JP6741345B2 - パルボウイルスビリオンを含む組成物におけるdna不純物 - Google Patents

パルボウイルスビリオンを含む組成物におけるdna不純物 Download PDF

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Description

本発明は、ウイルス学及び遺伝子療法の分野に関する。特に、本発明は、組成物中の過剰に存在する核酸不純物を同定する及び/又は定量する方法に関する。
アデノ随伴ウイルス(AAV)に基づく組換えベクターは、多数の臨床試験に使用されており、ヒト遺伝子治療に関して大きな可能性を有している。rAAVが広く成功している原因の本質的な特性は、良好な安全性特性と組み合わされた、持続性の導入遺伝子発現を確立する能力である。臨床グレードrAAVの調製は、とりわけ、ベクターの安全性を損なう癌遺伝子、抗生物質マーカー又は免疫原性ペプチドを潜在的にコードし得るDNA不純物の最小化に焦点を絞っている(Wrightら、2008、Gene Ther. 15、840−848)。
最終的な産物の純度を保証するため、rAAVの上流と下流のプロセシングの双方において多大な進展がなされてきたにもかかわらず、望まれないDNAが完全に排除されているとは思えない。細胞又はヘルパーベクターDNAのパッケージングは、AAV生物学の副産物であるように思われ、それ自体は、意図される導入遺伝子DNAのカプシド形成に本質的に関連している。無関係のDNAがカプシド形成されてカプシドが前形成されると、その粒子は、意図される発現カセットのみを含有するカプシドと区別できなくなり、それらを分離することは実質的に不可能である。
したがって、臨床開発をサポートし、rAAVベクター中の望まれないDNAの存在に関連するリスクを理解するためには、使用したrAAVの生体内分布プロファイルを反映する細胞株の範囲で、これらの遺伝子エレメントからのタンパク質発現の可能性を評価して、意図されていないタンパク質発現が、ベクターの安全性及び/又は有効性に潜在的を損なう細胞の再構成、腫瘍発生又は望まれない免疫応答などの望ましくない影響がもたらされ得る理論上の可能性を除外する必要性が存在する。
これまで、DNA不純物混入rAAV調製物の存在及び濃度は、文献(Blouinら、2004、J. Gene Med. 6 Suppl 1、S223−S228;Nonyら、2003、J. Virol. 77、776−781;Chadeufら、2005、Mol. Ther. 12、744−753;Wrightら、2008、上記)中に報告されている。これらの不純物が、ヘルパープラスミド又は宿主細胞DNAいずれかに由来することが突き止められた(Wrightら、2008、上記)。この一緒にパッケージングされた残留するDNAに由来する推定上のタンパク質発現の問題点と取り組んだのは限られた数の研究に過ぎない。Wright及び同研究者は、rAAVによるヒト肝細胞又はマウスの感染の際にRT−qPCRによってcap、amp(r)、並びに2つのアデノウイルス遺伝子E2A及びE4の発現を分析したところ、検出可能な転写は見いだされなかった(Hauckら、2009、Mol Ther. 17(1)144−152)。対照的に、Millerらは、相補性アッセイを用いてcap遺伝子のDNA不純物駆動性発現を見いだした(Halbertら、2011、Gene Ther. 18(4):411−417)。
生物薬剤のビリオン調製物中のDNA不純物を分析するために現在選択される方法は、qPCRである。この方法を用いることにより、特定のDNA不純物の存在及び量が決定される。重要なことに、当業者は、このように検出されるDNA不純物を先に(すなわちqPCRを実施する前に)選択する、その理由は、当技術分野では、DNA不純物がランダムにビリオンにパッケージングされるとの一般的なコンセンサスが存在するからである。このような(事前に選択した)DNA不純物は、例えば、宿主細胞DNA、Rep、Cap又はプラスミドヌクレオチド配列を含む可能性がある。例えば、Thorneら(2009、Hum. Gene Ther.20:707−714)によって示される通り、宿主細胞DNA不純物は、HeLaベースの産生系の安全性評価について関連性のある配列としてのヒトパピローマウイルス(HPV)E6/E7形質転換遺伝子、及び感度の良い全身マーカーとしての、高度に発現され高コピーのリボソームRNA(rRNA)の遺伝子の2つの標的を用いてモニターされる。Thorneら(上記)によると、最も普及している一緒にパッケージングされる配列は、AAV rep及びcapを含めて、パッケージングプラスミドに、及び細菌の及び哺乳動物の細胞選択マーカー遺伝子に由来する。さらに、Yeら(2011、Gene Ther.18、135−144)は、HSVパッケージングプラスミドからのDNA配列が、哺乳動物細胞株におけるrAAV生産の間にランダムにパッケージングされることを開示している。Yeらによると、AAVビリオンは、全HSVゲノムにわたるランダムな断片を含む。加えて、Chadeufら(上記)により、より小さなDNAプラスミドの場合、完全なプラスミド及びウイルス性ITRが、選択マーカー遺伝子を含めて、ビリオンに封入されることが示された。したがって、DNA不純物は、ランダムにパルボウイルスビリオンにパッケージングされるように見えるので、特定のヌクレオチド配列を検出する必要はないと思われた。
DNA不純物が、ランダムにビリオンにパッケージングされるとの一般的な教示とは対照的に、本発明は、いくつかのDNA不純物が、実際に過剰に存在することを示す。結果として、生物薬剤組成物中のDNA不純物を検出するための現在使用される方法は、組成物中に存在するDNA不純物の劇的な過小評価に導く可能性がある。このような医薬組成物中のDNA不純物の過小評価は、臨床的に十分に純粋ではない組成物の投与をもたらす可能性があり、患者にとって潜在的な安全性健康リスクへと導く。
したがって、生物薬剤調製物などの生物学的組成物中の過剰に存在するDNA不純物を同定する及び定量する手段及び方法について当技術分野において必要性が存在する。このような手段及び方法を提供することが本発明の目的である。
第1の態様において、本発明は、パルボウイルスベクターを含む組成物中の過剰に存在する核酸不純物を同定する及び定量する方法に関し、上記方法は、以下のステップを含む:
a)上記組成物を核酸シークエンシングに供してヌクレオチド配列のランダムリードを得るステップ;
b)ステップa)からのランダムリードと、上記組成物を生産するためのプロセスにおいて使用される生物学的成分のヌクレオチド配列とを比較し、それによってランダムリードと生物学的成分のヌクレオチド配列の間のマッチ度が核酸不純物を同定するステップ;
c)パルボウイルスベクター当たりのリードの平均数を決定するステップ;及び
d)過剰に存在する核酸不純物のヌクレオチド当たりのリードの数を決定するステップであって、核酸不純物は、リードの分布が、ランダムではなく、過剰に存在する不純物が、生物学的成分のリードの平均数の2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20若しくは50倍を含む場合に、又は核酸不純物のヌクレオチド当たりのリードの数が、パルボウイルスベクター当たりのリードの平均数の少なくとも0.001、0.01、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0若しくは10%である場合に、過剰に存在する不純物として同定されるステップ。
好ましい実施形態において、ステップ(a)における核酸シークエンシングは、ハイスループットシークエンシングを含む。
好ましい実施形態において、パルボウイルスベクターは、組換えアデノ関連ウイルス(rAAV)ベクターである。
好ましい実施形態において、生物学的成分のヌクレオチド配列は、宿主細胞、プラスミド、組換えパルボウイルスベクター以外のベクター及びヘルパーウイルスのヌクレオチド配列からなる群から選択され、ここで、上記ベクターは、バキュロウイルスベクターであることが好ましい。
好ましい実施形態において、ヘルパーウイルスは、組換えアデノウイルス及び/又は組換え単純ヘルペスウイルスである。
好ましい実施形態において、生物学的成分のヌクレオチド配列は、Rep、Cap及び/又は導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含み、ここで、生物学的成分は、導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが好ましく、生物学的成分は、少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことがより好ましく、生物学的成分は、各側において少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが最も好ましい。
好ましい実施形態において、過剰に存在する核酸不純物は、第2又はさらなる組成物において定量される。
第2の態様において、本発明は、パルボウイルスベクターを含む組成物中の核酸不純物を定量する方法に関し、上記方法は、核酸不純物の相対存在量を決定するステップを含み、ここで、パルボウイルスITR配列が、上記組成物を生産するプロセスに使用される生物学的成分に存在する場合、核酸不純物は、パルボウイルスITR配列の1〜8000bp、1〜5000bp、1〜3000bp、1〜1000bp、1〜500bp、1〜250bp又は1〜100bpすぐ近傍に位置するヌクレオチド配列を含み、ここで、上記生物学的成分は、少なくとも1つのコピーのパルボウイルスITR配列と隣接する導入遺伝子を含む。
好ましい実施形態において、生物学的成分は、宿主細胞、プラスミド、組換えパルボウイルスベクター以外のベクター及びヘルパーウイルスからなる群から選択され、ここで、上記ベクターは、バキュロウイルスベクターであることが好ましい。
好ましい実施形態において、パルボウイルスベクターは、組換えアデノ関連ウイルス(rAAV)ベクターである。
好ましい実施形態において、パルボウイルスITR配列が、組成物を生産するプロセスに使用される生物学的成分に存在する場合、核酸不純物のヌクレオチド配列は、そのITR配列の各側のすぐ近傍に位置する。
好ましい実施形態において、相対存在量は、パルボウイルスベクターのヌクレオチド配列及び/又は組成物における参照配列と比較して決定される。
好ましい実施形態において、相対存在量は、
a)上に定義されている核酸不純物の核酸当たりのリードの平均数;並びに
i)参照配列の核酸当たりのリードの平均数;及び/若しくは
ii)組成物中のパルボウイルスベクター当たりのリードの平均数
によって決定され、ここで、リードの数は、上に定義されている方法によって決定される;並びに/又は
b)上に定義されている核酸不純物;並びに
i)参照配列;及び/若しくは
ii)パルボウイルスベクターのヌクレオチド配列
の増幅によって決定される。
好ましい実施形態において、相対存在量は、Q−PCRによって及び/又はハイスループットシークエンシングによって決定される。
好ましい実施形態において、方法は、上に定義されている核酸不純物又はその相補体に対するオリゴヌクレオチドプライマーの選択的なハイブリダイゼーションのステップをさらに含む。
好ましい実施形態において、オリゴヌクレオチドプライマーは、バキュロウイルス配列又はその相補体の一部を含む核酸不純物に選択的にハイブリダイズする。
第3の態様において、本発明は、パルボウイルスベクターを含む組成物が臨床的に純粋であると考慮されるかどうかを決定する方法に関し、上記方法は以下のステップを含む:
i)上に定義されているパルボウイルスベクター組成物中の核酸不純物を定量するステップ;並びに
ii)上に定義されている核酸不純物が、核酸不純物の相対存在量によって決定される場合に参照配列及び/又は導入遺伝子と比べて少なくとも10、100、250、1000倍少なく存在するなら、組成物を臨床的に純粋であると決定するステップ。
好ましい実施形態において、パルボウイルスベクターを含む組成物は、医薬組成物である。別の好ましい実施形態の代わりに又は別の好ましい実施形態と組み合わせて、本発明の好ましい実施形態では、パルボウイルスベクターを含む組成物は、パルボウイルスカプシドを含み、ここで、パルボウイルスベクターは、パッケージングされる。別の好ましい実施形態の代わりに又は別の好ましい実施形態と組み合わせて、本発明の好ましい実施形態では、パルボウイルスベクターを含む組成物は、哺乳動物から得られた又は得られる試料を含まず、ここで、哺乳動物は、非ヒト霊長類であることが好ましい。
デオキシリボヌクレアーゼIに対するAAV1導入遺伝子(上のパネル)及びバキュロウイルスDNA(中央及び下のパネル)の耐性を示す図である。3つの異なるプライマーを用いるQ−PCRによって検出させるDNAの量は、デオキシリボヌクレアーゼ処理の存在下又は非存在下のいずれかに設定される。各プライマーセットについて、2つのバッチを検査した。図1A及び図1Bプライマーセット59/60、図1C及び図1Dプライマーセット180/181、図1E及び図1Fプライマーセット340/341。 デオキシリボヌクレアーゼIに対するAAV1導入遺伝子(上のパネル)及びバキュロウイルスDNA(中央及び下のパネル)の耐性を示す図である。3つの異なるプライマーを用いるQ−PCRによって検出させるDNAの量は、デオキシリボヌクレアーゼ処理の存在下又は非存在下のいずれかに設定される。各プライマーセットについて、2つのバッチを検査した。図1A及び図1Bプライマーセット59/60、図1C及び図1Dプライマーセット180/181、図1E及び図1Fプライマーセット340/341。 デオキシリボヌクレアーゼIに対するAAV1導入遺伝子(上のパネル)及びバキュロウイルスDNA(中央及び下のパネル)の耐性を示す図である。3つの異なるプライマーを用いるQ−PCRによって検出させるDNAの量は、デオキシリボヌクレアーゼ処理の存在下又は非存在下のいずれかに設定される。各プライマーセットについて、2つのバッチを検査した。図1A及び図1Bプライマーセット59/60、図1C及び図1Dプライマーセット180/181、図1E及び図1Fプライマーセット340/341。 デオキシリボヌクレアーゼIに対するAAV1導入遺伝子(上のパネル)及びバキュロウイルスDNA(中央及び下のパネル)の耐性を示す図である。3つの異なるプライマーを用いるQ−PCRによって検出させるDNAの量は、デオキシリボヌクレアーゼ処理の存在下又は非存在下のいずれかに設定される。各プライマーセットについて、2つのバッチを検査した。図1A及び図1Bプライマーセット59/60、図1C及び図1Dプライマーセット180/181、図1E及び図1Fプライマーセット340/341。 デオキシリボヌクレアーゼIに対するAAV1導入遺伝子(上のパネル)及びバキュロウイルスDNA(中央及び下のパネル)の耐性を示す図である。3つの異なるプライマーを用いるQ−PCRによって検出させるDNAの量は、デオキシリボヌクレアーゼ処理の存在下又は非存在下のいずれかに設定される。各プライマーセットについて、2つのバッチを検査した。図1A及び図1Bプライマーセット59/60、図1C及び図1Dプライマーセット180/181、図1E及び図1Fプライマーセット340/341。 デオキシリボヌクレアーゼIに対するAAV1導入遺伝子(上のパネル)及びバキュロウイルスDNA(中央及び下のパネル)の耐性を示す図である。3つの異なるプライマーを用いるQ−PCRによって検出させるDNAの量は、デオキシリボヌクレアーゼ処理の存在下又は非存在下のいずれかに設定される。各プライマーセットについて、2つのバッチを検査した。図1A及び図1Bプライマーセット59/60、図1C及び図1Dプライマーセット180/181、図1E及び図1Fプライマーセット340/341。 バキュロウイルスプラスミドBac.VD.の配列マップを示す図である。使用したプライマーセット及びITRが示される。 異なるプライマーセットによって検出されたゲノムコピーの相対量を示す図である。軸上に、単位複製配列の位置が示される。単位複製配列5214−5284は、AAV導入遺伝子カセットのCMVプロモーターを表す。単位複製配列73555−73604は、プライマーセット340/341が標的とし、AAV導入遺伝子カセットから最も遠くに位置する。各点は1つの測定を表す。 導入遺伝子を含むrAAVが、ディープシークエンシングによって分析されたことを示す図である。得られたリードを、導入遺伝子(図4A)、capカセット(図4B)、又はrepカセット(図4C)に対して整列させた。 導入遺伝子を含むrAAVが、ディープシークエンシングによって分析されたことを示す図である。得られたリードを、導入遺伝子(図4A)、capカセット(図4B)、又はrepカセット(図4C)に対して整列させた。 導入遺伝子を含むrAAVが、ディープシークエンシングによって分析されたことを示す図である。得られたリードを、導入遺伝子(図4A)、capカセット(図4B)、又はrepカセット(図4C)に対して整列させた。 rAAVが、ディープシークエンシングによって分析されたことを示す図である。得られたリードを、バキュロウイルスゲノムに対して整列させた。バキュロウイルス骨格の一ヌクレオチド当たりのリードの分布が図示される。ヌクレオチド1は、図2に示される通り右ITRである。 rAAVベクターの5つの異なるバッチが、Q−PCR又はIllumina若しくはRoche454でディープシークエンシングを用いてDNA不純物について検査されたことを示す図である。
本発明は、DNA不純物が、パルボウイルスビリオンにランダムにパッケージングされないとの発見に関する。代わりに、ビリオン組成物中には過剰に存在する核酸不純物がある。したがって、第1の態様において、本発明は、組成物中の核酸不純物を同定する方法に関する。組成物は、パルボウイルスベクターを含むことが好ましい。方法は、以下のステップを含むことが好ましい:a)組成物を核酸シークエンシングに供してヌクレオチド配列のランダムリードを得るステップ;b)ステップa)からのランダムリードと、組成物を生産するためのプロセスにおいて使用される生物学的成分のヌクレオチド配列とを比較し、それによってランダムリードと生物学的成分のヌクレオチド配列の間のマッチ度が核酸不純物を同定するステップ。同定された核酸不純物を定量するために、方法は、以下のステップを含むことがさらに好ましい:c)パルボウイルスベクター当たりのリードの平均数を決定するステップ;及びd)同定された核酸不純物のヌクレオチド当たりのリードの数を決定するステップであって、核酸不純物は、リードの分布が、ランダムではなく、過剰に存在する不純物が、生物学的成分のリードの平均数の2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20又は50倍を有する場合に、或いは核酸不純物のヌクレオチド当たりのリードの数が、パルボウイルスベクター当たりのリードの平均数の少なくとも0.001、0.01、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0又は10%である場合に、過剰に存在する不純物として同定されるステップ。
したがって、本発明の方法は、組成物中の核酸不純物の同定及び定量に関する。核酸不純物は、DNA不純物及び/又はRNA不純物であってもよい、核酸不純物は、DNA不純物であることが好ましい。
「核酸不純物」という用語は、組成物を生産するためのプロセスにおいて使用される生物学的成分のヌクレオチド配列などの、パルボウイルスビリオンにパッケージングされることが意図されない任意の核酸配列を含むと理解される。特に、各側において1つのパルボウイルスITRと隣接しない配列は、核酸不純物を構成し得る。
本明細書で使用される「パルボウイルスベクター」は、少なくとも1つの(及び通常2つの)パルボウイルス末端逆位反復配列(複数可)(ITR)と隣接する対象の1つ又は複数のポリヌクレオチド配列(例えば、対象の生産物をコードする遺伝子、すなわち「導入遺伝子」のための発現構築物)を含む組換え核酸分子を指す。
「リードのランダム分布」は、組成物を生産するためのプロセスに使用される生物学的成分のヌクレオチド配列の長さにわたって一様に整列されるリードの分布と本明細書で定義される。特に、「リードのランダム分布」は、組成物を生産するためのプロセスに使用される1つの生物学的成分のヌクレオチド配列の長さにわたって一様に整列されるリードの分布と定義される。「リードのランダム分布」は、宿主細胞、プラスミド、組換えパルボウイルスベクター以外のベクター(上記ベクターは、バキュロウイルスベクターであることが好ましい)及びヘルパーウイルスのヌクレオチド配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列の長さにわたって一様に整列されるリードの分布と本明細書で定義されることがより好ましい。したがって、リードのランダム分布は、バキュロウイルスベクターのヌクレオチド配列の長さにわたって一様に整列されるリードの分布と本発明で定義されることが最も好ましい。
等しいアラインメントは、リードが、同じヌクレオチド配列の任意の他の領域と比較してヌクレオチド配列の特定の領域に対して整列される、同等の確率と本明細書で定義される。等しいアラインメントにおいて、あるヌクレオチドに対して整列されるリードの数は、そのヌクレオチド配列に対して整列されるリードの平均数の0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10、15又は20%超逸脱しないことが好ましい。
「リードの非ランダム分布」は、組成物を生産するためのプロセスに使用される生物学的成分のヌクレオチド配列の長さにわたって一様に整列されないリードの分布と本明細書で定義される。特に、「リードの非ランダム分布」は、組成物を生産するためのプロセスに使用される1つの生物学的成分のヌクレオチド配列の長さにわたって一様に整列されないリードの分布と定義される。「リードの非ランダム分布」は、宿主細胞、プラスミド、組換えパルボウイルスベクター以外のベクター(上記ベクターは、バキュロウイルスベクターであることが好ましい)及びヘルパーウイルスのヌクレオチド配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列の長さにわたって一様に整列されないリードの分布と本明細書で定義されることがより好ましい。したがって、リードの非ランダム分布は、バキュロウイルスベクターのヌクレオチド配列の長さにわたって一様に整列されないリードの分布と本発明で定義され、すなわち、バキュロウイルスベクターの他の領域と比較してバキュロウイルスベクターの特定の領域と、より多くのリードが整列されることを意味することが最も好ましい。
組成物は、組換えパルボウイルスベクターが、パッケージングされた(少なくとも)パルボウイルスカプシドを含む又はからなる(組換え)パルボウイルスビリオンを含む組成物であることが好ましい。組成物及びその構成物は、以下に定義されるものであることがさらに好ましい。
本発明の好ましい実施形態において、方法は、パルボウイルスビリオンにパッケージングされる、すなわち、ビリオン内に封入される核酸不純物を同定する及び/又は定量するためのものである。特に、本発明による核酸不純物は、パルボウイルスビリオンを含む組成物のヌクレアーゼ処理(例えば、RNAse又はデオキシリボヌクレアーゼ処理)後に分解されない。
組成物
好ましい実施形態において、パルボウイルスベクターは、組成物中に含有される。組成物は、医薬組成物であることが好ましい。医薬組成物は、薬学的に許容される担体を含むことがさらに好ましい。任意の適切な薬学的に許容される担体又は賦形剤を、本発明の組成物において使用することができる(例えば、Remington:The Science and Practice of Pharmacy、Alfonso R. Gennaro (Editor) Mack Publishing Company、April 1997を参照されたい)。
好ましい医薬形態は、無菌の塩類溶液、デキストロース溶液、又は緩衝液、又は他の薬学的に許容される無菌の流体との組合せであろう。代わりに、マイクロキャリアビーズなどの固体担体を使用してもよい。
別の好ましい実施形態の代わりに又は別の好ましい実施形態と組み合わせて、本発明の好ましい実施形態では、パルボウイルスベクターを含む組成物は、哺乳動物から得られた又は得られる試料、例えば肝臓又は筋肉試料を含まない。さらにより好ましい実施形態において、組成物は、非ヒト霊長類から得られた又は得られる試料を含まない。より好ましい実施形態において、組成物は、哺乳動物からの、例えば非ヒト霊長類からの筋肉又は肝臓からのゲノムDNAを含まない。
核酸シークエンシング
本発明による方法では、組成物中の過剰に存在する核酸不純物が、同定及び定量される。過剰に存在する核酸不純物を同定する及び定量する方法は、サンガーシークエンシング又はハイスループットシークエンシングを含むが、これらに限定されない。
第1の実施形態において、パルボウイルスベクターDNAを、プラスミドにクローン化し、次に従来のサンガーシークエンシングしてもよい。サンガーシークエンシングは、インビトロでのDNA複製の間のDNAポリメラーゼによる連鎖終結ジデオキシヌクレオチドの選択的な取り込みに基づくDNAシークエンシングの方法と本明細書で定義される。本発明によるサンガーシークエンシングは、いわゆるチェーンターミネーターサンガーシークエンシング及び/又はダイターミネーターサンガーシークエンシングを含む。サンガーシークエンシングは、ダイターミネーターサンガーシークエンシングであることが好ましい。ダイターミネーターシークエンシングは、チェーンターミネーターddNTPsの標識化を利用する。特に、ダイターミネーターシークエンシングでは、それぞれの4種のジデオキシヌクレオチドチェーンターミネーターは、蛍光色素で標識され、そのそれぞれは、異なる波長で光を放射し、単一反応におけるシークエンシングを可能にする。他のDNAシークエンシング法は、同等に適切であり得、例えば、ナノポアDNAシークエンシング、トンネル電流DNAシークエンシング、ハイブリダイゼーションによるシークエンシング、質量分析でのシークエンシング、微小流体サンガーシークエンシング、顕微鏡観察ベースの技術及びRNAPシークエンシングである。
本発明の好ましい実施形態において、核酸シークエンシングは、ハイスループットシークエンシングを含む。ハイスループットシークエンシング(次世代シークエンシング又はディープシークエンシングとも称される)は、非サンガーベースのハイスループットDNAシークエンシング技術を指す。数千、数百万、又はさらに数十億のDNA鎖を並行して配列決定することができ、実質的により多くの処理量が実現され、またゲノムのサンガーシークエンシングにしばしば使用される断片クローニング法の必要性を最小限にする。
本発明による好ましい方法において、ハイスループットシークエンシングは、Heliscope一分子シークエンシング、一分子リアルタイム(SMRT)シークエンシング、Ion Torrentシークエンシング(ion semiconductor)、454シークエンシング(パイロシーケンシング、Roche 454 Life SciencesTM、Branford、CT)、Solexa(合成によるシークエンシング、Illumina、Inc、San Diego、CA)及び/又はSOLiDシークエンシング(ライゲーションによるシークエンシング、ABI、Applied Biosystems、Indianapolis、IN)を含む。本発明のさらに好ましい実施形態において、核酸シークエンシングは、SOLiD、Solexa及び/又は454シークエンシングを含む。最も好ましい実施形態において、核酸シークエンシングは、Solexa/Illumina又は454シークエンシングを含む。
本発明による方法は、現在公知のハイスループットシークエンシング法に限定されない。特に、新規のハイスループットシークエンシング法は、時間が経てば本発明の方法における使用のために同等に適切なものが開発されることが理解される。特に、ハイスループットシークエンシング法として分類される任意のシークエンシング法、すなわち、数千、数百万、又は数十億のリードを単回の実施で生成する任意の方法が、本発明による方法に使用されてもよい。
本発明による好ましい方法において、ランダムリードは、パルボウイルスベクターを含む組成物を核酸シークエンシングに供するステップにより得られる。シークエンシング「リード」又は「カウント」は、核酸シークエンシング法の間に産生される塩基の個々のストリングと本明細書で定義される。異なるハイスループットシークエンシング法は、一実施(反応)当たり異なる数のリード及び異なる長さのリードを生成することができる。例えば、Illuminaは一実施当たり三十億リードまで生成し、1つのリードは50〜300bpの平均長を有する。他方、454シークエンシングは、一実施当たり約1百万リードを生成し、リードは約700bpの平均長を有する。リード数(一実施当たりのリードの数)及びリード長(一リード当たりの塩基の数)は、一シークエンシング実施当たりで変動させることができ、一実施当たりのリード長並びにリード数は、異なるハイスループットシークエンシング法がさらに開発された後に、増加することが予想される。
過剰に存在する核酸不純物の同定
本発明の実施形態において、上に記載されている通り得たランダムリードは、組成物を生産するためのプロセスに使用される生物学的成分のヌクレオチド配列と比較され、ここで、ランダムリードと上記生物学的成分からのヌクレオチド配列の比較は、過剰に存在する核酸不純物の同定をもたらす。生物学的成分のこのヌクレオチド配列は、疑われる又は疑われていない供給源のヌクレオチド配列であってもよい。
ヌクレオチド配列の疑われる供給源は、宿主細胞、プラスミド、ベクター及びヘルパーウイルスのヌクレオチド配列からなる群から選択され得る。ヘルパーウイルスはアデノウイルス及び/又は単純ヘルペスウイルスである及び/又はベクターはバキュロウイルスベクターであることが好ましい。好ましい実施形態において、ヌクレオチド配列の疑われる供給源は、バキュロウイルスベクターである。本発明による方法において、ランダムリードは、このようにヌクレオチド配列の疑われる供給源に対して整列され又は比較され、過剰に存在する核酸不純物の同定が導かれる。
以前の実施形態の代わりに又は以前の実施形態と組み合わせて、ヌクレオチド配列の供給源は、ヌクレオチド配列の疑われていない供給源であり、すなわち、ヌクレオチド配列の供給源は、あらかじめ定められない。ヌクレオチド配列の疑われていない供給源は、本発明の方法により得られたランダムリードをデノボアセンブリ(de novo assembly)させ、これらのアセンブリされたヌクレオチド配列とヌクレオチド配列データベースとを比較することによって取得することができる。このようなヌクレオチド配列データベースは、非公開又は公衆に利用可能なヌクレオチド配列データベースであってもよい。公衆に利用可能なヌクレオチド配列データベースの例は、UCSC Genome Bioinformatics、GenBank、DDBJ、ENAなどを含むが、これらに限定されるものではない。アセンブリさせた配列と非公開又は公衆に利用可能なデータベースおける配列とを比較することにより、核酸不純物の同定を導くことができるであろう。
本発明の好ましい方法において、組成物を生産するためのプロセスに使用される生物学的成分のヌクレオチド配列は、ヌクレオチド配列の疑われる供給源である。特に、好ましい実施形態において、生物学的成分のヌクレオチド配列は、宿主細胞、プラスミド、組換えパルボウイルスベクター以外のベクター及びヘルパーウイルスのヌクレオチド配列からなる群から選択される。特に、生物学的成分のヌクレオチド配列は、パルボウイルスベクターのヌクレオチド配列を含まない。
本発明による宿主細胞は、組成物を生産するためのプロセスに使用される任意の細胞であり得る。宿主細胞は、植物細胞、細菌細胞、酵母細胞及び動物細胞からなる群から選択され得る。宿主細胞は動物細胞であることが好ましい及び宿主細胞は哺乳動物宿主細胞又は昆虫宿主細胞であることがより好ましい。本発明の最も好ましい実施形態において、宿主細胞は、昆虫宿主細胞である。組成物を生産するためのプロセスに使用される宿主細胞のヌクレオチド配列は、ゲノムDNA及び/又はミトコンドリアDNAを含む。宿主細胞のヌクレオチド配列は、ゲノムDNAを含むことが好ましい。ゲノムDNAは、導入遺伝子、Repをコードする遺伝子、Capをコードする遺伝子及び組成物を生産するためのヘルパー機能を有するタンパク質又はRNAをコードする遺伝子からなる遺伝子の群から選択される遺伝子を含み得る。組成物を生産するためのヘルパー機能を有するタンパク質又はRNAをコードする遺伝子は、動物ウイルス、例えば、アデノウイルス及び/又は単純ヘルペスウイルス又は昆虫ウイルス、例えば、バキュロウイルスに由来してもよい。代わりに又は組み合わせて、ゲノムDNAは、ITR配列を含んでいてもよい。好ましい実施形態において、宿主細胞のゲノムDNAは少なくとも1つのITRと隣接する導入遺伝子を含み、導入遺伝子は各側においてITRと隣接することが好ましい。
本発明によるプラスミドは、組成物を生産するためのプロセスに使用される任意のプラスミドであり得る。プラスミドは、耐性遺伝子、導入遺伝子、Repをコードする遺伝子、Capをコードする遺伝子及び組成物を生産するためのヘルパー機能を有するタンパク質又はRNAをコードする遺伝子からなる遺伝子の群から選択される遺伝子を含むことが好ましい。代わりに又は組み合わせて、プラスミドは、ITR配列を含んでいてもよい。好ましい実施形態において、プラスミドは少なくとも1つのITRと隣接する導入遺伝子を含み、導入遺伝子は各側においてITRと隣接することが好ましい。
本発明によるベクターは、組成物を生産するためのプロセスに使用される任意のベクターであり得る。ベクターは、プラスミド、ウイルス性ベクター、コスミド及び人工染色体からなる群から選択されてもよい。本発明の好ましい実施形態において、ベクターは、ウイルス性ベクターである。最も好ましい実施形態において、ベクターは、バキュロウイルスベクターである。組成物を生産するためのプロセスに使用されるバキュロウイルスベクターは、導入遺伝子、Repをコードする遺伝子、Capをコードする遺伝子及び組成物を生産するためのヘルパー機能を有するタンパク質をコードする遺伝子からなる遺伝子の群から選択される遺伝子を含み得る。代わりに又は組み合わせて、バキュロウイルスベクターは、ITR配列を含んでいてもよい。好ましい実施形態において、バキュロウイルスベクターは少なくとも1つのITRと隣接する導入遺伝子を含み、導入遺伝子は各側においてITRと隣接することが好ましい。
本発明によるヘルパーウイルスは、組成物を生産するためのプロセスに使用される任意のウイルスであり得る。好ましい実施形態において、ヘルパーウイルスは、パルボウイルスビリオンを生産するプロセスに使用される。さらに好ましい実施形態において、ヘルパーウイルスは、組換えアデノ関連ビリオン(rAAV)を生産するプロセスに使用される。より好ましい実施形態において、ヘルパーウイルスは、アデノウイルス及び/又は単純ヘルペスウイルスである。最も好ましい実施形態において、ヘルパーウイルスは、組換えアデノウイルス及び/又は組換え単純ヘルペスウイルスである。さらなる実施形態において、ヘルパーウイルスは、導入遺伝子、Repをコードする遺伝子、Capをコードする遺伝子及び組成物を生産するためのヘルパー機能を有するタンパク質をコードする遺伝子からなる遺伝子の群から選択される遺伝子を含む。代わりに又は組み合わせて、ヘルパーウイルスは、ITR配列を含んでいてもよい。好ましい実施形態において、ヘルパーウイルスは少なくとも1つのITRと隣接する導入遺伝子を含み、導入遺伝子は各側においてITRと隣接することが好ましい。
好ましい実施形態において、組成物を生産するプロセスに使用される生物学的成分のヌクレオチド配列は、バキュロウイルスベクターからのものである。最も好ましい実施形態において、生物学的成分からのヌクレオチド配列は、少なくとも1つのITRと隣接する導入遺伝子を含むバキュロウイルスベクターからのものであり、導入遺伝子は2つのITRと隣接することが好ましい。
上のものと組み合わせて又はその代わりに、生物学的成分のヌクレオチド配列は、Rep、Cap及び/又は導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含み、ここで、生物学的成分は、導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが好ましく、生物学的成分は、少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことがより好ましく、生物学的成分は、各側において少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが最も好ましい。
核酸シークエンシングを用いる過剰に存在する核酸不純物の定量
本発明は、組成物中の過剰に存在する核酸不純物を同定する及び定量する方法を開示し、上記方法は、組成物を核酸シークエンシングに供してヌクレオチド配列のランダムリードを得るステップを含む。核酸不純物は、上に示される通り同定され得る。同定された核酸不純物は、その後、組成物中の過剰に存在する核酸不純物の核酸当たりのリードの数を決定するステップによって定量され得る。
核酸当たりのリードの数は、特定の核酸のヌクレオチド配列に対して整列させるリードの数と本明細書で定義される。したがって、組成物中の核酸不純物の核酸当たりのリードの数は、核酸不純物の核酸に対して特異的に整列させるリードの数と理解される。
ヌクレオチド配列の特定の核酸に対して整列されるリードの数は頻度に換算され、この特定の核酸は組成物中に存在する。したがって、特定の核酸に対して整列される多数のリードは、組成物中に大量にある核酸と理解される。代わりに、特定の核酸に対して整列されるごく少数のリードがある場合、核酸の存在は組成物中に乏しいことが理解される。
本発明の方法によると、リードの分布がランダムではなく、過剰に存在する不純物が生物学的成分のリードの平均数の2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20又は50倍を含む場合に、又は核酸不純物の核酸当たりのリードの数が、パルボウイルスベクターの核酸当たりのリードの平均数の少なくとも0.0005、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0又は10%である場合に、核酸不純物は過剰に存在する。
パルボウイルスベクター当たりのリードの平均数は、パルボウイルスベクターに対して整列されるリードの総数をパルボウイルスベクターのヌクレオチドの総数で割ったものと本明細書で定義される。パルボウイルスベクターの25、50、75、100、200、300、400又は500最も上流のヌクレオチドのリード及びヌクレオチド及び/又はパルボウイルスベクターの25、50、75、100、200、300、400又は500最も下流のヌクレオチドのリード及びヌクレオチドは、パルボウイルスベクター当たりのリードの平均数を決定する場合は考慮されないことが好ましい。これらのリードは、パルボウイルスベクターの最も上流及び/又は最も下流のヌクレオチド(すなわち、ベクターの端)に対して整列させるリードの数における人為的な減少が存在するので、パルボウイルスベクター当たりのリードの平均数に関する代表的なものではないであろう。
生物学的成分のリードの平均数は、生物学的成分に対して整列されるリードの総数を生物学的成分のヌクレオチドの総数で割ったものと本明細書で定義される。生物学的成分は、組成物を生産するためのプロセスに使用される1つの生物学的成分を含んでいてもよい。生物学的成分は、宿主細胞、プラスミド、組換えパルボウイルスベクター以外のベクター及びヘルパーウイルスのヌクレオチド配列からなる群から選択されることがより好ましく、ここで、上記ベクターは、バキュロウイルスベクターであることが好ましい。生物学的成分は、バキュロウイルスベクターであることが最も好ましい。
本発明の一実施形態において、パルボウイルスベクターのヌクレオチドの数は、例えば、ITR配列、プロモーター配列、導入遺伝子配列、並びに左ITRと右ITRの間の任意の他の配列を含む、パルボウイルスベクターの完全なヌクレオチド配列を含んでいてもよい。より好ましい実施形態において、パルボウイルスベクターのヌクレオチド配列の一部が選択されて、パルボウイルスベクターのリードの平均数が決定される。このようなパルボウイルスベクターの一部は、ITRヌクレオチド配列、プロモーター配列及び/又は導入遺伝子配列を含んでいてもよい。最も好ましい実施形態において、導入遺伝子の配列が選択されて、パルボウイルスベクターの核酸当たりのリードの平均数が決定される、すなわち、導入遺伝子に対して整列されるリードの数を導入遺伝子のヌクレオチド配列のヌクレオチドの数で割る。
本発明の別の実施形態において、過剰に存在する核酸不純物は、第2又はさらなる組成物において定量される。第1の組成物中の過剰に存在する核酸不純物の同定及び定量の後、過剰に存在する核酸不純物は、その後、さらなる組成物において定量されてもよい。第2又はさらなる組成物中の過剰に存在する核酸不純物の定量は、上に概説される通り決定されてもよい。代わりに、第2又はさらなる組成物中の過剰に存在する核酸不純物の定量は、核酸不純物の量を決定するため適切な任意の他の方法によって決定され得る。特定のDNA断片を定量する方法は、当技術分野において周知されており、第2又はさらなる組成物中の過剰に存在する核酸不純物を定量するため等しく適用される。これらの方法は、ハイスループットシークエンシング、Q−PCR、限定サイクルPCR(limited−cycle PCR)、ハイブリダイゼーションアッセイ、マイクロアレイ及びアガロース電気泳動法を含むが、これらに限定されない。
パルボウイルスビリオン
本発明の好ましい実施形態において、組成物は、パルボウイルスベクターを含む。特に、本発明による好ましい方法において、パルボウイルスベクターは、組換えアデノ関連ウイルス(rAAV)ベクターである。パルボウイルス科のウイルスはスモールDNA動物ウイルスである。パルボウイルス科は、2つの亜科:脊椎動物に感染するパルボウイルス亜科(Parvovirinae)、及び昆虫に感染するデンソウイルス亜科(Densovirinae)に分けることができる。パルボウイルス亜科のメンバーは、本明細書ではパルボウイルスと称され、ディペンドウイルス属を含む。それらの属の名称から推定することができる通り、ディペンドウイルスのメンバーは、通常、細胞培養物において増殖性感染するためにはアデノウイルス又はヘルペスウイルス等のヘルパーウイルスとの同時感染を必要とするという点で独特である。ディペンドウイルス属には、通常ヒトに感染するAAV(例えば、血清型1、2、3A、3B、4、5、及び6)又は霊長類に感染するAAV(例えば、血清型1及び4)、及び他の温血動物に感染する関連ウイルス(例えば、ウシアデノ随伴ウイルス、イヌアデノ随伴ウイルス、ウマアデノ随伴ウイルス、及びヒツジアデノ随伴ウイルス)が含まれる。パルボウイルス及びパルボウイルス科の他のメンバーに関するさらなる情報は、Kenneth I. Berns、”Parvoviridae:The Viruses and Their Replication,” Chapter 69 in Fields Virology (3d Ed. 1996)に記載されている。
全ての公知のAAV血清型のゲノム組織化は、非常に類似している。AAVのゲノムは、約5,000ヌクレオチド(nt)の長さ未満である、直鎖状、一本鎖DNA分子である。末端逆位反復配列(ITR)は、非構造複製(Rep)タンパク質及び構造(VP)タンパク質についての独特なヌクレオチドコード配列に隣接する。VPタンパク質(VP1、−2 及び−3)は、カプシドを形成する。末端の145ntは、自己相補的であり、T状ヘアピンを形成するエネルギー的に安定な分子内二重鎖を形成できるように組織化される。これらのヘアピン構造は、ウイルス性DNA複製についての起点として機能し、細胞のDNAポリメラーゼ複合体についてのプライマーとして役立つ。哺乳動物細胞における野生型(wt)AAV感染後に、Rep遺伝子(すなわち、Rep78及びRep52)は、それぞれP5プロモーター及びP19プロモーターから発現され、双方のRepタンパク質は、ウイルス性ゲノムの複製において機能を有している。Rep ORFにおけるスプライシングイベントにより、実際に4つのRepタンパク質(すなわち、Rep78、Rep68、Rep52及びRep40)の発現がもたらされる。しかし、哺乳動物細胞においてRep78及びRep52タンパク質をコードする未スプライスのmRNAが、AAVベクター生産について十分であることが示されている。また、昆虫細胞においてRep78及びRep52タンパク質は、AAVベクター生産について十分である。
本明細書で「パルボウイルス又はAAVベクター」(又は「rAAVベクター」)は、少なくとも1つのパルボウイルス又はAAV末端逆位反復配列(ITR)と隣接する対象の1つ又は複数のポリヌクレオチド配列(例えば、対象の生産物をコードする遺伝子、すなわち「導入遺伝子」のための発現構築物)を含む核酸分子を指す。このようなrAAVベクターは、AAVのrep遺伝子産物及びcap遺伝子産物(すなわち、AAVのRepタンパク質及びCapタンパク質)を発現している宿主細胞に存在する場合、複製され、感染性ビリオンにパッケージングされ得る。パルボウイルス又はAAVベクターは、組換え核酸分子、すなわち、天然に生じない且つこの組合せ及び/又は順序で天然では生じない配列エレメントを組み合わせることによって構成される核酸分子であることが好ましい。
rAAVベクターをより大きな核酸構築物(例えば、染色体、又は、クローニング若しくはトランスフェクションのために使用されるプラスミド若しくはバキュロウイルス等の別のベクター)に組み込む場合には、rAAVベクターは、一般には、「プロベクター(pro−vector)」と称され、AAVパッケージング機能及び必要なヘルパー機能の存在下での複製及びカプシド形成によって「レスキュー」することができる。
対象の遺伝子産物は、いずれかの側においてAAV ITRと隣接することが好ましい。AAV1、AAV2、AAV4、AAV5、AAV6、AAV8、AAV9及び/又はAAVrh10からのITRを含む、任意のAAV ITRが本発明の方法に使用されてもよい。AAV2のITRが最も好ましい。本発明の好ましい核酸構築物における使用のための好ましいITR配列の例は、配列番号1(左又は上流のITR)及び配列番号2(右又は下流のITR)において示されている。
AAVは、いくつかの哺乳動物細胞に感染できる。Tratschinら(1985、Mol. Cell Biol. :3251−3260)及びGrimmら(1999、Hum. Gene Ther. 10:2445−2450)を参照されたい。しかし、ヒト滑膜の線維芽細胞のAAV導入は、類似するマウス細胞におけるよりも有意により効率的であり(Jenningsら、Arthritis Res、3:1 (2001))、AAVの細胞向性は血清型の中で異なっている。例えば、AAV向性の改変に対するアプローチについて論じているGoncalves、2005、Virol J. (1):43を参照されたい。
本発明の方法に使用するためのrAAVベクターは、哺乳動物細胞又は昆虫細胞のいずれかにおいて生産され得る。両方の方法は、当技術分野に記載される。例えば、Grimmら(2003 Molecular Therapy 7(6):839−850)は、ヘルパーウイルスフリー且つ光学的に制御可能な様式でAAVベクターを生産する戦略を開示しており、これは僅か2種のプラスミドの293T細胞へのトランスフェクションに基づいている。その著者らは、AAV2 Repタンパク質、AAV2 ITR及びAAV5カプシドタンパク質を含むハイブリッドAAVベクターの生産の方法を開示している。この引例は、その全体が本明細書に含まれる。さらなる情報は、Blitsら(2010) (Journal of Neuroscience methods 185(2):257−263)において見出すことができる。
「ハイブリッド」及び「シュードタイピングされた」という用語は、本明細書では互換的に使用され、Repタンパク質、ITR及び/又はカプシドタンパク質が異なる血清型のものであるベクターを示すために使用される。例えば、ITR及びRepタンパク質はAAV2のものであり、カプシドタンパク質はAAV5のものである。「キメラ」という用語は、本明細書では、単一の遺伝子、例えば、カプシドが、異なる血清型に由来する少なくとも2つの配列から構成されることを記載するために使用される。
AAV生産法
本発明による組成物におけるrAAVベクターは、rAAVについての古典的な生産法を用いて生産され得る。このような古典的な生産法は、標的/プロデューサー細胞の一過性トランスフェクションプロトコールに基づいている(Mertenら、Gene Ther、2006,12:S51−S61)。これは、トランス相補性及び一過性トランスフェクションベースのアプローチであり、以下の遺伝子エレメントを必要としている:(i)rAAVゲノムの配列。rAAVゲノムの配列は、プラスミド(いわゆるウイルス性ベクタープラスミド)にクローン化することができる。通常、このウイルス性ベクタープラスミドは、少なくとも1つのITR及び導入遺伝子の発現のための発現カセットを含む;(ii)rep及びcapをコードする配列、並びに(iii)天然の補助的なウイルス、例えば、アデノウイルス及び/又は単純ヘルペスウイルスによってコードされる、必要とされるヘルパー機能。
例えば、rAAVは、以下の方法による哺乳動物細胞において生産することができるが、これに限定されない:ベクターゲノムは、AAV血清型2に由来する2つの末端逆位反復(ITR)と隣接する、導入遺伝子発現カセットを含有する。ウイルス性ベクターゲノムの全体の長さは、効率的なパッケージング効率を維持するために、4.7kBの野生型ゲノムサイズを超えないことがある。単一カプシドは、1:1:10の比で、VP1(62kDa)、VP2(73kDa)、又はVP3(87kDa)のいずれかの60ウイルス性タンパク質から構成される。AAVベクターの製造プロセスは、ローラーボトル(850cm表面領域)中での2種のプラスミドをヒト胚性腎臓産生細胞(HEK293)にCa(PO4)2トランスフェクションし、次にカプシド形成したベクターゲノムを濾過及びクロマトグラフィー技術によって精製することに基づく。第1のプラスミドは、ウイルス性ベクタープラスミドであり、AAV2 ITRと隣接する発現構築物を含有する。第2のプラスミドは、パッケージングプラスミドであり、所望の血清型のAAV repタイプ2及びcapタイプ5遺伝子並びにアデノウイルス早期ヘルパー遺伝子E2A、VA、E4(配列番号3に開示されるpDP5;ヌクレオチド配列)をコードする。産生細胞株のゲノムは、ヘルパー機能を提供するためにアデノウイルスE1を含む。10%ウシ胎児血清(FCS)を含有するIscoveの改変ダルベッコ培地(IMDM)における2つのプラスミドでの同時トランスフェクション後に、細胞は、三日間、無血清改変ダルベッコイーグル培地(DMEM)においてインキュベートされてベクター産生を生じさせる。ローラーボトル中でのベクター産生は、平均して、一細胞当たり3x10ベクターゲノム又は1つのローラーボトル当たり4x1011ベクターゲノムの収量をもたらす(qPCRによって定量される)。その後、細胞培養物は、Triton−X−100を含有する緩衝液によって溶解され、細胞片は、低速度遠心分離によって除去される。清澄化したバルクは、AVBセファロースアフィニティークロマトグラフィーによって精製され、400kDa中空繊維モジュール(例えば、Spectrum Laboratories)を用いる濃縮及びダイアフィルトレーションによってPBS/5%スクロース中に調製される。
代わりに、本発明による組成物中のrAAVは、主にトランスフェクション非依存性の方法において生産され得る。このような方法は、誘導後にrAAVを生産する、パッケージング/プロデューサー細胞株の使用又はバキュロウイルス/昆虫細胞系の使用のいずれかに基づいている可能性がある。
パッケージング細胞は、全ての必要なAAV遺伝子エレメント、例えば、AAVヘルパー配列rep及びcapの一部を保持することができる。パッケージング細胞株からのrAAV生産の続いての誘導は、rAAV配列を含有するプラスミド(ウイルス性ベクタープラスミド)のトランスフェクション、次に(複製欠損)アデノウイルス又は単純ヘルペスウイルスでの感染などの、必要とされるヘルパー機能をコードする配列の導入によって行い得る。プロデューサー細胞株は、完全なトランス相補性システムであってもよく、これはAAVヘルパー配列(rep−cap)と一緒にウイルス性ベクター配列を有する、それらのゲノムに組み込まれた全ての必要なAAV由来成分を保持する。rAAV生産の誘導は、必要とされるヘルパー機能をコードする配列の導入の後に生じさせることができる。
他方、少なくとも1つのITR及び導入遺伝子の発現のための発現カセットを含む、rAAVゲノムの配列は、アデノウイルス又は単純ヘルペスウイルスなどのヘルパーウイルスのゲノムに埋め込まれ得、それぞれ、rAAV/Adハイブリッド系(Thorneら、2009;Hum. Gene Ther. 20;707−714 )又はrAAV/HSVハイブリッド系(Clementら、2009;Hum. Gene ther. 20;796−806.;Yeら、2014;Hum. Gene Ther. 15;1−6)を生成する。
代わりに、本発明の方法に使用するためのAAVベクターは、Urabeら(Journal of Virology 2006 80(4):1874−1885)によって以前に記載されている通り昆虫細胞において生産され得る。この系において、rAAVゲノムの配列は、組換えバキュロウイルスにクローン化してもよい。
パルボウイルスベクターを含む組成物中のDNA不純物は、組成物を生産するためのプロセスに使用される任意の生物学的成分に由来し得る。組成物は、上に概説される通り任意の方法に従って生産され得る。
本発明による方法において、生物学的成分のヌクレオチド配列は、宿主細胞、プラスミド、ベクター及びヘルパーウイルスのヌクレオチド配列からなる群から選択されることが好ましい。好ましい実施形態において、生物学的成分は、以下のうちの少なくとも1つの遺伝子エレメントを含む:(i)少なくとも1つのITR及び導入遺伝子の発現のための発現カセットを含むことが好ましい、rAAVゲノムの配列;(ii)rep及び/又はcapをコードする配列、及び/又は(iii)補助的なウイルス、例えば、アデノウイルス及び/又は単純ヘルペスウイルスによって天然でコードされる、必要とされるヘルパー機能をコードする配列。生物学的成分は、少なくとも1つのITR及び導入遺伝子の発現のための発現カセットを含むことがより好ましい。
本発明による好ましい方法において、ベクターは、バキュロウイルスベクターである。バキュロウイルス科は、大きいエンベロープを有するDNAウイルスのファミリーである。バキュロウイルスは、鱗翅目の目に入る大多数の許容的な種を有する節足動物に優先的に感染する。インビトロでのバキュロウイルス繁殖を可能にする、幾つかの連続的な細胞株、例えば、Sf9、Sf21又はHigh Fiveは、商業的に利用可能であり、本発明による組成物の生産のために使用することができる。
アウトグラファ・カリフォルニカマルチ核多角体病ウイルス(AcMNPV)に由来する組換えバキュロウイルスは、特に、組換えタンパク質の又はウイルス様粒子(ウイルス性核酸を欠くVLP ieシェル)の生産のため、バイオテクノロジーにおいて最も一般に使用される。
バキュロウイルス発現ベクター系(BEVS)に基づく生産の主な利点は、以下の通りまとめることができる:(i)遺伝子サイズの制限なしで大量の異種性タンパク質の生産を可能にする非常に強いプロモーター(ポリヘドリン又はp10)の存在;(ii)昆虫細胞は、主要な翻訳後修飾を実施し、それにより生物学的に活性なタンパク質の生産を可能にする、能力を持つ;並びに(iii)バキュロウイルス技術は容易に実行することができ、スケールアップが容易に達成可能であり、細胞は懸濁下で増殖し、様々な無血清培地は商業的に利用可能である。
ウイルス性粒子をアセンブリさせることは、単一タンパク質を発現させることよりも複雑なプロセスである。しかし、HBVに基づくVLP、B19パルボウイルス、ロタウイルス、ヒトパピローマウイルスが、BEVSで首尾よく生産することができることが示されている。さらに、バキュロウイルス発現ベクター系は、rAAVの生産に使用することができる(Mertenら、supra、Urabeら、2002)。
したがって、本発明の方法において、パルボウイルスビリオンは、哺乳動物細胞における又は昆虫細胞におけるバキュロウイルス発現ベクター系を用いて生産され得る。パルボウイルスビリオンは、昆虫細胞におけるバキュロウイルス発現ベクター系を用いて生産されることが好ましい。
本発明の好ましい実施形態において、バキュロウイルスベクターは、Rep、Cap及び/又は導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含み、ここで、バキュロウイルスベクターは、導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが好ましく、バキュロウイルスベクターは、少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことがより好ましく、バキュロウイルスベクターは、各側において少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが最も好ましい。
また、以前に開示されているRep並びにVP1、VP2及びVP3配列における改変は、本発明において用いることができ、例えば、国際公開第2007/046703号、国際公開第2007/148971号、国際公開第2009/014445号、国際公開第2009/104964号及び/又は国際公開第2011/112089号に開示されている。
rAAVベクターの生産のための、本発明の方法に使用されてもよいAAV ITR及びRep配列は、任意のAAV血清型のゲノムに由来し得る。一般に、AAV血清型は、アミノ酸及び核酸レベルで有意に相同性のゲノム配列を有する。これにより、同一セットの遺伝的な機能が提供されて、本質的に物理的及び機能的な均等物であるビリオンが生産される。様々なAAV血清型のゲノム配列及びゲノム類似性の概要については、例えば、GenBank受託番号U89790;GenBank受託番号J01901;GenBank受託番号AF043303;GenBank受託番号AF085716;Chioriniら (1997、J. Vir. 71:6823−33);Srivastavaら (1983、J. Vir. 45:555−64);Chioriniら (1999、J. Vir. 73:1309−1319);Rutledgeら (1998、J. Vir. 72:309−319);並びにWuら (2000、J. Vir. 74:8635−47)を参照されたい。rAAV血清型1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11及び12は、本発明の文脈における使用のためのAAVヌクレオチド配列の供給源として使用することができる。rAAV血清型1、2、3、4及び5は、AAVヌクレオチド配列の好ましい供給源である。本発明の文脈におけるAAV ITR配列は、AAV1、AAV2、及び/又はAAV5に由来することが好ましい。本発明の方法におけるITR配列は、AAV2 ITRであることがより好ましい。同様に、Rep(Rep78/68及びRep52/40)コード配列は、AAV1、AAV2、及び/又はAAV5に由来することが好ましく、AAV2に由来することがより好ましい。
AAV Rep及びITR配列は、大部分の血清型の中で特に保存されている。様々なAAV血清型のRep78タンパク質は、例えば、89%超同一であり、AAV2、AAV3A、AAV3B、及びAAV6の間のゲノムレベルでの全体のヌクレオチド配列同一性は、約82%である(Bantel−Schaalら、1999、J. Virol.、73(2):939−947)。さらに、多くのAAV血清型のRep配列及びITRは、哺乳動物細胞におけるAAV粒子の生産において他の血清型からの対応配列を、効率的に交差相補する(すなわち、機能的に置換える)ことが知られている。AAV Rep及びITR配列はまた、昆虫細胞における他のAAV Rep及びITR配列を効率的に交差相補することを米国特許出願公開第2003148506号は報告している。
AAV VPタンパク質は、AAVビリオンの細胞向性を決定することが知られている。VPタンパク質コード配列は、Repタンパク質及び異なるAAV血清型の中の遺伝子よりも有意に低度に保存されている。好ましい実施形態において、rAAVベクターは、VP1タンパク質を含む。他の血清型の対応する配列を交差相補するRep及びITR配列の能力により、1つの血清型(例えば、AAV5)のカプシドタンパク質並びに別のAAV血清型(例えば、AAV2)のRep及び/又はITR配列を含むシュードタイピングされたrAAV粒子の生産が可能になる。このようなシュードタイピングされたrAAV粒子は、本発明の方法の一部である。本明細書では、シュードタイピングされたrAAV粒子は、タイプ「x/y」(ここで、「x」は、ITRの供給源を示す及び「y」は、カプシドの血清型を示す)であると称されてもよい、例えば、2/5 rAAV粒子は、AAV2からのITR及びAAV5からのカプシドを有する。
改変された「AAV」配列はまた、例えば、昆虫細胞におけるrAAVベクターの生産のため、本発明の文脈において使用することができる。このような改変された配列は、例えば、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8又はAAV9 ITR、Rep、又はVPに対して、少なくとも約70%、少なくとも約75%,少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%以上のヌクレオチド及び/又はアミノ酸配列同一性を有する配列(例えば、約75%〜約99%ヌクレオチド配列同一性を有する配列)を含み、野生型AAV ITR、Rep、又はVP配列の代わりに使用することができる。
ITR、Rep及びCap配列を所望される通り改変して、昆虫細胞などの細胞においてrAAV又はシュードタイピングされたrAAVベクターの効率的な生産を得ることができる。例えば、(昆虫)細胞におけるrAAVベクターの生産を改善するために、例えば、国際公開第2007/046703号、国際公開第2007/148971号及び/又は国際公開第2009/014445号に開示されている通り、Rep配列の開始コドンを改変することができる、VPスプライス部位を改変又は排除することができる、及び/又はVP1開始コドンを改変することができる。例えば、AAV5のVP1が、AAV2に由来するVP1によって部分的に又は完全に置き換えられ、VP2及び3がAAV5に由来する、キメラAAVカプシドも本発明に含まれる(Urabeら2006;国際公開第2000/028004号)。好ましいアデノウイルスベクターは、Russell(2000、J. Gen. Virol. 81:2573−2604)によって総説が記述されている通り、又は米国特許出願公開第20080008690号に並びにZaldumbide及びHoeben(Gene Therapy 2008:239−246)によって記載される通り、宿主応答を減少させるために、改変される。
本発明による遺伝子治療ベクター内に含まれるAAV Repタンパク質は、AAV血清型2 Repタンパク質であることが好ましい。配列番号4の核酸配列及び/又は配列番号5によるアミノ酸配列を有するRep78タンパク質が本発明において用いられること並びに配列番号6の核酸配列を有するRep52タンパク質が本発明において用いられることがさらにより好ましい。
過剰に存在する核酸不純物の定量
代わりに又は上に定義されている通り任意の実施形態と組み合わせて、本発明は、過剰に存在する核酸不純物の定量にさらに関する。特に、本発明は、特定のDNA不純物が、パルボウイルスベクターを含む組成物中に過剰に存在するとの発見に関する。これらのDNA不純物は、パルボウイルスビリオンの生産プロセスの間にパルボウイルスヌクレオチド配列のITRにすぐに隣接するヌクレオチド配列を含む。したがって、例えば、パルボウイルスの左ITRの配列上流及び/又はパルボウイルスの右ITRの配列下流は、パルボウイルスビリオンにおいて過剰に存在する。
したがって、別の態様において、発明は、パルボウイルスベクターを含む組成物中の核酸不純物を定量する方法に関し、上記方法は、核酸不純物の相対存在量を決定するステップを含み、ここで、パルボウイルスITR配列が、上記組成物を生産するプロセスに使用される生物学的成分に存在する場合、核酸不純物は、パルボウイルスITR配列の1〜8000bp、1〜5000bp、1〜3000bp、1〜1000bp、1〜500bp、1〜250bp又は1〜100bpすぐ近傍に位置するヌクレオチド配列を含み、ここで、上記生物学的成分は、少なくとも1つのコピーのパルボウイルスITR配列と隣接する導入遺伝子を含む。別の実施形態において、発明は、パルボウイルスベクターを含む組成物中の核酸不純物を定量する方法に関し、上記方法は、核酸不純物の相対存在量を決定するステップからなり、ここで、パルボウイルスITR配列が、上記組成物を生産するプロセスに使用される生物学的成分に存在する場合、核酸不純物は、パルボウイルスITR配列の1〜8000bp、1〜5000bp、1〜3000bp、1〜1000bp、1〜500bp、1〜250bp又は1〜100bpすぐ近傍に位置するヌクレオチド配列を含み、ここで、上記生物学的成分は、少なくとも1つのコピーのパルボウイルスITR配列と隣接する導入遺伝子を含む。
上に示される通り、パルボウイルスビリオンの生産プロセスの間に、パルボウイルス配列は、宿主細胞、プラスミド、ベクター及び/又はヘルパーウイルスに存在することができ、ここで、好ましいベクターは、バキュロウイルスベクターである。パルボウイルス配列は、少なくとも1つのコピーのITR及び導入遺伝子の発現のための発現カセットを含んでいてもよい。過剰に存在するDNA不純物は、ゲノム配列、プラスミド配列、ベクター配列又はヘルパーウイルスの配列などの、パルボウイルスITR(複数可)にすぐに隣接する、任意の配列を含んでいてもよい。したがって、DNA不純物のタイプは、パルボウイルスビリオンの生産の間にITRと隣接する配列に依存的である。例えば、少なくとも1つのコピーのITR及び好ましくは導入遺伝子を含む、パルボウイルス配列が、バキュロウイルスベクターに存在する場合、ITR(複数可)にすぐに隣接するバキュロウイルス配列は、パルボウイルスベクターを含む組成物に過剰に存在する。
本発明の実施形態において、核酸不純物は、パルボウイルスベクターを含む組成物において定量される。核酸不純物を定量するための方法は、核酸を定量するために当技術分野において知られている任意の方法を含んでいてもよい。このような方法は、ハイスループットシークエンシング、Q−PCR、限定サイクルPCR(limited−cycle PCR)、ハイブリダイゼーションアッセイ、マイクロアレイ及びアガロース電気泳動法を含むが、これらに限定されない。
さらなる実施形態において、生物学的成分は、上に示される通り定義される。特に、生物学的成分は、宿主細胞、プラスミド、組換えパルボウイルスベクター以外のベクター及びヘルパーウイルスからなる群から選択される。生物学的成分はパルボウイルス配列を含むことが好ましく、ここで、パルボウイルス配列は少なくとも1つのITR及び導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが好ましい。生物学的成分は、各側において少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する、導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが最も好ましい。
最も好ましい実施形態において、生物学的成分はベクターであり、ここで、ベクターはバキュロウイルスベクターである。バキュロウイルスベクターは、パルボウイルス配列を含むことが好ましい。このパルボウイルス配列は、少なくとも1つのITR及び導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが好ましい。バキュロウイルスベクターは、各側において少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する、導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含むことが最も好ましい。
本発明による方法において、核酸不純物は、組成物を生産するためのプロセスにおいて使用される生物学的成分中に存在する場合、パルボウイルスITR配列の1〜10000bp、1〜9000bp、1〜8000bp、1〜7000bp、1〜6000bp、1〜5000bp、1〜4000bp、1〜3000bp、1〜2000bp、1〜1000bp、1〜800bp、1〜600bp、1〜500bp、1〜400bp、1〜250bp又は1〜100bpすぐ近傍に位置するヌクレオチド配列を含む。DNA不純物の長さは、他のランダムにパッケージングされたDNA不純物の存在に及び/又は導入遺伝子のサイズに依存的であり得る、その理由は、パルボウイルスビリオンの最大のパッケージング能力が存在するからである。しかし、パルボウイルスビリオンが、自身のゲノムの長さがある、より長いDNA配列を組み込み得ることが知られている(Griegerら、J Virol. 2005 79(15):9933−44)。
本発明の好ましい実施形態において、パルボウイルスベクターは、上に記載される通りの組換えアデノ関連ウイルス(rAAV)ベクターである。さらに、rAAVビリオンは、以前に記載されている通りの任意の生産方法を用いて生産され得る。
別の実施形態において、パルボウイルスITR配列が、組成物を生産するプロセスに使用される生物学的成分に存在する場合、核酸不純物のヌクレオチド配列は、そのITR配列の各側のすぐ近傍に位置する。生物学的成分に存在するパルボウイルス配列は、導入遺伝子の各側において少なくとも1つのITRと隣接する導入遺伝子を含んでいてもよい。このようなケースにおいて、核酸不純物は、ITRの1つの側、すなわち、左ITR(複数可)のすぐ近傍のみ又は右ITR(複数可)のすぐ近傍のみ、に存在するヌクレオチド配列を含んでいてもよい。代わりに、核酸不純物のヌクレオチド配列は、ITRの両側に存在するヌクレオチド配列を含んでいてもよい。
本発明の実施形態において、核酸不純物は、パルボウイルスITR配列が、組成物を生産するプロセスに使用される生物学的成分に存在する場合、そのITR配列のすぐ近傍に位置するヌクレオチド配列を含む。「すぐ近傍」は、本明細書で以下の通り定義される:導入遺伝子のITR上流のケースにおいて、「すぐ近傍」は、ITRの少なくとも0、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、40、又は50bp上流で終わる任意のヌクレオチド配列を意味する。ITRが導入遺伝子の下流に位置するケースにおいて、「すぐ近傍」は、ITRの少なくとも0、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、40、又は50bp下流で始まる任意のヌクレオチド配列を意味する。
相対存在量
本発明の実施形態において、方法は、核酸不純物の相対存在量を決定するステップを含む。相対存在量は、同じ又は別の組成物における、第1の核酸分子の(一部の)存在と比較した第2の核酸分子の(一部の)存在と本明細書で定義される。相対存在量が2つ以上の組成物の間で決定されるケースにおいて、第2の核酸分子は、第1の核酸分子と同じ又は別のヌクレオチド配列を含んでいてもよい。相対存在量が1つの組成物において決定されるケースにおいて、第1及び第2の核酸分子は、少なくとも部分的に異なるヌクレオチド配列を含む。
本発明の方法において、核酸不純物と第2の核酸分子の間の相対存在量は同じ組成物において決定されることが好ましいが、核酸不純物の相対存在量が異なる組成物の間で決定されることも本発明の実施形態である。本発明の好ましい方法において、相対存在量は、パルボウイルスベクターのヌクレオチド配列及び/又は組成物における参照配列と比較して決定される。導入遺伝子及び/又は参照配列は、核酸不純物と同じ組成物に存在することが好ましい。
パルボウイルスベクターのヌクレオチド配列は、完全なパルボウイルスベクター、又は導入遺伝子のヌクレオチド配列(の一部)、プロモーター又はITR(複数可)などの、パルボウイルスベクターの任意の配列を含んでいてもよい。しかし、パルボウイルスベクターの任意の他のヌクレオチド配列は、本発明の方法において使用するため等しく適切であり得る。
参照配列は、任意の適切なヌクレオチド配列(の一部)であり得る。参照配列は、ハウスキーピング遺伝子の配列(の一部)、生物学的成分のヌクレオチド配列であること及び/又は参照配列は、組成物にスパイク添加するために使用される核酸の配列であることが好ましい。
参照配列が生物学的成分の配列であるケースにおいて、配列は、パルボウイルスITRとすぐに隣接しなく、参照配列は、宿主細胞、プラスミド又は組成物を生産するためのプロセスに使用されるベクターに由来することが好ましい。参照配列は、導入遺伝子及び少なくとも1つのITRを含む同じ生物学的成分に由来することが好ましい。参照配列は、組成物を生産するためのプロセスに使用され導入遺伝子及び少なくとも1つのITRを含む、バキュロウイルスベクターからの配列を含むことがより好ましく、参照バキュロウイルス配列は、パルボウイルスITRにすぐに隣接しない。
参照配列が組成物にスパイク添加するために使用される核酸であるケースにおいて、この核酸が、組成物の生産後に存在しないが、後の時点、しかし、核酸不純物の相対存在量を決定する前に、加えられることが意図される。組成物にスパイク添加するために使用される核酸分子は、任意の適切な核酸分子、例えば、小さい直鎖状又は環状の少なくとも10、30、50、100、150、200、500、1000以上の塩基対のRNA若しくはDNA分子であってもよい。このような核酸分子は、コード及び/又は非コード領域を含んでいてもよい。
本発明のさらなる実施形態において、相対存在量は、
a)上に定義されている核酸不純物の核酸当たりのリードの平均数;並びに
i)参照配列の核酸当たりのリードの平均数;及び/若しくは
ii)組成物中のパルボウイルスベクター当たりのリードの平均数
によって決定され、ここで、リードの数は、上に概説されている任意の方法によって決定される;並びに/又は
b)上に定義されている核酸不純物;並びに
i)参照配列;及び/若しくは
ii)パルボウイルスベクターのヌクレオチド配列
の増幅によって決定される。
好ましい実施形態において、リードの平均数は、上に示される通り定義される。加えて、パルボウイルスベクターは、完全なパルボウイルスベクター、或いは導入遺伝子、プロモーター又はITR(複数可)のヌクレオチド配列の僅か(一部)などの、パルボウイルスベクターの任意の配列に関連してもよい。さらに、パルボウイルスベクターの任意の他のヌクレオチド配列は、本発明の方法において使用するため等しく適切であり得る。
さらなる実施形態において、核酸不純物の相対存在量は、上に示される通り核酸分子の量を決定するための適切な任意の方法によって決定することができる。相対存在量は、Q−PCRによって及び/又はハイスループットシークエンシングによって決定されることがより好ましい。核酸の定量をもたらす任意のQ−PCR法又はハイスループットシークエンシング法は、本発明の方法において使用するため適切である。Q−PCR法(リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応)は、当技術分野において周知されており、その技術は、非特異的な蛍光色素又はハイブリダイゼーションプローブのいずれかを使用することができる。本発明の好ましい実施形態において、Q−PCRは、特異的なハイブリダイゼーションプローブで実施される。
方法は、上に定義されている核酸不純物に対するオリゴヌクレオチドプライマーの選択的なハイブリダイゼーションのステップをさらに含むことが好ましい。
核酸不純物に対するオリゴヌクレオチドプライマーの選択的なハイブリダイゼーションは、オリゴヌクレオチドが、核酸不純物と増殖性又は陽性二重鎖を形成することを意味すると理解される。このような増殖性又は陽性二重鎖の形成は、Q−PCRアッセイにおける単位複製配列の形成によって検出することができる、オリゴヌクレオチドと核酸不純物の間の二重鎖の形成と理解される。実際、これは、オリゴヌクレオチドプライマーの終わりが核酸不純物と、オリゴヌクレオチドがポリメラーゼによって伸長することができる又は近傍において塩基対を形成したポリ若しくはオリゴヌクレオチド分子にライゲーションされ得るように、二重鎖を形成することを意味する。本明細書では、「単位複製配列」は、PCR手順などの増幅手順からもたらされる定義されたサイズ及び配列を有する二本鎖核酸セグメントと関連する。単位複製配列のサイズは、オリゴヌクレオチドプライマーが結合する核酸二重鎖の2つの鎖における部位によって支配されている。米国特許第4,683,195号に説明されている通り、その産物核酸のセグメントは、小数の増幅サイクル後に増幅手順の優勢な産物になる。加えて、配列は、所与の実験状況において使用される条件下で、それが標的配列に効果的にハイブリダイズする限り、核酸不純物に「特異的」又は「選択的」であるが、上に定義されている核酸不純物ではないいかなる配列にもハイブリダイズしない。
好ましい実施形態において、オリゴヌクレオチドプライマーは、バキュロウイルス配列又はその相補体の一部を含む核酸不純物に選択的にハイブリダイズする。第1の配列の「相補体」又は「相補的な配列」という用語は、G−T−A−Cに対する相補的な配列がC−A−T−Gであることなどの、塩基対をマッチングさせることによって第1の配列と、二本鎖構造又は二重鎖を形成することができる第2の配列を意味すると本明細書において理解される。
したがって、核酸不純物は、組成物を生産するためのプロセスに使用されるバキュロウイルスベクターに由来することが好ましい。特に、このようなバキュロウイルスベクターは、少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する導入遺伝子を含むことが好ましい。好ましい実施形態において、オリゴヌクレオチドプライマーは、パルボウイルスITR配列がバキュロウイルスベクター中に存在する場合、パルボウイルスITR配列の1〜10000bp、1〜9000bp、1〜8000bp、1〜7000bp、1〜6000bp1〜5000bp、1〜4000bp、1〜3000bp、1〜2000bp、1〜1000bp、1〜800bp、1〜600bp、1〜500bp、1〜400bp、1〜250bp又は1〜100bpすぐ近傍に位置するバキュロウイルス由来ヌクレオチド配列を含む核酸不純物と選択的にハイブリダイズする。
臨床応用
パルボウイルスベクターを含む組成物は、特に組成物が薬物療法に使用される場合、高い程度の核酸不純物を含有すべきでない。特に、このような核酸不純物は、通常の既に脆弱な患者における有害な反応の原因となり、重篤な合併症に導かれるであろう。本発明は、DNA不純物が、パルボウイルスビリオン内にランダムに封入されないとの発見に関する。代わりに、パルボウイルスビリオンの生産の間にITRに隣接する配列は、過剰に存在する。別の態様において、本発明は、パルボウイルスベクターを含む組成物が臨床的に純粋であると考慮されるかどうかを決定する方法に関し、上記方法は以下のステップを含む:
i)上に概説されている任意の方法に従って、パルボウイルスベクターを含む組成物中の核酸不純物を定量するステップ;並びに
ii)上に定義されている核酸不純物が、核酸不純物の相対存在量によって決定される場合に参照配列及び/又は導入遺伝子と比べて少なくとも10、100、250、1000倍少なく存在するなら、組成物を臨床的に純粋であると決定するステップ。
臨床的に純粋は、動物への投与について安全であると考慮される組成物である、薬学的に高品質な産物と本明細書で定義され、薬学的に高品質な産物は、哺乳動物への投与について安全であると考慮される産物であることが好ましく、組成物は、ヒトへの投与について安全であると考慮されることが最も好ましい。
本発明の好ましい実施形態において、上に定義されている核酸不純物は、導入遺伝子又は参照配列よりも、少なくとも10、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、10.000又は100.000倍少なく存在する。核酸不純物及び導入遺伝子又は参照配列の存在は、特定のDNA配列を定量するための任意の従来の方法によって定量することができる。
臨床的に純粋は、パルボウイルスベクターを含む組成物が、臨床処置について十分に純粋であると考慮されることと本明細書においてさらに理解される。特に、本発明による臨床的に純粋な組成物は、International Conference on Harmonisation of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use(ICH)品質及び安全性ガイドラインによって要求されているような低い程度のDNA不純物を含む。DNA不純物のレベルは、患者において任意の有害作用の原因となるレベル未満であることが好ましい。
本文書及びその特許請求の範囲では、「含む」という動詞及びその活用は、その単語の次に続く項目が含まれるが、具体的に言及されていない項目が排除されるものではないということを意味する、非限定的な意味で使用されている。さらに、不定冠詞「a」又は「an」によって要素に言及することにより、文脈が僅か1つのその要素があるということを明らかに必要としている場合を除き、その要素が2つ以上存在する可能性は排除されない。したがって、不定冠詞「a」又は「an」は、通常、「少なくとも1つ」を意味する。
本明細書において引用されている全ての特許及び文献参照は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
以下の実施例は、単に例示的な目的で提供されており、いかなる形でも本発明の範囲を限定するものではない。
実施例1:製造されたrAAVベクター中のDNA不純物
1.1.材料及び方法
残留DNAがAAV1粒子においてパッケージングされるかどうかを調べるために、残留DNAがデオキシリボヌクレアーゼ耐性であるかどうかを検査した。試料をベンゾナーゼ(Benzonase)(9U/mL)で処理し、DNAの量をQ−PCRを用いて分析した。
DNAを、試料から単離し、次に3つの異なるプライマーセット(59/60、180/181、340/341)を用いてQ−PCRした。バキュロウイルスDNAのデオキシリボヌクレアーゼ耐性を研究するため、いくつかの試料については、デオキシリボヌクレアーゼステップを省略した(デオキシリボヌクレアーゼなしと示される)。データを、PLA分析を用いて分析し、各試料について、異なるプライマーセットによって増幅されたDNAの量の比を決定した。
AAV1 DNAの量を、AAV1導入遺伝子ベクターのCMVプロモーターを標的とするプライマーセット59/90でのQ−PCRを用いて決定した。残留バキュロウイルスDNAの定量を、バキュロウイルス特異的プライマーでのQ−PCRを用いて実施した。2つの異なるプライマーセット;AAV導入遺伝子カセットに近いバキュロウイルスDNAのORF1629を標的とするプライマーセット180/181及びAAV1導入遺伝子カセットから遠くに位置するバキュロウイルスDNAを検出する、バキュロウイルスのhr3配列を標的とするプライマーセット340/341を用いて実験を実施した。これらの実験について、2つの標準:プラスミド標準系統(pVD)及びクローンVDの精製バキュロウイルスDNAを含めた。
プライマーセット180/181を用いてバキュロウイルスDNAの量を決定するために、プライマーセット180/181でのpVDを標準として使用した。pVDの濃度を、OD測定で決定した。プライマーセット340/341を用いてバキュロウイルスDNAの量を決定するために、プライマーセット340/341でのBacVDを標準として使用した。標準系統に対するBacVDの量を、pVDを標準として、プライマーセット180/181を用いるQ−PCRによって決定した。
DNA(gc/mL)の量を、以下の式を用いて算出した:
[DNA]=S・D・C
式中:
S=測定された平均量(gc)
D=ウイルス性DNAの希釈係数(500倍又は1000倍のいずれか)
C=10μl試料から1mL試料で算出される補正係数(100)
μg/mLにおけるDNAの量を算出するため、式を以下のものに拡張した:
式中:
X=gからμgに関する換算係数(10
A=アボガドロ数(6.022x1023
Mw=DNAのモル重量。バキュロウイルスゲノムは、135kbp 二本鎖DNAからなる。一bp当たりの平均モル重量は、649Daである。バキュロウイルスDNA(プライマーセット180/181又は340/341を用いる決定後)についてのMwとして、135000・649のMw=8.76x10Daを使用した。
AAV1ゲノムは、3630bp 一本鎖DNAからなる。AAV1 DNAの量を計算するため、3630bp・340DaのMw=1.23x10Daを使用した。
1.2結果
バキュロウイルスDNAの量を、2つの異なるプライマーセットを用いるQ−PCRで決定した。プライマーセット180/181はAAV導入遺伝子カセットに近いORF1629中の配列を検出し、プライマーセット340/341に関する配列はカセットから遠くに位置する。表1中の結果は、2つのプライマーセットが、バキュロウイルスDNAのgc/mLの量について非常に異なる値を与えることを示す(プライマーセット180/181は、プライマーセット340/341によって得られるよりも平均20倍高い値を与える)。
Figure 0006741345
Bac.VD標準の濃度をQ−PCRを用いて補正したので、この差が標準に関連するものであることが排除される。したがって、これらのデータは、ITRに近いバキュロウイルスDNA(プライマーセット180/181で検出される)が、ITRから遠いDNA(プライマーセット340/341によって検出される)よりもはるかにより存在することを示す。
実施例2:Q−PCRを用いる核酸不純物の決定
2.1.材料及び方法
バキュロウイルスゲノムのどの部分が試料中に存在していたのか、また異なる配列の量における可能な差違をさらに調べるために、異なるプライマーセット(図2を参照されたい)でQ−PCRを実施した。各プライマーセットについて、標準系統を実験に含めた。導入遺伝子コピーの量を、プライマーセット59/60を用いて決定した。その後、導入遺伝子コピーと比較してゲノムコピーの相対量を決定した。AAV粒子が自身のゲノムの長さよりも長いDNA配列を組み込み得ることが公知であるので(Griegerら 2005、Alloccaら 2008)、導入遺伝子カセットに隣接するORFの開始部及び終了部並びにITRの10kb上流及び下流にプライマーを選択した。
2.2結果
バキュロウイルスDNAの量を、バキュロウイルスのhr3配列近くに位置する単位複製配列73555−73604を増幅するプライマーセット340/341を用いて決定した。これらのプライマーで決定されたゲノムコピーの量が、全バキュロウイルスゲノムのものを代表することが推定された。しかし、AAV導入遺伝子カセットにより近い異なるプライマーセットターゲティング配列を用いる類似する実験により、単位複製配列がITRを含有するAAV導入遺伝子カセットのより近くに位置する場合、多数のゲノムコピーが見いだされたことが示された(図3)。AAVがより大きなDNA配列(8.9kbまで、おそらくさらに大きい(Alloccaら、2008))をパッケージし得ることが知られているので、本発明者らは、これらの配列が粒子の内側にパッケージングされることを期待する。これは、以下の2種類の残留バキュロウイルスDNA配列が存在することを示唆している;
1)本発明者らがプライマーセット340/341で決定し、導入遺伝子のゲノムコピーの量の僅か0.1%に見いだされる、ランダム配列及び
2)導入遺伝子ゲノムコピーの量の1%と2.5%の間に見いだされる、導入遺伝子カセットから10kb内(AAVパッケージング限度の範囲内)のバキュロウイルス配列。両方の配列は、おそらくAAV1粒子の内側にパッケージングされる又はカプシドと会合する。
実施例3:次世代シーケンシングを用いる核酸不純物の決定
3.1.材料及び方法
製造されたrAAVベクターにおけるDNA不純物の程度及び起源を調べるために、ディープシークエンシングによって4つの異なるバッチのrAAVベクターを分析した。DNAを、Nucleospin抽出IIキット(Macherey Nagel、Duren、Germany)を用いてこれらのrAAV ベクターから単離した。
このDNAを使用して、ディープシークエンシングライブラリーを調製した。
別個のシークエンシング特性を創るために、イン・シチューハイブリダイゼーションが実施される。クラスターは、初期材料の限界希釈法によって達成される。DNA断片が融解され、単一鎖が、プライマーの歯状ローン(dens lawn)によって覆われたフローセルの内側にトラップされる。続いて局所性の増幅(ブリッジPCR)により、一平方マイクロメータ当たりおよそ1000の同一分子のクラスターの形成が導かれる。塩基の取り込みは、プライマー、ポリメラーゼ及び4つのフルオロフォア標識デオキシヌクレオチド三リン酸を加えることによって開始される。dNTPsは可逆的なターミネーターとして作用する、つまり、各サイクルにおいて一分子当たり一塩基のみ加えられる。クラスター蛍光が測定されて、どの塩基が組み込まれてきたかが同定される。グリーンレーザーは、塩基G及びTの取り込みを識別し、レッドレーザーは、塩基A及びCを識別する。2つの異なるフィルターを使用して、それぞれG/TとA/Cの間が区別される。シグナル検出後、フルオロフォア及びヌクレオチドの終結修飾は、除去される(Dohm、J. C.、Lottaz、C.、Borodina、T.、and Himmelbauer、H. (2008)、Nucleic Acids Res. 36、e105;Shendure、J. and Ji、H. (2008)、Nat. Biotechnol. 26、1135−1145;Rothberg、J. M. and Leamon、J. H. (2008)、Nat. Biotechnol. 26、1117−1124;Kahvejian、A.、Quackenbush、J.、and Thompson、J. F. (2008)、Nat. Biotechnol. 26、1125−1133)。この方法は、不純物としてどんなタイプの配列が存在するか及び特定の配列集団の間の比がどれほどであるかを決定するため特に有用であり得る。分析を、ServiceXS(Leiden)によって実施した。
標準の次世代シーケンシング実験により、2千万超の短いリードがもたらされ、これは参照配列に対して整列される又はコンティグを生産するためにデノボアセンブリさせられることを必要とする。ここでは、全内容のシークエンシングに際して、リードをいくつかの参照配列に対して整列させた。これらの参照配列は、rAAVベクター調製物中に存在することが知られているDNA分子を代表する。これには、意図されるゲノム及び生産関連DNA不純物が含まれる。アラインメントを、CLC_bioアライナーによって実施した。実験において塩基ごとに読まれる頻度により、その相対的な出現についての、他の測定された配列と比較した情報が提供される。ヌクレオチド当たりのリードを、各参照配列について取得した(図4)。参照配列のヌクレオチドが8〜12倍超読まれる場合、配列情報は高い信頼度を有することが一般に受け入れられている(Schuster、S. C. (2008)、Nat. Methods 5、16−18)。
3.2結果
全DNAシークエンシングを使用して、異なるAAVバッチのDNA組成物を分析した。分析を、Ilumina GAI−IIの単一のリードシークエンシング手順に基づくBaseclear (Leiden、The Netherlands)によって実施した。生じた品質トリムした生の配列データ(quality trimmed raw sequence data)を、CLC_bioバイオインフォマティクソフトウェアの支援のもとで分析した。リードを、rAAVベクター調製物中の潜在的に存在するDNA分子、すなわち、バキュロウイルス骨格、cap特異的、rep特異的及び導入遺伝子特異的なDNAを表す参照配列に参照アセンブリした。予想どおり、生成された約2千万のリードのうちの大多数、99.7%超が、意図されるDNA導入遺伝子カセットに対して及び公知の生産関連DNA不純物に対してアセンブリした。任意の言及された参照配列に対してアセンブリさせられない、全ての他の配列(0.3%未満)は、シークエンシングエラー、リンカー多量体化、低品質リード及び他のDNA配列を表すことがある。
ヌクレオチド当たりのカウントを、導入遺伝子カセット、capカセット、repカセット及びバキュロウイルスゲノムについて取得し、ヌクレオチド数に対してプロットした(図4及び図5を参照されたい)。ヌクレオチド当たりのリード頻度の分布は、異なるバッチ調製物の間で高度に一致していた。さらに、バキュロウイルスゲノムの分布が、ランダムではないことが明らかとなった。ITR.sに隣接するゲノムセグメントは、明らかに過剰に存在していた(図5)。
本発明者らは、rAAV調製物において見出される様々なDNA配列の相対的な出現を算出するためのインプットとしてシークエンシング実験から取得されたリードの平均分布を使用した(表2)。
Figure 0006741345
表2は、所与の配列当たりの取得された平均頻度(複数可)を示す。これらの頻度は、試料中の主なDNA、すなわち、表3における導入遺伝子カセットと関連させて提示される。所与の不純物のパーセンテージは、以下に提示される式に従い、サイズ補正係数を考慮して、導入遺伝子カセットと関連させて算出される。
bac=Sbac/S導入遺伝子*Cbac*100%
式中:
bac − 導入遺伝子カセットと関連したバキュロウイルスのDNA不純物のパーセンテージ
bac − バキュロウイルス骨格について取得された平均カウント
導入遺伝子 − 導入遺伝子カセットについて取得された平均カウント
bac − 分子長補正係数、ここで、Cbac=バキュロウイルス骨格長(nt)/導入遺伝子カセット長(nt)
Figure 0006741345
Figure 0006741345
実施例4:DNA不純物の非ランダム分布
4.1.材料及び方法
次のステップは、バキュロウイルスから得られたDNA不純物の正確な起源を決定することであった。この目的を達するために、異なるバッチのrAAVベクターを、上に記載される通りIlluminaプラットホームでディープシークエンシングした。バキュロウイルスゲノムに対するリードのアラインメントにより、ディープシークエンシングライブラリー中の各(バキュロウイルス由来)ヌクレオチドの頻度を検査するための手段が提供される。加えて、平均頻度を、バキュロウイルスゲノムにマップされるリードの総数をヌクレオチドの数で割ることによって算出した。
4.2結果
図5は、ディープシークエンシング後のバキュロウイルスゲノムに対するリードのアラインメントを図示する。DNA不純物がランダムにバキュロウイルスゲノムから由来する場合、相対的に一様な分布が、ヌクレオチド当たり約1200リードで観察されるであろう。一様な分布は、バキュロウイルスゲノムの中央に実際にみられる。しかし、バキュロウイルスゲノムの始めに及び終わりで、リード数における激しい増加が観察される。これにより、これらの領域が、rAAVにおけるDNA不純物として過剰に存在することが示される。
実施例5:Q−PCR又はディープシークエンシングを用いる品質管理評価
5.1.材料及び方法
異なるNGS法(すなわち、Solexa及び454Roche)の定量的な性能を調べるために、得られたNGSリード分布を、qPCRでのバキュロウイルスゲノムにわたって位置する様々な標的の測定値と比較した(図6)。QPCR標的は、高度に過剰に存在する(180/181)、平均分布にマッチングする(426/427、428/429;1018/1019;1020/1021;1024/1025)及び過少に存在する(340/341)領域を表す。後者の領域を、全ての他の測定値についてのキャリブレーターとして使用した。
5.2結果
3つの異なる技術を、rAAVベクターにおけるDNA不純物のレベルを試験するため調べた。図6にされる通り、3つの技術は互いによく相関することから、rAAVベクターにおけるDNA不純物の検出のために並列して使用することができる。
図6に示される通り、NGS分析は、定量的なPCRについてのDNA単位複製配列のランダム選択が、ベクター調製物中の特定のDNA不純物の不正確な測定を導くことがあることを明らかに実証する。所与のDNA不純物の存在は、調べたDNA分子の全ての部分(これは時には136000bp長であり、例えば、バキュロウイルス骨格である)が、同じ頻度で分布するとの推定下で単位複製配列測定に基づいて算出される。ここで提示される分析は、バキュロウイルスゲノムなどの長いDNA分子の様々なセグメントが、異なるDNA配列の不均等なパッケージングにより異なる頻度で、ベクター調製物に混入され得ることを明らかに示す。
Figure 0006741345

Figure 0006741345
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Claims (9)

  1. パルボウイルスベクターを含む組成物中の過剰に存在する核酸不純物を同定する及び定量する方法であって、
    a)前記組成物を核酸シークエンシングに供してヌクレオチド配列のランダムリードを得るステップであって、前記核酸シークエンシングが、ハイスループットシークエンシングを含む、ステップ
    b)ステップa)からのランダムリードと、前記組成物を生産するためのプロセスにおいて使用される生物学的成分のヌクレオチド配列とを比較し、それによってランダムリードと生物学的成分のヌクレオチド配列の間のマッチ度が核酸不純物を同定するステップ;
    c)パルボウイルスベクター当たりのリードの平均数を決定するステップ;及び
    d)過剰に存在する核酸不純物のヌクレオチド当たりのリードの数を決定するステップであって、核酸不純物は、リードの分布が、ランダムではなく、過剰に存在する不純物が、前記生物学的成分のヌクレオチド配列のリードの平均数の2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20若しくは50倍を含む場合に、又は核酸不純物のヌクレオチド当たりのリードの数が、パルボウイルスベクター当たりのリードの平均数の少なくとも0.001、0.01、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0若しくは10%である場合に、過剰に存在する不純物として同定されるステップ
    を含む方法。
  2. パルボウイルスベクターが、組換えアデノ関連ウイルス(rAAV)ベクターである、請求項1に記載の方法。
  3. 生物学的成分のヌクレオチド配列が、宿主細胞、プラスミド、組換えパルボウイルスベクター以外のベクター及びヘルパーウイルスのヌクレオチド配列からなる群から選択され、前記ベクターが、バキュロウイルスベクターである、請求項1又は2に記載の方法。
  4. ヘルパーウイルスが、組換えアデノウイルス及び/又は組換え単純ヘルペスウイルスである、請求項に記載の方法。
  5. 前記生物学的成分のヌクレオチド配列が、Rep、Cap及び/又は導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記生物学的成分が、導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記生物学的成分が、少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記生物学的成分が、各側において少なくとも1つのパルボウイルスITRと隣接する導入遺伝子をコードするヌクレオチド配列を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 過剰に存在する核酸不純物が、第2又はさらなる組成物において定量される、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。
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