JP2023551513A - 代替プロモータを含むdna構築物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、生体分子コンピュータ処理及び/又は合成生物学の分野に関する。特に、本発明は、第一プロモータと、少なくとも一つのさらなるプロモータと、出力配列とを含むDNA構築物に関し、前記プロモータの各々は、転写開始部位を含む、及び/又は転写を開始するのに適し、第一プロモータからの転写の開始は、第一転写調節状態によって可能となり、前記さらなるプロモータの各々からの転写の開始は、各々のさらなる転写調節状態によって可能となり、前記第一転写調節状態及び/又は各々のさらなる転写調節状態のいずれかが前記細胞中に存在する場合、前記DNA構築物が真核細胞において有効量の出力RNAを産生し、前記出力RNAは前記出力配列に対応する配列を含む。さらに、本発明は、例えば、対象及び/又は組織サンプル中の様々なタイプの真核標的細胞を検出、殺滅、及び/又は操作するための、本発明のDNA構築物の医学的及び/又は診断的使用に関する。【選択図】なし

Description

本発明は、生体分子コンピュータ処理及び/又は合成生物学の分野に関する。特に、本発明は、第一プロモータと、少なくとも一つのさらなるプロモータと、出力配列とを含むDNA構築物に関し、前記プロモータのそれぞれは、転写開始部位を含み、及び/又は転写を開始するのに適し、第一プロモータからの転写の開始は、第一転写調節状態によって可能となり、前記さらなるプロモータのそれぞれからの転写の開始は、各々のさらなる転写調節状態によって可能となり、前記第一転写調節状態及び/又は各々のさらなる転写調節状態のいずれかが前記細胞中に存在する場合、前記DNA構築物が真核細胞において有効量の出力RNAを産生し、前記出力RNAは前記出力配列に対応する配列を含む。さらに、本発明は、例えば、対象及び/又は組織サンプル中の様々なタイプの真核標的細胞を検出、殺滅、及び/又は操作するための、本発明のDNA構築物の医学的及び/又は診断的使用に関する。
生分子コンピュータ処理及び合成生物学における研究(Bashor et al.,2019;Benenson,2012;Elowitz and Leibler,2000;Gardner et al.,2000;Ham et al.,2008;Xie and Fussenegger,2018;You et al.,2004)により、過去二十年で、哺乳動物細胞において複雑な論理を実装できる様々な遺伝子回路構造が可能になってきた。OR論理プログラムは、プログラムに対する入力の少なくとも一つがアクティブである場合に高出力を生成し、不均一細胞集団に対処するために重要である。例えば、がんの種類ごとにいくつかのサブタイプがある。同じ出力を生成しつつ、複数のがんサブタイプを標的とする治療用遺伝子分類子回路が望ましい。このため、特にサブタイプを識別する分子入力がプロモータレベルで直接的又は間接的に作用できる場合、転写及び/又は転写後レベルでOR論理を実装できる遺伝子分類子回路が非常に有用であり得る。
これまでのところ、転写入力間のOR論理は、それぞれが独自の入力セットを受け取る2つの異なる遺伝子構築物を用いて明らかに実装されることが多かった(Buchler et al.,2003)。ただし、実験的には、この結果として、単一のアクティブな構築物と比べて、両方の構築物がアクティブな場合に得られる出力が2倍の出力になる多値論理になることが多い(Kramer et al,2004;Rinaudo et al,2007)。そのため、望ましくないことが多い出力発現の不均衡が、さまざまな入力条件で起こる。
さらに、冗長な遺伝子フットプリントが大きいため(Lapique and Benenson,2018)、臨床的に関連するウイルスベクターへの翻訳は非現実的となる。実際、冗長な情報が存在すると、ペイロードサイズが大きくなり、そのような構築物のウイルスベクターへのパッケージングや、治療用製品としての使用が妨げられる。冗長性の問題は、リコンビナーゼの使用によって対処されてきたが、少なくとも安全性の理由から、現時点では治療にとって望ましくない(Lapique and Benenson,2018)。前述のmiRNA入力による転写後OR論理は、単一ゲートとして機能するのではなく、NORゲートとNOTゲートの重ね合わせとして機能する(Mohammadi et al.,2017)。RNA干渉は、転写因子間の論理演算をサポートすることも示されたが、代償として回路が複雑になる(Leisner et al.,2010)。
また、生細胞において、普遍的で、潜在的に無限にスケーラブルな論理に向けた探求が進行中である。しかしながら、おそらく細胞状態に関する最も多くの情報を有し、したがって応用に関連する遺伝子回路に対する入力として最も有望である、複数の転写入力に関しては、最新技術と望ましい機能性との間のギャップは特に深刻である。
当初は簡単であると考えられていたが(Buchler et al.,2003)、異なる転写入力間の二次相互作用、すなわち相乗効果が例外ではなくルールであるという事実のために、単一プロモータレベルで転写ORゲートを実装することは困難である(Angelici et al.,2016;Donahue et al.,2020;Lin et al.,1990;Lohmueller et al.,2012)。原核生物でも同様の観察結果が得られ(Cox et al.,2007)、最終的に、異なるRNAポリメラーゼ結合部位から同じコード配列を発現させる「デュアルプロモータ」によって、強固な原核生物ORゲートが設計された(Tamsir et al.,2011)。しかしながら、例えば、一般的に観察される転写入力の二次相互作用のために、デュアルプロモータが真核生物において機能的であるか否かは全くわからない。興味深いことに、高等真核生物は、多くの異なる細胞系列において、又は異なる誘導性条件セットの下で同じ遺伝子を発現させる場合、OR論理を実装する独自の要件に直面することが多い。これは、遺伝子の選択的にスプライシングされた第一エクソンを調節する複数の代替プロモータによって自然に実装されることが多い。通常、自然界では、これらのプロモータのうちの一つだけが任意の所与の時点で遺伝子を積極的に転写し、第一エクソンが異なる以外は同じである転写物を生成し、これは、例えば、ABL1又はCIITAにおいて、タンパク質をコードし(Nickerson et al.,2001)、タンパク質アイソフォームを生成するもの;又は非コードであり、その結果、まったく同じタンパク質、例えばFURIN遺伝子が得られるもの(Ayoubi and VanDeVen,1996)のいずれかであり得る。しかしながら、細胞挙動の非常に複雑な制御の一部であるこの自然現象が、合成DNA構築物、すなわち技術応用のためのツールで利用できるか否かは調査されてこなかった。
さらに、OR論理は、リコンビナーゼを使用してDNAレベルで実装されてきた(Bonnet et al.,2013)が、一方向性であり、つまり、論理回路が入力と遭遇すると、出力が定義され、入力シグナルが除去されても、出力はそのままの状態である。これにより、そのようなアプローチの多用途性が明らかに大きく低下する。
要約すると、OR論理を転写及び/又は転写後レベルで実装する、つまり複雑さが軽減された、実用的な方法はまだ利用可能でない。好適なツールがないことは、例えば、治療及び/又は診断用途において不均一細胞集団に対処しようとする場合の大きな障害となる。
したがって、真核細胞を分析及び/又は操作するため、特に、異なる真核細胞のタイプ及び/又は状態を検出及び/又は操作するための、改善された手段及び方法が依然として必要とされている。
したがって、本発明は、5’→3’方向に以下のDNA配列エレメント:
第一プロモータ(P);
n個のさらなるプロモータ(P)、ただしn≧1、例えば、PとPとP、又はPとPとP;及び
出力配列
を含むDNA構築物であって、
前記プロモータのそれぞれが、転写開始部位を含み、及び/又は転写を開始するのに適し、
からの転写の開始が、第一転写調節状態(TS)によって可能となり、前記さらなるプロモータ(P)のそれぞれからの転写の開始が、各々のさらなる転写調節状態(TS)によって可能となり、例えば、PはTSによって可能となり、
前記TS及び/又は各々のTSのいずれか(例えば、PおよびPの場合:TS、TS、又はTSとTS)が前記細胞中に存在する場合、前記DNA構築物は、真核細胞、好ましくは哺乳動物細胞において有効量の出力RNAを産生し、
前記出力RNAが、前記出力配列に対応する配列を含む、
DNA構築物に関する。
特に、転写がPから開始された場合、前記出力RNAの第一タイプ(RNA)を得ることができ(TSが存在するため)、転写が各々のP、例えばPから開始される場合、前記出力RNAの各々のさらなるタイプ(RNA、例えばRNA)を得ることができ(すなわち、各々のTS、例えばTSが存在するため)、前記出力RNAの各タイプは、前記出力配列に対応する配列を含む。
特に、細胞中に存在する出力RNAの量は、特に、出力RNAの各タイプが同じ配列、すなわち前記出力配列に対応する配列を含むため、前記細胞中に存在する全てのタイプ、少なくとも本明細書中に記載する全ての有用な出力RNAタイプの合計(すなわち、累積)量を指す。
好ましくは、前記DNA構築物は、前記細胞中にTSもTSのいずれも存在しない場合、有効量の前記出力RNAを産生しない。
本発明は、少なくとも部分的には、所望の出力タンパク質をコード化するmRNAを、同じDNA構築物中に含まれる二つ以上の代替プロモータのうちのそれぞれによって、哺乳動物細胞において独立して産生できるという驚くべき発見に基づいている。添付の実施例に示されるように、どのプロモータが対応する転写活性化因子によって活性化されたかに関係なく、多量の出力タンパク質が得られた。
真核細胞において動作するORゲート様論理を単一のDNA構築物によって実現できることは全く予想外であった。複数の構築物又は非常に複雑で嵩高い構築物と比べて強固かつ簡単な本発明の単一DNA構築物でORゲート様論理を実現できることは非常に有利である。特に、本明細書中で提供される単一の本発明のDNA構築物は、異なるベクターにパッケージングされなければならない複数の構築物又はウイルスベクターに全く効率的にパッケージングされない非常に大きな構築物と比較して、例えば、ウイルスベクター中により容易にパッケージングすることができるため、標的細胞中により容易に組込むことができ、それでもなおORゲート様論理演算を可能にする。したがって、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物は、DNAベースの用途のペイロードサイズを低減することを可能にする。特に、本発明は、DNAベースの治療及び/又は診断用途に有利である。なぜなら、遺伝物質の細胞中への送達は、依然としてそのような用途の主なボトルネックであることが多いからである。
さらに、とりわけがんなどの多くの疾患を治療及び/又は診断するためには、異なる状態の細胞及び/又は異なるサブタイプの細胞を認識することが重要である。これは、本発明のDNA構築物が、かなりコンパクトなサイズであるために、より多くの標的細胞中により容易に組込むことができ、代替プロモータが存在するために、異なる細胞型及び/又は状態を認識できることに少なくとも起因して、本発明のDNA構築物により大いに促進される。
したがって、本発明のDNA構築物は、標的細胞(例えば、異常及び/又は悪性細胞)を非標的細胞(例えば、正常又は良性細胞)から区別するための分類子として使用できる。特に、本発明のDNA構築物は、ORゲート様論理演算が可能であり、これにより、とりわけ異なるサブタイプのがんなどの異なる細胞型及び/又は状態を認識することが可能になることに少なくとも起因して、改善された分類を提供する。
さらに、本発明のDNA構築物は、添付の実施例に示されるように、本明細書中で記載するようなさらなる論理演算を提供できるスケーラブルで拡張可能なプラットフォームを提供する。
特に、本明細書中に記載され、添付の実施例に示されるように、単一の代替プロモータは、二つ以上の条件(例えば、転写活性化因子)が存在する場合にのみ転写が開始されるように、ANDゲートとして機能することができる。
さらに、本明細書中に記載され、添付の実施例に示されるように、本発明のDNA構築物は、異なる転写後調節メカニズム及び/又は因子に供される、異なるタイプの出力RNA(例えば、mRNAアイソフォーム)の産生を可能にする。これにより、「AND NOT」などのさらなる論理演算が可能になる。特に、本発明のDNA構築物は、本明細書中で記載するように、望ましくない介在配列を出力RNAから除去することができ、これにより柔軟性や選択肢を増大させることに少なくとも起因して、「AND NOT」論理演算の実装をさらに改善する選択的スプライシングを可能にする特徴を含み得る。選択的スプライシングの実装は、本明細書中で記載するように、各々のプロモータの活性に基づいて、異なるタイプの出力タンパク質(例えば、異なる各々のmRNAアイソフォームから翻訳された異なるタンパク質アイソフォーム)を産生する可能性をさらに提供する。したがって、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物は、添付の実施例に示されるように、中央ORゲート様論理演算に加えて、さらなるANDゲート論理演算及び/又はAND NOTゲート様論理演算を可能にできる。したがって、本発明のDNA構築物は、標準形様論理回路、例えば論理和標準形様(AND-OR)論理回路を形成し得る。
例えば、いくつかの実施形態では、本明細書中で記載されるDNA構築物は、(TS1a AND TS1b AND NOT PTS1)OR(TS2a AND TS2b AND NOT PTS2)などの複雑な論理式にしたがって有効量の出力RNAを生じる。しかしながら、この例は、単なる例示であり、本明細書中で提示される本発明のDNA構築物は、本明細書中で記載するように、どのDNA配列エレメントを含むかによって、多くの異なる論理演算を提供することができる。
本発明のDNA構築物はまた、当該技術分野で通常理解されるように、「DNAカセット」とみなすことができる。したがって、「DNA構築物」及び「DNAカセット」という用語は、本明細書では交換可能に使用できる。特に、DNA構築物又はDNAカセットは、本明細書中や本発明の文脈で使用される場合、DNA(デオキシリボ核酸)の配列(又はDNAヌクレオチドの配列)を指し、したがって、DNAポリヌクレオチドとみなすこともできる。さらに、本発明のDNA構築物は、少なくとも前記DNA構築物が本明細書中で記載するような所望の機能性を有する限り、DNAアナログ及び/又は修飾DNA(例えば、とりわけ、メチル化DNAなどの化学的に修飾されたDNA)を含み得るか、またはこれらからなるものであってよい。好ましくは、本発明のDNA構築物は、少なくとも50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%又は100%、好ましくは少なくとも90%のデオキシリボ核酸から構成される。好ましくは、本発明のDNA構築物は二本鎖(dsDNA)である。しかしながら、本発明のDNA構築物は、例えば、DNA構築物のコード鎖(stand)又はアンチセンス鎖がアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターに含まれる場合、一本鎖(ssDNA)である可能性がある。さらに、本発明は、本発明のDNA構築物に対応する配列を含むRNA、及び/又は本発明のDNA構築物の配列に対して相補的な配列を含むRNA、例えば、レトロウイルス、例えばレンチウイルスベクター中に含まれるRNAを包含する。
したがって、本発明の二本鎖DNA構築物は、本発明のDNA構築物に対応する配列を含むssDNA又はRNAベクターを細胞へ送達することにより、細胞中で形成することができる。例えば、AAVベクターは、細胞中で二本鎖DNAに変換される部分的一本鎖DNAを含み、レンチウイルスベクターは、逆転写により細胞中でDNA配列に変換されるRNAペイロードをパッケージングしている。
本発明のDNA構築物は、5’→3’方向に配列されたDNA配列エレメントを含み、特に、本発明のDNA構築物の配列は、前記DNA構築物のコード鎖(センス鎖)に対応する。特に、本発明のDNA構築物は、ある特定のタイプの複数のDNA配列エレメントを含み得る。例えば、本発明のDNA構築物は、少なくとも二つのプロモータ(P)、すなわち、第一プロモータ(P)と、n個のさらなるプロモータ(P)とを含み、ただしn≧1である。
さらに、本発明のDNA構築物は、真核細胞において機能的である、すなわち、ある特定の条件下の真核細胞中、例えば、ある特定のタイプ及び/又はある特定の状態の細胞中で、有効量の出力RNAを産生する。明らかに、この機能性は、本発明のDNA構築物を含む細胞、例えば、本発明のDNA構築物が導入された細胞で分析できる。
特に、添付の実施例に示されるように、本発明のDNA構築物は、複数の条件下、例えば、ある特定のタイプの複数の条件下(例えば、一つ以上の転写調節状態が存在する場合)の真核細胞において有効量の出力RNAを産生できる。例えば、少なくとも二つの転写調節状態(TS)、すなわち、第一転写調節状態(TS)及びn個のさらなる転写調節状態(TS)は、有効量の出力RNAが得られるように転写の開始を可能にし得る。
特に本明細書では、ある特定のタイプの個々の特徴は、異なるタイプの少なくとも一つの他の個々の特徴と関連する可能性がある。そのような関連づけられた特徴は、本明細書では「各々の」特徴とも呼ぶ。例えば、ある特定のタイプの個々のDNA配列エレメント(例えば、個々のプロモータ)は、異なるタイプ(例えば、個々の代替第一エクソン)及び/又はある特定のタイプの個々の細胞状態(例えば、個々の転写調節状態)の他の個々のDNA配列エレメントと関連する可能性がある。
本明細書中及び本発明の文脈で使用する場合、個々の特徴はそれぞれ、同じ番号(例えば、1、2、3等)、対応する文字(例えば、a、b、c等)又はnによって指定され、ここで、「n」は、少なくともさらなる一つ(n≧1、1又はaに加えて)を意味し、したがって、「n」は1より大きな数、例えば、2、3、4、5等、又はa以降のラテンアルファベットの文字、例えば、b、c、d、e等を表す場合がある。例えば、nは、1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10、好ましくは1、2、3、又は4、より好ましくは1又は2であってよく、このことは、例えば、2、3、4、5、6、7、8、9、10又は11、好ましくは2、3、4、又は5、より好ましくは2又は3のある特定のタイプの特徴(例えば、プロモータ、代替第一エクソン、5’スプライス部位、転写調節状態、及び/又は転写後調節状態など)が存在及び/又は関与し得ることを意味する。
通常、数字は文字の前で使用され、例えば、個々のプロモータは、P、P、P等、又はPであり得る。しかしながら、一つの特徴(又はその略語)がすでに一つの数字を含む場合(例えば、代替第一エクソン(E1)、同じタイプの個々の特徴を指定するために複数の文字が使用される(例えば、E1、E1、E1等、又はE1)。さらに、同じタイプの特徴(例えば、転写因子(TF))がまず個々の群(例えば、TF、TF、TF等)に分類される場合、個々の群の個々のエレメントは数字によって指定される(例えば、TFの第一群(TF)の個々のTFはTF1a、TF1b、TF1c等であり得る)。
実例として、E1及び/又はTF1a(又はTF1n)は、Pの各々の特徴であり得;E1及び/又はTFna(又はTFnn)は、Pの各々の特徴であり得る。
上述のように、ある特定のタイプの特徴は、複数の個々の特徴(エレメント)を含み得る。さらに上述したように、ある特定のタイプの特徴は、(i)本発明のDNA構築物中に含まれ得るDNA配列エレメント又は(ii)本発明のDNA構築物を含む真核細胞において得られる出力RNAの量を制御し得る細胞状態に関連し得る。
例えば、本発明のDNA構築物中に含まれる可能性がある異なるタイプのDNA配列エレメントであって、そのいずれも複数のエレメントを含み得るものは:プロモータ(P)、スペーサ、ユニーク配列(US)、代替第一エクソン(E1)、代替5’スプライス部位(5’ss)、及び/又はさらなるイントロン配列であり得る。特に、本明細書において、すなわち、(代替)プロモータ、(代替)第一エクソン、及び(代替)5’スプライス部位などの表現の関連では、表現の意味を変えることなく、「代替」という語を省略できる。
さらに、真核細胞において得られる出力RNAの量を制御し得る異なるタイプの細胞状態であって、そのいずれもが複数のエレメントを含み得るものは、例えば:転写調節状態(TS)、転写後調節状態(TS)、転写因子(TF)、アンチセンスRNA、並びに/又は異常及び/若しくは悪性細胞型及び/若しくは状態(AC)であり得る。
さらに、本発明のDNA構築物によって産生及び/又は得られる出力RNAは、本明細書中でさらに記載するように、また添付の実施例で例示するように、複数タイプの出力RNAを含み得る。したがって、出力RNAはまた、各々の特徴とみなすこともでき、例えば、各々のプロモータ及び/又は各々の転写後調節状態と関連付けることができる。しかしながら、本明細書中でさらに記載するように、出力RNAの量(例えば、出力RNAの有効量)は、特に、本明細書中でさらに記載するように、細胞において得られるすべてのタイプの出力RNAの合計(すなわち、累積)量を指す。
例えば、ある特定のプロモータ(P)からの転写の開始は、各々の転写調節状態(TS)によって可能となる。したがって、第一プロモータ(P)からの転写開始は、TSによって可能となり、さらなるプロモータ(P)、例えばPからの転写開始は、各々のさらなる転写調節状態(TS)、例えばTSによって可能となる。
したがって、Pは、各々の出力RNA(RNA)を産生する可能性があり、さらなるプロモータ(P、例えば、P)は、さらなる各々の出力RNA(RNA、例えば、RNA)を産生する可能性がある。それにもかかわらず、本発明の文脈では、少なくともRNA及び/若しくはもう一つ別のRNA、例えばRNAの有効量が細胞中に存在する場合、並びに/又は細胞中の全てのタイプの出力RNAの合計(すなわち、累積)量が有効量に対応する場合に有効量の出力RNAが得られると通常考えられ、特に、この場合、本明細書中に記載するように、RNA及びRNAのいずれか、例えば、RNAは、共通の出力配列(又は共通の第二エクソン)を含む。
各々の特徴のこの原則は、本明細書の任意の各々の特徴に適用できる。
例えば、ある特定のプロモータ、例えばPは、TFの各々の群、例えばTFからの少なくとも一つのTF又はある特定の数のTF、例えばTF1a及び/TF1bの少なくとも一つの結合部位を含み得る。別の例として、ある特定のプロモータ、例えばPは、各々の代替第一エクソン(例えば、E1)及び各々の5‘スプライス部位(例えば、5’ss)の上流の次のプロモータであってよく、前記プロモータは、各々の転写調節状態(例えば、TS)が存在する場合に各々の第一の代替第一エクソンに対応する配列を含む各々の出力配列を産生し、本明細書中に記載するように、前記出力RNAは、各々の転写後調節状態(例えば、PTS)によって制御することができる。
プロモータは、本明細書中で使用する場合、プロモータの下流及び/又はプロモータと重なるDNAから、すなわち転写開始部位(TSS)からRNAの転写を開始するタンパク質が結合できるDNAの配列であり、転写開始部位(TSS)は、転写されたRNAの第一ヌクレオチドに対応する。本明細書中で使用する場合、プロモータによって産生されるRNA(例えば、ある特定のタイプの出力RNA)とは、特に、前記プロモータの活性により転写されるRNAを指す。
特に、TSSは、プロモータの下流、好ましくはプロモータの近くに位置し、又はより好ましくは、本発明の文脈では、TSSはプロモータ内に含まれ、特に前記TSSはプロモータの3’末端付近若しくは3’末端にある。したがって、場合によっては、プロモータの配列の一部はTSSの3’(下流)にあり得るが、いずれの場合も、RNAポリメラーゼが結合して転写を開始できるプロモータ領域(すなわち、RNAポリメラーゼ結合部位)はTSSの5’(上流)である。プロモータのRNAポリメラーゼ結合部位の上流にある任意のTSSは、本発明の文脈では、当該プロモータに属する、及び/又は当該プロモータに含まれるTSSとはみなされない。TSSがプロモータの下流(すなわち、プロモータ付近)にあるか否か、又はTSSがプロモータに含まれる(すなわち、3’末端付近若しくはプロモータの3’末端にある)か否かは、技術的な違いを生じさせず、特に定義の問題である。本発明の文脈では、プロモータは転写を開始させるのに適していなければならず、転写はTSSで開始されるので、プロモータは、好ましくは、本明細書中で記載されるように、TSSを含むように定義される。しかしながら、本発明のDNA構築物が各プロモータの下流の各々のTSS、例えば、Pの下流(ただし、Pなどの全Pの上流)のTSS、及びPの下流のTSSなどを含み得ることを明記することも好適であろう。
しかし、本発明の文脈では、また直前に記載したように、プロモータは、好ましくはTSSを含み、特に、前記TSSは、プロモータの3’末端付近又は3’末端にある。プロモータのサイズは、特に限定されないが、約15~2000bpであってよい。本発明の異なるプロモータに属する、及び/又は異なるプロモータに含まれる転写開始部位(TSS)は、構造的に同一であっても、類似していても、又は異なっていてもよい。特に、TSSは、前記TSSが属する、及び/又は前記TSSが含まれるプロモータによって産生される出力RNAの各々のタイプの第一(すなわち、最も5’の)ヌクレオチドに対応し、前記第一ヌクレオチドは、前記出力RNAタイプの5’未翻訳領域の第一ヌクレオチド又は前記出力RNAタイプによってコード化される少なくとも一つの出力タンパク質の開始コドンの第一ヌクレオチドであり得る。
少なくとも、各プロモータがそれ自体の転写開始部位(TSS)を含み、及び/又は原則として、転写を開始して出力RNAを産生するのに適しているため、すなわち、本明細書中に記載するように、タンパク質の結合を可能にし得るため、本発明のDNA構築物に含まれるプロモータは、代替プロモータとみなすことができる。好ましくは、前記プロモータの少なくとも一つ、好ましくは前記プロモータの各々は、RNAポリメラーゼの結合部位を含む。本明細書中で好ましくは、RNAポリメラーゼはRNAポリメラーゼIIである。
しかしながら、各プロモータが転写を開始して出力RNAを産生するのに適している可能性があるという事実は、いかなる状態でもプロモータが構成的に転写を開始又は出力RNAを産生することを意味するものではない。それどころか、プロモータの活性(すなわち、転写の開始)は、本発明の文脈では調節される、すなわち、本明細書中で記載するように、各々の転写調節状態(TS)によって可能となる。
さらに、プロモータは、RNAポリメラーゼ及びRNAポリメラーゼの動員に寄与する転写因子(TF)と呼ばれるタンパク質の確実な初期結合部位を提供する応答エレメント(結合部位)などの特定のDNA配列を含み得る。
プロモータは、DNAの他の調節領域(例えば、エンハンサー又はインシュレータ)と協力してさらに機能して、転写開始及び/又はRNA転写(産生)量を制御できる。前記の他の調節領域は本発明のDNA構築物に含まれていてもよく、又は、特に、(例えば、ウイルスベクター又はトランスポゾンシステムによって)本発明のDNA構築物を組込むことができる細胞のゲノムに含まれていてもよい。
例えば、プロモータはコアプロモータを含んでもよく、前記コアプロモータは、転写開始部位(TSS)、及びその上流にRNAポリメラーゼ、特にRNAポリメラーゼIIの結合部位(例えば、メッセンジャーRNA及び/又はマイクロRNAを産生するため)、及び少なくとも一つの一般的な転写因子結合部位(応答エレメント)、例えば、TATAボックス、及び/又はB認識エレメント、好ましくは、本明細書中に記載するように、コアプロモータの上流に、特定の転写因子の少なくとも一つの結合部位を含む。特に、TATAボックス及び/又はB認識エレメントは、TSSの約2~約50bp内にあり得る。
特に本明細書では、プロモータの活性は、前記プロモータからの転写の開始を指す。さらに、プロモータが活性であると、すなわち、前記プロモータからの転写が開始されると、出力RNAが前記プロモータによって産生される、すなわち、本明細書中に記載するように、出力RNAが、各々のTSS(例えば、前記プロモータ内)及び少なくとも出力配列を含むTSSのすぐ下流のDNA配列から転写される。したがって、本明細書中に記載するように、ある特定のプロモータは、ユニーク配列と、その下流に異なる出力RNAタイプ(すなわち、本発明のDNA構築物の出力配列又は第二エクソンに対応する配列)間で共有される共通の配列(又は第二エクソン)とを含む、ある特定のタイプの出力RNAを産生し得る。さらに、本明細書中に記載するように、ある特定のプロモータからの転写の開始は、各々の転写調節状態によって可能となる。
本発明の文脈では、転写調節状態は、本発明のDNA構築物を含む、及び/又は本発明のDNA構築物がその中で機能的である真核細胞の特徴であり得る。したがって、ある特定の転写調節状態、例えばTS、又はTS若しくはTSなどのTSのいずれかは、ある特定の細胞型及び/又は細胞状態と関連し得る、並びに/あるいはそれらを反映し得る。したがって、ある特定の転写調節状態を含む細胞は、本発明のDNA構築物に含まれる各々のプロモータからの転写の開始を可能にする。換言すれば、前記プロモータは前記細胞において活性である。
したがって、本発明のDNA構築物に含まれるある特定のプロモータは、ある特定の細胞型及び/又は状態で活性であり得、このことは、出力RNAが前記タイプ及び/又は前記状態の細胞において産生され得ることを意味する。したがって、本発明のDNA構築物に含まれるプロモータの少なくとも一つ又はそれぞれは、細胞型及び/又は細胞状態特異的プロモータであり得る。
細胞型及び/又は状態並びに関連する転写調節状態は、本明細書中及び本発明の文脈で使用される場合、特に限定されない。例えば、ある特定の細胞型及び/又は状態は、なかでも、分化した細胞状態;幹細胞状態;疾患細胞状態;なかでもリンパ球又はB細胞などのある特定の一般的細胞型;なかでも、白血病性細胞などのある特定の一般的異常及び/又は悪性細胞型;なかでも非悪性又は良性リンパ球などのある特定の一般的健常細胞型;なかでも、ある特定の遺伝子変異を有するB細胞又はある特定のバイオマーカー若しくはバイオマーカーの組み合わせを示すB細胞などの特定の分子的特徴を有する細胞型;なかでも、造血幹細胞などの特定の幹細胞型、或いは、なかでも造血性内皮細胞などの発生中の特定の細胞型を指す場合がある。このリストは、単なる例示であり、決して網羅的ではない。実際、ある特定の細胞型及び/又は状態は、実質的にあらゆる組織のある一般的若しくは特定の細胞、及び/又はあらゆるタイプの細胞のあらゆる特定の細胞状態に関連し得る。
好ましくは、ある特定の転写調節状態、すなわち、ある特定の転写調節状態の存在は、細胞、例えば、ある特定の組織タイプの細胞の疾患細胞状態、すなわち、異常及び/又は悪性タイプ及び/又は状態と関連し得る、及び/又はそれらを反映し得る。したがって、本発明のDNA構築物に含まれるある特定のプロモータは、ある特定のタイプの異常及び/又は悪性細胞において活性であり得る。このことは、本明細書中、すなわち、本発明のDNA構築物の発明の医学的及び/又は診断的使用の文脈でさらに説明する。
さらに、転写調節状態は、本明細書中及び本発明の文脈で使用される場合、各々のプロモータからの転写の開始に寄与できる、及び/又は好ましくは調節できる任意のメカニズム及び/又は因子を含み得る。個々のメカニズム及び/又は因子は、前記転写開始を促進又は阻害し得る。しかし、本明細書では、各々のプロモータの開始が可能になり、特に、有効量の各々の出力RNAが産生される(すなわち、転写される)場合、ある特定の転写調節状態が存在すると考えられる。したがって、ある特定の転写調節状態が存在すると考えられる場合、対応するメカニズム及び/又は因子は、全体的に(全体で、及び/又は組み合わせで)、各々のプロモータからの転写開始を可能にするはずである。そうでない場合、前記のある特定の転写調節状態は、本明細書では通常、存在しないと考えられる。
プロモータからの転写の開始に寄与及び/又はこれを調節するメカニズム及び/又は因子には、本明細書中に記載するような、RNAポリメラーゼ(例えば、RNAポリメラーゼII)、一般的転写因子(例えば、TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF、TFIIE及び/又はTFIIH)、細胞型及び/又は状態特定の転写因子(例えば、各々のTF群からのTFが含まれ;実例には、赤血球系統特異的TF(例えば、とりわけ、GATA1);多能性幹細胞特異的TF(例えば、とりわけ、OCT4)、又は肝臓特異的TF(例えば、とりわけ、HNF4)、エピジェネティック修飾因子(例えば、ヒストンアセチラーゼ、ヒストンデメチラーゼ、SWI/SNF複合体、DNAメチルトランスフェラーゼ等)、細胞中のプロモータ(及びDNA構築物)の位置(例えば、エピソーム、或いは全体的な転写活性若しくは不活性染色体領域、及び/又はある特定のトポロジー的に関連するドメイン中)並びに各々のプロモータ配列及び/又は関連エンハンサー配列でのエピジェネティック修飾(例えば、とりわけ、H3K4、H3K27又はH3K9のモノ-、ジ-若しくはトリメチル化又はアセチル化などのヒストン修飾、及び/或いはDNAメチル化又はDNAヒドロキシメチル化などのDNA修飾)が含まれる。
ある特定の転写調節状態、転写後調節状態並びに/又は細胞型及び/若しくは状態は、細胞の過去のある特定の転写調節状態及び/又は転写後調節状態、例えば、細胞及び/又は前記細胞が由来する細胞の以前の細胞型及び/又は状態に関連し、及び/又はこれを反映する可能性もある。これは、ある特定のメカニズム及び/又は因子、例えば、エピジェネティックメカニズム及び/又はエピジェネティック修飾因子は、多くの細胞分裂にわたって持続する可能性がある記憶(並びに転写及び/又は転写後調節と関連する可能性がある記憶)を細胞に付与できるために可能である。
ある特定の細胞型及び/若しくは状態並びに/又はある特定の転写調節メカニズム及び/若しくは因子の存在(例えば、ある特定の転写因子の存在)は、当該技術分野で公知の任意の手段によって、例えば、バイオマーカー(例えば、DNAバリアント若しくは変異、ある特定の特徴的なタンパク質、RNA、及び/又は機能的特徴、例えば、ある特定の酵素反応などのある特定の生物学的機能の存在の発現)の分析、ゲノミクス及び/又はトランスクリプトミクス(例えば、DNA及び/又はRNAシークエンシング、DNA及び/又はRNAマイクロアッセイ、マルチプレクスインサイツハイブリダイゼーション)、プロテオミクス(例えば、質量分析、フローサイトメトリー及び/又はマスサイトメトリー)、エピゲノミクス(例えば、5’mC DNAシークエンシング及び/又はChIP-seq)生細胞画像化、及び/又は機能的インビトロ及び/又はインビボアッセイによって、当業者が参照目的で容易に決定及び/又は定義することができる。インビボアッセイは必要な場合にのみ、とりわけ、マウス、ラット、魚、ハエ、及び/又はサルなどの好適な動物モデルにおいてのみ実施すべきである。
したがって、当業者であれば、参照転写調節プログラム並びに/又は参照細胞型及び/若しくは状態を定義するのは困難ではない。
さらに、本発明のDNA構築物(或いは本発明のDNA構築物のセンス(コード)及び/若しくはアンチセンス(非コード)鎖に対応するRNA又は一本鎖DNA)は、参照細胞及び/又は関心対象の細胞中に、例えば、本明細書中に記載及び/又は添付の実施例に例示するような当該技術分野で公知の手段によって、例えば、ウイルス導入(例えば、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクター、レンチウイルスベクター及び/又はアデノウイルスベクターによる)、トランスフェクション(例えば、リポフェクション)、エレクトロポレーション、及び/又はトランスポゾン(例えば、piggyBac及び/又はスリーピングビューティー)の使用によって、難なく、一時的又は安定的に導入することができる。
さらに、出力RNA及び/又は出力タンパク質の存在は、例えば、本明細書中に記載及び/又は添付の実施例に例示するような、当該技術分野で公知の手段によって、例えば、RT-PCR、RNAシークエンシング、RNAマイクロアッセイ、インサイツハイブリダイゼーション、ウェスタンブロット、ELISA、免疫蛍光、質量分析等によって容易に決定できる。さらに、蛍光又は発光出力タンパク質の存在は、光学的方法、例えば、フローサイトメトリー及び/又は画像化(例えば、顕微鏡法)によってさらに決定できる。
したがって、ある特定の転写調節状態を含むある特定の参照細胞(例えば、ある特定のタイプ及び/又はある特定の状態の参照細胞)においてある特定のプロモータが活性であるか否かは、通常の手段によって容易に決定できる。
したがって、当業者は、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物のプロモータを、各々の転写調節状態が存在する場合に前記プロモータが活性であるように、ルーチン的な実験によって選択及び/又は修飾できる。
さらに、合理的な設計原理は、プロモータの選択及び/又は修飾に適用できる。例えば、ある特定の転写調節状態が、ある特定の転写因子、たとえば、本明細書中に記載する、ある特定の転写因子群からのTFを含むことが望まれるか又は期待される場合、本発明のDNA構築物の各々のプロモータは、前記TFが結合できる各々の結合部位(応答エレメント)を含み得る。
したがって、ある特定の転写調節状態、すなわち、ある特定の転写調節状態の存在は、転写因子の各々の群からの少なくとも一つの転写因子の存在を含んでもよく、例えば、TSは、TFの第一群(TF)からの少なくとも一つのTF、例えばTF1a及び/又はTFの存在を含み、及び/又はTS、例えばTSは、TFのさらなる群(TF、例えばTF)からの少なくとも一つのTF、例えばTFna及び/又はTFnb、例えばTF2a及び/又はTF2bの存在を含む。
しかしながら、個々の転写因子は、TFの前記群の一つ以上に含まれる可能性がある。
特に、ある特定のTFは、前記TFを発現しない対照細胞よりも多量のTFが存在する場合、及び/又は(例えば、プラスミドからの強制発現により)同様の量のTFを添加することが、産生された各々のRNAの量に影響を及ぼす場合(陽性対照実験)、存在するとみなされる。
特に、第一転写調節状態(TS)は、TFの第一群(TF)からの少なくともある特定の数の、例えば二つのTF、例えば、TF1a及びTF1bの存在を含み得、並びに/又はさらなる転写調節状態のいずれか(TS)は、各々のさらなる転写因子群(TF、例えば、TF)からの少なくともある特定の数の、例えば二つのTF、例えば、TFna及びTFnb、例えば、TF2a及びTF2bの存在を含み得る。
したがって、Pは、TFからの少なくとも一つのTF若しくはある特定の数のTF、例えば、TF1a、若しくはTF1aとTF1bに対する少なくとも一つの結合部位を含み得、及び/又はPのいずれか、例えば、Pは、各々のTFからの少なくとも一つのTF若しくはある特定の数のTF、例えば、TF、例えば、TFna、若しくはTFnaとTFnb、例えば、TF2a、若しくはTF2aとaTF2bに対する少なくとも一つの結合部位を含み得る。
したがって、添付の実施例に示されるように、本発明のDNA構築物のプロモータは、複数、例えば、2、3、又は4のTFが存在する場合、例えば、前記プロモータが前記TFのそれぞれに対して少なくとも一つの結合部位を含む場合、転写が前記プロモータから開始されるように設計することができる。換言すれば、プロモータは複数のTFによって相乗的に活性化される可能性がある。
しかしながら、この原則はTFに限定されず、本明細書中に記載するように、任意の二つ以上のメカニズム及び/又は因子は、相乗的に作用して、DNA構築物のある特定のプロモータを活性化する可能性がある。
したがって、(例えば、同じ各々の転写調節状態の二つ以上のメカニズム及び/又は因子、例えば、同じ各々のTF群からの二つ以上のTFを含むものによる)本発明のDNA構築物のプロモータのいずれか一つの活性化は、ANDゲート様論理に従う可能性がある。
しかしながら、本明細書中に記載するように、(例えば、異なる各々の転写調節状態、例えば、異なる各々のTF群を含むものによって活性化される)本発明のDNA構築物の異なる(代替)プロモータによる出力RNAの産生は、むしろORゲート様論理に従う。
したがって、個々のプロモータレベルのANDゲート様論理をDNA構築物レベルのORゲート様論理と組み合わせる場合(すなわち、代替プロモータに基づいて)、論理和標準形様論理演算(ANDのOR)、例えばとりわけ(TF1a AND TF1b)OR(TF2a AND TF2b)を実現できる。
さらに、添付の実施例に示されるように、本発明のDNA構築物は、AND NOTゲート様論理演算がさらに可能になるように設計することができる。特に本明細書では、NOT論理は、転写後レベルで、すなわち産生されたmRNAのレベルで、例えば、本明細書中に記載するアンチセンスRNAによって実装される。特に本明細書で、AND NOT論理とは、本明細書中に記載するように、各々の転写後調節状態によって阻害及び/又は分解されないある特定のタイプの出力RNAの産生を指す。
さらに、NOTゲート様論理は、任意の産生された出力RNAが同じ転写後調節状態によって制御されるように、すなわち、前記転写後調節状態(例えば、一つ以上のアンチセンスRNAを含むもの)が、本明細書中に記載するように、本発明のDNA構築物の共通の出力配列(例えば、3’UTR)に含まれる配列に対応する出力RNA中の配列を標的とする場合に、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物において実装され得る。
いくつかの実施形態では、本発明のDNA構築物は、少なくとも一つ、好ましくはそれぞれの、プロモータ対(例えば、PとP、及び/又はPとP)の間に、各々のスペーサ配列(スペーサ)を含む。特に、前記スペーサは、好ましくは、添付の実施例に例示するように、転写を相乗的に開始しないように、又は下流プロモータが活性な上流プロモータによって阻害されないように、プロモータ間の相互作用を破壊又は抑止することができる。したがって、スペーサは、本発明のDNA構築物のORゲート様論理をさらに改善し得る。
さらに、各スペーサは、各々のユニーク配列(US)を含んでもよく、例えばPとPとの間のスペーサ(第一スペーサ)は第一ユニーク配列(US)を含んでもよく、PとPとの間のスペーサ(第二スペーサ)はUSを含んでもよい、などである。
そのようなDNA構築物は、例えば、Pによって産生される出力RNAのみが、USに対応する配列を含む(例えば、5’UTRにおいて)、異なるタイプの出力RNAを産生することができる。したがって、異なるタイプの出力RNAは、異なる各々の転写後調節状態(PTS)に供することができる。換言すれば、スペーサ中のユニーク配列は、特定のNOTゲート様論理演算を可能にし得る。
例えば、転写がPから開始されると、例えばUSとUSなどの、USを含むすべてのユニーク配列に対応する配列を含む出力RNAが産生される。しかしながら、Pから転写が開始されると、例えばUSなどの、USを除くすべてのユニーク配列に対応する配列を含む出力RNAが産生される。したがって、この例では、Pによって産生される出力RNAのみが、USを標的とする各々の転写後調節状態(例えば、PTS)に供される一方で、P又はPによって産生される出力RNAは、USを標的とする各々のPTS(例えば、PTS)に供される。本明細書中に記載するように、転写後調節状態は、好ましくは、各々の(標的)出力RNAの分解をもたらす、及び/又は各々の(標的)出力RNAによってコード化されるタンパク質の翻訳を阻害する。
したがって、5’→3’方向で、P、US、P、US、及び出力配列を含むDNA構築物は、以下の条件下で有効量の出力RNAを産生し得る:(i)TSが存在し、PTSが存在せず、PTSが存在しない;又は(ii)TSが存在し、PTSが存在しない。
したがって、そのようなDNA構築物は、少なくともいくつかの複雑な論理演算が可能である。
しかしながら、そのようなDNA構築物の柔軟性はさらに改善できる。特に、ある特定のプロモータ(例えば、P)によって産生される各々の出力RNAが、他のプロモータ及び/又は前記プロモータの下流にあるユニーク配列(例えば、P及び/又はUS)を含まないことが望ましい場合がある。
したがって、本発明のDNA構築物は、前記第一プロモータ(P)と前記さらなるプロモータの最後のプロモータ(P)との間に、5’→3’方向で、第一代替第一エクソン(E1)および第一代替5’スプライス部位(5’ss)、並びに前記最後のプロモータと前記出力配列との間に、分岐点(BP)及び3’スプライス部位(3’ss)をさらに含んでもよく、前記出力配列は、第二エクソン(E2)であるか又は第二エクソン(E2)を含む。
前記DNA構築物は、少なくとも一つの5’ss、BP及び3’ssを含み、したがってRNAスプライシングに供される出力RNA(すなわち、pre-mRNAなどのpre-RNA)を産生できるので、前記DNA構築物は、したがってさらに、より具体的には本明細書中で「スプライシングDNA構築物」と呼ばれる。したがって、本明細書中で提供される本発明のスプライシングDNA構築物は、特に、本発明のDNA構築物の好ましい実施形態を指す。
「スプライス部位」及び「スプライスシグナル」という用語は、本明細書では交換可能に使用される。さらに、「分岐点」及び「分岐部位」という用語は、本明細書では交換可能に使用される。
特に、前記5’ss、BP及び3’ssは、Pによって産生される各々の出力RNAに含まれる5’ssと3’ssとの間の配列(Pに対応する配列を含む)の除去を可能にする。したがって、その例では、Pによって産生される出力RNAは、5’→3’方向で、E1及びE2に対応する配列を含み(ただし、Pも、USなどのPと3’ssとの間の配列も含まない)、その一方で、Pによって産生される出力RNAは、E1を含まない共通の出力配列(E2)に対応する配列を含む。
一般に、本発明のDNA構築物(スプライシングDNA構築物及び非スプライシングDNA構築物を含む)は、本明細書中に記載するような、ある特定の条件下で、すなわち、(i)DNA構築物に含まれるプロモータの少なくとも一つからの転写の開始が可能となる場合、及び(ii)各々の産生された出力RNAが分解されない、及び/又は各々の産生された出力RNAによってコード化される出力タンパク質の翻訳が阻害されない場合、真核細胞において有効量の出力RNAを産生する。
「出力RNA」という用語は、本明細書中及び本発明の文脈で使用される場合、本発明のDNA構築物に含まれるプロモータのいずれかによって産生できる出力RNAを指す。特に、「出力RNA」は、本明細書中に記載するように、(「第二エクソン」(E2)であり得るか又は「第二エクソン」(E2)を含み得る)出力配列に対応する配列を含むすべてのRNA分子(すなわち、異なるタイプの出力RNA)を包含する。したがって、細胞において得られる出力RNAの量は、特に、また本明細書中に記載するように、少なくとも、細胞において得られるすべての有用な出力RNAタイプのうち、すなわち、出力RNAが産生されるプロモータに関係なく、あらゆるタイプの出力RNAの合計(すなわち、累積)量を指す。さらに、出力RNAは、(スプライシングされていないか、又は完全にはスプライシングされていない)転写されたpre-RNA、各々のスプライシングされたRNA、少なくとも、本明細書中に記載するような、有用なpre-RNA及び/又はスプライシングされたRNA、例えばpre-RNA及び/又は出力タンパク質をコード化する(すなわち、インフレーム)スプライシングされたRNAを含み得る。
本発明の文脈では、例えば、各々の第一代替第一エクソン(例えば、E1)に対応する配列を含むある特定の出力RNAが、どのように産生されるか(すなわち、各々のプロモータ;例えばPによって)及び/又は制御されるか(すなわち、各々の転写後調節状態、例えばPTSによって)が明記され得る。しかしながら、「有効量の出力RNA」(すなわち、DNA構築物の出力)は、本明細書中に記載するように、たとえ対応するCDSが出力配列中に完全に含まれていても(又は第二エクソン単独)又は代替第一エクソン中に部分的に、また第二エクソン及び/又はそれ自体が機能的である出力RNA中に部分的に(例えば、細胞挙動及び/又は状態を制御し得るアンチセンスRNAとして)含まれていても、特に、有用な細胞中に存在するあらゆるタイプの出力RNA、例えば、出力タンパク質をコード化する(すなわち、インフレーム)配列(コード配列(CDS))を含む出力RNAを包含する。
本明細書中及び本明細書の文脈で好ましくは、出力RNAはメッセンジャーRNA(mRNA)であり、pre-RNAはpre-mRNAである。いくつかの実施形態では、出力RNAは、非コードRNA、例えば長鎖非コードRNA又はマイクロRNA含有RNAである。
特に本明細書中及び本発明の文脈では、(本発明のDNA構築物を含む)細胞中の有効量の出力RNAの収量は、有効量の出力RNAが得られない条件(例えば、対照細胞及び/又は対照条件)で、例えば、前記DNA構築物に含まれるプロモータからのいずれかからの転写を開始する各々の転写調節状態が存在しない場合、同じDNA構築物を含む細胞中に存在する出力RNAの量と比較して、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い出力RNA量が前記細胞中に存在することに対応し得る。
さらに、出力RNAの有効量は、少なくとも一つの出力タンパク質、すなわち、前記出力RNAによってコード化される少なくとも一つのレポータタンパク質及び/又はエフェクタータンパク質の有効量に対応し得る(及び/又は言い換えられる)。
したがって、(本発明のDNA構築物を含む)細胞中の有効量の(少なくとも一つの出力タンパク質をコード化する)出力RNA及び/又は出力タンパク質の収量は、有効量の前記出力RNAが得られない条件(例えば、対照細胞及び/又は対照条件)、例えば前記DNA構築物に含まれるプロモータのいずれかからの転写を開始する各々の転写調節状態が存在しない場合、同じDNA構築物を含む細胞中に存在する前記出力タンパク質の量と比較して、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力タンパク質が前記細胞中に存在することにさらに対応し得る。
対照細胞及び/又は条件は、本明細書中に記載するように、本発明のDNA構築物が有効量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を産生しないことが知られている参照細胞及び/又は条件を指す場合がある。
本発明のDNA構築物が少なくとも一つの出力タンパク質をコード化する出力RNAを(ある特定の条件下で)産生できる場合、本発明の前記DNA構築物を含む)細胞中の有効量の出力RNAの収量は、例えば前記DNA構築物に含まれるプロモータのいずれかからの転写を開始する各々の転写調節状態が存在しない場合、同じDNA構築物を含む細胞中に存在する前記出力タンパク質の量と比較して、好ましくは、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の、前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質が前記細胞中に存在することに対応し得る。
さらに、例えば、添付の実施例に示すように、また本明細書中でさらに記載するように、例えば各々の論理式にしたがって、有効量の出力RNAが産生される条件と、有効量の出力RNAが産生されない条件とで、本発明のDNA構築物をどれだけうまく区別できるかを判定するためにも同様の概念を適用できる。例えば、本発明のDNA構築物は、(例えば、各々の論理式にしたがって)有効量の出力RNAが産生されない条件の少なくとも一つ、好ましくはそれぞれと比較して、有効量の出力RNAが産生される条件の少なくとも一つ、好ましくはそれぞれで、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を産生し得る。
さらに、本発明のDNA構築物は、出力配列(又は第二エクソン)の下流、又は出力配列(又は第二エクソン)の3’末端付近若しくは3’末端に転写終結配列を含み得る。特に、前記転写終結配列はポリアデニル化シグナルを含む。転写終結配列は当該技術分野で周知であり、添付の実施例に示す。例えば、転写終結配列はウサギβグロビンポリアデニル化シグナルを含み得る。
したがって、本発明のDNA構築物によって産生及び/又は得られる出力RNA(異なるタイプの出力RNAを含む)は、3’末端にポリA尾部を含み得る。
本明細書中で使用する場合、本発明のDNA構築物に含まれる配列(すなわち、DNA配列)に対応する出力RNAに含まれる配列(すなわち、RNA配列)は、通常、対応するDNA配列中の任意のチミン(T)が前記RNA配列中ではウラシル(U)であることを除いて、前記DNA配列(すなわち、そのコード鎖)と同じ配列である。反対の場合、例えば、出力RNA中の配列に対応するDNA構築物中のDNA配列についても同様である。さらに、当業者は、文脈から、ある特定の配列が、DNA又はRNAに含まれるか否か、したがって、任意のTをUで置換する必要があるか否か、又はその逆を直ちに理解する。
DNA及びRNA配列は、本発明の文脈では、5’→3’方向で解読すべきである。さらに、例えば、DNA構築物又は出力RNAの別の配列の5’である配列は、本明細書中の前記の他の配列の「上流」と指定される場合もある。さらに、例えば、DNA構築物又は出力RNAの別の配列の3’である配列は、本明細書中の前記他の配列の「下流」と指定される場合もある。
本明細書中では「非スプライシングDNA構築物」とも呼ばれる、本明細書中に記載するような少なくとも一つの5’ss、BP及び3’ssを含まない本発明のDNA構築物は、典型的なエクソン/イントロン構造を有さない。したがって、非スプライシングDNA構築物における二つのプロモータ間の配列は、「スペーサ」と呼ばれ、スペーサは、本明細書中に記載するようにユニーク配列(US)を含み得、非スプライシングDNA構築物(共通配列)に含まれる任意のプロモータによって産生される任意の出力RNAに含まれる配列は、本明細書では「出力配列」と呼ばれる。
本明細書中に記載するような、本発明のスプライシングDNA構築物では、二つのプロモータ間の配列は、本明細書中に記載するような、ユニーク配列(US)を含み得、及び/又はプロモータ間の相互作用を破壊若しくは抑止し得る「スペーサ」とみなすこともできるが、通常、本明細書中、例えば以下の、スプライシングDNA構築物の文脈では、より正確な用語が使用される。スプライシングDNA構築物のスペーサは、特に、5’→3’方向で、代替第一エクソン(E1)、各々の代替5’ss、及び任意選択的に各々のさらなるイントロン配列を含み、代替第一エクソン(E1)はユニーク配列(US)を含み得る。スプライシングDNA構築物中の「出力配列」は3’ssの下流であるので、特に、スプライシングDNA構築物に含まれる任意のプロモータによって産生される任意の出力RNAに含まれる共通の第二エクソンを指すか、又は含む。
本明細書中及び本発明の文脈で使用する場合、第二エクソンは、当該技術分野で通常理解されるような通常のエクソン(すなわち、内部イントロン配列がない)であり得るか、又は中間(すなわち、末端ではない)に一つ以上のイントロン配列を含み得、したがって、「スプリットエクソン」であり得、これはエクソンの集まりとみなすこともできる。さらに、本明細書中及び本発明の文脈で使用される出力配列は、(本明細書中で提供される本発明のスプライシングDNA構築物の文脈で)当該技術分野で通常理解されるような通常の第二エクソン、スプリット第二エクソン(その中にイントロン配列を含む)、又はスプリット第二エクソンのエクソン部分を指し得るか、又は含み得る。本明細書中及び本発明の文脈で好ましくは、第二エクソンは通常のエクソンであり、出力配列は通常の第二エクソンであるか又は通常の第二エクソンを含む。
同様に、本明細書中及び本発明の文脈で使用する場合、代替第一エクソンは、当該技術分野で通常理解されるような通常のエクソン(すなわち、内部イントロン配列がない)であり得るか、又は中間(すなわち、末端ではない)に一つ以上のイントロン配列を含み得、したがって、「スプリットエクソン」であり得、これはエクソンの集まりとみなすこともできる。本明細書中及び本発明の文脈で好ましくは、代替第一エクソンは通常のエクソンである。
さらに、本発明のスプライシングDNA構築物は、DNA構築物が本明細書中で記載するように機能的である限り、さらなるエクソン、イントロン、分岐点及び/又はスプライス部位をさらに含み得る。したがって、代替第一エクソンは、本明細書中で使用する場合、好ましくは5’→3’方向で「第一エクソン」であるが、必ずしもそうである必要はない。例えば、代替第一エクソンは、少なくとも一つのさらなる別のエクソンが先行する場合があり、したがって、中間エクソンであり得る。さらに、第二エクソンは、本明細書中で使用する場合、5’→3’方向で「第二」エクソンである必要はなく、例えば、最後のエクソンであってよい。したがって、「第一エクソン」及び「第二エクソン」という用語は、本明細書中及び本発明の文脈では、厳密及び/又は狭義に理解されるべきではない。しかしながら、本明細書中及び本発明の文脈では、第二エクソンは、特に、全ての代替第一エクソンの下流である。
さらに、本発明のスプライシングDNA構築物は、前記最後のプロモータと前記分岐点(BP)との間に5’→3’方向で、n個の各々のさらなる代替第一エクソン(E1)の最後の代替第一エクソン及びn個の各々のさらなる5’スプライス部位(5’ss)の最後の代替5’スプライス部位をさらに含み得る。
さらに、前記発明のスプライシングDNA構築物は、前記第一代替5’スプライス部位(5’ss)と前記最後のプロモータとの間に5’→3’方向で、少なくとも一つのさらなるエレメント群をさらに含み得、前記エレメント群の各々は、5’→3’方向で:
前記n個のさらなるプロモータ(P)のさらなる一つ、
前記n個の各々のさらなる代替第一エクソン(E1)のさらなる一つ、及び
前記n個の各々の代替5’スプライス部位(5’ss)のさらなる一つ
を含む。
本明細書中で好ましくは、本発明のスプライシングDNA構築物中の最後の代替5’スプライス部位は、前記DNA構築物に含まれる別の5’スプライス部位よりも弱く、より好ましくは、前記最後の代替5’スプライス部位は、前記DNA構築物に含まれるすべての5’スプライス部位の中で最も弱いものである。
当業者は、スプライス部位、例えば5’スプライスの強度、並びに5’スプライス部位強度を調節する効果を、例えば、添付の実施例(例えば、表5を参照)で示すように、得られる異なるタイプの出力RNA及び/又は対応するタンパク質の量に関して、容易に決定できる。
さらに、スプライシングエンハンサー配列は、本発明のDNA構築物の少なくとも一つの5’ssと3’ssとの間(すなわち、イントロン)に挿入することができ、好ましくは少なくとも一つのさらなるイントロン配列に挿入することができる。好ましくは、スプライシングエンハンサー配列は、最後のイントロンとは別のイントロンに挿入できる。例えば、スプライシングエンハンサー配列は、最も5’のイントロンに挿入することができる。好適なスプライシングエンハンサー配列は、当該技術分野で周知であり、添付の実施例に示されている。さらに、ある特定のスプライシングエンハンサー及び/又はある特定のスプライシングエンハンサーの機能性は、本明細書中に記載するように、ある特定の転写調節状態、ある特定の転写後調節状態、並びに/又はある特定の細胞型及び/若しくは状態と関連してもよいし、関連しなくてもよい。
さらに、任意の5’ssと3’ssとの間(すなわち、イントロン)の長さは、例えば、中間プロモータ及び/又は、好ましくは、さらなるイントロン配列のサイズを変更することによって、調整できる。これは、出力RNAのスプライシング、及び/又は本発明のDNA構築物の性能をさらに改善できる。特に、DNA配列エレメント、とりわけさらなるイントロン配列などの長さを変更するためのガイドラインは、本明細書中、例えば、添付の実施例で開示されている。
さらに、終止コドンは、本発明のスプライシングDNA構築物の任意の(又はそれぞれの)5’ssと次の下流プロモータとの間、例えば、5’ssとPとの間、及び/又は5’ssとPとの間に挿入できる。特に、終止コドンは、添付の実施例に示すように、ミススプライシングされたRNAからの望ましくないタンパク質の翻訳を防止できる。
特に本明細書では、すなわち、本発明のスプライシングDNA構築物の文脈で、分岐点(BP)及び3’スプライス部位(3’ss)は、本明細書中で提供される本発明のスプライシングDNA構築物に含まれるプロモータのいずれかによって産生される、出力RNA、すなわち、pre-RNAに含まれる少なくとも一つの5’スプライス部位(例えば、5’ss)と3’スプライス部位との間の配列の除去を可能にする。好ましくは、前記BP及び3’ssは、少なくとも、出力RNAにおいて最も5’(「上流」)である5’ssと前記3’ssの間の配列の除去を可能にする、及び/又は前記BP及び3’ssは、出力RNAにおける各5’ssと3’ssとの間の配列の除去を可能にする。換言すれば、本発明の文脈で使用されるBP及び3’ssは、RNAスプライシングに関与できるはずである。
特に本明細書では、すなわち、本発明のスプライシングDNA構築物の文脈では、第一代替5’スプライス部位(5’ss)は、本明細書中で提供される本発明のスプライシングDNA構築物に含まれるPによって産生される出力RNA、すなわち、pre-RNAに含まれる前記5’ssと3’ssとの間(すなわち、イントロン)の配列の除去を可能にし、特に、さらなる代替5’スプライス部位(存在する場合)のそれぞれ(例えば、5’ss)は、前記さらなる5’スプライス部位の5’(「上流」)であるプロモータ(例えば、P又はP)、すなわち、前記5’スプライス部位の5’(「上流」)に最も近いプロモータ(例えば、P)によって産生される、出力RNA、すなわちpre-RNAに含まれる各々のさらなる5’スプライス部位(例えば、5’ss)と3’ssとの間(すなわち、イントロン)の配列の除去を可能にする。換言すれば、本発明の文脈で使用される5’ssは、RNAスプライシングに関与できるはずである。
5’スプライス及び3’スプライス部位が、通常、前記5’ssと前記3’ssとの間(すなわち、イントロン)をスプライシングすることによって除去される配列を特定することは当該技術分野では周知であり、ここで、5’ss及び3’ssはイントロンの境界を形成する。特に、5’ssと3’ssとの間の除去される配列は、5’末端に5’ssの一部(5’ssのイントロン部分)と3’ssに3’ssの一部(3’ssのイントロン部分)とを含み得る。したがって、本発明文脈において5’ssと3’ssとの間の除去される配列は、5’ssの一部と3’ssの一部とを含む。
さらに、本発明のスプライシングDNA構築物は、分岐点と3’ssとの間にポリピリミジントラクトを含み得る。
したがって、すなわち、本発明のスプライシングDNA構築物の文脈で、出力RNAは、特に、第二エクソン(E2)に対応する配列の5’に、
(i)前記出力RNAがPによって産生される場合、第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列、及び/又は
(ii)前記出力RNAが、各々のさらなる代替第一エクソンの5’であるプロモータ(例えば、P又はP)、すなわち、前記さらなる代替第一エクソンの5’に最も近いプロモータ(例えば、P)によって産生される場合、前記さらなる代替第一エクソンのうちの一つ、例えばE1に対応する配列
をさらに含み得る。
好ましくは、すなわち、本発明のスプライシングDNA構築物の文脈で、出力RNAは
(i)前記出力RNAがPによって産生される場合、5’ssと3’ssとの間の配列に対応する配列、及び/又は
(ii)前記出力RNAが、前記さらなる5’スプライス部位の5’であるプロモータ(例えば、P又はP)、すなわち、前記5’スプライス部位の5’に最も近いプロモータ(例えば、P)によって産生される場合、さらなる5’スプライス部位(例えば、5’ss)と前記3’ssとの間の配列に対応する配列
を(少なくとも大量及び/又は望ましくない程度では)含まない。
本明細書中で提供される本発明のスプライシングDNA構築物は、添付の実施例に示されるように、異なるタイプの出力RNAが前記DNA構築物に含まれる異なる代替プロモータによって産生でき、ある特定のタイプの出力RNAは、ある特定のタイプの出力タンパク質の産生を可能にし得るというさらなる利点を有する。
本発明の非スプライシングDNA構築物において、開始コドンを含む出力タンパク質(CDS)をコード化する配列全体は、中間プロモータ(又は他の望ましくない中間配列)が共翻訳され、潜在的に望ましくない融合タンパク質が出力タンパク質として得られることを回避するために、最後のプロモータの下流でなければならない。したがって、どのプロモータから、前記出力タンパク質をコード化する出力RNAが産生されるにしても、同じ出力タンパク質は、通常、非スプライシングDNA構築物で得られる。
所望により、そのような方法で、本明細書中で提供される本発明のスプライシングDNA構築物を用いて同じ出力タンパク質を得ることもできるが、本発明のスプライシングDNA構築物は、より柔軟であり、異なる有用なタイプの出力タンパク質の産生をさらに可能にする。
特に、本発明のスプライシングDNA構築物は、各代替第一エクソン中に開始コドンを含み得、終止コドンは共通の第二エクソンに含まれる。ある特定の出力RNA(すなわち、上流プロモータによって産生されるpre-RNA)中の5’ss(すなわち、最も上流の5’ss)と3’ssとの間の配列がスプライシングによって除去される場合、代替第一エクソン中の開始コドン及び第二エクソン中の終止コドンは、ある特定の出力タンパク質に翻訳されるオープンリーディングフレーム(ORF)を形成し得る。得られる出力RNAは、異なるタイプの出力RNAを包含し、各タイプは、どのプロモータによって産生されたかに応じて、ある特定の代替第一エクソンを含むので、異なるORFを生成させることができ、したがって、異なる出力タンパク質を得ることができる。これは、どのプロモータが細胞中で活性であったか(したがって、どの転写調節状態が存在していたか)を理解するため、及び/又はどのプロモータが活性であったかに応じて、修飾された出力タンパク質(異なる機能性を有し得るもの)を生成させるために、特に有用である。
したがって、本発明の文脈では、出力RNAは、少なくとも一つの出力タンパク質をコード化する少なくとも一つの配列を含み得、前記少なくとも一つの出力タンパク質のコード配列(CDS)は、出力配列に部分的又は完全に含まれる(すなわち、第二エクソン中のスプライシングDNA構築物の文脈で)。前記少なくとも一つの出力タンパク質は、レポータタンパク質、例えば、蛍光タンパク質又は発光性若しくは発色性酵素、及び/或いはエフェクタータンパク質、例えば毒性タンパク質、酵素、サイトカイン、免疫調節物質、膜タンパク質及び/又は膜結合レセプターを含み得る。
さらに、少なくとも一つのコード配列を含む本発明のDNA構築物は、少なくとも一つ又は各コード配列の上流に(すなわち、直接隣接して)コザック配列をさらに含み得る。好適なコザック配列は、当該技術分野で周知であり、添付の実施例に示されている。
したがって、特に、本発明の非スプライシングDNA構築物の文脈では、CDSのそれぞれは、出力配列に完全に含まれる。
したがって、特に、すなわち本発明のスプライシングDNA構築物の文脈で、第二エクソンに部分的に含まれるCDSは、少なくとも一つのオープンリーディングフレーム(ORF)の一部に対応するか又は少なくとも一つのオープンリーディングフレーム(ORF)の一部であり、ORFの開始コドンは、DNA構築物に含まれる代替第一エクソンの少なくとも一つ、好ましくはそれぞれに含まれ、前記ORFの共通の終止コドンは、第二エクソンに含まれる。この結果、様々な有用な出力融合タンパク質を得ることができる(どのプロモータが活性であったかに応じて)。特に、前記融合タンパク質のそれぞれは、共通の第二エクソンによってコード化される、基本的出力タンパク質、例えば、本明細書中に記載するレポータタンパク質及び/又はエフェクタータンパク質を含み得、前記基本的出力タンパク質は、ある特定のペプチド(例えば、タグ)にN末端で融合し、異なるペプチド/タグは異なる代替第一エクソンによってコード化される。例えば、代替第一エクソンは、それが融合したタンパク質の局在化を制御するペプチドをコード化する配列(局在化タグ、例えば核局在化配列)、及び/又はそれが融合したタンパク質の安定性を制御するペプチドをコード化する配列(安定性タグ、例えば、PEST配列、又は誘導性デグロン)を含み得る。さらに、代替第一エクソンは、それが融合するタンパク質の機能、安定性及び/又は機能に影響を及ぼすことが知られている任意の他のタグ又は部位をコード化する配列、例えば、プロテアーゼ切断部位をコード化する配列を含み得る。
添付の実施例に示されるように、共通の第二エクソンが、出力タンパク質のC末端部分をコード化するCDSを含む可能性もあり、前記C末端部分は前記出力タンパク質の異なるバリアント、例えば蛍光タンパク質に共通であり、代替第一エクソンのそれぞれは、前記出力タンパク質のN末端部分をコード化するCDSの一部のある特定のバリアントを含み、前記N末端部分は、前記バリアントで異なり、好ましくは、前記出力タンパク質バリアントの特徴を規定する。例えば、CFP、Cerulean、Cerulean2、Cerulean3、Turquoise、Turquoise2、BFP、SBFP2、YFP、Citrine、Venus、eGFP、Dendra2等の緑色蛍光タンパク質(GFP)の誘導体(バリアント)は、共通又は類似のC末端部分と可変N末端部分とを含み得る。これらの異なるGFPバリアントは異なる蛍光特性(例えば、SBFP2、Cerulean及びCitrine)を含み得るので、どのプロモータが活性であったかを分析するのに適している。例えば、E1が、SBFP2のN末端部分をコード化するCDSの一部を含み、E1が、CeruleanのN末端部分をコード化するCDSの一部を含み、E1が、CitrineのN末端部分をコード化するCDSの一部を含み、E2が、SBFP2、Cerulean及びCitrineの共通部分をコード化するCDSを含む場合、Pは、SBFP2をコード化する出力RNAを産生することができ、Pは、Ceruleanをコード化する出力RNAを産生することができ、Pは、Citrineをコード化する出力RNAを産生することができる。
明らかに、一つ以上の出力タンパク質のCDSが異なるエクソンに分割される場合、少なくともスプライシングに際して、所望の出力タンパク質が産生されるように、完全CDSはインフレームでなければならない。
本明細書中で提供される本発明のDNA構築物に含まれる共通の出力配列(又は第二エクソン)が、本明細書中に記載するようなある特定のペプチド(例えば、タグ)、例えば、それが融合されるタンパク質の局在化を制御するペプチド(局在化タグ、例えば、核局在化配列)をコード化する配列、及び/又はそれが融合するタンパク質の安定性を制御するペプチド(例えば、誘導性デグロン)をコード化する配列を含む可能性もある。これは、得ることができるすべての出力タンパク質タイプに対してさらなる共通の機能性を付与するのに有用であり得る。
本明細書中で提供される本発明のスプライシングDNA構築物の文脈で、代替第一エクソンは、本明細書中に記載するように、5’未翻訳領域(5’UTR)と、その下流に、コード配列又はコード配列(CDS)の一部とを含み得る。
好ましくは、本明細書中に記載するような、各々の転写後調節状態によって標的とされ得る各々の出力RNAの配列に対応する配列、例えば、ユニーク配列、アンチセンスRNA結合部位、及び/又はRNA結合タンパク質結合部位は、各々の代替第一エクソンの5’UTRに含まれる。
さらに、5’UTRは、ある特定の二次構造を有し得る、及び/又は前記5’UTRを含む出力RNAに対してある特定の二次構造を付与し得る。RNAの二次構造が、RNA及び/又は翻訳効率の安定性に影響を及ぼし得ることは、当該技術分野で知られている。したがって、異なるタイプの出力RNA(各々のプロモータによって産生される)は、出力RNA及び/又は得られる出力RNAによってコード化される出力タンパク質(及び/又はある特定のタイプの出力RNA若しくは対応する出力タンパク質)の量をさらに制御することを可能にする、異なる二次構造を有し得る。
本明細書中で提供される本発明のDNA構築物に含まれる共通の出力配列(又は第二エクソン)が、本明細書中に記載するように、ある特定の転写後調節状態、例えば、アンチセンスRNA結合部位、及び/又はRNA結合タンパク質結合部位によって標的とされ得る、出力RNAの(すなわち、出力RNAの全タイプの)配列に対応する配列を含む可能性もある。これは、どのプロモータが活性であるか、及び/又はどの転写調節状態が細胞中に存在するかに関係なく、全てのタイプの出力RNAが、ある特定の転写後調節状態によって分解及び/又は翻訳阻害されることが望ましい場合に有用であり得る。特に、ある特定の転写後調節状態によって標的とされ得る配列は、共通の出力配列(又は第二エクソン)内のコード配列の下流又はコード配列(CDS)の3’部分にあり得、したがって、3’未翻訳領域(3’UTR)に含まれ得る。
本発明の文脈では、出力RNAが、出力タンパク質をコード化する配列を含むことが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。例えば、出力RNA自体は、当該技術分野で公知の手段によって、例えばとりわけ、RT-PCR、RNAシーケンシング、FISH、インサイツハイブリダイゼーション及び/又はノーザンブロットによって細胞中で検出できる。さらに、出力RNAは非コードであり得、それ自体が、細胞挙動及び/又は状態を制御でき、例えば、長鎖非コードRNA(lncRNA)又はマイクロRNA(miRNA)であり得、アンチセンスRNAとして作用でき、及び/又はある特定の遺伝子の転写を調節でき、ある特定のmRNAの翻訳を調節でき、及び/又はある特定のタンパク質の活性を調節できる。
しかしながら、少なくとも一つの出力タンパク質を採用することは、本明細書中に記載するように、さらなる柔軟性及び選択肢を提供することができ、特に、生細胞用途、例えば、本明細書中に記載するように、標的細胞を選択的に操作及び/若しくは殺滅するため、並びに/又はインビボで標的細胞を検出するためにより適している。
本明細書中に記載するように、各々の代替第一エクソンを含み、すなわち、特に本発明のDNA構築物の各々のプロモータによって産生されるある特定のタイプの出力RNAは、各々の転写後状態によって制御され得る。したがって、添付の実施例に示されるように、本発明のDNA構築物は、異なる分子層で実装されるANDゲート様論理、又は好ましくは、AND NOTゲート様論理を可能にし得る:第一「入力」は、本明細書中に記載するように、各々の転写調節状態及び対応する出力RNAの産生によって可能となる、ある特定のプロモータからの転写の開始であり、第二「入力」は、各々の出力RNAの安定性及び/又は各々の転写後調節状態によって制御される各々の出力RNAによってコード化される出力タンパク質の翻訳である。本明細書中及び本発明の文脈で好ましくは、転写後調節状態は、各々の出力RNAを分解する、及び/又は各々の出力RNAによってコード化される出力タンパク質の翻訳を阻害する。したがって、この実装の結果、好ましくは、各々の転写調節状態の存在により可能となる各々のプロモータによる、ある特定のタイプの出力RNAの産生AND NOT各々の転写調節の存在による前記出力RNAの分解及び/又は翻訳阻害によって、有効量の前記出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質が生じ、したがって、有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質一般が得られるという、AND NOTゲート様論理が得られる。この原理は、抽象化及び/又は簡略化された(例えば、Boolean論理様)方法とみなすこともできる。一つのタイプの出力RNAのレベルで、次のように記載できる:TS(1)AND NOT各々のPTS(1)=各々の出力RNA及び/又はタンパク質(1);ここで、1は「存在」を意味し、0は「非存在」を意味する。したがって、同じことは次のように記載できる:TS(1)AND各々のPTS(0)=各々の出力RNA及び/又はタンパク質(1)
したがって、本発明のDNA構築物のレベルで、例えば次のように記載できる:TS (1)AND NOT PTS (1)OR TS (1)AND NOT PTS (1)=出力RNA及び/又はタンパク質(1)
同じことは次のように記載できる:TS (1)AND PTS (0)OR TS (1)AND PTS (0)=出力RNA及び/又はタンパク質(1)
さらに、このタイプのANDゲート様論理又、好ましくは、AND NOTゲート様論理は、本明細書中に記載するように、ある特定のプロモータからの転写開始のレベルで、ANDゲート様論理と組み合わせることができる。
様々な論理演算を本明細書中でさらに詳細に記載する。
したがって、本明細書中で提供される本発明のスプライシングDNA構築物の文脈で、第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列を含む出力RNA、すなわち、E2に対応する配列の5’は、第一転写後調節状態(PTS)によって制御され得、及び/又はさらなる代替第一エクソン(E1、例えば、E1)に対応する配列を含む出力RNA、すなわち、E2に対応する配列の5’は、各々のさらなる転写後調節状態(PTS、例えば、PTS)によって制御され得る。
特に、第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列を含む出力RNAは、第一転写後調節状態(PTS)によって翻訳阻害及び/若しくは分解され得、並びに/又はさらなる代替第一エクソン(E1、例えば、E1)に対応する配列を含む出力RNAは、各々のさらなる転写後調節状態(PTS、例えば、PTS)によって翻訳阻害及び/若しくは分解され得る。したがって、本発明のスプライシングDNA構築物は、例えば、いくつかの実施形態において、
(i)少なくとも一つの転写調節状態、すなわち、TS及び/又はTSのいずれか、例えばTSが、前記DNA構築物に含まれる少なくとも一つの各々のプロモータ、例えばPから出力RNAが産生されるように、前記細胞中で存在する場合;並びに
(ii)各々の代替第一エクソン(例えば、E1)を含む産生された出力RNAが翻訳阻害又は分解されないように、例えば、全ての異なるタイプの出力RNA(異なる各々のプロモータによって産生される)が翻訳阻害又は分解されるわけではなく、したがって有効量の少なくとも一つのタイプの出力RNAが得られるように、前記細胞において存在する各々の転写後調節状態(例えば、PTS)がない場合、真核細胞において有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質を産生し得る。
好ましくは、例えば前記実施形態における前記発明のスプライシングDNA構築物は、
(i)前記DNA構築物に含まれる各々のプロモータ、例えばP及びPからの転写を誘導できる転写状態が細胞中に存在せず、例えばTSもTSも存在しない場合、並びに/或いは
(ii)例えば、(異なる各々のプロモータによって産生される、及び/又は各々の代替第一エクソンに対応する異なる配列を含む)すべての異なるタイプの出力RNAが、翻訳阻害されるか又は分解され、したがって、有効量の出力RNAが得られないように、前記DNA構築物に含まれる各々のプロモータ、例えば、P及びPによって産生される出力RNAを翻訳阻害及び/又は分解できる各転写後調節状態、例えば、PTS及びPTSが前記細胞中に存在する場合、
前記真核細胞において有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質を産生しない場合がある。
本発明の文脈では、転写後調節状態は、本発明のDNA構築物を含む、及び/又は本発明のDNA構築物がその中で機能的である真核細胞の特徴であり得る。したがって、ある特定の転写後調節状態、例えば、PTS、又はPTS若しくはPTSなどのPTSのいずれかは、ある特定の細胞型及び/又は細胞状態と関連し得、並びに/あるいはそれらを反映し得る。したがって、ある特定の転写後調節状態(i)を含む細胞は、各々の出力RNAの安定性及び/若しくは各々の出力RNAからの出力タンパク質の翻訳を促進し得るか、又は好ましくは、各々の出力RNAの分解を引き起こし得る、及び/若しくは各々の出力RNAからの出力タンパク質の翻訳を阻害し得る。換言すれば、例えば(ii)の場合、前記出力RNAが分解され、及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質の翻訳が前記細胞において阻害される。
細胞型及び/又は状態並びに関連する転写後調節状態は、本明細書中及び本発明の文脈で使用される場合、本明細書中に記載するように、例えば、細胞型及び/又は状態並びに関連する転写調節状態の文脈で本明細書中に記載するように、特に限定されない。
しかしながら、ある特定の転写調節状態が各々のプロモータからの転写開始を可能にし(すなわち、正の調節因子である)、また各々の転写後調節状態が、好ましくは、各々の産生されたRNAを分解する、及び/又は各々の産生されたRNAの出力タンパク質の翻訳を阻害する(すなわち、好ましくは負の調節因子である)ため、ある特定の転写調節状態、例えばTS、及び各々の転写後調節状態、例えばPTSは、本発明の文脈では、好ましくは、有効量の出力RNAが得られることが望まれる同じ細胞型及び/又は細胞状態(例えば、標的細胞)に含まれない。したがって、有効量のRNA出力が得られることが望まれるある特定の細胞型及び/又は細胞状態(例えば、標的細胞)は、本明細書中及び本発明の文脈で使用される場合、好ましくは、ある特定の転写調節状態、例えば、TSの存在、及び各々の転写後調節状態、例えば、PTSの存在を含まない。
逆に、ある特定の細胞型及び/又は細胞状態、例えば、有効量のRNA出力が得られることが望まれるもの(例えば、標的細胞)は、本明細書中及び本発明の文脈で使用される場合、好ましくは、
(i)ある特定の転写調節状態、例えばTSの存在、例えば、転写因子(TF)の各々の群からの少なくとも一つ若しくはある特定の数のTF、例えば、TF、若しくはTFとTFの存在;及び/又は
(ii)ある特定の、すなわち各々の転写後調節状態、例えばPTSの非存在、例えば、アンチセンスRNA(AR)の各々の群からの少なくとも一つ若しくはある特定の数のAR、例えば、AR、若しくはAR及びARの非存在
を含み得る。
例えば、ある特定の転写後調節状態の非存在は、疾患細胞状態、すなわち細胞、例えば、ある特定の組織タイプの異常及び/又は悪性状態と関連し得、及び/又はこれを反映し得る。
したがって、ある特定の転写後調節状態の存在は、非疾患(健常)細胞状態、すなわち、細胞、例えば、ある特定の組織タイプの細胞の正常及び/又は良性状態と関連し得、及び/又はこれを反映し得る。このことは、本明細書中、すなわち、本発明のDNA構築物の発明の医学的及び/又は診断的使用の文脈でさらに説明する。
さらに、転写後調節状態は、本明細書中及び本発明の文脈で使用される場合、各々の出力RNAの安定性及び/又は各々の出力RNAによってコード化される出力タンパク質の翻訳の翻訳に寄与でき、及び/又は好ましくは調節できる任意のメカニズム及び/又は因子を含み得る。個々のメカニズム及び/又は因子は、出力RNAの安定性及び/又は対応する出力タンパク質の翻訳を促進又は阻害し得る。しかし、ある特定の転写後調節状態は、各々の出力RNAが分解され、及び/又は各々の出力RNAによってコード化される出力タンパク質の翻訳が阻害され、特に、有効量の各々の出力RNA及び/又は各々の出力RNAによってコード化される出力タンパク質が得られない(すなわち、各々の出力RNAの分解及び/又は翻訳阻害のために)場合、好ましくは、本明細書では存在すると考えられる。したがって、ある特定の転写後調節状態が存在すると考えられる場合、対応するメカニズム及び/又は因子は、好ましい実施形態では、全体として(合計で、及び/又は組み合わせで)、各々の出力RNAを分解し、及び/又は各々の出力RNAによってコード化される出力タンパク質の翻訳を阻害するはずである。そうでない場合、前記のある特定の転写調節状態は、本明細書では、好ましくは非存在と考えられる。特に、このことは、転写後調節状態が、各々の出力RNAの安定性を促進し、及び/又は各々の出力RNAからの出力タンパク質の翻訳を促進するいくつかの実施形態では、異なる、すなわち、逆転する可能性がある。
特に、本明細書中で使用する場合、各々の出力RNAからの「一つの」タンパク質の翻訳は、特に、各々の出力RNAからの「少なくとも一つ」又は「各」タンパク質出力タンパク質、すなわち、各々の出力RNAによってコード化される出力タンパク質の少なくとも一つ又はそれぞれの翻訳を含む。
出力RNAの安定性及び/又は出力RNAからの出力タンパク質の翻訳に寄与し、及び/又はこれを調節するメカニズム及び/又は因子には、アンチセンスRNA(例えば、マイクロRNA(miRNA;実例は、miR-1であり得る)、低分子干渉RNA(siRNA;実例は、FF4であり得る)、低分子ヘアピン型RNA(shRNA)及び/又はアンチセンスオリゴヌクレオチド(ASO)(例えば、本明細書中に記載するような、各々のAR群からのAR)が含まれ、特に、前記アンチセンスRNA(例えば、miRNA)は細胞型及び/又は状態特異的一般的RNA結合タンパク質(例えば、とりわけ、ヒトpumilio1、及びSF2/ASFタンパク質)、細胞型及び/又は状態特異的RNA結合タンパク質、及び/又はリボスイッチ(すなわち、オリゴヌクレオチド、例えばアンチセンスRNAによるリボスイッチの活性化又は阻害)であり得る。
ある特定の細胞型及び/若しくは状態並びに/又はある特定の転写後調節メカニズム及び/若しくは因子の存在(例えば、ある特定のアンチセンスRNAの存在)は、参照目的で、当業者により、ある特定の細胞型及び/若しくは状態並びに/又はある特定の転写調節メカニズム及び/若しくは因子の存在の決定の文脈で本明細書においてさらに記載するような、当該技術分野で公知の任意の手段によって、容易に決定及び/又は定義することができる。例えば、アンチセンスRNA、例えば、miRNA、及び/又はRNA結合タンパク質の検出は、特に困難を伴わず、当該技術分野で公知の方法、及び/又は本明細書中に記載する方法によっても容易に実施できる。
したがって、当業者であれば、参照転写後調節プログラム並びに/又は参照細胞型及び/若しくは状態を定義するのは困難ではない。
したがって、ある特定のプロモータが、ある特定の転写調節状態を含むある特定の参照細胞(例えば、ある特定のタイプ及び/又はある特定の状態の参照細胞)において活性であるか否かを通常の手段により容易に決定できるだけでなく、ある特定の出力RNAが分解されるか否か、及び/又は出力タンパク質のある特定の出力RNAからの翻訳がある特定の転写後調節状態を含むある特定の参照細胞において阻害されるか否かも容易に決定できる。
したがって、当業者は、各々の転写後調節状態が存在する場合、前記ユニーク配列に対応する配列を含む各々の出力RNAが分解され、及び/又は翻訳阻害されるように、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物(例えば、ある特定の代替第一エクソンにおいて、5’UTR又は3’UTR)に含まれるユニーク配列を、ルーチン的実験によって選択及び/又は修飾できる。
さらに、合理的な設計原理は、(例えば、代替第一エクソンにおいて)ユニーク配列の選択及び/又は修飾に適用できる。例えば、ある特定の転写後調節状態がある特定のアンチセンスRNA、例えば、本明細書中に記載するようなアンチセンスRNAのある特定の群からのARを含むことが望まれるか又は期待される場合、本発明のDNA構築物に含まれる各々のユニーク配列及び/又は代替第一エクソンは、前記ARが結合できる各々の結合部位(標的部位)を含み得る。
したがって、ある特定の転写後調節状態、すなわち、ある特定の転写調節状態の存在は、アンチセンスRNAの各々の群からの少なくとも一つのアンチセンスRNA(AR)の存在を含み得、例えば、
PTSは、ARの第一群(AR)からの少なくとも一つのAR、例えばAR1a及び/又はAR1bの存在を含む、並びに/或いは
PTS、例えばPTSは、ARのさらなる群(AR、例えば、AR)からの少なくとも一つのAR、例えば、ARna及び/又はARnb、例えばAR2a及び/又はAR2bの存在を含み得る。
しかしながら、個々のARは、ARの前記群の一つ以上に含まれる可能性がある。
例えば、アンチセンスRNAは、少なくとも10、15又は20の連続した塩基の配列を含み得、前記配列は、各々の標的部位(結合部位)、例えば、出力RNAに含まれる各々の代替第一エクソンの標的部位の相補配列に対して少なくとも40%、50%、60%、70%、80%、90%又は100%の配列同一性を有する。
二つの配列間の配列同一性のパーセンテージを提供する適切なツールは当該技術分野において周知である。例えば、Nucleotide BLAST(例えば、NCBIウェブページ)を使用して、配列が、各々の標的部位の相補的配列に対して少なくとも40%、50%、60%、70%、80%、90%又は100%の配列同一性を有する少なくとも10、15又は20の連続した塩基を有するか否かを確認することができる。
アンチセンスRNAは、本明細書中及び本発明の文脈では、例えば、マイクロRNA(miRNA)又は低分子干渉RNA(siRNA)であり得る。好ましくは、前記アンチセンスRNAはmiRNAである。特に、アンチセンスRNA(AR)は、本明細書中に記載するように、前記AR用の、少なくとも一つの標的部位(結合部位)を含む出力RNAの翻訳阻害及び/又は分解を促進し得る。特に、出力RNAの翻訳阻害とは、本明細書中で使用する場合、本明細書中に記載されているように、レポータ及び/又はエフェクタータンパク質などの前記出力RNAによってコード化された少なくとも一つの出力タンパク質の産生、すなわち、翻訳の阻害を指す。
さらに、ある特定の転写後調節状態、すなわちある特定の転写調節状態の存在は、少なくとも一つのRNA結合タンパク質(RB)の存在を含み得る。
特に、ある特定のARは、前記ARを含まない、及び/又は発現しない対照細胞よりも多量のARが存在する場合、及び/又は同様の量のARを添加すること(例えば、プラスミドからの強制発現、及び/又は細胞への注入による)が、得られる各々のRNAの量に影響を及ぼす場合(陽性対照実験)、存在するとみなすことができる。
同様に、ある特定のRBは、前記RBを発現しない対照細胞よりも多量のRBが存在する場合、及び/又は同様の量のRBを添加すること(例えば、プラスミドからの強制発現による)が、得られる各々のRNAの量に影響を及ぼす場合(陽性対照実験)、存在するとみなすことができる。
特に、第一代替第一エクソン(E1)は、ARからの少なくとも一つのAR又はある特定の数のAR、例えば、AR1a、又はAR1aとAR1bに対する少なくとも一つの標的部位、すなわち、結合部位に対応する少なくとも一つの配列(例えば、ユニーク配列)を含み得、すなわち、前記少なくとも一つの標的部位は、Pによって産生される出力RNAにおけるE1に対応する配列に含まれ;及び/又は
前記さらなる代替第一エクソンのいずれか(E1)、例えば、E1は、各々のARからの少なくとも一つのAR又はある特定の数のAR、例えば、AR、例えば、ARna、又はARnaとARnb、例えば、AR2a、又はAR2aとAR2b用の少なくとも一つの標的部位、すなわち、結合部位に対応する少なくとも一つの配列(例えば、ユニーク配列)を含み得、すなわち、前記少なくとも一つの標的部位は、前記E1の5’であるプロモータ、すなわち、前記E1の5’に最も近いプロモータによって産生される出力RNAにおける前記E1に対応する配列に含まれる。
したがって、本発明のDNA構築物に含まれるユニーク配列(例えば、ある特定の代替第一エクソン内)は、複数、例えば、2、3、又は4個のARが存在する場合、例えば、前記ユニーク配列(及び/又は代替第一エクソン)が前記ARの各々に対して少なくとも一つの結合部位を含む場合、各々の産生されたRNAが分解され、及び/又は翻訳阻害されるように設計することができる。換言すれば、ある特定の出力RNAが複数のARによって相乗的に分解及び/又は翻訳阻害される可能性がある。
しかしながら、この原理はARに限定されず、本明細書中に記載するように、任意の二つ以上のメカニズム及び/又は因子は、相乗的に作用して、ある特定の出力RNAを分解及び/又は翻訳阻害することができる。
したがって、(例えば、同じ各々の転写後調節状態の二つ以上のメカニズム及び/又は因子、例えば、ARの同じ各々の群からの二つ以上のARを含むものによる)本発明のDNA構築物によって産生される出力RNAのいずれか一つの分解は、ANDゲート様論理に従う可能性がある。したがって、本明細書中に記載する論理演算は、転写後レベルで前記さらなるANDゲート様論理とさらに組み合わせることができる。
例えば、とりわけ(TF1a AND TF1b AND NOT AR1a AND NOT AR1b)OR(TF2a AND TF2b AND NOT AR2a AND NOT AR2b)などのさらに複雑演算を実現できる。
したがって、本発明のDNA構築物は、複数のプロモータを選択的スプライシングと組み合わせることができ、遺伝子発現のほぼ完全な制御を得るため(すなわち、どの条件で有効量の出力RNAが得られるかを制御するため)の強力なアプローチを提供できる。
本明細書中に記載するように、本発明のDNA構築物は、少なくとも一つ、好ましくはそれぞれの、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生されない条件と比較して、有効量の出力RNAの少なくとも一つ、好ましくはそれぞれが産生される条件で、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を産生し得る。
一例では、本発明のDNA構築物は、
(i)二つの代替プロモータ(P及びP)であって、
は、各々の転写調節状態(TS)によって活性化され、
は、各々の転写調節状態(TS)によって活性化される、二つの代替プロモータ;
及び
(ii)二つの各々の代替第一エクソン(E1及びE1)であって、
E1に対応する配列を含む出力RNA(Pによって産生されるもの;RNA)は、各々の転写後調節状態(PTS)によって分解及び/又は翻訳阻害され、
E1に対応する配列を含む出力RNA(Pによって産生されるもの;RNA)は、各々の転写後調節状態(PTS)によって分解及び/又は翻訳阻害される、二つの各々の代替第一エクソン
を含む。
したがって、前記実例の論理式は:(TS AND NOT PTS)OR(TS AND NOT PTS)である。
したがって、前記論理式によると、前記例示的DNA構築物は、
(1)TSが存在し、TSが存在し、PTSが存在せず、PTSが存在しない場合;
(2)TSが存在し、TSが存在し、PTSが存在し、PTSが存在しない場合;
(3)TSが存在し、TSが存在し、PTSが存在せず、PTSが存在する場合;
(4)TSが存在し、TSが存在せず、PTSが存在せず、PTSが存在しない場合;
(5)TSが存在し、TSが存在せず、PTSが存在せず、PTSが存在する場合;
(6)TSが存在せず、TSが存在し、PTSが存在せず、PTSが存在しない場合;又は
(7)TSが存在せず、TSが存在し、PTSが存在し、PTSが存在しない場合、真核細胞において有効量の出力RNA産生するはずであり;
(8)TSが存在し、TSが存在し、PTSが存在し、PTSが存在する場合;
(9)TSが存在し、TSが存在せず、PTSが存在し、PTSが存在しない場合;
(10)TSが存在し、TSが存在せず、PTSが存在し、PTSが存在する場合;
(11)TSが存在せず、TSが存在し、PTSが存在せず、PTSが存在する場合;
(12)TSが存在せず、TSが存在し、PTSが存在し、PTSが存在する場合;
(13)TSが存在せず、TSが存在せず、PTSが存在し、PTSが存在する場合;
(14)TSが存在せず、TSが存在せず、PTSが存在し、PTSが存在しない場合;
(15)TSが存在せず、TSが存在せず、PTSが存在せず、PTSが存在する場合;又は
(16)TSが存在せず、TSが存在せず、PTSが存在せず、PTSが存在しない場合、真核細胞において、有効量の出力RNAを産生しないはずである。
明らかに、本明細書では、「無い」は、「非存在」と同じ意味であり;「有効量を産生しない(not yielding an effective amount)」は、「有効量を産生しない(yielding no effective amount)」と同じ意味である。
前記例において考えられる16の状態は、真理値表の形態でさらに書き留めることができ、ここで、「1」は「存在する」又は「真」を意味し、「0」は「非存在」又は「偽」を意味する。
前記例示的DNA構築物の真理値表は以下のとおりである:
したがって、前記例示的DNA構築物は、条件8~16のうちの少なくとも一つ、好ましくは少なくとも五つ、さらに好ましくは全てと比較して、条件1~7ののうちの少なくとも一つ、好ましくは少なくとも五つ、さらに好ましくは全てにおいて、例えば、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を産生し得る。
換言すれば、前記例示的DNA構築物は、条件8~16のうちの少なくとも一つ、好ましくは少なくとも50%、さらに好ましくは全てと比較して、条件1~7ののうちの少なくとも一つ、好ましくは少なくとも70%、さらに好ましくは全てにおいて、例えば、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を産生し得る。
当業者は、添付の実施例を含む本開示及びさらなる周知の一般常識に基づいて、本明細書中で提供する任意の本発明のDNA構築物の論理式を容易に決定できる。さらに、当業者は、本開示及びさらなる周知の一般常識に基づいて、本明細書中で提供する任意の本発明のDNA構築物の真理値表も容易に決定できる。
さらに、本明細書中に記載するように、当業者は、当該技術分野で周知、本明細書中に記載、及び/又は添付の実施例に例示する手段によって、真核細胞中に存在する出力RNA及び/又は出力タンパク質の量を容易に決定できる。
したがって、当業者はさらに、各々の転写調節状態及び/又は転写後調節状態を含むか否かがわかっている参照真核細胞において、本発明のDNA構築物が有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質を産生するか否かを容易に判定できる。
したがって、当業者は、本発明のDNA構築物の性能を試験及び検証でき、例えば、当業者は、本発明のDNA構築物が、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生される条件と有効量の出力RNAが産生されない条件とをどの程度区別できるかを判定できる。
したがって、本発明はさらに、主に転写入力に依存する哺乳動物細胞における複雑な多入力調節プログラムに対するスケーラブルなアプローチを提供する。添付の実施例を含む本開示は、三つの異なるメカニズムによって引き起こされる可能性がある複雑さを克服することを可能にし、DNA構築物の定量性能を決定し得る、多プロモータORゲート並びにAND及びNOT論理でのそれらの拡張に対する設計ガイドラインを提供する:(i)選択的5’スプライシング部位配列の選択とイントロンの長さ(例えば、二つの代替第一エクソン間の長さ)の選択によって影響を受ける選択的スプライシング自体;(ii)異なるプロモータ間の転写干渉であって、これによって上流プロモータは、転写全体(transcriptional run-through)のメカニズムにより活性化された下流プロモータからの発現を阻害し得る;及び(iii)異なるプロモータへの転写入力間の長期転写効果であって、この結果、上流プロモータへのTF結合に際して下流プロモータからの発現が増大し得る。さらに、NOT論理は、5’-UTR標的部位を介した遺伝子発現の効率的ノックダウンに依存する可能性があり、これは3’-UTRに対する結合ほど強固ではない可能性がある(Gam et al.,2018)。さらに、上記メカニズムは互いに独立したものではなく、例えば、イントロンの長さは、スプライシングだけでなく、相乗効果の程度などにも影響を及ぼす可能性がある。しかしながら、本明細書中及び本発明の文脈で記載するガイドライン及び設計原理は、そのような複雑さを克服することを可能にし、好ましくは、少なくとも許容可能な性能を有する、有用な構築物の生成を可能にする。さらに、最も重要な遺伝的決定因子のそのような複雑な構築物の論理性能への完全マッピングさえも、例えば、機械学習によるビッグデータ収集及び解析によって行うことができ(Rosenberg et al.,2015)、したがって、現在利用可能な技術の射程圏内であり、本発明の範囲内である。
最終的に、本発明は、形式(TF1(1) and TF2(1) and … not (miRNA-a(1)) and NOT(miRNA-b(1))…) OR (TF1(2) and TF2(2) and … not (miRNA-a(2)) and NOT(miRNA-b(2))…)や、例えば、添付の実施例に示されるように、ウイルスベクターにおいてそれをコード化し、したがって、本発明のDNA構築物を遺伝子治療に適合させることができることの論理制御を可能にすることができ、これは非常に大きなDNAフットプリントのためにゲートを実装する複数のDNA構築物では不可能であったことである。したがって、本発明は、治療用途における特定の細胞状態のターゲティングのための細胞分類の能力を十分に発揮し得るDNA構築物及び対応するガイドラインを提供する。
好ましくは、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物は、少なくとも許容可能な性能を有する。
特に、本発明のDNA構築物の性能は、前記論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生されない条件の少なくとも一つ、好ましくは少なくとも50%、より好ましくはそれぞれと比較して、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生される条件の少なくとも一つ、好ましくは少なくとも70%、より好ましくはそれぞれで、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を前記DNA構築物が産生する場合に許容可能であるとみなすことができる。
例えば、本発明のDNA構築物の性能は、前記論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生されない条件の少なくとも一つ、好ましくは少なくとも50%、より好ましくはそれぞれと比較して、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生される条件の少なくとも一つ、好ましくは少なくとも70%、より好ましくは各々で、少なくとも1.5倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を前記DNA構築物が産生する場合に許容可能であるとみなすことができる。
さらに、本発明のDNA構築物の性能は、前記論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生されない条件の少なくとも50%と比較して、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生される条件の少なくとも70%で、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を前記DNA構築物が産生する場合に許容可能であるとみなすことができる。
好ましくは、本発明のDNA構築物の性能は、前記論理式にしたがって有効量のRNAが産生されないすべての条件と比較して、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生される条件の少なくとも70%で、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を前記DNA構築物が産生する場合に許容可能であるとみなすことができる。
例えば、本発明のDNA構築物の性能は、前記論理式にしたがって有効量のRNAが産生されないすべての条件と比較して、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生される条件の少なくとも70%で、少なくとも4倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を前記DNA構築物が産生する場合に許容可能であるとみなすことができる。
より好ましくは、本発明のDNA構築物の性能は、前記論理式にしたがって有効量のRNAが産生されないすべての条件と比較して、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生されるすべての条件で、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を前記DNA構築物が産生する場合に許容可能であるとみなすことができる。
例えば、本発明のDNA構築物の性能は、前記論理式にしたがって有効量のRNAが産生されないすべての条件と比較して、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAが産生されるすべての条件で、少なくとも1.5倍、好ましくは少なくとも4倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は対応する出力タンパク質を前記DNA構築物が産生する場合に許容可能であるとみなすことができる。
さらに、本発明のDNA構築物は、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAを産生する二つ以上、例えばすべての条件は、例えば、添付の実施例で示すように、同様の量の出力RNAを産生するように設計することができる。例えば、二つの条件間の出力RNAの量は、倍率差が4倍未満、好ましくは2倍未満、より好ましくは1.5倍未満である場合に、類似しているとみなすことができる。
しかしながら、本発明のDNA構築物は、各々の論理式にしたがって有効量の出力RNAを産生する二つ以上の条件が、異なる量の出力RNAを産生するようにさらに設計できる。例えば、二つの条件間の出力RNAの量は、倍率差が少なくとも1.5倍、好ましくは少なくとも2倍、より好ましくは少なくとも4倍である場合に、異なるとみなすことができる。これにより、例えば、本明細書中で提供される医学的用途に関連し得る、異なる細胞状態に対する応答をさらに微調整することが可能になり得る。
しかしながら、有効量の出力RNAを産生する二つ以上の条件(論理式に従う)間の倍率差は、好ましくは、有効量の出力RNA(論理式に従う)が産生されない条件と比較して、これらの条件のいずれかの差よりも低い。したがって、その場合、有効量の出力RNAを産生する条件と、有効量の出力RNAを産生しない条件との間の差は、好ましくは、少なくとも6倍、又はより好ましくは、少なくとも10倍である。
本発明のDNA構築物の最大長さは、特に限定されない。しかしながら、好ましくは、本発明のDNA構築物は、せいぜい150kb、好ましくはせいぜい12kbの長さを有する。そのような小さな長さ又はサイズは、例えば、本明細書中に記載するように、本発明のDNA構築物を含むウイルスベクターを産生するため、及び/又は治療及び/又は診断用途のために、有利であり得る。
本発明のDNA構築物は、当該技術分野で公知の方法及び本明細書中に記載するように、例えば、添付の実施例に示されるように、例えば、クローニング、オリゴヌクレオチド合成及び/又はそれらの組み合わせによって、容易にアセンブル及び/又は合成できる。
したがって、本発明はさらに、本発明のDNA構築物を産生する方法に関し、前記方法は、
(a)DNA構築物に含まれるDNA配列エレメントを、例えば、コンピュータで選択し、配列させるステップと、
(b)前記選択し配列させたDNA配列エレメントをアセンブル及び/又は合成し、それによって前記DNA構築物を産生するステップと、を含む。
さらに、本明細書中で提供する本発明の産生方法は、ステップ(a)の前に、本明細書中に記載するように、例えば、標的細胞及び/又は非標的細胞中の少なくとも一つのプロモータの前記活性を測定すること、及び/又は標的細胞及び/又は非標的細胞中のバイオマーカー、特定の転写因子、miRNAなどのアンチセンスRNA、トランスクリプト―ム及び/又はプロテオームの存在を決定することによって、標的細胞及び/又は非標的細胞の転写調節状態及び/又は転写後調節状態を分析することを含んでもよい。
これにより、DNA構築物に含まれるすべてのDNA配列エレメントを選択し配列させる前に、すなわち、合理的な方法で、DNA構築物のある特定の配列エレメント(例えば、プロモータ、アンチセンスRNA結合部位、転写因子結合部位等)を設計及び/又は試験することが可能になる。
さらに、本明細書中で提供する本発明の産生方法は、
(c)DNA構築物(すなわち、ステップ(a)及び(b)によって産生された)が、標的細胞及び/又は非標的細胞において有効量の出力RNAを産生するか否かを分析するステップと、
(d)前記DNA構築物が、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞において有効量の出力RNAを産生し、好ましくは非標的細胞において有効量の出力RNAを産生しない場合、DNA構築物を選択し、任意選択的に増幅又は再合成するステップと、をさらに含み得る。
これにより、産生されたDNA構築物が所望の機能性を有すること、例えば、非標的細胞から標的細胞を識別できることをさらに確実にできる。
標的細胞及び/又は非標的細胞に関して、本明細書中、例えば、本発明のDNA構築物の本発明の医学的及び/又は診断的使用の文脈で記載されているのと同じことが当てはまる。
したがって、本発明のDNA構築物は、本明細書中で提供される本発明の産生方法によって得ることができ、及び/又は産生できる。
さらに、本発明は、本発明のDNA構築物を含むプラスミドに関する。当該技術分野において、クローニングのために、及び/又は発現ベクターとして使用される任意のプラスミド(すなわち、環状DNA分子)は、本発明の文脈で好適である。本発明のプラスミドは、例えば、添付の実施例に記載するように、当該技術分野で公知の方法によって、例えば、DNA構築物を既存のプラスミドにクローニングすることによって、容易に産生できる。
さらに、本発明は、二本鎖DNA若しくは一本鎖DNA(すなわち、本発明のDNA構築物のコード鎖)であり得る本発明のDNA構築物、本発明のDNA構築物の配列に対して相補的な配列(すなわち、本発明のDNA構築物のアンチセンス鎖)を含む一本鎖DNA、又は本発明のDNA構築物に対応する(すなわち、DNA構築物のコード鎖に対応する)配列及び/若しくは本発明のDNA構築物の配列に対して相補的な(すなわち、本発明のDNA構築物のアンチセンス鎖に対応する)配列を含むRNA(好ましくは、一本鎖RNA)を含むウイルスに関する。特に、前記ウイルスは、ウイルスベクター、例えば、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクター、レンチウイルスベクター、アデノウイルスベクター、単純ヘルペスウイルスベクター、又はVSVベクターであり、好ましくはアデノ随伴ウイルスベクター又はレンチウイルスベクターである。本発明のウイルス及び/又はウイルスベクターは、例えば、添付の実施例に示すように、当該技術分野で公知の方法によって容易に産生できる。そのような方法は、例えば、本発明のプラスミドであって、対応するウイルス及び/又はウイルスベクターを産生するのに適している前記プラスミドを産生し、前記ウイルス及び/又はウイルスベクターを産生するのに適した宿主細胞(例えば、HEK細胞)に前記プラスミドを導入することを含み得る。
明らかに、本発明のプラスミド及び/又は本発明のウイルス若しくはウイルスベクターは、当該技術分野で周知のように、そして本明細書の添付の実施例に記載するように、本発明のDNA構築物に加えてさらなる配列を含み得る。これらのさらなる配列は、とりわけ、細菌細胞におけるプラスミドの増幅を可能にし、インビトロ(例えば、真核細胞)におけるウイルスの産生を促進し、本発明のウイルスが導入された真核細胞における本発明のDNA構築物を含む二本鎖DNAの形成を可能にし、及び/又は本発明のウイルスが導入された真核細胞のゲノムへの本発明のDNA構築物の組込みを促進し得る。
したがって、本発明はさらに、本発明のDNA構築物、プラスミド及び/又はウイルスを含む宿主細胞に関する。いくつかの実施形態では、本発明の宿主細胞は、本発明のプラスミドを増幅するのに適した細菌(例えば、大腸菌)である。いくつかの実施形態では、本発明の宿主細胞は、本発明のウイルス及び/又はウイルスベクターを産生するのに適している、及び/又は産生するために使用される。他の実施形態において、本発明の宿主細胞は、例えば、本発明の医学的及び/又は診断的使用の文脈では、DNA構築物、プラスミド、ウイルス及び/又はウイルスベクターが(例えば、トランスフェクション及び/形質導入により)一時的若しくは安定的に導入された標的細胞である。
さらに、本発明のDNA構築物、プラスミド、及び/又はウイルス(例えば、ウイルスベクター)は、対象における疾患の治療、インビボでの対象における疾患の診断、並びに/又は真核細胞の細胞型及び/若しくは状態を決定するインビトロ法で使用できる。
本明細書中で使用する場合、「治療」(及び「治療する(treat又はtreating)などのその文法的変異)は、治療される個体の自然経過を変更しようとする臨床的介入を指す。望ましい治療効果としては、限定されるものではないが、予防、疾患又は疾患に関連する症状の発生又は再発の防止、症状の軽減、疾患の任意の直接的又は間接的病理学的帰結の軽減、疾患進行速度の減少、疾患状態の寛解又は緩和、予後改善及び治癒が挙げられる。
したがって、本発明はさらに、対象における疾患の治療で使用するための本発明のDNA構築物、プラスミド、ウイルス又は宿主細胞に関する。
したがって、本発明はまた、対象における疾患を治療する方法に関し、前記方法は、治療を必要とする前記対象に対して、有効量の本発明のDNA構築物、プラスミド、ウイルス及び/又は宿主細胞を投与することを含む。
したがって、本発明はさらに、本発明のDNA構築物、プラスミド、ウイルス又は宿主細胞、及び少なくとも一つのさらなる薬剤的に許容される物質を含む医薬組成物に関する。
本明細書中及び本発明の文脈で好ましくは、真核細胞、例えば標的及び/又は非標的細胞は哺乳動物細胞であり、好ましくはヒト細胞である。
したがって、本明細書中及び本発明の文脈で好ましくは、対象は哺乳動物であり、好ましくはヒトである。
例えば、真核細胞及び/又は対象は、ヒト、マウス、ウマ、ウシ、ネコ、イヌ等であり得、好ましくはヒトであり得る。
本発明のDNA構築物、プラスミド、及び/又はウイルスは、例えば、本明細書中で提供される本発明の医学的用途の文脈では、対象における複数の細胞に導入することができ、特に、前記複数の細胞は、標的細胞及び非標的細胞を含み得る。
特に、本発明のDNA構築物、プラスミド、及び/又はウイルスは、前記対象に対する全身的又は局所領域的送達によって、対象における複数の細胞、例えば標的細胞及び/又は非標的細胞に導入することができる。
さらに、本発明のDNA構築物、プラスミド、及び/又はウイルスは、単回投与又は反復投与で対象に送達することができる。
本明細書中、及び本発明の文脈において、疾患は、標的細胞の不均一混合物(例えば、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞)と関連し得、及び/又はこれによって引き起こされ得る。特に、標的細胞は、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いはn個のさらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する可能性があり、ただし、本明細書中に記載するようにn≧1である。
本明細書中、及び本発明の文脈では、疾患の治療は、標的細胞が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ又はいずれか(AC)に対応するか否かに関係なく、標的細胞を殺滅及び/又は操作することを含み得る。特に、本明細書中及び本発明の文脈では、操作された標的細胞は、対象に対して無毒になるか、毒性が低くなるか、又は有益になる可能性がある。
本発明のDNA構築物が、医療介入を必要とする対象において一つ又は異なるタイプの異常及び/又は悪性標的細胞(例えば、がんの異なるサブタイプ)が存在する場合に臨床的に有効であり得ることは有利である。
例えば、ACに対応する標的細胞の少なくとも1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%又は100%、及び別のAC(AC)、例えばACに対応する標的細胞の少なくとも1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%又は100%を殺滅及び/又は操作することができる。
好ましくは、AC及び/又はAC(例えば、AC及び/又はAC)のいずれかに対応する標的細胞の少なくとも1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%又は100%、例えば、約1%~約99%、約10%~約99%又は約10%~約50%を殺滅及び/又は操作することができる。
本明細書中、すなわち医学的用途の文脈で好ましくは、非標的細胞、すなわち正常及び/又は良性細胞は、殺滅及び/又は操作されない。
例えば、非標的細胞、すなわち、正常及び/又は良性細胞の30%未満、20%未満、10%未満、5%未満、2%未満、1%未満、0.5%未満、0.1%未満、0.05%未満、又は0.01%未満、好ましくは10%未満、より好ましくは1%未満、最も好ましくは0.1%未満が殺滅/操作される。
特に本明細書では、すなわち、本明細書中で提供される本発明の医学的及び/又は診断的使用の文脈で、真核細胞、例えば、標的細胞及び/又は非標的細胞は、本明細書中に記載するように、本発明のDNA構築物を含み、及び/又は本発明のDNA構築物がその中で機能的である、真核細胞であり得る。
特に、本明細書中及び本発明の文脈では、(i)ACは、本明細書中で記載するTSの存在を含み、任意選択的に、本明細書中に記載するPTSが非存在を含んでもよい、及び/又は(ii)AC、例えば、ACは、本明細書中に記載するように、各々のTS、例えばTSの存在を含み、、本明細書中に記載するように、任意選択的に、各々のPTS、例えばPTPが非存在を含んでもよい。
特に、転写調節状態、及び転写後調節状態に関して、例えば、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物の文脈で、本明細書中に記載するのと同じことが当てはまる。
本明細書中に記載するように、異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)は、本明細書中に記載するように、本発明のDNA構築物の特徴(例えば、プロモータ、5’スプライス部位及び/又は代替第一エクソン)及び/又は細胞状態(例えば、転写調節状態及び/又は転写後調節状態)の特徴に関する各々の特徴であり得る。例えば、2、3、若しくは4の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態を、(例えば、本明細書中で提供する本発明の医学的用途にしたがって)殺滅及び/又は操作、並びに/或いは(例えば、本明細書中で提供する本発明のインビトロ及び/又はインビボ診断用途にしたがって)検出しなければならない場合、本発明のDNA構築物は、2、3、又は4の各々のプロモータを含み得、任意選択的に2、3、又は4の各々の5’ss及び各々の代替第一エクソンであって、2、3、又は4の各々のユニーク配列を含み得るものを含んでもよい。
特に本明細書中及び本発明の文脈では、有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される少なくとも一つの出力タンパク質は、
(i)第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞において、並びに/或いは
(ii)さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態のいずれか(AC、例えばAC)に対応する標的細胞において、得ることができる。
さらに、好ましくは、有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質は非標的細胞では得られない。
有効量の出力RNAに関して、本明細書中で、例えば、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物の文脈で記載されるのと同じことが当てはまる。
本明細書中で、例えば、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物の医学的用途の文脈で、出力RNA、例えば、少なくとも一つ又はそれぞれのタイプの出力RNAは、本明細書中で記載するように、真核細胞、例えば標的細胞を殺滅及び/又は操作するのに適している長鎖非コードRNA(lncRNA)又はマイクロRNA(miRNA)であり得る。
好ましくは、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物の医学的用途の文脈で、出力RNAは、少なくとも一つのエフェクタータンパク質、例えば、毒性タンパク質、酵素、サイトカイン、免疫調節物質、膜タンパク質及び/又は膜結合レセプターをコード化する配列を含み得る。
好ましくは、本明細書中で提供されるDNA構築物の医学的用途の文脈で、少なくとも一つの出力タンパク質は、少なくとも一つのエフェクタータンパク質、例えば、毒性タンパク質、酵素、サイトカイン、免疫調節物質、膜タンパク質及び/又は膜結合レセプターを含む。
特に、エフェクタータンパク質は、本明細書中で記載するように、真核細胞、例えば、標的細胞を殺滅及び/又は操作するのに適している。
本明細書中及び本発明の文脈では、疾患は、がん、神経変性疾患、免疫不全、及び/又は遺伝性疾患であり得る。好ましくは、前記疾患は、がん、例えば、とりわけ肝細胞がんなどの肝臓がん、とりわけ黒色腫などの皮膚がん、とりわけ白血病などの血液がん、乳がん、前立腺がん、肺がん、とりわけ神経膠芽腫などの脳がんである。
特に、がんは、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞と、前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する標的細胞とを含み得る。
さらに、本発明のDNA構築物、プラスミド及び/又はウイルス(例えば、ウイルスベクター)は、真核細胞を分析するため、すなわち、本明細書中に記載するように、真核細胞の細胞型及び/又は状態を決定するために使用できる。
したがって、本発明はさらに、真核細胞、好ましくは哺乳動物細胞の細胞型及び/又は状態を決定するためのインビトロ法に関し、前記方法は、
(a)本発明のDNA構築物、プラスミド又はウイルスをインビトロで前記真核細胞に導入し、
(b)前記細胞において出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質の量を測定し、
(c)(i)有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が前記細胞中に存在する場合、前記細胞はある特定の細胞型及び/又は状態を有すること、及び/又は
(ii)有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が前記細胞中に存在する場合、前記細胞は前記細胞型及び/又は状態を有さないこと
を判定すること
を含む。
明らかに、本明細書中で提供する本発明のインビトロ法の文脈では、例えば、組織サンプル中の真核細胞は、本発明のDNA構築物、プラスミド及び/又はウイルスが、例えば前記組織サンプル中の前記細胞に導入される場合に生きていなければならない(すなわち、ステップa)において)。さらに、細胞は、DNA構築物が機能的であるように、すなわち、通常、有効量の出力RNAを産生する条件下で有効量の出力RNAを産生することができるように、充分長く生きていなければならない(すなわち、これは、ステップa)とステップb)との間のさらなるステップであり得る)。しかしながら、出力RNA及び/又は出力タンパク質の量を測定するために(すなわち、ステップb)において)、細胞を殺滅(例えば、固定若しくは溶解)できるか、又はそれらを生きたままにできる(例えば、出力タンパク質が本明細書中で記載するようにレポータタンパク質である場合)。
有効量の出力RNAに関して、本明細書中、例えば、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物の文脈で記載されているのと同じことがあてはまる。
特に、例えば、本明細書中で提供する本発明のインビトロ法の文脈では、ある特定の細胞型及び/又は状態は、
(i)ある特定の転写調節状態、例えば、TSの存在、例えば、各々のTF群からの少なくとも一つ又はある特定の数の転写因子(TF)、例えば、TF1a、又はTF1aとTF1bの存在を含み得、また任意選択肢的に
(ii)各々の転写後調節状態、例えば、PTSの非存在、例えば、各々のAR群からの少なくとも一つ又はある特定の数のアンチセンスRNA(AR)、例えば、AR、又はAR及びARの非存在を含み得る。
細胞型及び/又は状態、転写調節状態、並びに転写後調節状態に関して、本明細書中、例えば、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物の文脈で記載するのと同じことが当てはまる。
さらに、本発明は、対象における疾患を診断するためのインビトロ法に関し、前記方法は、
a)本発明のDNA構築物、プラスミド又はウイルスを前記対象からの組織サンプルに導入し、
b)前記組織サンプル中の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質の量を測定し、
c)前記対象が前記疾患を有しているか否かを診断すること
を含み、
前記組織サンプル中に有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在している場合、診断は陽性であり、及び/又は
前記組織サンプル中に有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在しない場合、診断は陰性である。
有効量の出力RNAに関して、本明細書中、例えば、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物の文脈で記載されているのと同じことが当てはまる。
特に、前記疾患は、例えば、本発明のインビトロ及び/又はインビボ診断用途の文脈では、標的細胞の不均一混合物(例えば、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞)と関連する可能性があり、及び/又はこれによって引き起こされる可能性がある。特に、標的細胞は、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いはn個のさらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する可能性があり、ただし、本明細書中で記載するように、n≧1である。
特に、前記組織サンプルは、前記標的細胞を含む疑いがあり得る。さらに、前記組織サンプルは、非標的細胞、すなわち正常及び/又は良性細胞を含み得る。
特に、(インビトロ及び/又はインビボでの)疾患の診断は、標的細胞が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態(AC)、並びに/或いは別の一つ若しくはいずれかの前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態(AC)に対応するか否かに関係なく、前記組織サンプル中の標的細胞を検出することを含み得る。
例えば、ACに対応する標的細胞の少なくとも1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%又は100%、及び別のAC(AC)、例えばACに対応する標的細胞の少なくとも1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%又は100%が検出され得る。
好ましくは、AC及び/又はACのいずれか(例えば、AC及び/又はAC)に対応する標的細胞の少なくとも1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%又は100%、例えば、約1%~約99%、約10%~約99%又は約10%~約50%が検出され得る。
好ましくは、非標的細胞、すなわち、正常及び/又は良性細胞は検出されない場合がある。
例えば、非標的細胞、すなわち、正常及び/又は良性細胞の30%未満、20%未満、10%未満、5%未満、2%未満、1%未満、0.5%未満、0.1%未満、0.05%未満、又は0.01%未満、好ましくは10%、より好ましくは1%未満、最も好ましくは0.1%未満が検出される。
特に、例えば本発明のインビトロ及び/又はインビボ診断用途の文脈で、
(i)ACは、前記TSの存在、及び任意選択的に前記PTSの非存在を含んでもよく、及び/又は
(ii)AC、例えばACは、各々のTS、例えばTSの存在、及び任意選択的に各々のPTS、例えばPTPの非存在を含んでもよい。
細胞型及び/又は状態、転写調節状態、並びに転写後調節状態に関して、本明細書中、例えば、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物の文脈で記載するのと同じことが当てはまる。
特に、例えば、本発明のインビトロ及び/又はインビボ診断用途の文脈では、
(i)前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞、及び/又は
(ii)前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態のいずれか(AC、例えばAC)に対応する標的細胞
において、有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が得られる可能性がある。
好ましくは、非標的細胞では、有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が得られない可能性がある。
さらに、本明細書中で提供される本発明の診断法のステップb)は、有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する細胞の前記組織細胞中のパーセンテージを測定することをさらに含み得、並びに/或いは
ステップc)における診断は、前記組織サンプル中の細胞の少なくとも0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、5%、10%、20%、30%、40%若しくは50%が有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する場合に陽性とみなすことができ、並びに/或いは
ステップc)における診断は、前記組織サンプル中の細胞の0.01%未満、0.05%、0.1%、0.5%、1%、5%、10%、20%、30%、40%若しくは50%が有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する場合に陰性とみなすことができる。
好ましくは、本明細書中で提供される本発明のDNA構築物の診断(インビトロ及び/又はインビボ)用途の文脈で、出力RNAは、少なくとも一つのレポータタンパク質、例えば、蛍光タンパク質又は発光性若しくは発色性酵素をコード化する配列を含み得る。
したがって、好ましくは、本明細書中で提供される診断(インビトロ及び/又はインビボ)用途及び/又は方法の文脈で、出力タンパク質は、少なくとも一つのレポータタンパク質、例えば、蛍光タンパク質又は発光性若しくは発色性酵素を含み得る。
好ましくは、レポータタンパク質は、得られる出力RNAの量を決定するため、及び/又は標的細胞を検出するために適している。
特に、例えば、本発明のインビトロ及び/又はインビボ診断用途の文脈で、疾患は、神経変性疾患、免疫不全、及び/又は遺伝性疾患であり、好ましくはがんであり得る。
がんに関して、本明細書中、例えば、本発明のDNA構築物の医学的用途の文脈で記載されているのと同じことが当てはまる。例えば、前記がんは、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する細胞と、前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する標的細胞とを含み得る。
インビボで及び/又は生細胞において(例えば、本発明のインビトロ法で)対象における疾患を診断するために使用できることは、本発明のDNA構築物のさらなる利点である。これにより、対象、組織サンプル、及び/又は単細胞における出力RNA及び/又はタンパク質の量を経時的にモニタリングすることが可能になる。さらに、これにより、対象及び/又は組織サンプルにおける標的細胞の数を経時的にモニタリングすることが可能になる。例えば、対象における出力RNA及び/若しくは出力タンパク質の量並びに/又は標的細胞の数を、数日間、数週間、数カ月、又はさらには数年にわたり、例えば、本明細書中に記載するように、例えば、インビボ測定により(例えば、光学的方法により)、体液を分析することにより(例えば、出力タンパク質が体液中に分泌される場合)、及び/又は組織の逐次サンプリングとそれに続くインビトロ測定により、モニタリングすることができる。したがって、本発明のDNA構築物は、多くの診断用途に有利であり得る。
したがって、本発明はさらに、インビボで対象における疾患の診断で使用するための、すなわち、インビボ診断法で使用するための、本発明のDNA構築物、プラスミド、ウイルス又は宿主細胞に関する。
特に、例えば、本発明のインビボ診断用途及び/又は方法の文脈で、本発明のDNA構築物、プラスミド、及び/又はウイルスは、対象(例えば、組織)における複数の細胞へ導入することができ、前記複数の細胞は、標的細胞と非標的細胞とを含み得る。
特に、例えば、本発明のインビボ診断用途及び/又は方法の文脈で、疾患は、標的細胞(例えば、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞)の不均一混合物と関連する可能性があり、及び/又はこれによって引き起こされる可能性がある。特に、標的細胞は、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いはn個のさらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つもしくはいずれか(AC)に対応する可能性があり、ただし、本明細書中で記載するようにn≧1である。
さらに、例えば、本発明のインビボ診断用途及び/又は方法の文脈で、前記複数の細胞のサンプル(例えば、組織サンプル)は、一つ以上の時点で得ることができる。前記細胞及び/又は組織サンプルを次にインビトロで、例えば、本明細書中に提供する本発明のインビトロ法によって、例えば、本明細書中に提供する本発明のインビトロ診断法によって分析することができる。
例えば、インビボ診断法は:
a)本発明のDNA構築物、プラスミド又はウイルスを対象の組織に導入し、
b)前記組織における出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質の量を測定し、
c)前記対象が前記疾患を有するか否かを診断することを含み、
前記組織において有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在する場合、診断は陽性であり、及び/又は
前記組織において有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在しない場合、診断は陰性である。
疾患、がん、標的細胞、非標的細胞、異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態、出力RNAの有効量、標的細胞の検出、転写調節状態、転写後調節状態、出力タンパク質、レポータタンパク質、及び診断に関して、本明細書中、例えば、本明細書中で提供する本発明のDNA構築物及び/又は本発明の診断法の文脈で記載するのと同じことが準用される。
例えば、インビボでの疾患の診断は、標的細胞が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態(AC)、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応するか否かに関係なく、前記組織中の標的細胞を検出することを含み得る。好ましくは、非標的細胞、すなわち、正常及び/又は良性細胞は、検出されない場合がある。
例えば、インビボ診断法は、有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する前記組織中の細胞のパーセンテージを測定することをさらに含み得、並びに/或いは前記組織中の細胞の少なくとも0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、5%、10%、20%、30%、40%又は50%が有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する場合、診断は陽性とみなすことができ、並びに/或いは前記組織中の細胞の0.01%未満、0.05%未満、0.1%未満、0.5%未満、1%未満、5%未満、10%未満、20%未満、30%未満、40%未満又は50%未満が有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する場合、診断は陰性とみなすことができる。
したがって、本発明のDNA構築物は、多くの治療及び/又は診断用途に特に有利である。特に、本発明のDNA構築物は、例えば、対象及び/又は組織サンプルにおける異なるタイプの真核標的細胞(例えば、とりわけ、がんの異なるサブタイプなどの標的細胞の不均一集団)の検出、殺滅及び/又は操作に特に有用である。
さらに、本発明は、以下の項目に関する:
項目1
5’→3’方向で以下のDNA配列エレメント:
第一プロモータ(P);
n個のさらなるプロモータ(P)、ただし、n≧1;及び
出力配列
を含むDNA構築物であって、
前記プロモータのそれぞれは、転写開始部位を含み、及び/又は転写を開始するのに適し;
からの転写の開始は、第一転写調節状態(TS)によって可能となり、前記さらなるプロモータ(P)のそれぞれからの転写の開始は、各々のさらなる転写調節状態(TS)によって可能となり、TSによって可能となり;
前記TS及び/又は各々のTSのいずれかが前記細胞中に存在する場合、前記DNA構築物は、真核細胞、好ましくは哺乳動物細胞、より好ましくはヒト細胞において有効量の出力RNAを産生し、前記出力RNAは前記出力配列に対応する配列を含み;
特に、転写がPから開始される場合に前記出力RNA(RNA)の第一タイプが得られ、転写が各々のPから開始される場合に前記出力RNAの各々のさらなるタイプ(RNA)が得られ、前記出力RNAの各タイプは、前記出力配列に対応する配列を含み、前記出力RNAの量は、全てのタイプの前記出力RNAの合計量に対応し;
好ましくは、前記DNA構築物は、前記細胞中にTSもTSのいずれも存在しない場合、有効量の前記出力RNAを産生しない、
DNA構築物。
項目2
5’→3’方向で、
前記第一プロモータ(P)と前記さらなるプロモータの最後のプロモータ(P)との間に、第一代替第一エクソン(E1)及び第一代替5’スプライス部位(5’ss)、並びに
前記最後のプロモータと前記出力配列との間に、n個の各々のさらなる代替第一エクソンの最後の代替第一エクソン(E1)、n個の各々のさらなる5’スプライス部位の最後の代替5’スプライス部位(5’ss)、分岐点(BP)及び3’スプライス部位(3’ss)
をさらに含み、
前記出力配列は第二エクソン(E2)であり、
好ましくは、前記最後の代替5’スプライス部位は、DNA構築物に含まれる別の一つ又は任意の他の5’スプライス部位よりも弱い、
項目1に記載のDNA構築物。
項目3
前記出力RNAが少なくとも一つの出力タンパク質をコード化する少なくとも一つの配列を含み、前記少なくとも一つの出力タンパク質のコード配列が、前記出力配列、例えば前記第二エクソンに部分的又は完全に含まれ、
好ましくは、前記少なくとも一つの出力タンパク質は、レポータタンパク質、例えば、蛍光タンパク質又は発光性若しくは発色性酵素、及び/或いはエフェクタータンパク質、例えば毒性タンパク質、酵素、サイトカイン、免疫調節物質、膜タンパク質及び/又は膜結合レセプターを含み得る、
項目1又は2に記載のDNA構築物。
項目4
ある特定の転写調節状態が、
(i)ある特定の細胞型及び/又は細胞状態、例えば、疾患細胞状態、分化した細胞状態、若しくは幹細胞状態と関連及び/又は反映する;並びに/或いは
(ii)転写因子の各々の群からの少なくとも一つの転写因子(TF)の存在を含み、
特に、第一転写調節状態(TS)は、TFの第一群からの少なくとも二つのTFの存在を含み、及び/又はさらなる転写調節状態のいずれか(TS)は、転写因子の各々のさらなる群からの少なくとも二つのTFの存在を含み、
好ましくは、Pは、TFの第一群からの少なくとも二つのTFの結合部位を含み、及び/又はPのいずれかは、転写因子の各々のさらなる群からの少なくとも二つのTFの結合部位を含む、
項目1~3のいずれか一つに記載のDNA構築物。
項目5
第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列を含む出力RNAが、第一転写後調節状態(PTS)によって翻訳阻害及び/又は分解され、
さらなる代替第一エクソン(E1)に対応する配列を含む出力RNAが、各々のさらなる転写後調節状態(PTS)によって翻訳阻害及び/又は分解される、
項目3~6のいずれか一つに記載のDNA構築物。
項目6
前記DNA構築物が、
(i)前記DNA構築物に含まれる少なくとも一つの各々のプロモータからの出力RNAが産生されるように、少なくとも一つの転写調節状態が前記細胞中に存在する場合;及び
(ii)各々の代替第一エクソンを含む各々の産生された出力RNAが翻訳阻害又は分解されないように、各々の転写後調節状態が前記細胞中に存在しない場合、
前記真核細胞において有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質を産生し;
好ましくは、前記DNA構築物が、
(i)前記DNA構築物に含まれる各々のプロモータから転写を誘導できる転写調節状態が前記細胞中に存在しない場合、及び/又は
(ii)前記DNA構築物に含まれる各々のプロモータによって産生される各々の出力RNAを翻訳阻害及び/又は分解できる各転写後調節状態が前記細胞中に存在する場合、
前記真核細胞において有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質を産生しない、
項目5に記載のDNA構築物。
項目7
ある特定の転写後調節状態が、
(i)ある特定の細胞型及び/又は細胞状態と関連し、及び/又はこれを反映し;
(ii)アンチセンスRNAの各々の群からの少なくとも一つのアンチセンスRNA(AR)の存在を含み、
特に、PTSがARの第一群からの少なくとも一つのAR(AR)の存在を含み、及び/又はPTSがARのさらなる群からの少なくとも一つのAR(AR)の存在を含み、
好ましくは、前記E1が、ARからの少なくとも一つのARの少なくとも一つの標的部位に対応する少なくとも一つの配列を含み、及び/又は前記E1のいずれかが、各々のARからの少なくとも一つのARの少なくとも一つの標的部位に対応する少なくとも一つの配列を含み;
並びに/或いは
(iii)少なくとも一つのRNA結合タンパク質の存在を含む、
項目5又は6に記載のDNA構築物。
項目8
細胞中の有効量の出力RNAが、
有効量の前記出力RNAが得られない条件、例えば、前記DNA構築物に含まれる任意のプロモータからの転写を開始する各々の転写状態が存在しない場合、同じDNA構築物を含む細胞中に存在する前記出力RNA及び/又は出力タンパク質の量と比較して、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質が前記DNA構築物を含む細胞中に存在することに対応する、
項目1~7のいずれか一つに記載のDNA構築物。
項目9
前記ウイルスに含まれるDNA構築物が二本鎖又は一本鎖であり、一本鎖DNA構築物が、前記項目のいずれか一つに記載のDNA構築物のセンス又はアンチセンス鎖に対応する配列を含み、特に、前記ウイルスが、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクター、レンチウイルスベクター、アデノウイルスベクター、単純ヘルペスウイルスベクター、又はVSVベクターである、
項目1~8のいずれか一項に記載のDNA構築物或いは前記DNA構築物に対応する配列及び/又は前記DNA構築物の配列に対して相補的な配列を含むRNAを含むウイルス。
項目10
対象、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトにおける疾患、例えばがんの治療での使用のための項目1~8のいずれか一つに記載のDNA構築物又は項目9に記載のウイルス。
項目11
(i)前記DNA構築物は、対象における複数の細胞へ導入されるものであり、前記複数の細胞は標的細胞と非標的細胞とを含み得る;
(ii)前記疾患は、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞と関連し、及び/又はこれによって引き起こされ、標的細胞は、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いはn個のさらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する可能性があり、ただしn≧1であり、
特に、ある特定の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態は、ある特定の転写調節状態の存在を含み、任意選択的に各々の転写後調節状態が非存在を含んでもよく;
(iii)前記疾患の治療は、標的細胞が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応するか否かに関係なく、標的細胞の殺滅及び/又は操作を含み、
好ましくは、非標的細胞は殺滅及び/又は操作されず;
特に、
(iv)有効量の出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される少なくとも一つの出力タンパク質が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞において、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する標的細胞において得られ、
好ましくは、有効量の出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質が非標的細胞では得られない、
項目10に記載の使用のためのDNA構築物又はウイルス。
項目12
真核細胞、好ましくは哺乳動物細胞の細胞型及び/又は状態を決定するインビトロ法であって、
(a)項目1~8のいずれか一つに記載のDNA構築物又は項目9に記載のウイルスをインビトロで前記真核細胞に導入し、
(b)前記細胞において出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質の量を測定し、
(c)(i)有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が前記細胞中に存在する場合、前記細胞はある特定の細胞型及び/又は状態を有すること、及び/又は
(ii)有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が前記細胞中に存在しない場合、前記細胞は前記細胞型及び/又は状態を有さないことを判定すること
を含む、方法。
項目13
対象、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトにおける疾患、例えばがんを診断するためのインビトロ法であって、
前記方法は、
a)項目1~8のいずれか一つに記載のDNA構築物又は項目9に記載のウイルスを前記対象からの組織サンプルに導入し、
b)前記組織サンプルにおいて出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質の量を測定し、
c)前記対象が前記疾患を有するか否かを診断すること
を含み、
前記組織サンプルにおいて有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在する場合、診断は陽性であり、及び/又は
前記組織サンプルにおいて有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在しない場合、診断は陰性である、方法。
項目14
前記疾患が
(i)少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞と関連し、及び/又はこれにより引き起こされ、標的細胞は、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いはn個のさらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する可能性があり、ただしn≧1であり;
(ii)前記組織サンプルは、前記標的細胞を含む疑いがあり、非標的細胞を含む可能性があり、
特に、ある特定の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態は、ある特定の転写調節状態の存在を含み、任意選択的に各々の転写後調節状態が非存在を含んでもよく;
(iii)前記疾患の診断は、標的細胞が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態(AC)、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応するか否かに関係なく、前記組織サンプル中の標的細胞を検出することを含み、
好ましくは、非標的細胞は検出されず;
特に、有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質は、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞において、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する標的細胞において得られ、
好ましくは、非標的細胞では、有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が得られない、
項目13に記載の方法。
項目15
インビボで、対象、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトにおける疾患、例えばがんの診断での使用のための項目1~8のいずれか一つに記載のDNA構築物又は項目9に記載のウイルス。
本発明はまた、以下の図面、図面の説明文、及び以下の非限定的実施例によっても特徴づけられる。
複数の代替プロモータベースの論理回路の概略図と初期特性評価。(A)代替プロモータ調節によって可能となる多入力プログラムの例示的レイアウト。代替プロモータP1、P2及びP3は、各々の代替(第一)エクソンの転写を可能にする:Ia、Ib及びIcと、共有されるエクソンII。各代替(第一)エクソンの後に5’-スプライスシグナル(5’ss1、5’ss2又は5’ss3)が続く。分岐点配列(BP)及び3’-スプライスシグナル(3’ss)はエクソンIIの前にある。イントロン配列は、波線のボックスで表される。転写(TP1、TP2、TP3)及び転写後(PTP1、PTP2、PTP3)調節プログラムは、入力を転写及び/又は翻訳活性に変換するボックスで表される。「真」の出力は、高い転写活性又は転写後の高い転写物濃度に対応する。代替転写物/アイソフォームを示し、濃色の長方形はエクソンを示し、線はイントロンを示す。全ての転写物は同じ出力タンパク質をもたらす。一般的スキームに対応する論理式も示す。 (B)3プロモータポリクロマティックレポータの概略図。様々な遺伝子成分が標識されている。端がギザギザした長方形はエクソンを表す。5’-スプライスシグナル(5’ss1、5’ss2又は5’ss3)及び3’-スプライスシグナル(3’ss)の位置を示す。破線は選択的スプライシングを示す。波線はスプライシングされた転写物を表す。スプライシングされた転写物から翻訳された出力タンパク質を示す。PIT:プリスチナマイシンI依存性トランス活性化因子2、PIR:プリスチナマイシンI抑制プロモータ、ET:エリスロマイシン依存性トランス活性化因子、ETR:エリスロマイシン抑制プロモータ、tTA:テトラサイクリン依存性トランス活性化因子、TRE:テトラサイクリン抑制プロモータ、CMV:ヒトサイトメガロウイルスプロモータ。 (C)マウスCiita遺伝子配列に基づく初期3プロモータカセット(pKB01)の概略図及び特性評価。上の概略図は、各位置で使用される5’-スプライス部位をそれらのコンパウンドスコアと共に表示している。棒グラフは、以下に示す異なる入力組み合わせに対するSBFP2、CFP、及びmCitrine出力の発現をプロモータ正規化単位で表したものを示す。 (D)OR論理との定性的一致を示す改変カセットpJD31の概略図及び特性評価。遺伝子カセット概略図及びグラフ表記はパネルCと同じである。このカセットではCFPの代わりにmCeruleanを使用している。(C)及び(D)中の各バーは、生物学的三連試験の平均±SDを表す。カセットの特徴/モジュール及びそれらのDNA配列をそれぞれ図10A及び表1に示す。 3プロモータポリクロマティックレポータシステムの遺伝子ランドスケープの探索。(A)多数の代表的なカセットにおける出力応答の概略図及び特性評価。5’-スプライスシグナル及びそれらのコンパウンドスコア(表5)を含むpKB01と異なる特徴を示す。詳細については図10A及び表1を参照のこと。チャートの表記は図1Cと同じである。各バーは、出力発現の生物学的三連試験の平均±SDをプロモータ正規化単位で表したものを示す。 (B)顕微鏡写真は、HEK293細胞におけるpJD48からの3つの蛍光出力の発現であって、トランス活性化因子の表示された組み合わせで誘導されたものを示す。SBFP2、mCerulean、mCitrine及びトランスフェクション対照mCherryは、疑似カラーで表されている(SBFP2疑似カラーは、グレースケールモードではあまりよく見えない)。全ての顕微鏡写真は10xの倍率である。SBFP2:500ms露光、LUT範囲0~32K;mCerulean:500ms、LUT範囲0~27K、mCitrine:200ms、LUT範囲0~14K;mCherry:200ms、LUT範囲0~32K。スケールバー、100μm。 (C)SBFP2(左)、CFP/mCerulean(中央)、及びmCitrine(右)出力のプロモータ正規化単位とポリクロマティックカセットの第3位での5’-スプライスシグナルのコンパウンドスコアとの間の相関関係。単一入力活性化からの入力を使用する。さらに、線形フィッティングした傾向線も示す。 (D)単一入力条件下での構築物pKB01及びpJD49について示された、エクソン-イントロンジャンクション及びスプライシング後エクソン-エクソンジャンクションに対してマッピングされたリードの相対的存在量(正規化)を示すmRNA-seqデータ解析(n=1)。黒矢印は、ジャンクション頻度の大きな変化を示す。X軸:ジャンクションタイプ。ExNN-Inは、エクソン(NN=Ia、Ib、又はIc、図7B)と隣接するイントロン配列にまたがるスプライシングされていない配列を示す;In-ExNNは、イントロンと隣接するエクソンにまたがるスプライシングされていない配列;ExNN-ExIIは、第一及び第二エクソン間の適切にスプライシングされたジャンクションを表す。YFPはmCitrineを表し、CFPはmCerulean、BFPはSBFP2を表す。データ解析ワークフローのさらなる詳細については実施例、すなわち実施例1を参照。なお、頻度値は、絶対アイソフォーム/ジャンクション存在量を反映しないので、互いに対する相対的なものに過ぎないと解釈すべきである。 2プロモータカセットの開発。(A)2プロモータ、2色レポータの概略図。表記は図1Bのとおりである。 (B)2プロモータカセット、pJD139。左上は、5’スプライス部位配列、それらのコンパウンドスコア及びイントロン長さを表示したカセット概略図である。左下は、下に表示した様々な入力組み合わせに対する出力発現をプロモータ正規化単位で表したものの棒グラフである。右は、顕微鏡写真を使用して視覚化したものである。mCherry:200ms露光、LUT範囲0~16K;SBFP2:500ms、LUT範囲0~18K;mCerulean:500ms、LUT範囲0~30K(SBFP2疑似カラーはグレ ースケールモードではあまりよく見えない)。(C)短いイントロンを有する2入力構築物pJD145。左上は、5’-スプライスシグナル、それらのコンパウンドスコア及びイントロン長さを表示したカセット概略図である。左下:様々な入力組み合わせに対する出力表現をプロモータ正規化単位で表したもの。右:顕微鏡写真を用いて可視化したもの。mCherry:200ms、LUT範囲0~30K;SBFP2及びmCeruleanは(B)と同様(SBFP2疑似カラーはグレースケールモードではあまりよく見えない)。(B)及び(C)では、10×倍率を使用する。スケールバー、100μm。カセットの詳細は図10B及び表1に示す。各バーは生物学的三連試験の平均±SDを表す。 多入力OR論理回路。(A)二つのプロモータを有するOR論理構築物の安定バージョン及び一時的バージョンの概略図及び特性評価。上は、構築物概略図である。中央は、一時的トランスフェクションを受けた回路データである。左から右へ:様々な入力組み合わせ(グラフの下に表示)について得られた相対的単位で表されたmCitrine出力の発現レベルを示す棒グラフ;単細胞におけるmCitrine出力及びトランスフェクション対照の発現を示す顕微鏡写真;フローサイトメトリーによって測定されたmCitrine発現ヒストグラムのオーバーレイ。下段、安定集積回路データ。 同上。左から右:左のY軸のmCitrine陽性細胞の平均発現、右のY軸のmCitrine陽性細胞のパーセンテージを、様々な入力組み合わせ(グラフの下に表示)についてプロットした棒グラフ;単細胞におけるmCitrine発現を示す顕微鏡写真;フローサイトメトリーによって測定したmCitrine発現ヒストグラムのオーバーレイ。mCitrineの露光時間は200msであり、LUT範囲は0~16.5Kである。 (B)3入力ORゲートの概略図及び特性評価。パネルの配置や視覚項目はパネルAと同様である。一時的トランスフェクションを受けた回路実験では、mCitrine露光時間は200msであり、LUT範囲は0~65Kである。安定集積回路の場合、mCitrine露光時間は200msであり、LUT範囲は0~4.5Kである。全ての顕微鏡写真は10×の倍率で撮影された。スケールバー、100μm。各バーは生物学的三連試験の平均±SDを表す。 同上。 哺乳動物細胞における論理和標準形様(AND-OR)論理計算。(A)四つの転写因子入力(TF-1...TF-4)で実装されるAND-OR論理回路の概略図。 (B)パネル(A)の概念を実施し、論理計算(PIT AND SOX10)OR(ET AND HFN1A)を実装してmCitrine出力を制御する遺伝子回路。構築物の詳細は図10D及び表1に示す。全ての入力はトランスで供給される。双方向TREプロモータはSOX10及びHNF1Aを制御し、CMVプロモータはPIT及びETを駆動する。 (C)AND-OR回路の性能。左上:イントロン長さ及びPIT結合部位を強調表示した回路概略図。左下の棒グラフは、1~16の番号を付けたすべての入力組み合わせについて、相対単位で表したmCitrine発現レベルを示し、各バーは生物学的三連試験の平均±SDを表す。入力の存在は記号「+」で示し、非存在は記号「-」で示す;論理式にしたがって予測される結果は、明灰色(On)又は暗灰色(Off)のバーで示す。右上の顕微鏡写真は、選択された入力条件に対するmCitrine出力及びトランスフェクション対照の発現を示す。mCitrine及びトランスフェクション対照mCeruleanは疑似カラーによって表される。全ての顕微鏡写真は10×の倍率で撮影された。mCitrine:200ms露光、LUT範囲1~5.5K;mCerulean:500ms露光、LUT範囲0~21K。スケールバー、100μm。右下は、最悪のケース及びメジアンOn:Off比を強調表示した、全ての入力組み合わせに対するmCitrine発現レベルのヒストグラム。X軸:mCitrine相対単位、Y軸:入力条件/事例数。 哺乳動物細胞におけるさらなる論理和標準形(DNF)様論理計算。(A)TF(TF-1...TF-4)、及びmiRNA入力でのDNF論理回路の概略図。 (B)論理計算(PIT AND SOX10 AND NOT(siRNA-FF4))OR(ET AND HNF1A AND NOT(siRNA-FF5))を実装してmCitrine出力を制御する遺伝子回路。灰色の半卵形はプロモータレベルで実装されるANDゲートを表し、末端が平滑化された矢印はsiRNAによる阻止を表す。全ての入力はトランスで供給される。構築物の詳細をそれぞれ図10E及び表1に示す。 (C)DNF回路性能。左の棒グラフは、表示された入力組み合わせ(1~16で附番)に対する相対単位で表されたmCitrine発現レベルを示す。入力の存在および予測される結果の表記は図5Cと同じである。各バーは、生物学的三連試験の平均±SDを表す。右の顕微鏡写真は、選択された入力条件(5~16で附番)に対するmCitrineの発現及びトランスフェクション対照を示す。mCitrine及びトランスフェクション対照mCeruleanは疑似カラーによって表される。全ての顕微鏡写真は10×の倍率で撮影された。mCitrine:500ms露光、LUT範囲0~5K;mCerulean:500ms、LUT範囲0~4.65K。スケールバー、100μm。 ポリクロマティックレポータシステムの構築で使用される配列を表す概略図(図1に関連)。(A)SBFP2、mCerulean及びmCitrine蛍光タンパク質のアミノ酸配列アラインメント。 210アミノ酸からなるエクソン1(破線の長方形)、及び29アミノ酸からなるエクソン2(実線の長方形)を別々に示す。 (B)マウスCiita遺伝子配列と整列させた初期ポリクロマティックレポータ構築物(pKB01)。合成誘導性プロモータ配列(PIR、ETR、TRE)は、最小TATAとあわせて個々の蛍光タンパク質を駆動している。Ciita遺伝子の交互第一エクソン(エクソンIa、Ib、Ic)は、蛍光タンパク質Ex1配列で置換され、Ciita遺伝子のエクソン2~19は、蛍光タンパク質の第二(共有)エクソン(Ex2)で置換されている。全5’-UTR及び部分イントロン配列もCiita遺伝子から得られる。PIR:プリスチナマイシンI抑制プロモータ、ETR:エリスロマイシン抑制プロモータ、TRE:テトラサイクリン抑制プロモータ、TATA-YB:最小プロモータ;*印はゲノム配列と合成構築物との間の完全な相同性を示す。 対照実験、正規化対照及び数個の3入力カセット/構築物を用いた実験データ(図1に関連)。(A)例示されたスプライシングベースの構築物の関連での機能的スプライシングの必要性を示す図。上の概略図は、i)エクソン1とエクソン2、又はii)エクソン1とエクソン2無、イントロンに3’-スプライスシグナル無のいずれかでの、プロモータ-レポータ構築物(PIR-SBFP2、ETR-mCerulean、TRE-mCitrine)を示す。下の棒グラフは、これらの構築物について、それらの転写入力がある場合又はない場合に得られた発現値を示す。 (B)例示したスプライシングベースの構築物の関連での第二エクソンの要件の確認。上は、pJD49由来の、変異第二エクソン(Mycタグ配列を挿入)で操作された対照カセット/構築物の概略図。下の棒グラフは、各々の入力での誘導に際しての蛍光タンパク質のわずかな発現レベルを示す。 (C)プロモータ正規化に使用されるカセット/構築物。上は、プロモータ正規化を目的として作製されたプロモータ-レポータ構築物(PIR-SBFP2、ETR-mCerulean、ETR-CFP、TRE-mCitrine)を示す概略図である。U1、U2、U4、U5、U6は5’-UTRコードであり、その配列は表1に記載されている。下の棒グラフは、これらの構築物について得られた発現値を相対単位で表したものとそれらの転写入力を示す(詳細については実施例1を参照)。各バーは、測定に使用したプラスミド名で標識されている。5’-UTRコードのフォントの灰色の色調は、プラスミドのバーの灰色の色調と一致している。mCitrineの5’-UTRはすべてのポリクロマティックレポータ構築物にわたって同じである。 (D)、(E)3プロモータカセット/構築物におけるいくつかの重要な変化の特性評価:第三の5’スプライス部位(D)の弱化及びコザックの導入(E)。上は、構築物pKW17及びpJD23(D)並びにpJD30(E)の概略図であって、それらの5’-スプライス部位およびそれらのコンパウンドスコア値(表5)と共に示す。図示された配列中の垂直線は、5’-スプライス部位のエクソン配列とイントロン配列とを分けている。「AAG」配列は、特に指示のない限り、5’スプライス部位のデフォルトのエクソン部分として使用される。各概略図の下の棒グラフは、各構築物の様々な入力組み合わせ(チャートの下に示す)についてのプロモータ正規化単位(Y軸)で表された発現値を示す。バーの各セットは、それぞれ、SBFP2、mCerulean、及びmCitrine出力をコード化する代替オープンリーディングフレームの発現を表す。プロモータ正規化単位の計算の詳細な説明及びトランスフェクションの詳細は実施例1に示す。(A)~(D)の各バーは、生物学的三連試験の平均±SDを表す。構築物の特徴/モジュール及びその関連配列は、それぞれ、図10A、F、G及び表1で見出すことができる。 同上。 3プロモータポリクロマティックレポータカセット(図1、2に関連)の発現プロファイルを示すヒートマップ。 各蛍光タンパク質の平均プロモータ正規化単位(n=3):SBFP2(上)、CFP/mCerulean(中央)及びmCitrine(下)は、全ての入力組み合わせ(Y軸)について、すべてのポリクロマティックレポータ(X軸)に対して図示されている。各蛍光タンパク質発現マップのスケールバーはその右側にある。構築物の特徴/モジュール及びその関連配列をそれぞれ図10A及び表1に示す。 同上。 全てのプラスミド(図1~6、8、9、11及び12に関連)のモジュール(プロモータ、5’-UTR、エクソン1a、5’スプライス部位1、イントロン、エクソン1b、5’スプライス部位2、エクソン1c、5’スプライス部位3、3’-スプライス部位、エクソン2及びポリA)の表示。(A)3プロモータポリクロマティックレポータカセット/構築物、(B)2プロモータカセット/構築物、(C)OR論理構築物、(D)AND-OR論理構築物、(E)AND-OR-NOT論理構築物、(F)対照構築物及び(G)プロモータ正規化構築物の全てのプラスミドを示す。各モジュールのコードに関連する配列は表1に記載されている。エクソンの前にコザック配列が含まれていることは、星印(*)で示されている。 同上。 同上。 同上。 同上。 同上。 同上。 OR論理回路の特性評価。(図4に関連)。(A)類似点と相違点を示すpJD140(2色構築物)とpJD145(2入力OR論理構築物)のアラインメント。両構築物のドナースプライス部位およびアクセプタ―スプライス部位配列を示す。PIR:プリスチナマイシンI抑制プロモータ、ETR:エリスロマイシン抑制プロモータ、TRE:テトラサイクリン抑制プロモータ、TATA-YB:最小プロモータ。 (B)HEK293細胞への安定した組込み後の構築物の完全性を示すアガロースゲル。ゲルレーンはプラスミド群-pJD163(1、2)、pJD164(3、4)、pJ165(5、6)に分割される。レーン1,3,5は、陽性対照として機能する各々のプラスミドの増幅に対応する。レーン2、4、6は、それぞれpJD163、pJD164及びpJD165に由来するウイルスベクターで安定的に形質導入されたHEK293からのゲノムDNAの増幅に対応する。レーン7は、形質導入されていないHEK293ゲノムDNAの増幅を示す。レーン8は、テンプレートなしのPCR対照である。 (C)二つのプロモータを有するOR論理構築物の安定バージョン及び一時的バージョンの概略図。同じ構築物がアンチセンス鎖中のレンチウイルストランスファーベクター中、又は一時的トランスフェクション用の通常のプラスミド中に組込まれる。構築物の特徴/モジュール及びその関連配列はそれぞれ図10C及び表1で見出すことができる。 (D)一時的回路に関連するデータ。左から右へ:様々な入力組み合わせ(チャートの下に示す)について得られた、相対単位で表されたmCitrineの発現レベルを示す棒グラフ。顕微鏡写真は、単細胞におけるmCitrine出力の発現とトランスフェクション対照を示す。mCitrine露光時間は200msであり、LUT範囲は0~65Kである;フローサイトメトリーによって観察されたmCitrine発現のヒストグラムのオーバーレイ。 (E)安定集積回路について得られたデータ。左から右へ:左側のY軸のmCitrine陽性細胞の平均発現と右側のY軸のmCitrine陽性細胞のパーセンテージを様々な入力組み合わせ(チャートの下に示す)についてプロットした棒グラフ;200msの露光時間と0~16.5KのLUT範囲での単細胞におけるmCitrine出力の発現を示す顕微鏡写真;及びフローサイトメトリーによって観察されたmCitrine発現のヒストグラムのオーバーレイ。各バーは生物学的三連試験の平均±SDを表す。mCitrine及びトランスフェクション対照mCherryは疑似カラーによって表される。全ての顕微鏡写真は10×の倍率で撮影された。スケールバー、100μm。トランスフェクションの詳細は実施例1に記載されている。 哺乳動物細胞におけるAND-OR論理計算(図5に関連)。左上:二つのプロモータ間のイントロン長さを強調表示した回路pJD178(A)及びpJD198(B)の概略図。左下:棒グラフは、全ての可能な入力条件(1~16で示す)についてフローサイトメトリーによって得られた、相対単位で表されたmCitrine発現レベルを示す(各バーは生物学的三連試験の平均±SDを表す)。入力の存在は記号「+」で示し、非存在は記号「-」で示す;論理式にしたがって予測される結果は、明灰色(On)又は暗灰色(Off)のバーで示す。右上側の顕微鏡写真は、選択された入力条件に対する単細胞におけるmCitrine出力の発現及びトランスフェクション対照を示す。右下に、最悪のケースとメジアンOn:Off値を強調表示したmCitrine発現レベルのヒストグラムを示す。全ての顕微鏡写真は10×の倍率で撮影された。mCitrine及びトランスフェクション対照mCeruleanは疑似カラーによって表される。mCitrineは200msの露光で画像化され、1~11KのLUT範囲で示され、一方、mCeruleanは500msで画像化され、0~21KのLUT範囲で示された。スケールバー、100μm。 同上。 フローサイトメトリーゲーティング戦略。(実施例1に関連)。本明細書中の実施例、図面及び図面の説明文におけるデータ解析に適用されたゲーティング戦略を説明する代表的なフローサイトメトリードットプロット及びヒストグラム。(A)ゲーティング用戦略を示す平滑化されたドットプロット:前方散乱領域(FSC-A)対側方散乱領域(SSC-A)に基づく生細胞(左)、FSC-A対FSC-W(幅)に基づく単細胞(右)。この後、単色対照サンプルで観察される漏れに基づいて補償を手動で実施した。 (B)非トランスフェクト細胞(補償)における一重項のヒストグラムを蛍光チャネルのゲーティング陽性及び陰性集団に使用した:トランスフェクション対照、mCherry(左上)、SBFP2(右上)、mCerulean(左下)、mCitrine(右下)。このゲーティングを次に当該実験におけるすべてのサンプルに適用した。このゲーティングに基づいて、蛍光チャネルの陽性細胞のパーセンテージ/頻度を得、これを相対単位及びプロモータ正規化単位を計算するために使用した。 (C)pJD49サンプルのドットプロット例と付属ヒストグラム。mCherryはX軸上のトランスフェクション対照である。左上:非誘導条件、mCherry対SSC-A。右上:PITで誘導、mCherry対SBFP2。左下:ETで誘導、mCherry対mCerulean。右下:tTAで誘導、mCherry対mCitrine。
本開示で使用するための方法および材料は本明細書に記載されているが、当技術分野で公知の他の好適な方法および材料も使用できる。材料、方法、および実施例は単なる例示であり、限定することを意図したものではない。
実施例1:材料及び方法
実験モデル及び対象の詳細
三つの異なる細胞株:HEK293(Invitrogen、カタログ番号11631-017)、HEK293T(ATCC、カタログ番号CRL-11268)、及びHeLa(ATCC、カタログ番号CCL-2、ロット番号58930571)で実験を実施した。安定的に形質導入されたHEK293細胞を含むすべての細胞株を、37℃、5%COにて、10%FBS(ThermoFisher、カタログ番号10270-106)及び1%ペニシリン/ストレプトマイシン溶液(Corning、カタログ番号30-002CI)を追加した、0.2μ(TPP、カタログ番号99500)ろ過DMEM(ThermoFisher、カタログ番号41966029)中で培養した。0.25%トリプシン-EDTA(ThermoFisher、カタログ番号25200-072)を使用して3~4日おきに分割を実施した。マイコプラズマ試験は4週間に1回実施した。マイコプラズマ検出のために、PCRマイコプラズマ試験キット(Promokine、カタログ番号PK-CA91-1024)からのプロトコルを汚染マイコプラズマに特異的なプライマーと共に使用した(Uphoff and Drexler,2011)。検出に使用したサーモサイクラープログラムは以下の通りであった:95℃で7分、72℃で3分、及び65℃で2分を1サイクル;95℃で4秒、50℃で8秒、及び68℃で45秒を32サイクル。プライマー:PR1843、PR1844、PR1845、PR1846、PR1847及びPR1848を検出反応のために使用した(表2を参照)。陽性対照については、上記のものとは別に追加のプライマーセット(PR0673及びPR0674)を使用した。細胞培養物を最大2カ月間増殖した後、新鮮な細胞ストックと置換した。
方法の詳細
DNAカセット設計及び構造
DNAカセットはいくつかのモジュールに分割されている(図10)。各モジュールに関連する配列は表1に列挙されている。クローニングや他の手順で使用されるプライマーは表2に記載されている。クローニングに使用される遺伝子フラグメント/合成DNA配列/gBlockは表3に記載されている。全てのプラスミドとそれらの関連するクローニング手順は表4に記載されている。
ポリクロマティックレポータ構築物
GFP由来の蛍光タンパク質(SBFP2、CFP、mCerulean及びmCitrine)を使用してポリクロマティックレポータを構築した。これらの蛍光タンパク質を、第二エクソンが同じままであるように二つのエクソン(エクソン1:210アミノ酸、エクソン2:29アミノ酸)に分割した。三つの結合部位を有するプリスチナマイシンI依存性トランス活性化因子(PIT)2/プリスチナマイシンI抑制プロモータ(PIR)システム(Fussenegger et al.,2000)、三つの結合部位を有するエリスロマイシン依存性トランス活性化因子プロモータシステム(Weber et al.,2002)、及び六つの結合部位を有するテトラサイクリン依存性トランス活性化因子プロモータシステムは、それぞれ、SBFP2、CFP/mCerulean及びmCitrine蛍光タンパク質の発現を駆動するためにTATA-YB最小配列(Angelici et al.,2016)の前に配置した。5’-UTR配列は、マウスCiita遺伝子(NCBI#NC000082.6)から入手したか、又は二次構造の形成を防止し、それによって異なる調節調節因子によって占有されることを可能にするように設計した。プロモータ及び5’-UTR配列を交互エクソン配列(SBFP2 Ex1、CFP/mCerulean Ex1及びmCitrine Ex1)の上流に配置した。コザック配列を一部のカセットでは開始コドンの前に挿入した。長さが異なるイントロン配列(50~516bp)をマウスCiita遺伝子(NCBI#NC000082.6)から得た。5’スプライス部位配列は異なるポリクロマティック構築物では異なっていた。使用した3’スプライス部位配列は、マウスCiita遺伝子(NCBI#NC000082.6)からのもの、又は以下のもののいずれかであった:5’-ttttttaacttcctttattttccttacag-3’(配列番号1)。スプライシングエンハンサー配列(Miyaso et al.,2003;Wang et al.,2012)をpJD52及びpJD125のSBFP2エクソン1の下流のイントロン配列内に挿入した。終止コドンの下流に配置されたウサギグロビンポリアデニル化シグナルを転写の終結に使用した。初期多色カセットpKB01はGenewizによって新たに合成された。
OR論理構築物
プロモータ、5’-UTR、イントロン及び転写終結配列を上記セクションで記載したように使用した。プロモータ及び5’-UTR配列を交互エクソン配列の上流に配置した。代替第一エクソン配列(Ia、Ib、及びIc)はマウスCiita遺伝子(NCBI#NC000082.6)から得た。交互エクソンの最後のコドンは、交互部分に第一塩基を配置し、共有される第二エクソンに二つの塩基を配置することによって分割された。このため、コード配列がフレーム内にあり、したがってタンパク質が機能的であるために、スプライシングが起こる必要がある。それ以外、第二エクソンは、リンカー(Shcherbakova et al.,2016)とそれに続くmCitrine CDSで構成されていた。
第一(最も上流の)’スプライス部位の下流50bp以内に挿入されたイントロンスプライシングエンハンサー(5’-gttggtggtt-3’;配列番号2)(Wang et al.,2012)を使用して、全てのOR論理構築物におけるエクソン1(Ia)とエクソン2(mCitrineとのリンカー)との間の配列のスプライシングを促進した。
標準形様論理構築物
代替相乗プロモータを使用して、AND-OR論理回路を設計した。構築物の構造は、プロモータ構造において若干の変更があるがOR論理構築物に類似したままであった。相乗プロモータは以前に記載されているように設計した(Angelici et al.,2016)。SOX10転写因子の応答エレメント(結合部位)は、PIT-VP16トランス活性化因子の応答エレメント(結合部位)との相乗効果で配置し、一方、HNF1A転写因子の応答エレメント(結合部位)はETトランス活性化因子の応答エレメント(結合部位)との相乗効果で配置した。PITトランス活性化因子には二つ又は三つの応答エレメントを使用した。ETトランス活性化因子には(OR論理構築物において)三つではなく一つの応答エレメントを使用した。トランス活性化因子に関する各転写因子の応答エレメントの配列及び配置を表1に示す。NOT論理の場合、siRNA-FF4についての2x標的部位とsiRNA-FF5についての3x標的部位を代替第一エクソンの5’-UTRにクローンした(表1)。
表1 遺伝的論理回路を構築するために使用されるモジュールのDNA配列。図1~6、及び8~12に関連。モジュールタイプによって分類した、論理ゲート構築物の様々な構造モジュールのDNA配列を以下に記載する。表1のモジュールの連結として示された完全な構築物の概略図は、図10を参照のこと。
注:i)構築物を再構築するために、5’スプライス部位配列のエクソン部分は、すでにCDSエクソン配列に含まれているので、連結されない。ii)完全コザック配列を作製するために、5’-UTRとエクソン1 CDSとの間にGCC(G/A)CCヌクレオチドが追加される。iii)また、3’スプライス部位配列は常にイントロン配列の一部である。したがって、構築物を再構築するために、配列を別に追加しない。
組換えDNA法
使用した様々なキットについて、特に断りのない限り、製造業者の指示に従った。標準的クローニング技術を使用してプラスミドを作製した。DNA増幅は、Phusion High Fidelity DNAポリメラーゼ(NEB、カタログ番号M0530)を使用して実施した。脱塩プライマー/オリゴヌクレオチド(表2)はIDT/Sigma Aldrichから取り寄せた。脱塩遺伝子フラグメント/合成DNA配列/gBlock(表3)はIDT/Twist Bioscienceから取り寄せた。消化フラグメントは、MinElute PCR精製キット(Qiagen、カタログ番号28006)又はQiaquick PCR精製キット(Qiagen、カタログ番号28106)を使用して精製した。ゲル抽出及び精製は、MinElute Gel精製キット(Qiagen、カタログ番号28606)又はQiaquick Gel Extractionキット(Qiagen、カタログ番号28706)を使用して実施した。制限消化は、BstBIについては65℃で、SfiIについては50℃で、BtgZIについては70℃で、他の全ての酵素については37℃で実施した。ライゲーション反応はT4 DNAリガーゼ(NEB、カタログ番号M0202)を使用して実施した。ケミカルコンピテントセル-Top10(ThermoFisher、カタログ番号C404010)及びJM109(Zymo、カタログ番号T3003)を調製するために、Mix and Go E.coli形質転換キット(Zymo、カタログ番号T3001)を使用した。また、社内で調製したMach1エレクトロコンピテントセル(ThermoFisher、カタログ番号C862003)及びケミカルコンピテントStbl3セル(ThermoFisher、カタログ番号C737303)をクローニングに使用した。陽性クローンのスクリーニングは、制限消化を用いるか、又はQuick-Load Taq 2x Master Mix(NEB、カタログ番号M0271)を用いたコロニーPCRを実施するかのいずれかで実施した。陽性クローンからのプラスミド単離は、GenElute Plasmid Mini-prepキット(Sigma Aldrich、カタログ番号PLN350-1KT)を使用して実施した。全てのプラスミドは、Microsynth AG(スイス国)が提供するSangerシークエンシングサービスを用いて検証した。形質転換細菌は、適切な抗生物質(アンピシリン100μg/mL(Sigma Aldrich、カタログ番号A9518)及びカナマイシン50μg/mL(Sigma Aldrich、カタログ番号K4000))を追加したDifco LBブロス、Miller(BD、カタログ番号244610)中で培養した。HiPure Plasmid Filter Midi-prepキット(Invitrogen、カタログ番号K210014)をプラスミド単離及び精製に使用した。精製したプラスミドからエンドトキシンを除去するためにEndotoxin Removalキット(Norgen、カタログ番号52200)を使用した。ギブソンアセンブリ(Gibson et al.,2009)は、1xギブソンアセンブリ緩衝液(0.1M Tris-HCl、pH7.5、0.01M MgCl、0.2mM dGTP、0.2mM dATP、0.2mM dTTP、0.2mM dCTP、0.01M DTT、5%(w/v)PEG-8000、1mM NAD)、0.04単位のT5エクソヌクレアーゼ(NEB、カタログ番号M0363)、0.25単位のPhusion DNAポリメラーゼ(NEB、カタログ番号M0530)及び40単位のTaq DNAリガーゼ(NEB、カタログ番号M0208)中でベクター(50ng)及びインサート(5モル当量)を混合することによって、50℃で1時間、20μLの最終体積で実施した。ギブソンアセンブリ用の負の対照にはベクターだけが含まれていた。オリゴクローニングには、主鎖フラグメントとのライゲーション前にオリゴヌクレオチドのリン酸化とアニーリングが含まれていた。3μLのオリゴヌクレオチド(olignucleotide)(100μM)、5μLの10xPNK緩衝液、5μLのATP(10mM)、1.5μLのT4 PNK(10U/μL)(NEB、カタログ番号M0201)及び34μLのddHOを一緒に添加し、続いて37℃で30分間インキュベーションすることによって、オリゴヌクレオチドのリン酸化を実施した。それぞれ25μLのリン酸化オリゴヌクレオチドを混合し、次にサーモサイクラー中で95℃にて3分間、その後、次の170分間は1分ごとに0.5℃低下させてインキュベートすることによってアニーリングを実施した。1μLの1:20希釈(ddHOで)し、アニーリングしたオリゴヌクレオチドをライゲーション反応に使用した。
トランスフェクション
全てのトランスフェクションは、Lipofectamine2000トランスフェクション試薬(ThermoFisher、カタログ番号11668-027)を使用し、提案されたガイドラインに従って実施した。24ウェルプレート(カタログ番号142475、ThermoFisher)又は6ウェルプレート(カタログ番号140675、ThermoFisher)(RNAシーケンシング用)のいずれかでトランスフェクションを実施した。トランスフェクション時に70~80%程度ノコンフルエンシーとなるように、トランスフェクションの24時間前に、24ウェルプレート中のHEK293、安定的に形質導入されたHEK293については7.5*10、6ウェルプレート中のHEK293については3.5*10、24ウェルプレート中のHeLaについては5.5*10の密度で、細胞を各ウェル中に播種した。10%のFBS及び1%のペニシリン/ストレプトマイシン溶液を追加したDMEMをHEK293細胞の播種に使用し、10%FBSを追加し、抗生物質を追加しないDMEMをHeLa細胞の播種に使用した。各トランスフェクションについて使用した適切な量のプラスミドを混合し、Opti-MEM(ThermoFisher、カタログ番号31985-062)を使用して50μL(24ウェル)又は250μL(6ウェル)(DNA Opti-MEMミックス)の最終体積にした。HEK293及びHeLa細胞に使用したDNA(μg)のリポフェクタミン2000(μL)に対する比は、それぞれ1:3及び1:2.5であった。適切な体積のリポフェクタミン2000を取り、Opti-MEMを使用して最終体積を50μL(24ウェル)又は250μL(6ウェル)(lipo Opti-MEMミックス)にした。リポフェクタミン2000 Opti-MEMミックスを室温で5分間インキュベートした。インキュベーション後、ミックスをDNA-OptiMEMミックスに添加し、15~20分間インキュベートした後、細胞に滴下した。図1~4、8、9、11に示す実験は、HEK293細胞で実施した。また、図4及び11には、安定的に形質導入されたHEK293細胞に対する実験から得られたデータが示されている。図5、6及び12に示す実験はHeLa細胞で実施した。
図1、2、8及び9の出力発現値を得るために、200ngの適切なプラスミドを50ngのトランスフェクション対照(pKH026、Ef1a-mCherry)及び必要に応じて50ngのインデューサプラスミド(pMF206 CMV-PIT2(Weber et al.,2002);pEL190CMV-ET1(Prochazka et al.,2014);pBA166 CMV-tTA(Clonetech、カタログ番号631070))でトランスフェクトした。トランス活性化因子を含まないウェル中(「入力無し」の条件)で、50ngのジャンクDNA(pBH265(Haefliger et al.,2016))を使用した。
図3、4及び11の一時的構築物の出力発現値を得るために、100ngの適切なプラスミド(pJD139又はpJD145又はpJD140又はpJD80又はpJD83)を、50ngのトランスフェクション対照(pKH026、Ef1a-mCherry)及び必要に応じて50ngのインデューサプラスミド(pMF206 CMV-PIT2;pEL190 CMV-ET1;pBA166 CMV-tTA)でトランスフェクトした。図4及び11の安定な構築物の出力発現値を得るために、50ngのトランスフェクション対照(pKH026、Ef1a-mCherry)を、必要に応じて50ngのインデューサプラスミド(pMF206 CMV-PIT2;pEL190 CMV-ET1;pBA166 CMV-tTA)でトランスフェクトした。図5、12及び6について、100ngの適切なプラスミド(pJD219又はpJD198又はpJD178又はpJD204)を、必要に応じて適切な量のインデューサプラスミド(5.5ngのpJD70 CMV-PIT-VP16;50ngのpBA417 mCherry-TRE二方向-SOX10(Angelici et al.,2016);22ngのpEL190 CM-ET1;50ngのpEM003 mCherry-TRE二方向-SOX10(Angelici et al.,2016))でトランスフェクトした。適切な量のジャンクDNA(pBH265)を添加して、上記実験において様々な入力条件にわたってトランスフェクトされるDNAの量を一定に保った。
RNAシーケンシング実験に関して、1000ngの適切なプラスミド(pKB01又はpJD49)を、250ngのトランスフェクション対照(pKH026、Ef1a-mCherry)及び必要に応じて250ngのインデューサプラスミド(pMF206 CMV-PIT2;pEL190 CMV-ET1;pBA166 CMV-tTA)でトランスフェクトした。トランス活性化因子を含まないウェル中(「入力無し」の条件)で、250ngのジャンクDNA(pBH265)を使用した。
5pmolのsiRNA FF4(Dharmacon)及び10pmolのsiRNA FF5(Dharmacon)を必要に応じてトランスフェクションミックスに添加した。5/10pmolのmiRIDIAN陰性対照#2(Dharmacon、カタログ番号CN-002000-01-05)を添加して、様々な入力条件にわたってsiRNAの量を一定に保った。siRNAの配列は表2に記載されている。siRNAをDNA-OptiMEMミックスに添加した。siRNAには、適切な量のリポフェクタミン2000を添加した。siRNAを含むウェルのトランスフェクションについては、あらかじめ温めた新鮮な培地を使用して、トランスフェクション後12~15時間に既存の培地を置換した。
フローサイトメトリー
トランスフェクションの48時間後に細胞をフローサイトメータで分析した。HEK293細胞は、培地を除去し、細胞にPBS1x、pH7.4(ThermoFisher、カタログ番号10010-015)及びAccutase(ThermoFisher、カタログ番号A11105-01)の1:1ミックスを合計体積100μLで追加することによってフローサイトメトリー用に調製し、HeLa細胞は、培地を除去し、細胞に100μLのAccutaseを供給することによって調製した。細胞を5~8分間、37℃、5%COでインキュベートした。
細胞を再懸濁し、氷上に保持した微量希釈チューブ(カタログ番号02-1412-0000、Life Systems Design)に移した。この後、BD LSR Fortessa II Cell Analyzer(BD Biosciences)を用いて細胞を分析した。機械は、使用前にSphero Rainbow Calibration Particles8ピークビーズ(Spherotech、カタログ番号PCP-30-5A)で較正した。各々の蛍光タンパク質測定に使用した励起レーザ(Ex)及び発光フィルター(Em)は以下のとおりである:SBFP2(Ex:405nm、Em:445/20nm)、mCerulean/CFP(Ex:445nm、Em:473/10nm)、mCitrine(Ex:488nm、Em:530/11nm、ロングパスフィルタ―505nm)、及びmCherry(Ex:561nm、Em:610/20nm、ロングパスフィルタ―600nm)。異なる蛍光チャネルの光電子増倍管(PMT)電圧は、8ピークビーズの平均値が様々な実験にわたって一定に保たれるように調節した。参考を提供するために、mCitrineについては200mV、mCherry(トランスフェクション対照)については220mV、SBFP2については250mV、CFP/mCeruleanについては210mVで、ポリクロマティックレポータ及びOR論理構築物の測定を実施した。DNF様論理試験の場合、測定は、mCitrineについては230mV、mCerulean(トランスフェクション対照)については225mVで実施した。
データ解析
棒グラフのフローサイトメトリーデータ解析は、FlowJoソフトウェア(BD Biosciences)を用いて実施した。本研究で、本発明者等は、フローサイトメトリーから得られた蛍光値を表すために相対的発現単位及びプロモータ正規化単位を使用した。プロモータ正規化単位は、ポリクロマティックレポータカセットの棒グラフで利用する。相対的発現単位は、OR論理及びDNF様論理(AND-OR、AND-OR-NOT)構築物の棒グラフで利用する。FlowJoを使用して実施されるゲーティング戦略を図13に示す。
以下のステップは、両測定基準の算出について同じである。
(i)生細胞は、前方散乱面積対側方散乱面積プロットに基づいてゲーティングした。
(ii)生細胞集団内で、単細胞を前方散乱面積対前方散乱幅に基づいてゲーティングした。
(iii)蛍光タンパク質チャネル間のクロストークを説明するために、構成的に発現された蛍光タンパク質-SBFP2、mCerulean、mCitrine及びmCherryで個々にトランスフェクトされた細胞に基づいて補償マトリックスを定義した。一つの蛍光チャネルから他の蛍光チャネルへのクロストークが観察され、手動で補償された。結果として得られたマトリックスを次にすべてのサンプルに適用した。
(iv)単細胞集団内で、所与の蛍光チャネルに対して陽性の細胞を、陰性対照(トランスフェクトされていない)サンプルに基づいて、対照細胞の99.9%が選択されたゲートの外側になるようにゲーティングした。
(v)所与の蛍光チャネル中の各陽性細胞集団について、Flowjoを使用して、蛍光の平均値及び陽性細胞の頻度を算出した。これら二つの値を乗算して、蛍光タンパクシグナルの直接的尺度である絶対強度を得る。
(vi)所与の蛍光タンパク質(Y)の絶対強度を、当該サンプル中のトランスフェクション対照の陽性細胞の頻度によって正規化すると、相対的発現単位(rel.u.)が得られる。これは、次式で表すことができる:
プロモータ正規化単位を計算するために行われる追加のステップは次のとおりである:
vii)異なるポリクロマティックレポータカセット間で蛍光タンパク質の発現値を比較し、またスプライシングの実際の効果を観察するために、プロモータ強度や他の調節機能(5’-UTR及びリボソーム結合部位)から生じる蛍光タンパク質の発現強度差の正規化を実施した。この目的のために、一連の「対照」構築物(pKB02、pJD207、pJD209、pJD210、pKB03、pJD157、pJD208及びpKB04)を生成し、正規化に利用した(図8C)。蛍光タンパク質発現値は、これらの「対照」構築物でトランスフェクトされた細胞から測定した。さらに、相対的発現単位は上述のように求めた。
viii)各蛍光タンパク質の各ポリクロマティックレポータカセットの相対的発現単位は上述のように計算した。プロモータ正規化単位(norm.u.)は以下の式により求めた:
上記式において、分子と分母はどちらも標準偏差値を有している。したがって、以下の式を使用して誤差伝播を実施した(https://www.eoas.ubc.ca/courses/eosc252/error-propagation-calculator-fj.htm)。R及びRの標準偏差値をSD及びSDとする。
顕微鏡法
蛍光タンパク質発現は、トランスフェクションの48時間後に蛍光顕微鏡法を用いて画像化した。機械化されたステージと37℃に保持された温度制御チャンバーとを備えたNikon Eclipse Ti顕微鏡を使用して画像を取得した。励起光はNikon IntensiLight C-HGFI水銀ランプ又はLED光源によって生成させ、最適化Semrockフィルターキューブのセットを通してフィルタリングした。結果として得られる画像は、10X対物レンズを用いてHammamatsu、ORCA R2又はFlash4カメラによって収集した。以下の最適励起(Ex)、発光(Em)及びダイクロイック(Dc)フィルターを使用して、異なる蛍光チャネルmCitrine間のクロストークを最小限に抑えた(20%強度のEx500/24nm又は513nmLED、Em542/27nm、Dc520nm)、mCherry(Ex562/40nm、Em624/40nm、Dc593nm)、CFP/mCerulean(20%強度のEx438/24又は438nmLED、Em483/32nm、Dc458nm)及びSBFP2(Ex370/36nm、Em483/32nm、Dc458nm)。全ての実験の露光時間、ルックアップテーブル(LUT)及び倍率は、図の説明文に示されている。図面作成用の画像処理は、Fijiソフトウェア(http://imagej.net/)を使用して実施した。
レンチウイルス産生及び形質導入
レンチウイルス産生プロトコルはAddgene (https://www.addgene.org/protocols/lentivirus-production/)から適合させた。HEK293T細胞を60cmのプレート(カタログ番号93100、TPP)あたり3.8*10細胞で播種し、37℃、5%COで約20時間インキュベートした。10%FBSが追加され、抗生物質は追加されていないDMEMをレンチウイルス産生のための細胞培養で使用した。
20時間後、培地を静かに吸引し、10μLの25mMクロロキン二リン酸(Sigma Aldrich、カタログ番号C6628-25G)を含む、あらかじめ温めた10mLの培地を供給した。細胞を5時間インキュベートした後、クロロキン二リン酸を含まない培地と置換した。以下の成分:15μgのトランスファープラスミド(pJD163又はpJD164又はpJD165)、10μgのpJD14、2μgのpJD15、1μgのpJD16を混合することによってDNA-Opti-MEMミックスを調製し、Opti-MEMを用いて最終体積を500μLにした。別に、DNA(μg):PEI(μg)比が1:3のままであるように84μgのPEI(Polysciences、カタログ番号24765-1)をOpti-MEMに添加することによって、500μLのPEI-Opti-MEMミックスを調製した。次いで、PEI-Opti-MEMミックスをDNA-Opti-MEMミックスに静かに滴下し、室温で15~20分間インキュベートした。トランスフェクションミックスをHEK293Tパッケージング細胞に滴下し、18時間インキュベートした。次いで、培地を静かに吸引し、15mLのあらかじめ温めた新鮮な培地を供給した。上清(培地)中に存在するレンチウイルスを48時間で収集し、細胞に15mLのあらかじめ温めた新鮮な培地を供給した。トランスフェクションの72時間後で同様に繰り返した。48及び72時間のレンチウイルス収集物を一緒にプールした。プールしたレンチウイルスを500xgで5分間遠心分離し、0.45μmフィルター(Sartorius、カタログ番号16555-K)を使用しろ過した。製造業者の指示に従うことによる濃縮及び緩衝液交換のために、ウイルス上清をAmicon Ultra-15遠心ろ過機(MerckMillipore、カタログ番号UFC910096)にロードした。レンチウイルス滴定は、製造業者の指示に従うことによって、qPCRレンチウイルス完全滴定キット(abm、カタログ番号LV900-S)を使用して実施した。三つのレンチウイルスの1mL当たりの感染単位(IU/mL)は以下のとおりである:pJD163-1.21E+08IU/mL、pJD164-1.26E+08IU/mL及びpJD165-1.89E+08IU/mL。ウイルスを等分(200μLアリコート)し、-80℃で保存した。
形質導入のために、HEK293細胞を6ウェルプレート(カタログ番号NC140675、ThermoFisher)にウェルあたり3*10細胞の密度で播種した。あらかじめ解凍したレンチウイルス(200μL)を播種後の細胞に直ちに添加して、構築物pJD163、pJD164及びpJD165から生成したレンチウイルスに対してそれぞれ80、84及び126のMOIを得た。10%FBSが追加され、抗生物質が追加されていないDMEMを細胞の培地として使用した。細胞は37℃、5%COで培養した。必要な場合、細胞を分割した。細胞が分割されたら、抗生物質を含む培地を使用した。トランスフェクションとさらなる分析のために、形質導入された未選別の細胞をウェルあたり7.5*10細胞で播種した。
ゲノム組込み後の導入遺伝子完全性はPCRを用いてチェックした。まず、製造業者の指示に従ってDNEasy Blood and Tissueキット(Qiagen、カタログ番号69504)を使用して、形質導入細胞及び非形質導入細胞からゲノムDNAを抽出した。プライマーPR3163及びPR6129を使用して、抽出されたゲノムDNA(200ng)サンプルに対してPCRを実施した。サーモサイクラープログラムは以下のとおりであった:98℃で45秒;98℃で10秒、57℃で30秒、72℃で2分を30サイクル;72℃で5分。PCR産物を分析のために1%アガロースゲルにロートした。40ngのプラスミド-pJD163、pJD164、pJD165を陽性対照のテンプレートとして使用し、非形質導入細胞のゲノムDNAを負の対照のテンプレートとして使用した。
RNA-seqサンプル調製及びデータ解析
簡単に説明すると、HEK293細胞を6ウェルプレートにウェルあたり3.5*10細胞の密度で播種した。24時間後、細胞を関連入力(PIT、ET、tTA)での3プロモータポリクロマティックレポータ(pKB01又はpJD49)でトランスフェクトした。DNA量及び他の関連情報は「トランスフェクション」の項に記載されている。非形質転換細胞もサンプルとして実験に含めた。この実験では生物学的複製を作製しなかった。トランスフェクションの48時間後に、ウェルから培地を除去し、細胞にPBS1x、pH7.4及びトリプシンの1:1ミックスを合計体積500μLで供給することによって細胞をウェル表面から剥がした。細胞を5~8分間、37℃、5%COでインキュベートした。500μLの培地を添加することによってトリプシンを不活性化した。細胞を再懸濁し、サンプルごとに計数した。細胞質RNA抽出プロセスのために、各サンプルについて同数(1.54*10)の細胞を採取した。抽出は、RNeasy Miniキット(Qiagen、カタログ番号74104)を製造業者の指示どおりに使用して実施した。以下の成分:5mLのTris.Cl pH8.0(AMResco、カタログ番号E199-500ML)、0.81gのNaCl(Sigma Aldrich、カタログ番号S3014-1KG)、3mLの50mM MgCl(Sigma Aldrich、カタログ番号13512)、2.5mLのIGEPAL CA-630(10%)を混合することによって細胞質RNA抽出用に100mLのRLN緩衝液を調製した。0.2μフィルター(Sartorius、カタログ番号16534-K)を使用して緩衝液をろ過した。10%のIGEPAL CA-630調製のために、IGEPALボトル(Sigma Aldrich、カタログ番号I8896)を37℃であらかじめ温めた。次に、10mLの100%IGEPAL CA-630を90mLのddHOと混合した。激しく混合することによって溶解させた。オンカラムDNase消化も、製造業者の指示に従ってRNaseフリーDNAseセットキット(Qiagen、カタログ番号79254)を使用して実施した。RNA抽出後、各サンプルの100ngのRNAをライブラリー調製のために使用した。次世代シークエンシングはMicrosynth AG(スイス国)によって実施した。TruSeq鎖RNAライブラリー調製方法をポリA濃縮ステップで使用した。75bpペアエンドシークエンシングをIllumina NextSeq プラットフォームで実施して、サンプルあたり(10+10)百万リードを得た。
デマルチプレクシングのリードとIlluminaアダプター残差のトリミングはMicrosynthによって実施された。RNA-seqデータから結論を引き出すために、また代替転写物の配列がエクソン領域で極めて相同性であり、これによって転写物コーリングの標準的ツールの実装が困難になるという事実のために、本発明者等はMATLAB(登録商標)(Mathworks)スクリプトを使用してデータ解析用手順を開発した。全ての可能な未解明のエクソン-イントロンジャンクションを表す50ヌクレオチドの配列(合計で6)及び正しいスプライシングジャンクションを表す配列(合計で3)をプラスミドpKB01及びpJD49に対して選択した。全ての配列はジャンクションの両側で25塩基に及んでいた。fastqファイルを、これらの配列を全体として含むリードについて検索し、ジャンクションを含むリードの総数を決定した。これらの数値を各データセットにおけるリードの総数に対して正規化して、サンプル間の比較を可能にした。さらに、全ての条件について、ジャンクションにマッピングされたすべてのカウントを、それらの合計が1に等しくなるように正規化した。ジャンクションは互いに排他的ではないが、これにより比較が促進される。
以下のジャンクション配列をpKB01に使用した:
J1(ExIa-イントロンジャンクション):
GAGCACCCAGAGCAAGCTGAGCAAGGTAAGCTGGCATCCCTTTGAGTCAA(配列番号219)
J2(イントロン-ExIbジャンクション):
ATAATGGGGGCCAGAATTTTCAGGTGGTCCCTTGCTCGCTTTCTTTGCAT(配列番号220);
転写物中にこれらのジャンクションが存在することは、第一イントロンの除去の失敗を意味する。
J3(ExIb-イントロンジャンクション):
GAGCACTCAGTCTGCACTTTCCAAGGTAATGGATGGGCTAGAGCCAATGG(配列番号221)
J4(イントロン-ExIcジャンクション):
ATAATGGGGGCCAGACTGCCCGCCCCAAGCTCCTAGGAGCCACGGAGCTG(配列番号222);
転写物中にこれらのジャンクションが存在することは、第二イントロンの除去の失敗を意味する。
J5(ExIc-イントロンジャンクション):
GAGCTACCAGTCCAAGCTGAGCAAGGTAGGTGTCTCCAAGATCCCCTTTG(配列番号223)
J6(イントロン-ExIIジャンクション):
TATCTGAGTGTATCTCTCCTCCCAGGATCCCAACGAGAAGAGAGATCACA(配列番号224);
J5が存在することは、第三イントロンのスプライスの失敗を意味し、J6が存在することは、三つのイントロンのいずれかの除去の失敗を意味する。
J7:ExIc-ExIIジャンクション:
GAGCTACCAGTCCAAGCTGAAG|GATCCCAACGAGAAGAGAGATCACA(配列番号225);
J7は第三イントロンの正しいスプライシングを示す。
J8:ExIa-ExIIジャンクション:
AGCACCCAGAGCAAGCTGAGCAAG|GATCCCAACGAGAAGAGAGATCACA(配列番号226);
J8は第一イントロンの正しいスプライシングを示す。
J9:ExIb-ExIIジャンクション:
GAGCACTCAGTCTGCACTTTCCAAG|GATCCCAACGAGAAGAGAGATCACA(配列番号227);
J9は第二イントロンの正しいスプライシングを示す。
pJD49の対応するジャンクション配列は以下のとおりである:
J1:GAGCACCCAGAGCAAGCTGAGCAAGGTAAGCTGGCATCCCTTTGAGTCAA(配列番号228);
J2:ATAATGGGGGCCAGAATTTTCAGGTGGTCCCTTGCTCGCTTTCTTTGCAT(配列番号229);
J3:GAGCACCCAGTCCAAGCTTTCGAAGGTAAGTATCTGCTAGAGCCAATGGT(配列番号230);
J4:ATAATGGGGGCCAGACTGCCCGCCCCAAGCTCCTAGGAGCCACGGAGCTG(配列番号231);
J5:GAGCTACCAGTCCAAGCTGAGCAAGGTAGACGTCTCCAAGATCCCCTTTG(配列番号232);
J6:TATCTGAGTGTATCTCTCCTCCCAGGATCCCAACGAGAAGAGAGATCACA(配列番号233);
J7:GAGCTACCAGTCCAAGCTGAGCAAG|GATCCCAACGAGAAGAGAGATCACA(配列番号234);
J8:GAGCACCCAGAGCAAGCTGAGCAAG|GATCCCAACGAGAAGAGAGATCACA(配列番号235);
J9:GAGCACCCAGTCCAAGCTTTCGAAG|GATCCCAACGAGAAGAGAGATCACA(配列番号236)
定量及び統計分析
ポリクロマティックレポータ構築物(図1、2、3、8、9)の各生物学的複製(n=3)を別の実験から得た。図4、5、6、11、12の実験は、少なくとも一回反復した。実験に使用した生物学的複製の数(n)は対応する図の説明文に表示されている。データを表示されているような平均±SDとしてプロットする。
開示されたDNA構築物を用いて得られる実験結果を以下の実施例でさらに説明する。
実施例2 代替プロモータベースの多入力OR回路
限定と理解されるものではない一例では、代替プロモータベースの多入力OR回路は、それぞれは独自の調節プログラム、Pol II結合部位、及び転写開始部位を有する、複数の個別に制御されるプロモータ配列を含み;すべてのプロモータは、このプロモータに特有の第一エクソンと、それに続く5’-スプライスシグナル、イントロン配列、下流プロモータ領域及び代替第一エクソン等を含むmRNA、共有される第二エクソン及び転写終結部位に到達するまで転写する。プロモータの転写プログラムはmRNAの産生を制御する。さらに、各mRNAアイソフォームは、アイソフォーム特異的第一エクソン配列に向けられたそれ自体の転写後プログラムによって制御することもできる。
この例では、所与のプロモータからの個々の転写物は、このプロモータでの転写プログラムが転写を誘導し、例えば、産生されたmRNAが分解又は阻害されないために、第一エクソンでの転写後プログラムが高い転写物濃度と一致する場合にのみ高レベルで生成され;換言すれば、両プログラムの出力(高いmRNA収量)が「On」である場合、単一の転写物レベルでAND論理を含む(図1A)。転写物のリボソーム結合部位の調節等を介して、翻訳段階でさらなる発現微調整を実施できる。異なる転写物の調節プログラム間の「OR」論理関係について仮説を立てることはできるが、推測的仮定ではない。
代替的にスプライシングされたmRNAバリアントの存在は、原則として、先行技術の知識のみに基づき、「代替的」という語によって示されるように、転写物間の相互排除又は相互阻害をもたらす可能性がある。相互排除は、OR論理ではなく、「排他的OR」(XOR)を意味する(Culler et al.,2010;Mathur et al.,2019)。
いくつかの真核生物遺伝子は自然界では代替プロモータによって調節されるが(Ayoubi and VanDeVen,1996)、この設計原理は、調節論理に関して評価されておらず、合成DNA構築物の産生並びに/或いはDNAカセット及び/又は合成遺伝子回路の設計のためのインスピレーションとして使用されることもない。したがって、以下の実施例でさらに詳細に記載するように、代替プロモータ及び/又は選択的スプライシングを用いて、ORゲート及び/又は標準形論理回路として機能するDNA構築物を生成できるということは、驚くべき発見であった。
実施例3 複数の代替プロモータ構造を可視化し、微調整するためのポリクロマティックレポータシステム
本発明者等は、実施例1に記載するマウスCiita遺伝子に基づいてモデル化された遺伝子スカフォールドを作製した。本発明者等は、GFP由来の蛍光タンパク質(SBFP2、CFP/mCerulean及びmCitrine)を利用し、これらはすべて互いにわずかに異なり、それらのC末端(29アミノ酸)では同じであった。C末端配列は第二(共有)エクソン(図7A)を形成し、各タンパク質の210のN末端アミノ酸配列はユニークな第一エクソンを形成する。代替第一エクソンは、実施例1(Fussenegger et al.,2000)、ET(Weber et al.,2002)及びtTA(Boger and Gruss,1999)に記載されているように、それぞれトランス活性化因子PIT2によって調節される誘導性プロモータ、PIR、ETR及びTREによって駆動された。マウスCiita遺伝子座の構築は、可能であれば「ミニ遺伝子」アプローチ(Gaildrat et al.,2010)に従った:代替第一エクソンの5’-UTRは代替Ciitaエクソンの5’-UTRと同一であった。さらに、代替第一エクソンに続くイントロン配列は、Ciita遺伝子の対応するゲノム配列の250~450塩基対のどこかと同じであり;全てのイントロンと共通する3’領域も同様にCiita遺伝子の第二(共通)エクソンの上流の200塩基対のゲノム配列と同じであった(図7B)。転写終結のためには、実際的理由のために、また複数のポリアデニル化部位に起因する可能性のある潜在的な効果を回避するために、Ciita遺伝子の約2,000nt長の3’-UTRの代わりに、ウサギβ-グロビンポリアデニル化シグナル(Gil and Proudfoot,1987)を3’-UTRで使用した。
様々なプロモータのそれらの同族トランス活性化因子による活性化に際して、DNAカセットは、PIT2によるPIR誘導に際してはSBFP2を、ETによるETR誘導に際してはCFP(又はmCerulean)を、そしてtTAによるTRE誘導に際してはmCitrineを発現することが予想される(図1B)。
複数のトランス活性化因子による同時誘導は、OR様挙動から予想されるように、異なる蛍光タンパク質の同時発現をもたらすはずである。ミススプライシングに際して蛍光タンパク質が発現されないことを確実にするために、全てのイントロン中にはインフレーム終止コドンが存在していた。三つのトランス活性化因子の全ての可能なサブセットに対応する八つの異なる入力組み合わせを試験して、回路応答を評価した。構築物/カセット設計、例えば、スプライス部位を最適化するために使用されるポリクロマティック構築物による蛍光出力発現のための完全に機能するスプライシングの要件を確認するために、多くの対照実験を実施した。しかしながら、注目すべきことに、本明細書中で開示される他の構築物は、例えば、第一及び第二エクソンを含まず、単に共通の出力配列(例えば、一つの共通のエクソン)を含む場合、完全に機能的なスプライシング又はスプライシングを全く必要としない(すなわち、非スプライシングDNA構築物)可能性がある。
ポリクロマティック構築物の関連で、まず、各蛍光出力は、その5’-及び3’-スプライシング配列が3プロモータ構築物と同じである介在するイントロンを用いて個別にクローン化された場合、適切に発現されたが、3’-スプライシングシグナル及び第二エクソンが欠如した構築物では蛍光は観察されなかった(図8A)。第二に、第二エクソンが3プロモータカセットにおいて変異した場合、蛍光レポータの活性化因子依存性誘導は観察されなかった(図8B)。したがって、この関連で、GFPが蛍光を妨害することなくC末端で最大15のアミノ酸のトランケーションだけを許容できるという事実(Li et al.,1997)と一致して、三つのタンパク質全てについて出力蛍光が観察されるためには、正しいスプライシングが必要かつ十分であった。プロモータ強度とリボソーム結合部位などの翻訳に影響を及ぼす特徴との間の本質的相違からスプライシングの効果を解き放つために、本発明者等は、実施例1(図8C)に記載するように、これらのプロモータからイントロン無しの蛍光タンパク質の発現レベルを測定し、正規化目的でこれらの値を使用した。報告された「プロモータ正規化」単位は、これによって、スプライシングの非存在下で同じプロモータからの出力の発現によって蛍光出力の発現が正規化されるものであり、主に複数のプロモータ及び選択的スプライシングの存在による発現の相違を強調する(実施例1を参照)。
ポリクロマティック回路の性能基準は以下の通りであった:i)単一入力プロモータ活性化に際して、得られる蛍光タンパク質出力発現レベルは、好ましくは、他の蛍光出力の同時活性化は最小限に抑えつつ、スプライシングの非存在下でプロモータ-レポータカセットを用いて生成される発現(後者は1プロモータ正規化単位に対応する)に近く;ii)複数のプロモータ活性化に対してさらなる発現を回避する。さらに、本発明者等は全ての出力の強力な絶対発現を確実にすることに努めた。本発明者等は、いくつかの設計要素が性能に影響を及ぼし得るという仮説を立てた:i)選択的スプライシングの過程でのこれらの部位間の競合による、5’スプライス部位配列の強度;ii)3’-スプライス部位、ポリピリミジントラクト及び3’-UTR配列;iii)イントロン配列、特に、スプライシングエンハンサー/サイレンサー配列の存在;iv)スプライシングに関連しない長期相互作用を介して互いに増強し阻害し得るという事実による、プロモータタイプ及び配列、並びにプロモータ間の距離;v)転写物安定性及び翻訳開始効率に影響を及ぼし、したがって絶対出力発現に影響するエクソン配列。なお、ポリクロマティックレポータシステムは、複数の出力を生成するので、厳密な意味では真のORゲートではない。これは主に、単一出力タンパク質の真のOR論理回路を構築する次のステップで実装される設計変数を調査するモデルシステムとして機能する。上記基準及びそれらの調節方法にもかかわらず、実際の所望の性能の明細は、用途に応じて変わる可能性があり、レポータシステムは用途関連カセットとは異なって挙動する。ORゲートの特定の用途は不均一細胞集団に対処できるので、異なる細胞型での所望の出力発現は必ずしも同じであるとは限らない。その後の結果は、所望の性能目標を達成するためのガイドラインとして使用できるいくつかの傾向を示す。本明細書中で提供されるガイドラインとさらなる一般常識的知識とに基づいて、当業者は、本明細書中で記載される所望の特性を有するように、DNA構築物/カセットをルーチン的に生成及び/又は修飾することができる。したがって、いずれか又はすべての所望の特性を直接有さない本明細書中で記載される構築物/カセットは、本開示及びさらなる一般常識的知識に基づいて、所望の特性を容易に修飾できる。
例えば、初期の3プロモータカセットは、HEK293細胞においてTRE誘導後にmCitrineを発現できるだけであった(図1C、pKB01)。PIR又はETRを誘導することで有意なレベルのSBFP2及びCFPを生成することはできなかったが、TREと並行してPIRを誘導することで、mCitrineの発現は3倍減少し、このことは、異なる転写フレームが互いに干渉しあったことを示唆する。Ciita遺伝子構造に従うにもかかわらずSBFP2もCFPも発現されなかったのは、おそらく、(i)ネイティブのCiita中のイントロン配列がはるかに長い、及び/又は(ii)造血系におけるCiita遺伝子の適切なスプライシングを支援する細胞型特異性トランス因子がHEK293細胞中に存在しなかったためである。本発明者等は、mCitrineの下流の5’スプライス部位が強力すぎて、上流スプライス部位の結合を妨げていると考えた。様々なサポートモデルを用いたMaxEntスキャンツール(Yeo and Burge,2004)を使用して5’-スプライス部位の強度を評価して、コンパウンドスコアを得た(表5;より高いスコアはより強力な部位に対応する。mCitrine第一エクソンの下流の第三イントロンの5’スプライス部位を様々な程度に弱めることによって、本発明者等は、PIT駆動転写物の正しいスプライシングがSBFP2発現をもたらすことを観察した(図8D、pKW17及びpJD23;図9、pJD232、pJD233)。しかしながら、転写干渉は依然として観察され、CFP発現は非常に低いままであった。したがって、本発明者等は、CFPをより明るいmCerulean(Rizzo and Piston,2005)と置換し、コザック配列(Kozak,1986)をmCeruleanの第一エクソンに導入し、このエクソンの下流のイントロンの5’スプライス部位を強めた。これらの修飾の結果、定性的には予想される発現と一致するが、定量的には不均一なレベルの、全ての出力の有意な発現を生成するカセットが得られた(図1D、pJD31;図8E、pJD30)。これは、例えば、様々な5’スプライス部位強度を修飾すること、及び/又はコザック配列を添加することによって、当初は最適以下の構築物を如何に改善できるかをすでに示している。
興味深いことに、pKB01では、第一及び第三イントロンの5’-スプライス部位(表5中のss8及びss4、SBFP2及びmCitrine出力に対応)は類似したスプライシング「能力」を有していたが、SBFP2は全くスプライシングできなかったのは、おそらく、3’-スプライス部位までの距離が長かったためで、近位の5’スプライス部位が二つの類似した強度の代替5’-スプライス部位の中から選択されるという以前の観察と一致する(Eperon et al.,1993)。本実施例では、PIRプロモータからの転写にもかかわらず、第三の(mCitrine)5’スプライス部位が結合し、SBFP2もmCitrineも翻訳できないmRNAが得られた(図2Dを参照)。したがって、pJD31では、第三イントロンの5’-スプライスシグナル(表5のss3)を1.5倍程度弱め、これによって、SBEPは、mCitrine発現を3倍減少させつつ、mCitrineに匹敵するレベルでスプライスが可能になり、近位の部位が弱い場合に遠位の5’-部位を選択できるという観察(Eperon et al.,1993)と一致する。
mCitrine発現の減少は、PIRプロモータをTREと共に活性化した場合、SBFP2タンパク質の発現と関係なく起こり、したがって、翻訳負荷によるものではなかった(Ceroni et al.,2018)。スプライシングに関連したものではなく、上流から下流プロモータへの転写干渉のあらわれである(Eszterhas et al.,2002)。しかしながら、実際は、そのような阻害干渉は、同時多入力活性化に際しての加算的出力発現を防止するので、ORゲートの関連で有利である。本発明者等はまた、アクセプタ―スプライス部位の強度を増加させることで、発現レベルは有意に変化しなかったことに着目した(図9、pJD42)。
複数のスプライス部位構造をさらに評価するために、本発明者等は、異なるモジュールの配列を変えることによって設計空間をマッピングした(図10A、表1)。最初の課題は、mCeruleanエクソンにより強力なスプライス部位が提供されると低下するSBFP2の発現を増加させることであった(例えば、図9のpJD23をpJD31と比較)。本発明者等は、SBFP2 5’-スプライス部位の強度を増加させ、mCeruleanの5’スプライス部位を弱め(図2A及び9、pJD35-37、pJD40、pJD53-55)、カノニカルコザック配列をSBFP2エクソンの前に追加し、SBFP2ドナースプライス部位(図9、pJD52)に近いイントロンスプライシングエンハンサー(Wang et al.,2012)を含む、その5’-UTR(図2A、pJD47-49)を修飾することによってこれを達成しようとした。
この小さなライブラリーでは、カセットpJD47-49及びpJD53は他のものよりも優れた性能基準を満たしていた(pJD48性能の可視化については図2Bを参照)。mCeruleanドナースプライス部位の弱化によるSBFP2の増加は、pJD55におけるように、部位間の相違が非常に強い場合にのみ観察されたが、これはmCerulean発現を弱めることとなった。
これは、例えば、5’-スプライス部位をさらに修飾し、及び/又はスプライシングエンハンサーを導入することによって、DNA構築物をどのようにしてさらに最適化できるかをさらに示す。
追加の操作を行っても、性能の実質的な改善は得られなかった。例えば、mCerulean及びSBFP2 第一エクソンの下流の同じイントロン及び5’-スプライスシグナルの使用(図9、pJD154)は、mCitrine及びmCeruleanの両方を増加させつつ、SBFP2には影響を及ぼさなかった。mCitrineエクソンの下流の5’-スプライスシグナル強度の体系的な増加の結果、pKB01で行われた観察と一致して、SBFP2及びmCeruleanの両方が減少した(図9、pJD115、pJD125、pJD127、pJD128)。最後に、スプライシングエンハンサー(Miyaso et al.,2003)をSBFP2エクソンの下流のイントロンに埋め込むことで、その発現が救済されることはなかった(pJD125、図9)。
様々な調査したパラメータのうち、mCitrineエクソンの下流の5’-スプライシングシグナルの絶対強度出力レベルに対して最大の影響を与えた。
この部位の強度を低下させると、第一及び第二プロモータの両方からの発現が増加し、第三プロモータからの発現が減少するという傾向が観察される(図2C)。これは重要なパラメータであるので、本発明者等は、この弱化が、性能目標を満たしつつ、どの程度まで持続できるかを確認した。本発明者等は、pJD48におけるmCitrineエクソンの下流のドナースプライス部位の強度を7.2から6.3及び1.9へ低下させた。6.3へ低下させることで、「1」に近いSBFP2レベル(pJD235、図9)となり、mCitrineにおける低下はごくわずかであった。しかしながら、1.9に弱化することで(pJD237、図9)、mCitrine発現が大幅に減少した。したがって、この程度まで弱化することは、性能目標の観点から好ましくない。効果を現す様々なプロセスをさらに理解するために、本発明者等は、pKB01及び最適化pJD49からのトランスクリプト―ムのディープシークエンシングを実施し、スプライシングされていないエクソン-イントロンジャンクション並びに適切にスプライシングされたジャンクションの存在を評価した。簡単に説明すると(図2D)、ディープシークエンシングデータにより、pKB01におけるPIT又はET活性化の結果、これらのプロモータからの転写に至るが、予想されるスプライシングは得られないことが確認された。
その代わり、第三イントロンがスプライシングされ、その結果、適切に形成されたmCitrineコード配列が得られ、しかしこれは、mRNAキャップからの距離が長いことと、先行するイントロンにおけるインフレーム終止コドンの存在のために、翻訳できなかった。pJD49における第三エクソンの5’スプライス部位の弱化の結果、第三イントロンのプロセッシングの効率が低下し、それに伴って、第一及び第二イントロンの正しいスプライシングが増加した。特に、pJD49においてさえも、失敗したスプライシングはトランスクリプト―ムの実質的な部分を構成していたが、細胞質mRNAを単離する努力にもかかわらず、核pre-mRNAの一部がサンプルに当てはまるか否かは不明である。たとえ不完全なスプライシングであっても、DNA構築物の機能性に問題はなく、これらのスプライシングされていないmRNAは機能的タンパク質を生成しないので、せいぜい所望の出力タンパク質の量が多少減少するだけであり得る。さらに、図2Dにおけるデータは、絶対的なマッピング頻度が非常に配列依存性であり、絶対的な存在量について請求するために使用できないので、相対的な用語(pKB01対pJD49)に置き換えるにとどめるべきである。
実施例4 代替プロモータ構造を用いたOR論理の実施
OR論理ゲートの構築に向けて、本発明者等はまずシステムを二つのプロモータに低減した。最初の二色カセットは、TREプロモータ及びその下流エクソン、並びにそれと関連するイントロンの一部を除去すること(図3A)によって、pJD49(図2A)から得られた。近位5’スプライス部位は遠位部位よりも強力であり、pJD49(図3B)と比較して第一プロモータからの発現が2倍減少した。さらに、ETプロモータがPITと共に活性化されると、SBFP2発現はさらに1.6倍減少した。ちなみに、PIR活性化に際してmCeruleanの弱い発現が観察されたが、実施例3に記載されている3プロモータ前駆カセットでは起こらなかったことである。カセットサイズを縮小し、ウイルスベクターパッケージングにさらに適したものにするために、約65塩基もの短いイントロンでも効率的にスプライシングできるとして、ETRプロモータの上流の第一イントロンから220bpを除去し、約500bpを第二イントロンから除去した(Piovesan et al.,2015;Sasaki-Haraguchi et al.,2012)。短いイントロンは、ミススプライシングされた転写物又はスプライシングされていない転写物が形成される場合に備えて、依然としてインフレーム終止コドンを輸していた。さらに、SBFP2発現を増加させるために、近位スプライス部位を弱めるかわりに、本発明者等は、遠位5’-スプライス部位の下流にイントロンスプライシングエンハンサー配列(Wang et al.,2012)を導入した。これらの修飾の結果、SBFP2発現が4倍程度増加し、mCerulean発現の漏れが1.6倍程度増加し(図3C)、二つの出力の全体的によりバランスの取れた発現が得られた。特に、この文脈では、PIRプロモータの活性化の結果、以前に観察されたマイナスの影響とは逆に、ETR単独と比較してETRプロモータからの発現が増加した。本発明者等は、これが、スプライシング関連効果ではなく、プロモータ間の距離の減少による、二つのプロモータ間の転写相乗効果(Angelici et al.,2016)と関係があると考えている。当業者は、本明細書中に提供されている設計ガイドライン、及びさらなる一般常識的知識に基づいて、例えば、プロモータ間の距離を増加させることによって、相乗効果が全く起こらないかまたはごくわずかしか起こらない方法で、プロモータ及びその位置を容易に選択できる。
次に、本発明者等は、構造を真のOR-ゲートに適合させて、両プロモータから同じ機能的出力を生成した。本発明者等は、コドンの中央でイントロンにより分割されているので、インフレーム翻訳に適切なスプライシングを必要とする代替コーディング第一エクソンを選択した。しかしながら、非コーディングエクソンを代わりに代替5’-UTRとして利用することも可能であり、ただし、これにより、スプライシングが失敗した場合でも第二エクソンからのタンパク質翻訳が起こる可能性がある。Ciita遺伝子のゲノムテンプレートに戻ると、本発明者等はその代替第一エクソンからのコード配列を使用した。第二エクソンには、分割されたコドンの残りの塩基とそれに続くGSリンカー、及びmCitrineコード配列が含まれていた。この2入力ORゲートはpJD145に基づいていたが(図3C)、エクソンの構造は実質的に変更され、第二(共有)エクソンは大幅に長くなり、代替第一エクソンは大幅に短くなり、スプライシングシグナル間の距離並びにプロモータ間の距離が変わった。二つのカセット間の関係の概略を図11Aに示す。
結果として得られるOR-ゲート構築物を、レンチウイルス導入による一時的トランスフェクション及び安定な組込みの二つの構成で評価した(図4A)。後者を構築するために、レンチウイルストランスファープラスミドに関して逆方法で構築物を埋め込み、ウイルスmRNA転写プロセスとの緩衝を回避した(Poling et al.,2017)。安定な組込み体の分析から、もとの構築物は組込み後に無傷であったことが示された(図11B)。インデューサプラスミドも安定なセットアップでトランスフェクトした。フローサイトメトリーデータ及び蛍光顕微鏡写真から、2入力OR回路が一時的及び安定バージョンで定性的に類似しており(図4A)、OR論理挙動と一致している。安定集積回路については、平均発現値は、mCitrine陽性集団のヒストグラムで見られるように様々な入力条件にわたって一貫したままであった。安定なセットアップにおける陽性細胞のパーセンテージの変動は、選別されていない細胞の使用及びプロモータ強度の差に起因し得る。なお、この場合、単一の出力タンパク質が存在していたため、プロモータ強度の正規化は実施できなかった。PIT及びtTA入力を使用する別の2入力構築物を操作し、特徴づけ、定性的に類似したデータを生成した(図11C~E)。全体として、異なるプロモータの組み合わせを使用する二つの構築物は、同様に挙動することが示されており、一時的設定及び安定な設定でOR論理を実装するこのアプローチの実現可能性を示す。
最後に、本発明者等は、システムを3入力にスケールアップした(図4B)。多少のばらつきはあるが、全体として、データはOR論理とも一致していた。一時的及び安定な設定のどちらにおいても、多入力条件下のピークmCitrine値は、非加算的OR様応答を含む、単一入力条件でのピーク値を超えなかった。驚くべきことに、安定的に組込まれたカセットを有する細胞における平均出力レベルは非常に一貫し、わずかに約2倍の範囲内で変動した。要約すると、このデータセットは多プロモータ構造をプラスミド及びレンチウイルスベクターの両方に関するOR論理の基礎としてさらに支持する。プロモータ強度による正規化はできなくなったので、さらに均一な出力を得るためにプロモータ強度のバランスはより重要になる。さらに、正確な出力レベルはまた、特に、イントロンサイズ及び相互の距離が減少するにつれて、選択的スプライシング、転写干渉、並びに隣接するプロモータ間の相乗効果の間の複雑な相互作用に依存する。本明細書中に開示されている設計原理に基づいて、満足のいくOR様応答を達成できる。
実施例5 標準形論理回路
次のステップで、本発明者らは、実施例5に記載した基本的OR構造を拡張して図1A及び実施例2で想定されるような複雑なBoolean論理を実施できなるかどうか訊ねた。転写プログラムへの入力について、本発明者等は以前に開発されたAND-ゲートアプローチに依存した(Angelici et al.,2016)。本発明者等は、このアプローチをOR構造とカップリングさせ、論理和標準形様(AND-OR)論理回路(図5A)を設計した。PIT及びET入力の両方はある特定の設計制約下で個々のプロモータに対するAND-ゲート入力として機能することが示されたので(Angelici et al.,2016)、本発明者等は、それぞれSOX10及びHNF1A転写因子(TF)入力を使用して、図4Aからの単一入力PIR及びETRプロモータを2入力ANDゲートへ変換した。このために、本発明者等は、PIRの下流のSOX10結合部位、及びETRの下流のHNF1A/B部位をクローニングした。ET結合部位の数を3から1に減少させた。したがって、この回路の論理プログラムは、(PIT AND SOX10)OR(ET AND HNF1A)(図5B)であった。On対Off比を増加させるために、PIT2をPIT-VP16と置換した(Angelici et al.,2016)。全ての可能な入力組み合わせは、構成的プロモータ(PIT及びET)又はtTA誘導プロモータ(SOX10及びHNF1A)のいずれかからトランスで提供され、回路応答はSOX10もHNF1A/Bも発現しないHeLa細胞で測定された。短いイントロンを含む最初の構築物では、第一プロモータ(PIT又はSOX10)へのいずれかの入力は第二プロモータ(ET又はHNF1A)へのいずれかの入力と相乗的活性化を示した。活性化は、PIT+HNF1Aの組み合わせで最も強く、この実施例で最悪のケースのOFF状態(図12A)となり、相乗効果スコア(Angelici et al.,2016)は3.3であった。この問題に対抗するために、二つのプロモータ間の距離は、200塩基のイントロン配列を追加することによって増加し、相乗効果スコアを2.4に減少させた(図12B)。さらに、PIT結合部位を3から2に減少させることで、相乗効果は1.6になった。定性的に、微調整された回路の応答(図5C)は論理審理値表と一致していた。しかしながら、ON出力とOFF出力の間にはばらつきがあり、ダイナミックレンジのメジアンは約22倍であり、最悪のケースは6.6倍であった(図5C)。ちなみに、入力組み合わせHNF1A+ET+SOX10について、出力はET+HNF1Aと比較して減少し、ET及びHNF1Aの存在下でPITを追加すると反対のことが観察された。TF入力SOX10又はHNF1Aの存在は、反対のプロモータブランチの出力レベルに対して影響を及ぼしたが、構築物は満足できる標準形論理様挙動を達成した。特に、イントロン長さ及び個々のANDプロモータ組成に関して、本明細書中で開示された設計原理に基づいてさらなる微調整を実施して、様々な効果のバランスを取り、標準形論理性能をさらに改善することができる。
最後に、本発明者等は、ORゲートの個々の転写物の論理制御を、例えば、マイクロRNA入力及びRNA干渉(RNAi)経路を介して、転写後レベルでのNOT操作によって拡張できるか否かを調査した(図6A)。第一及び第二プロモータ-駆動転写物のユニークな5’-UTRは、転写物特異的RNAiのアクセスポイントとして機能できることが企図された;例えば、マイクロRNAは、それらの5’-UTRにおける標的部位を介して遺伝子発現を調節できることが示された(Lytle et al.,2007)。この可能性を分析するために、第一転写物の5’-UTRは人工siRNA-FF4の標的部位で増強され、第二のものは、siRNA-FF5の標的部位で増強された(Leisner et al.,2010)。フル回路(図6B)は6入力を受け取り、64の可能な入力組み合わせに対応する。64の入力組み合わせすべてを試験する代わりに、本発明者等は、回路応答に対する寄与に焦点を当て、最も有益なものを試験した。siRNA入力(四つの組み合わせ)を転写入力組み合わせと重ね合わせ、その結果、プロモータブランチがどれも活性化されないか、一つ活性化されるか、又は両方活性化され(四つの条件)、合計で16の入力セットが得られた。mCitrine発現(図6C)パターンは真理値表と定性的に一致した。転写物のうちの一つのプロモータが活性化されたが、siRNA入力が別の転写物を標的とする場合、出力発現に対する影響はなかった。しかしながら、siRNA入力が、その指定されたプロモータブランチによって生成された転写物を標的とした場合、出力発現の明らかなノックダウンがあった。効果は、siRNA-FF4(条件9対条件10、10xの相違)の場合で特に強く、siRNA-FF5(条件5対条件7、2.5~3xの相違)の場合は若干弱かった。両転写物が活性化されたが、siRNA入力の一つだけが存在する場合、論理式及び/又は真理値表から予測されるように、出力が強力に発現され(条件14及び15)、両siRNA入力が存在した場合だけ、出力が阻止された(条件16)。しかしながら、siRNA-FF5の効率が低いことは、より実質的なノックダウンの達成を妨げるボトルネックとして作用した。それにもかかわらず、siRNA-FF4の強力な効果によって例示されるような5’-UTRによる阻止は効率的であり、例えば、siRNA結合効率をさらに改善することによるなど、さらなる最適化への明確な道筋を示す。
参考文献
以下の詳細な参考文献は、本明細書において省略形で示した参考文献に関する。
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本発明は、例えば以下の項目を提供する。
(項目1)
5’→3’方向に以下のDNA配列エレメント:
第一プロモータ(P);
n個のさらなるプロモータ(P)、ただし、n≧1、例えば、P、PとP、又はPとPとP;及び
出力配列
を含むDNA構築物であって、
前記プロモータのそれぞれは、転写開始部位を含み、及び/又は転写を開始するのに適し、
からの転写の開始は、第一転写調節状態(TS)によって可能となり、前記さらなるプロモータ(P)のそれぞれからの転写の開始は、さらなる転写調節状態(TS)のそれぞれによって可能となり、例えば、PはTSによって可能となり、
前記TS及び/又は各々のTSのいずれか、例えば、P及びPについて:TS、TS、又はTS及びTSが前記細胞中に存在する場合、前記DNA構築物は、真核細胞において、好ましくは哺乳動物細胞において有効量の出力RNAを産生し、
前記出力RNAは、前記出力配列に対応する配列を含み、
特に、転写がPから開始される場合に前記出力RNAの第一タイプ(RNA)が得られ、転写が各々のP、例えばPから開始される場合に各々のさらなるタイプの前記出力RNA(RNA、例えば、RNA)が得られ、前記出力RNAの各タイプは前記出力配列に対応する配列を含み、特に、前記出力RNAの量は前記出力RNAの全タイプの合計量に対応する、DNA構築物。
(項目2)
前記細胞中に、TSもTSのうちのいずれも存在しない場合、前記DNA構築物は有効量の前記出力RNAを産生しない、項目1に記載のDNA構築物。
(項目3)
前記第一プロモータ(P)と前記さらなるプロモータの最後のプロモータ(P)との間に、5’→3’方向で、第一代替第一エクソン(E1)および第一代替5’スプライス部位(5’ss)、並びに前記最後のプロモータと前記出力配列との間に、分岐点(BP)及び3’スプライス部位(3’ss)をさらに含み、前記出力配列が、第二エクソン(E2)であるか又は第二エクソン(E2)を含む、
項目1又は2に記載のDNA構築物。
(項目4)
前記最後のプロモータと前記分岐点(BP)との間に5’→3’方向で、n個の各々のさらなる代替第一エクソンの最後の代替第一エクソン(E1)及びn個の各々のさらなる5’スプライス部位の最後の代替5’スプライス部位(5’ss)をさらに含み、
好ましくは、前記最後の代替5’スプライス部位は、前記DNA構築物に含まれる別の5’スプライス部位よりも弱く、より好ましくは、前記最後の代替5’スプライス部位は、前記DNA構築物に含まれるすべての5’スプライス部位の中で最も弱いものである、
項目3に記載のDNA構築物。
(項目5)
前記第一代替5’スプライス部位(5’ss)と前記最後のプロモータとの間に5’→3’方向で、少なくとも一つのさらなるエレメント群をさらに含み、
前記エレメント群のそれぞれが、5’→3’方向で:
前記n個のさらなるプロモータのさらなる一つ(P)、
前記n個の各々のさらなる代替第一エクソン(E1)のさらなる一つ、及び
前記n個の各々の代替5’スプライス部位のさらなる一つ(5’ss
を含む、
項目4に記載のDNA構築物。
(項目6)
前記分岐点(BP)及び前記3’スプライス部位(3’ss)は、前記DNA構築物に含まれるプロモータのいずれかによって産生される出力RNA、すなわちpre-RNAに含まれる少なくとも一つの5’スプライス部位(例えば、5’ss)と前記3’スプライス部位との間の配列の除去を可能にし、
好ましくは、前記BP及び3’ssは、少なくとも、前記出力RNAにおいて最も5’である前記5’ssと前記3’ssとの間の配列の除去を可能にし、及び/又は
好ましくは、前記BP及び3’ssは、前記出力RNAにおける各5’ssと前記3’ssとの間の配列の除去を可能にする、
項目3~5のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目7)
前記第一代替5’スプライス部位(5’ss)は、Pによって産生される出力RNA、すなわちpre-RNAに含まれる前記5’ssと前記3’ssとの間の配列の除去を可能にし、
特に、前記さらなる代替5’スプライス部位のそれぞれ(例えば、5’ss)は、前記さらなる5’スプライス部位の5’であるプロモータ(例えば、P又はP)、すなわち前記5’スプライス部位の5’に最も近いプロモータ(例えば、P)によって産生される出力RNA、すなわちpre-RNAに含まれる前記各々のさらなる5’スプライス部位(例えば、5’ss)と前記3’ssとの間の配列の除去を可能にする、
項目3~6のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目8)
前記出力RNAは、前記第二エクソン(E2)に対応する配列の5’に、
(i)前記出力RNAがPによって産生される場合、前記第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列、及び/又は
(ii)前記出力RNAが、前記各々のさらなる代替第一エクソンの5’であるプロモータ(例えば、P又はP)、すなわち前記さらなる代替第一エクソンの5’に最も近いプロモータ(例えば、P)によって産生される場合、前記さらなる代替第一エクソンの一つ、例えばE1に対応する配列
をさらに含む、
項目4~7のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目9)
前記出力RNAが、
(i)前記出力RNAがPによって産生される場合、前記5’ssと前記3’ssとの間の配列に対応する配列、及び/又は
(ii)前記出力RNAが、前記さらなる5’スプライス部位の5’であるプロモータ(例えば、P又はP)、すなわち、前記5’スプライス部位の5’に最も近いプロモータ(例えば、P)によって産生される場合、さらなる5’スプライス部位(例えば、5’ss)と前記3’ssとの間の配列に対応する配列
を含まない、
項目4~8のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目10)
前記出力RNAが少なくとも一つの出力タンパク質をコード化する少なくとも一つの配列を含み、前記少なくとも一つの出力タンパク質のCDSが、前記出力配列、例えば、前記第二エクソンに部分的又は完全に含まれる、
項目1~9のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目11)
前記少なくとも一つの出力タンパク質が、レポータタンパク質、例えば、蛍光タンパク質又は発光性若しくは発色性酵素、及び/或いはエフェクタータンパク質、例えば毒性タンパク質、酵素、サイトカイン、免疫調節物質、膜タンパク質及び/又は膜結合レセプターを含む、
項目10に記載のDNA構築物。
(項目12)
(i)前記DNA構築物が第一エクソン及び第二エクソンを含まない場合、前記CDSのそれぞれが前記出力配列に完全に含まれ;
(ii)第二エクソンに部分的に含まれるCDSが、オープンリーディングフレーム(ORF)の一部に対応するか又はオープンリーディングフレーム(ORF)の一部であり、前記ORFの開始コドンが、前記DNA構築物に含まれる少なくとも一つ、好ましくはそれぞれの代替第一エクソンに含まれ、前記ORFの終止コドンが、第二エクソンに含まれる、
項目10又は11に記載のDNA構築物。
(項目13)
前記プロモータの少なくとも一つ、好ましくは、前記プロモータのそれぞれが、RNAポリメラーゼの結合部位、好ましくは、RNAポリメラーゼIIの結合部位を含む、
項目1~12のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目14)
ある特定の転写調節状態、例えば、TS、又はTS若しくはTSなどのTSのいずれかが、
(i)ある特定の細胞型及び/若しくは細胞状態、例えば、分化した細胞状態、幹細胞状態、及び/又は疾患細胞状態と関連し、及び/又は反映し;並びに/或いは
(ii)各々の転写因子群からの少なくとも一つの転写因子(TF)の存在を含み、例えば、
TSは、TFの第一群(TF)からの少なくとも一つのTF、例えば、TF1a及び/又はTF1bの存在を含み、並びに/或いは
TS、例えば、TSは、さらなるTF群(TF、例えば、TF)からの少なくとも一つのTF、例えば、TFna及び/又はTFnb、例えば、TF2a及び/又はTF2bの存在を含み、
個々の転写因子は、前記TF群の一つ以上に含まれ得る、
項目1~13のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目15)
第一転写調節状態(TS)が、少なくともある特定の数の、例えば、二つの、第一TF群(TF)からのTF、例えば、TF1aとTF1bの存在を含み、及び/又はさらなる転写調節状態(TS)のいずれかが、少なくともある特定の数の、例えば、二つの、各々のさらなる転写因子群(TF、例えば、TF)からのTF、例えば、TFnaとTFnb、例えば、TF2aとTF2bの存在を含む、
項目1~14のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目16)
が、TFからの少なくとも一つのTF又はある特定の数のTF、例えば、TF1a、又はTF1aとTF1bに対する少なくとも一つの結合部位を含み、及び/又は
のいずれか、例えば、Pが、各々のTFからの少なくとも一つのTF又はある特定の数のTF、例えば、TF、例えば、TFna、又はTFnaとTFnb、例えば、TF2a、又はTF2aとTF2bに対する少なくとも一つの結合部位を含む、
項目3~15のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目17)
第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列、すなわち、E2に対応する配列の5’を含む出力RNAが、第一転写後調節状態(PTS)によって制御され、
特に、さらなる第一代替第一エクソン(E1、例えば、E1)に対応する配列、すなわち、E2に対応する配列の5’を含む出力RNAが、各々のさらなる転写後調節状態(PTS、例えば、PTS)によって制御される、
項目3~16のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目18)
第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列を含む出力RNAが、第一転写後調節状態(PTS)によって翻訳阻害及び/又は分解され、
特に、さらなる代替第一エクソン(E1、例えば、E1)に対応する配列を含む出力RNAが、各々のさらなる転写後調節状態(PTS、例えば、PTS)によって翻訳阻害及び/又は分解される、
項目3~17のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目19)
前記DNA構築物が、
(i)前記DNA構築物に含まれる少なくとも一つの各々のプロモータ、例えば、Pからの出力RNAが産生されるように、少なくとも一つの転写調節状態、すなわちTS及び/又はTSのいずれか、例えば、TSが前記細胞中に存在する場合;並びに
(ii)各々の代替第一エクソン(例えば、E1)を含む産生された出力RNAが翻訳阻害又は分解されないように、各々の転写後調節状態(例えば、PTS)が前記細胞中に存在しない場合、
前記真核細胞において有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質を産生する、
項目18に記載のDNA構築物。
(項目20)
前記DNA構築物が、
(i)前記DNA構築物に含まれる各々のプロモータ、例えば、P及びPから転写を誘導できる転写状態が前記細胞中に存在しない、例えば、TSもTSも前記細胞中に存在しない場合、及び/又は
(ii)前記DNA構築物に含まれる各々のプロモータ、例えば、P及びPによって産生される出力RNAを翻訳阻害及び/又は分解できる各転写後調節状態、例えば、PTS及びPTSが前記細胞中に存在する場合、
前記真核細胞において有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質を産生しない、
項目18又は19に記載のDNA構築物。
(項目21)
ある特定の転写後調節状態、例えば、PTS、又はPTS若しくはPTSなどのPTSのいずれかが、
(i)ある特定の細胞型及び/又は細胞状態と関連し、及び/又は反映し;並びに/或いは
(ii)各々のアンチセンスRNA群からの少なくとも一つのアンチセンスRNA(AR)の存在を含み、例えば、
この場合、PTSは、ARの第一群(AR)からの少なくとも一つのAR、例えばAR1a及び/又はAR1bの存在を含み、PTS、例えばPTSは、ARのさらなる群(AR、例えば、AR)からの少なくとも一つのAR、例えば、ARna及び/又はARnb、例えばAR2a及び/又はAR2bの存在を含み、
個々のARは、前記Ar群の一つ以上に含まれていてもよい、並びに/或いは
(iii)少なくとも一つのRNA結合タンパク質の存在を含む、
項目17~20のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目22)
ある特定の転写調節状態、例えば、TS、及び各々の転写後調節状態、例えば、PTSが、有効量の出力RNAが得られることが望まれるのと同じ細胞型及び/又は細胞状態、例えば標的細胞に含まれない、
項目21に記載のDNA構築物。
(項目23)
ある特定の細胞型及び/又は細胞状態が、
(i)ある特定の転写調節状態、例えば、TSの存在、例えば、各々のTF群からの少なくとも一つ又はある特定の数の転写因子(TF)、例えば、TF、又はTFとTFの存在、並びに/或いは
(ii)ある特定の、すなわち、各々の転写後調節状態、例えば、PTSの非存在、例えば、各々のAR群からの少なくとも一つ又はある特定の数のアンチセンスRNA(AR)、例えば、AR、又はARとARの非存在を含む、
項目21又は22に記載のDNA構築物。
(項目25)
前記E1が、ARからの少なくとも一つのAR又はある特定の数のAR、例えば、AR1a、又はAR1aとAR1bに対する少なくとも一つの標的部位、すなわち結合部位に対応する少なくとも一つの配列を含み、すなわち、前記少なくとも一つの標的部位は、Pによって産生される出力RNAにおけるE1に対応する配列に含まれ;及び/又は
特に、前記E1のいずれか、例えば、E1が、各々のARからの少なくとも一つのAR又はある特定の数のAR、例えば、AR、例えば、ARna、又はARnaとARnb、例えば、AR2a、又はAR2aとAR2bに対する少なくとも一つの標的部位、すなわち、結合部位に対応する少なくとも一つの配列を含み、すなわち、前記少なくとも一つの標的部位が、前記E1の5’であるプロモータ、すなわち、前記E1の5’に最も近いプロモータによって産生される出力RNAにおける前記E1に対応する配列に含まれる、
項目17~23のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目26)
アンチセンスRNAが、少なくとも10、15又は20の連続した塩基の配列を含み、前記配列が、出力RNAに含まれる各々の代替第一エクソンにおける、各々の標的部位、すなわち、結合部位の相補配列に対して少なくとも40%、50%、60%、70%、80%、90%又は100%の配列同一性を有する、
項目25に記載のDNA構築物。
(項目27)
前記アンチセンスRNAがマイクロRNA(miRNA)又は低分子干渉RNA(siRNA)である、
項目21~26のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目28)
アンチセンスRNA(AR)が、前記ARに対する標的部位、すなわち、結合部位を含む出力RNAの翻訳阻害及び/又は分解を促進し、すなわち、出力RNAの前記翻訳阻害は、前記出力RNAによってコード化されたレポータ及び/又はエフェクタータンパク質の産生、すなわち翻訳の阻害に対応する、
項目21~27のいずれか一項に記載のDNA構築物
(項目29)
細胞中の有効量の出力RNAの収量は、
有効量の出力RNAが得られない条件、例えば、前記DNA構築物に含まれるプロモータのいずれかからの転写を開始するための各々の転写状態が存在しない場合、同じDNA構築物を含む細胞中に存在する前記出力RNAの量と比較して、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNAが前記DNA構築物を含む前記細胞中に存在することに対応する、
項目1~28のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目30)
出力RNAの前記有効量が、少なくとも一つの出力タンパク質、すなわち、前記出力RNAによってコード化される少なくとも一つのレポータタンパク質及び/又はエフェクタータンパク質の有効量に対応する、すなわち、言い換えられる、
項目1~29のいずれかに記載のDNA構築物。
(項目31)
細胞中の出力RNA及び/又は出力タンパク質の有効量の収量が、有効量の前記出力RNAが得られない条件、例えば、前記DNA構築物に含まれるプロモータのいずれかからの転写を開始するための各々の転写調節状態が存在しない場合、同じDNA構築物を含む細胞中に存在する前記出力タンパク質の量と比較して、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の、前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質が、前記DNA構築物を含む細胞中に存在することに対応する、
項目1~30のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目32)
最大でも150kb、好ましくは最大でも12kbの長さを有する、
項目1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物。
(項目33)
項目1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物を含むプラスミド。
(項目34)
前記ウイルスに含まれるDNA構築物が二本鎖又は一本鎖であり、前記一本鎖DNA構築物が、項目1~33のいずれか一項に記載のDNA構築物のセンス又はアンチセンス鎖に対応する配列を含み、特に、前記ウイルスが、ウイルスベクター、例えば、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクター、レンチウイルスベクター、アデノウイルスベクター、単純ヘルペスウイルスベクター、又はVSVベクターである、
項目1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物或いは前記DNA構築物に対応する配列及び/又は前記DNA構築物の配列に対して相補的な配列を含むRNAを含む、ウイルス。
(項目35)
項目1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物、項目33に記載のプラスミド、及び/又は項目34に記載のウイルスを含む、宿主細胞。
(項目36)
対象、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトにおける疾患の治療で使用するための、項目1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物、項目33に記載のプラスミド、項目34に記載のウイルス又は項目35に記載の宿主細胞。
(項目37)
前記DNA構築物が、対象における複数の細胞へ導入されるものであり、前記複数の細胞が、標的細胞と非標的細胞とを含み得る、項目36に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
(項目38)
前記疾患が、例えば、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞の不均一混合物と関連し、及び/又はこれにより引き起こされ、標的細胞が、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いはn個のさらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する可能性があり、ただしn≧1である、項目36又は37に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
(項目39)
前記疾患の治療は、標的細胞が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応するか否かに関係なく、標的細胞を殺滅及び/又は操作することを含み;すなわち操作された標的細胞が対象に対して無毒になるか、毒性が低くなるか、又は有益になる、
項目37又は38に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
(項目40)
非標的細胞、すなわち、正常及び/又は良性細胞が、殺滅及び/又は操作されない、項目38又は39に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
(項目41)
(i)前記ACが、前記TSの存在を含み、任意選択的に前記PTSの非存在を含んでもよく、及び/又は
(ii)AC、例えば、ACが、各々のTS、例えば、TSの存在を含み、任意選択的に、各々のPTS、例えば、PTPの非存在を含んでもよい、
項目38~40のいずれか一項に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
(項目42)
有効量の出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される少なくとも一つの出力タンパク質が、
(i)前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞、並びに/或いは
(ii)前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC、例えば、AC)に対応する標的細胞
において得られる、
項目37~41のいずれか一項に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
(項目43)
有効量の出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質が非標的細胞では得られない、
項目37~42のいずれか一項に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
(項目44)
前記少なくとも一つの出力タンパク質が、少なくとも一つのエフェクタータンパク質、例えば、毒性タンパク質、酵素、サイトカイン、免疫調節物質、膜タンパク質及び/又は膜結合レセプターを含む、
項目42又は43に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
(項目45)
前記疾患が、がん、神経変性疾患、免疫不全、及び/又は遺伝性疾患であり、好ましくはがんである、
項目36~44のいずれか一項に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、ウイルス、又は宿主細胞。
(項目46)
前記疾患が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞と、前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する標的細胞とを含む、
項目45に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
(項目47)
インビボでの対象における疾患の診断で使用するための、項目1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物、項目33に記載のプラスミド、項目34に記載のウイルス、又は項目35に記載の宿主細胞。
(項目48)
真核細胞、好ましくは哺乳動物細胞の細胞型及び/又は状態を決定するインビトロ法であって、
(a)項目1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物、項目33に記載のプラスミド又は項目34に記載のウイルスをインビトロで前記真核細胞に導入し、
(b)前記細胞において出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質の量を測定し、
(c)(i)有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が前記細胞中に存在する場合、前記細胞はある特定の細胞型及び/又は状態を有すること、及び/又は
(ii)有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が前記細胞中に存在しない場合、前記細胞は前記細胞型及び/又は状態を有さないことを判定すること
を含む、インビトロ法。
(項目49)
ある特定の細胞型及び/又は状態が、
(i)ある特定の転写調節状態、例えば、TSの存在、例えば、各々のTF群からの少なくとも一つ又はある特定の数の転写因子(TF)、例えば、TF1a、又はTF1aとTF1bの存在を含み、任意選択的に、
(ii)各々の転写後調節状態、例えば、PTSの非存在、例えば、各々のAR群からの少なくとも一つ又はある特定の数のアンチセンスRNA(AR)、例えば、AR、又はARとARの非存在を含んでもよい、
項目48に記載の方法。
(項目50)
対象における疾患を診断するためのインビトロ法であって、
a)項目1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物、項目33に記載のプラスミド又は項目34に記載のウイルスを前記対照からの組織サンプルに導入し、
b)前記組織サンプルにおいて出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質の量を測定し、
c)前記対象が前記疾患を有するか否かを診断すること
を含み、
前記組織サンプルにおいて有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在する場合、診断は陽性であり、及び/又は
前記組織サンプルにおいて有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在しない場合、診断は陰性である、インビトロ法。
(項目51)
前記疾患が、例えば、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞の不均一混合物と関連し、及び/又はこれにより引き起こされ、標的細胞が、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いはn個のさらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する可能性があり、ただしn≧1である、
項目50に記載の方法。
(項目52)
前記組織サンプルが前記標的細胞を含む疑いがあり、非標的細胞、すなわち正常及び/又は良性細胞を含む可能性がある、項目51に記載の方法。
(項目53)
前記疾患の診断は、標的細胞が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態(AC)、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応するか否かに関係なく、前記組織サンプル中の標的細胞を検出することを含む、
項目51又は52に記載の方法。
(項目54)
非標的細胞、すなわち、正常及び/又は良性細胞検出されない、
項目52又は53に記載の方法。
(項目55)
(i)前記ACが、前記TSの存在を含み、任意選択的に前記PTSの非存在を含んでもよく、及び/又は
(ii)AC、例えば、ACが、各々のTS、例えば、TSの存在を含み、任意選択的に、各々のPTS、例えば、PTPの非存在を含んでもよい、
項目51~42のいずれか一項に記載の方法。
(項目56)
有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質は、
(i)前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞、並びに/或いは
(ii)前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC、例えば、AC)に対応する標的細胞において得られる、
項目51~55のいずれか一項に記載の方法。
(項目57)
非標的細胞では、有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が得られない、項目51~56のいずれか一項に記載の方法。
(項目58)
前記ステップb)が、有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する細胞の前記組織細胞中のパーセンテージを測定することをさらに含み、
ステップc)において、診断は、前記組織サンプル中の細胞の少なくとも0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、5%、10%、20%、30%、40%若しくは50%が有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する場合に陽性であり、並びに/或いは
診断は、前記組織サンプル中の細胞の0.01%未満、0.05%未満、0.1%未満、0.5%未満、1%未満、5%未満、10%未満、20%未満、30%未満、40%未満若しくは50%未満が有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する場合に陰性である、項目51~56のいずれか一項に記載の方法。
(項目59)
前記出力タンパク質が、少なくとも一つのレポータタンパク質、例えば、蛍光タンパク質又は発光性若しくは発色性酵素を含む、項目50~58のいずれか一項に記載の方法。
(項目60)
前記疾患が、がん、神経変性疾患、免疫不全、及び/又は遺伝性疾患であり、好ましくはがんである、項目50~59のいずれか一項に記載の方法。
(項目61)
前記疾患が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞と、前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する標的細胞とを含む、項目60に記載の方法。
(項目62)
前記対象が哺乳動物であり、好ましくはヒトである、項目36~47のいずれか一項に記載の使用のためのDNA構築物、プラスミド、若しくはウイルス、又は項目50~51のいずれか一項に記載の方法。
(項目63)
項目1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物を産生する方法であって、
(a)前記DNA構築物中に含まれる前記DNA配列エレメントを選択し、配列させるステップと、
(b)選択し配列させたDNA配列エレメントをアセンブル及び/又は合成し、それによって前記DNA構築物を産生するステップと、を含む、方法。
(項目64)
ステップ(a)の前に、例えば、標的細胞及び/又は非標的細胞中の少なくとも一つのプロモータの活性を測定すること、並びに/或いはバイオマーカー、特定の転写因子、miRNAなどのアンチセンスRNA、トランスクリプト―ム及び/又はプロテオームの標的細胞及び/又は非標的細胞における存在を判定することによって、標的細胞及び/又は非標的細胞の転写調節状態及び/又は転写後調節状態を分析する、
項目63に記載の方法。
(項目65)
(c)DNA構築物が、標的細胞及び/又は非標的細胞において有効量の出力RNAを産生するか否かを分析するステップと、
(d)前記DNA構築物が、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞において有効量の出力RNAを産生し、好ましくは非標的細胞において有効量の出力RNAを産生しない場合、前記DNA構築物を選択し、任意選択的に増幅又は再合成するステップと、
をさらに含む、項目63又は64に記載の方法。
(項目66)
前記DNA構築物が、項目63~65のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる、項目1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物。

Claims (65)

  1. 5’→3’方向に以下のDNA配列エレメント:
    第一プロモータ(P);
    n個のさらなるプロモータ(P)、ただし、n≧1、例えば、P、PとP、又はPとPとP;及び
    出力配列
    を含むDNA構築物であって、
    前記プロモータのそれぞれは、転写開始部位を含み、及び/又は転写を開始するのに適し、
    からの転写の開始は、第一転写調節状態(TS)によって可能となり、前記さらなるプロモータ(P)のそれぞれからの転写の開始は、さらなる転写調節状態(TS)のそれぞれによって可能となり、例えば、PはTSによって可能となり、
    前記TS及び/又は各々のTSのいずれか、例えば、P及びPについて:TS、TS、又はTS及びTSが前記細胞中に存在する場合、前記DNA構築物は、真核細胞において、好ましくは哺乳動物細胞において有効量の出力DNAを産生し、
    前記出力RNAは、前記出力配列に対応する配列を含み、
    特に、転写がPから開始される場合に前記出力RNAの第一タイプ(RNA)が得られ、転写が各々のP、例えばPから開始される場合に各々のさらなるタイプの前記出力RNA(RNA、例えば、RNA)が得られ、前記出力RNAの各タイプは前記出力配列に対応する配列を含み、特に、前記出力RNAの量は前記出力RNAの全タイプの合計量に対応する、DNA構築物。
  2. 前記細胞中に、TSもTSのうちのいずれも存在しない場合、前記DNA構築物が有効量の前記出力RNAを産生しない、請求項1に記載のDNA構築物。
  3. 前記第一プロモータ(P)と前記さらなるプロモータの最後のプロモータ(P)との間に、5’→3’方向で、第一代替第一エクソン(E1)および第一代替5’スプライス部位(5’ss)、並びに前記最後のプロモータと前記出力配列との間に、分岐点(BP)及び3’スプライス部位(3’ss)をさらに含んでもよく、前記出力配列が、第二エクソン(E2)であるか又は第二エクソン(E2)を含む、請求項1又は2に記載のDNA構築物。
  4. 前記最後のプロモータと前記分岐点(BP)との間に5’→3’方向で、n個の各々のさらなる代替第一エクソン(E1)の最後の代替第一エクソン及びn個の各々のさらなる5’スプライス部位(5’ss)の最後の代替5’スプライス部位をさらに含み、
    好ましくは、前記最後の代替5’スプライス部位は、前記DNA構築物に含まれる別の5’スプライス部位よりも弱く、より好ましくは、前記最後の代替5’スプライス部位は、前記DNA構築物に含まれるすべての5’スプライス部位の中で最も弱いものである、
    請求項3に記載のDNA構築物。
  5. 前記第一代替5’スプライス部位(5’ss)と前記最後のプロモータとの間に5’→3’方向で、少なくとも一つのさらなるエレメント群をさらに含み、
    前記エレメント群のそれぞれが、5’→3’方向で:
    前記n個のさらなるプロモータ(P)のさらなる一つ、
    前記n個の各々のさらなる代替第一エクソン(E1)のさらなる一つ、及び
    前記n個の各々の代替5’スプライス部位(5’ss)のさらなる一つ
    を含む、
    請求項4に記載のDNA構築物。
  6. 前記分岐点(BP)及び前記3’スプライス部位(3’ss)は、前記DNA構築物に含まれるプロモータのいずれかによって産生される出力RNA、すなわちpre-RNAに含まれる少なくとも一つの5’スプライス部位(例えば、5’ss)と前記3’スプライス部位との間の配列の除去を可能にし、
    好ましくは、前記BP及び3’ssは、少なくとも、前記出力RNAにおいて最も5’である前記5’ssと前記3’ssとの間の配列の除去を可能にする、及び/又は
    好ましくは、前記BP及び3’ssは、前記出力RNAにおける各5’ssと前記3’ssとの配列の除去を可能にする、
    請求項3~5のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  7. 前記第一代替5’スプライス部位(5’ss)は、Pによって産生される出力RNA、すなわちpre-RNAに含まれる前記5’ssと前記3’ssとの間の配列の除去を可能にし、
    特に、前記さらなる代替5’スプライス部位のそれぞれ(例えば、5’ss)は、前記さらなる5’スプライス部位の5’であるプロモータ(例えば、P又はP)、すなわち前記5’スプライス部位の5’に最も近いプロモータ(例えば、P)によって産生される出力RNA、すなわちpre-RNAに含まれる前記各々のさらなる5’スプライス部位(例えば、5’ss)と前記3’ssとの間の配列の除去を可能にする、
    請求項3~6のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  8. 前記出力RNAは、前記第二エクソン(E2)に対応する前記配列の5’に、
    (i)前記出力RNAがPによって産生される場合、前記第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列、及び/又は
    (ii)前記出力RNAが、前記各々のさらなる代替第一エクソンの5’であるプロモータ(例えば、P又はP)、すなわち前記さらなる代替第一エクソンの5’に最も近いプロモータ(例えば、P)によって産生される場合、前記さらなる代替第一エクソンの一つ、例えばE1に対応する配列
    をさらに含む、
    請求項4~7のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  9. 前記出力RNAが、
    (i)前記出力RNAがPによって産生される場合、前記5’ssと前記3’ssとの間の配列に対応する配列、及び/又は
    (ii)前記出力RNAが、前記さらなる5’スプライス部位の5’であるプロモータ(例えば、P又はP)、すなわち、前記5’スプライス部位の5’に最も近いプロモータ(例えば、P)によって産生される場合、さらなる5’スプライス部位(例えば、5’ss)と前記3’ssとの間の配列に対応する配列
    を含まない、
    請求項4~8のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  10. 前記出力RNAが少なくとも一つの出力タンパク質をコード化する少なくとも一つの配列を含み、前記少なくとも一つの出力タンパク質のCDSが、前記出力配列、例えば、前記第二エクソンに部分的又は完全に含まれる、
    請求項1~9のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  11. 前記少なくとも一つの出力タンパク質が、レポータタンパク質、例えば、蛍光タンパク質又は発光性若しくは発色性酵素、及び/或いはエフェクタータンパク質、例えば毒性タンパク質、酵素、サイトカイン、免疫調節物質、膜タンパク質及び/又は膜結合レセプターを含む、
    請求項10に記載のDNA構築物。
  12. (i)前記DNA構築物が第一エクソン及び第二エクソンを含まない場合、前記CDSのそれぞれが前記出力配列に完全に含まれ;
    (ii)第二エクソンに部分的に含まれるCDSが、オープンリーディングフレーム(ORF)の一部に対応するか又はオープンリーディングフレーム(ORF)の一部であり、前記ORFの開始コドンが、前記DNA構築物に含まれる少なくとも一つ、好ましくはそれぞれの代替第一エクソンに含まれ、前記ORFの終止コドンが、第二エクソンに含まれる、
    請求項10又は11に記載のDNA構築物。
  13. 前記プロモータの少なくとも一つ、好ましくは、前記プロモータのそれぞれが、RNAポリメラーゼの結合部位、好ましくは、RNAポリメラーゼIIの結合部位を含む、
    請求項1~12のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  14. ある特定の転写調節状態、例えば、TS、又はTS若しくはTSなどのTSのいずれかが、
    (i)ある特定の細胞型及び/若しくは細胞状態、例えば、分化した細胞状態、幹細胞状態、及び/又は疾患細胞状態と関連し、及び/又は反映し;並びに/或いは
    (ii)各々の転写因子群からの少なくとも一つの転写因子(TF)の存在を含み、例えば、
    TSは、TFの第一群(TF)からの少なくとも一つのTF、例えば、TF1a及び/又はTF1bの存在を含み、並びに/或いは
    TS、例えば、TSは、さらなるTF群(TF、例えば、TF)からの少なくとも一つのTF、例えば、TFna及び/又はTFnb、例えば、TF2a及び/又はTF2bの存在を含み、
    個々の転写因子は、前記TF群の一つ以上に含まれ得る、
    請求項1~13のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  15. 第一転写調節状態(TS)が、少なくともある特定の数の、例えば、二つの、第一TF群(TF)からのTF、例えば、TF1aとTF1bの存在を含み、及び/又はさらなる転写調節状態(TS)のいずれかが、少なくともある特定の数の、例えば、二つの、各々のさらなる転写因子群(TF、例えば、TF)からのTF、例えば、TFnaとTFnb、例えば、TF2aとTF2bの存在を含む、
    請求項1~14のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  16. が、TFからの少なくとも一つのTF又はある特定の数のTF、例えば、TF1a、又はTF1aとTF1bに対する少なくとも一つの結合部位を含み、及び/又は
    のいずれか、例えば、Pが、各々のTFからの少なくとも一つのTF又はある特定の数のTF、例えば、TF、例えば、TFna、又はTFnaとTFnb、例えば、TF2a、又はTF2aとTF2bに対する少なくとも一つの結合部位を含む、
    請求項3~15のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  17. 第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列、すなわち、E2に対応する配列の5’を含む出力RNAが、第一転写後調節状態(PTS)によって制御され、
    特に、さらなる第一代替第一エクソン(E1、例えば、E1)に対応する配列、すなわち、E2に対応する配列の5’を含む出力RNAが、各々のさらなる転写後調節状態(PTS、例えば、PTS)によって制御される、
    請求項3~16のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  18. 第一代替第一エクソン(E1)に対応する配列を含む出力RNAが、第一転写後調節状態(PTS)によって翻訳阻害及び/又は分解され、
    特に、さらなる代替第一エクソン(E1、例えば、E1)に対応する配列を含む出力RNAが、各々のさらなる転写後調節状態(PTS、例えば、PTS)によって翻訳阻害及び/又は分解される、
    請求項3~17のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  19. 前記DNA構築物が、
    (i)前記DNA構築物に含まれる少なくとも一つの各々のプロモータ、例えば、Pからの出力RNAが産生されるように、少なくとも一つの転写調節状態、すなわちTS及び/又はTSのいずれか、例えば、TSが前記細胞中に存在する場合;並びに
    (ii)各々の代替第一エクソン(例えば、E1)を含む産生された出力RNAが翻訳阻害又は分解されないように、各々の転写後調節状態(例えば、PTS)が前記細胞中に存在しない場合、
    前記真核細胞において有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質を産生する、
    請求項18に記載のDNA構築物。
  20. 前記DNA構築物が、
    (i)前記DNA構築物に含まれる各々のプロモータ、例えば、P及びPから転写を誘導できる転写状態が前記細胞中に存在しない、例えば、TSもTSも前記細胞中に存在しない場合、及び/又は
    (ii)前記DNA構築物に含まれる各々のプロモータ、例えば、P及びPによって産生される出力RNAを翻訳阻害及び/又は分解できる各転写後調節状態、例えば、PTS及びPTSが前記細胞中に存在する場合、
    前記真核細胞において有効量の出力RNA及び/又は出力RNAによってコード化される出力タンパク質を産生しない、
    請求項18又は19に記載のDNA構築物。
  21. ある特定の転写後調節状態、例えば、PTS、又はPTS若しくはPTSなどのPTSのいずれかが、
    (i)ある特定の細胞型及び/又は細胞状態と関連し、及び/又は反映し;並びに/或いは
    (ii)各々のアンチセンスRNA群からの少なくとも一つのアンチセンスRNA(AR)の存在を含み、例えば、
    この場合、PTSは、ARの第一群(AR)からの少なくとも一つのAR、例えばAR1a及び/又はAR1bの存在を含み、PTS、例えばPTSは、ARのさらなる群(AR、例えば、AR)からの少なくとも一つのAR、例えば、ARna及び/又はARnb、例えばAR2a及び/又はAR2bの存在を含み、
    個々のARは、前記Ar群の一つ以上に含まれていてもよい、並びに/或いは
    (iii)少なくとも一つのRNA結合タンパク質の存在を含む、
    請求項17~20のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  22. ある特定の転写調節状態、例えば、TS、及び各々の転写後調節状態、例えば、PTSが、有効量の出力RNAが得られることが望まれるのと同じ細胞型及び/又は細胞状態、例えば標的細胞に含まれない、
    請求項21に記載のDNA構築物。
  23. ある特定の細胞型及び/又は細胞状態が、
    (i)ある特定の転写調節状態、例えば、TSの存在、例えば、各々のTF群からの少なくとも一つ又はある特定の数の転写因子(TF)、例えば、TF、又はTFとTFの存在、並びに/或いは
    (ii)ある特定の、すなわち、各々の転写後調節状態、例えば、PTSの非存在、例えば、各々のAR群からの少なくとも一つ又はある特定の数のアンチセンスRNA(AR)、例えば、AR、又はARとARの非存在を含む、
    請求項21又は22に記載のDNA構築物。
  24. 前記E1が、ARからの少なくとも一つのAR又はある特定の数のAR、例えば、AR1a、又はAR1aとAR1bに対する少なくとも一つの標的部位、すなわち結合部位に対応する少なくとも一つの配列を含み、すなわち、前記少なくとも一つの標的部位は、Pによって産生される出力RNAにおけるE1に対応する配列に含まれ;及び/又は
    特に、前記E1のいずれか、例えば、E1が、各々のARからの少なくとも一つのAR又はある特定の数のAR、例えば、AR、例えば、ARna、又はARnaとARnb、例えば、AR2a、又はAR2aとAR2bに対する少なくとも一つの標的部位、すなわち、結合部位に対応する少なくとも一つの配列を含み、すなわち、前記少なくとも一つの標的部位が、前記E1の5’であるプロモータ、すなわち、前記E1の5’に最も近いプロモータによって産生される出力RNAにおける前記E1に対応する配列に含まれる、
    請求項17~23のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  25. アンチセンスRNAが、少なくとも10、15又は20の連続した塩基の配列を含み、前記配列が、出力RNAに含まれる各々の代替第一エクソンにおける各々の標的部位、すなわち、結合部位の相補配列に対して少なくとも40%、50%、60%、70%、80%、90%又は100%の配列同一性を有する、
    請求項24に記載のDNA構築物。
  26. 前記アンチセンスRNAがマイクロRNA(miRNA)又は低分子干渉RNA(siRNA)である、
    請求項21~25のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  27. アンチセンスRNA(AR)が、前記ARに対する標的部位、すなわち、結合部位を含む出力RNAの翻訳阻害及び/又は分解を促進し、すなわち、出力RNAの前記翻訳阻害は、前記出力RNAによってコード化されたレポータ及び/又はエフェクタータンパク質の産生、すなわち翻訳の阻害に対応する、
    請求項21~26のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  28. 細胞中の有効量の出力RNAの収量は、
    有効量の出力RNAが得られない条件、例えば、前記DNA構築物に含まれるプロモータのいずれかからの転写を開始するための各々の転写状態が存在しない場合、同じDNA構築物を含む細胞中に存在する前記出力RNAの量と比較して、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の出力RNAが前記DNA構築物を含む前記細胞中に存在することに対応する、
    請求項1~27のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  29. 出力RNAの前記有効量が、少なくとも一つの出力タンパク質、すなわち、前記出力RNAによってコード化される少なくとも一つのレポータタンパク質及び/又はエフェクタータンパク質の有効量に対応する、すなわち、言い換えられる、
    請求項1~28のいずれかに記載のDNA構築物。
  30. 細胞中の出力RNA及び/又は出力タンパク質の有効量の収量が、有効量の前記出力RNAが得られない条件、例えば、前記DNA構築物に含まれるプロモータのいずれかからの転写を開始するための各々の転写調節状態が存在しない場合、同じDNA構築物を含む細胞中に存在する前記出力タンパク質の量と比較して、少なくとも1.5倍、2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、30倍、40倍、60倍、80倍、100倍、150倍、又は200倍、好ましくは少なくとも10倍高い量の、前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質が、前記DNA構築物を含む細胞中に存在することに対応する、
    請求項1~29のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  31. 最大でも150kb、好ましくは最大でも12kbの長さを有する、請求項1~30のいずれか一項に記載のDNA構築物。
  32. 請求項1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物を含むプラスミド。
  33. 前記ウイルスに含まれるDNA構築物が二本鎖又は一本鎖であり、前記一本鎖DNA構築物が、請求項1~32のいずれか一項に記載のDNA構築物のセンス又はアンチセンス鎖に対応する配列を含み、特に、前記ウイルスが、ウイルスベクター、例えば、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクター、レンチウイルスベクター、アデノウイルスベクター、単純ヘルペスウイルスベクター、又はVSVベクターである、請求項1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物或いは前記DNA構築物に対応する配列及び/又は前記DNA構築物の配列に対して相補的な配列を含むRNAを含む、ウイルス。
  34. 請求項1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物、請求項32に記載のプラスミド、及び/又は請求項33に記載のウイルスを含む、宿主細胞。
  35. 対象、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトにおける疾患の治療で使用するための、請求項1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物、請求項32に記載のプラスミド、請求項33に記載のウイルス又は請求項34に記載の宿主細胞。
  36. 前記DNA構築物が、対象における複数の細胞へ導入されるものであり、前記複数の細胞が、標的細胞と非標的細胞とを含み得る、請求項35に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
  37. 前記疾患が、例えば、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞の不均一混合物と関連し、及び/又はこれにより引き起こされ、標的細胞が、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いはn個のさらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する可能性があり、ただしn≧1である、請求項35又は36に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
  38. 前記疾患の治療は、標的細胞が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応するか否かに関係なく、標的細胞を殺滅及び/又は操作することを含み;すなわち操作された標的細胞が対象に対して無毒になるか、毒性が低くなるか、又は有益になる、請求項36又は37に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
  39. 非標的細胞、すなわち、正常及び/又は良性細胞が、殺滅及び/又は操作されない、請求項37又は38に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
  40. (i)前記ACが、前記TSの存在を含み、任意選択的に前記PTSの非存在を含んでもよく、及び/又は
    (ii)AC、例えば、ACが、各々のTS、例えば、TSの存在を含み、任意選択的に、各々のPTS、例えば、PTPの非存在を含んでもよい、
    請求項37~39のいずれか一項に記載の使用のためのDNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
  41. 有効量の出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される少なくとも一つの出力タンパク質が、
    (i)前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞、並びに/或いは
    (ii)前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC、例えば、AC)に対応する標的細胞
    において得られる、
    請求項36~40のいずれか一項に記載の使用のためのDNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
  42. 有効量の出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質が非標的細胞では得られない、請求項36~41のいずれか一項に記載の使用のためのDNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
  43. 前記少なくとも一つの出力タンパク質が、少なくとも一つのエフェクタータンパク質、例えば、毒性タンパク質、酵素、サイトカイン、免疫調節物質、膜タンパク質及び/又は膜結合レセプターを含む、請求項41又は42に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
  44. 前記疾患が、がん、神経変性疾患、免疫不全、及び/又は遺伝性疾患であり、好ましくはがんである、請求項35~43のいずれか一項に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、ウイルス、又は宿主細胞。
  45. 前記疾患が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞と、前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する標的細胞とを含む、請求項44に記載の使用のための、DNA構築物、プラスミド、又はウイルス。
  46. インビボでの対象における疾患の診断で使用するための、請求項1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物、請求項32に記載のプラスミド、請求項33に記載のウイルス、又は請求項34に記載の宿主細胞。
  47. 真核細胞、好ましくは哺乳動物細胞の細胞型及び/又は状態を決定するインビトロ法であって、
    (a)請求項1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物、請求項32に記載のプラスミド又は請求項33に記載のウイルスをインビトロで前記真核細胞に導入し、
    (b)前記細胞において出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質の量を測定し、
    (c)(i)有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が前記細胞中に存在する場合、前記細胞はある特定の細胞型及び/又は状態を有すること、及び/又は
    (ii)有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が前記細胞中に存在しない場合、前記細胞は前記細胞型及び/又は状態を有さないことを判定すること
    を含む、インビトロ法。
  48. ある特定の細胞型及び/又は状態が、
    (i)ある特定の転写調節状態、例えば、TSの存在、例えば、各々のTF群からの少なくとも一つ又はある特定の数の転写因子(TF)、例えば、TF1a、又はTF1aとTF1bの存在を含み、任意選択的に、
    (ii)各々の転写後調節状態、例えば、PTSの非存在、例えば、各々のAR群からの少なくとも一つ又はある特定の数のアンチセンスRNA(AR)、例えば、AR、又はARとARの非存在を含んでもよい、
    請求項47に記載の方法。
  49. 対象における疾患を診断するためのインビトロ法であって、
    a)請求項1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物、請求項32に記載のプラスミド又は請求項33に記載のウイルスを前記対照からの組織サンプルに導入し、
    b)前記組織サンプルにおいて出力RNA及び/又は前記出力RNAによってコード化される出力タンパク質の量を測定し、
    c)前記対象が前記疾患を有するか否かを診断すること
    を含み、
    前記組織サンプルにおいて有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在する場合、診断は陽性であり、及び/又は
    前記組織サンプルにおいて有効量の出力RNA及び/又は出力タンパク質が存在しない場合、診断は陰性である、インビトロ法。
  50. 前記疾患が、例えば、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞の不均一混合物と関連し、及び/又はこれにより引き起こされ、標的細胞が、第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)、並びに/或いはn個のさらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する可能性があり、ただしn≧1である、
    請求項49に記載の方法。
  51. 前記組織サンプルが、前記標的細胞を含む疑いがあり、非標的細胞、すなわち、正常及び/又は良性細胞を含む可能性がある、請求項50に記載の方法。
  52. 前記疾患の診断は、標的細胞が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態(AC)、並びに/或いは前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は細胞状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応するか否かに関係なく、前記組織サンプル中の標的細胞を検出することを含む、請求項50又は51に記載の方法。
  53. 非標的細胞、すなわち、正常及び/又は良性細胞が検出されない、請求項51又は52に記載の方法。
  54. (i)前記ACが、前記TSの存在を含み、任意選択的に前記PTSの非存在を含んでもよく、及び/又は
    (ii)AC、例えばACが、各TS、例えばTSの存在を含み、任意選択的に各PTS、例えばPTPの非存在を含んでもよい、請求項50~53のいずれか一項に記載の方法。
  55. 有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質は、
    (i)前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞、並びに/或いは
    (ii)前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC、例えば、AC)に対応する標的細胞において得られる、
    請求項50~54のいずれか一項に記載の方法。
  56. 有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質が非標的細胞中で得られない、請求項50~55のいずれか一項に記載の方法。
  57. 前記ステップb)が、有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する細胞の前記組織細胞中のパーセンテージを測定することをさらに含み、
    ステップc)において、診断は、前記組織サンプル中の細胞の少なくとも0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、5%、10%、20%、30%、40%若しくは50%が有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する場合に陽性であり、並びに/或いは
    診断は、前記組織サンプル中の細胞の0.01%未満、0.05%未満、0.1%未満、0.5%未満、1%未満、5%未満、10%未満、20%未満、30%未満、40%未満若しくは50%未満が有効量の前記出力RNA及び/又は出力タンパク質を有する場合に陰性である、
    請求項50~55のいずれか一項に記載の方法。
  58. 前記出力タンパク質が、少なくとも一つのレポータタンパク質、例えば、蛍光タンパク質又は発光性若しくは発色性酵素を含む、請求項49~57のいずれか一項に記載の方法。
  59. 前記疾患が、がん、神経変性疾患、免疫不全、及び/又は遺伝性疾患であり、好ましくはがんである、請求項49~58のいずれか一項に記載の方法。
  60. 前記疾患が、前記第一の異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態(AC)に対応する標的細胞と、前記さらなる異常及び/又は悪性細胞型及び/又は状態の別の一つ若しくはいずれか(AC)に対応する標的細胞とを含む、請求項59に記載の方法。
  61. 前記対象が哺乳動物であり、好ましくはヒトである、請求項35~46のいずれか一項に記載の使用のためのDNA構築物、プラスミド、若しくはウイルス、又は請求項49~60のいずれか一項に記載の方法。
  62. 請求項1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物を産生する方法であって、
    (a)前記DNA構築物中に含まれる前記DNA配列エレメントを選択し、配列させるステップと、
    (b)選択し配列させたDNA配列エレメントをアセンブル及び/又は合成し、それによって前記DNA構築物を産生するステップと、を含む、方法。
  63. ステップ(a)の前に、例えば、標的細胞及び/若しくは非標的細胞中の少なくとも一つのプロモータの活性を決定すること、並びに/又は標的細胞及び/若しくは非標的細胞中のバイオマーカー、特定の転写因子、miRNAなどのアンチセンスRNA、トランスクリプト―ム及び/若しくはプロテオームの存在を決定することによって、標的細胞及び/又は非標的細胞の転写調節状態及び/又は転写後調節状態を分析する、請求項62に記載の方法。
  64. (c)前記DNA構築物が、標的細胞及び/又は非標的細胞において有効量の出力RNAを産生するか否かを分析するステップと、
    (d)前記DNA構築物が、少なくとも二つの異なるタイプの標的細胞において有効量の出力RNAを産生し、好ましくは非標的細胞において有効量の出力RNAを産生しない場合、前記DNA構築物を選択し、任意選択的に増幅又は再合成するステップと、
    をさらに含む、請求項62又は63に記載の方法。
  65. 前記DNA構築物が、請求項62~64のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる、請求項1~31のいずれか一項に記載のDNA構築物。
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Recinos Identifying Critical Regulatory Elements of Alternative Splicing
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Ferry RNA-based engineering of inducible CRISPR-Cas9 transcription factors for de novo assembly of eukaryotic gene circuits