JP7032577B2 - エンドソーム脱出能を有するペプチド核酸複合体及びその用途 - Google Patents

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Description

本発明は、生物活性核酸を細胞内に導入可能な新しい構造の核酸複合体、これを含む疾病の治療又は診断用組成物及びこれを用いた標的遺伝子発現調節方法に関し、より詳細には、エンドソーム脱出を助ける物質を含み、生物活性核酸とキャリアペプチド核酸が相補的に結合した核酸複合体、これを含む疾病の治療又は診断用組成物、標的遺伝子発現調節用組成物及びこれを用いた標的遺伝子発現調節方法に関する。
伝統的に、新しい薬剤を探索する際には、コンピュータ研究を用いた様々な化合物をスクリーニングすることを基本とし、スクリーニングされた化合物の大多数はタンパク質を標的にする。
伝統的な薬剤と違い、核酸薬剤は標的特異的伝令RNA(messenger RNA,mRNA)の発現を抑制するので、タンパク質を標的にする既存薬剤で治療が不可能だった研究領域を扱うことが可能になった(Kole R.等,Nature Rev.Drug Discov.2012;11;125-140.,Wilson C.等,Curr.Opin.Chem.Bio.2006;10:607-614.)。
オリゴ核酸(Oligo nucleic acid)ベースの遺伝子発現調節の優れた効果及び様々な用途にもかかわらず、核酸に基づく治療剤を開発するには克服すべき妨害物が多数存在する。例えば、オリゴ核酸は核酸分解酵素(nuclease)などによる損傷の危険があり、オリゴ核酸の電気的性質(電荷)と大きさによって受動拡散(passive diffusion)による細胞膜透過が不可能な点などがある。これらの問題点を解消するために、核酸の修飾を用いて生物学的安定性を確保しようとする努力が続いており、修飾された人工核酸(Artificial Nucleic Acid)の場合、生物学的な活性の損失無しで標的核酸との親和性を高めることが可能になった。
修飾された人工核酸の一種であるペプチド核酸(Peptide Nucleic Acid,PNA)は、(2-アミノエチル)-グリシンペプチドバックボーン((2-aminoethyl)-glycine peptide backbone)が導入された人工核酸であり、相補的な塩基配列を有するRNA及びDNAに強く結合する性質を持っている。特に、前記ペプチド核酸は核酸分解酵素に対して抵抗性があり、生物学的安定性が高いので、様々なオリゴ核酸に基づく治療剤関連研究が行われている。しかし、前記ペプチド核酸は電気的中性を有する特性から、細胞内導入が難しい短所がある(Joergensen M.等,Oligonucleotides2011,21;29-37.)。
薬剤としての性能及び長所から、核酸を用いた様々な臨床試験が進行されており、増加する核酸ベース治療剤の用途にもかかわらず、細胞内導入のための運搬体の使用は極めて制限的である。例えば、ナノ粒子(nanoparticle)、陽性リポソーム(cationic liposome)及びポリマーナノ粒子(polymeric nanoparticle)を使用するオリゴ核酸に基づく薬剤の細胞又は組織内への運搬戦略(方法)を用いた臨床試験が進行されているが、大多数の場合、運搬システムを含まず、主に、非経口的な方法である筋肉注射、眼球(ocular)投与、皮下注射などの投与経路(administration route)で核酸を直接導入している。
また、オリゴ核酸自体の細胞膜透過能力は非常に低く、特に、DNA又はRNAは負電荷を帯びているので、細胞の疎水性リン脂質二重膜を通過できず、単純拡散による細胞内伝達が難しい。レトロウイルス(Retrovirus)或いはAAV(adeno-associated virus)などのウイルス運搬体の使用は、オリゴ核酸の細胞内導入を可能にするが、意図しない免疫活性と発癌遺伝子(oncogene)の組換え可能性などの危険性がある(Couto L.B.等,Curr.Opin.Pharmacol.2010,5;534-542.)。
このような理由から、細胞毒性が少なく、免疫活性が低い非ウイルス性オリゴ核酸に基づく核酸運搬体開発の重要性が一層増大しており、その結果として、正電荷性脂質(cationic lipid)、リポソーム(liposome、安定した核酸脂質粒子(stable nucleic acid lipid particle,SNALP)、ポリマー及び細胞-透過粒子(cell-penetrating peptide)を用いた細胞導入手法が開発されている(Zhi D.等,Bioconjug.Chem.2013,24;487-519.,Buyens K.等,J.Control Release,2012,158;362-70.,ROSSI,J.J.等,Gene Ther.2006,13:583-584.,Yousefi A.等,J.Control Release,2013,170;209-18.,Trabulo S.等,Curr.Pharm.Des.2013,19;2895-923.)。
このような核酸伝達手法は機能性残基を直接的な結合によって持っており、複合体形成のための段階を含み、リポソーム(liposome)構造のエンドソーム脱出(endosome escape)効率及び生体毒性などの問題点があり、オリゴ核酸導入機能の向上と製造手順及び副作用に関連した問題点の解消が必要である。
一方、一般に、生物活性核酸は、膜受容体細胞内在化(receptor-mediated endocytosis)によるエンドソーム(endosome)という細胞小器官の形成によって細胞内に流入する。効果的な生物活性核酸の発現及び治療のためには、エンドソーム内部の生物活性核酸がエンドソームを脱出して核に移動したり或いは細胞質でその機能を担うようにする必要がある。したがって、エンドソームから細胞質に脱出する過程、“エンドソーム脱出(endosome escape)”が必須である(D.W.Pack,A.S.Hoffman,S.Pun,P.S.Stayton,“Design and development of polymers for gene delivery,” Nat.Rev.Drug.Discov.,4,581-593,2005)。
これと関連して、本発明者らは、生物活性核酸と全体的に正電荷を有するように修飾されたキャリアペプチド核酸(Carrier Peptide Nucleic Acid)とが相補的に結合した核酸複合体において細胞透過性(cell permeability)が驚くほど向上し、これを用いて標的遺伝子の発現を非常に効率的に調節できることを確認し、このような細胞毒性が低く、生物活性核酸の細胞透過性及び遺伝子発現調節能力が向上した新しい構造体に対する特許を出願したことがある(PCT/KR2017/008636)。
その後、持続した研究から、前記のような構造体にエンドソーム脱出(endosome escape)を助ける物質が結合する場合、前記構造体に含まれた生物活性核酸の細胞内での活性が顕著に向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
この背景技術に記載の前記情報は単に本発明の背景に関する理解を向上させるためのものであり、したがって、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に既に周知である先行技術を形成する情報を含まなくてもよい。
本発明の目的は、エンドソーム脱出(endosome escape)を助ける物質を含む生物活性核酸(Bioactive Nucleic Acid)と全体的に正電荷を有するように修飾されたキャリアペプチド核酸(Carrier Peptide Nucleic Acid)とが相補的に結合した核酸複合体及びこれを含む疾病の診断又は治療用組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記核酸複合体を含む標的遺伝子発現調節用組成物及び前記核酸複合体を用いた標的遺伝子発現調節方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、下記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を提供する。
構造式(1)
[mA≡mC(+)
前記構造式(1)において、
Aは、目的とする遺伝子と結合可能な配列又は目的とする遺伝子配列を有する生物活性核酸(Bioactive Nucleic Acid)であり、
Cは、生物活性核酸と結合可能なキャリアペプチド核酸(Carrier Peptide Nucleic Acid)であり、
‘≡’は、生物活性核酸とキャリアペプチド核酸間の相補的な結合を意味し、
‘m’は、生物活性核酸とキャリアペプチド核酸のエンドソーム脱出(endosome escape)を助ける物質を意味し、
Aで表される生物活性核酸は、全体的に負電荷又は中性を有し、
(+)は、キャリアペプチド核酸が全体的に正電荷を有するということを意味し、
キャリアペプチド核酸は、キャリアペプチド核酸が全体的に正電荷を帯びるように修飾されたペプチド核酸単量体を一つ以上含む。
本発明はまた、前記構造式(1)の核酸複合体を含む疾病の診断用組成物及び疾病の予防又は治療用組成物を提供する。
本発明はまた、前記構造式(1)の核酸複合体を投与する段階を含む疾病の予防又は治療方法を提供する。
本発明はまた、疾病の予防又は治療のための前記構造式(1)の核酸複合体の用途を提供する。
本発明はまた、疾病の予防又は治療用薬剤の製造のための前記構造式(1)の核酸複合体の使用を提供する。
本発明はまた、前記構造式(1)の核酸複合体を含む標的遺伝子発現調節用組成物及び標的遺伝子発現調節方法を提供する。
図1A~1Eは、VEGF特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、ヒト由来子宮癌細胞株における細胞内に浸透した核酸複合体が細胞質に効果的に出ることを確認した結果、ヒト由来乳癌細胞株と肺癌細胞株の細胞生存率変化、及びVEGFとその下位経路タンパク質の発現の抑制及び細胞死誘導を確認した結果を示す図である。
(A)HeLaで核酸複合体の細胞透過性及びエンドソーム脱出の変化、
(B)MDA-MB-231細胞生存率の変化、
(C)A549細胞生存率の変化、
(D)VEGF及び下位経路タンパク質の発現変化、
(E)VEGF抑制による細胞死誘導分析。
図2A~2Gは、VEGF特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、ヒト乳癌細胞株が移植されたマウスにおける腫瘍成長抑制効能を立証した結果を示す図である。
(A)生体内動物テストデザイン(In vivo animal test design)の図式化、
(B)マウスの体重変化、
(C)腫瘍体積の変化、
(D)腫瘍重さの変化、
(E)腫瘍の外観変化、
(F)肝毒性指標の変化、
(G)VEGF及び下位経路タンパク質の発現変化。
図3は、PD-L1特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、ヒト由来乳癌細胞株が移植されたマウスにおける腫瘍成長抑制効能を立証した結果を示す図である。
図4は、アンドロゲン受容体(Androgen receptor)特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、ヒト由来前立腺癌細胞株でアンドロゲン受容体とその下位経路タンパク質発現が抑制されることを確認した図である。
(A)生物活性ペプチド核酸(配列番号12又は配列番号13)とキャリアペプチド核酸(配列番号16~配列番号19又は配列番号24~配列番号27)とからなる複合体を使用した場合、
(B)生物活性ペプチド核酸(配列番号14又は配列番号15)とキャリアペプチド核酸(配列番号20~配列番号23又は配列番号28~配列番号31)とからなる複合体を使用した場合。
図5A~5Cは、クラステリン(clusterin)特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、ヒト前立腺癌の細胞生存率変化及びクラステリンに関連した経路タンパク質の発現の抑制を確認した図である。
(A)生物活性ペプチド核酸(配列番号32又は配列番号33)とキャリアペプチド核酸(配列番号36~配列番号39又は配列番号44~配列番号47)とからなる複合体を使用した場合、PC-3細胞生存率の変化、
(B)生物活性ペプチド核酸(配列番号34又は配列番号35)とキャリアペプチド核酸(配列番号40~配列番号43又は配列番号48~配列番号51)とからなる複合体を使用した場合、PC-3細胞生存率の変化、
(C)クラステリン及び関連経路タンパク質の発現変化、
(1)生物活性ペプチド核酸(配列番号32又は配列番号33)とキャリアペプチド核酸(配列番号36~配列番号39又は配列番号44内配列番号47)とからなる複合体を使用した場合、
(2)生物活性ペプチド核酸(配列番号34又は配列番号35)とキャリアペプチド核酸(配列番号36~配列番号39又は配列番号44~配列番号47)とからなる複合体を使用した場合。
図6A~6Fは、VEGF特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、ヒト由来網膜色素上皮細胞株の細胞生存率変化及びVEGFとその下位経路タンパク質の発現の抑制及び硝子体内注射及び眼球点眼液を用いたネズミの網膜における血管の生成が抑制されることを確認した図である。
(A)ARPE-19細胞生存率の変化、
(B)VEGF及び下位経路タンパク質の発現変化、
(C)生物活性ペプチド核酸(配列番号2)とキャリアペプチド核酸(配列番号8)とからなる複合体を使用した場合、硝子体内注射をして1週後にネズミの網膜で血管生成の確認、
(D)及び(E)生物活性ペプチド核酸(配列番号2)とキャリアペプチド核酸(配列番号6又は配列番号8)とからなる複合体を使用した場合、硝子体内注射を用いたネズミの網膜で血管生成の確認、
(F)生物活性ペプチド核酸(配列番号2)とキャリアペプチド核酸(配列番号8)とからなる複合体を使用した場合、眼球点眼液を用いたネズミの網膜で血管生成の確認。
図7は、PDE4B特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、ヒト由来呼吸器上皮細胞及びヒト由来肺癌細胞株でPDE4Bと炎症関連タンパク質発現が抑制されることを確認した図である。
(A)生物活性ペプチド核酸(配列番号52又は配列番号55)とキャリアペプチド核酸(配列番号56~配列番号63)とからなる複合体を使用した場合、NCI-H292でPDE4B及び炎症タンパク質の発現確認、
(B)生物活性ペプチド核酸(配列番号52又は配列番号55)とキャリアペプチド核酸(配列番号56~配列番号63)とからなる複合体を使用した場合、A549でPDE4B及び炎症タンパク質の発現確認。
図8A~8Fは、TLR2特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、アトピーに関連したTLR2の発現を抑制することを確認した図である。
(A)生物活性ペプチド核酸(配列番号64又は配列番号65)とキャリアペプチド核酸(配列番号67~配列番号71)とからなる複合体を使用した場合、HaCaTでの細胞生存率の変化、
(B)生物活性ペプチド核酸(配列番号64又は配列番号65)とキャリアペプチド核酸(配列番号66~配列番号71)とからなる複合体を使用した場合、HaCaTでのTLR2及び下位遺伝子のタンパク質の抑制、
(C)生物活性ペプチド核酸(配列番号65)とキャリアペプチド核酸(配列番号67又は配列番号70)とからなる複合体を使用した場合、薬効評価動物でのアトピー皮膚炎表現型の変化、
(D)薬効評価動物の血清内IgE及びTARC濃度変化、
(E)薬効評価動物のH&Eを用いたアトピー表現型の変化、
(F)薬効評価動物における免疫染色を用いた組織での炎症マーカーの変化。
図9A~9Bは、Smad3特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、皮膚再生に関連したSmad3の発現を抑制することを確認した図である。
(A)生物活性ペプチド核酸(配列番号73)とキャリアペプチド核酸(配列番号75又は配列番号77~配列番号78)とからなる複合体を使用した場合、HaCaTでの怪我後回復能力分析、
(B)生物活性ペプチド核酸(配列番号72又は配列番号73)とキャリアペプチド核酸(配列番号74~配列番号78)とからなる複合体を使用した場合、HaCaTでのSmad3遺伝子のタンパク質の抑制。
図10A~10Bは、TIEG1特異的生物活性ペプチド核酸を含む構造式(1)による核酸複合体を用いて、怪我後肥大症に関連したTIEG1の発現を抑制することを確認した図である。
(A)生物活性ペプチド核酸(配列番号79又は配列番号80)とキャリアペプチド核酸(配列番号81~配列番号84)とからなる複合体を使用した場合、KEL-FIBでの細胞生存率変化、
(B)生物活性ペプチド核酸(配列番号79又は配列番号80)とキャリアペプチド核酸(配列番号81~配列番号84)とからなる複合体を使用した場合、KEL-FIBでのTIEG1遺伝子及び下位遺伝子のタンパク質の変化。
特に定義されない限り、本明細書で用いられる全ての技術的及び科学的用語は、本発明の属する技術の分野における熟練した専門家によって通常理解されるのと同じ意味を有する。一般に、本明細書における命名法は、本技術分野に周知されており、通常用いられるものである。
本発明の一実施例において、エンドソーム脱出を助ける物質を含む生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸が相補的に結合した核酸複合体を用いて、細胞内生物活性核酸の伝達効率を高め、標的遺伝子発現を容易に調節できることを確認した。
したがって、本発明は一観点において、下記構造式(1)の構造を有する核酸複合体に関する。
構造式(1)
[mA≡mC(+)
前記構造式(1)において、
Aは、目的とする遺伝子と結合可能な配列又は目的とする遺伝子配列を有する生物活性核酸(Bioactive Nucleic Acid)であり、
Cは、生物活性核酸と結合可能なキャリアペプチド核酸(Carrier Peptide Nucleic Acid)であり、
‘≡’は生物活性核酸とキャリアペプチド核酸間の相補的な結合を意味し、
‘m’は、生物活性核酸とキャリアペプチド核酸のエンドソーム脱出(endosome escape)を助ける物質を意味し、
Aで表される生物活性核酸は全体的に負電荷又は中性を有し、
(+)は、キャリアペプチド核酸が全体的に正電荷を有するということを意味し、
キャリアペプチド核酸は、キャリアペプチド核酸が全体的に正電荷を帯びるように修飾されたペプチド核酸単量体を一つ以上含む。
本発明において、“生物活性核酸”は、発現を減少させようとする目的とする標的遺伝子と結合できる相補的な配列、特に当該目的とする標的遺伝子のmRNAに結合できる相補的な配列を有するか、発現させようとする標的遺伝子の発現を促進する配列を含む核酸を含む核酸であり、当該遺伝子の発現を抑制又は促進するなどの遺伝子発現調節に関与する核酸を意味し、発現を減少又は増加させようとする標的遺伝子に相補的な配列を有する核酸であるか、pre-mRNA、miRNA、mRNAなどの一本鎖RNA配列に相補的な配列の核酸であり得る。
特に、本発明における“生物活性核酸(Bioactive Nucleic Acid)”は、生体外(in vitro)又は生体内(in vivo)で標的遺伝子及びこれを含む塩基配列と結合して当該遺伝子の固有機能(例えば、転写体(transcript)発現又はタンパク質発現)を活性化又は阻害させたり、或いはpre-mRNAのスプライシング(splicing)を調節(例えば、エクソンスキッピング(exon skipping))するなどの機能を果たすことを特徴とし得る。前記塩基配列は、遺伝子調節部位(gene regulatory sequence)又は遺伝子部位(gene coding sequence)又はスプライシング調節部位(splicing regulatory sequence)であることを特徴とし得る。前記遺伝子調節部位は、プロモーター、転写エンハンサー、5’非翻訳領域、3’非翻訳領域、ウイルスパッケージング配列、及び選択マーカーから選択されることを特徴とし得る。前記遺伝子部位はエクソン又はイントロンであり得、前記遺伝子部位は遺伝子の転写開始部位の10、5、3、1kb又は500、300、200bp内に、例えば、開始部位の上流(upstream)又は下流(downstream)に存在できる。また、前記スプライシング調節部位は、エクソンスキッピング、 隠されたスプライシング(cryptic splicing)、擬似スプライス部位活性化(pseudo-splice site activation)、イントロン保持(intron retention)、選択的スプライシングディレギュレーション(alternative splicing deregulation)関連配列を含むことができる。
本発明において“キャリアペプチド核酸”は、生物活性核酸と一部或いは全部の塩基が相補的に結合して機能性を付与する核酸を意味し、本発明で用いられるキャリアペプチド核酸は、ペプチド核酸(PNA:Peptide Nucleic Acid)だけでなく、これと類似な修飾された核酸を使用することもでき、ペプチド核酸が好ましいが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸は、それぞれの核酸の5’末端及び/又は3’末端にエンドソーム脱出(endosome escape)を助ける物質が結合していることを特徴とし、好ましくは、前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸のそれぞれの5’末端にエンドソーム脱出を助ける物質が結合した形態が用いられ得る。
前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸とエンドソーム脱出を助ける物質は共有結合で連結されることが好ましいが、これに限定されるものではない。
本発明において、“エンドソーム脱出(endosome escape)を助ける物質”は、エンドソーム内部の浸透圧を増加させたり、エンドソームの膜を不安定化させる方法によって生物活性核酸のエンドソームで脱出を助けることを特徴とし得る。生物活性核酸がより効率的で迅速に核や細胞質に移動して標的遺伝子に出会って作用するように助けることを意味する(D.W.Pack,A.S.Hoffman,S.Pun,P.S.Stayton,“Design and development of polymers for gene delivery,” Nat.Rev.Drug.Discov.,4,581-593(2005))。
前記エンドソーム脱出を助ける物質は、生物活性核酸又はキャリアペプチド核酸と5’末端又は3’末端にリンカー媒介の連結方法で結合することを特徴とし得るが、これに制限されるものではない。
本発明において、前記エンドソーム脱出を助ける物質は、ペプチド、脂質ナノ物質(lipid nanoparticles)、接合体ナノ物質(polyplex nanoparticles)、高分子ナノ球(polymer nanospheres)、無機物ナノ物質(inorganic nanoparticles)、陽イオン脂質ナノ物質(cationic lipid-based nanoparticles)、陽イオン高分子(cationic polymer)及びpH感応性高分子(pH sensitive polymers)からなる群から選ばれるいずれか一つ以上であることを特徴とし得る。
好ましい一例として、本発明において、前記ペプチドは、GIGAVLKVLTTGLPALISWIKRKRQQ(配列番号85)、GLFDIIKKIAESF(配列番号86)及びヒスチジン(Histidine)(10)からなる群から選ばれることを特徴とし得る。
好ましい一例として、本発明において、前記脂質ナノ物質(lipid nanoparticles)は、脂質(Lipid)、リン脂質(phospholipids)、パルミチン酸セチル(cetyl palmitate)、ポロキサマー18(poloxamer 18)、Tween 85、トリステアリングリセリド(tristearin glyceride)及びTween 80からなる群から選ばれることを特徴とし、
前記接合体ナノ物質(polyplex nanoparticles)は、ポリ(アミドアミン)(poly(amidoamine))又はPEI(polyethylenimine)であることを特徴とし、
前記高分子ナノ球(polymer nanospheres)は、ポリカプロラクトン(polycaprolactone)、ポリ(ラクチド-コ-グリコリド)(poly(lactide-co-glycolide))、ポリ乳酸(polylactide)、ポリグリコール酸(polyglycolide)、ポリ(d,l-ラクチド)(poly(d,l-lactide))、キトサン(chitosan)及びPLGA-ポリエチレングリコール(PLGA-polyethylene glycol)からなる群から選ばれることを特徴とし、
前記無機物ナノ物質(inorganic nanoparticles)はFeFe、WO及びWO2.9からなる群から選ばれることを特徴とする。
本発明において、前記陽イオン脂質ナノ物質(cationic lipid-based nanoparticles)は、1-(aminoethyl)iminobis[N-(oleicylcysteinyl-1-amino-ethyl)propionamide]、PTAのN-アルキル化誘導体(N-alkylated derivative of PTA)及び3,5-ジドデシルオキシベンズアミジン(3,5-didodecyloxybenzamidine)からなる群から選ばれることを特徴とし得る。
また、好ましい一例として、本発明において、前記陽イオン高分子(cationic polymer)は、ビニルピロリドン-N,N-ジメチルアミノエチルメタクリル酸共重合体ジエチル硫酸塩(vinylpyrrolidone-N,N-dimethylaminoethyl methacrylate acid copolymer diethyl sulphate)、ポリイソブチレン(polyisobutylene)及びポリ(N-ビニルカルバゾール)(poly(N-vinylcarbazole))から構成される群から選ばれることを特徴とし、
前記pH感応性高分子(pH sensitive polymers)は、ポリ酸(polyacids)、ポリ(アクリル酸)(poly(acrylic acid))、ポリ(メタクリル酸)(poly(methacrylic acid))及び加水分解されたポリアクリルアミド(hydrolyzed polyacrylamide)からなる群から選ばれることを特徴とし得る。
本発明において、前記生物活性核酸とキャリアペプチド核酸はそれぞれ2~50個、好ましくは5~30個、より一層好ましくは10~25個、最も好ましくは15~17個の核酸単量体を含むことを特徴とし得る。
前記生物活性核酸は天然(natural)核酸塩基及び/又は修飾された核酸単量体からなっていることを特徴とし得る。
本発明において、前記生物活性核酸は、DNA、RNA又は修飾された核酸であるPNA(peptide nucleic acid)、PMO(phosphorodiamidate morpholino oligonucleotide)、LNA(locked nucleic acid)、GNA(glycol nucleic acid)、TNA(threose nucleic acid)、アンチセンスオリゴヌクレオチド(antisense oligonucleotide)、アプタマー(aptamer)、siRNA(small interfering RNA)、shRNA(short hairpin RNA)、リボザイム(ribozyme)及びDNAzymeからなる群から選ばれることを特徴とし、好ましくはDNA、RNA又は修飾された核酸であるPNA、PMO、LNA、GNA及びTNAからなる群から選ばれることを特徴とし得るが、これに制限されるものではない。
本発明において、前記生物活性核酸に使用された単量体がPNAの場合、生物活性ペプチド核酸といい、他の単量体が使用された場合にも同じ方式で呼ぶ。
本発明において、前記キャリアペプチド核酸は、前記生物活性核酸と塩基配列の一部或いは全部が相補的な配列で構成されることを特徴とし得る。特に、キャリアペプチド核酸は、ユニバーザル塩基(universal base)を一つ以上含むことができ、キャリアペプチド核酸の全てがユニバーザル塩基からなってもよい。
本発明において、前記生物活性核酸とキャリアペプチド核酸は、ホスホジエステル(phosphodiester)、2’0-メチル(2’0-methyl)、2’メトキシ-エチル(2’ methoxy-ethyl)、ホスホルアミデート(phosphoramidate)、メチルホスホネート(methylphosphonate)及びホスホロチオエート(phosphorothioate)から構成される群から選ばれるいずれか一つ以上の官能基をさらに含むことを特徴とし得る。
本発明において、前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸のそれぞれは、電気的特性が全体的に、正電荷(陽性)、負電荷(陰性)又は中性電荷を有することを特徴とする複合体であり得る。
前記電気的特性の表現において、“全体的に”との意味は、個別塩基の電気的特性ではなく全体的な生物活性核酸又はキャリアペプチド核酸のそれぞれの電荷が外部から見て全体的な電気的特性であることを意味し、例えば、生物活性核酸内の一部単量体が陽性を有しても、陰性を有する単量体の個数が相対的に多く存在する場合には、生物活性核酸は“全体的に”電気的特性からして負電荷を有するものであり、キャリアペプチド核酸内の一部塩基及び/又はバックボーン(backbone)が陰性を有しても、陽性を有する塩基及び/又はバックボーンの個数が相対的に多く存在する場合には、キャリアペプチド核酸は“全体的に”電気的特性からして正電荷を有するものである。
このような観点で、本発明の構造式(1)の構造を有する核酸複合体は、全体的に正電荷を有することを特徴とし得る。前記構造式(1)による核酸複合体において、好ましくは前記生物活性核酸は全体的に電気的特性からして負電荷又は中性の特性を有し、前記キャリアペプチド核酸は全体的に電気的特性からして正電荷特性を有することを特徴とし得るが、これに制限されるものではない。
本発明において、前記生物活性核酸とキャリアペプチド核酸の電気的特性の付与は、修飾されたペプチド核酸単量体を使用することができ、修飾されたペプチド核酸単量体は、正電荷を有するキャリアペプチド核酸として、リシン(Lysine,Lys,K)、アルギニン(Arginine,Arg,R)、ヒスチジン(Histidine,His,H)、ジアミノ酪酸(Diamino butyric acid,DAB)、オルニチン(Ornithine,Orn)及びアミノ酸類似体からなる群から選ばれるいずれか一つ以上の正電荷のアミノ酸を含み、負電荷を有するキャリアペプチド核酸として、負電荷のアミノ酸であるグルタミン酸(Glutamic acid,Glu,E)又はアミノ酸類似体の負電荷のアミノ酸を含むことを特徴とし得る。
本発明において、前記キャリアペプチド核酸は全体的に正電荷を有するように1個以上のガンマ-又はアルファ-バックボーン修飾ペプチド核酸単量体を含むことを特徴とし得る。
前記ガンマ-或いはアルファ-バックボーン修飾ペプチド核酸単量体は、電気的陽性を有するように、リシン(Lysine,Lys,K)、アルギニン(Arginine,Arg,R)、ヒスチジン(Histidine,His,H)、ジアミノ酪酸(Diamino butyric acid,DAB)、オルニチン(Ornithine,Orn)及びアミノ酸類似体からなる群から選ばれるいずれか一つ以上の正電荷を有するアミノ酸をバックボーンに含むことを特徴とし得る。
本発明において、電荷付与のためのペプチド核酸単量体の修飾は、前記バックボーン修飾の他にも、ヌクレオ塩基(nucleobase)が修飾されたペプチド核酸単量体を使用することができる。好ましくは、電気的陽性を有するようにアミン、トリアゾール、イミダゾール残基をヌクレオ塩基に含んだり、或いは電気的陰性を有するようにカルボン酸を塩基に含むことを特徴とし得る。
本発明において、前記キャリアペプチド核酸の修飾ペプチド核酸単量体は、負電荷をバックボーン或いはヌクレオ塩基にさらに含んでもよいが、修飾ペプチド核酸単量体は、正電荷を有する単量体が負電荷を有する単量体に比べて多く含まれ、全体的にキャリアペプチド核酸の電荷が陽性になることが好ましい。
好ましくは、本発明に係る前記構造式(1)の核酸複合体は、全体的に陽の電荷を有することを特徴とする。
本発明に係る前記構造式(1)の核酸複合体において、疎水性残基(hydrophobic moiety)、親水性残基(hydrophilic moiety)、標的抗原特異的抗体、アプタマー又は蛍光/発光マーカーなどからなる群から選ばれる一つ以上の物質が生物活性核酸及び/又はキャリアペプチド核酸に結合していることを特徴とし、好ましくは、前記疎水性残基(hydrophobic moiety)、親水性残基(hydrophilic moiety)、標的抗原特異的抗体、アプタマー及びイメージングのための蛍光/発光マーカーなどからなる群から選ばれる一つ以上の物質は、前記キャリアペプチド核酸に結合したものであり得る。
本発明において前記疎水性残基(hydrophobic moiety)、親水性残基(hydrophilic moiety)、標的抗原特異的抗体、アプタマー、クエンチャー、蛍光マーカー及び発光マーカーからなる群から選ばれる一つ以上の物質と生物活性核酸及び/又はキャリアペプチド核酸の結合は、単純共有結合又はリンカーで媒介した共有結合であることを特徴とし得るが、これに限定されるものではない(表1参照)。好ましくは、前記核酸運搬体に結合した細胞透過、溶解度、安定性、運搬及びイメージング関連物質(例えば、疎水性残基など)は、標的遺伝子の発現を調節する生物活性核酸と独立して存在する。
本発明において、前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸の相補的な結合形態は、大きく、逆平行結合(antiparallel binding)と平行結合(parallel binding)の形態を有することを特徴とし得る。前記相補的な結合形態は、生物活性核酸の目的配列(生物活性核酸と相補的な配列)の存在下で分離される構造を有する。
前記逆平行結合と平行結合は、DNA-DNA又はDNA-PNAの結合方式において、5’-方向性と3’-方向性によって決定される。逆平行結合は一般的なDNA-DNA又はDNA-PNAの結合方式であり、本発明に係る構造式(1)の核酸複合体を取り上げて説明すると、生物活性核酸は5’から3’方向に、キャリアペプチド核酸は3’から5’方向に互いに結合する形態を意味する。平行結合は逆平行結合に比べては結合力が多少劣る形態であり、生物活性核酸とキャリアペプチド核酸の両方とも5’から3’方向に又は3’から5’方向に互いに結合する形態を意味する。
本発明に係る構造式(1)の核酸複合体において、好ましくは前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸の結合力は、生物活性核酸と生物活性核酸の目的とする遺伝子、特に目的遺伝子のmRNAとの結合力よりも低いことを特徴とし得る。前記結合力は、融解温度、melting temperature又はTmによって決定される。
前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸の結合力(融解温度、melting temperature,Tm)を生物活性核酸と生物活性核酸の目的とする遺伝子、特に目的遺伝子のmRNAとの結合力よりも低くするための具体的な方法は、例えば、前記生物活性核酸とキャリアペプチド核酸が平行結合(Parallel binding)又は部分特異結合(Partial specific binding)することを特徴とし得るが、これに限定されるものではない。
他の例として、前記キャリアペプチド核酸がリンカー、ユニバーザル塩基(universal base)及び生物活性核酸の対応する塩基と相補的でない塩基を有するペプチド核酸塩基から構成された群から選ばれる一つ以上のペプチド核酸塩基を有することを特徴とし得るが、これに限定されるものではない(表1参照)。
本発明において、前記ユニバーザル塩基(universal base)は、アデニン(adenine)、グアニン(guanine)、シトシン(cytosine)、チミン(thymine)、ウラシル(Uracil)などの天然塩基と選択性無しで結合し、相補的な結合力よりも低い結合力を有する塩基としてイノシンPNA(inosine PNA)、インドールPNA(indole PNA)、ニトロインドールPNA(nitroindole PNA)及び無塩基(abasic)からなる群から選ばれる一つ以上を使用でき、好ましくはイノシンPNAを使用することを特徴とし得る。
Figure 0007032577000001
前記表1で、Nは核酸の塩基(ATGC)で、はアンチセンス核酸(antisense nucleic acid)配列と相補的でない配列で、$はユニバーザル塩基(universal base)で、=はリンカーであり、5’-、3’-は核酸(塩基)の方向性を表す。
本発明において、前記核酸複合体の機能調節のための核酸の結合形態と電気的性質組合せを提供し、前記核酸の結合形態と電気的性質組合せで粒子サイズ及び作用時点を調節し、細胞透過性、溶解度及び特異度を向上させることを特徴とし得る。
本発明において、前記生物活性ペプチド核酸とキャリアペプチド核酸の結合力調節により、目的遺伝子の存在下で、生物活性ペプチド核酸が目的配列と結合する時点(生物活性核酸の目的配列への置換される時点、標的特異的分離及び結合時点)などの調節が可能である。
本発明に係る構造式(1)の核酸複合体において、生物活性核酸の目的遺伝子への置換(strand displacement)時点、標的特異的分離及び結合(target specific release and bind)時点の調節は、複合体の非特異結合のためのキャリアペプチド核酸の非特異塩基、ユニバーザル塩基及びリンカーの有無、個数及び位置によって調節が可能であることを特徴とし得る。前記ペプチド複合体の相補的な結合の形態である平行(parallel)又は逆平行(antiparallel)形態の結合などと前記条件の組合せによって調節が可能であることを特徴とし得る。
本発明において、前記構造式(1)の核酸複合体の粒子は5nm~300nm、好ましくは10nm~80nm、最も好ましくは15nm~70nmの大きさを有することを特徴とし得る。
本発明において、前記核酸複合体の粒子サイズは、生物活性ペプチド核酸とキャリアペプチド核酸の電荷バランス(charge balance)を調節することによって調節されることを特徴とし得る。具体的には、キャリアペプチド核酸の正電荷が増加すると粒子のサイズが小さくなるが、キャリアペプチド核酸の正電荷が一定レベルを超えると粒子のサイズが大きくなる特徴を有する。また、粒子サイズを決定する他の重要な要素として、複合体をなす生物活性ペプチド核酸電荷による全般的なキャリアペプチド核酸との適切な電荷バランスによって粒子サイズが決定される。
本発明に係るキャリアペプチド核酸の陽電荷は、1個~7個(陽電荷を有する単量体が1個~7個含まれることを意味する。)、好ましくは2個~5個、最も好ましくは2個~3個であり、生物活性核酸の電荷は電荷バランスのネットチャージ(net charge)が負電荷0個~5個、好ましくは0個~3個である。
本発明において、前記構造式(1)の核酸複合体は、生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸が適切な条件で混成化されることによって製造され得る。
本発明の“混成化”は、相補的な一本鎖核酸二本鎖核酸を形成することを意味する。混成化は、2本の核酸鎖間の相補性が完全な場合(perfect match)に起こったり又は一部の不整合(mismatch)塩基が存在しても起こることができる。混成化に必要な相補性の程度は混成化条件によって変わり、特に結合温度によって調節可能である。
本発明において、前記生物活性核酸又はキャリアペプチド核酸の両末端には、レポーター(reporter)とレポーター蛍光を消光(quenching)可能なクエンチャー(quencher)が結合できる。前記レポーター(reporter)はFAM(6-carboxyfluorescein)、Texas red、HEX(2’,4’,5’,7’,-tetrachloro-6-carboxy-4,7-dichlorofluorescein)及びCY5から構成される群から選ばれる一つ以上であり得、好ましくは、CY5を使用する。前記クエンチャーはTAMRA(6-carboxytetramethyl-rhodamine)、BHQ1、BHQ2及びDabcylから構成される群から選ばれるいずれか一つ以上であり得るが、これに限定されるものではない。
本発明は、他の観点において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を含む疾病の診断用組成物に関する。
本発明は、さらに他の観点において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を含む疾病の予防又は治療用組成物に関する。
本発明は、さらに他の観点において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を予防又は治療が必要な患者に投与することを特徴とする疾病の予防又は治療方法に関する。
本発明はさらに他の観点において、疾病の予防又は治療のための前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体の用途に関する。
本発明はさらに他の観点において、疾病の予防又は治療用薬剤の製造のための前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体の使用に関する。
本発明の“標的遺伝子”は、活性、抑制又は標識しようとする核酸配列(塩基配列)を意味し、用語“標的核酸”と同一のものであり、本明細書で同じ意味で使われる。
前記標的遺伝子を含む標的核酸(塩基配列)が生体外(in vitro)又は生体内(in vivo)で前記複合体と接触(結合)すると、キャリアペプチド核酸から生物活性核酸が分離され、生物学的活性を示す。
本発明において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を用いて診断又は予防、治療できる疾病は、前記核酸複合体内の生物活性核酸が結合する標的遺伝子によって決定され、好ましくは癌又は腫瘍であるが、これに限定されるものではない。
本発明において、用語“治療用組成物”は、“医薬(薬剤学的、薬学的)組成物(pharmaceutical composition)”と同じ意味で使用でき、本発明の生物活性核酸及び前記核酸と結合するキャリアペプチド核酸を含む核酸複合体を有効成分として含む。
本発明の治療用組成物は、標準医薬実施によって経口又は非経口投与剤形の形態で剤形化できる。それらの剤形は、有効成分の他に薬学的に許容される担体、賦形剤、補助剤又は希釈剤などの添加物を含有してもよい。
用語“薬学的に許容される(physiologically acceptable)”とは、化合物の生物学的活性と物性を損傷させない特性を意味する。
用語“担体(carrier)”とは、細胞又は組織内への複合体の付加を容易にする化合物と定義される。例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)は、生物体の細胞又は組織内への多くの有機化合物の投入を容易にする通常の担体である。
用語“希釈剤(diluent)”とは、対象化合物の生物学的活性形態を安定化させるだけでなく、化合物を溶解させる水で希釈される化合物と定義される。バッファー溶液に溶解されている塩は、当該分野で希釈剤として用いられる。通常用いられるバッファー溶液は、リン酸塩バッファー食塩水であり、これはヒト溶液の塩状態を摸倣しているためである。バッファー塩は低い濃度で溶液のpHを制御できるので、バッファー希釈剤が化合物の生物学的活性を変形することは稀である。
ここに使用された複合体を含有する化合物は、ヒト患者に、それ単独で又は併用療法(combination therapy)のように他の活性成分と併用して又は適当な担体や賦形剤と共に混合された医薬組成物として投与できる。
本発明における使用に適した医薬組成物には、活性成分がそれらの意図した目的を達成するのに有効な量で含まれている組成物が含まれる。より具体的に、治療的有効量は、治療される客体の生存を延長したり、疾患の症状を防止、軽減又は緩和させるのに有効な化合物の量を意味する。治療的有効量の決定は、特に、ここに提供された詳細な開示内容の側面において、通常の技術者の能力範囲内にある。
本発明で用いられる用語“予防”は、前記複合体又はその医薬的に許容可能な塩を含む医薬組成物の投与(又は塗布)によって抗癌活性を示し、癌の増殖を抑制又は遅延させる全ての行為を意味する。また、本発明で用いられる用語“治療”とは、前記複合体又はその医薬的に許容可能な塩を含む医薬組成物の投与(又は塗布)によって癌疾患の症状が好転又は完治する全ての行為を意味する。
本発明において、前記核酸複合体を含む組成物で予防又は治療できる疾病は、腫瘍又は癌、炎症性疾患、老人性黄斑変性、糖尿病性網膜症、希少疾患及び重症疾患、心血管疾患、代謝性疾患又は皮膚疾患などがあるが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記核酸複合体を含む疾病の予防又は治療用組成物が治療できる疾病は、核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子によって決定される。前記生物活性核酸が結合する標的遺伝子の例には、癌治療のための標的遺伝子は、VEGF、アンドロゲン受容体、クラステリン(Clusterin)、TGFβR2、ERBB3、ABCB1、及びPD-L1などがあり、炎症疾患を標的にする遺伝子はPDE4B又はPellino-1であり、希少疾患及び重症疾患を標的とする遺伝子は、SMN2、ApoB-100、ICAM-1、ApoCIII、TTR、HTT、GHr、SOD1、ANGPTL3、PKK、miR-21、TMPRSS6、FMR1又はConnexin 26である。心血管疾患を標的とする遺伝子は、Factor XI、Apo(a)、ApoCIII又はAGTであり、代謝性疾患を標的とする遺伝子はGCGR、ANGPTL3、miR-103/107又はDGAT2である。皮膚疾患を標的とする遺伝子はIFI16、TLR6又はTIEG1を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記治療用組成物は、それらの単独或いは以下に説明するような薬剤学的に許容される担体又は賦形剤と共に、公知の方法で非経口又は経口投与用剤形に製剤化できる。このような剤形の具体的な例としては、注射剤、軟質カプセル剤、硬質カプセル剤、錠剤、シロップ剤などの経口剤又は外用剤を挙げることができる。
好ましくは、前記核酸複合体を含む治療用組成物は、非経口投与用剤形に製造して使用できる。適切な非経口投与用剤形には、皮下注射、静脈注射、筋肉内注射又は胸部内注射用などに適切な注射液又は凍結乾燥剤形を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記核酸複合体を含む組成物は、皮膚伝達(skin delivery)経路を通じて投与され得る。皮膚伝達のための剤形は、水性溶液、クリーム及び軟膏などから選択され得るが、これに限定されず、皮膚伝達のために当該技術の分野に公知のいずれの形態の剤形も利用可能である。
非経口投与用剤形に製剤化するために、本発明に係る複合体を含み、食塩水、滅菌水、リンゲル液、緩衝食塩水、デキストロース溶液、マルトデキストリン溶液、グリセロール、エタノール及びこれらの成分のいずれか1成分又は2以上の成分を混合して使用することができ、必要によって、抗酸化剤、緩衝液、静菌剤などの他の通常の添加剤を添加してもよい。また、希釈剤、分散剤、界面活性剤、結合剤及び潤滑剤をさらに添加して水溶液、懸濁液、乳濁液などのような注射用剤形に製剤化してもよい。特に、凍結乾燥(lyophilized)された形態の剤形に製剤化して提供することが好ましい。凍結乾燥剤形の製造のために、本発明の属する技術分野における通常の方法を用いることができ、凍結乾燥のための安定化剤が追加されてもよい。さらに、当該分野における適正な方法で又はレミングトン薬学の科学(Remington’s pharmaceutical Science,Mack Publishing company,Easton PA)に開示の方法を用いて各疾病にしたがって又は成分にしたがって好ましく製剤化できる。
また、本発明に係る治療用組成物は、散剤、錠剤、カプセル剤、液剤、注射剤、軟膏剤、シロップ剤、点眼液などのような経口投与剤形に剤形化できるが、このとき、薬学的に許容される一つ以上の賦形剤が添加され得る。
本発明において、前記核酸複合体を含む組成物は、癌の予防又は治療用組成物であることを特徴とし得る。治療可能な腫瘍又は癌は、特に制限されず、固形癌及び血液癌のいずれをも含む。好ましくは、乳癌、前立腺癌又は肺癌であることを特徴とし得る。
好ましくは、本発明に係る癌治療のための核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子は、VEGF、PD-L1、アンドロゲン受容体、クラステリン、TGFβR2、ERBB3、ABCB1、及びPDE4Bから構成された群から選ばれるいずれか一つ以上を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を含む癌の予防又は治療用組成物は、配列番号1~配列番号3で表されるVEGF特異的生物活性ペプチド核酸又は配列番号10で表されるPD-L1特異的生物活性ペプチド核酸及びこれに相補的なキャリアペプチド核酸を含む。前記キャリアペプチド核酸は、好ましくは配列番号4~配列番号9(VEGF)又は配列番号11(PD-L1)の配列を有することができ、前記配列の一部がユニバーザル塩基に置換されて用いられてもよい。
本発明において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を含む癌の予防又は治療用組成物は、配列番号12~配列番号15で表されるアンドロゲン受容体特異的生物活性ペプチド核酸及びこれに相補的なキャリアペプチド核酸を含む。前記キャリアペプチド核酸は、好ましくは、配列番号16~配列番号31の配列を有することができ、前記配列の一部がユニバーザル塩基に置換されて用いられてもよい。
本発明において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を含む癌の予防又は治療用組成物は、配列番号32~配列番号35で表されるクラステリン特異的生物活性ペプチド核酸及びこれに相補的なキャリアペプチド核酸を含む。前記キャリアペプチド核酸は、好ましくは、配列番号36~配列番号51の配列を有することができ、前記配列の一部がユニバーザル塩基に置換されて用いられてもよい。
本発明において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を含む組成物は、老人性黄斑変性(Aged Macular Degeneration)又は糖尿病性網膜症の予防又は治療用組成物であることを特徴とし得る。本発明に係る老人性黄斑変性又は糖尿病性網膜症の予防又は治療のための核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子はVEGFを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
前記老人性黄斑変性又は糖尿病性網膜症の予防又は治療用組成物は、配列番号1~配列番号3で表されるVEGF特異的生物活性ペプチド核酸及びこれに相補的なキャリアペプチド核酸を含む。キャリアペプチド核酸は、好ましくは、配列番号4~配列番号9の配列を有することができ、前記配列の一部がユニバーザル塩基に置換されて用いられてもよい。
前記老人性黄斑変性又は糖尿病性網膜症の予防又は治療用組成物は、水性溶液、注射剤、目薬又は点眼液から選ばれるいずれか一つの剤形を有することを特徴とし得る。
本発明において、前記核酸複合体を含む組成物は、慢性閉塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)の予防又は治療用組成物であることを特徴とし得る。前記核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子はPDE4Bであるが、これに制限されるものではない。
前記COPDの予防又は治療用組成物は配列番号52~55で表されるPDE4B特異的生物活性ペプチド核酸及びこれに相補的なキャリアペプチド核酸を含む。キャリアペプチド核酸は、好ましくは、配列番号56~63の配列を有することができ、前記配列の一部がユニバーザル塩基に置換されて用いられてもよい。
本発明において、前記核酸複合体を含む組成物は、皮膚疾患の予防又は治療用組成物であることを特徴とし得る。前記核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子は、TLR2、Smad3、IFI16及びTIEG1から構成された群から選ばれるいずれか一つ以上を挙げることができるが、これに限定されるものではない。前記皮膚疾患は、乾癬、色素沈着関連皮膚疾患又はアトピー皮膚炎、皮膚損傷又はケロイド(keloids;怪我後肥大症)などがあるが、これに限定されるものではない。
好ましくは、本発明はアトピー皮膚炎(Atopic Dermatitis)治療用組成物を提供する。本発明に係るアトピー治療用組成物は、配列番号64又は配列番号65で表されるTLR2特異的生物活性ペプチド核酸及びこれに相補的なキャリアペプチド核酸を含む。前記キャリアペプチド核酸は、好ましくは、配列番号66~配列番号71の配列を有することができ、前記配列の一部がユニバーザル塩基に置換されて用いられてもよい。
本発明はまた、皮膚損傷治療用組成物を提供する。前記治療用組成物は、皮膚創傷治療(skin wound healing)を含む皮膚再生(skin regeneration)のためのものであるが、これに制限されるものではない。本発明に係る皮膚損傷治療用組成物は、配列番号72又は73で表されるSmad3特異的生物活性ペプチド核酸及びこれに相補的なキャリアペプチド核酸を含む。前記キャリアペプチド核酸は、好ましくは、配列番号74~78の配列を有することができ、前記配列の一部がユニバーザル塩基に置換されて用いられてもよい。
本発明はまた、ケロイド治療用組成物を提供する。本発明に係るケロイド治療用組成物は、配列番号79又は80で表されるTIEG1特異的生物活性ペプチド核酸及びこれに相補的なキャリアペプチド核酸を含む。前記キャリアペプチド核酸は、好ましくは、配列番号81~84の配列を有することができ、前記配列の一部がユニバーザル塩基に置換されて用いられてもよい。
前記皮膚疾患の予防又は治療用組成物は、水性溶液、クリーム、ゲル、ペースト、ローション又は軟膏などの剤形に製造できるが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記核酸複合体を含む組成物は、炎症性疾患の予防又は治療用組成物であることを特徴とし得る。前記核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子は、PDE4B又はPellino-1であり得るが、これに限定されるものではない。
本発明において、前記核酸複合体を含む組成物は、希少疾患及び重症疾患の予防又は治療用組成物であることを特徴とし得る。前記核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子は、SMN2、ApoB-100、ICAM-1、ApoCIII、TTR、HTT、GHr、SOD1、ANGPTL3、PKK、miR-21、TMPRSS6又はConnexin 26を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
好ましくは、本発明に係る希少疾患及び重症疾患は難聴であり、核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子はConnexin 26であり得る。
本発明において、前記複合体は、リポソーム(liposome)などの伝達体を用いて投与(又は塗布)しもてよい。前記リポソームは、リンパ組織のような特定組織に対して前記複合体を標的化したり、或いは感染細胞に対して選択的に標的化することに役立てることができ、また、前記複合体が含まれた組成物の半減期を増加させることに役立てることができる。リポソームにはエマルジョン、フォーム(foam)、マイセル(micelle)、不溶性単層、液晶、リン脂質分散物、ラメラ層(lamellar layer)などがある。このような製剤において、送達される前記複合体は、単独で又は特定細胞を対象に、CD45抗原に結合するモノクローナル抗体のようなリンパ細胞のうち優勢な受容体に結合する分子と共に又はその他治療組成物と共に、リポソームの一部として混入させる。したがって、本発明の所定複合体で充填又は塗布されて(decorated)前記複合体組成物を送達するリポソームは、リンパ細胞の前記部位に指向され得る。
本発明によって使用するためのリポソームは一般に、中性及び負電荷リン脂質及びコレステロールなどのステロールをはじめとする標準ベシクル(vesicle)-形成脂質から形成される。一般に、例えば、血流中のリポソームの安定性、酸不安定性(acid lability)及びリポソームのサイズなどを考慮して脂質を選択する。リポソーム製造には様々な方法を用いることができる。例えば、文献[Szoka,et al.,Ann.Rev.Biophys.Bioeng.,9:467,1980)、及び米国特許第4,235,871号、第4,501,728号、第4,837,028号及び第5,019,369号]に記載のような方法を用いることができる。
本発明は一態様において、複合体又は複合体を含む組成物を個体に投与(又は塗布)して疾病を治療し抑制(又は緩和)する方法を提供する。
本発明に係る複合体を用いて治療可能な疾患は、使用される生物活性核酸の特性によって決定され、特に制限されない。
好ましい本発明に係る複合体を用いて治療可能な疾患の例には、癌、黄斑変性などの異常血管増殖疾患、皮膚疾患、炎症疾患、自己免疫疾患などがあるが、これに制限されない。
本発明に係る複合体を含む組成物は、癌疾患を治療するために又は癌疾患の症状を抑制(又は緩和)するために医薬として効果的な量で投与(又は塗布)できる。色素沈着関連皮膚疾患の種類、患者の年齢、体重、症状の特性及び程度、現在治療法の種類、治療回数、投与(塗布)形態及び経路などの様々な要因によって変更可能であり、当該分野における専門家によって容易に決定され得る。本発明の組成物は、上述した薬理学的又は生理学的成分を共に投与(塗布)したり順次に投与(塗布)でき、また、追加の従来の治療剤と併用して投与(塗布)でき、従来の治療剤とは順次に又は同時に投与(塗布)できる。このような投与(塗布)は、単一又は多重投与(塗布)であり得る。
本発明で、“個体”は、本発明に係る複合体を投与(塗布)して軽減、抑制又は治療可能な状態又は疾患を病んでいたり或いはその危険がある哺乳動物を意味し、好ましくはヒトを意味する。
また、本発明の化合物の人体に対する投与量(塗布量)は、患者の年齢、体重、性別、投与(塗布)形態、健康状態及び疾患程度によって変わってもよく、体重が70kgである成人患者を基準にする時、一般に0.001~1,000mg/日であり、好ましくは0.01~500mg/日であり、医師又は薬剤師の判断によって一定時間間隔で1日1回又は数回分割投与(塗布)してもよい。
本発明の方法で使用される任意の複合体又はこれを含む混合物に対する治療的有効量は、細胞培養分析から初期に測定され得る。例えば、線量(dose)は細胞培養で決定されたIC50(half maximal inhibitory concentration)又はEC50(half maximal effective concentration)を含む循環濃度範囲を得るために動物モデルから計算され得る。かかる情報は、ヒトにおける有用な線量をより正確に決定するために用いることができる。
ここに記載されている複合体又はこれを含む混合物の毒性と治療効率性は、例えば、LD50(群集の50%に対する致死量)、ED50(群集の50%に対して治療効果を有する線量)、IC50(群集の50%に対して治療抑制効果を有する線量)を決定するために、細胞培養又は実験動物における標準製薬過程によって算定され得る。毒性と治療効果間の線量比が治療指数であり、これはLD50とED50(又は、IC50)間の比率として表現され得る。高い治療指数を示す化合物が好ましい。これらの細胞培養分析から得られたデータは、ヒトに使用する線量の範囲を算定するために用いることができる。当該化合物の投与量(dosage)又は塗布量は、好ましくは、毒性がないか或いは殆どない状態でED50(又は、IC50)を含む循環濃度の範囲内にある。
本発明はさらに他の観点において、前記複合体を含む癌又は腫瘍診断用キットに関する。
本発明において癌又は腫瘍診断のための検体試料は、ヒトを含む動物の特定組織又は器官から由来し得る。前記組織の代表例には、皮膚、筋肉又は神経組織が含まれる。前記器官の代表例には、目、脳、肺、肝、脾臓、骨髄、胸腺、心臓、リンパ、血液、骨、軟骨、膵臓、腎臓、胆嚢、胃、小腸、皐丸、卵巣、子宮、直腸、神経系、腺及び内部血管が含まれる。
前記検体試料は、生物学的根源から出たいかなる細胞、組織、流体液(fluid)、又は本発明によってよく分析され得るいかなる他の媒質(medium)も含み、これはヒト、動物、ヒト又は動物の消費のために製造された飲食から得た試料が含まれる。また、分析される生物試料は、体液試料を含み、これは喀痰、血液、血清、血漿、リンパ、母乳、小便、糞便、眼球流液、唾液、精液、脳抽出物(例えば、脳粉砕物)、脊髓液、虫垂、脾臓及び扁桃腺組織抽出物が含まれるが、これに限定されるものではない。
本発明のキットは、バッファー、DNA重合酵素助因子及びデオキシリボヌクレオチド-5-トリリン酸塩のような標的増幅PCR反応(例えば、PCR反応)を実施するのに必要な試薬を選択的に含むことができる。また、前記キットは、様々なポリヌクレオチド分子、逆転写酵素、バッファー及び試薬、及びDNA重合酵素活性を抑制する抗体を含むことができる。なお、前記キットは、特定反応で使用される試薬の最適量は、本明細書に開示の事項を習得した通常の技術者によって容易に決定され得る。典型的に、前記キットは、前述した構成成分を含む別個の包装又はコンパートメント(compartment)として作製可能である。
本発明において、前記キャリアペプチド核酸は生物活性核酸と相補的に水素結合して前記核酸を細胞内に運搬でき、前記生物活性核酸は標的遺伝子と結合して標的遺伝子の発現を調節することを特徴とし得る。
したがって、本発明はさらに他の観点において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を含む標的遺伝子発現調節用組成物に関する。
本発明はさらに他の観点において、前記構造式(1)の構造を有する核酸複合体を用いることを特徴とする標的遺伝子発現調節方法に関する。
本発明において、前記標的遺伝子発現調節方法は、(a)エンドソーム脱出(endosome escape)を助ける物質を含む生物活性核酸(Bioactive Nucleic Acid)とキャリアペプチド核酸(Carrier Peptide Nucleic Acid)を結合させて複合体を形成する段階;及び(b)前記複合体を標的細胞に接触させて細胞内に導入する段階を含むことを特徴とし得る。
本発明において、前記標的細胞は、前述した癌又は腫瘍由来細胞であるが、これに限定されない。本発明において、前記(b)段階で複合体が細胞内に導入されて移動した後、生物活性核酸は相補的な塩基配列を有する標的核酸と結合し、キャリアペプチド核酸と分離されることを特徴とし、前記生物活性核酸は標的遺伝子と結合して標的遺伝子の発現を調節することを特徴とし得る。
本発明によれば、前記複合体は、標的核酸(標的配列)が不在する場合、生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸が相補的な結合を維持するのに対し、生物活性核酸の塩基配列と相補性をなす標的核酸が存在する場合には、“生物活性核酸の目的配列への置換(strand displacement)”、“標的特異的分離及び結合(target specific release and bind)”方法により、生物活性核酸がキャリアペプチド核酸から分離されて標的核酸と結合する。前記分離及び結合の時点は、生物活性核酸のキャリアペプチド核酸と標的核酸の塩基配列の相補性に基づくそれぞれの核酸(塩基)間の水素結合力の調節によって調節可能であることを特徴とし得る。
したがって、本発明の好ましい具現例によれば、標的特異的分離及び結合方法は;i)相補的な結合のうち一部が異なる配列(partial specific sequence)を持つキャリアペプチド核酸構造によって“単一塩基配列変異(single nucleotide polymorphism,SNP)”、或いは“生物活性核酸よりも短い配列”を有するように作製したり、ii)キャリアペプチド核酸の一部配列をユニバーザル塩基(universal base)に置き換えたり、iii)キャリアペプチド核酸の一部配列をリンカー(linker)に置き換えたり、vi)生物活性核酸に平行(parallel)に結合するキャリアペプチド核酸構造を有するようにし、標的核酸と生物活性核酸との結合力よりもキャリアペプチド核酸と生物活性核酸との結合力が相対的に低く作製される方式として具現でき、該方法は2以上の組合せで利用可能であり、平行結合(parallel binding)方式を用いることが好ましい。
前記ユニバーザル塩基(universal base)は、アデニン(adenine)、グアニン(guanine)、シトシン(cytosine)、チミン(thymine)、ウラシル(Uracil)などの天然塩基と選択性無しに結合し、相補的な結合力よりも低い結合力を有する塩基として、イノシンPNA(inosine PNA)、インドールPNA(indole PNA)、ニトロインドールPNA(nitroindole PNA)及び無塩基(abasic)から構成された群から選ばれる一つ以上を使用でき、好ましくは、イノシンPNAを使用することを特徴とし得る。
前記生物活性核酸とキャリアペプチド核酸との結合力調節によって生物活性核酸とキャリアペプチド核酸の分離時点及び生物活性核酸と生物活性核酸の目的とする遺伝子との結合時点を調節できる長所がある。
本発明において、構造式(1)の構造を有する核酸複合体においてエンドソーム脱出を助ける物質を含まない構造式[A≡C(+)]の構造を有する核酸複合体を用いて、その効能を検証した。PCT/KR2017/008636を参照できる。
本発明に係るキャリアペプチド核酸(すなわち、修飾されたキャリアペプチド核酸)は、修飾されなかった従来のネイキッドペプチド核酸(naked-PNA)の自己凝集(self-aggregation)性質などによる沈殿問題を解消しており、細胞透過性、溶解度の増加及び細胞内拡散効果を増進させることができる。
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。これらの実施例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例によって制限されるものとして解釈されないことは、当業界で通常の知識を有する者にとって明らかであろう。
実施例1:構造式(1)の構造を有する新規複合体を用いたヒト由来乳癌細胞及び肺癌細胞における血管内皮成長因子の抑制による抗癌薬理効果確認
多くの癌細胞で高い発現が確認される血管内皮成長因子であるVEGFは、癌細胞で細胞血管増殖を誘導するものと知られており、これに対する新規複合体を用いてVEGFを抑制し、抗癌薬理効果を確認した。
血管内皮細胞成長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)は、血管、リンパ管の発生と恒常性に関与し、神経細胞にも重要な効果を有する。このようなVEGFは、腫瘍及び目における疾病に関連した新血管生成の重要な媒介因子として知られた。また、VEGF mRNAは、調査した大多数のヒトの腫瘍によって過発現した(Berkmanなど、J Clin Invest.,91:153-159(1993))。癌はそれ自身の成長のために栄養分の供給と老廃物を排出する通路として新しい毛細血管を必要とし、このために癌細胞と癌の基質細胞はVEGFを継続的に分泌し、分泌されたVEGFは組織を通して拡散され、血管内皮細胞の移動を促進する(Ferrara.N.等,Nat Rev Cancer,2:795-803,(2002))。癌細胞によって誘導された新生血管は周囲細胞の助けを受けないので、正常に形成された毛細血管に比べて不完全であるという特徴がある。VEGFは受容体であるVEGFR1、2、3に結合するが、VEGFR2を通じて内皮細胞の増殖、移動、透過性を誘導する信号を伝達する(Zeng H.等,J Biol.Chem.,276:26969-26976(2001))。したがって、VEGFをターゲットする薬物を用いて新生血管形成を制御することによって、癌細胞の増殖及び新生血管形成関連疾患を治療することができる。
実施例1-1.細胞培養
ATCC(American Type Culture Collection、米国)から入手したヒト乳癌細胞(MDA-MB-231)、ヒト肺癌細胞(A549)及びヒト子宮癌細胞(HeLa)をDMEM培養培地(Dulbecco Modified Eagle Medium、ウェルジン、韓国)に10%(v/v)ウシ胎児血清、ペニシリン100units/ml、ストレプトマイシン100μg/mlを添加し、37℃、5%(v/v)COの条件下で培養した。
実施例1-2.核酸複合体の細胞内導入、細胞透過性及びエンドソーム脱出の変化確認
血管内皮成長因子を抑制するための新規複合体は、血管成長の必須遺伝子であるVEGF mRNAと相補的な配列(配列番号1~配列番号3)の生物活性ペプチド核酸を作製し、エンドソーム脱出を助ける物質が含まれた生物活性ペプチド核酸と相補的なキャリアペプチド核酸(配列番号4~配列番号9)を作製した後、同量を混成化して複合体を作製した(表2参照)。生物学的活性を有するペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸が結合している複合体の処理方法は、PCT/KR2017/008636に開示の通りである。
Figure 0007032577000002
実施例1-1で培養された細胞を8ウェルプレートにウェル当たり5×10cellsを培養し、複合体処理して24、48、72、96時間間隔で培養した後、処理時間経過後アクリジンオレンジ染色(Acridine orange staining)の方法で核酸複合体の細胞透過性及びエンドソーム脱出の変化を確認した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表3の通りである。
Figure 0007032577000003
図1Aに示すように、ヒト由来子宮癌細胞株で、エンドソーム脱出残基(endosome escape moiety)を添加するによって、添加していない核酸複合体に比べて早く細胞質に出ることを確認した。
実施例1-3.ヒト由来乳癌細胞と肺癌細胞株における細胞生存率分析
新規複合体の血管内皮成長因子抑制程度を分析するために、実施例1-1で培養された細胞を96-ウェルプレートにウェル当たり6×10cellsを培養し、複合体処理して24、48、72、96時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、PCT/KR2017/008636に開示の実験条件で細胞生存率を確認した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表4の通りである。
Figure 0007032577000004
その結果、図1B及び図1Cに示すように、新規複合体を用いた血管内皮成長因子抑制によって細胞生存率が抑制されることが、ヒト由来乳癌細胞と肺癌細胞で確認された。
実施例1-4.ウェスタンブロット分析(Western blot assay)で遺伝子発現の分析
新規複合体の血管内皮成長因子抑制程度を分析するために、実施例1-1で培養された細胞を6-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、複合体処理して24、48、72、96時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、抗VEGF抗体(SantaCruz Biotech.、米国)、抗p-Akt1(Cell signaling、米国)を用いて、PCT/KR2017/008636に開示の条件でタンパク質発現を分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表5の通りである。
Figure 0007032577000005
図1Dに示すように、血管内皮成長因子であるVEGFと下位遺伝子であるp-Akt1のタンパク質発現が抑制されることが確認できた。
実施例1-5.流細胞分析機(FACS)を用いた細胞死の分析
新規複合体の血管内皮成長因子抑制を用いた細胞死を分析するために、実施例1-1で培養された細胞を6-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、複合体処理後72時間培養して細胞を収集した後、FITCアネキシンVアポトーシス検出用キット(BD、米国)のアネキシンV結合バッファー500μLによく溶解させた後、FITCアネキシンVとよう化プロピジウム染色液をそれぞれ5μL処理し、流細胞分析機専用チューブに移して利用し、処理時間経過後にFACS CantoII(BD、米国)で分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表6の通りである。
Figure 0007032577000006
その結果、生物活性ペプチド核酸と結合するキャリアペプチド核酸のチャージ(Charge)又は長さの異なる複合体を分析した結果、それぞれ0.6~3.1%の細胞死が誘導されることが確認された(図1E)。
実施例2:血管内皮成長因子を標的遺伝子とする生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸候補物質複合体を用いた抗癌薬剤評価
下記表7の構造で製造されたVEGFを標的遺伝子とする生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸を含む候補物質複合体を用いて、ヒト由来乳癌腫瘍細胞株及び腫瘍細胞を移植した動物モデルにおいて標的遺伝子の発現抑制による腫瘍の抑制と、癌細胞の表面で発現して続けて癌細胞の増殖を誘導するPD-L1を標的とする生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸を含む新規複合体とVEGFを標的遺伝子とする候補物質複合体を共に組み合わせて処理したときの癌細胞成長抑制の有無を分析する。
Figure 0007032577000007
実施例2-1.ヒト由来乳癌細胞株(MDA-MB-231)が移植されたマウスにおける生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸候補物質複合体の尾静脈投与による抗癌薬効評価
抗癌薬効の評価のために特定病原体不在(SPF)BALB/C系統及び雌ヌードマウス(Nara Biotech Co、韓国)を用いてヒト由来乳癌細胞を培養し、5週齢の雌ヌードマウスに移植のために、培養されたMDA-MB-231細胞株を3×10cells/mlに調節した後、調節された細胞培養液をマウス当たり0.3ml(9×10cells/mouse)ずつ右側の肩胛部と胸壁との間の腋窩部位の皮下に注入した。生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸候補物質複合体を陰性対照物質(1mg/kg 、2mg/kg)とサンプル 1、2、3、4(1mg/kg、2mg/kg)として調製されたものをマウス当たり0.1mlずつ2回/週(日数(days)0、3、7、10、14、17)で尾静脈投与した。全ての動物に対して、注射開始時及び試験期間中に、投与直前の一般症状観察及び体重測定をした。癌細胞移植後、群別平均腫瘍サイズが37.7mm到達した時から21日目まで総10回、個体別にバーニアキャリパー(Vernier caliper)を用いて3方向を測定した後、長さ(length)×幅(width)×高さ(height)/2の計算式により計算した。薬物投与開始21日目に眼窩静脈からヘパリンチューブを用いて採血(5000rpm、5分間遠心分離、上澄液である血漿だけを分離してバイアルに分注して-70℃に保管)した後、COガスでマウスを安楽死させた後、腫瘍を分離して化学天秤(chemical balance)に重さを測定し、腫瘍組織は写真撮影した。
実施例2-2.ヒト由来乳癌細胞株(MDA-MB-231)が移植されたマウスにおける血液を用いた肝毒性指標物質分析
抗癌薬効の評価を行ったマウスの採血を用いて採血した血液中の血漿を分離してアラニンアミノトランスフェラーゼ(ALT)とアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(AST)分析キット(Biovision、米国)分析溶液に適切な希釈比率に希釈して、ウェル当たり20μLになるように入れ、また、血漿中のアミノトランスフェラーゼ(ALT)とアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(AST)の量を定量するように助ける標準物質も共に準備して入れた後、分析キット内の方法に従って反応溶液(分析溶液を含む酵素及び染色試薬混合物)を製造し、ウェル当たり総100μLとなるように入れてよく混ぜた後、570nmでODをスペクトロフォトメータで測定した。
実施例2-3.ヒト由来乳癌細胞株(MDA-MB-231)が移植されたマウスにおける腫瘍組織を用いたVEGF及び下位遺伝子タンパク質発現分析
抗癌薬効の評価を行ったマウスの腫瘍組織を用いて、任意に各グループの2個の組織に対してRIPAバッファー100μlを入れて均質化(homogenization)を行い、タンパク質を分離した後、抗VEGF抗体(SantaCruz Biotech.、米国)、抗VEGFR1抗体(Cell signaling、米国)、抗VEGFR2抗体(Cell signaling、米国)、抗p-Akt1抗体(Cell signaling、米国)、抗p-Akt1抗体(Cell signaling、米国)、抗Bcl2抗体(SantaCruz Biotech.、米国)、抗Survivin抗体(Cell signaling、米国)、抗CyclinD 1抗体(SantaCruz Biotech.、米国)を用いて、PCT/KR2017/008636に開示の条件でタンパク質発現を分析した。ヒト由来乳癌細胞株が移植されたマウスにおける尾静脈投与による動物実験から、投与翌日から最終日まで、陰性対照物質と比較して全てのサンプル投与群において試験期間中に特異な一般症状及び統計的に有意な体重減少は観察されなかった(図2B)。また、腫瘍サイズの場合は、最終日(day21)結果を見ると、陰性対照物質1mg/kg投与群と比較して、サンプル1、2、3、4の1mg/kg投与群ではそれぞれ、18.4%(p<0.01)、26.0%(p<0.001)、17.5%(p<0.01)、23.9%(p<0.001)、陰性対照物質2mg/kg投与群と比較してサンプル1、2、3、4の2mg/kg投与群ではそれぞれ、30.1%(p<0.001)、41.4%(p<0.001)、32.6%(p<0.001)、36.4%(p<0.001)の腫瘍成長抑制効果が見られ、最終日の腫瘍重さの場合は、薬物投与開始後21日目にMDA-MB-231腫瘍を切除してその重さを測定した結果、陰性対照物質1mg/kg投与群と比較してサンプル1、2、3、4の1mg/kg投与群ではそれぞれ、20.3%(p<0.01)、28.6%(p<0.001)、19.0%(p<0.01)、26.4%(p<0.001)、陰性対照物質2mg/kg投与群と比較してサンプル1、2、3、4の2mg/kg投与群ではそれぞれ、33.3%(p<0.001)、43.4%(p<0.001)、35.2%(p<0.001)、38.9%(p<0.001)の腫瘍重さ減少があったことが確認できた(図2C~図2E)。最後に、抗癌薬効評価で用いられたマウスから採血して肝毒性指標物質を比較した結果、全ての投与グループで特異的に肝毒性は確認されなかった(図2F)。また、VEGFをはじめとする下位遺伝子の発現が、新規複合体を処理した群で効果的に抑制されることが確認できた(図2G)。
実施例3:ヒト由来乳癌細胞株(MDA-MB-231)が移植されたマウスにおける腫瘍組織を用いたPD-L1抑制
多くの癌細胞遺伝子の表面で発現するPD-L1のため、T細胞のPD-1と結合して免疫細胞による死滅が誘導されず、続けて癌細胞の増殖を誘導することが知られており、よって、高発現を示すヒト由来乳癌細胞が移植されたマウスの腫瘍組織において、PD-L1を標的とする新規複合体を用いてPD-L1を抑制し、免疫抗癌効果を確認した。
Figure 0007032577000008
実施例3-1.ヒト由来乳癌細胞株(MDA-MB-231)が移植されたマウスにおける生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸候補物質複合体の尾静脈投与によるPD-L1のタンパク質発現分析
実施例2-3と同じ方法で抗癌薬効の評価を行ったマウスの腫瘍組織からタンパク質を分離し、抗PD-L1抗体(Abcam、英国)を用いてタンパク質発現を確認した。
実施例3-2.ヒト由来乳癌細胞株(MDA-MB-231)が移植されたマウスにおける生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸候補物質複合体の尾静脈投与による組織での免疫抗癌評価
実施例2-1と同じ方法で抗癌薬効の評価を行ったマウスの腫瘍組織を生検して4%ホルマリン溶液に1日間固定し、固定した組織をパラフィン包埋し、5μmにセクションしてスライドガラスにマウンティングした。マウンティングした組職を0.5%BSA溶液に1時間ブロッキングし、PD-L1に対する1次抗体溶液を処理して1日間処理した。その後、1次抗体溶液を除去し、1X PBSで洗浄した後に2次抗体溶液を処理し、常温で2時間処理してDAB染色により分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表9の通りである。
Figure 0007032577000009
その結果、図3に示すように、マウスの腫瘍組織でPD-L1を処理したグループでタンパク質発現が減少すること、及び組織でPD-L1の発現が抑制されることが確認できた。
実施例4:新規複合体を用いたヒト由来前立腺癌細胞におけるアンドロゲン受容体の抑制による抗癌効果の確認
前立腺の正常な発達と保存はアンドロゲン受容体(androgen receptor,AR)による男性ホルモンのアンドロゲン(androgen)の役割に依存し、アンドロゲンによって細胞が死滅したり、新しい細胞に代替されるなど、アンドロゲン受容体の調節によってバランスが保たれると知られている。しかし、テストステロン又はDHT(修飾テストステロン)が存在するとき、アンドロゲン受容体の発現が増加してバランスが崩れ、結局としてこれは癌を誘発すると知られている。前立腺癌細胞株にDHTによって誘導されたアンドロゲン受容体を抑制し、ヒト由来前立腺癌における抗癌効果を確認した。
実施例4-1.細胞培養
ATCC(American Type Culture Collection、米国)から入手したヒト前立腺癌細胞(LNCap)をRPMI1640(ATCC)(Roswell Park Memorial Institute,ATCC、米国)に10%(v/v)ウシ胎児血清、ペニシリン100units/ml、ストレプトマイシン100μg/mlを添加し、37℃、5%(v/v)COの条件下で培養した。
実施例4-2.生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸を含む複合体の細胞内導入
アンドロゲン受容体を抑制するための新規複合体は、前立腺細胞の成長と均衡に必須遺伝子であるアンドロゲン受容体mRNAと相補的な配列(配列番号12~配列番号15)の生物活性ペプチド核酸を作製し、エンドソーム脱出を助ける物質が含まれた生物活性ペプチド核酸と相補的なキャリアペプチド核酸(配列番号16~配列番号31)を作製した後、同量を混成化して複合体を作製した(表10参照)。生物学的活性を有するペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸が結合している複合体の処理方法は、PCT/KR2017/008636に開示の通りである。
Figure 0007032577000010
実施例4-3.ウェスタンブロット分析(Western blot assay)で遺伝子発現の分析
新規複合体のアンドロゲン受容体抑制程度を分析するために、実施例4-1で培養された細胞を6-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、DHT(修飾テストステロン)を処理してアンドロゲン受容体の発現を増加させた4時間後、複合体処理して72、96、120、144、168時間間隔で培養し、処理時間経過後に、抗アンドロゲン受容体抗体(Cell signaling、米国)、抗p-Akt1(Cell signaling、米国)を用いて、PCT/KR2017/008636に開示の条件でタンパク質発現を分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表11の通りである。
Figure 0007032577000011
その結果、図4に示すように、DHTによって発現が増加したアンドロゲン受容体と下位遺伝子であるp-Akt1のタンパク質発現が抑制されることが確認された。
実施例5:新規複合体を用いたヒト由来前立腺癌細胞におけるクラステリンの抑制による抗癌効果の確認
クラステリン(Clusterin)は、アポリポタンパク質J(apolipoprotein J)とも呼ばれる全ての哺乳類の体液に存在する二量性糖タンパク質であり、いままで研究されたほぼ全種類の細胞で誘導及び発現し、精子成熟、脂質運送、組織再構成、細胞膜再利用、細胞-細胞又は細胞-細胞下層間の相互作用、及び細胞死などの様々な正常の生物学的過程に関与するものと知られている。ヒトの種々の悪性腫瘍の発生と進行過程に関与するクラステリンの強力な腫瘍形成能力に関して報告されており、クラステリンが細胞死を調節するBaxの発現を抑制して癌細胞成長を増進し、癌細胞の抵抗性にも関与することが知られている。ヒト由来前立腺癌で過発現するクラステリンを抑制することにより、抗癌効果があるかどうか確認した。
実施例5-1.細胞培養
ATCC(American Type Culture Collection、米国)から入手したヒト前立腺癌細胞(PC-3)をF12K培養培地(Kaighn’s Modification of Ham’s F-12 Medium,Gibco、米国)に10%(v/v)ウシ胎児血清、ペニシリン100units/ml、ストレプトマイシン100μg/mlを添加し、37℃、5%(v/v)COの条件下で培養した。
実施例5-2.生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸を含む複合体の細胞内導入
クラステリンを抑制するための新規複合体は、血管成長の必須遺伝子であるVEGF mRNAと相補的な配列(配列番号32~配列番号35)の生物活性ペプチド核酸を作製し、エンドソーム脱出を助ける物質が含まれた生物活性ペプチド核酸と相補的なキャリアペプチド核酸(配列番号36~配列番号51)を作製した後、同量を混成化して複合体を作製した(表12参照)。生物学的活性を有するペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸が結合している複合体の処理方法は、PCT/KR2017/008636に開示の通りである。
Figure 0007032577000012
実施例5-3.ヒト由来前立腺癌細胞株における細胞生存率分析
新規複合体の血管内皮成長因子抑制程度を分析するために、実施例5-1で培養された細胞を96-ウェルプレートにウェル当たり6×10cellsを培養し、複合体処理して24、48、72、96、120時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、PCT/KR2017/008636に開示の実験条件で細胞生存率を確認した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表13の通りである。
Figure 0007032577000013
その結果、図5A及び図5Bに示すように、新規複合体を用いたクラステリン抑制によって細胞生存率が抑制されることがヒト由来前立腺癌細胞から確認された。
実施例5-4.ウェスタンブロット分析(Western blot assay)で遺伝子発現の分析
新規複合体のクラステリン抑制程度を分析するために、実施例5-1で培養された細胞を6-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、複合体処理して24、48、72、96,120時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、抗クラステリン(abcam、英国)、抗Bax(SantaCruz Biotech.、米国)を用いて、PCT/KR2017/008636に開示の条件でタンパク質発現を分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表14の通りである。
Figure 0007032577000014
その結果、図5Cに示すように、癌抵抗性及び誘導遺伝子であるクラステリンと調節遺伝子であるBaxのタンパク質発現が抑制されることが確認された。
実施例6:新規複合体を用いたヒト由来網膜色素上皮細胞における血管内皮成長因子の抑制確認
老人性黄斑変性の原因として知られた黄斑における血管内皮成長因子であるVEGFに対する新規複合体をヒト由来網膜色素上皮細胞に処理し、血管生成を抑制するかどうか確認した。
実施例6-1.細胞培養
ATCC(American Type Culture Collection、米国)から入手したヒト網膜色素上皮細胞(ARPE-19)をDMEM-F12培養培地(Dulbecco’s Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12,Gibco、米国)に10%(v/v)ウシ胎児血清、ペニシリン100units/ml、ストレプトマイシン100μg/mlを添加し、37℃、5%(v/v)COの条件下で培養した。
実施例6-2.生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸を含む複合体の細胞内導入
血管内皮成長因子を抑制するための新規複合体は、血管成長の必須遺伝子であるVEGF mRNAと相補的な配列(配列番号1~配列番号3)の生物活性ペプチド核酸を作製し、エンドソーム脱出を助ける物質が含まれた生物活性ペプチド核酸と相補的なキャリアペプチド核酸(配列番号4~配列番号9)を作製した後、同量を混成化して複合体を作製した(表2参照)。生物学的活性を有するペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸が結合している複合体の処理方法は、PCT/KR2017/008636に開示の通りである。
実施例6-3.ヒト由来網膜色素上皮細胞生存率分析
新規複合体の血管内皮成長因子抑制程度を分析するために、実施例6-1で培養された細胞を96-ウェルプレートにウェル当たり6×10cellsを培養し、複合体処理して24、48、72、96、120時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、PCT/KR2017/008636に開示の実験条件で細胞生存率を確認した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表15の通りである。
Figure 0007032577000015
その結果、図6Aに示すように、新規複合体を用いた血管内皮成長因子抑制によって細胞生存率が抑制されることが、ヒト由来網膜色素上皮細胞から確認された。
実施例6-4.ウェスタンブロット分析(Western blot assay)で遺伝子発現の分析
新規複合体の血管内皮成長因子抑制程度を分析するために、実施例6-1で培養された細胞を6-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、複合体処理して24、48、72、96、120時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、抗VEGF抗体(SantaCruz Biotech.、米国)、抗p-Akt1(Cell signaling、米国)を用いてタンパク質発現を分析した。前記表15の核酸複合体の組合せを用いた。図6Bに示すように、血管内皮成長因子であるVEGFと下位遺伝子であるp-Akt1のタンパク質発現が抑制されることが確認された。
実施例6-5.硝子体内注射(intravitreal injections)を用いたマウスの網膜における血管生成抑制分析
新規複合体の血管内皮成長因子抑制程度をマウスの網膜で確認するために妊娠したマウス(ナラバイオテック、韓国)から生まれたばかりのP0とP16のマウスに新規複合体を30μg/kgで直接硝子体内注射し、1週経過後に陰性対照群と比較した。まず、マウスの網膜を分離する前に、FITC-dextran(sigma、米国)250mg/mlで目の後に注射後、網膜を分離して蛍光顕微鏡で分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表16の通りである。
Figure 0007032577000016
その結果、それぞれ、図6C、図6D及び図6Eに示すように、新規複合体を用いた血管内皮成長因子抑制によってマウスの網膜における血管生成が効率的に抑制されることが確認できた。
実施例6-6.眼球点眼液(eye drops)を用いたマウスの網膜における血管生成抑制分析
新規複合体の血管内皮成長因子抑制程度は、マウスの網膜で眼球点眼液を用いて血管生成が抑制されるかどうか確認するために、妊娠したマウス(ナラバイオテック、韓国)から生まれたばかりのP14のマウスに新規複合体を眼球点眼液を用いて30μg/kgで網膜に1日に1回5日間処理した後、陰性対照群と共に比較した。まず、マウスの網膜を分離する前に、FITC-dextran(sigma、米国)250mg/mlで目の後に注射後、網膜を分離して蛍光顕微鏡で分析した。
配列番号2及び配列番号8で表される核酸複合体であるmodified PNA duplexを用いた。その結果、図6Fに示すように、眼球点眼液を用いた新規複合体による血管内皮成長因子抑制によってマウスの網膜における血管生成が効率的に抑制されることが確認できた。
実施例7:新規複合体を用いてヒト由来呼吸器上皮細胞及び肺癌細胞におけるPDE4Bの抑制確認
慢性閉塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)は、気道の慢性炎症と肺実質破壊で肺機能が減少した疾病状態を指し、疾病は主に、喫煙歴のある中年以上で発生するが、慢性炎症の人からも発病する。呼吸困難によって身体的活動や日常生活に障害がある他、憂うつ、不安のような精神的問題も伴い、入院と死亡を増加させる主要疾病として知られている。このCOPDの治療剤としてPDE4抑制剤が用いられたが、その副作用によって現在は用いられていない。近年、PDE4ファミリのうちPDE4Bを抑制したとき、cAMPの分解を抑制して抗炎症効果を示すことが知られ、新規複合体を用いてPDE4Bを抑制し、COPDの治療効果を確認した。
実施例7-1.細胞培養
ATCC(American Type Culture Collection、米国)から入手したヒト呼吸器上皮細胞(NCI-H292)をRPMI1640(ATCC)(Roswell Park Memorial Institute,ATCC、米国)において、ヒト肺癌細胞(A549)は、F12K培養培地(Kaighn’s Modification of Ham’s F-12 Medium,Gibco、米国)に10%(v/v)ウシ胎児血清、ペニシリン100units/ml、ストレプトマイシン100μg/mlを添加し、37℃、5%(v/v)COの条件下で培養した。
実施例7-2.生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸を含む複合体の細胞内導入
PDE4Bを抑制するための新規複合体は、炎症を起こす重要物質であるcAMPの分解に関連したPDE4B mRNAと相補的な配列(配列番号52~配列番号55)の生物活性ペプチド核酸を作製し、エンドソーム脱出を助ける物質が含まれた生物活性ペプチド核酸と相補的なキャリアペプチド核酸(配列番号56~配列番号63)を作製した後、同量を混成化して複合体を作製した(表17参照)。生物学的活性を有するペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸が結合している複合体の処理方法は、PCT/KR2017/008636に開示の通りである。
Figure 0007032577000017
実施例7-3.ウェスタンブロット分析(Western blot assay)で遺伝子発現の分析
新規複合体のPDE4B抑制程度を分析するために、実施例7-1で培養された細胞を6-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、複合体処理して4時間後に、ヒト由来呼吸器上皮細胞にはCSE(sigma、米国)を、ヒト由来肺癌細胞にはLPS(sigma、米国)を処理して発病モデルを作った後、72、96、120時間間隔で培養し、処理時間経過後に、抗PDE4B抗体(abcam、英国)、抗IL-6(Cell signaling、米国)、TNF-α(SantaCruz Biotech.、米国)を用いて、PCT/KR2017/008636に開示の条件でタンパク質発現を分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表18の通りである。
Figure 0007032577000018
その結果、図7に示すように、CSEとLPSによって発現が増加したPDE4BとCOPDによる代表的な炎症マーカーであるIL-6とTNF-αのタンパク質発現が抑制されることが確認された。
実施例8:新規複合体を用いてアトピー性皮膚炎(Atopic Dermatitis)でTLR2の抑制確認
核酸複合体のアトピー皮膚炎治療効果の分析のために、標的遺伝子としてTLR2(Toll-Like Receptor2)を使用した。アレルギー誘発物質や細菌が皮膚に浸透する時に発現する遺伝子であるTLR2は、アトピー皮膚炎患者では過発現しており、皮膚内炎症性サイトカインによる炎症増加によってアトピー皮膚炎を悪化させる。このため、アトピー皮膚炎において主要標的になると予測されている。
実施例8-1.細胞培養
CLS(CLS Cell Lines Service、ドイツ)から入手したヒト角質細胞(HaCaT)を、DMEM培養培地(Dulbecco Modified Eagle Medium,ウェルジン、韓国)に10%(v/v)ウシ胎児血清、ペニシリン100units/ml、ストレプトマイシン100μg/mlを添加し、37℃、5%(v/v)COの条件下で培養した。アトピー皮膚炎様細胞モデルを作るためにイエダニ抽出液5ng/mLとDNCB(2-dinitrochlorobenzene)5μMを処理して1日間培養した。
実施例8-2.生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸を含む複合体の細胞内導入
TLR2を抑制するための新規複合体は、TLR2mRNAと相補的な配列(配列番号64~配列番号65)の生物活性ペプチド核酸を作製し、エンドソーム脱出を助ける物質が含まれた生物活性ペプチド核酸と相補的なキャリアペプチド核酸(配列番号66~配列番号71)を作製した後、同量を混成化して複合体を作製した(表19参照)。生物学的活性を有するペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸が結合している複合体の処理方法は、PCT/KR2017/008636に開示の通りである。
Figure 0007032577000019
実施例8-3.ヒト由来角質細胞株で細胞生存率変化
新規複合体のTLR2抑制程度を分析するために、実施例8-1で培養された細胞を96-ウェルプレートにウェル当たり6×10cellsを培養し、複合体処理して24、48、72時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、PCT/KR2017/008636に開示の実験条件で細胞生存率を確認した。
その結果、図8Aに示すように、新規複合体を用いたTLR2抑制によって細胞生存率が抑制されることが、ヒト由来角質細胞から確認された。
実施例8-4.ウェスタンブロット分析(Western blot assay)で遺伝子発現の分析
新規複合体のTLR2抑制程度を分析するために、実施例8-1で培養された細胞を6-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、複合体を処理して24、48、72時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、抗TLR2抗体(SantaCruz Biotech.、米国)、抗p-NF-kB(Cell signaling、米国)、MyD88(Cell signaling、米国)、TARC(abcam、英国)を用いて、PCT/KR2017/008636に開示の条件でタンパク質発現を分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表20の通りである。
Figure 0007032577000020
その結果、図8Bに示すように、TLR2及び下位経路遺伝子の発現が、処理された核酸複合体によって抑制されることを確認した。
実施例8-5.イエダニ抽出物及びDNCBを用いたアトピー皮膚炎誘導動物モデルにおけるアトピー皮膚炎表現型効果分析
NC/Ngaマウスの背中を除毛し、ADクリーム(イエダニ抽出物クリーム、Biostir、日本)を100mgずつ1週に2回で総3週間塗布して、イエダニによるアトピー皮膚炎誘発動物モデルを構築した。また、Balb/Cマウスの背中を除毛し、1週に2回で総3週間50μMのDNCBを塗布して、新居症候群によるアトピー皮膚炎誘発動物モデルを構築した。1週間に総3回クリーム剤形の核酸複合体を処理し、アトピー皮膚炎動物モデル表現型を写真で分析し、背中部位の育毛程度をImage Jで測定した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表21の通りである。
Figure 0007032577000021
その結果、アトピー皮膚炎表現型が新規核酸複合体を処理したグループで減少することを確認した(図8C)。
実施例8-6.血清内IgE及びTARC濃度変化分析
実施例8-5の条件で行った動物実験において最終実験終了日に、マウス血液を眼窩静脈を通じて収集し、常温で2時間以上放置した後、遠心分離機(14,000rpm、15min)を用いて血清を収集した。収集した血清をIgE ELISAキット(ゴマバイオテック、韓国)及びTARC ELISAキット(R&D system、米国)で提供する実験方法に従って血清内IgE及びTARCの濃度を測定した。
前記表21の核酸複合体の組合せを用いた。その結果、アトピー皮膚炎を誘導した対照群に比べて、新規核酸複合体を処理したグループでIgE及びTARCの濃度が陰性対照群と類似のレベルに減少したことが確認できた(図8D)。
実施例8-7.H&E染色でアトピー誘導動物モデルにおける表現型分析
実施例8-5の条件で実験を行い、最終実験終了日にマウスの耳組織を生検して4%ホルマリン溶液に1日間固定し、固定した組織をパラフィン包埋して5μmにセクションし、スライドガラスにマウンティングした。マウンティングした組職をヘマトキシリン:エオイン染色溶液に一定時間染色し、1X PBSで水洗した後、顕微鏡で分析した。
前記表21の核酸複合体の組合せを用いた。その結果、乾癬を誘導した対照群に比べて新規核酸複合体を処理したグループで皮膚の表皮(epidermis)の異常増殖が減少したことが確認できた(図8E)。
実施例8-8.免疫染色でアトピー誘導動物モデルにおける組織内炎症性マーカー分析
実施例8-5の条件で実験を行い、最終実験終了日にマウスの背中組織を生検して4%ホルマリン溶液に1日間固定し、固定した組織をパラフィン包埋して5μmにセクションし、スライドガラスにマウンティングした。マウンティングした組職を0.5%BSA溶液に1時間ブロッキングし、CD3に対する1次抗体溶液を処理して1日間処理した。その後、1次抗体溶液を除去し、1X PBSで洗浄した後に2次抗体溶液を処理し、常温で2時間処理してDAB染色により分析した。
前記表21の核酸複合体の組合せを用いた。その結果、組織内炎症性マーカーであるCD3が、アトピー誘導した対照群に比べて新規核酸複合体を処理したグループで減少することを確認した(図8F)。
実施例9:新規複合体を用いて皮膚再生(skin regeneration)でSmad3の抑制確認
核酸複合体の皮膚再生効果分析のために、標的遺伝子としてSmad3を使用した。Smad3は、怪我した皮膚で過発現するタンパク質であり、皮膚再生において主要標的になると予測されている。
実施例9-1.細胞培養
CLS(CLS Cell Lines Service、ドイツ)から入手したヒト角質細胞(HaCaT)を、DMEM培養培地(Dulbecco Modified Eagle Medium,ウェルジン、韓国)に10%(v/v)ウシ胎児血清、ペニシリン100units/ml、ストレプトマイシン100μg/mlを添加し、37℃、5%(v/v)COの条件下で培養した。
実施例9-2.生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸を含む複合体の細胞内導入
Smad3を抑制するための新規複合体は、怪我した部位で過発現するSmad3mRNAと相補的な配列(配列番号72又は配列番号73)の生物活性ペプチド核酸を作製し、エンドソーム脱出を助ける物質が含まれた生物活性ペプチド核酸と相補的なキャリアペプチド核酸(配列番号74~配列番号78)を作製した後、同量を混成化して複合体を作製した(表22参照)。生物学的活性を有するペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸が結合している複合体の処理方法は、PCT/KR2017/008636に開示の通りである。
Figure 0007032577000022
実施例9-3.怪我後回復能力分析(Wounds-Healing assay)を用いた細胞移動性分析
新規複合体のSmad3抑制程度を分析するために、実施例9-1で培養された細胞を24-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、複合体を処理して24、48時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、ヒト由来角質細胞株において人為的に怪我させた部分から細胞移動性に対する効果を確認した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表23の通りである。
Figure 0007032577000023
その結果、図9Aに示すように、新規複合体によって細胞の移動性が向上することを確認した。
実施例9-4.ウェスタンブロット分析(Western blot assay)で遺伝子発現の分析
新規複合体のSmad3抑制程度を分析するために、実施例9-1で培養された細胞を6-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、複合体を処理して24、48、72時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、抗p-smad3抗体(Cell signaling、米国)を用いて、PCT/KR2017/008636に開示の条件でタンパク質発現を分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表24の通りである。
Figure 0007032577000024
その結果、図9Bに示すように、新規複合体によってヒト由来角質細胞株においてsmad3の発現が減少することが確認できた。
実施例10:新規複合体を用いてケロイドでTIEG1の抑制確認
新規核酸複合体の怪我後肥大症(ケロイド、keloids)治療効果分析のために標的遺伝子としてTIEG1を使用した。TIEG1は、ケロイド患者の皮膚組織で過発現するタンパク質であり、ケロイド治療において主要標的になると予測されている。
実施例10-1.細胞培養
ヒトケロイド線維芽細胞細胞(KEL FIB)を、DMEM培養培地(Dulbecco Modified Eagle Medium,ウェルジン、韓国)に10%(v/v)ウシ胎児血清、ペニシリン100units/ml、ストレプトマイシン100μg/mlを添加し、37℃、5%(v/v)COの条件下で培養した。
実施例10-2.生物活性ペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸を含む複合体の細胞内導入
TIEG1を抑制するための新規複合体は、怪我後肥大症部位で過発現するTIEG1mRNAと相補的な配列(配列番号79又は配列番号80)の生物活性ペプチド核酸を作製し、エンドソーム脱出を助ける物質が含まれた生物活性ペプチド核酸と相補的なキャリアペプチド核酸(配列番号81~配列番号84)を作製した後、同量を混成化して複合体を作製した(表25参照)。生物学的活性を有するペプチド核酸及びキャリアペプチド核酸が結合している複合体の処理方法は、PCT/KR2017/008636に開示の通りである。
Figure 0007032577000025
実施例10-3.ヒト由来ケロイド線維芽細胞で細胞生存率分析
新規複合体のTIEG1抑制程度を分析するために、実施例10-1で培養された細胞を96-ウェルプレートにウェル当たり6×10cellsを培養し、複合体処理して24、48、72、96時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、PCT/KR2017/008636に開示の実験条件で細胞生存率を確認した。
配列番号79及び配列番号81~配列番号84の核酸複合体(Antisense PNA)と配列番号80及び配列番号81~配列番号84の核酸複合体(Modified antisense PNA)を用いた。その結果、図10Aに示すように、新規複合体を用いたTIEG1抑制によって細胞生存率が抑制されることが、ヒト由来ケロイド線維芽細胞から確認された。
実施例10-4.ウェスタンブロット分析(Western blot assay)で遺伝子発現の分析
新規複合体のTIEG1抑制程度を分析するために、実施例10-1で培養された細胞を6-ウェルプレートにウェル当たり1×10cellsを培養し、複合体を処理して24、48、72時間間隔で培養した後、処理時間経過後に、抗TIEG1抗体(SantaCruz Biotech.、米国)、抗p-smad2(Cell signaling、米国)、抗smad7(SantaCruz Biotech.、米国)を用いて、PCT/KR2017/008636に開示の条件でタンパク質発現を分析した。
本実施例で使用した核酸複合体の組合せは、下記表26の通りである。
Figure 0007032577000026
その結果、図10Bに示すように、新規複合体によってヒト由来線維芽細胞株においてTIEG1の発現及び下位遺伝子が減少及び増加することが確認できた。
本発明の構造式(1)による生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸を含む核酸複合体は、生物活性核酸の安全性を高め、生物活性核酸の自己凝集(self-aggregation)などによる沈殿などの損失を減少させることができ、細胞内生物活性核酸の伝達効率を高め、標的遺伝子の発現を容易に調節することができる。
特に、本発明に係る核酸複合体における生物活性核酸とキャリアペプチド核酸との結合は、生物活性核酸の標的遺伝子の塩基配列存在下でのみ分離されるため、前記生物活性核酸の単独細胞内導入に比べて、標的遺伝子に対する選択性及び特異度が高く、生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸間の様々な構造組合せによって結合力を調節して複合体を製造できるので、生物活性核酸の細胞内又は細胞外で作用時点の調節が可能であるという長所がある。
また、前記核酸複合体はエンドソーム脱出を助ける物質を含むので、細胞内在化によって細胞内部に浸透した核酸複合体が細胞質で効果的に活性を表すようにするのに有用である。
以上、本発明内容の特定の部分を詳細に記述したところ、当業界の通常の知識を有する者にとって、このような具体的記述は単に好ましい実施態様であるだけで、これによって本発明の範囲が制限されるものでない点は明らかであろう。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付する請求項及びそれらの等価物によって定義されるといえよう。

Claims (36)

  1. 下記構造式(1)の構造を有する核酸複合体:
    構造式(1)
    [mA≡mC(+)
    前記構造式(1)において、
    Aは、目的とする遺伝子と結合可能な配列又は目的とする遺伝子配列を有する生物活性核酸(Bioactive Nucleic Acid)であり、
    Cは、生物活性核酸と結合可能なキャリアペプチド核酸(Carrier Peptide Nucleic Acid)であり、
    ‘≡’は、生物活性核酸とキャリアペプチド核酸間の相補的な結合を意味し、
    ‘m’は、生物活性核酸とキャリアペプチド核酸のエンドソーム脱出(endosome escape)を助ける物質を意味し、
    Aで表される生物活性核酸は全体的に負電荷又は中性を有し、
    (+)は、キャリアペプチド核酸が全体的に正電荷を有するということを意味し、
    キャリアペプチド核酸は、キャリアペプチド核酸が全体的に正電荷を帯びるように修飾されたペプチド核酸単量体を一つ以上含む。
  2. 前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸は、それぞれの5’末端及び/又は3’末端にエンドソーム脱出を助ける物質が結合していることを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  3. 前記エンドソーム脱出を助ける物質は、ペプチド、脂質ナノ物質(lipid nanoparticles)、接合体ナノ物質(polyplex nanoparticles)、高分子ナノ球(polymer nanospheres)、無機物ナノ物質(inorganic nanoparticles)、陽イオン脂質ナノ物質(cationic lipid-based nanoparticles)、陽イオン高分子(cationic polymer)及びpH感応性高分子(pH sensitive polymers)からなる群から選ばれるいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項2に記載の核酸複合体。
  4. 前記ペプチドは、GIGAVLKVLTTGLPALISWIKRKRQQ(配列番号85)、GLFDIIKKIAESF(配列番号86)及びヒスチジン(Histidine)(10)からなる群から選ばれ、
    前記脂質ナノ物質(lipid nanoparticles)は、脂質(Lipid)、リン脂質(phospholipids)、パルミチン酸セチル(cetyl palmitate)、ポロキサマー18(poloxamer 18)、Tween 85、トリステアリングリセリド(tristearin glyceride)及びTween 80からなる群から選ばれ、
    前記接合体ナノ物質(polyplex nanoparticles)は、ポリ(アミドアミン)(poly(amidoamine))又はポリエチレンイミン(PEI)(polyethylenimine)であり、
    前記高分子ナノ球(polymer nanospheres)は、ポリカプロラクトン(polycaprolactone)、ポリ(ラクチド-コ-グリコリド)(poly(lactide-co-glycolide))、ポリ乳酸(polylactide)、ポリグリコール酸(polyglycolide)、ポリ(d、l-ラクチド)(poly(d、l-lactide))、キトサン(chitosan)及びPLGA-ポリエチレングリコール(PLGA-polyethylene glycol)からなる群から選ばれ、
    前記無機物ナノ物質(inorganic nanoparticles)は、Fe3、Fe、WO及びWO2.9からなる群から選ばれ、
    前記陽イオン脂質ナノ物質(cationic lipid-based nanoparticles)は、1-(アミノエチル)イミノビス[N-(オレイックイルシステイニル-1-アミノ-エチル)プロピオンアミド](1-(aminoethyl)iminobis[N-(oleicylcysteinyl-1-amino-ethyl)propionamide])、PTAのN-アルキル化誘導体(N-alkylated derivative of PTA)及び3,5-ジドデシルオキシベンズアミジン(3,5-didodecyloxybenzamidine)からなる群から選ばれ、
    前記陽イオン高分子(cationic polymer)は、ビニルピロリドン-N,N-ジメチルアミノエチルメタクリル酸共重合体ジエチル硫酸塩(vinylpyrrolidone-N,N-dimethylaminoethyl methacrylate acid copolymer diethyl sulphate)、ポリイソブチレン(polyisobutylene)及びポリ(N-ビニルカルバゾール)(poly(N-vinylcarbazole))からなる群から選ばれ、
    前記pH感応性高分子(pH sensitive polymers)は、ポリ酸(polyacids)、ポリ(アクリル酸)(poly(acrylic acid))、ポリ(メタクリル酸)(poly(methacrylic acid))及び加水分解されたポリアクリルアミド(hydrolyzed polyacrylamide)からなる群から選ばれることを特徴とする、請求項3に記載の核酸複合体。
  5. 前記生物活性核酸とキャリアペプチド核酸はそれぞれ、2~50個の核酸単量体を含むことを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  6. 前記生物活性核酸は、DNA、RNA、LNA、PNA及び修飾されたペプチド核酸からなる群から選ばれることを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  7. 前記キャリアペプチド核酸は、前記生物活性核酸に対して塩基配列の一部或いは全部が相補的な配列で構成されることを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  8. 前記一部が相補的な配列で構成されるキャリアペプチド核酸は、一つ以上のユニバーザル塩基を含むことを特徴とする、請求項7に記載の核酸複合体。
  9. 全体的に正電荷を有することを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  10. 前記キャリアペプチド核酸は、全体的に正電荷を有するように1個以上のガンマ-又はアルファ-バックボーン修飾ペプチド核酸単量体を含むことを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  11. 前記ガンマ-或いはアルファ-バックボーン修飾ペプチド核酸単量体は、電気的陽性を有するように、リシン(Lysine)、アルギニン(Arginine)、ヒスチジン(Histidine)、ジアミノ酪酸(Diamino butyric acid)、オルニチン(Ornithine)及びアミノ酸類似体からなる群から選ばれる一つ以上の正電荷を有するアミノ酸をバックボーンに含むことを特徴とする、請求項10に記載の核酸複合体。
  12. 前記ガンマ-或いはアルファ-バックボーン修飾ペプチド核酸単量体は、負電荷を有するアミノ酸であるグルタミン酸(Glutamic acid)、アスパラギン酸(Aspartic acid)又はアミノ酸類似体をバックボーンに含むことを特徴とする、請求項10に記載の核酸複合体。
  13. 前記ペプチド核酸単量体は、正電荷を有するアミノ酸を有する単量体が負電荷を有するアミノ酸を有する単量体に比べてより多く含まれ、全体的なキャリアペプチド核酸の電荷が陽性になることを特徴とする、請求項10に記載の核酸複合体。
  14. 疎水性残基(hydrophobic moiety)、親水性残基(hydrophilic moiety)、標的抗原特異的抗体、アプタマー、クエンチャー、蛍光マーカー及び発光マーカーからなる群から選ばれる一つ以上の物質が、生物活性核酸及び/又はキャリアペプチド核酸に結合していることを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  15. 前記疎水性残基(hydrophobic moiety)、親水性残基(hydrophilic moiety)、標的抗原特異的抗体、アプタマー、クエンチャー、蛍光マーカー及び発光マーカーからなる群から選ばれる一つ以上の物質と生物活性核酸及び/又はキャリアペプチド核酸の結合は、単純共有結合又はリンカーで媒介した共有結合であることを特徴とする、請求項14に記載の核酸複合体。
  16. 前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸は、それぞれの核酸の5’-方向性及び3’-方向性によって平行(parallel)又は逆平行(antiparallel)に結合していることを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  17. 前記生物活性核酸及びキャリアペプチド核酸の結合力は、生物活性核酸と生物活性核酸の目的とする遺伝子との結合力よりも低いことを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  18. 前記生物活性核酸とキャリアペプチド核酸とが平行結合(parallel binding)又は部分特異結合(partial specific binding)することを特徴とする、請求項17に記載の核酸複合体。
  19. 前記キャリアペプチド核酸がリンカー、ユニバーザル塩基(universal base)及び生物活性核酸の対応する塩基と相補的でない塩基を有するペプチド核酸塩基からなる群から選ばれるいずれか一つ以上のペプチド核酸塩基を含むことを特徴とする、請求項17に記載の核酸複合体。
  20. 前記ユニバーザル塩基(universal base)は、アデニン(adenine)、グアニン(guanine)、シトシン(cytosine)、チミン(thymine)、ウラシル(Uracil)などの天然塩基と選択性無しで結合し、相補的な結合力よりも低い結合力を有する塩基であり、イノシンPNA(inosine PNA)、インドールPNA(indole PNA)、ニトロインドールPNA(nitroindole PNA)及び無塩基PNA(abasic)からなる群から選ばれるいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項19に記載の核酸複合体。
  21. 前記生物活性核酸とキャリアペプチド核酸との結合力調節によって、生物活性核酸とキャリアペプチド核酸との分離時点又は生物活性核酸と生物活性核酸の目的とする遺伝子との結合時点の調節が可能であることを特徴とする、請求項17に記載の核酸複合体。
  22. 前記核酸複合体の粒子は5nm~300nmのサイズを有することを特徴とする、請求項1に記載の核酸複合体。
  23. 前記核酸複合体の粒子サイズは、核酸複合体の電荷バランスを調節することによって調節されることを特徴とする、請求項22に記載の核酸複合体。
  24. 請求項1~23のいずれか一項に記載の核酸複合体を含む疾病の診断用組成物。
  25. 請求項1~23のいずれか一項に記載の核酸複合体を含む疾病の予防又は治療用組成物。
  26. 前記疾病は、癌、炎症性疾患、老人性黄斑変性、糖尿病性網膜症、慢性閉塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、希少疾患及び重症疾患、心血管疾患、代謝性疾患又は皮膚疾患であることを特徴とする、請求項25に記載の組成物。
  27. 前記核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子は、VEGF、PD-L1、アンドロゲン受容体、クラステリン、TGFβR2、ERBB3、ABCB1及びPDE4Bからなる群から選ばれるいずれか一つ以上であり、前記疾病は癌であることを特徴とする、請求項26に記載の組成物。
  28. 前記癌は乳癌、前立腺癌又は肺癌であることを特徴とする、請求項27に記載の組成物。
  29. 前記核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子は、VEGFであり、前記疾病は、老人性黄斑変性又は糖尿病性網膜症であることを特徴とする、請求項26に記載の組成物。
  30. 前記核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子は、PDE4Bであり、前記疾病は、慢性閉塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)であることを特徴とする、請求項26に記載の組成物。
  31. 前記核酸複合体内に含まれた生物活性核酸が結合する標的遺伝子は、TLR2、Smad3、IFI16、TLR6及びTIEG1からなる群から選ばれるいずれか一つ以上であり、前記疾病は、皮膚疾患であることを特徴とする、請求項26に記載の組成物。
  32. 前記皮膚疾患は、乾癬、色素沈着関連皮膚疾患、アトピー皮膚炎、皮膚損傷又はケロイド(怪我後肥大症)であることを特徴とする、請求項31に記載の組成物。
  33. 水性溶液、クリーム、ゲル、ペースト、ローション及び軟膏から選ばれるいずれか一つの剤形を有することを特徴とする、請求項31に記載の組成物。
  34. 請求項1~23のいずれか一項に記載の核酸複合体を含む標的遺伝子発現調節用組成物。
  35. 請求項1~23のいずれか一項に記載の核酸複合体を用いることを特徴とする人間以外の対象の標的遺伝子発現調節方法。
  36. (a)エンドソーム脱出(endosome escape)を助ける物質を含む生物活性核酸(Bioactive Nucleic Acid)とキャリアペプチド核酸(Carrier Peptide Nucleic Acid)を結合させて複合体を形成する段階;及び
    (b)前記複合体を、人間を除く細胞、細菌、かび、寄生虫などに接触させて生物体及び細胞内に導入する段階を含むことを特徴とする、請求項35に記載の標的遺伝子発現調節方法。
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