JP6919912B2 - 腫瘍溶解性hsvベクター - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、2013年10月28日出願の米国仮特許出願第61/896,497号(その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる)の優先権を主張する。
連邦政府支援の研究及び開発に関する陳述
本発明は、国立衛生研究所により交付された、補助金番号CA119298、CA163205、CA175052、NS040923、及びDK044935における政府の支援によりなされた。本発明においては、政府が一定の権利を有する。
発明の背景
多形性膠芽腫(GBM)は、併用療法の適用・利用が可能にもかかわらず、一様に致死的な疾患である。前臨床試験は、腫瘍溶解性HSV(「oHSV」)ベクターを含む、複製可能なウイルスが、有望な代替治療手段の典型であるが、患者試験における治療の有効性は限られていることを示唆する。ベクターの安全性の達成は、腫瘍細胞における溶菌複製も無効にし得るベクター突然変異の抑制に依存している。
発明の要旨
本発明は、ベクターの、腫瘍関連細胞表面受容体への再標的化(retargeting)と、正常な脳では高度に発現するが、腫瘍細胞中には実質的に存在しない、細胞のマイクロRNA(「miR」)によるベクター複製の阻害とを組み合わせることにより、減衰なく、腫瘍に選択的なベクター複製ができるoHSVを提供する。miR応答性エレメントは、インビトロ又は異種脳腫瘍モデルでの、原発性腫瘍細胞における溶解性のベクター複製を妨げることなく、ヌードマウスの脳においてベクターの病原性を抑える。この新しいベクターの設計は、より安全でより効果的なベクタープラットフォームを提供するはずであり、患者の腫瘍への適用のために、更に発展し得る。
図1は、T124エレメントの有効性及び特異性に関する実験結果からのデータを提示する。3’UTR中に、T124(pfLuc−T124)又はコントロール配列(pfLuc−Ctrl)を含有するホタルルシフェラーゼ(fLuc)発現プラスミドを、ウミシイタケルシフェラーゼ(prLuc)内部コントロールプラスミドと共に、24時間前に合成pre−miR−124又はpre−miR−21をトランスフェクションしたHEK293AD細胞へ共トランスフェクションした。48時間後に、ルシフェラーゼ活性を測定した。結果を、rLuc活性に正規化された、fLuc活性の3回の測定からの平均±標準偏差として示す。ペア間の統計学的有意差は、対応するP値の下に角括弧で示す(対応のないt検定)。 図2は、神経膠腫細胞におけるウイルス複製に関する実験結果からのデータを提示する。(A)ベクターの図。親KOS−37 BACは、ウイルスのUL37とUL38遺伝子間に、loxPが隣接したBAC、クロラムフェニコール耐性及びlacZ配列(「BAC」)を含有する(Gierasch et al.,2006)。KGBAC及びKG4:T124BACを作製するための修飾を、以下説明する:gB:NT、ウイルス侵入を増進する、gB遺伝子中の二重突然変異;gC−eGFP、2Aペプチド配列を介した、完全なgC ORFの、GFPへの融合;Δ接合部、ICP4遺伝子の1コピーを含む、完全な内部反復領域の欠失;ICP4:T124、残存するICP4遺伝子の3’UTRにおけるT124の挿入。UL、ウイルスゲノムの、固有の長いセグメント;US、固有の短いセグメント。(B)患者由来の培養神経膠腫細胞における、ウイルス複製に対するT124の影響。Gli68及びGBM30細胞に、KG又はKG4:T124ウイルスを、0.01のMOIで、トリプリケートで感染させた。感染後、表示された時点で、細胞溶解物及び上清を回収し、U2OS細胞で力価を測定した。値は平均±標準偏差である。(C)LV124に感染したGli68細胞におけるmiR−124の発現。細胞を5cfu/細胞で感染させ、翌日、ピューロマイシン含有培地でセレクション(3日間)し、全RNA抽出のために回収した。コントロールRNAは、未感染のGli68細胞及びU2OS細胞由来であった。miR−124のレベルは、定量的RT−PCRによりトリプリケートで決定し、RNU43のレベルに正規化した。U2OS細胞に対する、増加倍数±標準偏差を示す。すべての対について、P<0.05(対応のないt検定)。(D)KG及びKG4:T124の、miR−124形質導入細胞並びにコントロールのGBM30細胞及びGli68細胞におけるウイルスの複製。細胞を、5cfu/細胞で、LV124又はLV137Rに感染させ、ピューロマイシンで3日間セレクションし、0.01のMOIで、KG又はKG4:T124に重複感染させた。72及び96時間後に回収し、混合した細胞溶解物と上清中の感染性HSVの力価を、U2OS細胞で測定した。結果は、HSV感染のトリプリケートからの平均値±標準偏差である。角括弧は、対応するP値を有する、有意差のある対を示す(対応のないt検定)。 図3は、ヌードマウスの脳における、KG4:T124ウイルスの複製及び毒性に関する実験結果からのデータを提示する。4.8×10ゲノムコピーのKG又はKG4:T124を、4匹のBALB/cヌードマウスの頭蓋内に、それぞれ注入した(n=4/群)。(A)動物の、ベクター注入後の経時的な体重。左、KGを注入した動物;X、動物の死亡。右、KG4:T124を注入したマウス;黒丸、動物の屠殺。(B)ベクター注入後の、マウス脳における経時的な全ウイルスゲノムコピー。ベクター注入後5、14、21及び33日目に屠殺した、KG4:T124を注入したマウス一匹並びに5日目に安楽死させた、重篤な疾患症状の、KG注入群からの最後の生存動物からの脳を回収し、DNAを単離し、脳あたりのウイルスベクターゲノムの総数を、qPCRにより測定した。(C)この実験における動物のカプラン・マイヤー生存プロット。矢印は、KG4:T124注入群から1匹の動物を屠殺する日を示す。P=0.0058、ログランク検定。 図4は、ヒト神経膠芽腫のヌードマウスモデルの、EGFRへ再標的化した(EGFR−retargeted)、miR−124に感受性のHSVベクター処理に関する実験結果からのデータを提示する。研和した(Triturated)GBM30細胞を頭蓋内移植し、5日後に、PBS又は1.8×10gcのKGE若しくはKGE−4:T124ウイルスを、同一座標で注入した。(A)カプラン・マイヤー生存プロット。ログランク統計:KGEとPBSとの比較、P=0.0188;KGE−4:T124とPBSとの比較、P=0.0009;KGEとKGE−4:T124との比較、P=0.8327。(B)腫瘍細胞移植後の経時的な動物の体重。X、動物の死又は安楽死。 図5は、KMMP9が、酵素的に活性なMMP9の過剰発現を調節することを実証するデータを提示する。(A)KMMP9及びKGwの構造。(B)KMMP9、KGw、又はKG(MOI=0.1)のいずれかで感染させた、ベロ細胞の細胞溶解物のウェスタンブロット解析。βチューブリンとHSV糖タンパク質Bは、それぞれ、細胞及びウイルスのローディングコントロールとして可視化した。略語:M、KMMP9;G、KGw;KG、コントロールウイルス;un.、未感染;gB、糖タンパク質B;Sup.、上清。 図5は、KMMP9が、酵素的に活性なMMP9の過剰発現を調節することを実証するデータを提示する。原発性GBM細胞株(C)又はベロ細胞(D)を、MOI=1で、KGw又はKMMP9に感染させた。感染後24時間目に、細胞溶解物及び上清を回収し、10%ポリアクリルアミド/0.1%ゼラチンゲルに、混合して(C)又は別々に(D)ロードした。電気泳動後、ゲルを、37℃で一晩インキュベーションし、0.05%クマシーブルーで染色し、脱染し、画像を記録した。略語:M、KMMP9;G、KGw;KG、コントロールウイルス;un.、未感染;gB、糖タンパク質B;Sup.、上清。 図6は、KMMP9及びKGwが、同等の細胞侵入と増殖パターンを示すことを実証するデータを提示する。(A)パネルの左側へ列挙した細胞を、パネルの上に列挙したgc/細胞の多重度でウイルスに感染させた。6時間後、細胞を固定し、ICP4について免疫染色した。(B)GBM30及び(C)GBM169細胞を解離し、200gc/細胞でKMMP9又はKGwに感染させた。細胞溶解物を、1、2、4及び6dpiで回収して、ウイルスゲノムコピーの力価を、qPCRにより決定した。いずれの宿主細胞株中でも、2ウイルス間で有意差が観察されなかった(GBM30:P=0.20;GBM169:P=0.11)。 図7は、KMMP9が、KGwと比較して、in vitroで同等以上の腫瘍細胞の殺傷を示すことを実証するデータを提示する。U87、SNB19又はGBM30細胞を、3又は7日間、10又は100gc/細胞で感染させた。非感染細胞に対する、細胞生存のパーセンテージを、MTTアッセイにより測定した(n=3;アスタリスク:p<0.05、対応のないスチューデントt検定)。 図8は、MMP9が、スフェロイド中のoHCVの感染力を向上させることを実証するデータを提示する。GBM30細胞を、懸濁液中で増殖させ、1×10pfuの、KMMP9又はKGwのいずれかで感染させた。両方のベクター中のgC−T2a−eGFPカセットからの緑色蛍光を、ホールマウントスフェロイドにおいて、2〜6dpiに毎日可視化した。(A)3及び5dpiにおける代表的な画像。(B)ベクターあたり6スフェロイドにおいて定量したeGFPシグナルの平均で、KGwに対する、KMMP9の、約2倍の感染性増大(P=0.006)が示された。(C〜E)2群のGBM30スフェロイドに、スフェロイドあたり4×10ゲノムコピーで、KMMP9又はKGwを感染させた。スフェロイドを固定し、DAPIで染色し、5μmの間隔で、Z断面の共焦点画像を記録した。パネル(C)は、KMMP9群及びKGw群からの、それぞれの、0μm〜150μmで3D再構成した後の、2の代表的なスフェロイドを示す。青、DAPI;緑、eGFP。パネル(D)は、Z=100μmで、各群からの、2のスフェロイドのZ断面を示す。(E)各スフェロイドを、Z軸上の深度(下から上へ:0〜20μm;25〜50μm;55〜80μm;85〜100μm;105〜120μm、及び125〜140μm)に関して、5つのセグメントに分割した。スフェロイドの各セグメントにおける相対的なシグナル強度を、DAPIシグナルで除したeGFPシグナルを平均することによって算出した。n=7;アスタリスク:P<0.05。 図9は、GBMのヌードマウスモデルの、KMMP9処理に関するデータを提示する。GBM30細胞を、頭蓋内に移植し、5日後、KMMP9、KGw又はPBSを、同じ座標(ブレグマに対し、前方0.5mm、側方(右)2mm、深度3mm)で注入した。動物を毎日モニタリングし、罹患の徴候を示した時に屠殺した。データを、カプラン・マイヤー生存プロットとして提示する。KMMP9又はKGwで処理した動物は、PBS(P<0.01)で処理したものよりも有意に長く生存した。KMMP9とKGwとの間に有意差は認められなかった(n=4、P=0.61、ログランク検定)。 図10は、ウイルス又はモック(PBS)で処理されたGBM30動物の治療あたり1の動物の、T2強調脳MRI画像を示す。(A)治療を、GBM30移植後10日目に行って、処理1日前(−1日目)並びに処理後3、6、9及び13日目に、画像を収集した。(B)同日に腫瘍体積を算出した。
発明の詳細な説明
本発明は、細胞(がん細胞等)の表面に存在する分子(タンパク質、脂質、又は炭水化物の決定基)に特異的な非HSVリガンド及び1以上のHSV遺伝子座、好ましくは、正常(即ち、非がん性)細胞におけるHSVの複製に必要な、1以上のHSV遺伝子(複数
可)、に挿入された、1以上のマイクロRNA標的配列の、1以上のコピーを含む、組換えoHSVを提供する。本発明は、本発明のoHSVを含むストック及び医薬組成物並びに本発明のoHSVを用いる、腫瘍細胞を殺傷するための方法を更に提供する。
本発明のoHSVの非HSVリガンドは、リガンドによる所望の細胞の標的化を促進するため、gD又はgC等の、oHSVの表面に露出した糖タンパク質に組み込まれる。例えば、リガンドは、gDの残基1〜25の間に組み込まれ得る。GBM及び他のがん細胞を標的とするための好ましいリガンドとしては、それらがEGFR及びEGFRvIIIの、CD133、CXCR4、がん胎児性抗原(CEA)、ClC−3/アネキシン−2/MMP−2、ヒトトランスフェリン受容体及びEpCAMを標的とするものが挙げられ、リガンドは、かかる受容体又は細胞表面分子を標的とし得る。即ち、リガンドは、かかる受容体又は細胞表面分子を特異的に結合させることができ得る。抗体、scFv(単鎖抗体)及びVHH(単一ドメイン抗体)等のEGFR特異的及びEGFRvIII特異的リガンドは、文献に記載されている(Kuan et al,Int.J.Cancer,88,962−69(2000);Wickstrand et al.,Cancer Res.,55(14):3140−8(1995);Omidfar et al.,Tumor Biology,25:296−305(2004);Uchida et al..Molecular Therapy,21:561−9(2013)も参照;Braidwood et al.,Gene Ther.,15,1579−92(2008)も参照)。
oHSVはまた、又は代わりに、リガンドを組み込むことによって、必ずしもがんに関連しない他の細胞表面分子又は受容体に標的化され得る。例えば、リガンドとしては、天然のリガンド(例、EGFRを標的とし得るEGF、trkAを標的とし得るNGF等の成長因子)、ペプチド性又は非ペプチド性のホルモン、標的分子の結合に関して選択されたペプチド(例、設計されたアンキリンリピートタンパク質(DARPins)、等からの結合ドメインが挙げられ得る。本発明のoHSVは、非カノニカルな(non−canonical)受容体を介した(though)ベクター侵入を促進する、gB及び/又はgHの突然変異体形態も含み得る(そして好ましくは、oHSVゲノム内の一方又は両方のこれら遺伝子においても、かかる突然変異を有する)。
本発明のベクターに含める、好ましいマイクロRNA標的配列(好ましくは、その、タンデムの複数コピー)は、神経へ適用するための特定の用途(例、GBM等の神経系腫瘍を治療するために本発明のoHSVを用いる場合、非がん性ニューロンを保護するため)を有する、miR−124である。他のマイクロRNA標的配列は、或いは、他の種類の組織を保護するために使用され得、所望の組織又は細胞種を保護するために、好適なマイクロRNA標的配列を選択することは、当該分野の通常の技術の範囲内である。例えば、miR−122及びmiR−199は、正常な肝細胞で発現するが、原発性肝臓がんではしない。従って、miR−122及び/又はmiR−199のマイクロRNA標的配列のうちの一方か、又はそれら組み合わせが、肝臓がんの治療のための、本発明のoHSVの実施形態において使用され得る。同様に、miR−128及び/又はmiR−137マイクロRNAに対する標的配列は、正常な脳の保護のために、oHSV中で用いることができる。典型的なマイクロRNA標的配列は、マイクロRNAの逆相補配列(reverse complement)であり得る。
マイクロRNA標的配列(複数可)は、好ましくは、マイクロRNAの存在下でその遺伝子をサイレンシングするために、HSV遺伝子の3’非翻訳領域(「UTR」)に含められる。好ましくは、マイクロRNA標的配列の複数コピー(2コピー、3コピー、4コピー、5コピー、6コピー、又はそれ以上等)が、タンデムに挿入される。好ましくは、マイクロRNA標的配列の複数コピーは、4以上のヌクレオチド(より好ましくは8以上
のヌクレオチド)のスペーサーによって分離される。理論に拘束されることは望まないが、より大きな間隔(例、約8ヌクレオチド超)が、安定性の増大をもたらすと考えられている。
より好ましくは、HSV感染の溶解効果からの、非がん性細胞の保護を促進するために、マイクロRNA標的配列の複数コピーが、非がん性細胞における複製に必須であるHSV遺伝子の3’UTRに挿入されており、このことは当業者に知られている。好ましくは、該部位は、マイクロRNAが標的とする遺伝子の、HSVゲノム内のその通常の(又は天然の)遺伝子座における3’UTRである。本発明の好ましいoHSVは、ICP4遺伝子の天然のコピーを両方有するベクター中の、一方又は両方のICP4遺伝子コピー等のICP4遺伝子の、3’UTRに挿入されたマイクロRNA標的配列の複数コピーを含む。
本発明のHSVベクターのゲノムは、更に、(緑色蛍光タンパク質等の)レポータータンパク質、(腫瘍壊死因子(「TNF」)又はTNF関連アポトーシス誘導リガンド(「TRAIL」)等の)腫瘍殺傷活性を増強する腫瘍溶解性因子若しくは作用因子、又は治療的に重要な他の遺伝子産物(例、ペプチド、薬物で活性化した酵素、抗体、治療用RNA等)をコードする等の、1以上の外因性の発現カセット(即ち、プロモーター、エンハンサー、及び他の好適な調節エレメントと作動可能に連結されたコーディング配列を含有する)を含み得る。好ましい外因性発現カセットは、細胞外マトリクス(ECM)及び神経膠芽腫の基底膜の主要構成成分である、IV型コラーゲン(Mammato et al.,Am.J.Pathol.,183(4):1293−1305(2013),doi:10.1016/j.ajpath.2013.06.026.Epub 2013 Aug 5)を分解するマトリクスメタロプロテイナーゼ9(「MMP9」)等のマトリクスメタロプロテイナーゼをコードし、従って、本発明のベクターによる、水平伝播に起因する腫瘍細胞への感染を増進し、腫瘍殺傷活性を増進する。本発明のHSVの水平伝播を増進する、他の遺伝子をコードする発現カセットも好ましい。
他の好適な外因性発現カセットは、本発明のHSVが治療のために使用されるがん又は腫瘍に対する、患者の免疫応答を誘導するタンパク質又はポリペプチドをコードする。例えば、かかる発現カセットとしては、サイトカイン(例、IL−2及びIFN B)、細胞傷害性Tリンパ球関連タンパク質4(「CTLA−4」)に対する抗体(Hodi et al.,N.Engl.J.Med.,363(8):711−23(2010))、プログラム細胞死タンパク質1(「PD1」)のリガンド又は該受容体自体のいずれかに対する抗体(Topalian et al.,N.Engl.J.Med.,366(26):2443−54(2012))、及び上皮細胞接着分子(「EpCAM」)(Patriarca et al.,Cancer Treatment Rev.,38:68−75(2012))等の因子をコードする、1以上の核酸を含み得る。上述の通り、EpCAMは、本発明のベクターによって認識される標的化マーカーとしても機能し得る。また、治療されるべきがんがCNSのがん以外、より具体的には、神経膠腫又は神経膠芽腫以外の場合、別の導入遺伝子が、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(「GM−CSF」)をコードし得る。
他の好ましい発現カセットは、プロドラッグの、活性薬剤への変換を触媒するタンパク質又はポリペプチドをコードする。例えば、かかる発現カセットは、本発明のベクターに感染した腫瘍又はがん性細胞において、局所的に、5−フルオロシトシン(「5−FC」)を5−フルオロウラシル(「5−FU」)に変換できるシトシンデアミナーゼ等の酵素(例、Akimoto et al.,J.Ophthalmol.,86(5):581−86(2002)参照)をコードし得、5−FUへの全身曝露を最小限にしながら、5−FUが、かかる細胞又は腫瘍内で局所的に作用することを可能にする。同様に、かか
る発現カセットは、ガンシクロビルを活性化し得る、(例、HSV前初期プロモーター又は強力な構成的プロモーターに作動可能に連結された)チミジンキナーゼ(tk)、又はリボヌクレオチドレダクターゼの活性を阻害又は減衰させ得る、プリンヌクレオシドホスホリラーゼ(PNP)をコードし得る。特定の実施形態においては、本発明のベクターは、天然の機能的なHSV tk遺伝子も含有し得る。
本発明のベクター内では、外因性発現カセット内のコード配列は、構成的プロモーター又は誘導性若しくは組織特異的プロモーターの等の、所望の任意の遺伝子調節配列と作動可能に連結され得、その多くの例が当該分野で知られている。例えば、一般的に使用される構成的プロモーターは、ヒトサイトメガロウイルス(hCMV)プロモーターであり、他のプロモーター(例、CMV初期エンハンサー/ニワトリβアクチン(CAG)プロモーター、及びHSV前初期プロモーター(例、ICP4プロモーター)等)も用いられ得る。
また、特定の実施形態においては、本発明のベクターゲノムは、ICP47遺伝子についてのプロモーターと共にディプロイド遺伝子(diploid genes)ICP0
、ICP34.5、LAT及びICP4の各1コピーを含む内部反復(接合部)領域を欠失している(contains a deletion)。他の実施形態においては、接合部を欠失させる代わりに、接合部領域における遺伝子、特にICP0及び/又はICP47の発現が、それら遺伝子の欠失、そうでなければ、限定的なそれらの突然変異誘発によってサイレンシングされ得る。
本発明のベクターは、HSVウイルス学の分野の当業者に知られている標準的な方法により製造され得る。しかしながら、HSVゲノムの操作及び本発明のベクターの製造を容易にするために、本発明は、本発明のベクターをコードする核酸も提供する。好ましい核酸は、細菌のシステムにおいてHSVの操作を容易にする、本発明のベクターをコードする細菌人工染色体(「BAC」)である。
本発明のoHSVは、インビボかインビトロかに関わらず、がん性細胞を標的とし、殺傷するために用いられ得ることを認識すべきである。好ましい用途は、特にヒト患者において、及び/又は(種々の哺乳動物種において異種移植片となり得る)ヒト腫瘍/細胞に対して、本発明のベクターを治療的に使用することである。しかし、該方法は、コンパニオンアニマル(例、ネコ及びイヌ)、又は農業に重要(例、ウシ、ヒツジ、ウマ等)な、若しくは動物学的に重要な動物等の動物にも使用され得る。治療に本発明のベクターが用いられ得る、例示的な腫瘍/がん性細胞としては、中枢神経系のがん、特に多形性膠芽腫が挙げられる。
一般的に、本発明のoHSVベクターは、細胞が、好適な数のウイルスに確実に遭遇するように、細胞集団に十分なウイルスが送達され得る場合に、最も有用である。従って、本発明は、本発明のoHSVベクターを含むストック、好ましくは均質なストック、を提供する。HSVストックの調製及び解析は、当該分野で周知である。例えば、ウイルスストックは、oHSVベクターで形質導入した細胞を含有するローラーボトル中で製造され得る。次いで、ウイルスストックは、連続ナイコデンツ勾配(continuous nycodenze gradient)で精製し、等分し、必要となるまで保存され得る。ウイルスストックは、主に、ウイルス遺伝子型及びそれらを調製するために用いられるプロトコル及び細胞株に依存して、力価が相当異なる。好ましくは、かかるストックは、少なくとも約10プラーク形成単位(pfu)(少なくとも約10pfu等、又はいっそう好ましくは少なくとも約10PFU)のウイルス力価を有する。なおより好ましい実施形態においては、力価は、少なくとも約10PFU、又は少なくとも約10PFUであり得、そして少なくとも約1010PFU又は少なくとも約1011PFUの高
力価ストックが、最も好ましい。かかる力価は、例えば、ベクターが標的とする受容体を発現する細胞を用いて確立され得る。
本発明は、更に、本発明のoHSVベクター及び担体、好ましくは生理学的に許容可能な担体、を含む組成物を提供する。組成物の担体は、ベクターにとって好適な、任意の担体であり得る。担体は、典型的には液体であるが、固体、又は液体及び固体成分の組み合わせでもあり得る。担体は、望ましくは、医薬的に許容可能な(例、生理学的又は薬理学的に許容可能な)担体(例、賦形剤又は希釈剤)である。医薬的に許容可能な担体は周知であり、容易に入手可能である。担体の選択は、組成物を投与するために用いられる、特定のベクター及び特定の方法によって、少なくともある程度決定される。組成物は、特に、組成物の安定性を高めるため及び/又はその最終用途のために、他の任意の好適な成分を、更に含み得る。従って、本発明の組成物の好適な、多種多様の製剤がある。以下の製剤及び方法は、単なる例示であり、決して限定的なものではない。
非経口投与のための好適な製剤としては、抗酸化剤、緩衝剤、静菌剤、及び製剤を、意図されるレシピエントの血液と等張にする溶質を含有し得る水性及び非水性の等張無菌注射溶液、並びに、懸濁化剤、可溶化剤、増粘剤、安定化剤、及び保存剤を含み得る水性及び非水性無菌懸濁液が挙げられる。製剤は、アンプル及びバイアル等の単位用量又は複数回用量の密封容器にて提示され得、使用直前に、例えば注射用水といった無菌の液体担体の添加のみを要する冷凍乾燥(凍結乾燥)条件で保存され得る。即席注射溶液及び懸濁液は、既述の種類の滅菌粉末、顆粒、及び錠剤から調製され得る。
更に、組成物は、更なる治療的又は生物学的活性剤を含み得る。例えば、特定の適応症の治療に有用な治療因子が存在し得る。イブプロフェン又はステロイド等の、炎症を制御する因子は、ベクターのインビボ投与及び生理学的苦痛に関連する、腫れ又は炎症を低減するため、組成物の一部とされ得る。免疫系抑制剤は、ベクター自体又は疾患に関連する任意の免疫応答を低減させるために、組成物(composition method)と共に投与され得る。或いは、免疫増強剤は、疾患に対して、特に、本発明のベクターが用いられるべきがん又は腫瘍に対して、身体の自然防御をアップレギュレートする組成物中に含められ得る。抗生物質、即ち、殺菌剤(microbicides)及び防カビ剤(fungicides)は、遺伝子導入手順及び他の疾患に関連した感染のリスクを低減するために存在し得る。
実施例1
目的:多形性膠芽腫(GBM)は、有効な治療がない、浸潤性の脳腫瘍である。oHSVベクターは、ヒトGBMモデルの治療のために動物において設計されているが、患者の試験においては、有効性は不調と判明した。我々は、ベクターの減衰なく、高度に選択的な腫瘍溶解を実現する新しいoHSV設計の開発を模索してきた。
実験計画:我々は、感染を全面的に再標的化して(fully retargeting)、EGFRを介することにより、及びニューロン特異的miR−124によって認識される配列の複数コピーを、不可欠なHSVのICP4前初期遺伝子の3’UTRに導入することによって、正常なニューロンにおけるベクターの複製を阻止することにより、腫瘍細胞に選択的に感染して複製するように改変された、oHSVを報告する。miR−124は、ニューロンに多く発現するが、GBMでほぼ検出不能なため、選択された。ベクターは、有効性について、異種脳腫瘍治療実験で試験した。
結果:miR−124感受性ウイルスの、ヌードマウス頭蓋内への高用量の接種は、miR−124のICP4 mRNAとの相互作用による、正常な脳におけるウイルス複製
の阻止と整合して、発症又はウイルス複製の証拠をもたらさなかった。ヌードマウスにおける、EGFRへ再標的化したmiR124感受性HSVによる、ヒト原発性GBMの同所性モデルの治療は、親の、EGFRへ再標的化したウイルスによる治療に匹敵する長期生存(50%)を実証し、従って、miR−124認識エレメントが、有効性の低下をもたらさなかったことを示す。
結論:我々は、減衰していないoHSVの特異性は、ベクター感染の腫瘍標的化と、腫瘍には存在しないが、正常組織で多く発現する細胞性マイクロRNAを介した、オフターゲットベクターの複製排除とを組み合わせることによって最大化し得ると結論付ける。
序論
GBMは、効果的な治療が見つけにくいままの、最も悪性形態のがんの一つである。手術並びに放射線及び化学療法等の標準的な医療行為では、長期の臨床効果が限られることがわかっている。単純ヘルペスウイルス1型(oHSV−1)由来のものを含む腫瘍溶解性ベクターは、代替治療戦略の候補として、多くの研究室で開発中である(1)。oHSVベクターは、原発性GBMの動物モデルの治療に有望なことが示されているが、良好な安全性プロファイルを提供するのとは別に、初期の臨床試験からの結果は、有効な腫瘍殺傷、又は患者の生存における、一貫性のある改善を示していない(2)(3)。
HSVの減衰を達成するための最も一般的な方法は、感染に対する宿主の自然免疫応答を回避する非必須遺伝子、ニューロン等の非分裂細胞中での複製のためのヌクレオチドプールを提供する非必須遺伝子、及び細胞のアポトーシスを防止する非必須遺伝子を、機能的に欠失させることであった(2)。がん細胞におけるウイルス複製は、特定の自然免疫応答の喪失(4)、並びに迅速な細胞分裂及び不活性なアポトーシス経路(2)によって促進される。しかし、これらの特性は、現在のoHSVが、腫瘍において積極的に複製するためには、一様に十分なわけではない。
ベクターの有効性を改善するための最初の段階として、我々は、以前に、カノニカルなHSV侵入受容体からの感染を、発現が多い腫瘍細胞表面受容体(例、EGFR及びEGFRvIII)へと向け直すための、HSVを全面的に再標的化するための方法を開発した(5)。再標的化したoHSVは、同所性マウスモデルにおいて、ヒトGBM細胞についての確固たる腫瘍溶解性活性及び高い特異性を示し、ヒト腫瘍の、高レベルの破壊をもたらした。またこの治療ベクターは、ベクターに関連する毒性なしに、処理された動物の大部分に長期の生存をもたらした。しかし、最も多く発現する腫瘍関連細胞表面マーカーは、正常な細胞型とある程度共有されているので、我々は、腫瘍において複製を低減させることなく、正常な脳におけるウイルス複製を阻止するために、独立したメカニズムを用いて、腫瘍を標的とする非減衰性のベクターの安全性を増大させるように努めた。
最近の研究では、腫瘍標的化に対する代替的アプローチとして、正常細胞とがん細胞との間のマイクロRNA(miRNA)発現プロファイルの違いを利用している(6)。神経膠芽腫、ニューロン及び神経前駆細胞(NPC)で差次的に発現する、少なくとも30のmiRNAが同定されている(7)(8)。このことは、これらの差が、腫瘍細胞中でのスムーズな複製を可能にしながら、正常な脳細胞中でのウイルス複製を制限するために用いられ得ることを示唆する。本明細書において、我々は、本質的に野生型のウイルスの、不可欠なICP4遺伝子への、miR−124認識エレメントの取り込みが、miR−124が多く発現する、正常な脳組織中でのHSV複製を防止することを示す。我々は、更に、miR−124応答エレメントは、EGFRへ再標的化したベクターの腫瘍溶解活性を低下させなかったことを示す。重要なことに、腫瘍表現型はmiR−124の不在が継続することによって決まるため、細胞の、溶解性のウイルス複製からの回避機構としてmiR−124がアップレギュレートされると、細胞の制御不能な増殖能力が制限され、
その結果、ベクターの有効性が損なわれない可能性がある。ベクター産生は、miR−124を欠く細胞中で行われるため、ストック調製の間には、miR−124耐性ウイルス突然変異体を生成する選択圧はない。総合すると、これらの特徴は、ベクターの安全性及び腫瘍選択性をもたらし、様々な腫瘍型に好適な、腫瘍溶解性ベクター設計のための一般的戦略を示唆する。
結果
miR−124応答エレメントの検証。ニューロンにおいて、GBM細胞よりも高レベルで発現する複数のmiRNAのうち、miR−124が最も量が多く、GBMでの発現は最少である(6)。我々は、異なる8ヌクレオチド(nt)のスペーサーによって分離された、成熟miR−124の逆相補配列の、タンデムの4コピーから成るmiR−124応答エレメント(T124)を設計した。この配列の機能性を評価するために、我々は、それをホタルルシフェラーゼ(fLuc)発現プラスミドの3’UTRに挿入し、ほとんど又は全くmiR−124を発現しないと報告されているU2OS骨肉腫細胞に対する共トランスフェクション実験を、特異的(pre−miR−124)又は非特異的(pre−miR−21)miRNA前駆体により行った(9)。正規化のために、ウミシイタケルシフェラーゼ(rLuc)発現プラスミドを含めた。結果(pfLuc−T124、図1)は、モックを共トランスフェクションした細胞又はpre−miR−21を共トランスフェクションした細胞と比較して、pre−miR−124と共トランスフェクションした細胞において、24時間での、fLuc活性の極端な低下を示した。対照的に、miR−21配列の4コピーを逆向きに含有するコントロールのfLucプラスミドをトランスフェクションした細胞(pfLuc−Ctrl、モック)と、pfLuc−Ctrlとpre−miR−21又はpre−miR−124のいずれかとを共トランスフェクションした細胞との間には、fLuc発現にほとんど差が観察されなかった(図1)。これらの結果は、miR−124媒介性の、遺伝子発現の制限のための効率的かつ特異的な標的としての、T124エレメントの機能性を実証する。
miR−124発現に対する、T124で修飾されたHSVの複製感受性。我々は、細菌人工染色体(BAC)上のHSV−1 KOS株の全長ゲノムクローン、KOS−37
BACへ、一連の修飾を導入する(11)ために、大腸菌におけるダブルのRed組換え(double Red recombination)(10)を用いた。産物、KGBAC(図2A)は、ICP47遺伝子のプロモーターと共に、ディプロイド遺伝子ICP0、ICP34.5、LAT及びICP4の各1コピーを含有する内部反復(接合部)領域について欠失させた。この欠失は、欠失させた4遺伝子の残存コピーの操作を容易にし、ウイルスの腫瘍溶解活性を増強する導入遺伝子を組み込むための候補の広大なスペースを提供し、神経毒性因子ICP34.5の発現を低下させることによって、腫瘍特異性を増大させる(12)。ICP47発現の消失は、ウイルス特異的T細胞による、感染がん細胞の免疫認識に効果をもたらす(4)。KGBACは、GFPオープンリーディングフレーム(ORF)(2Aペプチド配列を介して糖タンパク質C(gC)ORFに融合した)も含有し(13)(14)、後期(複製後)のウイルス遺伝子発現のモニタリングを可能にする。最後に、KGBACは、非カノニカルな受容体を介してHSVの侵入を亢進させるために、我々によって示された、gB遺伝子中の1対の突然変異を含有する(15)(16)。我々は、T124配列を、KGBACの残存ICP4遺伝子の3’UTRに組換え、KG4:T124BACを作製した(図2A)。U2OS−Cre細胞のトランスフェクションにより、BACコンストラクトを、両方ウイルス粒子に変換し、同時にloxP部位間に位置するBAC配列を除去した。プラーク精製に続き、KG及びKG4:T124ウイルスのストックを調製し、U2OS細胞に対して力価を測定した。
我々は、最初に、ICP4の3’UTR中に、タンデムのmiR−124の4標的部位を含めることが、培養中のヒトGBM細胞中で、ウイルス複製に影響を与えるか否かを決
定した。結果(図2B)は、原発性神経膠芽腫の2株、Gli68及びGBM30、のスフェロイドにおいて、KG4:T124がKGと同様の速度(kinetics)で複製すること、及び該2ウイルスの収率が、各時点で実質的に異ならないことを示した。次いで、我々は、複製及びウイルス収量は、ヒトのmiR−124を発現するレンチウイルス(LV124)によるこれらの株の形質導入に感受性であるか否かを決定した。図2Cは、逆転写した小RNAに対するリアルタイムqPCRにより測定し、内生RNU43レベルに対して標準化した、U2OS、Gli68、及びGli68−LV124細胞中のmiR−124の相対レベルを示す。KGは、Gli68−LV124及びヒトmiR−137の逆相補配列を発現させるレンチウイルスコンストラクト(LV137R)で形質導入したGli68細胞に対して、同等に良好に、同様の力価にまで増殖した(図2D)。対照的に、KG4:T124は、前者に関しては、後者と比べて増殖は乏しく、同様の結果が、LV124で形質導入したGBM30細胞と、LV137Rで形質導入したGBM30細胞との比較で得られた(図2D)。組み合わせると、これらの観察は、(i)ICP4遺伝子中のT124エレメントは、miR−124依存的様式でHSVの複製を制限する手段として有効であり、且つ、(ii)GBMの2株における内生miR−124のレベルは、この効果を最小限にするのに足る低さであることを強く示した。更に、qRT−PCRのデータは、KGに比べ、KG4:T124の増殖及び力価が損なわれないことについて、U2OS細胞が好適であることを確認した。
KG4:T124は、マウス脳で複製せず、疾患を惹起しない。原発性神経膠腫培養細胞における外因性miR−124の発現が、KG4:T124ベクターの増殖防止に非常に有効であることが示されたため、我々は、次に、マウスの脳におけるmiR−124の内生レベルが、ベクターの複製及び野生型ウイルスと関連する典型的な神経疾患発症(neuropathogenesis)を予防するために十分であるか否かを試験した。我々は、ヒト及びマウスの成熟miR−124は配列が同一であることを指摘する(17)。我々は、宿主の抗ウイルス応答の効果を制限し、それによってウイルスにおけるT124挿入の直接的な効果の同定を容易にするために、これらの実験にヌードマウスを用いた。HSV複製及び発症に対して高感受性であり(18)(19)(20)、以前、ヒト腫瘍細胞を用いた腫瘍治療の有効性の実験用に用いられているため、BALB/Cnu/nuマウスを選択した(21)(12、22)(5)。我々は、KGコントロールベクター及びmiR−124に感受性の試験ベクターKG4:T124を、等ゲノムコピー(gc)数(4.8×10gc)の右半球へ頭蓋内接種後、それらの、ヌードマウスの脳中で複製する能力及び致死的な感染を惹起する能力の両方について、比較した。結果は、コントロールベクターの注入は、感染した脳内に存在する総gc数の2倍の増加(図3B)を伴う、動物の、5日以内の迅速な死(図3A、C)をもたらすことを示した。対照的に、KG4:T124を注入したマウスの健康状態の観察可能な変化は、それらの正常な体重増加によって例示される通り、屠殺まで、33日間の観察期間にわたってなく(図3A)、及びウイルスgc含量は、この期間の間中、インプットの約0.4%にまで、途切れることなく減少した(図3B)。コントロール又は試験ベクターを接種した動物間の生存の差(図3C)は、非常に有意であった(P=0.0058、ログランク検定)。このことは、ICP4遺伝子の3’UTRに挿入した、miR−124認識配列の4コピーが、HSV高感受性ヌードマウスの脳における、致死性のベクター複製を阻止できることを示した。従って、これらの配列は、単独で、脳内におけるベクターの毒性を抑えるのに十分であった。
ウイルスストック調製の間の、miR−124標的部位の喪失又は突然変異による不活性化は、あっても稀であるという、これらの結果からの示唆を確認するために、DNAを、KG4:T124のウイルスストックから単離し、ICP4 3’UTR中のT124挿入部位全体をPCRに供した。ゲル電気泳動及びDNA配列決定による、産物の解析は、PCR産物サイズの異常又はヌクレオチドのばらつきの証拠を示さなかった(データは
示さず)。同様に、KG4:T124ウイルス(1.5×1010gc)で正常BALB/cマウスに頭蓋内接種後、3時間又は21日で単離された脳の全DNAのPCR解析及び配列決定解析は、T124領域全体で異常を示さなかった(データは示さず)。これらの結果は、KG4:T124のウイルスの増殖の間又はin vivoで、miR−124非感受性変異体がセレクションされる可能性についての懸念を和らげた。
miR−124応答エレメントは、EGFRを標的とする腫瘍溶解性HSV活性を損なわない。次に、我々は、防御性のmiR−124認識エレメントが、ヒトGBMのヌードマウスモデルにおける、ウイルスの殺腫瘍活性に悪影響を及ぼすか否かを確認しようとした。これらの動物の脳に接種した場合、KGは非常に有毒であったため(図3C)、担がんマウスの生存実験において、このウイルスを治療コントロールとして用いることには、腫瘍よりも、むしろウイルスに起因する動物の死をもたらし得るので、注目しなかった(not attractive)。その代わりに、我々は、全面的にEGFRへ再標的化した野生型HSV−1 KOSは、ヌードマウスの脳に対して非毒性であるが、ヌードマウスにおける同所性ヒトGBMの治療に有効であるという、我々の公開所見に基づいて、全面的にEGFRへ再標的化したKGの誘導体にmiR−124結合部位4コピーを導入した(5)。従って、それぞれKGE及びKGE−4:T124と呼ばれる、KGと、KG4:T124の、EGFRへ再標的化した型の比較は、ウイルスの腫瘍溶解活性に対する、miR−124部位のあらゆる制限的な効果を特定するはずである。我々は、ヌードマウスに浸潤性の頭蓋内腫瘍を確立するために、患者由来の、球形成性GBM30細胞を用いた(5)。動物を毎日観察し、罹患の徴候を示した時に安楽死させた。我々の公開結果と同様に、同一の定位座標に腫瘍細胞を接種後5日目に、PBSを注入したマウスは、腫瘍細胞移植の数週間以内に死亡した(中央値21.5日;図4A、B)。対照的に、EGFRへ再標的化したコントロールウイルス、KGE、又は再標的化したT124含有ベクター、KGE−4:T124のいずれかを用いた腫瘍の治療は、半数の動物を、実験の期間(90日)保護し、これら二群についての生存期間中央値は同等だった(それぞれ79.5日及び85.5日、P=0.83、ログランク検定)。これらの結果は、KGE−4:T124のICP4遺伝子におけるmiR−124部位が、GBM30腫瘍治療の有効性を損なわないことを示した。
考察
我々の目標は、完全なウイルス機能を発現するが、GBM−関連受容体を発現する細胞にのみ感染し得、且つ腫瘍中のみで高効率で複製し、正常な脳細胞ではしない腫瘍溶解性HSVベクターを設計することであった。腫瘍選択的感染及び溶解性ウイルスの増殖は、全面的なウイルス侵入再標的化(5)及び正常な脳組織におけるウイルス複製の、細胞性、miRNA媒介性制限との組み合わせに依存した。溶解性感染は、腫瘍表現型、標的受容体及び腫瘍特異的miRNA発現プロファイルの維持に重要な、標的細胞の2つの別個の特性を必要とするので、この、形質導入及び転写後の腫瘍標的化との組み合わせは、非常に安全且つ効果的なoHSVを提供する見込みがある。この一般的戦略は、異なるがんに合わせた標的化及びmiRNAの応答エレメントを用いて、広く適用可能であり、その適用は、同型の個々の腫瘍間で、特定の抗原及びmiRNA発現に差異がある可能性を考慮することによって、パーソナライズ治療に関して最適化し得る。
GBMにおいては、改変された遺伝子発現には、正常な脳組織と比較して複数のmiRNAの実質的なダウンレギュレーションが含まれ(23〜25)、正常脳において改変ウイルスの複製を選択的に減衰させるために用い得る可能性のある、いくつかのmiRNAが提示される。miR−124は、ニューロン分化の強力な誘導因子として認識され(26)、GBM中で最も高度にダウンレギュレートされたmiRNAの1つである(6)ため、我々は、正常な脳組織におけるoHSV複製を阻止する手段として、このmiRNAに焦点を当てた。miR−124(T124)に関する反復認識部位(Repeat r
ecognition sites)を、産物がHSVの溶菌サイクルを開始するために絶対に必要な、ウイルスICP4遺伝子の3’UTRに導入した。我々は、神経膠腫細胞では、T124+ウイルスは、T124を欠くコントロールウイルスと実質的に同程度に、着実に複製し得るのに対し、miR−124のレンチウイルス発現が、その複製を選択的に阻止することを見出した。更に、T124エレメントは、非常に多量の頭蓋内ベクター投与(4.8×10粒子)から、ヌードマウスを完全に保護するのに十分であった。一方、コントロールベクターは、5日以内にすべての動物を死滅させた。これらの動物の脳における全ウイルスゲノムコピー数を決定したところ、T124+ベクター複製の証拠は示されず、むしろ経時ウイルスゲノム含量の漸進的な減少の証拠が示された。T124配列は、ウイルスストック及び感染動物から精製したDNAに対して増幅した、ICP4
3’UTRのサイズ及び配列決定解析で評価された通り、腫瘍のない動物又は我々の腫瘍治療実験からの長期生存動物(long−term survivors)における明白な神経疾患発症の欠如と整合して、安定であった。最後に、我々は、T124エレメントが、ヌードマウス中のヒトGBMモデルにおいて、このウイルスの腫瘍溶解効果を低下させないことを実証するために、再標的化した、マウス細胞に感染し損ねるウイルスを用いた。
腫瘍受容体を標的とするウイルスと、正常細胞におけるウイルス複製のmiRNA媒介性阻止との組み合わせは、標的受容体を腫瘍(例、EGFR)と共有し得る、正常な細胞の増殖感染を阻止することにより、溶解性ウイルスの標的特異性を増強させる。我々の結果は、miR−124に対する標的配列4コピーの、ICP4遺伝子の3’UTRへの挿入が、ヌードマウスにおいて、非常に高用量のウイルスによる神経疾患発症を完全に阻止するが、miR−124を発現するすべての脳細胞でそうではないことを示す。例えば、海馬及び副脳室帯(sub−ventricular zone)(SVZ)に位置する、ニューロン前駆細胞(NPC)は、miR−124標的配列によって保護されることが期待されていない(これらの細胞は、miR−124の発現が最少であることを含む、GBM細胞のmiRNA発現プロファイルと同様のプロファイルを有しているため)(27)。しかし、いくつかのmiRNAは、NPC中で、神経膠腫中よりも、最大100倍高レベルで発現する(27)(28)(29)(30)。このことは、同じウイルスの同一又は他の不可欠な遺伝子へ操作された更なるmiRNAに対する標的部位を、より様々な脳細胞における複製を、腫瘍特異的ウイルス複製を損なうことなく阻止するために、用いる可能性を示唆する。
我々の研究は、腫瘍抗原へのウイルス標的化と、正常組織における、miRNAで制限された複製との組み合わせが、腫瘍の、効果的且つ高度に特異的なウイルス療法のための魅力的な戦略であることを示唆するが、個々の腫瘍は、治療へのその応答が、腫瘍抗原レベルのばらつき及びおそらく、miRNAの含量のばらつきに起因して、異なる可能性が高い。例えば、GBMに分類された腫瘍間に有意な差があり、更には分子的に定義されたGBMのサブタイプ内でさえも、遺伝子発現プロファイルの不均一性が残っている(31)。このように、再標的化した単一ウイルスは、すべてのGBM又は同一サブタイプのすべてのGBMに対して有効ではない。更に、腫瘍内の既存の、又は治療によって誘発される、細胞間のばらつきの結果として、耐性細胞集団が、主にoHSV感受性腫瘍中に出現し得ることが予期され得る。過去数年にわたる開発は、多くの異なる腫瘍型で同定された、自己複製する、化学療法抵抗性及び放射線抵抗性のがん幹細胞(CSC)の小集団が、治療に最も適切な標的であることを示唆する(32)。所定の腫瘍からの個々のCSCの比較は困難であるが、腫瘍内でのそれらのばらつきは、完全な腫瘍細胞集団のそれに比べると、限定的であり得る。文献での報告は、種々の神経膠腫幹細胞(GSC)マーカーを記述しており(33)、再標的化した腫瘍溶解性ウイルスが、ヌードマウスにおけるヒトGBMの確立及び維持に関して、これら各々の重要性を見分けるために用いられ得る。我々は、再標的化した個々のベクターに対して部分的な応答を示す腫瘍が、種々のGSCの
候補マーカーへ再標的化したベクターの組み合わせで、より効果的に治療し得ることを期待している。これらベクターの各々も、我々の、EGFRへ再標的化したウイルスと同様に、特定の正常細胞を標的にし得るので、これらの正常細胞では、miRNA媒介性ウイルス複製阻止の重要性が増す。更に、Kambaraら(34)により、oHSV分野において先駆けて開発されたように、極めて重要なウイルス複製機能の発現を制御するために、細胞種特異的又は発生段階特異的プロモーターを使用してさらなる特異性を獲得することが可能であり得る。これらの特徴は、高活性且つ高度に特異的な腫瘍溶解性ベクターのカクテルをもたらし得るが、KGE−4:T124等のベクターは、免疫調節因子、腫瘍細胞の遊走阻害因子又は腫瘍の細胞外マトリクスを分解し、それによって腫瘍内のウイルスの伝播を促進するタンパク質分解酵素をコードする遺伝子等の、治療効果を増進し得る導入遺伝子を収容する十分なスペースを有することは、注目に値する。
要約すると、本実施例で説明したKGE−4:T124ベクターは、完全なウイルス複製機能を含有する、新規な種類のoHSVの典型であるが、腫瘍関連受容体へ再標的化するウイルスエンベロープと、正常な組織中で発現するが腫瘍中ではしないmiRNAに対する複製感受性との組み合わせから腫瘍特異性を導き出す。この、制御システムの組み合わせは、他の腫瘍型に適用し得るが、腫瘍溶解性ベクターに関しては、以前には記述されていない。我々の戦略の重要な利点は、(i)ベクターが任意の欠陥遺伝子を含有せず、腫瘍において最大限のウイルス複製を可能にし、最適な腫瘍溶解性ウイルス療法を提供すること、並びに(ii)ベクターの複製が、重要な腫瘍関連細胞表面マーカーの発現及び正常組織のものと実質的に異なる、腫瘍特異的な、miRNA発現のプロファイルの両方を必要とすること、である。我々の戦略についての、最も説得力のある議論は、正常な脳におけるベクターの複製を制御するために選択されたmiRNAが、神経膠芽腫では、腫瘍表現型を損なうこと無しにはアップレギュレートされ得ないことである(7、25、35)。我々のベクターによって認識される、腫瘍特異的EGFRvIII変異体等の標的受容体の喪失は、同様の効果を有し得る。従って、ほとんどのがん治療において、腫瘍が治療を逃れる能力を発達させるが、腫瘍抗原を標的とする、miRNAで調節されるウイルスでは、その結果は生じそうにない。総合すると、これらの議論は、我々のアプローチが、GBM及び他のがんの治療のための、高度に選択的、安全且つ効果的な腫瘍溶解性HSVベクター系を提供するという期待を支持している。
材料及び方法
細胞培養。U2OS、HEK293T及びHEK293AD細胞は、ATCC(Manassas,VA)からのものであり、5〜10%(v/v)のウシ胎児血清(FBS;Sigma,St.Louis,MO)を添加したATCC推奨培地中、37℃で、5%COインキュベーター中で増殖させた。安定的にCreリコンビナーゼ(U2OS−Cre)を発現するU2OS細胞株は、レトロウイルス形質導入(Y.M.及びJ.C.G.、未発表の結果)によって作製された。患者由来のGBM30及びGli68の原発性神経膠腫スフェロイド株は、E.A.Chiocca(Harvard Medical
School,MA)の好意により提供され、10ng/mLの組換えヒト上皮成長因子(rhEGF)及び10ng/mLの組換えヒト塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)(両方Shenandoah Biotechnology,Warwick,PAから)を加えた、2%(v/v)B27 w/o ビタミンA、2mg/mLアムホテリシンB(Lonza,Walkersville,MD)、100μg/mLゲンタマイシン(Lonza)、2mM L−グルタミン(Cellgro,Manassas,VA)を加えたニューロベイサル(Neurobasal)培地(Gibco/Invitrogen/Life Technologies,Carlsbad,CA)中で増殖させた。
プラスミド。pfLuc−T124は、8ntで分離されたhsa−miR−124配
列の逆相補配列の、タンデムの4リピートを含有し、一方、pfLuc−Ctrlは、8ntで分離されたhsa−miR−21の逆鎖配列の、タンデムの4リピートを含有する。プラスミドは、両方、pMIR−REPORT(商標)(miRNA Expression Reporter Vector System;Ambion,Austin,TX)中のルシフェラーゼ遺伝子の3’UTRに、アニールした相補的オリゴヌクレオチドを挿入することによって構築した。オリゴヌクレオチドは、T124−F、T124−R、TconF及びTconRであった(表1)。アニールしたオリゴヌクレオチドは、SpeI及びSacIで消化し、SpeI−SacIで消化したpMIR−REPORT(商標)にライゲーションした。
HSVゲノム改変。細菌人工ゲノム(BAC)上に、KOS HSV−1株の完全ゲノムを含有するKOS−37 BAC(11)は、David Leib(Dartmouth Medical School,NH)の好意により提供された。このBACにおけるHSV固有の短い(Us)領域は、公開されたHSV−1 KOS(36)(GenBank受入番号JQ673480)の配列(132,275位〜145,608位)に対して逆向きである。更に詳細に後述する修飾は、実質的にはTischer et al.(10)に記載の通り、ダブルのRed組換えにより導入した。プラスミドのpEPkan−S及びpBAD−I−sceI(10)は、Nikolaus Osterrieder(Free University of Berlin,Germany)の好意により提供された。変更を、PCR解析、制限酵素消化物のFIGE解析、及びDNAの局所的な配列決定により確認した。
本研究で使用されるベクターを、以下の通り順次得た。完全なHSV内部反復領域又は「接合部」(IR、IR)の欠失、トセア・アシグナ(Thosea asigna)ウイルス2A(T2A)翻訳終結/再開配列(translation termination/reinitiation sequence)(13)(37)を介した、緑色蛍光タンパク質(GFP)オープンリーディングフレーム(ORF)の、糖タンパク質C(gc)ORFへの融合、gBのコード配列内の2つのミスセンス突然変異の導入(gB:N/T;(15)により、KGBACを、KOS−37 BACから得た。pfLuc−T124からのT124エレメントの、ICP4遺伝子の3’UTRへの挿入により、KG4:T124BACを、KGBACから作製した。再標的化したベクターKGEBACは、gD遺伝子のアミノ末端領域を、gDの1位と25位との間にヒトEGFR特異的単鎖抗体の配列を、及びコドン38においてミスセンス突然変異を含有する、gD−scEGFRの対応する領域と置換することによって、KGBACから得た(5)。KGE−4:T124BACは、KG4:T124BACとKGEBACからの修飾を兼ね備えている。
ウイルスの増殖及び精製。U2OS−Cre細胞を、Lipofectamine(商標)LTX Reagent(Invitrogen)を用いてトランスフェクションすることにより、BAC DNAを、感染性ウイルスに変換した。これらの細胞内で発現したCreリコンビナーゼは、KOS−37 BAC及び誘導体中に位置する、loxP組換えシグナル間の、ウイルス増殖阻害BACエレメント及び、隣接するlacZ遺伝子の除去を可能にした(11)。限界希釈によって1プラークを単離し、X−gal染色により、lacZ遺伝子の消失について試験した(38)。無色のプラークを、2ラウンドの更なる限界希釈に供し、BAC/lacZ領域の正確な除去を、精製ウイルス粒子DNAの局所的なDNA配列決定により確認した。ウイルスストックの生物学的力価(PFU/mL)を、U2OS細胞に対して決定した。物理的力価を、下記の通り、ウイルスgD遺伝子についての定量的リアルタイムPCR(qPCR)によって、ゲノムコピー(gc)/mLで決定した。
ルシフェラーゼアッセイ。HEK293AD細胞を、ウミシイタケルシフェラーゼ発現プラスミドprLucで、種々のホタルルシフェラーゼ発現プラスミドとpre−miR(商標)miRNA Precursors(Ambion)との組み合わせとともに、Lipofectamine 2000(Invitrogen)を用いてトランスフェクションした。翌日、細胞を溶解し、ホタル対ウミシイタケの、ルシフェラーゼの発現比を、Berthold LB−953 AutoLumat luminometer(Berthold Technologies USA,Oak Ridge,TN)を用いて決定した。
miRNAのレンチウイルス発現。U−87ヒト神経膠芽腫細胞からのゲノムDNAを、High Fidelity Accuprime GC−rich DNA Polymerase(Invitrogen)及び表1に列挙したmiR−124プライマー対を用いる、hsa−miR−124−3遺伝子からのヒトpri−miR−124配列のPCR増幅のための、鋳型として用いた。320−bpの産物を、BamHI及びNdeIで消化し、miRNASelect pEP−miRベクター(Cell Biolabs,San Diego,CA)のイントロン中の対応する部位間にクローニングし、配列を確認した。その後、プロモーター−イントロン−pri−miR−124の領域を、内在EF1プロモーターの置換により、pCDH−CMV−MCS−EF1−Puro(System Biosciences,Mountain View,CA)に移し、レンチウイルス発現プラスミドpCDH−miR−124を作製した。同様の手順を用い、pri−miR−137の配列を逆向きに含有するコントロールレンチウイルスプラスミド(pCDH−miR−137R)を構築した。pri−miR−137のクローニングに用いたPCRプライマーを、表1に列挙する。レンチウイルスLV124及びLV137を、それぞれpCDH−miR−124又はpCDH−miR−137Rと、HEK293T細胞へのパッケージングプラスミドpLP1、pLP2、pLP−VSVG(Invitrogen)とを共トランスフェクションすることにより作製した。上清を72時間後に回収し、0.45μmのフィルター(Millipore,Billerica,MA)を通過させ、4℃で16時間、6,800×gで遠心分離することにより濃縮した。ペレットをDMEMに再懸濁し、力価を、HEK293T細胞に対する、1mL当たりのピューロマイシン耐性コロニー形成単位(CFU)として測定した。
研和した(triturated)2×10のGli68細胞又はGBM30細胞を、8μg/mLのポリブレンの存在下で、LV124又はLV137Rのいずれかと、懸濁液中5cfu/細胞で90分間感染させ、プレーティングした。翌日、細胞に、30μg/mLのピューロマイシンを含有する新鮮培地を与え、72時間後に、KG又はKG4:T124ウイルスのいずれかを、0.01pfu/細胞のMOIで重複感染させた。HSV感染後72及び96時間で、細胞及び上清から、感染性ウイルス粒子を回収し、U2OS細胞に対して力価を測定した。qRT−PCRによるmiR−124レベルの測定のため、RNAを、下記の通り、並行させたLV124感染Gli68細胞の培養から、ピューロマイシンのセレクションの72時間後に単離した。
RNA単離及び逆転写(RT)−qPCR。製造業者の説明書に従って、TRIzol
Reagent(Invitrogen)を用いて、U2OS細胞、Gli68細胞及びLV124を感染させたGli68細胞から全RNAを抽出した。RNA試料を、DNase I(Invitrogen)で処理し、NanoDrop 2000c spectrophotometer(Thermo−Fisher,Pittsburgh,PA)を用いて定量し、品質保証のため、MOPS−ホルムアルデヒドゲル上で可視化した。成熟hsa−miR−124のレベルを、TaqMan Small RNA Assays Protocol (Applied Biosystems/Life Technologies,Carlsbad,CA)に従って、RNU43に対して相対
的に決定した。TaqManプライマー及びプローブを、Applied Biosystemsから入手した。全てのTaqMan PCR反応を、トリプリケートで行った。
動物。3〜4週齢のBALB/c nu/nu無胸腺マウスを、Charles River Laboratory(Wilmington,MA)から購入し、BSL2施設に収容した。動物の全処置は、ピッツバーグ大学動物実験委員会(University of Pittsburgh Institutional Animal Care and Use Committee)(IACUC)によって承認された、実験動物の管理及び使用のための指針(Guide for the Care and the Use of Laboratory Animals)中の要件及び推奨事項(施設内実験動物研究所、(Institute for Laboratory Animal Research)1985年)に従って行った。
頭蓋内毒性。頭蓋内のウイルス接種を、(5)に記載の通りに(a described)行った。マウスに、4.8×10gcのKG又はKG4:T124ウイルスを受容させた(n=4/群)。毎日、動物を、罹患の徴候についてモニタリングし、一日置きに体重を測定した。KG群のマウスは全て、5日目までに死亡し、同日に他の群のマウス1匹を屠殺した。KG4:T124群の残りの動物を、14日目、21日目及び33日目に屠殺した。全DNA抽出及びウイルスゲノムについてのqPCRのために、下記の通り、安楽死させたマウスから全脳を採取した。
ウイルスゲノムについてのqPCR。DNeasy Blood & Tissue kit(Qiagen,Valencia,CA)を用い、製造業者の手順に従って、マウス脳又はウイルスストックからDNAを抽出した。qPCRのための標準曲線を、Applied Biosystems StepOne(商標)及びStepOnePlus(商標)Real−Time PCR Systemsの手引に記載のプロトコルを用いて、完全HSV−1(KOS株)gDのコード配列(pE−gD18)を含有するpENTR1A(Invitrogen)プラスミドからのDNAに対して作成した。プライマー及びプローブの配列を表1に列挙する。
Figure 0006919912
腫瘍モデル及び処理。(5)に記載の通り、ヌードマウスへの、ヒトGBM30細胞の頭蓋内移植を行った。5日目に、ウイルス(1.8×10gcのKGE又はKGE−4:T124、n=8/群)又はPBS(n=2)を、やはり(5)に記載の通り、同じ座標で接種した。上記「頭蓋毒性。」の通り、動物の健康及び安否(well−being)をモニタリングした。罹患の徴候を示した時に、動物を安楽死させた。
統計解析。ウェルチの補正による対応のないt検定は、Windows(GraphPad Software,La Jolla,CA;www.graphpad.com
)用のGraphPad Prism version 6.01を用いて行った。動物生存データは、同じソフトウェアを用いて、カプラン・マイヤープロット(Kaplan−Meier plots)としてグラフ化して、マンテル・コックス ログランク検定(Mantel−Cox log−rank test)により比較した。
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実施例2
本実施例は、ベクター分布と殺傷活性の増進のための、マトリクスメタロプロテイナーゼ9による、腫瘍標的化1型oHSVの強化(arming)について説明する。
材料及び方法
細胞株。ヒト神経膠芽腫SNB19、U251、U87(Dr.H Okada,University of Pittsburghの好意により提供)、J/A、J/C、J/EGFR[9]、アフリカミドリザル腎臓ベロ細胞及び7b[15]細胞を、標準的な方法により培養した。
細胞を、10%ウシ胎児血清(Sigma.St.Louis,MO)を添加したダルベッコ改変イーグル培地(Life technologies,Grand Island,NY)中で培養した。原発性神経膠芽腫細胞株GBM169、OG2(Dr.Balveen Kaur,Ohio State Universityの好意により提供)、GBM30を、グルタマックス、B27、ヒトβ−FGF、EGF、ヘパリン及びペニシリン−ストレプトマイシンを添加したニューロベイサル培地中で、スフェロイドとして培養した。
プラスミド。KGw BACを、プライマー5’−TGCCCGTCGCGCGTGTTTGATGTTAATAAATAACACATAAATTTGGCTGGCCACTAGTCCAGTGTGGTGG−3’(配列番号12)
及び5’−CTGAAATGCCCCCCCCCCCTTGCGGGCGGTCCATTAAAGACAACAAACAAATCCCCAGCATGCCTGCTATTGT−3’(配列番号13)を用いてpcDNA3.1GWから増幅させたゲートウェイカセットを挿入することによって、KGE−4:T124BACから作製した。
プラスミドpCAGHからのCAGプロモーター[10]を、pEntr−MMP9へクローニングすることにより、pEnCMを作製した。pEntr−MMP9は、以前報告されたプラスミド、pCMV6−XL4−MMP9からのmmp9 cDNAを、pEntr1Aプラスミドにクローニングすることにより作製した[13]。
HSVゲノム改変。細菌人工ゲノム(BAC)上に、KOS HSV−1株の完全ゲノムを含有するKOS−37 BAC[14]は、David Leib (Dartmouth Medical School,NH)の好意により提供された。細菌人工染色体(BAC)上のHSV−1 KOS株の全長ゲノムクローン、KOS−37 BAC[14]へ、一連の修飾を導入するために、大腸菌におけるダブルのRed組換え[24]を用いた。産物、KGBAC(図5)では、ICP47遺伝子のプロモーターと共に、ディプロイド遺伝子ICP0、ICP34.5、LAT及びICP4の各1コピーを含有する内部反復(接合部)領域について欠失させた。
KGwG4:T124BAC(KGw、と呼ばれる)を、(pcDNA3.1GWからの)ゲートウェイカセット及びウシ成長ホルモンポリアデニル化配列の、Red/ET組換え技術(Gene Bridges GmbH,Heidelberg)を介した、UL3−UL4遺伝子間領域への挿入により、KGE−4:T124BAC(実施例1に記載)から作製した。MMP9発現ベクターKMMP9G4:T124BAC(KMMP9と呼ばれる)を、LRクロナーゼ反応により、GWカセットをCAGプロモーター−MMP9カセットで(with with)置換することによって、KGwG4:T124BACから得た。ウイルスを製造するために、ベロ7b細胞に、KGwG4:T124BAC又はKMMP9G4:T124BACのいずれかをトランスフェクションした。全ての組換えベクターを、関係する修飾領域全体のFIGEマッピング、PCR及びDNA配列決定により確認した。
ウイルスの増殖及び精製。ベロ7b細胞を、Lipofectamine(商標)LT
X Reagent(Invitrogen)を用いてトランスフェクションすることにより、BAC DNAを、感染性ウイルスに変換した。ウイルスストックの生物学的力価(PFU/mL)を、ベロ細胞に対して決定した。物理的力価を、下記の通り、ウイルスgD遺伝子についての定量的リアルタイムPCR(qPCR)によって、ゲノムコピー(gc)/mLで決定した。
ウイルスゲノムについてのqPCR。DNeasy Blood & Tissue kit (Qiagen,Valencia,CA)を用い、製造業者の手順に従って、ウイルスストックからDNAを抽出した。qPCRのための標準曲線を、Applied
Biosystems StepOne(商標)及びStepOnePlus(商標)Real−Time PCR Systemsの手引に記載のプロトコルを用いて、完全HSV−1(KOS株)gDのコード配列(pE−gD18)を含有するpENTR1A(Invitrogen)プラスミドからのDNAに対して作成した。プライマー及びプローブ配列:gDフォワード:5’−CCCCGCTGGAACTACTATGACA−3’(配列番号14);gDリバース:5’−GCATCAGGAACCCCAGGTT−3’(配列番号15);プローブ:5’−FAM−TTCAGCGCCGTCAGCGAGGA−TAMRA−3’(配列番号16)を列挙する。
ウエスタンブロッティング。細胞を1%NP40緩衝液中で溶解し、溶解物を10%SDSポリアクリルアミドゲルで電気泳動し、タンパク質ブロットを、抗MMP−9ポリクローナル抗体(1:1000希釈)(Abcam,Cambridge,MA)又は抗gD抗体(1:2000)(Santa Cruz,CA)、及びHRP結合抗ウサギ二次抗体(Sigma,St.Louis,MO)と反応させた。ブロットを化学発光基質(Amersham Pharmacia,Piscataway,NJ)を用いて発光させた。ローディングの違いを検出するため、各ブロットの下部を、抗βチューブリンポリクローナル抗体(1:3000)(Sigma,St.Louis,MO)と反応させた。ブロットを、SuperSignal West Dura Chemiluminescent Substrate(Thermo Scientific,Rockford,IL)を用いて発光させた。
ゼラチンザイモグラフィー。試料は、0.2%のゼラチンを含有する10%SDSポリアクリルアミドゲル上で分離する前は、還元剤処理も加熱もしなかった。ゲルを、ザイモグラフィー洗浄緩衝液(10mM Tris pH 7.5,2.5%Triton X−100)中で洗浄し、インキュベーション緩衝液(50mM Tris pH 7.5,5mM CaCl2,1μM ZnCl2)中、37℃で16時間インキュベーションし、1%クマシーブリリアントブルーR−250で染色し、脱染緩衝液(4%メタノール、8%酢酸)を用いて脱染した[13]。
侵入アッセイ。J/A、J/C及びJ/EGFR細胞を、10,000gc/細胞、1,000gc/細胞又は100gc/細胞で、KMMP9、KGw又はKG(gDを発現:野生型)に6時間感染させ、モノクローナルのマウス抗ICP4((1:300;Santa Cruz Biotechnology)及びCy3−結合ヒツジ抗マウスIgG(1:400;Sigma)で免疫染色した[9]。
MTTアッセイ。細胞を、48ウェルプレートに播種し、3又は6日間、100gc/細胞(MOI 0.2)で感染させた。次いで、細胞を、37℃で3時間、0.5mg/mlのMTT(Sigma)溶液で処理した。MTT溶液を除去後、100%DMSOを加え、Wallac microplate reader (Perkin Elmer,Waltham,MA)によりOD570を記録した。細胞生存率(Percent
cell survival)を、100%×OD(感染)/OD(非感染)として算
出した。
スフェロイド培養及び共焦点イメージング。スフェロイドを解離させ、計数した。3,000細胞を、懸濁液中で2日間、スフェロイドが形成されるまで個々に増殖させた。各スフェロイドを、マイクロアッセイプレート中で、別々に、1000pfu又は4×10gcのKMMP9又はKGwに感染させた。蛍光顕微鏡により、eGFPの画像を毎日取得した。共焦点イメージングのために、スフェロイドを、感染の際、グラスボトムディッシュ(Willco wells,Amsterdam,the Netherlands)に移した。スフェロイドを、5dpiで、4%パラホルムアルデヒド中で固定し、DAPIを含む封入剤(Vector Laboratories,Burlingame,CA)で処理し、FV1000共焦点イメージングシステム(Olympus,Miami,FL)を用いて、Z切片画像を得た。
腫瘍モデル及び処理。3〜4週齢のBALB/c nu/nu無胸腺マウスを、Charles River Laboratory(Wilmington,MA)から購入し、BSL2施設に収容した。動物の全処置は、ピッツバーグ大学動物実験委員会(University of Pittsburgh Institutional Animal Care and Use Committee)(IACUC)によって承認された、実験動物の管理及び使用のための指針(Guide for the Care
and the Use of Laboratory Animals)中の要件及び推奨事項(実験動物研究所(Institute for Laboratory Animal Research)、1985年)に従って行った。
[9]に記載の通り、ヌードマウスへの、2×10ヒトGBM30細胞の頭蓋内移植を行った。5又は10dpiで、5.65×10ゲノムコピーのKMMP9、KGw、又はPBS(n=3〜4/群)を、やはり[9]に記載の通り、腫瘍細胞を注入するのと同じ座標(ブレグマに対し、前方0.5mm、側方(右)2mm、深度3mm)で接種した。動物の健康及び安否をモニタリングし、動物を、罹患の徴候を示した時に安楽死させた。
MRIイメージング。各処理群(KMMP9、KGw、PBS)から、無作為に数匹のマウスを選択した。処理1日前(GBM30移植後9日目)及び処理後3、6、9及び13日目に動物をイメージングした。直径2.0cmの、Bruker BioSpec 94/30 magnet(Bruker BioSpin,Karlsruhe,Germany)、受信専用マウス脳コイル(receive−only mouse brain coil)及び直径70mmのリニアボリュームコイル(linear volume coil)を用いて、イメージングを行った。麻酔したマウスに、0.1mmol/kgのMagnevist(Bayer Health Care Pharmaceuticals,Wayne,NJ)を腹腔内注入し、T2強調画像(繰り返し時間=3,500ms、エコー時間=12ms、レアファクター(rare factor)=8、平均数(navgs)=4)を冠状に、目的の領域を横断して、400 MHz Bruker horizontal bore magnet running Paravision 4.0(Bruker Biospin,Billerica,MA)で取得した。
統計解析。ウェルチの補正による対応のないt検定は、Windows(GraphPad Software,La Jolla,CA;www.graphpad.com)用のGraphPad Prism version 6.01を用いて行った。動物生存データは、同じソフトウェアを用いて、カプラン・マイヤープロットとしてグラフ化して、マンテル・コックス ログランク検定により比較した。
結果
MMP9を発現させる、再標的化したmiRにより制御されるベクターのコンストラクト及び特性解析
本研究のためのベクター改変及び設計は、図5Aに図解されており、すべてのウイルス溶解の機能を変化させることを避け、従って正常な脳におけるウイルス増殖を回避しながら、腫瘍細胞において複製及び溶解活性を最大にするよう意図される複数の修飾を含む。
KGwG4:T124BAC(本明細書中、KGw、コントロールベクターと呼ばれる)を作製するために、ゲートウェイカセット(Gw)及びウシ成長ホルモンポリアデニル化配列を、KGE−4:T124(実施例1に記載)のUL3遺伝子座とUL4遺伝子座との間に挿入した。MMP9を発現する腫瘍溶解性ベクターは、ゲートウェイカセットを、CAG(CMVニワトリβアクチン)プロモーターによってドライブされるMMP9遺伝子と置換することにより得た(KMMP9G4:T124BACは、本明細書中、KMMP9と呼ばれる)。
KMMP9に感染したベロ細胞のウェスタンブロット解析では、MMP9の的確な発現を確認した(図5B)。ゼラチンザイモグラフィーは、KMMP9に感染させた原発性の3GBM株、GBM30、GBM169及びOG2において、コントロールベクターを感染させた細胞と比較して(図5C)、またKMMP9で感染させたベロ細胞の上清中で、コントロールを感染させたベロ細胞と比較して、高いゼラチナーゼ活性を示した(図5D)。
次いで、我々は、MMP9発現が上皮成長因子受容体(EGFR)の認識を介するウイルス侵入に影響するか否かを決定した。ウイルスの侵入について試験した細胞株としては、gD受容体がないことに起因して、野生型HSVに対して耐性があるEGFR形質導入J1.1−2細胞(J/EGFR)((Nakano et al.,Virol.,413:12−18(2011))、ヒトのHVEMを発現するJ/A細胞(Uchida
et al.,J.Virol.83:2951−2961(2009))、及びヒトネクチン−1を発現するJ/C細胞(Frampton et al.,J.Virol.,81:10879−889(2007))が挙げられた。HVEM及びネクチン−1は、野生型gDに対する天然の受容体である。ウイルス侵入を、感染後6時間目の、HSVの前初期タンパク質ICP4についての免疫染色によって検出した。図6Aに示す通り、EGFRへ再標的化したウイルスKMMP9及びKGwの、J/EGFR細胞への侵入は、gD:wtを発現する、親のHSV−1ベクターの、J/A細胞又はJ/C細胞への侵入と同程度の効率であった。再標的化したウイルスはいずれも、ウイルスのインプット(10,000gc/細胞)が多くても、J/A又はJ/C細胞への侵入が検出可能ではなかった。このことは、MMP9の発現は、再標的化したベクター感染の効率や特異性に影響を及ぼさないことを実証した。
我々は、MMP9発現が、培養中のヒトGBM細胞におけるウイルスの複製に影響を与え得るか否かも、評価した。結果(図6B及び6C)は、KMMP9が、原発性神経膠芽腫の2株、GBM169とGBM30のスフェロイドにおいて、KGwと同様の速度で複製されること、及び該2ウイルスの収率(qPCRにより測定)は、いずれの時点においても、実質的に異なっていないことを示した。
KMMP9の腫瘍溶解活性を評価するために、EGFRを発現することが知られる、U87MG、SNB19及びGBM30を含むHSV許容状態のヒト神経膠腫株を、MOI
0.005(100gc/細胞)で感染させ、細胞生存率を、3−(4,5−ジメチルチアゾール−2−イル)−2,5−ジフェニルテトラゾリウムブロミド(MTT)アッセ
イにより、感染後3日目(図7A)及び7日目(図7B)に測定した。KMMP9は、後者の時点で、KGwに比べて、有意に高い2細胞株の殺傷を示し、MMP9がベクター媒介性の腫瘍溶解を増強し得ることを示唆した。
MMP−9は、スフェロイド培養において、HSVの感染性を増大させる。
細胞でのMMP−9発現上昇の、腫瘍細胞スフェロイドにおけるHSV伝播に対する影響を評価するために、GBM30及びGBM169細胞を、単一のスフェロイドとして培養し、KMMP9又はKGwウイルスに感染させた(図8A)。5dpiでは、KMMP9は、KGwに比べて、ベクター発現eGFPの分布を増強させることを示した。各スフェロイドにおけるeGFP陽性細胞の定量化は、KMMP9感染スフェロイドにおいて、KGw感染スフェロイドに対する、6dpiでの約1.5倍の増大を実証した(図8B;P=0.006)。
原発腫瘍由来スフェロイドのHSV感染性に対する、MMP9の影響を更に定量化するために、GBM30細胞を、KMMP9又はKGwのいずれかに感染させ、ウイルス侵入及び感染性を評価するための手段として、ベクターにより発現させられるeGFPを、共焦点顕微鏡によってイメージングした。5μmのZ切片のスタックからの3次元再構成は、スフェロイド内KGwと比較して、KMMP9の相対的感染力の増強を明らかにした。(図8C)。我々は、Z軸上の深度の観点から、各スフェロイドの5つのセグメントにおける感染性の違いも検証した(図8D及び8E)(底部から上方に0〜20μm、25〜50μm、55〜80μm、85〜100μm、105〜120μm及び125〜140μm)。最も外側のセグメント(0〜20μm)では違いが認められなかった(図8D及び8E)が、KMMP9は、スフェロイドのより深部(25μm〜50及び50〜85μm、P<0.05)で、KGwよりも有意に高い感染性を示した。このことはMMP9がスフェロイド全体へのベクター伝播を増進することを示唆した。スフェロイド間ですべてのセグメントを比較した場合(対応のあるt検定、P=0.013)も、有意差が認められた。
MMP9腫瘍溶解性ベクターは、マウスにおけるGBMの治療に非常に有効である。
我々は以前、GBM30は、ヌードマウスにおいて、腫瘍細胞接種後20日以内に動物の死に至る、致死性の腫瘍を一貫して確立することを示した[9]。我々は、ヌードマウス[9]における、浸潤性の頭蓋内腫瘍を確立するために、患者由来の、球形成性GBM30細胞を用いた。動物を毎日観察し、罹患の徴候を示した時に安楽死させた。公表された我々の結果と同様に、腫瘍細胞接種後5日目にPBSを同じ定位座標に注入したマウスは、腫瘍細胞移植の数週間以内(中央値18日;図9)に死亡した。対照的に、MMP9を発現するウイルスであるKMMP9、又はコントロールウイルスKGwのいずれかを用いる、腫瘍の治療は、少なくとも35日間、半数の動物を防護し、これら2群についての生存期間中央値は、同等であった(それぞれ29日及び31.5日、P=0.61、ログランク検定)。これらの結果は、MMP9処理された動物の50%が、処理なしの18日と比較して、最大35日生存することを示した(図9)。
並行した独立実験において、腫瘍接種後10日目のベクター注入により、同所性GBM30異種移植モデルにおける、KMMP9及びKGwの抗腫瘍効果を、モック(PBS)治療と比較した。磁気共鳴イメージング(MRI)により、マウスを、処理1日前、及び処理後3、6、9及び13日目に、再度、腫瘍サイズの変化について、イメージングした。図10Aは、各群からの例のT2強調画像を示す。各群からの、処理開始時に同等な腫瘍体積を有する単体の動物の比較では、MMP9が、KGwベクター(図10B)よりも強い腫瘍溶解効果を有することが明らかである。
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刊行物、特許出願及び特許を含む、本明細書中に引用した全ての参考文献は、それぞれの参考文献が参照によって組み込まれることが個々に且つ具体的に示されているのと同程度及びその全体が本明細書中に記載されているのと同程度まで、参照によって本明細書中に組み込まれる。米国特許出願公開第2013/0096186号及び国際公開第WO2011/130749号として公開された、米国仮特許出願第61/325,137号の優先権を主張する、米国特許出願第13/641,649号(PCT出願第US2011/032923号の国内段階)の内容も、その全体が本明細書に組み込まれ、米国特許出願公開第2013/0096186号の段落[0039]、[0040]及び[0041]が特に注目される。Mazzacurati et al,Mol.Ther.2014 Sep 9.doi:10.1038/mt.2014.177.[Epub ahead of print]もまた、その全体が参照により組み込まれる。
本発明の説明に関して(特に、以下の特許請求の範囲に関して)、用語「a」及び「an」及び「the」並びに同様の指示対象の使用は、本明細書中に特記しないか文脈と明らかに矛盾しない限り、単数形及び複数形の両方をカバーすると解釈すべきである。用語「含む(comprising)」、「有する(having)」、「含む(including)」及び「含有する(containing)」は、特記しない限り、オープンエンドの用語(即ち、「〜を含むがそれらに限定されない」を意味する)と解釈すべきである。本明細書中の値の範囲の記述は、本明細書中に特記しない限り、その範囲内に入る各個別の値に個々に言及する省略方法として働くことのみを意図しており、各個別の値は、それが本明細書中に個々に記述されているかのように本明細書中に組み込まれる。本明細書中に記載される全ての方法は、本明細書中に特記しない又は文脈と明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実施できる。本明細書中に提供される任意の及び全ての例又は例示的語句(例、「など(such as)」)の使用は、本発明をよりよく説明することのみを意図しており、特段特許請求されない限り、本発明の範囲に限定を課すものではない。本明細書中の全ての語句は、特許請求されていない任意の要素を本発明の実施に必須のものとして示していると解釈すべきではない。
発明を実施するための発明者が知る最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態が本明細書中に記載されている。これらの好ましい実施形態のバリエーションは、上述の説明を読めば当業者に明らかとなり得る。本発明者らは、当業者がかかるバリエーションを適宜使用することを予期しており、本発明者らは、本明細書中に具体的に記載されたのとは異なる方法で本発明が実施されることを意図している。従って、本発明は、適用法によって許容されるとおり、本明細書中に添付した特許請求の範囲に記載される対象の全ての改変及び均等物を含む。更に、その全ての可能なバリエーションでの上記要素の任意の組合せが、本明細書中に特記しない又は文脈と明らかに矛盾しない限り、本発明によって包含される。

Claims (22)

  1. (a)がん細胞の表面に存在するタンパク質に特異的である非HSVリガンド、
    (b)マイクロRNA(miR)−124の標的配列の4コピーであって、前記コピーのそれぞれが8ヌクレオチドのスペーサーによって分離され、正常な(非がん性)細胞におけるHSV複製に必要なHSV遺伝子の1つ以上の遺伝子座に挿入されたコピー、及び
    (c)ICP0遺伝子、ICP34.5遺伝子、LAT遺伝子及びICP4遺伝子の1コピーと、ICP47プロモーターとを含むHSVゲノム中の内部反復(接合部)領域の欠失
    を含む、組換え腫瘍溶解性単純ヘルペスウイルス(oHSV)。
  2. リガンドが、HSVの表面に露出したウイルスエンベロープの糖タンパク質に組み込まれている、請求項1に記載のoHSV。
  3. ウイルスエンベロープの糖タンパク質が、gD又はgCである、請求項2に記載のoHSV。
  4. リガンドが、gDの残基1〜25の間に組み込まれている、請求項3に記載のoHSV。
  5. 非HSVリガンドが、EGFR又はEGFRvIIIに特異的に結合することができる、請求項1に記載のoHSV。
  6. リガンドが、細胞受容体に結合する一本鎖抗体(scFv)又はペプチドホルモン若しくは非ペプチドホルモン又は成長因子である、請求項1に記載のoHSV。
  7. 非カノニカルな受容体を介したベクター侵入を促進するHSVのgB又はgH糖タンパク質の変異体を更に含む、請求項1に記載のoHSV。
  8. miR−124の標的配列がICP4遺伝子の3’非翻訳領域(UTR)に挿入されている、請求項1に記載のoHSV。
  9. (a)がん細胞の表面に存在するタンパク質に特異的な非HSVリガンドであって、該非HSVリガンドがEGFR又はEGFRvIIIに特異的に結合するscFvであり、且つoHSVのウイルスエンベロープの糖タンパク質の残基1〜25の間に挿入されており、該糖タンパク質がgDである、非HSVリガンド、
    (b)マイクロRNA(miR)−124の標的配列の逆相補配列の4コピーであって、前記コピーのそれぞれが8ヌクレオチドのスペーサーによって分離され、oHSVゲノムのICP4の3’ 非翻訳領域(UTR)に挿入されたコピー、及び
    (c)ICP0遺伝子、ICP34.5遺伝子、LAT遺伝子及びICP4遺伝子の1コピーと、ICP47プロモーターとを含むHSVゲノム中の内部反復(接合部)領域の欠失
    を含む、組換え腫瘍溶解性単純ヘルペスウイルス(oHSV)。
  10. 導入遺伝子を更に含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載のoHSV。
  11. 導入遺伝子が、腫瘍溶解性因子、がんに対する患者の免疫応答を誘導するタンパク質又はポリペプチド、マトリクスメタロプロテイナーゼ、プロドラッグの変換を触媒するタンパク質若しくはポリペプチド、シトシンデアミナーゼ、チミジンキナーゼ、又はプリンヌクレオシドホスホリラーゼ(PNP)から選択されるペプチドをコードする、請求項10に記載のoHSV。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載のoHSVをコードする、核酸。
  13. 細菌人工染色体(BAC)である、請求項12に記載の核酸。
  14. 請求項1〜11のいずれか1項に記載のoHSVベクターを含む、ウイルスストック。
  15. 請求項1〜11のいずれか1項に記載のoHSV及び医薬的に許容可能な担体を含む、組成物。
  16. 請求項1〜11のいずれか1項に記載のoHSVを含む、がん性細胞を殺傷するであって、前記oHSVが前記がん性細胞に感染するのに十分な条件下で細胞を曝露することにより、がん性細胞内での前記oHSVの複製が細胞死をもたらす、
  17. 細胞がインビボのである、請求項16に記載の
  18. 細胞が腫瘍内にある、請求項16に記載の
  19. 腫瘍が多形性膠芽腫である、請求項18に記載の
  20. 腫瘍が動物の脳内にある、請求項18に記載の
  21. oHSVが、該oHSV、そのストック、又はその組成物を動物に頭蓋内注入することによって細胞に曝露される、請求項20に記載の
  22. 動物がヒトである、請求項20又は21に記載の
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