JP7059285B2 - ムコ多糖症の治療のためのアデノ随伴ウイルスベクター - Google Patents
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Description
プラスミドpAAV-CAG-hGNS(配列番号5)、pAAV-CAG-ohGNS-version1(配列番号6)、pAAV-CAG-ohGNS-version2(配列番号7)およびpAAV-CAG-ohGNS-version3(配列番号8)は、2016年7月21日にそれぞれアクセス番号DSM 32342、DSM 32343、DSM 32344、およびDSM 32345で、それぞれ、DSMZ(ドイツ連邦共和国ブラウンシュヴァイクD-38124インホフェンシュトラーセ7 Bドイツの微生物と細胞培養のコレクション)に寄託された。
「ヌクレオチド配列」または「単離されたヌクレオチド配列」または「ポリヌクレオチド配列」または「ポリヌクレオチド」という用語は、本明細書において互換的に使用され、それぞれデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチドを含む核酸分子、DNAまたはRNAのいずれか、をいう。核酸は、二本鎖もしくは一本鎖であり得るし、または二本鎖配列もしくは一本鎖配列の両方の部分を含むものであり得る。
本発明のポリヌクレオチド、ベクターまたはAAVベクターは、医薬組成物においてその処方を必要とする従来の方法によって、ヒトまたは動物の体に投与することができる。したがって、第2の態様において、本発明は、本発明のポリヌクレオチド、または本発明のベクターまたは本発明のアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターの治療上有効量を含む医薬組成物(以下、「本発明の医薬組成物」と称する)に関する。医薬組成物は、薬学的に許容される担体(carrier)をさらに含み得る。
本発明はまた、本発明のAAVベクターを得るための方法に関する。上記AAVベクターは、本発明のポリヌクレオチドを、RepおよびCapタンパク質を構成的に発現する細胞中に導入することによって、またはRepおよびCapコード配列がプラスミドまたはベクター中に提供されることによって得ることができる。
(i)本発明のポリヌクレオチド、AAVcapタンパク質、AAV repタンパク質、および任意選択で、AAVが複製のために依存するウイルスタンパク質を含む細胞、を提供するステップ。
(ii)AAVの集合に適した条件下で細胞を維持するステップ。
(iii)細胞によって産生されたアデノ随伴ウイルスベクターを精製するステップ。
[1.組換えAAVベクター]
本明細書中に記載されるAAVベクターは、三重トランスフェクションによって得られた。ベクターを作製するために必要な材料は以下のとおりであった。HEK293細胞(アデノウイルスE1遺伝子を発現する)、アデノウイルス機能を提供するヘルパープラスミド、血清型2由来のAAV rep遺伝子および血清型9(AAV9)由来のcap遺伝子を提供するプラスミド、そして最後にAAV2 ITRおよび目的の構築物を有する骨格プラスミド。
HEK293細胞を、Lipofectamine(登録商標)2000(Invitrogen、Thermo Fisher Scientific、CA、USA)を使用して、製造業者の指示に従って、4μgのpAAV-CAG-hGNS、pAAV-CAG-ohGNS-v1、pAAV-CAG-ohGNS-v2、またはpAAV-CAG-ohGNS-v3を用いてトランスフェクトした。48時間後、細胞および培養培地を回収し、RNAおよびタンパク質抽出のために処理した。
国際マウスフェノタイピング・コンソーシアム(IMPC,www.mousephenotype.org)を通して入手可能なGns遺伝子へのタグ挿入を有するレポーター(lacZ)遺伝子を保有するC57BL/6NA/a胚性幹細胞を得た。Universitat Autonoma de Barcelona(UAB)のthe Center of Animal Biotechnology and Gene Therapy(CBATEG)のthe Transgenic Animal UnitのC57BL/6J未分化胚芽細胞にクローンを微量注入し、得られた雄キメラをC57BL/B雌と交配させ、Gnsノックアウト子孫を生成した。遺伝子型は、標的変異を包含する配列を増幅するPCR分析を用いて、切り取ったしっぽのサンプル由来のゲノムDNAについて決定された。それぞれのセンスおよびアンチセンスプライマーの配列は以下のとおりであった:センスプライマー:5’-CCACACAGGGCAGTTCTCTT-3’(配列番号13)。アンチセンスプライマー:5’-GTGGGACCCAAGTCGATGTT-3’(配列番号14)。マウスは、標準的な食餌(Harlan、Teklad)を自由に摂取させ、12時間の明暗サイクル下(午前9:00時に点灯)に維持した。
静脈内ベクター送達のために、ヒトグルコサミン(N-アセチル)-6-スルファターゼコード配列の異なるバージョンを除いたAAV9ベクターの1×1010のベクターゲノムを、尾静脈注射を介して総容量200μLをマウスに送達した。WTおよび無処置Gns-/-動物を対照として使用したマウスへのAAV9-CAG-omGNSベクターのCSF内送達のために、総投与量5×1010vgを2ヶ月齢のGns-/- 動物の大槽内に注射した。動物の類似コホートに、5×1010vgの対照非コード(AAV9-null)ベクターを注射した。6、12および22ヶ月齢で、すなわちベクター投与後4、10および20ヶ月で、マウスを屠殺し、そして組織を回収した。
屠殺時に、動物を深く麻酔し、次いで12mLのPBSで経心臓的に灌流して組織から血液を完全に除去した。脳全体および複数の体細胞組織(肝臓、脾臓、腎臓、肺、心臓および脂肪組織を含む)を収集し、液体窒素中で凍結させ、-80℃で保存するか、またはその後の組織学的分析のためにホルマリン中に浸漬した。
肝臓および脳のサンプルを、Mile-Q水中で超音波処理した。N-アセチルグルコサミン 6-スルファターゼ活性は、前述のように、4-メチルウンベリフェロン由来の蛍光発生基質(Moscerdam Substrates, Oegstgeest,NL)を用いて、決定された。Wang He et al.,J Inher Metab Diss 1993;16:935-941.を参照されたい。脳および肝臓の活性レベルは、Bradfordタンパク質アッセイ(Bio-Rad、Hercules、CA、US)を用いて定量化されたタンパク質の総量に対して標準化された。
脳および肝臓のサンプルを500μLのMili-Q水中で超音波処理し、酵素活性を4-メチルウンベリフェロン由来の蛍光発生基質を用いて上清中で測定した。IDUA活性は、4-メチルウンベリフェリルα-L-イズロナイド(iduronide)(Glycosynth)とともに、37℃で1時間インキュベートした15μgのタンパク質中でアッセイした Bacter et al.,Blood 2002;99(5)1857-9.を参照されたい。SGSH活性は前述のように測定された。Karpova et al.,J Inherit Metab Dis. 1996;19(3):278-285.,Haurigot V,et al,.J Clin Invest. 2013;1;pii:66778.を参照されたい。簡単に言えば、30μgのタンパク質を、最初に4-MU-αGIcNSとともに、47℃で17時間インキュベートした。第2のインキュベーションは、0.2%BSA中の10U/mLのα-グルコシダーゼ(Sigma-Aldrich)の存在下、37℃で24時間実施した。NAGLU活性については、以前に記載のように、30μgの組織タンパク質抽出物を、4-メチルウンベリフェリル-α-N-アセチル-D-グルコサミニド(Moscerdam Substrates)とともに、37℃で3時間インキュベートした。Marsh et al.,Clin Genet. 1985;27(3):258-62,Ribera A,et al,.Hum Mol Genet. 2015;24(7):2078-95.を参照されたい。
組織をホルマリン中で12~24時間固定し、パラフィンに包埋して切片にした。脳内のLAMP2の免疫組織化学的検出のために、パラフィン切片をクエン酸緩衝液、pH6中で熱誘導エピトープ回収に供し、次いで1:500に希釈したラット抗-LAMP2抗体(Ab13524;Abcam,Cambridge,UK)とともに4℃で一晩インキュベートし、続いて1:300に希釈したビオチン化ウサギ抗-ラット抗体(Dako,Glostrup,DK)とともにインキュベートした。脳サンプル中のGFAP免疫染色については、パラフィン切片を、1:1000に希釈したウサギ抗-GFAP抗体(Ab6673;Abcam、Cambridge,UK)とともに4℃で一晩インキュベートし、続いて1:300に希釈したビオチン化ヤギ抗-ウサギ抗体(31820;Vector Laboratories,Burlingame,CA,USA)ととともにインキュベートした。LAMP2およびGFAPシグナルは、1:100に希釈されたABC-ペルオキシダーゼ染色キット(Thermo Scientific,Waltham,MA,US)とともに切片をインキュベートすることによって増幅され、クロモゲンとして3,3-ジアミノベンジジン(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, US)を使用して可視化された。
マウスを過剰量のイソフルラン(Isofluo、Labs。Esteve、Barcelona、ES)で屠殺し、下大静脈を介して1mlの2.5%グルタルアルデヒドおよび2%パラホルムアルデヒドで灌流した。大脳皮質の小部分(約1mm3)、肝臓の左外側葉、または肺を切片化し、同じ固定剤中で4℃で2時間インキュベートした。冷カコジル酸緩衝液中で洗浄した後、標本を1%四酸化オスミウム中で後固定し、酢酸ウラニル水溶液中で染色し、次いでエタノールで段階的に脱水し、そしてエポキシ樹脂中に包埋した。樹脂ブロックからの超薄切片(600~800Å)をクエン酸鉛を用いて染色し、透過型電子顕微鏡(H-7000;Hitachi,TOKYO,JP)で検査した。
6ヶ月齢および22ヶ月齢のマウスの行動は、午前9時から午後1時の間に行われたオープンフィールド試験によって分析された。マウスの水平方向および垂直方向の動きを検出する2束のフォトビーム(SedaCom32; Panlab)が交差した明るく照らされたチャンバー(41×41×30cm)の左下隅に動物を置いた。面積表面は、中心(14×14cm)(center)、周辺(27×27cm)(periphery)及び境界(41×41cm)(border)の3つの四角形の同一中心の領域に分割された。予備的な自発運動が、ビデオ追跡システム(SmartJunior、Panlab)を使用して、試験の最初の3分間において記録された。
全ての結果は平均±標準誤差で表す。統計的比較は、一元配置分散分析を用いて行った。対照群および処置群間の多重比較は、Dunnettのポストテストを用いて行い、すべての群間の多重比較は、Tukeyのポストテストを用いて行った。P<0.05であれば、統計的有意性が認められたと考慮した。
ヒトグルコサミン(N-アセチル)-6-スルファターゼ(NCBI参照配列:NM_002076.3)のためのCDSが出発物質として使用され、この目的のために化学的に合成された(GeneArt;Life Technologies)。CDSは、5’および3’においてそれぞれMluIおよびEcoRI制限部位が隣接するプラスミドpMA-RQ(AmpR)の内部にクローニングされて受け取られた。
グルコサミン(N-アセチル)-6-スルファターゼcDNA配列(ohGNS)の最適化されたバージョンを含む発現カセットが設計され、得られた配列最適化は、RNA安定性を高めるための潜在的スプライス部位およびRNA不安定化配列要素の除去、RNA安定化配列要素の付加、コドン最適化およびG/C含量適合化、中でも安定したRNA二次構造の回避により、ヒトにおけるN-アセチルグルコサミン 6-スルファターゼタンパク質産生の効率を最大化するために行った。ヒトグルコサミン(N-アセチル)-6-スルファターゼのCDS(NCBI参照配列:NM_002076.3)を、配列最適化の開始点として使用した。
ヒトグルコサミン(N-アセチル)-6-スルファターゼ(NCBI参照配列:NM_002076.3)のためのCDSを、配列最適化(DNA2.0Inc)に供した。最適化されたCDSは、5’および3’においてそれぞれMluIおよびEcoRI制限部位が隣接するプラスミドpJ204(AmpR)の内部にクローニングされて受け取られた。
ヒトグルコサミン(N-アセチル)-6-スルファターゼ(NCBI参照配列:NM_002076.3)のためのCDSを、配列最適化(Genescript Inc)に供した。最適化されたCDSは、5’および3’においてそれぞれMluIおよびEcoRI制限部位が隣接するプラスミドpUC57(AmpR)の内部にクローニングされて受け取られた。
マウスグルコサミン(N-アセチル)-6-スルファターゼ(NCBI参照配列:NM_029364.3)のためのCDSを、配列最適化(GeneArt;Life Technologies)に供した。最適化されたCDS、配列番号16は、5’および3’においてそれぞれMluIおよびEcoRI制限部位が隣接するプラスミド pMA-RQ(AmpR)の内部にクローニングされて受け取られた。
ベクターAAV9-CAG-hGNS(配列番号9)は、修飾を有する3つのプラスミドを使用して、HEK293細胞のヘルパーウイルスフリートランスフェクションによって生成された。Matsushita et al.,Gene Ther.1998;5(7):938-45.,Wright et al.,Mol Ther.2005;12(1)171-8.を参照されたい。細胞を、10%FBSを補充したDMEM中で、ローラーボトル(RB)(Corning,Corning,NY,米国)中で、70%コンフルエントまで培養し、次に、以下のもので同時トランスフェクトした。 1)AAV2 ITR (pAAV-CAG-hGNS;配列番号5によって隣接された発現カセットを担持するプラスミド。2)AAV rep2およびcap9遺伝子(pREP2CAP9)を有するプラスミド。3)アデノウイルスヘルパー機能を有するプラスミド。ベクターは、前述のように、最適化されたプロトコルを使用して、2つの連続する塩化セシウム勾配により精製された。Ayuso E, et al.,Gene Ther.2010;17(4):503-10.を参照されたい。ベクターをPBS+0.001%Pluronic(登録商標)F68に対して透析し、濾過し、qPCRにより滴定し、そして使用するまで-80℃で保存した。図1Bを参照されたい。
ベクターAAV9-CAG-ohGNS-version1(配列番号10)は、修飾を有する3つのプラスミドを使用して、HEK293細胞のヘルパーウイルスフリートランスフェクションによって生成された。Matsushita et al.,及びWright et al.,上記を参照されたい。細胞を、10%FBSを補充したDMEM中で、ローラーボトル(RB)(Corning,Corning,NY,米国)中で、70%コンフルエントまで培養し、次に、以下のもので同時トランスフェクトした。1)AAV2 ITR(pAAV-CAG-hGNS-version1;配列番号6)によって隣接された発現カセットを有するプラスミド。2)AAV2 repおよびAAV9 cap遺伝子(pREP2CAP9)を有するプラスミド。3)アデノウイルスヘルパー機能を有するプラスミド。ベクターは、前述のように、最適化されたプロトコルを使用して、2つの連続する塩化セシウム勾配により精製された。Ayuso et al.,上記を参照されたい。ベクターをPBS+0.001%Pluronic(登録商標)F68に対して透析し、濾過し、qPCRにより滴定し、そして使用するまで-80℃で保存した。図2Bを参照されたい。
ベクターAAV9-CAG-ohGNS-version2(配列番号11)は、修飾を有する3つのプラスミドを使用して、HEK293細胞のヘルパーウイルスフリートランスフェクションによって生成された。Matsushita et al.,及びWright et al.,上記を参照されたい。細胞を、10%FBSを補充したDMEM中で、ローラーボトル(RB)(Corning,Corning,NY,米国)中で、70%コンフルエントまで培養し、次に、以下のもので同時トランスフェクトした。1)AAV2 ITR (pAAV-CAG-hGNS-version2; 配列番号7)によって隣接された発現カセットを有するプラスミド。2)AAV2 repおよびAAV9 cap遺伝子(pREP2CAP9)を有するプラスミド。3)アデノウイルスヘルパー機能を有するプラスミド。ベクターは、前述のように、最適化されたプロトコルを使用して、2つの連続する塩化セシウム勾配により精製された。Ayuso et al.,上記を参照されたい。ベクターをPBS+0.001%Pluronic(登録商標)F68に対して透析し、濾過し、qPCRにより滴定し、そして使用するまで-80℃で保存した。図3Bを参照されたい。
ベクターAAV9-CAG-ohGNS-version3(配列番号12)は、修飾を有する3つのプラスミドを使用して、HEK293細胞のヘルパーウイルスフリートランスフェクションによって生成された。Matsushita et al.,及びWright et al.,上記を参照されたい。細胞を、10%FBSを補充したDMEM中で、ローラーボトル(RB)(Corning,Corning,NY,米国)中で、70%コンフルエントまで培養し、次に、以下のもので同時トランスフェクトした。1)AAV2 ITR (pAAV-CAG-hGNS-version3;配列番号8)によって隣接された発現カセットを有するプラスミド。2)AAV2 repおよびAAV9 cap遺伝子(pREP2CAP9)を有するプラスミド。3)アデノウイルスヘルパー機能を有するプラスミド。ベクターは、前述のように、最適化されたプロトコルを使用して、2つの連続する塩化セシウム勾配により精製された。Ayuso et al.,上記を参照されたい。ベクターをPBS+0.001%Pluronic(登録商標)F68に対して透析し、濾過し、qPCRにより滴定し、そして使用するまで-80℃で保存した。図4Bを参照されたい。
ベクターAAV9-CAG-omGNS(配列番号18)は、修飾を有する3つのプラスミドを使用して、HEK293細胞のヘルパーウイルスフリートランスフェクションによって生成された。Matsushita et al.,及びWright et al.,上記を参照されたい。細胞を、10%FBSを補充したDMEM中で、ローラーボトル(RB)(Corning,Corning,NY,米国)中で、70%コンフルエントまで培養し、次に、以下のもので同時トランスフェクトした。1)AAV2 ITR (pAAV-CAG-omGNS;配列番号17)によって隣接された発現カセットを有するプラスミド。2)AAV2 repおよびAAV9 cap遺伝子(pREP2CAP9)を有するプラスミド。3)アデノウイルスヘルパー機能を有するプラスミド。ベクターは、前述のように、最適化されたプロトコルを使用して、2つの連続する塩化セシウム勾配により精製された。Ayuso et al.,上記を参照されたい。ベクターをPBS+0.001%Pluronic(登録商標)F68に対して透析し、濾過し、qPCRにより滴定し、そして使用するまで-80℃で保存した。図5B及び配列番号18を参照されたい。
HEK293細胞に、異なるバージョンのヒトグルコサミン(N-アセチル)-6-スルファターゼを含むプラスミドpAAV-CAG-hGNS、pAAV-CAG-ohGNS-version1、pAAV-CAG-ohGNS-version2およびpAAV-CAG-ohGNS-version3を4μgトランスフェクトした。
ヒトグルコサミン(N-アセチル)-6-スルファターゼ発現カセットの異なるバージョンを含有するAAV-CAG-hGNS、AAV-CAG-ohGNS-version1、AAV-CAG-ohGNS-version2またはAAV-CAG-ohGNS-version3の1×1010ベクターゲノムの総用量を、2ヶ月齢のMPSIII-D型罹患マウスに尾静脈注射により静脈内投与した。
AAV9-CAG-omGNSベクターの5×1010ベクターゲノムの総用量を、5μLの総容量で2ヶ月齢のMPSIII-D型動物の大槽内に注射した。ベクター投与の4ヶ月後、MPSIII-D型処置動物の脳におけるGNSの酵素活性は正常化され、健康な動物において観察されたものと同様の値に達した。図8を参照されたい。GNS活性の回復は、野生型対照群および処置したGns-/-マウスにおける同様のレベルのGAG蓄積によって示されるように、分析した全てのCNS領域において、疾患に特徴的な基質蓄積の完全な正常化をもたらした。図9Aを参照されたい。同様に、リソソーム区画のサイズの指標として使用されるリソソームマーカー、リソソーム関連膜タンパク質2(LAMP2)に反応する抗体で染色された脳切片のシグナル強度の定量化は、オスのGns-/-処置マウスにおいて、対照「Null」ベクターを投与したGNS欠乏マウスで記録された値を上回って、約90%のLAMP2+面積の減少を示した。図9Bを参照されたい。
MPSIII-D型の長期的矯正を媒介することにおけるAAV9-CAG-omGNSの単回投与の治療効果を評価するために、GNS欠乏動物のコホートに、2ヶ月齢で、AAV9-CAG-omGNSベクターの5×1010個のベクターゲノムを大槽に注射し、ベクター投与の10ヶ月後、すなわちマウスが1歳の時に、分析した。GNS遺伝子導入は脳全体のGAG含有量を減少させた。12ヶ月齢までに、AAV9-CAG-omGNS処置動物は健康な動物と同じGAGレベルを示し、これは長期の治療効果の証拠を提供している。図18Aを参照されたい。
最後に、生存に対するAAV9-CAG-omGNSベクターのCSF内投与の効果を評価した。18ヶ月の時点で、すべての野生型対照マウスは生存していたが、無処置のGns-/-マウスの100%と、AAV9-null処置Gns-/-マウスの80%が死亡し、このことは、GNS欠乏が寿命を相当程度短縮することを示す。AAV9-CAG-omGnsを投与した20匹のGns-/-マウスの群のうちの2匹のみが同じ期間において死亡し、このことは治療の有効性をさらに証明するものである。図26を参照されたい。
Claims (13)
- 発現カセットを含むポリヌクレオチドであって、
前記発現カセットが、GNSタンパク質をコードするヌクレオチド配列に作用的に連結された転写調節領域を含み、
前記ヌクレオチド配列が配列番号4であることを特徴とするポリヌクレオチド。 - 前記転写調節領域がプロモーターを含むことを特徴とする請求項1に記載のポリヌクレオチド。
- 前記プロモーターが恒常的なプロモーターであることを特徴とする請求項2に記載のポリヌクレオチド。
- 前記プロモーターがCAGプロモーターであることを特徴とする請求項3に記載のポリヌクレオチド。
- 前記発現カセットがアデノ随伴ウイルスITRによって隣接されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のポリヌクレオチド。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載のポリヌクレオチド配列を含むことを特徴とするベクター。
- 前記ベクターはプラスミドまたはアデノ随伴ウイルスベクターであり、前記アデノ随伴ウイルスベクターが請求項1乃至5のいずれか1項に記載のポリヌクレオチドを含む組換えウイルスゲノムを含むことを特徴とする請求項6に記載のベクター。
- 前記ベクターが、配列番号8に記載される受託番号DSM 32345を有するプラスミドpAAV-CAG-ohGNS-version3であることを特徴とする請求項6又は7に記載のベクター。
- 前記ベクターが、血清型9のアデノ随伴ウイルスベクター、AAV9であることを特徴とする請求項7に記載のベクター。
- 請求項1乃至5のいずれかに1項に記載のポリヌクレオチド、又は請求項6乃至9のいずれか1項に記載のベクターの治療有効量を含むことを特徴とする医薬組成物。
- 薬物の製造のための、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のポリヌクレオチド、又は請求項6乃至9のいずれか1項に記載のベクター、又は請求項10に記載の医薬組成物の使用。
- ムコ多糖症III-D型の治療のための薬物の製造のための、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のポリヌクレオチド、又は請求項6乃至9のいずれか1項に記載のベクター、又は請求項10に記載の医薬組成物の使用。
- 請求項7又は9に記載のベクターを取得する方法であって、
(i)請求項1乃至5のいずれか1項に記載のポリヌクレオチドと、AAVcapタンパク質と、AAV repタンパク質と、を含む細胞を提供するステップと、
(ii)前記AAVの集合に適した条件下で前記細胞を維持するステップと、
(iii)前記細胞によって産生された前記アデノ随伴ウイルスベクターを精製するステップと、を含むことを特徴とする方法。
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