JP5216072B2

JP5216072B2 - 神経細胞特異的な逆行性輸送ベクター

Info

Publication number: JP5216072B2
Application number: JP2010263148A
Authority: JP
Inventors: 和人小林
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: EP2644697A4; US20130315872A1; WO2012070639A1; EP2644697B1; JP2012110290A; US9006411B2; EP2644697A1

Description

本発明は、神経細胞特異的な逆行性輸送ベクター（Neuron-specific retrograde transport vector: NeuRet）系、即ち、特に脳内において高度の逆行性輸送能を有し、生産効率が高く、特に、神経細胞への選択的な遺伝子導入を可能とするウィルスベクター系、より具体的には、狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域及び水泡性口内炎ウィルスの糖タンパク質 (VSV-G)の細胞外ドメインのＣ末端領域から成る融合細胞外ドメイン、RV-G又はVSV-Gの膜貫通ドメイン、並びにVSV-Gの細胞内ドメインを含む融合ポリペプチドによって、シュードタイプ化されたレンチウィルスベクター系、該ウィルスベクター系を使用する遺伝子導入方法及び遺伝子治療方法等に関する。

非増殖（非複製）型組換え体レンチウィルスベクターは、目的遺伝子を中枢神経系（ＣＮＳ）における非分裂細胞に輸送して長期間に亘る発現を維持する系等のさまざまな疾患に対する遺伝子治療用ベクターとして多くの研究に利用されている（非特許文献１〜４）。特に、HIV-1 (human immunodeficiency virus type 1) に由来する霊長類のレンチウィルスベクターは遺伝子治療用のベクターとして最も実績のあるものである（非特許文献５〜８）。しかしながら、レンチウィルスベクターは染色体に組み込まれるため、発がんのリスクのあることが知られている。特に、血液系疾患の遺伝子治療において白血病の発症する例が報告されている。神経疾患の遺伝子治療において、発がんのリスクを抑制し、より安全性の高いベクター系を開発するためには、遺伝子導入を神経細胞へ選択的にすることが望まれている。

一方、ある種の脳神経疾患に対する遺伝子治療のためには、神経終末部位より感染し、軸索を逆行性に輸送され、かかる感染部位より離れた場所に位置する標的部位にある細胞体に目的とする遺伝子を導入することのできるウィルスベクターが有益である（図１）。

これまでに、エンベロープ糖タンパク質（エンベロープ遺伝子タンパク質）として、水泡性口内炎ウィルス（vesicular stomatitis virus:VSV）の糖タンパク質 (VSV-G)を利用（シュードタイプ化：pseudotyping）した組換え体HIV-1ウィルスを用いて、カニクイサル脳内における逆行性輸送システムが開発されてきたが、このベクターの逆行性輸送は効率的なものではなかった（非特許文献９）。この文献に記載された方法では、免疫染色により確認された結果、サルの線条体に注入された組換え体HIV-1ウィルスにより逆行性に感染された中枢神経系の細胞はごく僅かであった。

一方で、狂犬病ウィルス（rabies virus: RV）は、シナプス終末より感染し、軸索を逆行性に輸送される活性を持つことが知られている。実際に、RV-Gによってウマ貧血ウィルスに基づく非霊長類レンチウィルスベクターの逆行性輸送能が亢進されることが報告されている（非特許文献１０、１１及び特許文献１）。

更に、RV-Gでシュードタイプ化したHIV-1レンチウィルスが報告されているが（非特許文献３）、この報告では実際にこのウィルスベクターを使用した動物実験（インビボ）はなされていない。又、狂犬病の原因となる神経向性ウィルスである、モコラリッサウィルス（Mokola lyssavirus）の糖蛋白質又はVSV-Gでシュードタイプ化したHIV-1ベクターのＣＮＳにおける遺伝子移入が研究されている。モコラリッサウィルスの糖蛋白質又はVSV-Gでシュードタイプ化したHIV-1ベクターをラットの鼻孔に注射した結果、嗅神経系までの逆行性輸送に関して、これらのベクターは互いに同程度であった（非特許文献１２）。又、この文献には線条体経由でウィルスベクターを投与した例は記載されていない。

これまでに本発明者等は、狂犬病ウィルスの糖タンパク質遺伝子(RV-G)でHIV-1レンチウィルスをシュードタイプ化したベクター（RV-G/HIV-1ベクター）を作製することよって、脳内のさまざま領域において高頻度な逆行性遺伝子導入を可能とすることを明らかにした(特許文献２、Hum. Gene Ther., 2007) 。更に、RV-Gの細胞内ドメインを水泡性口内炎ウィルス糖タンパク質（VSV-G）のもので置換した融合糖タンパク質（FuG-B）を作製した。これを用いて、高い効率の逆行性輸送能を保持し、且つ、より高い力価（機能的力価）を持つレンチウィルスベクター系を構築し、逆行性遺伝子導入の頻度を顕著に高めることに成功した（Hum. Gene Ther., 2010)。

特表２００４−５１７０５７号公報特開２００９−３４０２９号公報

NALDINI, L., BLÖMER, U., GAGE, F.H., TRONO, D., and VERMA, I.M. (1996). Efficient transfer, integration, and sustained long-term expression of the transgene in adult rat brains injected with a lentiviral vector. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 11382-11388. REISER, J., HARMISON, G., KLUEPFEL-STAHL, S., BRADY, R.O., KARLSSON, S., and SCHUBERT, M. (1996). Transduction of nondividing cells using pseudotyped defective high-titer HIV type 1 particles. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 15266-15271. MOCHIZUKI, H., SCHWARTZ, J.P., TANAKA, K., BRADY, R.O., and REISER, J. (1998). High-titer human immunodeficiency virus type 1-based vector systems for gene delivery into nondividing cells. J. Virol. 72, 8873-8883. MITROPHANOUS, K.A., YOON, S., ROHLL, J.B., PATIL, D., WILKES, F.J., KIM, V.N., KINGSMAN, S.M., KINGSMAN, A.J., and MAZARAKIS, N.D. (1999). Stable gene transfer to the nervous system using a non-primate lentiviral vector. Gene Ther. 6, 1808-1818. KORDOWER, J.H., EMBORG, M.E., BLOCH, J., MA, S.Y., CHU, Y., LEVENTHAL, L., MCBRIDE, J., CHEN, E.-Y., PALFI, S., ROITBERG, B.Z., BROWN, W.D., HOLDEN, J.E., PYZALSKI, R., TAYLOR, M.D., CARVEY, P., LING, Z., TRONO, D., HANTRAYE, P., DÉGLON, N., and AEBISCHER, P. (2000). Neurodegeneration prevented by lentiviral vector delivery of GDNF in primate models of Parkinson’s disease. Science 290, 767-773. MARR, R.A., ROCKENSTEIN, E., MUKHERJEE, A., KINDY, M.S., HERSH, L.B., GAGE, F.H., VERMA, I.M., and MASLIAH, E. (2003). Neprilysin gene transfer reduces human amyloid pathology in transgenic mice. J. Neurosci. 23, 1992-1996. ROSENBLAD, C., GEORGIEVSKA, B., and KIRIK, D. (2003). Long-term striatal overexpression of GDNF selectively downregulates tyrosine hydroxylase in the intact nigrostriatal dopamine system. Eur. J. Neurosci. 17, 260-270. LO BIANCO, C., SCHNEIDER, B.L., BAUER, M., SAJADI, A., BRICE, A., IWATSUBO, T., and AEBISCHER, P. (2004). Lentiviral vector delivery of parkin prevents dopaminergic degeneration in an α-synuclein rat model of Parkinson’s disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 17510-17515. KITAGAWA, R., MIYACHI, S., HANAWA, H., TAKADA, M., and SHIMADA, T. (2007). Differential characteristics of HIV-based versus SIV-based lentiviral vector systems: gene delivery to neurons and axonal transport of expressed gene. Neurosci. Res. 57, 550-558. MAZARAKIS, N. D., AZZOUZ, M., ROHLL, J.B., ELLARD, F.M., WILKES, F.J., OLSEN, A.L., CARTER, E.E., BARBER, R.D., BABAN, D.F., KINGSMAN, S.M., KINGSMAN, A.J., O’MALLEY, K., and MITROPHANOUS, K.A. (2001). Rabies virus glycoprotein pseudotyping of lentiviral vectors enables retrograde axonal transport and access to the nervous system after peripheral delivery. Human Mol. Genet. 10, 2109-2121. AZZOUZ, M., RALPH, G.S., STORKEBAUM, E., WALMSLEY, L.E., MITROPHANOUS, K.A., KINGSMAN, S.M., CARMELIET, P., and MAZARAKIS, N.D. (2004). VEGF delivery with retrogradely transported lentivector prolongs survival in a mouse ALS model. Nature 429, 413-417. DESMARIS, N., BOSCH, A., SALAÜN, C., PETIT, C., PRÉVOST, M.-C., TORDO, N., PERRIN, P., SCHWARTZ, O., DE ROCQUIGNY, H., and HEARD, J.M. (2001). Production and neurotropism of lentivirus vectors pseudotyped with lyssavirus envelope glycoproteins. Mol. Ther. 4, 149-156.

これまでの逆行性輸送を示すRV-GベクターやFuG-Bベクターは注入部位において神経細胞とグリア細胞の両方に遺伝子を導入する性質を持ち、これらのベクター系を使用した場合には、神経細胞に加えて分裂製細胞にも遺伝子導入が起こる。

従って、本発明の目的は、高頻度な逆行性輸送を介する遺伝子導入を可能とするばかりではなく、神経細胞への選択的又は特異的な遺伝子導入により、グリア細胞や神経幹細胞等の分裂製細胞に導入される効率を抑えて、発ガンのリスクが少なく安全性のより高いレンチウィルスベクター系を提供することである。

本発明者は、狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域及び水泡性口内炎ウィルスの糖タンパク質 (VSV-G)の細胞外ドメインのＣ末端領域から成る融合細胞外ドメイン、RV-G又はVSV-Gの膜貫通ドメイン、並びに、VSV-Gの細胞内ドメインを含む融合ポリペプチドをエンベロープとしてレンチウィルスベクターをシュードタイプ化することによって、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は以下の態様に係るものである。
［態様１］
（１）HIV-1のgag 及びpol遺伝子を含むパッケージングプラスミド；
（２）HIV-1のアクセサリー遺伝子を含むパッケージングプラスミド；
（３）目的遺伝子を含むトランスファープラスミド；及び
（４）エンベロープ遺伝子として、狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域及び水泡性口内炎ウィルスの糖タンパク質 (VSV-G)の細胞外ドメインのＣ末端領域から成る融合細胞外ドメイン、RV-G又はVSV-Gの膜貫通ドメイン、並びに、VSV-Gの細胞内ドメインを含む融合ポリペプチドをコードする遺伝子を含むエンベローププラスミド、を含む逆行輸送性ウィルスベクター調製用キット。
［態様２］
態様１のウィルスベクター調製用キット、及び、宿主細胞を含む、プロデューサー細胞作製用キット。
［態様３］
態様１のウィルスベクター調製用キットに含まれる、パッケージングプラスミド、トランスファープラスミド、及び、エンベローププラスミドを感染細胞にコトランスフェクションさせることから成る、プロデューサー細胞の作製方法。
［態様４］
態様３で得られたプロデューサー細胞。
［態様５］
態様３のプロデューサー細胞を培養し、培養上清からウィルス粒子を回収することからなる、ウィルスベクターの製造方法。
［態様６］
態様５の方法によって製造された、神経細胞への選択的な逆行性輸送能を有するウィルスベクター。
［態様７］
態様６のウィルスベクターを動物の神経終末部に感染させ、該ウィルスベクターが該神経の軸索を逆行性に輸送されることにより脳内の標的領域にある該神経の神経細胞体に選択的に導入し、目的とする遺伝子を該神経細胞体内で発現させることから成る、遺伝子導入方法。
［態様８］
態様６のウィルスベクターを活性成分として含有する、遺伝子治療剤。
［態様９］
態様７方法で導入された目的遺伝子が標的領域における細胞の染色体に組み込まれ発現することを含む、脳疾患の遺伝子治療方法。
［態様１０］
狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域及び水泡性口内炎ウィルスの糖タンパク質 (VSV-G)の細胞外ドメインのＣ末端領域から成る融合細胞外ドメイン、RV-G又はVSV-Gの膜貫通ドメイン、並びに、VSV-Gの細胞内ドメインを含む融合ポリペプチドから成る、レンチウィルスベクターのシュードタイプ化用のエンベロープ。
［態様１１］
態様１０の融合ポリペプチドから成るエンベロープをコードする遺伝子。
［態様１２］
態様１１の遺伝子を含むエンベローププラスミド。

本発明の逆行輸送性ウィルスベクターによって、マウス等の哺乳動物を含む動物において、神経終末（シナプス終末）の存在する脳領域に導入目的の特定の遺伝子を持つ組換え体ウィルスベクターを注入し、このウィルスベクターが軸索を逆行性に輸送されることによって、ウィルスベクターの感染（注入）部位から遠く離れた位置にある中枢神経系において、非分裂性細胞である神経細胞へ選択的に該目的遺伝子（導入遺伝子）を効率良く導入して発現させられることがインビボで実証された。特に、特定のパッケージングプラスミド、トランスファープラスミド及びエンベロープ遺伝子を用いるウィルスベクター調製用キットを使用することによって、予想以上に高いウィルス力価を有するウィルスベクターが得られ、脳内において高頻度な且つ神経細胞への選択的な逆行性輸送能を発揮する組換え体ウィルスベクターの作製が可能となる。

又、本発明の逆行輸送性ウィルスベクターはグリア細胞及び神経幹細胞等の分裂性細胞への遺伝子導入は極めて低く抑えられるので、発ガンのリスクが顕著に軽減され、神経細胞以外の細胞における遺伝子導入及び発現によって起こる副作用を減少させることができる。

高頻度な逆行性輸送を示すHIV-1 pseudotypeベクターの概要を模式的に示す。 FuG-Cの構造を示す。RV-Gの細胞外ドメインのN末端領域にVSV-G由来の細胞外ドメインＣ末端領域が連結され、さらにVSV-G由来の膜貫通・細胞内ドメインを含む。RV-GとVSV-Gの連結部位は矢印で示され、境界のアミノ酸配列が示されている。S，シグナルペプチド；TM，膜貫通ドメイン。導入遺伝子の発現パターンを示す写真である。（Ａ）線条体における発現パターン。（Ｂ）RV-GとFuG-Cベクターの逆行性輸送を介する導入遺伝子発現パターン。一次運動皮質 (M1)、一次体制感覚皮質 (S1)、視床束傍核 (PF)、黒質緻密部 (SNc) における発現。fr （手綱核脚間路）、SNr (黒質網様部)、LV（側脳室）。スケールバー：500 μm 逆行性遺伝子発現効率の力価依存性を示すグラフである。（Two-way ANOVA: main effect of vector, F_(1,30) = 223.9 for M1, 231.7 for S1, 46.5 for PF, and 87.7 for SNc, P < 0.001 in all regions; and interaction between vector and titer, F_(4,30) = 20.4 for M1, 21.7 for S1, 3.6 for PF, and 8.4 for SNc, P < 0.05 in all regions). 注入部位における神経細胞とグリア細胞への遺伝子導入効を示す共焦点顕微鏡写真である。スケールバー：50μ m 神経幹細胞への遺伝子導入効を示す共焦点顕微鏡写真である。（Ａ）GFAPとの二重染色：（Ｂ） BrdUとの二重染色。矢印は、代表的な二重染色細胞を示す。スケールバー：100μm (Ａ), 50μm (Ｂ)。エンベローププラスミドpCAG-FuG-Cに含まれている本発明のエンベロープをコードする塩基配列を示す。

本願発明のウィルスベクターは神経細胞特異的な逆行性輸送ベクター（Neuron-specific retrograde transport vector:NeuRet）であり、高い力価を示すことを特徴とする。
かかるウィルスベクターは、以下の調製用キットを用いて調製することが出来る：
（１）HIV-1のgag 及びpol遺伝子を含むパッケージングプラスミド；
（２）HIV-1のアクセサリー遺伝子を含むパッケージングプラスミド；
（３）目的遺伝子を含むトランスファープラスミド；及び
（４）エンベロープ遺伝子として、狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域及び水泡性口内炎ウィルスの糖タンパク質 (VSV-G)の細胞外ドメインのＣ末端領域から成る融合細胞外ドメイン、RV-G又はVSV-Gの膜貫通ドメイン、並びに、VSV-Gの細胞内ドメインを含む融合ポリペプチドをコードする遺伝子を含むエンベローププラスミド、を含む逆行輸送性ウィルスベクター調製用キット。

本発明のウィルスベクター調製用キットにおいて、「gag」はレトロウィルスのコア蛋白質をコードする遺伝子であり、「pol」は逆転写酵素等をコードする遺伝子である。又、「エンベロープ遺伝子」は、脂質二重膜からなるレトロウィルスの外皮膜であるエンベロープに存在するウィルス特異的な蛋白質であるエンベロープをコードする遺伝子である。エンベロープはウィルスが細胞に吸着し侵入するための重要な役割を担っている。更に、「アクセサリー遺伝子」とは、例えば、構造遺伝子の発現を調節するrev遺伝子等を意味する。

本発明のウィルスベクター調製用キットの好適代表例においては、（１）HIV-1のgag 及びpol遺伝子を含むパッケージングプラスミド及び（２）HIV-1のアクセサリー遺伝子を含むパッケージングプラスミドとして、夫々、「pCAGkGP1.1R」及び「pCAG4-RTR2」を使用し、更に、トランスファープラスミドとして、「pCL20c-MSCV-X（ここで、「X」は目的遺伝子を示す）」を使用することを特徴とする。該トランスファープラスミドはマウス幹細胞ウィルスプロモーターの下流に導入の対象である目的遺伝子「X」がコードされている。

上記のウィルスベクター調製用キットに含まれる各プラスミドは、St. Jude Children’s Research Hospital のArthur Nienhuis博士によって開発されたHIV-1ベクター系「SJ1」（HANAWA, H., et al., (2002) Mol. Ther. 5, 242-251; (2004). Blood 103, 4062-4069： St. Jude Children’s Research Hospitalから供与）に基づき構成されている。このベクター系は、HeLa細胞における力価が他のベクター系の約１０倍あることが知られている。従って、当業者であれば、本願明細書及び上記文献を参照することによって、これら各プラスミドを容易に作製することができる。尚、上記の（１）及び（２）のパッケージングプラスミドは、一つのプラスミドとして構築されていても良い。

本発明ウィルスベクター調製用キットのエンベローププラスミドに含まれるエンベロープ遺伝子は、狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域及び水泡性口内炎ウィルスの糖タンパク質 (VSV-G)の細胞外ドメインのＣ末端領域から成る融合細胞外ドメイン、RV-G又はVSV-Gの膜貫通ドメイン、並びに、VSV-Gの細胞内ドメインを含む融合ポリペプチドをコードする。尚、各ドメインの融合境界部分において、一個又は複数個のアミノ酸が削除・挿入・置換等のよって適宜変更させることが可能であり、各ドメインを構成するアミノ酸が全て含まれている必要はない。

このエンベロープ遺伝子の例として、融合細胞外ドメインを構成する狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域（シグナルペプチドを含む）としては、元来アミノ酸458個からなる狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域の、例えば、420個程度以上、又は、430個程度以上のアミノ酸からなるポリペプチドを有しているものを挙げることが出来る。

その好適な一例として、配列番号２に示されたアミノ酸配列から成る融合ポリペプチド（FuG-C）をコードするエンベロープ遺伝子、好ましくは、配列番号１（図７）に示されたＮ’側の1〜1,365番目の塩基配列（配列番号１において、5’側1〜1,317番目（開始コドン含む）の塩基がRV-G由来であり、3’側の1,318〜1,365番目の塩基がVSV-G由来である）を有する核酸分子を挙げることが出来る。当該塩基配列は、コドン縮重を考慮して、エンベローププラスミド内の他の要素に合わせて適宜最適コドンと成るように塩基を変更することが可能である。尚、狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）のアミノ酸配列及びそれをコードする塩基配列の例を配列番号４及び配列番号３で示す。

このように、上記の融合ポリペプチドは、各種のレンチウィルスベクター、特に、HIV-1レンチウィルスベクターのシュードタイプ化用のエンベロープとして有効である。従って、本発明は、該融合ポリペプチドから成るレンチウィルスベクターのシュードタイプ化用のエンベロープ、該融合ポリペプチドから成るエンベロープをコードする遺伝子、及び、該遺伝子を含むエンベローププラスミドそれ自体にも係る。

本発明のウィルスベクター調製用キットに含まれる各プラスミドにおいて、夫々の遺伝子は、当業者に公知の任意の発現調節配列の発現制御下に結合されている。
「発現制御下」とは、所定のアミノ酸配列をコードしたＤＮＡが、所定の条件下で、そのアミノ酸配列を有するタンパク質を発現させる能力を有するという意味である。所定のアミノ酸配列をコードしたＤＮＡが発現調節配列の発現制御下に結合されていると、そのＤＮＡは、所定の条件下で、所定のタンパク質を発現するということになる。ここで、「発現調節配列」とは、他の核酸配列の発現を調節する核酸配列のことを意味しており、他の核酸配列の転写、及び、好ましくは翻訳をも制御及び調節する。発現調節配列には、適当なプロモーター、エンハンサー、転写ターミネーター、タンパク質をコードする遺伝子における開始コドン（すなわちＡＴＧ）、イントロンのためのスプライシングシグナル、ポリアデニル化部位、及びストップコドンが含まれる。

「プロモーター」とは、転写を行うために必要最小限な配列のことを意味している。プロモーターには、細胞タイプ特異的、組織特異的、又は外部からの信号や調節剤によってプロモーター依存的に遺伝子の発現を制御するプロモーター要素も含まれる。プロモーター要素は、発現されるＤＮＡの５'領域、又は３'領域のいずれかに結合される。また、プロモーターには、構成的なもの、又は誘導的なもののいずれも含まれる。プロモーターは、使用する目的遺伝子及びウィルスベクターの種類、治療対象となる動物及び脳疾患の種類、及び、患者の病態等に応じて、当業者に公知のものを適宜、選択することが出来る。

例えば、本発明におけるエンベローププラスミドにおいては、エンベロープ遺伝子はサイトメガロウィルスエンハンサー及びトリβアクチンプロモーターの制御下で発現するように結合されていることが好ましい。このようなエンベローププラスミドは、常法に従い、上記のベクター系「SJ1」に含まれるエンベローププラスミド「pCAGGS-VSV-G」において、水泡性口内炎ウィルスの糖タンパク質 (VSV-G)の細胞外ドメイン及び膜貫通ドメインをコードする塩基配列を、乳飲みマウスの脳にて感染継代された狂犬病ウィルスＣＶＳ株の糖タンパク質（RV-G）（国立感染症研究所の森本金次郎先生から供与）をコードする核酸（cDNA）（Morimoto, K. et al., (1998) Proc Natl. Acad. Sci., USA 95, 3152-3156：：配列番号３）における細胞外ドメイン及び膜貫通ドメインをコードする塩基配列と置換して得ることが出来る。従って、当業者であれば、本願明細書及び上記文献を参照することによって、これら上記プラスミドを容易に作製することができる。尚、狂犬病ウィルスＣＶＳ株の糖タンパク質（RV-G）は上記の配列番号３に示される塩基配列を有するものに限らず、その他の公知の狂犬病ウィルスの任意の株由来の糖タンパク質（RV-G）を利用することが出来る。

トランスファープラスミドに含まれる目的遺伝子は、ウィルスベクターの使用目的、治療対象となる動物及び脳疾患の種類、及び、患者の病態等に応じて、当業者に公知のものを適宜、選択することが出来る。従って、マウス、サル、ヒト等の哺乳動物の各種遺伝子、例えば、パーキンソン病に代表される脳神経疾患又は神経変性疾患等の治療に使用される、黒質線条体系の生存又は保護に必要な遺伝子（例えば、チロシンヒドロキシラーゼ、グリア細胞株由来神経栄養因子）、又は、脳神経系の研究用としてインターロイキン２受容体αサブユニット（組み換え体イムノトキシンの標的分子）、及び光依存性イオンチャネル等の遺伝子を挙げることが出来る。

本発明のプロデューサー細胞作製用キットに含まれる宿主細胞としては、上記ウィルスベクター調製用キットによって感染させることができ、その結果、「プロデューサー細胞」と呼ばれるレトロウィルス粒子を産生する細胞を作製できるような細胞であれば、特に制限はなく、当業者に公知の任意の細胞、例えば、HEK293T細胞（SV40 large T antigen が導入されている）等の市販されている適当な動物由来の細胞を使用することができる。

本発明の各種キットには、その構成・使用目的などに応じて、上記各プラスミド及び／又は宿主細胞に加えて、例えば、各種試薬類、緩衝液、各種補助剤、反応プレート（容器）等の当業者に公知の他の要素又は成分を適宜含むことができる。

本発明のプロデューサー細胞作製用キットを用いて、ウィルスベクター調製用キットに含まれる、パッケージングプラスミド、トランスファープラスミド、及び、エンベローププラスミドを感染細胞にコトランスフェクションさせることによって、プロデューサー細胞を作製することが出来る。このトランスフェクションは一過性であり、リン酸カルシウム法等の当業者に公知に任意の方法で行なうことが可能である。

こうして得られたプロデューサー細胞を当業者に公知の任意の方法・手段で培養し、培養上清からウィルス粒子を回収することによって、脳内において神経細胞に選択的又は特異的な逆行性輸送能を有し、高い力価を示すウィルスベクターを製造することが出来る。

本発明のウィルスベクターを動物の神経終末部に感染させ、該ウィルスベクターが該神経の軸索を逆行性に輸送されることにより脳内の標的領域にある該神経の神経細胞体に選択的に導入し、目的とする遺伝子を該神経細胞体内で発現させることができる脳内の標的領域は、例えば、線条体に投射する一次運動皮質、一次体性感覚皮質、視床束傍核、黒質緻密部であり、腹側線条体（側坐核）に投射する梨状皮質、鉤状回、扁桃体基底外側核、室傍核前部、視床背内側核、外側視床下部のような脳中枢領域である。更に、本発明のウィルスベクターは脊髄運動ニューロンの軸索を逆行性に輸送される。

従って、本発明のウィルスベクターは遺伝子治療剤の活性成分として有効である。この遺伝子治療剤には、活性成分と組合せて、薬学上許容できる、当業者に公知の任意の医薬キャリア−又は希釈剤等のその他の成分を含むことが出来る。

本発明の活性成分の有効量は、ウィルスベクターに含まれる導入遺伝子の種類、脳疾患又は神経変性障害等の種類・重篤度、治療方針、患者の年齢、体重、性別、全般的な健康状態、及び患者の（遺伝的）人種的背景に応じて、当業者が適宜選択することができる。活性成分（ウィルスベクター）の投与量は、例えば、１回の投与当たり、数箇所の感染（注入）部位の総量１０^８〜１０^９TU (Transducing Unit)程度とすることができる。尚、ウィルスベクター又は遺伝子治療剤は、当業者に公知の任意の投与方法・装置を用いて、患者の所定部位へ感染（注入）させることができる。

本発明のウィルスベクターを患者に投与することによって、標的領域における神経細胞に導入された遺伝子は該神経細胞の染色体に組み込まれ、目的遺伝子が安定的に発現される。従って、この遺伝子導入方法を利用して、ヒト等の霊長類を含む哺乳動物の脳疾患又は神経変性疾患（例えば、パーキンソン病）等の遺伝子治療を実施することが可能である。

以下、実施例および試験例により本発明をより詳細に説明する。これらの例は、本発明の一部を示すものであり、本発明の技術的範囲は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。又、特に記載のない場合には、各操作における実験条件等は本明細書に引用して文献記載の方法に準じて、又は、当該技術分野における標準的な方法に従った。

ウィルスベクターの調製：
本発明のウィルスベクターを、St. Jude Children’s Research Hospital のArthur Nienhuis博士によって開発されたHIV-1ベクター系を利用して調製した。即ち、gag及び pol遺伝子を含むパッケージングプラスミド（pCAGkGP1.1R）、アクセサリー遺伝子を含むパッケージングプラスミド（pCAG4-RTR2）、及び、目的遺伝子として緑色蛍光蛋白質（ＧＦＰ）を含むトランスファープラスミド（pCL20c-MSCV-GFP）を使用した。

エンベローププラスミド（pCAG-FuG-C：配列番号５）としては、国立感染症研究所の森本金次郎先生から供与されたRV-G遺伝子の細胞外ドメインのN末端領域にVSV-G由来の細胞外ドメインＣ末端領域を連結し、さらにVSV-G膜貫通及び細胞内ドメインを接続することによって融合糖タンパク質(FuG-C)を作製した（図２）。FuG-Cの細胞外ドメインは、439アミノ酸のRV-G由来細胞外ドメインN末端領域と16アミノ酸のVSV-G由来細胞外ドメインＣ末端領域から構成される。
同様に、エンベローププラスミドとしてVSV-G及び RV-Gを用いて比較用のウィルスベクターを作製した。

ウィルス力価の測定：
これらのプラスミドを含むウィルスベクター溶液を、HEK293Ｔ細胞（10-cm ディッシュ、18枚）へリン酸カルシウム法を用いてトランスフェクションした。48時間培養後、培養上清よりウィルス粒子を回収し、遠心し、これを0.45 μmセルロースフィルターでろ過した。次に、ベクター粒子を遠心分離（10,000 X g、16-18時間）によって回収し、1 mlのPBSに懸濁した。懸濁液をSepharose Q FFイオン交換カラムクロマログラフィーにかけ、PBSで洗浄後、0-1.5 M NaClの直線勾配により溶出し、分画を260/280 nmの吸光度でモニターした。ベクター粒子を含む分画を集め、限外濾過フィルターを用いて濃縮し、-80℃で保存した。

ウィルス力価を評価するために、公的機関等から容易に入手・購入可能な培養細胞、即ち、ヒト腎臓細胞：HEK293T（理化学研究所の細胞バンクから入手可能、寄託番号：RCB2202）、マウス神経芽細胞： Neuro2A（ＡＴＣＣから購入入手可能、ＩＤ番号: CCL-131TM）、マウス神経芽細胞：N1E-115（ＡＴＣＣから購入可能、ＩＤ番号: CRL-2263TM）を６ウェル細胞培養用プレート：MULTIWELL（登録商標）FALCON）に撒き、適当な濃度のウィルス溶液を該培養細胞に感染させ、形質転換３日後にFACS Calibur（Nippon Becton Dickinson Co., Tokyo, Japan）を用いて機能的力価を測定した。次に、ベクターストックに含まれるRNAレベルを定量的RT-PCR法を用いて測定した。

以上の結果を表１に示した。FuG-Cベクターの機能性タイター（Functional titer）は、Neuro2Aにおいてのみ検出されたが、その値はVSV-GやRV-Gベクターに比較すると有意に低下し（ANOVA, Tukey HSD, p <0.01）、FuG-CのRNAタイターはVSV-GやRV-Gベクターのものと同等であった。

ウィルスベクターのマウス脳内への導入：
動物の飼育及び取り扱い操作は福島県立医科大学の動物実験委員会が制定したガイドラインに基づき実施した。
12週齢マウス（C57BL/6J）をペントバルビタールナトリウム（50 mg/kg, i.p.）で麻酔し、上記で作製したベクターを含む溶液(4.8 X 10¹⁰ copies/ml)を、マウスの脳内（線条体）に脳定位固定装置を利用して、マウス脳アトラス（PAXINOS, G., and FRANKLIN, K.B.J. (2001). The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates, 2nd edn. (Academic Press, San Diego)）に従い、マイクロインジェクションポンプに連結したガラスマイクロインジェクションキャピラリーを介して線条体（striatum）の背部領域（dorsal region）にトラック上２箇所、１箇所あたり２ μl の溶液を注入した（0.1 μl/min）。ブレグマ（bregma）からの前後（anteroposterior）、内外側（mediolateral）、及び背腹（dorsoventral）の方向の座標は、夫々、0.50 、2.00及び2.50/3.25（mm）であった。

注入の４週間後、マウスをペントバルビタールナトリウム（50 mg/kg, i.p.）で深く麻酔し、心臓経由で、４％ホルマリン及び0.1 Mリン酸塩緩衝液（PB: pH 7.4）を灌流固定して脳を摘出した。クライオスタットを用いて切片を作製し、免疫染色法を用いて解析した。

その結果、FuG-Cベクターを注入したマウスでは、線条体の広い領域に免疫陽性シグナルが観察されたが、RV-Gベクターに比較して、その強度は顕著に低下した（図３Ａ）。更に、線条体に投射する脳領域の代表として、一次運動皮質 (M1)、一次体性感覚皮質 (S1)、視床束傍核 (PF)、黒質緻密部 (SNc)における導入遺伝子の発現を免疫染色法により解析した。大脳皮質については注入部位と同側および反対側の脳領域を、PFとSNcについては同側の脳領域を観察し（図３Ｂ）、それぞれの領域の陽性細胞数を計測した（表２）。FuG-Cベクターの遺伝子導入効率は、すべての脳領域について、RV-Gベクターの導入効率よりも顕著に増加した（Student t-test, p < 0.01 or 0.05）。以上の結果から、FuG-Cベクターは逆行性輸送を介した神経細胞への遺伝子導入効率が向上していることが示唆された。

次に、FuG-Cベクターによる逆行性導入効率の向上を確認するために、種々の濃度のベクター溶液 (3.0 X 10⁹~ 4.8 X 10¹⁰ copies/ml) をマウス線条体に注入し、M1, S1, PF, SNcにおける陽性細胞数をカウントした（図４）。いずれの脳領域においても、FuG-Cベクターを注入した動物では、陽性細胞数は濃度依存的に明らかな上昇を示した。RV-Gベクター注入動物でも濃度依存性の細胞数の上昇はみられたが、その程度はFuG-Cベクターよりも低いものだった（two-way ANOVA）。これらの結果から、FuG-Cベクターは、RV-Gベクターに比較して明らかに高い逆行性輸送を介した遺伝子導入を可能にすることが示された。

神経細胞への選択的遺伝子導入：
FuG-Cベクターの注入部位における神経細胞とグリア細胞への遺伝子導入効率を解析した。各ウィルスベクター（VSV-G, RV-G, FuG-C）(1.2 X 10¹⁰ copies/ml) をマウス線条体内に注入した後、脳切片を作製し溶液 (1.2 X 10¹⁰ コピー/ml) を実施例２と同様にマウスの線条体に注入後、線条体の切片を作製し、神経細胞のマーカーであるNeuNとGFPあるいはグリア細胞のマーカーであるGFAPとGFPの二重免疫染色を行った（図５）。線条体の神経細胞とグリア細胞への遺伝子導入効率を評価するために、まず、全NeuN⁺細胞数あたりのGFP⁺/NeuN⁺二重陽性細胞数、及び、全GFAP⁺ 細胞数あたりのGFP⁺/GFAP⁺二重陽性細胞数の割合を求めた。GFP⁺/NeuN⁺二重陽性細胞数の割合は、VSV-G-, RV-G-, FuG-Cベクターで、それぞれ81.7 + 2.9%, 21.4 + 1.8%, 及び6.2 + 1.4% であった (n = 4)。FuG-Cベクターの線条体神経細胞への遺伝子導入効率は、他のベクターに比較して顕著に低下したANOVA, Tukey HSD, p < 0.001 vs VSV-G, p < 0.01 vs RV-G）。一方、GFP⁺/GFAP⁺二重陽性細胞数の割合は、VSV-G-, RV-G-, FuG-Cベクターで、それぞれ5.9 + 0.7%, 71.5 + 3.6%, 及び0.3 + 0.03%であった (n = 4)。したがって、グリア細胞への遺伝子導入はほとんど観察されなかった。これらの結果は、FuG-Cベクターは主に逆行性輸送を介して神経細胞へ選択的に遺伝子導入されることを示している。

神経幹細胞へのベクターの遺伝子導入特性：
VSV-Gベクターは神経幹細胞への高い遺伝子導入効率を示すことが知られている。脳室周囲領域 (SVZ) に局在する神経幹細胞への各種ベクターの遺伝子導入特性について解析した。ウィルスベクター溶液 (1.2 X 10¹⁰ コピー/ml)をマウスのSVZに注入後、脳切片を作製し、神経幹細胞のマーカーとしてGFAPを用い、GFAPとGFPの二重免疫染色を行った（図６Ａ）。VSV-GあるいはRV-Gベクターを注入した場合、導入遺伝子の発現はSVZにおける多数のGFAP陽性神経幹細胞に観察された。一方、FuG-Cベクターを用いた場合は、これらの神経幹細胞への遺伝子導入はほとんど認められなかった。また、分裂性細胞を検出するために、BrdUを投与して標識し、１週間後に脳切片を作製しBrdUとGFPとの二重免疫染色をおこなった（図６Ｂ）。VSV-GあるいはRV-Gベクターを注入した場合、導入遺伝子の発現はSVZにおける多数の分裂性細胞に観察されたが、FuG-Cベクターを用いた場合は、これらの分裂細胞への遺伝子導入はほとんど認められなかった。これらの結果から、FuG-Cベクターの神経幹細胞及び分裂細胞への遺伝子導入は非常に低頻度であることが示された。

組織学的操作
アビジン−ビオチン−ペルオキシダーゼ法による免疫染色用に、クライオスタットを用いて横断切片（マウス用：厚さ30 μｍ）を調製し、ウサギ抗ＧＦＰポリクローナル抗体（Molecular Probes, Eugene, OR：1:2,000 希釈）でインキュベートし、更に、ビオチニル化ヤギ抗ウサギＩｇＧ抗体（Vector Laboratories, Burlingame, CA：1:1,000希釈）とインキュベートした。免疫反応シグナルはVectastain Elite ABC キット（Vector Laboratories, Burlingame, CA）で視覚化した。

二重免疫蛍光組織化学染色用に、切片を上記ウサギ抗ＧＦＰポリクローナル抗体、及び、抗コリンアセチル転移酵素マウス抗体（Chemicon, Temecula, CA: 1:100 希釈）のいずれか一つとインキュベートした。次に、切片をFITC結合ヤギ抗ウサギIgG及びCy3-結合ロバ抗マウス抗体（1:500 希釈、Jackson, ImmunoResearch Laboratories, West Groove, PA）とインキュベートした。蛍光画像は、FITC及びCy3蛍光チャンネル用の適当なフィルターキューブ仕様を備えた共焦点レーザースキャニング顕微鏡（LSM510, Zeiss, Thornwood, NY）下で捉えた。これら蛍光画像はZeiss Axiovision ソフトウェアパッケージにより調節された高級CCDカメラシステムで撮影した。

細胞計数
前脳及び中脳を通る一連の切片を使用して、上記のアビジン−ビオチン−ペルオキシダーゼ法による免疫染色を実施した。各脳領域における免疫染色された細胞の数はコンピュータ操作による画像プログラム（NIH Image 1.62, National Institutes of Health, Bethesda, MD）で計測した。ベクター注入部位における線条体細胞の同定の為に、代表的な切片を用いて二重免疫蛍光組織化学染色を行った。各動物において、対象領域内の免疫染色細胞数を画像プログラムにより計測した。各動物からの８〜１０個の切片を使用して計測し、切片辺りの平均を計算した。

本明細書中に引用される文献に記載された内容は、本明細書の一部として本明細書の開示内容を構成するものである。

本発明の逆行輸送性ウィルスベクターは、主に逆行性輸送を介して神経細胞への選択的な遺伝子導入を可能とし、一方で、グリア細胞や神経幹細胞を含む分裂性細胞への導入は顕著に抑制される。本ベクターは中枢神経系における発がんのリスクを大幅に低下させ、神経細胞以外での非特異的な遺伝子発現による副作用を軽減させることができ、パーキンソン病等の脳神経疾患の遺伝子治療のために有効且つ安全性の高い技術を提供する。
更に、本発明は、脳神経疾患の遺伝子治療のための有効な且つ安全性の高い実験技術、及び、病態モデルの作製のための技術を提供するものである。

Claims

（１）HIV-1のgag 及びpol遺伝子を含むパッケージングプラスミド；
（２）HIV-1のアクセサリー遺伝子を含むパッケージングプラスミド；
（３）目的遺伝子を含むトランスファープラスミド；及び
（４）狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域及び水泡性口内炎ウィルスの糖タンパク質 (VSV-G)の細胞外ドメインのＣ末端領域から成る融合細胞外ドメイン、RV-G又はVSV-Gの膜貫通ドメイン、並びに、VSV-Gの細胞内ドメインを含む融合ポリペプチドをコードする遺伝子であって、配列番号２に示されたアミノ酸配列をコードする塩基配列から成るエンベロープ遺伝子を含むエンベローププラスミド、を含む逆行輸送性ウィルスベクター調製用キット。
パッケージングプラスミド（１）がpCAGkGP1.1Rであり、パッケージングプラスミド（２）がpCAG4-RTR2であり、且つ、トランスファープラスミドがpCL20c-MSCV-X（ここで、「X」は目的遺伝子を示す）であることを特徴とする、請求項１記載のウィルスベクター調製用キット。
エンベローププラスミドにおいて、エンベロープ遺伝子がサイトメガロウィルスエンハンサー及びトリβアクチンプロモーターの制御下で発現する、請求項１又は２記載のウィルスベクター調製用キット。
融合ポリペプチドをコードする遺伝子の塩基配列が配列番号１に示されたものである、請求項３記載のウィルスベクター調製用キット。
目的遺伝子がヒトの遺伝子である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のウィルスベクター調製用キット。
目的遺伝子が脳神経疾患治療用の遺伝子である、請求項５に記載のウィルスベクター調製用キット。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のウィルスベクター調製用キット、及び、宿主細胞を含む、プロデューサー細胞作製用キット。
宿主細胞がHEK293T細胞である、請求項７記載のキット。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のウィルスベクター調製用キットに含まれる、パッケージングプラスミド、トランスファープラスミド、及び、エンベローププラスミドを感染細胞にコトランスフェクションさせることから成る、プロデューサー細胞の作製方法。
感染細胞がHEK293T細胞である、請求項９記載の作製方法。
リン酸カルシウム法を用いてトランスフェクションする、請求項９又は１０記載の作製方法。
請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法で得られたプロデューサー細胞。
請求項１２記載のプロデューサー細胞を培養し、培養上清からウィルス粒子を回収することからなる、ウィルスベクターの製造方法。
請求項１３記載の方法によって製造された、神経細胞への選択的な逆行性輸送能を有するウィルスベクター。
請求項１４記載のウィルスベクターをヒト以外の動物の神経終末部に感染させ、該ウィルスベクターが該神経の軸索を逆行性に輸送されることにより脳内の標的領域にある該神経の神経細胞体に選択的に導入し、目的とする遺伝子を該神経細胞体内で発現させることから成る、遺伝子導入方法。
神経終末部が線条体にあり、脳内の標的領域が線条体に投射する脳中枢領域である、請求項１５記載の遺伝子導入方法。
線条体に投射する脳中枢領域が一次運動皮質、一次体性感覚皮質、視床束傍核、及び／又は、黒質緻密部である、請求項１６記載の方法。
腹側線条体（側坐核）に投射する脳中枢領域が梨状皮質、鉤状回、扁桃体基底外側核、室傍核前部、視床背内側核、及び／又は、外側視床下部である、請求項１６記載の方法。
動物が哺乳類である、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の方法。
哺乳類が霊長類である、請求項１９記載の方法。
請求項１４記載のウィルスベクターを活性成分として含有する、遺伝子治療剤。
請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の方法で導入された目的遺伝子が標的領域における細胞の染色体に組み込まれ発現することを含む、脳疾患の遺伝子治療方法。
請求項２１記載の遺伝子治療剤をヒト以外の動物に投与することを含む、請求項２２記載の治療方法。
脳疾患がパーキンソン病である、請求項２２又は２３記載の治療方法。
狂犬病ウィルスの糖タンパク質（RV-G）の細胞外ドメインのＮ末端領域及び水泡性口内炎ウィルスの糖タンパク質 (VSV-G)の細胞外ドメインのＣ末端領域から成る融合細胞外ドメイン、RV-G又はVSV-Gの膜貫通ドメイン、並びに、VSV-Gの細胞内ドメインを含む融合ポリペプチドであって配列番号２に示されたアミノ酸配列から成る、レンチウィルスベクターのシュードタイプ化用のエンベロープ。
レンチウィルスベクターがHIV-1レンチウィルスである、請求項２５記載のエンベロープ。
請求項２５又は２６記載の融合ポリペプチドから成るエンベロープをコードする遺伝子。
請求項２７記載の遺伝子を含むエンベローププラスミド。