JP6279573B2 - 癌幹細胞を検出するためのcd133アプタマー - Google Patents
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Description
本明細書で引用される又は参照される文書はすべて、及び本明細書で引用される文書にて引用された又は参照された文書はすべて、本明細書又は参照によって本明細書に組み入れられる文書にて言及されたいかなる製品についての製造元の指示書、説明、製品仕様書及び製品概要とともに、その全体が参照によって本明細書に組み入れられる。
(i)5’−GAG ACA AGA AUA AAC GCU CAA CCC ACC CUC CUA CAU AGG GAG GAA CGA GUU ACU AUA GAG CUU CGA CAG GAG GCU CAC AAC−3’(配列番号2);
(ii)5’−GAG ACA AGA AUA AAC GCU CAA CCC ACC CUC CUA CAU AGG GAG GAA CGA GUU ACU AUA G−3’(配列番号3);
(iii)5’−GCU CAA CCC ACC CUC CUA CAU AGG GAG GAA CGA GU−3’(配列番号4);
(iv)5’−CC ACC CUC CUA CAU AGG GUG G−3’(配列番号5);及び
(v)5’−CC CUC CUA CAU AGG G−3’(配列番号1)から選択される配列を含む。
配列番号1:CD133−2−2アプタマー(15量体)の配列である
配列番号2:CD133−1アプタマー(81量体)の配列である
配列番号3:CD133−1−1アプタマー(58量体)の配列である
配列番号4:CD133−1−2アプタマー(35量体)の配列である
配列番号5:CD133−1−2−1アプタマー(21量体)の配列である
配列番号6:CD133−2−1アプタマー(19量体)の配列である
配列番号7:コンセンサスCD133アプタマー配列(15量体)である
配列番号8:CD133−2アプタマー(85量体)の配列である。
用語「及び/又は」、たとえば、「X及び/又はY」は、「X及びY」又は「X又はY」のいずれかを意味し、双方の意味又はいずれかの意味について明白な支持を提供するように理解されるべきである。
アプタマーの幾つかの独特の特性によってそれらは多種多様な分子生物学用途での使用及び潜在的な医薬剤としての使用で魅力的なツールになっている。第1に、ほとんどのアプタマーが高い親和性で標的に結合するということは、ピコモルからナノモルの範囲での典型的な解離定数を示す。アプタマーの結合部位には標的分子の割れ目及び溝が含まれ、多数の現在利用可能な医薬剤と非常に類似する拮抗活性を生じる。第2に、アプタマーは広い範囲の温度及び保存条件にわたって構造的に安定であり、その独特の三次構造を形成する能力を維持する。第3に、アプタマーは、モノクローナル抗体を作出するのに必要とされる高価で且つ作業の多い生物系とは対照的に化学的に合成することができる。
SELEX(商標)(試験管内選択法)と呼ばれる反復工程を用いて、事実上あらゆる特定の標的に結合するアプタマーを選択することができる。工程はたとえば、US5270163及びUS5475096に記載されている。SELEX(商標)法は、核酸が、種々の二次構造や三次構造を形成する十分な能力及びモノマーでもポリマーでもよい事実上あらゆる化合物とのリガンドとして作用する(すなわち、特異的な結合対を形成する)ようにそのモノマーの範囲内で利用可能な十分な化学的汎用性を有するという独特の見識に基づく。いずれのサイズまたは組成の分子も標的となり得る。
結合親和性は互いに対する分子の結合又は親和性の強さの測定を表す。標的及び他の分子に関する本明細書のアプタマーの結合親和性はKdという点で定義される。解離定数は、当該技術で既知の方法によって決定することができ、たとえば、Caceci,Mら、Byte(1984)9:340−362にて述べられたもののような方法によって複合体混合物についてさえ計算することができる。解離定数を測定する例は、たとえば、表面プラスモン共鳴分析を記載しているUS7602495;US6562627、US6562627及びUS2012/00445849にて記載されている。別の例では、Kdは、Wong及びLohman,(1993).Proc.Natl.Acad.Sci.USA、90,5428−5432によって開示されたもののような二重フィルターニトロセルロースフィルター結合アッセイを用いて確定される。
ホスホジエステル形態でのオリゴヌクレオチドが所望の効果の前に、たとえば、エンドヌクレアーゼ及びエキソヌクレアーゼのような細胞内及び細胞外の酵素によって体液中で迅速に分解され得るという点で治療剤として核酸を使用することにて遭遇する可能性のある課題の1つが明らかになる。本開示はまた、本明細書で記載されるようなRNA類似体及び/又はヌクレアーゼ消化からの保護のようなRNAアプタマーの1以上の特徴を改善するように設計された追加の修飾も含む。
本開示のRNAアプタマー分子を親和性リガンドとして用いて標的分子(たとえば、CD133を持っている癌幹細胞)を分離し、精製することができ、プローブとして用いて標的分子(たとえば、CD133を持っている癌幹細胞)を追跡し、モニターし、検出し、定量することができ、又は生理的に関連する反応を阻止し、許容し、活性化し、若しくは触媒して治療効果を達成することができる。それらは、医薬剤として作用し、特定の標的に結合し、特定の分子を所望の部位に向かわせることができる。
元々AC133として知られるCD133は糖タンパク質(プロミニン1としても知られる)である。それは細胞突起物に特に局在する5回膜貫通糖タンパク質の一員である。CD133は造血幹細胞、内皮前駆細胞、膠芽細胞腫、神経及び神経膠幹細胞、カリエス小児脳腫瘍、並びに成人の腎臓、乳腺、気管、唾液腺、胎盤、消化管、精巣及び他の細胞種にて発現される。
幹細胞の分化による成人の細胞の再生の最も良く知られた例は造血系である。造血幹細胞及び前駆細胞のような発生上未成熟な前駆細胞は、分子シグナルに応答して種々の種類の血液細胞及びリンパ系細胞を徐々に形成する。幹細胞は上皮組織及び間葉組織を含む他の組織でも見いだされる。癌幹細胞は、たとえば、正常な幹細胞における遺伝的な損傷の結果として又は幹細胞及び/又は分化した細胞の調節不能な増殖によってこれらの細胞種のいずれかから生じ得る。
一例では、本開示のRNAアプタマー分子を対象から得られた生物試料から濃縮する。通常、対象は癌幹細胞を含有する腫瘍を有する又は腫瘍を有することが疑われるものであろう。用語「濃縮された」又は「濃縮」又はその変形は、特定の種類の細胞(すなわち、癌幹細胞)の比率が未処理の細胞の集団(たとえば、試料中の細胞)に比べたとき高い細胞の集団を表すのに本明細書では使用される。
本開示のRNAアプタマー分子を診断目的で試験管内にて用いて悪性腫瘍組織における癌幹細胞の存在を判定することができる。方法にはCD133+癌幹細胞の存在について生物試料を調べることが関与する。たとえば、生物試料を本開示の標識したRNAアプタマーと接触させ、試料における細胞に特異的に結合するRNAアプタマーの能力を決定することができる。結合はCD133を持っている癌幹細胞の存在を指し示す。本開示のRNAアプタマーを用いて、検出可能なシグナルを与えるレポーター基で標識されている本開示の単離されたRNAアプタマーを対象に投与することによって生体内で腫瘍を限局することもできる。次いでフローサイトメトリー、顕微鏡、外部シンチグラフィ、放射断層撮影、光学的イメージング又は放射性核種走査を用いて結合したアプタマーを検出することができる。方法を用いて疾患の程度に関して対象にて癌の病期分類を行い、治療法に応答した変化をモニターすることができる。
本開示のRNAアプタマー分子をある部分に結合させて使用し、その部分をCD133+細胞、好ましくは癌幹細胞に向かわせることができる。部分の例には、癌幹細胞を殺傷するのに使用することができる毒素、放射性核種又は化学療法剤が挙げられる。
細胞へのsiRNA又はリボザイムの送達に本開示のRNAアプタマー分子を用いることができる。好適なsiRNA又はリボザイムの例は状況に左右されるであろう。本開示に従って使用するのに好適であるsiRNA又はリボザイムの例にはATP結合性のカセット膜トランスポータ、幹細胞性遺伝子(Bmi−1、Notch1、Sox2、Oct−4、Nanog、β−カテニン、Smo、ネスチン、ABCG2、Wnt2及びSCF等)、GAPDH(グリセルアルデヒド3−リン酸デヒドロゲナーゼ)及びサバイビンを標的とするものが挙げられる。
本開示の一例では、本開示に係るRNAアプタマー、抗癌剤又は薬剤送達剤は薬学上許容可能なキャリア及び/又は賦形剤を含む組成物の形態で投与される。組成物の賦形剤又は他の要素は投与に使用される経路及び装置に従って適合させることができる。
本開示の単離されたRNAアプタマー分子は単独で、又は本明細書で記載される方法に係る1以上の追加のRNAアプタマーとの併用で使用することができる。一例では、癌幹細胞の検出、精製又は濃縮を円滑にするRNAアプタマーと本開示のRNAアプタマー分子を併用することができる。一例では、追加のRNAアプタマーはShigdar Sら、(2011).Cancer Sci.、102(5):991−998にて記載されたようなアプタマーEpDT3 5’−GCGACUGGUUACCCGGUCG−3’の配列を含む。別の例では、追加のRNAアプタマーは配列5’−ACGUAUCCCUUUUCGCGUA−3’を含む。
本開示は本明細書で開示される方法を実施するための診断キットも提供する。一例では、診断キットはCD133を発現している細胞(癌幹細胞)を検出するための本明細書で記載されるようなRNAアプタマー又は診断剤を含む。
方法
細胞株及び細胞培養
この試験で使用したヒト起源の細胞株はアメリカンタイプカルチャーコレクションから購入した。それらは、ヒト結腸直腸癌HT−29、ヒト肝細胞癌Hep3B、ヒト多形性膠芽細胞腫T98G、及びヒト胚性腎細胞HEK293Tである。10%のウシ胎児血清で補完したダルベッコの改変イーグル培地(DMEM)(オーストラリア、ビクトリアのInvitrogen)(HEK293T、HT−29)又は10%のウシ胎児血清で補完した最少必須培地(MEM)(Invitrogen)(Hep3B、T98G)による培養にて細胞を増殖させ、維持した。細胞を37℃にて5%CO2の雰囲気で維持した。
ヒトCD133のcDNAをInvitrogenから購入し、哺乳類の発現ベクターpcDNA3.1/V5−His−TOPOにクローニングした。組換えの6×ヒスチジンのタグを付けたCD133をHEK293T細胞にて一時的に発現させた。手短には、HEK293T細胞を100mm又は60mmのディッシュに播き、24時間のインキュベートの後、細胞は70%の集密度に達し、製造元の指示書に従って抗生剤を含まない培地でリポフェクトアミン2000(Invitrogen Life Technologies)用いてそれぞれ合計24又は8μgのCD133によって細胞に形質移入した。72時間のインキュベートに続いて、形質移入した細胞を細胞SELEXの標的として用いた。
中心の40ntが無作為化された配列(下線を引いたT7RNAポリメラーゼのプロモータ配列を伴った5’− TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA GAC AAG AAT AAA CGC TCA A−N40− TTC GAC AGG AGG CTC ACA ACA GGC)を含有するDNAライブラリを合成した(オーストラリアのGeneWorks)。無作為された配列に隣接するプライマー5’− TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA GAC AAG AAT AAA CGC TCA A −3’及び5’− GCC TGT TGT GAG CCT CCT GTC GAA −3’を用いた大規模PCRを介して元々の合成ライブラリから二本鎖DNAプールを生成した。Durascribe(登録商標)T7転写キット(米国のEPICENTRE(登録商標)Biotechnologies)を用いて、大規模PCRの産物(約1014配列)の一部を試験管内転写の鋳型として用いて当初の2’−フルオロピリミジン修飾したRNAプールを作製した。SELEXについては、最初の選択では5μM又は各反復回では1μMの濃度でのRNAを100μLの結合緩衝液(2.5mMのMgCl2、0.1mg/mLのtRNA及び0.1mg/mLのサケ精子を含有するダルベッコのリン酸緩衝化生理食塩水)で希釈し、85℃で5分間変性させ、10分間室温に冷却し、37℃で15分間アニーリングした後、HEK293T細胞にて発現された標的タンパク質と共に4℃で1時間インキュベートした。インキュベートと広範な洗浄に続いてSuperScriptIII逆転写酵素(Invitrogen)を用いて結合したRNAを逆転写した後、PCR増幅と試験管内転写を行い、SELEXの次の回に使用した。HEK293T細胞で発現されたHisタグを付けた無関係なタンパク質を用いて4回目から対比選択工程を行ってHisタグ、HEK293T細胞又は組織培養プレートを特異的に認識する化学種の濃縮を減らした。PCR増幅サイクルの数も最適化して非特異的な「パラサイト」PCR産物の過剰増幅を防いだ。加えて、選択工程の厳密性を高めて、アプタマーの濃度、インキュベート時間及び洗浄回数の調整を介して高親和性アプタマーの選択を促進した。高特異性のアプタマーを取得するために、使用する細胞の数を徐々に減らす一方でSELEXの進行中、洗浄の厳密性を高め、陰性選択を4回目から含めた。制限断片長多型(RFLP)及び生きた細胞を用いたフローサイトメトリーを用いて濃縮をモニターした。
選択中のアプタマー候補の濃縮は制限断片長多型(RFLP)によって判定した。手短には、RFLPは軽微な改変と共に以前記載されたように行った(Dasら、2009; Missailidis & Hardy 2009)。反復サイクルに由来するおよそ5ngのcDNAを8サイクルのPCRによって増幅した。0.1%(w/v)のウシ血清アルブミンを伴った製造元(Takara)によって供給された緩衝液Tにて4つのヌクレオチドを認識する4種の制限酵素、AfaI、AluI、HhaI及びXspI(頻繁なカッター)によって、増幅されたDNAを37℃で一晩消化した。一晩の消化に続いて、DNAを65℃に加熱し、氷上で冷却し、TBE緩衝液におけるネイティブ20%ポリアクリルアミドゲル上での電気泳動を介して分離した。次いでGelStarでゲルを染色し、標準のゲルイメージングシステムを用いて視覚化した。
80%の集密度にてトリプシン消化によって細胞を回収し、洗浄緩衝液(2.5mMのMgCl2を伴ったDPBS)に再懸濁させ、数えた。遠心(1000×gで5分間)に続いて、細胞ペレットを結合緩衝液(5mMのMgCl2、0.1mg/mLのtRNA及び0.1mg/mLのサケ精子DNAで補完したDPBS)に再懸濁させ、1×106個/mLに希釈した。
標的タンパク質へのアプタマーの結合を確認するために、以前記載された方法(Willkomm及びHartmann (2005). Weinheim, Wiley-VCH GmbH & Co. KGaA 1:86-94)に従って反復サイクルに由来するRNAをフルオレセインイソチオシアネート(FITC)によって3’末端で標識した。全体を通して琥珀色の試験管を用いて光漂白をできるだけ抑えた。手短には、試料を過ヨウ素酸ナトリウムで酸化した。10mMのエチレングリコールの添加によって酸化を止め、その後エタノール沈殿を行った。30モル過剰でFITCを加え、4℃で一晩、反応を完了させた。100μLの結合緩衝液におけるトリプシン処理したCD133タンパク質を形質移入したHEK293T細胞又は形質移入していないHEK293T細胞5×105個と共に1μMのFITC標識したRNAを氷上で1時間インキュベートし、その後、3回洗浄し、300μLの結合緩衝液に再懸濁させた。各試料の50,000事象を数えることによってFACS Canto IIフローサイトメータ(Becton Dickinson)で蛍光強度を測定した。未選択のライブラリに由来するFITC標識したRNAを用いて非特異的な結合を測定した。各回の結合は、Ellington及び共同研究者(Liら(2009). J. Proteome Res 8:2438-48)によって記載された方法に従って、標的細胞へのゼロ回目のRNAの結合の平均蛍光強度ならびに陰性対照細胞への結合についての平均蛍光強度を差し引いた後に算出した。
反復回数のRFLP及びフローサイトメトリーに続いて、6回目は標的タンパク質を選択的に認識するRNA配列の十分な濃縮を明らかにした。この濃縮されたプールを10サイクルのPCRで増幅し、PCR産物をpCR(登録商標)4−TOPO(登録商標)(Invitrogen)にクローニングした。個々のクローンからプラスミドDNAを調製し、自動DNA配列決定手順を用いてその配列を決定した。ClustalX2(Larkinら(2007) Bioinformatics 23:2947-8)を用いてアプタマーの配列を解析した。プログラムRNAfold(Hofacker (2003) Nucleic Acids Res 31:3429-31)を用いて二次構造を予測した。
フローサイトメトリーを用いて細胞表面に発現されたネイティブのCD133に対する達成できた2’−フルオロピリミジンRNAアプタマー種の解離定数(Kd)を測定した。CD133タンパク質で形質移入したHEK293T細胞又は形質移入しなかったHEK293T細胞(5×105個)を先ずブロッキング緩衝液(0.2%(w/v)アジ化ナトリウムを含有する結合緩衝液)と共にインキュベートし、その後、結合緩衝液で2回洗浄した後、1μL容量の結合緩衝液にて連続希釈濃度(見かけのKdのおよそ10倍上下)のFITC標識アプタマーと共に氷上で1時間インキュベートした。細胞を結合緩衝液で3回洗浄し、150μLの結合緩衝液に再懸濁させ、フローサイトメトリー解析に供した。FITC標識した未選択のライブラリを陰性対照として使用した。未選択のライブラリの平均蛍光強度(MFI)をアプタマー/標的細胞のそれから差し引いて特異的な結合のMFIを生成した。各アプタマーのKdは方程式:
[結合したアプタマー]/[アプタマー]=−(1/Kd)×[結合したアプタマー]+([T]tot/Kd)
に従ってScatchard解析によって決定され、式中、[T]totは標的の総濃度を表す。
切り詰めたアプタマーを生成するために、所望の配列のセンス及びアンチセンスのDNAオリゴヌクレオチドを合成した。CD133−1−1(第1の切り詰め)はセンスオリゴヌクレオチド、5’− TAA TAC GAC TCA CTA TAG AGA CAA GAA TAA ACG CTC AAC CCA CCC TCC TAC ATA GGG AGG AAC GAG TTA CTA TAG −3’及びアンチセンスオリゴヌクレオチド、5’− CTA TAG TAA CTC GTT CCT CCC TAT GTA GGA GGG TGG GTT GAG CGT TTA TTC TTG TCT C −3’に由来し;CD133−1−2(第2の切り詰め)はセンスオリゴヌクレオチド、5’−TAA TAC GAC TCA CTA TAG CTC AAC CCA CCC TCC TAC ATA GGG AGG AAC GAG T−3’及びアンチセンスオリゴヌクレオチド、5’− ACT CGT TCC TCC CTA TGT AGG AGG GTG GGT TGA GC −3’に由来し;CD133−1−2−1(第3の切り詰め)はセンスオリゴヌクレオチド、5’− TAA TAC GAC TCA CTA TAC CAC CCT CCT ACA TAG GGT GG−3’ 及びアンチセンスオリゴヌクレオチド、5’−CCA CCC TAT GTA GGA GGG TGG−3’に由来し;CD133−1−2−2(第4の切り詰め)はセンスオリゴヌクレオチド、TAA TAC GAC TCA CTA TAC CCT CCT ACA TAG GG−3’及びアンチセンスオリゴヌクレオチド、5’−CCC TAT GTA GGA GGG−3’に由来する。CD−133−2−1(第1の切り詰め)はセンスオリゴヌクレオチド、5’−TAA TAC GAC TCA CTA TAC AGA ACG TAT ACT ATT CTG−3’及びアンチセンスオリゴヌクレオチド、5’−CAG AAT AGT ATA CGT TCT G−3’に由来する(T7RNAプロモータ配列に下線を引いた)。オリゴヌクレオチドの関連する対を等モル比にて1×PEI緩衝液(0.1MのTris−HCl、pH8、0.1MのMgCl2、0.5MのNaCl及び0.1Mのジチオスレイトール)中で混合し、90℃で5分間加熱し、ゆっくり室温に冷却した後、エタノール沈殿を行った。試験管内の転写及びFITC標識は上述のように行った。5’DY647蛍光タグ及び3’逆位デオキシチミジン(Dharmacon)と共にこれらのクローン(CD133−1−4及びCD133−2−1)の最終的な切り詰め、5’−DY647−CCC TCC TAC ATA GGGdT−3’及び5’−DY647− CAG AAC GTA TAC TAT TCT GdT−3’を化学的に合成した。CD133陽性(HT−29及びHep3B)及びCD133陰性(T98G及びHEK293T)を用いてこれら2つのアプタマー及び陰性対照のアプタマーの結合親和性を測定した。5%(v/v)ウシ胎児血清を含有するブロッキング緩衝液を用いて4℃にてブロッキング工程を行った一方で37℃にて30分間アプタマーの結合を行った。
標識の24時間前に、ガラスボトム8チャンバースライド(Lab-TekII、Nunc)にてcm2当たり75,000細胞の密度で細胞を播いた。DY647−CD133−1−2−2、DY647−CD133−2−1及び対照のアプタマーをフローサイトメトリーと同じ方法で調製した。培地を取り除いた後、5%(v/v)の血清を含有するブロッキング緩衝液にて37℃で15分間細胞をインキュベートし、結合緩衝液で2回洗浄した後、200nMのアプタマーと共に37℃で30分間インキュベートした。最終の15分間のインキュベートの間に細胞にビスベンズイミドヘキスト33342(3μg/mL)(Sigma)を加えた。アプタマー溶液を取り除き、結合緩衝液で細胞を各5分間3回洗浄し、その後、FluoView FV10iレーザー走査共焦点顕微鏡(Olympus)を用いて視覚化した。
これは、軽微な改変を伴うが、共焦点顕微鏡について記載されたように本質的に行われた。手短には、カリウムを枯渇させた緩衝液(50mMのHepes、140mMのNaCl、2.5mMのMgCl2及び1mMのCaCl2)又は高張の緩衝液(3mMのKCl及び450mMのスクロースを含有するカリウムを枯渇させた緩衝液)のいずれかで細胞を37℃にて1時間予備処理した。これらの緩衝液はアプタマーとのインキュベート工程及びすすぎ工程すべてにおいても使用した。Alexa Fluor488(Invitrogen)に結合させたヒトのトランスフェリンの内部移行を定量的に特徴づけることによってエンドサイトーシスを阻害することにおけるこれらの処理の有効性を検証した。予備処理後、トランスフェリン(5μg/mL)を細胞に加えた後、37℃で30分間インキュベートした。細胞を各緩衝液で3回洗浄し、FluoView FV10i共焦点顕微鏡を用いて視覚化した。
共焦点顕微鏡について以前記載されたようにHT−29、Hep3B、T98G及びHEK293Tの細胞を調製した。培地の除去に続いて、5%(v/v)の血清を含有するブロッキング緩衝液にて37℃で15分間細胞をインキュベートし、結合緩衝液で2回洗浄した後、200nMのアプタマーと共に37℃で30分間インキュベートした。アプタマー溶液を取り除き、結合緩衝液で細胞を各5分間3回洗浄した。次いで細胞にトランスフェリンを加え、2時間インキュベートした後、最終の15分間のインキュベートの間に細胞にビスベンズイミドヘキスト33342(3μg/mL)(Sigma)を加えた。結合緩衝液で細胞を各5分間3回洗浄した後、FluoView FV10iレーザー走査共焦点顕微鏡を用いて視覚化した。
1000〜2000個のHT29細胞及びHEK293T細胞をプレートから取り出し、上皮増殖因子、塩基性線維芽細胞増殖因子、インスリン及びB27を含有するDMEM/F12培地(Invitrogen Life Technologies)にて7日間、腫瘍塊を形成させた。7日目に、2.5mMのMgCl2を含有するPBSで腫瘍塊(300〜400μmの大きさ)を3回洗浄し、結合緩衝液を用いて20分間ブロックした。次いで腫瘍塊を100nMのアプタマー又はAC133抗体と共に30分間、60分間、120分間、240分間、又は24時間インキュベートした。各時点に続いて腫瘍塊をPBSで3回洗浄し、その後FluoView FV10i共焦点顕微鏡を用いて視覚化した。
CD133は2つの細胞外ループを含有する複合体5回膜貫通タンパク質である。タンパク質の細胞外部分のみに対するアプタマーを効果的に選択するために、本発明者らはネイティブな立体配座形態でCD133を発現させることができる手順を考案することが必要だった。この目的で、本発明者らはHEK293T細胞の表面にタンパク質を一時的に発現させることを求めた。リポフェクトアミン2000を用いて、CD133をHEK293T細胞に形質移入し、SELEX実験に先立って72時間発現させ、発現はAC133抗体の染色によって確認した。ピリミジンすべてに2’フルオロ修飾したリボースを含有するおよそ1×1014種の無作為RNAライブラリをHEK293T細胞の表面上に発現させたCD133と共にインキュベートした。RT−PCRに先立って未結合のRNAを数回の洗浄工程を介して取り除き、工程を合計12回繰り返した。HEK293T細胞に形質移入した無関係なHisタグ付きタンパク質を用いた陰性選択を介して非特異的な結合を除去した。非放射性のRFLPを行って反復回の間での化学種の発生を確認し、濃縮の確認は形質移入した及び形質移入していないHEK293T細胞を用いたフローサイトメトリーを用いて決定した。図1に示すように、6回目は、形質移入していないHEK293T細胞及び未選択のライブラリに比べてCD133を形質移入したHEK293T細胞への結合にて2.5倍の増加を示した。
6回目をクローニングし、配列決定し、社内の方法を用いてFITCでクローンを蛍光的にタグ標識した。形質移入した及び形質移入していないHEK293T細胞を用いて各クローンの結合特異性を測定し、最も有望な結果は、CD133−1及びCD133−2と名付けられた2つのアプタマーによって示された。これら2つのクローンを順次切り詰めてアプタマーの結合領域の構造を維持するのに必要とされ、並びにKdを小さくするので結合親和性を高める塩基の最短数を決定した(表1)。
我々が以前報告したように、有効な癌の治療診断剤として分類されるアプタマーについては、それは標的への結合に続いて効率的に内部移行しなければならない。CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞と共に37℃で30分間インキュベートした後、共焦点顕微鏡を用いて内部移行を定量した。内部移行はCD133陰性細胞株で見られる蛍光シグナルの欠如のために特異的であると見なされた。受容体が介在するエンドサイトーシスを介した内部移行はカリウムの枯渇及び高張処理のようなエンドサイトーシスの遮断を介して確認した。これらの処理の有効性はトランスフェリンを用いて以前確認されている(Shigdarら(2011a) Cancer Sci 102:991-8)。
癌の治療診断剤としての我々のアプタマーの有効性を明らかにする試みにおいて、本発明者らは、生体内での標的化のモデルとしての試験管内での腫瘍塊を用いて腫瘍の塊に浸透するアプタマーの可能性を検討した。本発明者らはHT−29(CD133+)及びHEK293T(CD133−)の細胞株の腫瘍塊モデルを生成し、これらの球状塊をCD133−1、CD133−2及びAC133抗体と共に4時間インキュベートし、その後、共焦点顕微鏡で観察した(図7)。
わずかな例外はあるが、ドキソルビシンのような化学療法剤は癌幹細胞を殺傷しない。本発明者らは、CD133アプタマーによって化学療法剤が癌幹細胞に送達され、無作為拡散の代わりにエンドサイトーシスを介して遊離の薬剤として細胞に入るのであれば、それらは従来の化学療法剤を有効な癌幹細胞キラーに転換することができるという仮説を立てた。試験管内での結腸癌幹細胞の排除におけるCD133アプタマー/ドキソルビシンの能力を調べるために、本発明者らは試験管内腫瘍塊アッセイを行った。
癌幹細胞(CSC)は癌の根源であり、癌再発の原因であると見なされている。このモデルは、放射線耐性及び化学療法耐性を説明し(Visvader & Lindeman (2012) Cell Stem Cell 10:717-28)、腫瘍の中でのこの集団の細胞を特異的に標的化する多数の試みを導いているので支持を獲得している。CSCすべてを定義する1つの特異的なマーカーが存在しない一方で、CD133、CD44、ALDH、EpCAM及びABCG2(Hu及びFu (2012) Cancer Res 2:340-56; Visvader & Lindeman 2012 supra)を含む多数のマーカーが固形腫瘍におけるCSCの集団を定義するのに有用であることが判明している。CD133は脳腫瘍、前立腺癌、膵臓癌、黒色腫、結腸癌、肝臓癌、肺癌及び卵巣癌のCSC集団のマーカーとして関連付けられている。CD133の機能は未だに解明されねばならない一方で、このマーカーは低酸素条件で上方調節され、3種陰性乳癌及び前立腺癌にて血管形成性模倣体と関連付けられているということ(Liuら(2012a) Cancer Biol Ther May 1 13(7); Liuら(2012b) Oncogene Apr 2)は、腫瘍増殖及び転移におけるCD133の重要性を示している。これらCD133+細胞が腫瘍の生成、維持及び連続した広がりにいかに決定的であるかを考えて、我々はCD133に対するRNAアプタマーを単離した。
Claims (22)
- (i)配列5’−CCCUCCUACAUAGGG−3’(配列番号1);
(ii)以下:
(iii)配列5’−CAGAACGUAUACUAUUCUG−3’(配列番号6);又は
(iv)以下:
を含む、CD133に特異的に結合するRNAアプタマー。 - CD133に対して150nM±10%以下の解離定数を有する、請求項1に記載のRNAアプタマー。
- 長さが15〜40塩基の間、又は19〜40塩基の間である、請求項1又は2に記載のRNAアプタマー。
- 以下
(i)GAG ACA AGA AUA AAC GCU CAA CCC ACC CUC CUA CAU AGG GAG GAA CGA GUU ACU AUA GAG CUU CGA CAG GAG GCU CAC AAC(配列番号2);
(ii)GAG ACA AGA AUA AAC GCU CAA CCC ACC CUC CUA CAU AGG GAG GAA CGA GUU ACU AUA G(配列番号3);
(iii)GCU CAA CCC ACC CUC CUA CAU AGG GAG GAA CGA GU(配列番号4);
(iv)CC ACC CUC CUA CAU AGG GUG G(配列番号5);
及び
(v)CC CUC CUA CAU AGG G(配列番号1)
から選択される配列を含む請求項1に記載のRNAアプタマー。 - 配列番号1又は配列番号6の配列から成る請求項1〜3のいずれか1項に記載のRNAアプタマー。
- アプタマーの安定性を高める1以上の修飾を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載のアプタマー。
- 2’−フルオロ修飾されている、請求項6に記載のRNAアプタマー。
- CD133+細胞に特異的に結合する請求項1〜7のいずれか1項に記載のアプタマー。
- CD133+細胞が癌幹細胞である請求項1〜8のいずれか1項に記載のアプタマー。
- 前記細胞が生体内又は試験管内にある請求項8又は9に記載のアプタマー。
- 前記細胞が対象から得られた生物試料に存在する請求項8〜10のいずれか1項に記載のアプタマー。
- 前記癌幹細胞が、脳腫瘍幹細胞、乳癌幹細胞、前立腺癌幹細胞、膵臓癌幹細胞、結腸癌幹細胞、肝臓癌幹細胞、肺癌幹細胞、卵巣癌幹細胞、皮膚癌幹細胞、又は黒色腫幹細胞である請求項8〜11のいずれか1項に記載のアプタマー。
- 酵素、補欠分子族、蛍光物質、生物発光物質、高電子密度標識、MRI用の標識及び放射性物質並びにこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される検出可能な標識に結合させた請求項1〜12のいずれか1項に記載のRNAアプタマーを含む診断剤。
- 生物試料の組織学的検査に使用するための請求項1〜12のいずれか1項に記載のRNAアプタマー又は請求項13に記載の診断剤。
- 毒素、放射性核種及び化学療法剤並びにそれらの組み合わせからなる群から選択される部分に結合させた請求項1〜12のいずれか1項に記載のRNAアプタマーを含む抗癌剤。
- 対象から得られた生物試料からCD133を発現している細胞及び/又は癌幹細胞を単離する、精製する又は濃縮するインビトロの方法であって、請求項1〜12のいずれか1項に記載のRNAアプタマー又は請求項13に記載の診断剤に前記細胞を接触させるステップを含む、方法。
- 癌を有する又は癌を有することが疑われる対象から得られる生物試料においてCD133を発現している細胞及び/又は癌幹細胞を特定するインビトロの方法であって、請求項1〜12のいずれか1項に記載のRNAアプタマー又は請求項13に記載の診断剤に前記細胞を接触させることを含む、方法。
- 前記対象が、脳腫瘍、乳癌、前立腺癌、膵臓癌、結腸癌、肝臓癌、肺癌、卵巣癌、皮膚癌、黒色腫又はCD133+細胞が存在する任意の他の癌から選択される癌を有するものである請求項16又は17に記載の方法。
- 対象にて癌を治療する又は予防するために用いられる、請求項1〜12のいずれか1項に記載のRNAアプタマー又は請求項15に記載の抗癌剤。
- siRNA又はリボザイムに結合された請求項1〜12のいずれか1項に記載のRNAアプタマーを含む送達剤。
- 薬学上許容可能なキャリア及び/又は賦形剤と一緒に治療上有効な量の請求項1〜12のいずれか1項に記載のRNAアプタマー、又は請求項15に記載の抗癌剤、又は請求項20に記載の送達剤を含む組成物。
- 腫瘍の分子イメージングで使用するための、請求項1〜12のいずれか1項に記載のRNAアプタマー、又は請求項13に記載の診断剤。
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