JP6871169B2 - 相同組換え因子 - Google Patents

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Description

本発明は、相同組換えに影響を与えるか、又は制御する因子、これらの因子をモニタリングする方法、相同組換えを調節する薬剤をスクリーニングするためのこれらの因子の使用、及び相同組換えを調節する方法に関する。
乳癌及び卵巣癌の抑制因子であるBRCA1、PALB2並びにBRCA2は、相同組換え(HR)によるDNA2本鎖切断(DSB)修復を促進する(8〜10)。BRCA1は、このプロセスにおいて最低限2つの別々の段階で作用する。第一に、BRCA1は、DNA末端切除を促進し(11、12)、DNA末端切除は、相同性検索及び鎖侵入に必要な1本鎖(ss)DNAを生成するために核酸分解切断処理を含むHRの開始工程である(1)。第2に、BRCA1はPALB2と相互作用して(13〜15)、DSB部位へのBRCA2(13)及びRAD51(16、17)の動員を引き起こす。DSB部位に隣接するクロマチン上のBRCA1の蓄積はG1細胞内で著しく抑制されることから(18)、細胞周期のこの段階での相同組換えの強力な阻害が連想される。G1でのBRCA1動員の阻害は、末端切除の2つの阻害剤である53BP1及びRIF1タンパク質(18、19)に依存している(18〜22)。BRCA1はまた、PALB2との相互作用を介してBRCA2の動員の促進に関与している(13〜15)。
BRCA1及びBRCA2に欠陥を有する腫瘍を含めて、HRによる2本鎖DNA切断を修復する能力を損なった腫瘍は、ポリADPリボースポリメラーゼ(PARP)阻害剤に非常に感受性があることが示されている。PARP阻害剤はまた、脳卒中、心筋梗塞、炎症性腸疾患、頭部外傷、及び神経変性疾患などの他の病状を治療することが提案されている。ユビキチン特異的ペプチダーゼ11(USP11)の阻害は、PARP阻害剤に対して細胞を高度な感受性を持たせることが示されており、腫瘍におけるUSP11の状態又は他のHRタンパク質の状態がPARP阻害剤の使用のためのバイオマーカーを提供し得ることが提案されている(Wiltshireら、JBC 285(19),14565−14571,2010)。
相同組換え修復タンパク質に影響を与えるか、又は制御する因子の特定及び評価並びにG1細胞内でHRを抑制するのに必要かつ十分である事象の特定が望ましい。加えて、USP11に影響を与えるか、又は制御する因子の特定及び評価は、PARP阻害剤治療の選択及びモニタリング、特に、PARP阻害剤の耐性の出現をさせないか、又は遅らせる治療の選択を容易にし得る。
本発明者らは、細胞周期が、BRCA2の機能をS/G2期に制限するためにPALB2−BRCA2とBRCA1の相互作用をしっかり制御することを見出した。PALB2上のBRCA1相互作用部位は、カリン3(CUL3)−RBX1と複合体を形成するPALB2相互作用タンパク質(6)であるKEAP1で構成されたE3ユビキチンリガーゼによりターゲティングされる(7)。PALB2のユビキチン化は、BRCA1との相互作用を抑制し、細胞周期の制御下にある脱ユビキチン化酵素のUSP11によって相殺される。DNA末端切除の活性化と組み合わせたBRCA1−PALB2相互作用の回復は、RAD51動員、予定外のDNA合成及びCRISPR/Cas9ベースの遺伝子ターゲティングアッセイによって測定されるとおり、G1期の細胞内でHRを誘導するのに十分であった。G1でHRを止める機構は、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体アセンブリの阻害を含むDNA損傷部位へのBRCA2動員の多段階阻止と連動したDNA末端切除の抑制から最低限なる。定義された因子によるG1細胞内でのHR誘導能は、非分裂細胞又はG1期で休止している細胞内での遺伝子ターゲティング用途に使用され得る。研究結果はまた、ポリ(ADP−リボース)ポリメラーゼ(PARP)阻害剤と組み合わせたUSP11ターゲティングベースを提供する。
本発明者らはまた、USP11が細胞周期−カリン4−RING−リガーゼ(CRL4)によって制御され、DCAF10がUSP11 E3リガーゼのためのアダプターとして作用することを見出した。
本発明は、BRCA1とPALB2の相互作用をアッセイすることにより、試料中のUSP11の活性をモニタリングする方法を提供する。
本発明は、BRCA1、PALB2、及びBRCA2の相互作用をアッセイすることにより、試料中のUSP11の活性をモニタリングする方法を提供する。
本発明は、USP11とPALB2の相互作用をアッセイすることにより、試料中のUSP11の活性をモニタリングする方法を提供する。
本発明は、DCAF10をアッセイすることにより、試料中のUSP11の活性をモニタリングする方法を提供する。
本発明は、(a)BRCA1とPALB2;(b)BRCA1、PALB2とBRCA2;(c)USP11とPALB2;及び/又は(d)USP11とDCAF10の複合体をアッセイすることによって、試料中のUSP11の活性又は発現をモニタリングする方法を提供する。
一態様において、本発明は、試料中のUSP11の活性又は発現をモニタリングする方法であって、(i)試料中の(a)BRCA1とPALB2;(b)BRCA1、PALB2とBRCA2;(c)USP11とPALB2;及び/又は(d)USP11とDCAF10の複合体を単離すること;(ii)これらの複合体のレベルを測定すること;並びに(iii)USP11の活性若しくは発現の指標としての対照と比較して、複合体の活性又は発現の増加若しくは減少を検出すること、を含む方法を提供する。
一態様において、本発明は、試料中のUSP11の活性又は発現をモニタリングする方法であって、(i)試料中の(a)BRCA1とPALB2;(b)BRCA1、PALB2とBRCA2;(c)USP11とPALB2;及び/又は(d)USP11とDCAF10の複合体を免疫学的精製によって単離すること;(ii)これらの複合体のレベルを測定すること;並びに(iii)USP11の活性若しくは発現の指標としての対照と比較して、複合体の活性又は発現の増加若しくは減少を検出すること、を含む方法を提供する。
一態様において、本発明は、試料中のUSP11の活性又は発現をモニタリングする方法であって、(i)試料中の(a)BRCA1とPALB2;(b)BRCA1、PALB2とBRCA2;(c)USP11とPALB2;及び/又は(d)USP11とDCAF10の複合体を単離すること;(ii)単離した複合体からペプチド又はペプチド断片を調製すること;並びに(iii)これらのペプチド又はペプチド断片を質量分析に供することによってUSP11の活性又は発現をモニタリングすること、を含む方法を提供する。
本発明は、PALB2のユビキチン化、特に、PALB2のN末端のユビキチン化をアッセイすることにより、試料中のUSP11の活性又は発現をモニタリングする方法を提供する。
一態様において、本発明は、PALB2のユビキチン化をアッセイすることによって試料中のUSP11の活性又は発現をモニタリングする方法であって、試料中のCRL3−KEAP1 E3リガーゼに結合したポリユビキチンの量を測定すること、並びにUSP11の活性又は発現の指標としての対照と比較して、CRL3−KEAP1 E3リガーゼに結合したポリユビキチンの増加又は減少を検出すること、を含む方法を提供する。
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別の態様において、本発明は、PALB2のユビキチン化をアッセイすることによって試料中のUSP11の活性又は発現をモニタリングする方法であって、CRL3−KEAP1 E3リガーゼの活性を測定すること、並びにUSP11の活性又は発現の指標としての対照と比較して、CRL3−KEAP1 E3リガーゼ活性の増加又は減少を検出すること、を含む方法を提供する。
本発明の方法は、試験化合物又は薬剤の存在下又は非存在下で実行することができ、試験化合物又は薬剤の非存在下での対照と比較したUSP11、DCAF10、PALB2、PALB2ユビキチン化、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、KEAP1、USP11−DCAF複合体、CRL3−KEAP1複合体、CRL3−KEAP1−PALB2複合体、及びKEAP1−PALB2複合体のうちの1以上の活性又は発現の増加若しくは減少が検出されることは、該試験化合物又は薬剤が治療薬として、又は相同組換えを調節するのに有用であり得ることを示す。
一態様において、本発明は、本発明の方法を用いてUSP11の活性又は発現に対する該薬剤の効果を決定することによって、PARP阻害剤に対して感作させるか、PARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか又は遅らせる能力について薬剤を特定又は評価する方法を提供する。
一態様において、本発明は、KEAP1、CRL3−KEAP1、KEAP1−PALB2又はCRL3−KEAP1に対する薬剤の効果を決定することによって、PARP阻害剤に対して細胞を感作させるか、又はPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか若しくは遅らせる能力について薬剤を特定又は評価する方法に関する。
一態様において、本発明は、抗癌剤を検出する方法であって、試験化合物と不死化細胞とを接触させること、及び本発明の方法を用いてUSP11活性又は発現をアッセイすること、を含む試験アッセイを行うことを含む方法を提供する。
本発明はまた、相同組換えを調節する能力について薬剤を特定又は評価する方法であって、USP11、DCAF10、PALB2、PALB2ユビキチン化、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、KEAP1、USP11−DCAF10複合体、CRL3−KEAP1複合体及びCRL3−KEAP1−PALB2複合体のうちの1以上に対する試験化合物又は薬剤の効果を決定することを含む方法を提供する。
本発明は、HRにおける欠陥と関連する疾患(すなわち、HR疾患)の治療のための治療薬をスクリーニングする方法であって、USP11、PALB2、PALB2ユビキチン化、DCAF10、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、KEAP1、USP11−DCAF10複合体、CRL3−KEAP1複合体又はCRL3−KEAP1−PALB2複合体のうちの1以上を破壊又は調節する薬剤を特定することを含む方法を提供する。
本発明のスクリーニング方法は、さらに、動物における有効性及び毒性について、特定した薬剤又はそのさらなる類似体の治療プロファイリングを行うこと;必要に応じて、許容される治療プロファイルを有すると特定された1以上の薬剤を含む医薬組成物を製剤化すること;並びに必要に応じて、対象又は個体に該薬剤を投与すること、を含み得る。
本発明は、個体におけるHR疾患を治療する方法であって、本発明の方法に従ってHRを調節する薬剤を特定すること、及び該個体に該薬剤を投与すること、を含む方法を提供する。
いくつかの実施形態において、本発明は、個体においてPARP阻害剤に対して細胞を感作させる方法であって、本発明の方法に従ってPARP阻害剤に対して細胞を感作させる薬剤を特定すること、及び該個体に該薬剤を投与すること、を含む方法を提供する。
いくつかの実施形態において、本発明は、個体におけるPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか、又は遅らせる方法であって、本発明の方法に従ってPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか、又は遅らせる薬剤を特定すること、及び該個体に該薬剤を投与すること、を含む方法を提供する。
いくつかの実施形態において、本発明は、個体において癌を治療する方法であって、本発明の方法に従って特定された抗癌剤を特定すること、及び該個体に該薬剤を投与すること、を含む方法を提供する。
本発明はまた、対象においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか又は応答を分類する方法であって、本発明の方法を用いて、該対象からの試料中のUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3、CRL3−KEAP1、USP11−DCAF10複合体、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体及びCRL3−KEAP1−PALB2複合体のうちの1以上をアッセイすることを含む方法を提供する。一態様において、対象においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか又は応答を分類する方法であって、本発明の方法を用いて、対象からの試料中のUSP11の活性又は発現をアッセイすることを含む方法を提供する。一態様において、対象においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか又は応答を分類する方法であって、本発明の方法を用いて、該対象からの試料中のPALB2活性又は発現をアッセイすることを含む方法を提供する。
一態様において、対照と比較してUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3、USP11−DCAF10、CRL3−KEAP1、BRCA1−PALB2及びBRCA1−PALB2−BRCA2の活性若しくは発現又はPALB2ユビキチン化のうちの1以上に減少がある場合に、PARP阻害剤に対して応答性があるとして対象を分類する。一態様において、対照と比較してUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3、USP11−DCAF10、CRL3−KEAP1、BRCA1−PALB2及びBRCA1−PALB2−BRCA2の活性若しくは発現又はPALB2ユビキチン化のうちの1以上に増加がある場合に、PARP阻害剤に対して応答性があるとして対象を分類する。
PARP阻害剤に対する応答性を予測する方法は、さらに、該個体に該PARP阻害剤を投与することを含み得る。
本発明は、PARP阻害剤での治療を必要とする患者を治療する方法であって、(a)該対象からの試料中のUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、USP11−DCAF10、CRL3、CRL3−KEAP1、BRCA1−PALB2及びBRCA1−PALB2−BRCA2のうちの1以上を検出し、該患者が該PARP阻害剤に対して感受性又は応答性があるかどうかを決定するために対照と比較することによって、該患者が該PARP阻害剤に対して感受性又は応答性があるかどうかを決定するために分析の結果を提供する試験を要求すること;及び(b)該患者が該PARP阻害剤に対して感受性又は応答性がある場合に、該患者に該PARP阻害剤を投与すること、を含む方法を提供する。本発明のこの方法の態様において、該患者は乳癌を有している。本発明のこの方法の態様において、該患者は卵巣癌を有している。
一態様において、本発明は、PARP阻害剤での治療を必要とする患者を治療する方法であって、(a)該対象からの試料中のUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1及び/又はCRL3を検出することによって、該患者が該PARP阻害剤に対して感受性であるかどうかを決定するために分析の結果を提供する試験を要求すること、及び(b)該患者が該PARP阻害剤に対して感受性がある場合に、該患者に該PARP阻害剤を投与すること、を含む方法を提供する。本発明のこの方法の態様において、該患者は乳癌を有している。本発明のこの方法の態様において、該患者は卵巣癌を有している。
本発明は、さらに、PARP阻害剤についての臨床試験で複数のカテゴリーのうちの1つに個体を割り当てる方法であって、本発明の方法を用いて、該対象からの試料中のUSP11、DCAF10、PALB2、PALB2ユビキチン化、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、USP11−DCAF複合体、KEAP1、CRL3−KEAP1及び/又はCRL3−KEAP1−PALB2複合体をアッセイすることを含む方法を提供する。
本発明はまた、疾患、特に癌に適切な治療計画を決定するための薬理遺伝学的方法、及びPARPの応答性、特にUSP11活性に基づく患者の選択に基づいて患者を治療する方法を提供する。
本発明の方法、特に、USP11活性又はCRL3−KEAP1活性をアッセイする方法は、新たな治療アプローチ及び化合物についての動物モデルベースのスクリーニング方法における読み出し情報として用いられ得る。一態様において、本発明の方法は、疾患状態の動物モデルにおける潜在的な新しい治療薬の有効性を予測するために利用される。
本発明は、細胞内で相同組換えを活性化又は調節する(例えば、促進する)方法であって、
(a)該細胞内でBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激すること;
(b)DNA二本鎖切断(DSB)部位へのBRCA1動員を活性化又は刺激すること;
(c)BRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2複合体と該細胞とを接触させること;
(d)KEAP1若しくはCRL3−KEAP1を阻害又は除去すること;
(e)USP11の分解を阻害するか、又はUSP11の活性を促進すること;並びに/又は
(f)DCAF10を阻害若しくは除去すること、
を含む方法を提供する。
本発明は、細胞、特に、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期の細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、該細胞にBRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2複合体を投与するか、又はそれらの複合体のアセンブリを刺激することを含む方法を提供する。
本発明はまた、細胞、特に、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)の細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、BRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激することを含む方法を提供する。
本発明はまた、細胞、特に、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)の細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、BRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体を該細胞に投与するか、又はそれらの複合体と該細胞とを接触させることを含む方法を提供する。
本発明はまた、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)の細胞内でDNA二本鎖切断を修復する方法であって、該細胞内でBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激することを含む方法を提供する。
本発明の態様において、BRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリは、そのようなアセンブリを促進若しくは刺激する薬剤又は本発明の方法を用いて特定したそのようなアセンブリを促進又は刺激する薬剤を投与することによって促進又は刺激される。一実施形態において、該薬剤は、USP11又はUSP11のアゴニストである。一実施形態において、該薬剤は、CRL−KEAP1の阻害剤である。一実施形態において、該薬剤は、KEAP1の阻害剤である。一実施形態において、該薬剤は、PALB2変異体である。一実施形態において、該薬剤は、KEAP1との相互作用を破壊するPALB2変異体である。一実施形態において、該薬剤は、そのLys20、Lys25及びLys30残基の変異を含むPALB2ある。
細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法は、1本鎖DNA(ssDNA)生成経路が活性化された細胞で実行され得る。一態様において、該細胞内のssDNA生成経路は、DNA末端切除により活性化される。
本発明はまた、DNA末端切除が活性化され、1本鎖DNAを生成するか又は生成している細胞、特に、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)の細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、該細胞内でBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激することを含む方法を提供する。
本発明はまた、DNA末端切除が活性化され、1本鎖DNAを生成するか又は生成している細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)の細胞内でDNA2本鎖切断を修復する方法であって、該細胞内でBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激することを含む方法を提供する。一実施形態において、該複合体のアセンブリは、HRを調節する薬剤を投与することにより促進又は刺激される。一実施形態において、該薬剤は、本発明の方法を用いて特定された、HRを調節する薬剤である。一実施形態において、該薬剤は、USP11又はUSP11のアゴニストである。一実施形態において、該薬剤は、CRL−KEAP1の阻害剤である。一実施形態において、該薬剤は、KEAP1の阻害剤である。一実施形態において、該薬剤は、PALB2変異体である。一実施形態において、該薬剤は、DCAF10の阻害剤である。一実施形態において、該薬剤は、カリン4−RINGリガーゼの阻害剤である。
本発明はまた、DNA末端切除が活性化され、1本鎖DNAを生成するか又は生成している細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)の細胞内でDNA2本鎖切断を修復する方法であって、BRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2複合体と該細胞とを接触させることを含む方法を提供する。
一態様において、本発明は、細胞、特に、G1又はG0の細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、KEAP1若しくはCRL3−KEAP1を阻害する工程又はKEAP1若しくはCRL3−KEAP1の阻害剤を投与する工程を含む方法を提供する。一態様において、本発明は、細胞、特に、G1又はG0の細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、USP11の分解を阻止する工程又はUSP11活性を促進若しくは刺激する工程を含む方法を提供する。一実施形態において、本方法は、USP11又はそのアゴニストを投与することを含む。一態様において、本発明は、細胞、特に、G1又はG0の細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、CRL−KEAP1を阻害する工程又はKEAP1若しくはCRL3−KEAP1の阻害剤を投与する工程及びUSP11の分解を阻止する工程又はUSP11活性を促進若しくは刺激する工程を含む方法を提供する。
本発明はまた、DNA末端切除が活性化され、1本鎖DNAを生成するか又は生成しているG1又はG0の細胞内でDNA2本鎖切断を修復する方法であって、(a)KEAP1若しくはCRL3−KEAP1を阻害すること;(b)USP11の分解を阻止するか、又はUSP11活性を促進若しくは刺激すること;(c)USP11若しくはそのアゴニストを投与すること;(d)KEAP1若しくはCRL3−KEAP1の阻害剤を投与すること;(e)DCAF10の阻害剤を投与すること;及び/又は(e)CRL−KEAP1を阻害し、USP11の分解を阻止すること、を含む方法を提供する。
細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法は、さらに、1本鎖DNA(ssDNAの)生成経路を活性化又は促進することを含み得る。一態様において、ssDNA生成経路は、DNA末端切除により活性化される。
細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法は、さらに、遺伝子編集システムを含み得る。一態様において、該遺伝子編集工程は、ヌクレアーゼと細胞とを接触させることを含む。本発明の態様において、該遺伝子編集システムは、ゲノム修飾を補正し得る。
本発明はまた、細胞、特に、G1の細胞内で相同組換えを抑制する方法であって、該細胞内でBRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリを抑制することを含む方法を提供する。一実施形態において、該相互作用は、KEAP1又はCRL3−KEAP1又はそのアゴニストを投与することによって抑制される。一実施形態において、該相互作用は、USP11のアンタゴニスト/阻害剤(例えば、ミトキサントロン)を投与することによって抑制される。一実施形態において、該相互作用は、本発明の方法を用いて特定されたHRを阻害又は抑制する薬剤を投与することによって抑制される。
本発明は、さらに、本発明の方法を実施するためのキットを提供する。
本発明はまた、該対象から得られた試料中のUSP11活性のレベル、複合体又はバイオマーカーのレベルを決定するためのアッセイ;結果を処理するためのプロセッサ;結果とデータベースを比較するためのコンピュータコード化された説明書;及び比較の結果を提供するためのユーザディスプレイを含むシステム提供する。該データベースは、USP11活性又はバイオマーカーレベルの基準値を含み得る。
本発明はまた、ゲノム修飾又は編集における本発明の方法、キット、及びシステムの使用を企図する。
一態様において、本発明は、さらに、ゲノム修飾又は編集における本発明の方法、組成物、キット、及びシステムの使用を企図するが、前記使用は手術若しくは治療によるヒト又は動物の身体の治療方法ではなく、かつ前記使用はヒトの生殖系列遺伝的同一性を変更するためのプロセスではないことを条件とする。ゲノム修飾は、細胞内の標的ポリヌクレオチド配列を変更すること、細胞内でのポリヌクレオチド配列の発現を変更すること、変異した疾患遺伝子を含むモデル細胞を作製すること、又は遺伝子をノックアウトすること、を含み得る。本発明の使用は、さらに、外来の鋳型ポリヌクレオチドを挿入することにより切断された標的ポリヌクレオチドを修復又は編集することを含み得、該修復又は編集は、標的ポリヌクレオチドの1以上のヌクレオチドの挿入、欠損、又は置換を含む変異をもたらす。
本発明の他の目的、特徴及び利点は、以下の発明を実施するための形態から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の趣旨及び範囲内の様々な変化及び変更が、発明を実施するための形態から当業者には明らかになるので、発明を実施するための形態及び本発明の好ましい実施形態を示す特定の実施例は、単に例示のために与えられることを理解されたい。
本発明を、これから、図面と関連して説明する。
G1におけるBRCA1−PALB2相互作用の阻害は、CRL3−KEAP1依存性である。a、照射(2グレイ)し、γ−Η2ΑΧ、BRCA1及びBRCA2の免疫蛍光のために処理したG1同期化U2OS細胞の顕微鏡写真。DAPI、4’,6−ジアミジノ−2−フェニルインドール;IR、電離放射線;WT、野生型。b、a及び図5Dに示した実験の定量化。ASN、非同期化分裂細胞。WT、野生型(平均±標準偏差(s.d.)、N=3)。c、モック又はS若しくはG1期で同期化したX線照射293T細胞から調製した抽出物からのPALB2の免疫沈降(IP)。通常の免疫グロブリン(Ig)G免疫沈降を対照として行った。サイクリンA染色により細胞周期の同期を確認する。左側の数字はkDaを示す。ゲルソースデータについては図5を参照されたい。d、図7aに示した実験の定量化。示したGFP−PALB2ベクター及び低分子干渉(si)RNAでトランスフェクトした53BP1Δ U2OS細胞を照射(20グレイ)した後、顕微鏡観察のために処理した(平均±s.d.、N=3)。e、示した遺伝子型を有する同期化及び照射した293T細胞から調製した抽出物からの正常IgG及びPALB2免疫沈降。左側の数字はkDaを示す。 PALB2のユビキチン化はBRCA1−PALB2相互作用を防止する。a、PALB2のN末端及び変異体の配列(配列番号1〜3)。b、示したGFP−PALB2タンパク質を発現するG1又はS期で同期化した293T細胞由来の抽出物のGFP免疫沈降(IP)。c、示したHAタグ付きPALB2タンパク質のCRL3−KEAP1によるインビトロユビキチン化。d、MBP又はMBP−BRCA1−CCとインキュベートしたユビキチン化HA−PALB2(1−103)のプルダウンアッセイ。I、インプット;FT、フロースルー;PD、プルダウン。アスタリスクは、BRCA1結合能を有するHA−PALB2の断片を示す。b〜d、左側の数字はkDaを示す。 USP11は、CRL3−KEAP1の活性に対抗する。a、示した遺伝子型を有し、GFP−USP11コンストラクトでトランスフェクトし、カンプトテシン(CPT)処理した293T細胞由来の抽出物の正常IgG又はPALB2免疫沈降(IP)。EV、空ベクター;CS、C318S;WT、野生型。b、示した遺伝子型を有し、オラパリブで処理した293T細胞のクローン原性生存アッセイ(平均±s.d.、N≧3)。c、示した遺伝子型を有するCPT処理293T細胞由来の抽出物の正常IgG又はPALB2免疫沈降。d、ユビキチン化HAタグ付きPALB2(1−103)を含有し、グルタチオンSトランスフェラーゼ(GST)−USP11又はそのC270S(CS)変異体の濃度を増加させた脱ユビキチン化反応の免疫ブロット。USP2を対照として使用した。DUB、脱ユビキチン化酵素。e、細胞周期を同期化したU2OS細胞に照射(20グレイ線量)し、免疫ブロッティングのために処理した。IR、電離放射線、f、示したsiRNAでトランスフェクトし、照射したU2OS細胞からの抽出物の免疫ブロット。CTRL、対照。g、示したsiRNAでトランスフェクトし、G1で同期化し、照射(20グレイ)した53ΒΡ1Δ U2OS細胞の蛍光顕微鏡写真。5個を超えるγ−H2AX共局在BRCA2フォーカスを有する細胞の割合を示す(平均±s.d.、N=3)。スケールバー、5μm。a、c、d、fにおいて左又は右の数字はkDaを示す。 G1期におけるHRの再活性化。a、非ターゲティング(CTRL)siRNA又はKEAP1 siRNA及び野生型CtIP若しくはT847E(TE)変異体を発現するベクターと同時トランスフェクトし、G1で同期化し、照射(2グレイ)し、γ−H2AX及びRAD51免疫蛍光のために処理した野生型(WT)及び53BP1Δ U2OS細胞の定量化(平均±s.d.、N=3)。b、aの代表的な顕微鏡写真。IR、電離放射線。c、遺伝子ターゲティングアッセイの概略図。d、非同期分割(ASN)し、G1停止したU2OS細胞におけるLMNA遺伝子座での遺伝子ターゲティング効率(平均±s.d.、N=3)。HR、相同組換え;sgRNA、単一ガイドRNA。e、示したsiRNA又はPALB2−KR発現ベクターでトランスフェクトしたG1停止細胞におけるLMNA遺伝子座での遺伝子ターゲティング(平均±s.d.、N=3)。f、相同組換えの細胞周期調節モデル。 G1 53ΒΡ1Δ細胞におけるDSB部位でのPALB2−BRCA2蓄積の抑制。a、ヒト53BP1遺伝子組織及び使用したsgRNAのターゲティング部位の概略図。ボックスはエキソンを示す。(E:黄色、コード配列;茶色、非翻訳領域(UTR))。CRISPR/Cas9によって導入された挿入欠損及びそれぞれの頻度を示す。b、野生型(WT)及び53BP1Δ及びU2OS細胞に何もしないか、又はX線照射(10グレイ)し、その後、53BP1蛍光顕微鏡のために処理した。DAPIを用いてDNAを染色し、核の輪郭をトレースした。c、野生型(WT)及び53BP1Δ U2OS細胞を53BP1免疫ブロッティングのために処理した。チューブリンをローディング対照として使用した。d、二重チミジンブロック及び解放後にG1で同期化するか、又は非同期分割(ASN)した野生型(WT)並びに53BP1Δ U2OS細胞に照射(2グレイ)し、γ−Η2ΑΧ、PALB2、BRCA2及びBRCA1の免疫蛍光のために処理した。G1におけるBRCA1及びBRCA2染色に関する顕微鏡写真は図1aに見られる。e、二重チミジンブロックからの解放後にG1で同期化した野生型(WT)及び3BP1Δ U2OS細胞に照射(20グレイ)し、γ−Η2ΑΧ、BRCA1及びBRCA2の免疫蛍光のために処理した。左はG1停止細胞についての代表的な顕微鏡写真であり、全実験の定量化を右に示す(平均±s.d.、N=3)。 BRCA1−PALB2相互作用は、細胞周期によって調節される。a、LacO/LacRクロマチンターゲティングシステムの概略図。b、U2OS 256細胞を示したmCherry−LacR及びGFP融合物でトランスフェクトした。GFPの蛍光を、lacOアレイ局在化mCherryフォーカスの部位で測定した。各円は、分析した1個の細胞を表し、バーは中央値にある。また、細胞をサイクリンA抗体で染色し、細胞周期位置を決定した(N=3)。IR、電離放射線。c、示したmCherry−LacR及びGFP融合物でトランスフェクトしたU2OS 256細胞の代表的な顕微鏡写真;データをdで定量化する。d、lacOアレイにBRCA1又はPALB2のいずれかを係留するために、示したmCherry−LacR及びGFP融合物でトランスフェクトしたU2OS 256細胞の定量化(N=3)。e、PALB2構築及びその主要な相互作用タンパク質の概略図。f、示したGFP−PALB2変異体及びmCherry−LacR−BRCA1−CCでトランスフェクトしたU2OS 256細胞の定量化。また、細胞をサイクリンA抗体で染色し、細胞周期位置を決定した(N=3)。 G1におけるBRCA1−PALB2相互作用の阻害は、CRL3−KEAP1に依存する。a、図1dに示した実験の代表的な顕微鏡写真。b、図5aに記載したように、ヒトKEAP1遺伝子組織及び使用されるsgRNAのターゲティング部位の概略図。CRISPR/Cas9によって導入された挿入欠損及びそれぞれの頻度を示す。c、照射した293T細胞から調製した抽出物からのPALB2の免疫沈降(IP)。正常IgGを用いたIPを対照として行った。d、示した遺伝子型を有する293T細胞を、示したHA−KEAP1コンストラクトでトランスフェクトし、G1又はS期で同期化し、照射した。細胞を、PALB2免疫沈降(IP)のために処理した。EV、空ベクター;WT、野生型。e、示したGFP−PALB2変異体及びmCherry−LacR−BRCA1でトランスフェクトしたU2OS 256細胞の定量化。また、細胞をサイクリンA抗体で染色し、細胞周期位置を決定した(N=3)。f、GFP−PALB2及びmCherry−LacR−BRCA1−CC(野生型又はK1406R変異体)でトランスフェクトしたU2OS 256細胞の定量化。また、細胞をサイクリンA抗体で染色し、細胞周期位置を決定した。このパネルは、BRCA1のPALB2相互作用モチーフにおける唯一のリジンがPALB2−BRCA1相互作用の細胞周期調節に関与していないことを示す。e、f、各円は、分析した細胞を表し、バーは中央値にある(N=3)。 PALB2は、CRL3−KEAP1によりユビキチン化される。a、ドキシサイクリン(DOX)誘導性HIS−Ubを発現するHEK293 Flp−InT−REX細胞を、示したsiRNAでトランスフェクトした。細胞を、Ni−NTAプルダウン(IP)のために処理した。b、USP11ターゲティングsiRNA及びFlag−PALB2発現ベクターでトランスフェクトした293T細胞を、Flag免疫沈降に続く質量分析(MS)のために処理した。特定したトリプシンジグリシン(diG)−PALB2ペプチドの代表的なMS/MSスペクトルを示す(K16、上;K43、下)。c、lacO/LacRクロマチンターゲティングシステム及びユビキチン化PALB2のインビボ定量化の概略図。d、示したmCherry−LacR−PALB2ベクターでトランスフェクトしたU2OS 256細胞の代表的な顕微鏡写真。細胞をFK2免疫蛍光のために処理した。EV、空のベクター。スケールバー、5μm。e、示したmCherry−LacR−PALB2ベクターでトランスフェクトしたU2OS 256細胞の定量化。細胞をLacOフォーカスでのFK2蛍光の定量化のために処理した。各円は分析した細胞を表し、バーは中央値にある(N=3)。また、細胞をサイクリンA抗体で染色し、細胞周期位置を決定した。統計的有意性を、クラスカル・ワリス検定によって決定した(***P<0.001;**P<0.01)。 PALB2のKEAP1及びUSP11依存的調節と相同組換えの分析。a、残基20(PALB2−KC20−Ub)及び残基45(PALB2−KC45−Ub)におけるHA−PALB2(1−103)の部位特異的化学ユビキチン化を、ジクロロアセトン連結により行った。その非修飾対応物と共に得られたユビキチン化PALB2ポリペプチドを、BRCA1(MBP−BRCA1−CC)のコイルドコイルドメインとMBPとの融合によるプルダウンに供した。I、インプット;PD、プルダウン。アスタリスクは非特異的バンドを示す。b、野生型及びKEAP1Δ293T細胞を、指示した時間、シクロヘキシミド(CHX)で処理し、次いで、NRF2及びKEAP1免疫ブロッティングのために処理した。また、アクチンレベルをローディング対照として測定した。c、カンプトテシン(CPT;200nM)で処理するか、又は処理しなかった293T細胞から調製した抽出物からのUSP11の免疫沈降(IP)。正常IgGを用いた免疫沈降を対照として行った。d、U2OS DR−GFP細胞を、示したsiRNAでトランスフェクトした。トランスフェクション後24時間の時点で、I−SceI発現ベクターを含める場合と含めない場合で、細胞を示したsiRNA耐性USP11発現ベクター(WT、野生型;CS、C318S及びCA、C318A触媒デッド変異体)又は空ベクター(EV)でさらにトランスフェクトした。GFP陽性細胞の割合を、各条件についてプラスミドトランスフェクション後48時間の時点で決定し、I−SceIプラス非標的(siCTRL)条件に対して正規化した(平均±s.d.、N=3)。e、USP11Δ細胞及びUSP11Δ/KEAP1Δ 293T細胞を作製するために使用したヒトUSP11(上)及びKEAP1(下)遺伝子組織並びに(図5aに記載した)sgRNAのターゲティング部位の概略図。CRISPR−Cas9によって導入した挿入欠損及びそれぞれの頻度を示す。USP11ノックアウトを最初に作製し、続いて、USP11Δ/KEAP1Δ二重変異体を作製するために用いた。f、示したsiRNAでトランスフェクトし、CPT(200nM)処理をした場合又はしない場合の293T細胞から調製した抽出物からのPALB2の免疫沈降。正常IgGを用いた免疫沈降を対照として行った。 USP11は、PALB2に対するKEAP1作用と拮抗する。a、U2OS DR−GFP細胞を、示したsiRNAでトランスフェクトするか又はトランスフェクトしないで放置した(−)。トランスフェクション後24時間の時点で、細胞をI−SceI発現ベクターでトランスフェクトした(円)。各条件についてのGFP陽性細胞の割合を、プラスミドトランスフェクション後48時間の時点で決定し、I−SceIプラス非標的(CTRL)条件に対して正規化した(平均±範囲、N=3)。b、親293T細胞(野生型(WT))又はUSP11Δ派生細胞を、示したGFP−PALB2コンストラクトでトランスフェクトし、CPTで処理し、GFP免疫沈降(IP)のために処理した。c、親293T細胞(野生型)又はUSP11Δ派生細胞を、空ベクター(EV)又は示したPALB2発現ベクターでトランスフェクトした。次いで、PARP阻害剤オラパリブに対する細胞の感受性を、クローン原性生存アッセイによって決定した(平均±s.d.、N=3)。 USP11タンパク質安定性の特性。a、G1又はS/G2で同期化したU2OS細胞をシクロヘキサミド(CHX)で処理し、USP11の安定性をモニタリングするために、示した時点で処理した。b、G1又はS期で同期化し、IR(20グレイ)で処理するか又は処理しなかった293T細胞から調製した抽出物からのPALB2の免疫沈降(IP)。c、U2OS細胞に2又は20グレイの線量を照射し、IR後の示した時間にUSP11免疫ブロッティングのために処理した。アクチンをローディング対照として使用した。d、モック処理するか、又はATM阻害剤KU55933(ATMi)、ATR阻害剤VE−821(ATRi)又はDNA−PKcs阻害剤NU7441(DNAPKi)とインキュベートしたU2OS細胞に照射(20グレイ)し、USP11及びアクチン(ローディング対照)免疫ブロッティングのために処理した。e、細胞を紫外線(UV)放射(50mJ/cm−2)に暴露したことを除いて、dと同様の実験。f、モック処理するか、又はプロテアソーム阻害剤MG132とインキュベートしたU2OS細胞に照射(20グレイ)し、USP11及びアクチン(ローディング対照)免疫ブロッティングのために処理した。g、モック処理するか、又はカリン阻害剤MLN4924とインキュベートしたU2OS細胞に照射(20グレイ)し、USP11及びアクチン(ローディング対照)免疫ブロッティングのために処理した。 RAD51ローディングの再活性化及びG1での不定期なDNA合成。a、53BP1Δ U2OS細胞を、示したsiRNAでトランスフェクトし、二重チミジンブロックからの解放によってG1又はS/G2で同期化し、照射(20グレイ)し、その後、蛍光顕微鏡検査のために処理した。DAPIを用いて、核の境界を追跡し、サイクリンA染色を用いて、細胞周期位置を決定した。5個を超えるγ−H2AX共局在PALB2フォーカスを有する細胞の割合を、平均±s.d.、N=3として示す。スケールバー、5μm。b、示したsiRNAでトランスフェクトし、野生型CtIPを発現する、照射したG1同期化野生型(WT)及び53BP1Δ U2OS細胞の代表的な顕微鏡写真。c、示したsiRNAでトランスフェクトし、CtIP(T847E)を発現する照射したG1同期化野生型U2OS細胞の代表的な顕微鏡写真。d、U2OS 53BP1Δ細胞をG1で同期化し、BrdUを補充し、照射(2グレイ)し、γ−H2AX及びBrdUの免疫蛍光のために処理した。5個を超えるγ−H2AX共局在BrdUフォーカスを有する細胞の割合を示す(平均±s.d.、N=3)。e、ラミンAの典型的な核周囲の発現パターンを示す、CRISPR−mCloverシステムでターゲティングしたU2OS細胞の顕微鏡写真。f、核内のPMLフォーカスに特徴的な発現パターン特性を示すmCloverシステムでターゲティングしたU2OS細胞の顕微鏡写真。g、図4dに提示した遺伝子ターゲティング(LMNA)実験のタイムライン。h、図4e及び図13に提示した遺伝子ターゲティング(LMNA又はPML)実験のタイムライン。 G1での相同組換えの分析。a、ドナーの鋳型量を増加させ、sgRNAを含める場合(灰色)又は含めない場合(白)でトランスフェクトした非同期分割U2OS細胞においてLMNA遺伝子座での遺伝子ターゲティング効率の定量化。遺伝子ターゲティング事象をフローサイトメトリーによって検出した(平均±s.d.、N≧3)。b、示したsiRNAでトランスフェクトした非同期分割細胞におけるLMNA遺伝子座での遺伝子ターゲティング効率の定量化。遺伝子ターゲティング事象をフローサイトメトリーによって検出した(平均±s.d.、N=3)。c、CtIP(T847E)変異体を発現し、示したsiRNA又はPALB2−KR発現コンストラクトで同時トランスフェクトしたG1停止53BP1Δ U2OS細胞内でフローサイトメトリーによって測定したPML遺伝子座における遺伝子ターゲティング効率(平均±s.d.、N=3)。d、KEAP1 siRNAでトランスフェクトし、CtIP(T847E)変異体を発現する、G1停止した親(野生型(WT))及び53BP1Δ U2OS細胞内でフローサイトメトリーによって測定したLMNA遺伝子座での遺伝子ターゲティング効率(平均±s.d.、N=3)。e、示したsiRNAでトランスフェクトし、野生型又はCtIP(T847E)変異体のいずれかを発現している、G1停止した親(野生型(WT))及び53BP1Δ U2OS細胞内でフローサイトメトリーによって測定したLMNA遺伝子座での遺伝子ターゲティング効率(平均±s.d.、N=3)。 DNA損傷に応答するUSP11安定性の調節因子としてのDCAF10の特定。a.U2OS細胞を他のCUL4相互作用タンパク質と共に既知の及び予測されるDCAFターゲティングsiRNAでトランスフェクトしたsiRNAスクリーニング。細胞にIR(20グレイ)又はUV(50J/m−)のいずれかを照射し、3時間回復させ、次いで、USP11免疫蛍光のために処理した。プロットした各点は、照射後に残ったUSP11の割合に相当する。赤い点は、siRNA非ターゲティング対照(CTRL)及びUSP11ターゲティングsiRNAに相当し、赤い点は、CUL4自体を含むコアCRL4因子に相当する。b.U2OS細胞を示したsiRNAでトランスフェクトし、次いで、20グレイの線量を照射し、電離放射線後の示した時間でUSP11免疫ブロッティングのために処理した。アクチンをローディング対照として使用した。 USP11の調節因子としてのDCAF10の検証。a.DCAF10はUSP11と相互作用する。293 Flp−IN/T−Rex細胞から調製した抽出物からのFlag−USP11の免疫沈降(IP)。細胞をDCAF10及びDCAF15抗体でプローブした。b.示した遺伝子型のマウス胚線維芽細胞(MEF)の全細胞抽出物をUSP11免疫ブロッティングのために処理した。チューブリンをローディング対照として使用した。c.U2OS DR−GFP細胞を、示したsiRNA又は発現ベクターでトランスフェクトした。トランスフェクション後24時間の時点で、細胞をI−SceI発現ベクターでトランスフェクトした。GFP陽性細胞の割合を、各条件についてプラスミドトランスフェクション後48時間の時点で決定し、I−SceIプラス非ターゲティング(CTRL)+空ベクター(EV)条件に対して正規化した。 KEAP1阻害は、G1細胞内でHRを活性化することができる。示したsiRNA及びR1 KEAP1阻害剤又はそのFN3足場対照のいずれかを発現するベクターでトランスフェクトしたG1停止細胞におけるLMNA遺伝子座での遺伝子ターゲティング(平均±s.d.、N=3)。
開示した薬剤の調製及び使用並びに本明細書で使用した方法の実施は、特に断らない限り、当技術分野の技術の範囲内である分子生物学、生化学、クロマチンの構造及び分析、計算化学、細胞培養、組換えDNA及び関連分野の従来技術を利用する。技術は文献に完全に開示されている(例えば、Sambrookら、分子クローニング:実験室マニュアル(Molecular Cloning:A Laboratory Manual)、第2版、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989及び第3版、2001;Ausubelら、分子生物学の現在のプロトコル(Current Protocols in Molecular Biology)、John Wiley&Sons、ニューヨーク、1987及び定期的な更新;シリーズの酵素学方法(the series Methods in Enzymology)、Academic Press、サンディエゴ;Wolffe、クロマチンの構造と機能、第3版、Academic Press、サンディエゴ、1998;酵素学の方法(Methods in Enzymology)、304巻、「クロマチン」(P.M.Wassarman及びA.P.Wolffe編)、Academic Press、サンディエゴ、1999;並びに分子生物学の方法(Methods in Molecular Biology)、119巻、「クロマチンプロトコル」(P.B.Becker編)Humana Press、トトワ、1999を参照されたい)。
特に定義しない限り、本明細書で用いる全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。以下の定義は、当技術分野のものを補足し、本出願を対象とし、任意の関連する又は関連しない場合に帰属されるべきではない。本明細書に記載のものと類似又は同等の任意の方法及び材料を本発明の実施において使用することができるが、特定の材料及び方法は本明細書に記載されている。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「1つ「(a)」、「1つ「(an)」、及び「その」は、特に文脈が明示しない限り、複数の言及を含む。本明細書で使用する場合、単語「含む(comprising)」(並びに「含む(comprise)」及び「含む(comprises)」などの含む(comprising)の任意の形)、「有する(having)」(並びに「有する(have)」及び「有する(has)」などの有する(having)の任意の形)、「含む(including)」(並びに「含む(includes)」及び「含む(include)」などの含む(including)の任意の形)は、包括的又はオープンエンドであり、追加の、列挙されていない要素又は方法の工程を除外しない。
「遺伝子編集システム」は、限定されないが、TALEN(転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ)システム、クリスパー(CRISPR(Clustered Regulatory Interspaced Short Palindromic Repeats))システム及びジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)システムを含むゲノムのターゲティング及び編集用のシステムである(TALEN及びCRISPRシステムの概説についてはNemudryi A.A.らのActa Naturae.2014 Jul−Sep;6(3):19−40;TALEN、CRISPR及びZFNシステムの概説についてはGaj T.らのTrends Biotechnol.2013 Jul;31(7):397−405;TALENシステムを説明している米国特許出願公開第20110145940;並びにZFNシステムを説明しているBibikova M.らのGenetics.2002;161(3):1169−1175;Townsend J.A.らのNature 2009;459(7245):442−445;Zhang FらのProc.Natl.Acad.Sci.USA.2010;107(26):12028−12033;Torikai H.らのBlood.2012;119(24):5697−5705;Provasi E.らのJ.Nat.Med.2012;18(5):807−8151、及びLombardo A.らのNat.Methods.2011;8(10):861−869を参照されたい)。
「CRISPRシステム」は、一般的に、クリスパー(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR))関連(「Cas」)遺伝子の発現又は活性の誘導に関与する転写物及び他の要素を指す。CRISPRシステムには、限定されないが、Cas遺伝子をコードする配列、tracr(トランス活性化CRISPR)配列(例えば、tracrRNA若しくは部分活性tracrRNA)、tracrメイト配列、ガイド配列、又はCRISPR遺伝子座からの他の配列及び転写産物が含まれ得る。CRISPRシステムの1以上の要素は、I型、II型、又はIII型のCRISPRシステムに由来し得る。CRISPRシステムは、標的配列の部位でCRISPR複合体(標的配列にハイブリダイズしたガイド配列を含み、1以上のCasタンパク質と複合体を形成する)の形成を促進する。「標的配列」又は「標的ポリヌクレオチド」は、CRISPR複合体の形成を促進する指定したガイド配列に標的配列がハイブリダイズするのに十分にガイド配列に相補的である配列を指す。標的配列は、DNA又はRNAポリヌクレオチドなどの任意のポリヌクレオチドを含み得、核、細胞質、又は細胞小器官、例えば、ミトコンドリア若しくは葉緑体の中に位置付けられ得る。内因性CRISPRシステムにおいて、内因性CRISPRシステム内にCRISPR複合体が形成すると、標的配列の中又は近傍(例えば、標的配列から1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、50、若しくはそれ以上の塩基対内)の一方又は両方の鎖が開裂する。
CRISPRシステムは、米国特許第8,697,359号、同第8,771,945号、同第8,795,965号、同第8,865,406号、同第8,871,445号、同第8,889,356号、同第8,889,418号及び同第8,895,308号;米国特許公開第2014−0310830号、同第2014−0287938号、同第2014−0273234号、同第2014−0273232号、同第2014−0273231号、同第2014−0256046号、同第2014−0248702号、同第2014−0242700号、同第2014−0242699号、同第2014−0242664号、同第2014−0234972号、同第2014−0227787号、同第2014−0189896号、同第2014−0186958号、同第2014−0186919号、同第2014−0186843号、同第2014−0179770号及び同第2014−0179006号、同第2014−0170753号、及び同第20150232883号;欧州特許出願EP 2771468(EP13818570.7)、EP 2764103(EP13824232.6)、及びEP 2784162(EP14170383.5);及びPCT特許公開WO2014/093661(PCT/US2013/074743)、WO2014/093694(PCT/US2013/074790)、WO2014/093595(PCT/US2013/074611)、WO2014/093718(PCT/US2013/074825)、WO2014/093709(PCT/US2013/074812)、WO2014/093622(PCT/US2013/074667)、WO2014/093635(PCT/US2013/074691)、WO2014/093655(PCT/US2013/074736)、WO2014/093712(PCT/US2013/074819)、WO2014/093701(PCT/US2013/074800)、WO2014/018423(PCT/US2013/051418)及びWO2014/093622(PCT/US2013/074667)に記載されている。CRISPR−Casシステムの一般的な情報はまた、以下の刊行物に記載されている:Cong, L.らのScience,February 15;339(6121):819−23(2013);Jiang W.らのNat Biotechnol March;31(3):233−9(2013);Wang H.らのCell May 9;153(4):910−8(2013);Konermann S.らのNature.2013 Aug.22;500(7463):472−6.doi:10.1038/Nature12466.Epub 2013 Aug.23;Ran,F A.らのCell August 28.pii:S0092−8674(13)01015−5.(2013);Hsu,P.らのNat Biotechnol doi:10.1038/nbt.2647(2013);Ran,F A.らのNature Protocols November;8(11):2281−308.(2013);Shalem,O.らのScience December 12.(2013).(印刷前の電子出版);Nishimasu,H.らのCell Feb.27.(2014).156(5):935−49;Wu X.らのNat Biotechnol.(2014) Apr.20.doi:10.1038/nbt.2889;PlattらのCell 159(2):440−455(2014) doi:10.1016/j.cell.2014.09.014;HsuらのCell 157,1262−1278(Jun.5,2014)(2014);WangらのScience.2014 Jan.3;343(6166):80−84.doi:10.1126/science.1246981;DoenchらのNature Biotechnologyオンライン出版 3 Sep.2014;doi:10.1038/nbt.3026;Storrs,The Scientist,Article No.39239,March 1,2014;及びSwiechらのNature Biotechnology;オンライン出版 19 Oct.2014;doi:10.1038/nbt.3055)。いくつかのプログラム、例えば、MITのCRISPRデザイン(http://crispr.mit.edu)及びドイツ癌研究センターが開発したE−CRISP(www.e−crisp.org/E−CRISP)が、ガイド配列を設計するのに利用可能である。CRISPRシステムは、Editas Medicine(マサチューセッツ州ケンブリッジ)、Caribou Biosciences(カリフォルニア州バークレー)、CRIPSR Therapeutics(スイスのバーゼル)、Addgene(マサチューセッツ州ケンブリッジ)及びIntellia Therapeutics(マサチューセッツ州ケンブリッジ)が開発したシステムか、又はそれらから利用可能なシステムも含む。
「DNA末端切除」は、一般に、3’末端1本鎖DNAの形成をもたらすDNA2本鎖切断の5’末端鎖の核酸分解を指す。真核生物におけるDNA末端切除は、2つの段階を含む:哺乳動物内でMre11−Rad50−Nbs1(MRN)複合体によって触媒される遅い初期段階、及びエキソヌクレアーゼExo1又はヘリカーゼブルーム症候群(helicase Bloom Syndrome)のタンパク質(BLM)によって触媒される第2のより速い段階。DNA末端切除は、アクセサリータンパク質CtIP(網膜芽細胞腫結合タンパク質8としても知られる)のリン酸化を含む細胞周期活性化工程によって開始される。DNA末端切除に関与する経路は、TP53BP1(53BP1)若しくはRIFを阻害することによってDNA2本鎖切断へのBRCA1動員を刺激又は活性化することによって、或いは、DNA2本鎖切断部位への53BP1又はRIFの動員を阻止することによって活性化することができる。一態様において、DNA末端切除は、53BP1(若しくはRIF)の発現及び/又は活性を阻害し、構成的リン酸化を模倣するCtIPの変異型、例えば、CtIP−Thr847Gluを発現させることによって活性化され得る。一態様において、DNA末端切除は、53BP1の阻害剤及び構成的リン酸化を模倣するCtIPの変異型、特に、CtIP−Thr847Gluを用いて再構成又は活性化される。一態様において、DNA末端切除は、精製したヒトタンパク質:ブルームヘリカーゼ(BLM);DNA2ヘリカーゼ/ヌクレアーゼ;エキソヌクレアーゼ1(EXO1);MRE11、RAD50、及びはNBS1(MRN)を含む複合体;並びに複製タンパク質A(RPA)を用いて再構成又は活性化され得る(DNA末端切除の説明についてはNimonkar A.V.らのGenes & Development 25:350−362,2011;Huertas,P,Nat Struct Mol Biol,17(10:11−16,doi:10.1038/nsmb.1710,2010;Jimeno S.らのNucl.Acids Res doe:101093/nar/gkui384,2015を参照されたい)。
「相同組換え」と「HR」は、類似又は同一のヌクレオチド配列のDNA鎖が交換される遺伝子組換えの種類を指す。HRは、以下の一般的な工程によりDNA2本鎖切断(DSB)を修復するために細胞が使用することができる。DSBが、ヌクレアーゼ及びヘリカーゼによって切除され、3’ 1本鎖DNA(ssDNA)オーバーハングを生成し、その上に、RAD51リコンビナーゼが核タンパク質フィラメントとして集合したときにHRが開始される。この構造は、修復DNA合成のための鋳型として使用される相同な2本鎖DNAに侵入することができる。生じた中間体は代謝され、クロスオーバーのない生成物をもたらし、それによって、2本鎖切断前に存在していた、損傷を受けたDNA分子を復元することができる(San FilippoらのAnnu.Rev.Biochem.2008.77:229−57)。この用語はまた、1本鎖ドナーオリゴヌクレオチド(ssODN)を用いた組換え、特に、切除を必要とし、53BP1阻害剤によって活性化され得る1本鎖ドナーオリゴヌクレオチド(ssODN)を用いた組換えを含む。
「HR疾患」は、HR欠陥と関連し得るか、又はHR欠陥によって特徴づけられ得る障害として認識又は診断される全ての障害、疾患、状態、症候群又は徴候若しくは症状の組み合わせを指す。例示的な疾患には、例えば、癌、心不全、高血圧症及びアテローム性動脈硬化症を含む心血管疾患、呼吸器疾患、腎疾患、クローン病及び潰瘍性大腸炎などの炎症性腸疾患を含む胃腸疾患、肝炎及び肝硬変を含む肝臓、胆嚢及び胆管の疾患、血液疾患、代謝疾患、糖尿病を含む内分泌疾患及び生殖疾患、骨及び骨塩の代謝疾患、関節リウマチ、エリテマトーデスなどの自己免疫疾患及び他の自己免疫疾患を含む免疫系疾患、関節炎を含む筋骨格及び結合組織疾患、軟骨無形成症、感染症、並びにアルツハイマー病、ハンチントン病及びパーキンソン病など神経疾患が含まれる。
本発明の方法を用いて、相同組換えを媒介する遺伝子、例えば、BRCA1、BRCA2、PALB2、PARP−1、USP11、RAD51、及び/又はDCAF10の欠陥によって引き起こされる疾患をモニタリング又は治療することができる。
本発明の実施形態は、癌腫、メラノーマ、リンパ腫、肉腫、芽細胞腫、白血病、骨髄腫、骨肉腫、神経腫瘍、及び乳房、卵巣、及び前立腺などの臓器の癌を含むが、これらに限定されない様々な癌のモニタリング又は治療を提供する。
一実施形態において、本発明は、BRCA−1欠損、BRCA−2欠損、デュアルBRCA−1/BRCA−2欠損、及びファンコニ貧血を有する癌のモニタリング又は治療を提供する。本発明の実施形態において、該癌は、乳癌、特に、浸潤性乳管癌及び浸潤性小葉癌である。本発明の実施形態において、該癌は、卵巣癌、特に、上皮性卵巣腫瘍、胚細胞卵巣腫瘍、及び性索間質性腫瘍である。
相同組換えを活性化又は調節するための本発明の方法を用いて、遺伝性障害と関連したポリヌクレオチドを遺伝的に変更してよい。いくつかの実施形態において、該遺伝性障害は、単一遺伝子障害である。いくつかの実施形態において、該遺伝性障害は、多遺伝子障害である。いくつかの実施形態において、該遺伝性障害は、1個以上のSNPと関連する。本発明の特定の実施形態において、ゲノム修飾は点変異を補正する。
遺伝性障害及び遺伝性障害と関連するポリヌクレオチド配列の例は、公開された特許及び出願(例えば、米国出願公開第2015/0247150を参照されたい)、及び刊行物(例えば、補足情報を含めてTuritz Cox D.B.らのNature Medicine 21,121−131,2015;及びO’Connor T.P.及びR.G.Crystal,Nature Reviews/Genetics Volume 7,April 2006、ページ261−276、及びそこに引用される出版物を参照されたい)に記載のワールドワイドウェブ(例えば、米国立バイオテクノロジー情報センター、国立医学図書館(マサチューセッツ州ベセスダ)又はマキュージック・ネイサンズ(McKusick−Nathans)遺伝医学研究所ジョンズ・ホプキンス大学(メリーランド州ボルティモア))上で見つけられ得る。
一態様において、該遺伝性障害は、筋肉の遺伝性障害である。一態様において、該遺伝性障害は、筋緊張性ジストロフィー1型である。一態様において、該遺伝性障害は、筋緊張性ジストロフィー2型である。一態様において、該遺伝性障害は、デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)でる。一態様において、該遺伝性障害は、ベッカー型筋ジストロフィーである。
一態様において、該遺伝性障害は、肝臓の遺伝性障害、例えば、α−1アンチトリプシン欠乏症、ウィルソン病、遺伝性ヘモクロマトーシス、I型チロシン血症、糖原病IV型、アルギニノコハク酸リアーゼ欠損症、シトリン欠損、コレステロールエステル蓄積症及び遺伝性果糖不耐症である。
一態様において、該遺伝性障害は、セリンプロテアーゼ阻害剤AATをコードするセルピナ1遺伝子の変異に起因する常染色体劣性(共優性)疾患であるα−1アンチトリプシン欠損症である。
一態様において、該遺伝性障害は、肝臓中の銅のレベルを調節する肝細胞が主に発現するタンパク質であるATP7B銅転移酵素をコードする遺伝子の変異に依存するウィルソン病である。
一態様において、該遺伝性障害は、肺の遺伝性障害である。
一態様において、該遺伝性障害は、膜貫通タンパク質のATP結合カセットスーパーファミリーのメンバーである嚢胞性線維症膜貫通制御因子(CFTR)タンパク質の変異によって引き起こされる常染色体劣性疾患の嚢胞性線維症である。
本発明の他の態様において、該遺伝性障害は、血友病、α1−アンチトリプシン欠損症、カナバン病、アデノシンデアミナーゼ欠損症、X連鎖重症複合免疫不全症、家族性アミロイド多発性神経障害、地中海貧血、テイ・サックス病、遅発型小児性神経セロイドリポフスチン、ムコ多糖症、ニーマン・ピック病、軟骨無形成症、ハンチントン病、脊髄小脳失調症、フリードライヒ運動失調症、筋萎縮性側索硬化症、一遺伝子性高コレステロール血症及び他の単一遺伝子障害であり得る。
本発明の態様において、該遺伝性障害は鎌状赤血球貧血であり、本発明の方法は、そのパラログHBDとの遺伝子変換によって変異したHBBヘモグロビン遺伝子を補正することを含む。
「有効量」は、特定の生物学的結果を達成するのに効果的な、本明細書に記載の化合物又は組成物の量を指す。このような結果は、限定されないが、当技術分野において適切な任意の手段によって決定されるように、本明細書に開示される疾患又は状態の治療を含む。
「PARP阻害剤」は、ADPRT(NAD:タンパク質(ADP−リボシルトランスフェラーゼ(重合))及びPARS(ポリ(ADP−リボース)シンテターゼ)とも呼ばれる核酵素ポリ(アデノシン5’−ジホスホ−リボース)ポリメラーゼ(「ポリ(ADP−リボース)ポリメラーゼ」又は「PARP」の阻害剤を指す。PARP阻害剤は、Banasikらの「ポリ(ADP−リボース)合成酵素及びモノ(ADP−リボシル)トランスフェラーゼの特異的阻害剤(Specific Inhibitors of Poly(ADP−Ribose) Synthetase and Mono(ADP−Ribosyl)−Transferase)」、J.Biol.Chem.、267:3、1569−75(1992)、及びBanasikらの「ADPリボシル化反応の阻害剤及び活性化因子(Inhibitors and Activators of ADP−Ribosylation Reactions)」、Molec.Cell.Biochem.,138,185−97(1994)に記載されている。PARP阻害剤は、以下の特許及び特許出願に開示又は記載されている:WO 00/42040;WO 00/39070;WO 00/39104;WO 99/11623;WO 99/11628;WO 99/11622;WO 99/59975;WO 99/11644;WO 99/11945; WO 99/11649;及びWO 99/59973;米国特許第8,894,989号、同第8,946,221号、同第8,778,966号、同第8,669,249号、同第8,623,884号、同第8,592,416号、同第8,546,368号、同第8,541,417号、同第8,541,403号、同第8,420,650号、同第8,362,030号、同第8,236,802号、同第8,217,070号、同第8,188,103号、同第8,188,084号、同第8,183,250号、同第8,173,682号、同第8,129,382号、同第8,088,760号、同第8,080,557号、同第8,071,623号、同第8,058,275号、同第8,012,976号、同第8,008,491号、同第7,999,117号、同第7,956,064号、同第7,875,621号、同第7,820,668号、同第7,750,008号、同第7,732,491号、同第7,728,026号、同第7,652,014号、同第7,601,719号、同第7,462,724号、同第7,087,637号、同第7,041,675号、同第6,977,298号、同第6,924,284号、同第6,737,421号、同第6,635,642号、同第6,495,541号、同第6,444,676号、同第6,395,749号、同第6,380,211号、同第6,380,193号、同第6,346,536号、同第6,197,785号、同第5,756,510号、及びRe.36,397。
本発明の態様において、該PARP阻害剤はオラパリブ(AstraZeneca)である。本発明の態様において、該PARP阻害剤は、ベリパリブ(AbbVie社、イリノイ州シカゴ)である。本発明の態様において、該PARP阻害剤は、ルカパリブ(Clovis Oncology社、コロダド州ボールダー)である。本発明の態様において、該PARP阻害剤は、INO−1001(Inotek Pharmaceuticals社、マサチューセッツ州レキシントン)である。本発明の態様において、該PARP阻害剤は、MK−4827(ニラパリブ)である(Tesaro、マサチューセッツ州ウォルサム、MontoniらのFrontiers in Pharmacology,(4),第18条、ページ1〜7も参照されたい)。本発明の態様において、該PARP阻害剤は、タラゾパリブ(Medivation社、カリフォルニア州サンフランシスコ)である。
「試料」は、細胞(例えば、腫瘍細胞)、細胞株、細胞溶解物、及び生理液、例えば、血液若しくはその亜集団(例えば、白血球、赤血球)、血漿、血清、唾液、接眼レンズ液、脳脊髄液、汗、尿、糞便、涙、気管支洗浄、拭き取り検体、ミルク、腹水、乳頭吸引、針吸引、滑液、腹膜液、洗浄液などを含む組織、抽出物、又は細胞培養物などの任意の生物学的供給源に由来する試料である。該試料は、動物、好ましくは、哺乳動物、最も好ましくは、ヒトから得ることができる。試料は、単一の個体に由来するか、又は分析前にプールすることができる。該試料は、血液からの血漿の調製、及び粘性流体の希釈など使用前に処理することができる。試料を治療する方法は、濾過、蒸留、抽出、遠心分離、濃縮、干渉成分の不活性化、及び試薬の添加などを含むことができる。
本発明の方法の実施形態において、該試料は、哺乳動物組織試料である。別の実施形態において、該試料は細胞溶解物である。別の実施形態において、該試料は細胞である。別の実施形態において、該試料はヒトの生理学的流体である。特定の実施形態において、該試料はヒト血清である。さらなる実施形態において、該試料は、白血球又は赤血球である。
用語「対象」、「個体」又は「患者」は、互換的に哺乳動物などの温血動物を指す。特に、該用語はヒトを指す。対象、個体又は患者は、本明細書に記載の疾患に罹患しているか、又は本明細書に記載の疾患を有するか若しくは本明細書に記載の疾患になりやすいことが疑われ得る。該用語はまた、馬、牛、羊、鶏肉、魚、ブタ、ネコ、イヌ、及び動物園の動物のヤギ、類人猿(例えば、ゴリラ若しくはチンパンジー)、並びにラット及びマウスなどのげっ歯類を含む、食糧のために飼育された、ペットとして飼育された、又は研究用に飼育された動物を含む。
USP11、PALB2、BRCA1、BRCA2、KEAP1、53BP1、DCAF10、RBX1、CUL3及びCtIPのNCBIアクセス番号は表1にあり、それらのヒト配列は配列表にある。
スクリーニング及びモニタリングアッセイ
本発明は、BRCA1とPALB2の相互作用、BRCA1、PALB2とBRCA2の相互作用、USP11とDCAF10の相互作用、及び/又はUSP11とPALB2の相互作用をアッセイすることにより、USP11の活性又は発現をモニタリングする方法を提供する。当業者に知られている日常的な方法を用いて、試料中のタンパク質相互作用をアッセイすることができる。例えば、BRCA1−PALB2、BRCA1−PALB2−BRCA2、USP11−DCAF10、又はUSP11−PALB2の複合体は、例えば、免疫学ベースの精製(例えば、免疫親和性クロマトグラフィー)などの親和性技術を用いて単離することができ、ペプチドは、従来の方法(例えば、ゲル電気泳動、液体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動、ナノ逆相液体クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、又は逆相高速液体クロマトグラフィー)を用いて単離した複合体から調製してもよく、ペプチド又はペプチド断片を質量分析(例えば、選択反応モニタリング質量分析(sMRM)、高分解能データ非依存分析(SWATH)、高分解能多重反応モニタリング(MRMHR)又はMS1ベースの定量化などの定量的質量分析に供してもよい。
本発明はまた、PALB2のN末端のユビキチン化をアッセイすることによりUSP11の活性をモニタリングする方法を提供する。当業者に知られている日常的な方法を用いて、試料中のユビキチン化をアッセイすることができる。例えば、ユビキチン化又はPALB2は、PALB2の変化(例えば、重量、米国特許第6,413,725号を参照されたい)、CRL3−KEAP1 E3リガーゼに結合したポリユビキチンの量(例えば、EP 1268847を参照されたい)、及び/又はCRL3−KEAP1 E3リガーゼの活性(例えば、米国特許公開第2013/0116152を参照されたい)を測定することによってアッセイされ得る。選択反応モニタリング質量分析(sMRM)、高分解能データ非依存分析(SWATH)、高分解能多重反応モニタリング(MRMHR)又はMS1ベースの定量化などの質量分析技術を用いて、PALB2 N末端からのペプチド上のユビキチン残骸をモニタリングし、その後、プロテアーゼ消化することもできる。より具体的な例において、ユビキチン化PALB2のトリプシン消化に相当する同位体標識合成ペプチドの調製、特に、Lys14、Ly16、Lys20、Lys25、Lys30、Lys43又はLys45上でのユビキチン化に相当するものは、PALB2ユビキチン化の程度を定量化するための内部標準として使用することができる。
一態様において、本発明は、試料中のPALB2ポリペプチドのユビキチン化をアッセイする方法であって、試料中のユビキチン化PALB2ポリペプチドをプロテアーゼで消化し、それによって複数の試験ペプチドを生成すること;ユビキチンと試験ペプチドのリジン残基の間の少なくとも1つのイソペプチド結合の存在を質量分析によって決定し、ユビキチン化部位の数を決定し、それによって試料中のPALB2ポリペプチドのユビキチン化の量を決定すること、を含む方法を提供する。一実施形態において、該試験ペプチドは、PALB2 N末端からのものである。一実施形態において、リジン残基は、Lys14、Lys16、Lys20、Lys25、Lys30、Lys43又はLys45に相当する。該方法は、定量アッセイの対照を提供するためにPALB2の異なるペプチドサブ配列に対応するペプチド内部標準を利用してもよい。一態様において、PALB2に対応する異なる合成ペプチド内部標準を生成し、別々に標識する。
近接ライゲーションアッセイ(PLA)も用いて、DNAベースの検出を使用して、BRCA2などのBRCA1とPALB2との間の相互作用及び/又はPALB2相互作用タンパク質をアッセイすることによりUSP11の活性をアッセイしてもよい。例えば、相互作用の結合パートナー(例えば、PALB2及びBRCA1)に対する一次抗体を細胞溶解物に添加する。PLAプローブ又は近接プローブと呼ばれる抗体の第2のセットは、一次抗体の第1のセットを認識する。PLAプローブは、近接したときに、アッセイ特異的DNA分子を構築するDNA鎖を含有する。次いで、このDNA分子を、増幅し、例えば、蛍光プローブを用いて検出することができる(例えば、Soderberg O.らのNat.Methods.,2006 December;3(12):995−1000;Jarvius M.らのMol.Cell.Proteomics,2007 September;6(9):1500−9)を参照されたい)。
一態様において、本発明は、試料中のBRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2相互作用をアッセイする方法であって、相互作用の各結合パートナーに対する一次抗体と該試料とを接触させること;それぞれが近接プローブと結合したオリゴヌクレオチドを有する、対応する一次抗体に結合する二次抗体を含む近接プローブと該試料とを接触させることを含み、近接プローブのオリゴヌクレオチドが互いに十分近接している場合に、該近接プローブのオリゴヌクレオチドは相互作用して、増幅産物を生成するローリングサークル複製により増幅された環状生成物を形成し、増幅産物を測定し、それによって該相互作用をアッセイ又は測定する方法を提供する。
BRCA1とのPALB2(又はBRCA2などの関連タンパク質)インサイチュ共局在をモニタリングするアッセイはまた、USP11活性をモニタリングする方法を提供することができる(本明細書の実施例を参照されたい)。例えば、(BRCA1又はγ−Η2ΑΧなどの他のマーカーによりマークされた)DNA損傷部位におけるPALB2局在は、USP11活性に依存する。そのようなアッセイにおいて、細胞を固定し、透過処理し、次いで、PALB2、BRCA2又はそれらの関連タンパク質(例えば、BRCA1)を検出する抗体とインキュベートする。標識二次抗体を添加すると、フォーカスと呼ばれる核内構造体におけるDNA損傷部位でのタンパク質蓄積のインサイチュ可視化を可能にする。(電離放射線又は他の染色体異常の治療など)遺伝毒性傷害が加わると、「フォーカス」の数が増加し、アッセイのダイナミックレンジを増大させることを含めることができる。
近接ライゲーションアッセイ及びインサイチュ共局在アッセイを用いて、本明細書に開示した相互作用のいずれかをアッセイすることができることが理解されるであろう。
本発明の方法は、試験化合物又は薬剤の存在下又は非存在下で実行することができ、試験化合物又は薬剤の非存在下での対照と比較したUSP11、DCAF10、PALB2、PALB2ユビキチン化、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、KEAP1、USP11−DCAF10複合体、CRL3−KEAP1複合体、CRL3−KEAP1−PALB2複合体、及びKEAP1−PALB2複合体のうちの1以上の活性又は発現の増加若しくは減少が検出されることは、該試験化合物又は薬剤が治療薬として、又は相同組換えを調節するのに有用であり得ることを示す。
一態様において、本発明は、本発明の方法を用いて、USP11活性に対する薬剤の効果を決定することによって、PARP阻害剤に対して感作させるか、又はPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか若しくは遅らせる能力について薬剤を特定又は評価する方法を提供する。一態様において、USP11に対する負の効果は、該薬剤がPARP阻害剤に対する細胞の感作物質であるか、又はPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか若しくは遅らせることができることを示す。一態様において、USP11に対する正の効果は、該薬剤がPARP阻害剤に対する細胞の不十分な感作物質であることを示す。一態様において、PARP阻害剤に対して感作させるか、又はPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか若しくは遅らせる薬剤の能力は、USP11活性のレベルの、対照から得られるそのようなレベルと比較した時の減少によって決定される。一態様において、PARP阻害剤に対して感作させるか、又はPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか若しくは遅らせる薬剤の能力は、USP11活性のレベルの、対照から得られるそのようなレベルと比較した時の増加によって決定される。
本発明はまた、KEAP1、CRL3−KEAP1、又はKEAP1−PALB2に対する薬剤の効果を決定することによって、PARP阻害剤に対して細胞を感作させるか、又はPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか若しくは遅らせる能力について薬剤を特定又は評価する方法に関する。一態様において、KEAP1(KEAP1又はCRL3−KEAP1活性の損失)に対する負の効果は、該薬剤がPARP阻害剤に対する細胞の不十分な感作物質であることを示す。一態様において、KEAP1又はCRL3−KEAP1活性に対する正の効果は、該薬剤がPARP阻害剤に対する細胞の感作物質であるか、又はPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか若しくは遅らせることができることを示す。一態様において、PARP阻害剤に対して感作させるか、又はPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか若しくは遅らせる薬剤の能力は、KEAP1、CRL3−KEAP1、KEAP1−PALB2若しくはCRL3−KEAP1の活性又は発現のレベルの、対照から得られたそのようなレベルと比較した時の増加によって決定される。一態様において、PARP阻害剤に対して感作させるか、又はPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか若しくは遅らせる薬剤の能力は、KEAP1、CRL3−KEAP1、KEAP1−PALB2若しくはCRL3−KEAP1の活性又は発現のレベルの、対照から得られたそのようなレベルと比較した時の減少によって決定される。
さらに、本発明は、抗癌剤を検出する方法であって、試験化合物と不死化細胞とを接触させること、本発明の方法を用いて、USP11活性又はCRL3−KEAP1を測定すること、及び試験化合物の非存在下での対照試験アッセイと比較すること、を含む試験アッセイを行うこと、を含む方法を企図する。一態様において、USP11の活性は、細胞内のUSP11、PALB2、DCAF10、PALB2ユビキチン化、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、KEAP1、USP11−DCAF10複合体、CRL3−KEAP1及び/又はCRL3−KEAP1−PALB2複合体を測定することによりアッセイされる。一態様において、対照と比較して、USP11の活性又は発現に対する該薬剤の負の効果が検出されることは、潜在的な抗癌剤又はPARP阻害剤の感作物質を示す。一態様において、対照と比較して、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体及び/若しくはPALB2−USP11複合体の活性又は発現に対する該薬剤の負の効果が検出されることは、潜在的な抗癌剤又はPARP阻害剤の感作物質を示す。一態様において、対照と比較して、KEAP1、CRL3−KEAP1及び/又はCRL3−KEAP1−PALB2複合体の活性又は発現に対する該薬剤の正の効果が検出されることは、潜在的な抗癌剤又はPARP阻害剤の感作物質を示す。一態様において、USP11活性のレベルの対照から得られるそのようなレベルと比較した時の減少は、薬剤が抗癌活性を有するか、又はPARP阻害剤の感作物質であることを示す。
本発明は、相同組換えを調節する能力について薬剤を特定又は評価する方法であって、USP11、DCAF10、PALB2、PALB2ユビキチン化、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、KEAP1、USP11−DCAF10複合体、CRL3−KEAP1複合体及びCRL3−KEAP1−PALB2複合体のうちの1以上に対する試験化合物又は薬剤の効果を決定することを含む方法を提供する。一態様において、本発明は、細胞内で相同組換えを調節する能力について薬剤を特定又は評価する方法であって、(i)該薬剤の存在下又は非存在下で、試料中の細胞内のUSP11、DCAF10、PALB2、PALB2ユビキチン化、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、KEAP1、USP11−DCAF10複合体、CRL3−KEAP1及び/又はCRL3−KEAP1−PALB2複合体をアッセイすること、並びに(ii)相同組換えを調節する薬剤の能力を示すものとして、対照と比較した試料中のUSP11、DCAF10、PALB2、PALB2ユビキチン化、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、KEAP1、USP11−DCAF10複合体、CRL3−KEAP1複合体及び/又はCRL3−KEAP1−PALB2複合体の増加又は減少を検出すること、を含む方法を提供する。
本発明は、HRの欠陥と関連する疾患(すなわち、HR疾患)の治療のための治療薬をスクリーニングする方法であって、USP11、PALB2、PALB2ユビキチン化、DCAF10、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、KEAP1、USP11−DCAF10複合体、CRL3−KEAP1及び/若しくはCRL3−KEAP1−PALB2複合体のうちの1以上を破壊又は調節する薬剤を特定することを含む方法を提供する。一態様において、対照と比較してUSP11、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体及び/若しくはPALB2−USP11複合体の活性又は発現に対する薬剤の正の効果が検出されることは、HR疾患の治療のための潜在的な治療剤を示す。一態様において、DCFA10、KEAP1、CRL3−KEAP1若しくはCRL3−KEAP1−PALB2複合体の活性又は発現に対する薬剤の負の効果が検出されることは、HR疾患の治療のための潜在的な治療剤を示す。
本発明の方法において使用される試験化合物は、単離された形態又は混合物中の任意の生成物であり得る。該試験化合物は、構造又は機能によって定義され得るか又は未定義であり得る。未定義の試験化合物の例としては、限定されないが、組織試料、生体液、細胞上清、植物調製物などが挙げられる。試験化合物は、Igテイル融合ペプチドを含む可溶性ペプチドなどのペプチド、D−及び/又はL−配置アミノ酸で作られたランダムペプチドライブラリー並びにコンビナトリアルケミストリー由来の分子ライブラリーのメンバー、炭水化物、核酸、アンチセンス分子、ホスホペプチド(ランダム又は部分的縮重指向のホスホペプチドライブラリーのメンバーを含む)、抗体(例えば、ポリクローナル、モノクローナル、ヒト化、抗イディオタイプ、キメラ、単鎖抗体、断片(例えば、Fab、F(ab)、及びFab発現ライブラリー断片、並びにそのエピトープ結合断片))、有機若しくは無機の小分子、又は化合物のライブラリーであり得る。試験化合物は、内因性の生理学的化合物又は天然若しくは合成化合物であり得る。
実施形態において、薬剤、特に、抗癌剤を特定するための本発明の方法は、並行して、1種以上の試験化合物を接触させることを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、並行して、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、100、1000、少なくとも2、少なくとも5、少なくとも10、少なくとも50、少なくとも100、又は少なくとも1000種の試験化合物を接触させることを含む。いくつかの実施形態において、化合物及び完全なコンビナトリアルライブラリーのハイスループットスクリーニングをアッセイする。ハイスループットスクリーニングを行うための方法は、当技術分野で周知である。本方法はまた、ロボットが実験を行うことができるように自動化することができる。
実施形態において、薬剤、特に、抗癌剤を特定するための本発明の方法は、試験化合物の存在下で細胞を接触させる工程を含む。次いで、これらの細胞を観察して、試験化合物(複数可)がUSP11活性、DCAF10、PALB2、PALB2のユビキチン化、KEAP1、CRL−KEAP1活性、BRCA1とPALB2の相互作用、USP11とPALB2の相互作用、USP11とDCAF10の相互作用、及び/又はBRCA1とPALB2とBRCA2の相互作用に影響を与えるかどうかを決定することできる。陽性対照及び陰性対照は、それぞれ、既知の量の試験化合物をアッセイに添加するか、又は化合物を添加しないで行われ得る。当業者は、適切な対照を選択し、実行することができる。
試験化合物(複数可)の活性は未知である可能性があり、本発明の方法を用いて、選択した性質を示す化合物(例えば、PARP阻害剤の感作物質)を特定してもよい。いくつかの実施形態において、試験化合物(複数可)の活性又は活性の種類は周知であるか又は予想され、本発明の方法を用いて、さらに、活性(例えば、特異性、有効性など)を特徴づけるか、又は最適化することができる。
本発明の方法はまた、該試験化合物の存在下でPARP活性をアッセイすることを含み得る。PARP活性は、ポリ(ADP−リボース)ポリマー(PAR)の変化を測定し、当業者にとって日常的な方法を用いてNADレベル及び/又はATPレベルを測定することによってアッセイされ得る。いくつかの実施形態において、NADレベルは、該試験化合物の存在下で低下する。いくつかの実施形態において、ATPレベルは、該試験化合物の存在下で低下する。いくつかの実施形態において、NADレベルは、該試験化合物の存在下で増加する。いくつかの実施形態において、ATPレベルは、該試験化合物の存在下で増加する。
本発明の方法は、試験化合物の投与後に細胞が壊死したかどうかを決定する工程を含み得る。細胞が壊死したかどうかを決定するために、当業者に公知の日常的な方法を用いて、細胞の物理的特徴を分析することができる。例えば、壊死は、凝縮することなく、オルガネラ腫脹、原形質膜の崩壊、細胞内空胞形成、及び核分解を測定することによって決定され得る。
本発明のスクリーニング方法は、さらに、動物内での有効性及び毒性について、特定された薬剤又はそのさらなるアナログの治療的プロファイリングを行うこと、必要に応じて、許容される治療プロファイルを有すると特定された1以上の薬剤を含む医薬組成物を製剤化すること、及び必要に応じて、対象又は個体に該薬剤を投与すること、を含み得る。
一態様において、本発明の方法を用いて特定した薬剤及び組成物の治療活性は、適切な動物モデルを用いてインビボで評価され得る。このように、本発明のスクリーニング方法は、さらに、適切な動物モデルに該薬剤を投与することを含むインビボ研究を行うことを含み得る。
本発明はまた、対象におけるPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、本発明の方法を用いて、該対象からの試料中のUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3、CRL3−KEAP1、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体及びCRL3−KEAP1−PALB2複合体又はPALB2ユビキチン化のうちの1以上をアッセイすることを含む方法を提供する。対照と比較して、USP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3、CRL3−KEAP1、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体及びCRL3−KEAP1−PALB2複合体又はPALB2ユビキチン化のうちの1以上の著しく異なるレベルは、該PARP阻害剤に対する応答性(例えば、感受性)を示す。
一態様において、本発明は、対象においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、本発明の方法を用いて、該対象からの試料中のUSP11、BRCA1、BRCA2、PALB2及びKEAP1を検出することを含む方法を提供する。一実施形態において、対照と比較してUSP11、BRCA1、BRCA2、PALB2及びKEAP1の著しく異なるレベルは、該PARP阻害剤に対する応答性(例えば、感受性)を示す。
一態様において、本発明は、対象においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、本発明の方法を用いて、該対象からの試料中のUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB、KEAP1及びCRL3を検出することを含む方法を提供する。一実施形態において、対照と比較して、USP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB、KEAP1及びCRL3の著しく異なるレベルは、該PARP阻害剤に対する応答性(例えば、感受性)を示す。
一態様において、対照と比較して、USP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3、CRL3−KEAP1、BRCA1−PALB2及びBRCA1−PALB2−BRCA2活性若しくは発現又はPALB2ユビキチン化のうちの1以上に減少がある場合、対象はPARP阻害剤に対して応答性があるとして分類される。一態様において、対照と比較して、USP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3、CRL3−KEAP1、BRCA1−PALB2及びBRCA1−PALB2−BRCA2活性若しくは発現又はPALB2ユビキチン化のうちの1以上に増加がある場合、対象はPARP阻害剤に対して応答性があるとして分類される。一実施形態において、対照と比較して、USP11活性の著しく異なるレベル(例えば、より低いレベル)は、該PARP阻害剤に対する感受性を示す。
一態様において、本発明は、対象においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、該対象からの試料中のUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3及びCRL3−KEAP1活性若しくは発現又はPALB2ユビキチン化のうちの1以上を検出すること、並びに該対象が該PARP阻害剤に対して応答性(例えば、感受性)があるかどうかを決定するために対照と比較すること、を含む方法を提供する。
一態様において、本発明は、対象においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、該対象からの試料中のUSP11、BRCA1、BRCA2、PALB2及びKEAP1活性若しくは発現を検出すること、並びに該対象が該PARP阻害剤に対して応答性(例えば、感受性)があるかどうかを決定するために対照と比較すること、を含む方法を提供する。
一態様において、本発明は、対象においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、該対象からの試料中のUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1及びCRL3活性を検出すること、並びに該対象が該PARP阻害剤に対して応答性(例えば、感受性)があるかどうかを決定するために対照と比較すること、を含む方法を提供する。
一態様において、本発明は、個体においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、本発明の方法を用いて、該個体からの試料中のUSP11活性又は発現をアッセイすることを含む方法を提供する。一実施形態において、対照と比較して、USP11活性又は発現の著しく異なるレベル(例えば、より低いレベル)は、該PARP阻害剤に対する感受性を示す。
一態様において、本発明は、個体においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、該個体からの試料中のKEAP1を検出すること、及び該個体が該PARP阻害剤に対して感受性があるかどうかを決定するために対照と比較すること、を含む方法を提供する。一実施形態において、対照と比較して、KEAP1の著しく異なるレベル(例えば、より高いレベル)は、該PARP阻害剤に対する感受性を示す。
本発明はまた、個体においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、該個体からの試料中のCRL3−KEAP1活性を検出すること、及び該個体がPARP阻害剤に対して感受性があるかどうかを決定するために対照と比較すること、を含む方法を提供する。一実施形態において、対照と比較して、CRL3−KEAP1の著しく異なるレベル(例えば、より高いレベル)は、該PARP阻害剤に対する感受性を示す。
本発明はまた、個体においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、該個体からの試料中のPALB2ユビキチン化を検出すること、及び該個体がPARP阻害剤に対して感受性があるかどうかを決定するために対照と比較すること、を含む方法を提供する。一実施形態において、対照と比較して、PALB2ユビキチン化の著しく異なるレベルは、該PARP阻害剤に対する感受性を示す。
本発明はまた、個体においてPARP阻害剤に対する応答を予測するか、又は応答を分類する方法であって、該対象からの試料中のBRCA1とPALB2とBRCA2の複合体を検出すること、及び該個体がPARP阻害剤に対して応答性(例えば、感受性)があるかどうかを決定するために対照と比較すること、を含む方法を提供する。一実施形態において、BRCA1とPALB2とBRCA2の複合体の著しく異なるレベル(例えば、存在しないか、又は低いレベル)は、該PARP阻害剤に対する感受性を示す。
本発明は、さらに、PARP阻害剤についての臨床試験において複数のカテゴリーの1つに個体を割り当てる方法であって、本発明の方法を用いて、該個体からの試料中のUSP11、DCAF10、PALB2、PALB2ユビキチン化、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体、PALB2−USP11複合体、USP11−DCAF10複合体、KEAP1、CRL3−KEAP1又はCRL3−KEAP1−PALB2複合体をアッセイすることを含む方法を提供する。
本発明は、さらに、PARP阻害剤についての臨床試験において複数のカテゴリーの1つに個体を割り当てる方法であって、本発明の方法を用いて、該個体からの試料中のUSP11活性をアッセイすることを含む方法を提供する。
本発明は、さらに、PARP阻害剤についての臨床試験において複数のカテゴリーの1つに個体を割り当てる方法であって、該個体からの試料中のCRL3−KEAP活性をアッセイすることを含む方法を提供する。
本発明は、さらに、PARP阻害剤についての臨床試験において複数のカテゴリーの1つに個体を割り当てる方法であって、該個体からの試料中のUSP11、BRCA1、BRCA2、PALB2及びKEAP1を検出又は定量化することを含む方法を提供する。
本発明は、さらに、PARP阻害剤についての臨床試験において複数のカテゴリーの1つに個体を割り当てる方法であって、該個体からの試料中のUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2及びKEAP1を検出又は定量化することを含む方法を提供する。
本発明は、さらに、PARP阻害剤についての臨床試験において複数のカテゴリーの1つに個体を割り当てる方法であって、該個体からの試料中のBRCA1−PALB2−BRCA2複合体を検出又は定量化することを含む方法を提供する。
本発明は、さらに、PARP阻害剤についての臨床試験において複数のカテゴリーの1つに個体を割り当てる方法であって、該個体からの試料中のPALB2ユビキチン化を検出又は定量化することを含む方法を提供する。
一態様において、対照と比較して、USP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3、CRL3−KEAP1、BRCA1−PALB2及びBRCA1−PALB2−BRCA2活性若しくは発現又はPALB2ユビキチン化のうちの1以上の減少に基づいて、個体をPARP阻害剤についての臨床試験のためのカテゴリーに割り当てる。一態様において、対照と比較して、USP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3、CRL3−KEAP1、BRCA1−PALB2及びBRCA1−PALB2−BRCA2活性若しくは発現又はPALB2ユビキチン化のうちの1以上の増加に基づいて、個体をPARP阻害剤についての臨床試験のためのカテゴリーに割り当てる。
当業者に知られている日常的な様々な方法を、試料中のバイオマーカーのUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1、CRL3及び/若しくはそれらの複合体を検出又はアッセイするために使用することができる。試料中に存在するバイオマーカーレベルは、免疫アッセイ、分光法、質量分析、マトリックス支援レーザー脱離/イオン化飛行時間型(MALDI−TOF)質量分析、顕微鏡、ノーザンブロット、等電点電気泳動、SDS−PAGE、PCR、定量RT−PCR、ゲル電気泳動、DNAマイクロアレイ、及び抗体マイクロアレイ、若しくはそれらの組み合わせを含む又はそれらからなる群のいずれかの使用を含み得る任意の適切なアッセイによって決定され得る。
本発明はまた、該対象から得られた試料中のUSP11活性のレベル、複合体又はバイオマーカーのレベルを測定するためのアッセイ;結果を処理するためのプロセッサ;データベースと結果を比較するためのコンピュータコード化された説明書;及び比較の結果を提供するためのユーザディスプレイを含むシステムを提供する。該データベースは、USP11活性又はバイオマーカーレベルの基準値を含み得る。
治療方法
PARP阻害剤に対する応答性を予測する又は特徴付けるための本発明の方法は、さらに、個体又は対象に該PARP阻害剤を投与することを含み得る。一態様において、本発明は、PARP阻害剤で対象を治療する方法であって、
a)本発明の方法を用いて1以上のPARP阻害剤に対する応答性又は感受性について該対象からの試料をアッセイすること;
b)該対象が効果的に応答するか、又は感受性を示すPARP阻害剤を特定すること;
c)該対象に該PARP阻害剤を投与すること
を含む方法に関する。
一態様において、本発明は、PARP阻害剤での治療を必要とする患者を治療する方法であって、(a)対象からの試料中のUSP11、DCAF10、BRCA1、BRCA2、PALB2、KEAP1及び/又はCRL3を検出することによって、該患者が該PARP阻害剤に対して感受性を示すかどうかを決定するために分析の結果を提供する試験を要求し、該患者が該PARP阻害剤に対して感受性を示すかどうかを決定するために対照と比較すること;並びに(b)該患者が該PARP阻害剤に対して感受性を示す場合に、該患者に該PARP阻害剤を投与すること、を含む方法を提供する。本発明のこの方法の態様において、該患者は乳癌を有している。本発明のこの方法の態様において、該患者は卵巣癌を有している。本発明の一態様において、該試験は、本明細書に開示した方法を用いて、USP11の発現又は活性を検出する。
本発明は、さらに、対象において癌を治療する方法であって、(i)本発明の方法を用いてPARP阻害剤に対して応答する対象を選択すること、及び(ii)癌を治療するのに有効な量で該PARP阻害剤を前記対象に投与すること、を含む方法を提供する。一実施形態において、該癌は乳癌である。一実施形態において、該癌は卵巣癌である。
本発明の方法を用いて特定した薬剤は、例えば、癌、虚血再灌流傷害、炎症性疾患、変性疾患、細胞傷害性化合物の有害作用からの保護、及び細胞傷害性癌治療の増強と関連する多数の治療用途を有する。本発明の方法を用いて特定した薬剤を用いて、癌細胞のアポトーシスを増加させ、腫瘍の増殖を制限し、転移を減少させ、かつ腫瘍を有する対象の生存を延長することにより、放射線及び化学療法が高められ得る。本発明の態様において、該薬剤を用いて、白血病、結腸癌、膠芽腫、リンパ腫、黒色腫、乳癌、卵巣癌及び子宮頸癌を治療することができる。
本発明の他の態様において、該薬剤を用いて、限定されないが、レトロウイルス感染、関節炎、痛風、炎症性腸疾患、CNS炎症、多発性硬化症、アレルギー脳炎、敗血症、敗血症性ショック、出血性ショック、肺線維症、ブドウ膜炎、糖尿病、パーキンソン病、心筋梗塞、脳卒中、他の神経外傷、臓器移植、目の再灌流、腎臓の再灌流、腸の再灌流、骨格筋の再潅流、アセトアミノフェンの過量投与後の肝臓毒性、ドキソルビシン及び白金系抗悪性腫瘍薬からの心臓及び腎臓毒性、並びに硫黄マスタードに続発する皮膚損傷を治療することができる。
いくつかの実施形態において、本発明は、PARP阻害剤での治療に対する個体を感作させる方法であって、本発明の方法に従ってPARP阻害剤に対して細胞を感作させる薬剤を特定すること、及び該個体に該薬剤を投与すること、を含む方法を提供する。
いくつかの態様において、本発明は、PARP阻害剤で治療される個体を治療する方法であって、本発明の方法を用いて特定したPARP阻害剤に対して細胞を感作させる薬剤を該個体に投与することを含む方法を提供する。
いくつかの実施形態において、本発明は、個体におけるPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか、又は出現を遅らせる方法であって、本発明の方法に従ってPARP阻害剤に対する耐性の出現をさせないか、又は出現を遅らせる薬剤を特定すること、及び該個体に該薬剤を投与すること、を含む方法を提供する。
いくつかの態様において、本発明は、個体における癌を治療する方法であって、本発明の方法に従って抗癌剤を特定すること、及び該個体に該薬剤を投与すること、を含む方法を提供する。
別の態様において、本発明は、そのような治療を必要とする哺乳動物における白血病、結腸癌、膠芽細胞腫、リンパ腫、メラノーマ、乳癌、卵巣癌又は子宮頸癌を治療する方法であって、本発明の方法を用いて特定した治療上許容される量の薬剤又は治療上許容されるその塩を該哺乳動物に投与することを含む方法を提供する。
別の態様において、本発明は、そのような治療を必要とする哺乳動物における細胞傷害性癌治療を高める方法であって、本発明の方法を用いて特定した、細胞傷害性癌治療を高める治療上許容される量の薬剤又はその治療上許容される塩を該哺乳動物に投与することを含む方法を提供する。
一態様において、本発明は、個体におけるHRの欠陥と関連する疾患(すなわち、HR疾患)を治療する方法であって、本発明の方法に従ってHRを調節する薬剤を特定すること、及び該個体に該薬剤を投与すること、を含む方法を提供する。
別の態様において、本発明は、そのような治療を必要とする哺乳動物におけるHR疾患を治療するための医薬を調製するために、本発明の方法を用いて特定した薬剤の使用を提供する。別の実施形態において、本発明は、そのような治療を必要とする哺乳動物において腫瘍増殖を阻害するための医薬を調製するために、本発明の方法を用いて特定した薬剤の使用を提供する。別の実施形態において、本発明は、そのような治療を必要とする哺乳動物における癌を治療するための医薬を調製するために、本発明の方法を用いて特定した薬剤の使用を提供する。別の実施形態において、本発明は、そのような治療を必要とする哺乳動物における白血病、結腸癌、膠芽細胞腫、リンパ腫、メラノーマ、乳癌、卵巣癌又は子宮頸癌を治療するための医薬を調製するために、本発明の方法を用いて特定した薬剤の使用を提供する。別の実施形態において、本発明は、そのような治療を必要とする哺乳動物における細胞傷害性癌治療の増強のための薬剤を調製するための、本発明の方法を用いて特定した薬剤の使用であって、該哺乳動物へ治療上許容される量の該薬剤を投与することを含む方法を提供する。
一実施形態において、本発明は、治療上許容される担体と組み合わせた、本発明の方法を用いて特定した薬剤、又はその治療上許容される塩を含む医薬組成物を提供する。医薬組成物は、活性物質の有効量を、薬学的に許容されるビヒクルとの混合物に組み合わされるように、対象に投与することができる薬学的に許容される組成物の調製のためのそれ自体公知の方法により調製することができる。適切な担体は、例えば、レミントンの薬学(Remington’s Pharmaceutical Sciences,Mack Publishing Company、米国ペンシルベニア州イーストン、1985)に記載されている。これに基づき、該組成物は、排他的ではないが、1種以上の薬学的に許容されるビヒクル又は希釈剤と関連し、適切なpHを有し、生理学的流体と等張である緩衝溶液中に含有される活性剤の溶液を含む。
該医薬組成物は、単独で又は他の治療剤若しくは他の治療形態と組み合わせた治療薬として示されている。本発明の組成物は、他の治療剤若しくは治療薬、例えば、PARP阻害剤と同時に、別々に、又は順次投与され得る。
相同組換え法
本発明は、細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、
(a)該細胞内でBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激すること;
(b)DNA2本鎖切断(DSB)部位へBRCA1動員を促進若しくは刺激すること;
(c)BRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体と該細胞とを接触させること;
(d)KEAP1若しくはCRL3−KEAP1を阻害すること;
(e)USP11の分解を阻害するか、若しくはUSP11活性を促進すること;及び/又は、
(f)DCAF10を阻害すること
を含む方法を提供する。
一態様において、該細胞は、細胞周期のG1期(G1)にある。一態様において、該細胞は、非分裂細胞又はG1の休眠細胞である。一態様において、該細胞は、細胞周期のG0期(G0)にある。一態様において、本発明の方法は、細胞内で相同組換えを活性化又は調節するためにインビトロで使用される。
一態様において、本発明は、細胞、特に、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)にある細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、(a)該細胞内でBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激すること、並びに/又は(b)BRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体と該細胞とを接触させること、を含む方法を提供する。
一実施形態において、BRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリは、本発明の方法を用いて特定したBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体を促進又は刺激する薬剤を投与することによって促進又は刺激される。
一態様において、本発明は、細胞、特に、G1又はG0にある細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、KEAP1又はCRL3−KEAP1を阻害する工程を含む方法を提供する。一態様において、本発明は、細胞、特に、G1又はG0にある細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、USP11の分解を阻止するか、又はUSP11活性を促進する工程を含む方法を提供する。一実施形態において、本方法は、USP11又はそのアゴニストを投与することを含む。一態様において、本発明は、細胞、特に、G1又はG0にある細胞内で相同組換えを活性化する方法であって、KEAP1を阻害し、USP11の分解を阻止する工程を含む方法を提供する。一態様において、本発明は、細胞、特に、G1又はG0にある細胞内で相同組換えを活性化する方法であって、CRL3−KEAP1を阻害し、USP11の分解を阻止する工程を含む方法を提供する。一態様において、本発明は、細胞、特に、G1又はG0にある細胞内で相同組換えを活性化する方法であって、CRL3を阻害し、USP11の分解を阻止する工程を含む方法を提供する。
本発明の方法は、DNA末端切除が1本鎖DNA生成を活性化する又は活性化した細胞、特に、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)にある細胞内で行われ得る。
本発明は、DNA末端切除が1本鎖DNA生成を活性化する又は活性化した細胞、特に、細胞周期のG1期(G1)若しくは細胞周期のG0期(G0)にある細胞内で相同組換えを活性化又は調節する方法であって、該細胞内でBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激することを含む方法を提供する。一実施形態において、該複合体のアセンブリは、本発明の方法を用いて特定したBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激する薬剤を投与することによって促進又は刺激される。
本発明はまた、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)にある細胞内でDNA2本鎖切断を修復する方法であって、該細胞内でBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激することを含む方法を提供する。
本発明はまた、DNA末端切除が1本鎖DNA生成を活性化する又は活性化した細胞、特に、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)にある細胞内でDNA2本鎖切断を修復する方法であって、該細胞内でBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激することを含む方法を提供する。一実施形態において、該複合体のアセンブリは、本発明の方法を用いて特定したBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリ若しくはそれらの発生を促進又は刺激する薬剤を投与することによって促進又は刺激される。
本発明はまた、DNA末端切除が1本鎖DNA生成を活性化する又は活性化した、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)にある細胞内でDNA2本鎖切断を修復する方法であって、BRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2複合体と該細胞とを接触させることを含む方法を提供する。
本発明はまた、DNA末端切除が1本鎖DNA生成を活性化する又は活性化した、G1又はG0にある細胞内でDNA2本鎖切断を修復する方法であって、(a)KEAP1及び/若しくはCRL3−KEAP1を阻害すること;(b)USP11の分解を阻止するか、又はUSP11活性を促進若しくは刺激すること;(c)USP11若しくはそのアゴニストを投与すること;並びに/又は(d)CRL3−KEAP1を阻害し、USP11の分解を阻止すること、を含む方法を提供する。
細胞内で相同組換えを活性化する方法は、さらに、1本鎖DNA(ssDNA)生成経路を活性化又は促進することを含み得る。一態様において、ssDNA生成経路は、DNA末端切除により活性化される。一実施形態において、細胞内で相同組換えを活性化する方法は、さらに、DNA末端切除を活性化することを含む。
一実施形態において、DNA末端切除は、53BP1(又はRIF1)発現若しくは活性(例えば、DSB部位への53BP1の動員)を阻害し、かつ/又はCtIPを上方制御若しくは発現させることによって活性化又は促進される。一実施形態において、DNA末端切除は、53BP1(又はRIF1)発現若しくは活性(例えば、DSB部位への53BP1の動員)を阻害し、CtIPを上方制御若しくは発現させることによって活性化又は促進される。一実施形態において、本方法は、限定されないが、低分子干渉(si)RNA、ショートヘアピン(sh)RNA及びマイクロRNA(miRNA)又はヒストン脱アセチル化(HDAC)酵素ファミリー(例えば、トリコスタチンA)の阻害剤を含むアンタゴニストを用いて、かつ構成的リン酸化を模倣するCtIPのアナログ、例えば、CtIP−Thr847Gluを用いて53BP1を阻害することを含む。
細胞内で相同組換えを活性化する方法は、DNA2本鎖切断(DSB)部位へのBRCA1動員を活性化することを含み得る。一実施形態において、BRCA1動員は、53BP1(TP53BP1)又はRIF1の発現を阻害すること、又はDSB部位への53BP1若しくはRIF1の動員を阻害することによって活性化される。53BP1又はRIF1は、限定されないが、低分子干渉(si)RNA、ショートヘアピン(sh)RNA及びマイクロRNA(miRNA)を含むアンタゴニストを用いて阻害され得る。一実施形態において、53BP1は、ヒストン脱アセチル化(HDAC)酵素ファミリー、特に、ヒストン脱アセチル化阻害剤(HDACi)、好ましくは、トリコスタチンで阻害される(Fukuda T.ら、Cancer Sci.2015 Aug;106(8):1050−6.doi:10.1111/cas.12717.電子出版2015 Jul 14)。
一態様において、細胞内で相同組換えを活性化又は刺激する方法は、さらに、遺伝子編集システムを含む。一態様において、該遺伝子編集システムは、ヌクレアーゼと該細胞とを接触させることを含む。ヌクレアーゼの例としては、限定されないが、ジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)、遺伝子工学処理したメガヌクレアーゼ、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALENS)、メガ又はホーミングエンドヌクレアーゼ、クリスパー(CRISPR)−関連(Cas)タンパク質、Ttagoヌクレアーゼ、並びにメガ−TAL及びコンパクトTALENSなどのヌクレアーゼ間の融合が挙げられる。
一態様において、該遺伝子編集工程は、TALENシステムを含む。
一態様において、該遺伝子編集工程は、ZFNシステムを含む。
一態様において、該遺伝子編集工程は、CRISPR/Cas9システムを含む。
本発明の態様において、該遺伝子編集システムは、ゲノム修飾を補正し得る。ゲノム修飾は、遺伝性障害と関連する遺伝子座を有するポリヌクレオチド配列中の少なくとも1つの変異を含み得る。一態様において、該ゲノム修飾は、挿入、欠損及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、該遺伝性障害は、単一遺伝子障害である。いくつかの実施形態において、該遺伝性障害は、複数遺伝子障害である。いくつかの実施形態において、該障害は、1個以上のSNPと関連している。本発明の特定の実施形態において、該ゲノム修飾は、点変異を補正する。
ゲノム修飾を補正するための本発明の方法の態様において、該遺伝子編集システムは、クリスパー(CRISPR)関連(Cas)タンパク質及び1〜2個のリボ核酸と該細胞とを接触させることを含み、該リボ核酸は、遺伝性障害と関連した標的ポリヌクレオチド配列の選択されたモチーフへCasタンパク質を方向づけ、ハイブリダイズさせ、該標的ポリヌクレオチド配列は切断される。
一態様において、本発明は、細胞中の標的ポリヌクレオチド配列と関連した遺伝性障害を変更する方法であって、(1)該システムが、BRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2又は細胞周期の間にBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2の相互作用を維持する薬剤を含む、細胞内で相同組換えを活性化するシステムと該細胞とを接触させること;並びに(2)標的ポリヌクレオチド配列と、クリスパー関連(Cas)タンパク質及び1〜2個のリボ核酸とを接触させることを含み、該リボ核酸は、該標的ポリヌクレオチド配列の選択されたモチーフへCasタンパク質を方向づけ、ハイブリダイズさせ、該標的ポリヌクレオチド配列が切断される方法を提供する。本方法は、該標的ポリヌクレオチド配列の発現を低下させるか、該標的ポリヌクレオチド配列をノックアウトするか、又は望ましくない配列から所望の配列に該標的ポリヌクレオチド配列を補正し得る。
一態様において、本発明は、細胞中の標的ポリヌクレオチド配列と関連した遺伝性障害を変更する方法であって、(1)細胞内で相同組換えを活性化するシステムと該細胞とを接触させることを含み、その際、該システムは、本発明のキット、ベクター(複数可)又は組成物を含み、特に、該システムは、53BP1の阻害剤、KEAP1阻害剤又はDCAF10阻害剤、及び構成的リン酸化を模倣するCtIPのアナログを含み、好ましくは、該システムは、KEAP1阻害剤と、低分子干渉(si)RNA、ショートヘアピン(sh)RNA及びマイクロRNA(miRNA)から選択される53BP1の阻害剤と、CtIP−Thr847Gluとを含み;かつ(2)該標的ポリヌクレオチド配列と、クリスパー関連(Cas)タンパク質及び1〜2個のリボ核酸とを接触させることを含み、該リボ核酸は、該標的ポリヌクレオチド配列の選択されたモチーフへCasタンパク質を方向づけ、ハイブリダイズさせ、該標的ポリヌクレオチド配列が切断される方法を提供する。本方法は、該標的ポリヌクレオチド配列の発現を低下させるか、該標的ポリヌクレオチド配列をノックアウトするか、又は望ましくない配列から所望の配列に該標的ポリヌクレオチド配列を補正し得る。
本発明は、対象における遺伝性障害を治療又は予防する方法であって、BRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2又は細胞周期の間にBRCA1−PALB2若しくはBRCA1−PALB2−BRCA2の相互作用を維持する薬剤を含み、細胞内で相同組換えを活性化するシステムと該細胞とを接触させ、かつ該標的ポリヌクレオチド配列とクリスパー関連(Cas)タンパク質及び1〜2個のリボ核酸とを接触させることによって、細胞内で遺伝性障害と関連する標的ポリヌクレオチド配列を改変することを含み、該リボ核酸は、該標的ポリヌクレオチド配列の選択されたモチーフへCasタンパク質を方向づけ、ハイブリダイズさせ、該標的ポリヌクレオチド配列が切断されることによって遺伝性障害を治療又は防止する方法を企図する。
一態様において、対象における遺伝性障害を治療又は防止する方法であって、細胞内で相同組換えを活性化するシステムと該細胞とを接触させることによって、該細胞内で遺伝性障害と関連する標的ポリヌクレオチド配列を改変することを含み、該システムは、本発明のキット、ベクター(複数可)又は組成物を含み、特に、該システムは、53BP1の阻害剤、KEAP1阻害剤又はDCAF10阻害剤、及び構成的リン酸化を模倣するCtIPのアナログを含み、好ましくは、該システムは、KEAP1阻害剤と、低分子干渉(si)RNA、ショートヘアピン(sh)RNA及びマイクロRNA(miRNA)から選択される53BP1の阻害剤と、CtIP−Thr847Gluとを含み;かつ(b)該標的ポリヌクレオチド配列とクリスパー関連(Cas)タンパク質及び1〜2個のリボ核酸とを接触させることを含み、該リボ核酸は、該標的ポリヌクレオチド配列の選択されたモチーフへCasタンパク質を方向づけ、ハイブリダイズさせ、該標的ポリヌクレオチド配列が切断されることによって遺伝性障害を治療又は防止する方法を提供する。
遺伝性障害を治療又は予防する方法は、該対象に該細胞を導入することによって、該標的ポリヌクレオチド配列と関連した遺伝性障害を治療又は予防することを含み得る。本方法は、外因性の鋳型ポリヌクレオチドを挿入することにより切断される標的ポリヌクレオチド配列を修復することを含み得、前記修復は、前記標的ポリヌクレオチド配列の1以上のヌクレオチドの挿入、欠損、又は置換を含む変異をもたらす。
一態様において、該標的ポリヌクレオチド配列は、肺の遺伝性障害と関連している。一実施形態において、該標的ポリヌクレオチド配列は、嚢胞性線維症と関連しており、特に、該ポリヌクレオチド配列は、嚢胞性線維症膜貫通導体受容体(CFTR)遺伝子座である。CFTRの変異(例えば、エキソン11における508位のフェニルアラニンの欠損)は、嚢胞性線維症を引き起こす。
一態様において、該標的ポリヌクレオチド配列は、筋肉の遺伝性障害と関連している。一態様において、該標的ポリヌクレオチド配列は、筋ジストロフィーと関連している。一態様において、該標的ポリヌクレオチド配列は、デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)(ジストロフィン遺伝子の変異)と関連している。一態様において、該標的ポリヌクレオチド配列は、ベッカー型筋ジストロフィー(ジストロフィン遺伝子の変異)と関連している。一態様において、該標的ポリヌクレオチドは、筋緊張性ジストロフィー1型(DMPK遺伝子の変異)又は筋緊張性ジストロフィー2型(CNBP遺伝子の変異)と関連している。一態様において、該標的ポリヌクレオチド配列は、鎌状赤血球貧血(変異HBBヘモグロビン)と関連している。
本発明の態様において、該標的ポリヌクレオチド配列は、肝臓の遺伝性障害と関連している。一態様において、該標的ポリヌクレオチド配列は、アルファ−1アンチトリプシン欠損症(セルピナ1遺伝子の変異)と関連している。一態様において、該標的ポリヌクレオチド配列は、ウィルソン病(ATP7BのCuトランスロカーゼをコードする遺伝子の変異)と関連している。
一態様において、本発明の方法は、さらに、その天然の対応物と比較して特性が強化した機能性タンパク質、特に、例えば、遺伝性障害を治療するための対象に欠けている又は欠損した機能性タンパク質を提供することを含む。本発明の実施形態において、本方法は、遺伝子編集システム及びその天然の対応物と比較して特性が強化した非天然タンパク質をコードする1以上の導入遺伝子の連続投与によって、それを必要とする対象の細胞に機能性タンパク質をコードする配列を組み込むことを含む。他の実施形態において、本方法は、対象において異常発現した1以上のタンパク質の機能的バージョンを発現する遺伝子改変細胞を該対象に投与することを含む。したがって、単離された細胞は、該対象に導入され得る(エキソビボ細胞療法)か、該対象の一部である場合は、細胞が改変され得る(インビボ)。特定の実施形態において、導入遺伝子(複数可)は、ウイルスベクター、非ウイルスベクター及び/又はそれらの組み合わせを用いて送達される。
本発明はまた、細胞、特に、G1の細胞内で相同組換えを抑制する方法であって、該細胞内でBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリを抑制することを含む方法を提供する。一実施形態において、該相互作用は、KEAP1又はCRL3−KEAP1又はそのアゴニストを投与することによって抑制される。一実施形態において、該相互作用は、USP11アンタゴニスト/阻害剤(例えば、ミトキサントロン)を投与することによって抑制される。一実施形態において、該相互作用は、本発明の方法を用いて特定した、相同組換えを抑制する薬剤を投与することによって抑制される。
本発明の方法の構成要素は、限定されないが、ウイルスベースのシステム又は非ウイルスベースのシステムを含む当技術分野で公知の送達システムによって送達され得る。従来のウイルスベースのシステムは、例えば、遺伝子移入のためのレトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴及び単純ヘルペスウイルスのベクターを含み得る。一態様において、該発現ベクターは、プラスミドベクター、レンチウイルスベクター、アデノウイルスベクター、及びアデノ随伴ウイルスベクターからなる群から選択される。一実施形態において、該ウイルスベースのシステムは、アデノウイルスベクター又はアデノ随伴ウイルスベクターである。非ウイルスベースのシステムの例としては、リポフェクション、ヌクレオフェクション、マイクロインジェクション、微粒子銃、ビロソーム、リポソーム、イムノリポソーム、ポリカチオン又は脂質:核酸コンジュゲート、裸のDNA、人工ビリオン及びDNAの取り込みを増強させる薬剤が挙げられる。
一態様において、本発明は、相同組換えの活性化因子又は調節因子、及び必要に応じてDNA末端切除の活性化因子又は調節因子を含むベクターを提供する。一態様において、本発明は、ベクター内にコードされる以下の構成要素の1以上を含むベクター(例えば、ウイルスベクター)を提供する:1)DNA末端切除の活性化因子、例えば、53BP1(若しくはRIF)の発現又は活性の阻害剤並びに/又は構成的リン酸化を模倣するCtIP化合物;2)相同組換えを活性化する因子、例えば、細胞周期の間に、BRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2の相互作用を維持する因子;並びに必要に応じて、3)遺伝子編集システムの構成要素、特に、CRISPRシステム、TALENシステム若しくはジンクフィンガーヌクレアーゼシステムの構成要素。一実施形態において、該遺伝子編集システムの構成要素は、1以上の別々の発現ベクターにコードされている。
別の態様において、本発明は、相同組換えの活性化因子又は調節因子、及び必要に応じてDNA末端切除の活性化因子又は調節因子を含む組成物を提供する。一態様において、本発明は、以下の構成要素の1以上を含む組成物を提供する:1)DNA末端切除の活性化因子、例えば、53BP1(若しくはRIF)の発現若しくは活性の阻害剤及び/又は構成的リン酸化を模倣するCtIP化合物;2)相同組換えを活性化する因子、例えば、細胞周期の間に、BRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2の相互作用を維持する因子;並びに必要に応じて、3)遺伝子編集システムの構成要素、特に、CRISPRシステム、TALENシステム若しくはジンクフィンガーヌクレアーゼシステムの構成要素。一実施形態において、該遺伝子編集システムの構成要素は、1以上の別々の組成物中にある。
DNA末端切除の活性化因子の例としては、限定されないが、CtIP−Thr847Glu、TP53BP1 mRNAに対するshRNA、及びKEAP1に対するshRNAのコード配列を含む。TP53BP1に対するshRNAは、RIF1に対するshRNA又はドミナントネガティブ53BP1タンパク質を含むDSB部位への53BP1の動員を阻止する薬剤で置換され得る。KEAP1に対するshRNAは、Lys20、Lys25及びLys30残基の変異を含有するか、又はKEAP1との相互作用を妨害する変異を含有するPALB2変異体のコード配列で置換され得る。
細胞周期の間に、BRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2の相互作用を維持する因子の例としては、限定されないが、KEAP1の阻害剤、DCAF10の阻害剤、G0及びG1細胞内でUSP11発現を維持するRNA干渉剤、Lys20、Lys25又はLys30残基のうちの1以上の変異を含むKEAP1−CUL3−RBX1によるユビキチン化の影響を受けないPALB2の変異型が挙げられる。KEAP1阻害剤の例としては、Guntas,G.ら(44)に開示されているKEAP1−NRF2相互作用の強力な競合阻害剤であるモノボディが挙げられる。KEAP1阻害剤はまた、例えば、Canning P.ら,Acta Pharm Sin B.,2015(4):285−99及びWells,G.,Biochem Soc Trans.2015,43(4):674−9に記載されている。
一実施形態において、本発明のベクターは、53BP1の阻害剤、KEAP1阻害剤又はDCAF10阻害剤、及び構成的リン酸化を模倣するCtIPのアナログをコードする配列を含む。特定の実施形態において、本発明のベクターは、KEAP1阻害剤(例えば、R1 KEAP1阻害剤;実施例3を参照されたい)、53BP1及びCtIP−Thr847Gluの阻害剤をコードする配列を含む。特定の実施形態において、本発明のベクターは、KEAP1阻害剤(例えば、R1 KEAP1阻害剤;実施例3を参照されたい)、低分子干渉(si)RNA、ショートヘアピン(sh)RNA及びマイクロRNA(miRNA)から選択される53BP1の阻害剤、並びにCtIP−Thr847Gluをコードする配列を含む。
一実施形態において、本発明の組成物は、53BP1の阻害剤、KEAP1阻害剤又はDCAF10阻害剤、及び構成的リン酸化を模倣するCtIPのアナログを含む。特定の実施形態において、本発明の組成物は、KEAP1阻害剤(例えば、R1 KEAP1阻害剤;実施例3を参照されたい)、53BP1の阻害剤及びCtIP−Thr847Gluを含む。特定の実施形態において、本発明の組成物は、KEAP1阻害剤(例えば、R1 KEAP1阻害剤;実施例3を参照されたい)、低分子干渉(si)RNA、ショートヘアピン(sh)RNA及びマイクロRNA(miRNA)から選択される53BP1の阻害剤、並びにCtIP−Thr847Gluを含む。
キット
本発明は、さらに、本明細書に開示されるアッセイ若しくは方法を実行するか、又は本明細書に開示される組成物若しくはベクターを含むキットを提供する。一実施形態において、本発明のキットは、試料中のUSP11活性を測定するための少なくとも1種類の試薬を含む。別の実施形態において、本発明のキットは、試料中のBRCA1−PALB2−BRCA2、PALB2−KEAP1、BRCA1−PALB2、USP11−DCAF10、又はUSP11−PALB2複合体を測定するための少なくとも1種類の試薬を含む。別の実施形態において、本発明のキットは、試料中のBRCA1−PALB2−BRCA2、PALB2−KEAP1又はUSP11−PALB2複合体を測定するための少なくとも1種類の試薬を含む。別の実施形態において、本発明のキットは、試料中のBRCA1、BRCA2、PALB2、USP11、DCAF10及びKEAP1のレベルを測定するための試薬を含む。別の実施形態において、本発明のキットは、試料中のPALB2のユビキチン化、特に、PALB2のN末端のユビキチン化を測定するための少なくとも1種類の試薬を含む。いくつかの実施形態において、該試薬は、PCR反応において使用するための抗体又は核酸又はプライマーである。
キットはまた、インサートの形態で適切な操作パラメータのための説明書を含み得る。該説明書は、試料を収集する方法について消費者に通知し得る。該キットは、較正及び比較のための標準(複数可)として使用される試料を含み得る。該キットはまた、試料中の活性又は検出されるバイオマーカーのレベルを較正試料又はチャートと比較するための説明書を含み得る。該キットはまた、活性又はバイオマーカーのどのレベルが本明細書に開示される疾患の診断かを示す説明書を含み得る。
一態様において、本発明は、相同組換えを活性化するための本発明の方法の構成要素及び必要に応じて、遺伝子編集システムの構成要素のうちの1以上を含むキットを提供する。本発明のキットはまた、CRISPRシステム、TALENシステム又はジンクフィンガーヌクレアーゼシステムを含むか、又はCRISPRシステム、TALENシステム又はジンクフィンガーヌクレアーゼシステムと組み合わせて使用され得る。一実施形態において、本発明のキットは、CRISPRシステムを含むか、又はCRISPRシステムと組み合わせて使用される。一実施形態において、本発明のキットは、TALENシステムを含むか、又はTALENシステムと組み合わせて使用される。一実施形態において、本発明のキットは、ジンクフィンガーヌクレアーゼシステムを含むか、又はジンクフィンガーヌクレアーゼシステムと組み合わせて使用される。
いくつかの実施形態において、本発明のキットは、ベクターシステム及び該キットを使用するための説明書を含む。一態様において、該キットは、本明細書で説明したDNA末端切除の活性化因子及び相同組換えの活性化因子を含むベクターを含む。一態様において、該キットは、以下の構成要素のうちの1以上を含む1種以上のベクター(例えば、ウイルスベクター)を含む:1)DNA末端切除の活性化因子、例えば、53BP1(若しくはRIF)の発現若しくは活性の阻害剤及び/又は構成的リン酸化を模倣するCtIP化合物;2)相同組換えを活性化する因子、例えば、細胞周期の間にBRCA1−PALB2相互作用を維持する因子;並びに必要に応じて、3)遺伝子編集システムの構成要素、特に、CRISPRシステム、TALENシステム若しくはジンクフィンガーヌクレアーゼシステムの構成要素。細胞周期の間にBRCA1−PALB2相互作用を維持する因子の例は、本明細書に記載しており、限定されないが、KEAP1の阻害剤、例えば、G0及びG1細胞内でUSP11発現を維持するRNA干渉剤、又はLys20、Lys25又はLys30残基のうちの1以上の変異を含むKEAP1−CUL3−RBX1によるユビキチン化の影響を受けないPALB2の変異型が挙げられる。DNA末端切除の活性化因子の例としては、限定されないが、CtIP−Thr847Glu、TP53BP1 mRNAに対するshRNA、及びKEAP1に対するshRNAのコード配列を含む。TP53BP1に対するshRNAは、RIF1に対するshRNA又はドミナントネガティブ53BP1タンパク質を含むDSB部位への53BP1の動員を阻止する薬剤で置換され得る。KEAP1に対するshRNAは、Lys20、Lys25及びLys30残基の変異を含有するか、又はKEAP1との相互作用を妨害する変異を含有するPALB2変異体のコード配列で置換され得る。
一実施形態において、本発明のキットは、53BP1の阻害剤、KEAP1阻害剤又はDCAF10阻害剤、及び構成的リン酸化を模倣するCtIPのアナログをコードする配列を含む1種以上のベクターを含む。特定の実施形態において、本発明のキットは、KEAP1阻害剤(例えば、R1 KEAP1阻害剤;実施例3を参照されたい)、53BP1の阻害剤及びCtIP−Thr847Gluをコードする配列を含む1種以上のベクターを含む。特定の実施形態において、本発明のキットは、KEAP1阻害剤(例えば、R1 KEAP1阻害剤;実施例3を参照されたい)、低分子干渉(si)RNA、ショートヘアピン(sh)RNA及びマイクロRNA(miRNA)から選択される53BP1の阻害剤、並びにCtIP−Thr847Gluをコードする配列を含む1種以上のベクターを含む。
いくつかの実施形態において、本発明のキットは、本発明の組成物及び該キットを使用するための説明書を含む。一態様において、該キットは、本明細書で説明したDNA末端切除の活性化因子又は調節因子及び相同組換えの活性化因子又は調節因子を含む組成物を含む。一態様において、該キットは、以下の構成要素のうちの1以上を含む組成物を含む:1)DNA末端切除の活性化因子、例えば、53BP1(若しくはRIF)の発現若しくは活性の阻害剤及び/又は構成的リン酸化を模倣するCtIP化合物;2)相同組換えを活性化する因子、例えば、細胞周期の間にBRCA1−PALB2又はBRCA1−PALB2−BRCA2相互作用を維持する因子;並びに必要に応じて、3)遺伝子編集システムの構成要素、特に、CRISPRシステム、TALENシステム若しくはジンクフィンガーヌクレアーゼシステムの構成要素。一実施形態において、該遺伝子編集システムの構成要素は、別々のキット(複数可)である。
一実施形態において、本発明のキットは、53BP1の阻害剤、KEAP1阻害剤又はDCAF10阻害剤を含む組成物、及び構成的リン酸化を模倣するCtIPのアナログを含む組成物を含む。特定の実施形態において、本発明のキットは、KEAP1阻害剤(例えば、R1 KEAP1阻害剤;実施例3を参照されたい)、53BP1の阻害剤及びCtIP−Thr847Gluを含む組成物を含む。特定の実施形態において、本発明のキットは、KEAP1阻害剤(例えば、R1 KEAP1阻害剤;実施例3を参照されたい)、低分子干渉(si)RNA、ショートヘアピン(sh)RNA及びマイクロRNA(miRNA)から選択される53BP1の阻害剤、並びにCtIP−Thr847Gluを含む組成物を含む。
いくつかの態様において、本発明のキットは、遺伝子編集キット、特に、CRISPRシステム、TALENシステム又はジンクフィンガーヌクレアーゼシステム用のキットと組み合わせて使用される。遺伝子編集キットは、例えば、Addgene(マサチューセッツ州ケンブリッジ)、ThermoFisher Scientific、System Biosciences社、及びOriGene Technologies(MD)、Clontechから市販されている。
以下の非限定的な実施例は、本発明の例示である。
実施例1
以下の材料及び方法を、実施例に記載した研究に使用した。
プラスミド
PALB2のcDNAを、哺乳動物遺伝子コレクション(MGC)から入手した。全長PALB2及びBRCA1を、PCRにより増幅し、pDONR221にサブクローニングし、Gatewayクローニング技術(Invitrogen)を用いてpDEST−GFP、pDEST−Flag及びmCherry−LacRベクターに挿入した。同様に、BRCA1のコイルドコイルドメイン(残基1363〜1437)を、PCRにより増幅し、pDONR221ベクターにサブクローニングし、mCherryLacR及びpDEST−GFPベクターに挿入した。PALB2のN末端ドメインを、PCRにより増幅し、EcoRI/XhoI部位を用いて、GST発現ベクターpET30−2−His−GST−TEV(31)に導入した。BRCA1のコイルドコイルドメインを、BamHI/SalI部位を用いてpMAL−c2にクローニングした。PALB2の切断型は、部位特異的変異誘発を介して停止コドン又は欠損を導入することによって得た。全長CtIPをPCRにより増幅し、Gatewayクローニング技術(Invitrogen)を用いて、pDONR221にサブクローニングし、レンチウイルスコンストラクトpCW57.1(David Root博士より供与;Addgeneプラスミド#41393)に挿入した。USP11 cDNAはDavid Cortezより供与され、PCRにより増幅し、EcoRI/SalI部位を用いてpDsRed2−C1ベクターにクローニングした。ブタのUSP11(USP11)の細菌コドン最適化コード配列をBamHI/EcoRI部位を用いて、6×His−GSTベクターpETM−30−Htbにサブクローニングした。PALB2、BRCA1及びUSP11のコンストラクトのsiRNA耐性バージョンを、以前に記載した(14)ように作製した。全長CUL3及びRBX1を、以前に記載した(32)ようにヒト膵臓cDNAライブラリー(Invitrogen)からPCRによって増幅し、それぞれNheI/XmaI及びBssHII/NotIを用いて二重発現pFBDMベクターにクローニングした。NEDD8 cDNAはDmitris Xirodimasより供与され、pET17bベクター(Millipore)中のC末端にある二重StrepIIタグに融合した。ヒトDEN1を、Aude Echalierによって供給されたベクターから増幅し、PCRによって切断できないN末端StrepII2×タグに融合し、pET17bベクターに挿入した。pCOOL−mKEAP1プラスミドは、Feng Shao博士より供与された。pcDNA3−HA2−KEAP1及びpcDNA3−HA2−KEAP1ΔΒΤΒは、Yue Xiong博士より供与された(Addgeneプラスミド#21556及び21593)。以前に記載した(33)ように、gRNASを合成し、処理した。アニールしたgRNAを、Feng Zhangより供与されたCas9発現ベクターpSpCas9(BB)−2A−ピューロ(PX459)又はpX330−U6−キメラ_BB−CBh−hSpCas9にクローニングした(Addgeneプラスミド#48139及び42230)。LMNA又はPML遺伝子座及びmCloverタグLMNA又はPMLを標的とするgRNASについては、以前に記載している(45)。レンチウイルスパッケージングベクターpsPAX2及びエンベロープベクターVSV−Gは、Didier Tronoより供与された(Addgeneプラスミド#12260及び12259)。His−ユビキチンを、XhoI/HindIII部位を用いてpcDNA5−FRT/TO骨格にクローニングした。全ての変異を、QuikChange(Stratagene)を用いて部位特異的変異誘発によって導入し、全てのプラスミドの配列を確認した。
細胞培養及びプラスミドトランスフェクション
全ての培養培地に、10%ウシ胎児血清(FBS)を補充した。U−2−OS(U2OS)細胞をマッコイ培地(Gibco)中で培養した。293T細胞を、DMEM(Gibco)中で培養した。親細胞を、マイコプラズマ汚染について試験し、STR DNAプロファイリングによって認証した。プラスミドトランスフェクションを、製造業者のプロトコルに従って、リポフェクタミン2000トランスフェクション試薬(Invitrogen)を用いて行った。レンチウイルス感染を、以前に記載した(18)ように行った。U2OS及び293T細胞をATCCから購入した。U2OS 256細胞は、R.Greenbergより供与された。
抗体
以下の抗体を使用した:ウサギ抗53BP1(A300−273A、Bethyl)、ウサギ抗53BP1(sc−22760、Santa Cruz)、マウス抗53BP1(#612523、BD Biosciences)、マウス抗γ−H2AX(クローンJBW301、Millipore)、ウサギ抗γ−H2AX(#2577、Cell Signaling Technologies)、ウサギ抗KEAP1(ab66620、Abcam)、ウサギ抗NRF2(ab62352、Abcam)、マウス抗Flag(クローンM2、Sigma)、マウス抗チューブリン(CP06、Calbiochem)、マウス抗GFP(#11814460001、Roche)、マウス抗CCNA(MONX10262、Monosan)、ウサギ抗BRCA2(ab9143、Abcam)、マウス抗BRCA2(OP95、Calbiochem)、ウサギ抗BRCA1(#07−434、Millipore)、ウサギ抗USP11(ab109232、Abcam)、ウサギ抗USP11(A301−613A、ベチル)、ウサギ抗RAD51(#70−001、Bioacademia)、マウス抗BrdU(RPN202、GE Healthcare)、マウス抗FK2(BMLPW8810、Enzo)、ウサギ抗PALB2(34)、ウサギ抗GST(sc−459、Santa Cruz)、ウサギ抗CUL3(A301−108A、Bethyl)、マウス抗MBP(E8032、NEB)、マウス抗HA(クローン12CA5、M.Tyers博士より供与され)、ウサギ抗ユビキチン(Z0458、Dako)及びマウス抗アクチン(CP01、Calbiochem)。以下の抗体を、免疫蛍光顕微鏡での二次抗体として使用した:アレクサフルオロ488ロバ抗ウサギIgG、アレクサフルオロ488ロバ抗ヤギIgG、アレクサフルオロ555ロバ抗マウスIgG、アレクサフルオロ555ロバ抗ウサギIgG、アレクサフルオロ647ロバ抗マウスIgG、アレクサフルオロ647ロバ抗ヒトIgG、アレクサフルオロ647ロバ抗ヤギIgG(Molecular Probes)。
RNA干渉
本研究で用いた全てのsiRNAは、ThermoFisherから購入した単一の2本鎖siRNAであった。RNA干渉(RNAi)トランスフェクションを、フォワードトランスフェクションモードでリポフェクタミンRNAiMAX(Invitrogen)を用いて行った。使用される個々のsiRNA2本鎖は、BRCA1(D−003461−05)、PALB2(D−012928−04)、USP11(D−006063−01)、CUL1(M−004086−01)、CUL2(M−007277−00)、CUL3(M−010224−02)、CUL4A(M−012610−01)、CUL4B(M−017965−01)、CUL5(M−019553−01)、KEAP1(D−12453−02)、RAD 51(M−003530−04)、CtIP/RBBP8(M−001376−00)、BRCA2(D−003462−04)、53BP1(D−003549−01)及び非標的対照siRNA(D−001210−02)であった。特に明記しない場合を除いて、siRNAを、細胞処理の48時間前にトランスフェクトした。
阻害剤及びファインケミカル
以下の薬物を、示した濃度で使用した:100ng/mL−1でのシクロヘキシミド(CHX;Sigma)、0.2μΜでのカンプトテシン(CPT;Sigma)、10μΜでのATM阻害剤(KU55933;Selleck Chemicals)、10μΜでのATR阻害剤(VE−821;Philip Reaperより供与され)、10μΜでのDNA−PKcs阻害剤(NU7441;Genetex)、2μΜでのプロテアソーム阻害剤MG132(Sigma)、40μΜでのロバスタチン(S2061;Selleck Chemicals)、ドキシサイクリン(#8634−1;Clontech)、5μΜでのNedd8活性化酵素阻害剤(MLN4929;Active Biochem)及び示した濃度でのオラパリブ(Selleck)。
免疫蛍光顕微鏡検査
多くの場合において、細胞をガラスカバー上で増殖させ、室温で20分間、PBS中の2%(w/v)パラホルムアルデヒドで固定し、室温で20分間、0.3%(v/v)のトリトンX−100で透過処理し、室温で30分間、PBS中の5%BSAでブロックした。或いは、細胞を−20℃で10分間、100%冷メタノールで固定し、その後、室温で5分間、PBSで洗浄し、PBS−BSAによりブロッキングした。次いで、細胞を室温で2時間、PBS−BSAで希釈した一次抗体とインキュベートした。次に、細胞をPBSで洗浄し、次いで、0.8μg/mlのDAPIを補充したPBS−BSAで希釈した二次抗体とインキュベートし、室温で1時間、DNAを染色した。Prolong金封入剤(Invitrogen)を用いてカバーガラスをスライドガラス上にマウントした。共焦点画像を、Zeiss LSM780レーザー走査顕微鏡を用いて撮影した。BRCA1−PALB2−BRCA2軸のG1対S/G2解析のために、最初に、細胞を二重チミジンブロックで同期化し、S期への移行を可能にするために解放し、解放後5時間及び12時間の時点で2又は20グレイのX線照射に暴露し、(示した)処理後1〜5時間固定した。DNA複製の検査のために、細胞を、照射前30分間、30μΜのBrdUでプレインキュベートし、前述のように処理した。
USP11/KEAP1のCRISPR/Cas9ゲノム編集
293T及びU2OS細胞を、53BP1、USP11又はKEAP1のいずれかを標的とする3つの異なるsgRNAで一過的にトランスフェクトし、Cas9に続いて2A−ピューロマイシンカセットを含有するpX459ベクターから発現させた。翌日、細胞を2日間、ピューロマイシンで選択し、サブクローニングし、単一コロニー又は亜集団を形成させた。クローンを、免疫ブロット及び/又は免疫蛍光によってスクリーニングし、53BP1、USP11又はKEAP1発現の消失を確認し、続いて、PCR及び配列決定により特徴付けた。CRISPR/Cas9によってターゲティングしたゲノム領域を、ターボPfuポリメラーゼ(Agilent)を用いてPCRにより増幅し、PCR産物を、配列決定前にpCR2.1 TOPOベクター(Invitrogen)にクローニングした。
オラパリブクローン原性アッセイ
293T細胞を、24時間、示した用量のオラパリブ(Selleck Chemicals)とインキュベートし、PBSで1回洗浄し、トリパンブルー染色によって計数した。次いで、500個の細胞を、各条件について二重にプレーティングした。以前に記載した(35)ように、細胞生存アッセイを行った。
組換えタンパク質生成
以前に記載した(36、37)ように、GST及びMBP融合タンパク質を生成した。簡単に説明すると、大腸菌内で発現させたMBPタンパク質を、製造業者が記載したバッチ法に従ってアミロース樹脂(New England Biolabs)で精製し、1×PBS、5%グリセロール中で保存した。大腸菌内で発現させたGSTタンパク質を、pH7.5の50mMのTris−HCl、300mMのNaCl、2mMのジチオスレイトール(DTT)、1mMのEDTA、15μg/mL−1 AEBSF及び1×完全プロテアーゼ阻害剤カクテル(Roche)中のグルタチオンセファロース4B(GE Healthcare)樹脂で精製した。pH8の50mMのTris HCl、2mMのDTT中の50mMのグルタチオンを用いて樹脂から溶出する際に、His−GSTタグを、pH7.5の50mMのTris HCl、150mMのNaCl、10mMのグルタチオン、10%グリセロール、2mMのクエン酸ナトリウム及び2mMのβ−メルカプトエタノール中でHisタグ付きTEVプロテアーゼ(F.Sicheriによって提供された)を用いて切断した。Hisタグ付きタンパク質を、pH7.5の50mMのTris HCl、300mMのNaCl、20mMのイミダゾール、5mMのグルタチオン、10%グリセロール、1mMのクエン酸ナトリウム及び2mMのβメルカプトエタノール中のNi−NTAアガロースビーズ(Qiagen)を用いて枯渇させ、続いて、遠心濃縮を行った(Amicon遠心フィルター、Millipore)。GST−mKEAP1を、HiTrap Q HPカラム(GE Healthcare)での陰イオン交換工程を追加して、以前に記載した(38)ように精製した。インビトロ実験では、GSTタグはタンパク質上に残した。CUL3及びRBX1の精製を、以前に記載した(32)ように行った。Nedd8及びDen1を、テリフィック(Terrific)ブロス培地中で増殖させた大腸菌BL21内で発現させ、16℃で、0.5mMのイソプロピル−β−D−チオガラクトシド(IPTG)で一晩誘導した。細胞を収集し、プロテアーゼ阻害剤を含めなかったDEN1発現細胞を除いて、リゾチーム、ユニバーサルヌクレアーゼ(Pierce)、ベンズアミジン、ロイペプチン、ペプスタチン、PMSF及び完全プロテアーゼ阻害剤カクテル(Roche)を補充した洗浄緩衝液(400mMのNaCl、pH8の50mMのTris−HCl、5%グリセロール、2mMのDTT)に再懸濁した。細胞を超音波処理によって溶解し、溶解物を50分間、20,000rpmで遠心分離により清澄化した。可溶性上清を、蠕動ポンプを用いて、3mL/分−1の流量で5mlのStrep30 Tactin Superflowカートリッジに結合させた。このカラムを、20倍のカラム容量(CV)の洗浄緩衝液で洗浄し、5倍のCV洗浄緩衝液で溶出し、水に1:2で希釈し、最終塩濃度を減少させ、2.5mMのデスチオビオチンを補充した。溶出画分をプールし、3kDaカットオフのAmicon濃縮器を用いて、4mlの総体積まで濃縮した。さらに、DEN1を、スーパーデックス75サイズ排除カラム上で精製し、150mMのNaCl、pH7.6のHEPES、2%グリセロール及び1mMのDTTに緩衝液交換した。C−末端プロペプチド及びStrepII2×タグを、室温で1時間、1:20のモル比でStrepII2×DEN1とのインキュベーションによって除去した。DEN1切断反応を、Zeba MWCO脱塩カラム(Pierce)上で緩衝液交換し、デスチオビオチンを除去し、C−末端プロペプチド及びDEN1を保持するStrep−Tactinカートリッジを通過させた。GSTタグ付きイノシシ(ブタ)USP11タンパク質を、記載した(39)ように大腸菌内で発現させた。細胞をリゾチーム処理及び、pH7.5の50mMのTris、300mMのNaCl、1mMのEDTA、1mMのAEBSF、1×プロテアーゼ阻害剤混合物(284ng/mlのロイペプチン、1.37μg/ml−1のペプスタチンA、170μg/ml−1のPMSF及び330μg/ml−1のベンズアミジン)及び5%グリセロール中での超音波処理によって溶解した。清澄化した溶解物を、グルタチオンセファロース4B(GE Healthcare)を充填したカラムにアプライし、溶解緩衝液で徹底的に洗浄し、pH 7.5の50mMのTris、150mMのNaCl、5%グリセロール及び25mMの還元グルタチオンで溶出した。DUB活性を、蛍光ユビキチン−AMC(Enzo life sciences)上でアッセイし、Synergy Neoマイクロプレートリーダー(Biotek)を用いて測定した。His−TEV−ユビキチンG76Cを、製造者の説明書に従ってキレート化HiTrap樹脂上で精製し、続いて、S−75カラム(GE healthcare)上のサイズ排除クロマトグラフィーを行った。該タンパク質を、1mMの酢酸中で大規模透析し、凍結乾燥した。
PALB2のインビトロのユビキチン化及び脱ユビキチン化
PALB2のHAタグ付きN末端断片(1−103)(1μΜ)を、pH7.5の50mMのTris HCl、20mMのNaCl、10mMのMgCl及び0.5mMのDTTを含有する緩衝液中の50μΜの野生型(Ubi WT,Boston Biochem)又はリジンレスユビキチン(Ubi K0,Boston Biochem)、100nMのヒトUBA1(E1)、500nMのCDC34(F.Sicheri及びD.Ceccarelliによって提供された)、250nMのNEDD化CUL3/RBX1、375nMのGST−mKEAP1及び1.5mMのATPを用いて、インビトロでユビキチン化した。特に明記しない限り、ユビキチン化反応を、37℃で1時間行った。USP11媒介性脱ユビキチン化アッセイのために、HA−PALB2(1−103)を、pH8の25mMのHEPES、150mMのNaCl、10mMのMgCl、0.5mMのDTT及び1.5mMのATPを含有する緩衝液中での50μLの反応で、上記のような酵素濃度でリジンレスユビキチンを用いて、37℃で1.5時間、最初にユビキチン化した。反応を、1ユニットのアピラーゼ(New England Biolabs)の添加により停止した。反応生成物を、100nM、500nM及び2500nM(USP11)並びに500nM(USP2)の最終濃度を用いて、野生型又は触媒不活性(C270S)USP11若しくはUSP2(F.Sicheri及びE.Zeqirajによって提供された)と1;1の比で混合し、pH8の25mMのHEPES、150mMのNaCl、2mMのDTT、0.1mg/mLのBSA、0.03%Brij−35、5mMのMgCl、0.375mMのATPを含有する緩衝液中で、30℃で2時間インキュベートした。
精製したPALB2とBRCA1との間のプルダウン実験
PALB2のインビトロユビキチン化反応生成物を、pH7.5の50mMのTris−HCl、150mMのNaCl、5mMのMgCl、0.25mMのDTT及び0.1%NP−40の最終濃度の緩衝液で希釈した。20μgのMBP又はMBP−BRCA1−CCを、0.1%BSAを補充した上記緩衝液中でアミロース樹脂(New England Biolabs社)に結合させ、その後、ユビキチン化生成物を添加した。プルダウン反応を4℃で2時間行い、徹底的に洗浄した。
共免疫沈降
細胞を、トリプシン処理によって収集し、PBSで1回洗浄し、氷上で500μLの溶解緩衝液(pH8.0の20mMのTris−HCl、150mMのNaCl、10%グリセロール、2mMのEDTA、1%NP−40、完全プロテアーゼ阻害剤カクテル(Roche)、ホスファターゼ阻害剤(Sigma)のカクテル及び脱ユビキチン化を阻害するためのN−エチルマレイミド)に溶解した。溶解物を4℃で10分間、15000×gで遠心分離し、タンパク質濃度を280nmの吸光度を用いて評価した。等量のタンパク質(約0.5〜1mg)を、2μgのウサギ抗PALB2、ウサギ抗USP11抗体、ウサギ抗GFP抗体又は正常ウサギIgGと4℃で5時間インキュベートした。プロテインA/プロテインG−セファロースビーズ(Thermo Scientific)の混合物を、さらに1時間添加した。ビーズを、遠心分離によって収集し、溶解緩衝液で2回、PBSで1回洗浄し、2×Laemmli緩衝液で煮沸することによって溶出し、SDS−PAGE及び免疫ブロッティングにより分析した。Flag−PALB2のMS分析のために、一過的にトランスフェクトした150×10個のHEK293T細胞を、完全プロテアーゼ阻害剤カクテル(Roche)、4mMの1,10−フェナントロリン、50Uのベンゾナーゼ及び50Uのミクロコッカスヌクレアーゼを補充した高塩溶解緩衝液(pH7.5の50mMのTris−HCl、300mMのNaCl、1mMのEDTA、1%Triton X100、3mMのMgCl、3mMのCaCl)に溶解した。清澄化した溶解物をFlag−M2アガロース(Sigma)とインキュベートし、続いて、溶解緩衝液及び50mMの重炭酸アンモニウムで徹底的に洗浄した。
質量分析
siCTRLをトランスフェクトするか、又はUSP11のsiRNAを枯渇させた293T細胞からの、一過的にトランスフェクトしたFlag−PALB2の免疫沈降後に、システイン残基を還元し、それぞれ、10mMのDTT(56℃で30分)及び15mMの2−クロロアセトアミド(室温で1時間)を用いてビーズ上でアルキル化した。タンパク質を、ビーズ上のトリプシン限定消化を用いて消化し(試料当たり1μgのトリプシン(Worthington、米国ニュージャージー州)、37℃で20分)、完全乾燥させた。LCMS/MS分析のために、ペプチドを5%ギ酸中で再構成し、3.5μmのゾルバックスC18(Agilent Technologies、米国カリフォルニア州)を研究室内で詰めた充填用チップと結合させた12cmのシリカカラム上にロードした。試料を、Eksigent nanoLC ultra(AB SCIEX、カリフォルニア州)と連結させたOrbitrap Velos(Thermo Scientific、米国マサチューセッツ州)を用いて分析した。ペプチドを、0.1%ギ酸中の2%〜35%アセトニトリルの90分間の直線勾配を用いてカラムから溶出した。タンデムMSスペクトルを、上位2種類の最も豊富な多重荷電ペプチドについてデータ依存モードで取得し、非修飾型の、又はdiGlyユビキチントリプシン消化レムナントを含む5種類の特異的N末端PALB2トリプシン消化ペプチド(荷電状態1+、2+、3+)についてのターゲティングスキャンを含めた。タンデムMSスペクトルを、衝突誘起解離を用いて得た。スペクトルを、Mascotを用いて、最大4つの切断ミスを許容し、可変修飾(variable modification)としてカルバミドメチル(C)、アミド分解(NQ)、酸化(M)、GlyGly(K)及びLeuArgGlyGly(K)(配列番号4)を含めて、ヒトRefSeq_V53データベースに対して検索した。
インビトロユビキチン化HA−PALB2(1−103)(50μLの全反応混合物)を、SDS−PAGEゲル上で短時間流し、続いて、全レーンを切り出し、10mMのDTTを用いてゲル内還元し(56℃で30分)、37℃で16時間、50mMの2−クロロアセトアミド及びトリプシン消化を用いてアルキル化した。消化したペプチドを、10種類の特有の重同位体で標識したN末端PALB2(AQUA)ペプチドの混合物(個々のペプチドの感受性試験に基づいてペプチドあたり80〜1,200fmol/μLの非修飾型又はdiG修飾型のいずれかの、Lys16、25、30又は43の周囲の領域の完全又は部分的なトリプシン消化物を含む)20μLと混合し、その後、3.5μmのゾルバックスC18を研究室内で詰めた充填用チップと結合させた12cmのシリカカラム上に6μLをロードした。試料を、Eksigent nanoLC ultra(AB SCIEX、米国カリフォルニア州)と連結させたOrbitrap ELITE(Thermo Scientific、米国マサチューセッツ州)上で測定した。ペプチドを、0.1%ギ酸中2%〜35%アセトニトリルの180分の直線勾配を用いてカラムから溶出した。タンデムMSスペクトルを、上位2種類の最も豊富な多重荷電イオンについてデータ依存モードで取得し、軽同位体標識型又は重同位体標識型のいずれかの、10種類の特異的N末端PALB2トリプシン消化ペプチド(荷電状態1+、2+、3+)についてのターゲティングスキャンを含めた。タンデムMSスペクトルを、衝突誘起解離を用いて取得した。スペクトルを、Mascotを用いて、最大2つの切断ミスを許容し、可変修飾としてカルバミドメチル(C)、アミド分解(NQ)、酸化(M)、GlyGly(K)及びLeuArgGlyGly(K)(配列番号4)を含めて、ヒトRefSeq_V53データベースに対して検索し、その後、スペクトルを手動で確認した。
Hisユビキチンプルダウン
His−Ubを安定発現している293 FLIP−IN細胞を、示したsiRNAでトランスフェクトし、ドキシサイクリン(DOX)で24時間処理し、His−Ub発現を誘導した。細胞を30分間、10mMのN−エチルマレイミドで前処理し、変性溶解緩衝液(6Mのグアニジニウム−HCl、0.1MのNaHPO/NaHPO、10mMのTris−HCl、5mMイミダゾール、0.01Mのβ−メルカプトエタノール、完全プロテアーゼ阻害剤カクテル)に溶解した。溶解物を、1分間の休憩をはさんで10秒間で2回、氷上で超音波処理し、4℃で10分間、15000×Gで遠心分離した。上清を、4℃で4時間、Ni−NTAアガロースビーズ(Qiagen)とインキュベートした。ビーズは、遠心分離によって収集し、変性溶解緩衝液で1回洗浄し、洗浄緩衝液(8Mの尿素、0.1MのNaHPO/NaHPO、10mMのTris−HCl、5mMイミダゾール、0.01Mのβ−メルカプトエタノール、完全プロテアーゼ阻害剤カクテル)で1回、及び0.1%トリトンX−100を補った洗浄緩衝液で2回洗浄し、溶出緩衝液(0.2Mのイミダゾール、0.15MのTris−HCl、30%グリセロール、0.72Mのβ−メルカプトエタノール、5%SDS)で溶出し、その後、SDS−PAGE及び免疫ブロッティングによって分析した。
HRベースの修復アッセイ
親U2OS細胞及び野生型CtIP又はCtIP(T847E)変異体を安定発現するU2OS細胞を、示したsiRNA及びPALB2−KRコンストラクトでトランスフェクトし、単一チミジンブロックで同期化し、ドキシサイクリンで処理して、CtIP発現を誘導し、その後、40μΜのロバスタチンを添加することによりG1期でブロックした。細胞をトリプシン処理により収集し、PBSで1回洗浄し、Nucleofector技術を用いて、2.5μgのsgRNAプラスミド及び2.5μgのドナーテンプレート(Lonza、プロトコルX−001)を電気穿孔した。細胞を40μΜのロバスタチンを補充した培地に播種し、24時間増殖させ、その後、フローサイトメトリー分析を行った。
PALB2化学ユビキチン化
唯一の架橋可能なシステインで遺伝子操作したPALB2(1−103)ポリペプチドを、以下の変更を加えて、以前に記載した(40、41)ように架橋アルキル化によってユビキチン化した。精製PALB2システイン変異体(600μΜの最終濃度)を、pH8.8の300mMのトリス、120mMのNaCl及び5%グリセロール中のHis−TEV−ユビキチンG76C(350μΜ)と混合した。トリス(2−カルボキシエチル)ホスフィン(TCEP)(Sigma−Aldrich)還元剤を最終濃度が6mMになるまでこの混合物に添加し、室温で30分間インキュベートした。二反応性システイン架橋剤の1,3−ジクロロアセトン(Sigma−Aldrich)をジメチルホルムアミドに溶解し、最終濃度が5.25mMになるまでタンパク質混合物に添加した。反応を氷上で1時間進行させ、その後、5mMのβ−メルカプトエタノールの添加によってクエンチした。His−TEV−ユビキチンをコンジュゲートさせたPALB2をNi−NTAアガロースビーズ(Qiagen)を通過させることによって濃縮した。
本研究及び本研究の結果を以下に説明する。
有糸分裂組換えが確実に姉妹染色分体間だけで発生する(4,5)ようにするため、相同組換え(HR)によるDNA修復(1)をG1細胞で高度に抑制する(2,3)。多くのHR因子は、細胞周期により調節されているが、G1細胞内で組換えを抑制するのに必要かつ十分である事象のアイデンティティーは不明である。この研究は、細胞周期がPALB2−BRCA2とBRCA1の相互作用をしっかり制御し、BRCA2の機能をS/G2期に制約することを見出した。PALB2上のBRCA1相互作用部位は、CUL3−RBX1と複合体を形成するPALB2相互作用タンパク質(6)であるKEAP1で構成されたE3ユビキチンリガーゼによってターゲティングされる。PALB2ユビキチン化は、BRCA1との相互作用を抑制し、それ自体が細胞周期の制御下にある脱ユビキチン化酵素USP11によって打ち消される。DNA末端切除の活性化と組み合わせたBRCA1−PALB2相互作用の回復は、RAD51動員、予定外のDNA合成及びCRISPR/Cas9ベースの遺伝子ターゲティングアッセイによって測定されるように、G1にHRを誘導するのに十分である。G1でHRを禁止する機構は、最小限、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体アセンブリの阻害を含む、DNA損傷部位へのBRCA2動員の多段階阻止と連動したDNA末端切除の抑制からなる。定義された因子によりG1細胞内でHRを誘導する能力は、非分裂細胞内での遺伝子ターゲティング用途で使用され得る。
乳癌及び卵巣癌の抑制因子のBRCA1、PALB2及びBRCA2は、HRによるDNA2本鎖切断(DSB)修復を促進する(8〜10)。BRCA1は、DNA末端切除を促進し、相同性検索及び鎖侵入に必要な1本鎖(ss)DNAを生成し(1)、PALB2と相互作用し(13〜15)、DSB部位へのBRCA2(13)及びRAD51(16、17)の動員を誘導する。DSB部位に隣接するクロマチン上でのBRCA1の蓄積は、G1細胞で抑制され(18)、細胞周期のこの段階におけるHRの強力な阻害を連想させる。G1でのBRCA1動員の阻害は、末端切除の2つの阻害物質(18〜22)である53BP1及びRIF1タンパク質に依存することから(18、19)、BRCA1のこの調節は、元々、DNA末端処理の刺激におけるその機能の観点から考えられた。
しかしながら、BRCA1は、PALB2との相互作用を介してBRCA2の動員の促進にも関与している(13〜15)ので、本研究では、ゲノム編集による(TP53BP1としても知られている)53BP1の変異(53BP1Δ;図5a〜c)を介した、G1でのDSB部位へのBRCA1動員の誘発が、電離放射線(IR)誘発フォーカスにBRCA2の蓄積をもたらすかどうかを調べた。BRCA1とは対照的に、BRCA2又はPALB2のいずれも、2〜20グレイの範囲のIR線量で、53BP1を欠くU−2−OS(U2OS)細胞内でG1 DSB部位へ動員されない(図1ab及び図5d、e)。BRCA1及びPALB2は直接相互作用するので(13、14)、この結果は、G1細胞がBRCA1−PALB2相互作用を抑制することによってBRCA2動員を阻止し得ることを示唆した。実際、PALB2は、細胞周期位置に関わらずBRCA2と相互作用するが、S期中にのみBRCA1と効率的に相互作用する(図1c)。DNA損傷の存在は、G1に残留しているPALB2−BRCA1相互作用の損失につながるが、S期においてBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリにほとんど影響を与えなかった(図1c)。全てのタンパク質はG1で発現したので(図1c)、これらの結果は、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリが、細胞周期中に制御され、おそらくDSB部位でのBRCA2の蓄積をS/G2期に制限することを示唆する。
これらの結果を、GFPタグ付きPALB2とのmCherryタグ付きLacR−BRCA1融合タンパク質の、組み込んだLacOアレイ(23)での共局在化を評価する単一細胞アッセイを用いて確認した(図6a)。このLacR/LacOシステムは、細胞周期依存性で、かつDNA損傷感受性のBRCA1−PALB2相互作用を再現し(図6b)、そのアミノ末端BRCA1相互作用ドメイン(残基1〜50)の外側に位置するPALB2上の配列がBRCA1と関連して細胞周期依存性調節に関与するということを発見するのを可能にした(図6c、d)。さらに、欠損変異誘発は、BRCA1−PALB2相互作用の細胞周期依存性調節に関与するPALB2の残基46〜103の範囲内に包含される単一領域を特定した(図6e、f)。この領域はKEAP1の相互作用部位に相当し(6)、このタンパク質をBRCA1−PALB2相互作用の候補調節因子として特定する。
KEAP1は、プロテアソーム分解のための酸化防止制御因子NRF2を標的とするカリン3−RINGユビキチン(Ub)リガーゼ(CRL3)用の基質アダプターであり(24)、そのKELCHドメインを介してPALB2とNRF2の両方上の「ETGE」モチーフを認識する(6)。53BP1Δ細胞からのKEAP1の枯渇、又は全長PALB2の中のETGEモチーフの欠損(PALB2ΔETGE)は、G1細胞においてPALB2 IR誘導性フォーカス形成を誘導した(図1d及び図7a)。さらに、KEAP1がゲノム編集によって不活性化された細胞において(KEAP1Δ、図7b)、安定なBRCA1−PALB2−BRCA2複合体が、G1とS期の両方において検出された(図1e)。したがって、KEAP1は、BRCA1−PALB2相互作用の阻害剤である。
CUL3もPALB2(図7c)と相互作用し、53BP1Δ U2OS細胞内でのその枯渇は、G1でPALB2 IR誘導性フォーカスを脱抑制した(図1d及び図7a)。さらに、G1同期化KEAP1Δ細胞において、そのBTBドメインを欠くCUL3結合欠損KEAP1タンパク質(ΔBTB)の発現は、その野生型対応物とは異なり(図7d)、BRCA1−PALB2相互作用を抑制することができなかった。これらの結果は、KEAP1がPALB2へCUL3を動員し、BRCA1との相互作用を抑制することを示唆する。
LacR/LacOシステム及び共免疫沈降アッセイを用いて、BRCA1相互作用ドメイン内の全ての8つのリジン残基を欠くPALB2の変異体(PALB2−KR;図2a)が、細胞周期位置とは無関係にBRCA1と相互作用することが見出された(図2b及び図7e、f)。PALB2−KRの状況におけるこれらのリジンの再導入(PALB2−KR/K3をもたらす;図2a)が、G1細胞内でのBRCA1−PALB2−BRCA2複合体アセンブリの抑制につながるので、さらなる変異誘発により、BRCA1−PALB2相互作用の抑制に重要なものとしてPALB2の残基20、25及び30が特定された(図2b及び図7e)。まとめると、これらの結果から、PALB2と結合したKEAP1が、PALB2のN末端をユビキチン化して、BRCA1との相互作用を抑制する活性CRL3複合体を形成するモデルが示唆された。
PALB2ユビキチン化は、細胞内で検出することができるが(図8a)、PALB2のN末端のリジンに富む性質は、これまでのところ、Lys20、25又は30上にインビボユビキチン化部位を明確にマッピングすることを妨げてきた。しかしながら、ユビキチン化が、質量分析によってLys16及びLys43上に検出され得ることは、PALB2のN末端がユビキチン化されることを示す(図8b)。相補的な実験セットにおいて、LacOアレイへターゲティングされたPALB2は、コンジュゲートユビキチンに対する免疫反応性を誘導した(図8c〜e)。PALB2とUbの共局在は、G1で最も高く、KEAP1相互作用モチーフ及びLys20/25/30残基の存在に依存し(図8d〜e)、PALB2がG1細胞内のそれらの部位上でユビキチン化されるモデルと一致した。実際、PALB2のN末端(残基1〜103;赤血球凝集素(HA)エピトープタグに融合された)のユビキチン化は、PALB2のKEAP1相互作用ドメインに依存して、組換えCRL3−KEAP1によって容易に再構成することができ(図2c)、質量分析によってインビトロでKEAP1によりユビキチン化されるものとしてLys25及びLys30を明白に特定した。
CRL3−KEAP1によるPALB2のユビキチン化は、残基1363〜1437(BRCA1−CC)を含むBRCA1断片との相互作用を阻害し、この阻害は、BRCA1相互作用ドメインの外側のユビキチン化リジンの存在により、PALB2の高度に修飾された形態を用いた時により明らかになった(図2d)。重要なものとして特定した3つのうちの単一リジン残基のユビキチン化がBRCA1との相互作用を阻害するかどうかを具体的に試験するために、化学的架橋を用いて、20又は45位に単一ユビキチン部分を設置した(PALB2−Kc20−Ub及びPALB2−Kc45−Ubをもたらす)。20位におけるPALB2のユビキチン化は、BRCA1との相互作用を完全に抑制したが、残基45の修飾はその相互作用に影響を及ぼさず(図9a)、インビボデータと同じであった(図7e)。まとめると、これらの結果は、そのN末端上の特定の部位でのPALB2のユビキチン化がBRCA1との相互作用を妨げることを示す。
CRL3−KEAP1のE3リガーゼの活性(図9b)もPALB2とCRL3−KEAP1の相互作用(図7c)のどちらも、細胞周期によって調節されないので、PALB2のユビキチン化は、細胞周期依存的に調節することが可能であった。KEAP1はUSP11と物理的に相互作用し(25)、脱ユビキチン化酵素は、BRCA2(26)及びPALB2(図9c)とも相互作用する。USP11の枯渇は、遺伝子変換を修復し(27)(図9d)、PARP阻害に対して過感受性をもたらし(27)、それを未知の機能のHR制御因子として特定する。共免疫沈降実験は、USP11及びその触媒活性が特にDNA損傷の存在下で、安定したBRCA1−PALB2−BRCA2複合体の形成に必要であることを確認した(図3a及び図9e、f)。
USP11が、CRL3−KEAP1によるPALB2ユビキチン化に拮抗する場合は、KEAP1(又はCUL3)の除去は、USP11の損失によって与えられる表現型を逆転させる必要がある。実際に、KEAP1の枯渇は、ゲノム編集によって調製されたUSP11ノックアウト細胞(USP11Δ)においてPARP阻害剤(PARPi)及びBRCA1−PALB2相互作用に対する耐性を回復した(図3b、c及び図9e)。同様に、CUL3又はKEAP1の枯渇は、USP11枯渇細胞の遺伝子変換欠陥を逆転させた(図10a)。PALB2−KR変異体の導入は、BRCA1との相互作用を回復し、Lys20/25/30に依存してUSP1Δ細胞内でのPARPi感受性を逆転させた(図10b、c)。組換えUSP11は、PALB2(1−103)を直接脱ユビキチン化することができるので、これらの結果は、USP11が、PALB2のLys20/25/30残基上の阻害性ユビキチン化を逆転させることによってBRCA1−PALB2−BRCA2複合体のアセンブリを促進することを示唆する。
USP11は、G1細胞で急速に代謝回転し、細胞周期のこの段階でPALB2とほとんど相互作用しないことが観察された(図11a、b)。さらに、DNA損傷誘導時に、具体的には、G1期においてUSP11の急速な損失がある(図3e及び図11b、c)。IR処理後USP11の不安定化は、ATMシグナル伝達に依存しているが、UV照射後はATR依存性である(図11d、e)。G1におけるUSP11の定常状態レベルの低下は、プロテアソーム分解の結果である(図11f)。CRL4 E3のUbリガーゼは、MLN4924、汎CRL阻害剤での治療としてUSP11の安定性制御(28)(図11g)、又はDNA損傷誘発性分解からのCUL4(図3f)によって保護されるUSP11の枯渇に関与する可能性が最も高い。CUL4の枯渇は、G1 53BP1Δ細胞においてBRCA2及びPALB2 IR誘導性フォーカス形成をもたらし(図3g及び図12a)、最終的にBRCA1−PALB2−BRCA2複合体アセンブリを制御する上流のシグナルとして作用するCRL4複合体によるUSP11の調節と一致した。
53BP1の枯渇は、G1細胞において低いレベルのssDNAを生成するが(29)、KEAP1の枯渇と53BP1Δ変異を組み合わせても、抽出抵抗性RAD51 IR誘導性フォーカスを生じなかったことは、RAD51ヌクレオフィラメントがほとんど又は全く形成されないことを示唆する(図12b)。ssDNA形成は、これらの細胞において不十分なままであったので、G1細胞内での切除を促進するCtIPのリン酸化模倣T847E変異体を利用した(30)。野生型CtIPとは異なり、KEAP1枯渇53BP1Δ細胞へのCtIP−T847Eの導入は、不定期DNA合成と共に(図12d)G1細胞においてRAD51 IR誘導性フォーカス形成を誘導した(図4a、b及び図12b、c)。これらの結果は、RAD51ヌクレオフィラメント形成の下流の工程、すなわち、鎖侵入、Dループ形成及びDNA合成は、G1で活性化され得ることを示唆した。
生産的HRがG1で活性化され得るかどうかを試験するために、CRISPR/Cas9に刺激される遺伝子ターゲティングアッセイ(Pinder J.ら、Nuclei Acids Res.43,9379−9392,2015)を使用して、ラミンA(LMNA)又はPML遺伝子の5’末端へのmClover蛍光タンパク質のコード配列の挿入を顕微鏡又はフローサイトメトリーによりモニタリングした(図4c及び図12e、f)。後者の方法は、定義したDNA含量を有する細胞のゲーティングを可能にする(G1細胞など)。同期プロトコルはまた、チミジンブロックからの解放後に得られるG1細胞が、24時間のロバスタチン処理(2)によってG1で停止することを確立した(図12g、h)。このシステムを用いて、アッセイの線形範囲内のドナーテンプレートの濃度を決定し、LMNA遺伝子座での遺伝子ターゲティングがBRCA1−PALB2−BRCA2複合体アセンブリに依存していることを確認した(図13a、b)。また、HRによる遺伝子ターゲティングがG1で高度に抑制されたことを確認した(図4d)。
切除とDSB部位へのBRCA1動員の組み合わせ活性化(すなわち、CtIP(T847E)を発現する53BP1Δ細胞において)は、G1細胞においてLMNA又はPML遺伝子座のいずれかで遺伝子ターゲティングを刺激するのに不十分であった(図4e及び図13c)。しかしながら、BRCA1−PALB2相互作用が、KEAP1枯渇又はPALB2−KR変異体の発現のいずれかを用いて、切除コンピテントG1細胞において回復した場合、両方の遺伝子座における遺伝子ターゲティング事象のロバストな増加が検出された(図4e及び図13c)。しかしながら、G1細胞の遺伝子ターゲティング頻度が、非同期分裂細胞のものよりも低いままであったことは、HRの不完全な活性化を示唆した。53BP1不活性化及びCtIP(T847E)の発現は共に、G1 HRに必要であり(図13d、e)、末端切除及びDSB部位へのBRCA2動員の同時活性化が、細胞周期のこの段階で予定外の組換えを活性化するのに必要かつ十分であったことを示した。
結論として、BRCA1−PALB2−BRCA2複合体アセンブリの制御は、HRによるDSB修復の細胞周期制御における重要な節である。この制御は、PALB2上のBRCA1相互作用部位上で収束し、E3リガーゼCRL3−KEAP1及び脱ユビキチン化酵素USP11の反対の活性によって強化され、後者は、CRL4複合体によってG1で拮抗される(図4f)。このモデルでは、S期のUSP11の安定化が、DSB部位でのPALB2−BRCA2の動員、及びその後のRAD51のローディングを許可する。これらの研究はまた、G1細胞内でのHRの抑制が、主に可逆的であること、かつ端部切除及びDSB部位へのBRCA2動員の組み合わせ抑制を伴うことを実証する(図4f)。人体におけるほとんどの細胞が活発に循環せず、ひいては、HRに対して不応であるので、本明細書に記載の操作は、より様々な組織における遺伝子ターゲティング治療を可能にするゲノム編集方法の開発をもたらす。
実施例2
USP11の分解のための基質アダプターとしてのDCAF10の特定
CUL4−RING−リガーゼ(CRL4)複合体は、カリン4(CUL4)、RBX1、DDB1、DDA1及びDCAFと呼ばれる基質アダプターで構成されている(42)。USP11のユビキチン化を媒介する基質アダプターを検索するために、他のCUL4相互作用タンパク質と共に、既知の及び予測されるDCAFを枯渇させることに焦点をあてたsiRNAライブラリーを構築した。このライブラリーを、USP11レベルを免疫蛍光顕微鏡により評価するハイコンテンツ顕微鏡アッセイでスクリーニングした。細胞を紫外線(UV)又は電離放射線(IR)のいずれかで処理し、USP11の分解を誘導した。データを非照射条件に正規化し、2つの独立した実験の平均を用いて、UV処理及びIR処理後の値をプロットした。図14aに示したデータは、CUL4枯渇後USP11の予想される安定化に加えて、DCAF10、DCAF15及びDCAF17の枯渇はまた、USP11の安定化につながったことを示す。siRNA媒介ノックダウンは、オフターゲット効果の傾向があるので、次に、2つの独立したsiRNAによるDCAF10、DCAF15又はDCAF17のノックダウンが、免疫ブロッティング実験でUSP11を安定することができるかどうかを評価した。USP11の安定化は単一siRNAを用いた場合にのみ観察することができ(図14b)、両方のsiRNAによるDCAF10の枯渇がUSP11のロバストな安定化をもたらすことが見出された(図14b)。CRL4基質アダプターはその基質に結合するので(42)、次に、DCAF10又はDCAF15が共免疫沈降アッセイにおいてUSP11と相互作用することができるかどうかを評価した。Flagタグ付きUSP11を、HEK293細胞抽出物から免疫沈降させた場合、Flagタグ付きUSP11はDCAF10と相互作用するが、DCAF15とは相互作用しなかった(図15a)ことが見いだされ、DCAF10は、分解についてUSP11を標的にする本物の基質アダプターであることが強く示唆された。DCAF10が実際にUSP11の調節に関与しているかどうかをさらに評価するために、マウス胚線維芽細胞(MEF)を、コンジェニック野生型(Dcaf10+/+)、ヘテロ接合(Dcaf10−/+)及びDcaf10−/−マウスから作製し、USP11について免疫ブロットした。DCAF10の枯渇は、マウス細胞内でのより高い定常状態レベルのUSP11をもたらし(図15b)、DCAF10がCRL4複合体ターゲティングUSP11のアダプターであることと一致した。最後に、DCAF10の過剰発現が、ダイレクトリピート(DR)−GFPアッセイを用いて顕著に相同組換えを抑制することができるかどうかを評価した(43)。DCAF15ではなく、DCAF10の過剰発現は、USP11の枯渇及び他のコアHR因子と同じ規模でHRの減少をもたらした(図15c)。まとめると、これらのデータは、DCAF10がUSP11を制御してHRを調節することを示唆する。
実施例3
KEAP1の遺伝的にコードされた阻害剤はG1細胞内で相同組換えを促進することができる
G1細胞内での遺伝子ターゲティングの活性化は、53BP1の除去、CtIP−T847Eの導入及びPALB2とBRCA1との間の相互作用を必要とし、これはKEAP1を除去することによって達成することができる。G1及び非分裂細胞内でのHRの活性化を可能にするシステムを開発するために、KEAP1 siRNAがKEAP1の阻害剤で置換することができるかどうかを決定した。R1と命名され、フィブロネクチン3(FN3)足場に基づく、最近記載されたKEAP1の遺伝的にコードされた高親和性阻害剤を選択した(44)。LMNA遺伝子ターゲティングアッセイ(45)を、G1期で同期化した53ΒΡ1ΔU2OS細胞で行い、そのFN3対照のトランスフェクションでは生じないが、R1 KEAP1阻害剤のトランスフェクションにより、少ないにもかかわらず遺伝子ターゲティングのロバストな活性化及びKEAP1枯渇をもたらした(図16)。KEAP1の阻害は、非分裂細胞内でのHRの活性化にとって好都合な経路であり得る。
本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態によって範囲を限定されるものではなく、そのような実施形態は、本発明の一態様の単なる例示として意図され、任意の機能的に等価な実施形態は、本発明の範囲内である。実際に、本明細書に示し、記載したものに加えて、本発明の様々な改変は、前述の説明及び添付図面から当業者に明らかになるであろう。そのような改変は、添付の特許請求の範囲内に入ることが意図される。
本明細書で言及した全ての刊行物、特許及び特許出願は、各個々の刊行物、特許又は特許出願が参照によりその全体が組み込まれることを具体的かつ個別に示したのと同程度に、その全体が参照により組み込まれる。本明細書で言及した全ての刊行物、特許及び特許出願は、その中に報告され、本発明と関連して使用され得る方法論、試薬などを説明及び開示する目的のために、参照により本明細書に組み込まれる。本発明が先行発明によるそのような開示に先行する権利がないという承認として解釈されるべきものは何もない。


Figure 0006871169
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Claims (12)

  1. 細胞内で相同組換えを活性化するための方法であって、
    前記細胞においてKEAP1又はDCAF10の発現若しくは活性を阻害するかKEAP1遺伝子又はDCAF10遺伝子を除去すること;
    を含み、前記方法は、ヒトを治療する方法でもヒトを手術する方法でもなく、前記方法はインビトロで実施される、方法。
  2. DNA末端切除を活性化することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 53BP1の発現若しくは活性を阻害すること及びCtIPを上方制御又は発現することによってDNA末端切除が活性化される、請求項2に記載の方法。
  4. KEAP1及び53BP1の発現若しくは活性の阻害又はKEAP1遺伝子及び53BP1遺伝子の除去、並びにCtIP若しくはCtIPのアナログの上方制御又は発現を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 53BP1の発現若しくは活性が、53BP1低分子干渉RNA(si)RNA、ショートヘアピン(sh)RNA又はマイクロRNA(miRNA)を与えることによって阻害される、請求項3または4に記載の方法。
  6. CtIPが、CtIP又はCtIPのアナログを与えることによって、上方制御されるか、又は発現する、請求項3、4または5に記載の方法。
  7. 前記細胞へ遺伝子編集システムを導入することをさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記遺伝子編集システムが、クリスパー(CRISPR)−CRISPR関連(Cas)システム、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)システム又はジンクフィンガーヌクレアーゼシステムである、請求項7に記載の方法。
  9. 細胞中の標的ポリヌクレオチド配列と関連した遺伝性障害を変更するための方法であって、(1)請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法に従って前記細胞内で相同組換えを活性化すること;および(2)CRISPR関連(Cas)タンパク質及び1〜2個のリボ核酸と前記標的ポリヌクレオチド配列とを接触させることを含み、前記リボ核酸が、前記標的ポリヌクレオチド配列の選択されたモチーフへCasタンパク質を方向づけ、ハイブリダイズさせ、前記標的ポリヌクレオチド配列が切断されることによって、前記標的ポリヌクレオチド配列の発現を低下させるか、ノックアウトするか、又は望ましくない配列から所望の配列へ補正する、方法。
  10. 前記細胞が細胞周期のG0期(G0)にある、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記細胞が細胞周期のG1期(G1)にある、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記細胞が、細胞周期のG1期(G1)又は細胞周期のG0期(G0)にあり、前記方法が、DNA末端切除を活性化するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
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