JP4243653B2 - 内皮細胞特異性を示すプロモーター及びその使用法 - Google Patents
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Description
発明の領域及び背景
本発明は、内皮細胞特異的プロモーター活性を示す単離されたポリヌクレオチド配列、及びその使用法に関し、より具体的には、増加した内皮細胞における活性及び特異性を示す修飾型プレプロエンドセリン−1(PPE−1)プロモーターに関する。本発明は、さらに、低酸素及び血管形成を含む生理学的条件に応答して発現を増強するPPEプロモーターの修飾に関する。
【0002】
遺伝子治療は、先天性及び後天性のヒト疾患を治療するための最先端のモダリティである。癌、心臓血管疾患、及び末梢血管疾患の遺伝子治療のための方法の開発には、多大な努力が向けられているが、効率的かつ特異的な遺伝子送達には依然として大きな障壁が存在する。一般的に、シャトルとして組換えウイルスベクターを使用した、目的の遺伝子による遺伝子治療の主な限定要因は、目的の遺伝子を標的組織へと特異的に差し向ける能力である。この目的のために使用されているアデノウイルスは、種々の親和性で極めて多様な細胞に感染することができる。実際、非組織特異的プロモーターの使用は、目的の遺伝子の発現の最大95%を肝臓において誘導し;従って、発現の制御が、高度に必要とされている。さらに、遺伝子をターゲティングする場合、正常な血管内皮と、増殖中の腫瘍内の発達中の血管内皮とを区別することは、現在、不可能である。
【0003】
癌発生においても血管疾患においても、血管形成、新たな血管の創生が、中心的な役割を果たす。従って、血管内皮に対する遺伝子治療によるこの過程の制御は、これらの疾患のターゲティッド療法の誘導において圧倒的に重要であるかもしれない。
【0004】
レトロウイルスベクターにより送達されるヒトプレプロエンドセリン−1(PPE−1)の高い効率が、インビトロ内皮細胞(EC)及びトランスジェニック動物モデルにおいて得られた。しかしながら、先行技術は、インビボ遺伝子治療のためのこのプロモーターの使用を教示していない。ヒトPPE−1は、他の動物、最も顕著にはマウスのPPE−1遺伝子に見い出される制御因子を欠いている。
【0005】
米国特許第5747340号は、マウスPPE−1プロモーター及びその一部の使用を教示している。しかしながら、この特許は、内皮特異性を保存しつつ、PPEプロモーターにより達成される発現レベルを増加させるために、内皮特異的エンハンサーが利用されうることの暗示又は示唆を全く含有していない。さらに、この特許は、PPE−1プロモーターが、低酸素条件下で、より高い転写レベルへと誘導されることを教示していない。
【0006】
このように、上記の制限を有しない、改良された内皮細胞特異的プロモーター、その使用法、及びそれらにより形質転換された細胞の、広く認識された必要が存在しており、そしてそれらを入手することは、高度に有利であろう。開示された発明は、心臓血管疾患、癌の治療、及び創傷治癒において、従来既知の配置と比較して増加した有用性を示すと予想される。
【0007】
発明の概要
本発明の一つの面によると、真核細胞においてプロモーターとして機能性の単離されたポリヌクレオチドが提供される。単離されたポリヌクレオチドには、配列番号:6に示された配列少なくとも2コピーを含むエンハンサー因子が含まれる。
【0008】
本発明のもう一つの面によると、活性RNA分子、又は酵素、レポーター分子等のようなタンパク質をコードする目的の核酸配列を、内皮細胞において発現させる方法が提供される。本方法は、真核細胞において機能性のプロモーターの制御調節下に置かれた目的の核酸配列を含む構築物を、対象へ投与することを含む。構築物は、配列番号:6に示された配列少なくとも1コピーを含むエンハンサー因子をさらに含む。
【0009】
本発明のさらにもう一つの面によると、組織における血管形成を制御する方法が提供される。本方法は、(a)内皮細胞特異的プロモーターと;(b)配列番号:5に示された低酸素応答因子少なくとも1コピーと;(c)プロモーター及び低酸素応答因子の制御調節下にある、血管形成制御剤をコードする核酸配列とを含む核酸構築物を投与することを含む。
【0010】
本発明のさらにもう一つの面によると、真核細胞においてプロモーターとして機能性の単離されたポリヌクレオチドが提供される。単離されたポリヌクレオチドは、配列番号:7に示された配列を含むエンハンサー因子を含む。
【0011】
本発明の付加的な面によると、組織における血管形成を制御する方法が提供される。本方法は、(a)内皮細胞特異的プロモーターと;(b)配列番号:7に示された配列を含むエンハンサー因子と;(c)配列番号:5に示された低酸素応答因子少なくとも1コピーと;(d)プロモーター、エンハンサー因子、及び低酸素応答因子の制御調節下にある、血管形成制御剤をコードする核酸配列とを含む核酸構築物を投与することを含む。
【0012】
本発明のさらなる面によると、真核細胞においてプロモーターとして機能性の単離されたポリヌクレオチドが提供され、単離されたポリヌクレオチドは、配列番号:8に示された配列少なくとも1コピーを含むエンハンサー因子を含む。
【0013】
本発明のさらなる面によると、目的の核酸配列を内皮細胞において発現させる方法が提供され、本方法は、真核細胞において機能性のプロモーターの制御調節下に置かれた目的の核酸配列と、配列番号:8に示された配列少なくとも1コピーを含むエンハンサー因子とを含む構築物を、対象へ投与することを含む。
【0014】
本発明のさらにもう一つの面によると、真核細胞においてプロモーターとして機能性の単離されたポリヌクレオチドが提供され、単離されたポリヌクレオチドは、配列番号:8に示された配列を含むエンハンサー因子を含む。
【0015】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、エンハンサー因子は、配列番号:6に示された配列3コピーを含む。
【0016】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、配列番号:6に示された配列少なくとも2コピーは近接している。
【0017】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、単離されたポリヌクレオチドは、さらに内皮特異的プロモーター因子を含む。
【0018】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、内皮特異的プロモーター因子は、PPE−1プロモーター少なくとも1コピーを含む。
【0019】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、単離されたポリヌクレオチドは、低酸素応答因子をさらに含む。
【0020】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、低酸素応答因子は、配列番号:5に示された配列少なくとも1コピーを含む。
【0021】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、エンハンサー因子は配列番号:7に示されるようなものである。
【0022】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、特許請求の範囲に記載された単離されたポリヌクレオチドと、単離されたポリヌクレオチドの制御調節下にある目的の核酸配列とを含む核酸構築物が提供される。
【0023】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、目的の核酸配列は、VEGF、p55、及びPDGF−BBからなる群より選択される。
【0024】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、特許請求の範囲に記載された単離されたポリヌクレオチドにより形質転換された哺乳動物細胞が提供される。
【0025】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、プロモーターは、内皮細胞特異性を示す。
【0026】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、プロモーターは、配列番号:1に示されるようなPPE−1プロモーターである。
【0027】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、投与は、(i)全身インビボ投与;(ii)対象の身体から摘出された細胞へのエクスビボ投与、及びその後の対象の身体への細胞の再導入;並びに(iii)局所インビボ投与からなる群より選択される方法によって達成される。
【0028】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、核酸構築物は、配列番号:6に示された配列少なくとも2コピーを含むエンハンサー因子をさらに含む。
【0029】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、内皮細胞特異的プロモーターは、PPE−1プロモーター少なくとも1コピーを含む。
【0030】
本発明の好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、特許請求の範囲に記載された単離されたポリヌクレオチドと、単離されたポリヌクレオチドの制御調節下にある目的の核酸配列とを含む核酸構築物が提供される。
【0031】
記載された好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、エンハンサー因子は、配列番号:6に示された配列少なくとも1コピーをさらに含む。
【0032】
記載された好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、エンハンサー因子は、配列番号:8に示された配列1コピーと、配列番号:6に示された配列少なくとも2コピーとを含む。
【0033】
記載された好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、エンハンサー因子は、配列番号:6に示された配列少なくとも1コピーをさらに含む。
【0034】
記載された好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、少なくとも1コピーには2コピーが含まれる。
【0035】
記載された好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、核酸構築物は、配列番号:8に示された配列少なくとも1コピーを含むエンハンサー因子をさらに含む。
【0036】
本発明のさらにもう一つの面によると、(a)内皮細胞特異的プロモーターと;(b)配列番号:8に示された配列少なくとも1コピーを含むエンハンサー因子と;(c)プロモーター及びエンハンサー因子の制御調節下にある、血管形成制御剤をコードする核酸配列とを含む核酸構築物を投与することを含む、組織における血管形成を制御する方法が提供される。
【0037】
記載された好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、エンハンサー因子は、配列番号:6に示された配列少なくとも1コピーをさらに含む。
【0038】
記載された好ましい実施態様におけるさらなる特徴によると、エンハンサー因子は、配列番号:8に示された配列1コピーと、配列番号:6に示された配列少なくとも2コピーとを含む。
【0039】
本発明は、内皮細胞特異性を有する改良された単離されたポリヌクレオチド配列、及びその使用法を提供することにより、現在既知の配置の欠点をうまく解決する。配列の改良は、従来は実行不可能と考えられた多様な疾患、障害、及び状態を治療する実行可能な方法を作成する。特に、改良は、内皮細胞への特異性の増加、目的の配列の発現レベルの増加、並びに虚血及び血管形成を含む状態による誘導の増強に関する。
【0040】
図面の簡単な説明
本発明は、添付の図面を参照しつつ、例示のためにのみ、本明細書に記載される。特に詳細な図面に関して、示された明細は、例示のためのものであり、本発明の好ましい実施態様の例示的な記述のみを目的とするものであり、本発明の原理及び概念的な面の、最も有用で、かつ容易に理解される記載であると考えられるものの提供のために提示されることが強調される。これに関して、本発明の基本的な理解に必要であるより詳細には本発明の構造的な詳細を示す試みはなされておらず、図面と共に参照された記載によって、本発明のいくつかの形態がいかにして実際に具体化されうるかが、当業者には明白となるであろう。
図1は、非内皮対照としてB2B細胞系を使用した、ウシ及びヒト両方の内皮細胞系におけるルシフェラーゼ発現に対する、本発明のエンハンサー因子の効果を例示するヒストグラムである。
図2は、様々な細胞系におけるルシフェラーゼ発現に対する、アデノウイルスベクター内の本発明のプロモーターの内皮特異性を例示するヒストグラムである。
図3A及び3Bは、BAEC細胞系における、本発明のAd5PPE−1−3X及びAd5CMV対照構築物の調節下でのGFP発現を例示する光学顕微鏡写真である。
図4は、内皮細胞及び非内皮細胞におけるpACPPE−1−3Xp55、pACPPE−1−3Xルシフェラーゼ、及びpCCMVp55により誘導されたアポトーシス率(%)のヒストグラムである。
図5は、本発明に係るエンハンサー因子のプロモーター構築物への導入の、低酸素応答に対する効果を例示するヒストグラムである。
図6は、本発明に係るエンハンサー因子の、アデノベクター構築物のプロモーターへの導入の、低酸素応答に対する効果を例示するヒストグラムである。
図7は、本発明に係るエンハンサー因子のプロモーターへの導入の、ウシ及びヒトの内皮細胞系における発現レベルに対する効果を例示するヒストグラムである。
図8は、内皮プロモーター(PPE−1)又は対照(CMV)プロモーターいずれかを含有しているアデノウイルス構築物の注射後に、様々な器官において観察されたレポーター遺伝子の発現レベルを例示するヒストグラムである。
図9A〜Bは、構築物を注射されたマウスの肝組織におけるAd5CMVGFP構築物(図9A)及びAd5PPE−1−GFP構築物(図9B)の細胞発現を例示する二つの光学顕微鏡写真である。
図10は、本発明に係るエンハンサー因子のプロモーターへの導入の、内皮細胞系及び非内皮細胞系における発現レベルに対する効果を例示するヒストグラムである。
図11は、本発明に係るエンハンサー因子のプロモーターへの導入の、内皮細胞系及び非内皮細胞系における発現レベルに対する効果を例示するヒストグラムである。
図12A〜Cは、Ad5PPE−1−3XGFPにより形質導入された細胞、Ad5PPE−1GFPにより形質導入された細胞、及びAd5CMVGFPにより形質導入された細胞におけるGFP発現を例示する顕微鏡写真である。
図13A〜Bは、moi−1のAd5PPE−1−3XGFP及びAd5CMVGFPによりそれぞれ形質導入されたSMCにおけるGFP発現を例示する。
図14A〜Bは、HeLa細胞において行われた図13A〜Bの実験と類似の実験の結果を示す。
図15A〜Bは、HepG2細胞において行われた図13A〜Bの実験と類似の実験の結果を示す。
図16A〜Bは、NSF細胞において行われた図13A〜Bの実験と類似の実験の結果を示す。
図17A〜Bは、それぞれAd5PPE−1GFP及びAd5PPE−1−3XGFPを注射されたマウスの血管を裏打ちしている内皮細胞におけるGFP発現を例示する顕微鏡写真である。
図18A〜Cは、注射されたマウスの腎組織からの結果を例示する顕微鏡写真である。Ad5CMVGFPを注射されたマウス(図18A)、Ad5PPE−1GFP(図18B;わずかに高度のGFP発現が血管壁に可視である;矢印によって示されている)、及びAd5PPE−1−3XGFP(図18C)。
図19A〜Cは、脾組織切片に対して行われた、図18A〜Cに図示された実験と類似の実験を例示する。
図20A〜D及び図20C’〜D’は、生理食塩水を注射された対照マウス(図20A)、Ad5CMVGFPを注射されたマウス(図20B)、Ad5PPE−1GFPを注射されたマウス(図20C)、及びAd5PPE−1−3XGFPを注射されたマウス(図20D)の転移肺におけるGFP発現を例示する。抗Cd31免疫染色(図20C’〜20D’)は、各転移組織におけるGFP発現及びCD31発現の共局在を確証している。
図21は、マウスPPE−1プロモーターを含有しているプラスミドによりトランスフェクトされたBAECにおけるルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)が、トランスフェクトされた細胞を低酸素条件下でインキュベートした場合に、有意に高くなることを例示するヒストグラムである。
図22は、Ad5PPE−1Luc及びAd5CMVLucが利用されたことを除き、図21と同様のヒストグラムである。
図23は、種々の細胞系における低酸素の効果を示す、図22と同様の一連のヒストグラムである。
図24は、本発明の3X配列の、BAEC細胞におけるPPE−1低酸素応答に対する効果を例示するヒストグラムである。細胞は、Ad5PPE−1Luc及びAd5PPE−1−3XLucにより形質導入された。
図25は、大腿動脈結紮後のPPE−1−Lucトランスジェニックマウスにおけるルシフェラーゼ発現のレベルを示すヒストグラムである。
図26A〜Bは、本発明と併せて利用された構築物のプラスミド地図である。
図27A〜Dは、結紮後21日目の、種々の処理群からの代表的な動物の結紮された肢の一連の超音波画像である。図27A:対照Ad5CMVLuc処理;図27B:対照生理食塩水処理;図27C:Ad5PPE−3X−VEGF処理;図27D:Ad5CMV−VEGF処理。
図28は、Ad5PPE−1Luc(白バー)及びAd5CMVLuc(黒バー)により形質導入された増殖期及び休止期のウシ大動脈内皮細胞(BAEC)におけるルシフェラーゼ活性を例示するヒストグラムである。
図29は、VEGF添加後の正常増殖中、休止状態、及び急速増殖中のAd5PPE−1Lucにより形質導入されたBAECにおけるルシフェラーゼ活性を例示するヒストグラムである。
図30A〜Bは、Ad5PPE−1Luc及びAd5CMVLucを注射された正常C57BL/6マウスの(図30A)大動脈及び肝臓(図30B)におけるルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。活性は、注射後1日目(n=13)、5日目(n=34)、14日目(n=32)、30日目(n=20)、及び90日目(n=11)に決定された。
図31A〜Bは、注射された正常なBALB/Cマウスにおける、Ad5PPE−1Luc(白バー)又はAd5CMVLuc(黒バー)の注射後5日目(図31A)及び14日目(図31B)(各時点についてn=10)に検出された相対ルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。活性は、各動物の全身ルシフェラーゼ発現に対する比率(%)として表されている。
図32は、スーダン−IVにより着色されたApoE欠損マウスから解剖された大動脈を図示する先行技術の画像である。胸大動脈は、比較的少ない赤色に染色されたアテローム性動脈硬化巣を含有しており、腹領域は、多くの赤色に染色されたアテローム性動脈硬化巣を含んでいる。(125I−HDL及び、125I−BSAによる大動脈アテローム性動脈硬化巣の画像法(A.Shaish ら、Pathobiology−投稿中)より編集した)。
図33は、Ad5PPE−1Luc(白バー;n=12)又はAd5CMVLuc(黒バー;n=12)のApoE欠損マウスへの全身注射後5日目に検出された絶対ルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。高い病巣レベルを含有している腹大動脈から、及び、胸区域(低い病巣レベル)から、ルシフェラーゼ活性が観察された。
図34は、創傷治癒中のC57BL/6誘導マウスへのAd5PPE−1Luc(黒バー)又はAd5CMVLuc(白バー)の全身注射後5日目の絶対ルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
図35は、ルイス肺癌誘導マウスの正常肺、転移肺、及び原発腫瘍におけるルシフェラーゼ活性を例示するヒストグラムである。ルイス肺癌は、原発腫瘍モデルについては背部へ、転移モデルについては足蹠へ、D122−96細胞を注射することによって誘導された。ルシフェラーゼ活性は、Ad5PPE−1Luc(n=9;白バー)又はAd5CMVLuc(n=12;黒バー)の全身注射後5日目に測定された。活性は光単位/μgタンパク質として表されている。
図36A〜Dは、Ad5PPE−1GFPの腫瘍内注射後のLLC保持マウスの肺及び腫瘍におけるGFP発現及び組織形態学を例示する顕微鏡写真である。組織は、OCT中で凍結させられ、低温槽によって10μmに切片化された。写真は、全て、25×の倍率で撮影された。図36A−肺転移の血管形成性血管におけるGFP;図36B−図36Aに描写された切片のCD31抗体免疫染色;図36C−原発腫瘍の血管におけるGFP発現;図36D−血管を例示するCの切片の位相差。
図37は、Ad5CMVLuc、Ad5PPE−1Luc、及びAd5PPE−1−3X−Lucを注射されたルイス肺癌誘導マウスのの正常肺及び転移肺におけるルシフェラーゼ発現を例示するヒストグラムである。ルイス肺癌は、転移モデルについては足蹠に注射されたD122−96細胞によって誘導された。ルシフェラーゼ活性は、Ad5CMVLuc(n=7;黒バー)、Ad5PPE−1Luc(n=6;灰色バー)、又はAd5PPE−1−3XLuc(n=13;茶色バー)の全身注射後5日目に測定された。活性は光単位/μgタンパク質として表されている。
図38は、Ad5CMV、Ad5PPE−1Luc、及びAd5PPE−1(3X)を注射されたルイス肺癌誘導マウスの正常肺及び肺転移における肝臓活性に対する比率(%)(肝臓を100%とした場合)としてのルシフェラーゼ活性を例示するヒストグラムである。
図39A〜Bは、Ad5PPE−1−3X−GFPを注射されたLLC肺転移を有するマウスにおけるGFP発現(図39A)及びCd31免疫染色(図39B)の共局在を例示する顕微鏡写真である。
図40は、大腿結紮後2日目、5日目、10日目、及び18日目のPPE−1ルシフェラーゼトランスジェニックマウスの筋肉(虚血及び正常)、並びに対照(非結紮動物−0日目;各群n=8)におけるルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
図41は、大腿結紮後5日目(n=6)、10日目(n=6)、及び18日目(n=8)のPPE−1ルシフェラーゼトランスジェニックマウスの肝臓、肺、及び筋肉内(虚血及び正常)大動脈、並びに対照(非結紮動物−0日目)におけるルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
図42は、Ad5CMVLuc(黒バー)又はAd5PPE−1Luc(白バー)を原発腫瘍内に注射されたLLCマウスの肝臓、肺、及び原発腫瘍において検出されたルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
【0041】
好ましい実施態様の説明
本発明は、目的の配列の高レベル発現を、内皮細胞、特に血管形成に参加している内皮細胞へと差し向けるために利用されうる、改良された内皮細胞特異的プロモーターの発明である。
【0042】
本発明の原理及び使用は、図面及び添付の記載を参照することにより、よりよく理解されうる。
【0043】
本発明の少なくとも一つの実施態様を詳細に説明する前に、本発明は、以下の記載において示された、又は実施例及び図面に例示された構築物の詳細及び成分の配置に、その適用が制限されないことを理解されたい。本発明は、他の実施態様も可能であり、又は様々な方式で実行もしくは実施されうる。又、本明細書において利用された語法及び術語は、記載の目的のためのものであり、制限的なものと見なすべきではないことも理解されたい。
【0044】
内皮特異的プロモーターは以前に記載されているが(例えば、米国特許第5747340号)、これらのプロモーターは、典型的には、発現を内皮細胞へと差し向ける効率が低いか、又はインビボでは内皮細胞に特異的であることが証明されていない。
【0045】
内皮細胞に特異的なエンハンサー因子も、記載されている。ブー(Bu)ら(J.Biol Chem.(1997)272(19):32613−32622)は、(因子ETE−C、ETE−D、及びETE−Eを含有している)PPE−1の1Xエンハンサー因子3コピー(3X)が、インビトロでプロモーター配列に内皮細胞特異性を付与することを証明したが、そのような活性はインビボでは証明されていない。
【0046】
当分野において周知なように、インビトロ実験から、インビボの結果を確実に予測することはできない。そのため、ブー(Bu)らによって提示された結果は、内皮細胞特異性は示唆しているが、インビボでの3Xエンハンサー因子の有用性に関しては十分な証拠を提供していない。
【0047】
インビボ研究の不足からも、完全生物における3Xエンハンサー因子の内皮細胞特異性は疑問である。インビボで利用された場合、特に血管形成を制御するために利用された場合、血管形成制御剤(例えば、細胞毒)の発現を、内皮細胞、好ましくは血管形成に関与している内皮細胞の特定のサブセットへと特異的に差し向けることは不可欠であるため、このデータの不足は、この因子の治療適用が疑わしいことを意味している。
【0048】
下記の実施例セクションにおいて例示されるように、本発明者らは、精力的な実験を通して、初めて、3Xエンハンサー因子のインビボ活性に関する決定的な証拠を提供した。そのような証拠は、3X因子及びその配列誘導体(例えば、配列番号:7)が、治療適用における使用に高度に適していることを同定している。
【0049】
さらに、本発明を実行する中で、本発明のPPE−1エンハンサー配列の新規な配置が、血管形成に参加している内皮細胞における予想外の、高度に特異的な活性を、プロモーター配列に付与することが発見された。
【0050】
従って、本発明の一つの面によると、ヒトのような哺乳動物において内皮細胞特異的プロモーターとして機能性の単離されたポリヌクレオチドが提供される。
【0051】
単離されたポリヌクレオチドは、下記の実施例セクションにおいて例示されるように、血管形成に参加している内皮細胞における発現の制御において重要な役割を果たす、配列番号:6に示された配列1コピー以上を含み、好ましくは配列番号:8に示された配列1コピー以上も含むエンハンサー因子を含む。
【0052】
本発明により活用可能なエンハンサー因子の一つの特定の新規な配列配置は、配列番号:7に例示される。
【0053】
この明細書及び添付の特許請求の範囲の目的のため、「エンハンサー」という用語は、プロモーターの転写効率を増加させる任意のポリヌクレオチド配列をさす。
【0054】
本発明のいくつかの実施態様によると、単離されたポリヌクレオチドは、配列番号:6及び/又は8の近接したコピーを含む。そのような配列は、好ましくは、頭部−尾部方向で位置付けられているが、本発明のエンハンサー因子は、例えば、エンハンサー因子の構築において配列番号:6又は8と相補的な配列を使用することにより、配列番号:6又は8の配列の特定の一部分1コピー以上を逆方向で含んでいてもよい。
【0055】
好ましくは、単離されたポリヌクレオチドは、内皮細胞特異的プロモーター配列因子をさらに含む。この明細書及び添付の特許請求の範囲の目的のため、「プロモーター」という用語は、下流の目的の配列のRNA転写を媒介することができる任意のポリヌクレオチド配列をさす。内皮特異的プロモーター因子は、例えば、PPE−1プロモーター少なくとも1コピーを含みうる。
【0056】
好ましくは、単離されたポリヌクレオチドは、低酸素応答因子、例えば配列番号:5に示された配列少なくとも1コピーをさらに含む。
【0057】
従って、本発明のこの面によると、様々なエンハンサー因子配置を含む内皮細胞特異的プロモーターが提供される。
【0058】
エンハンサー因子配列は、使用されるプロモーター配列の内部、プロモーターの上流、プロモーターと下流の目的の配列との間、又は目的の配列の内部(例えば、イントロン)に位置付けられうることが認識されるであろう。
【0059】
本発明の単離された核酸配列は、真核生物組織、特に増殖中の内皮細胞、例えば血管形成に関与している内皮細胞における遺伝子発現を制御するために使用されうる。
【0060】
従って、本発明の単離されたポリヌクレオチド配列は、いくつかの場合においては、本発明の単離されたポリヌクレオチドの制御調節下に置かれた目的の核酸配列をさらに含む核酸構築物の一部として提供されうる。そのような核酸構築物は、例えば選択マーカーをコードする配列、細菌の複製開始点、又はレポーターポリペプチドをコードする配列のような任意の付加的なポリヌクレオチド配列をさらに含みうることが認識されるであろう。そのような核酸構築物は、好ましくは哺乳動物細胞発現のための配置を有し、ウイルス由来であり得る。哺乳動物発現に適した核酸構築物の多数の例が当分野において既知であり、下記の実施例セクションはいくつかのそのような構築物のさらなる詳細を提供する。
【0061】
この明細書及び添付の特許請求の範囲の目的のため、「目的の配列」という語句は、RNAポリメラーゼによって転写される能力を有する任意のポリヌクレオチド配列をさす。この定義には、ポリペプチドへと翻訳可能なコーディング配列のみならず、翻訳を受ける運命にないアンチセンスRNA、DNAと結合するRNA、リボザイム、及びその他の分子モエティのための配列も含まれる。本発明に係る構築物によって使用されうる目的の核酸配列の例は、以下、及び下記の実施例セクションにおいて提供される。
【0062】
下記の実施例は、本発明の改良された内皮細胞特異的プロモーターが、全身インビボ投与の後に、レポーター遺伝子の発現を内皮組織へと確実に差し向けることができることを例示する。これらの実施例は、さらに、初めて、本発明の単離されたポリヌクレオチドが、アテローム性動脈硬化組織及び/又は血管形成性組織において優先的にレポータータンパク質(GFP)を発現させるために使用されうることを示しており、従って治療適用におけるPPE−1エンハンサー因子及びその誘導体の重要性に関する直接証拠を初めて提供する。
【0063】
GFPのようなレポータータンパク質の使用は、特に動物モデルにおける、転移腫瘍増殖の初期段階の検出における、又は転移の非侵入的画像法(Yang,M.ら、Proc.Nat.Acad.of Sci.(2001)27:2616−2621)のための有用性を有しているかもしれないが、そのような使用は、特許請求の範囲に記載された発明の企図された有用性の極く一部にすぎない。例えば、AdPPE−1GFPは、比較的非侵入的な方法によって血管形成を追跡し治療するため、AdPPE1tk、AdPPE−1p55、及び/又はその他の抗血管形成治療と組み合わせて使用されうると考えられる。
【0064】
例えばAdPPE−1−3X−p55の構築物におけるGFPレポーター遺伝子のアポトーシス誘導因子(例えば、p55;GenBankアクセッション番号M75866)への置換は、増殖中の腫瘍の血管形成性血管内の急速に増殖中の内皮細胞へとアポトーシスを確実にターゲティングすると予測される。そのようなベクターは全身投与されうるため、それは、病巣の位置を発見することなく、発達中の転移病巣においてアポトーシスを効率的に誘導するために利用されうる。そのような使用は、先行技術の実務と比較すると有意な改良である。発達中の血管系において特異的にアポトーシスを誘導することにより、血管形成を排除することが実施可能である。
【0065】
反対のアプローチは、例えば、アテローム性動脈硬化患者において、又は疾患もしくは外傷の結果として末梢循環系の有意な障害を被った患者において、組織の血管を再生させるために使用されうる。この場合、AdPPE−1−3X−GF型(ここで、GFは増殖因子(例えば、サイトカイン)である)の構築物、又はその修飾型(例えば、AdPPE−1−配列番号:7−GF)が、利用されうる。このような情況において使用するのに適した増殖因子には、これらに制限はされないが、VEGF(GenBankアクセッション番号M95200)及びラットPDGF−BB(GenBankアクセッション番号;mus−AF162784と99%同一)、及びEGR−1(GenBankアクセッション番号M22326)、FGF(これらに制限はされないが、GenBankアクセッション番号XM003306を含む)、並びにそれらの組み合わせが含まれる。
【0066】
さらに虚血組織への発現選択性を増強し、それにより選択された組織の血管を再生させるため、本発明のプロモーター配列への低酸素応答因子(例えば、配列番号:5)の組み込みが使用されうることが認識されよう。血液供給が改良されるにつれ、虚血が軽減され、低酸素応答因子が誘導されないようになり、GFレベルが低下し、そして血管再生過程が停止する。
【0067】
本発明の教示に従い作成されたプロモーター配列は、組織における血管形成の制御において特に有用である。下記の実施例セクションにおいて例示されるように、本発明の修飾型3X(配列番号:7)含有プロモーター配列及び未修飾型PPE−1プロモーターは、いずれも、LLCモデルの転移巣において発現される。しかしながら、実施例22は、修飾型3X配列が、正常肺におけるレポーター遺伝子の発現レベルの減少、及び転移巣におけるレポーター遺伝子の発現の劇的な増加の両方を特異的に担っていることを明白に例示している。そのような結果が達成されうることの暗示又は示唆は、先行技術には存在しない。従って、遺伝子治療情況における3X因子を含む構築物の使用は、周囲の正常組織に対する毒性効果を最小限に抑えつつ、腫瘍への送達を最大限に増加させると予想されうる。重要なこととして、図37において例示されるように、周囲の組織が内皮成分を含有している場合であっても、このことは当てはまる。その理由は、実施例11において証明されるように、3X配列が、PPE−1プロモーターとの関連においてでも、急速に増殖中の内皮組織における発現レベルを大きく増加させるためである。
【0068】
例えば、p55遺伝子は、増殖中の腫瘍において特異的にアポトーシスを誘導するために、低酸素応答因子を含有している本発明のプロモーターと併せて使用されうる。腫瘍増殖がしばしば周囲の組織の血管形成能を超えるため、増殖中の腫瘍塊は虚血へと向かっていることから、そのような戦略は実施可能であると考えられる。腫瘍塊を特異的に縮小させるために本発明のプロモーター配列と共に使用されうるその他の発現可能細胞毒には、これらに制限はされないが、その他のアポトーシス促進性遺伝子、ヘルペス単純チミジンキナーゼ遺伝子(HSV−tk;InvivoGen,San Diego,CAより入手可能なpORF−HSV1tk発現ベクターに含まれている)、アンジオスタチン(Genbankアクセッション番号X05199)、エンドスタチン(Genbankアクセッション番号M33272)、及びアンジオスタチン−エンドスタチンキメラ(InvivoGen、San Diego、カルフォルニア州、より入手可能なpORF−HSV1tk発現ベクターに含まれている)が含まれる。
【0069】
別法として、又はさらに、アンジオスタチン遺伝子又はエンドスタチン遺伝子は、アポトーシスを誘導することなく、特異的に血管形成を阻止するために、本発明のプロモーターと併せて使用されうる。
【0070】
従って、別の好ましい実施態様によると、血管形成は刺激又は阻止されうる。この柔軟性は、これらに制限はされないが、腫瘍塊の縮小、及び心臓のアテローム性動脈硬化領域の血管再生、又は血液供給が不充分な末梢組織の新血管新生を含む、本発明の多様な用途を可能にするであろう。一つの関連した臨床的シナリオは、糖尿病患者の四肢への血液供給を増加させるための新たな血管を生成させるための、本発明に係るプロモーターの使用である。
【0071】
本発明に係る核酸構築物は、そのまま対象(哺乳動物、好ましくはヒト)へと投与されてもよいし、又は適当な担体もしくは賦形剤と混合された薬学的組成物として投与されてもよい。
【0072】
本明細書において使用されるように、「薬学的組成物」とは、本明細書に記載された活性成分1個以上の、生理学的に適当な担体及び賦形剤のような他の化学成分との調製物をさす。薬学的組成物の目的は、化合物の生物への投与を容易にすることである。
【0073】
本明細書において、「活性成分」という用語は、生物学的効果を担う核酸構築物をさす。
【0074】
以後、交換可能に使用されうる「生理学的に許容される担体」及び「薬学的に許容される担体」という語句は、生物に対する有意な刺激を引き起こさず、かつ投与された化合物の生物学的活性及び特性を消滅させない担体又は希釈剤をさす。補助剤は、これらの語句に含まれる。
【0075】
本明細書において、「賦形剤」という用語は、活性成分の投与をさらに容易にするために薬学的組成物に添加される不活性物質をさす。賦形剤の例には、これらに制限はされないが、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、様々な糖及び型のデンプン、セルロース誘導体、ゼラチン、植物油、並びにポリエチレングリコールが含まれる。
【0076】
薬物の製剤化及び投与のための技術は、参照により本明細書に組み込まれる“Remington’s Pharmaceutical Sciences,”Mack Publishing Co.,Easton,ペンシルベニア州、の最新版に見出されうる。
【0077】
本発明の薬学的組成物は、当分野において周知の工程、例えば従来の混合、溶解、造粒、糖衣錠作成、粉砕、乳化、カプセル化、封入、又は凍結乾燥の工程によって製造されうる。
【0078】
本発明に係る使用のための薬学的組成物は、活性成分の薬学的に使用されうる調製物への加工を容易にする賦形剤及び補助剤を含む1個以上の生理学的に許容される担体を使用して、従来の様式で製剤化されうる。妥当な製剤化は、選択された投与経路に依存する。
【0079】
注射の場合、薬学的組成物の活性成分は、水性溶液、好ましくはハンクス液、リンゲル液、又は生理学的塩緩衝液のような生理学的に適合性の緩衝液の中に製剤化されうる。経粘膜投与の場合、浸透化すべき関門にとって適切な浸透剤が、製剤化において使用される。そのような浸透剤は、当分野において一般的に既知である。
【0080】
本発明の単離されたポリヌクレオチドは、内皮系列の真核細胞における転写を促進又は増強する能力に基づき単離されたことが、認識されるであろう。従って、特許請求の範囲に記載された単離されたポリヌクレオチドにより形質転換された哺乳動物細胞は、本発明の付加的な実施態様である。そのような形質転換細胞の多数の例が、本明細書中の下記実施例において提供される。
【0081】
下記の実施例は、特に、PPE−1プロモーターと併せた3X配列の使用を取り扱っているが、本発明のエンハンサー配列は、その他の真核生物プロモーター配列と共に使用された場合にも、その細胞特異的効果を発揮するであろうことが期待される。
【0082】
そのような期待は、エンハンサー因子が、しばしば、ポータブルである、即ちあるプロモーター配列から、もう一つの無関係のプロモーター配列へと移動させても、活性を維持しうることを示す先行技術の所見に基づく。例えば、D.ジョーンズ(Jones)ら(Dev.Biol.(1995)171(1):60−72;N.S.ユー(Yew)ら(Mol.Ther.(2001)4:75−820)、及びL.ウー(Wu)ら(Gene Ther.(2001)8;1416−26)を参照のこと。実際、ブー(Bu)ら(J.Biol Chem.(1997)272(19):32613−32622)の初期の研究は、本発明のエンハンサーと関係のあるエンハンサー因子、例えば配列番号:6を含むエンハンサーが、構成性プロモーター、例えばSV−40プロモーターと共に使用されうることを強く示唆している。従って、本発明のエンハンサー配列が含まれるよう修飾された真核生物プロモーターを含有している構築物、そのプロモーターの利用法、及びそのプロモーターを含む単離されたポリヌクレオチドは、十分に、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内に含まれる。
【0083】
従って、本発明に係るエンハンサー因子の最小の配置は、配列番号:8に示されるような単離されたポリヌクレオチドであると推測される。このエンハンサーは、これらに制限はされないが、内皮特異的プロモーター(例えば、PPE−1;配列番号:1)及び構成性プロモーター、例えば、CMV及びSV−40に由来するもののようなウイルスプロモーターを含む、極めて多様なプロモーターと共に機能すると期待される。このエンハンサーは、極めて多様なプロモーターに内皮特異性を付与することができるはずである。エンハンサー因子は、例えば配列番号:6に示された配列1コピー以上の付加によって強化されうる。これらの付加配列は、配列番号:8の配列と近接して、又は近接せずに付加されうる。
【0084】
本発明は、目的の配列の高レベル発現を内皮細胞へと特異的に差し向けるために、配列番号:8に示された配列少なくとも1コピーを含むエンハンサー因子及びプロモーターに頼る構築物を利用して、目的の核酸配列を内皮細胞において発現させる方法をさらに含む。
【0085】
本明細書において使用されるように、「対象の身体から摘出された細胞へのエクスビボ投与、及びその後の対象の身体への細胞の再導入」には特に、(Lydenら、(2001) Nature Medicine 7:1194−1201)に記載されたような幹細胞の使用が含まれる。
【0086】
下記の実施例に記載された実験においてはアデノウイルスが使用されているが、本発明の構築物は、当業者によってその他のウイルス送達系へと容易に適合化されうる。
【0087】
本発明のさらなる目的、利点、及び新規な特徴は、制限を目的とするものではない以下の実施例を検討することにより、当業者に明らかになるであろう。さらに、上記において概説され、下記の特許請求の範囲のセクションに記載されたような本発明の様々な実施態様及び面は、各々、以下の実施例において実験的に支持される。
【0088】
実施例
以下、前記の記載と共に非制限的に本発明を例示する実施例が、参照される。
【0089】
一般的に、本明細書において使用された命名法、及び本発明において活用された実験手法には、分子的技術、生化学的技術、微生物学的技術、及び組換えDNA技術が含まれる。そのような技術は、文献に徹底的に説明されている。例えば、“Molecular Cloning:A laboratory Manual”Sambrookら、(1989);“Current Protocols in Molecular Biology” 第I〜III巻 Ausubel,R.M.編(1994);Ausubelら、“Current Protocols in Molecular Biology”,John Wiley and Sons,Baltimore,Maryland(1989);Perbal,“A Practical Guide to Molecular Cloning”,John Wiley & Sons,New York(1988);Watsonら、“Recombinant DNA”,Scientific American Books,New York;Birrenら編 “Genome Analysis:A Laboratory Manual Series”,第1〜4巻,Cold Spring Harbor Laboratory Press,New York(1998);米国特許第4666828号;第4683202号;第4801531号;第5192659号、及び第5272057号に示された方法論;“Cell Biology:A Laboratory Handbook”,第I〜III巻 Cellis,J.E.編(1994);“Current Protocols in Immunology”第I〜III巻 Coligan J.E.編(1994);Stitesら(編),“Basic and Clinical Immunology”(第8版),Appleton & Lange,Norwalk,コネチカット州(1994);Mishell及びShiigi(編),“Selected Methods in Cellular Immunology”,W.H.Freeman and Co.,New York(1980)を参照のこと。利用可能なイムノアッセイは、特許及び科学文献に広範に記載されており、例えば、米国特許第3791932号;第3839153号;第3850752号;第3850578号;第3853987号;第3867517号;第3879262号;第3901654号;第3935074号;第3984533号;第3996345号;第4034074号;第4098876号;第4879219号;第5011771号、及び第5281521号;“Oligonucleotide Synthesis”Gait,M.J.編(1984);“Nucleic Acid Hybridization”Hames,B.D.及びHiggins S.J.編(1985);“Transcription and Translation”Hames,B.D.及びHiggins S.J.編(1984);“Animal Cell Culture”Freshney,R.I.編(1986);“Immobilized Cells and Enzymes”IRL Press,(1986);“A Practical Guide to Molecular Cloning”Perbal,B.,(1984)及び“Methods in Enzymology”第1〜317巻,Academic Press;“PCR Protocols:A Guide To Methods And Applications”,Academic Press,San Diego,CA(1990);Marshakら、“Strategies for Protein Purification and Characterization−A Laboratory Course Manual”CSHL Press(1996)を参照のこと(これらは全て、本明細書に完全に示されているかのごとく参照により組み込まれる)。その他の一般的な参照が、この書類のいたるところに提供されている。それらに含まれる手法は、当分野において周知であると考えられ、読者の便利のために提供されている。それらに含まれている情報は全て、参照により本明細書に組み込まれる。
【0090】
特に、下記の実施例と併せて行われた実験は、以下の方法及び材料を利用した。
【0091】
材料及び方法
細胞培養
ルイス肺癌(D122−96)細胞(Prof.L.Eisenbach,The Weizmann Institute of Science Rehovot、イスラエル、により譲り受けた)、ヒト胎児腎細胞(293)、及びHeLa細胞は、10%ウシ胎仔血清(FCS)、50U/mlペニシリン、50μg/mlストレプトマイシン、及び2mMグルタミンが補足された4.5gr/l DMEM(Biological industries,Beit−Haemek,Israel)の中で増殖させた。ウシ大動脈内皮細胞BAEC(Prof.N.Savion,Goldshlager Institute,Sheba Medical Center,Tel−Hashomer、イスラエル、より譲り受けた)、正常皮膚繊維芽細胞NSF、HepG2、及びヒト内皮臍内皮細胞HUVEC−304(ATCC,USA)は、5%FCS、50U/mlペニシリン、50μg/mlストレプトマイシン、及び2mMグルタミンが補足された1.0gr/l DMEM(Biological industries,Beit−Haemek、イスラエル)の中で増殖させた。BAEC細胞には、完全繊維芽細胞増殖因子(Sigma,St.Louis.ミズーリ州)を補足した。RINr1046−38(RIN−38)は、5%FCS(Biological Industries,Beit−Haemek,Israel)、50U/mlペニシリン、50μg/mlストレプトマイシン、及び2mMグルタミンが補足された199アール(Earle’s)塩(5.5mMグルコース)培地の中で増殖させた。
【0092】
「HepG2」とは、本明細書において使用されるように、ATCC−HB−8065をさす。
【0093】
「HeLa」とは、本明細書において使用されるように、ATCC−CCL−2をさす。
【0094】
「ヒト気管支上皮細胞」及び「B2B」とは、本明細書において使用されるように、ATCC−CRL−9609をさす。
【0095】
「HUVEC」及び「ヒト臍静脈内皮細胞」とは、本明細書において使用されるように、ATCC−CRL−1730をさす。
【0096】
「CHO」及び「チャイニーズハムスター卵巣」とは、本明細書において使用されるように、ATCC−61をさす。
【0097】
低酸素誘導
トランスフェクション又は形質導入の後26時間目に、0.5%O2、5%CO2、残部はN2、を含有している気流により30分間洗浄された隔離されたチャンバーの中で、細胞をインキュベートした。隔離されたチャンバーを、5%CO2、37℃の湿潤インキュベーター内に置いた。
【0098】
細胞び組織におけるルシフェラーゼ活性
インビトロ及びインビボで定量的にPPE−1プロモーター活性をアッセイするため、ルシフェラーゼ遺伝子発現系キットを利用した(Promega Corp.,Madison、ウィスコンシン州)。トランスフェクション又は形質導入の後48時間目に、細胞を洗浄し、200μlの溶解緩衝液を15分間添加した。細胞溶解物を収集し、4℃で15分間(14,000rpm)遠心分離した。その後、上清10μlを、50μlのルシフェラーゼアッセイ緩衝液に添加した。活性は、20秒間、照度計で測定した。
【0099】
固形組織におけるルシフェラーゼ活性をアッセイするためには、20mgの試料を切除し、ホモジナイゼーション溶液1mlでホモジナイズし、4℃で15分間(14,000rpm)遠心分離し、上清10mlを、前記と同様に、ルシフェラーゼ活性に関してアッセイした。結果は、タンパク質1μg当たりのルシフェラーゼ光単位として表される。タンパク質は、標準としてウシ血清アルブミン(BSA)を用いたブラッドフォード(Bradford)アッセイを使用して測定した。
【0100】
インビトロ及びインビボのGFP活性
インビトロでGFP発現を試験するため、細胞をPBSで2回洗浄し、新鮮に作成された4%パラホルムアルデヒドを含むPBSで30分間固定した。固定後、蛍光顕微鏡検による調査を達成した。
【0101】
インビボ送達された遺伝子の細胞分布を試験するため、新鮮に作成された4%パラホルムアルデヒドを含む0.1Mリン酸緩衝液で、4℃で6時間、組織を固定し、4℃で30%ショ糖に一夜浸漬し、そしてOCT化合物(Sakura,USA)で凍結させた。低温槽により組織ブロックを10μmの厚さに切断し、蛍光顕微鏡検(FITCフィルタ)の下で直接観察した。
【0102】
増殖細胞及び休止細胞
増殖BAEC及び休止BAECにおけるPPE−1プロモーター活性を比較するため、1.10%FCS培地中で増殖させ感染させる増殖細胞と、2.形質導入前72時間以内に開始した無血清培地中で増殖させ感染させる休止細胞という二つの群に、細胞を分割した。細胞は、全て、5%CO2、37℃の湿潤インキュベーター内で増殖させた。
【0103】
組換え複製欠損アデノウイルスの調製
いくつかの組換え複製欠損アデノウイルス(5型)を構築した。ルシフェラーゼ遺伝子(pGL2−basic GenBankアクセッション番号X65323に由来)及びSV40ポリA部位(pGL2−basic GenBankアクセッション番号X65323に由来)の上流に置かれたマウスプレプロエンドセリン−1(PPE−1)プロモーター(配列番号:1)を含む発現カセットを、pPAC.plpA(プロモーターを含まない構築物)のBamHI制限部位へとライゲートさせた。GFP遺伝子(pEGFP,GenBankアクセッション番号AAB02572に由来)は、NotI制限部位でPPE−1プロモーターとライゲートさせた。Ad5PPE−1Luc又はAd5PPE−1GFPと名付けられた複製欠損組換えアデノウイルスは、ベッカー(Becker),T.C.ら(Methods Cell biol.43,Roth M.(編).New York.Academic Press,1994,161〜189頁)によって記載されたようにして、pPACPPE−1Luc又はAd5PPE−1GFPをアデノウイルスプラスミドpJM17と共トランスフェクトした後、組換えビリオンを採集することによって調製した。
【0104】
ウイルスを、大規模作製のために調製した。ウイルスストックは、109〜1012プラーク形成単位/ml(pfu/ml)という濃度で4℃で保存した。サイトメガロウイルス(CMV)前初期プロモーター(GenBankアクセッション番号U47119)を含有しているウイルスAd5CMV−Luc(UTSw Dallas,TexasのR.Gerardより譲り受けた)及びAd5CMV−GFP(Quantum biotechnologies,Carlsbad,カナダ)を、PPE−1ウイルスベクターに関して記載されたようにして大規模調製のため調製し、非組織特異的対照として使用した。
【0105】
PPEプロモーターの修飾
修飾型マウスPPE−1プロモーターは、Buら(J.Biol Chem.(1997)272(19):32613−32622)によって発見された正の転写因子3コピーを、43塩基対の内因性の正の因子(−364〜−320bp)の下流(−286bp)に置かれたNheI制限酵素部位へ挿入することにより開発した。
【0106】
本明細書において「3X」と名付けられたエンハンサー断片は、マウスPPE−1プロモーター内に存在する内因性配列因子(ヌクレオチドは、配列番号:1の407〜452に相当)のトリプリケートコピーである。血管内皮細胞におけるPPE−1プロモーター活性の誘導は、この因子の存在に依存することが以前に示された。Buら(J.Biol Chem.(1997)272(19):32613−32622)。3X断片は、96塩基対長の2個の相補的な一本鎖DNA(BioTechnology industries;Nes Tziona,イスラエル)(配列番号:2及び3)を使用することにより合成した。2個の一本鎖DNA断片をアニーリングさせ、クレノウフラグメント(NEB)を使用して隙間を埋めた。得られた二本鎖DNAは、145塩基対長であり、Nhe−1制限部位(配列番号:4)を含んでいた。
【0107】
3X断片を、T4リガーゼを使用して、内因性Nhe−1部位の下流のマウスPPE−1プロモーターへとライゲートさせた。得られた構築物をDH5αコンピテント細胞において繁殖させ、大規模なプラスミド調製物をマキシプレップキアゲン(maxi−prep Qiagene)キットを使用して作製した。
【0108】
付加的なプラスミド
野生型PPE−1プロモーター
1.4kbのマウスプレプロエンドセリン−1(PPE−1)プロモーター、SV40ポリAシグナル(GenBankアクセッション番号X65323)部位を含むルシフェラーゼ遺伝子、及びマウスET−1遺伝子の第1イントロンを含有しているPPE−1−ルシフェラーゼカセット(5249bp)は、ハラッツ(Harats)ら(J.Clin.Inv.(1995)95:1335−1344)により使用されたpEL8プラスミド(8848bp)に由来する。PPE−1−ルシフェラーゼカセットは、BamHI制限酵素を用いてpEL8プラスミドから抽出し、引き続き、抽出キット(Qiagen,Hilden、ドイツ)を使用して1%アガロースゲルからDNA断片の抽出をした。
【0109】
プロモーターを含まないpPAC.plpAプラスミド
アデノウイルス5型の配列を含有しているプロモーターを含まないpPAC.plpAプラスミド(7594bp)は、pPACCMV.pLpA(8800bp)に由来した。CMVプロモーター、マルチプルクローニング部位、及びSV40ポリアデニル化部位(1206bp)を、NotI制限酵素によって排除し、断片化されたDNAを、1%アガロースゲルから抽出した。直鎖状プラスミド(7594bp)を、クレノウ断片によって平滑末端化し、ラピッドDNAライゲーションキットによってBamHIリンカーを両付着末端へとライゲートさせた。直鎖状プラスミドを、T4 DNAリガーゼによって再ライゲートさせ、BamH1制限部位を含むpPAC.plpAを増幅するため、DH5αコンピテント細胞へと形質転換した。プラスミドを大規模調製のため調製し、マキシプレップDNA精製キットによって精製した。
【0110】
pPACPPE−1ルシフェラーゼプラスミド
pPACPPE−1ルシフェラーゼプラスミドは、T4 DNAリガーゼを使用することにより、pPAC.plpAプラスミドのBamHI制限部位に、PPE−1−ルシフェラーゼカセットを挿入することにより構築した。その後、プラスミドを、DH5αコンピテント細胞を形質転換するために使用した。プラスミド(12843bp)を大規模調製のため調製し、マキシプレップDNA精製キットによって精製した。
【0111】
pPACPPE−1GFPプラスミド
pPACPPE−1GFPプラスミドは、T4 DNAリガーゼによって、PPE−1プロモーターの下流のGFP遺伝子(pEGFP、GenBankアクセッション番号AAB02572)を、NotI制限部位へサブクローニングすることにより構築した。
【0112】
その後、プラスミドを、DH5αコンピテント細胞を形質転換するために使用した。プラスミド(11,801bp)を大規模調製のために調製し、マキシプレップDNA精製キットによって精製した。
【0113】
pACPPE−13Xルシフェラーゼプラスミド及びpACPPE−13XGFPプラスミド
pPACPPE−1−3Xルシフェラーゼ及びpPACPPE−1−3XGFPは、pPAC.plpAプラスミドのBamHI制限部位に、Luc又はGFPを含有しているpEL8−3X(図26B)からBamHI制限酵素によって消化されたPPE−1−3XLucカセット又はPPE−1−3XGFPカセットを挿入することにより構築した。pEL8−3Xは、2個のNheI部位間に置かれた(配列番号:7に示されているような)トリプリケート内皮特異的エンハンサー3Xを含有している、BamHIとNotIとの間に置かれた修飾型マウスPPE−1プロモーター(1.55kb)(赤)を含有している。プロモーター、ルシフェラーゼ遺伝子又はGFP遺伝子、SV40ポリA部位、及びエンドセリン−1遺伝子の第1イントロン(全部でPPE−1修飾型プロモーターカセットと名付けた)を、材料及び方法に記載されたようにして、BamHI制限酵素によって消化し抽出した。プラスミド(12843bp)を大規模調製のために調製し、マキシプレップDNA精製キットによって精製した。
【0114】
インビトロ実験、DNA形質導入
形質導入の24時間前に、細胞を16mmディッシュに播いた。BAEC細胞(ウシ大動脈内皮細胞)、HUVEC細胞(ヒト臍静脈内皮細胞)、LLC細胞(ルイス肺癌)、及びRIN細胞(ラット膵島細胞腺腫)、HepG2細胞、HeLa細胞、及び正常皮膚繊維芽細胞(NSF)のDNA形質導入は、各細胞系を、全容量500μlの増殖培地で4時間、感染多重度(moi)1、5、及び10のAd5PPE−1Lucと共にインキュベートした後、全容量2mlの増殖培地と共に48時間インキュベートすることによって達成した。Ad5CMVLucを、非組織特異的対照として使用した。
【0115】
動物
動物手法は、全て、Sheba Medical Center,Tel−Hashomerの「Animal Care and Use Committee」によって承認された。
【0116】
異なるマウス系統を使用した:
(i)雄3ヶ月齢野生型C57BL/6マウス(Harlan farms,Jerusalem、イスラエル)
(ii)雄3ヶ月齢BALB/Cマウス(Harlan farms,Jerusalem、イスラエル)
(iii)雄及び雌の6ヶ月齢のC57BL/6xSJ129マウスのApoE遺伝子欠損マウスハイブリッド(Plump AS.ら、Cell(1991)71:343−353)
(iv)ハラッツ(Harats)ら(J.Clin.Inv.(1995)95:1335−1344)によって作成された、マウスPPE−1プロモーター(5.9Kb)の調節下でルシフェラーゼ遺伝子を過剰発現している雄及び雌の3ヶ月齢
【0117】
マウスは、全て、Lipids and Atherosclerosis Research Instituteにおいて飼育した。
【0118】
正常マウスにおける組織遺伝子発現
効率及び組織特異性をアッセイするため、1010pfu/mlのAd5PPE1Luc又はAd5CMVLuc(非組織特異的対照として)を、100μlの生理食塩水に懸濁させ、前記のようなマウスの尾静脈へと注射した。ルシフェラーゼ活性は、注射後1日目、5日目、14日目、30日目、及び90日目にアッセイした。発現されたレポーター遺伝子の細胞分布を決定するため、Ad5PPE−1GFP又はAd5CMVGFP(1010pfu/mlを含む100μl生理食塩水)を、正常な3ヶ月齢雄C57BL/6マウスの尾静脈へと注射した。GFP発現を、注射後5日目に検出した。マウスは、全て、外見上健康であり、毒性又は炎症は、肝臓又はその他の組織において認められなかった。
【0119】
組織におけるGFP活性
インビボ送達された遺伝子の細胞分布を試験するため、注射されたマウスからの組織試料を、4℃で6時間、新鮮に作成された4%パラホルムアルデヒドを含む0.1Mリン酸緩衝液で固定し、4℃で30%ショ糖に一夜浸漬し、そしてOCT化合物(Sakura、カルフォルニア州、USA)で凍結させた。組織ブロックを10μmの厚さに切断し、蛍光顕微鏡検(FITCフィルタ)の下で直接観察した。
【0120】
腫瘍移植
ルイス肺癌細胞(LLC)を、トリプシン/EDTAで採集し、PBSで3回洗浄し、そして生存率を評価するために0.1%トリパンブルー(Biological industries,Beit−Haemek、イスラエル)で計数した。マウスにおける腫瘍血管形成におけるPPE−1プロモーター活性の活性レベルを試験するため、2つの異なる腫瘍モデルを使用した。
【0121】
原発腫瘍モデルにおいては、細胞(1×106個/mlを含む生理食塩水100μl)をマウスの背部に皮下注射した(n=17)。注射後21日目に、Ad5PPE−1、Ad5PPE−1GFP、Ad5CMV、又はAd5CMVGFP(1010pfu/ml)を腫瘍組織(IT)に注射するか、又は静脈注射し、前記のようにして、それらの活性を検出した。
【0122】
転移腫瘍モデルにおいては、細胞(5X105個/mlを含む生理食塩水50μl)をマウス足蹠に注射した(n=12)。腫瘍組織が直径0.7mmのサイズに達した時点で、(原発腫瘍を有する)足蹠を麻酔及び無菌の条件下で摘除した。術後14日目に、ウイルス(Ad5PPE−1、Ad5PPE−1GFP、Ad5CMVLuc、又はAd5CMVGFP)をマウス尾静脈へと注射した。
【0123】
いずれの腫瘍実験モデルにおいても、ウイルス注射後5日目にマウスを屠殺し、組織を切除し、ルシフェラーゼ又はGFPの活性に関して試験した。
【0124】
創傷治癒モデル
雄3ヶ月齢C57BL/6マウスに、ナトリウムペントバルビタール(6mg/kg)の皮下注射によって麻酔を施した。それらの背部の毛をそり、直線的に5cm切開した。その切開を、4/0無菌絹糸によって即座に縫合した。治癒中の創傷における血管形成過程を、2日毎に、H&E染色及び抗フォン−ウィルブランド(von−Willibrand)抗体免疫組織化学的染色によって調査した。
【0125】
切開後10日目に、1010pfu/mlのAd5PPE−1Luc又はAd5CMVLucを尾静脈へと全身注射した。注射後5日目に、マウスを屠殺し、切開部位の皮膚、及び対照としての正常な対側部位において、前記のようにしてルシフェラーゼ活性をアッセイした。
【0126】
組織学的調査
腫瘍及び転移組織における血管形成の程度を評価するため、組織を5μmの切片へと切断し、ヘマトキシリン及びエオシン(H&E)で染色した。抗CD31(ラット抗マウスCD31モノクローナルAb、Pharminogen,ニュージャージー州、USA)抗体を、腫瘍モデルにおける血管再生の分析のために使用した。
【0127】
統計分析
統計的有意差に関する群間の分析は、t検定ANOVA又はマン−ホイトニー(Mann−Whitney)順位検定の使用により達成した。データは、平均+SEとして示される。
【0128】
実施例1
インビトロの3X−PPE−1プラスミド活性の分析
PPE−1−3Xの活性を分析するため、PPE−1−3Xプロモータープラスミド及び未修飾PPE−1プロモータープラスミドにおけるレポーター遺伝子発現の比較を行った。PPE−1−3X断片又は未修飾PPE−1断片のいずれかと、レポーター遺伝子ルシフェラーゼとを含有しているレポーター遺伝子プラスミドを、内皮細胞系及び非内皮細胞系、並びにPPE−1プロモーターを発現している気管支上皮細胞系(B2B)へとトランスフェクトした(前記の材料及び方法を参照のこと)。B2B細胞系は、PPE−1プロモーターと比して非内皮細胞系における発現を低下させる3X因子の能力の指標を提供するために選択された。トランスフェクションは、リポフェクタミン(Promega Corp.,Madison、ウィスコンシン州)を使用して達成した。容認された分子生物学実務に従い、βgal−neoプラスミドを、それぞれの場合におけるトランスフェクション効率の指標として利用した。
【0129】
トランスフェクション後48時間目に、細胞を溶解緩衝液(Promega Corp.,Madison,ウィスコンシン州)を使用して採集し、ルシフェラーゼ活性を、照度計(TD−20e−Turner Designs,Sunnyvale,California)によって分析した。異なる形質転換効率を規準化するため、平行してβgal活性を分析した。結果は、図1及び表1に要約されている。PPE−3Xの調節下でのルシフェラーゼ活性は、未修飾PPE−1の調節下でのルシフェラーゼ活性より15〜20倍高い。非内皮細胞系においては、PPE−1を使用した場合にも、PPE−1−3Xを使用した場合にも、最小の発現が検出された。これは、PPE−3Xが、インビボでの内皮細胞への特異的な遺伝子送達のための有望な候補であることを証明している。
【表1】
【0130】
実施例2
インビトロのAd5PPE−1/ルシフェラーゼの活性及び特異性
PPE−1/ルシフェラーゼ、PPE−1−3X/ルシフェラーゼ、PPE−1/GFP、及びPPE−1−3X/GFPも、Ad5プラスミドとライゲートさせ、Ad5PPE−1/Luc及びAd5PPE−1−3X/Luc、Ad5PPE−1/GFP及びAd5PPE−1−3X/GFPを作製した(Varda−Bloom ら、(2001)Gene therapy 8:819−827)。これらの構築物を、以下に詳述されるようにして別々にアッセイした。
【0131】
Ad5PPE−1/Lucの活性を試験するため、B2B(ヒト気管支上皮)、BAEC(ウシ大動脈内皮細胞)、及びHUVEC(ヒト臍静脈内皮細胞)のトランスフェクションを行った。これらの3個の細胞系は、エンドセリン遺伝子を発現しており、試験された構築物の内皮細胞における発現のレベルを示すために選択された。エンドセリン遺伝子を発現していないRIN(ラット膵島細胞腺腫)細胞系を、陰性対照として利用し、同じ構築物によりトランスフェクトした。Ad5CMVLuc(CMVプロモーターの調節下のルシフェラーゼ)を、全ての細胞系において非内皮特異的対照として使用した。
【0132】
図2は、内皮細胞系BAEC及びHUVECにおいては、CMVプロモーターより高いルシフェラーゼ発現が、PPE−1プロモーターによって達成されたことを明白に例示している。内皮由来でないRIN細胞においては、CMVプロモーターの方がPPE−1プロモーターより多くのルシフェラーゼ活性を生成させた。これらの結果は、未修飾PPE−1プロモーターの内皮特異性を証明している。
【0133】
実施例3
Ad5PPE−3XLuc及びAd5PPE−3XGFPの活性及び特異性
特異性及び発現レベルに対する3X因子の影響を確認するため、Ad5PPE−3X/ルシフェラーゼ構築物及びAd5PPE−3X/GFP構築物を、前記実施例2に記載された細胞系をトランスフェクトするために使用した。実施例2と同様に、Ad5CMVLucを非内皮特異的対照として使用した。CMVプロモーターと比較して、より高いBAEC細胞系及びHUVEC細胞系におけるルシフェラーゼ発現が、PPE−3Xプロモーターの調節下で検出された。
【0134】
図3Aは、BAEC細胞系におけるAd5PPE−1−3Xの調節下でのGFP発現を例示する顕微鏡写真である。図3Bは、BAEC系におけるAd5CMVのGFP発現を例示する顕微鏡写真である。これらの図面によって明白に示されるように、PPE−1−3Xプロモーターの方が、内皮細胞において、より活性が高い。これらの結果は、3X因子が、PPE−1プロモーターの内皮特異性を損なわないことを明白に示している。細胞培養物におけるPPE−1プロモーター及びPPE−1−3Xプロモーターの相対活性は、下記実施例6において提示される。
【0135】
実施例4
p55遺伝子のアポトーシス促進活性のインビトロアッセイ
P55(TNFR1、GenBankアクセッション番号M75866)のPACPPE3X(PPE−1−3Xプロモーターを含有)及びPACCMVへのサブクローニングの後、これらのプラスミド及びGFP(pEGFP−C1ベクター;CLONTECH,Palo Alto,カリフォルニア州)の共トランスフェクションを、前記と同様にして実施した。簡単に説明すると、T4 DNAリガーゼによって、PPE−1プロモーターの下流(ルシフェラーゼ遺伝子の代わり)のNotI制限部位へと遺伝子をサブクローニングした後、それをDH5αコンピテント細胞に形質転換した。トランスフェクション後24時間目、小さく丸形のアポトーシス細胞が、視覚的に正常細胞から識別可能であった。アポトーシス促進性プラスミドによりトランスフェクトされた細胞の電子顕微鏡検は、典型的なアポトーシスの様相を示し、それにより視覚的評価が確証された。
【0136】
PPE−1−3Xプロモーターの調節下では、内皮細胞においてのみp55によってアポトーシスが誘導されたが(図4)、CMVプロモーターは細胞特異的活性を示さなかった。PPE−1−3Xの調節下のルシフェラーゼは、試験された細胞系においてアポトーシスを誘導しなかった。これらの結果は、PPE−1−3Xプロモーターを利用することによって、内皮細胞において特異的にアポトーシスを誘導することが実行可能であることを示している。
【0137】
実施例5
低酸素応答因子(HRE)は低酸素感受性内皮細胞における標的遺伝子発現を増強しうる
低酸素は、血管の緊張度及び構造の重要な制御因子である。虚血性心疾患及び癌の両方における血管形成の強力な刺激であることも示されている(Semenza,G.L.ら、(2000)Adv Exp Med Biol.;475:123−30;Williams,K.J.(2001)Breast Cancer Res.2001:3;328−31、及びShimo,T.(2001)Cancer Lett.174;57−64)。さらに、低酸素は、エリスロポエチン、VEGF、解糖酵素、及びET−1を含む多くの遺伝子の発現を制御することが報告されている。これらの遺伝子は、共通の酸素感知経路、低酸素誘導因子(hypoxia inducible factor)−1(HIF−1)と名付けられた誘導可能転写複合体によって調節される。HIF−1複合体は、標的遺伝子のシス作用性低酸素応答因子(hypoxia responsive element)(HRE)と結合することにより、低酸素に対する転写応答を媒介する。HREとは、VEGF、一酸化窒素シンターゼ−2、エリスロポエチン、及びエンドセリン−1、ET−1を含むその他を含む、低酸素に応答する少数の遺伝子のプロモーター内に位置している保存された配列である。ET−1プロモーターは、転写開始部位の118bp上流の位置に逆位の低酸素応答因子を含有しており、その因子は、7塩基対を含有しており、かつ、GATA−2と、5’GCACGTT3’−50塩基対に位置するAP1部位との間に置かれている。(配列番号:5)。
【0138】
プレプロエンドセリン−1(PPE−1)プロモーターは、腫瘍組織又は虚血組織の低酸素微小環境において発現を増加させる能力を有する低酸素応答因子(HRE)を含有しており、従って「腫瘍組織特異的」かつ/又は「虚血組織特異的」である。このHREの実際の機能を評価するため、ルシフェラーゼ又はGFPレポーター遺伝子と関連し、かつ、アデノウイルスベクターによって送達されるPPE−1プロモーター及びPPE−1−3Xプロモーターのアッセイに着手した。
【0139】
正常酸素条件及び低酸素条件(0.5%O2、16h)の下での、PPE−1プロモーター又はPPE−1−3Xプロモーターの調節下でのルシフェラーゼ活性を、BAEC細胞において比較した。PPE−1プロモーターの調節下でのルシフェラーゼ活性は、低酸素(図5及び6)に暴露された場合、5倍高くなった。さらに、PPE−1−3Xプロモーターの調節下でのルシフェラーゼ活性は、低酸素条件下で2.5倍高くなった。要約すると、正常酸素でのPPE−1−3X遺伝子による発現レベルは、未修飾PPE−1プロモーターで観察されるより高いにも関わらず、PPE−1プロモーターへの3X因子の導入は、低酸素に応答して下流遺伝子の発現レベルをさらに増加させることができる。
【0140】
実施例6
内皮細胞系におけるPPE−1−3Xプロモーター及びPPE−1プロモーターの活性のさらなる評価
図7は、pPPE−1/ルシフェラーゼ及びpPPE−1−3X/ルシフェラーゼを使用したB2B、HUVEC、及びBAECのトランスフェクション実験からの結果を要約したものである。PPE−1−3Xプロモーターの調節下では、PPE−1プロモーターより高いルシフェラーゼ発現(30倍、8.5倍、及び1.5倍)が、B2B、HUVEC、及びBAECにおいてそれぞれ観察された。これらの結果は、前記の結果を確証しており、PPE−1−3Xが、高レベル発現を内皮細胞へと特異的に差し向けるために極めて好適であることを確立するために役立つ。将来のインビボ送達の情況において、PPE−1−3X構築物により達成されるより高い発現レベルは、より少量のDNAの投与と同義である。これは、次に、特異性をさらに増加させるために役立つであろう。
【0141】
実施例7
インビボのAd5PPE−1Lucの効率、特異性、及び安定性
実施例2〜6において観察された発現の内皮特異性が、細胞培養物のアーティファクトではなかったことを確証するため、前記の「正常マウスにおける組織遺伝子発現」に記載されたようにして、Ad5PPE−1/ルシフェラーゼ構築物をC57BL/6マウスへと注射した。インビトロ研究の場合と同様に、Ad5CMV/ルシフェラーゼを陰性対照として利用した。
【0142】
アデノウイルスベクターの注射後、血管新生組織及び非血管新生組織におけるルシフェラーゼの特異的活性及び安定性をアッセイした。結果は、図8(肝臓における発現と比したルシフェラーゼ発現)及び表2(全身発現に対する比率(%)としてのルシフェラーゼ発現)に要約されている。予想通り、Ad5CMV/ルシフェラーゼで処理されたマウスにおいては、ルシフェラーゼ活性の大部分(全身発現の80%以上)が、肝臓に見出された。PPE−1プロモーターによって調節されたルシフェラーゼ活性は、肝臓において比較的低かった(全身発現の37〜54%)。大動脈におけるPPE−1に由来する発現(注射後5日目及び14日目にそれぞれ全身発現の23〜33%)は、Ad5CMV/ルシフェラーゼで処理されたマウス(最大で全身発現の1.8%以下;表2)と比較してはるかに高かった。これらの結果は、細胞培養物において観察された内皮特異性を確証している。肝臓が高度に血管新生性の器官であることを想起すべきである。従って、以下に詳述されるように、器官内の細胞発現の調査を行った。
【表2】
【0143】
図30A及び30Bは、110匹の注射されたマウスの大動脈(A)及び肝臓(B)における絶対ルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を示している。ルシフェラーゼ活性は、注射後1日目(n=13)、5日目(n=34)、14日目(n=32)、30日目(n=20)、及び90日目(n=11)に測定した。大動脈における結果は、主として内皮細胞におけるプロモーター(PPE−1又はCMV)活性を表しており、肝臓における結果は、主として肝細胞における活性を表している。
【0144】
実施例8
BALB/CマウスにおけるインビボのAd5PPE−1の効率、特異性、及び安定性のアッセイ
観察された結果が動物の特定の系統のアーティファクトではなかったことを証明するため、実施例7の実験を、12週齢BALB/Cマウス(各群n=10)において繰り返した。
【0145】
BALB/Cマウスにおいては、アデノウイルスベクターによる絶対的な結果が、C57BL/6マウスより低かったため、ルシフェラーゼ発現は、全組織における全ルシフェラーゼ活性に対する比率(%)として表される。
【0146】
注射後5日目の最も高い相対ルシフェラーゼ発現は、Ad5PPE−1を注射されたマウスの脾臓(90.9%)、及びAd5CMVを注射されたマウスの肝臓(86.2%)において観察された。注射後5日目の活性(1.75%)と比較して、注射後14日目のAd5PPE−1を注射されたマウスの大動脈における相対ルシフェラーゼ活性の有意な増加(32.9%)も観察された(図31A及び31B;Ad5PPE−1Lucが白バー;Ad5CMVLucが黒バー)。
【0147】
これらの結果は、マウスの系統に関わらず、注射されたDNAの肝細胞による優先的な取り込みにも関わらず、PPE−1プロモーターの組織特異性が、肝細胞発現を効率的に排除するのに充分に強力であることを確認している。
【0148】
実施例9
インビボのAd5PPE−1により送達された遺伝子の細胞局在
インビボでPPE−1によって発現された遺伝子の細胞発現部位を確認するため、アデノウイルスベクターAd5PPE−1−GFPによって送達された緑色蛍光タンパク質(GFP)を使用した。Ad5CMVGFP(Quantum,カナダ)を、非内皮細胞特異的陰性対照として使用した。静脈注射後5日目、マウスを屠殺し、組織を蛍光顕微鏡検によって分析した。
【0149】
Ad5CMVGFPベクターを注射されたマウスにおいては、肝臓における発現の大部分が肝細胞に検出され、内皮細胞には発現が検出されなかった(図9A)。極めて対照的に、Ad5PPE−1−GFPを注射されたマウス(図9B)は、肝細胞における発現を示さず、肝臓の血管内の内皮細胞における有意な発現を示した。同様の結果が、他の組織でも得られ、PPE−1に由来する発現は、事実上全て、内皮に検出され、CMVに由来する発現は内皮には存在しなかった。これらの結果は、内皮細胞及び非内皮細胞を含有している器官においてすら内皮特異性が保存されていることを示している。この所見は、増殖中の腫瘍における血管形成の予防にとって重要な意義を有している。
【0150】
実施例10
インビトロのAd5PPE−1−3XLuc及びAd5PPE−1−3XGFPの効率及び内皮特異性のアッセイ
細胞におけるレポーター遺伝子ルシフェラーゼ及び緑色蛍光タンパク質(GFP)の発現の駆動におけるAd5PPE−1及びAd5PPE−1−3Xの相対効率を決定するため、内皮細胞における特異的活性を、前記の細胞系を使用してインビトロで試験した。Ad5CMVLuc及びAd5CMVGFPを、非組織特異的対照として利用した。Ad5PPE−1Luc及びAd5PPE−1GFPを、3X配列の付加によって引き起こされた発現レベルの相対変化を確認するために利用した。
【0151】
図10及び11に要約されている結果は、PPE−1−3Xプロモーターの調節下でのルシフェラーゼ活性が、非内皮細胞であるラット膵島細胞腺腫RIN、HeLA、HePG2、及び正常皮膚繊維芽細胞(NSF)における活性と比較して、EC系(ウシ大動脈内皮細胞BAEC)において5〜10倍高かったことを示している(図10及び11)。
【0152】
図10は、Ad5PPE−1Luc、Ad5PPE−1−3XLuc、及びAd5CMVLucにより形質導入されたB2B細胞、BAEC細胞、及びRIN細胞におけるルシフェラーゼ活性を、光単位/μgタンパク質として示している。最も高いルシフェラーゼ発現は、Ad5CMVLucにより形質導入されたRIN細胞において観察されたが、この構築物のBAEC細胞及びB2B細胞における発現は少なかった。二番目に高いレベルのルシフェラーゼ発現は、Ad5PPE−1−3XLucにより形質導入されたBAEC細胞において観察された。Ad5PPE−1Lucは、BAEC細胞において、より低いレベルで発現された。B2B細胞系においては、Ad5PPE−1Luc及びAd5PPE−1−3XLucが、ほぼ同一のレベルで発現された。
【0153】
全体として、PPE−1−3Xプロモーターの調節下での内皮細胞系におけるルシフェラーゼ活性は、同一感染条件(moi=10)で、PPE−1プロモーターの調節下よりも23倍高く、CMVプロモーターの調節下よりも23〜47倍高かった。これは、非内皮RIN細胞におけるルシフェラーゼ発現は、CMVプロモーターの調節下の方が3000倍高かった(図10)という事実にも関わらずである。
【0154】
PPE−1及びPPE−1−3Xが、他の非内皮細胞系列において不活性であることを確立するため、HeLA細胞系、HepG2細胞系、NSF細胞系を形質導入した。BAECを、内皮対照として利用した。図11は、Ad5PPE−1Luc、Ad5PPE−1−3XLuc、及びAd5CMVLucにより形質導入されたHeLA細胞系、HepG2細胞系、NSF細胞系、及びBAEC細胞系におけるルシフェラーゼ活性を光単位/μgタンパク質として示している。Ad5CMVLucによる形質導入は、HeLA細胞、HepG2細胞、及びNSF細胞において、高レベルのルシフェラーゼ発現を引き起こした。これらの細胞系は、PPE−1の調節下ではルシフェラーゼを発現せず、PPE−1−3Xプロモーターでは低レベルでルシフェラーゼを発現した。予想通り、Ad5PPE−1Luc又はAdSPPE−1−3XLucにより形質導入されたBAEC細胞は、高いルシフェラーゼ発現を示した。
【0155】
これらの結果は、総合すると、PPE−1プロモーターへの3X配列の導入が、非内皮細胞における不要な発現を防止しつつ、内皮細胞系における発現レベルを増加させたことを示している。
【0156】
PPE−1プロモーターへの3X配列の付加は、moi=1により形質導入されたBAECにおけるGFP発現を図示している図12A〜Cに示されるように、EC系(ウシ大動脈内皮細胞BAEC)における緑色蛍光タンパク質発現のレベルも増加させた。この実験において、CMVプロモーターを使用した場合には、GFPの発現は観察されなかった。
【0157】
図12中、パネルAは、Ad5PPE−1−3XGFPにより形質導入された細胞を示し、パネルBはAd5PPE−1GFPにより形質導入された細胞を示し、パネルCはAd5CMVGFPを示している。ここでも、PPE−1プロモーターへの3X配列の導入は、レポーター遺伝子の発現を有意に増加させた。この結果は、内皮特異的エンハンサーとして機能する3X配列の能力が、転写される下流遺伝子の機能ではないことを示している。
【0158】
さらに、Ad5PPE−1−3X−GFP及びAd5PPE−1GFPによる形質導入は、図13〜16に要約されるように、CMVプロモーターの下での高い発現と比較して、非内皮細胞SMC、HelA、HePG2、及び正常皮膚繊維芽細胞(NSF)においてGFP発現をもたらさなかった。
【0159】
図13は、moi=1のAd5PPE−1−3XGFP(パネルA)又はAd5CMVGFP(パネルB)のいずれかにより形質導入されたSMCにおけるGFP発現を示している。高レベルのGFP発現が、Ad5CMVGFP形質導入から生じたが、Ad5PPE−1−3XGFP形質導入による形質導入からは、GFP発現が生じなかった。
【0160】
図14は、HeLa細胞において行われた同様の実験の結果を示している。先の図と同様に、パネルAはAd5PPE−1−3XGFPにより形質導入された細胞を示し、パネルBはAd5CMVGFPにより形質導入された細胞を示している。ここでも、高レベルのGFP発現が、Ad5CMVGFP形質導入から生じたが、Ad5PPE−1−3XGFP形質導入による形質導入からは、GFP発現が生じなかった。
【0161】
図15は、HepG2細胞において行われた同様の実験の結果を示している。先の図と同様に、パネルAはAd5PPE−1(3X)GFPにより形質導入された細胞を示し、パネルBはAd5CMVGFPにより形質導入された細胞を示している。ここでも、高レベルのGFP発現が、Ad5CMVGFP形質導入から生じたが、Ad5PPE−1−3XGFP形質導入からは、GFP発現が生じなかった。
【0162】
図16は、NSF細胞において行われた同様の実験の結果を示している。先の図と同様に、パネルAはAd5PPE−1−3XGFPにより形質導入された細胞を示し、パネルBはAd5CMVGFPにより形質導入された細胞を示している。ここでも、高レベルのGFP発現がAd5CMVGFP形質導入によって生じたが、Ad5PPE−1−3XGFPによる形質導入からは、非常に低いGFP発現が生じた。
【0163】
これらの結果は、総合すると、配列番号:7の3X配列を含有している修飾型PPE−1プロモーターを使用することにより、高レベルの内皮特異性及び高レベルの内皮発現が得られることを示している。
【0164】
実施例11
インビボでAd5PPE−1−3Xによって送達されたレポーター遺伝子の細胞局在
インビボでPPE−1−3Xプロモーターの調節下で発現されたレポーター遺伝子の細胞局在パターンを決定するため、Ad5PPE−1−3XGFP及びAd5PPE−1GFPを、前記のようなマウスに注射した。静脈注射後5日目、マウスを屠殺し、組織を蛍光顕微鏡検によって分析した。
【0165】
Ad5PPE−1−3XGFPを注射されたマウスの肝臓、腎臓、及び脾臓の血管の内皮細胞には、Ad5PPE−1GFPを注射されたマウスと比較して有意に高いGFP活性が観察された。図17A及びBは、代表的な結果を示している。
【0166】
図17Aは、Ad5PPE−1GFPを注射されたマウスの血管を裏打ちしている内皮細胞における低レベルのGFP発現を示している。図17Bは、構築物への3X配列の付加によって、はるかに高いレベルのGFP発現が生じたことを示している。
【0167】
血管の裏打ちにおける高発現にもかかわらず、肝細胞、糸球体、上皮細胞、及び脾細胞には発現が検出されなかった(図18及び19)。
【0168】
図18は、注射されたマウスの腎組織からの代表的な結果を示している。Ad5CMVGFPを注射されたマウス(図18A)、Ad5PPE−1GFPを注射されたマウス(図18B)、及びAd5PPE−1−3XGFPを注射されたマウス(図18C)は、全て、腎細胞における低いGFP活性を示した。図18Bにおいては、わずかに高いGFP発現が、血管壁に可視である(矢印によって示されている)。
【0169】
図19は、注射されたマウスの脾組織からの代表的な結果を示している。Ad5CMVGFPを注射されたマウス(図19A)、Ad5PPE−1GFPを注射されたマウス(図19B)、及びAd5PPE−1−3XGFPを注射されたマウス(図19C)は、全て、脾臓の細胞における低レベルのGFP活性を示した。Ad5PPE−1−3XGFPを注射されたマウスの血管には、比較的高いGFP活性が可視である(矢印によって示されている)。
【0170】
これらの結果は、PPE−1プロモーター及びPPE−1−3Xプロモーターが、いずれも、インビボで内皮細胞特異的であることを確証した。さらに、両プロモーターの活性が、非増殖内皮組織、即ち、健康な器官の血管に限定されていたことも示唆している。従って、腫瘍血管形成モデルにおけるアッセイを行った。
【0171】
実施例12
インビボの腫瘍新血管新生におけるAd5PPE−1構築物のアッセイ
レポーター遺伝子の発現を腫瘍内の血管形成性血管へと特異的に差し向けるAd5PPEの能力を確認するため、(材料及び方法に既に記載された)マウスLLCモデルを利用した。
【0172】
一つの実験においては、腫瘍新血管新生中のルシフェラーゼ発現を、Ad5PPE−1Luc又はAd5CMVLuc(各1010pfu/ml)の全身注射後5日目に試験した。
【0173】
この実験においては、原発腫瘍モデル及び転移腫瘍モデルの両方へのAd5CMVLucの全身注射が、原発腫瘍又は転移肺における最小の発現をもたらした。この発現レベルは、未処置の正常肺においてCMVによって指図された最小のルシフェラーゼ発現と類似していた(図35;黒バー;n=12)。極めて対照的に、PPE−1プロモーター(図35;白バー;n=9)の調節下では、高度に血管形成性の肺転移が、低血管新生性の原発腫瘍及び未処置肺におけるルシフェラーゼ活性より約200倍高かったルシフェラーゼ活性と関連していた。
【0174】
肝臓、腎臓、心臓、及び膵臓のような非転移組織におけるルシフェラーゼ発現は最小であった。大動脈における発現レベルは、転移肺におけるレベルの約30%であった。
【0175】
LLCモデルにおける付加的な実験においては、Ad5PPE−1GFP及びAd5CMVGFP構築物を、原発腫瘍及び転移肺におけるレポーター遺伝子発現の局在位置を決定するために利用した。
【0176】
腫瘍細胞自体には発現が検出されなかったが、Ad5PPE−1GFPを注射されたマウスは、原発腫瘍の血管における高レベルのGFP特異的発現を示した(図36C)。この観察は、実施例20に提示されたLLC細胞培養モデルの結果と一致している。肺転移においては、高レベルのGFP発現が、転移巣の大きな動脈及び小さな血管形成性血管の両方に検出された(図36A)。正常肺組織には、発現が検出されなかった。内皮細胞局在は、GFP発現(図36A)及びCD31抗体免疫染色(図36B)の共局在によって証明された。著しく対照的に、Ad5CMVGFPを注射されたマウスにおいては、原発腫瘍にも肺転移にもGFP活性が検出不可であった。
【0177】
図36Cは、Ad5PPE−1GFPの腫瘍内注射の後の原発腫瘍の血管におけるGFP発現を例示している。図36Dは、腫瘍及びその血管を例示するパネルCと同一物の位相差画像である。
【0178】
これらの結果は、PPE−1が腫瘍細胞自体においては高レベルの発現を駆動せず、このプロモーターが、腫瘍内の血管内皮、特に急速に増殖中の血管形成性血管においては高レベルの発現を駆動することを示している。
【0179】
原発皮下腫瘍モデルへのAd5CMVの腫瘍内注射は、腫瘍組織においては高いルシフェラーゼ発現をもたらし、肝臓においては中レベルの発現をもたらした(腫瘍において発現された量の10%;図42)。転移肺には、発現が検出されなかった。他方、腫瘍内注射した場合、PPE−1プロモーターの調節下でのルシフェラーゼ発現は、原発腫瘍及び転移肺において類似したルシフェラーゼ発現レベルをもたらし、肝臓には発現が検出されなかった。
【0180】
実施例13
癌細胞培養系におけるAd5PPE−1構築物のアッセイ
癌細胞においてルシフェラーゼ発現を駆動するAd5PPE−1及びAd5CMVの効率をアッセイするため、D122−96ルイス肺癌細胞系を利用した。
【0181】
様々な感染多重度(moi)におけるインビトロ形質導入を達成した。結果は、両方のアデノウイルスベクターが、ルシフェラーゼ遺伝子をこれらの細胞へと形質導入しうることを示している(表3)。にも関わらず、LLC細胞においてPPE−1プロモーターによって指図されたルシフェラーゼ活性は、内皮細胞において検出された活性よりはるかに低く、それぞれ50光単位/μgタンパク質対1000〜2500光単位/μgタンパク質であった。
【表3】
【0182】
実施例14
インビボの腫瘍血管形成性血管における3X配列の効果のアッセイ
血管形成性血管におけるPPE−1プロモーターに対する3X配列の効果を確認するため、(材料及び方法に既に記載された)ルイス肺癌(LLC)転移モデルを利用した。1010感染単位のAd5PPE−1GFP、Ad5PPE−1−3XGFP、又はAd5CMVGFPのIV注射後5日目、マウスを屠殺し、材料及び方法に記載されたようにして組織を分析した。
【0183】
図20A〜Dは、生理食塩水を注射された対照マウス(図20A)、Ad5CMVGFPを注射されたマウス(図20B)、Ad5PPE−1GFPを注射されたマウス(図20C)、及びAd5PPE−1−3XGFPを注射されたマウス(図20D)の転移肺におけるGFP発現を要約している。抗CD31免疫染色(図20C’〜20D’)は、各転移組織内のGFP発現の位置を確証している。結果は、対照の生理食塩水を注射されたマウスにはGFP発現が検出されず(図20A)、CMVを注射されたマウスの上皮気管支の周囲にはわずかな発現が存在したが、これらのマウスの転移肺の血管形成性血管には存在しなかったことを示している(図20B)。低いGFP発現が、Ad5PPE−1GFPを注射されたマウスの転移肺に観察され(図20C及び20C’)、高度かつ特異的な発現が、Ad5PPE−1−3XGFPを注射されたマウスの新血管に観察された(図20D及び20D’)。
【0184】
これらの結果は、実施例10のインビボの結果と、実施例2、3、及び6のインビトロの結果との間の見かけの矛盾を説明する。PPE−1プロモーター及びPPE−1−3Xプロモーターは、いずれも内皮特異的である。しかしながら、3X配列は、増殖中の腫瘍内の新たに形成されつつある血管のような、急速に増殖中の内皮組織における発現レベルを大きく増加させる。
【0185】
実施例15
腫瘍血管形成性血管におけるPPE−1プロモーターに対する3X因子の効果
腫瘍血管形成性血管におけるPPE−1プロモーターの効力及び特異的活性に対する本発明の3X因子の効果を研究するため、LLC転移モデルを利用した。1010pfu/mlのAd5PPE−1Luc、Ad5PPE−1−3XLuc、Ad5CMVLuc、Ad5PPE−1GFP、Ad5PPE−1−3X−GFP、又はAd5CMVGFPのi.v.注射後5日目に、マウスを屠殺し、前記のようにして、組織をルシフェラーゼ又はGFPの発現に関して分析した。
【0186】
図37は、Ad5PPE−1−3XLuc、Ad5PPE−1Luc、又はAd5CMVLucの全身注射の後の、正常肺におけるルシフェラーゼ発現と、転移肺におけるルシフェラーゼ発現とを比較したヒストグラムである。実験群は、Ad5CMVLuc(n=7;黒バー)、Ad5PPE−1Luc(n=6;灰色バー)、及びAd5PPE−1−3XLuc(n=13;茶色バー)であった。活性は、光単位/μgタンパク質として表されている。
【0187】
PPE−1−3Xプロモーターの調節下でのルシフェラーゼ発現は、正常肺における活性と比較して転移肺においては35倍大きく、3X因子を含まないPPE−1プロモーターによって駆動された発現より3.5倍高かった(p<0.001)。Ad5PPE−1−3XLucを注射されたマウスのその他の組織には、極めて低いルシフェラーゼ活性が検出された。注射された各動物の肝臓に対する比率(%)として肺におけるルシフェラーゼ発現を計算すると、転移肺における活性が、正常肺における活性と比較して10倍増加していることが明らかとなった(図38)。
【0188】
特定の細胞型へのレポーター遺伝子発現の局在を決定するため、GFP構築物を利用した。図39は、Ad5PPE−1−3XGFPを注射されたマウスの転移肺におけるGFP発現を示している(図39A)。CD31抗体による免疫染色(図39B)は、新血管におけるGFP発現の位置を確証している。GFP発現は、対照の生理食塩水を注射されたマウスには検出されなかった。CMVを注射されたマウスの上皮気管支の周囲には低レベルの発現が検出されたが、転移肺の血管形成性血管には検出されなかった。要約すると、これらの結果は、発現レベルの大きな増加が、Ad5PPE−1構築物への3X因子の導入に起因したこと、及びこの増加した発現が、腫瘍の血管形成性血管に特異的であったことを示している。可能性として、目的の配列の発現レベルをさらに強化するため、観察された効果を、前記の低酸素応答と共役させることができるかもしれない。
【0189】
実施例16
PPE−1低酸素応答のさらなる特徴決定
マウスPPEプロモーター活性に対する低酸素の効果をさらに特徴決定するため、ウシ大動脈内皮細胞(BAEC)を、DNAプラスミド(pEL8;図26A)によってトランスフェクトした。pEL8プラスミドは、マウスPPE−1プロモーター(1.4kb)(赤)、ルシフェラーゼ遺伝子(1842bp)、SV40ポリA部位、及びエンドセリン−1遺伝子の第1イントロンを含有している。全部でPPE−1プロモーターカセットと名付けられたこれらは、材料及び方法に記載されたようにして、BamHI制限酵素によって消化され、抽出された。トランスフェクション後、細胞を低酸素条件に曝した。
【0190】
18時間の低酸素(0.5%O2)に曝されたトランスフェクトされたBAECにおけるルシフェラーゼ発現は、正常酸素環境において増殖させられた細胞におけるルシフェラーゼ発現より8倍高かった(図21)。図21は、マウスPPE−1プロモーターを含有するプラスミドによってトランスフェクトされたBAECにおけるルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)が、トランスフェクトされた細胞を低酸素環境においてインキュベートした場合、有意に高くなったことを示している。β−ガラクトシダーゼレポーターベクターとの共トランスフェクション、及びLacZ活性のアッセイにより、等しいトランスフェクション効率が確証された。
【0191】
アデノウイルスベクターによって送達されたマウスPPE−1プロモーターも低酸素によってアップレギュレートされるか否かを決定するため、BAECをAd5PPE−1Lucにより形質導入した。この実験においては、Ad5CMVLucを非特異的対照として使用した。結果は、図22に要約されているように、Ad5PPE−1Lucにより形質導入されたBAECにおける低酸素時のルシフェラーゼ活性についてである。全く対照的に、Ad5CMVにより形質導入された細胞においては、正常酸素と低酸素との間で有意な差が検出されなかった(図22)。
【0192】
PPE−1プロモーター活性の増強が内皮細胞に特異的であるか否かを理解するため、種々の細胞系(BAEC、B2B、CHO、RIN、及び心筋細胞)を、Ad5PPE−1によって形質導入し(moi=10)、低酸素環境(0.5%O2)又は正常酸素環境に曝した。結果は、図23に要約されている。ルシフェラーゼ発現は、低酸素環境において培養されたB2B細胞においてわずかに増加し、BAEC細胞において有意に増加した。その他の細胞系におけるルシフェラーゼ発現は、正常酸素と比較して、低酸素環境によって減少した。これらの結果は、PPE−1プロモーターの低酸素誘導が、主に、内皮細胞系列において起こることを確証している。
【0193】
実施例17
PPE−1低酸素応答に対する3X配列の効果
PPE−1低酸素応答に対する3X配列の効果を確認するため、BAECをAd5PPE−1Luc及びAd5PPE−1(3X)Lucによって形質導入した。形質導入後、BAEC細胞を、既に詳述されたようにして、低酸素環境又は正常酸素環境のいずれかでインキュベートした。結果は、図24に要約されている。Ad5PPE−1Luc構築物を使用した場合のルシフェラーゼ発現は、低酸素に応答して有意に増加した(7倍)(低酸素においては2578、正常酸素においては322.1)。対照的に、Ad5PPE−1(3X)Luc構築物は、低酸素に応答してわずか1.5倍の増加を示した(正常酸素条件における2874.5から低酸素条件における4315まで)。これらの結果は、3X配列がPPE−1プロモーターに付加された場合に観察された、正常酸素時の高い発現レベルが、ある程度、低酸素応答を隠蔽するようはたらいていることを示している。
【0194】
実施例18
トランスジェニックマウスモデルにおける低酸素に対するPPE−1プロモーターの応答のアッセイ
局部的な低酸素/虚血に供された組織におけるマウスPPE−1プロモーター活性を調査するため、材料及び方法に既に記載されたmPPE−1−Lucトランスジェニックマウスを利用した。以前に記載されたようにして(Couffinhal T.ら、(1998)Am.J.Pathol.152;1667−1679)、マウスを局部的な後肢虚血へと誘導した。簡単に説明すると、ペントバルビタールナトリウム(40mg/kg、IP)で動物に麻酔を施した。後肢の一側性虚血を、伏在動脈及び膝窩動脈の分岐からおよそ2mm近位の右大腿動脈の結紮によって誘導した。灌流の機能変化の誘導を確かめるため、7.5MHzトランスデューサー及び血管造影ソフトウェアを装備したシナジー(Synergy)超音波システム(GE)によって、超音波画像法を4日目及び14日目に実施した。動物は、最大18日間、従来の条件の下で収容した。
【0195】
結紮後2日目、5日目、10日目、及び18日目に、虚血筋肉、正常非結紮筋肉、肝臓、肺、及び大動脈におけるルシフェラーゼ発現をアッセイした。
【0196】
図25に要約された結果は、結紮後数日間、肝臓、肺、及び大動脈においては有意な差が検出されなかったが、正常非結紮筋肉及び虚血筋肉の両方において、ルシフェラーゼ遺伝子発現が大腿結紮の後に増加したことを示している。虚血筋肉における最高ルシフェラーゼ発現は、結紮後5日目に検出され、非結紮筋肉における最高ルシフェラーゼ発現は、大腿動脈結紮後10日目に検出された。これは、PPE−1プロモーターの低酸素応答が、インビボ系において機能的であることを示している。非虚血筋肉におけるルシフェラーゼ発現は、対照の非施術組織(0日目)における発現と比較して、試験された数日間、変化しなかった。対照的に、虚血筋肉におけるルシフェラーゼ発現は、5日目に、他の時点よりも有意に高くなった。
【0197】
5日目、PPE−1により駆動されたルシフェラーゼ発現は、対照の非施術マウスより、そして10日目及び18日目の虚血筋肉と比較して、2.5倍高かった(図40)。
【0198】
局部虚血に曝されたトランスジェニックマウスの肝臓、肺、及び大動脈を含む他の非虚血組織におけるルシフェラーゼ発現は、虚血誘導後18日以内に、これらの組織におけるルシフェラーゼ発現の有意な変化を明らかにしなかった(図41)。
【0199】
さらに、これらの結果は、内皮組織を高い比率(%)で含有している組織(肺及び大動脈)におけるルシフェラーゼ発現が、内皮組織を低い比率(%)で含有している組織(肝臓及び非虚血筋肉)より高かったことを確証している。
【0200】
実施例19
内皮細胞におけるAd5PPE−1Luc活性に対する細胞増殖レベルの効果
Ad5PPE−1Lucの効率及び特異的活性に対する細胞増殖レベルの効果を確認するため、内皮細胞(BAEC)の血管形成モデルをインビトロで試験した。形質導入されたBAECを、血清枯渇によって休止状態へと誘導するか、又は正常な増殖のため10%FCSで増殖させた。簡単に説明すると、細胞を、血清枯渇後72時間目の休止細胞として、又は正常培地(10%FCS)中の増殖細胞として、48時間、形質導入した。ルシフェラーゼ活性は、細胞量の差について規準化するため、光単位/μgタンパク質として表される。提示された結果は、4回の代表的な独立した実験からのトリプリケート試験の平均値である。
【0201】
PPE−1プロモーター(白バー;図28)の調節下での正常増殖BAECにおけるルシフェラーゼ発現は、休止細胞より4倍高く、CMVプロモーター(黒バー;図28)の調節下でのルシフェラーゼ発現より25倍高かった。さらに、増殖細胞では、PPE−1プロモーターの調節下での活性が、CMVプロモーター調節下での活性より10倍高かった。
【0202】
血管形成条件をインビトロで模倣するため、40ng/ml血管内皮増殖因子(VEGF)の添加によって急速な増殖へと誘導されたBAECにおいて、Ad5PPE−1Luc活性を試験した。これらの条件下での活性を、前記のような正常増殖細胞及び休止細胞における活性と比較した。VEGFにより細胞増殖へと誘導されたBAECにおけるルシフェラーゼ発現は、正常増殖細胞よりも44倍高く、休止細胞よりも83倍高かった(図29)。
【0203】
総合すると、これらの実験は、PPE−1プロモーターの転写調節下での目的の配列の活性レベルが、細胞増殖レベルの関数であり、急速な増殖は、より高い発現レベルを引き起こすことを示している。
【0204】
実施例20
アテローム性動脈硬化誘導マウスにおけるPPE−1プロモーターのアッセイ
アテローム性動脈硬化血管におけるAd5PPE−1ベクターの効率及び特異性を試験するため、1010pfu/mlのウイルスベクターを、6ヶ月齢ApoE欠損マウス(Plump,A.S.ら、Cell;1991;71:343−353)へと全身注射した。
【0205】
ApoE欠損マウスは、加齢するにつれ、脂質範囲食への誘導なしに、高コレステロール値、及び広範なアテローム生成斑を発症する。図32は、スーダン(Sudan)−IVによって着色された、ApoE欠損マウスから解剖された大動脈の写真である。胸大動脈は比較的少ない赤色に染色されたアテローム性動脈硬化巣を含有しており、腹領域は高度にアテローム性動脈硬化性であることに注意されたい。(図32は、125I−HDL及び125I−BSAによる大動脈アテローム性動脈硬化巣の画像法(A.Shaish ら、Pathobiology−投稿中)より編集した)。
【0206】
図33は、Ad5PPE−1Luc(白バー;n=12)及びAd5CMVLuc(黒バー;n=12)のApoE欠損マウスへの注射後5日目に観察されたルシフェラーゼ発現を要約している。結果は、比較的少ないアテローム性動脈硬化巣を含有している胸部、及びアテローム性動脈硬化巣に富む腹大動脈における絶対ルシフェラーゼ発現として提示されている。
【0207】
PPE−1プロモーターにより調節されたルシフェラーゼ発現は、CMVプロモーターの調節下での発現と比較して、高度にアテローム性動脈硬化性の腹動脈においては6倍高く、わずかにアテローム性動脈硬化性の胸大動脈においては1.6倍高かった。
【0208】
Ad5PPE−1Lucを注射されたマウスにおいては二つの大動脈領域間に有意差が観察されなかったが、Ad5CMVLucを注射された群の胸大動脈においては、病巣を含有している腹大動脈における低い発現と比較して、より高いルシフェラーゼ発現が観察された。
【0209】
これらの結果は、構成性プロモーター(CMV)はアテローム性動脈硬化が最も重度である区域において機能を停止する傾向を有しており、PPE−1プロモーターは、疾患進行によって比較的影響を受けないことを示している。
【0210】
実施例21
創傷治癒モデルにおけるPPE−1プロモーターのアッセイ
Ad5PPE−1構築物の、治癒中の創傷血管へルシフェラーゼ発現を差し向ける効率及び特異性を試験するため、材料及び方法に既に記載されたようなマウス創傷治癒を利用した。
【0211】
他の実験と同様に、Ad5CMVLucを、非組織特異的対照として使用した。PPE−1プロモーター(図34;白バー)の調節下でのルシフェラーゼ活性は、CMV調節下(図34;黒バー)で観察された活性と比較して、正常領域(6.8±3.2)においても、治癒中の創傷領域(5±1.6)においても高かった。
【0212】
CMVプロモーター及びPPE−1プロモーターの両方が、治癒中の創傷における減少した発現レベルを示したため、これらの結果は、解釈が困難である。この予想外の観察に関わらず、PPE−1プロモーターが、正常組織においても治癒中の組織においてもCMVプロモーターより高い発現レベルを駆動することは明らかである。壊死瘢痕組織の存在が、治癒中の創傷における両プロモーターにより観察された減少した発現レベルの原因であるかもしれない。
【0213】
本発明を、特定の実施態様と併せて記載してきたが、多くの代替物、修飾、及び改変が、当業者には明白になろう。従って、そのような代替物、修飾、及び改変は、添付の特許請求の範囲の本旨及び広い範囲に含まれるものとする。この明細書において言及されたアクセッション番号により同定される出版物、特許、特許出願、又は配列は、全て、アクセッション番号により同定される個々の出版物、特許、特許出願、又は配列が、各々、参照により本明細書に組み込まれると特別に個々に示されたかのごとく、参照により、完全に、本明細書に組み込まれる。さらに、本願における任意の参照の引用又は同定は、そのような参照が、本発明に対する先行技術として利用可能であることの承認として解釈されるべきではない。
「配列表フリーテキスト」
配列番号2は合成オリゴヌクレオチドの配列である。
配列番号3は合成オリゴヌクレオチドの配列である。
配列番号4はNhe−1制限酵素部位の配列である。
配列番号5は低酸素応答因子E−boxの配列である。
配列番号6はマウス内皮特異的エンハンサー因子の配列である。
配列番号7はPPE−1プロモーター由来のマウスエンハンサー配列のトリプリケートコピーの配列である。
配列番号8はEDCフラグメントの配列である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 非内皮対照としてB2B細胞系を使用した、ウシ及びヒト両方の内皮細胞系におけるルシフェラーゼ発現に対する、本発明のエンハンサー因子の効果を例示するヒストグラムである。
【図2】 様々な細胞系におけるルシフェラーゼ発現に対する、アデノウイルスベクター内の本発明のプロモーターの内皮特異性を例示するヒストグラムである。
【図3】 BAEC細胞系における、本発明のAd5PPE−1−3X及びAd5CMV対照構築物の調節下でのGFP発現を例示する光学顕微鏡写真である。
【図4】 内皮細胞及び非内皮細胞におけるpACPPE−1−3Xp55、pACPPE−1−3Xルシフェラーゼ、及びpCCMVp55により誘導されたアポトーシス率(%)のヒストグラムである。
【図5】 本発明に係るエンハンサー因子のプロモーター構築物への導入の、低酸素応答に対する効果を例示するヒストグラムである。
【図6】 本発明に係るエンハンサー因子の、アデノベクター構築物のプロモーターへの導入の、低酸素応答に対する効果を例示するヒストグラムである。
【図7】 本発明に係るエンハンサー因子のプロモーターへの導入の、ウシ及びヒトの内皮細胞系における発現レベルに対する効果を例示するヒストグラムである。
【図8】 内皮プロモーター(PPE−1)又は対照(CMV)プロモーターいずれかを含有しているアデノウイルス構築物の注射後に、様々な器官において観察されたレポーター遺伝子の発現レベルを例示するヒストグラムである。
【図9】 構築物を注射されたマウスの肝組織におけるAd5CMVGFP構築物(図9A)及びAd5PPE−1−GFP構築物(図9B)の細胞発現を例示する二つの光学顕微鏡写真である。
【図10】 本発明に係るエンハンサー因子のプロモーターへの導入の、内皮細胞系及び非内皮細胞系における発現レベルに対する効果を例示するヒストグラムである。
【図11】 本発明に係るエンハンサー因子のプロモーターへの導入の、内皮細胞系及び非内皮細胞系における発現レベルに対する効果を例示するヒストグラムである。
【図12】 Ad5PPE−1−3XGFPにより形質導入された細胞、Ad5PPE−1GFPにより形質導入された細胞、及びAd5CMVGFPにより形質導入された細胞におけるGFP発現を例示する顕微鏡写真である。
【図13】 moi−1のAd5PPE−1−3XGFP及びAd5CMVGFPによりそれぞれ形質導入されたSMCにおけるGFP発現を例示する。
【図14】 HeLa細胞において行われた図13A〜Bの実験と類似の実験の結果を示す。
【図15】 HepG2細胞において行われた図13A〜Bの実験と類似の実験の結果を示す。
【図16】 NSF細胞において行われた図13A〜Bの実験と類似の実験の結果を示す。
【図17】 それぞれAd5PPE−1GFP及びAd5PPE−1−3XGFPを注射されたマウスの血管を裏打ちしている内皮細胞におけるGFP発現を例示する顕微鏡写真である。
【図18】 注射されたマウスの腎組織からの結果を例示する顕微鏡写真である。Ad5CMVGFPを注射されたマウス(図18A)、Ad5PPE−1GFP(図18B;わずかに高度のGFP発現が血管壁に可視である;矢印によって示されている)、及びAd5PPE−1−3XGFP(図18C)。
【図19】 脾組織切片に対して行われた、図18A〜Cに図示された実験と類似の実験を例示する。
【図20】 生理食塩水を注射された対照マウス(図20A)、Ad5CMVGFPを注射されたマウス(図20B)、Ad5PPE−1GFPを注射されたマウス(図20C)、及びAd5PPE−1−3XGFPを注射されたマウス(図20D)の転移肺におけるGFP発現を例示する。抗Cd31免疫染色(図20C’〜20D’)は、各転移組織におけるGFP発現及びCD31発現の共局在を確証している。
【図21】 マウスPPE−1プロモーターを含有しているプラスミドによりトランスフェクトされたBAECにおけるルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)が、トランスフェクトされた細胞を低酸素条件下でインキュベートした場合に、有意に高くなることを例示するヒストグラムである。
【図22】 Ad5PPE−1Luc及びAd5CMVLucが利用されたことを除き、図21と同様のヒストグラムである。
【図23】 種々の細胞系における低酸素の効果を示す、図22と同様の一連のヒストグラムである。
【図24】 本発明の3X配列の、BAEC細胞におけるPPE−1低酸素応答に対する効果を例示するヒストグラムである。
【図25】 大腿動脈結紮後のPPE−1−Lucトランスジェニックマウスにおけるルシフェラーゼ発現のレベルを示すヒストグラムである。
【図26】 本発明と併せて利用された構築物のプラスミド地図である。
【図27】 結紮後21日目の、種々の処理群からの代表的な動物の結紮された肢の一連の超音波画像である。図27A:対照Ad5CMVLuc処理;図27B:対照生理食塩水処理;図27C:Ad5PPE−3X−VEGF処理;図27D:Ad5CMV−VEGF処理。
【図28】 Ad5PPE−1Luc(白バー)及びAd5CMVLuc(黒バー)により形質導入された増殖期及び休止期のウシ大動脈内皮細胞(BAEC)におけるルシフェラーゼ活性を例示するヒストグラムである。
【図29】 VEGF添加後の正常増殖中、休止状態、及び急速増殖中のAd5PPE−1Lucにより形質導入されたBAECにおけるルシフェラーゼ活性を例示するヒストグラムである。
【図30】 Ad5PPE−1Luc及びAd5CMVLucを注射された正常C57BL/6マウスの(図30A)大動脈及び肝臓(図30B)におけるルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
【図31】 注射された正常なBALB/Cマウスにおける、Ad5PPE−1Luc(白バー)又はAd5CMVLuc(黒バー)の注射後5日目(図31A)及び14日目(図31B)(各時点についてn=10)に検出された相対ルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
【図32】 スーダン−IVにより着色されたApoE欠損マウスから解剖された大動脈を図示する先行技術の画像である。
【図33】 Ad5PPE−1Luc(白バー;n=12)又はAd5CMVLuc(黒バー;n=12)のApoE欠損マウスへの全身注射後5日目に検出された絶対ルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
【図34】 創傷治癒中のC57BL/6誘導マウスへのAd5PPE−1Luc(黒バー)又はAd5CMVLuc(白バー)の全身注射後5日目の絶対ルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
【図35】 ルイス肺癌誘導マウスの正常肺、転移肺、及び原発腫瘍におけるルシフェラーゼ活性を例示するヒストグラムである。
【図36】 Ad5PPE−1GFPの腫瘍内注射後のLLC保持マウスの肺及び腫瘍におけるGFP発現及び組織形態学を例示する顕微鏡写真である。図36A−肺転移の血管形成性血管におけるGFP;図36B−図36Aに描写された切片のCD31抗体免疫染色;図36C−原発腫瘍の血管におけるGFP発現;図36D−血管を例示するCの切片の位相差。
【図37】 Ad5CMVLuc、Ad5PPE−1Luc、及びAd5PPE−1−3X−Lucを注射されたルイス肺癌誘導マウスのの正常肺及び転移肺におけるルシフェラーゼ発現を例示するヒストグラムである。
【図38】 Ad5CMV、Ad5PPE−1Luc、及びAd5PPE−1(3X)を注射されたルイス肺癌誘導マウスの正常肺及び肺転移における肝臓活性に対する比率(%)(肝臓を100%とした場合)としてのルシフェラーゼ活性を例示するヒストグラムである。
【図39】 Ad5PPE−1−3X−GFPを注射されたLLC肺転移を有するマウスにおけるGFP発現(図39A)及びCd31免疫染色(図39B)の共局在を例示する顕微鏡写真である。
【図40】 大腿結紮後2日目、5日目、10日目、及び18日目のPPE−1ルシフェラーゼトランスジェニックマウスの筋肉(虚血及び正常)、並びに対照(非結紮動物−0日目;各群n=8)におけるルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
【図41】 大腿結紮後5日目(n=6)、10日目(n=6)、及び18日目(n=8)のPPE−1ルシフェラーゼトランスジェニックマウスの肝臓、肺、及び筋肉内(虚血及び正常)大動脈、並びに対照(非結紮動物−0日目)におけるルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
【図42】 Ad5CMVLuc(黒バー)又はAd5PPE−1Luc(白バー)を原発腫瘍内に注射されたLLCマウスの肝臓、肺、及び原発腫瘍において検出されたルシフェラーゼ活性(光単位/μgタンパク質)を例示するヒストグラムである。
【配列表】
Claims (18)
- 制御因子として機能性の単離されたポリヌクレオチドであって、単離されたポリヌクレオチドは、配列番号:8に示された配列少なくとも1コピーを含み、前記制御因子は、内皮特異的プロモーターに操作可能に連結されたヌクレオチド配列の制御された発現を可能にする、単離されたポリヌクレオチド。
- 前記制御因子は、配列番号:6に示された配列少なくとも1コピーをさらに含む請求項1記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 前記制御因子は、配列番号:8に示された配列1コピーと、配列番号:6に示された配列少なくとも2コピーとを含む請求項1記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 前記内皮特異的プロモーター因子は、PPE−1プロモーター少なくとも1コピーを含む請求項1記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 低酸素応答因子をさらに含む請求項1記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 前記低酸素応答因子は、配列番号:5に示された配列少なくとも1コピーを含む請求項5記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 前記制御因子は配列番号:7に示されるものである請求項1記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 請求項1記載の単離されたポリヌクレオチドと目的の核酸配列とを含む核酸構築物であって、前記目的の核酸配列は前記単離されたポリヌクレオチドの制御調節下にある核酸構築物。
- 前記目的の核酸配列は、VEGF、p55、及びPDGF−BBからなる群より選択される請求項8記載の核酸構築物。
- 請求項8記載の核酸構築物により形質転換された哺乳動物細胞。
- 内皮細胞において制御因子として機能性の単離されたポリヌクレオチドであって、単離されたポリヌクレオチドは、配列番号:7に示された配列を含むエンハンサー因子を含む単離されたポリヌクレオチド。
- 内皮特異的プロモーター因子をさらに含む請求項11記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 前記内皮特異的プロモーター因子は、PPE−1プロモーター少なくとも1コピーを含む請求項12記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 低酸素応答因子をさらに含む請求項11記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 前記低酸素応答因子は、配列番号:5に示された配列少なくとも1コピーを含む請求項14記載の単離されたポリヌクレオチド。
- 請求項11記載の単離されたポリヌクレオチドと目的の核酸配列とを含む核酸構築物であって、前記目的の核酸配列は前記単離されたポリヌクレオチドの制御調節下にある核酸構築物。
- 前記目的の核酸配列は、VEGF、p55、及びPDGF−BBからなる群より選択される請求項16記載の核酸構築物。
- 請求項16記載の核酸構築物により形質転換された哺乳動物細胞。
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