JP2024501151A - 細胞療法のために単離された細胞の治療効率を高めるための方法 - Google Patents
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Abstract
本開示は、養子細胞移入療法などの細胞療法に使用するための単離された細胞の治療効率を増強するための方法に関し、前記方法は、細胞療法の治療効率に有益である低発現miRNAを、細胞療法の治療効率を阻害するタンパク質コード遺伝子又は非コード遺伝子のいずれかの活性に発現される遺伝子座に挿入することによる方法であり、前者の発現を誘導する一方で後者の発現を破壊することによる方法である。【選択図】図1
Description
関連出願の相互参照
2020年12月1日出願の米国仮特許出願第63/119,708号に対して利益を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に援用される。
2020年12月1日出願の米国仮特許出願第63/119,708号に対して利益を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に援用される。
本開示は、養子細胞移入療法などの細胞療法において使用するための単離された細胞の治療効率を高めるための方法に関する。
天然に存在する、あるいは遺伝的に再指向(redirected)された腫瘍反応性T細胞の養子移入は、進行した血液悪性腫瘍及び固形がんの患者に対する免疫療法として、及び一般的な細胞療法として、最も成功した治療法の一つである。この治療法は、従来の治療に不応性の転移を有する患者のかなりの割合に、完全かつ持続的な応答をもたらすことが可能である。養子細胞移入(ACT:adoptive cell transfer)法は、腫瘍特異的抗原の標的性を高めるために特異的T細胞(自家又は同種のいずれか)を改変し、及び/又は混合リンパ球集団から腫瘍特異的T細胞を単離する。がん免疫療法に用いられる3種のACTの種類には、腫瘍浸潤リンパ球(TIL:tumor-infiltrating lymphocyte)、T細胞受容体(TCR:T-cell receptor)T細胞、及びキメラ抗原受容体(CAR:chimeric antigen receptor)T細胞が挙げられる(1)。
CAR-T細胞は一次T細胞から作製され、一次T細胞は、単離及び増殖後に、特定の腫瘍関連抗原を認識する細胞外の一本鎖抗体ドメイン(scFv)と、T細胞受容体及び共刺激受容体による細胞内シグナル伝達ドメインとが結合した合成CAR受容体を発現するように操作される(2)。このような改変により、CAR-T細胞による腫瘍細胞の認識及びクリアランスは、従来のT細胞受容体(TCR:T-cell receptor)及びヒト白血球抗原(HLA:human leukocyte antigen)の結合ではなく、CAR分子に依存するため、腫瘍細胞におけるHLAの低発現に起因する免疫逃避を克服することができる(3)。現在、ほとんどのCAR細胞は、血液細胞を標的とするのに適したCAR-T(CD8+)細胞である。しかしながら、固形腫瘍を対象とした臨床試験では、CAR-T細胞が主流ではなく、NK(ナチュラルキラー)細胞など他のプラットフォームが採用されている(4)。
Thanindratarnら,Cancer Treatment Reviews 82 (2020) 101934
Wuら,Science. 2015 October 16; 350(6258)
Weiら,Journal of Hematology & Oncology (2019) 12:62
JXら,Nature Reviews Drug Discovery (2019) 18 (11): 821-822
Abreuら,Journal of Controlled Release 319 (2020) 246-261
血液腫瘍領域でのCAR-T細胞の臨床アウトカムは問題にされていないが、その活性化はサイトカイン放出症候群(CRS:cytokine release syndrome)及び神経毒性などの重篤な副作用と関連している。さらに、液性腫瘍から固形腫瘍へのこれらの治療法の移行は、少なくとも部分的には、細胞遺伝子発現に対する環境効果に起因するCAR-T細胞活性を著しく低下させる腫瘍微小環境(tumor-microenvironment:TME)の物理的障壁及び免疫抑制効果によって妨げられてきた。CAR-T細胞の活性の低下、T細胞の疲弊及びアネルギーもまた時間の経過と共によく見られる。したがって、(特に固形腫瘍における)CAR-T細胞の安全性及び効率、並びにACT全般に関する大きな課題をなお克服する必要がある(5)。
概要
本明細書は、ACTを媒介する療法などの細胞療法において使用するために、単離された細胞の遺伝子発現を改変するための遺伝子編集技術(gene editing technology:GET)の適用について記載する。
本明細書は、ACTを媒介する療法などの細胞療法において使用するために、単離された細胞の遺伝子発現を改変するための遺伝子編集技術(gene editing technology:GET)の適用について記載する。
CRISPR(Clustered,Regularly Interspaced,Short Palindromic Repeats(クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート))、TALEN(Transcription Activator-Like Effector Nucleases(転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ))、あるいはZFN(zinc-finger nucleases(ジンクフィンガーヌクレアーゼ))の適用などのGETは、新規の、内在性、かつ高発現のRNAを産生し、及び/又は機能不全のRNAを停止するようなRNAをコードするDNA領域の編集において非常に強力なツールを提供する。本開示は、特定のACTの状況、例えば、がん標的との接触時、及びそれによる活性化時にT細胞の活性に影響を与えるRNAの発現を改変することによってCAR-T細胞の効率を増強させることなどにおけるこれらの技術の使用に関する。特定の実施形態において、本明細書に記載の方法は、miRNAなどの選択的なタンパク質コードRNA及び非コードRNAの発現パターンを改変することに関する。
本明細書に記載の方法は、血液細胞関連疾患、自己免疫疾患、及びがんの治療のために、造血幹細胞、それらの共通リンパ球前駆細胞、共通骨髄前駆細胞、及びそれらのより発達した(すなわち、単能性の)継代細胞の型の治療効率をex vivoで増強するための治療手段としてGETを利用する。本明細書に記載の方法によって改変できる細胞は、主にT細胞又はCAR T細胞であるが、B細胞、ナチュラルキラー(NK)細胞、制御性T細胞、マクロファージ、間葉系幹細胞、及びそれらの継代の細胞型も含まれる。本明細書に記載の同様の方法は、肝臓の疾患の治療のために肝細胞などの実質細胞を改変する。本明細書で記載されるとおり、前述の細胞型に加え、あらゆる種類の多能性細胞が改変され得ることが理解されよう。さらに、特定の実施形態では、特定の対象に使用する細胞は自家細胞であるが、他の実施形態では、細胞は同種細胞である。本明細書に記載の同様の方法には、例えば肝細胞又は膵b細胞などの実質細胞又は内分泌細胞を移入用に改変するために用いることができる。
本方法は、ACT療法などのT細胞又はCAR-T細胞ベースの免疫療法のひとつの主な欠点に対処するものである。がん細胞との遭遇によってT細胞が活性化された後、がん細胞がT細胞の作用を抑制しようとする一環として、遺伝子発現パターン、特にmiRNAなどの非タンパク質コードRNAの遺伝子発現パターンに変化が起こることが知られている。その結果、「悪い」miRNA(T細胞の治療作用にとって有害なもの)はアップレギュレートされ、「良い」miRNA(T細胞の治療作用にとって有益なもの)はダウンレギュレートされ、結果として、T細胞のアネルギー、寛容、及び疲弊などの機能不全状態が生じる。本記載の方法は、GETを利用して、「悪い」遺伝子の発現を阻害しながら同時に、「良い」遺伝子の発現を増加させることで、CAR-T細胞活性に対するこれらの阻害作用をブロックする新規のアプローチを記載しており、-例えばmiRNAなどのタンパク質コード遺伝子であれ、タンパク質非コードコード遺伝子であれ、細胞療法に利用される他の種類の細胞で使用するために同様に増殖させることができる。さらに、特定の実施形態では、記載の方法による細胞の増強は、細胞療法用の細胞を製造するさらなる工程に先行することが理解されよう。
特定の実施形態では、GETは、望ましい(「良い」)miRNAをアップレギュレートし同時に、望ましくない(「悪い」)miRNAを停止又はダウンレギュレートするために、T細胞などのex vivo細胞の遺伝子座を編集するために使用される。
一実施形態では、「悪い」miRNAの活発(活性)に転写される部位(actively transcribed site)に「良い」miRNAを導入するように単一のmiRNA遺伝子座を編集することを含む。この編集イベントによって、「悪い」miRNA調節性要素の制御下で発現するようになった「良い」miRNAはアップレギュレートされ、一方で「悪い」miRNAは停止される。
別の実施形態では、「悪い」遺伝子の活発に転写される部位に「良い」miRNAを導入するように単一のコード遺伝子座を編集することを含む。この編集イベントによって、活性な「悪い」遺伝子調節性要素の制御下で発現するようになった「良い」miRNAはアップレギュレートされ、一方で、「悪い」遺伝子は、例えばそのオープンリーディングフレームを破壊(disrupt)することによって、停止される。
別の実施形態では、記載の方法は、コード配列の相互交換を生じるための2つの遺伝子座の編集に関する。悪いmiRNAを良いmiRNAに置換するのと並行して、悪いmiRNAの基礎活性を維持するために、良いmiRNAの内因性遺伝子座に悪いmiRNAを導入する。特定の実施形態では、記載の方法は、単一の対の遺伝子 -1つは「悪い」遺伝子、もう1つは「良い」遺伝子- を含む単一の遺伝子座における編集イベントによって、単一の「悪い」遺伝子をノックダウンすることを包含する。他の実施形態では、単一又は複数の異なる「良い」遺伝子のノックインを伴い、「悪い」遺伝子の複数の遺伝子座における、2つ、3つ、4つ、又はそれ以上を含む複数の遺伝子ノックダウン編集イベントが包含される。
上記及びその他の目的、特徴、及び利点は、添付の図を参照しながら進む以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
記載の配列の簡単な説明
本明細書で提供される核酸及び配列は、37 C.F.R.1.822に定義されているとおりに、ヌクレオチド塩基の標準的な文字の略号を用いて示されている。各核酸配列の片方の鎖のみが示されているが、相補鎖はこの表示された鎖に対する参照によって含まれるものと理解される。配列リストは、3287_2_2_seqlist_ST25という名前のASCIIテキストファイルとして提出され、2021年11月30日に作成され、約10.8KBであり、参照により本明細書に援用される。この配列リストでは、以下が示される:
配列番号:1は、hsa-mir-181a-1のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:2は、hsa-mir-181a-1のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:3は、hsa-mir-28のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:4は、hsa-mir-28のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:5は、hsa-miR-149のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:6は、hsa-miR-149のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:7は、hsa-miR-146aのpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:8は、hsa-miR-146aのゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:9は、hsa-miR-31のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:10は、hsa-miR-31のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:11は、hsa-miR-21のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:12は、hsa-miR-21のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:13は、hsa-miR-23aのpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:14は、hsa-miR-23aのゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:15~18は、mir-31を標的とするsgRNAのヌクレオチド配列である。
配列番号:19~22は、mir-23を標的とするsgRNAのヌクレオチド配列である。
配列番号:23は、miR-23遺伝子座へのmiR-28の挿入に使用される一本鎖オリゴデオキシヌクレオチド(ssODN)のヌクレオチド配列である。
配列番号:24は、miR-31遺伝子座へのmiR-28の挿入に使用される一本鎖オリゴデオキシヌクレオチド(ssODN)のヌクレオチド配列である。
配列番号:25及び26は、T7E1アッセイにおけるmiR-23のフォワード及びリバースの増幅プライマーである。
配列番号:27及び28は、T7E1アッセイにおけるmiR-31のフォワード及びリバースの増幅プライマーである。
配列番号:29及び30は、miR-31(共通領域)のフォワード及びリバースのddPCR増幅のプライマーである。
配列番号:31及び32は、miR-31(接合領域)のフォワード及びリバースのddPCR増幅のプライマーである。
配列番号:33及び34は、LAG-3のフォワード及びリバースのRT-qPCR増幅のプライマーである。
配列番号:35及び36は、TIM3のフォワード及びリバースのRT-qPCR増幅のプライマーである。
配列番号:37及び38は、PD1のフォワード及びリバースのRT-qPCR増幅のプライマーである。
配列番号:39及び40は、BLIMP-1のフォワード及びリバースのRT-qPCR増幅のプライマーである。
配列番号:41は、gRNA 2+3を用いたmir-31 KOによって生成した編集領域の配列決定解析である。
配列番号:42は、gRNA 1+3を用いたmir-23a KOによって生成した編集領域の配列決定解析である。
配列番号:43は、gRNA 4+3を用いたmir-23a KOによって生成した編集領域の配列決定解析である。
本明細書で提供される核酸及び配列は、37 C.F.R.1.822に定義されているとおりに、ヌクレオチド塩基の標準的な文字の略号を用いて示されている。各核酸配列の片方の鎖のみが示されているが、相補鎖はこの表示された鎖に対する参照によって含まれるものと理解される。配列リストは、3287_2_2_seqlist_ST25という名前のASCIIテキストファイルとして提出され、2021年11月30日に作成され、約10.8KBであり、参照により本明細書に援用される。この配列リストでは、以下が示される:
配列番号:1は、hsa-mir-181a-1のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:2は、hsa-mir-181a-1のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:3は、hsa-mir-28のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:4は、hsa-mir-28のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:5は、hsa-miR-149のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:6は、hsa-miR-149のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:7は、hsa-miR-146aのpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:8は、hsa-miR-146aのゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:9は、hsa-miR-31のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:10は、hsa-miR-31のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:11は、hsa-miR-21のpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:12は、hsa-miR-21のゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:13は、hsa-miR-23aのpre-mir配列のヌクレオチド配列である。
配列番号:14は、hsa-miR-23aのゲノム領域のヌクレオチド配列である。
配列番号:15~18は、mir-31を標的とするsgRNAのヌクレオチド配列である。
配列番号:19~22は、mir-23を標的とするsgRNAのヌクレオチド配列である。
配列番号:23は、miR-23遺伝子座へのmiR-28の挿入に使用される一本鎖オリゴデオキシヌクレオチド(ssODN)のヌクレオチド配列である。
配列番号:24は、miR-31遺伝子座へのmiR-28の挿入に使用される一本鎖オリゴデオキシヌクレオチド(ssODN)のヌクレオチド配列である。
配列番号:25及び26は、T7E1アッセイにおけるmiR-23のフォワード及びリバースの増幅プライマーである。
配列番号:27及び28は、T7E1アッセイにおけるmiR-31のフォワード及びリバースの増幅プライマーである。
配列番号:29及び30は、miR-31(共通領域)のフォワード及びリバースのddPCR増幅のプライマーである。
配列番号:31及び32は、miR-31(接合領域)のフォワード及びリバースのddPCR増幅のプライマーである。
配列番号:33及び34は、LAG-3のフォワード及びリバースのRT-qPCR増幅のプライマーである。
配列番号:35及び36は、TIM3のフォワード及びリバースのRT-qPCR増幅のプライマーである。
配列番号:37及び38は、PD1のフォワード及びリバースのRT-qPCR増幅のプライマーである。
配列番号:39及び40は、BLIMP-1のフォワード及びリバースのRT-qPCR増幅のプライマーである。
配列番号:41は、gRNA 2+3を用いたmir-31 KOによって生成した編集領域の配列決定解析である。
配列番号:42は、gRNA 1+3を用いたmir-23a KOによって生成した編集領域の配列決定解析である。
配列番号:43は、gRNA 4+3を用いたmir-23a KOによって生成した編集領域の配列決定解析である。
詳細な説明
I.用語
特に説明がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本開示が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。単数形の用語「a」、「an」、「the」は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、複数形の参照語を含む。同様に、「又は」という用語は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、「及び」を含むことを意図している。本開示の実施又は試験には、本明細書に記載したものと類似又は同等の方法及び材料を用いることができるが、好適な方法及び材料を以下に記載する。「含む(comprise)」という用語は「含む(include)」を意味する。「e.g.(例えば)」という略語は、ラテン語の「exempli gratia」に由来し、本明細書では非限定的な例を示すために用いられる。したがって、「e.g.」という略語は、「for example(例えば)」という用語と同義である。
I.用語
特に説明がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本開示が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。単数形の用語「a」、「an」、「the」は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、複数形の参照語を含む。同様に、「又は」という用語は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、「及び」を含むことを意図している。本開示の実施又は試験には、本明細書に記載したものと類似又は同等の方法及び材料を用いることができるが、好適な方法及び材料を以下に記載する。「含む(comprise)」という用語は「含む(include)」を意味する。「e.g.(例えば)」という略語は、ラテン語の「exempli gratia」に由来し、本明細書では非限定的な例を示すために用いられる。したがって、「e.g.」という略語は、「for example(例えば)」という用語と同義である。
矛盾が生じた場合は、用語の説明を含む本明細書が優先される。さらに、すべての材料、方法、実施例は例示的であり、限定を意図するものではない。
異常:正常な特性からの逸脱。正常な特性は、対照、集団の標準などに見出すことができる。例えば、異常な状態ががんのような疾患状態である場合、正常な特性のいくつかの適切なソースとしては、該疾患に罹患していない個体、非がん組織試料、又は腫瘍内若しくは腫瘍間質内若しくはその周辺など、疾患微小環境にさらされていない免疫細胞若しくは免疫前駆細胞の集団などが挙げられる。
養子細胞移入(Adoptive Cell Transfer:ACT):治療活性を有する細胞をin vitroで改変した後に対象に移入することを含む治療法。特定の実施形態では、ACTに使用される細胞は、治療される対象に由来し、対象から取り出され、ex vivoで改変され、増殖した後、該対象に戻される(投与される)。特定の実施形態において、ACT法は、腫瘍特異的抗原の標的化を増強するために、特異的T細胞(自家又は同種のいずれか)を改変することを含む。がん免疫療法に用いられる3種類のACTには、腫瘍浸潤リンパ球(TIL)、T細胞受容体(TCR)T細胞、及びキメラ抗原受容体(CAR)T細胞が含まれ、いずれも本明細書に記載の方法に従って改変することができる。
発現変化(Altered expression):正常対象又は対照対象における同じ生物学的分子の発現から逸脱する、対象、又は対象からの生物学的試料における生物学的分子(例えば、mRNA、miRNA、又はタンパク質)の発現。生物学的分子の発現変化は、腫瘍環境でのT細胞のmiR-23の発現変化など、疾患と関連している可能性がある。発現は、増加又は減少するような様式で変化させることができる。RNA又はタンパク質の発現における指向性のある変化は、治療効率と関連する可能性がある。記載の方法の特定の実施形態において、例えば、腫瘍抗原によるT細胞の活性化後にT細胞で通常ダウンレギュレートされる(抗腫瘍応答の減少につながる)miRNAの発現は、このmiRNAを、例えば腫瘍抗原によるT細胞の活性化後にT細胞で通常アップレギュレートされる(同じく抗腫瘍応答の減少につながる)miRNA又はタンパク質コード遺伝子の遺伝子座に配置した後に、増大する。
増幅:核酸に関して使用される場合、試料又は検体中の核酸分子のコピー数を増加させる任意の技術。
動物:生きている多細胞脊椎生物、例えば、哺乳類及び鳥類が含まれるカテゴリー。哺乳類という用語には、ヒト及び非ヒトの哺乳類の両方が含まれる。同様に、対象という用語には、ヒト、非ヒトの霊長類、イヌ、ネコ、ウマ、及びウシなどのヒト及び獣医学的対象の両方が含まれる。本方法において使用する細胞の集団は、あらゆる動物から採取した試料、又はその試料に由来する試料とすることができる。
生物学的試料:生物から直接又は間接的に得られ得る任意の試料。生物学的試料には、様々な液体、組織、及び細胞を含み、例えば、全血、血漿、血清、涙液、粘液、唾液、尿、胸水、髄液、胃液、汗、精液、膣分泌液、喀痰、潰瘍及び/又はその他の表面発疹由来の液体、水疱、膿瘍、組織、細胞(線維芽細胞、末梢血単核球、筋肉細胞など)、小器官(ミトコンドリアなど)、臓器、及び/又は組織、細胞(線維芽細胞、末梢血単核球、筋肉細胞など)、小器官(ミトコンドリアなど)、又は臓器の抽出物が挙げられる。本明細書に記載の方法は、腫瘍試料を含む任意の適切な生物学的試料の細胞又はそれに由来する細胞を利用することができる。特定の実施形態では、本明細書に記載の方法は、末梢血単核球などの血液試料由来の細胞に対して実施される。他の実施形態では、本明細書に記載の方法は、対象から摘出された固形腫瘍に由来するT細胞に対して実施される。
がん:新形成の産物は新生物(腫瘍又はがん)であり、過剰な細胞分裂の結果生じる組織の異常増殖である。転移しない腫瘍は「良性」と呼ばれる。周囲の組織に浸潤し、及び/又は転移することが可能な腫瘍は「悪性」と呼ばれる。新形成は増殖性疾患の一例である。「がん細胞」とは、腫瘍から単離された細胞又は細胞株など、新生物性の細胞である。本明細書に記載の方法は、特定の実施形態では血液腫瘍であり、他の実施形態では固形腫瘍である、がんに対するCAR T細胞などの免疫細胞の治療の(すなわち、免疫学的な)効率を高めるために、使用することができる。
血液腫瘍の例には、急性白血病(急性リンパ球性白血病、急性骨髄球性白血病、急性骨髄性白血病、及び骨髄芽球性、前骨髄球性、骨髄球性、骨髄単球性の白血病及び赤白血病など)、慢性白血病(慢性骨髄性(顆粒球性)白血病、慢性骨髄性白血病、及び慢性リンパ性白血病など)、真性赤血球増加症、リンパ腫、ホジキン病、非ホジキンリンパ腫(緩徐進行性及び高悪性度型)、多発性骨髄腫、ヴァルデンストレームマクログロブリン血症、重鎖疾患、骨髄異形成症候群、有毛細胞白血病、及び脊髄形成異常症が挙げられる。
肉腫及び癌腫などの固形腫瘍の例としては、線維肉腫、粘液肉腫、脂肪肉腫、軟骨肉腫、骨原性肉腫及び他の肉腫、滑膜腫、中皮腫、ユーイング腫瘍、平滑筋肉腫、横紋筋肉腫、結腸癌、リンパ性悪性疾患、膵がん、乳がん、肺がん(小細胞肺がん、及び非小細胞肺がんなど)、卵巣がん、前立腺がん、肝細胞がん、扁平上皮がん、基底細胞がん、腺がん、汗腺がん、甲状腺髄様癌、甲状腺乳頭癌、褐色細胞腫、皮脂腺癌、乳頭癌、乳頭状腺癌、髄様癌、気管支癌、腎細胞癌、肝癌、胆管癌、絨毛癌、ウィルムス腫瘍、子宮頸がん、精巣腫瘍、セミノーマ、膀胱癌、メラノーマ、及び中枢神経系腫瘍(神経膠腫、星細胞腫、髄芽腫、頭蓋咽頭腫、上衣腫、松果体腫、血管芽細胞腫、聴神経腫、乏突起膠腫、血管内皮腫、神経芽細胞腫、網膜芽細胞腫など)が挙げられる。
化学療法剤:異常な細胞増殖又は過形成を特徴とする疾患の治療において治療上有用な薬剤。このような疾患には、がん、自己免疫疾患、並びに乾癬などの過形成を特徴とする疾患が含まれる。当業者であれば、化学療法剤を容易に同定することができる(例えば、以下を参照:Slapak及びKufe,Principles of Cancer Therapy,Chapter 86,Harrison’s Principles of Internal Medicine,第14編;Perryら,Chemotherapy,Ch.17 Abeloff,Clinical Oncology 第2編,(著作権)2000 Churchill Livingstone,Inc;Baltzer L,Berkery R(編):Oncology Pocket Guide to Chemotherapy,第2編 St.Louis,Mosby-Year Book,1995;Fischer DS,Knobf MF,Durivage HJ(編):The Cancer Chemotherapy Handbook,第4編 St.Louis,Mosby-Year Book,1993)。化学療法剤の例としては、メルファラン(Alkeran(商標))、シクロホスファミド(Cytoxan(商標))、シスプラチン(Platinol(商標))、及びブスルファン(Busilvex(商標)、Myleran(商標))などのICL誘導剤が挙げられる。本明細書で使用されるとおりの化学療法剤は、抗体、ペプチド、及び核酸などの生物学的薬剤を含む、がんの治療において治療的に有用な任意の薬剤である。記載の方法の特定の実施形態において、細胞治療用に改変した細胞は、1つ又は複数の化学療法剤を含む治療レジメンの一部として使用することができる。このような薬剤は、改変細胞の投与前、投与中、投与後に投与することができる。
キメラ抗原受容体(CAR)T細胞:対象から単離され、かつ所望の標的受容体を発現するように改変されたT細胞。CAR-T細胞は、特定のがん種など、免疫療法クリアランスのために特定の細胞を標的するように設計することが可能である。特定の実施形態において、本明細書に記載の方法では、CAR-T細胞のmiRNAの遺伝子座及びそれに関連する発現が改変される。
クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats:CRISPR):DNA遺伝子座であり、元々は原核生物で同定されたものであり、複数の短い塩基配列の直接反復を含む。原核生物のCRISPR/Casシステムは、Casヌクレアーゼ遺伝子及び特別に設計されたガイドRNA(gRNA)を含む必要な要素を細胞にトランスフェクションすることによって、生物ゲノムを任意の所望の位置で切断及び改変できる、遺伝子編集技術として使用するために適応されてきた。CRISPR/Casシステムを用いたゲノム編集に使用する組成物の調製方法は、国際特許公開(WO)第2013/176772号及び(WO)第2014/018423号に詳細に記載されている。
いくつかの実施形態において、CRISPRシステムの1つ又は複数の要素の発現を駆動する1つ又は複数のベクターは、CRISPRシステムの要素の発現が1つ又は複数の標的部位にてCRISPR複合体の形成を指向するように標的細胞に導入される。CRISPR技術を使って、本明細書に記載のmiRNAなど特異的なDNA配列を標的とするために、使用者は標的配列を含む短いDNA断片をガイドRNA発現プラスミドに挿入することができる。このsgRNA発現プラスミドには、標的配列(約20ヌクレオチド)、tracrRNA配列の一形態(足場(スキャフォールド))、並びに適切なプロモーター及び真核細胞での適切なプロセシングに必要な要素が含有されている。このようなベクターは市販されている。多くのシステムは、カスタムな相補的オリゴに依存しており、これはアニーリングされて、二本鎖DNAを形成し、次いでsgRNA発現プラスミドにクローン化される。トランスフェクトされた細胞内で、同じ又は別々のプラスミドからsgRNAと適切なCas酵素とを共発現させることで、所望の標的部位にて一本鎖又は二本鎖の切断が(Cas酵素の活性によって)起こる。
対照:試料との比較に適切な標準物質、例えば本明細書に記載のマイクロRNA編集プロセスを経ていない細胞又は細胞集団。
効率(efficacy):免疫細胞などの細胞を含む薬剤が、所望の治療効果を誘発又は提供する能力を指す。効率とはまた、本明細書に記載された改変細胞を含む治療薬剤の強度又は有効性も指す。本明細書で使用されるとおり、「効率を高める(増強する)」とは、改変細胞の治療作用を増大させることを意味する。例えば、薬剤が改変細胞である場合、「効率を高める(増強する)」とは、腫瘍細胞などの標的細胞を殺傷する薬剤の能力を増大させることを意味することが可能である。効率の増強には、標的細胞毒性を実際に示す必要はない。むしろ、本明細書に記載されているとおり、記載された改変細胞の効率は、細胞毒性効果を増大させると予測できる遺伝子発現パターンの変化の結果、増強される。
化合物の有効量:治療対象において所望の効果を得るのに十分な化合物の量。化合物の有効量を単回投与で投与することもでき、又は治療期間中に数回に分けて、例えば毎日投与することもできる。しかしながら、化合物の有効量は、適用される化合物、治療される対象、苦痛の重症度及び種類、及び化合物の投与様式に依存するであろう。
コードする(Encode):ポリヌクレオチドは、その天然の状態において、又は当業者によく知られている方法によって操作される際に、転写及び/又は翻訳されて、ポリペプチド又はその断片のmRNAを産生することができる場合にポリペプチドを「コードする」と言われる。アンチセンス鎖はこのような核酸の相補体であり、そこからコード配列を推測することができる。タンパク質を生成するために翻訳されるmRNAは「コード(coding)」RNAである。本明細書に記載されるmiRNAなどの非コードRNAは、タンパク質には翻訳されないが、しかし、このようなmiRNAの発現又は阻害は、タンパク質の発現に下流の作用をもたらす。
増殖する(Expand):細胞分裂によって細胞培養中の細胞の数又はその量が増加することによるプロセスを指す。同様に、「増殖(expansion)」又は「増殖した(expanded)」という用語もこのプロセスを指す。用語「proliferate(増殖する)」、「proliferation(増殖)」又は「proliferated(増殖した)」は、用語「expand」、「expansion」又は「expanded」と互換的に使用され得る。記載の方法で使用する細胞培養技術は、特に指定がない限り、当技術分野で一般的なものである。
発現制御配列:作動可能に連結された異種核酸配列の発現、例えばマイクロRNAの発現、を調節する核酸配列。発現制御配列が核酸配列の転写、及び必要に応じて翻訳を制御及び調節する場合、発現制御配列が核酸配列に作動可能に連結されている。したがって、発現制御配列には、適切なプロモーター、エンハンサー、転写ターミネーター、タンパク質コード遺伝子の前に位置する開始コドン(ATG)、イントロンのスプライシングシグナル、mRNAの適切な翻訳を可能にするための遺伝子の正しいリーディングフレームの維持、及び停止コドンが含まれる。「制御配列」という用語は、少なくとも、その存在が発現に影響を与えうる成分を含むことを意図しており、かつ例えばリーダー配列及び融合パートナー配列などの、その存在が有利な追加の成分もまた含むことができる。発現制御配列はプロモーターを含むことができる。プロモーターとは、転写を指向するのに十分な最小配列のことである。また、プロモーター依存的遺伝子発現を、細胞型特異的、組織特異的に制御可能に、又は外部シグナル若しくは薬剤によって誘導可能にするのに十分なプロモーター要素も含まれ、このような要素は、遺伝子の5’領域又は3’領域に位置することができる。特定の実施形態では、記載の方法のmiRNAは、通常の遺伝子座とは異なる発現制御配列の転写制御下に置かれる。特定の実施形態では、miR-28の発現はmiR-23発現制御配列の制御下に置かれる。
遺伝子/ゲノム/ゲノム編集技術(GET:Genomic Editing Technology):標的(すなわち特定の位置の)核酸配列を欠失、改変、置換、又は挿入することによる遺伝子工学的方法。本明細書に記載の方法は、任意のGETを利用して、特定のmiRNAコード配列を非天然遺伝子座に挿入し、それにより、その遺伝子座の転写制御下になるようにする。GETの特に非限定的な例としては、CRISPR/Cas関連方法、ジンクフィンガーヌクレアーゼ、TALEN、及び三重鎖形成オリゴヌクレオチド、ペプチド核酸、テールクランプペプチド核酸などの三重鎖形成分子の使用が挙げられ、これらはすべて当技術分野で知られている。
異種:通常(すなわち、野生型(wild type:WT)配列において)、第2の配列の隣に検出されない配列の種類。一実施形態では、この配列は、ウイルス又は生物など、第2の配列とは異なる遺伝子源に由来する。
免疫応答:刺激に対するB細胞、T細胞、又は単球などの免疫系細胞の応答。一実施形態では、この応答は、白血病由来の抗原など、特定の抗原に特異的である(「抗原特異的応答」)。一実施形態では、免疫応答は、CD4+応答又はCD8+(細胞傷害性)応答などのT細胞応答である。別の実施形態では、応答はB細胞応答であり、特異的抗体の産生をもたらす。
免疫療法:腫瘍細胞の表面に発現するなど、標的抗原の存在に対して、あるいはその存在に応答して、免疫応答を引き起こす方法。細胞媒介性免疫応答に基づく免疫療法には、特定の抗原決定因子を産生する細胞に対する細胞媒介性応答の生成又は提供が含まれる。CAT T細胞介在療法などのACT免疫療法は、がん免疫学(immunooncology)とも呼ばれる。
単離:「単離(単離された)」生物学的成分(核酸、タンパク質、細胞(又は細胞の複数/集団)、組織、又はオルガネラなど)とは、その成分が天然に存在する生物の他の生物学的成分、例えば、他の組織、細胞、他の染色体DNA及び染色体外DNA、RNA、タンパク質、オルガネラなど、から実質的に分離又は精製されたものである。「単離(単離された)」核酸及びタンパク質には、標準的な精製方法で精製された核酸及びタンパク質が含まれる。この用語にはまた、宿主細胞内での組換え発現によって調製された核酸及びタンパク質、並びに化学的に合成された核酸も包含される。
遺伝子座(Locus):染色体配列又は染色体外配列上の遺伝子又は特定のDNA配列の遺伝的位置。遺伝子座は、ある実施形態では、特定のヌクレオチド配列の位置を記述するために使用することができ、他の実施形態では、特定のコード(又は非コード)配列、及びそれに関連する発現制御配列を記述するために使用することができるように、より高い精度、又はより低い精度で記述することができる。本明細書の記載のとおり、miRNAコード配列を新しい遺伝子座に配置すると、新しい遺伝子座の制御下にその転写が置かれることになる。
マイクロRNA(miRNA):18~24ヌクレオチド長の短い一本鎖RNA分子。転写された非コードRNAの長い前駆体分子から細胞内で内因的に産生されるmiRNAは、翻訳を阻害することができ、又は標的核酸に相補的又は相補的に近いハイブリダイゼーションを通じて標的mRNAの切断を指向することができる。
オリゴヌクレオチド:約6~約300ヌクレオチド長の天然ホスホジエステル結合によって結合した複数の結合ヌクレオチド。オリゴヌクレオチド類似体とは、オリゴヌクレオチドと同様に機能するが、天然には存在しない部位を持つ部分を指す。例えば、オリゴヌクレオチド類似体は、ホスホロチオエートオリゴデオキシヌクレオチドなど、糖部分又は糖間結合の変化などの天然に存在しない部分を含むことができる。天然に存在するポリヌクレオチドの機能的類似体は、RNA又はDNAに結合することができ、ペプチド核酸(PNA)分子が含まれる。特定のオリゴヌクレオチド及びオリゴヌクレオチド類似体は、最大約200ヌクレオチド長の直鎖配列、例えば、少なくとも6塩基、例えば少なくとも8、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100塩基長、あるいはさらに200塩基長、あるいは約6~約50塩基、例えば約10~25塩基、例えば12、15、20塩基である配列(DNA又はRNAなど)を含むことができる。
作動可能に連結される:第1の核酸配列が第2の核酸配列と作動可能に連結されるとは、第1の核酸配列が第2の核酸配列と機能的関係に配置される場合である。例えば、プロモーターがコード配列の転写又は発現に影響する場合、プロモーターはコード配列に作動可能に連結されている。一般に、作動可能に連結されたDNA配列は連続しており、かつ2つのタンパク質コード領域を接合する必要がある場合に同じリーディングフレーム内で連続している。記載の方法の特定の実施形態では、miRNAの遺伝的位置が変更され、それにより、「移動した」miRNAがその元の遺伝子座とは異なる発現制御配列に作動可能に連結されるようにする。
疾患の予防又は治療:疾患の予防とは、例えば、冠動脈疾患を有する人の心筋梗塞の発症を抑制すること、又は新生物を有する対象の腫瘍の進行又は転移を抑制することなど、疾患の完全発症を抑制することを指す。治療とは、病気又は病的状態が発症し始めた後に、その徴候又は症状を改善する治療的介入を指す。
転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN:Transcription activator-like effector nuclease):転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)をコードする核酸構築物(複数可)を用いたGET方法。TALENは、ZFNと同様の全体的なアーキテクチャを有するが、主な違いは、DNA結合ドメインがTALエフェクタータンパク質に由来しているという点である。特異的な核酸に結合するようにTALを工学的に操作する方法は、Cermak,ら,Nucl.Acids Res.1-11(2011)に記載されている。米国公開出願第2011/0145940号は、TALエフェクター及びそれを用いてDNAを改変する方法、並びにTALE結合ドメインの一般的な設計原則を記載している。
標的配列:標的配列とは、ハイブリダイゼーションを可能にするのに十分な相補性がある、オリゴヌクレオチド又はオリゴヌクレオチド類似体(例えば、モルホリノ)がハイブリダイズできるssDNA、dsDNA、又はRNAの部分である。記載の方法で使用するためのGET方法は、記載されたコードRNA配列又は非コードmiRNA配列の除去及び/又は挿入を指向するように、特異的な標的配列を認識するオリゴヌクレオチドを利用する。
Znフィンガーヌクレアーゼ(Zn finger Nuclease:ZFN):GET技術は、DNAの二本鎖切断をもたらす細胞機構を利用する。特定の実施形態では、GETにZFNシステムを使用して、それにより、設計されたZFNがコード核酸プラスミドから発現し、所望の配列を特異的に標的とすることができる。遺伝子編集のためのZFNシステムを設計するためのツールは、Zinc Finger Consortium(zincfingers.org)でオンラインで入手可能である。
II.いくつかの実施形態の簡単な概要
本明細書では、細胞治療のために単離された細胞を改変するための方法であって、培養液中の複数の単離された細胞を提供すること;及びこの複数の細胞において、第1のRNAコード配列を含む第1の遺伝子座に、第2のRNAコード配列を挿入し、それによって前記第2のRNAコード配列を前記第1の遺伝子座の転写調節性配列に作動可能に連結すること、及び第1の遺伝子座を破壊すること、による前記方法が記載される。記載の方法において、第1の遺伝子座に第2のRNAコード配列を挿入することは、第1のRNAコード配列の発現を、その配列を破壊又は置換することによってのいずれかで(又は第1の配列が除去される先行工程に引き続いて)消失させ、かつ第1の遺伝子座にて転写を開始するのに十分な条件下で、第1の遺伝子座の第2のRNAコード配列の発現が誘導されるのに対して、第1の遺伝子座の発現は排除される。記載の方法において、記載の破壊/挿入は、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート(CRISPR)-Cas関連ヌクレアーゼ、及びジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)の適用を含むがこれらに限定されない利用可能なGET方法から選択される遺伝子編集技術(GET)、又は遺伝子配列を改変するための任意の他の類似技術によって実施される。
本明細書では、細胞治療のために単離された細胞を改変するための方法であって、培養液中の複数の単離された細胞を提供すること;及びこの複数の細胞において、第1のRNAコード配列を含む第1の遺伝子座に、第2のRNAコード配列を挿入し、それによって前記第2のRNAコード配列を前記第1の遺伝子座の転写調節性配列に作動可能に連結すること、及び第1の遺伝子座を破壊すること、による前記方法が記載される。記載の方法において、第1の遺伝子座に第2のRNAコード配列を挿入することは、第1のRNAコード配列の発現を、その配列を破壊又は置換することによってのいずれかで(又は第1の配列が除去される先行工程に引き続いて)消失させ、かつ第1の遺伝子座にて転写を開始するのに十分な条件下で、第1の遺伝子座の第2のRNAコード配列の発現が誘導されるのに対して、第1の遺伝子座の発現は排除される。記載の方法において、記載の破壊/挿入は、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート(CRISPR)-Cas関連ヌクレアーゼ、及びジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)の適用を含むがこれらに限定されない利用可能なGET方法から選択される遺伝子編集技術(GET)、又は遺伝子配列を改変するための任意の他の類似技術によって実施される。
特定の実施形態において、本方法は、第1のRNAコード配列の遺伝子座への第2のRNAコード配列の挿入に加えて、第2のRNAコード配列を含む第2の遺伝子座に、第1のRNAコード配列を挿入し、それにより第1のRNAコード配列を第2の遺伝子座の転写調節性配列に作動可能に連結することを含み、かつここで第2の遺伝子座にて転写を阻害するのに十分な条件下で、第2の遺伝子座における第1のRNAコード配列の発現を阻害する。
この単一編集の実施形態と二重編集の実施形態との両方は、RNAコード配列の位置の入れ替え(スイッチング)を伴い、本明細書ではこれを「キャスリング(castling)」法とも呼ぶ。
記載の方法の第1のRNAコード配列は、いくつかの実施形態において、miRNAコード配列などの非タンパク質コード配列であり得る。他の実施形態では、第1のRNAコード配列はタンパク質コード配列であり得る。記載の方法の第2のRNAコード配列は、miRNAコード配列などの非タンパク質コード配列であり得る。
特定の実施形態では、単離された細胞は間葉系幹細胞又はその継代(骨芽細胞(骨細胞)、軟骨細胞(chondrocyte)(軟骨細胞(cartilage cell)、筋細胞(筋肉細胞)、脂肪細胞(adipocyte)(骨髄脂肪組織及び肝細胞様細胞を生じる脂肪細胞(fat cell)))、あるいは赤血球、マクロファージ、ナチュラルキラー細胞、Tリンパ球、Bリンパ球、若しくはマスト細胞などの多能性造血幹細胞又はその継代である。なおさらなる実施形態において、単離された細胞は、天然T細胞、誘導化制御性T細胞、細胞傷害性T細胞、ナチュラルキラー(NK)T細胞、ヘルパーT細胞、又はキメラ抗原受容体(CAR)T細胞である。
特定の実施形態では、単離された細胞は、肝細胞などの実質細胞、又は膵b細胞などの内分泌細胞である。
本明細書で記載されるとおり、前述の細胞の種類に加え、あらゆる種類の多能性細胞が改変され得ることが理解されよう。さらに、特定の実施形態では、特定の対象に使用する細胞は自家細胞であるが、他の実施形態では、この細胞は同種細胞である。
本明細書にはまた、養子細胞移入療法のためのリンパ球又は骨髄性細胞の治療効率を高めるための方法であって:培養液中の複数の単離されたリンパ球を提供すること;及び単離されたリンパ球に、阻害性免疫チェックポイント遺伝子などのタンパク質コード遺伝子を含む活発に転写される遺伝子座にて、又は免疫療法の効率の低下に関連するmiRNAなどの非タンパク質コードRNA(「悪い」遺伝子)をコードする活発に転写される遺伝子座にて、高発現が免疫療法の効率を増大させると期待されるmiRNAコード配列などのRNAコード配列(「良い」遺伝子)を挿入し、それによって「悪い」遺伝子の発現を消失させ、「良い」遺伝子の発現を増強することによる、前記方法が記載され、ここで前記挿入は、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート(CRISPR)-Cas関連ヌクレアーゼ、及びジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)を含む利用可能な方法から選択される遺伝子編集技術(Gene Editing Technology)によって実行される。
特定の実施形態において、タンパク質コード遺伝子は、CTLA-4(細胞傷害性Tリンパ球関連タンパク質4);及び/又はPD-1(プログラム細胞死タンパク質1);及び/又はLAG-3(リンパ球活性化遺伝子3)、TIM3(T細胞免疫グロブリン及びムチンドメイン含有タンパク質3)などのような阻害性免疫チェックポイント遺伝子であるが、これらに限定されない。
III.細胞治療の増強のための遺伝子編集技術(GET)を介するRNA工学
本明細書では、細胞療法を最適化かつ増強するために、miRNA及び/又はmRNA発現などのRNA発現を改変するための、GETを介するゲノム工学の応用について記載する。
本明細書では、細胞療法を最適化かつ増強するために、miRNA及び/又はmRNA発現などのRNA発現を改変するための、GETを介するゲノム工学の応用について記載する。
記載の方法の一般的な実施形態では、GETを介するゲノム工学は、これらに限定されないがACT又は細胞移入療法などの細胞療法に使用するために、単離された細胞における2つ以上の標的遺伝子の発現を同時に改変するために利用される。GETを使用して、過小発現が細胞治療の性能に負の影響を及ぼす目的の非コードRNA(miRNAなど)コード配列が、選択された配列(「第2のRNAコード配列」)とは異なり、かつその高発現もまた同じ種類の細胞治療の性能に負の影響を及ぼす、転写活性のある遺伝子座(「第1の遺伝子座」)に挿入される。このような挿入は、第2のRNAコード配列の発現を第1の遺伝子座の転写制御配列に作動可能に連結すると同時に、第1の遺伝子座における内因性遺伝子(コード又は非コード)の発現を消失させる。したがって、第1の遺伝子座で転写を開始するのに十分な条件下で、第2のRNAコード配列が発現することになる。
上記の単一編集の実施形態は図1に示されており、ここでは、第1の遺伝子座で活性発現するmiRNAコード配列は(例示的に「悪い」遺伝子として)「悪い」miRNAと表示され、かつ第2の遺伝子座で低発現のmiRNAコード配列は(例示的に「良い」遺伝子として)「良い」miRNAと表示されている。図1に示すとおり、GETを介する遺伝子編集は、第1の遺伝子座にて「良い」miRNAのコピーを挿入して、「悪い」miRNAのコード配列を破壊又は置換するために用いられる。このような置換の結果、「良い」miRNAは「悪い」miRNAの発現パターンを獲得し、これは「悪い」miRNAをアップレギュレートする条件下(疾患状態など)でこれがアップレギュレーションされることによって証明され、同時に「悪い」miRNAの発現(その発現は細胞治療の機能性を限定する)を消失させる。「良い」miRNAはまた、発現が低いままである元の遺伝子座でも発現する。したがって、編集アプローチの最終的なアウトカムは、「悪い」miRNA発現の消失と同時に「良い」miRNA発現の活性化という二重のアウトカムとなり、どちらも細胞治療の効率の改善につながる。
図3に示される記載の方法のさらに一般的な実施形態では、第2のRNAコード配列(図3の「良い」miRNA」)のコピーが第1の遺伝子座の調節制御下で発現し、かつ第1のRNAコード配列(図3の「悪い」miRNA」)のコピーが、第2の遺伝子座の調節制御下で発現されるように、2つのGET媒介性編集プロセスが実施される。この図で「疾患状態」と呼ばれる特定の環境条件下で、第2のRNAコード配列の発現が誘導又は増強されると同時に、第1のRNAコード配列の発現は基底レベルにまで阻害又は抑制されるであろう。miRNAが果たす多様かつ相互に関連した調節的役割を考えると、このように「悪いmiRNA」の発現を基底レベルに維持することは、(その発現を完全に消失されることとは対照的に)有益である可能性がある。
図1と同様に、図2は、「良い」miRNAによる「悪い」タンパク質コード遺伝子と表示された第1の遺伝子座の内在性遺伝子のGETを介する破壊を示している。このような置換により、「良い」miRNAの発現が増加し、「悪い」タンパク質コードmRNAの発現がノックダウンされる結果となり、この2つにより、より良好な細胞療法の効率がもたらされる。「良い」miRNAはまた、本来の遺伝子座でも発現され、そこでは指向性発現は低いままである。特定の実施形態において、例えばCAR-T細胞の抗腫瘍の効率を低下させる「悪い」遺伝子は、PD-1又はCTLA-4などのこれらに限定されないが、阻害性免疫チェックポイント遺伝子の群から選択することができる。したがって、図2に記載の編集プロセスの後に、腫瘍環境に応答してT細胞がアップレギュレートされることが可能な活性は、低下するか、あるいはさらに消失することになるであろう。
本明細書に記載される方法において使用され得る遺伝子編集技術(Gene Editing Technology)は、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート(CRISPR)-Cas関連ヌクレアーゼ、及びジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)、並びに当該技術分野において公知の任意の他の利用可能な遺伝子編集方法から選択されるが、これらに限定されない。
miRNA
マイクロRNA(miRNA)は、標的遺伝子の3’-非翻訳領域に主に位置する部分的相補的部位に結合することで、mRNAの分解及び/又は翻訳の阻害を制御することを介して遺伝子発現を負に調節する低分子非コードRNAの一群である。miRNAは、ヒトのタンパク質コード遺伝子の60%を超える翻訳を調節していると推定され、それによって細胞周期制御、細胞増殖と分化、アポトーシス、胚発生などを含む複数の生物学的プロセスの調節に関与している。miRNAは、特定の経路内の複数の分子、又は集結経路及び生物学的プロセスでの多様なタンパク質を標的とする能力のために強力な細胞調節因子といえる。このように、miRNAはそれらの異なる構成要素を累積的あるいは協調的に阻害することによって、生物学的ネットワークを強力に調節することができる。あるいは別として、正及び負の調節性成分を標的とすることにより、特定のシグナル伝達経路を微調整し得る。このことは、miRNAの異常発現が、これらの重要なプロセスに比例的に影響を及ぼすはずであり、その結果、様々な病理学的、かつ時には悪性のアウトカムをもたらすはずであることを意味している。実際、miRNAはヒトの疾患の発症、進行、及び治療反応において重要な役割を有するとして同定されてきた(6~9)。
マイクロRNA(miRNA)は、標的遺伝子の3’-非翻訳領域に主に位置する部分的相補的部位に結合することで、mRNAの分解及び/又は翻訳の阻害を制御することを介して遺伝子発現を負に調節する低分子非コードRNAの一群である。miRNAは、ヒトのタンパク質コード遺伝子の60%を超える翻訳を調節していると推定され、それによって細胞周期制御、細胞増殖と分化、アポトーシス、胚発生などを含む複数の生物学的プロセスの調節に関与している。miRNAは、特定の経路内の複数の分子、又は集結経路及び生物学的プロセスでの多様なタンパク質を標的とする能力のために強力な細胞調節因子といえる。このように、miRNAはそれらの異なる構成要素を累積的あるいは協調的に阻害することによって、生物学的ネットワークを強力に調節することができる。あるいは別として、正及び負の調節性成分を標的とすることにより、特定のシグナル伝達経路を微調整し得る。このことは、miRNAの異常発現が、これらの重要なプロセスに比例的に影響を及ぼすはずであり、その結果、様々な病理学的、かつ時には悪性のアウトカムをもたらすはずであることを意味している。実際、miRNAはヒトの疾患の発症、進行、及び治療反応において重要な役割を有するとして同定されてきた(6~9)。
例えば、統合失調症、パーキンソン病、及びアルツハイマー病のような神経変性疾患、免疫関連疾患、線維症、及び心疾患などの複数のヒトの疾患において、特定のmiRNAの発現の変化(あるものはアップレギュレートされ、あるものはダウンレギュレートされる変化)が報告されている。しかしながら、数多くの同定されているmiRNA疾患のうち、がん疾患におけるmiRNAの関与が最も高頻度である。リンパ腫、乳がん、肺がん、甲状腺乳頭癌、神経膠芽腫、肝細胞癌、膵臓腫瘍、下垂体腺腫、子宮頸がん、脳腫瘍、前立腺がん、腎臓がん及び膀胱がん、及び大腸がんでは、腫瘍と正常組織との間でmiRNAの発現の違いが確認されている。これらの観察結果は、miRNAの多くが、がんに関連するゲノム領域によりコードされているという知見によって支持されており、miRNAはがん遺伝子として、あるいは逆に腫瘍形成において重要な機能を持つ腫瘍抑制因子として作用し得るという見解を強めている(7、8、10~12)。
miRNA遺伝子はイントロン、エクソン、又は非翻訳ゲノム領域に位置する。一部のmiRNAは、ポリシストロン転写産物中にクラスター化され、したがって、それらの発現が協調的に調節可能であるものもあれば、一方で、他のものは、組織特異的かつ発生段階特異的な様式で発現するものもある(6)。miRNAはその遺伝子座から、最初にRNAポリメラーゼIIによって長い一次転写産物として転写され、核内でRNAse III酵素Droshaによって約70ヌクレオチドの前駆体にプロセシングされる。前駆体-miRNAはその後、Ran GTPase及びエクスポーチン5によって細胞質に輸送され、さらにDicerタンパク質複合体によって不完全な22merのmiRNA二重鎖にプロセシングされる(13)。
マイクロRNAの発現を制御するいくつかのメカニズムは、ヒトの疾患で変化し得る。これらには、プロモーターCpG島の過剰メチル化、RNA修飾、及びヒストン修飾などのエピジェネティックな変化、あるいは突然変異、増幅、又は欠失などの遺伝子変化が含まれ、これらは主要なmiRNA転写産物の産生、生合成プロセス、及び/又はmRNA標的との相互作用に影響を与える可能性がある(12)。
ヒトの疾患におけるこれらの重要な役割に照らし、miRNAは治療介入のための魅力的な標的である。miRNAのエピジェネティック/遺伝的なサイレンシングを逆転させるために追求されてきた分子的アプローチには、合成miRNAミミック又は発現ベクターにコードされたmiRNAの直接投与、あるいはデシタビン又は5-アザシチジンなどの脱メチル化剤によるmiRNAのエピジェネティックなサイレンシングの逆転が含まれる。アンチセンスmiRNA特異的オリゴヌクレオチド(アンチmiR、又はアンタゴミル(antagomir))、小さなアンチmiR(全miRNAファミリーの特定のシード領域を標的とする)、miRNAスポンジ、ブロックミル(blockmir)、miRNAを標的とする小分子(SMIR)などmiRNAの機能をブロックするような、及びエクソソーム中の細胞外miRNAをブロックするような、他の分子的アプローチが採用されてきた(14)。しかしながら、現在のmiRNAベースの合成オリゴヌクレオチド治療薬は、ヌクレアーゼによる分解、腎クリアランス、毛細血管内皮を通過できないこと、標的細胞による非効果的なエンドサイトーシス、非効果的なエンドソーム放出、血液から毛細血管内皮を介する標的組織への製剤化されたRNAベースの薬剤の放出、及び宿主免疫反応の誘導などの合成オリゴヌクレオチド薬剤に関連する問題を克服する必要がなお存在する。発現ベクターによって送達される場合、その危険性及び欠点は遺伝子治療に典型的なものである:サイレントゲノム領域への挿入によって導入遺伝子の発現が妨げられること、あるいは、組み込み部位近傍の宿主遺伝子の破壊/活性化により安全性に余波がもたらされる可能性があることである。
細胞療法の増強
本明細書に記載の方法は、限定されないが、抗がんT細胞媒介免疫療法などのACT療法を含む細胞療法に使用するために、ex vivoで細胞を改変するGET法を利用する。特定の実施形態では、単離された細胞は間葉系幹細胞とすることができる。別の実施形態では、記載の方法で使用するための単離された細胞は、多能性造血幹細胞、又は複数の多分化能を有するその継代、又は単能性であるそのさらなる継代であり得る。特定の実施形態では、このような造血「継代細胞」は、赤血球、マクロファージ、ナチュラルキラー細胞、Tリンパ球、Bリンパ球、又はマスト細胞であり得る。他の特定の実施形態では、Tリンパ球は、天然T細胞、誘導化制御性T(Treg)細胞、細胞傷害性T細胞、ナチュラルキラーT(NKT)細胞、ヘルパーT細胞、又はキメラ抗原受容体(CAR)T細胞であり得る。
本明細書に記載の方法は、限定されないが、抗がんT細胞媒介免疫療法などのACT療法を含む細胞療法に使用するために、ex vivoで細胞を改変するGET法を利用する。特定の実施形態では、単離された細胞は間葉系幹細胞とすることができる。別の実施形態では、記載の方法で使用するための単離された細胞は、多能性造血幹細胞、又は複数の多分化能を有するその継代、又は単能性であるそのさらなる継代であり得る。特定の実施形態では、このような造血「継代細胞」は、赤血球、マクロファージ、ナチュラルキラー細胞、Tリンパ球、Bリンパ球、又はマスト細胞であり得る。他の特定の実施形態では、Tリンパ球は、天然T細胞、誘導化制御性T(Treg)細胞、細胞傷害性T細胞、ナチュラルキラーT(NKT)細胞、ヘルパーT細胞、又はキメラ抗原受容体(CAR)T細胞であり得る。
特定の実施形態では、記載の方法で使用するための単離された細胞は、肝細胞などの実質細胞である。
特定の実施形態において、記載の方法は、CAR-T細胞を用いるようなT細胞療法において、選択されたmiRNAの発現を調節するために採用される。活性化時に、T細胞は細胞成長、増殖、及びエフェクター機能をサポートするために、全般的な遺伝子及びmiRNAの発現のリモデリングを受ける。しかしながら、抗原刺激の性質、期間、及び設定の変化は、miRNA及び遺伝子の発現パターンが変化する結果となり得、それに続いて、アネルギー、寛容、及び/又は疲弊などのT細胞の機能不全の状態が生じ得る。以下に示すとおり、本明細書で記載するGETを介したmiRNA工学を用いれば、miRNAの発現パターンを変化させ、ひいてはmiRNAによって調節される遺伝子の発現パターンを変化させることができ、CAR-T細胞の治療効率の低下を克服することが可能である。
ACTベースの療法でmiRNA工学を使用するためのさらなる標的T細胞は、制御性Tリンパ球(Treg)である。Treg細胞は、免疫反応の終りに向けてT細胞介在性免疫を停止させ、自己反応性T細胞を抑制する役割を果たすため、免疫寛容の維持に極めて重要である。これらの細胞は、免疫機能障害を引き起こす慢性炎症性自己免疫疾患である全身性エリテマトーデス(SLE:Systemic lupus erythematosus)では低頻度で発生する(15)。本明細書で記載のGETを介するmiRNA工学を用いれば、SLE患者から単離したTregを増殖させ、この自己免疫抑制活性を高めることが可能になるであろう。
本明細書に記載の方法は、GETを介するmiRNA工学を適用して、miRNAなどのT細胞機能に負の影響を与える遺伝子をダウンレギュレートすると同時に、一方で正の影響を与える遺伝子をアップレギュレートする。
記載されたキャスリング法は、アップレギュレートされた有害なmiRNAをダウンレギュレートされたmiRNAのコピーと置換することにより、同時の所望の「良い」miRNAのアップレギュレーションと望ましくない「悪い」miRNAのダウンレギュレーションとを可能にし、その結果、所望のmiRNAの高い発現レベルを確実にし、かつ有害なmiRNAを停止することができる(例示的な実施形態については図1を参照)。同様に、「悪い」miRNAのレベルを低く保つために、相互交換が行われることもある。このような方法では、有害なmiRNAを所望のmiRNAに置換するのと並行して、所望のmiRNAを有害なmiRNAに置換する(例示的な実施形態については図3を参照)。
なおさらなる実施形態では、所望の「良い」miRNAが、「ノックイン」編集によって、ex vivoにてT細胞の望ましくない「悪い」遺伝子(例えば、PD-1又はCTLA-4などの阻害性免疫チェックポイント遺伝子)のコード領域に挿入され、その結果、ノックダウンされた遺伝子の抑制効果が排除されると同時に、miRNAに関連した正の効果が得られる。この実施形態を図2に示す。遺伝子のコード領域にmiRNAをノックインする場合、Droshaプロセッシング部位及び転写終結シグナルなどの適切なシグナル配列の共挿入を確実にする必要がある(16、17)。
前述のとおり、記載の方法は、特定の実施形態において、治療効率の低下に関連する1つ又は複数のmiRNAコード配列の発現を、治療効率の増加又は正常な治療効率に関連する1つ又は複数のmiRNAコード配列に置換することによって、ACT療法の効率を高めるために使用することができる。この遺伝的「スイッチング」は、本明細書では「キャスリング」とも呼ばれ、ACTプロセスのex vivoの任意の段階で実施することができる。特定の実施形態において、単離されたT細胞集団が本明細書に記載されるとおり遺伝子的に編集されるように[例えば、腫瘍浸潤リンパ球(TIL)]、さらなる改変(例えば、キメラ抗原を発現するための工学的操作)の前に、又は他の編集媒介改変(例えば、キメラ抗原を発現するための工学的操作)の後に編集されるように、ACTの手順は変更される。他の実施形態では、それを必要とする対象に投与するように「準備される」リンパ球の集団を、本方法に従って編集し、再増殖し、次いで患者に提供する。
T細胞におけるmiRNA発現工学
特定の実施形態において、記載の方法は、T細胞の疲弊及び/又はアネルギーを緩和し、その持続性を延長し、及び/又は固形腫瘍の根絶におけるその効率を改善するために採用され得る。
特定の実施形態において、記載の方法は、T細胞の疲弊及び/又はアネルギーを緩和し、その持続性を延長し、及び/又は固形腫瘍の根絶におけるその効率を改善するために採用され得る。
一実施形態では、記載の方法は、前臨床研究及び臨床研究においてT細胞の疲弊を減少させることができることが知られているCAR-T細胞療法とチェックポイント阻害療法との組み合わせなど、現在使用されているCAR-T細胞との戦略及び組み合わせを採用することができる。
現在のチェックポイント阻害アプローチには、CAR-T細胞と組み合わせた阻害性免疫チェックポイント標的に対する抗体を使用すること、T細胞自体によりこれらの抗体を産生及び分泌させること、免疫チェックポイント遺伝子を阻害する合成オリゴヌクレオチドによりex vivoでCAR-T細胞を治療すること、又はCAR-T細胞内の免疫チェックポイント遺伝子のGET媒介性ノックダウンを代替的に使用することが含まれる(5)。
T細胞ゲノムのGETを介した改変に対する記載の方法は、特定のmiRNAの発現をアップレギュレートする一方で、他の望ましくないmiRNA又は他の非コードRNA又はタンパク質の発現を阻害するであろう。
以下の項目では、例示的なmiRNAについて記載し、記載の方法を用いてmiRNAの発現を、T細胞療法の効率を増大するように変化させることができる。しかしながら、このリストは単なる例示であり、当業者であれば、T細胞の効率に同様に影響を与えると同定されるmiRNAであれば、いずれも使用できることが理解されよう。同様に、以下にリストされる例示的に「悪い」遺伝子はmiRNAであるが、T細胞の効率に有害なコードRNA又は非コードRNAをコードする任意の核酸は記載した方法を用いて破壊又は置換を受けることが可能である。
T細胞療法の効率に正の効果を有する「良い」miRNA
これらのmiRNAの発現は、活発に転写される「悪い」miRNA/コード遺伝子領域への編集を介した挿入によって増大されることになる。
これらのmiRNAの発現は、活発に転写される「悪い」miRNA/コード遺伝子領域への編集を介した挿入によって増大されることになる。
miR-181a
特定の実施形態では、養子移入された腫瘍特異的T細胞の改善により、TCRシグナル伝達の閾値を調節して、T細胞の活性化及び機能を増強する。miR-181aなどの複数のmiRNAは、主要な阻害性ホスファターゼを標的とすることで、TCRシグナル伝達に影響を与えることが分かっている。
特定の実施形態では、養子移入された腫瘍特異的T細胞の改善により、TCRシグナル伝達の閾値を調節して、T細胞の活性化及び機能を増強する。miR-181aなどの複数のmiRNAは、主要な阻害性ホスファターゼを標的とすることで、TCRシグナル伝達に影響を与えることが分かっている。
特定の実施形態では、miR-181aは、複数のセリン/スレオニン及びチロシンのホスファターゼを同時に標的とするようにアップレギュレートされる。これはまた、DUSP5(二重特異性ホスファターゼ5(dual specificity phosphatase 5))、DUSP6(二重特異性ホスファターゼ6)、PTPN11(プロテインチロシンホスファターゼ非受容体11型(protein tyrosine phosphatase non-receptor type 11))、及びPTPN22(プロテインチロシンホスファターゼ非受容体22型)を阻害することにより、LCK(LCKがん原遺伝子、Srcファミリーチロシンキナーゼ)及びERK(MAPK1-分裂促進因子活性化プロテインキナーゼ1)の活性を増強することもできる。この活性は中枢及び末梢のT細胞寛容を支配している。さらに、T細胞におけるmiR-181aの過剰発現は、同族抗原に対するTCR感受性を増加させ、かつTCRトリガー時の細胞内カルシウム流(calcium flux)を増強し、その結果、IL-2がより顕著に放出され、このIL-2は他の活性の中でもT細胞のエフェクターT細胞への分化とメモリーT細胞への分化とを促進する。したがって、miR-181aの発現を高めるように操作されたT細胞は、活性化特性を高めることが期待される(45、46)。
hsa-mir-181a-1配列は以下のとおり公開されている。本明細書で言及したすべてのマイクロRNA配列は、mirbase.orgでオンラインで見ることができる。
miR-28
別の実施形態では、T細胞は、miR-28の発現が増加されているようにGETによって工学操作される。メラノーマから抽出された疲弊PD-1+T細胞では、miR-28の発現が約30%ダウンレギュレートされていることが報告されている。miR-28は、それぞれの3’UTRに結合することにより、T細胞における免疫チェックポイント分子PD-1、TIM3、及びBTLAの発現を阻害する。実験的には、miR-28ミミックの添加は、インターロイキン-2(IL-2)と腫瘍壊死因子α(TNFα)の分泌を回復させることによって、PD-1+T細胞の疲弊した表現型を、少なくとも部分的に、変換することができる。がん患者において、TIM-3抗体の投与により、腫瘍抗原特異的T細胞による増殖及びサイトカイン産生が増加する。TIM-3の前臨床研究では、これは腫瘍浸潤リンパ球にPD-1と共に発現していることが示されており、これら2つのタンパク質を標的とした組み合わせ療法は、T細胞を介した抗腫瘍応答を増大することが可能である。近年、複数の抗PD-1剤及び抗PD-L1剤が開発されており、がん免疫療法において、記載の工学操作したT細胞と共に使用することができる。例えば、ペムブロリズマブは2014年にメラノーマの治療薬として初めてFDAに承認されたPD-1阻害薬である。また、アテゾリズマブはPD-L1に対する完全ヒト化IgG1抗体であり、尿路上皮がん及び非小細胞肺がんの治療薬として2016年にFDAの承認を受けている。さらに、アベルマブ及びデュルバルマブは、完全ヒト化IgG1抗体であり、メルケル細胞癌、尿路上皮癌、及び非小細胞肺癌の治療に対してFDAの承認を受けている(18)。総合すると、miR-28は、T細胞の終期状態をメモリー細胞に逆転させ、かつ炎症促進性サイトカインを分泌するT細胞の能力を回復させるのに重要な役割を果たしている可能性がある(19)。上記の活性剤はすべて、記載された組み合わせ療法に使用可能である。
別の実施形態では、T細胞は、miR-28の発現が増加されているようにGETによって工学操作される。メラノーマから抽出された疲弊PD-1+T細胞では、miR-28の発現が約30%ダウンレギュレートされていることが報告されている。miR-28は、それぞれの3’UTRに結合することにより、T細胞における免疫チェックポイント分子PD-1、TIM3、及びBTLAの発現を阻害する。実験的には、miR-28ミミックの添加は、インターロイキン-2(IL-2)と腫瘍壊死因子α(TNFα)の分泌を回復させることによって、PD-1+T細胞の疲弊した表現型を、少なくとも部分的に、変換することができる。がん患者において、TIM-3抗体の投与により、腫瘍抗原特異的T細胞による増殖及びサイトカイン産生が増加する。TIM-3の前臨床研究では、これは腫瘍浸潤リンパ球にPD-1と共に発現していることが示されており、これら2つのタンパク質を標的とした組み合わせ療法は、T細胞を介した抗腫瘍応答を増大することが可能である。近年、複数の抗PD-1剤及び抗PD-L1剤が開発されており、がん免疫療法において、記載の工学操作したT細胞と共に使用することができる。例えば、ペムブロリズマブは2014年にメラノーマの治療薬として初めてFDAに承認されたPD-1阻害薬である。また、アテゾリズマブはPD-L1に対する完全ヒト化IgG1抗体であり、尿路上皮がん及び非小細胞肺がんの治療薬として2016年にFDAの承認を受けている。さらに、アベルマブ及びデュルバルマブは、完全ヒト化IgG1抗体であり、メルケル細胞癌、尿路上皮癌、及び非小細胞肺癌の治療に対してFDAの承認を受けている(18)。総合すると、miR-28は、T細胞の終期状態をメモリー細胞に逆転させ、かつ炎症促進性サイトカインを分泌するT細胞の能力を回復させるのに重要な役割を果たしている可能性がある(19)。上記の活性剤はすべて、記載された組み合わせ療法に使用可能である。
hsa-mir-28の配列は以下のとおり公開されている:
太字の配列は、成熟miRNAの5p鎖(左)及び3p鎖(右)を表す。
miR-149-3p
さらなる実施形態では、T細胞はmiR-149-3pの発現が増強されるように工学的に操作される。miR-149-3pは、乳がん細胞の存在下で、阻害性受容体を減少させ、かつサイトカイン分泌を促進することにより、CD8+T細胞の疲弊を逆転させることが示されている。CD8+T細胞をmiR-149-3pミミックで治療すると、アポトーシスが減少し、T細胞の疲弊のmRNAマーカーの変化が弱小化され、PD-1、TIM-3、BTLA、及びFoxp1をコードするmRNAがダウンレギュレートされた。同時に、T細胞の増殖、及びT細胞の活性化の増大を示すエフェクターサイトカイン(IL-2、TNF-α、IFN-γ)の分泌がmiR-149-3pミミック治療の後にアップレギュレートした。さらに、miR-149-3pミミックによる治療は、CD8+T細胞の標的4T1マウス乳房腫瘍細胞を殺傷する能力を促進した。総合すると、これらのデータは、miR-149-3pはCD8+T細胞疲弊を逆転させ、これが乳がんにおける可能な抗腫瘍免疫治療薬となることを明らかにした(20)。hsa-miR-149配列は以下のとおり公開されている:
太字の配列は成熟miRNAの5p鎖(左)と3p鎖(右)を表す。
さらなる実施形態では、T細胞はmiR-149-3pの発現が増強されるように工学的に操作される。miR-149-3pは、乳がん細胞の存在下で、阻害性受容体を減少させ、かつサイトカイン分泌を促進することにより、CD8+T細胞の疲弊を逆転させることが示されている。CD8+T細胞をmiR-149-3pミミックで治療すると、アポトーシスが減少し、T細胞の疲弊のmRNAマーカーの変化が弱小化され、PD-1、TIM-3、BTLA、及びFoxp1をコードするmRNAがダウンレギュレートされた。同時に、T細胞の増殖、及びT細胞の活性化の増大を示すエフェクターサイトカイン(IL-2、TNF-α、IFN-γ)の分泌がmiR-149-3pミミック治療の後にアップレギュレートした。さらに、miR-149-3pミミックによる治療は、CD8+T細胞の標的4T1マウス乳房腫瘍細胞を殺傷する能力を促進した。総合すると、これらのデータは、miR-149-3pはCD8+T細胞疲弊を逆転させ、これが乳がんにおける可能な抗腫瘍免疫治療薬となることを明らかにした(20)。hsa-miR-149配列は以下のとおり公開されている:
T細胞療法の効率に負の影響を有する「悪い」miRNA
T細胞免疫応答を負に調節する活性に発現されるmiRNAに拮抗することは、T細胞の適応性(fitness)及び抗腫瘍機能を高めるための代替的アプローチである。したがって、T細胞におけるこのようなmiRNAのゲノム遺伝子座は、「良い」miRNAの挿入を介したGET媒介性ノックダウンの標的である。
T細胞免疫応答を負に調節する活性に発現されるmiRNAに拮抗することは、T細胞の適応性(fitness)及び抗腫瘍機能を高めるための代替的アプローチである。したがって、T細胞におけるこのようなmiRNAのゲノム遺伝子座は、「良い」miRNAの挿入を介したGET媒介性ノックダウンの標的である。
miR-146a
一実施形態では、mir146aの発現を消失又は阻害することができる。miR146aは、NF-Bシグナル伝達の主要な抑制因子であり、エフェクター応答を減衰させるためにT細胞の活性化に応答してアップレギュレートされる。mir146aノックアウト(KO)マウスは免疫寛容を失うことが示されている。T細胞のmiR146aに対する拮抗は、養子移入された細胞のNF-B活性を増大し、かつ抗腫瘍応答の効力を潜在的に高めることが期待される(21)。したがって、いくつかの実施形態では、T細胞におけるmiR146aのGET媒介性の欠失又は抑制は、T細胞の効率を高めるであろう。
一実施形態では、mir146aの発現を消失又は阻害することができる。miR146aは、NF-Bシグナル伝達の主要な抑制因子であり、エフェクター応答を減衰させるためにT細胞の活性化に応答してアップレギュレートされる。mir146aノックアウト(KO)マウスは免疫寛容を失うことが示されている。T細胞のmiR146aに対する拮抗は、養子移入された細胞のNF-B活性を増大し、かつ抗腫瘍応答の効力を潜在的に高めることが期待される(21)。したがって、いくつかの実施形態では、T細胞におけるmiR146aのGET媒介性の欠失又は抑制は、T細胞の効率を高めるであろう。
hsa-mir-146aの配列は以下のように公開されている:
太字の配列は成熟miRNAの5p鎖(左)と3p鎖(右)を表す。
miR-31
別の実施形態では、T細胞はmiR-31の発現が減少又は停止するように工学的に操作される。miR-31の産生は、T細胞系が一部のがん及び慢性感染症を制御できない原因である、免疫疲弊表現型の発現における重要なイベントである可能性が実証された。マウスでのmiR-31のノックアウトにより、疲弊表現型の発生が妨害された。LCMVでの慢性感染に応答して、miR-31欠損CD8+T細胞は、疲弊マーカーのレベルの低下を表し、細胞毒素及びサイトカインの産生を含むエフェクター細胞の特徴を保持する。T細胞にのみmiR-31の発現を欠くマウスは、慢性感染に関連する萎縮から保護され、ウイルス力価が低く保持された。miR-31の過剰発現細胞では、インターフェロンシグナル伝達に関与するIfna2、Irf3、及びIrf7の発現が増加していた。さらに、同じ細胞では68個のmiR-31標的遺伝子の発現が減少しており、これにはインターフェロンのシグナル伝達作用をダウンレギュレートするメディエーターであるPpp6cが含まれていた(22~24)。これらの知見を総合すると、miR-31の活性に対向することがチェックポイント阻害療法に代替するアプローチであることが示唆される。
別の実施形態では、T細胞はmiR-31の発現が減少又は停止するように工学的に操作される。miR-31の産生は、T細胞系が一部のがん及び慢性感染症を制御できない原因である、免疫疲弊表現型の発現における重要なイベントである可能性が実証された。マウスでのmiR-31のノックアウトにより、疲弊表現型の発生が妨害された。LCMVでの慢性感染に応答して、miR-31欠損CD8+T細胞は、疲弊マーカーのレベルの低下を表し、細胞毒素及びサイトカインの産生を含むエフェクター細胞の特徴を保持する。T細胞にのみmiR-31の発現を欠くマウスは、慢性感染に関連する萎縮から保護され、ウイルス力価が低く保持された。miR-31の過剰発現細胞では、インターフェロンシグナル伝達に関与するIfna2、Irf3、及びIrf7の発現が増加していた。さらに、同じ細胞では68個のmiR-31標的遺伝子の発現が減少しており、これにはインターフェロンのシグナル伝達作用をダウンレギュレートするメディエーターであるPpp6cが含まれていた(22~24)。これらの知見を総合すると、miR-31の活性に対向することがチェックポイント阻害療法に代替するアプローチであることが示唆される。
hsa-mir-31の配列は以下のとおり公開されている:
太字の配列は成熟miRNAの5p鎖(左)と3p鎖(右)を表す。
miR-21
別の実施形態では、GETはmiR-21の発現が減少したT細胞を工学的に操作するために用いられる。Carissimiらは、メモリーTリンパ球がナイーブTリンパ球に比べて高レベルのmiR-21を発現すること、そしてナイーブT細胞のTCRのエンゲージメント時にmiR-21の発現が誘導されることを示した。活性化誘導性のmiR-21のアップレギュレーションは、分化T細胞のトランスクリプトームをメモリーT細胞から炎症性エフェクターT細胞へと偏らせる。このようなトランスクリプトームの偏りはまた、miR-21の発現が増加している高齢の個体のT細胞応答に特徴的であり、これはmiR-21に対して拮抗することによって逆転する。
別の実施形態では、GETはmiR-21の発現が減少したT細胞を工学的に操作するために用いられる。Carissimiらは、メモリーTリンパ球がナイーブTリンパ球に比べて高レベルのmiR-21を発現すること、そしてナイーブT細胞のTCRのエンゲージメント時にmiR-21の発現が誘導されることを示した。活性化誘導性のmiR-21のアップレギュレーションは、分化T細胞のトランスクリプトームをメモリーT細胞から炎症性エフェクターT細胞へと偏らせる。このようなトランスクリプトームの偏りはまた、miR-21の発現が増加している高齢の個体のT細胞応答に特徴的であり、これはmiR-21に対して拮抗することによって逆転する。
miR-21を過剰発現するJurkat細胞においてmiR-21の標的が同定され、シグナル伝達に関与する遺伝子を含むことが判明した。Jurkat細胞でmiR-21を過剰発現させると、TCRシグナル伝達が減衰され、その結果、より低下したERKリン酸化、AP-1活性化、CD69(増殖に関与)の発現がもたらされた。一方、miR-21活性が損なわれた初代ヒトリンパ球は、CD69、OX40、CD25、及びCD127の発現解析によって評価されるとおり、IFN-γ産生が増強し、かつTCRのエンゲージメントに応答してより強い活性を示した。初代Tリンパ球の内因性タンパク質の細胞内染色により、リンパ球活性化の3つの主要な調節因子(PLEKHA1、CXCR4、GNAQ)が新規のmiR-21標的であることが確認された。これらの結果は、miR-21がTリンパ球におけるシグナル伝達の負の調節因子であることを示唆している(25)。総合すると、これらのデータは、T細胞におけるmiR-21のアップレギュレーション又は活性を抑制することで、効果的な細胞傷害応答を行う能力を向上し得ることを示唆している(26)。
hsa-mir-21の配列は以下のとおり公開されている:
太字の配列は成熟miRNAの5p鎖(左)と3p鎖(右)を表す。
miR-23a
T細胞における効果的なメモリー生成は、病原体又は腫瘍のクリアランスを必要とする。持続的な抗原曝露はCD8+T細胞の「疲弊」を誘導し、PD-1(プログラム細胞死1)、LAG-3、及びCTLA-4を含む阻害性受容体のアップレギュレーションを特徴とし、増殖能、エフェクター機能、及び細胞生存率の低下を伴う。T細胞の疲弊を逆転させると、既存の腫瘍特異的細胞傷害性T細胞が解放可能になり、がん細胞を攻撃し、かつ殺傷することができることが明らかになっている。miR-23aは、CTL(CD8+細胞傷害性Tリンパ球)の細胞毒性及びエフェクター細胞の分化を促進する転写因子BLIMP-1の強力な機能抑制因子として同定された。進行肺がん患者のコホートにおいて、miR-23aは腫瘍浸潤CTLにおいてアップレギュレートされ、その発現は患者のCTLの抗腫瘍能の低下と相関していた。腫瘍由来TGF-βは、miR-23aを上昇させ、かつBLIMP-1をダウンレギュレートすることによって、CTL免疫機能を直接抑制することが実証された。ヒトCTLにおけるmiR-23aの機能的ブロックは、グランザイムBの発現を増強し、かつmiR-23aが阻害される少数の腫瘍特異的CTLによる免疫療法は、腫瘍が樹立したマウスにおいて、腫瘍の進行を強固に妨げた。総合すると、これらの所見は、miR-23aの発現を停止させることで、養子細胞移入腫瘍免疫療法でしばしば観察されるCTLの免疫抑制を防ぐことが期待されることを示している(22、27)。
T細胞における効果的なメモリー生成は、病原体又は腫瘍のクリアランスを必要とする。持続的な抗原曝露はCD8+T細胞の「疲弊」を誘導し、PD-1(プログラム細胞死1)、LAG-3、及びCTLA-4を含む阻害性受容体のアップレギュレーションを特徴とし、増殖能、エフェクター機能、及び細胞生存率の低下を伴う。T細胞の疲弊を逆転させると、既存の腫瘍特異的細胞傷害性T細胞が解放可能になり、がん細胞を攻撃し、かつ殺傷することができることが明らかになっている。miR-23aは、CTL(CD8+細胞傷害性Tリンパ球)の細胞毒性及びエフェクター細胞の分化を促進する転写因子BLIMP-1の強力な機能抑制因子として同定された。進行肺がん患者のコホートにおいて、miR-23aは腫瘍浸潤CTLにおいてアップレギュレートされ、その発現は患者のCTLの抗腫瘍能の低下と相関していた。腫瘍由来TGF-βは、miR-23aを上昇させ、かつBLIMP-1をダウンレギュレートすることによって、CTL免疫機能を直接抑制することが実証された。ヒトCTLにおけるmiR-23aの機能的ブロックは、グランザイムBの発現を増強し、かつmiR-23aが阻害される少数の腫瘍特異的CTLによる免疫療法は、腫瘍が樹立したマウスにおいて、腫瘍の進行を強固に妨げた。総合すると、これらの所見は、miR-23aの発現を停止させることで、養子細胞移入腫瘍免疫療法でしばしば観察されるCTLの免疫抑制を防ぐことが期待されることを示している(22、27)。
hsa-mir-23aの配列は以下のように公開されている:
太字の配列は成熟miRNAの5p鎖(左)と3p鎖(右)を表す。
T細胞の治療効率に負の作用を有する「悪い」遺伝子
阻害性免疫チェックポイント遺伝子
T細胞は、感染症及びがんに関連した持続的な抗原及び/又は炎症性シグナルに曝露される。例えば、固形腫瘍の場合、その微小環境は、有効なT細胞活性にとって特に敵対的で、T細胞の侵入に対する障壁をもたらし、CAR-T細胞の寿命を縮め(1)、かつエフェクター機能を低下させる内在的及び外在的な阻害性メカニズムを有している。これらの条件が重なると、T細胞の「疲弊」と呼ばれる状態をもたらす(28)。CAR-T細胞の性能及び持続性を向上させるために、これまでいくつかのアプローチが採用されてきたが、そのうちの一部は、PD-1、CTLA-4、LAG-3、あるいはそれらに対応するリガンドなどの免疫チェックポイント標的(Immune Checkpoint Target:ICT)の抑制を目的としている。例えば、PD-L1又はPD-1に対する分泌抗体(Fab領域)を発現するCAR-T細胞(29)、あるいはPD-1/CTLA-4阻害性受容体をコードする遺伝子が破壊されたCAR-T細胞がある。別のアプローチは、CD28共刺激分子の細胞質シグナル伝達ドメインと融合した細胞外ドメインとしてPD-1受容体の切断型を持つキメラスイッチ受容体(chimeric switch-receptor:CSR)を介して、PD-1/CTLA-4の阻害性シグナルを活性化シグナルに変換することからなる(5)。
阻害性免疫チェックポイント遺伝子
T細胞は、感染症及びがんに関連した持続的な抗原及び/又は炎症性シグナルに曝露される。例えば、固形腫瘍の場合、その微小環境は、有効なT細胞活性にとって特に敵対的で、T細胞の侵入に対する障壁をもたらし、CAR-T細胞の寿命を縮め(1)、かつエフェクター機能を低下させる内在的及び外在的な阻害性メカニズムを有している。これらの条件が重なると、T細胞の「疲弊」と呼ばれる状態をもたらす(28)。CAR-T細胞の性能及び持続性を向上させるために、これまでいくつかのアプローチが採用されてきたが、そのうちの一部は、PD-1、CTLA-4、LAG-3、あるいはそれらに対応するリガンドなどの免疫チェックポイント標的(Immune Checkpoint Target:ICT)の抑制を目的としている。例えば、PD-L1又はPD-1に対する分泌抗体(Fab領域)を発現するCAR-T細胞(29)、あるいはPD-1/CTLA-4阻害性受容体をコードする遺伝子が破壊されたCAR-T細胞がある。別のアプローチは、CD28共刺激分子の細胞質シグナル伝達ドメインと融合した細胞外ドメインとしてPD-1受容体の切断型を持つキメラスイッチ受容体(chimeric switch-receptor:CSR)を介して、PD-1/CTLA-4の阻害性シグナルを活性化シグナルに変換することからなる(5)。
記載の方法の特定の実施形態では、GET媒介遺伝子編集は、miRNAコード配列などのRNAコード配列を、ICTのコード配列などのタンパク質コード配列に挿入するために使用される。特定の実施形態において、記載の方法は、T細胞機能に正の影響を及ぼすmiRNA(例えば、miR-181a、miR-28、又はmiR-149-3p)のGET媒介ノックインによるPD-1、CTLA-4、又はLAG-3のノックダウンを含む。
全身性エリテマトーデス(systemic lupus erythematosus:SLE)治療のためのTreg細胞におけるmiR-146aのアップレギュレーション及びmiR-17のダウンレギュレーション
全身性エリテマトーデス(SLE)患者の末梢血白血球における156個のmiRNAのプロファイリングから、自然免疫の負の調節因子であるmiR-146aを含む複数のマイクロRNAの差次的発現が明らかになった。さらに解析の結果、miR-146aの過小発現は、SLE患者の臨床的疾患活性及びインターフェロン(IFN)スコアと負の相関があることが示された。注目すべきは、miR-146aの過剰発現は、内因性miR-146aの阻害は増大させながら、末梢血単核球(peripheral blood mononuclear cell:PBMC)におけるI型IFNの誘導を減少させたことである。さらに、miR-146aは、I型IFNの下流のトランス活性化を直接抑制し、かつさらに重要なことに、患者のPBMCにmiR-146aを導入すると、I型IFN経路の協調的活性化が緩和された(30)。分子レベルでは、miR-146aは、デクチン-1/チロシンプロテインキナーゼSYK/NF-κBシグナル伝達経路を阻害することにより、IL-6及びTNF-αのβグルカン誘導性の産生を抑制することが示された(31)。これはまた、miR-146aがIRAK1遺伝子(インターロイキン1受容体関連キナーゼ1)を直接標的とすることも示された。IRAK1は、転写因子NF-カッパBのIL1誘導性アップレギュレーションに部分的に関与している。したがって、miR-146aはIRAK1の発現をダウンレギュレートさせ得、それにより、炎症性シグナルの活性化及び炎症促進性サイトカインの分泌を阻害し得ると結論が出された。さらに、miR-146aのダウンレギュレーションは、炎症促進性サイトカインの分泌に対する負の作用を排除し得、これにより、IL-6及びTNF-αのレベルの増大をもたらし、それによってSLEの発症を促進する可能性が示唆された(32)。
全身性エリテマトーデス(SLE)患者の末梢血白血球における156個のmiRNAのプロファイリングから、自然免疫の負の調節因子であるmiR-146aを含む複数のマイクロRNAの差次的発現が明らかになった。さらに解析の結果、miR-146aの過小発現は、SLE患者の臨床的疾患活性及びインターフェロン(IFN)スコアと負の相関があることが示された。注目すべきは、miR-146aの過剰発現は、内因性miR-146aの阻害は増大させながら、末梢血単核球(peripheral blood mononuclear cell:PBMC)におけるI型IFNの誘導を減少させたことである。さらに、miR-146aは、I型IFNの下流のトランス活性化を直接抑制し、かつさらに重要なことに、患者のPBMCにmiR-146aを導入すると、I型IFN経路の協調的活性化が緩和された(30)。分子レベルでは、miR-146aは、デクチン-1/チロシンプロテインキナーゼSYK/NF-κBシグナル伝達経路を阻害することにより、IL-6及びTNF-αのβグルカン誘導性の産生を抑制することが示された(31)。これはまた、miR-146aがIRAK1遺伝子(インターロイキン1受容体関連キナーゼ1)を直接標的とすることも示された。IRAK1は、転写因子NF-カッパBのIL1誘導性アップレギュレーションに部分的に関与している。したがって、miR-146aはIRAK1の発現をダウンレギュレートさせ得、それにより、炎症性シグナルの活性化及び炎症促進性サイトカインの分泌を阻害し得ると結論が出された。さらに、miR-146aのダウンレギュレーションは、炎症促進性サイトカインの分泌に対する負の作用を排除し得、これにより、IL-6及びTNF-αのレベルの増大をもたらし、それによってSLEの発症を促進する可能性が示唆された(32)。
ループス患者におけるIFN経路の負の調節因子としてのmiR-146aの重要な役割を考慮すると、記載の方法のさらなる実施形態には、SLE患者における治療的介入のためのGET媒介遺伝子編集が含まれる。miR-146aの発現は、負のフィードバック様式でNF-κBによって調節される。2つのNF-κB結合部位は、miR-146aのプロモーターの3’セグメントにおいて、転写開始位置に対して-481位から+21位のヌクレオチド位置と同定した(33)。したがって、特定の実施形態では、SLE患者の造血幹細胞においてその活性を増強するように、このmiR-146aの位置づけされたプロモーターを編集することができ、あるいは別のプロモーターの調節下でmiR-146aの追加のコピーを導入することができる。
同様の実施形態において、Treg細胞は遺伝子編集の標的細胞として提供される。Luらは、miR-146aがTreg細胞で広く発現しているmiRNAの一つであることを報告し、それがTregの機能に重要であることを示した。実際、miR-146aの欠損により、Treg細胞の数は増加するが機能は低下し、その結果、免疫寛容が破壊されリンパ球が大量に活性化し、かついくつかの臓器で組織浸潤が起こった(34)。反対に、in vitro及びin vivoでのmiR-17の過剰発現は、Treg細胞の抑制活性の低下をもたらし、さらに、miR-17の異所性発現は、エフェクターサイトカイン遺伝子の脱抑制を介して、Treg細胞にエフェクターT細胞様特性を付与した。miR-17をブロックすると、T-reg抑制活性が増強される結果となった。miR-17の発現は、IL-6(SLE患者で高発現する炎症促進性サイトカイン)の存在下でT-reg細胞を増加し、かつその発現は、Eosの発現を負に調節し、このEosは、T-reg細胞の転写シグネチャー及び特徴的な抑制性表現型を決定するようにT-reg細胞の転写因子Foxp3と協働する共調節分子である。このように、miR-17は、Eos及び可能性な追加のFoxp3共調節因子を標的とすることを介してTreg細胞を制御する強力な層を提供する(35)。
本方法で使用できるTregを増殖させるメカニズムは2つあり、1つは抗CD3又は抗CD28の抗体を使用したex vivo増殖の使用を含むものであり、もう1つはトランスフォーミング増殖因子β単独、又はオールトランスレチノイン酸、ラパマイシンとの組み合わせ、又はラパマイシン単独の使用を介した通常型T細胞(conventional T-cell)のTregへの変換を含むものである。いったん増殖したTregは、mir-17の遺伝子座にmiR-146aのコピーを挿入し、発現を破壊することによって、miR-146aを過剰発現するように(GETを用いて)遺伝子操作することができる。そして、このような遺伝子操作されたTregは、単独療法として、あるいは、例えば低用量IL-2療法などの他の療法と組み合わせて、SLEの治療に用いることができる。インターロイキン2(IL-2)の後天的な欠乏及びそれに関連した制御性T細胞(Treg)恒常性の外乱がSLEの病因に重要な役割を果たしていることが観察された。低用量IL-2療法は活性SLE患者のTreg恒常性を回復させることが示され、現在、臨床試験でその臨床的効率が評価されている(37)。
SLEの治療のための記載の方法を使用するさらなる実施形態では、B細胞はGET媒介遺伝子編集によって改変された細胞の標的である。B細胞は、キメラ抗原受容体(CAR)-T細胞療法など、腫瘍学分野で発展している治療法にとって魅力的な標的であり、B細胞を標的にすることが有益であることが証明されている。マウスモデルでは、CAR-T細胞がSLEの可能な治療薬として指摘されており、生存期間の延長及び標的臓器の温存を示す結果を伴う。したがって、CAR及びB細胞の抗原受容体などのキメラ免疫受容体を発現するTregを用いることは、特異的T細胞コンジュゲートとの結合により、正常細胞を直接保護する結果となり得る。したがって、このようなCAR-Tregはまた、免疫抑制性機能を高めるように、過剰発現したmiR-146a/ダウンレギュレートしたmir-17も含むことができる。
肝細胞におけるGETを介したmiRNA工学
他の実施形態では、GETを介するmiRNAベースの治療薬は、衰弱性慢性疾患の治療に、以下の場合に使用される:(a)GETを介した遺伝子編集のex-vivo適用を可能にするために、標的細胞を単離、増殖、及び関連臓器に再導入する能力がある場合、及び(b)臓器細胞の一部のみを置換するにもかかわらず、所望の効果を得るために、分泌タンパク質をコードする遺伝子を標的とする能力がある場合。
他の実施形態では、GETを介するmiRNAベースの治療薬は、衰弱性慢性疾患の治療に、以下の場合に使用される:(a)GETを介した遺伝子編集のex-vivo適用を可能にするために、標的細胞を単離、増殖、及び関連臓器に再導入する能力がある場合、及び(b)臓器細胞の一部のみを置換するにもかかわらず、所望の効果を得るために、分泌タンパク質をコードする遺伝子を標的とする能力がある場合。
特定の実施形態では、このような治療に使用できる細胞は、例えば肝細胞などの実質細胞である。肝細胞移入は、肝疾患患者を治療するための代替手段であり、20年を超える臨床適用及び臨床研究によって、その効率及び安全性が実証されてきた。さらに、幹細胞由来肝細胞などの追加の細胞ソースも試験されている(38、39)。
一実施形態では、PCSK9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9:前駆体タンパク質転換酵素サブチリシン/ケキシン9型)の標的化は、GET媒介編集によって達成される。PCSK9は分泌タンパク質であり、主に肝臓で生成され、LDL-C(low-density lipoprotein cholesterol:低密度リポタンパク質コレステロール)の恒常性の調節に重要な役割を果たす。PCSK9は低密度リポタンパク質粒子(LDL)の受容体に結合し、これは通常、細胞外液中で、1粒子あたり3,000~6,000個の脂肪分子(コレステロールを含む)を輸送する。LDL受容体(LDLR)は肝臓及び他の細胞膜に存在し、細胞外液からLDL粒子を細胞内に結合かつ取り込み、その結果、LDL粒子濃度を低下させる。PCSK9がブロックされる場合、より多くのLDLRが再利用され、細胞外液からLDL粒子を除去するために細胞表面に存在するようになる。それ故、PCSK9をブロックすることにより血中LDL粒子濃度を低下させることができる(40、41)。
一実施形態において、miR-222、miR-191、及び/又はmiR-224の発現を増加させることは、PCSK9の3’-UTRと直接相互作用し、その発現をダウンレギュレートし得る。HepG2細胞株でこれらのmiRNAを過剰発現させると、PCSK9 mRNAレベルは有意に減少し、このことから、miR-191、miR-222、及びmiR-224は、LDLR分解及び細胞内LDL取り込みに重要な役割を持つPCSK9を標的とすることにより、脂質及びコレステロール代謝に重要な役割を果たし、かつ高コレステロール血症及びCVD(心血管疾患)などの病態の発症に関与している可能性が示された。したがって、miR-191、miR-222、及び/又はmiR-224は、肝細胞におけるGET編集を介したアップレギュレーションに使用できる可能性がある。しかしながら、miR-191は様々な疾患及びがんの種類の発症に密接に関連しているようであり、自然免疫応答にも関与している可能性がある。さらに、最近の研究では、その阻害ががんの表現型の逆転につながることが実証された(42)。miR-224は肝細胞癌(Hepatocellular carcinoma:HCC)患者では高い血漿レベルを示すことが観察されており、したがって腫瘍進行のエフェクターとして疑うことが可能である。一方で、miR-222の血漿レベルは、対照群と比較してHCC群で有意に低かった(43)。さらに、mir-222は、in vitroでPMH(primary mouse hepatocyte:マウス初代肝細胞)の増殖を調節する重要な因子として同定されており、したがってmir-222は移入肝細胞におけるアップレギュレーションの候補として妥当であると考えられる(44)。
別の実施形態では、GET媒介編集を使用してmir-27の発現を阻害することができ、mir-27aは、PCSK9レベルを3倍の増加に誘導し、肝臓LDL受容体のレベルを40%直接減少させる。miR-27aの阻害により、LDL受容体のレベルが70%増加する。miR-27aは、LDLR経路の重要な役割を担う遺伝子LRP6及びLDLRAP1を標的とする。したがって、特定の実施形態では、miR-27aの阻害は高コレステロール血症の治療に使用され、スタチンの代替となり得る。別の実施形態では、miR-27aをmiR-222で置換することによって達成され、これは、PCSK9レベルを低下させると同時にLDLRレベルを上昇させることにつながり得るため、高コレステロール血症のより効率的な治療となるであろう。
以下の実施例は、特定の特徴及び/又は実施形態を説明するために提供される。これらの実施例は、本開示を記載の特定の特徴又は実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。
実施例1:一般的な方法
T細胞の活性化
ImmunoCult(商標)ヒトCD3/CD28/CD2 478 T細胞活性化因子(5uL/1×106;STEMCELL Technologies)及びIL-2(100U/uL;Immunotools)を用いて解凍後4時間にPBMCを活性化し、2×106細胞/mLの濃度に保った。
T細胞の活性化
ImmunoCult(商標)ヒトCD3/CD28/CD2 478 T細胞活性化因子(5uL/1×106;STEMCELL Technologies)及びIL-2(100U/uL;Immunotools)を用いて解凍後4時間にPBMCを活性化し、2×106細胞/mLの濃度に保った。
CD19-CAR T細胞の活性化
CD19-CAR T細胞の活性化を駆動するために、CD19-CAR T細胞をNALM-6(CD19+)細胞と共に共培養した。CD19-CAR T細胞は実験前にあらかじめ選別せず、バルク集団として(CD19-CAR T細胞と非形質転換T細胞との混合として)使用し、CD19-CAR+T細胞の割合は、CD19-CAR構築物と同時に平行して存在するLNGFR(CD271-(LNGFR)-APCクローンREA658、Miltenyi)の染色によって間接的に評価した。実験では、10,000個のCD19-CAR T細胞を10,000個のCD19-CAR T細胞と共培養した。
CD19-CAR T細胞の活性化を駆動するために、CD19-CAR T細胞をNALM-6(CD19+)細胞と共に共培養した。CD19-CAR T細胞は実験前にあらかじめ選別せず、バルク集団として(CD19-CAR T細胞と非形質転換T細胞との混合として)使用し、CD19-CAR+T細胞の割合は、CD19-CAR構築物と同時に平行して存在するLNGFR(CD271-(LNGFR)-APCクローンREA658、Miltenyi)の染色によって間接的に評価した。実験では、10,000個のCD19-CAR T細胞を10,000個のCD19-CAR T細胞と共培養した。
T細胞のヌクレオフェクション
活性化後3日目に、P3 Primary Cell 4D Nucleofectorキット(Lonza)及びE0115プログラムを用いて、1×106個のPBMCを4D-Nucleofectorシステム(Lonza)でエレクトロポレーションした。切除実験では、選択した遺伝子(miR-31又はmiR-23)を標的とする各sgRNA(112.5pmol、Synthego)をCas9タンパク質(30pmol、IDT)と別々に室温で10分間インキュベートし、各個々のリボ核タンパク質(RNP)複合体を形成させた。インキュベーション時間の終了後、この2つの別々の反応液をプールした。ヌクレオフェクション溶液は、ヌクレオフェクションの前に混合物全体を細胞に加える直前に加えた。置換実験では、同じ手順に従ったが、この場合、ヌクレオフェクション溶液の直前に、100pmolのssODN(IDT)をRNP混合物に加えた。エレクトロポレーション後、IL-2(1000U/mL;Immunotools)を添加した完全RPMI培地を用いて細胞を回収し、その後、96ウェルU字底プレート(Falcon)で培養した。5日後、細胞を2つのウェルに分けた。NucleoSpin(登録商標)Tissue gDNA抽出キット(Machery Nagel)を用いて、製造元の手順に従ってゲノムDNAを抽出するため、一方のウェルを直ちに採取した。得られたDNAを40uLのヌクレアーゼフリー水に懸濁した。2つ目のウェルの細胞をImmunoCultを用いて再活性化し、活性化後6時間又は3日間にmiRNAを採取して、miRNA-23又はmiRNA-31の発現レベルを確認した。活性化後6時間に採取した試料はCASTLING(登録商標)の効率を評価するために使用し、活性化後3日間に採取した試料はmiRNAのノックアウトの程度を推定するために使用した。miRNAはmiRVanaキット(登録商標)(Thermoscientific、米国)を用いて抽出した。細胞を回収し、300Gで5分間ペレット化した。このペレットを1mLのPBSで2回洗浄した。PBSを注意深く除去した後、メーカーの指示に従って、最終容量50uLのRNAseフリー水で溶出することにより、全miRNA抽出物を得た。遺伝子編集に使用したオリゴヌクレオチドの標的配列は以下のとおりであった:
活性化後3日目に、P3 Primary Cell 4D Nucleofectorキット(Lonza)及びE0115プログラムを用いて、1×106個のPBMCを4D-Nucleofectorシステム(Lonza)でエレクトロポレーションした。切除実験では、選択した遺伝子(miR-31又はmiR-23)を標的とする各sgRNA(112.5pmol、Synthego)をCas9タンパク質(30pmol、IDT)と別々に室温で10分間インキュベートし、各個々のリボ核タンパク質(RNP)複合体を形成させた。インキュベーション時間の終了後、この2つの別々の反応液をプールした。ヌクレオフェクション溶液は、ヌクレオフェクションの前に混合物全体を細胞に加える直前に加えた。置換実験では、同じ手順に従ったが、この場合、ヌクレオフェクション溶液の直前に、100pmolのssODN(IDT)をRNP混合物に加えた。エレクトロポレーション後、IL-2(1000U/mL;Immunotools)を添加した完全RPMI培地を用いて細胞を回収し、その後、96ウェルU字底プレート(Falcon)で培養した。5日後、細胞を2つのウェルに分けた。NucleoSpin(登録商標)Tissue gDNA抽出キット(Machery Nagel)を用いて、製造元の手順に従ってゲノムDNAを抽出するため、一方のウェルを直ちに採取した。得られたDNAを40uLのヌクレアーゼフリー水に懸濁した。2つ目のウェルの細胞をImmunoCultを用いて再活性化し、活性化後6時間又は3日間にmiRNAを採取して、miRNA-23又はmiRNA-31の発現レベルを確認した。活性化後6時間に採取した試料はCASTLING(登録商標)の効率を評価するために使用し、活性化後3日間に採取した試料はmiRNAのノックアウトの程度を推定するために使用した。miRNAはmiRVanaキット(登録商標)(Thermoscientific、米国)を用いて抽出した。細胞を回収し、300Gで5分間ペレット化した。このペレットを1mLのPBSで2回洗浄した。PBSを注意深く除去した後、メーカーの指示に従って、最終容量50uLのRNAseフリー水で溶出することにより、全miRNA抽出物を得た。遺伝子編集に使用したオリゴヌクレオチドの標的配列は以下のとおりであった:
斜体で示した配列は、各標的につき組み合わせて使用した際、最良の性能のsgRNAであった。これらの配列は、さらなるCASTLING(登録商標)最適化工程に使用した。sgRNAには、安定性の目的でSynthegoの標準的な修飾が含まれている。これらは以下のとおりである:最初の3個と最後の3個のヌクレオチドに2’-O-メチル;及び最初の3個と最後の2個のヌクレオチド間に3’-ホスホロチオエート結合。
斜体:ホモロジーアーム、左及び右
非斜体:miR-28配列
miRNAの逆転写(Reverse Transcription:RT)及びqPCR
miRNA標的はApplied Biosystems(登録商標)TaqMan(登録商標)MicroRNA逆転写キットを用いてcDNAに逆転写(retrotranscribe)し、Applied Biosystems TaqMan MicroRNAアッセイ(カタログ番号:4427975)の手順に従ってRT-qPCRを行った。
miRNA標的はApplied Biosystems(登録商標)TaqMan(登録商標)MicroRNA逆転写キットを用いてcDNAに逆転写(retrotranscribe)し、Applied Biosystems TaqMan MicroRNAアッセイ(カタログ番号:4427975)の手順に従ってRT-qPCRを行った。
全メッセンジャーRNA抽出、RT及びRT-qPCR
PDCD1、TIM3、LAG3、及びBLIMP-1の遺伝子の発現レベルを測定するために、第2の活性化(Immunocultを用いるか、又は照射PBMCと共培養することを介するかのいずれか)の後48時間に採取した細胞の全mRNAを、RNAeasy Microキット(QIAGEN)を用いて、製造元の抽出法に従って抽出した。全mRNAをQuantitech RTキット(QIAGEN)を用いてcDNAに逆転写した。専用プライマー(表1参照)及びLuna(登録商標)Universal qPCR Master Mix(NEB)を用いて製造元の手順に従って、全cDNAをRT-qPCRの投入量(インプット)として使用した。
PDCD1、TIM3、LAG3、及びBLIMP-1の遺伝子の発現レベルを測定するために、第2の活性化(Immunocultを用いるか、又は照射PBMCと共培養することを介するかのいずれか)の後48時間に採取した細胞の全mRNAを、RNAeasy Microキット(QIAGEN)を用いて、製造元の抽出法に従って抽出した。全mRNAをQuantitech RTキット(QIAGEN)を用いてcDNAに逆転写した。専用プライマー(表1参照)及びLuna(登録商標)Universal qPCR Master Mix(NEB)を用いて製造元の手順に従って、全cDNAをRT-qPCRの投入量(インプット)として使用した。
遺伝子編集アッセイ(T7E1、DECODR、ddPCR)
標的部位で使用したヌクレアーゼの切断効率を評価するために、T7エンドヌクレアーゼ1(T7E1、NEB)アッセイを製造元の推奨に従って使用した。ゲノムDNAを単離した後(上記参照)、目的の遺伝子座を指定のプライマー(表1参照)とHi-Fi Hot-Start Q5 Polymerase(NEB)とを用いたPCRで増幅した。2.5μLのPCR反応物をアガロースゲル電気泳動によって分析して正しい増幅サイズを確認し、PCR反応物の残りはPCR精製キット(QIAGEN)を使用して精製した。得られたアンプリコンを27μLのヌクレアーゼフリー水で溶出した。次いで、3uLのNEB2緩衝液(10倍)を精製した反応液と混合し、混合物全体を最大95℃で、10分間加熱し、ゆっくりと室温まで冷却して鎖を再アニーリングした。濃度はNanodrop 2000デバイス(Thermo Fisher Scientific)で測定し、ヌクレアーゼフリー水を使用して、最終濃度1x NEBuffer 2の全容積12μl中で1μlのT7E1を用いて100ngのDNAを消化させた。その後、反応液をウォーターバスで37℃で、30分間インキュベートした。反応は1.2μlのゲルローディング色素(NEB)を加えることにより停止させ、切断効率を評価するために2%アガロースゲルで分析した。定量化のために、切断バンドの強度をImageJソフトウェアを用いて計算した。ヌクレアーゼの切断を示すIndel変異の割合は、切断バンドの強度と、切断されていないバンドと切断バンドとの両方の強度の合計との比を用いて計算される。
標的部位で使用したヌクレアーゼの切断効率を評価するために、T7エンドヌクレアーゼ1(T7E1、NEB)アッセイを製造元の推奨に従って使用した。ゲノムDNAを単離した後(上記参照)、目的の遺伝子座を指定のプライマー(表1参照)とHi-Fi Hot-Start Q5 Polymerase(NEB)とを用いたPCRで増幅した。2.5μLのPCR反応物をアガロースゲル電気泳動によって分析して正しい増幅サイズを確認し、PCR反応物の残りはPCR精製キット(QIAGEN)を使用して精製した。得られたアンプリコンを27μLのヌクレアーゼフリー水で溶出した。次いで、3uLのNEB2緩衝液(10倍)を精製した反応液と混合し、混合物全体を最大95℃で、10分間加熱し、ゆっくりと室温まで冷却して鎖を再アニーリングした。濃度はNanodrop 2000デバイス(Thermo Fisher Scientific)で測定し、ヌクレアーゼフリー水を使用して、最終濃度1x NEBuffer 2の全容積12μl中で1μlのT7E1を用いて100ngのDNAを消化させた。その後、反応液をウォーターバスで37℃で、30分間インキュベートした。反応は1.2μlのゲルローディング色素(NEB)を加えることにより停止させ、切断効率を評価するために2%アガロースゲルで分析した。定量化のために、切断バンドの強度をImageJソフトウェアを用いて計算した。ヌクレアーゼの切断を示すIndel変異の割合は、切断バンドの強度と、切断されていないバンドと切断バンドとの両方の強度の合計との比を用いて計算される。
正確な切除を確認するために、T7E1アッセイに用いたのと同じPCRプライマー(mir23についてはID番号6219及びID番号6220、mir31についてはID番号6215及びID番号6216)を用いて、対応する標的領域を増幅した。得られたアンプリコンはサンガー法で配列決定を行った。得られた配列決定ファイル(.ab1)は、PCRアンプリコン内の最大500bpの挿入変異及び欠失変異を同定できるオンラインツール「DECODR」(decodr.orgからオンラインで利用可能)にアップロードした。
置換(すなわち「キャスリング」)効率を調べるために、ドロップレットデジタルPCR(ddPCR)ベースのアッセイを設計した。このアッセイでは、プライマー対が編集領域(共通領域と呼ばれる)の外側に結合し、第2のプライマー対は置換が発生した場合にのみ結合する。表1に示すプライマー(ID番号6217及びID番号6412)を用いて、miRNA-31の共通領域を増幅した。ddPCRはQX200(商標)ddPCR(商標)EvaGreen Supermix 番号1864034(Biorad)を用い、メーカーの推奨に従い実行し、Tm値は58.7℃に設定した。
実施例2:miRNAの置換のためのCAR-T細胞の樹立及び特性評価
この実施例では、miRNAの「キャスリング」を実証するためのCAR-T細胞の樹立について記載する。
この実施例では、miRNAの「キャスリング」を実証するためのCAR-T細胞の樹立について記載する。
様々な刺激を用いた末梢血単核球(PBMC)の活性化及びT細胞の増殖/活性化の評価
凍結PBMCを4時間かけて解凍した後、酢酸ミリスチン酸ホルボール(phorbol myristate acetate:PMA)/イオノマイシン[PMA(10ng/ml)及びイオノマイシン(250ng/ml)]、又はImmunoCult(商標)(STEMCELL Technologies Inc.;ImmunoCult(商標)ヒトCD3/CD28 T細胞活性化因子)のいずれかを使用して、72時間かけて活性化した。活性化後、細胞を、フローサイトメトリーを用いてT細胞CD25活性化マーカーについて分析した。図4に示すとおり、PMA/イオノマイシンを用いた活性化では、より高い活性化の程度(生存細胞の93%がCD25+)が得られ、一方で、ImmunoCult(商標)では79%の細胞の活性化が誘導された(図4、パネルB)。しかしながら、PMA/イオノマイシン処理では実質的な細胞死(生存細胞30%)を引き起こしたのに対し、ImmunoCult(商標)処理後は63%の細胞が生存していた(図4、パネルA)。これらの結果を踏まえ、以後の実験ではT細胞活性化法としてImmunoCult(商標)処理を選択した。
凍結PBMCを4時間かけて解凍した後、酢酸ミリスチン酸ホルボール(phorbol myristate acetate:PMA)/イオノマイシン[PMA(10ng/ml)及びイオノマイシン(250ng/ml)]、又はImmunoCult(商標)(STEMCELL Technologies Inc.;ImmunoCult(商標)ヒトCD3/CD28 T細胞活性化因子)のいずれかを使用して、72時間かけて活性化した。活性化後、細胞を、フローサイトメトリーを用いてT細胞CD25活性化マーカーについて分析した。図4に示すとおり、PMA/イオノマイシンを用いた活性化では、より高い活性化の程度(生存細胞の93%がCD25+)が得られ、一方で、ImmunoCult(商標)では79%の細胞の活性化が誘導された(図4、パネルB)。しかしながら、PMA/イオノマイシン処理では実質的な細胞死(生存細胞30%)を引き起こしたのに対し、ImmunoCult(商標)処理後は63%の細胞が生存していた(図4、パネルA)。これらの結果を踏まえ、以後の実験ではT細胞活性化法としてImmunoCult(商標)処理を選択した。
ImmunoCult(商標)を介したT細胞活性化の動力学を、活性化後24時間、48時間、72時間におけるCD25活性化マーカーの染色によって評価したところ、24時間後の61%の活性化の程度から72時間後の87%のピークに増大することが示された(図4、パネルC)。
キメラ抗原受容体(CAR)T細胞の活性化
CD19-CAR-T細胞はClaudio Mussolino博士(フライブルク(Freigurg)大学)の研究室で作製された。CD19-CARは、PGKプロモーターによって発現が駆動されるレンチウイルス導入によって統合した。細胞集団中のCD19-CAR-T細胞の割合は、NGFR染色(CARに融合した細胞外スペーサーで、神経成長因子受容体タンパク質に由来する)によって測定し、45%と測定した(図5、パネルA)。その後、CAR-T細胞を、CD19表面タンパク質を保有するB細胞前駆白血病細胞株である標的NALM-6細胞と1:1の割合[CD19-CAR10,000個とNALM-6(CD19+)10,000個]で共培養することにより活性化した。NALM-6細胞によって誘導されたCAR-T細胞の活性化の程度を、非CAR T細胞の活性化と比較し、CD25の染色によって測定した。図5のパネルBに示すとおり、CD19-CAR-T細胞は、非CAR T細胞集団(共培養の24時間、48時間、72時間の後でそれぞれ33%、33%、20%の活性化細胞)と比較して、NALM-6細胞によってより高い程度まで活性化する(共培養の24時間、48時間、72時間の後でそれぞれ73%、62%、51%の活性化細胞)。CAR-T細胞の活性化のピークは、NALM-6標的細胞との共培養後24時間であり、それ以降の時点では活性化レベルの低下が観察された。
CD19-CAR-T細胞はClaudio Mussolino博士(フライブルク(Freigurg)大学)の研究室で作製された。CD19-CARは、PGKプロモーターによって発現が駆動されるレンチウイルス導入によって統合した。細胞集団中のCD19-CAR-T細胞の割合は、NGFR染色(CARに融合した細胞外スペーサーで、神経成長因子受容体タンパク質に由来する)によって測定し、45%と測定した(図5、パネルA)。その後、CAR-T細胞を、CD19表面タンパク質を保有するB細胞前駆白血病細胞株である標的NALM-6細胞と1:1の割合[CD19-CAR10,000個とNALM-6(CD19+)10,000個]で共培養することにより活性化した。NALM-6細胞によって誘導されたCAR-T細胞の活性化の程度を、非CAR T細胞の活性化と比較し、CD25の染色によって測定した。図5のパネルBに示すとおり、CD19-CAR-T細胞は、非CAR T細胞集団(共培養の24時間、48時間、72時間の後でそれぞれ33%、33%、20%の活性化細胞)と比較して、NALM-6細胞によってより高い程度まで活性化する(共培養の24時間、48時間、72時間の後でそれぞれ73%、62%、51%の活性化細胞)。CAR-T細胞の活性化のピークは、NALM-6標的細胞との共培養後24時間であり、それ以降の時点では活性化レベルの低下が観察された。
共培養したNALM-6細胞に対する活性化CD19-CAR-T細胞の細胞傷害機能を、標的NALM-6細胞の表面マーカーであるCD19抗原の染色によって測定した。生存NALM-6細胞の量は、共培養後の24時間、48時間、72時間に、それぞれ初期数の27%、21%、30%であった。NALM-6細胞をナイーブ非CD19-CAR T細胞と共培養すると、細胞数は中程度に減少する結果となり、24時間後では51%、48時間後では54%であったが、72時間後では減少は観察されなかった(図5、パネルC)。これらの結果は、CD19-CAR-T細胞の標的特異性、及びNALM-6細胞の増殖を制御する能力を実証する。
T細胞活性化時の選択されたmiRNA発現レベルの動力学
RNAを、活性化T細胞から(ImmunoCult(商標)により)小分子RNAを単離するように設計されるmirVana(商標)miRNA単離キット(Invitrogen(商標)、Thermo Fisher Scientific)を用いて精製した。上記の各miRNA鎖の相対量は、鎖特異的TaqMan(商標)MicroRNAキット(Applied Biosystems(商標)、Thermo Fisher Scientific corporation)を用いた逆転写-qPCR(RT-qPCR)により定量した。
RNAを、活性化T細胞から(ImmunoCult(商標)により)小分子RNAを単離するように設計されるmirVana(商標)miRNA単離キット(Invitrogen(商標)、Thermo Fisher Scientific)を用いて精製した。上記の各miRNA鎖の相対量は、鎖特異的TaqMan(商標)MicroRNAキット(Applied Biosystems(商標)、Thermo Fisher Scientific corporation)を用いた逆転写-qPCR(RT-qPCR)により定量した。
miRNA鎖の発現レベルは、ΔΔCt法を用いて計算した:各miRNA鎖の測定された発現レベルを、内因性参照遺伝子RNU6Bの発現レベルに対して正規化した。非活性化細胞(未治療対照)の正規化発現値に対する活性化細胞の正規化発現値間の比(倍率変化(Fold Change))を計算し、miRNA発現の倍率変化(2^-ΔΔCt値)を表した。
3種のmiRNA(miR-31、miR-23a、miR-28)すべてにおいて、3p鎖の倍率変化は5p鎖のレベルの倍率変化に比べて小さく、これはおそらく5p鎖がRISC複合体にロードされた後、急速に分解されるためであろう。活性化T細胞におけるmir-23a-5p及びmir-31-5p鎖のレベルは、すべての測定時点において、非活性化T細胞におけるレベルと比較して、それぞれ約8倍及び17倍上昇しており(図6、パネルA、B上段パネル)、一方で、mir-28-5pは、T細胞活性化の24時間ではわずかに上昇(4倍)しているが、T細胞活性化のピークである72時間ではベースラインレベルまで減少している(図3-C、上段パネル)。これらの結果は、mir-23aとmir-31との両方がT細胞活性化によってアップレギュレートする一方で、mir-28の両鎖のレベルはT細胞活性化のピークにてベースラインレベルにあるという見解を強めるものである。このような発現パターンが、これらのmiRを遺伝子編集媒介性キャスリングに適したものにしている。
実施例3:CRISPR媒介性のmiRNAノックアウト
この実施例は、pre-mir31とpre-mir23aとをノックアウトする遺伝子編集システムの確立を示しており、この両者の発現はT細胞抗がん効率の低下と関連することが示された。
この実施例は、pre-mir31とpre-mir23aとをノックアウトする遺伝子編集システムの確立を示しており、この両者の発現はT細胞抗がん効率の低下と関連することが示された。
pre-mir31及びpre-mir23aの編集媒介性ノックアウトのためのガイドRNA(gRNA)の設計及び選択
miRNAのmir-31及びmir-23aの編集媒介性ノックアウト(KO)を最適化するために、4種のgRNAを設計した(図7)。T細胞におけるそれぞれのmiRNAのKOを、4対のsgRNA(下記の表2を参照、配列は実施例1に記載)のそれぞれを用いて以下のとおり試験した:PBMCSをImmunoCult(商標)で72時間かけて活性化し、各KO実験用に1×106細胞に分注した。この各細胞アリコートを、1対のsgRNA(各0.75pmol)及び3ugのCas9タンパク質でヌクレオフェクション(特定の電圧及び試薬を適用することで、DNA及びRNAなどの核酸を細胞内に導入することができるエレクトロポレーションベースのトランスフェクション法)にかけた。ヌクレオフェクション後5日目に細胞の半分をゲノムDNA抽出と配列解析のために採取し、残りの半分は7日後のさらなる再活性化のために培養液中に維持した。
miRNAのmir-31及びmir-23aの編集媒介性ノックアウト(KO)を最適化するために、4種のgRNAを設計した(図7)。T細胞におけるそれぞれのmiRNAのKOを、4対のsgRNA(下記の表2を参照、配列は実施例1に記載)のそれぞれを用いて以下のとおり試験した:PBMCSをImmunoCult(商標)で72時間かけて活性化し、各KO実験用に1×106細胞に分注した。この各細胞アリコートを、1対のsgRNA(各0.75pmol)及び3ugのCas9タンパク質でヌクレオフェクション(特定の電圧及び試薬を適用することで、DNA及びRNAなどの核酸を細胞内に導入することができるエレクトロポレーションベースのトランスフェクション法)にかけた。ヌクレオフェクション後5日目に細胞の半分をゲノムDNA抽出と配列解析のために採取し、残りの半分は7日後のさらなる再活性化のために培養液中に維持した。
編集されたT細胞から抽出されたDNAは、それぞれのgRNA対が指向する切除部位に隣接するプライマーを用いてPCR増幅にかけられた。図8に示すように、期待される欠失サイズがそれぞれのgRNA対で達成された。
編集細胞から抽出したDNAのさらなる解析には、T7エンドヌクレアーゼ1(T7E1)ミスマッチ検出アッセイが用いられた。これは、クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート(CRISPR)-Cas9システムなどの部位特異的ヌクレアーゼの活性を評価するために広く用いられている方法である。このアッセイの原理は、欠失部位に隣接するプライマーを用いた標的領域のPCR増幅と、その後のPCR産物の変性と再アニールからなる。この過程で、非欠失断片と欠失断片の混合物を含む二重鎖、及び一方の鎖が欠失し、他方の鎖が欠失しない二重鎖が形成される結果となる。後者の二重鎖には、バルジと呼ばれる対になっていないヌクレオチドの領域が含有される。エンドヌクレアーゼT7E1を加えると、バルジが切断され、その結果、欠失した分子が検出される。
T7エンドヌクレアーゼ1(T7E1)ミスマッチ検出アッセイの結果(図6-A)、4つのgRNA対すべて、特に2+3対で高いmir-31編集効率が示された。gRNA 2+3でヌクレオフェクションした細胞から得られたPCR産物を配列解析にかけたところ、予想された52ヌクレオチドの欠失が確認された(図9、パネルB)。
同様の方法で、4つのgRNA対をmir-23aの編集を介したKOについて評価した。試験したすべてのsgRNA対は、期待される欠失サイズを生成し、miRNA-23 KOの編集効率が高いことを示した(図10、パネルA及びB)。gRNA 1+3及び4+3でヌクレオフェクションした細胞から得られたPCR産物について配列解析による検証を行ったところ、それぞれ71ヌクレオチド及び65ヌクレオチドという期待される欠失サイズが確認された(図10、パネルC及びD)。
実施例4:編集したKO-T細胞の特性評価
この実施例では、実施例3に示されるとおり、miRNA-23及びmiRNA-31がノックアウトされたT細胞の特性評価が示される。
この実施例では、実施例3に示されるとおり、miRNA-23及びmiRNA-31がノックアウトされたT細胞の特性評価が示される。
編集したT細胞の再活性化能力の評価
それぞれのgRNA対でヌクレオフェクションを行うことによって、mir-31-KO後のT細胞の再活性化能力を評価した。上記のとおり編集した細胞をImmunoCult(商標)で活性化し、72時間後に、T細胞活性化マーカーCD25で染色した後、フローサイトメトリーにより活性化の程度を測定した。図11に示すとおり、編集した細胞は80%まで再活性化できる。
それぞれのgRNA対でヌクレオフェクションを行うことによって、mir-31-KO後のT細胞の再活性化能力を評価した。上記のとおり編集した細胞をImmunoCult(商標)で活性化し、72時間後に、T細胞活性化マーカーCD25で染色した後、フローサイトメトリーにより活性化の程度を測定した。図11に示すとおり、編集した細胞は80%まで再活性化できる。
編集を介したKO後のmiRNA発現の評価
mir-31-5pとmir-23a-5p鎖の発現は、mir-31とmir-23aの編集を介したKOの後、CAS9とgRNA 2+3と2+4とをそれぞれ用いて、上記のようにT細胞でRT-qPCRにより測定した。ヌクレオフェクション後5日目に細胞をImmunoCult(商標)で再活性化し、再活性化後72時間に細胞からRNAを抽出し、mir鎖のRT-qPCR定量にかけた。図12に示すとおり、KO T細胞ではmir-31-5pとmir23a-5pとの両鎖の発現は検出されないが、非編集T細胞(未治療=UT)とCCR5を標的とする非関連gRNAで編集したT細胞の陰性対照では、両方の5p mir鎖の発現は明らかである。
mir-31-5pとmir-23a-5p鎖の発現は、mir-31とmir-23aの編集を介したKOの後、CAS9とgRNA 2+3と2+4とをそれぞれ用いて、上記のようにT細胞でRT-qPCRにより測定した。ヌクレオフェクション後5日目に細胞をImmunoCult(商標)で再活性化し、再活性化後72時間に細胞からRNAを抽出し、mir鎖のRT-qPCR定量にかけた。図12に示すとおり、KO T細胞ではmir-31-5pとmir23a-5pとの両鎖の発現は検出されないが、非編集T細胞(未治療=UT)とCCR5を標的とする非関連gRNAで編集したT細胞の陰性対照では、両方の5p mir鎖の発現は明らかである。
実施例5:キャスリング-KO部位へのマイクロRNAのノックイン
この実施例では、望ましくないマイクロRNAコード配列が、望ましいマイクロRNAコード配列の遺伝子座で置換されるという、キャスリングコンセプトを証明する。
この実施例では、望ましくないマイクロRNAコード配列が、望ましいマイクロRNAコード配列の遺伝子座で置換されるという、キャスリングコンセプトを証明する。
mir-31 KO部位へのmir-28 DNAセグメントのノックイン(KI)
mir-31-KOのT細胞において、mir-31の部位にmir-28をKIするためのドナーとして、pre-mir-28の配列を持つ一本鎖DNAオリゴヌクレオチド(86ヌクレオチド長)を用いた。mir-31KO部位へのmir-28配列のKIは、mir-31の上流領域とmir-28挿入の接合部位のPCR増幅を用いて検証した(図13、パネルA)。mir-28のKI効率を測定するために、Droplet Digital PCR(ddPCR)分析を行った。ddPCRは、水-オイルエマルジョン液滴技術に基づくデジタルPCRを行うための方法である。試料は20,000個の液滴に分画され、個々の液滴で鋳型分子のPCR増幅が行われる。次に陽性液滴を数え、正確で絶対的な標的の定量を得る。ddPCRは、上記と同じ接合プライマーを用いて行った(KI陽性イベントを表す)。対照として、KI及びKOの鋳型の両方に共通する領域であるmir-31部位より上流の領域を増幅して、全DNA試料の測定基準とした(図13、パネルB)。mir-31 KO部位へのmir-28 KIの計算された効率は7%であった。
mir-31-KOのT細胞において、mir-31の部位にmir-28をKIするためのドナーとして、pre-mir-28の配列を持つ一本鎖DNAオリゴヌクレオチド(86ヌクレオチド長)を用いた。mir-31KO部位へのmir-28配列のKIは、mir-31の上流領域とmir-28挿入の接合部位のPCR増幅を用いて検証した(図13、パネルA)。mir-28のKI効率を測定するために、Droplet Digital PCR(ddPCR)分析を行った。ddPCRは、水-オイルエマルジョン液滴技術に基づくデジタルPCRを行うための方法である。試料は20,000個の液滴に分画され、個々の液滴で鋳型分子のPCR増幅が行われる。次に陽性液滴を数え、正確で絶対的な標的の定量を得る。ddPCRは、上記と同じ接合プライマーを用いて行った(KI陽性イベントを表す)。対照として、KI及びKOの鋳型の両方に共通する領域であるmir-31部位より上流の領域を増幅して、全DNA試料の測定基準とした(図13、パネルB)。mir-31 KO部位へのmir-28 KIの計算された効率は7%であった。
mir-23a KO部位へのmir-28 DNAセグメントのノックイン(KI)
mir-23a KO部位へのmir-28の編集媒介性KIを行い、ヌクレオフェクション後5日目にImmunocultを用いてヌクレオフェクションしたT細胞を再活性化した。活性化後6時間に細胞からRNAを抽出し、編集媒介性miRの置換を検証するために、RT-qPCRにより両mir鎖の発現レベルを測定した。図14に示すとおり、両方の細胞集団で両方のmir-23a鎖の発現はほとんど検出されず、これはmir-23a KOの効率が高いことを示している。活性化されたmir-23a KO細胞ではmir-28鎖の発現は検出されなかったが、活性化されたmir23a-KO/mir-28-KI T細胞では発現が上昇し、これにより編集媒介性mir-23aのmir-28による置換が成功したことが確認された(図14)。
mir-23a KO部位へのmir-28の編集媒介性KIを行い、ヌクレオフェクション後5日目にImmunocultを用いてヌクレオフェクションしたT細胞を再活性化した。活性化後6時間に細胞からRNAを抽出し、編集媒介性miRの置換を検証するために、RT-qPCRにより両mir鎖の発現レベルを測定した。図14に示すとおり、両方の細胞集団で両方のmir-23a鎖の発現はほとんど検出されず、これはmir-23a KOの効率が高いことを示している。活性化されたmir-23a KO細胞ではmir-28鎖の発現は検出されなかったが、活性化されたmir23a-KO/mir-28-KI T細胞では発現が上昇し、これにより編集媒介性mir-23aのmir-28による置換が成功したことが確認された(図14)。
T細胞における編集媒介性miR置換(キャスリング)の機能性を評価するために、T細胞疲弊に関連し、かつ編集されたmiR(mir-23-a及びmir-28)によって調節される遺伝子の発現を、ImmunoCult(商標)又は照射PBMC(照射PBMCは、T細胞の活性化及び増殖を刺激するため、抗CD3抗体と組み合わせて抗原提示細胞として使用するのに理想的である)によって、該編集細胞の(ヌクレオフェクション後5日目の)再活性化の後48時間に、RT-qPCRで測定した。図15に示すとおり、mir-28によって調節されている免疫チェックポイント遺伝子PD1、TIM-3、及びLAG-3のレベルは、非編集活性化T細胞でのレベルと比較して、活性化mir-23a-KO/mir28-KI T細胞では約50%低い。一方、mir-23aによって調節されているBLIMP-1のレベルは、活性化されたmir-23a-KO/mir28-KI T細胞では、非編集活性化T細胞でのレベルと比較してアップレギュレートされている(1.5~2.5倍)。転写抑制因子BLIMP-1は、長寿命のセントラルメモリー(CM)T細胞ではなく、短寿命の細胞傷害性Tリンパ球(CTL)へのT細胞の終末分化を促進することが知られている。したがって、BLIMP-1のアップレギュレーションは、このKO/KI T細胞が正常なT細胞とは対照的に免疫活性を増加させるであろうことを示している。
まとめると、本明細書で示された結果は、(例示的なタンパク質コード配列として)T細胞機能に有害な作用と有するmiRを有益な作用と有するmiRNAに置換することによって、T細胞における免疫チェックポイント遺伝子の発現に影響を与えることが可能であることを示している。
開示された本発明の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を考慮すると、示された実施形態は本発明の好ましい例に過ぎず、本発明の範囲を限定するものとして捉えられるべきではないことを認識すべきである。むしろ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって定義される。したがって本発明者らは、これらの請求項の範囲及び精神に含まれるすべてのものを発明として主張する。
Claims (18)
- 細胞療法のために単離された細胞を改変するための方法であって、前記方法は:
培養液中の複数の単離された細胞を提供する工程;及び
前記複数の単離された細胞において、発現が細胞療法の効率に有害である第1のRNAコード配列を含む第1の活発に転写される遺伝子座に、発現が細胞療法の効率に有益である第2のRNAコード配列を挿入し、それにより前記第2のRNAコード配列を前記第1の遺伝子座の転写調節性配列に作動可能に連結する工程、
を含み、
前記第2のRNAコード配列を前記第1の遺伝子座に挿入することにより、前記第1のRNAコード配列の発現を消失させ、かつ前記第1のRNAコード配列を破壊又は置換するか、又は前記第1のRNAコード配列は、前記第2のRNAコード配列を挿入する前に切除され、
前記第2のRNAコード配列は、miRNAコード配列であり、
前記第2のRNAコード配列の挿入、及び任意に前記第1のRNAコード配列の切除は、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート(CRISPR)-Cas関連ヌクレアーゼ、及びジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)から選択される遺伝子編集技術によって行われ、かつ
前記第1の遺伝子座における転写を開始するのに十分な条件下で、前記第1の遺伝子座での前記第2のRNAコード配列の発現が誘導される、
前記方法。 - 前記方法は、前記第2のRNAコード配列を含む第2の遺伝子座に、前記第1のRNAコード配列を挿入し、それにより前記第1のRNAコード配列を前記第2の遺伝子座の転写調節性配列に作動可能に連結することをさらに含み、
前記第2の遺伝子座における転写を阻害するのに十分な条件下で、前記第2の遺伝子座での前記第1のRNAコード配列の発現が阻害される、
請求項1に記載の方法。 - 前記第1のRNAコード配列は、miRNAコード配列又はタンパク質コード配列である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記単離された細胞は、多能性造血幹細胞若しくはその継代、又は間葉系幹細胞若しくはその継代である、請求項3に記載の方法。
- 前記単離された細胞は、マクロファージ、ナチュラルキラー細胞、Tリンパ球、Bリンパ球、又はマスト細胞である、請求項4に記載の方法。
- 前記Tリンパ球は、天然T細胞、誘導化制御性T細胞、細胞傷害性T細胞、ナチュラルキラー(NK)T細胞、ヘルパーT細胞、又はキメラ抗原受容体(CAR)T細胞である、請求項5に記載の方法。
- 前記単離された細胞は、実質細胞である、請求項3に記載の方法。
- 前記実質細胞は、肝細胞である、請求項7に記載の方法。
- 前記第2のmiRNAは、miR-181a、miR-28、及び/又はmiR-149-3pからなる群から選択される、請求項6に記載の方法。
- 前記第1のmiRNAは、miR-146a、miR-31、miR-21、及び/又はmiR-23aからなる群から選択される、請求項6に記載の方法。
- 前記単離された細胞は、制御性T細胞であり、前記第2のmiRNAは、miR-146aであり、かつ前記第1のmiRNAは、miR-17である、請求項6に記載の方法。
- 前記第2のRNAは、miR-222、miR-191、及び/又はmiR-224である、請求項8に記載の方法。
- 前記第1のRNAは、miR-27aである、請求項8に記載の方法。
- 前記第2のRNAは、miR-222、miR-191、又はmiR-224である、請求項13に記載の方法。
- 養子細胞移入のためのリンパ球の治療効率を高めるための方法であって、前記方法は:
培養液中の複数の単離されたリンパ球を提供する工程;及び
前記単離されたリンパ球に、タンパク質コード遺伝子又は第1のmiRNAコード配列を含む遺伝子座にて、第2のmiRNAコード配列を挿入し、それにより、前記タンパク質コード遺伝子又はmiRNAコード配列の発現を破壊する工程、
を含み、
前記挿入は、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート(CRISPR)-Cas関連ヌクレアーゼ、及びジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)から選択される遺伝子編集技術によって行われ、かつ
前記第2のmiRNAコード配列の挿入により、前記タンパク質コード遺伝子の発現を消失させるか、又は前記第1のmiRNAコード配列の発現を消失させる、
前記方法。 - 前記タンパク質コード遺伝子は、阻害性免疫チェックポイント遺伝子である、請求項15に記載の方法。
- 前記第2のmiRNAコード配列は、miR-181a、miR-28、又はmiR-149-3pである、請求項15に記載の方法。
- 前記第2のmiRNAコード配列を挿入する前に、前記第1のmiRNAコード配列を遺伝子編集技術により切除する、請求項15に記載の方法。
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