JP6162224B2 - 血管組織の形質導入のためのアデノウイルスベクター - Google Patents

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Description

本発明は、遺伝子導入の分野に、そして特に、血管組織への遺伝子送達のためのアデノウイルスベクターの使用に関する。
アデノウイルス(Ad)は、遺伝子療法において、最も広く用いられているベクターである。これらは、広い範囲の分裂細胞および非分裂細胞を感染させる能力を有し、高力価まで容易に産生され、そして組換えウイルスの構築に用いられるよく特徴付けられた株(特に、遺伝子療法に一般的に用いられるもの、例えばAd2、Ad5)を有する利点を持つ。第一世代のE1/E3欠失ベクターは、〜8kbの挿入物を収容することが可能である一方、ヘルパー依存性Adは、最大37kbの外来(foreign)遺伝物質を収容可能である16
Adは、1953年、咽頭扁桃細胞から最初に単離され、そして培養され、そして今日まで、55のヒト・アデノウイルス血清型が同定されてきており、そして6つの種(A〜F)にグループ分けされている。これらの血清型の大部分は、上気道の軽度の感染、胃腸炎または結膜炎を引き起こす。さらに、野生型(WT)アデノウイルスは、米国軍隊入隊者に対するワクチンとして用いられてきており、そして非常にわずかな副作用しか引き起こさないことが示されてきている。これは、Adがヒト遺伝子療法に使用するために安全なウイルスであるという見解に寄与するが、高用量のアデノウイルスは、圧倒的な免疫反応を引き起こしうる17、18、19。しかし、局所ex vivo遺伝子導入は、これらの問題を減少させる。
ベクターとして臨床的にAdを用いる重大な限界は、大部分のヒトにおいて、中和抗体が高率であらかじめ存在し、該抗体が循環中への投与に際して迅速な中和を引き起こすことである。さらに、循環中への投与に際して、ウイルス粒子の大部分は、肝臓によって迅速に捕捉され、したがって意図される目的のために十分な度合いまで、ターゲット細胞または組織に到達できない。さらに、これらの問題を克服する試みとして、ベクター投薬量を増加させることは、不適切であり、そしてときには毒性であり、またはさらには致死性であることが立証されてきている。
アデノウイルス血清型5(Ad5)は、血管遺伝子導入のために広く用いられており、血管遺伝子導入の場合、過剰な平滑筋細胞増殖を防止する療法的導入遺伝子の送達は、新生内膜肥厚を防止することも可能であり、そしてしたがって冠動脈バイパス術後の移植失敗を防止しうる。しかし、アデノウイルスの血管壁への取り込み、およびAd5を通じて仲介される遺伝子導入の生じるレベルは、比較的劣っており、そしてウイルスの高い投入力価が必要となる。さらに、患者の有意な比率が、Ad5に対するあらかじめ存在する中和抗体を提示する。
まとめると、Ad5のこれらの最適とは言えない特性によって、臨床設定における血管遺伝子療法の進行および解釈が制限される。したがって、より効率的なベクターの同定および発展が必要とされる。
ある研究者は、まったく別のウイルスタイプに基づくベクターに乗り換えている。引き続きアデノウイルスを選択している研究者は、免疫反応を回避し、そして肝臓からベクターを脱ターゲット化し、そして該ベクターを関心対象の細胞および組織に再ターゲット化するために、キメラ・ヒトAd(Ad偽型)、非ヒトAd、または低い血清有病率のAdベクターの使用を含む戦略を採用してきている。
しかし、ヒト・アデノウイルス科は広範であり、多くのまれな、そして十分に研究されていないアデノウイルスを有する(現在55の既知の血清型がある)。現在、新規ベクターとして使用するためには、これらの向性または潜在能力に関してほとんど知られておらず、その実際的な適用が深刻に制限されている。
本発明者らは、ここに、まれなD種アデノウイルスであるアデノウイルス血清型49(Ad49)が、血管組織に対して、驚くほど高い向性および感染性を有し、血管遺伝子送達のために理想的なものとなっていることを発見した。形質導入は迅速であり、血管手術中に提供される非常に限られた機会において、ex vivo遺伝子送達を実現可能にする。さらに、集団の大部分は、Ad49に対してほとんどまたはまったく、あらかじめ存在する免疫を持たず、これによって、Ad49はin vivoで行われる遺伝子送達に、そしてin vitroまたはex vivoで行われる方法として適したものとなる。
したがって、第一の側面において、本発明は、血管細胞または組織への遺伝子送達方法であって、前記血管細胞をアデノウイルス遺伝子送達ビヒクルと接触させる工程を含み、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルが、Ad49主カプシド・タンパク質を含む、前記方法を提供する。
方法はin vivoで実行可能である。こうした側面において、本発明は、遺伝子導入を必要とする被験体への遺伝子導入方法であって、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルを被験体に投与する工程を含み、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルが、Ad49主カプシド・タンパク質を含む、前記方法を提供する。
方法はまた、in vitroまたはex vivoでも実行可能である。例えば、方法を、被験体への導入が意図される血管細胞または組織、例えば血管組織移植片に適用することも可能である。
したがって、本発明は、血管細胞または組織を提供し、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルと細胞または組織を接触させて遺伝子修飾された細胞または組織を提供し、そして遺伝子修飾された細胞または組織を被験体に導入する工程を含み、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルが、Ad49主カプシド・タンパク質を含む、療法または予防法を提供する。
用語「血管(vascular)」は、本明細書において、血管(blood vessels)、主に静脈(veins)および動脈(arteries)を指すが、文脈が許す場合は、他の管タイプ、例えば細動脈、細静脈および毛細血管も含む。
形質転換されるべき血管細胞または組織は、1またはそれより多い血管内皮細胞(EC)および/または1またはそれより多い血管平滑筋細胞(SMC)を含むことも可能である。ある長さの血管、例えばある長さの静脈または動脈を含むことも可能である。
細胞または組織は、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルと接触させる前に、被験体から(またはより頻度が落ちるが、第三者ドナーから)、例えば同じ外科手術の一部として、得られていることも可能である。こうした方法は、一般的に、ex vivo遺伝子送達法と称される。こうした場合、ある長さの血管は、典型的には外植片であり、例えば伏在静脈、内乳動脈(例えば左内乳動脈)、胃大網動脈(例えば右胃大網動脈)、および下腹壁動脈に由来するものである。
こうしたex vivo法において、血管外植片の移植は、抽出後できる限り速やかに行われることが望ましい。実際のところ、これによって、遺伝子送達には、1時間またはそれ未満、そしてしばしば30分またはそれ未満しか許されない。したがって、外植片は、ドナーから抽出した1時間以内、ドナーから抽出した45分以内、30分以内、15分以内、10分以内、5分以内または1分以内に、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルと接触させることも可能である。
あるいは、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルと接触させる前に、ある期間、例えば1時間またはそれより長い期間、数日または数週間、細胞または組織をin vitroで培養しておくことも可能である。例えば1またはそれより多い幹細胞から、適切な培養条件下の増殖および分化によって、細胞または組織が、in vitroで生成されていることも可能である。こうした場合、幹細胞は、細胞または組織を投与しようとする被験体と同系であってもよい。例えば、これらは、直接または間接的に、被験体自身から得られていてもよい。あるいは、これらは、直接または間接的に、第三者ドナーから得られていてもよい。
血管細胞または組織を、適切な形質導入が達成されるのに必要な程度に長く、遺伝子送達ビヒクルと接触させることも可能である。しかし、しばしば、1時間またはそれ未満の期間、例えば45分またはそれ未満、30分またはそれ未満、15分またはそれ未満、あるいは10分またはそれ未満が十分でありうる。例えば、10分間〜1時間、15分間〜1時間、30分間〜1時間、45分間〜1時間、10分間〜45分間、15分間〜45分間、30分間〜45分間、10分間〜30分間、15分間〜30分間または10分間〜15分間の期間、血管細胞または組織を遺伝子送達ビヒクルと接触させてもよい。
血管細胞または組織が外植片である場合、外植片を、ドナーから抽出した後、そしてレシピエント被験体内に移植する前に、適切な期間、遺伝子送達ビヒクルと接触させてもよい。
手術方法全体としての目的は、冠動脈疾患(CAD)の予防または治療であることも可能である。方法は、血管移植工程を含むことも可能である。したがって、方法は、冠動脈バイパス移植術(CABG)または経皮経管冠動脈形成術(PTCA)の工程を含むことも可能である。
血管細胞または組織への遺伝子導入の目的は、例えばワクチン接種または遺伝子療法であってもよい。
遺伝子療法適用には、血管新生または脈管形成の調節、例えば血管新生または脈管形成の促進(すなわち例えば虚血の治療のための療法的血管新生/脈管形成)、あるいは血管新生または脈管形成の阻害(例えば癌または炎症性状態の治療において、血管新生または脈管形成が望ましくない状況において)、末梢血管疾患の予防または治療、再狭窄の予防または治療(例えばステント内再狭窄)、血管手術から生じる合併症の予防または治療(例えば上に記載するようなCABGまたはPTCA後)、静脈移植失敗の予防または治療、血管細胞増殖の調節(例えば望ましくない血管細胞増殖、例えば新生内膜肥厚の阻害)、血管細胞アポトーシスの調節(例えば阻害または刺激)、血管細胞遊走の調節(例えば阻害または刺激)、あるいはアテローム形成、アテローム性動脈硬化症または血管閉塞の予防または治療、が含まれることも可能である。
これらの多様な適用は、必ずしも互いに排他的ではないことが認識されるであろう。
意図される治療部位は、血管移植であってもよい。
さらなる側面において、本発明は、血管細胞または組織への遺伝子送達のためのアデノウイルス遺伝子送達ビヒクルの使用であって、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルが、Ad49主カプシド・タンパク質を含む、前記使用を提供する。
さらなる側面において、本発明は、血管細胞または組織への遺伝子送達のためのアデノウイルス遺伝子送達ビヒクルであって、Ad49主カプシド・タンパク質を含む、前記ビヒクルを提供する。
さらなる側面において、本発明は、血管細胞または組織への遺伝子送達のための薬剤調製における、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルであって、Ad49主カプシド・タンパク質を含む、前記ビヒクルを提供する。
上記の方法の特徴は、本発明のこれらの側面に等しく適用可能であることが認識されるであろう。
本発明の上記側面のいずれにおいても、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルは、Ad49ヘキソン・タンパク質、ペントン・タンパク質、またはファイバー・タンパク質を有することも可能である。
例えば、該ビヒクルは、Ad49ヘキソン・タンパク質およびペントン・タンパク質、Ad49ヘキソン・タンパク質およびファイバー・タンパク質、またはAd49ペントン・タンパク質およびファイバー・タンパク質を有してもよい。
例えば、該ビヒクルは、Ad49ヘキソン・タンパク質、ペントン・タンパク質およびファイバー・タンパク質を有してもよい。
アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルは、キメラであってもよく、すなわち、1またはそれより多い異なるアデノウイルス科または血清型由来の1またはそれより多い主カプシド・タンパク質を所持してもよい。
特に、遺伝子送達ビヒクルをin vivoで用いようとする場合、対象レシピエントがあらかじめ存在する免疫をほとんどまたはまったく持たないタンパク質で、カプシドが構成されることが望ましい可能性もある。Ad49を除けば、適切な血清型には、Ad11、Ad26、Ad34、Ad35、Ad48、Ad50およびサル・アデノウイルスが含まれうる。遺伝子送達ビヒクルは、(例えば肝細胞に比較して)血管細胞に関する向性を維持するために十分なAd49主カプシド構成要素を保持しなければならないが、他のカプシド構成要素は、Ad49以外の1またはそれより多い血清型、例えばAd35に由来してもよい。
例えば、遺伝子送達ビヒクルは;
Ad49ヘキソン・タンパク質、ならびに1またはそれより多くの他の血清型由来のペントンおよびファイバー・タンパク質;
Ad49ペントン・タンパク質、ならびに1またはそれより多くの他の血清型由来のヘキソンおよびファイバー・タンパク質;
Ad49ファイバー・タンパク質、ならびに1またはそれより多くの他の血清型由来のペントンおよびヘキソン・タンパク質;
Ad49ヘキソンおよびペントン・タンパク質、ならびに1またはそれより多くの他の血清型由来のファイバー・タンパク質;
Ad49ヘキソンおよびファイバー・タンパク質、ならびに1またはそれより多くの他の血清型由来のペントン・タンパク質;
Ad49ペントンおよびファイバー・タンパク質、ならびに1またはそれより多くの他の血清型由来のヘキソン・タンパク質
を含むことも可能である。
遺伝子送達ビヒクルがAd49ヘキソン・タンパク質を含有することが望ましい可能性もある。
いかなる個々のウイルス粒子も、典型的には、いかなる個々のタンパク質の混合物も含有しないことが認識されるであろう。すなわち、1つのウイルス粒子中のすべてのヘキソン・タンパク質は、典型的には同じ血清型のものであろうし、また、すべてのペントンおよびファイバー・タンパク質も同様であろう。しかし、これは常に当てはまる必要はなく;いくつかの状況においては、ウイルス粒子が1より多い血清型の1またはそれより多いタンパク質を含有することが望ましい可能性もある。ウイルス粒子集団は、この点で、均質であってもまたは不均質であってもよい。
遺伝子送達ビヒクルは、ターゲット細胞または組織に送達するための核酸ペイロードを運搬する。核酸ペイロードは、通常、二本鎖DNA(dsDNA)分子である。核酸ペイロードは、典型的には、ターゲット血管細胞または組織内への導入およびそこでの発現が意図される、異種遺伝子(すなわち野生型アデノウイルスには見られない遺伝子)を含む。したがって、異種遺伝子は、ターゲット細胞または組織において、異種遺伝子を発現するために機能性である転写単位の一部であることも可能である。したがって、異種遺伝子を、プロモーター、ならびに他の適切な転写および翻訳制御シグナルに機能可能であるように連結することも可能である。異種遺伝子はまた、「導入遺伝子」と称されることも可能である。核酸ペイロードおよびその異種遺伝子のターゲット細胞または組織への導入は、「形質導入」と称される。
核酸ペイロードは、典型的には、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクル内にパッケージングされて、そしてターゲット血管細胞または組織において適切にプロセシングされるために必要なさらなる要素を含有する。これらには、アデノウイルス反転末端反復(ITR)配列および適切なパッケージング・シグナルが含まれることも可能である。
核酸ペイロードはまた、選択可能マーカー、すなわち形質導入細胞の容易な検出を可能にする産物をコードする遺伝子も含有してもよい。例には、蛍光タンパク質(例えばGFP)、可視反応産物を産生する酵素(例えばベータ−ガラクトシダーゼ、ルシフェラーゼ)の遺伝子、および抗生物質耐性遺伝子が含まれる。
アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルは、典型的には複製適格性ではない。すなわち、該核酸は、ウイルス複製に必要なアデノウイルス遺伝子(および他の遺伝子要素)のすべては含有しない。典型的には、核酸は、E1、E2、E3またはE4領域から1またはそれより多い機能性アデノウイルス遺伝子を欠く。これらの遺伝子は、欠失されてもよいし、あるいは例えば異種遺伝子または選択マーカーを含む転写単位の挿入によって不活性化されていてもよい。いくつかの態様において、核酸は、機能性アデノウイルス遺伝子をまったく含有せず、この場合、存在する唯一のウイルス構成要素は、ITRおよびパッケージング・シグナルであることも可能である。機能性アデノウイルス遺伝子を持たない遺伝子導入ビヒクルが好ましい可能性もあり、これはこうしたビヒクルが、ウイルスタンパク質合成の結果として、形質導入されたターゲット細胞または組織に対して宿主免疫反応を発展させるリスクを減少させるためである。
異種遺伝子は、本明細書において、導入しようとするターゲット細胞または組織に対して「外因性」であると称される。異種遺伝子が、ターゲット細胞または組織のゲノムにおいて同等物を持たない場合、例えばターゲット細胞または組織において遺伝子によってすでにコードされているのではない産物(RNAおよび/またはタンパク質)をコードする場合、外因性遺伝子はまた、ターゲット細胞または組織に対して異種性であると見なされることも可能である。異種遺伝子は、血管細胞に導入することが望ましいいかなる遺伝子産物をコードしていてもよい。
いくつかのタイプの遺伝子は、遺伝子療法の方法で使用するために周知であり、そしてこれには、療法タンパク質、例えばTPA、EPO、サイトカイン、抗体、あるいはその機能性断片または誘導体、ならびに免疫刺激因子、例えば腫瘍特異的抗原、サイトカイン等をコードするものが含まれる。
以下の例は、本発明のために特に関心が持たれる可能性もある。
抗血管新生因子、例えばエンドスタチン、アンギオテンシン、ATF−BPTI CDT−6、ドミナントネガティブVEGF突然変異体、VEGF、FGFに対する抗体、またはその機能性断片等。
VEGF(例えばアイソフォーム121、159、206または165)、線維芽細胞増殖因子(FGF2、3、4および5を含むFGF)、肝細胞増殖因子(HGF)、IGF、del−1(発生制御内皮遺伝子座1)、一酸化窒素シンターゼ(例えば誘導性NOS、iNOSとしても知られる)、C型ナトリウム利尿ペプチド等を含む、血管新生促進性(または脈管形成性)因子。これらの遺伝子の多くは、血管新生および虚血の治療に対する遺伝子療法アプローチの候補として、文献において提唱されてきている。VEGFおよび一酸化窒素シンターゼは、再狭窄の阻害に有効であることが示されてきている。VEGFは、一酸化窒素シンターゼおよび/またはプロスタサイクリンの導入を通じて作用し、したがって、VSMC増殖および遊走を阻害する可能性もある。
抗炎症性タンパク質、例えば可溶性CD40、FasL、IL−12、IL−10、IL−4、IL−13、ならびにCD4、CD5、CD7、CD52、IL−2、IL−1、IL−6、TNF等に対する抗体またはその機能性断片もしくは誘導体(例えば分泌される一本鎖抗体)、あるいは自己反応性T細胞上のT細胞受容体。PMLのドミナントネガティブ突然変異体もまた、免疫反応を阻害するために使用可能である。
さらに、炎症促進性サイトカインのアンタゴニスト、例えばIL−1RA(受容体アンタゴニスト)および可溶性受容体、例えばsiL−1RI、siL−1RII、sTNFRIおよびsTNFRIIを用いてもよい。増殖および/または免疫反応阻害性遺伝子、例えばceNOS、Bcl3、カクタスおよびIKBα、βまたはγ。
アポトーシス促進性タンパク質、例えばp53、メタロプロテアーゼ阻害剤(例えばTIMP1〜3)およびニワトリ貧血ウイルスのVP3タンパク質をコードする遺伝子もまた使用可能である。さらに、自殺遺伝子、例えばHSV−TK、シトシン・デアミナーゼ、ニトロレダクターゼおよびリナメラーゼ(linamerase)を用いてもよい。p53は、SMCにおいてアポトーシスを誘導して、ヒト伏在静脈移植片における新生内膜肥厚を防止する際の使用が示唆されてきている。TIMP、例えばTIMP3は、SMCアポトーシスを誘導することによって、ならびにSMCの遊走を阻害することによって、新生内膜肥厚を阻害することが示されてきている。TIMPはまた、再狭窄の阻害にも有効であることも示されてきている。
新生内膜肥厚、アテローム形成、血管閉塞またはアテローム性動脈硬化症を防止するかまたは阻害するために有効なポリペプチドをコードする他の遺伝子もまた、関心対象である。これらには、Nogo−Bなどの血管リモデリング制御因子が含まれる。
異種遺伝子はまた、核酸遺伝子産物、例えばターゲット細胞または組織において、内因性遺伝子の発現を制御することが可能なものをコードすることも可能である。こうした制御核酸には、デコイ・オリゴデオキシヌクレオチドおよびターゲット遺伝子のmRNAまたはDNAにハイブリダイズするか、あるいは共抑制によって発現を阻害することが可能な核酸、例えばリボザイム、アンチセンスRNAまたはDNA分子、siRNA、RNAi等が含まれる。転写因子E2Fに対して向けられる制御核酸(デコイ・オリゴヌクレオチド)は、ウサギにおいて、新生内膜肥厚および血管移植片アテローム性動脈硬化症を阻害することが示されてきている。
本発明はここで、付随する図および実施例を参照することによって、例として、そして限定ではなく、より詳細に記載されるであろう。
hSMCの培養における、Ad5、Ad35およびAd49に関する形質導入用量応答。ウイルスを1〜10,000vp/細胞に希釈し、そして細胞と3時間インキュベーションした。細胞を洗浄し、そして培地を補充した。感染48時間後、eGFP発現のFACS定量化前に、細胞を視覚化し、そして写真撮影した。 hSMCにおける導入遺伝子発現に対するAd5、Ad35およびAd49の限定された曝露期間の効果。hSMCに1kまたは10k/細胞のAd5、Ad35またはAd49で10〜60分間形質導入した。48時間後、ルシフェラーゼ発現を定量化した。p<0.0001、対Ad5、#p<0.0001 対Ad35。 HepG2細胞のAd仲介形質導入に対する中和血清の効果。細胞を10k vp/細胞で、そしてCABGを受けている患者由来の中和血清の存在下または非存在下で感染させた(総数103試料)。感染48時間後、中和を、90%より高く、Ad仲介性ルシフェラーゼ発現を減少させる能力として、形質導入に対する効果を評価した。 Ad5およびAd49感染性に対するAd49ノブ・タンパク質の効果。ある範囲の用量のノブ・タンパク質と細胞をインキュベーションし、そして続いて形質導入に対する効果を確立することによって、Ad49ノブおよびAd5ノブの、Ad49およびAd5感染性に対する効果を定量化した。 Ad5またはAd49を用いた、マウス大動脈のex vivo形質導入。大動脈をC57/b6マウスから外科的に単離し、そして等しいサイズの切片に分けた後、Ad5、Ad49(どちらもルシフェラーゼを発現)またはPBSのいずれかに、10vp/血管(パネルAおよびC)または10および1010vp/血管(パネルB)で、37℃で1時間曝露した(曝露期間が10〜180分間で多様であったC以外)。血管をD−ルシフェリンに浸し、そしてIVISスペクトルを用いて画像化した。 Ad5またはAd49を用いたブタ伏在静脈のex vivo形質導入。ブタ伏在静脈を等しいサイズの切片に分けた後、Ad5、Ad49(ルシフェラーゼを発現)またはPBSのいずれかに、10または1010vp/血管で、37℃で1時間曝露した(A)。1x1011vpのAd5またはAd49を、ブタ伏在静脈管腔内に導入し、そして37℃で1時間インキュベーションした(図B)。感染48時間後、血管をD−ルシフェリンに浸し、そしてIVISスペクトルを用いて画像化した。 Ad5またはAd49を用いたヒト内乳動脈のex vivo形質導入。冠動脈バイパス移植術に由来する過剰な臨床材料を、等しいサイズの切片に切った後、10vp/血管の用量で、Ad5、Ad49またはPBSのいずれかに曝露した。血管をD−ルシフェリンに浸し、そしてIVISスペクトルを用いて画像化した。 Ad49ヘキソン・タンパク質配列(タンパク質ID=ABD52395.1; GI:88810182) Ad49ファイバー・タンパク質配列(タンパク質ID=ABD52400.1; GI:88810187) Ad49ペントン・タンパク質配列(タンパク質ID=ABD52391.1; GI:88810178)
アデノウイルスおよびアデノウイルスベクター
アデノウイルスは、ヒトを含む多様な哺乳動物種を感染させる直鎖二本鎖DNAゲノムを含有する非エンベロープ型ウイルスである。
ゲノムは、典型的には、長さおよそ30〜38kbであり、そしていわゆる初期(E1a、E1b、E2a、E2b、E3、E4)および後期(L1、L2、L3、L4、L5)遺伝子を含むいくつかの遺伝子をコードし、これに5’および3’反転末端反復(ITR)が隣接する。該ゲノムはまたパッケージング・シグナルも含有する。
ゲノムは、3つの主要タンパク質、すなわちペントン、ヘキソン、およびファイバーで構成されるカプシドに封入されている。ヘキソンは、カプシドの最も豊富な構造構成要素であり(ウイルスの総タンパク質質量の63%を占める)17、そして240の三量体カプソメアで構成される。他の2つのタンパク質は、12の五量体ペントン・ベースおよびファイバー・タンパク質(12ペントン・ベースから突き出す三量体桿体様構造)である。ファイバーは、一次細胞係留相互作用を仲介する、C末端球状ノブ様構造を含有する。これらのタンパク質は、一緒に、二本鎖36kb DNAゲノムを取り巻く、非エンベロープ型カプシド(70〜90nmの直径)の正二十面体形状を形成する(20中に概説)。
Adファイバー・タンパク質は、いくつかの異なる宿主細胞受容体と相互作用するように構築されている。in vitroでのAd感染の方法は、特にAd5(C種)に関して、よく定義されている。Adは、宿主細胞の細胞受容体、ならびにウイルスファイバー・タンパク質およびペントン・ベースの相互作用によって駆動されるエンドサイトーシスを通じて、宿主細胞内に内在化する。大部分のAd種の最初の相互作用は、ファイバー・ノブ・ドメインおよび膜糖タンパク質コクサッキーウイルスおよびアデノウイルス受容体(CAR)の間のものである。Bを除くすべてのAd種は、タイトジャンクションに制御されるファイバー・ノブ・ドメインを用いて、CARと相互作用可能であるが、いくつかのD種Adはまた、シアル酸も用いる。B種AdはCD46を利用する。ウイルス内在化は、ファイバー・タンパク質のN末端で、ペントン・ベース中のRGDモチーフによるαβおよびαβインテグリンの結合を通じて刺激される21、22
アデノウイルスは、ターゲット細胞または組織に核酸ペイロードを送達する遺伝子導入ベクターとして頻繁に用いられる。ペイロードは、通常、直鎖dsDNA分子を含むかまたは該分子からなり、これは次に、ターゲット細胞または組織に導入し、そしてそこで発現させることが望ましい異種遺伝子(しばしば導入遺伝子と称される)を含む。
こうしたベクターによって運搬される核酸ペイロードは、一般的に、ウイルス複製に必須の1またはそれより多い遺伝子、特に1またはそれより多い初期遺伝子を欠く。ウイルス遺伝子は、典型的には、ウイルスゲノムから欠失され、そして単数または複数の異種遺伝子によって置き換えられる。これらのベクターは、したがって、複製不全であり、そして親と同一のウイルス子孫の生成を生じる産生性感染が不可能である(同じ細胞をまた、ベクターゲノム中に存在する不全を補完可能なヘルパーウイルスと一緒に感染させない限り)。
現在まで、アデノウイルスベクターの3つの世代が生成されてきている。第一世代はE1遺伝子を欠いた。第二世代はE1および/またはE3の欠失と、E2および/またはE4の欠失を組み合わせた。第三世代は、ITRおよびパッケージング・シグナルのみを保持し、残りのゲノムは異種DNAによって置換され、そしてしばしば「ガットレス(gutless)」または「ガット化(gutted)」ベクター、または「ヘルパー依存性アデノウイルス」と呼ばれ、これはこれらがすべてのウイルスタンパク質を供給するために、ヘルパーアデノウイルスに頼るためである。総説には、Albaら(Gene Ther. 8, 1347−1353, 2005)を参照されたい。最小限のベクター、パッケージング細胞および付属技術の概説はまた、WO99/55132(PCT/NL00/00235)に見られうる。
効率的なパッケージングのため、核酸ペイロードの長さは、通常、カプシドに適切な野生型アデノウイルスゲノムの長さのおよそ75〜105%である。Ad49ゲノムは、長さおよそ35.2kbであり、したがって、Ad49に基づくベクターで用いられる核酸は、典型的には、長さおよそ26.5〜37kbであろう。
異種遺伝子(およびその転写単位)は、通常、パッケージングに最適な長さより短く、したがって、核酸ペイロードの残りは、いわゆる「詰め物」配列で構成されるであろう。これは、典型的には、非コード配列(例えばイントロン配列)であるが、異種遺伝子の維持および発現に干渉しうる、反復配列、組換えホットスポットおよび外来性の制御要素などの要素は含まない。
アデノウイルス血清型49
今日まで、ヒト・アデノウイルスの6つの異なる下位群が提唱されてきており、これは全部で55の別個のアデノウイルス血清型を含む。血清型は、動物抗血清(ウマ、ウサギ)での定量的中和によって決定されるような免疫学的独自性に基づいて定義される。
血清型は、他との交差反応を持たず、またどちらの方向でも、>16の相同対異種力価比を示す。中和が、いずれかまたは両方の方向で、2つのウイルス間の特定の度合いの交差反応を示す(8または16の相同対異種力価比)場合、(A)赤血球凝集阻害に際する交差反応の欠如によって示されるように、赤血球凝集素が関連しないか、または(B)DNA中に実質的な生物物理/生化学相違が存在する場合、血清型の独自性が仮定される(Franckiら, 1991, Arch. Virol. Suppl. 2:140−144)
いくつかのごく最近同定された血清型は、HIV感染患者から最初に単離された(例えば、Hierholzerら, 1988, J. Infect. Dis. 158, 804−813; Schnurrら 1993, Intervirol. 36, 79−83)。よく理解されない理由のために、こうした免疫力が低下した患者の大部分は、免疫適格個体から、まれにしか、またはまったく単離されないアデノウイルスを脱落させる(Hierholzerら 1988, J. Infect. Dis 158, 804−813; De Jongら, 1998, Lancet 1(8337):1293−1296)。
アデノウイルス血清型49の全ゲノム配列は、寄託番号DQ393829.1で、GenBankに提供される。
主Ad49カプシド・タンパク質の例となる配列を、図8(ヘキソン)、9(ファイバー)および10(ペントン)に提供する。
用語「Ad49ヘキソン・タンパク質」は、本明細書において、図8に提供されるヘキソン配列と同じパターンの、他のアデノウイルス血清型由来のヘキソン・タンパク質との血清学的反応性を示す、ヘキソン・タンパク質を意味する。さらに、またはあるいは、Ad49ヘキソン・タンパク質は、図8に提供するヘキソン配列、あるいはその配列に少なくとも93%、94%、95%、96%、97%、98%、または99%の同一性を有する配列を有するか、あるいはいずれかの機能性断片である。
用語「Ad49ファイバー・タンパク質」は、本明細書において、図9に提供するファイバー配列と同じパターンの、他のアデノウイルス血清型由来のファイバー・タンパク質との血清学的反応性を示すファイバー・タンパク質を意味する。さらにまたはあるいは、Ad49ファイバー・タンパク質は、図9に提供するファイバー配列、あるいはその配列に少なくとも80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、または99%の同一性を有する配列を有するか、あるいはいずれかの機能性断片である。
用語「Ad49ペントン・タンパク質」は、本明細書において、図10に提供するペントン配列と同じパターンの、他のアデノウイルス血清型由来のペントン・タンパク質との血清学的反応性を示すペントン・タンパク質を意味する。さらにまたはあるいは、Ad49ペントン・タンパク質は、図10に提供するペントン配列、あるいはその配列に少なくとも98%、または99%の同一性を有する配列を有するか、あるいはいずれかの機能性断片である。
特に、ヘキソン、ファイバーおよびペントン配列における保存的置換(提供する参照配列に比較した際)は、機能に実質的な効果を持たずに、特によく許容されうる。
保存的置換は、BLOSUM62マトリックス中で陽性とスコア付けされるアミノ酸クラスおよび/または置換内の置換と定義されうる。
1つの分類にしたがうと、アミノ酸クラスは、酸性、塩基性、非荷電極性および非極性であり、酸性アミノ酸はAspおよびGluであり;塩基性アミノ酸はArg、LysおよびHisであり;非荷電極性アミノ酸はAsn、Gln、Ser、ThrおよびTyrであり;そして非極性アミノ酸はAla、Gly、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Met、TrpおよびCysである。
別の分類にしたがうと、アミノ酸クラスは、小分子親水性、酸/酸アミド/親水性、塩基性、小分子疎水性および芳香族であり、小分子親水性アミノ酸はSer、Thr、Pro、AlaおよびGlyであり;酸/酸アミド/親水性アミノ酸はAsn、Asp、GluおよびGlnであり;塩基性アミノ酸はHis、ArgおよびLysであり;小分子疎水性アミノ酸はMet、Ile、LeuおよびValであり;そして芳香族アミノ酸はPhe、TyrおよびTrpである。
BLOSUM62マトリックス中で陽性とスコア付けされる置換は、以下の通りである:
参照配列に関するパーセント(%)アミノ酸配列同一性は、配列を整列させ、そして必要であればギャップを導入して、最大パーセント配列同一性を達成し、そしていかなる保存的置換も配列同一性の一部と見なさずに、参照配列中のアミノ酸残基と同一である、候補配列中のアミノ酸残基の割合と定義される。公的に入手可能な整列プログラムMUSLE(Edgar, 2004, Nucleic Acids Res. 32(5):1792−1797)を用い、デフォルトパラメータを用いて、%同一性値を決定することも可能である。MUSCLEによって決定されるようなマッチした同一の残基の数を参照配列残基総数(整列スコアを最大にするために、プログラムによって参照配列内に導入されたギャップを無視する)で割って、100を乗じることによって、%アミノ酸配列同一性値を決定する。
図9の配列を有するファイバー・タンパク質および図10の配列を有するペントン・タンパク質と組み合わせたヘキソン・タンパク質は、それぞれ、図8〜10に示す配列を有するヘキソン、ファイバーおよびペントン・タンパク質で構成されるカプシドを有する、そうでなければ同一の遺伝子導入ビヒクルのものによって提供されるレベルの50%またはそれより高い値(そして好ましくは60%、70%、75%、80%、85%、90%または95%またはそれより高い値)で、血管SMCまたはEC形質導入を仲介することが可能な機能性アデノウイルス粒子を形成することが可能である。
図8の配列を有するヘキソン・タンパク質および図10の配列を有するペントン・タンパク質と組み合わせたファイバー・タンパク質は、それぞれ、図8〜10に示す配列を有するヘキソン、ファイバーおよびペントン・タンパク質で構成されるカプシドを有する、そうでなければ同一の遺伝子導入ビヒクルのものによって提供されるレベルの50%またはそれより高い値(そして好ましくは60%、70%、75%、80%、85%、90%または95%またはそれより高い値)で、血管SMCまたはEC形質導入を仲介することが可能な機能性アデノウイルス粒子を形成することが可能である。
図8の配列を有するヘキソン・タンパク質および図9の配列を有するファイバー・タンパク質と組み合わせたペントン・タンパク質は、それぞれ、図8〜10に示す配列を有するヘキソン、ファイバーおよびペントン・タンパク質で構成されるカプシドを有する、そうでなければ同一の遺伝子導入ビヒクルのものによって提供されるレベルの50%またはそれより高い値(そして好ましくは60%、70%、75%、80%、85%、90%または95%またはそれより高い値)で、血管SMCまたはEC形質導入を仲介することが可能な機能性アデノウイルス粒子を形成することが可能である。
各場合で、血清不含培地中、37℃、96ウェルプレート形式で、ウェルあたり2x10細胞の初代ヒト血管SMCを用いて、形質導入レベルを決定することも可能である。細胞を細胞あたり10ウイルス粒子と30分間インキュベーションした後、PBSで洗浄する。次いで、細胞を元来の条件下(血清不含培地、37℃)で48時間維持した後、形質導入レベルを決定する。
導入遺伝子の発現レベルを測定し、ウェル中の細胞数または総タンパク質に対して適切に標準化することによって、形質導入レベルを決定することも可能である。発現を直接(絶対タンパク質濃度として)、または例えば酵素活性を通じて間接的に評価してもよい。
アッセイ中で使用するために適した導入遺伝子はルシフェラーゼであり、これはCMV(サイトメガロウイルス)プロモーターの調節下で発現させることも可能である。ルシフェラーゼアッセイは、ATP−Mg2+の存在下、ルシフェリン基質に対する酵素の作用によって産生される光の強度を測定する。当業者は、こうした決定のために適したプロトコルをよく知っており、そして用いる正確なプロトコルは重要ではない。例には、Promega(登録商標)から商業的に入手可能なルシフェラーゼアッセイ系が含まれる。
遺伝子導入ビヒクルは、必要に応じて他のアデノウイルスタンパク質を含むことも可能であり、これには非主要カプシド・タンパク質、酵素等が含まれる。例示のみのため、他のAd49タンパク質は、以下のGenBank寄託番号を有する(が、当業者は、望ましい場合、異なるタンパク質を有するウイルスベクターを生成することが十分に可能であろう):
特定の態様において、遺伝子送達ビヒクルは、アデノウイルス血清型5由来のE4−orf6遺伝子を含む。これによって、一般的に用いられるAd5−E1補完細胞株、例えばHEK293またはPER.C6細胞におけるE1欠失Ad49ウイルスの増殖が可能になる。例えば、やはり、Ad49に基づくベクターの産生に関して、さらなる詳細を提供する、WO03/104467、およびLemckertら(2006)28を参照されたい。他の態様において、E1欠失Ad49ウイルスは、Ad5のE4−orf6を含まず、この場合、E1および適合性E4orf6の両方を発現する細胞株、例えばAd5由来のE1およびE4orf6の両方を発現する293−ORF6細胞株において、ベクターを補完することも可能である(例えば、293−ORF6細胞の生成を記載する、Broughら, 1996, J Virol 70:6497−501;各々、こうした細胞株を用いて、E1欠失非下位群Cアデノウイルスベクターの生成を記載する、Abrahamsenら, 1997, J Virol 71;8946−51およびNanら, 2003, Gene Therapy 10:326−36を参照されたい)し、あるいはAd49由来のE1を発現する補完細胞を用いることも可能である(例えばWO 00/70071、WO 02/40665を参照されたい)。
心臓血管疾患のための遺伝子療法
冠動脈疾患(CAD)を含む心臓血管疾患(CVD)は、先進国世界において、死亡の主因である。世界的には、毎年、約1710万人の人々がCVDのために死亡し、これはすべての死の29%に相当する。また、2030年までには、この率は増加して2360万に達すると概算されている
CADの病理生理学的プロセスは、管腔内のアテローム性動脈硬化巣の存在の結果として、冠動脈が狭窄することで始まり;プラークは、内部の炎症活性のために破裂して、急性血栓を生じる可能性もある。その結果、虚血性心疾患(IHD)が現れる可能性もあり、これは心筋が損傷を受け、そして次いで心臓自体への血液供給が減少するため、効率的に機能することが不可能となり、心筋梗塞(MI)および心不全を導く状態である
CAD症状を軽減するために用いられる主な外科的介入法は、冠動脈バイパス移植術(CABG)および経皮経管冠動脈形成術(PTCA)である。CABGにおいて、患者の脚由来の伏在静脈を、手技において移植血管として用いるが、これに対する主な限界は、手術の10年以内に最大50%まで症状が再出現し、そしてひいては再度の介入手術が必要となり4、6、最終的に各反復バイパス手術での閉塞リスクがより高くなることである
CABGにおいて、移植血管として、動脈供給源、例えば左内乳動脈(LIMA)、橈骨動脈、右胃大網動脈、および下腹壁動脈もまた用いられてきている4、8が、移植のための動脈供給源の使用には、それ自体の限界があり、例えば手術の期間および技術的困難が増加し、移植のために利用可能な血管の長さが短く、そしてまた、特に橈骨動脈を移植片として用いる場合には、動脈痙攣が起こる可能性があることである。これらの方法は、より長い平均余命を有するより若い患者で、より多く用いられる傾向がある。CADを治療するために用いられる他の外科的介入法には、PTCA(バルーン血管形成術としても知られる)およびステント(血管形成術後、詰まった動脈を開いたままに維持するため、拡張可能な金属管を用いる)が含まれる。しかしこれらの方法もまた、再狭窄のため、手技後に血管の顕著な再狭窄に悩まされる。
血管平滑筋細胞(VSMC)は、血管の中央層を形成し、そして局所環境における変化、例えば血流、CABGにおいて用いられた伏在静脈の内腔に対するストレス、およびバルーンPTCAによって引き起こされるものなどの傷害に反応して、表現型をリモデリングする能力を有する。これらの変化は、VSMCを分化状態から脱分化状態にシフトさせ、そしてこの調節は、新生内膜病変の形成で終わる6、11、12
新生内膜肥厚は、血管系の中央層から内膜層へのVSMCの遊走および増殖によって引き起こされ、そして静脈移植片をアテローム性動脈硬化症加速に感受性にする13。このプロセスは、損傷を受けた内皮細胞および平滑筋細胞、凝集血小板、ならびにマクロファージによって放出されるサイトカインおよび増殖因子によって誘導される14、15。この意味で、初期段階での新生内膜形成の阻害は、静脈移植片閉塞およびアテローム形成の防止のために重要である。
新生内膜病変形成を防止し、そして静脈移植片の寿命を延長させるため、静脈移植片壁への療法的遺伝子導入は、後の移植失敗を防止する潜在能力を有する可能性もある。静脈移植片は、外植された静脈が、実際の移植プロセス前に、ex vivoで形質導入されることが可能であり、したがって、in vivo遺伝子導入に関連する多くの制限および困難を回避するという事実のために、遺伝子療法の完璧なターゲットと見なされる。
メタロプロテイナーゼ(MMP)は、血管SMC遊走および増殖を誘導し、これは後の静脈移植失敗における血管新生内膜形成を導く。Georgeらは、組織メタロプロテイナーゼ阻害剤3(TIMP−3)の過剰発現が、MMPの効果を遮断し、そしてVSMCアポトーシスを誘導することによって、MMPに制御効果を有することを示してきている23
VSMC遊走および増殖を制御して、したがって内膜肥厚および内膜細胞数の減少を導くため、腫瘍抑制因子遺伝子p53を過剰発現することによるVSMCアポトーシスの誘導もまた調べられてきている24。新生内膜形成を減少させる別の方法は、血管リモデリングの制御因子であると考えられているタンパク質Nogo−Bを過剰発現させることである。Nogo−Bは、血管傷害後に失われ、そしてこれを過剰発現させることによって、ブタおよびネズミ新生内膜モデルにおいて、VSMCの増殖および遊走の減少が見られた25
材料および方法
細胞培養
Clydebank病院で冠動脈バイパス移植術を受け、インフォームドコンセントを提出した患者から得たヒト伏在静脈セグメントから、平滑筋細胞および内皮細胞を調製した。倫理的認可は、西グラスゴー倫理委員会から得た。
ヒト伏在静脈内皮細胞(HSVEC)および平滑筋細胞(HSVSMC)をヒト伏在静脈の中央外植片から得て、そして増殖させ、そしてそれぞれ、20%ウシ胎児血清(FCS; PAA laboratories、英国)を補った内皮細胞完全培地(TCS Cell Works、英国)、ならびに20%FCSおよび100IU/mlペニシリン、100μg/mlストレプトマイシンおよび2mM/l L−グルタミンを補った4500mg/lグルコースを含むダルベッコの修飾イーグル培地(DMEM)中で維持した。
ヒト胚性腎臓HEK293細胞およびHepG2細胞を、100IU/mLペニシリン、100mg/mLストレプトマイシン、2mmol/L L−グルタミン(Invitrogen)、10%(体積/体積)FCS(FSC; PAA Laboratories)および1mMピルビン酸ナトリウム(Sigma−Aldrich)を補った最小必須培地中で培養した。
単層として細胞を培養し、そして培地を3〜4日ごとに交換した。細胞をおよそ80%集密でルーチンに維持し、過剰増殖および表面接触の喪失を防止した。継代プロセスにおいて、細胞を10ml PBS中で洗浄し、そしてフラスコから細胞が脱離するまで、3mlのTE(トリプシン−EDTA、Gibco、英国ペイズリー)中、37℃でおよそ3分間インキュベーションした。その後、TEの効果を相殺するため、5mlの完全培地を添加した。1500rpmで5分間遠心分離することによって細胞を収集し、そして次いで、継代または植え付けのため、完全培地中に再懸濁した。植え付け前に、血球計数器を用いて細胞を計数して、必要な植え付け密度であることを確実にした。
hSMC上のアデノウイルス受容体のFACS分析
主要アデノウイルス受容体CAR、CD46およびデスモグレイン2、ならびに共受容体αvβ3およびαvβ5の発現レベルをFACSによって評価した。簡潔には、1x10 hSMC細胞をPBS中で洗浄し、そして適切な抗体(RmcB(マウスモノクローナル抗CAR)、MEM−258(マウスモノクローナル抗CD46)、6D8(マウスモノクローナル抗DSG−2)、LM609(マウスモノクローナル抗αvβ3)、P1F6(マウスモノクローナル抗αvβ5)またはマウスIgG対照)いずれかの1:500希釈を含有する血清不含培地中、氷上で1時間、再懸濁した。1時間後、細胞をペレットにし、洗浄し、そしてalexa−488標識ウサギ抗マウス二次抗体中、氷上で1時間再懸濁した。最後に細胞を再びペレットにし、PBS中で洗浄し、そして血清不含培地中に再懸濁して、そしてBD FACS Canto 2上で分析した。陰性対照(IgG染色細胞)が1%未満陽性に染色されるように、細胞をゲート処理した。
in vitro細胞形質導入アッセイ
ウェルあたり2x10 hSMCを含む、96ウェル形式で、形質導入実験を行った。血清不含培地中の実験(レジェンドを参照されたい)に応じて、1000〜10000VP/細胞の範囲の用量で、細胞をアデノウイルスに感染させた。37℃で、実験に応じて、10分間〜3時間の範囲の期間、細胞を感染させ(別個の図レジェンドを参照されたい)、PBSで洗浄し、そして感染48時間後に採取するまで維持した。いくつかの実験において、5μg/10細胞の組換えAd5ノブ・タンパク質(CAR受容体をブロッキングする)または2.5μg/mlのCD46ブロッキングMEM258抗体のいずれかを用いて、細胞をブロッキングした(氷上で1時間)。これらの実験において、アデノウイルス(100vp/細胞)の存在下、ブロッキング剤を細胞上でさらに1時間、氷上で1時間、放置した後、ウイルス/ブロッキング剤を細胞から取り除き、細胞を冷PBS中で洗浄し、そして完全培地中でさらに48時間培養した後、ルシフェラーゼ発現に関してアッセイした。製造者の指示にしたがって、ルシフェラーゼアッセイ試薬(Promega)を用いて、ルシフェラーゼ活性を定量化した。eGFPを発現するアデノウイルスを用いるいくつかの実験において、蛍光顕微鏡を用いて細胞を画像化し、そしてeGFPに関して陽性である細胞の割合を、BD FACS Cantoを用いて定量化した。Wallac VICTOR2ルミノメーター(Perkin Elmer Life and Analytical Sciences、米国マサチューセッツ州ボストン)を用いて、ルシフェラーゼ活性を定量化した。BCAアッセイ(Thermo Scientific、英国ウィンスフォード)を用いて、タンパク質濃度を計算した。値を、タンパク質ミリグラムあたりの相対光単位(RLU)として表す。
血清中和研究
Ad5、Ad49およびAd35に対するあらかじめ存在する免疫レベルを評価するため、グラスゴー・コホート内のCABGを経ている患者由来の2.5%血清の存在下または非存在下で、各ベクターのルシフェラーゼ発現型の10000vp/細胞に、A549細胞を感染させた。ルシフェラーゼ発現を先に記載するように計測し、そしてタンパク質に対して標準化した。血清対照に比較した形質導入の%変化を計算し、そして90%より高く形質導入を減少させた血清を、非常に中和性であると見なした。
組換えアデノウイルス・ノブ・タンパク質の産生および精製
Ad49ノブ配列(Ad5ヒンジ領域および6xHISタグを用いて、geneARTによって生成)またはAd5ノブ配列を、pQE誘導性発現ベクター内にクローニングした。タンパク質産生をIPTGで誘導し、そしてアフィニティ・クロマトグラフィによって精製し、そして増加する濃度のイミジゾール(imidizole)で溶出させた。非変性(naturing)または変性条件下で、精製タンパク質を泳動することによって、ノブ・タンパク質が三量体化する能力を確認した。次いで、三量体タンパク質を形質導入アッセイに用いて、先に記載するように、Ad5またはAd49仲介性形質導入に競合させた。
ネズミ、ブタおよびヒト血管におけるex vivo形質導入アッセイ
ネズミ(大動脈)、ブタ(伏在)およびヒト(内乳)血管試料をトリミングして、外膜組織を取り除き、ほぼ等しいサイズの片に切り、PBS中で洗浄し、そして血清不含培地中、実験に応じて、10分間〜3時間の範囲の期間(標準は1時間)、ルシフェラーゼを発現する10または1010vpのAd5またはAd49に感染させた。感染48時間後、試料をD−ルシフェリンに浸し、そしてIVISスペクトルを用いて画像化した。
結果
ヒト平滑筋細胞(hSMC)およびヒト内皮細胞(hEC)の培養上でのアデノウイルス受容体発現の評価
FACS分析を使用して、適切なアイソタイプマッチ対照とともに、hSMCおよびhEC上の既知のアデノウイルス受容体の発現レベルを確認した(表1)。C種Ad5受容体(CAR)の発現は、どちらの細胞タイプでも驚くほど低いことが見出され、一方、B種受容体(CD46)は、実質的により高いことが見出された。さらに、本発明者らは、B種アデノウイルスAd3、7、11および14の最近同定された主要受容体であるデスモグレイン−2(DSG−2)、ならびに他の受容体および共受容体の発現を定量化した。本発明者らは、低レベルのDSG−2発現、および中程度のレベルのインテグリンを観察した。
表1:SMC上およびECにおける受容体および共受容体発現
主要Ad5受容体CARの発現がhSMCおよびhEC上で低レベルであることは、形質導入効率を有意に制限し、効率的な遺伝子導入のためには、非常に高い用量を必要とするであろう。CD46結合、またはこれらの細胞タイプ上に存在する、他の定義されていない高発現受容体に基づくベクターは、血管細胞への療法的遺伝子導入のために、より効率的であろう。
血管遺伝子導入のための別のAd血清型の潜在能力の評価
本発明者らは、初代血管hSMCおよびECの培養において、Ad5、Ad26、Ad35、Ad48、Ad49およびAd50に基づくルシフェラーゼ発現アデノウイルスベクターを用いて、形質導入アッセイを行った。
本発明者らの予備的知見(未提示)に基づき、本発明者らは、Ad5、Ad35およびAd49で研究を続けた。用量反応実験(1〜10,000vp/細胞)をhSMCで行った。感染の48時間後、細胞を視覚化し、そして写真撮影し(未提示)、そしてeGFP発現に関して陽性である細胞の%をFACSによって定量化した(図1を参照されたい)。
CD46を利用するAd35は、Ad5と比較した際、hSMCにおいて、有意により高いレベルの形質導入を仲介することが可能である。受容体使用が未知であるAd49は、試験したすべての用量で、Ad5またはAd35よりも、有意により高いレベルの形質導入を示す。Ad49はまた、血管内皮細胞を形質導入することが可能であることも見出された(データ未提示)。
Adへの限定された期間の曝露後の、hSMC培養における形質導入の評価
バイパス移植法は、患者に移植片を再導入する前に、血管へのex vivo遺伝子導入を行うため、〜30分間の臨床的ウィンドウを提供する。したがって、選択される遺伝子療法剤が、この臨床的ウィンドウ内で、そのDNAペイロードを送達可能であることが重要である。したがって、本発明者らは、Ad5、Ad35またはAd49の1000または10000vp/細胞のいずれかと、hSMCの初代培養を、10〜60分間の期間、インキュベーションし、そして感染48時間後にルシフェラーゼ活性レベルを評価した(図2)。Ad49は、試験したどちらの用量でも、そして評価したすべての曝露時点に渡って、Ad5およびAd35よりも、hSMCにおいて、有意にそして実質的により高いレベルの導入遺伝子発現を仲介した。
Ad49は、ターゲット細胞との限定された接触時間後であっても、hSMCにおいて高効率形質導入を仲介する。
Ad5、Ad35およびAd49に対する、あらかじめ存在する免疫のレベルの評価
野生型病原体に対する以前の曝露によって獲得された、あらかじめ存在する抗ベクター免疫は、これらのウイルスに基づく遺伝子療法剤の臨床効率を限定する可能性もある。これらのベクターに対するあらかじめ存在する免疫のレベルを評価するため、本発明者らは、ルシフェラーゼ発現Ad5、Ad35およびAd49をインキュベーションし、そしてHepG2細胞(20,000細胞/ウェル、10,000vp/細胞)を感染させる前に、CABG法を受けている患者(スコットランド・コホート)由来の2.5%血清とインキュベーションすることによって、形質導入アッセイを行った。Adが仲介するルシフェラーゼ発現に対する血清の効果を感染48時間後に定量化した。血清を3群:中和(すなわち血清不含対照に対して、90%より高くルシフェラーゼ発現を減少させる)、ルシフェラーゼ発現に影響なし(すなわち血清不含対照の10〜100%)または増進(すなわちルシフェラーゼ発現が血清不含対照のものの100%より高い)に分けた(図3)。
Ad35およびAd49(特に)はどちらも、Ad5よりも、スコットランド集団において、あらかじめ存在する抗ベクター免疫のレベルがはるかにより低いことが立証された。
AD49仲介性形質導入のブロッキングに対するAd49ファイバー・ノブ・タンパク質の効果
本発明者らは、Ad49の細胞感染性が、ファイバー・ノブ相互作用を通じて仲介されるかどうかを確立しようと試みた。したがって、本発明者らは、A49ノブ配列(Ad5ヒンジ領域および6xHISタグを含むgeneARTによって生成)を、pQE誘導性発現ベクター内にクローニングした。IPTGでタンパク質産生を誘導し、そしてアフィニティ・クロマトグラフィによってタンパク質を精製し、そして増加する濃度のイミジゾールで溶出した。本発明者らは、組換えタンパク質が三量体化することを確認した(データ未提示)。次いで、本発明者らは、100μg/10細胞〜0.001μg/10細胞を用いて、Ad5またはAd49のいずれかの形質導入に対する組換えAd5およびAd49ノブ・タンパク質の効果を研究した。Ad5ノブ・タンパク質は、Ad5によって仲介される形質導入を効率的に、そして用量依存性に阻害したが、Ad49形質導入には影響がなかった。興味深いことに、Ad49ノブ・タンパク質は、Ad49形質導入に対して影響がなかったが、Ad5ノブ・タンパク質よりも1〜2対数より高い用量ではあるものの、CAR仲介性Ad5感染性を阻害することが可能であった(図4)。
これらのデータは、Ad49ノブ・タンパク質がCARに結合し、そしてCAR仲介性Ad5感染性をブロッキングする(Ad5ノブよりも1〜2対数より低いアフィニティではあるものの)が、Ad49の感染性をブロッキングすることができないことを示唆し、Ad49形質導入がノブ相互作用に依存しないことが示唆される。
Ad5およびAd49を用いたマウス大動脈のex vivo形質導入
臨床バイパス移植において、血管系への効率的な遺伝子導入を仲介するための剤としてのAd49の潜在能力を確かめるため、本発明者らは、C57マウスから大動脈を単離し、3つの等しいサイズの切片に切り、そして次いで、Ad5−Luc、Ad49−LucまたはPBSのいずれかの10vpの溶液内に、37℃で1時間、浸すことによって、各片をex vivoで処理した後、培地を取り除き、そして血管を完全培地中でさらに2時間培養した。血管をD−ルシフェリンに浸し、そしてIVISを用いて画像化することによって、生じたルシフェラーゼ発現を定量化した(図5A)。Ad49は、Ad5より有意により高いレベルの遺伝子発現を仲介することが見出された。2用量のAd5およびAd49、10vp/血管および1010vp/血管を用いて、この実験を反復した(図5B)。最後に、本発明者らは、10vpのAd49−Lucを用いて経時実験を行い、そして血管をウイルスに10〜180分間曝露した(図5C)。
これらのデータによって、Ad49はAd5よりもex vivoで血管系を形質導入する際に有意により効率的であり、そしてAd49取り込みおよび形質導入は、迅速で、臨床的に適切なウィンドウ内で起こることが示唆される。
Ad5およびAd49を用いた、ブタ伏在静脈のex vivo形質導入
前臨床巨大動物モデルを用いて、上に概略した研究を拡張するため、本発明者らは、ブタから予備の伏在静脈を単離し、そして10または1010vpのAd5またはAd49を用いて、上記のように血管に形質導入した。本発明者らは、Ad5に比較してAd49で処理した血管において、形質導入がより高いレベルであり、特に試験した、より低い用量ではそうであったことに注目した(図6A)。さらに、本発明者らは、管腔居住実験を行い、これによって、1011vpのAd5またはAd49のいずれかをブタ伏在静脈の管腔内に導入した(図6B)。1時間インキュベーションした後、血管をPBSで洗浄し、そしてさらに48時間培養した後、IVISを用いてルシフェラーゼ発現の定量化を行った。
これらのデータは、Ad49が、ex vivo法において、ブタ血管系に効率的に形質導入可能であり、そして特により低い用量で、Ad5よりもより効率的であることを示唆する。本発明者らのデータは、CD46のブタ・アイソフォームが、B種アデノウイルス(例えばAd35)での形質導入を防止するために、ヒト型と十分に異なることを示唆したため、これはまた、Ad49によって利用される受容体(単数または複数)がCD46ではないというさらなる証拠も提供する。
Ad5およびAd49を用いた、ヒト内乳動脈のex vivo形質導入
Ad49が、バイパス移植術由来の過剰な組織から得られる血管細胞に形質導入可能である効率を評価するため、本発明者らは、先行するセクションに記載するように、10vpのAd5またはAd49を用いて、内乳動脈の切片のex vivo形質導入を行った。図7に示すように、Ad49は、同じ用量のAd5と比較して、血管において、より高いレベル(〜25xより高い)で導入遺伝子発現を仲介した。
Ad49は、ヒト血管組織にex vivoで形質導入する際に非常に効率的である。
本発明は、上述の例示的な態様と組み合わせて記載されてきているが、本開示を提供された際に、多くの同等の修飾および変動が、当業者には明らかであろう。したがって、示す本発明の例示的な態様は、例示的であり、そして限定的ではないと見なされる。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、記載する態様に対する多様な改変が行われうる。本明細書に引用するすべての文書は、本明細書に明確に援用される。
参考文献

Claims (23)

  1. 血管細胞または組織への遺伝子送達方法であって、前記血管細胞または組織をアデノウイルス遺伝子送達ビヒクルと接触させる工程を含み、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルが、Ad49ヘキソン・タンパク質、Ad49ペントン・タンパク質およびAd49ファイバー・タンパク質を含む、そしてここで当該方法はin vitroまたはex vivoで行われる、前記方法。
  2. 遺伝子修飾された血管細胞または組織を含む治療用または予防用組成物を製造する方法であって、血管細胞または組織をアデノウイルス遺伝子送達ビヒクルと接触させて遺伝子修飾された細胞または組織を提供する工程を含み、そしてここで当該アデノウイルス遺伝子送達ビヒクル、Ad49ヘキソン・タンパク質、Ad49ペントン・タンパク質およびAd49ファイバー・タンパク質を含む、前記方法
  3. 血管細胞または組織がある長さの血管を含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. ある長さの血管が、伏在静脈、内乳動脈(例えば左内乳動脈)、胃大網動脈(例えば右胃大網動脈)、または下腹壁動脈に由来する、請求項3に記載の方法。
  5. 血管新生または脈管形成の調節、末梢血管疾患の予防または治療、再狭窄の予防または治療、血管手術から生じる合併症の予防または治療、静脈移植失敗の予防または治療、血管細胞増殖の調節、血管細胞アポトーシスの調節、血管細胞遊走の調節、あるいはアテローム形成、アテローム性動脈硬化症または血管閉塞の予防または治療、のために遺伝子導入を行う、請求項1〜4のいずれか一項記載の方法。
  6. アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルが複製適格性でない、請求項1〜5のいずれか一項記載の方法。
  7. 遺伝子送達ビヒクル内に含有される核酸が、E1、E2、E3またはE4領域から1またはそれより多い機能性アデノウイルス遺伝子を欠く、請求項6に記載の方法。
  8. 核酸が機能性アデノウイルス遺伝子をまったく含有しない、請求項または請求項7に記載の方法。
  9. 遺伝子送達ビヒクルによって運搬される核酸ペイロードが、サイトカイン、抗体、免疫刺激因子、抗血管新生因子、血管新生因子、抗炎症タンパク質、血管リモデリング制御因子、血管細胞に関するアポトーシス促進性因子、またはメタロプロテアーゼ阻害剤をコードする異種遺伝子を含む、請求項1〜8のいずれか一項記載の方法。
  10. 遺伝子送達ビヒクルによって運搬される核酸ペイロードが、ターゲット遺伝子のmRNAまたはDNAにハイブリダイズすることが可能な、あるいは共抑制によってターゲット遺伝子の発現を阻害することが可能な核酸をコードする異種遺伝子を含む、請求項1〜9のいずれか一項記載の方法。
  11. 遺伝子導入を必要とする被験体の血管細胞または組織への遺伝子導入するための治療用または予防用組成物であって、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルを含み、当該アデノウイルス遺伝子送達ビヒクル、Ad49ヘキソン・タンパク質、Ad49ペントン・タンパク質およびAd49ファイバー・タンパク質を含む、前記治療用または予防用組成物
  12. 血管新生または脈管形成の調節、末梢血管疾患の予防または治療、再狭窄の予防または治療、血管手術から生じる合併症の予防または治療、静脈移植失敗の予防または治療、血管細胞増殖の調節、血管細胞アポトーシスの調節、血管細胞遊走の調節、あるいはアテローム形成、アテローム性動脈硬化症または血管閉塞の予防または治療、のための、請求項11に記載の治療用または予防用組成物
  13. アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルが複製適格性でない、請求項11または12に記載の治療用または予防用組成物
  14. 遺伝子送達ビヒクル内に含有される核酸が、E1、E2、E3またはE4領域から1またはそれより多い機能性アデノウイルス遺伝子を欠く、請求項13に記載の治療用または予防用組成物
  15. 核酸が機能性アデノウイルス遺伝子をまったく含有しない、請求項13または請求項14に記載の治療用または予防用組成物
  16. 遺伝子送達ビヒクルによって運搬される核酸ペイロードが、サイトカイン、抗体、免疫刺激因子、抗血管新生因子、血管新生因子、抗炎症タンパク質、血管リモデリング制御因子、血管細胞に関するアポトーシス促進性因子、またはメタロプロテアーゼ阻害剤をコードする異種遺伝子を含む、請求項11〜15のいずれか一項記載の治療用または予防用組成物
  17. 遺伝子送達ビヒクルによって運搬される核酸ペイロードが、ターゲット遺伝子のmRNAまたはDNAにハイブリダイズすることが可能な、あるいは共抑制によってターゲット遺伝子の発現を阻害することが可能な核酸をコードする異種遺伝子を含む、請求項11〜16のいずれか一項記載の治療用または予防用組成物
  18. 血管細胞または組織への遺伝子送達のための薬剤調製における、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルの使用であって、アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルが、Ad49ヘキソン・タンパク質、Ad49ペントン・タンパク質およびAd49ファイバー・タンパク質を含む、前記使用。
  19. アデノウイルス遺伝子送達ビヒクルが複製適格性でない、請求項18に記載の使用。
  20. 遺伝子送達ビヒクル内に含有される核酸が、E1、E2、E3またはE4領域から1またはそれより多い機能性アデノウイルス遺伝子を欠く、請求項19に記載の使用。
  21. 核酸が機能性アデノウイルス遺伝子をまったく含有しない、請求項19または請求項20に記載の使用。
  22. 遺伝子送達ビヒクルによって運搬される核酸ペイロードが、サイトカイン、抗体、免疫刺激因子、抗血管新生因子、血管新生因子、抗炎症タンパク質、血管リモデリング制御因子、血管細胞に関するアポトーシス促進性因子、またはメタロプロテアーゼ阻害剤をコードする異種遺伝子を含む、請求項18〜21のいずれか一項記載の使用。
  23. 遺伝子送達ビヒクルによって運搬される核酸ペイロードが、ターゲット遺伝子のmRNAまたはDNAにハイブリダイズすることが可能な、あるいは共抑制によってターゲット遺伝子の発現を阻害することが可能な核酸をコードする異種遺伝子を含む、請求項18〜22のいずれか一項記載の使用。
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