では、該薬剤は、両親媒性である。例示的な薬剤は、tatまたはantennopedia等のペプチドである。該薬剤がペプチドの場合、それはペプチジル模倣、逆転異性体、非ペプチドまたはシュードペプチド結合、及びD-アミノ酸の使用を含め、修飾されていてもよい。らせん剤は、親油性相及び疎油性相を有し得るアルファらせん剤であり得る。
リガンドは、ペプチドまたはペプチド模倣体であり得る。ペプチド模倣体(本明細書ではオリゴペプチド模倣体とも呼ばれる)とは、天然のペプチドと同様の一定の三次元構造に折りたたむことが可能な分子である。オリゴヌクレオチド剤へのペプチド及びペプチド模倣体の付着は、細胞の認識及び吸収を向上させること等によって、RNAサイレンシング剤の薬物動態分布に影響を与えることができる。ペプチドまたはペプチド模倣体部分は、約5~50アミノ酸長、例えば、約5、10、15、20、25、30、35、40、45、または50アミノ酸長であり得る。ペプチドまたはペプチド模倣体は、例えば、細胞透過性ペプチド、カチオン性ペプチド、両親媒性ペプチド、または疎水性ペプチド(例えば、主にTyr、Trp、またはPheからなる)であり得る。ペプチド部分は、デンドリマーペプチド、拘束ペプチド、または架橋ペプチドであり得る。ペプチド部分は、L-ペプチドまたはD-ペプチドであり得る。別の代替では、ペプチド部分は、疎水性膜トランスロケーション配列(MTS)を含むことができる。ペプチドまたはペプチド模倣体は、ファージ提示ライブラリ、または1ビーズ1化合物(OBOC)コンビナトリアルライブラリから同定されたペプチド等のランダムなDNA配列によってコードされ得る(Lam et al.,Nature 354:82-84,1991)。例示的な実施形態では、組み込まれたモノマーユニットを介してRNAサイレンシング剤に繋留されたペプチドまたはペプチド模倣体は、アルギニン-グリシン-アスパラギン酸(RGD)-ペプチドまたはRGDミミック等の細胞標的ペプチドである。あるペプチド部分は、長さが約5アミノ酸から約40アミノ酸に及び得る。ペプチド部分は、例えば、安定性を向上させるまたは配座性を指示する等の構造修飾を有することができる。以下に記載される構造修飾のいずれかを使用することができる。
特定の実施形態では、機能部分は、本開示のRNAサイレンシング剤の5’末端及び/または3’末端に連結されている。特定の実施形態では、機能部分は、本開示のRNAサイレンシング剤のアンチセンス鎖の5’末端及び/または3’末端に連結されている。特定の実施形態では、機能部分は、本開示のRNAサイレンシング剤のセンス鎖の5’末端及び/または3’末端に連結されている。特定の実施形態では、機能部分は、本開示のRNAサイレンシング剤のセンス鎖の3’末端に連結されている。
特定の実施形態では、機能部分は、リンカーによってRNAサイレンシング剤に連結されている。特定の実施形態では、機能部分は、リンカーにより、アンチセンス鎖及び/またはセンス鎖に連結されている。特定の実施形態では、機能部分は、リンカーにより、センス鎖の3’末端に連結されている。特定の実施形態では、リンカーは、二価または三価のリンカーを含む。特定の実施形態では、リンカーは、エチレングリコール鎖、アルキル鎖、ペプチド、RNA、DNA、ホスホジエステル、ホスホロチオエート、ホスホルアミデート、アミド、カルバメート、またはそれらの組み合わせを含む。特定の実施形態では、二価または三価のリンカーは、以下から選択される:
式中、nは、1、2、3、4または5である。
本開示の様々な機能部分及びそれらをRNAサイレンシング剤にコンジュゲートするための手段は、WO2017/030973A1及びWO2018/031933A2にさらに詳細に記載されており、これらは、参照により本明細書に組み込まれる。
材料及び方法
オリゴヌクレオチドの合成
オリゴヌクレオチドの合成
MerMade12合成装置を使用して、標準的なプロトコルに従ってオリゴヌクレオチドを合成した。DCAコンジュゲートセンス鎖は、カスタム合成されたDCA官能化コントロールドポアグラス(CPG)支持体上で10μモルスケールで合成した(Biscans et al.(2019)Nucleic Acid Res.,47,1082-1096)。アンチセンス鎖は、Unylinker(登録商標)(ChemGenes,Wilmington,MA,USA)で官能化したCPG上で10μモルスケールで合成した。すべてのホスホルアミダイトは、0.15Mの乾燥アセトニトリル溶液として調製し、活性化剤として0.25Mの5-(ベンジルチオ)-1Hテトラゾール(BTT)を含むアセトニトリルを250秒間使用してカップリングさせた。トリチル基を、3%ジクロロ酢酸を含むジクロロメタンを80秒間使用して除去した。成長するオリゴヌクレオチド鎖の未反応の5つのヒドロキシルを、16%Nメチルイミダゾールを含むテトラヒドロフラン(CAP B)及び80:10:10(v/v/v)テトラヒドロフラン:無水酢酸:2,6-ルチジン(CAP A)で15秒間キャップした。0.1Mの3-[(ジメチルアミノメチレン)アミノ]-3H-1,2,4-ジチアゾール-5-チオン(DDTT)のアセトニトリル溶液を用いて3分間硫化を行った。0.02Mのヨウ素を含むテトラヒドロフラン:ピリジン:水(70:20:10、v/v/v)で80秒間酸化を行った。
オリゴヌクレオチドの脱保護及び精製
センス鎖を切断し、40%メチルアミン水溶液を使用して45℃で1時間またはアンモニア-メチルアミン(AMA)を使用して室温で2時間脱保護した。アンチセンス鎖は、最初に(E)-ビニルホスホネート脱保護のため、ブロモトリメチルシラン:ピリジン(3:2、v/v)のジクロロメタン(5ml)溶液で脱保護し、その後切断し、40%メチルアミン水溶液で45℃にて1時間またはAMAで室温にて2時間脱保護した。真空下(Speedvac)終夜乾燥した後、得られたオリゴヌクレオチドペレットを水に懸濁し、Agilent Prostar System(Agilent,Santa Clara,CA,USA)を使用して精製した。センス鎖を、Hamilton HxSil C18カラムにて、酢酸ナトリウムの連続勾配で、すなわち、90%緩衝液A1(50mMの酢酸ナトリウムを含む5%アセトニトリル)及び10%緩衝液B1(アセトニトリル)から10%緩衝液A1及び90%緩衝液B1まで、流速30ml/分で60℃にて18分間精製した。アンチセンス鎖は、イオン交換カラム(GE Source 15Q media)にて、過塩素酸ナトリウムの連続勾配、すなわち、100%緩衝液A2(10mMの酢酸ナトリウムを含む20%アセトニトリル)から60%緩衝液A2及び40%緩衝液B2(1Mの過塩素酸ナトリウムを含む20%アセトニトリル)まで、流速30ml/分で60℃にて30分間精製した。精製したオリゴヌクレオチドを、サイズ排除クロマトグラフィーで脱塩し、Agilent 6530精密質量Q-TOF LC/MS(Agilent technologies,Santa Clara,CA,USA)での液体クロマトグラフィー-質量分析(LC-MS)で特性化した。
コンジュゲートされたsiRNAのマウスへの注射
動物実験は、University of Massachusetts Medical School Institutional Animal Care and Use Committee(IACUC、プロトコル番号A-2411)の動物管理倫理承認及びガイドラインに従って行った。6~7週齢のメスのFVB/NJマウス(1群あたりn=5)に、DCAコンジュゲートsiRNA(20mg/kg)、非標的化対照(Ntc)siRNA(20mg/kg)またはリン酸緩衝生理食塩水(PBS)を皮下注射した。
ペプチド核酸(PNA)ハイブリダイゼーションアッセイ
注射後1週間で、組織中のsiRNAアンチセンス鎖の量を、ペプチド核酸(PNA)ハイブリダイゼーションアッセイを記載の通り(37、38)に用いて測定した。簡潔には、組織(15mg)を、0.2mg/mlのプロテイナーゼK(Invitrogen)を含む300μlのMasterPure組織溶解溶液(EpiCentre)中で溶解した。ドデシル硫酸ナトリウムを、20μlの3M塩化カリウムを添加することによって溶解物から沈殿させ、5000×gで15分間遠心分離することによってペレット化した。透明な上清中のDCAコンジュゲートsiRNAを、アンチセンス鎖に完全に相補的なCy3標識PNAプローブ(PNABio,Thousand Oaks,CA,USA)にハイブリダイズした。DNAPac PA100陰イオン交換カラム(Thermo Fisher Scientific)を使用したHPLC(Agilent,Santa Clara,CA,USA)によってサンプルを分析した。Cy3の蛍光を観察し、ピークを統合した。最終濃度を検量線を使用して確定した。
in vivoでのmRNAサイレンシング実験
注射後1週間で組織を回収し、RNAlater(Sigma)中に4℃で終夜保存した。mRNAを次いでQuantiGene 2.0アッセイ(Affymetrix)を使用して定量化した。簡潔には、組織のパンチを、0.2mg/mlのプロテイナーゼK(Invitrogen)を含む300μlのHomogenizing Buffer(Affymetrix)中で溶解した。Coles et al.(39)に記載される通りに、希釈した溶解物及びプローブのセット(マウスHtt、マウスPpib、またはマウスHprt)をbDNA捕捉プレートに加え、シグナルを増幅し、検出した。発光をTecan M1000(Tecan,Morrisville,NC,USA)で検出した。
統計分析
GraphPad Prism 8.1.2ソフトウェア(GraphPad Software,Inc.,San Diego,CA,USA)を使用してデータを分析した。マウスでの独立した実験ごとに、サイレンシングのレベルをPBS対照群の平均値に対して正規化した。データは、多重比較のためのダネット検定によるノンパラメトリック一元配置分散分析を使用して分析し、有意性をPBS対照と比較して計算した。2群間の比較にはt検定を使用した。
実施例1:ホスホロチオエートで修飾された2-または5-ntオーバーハングがsiRNAの組織蓄積及びサイレンシング効果に与える影響。
siRNAの化学構造の設計。
5~7個の核酸塩基のオーバーハングを有する非対称siRNA(15、33~35)、2つの核酸塩基のオーバーハングを有する従来型のsiRNA(17、40)、平滑化合物(41)、及びDicer基質(42、43)を含めた多種多様なsiRNA構造が、in vitro及びin vivoで活性であることが示されている。しかしながら、これらの構造が、siRNAの肝外分布及び有効性に与える影響は、体系的には特定されていない。
siRNAの構造が分布及び有効性に与える影響を評価するために、3つの異なるsiRNA足場を選択した(図2A)。すべての化合物について、末端PS連結を安定化した交互の2-Oメチル及び2-フルオロ修飾パターンを使用した(18、21~22)。さらに、アンチセンス鎖を、RISCによる認識を促進し(23、24)、ホスファターゼ及びエキソヌクレアーゼに対する安定性を提供する(25、26)ために、アンチセンス鎖の5-リン酸を模倣する5-(E)-ビニルホスホネート(E-VP)基で修飾した。広範囲の組織、すなわち、肝臓、心臓、肺、脂肪、筋肉、副腎及び脾臓(13、14)における広範な分布及びサイレンシングを支持するために、ドコサン酸(DCA)コンジュゲートをセンス鎖の3末端に、2つのチミジン間の2つのホスホジエステル結合(dT-POリンカー)を介して取り付けた(7、44~45)。最終的に、3つのsiRNAバリアントはすべて、9つのPS修飾を含む同じ20塩基のアンチセンス鎖の化学構造を有していた。
siRNA足場の唯一の変化は、センス鎖の長さであり、これが一本鎖PSオーバーハングの長さを決定した。具体的には、15塩基のセンス鎖を使用して、5ヌクレオチド(nt)のPSオーバーハング(非対称siRNA)を有する化合物、18塩基のセンス鎖を使用して、2-ntのPSオーバーハング(従来型siRNA)を生成し、及び20塩基のセンス鎖を使用して、0-ntのPSオーバーハング(平滑siRNA)を生成した(図2A)。
siRNAの構造は、化合物の組織蓄積に影響を与えない。
siRNAの構造が組織分布に与える影響を評価するために、マウスにこれら3つの異なるsiRNA足場の1つを単回皮下(SC)注射を介して注射した(20mg/kg)。注射後1週間で、PNAハイブリダイゼーションアッセイ(37、38)を使用して、組織におけるアンチセンス鎖の蓄積を測定した。この試験では、DCAコンジュゲートsiRNAのサイレンシングが以前に観察された組織(13)に焦点を当てたため、肝臓、腎臓、脾臓、肺、心臓、筋肉及び脂肪を選択した。すべてのsiRNA足場について、2つのsiRNA配列、すなわち、ハンチンチン(Htt)(46)及びシクロフィリンB(Ppib)(47)を使用して、siRNAの核酸塩基組成が分布プロファイル与える相対的な影響を評価した。
2つの配列間で一次及び二次組織蓄積プロファイルに有意差は観察されず(図2B)、核酸塩基組成がDCAを介した組織分布に大きな影響を与えないことが示された。非コンジュゲート化合物(13)とは対照的に、DCAコンジュゲートsiRNAは、定量的に保持され(注射用量のほぼ100%)、広範囲の組織に分布し、肝臓で最も高い蓄積が観察された。驚くべきことに、PSオーバーハングの長さは、脂肪を除いて、肝外組織にわたってDCAが媒介する分布に有意な影響を与えなかった(図2B及びC)が、脂肪では、平滑(0-ntオーバーハング)siRNAは、非対称(5-ntオーバーハング)及び従来型siRNA(2-ntオーバーハング)化合物より有意に多く(2倍、P<0.05)蓄積した(図2C)。これらの知見は、組織への蓄積が主にコンジュゲートにより促進され、siRNAの配列及び構造からの寄与は最小限であることを示唆している。
siRNAの構造は有効性に大きく影響する。
同様のレベルの組織蓄積が、siRNAの構造ごとに同様のサイレンシング効果につながるかどうかを評価するために、マウスに単回用量(1群あたりn=5~6、20mg/kg)のHtt(46)またはPpib(47)のいずれかを標的とする各DCAコンジュゲートsiRNAバリアントをSC注射した。どちらの標的も検証済みのsiRNA配列が利用可能であり、幅広い組織で様々なレベル(Htt低、Ppib高)で発現される。対照マウスは、非標的化対照(Ntc)siRNAまたはPBSのいずれかで処理した。注射後1週間で、肝臓、腎臓、脾臓、肺、心臓、副腎、筋肉及び脂肪において、Htt、Ppib及びHprt(ヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ、ハウスキーピング遺伝子)のmRNAレベルの測定を行った。図3は、各組織における各化合物のサイレンシング効果を示す(PBSと比較、一元配置分散分析)。次に、図3Dのヒートマップに示すように、異なる足場間でサイレンシングに統計的に有意な差があるかどうかを判断した。Ntcは、標的遺伝子発現に有意な減少を示さず、観察されたサイレンシングが配列特異的効果によるものであることが示された(図3)。全体として、DCAコンジュゲートsiRNAの機能的有効性は、HttとPpib間で類似した。両標的について、DCAコンジュゲートsiRNAは、肝臓で最大70%ならびに心臓、副腎、筋肉及び脂肪で最大50~60%のサイレンシングを可能にした。しかしながら、サイレンシングの正確な程度は、調べた2つの標的間でわずかに異なった。これは、細胞型固有の発現及び各mRNAの核保持の程度の違いによるものと思われる。
すべての足場は、肝臓で有意なサイレンシングを示した(約50~70%)。これは、この組織への蓄積が多いためであると思われる(図3A-C)。驚くべきことに、肝外蓄積の程度はすべてのsiRNA足場で類似している(図2B)にもかかわらず、本発明者らは、siRNA構造が肝外遺伝子サイレンシングに与える重大な影響を観察した。平滑構造の場合、サイレンシング効果は、脂肪組織で最も高く(図3C)、その蓄積の向上と相関した(図2B)。しかしながら、平滑siRNAは、他の肝外組織(6つのうち)の2つ(Httを標的とする場合、肺と心臓、Ppibを標的とする場合、心臓と副腎)のみで統計的に有意なサイレンシングを達成した(図3C)。脂肪を除くと、平滑siRNAは、肝外組織で36%の最大サイレンシングを示したのみであり、非対称(61%の最大サイレンシング)及び従来型(55%の最大サイレンシング)siRNAのものよりはるかに低かった(それぞれ、図3A及び3B)。実際、非対称siRNAは、Httを標的とする場合の6つの肝外組織(腎臓、脾臓、肺、心臓、副腎及び筋肉)ならびにPpibを標的とする場合の5つの組織(腎臓、脾臓、肺、副腎及び筋肉)において、平滑構造と比較して、有意に良好なサイレンシング(11~59%のサイレンシングの増加)を示した(図4)。従来型のsiRNAは、脾臓、心臓、副腎及び筋肉(Httを標的とする場合)、ならびに腎臓、脾臓、副腎及び筋肉(Ppibを標的とする場合、図4)において、平滑siRNAよりも高いサイレンシングを達成した(12~38%のサイレンシングの増加)。
非対称siRNAは、全体的に最高の肝外効果を示し、すべての組織でサイレンシングが観察された(11~61%で異なる)(図3A)。従来型のsiRNAはわずかに低い(がほとんど同等の)活性を示し、8組織中7組織でサイレンシングが観察された(17~55%で異なる)(図3B)。非対称のsiRNAは、4つの肝外組織(Httを標的とする場合)、及び2つの肝外組織(Ppibを標的とする場合、図3D)で従来型のsiRNAと比較してわずかに効力が高かった。siRNAの組織蓄積と有効性を相関させた場合(図4A)、平滑に対して、非対称及び従来型のsiRNAで観察されたサイレンシングの向上は、蓄積の変化とは関係がないことがすぐに明らかになる。一般に、Ppibを標的とするsiRNAは、Httを標的とする化合物よりもすべての組織及びすべての構造でわずかに多く蓄積したが、有効性の相対的な向上は2つの標的間で一貫したままであった。図4Bは、平滑siRNAと比較した非対称siRNA(左のパネル)及び従来型のsiRNA(右のパネル)のサイレンシングと蓄積の変化を示す。分析されたすべての組織及び標的が同じグラフにプロットされている。この可視化ツールは、大部分の組織においてオーバーハングを含む化合物の活性の全体的な増加を明確に示す(最大マイナス50~60%)(図4B)。
まとめると、これらの結果により、PSオーバーハングの存在(長さではなく)が、おそらくは内在化メカニズム及び/またはエンドソーム脱出の程度に影響を与えることによって、活性を有意に高めることが示唆される。
実施例2:全ホスホロチオエート含有量がsiRNAの組織蓄積及びサイレンシング効果に与える影響。
PS含有量は、従来型のsiRNAの中で、siRNAの分布プロファイルに影響を与える。
ASOの場合、PS修飾が相対的な肝臓/腎臓分布を決める。完全なPS ASOは、血清タンパク質との結合が強いため、優先的に肝臓に分布する。ASOのPS含有量を減らすと、血清の結合親和性が低下し、蓄積が腎臓近位上皮にシフトし、これにより、クリアランスの過程でASOの一部が保持される(21、48~49)。PS修飾の程度がsiRNAの肝外分布に影響を与えるかどうかを判断するために、本発明者らは、従来型(2-ntオーバーハング)及び平滑(0-ntオーバーハング)siRNA構造の中で、DCAコンジュゲートsiRNAの分布プロファイルを8つの末端PS修飾(各末端に2つ、「低PS」)及び13のPS修飾(「高PS」)で比較した(図5A)。アンチセンス鎖の蓄積レベルを、HttまたはPpibのいずれかを標的とするDCAコンジュゲートsiRNAのSC注射の1週間後に、肝臓、腎臓、脾臓、肺、心臓、筋肉及び脂肪で測定した(図5B)。
平滑DCAコンジュゲートsiRNAの中では、PS含有量の変化が組織分布プロファイルに与える影響は最小限であった(図5)。しかしながら、従来型のsiRNAでは、PS含有量の変化は、組織蓄積に有意に影響を与えた。具体的には、低PS化合物は、ほとんどの組織でより低い蓄積を示し、肝臓では、約3~3.5倍、腎臓では、約1.5~3倍、脾臓では、約2~4倍、肺では約2倍、心臓及び筋肉では、約0~2倍ならびに脂肪では、約0~3倍であった(図5C)。これらの観察結果は、一部には、従来型のsiRNAにおいて、「高PS」オーバーハングと比較して「低PS」オーバーハングの安定性が低いことによって説明され得る。まとめると、これらの結果により、PS修飾がsiRNAの分解を防ぎ、クリアランス速度を変更することにより、組織におけるsiRNAの蓄積及び保持を促進する可能性が高いことが示唆される。
高PS含有量は、siRNA活性にマイナスの影響を与える。
蓄積がサイレンシングと相関するかどうかを評価するために、Htt及びPpibを標的とする低PS及び高PSの平滑及び従来型のsiRNA足場を注入した後、標的mRNAレベルを組織で測定した。各組織における各化合物のサイレンシング効率(PBSと比較、一元配置分散分析)を図6に示す。驚くべきことに、高PSの従来型siRNAで観察された組織蓄積の向上にもかかわらず、PS含有量の増加は活性に対して全体的にマイナスの影響を与える(図6)。従来型のsiRNAでは、高PS化合物によって脂肪及び脾臓のサイレンシングがわずかに増加した(それぞれ、15及び30%)が、Ppibを標的とするmRNAでは観察されず、Httを標的とするmRNAでのみ観察された。逆に、肝臓では、PS含有量の増加が有効性に与える明確なマイナスの影響及び蓄積との逆相関が観察され得る(図6A)。高PS化合物による蓄積の約3倍の増加(高PSのsiRNAでは52~65pmol/mgに対して低PSのsiRNAでは14~29pmol/mg、図5)にもかかわらず、観察された肝臓のサイレンシングのレベルは、Httで73から47%に減少し(P<0.01)、Ppibでは22から11%に減少した(P<0.01)(図6A)。siRNAの組織蓄積と有効性を相関させた場合(図7A)、特筆すべきは、従来型のsiRNA(ピンク及び赤のドット、図7A)では、高PSのバリアントが低PSのsiRNAと比較して14組織中12組織でより多く蓄積しても、高PS化合物は、14組織中2組織(Httを標的とする場合の脂肪及び脾臓)でのみで統計的に有意に優れたサイレンシングを誘導したことである(図6A及び7B)。まとめると、これらの結果により、PS含有量の増加は、従来型のsiRNAの安定性を高めて組織蓄積を増加させるが、観察された機能活性に重大なマイナスの影響を与えることが示唆される。PS含有量の増加がサイレンシングに与えるマイナスの影響は、平滑siRNAの中ではでさらに顕著であった。実際、低PSの平滑siRNAは、8つの組織のうちの5つにおいて、両方の標的に関して、それらの高PS対応物よりも優れたサイレンシング(17~30%のサイレンシングの増加)を誘導した(図6B)。この効果は副腎で特に顕著であり、高PSのsiRNAは、サイレンシングを最小限にしかまたは全く誘導せず、低PS化合物はHttとPpibの両方の発現に55%超の減少を示した。siRNAの組織蓄積と有効性の相関関係により、平滑構造(明紫色の点と暗紫色の点、図7A)の場合、PSの数は蓄積レベルに有意な影響を与えなかったが、活性には影響を与え、低PSのsiRNA(明紫色の点、図7A)は、高PS化合物(暗紫色の点、図7A)よりも良好なサイレンシングを誘導したことが明確に示される。高PSのsiRNA(図7B、右のパネル)の標的mRNAレベルと低PS化合物の標的mRNAレベルの差(すべての組織及び標的が同じグラフにプロットされている)は、大部分の組織に関して正の残存mRNA発現(最大でプラス50%)となり、低PSのsiRNAは、高PSのバリアントよりも強力であることが示される。これらの結果により、同様の安定性及び分布の平滑siRNAの場合、多数のPS修飾が細胞内のタンパク質結合を変化させ、siRNA輸送、エンドソーム脱出、及び機能的サイレンシングの程度に影響を与える可能性があることが示唆される(27~29、50)。
実施例3:コンジュゲートリンカーの化学組成がsiRNAの組織蓄積及びサイレンシング効果に与える影響。
様々なリンカー、すなわち、例えば、トリエチレングリコール(TEG)(15)、ジスルフィド(51)及び炭素鎖(13)がコンジュゲートされたsiRNA及びASOに使用されている。さらに、コンジュゲートとオリゴヌクレオチド間への切断可能なホスホジエステル結合の導入により、コレステロールコンジュゲートASOの肝臓サイレンシングが改善されることが示されている(36)。しかしながら、コンジュゲートされたsiRNAリンカーの化学がin vivoでの肝外活性及び分布に与える影響の体系的な評価は行われていない。これまでに記載したすべての実験(図1~7)では、siRNAは、2つのチミジン間の2つのホスホジエステル結合(dT-PO)を介してDCAコンジュゲートに接続されていた。
このホスホジエステルDNAのin vivoでの安定性は限られており、初期の組織分布を支持するのには十分であるが、細胞に取り込まれると迅速に分解される(52)。リンカーの安定性がDCA-siRNAの組織蓄積に与える影響を評価するために、非対称(5-ntオーバーハング)、従来型(2-ntオーバーハング)及び平滑(0-ntオーバーハング)siRNAを、切断可能なdT-POリンカーまたは安定炭素(St)リンカーのいずれかで合成した(図8A)。
リンカーの性質は、いずれのsiRNA化学構造の組織分布及び蓄積プロファイルにも有意な影響を与えず(図8B及びC)、dT-POが、DCAによる分布の促進を可能にするのに十分な血清安定性を有することが示された。対照的に、リンカーの化学組成は、組織のサイレンシングレベルに大きな影響を与えた(図9)。具体的には、切断可能なリンカーの存在により、Htt mRNAのサイレンシングは、脾臓(23%、P<0.001)、心臓(14%、P<0.001)、副腎(21%、P<0.001)及び脂肪(21%、P<0.1)で有意に改善され、Ppib mRNAのサイレンシングは、肝臓(24%、P<0.01)、腎臓(20%、P<0.1)、肺(22%、P<0.1)、心臓(25%、P<0.0001)及び脂肪(14%、P<0.1)で有意に改善された(図9)。siRNAの組織蓄積と有効性の相関関係(図10A)により、リンカーの性質(dT-PO対St)は、siRNAの組織分布に大きな影響を与えなかった(x軸、図10A)が、効果には劇的な影響を与えた(y軸、図10A)ことが明確に示される。DCA dT-PO連結siRNAは、両方の標的に関して及びすべての組織において、DCA St連結化合物よりも良好にサイレンシングを誘導した(サイレンシングが両方の化合物で類似していたPpibを標的とする場合の脾臓を除く)。DCA dT-PO siRNAとDCA St化合物の標的mRNAレベルの差により、大部分の組織及び両標的に関して残存mRNA発現がマイナスになり(最大-30%)(図10B)、dT-POリンカーの存在がsiRNAの効果を高めたことが示される。これらの結果により、dT-POのような切断可能なリンカーの使用が組織のサイレンシングを促進することが示唆される。
考察
様々な化学物質へのオリゴヌクレオチドのコンジュゲーションにより、バイオアベイラビリティ、組織曝露、及び場合によっては細胞型特異的送達の調節が可能になる(7~8、11、53)。最近、完全に化学的に安定化されたGalNAc siRNAであるGivosiranが承認されたことは、コンジュゲートされたsiRNAが遺伝病を治療する大きな可能性を実証する(54)。三価のGalNAcは、肝細胞への特異的な送達を可能にする(1~3、55)が、脂質のコンジュゲーションは、肝臓以外の様々な組織への機能的送達を可能にする(13、14)。オリゴヌクレオチドのバイオアベイラビリティ、組織分布、クリアランスの速度及び安全性に影響を与える親油性コンジュゲート(10、13~14、37、56-57)の中で、本発明者らは、DCAを、幅広い肝外分布を支持するコンジュゲートとして特定した(13、14)。しかしながら、肝外組織におけるDCA-siRNAの蓄積及びサイレンシングの程度は、肝臓におけるGalNAcコンジュゲートで一般的に観察されるものよりも少ない。実際、肝臓は、siRNAを含めた薬物を自然に蓄積する。これは、肝臓が高い血流量と中断された有窓上皮を備えた一次濾過組織であり(58)、ひいてはあらゆる薬物の標的化にとって特有の非常に有利な組織を代表しているためである。化合物を他の組織に送達するには、コンジュゲートされたsiRNAをさらに最適化する必要がある。ここでは、本発明者らは、siRNAの構造、化学組成、及びコンジュゲートの間の相互作用、ならびにそれが生産的な肝外サイレンシングにどのように影響するかを明らかにする。かかる知見は、これらのクラスの分子を将来の治療用途に使用する道を開く。PSで修飾されたオリゴヌクレオチドは、in vitroでタンパク質結合及び細胞取り込みを高め(28、30)、ひいては、オリゴヌクレオチドの薬物動態/薬力学を決める主な要因である(21、48、59)。しかし、PS修飾が加えられる構造的状況(例えば、一本鎖と二本鎖、コンジュゲートの性質)の影響は、PSが誘導するタンパク質相互作用に影響を与える可能性がある(60)。DCAコンジュゲートという状況では、本発明者らは、非対称及び従来型のsiRNAにおける5-ntまたは2-nt(それぞれ)のPSオーバーハングの存在は、組織蓄積プロファイルに測定可能な影響を与えないことを見出した。これは、高疎水性部分であるDCAが、血清タンパク質に非常に強く結合する(14)ため、PSの相対的な寄与があまり重要でなくなるためであると考えられる(9~10、13~14、57)。全体的な組織蓄積に影響を与えていないにもかかわらず、PSで修飾された一本鎖領域の存在は活性に影響を与えた。非対称siRNA(5-ntオーバーハング)は、調べたすべての組織(16のうち16)で統計的に有意なサイレンシングを誘導したが、同一のガイド鎖を有する平滑siRNAは組織の50%でのみ活性であった。構造変化(非対称対平滑)は、in vitroにおいて、選択された配列の活性に与えた影響は最小限であった(15)が、ここで提示されたデータは、2つの標的のみに限定される。従って、他の標的配列、すなわち、平滑構造で最適に機能するように選択された配列が、異なる結果を生成し得る可能性がある。さらに、オーバーハングの存在は、PAZドメインの相互作用及びRISCのローディングを向上させる可能性がある(61~63)が、これら2つの化学構造はin vitro活性が非常に似ている(15)ため、この説明は考えにくい。これらの構造はほぼ同一の組織蓄積を示すため、観察された機能の違いは、PSテールが細胞内局在化(28)、輸送(29)、及びオリゴヌクレオチド活性の律速段階である可能性があるエンドソーム脱出の程度(58)に与える影響に起因する可能性が高い。興味深いことに、オーバーハングの長さは活性への影響が少なく、5-ntオーバーハングは、2-ntオーバーハングsiRNAと比較して、約30%の組織で若干良好なサイレンシングを誘導した。両siRNAにおける一本鎖PS領域は、ASOの挙動を模倣するのに十分である可能性があり、ひいては、輸送を変更するとともに、効率的なサイレンシングを支持する(32~35)。まとめると、蓄積のレベルと機能的有効性の間にはずれがあり(以前に様々な脂質コンジュゲートsiRNAで観察された(13))、これにより、siRNAの構造的状況とコンジュゲートの実体の両方が細胞内挙動に寄与し、累積的に活性に影響を与えることが示される。構造的状況に加えて、オリゴヌクレオチドにおけるPS修飾の程度は、それらが安定性(64)、血清タンパク質結合(21、31、48~49)、細胞受容体結合(65)、細胞輸送(28)及び核局在化(27~29)に与える影響に影響を与え得る。結果として生じるPS含有量がASOの分布及び有効性に与える影響は周知であるが、コンジュゲートされたsiRNAの肝外分布に対する影響は不明確である。ここで、本発明者らは、PS含有量が減少すると、おそらくは一本鎖オーバーハングの安定性の低下に起因して、非対称siRNA及び従来型のsiRNAの組織蓄積が減少することを見出した。平滑化合物の蓄積は、これらの化合物(PSオーバーハングなし)がコンジュゲートのみに依存して組織蓄積を決めるために影響を受けなかった。驚くべきことに、PS含有量の増加は、すべての構造的状況であるが、特に平滑化合物のサイレンシングにマイナスの影響を与えた。高PS含有量のsiRNAは、細胞内でタンパク質との結合が強すぎる可能性、または多種多様なタンパク質と結合する可能性があり、これにより、輸送、エンドソーム脱出が変更される可能性及びRISCローディングに利用可能な化合物の割合が減少する可能性がある(28~29、50)。正確なメカニズムはさらに調査する必要があるが、本発明者らの結果は、PS含有量の不要な増加が有害である可能性があることを示唆している。従って、特定のバランスのホスホジエステル及びホスホロチオエート(PO/PS)含有量の最適化は、脂質コンジュゲートsiRNAが肝外組織で最大のサイレンシングを達成するために重要である。実際に、トリシクロDNA ASO(デュシェンヌ型筋ジストロフィーモデルにおいて)に関する(66)、及び中枢神経系におけるオリゴヌクレオチドに関するPO/PS含有量の最適化はすでに行われており、今や最適な有効性、安定性、安全性を達成するために広く使用されている戦略である(67)。肝外遺伝子サイレンシングを改善するための別の戦略は、PS部分を、siRNAを安定化し、細胞タンパク質結合を低減し、RISCによって認識されてRNAiを誘導する能力を維持する他の化学物質に置き換えることである。
これまで、コンジュゲートされたsiRNAのin vivoでの有効性に対するリンカー化学の相対的な寄与は、一部には、リンカーが多くの場合、化学構造の不活性部分と見なされているため、ほとんど知られていなかった。しかしながら、本発明者らの知見により、DCA-siRNAの中では、切断可能なリンカー(dt-PO)の使用が、サイレンシングの程度に大きな影響を与えたことが実証される。本発明者らは以前、dT-POが切断可能なリンカーの最も単純な合成バリアントであること、ならびにモノdT及びrUリンカーと比較して、最適な範囲の安定性を有することを発見した(未発表データ)。実際、dT-PO(切断可能)及び安定炭素(非切断可能)リンカーのDCA siRNAは、同様の組織蓄積プロファイルを示し、dT-POが化合物クリアランスの初期段階で血清中で十分に安定していることが確認された。しかしながら、dT-POは、おそらくは細胞内でのその切断によるsiRNAのエンドソーム脱出の向上に起因して、いくつかの組織で活性を大幅に増加させた。切断可能なリンカーがエンドソーム脱出及び有効性に与える正の影響は、コレステロールコンジュゲートASO(約35%の活性の増加)(36)、及び肝臓でのsiRNA活性を阻害するために使用されるGalNAc-ASO(Reversir)(68)で観察されている。Inclisiran等の他の臨床GalNAc化合物は、切断可能なリンカーを有さず、高活性であるが、切断可能なリンカーの使用は、脂質コンジュゲートsiRNAの中では、機能的に重要である可能性が高い。例えば、エンドサイトーシスを介した内在化(30)後、脂質コンジュゲートは特に膜結合しやすく、siRNAのサイトゾル放出を制限する可能性がある。切断可能なリンカーは、この問題を克服するのに役立ち得る。全体として、dT-POは合成が容易で、特別な前駆体を必要とせず、無毒性であり、生分解性であるが、さらなる研究により、siRNAのin vivo活性に対する多様なリンカー化学をより体系的に評価する必要がある。
本発明者らの知見は、化学構造を最適化することの重要性を強調しているが、肝外効果に影響を与える可能性のある多くの他の修飾がsiRNAに存在する。例えば、本発明者らは、交互の2-O-メチル及び2-フルオロの化学修飾パターン(Allerson et al.によって最初に記載された)を使用して、in vivoでのコンジュゲート媒介siRNA送達を可能にした(18)。この修飾パターンは全体的に非常に効率的であるが、Crooke et al.は、ASO内の2-フルオロ修飾が細胞内のタンパク質結合を増加させ、サイレンシングの減少とASO毒性の増加をもたらすことを実証した(69、70)。従って、この修飾パターンをさらに最適化すると、in vivoでのsiRNAの効力及び効果の持続時間に大きな影響を与える可能性があり(17)、ひいては、肝外サイレンシングの向上のための考慮に値する。現在、ここに記載する最適化された設計の交互の2-O-メチル及び2-フルオロ化合物が、より多くの2-OMeリッチsiRNAに適用できるかどうかを評価するために、さらなる研究が進行中である。
要約すると、本発明者らのデータにより、オリゴヌクレオチドの化学的足場及び構造が、siRNAの肝外活性を最適化するために考慮すべき主な要因であることが明確に示される。構造の非対称性(例えば、5-または2-ntオーバーハング対平滑末端)及びリンカー化学(切断可能対非切断可能)を変更する操作戦略を使用して、腎臓、脾臓、心臓、肺、筋肉及び副腎におけるsiRNA活性を組織分布に影響を与えることなく微調整することができる。さらに、PS対PO含有量を慎重にバランスさせる操作戦略を使用して、組織の機能的有効性を損なうことなくsiRNAの安定性を最適化することができる。全体として、オーバーハング、切断可能なリンカー、及び最小限のPS含有量を備えたsiRNAの設計(図11)は、肝外サイレンシングの向上を支持するはずである。本発明者らの知見は、最適な治療プロファイルを備えたコンジュゲートされたsiRNAの将来の設計を導くであろう。
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Claims (60)
- 標的器官または組織における二本鎖(ds)RNAのin vivoでの標的RNAのサイレンシング効果を増大させる方法であって、前記dsRNAが、アンチセンス鎖及びセンス鎖を含む前記方法であり、
(1)前記アンチセンス鎖は、少なくとも16個の連続するヌクレオチド、5’末端、3’末端を含み、標的に対して相補性を有し、
(2)前記センス鎖は、少なくとも15個の連続するヌクレオチド、5’末端、3’末端を含み、標的と相同性を有し、
(3)前記アンチセンス鎖の一部は、前記センス鎖の一部に相補的であり、
(4)前記センス鎖の3’末端は、切断可能なリンカーを介して疎水性部分にコンジュゲートされ、
(5)前記dsRNAは、少なくとも1つの一本鎖ヌクレオチドオーバーハングを含む前記方法であり、
前記dsRNAは、切断可能なリンカーを欠くdsRNAと比較して、標的器官または組織において増加したin vivoでの標的RNAのサイレンシング効果を含む、前記方法。 - 前記dsRNAが、2ヌクレオチド~5ヌクレオチドの一本鎖ヌクレオチドオーバーハングを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記dsRNAが、2ヌクレオチドの一本鎖ヌクレオチドオーバーハングを含む、請求項1または2のいずれか1項に記載の方法。
- 前記dsRNAが、5ヌクレオチドの一本鎖ヌクレオチドオーバーハングを含む、請求項1または2のいずれか1項に記載の方法。
- オーバーハングが、前記アンチセンスの3’末端に存在する、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖が、約15ヌクレオチド~25ヌクレオチド長を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センス鎖が、約15ヌクレオチド~25ヌクレオチド長を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖が、20ヌクレオチド長である、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖が、21ヌクレオチド長である、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖が、22ヌクレオチド長である、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センス鎖が、15ヌクレオチド長である、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センス鎖が、16ヌクレオチド長である、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センス鎖が、18ヌクレオチド長である、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センス鎖が、20ヌクレオチド長である、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- 15塩基対~20塩基対の二本鎖領域を含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の方法。
- 15塩基対の二本鎖領域を含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の方法。
- 16塩基対の二本鎖領域を含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の方法。
- 18塩基対の二本鎖領域を含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の方法。
- 20塩基対の二本鎖領域を含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖の3’末端から1~2位から1~7位のヌクレオチドが、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して互いに結合している、請求項1~19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センス鎖の3’末端から1~2位のヌクレオチドが、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して互いに結合している、請求項1~20のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖の5’末端から1~2位のヌクレオチドが、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して互いに結合している、請求項1~21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センス鎖の5’末端から1~2位のヌクレオチドが、ホスホロチオエートヌクレオチド間連結を介して互いに結合している、請求項1~22のいずれか1項に記載の方法。
- 前記dsRNAが、約6~約17個のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む、請求項1~23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記dsRNAが、約8~約13個のホスホロチオエートヌクレオチド間連結を含む、請求項1~24のいずれか1項に記載の方法。
- 前記切断可能なリンカーが、ホスホジエステル連結、ジスルフィド連結、酸に不安定な連結、または光切断可能な連結を含む、請求項1~25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記切断可能なリンカーが、ホスホジエステルヌクレオチド間連結を有するdTdTジヌクレオチドを含む、請求項1~26のいずれか1項に記載の方法。
- 前記酸に不安定な連結が、β-チオプロピオネート連結またはカルボキシジメチルマレイン酸無水物(CDM)連結を含む、請求項27に記載の方法。
- 前記疎水性部分が、脂肪酸、ステロイド、セコステロイド、脂質、ガングリオシド及びヌクレオシド類似体、エンドカンナビノイド、ならびにビタミンからなる群から選択される、請求項1~28のいずれか1項に記載の方法。
- 前記疎水性部分が、低密度リポタンパク質及び/または中密度リポタンパク質に対して親和性を有する、請求項1~29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記疎水性部分が、3つ未満の二重結合を有する飽和または不飽和部分である、請求項1~29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記疎水性部分が、高密度リポタンパク質に対して親和性を有する、請求項1~29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記疎水性部分が、3つ以上の二重結合を有する多価不飽和部分である、請求項1~29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記疎水性部分が、コレステロール及びリトコール酸(LCA)からなる群から選択されるステロイドである、請求項1~29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記疎水性部分が、エイコサペンタエン酸(EPA)、ドコサヘキサエン酸(DHA)、及びドコサン酸(DCA)からなる群から選択される脂肪酸である、請求項1~29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記疎水性部分が、コリン、ビタミンA、ビタミンE、及びそれらの誘導体、またはそれらの代謝物からなる群から選択されるビタミンである、請求項1~29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ビタミンが、レチノイン酸及びコハク酸アルファ-トコフェロールからなる群から選択される、請求項36に記載の方法。
- 前記切断可能なリンカーが、さらに、さらなる二価または三価のリンカーを含む、請求項1~37のいずれか1項に記載の方法。
- 前記リンカーが三価リンカーである場合、前記リンカーは、さらに、ホスホジエステルまたはホスホジエステル誘導体を連結する、請求項38または39に記載の方法。
- 前記dsRNAが、少なくとも1つの修飾ヌクレオチドを含む、請求項1~41のいずれか1項に記載の方法。
- 前記修飾ヌクレオチドが、2’-O-メチル修飾ヌクレオチド、2’-デオキシ-2’-フルオロ修飾ヌクレオチド、2’-デオキシ修飾ヌクレオチド、ロックドヌクレオチド、脱塩基ヌクレオチド、2’-アミノ修飾ヌクレオチド、2’-アルキル修飾ヌクレオチド、モルホリノヌクレオチド、ホスホルアミデート、ヌクレオチドを含む非天然塩基、またはそれらの混合物を含む、請求項42に記載の方法。
- 前記dsRNAが、少なくとも80%化学修飾されたヌクレオチドを含む、請求項1~44のいずれか1項に記載の方法。
- 前記dsRNAが、完全に化学修飾されている、請求項1~45のいずれか1項に記載の方法。
- 前記dsRNAが、少なくとも70%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む、請求項1~46のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖が、少なくとも70%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む、請求項1~47のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖が、約70%~90%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む、請求項48に記載の方法。
- 前記センス鎖が、少なくとも65%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む、請求項1~49のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センス鎖が、100%の2’-O-メチルヌクレオチド修飾を含む、請求項50に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖が、5’ホスフェート、5’-アルキルホスホネート、5’アルキレンホスホネート、または5’アルケニルホスホネートを含む、請求項1~51のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖が、5’ビニルホスホネートを含む、請求項52に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖が、2’-メトキシ-リボヌクレオチド及び2’-フルオロ-リボヌクレオチドを交互に含む、請求項1~53のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アンチセンス鎖の5’末端から2位及び14位のヌクレオチドが、2’-メトキシ-リボヌクレオチドではない、請求項1~54のいずれか1項に記載の方法。
- 前記標的器官または組織が、腎臓、脾臓、肺、心臓、骨格筋、副腎、及び脂肪からなる群から選択される、請求項1~55のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1~56のいずれか1項に記載の方法であって、
(1)前記疎水性部分がDCAであり、
(2)前記切断可能なリンカーがdTdTジヌクレオチドであり、
(3)前記標的器官または組織が、心臓及び骨格筋の一方または両方である、前記方法。 - 前記dsRNAが、対象に投与される、請求項1~56のいずれか1項に記載の方法。
- 前記投与が、皮下に施される、請求項58に記載の方法。
- 前記投与が、静脈内に施される、請求項58に記載の方法。
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