JP6081412B2 - 遺伝子発現をモジュレートしうる化合物をスクリーニングするための方法および作用物質 - Google Patents
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Description
配列表のペーパーコピー、および容量が124,429バイト(MS-DOSで測定した場合)であり、かつ2004年8月16日に記録された「19025.023.SeqList.txt」という名前のファイルを含有するフロッピーディスク上のコンピュータ読み取り可能形式の配列表は、参照により本明細書中に含まれるものとする。
遺伝子のヌクレオチド配列を安定なRNAのヌクレオチド配列またはタンパク質のアミノ酸配列へと変換することと定義される遺伝子発現は、あらゆる生物において非常に厳しく調節されている。mRNAの安定性と翻訳両方の遺伝子発現の調節は、栄養レベル、サイトカイン、ホルモン、および温度変化などの発生または環境刺激、ならびに低酸素状態、低カルシウム血症、ウイルス感染および組織損傷のような環境ストレスに対する細胞応答において重要である(GuhaniyogiおよびBrewer, 2001, Gene 265(1-2):11-23に概説されている)。その上、mRNA安定性の変化は、新生物、サラセミア、およびアルツハイマー病などの特定の疾患の原因として関係している(GuhaniyogiおよびBrewer, 2001, Gene 265(1-2):11-23ならびにTranslational Control of Gene Expression, Sonenberg, HersheyおよびMathews編、2000, CSHL Pressに概説されている)。
配列番号1には、ルシフェラーゼ5' 逆方向プライマーを示す。
配列番号2には、ルシフェラーゼ3' 順方向プライマーを示す。
配列番号3には、FLucFを示す。
配列番号4には、FLucRを示す。
配列番号5には、FLucプローブを示す。
配列番号6には、アクセッション番号AF095785のNM_03376から得たホモ・サピエンスVFGF 5' UTRを示す。
配列番号7には、アクセッション番号AF022375から得た3' UTRを示す(配列を得たゲノムコンティグはVEGF-NT_007592である)。
配列番号8には、アクセッション番号NM_00594から得たホモ・サピエンスTNF-α5' UTRを示す。
配列番号9には、アクセッション番号NM_00594から得たホモ・サピエンスTNF-α3' UTRを示す。
配列番号10には、アクセッション番号NM_00594から得たホモ・サピエンスTNF-α3' UTRに由来するARE1を示す。
配列番号11には、アクセッション番号NM_00594から得たホモ・サピエンスTNF-α3' UTRに由来するARE1を示す。
配列番号12には、アクセッション番号NM_00594から得たホモ・サピエンスTNF-α3' UTR由来のARE1を示す。
配列番号13には、参照によりその全内容が本明細書中に含まれるものとするStoecklinら、(2003) Molecular and Cellular Biology, 23(10):3506-3515に論じられている、ホモ・サピエンスTNF-α3' UTRから得た構成的崩壊エレメント(constitutive decay element)(以後は「CDE」と記す)を示す。
配列番号14には、アクセッション番号NM_00594から得たホモ・サピエンスTNF-α3' UTRに由来する推定第2AREを示す。
配列番号15には、アクセッション番号NM_00594から得たホモ・サピエンスTNF-α3' UTRに由来する推定ポリ(A)シグナルを示す。
配列番号16には、アクセッション番号NM_002392から得たホモ・サピエンスMDM2 5' UTRを示す。
配列番号17には、アクセッション番号NM_004448から得たホモ・サピエンスHer-2 5' UTR配列を示す。
配列番号18には、アクセッション番号NM_004448から得たホモ・サピエンスHer-2 5' uORF配列を示す。
配列番号19には、アクセッション番号NM_004448から得たHer-2 3' UTRを示す。
配列番号20には、VEGF 5' UTRの336ヌクレオチド領域を示す。
配列番号21には、VEGF 5' UTRの476ヌクレオチド領域を示す。
配列番号22には、Her-2 3' UTR由来の73ヌクレオチド配列を示す。
配列番号23には、pcDNA(商標)3.1/Hygro(Invitrogen Corp., Carlsbad, CA)に元から備わっている(native)81ヌクレオチド領域を示す。
配列番号24には、pcDNA(商標)3.1/Hygro(Invitrogen Corp., Carlsbad, CA)に元から備わっている134ヌクレオチド領域を示す。
本明細書中で使用する場合、「構築物」という用語は、人為的に操作した核酸分子を指す。
本発明は、非翻訳領域(UTR)が遺伝子の発現をモジュレートしうるという事実、およびかかる発現のモジュレーションが化合物の添加によって変更またはモジュレートされうるという事実を含み、またこれらを利用する。好適な実施形態では、UTRはタンパク質に翻訳されないRNAの領域である。より好適な実施形態では、UTRは、標的化タンパク質に翻訳されないRNA転写産物の隣接領域であり、短い推定オープンリーディングフレームを持つ5' UTRが含まれうる。最も好適な実施形態では、UTRは5' UTR、すなわちコード領域の上流、または3' UTR、すなわちコード領域の下流である。
当業者であれば、本明細書中で論じた公知技術または等価技術の詳細な説明について一般的な参考テキストを参照することができる。これらのテキストとしては、Ausbelら、Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons, Inc.(1995); Sambrookら、Molecular cloning, A Laboratory Manual (第2版), Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York (1989); Birrenら、Genome Analysis: A Laboratory Manual, 第1巻〜第4巻、Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York (1997-1999)が挙げられる。勿論、これらのテキストを、本発明の態様を作製または利用する際に参照することもできる。
本発明は、遺伝子発現モジュレーター(GEM)、その断片、および各々の相補体を含むかまたはこれらからなるUTRを持つ核酸分子を含む。本明細書中で使用する場合、UTRは天然に存在するゲノムDNA配列でありうる。好適な実施形態では、UTRは、5' UTR、すなわちコード領域の上流、または3' UTR、すなわちコード領域の下流である。
また本発明は、複合体化したUTRも含む。UTR複合体としては、2つ以上の同一UTRの複合体、1つ以上の異なるUTRの複合体、同じ遺伝子に由来する1対のUTRの複合体、1つ以上のUTRと1つ以上のタンパク質との複合体、1つ以上のUTRと1つ以上の核酸との複合体、1つ以上のUTRと1つ以上の核酸分子との複合体が挙げられる。非限定的な例として、UTR複合体は、UTRと低分子干渉RNA(siRNA)との複合体、UTRとRNA/DNAセンス鎖との複合体、またはUTRとRNA/DNAアンチセンス鎖との複合体でありうる。
本発明は、核酸構築物を含み、またこれらを提供する。本発明の構築物および他の核酸作用物質がいずれもDNAまたはRNAでありうることは理解されよう。好適な実施形態では、構築物は、UTR、コード配列、またはその両方を持つ核酸分子でありうる。別の実施形態では、構築物は、少なくとも1つの本発明のUTR、レポーターポリペプチドをコードする配列、およびベクターからなる。さらに、本発明の核酸分子はいずれも、本発明の方法と組み合わせて使用することができる。
外来性の遺伝物質を、かかる目的のために設計されたベクターまたは構築物を使用して宿主細胞に導入してもよい。本発明の核酸配列はいずれも本発明のベクターまたは構築物に組み入れることができる。本発明のベクターまたは構築物としては、限定するものではないが、線状または閉環状プラスミドが挙げられる。ベクター系は、単一ベクターもしくはプラスミド、または宿主ゲノムに導入しようとする総DNAを一緒に含有する2つ以上のベクターまたはプラスミドであってもよい。好適な実施形態では、ベクターは、哺乳動物細胞もしくは細菌またはその両方において機能するプロモーターを含有する。ベクターまたは構築物を調製するための方法は当分野で周知である。
構築物にプロモーターを含めることが可能であり、例えば組換えベクターは、典型的には、目的の核酸分子の転写を指令するためのプロモーターを5'から3' 方向で含む。
本発明の作用物質および構築物は、主要ORFを持つ核酸分子を含みうる。本明細書中で使用する場合、「主要ORF(main ORF)」は、デオキシリボ核酸またはリボ核酸分子中にあってポリペプチドをコードする配列を含む核酸配列である。本明細書中で使用する場合、「主要ORF DNA」という用語は、遺伝子のオープンリーディングフレーム、すなわち、タンパク質に翻訳される遺伝子の領域を指す。本明細書中で使用する場合、「ORF」という用語は、mRNAのオープンリーディングフレーム、すなわち、タンパク質に翻訳されるmRNAの領域を指す。本発明の好適な実施形態では、主要ORFは、遺伝子の5' UTR内に含有される上流オープンリーディングフレーム(「uORF」)を有する遺伝子内に存在しうる。本明細書中で使用する場合、「uORF」という用語は、mRNAの主要オープンリーディングフレームの5' UTR内にある、上流オープンリーディングフレーム、すなわち、機能タンパク質をコードする部分を指す。
本明細書中で使用する場合、「標的遺伝子」という用語は、目的のタンパク質またはポリペプチドをコードする遺伝子またはヌクレオチド配列を指す。好適な実施形態では、標的遺伝子は、1)疾患の表現型における標的遺伝子の役割、2)標的遺伝子の発現の転写後調節、および3)医学的ニーズ、市場の規模、および競争相手を含むがこれらに限定されない商業上の考慮事項に基づく調査に合わせて選択される。
本明細書中で使用する場合、「レポーター遺伝子」は、その発現を測定しうる全ての遺伝子である。好適な実施形態では、レポーター遺伝子はいかなるUTRも含まない。より好適な実施形態では、レポーター遺伝子は連続したオープンリーディングフレームである。別の好適な実施形態では、レポーター遺伝子は、検出可能な発現に関して以前に決定された参照範囲を持ちうる。
本明細書中で使用する場合、連結されている、とは、物理的に連結されていること、機能しうる形で連結されていること、隣接していること、またはこれらのいずれかの組み合わせを意味しうる。好適な実施形態では、プロモーターは、本発明の核酸配列に機能しうる形で連結されており、かつ物理的に連結されている。
本発明の作用物質および構築物は、非翻訳領域(UTR)を持つ核酸分子を含む。好適な態様では、UTRとは、mRNAのUTR、すなわちタンパク質に翻訳されないmRNAの領域を指す。好適な実施形態では、UTRは、遺伝子発現の非翻訳領域依存的調節をモジュレートする1つ以上の調節エレメントを含有する。特に好適な実施形態では、UTRは5' UTR、すなわちコード領域の上流、または3' UTR、すなわちコード領域の下流である。より好適な実施形態では、UTRは1つ以上のGEMを含有する。
本明細書中で言及する場合、GEMは転写後に標的遺伝子の発現を調節する遺伝子発現モジュレーターである。ある態様では、GEMは標的遺伝子に由来するUTR(本明細書中では以後「標的UTR」と記す)の全長配列ではない。好適な態様では、GEMは全長5' UTRまたは全長3' UTRではない。GEMは、UTR間の相互作用、好ましくは同じ遺伝子に由来する5' UTRおよび3' UTR間(UTR対)の相互作用の結果として発現のモジュレーションに関与する核酸配列を含みうる。ある実施形態では、ある標的遺伝子のGEMは、別の標的遺伝子のGEMに対して一次核酸配列類似性を有する。あるいは、類似機能を持つGEM間に一次核酸配列類似性が全く見られないことがある。好適な実施形態では、ある標的遺伝子のGEMは、別の標的遺伝子のGEMと類似した二次、三次、または二次および三次構造を持ちうる。GEMの例としては、限定するものではないが、IRESエレメント、上流ORF、およびAREが挙げられる。
遺伝子発現のモジュレーションにより、遺伝子発現をより多くまたは少なく生じさせることができる。本発明の核酸分子を使用して遺伝子発現をモジュレートするための多くの手段は当業者に公知である。例えば、遺伝子産物の過剰発現は、本発明の構築物を哺乳動物細胞にトランスフェクトした結果生じうる。同様に、ダウンレギュレーションも、本発明の構築物を哺乳動物細胞にトランスフェクトした結果生じうる。他の非限定的な例としては、RNA干渉(RNAi)などのアンチセンス法、トランスジェニック動物、ハイブリッド、およびリボザイムが挙げられる。後述の実施例は例示のために提供されるものであって、本発明を限定するものとはみなされない。
本明細書中で使用する場合、「UTR依存的発現」という用語は、mRNA発現のレベルでの、すなわち、遺伝子の転写が始まってから該遺伝子によりコードされるタンパク質またはRNA産物が分解されるまでの間の、UTRを介した遺伝子発現の調節を指す。好適な実施形態では、「UTR依存的発現」という用語は、mRNAの安定性または翻訳の調節を指す。より好適な実施形態では、「UTR依存的発現」という用語は、UTRに存在する調節エレメントを介した遺伝子発現の調節を指す。標的遺伝子のUTR内にあるGEMの配列を変更することで、該標的遺伝子について観察されるUTR依存的発現の量を変えることができる。
本発明のある実施形態では、化合物と本発明のGEMとのハイブリッドは、2つの同一ではない分子間に形成されたハイブリッドである。好適な態様では、ハイブリッドは、2つの核酸分子間で形成されうる。例えば、ハイブリッドは、2つのリボ核酸分子間、リボ核酸分子とデオキシリボ核酸分子との間、またはいずれか一方の誘導体間で形成されうる。もう1つの実施形態では、ハイブリッドは、本発明の核酸と非核酸分子との間に形成されうる。好適な実施形態では、ハイブリッドは、核酸分子と、非核酸分子、例えば、ポリペプチドまたは非ペプチド性治療薬との間で形成されうる。
本発明のある態様では、遺伝子の活性または発現は、本発明の核酸分子を特異的に指向するトランス切断型触媒RNA(リボザイム)を設計することにより調節される。もう1つの態様では、遺伝子の活性または発現は、本発明の核酸分子を特異的に指向するトランス切断型触媒RNA(リボザイム)を設計することにより調節される。
HIV-I RNAのリボザイムによる切断、リボザイムを使用してRNAを切断する方法、リボザイムの特異性を高めるための方法、ならびにハンマーヘッド構造を持つリボザイム断片の調製および使用については、米国特許第5,144,019号、第5,116,742号、および第5,225,337号、ならびにKoizumiら、Nucleic Acid Res. 17:7059-7071 (1989)に記載されている。ヘアピン構造を持つリボザイム断片の調製および使用については、ChowriraおよびBurke, Nucleic Acids Res. 20:2835 (1992)に記載されている。またリボザイムは、DaubendiekおよびKool, Nat. Biotechnol. 15(3):273-277 (1997)に記載されている通りに転写を進める(rolling)ことによって作製することもできる。
細胞の形質転換またはトランスフェクションに使用しうる核酸分子は、本発明の核酸分子のうちのいずれかでありうる。本発明の核酸分子は細胞または生物に導入することができる。異種核酸分子は、異なる細胞で産生されたかまたはin vitro転写(Ambion, Inc., Austin, TX)により産生された後に目的の細胞に直接トランスフェクトされたRNA分子でありうる。
本発明の核酸は、細胞に天然に存在するものでも、または当分野で記載されているような技術を利用して導入されたものでもありうる。DNA断片を細胞に導入し形質転換するための多くの方法が存在するが、その全てがDNAの真核細胞への送達に適しているわけではない。適切な方法としては、DNAの直接送達により、乾燥/阻害媒介DNA取り込みにより、電気穿孔により、炭化ケイ素繊維との攪拌により、DNA被覆粒子の加速により、化学的トランスフェクションにより、リポフェクションまたはリポソーム媒介トランスフェクションにより、塩化カルシウム媒介DNA取り込み等により、DNAを細胞内に導入しうる方法が挙げられる。例えば、限定するものではないが、Lipofectamine(登録商標)(Invitrogen Co., Carlsbad, CA)およびFugene(登録商標)(Hoffmann-La Roche Inc., Nutley, NJ)を、構築物および低分子干渉RNA(siRNA)などの核酸分子を数種の哺乳動物細胞にトランスフェクトするために使用することができる。あるいは、ある種の実施形態では、加速法が好ましく、例えば微粒子銃(microprojectile bombardment)などが挙げられる。本発明の範囲内で、本発明のトランスフェクト核酸を一過性に、または安定に発現させてもよい。かかるトランスフェクト細胞は、2もしくは3次元細胞培養系または生物に存在させうる。
本発明の別の態様は、遺伝子発現をモジュレートし、また遺伝子発現をより多くまたは少なく生じさせうる作用物質および化合物を同定するためのスクリーニング方法を含む。遺伝子発現をモジュレートする作用物質および化合物をスクリーニングするための多くの方法が当業者に知られている。例えば、遺伝子産物の過剰発現は、本発明の構築物を哺乳動物細胞にトランスフェクトした結果生じうる。同様に、ダウンレギュレーションも、本発明の構築物を哺乳動物細胞にトランスフェクトした結果生じうる。他の非限定的な例としては、RNA干渉(RNAi)などのアンチセンス法、トランスジェニック動物、ハイブリッド、およびリボザイムが挙げられる。後述の実施例は例示のために提供されるものであって、本発明を限定するものとはみなされない。
本発明は、遺伝子発現をモジュレートしうる化合物をスクリーニングするための方法を含む。
あらゆる化合物を本発明のアッセイでスクリーニングすることができる。ある実施形態では、化合物は、核酸またはポリペプチドもしくは非ペプチド性治療薬などの非核酸を含む。好適な実施形態では、核酸は、ポリヌクレオチド、ポリヌクレオチド類似体、ヌクレオチド、またはヌクレオチド類似体でありうる。より好適な実施形態では、化合物は、本発明の特定DNAまたはRNA配列に相補的なヌクレオチド配列であるアンチセンスオリゴヌクレオチドでありうる。好ましくは、アンチセンスオリゴヌクレオチドは少なくとも11ヌクレオチド長であるが、少なくとも12、15、20、25、30、35、40、45、もしくは50またはそれ以上のヌクレオチド長でありうる。もっと長い配列を使用することもできる。アンチセンスオリゴヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド、またはその両方の組み合わせでありうる。
本発明は、遺伝子発現をモジュレートしうる化合物をスクリーニングしうるアッセイを含み、またこれを提供する。本発明の好適な態様では、アッセイはin vitroアッセイである。本発明の別の態様では、アッセイはin vivoアッセイである。本発明の別の好適な態様では、アッセイは翻訳を評価する。本発明の好適な態様では、アッセイは本発明の核酸分子または本発明の構築物を含む。本発明の核酸分子または構築物としては、限定するものではないが、GEM、またはその機能が変更されない形で核酸配列が欠失しているか、置換されているか、もしくは付加されているという点でGEM内の残基の任意のものと異なる配列が挙げられる。また本発明は、本発明の全ての核酸分子の断片および相補体も提供する。
本発明は、遺伝子発現をモジュレートしうる化合物をスクリーニングしうるアッセイを含み、またこれらを提供する。本発明の好適な態様では、アッセイはin vitroアッセイである。本発明の好適な態様では、in vitroアッセイにより翻訳を測定する。本発明の好適な態様では、in vitroアッセイは、本発明の核酸分子または本発明の構築物を含む。
本発明は、遺伝子発現をモジュレートしうる化合物をスクリーニングしうるアッセイを含み、またこれらを提供する。本発明の好適な態様では、アッセイはin vivoアッセイである。本発明のある好適な態様は、翻訳を測定するアッセイである。本発明の好適な実施形態では、in vivoアッセイは、本発明の核酸分子または本発明の構築物を含み、また細胞または生体内の細胞もしくは組織の使用を含みうる。より好適な実施形態では、in vivoアッセイは、細胞または生体内の細胞もしくは組織に存在する本発明の核酸分子を含む。
本発明は、標的遺伝子の異常な発現を伴う疾患または障害の1つ以上の症状を治療、予防または改善するための方法であって、その必要がある被験体に、本明細書中に記載の方法に従って同定された化合物もしくはその製薬上許容しうる塩を治療上または予防上有効な量で投与することを含む前記方法もまた提供する。ある実施形態では、標的遺伝子は異常に過剰発現される。別の実施形態では、標的遺伝子は異常に低いレベルで発現される。特に、本発明は、疾患もしくは障害を治療もしくは予防するかまたはその症状を改善する方法であって、その必要がある被験体に、本明細書中に記載の方法に従って同定された化合物またはその製薬上許容しうる塩を有効な量で投与すること、ここでその有効な量により該疾患または障害の治療または予防に有益な標的遺伝子の発現が高められること、を含む前記方法を提供する。また本発明は、疾患もしくは障害を治療もしくは予防するかまたはその症状を改善する方法であって、その必要がある被験体に、本明細書中に記載の方法に従って同定された化合物またはその製薬上許容しうる塩を有効な量で投与すること、ここでその有効な量により該疾患もしくは該障害の発症、発生、進行もしくは重症度と関連するかまたはこれらと連動する(linked)該標的遺伝子の発現が低下すること、を含む前記方法もまた提供する。特定の実施形態では、疾患または障害は、増殖性疾患、炎症性疾患、感染症、遺伝病、自己免疫疾患、心血管疾患、または中枢神経系障害である。疾患または障害が感染症である実施形態では、該感染症は、真菌感染、細菌感染、ウイルス感染、または別のタイプの病原体による感染によって引き起こされることがある。
治療上有効な投与量とは、治療上有効な投与量の非存在下で生じるレポーター遺伝子活性と比べてレポーター遺伝子活性を増加させるかまたは低下させる活性成分の量を指す。どんな化合物についても、その治療上有効な投与量は、初めに細胞培養アッセイまたは動物モデル(通常はマウス、ウサギ、イヌ、もしくはブタ)のいずれかで見積もることができる。また、動物モデルを使用して適当な濃度範囲および投与経路を決定することもできる。その後、かかる情報を利用して、ヒトに投与する際に有用な投与量および経路を決定することができる。
翻訳にin vitroまたはin vivoで影響を及ぼす試薬をヒト細胞に投与することにより、特定遺伝子の翻訳活性を特異的に低下させることができる。好適な実施形態では、試薬は好ましくは遺伝子の5' UTRに結合する。本発明のもう1つの実施形態では、試薬は好ましくは本発明のGEMに結合する。好適な実施形態では、試薬は化合物である。ヒト細胞をex vivoで治療するために、体から取り出しておいた幹細胞の調製物に抗体を加えることができる。該細胞は、その後、当分野で知られているようにクローン増殖を行ってまたは行わずに、同じヒトまたは別のヒトの体に戻すことができる。
本発明の作用物質は、本発明のGEMをコードする核酸配列中の変異の存在に関連した疾患および異常、またはこれらの疾患および異常に対する感受性を検出するための診断アッセイに使用することもできる。例えば、疾患に苦しむ個体と正常な個体の間での、GEMをコードするcDNAまたはゲノム配列の差異を調べることができる。変異が疾患に苦しむ個体の一部または全部で観察されるが正常な個体では観察されない場合、該変異は該疾患の原因因子である可能性が高い。
例えば、直接DNA配列決定法により、参照遺伝子と変異を有する遺伝子との間の配列の差異を明らかにすることができる。その上、クローン化したDNAセグメントをプローブとして用いて特異的DNAセグメントを検出することもできる。この方法の感度は、PCRと組み合わせると非常に高くなる。例えば、シークエンシングプライマーを、2本鎖PCR産物または改変PCRにより作製した1本鎖鋳型分子と共に使用することができる。配列の決定は、放射標識ヌクレオチドを使用する従来の手順により、または蛍光タグを使用する自動配列決定手順により、実施する。
[1]高レベル哺乳動物発現ベクター、イントロン、およびレポーターポリペプチドをコードする核酸配列を含み、レポーターポリペプチドをコードする該核酸配列は標的非翻訳領域(UTR)に近位で連結されている、核酸構築物。
[2]前記イントロンが5'UTR内に位置している、上記[1]記載の核酸構築物。
[3]前記イントロンが3'UTR内に位置している、上記[1]記載の核酸構築物。
[4]前記イントロンが前記のレポーターポリペプチドをコードする核酸配列内に位置している、上記[1]記載の核酸構築物。
[5]前記のレポーターポリペプチドをコードする核酸配列内に位置している前記イントロンが、mRNA前駆体のプロセシングの際にスプライシングで切り出される、上記[4]記載の核酸構築物。
[6]前記のレポーターポリペプチドをコードする核酸配列が標的UTRに直接連結されている、上記[1]記載の核酸構築物。
[7]高レベル哺乳動物発現ベクター、およびレポーターポリペプチドをコードする核酸配列を含み、レポーターポリペプチドをコードする該核酸配列は1つ以上の標的UTRに直接連結されている、核酸構築物。
[8]前記の1つ以上の標的UTRが、鉄反応エレメント(「IRE」)、内部リボソーム侵入部位(「IRES」)、上流オープンリーディングフレーム(「uORF」)、雄特異的致死エレメント(「MSL-2」)、G-カルテットエレメント、および5'末端オリゴピリミジン領域(「TOP」)からなる群より選択されるエレメントを有する、上記[7]記載の核酸分子。
[9]前記の1つ以上の標的UTRが同じ標的遺伝子に由来するものである、上記[7]記載の核酸分子。
[10]前記高レベル哺乳動物発現ベクターがゲノム中に無作為に組み込まれる、上記[7]記載の核酸構築物。
[11]前記高レベル哺乳動物発現ベクターがゲノム中に部位選択的に組み込まれる、上記[7]記載の核酸構築物。
[12]前記高レベル哺乳動物発現ベクターがエピソーム性哺乳動物発現ベクターである、上記[7]記載の核酸構築物。
[13]前記レポーター遺伝子がイントロンを含有している、上記[7]記載の核酸構築物。
[14]前記の1つ以上の標的UTRがイントロンを含有している、上記[7]記載の核酸構築物。
[15]1つ以上の標的UTRに直接連結されたレポーターポリペプチドをコードする核酸配列を含む核酸分子。
[16]前記のレポーターポリペプチドをコードする核酸配列がイントロンを含有している、上記[15]記載の核酸分子。
[17]レポーター核酸配列を含み、レポーターポリペプチドをコードする該核酸配列は1つ以上の標的UTRに直接連結されている、核酸分子の異種集団。
[18]前記異種集団が安定細胞系から単離されたものである、上記[17]記載の核酸分子の異種集団。
[19]前記異種集団がin vitroで産生されたものである、上記[17]記載の核酸分子の異種集団。
[20]前記異種集団がin vitroでポリペプチドを産生させるために使用される、上記[17]記載の核酸分子の異種集団。
[21]前記の核酸分子の異種集団が各々5'キャップを有する、上記[17]記載の核酸分子の異種集団。
[22]前記異種集団が5'キャップを有する分子を排除するよう選択されたものである、上記[17]記載の核酸分子の異種集団。
[23]前記異種集団がポリアデニル化されている、上記[17]記載の核酸分子の異種集団。
[24]前記異種集団がポリアデニル化されていない、上記[17]記載の核酸分子の異種集団。
[25]化合物をスクリーニングするための核酸構築物を作製する方法であって、
a) 遺伝子およびベクターを核酸構築物としてクローニングする工程、
b) 該核酸構築物を操作して、発現される遺伝子産物が標的遺伝子に見出されないUTRを持たないようにする工程、ならびに
c) 標的UTRを該遺伝子に直接連結する工程、
を含む上記方法。
[26]d) 標的遺伝子に見出されないUTRの非存在下で標的UTRに連結された前記遺伝子を発現させる工程をさらに含む上記[25]記載の方法。
[27]前記遺伝子がレポーターポリペプチドをコードするものである、上記[25]記載の方法。
[28]前記標的UTRが前記標的遺伝子に由来する5' UTRであり、かつ第2標的UTRが3' UTRである、上記[25]記載の方法。
[29]前記の第1標的UTRが前記第2標的UTRと同じ標的遺伝子に由来するものである、上記[28]記載の方法。
[30]前記の第1標的UTRが前記第2標的UTRとは異なる標的遺伝子に由来するものである、上記[28]記載の方法。
[31]ポリペプチドの発現をモジュレートする化合物をスクリーニングする方法であって、
a) 細胞を維持する工程であって、該細胞は核酸分子を有し、その核酸分子はレポーターポリペプチドをコードする遺伝子を含み、そのレポーター遺伝子は標的5' UTRおよび標的3' UTRに隣接している、前記工程、
b) 該細胞内でUTR複合体を形成させる工程、
c) 化合物を該UTR複合体と接触させる工程、ならびに
d) 該化合物が該UTR複合体に及ぼす影響を検出する工程、
を含む上記方法。
[32]前記UTR複合体が遺伝子発現モジュレーター(GEM)を含有している、上記[31]記載の方法。
[33]前記検出が、RNA-タンパク質相互作用アッセイ、質量分析、RNAフットプリント分析、およびRNA細胞内局在アッセイからなる群より選択される、上記[31]記載の方法。
[34]前記検出が、前記化合物の存在下で前記細胞により発現されたレポーターポリペプチドのレベルを前記化合物の非存在下に対して比較することに基づくものである、上記[31]記載の方法。
[35]UTR依存的発現をモジュレートする化合物をin vivoでスクリーニングする方法であって、
a) 高発現構成的プロモーターを標的5' UTRの上流に含む核酸構築物を有する細胞を提供する工程であって該標的5' UTRがレポーターポリペプチドをコードする核酸配列の上流にあり、かつレポーターポリペプチドをコードする該核酸配列が標的3' UTRの上流にある、前記工程、
b) 該細胞を化合物と接触させる工程、
c) レポーターポリペプチドをコードする核酸配列を含有し、かつ標的遺伝子に見出されないUTRは含有しない核酸分子を産生させる工程、および
d) 該レポーターポリペプチドを検出する工程、
を含む上記方法。
[36]UTRの影響を受ける発現をモジュレートする化合物をin vitroでスクリーニングする方法であって、
a) in vitro翻訳系を提供する工程、
b) 該in vitro翻訳系を、化合物、および標的5' UTRを含む核酸分子と接触させる工程であって、該標的5' UTRがレポーターポリペプチドをコードする核酸配列の上流にあり、レポーターポリペプチドをコードする該核酸配列が標的3' UTRの上流にあり、ここで該核酸分子は標的遺伝子に見出されないUTRを持っていない、前記工程、ならびに
c) 該レポーターポリペプチドをin vitroで検出する工程、
を含む上記方法。
[37]核酸分子を細胞で発現させる方法であって、
a) 異種核酸分子を細胞に与える工程であって、該核酸分子が、標的遺伝子に見出されないUTRを有さず標的UTRに隣接するレポーターポリペプチドをコードする核酸配列を含んでいる、前記工程、および
b) 該レポーターポリペプチドをin vivoで検出する工程、
を含む上記方法。
[38]前記異種核酸分子がin vitro転写により産生されたものである、上記[37]記載の方法。
[39]前記異種核酸分子が合成により産生されたRNA分子である、上記[37]記載の方法。
[40]前記異種核酸分子が低分子干渉RNA(siRNA)分子である、上記[37]記載の方法。
[41]主要ORF非依存的なUTRの影響を受ける機構によりタンパク質発現をモジュレートする化合物をスクリーニングする方法であって、
a) 標的UTRに近位で連結されたレポーター遺伝子を有する安定細胞系を増殖させる工程、b) 化合物の存在下の該安定細胞系を、該化合物の非存在下に対して比較する工程、および
c) 主要ORF非依存的なUTRの影響を受ける機構によりタンパク質発現をモジュレートする該化合物を選択する工程、
を含む上記方法。
[42]主要ORF非依存的なUTRの影響を受ける機構によりタンパク質発現をモジュレートする化合物をスクリーニングする方法であって、
a) 細胞において標的遺伝子をレポーター遺伝子で置換する工程であって該標的遺伝子の近位に連結された標的UTRが無傷のままであり、かつ該細胞が分化細胞である、前記工程、
b) 該細胞系を増殖させる工程、および
c) 主要ORF非依存的なUTRの影響を受ける機構により該レポーター遺伝子のタンパク質発現をモジュレートする化合物を選択する工程、
を含む上記方法。
[43]UTRの影響を受ける機構によりタンパク質発現をモジュレートする化合物をスクリーニングする方法であって、
a) 標的UTRに近位で連結されたレポーター遺伝子を有する安定細胞系を増殖させる工程であって、該安定細胞系がin vivoで見出される標的遺伝子の転写後調節を模倣する、前記工程、
b) 該安定細胞系を増殖させる工程、および
c) UTRの影響を受ける機構により該レポーター遺伝子のタンパク質発現をモジュレートする化合物を選択する工程、
を含む上記方法。
[44]前記標的UTRの核酸配列が哺乳動物の前記標的遺伝子に特異的なものである、上記[43]記載の方法。
[45]前記標的UTRの核酸配列が植物の前記標的遺伝子に特異的なものである、上記[43]記載の方法。
[46]前記標的遺伝子がアイソフォームである、上記[43]記載の方法。
[47]前記標的遺伝子が1つ以上の異なる遺伝子にも見出されるUTRを含有している、上記[43]記載の方法。
[48]前記標的遺伝子が病状の指標となる、上記[47]記載の方法。
[49]前記安定細胞系が癌細胞である、上記[43]記載の方法。
[50]UTRの影響を受ける機構によりタンパク質発現をモジュレートする化合物をスクリーニングする方法であって、
a) 2つ以上のUTRに近位で連結されたレポーター遺伝子を有する安定細胞系を増殖させる工程、
b) 化合物の存在下の該安定細胞系を、該化合物の非存在下に対して比較する工程であって、該化合物が、1つの標的UTRのみがレポーター遺伝子に近位で連結されている場合はUTR依存的発現をモジュレートしないものである、前記工程、および
c) UTRの影響を受ける機構により該レポーター遺伝子のタンパク質発現をモジュレートする該化合物を選択する工程、
を含む上記方法。
[51]d) レポーター遺伝子に近位で連結された標的遺伝子に見出されないUTRによるUTR依存的タンパク質発現のモジュレーションを、近位で連結された標的5' UTRおよび近位で連結された標的3' UTRに隣接するレポーター遺伝子のUTR依存的タンパク質発現のモジュレーションに対して比較する工程、をさらに含む上記[50]記載の方法。
[52]d) イントロンを有するレポーター遺伝子のUTR依存的タンパク質発現のモジュレーションを、イントロンを有しないレポーター遺伝子についてのUTR依存的タンパク質発現のモジュレーションに対して比較する工程、をさらに含む上記[50]記載の方法。
[53]前記化合物がUTR複合体に影響を及ぼすものであり、かつ該UTR複合体が、核内低分子RNP(snRNP)、hnRNPタンパク質、mRNAタンパク質、スプライシング因子、リボソームタンパク質、および非リボソーム性の翻訳特異的タンパク質からなる群より選択されるタンパク質を含有している、上記[50]記載の方法。
[54]前記UTR複合体が、非調節性リボソームタンパク質およびクロマチン結合タンパク質からなる群より選択されるタンパク質を含まない、上記[53]記載の方法。
ここまで本発明を大まかに記載してきたが、下記実施例を参照することにより本発明はより容易に理解されるであろう。下記実施例は、特に規定しない限り、例示のために提供されるものであって本発明を限定することは意図していない。
モノシストロン性レポーター構築物(pLuc/vegf5'+3'UTR)はCMVプロモーターの転写制御下にあり、VEGF 3'UTRの上流のルシフェラーゼレポーターを駆動するVEGF 5'UTRを含有している。安定細胞系は、293細胞に該pLuc/vegf5'+3'UTR構築物をトランスフェクトすることにより作製した。安定細胞系をハイグロマイシンB選択下で培養することにより、当分野で周知のプロトコルに沿うクローン細胞系を作り出した。選択の2週間後、クローン細胞系をそのルシフェラーゼ活性についてスクリーニングした。幾つかのクローン細胞系(以後「クローン」と記す)のルシフェラーゼ活性を比較し、総タンパク質含有量に対して正規化した。ルシフェラーゼ活性を断続的にモニタリングしながら、クローンをハイグロマイシンB選択下で3ヶ月よりも長期にわたって維持した。クローンは安定しており、高レベルのルシフェラーゼ発現を維持した。多くのクローン、例えば約20種のクローンを、ルシフェラーゼ活性に関して互いに比較してもよい。クローンB9、D3、およびH6で比較すると、クローンB9が最も高いレベルのルシフェラーゼ活性を示した。さらに、半定量的PCR分析を実施すると、その結果から、1細胞当たり複数コピーのレポーターが組み込まれていることが示された。転写後のハイスループットスクリーニング(HTS)で使用するために、クローンの特定パラメーターを選択前に検討しておいた。HTSの関連パラメーターとしては、限定するものではないが、細胞数、インキュベーション時間、DMSO濃度、および基質の量が挙げられる。
全ての同定された化合物を再合成し、LC/MSおよび燃焼分析によりこれらの純度が95%よりも高いことを示した。続いて、再合成した化合物を用量応答VEGF ELISAで試験し、さらにルシフェラーゼアッセイを用いてまずUTR特異性を評価した。UTR特異性を保持する同定化合物全てを、VEGF発現の真正の(bona fide)UTR特異的インヒビターと定義した。
一過性トランスフェクション:
HIF-1αレポーター構築物pGEMS HIF-1α5F3、pGEMS HIF-1α5FおよびpGEMS HIF-1αF3およびpGEMS Fを、FuGENE(商標)6 (Fugent, LLC)トランスフェクション試薬(F. Hoffmann-La Roche Ltd, Basel, Switzerland)を製造会社の説明書に従って使用して、各々等量ずつ293細胞およびMCF7細胞にトランスフェクトした。プラスミドphRL-CMVを各レポーターと共に同時トランスフェクトすることにより、トランスフェクション効率を正規化した。24時間後、トランスフェクト細胞をPBSで洗浄し、新しい培地で再度洗浄し、正常酸素状態下または低酸素状態下でさらに24時間静置した。その時点で、細胞を回収し、デュアル-ルシフェラーゼレポーターアッセイ系(Promega, Inc., Madison, WI)を製造会社の説明書に従って使用してウミシイタケ(Renilla)およびホタル・ルシフェラーゼ活性についてアッセイした。
安定細胞系を作製するために、293細胞に上記pGEMS HIF-1α5F3を一過性にトランスフェクトした。48時間後、細胞をトリプシンで処理し、計数してから、10 cmペトリ皿に5000細胞/mLの濃度で蒔いた(10 mL)。翌日、200μg/mLのハイグロマイシンBを培養培地に加えることにより、一過性にトランスフェクトしたプラスミドがゲノム内に安定に組み込まれている細胞を選択した。ハイグロマイシンB選択の10〜14日後、トリプシン浸漬フィルターディスクを製造会社の説明書に従って使用して細胞をペトリ皿から24ウェルプレートの単一ウェルに移すことにより、個々のハイグロマイシン耐性クローンを増やした。その後、個々の細胞系を、ホタル・ルシフェラーゼ発現レベルに基づくさらなる研究のために選択した。
ホタルおよびウミシイタケのルシフェラーゼ活性またはホタル・ルシフェラーゼ活性のみを、デュアルルシフェラーゼまたはルシフェラーゼレポーターアッセイ系(Promega Inc., Madison, WI)をそれぞれ製造会社の説明書に従って使用して測定した。
総RNAは、Trizol(登録商標)試薬(Invitrogen Co., Carlsbad, CA)を製造会社の説明書に従って使用して取得した各安定トランスフェクトクローンから単離した。その後、RT-PCRを利用して、安定クローンから単離したホタル・レポーターmRNA中の正しいサイズのHIF-1α UTRの存在を確認した。HIF-1α 5'UTR順方向プライマーおよびルシフェラーゼ5'逆方向プライマー(5' CTGCAACTCCGATAAATAACGCGCCCAACA 3'、配列番号1)またはルシフェラーゼ3'順方向プライマー(5' CGGGTACCGAAAGGTCTTACC 3'、配列番号2)およびHIF-1α 3'UTR逆方向プライマーを使用して、ランダムヘキサマーを使用して逆転写したRNAからmRNAの5'および3'末端をそれぞれ増幅した。
取得した全ての安定クローンからのルシフェラーゼレポーターmRNAレベルを、TaqMan(登録商標)リアルタイムRT-PCR (Applied Biosystems, Foster City, CA)を製造会社の説明書に従って使用して定量化した。次のホタル・ルシフェラーゼ特異的プライマーおよびプローブを使用した:FLuc F (5' TTCTTCATAGTTGACCGCTTGA 3'、配列番号3)、FLuc R (5' GTCATCGTCGGGAAGACCT 3'、配列番号4)およびFLucプローブ(5' 6FAM-CGATATTGTTACAACAACCCAACATCTTCG-TAMRA 3'。配列番号5の5'末端を6FAMで標識し、また3'末端をTAMRAで標識したもの)。ルシフェラーゼレポーターmRNAレベルは、市販のアクチン特異的プライマー/プローブセット(Applied Biosystems, Foster City, CA)を使用してアクチンmRNAレベルに正規化した。
上記の通りに作製した安定細胞系を使用して、HIF-1αの非翻訳領域依存的発現を阻害する化合物のハイスループットスクリーニング(「HTS」)を達成した。293細胞系は、HIF-1αの5'および3'UTRの両方に隣接したホタル・ルシフェラーゼ遺伝子の安定に組み込まれたコピーを含有していた。その後、選択した安定細胞系を、HTSに利用する細胞数およびDMSOパーセントについて最適化しておいた細胞ベースのアッセイに使用した。
高レベル発現ベクターpcDNA(商標)3.1/Hygro (Invitrogen Corp., Carlsbad, CA)を次の通りに調製した。pcDNA(商標)3.1/Hygroベクター内で、目的遺伝子もしくはレポーター遺伝子のクローニング、発現、もしくはクローニングおよび発現に関連する非翻訳領域(UTR)および制限部位を除去するかまたは置き換えた。
Claims (14)
- ミオスタチン遺伝子の非翻訳領域(UTR)依存的翻訳をモジュレートする化合物についてスクリーニングするin vitroでの方法であって、
(a)化合物を、(1)第1のプロモーターを含む第1のベクターならびに(2)レポーターポリペプチドをコードする核酸配列の上流にミオスタチン5' UTRおよびレポーターポリペプチドをコードする前記核酸配列の下流にミオスタチン3' UTRを含む第1の核酸を含む、第1の核酸構築物であって、前記第1のプロモーターが前記第1の核酸の上流にある第1の核酸構築物、を有する細胞と接触させる工程、
(b)前記第1の核酸構築物から発現された前記レポーターポリペプチドを検出する工程であって、陰性対照の存在下または前記化合物の非存在下の前記レポーターポリペプチドの発現レベルと比較した、前記化合物の存在下での前記レポーターポリペプチドの発現レベルの変化は、前記化合物がミオスタチン遺伝子のUTR依存的翻訳をモジュレートすることを示す、工程
(c)前記化合物を、(1)第2のプロモーターを含む第2のベクターおよび(2)前記第1の核酸を含む第2の核酸構築物であって、前記第2のプロモーターが第1の核酸構築物の前記第1のプロモーターとは異なる、第2の核酸構築物を有する細胞と接触させる工程、
(d)前記第2の核酸構築物から発現された前記レポーターポリペプチドを検出する工程であって、前記レポーターポリペプチドの発現に対する影響が前記第1の核酸構築物において前記化合物への曝露後に検出されたが、前記化合物の非存在下または陰性対照の存在下と比較して前記化合物の存在下での前記第2の核酸構築物からの前記レポーターポリペプチドの発現レベルに変化がない場合には、前記化合物はUTR非依存的な様式で機能し、それにより前記化合物を排除する、工程、
(e)前記化合物を、(1)前記第1のベクターならびに(2)前記レポーターポリペプチドをコードする前記核酸配列の上流に対照5' UTRおよび前記レポーターポリペプチドをコードする前記核酸配列の下流に対照3' UTRを含む第2の核酸を含む、第3の核酸構築物であって、対照5' UTRおよび対照3' UTRは異なる遺伝子に由来する第3の核酸構築物を有する細胞と接触させる工程、および
(f)前記第3の核酸構築物から発現された前記レポーターポリペプチドを検出する工程であって、前記の両方のミオスタチンUTRがレポーター遺伝子に機能しうる形で連結されている場合のみ前記化合物が活性であり、対照UTRが前記レポーター遺伝子に機能しうる形で連結されている場合に活性の有意な低下を示すならば、前記化合物はミオスタチン遺伝子のUTR依存的翻訳をモジュレートする、工程
を含む、方法。 - ミオスタチン遺伝子の非翻訳領域(UTR)依存的翻訳をモジュレートする化合物についてスクリーニングするin vitroでの方法であって、
(a)化合物を、(1)第1のプロモーターを含む第1のベクターならびに(2)レポーターポリペプチドをコードする核酸配列の上流にミオスタチン5' UTRおよびレポーターポリペプチドをコードする前記核酸配列の下流にミオスタチン3' UTRを含む第1の核酸を含む、第1の核酸構築物であって、前記第1のプロモーターが前記第1の核酸の上流にある第1の核酸構築物、を含むin vitro翻訳系と接触させる工程、
(b)前記第1の核酸構築物から発現された前記レポーターポリペプチドを検出する工程であって、陰性対照の存在下または前記化合物の非存在下の前記レポーターポリペプチドの発現レベルと比較した、前記化合物の存在下での前記レポーターポリペプチドの発現レベルの変化は、前記化合物がミオスタチン遺伝子のUTR依存的翻訳をモジュレートすることを示す、工程
(c)前記化合物を、(1)第2のプロモーターを含む第2のベクターおよび(2)前記第1の核酸を含む第2の核酸構築物であって、前記第2のプロモーターが第1の核酸構築物の前記第1のプロモーターとは異なる、第2の核酸構築物を含むin vitro翻訳系と接触させる工程、
(d)前記第2の核酸構築物から発現された前記レポーターポリペプチドを検出する工程であって、前記レポーターポリペプチドの発現に対する影響が前記第1の核酸構築物において前記化合物への曝露後に検出されたが、前記化合物の非存在下または陰性対照の存在下と比較して前記化合物の存在下での前記第2の核酸構築物からの前記レポーターポリペプチドの発現レベルに変化がない場合には、前記化合物はUTR非依存的な様式で機能し、それにより前記化合物を排除する、工程、
(e)前記化合物を、(1)前記第1のベクターならびに(2)前記レポーターポリペプチドをコードする前記核酸配列の上流に対照5' UTRおよび前記レポーターポリペプチドをコードする前記核酸配列の下流に対照3' UTRを含む第2の核酸を含む第3の核酸構築物であって、対照5' UTRおよび対照3' UTRは異なる遺伝子に由来する第3の核酸構築物を含むin vitro翻訳系と接触させる工程、および
(f)前記第3の核酸構築物から発現された前記レポーターポリペプチドを検出する工程であって、前記の両方のミオスタチンUTRがレポーター遺伝子に機能しうる形で連結されている場合のみ前記化合物が活性であり、対照UTRが前記レポーター遺伝子に機能しうる形で連結されている場合に活性の有意な低下を示すならば、前記化合物はミオスタチン遺伝子のUTR依存的翻訳をモジュレートする、工程
を含む、方法。 - 前記ミオスタチン5' UTRまたはミオスタチン3' UTRが全長である、請求項1に記載の方法。
- 前記ミオスタチン5' UTRおよびミオスタチン3' UTRが全長である、請求項1に記載の方法。
- 前記細胞が細胞系由来である、請求項1、3または4に記載の方法。
- 前記細胞系が293またはHeLa細胞系である、請求項5に記載の方法。
- 前記細胞系が前記レポーターポリペプチドを安定に発現する、請求項5または6に記載の方法。
- 前記化合物が1モル当たり1,000グラム未満の分子量を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記レポーターポリペプチドがルシフェラーゼである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記レポーターポリペプチドが緑色蛍光タンパク質、ネオマイシン・ホスホトランスフェラーゼII、または抗生物質耐性コード配列である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記プロモーターが、哺乳動物細胞で機能するかまたは哺乳動物細胞由来のプロモーターである、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 哺乳動物細胞で機能するプロモーターが、シミアンウイルス由来のSV40プロモーター、ラウス肉腫ウイルス由来のRSVプロモーター、サイトメガロウイルス由来のCMVプロモーター、ウシパピローマウイルスに由来するBPVプロモーター、またはパルボウイルス由来のB19p6プロモーターである、請求項11に記載の方法。
- 前記プロモーターが、高発現構成的プロモーター、組織特異的プロモーター、または誘導プロモーターである、請求項11に記載の方法。
- 前記ベクターが高レベル哺乳動物発現ベクターである、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
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