JP6730705B2 - 哺乳動物細胞に対する外来遺伝子の導入効率の向上剤 - Google Patents

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Description

本発明は、哺乳動物細胞に対する外来遺伝子の導入効率の向上剤に関する。
哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する方法には様々な方法が存在するが、その一つとしてウイルスベクターを利用する方法が知られている。この方法は、ゲノムに目的遺伝子を組み込んだウイルスを標的細胞に感染させることによって、目的遺伝子を標的細胞に送り込むものであり、ウイルスベクターのなかでもアデノ随伴ウイルス(adeno−associated virus:以下「AAV」と略称する)ベクターは、ヒトに対する安全性が高いウイルスベクターとして、すでに遺伝子治療において実用化されている。しかしながら、AAVの哺乳動物細胞への感染効率は、細胞の種類や由来によって様々であることから、感染効率が低い細胞が標的細胞である場合、標的細胞に対する目的遺伝子の導入効率が劣ることで、充分な遺伝子治療の効果が発揮されない。
本発明者らは、これまで視覚障害に対する治療方法についての研究を精力的に行ってきており、その成果として、AAVベクターを用いた遺伝子治療において、標的細胞である虹彩色素上皮細胞に発現する上皮成長因子受容体(epidermal growth factor receptor:以下「EGFR」と略称する)のチロシンキナーゼ活性を阻害することで、目的遺伝子である脳由来神経栄養因子遺伝子の導入効率が向上することを、EGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害する低分子有機化合物であるチルホスチン(tyrphostin)を用いて確認している(非特許文献1)。しかしながら、チルホスチンは、低濃度(例えばインビトロの実験において10μM)で細胞毒性を示すことが知られている。また、抗がん剤として用いられるヒドロキシ尿素も、AAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際に外来遺伝子の導入効率を向上させる作用を有することが知られているが、その作用は極めて弱い。
Eriko Sugano,et al.,Investigative Ophthalmology & Visual Science,2005;46:3341−3348
そこで本発明は、AAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際に用いる、外来遺伝子の導入効率の新規な向上剤を提供することを目的とする。
本発明者らは上記の点に鑑みて鋭意検討を行った結果、膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドが、AAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際、外来遺伝子の導入効率の向上剤の有効成分として有用であることを見出した。
上記の点に鑑みてなされた本発明のAAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際に用いる、外来遺伝子の導入効率の向上剤は、請求項1記載の通り、EGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドのC末端に膜透過性を有するペプチドを結合させた結合ペプチドを有効成分とする。
また、請求項2記載の外来遺伝子の導入効率の向上剤は、請求項1記載の外来遺伝子の導入効率の向上剤において、哺乳動物細胞が網膜細胞である。
また、請求項3記載の外来遺伝子の導入効率の向上剤は、請求項1記載の外来遺伝子の導入効率の向上剤において、外来遺伝子が光感受性陽イオン選択的チャネル遺伝子である。
また、本発明の哺乳動物細胞に対する外来遺伝子の導入効率を向上させる方法は、請求項4記載の通り、インビトロにおいてAAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際、EGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドのC末端に膜透過性を有するペプチドを結合させた結合ペプチドを存在させることによる。
また、本発明は、請求項5記載の通り、EGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドのC末端に膜透過性を有するペプチドを結合させた結合ペプチドに関する。
また、本発明のインビトロにおいてAAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する方法は、請求項6記載の通り、EGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドのC末端に膜透過性を有するペプチドを結合させた結合ペプチドの存在下で行うものである。
本発明によれば、AAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際に用いる、外来遺伝子の導入効率の向上剤の有効成分として、膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドを提供することができる。
実施例1における各種の物質のmCherry遺伝子の発現効率に対する作用を示すグラフである。 実施例2における各種の物質のmCherry遺伝子の発現効率に対する作用を示すグラフである。 実施例4においてmVChR1遺伝子の発現によって発生する視覚誘発電位を被験物質が増大させる効果を有することを示すグラフである。
本発明のAAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際に用いる、外来遺伝子の導入効率の向上剤は、膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドを有効成分とする。
本発明における膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドにおいて、膜透過性を有するペプチドは、細胞膜を通過して細胞質内へ移行する作用を持つ自体公知のアミノ酸配列を有するもの(Cell Penetrating Peptide:CPP)であってよく、例えば、HIV−1 Tatに由来するYGRKKRRQRRR(配列番号1)、FHV coatに由来するRRRRNRTRRNRRRVR(配列番号2)、HIV−1 Revに由来するTRQARRNRRRRWRERQR(配列番号3)、BMV Gagに由来するRAQRRAAARRNRWTAR(配列番号4)、HTLV−II Rexに由来するTRRQRTRRARRNR(配列番号5)などが挙げられる(必要であれば例えば、二木史朗、蛋白質核酸酵素、Vol.47 No.11(2002)1415−1419を参照のこと)。これらのアミノ酸配列は、膜透過性を有する限りにおいて1〜5個のアミノ酸が欠失、置換または付加したものであってもよい。
本発明における膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドにおいて、EGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドは、自体公知のアミノ酸配列を有するものであってよく、例えば、EGFRの自己リン酸化部位であるY992に由来するDEYLI(配列番号6)、Y1068に由来するVPEYINQ(配列番号7)、Y1148に由来するDYQQD(配列番号8)、Y1173に由来するENAEYLR(配列番号9)などが挙げられる(必要であれば例えば、Mineo Abe,et al.,British Journal of Pharmacology,2006;147:402−411を参照のこと)。これらのアミノ酸配列は、EGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害する限りにおいて1〜5個のアミノ酸が欠失、置換または付加したものであってもよい。
本発明における膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドは、膜透過性を有するペプチドのC末端にEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドを結合させてもよいし、EGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドのC末端に膜透過性を有するペプチドを結合させてもよい。具体例としては、HIV−1 Tatに由来するYGRKKRRQRRRのC末端にY1068に由来するVPEYINQやY1148に由来するDYQQDを結合させたペプチド、FHV coatに由来するRRRRNRTRRNRRRVRのC末端にY1173に由来するENAEYLRを結合させたペプチド、Y1068に由来するVPEYINQのC末端にHIV−1 Tatに由来するYGRKKRRQRRRを結合させたペプチドなどが挙げられる。
本発明における膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドは、ペプチド合成機を用いて化学合成することができるが、遺伝子工学的手法によって調製してもよい。
なお、本発明における膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドは、AAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際の安定性を保つことなどを目的として、そのN末端をアセチル化したりC末端をアミド化したりしてもよい。
本発明における膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドは、例えば水溶性の粉末である。従って、インビトロにおいてAAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際、細胞の培養液に溶解して例えば1〜24時間、37℃でインキュベートした後、ウイルスを細胞に感染させることで、外来遺伝子の導入効率を向上させることができる。また、インビボにおいては、本発明における膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドを、外来遺伝子を組み込んだAAVベクターの溶液に溶解してから、体内に投与してウイルスを細胞に感染させることで、外来遺伝子の導入効率を向上させることができる。本発明における膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドの、細胞の培養液への溶解量や外来遺伝子を組み込んだAAVベクターの溶液への溶解量は、例えば0.1μM〜10Mの範囲になるように適宜設定すればよい。なお、本発明において、哺乳動物細胞は、ヒト、サル、マウス、ラット、ハムスター、モルモット、ウシ 、ブタ、ウマ、ウサギ、ヒツジ、ヤギ、ネコ、イヌなどの各種の部位の細胞であってよい。外来遺伝子は、標的細胞に対して導入されることで、例えば疾患の治療効果を発揮するものなどであってよい。具体的には、哺乳動物細胞としては、哺乳動物の網膜細胞(網膜を構成する神経細胞やグリア細胞や色素上皮細胞など)が挙げられる。外来遺伝子としては、視覚機能に重要な役割を果たす光受容チャネルロドプシンなどの光感受性陽イオン選択的チャネルの遺伝子が挙げられる。AAVベクターへの光感受性陽イオン選択的チャネル遺伝子の組み込みや、光感受性陽イオン選択的チャネル遺伝子を組み込んだAAVベクターの網膜細胞への導入は、例えばTomita Hiroshi,et sl.,Mol Ther.,2014;22(8):1434−1440に記載の方法に従って行うことができる。本発明者らは、この文献において、光感受性陽イオン選択的チャネル遺伝子を組み込んだAAVベクターを網膜細胞に導入にすることによって視覚機能が回復することを報告したが、本発明における膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドは、より少量の光感受性陽イオン選択的チャネル遺伝子を組み込んだAAVベクターによる、より効果的な視覚機能の回復に寄与する。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。
実施例1:
カニクイザル由来の繊維芽細胞株であるCYNOM−K1を96ウェルプレートにそれぞれ1×10個ずつ播種し、10%FBSを含むMEM培地で、1日、37℃でインキュベートした。1×DPBSで2回washした後、40mMのヒドロキシ尿素(HU)(1mMの酪酸ナトリウムを含む)、10μMのチルホスチン(Tyr)、被験物質としての各種の濃度のAcetyl−YGRKKRRQRRRVPEYINQ−CONH(配列番号10:Shimadzu社のペプチド合成機PSSM−8を用いた化学合成による水溶性の白色粉末)をそれぞれ加え、5時間、37℃でインキュベートした。インキュベートを終了した後、2%FBSを含むMEM培地で2回washしてから、市販のAAVとpmCherry−N1 Vectorを用いてメーカのマニュアルに従って作製したAAV−pmCherry(1×1012〜13particle/mL)2.5μL+2%FBSを含むMEM培地47.5μLをウイルス溶液として加え、2時間、37℃でインキュベートした後、18%FBSを含むMEM培地を50μL加えた。1日後に培地交換を行い、さらに3日間培養した。その後、核染色剤であるHoechst33342溶液を5μg/mLになるように加え、30分間、室温でインキュベートし、蛍光顕微鏡で細胞の写真を撮影した。撮影した写真から、mCherry遺伝子の発現効率を、Hoechst33342によって核が青色に染色された全細胞数に対する、mCherryによって核が赤色に染色された細胞数の比率として計算した。結果を図1に示す(無処理群をコントロールとする相対値)。図1から明らかなように、被験物質である膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドは、濃度依存的にmCherry遺伝子の導入効率を向上させることで発現効率を向上させ、その作用はチルホスチンに匹敵するものであった。なお、この被験物質は、チルホスチンよりも低毒性であった(例えばインビトロの実験において1mMでも細胞毒性を示さない)。
実施例2:
被験物質としての各種の濃度のAcetyl−YGRKKRRQRRRDYQQD−CONH(配列番号11:Shimadzu社のペプチド合成機PSSM−8を用いた化学合成による水溶性の白色粉末)を用いること以外は実施例1と同様にしてそのmCherry遺伝子の発現効率に対する作用を評価した。結果を図2に示す。図2から明らかなように、被験物質のmCherry遺伝子の発現効率の向上作用はチルホスチンに匹敵するものであった。なお、この被験物質は、チルホスチンよりも低毒性であった(例えばインビトロの実験において1mMでも細胞毒性を示さない)。
実施例3:
被験物質としての各種の濃度のAcetyl−VPEYINQYGRKKRRQRRR−CONH(配列番号12:Shimadzu社のペプチド合成機PSSM−8を用いた化学合成による水溶性の白色粉末)を用いること以外は実施例1と同様にしてそのmCherry遺伝子の発現効率に対する作用を評価したところ、チルホスチンに匹敵するmCherry遺伝子の発現効率の向上作用を示した。なお、この被験物質は、チルホスチンよりも低毒性であった(例えばインビトロの実験において1mMでも細胞毒性を示さない)。
実施例4:
Tomita Hiroshi,et sl.,Mol Ther.,2014;22(8):1434−1440に記載の方法に従って以下の実験を行った。緑藻類ボルボックス由来のチャネルロドプシン(VChR1)を基本構造とした改変型チャネルロドプシン(mVChR1)の遺伝子をAAVベクターに組み込み、mVChR1遺伝子を組み込んだAAVベクターの溶液(2.5×1011particles/mL)5μLを、32ゲージハミルトンマイクロシリンジを用いて、失明に至った6ヶ月齢以上の遺伝性網膜変性症(RCS,rdy/rdy)ラット(日本クレア社より購入)の一方の硝子体内に麻酔下で投与した。他方の硝子体内には、mVChR1遺伝子を組み込んだAAVベクターと、実施例1に記載の被験物質(Acetyl−YGRKKRRQRRRVPEYINQ−CONH:Tat−Y1068)を含む溶液5μLを投与した(mVChR1遺伝子を組み込んだAAVベクターの最終濃度は対側眼と同じで被験物質の最終濃度は40μM)。投与から2ヶ月後に視覚誘発電位を測定した。具体的には、測定の1週間前に脳視覚野に記録用電極の埋め込み手術を行ったラットの眼前にLED光源を配置し、1秒間隔で10msの光刺激を200回行い、光刺激に伴って誘発される視覚野の電位変化を記録した。結果を図3に示す。図3から明らかなように、被験物質である膜透過性を有するペプチドとEGFRのチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドの結合ペプチドは、網膜細胞へのmVChR1遺伝子の導入効率を向上させることで発現効率を向上させ、視覚誘発電位の振幅を増大させた(遺伝子導入される主たる細胞は神経節細胞である)。
本発明は、AAVベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際に用いる、外来遺伝子の導入効率の新規な向上剤を提供することができる点において、産業上の利用可能性を有する。

Claims (6)

  1. 上皮成長因子受容体のチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドのC末端に膜透過性を有するペプチドを結合させた結合ペプチドを有効成分とする、アデノ随伴ウイルスベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際に用いる、外来遺伝子の導入効率の向上剤。
  2. 哺乳動物細胞が網膜細胞である請求項1記載の外来遺伝子の導入効率の向上剤。
  3. 外来遺伝子が光感受性陽イオン選択的チャネル遺伝子である請求項1記載の外来遺伝子の導入効率の向上剤。
  4. インビトロにおいてアデノ随伴ウイルスベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する際、上皮成長因子受容体のチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドのC末端に膜透過性を有するペプチドを結合させた結合ペプチドを存在させることによる、哺乳動物細胞に対する外来遺伝子の導入効率を向上させる方法。
  5. 上皮成長因子受容体のチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドのC末端に膜透過性を有するペプチドを結合させた結合ペプチド。
  6. インビトロにおいてアデノ随伴ウイルスベクターを用いて哺乳動物細胞に対して外来遺伝子を導入する方法であって、上皮成長因子受容体のチロシンキナーゼ活性を阻害するペプチドのC末端に膜透過性を有するペプチドを結合させた結合ペプチドの存在下で行う方法。
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