概要
A.定義
B.免疫刺激性細菌の概説
C.がん免疫療法
1.免疫療法
2.養子免疫療法
3.がんワクチンおよび腫瘍崩壊性ウイルス
D.細菌によるがん免疫療法
1.細菌による治療法
2.細菌およびウイルスに対する免疫応答の比較
3.サルモネラ属による治療法
a.腫瘍指向性細菌。
b.サルモネラエンテリカセロバーティフィムリウム
c.細菌の弱毒化
i.msbB-突然変異体
ii.purI-突然変異体
iii.弱毒突然変異の組合せ
iv.VNP20009および他の弱毒化S.ティフィムリウム菌株
v.高分子をデリバリーするように遺伝子操作された弱毒化S.ティフィムリウム
4.治療指数を増加させるための免疫刺激性細菌の強化
a.asd遺伝子欠失
b.アデノシン栄養要求性
c.フラジェリン欠損菌株
d.サルモネラ属含有液胞(SCV)を逃避するように遺伝子操作されたサルモネラ属
e.バイオフィルム形成に必要なサルモネラ属遺伝子における欠失
f.LPS生合成経路中の遺伝子における欠失
g.SPI-1遺伝子の欠失
h.プラスミドデリバリーを増加させるためのエンドヌクレアーゼ(endA)突然変異
i.RIG-I阻害
j.DNASE II阻害
k.RNase H2阻害
l.スタビリン-1/CLEVER-1阻害
m.細菌培養条件
E.例示的プラスミドの構築
1.干渉RNA(RNAi)
a.shRNA
b.マイクロRNA
2.複製起点およびプラスミドコピー数
3.CpGモチーフおよびCpGアイランド
4.プラスミドの維持/構成成分の選択
5.DNA核標的化配列
F.腫瘍標的化免疫刺激性細菌は、抗腫瘍免疫を刺激するための例示的免疫標的遺伝子に対するRNAiを含む
1.TREX1
2.PD-L1
3.VISTA
4.SIRPα
5.β-カテニン
6.TGF-β
7.VEGF
8.追加の例示的なチェックポイント標的
G.単回療法モダリティおよび組合せ療法内での複数の免疫標的に対するRNAI shRNAの組合せ
1.TREX1および他の標的
2.TREX1および照射療法
3.TREX1および免疫原性化学療法
4.抗チェックポイント抗体を用いた組合せ療法
H.医薬産生、組成物、および製剤
1.製造
a.細胞バンクの製造
b.原薬の製造
c.薬物産物の製造
2.組成物
3.製剤
a.液体剤、注射剤、乳剤
b.熱安定性乾燥製剤
4.他の投与経路のための組成物
5.投薬量および投与
6.包装および製造物品
I.処置および使用の方法
1.がんおよび腫瘍
2.投与
3.モニタリング
J.実施例
A.定義
別段の定義がない限り、本明細書において使用する全ての技術および科学用語は、本発明(複数可)が属する技術分野における当業者に通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書における開示全体にわたって言及される全ての特許、特許出願、出願公開および文献、GenBank配列、データベース、ウェブサイトおよび他の刊行物は、特に注釈がない限り、その全体が参照により組み込まれるものとする。本明細書における用語に関して複数の定義が存在する場合には、この項におけるものが優先される。URLまたは他のそのような識別子またはアドレスを参照する場合、そのような識別子は変更されている場合があり、インターネット上の特定の情報が押し寄せてくる場合があるが、インターネット検索によって等価の情報を見出すことができることを理解されたい。その参照は、そのような情報の利用可能性および一般的な普及の証拠となる。
本明細書において使用する治療用細菌は、ヒト等の対象に投与したときに、がんまたは抗腫瘍療法等の治療法に効果を与える細菌である。
本明細書において使用する免疫刺激性細菌は、対象に導入したときに、腫瘍等の免疫特権組織および細胞において蓄積し、免疫刺激性であるかまたは免疫刺激をもたらす産物を複製および/または発現する治療用細菌である。免疫刺激性細菌は、主に免疫特権環境中を除いて産物を複製および/または発現することができないために、減少された毒性または病原性に基づき、および/または毒性または病原性が減少されたコード化産物に基づき宿主内で弱毒化される。本明細書において提供される免疫刺激性細菌は、産物(複数可)をコードするために改変されるか、またはそれらに免疫刺激性を与える特徴または特性を示す。このような産物、特性および特徴は、チェックポイント遺伝子を標的とするか、遮断するか、もしくは阻害するshRNA、またはそのような阻害剤、もしくは免疫抑制性であるか、もしくは免疫抑制性経路にある代謝産物をコードする遺伝子のうちの少なくとも1つを含む。これらとしては、TREX1の発現を標的とするかもしくは阻害するshRNA等のコード化siRNA、細菌にアデノシン栄養要求性をもたらす改変、および/またはPD-L1を遮断するかもしくは阻害するshRNA等の、免疫チェックポイント遺伝子またはその産物の阻害剤または遮断物質がある。
本明細書において使用する菌株名称VNP20009(例えば、国際公開第99/13053号を参照のこと、米国特許第6,863,894号も参照のこと)およびYS1646および41.2.9は、区別せずに使用され、それぞれは、American Type Culture Collectionに寄託され、登録番号202165が割り当てられた菌株を指す。VNP20009は、サルモネラ・ティフィムリウムの改変弱毒化菌株であり、これは、msbBおよびpurIの欠失を含み、野生型菌株ATCC14028から生成された。
本明細書において使用する菌株名称YS1456および8.7は、区別せずに使用され、それぞれは、American Type Culture Collectionに寄託され、登録番号202164に割り当てられた菌株を指す(米国特許第6,863,894号を参照のこと)。
本明細書において使用する複製起点は、染色体、プラスミドまたはウイルス上で複製が開始されるDNAの配列である。細菌性プラスミドおよび小ウイルスを含む小分子DNAに関しては、単一の起点で十分である。
複製起点は、ベクターのコピー数を決定し、それは選択される複製起点に依存する。例えば、発現ベクターが、低コピー数のプラスミドpBR322に由来する場合、それは約25~50コピー/細胞の間であり、高コピー数のプラスミドpUCに由来する場合、それは150~200コピー/細胞とすることができる。
本明細書において使用する、細胞におけるプラスミドの中コピー数は、約150、または150または150未満であり、低コピー数は、20または20未満等の15~30である。低から中コピー数は、150未満である。高コピー数は150コピー/細胞超である。
本明細書において使用するCpGモチーフは、中心のCpGに隣接する(3’および5’位側で)少なくとも1つの塩基によって囲まれる非メチル化中心CpG(「p」は、連続するCとGヌクレオチドとの間のホスホジエステル結合を指す)を含む塩基のパターンである。CpGオリゴデオキシヌクレオチドは、少なくとも約10ヌクレオチド長であり、非メチル化CpGを含むオリゴヌクレオチドである。5’CG3’のうちの少なくともCは、メチル化されない。
本明細書において使用するRIG-I結合配列は、ポリ(dA-dT)配列に直接由来するか、またはこの配列からRNA pol IIIによって合成される5’トリホスフェート(5’ppp)構造体を指し、RIG-Iとの相互作用により、RIG-I経路を介してI型IFNを活性化できる。RNAとしては、少なくとも4個のAリボヌクレオチド(A-A-A-A)があり;4、5、6、7、8、9、10またはそれ超を含むことができる。RIG-I結合配列は、細菌中のプラスミド中に導入されて、ポリAに転写される。
本明細書において使用する「改変」は、ポリペプチドのアミノ酸の配列または核酸分子におけるヌクレオチドの配列の改変に関連し、それとしてはそれぞれ、アミノ酸またはヌクレオチドの欠失、挿入、および置換えがある。ポリペプチドを改変する方法は、組換えDNA方法論を使用することによる等、当業者であれば日常的なものである。
本明細書において使用する、細菌ゲノムに対するまたはプラスミドもしくは遺伝子に対する改変としては、核酸の欠失、置換えおよび挿入がある。
本明細書において使用するRNA干渉(RNAi)は、RNA分子が、標的とされるmRNA分子を中和し、翻訳を阻害し、その結果、標的とされる遺伝子の発現を阻害することによって、遺伝子発現または翻訳を阻害する生物学的方法である。
本明細書において使用するRNAiを介して作用するRNA分子は、標的とされる遺伝子の発現のそれらのサイレンシングに基づき阻害性と称される。サイレンシング発現は、標的とされる遺伝子の発現が減少されるまたは抑制されるまたは阻害されることを意味する。
本明細書において使用する、RNAiを介した遺伝子サイレンシングは、標的とされる遺伝子の発現を阻害するか、抑制するか、遮断するかまたはサイレンシングすると言われている。標的とされる遺伝子は、阻害性RNAにおける配列に対応するヌクレオチドの配列を含み、そのために阻害性RNAは、mRNAの発現をサイレンシングする。
本明細書において使用する、標的とされる遺伝子を阻害するか、抑制するか、遮断するかまたはサイレンシングするとは、標的とされる遺伝子の翻訳等の発現を変更し、そのために標的とされる遺伝子によってコードされる産物の活性または発現が減少される方法を指す。減少は、完全なノックアウトまたは部分的なノックアウトを含み、そのために、本明細書において提供される免疫刺激性細菌および本明細書における投与に関しては、処置が行われる。
本明細書において使用する低分子干渉RNA(siRNA)は、二本鎖ストランド(ds)RNAの小片で、通常約21ヌクレオチド長であり、各終端において3’オーバーハング(2ヌクレオチド)を伴っており、それを使用し、特異的配列においてメッセンジャーRNA(mRNA)へ結合し、分解を促進することによってタンパク質の翻訳に「干渉する」ことができる。そうすることで、それらに対応するmRNAのヌクレオチド配列に基づいて、siRNAは特異的タンパク質の産生を阻止する。プロセスはRNA干渉(RNAi)と称され、siRNAサイレンシングまたはsiRNAノックダウンとも称される。
本明細書において使用するショートヘアピン型RNAまたは低分子ヘアピン型RNA(shRNA)は、人工RNA分子であり、タイトなヘアピン型の折り返しを伴っており、それを使用し、RNA干渉(RNAi)を介して標的とする遺伝子の発現をサイレンシングすることができる。細胞におけるshRNAの発現は、典型的には、プラスミドのデリバリーによってまたはウイルス性または細菌性ベクターを介して達成される。
本明細書において使用する腫瘍微小環境(TME)は、腫瘍が存在する細胞環境であり、それとしては、周囲の血管、免疫細胞、線維芽細胞、骨髄由来炎症性細胞、リンパ球、シグナル伝達分子および細胞外マトリックス(ECM)がある。存在する条件としては、これらに限定されるものではないが、血管新生の増加、低酸素、低pH、乳酸濃度の増加、ピルビン酸濃度の増加、間質液圧の増加、および腫瘍の指標である高レベルのアデノシン等の代謝産物または代謝の変化がある。
本明細書において使用するヒトI型インターフェロン(IFN)は、免疫系の活性を調節するインターフェロンタンパク質のサブグループである。全てのI型IFNが、IFN-α受容体等の特定の細胞表面受容体複合体へ結合する。I型インターフェロンとしては、とりわけIFN-αおよびIFN-βがある。IFN-βタンパク質は、線維芽細胞によって産生され、自然免疫応答に主に関与する抗ウイルス活性を有する。IFN-βのうちの2つのタイプは、IFN-β1(IFNB1)およびIFN-β3(IFNB3)である。
本明細書において使用する、核酸またはコードされるRNAが遺伝子を標的とするという記載は、それが遺伝子の発現を、任意の機序によって阻害するか、または抑制するか、またはサイレンシングすることを意味する。概して、そのような核酸は、少なくとも、標的とされる遺伝子に対して相補的な部分を含み、その部分は、相補的な部分と共にハイブリッドを形成するのに十分である。
本明細書において使用する「欠失」は、核酸またはポリペプチド配列に言及する場合、標的ポリヌクレオチドもしくはポリペプチドまたは天然型もしくは野生型配列等の配列と比較した、1つまたは複数のヌクレオチドまたはアミノ酸の欠失を指す。
本明細書において使用する「挿入」は、核酸またはアミノ酸配列に言及する場合、標的、天然型、野生型または他の関連する配列内に、1つまたは複数の追加のヌクレオチドまたはアミノ酸を含むことを説明する。したがって、1つまたは複数の挿入を含む核酸分子は、野生型配列と比較して、配列の直鎖長内に1つまたは複数の追加のヌクレオチドを含む。
本明細書において使用する、核酸およびアミノ酸配列への「追加」は、別の配列と比較して、いずれかの末端上へのヌクレオチドまたはアミノ酸の追加を説明する。
本明細書において使用する「置換」または「置換え」は、1つまたは複数のヌクレオチドまたはアミノ酸を、分子の長さ(残基の数に記載されるような)を変更することなく、天然型、標的、野生型または他の核酸もしくはポリペプチド配列において、代替のヌクレオチドまたはアミノ酸で置き換えることを指す。したがって、分子における1つまたは複数の置換は、分子のアミノ酸残基またはヌクレオチドの数を変更しない。アミノ酸の置換えは、特定のポリペプチドと比較して、ポリペプチド配列長に沿ったアミノ酸残基の数に関して発現することができる。
本明細書において使用する「対応する位置において」、またはヌクレオチドもしくはアミノ酸位置が、配列リストに示すような開示される配列におけるヌクレオチドもしくはアミノ酸位置に「対応する」という説明は、ギャップアルゴリズム等の標準的なアラインメントアルゴリズムを使用して、同一性が最大になるように、開示される配列を含むアラインメント上で同定されるヌクレオチドまたはアミノ酸位置を指す。配列をアラインメントすることによって、当業者であれば、例えば保存された、同一のアミノ酸残基をガイドとして使用して、相当する残基を同定することができる。一般的に、対応する位置を同定するために、アミノ酸の配列は、最大のマッチ(highest order match)が得られるようにアラインメントされる(例えば、Computational Molecular Biology, Lesk, A.M., ed., Oxford University Press, New York, 1988;Biocomputing: Informatics and Genome Projects, Smith, D.W., ed., Academic Press, New York, 1993;Computer Analysis of Sequence Data, Part I, Griffin, A.M., and Griffin, H.G., eds., Humana Press, New Jersey, 1994;Sequence Analysis in Molecular Biology, von Heinje, G., Academic Press, 1987; Sequence Analysis Primer, Gribskov, M. and Devereux, J., eds., M Stockton Press, New York, 1991;およびCarrillo et al. (1988) SIAM J Applied Math 48:1073を参照のこと)。
本明細書において使用する、配列のアラインメントは、ヌクレオチドまたはアミノ酸の2つ以上の配列をアラインメントするように相同性を使用することを指す。典型的には、50%以上の同一性で関連性がある2つ以上の配列がアラインメントされる。アラインメントされた1組の配列は、対応する位置においてアラインメントされた2つ以上の配列を指し、ゲノムDNA配列を用いてアラインメントされたEST等のRNA、および他のcDNA由来のアラインメント配列を含むことができる。関連または変異体ポリペプチドまたは核酸分子は、当業者であれば公知の任意の方法によってアラインメントされる場合がある。このような方法は、典型的にはマッチを最大化し、それらとしては、手動アラインメントを使用した、利用可能な多数のアラインメントプログラム(例えばBLASTP)を使用することによる方法、および当業者であれば公知の他のものがある。ポリペプチドまたは核酸の配列をアラインメントすることによって、当業者であれば保存された、同一のアミノ酸残基をガイドとして使用して、類似した部分または位置を同定することができる。更に、当業者であれば、保存されたアミノ酸またはヌクレオチド残基をガイドとして用い、ヒトと非ヒト配列との間の対応するアミノ酸またはヌクレオチド残基を見出することもできる。対応する位置は、例えば、コンピューターシミュレーションされたタンパク質構造のアラインメントを使用することによって、構造アラインメントに基づく場合もある。他の例では、対応する領域を同定することができる。当業者であれば、保存されたアミノ酸残基をガイドとして用い、ヒトと非ヒト配列との間の対応するアミノ酸残基を見出すこともできる。
本明細書において使用する、抗体等のポリペプチドの「特性」は、ポリペプチドによって示される任意の特性を指し、それとしては、これらに限定されないが、結合特異性、構造的立体配置またはコンフォーメーション、タンパク質安定性、タンパク質分解に対する抵抗性、コンフォーメーション的安定性、熱耐性、およびpH条件に対する耐性がある。特性における変化は、ポリペプチドの「活性」を変更することができる。例えば、抗体ポリペプチドの結合特異性における変化は、抗原を結合するための能力、および/または親和性もしくはアビディティ等の様々な結合活性、またはポリペプチドのインビボ活性を変更することができる。
本明細書において使用する、抗体等のポリペプチドの「活性」または「機能活性」は、ポリペプチドによって示される任意の活性を指す。このような活性は経験的に判定することができる。例示的な活性としては、これらに限定されるものではないが、例えば、抗原結合、DNA結合、リガンド結合、もしくは二量化を介して生体分子と相互作用するための能力、または酵素活性、例えばキナーゼ活性もしくはタンパク質分解活性がある。抗体(抗体フラグメントを含む)に関しては、活性としては、これらに限定されるものではないが、特定の抗原を特異的に結合するための能力、抗原結合の親和性(例えば、高または低親和性)、抗原結合のアビディティ(例えば、高または低アビディティ)、結合速度(on-rate)、解離速度(off-rate)、抗原の中和またはクリアランス、ウイルスの中和を促進するための能力等のエフェクター機能、および病原体の感染または侵入を阻止するための、またはクリアランスを促進するための、または身体内の特定の組織もしくは体液または細胞へ浸透する能力等のインビボ活性がある。活性は、ELISA、フローサイトメトリー、表面プラズモン共鳴または結合または解離速度の測定と同等のアッセイ、免疫組織化学および免疫蛍光組織学および顕微鏡の細胞ベースアッセイ、フローサイトメトリー、ならびに結合アッセイ(例えば、パンニングアッセイ)等の認識されるアッセイを使用してインビトロ(in vitro)またはインビボ(in vivo)で評価することができる。
本明細書において使用する、「結合する」、「結合」、または文法上のこれらの変形形態は、任意の引力相互作用における分子の別の分子との関与を指し、2つの分子が互いに極めて接近している安定な会合をもたらす。結合としては、これらに限定されるものではないが、非共有結合、共有結合(可逆的および不可逆的共有結合等)があり、これらに限定されないが、タンパク質、核酸、炭水化物、脂質、および小分子、例えば薬物を含む化学化合物等の分子間相互作用がある。
本明細書において使用する「抗体」は、天然であるにせよ、遺伝子組換えで産生されるような部分的にもしくは全体的に合成的であるにせよ、抗原結合部位を形成し、集合したときに抗原と特異的に結合するのに十分である免疫グロブリン分子の可変重鎖および軽鎖領域のうちの少なくとも一部を含む任意のこれらの断片を含む免疫グロブリンおよび免疫グロブリンフラグメントを指す。したがって、抗体は、免疫グロブリン抗原結合ドメイン(抗体結合部位)と相同または実質的に相同である結合ドメインを有する任意のタンパク質を含む。例えば、抗体は、2つの重鎖(これらはHおよびH’と示すことができる)および2つの軽鎖(これらはLおよびL’と示すことができる)を含む抗体を指し、各重鎖は、完全長免疫グロブリン重鎖または抗原結合部位を形成するのに十分なこれらの一部とすることができ(例えば、重鎖としては、これらに限定されるものではないが、VH鎖、VH-CH1鎖およびVH-CH1-CH2-CH3鎖がある)、各軽鎖は、完全長軽鎖または抗原結合部位を形成するのに十分なこれらの一部とすることができる(例えば、軽鎖としては、これらに限定されるものではないが、VL鎖およびVL-CL鎖がある)。各重鎖(HおよびH’)は、1つの軽鎖(それぞれLおよびL’)と対を成す。典型的には、抗体は、可変重(VH)鎖および/または可変軽(VL)鎖のうちの全てまたは少なくとも一部を最小限に含む。抗体は、定常領域のうちの全てまたは一部も含むことができる。
本明細書における目的に関しては、抗体という用語は、完全長抗体およびその部分を含み、抗EGFR抗体フラグメント等の抗体フラグメントを含む。抗体フラグメントとしては、これらに限定されるものではないが、Fabフラグメント、Fab’フラグメント、F(ab’)2フラグメント、Fvフラグメント、ジスルフィド連結Fvs(dsFv)、Fdフラグメント、Fd’フラグメント、一本鎖Fvs(scFv)、一本鎖Fabs(scFab)、ダイアボディ、抗イディオタイプ(抗Id)抗体、または上記のうちのいずれかの抗原結合性断片がある。抗体としては、合成抗体、遺伝子組換え産生抗体、多重特性抗体(例えば二重特異性抗体)、ヒト抗体、非ヒト抗体、ヒト化抗体、キメラ抗体、および細胞内抗体もある。本明細書において提供される抗体としては、任意の免疫グロブリンクラス(例えば、IgG、IgM、IgD、IgE、IgAおよびIgY)、任意のサブクラス(例えば、IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgA1およびIgA2)またはサブサブクラス(例えば、IgG2aおよびIgG2b)のメンバーがある。
本明細書において使用する「核酸」は、少なくとも2つの連結ヌクレオチドまたはヌクレオチド誘導体を指し、それとしては、デオキシリボ核酸(DNA)およびリボ核酸(RNA)があり、典型的にはホスホジエステル結合によって一緒に接合している。ペプチド核酸(PNA)、ホスホロチオエートDNA、ならびに他のそのような類似体およびその誘導体または組合せ等の核酸の類似体も「核酸」という用語に含まれる。核酸は、例えば、ヌクレオチド類似体またはホスホジエステル結合以外の「骨格」結合、例えば、ホスホトリエステル結合、ホスホロアミデート結合、ホスホロチオエート結合、チオエステル結合、またはペプチド結合(ペプチド核酸)を含むDNAおよびRNA誘導体も含む。その用語は、等価物として、ヌクレオチド類似体から作製されるRNAまたはDNAのいずれかのうちの誘導体、変異体および類似体、一本鎖(センスまたはアンチセンス)および二本鎖ストランドの核酸も含む。デオキシリボヌクレオチドとしては、デオキシアデノシン、デオキシシチジン、デオキシグアノシンおよびデオキシチミジンがある。RNAに関しては、ウラシル塩基はウリジンである。
本明細書において使用する単離された核酸分子は、核酸分子の天然原料に存在する他の核酸分子から分離されるものである。cDNA分子等の「単離された」核酸分子は、他の細胞材料、もしくは組換え技術によって産生される場合は、培養培地を実質的に含まない場合があるか、または化学的前駆体、もしくは化学的に合成される場合は、他の化学物質を実質的に含まない。本明細書において提供される例示的な単離された核酸分子としては、提供される抗体または抗原結合性断片をコードする単離された核酸分子がある。
本明細書において使用する、核酸配列、領域、エレメントまたはドメインに関連する「操作可能に連結」は、核酸領域が互いに機能的に関連することを意味する。例えば、リーダーペプチドをコードする核酸は、ポリペプチドをコードする核酸に操作可能に連結することができ、そのために核酸は、転写され、翻訳され、機能的融合タンパク質を発現することができ、リーダーペプチドは、融合ポリペプチドの分泌をもたらす。一部の例では、第1のポリペプチド(例えば、リーダーペプチド)をコードする核酸は、第2のポリペプチドコードする核酸に操作可能に連結され、核酸は、単一のmRNA転写物として転写されるが、mRNA転写物の翻訳は、2つのポリペプチドのうちの1つが発現される場合がある。例えば、アンバー終止コドンは、部分的なアンバーサプレッサー細胞中に導入されたときに、第1のポリペプチドをコードする核酸と第2のポリペプチドをコードする核酸との間に位置することができ、得られた単一のmRNA転写物が翻訳され、第1および第2のいずれかのポリペプチドを含む融合タンパク質を産生することができるか、または翻訳され、第1のポリペプチドのみを産生することができるようになる。別の例では、プロモーターは、ポリペプチドをコードする核酸に操作可能に連結することができ、そのためにプロモーターは、核酸の転写を調節するかまたは介在する。
本明細書において使用する、例えば、合成核酸分子または合成遺伝子または合成ペプチドと関連する「合成」は、組換え法によっておよび/または化学的合成法によって産生される核酸分子またはポリペプチド分子を指す。
本明細書において使用する天然発生α-アミノ酸の残基は、自然界で見出されるそれらの20個のα-アミノ酸の残基であり、これらは、荷電tRNA分子の特異的認識によって、その同族mRNAコドンと共にヒトにおいてタンパク質中に組み込まれる。
本明細書において使用する「ポリペプチド」は、共有的に接合された2つ以上のアミノ酸を指す。「ポリペプチド」および「タンパク質」という用語は、本明細書において区別せずに使用される。
本明細書において使用する「ペプチド」は、2から約40個または40個のアミノ酸長であるポリペプチドを指す。
本明細書において使用する「アミノ酸」は、アミノ基およびカルボン酸基を含む有機化合物である。ポリペプチドは、2つ以上のアミノ酸を含む。本明細書における目的に関しては、提供される抗体中に含まれるアミノ酸としては、20種類の天然発生アミノ酸(以下の表を参照のこと)、非天然アミノ酸、およびアミノ酸類似体(例えば、α-炭素が側鎖を有するアミノ酸)がある。本明細書において使用する、本明細書において出現するポリペプチドの様々なアミノ酸配列において存在するアミノ酸は、それらの周知の3文字または1文字の略語に従って同定される(以下の表を参照されたい)。様々な核酸分子およびフラグメント中に存在するヌクレオチドは、当技術分野において通常使用される標準的な単一文字表記を用いて表記される。
本明細書において使用する「アミノ酸残基」は、ポリペプチドが、そのペプチド結合において化学的消化(加水分解)を受けると同時に形成されるアミノ酸を指す。本明細書において述べられるアミノ酸残基は、一般的に「L」異性体形態である。「D」異性体形態における残基は、ポリペプチドによって所望の機能特性が保持される限りは、任意のL-アミノ酸残基と置換することができる。NH2は、ポリペプチドのアミノ末端において存在する遊離アミノ基を指す。COOHは、ポリペプチドのカルボキシル末端において存在する遊離カルボキシ基を指す。J. Biol. Chem., 243:3557-59 (1968)に記載され、特許、商標および著作権に関する連邦規則第1.821~1.822条において採用されている標準的なポリペプチド命名法を順守して、アミノ酸残基に関する略語を以下の表に示す。
本明細書において式によって表されるアミノ酸残基の全ての配列は、アミノ末端からカルボキシル末端への従来の方向において、左から右の向きを有する。「アミノ酸残基」という句は、上記の対応表の改変、非天然および異常アミノ酸において挙げられるアミノ酸を含むことが定義される。アミノ酸残基配列の開始または終端におけるダッシュ記号は、1つまたは複数のアミノ酸残基の更なる配列への、またはNH2等のアミノ末端基への、またはCOOH等のカルボキシル末端基へのペプチド結合を示す。
ペプチドまたはタンパク質において、アミノ酸の好適な保守的置換は、当業者であれば公知であり、一般的に得られる分子の生物学的活性を変化させることなく作製することができる。当業者であれば、一般的には、ポリペプチドの非必須領域における単一のアミノ酸置換は、生物学的活性を実質的に変更しないことを認識している(例えば、Watson et al., Molecular Biology of the Gene, 4th Edition, 1987, The Benjamin/Cummings Pub. Co., p. 224を参照のこと)。
このような置換は、以下の表に示す例示的置換に従って行うことができる。
他の置換も許容され、経験的にまたは他の公知の保守的もしくは非保守的置換に従って判定することができる。
本明細書において使用する「天然発生的なアミノ酸」は、ポリペプチド中に存在する20種類のL-アミノ酸を指す。
本明細書において使用する「非天然アミノ酸」という用語は、天然アミノ酸と同様の構造を有するが、構造的に改変され、天然アミノ酸の構造および反応性を模倣している有機化合物を指す。したがって、非天然発生的なアミノ酸としては、例えば、20種類の天然発生的なアミノ酸以外のアミノ酸またはアミノ酸類似体があり、これらに限定されるものではないが、アミノ酸のD-立体異性体がある。例示的な非天然アミノ酸は、当業者であれば公知であり、それらとしては、これらに限定されるものではないが、2-アミノアジピン酸(Aad)、3-アミノアジピン酸(bAad)、β-アラニン/β-アミノプロピオン酸(Bala)、2-アミノ酪酸(Abu)、4-アミノ酪酸/ピペリジン酸(4Abu)、6-アミノカプロン酸(Acp)、2-アミノヘプタン酸(Ahe)、2-アミノイソ酪酸(Aib)、3-アミノイソ酪酸(Baib)、2-アミノピメリン酸(Apm)、2,4-ジアミノ酪酸(Dbu)、デスモシン(Des)、2,2’-ジアミノピメリン酸(Dpm)、2,3-ジアミノプロピオン酸(Dpr)、N-エチルグリシン(EtGly)、N-エチルアスパラギン(EtAsn)、ヒドロキシリシン(Hyl)、アロヒドロキシリシン(Ahyl)、3-ヒドロキシプロリン(3Hyp)、4-ヒドロキシプロリン(4Hyp)、イソデスモシン(Ide)、アロイソロイシン(Aile)、N-メチルグリシン、サルコシン(MeGly)、N-メチルイソロイシン(MeIle)、6-N-メチルリシン(MeLys)、N-メチルバリン(MeVal)、ノルバリン(Nva)、ノルロイシン(Nle)、およびオルニチン(Orn)がある。
本明細書において使用するDNAコンストラクトは、自然界で見出されることがない様式で連結され、並べられたDNAのセグメントを含む、単鎖または二本鎖、直鎖状または環状DNA分子である。DNAコンストラクトは、ヒト操作の結果として存在し、クローンおよび操作された分子の他のコピーを含む。
本明細書において使用するDNAセグメントは、特定の属性を有する大きなDNA分子の一部である。例えば、特定のポリペプチドをコードするDNAセグメントは、プラスミドまたはプラスミド断片等の長いDNA分子の一部であり、5’から3’方向を読み取るときに、特定のポリペプチドのアミノ酸の配列をコードする。
本明細書において使用するポリヌクレオチドという用語は、5’から3’終端で読み取られるデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチド塩基の単鎖または二本鎖ストランドのポリマーを意味する。ポリヌクレオチドは、RNAおよびDNAを含み、天然原料から単離するか、インビトロで合成するか、または天然および合成分子の組合せから調製することができる。ポリヌクレオチド分子の長さは、ヌクレオチド(略称「nt」)または塩基対(略称「bp」)を単位として本明細書において与えられる。ヌクレオチドという用語は、文脈上可能な場合、単鎖および二本鎖ストランドの分子に関して使用される。その用語が二本鎖ストランドの分子へ適用される場合、それは、全体的な長さを示すために使用され、塩基対という用語と等価であることが理解されるであろう。二本鎖ストランドのポリヌクレオチドの2本のストランドは、長さがわずかに異なる場合があり、しかもこれらの終端はずれている場合があり、したがって、二本鎖ストランドのポリヌクレオチド分子内の全てのヌクレオチドが対を成すことができない点は、当業者によって認識されているであろう。このような不対終端は、一般的には、20ヌクレオチド長を超えないであろう。
本明細書において使用する、組換えDNA法を使用することによる組換え手段による産生は、クローン化DNAによってコードされるタンパク質を発現するための、分子生物学の周知の方法の使用を意味する。
本明細書において使用する「発現」は、ポリペプチドが、ポリヌクレオチドの転写および翻訳によって産生される方法を指す。ポリペプチドの発現レベルは、当技術分野において公知の任意の方法を使用して評価することができ、例えば、宿主細胞から産生されるポリペプチドの量を判定する方法を含む。このような方法としては、これらに限定されるものではないが、ELISA、ゲル電気泳動後のクーマシーブルー染色、ローリータンパク質アッセイおよびブラッドフォードタンパク質アッセイによる細胞溶解物中のポリペプチドの定量があり得る。
本明細書において使用する「宿主細胞」は、ベクターを収容し、維持し、再産生し、および/または増幅するために使用される細胞である。宿主細胞を使用し、ベクターによってコードされるポリペプチドを発現することもできる。ベクター中に含まれる核酸は、宿主細胞が分裂するときに複製され、その結果、核酸が増幅する。
本明細書において使用する「ベクター」は、複製可能な核酸であり、ベクターが適切な宿主細胞へ形質転換されたときに、そこから1つまたは複数の異種タンパク質を発現することができる。ベクターに対する言及は、典型的には、制限消化およびライゲーションによってポリペプチドをコードする核酸またはその断片を導入することができるベクターを含む。ベクターに対する言及は、改変された抗EGFR抗体等のポリペプチドをコードする核酸を含むベクターも含む。ベクターを使用し、ポリペプチドをコードする核酸を宿主細胞へ導入して、核酸を増幅するかまたは核酸によってコードされるポリペプチドを発現/提示する。ベクターは、典型的には、エピソームのままであるが、遺伝子またはその一部とゲノムの染色体とが一体化されるように設計することができる。酵母人工染色体および哺乳動物人工染色体等の人工染色体であるベクターも検討される。そのような媒体の選択および使用は、当業者であれば周知である。ベクターは、「ウイルスベクター」または「ウイルス性ベクター」も含む。ウイルスベクターは、外因性遺伝子へ操作可能に連結され、外因性遺伝子を細胞へ(媒体またはシャトルとして)転移させる遺伝子操作されたウイルスである。
本明細書において使用する「発現ベクター」は、そのようなDNAフラグメントを発現させることができるプロモーター領域等の、調節配列と操作可能に連結されたDNAを発現することができるベクターを含む。このような追加のセグメントは、プロモーターおよびターミネーター配列を含むことができ、1つまたは複数の複製起点、1つまたは複数の選択マーカー、エンハンサー、ポリアデニル化シグナル等を含んでいてもよい場合がある。発現ベクターは、一般的に、プラスミドまたはウイルス性DNA由来であるか、または両方のエレメントを含むことができる。したがって、発現ベクターは、プラスミド、ファージ、組換えウイルス、または適切な宿主細胞へ導入されると、クローン化DNAの発現をもたらす他のベクター等の、組換えDNAまたはRNAコンストラクトを指す。適切な発現ベクターは、当業者であれば周知であり、真核細胞および/または原核細胞において複製可能なもの、およびエピソームのままであるもの、または宿主細胞ゲノムへ一体化されるものを含む。
本明細書において使用する「一次配列」は、ポリペプチドにおけるアミノ酸残基の配列または核酸分子におけるヌクレオチドの配列を指す。
本明細書において使用する「配列同一性」は、被験および参照ポリペプチドまたはポリヌクレオチド間で比較した、同一のまたは類似のアミノ酸またはヌクレオチド塩基の数を指す。核酸またはタンパク質配列を配列アラインメントし、類似しているまたは同一の領域を同定することによって、配列同一性を判定することができる。本明細書における目的に関しては、配列同一性は、アラインメントすることによって一般的に判定され、同一の残基が同定される。アラインメントは、ローカルであっても、グローバルであってもよい。マッチ、ミスマッチおよびギャップは、比較される配列間で同定することができる。ギャップは、アラインメントされる配列の残基間に挿入され、同一のまたは類似の特徴がアラインメントされるようになる、ヌルの(null)アミノ酸またはヌクレオチドである。概して、これらは、内部および末端ギャップとすることができる。ギャップペナルティを使用する場合、配列同一性は、終端ギャップに関してはペナルティなしを用いて判定することができる(例えば、末端ギャップは、ペナルティは加えられない)。あるいは、配列同一性は、同一の位置の数/アラインメントされた全配列の長さ×100として、ギャップを考慮せずに判定することができる。
本明細書において使用する「グローバルアラインメント」は、開始から終端まで2つの配列をアラインメントするアラインメントであり、各配列における各文字を1回のみアラインメントする。アラインメントは、配列間に類似性または同一性があるかどうかにかかわらず産生される。例えば、「グローバルアラインメント」に基づいた50%配列同一性は、それぞれ100ヌクレオチド長の2つの比較される配列の全配列のアラインメントにおいて、残基の50%が同じであることを意味する。グローバルアラインメントは、アラインメントされる配列の長さが同じではない場合でさえ、配列同一性の判定において使用することもできることは理解される。配列の末端終端における差は、「末端ギャップに関してペナルティがない」が選択されない限り、配列同一性の判定において考慮されるであろう。概して、グローバルアラインメントは、それらの長さの大部分にわたって顕著な類似性を共有する配列上で使用される。グローバルアラインメントを行うための例示的なアルゴリズムとしては、ニードルマン-ウンシュアルゴリズムがある(Needleman et al. (1970) J. Mol. Biol. 48: 443)。グローバルアラインメントを行うための例示的なプログラムは公的に利用可能であり、全米バイオテクノロジー情報センター(National Center for Biotechnology Information)(NCBI)ウェブサイト(ncbi.nlm.nih.gov/)において利用可能なグローバル配列アラインメントツール、およびdeepc2.psi.iastate.edu/aat/align/align.htmlにおいて利用可能なプログラムを含む。
本明細書において使用する「ローカルアラインメント」は、2つの配列をアラインメントするが、類似性または同一性を共有する配列の一部のみをアラインメントするアラインメントである。したがって、ローカルアラインメントは、1つの配列のサブセグメントが別の配列に存在するかを決定する。類似性が無い場合、アラインメントは戻らないことになる。ローカルアラインメントアルゴリズムとしては、BLASTまたはスミス-ウォーターマンアルゴリズムがある(Adv. Appl. Math. 2: 482 (1981))。例えば、「ローカルアラインメント」に基づく50%配列同一性は、任意の長さの2つの比較される配列の全配列のアラインメントにおいて、100ヌクレオチド長の類似性または同一性の領域が、類似性または同一性の領域において同じである残基の50%を有することを意味する。
本明細書における目的に関しては、配列同一性は、各供給元によって確立されたデフォルトギャップペナルティを用いて使用される標準的なアラインメントアルゴリズムプログラムによって判定することができる。ギャッププログラムに関するデフォルトパラメーターは、(1)Schwartz and Dayhoff, eds., Atlas of Protein Sequence and Structure, National Biomedical Research Foundation, pp. 353-358 (1979)に記載されるようなGribskov et al. (1986) Nucl. Acids Res. 14: 6745の単項比較(unary comparison)マトリックス(同一性に関する1および非同一性に関する0の値を含む)および重みづけ比較マトリックス;(2)各ギャップに関するペナルティ3.0および各ギャップにおける各記号に関する追加の0.10ペナルティ;および(3)末端ギャップに関するペナルティなしを含むことができる。少なくとも80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%もしくは99%「同一」、または百分率の同一性を記載する他の類似の変形である、ヌクレオチド配列を、任意の2つの核酸分子が有するか、またはアミノ酸配列を、任意の2つのポリペプチドが有するかどうかを、ローカルまたはグローバルアラインメントに基づく公知のコンピューターアルゴリズムを使用して判定することができる(例えば、多くの公知の公的に利用可能なアラインメントデータベースおよびプログラムへのリンクを提供するwikipedia.org/wiki/Sequence_alignment_softwareを参照のこと)。概して、本明細書における目的に関しては、配列同一性は、NCBI/BLAST(blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?CMD=Web&Page_TYPE=BlastHome)から入手可能なニードルマン-ウンシュグローバル配列アラインメントツール;LAlign(HuangおよびMillerアルゴリズムを実施するWilliam Pearson(Adv. Appl. Math. (1991) 12:337-357)));およびdeepc2.psi.iastate.edu/aat/align/align.htmlにおいて利用可能なXiaoqui Huangからのプログラム等のグローバルアラインメントに基づいたコンピューターアルゴリズムを使用して判定される。典型的には、それぞれ比較されるポリペプチドまたはヌクレオチドの完全長配列は、グローバルアラインメントにおける各配列の完全長にわたってアラインメントされる。ローカルアラインメントは、比較される配列が実質的に同じ長さである場合に使用することもできる。
したがって、本明細書において使用する、「同一性」という用語は、被験および参照ポリペプチドまたはポリヌクレオチド間の比較またはアラインメントを表す。非限定的な一例では、「に対して少なくとも90%同一」は、参照ポリペプチドまたはポリヌクレオチドに対して90から100%の百分率同一性を指す。90%以上のレベルにおける同一性は、例示目的のために100アミノ酸またはヌクレオチドの被験および参照ポリペプチドまたはポリヌクレオチドの長さが比較されると仮定し、被験ポリペプチドまたはポリヌクレオチドにおいてアミノ酸またはヌクレオチドの10%(すなわち、100のうち10個)以下が参照ポリペプチドのものとは異なるという事実の指標である。同様の比較を被験および参照ポリヌクレオチド間で行うことができる。このような差異は、アミノ酸配列の全長にわたって無作為に分布する点突然変異として表すことができるか、またはこれらは、最大の許容可能な、例えば、10/100アミノ酸相違(約90%同一性)までの様々な長さの1つまたは複数の位置においてクラスター化することができる。相違は、アミノ酸残基の欠失または切断に起因する場合もある。相違は、核酸またはアミノ酸置換、挿入または欠失として定義される。比較される配列の長さに応じて、約85~90%を超える相同性または同一性のレベルにおいて、結果はプログラムおよびギャップパラメーターセットとは無関係な場合があり;そのような高レベルの同一性は、容易に評価することができ、ソフトウェアを頼らないことが多い。
本明細書において使用する、「疾患または障害」は、原因または状態に起因する有機体における病理学的状態を指し、それらとしては、これらに限定されないが、感染、後天的状態、遺伝的状態を含み、同定可能な症状によって特徴付けられる。
本明細書において使用する、疾患または状態を呈する対象を「処置する」は、対象の症状が部分的にまたは全体的に軽減されるか、または依然として処置後の変化がないままを意味する。
本明細書において使用する処置は、疾患または障害の症状を回復させる任意の効果を指す。処置は、予防、治療法および/または治癒を包含する。処置は、任意の免疫刺激性細菌または本明細書において提供される組成物の任意の薬学的使用も包含する。
本明細書において使用する予防は、潜在的な疾患の阻止および/または症状の悪化もしくは疾患の進行の阻止を指す。
本明細書において使用する、「阻止」または予防、およびこれらの文法上等価の形態は、疾患または状態を発症するリスクまたは可能性を減少させる方法を指す。
本明細書において使用する「薬学的に有効な薬剤」は、任意の治療剤または生物活性薬剤を含み、それとしては、これらに限定されないが、例えば、麻酔剤、血管収縮剤、分散化剤、ならびに小分子薬物および治療用タンパク質を含む従来の治療薬剤を含む。
本明細書において使用する「治療効果」は、対象の処置に起因する効果であって、疾患もしくは状態の症状を変更するか、典型的には改善するかもしくは回復させるか、または疾患もしくは状態を治癒する効果を意味する。
本明細書において使用する、「治療有効量」または「治療有効用量」は、対象に投与した後に治療効果を生成するのに少なくとも十分である、薬剤、化合物、材料、または化合物を含む組成物の量を指す。したがって、それは、疾患または障害の症状を阻止、治癒、回復、停止または部分的に停止するために必要な量である。
本明細書において使用する、「治療有効性」は、薬剤、化合物、材料、または化合物を含む組成物が投与されている対象において治療効果を生成する、薬剤、化合物、材料、または化合物を含む組成物の能力を指す。
本明細書において使用する、「予防有効量」または「予防有効用量」は、対象に投与したときに、意図される予防効果、例えば、疾患または症状の発病または再発の阻止または遅延、疾患または症状の発病または再発の可能性の低下、またはウイルス感染の発生の低下を有するであろう、薬剤、化合物、材料、または化合物を含む組成物の量を指す。最大予防効果は、1回の用量を投与することによって必ずしも生じることはなく、一連の用量を投与した後にのみ生じる場合がある。したがって、予防有効量は、1回または複数回投与で投与される場合がある。
本明細書において使用する、医薬組成物または他の治療剤の投与による等、処置による特定の疾患または障害の症状の改善は、永続的または一時的、長期的または一過性であろうとなかろうと、組成物または治療剤の投与に起因するか、または投与と関連する場合がある症状の任意の減少を指す。
本明細書において使用する「抗がん剤」は、悪性細胞および組織に対して破壊的または毒性である任意の薬剤を指す。例えば、抗がん剤は、がん細胞を殺傷するか、または特に腫瘍もしくはがん細胞の成長を阻害するかもしくは損なわせる薬剤を含む。例示的な抗がん剤は化学療法剤である。
本明細書において使用する「治療活性」は、治療用ポリペプチドのインビボ活性を指す。概して、治療活性は、疾患または状態の処置と関連する活性である。
本明細書において使用する「対象」という用語は、ヒト等の哺乳動物を含む動物を指す。
本明細書において使用する患者は、ヒト対象を指す。
本明細書において使用する動物としては、これらに限定されないが、ヒト、ゴリラおよびサルを含む霊長目;マウスおよびラット等の齧歯動物;ニワトリ等の家禽;ヤギ、ウシ、シカ、ヒツジ等の反芻動物;ブタおよび他の動物等の任意の動物がある。非ヒト動物は、検討される動物としてヒトを除外する。本明細書において提供されるポリペプチドは、任意の原料、動物、植物、原核生物および真菌からのものである。大部分のポリペプチドは、哺乳動物起源を含む動物起源のものである。
本明細書において使用する「組成物」は、任意の混合物を指す。それは、溶液、懸濁液、液体、粉末、ペースト、水性、非水性またはこれらの任意の組合せとすることができる。
本明細書において使用する「組合せ」は、2つ以上のアイテムの間のまたはそれらのうちの任意の関連性を指す。組合せは、2つの組成物または2つの回収物等の2つ以上の個別のアイテム、2つ以上のアイテムの単一の混合物等のこれらの混合物、またはこれらの任意の変形物とすることができる。組合せのエレメントは、全般的に、機能的に関連または関係する。
本明細書において使用する組合せ療法は、2つ以上の異なる治療物質を投与することを指す。異なる治療薬剤を、個別に、連続的に、間欠的に提供し、投与することができるか、または単一の組成物で提供することができる。
本明細書において使用するキットは、これらに限定されないが、生物学的活性または特性の活性化、投与、診断、および評価を含む目的のために包装された組合せであり、追加の試薬、および組合せまたはこれらのエレメントを使用するための取扱説明書等の他のエレメントを含んでいてもよい。
本明細書において使用する「単位用量形態」は、ヒトおよび動物対象に好適な物理的に個別の単位を指し、当技術分野において公知であるように個々に包装される。
本明細書において使用する「単回投薬量製剤」は、直接投与するための製剤を指す。
本明細書において使用する複数回用量製剤は、複数回用量の治療薬剤を含む製剤を指し、直接投与し、いくつかの単回用量の治療薬剤を提供することができる。用量は、分、時間、週、日または月単位にわたって投与することができる。複数回用量製剤は、用量調整、用量プールおよび/または用量分割を可能にすることができる。複数回用量製剤は、経時的に使用されるため、これらは、微生物の成長を阻止するために1つまたは複数の保存剤を一般的に含む。
本明細書において使用する「製造品」は、製造され、販売される製品である。本出願を通して使用されるこの用語は、包装品中に含まれる本明細書において提供される組成物いずれも包含することを意図する。
本明細書において使用する「流体」は、流動することができる任意の組成物を指す。したがって、流体は、半固形、ペースト、溶液、水性混合物、ゲル、ローション、クリームおよび他のそのような組成物の形態である組成物を包含する。
本明細書において使用する、単離されたもしくは精製されたポリペプチドもしくはタンパク質(例えば、単離された抗体またはその抗原結合性断片)、またはこれらの生物学的活性部分(例えば、単離された抗原結合性断片)は、細胞材料またはタンパク質に由来する細胞もしくは組織からの他の夾雑タンパク質を実質的に含まないか、または化学的に合成された場合は、化学的前駆体もしくは他の化学物質を実質的に含まない。調製物は、その純度を評価するために当業者によって使用される薄層クロマトグラフィー(TLC)、ゲル電気泳動および高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)等の標準的な分析方法によって判定されるような容易に検出可能な不純物を含まないと思われる場合は、実質的に含まないこと、または更に精製すると、物質の酵素および生物学的活性等の物理的および化学的特性が変化したことが検出されないよう十分に純粋であることを判定することができる。化合物を精製し、実質的に化学的に純粋な化合物を生成するための方法は、当業者であれば公知である。しかし、実質的に化学的に純粋な化合物は、立体異性体の混合物とすることができる。そのような場合では、更に精製すると、化合物の比活性が増加する場合がある。本明細書において使用する、「細胞抽出物」または「溶解物」は、溶解されたかまたは破壊された細胞から作製される調製物またはフラクションを指す。
本明細書において使用する「対照」は、被験試料と実質的に同一である試料を指し、ただし、それは被験パラメーターを用いて処置されないか、またはそれが血漿試料である場合、目的の状態に罹患していない健常ボランティアからとすることができる。対照は内部対照とすることもできる。
本明細書において使用する、単数形の「a」、「an」および「the」は、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数形の指示対象を含む。したがって、例えば、「an immunoglobulin domain」を含むポリペプチドに対する言及は、免疫グロブリンドメイン(immunoglobulin domain)のうちの1つまたは複数のポリペプチドを含む。
本明細書において使用する「または」という用語は、代替物のみを指すことが明確に示されないかまたは代替が相互排他的ではない限り、「および/または」を意味するために使用される。
本明細書において使用する範囲および量は、「約」特定の値または範囲として表すことができる。約は、正確な量も含む。したがって「約5つのアミノ酸」は、「約5つのアミノ酸」、また「5つのアミノ酸」を意味する。
本明細書において使用する、「任意選択の(optional)」または「してもよい(optionally)」は、その後に記載される事象または状況が起こるかまたは起こらないこと、および説明が前記事象または状況が起こる場合および起こらない場合を含むことを意味する。例えば、変異体であってもよい部分は、一部が変異体または非変異体であることを意味する。
本明細書において使用する、任意の保護基、アミノ酸および他の化合物に関する略語は、特に指示がない限り、それらの一般的な使用、認識される略語、またはIUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclatureに従う(Biochem. (1972) 11 (9) : 1726 - 1732を参照のこと)。
開示を明確にするためにかつ限定の目的ではなく、詳細な説明を以下に続くサブセクションへ分ける。
B.免疫刺激性細菌の概説
本明細書において免疫刺激性細菌と称され、腫瘍において蓄積しおよび/または複製し、処置される対象においてRNAが発現すると同時に、その阻害、抑制またはサイレンシングが腫瘍療法をもたらす遺伝子を標的とする設計shRNAおよび設計マイクロRNA等の阻害性RNAをコードする改変細菌が提供される。改変のための細菌の菌株は、治療的使用にいずれも好適である。本明細書において提供される改変された免疫刺激性細菌は、がんを処置するための使用のためのものおよび方法のためのものである。細菌は、そのような使用および方法のために改変される。
本明細書において提供される免疫刺激性細菌は、それらの炎症応答を弱毒化するように細菌性遺伝子を欠失または改変することによって改変され、かつ細菌を用いて処置された宿主における抗腫瘍免疫応答を強化するように改変される。例えば、宿主内でチェックポイント遺伝子を阻害するRNAiをコードするプラスミドは、細菌に含まれ、細菌はアデノシン栄養要求性とすることができる。細菌に対する炎症応答の弱毒化は、TNF-アルファを宿主内で減少させ、および/またはフラジェリン遺伝子をノックアウトするmsbB遺伝子を欠失させることによってもたらすことができる。細菌は、例えば、宿主免疫チェックポイントを標的とするRNAiをコードするプラスミドを追加することによって、かつCpGを有する核酸を追加することによって宿主抗腫瘍活性を刺激するように改変される。
細菌菌株は、弱毒化菌株、または標準的な方法によって弱毒化された、または本明細書において提供される改変によって、定着するためのそれらの能力が、免疫特権組織および器官、特に免疫および固形腫瘍を含む腫瘍細胞に主に制限されるという点で弱毒化された菌株とすることができる。細菌としては、これらに限定されるものではないが、例えば、サルモネラ属、シゲラ属、リステリア属、E.コリ、およびビフィドバクテリウム属の菌株がある。例えば、菌種としては、シゲラ・ソンネイ、シゲラ・フレクスネリ、シゲラ・ディセンテリアエ、リステリア・モノサイトゲネス、サルモネラ・ティフィ、サルモネラ・ティフィムリウム、サルモネラ・ガリナルム、およびサルモネラ・エンテリティディスがある。他の好適な細菌菌種としては、リケッチア属、クレブシエラ属、ボルデテラ属、ナイセリア属、アエロモナス属、フランシセラ属、コリネバクテリウム属、シトロバクター属、クラミジア属、ヘモフィルス属、ブルセラ属、マイコバクテリウム属、マイコプラズマ属、レジオネラ属、ロドコッカス属、シュードモナス属、ヘリコバクター属、ビブリオ属、バチルス属、およびエリジペロスリックス属がある。例えば、リケッチア・リケッチアエ、リケッチア・プロワゼキイ、リケッチア・ツツガムシ、リケッチア・モーセリ、リケッチア・シビリカ、ボルデテラ・ブロンキセプティカ、ナイセリア・メニンギティディス、ナイセリア・ゴノロエアエ、アエロモナス・オイクレノフィラ、アエロモナス・サルモニシダ、フランシセラ・ツラレンシス、コリネバクテリウム・シュードツベルクロシス、シトロバクター・フレウンディイ、クラミジア・ニューモニアエ、ヘモフィルス・ソムヌス、ブルセラ・アボルツス、マイコバクテリウム・イントラセルラレ、レジオネラ・ニューモフィラ、ロドコッカス・エクイ、シュードモナス・アエルギノサ、ヘリコバクター・ムステラエ、ビブリオ・コレラエ、バチルス・スブティリス、エリジペロスリックス・ルシオパチアエ、エルシニア・エンテロコリティカ、ロシャリメア・クインタナ、およびアグロバクテリウム・ツメルファシウムがある。
細菌は、免疫特権組織もしくは器官もしくは環境、栄養素もしくは栄養要求性である他の分子を提供する環境、および/または細菌の侵入および複製のための環境を提供する複製細胞を含む環境への拡散、遊走および走化性を含む1つまたは複数の特性に基づき蓄積する。本明細書において提供されるそのような治療法をもたらす免疫刺激性細菌および菌種としては、サルモネラ属、リステリア属、およびE.コリの菌種がある。細菌は、その発現が、標的とする遺伝子の発現を阻害するかまたは遮断する、1つまたは複数のショートヘアピン型(sh)RNAコンストラクト(複数可)、または他のRNAiモダリティをコードするプラスミドを含む。shRNAコンストラクトは、RNAポリメラーゼ(RNAP)IIまたはIIIプロモーター等の真核生物プロモーターの制御下で発現される。典型的には、RNAP III(POLIIIとも称される)プロモーターは構成的であり、RNAP II(POLIIとも称される)は調節される場合がある。一部の例では、shRNAは遺伝子TREX1を標的とし、その発現を阻害する。一部の実施形態では、プラスミドは、PD-L1、VISTA、SIRPα、CTNNB1、TGF-ベータ、および/またはVEGFおよび当業者であれば公知のその他のものを阻害するためのshRNA等の、2つ以上のチェックポイント遺伝子を阻害するshRNAまたはマイクロRNA等の複数のRNAi分子をコードする。複数のshRNAがコードされる場合、各発現は、異なるプロモーターの制御下にある。
本明細書において提供される細菌の中の1つは、それらがアデノシン栄養要求性であるように改変された細菌である。これは、プリン合成、代謝、または輸送に関与する遺伝子の改変または欠失によって達成することができる。例えば、サルモネラ・ティフィ等のサルモネラ属菌種におけるtsx遺伝子を破壊すると、アデノシン栄養要求性が得られる。アデノシンは免疫抑制性であり、腫瘍において高濃度に蓄積し;細菌が、アデノシンが豊富である組織において選択的に複製するため、アデノシン栄養要求性は、細菌の抗腫瘍活性を改善する。
それらが欠陥asd遺伝子を有するように改変された細菌も提供される。インビボで使用するためのこれらの細菌は、導入されるプラスミド上に機能的なasd遺伝子の保有を含むように改変され;これは、抗生物質ベースのプラスミドを維持/選択する系は必要とされないようにプラスミドに関する選択を維持する。プラスミド上に機能的なasd遺伝子を含まず、したがって宿主内で自己溶解するように遺伝子操作されるasd欠陥菌株の使用も提供される。
それらが鞭毛を産生できないように改変された細菌も提供される。これは、フラジェリンサブユニットをコードする遺伝子の欠失を用いて細菌を改変することによって達成することができる。フラジェリンが無い改変細菌は、炎症性が低く、したがって優れた耐容性を示し、より強力な抗腫瘍応答を誘導する。
食細胞細胞におけるプラスミドデリバリーを改善するリステリオリジンOを生成するように改変された細菌も提供される。
低コピーのCpG含有プラスミドを保有するように改変された細菌も提供される。プラスミドは、他の改変およびRNAiを更に含むことができる。
細菌がサルモネラ属菌種である場合に、毒性SPI-1(サルモネラ属病原性アイランド-1)遺伝子の発現が少なくなるような様式で成長するように、細菌を改変することもできる。サルモネラ属では、ビルレンス、侵入、生存、および腸外拡散の原因となる遺伝子は、サルモネラ属病原性アイランド(SPI)に位置する。
細菌は、PD-L1もしくはTREX1のみ、またはTREX1および第2の免疫チェックポイントのうちの1つまたは複数等のチェックポイントを阻害する、shRNAまたはマイクロRNA等のRNAiをコードするプラスミドを含む。細菌は、プラスミドを維持する選択、特に抗生物質なしで菌株を調製するための選択を含む、他の望ましい特徴のために更に改変することができる。免疫刺激性細菌は、抗腫瘍治療用ポリペプチドおよび薬剤を含む治療用ポリペプチドをコードしてもよい場合がある。
本明細書において提供される免疫刺激性細菌の例示的なものは、サルモネラ属の菌種である。本明細書において記載するような改変のための細菌の例示的なものは、菌株YS1646(ATCCカタログ#202165;国際公開第99/13053号も参照のこと、VNP20009とも称される)等の、サルモネラ・ティフィムリウムの遺伝子操作された菌株であり、これはasd遺伝子ノックアウトおよび抗生物質不使用プラスミド維持を相補するように遺伝子操作されたプラスミドである。
アデノシン栄養要求性が付与された改変免疫刺激性細菌菌株が、ヒト等の対象に投与するために製剤化され、腫瘍およびがんを処置する方法において使用するためのそのような菌株を含む医薬組成物として、本明細書において提供される。
本明細書において提供される遺伝子操作された免疫刺激性細菌は、冷たい腫瘍の免疫再活性化を誘導するように、かつ腫瘍抗原特異的免疫応答を促進するように複数の相乗的モダリティを含み、同時に腫瘍が恒久的な抗腫瘍免疫を破壊し、回避するために利用する免疫チェックポイント経路を阻害する。アデノシン栄養要求性を介して改善された腫瘍標的化、および強化された血管破壊によって、潜在力が改善され、同時に炎症が局在化され、他の免疫療法モダリティを用いて観察された全身性サイトカイン曝露および自己免疫毒性が制限される。そのように改変された細菌の例示的なものは、S.ティフィムリウム菌株であり、菌株YS1646、特にasd-菌株のそのような改変を含む。
例えば、PD-L1のshRNA介在性遺伝子遮断を提供する免疫刺激性細菌が本明細書において提供される。PD-L1を遺伝子遮断すると、腫瘍定着を改善できることがマウスにおいて示されている。例えば、PD-L1ノックアウトマウスにおけるS.ティフィムリウム感染は、野生型マウスよりも10倍高い細菌負荷につながることが示されている(Lee et al. (2010) Immunol. 185:2442-2449を参照のこと)。したがって、PD-L1は、S.ティフィムリウム感染に対して防御性である。TREX1、PD-L1の、またはPD-L1およびTREX1のRNAi介在性遺伝子をノックダウンする能力があるプラスミドを保有するS.ティフィムリウム等の免疫刺激性細菌が本明細書において提供される。このような細菌は、単一の治療法において強化されかつ持続的な抗腫瘍免疫応答をもたらす2つの独立した経路の組合せに起因する抗腫瘍効果を提供する。
C.がん免疫療法
腫瘍微小環境(TME)内で認められる免疫抑制性環境は、腫瘍を発症し、進行させるドライバーである。がんは、免疫系が腫瘍の制御および封じ込めを失敗した後に出現する。複数の腫瘍特異的な機序が腫瘍環境を作り出し、免疫系は、それらを除去する代わりに腫瘍およびそれらの細胞の許容を示さざるを得ない。がん免疫療法の目標は、腫瘍を削除する免疫系の自然の能力を助けることである。微生物感染と関連する急性の炎症は、何世紀にもわたる観察に基づいた腫瘍の自然消失に関連している。
1.免疫療法
いくつかの臨床的ながん免疫療法は、抗腫瘍免疫に対する免疫抑制のバランスを混乱させることが求められている。IL-2およびIFN-α等のサイトカインを直接投与することを介して免疫を刺激するための戦略では、少数の患者において中程度の臨床応答が認められ、同時に重篤な全身性炎症関連毒性が誘導されてきた(Sharma et al. (2011) Nat Rev Cancer 11:805-812)。免疫系は、T細胞上のプログラム細胞死タンパク質1(PD-1)の上方調節、および抗原提示細胞(APC)上と腫瘍細胞上の両方で発現されるその同族リガンドであるプログラム死リガンド1(PD-L1)に対するその結合等の自己免疫を制限するためにいくつかのチェックおよびバランスを進化させてきた。PD-L1がPD-1へ結合すると、CD8+T細胞シグナル伝達経路に干渉し、CD8+T細胞の増殖およびエフェクター機能を損なわせ、T細胞寛容を誘導する。PD-1およびPD-L1は、多数の阻害性「免疫チェックポイント」のうちの2つの例であり、これらは免疫応答を下方調節することによって機能する。他の阻害性免疫チェックポイントとしては、細胞毒性T-リンパ球関連タンパク質4(CTLA-4)、シグナル調節タンパク質α(SIRPα)、T細胞活性化のV-ドメインIgサプレッサー(VISTA)、プログラム死リガンド2(PD-L2)、インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ(IDO)1および2、リンパ球活性化遺伝子3(LAG3)、ガレクチン-9、IgおよびITIMドメインを有するT細胞免疫受容体(TIGIT)、T細胞免疫グロブリンおよびムチンドメイン含有3(TIM-3、A型肝炎ウイルス細胞受容体2(HAVCR2)としても公知である)、ヘルペスウイルス侵入メディエーター(HVEM)、CD39、CD73、B7-H3(CD276としても公知である)、B7-H4、CD47、CD48、CD80(B7-1)、CD86(B7-2)、CD155、CD160、CD244(2B4)、B-およびT-リンパ球アテニュエーター(BTLA、またはCD272)およびがん胎児性抗原関連細胞接着分子1(CEACAM1、またはCD66a)がある。
抗PD-1(例えば、ペンブロリズマブ、ニボルマブ)および抗PD-L1(例えば、アテゾリズマブ、アベルマブ、デュルバルマブ)等の免疫チェックポイントをブロックするように設計された抗体は、T細胞アネルギーを阻止し、免疫寛容を破壊することを恒久的に成功した。処置された患者のうちのほんの一部、および自己免疫関連毒性を示すことが多いもののみで、臨床的利点が実証されている(例えば、Ribas (2015) N Engl J Med 373:1490-1492;Topalian et al. (2012) N Engl J Med 366:3443-3447を参照のこと)。これは、より効果的でありかつ毒性が少ない本明細書において提供される治療法の必要性に関する更なるエビデンスである。
別のチェックポイントブロック戦略は、CD80またはCD86等のAPC上の共刺激受容体へ結合し、それを阻害し、同じ受容体に結合するが親和性がより低い共刺激クラスター分化28(CD28)に勝つ(out-competing)、T細胞上のCTLA-4の誘導を阻害する。これは、CD28からの刺激性シグナルをブロックし、同時にCTLA-4からの阻害性シグナルを伝達し、T細胞活性化を阻止する(Phan et al.(2003) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100:8372-8377を参照のこと)。抗CTLA-4療法(例えば、イピリムマブ)は、一部の患者では臨床的成功および耐久性を示し、一方で更に高い重度の免疫関連有害事象の発生を示している(例えば、Hodi et al. (2010) N Engl J Med 363:711-723;Schadendorf et al. (2015) J. Clin. Oncol. 33:1889-1894を参照のこと)。腫瘍は、抗免疫チェックポイント抗体に対する抵抗性を発展させていることも示されており、より恒久的な抗がん療法の必要性が強調され、本明細書において提供される。
2.養子免疫療法
冷たい腫瘍を再活性化し、より免疫原性になるようにするための試みにおいては、養子細胞療法(ACT)として公知であるある種の免疫療法は、免疫細胞を利用し、抗腫瘍活性を有するようにそれらを再プログラムする様々な戦略を包含する(Hinrichs et al. (2011) Immunol. Rev. 240:40-51)。樹状細胞ベースの治療法は、更なる免疫刺激特性を有する遺伝子操作された樹状細胞(DC)を導入する。これらの治療法は、がんに対する免疫寛容を破壊することができないために成功していない(例えば、Rosenberg et al. (2004) Nat. Med. 12:1279を参照のこと)。DCリクルートメントを刺激するために、内因性腫瘍抗原および顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)を含む全体が照射された腫瘍細胞を使用する、GVAXとして公知の方法は、腫瘍寛容を破壊するための能力が無いために同様に臨床においてできない(Copier et al. (2010) Curr. Opin. Mol. Ther. 12:647-653)。個別の自家細胞ベース療法であるシプロイセル-T(Provenge)は、去勢抵抗性前立腺がんに対して2010年にFDA承認された。それは、患者から採取されたAPCを利用し、前立腺酸性ホスファターゼ(PAP)抗原を発現するように再武装し、T細胞応答を刺激し、次いでリンパ切除後に再導入される。残念ながら、その広範な採用は、観察される客観的奏効率が低く、かつコストが高いことによって制限されており、その使用は、前立腺がんの初期段階のみに限定される(Anassi et al. (2011) P T. 36(4):197-202)。同様に、自家T細胞療法(ATC)は、患者自身のT細胞を採取し、それらをエクスビボで再活性化し、腫瘍寛容を克服し、次いでそれらをリンパ切除後に患者へ再導入する。ATCの臨床的成功は限定され、黒色腫においてのみであり、同時に重大な安全性および実行可能性の問題が生じ、これらがその有用性を限定する(Yee et al. (2013) Clin. Cancer Res. 19:1-3)。
キメラ抗原受容体T細胞(CAR-T)療法は、T細胞受容体と抗体Ig可変細胞外ドメインとの間に融合タンパク質を発現するように遺伝子再操作されている、患者から採取されたT細胞である。これは、活性T細胞の細胞溶解性特性と共に抗体の抗原認識特性を与える(Sadelain (2015) Clin. Invest. 125:3392-400)。成功は、致死的な免疫関連有害事象という代償を払って、B細胞および造血悪性腫瘍に限定されている(Jackson et al. (2016) Nat. Rev. Clin. Oncol. 13:370-383)。腫瘍は、突然変異し、CD19(Ruella et al., (2016) Comput Struct Biotechnol J. 14: 357-362)およびEGFRvIII(O'Rourke et al. (2017) Sci Transl Med. Jul 19; 9:399)を含む標的抗原による認識を避け、その結果、免疫からの逃避を促進する場合もある。更に、CAR-T治療法は承認されており、血液悪性腫瘍の背景において承認されており、固形腫瘍を処置するための実行可能性に関する重大なハードルに面し:固形腫瘍微小環境の高度な免疫抑制性特質を克服している。現存するCAR-T治療法に対していくつかの追加の改変が必須となり、固形腫瘍に対する実行可能性を潜在的に提供するであろう(Kakarla、et al. (2014) Cancer J. Mar-Apr; 20(2): 151-155)。CAR-Tの安全性が顕著に改善され、それらの有効性が固形腫瘍へ拡大された場合、これらの大きな労働力を要する治療法と関連する実行可能性およびコストが、それらの幅広い採用を制限し続けることになる。
3.がんワクチンおよび腫瘍崩壊性ウイルス
冷たい腫瘍は、T細胞および樹状細胞(DC)の浸潤が無く、T細胞非炎症性である(Sharma et al. (2017) Cell 9; 168(4):707-723)。冷たい腫瘍を再活性化し、より免疫原性にするための試みにおいては、別の種類の免疫療法で、腫瘍において自然にまたは工学に基づき蓄積することができる微生物が利用される。これらは、免疫系を刺激し、腫瘍抗原を発現し、その結果、免疫系を活性化および再プログラミングし、腫瘍を拒絶するように設計されたウイルスを含む。ウイルスベースのがんワクチンは、ウイルス性ベクター自体に対する既存のまたは後天的な免疫、ならびに腫瘍抗原を提示するのに十分な免疫原性の欠如を含むいくつかの因子のために臨床的に大きく失敗している(Larocca et al. (2011) Cancer J. 17(5):359-371)。APCの適正なアジュバント活性化が無いことも、DNAワクチン等の他の非ウイルス性ベクターがんワクチンの妨げになる。対照的に、腫瘍崩壊性ウイルスは、健常組織よりも分裂腫瘍細胞において優先的に複製しようとし、するとその後の腫瘍細胞溶解が、免疫原性の腫瘍細胞死および更なるウイルス性播種をもたらす。腫瘍崩壊性ウイルスのタリモジェンラヘルパレプベク(T-VEC)は、改変単純ヘルペスウイルスをDCリクルーティングサイトカインGM-CSFと組み合わせて使用しており、転移性の黒色腫に関してFDA承認されている(Bastin et al. (2016) Biomedicines 4(3):21)。一部の黒色腫患者における臨床的利点と、他の免疫療法よりも免疫毒性が少ないことが実証されたが、腫瘍内投与経路および製造条件が制限され、ならびに遠位腫瘍有効性および他の腫瘍タイプに対する幅広い適用が欠如している。とりわけ、パラミクソウイルス、レオウイルスおよびピコナウイルスを利用したもの等の他の腫瘍崩壊性ウイルス(OV)ベースのワクチンでは、全身性抗腫瘍免疫の誘導において類似の制限が認められる(Chiocca et al. (2014) Cancer Immunol. Res. 2(4):295-300)。腫瘍崩壊性ウイルスの全身投与は、ユニークな課題を示す。IV投与の場合、ウイルスは急速に希釈され、したがって高力価が必要とされ、それが肝毒性をもたらすことがある。更に、既存の免疫が存在する場合、ウイルスは血液中で急速に中和され、そして後天的な免疫が反復投薬を制限する(Maroun et al. (2017) Future Virol. 12(4):193-213)。
ウイルスベースのワクチンベクターおよび腫瘍崩壊性ウイルスが制限される中で、最も大きい制限は、ウイルス自体である場合がある。ウイルス抗原は、腫瘍抗原と比較して著しく高い親和性をヒトT細胞受容体(TCR)に対して有する(Aleksic et al. (2012) Eur J Immunol. 42(12):3174-3179)。更に活性が高いAPCの表面上にMHC-1によってウイルス性ベクター抗原と同時に提示される腫瘍抗原は、TCRへの結合に関する競合に勝ち、抗原特異的抗腫瘍免疫が非常に低くなるであろう。高親和性T細胞エピトープをそれ自体は付与しない本明細書において提供する腫瘍標的化免疫刺激性ベクターは、これらの制限を回避することができる。
D.細菌によるがん免疫療法
1.細菌療法
細菌が抗がん活性を有するという認識は、何名かの医師が、ストレプトコッカス・ピオゲネス(Streptococcus pyogenes)に感染した患者において腫瘍の退行を観察したときの1800年代にさかのぼる。William Coleyは、末期のがんの処置に対して細菌を利用して研究を最初に開始し、S.ピオゲネス(S.pyogenes)およびセラチア・マルセセンス(Serratia marcescens)から構成されるワクチンを開発し、肉腫、がん腫、リンパ腫および黒色腫を含む様々ながんの処置に使用するのに成功した。その後、クロストリジウム属(Clostridium)、マイコバクテリウム属、ビフィドバクテリウム属(Bifidobacterium)、L.モノサイトゲネス等のリステリア属、およびエシェリキア属(Escherichia)の菌種を含むいくつかの細菌が、抗がんワクチンの原料として研究されている(例えば、国際公開第1999/013053号;国際公開第2001/025399号;Bermudes et al. (2002) Curr. Opin. Drug Discov. Devel. 5:194-199;Patyar et al. (2010) Journal of Biomedical Science 17:21;Pawelek et al. (2003) Lancet Oncol.4:548-556を参照のこと)。
細菌は、動物およびヒト細胞に感染することができ、一部は細胞の細胞質ゾルへDNAをデリバリーする自然の能力を有し、これらは、遺伝子療法のための候補ベクターである。細菌は、経口で投与することができるため治療法にも好適であり、これらは、インビトロおよびインビボで容易に繁殖し、凍結乾燥された状態で貯蔵し、輸送することができる。細菌の遺伝学的特質は容易に操作され、多数の菌株に関する完全ゲノムは完全に特徴付けられている(Felgner et al. (2016) mbio 7(5):e01220-16)。結果的に、サイトカイン、血管新生阻害剤、毒素およびプロドラッグ変換酵素をコードするものを含む細菌が使用され、様々な遺伝子をデリバリーし、発現している。例えば、サルモネラ属を使用し、免疫刺激分子様IL-18(Loeffler et al. (2008) Cancer Gene Ther. 15(12):787-794)、LIGHT(Loeffler et al. (2007) PNAS 104(31):12879-12883)、およびFasリガンド(Loeffler et al. (2008) J. Natl. Cancer Inst. 100:1113-1116)を腫瘍において発現している。また、細菌ベクターは、ウイルス性ベクターより安価であり、生成が容易であり、必要に応じて抗生物質によって素早く削除することができるため、細菌性デリバリーはウイルス性デリバリーよりも好ましく、より安全な代替物となる。
しかし、使用するためには、菌株自体が病原性であってはならず、または治療剤として使用するために改変した後は病原性ではない。例えば、がんの処置において、治療用細菌菌株は、弱毒化されるか、または十分に非毒性にされ、その結果、全身性疾患および/または敗血症ショックをもたらさないが、いくらかのレベルの感染力を依然として維持し、腫瘍に効果的に定着しなければならない。遺伝子改変された細菌は、直接的な腫瘍形成効果を誘導するためにおよび/または腫瘍形成分子をデリバリーするように抗腫瘍薬剤として使用されることが記載されている(Clairmont, et al. (2000) J. Infect. Dis. 181:1996-2002;Bermudes, D. et al. (2002) Curr. Opin. Drug Discov. Devel. 5:194-199;Zhao, M. et al. (2005) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102:755-760;Zhao, M. et al. (2006) Cancer Res. 66:7647-7652)。これらの中の1つは、バイオ工学によって作られたサルモネラエンテリカセロバーティフィムリウム(S.ティフィムリウム)の菌株である。これらの細菌は、腫瘍において、健常組織よりも優先的には1,000倍超えで多く蓄積し、腫瘍組織において均質に分散する(Pawelek, J. et al. (1997) Cancer Res. 57:4537-4544;Low, K. B. et al. (1999) Nat. Biotechnol. 17:37-41)。優先的な複製は、細菌が腫瘍内に様々な抗がん治療薬剤を高濃度で直接生成し、デリバリーすることを可能にし、同時に健常組織に対する毒性を最小限にする。これらの弱毒化細菌は、i.v.投与したときにマウス、ブタ、およびサルにおいて安全であり(Zhao, M. et al. (2005) Proc Natl Acad Sci USA 102:755-760;Zhao, M. et al. (2006) Cancer Res 66:7647-7652;Tjuvajev J. et al. (2001) J. Control Release 74:313-315;Zheng, L. et al. (2000) Oncol. Res. 12:127-135)、ある特定の弱毒化サルモネラ属生存菌株は、ヒト臨床試験において経口投与後に良好な耐容性を示すことが示されている(Chatfield, S. N. et al. (1992) Biotechnology 10:888-892;DiPetrillo, M. D. et al. (1999) Vaccine 18:449-459;Hohmann, E. L. et al. (1996) J. Infect. Dis. 173:1408-1414;Sirard, J. C. et al. (1999) Immunol. Rev. 171:5-26)。S.ティフィムリウム phoP/phoQオペロンは、膜関連センサーキナーゼ(PhoQ)および細胞質転写レギュレーターから構成される典型的な細菌2構成成分調節性系である(PhoP: Miller、S. I. et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86:5054-5058;Groisman、E. A. et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 7077-7081)。PhoP/phoQはビルレンスに必須であり、その欠失は、マクロファージにおけるこの細菌の低い生存およびマウスおよびヒトにおける顕著な弱毒化をもたらす(Miller, S. I. et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86:5054-5058;Groisman, E. A. et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 7077-7081;Galan, J. E. and Curtiss, R. III. (1989) Microb Pathog 6:433-443;Fields, P. I. et al. (1986) Proc Natl Acad Sci USA 83:189-193)。PhoP/phoQ欠失菌株は、効果的なワクチンデリバリー媒体として用いられている(Galan, J. E. and Curtiss, R. III. (1989) Microb Pathog 6:433-443;Fields, P. I. et al. (1986) Proc Natl Acad Sci USA 83:189-193;Angelakopoulos, H. and Hohmann, E. L. (2000) Infect Immun 68:213-241)。弱毒化サルモネラ属は、殺腫瘍性タンパク質の標的化デリバリーのために使用されている(Bermudes, D. et al. (2002) Curr Opin Drug Discov Devel 5:194-199;Tjuvajev J. et al. (2001) J Control release 74:313-315)。
細菌ベースのがん療法剤は、臨床的利点が制限されることが実証されている。クロストリジウム・ノビイ(Clostridium novyi)(Dang et al. (2001) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98(26):15155-15160;米国特許出願公開第2017/0020931号、同第2015/0147315号;米国特許第7,344,710;同第3,936,354号)、マイコバクテリウム・ボビス(Mycobacterium bovis)(米国特許出願公開第2015/0224151号;同第2015/0071873号)、ビフィドバクテリウム・ビフィドゥム(Bifidobacterium bifidum)(Kimura et al. (1980) Cancer Res. 40:2061-2068)、ラクトバチルス・カゼイ(Lactobacillus casei)(Yasutake et al. (1984) Med Microbiol Immunol. 173(3):113-125)、リステリア・モノサイトゲネス(Le et al. (2012) Clin. Cancer Res. 18(3):858-868;Starks et al. (2004) J. Immunol. 173:420-427;米国特許出願公開第2006/0051380号)およびエシュリキア・コリ(Escherichia coli)(米国特許第9,320,787号)を含む様々な細菌菌種が、抗がん療法剤に可能な薬剤として研究されている。
例えばバチルスカルメットゲラン(Bacillus Calmette-Guerin)(BCG)菌株は、ヒトにおける膀胱がんの処置のために承認されており、膀胱内化学療法剤より効果的であり、一次処置として使用されることが多い(Gardlik et al. (2011) Gene therapy 18:425-431)。別のアプローチは、マウスにおいて腫瘍抗原を発現するために強力なCD8+T細胞初回抗原刺激を誘導することができる弱毒化細胞内生存細菌のリステリア・モノサイトゲネスを利用する(Le et al. (2012) Clin. Cancer Res. 18(3):858-868)。腫瘍抗原のメソテリンを組み込んだリステリア属ベースのワクチンと、同種異系膵臓がんベースのGVAXワクチンとのプライムブーストアプローチでの臨床試験において、GVAXワクチン単独で処置された患者に関する3.9ヶ月の生存中央値に対し、進行した膵臓がんを呈する患者において6.1ヶ月の生存中央値が認められた(Le et al. (2015) J. Clin. Oncol. 33(12):1325-1333)。これらの結果は、大規模第2b相研究において再現されず、メソテリン等の低親和性自己抗原に免疫を誘導するための試みが困難であることをおそらく示している。
細菌菌株は、TREX1および/またはPD-L1を阻害するかまたは遮断するshRNAおよびマイクロRNA等の阻害性RNA(RNAi)、および任意選択で1つまたは複数の追加の免疫チェックポイント遺伝子を発現するために、本明細書において記載されかつ例示されるように改変することができる。菌株は、標準的な方法によって、および/または遺伝子の欠失または改変によって、および腫瘍細胞および固形腫瘍中のTME等の主に免疫特権環境においてインビボで細菌が成長できるようにする遺伝子の変更または導入によって弱毒化することができる。本明細書において記載する改変するための菌株は、例えば、シゲラ属、リステリア属、E.コリ、ビフィドバクテリウム属およびサルモネラ属の中から選択することができる。例えば、シゲラ・ソンネイ、シゲラ・フレクスネリ、シゲラ・ディセンテリアエ、リステリア・モノサイトゲネス、サルモネラ・ティフィ、サルモネラ・ティフィムリウム、サルモネラ・ガリナルム、およびサルモネラ・エンテリティディスがある。他の好適な細菌菌種としては、リケッチア属、クレブシエラ属、ボルデテラ属、ナイセリア属、アエロモナス属、フランシセラ属、コリネバクテリウム属、シトロバクター属、クラミジア属、ヘモフィルス属、ブルセラ属、マイコバクテリウム属、マイコプラズマ属、レジオネラ属、ロドコッカス属、シュードモナス属、ヘリコバクター属、ビブリオ属、バチルス属、およびエリジペロスリックス属がある。例えば、リケッチア・リケッチアエ、リケッチア・プロワゼキイ、リケッチア・ツツガムシ、リケッチア・モーセリ、リケッチア・シビリカ、ボルデテラ・ブロンキセプティカ、ナイセリア・メニンギティディス、ナイセリア・ゴノロエアエ、アエロモナス・オイクレノフィラ、アエロモナス・サルモニシダ、フランシセラ・ツラレンシス、コリネバクテリウム・シュードツベルクロシス、シトロバクター・フレウンディイ、クラミジア・ニューモニアエ、ヘモフィルス・ソムヌス、ブルセラ・アボルツス、マイコバクテリウム・イントラセルラレ、レジオネラ・ニューモフィラ、ロドコッカス・エクイ、シュードモナス・アエルギノサ、ヘリコバクター・ムステラエ、ビブリオ・コレラエ、バチルス・スブティリス、エリジペロスリックス・ルシオパチアエ、エルシニア・エンテロコリティカ、ロシャリメア・クインタナ、およびアグロバクテリウム・ツメルファシウムがある。免疫刺激性細菌を含む任意の公知の治療法は、本明細書において記載するように改変することができる。
2.細菌およびウイルスに対する免疫応答の比較
細菌は、ウイルスと同様、自然免疫刺激性であるという利点を有する。細菌およびウイルスは、宿主細胞パターン認識受容体(PRR)によって感知される病原体関連分子パターン(PAMP)として公知の保存構造を含むことは公知である。PRRによるPAMPの認識は、サイトカインおよびケモカインの誘導をもたらす下流シグナル伝達カスケード、および病原体クリアランスをもたらす免疫応答の開始を誘導する(Iwasaki and Medzhitov (2010) Science 327(5963):291-295)。自然免疫系にPAMPが関与する様式、および何のタイプの感染因子からかが、侵入病原体を阻止するための適切な適応免疫応答を決定する。
Toll様受容体(TLR)として公知のあるクラスのPRRは、細菌およびウイルス起源由来のPAMPを認識し、細胞内の様々なコンパートメントに位置する。TLRは、リポポリサッカライド(TLR4)、リポタンパク質(TLR2)、フラジェリン(TLR5)、DNAにおける非メチル化CpGモチーフ(TLR9)、二本鎖ストランドのRNA(TLR3)、および一本鎖ストランドのRNA(TLR7およびTLR8)を含む様々なリガンドに結合する(Akira et al. (2001) Nat. Immunol. 2(8):675-680;Kawai and Akira (2005) Curr. Opin. Immunol. 17(4):338-344)。例えば、S.ティフィムリウムの宿主監視は大部分が、TLR2、TLR4およびTLR5を通して介在される(Arpaia et al.(2011)Cell 144(5):675-688)。NF-kBの誘導を媒介するためのMyD88およびTRIFアダプター分子を介したこれらのTLRシグナルは、TNF-α、IL-6およびIFN-γ等の炎症促進性サイトカインに依存する(Pandey et. al. (2015) Cold Spring Harb Perspect Biol 7(1):a016246)。
PRRの別のカテゴリーは、nod-like受容体(NLR)ファミリーである。これらの受容体は、宿主細胞の細胞質ゾル中に常在し、細胞内PAMPを認識する。例えば、S.ティフィムリウムフラジェリンがNLRC4/NAIP5インフラマソーム経路を活性化し、カスパーゼ-1の開裂および炎症促進性サイトカインIL-1βおよびIL-18の誘導をもたらし、感染マクロファージがパイロトーシスを起こした細胞の細胞死を引き起こすことが示された(Fink et al. (2007) Cell Microbiol. 9(11):2562-2570)。
TLR2、TLR4、TLR5およびインフラマソームの関与が、細菌性クリアランスを媒介する炎症促進性サイトカインを誘導し、NF-κBドライブシグナル伝達カスケードを主に活性化し、好中球、マクロファージおよびCD4+T細胞のリクルートメントおよび活性化をもたらすが、抗腫瘍免疫に必須のDCおよびCD8+T細胞にはもたらさない(Lui et al. (2017) Signal Transduct Target Ther. 2:17023)。CD8+T細胞介在性抗腫瘍免疫を活性化するために、IRF3/IRF7依存性I型インターフェロンシグナル伝達はDC活性化に重要であり、腫瘍抗原を交差提示し、CD8+T細胞初回抗原刺激を促進する(Diamond et al. (2011) J. Exp. Med. 208(10):1989-2003;Fuertes et al. (2011) J. Exp. Med. 208(10):2005-2016)。I型インターフェロン(IFN-α、IFN-β)は、2つの個別のTLR依存性およびTLR非依存性シグナル伝達経路によって誘導されるシグネチャーサイトカインである。IFN-βを誘導するためのTLR依存性経路が、病原体のエンドサイトーシスの後に起こり、TLR3、7、8および9が、エンドソーム内の病原体由来DNAおよびRNAエレメントを検出する。TLR7および8は、ウイルス性ヌクレオシドおよびヌクレオチドを認識し、レシキモドおよびイミキモド等のこれらの合成アゴニストが臨床的に検証されている(Chi et al. (2017) Frontiers in Pharmacology 8:304)。RNase消化に抵抗するためにポリLリシンを用いて製剤化された類似体であるポリイノシンポリシチジン酸(ポリ(I:C))およびポリICLC等の合成dsRNAは、TLR3およびMDA5経路に対するアゴニストであり、IFN-βの強力なインデューサーである(Caskey et al. (2011) J. Exp. Med. 208(12):2357-66)。ウイルスおよび細菌DNAに存在するエンドソームCpGモチーフのTLR9検出も、IRF3を介してIFN-βを誘導することができる。更に、TLR4は、IRF3のMyD88非依存性TRIF活性化を介してIFN-βを誘導することが示されている(Owen et al. (2016) mBio.7:1 e02051-15)。その後、DCのTLR4活性化はI型IFNとは無関係であったため、I型IFNを介したDCを活性化するためのTLR4の能力は、生物学的に関連性がないようであることが示された(Hu et al. (2015) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112:45)。更に、TLR4シグナル伝達は、CD8+T細胞を直接的にリクルートまたは活性化することは示されていない。
TLR非依存性I型IFN経路のうちの1つは、細胞質ゾル中の一本鎖ストランド(ss)および二本鎖ストランド(ds)RNAの宿主認識によって介在される。これらは、レチノイン酸誘導性遺伝子I(RIG-I)、黒色腫分化関連遺伝子5(MDA-5)を含むRNAヘリカーゼによって、およびIRF-3転写因子のIFN-βプロモーター刺激因子1(IPS-1)アダプタータンパク質介在性リン酸化を介して感知され、IFN-βの誘導が引き起こされる(Ireton and Gale (2011) Viruses 3(6):906-919)。合成RIG-I-結合エレメントも、U6プロモーター転写開始部位におけるAAジヌクレオチド配列の形態で、一般的なレンチウイルスshRNAベクターにおいて意図せずに発見されている。その後、プラスミドにおけるその欠失が、オフターゲットのI型IFN活性化の交絡を阻止した(Pebernard et al. (2004) Differentiation. 72:103-111)。
TLR非依存性I型インターフェロン誘導経路の第2のタイプは、感染性病原体または異常な宿主細胞損傷からの細胞質ゾルdsDNAを感知するための中心メディエーターとして現在認識されている細胞質ゾルのER常在性(resident)アダプタータンパク質である、インターフェロン遺伝子刺激因子(STING)を通して介在される(Barber (2011) Immunol. Rev 243(1):99-108)。STINGシグナル伝達は、TANK結合キナーゼ(TBK1)/IRF3軸およびNF-kBシグナル伝達軸を活性化し、IFN-β、ならびに自然および適応免疫を強力に活性化する他の炎症促進性サイトカインおよびケモカインの誘導をもたらす(Burdette et al. (2011) Nature 478(7370):515-518)。STINGを介した細胞質ゾルdsDNAの感知は、宿主細胞ヌクレオチジル転写酵素であるサイクリックGMP-AMPシンターゼ(cGAS)を必要とし、dsDNAに直接的に結合し、それに応答して、サイクリックGMP-AMP(cGAMP)であるサイクリックジヌクレオチド(CDN)セカンドメッセンジャーを合成し、これがSTINGに結合し、それを活性化する(Sun et al. (2013) Science 339(6121):786-791;Wu et al. (2013) Science 339(6121):826-830)。細胞内リステリア・モノサイトゲネスから産生されるc-di-AMP等の細菌由来のCDNも、ネズミSTINGに直接的結合することができるが、5つのヒトSTING対立遺伝子のうち3つのみである。3’-3’結合を用いたホスフェート架橋によって2つのプリンヌクレオシドが接合された細菌により産生されるCDNとは異なり、哺乳動物のcGASによって合成されるcGAMPにおけるヌクレオチド間ホスフェート架橋は、非標準的な2’-3’結合によって接合される。これらの2’-3’分子は、細菌性3’-3’CDNよりも300倍高い親和性でSTINGに結合し、したがって、ヒトSTINGのより強力な生理学的リガンドである(例えば、Civril et al. (2013) Nature 498(7454):332-337;Diner et al. (2013) Cell Rep. 3(5):1355-1361;Gao et al. (2013) Sci. Signal 6(269):pl1;Ablasser et al. (2013) Nature 503(7477):530-534を参照のこと)。
ヒトにおけるcGAS/STINGシグナル伝達経路は、細菌性病原体よりもウイルス性病原体に優先的に応答するように経時的に進化している場合があり、これは、なぜ宿主腫瘍抗原を保持する細菌性ワクチンが、ヒトにおける不十分なCD8+T細胞初回抗原刺激ベクターのために作製されたかを説明することができる。従来のDCからのSTING依存性I型IFNシグナル伝達によるCD8+T細胞のTLR非依存的活性化は、ウイルスが検出される一次機序であり、STING経路が、ウイルスが不活性化されているときのみ動作する形質細胞様DCによるTLR依存性I型IFNの産生を伴う(Hervas-Stubbs et al. (2014) J Immunol. 193:1151-1161)。更に、S.ティフィムリウム等の細菌に関しては、TLR4を介したIFN-βの誘導は可能であるが、CD8+T細胞は、クリアランスまたは防御免疫を誘導もされず、必要ともしない(Lee et al. (2012) Immunol Lett. 148(2): 138-143)。S.ティフィムリウムを含む多数の細菌の菌株に関して、同一の遺伝子菌株からでさえも生理学的に適切なCD8+Tエピトープが無いことは、細菌性ワクチン開発と感染後の防御免疫の両方を妨げている(Lo et al. (1999) J Immunol. 162:5398-5406)。したがって、細菌ベースのがん免疫療法は、腫瘍抗原交差提示および恒久的な抗腫瘍免疫を促進するために必要な、CD8+T細胞をリクルートし、活性化するためのI型IFNを誘導するそれらの能力が生物学的に制限される。したがって、本明細書において提供される細菌性免疫療法を操作し、TLR依存性細菌性免疫シグナル伝達ではなく、ウイルス様TLR非依存性I型IFNシグナル伝達を誘導することは、CD8+T細胞介在性抗腫瘍免疫を優先的に誘導することになる。
STINGは、細胞質ゾル中のセンシング核酸に対する応答において自然免疫を活性化する。下流シグナル伝達は、細胞質ゾルdsDNAへの結合に対する応答において、細菌によってまたは宿主酵素cGASによって合成されるCDNの結合を介して活性化される。細菌および宿主生成CDNは、STINGを活性化するためのその能力を区別する個別のホスフェート架橋構造を有する。IFN-βは、活性STINGのシグネチャーサイトカインであり、細菌誘導IFNよりはむしろウイルス誘導I型IFNが、効果的CD8+T細胞介在性抗腫瘍免疫に必要である。本明細書において提供される免疫刺激性細菌は、STINGアゴニストであるものを含む。
3.サルモネラ属による治療法
サルモネラ属は、がん治療剤として使用することができる細菌属の例示的なものである。本明細書において例示されるサルモネラ属は、弱毒化菌種、またはがん治療剤として使用するための改変が毒性を減少させることに基づいたものである。
a.腫瘍指向性細菌
いくつかの細菌菌種が、遠位部位から注射したときに、固形腫瘍内で優先的に複製することは実証されている。これらの細菌としては、これらに限定されるものではないが、サルモネラ属、ビフィドバクテリウム属、クロストリジウム属、およびエシェリキア属の菌種がある。細菌性感染に対する宿主の自然免疫応答と組み合わせた細菌の天然の腫瘍ホーミング特性は、抗腫瘍応答を媒介すると考えられている。この腫瘍組織指向性は、腫瘍のサイズを様々な程度に減少させることが示されている。これらの細菌菌種の腫瘍指向性に対する1つの要因は、無酸素または低酸素環境中で複製するための能力である。いくつかのこれらの天然の腫瘍指向性細菌が、抗腫瘍応答の潜在力を高めるように更に遺伝子操作されている(reviewed in Zu et al. (2014) Crit Rev Microbiol. 40(3):225-235;およびFelgner et al. (2017) Microbial Biotechnology 10(5):1074-1078)。
b.サルモネラエンテリカセロバーティフィムリウム
サルモネラエンテリカセロバーティフィムリウム(S.ティフィムリウム)は、抗がん治療剤として使用するための細菌菌種の例示的なものである。がんに対する宿主免疫を刺激するために細菌を使用するための1つのアプローチは、グラム陰性通性嫌気性菌S.ティフィムリウムを介しており、この菌は、腫瘍微小環境を含む低酸素部分および身体の壊死部分において優先的に蓄積する。S.ティフィムリウムは、組織壊死から栄養素を利用することができ、腫瘍血管系が漏出性であり、かつそれらが免疫系回避腫瘍微小環境において生き残る可能性が高いために、これらの環境において蓄積する(Baban et al. (2010) Bioengineered Bugs 1(6):385-294)。S.ティフィムリウムは、好気性と嫌気性の両方の条件下で成長することができ;したがって低酸素の程度が低い小さい腫瘍および低酸素の程度が高い大きい腫瘍に定着することができる。
S.ティフィムリウムは、糞口経路を介して感染するグラム陰性通性病原体である。この病原体は、局在的な胃腸感染をもたらすが、経口摂取後に、血流およびリンパ系に侵入し、肝臓、脾臓および肺等の全身組織にも感染する。野生型S.ティフィムリウムを全身投与すると、TNF-α誘導を過剰に刺激し、サイトカインカスケードおよび敗血症ショックを引き起こし、未処置のままの場合は命にかかわることがある。結果的に、S.ティフィムリウム等の病原性細菌菌株は、腫瘍組織に効果的に定着するためのそれらの能力を完全に抑制することなく、全身感染を阻止するように弱毒化されなくてはならない。弱毒化は、細菌性外膜等の免疫応答を誘導することができる細胞構造を突然変異させるか、または補助的栄養素の非存在下で複製するその能力を制限することによって達成されることが多い。
S.ティフィムリウムは、マクロファージ等の骨髄細胞によって急速に取り込まれるかまたは上皮細胞等の非食細胞においてそれ自体の取り込みを誘導することができる細胞内病原体である。一度細胞内部に入ると、サルモネラ属含有液胞(SCV)内で複製することができ、かつ一部の上皮細胞の細胞質ゾルへ逃避することもできる。S.ティフィムリウム病原性の分子決定基のうちの多くは同定されており、遺伝子はサルモネラ属病原性アイランド(SPI)へ分類される。2つの最も特徴的な病原性アイランドは、非食細胞の細菌侵入を介在する原因となるSPI-1、およびSCV内での複製に必須のSPI-2である(Agbor and McCormick (2011) Cell Microbiol. 13(12): 1858-1869)。これら両方の病原性アイランドが、宿主膜を超えてエフェクタータンパク質を転位させることができるIII型分泌装置(T3SS)と称される高分子構造をコードする(Galan and Wolf-Watz (2006) Nature 444:567-573)。
c.細菌の弱毒化
がんの処置として投与するための治療用細菌は、弱毒化されるべきである。細菌性病原体を弱毒化するための様々な方法が、当技術分野において公知である。例えば、栄養要求性突然変異によって、細菌は必須栄養素を合成することができなくなり、aro、pur、gua、thy、nadおよびasd等の遺伝子における欠失/突然変異(米国特許出願公開第2012/0009153号)が広範囲に使用される。これらの遺伝子に関与する生合成経路によって産生される栄養素は、宿主細胞において利用できないことが多く、したがって、細菌の生存が課題である。例えば、サルモネラ属および他の菌種の弱毒化は、シキミ酸経路の一部であり、芳香族化合物アミノ酸生合成のための解糖に関連するaroA遺伝子の欠失によって達成することができる(Felgner et al. (2016) MBio 7(5):e01220-16)。したがって、aroAの欠失は、細菌の芳香族化合物アミノ酸栄養要求性、およびその後の弱毒化をもたらす(米国特許出願公開第2003/0170276号、同第2003/0175297号、同第2012/0009153号、同第2016/0369282号、国際公開第2015/032165号、および国際公開第2016/025582号)。同様に、aroCおよびaroDを含む、芳香族化合物アミノ酸のための生合成経路に関与する他の酵素は、欠失され、弱毒化が達成されている(米国特許出願公開第2016/0369282;国際公開第2016/025582号)。例えば、S.ティフィムリウム菌株SL7207は、芳香族化合物アミノ酸栄養要求株(aroA-突然変異体)であり;菌株A1およびA1-Rはロイシン-アルギニン栄養要求株である。VNP20009はプリン栄養要求株(purI-突然変異体)である。本明細書において示すように、免疫抑制性ヌクレオシドアデノシン栄養要求性でもある。
細菌を弱毒化する突然変異としては、これらに限定されるものではないが、rfaL、rfaG、rfaH、rfaD、rfaP、rFb、rfa、msbB、htrB、firA、pagL、pagP、lpxR、arnT、eptA、およびlpxT等の、リポポリサッカライドの生合成を変更する、遺伝子の突然変異;sacB、nuk、hok、gef、kilまたはphlA等の、自殺遺伝子を導入する突然変異;hlyおよびcly等の、溶菌遺伝子を導入する突然変異;IsyA、pag、prg、iscA、virG、plcおよびact等の、ビルレンス因子の突然変異;recA、htrA、htpR、hspおよびgroEL等の、ストレス応答を改変する突然変異;min等の、細胞周期を破壊する突然変異;およびcya、crp、phoP/phoQ、およびompR等の、調節性機能を破壊または不活性化する突然変異もある(米国特許出願公開第2012/0009153号、同第2003/0170276号、同第2007/0298012号;米国特許第6,190,657号;国際公開第2015/032165号;Felgner et al. (2016) Gut microbes 7(2):171-177;Broadway et al. (2014) J. Biotechnology 192:177-178;Frahm et al. (2015) mBio 6(2):e00254-15;Kong et al. (2011) Infection and Immunity 79(12):5027-5038;Kong et al. (2012) PNAS 109(47):19414-19419)。理想的には、遺伝子的弱毒化は、ビルレント表現型への復帰をもたらす場合がある自然代償性突然変異を阻止するために、点突然変異ではなく遺伝子欠失を含む。
i.msbB-突然変異体
S.ティフィムリウムにおけるmsbB遺伝子によってコードされる酵素脂質A生合成ミリストイル転写酵素は、末端ミリスチル基がリポポリサッカライド(LPS)の脂質Aドメインへ追加されることを触媒する(Low et al. (1999) Nat. Biotechnol. 17(1):37-41)。したがってmsbBの欠失は、グラム陰性細菌の外膜の主要な構成成分であるLPSの脂質Aドメインのアシル組成を変更する。この改変は、敗血症ショックを誘導するLPSの能力を顕著に減少させ、細菌菌株を弱毒化し、TNFαの潜在的に有害な産生を減少させ、したがって、全身毒性を低下させる。S.ティフィムリウム msbB突然変異体は、マウスにおける他の組織にわたる腫瘍に優先的に定着するそれらの能力を維持し、抗腫瘍活性を保持し、したがってサルモネラ属ベースの免疫療法の治療インデックスを増加させる(米国特許出願公開第2003/0170276号、同第2003/0109026号、同第2004/0229338号、同第2005/0225088号、同第2007/0298012号)。
例えば、S.ティフィムリウム菌株VNP20009におけるmsbBの欠失は、天然型ヘキサアシル化LPSよりも毒性が少なく、毒性ショックを誘導することなく全身性デリバリーが可能になる、主にペンタアシル化されたLPSの産生をもたらす(Lee et al. (2000) International Journal of Toxicology 19:19-25)。他のLPS突然変異を、サルモネラ属菌株を含み、ビルレンスを劇的に減少させる本明細書において提供される細菌菌株中に導入することができ、その結果より低い毒性を提供し、高用量の投与を可能にする。
ii.purI-突然変異体
プリン(例えばアデニン)、ヌクレオシド(例えばアデノシン)またはアミノ酸(例えば、アルギニンおよびロイシン)等の1つまたは複数の必須栄養素に対する栄養要求性にすることによって弱毒化することができる免疫刺激性細菌が用いられる。特に、S.ティフィムリウム等の本明細書において提供される免疫刺激性細菌の実施形態では、細菌は、腫瘍微小環境において優先的に蓄積するアデノシンに対する栄養要求性が付与される。したがって、本明細書において記載する免疫刺激性細菌の菌株は、成長するためにアデノシンを必要とし、以下で検討されるようなアデノシンを豊富に有するTMEで優先的に定着するため、弱毒化される。
purI遺伝子(purM遺伝子と同義)によってコードされる酵素であるホスホリボシルアミノイミダゾールシンテターゼは、プリン生合成経路に関与する。したがって、purI遺伝子の破壊は、細菌をプリン栄養要求性にする。弱毒化されることに加えて、purI-突然変異体は、腫瘍環境において豊富であり、顕著な抗腫瘍活性を有する(Pawelek et al. (1997) Cancer Research 57:4537-4544)。この定着は、それらの急速な細胞代謝回転の結果として腫瘍の間質液に存在する高濃度のプリンに起因することは既に述べられている。purI-細菌はプリンを合成することができないため、外部原料のアデニンを必要とし、これが、プリンが豊富な腫瘍微小環境においてそれらの成長が制限されることにつながると考えられた(Rosenberg et al. (2002) J. Immunotherapy 25(3):218-225)。VNP20009菌株は、purI遺伝子の欠失を含むことが最初に報告されたが(Low et al. (2003) Methods in Molecular Medicine Vol. 90, Suicide Gene Therapy:47-59)、VNP20009の全ゲノムのその後の分析によって、purI遺伝子は欠失されないが、染色体の反転によって破壊されることが実証された(Broadway et al. (2014) Journal of Biotechnology 192:177-178)。全遺伝子は、挿入配列に隣接するVNP20009染色体の2つの部分内に含まれる(これらのうちの1つは活性トランスポサーゼを有する)。
purI突然変異体S.ティフィムリウム菌株はヌクレオシドアデノシン栄養要求性であり、これは腫瘍微小環境において非常に豊富であることが本明細書において示される。したがって、VNP20009を使用する場合、アデノシン栄養要求性を達成するために任意の更なる改変を導入することは必須ではない。他の菌株および細菌に関しては、VNP20009に存在しているようなpurI遺伝子を破壊する場合があるか、または野生型遺伝子への復帰を阻止するためにpurI遺伝子の全てのまたは一部の欠失を含む場合がある。
iii.弱毒突然変異の組合せ
染色体の異なる領域における遺伝子欠失を用いて複数の遺伝子的弱毒化を有する細菌は、弱毒化を増加し、同時に野生型遺伝的材料との相同的組換えによる遺伝子の獲得によってビルレント表現型への復帰の可能性を減少させることができるため、細菌免疫療法に望ましい。相同的組換えによってビルレンスが回復すると、同じ有機体内で起こるように2つの個別の組換え事象を必要とすることになる。理想的には、免疫療法薬剤において使用するために選択される弱毒突然変異の組合せは、有効性を低下させることなく忍容性を増加させ、その結果、治療インデックスが増加する。例えば、S.ティフィムリウム菌株VNP20009におけるmsbBおよびpurI遺伝子の破壊は、腫瘍を標的とし、成長を抑制するために使用されており、動物モデルにおいて低毒性を誘導する(Clairmont et al. (2000) J. Infect. Dis. 181:1996-2002;Bermudes et al. (2000) Cancer Gene Therapy: Past Achievements and Future Challenges, edited by Habib Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, pp. 57-63;Low et al. (2003) Methods in Molecular Medicine, Vol. 90, Suicide Gene Therapy:47-59;Lee et al. (2000) International Journal of Toxicology 19:19-25;Rosenberg et al. (2002) J. Immunotherapy 25(3):218-225;Broadway et al. (2014) J. Biotechnology 192:177-178;Loeffler et al. (2007) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104(31):12879-12883;Luo et al. (2002) Oncology Research 12:501-508)。VNP20009(msbB-/purI-)を同系またはヒト異種移植腫瘍を有するマウスに投与した場合、細菌は、300~1000対1を超える比で腫瘍の細胞外構成成分内に優先的に蓄積し、TNFα誘導を減少させ、腫瘍が退行し、制御マウスと比較して生存率が延長することが実証された(Clairmont et al. (2000) J. Infect. Dis. 181:1996-2002)。しかし、ヒトにおける第1相臨床試験からの結果、VNP20009は比較的安全であり、優れた耐容性を示すことが示されたが、不十分な蓄積がヒト黒色腫腫瘍において観察され、抗腫瘍活性は非常にわずかであることが実証された(Toso et al. (2002) J. Clin. Oncol. 20(1):142-152)。任意の抗腫瘍活性を示すために必須の高用量は、毒性のために不可能であった。
したがって、更なる改善が必要とされる。本明細書において提供される免疫刺激性細菌は、この課題に取り組む。
iv.VNP20009および他の弱毒化S.ティフィムリウム菌株
本明細書において記載する改変することができる治療用細菌の例示的なものは、VNP20009(ATCC#202165、YS1646)と称される菌株である。臨床的候補のVNP20009(ATCC#202165、YS1646)は、安全性のためにmsbBとpurlの両方の遺伝子の欠失によって少なくとも50,000倍弱毒化された(Clairmont et al. (2000) J. Infect. Dis. 181:1996-2002;Low et al. (2003) Methods in Molecular Medicine, Vol. 90, Suicide Gene Therapy:47-59;Lee et al. (2000) International Journal of Toxicology 19:19-25)。弱毒化された同様のサルモネラ属の菌株も検討される。上述のように、msbBの欠失は、グラム陰性細菌性外膜の主要な構成成分であるリポポリサッカライドの脂質Aドメインの組成を変更する(Low et al. (1999) Nat. Biotechnol. 17(1):37-41)。これは、リポポリサッカライド誘導性敗血症ショックを阻止し、細菌菌株を弱毒化し、全身毒性を低下させ、同時にTNFαの潜在的に有害な産生を減少させる(Dinarello、C.A. (1997) Chest 112(6 Suppl):321S-329S;Low et al. (1999) Nat. Biotechnol. 17(1):37-41)。purI遺伝子の欠失は、細菌をプリン栄養要求性にし、細菌を更に弱毒化し、腫瘍微小環境においてそれを富化する(Pawelek et al.(1997) Cancer Res. 57:4537-4544;Broadway et al. (2014) J. Biotechnology 192:177-178)。
腫瘍におけるVNP20009の蓄積は、親菌株ATCC14028の固有の侵襲性、低酸素環境において複製するためのその能力、および腫瘍の間質液に存在するプリンを高濃度にするためのその必須要件を含む因子の組合せに起因する。これを考慮すると、腫瘍微小環境において病理学的に高レベルへ蓄積することができ、免疫抑制性腫瘍微小環境の一因となるVNP20009も、ヌクレオシドアデノシン栄養要求性であることが実証されることになる(Peter Vaupel and Arnulf Mayer Oxygen Transport to Tissue XXXVII, Advances in Experimental Medicine and Biology 876 chapter 22, pp. 177-183)。VNP20009が、同系またはヒト異種移植腫瘍を有するマウスへ投与された場合、細菌は、300~1000対1を超える比で腫瘍の細胞外構成成分内に優先的に蓄積し、腫瘍成長が阻害され、ならびに制御マウスと比較して生存率が延長することが実証された(Clairmont et al. (2000) J. Infect. Dis. 181:1996-2002)。第1相臨床試験からの結果、VNP20009は比較的安全であり、優れた耐容性を示すことが示されたが、不十分な蓄積がヒト黒色腫腫瘍において観察され、抗腫瘍活性は非常にわずかであることが実証された(Toso et al. (2002) J. Clin. Oncol. 20(1):142-152)。任意の抗腫瘍活性に影響を与えるために必須であろう高用量は、高レベルの炎症促進性サイトカインと相関する毒性のために不可能であった。
例えば、ロイシン-アルギニン栄養要求株A-1(Zhao et al. (2005) PNAS 102(3):755-760;Yu et al. (2012) Scientific Reports 2:436;米国特許第8,822,194号;米国特許出願公開第2014/0178341号)およびその誘導体AR-1(Yu et al. (2012) Scientific Reports 2:436;Kawagushi et al. (2017) Oncotarget 8(12):19065-19073;Zhao et al. (2006) Cancer Res. 66(15):7647-7652;Zhao et al. (2012) Cell Cycle 11(1):187-193;Tome et al. (2013) Anticancer Research 33:97-102;Murakami et al. (2017) Oncotarget 8(5):8035-8042;Liu et al. (2016) Oncotarget 7(16):22873-22882;Binder et al. (2013) Cancer Immunol Res. 1(2):123-133);aroA-突然変異体S.ティフィムリウム菌株SL7207(Guo et al. (2011) Gene therapy 18:95-105;米国特許出願公開第2012/0009153号、同第2016/0369282号および同第2016/0184456号)およびその偏性嫌気性誘導体YB1(Yu et al. (2012) Scientific Reports 2:436;Leschner et al. (2009) PLoS ONE 4(8): e6692;Yu et al. (2012) Scientific Reports 2:436);aroA-/aroD-突然変異体S.ティフィムリウム菌株BRD509、SL1344(WT)菌株の誘導体(Yoon et al. (2017) European J. of Cancer 70:48-61);asd-/cya-/crp-突然変異体S.ティフィムリウム菌株χ4550(Sorenson et al. (2010) Biology: Targets & Therapy 4:61-73)およびphoP-/phoQ-S.ティフィムリウム菌株LH430(国際公開第2008/091375号)等のS.ティフィムリウムの他の菌株を使用して、腫瘍標的化デリバリーおよび治療法を行うことができる。
VNP20009は、進行した黒色腫を呈する患者を含む研究において臨床的利点を示すことができなかったが、最大耐量(MTD)が確立され、処置は、進行したがん患者に安全に投与された。したがって、この菌株、ならびに他の類似の遺伝子操作された細菌菌株は、腫瘍標的化治療的デリバリー媒体として使用することができる。本明細書において提供される改変は、治療薬剤の抗腫瘍効率ならびに/または安全性および忍容性を増加させることによって有効性を高めるための戦略を提供する。
v.高分子をデリバリーするように遺伝子操作された弱毒化S.ティフィムリウム
細菌菌株は、治療用分子をデリバリーするように遺伝子操作される。本明細書における菌株は、免疫チェックポイント、また他のそのような標的を標的とし、それに対して阻害性であるRNAiをデリバリーする。
転移性の黒色腫の臨床試験においてVNP20009を使用すると、転移性の腫瘍量において顕著な変化は生じなかったが、腫瘍定着のエビデンスがいくつか実証された。VNP20009および他のS.ティフィムリウム菌株は、サイトカイン、抗血管新生因子、阻害性酵素および細胞毒性ポリペプチドをコードするもの等の様々な遺伝子をデリバリーするためのベクターとして使用されてきた(米国特許出願公開第2007/0298012号)。例えば、VNP20009を使用したサイトカインコード化LIGHTのデリバリーは、免疫応答性マウスにおける原発腫瘍の成長ならびにがん腫細胞株の肺転移を阻害し、顕著な毒性は観察されなかった(Loeffler et al. (2007) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104(31):12879-12883)。別の研究では、E.コリシトシンデアミナーゼ遺伝子を発現するVNP20009が、プロドラッグの5-フルオロシトシン(5-FC)も経口で受けた患者に投与された。3名の患者のうち2名が、最初に注射してから少なくとも15日間、腫瘍内細菌定着を示し、シトシンデアミナーゼが5-FCを抗がん薬物5-FUへ変換したことが示された。サルモネラ属からの副作用は観察されず、5-FUの直接IV投与では、シトシンデアミナーゼ遺伝子の細菌性デリバリーを用いるよりも、腫瘍薬物濃度の低下が生じた(Nemunaitis et al. (2003) Cancer Gene Therapy 10:737-744)。
他の例では、単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ(HSVTK)を発現する弱毒化サルモネラ属は、B16黒色腫腫瘍サイズにおいて、ガンシクロビル介在性腫瘍成長抑制を介して2.5倍減少させることが実証され(Pawelek, J. et al. (1997) Cancer Res 57:4537-4544)、C末端p53ペプチド(Cp53)は、S.ティフィムリウムを使用してデリバリーされ、MCF7乳がん細胞において誘発発現され、腫瘍細胞母集団において減少をもたらした(Camacho et al. (2016) Scientific Reports 6:30591)。S.ティフィムリウムは、例えば、IFN-γ(Yoon et al. (2017) European J. of Cancer 70:48-61);SIINF抗原(Binder et al. (2013) Cancer Immunol Res. 1(2):123-133);ビブリオ・ブルニフィカス(Vibrio vulnificus)フラジェリンB(Zheng et al. (2017) Sci. Transl. Med. 9、9537);および切断型-IL2(Sorenson et al. (2010) Biology: Targets & Therapy 4:61-73)の腫瘍を標的とする発現にも利用されている。
S.ティフィムリウムは、腫瘍関連抗原(TAA)サバイビン(SVN)をAPCへデリバリーし、適応免疫をプライムするようにも改変されている(米国特許出願公開第2014/0186401号;Xu et al. (2014) Cancer Res. 74(21):6260-6270)。SVNは、細胞生存を延長し、細胞周期制御を提供し、全ての固形腫瘍において過剰発現され、健常組織では発現が少ないアポトーシスタンパク質阻害剤(IAP)である。この技術は、サルモネラ属病原性アイランド2(SPI-2)およびそのIII型分泌装置(T3SS)を利用しており、TAAをAPCの細胞質ゾルへデリバリーし、次いでAPCが活性され、TAA特異的CD8+T細胞および抗腫瘍免疫を誘導する(Xu et al. (2014) Cancer Res. 74(21):6260-6270)。リステリア属ベースのTAAワクチンと同様に、このアプローチは、マウスモデルにおいて有望であることを示しているが、ヒトにおける効果的な腫瘍抗原特異的T細胞初回抗原刺激はまだ実証されていない。
遺伝子デリバリーに加えて、S.ティフィムリウムは、がん療法用の低分子干渉RNA(siRNA)およびショートヘアピン型RNA(shRNA)をデリバリーするためにも使用されている。例えば、弱毒化S.ティフィムリウムは、Stat3およびIDO1を標的とするもの等のある特定のshRNAを発現するために改変されている(米国特許出願公開第2007/074272号、および米国特許第9,453,227号)。VNP20009は、免疫抑制性遺伝子インドラミンデオキシゲナーゼ(IDO)に対するshRNAプラスミドを用いて形質転換され、ネズミ黒色腫モデルにおけるIDO発現をサイレンシングすることに成功し、好中球による腫瘍細胞死および顕著な腫瘍浸潤をもたらす(Blache et al. (2012) Cancer Res. 72(24):6447-6456)。このベクターとPEGPH20(細胞外ヒアルロナンを激減させる酵素)の同時投与との組合せでは、膵臓管腺がん腫瘍の処置において有益な結果が示された(Manuel et al. (2015) Cancer Immunol. Res. 3(9):1096-1107;米国特許出願公開第2016/0184456号)。別の研究では、phoP/phoQ欠失によって弱毒化され、シグナル伝達性転写因子3(STAT3)特異的shRNAを発現するS.ティフィムリウム菌株は、腫瘍成長を阻害し、転移器官の数を減少させ、C57BL6マウスの寿命を延ばすことが見出された(Zhang et al. (2007) Cancer Res. 67(12):5859-5864)。別の例では、S.ティフィムリウム菌株SL7207は、β-カテニンをコードする遺伝子であるCTNNB1を標的とするshRNAをデリバリーするために使用されており(Guo et al.(2011)Gene therapy 18:95-105;米国特許出願公開第2009/0123426号、同第2016/0369282号)、同時にS.ティフィムリウム菌株VNP20009は、STAT3を標的とするshRNAのデリバリーにおいて利用されている(Manuel et al. (2011) Cancer Res. 71(12):4183-4191;米国特許出願公開第2009/0208534号、同第2014/0186401号、同第2016/0184456号;国際公開第2008/091375号;国際公開第2012/149364号)。オートファジー遺伝子Atg5およびBeclin1を標的とするsiRNAは、S.ティフィムリウム菌株A1-RおよびVNP20009を使用して腫瘍細胞へデリバリーされている(Liu et al. (2016) Oncotarget 7(16):22873-22882)。免疫応答をより効果的に刺激し、他の有利な特性を有するように、本明細書において提供される免疫刺激性細菌等、このような菌株を改善することが必要とされる。
上述の細菌のいずれも、TREX1等の他のチェックポイントを標的とする核酸をコードする追加のshRNAまたはマイクロRNAを追加することによって等、本明細書において記載するように改変することができる。細菌は、本明細書において記載する炎症効果が低下するように、したがって毒性が低くなるように改変することができる。結果的に、例えば、より高い投薬量を投与することができる。これらのサルモネラ属の菌株、ならびに当業者であれば公知のおよび/または上記でかつ本明細書において列挙される他の細菌菌種のいずれも、TREX1発現を阻害するためにアデノシン栄養要求性および/またはshRNAを導入することによって等、本明細書において記載する改変し、かつ本明細書において記載するような他の改変を行うことができる。例示的なものは、本明細書において記載するS.ティフィムリウム菌種である。これを考慮すると、S.ティフィムリウム菌株VNP20009はアデノシン栄養要求性であることが示される。
4.治療指数を増加させるための免疫刺激性細菌の強化
毒性を低下させ、抗腫瘍活性を改善する免疫刺激性細菌に対する強化が本明細書において提供される。そのような強化の例示的なものは、以下のものである。これらはサルモネラ属、特にS.ティフィムリウムに関して記載しており;当業者であれば、他の細菌菌種および他のサルモネラ属菌株において同様の強化を与えることができる点を理解されたい。
a.asd遺伝子欠失
細菌におけるasd遺伝子は、アスパルテート-セミアルデヒドデヒドロゲナーゼをコードする。S.ティフィムリウムのasd-突然変異体は、細胞壁合成に必須のジアミノピメリン酸(DAP)に対して偏性の必須要件を有し、DAPに恵まれない環境において溶解されることになる。asd遺伝子がプラスミド上で、トランス型で相補される場合に、このDAP栄養要求性は、プラスミドを選択し、抗生物質を使用せずにプラスミドの安定性を維持するために、インビボで使用することができる。抗生物質不含ベースのプラスミド選択系は有利であり、1)有害事象の症状における急速なクリアランス機序として投与された抗生物質の使用、および2)そのような使用は通常回避される場合、抗生物質を使用しない生産のスケールアップを可能にする。asd遺伝子相補系はそのような選択を提供する(Galan et al. (1990) Gene 28:29-35)。腫瘍微小環境においてプラスミドを維持するためにasd遺伝子相補系を使用すると、遺伝子または干渉RNAをコードするプラスミドをデリバリーするように遺伝子操作されたS.ティフィムリウムの潜在力を高めることが期待される。
S.ティフィムリウムのasd突然変異体に関する代替の使用は、高分子を、自己溶解性(または自殺性)菌株を産生して、宿主腫瘍で持続的に定着するための能力を用いずに感染した細胞にデリバリーするために、DAP栄養要求性を利用することである。asd遺伝子の欠失は、細菌を、インビトロまたはインビボで成長した場合に、DAP栄養要求性にする。本明細書において記載する例は、DAP栄養要求性であり、shRNAまたはmi-RNA等のRNAiのデリバリーに好適なプラスミドを含む、asd欠失菌株を提供し、これは、asd相補遺伝子を含まず、インビボでの複製に関して欠陥がある菌株をもたらす。この菌株は、DAPの存在下、インビトロで繁殖され、正常に成長し、次いで免疫療法薬剤としてDAPが存在しない哺乳動物宿主に投与される。自殺性菌株は、宿主細胞に侵入することができるが、哺乳動物組織においてDAPは存在しないために、複製することができず、自動的に溶解し、その細胞質ゾルの内容物(例えば、プラスミドまたはタンパク質)をデリバリーする。本明細書において提供される例では、VNP20009のasd遺伝子欠失菌株が、その内因性ペリプラズム分泌シグナル配列が無いLLOタンパク質を発現し、それをサルモネラ属の細胞質中に蓄積させるように更に改変した。LLOは、細菌の食作用からの逃避を介在するリステリア・モノサイトゲネスからのコレステロール依存性孔形成溶血素である。自己溶解性菌株が、担腫瘍マウス中に導入された場合、細菌は食作用性免疫細胞によって取り込まれ、サルモネラ属含有液胞(SCV)に侵入する。この環境では、DAPが無いと、細菌の複製を阻止し、SCVにおいて細菌の自己溶解性をもたらすことになる。その後、自殺性菌株が溶解すると、プラスミドが放出されることになり、蓄積されたLLOがコレステロール含有SVC膜において孔を形成し、プラスミドを宿主細胞の細胞質ゾル中へデリバリーすることが可能になるであろう。
b.アデノシン栄養要求性
トリプトファンおよびATP/アデノシン経路由来の代謝産物は、腫瘍内の免疫抑制性環境形成において主要なドライバーである。細胞の内部および外部に遊離形態で存在するアデノシンは、免疫機能のエフェクターである。アデノシンは、NF-κBのT細胞受容体誘導性活性化を低下させ、IL-2、IL-4、およびIFN-γを阻害する。アデノシンは、T細胞細胞毒性を減少させ、T細胞アネルギーを増加させ、Foxp3+またはLag-3+調節性(T-reg)T細胞へのT細胞分化を増加させる。NK細胞に関しては、アデノシンはIFN-γ産生を減少させ、NK細胞の細胞毒性を抑制する。アデノシンは、好中球接着血管外漏出をブロックし、食作用を減少させ、スーパーオキシドおよび一酸化窒素のレベルを弱毒化する。アデノシンは、マクロファージ上でTNF-α、IL-12、およびMIP-1αの発現も減少させ、MHCクラスII発現を弱毒化し、IL-10およびIL-6のレベルを増加させる。アデノシン免疫調節活性は、腫瘍の細胞外空間へのその放出および標的免疫細胞、がん細胞または内皮細胞表面上のアデノシン受容体(ADR)の活性化後に起こる。腫瘍微小環境においてアデノシンレベルが高いと、局在的な免疫抑制をもたらし、それが、がん細胞を削除するための免疫系の能力を制限する。
細胞外アデノシンは、腫瘍間質細胞上に発現される膜結合性エクト酵素CD39およびCD73の連続的な活性によって産生され、死細胞または瀕死の細胞からのATPまたはADPをホスホ加水分解することによってアデノシン産生と一緒に産生される。CD39は、細胞外ATP(またはADP)を5’AMPへ変換し、それが、5’AMPによってアデノシンへ変換される。内皮細胞上でのCD39およびCD73の発現は、腫瘍微小環境の低酸素条件下で増加され、その結果アデノシンレベルが増加する。腫瘍低酸素は、不十分な血液供給および乱れた腫瘍血管系に起因する場合があり、酸素のデリバリーが損なわれる(Carroll and Ashcroft (2005) Expert. Rev. Mol. Med. 7(6):1-16)。腫瘍微小環境において起こる低酸素状態も、アデノシンをAMPへ変換し、非常に高い細胞外アデノシン濃度をもたらすアデニル酸キナーゼ(AK)を阻害する。低酸素の腫瘍微小環境におけるアデノシンの細胞外濃度は、10~100μMで測定されており、これは、およそ0.1μMの典型的な細胞外アデノシン濃度よりも最大約100~1000倍高い(Vaupel et al. (2016) Adv Exp Med Biol. 876:177-183;Antonioli et al. (2013) Nat. Rev. Can. 13:842-857)。腫瘍における低酸素領域は、微小血管から遠位にあるため、腫瘍の一部の領域におけるアデノシンの局在濃度は、他のものよりも高い場合がある。
直接作用し、免疫系を阻害するために、アデノシンはがん細胞増殖、アポトーシスおよび血管新生に対して作用することによって、がん細胞成長および播種を制御することもできる。例えば、アデノシンは、A2AおよびA2B受容体の刺激を介して、血管新生を最初に促進することができる。内皮細胞上で受容体を刺激すると、内皮細胞上での細胞間接着分子1(ICAM-1)およびE-セレクチン発現を調節し、血管完全性を維持し、血管成長を促進することができる(Antonioli et al. (2013 Nat. Rev. Can. 13:842-857)。アデノシンによって様々な細胞上のA2A、A2BまたはA3のうちの1つまたは複数を活性化すると、血管内皮増殖因子(VEGF)、インターロイキン-8(IL-8)またはアンジオポエチン2等の血管新生誘導因子の産生を刺激することができる(Antonioli et al. (2013) Nat. Rev. Can. 13:842-857)。
アデノシンは、がん細胞上の受容体との相互作用を介して、腫瘍細胞増殖、アポトーシスおよび転移を直接調節することもできる。例えば、研究によって、一部の乳がん細胞株において腫瘍細胞増殖を促進し、A1およびA2A受容体を活性化すると、A2B受容体の活性化が、結腸がん腫細胞においてがん成長促進特性を有することが示されるている(Antonioli et al. (2013) Nat. Rev. Can. 13:842-857)。アデノシンは、がん細胞のアポトーシスを誘導することもでき、様々な研究が、この活性化を、A3を介した外因性アポトーシス経路またはA2AおよびA2Bを介した内因性アポトーシス経路の活性化に相関付けている(Antonioli et al. (2013))。アデノシンは、細胞運動性、細胞外マトリックスへの接着、ならびに細胞結合タンパク質および受容体の発現を増加させ、細胞移動および運動性を促進することによって、腫瘍細胞の遊走および転移を促進することができる。
アデノシントリホスフェート(ATP)の細胞外放出は、刺激された免疫細胞、および損傷され、死滅したかまたはストレスを受けた細胞から生じる。NLRファミリーピリンドメイン含有3(NLRP3)インフラマソームは、ATPのこの細胞外放出によって刺激されたときに、カスパーゼ-1を活性化し、サイトカインIL-1βおよびIL-18の分泌をもたらし、自然および適応免疫応答を活性化する(Stagg and Smyth (2010) Oncogene 29:5346-5358)。ATPは、酵素CD39およびCD73によってアデノシンへ異化される。活性化されたアデノシンは、ネガティブフィードバック機序を介した高免疫抑制性代謝産物として作用し、低酸素の腫瘍微小環境において複数の免疫細胞タイプに対して多面的な効果を有する(Stagg and Smyth (2010) Oncogene 29:5346-5358)。アデノシン受容体A2AおよびA2Bは、様々な免疫細胞上に発現され、アデノシンによって刺激され、cAMP介在性シグナル伝達変化を促進し、T細胞、B細胞、NK細胞、樹状細胞、肥満細胞、マクロファージ、好中球、およびNKT細胞の免疫抑制性表現型をもたらす。この結果として、アデノシンレベルは、それらの通常濃度の100倍を超えて固形腫瘍等の病理学的組織中に蓄積することができ、CD73等のエクトヌクレオチダーゼを過剰発現させることが示されている。アデノシンは、腫瘍の血管新生および進行を促進することも示されている。したがって、アデノシン栄養要求性である遺伝子操作された細菌は、強化された腫瘍標的化および定着を示すことになる。
サルモネラ・ティフィ等の免疫刺激性細菌は、tsx遺伝子の欠失によって(Bucarey et al. (2005) Infection and Immunity 73(10):6210-6219)またはpurDの欠失によって(Husseiny (2005) Infection and Immunity 73(3):1598-1605)アデノシン栄養要求性にすることができる。グラム陰性細菌キサントモナス・オリザエ(Xanthomonas oryzae)では、purD遺伝子ノックアウトはアデノシン栄養要求性となることが示された(Park et al. (2007) FEMS Microbiol Lett 276:55-59)。本明細書において例示されるように、S.ティフィムリウム菌株VNP20009は、そのpurI欠失のためにアデノシン栄養要求性であり、そのため、アデノシン栄養要求性にするための更なる改変は必須ではない。したがって、本明細書において提供する免疫刺激性細菌菌株の実施形態は、アデノシン栄養要求性である。このような栄養要求性細菌は、腫瘍微小環境において選択的に複製し、腫瘍において投与された細菌の蓄積および複製を更に増加させ、腫瘍の中および周囲のアデノシンレベルを低下させ、その結果、アデノシンの蓄積によって引き起こされる免疫抑制を減少または除去する。本明細書において提供されるそのような細菌の例示的なものは、アデノシン栄養要求性を提供するためのpurI-/msbB-突然変異を含むS.ティフィムリウムの改変菌株である。
c.フラジェリン欠損菌株
鞭毛は、細菌の表面上にある小器官であり、フックを介して回転モーターへ結合された長いフィラメントから構成され、そのモーターは、時計回りまたは反時計回りの様式で回転し、移動するための手段を提供することができる。S.ティフィムリウムにおける鞭毛は、胃腸管内の粘膜層全体での運動性を媒介するための能力に起因して、走化性のため、かつ経口経路を介した感染を確立するために重要である。鞭毛は、インビトロでの円柱腫瘍への走化性およびそこへの定着に必須であることが実証され(Kasinskas and Forbes (2007) Cancer Res. 67(7):3201-3209)、運動性は、腫瘍貫通のために重要であることが示されているが(Toley and Forbes (2012) Integr Biol (Camb). 4(2):165-176)、鞭毛は、細菌が静脈内で投与された場合に、動物における腫瘍定着に必須ではない(Stritzker et al. (2010) International Journal of Medical Microbiology 300:449-456)。各鞭毛フィラメントは、何万ものフラジェリンサブユニットからなる。S.ティフィムリウム染色体は、2つの遺伝子、fliCおよびfljBを含み、これらは抗原的に異なるフラジェリンモノマーをコードする。fliCとfljBの両方が欠陥している突然変異体は、感染の経口経路を介して投与したときに非運動性およびビルレントであるが、非経口で投与したときにビルレンスを維持する。
フラジェリンは、サルモネラ属の主要な炎症促進性決定基であり(Zeng et al. (2003) J Immunol 171:3668-3674)、細胞の表面上にあるTLR5によって、および細胞質ゾル中のNLCR4によって直接認識される(Lightfield et al. (2008) Nat Immunol. 9(10):1171-1178)。両方の経路が炎症促進性の応答をもたらし、結果として、IL-1β、IL-18、TNF-αおよびIL-6を含むサイトカインが分泌される。フラジェリンによってコードされるfliCおよびfljBよりも大きな炎症を誘導するビブリオ・ブルニフィカス フラジェリンBを分泌するように細菌を遺伝子操作することでフラジェリンに対する炎症促進性応答を増加させることによって、より強力なサルモネラ属ベースのがん免疫療法を作製するための試みが行われている(Zheng et al. (2017) Sci. Transl. Med. 9(376):eaak9537)。
これを考慮すると、サルモネラ属細菌S.ティフィムリウムは、フラジェリンサブユニットfliCとfljBの両方が無いように遺伝子操作され、炎症促進性シグナル伝達を減少させる。例えば、本明細書において示すように、TNF-アルファ誘導の減少をもたらすmsbBが無いサルモネラ属菌株は、fliCおよびfljBノックアウトと組み合わせる。これは、TNF-アルファ誘導における減少およびTLR5認識における減少の組合せを有するサルモネラ属菌株をもたらす。これらの改変は、msbB-、fliC-およびfljB-と組み合わされ、CpG、また、shRNAまたはmiRNA等の阻害性RNAi分子(複数可)を含んでいてもよい免疫刺激性プラスミドを用いて形質転換され、TREX1、PD-L1、VISTA、SIRP-アルファ、TGF-ベータ、ベータ-カテニン、VEGF、およびこれらの組合せ等の免疫チェックポイントを標的とすることができる。得られた細菌は、炎症促進性シグナル伝達が減少されているが、頑強な抗腫瘍活性を有する。
例えば、本明細書において提供する、fliCおよびfljB二重突然変異体は、S.ティフィムリウム VNP20009のasd欠失菌株で構築した。purI/purMを破壊することによってビルレンスが弱毒化されたVNP20009も、野生型脂質Aよりも毒素産生性が低い脂質Aサブユニットの産生をもたらすmsbB欠失を含むように遺伝子操作された。これは、野生型脂質Aを有する菌株と比較して、静脈内投与後にマウスモデルにおいてTNF-α産生の減少をもたらす。得られた菌株は、TLR2/4シグナル伝達を減少させるように脂質Aを改変し、TLR5認識およびインフラマソーム誘導を減少させるためにフラジェリンサブユニットを欠失することによって、細菌性炎症が弱毒化された菌株の例示的なものである。LPSの改変と組み合わせたフラジェリンサブユニットの欠失は、宿主内での優れた忍容性を可能にし、かつ抗腫瘍応答を誘導し、腫瘍に対する適応免疫応答を促進するTMEにおける所望の標的に対するRNA干渉のデリバリーに対して免疫刺激応答を指示する。
d.サルモネラ属含有液胞(SCV)を逃避するように遺伝子操作されたサルモネラ属
S.ティフィムリウム等のサルモネラ属は、サルモネラ属含有液胞(SCV)と称される膜結合性コンパートメントにおいて主に複製する細胞内病原体である。一部の上皮細胞株においてかつ低頻度で、S.ティフィムリウムは細胞質ゾルへ逃避し、複製できることが示されてきた。SCVの脂質二重層が潜在的な障壁であるため、高い効率でSCVを逃避するように遺伝子操作されたサルモネラ属は、プラスミド等の高分子のデリバリーにおいてより効率的であろう。SCVからの逃避の頻度が強化されたサルモネラ属および方法が本明細書において提供される。これは、フィラメント(SIF)形成を誘導されるサルモネラ属に必須の遺伝子を欠失することによって達成される。これらの突然変異体は、SCVからの逃避の頻度が増加され、細胞質ゾルにおいて複製することができる。
例えば、S.ティフィムリウムのsifA突然変異体を使用した、強化されたプラスミドデリバリーが実証されている。sifA遺伝子は、宿主GTPasesのRhoAファミリーを模倣するかまたは活性化するSPI-2、T3SS-2分泌エフェクタータンパク質をコードする(Ohlson et al. (2008) Cell Host & Microbe 4:434-446)。SIF形成に関与する分泌エフェクターをコードする他の遺伝子を標的とすることができる。これらとしては、例えば、sseJ、sseL、sopD2、pipB2、sseF、sseG、spvB、およびsteAがある。SIF形成を阻止することによってS.ティフィムリウムの逃避を強化すると、生存細菌が細胞質ゾル中に放出され、そこで複製することができる。
SCVからS.ティフィムリウムの逃避を強化し、プラスミド等の高分子のデリバリーを増加させるための別の方法は、SCV膜における孔形成またはSCV膜の破壊をもたらす異種溶血素を発現することである。1つのそのような溶血素は、hlyA遺伝子によってコードされる、リステリア・モノサイトゲネスからのリステリオリジンOタンパク質(LLO)である。LLOは、L.モノサイトゲネス遺伝子から分泌され、食作用からの逃避および宿主細胞の細胞質ゾルへの侵入の主に原因となるコレステロール依存性孔形成細胞溶解素である。S.ティフィムリウムからのLLOの分泌は、細菌の逃避をもたらし、かつ細胞質ゾルにおける複製をもたらすことができる。無傷S.ティフィムリウムが、SCVから逃避し、細胞質ゾルにおいて複製するのを阻止するために、シグナル配列をコードするヌクレオチドを遺伝子から除去することができる。このように、活性LLOは、S.ティフィムリウムの細胞質内に含まれ、細菌が溶解したときのみLLOが放出される。本明細書において提供する、cytoLLOを発現し、TREX1等の標的に対する干渉RNAを発現するためのプラスミドのデリバリーを強化するように操作されたVNP20009は、免疫刺激性細菌の治療的潜在力を高めることができる。
e.サルモネラ属遺伝子におけるバイオフィルム形成に必要な欠失
細菌および真菌は、バイオフィルムと称される多細胞構造体を形成することができる。細菌性バイオフィルムは、分泌された細胞壁関連のポリサッカライド、糖タンパク質、および糖脂質、ならびに、細胞外高分子物質と総称される細胞外DNAの混合物に内包される。これらの細胞外高分子物質は、細菌を、洗浄剤、抗生物質、および抗菌ペプチド等の複数の傷害から保護する。細菌性バイオフィルムは、表面に定着し、インジェクションポートおよびカテーテル等の人工器官の顕著な感染の原因である。バイオフィルムは、感染の進行中の組織において形成し、細菌存続およびシェディングの持続を増加させ、抗生物質療法の有効性を制限する場合もある。バイオフィルムにおける細菌の慢性的な存続は、例えば胆嚢のS.ティフィ(S.typhi)感染における腫瘍形成の増加と関連する(Di Domenico et al. (2017) Int. J. Mol. Sci. 18:1887)。
S.ティフィムリウムバイオフィルム形成は、CsgDによって調節される。CsgDはcsgBACオペロンを活性化し、curli線毛サブユニットCsgAおよびCsgBの産生を増加させる(Zakikhani et al. (2010) Molecular Microbiology 77(3):771-786)。CsgAは、TLR2によってPAMPとして認識され、ヒトマクロファージからIL-8の産生を誘導する(Tukel et al. (2005) Molecular Microbiology 58(1):289-304)。更に、CsgDは、ジグアニル酸シクラーゼをコードするadrA遺伝子を活性化することによってセルロース産生を間接的に増加させる。AdrAによって産生される小分子サイクリックジ-グアノシンモノホスフェート(c-di-GMP)は、ほぼ全ての細菌菌種において認められる遍在性の二次メッセンジャーである。c-di-GMPにおけるAdrA介在性の増加は、セルロースシンテターゼ遺伝子bcsAの発現を強化し、次にbcsABZCおよびbcsEFGオペロンの刺激を介したセルロース産生を増加させる。バイオフィルムを形成するためのS.ティフィムリウム等の免疫刺激性細菌の能力における減少は、例えば、csgD、csgA、csgB、adrA、bcsA、bcsB、bcsZ、bcsE、bcsF、bcsG、dsbAまたはdsbB等のバイオフィルム形成に関与する遺伝子の欠失を介して達成することができる(Anwar et al. (2014) Plos One 9(8):e106095)。
S.ティフィムリウムは、宿主免疫細胞による食作用に対する防護として、固形腫瘍においてバイオフィルムを形成することができる。バイオフィルムを形成することができないサルモネラ属突然変異体は、宿主食細胞によってより急速に取り込まれ、感染腫瘍から除去される(Crull et al.(2011)Cellular Microbiology 13(8):1223-1233)。食細胞内の細胞内局在化におけるこの増加は、細胞外細菌の存続を減少することができ、プラスミドデリバリーの有効性を強化し、本明細書において記載するRNA干渉によって遺伝子をノックダウンする。バイオフィルム形成を減少させるために遺伝子操作された免疫刺激性細菌は、腫瘍/組織からのクリアランス率を増加させることになり、したがって治療法の忍容性を増加させ、患者における人工器官の定着を阻止することになり、その結果、これらの菌株の治療的利点を高める。アデノシンミメティックは、S.ティフィムリウムバイオフィルム形成を阻害することができ、腫瘍微小環境における高アデノシン濃度は、腫瘍関連バイオフィルム形成の一因となり得ることを示す(Koopman et al. (2015) Antimicrob Agents Chemother 59:76 -84)。purI破壊を含み(したがって、アデノシン富化腫瘍に定着する)、また、バイオフィルム形成に必須の1つまたは複数の遺伝子の欠失によってバイオフィルム形成が阻止された、S.ティフィムリウム等の本明細書において提供する生存弱毒化細菌の菌株は、頑強な抗腫瘍免疫応答を刺激する干渉RNAをコードするプラスミドをデリバリーするように遺伝子操作される。
adrA遺伝子は、S.ティフィムリウムバイオフィルム形成に必須のc-di-GMPを生成するジグアニル酸シクラーゼをコードする。c-di-GMPは、宿主細胞質ゾルタンパク質STINGに対するアゴニストに結合し、かつアゴニストである。上述のようなSTINGアゴニストは、抗がん処置のワクチンアジュバントとして追究され、細菌が、免疫療法において使用するためのサイクリックジ-ヌクレオチドを分泌するように遺伝子操作された(Libanova 2012, Synlogic 2018 AACR poster)。adrAの欠失を介したc-di-GMP産生において減少される免疫刺激性細菌は、反直感的であると思われるが、バイオフィルムを形成することができないS.ティフィムリウム突然変異体(adrA突然変異体を含む)等の細菌突然変異体は、マウス腫瘍モデルにおいて治療可能性が低いことが実証されている(Crull et al. (2011) Cellular Microbiology 13(8):1223-1233)。更に、STINGのうちのいくつかのヒト対立遺伝子は、細菌産生3’3’CDN結合に対して無反応性である(Corrales et al. (2015) Cell Reports 11:1022-1023)。
アデノシン栄養要求性となるように遺伝子操作され、LPSの改変および/またはフラジェリンの欠失および/またはバイオフィルム形成に必須の遺伝子の欠失によって炎症促進性サイトカインを誘導するそれらの能力が減少され、干渉RNAをデリバリーするように更に改変された、S.ティフィムリウム菌株等の本明細書において記載する細菌菌株は、頑強な抗腫瘍免疫応答を促進する。
f.LPS生合成経路中の遺伝子における欠失
グラム陰性細菌のLPSは、細菌膜の外葉の主要な構成成分である。それは、3つの主要な部分である脂質A、非反復コアオリゴサッカライド、およびO抗原(またはOポリサッカライド)からなる。O抗原は、LPS上の最も外側の部分であり、細菌透過性に対する防御層としての役割を果たすが、O抗原の糖組成は、菌株間で広範囲に異なる。脂質Aおよびコアオリゴサッカライドは非常に少なく、より典型的には、同じ菌種の菌株内に保存される。脂質Aは、エンドトキシン活性を含むLPSの一部である。それは、典型的には、複数の脂肪酸で修飾されるジサッカライドである。これらの疎水性脂肪酸鎖は、LPSを細菌膜へ固定し、残りのLPSは細胞表面から突出する。脂質Aドメインは、グラム陰性細菌の毒性の多くの原因となる。典型的には、血液中のLPSは、深刻な病原体関連分子パターン(PAMP)として認識され、重度の炎症促進性応答を誘導する。LPSは、CD14、MD2およびTLR4を含む膜結合受容体複合体のためのリガンドである。TLR4は、輸送膜タンパク質NFκB経路を刺激するためのMyD88およびTRIF経路を介してシグナルを送ることができ、TNF-αおよびIL-1β等の炎症促進性サイトカインの産生をもたらし、内毒素性ショックとなることがある結果、命にかかわる場合がある。哺乳動物細胞の細胞質ゾル中のLPSは、カスパーゼ4、5、および11のCARDドメインに直接結合し、自己活性化およびパイロトーシス細胞死を引き起こすことがある(Hagar et al. (2015) Cell Research 25:149-150)。脂質Aの組成および脂質A変異体の毒素産生性は十分に立証されている。例えば、モノリン酸化された脂質Aは、複数のホスフェート基を有する脂質Aよりも炎症性が低い。脂質A上のアシル鎖の数および長さも、毒性の程度に深刻な影響を与える場合がある。E.コリからの標準的な脂質Aは、6個のアシル鎖を有し、このヘキサアシル化は、強力な毒性である。S.ティフィムリウム脂質Aは、E.コリのものと同様であり;それは4つの第一級および2つの第二級ヒドロキシアシル鎖を保有するグルコサミンジサッカライドである(Raetz and Whitfield (2002) Annu Rev Biochem. 71:635-700)。上述のようなS.ティフィムリウムのmsbB突然変異体は、そのLPSに末端ミリストイル化を受けることができず、ヘキサアシル化脂質Aよりも顕著に毒性が低いペンタアシル化LPSを主に生成する。パルミテートを用いた脂質Aの改変は、パルミトイル転写酵素(PagP)によって触媒される。pagP遺伝子の転写は、例えば、SCV内部で低濃度のマグネシウムによって活性されるPhoP/PhoQ系の制御下である。したがって、S.ティフィムリウムのアシル含有量は可変であり、野生型細菌の場合、ヘキサまたはペンタアシル化とすることができる。その脂質AをパルミテートするためのS.ティフィムリウムの能力は、ファゴリソソームへ分泌される抗菌ペプチドに対する抵抗性を増加させる。
野生型S.ティフィムリウムでは、pagPの発現は、ヘプタアシル化された脂質Aをもたらす。msbB突然変異体(脂質Aの末端アシル鎖を加えることができない)では、pagPの誘導によって、ヘキサアシル化LPSがもたらされる(Kong et al. (2011) Infection and Immunity 79(12):5027-5038)。ヘキサアシル化LPSは、最も炎症促進性であることが示されている。他の基は、例えば、pagPを欠失させ、ヘキサアシル化LPSのみが産生されるようにすることによって、この炎症促進性シグナルを利用することを求められているが(Felgner et al. (2016) Gut Microbes 7(2):171-177;Felgner et al. (2018) Oncommunelogy 7(2): e1382791)、これは、LPSのTNF-α介在性炎症促進性性質、および逆説的ではあるが適応免疫が少ないことに起因して不十分な忍容性につながることがある(Kocijancic et al. (2017) Oncotarget 8(30):49988-50001)。本明細書において提供されるものは、ペンタアシル化LPSのみを産生するS.ティフィムリウムの生存弱毒化菌株であり、msbB遺伝子の欠失(上述のような脂質Aの末端ミリストイル化を阻止する)を含み、pagPの欠失(パルミトイル化を阻止する)によって更に改変される。TREX1等の免疫チェックポイントに対する干渉RNAを発現するように更に改変された場合に、ペンタアシル化LPSを産生するように改変された菌株は、炎症促進性サイトカインのレベルを低下させ、抗菌ペプチドに対する感受性を高め、忍容性を強化し、抗腫瘍免疫を増加させることになる。
g.SPI-1遺伝子の欠失
上述のように、S.ティフィムリウム等のサルモネラ属菌種では、病態形成は、サルモネラ属病原性アイランド(SPI)と称される遺伝子のクラスターに関与する。SPI-1は、上皮細胞の侵入を介在する。SPI-1は、宿主細胞の細胞質ゾル中へエフェクタータンパク質がトランスロケーションすることに寄与する3型分泌装置(T3SS)をコードし、サルモネラ属の取り込みをもたらすアクチンをもたらす場合がある。SPI-1T3SSは、消化管上皮層を横断するのに必須であるが、細菌が非経口で注射された場合は、感染に重要ではない。一部のタンパク質の注入およびニードル複合体自体も、インフラマソーム活性化および食細胞のパイロトーシスを誘導することができる。この炎症促進性細胞死は、抗原-提示細胞(APC)死を直接誘導することによって頑強な適応免疫応答の開始を制限し、ならびにサイトカイン環境を改変し、メモリーT細胞の生成を阻止することができる。SPI-1遺伝子は、いくつかのオペロンを含み、それらとしてはsitABCD、sprB、avrA、hilC、orgABC、prgKJIH、hilD、hilA、iagB、sptP、sicC、iacP、sipADCB、sicA、spaOPQRS、invFGEABCIJ、およびinvHがある。
本明細書において例示される、purI欠失、msbB欠失、asd遺伝子欠失を含み、干渉RNAをコードするプラスミドをデリバリーするように遺伝子操作されたS.ティフィムリウムの生存弱毒化菌株は、SPI-1遺伝子を欠失するように更に改変される。例えば、SPI-1関連3型分泌装置(T3SS-1)の発現に必須の調節遺伝子(例えば、hilAまたはinvF)の欠失、T3SS-1構造的遺伝子(例えば、invGまたはprgH)、またはT3SS-1エフェクター遺伝子(例えば、sipAまたはavrA)である。この分泌装置は、エフェクタータンパク質を、細菌の取り込みをもたらす上皮細胞等の宿主非食細胞の細胞質ゾル中に注入することに関与する。この例では、静脈内または腫瘍内のいずれかで投与される治療用サルモネラ・ティフィムリウム菌株からのhilA遺伝子の追加の欠失によって、S.ティフィムリウム感染を、取り込みのためにSPI-1T3SSを必要としない食細胞に集中させ、これらの食細胞の寿命を延長する。hilA突然変異はまた、炎症促進性サイトカインの量を減少させ、治療法の忍容性、ならびに適応免疫応答の質を増加させる。
h.プラスミドデリバリーを増加させるためのエンドヌクレアーゼ(endA)突然変異
endA遺伝子(例えば、配列番号250)は、グラム陰性細菌のペリプラズムにおける二本鎖DNAの分解を介在するエンドヌクレアーゼ(例えば、配列番号251)をコードする。endA遺伝子の突然変異は、高収率のプラスミドDNAを可能にするため、実験用E.コリの最も一般的な菌株はendA-である。この遺伝子は菌種と一緒に保存される。無傷プラスミドDNAデリバリーを促進するために、遺伝子操作された免疫刺激性細菌のendA遺伝子を欠失または突然変異させ、そのエンドヌクレアーゼ活性を阻止する。そのような突然変異の例示的なものは、E208Kアミノ酸置換(Durfee、et al. (2008) J. Bacteriol. 190(7):2597-2606)または目的の菌種に対応する突然変異である。E208を含むendAは、サルモネラ属を含む細菌菌種と一緒に保存される。したがって、E208K突然変異を使用し、サルモネラ属菌種を含む他の菌種においてエンドヌクレアーゼ活性を削除することができる。当業者であれば、endA活性を削除するために、他の突然変異または欠失を導入することができる。サルモネラ属等、本明細書における免疫刺激性細菌においてendAの活性を削除するために、遺伝子にこの突然変異または欠失または破壊を行うと、無傷プラスミドDNAデリバリーの効率を増加させ、その結果、shRNAおよび/またはmiRNA等のRNAの発現を増加させ、プラスミドにおいてコードされる免疫チェックポイントのうちのいずれかまたは2つ以上を標的とし、その結果、チェックポイント遺伝子のRNAi-介在性ノックダウンを増加させ、抗腫瘍有効性を強化する。
i.RIG-I阻害
TLR非依存性I型IFN経路のうちの1つは、細胞質ゾルにおける一本鎖ストランド(ss)および二本鎖ストランド(ds)RNAの宿主認識によって介在される。これらは、RNAヘリカーゼによって感知され、これらとしては、レチノイン酸誘導性遺伝子I(RIG-I)、黒色腫分化関連遺伝子5(MDA-5)があり、IRF-3転写因子のIFN-βプロモーター刺激因子1(IPS-1)アダプタータンパク質介在性リン酸化を介して、I型IFNの誘導を引き起こす(Ireton and Gale (2011) Viruses 3(6):906-919)。RIG-Iは、5’-トリホスフェートを有するdsRNAおよびssRNAを認識する。この部分は、RIG-Iに直接結合するか、またはポリDNA依存性RNAポリメラーゼIII(Pol III)によってポリ(dA-dT)鋳型から合成することができる(Chiu, Y. H. et al. (2009) Cell 138(3):576-91)。2つのAAジヌクレオチド配列を含むポリ(dA-dT)鋳型は、一般的なレンチウイルスshRNAクローニングベクター中のU6プロモーター転写開始部位において生じる。その後のプラスミドにおけるその欠失は、I型IFN活性化を阻止する(Pebernard et al. (2004) Differentiation. 72:103-111)。RIG-I結合配列は、本明細書において提供されるプラスミドに含むことができ;含有していると、本明細書における免疫刺激性細菌の抗腫瘍活性を増加させる免疫刺激を増加することができる。
j.DNase II阻害
外来および自己DNA分解の原因となる別のヌクレアーゼは、エンドヌクレアーゼであるDNase IIであり、これはエンドソームのコンパートメント中に常在し、アポトーシス後のDNAを分解する。DNase II(マウスにおけるDnase2a)が無いと、細胞質ゾルへ逃避し、cGAS/STINGシグナル伝達を活性化するエンドソームDNAの蓄積をもたらす(Lan YY et al. (2014) Cell Rep. 9(1):180-192)。TREX1と同様に、ヒトにおけるDNase II-欠乏は、自己免疫I型インターフェロン症を示す。がんでは、腫瘍常在性マクロファージによって取り込まれた死滅腫瘍細胞は、cGAS/STING活性化およびエンドソームコンパートメント内のDNAのDNase II消化を介した潜在的な自己免疫を阻止する(Ahn et al. (2018) Cancer Cell 33:862-873)。したがって、本明細書において提供する免疫刺激性細菌菌株の実施形態は、DNase IIの発現を阻害するか、抑制するか、または遮断し、腫瘍微小環境においてDNase IIを阻害することができるshRNAまたはmiRNA等のRNAiをコードし、その結果、細胞質ゾルにおいてエンドサイトーシスされたアポトーシス腫瘍DNAの蓄積をもたらし、強力なcGAS/STINGアゴニストとして作用することができる。
k.RNase H2阻害
TREX1およびDNase IIは、異常なDNA蓄積を除去するために機能するが、RNase H2は、細胞質ゾルにおいてRNA:DNAハイブリッドの病原性の蓄積を削除するために同様に機能する。TREX1と同様に、RNase H2の不足は、エカルディグティエール症候群の自己免疫表現型の一因にもなる(Rabe、B. (2013) J Mol Med. 91:1235-1240)。特に、RNase H2の損失およびRNA:DNAハイブリッドまたはゲノム埋込リボヌクレオチド基質のその後の蓄積は、cGAS/STINGシグナル伝達を活性化することを示している(MacKenzie et al. (2016) EMBO J. Apr15;35(8):831-44)。したがって、本明細書において提供する免疫刺激性細菌菌株の実施形態は、RNAse H2の発現を阻害するか、抑制するか、または遮断するshRNAまたはmiRNA等のRNAiをコードし、その結果RNase H2を阻害し、腫瘍由来RNA:DNAハイブリッドおよびこれらの誘導体をもたらし、cGAS/STINGシグナル伝達および抗腫瘍免疫を活性化する。
l.スタビリン-1/CLEVER-1阻害
最初に単球上で発現され、免疫調節することに関与する別の分子は、スタビリン-1(遺伝子名STAB1、CLEVER-1、FEEL-1としても公知である)である。スタビリン-1は、炎症後に内皮細胞およびマクロファージ上で、特に腫瘍関連マクロファージ上で上方調節されるI型輸送膜タンパク質である(Kzhyshkowska et al. (2006) J. cell. Mol. Med. 10(3):635-649)。炎症が活性化した場合に、スタビリン-1はスカベンジャーとして作用し、創傷治癒およびアポトーシス小体クリアランスを助け、肝線維症等の組織損傷を阻止することができる(Rantakari et al. (2016) PNAS 113(33):9298-9303)。スタビリン-1の上方調節は、抗原特異的T細胞応答を直接阻害し、単球におけるsiRNAによるノックダウンは、それらの炎症促進性機能を強化することが示された(Palani、S. et al. (2016) J Immunol.196:115-123)。したがって、本明細書において提供する免疫刺激性細菌菌株の実施形態は、腫瘍微小環境においてスタビリン-1/CLEVER-1の発現を阻害するか、抑制するか、または遮断するshRNAまたはmiRNA等のRNAiをコードし、その結果腫瘍常在性マクロファージの炎症促進性機能を強化する。
m.細菌培養条件
細菌のための培養条件は、それらの遺伝子発現に影響を与える場合がある。S.ティフィムリウムは、SPI-1およびその関連するT3SS-1を含む機序により、感染して30~60分以内にマクロファージの急速な炎症促進性カスパーゼ依存性細胞死を誘導することができるが、上皮細胞は誘導しないことが報告されている(Lundberg et. al (1999) Journal of Bacteriology 181(11):3433-3437)。この細胞死は、その後、IL-1βおよびIL-18の成熟および放出を促進し、パイロトーシスと称される細胞死の新規な形態を開始する、カスパーゼ-1を活性化するインフラマソームの活性化によって介在されることは、現在公知である(Broz and Monack (2011) Immunol Rev. 243(1):174-190)。このパイロトーシス活性は、対数期細菌を使用することによって誘導することができ、一方、静止期細菌は、マクロファージにおいてこの急速な細胞死を誘導しない。SPI-1遺伝子は、対数期成長中に誘導される。したがって、静止期において治療上使用することになるS.ティフィムリウムを採取することによって、マクロファージの急速なパイロトーシスを阻止することができる。マクロファージは、自然免疫系の重要なメディエーターであり、これらは適切な抗腫瘍応答を確立するのに重要であるサイトカインを分泌するように作用することができる。更に、IL-1βおよびIL-18等の炎症促進性サイトカイン分泌を制限すると、投与されたS.ティフィムリウム療法の忍容性が改善するであろう。本明細書において提供する、静止期において採取される免疫刺激性S.ティフィムリウムは、抗腫瘍応答を誘導するために使用されるであろう。
E.例示的プラスミドの構築
本明細書において提供される免疫刺激性細菌は改変されている。それらは、細菌性ゲノムおよび細菌性遺伝子を発現するような改変を含み、また、細菌性プロモーターを含むことによって細菌中に、または適切な真核生物プロモーターおよび必要に応じて他の調節性領域を含むことによって宿主内に発現される産物をコードするプラスミドを含む。
プラスミドを導入するために、細菌は、所定の分子生物学的ツールを用いて構築された精製DNAプラスミドを用いたエレクトロポレーション等の標準的な方法(DNA合成、PCR増幅、DNA制限酵素による消化、および適合する付着末端フラグメントとリガーゼとのライゲーション)を使用して形質転換される。
以下で検討されるように、プラスミドは、1つまたは複数のショートヘアピン型(sh)RNAコンストラクト(複数可)、または他の阻害性RNAモダリティをコードし、その発現は、標的とする遺伝子の発現を阻害するかまたは遮断する。shRNAまたはマイクロRNA等のRNAiコンストラクトは、RNAポリメラーゼ(RNAP)IIまたはIIIプロモーター等の真核生物プロモーターの制御下で発現される。典型的には、RNAP III(POLIIIとも称される)プロモーターは構成的であり、RNAP II(POLIIとも称される)は調節される場合がある。一部の例では、shRNAは遺伝子TREX1を標的とし、その発現を阻害する。一部の実施形態では、プラスミドは、PD-L1、VISTA、SIRPα、CTNNB1、TGF-ベータ、および/またはVEGF、および当業者であれば公知のその他のものを阻害するためのshRNA等の2つ以上のチェックポイント遺伝子を阻害することを標的とする複数のshRNAをコードする。shRNA等の複数のRNAiがコードされる場合、各発現は、異なるプロモーターの制御下にある。
本明細書において提供する、S.ティフィムリウムを含むサルモネラ属の菌株等の細菌菌株は、腫瘍微小環境においてアデノシン栄養要求性であるように、かつTREX1、PD-L1、VISTA、SIRP-アルファ、ベータ-カテニン、TGF-ベータおよびVEGFの遺伝子発現をノックダウンすることができるshRNAまたはマイクロRNAをコードする遺伝子を含むプラスミドを保有するように改変されるかまたは同定される。S.ティフィムリウムは、腫瘍細胞とマクロファージの両方を含む複数の細胞タイプに感染することができる。S.ティフィムリウムに感染した細胞に関しては、プラスミドが放出され、RNAポリメラーゼによって転写することができる。その後産生されたshRNAは、プロセシングされ、標的mRNA遺伝子の発現に干渉することができる。
1.干渉RNA(RNAi)
本明細書におけるプラスミドは、チェックポイントおよび上述のような他の目的の標的を標的とするRNAi核酸をコードする。RNAiとしては、shRNA、siRNA、およびマイクロRNAがある。RNA干渉(RNAi)は、標的遺伝子と相同の配列を有する短い合成dsRNA分子である低分子干渉RNA(siRNA)を使用して真核細胞における遺伝子発現の配列選択的抑制を可能にする。RNAi技術は、疾患関連転写を枯渇するための強力なツールを提供する。
a.shRNA
典型的には、約19~29塩基対長であるsiRNAは、特異的な宿主mRNA配列を分解し、それらの各タンパク質産物への翻訳を不可能にし、標的とする遺伝子の発現を効果的にサイレンシングすることによって機能する。タイトなヘアピンループを含むショートヘアピン型RNA(shRNA)は、RNAiにおいて広範囲に使用される。shRNAは、4~15ヌクレオチドのループスペーサーによって連結された各19~29bps長の2つの相補的RNA配列を含む。標的遺伝子配列相補的である(したがってmRNA配列と同一である)RNA配列は、「センス」ストランドとして公知であり、同時にmRNAに相補的である(および標的遺伝子配列と同一である)ストランドは、「アンチセンス」または「ガイド」ストランドとして公知である。shRNA転写は、siRNA二本鎖へのダイサーとして公知のRNase III酵素によってプロセシングされる。次いで産物は、アルゴノート(Ago)タンパク質および他のRNA-結合タンパク質を有するRNA誘導性サイレンシング複合体(RISC)へ積み込まれる。次いでRISCは、アンチセンスまたは「ガイド」ストランドをその相補的mRNA配列へ局在化させ、その後、それがAgoによって開裂される(米国特許第9,624,494号)。shRNAの使用は、より費用効果が高く、細胞内高濃度のsiRNAはオフターゲット効果と関連するため、かつsiRNAの濃度は細胞分裂時に希釈されるようになるためにsiRNAよりも好ましい。一方、shRNAの使用は、安定で長期の遺伝子ノックダウンをもたらし、複数の一連のトランスフェクションの必要がない(Moore et al. (2010) Methods Mol. Bio. 629:141-158)。
マイクロRNAおよびsiRNA/shRNA介在性サイレンシング等のRNAiのための目的の標的としては、これらに限定されるものではないが、サイトカインおよびそれらの受容体、サイクリンキナーゼ阻害剤、神経伝達物質およびそれらの受容体、成長/分化因子およびそれらの受容体等の発生遺伝子;BCL2、ERBA、ERBB、JUN、KRAS、MYB、MYC等のがん遺伝子;BRCA1、BRCA2、MCC、p53等の腫瘍抑制遺伝子;およびACCシンターゼおよびオキシダーゼ、ATPase、アルコールデヒドロゲナーゼ、アミラーゼ、カタラーゼ、DNAポリメラーゼ、RNAポリメラーゼ、キナーゼ、ラクターゼおよびリパーゼ等の酵素がある(米国特許第7,732,417号、同第8,829,254号、同第8,383,599号、同第8,426,675号、同第9,624,494号;米国特許出願公開第2012/0009153号)。特に興味深いものは、PD-1、PD-2、PD-L1、PD-L2、CTLA-4、IDO1および2、CTNNB1(β-カテニン)、SIRPα、VISTA、RNASEH2、DNASE II、CLEVER-1/スタビリン-1、LIGHT、HVEM、LAG3、TIM3、TIGIT、ガレクチン-9、KIR、GITR、TIM1、TIM4、CEACAM1、CD27、CD40/CD40L、CD48、CD70、CD80、CD86、CD112、CD137(4-1BB)、CD155、CD160、CD200、CD226、CD244(2B4)、CD272(BTLA)、B7-H2、B7-H3、B7-H4、B7-H6、ICOS、A2aR、A2bR、HHLA2、ILT-2、ILT-4、gp49B、PIR-B、HLA-G、ILT-2/4およびOX40/OX-40L等の免疫チェックポイント標的である。他の標的としては、MDR1、アルギナーゼ1、iNOs、IL-10、TGF-β、pGE2、STAT3、VEGF、KSP、HER2、Ras、EZH2、NIPP1、PP1、TAK1およびPLK1がある(米国特許出願公開第2008/091375号、同第2009/0208534号、同第2014/0186401号、同第2016/0184456号、同第2016/0369282号;国際公開第2012/149364号、国際公開第2015/002969号、国際公開第2015/032165号、国際公開第2016/025582号)。
細菌は、siRNAおよびshRNAを腫瘍標的化デリバリーするための魅力的なベクターである。サルモネラ属は、例えば、IDO(Blache et al. (2012) Cancer Res. 72(24):6447-6456;Manuel et al. (2015) Cancer Immunol. Res. 3(9):1096-1107;米国特許出願公開第2014/0186401号、同第2016/0184456号;国際公開第2012/149364号、国際公開第2015/002969号);STAT3(Manuel et al. (2011) Cancer Res. 71(12):4183-4191;Zhang et al. (2007) Cancer Res. 67(12):5859-5864;米国特許出願公開第2014/0186401号、同第2016/0184456号;国際公開第2008/091375号、国際公開第2012/149364号、国際公開第2015/002969号、国際公開第2015/032165号);β-カテニン(Guo et al. (2011) Gene therapy 18:95-105;国際公開第2015/032165号)およびCTLA-4(米国特許出願公開第2014/0186401号、同第2016/0184456号;国際公開第2012/149364号、国際公開第2015/002969号)等の遺伝的標的に対するshRNプラスミドをデリバリーするために使用することができる。
shRNA等の発現RNAiは、shRNAが転写される限りは、それらの標的転写の長期にわたる安定なノックダウンを媒介する。RNA Pol IIおよびIIIプロモーターは、必要とされる発現のタイプに応じてshRNAコンストラクトの発現をドライブするために使用される。豊富な内因性小分子RNAの産生においてそれらの健常細胞の役割と一致して、Pol IIIプロモーター(U6またはH1等)は、構成shRNA発現を高レベルでドライブし、それらの転写開始点および末端シグナル(4-6チミジン)が明確に定義される。Pol IIプロモータードライブshRNAは、組織特異的に発現することができ、pri-miRNAを模倣し、プロセシングされることになるキャップおよびポリAシグナルを有するより長い前駆体として転写される。このような人工miRNA/shRNAは、RISC中に効率的に組み込まれ、標的遺伝子発現のより強力な阻害に寄与し;これは低レベルのshRNA発現を可能にし、RNAi経路における構成成分の飽和を阻止することになる。Pol IIプロモーターの更なる利点は、単一の転写が、いくつかのmiRNAおよび模倣shRNAを同時に発現できることである。この多重化戦略を使用し、2つ以上の治療的標的の発現を同時にノックダウンするか、または単一の遺伝子産物においていくつかの位置を標的とすることができる(例えば、米国特許出願公開第2009/0208534号を参照のこと)。
b.マイクロRNA
マイクロRNA(miRNA)は、約20~24または20~24ヌクレオチド長の短い非コード一本鎖ストランドのRNA分子である。天然発生miRNAは、遺伝子発現の転写後調節に関与し;miRNAは、遺伝子をコードしない。miRNAは、細胞増殖および生存、ならびに細胞分化を調節することが示されている。miRNAは、配列相補性を共有する標的となるmRNAへ結合することによって翻訳を阻害するかまたはRNA分解を促進する。これらはmRNAの安定性および翻訳に作用し;miRNAは、配列相補性を共有する標的となるmRNAへ結合することによって、翻訳を阻害しおよび/またはRNA分解を促進する。真核生物中に存在するmiRNAは、RNA Pol IIによって一次miRNA、またはpri-miRNAとして公知の、キャップされ、ポリアデニル化されたヘアピン含有一次転写産物へ転写される。これらのpri-miRNAは、酵素ドローシャリボヌクレアーゼIIIおよびその補助因子Pasha/DGCR8によって、前駆体miRNAまたはプレ-miRNAとして公知の約70ヌクレオチド長の前駆体miRNAヘアピンへ開裂され、次いでこれらは核から細胞質へ輸送され、ダイサーリボヌクレアーゼIIIによって、およそ22ヌクレオチド長のセンスおよびアンチセンスストランド産物を有するmiRNA:miRNA*二本鎖へ開裂される。成熟miRNAは、RNA誘導性サイレンシング複合体(RISC)中に組み込まれ、それが標的mRNAを認識し、通常、miRNAと対を成す不完全な塩基を介して3’非翻訳領域(UTR)においてそこに結合し、翻訳の阻害または標的mRNAの不安定化/分解をもたらす(例えば、Auyeung et al. (2013) Cell 152(4):844-85を参照のこと)。
本明細書において記載する、RNA干渉(RNAi)によって遺伝子発現を調節することは、標的とされる遺伝子の発現を阻害するか、遮断するか、または別に干渉するためにショートヘアピン型RNA(shRNA)を使用することが多い。有利に使用し、かつ本明細書において使用する一方、一部の例では、shRNAは、小分子RNA生物発生因子のための基質となるには不十分であり、小分子RNAの異種混合物へプロセシングすることができ、それらの前駆体転写物は、細胞中に蓄積することができ、配列非依存的非特異的効果を誘導し、インビボ毒性を引き起こす。miRNAは、本明細書において使用するために考慮される。miRNA様スキャフォールド、または人工miRNA(amiRNA)を使用し、配列非依存的非特異的効果を減少させることができる(Watanabe et al. (2016) RNA Biology 13(1):25-33; Fellmann et al. (2013) Cell Reports 5:1704-1713)。改善された安全性プロファイルに加えて、amiRNAは、Pol IIによって、shRNAよりも容易に転写される、調節された細胞特異的発現を可能にする。人工miRNA(amiRNA)は、shRNAと比較して、効果的に、場合によっては、より強力に遺伝子発現をサイレンシングすることができ、大量の阻害性RNAを生成することはない(McBride et al. (2008) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105(15):5868-5873)。この効果は、shRNA転写からではなく、プレ-miRNA前駆体からのより効果的なsiRNAのプロセシングによるものであると判定された(Boden et al. (2004) Nucl Acid Res 32(3):1154-1158)。
miRNAは、細胞増殖および生存、細胞内シグナル伝達、細胞代謝、ならびに細胞分化を含むいくつかの細胞プロセスを調節することが示されている。1993年に、最初のmiRNAが、C.エレガンス(C.elegans)において同定され(Lee et al. (1993) Cell 75:843-854)、その後、哺乳動物miRNAが同定された(Pasquinelli et al. (2000) Nature. 408(6808):86-89)。17,000種類を超えるmiRNAが142種類の菌種において同定されており、1900種類を超えるmiRNAがヒトにおいて同定され、これらのうちのいずれかは、がん(例えば、B-CLLにおけるmiR-15およびmiR-16、乳がんにおけるmiR-125b、miR-145、miR-21、miR-155およびmiR-210、肺がんにおけるmiR-155およびlet-7a、胃がんにおけるmiR-145、肝臓がんにおけるmiR-29b);ウイルス感染(例えば、HCV感染におけるmiR-122およびmiR-155、HIV-1感染におけるmir-28、miR-125b、miR-150、miR-223およびmiR-382、インフルエンザウイルス感染におけるmiR-21およびmiR-223);免疫関連疾患(例えば、多発性硬化症におけるmiR-145、miR-34a、miR-155およびmiR-326、全身性エリテマトーデスにおけるmiR-146a、I型I糖尿病におけるmiR-144、miR-146a、miR-150、miR-182、miR-103およびmiR-107、非アルコール性脂肪肝疾患におけるmiR-200a、miR-200b、miR-429、miR-122、miR-451およびmiR-27、非アルコール性脂肪性肝炎におけるmiR-29c、miR-34a、miR-155およびmiR-200b);および神経変性疾患(例えば、パーキンソン病におけるmiR-30b、miR-30c、miR-26a、miR-133b、miR-184*およびlet-7、アルツハイマー病におけるmiR-29b-1、miR-29aおよびmiR-9)を含む様々な疾患と関連していた(Li and Kowdley (2012) Genomics Proteomics Bioinformatics 10:246-253)。
研究によって、特異的内因性miRNAは、ある特定のがんにおいて上方調節されるかまたは下方調節されることが示されている。例えば、miR-140は、非小細胞肺がん(NSCLC)において下方調節され、その過剰発現がPD-L1を抑制することが見出され(Xie et al. (2018) Cell Physiol. Biochem. 46:654-663);miR-197は白金系化学療法耐性NSCLCにおいて下方調節され、化学療法抵抗性、腫瘍原生および転移をもたらし(Fujita et al. (2015) Mol Ther 23(4):717-727);いくつかのmiRNAは、がん細胞において下方調節され、miR-200、miR-34aおよびmiR-138を含むPD-L1の発現を可能にすることを見出されている(Yee et al. (2017) J. Biol. Chem. 292(50):20683-20693)。いくつかのmiRNA、例えば、miR-21、miR-17およびmiR-221はまた、肺がんにおいて上方調節される(Xie et al. (2018 Cell Physiol. Biochem. 46:654-663)。
マイクロRNA-103(miR-103)は、照射後の遺伝毒性ストレスおよびDNA損傷の結果として、内皮細胞において最も上方調節されるマイクロRNAとして同定された。miR-103は、TREX1、TREX2およびFANCF遺伝子の下方調節をもたらすことが見出され、TREX1発現における減少は、miR-103が細胞死および血管新生抑制を介在する主要な機序として同定された(Wilson et al. (2016) Nature Communications 7:13597)。TREX1の損失によって、dsおよびssDNAの蓄積、DNA修復の欠陥、およびサイトカインの放出がもたらされるため、Wilsonらは、miR-103がサイトカインの発現を調節するかどうかを検討した。結果によって、miR-103発現は、炎症促進性ケモカインIP-10、RANTES、MIG、およびサイトカインIL-15、IL-12およびIFN-γを顕著に上方調節し、この上方調節は、TREX1レベルにおけるmiR-103介在性の減少によるものだったことが示された。研究は、共刺激受容体CD40およびCD160における有意な増加、および4T1腫瘍におけるPD-L1+マクロファージおよび好中球数の減少も明らかにした。したがって、TREX1のmiR-103調節は、免疫TMEの強力なモジュレーターである。TREX1を標的とする他のmiRNAとしては、miR-107(米国特許第9,242,000号)、miR-27aおよびmiR-148b(米国特許第8,580,757号)がある。miRNA-103は、TREX1を阻害するために本明細書におけるプラスミドで使用することができる。
人工miRNA(amiRNA)は、細胞へデリバリーされ、マイクロRNAベースのsiRNAまたはshRNAベクター(shRNAmir)を生成することによって、標的とする遺伝子をサイレンシングするために使用することができる。miR-30a骨格は、哺乳動物において使用されることが多く、およそ200~300塩基の一次miRNA転写物がベクター中に含まれ、miRNAヘアピンが断片の中心に位置し、天然miRNAステム配列が目的のsiRNA/shRNAエンコード配列に置き換えられる。CMV、MSCVおよびTLRプロモーター等のウイルスプロモーター;EIF-1a等の細胞プロモーター;tet-CMV等の誘導性キメラプロモーター;および組織特異的プロモーターを使用することができる(Chang et al. (2013) Cold Spring Harb Protoc; doi:10.1101/pdb.prot075853)。使用することができる他のmiRNAとしては、mir-16-2(Watanabe et al. (2016) RNA Biology 13(1):25-33)、miR-155(Chung et al. (2006) Nuc Acids Res 34:e53)、miR17-92(Liu et al. (2008) Nuc Acids Res 36(9):2811-2824)、miR-15a、miR-16、miR-19b、miR-20、miR-23a、miR-27b、miR-29a、miR-30b、miR-30c、miR-104、miR-132s、miR-181、miR-191、miR-223(米国特許第8,426,675号)、およびLet-7 miRNA(国際公開第2009/006450号;国際公開第2015/032165号)がある。
shRNAmirは、特に低または単一コピー条件下で発現される場合、計算で予測されるshRNA配列の有効性が低いことによって制限される。miR-E(miR-30aベース)およびmiR-3G(miR-16-2ベース)等の第三世代の人工miRNAが開発されており、正確に定義されたガイドRNAのプロセシングおよび蓄積が強化されたため、Pol IIとPol IIIベースの両方の発現ベクターにおいて、shRNAmirと比較してより強力な遺伝子サイレンシングを示すことが見出された。ステム3pフランキング配列内のmiRNAのプロセシングを強化するために保存されたCNNCモチーフの発見によって開発されたmiR-Eは、3つの態様:miR-Eのステムは膨張しておらず、反対側のストランドに意図するガイドを有すること;ループに隣接する2つの保存された塩基対は、CU/GGからUA/UAへ突然変異したこと;およびXhoI/EcoRI制限部位は、shRNAをクローニングするために、隣接する領域中に導入されたことにおいて、内因性miR-30aとは異なる(Fellmann et al.(2013) Cell Reports 5:1704-1713)。miR-Eは、miR-30aよりも強力であることが見出されたが、miR-30aの3pと5pの両方のストランドの対称なプロセシングは、パッセンジャーストランドデリバリーよりもガイドストランドデリバリーを優先せず、これは最適ではない。更に、100ntよりも長いオリゴを使用したmiR-Eへのクローニングは、費用および時間がかかる(Watanabe et al. (2016) RNA Biology 13(1):25-33)。
miR-16-2と表されるamiRNA(例えば、Watanabe et al. (2016) RNA Biology 13(1):25-33、図1を参照のこと)は、第三世代の(3G)amiRNAスキャフォールド代替物であり;いくつかの組織において発現され、天然で非対称であり(成熟ストランドは、ステムの5pまたは3pアームのみに由来する)、そのステムおよびループセグメントは小さくかつ固く、ベクタークローニングは単純化される。miR-3Gは、天然型miR-16-2ステム、およびループ、およびステムの両側にある35bpsフランキングを含む、約175bpフラグメントをベクター中にクローニングすることによって生成される。miR-3Gは、MluIおよびEcoRI等のクローニング部位を、5pおよび3pアームフランキング配列へそれぞれ導入し、ガイド(アンチセンス)およびパッセンジャー(センス)ストランドステムを、ガイドストランドに対する位置1におけるミスマッチを除いて完全に塩基対合することにより、miR-16-2の更なる改変を含む。制限部位は、miR-16-2ヘアピンおよびフランキングエレメントの予測される二次構造を損なうことなく、88-mer二本鎖DNAオリゴヌクレオチドを介して新規の標的となるコンストラクトの生成を可能にする。更に、2つのCNNCモチーフおよびGHGモチーフ(小分子RNAプロセシングエンハンサー)のうちの1つは、miR-16-2の3pフランキング配列において改変される。次いで、目的の遺伝子(複数可)を標的とするsiRNAは、成熟5pガイドおよび3pパッセンジャー配列の最初の21ヌクレオチドと交換される。研究では、miR-EおよびmiR-3Gは同様に強力であったことが判定された。miR-3Gは、その発現カセットのサイズが小さいため(miR-Eの約375に対して約175nts)、魅力的なRNAi系、およびその産生のための簡易化され、費用効果が高い単一工程のクローニング法を提供する。shRNAと同様に、細菌をベクターとして使用し、マイクロ-RNAをインビボでデリバリーすることができる。例えば、弱毒化S.ティフィムリウムをベクターとして使用し、炎症を呈するマウスにおけるCCL22に対するmiRNAを発現するプラスミドを経口デリバリーできることが示された。この方法によるCCL22遺伝子発現の下方調節は、アトピー性皮膚炎のマウスモデルにおいてインビトロとインビボの両方で成功した(Yoon et al. (2012) DNA and Cell Biology 31(3):289-296)。本明細書における目的に関しては、miRNA16-2を使用し、shRNAの代わりに使用されるmiRNAを生成することができる。shRNAに関する配列は、miRNAを設計するために使用することができる。
本明細書において記載するまたは当業者であれば公知の任意の免疫チェックポイント等の、選択される標的となる遺伝子のうちのいずれかを、遮断および/または阻害および/または標的化するRNAiをコードするDNAは、配列番号249および以下に示すマイクロRNA骨格等のマイクロRNA骨格へ挿入される。当業者であれば公知の任意の好適なマイクロRNA骨格を使用することができ;一般的にそのような骨格は、天然発生マイクロRNAをベースとし、RNAiを発現するように改変される。そのような骨格の例示的なものは、miR-16-2(配列番号248)をベースとするものである。改変されるマイクロRNA骨格の配列は、
5’-CCGGATC AACGCCCTAG GTTTATGTTT GGATGAACTG ACATACGCGT ATCCGTC NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN GTAG TGAAATATAT ATTAAAC NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN TACGGTAACGCG GAATTCGCAA CTATTTTATC AATTTTTTGC GTCGAC-3’(配列番号249)
であり、Nは、相補的な、一般的に18~26、例えば19~24、19~22、19~20塩基対長のアンチセンスおよびセンスヌクレオチド配列であって、サイレンシングされることになる遺伝子を標的とし、マイクロRNAループの前後に挿入される配列を表す。ARI-205(配列番号214)およびARI-206(配列番号215)等のRNAは、配列番号249のマイクロRNA骨格をベースとする例示的なコンストラクトであり、21および22個の塩基対相同配列をそれぞれコードする。ARI-207(配列番号216)およびARI-208(配列番号217)は、配列番号249のマイクロRNA骨格ベースの例示的コンストラクトであり、19個の塩基対相同配列をコードする。別の例は、ARI-201と称されるコンストラクトであり、これはマイクロRNAコンストラクトARI-205であり、Nは、マウスPD-L1を標的とするヌクレオチドの配列で置き換えられる。ARI-202と称されるコンストラクトは、マイクロRNAコンストラクトARI-206を表し、Nは、マウスPD-L1を標的とする配列で置き換えられる。当業者であれば、miR-16-2骨格、または当業者であれば公知の他の好適な骨格を使用して、本明細書において記載され、例示されるようなプラスミド中に含ませるためのマイクロRNAを容易に構成することができる。
2.複製起点およびプラスミドコピー数
プラスミドは、複製起点を用いて細菌内に維持される自律複製染色体外環状二本鎖DNA分子である。コピー数は、プラスミドの安定性に影響を与える。コピー数が高いと、細胞分裂時にランダムな分割が生じた場合に、プラスミドに優れた安定性を一般的にもたらす。プラスミド数が高いと、成長速度が一般的に低下し、したがって場合により、プラスミドが少ない細胞が、成長が早いために培養を支配することを可能にする。複製起点も、プラスミドの相互性、すなわち同じ細菌性細胞内の別のプラスミドと共に複製するためのその能力を決定する。同じ複製系を利用するプラスミドは、同じ細菌性細胞中で共存できない。これらは同じ相互性グループに属すると言われている。同じ相互性グループから第2のプラスミドの形態で新規の起点を導入すると、常在性プラスミドを複製するという結果を模倣する。したがって、任意の更なる複製は、2つのプラスミドが異なる細胞に分離され、正しい複製前コピー数の生成を済ませるまで阻止される。
細菌の複製起点の多くは、当業者であれば公知である。起点は、所望のコピー数を達成するために選択することができる。複製起点は、DNA依存性DNAポリメラーゼを介したプラスミド複製の開始部位として認識される配列を含む(Solar et al. (1998) Microbiology And Molecular Biology Reviews 62(2):434-464)。異なる複製起点が、各細胞内に様々なプラスミドコピーレベルを提供し、1細胞当たり1から数百コピーの範囲とすることができる。一般的に使用される細菌性プラスミド複製起点としては、これらに限定されるものではないが、非常に高いコピー誘導体を有するpMB1由来起点、低コピー数を有するColE1起点、p15A、pSC101、pBR322等がある。このような起点は当業者であれば周知である。pUC19起点は、1細胞当たり500~700コピーのコピー数をもたらす。pBR322起点は、15~20の公知のコピー数を有する。これらの起点は、単一の塩基対によってのみ異なる。ColE1起点コピー数は15~20であり、pBluescript等の誘導体は、300~500の範囲のコピー数を有する。例えば、pACYC184におけるp15A起点は、およそ10のコピー数をもたらす。pSC101起点は、およそ5のコピー数を与える。起点を得ることができる他の低コピー数のベクターとしては、例えば、pWSK29、pWKS30、pWKS129およびpWKS130がある(Wang et al. (1991) Gene 100:195-199を参照のこと)。中から低コピー数は150未満または100未満である。低コピー数は、20、25、または30未満である。当業者であれば、低または高コピー数を有するプラスミドを同定することができる。例えば、コピー数が高いか低いかを実験的に判定するために、ミニプレップを行う。高コピープラスミドは、LB培養物1ml当たり3μg~5μgの間のDNAが得られるはずであり;低コピープラスミドは、LB培養物1ml当たり0.2μg~1μgの間のDNAが得られることになる。
複製起点の同定および配列を含む細菌性プラスミドの配列は周知である(例えば、snapgene.com/resources/plasmid_files/basic_cloning_vectors/pBR322/を参照のこと)。
遺伝子の投薬量は、染色体遺伝子およびタンパク質の高い特定の収率に対して増加するために、高コピープラスミドは、インビトロでタンパク質を異種発現するために選択され、治療用細菌に関しては、コードされる治療薬の治療的投薬量は更に高い。しかし、本明細書において記載するS.ティフィムリウムによる等のRNA干渉(RNAi)をコードするプラスミドのデリバリーに関しては、高コピープラスミドが理想的に適していると思われるが、治療上は、低コピー数がより効果的であることが本明細書において示される。
発現された分子が有機体に対して毒性である場合、細菌にとって高コピープラスミドを維持するための必須要件が課題となる場合がある。これらのプラスミドを維持するための代謝必須要件は、インビボでの複製適応度を犠牲にするようになる場合がある。干渉RNAをデリバリーするための最適なプラスミドコピー数は、プラスミドをデリバリーするように遺伝子操作された菌株を弱毒化する機序によって決めることができる。必要に応じて、当業者であれば、本明細書における開示を考慮して、細菌の特定の免疫刺激性菌種および菌株に関する適切なコピー数を選択することができる。低コピー数は有利である場合がある点が本明細書において示される。
3.CpGモチーフおよびCpGアイランド
非メチル化シチジン-ホスフェート-グアノシン(CpG)モチーフは、細菌においてよく認められるが、脊椎動物のゲノムDNAでは認められない。CpGモチーフを含む病原性DNAおよび合成オリゴデオキシヌクレオチド(ODN)は、宿主防御機序を活性化し、先天的および後天的な免疫応答を引き起こす。非メチル化CpGモチーフは、中心非メチル化CGジヌクレオチドとフランキング領域を含む。ヒトにおける、CpG ODNの4つの個別のクラスは、誘導する免疫応答の構造および性質における相違に基づいて同定されている。K-タイプODN(B-タイプとも称される)は、典型的には、1から5個のCpGモチーフをホスホロチオエート骨格上に含む。D-タイプODN(A-タイプとも称される)は、混合ホスホジエステル/ホスホロチオエート骨格を有し、ステム-ループ構造の形成を可能にするパリンドローム配列に隣接する単一のCpGモチーフ、ならびにポリGモチーフを3’および5’終端において有する。C-タイプODNは、ホスホロチオエート骨格を有し、ステムループ構造またはダイマーを形成することができる複数のパリンドロームCpGモチーフを含む。P-クラスCpG ODNは、ホスホロチオエート骨格を有し、複数のCpGモチーフを含み、二重パリンドロームを伴い、それらのGCが豊富な3’終端においてヘアピンを形成することができる(Scheiermann and Klinman (2014) Vaccine 32(48):6377-6389)。本明細書における目的に関しては、CpGは、プラスミドDNAにおいてコードされ;モチーフとしてまたは遺伝子中に導入することができる。
トル様受容体(TLR)は、病原体関連分子パターン(PAMP)をセンシングし、病原体に対する自然免疫を活性化するための鍵となる受容体である(Akira et al. (2001) Nat Immunol. 2(8):675-680)。TLR9は、原核生物のDNAにおける低メチル化CpGモチーフを認識する哺乳動物DNAにおいて自然に生じることがない(McKelvey et al. (2011) J Autoimmunity 36:76-86)。免疫細胞サブセットにおけるエンドソームへの病原体の食作用に対してCpGモチーフが認識すると、IRF7依存性I型インターフェロンシグナル伝達を誘導し、自然および適応免疫を活性化する。
CpGアイランドを含むプラスミドを保有する菌株であるS.ティフィムリウム等のサルモネラ属菌種等の免疫刺激性細菌が本明細書において提供される。これらの細菌は、TLR9を活性化し、I型IFN介在性自然および適応免疫を誘導することができる。本明細書において例示する、低メチル化CpGアイランドを含む細菌性プラスミドは、自然および適応抗腫瘍免疫応答を、TREX1を標的とするshRNAまたはmiRNA等の免疫チェックポイントを標的とするRNAi等の、プラスミドにおいてコードされるRNAiと組合せて誘導することができ、そのため、TREX1介在性STING経路を活性化すると、相乗的なまたは強化された抗腫瘍活性を有することができる。例えば、asd遺伝子(配列番号48)は、高頻度の低メチル化CpGアイランドをコードする。CpGモチーフは、本明細書における説明に記載されるか、またはそこから明白なRNAiのうちのいずれかと組合せて免疫刺激性細菌中に含むことができ、その結果、処置される対象における抗腫瘍免疫応答を強化するかまたは改善する。
免疫刺激性CpGは、典型的には、遺伝子産物をコードする細菌性遺伝子からの核酸を含ませることによって、また、CpGモチーフをコードする核酸を追加することによってプラスミド中に含むことができる。本明細書におけるプラスミドは、CpGモチーフを含むことができる。例示的なCpGモチーフは公知である(例えば、米国特許第8,232,259号、同第8,426,375号および同第8,241,844号を参照のこと)。これらは、一般式:(CpG)n(式中、nは反復の数である)を有する、例えば、10から100、10から20、10から30、10から40、10から50、10から75の間の塩基対長の合成免疫刺激性オリゴヌクレオチドを含む。
概して、少なくとも1つまたは2つの反復が使用され;非CG塩基が散在する場合がある。当業者であれば、TLR、特にTLR9を調節することによって免疫応答を誘導するためのCpGモチーフの一般的な使用を熟知している。
4.プラスミドの維持/構成成分の選択
実験室背景におけるプラスミドの維持は、抗生物質抵抗性遺伝子をプラスミド上に含ませ、成長培地中に抗生物質を使用することによって常に確実にする。上述のような、プラスミド上の機能asd遺伝子を補完されるasd欠失突然変異体を使用すると、抗生物質を使用することなくインビトロでプラスミドを選択することが可能になり、かつインビボでプラスミドを選択することが可能になる。asd遺伝子相補系は、そのような選択を提供する(Galaen et al. (1990) Gene 28:29-35)。腫瘍微小環境においてプラスミドを維持するためにasd遺伝子相補系を使用すると、遺伝子または干渉RNAをコードするプラスミドをデリバリーするように遺伝子操作されたS.ティフィムリウムの潜在力が高められる。
RNAポリメラーゼプロモーター
本明細書において提供されるプラスミドは、上述のような免疫学的チェックポイントを標的とする干渉RNAをコードするように設計される。RNA発現カセットは、H1プロモーター、またはU6プロモーター、またはCMVプロモーター等のヒト細胞において転写するためのプロモーターを含む。U6およびH1はRNAポリメラーゼIII(RNAP III)プロモーターであり、これらは、小分子RNAを産生およびプロセシングするためのものである。CMVプロモーターは、RNAポリメラーゼIIによって認識され、RNAP IIIよりも長いRNA伸展を発現することを可能にする。プロモーターは、上述のようなshRNA、siRNAまたはmiRNA等の干渉RNAに先行する。
真核細胞では、DNAは、3種類のRNAポリメラーゼ;RNA Pol I、IIおよびIIIによって転写される。RNA Pol Iは、リボソームRNA(rRNA)遺伝子のみを転写し、RNA Pol IIは、DNAをmRNAおよび小核RNA(snRNA)へ転写し、RNAPol IIIは、DNAをリボソーム5S rRNA(I型)、トランスファーRNA(tRNA)(II型)およびU6 snRNA(III型)等の他の小分子RNAへ転写する。shRNAは、典型的には、スプライソソームのU6 snRNA構成成分を転写するヒトU6プロモーター、およびRNase PのRNA構成成分を転写するH1ヒトプロモーター等の真核生物III型 RNA Pol IIIプロモーターの制御下、インビボで転写される。U6およびH1プロモーターは、構造的に単純であり、明確に定義された転写開始部位を有し、小分子RNAの転写を自然にドライブするために、他のPol IIIまたはPol IIプロモーターよりも好適である。U6およびH1プロモーターは、転写開始部位から下流の任意のものを転写するために必要な配列は保有しない(Makinen et al. (2006) J. Gene Med. 8:433-441)。したがって、これらは、shRNAの発現において使用するための最も単純なプロモーターである。
II型Pol III tRNAプロモーター等の他のプロモーターを使用すると、同時にshRNAを発現することに成功し、長いdsRNA転写物が得られ、これがインターフェロン応答を誘導することができる。ヒトサイトメガロウイルス(CMV)プロモーター等のRNA Pol IIプロモーターも使用してもよいが(米国特許第8,202,846号;同第8,383,599号)、長いRNA伸展を発現するために利用されることが多い。研究によって、U6プロモーター付近のCMVプロモーターからエンハンサーを加えると、その活性を増加させ、shRN合成を増加させ、遺伝子サイレンシングを改善できることが示されている(Xia et al. (2003) Nucleic Acids Res. 31(17):e100;Nie et al. (2010) Genomics Proteomics Bioinformatics 8(3):170-179)。RNA Pol IIプロモーターは、炎症促進性インターフェロン応答をもたらす細胞質DNAの生成に起因して、典型的には、shRNA転写において回避される。この場合、特に本明細書において提供するTREX1阻害の文脈におけるS.ティフィムリウム感染腫瘍からの細胞における細胞質DNA介在性インターフェロン応答は、抗腫瘍利点を有する。T7、pBADおよびpepTプロモーターを含む原核生物プロモーターは、細菌性細胞において転写が生じた場合に利用することができる(Guo et al. (2011) Gene therapy 18:95-105;米国特許出願公開第2012/0009153号、同第2016/0369282号;国際公開第2015/032165号、同第2016/025582号)。
RNAPol IIIプロモーターは、一般的に、構成shRNAを発現するために使用される。誘導性発現に関しては、RNA Pol IIプロモーターが使用される。例としては、L-アラビノースによって誘導することができるpBADプロモーター;TRE-tight、IPT、TRE-CMV、Tet-ONおよびTet-OFF等のテトラサイクリン誘導性プロモーター;レトロウイルス性LTR;LacI、Lac-O応答性プロモーター等のIPTG-誘導性プロモーター;LoxP-stop-LoxP系プロモーター(米国特許第8,426,675号;国際公開第2016/025582号);および低酸素誘導性プロモーターであるpepT(Yu et al. (2012) Scientific Reports 2:436)がある。これらのプロモーターは周知である。これらのプロモーターの例示的なものは、ヒトU6(配列番号73)およびヒトH1(配列番号74)である。
組織特異的プロモーターとしては、黒色腫細胞およびメラニン細胞に対するTRP2プロモーター;乳がんおよび乳がん細胞に対するMMTVプロモーターまたはWAPプロモーター、腸細胞に対するビリンプロモーター(Villin promoter)またはFABPプロモーター、膵臓ベータ細胞に対するRIPプロモーター、ケラチノサイトに対するケラチンプロモーター、前立腺上皮に対するプロバシンプロモーター(Probasin promoter)、CNS細胞/がんに対するネスチンプロモーター(Nestin promoter)またはGFAPプロモーター、ニューロンに対するチロシンヒドロキシラーゼS100プロモーターまたは神経フィラメントプロモーター、肺がんに対するクララ細胞分泌タンパク質プロモーター(Clara cell secretory protein promoter)、および心臓細胞におけるアルファミオシンプロモーターがある(米国特許第8,426,675号)。
5.DNA核標的化配列
SV40DTS等のDNA核標的化配列(DTS)は、核膜孔複合体を介してDNA配列のトランスロケーションを媒介する。この輸送の機序は、核局在配列を含むDNA結合タンパク質の結合に依存することが報告されている。プラスミド上にDTSが含まれると、核輸送および発現が増加することが実証されており(Dean、D.A. et al. (1999) Exp. Cell Res.253(2):713-722)、その含まれる点を使用し、S.ティフィムリウムによってデリバリーされるプラスミドから遺伝子発現を増加させる(Kong et al. (2012) PNAS 109(47):19414-19419)。
E.コリのrrnB遺伝子のT1ターミネーター等のRho非依存性またはクラスI転写ターミネーターは、転写伸長複合体の解離をもたらす二次構造を形成するDNA配列を含む。転写ターミネーターは、S.ティフィムリウム転写機構による干渉RNAの発現を阻止するためにプラスミド中に含まれていなければならない。これは、shRNA、マイクロRNAおよびsiRNA等のコードされる干渉RNAの発現が宿主細胞転写機構に限定されることを確実にする。
本明細書において記載するがん療法として、S.ティフィムリウム等のサルモネラ属の形質転換のために使用されるプラスミドは、以下の特性:1)CpGアイランド、2)細菌の複製起点、3)プラスミドを維持するためのasd遺伝子選択マーカー、4)1つまたは複数のヒト干渉RNA発現カセット、5)DNA核標的化配列、および6)転写ターミネーターのうちの全てまたは一部を含む。
F.腫瘍標的化免疫刺激性細菌は、抗腫瘍免疫を刺激するための例示的免疫標的遺伝子に対するRNAIを含む
任意の免疫標的に対するRNAiは、プラスミドにおいてコードすることができる。これらとしては、これらに限定されるものではないが、本明細書における開示において検討される任意のもの、および当業者であれば公知の任意のものがある。以下の議論では、例示的な標的を記載する。プラスミドは、そのような標的に対する任意のRNAiを含むことができ、それらとしては、これらに限定されないが、shRNA、siRNAおよびマイクロRNAがある。
1.TREX1
本明細書において提供されるある特定の実施形態では、免疫刺激性細菌は、TREX1発現を阻害するかまたは遮断するかまたは抑制するshRNA等の阻害性RNAをコードする。TREX1によってコードされ、cGASから上流に位置する酵素産物は、I型インターフェロン経路のメディエーターである。TREX1は、哺乳動物細胞において主要な3’DNAエキソヌクレアーゼ(DRNase IIIとも称される)をコードする。ヒトTREX1タンパク質は、細菌性エキソヌクレアーゼと同じように触媒的に効率的である(Mazur and Perrino (2001) J. Biol. Chem. 276:17022-17029)。RNAサイレンシング以外のプロセスによってTREX1発現を阻害する免疫刺激性細菌も本明細書において検討される。
TREX1に対するshRNAを発現するもの等の、本明細書において提供される免疫刺激性細菌に関しては、TREX1活性が損失され、その後のcGAS/STING誘導性血管破壊が活性化されると、S.ティフィムリウムの腫瘍定着が強化される。TREX1遺伝子は、314アミノ酸長であるタンパク質をコードし(Mazur et al. (2001) J.Biol.Chem 276:17022-17029)、ホモダイマーとして存在し、エンドヌクレアーゼ活性は無い。TREX1は、UV照射およびDNAに傷害を与える化合物を含む外因性遺伝毒性ストレスによって損傷されるDNAの修復に関与するいくつかのタンパク質のうちの1つである。TREX1は、3’末端から誤対合ヌクレオチドを切り出すことによって、DNA pol βに対する編集エキソヌクレアーゼ(editing exonuclease)として機能することができる(Mazur et al. (2001) J.Biol.Chem 276:17022-17029)。ssDNAは、dsDNAよりも3~4倍効率的に分解される(Lindahl et al.(2009) Biochem Soc Trans 37 (Pt 3)、535-538)。残基D18およびD200の突然変異は、自己免疫疾患と関連することが多く、TREX1酵素によるdsDNA分解を無効にし、ssDNAを分解するためのその能力を低下させる。TREX1酵素は、DNA損傷後に小胞体から核へ移動し、損傷されたDNAの複製におけるその関与を示す。TREX1のプロモーターの活性化および上方調節は、マウス線維芽細胞におけるUVC曝露の結果として観察されてきており、TREX1 nullマウス細胞は、UVC光に対して高感受性であることが実証されている(Tomicic et al. (2013) Bioch. Biophys. Acta 1833:1832-1843)。
TREX1の損失をもたらす突然変異は、遺伝性のまれな疾患であるエカルディグティエール症候群(AGS)を呈する患者において同定されており、この疾患は自己免疫疾患の全身性エリテマトーデス(SLE)および凍瘡状狼瘡と表現型が重複する(Aicardi and Goutieres、(2000) Neuropediatrics 31(3):113)。TREX1の突然変異は、脳白質ジストロフィーを伴う網膜血管症とも関連する。TREX1介在性自己免疫疾患は、細胞質中に蓄積するssDNAおよびdsDNAの分解を介した自己免疫を阻止するための細胞の無能力と関連する。炎症性心筋炎に罹患したTREX1 nullマウスは、循環不全となり、これは慢性的なサイトカイン産生によって引き起こされる(Morita et al. (2004) Mol Cell Biol 24 (15):6719-6727;Yang et al. (2007) Cell 131(5):873-886;Tomicic et al. (2013) Bioch. Biophys. Acta 1833(8):1832-1843)。したがって、TREX1欠乏症は、DNAの細胞質蓄積後に自然免疫を誘導し、炎症応答をもたらす(Wang et al. (2009) DNA Repair (Amst) 8:1179-1189)。TREX1が、逆転写(RT)DNAを代謝することは公知であるために、TREX1-欠損細胞の細胞質ゾルにおいて蓄積するDNA原料は、損傷された核から逃避する内因性レトロエレメントに一部由来することが見出された(Stetson et al. (2008) Cell 134(4):587-598)。HIV感染では、HIV RT DNAは、感染したT細胞およびマクロファージの細胞質ゾル中に蓄積し、抗ウイルス性免疫のcGAS/STING活性化を通常は誘導するであろう。TREX1はこのウイルス性DNAを消化し、HIV免疫回避を可能にする(Yan et al. (2010) Nat. Immunol. 11(11):1005-1013)。したがって、TREX1は、STINGの負のレギュレーターとして作用し、ネズミ白血病ウイルス(MLV)、サル免疫欠乏症ウイルス(SIV)、および多数の他のもの等のいくつかのレトロウイルスによる検出を回避するように利用する場合がある(Hasan et al. (2014) Front. Microbiol. 4:393)。
STINGと同様に、TREX1は、マクロファージおよび樹状細胞に由来するTREX1 nullマウスにおけるサイトカインの鍵となるプロデューサーと共に、大部分の哺乳動物細胞タイプにおいて発現される(Ahn et al. (2014) J. Immunol. 193(9):4634-4642)。データは、TREX1が、損傷された核から細胞質ゾルへ漏出することがある自己DNAを分解する原因となり、そうでなければcGASに結合し、それを活性化し、自己免疫をもたらすことになる点を示す(Barber (2015) Nat. Rev. Immunol. 15(12):760-770)。これを支持して、cGASが無いTREX1 nullマウスおよびTREX1-欠損細胞は、I型インターフェロン活性化および致死的な自己免疫から完全に保護される(Ablasser et al. (2014) J. Immunol. 192(12):5993-5997;Gray et al. (2015) J. Immunol. 195(5):1939-1943)。負のフィードバックループでは、I型インターフェロンおよびII型IFNγも、TREX1を誘導することができ、したがってTREX1は、異常な自己免疫活性化を制限する役割を果たす(Tomicic et al. (2013) Bioch. Biophys. Acta 1833:1832-1843)。
突然変異したTREX1を含むエカルディグティエール症候群患者由来のリンパ球は、血管新生および神経芽細胞腫細胞の成長を阻害し、その効果は、IFN-αの存在によって強化されることが見出された(Pulliero et al. (2012) Oncology Reports 27:1689-1694)。マイクロRNA-103の使用も、TREX1の発現、DNA修復の破壊、および血管新生を阻害し、インビボでの腫瘍成長を減少させることが示されている(米国特許出願公開第2014/0127284号、Cheresh et al.を参照のこと)。
TREX1は、マクロファージ活性化および炎症促進性機能の負のレギュレーターである。TREX1 nullマクロファージは、TNF-αおよびIFN-α産生の増加、高レベルのCD86、およびT細胞に対する抗原提示の増加、ならびにアポトーシス性T細胞クリアランスの損失を示すことが見出された(Pereira-Lopes et al. (2013) J. Immunol. 191:6128-6135)。TREX1 nullマクロファージにおけるアポトーシスDNAを適切に消化することができないと、大量の異常な細胞質DNAが生成され、それがcGASへ結合し、STING経路を活性化し、高レベルのI型インターフェロンを生成する(Ahn et al. (2014) J. Immunol. 193:4634-4642)。しかし、全ての細胞タイプに、Trex1ノックダウンの免疫刺激性効果に対して感受性があるわけではない。個体細胞タイプの研究では、樹状細胞、マクロファージ、線維芽細胞およびケラチノサイトは、Trex1をノックダウンしたときにI型IFNを生成し、同時にB細胞、心筋細胞、ニューロンおよびミクログリアはそれを生成しないことが見出された(Peschke et al. (2016) J. Immunol. 197:2157-2166)。したがって、S.ティフィムリウムに取り込まれた食細胞におけるTREX1の機能を阻害すると、それらの炎症促進性活性を強化し、同時に貪食された腫瘍細胞からの細胞質DNAの蓄積をドライブし、次いでcGAS/STING経路を活性化する場合があるであろう。マイクロRNA-103を使用すると、TREX1の発現、DNA修復の破壊および血管新生を阻害し、インビボでの腫瘍成長の減少がもたらされる(米国特許出願公開第2014/0127284、Cheresh et al.を参照のこと)。
研究によって、cGASおよび/またはSTINGの発現は、直腸結腸がんの3分の1超において阻害され、同時にSTING発現は、多数の原発性および転移性の黒色腫およびHPV+がんにおいて失われることが見出されている。STINGシグナル伝達は、TMEの抗原環境を継続的に採取する全ての腫瘍常在性APCにおいて依然として無傷のままであり、腫瘍抗原をCD8+T細胞に交差提示するBatf3-系譜CD103/CD8α+DCを含み、これらのAPCも、S.ティフィムリウムを容易に貪食することになるか、またはTREX1遺伝子ノックダウンを含むS.ティフィムリウムを貪食した隣接マクロファージのI型IFNによって活性化される。
TREX1を不活性化すると、dsDNAが細胞質ゾルで蓄積するのを可能にし、それが、I型インターフェロンおよび他のサイトカインの産生を、STINGシグナル伝達経路の活性化を介して誘導する細胞質DNAセンサーである、サイクリックGMP-AMP(cGAMP)シンターゼ(cGAS)酵素へ結合することによって免疫応答が強化される(Sun et al. (2013) Science 339(6121):786-791;Wu et al. (2013) Science 339(6121):826-830)。STING経路を活性化すると、強力な自然および適応抗腫瘍免疫を誘導することが示されている(Corrales et al. (2015) Cell Reports 11:1018-1030)。
したがって、本明細書において提供する免疫刺激性細菌菌株の実施形態は、腫瘍常在性APCにおいてTREX1を阻害し、cGAS/STING活性化を誘導するために投与され、その結果、これらのDCを活性化し、宿主腫瘍抗原をCD8+T細胞へ交差提示し、局在性および全身性腫瘍の退行および恒久的な抗腫瘍免疫を誘導する(Corrales et al. (2015) Cell Reports 11:1018-1030; Zitvogel et al.(2015) Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 16:393-405)。
VNP20009の臨床的活性は、大部分は不本意であり、一部はそのヒト腫瘍に定着するための能力が不十分なことによるものであり、マウスモデルにおいて観察されなかった現象である(Nemunaitis et al.(2003) Cancer Gene Ther. 10(10):737-744;Toso et al. (2002) J. Clin. Oncol. 20(1):142-152;Heimann et al. (2003) J. Immunother. 26(2):179-180)。ヒトとマウスとの間の腫瘍定着が一致しない理由は、正位移植された同系マウス腫瘍は、ヒト腫瘍よりも更にいっそう血管新生されたことである点が後になって明らかになった。ヒト腫瘍血管新生の欠如を、マウスにおいてより密接にモデル化するために、原発性腫瘍モデルをVNP20009で処置し、血管破壊薬剤を前処置して、腫瘍定着のみを可能にすることを見出した(Drees et al. (2015) J of Cancer 6(9):843-848;Drees et al. (2015) Anticancer Res. 35(2):843-849)。5,6-ジメチルキサンテノン-4-酢酸(DMXAA)等の血管破壊薬剤は、STINGに直接結合し、I型インターフェロンシグナル伝達を誘導することによって、マウス(ヒトではなく)における腫瘍崩壊を媒介することが示されている(Baguley (2003) Lancet Oncol. 4(3):141-148; Corrales and Glickman et al. (2015) Cell Reports 11(7):1018-1030)。STINGシグナル伝達は、内皮細胞上でαVβ3インテグリン接着受容体を下方調節することによって血管破壊を直接的に促進することが示されているサイトカインであるTNF-αおよびIFN-γ産生を誘導する(Rueegg et al. (1998) Nat Medicine 4(4):408-414)。STINGが活性化されたときに誘導されるTNF-α、IL-12p40およびIFN-γ等の自然炎症促進性サイトカインの産生は、抗腫瘍免疫活性化にとって重要である(Burdette et al. (2011) Nature 478(7370):515-518)。
したがって、TREX1に対するshRNAを発現し、TREX1を損失させ、その後のcGAS/STING誘導性血管破壊を活性化する、本明細書において提供される免疫刺激性細菌は、S.ティフィムリウムの腫瘍定着を強化する。
2.PD-L1
プログラム細胞死タンパク質1(PD-1)は、免疫応答の負の調節に関与する免疫阻害受容体である。その同族リガンドであるプログラム死リガンド1(PD-L1)は、APC上に発現され、T細胞上のPD-1に結合したときにCD8+T細胞エフェクター機能の損失をもたらし、T細胞耐性を誘導する。PD-L1の発現は、ある特定のヒトがんにおける腫瘍攻撃性および生存率の低下と関連することが多い(Gao et al. (2009) Clin. Cancer Res. 15(3):971-979)。
抗PD-1等の免疫チェックポイントをブロックするように設計された抗体(例えば、ペンブロリズマブ、ニボルマブ)および抗PD-L1(例えば、アテゾリズマブ、アベルマブ、デュルバルマブ)抗体は、T細胞アネルギーを阻止し、免疫寛容を破壊する点において恒久的に成功してきた。処置された患者のほんの一部、および自己免疫関連毒性を示すことが多いもののみが、臨床的利点を示す(Ribas (2015) N. Engl. J. Med. 373(16):1490-1492;Topalian et al. (2012) N. Engl. J. Med. 366(26):2443-54)。毒性の獲得に加えて、PD-1/PD-L1療法は抵抗性をもたらすことが多く、抗CTLA-4抗体(例えばイピリムマブ)の併用は、臨床試験における成功が限られ、顕著な相加的毒性が伴っていた。PD-L1ブロックの毒性を制限し、潜在力を強化するために、本明細書において提供するPD-L1に対するshRNAを有する免疫刺激性細菌は、免疫細胞のTLR活性化と共に相乗効果を与え、抗腫瘍免疫を活性化し、強化もすることになる。
3.VISTA
免疫活性化における他の非冗長なチェックポイントは、T細胞活性化のV-ドメイン免疫グロブリン(Ig)サプレッサー(VISTA)等のPD-1/PD-L1およびCTLA-4と共に相乗効果を与えることができる。VISTAは、APC上に、特に腫瘍浸潤骨髄細胞および骨髄由来サプレッサー細胞(MDSC)上に、かつ少ない程度ではあるが調節性T細胞(CD4+Foxp3+Tregs)上に最初に発現される(Wang et al. (2011) J. Exp. Med. 208(3):577-592)。PD-L1と同様に、VISTAの上方調節は、T細胞増殖および細胞毒性機能を直接抑制する(Liu et al. (2015) PNAS 112(21):6682-6687)。VISTAを標的とするモノクローナル抗体は、マウスにおける腫瘍微小環境を再モデル化し、APC活性化を高め、抗腫瘍免疫を強化することが示された(LeMercier et al. (2014) Cancer Res. 74(7):1933-1944)。臨床的には、VISTAの発現は、前立腺がんにおける抗CTLA-4療法処置後に、腫瘍常在性マクロファージ上で上方調節されることが示されており、免疫チェックポイントの代償性調節が実証された(Gao et al. (2017) Nat. Med. 23(5):551-555)。VISTAの発現の大部分は、骨髄細胞の表面上ではなく細胞内コンパートメントに位置するとされており、これはモノクローナル抗体アプローチの有効性を制限する場合がある(Deng et al. (2016) J.Immunother. Cancer 4:86)。本明細書において提供するVISTAに対するshRNAを含む腫瘍標化細菌を使用して、APC内からVISTAを阻害するための能力は、より効率的であり、VISTAのT細胞抑制機能を完全に阻害し、T細胞介在性抗腫瘍免疫の活性化および腫瘍退行をもたらすであろう。
4.SIRPα
腫瘍細胞が除去を回避することによる1つの機序は、自然免疫細胞によってそれらの食作用を阻止することである。食作用は、造血および非造血細胞上に広範囲に発現するCD47の表面発現によって阻害される(Liu et al. (2015) PLoS ONE 10(9):e0137345)。CD47が、その受容体のシグナル調節タンパク質アルファ(SIRPα)に結合すると、食作用に関する阻害性シグナルが開始される。SIRPαは、マクロファージ、顆粒球およびDCを含む食細胞上に豊富に発現する。したがって、CD47とSIRPαとの間のタンパク質-タンパク質相互作用は、APCに特有の別のクラスの免疫チェックポイント、特に腫瘍常在性マクロファージを提示する。食作用の阻止におけるCD47の有効性は、様々な腫瘍において上方調節されることが多く、これは腫瘍微小環境においてAPCによる貪食を回避することを可能にするという事実によって証明されている(Liu et al. (2015) Nat. Med. 21(10):1209-1215)。抗CD47もしくは抗SIRPα抗体または抗体フラグメントの開発、いずれかのタンパク質に結合する小ペプチドの使用、またはCD47発現のノックダウンを含む、CD47/SIRPα相互作用をブロックするためのいくつかの方法が検討されている(米国特許出願公開第2013/0142786号、同第2014/0242095号;国際公開第2015/191861号;McCracken et al. (2015) Clin. Cancer Res. 21(16):3597-3601)。このため、抗体依存性細胞食作用(ADCP)として公知のプロセスにおいて、SIRPαを直接標的とするいくつかのモノクローナル抗体が、単独で、または抗体オプソニン化腫瘍細胞の食作用を強化することができる腫瘍標的化抗体(例えばリツキシマブ、ダラツムマブ、アレムツズマブ、セツキシマブ)と組み合わせて臨床的に開発されている(McCracken et al. (2015) Clin. Cancer Res. 21(16):3597-3601;Yanagita et al. (2017) JCI Insight 2(1):e89140)。
CD47/SIRPαの相互作用は、食細胞消失を阻止することによって赤血球の寿命を維持することにも役立つ(Murata et al. (2014) J. Biochem. 155(6):335-344)。そのため、この相互作用を広範に破壊する抗CD47抗体等の全身投与療法は、貧血毒性をもたらしている(Huang et al. (2106) J Thorac Dis. 126:2610-20)。全身性のSIRPαベースの治療法も、全身性の過剰食作用を有する自食マクロファージ(hyperphagocytic self-eating macrophages)の生成による器官損傷等の有害事象のリスクがある。本明細書において提供されるようなSIRPαに対するshRNAを含む腫瘍標的化免疫刺激性細菌を使用すると、CD47/SIRPα破壊を腫瘍微小環境に局在化させ、これらの有害事象を消失させることになる。更に、TLR介在性炎症促進性シグナル伝達経路の細菌性活性化の背景におけるSIRPαの阻害は、これらのマクロファージを強力に活性化し、隣接する腫瘍細胞に向かって過剰食作用を有するようになるであろう(Bian et al. (2016) PNAS. 113(37): E5434-E5443)。
5.β-カテニン
免疫チェックポイント経路は、免疫の過剰活性化および自己免疫を阻止するために存在する複数の層の調節、抗腫瘍免疫を促進するためのこれらの経路の破壊における困難を例示する。腫瘍がチェックポイント治療法に対して難治性に進化した1つの機序は、T細胞非炎症性または「冷たい腫瘍」として記載されるT細胞および樹状細胞(DC)浸潤の欠如を介している(Sharma et al. (2017) Cell 9;168(4):707-723)。いくつかの腫瘍の内因性機序は同定されており、抗腫瘍T細胞の排除および免疫療法に対する抵抗性につながっている。黒色腫では、特に、チェックポイント治療法-難治性腫瘍の分子プロファイリングによって、腫瘍浸潤性リンパ球の欠如と相関するβ-カテニンおよびその下流標的遺伝子のシグネチャーの上昇が明らかにされた(Gajewski et al. (2011) Curr. Opin. Immunol. 23(2):286-292)。
CTNNB1は、β-カテニンをコードする癌遺伝子であり、遺伝子c-MycおよびサイクリンD1の発現を誘導し、腫瘍増殖をもたらすことができる。CTNNB1の突然変異は、ある特定のがんと関連する。S.ティフィムリウム shRNAベクターを使用したCTNNB1/β-カテニンの遺伝子サイレンシングは、がんの処置において使用することができる(Guo et al. (2011) Gene therapy 18:95-105;米国特許出願公開第2012/0009153号、同第2016/0369282号;国際公開第2015/032165号)。例えば、デリバリーベクターとしてS.ティフィムリウム菌株SL7207を使用したCTNNB1のshRNAサイレンシングは、対照細胞と比較すると、SW480異種移植マウスにおいて腫瘍増殖および成長を減少させ、c-MycおよびサイクリンD1の発現を減少させる(Guo et al. (2011) Gene therapy 18:95-105)。肝芽細胞腫の処置のためのCTNNB1のサイレンシングも、免疫チェックポイントPD-1およびPD-L1に対する抗体療法を用いても、用いなくても、miRNAを使用して達成することができる(国際公開第2017/005773号)。腺がんおよび扁平上皮細胞がん腫を含むCTNNB1関連がんの処置のためのリポソーム等の代替のベクターを介してデリバリーされるCTNNB1を標的とするsiRNAまたはshRNAの使用も、影響を与えることができる(米国特許出願公開第2009/0111762号、同第2012/0294929号)。
β-カテニンシグナル伝達が上昇すると、Batf3-系譜CD103/CD8α+DCのリクルーティングからケモカインCCL4が直接阻害され、その結果、抗原刺激腫瘍抗原特異的CD8+T細胞のプライミングからそれらが阻止される(Spranger et al. (2015) Nature 523(7559):231-235)。β-カテニンは、WNTシグナル伝達経路の主要な下流メディエーターであり、成体組織再生、ホメオスタシスおよび造血にも重要な鍵となる胚発生経路である(Clevers et al. (2012) Cell 149(6):1192-1205)。過剰なWNT/β-カテニンシグナル伝達は、様々ながんに関与している(Tai et al. (2015) Oncologist 20(10):1189-1198)。したがって、WNT/β-カテニンシグナル伝達を標的とするいくつかの戦略が進められているが、腫瘍微小環境に対する特異性が無いことによって成功が妨げられ、腸幹細胞、骨代謝回転および造血にオフターゲット毒性が生じている(Kahn (2014) Nat. Rev. Drug Dis. 13(7):513-532)。本明細書において提供される免疫刺激性細菌は、これらの課題を克服する。
例えば、本明細書において提供するβ-カテニンに対するshRNAを有する免疫刺激性細菌を使用する利点は、現存する治療モダリティの全身性毒性を伴わずにT細胞プライミングDCのケモカイン介在性浸潤、および冷たい腫瘍の細胞炎症性腫瘍微小環境への変換を強化することである。更に、TLR自然免疫シグナル伝達経路の細菌性活性化は、β-カテニン阻害と共に相乗効果を与え、免疫活性化および抗腫瘍免疫を更に促進する。
6.TGF-β
形質転換成長因子ベータ(TGF-β)は、胚形成、創傷治癒、血管新生および免疫調節において多くの役割を有する多面的なサイトカインである。哺乳動物細胞では、3つのアイソフォーム、TGF-β1、TGF-β2およびTGF-β3が存在し;TGF-β1は、免疫細胞中で最も優勢である(Esebanmen et al. (2017) Immunol Res. 65:987-994)。免疫抑制剤としてのTGF-βの役割は、おそらく、その最も優勢な機能である。腫瘍微小環境における潜在的形態からのその活性化は、特に、DCに対して広範囲の免疫抑制性効果、および抗原特異的T細胞に対して耐性化するためのそれらの能力を有する。TGF-βは、Th1 CD4+T細胞を免疫抑制性Tregに直接変換し、腫瘍寛容の促進を更に拡大することもできる(Travis et al. (2014) Annu Rev Immunol. 32: 51-82)。その腫瘍特異的な免疫抑制性機能に基づいて、かつその公知のがん細胞成長および転移促進特性に関係なく、TGF-βの阻害が、がん療法の標的である。高TGF-βシグナル伝達は、CRC、HCC、PDACおよびNSCLCを含むいくつかのヒト腫瘍タイプにおいて実証されている(Colak et al. (2017) Trends in Cancer 3:1)。TGF-βの全身性の阻害は、許容できない自己免疫毒性をもたらすことがあり、その阻害は、腫瘍微小環境に対して局在的とするべきである。したがって、本明細書において提供されるTGF-βに対するshRNAまたはTGF-βRIIに対するshRNA等のRNAiを有する腫瘍標的化免疫刺激性細菌は、腫瘍免疫寛容を破壊し、抗腫瘍免疫を刺激する。
7.VEGF
血管新生または新規の血管の発達は、任意の腫瘍微小環境が確立されるようになるために必須の工程である。血管内皮成長因子(VEGF)は、内皮増殖および血管新生に重要なマイトジェンであり、腫瘍微小環境におけるVEGFが阻害されると、腫瘍血管分布が顕著に減少し、その結果、腫瘍への血液供給が枯渇する(Kim et al. (1993) Nature 362(6423):841-4)。この初期研究は、VEGFのモノクローナル抗体阻害剤、ベバシズマブ(アバスチン;Genentech)の開発へつながっており、化学療法と組み合わせて、転移性のCRCに関する標準治療となっている。ベバシズマブの全身投与も、NSCLCの第II相トライアルにおいて複数の死亡を含む顕著な毒性が実証され、大部分は出血によるものであった。したがって、抗VEGF受容体2抗体ラムシルマブ(Cyramza、Imclone)等のいくつかの次世代の抗血管新生剤および抗血管新生チロシンキナーゼ阻害剤のアキシチニブ(Inlyta、Pfizer)が評価されてきたが、全身毒性を克服することも、無増悪生存を顕著に改善することもできなかった(Alshangiti et al. (2018) Curr Oncol. 25(Suppl 1):S45-S58)。抗VEGF治療法の抗腫瘍活性は、一部の有望性を示すが、全身毒性は、明らかに制限されている。したがって、本明細書において提供されるVEGFに対するshRNAを有する免疫刺激性腫瘍標的化細菌等の腫瘍微小環境のみを標的とする治療法は、局在性の抗血管新生療法をデリバリーし、同時に全身毒性を阻止する。この治療モダリティは、腫瘍微小環境においてVEGFを主に産生する骨髄細胞へ取り込まれるという追加の利点を有し、これは、腫瘍の進行に最大限の影響を与えるであろう(Osterberg et al. (2016) Neuro-Oncology. 18(7):939-949)。
8.追加の例示的なチェックポイント標的
マイクロRNAおよびshRNA等のRNAiを調製することができるか、または本明細書において例示する例示的なチェックポイント標的は、これらに限定されるものではないが以下のものがある。
他の例示的標的としては、これらに限定されるものではないが以下のものがある。
G.単回療法モダリティおよび組合せ療法内での複数の免疫標的に対するRNAI shRNAの組合せ
1つの細菌において異なる標的を阻害するshRNAまたはマイクロRNA等のRNAiの組合せが検討される。そのような標的の組合せ、相乗的に作用するように選択することができる。任意の2つの免疫チェックポイントを標的とするRNAiを組合せは、本明細書において記載するように改変された免疫刺激性細菌性宿主中にまたは他の治療用細菌性宿主中に導入することができる。
1.TREX1および他の標的
STING活性化時に上方調節され、抗腫瘍免疫を強化することができる代償性免疫チェックポイント経路の誘導を軽減するため、本明細書において提供される改変された免疫刺激性細菌は、他の免疫標的に対するshRNAと組合せてTREX1に対するショートヘアピン型(sh)-RNA配列を含み、それらとしては、これらに限定されないが、PD-L1、VISTAおよびSIRPαがある。腫瘍常在性食細胞においてTREX1およびSIRPαをノックダウンすると、腫瘍細胞上のCD47との「私を食べないで(don’t eat me)」相互作用をブロックすること、ならびにS.ティフィムリウム感染に対する腫瘍微小環境の感受性を更に強化することが可能になり(Li et al.(2012) J Immunol 189(5):2537-2544)、本明細書において提供される。SIRPαの阻害によって可能になる強化された食作用とTREX1の同時ノックダウンとの組合せは、cGAS/STINGシグナル伝達をより強力に活性化することができる、細胞質ゾルのより優れたデリバリーおよび腫瘍DNAの安定化を促進する。特に、CD47/SIRPαブロックの抗腫瘍効果は、無傷STINGシグナル伝達を必要とすることが示され、TREX1介在性STING活性化とSIRPα阻害との組合せの潜在的な相乗効果が実証された(Liu et al. (2015) Nat. Med. 21(10):1209-1215)。本明細書において提供されるPD-L1に対するshRNAと組み合わせてTREX1をノックダウンすると、改変されたS.ティフィムリウムの病態形成および免疫刺激特性が強化され(Lee et al. (2010) J.Immunol. 185(4):2442-2449)、その結果、より炎症性のかつ免疫原性の腫瘍微小環境がもたらさせる。β-カテニンおよびTGF-βに対するshRNAの標的化も、よりT細胞炎症性の腫瘍微小環境をもたらし、PD-L1に対するshRNAと共により相乗効果を与え、本明細書において提供される。マクロファージ/骨髄性コンパートメント内での局在性のチェックポイントブロックと免疫活性化とを組み合わせると、特に、例えば本明細書において提供されるTREX1およびVISTAに対するshRNAの組合せを介して、S.ティフィムリウム感染APCによる腫瘍新抗原の提示の促進と、腫瘍特異的T細胞の活性化の促進の両方によって免疫応答が強化される。
2.TREX1および照射療法
抗がん照射療法の成功は、I型インターフェロン依存性自然および適応免疫の誘導によって決まる。TREX1は、損傷されたがん細胞において産生される細胞質DNAを分解することによって、高レベルのGy照射後の抗腫瘍免疫を弱毒化し、その結果、cGASおよびSTINGが介在するI型インターフェロン経路を阻止することが示されている(Vanpouille-Box et al. (2017) Nature Communications 8:15618)。したがって、IFN-I経路の活性化を阻止するTREX1の過剰発現またはcGAS/STINGのノックアウトは、照射時にアブスコパル腫瘍応答を弱毒化する。CD8+T細胞のSTING介在性Batf3-DCプライミングを活性化し、最大限のアブスコパル抗腫瘍免疫を達成するために、TREX1を誘導することがないであろう低用量の放射線が必要とされた(Vanpouille-Box et al. (2017) Nature Communications 8:15618)。TREX1を下方調節すると、電離放射線に対する腫瘍細胞の感受性が回復することが示されている。例えば、高用量を照射すると、TREX1発現が誘導され、dsDNAの細胞質蓄積が阻止され、その結果、アブスコパル腫瘍退行が阻害された(Vanpouille-Box et al. (2017) Nature Communications 8:15618)。TREX1発現をブロックするまたは阻害する本明細書において提供される免疫刺激性菌株は、高用量照射処置時にTREX1の発現を減少させるかまたは削除するかまたは鈍化し、治療域を顕著に拡大することができる。
照射療法(RT)は、低用量においてアブスコパル効果を有するが、低用量は必ずしも効果的ではない。しかし、高用量では、アブスコパル効果はもはや観察されない。これは、RTに伴う公知の課題である。照射療法は、細胞質ゾルdsDNAを分解するTREX1の上方調節を促進し、cGAS/STINGシグナル伝達に続くIFN-β分泌を不可能にすることが示されている(Vanpouille-Box et al. (2017) Nat. Commun. 8:15618を参照のこと)。したがって、本明細書において提供される免疫刺激性細菌は、TREX1の上方調節を阻止するためにRTと共に投与することができる。shRNAまたはTREX1を阻害する他の産物をコードする、本明細書において提供される免疫刺激性細菌を投与すると、この応答は無効になり、その結果、RTが改善され、相補される。したがって、shRNAまたはTREX1の発現を阻害するかまたは減少させる他の産物をコードする免疫刺激性細菌が、RTと共に、RTの前に、それと共に、またはその後に、またはそれと間欠的に投与される組合せ療法が本明細書において提供される。免疫刺激性細菌およびRT療法の組合せ療法は、チェックポイント阻害剤の投与等の他の抗がん療法、および/または本明細書において記載するPD-L1等の他のチェックポイントに対するshRNAの包含も含むことができる。
3.TREX1および免疫原性化学療法
TREX1の誘導は、マウスおよびヒト線維芽細胞のDNAに傷害を与えるUV照射、ならびにDNAアルキル化剤のニムスチン、カルムスチンおよびホテムスチン、ならびにトポイソメラーゼI阻害剤のトポテカンを用いた神経膠腫および悪性黒色腫細胞の処置後に観察された。これらの腫瘍細胞は、TREX1をsiRNAでノックダウンした後に、これらの抗がん療法に対して再感作された(Tomicic et al. (2013) Biochimica et Biophysica Acta 1833:1832-1843)。TREX1は、AP-1を効率的に誘導する薬剤を損傷することによってのみ誘導されるが、メチル化薬剤のテモゾロマイドおよびトポイソメラーゼII阻害剤のエトポシド等のFos/Jun/AP-1の弱いインデューサーである薬剤は、TREX1を誘導しない。
個別の研究によって、dsDNAは、シスプラチン、イリノテカン、ドキソルビシンおよびエトポシド等のS相においてDNA複製を失速させる化学療法を用いて処置すると、蓄積し、I型IFNを活性化するが、ビノレルビンおよびパクリタキセル等のM相において作用する薬剤を用いてもそうならないことが見出された(Wilkinson R. presented at ESMO TAT Conference 2018)。S相薬剤は、細胞質ゾル中に蓄積し、TREX1を上方調節する損傷されたDNAフラグメントの放出をおそらくもたらす。これらの化学療法薬剤は、ヌクレオチド類似体、アルキル化剤、白金薬物、およびインターカレート剤等のDNAストランドの切断をもたらすものを含み(例えば、Swift et al.(2014) Int. J. Mol. Sci 15:3403-3431を参照のこと)、DNAを分解するのに十分なレベルでTREX1を誘導することができ、その結果、サイクリックGMP-AMP(cGAMP)シンターゼ(cGAS)およびインターフェロン遺伝子のその下流アダプター刺激因子(STING)を介したI型インターフェロン(IFN-I)経路の活性化を不可能にする。本明細書において提供される免疫刺激性細菌を用いる処置は、化学療法薬剤、および更なる他のチェックポイント阻害剤と組み合わせることができる。したがって、本明細書において提供される免疫刺激性細菌は、有利には、様々な抗がん剤および処置との組合せ療法において使用することができる。
4.抗チェックポイント抗体を用いた組合せ療法
本明細書において提供される免疫刺激性細菌を用いた治療法は、チェックポイント阻害剤療法および上記で検討された他のがん処置および化学療法を含む任意の他の抗がん療法と組み合わせることができる。
H.医薬品生成、組成物、および製剤
本明細書において提供される免疫刺激性細菌のうちのいずれか、および薬学的に許容される賦形剤または添加物を含む、医薬組成物および製剤を製造する方法が本明細書において提供される。医薬組成物は、腫瘍またはがん等の過剰増殖性疾患または状態等の疾患の処置において使用することができる。免疫刺激性細菌は、単一の薬剤療法として投与することができるか、または更なる薬剤または処置を用いた組合せ療法として投与することができる。組成物は、単回投薬量投与用にまたは多回投薬量投与用に製剤化することができる。薬剤は、直接投与するために製剤化することができる。組成物は、液体または乾燥製剤として提供されることもある。
1.製造
a.細胞バンクの製造
本明細書において記載する免疫療法の活性成分は、遺伝子操作された自己複製細菌からなるため、選択される組成物は、長期貯蔵のためにかつ原薬を製造するための出発材料として維持されるであろう一連の細胞バンクへ拡大することになる。細胞バンクは、連邦規則集(Code of Federal Regulations)(CFR)21 part211または他の関連規制当局に従って、適切な製造施設において、現行の製造管理および品質管理に関する基準(current Good Manufacturing Practice)(cGMP)の下で作製される。免疫療法剤の活性薬剤は生存細菌であるため、本明細書において記載する製品は、定義によれば非滅菌であり、最終的に滅菌することはできない。無菌手順が、汚染を阻止するために、製造プロセスにわたって使用されることが確実になるように注意するべきである。したがって、全ての原材料および溶液は、製造プロセスにおいて使用する前に滅菌されていなくてはならない。
マスター細胞バンク(MCB)は、混入物が出発材料中に存在しないことを確実にするために、選択される細菌菌株の連続的に順次単コロニー単離することによって作製される。滅菌培地を含む滅菌培養容器(複合培地、例えばLBまたはMSBBまたは定義される培地、例えば、適切な栄養素が追加されたM9とすることができる)は、単一の完全に単離された細菌性コロニーを接種し、細菌は、例えば、37℃で振とうしながらインキュベートすることによって複製させる。次いで、細菌は、凍結保護剤(複数可)を含む溶液中に懸濁することによって低温保存するために調製される。
凍結保護剤の例としては、ヒトまたはウシ血清アルブミン、ゼラチン、免疫グロブリン等のタンパク質;単糖類(ガラクトース、D-マンノース、ソルボース等)およびそれらの非還元誘導体(例えば、メチルグルコシド)、二糖類(トレハロース、スクロース等)、シクロデキストリン、およびポリサッカライド(ラフィノース、マルトデキストリン、デキストラン等)を含む炭水化物;アミノ酸(グルタミン酸、グリシン、アラニン、アルギニンまたはヒスチジン、トリプトファン、チロシン、ロイシン、フェニルアラニン等);ベタイン等のメチルアミン;3価以上の糖アルコール等のポリオール、例えば、グリセリン、エリスリトール、グリセロール、アラビトール、キシリトール、ソルビトール、およびマンニトール;プロピレングリコール;ポリエチレングリコール;界面活性剤、例えば、プルロニック;またはジメチルスルホキシド(DMSO)などの有機硫黄化合物、およびこれらの組合せがある。凍結保護溶液は、溶液中に、塩(例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸マグネシウム、およびまたはリン酸ナトリウム、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(TRIS)、4-(2-ヒドロキシエチル)-1-ピペラジンエタンスルホン酸(HEPES)等の緩衝剤、および当業者であれば公知の他のそのような緩衝剤も含んでいてもよい、1つまたは複数の凍結保護剤を含んでいてもよい。
凍結保存溶液中の細菌の懸濁液は、濃縮凍結保護剤(複数可)を培養材料に添加し、凍結解凍プロセス中の細菌の生存率を保持する最終濃度を達成することによって(例えば0.5%から20%の最終濃度のグリセロール)、または細菌を採取し(例えば、遠心分離によって)、適切な最終濃度の凍結保護剤(複数可)を含む凍結保護剤溶液中に懸濁することによって達成することができる。次いで、凍結保護溶液中の細菌の懸濁液は、凍結状態下で完全な閉鎖を維持することができる容器閉鎖系を備えた適切な滅菌バイアル(プラスチックまたはガラス)中に充填される(例えば、ブチルストッパーおよび圧着シール)。次いで、マスター細胞バンクのバイアルを凍結する(速度制御された冷凍庫を用いてゆっくりと、または冷凍庫へ直接入れることで素早く)。次いで、MCBは、長期の生存能力を保持する温度で凍結保存される(例えば、-60℃以下で)。解凍されたマスター細胞バンク材料は、適切な当局による規制によって同一性、純度、および活性を保証することを十分に特徴付けられる。
ワーキング細胞バンク(WCB)はマスター細胞バンクとほぼ同じ方法で作製されるが、出発材料は、MCBに由来する。MCB材料は、滅菌培地を含む発酵容器に直接移し、上記のように膨張させることができる。次いで、細菌を、凍結保護溶液中に懸濁し、容器中に充填し、密閉し、-20℃以下で凍結する。複数のWCBを、MCB材料から作製することができ、WCB材料は、追加の細胞バンク(例えば、製造業者のワーキング細胞バンクMWCB)を作製するために使用することができる。WCBは凍結保存され、同一性、純度、および活性を確実にするために特徴付けられる。WCB材料は、典型的には、遺伝子操作された細菌等の生物製剤の原薬の製造において使用される出発材料である。
b.原薬の製造
原薬は、上述のようなcGMPの下で滅菌プロセスを使用して製造される。ワーキング細胞バンク材料は、典型的には、cGMPの下で原薬を製造するための出発材料として使用されるが、他の細胞バンク(例えば、MCBまたはMWCB)を使用することができる。滅菌プロセシングは、細菌性細胞ベース療法剤を含む全ての細胞療法剤を製造するために使用される。細胞バンクからの細菌は発酵によって膨張され、これは、プレ培養物を製造することによって(例えば、振とうフラスコ中で)または発酵槽へ直接接種することによって達成することができる。発酵は、滅菌バイオリアクター、または使い捨てであっても、再使用可能であってもよいフラスコ中で達成される。細菌は、濃縮することによって(例えば、遠心分離、連続遠心分離、または接線流ろ過によって)採取される。濃縮された細菌は、培地を緩衝液と交換することによって(例えば、ダイアフィルトレーション)培地構成成分および細菌性代謝産物から精製される。バルク薬物製品は、中間体として製剤化され、保存されるか(例えば、凍結または乾燥によって)、または薬物製品へと直接プロセシングされる。原薬は、同一性、強度、純度、潜在力、および品質に関して試験される。
c.薬物製品の製造
薬物製品は、その最終容器中に含まれる活性物質の最終製剤として定義される。薬物製品は、cGMPの下で滅菌プロセスを使用して製造される。薬物製品は、原薬から製造される。原薬は、必要に応じて解凍されるかまたは復元され、次いで適切な標的の強度に製剤化される。薬物製品の活性構成成分は生存している遺伝子操作された細菌であるため、強度は、懸濁液内に含まれるCFUの数によって判定される。バルク製品は、以下に記載するような貯蔵および使用に適した最終製剤で希釈される。容器へ充填し、容器閉鎖系を用いて密閉し、薬物製品にラベル付けする。薬物製品は、適切な温度で貯蔵され、安定性を維持し、同一性、強度、純度、潜在力、および品質に関して試験を行い、特定の承認基準を満たす場合はヒトに使用するために発売される。
2.組成物
薬学的に許容される組成物は、規制当局または他の当局の承認を考慮して調製され、動物およびヒトにおいて使用するための一般的に認識されている薬局方に従って調製される。組成物は、溶液剤、懸濁剤、粉末剤、または持続放出製剤として調製することができる。典型的には、化合物は、当技術分野において周知の技術および手順を使用して医薬組成物へ製剤化される(例えば、Ansel Introduction to Pharmaceutical Dosage Forms, Fourth Edition, 1985, 126を参照のこと)。製剤は、投与様式に適合する必要がある。
組成物は、当業者であれば公知の任意の経路によって投与するために製剤化される場合があり、それらとしては、筋肉内、静脈内、皮内、病巣内、腹腔内注射、皮下、腫瘍内、硬膜外、経鼻、経口、膣内、直腸、局所、局在、耳内、吸入、バッカル(例えば舌下)、および経皮投与または任意の経路がある。投与の他の様式も検討される。投与は、処置の位置に応じて、局在的、局所的または全身的とすることができる。処置を必要とする領域への局在投与は、例えば、これらに限定されないが、手術中の局在注入、局所適用、例えば、手術後の創傷包帯との併用によって、注射によって、カテーテルを用いて、坐剤を用いて、または埋込剤を用いて達成することができる。組成物は、他の生物学的活性薬剤と共に、連続的に、間欠的にまたは同じ組成物内でのいずれかで投与することもできる。投与は、調節放出製剤を含む調節放出系およびポンプ等を用いるデバイス調節放出も含むことができる。
任意の所与の症例において最も好適な経路は、疾患の特質、疾患の進行、疾患の重症度および使用される特定の組成等の様々な因子によって決まる。医薬組成物は、各投与経路に適切な投薬形態として製剤化することができる。特に、組成物は、全身性、局在腹腔内、経口または直接投与のための任意の好適な医薬調製物へ製剤化することができる。例えば、組成物は、皮下、筋肉内、腫瘍内、静脈内または皮内で投与するために製剤化することができる。投与方法は、活性薬剤が、抗原性および免疫原性応答を介した免疫学的介入等の分解プロセスへ曝露されるのを減少させるために用いることができる。そのような方法の例としては、処置の部位における局在投与または連続注入がある。
免疫刺激性細菌は、経口投与のための溶液剤、懸濁剤、錠剤、分散錠剤、丸剤、カプセル剤、散剤、持続放出製剤またはエリキシル剤、ならびに経皮パッチ調製物および乾燥粉末吸入器等の好適な医薬調製物へ製剤化することができる。典型的には、化合物は、当技術分野において周知の技術および手順を使用して医薬組成物へ製剤化される(例えば、Ansel Introduction to Pharmaceutical Dosage Forms, Fourth Edition, 1985, 126を参照のこと)。概して、製剤の様式は、投与経路の機能である。組成物は、乾燥(凍結乾燥または他のガラス化形態)または液体形態として製剤化することができる。組成物が乾燥形態として提供される場合、これらは、適切な緩衝液、例えば滅菌生理食塩水溶液を使用直前に添加することによって復元することができる。
3.製剤
a.液体剤、注射剤、乳剤
製剤は、投与経路に適合するように概して作製される。概して、皮下、筋肉内、腫瘍内、静脈内または皮内のいずれかでの注射または点滴によって特徴付けられる非経口投与が本明細書において検討される。非経口投与のための細菌の調製物としては、調製済み懸濁注射剤(直接投与)または凍結乾燥粉末剤等の使用前に解凍される凍結懸濁液、可溶性乾燥産物、使用直前に再懸濁溶液を組み合わせる調製済み製剤(ready to be combined with a resuspension solution just prior to use)、およびエマルションがある。凍結乾燥された製剤等の乾燥された熱安定製剤は、後で使用するための単位用量を貯蔵するために使用することができる。
医薬調製物は、凍結液体形態、例えば懸濁液とすることができる。凍結液体形態として提供される場合、薬物製品は、使用前に解凍され、治療有効濃度に希釈されることになる濃縮調製物として提供されることがある。
医薬調製物は、使用するための解凍または希釈を必要としない投薬量形態として提供されることもある。このような液体調製物は、必要に応じて、懸濁化剤(例えば、ソルビトール、セルロース誘導体または硬化食用脂肪);乳化剤(例えば、レシチンまたはアカシア);非水性媒体(例えば、アーモンド油、油性エステル、または分画された植物油);および微生物療法と共に使用するために好適な保存剤等の薬学的に許容される添加物を用いて従来の手段によって調製することができる。医薬調製物は、使用前に水または他の滅菌された好適な媒体を用いて復元するための凍結乾燥またはスプレードライ等の乾燥形態で提供することができる。
好適な賦形剤は、例えば、水、生理食塩水、デキストロース、またはグリセロールである。溶液は水性であっても、非水性であってもよい。静脈内で投与される場合、好適な担体としては、生理学的生理食塩水またはリン酸緩衝生理食塩水(PBS)、および静脈内水分補給のために使用される他の緩衝溶液がある。腫瘍内投与に関しては、グルコース、ポリエチレングリコール、およびポリプロピレングリコール、油エマルションおよびこれらの混合物等の増粘剤を含む溶液は、注射剤の局在化を維持するために適切な場合がある。
医薬組成物は、担体または他の賦形剤を含むことができる。例えば、本明細書において提供される医薬組成物は、希釈剤(複数可)、アジュバント(複数可)、抗付着剤(antiadherent)(複数可)、結合剤(複数可)、被覆剤(複数可)、充填剤(複数可)、香味剤(複数可)、着色剤(複数可)、滑沢剤(複数可)、流動促進剤(複数可)、保存剤(複数可)、界面活性剤(detergent)(複数可)、または吸着剤(複数可)およびこれらの組合せのうちのいずれか1つまたは複数、または改変された治療用細菌と一緒に投与される媒体を含むことができる。例えば、非経口調製物において使用される薬学的に許容される担体または賦形剤としては、水性媒体、非水性媒体、等張化剤、緩衝液、抗酸化剤、局所麻酔剤(local anesthetics)、懸濁化剤および分散化剤、乳化剤、金属イオン封鎖剤またはキレート化剤および他の薬学的に許容される物質がある。液体調製物を含む製剤は、薬学的に許容される添加物または賦形剤を用いた従来の手段によって調製することができる。
医薬組成物は、組成物と一緒に投与される希釈剤、アジュバント、賦形剤、または媒体等の担体を含むことができる。好適な医薬担体の例は、"Remington's Pharmaceutical Sciences" by E. W. Martinに記載されている。このような組成物は、好適な量の担体と共に、一般的に精製された形態または部分的に精製された形態の治療有効量の化合物または薬剤を含み、その結果患者への投与に適切な形態を提供することになる。このような医薬担体は、水、および落花生油、ダイズ油、無機油、およびゴマ油等の石油、動物性、植物性または合成起源のものを含む油等の滅菌液体とすることができる。水は典型的な担体である。生理食塩水溶液および水性デキストロースおよびグリセロール溶液も、液体担体、特に注射用溶液として用いることができる。組成物は、ラクトース、スクロース、リン酸二カルシウム、またはカルボキシメチルセルロース等の希釈剤;ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウムおよびタルク等の滑沢剤;およびデンプン等の結合剤、アカシアガム等の天然ガム、ゼラチン、グルコース、糖蜜、ポリビニルピロリジン、セルロースおよびこれらの誘導体、ポビドン、クロスポビドンおよび当業者であれば公知の他のそのような結合剤を、活性成分と一緒に含むことができる。好適な医薬賦形剤としては、デンプン、グルコース、ラクトース、スクロース、ゼラチン、モルト、コメ、小麦粉、チョーク、シリカゲル、ステアリン酸ナトリウム、モノステアリン酸グリセロール、タルク、塩化ナトリウム、脱脂粉乳、グリセロール、プロピレン、グリコール、水、およびエタノールがある。例えば、好適な賦形剤は、例えば、水、生理食塩水、デキストロース、グリセロールまたはエタノールである。必要に応じて、組成物は、湿潤剤または乳化剤、pH緩衝剤、安定化剤、溶解促進剤、および例えば、酢酸ナトリウム、ソルビタンモノラウレート、トリエタノールアミンオレエートおよびシクロデキストリン等の他のそのような薬剤等の他の微量の非毒性補助物質も含むことができる。
非経口製剤において使用される薬学的に許容される担体としては、水性媒体、非水性媒体、抗菌剤、等張化剤、緩衝液、抗酸化剤、局所麻酔剤、懸濁化剤および分散化剤、乳化剤、金属イオン封鎖剤またはキレート化剤および他の薬学的に許容される物質がある。水性媒体の例としては、塩化ナトリウム注射液、リンゲル注射液、等張デキストロース注射液、滅菌水注射液、デキストロースおよび乳酸加リンゲル注射剤がある。非水性非経口媒体としては、植物由来の固定油、綿実油、コーン油、ゴマ油および落花生油がある。等張化剤としては、塩化ナトリウムおよびデキストロースがある。緩衝剤としては、リン酸塩およびクエン酸塩がある。抗酸化剤としては、重炭酸ナトリウムがある。局所麻酔剤としては、塩酸プロカインがある。懸濁化剤および分散化剤としては、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシプロピルメチルセルロースおよびポリビニルピロリドンがある。乳化剤としては、例えば、ポリソルベート80(TWEEN80)等のポリソルベートがある。EDTA等の金属イオン封鎖剤または金属イオンキレート化薬剤も含まれることがある。医薬担体としては、水混和性媒体に関しては、ポリエチレングリコールおよびプロピレングリコール、ならびにpH調整剤に関しては、水酸化ナトリウム、塩酸、クエン酸または乳酸もある。非抗菌性保存剤を含んでいてもよい。
医薬組成物は、湿潤剤または乳化剤、pH緩衝剤、安定化剤、溶解促進剤、ならびに、例えば、酢酸ナトリウム、ソルビタンモノラウレート、トリエタノールアミンオレエートおよびシクロデキストリン等の他のそのような薬剤等の他の微量の非毒性補助物質も含み得る。一定レベルの投薬量が維持されるように、遅延放出または持続放出系を埋め込むことも本明細書において検討される(例えば、米国特許第3,710,795号を参照のこと)。そのような非経口組成物中に含まれる活性化合物の百分率は、これらの特定の性質、ならびに化合物の活性および対象の必要性に大きく依存する。
b.熱安定性乾燥製剤
細菌は乾燥することができる。凍結乾燥または噴霧乾燥粉末およびガラス化ガラス(vitrified glass)等の乾燥された熱安定製剤は、溶液、エマルションおよび他の混合物として投与するために復元することができる。乾燥された熱安定製剤を、上述の懸濁剤等の液体製剤のうちのいずれかから調製することができる。医薬製剤は、使用前に水または他の好適な媒体を用いて復元するための凍結乾燥またはガラス化形態として提供することができる。
熱安定性製剤は、滅菌溶液を用いて乾燥化合物を復元することによって投与するために調製される。溶液は、粉末から調製された活性物質または復元される溶液の安定性または他の薬理学的特性を改善する賦形剤を含むことができる。熱安定性製剤は、デキストロース、ソルビトール、フルクトース、コーンシロップ、キシリトール、グリセリン、グルコース、スクロースまたは他の好適な薬剤等の賦形剤を、クエン酸塩、リン酸ナトリウムまたはカリウム等の好適な緩衝液、または当業者であれば公知の他のそのような緩衝液中に溶解することによって調製される。その後、原薬を、得られた混合物へ加え、それが混合されるまで撹拌する。得られた混合物は、バイアル中に分配してから乾燥する。各バイアルは、1バイアル当たり1×105~1×1011CFUを含む単回投薬量を含むことになる。乾燥後、製品バイアルは、密閉されたバイアルに水分または混入物が侵入するのを阻止する容器閉鎖系を用いて密閉される。乾燥製品は、-20℃、4℃、または室温等の適切な状態の下で貯蔵することができる。水または緩衝溶液を用いたこの乾燥製剤の復元は、非経口投与において使用するための製剤を提供する。正確な量は、処置される適応症および選択される化合物に依存する。このような量は、経験的に判定することができる。
4.他の投与経路のための組成物
処置される状態によって、局所適用、経皮パッチ等の非経口、経口および直腸投与に加えて他の投与経路も本明細書において検討される。上述の懸濁剤および散剤は、経口で投与することができるか、または経口投与のために復元することができる。直腸投与のための医薬投薬形態は、全身的な効果のための直腸坐剤、カプセル剤および錠剤およびゲルカプセル剤である。直腸坐剤は、体温で融解または軟化する直腸へ挿入するための固形物を含み、1つまたは複数の薬理学的または治療上活性成分を放出する。直腸坐剤中の薬学的に許容される物質は、融点を上げるための基剤または媒体および薬剤である。基剤の例としては、ココアバター(テオブロマ油)、グリセリンゼラチン、カーボワックス(ポリオキシエチレングリコール)および脂肪酸モノ-、ジ-およびトリグリセリドの適切な混合物がある。様々な基剤の組合せを使用することができる。坐剤の融点を上げるための薬剤としては、鯨ろうおよびワックスがある。直腸坐剤は、圧縮法によってまたは成形によって調製することができる。直腸坐剤の典型的な重量は、約2~3gmである。直腸投与のための錠剤およびカプセル剤は、同じ薬学的に許容される物質を使用して、かつ経口投与のための製剤と同じ方法によって製造される。直腸投与に好適な製剤は、単位用量坐剤として提供されることもある。これらは、原薬を、1つまたは複数の従来の固形担体、例えば、ココアバターと混合し、次いで得られた混合物を成形することによって調製することができる。
経口投与に関しては、医薬組成物は、例えば、結合剤(例えば、アルファ化トウモロコシデンプン、ポリビニルピロリドンまたはヒドロキシプロピルメチルセルロース);充填剤(例えば、ラクトース、微晶質セルロースまたはリン酸水素カルシウム);滑沢剤(例えば、ステアリン酸マグネシウム、タルクまたはシリカ);崩壊剤(例えば、ジャガイモデンプンまたはデンプングリコール酸ナトリウム);または湿潤剤(例えば、ラウリル硫酸ナトリウム)等の薬学的に許容される賦形剤を用いた従来の手段によって調製される、錠剤またはカプセル剤形態をとることができる。錠剤は、当技術分野において周知の方法によって被覆することができる。
バッカル(舌下)投与に好適な製剤としては、例えば、香味付けされた基剤、通常スクロースおよびアカシアまたはトラガカント中に活性化合物を含むトローチ剤;およびゼラチンおよびグリセリンまたはスクロースおよびアカシア等の不活性ベース中に化合物を含むトローチ剤がある。
局所混合物は、局在および全身投与用に記載されているように調製される。得られた混合物は、溶液剤、懸濁剤、乳剤等とすることができ、クリーム剤、ゲル剤、軟膏剤、乳剤、溶液剤、エリキシル剤、ローション剤、懸濁剤、チンキ剤、ペースト剤、フォーム剤、エアゾール剤、洗浄剤、スプレー剤、坐剤、包帯、皮膚パッチ剤または局所投与に好適な任意の他の製剤として製剤化される。
組成物は、吸入によって等の局所適用のためのエアゾールとして製剤化することができる(例えば、米国特許第4,044,126号;同第4,414,209号および同第4,364,923号を参照されたく、これらは肺疾患の処置に有用であるステロイドのデリバリーのためのエアゾールを記載している)。これらの製剤は、気道へ投与するために、または吹入剤用のマイクロ微粉末として、単独でまたはラクトース等の不活性担体と組み合わせてネブライザー用のエアゾールまたは溶液の形態とすることができる。そのような場合では、製剤の粒子は、典型的には、50ミクロン未満または10ミクロン未満の直径を有するであろう。
化合物は、ゲル剤、クリーム剤、およびローション剤の形態で皮膚および眼内等の粘膜への局所適用のため、眼に適用するため、または槽内または髄腔内適用のための等の、局在または局所適用のために製剤化することができる。局所投与は、経皮デリバリー、また眼または粘膜投与、または吸入療法も考慮される。活性化合物のみまたは他の薬学的に許容される賦形剤と組み合わせた点鼻用溶液も、投与することができる。
経皮投与に好適な製剤が提供される。これらは、長時間にわたり受容者の表皮と密着し続けるように適合する個別のパッチ等の任意の好適な方式で提供されることもある。このようなパッチは、例えば活性化合物に対して0.1~0.2Mの濃度の緩衝されていてもよい水溶液中に、活性化合物を含む。経皮投与に好適な製剤も、イオン導入によってデリバリーすることができ(例えば、Tyle, P, (1986) Pharmaceutical Research 3(6):318-326を参照のこと)、典型的には、活性化合物の、緩衝されていてもよい水溶液の形態をとる。
医薬組成物は、調節放出製剤および/またはデリバリーデバイスによって投与することもできる(例えば、米国特許第3,536,809号;同第3,598,123号;同第3,630,200号;同第3,845,770号;同第3,916,899号;同第4,008,719号;同第4,769,027号;同第5,059,595号;同第5,073,543号;同第5,120,548号;同第5,591,767号;同第5,639,476号;同第5,674,533号および5,733,566を参照のこと)。
5.投薬量および投与
組成物は、単回投薬量または多回投薬量投与のために医薬組成物として製剤化することができる。免疫刺激性細菌は、処置された患者に対する不所望の副作用が無い場合は、治療有用効果に影響を与えるのに十分な量で含むことができる。例えば、薬学的活性化合物の濃度は、注射が、所望の薬理学的効果を生成するために有効量を提供できるように調整される。治療上有効な濃度は、本明細書において記載するまたは当技術分野において公知のアッセイを使用することによって等の、公知のインビトロおよびインビボ系において免疫刺激性細菌を試験することによって経験的に判定することができる。例えば、標準的な臨床的技術を用いることができる。インビトロアッセイおよび動物モデルは、最適な投薬量範囲の同定の助けとなるように用いることができる。経験的に判定することができる正確な用量は、患者または動物の年齢、重量、体表面積、および状態、投与される特定の免疫刺激性細菌、投与経路、処置されることになる疾患のタイプおよび疾患の重症度によって決まり得る。
したがって、処置の正確な投薬量および持続は、処置される疾患の関数であり、公知の試験プロトコールを使用するか、またはインビボまたはインビトロ試験データから外挿することによって経験的に判定できることは理解される。濃度および投薬量の値も、軽減されることになる状態の重症度に伴って変化する場合がある。任意の特定の対象に関しては、特定の投薬レジメンが組成物の投与を管理または監視する人の個々の必要性および専門家としての判断に従って経時的に調整されるはずであり、本明細書において示す濃度範囲は例示的なものにすぎず、組成物およびそれらを含む組合せの範囲または使用を限定することを意図するものではないことが更に理解される。組成物は、1時間ごとに、1日ごとに、1週ごとに、1ヶ月ごとに、1年ごとに、または1回投与することができる。概して、投薬レジメンは、毒性を制限するように選択する。担当医師であれば、毒性または骨髄、肝臓もしくは腎臓または他の組織機能障害のために治療法をいつどのように終了するか、中断するか、または調整し、投薬量を減少させるかを知っているであろう点に留意されたい。反対に、担当医師であれば、臨床応答が適切ではない場合に、いつどのように処置を高レベルに調整するかも知っているであろう(毒性の副作用を防ぐ)。
免疫刺激性細菌は、治療上有用な効果に影響を与えるのに十分な量で組成物中に含まれる。例えば、量は、がん等の過剰増殖性疾患または状態の処置において治療効果に達するものである。
薬学的にかつ治療上の活性化合物およびこれらの誘導体は、典型的には、単位投薬形態または多回投薬形態として製剤化され、投与される。各単位用量は、必須の医薬品担体、媒体または希釈剤と関連して、所望の治療効果を生成するのに十分な治療上の活性化合物のあらかじめ決められた量を含む。単位投薬形態としては、これらに限定されるものではないが、錠剤、カプセル剤、丸剤、散剤、顆粒剤、非経口懸濁剤、および経口用溶液剤または懸濁剤、および好適な量の化合物または薬学的に許容されるこれらの誘導体を含む油水エマルションがある。単位用量形態は、バイアル、アンプルおよび注射器中に含まれるか、または個々に包装された錠剤またはカプセル剤である場合もある。単位用量形態は、これらを分割するか、または複数回で投与することができる。複数回用量形態は、分離された単位用量形態として投与することになる単一の容器中に包装された複数の同一の単位投薬形態である。複数回用量形態の例としては、バイアル、錠剤もしくはカプセル剤のボトルまたはパイントまたはガロンのボトルがある。したがって、複数回用量形態は、包装中で分離されていない複数回単位用量である。概して、0.005%から100%の範囲の活性成分を、非毒性担体からなる残余と共に含む投薬形態または組成物を調製することができる。医薬組成物は、各投与経路に適切な投薬形態として製剤化することができる。
単位用量の非経口調製物は、アンプル、バイアルまたは針と共に注射器内に包装される。薬学的活性化合物を含む液体溶液または復元される粉末調製物の容量は、処置されることになる疾患および包装のために選択される特定の製造品の関数である。非経口投与のための全ての調製物は、公知であり、当技術分野において実施されるように滅菌されていなくてはならない。
示されるように、本明細書において提供される組成物は、当業者であれば公知の任意の経路のために製剤化することができ、それらとしては、これらに限定されないが、皮下、筋肉内、静脈内、皮内、病巣内、腹腔内注射、硬膜外、膣内、直腸、局在、耳内、経皮投与または任意の投与経路がある。そのような経路に適した製剤は、当業者であれば公知である。組成物は、他の生物学的活性薬剤と共に、連続的に、間欠的にまたは同じ組成物内でのいずれかで投与することもできる。
医薬組成物は、調節放出製剤および/またはデリバリーデバイスによって投与することができる(例えば、米国特許第3,536,809号;同第3,598,123号;同第3,630,200号;同第3,845,770号;同第3,847,770号;同第3,916,899号;同第4,008,719号;同第4,687,660号;同第4,769,027号;同第5,059,595号;同第5,073,543号;同第5,120,548号;同第5,354,556号;同第5,591,767号;同第5,639,476号;同第5,674,533号および同第5,733,566号を参照のこと)。様々なデリバリー系が公知であり、選択される組成物を投与するために使用することができ、本明細書において使用を考慮され、そのような粒子は容易に作製することができる。
6.包装および製造物品
包装材料、本明細書において提供される任意の医薬組成物、および組成物が、本明細書において記載する疾患または状態を処置するために使用されることを示すラベルを含む製造物品も提供される。例えばラベルは、処置が、腫瘍またはがんのためのものであることを示す場合もある。
本明細書において記載する免疫刺激性細菌と別の治療薬剤の組合せも、製造中に包装することができる。1つの例において、製造品は、免疫刺激性細菌組成物を含む医薬組成物を含み、更なる薬剤または処置は含まない。他の例では、異なる抗がん剤等の別の更なる治療剤製造品である。この例では、薬剤は、製造物品として包装するために一緒にまたは個別に提供されることもある。
本明細書において提供される製造物品は、包装材料を含む。包装医薬製品において使用するための包装材料は、当業者には周知である。例えば、米国特許第5,323,907号、同第5,052,558号および同第5,033,252号を参照されたく、これらそれぞれは、その内容全体が本明細書において組み込まれるものとする。医薬品包装材料の例としては、これらに限定されるものではないが、ブリスター包装、ボトル、チューブ、吸入器、ポンプ、バッグ、バイアル、容器、注射器、瓶、および選択される製剤および意図される投与および処置の様式に好適な任意の包装材料がある。製造物品の例示的なものは、単一チャンバーおよび二重チャンバー容器を含む容器である。容器としては、これらに限定されるものではないが、チューブ、ボトルおよび注射器がある。容器は、静脈内投与用の針を更に含んでいてもよい。
パッケージの選択は、薬剤と、そのような組成物が一緒に包装されているか個別に包装されているかによって決まる。一般的に、包装は、そこに含まれる組成物と非反応性である。他の例では、構成成分の一部を、混合物のまま包装することができる。他の例では、全ての構成成分は個別に包装される。したがって、例えば構成成分は、投与直前に混合すると直接一緒に投与することができる個別の組成物として包装することができる。あるいは、構成成分は、個別に投与するための個別の組成物として包装することができる。
これらの製造物品を含む選択される組成物をキットとして提供することもできる。キットは、本明細書において記載する医薬組成物および製造品として提供される投与するためのアイテムを含むことができる。組成物は、投与するためのアイテム中に含まれることも、または後で添加するために個別に提供されることもある。キットは、投薬量、投薬レジメンを含む適用に関する取扱説明書、および投与様式に関する取扱説明書を含んでいてもよい場合がある。キットは、本明細書において記載する医薬組成物および診断のためのアイテムも含むことができる。
I.処置および使用の方法
本明細書で提供される方法は、がん等の疾患または状態を有する対象を処置するための免疫刺激性細菌を投与または使用する方法を含み、対象の症状はそのような細菌の投与によって改善または緩和され得る。特定の例では、疾患または状態は腫瘍またはがんである。更に、抗がん剤または抗ヒアルロナン剤等の処置用の1つまたは複数の追加の薬剤との併用療法の方法もまた提供される。細菌は、非経口、全身、腫瘍内等の局所および局部、静脈内、直腸、経口、筋肉内、粘膜ならびに他の経路を含むがこれらに限定されない任意の適切な経路によって投与することができる。各々に適した製剤が提供される。当業者は、適切なレジメンおよび用量を確立し、経路を選択することができる。
1.がんおよび腫瘍
本明細書で提供される免疫刺激性細菌、組合せ、使用および方法は、がん、特に、肺がん、膀胱がん、非小細胞肺がん、胃がん、頭頸部がん、卵巣がん、肝臓がん、膵臓がん、腎臓がん、乳がん、結腸直腸がん、および前立腺がんを含む固形腫瘍を含む、全てのタイプの腫瘍の処置に適用可能である。方法はまた、血液がんに使用することもできる。
本明細書で提供される方法の使用による処置の対象となる腫瘍およびがんには、免疫系、骨格系、筋肉および心臓、乳房、膵臓、消化管、中枢および末梢神経系、腎臓系、生殖器系、呼吸器系、皮膚、結合組織系(関節、脂肪組織を含む)、ならびに循環器系(血管壁を含む)に起因するものが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書で提供される免疫刺激性細菌で処置することができる腫瘍の例には、癌腫、神経膠腫、肉腫(脂肪肉腫を含む)、腺癌、腺肉腫、および腺腫が挙げられる。そのような腫瘍は、例えば、乳房、心臓、肺、小腸、結腸、脾臓、腎臓、膀胱、頭頸部、卵巣、前立腺、脳、膵臓、皮膚、骨、骨髄、血液、胸腺、子宮、精巣、子宮頸部または肝臓を含む身体の事実上全ての部分で生じ得る。
骨格系の腫瘍には、例えば、骨肉腫、軟骨肉腫、および軟骨芽細胞腫等の肉腫および芽細胞腫が挙げられる。筋肉および心臓腫瘍には、骨格および平滑筋の両方の腫瘍、例えば、平滑筋腫(平滑筋の良性腫瘍)、平滑筋肉腫、横紋筋腫(骨格筋の良性腫瘍)、横紋筋肉腫、心臓肉腫が挙げられる。消化管の腫瘍には、例えば、口、食道、胃、小腸、結腸の腫瘍および結腸直腸腫瘍、ならびに唾液腺、肝臓、膵臓、および胆道等の消化分泌器官の腫瘍が挙げられる。中枢神経系の腫瘍には、脳、網膜、および脊髄の腫瘍が挙げられ、関連する結合組織、骨、血管または神経組織にも起因し得る。末梢神経系の腫瘍の処置もまた企図される。末梢神経系の腫瘍には、悪性末梢神経鞘腫瘍が挙げられる。腎臓系の腫瘍には、腎臓の腫瘍、例えば、腎細胞癌、ならびに尿管および膀胱の腫瘍が挙げられる。生殖器系の腫瘍には、子宮頸部、子宮、卵巣、前立腺、精巣および関連分泌腺の腫瘍が挙げられる。免疫系の腫瘍には、リンパ腫、例えば、ホジキンリンパ腫および非ホジキンリンパ腫の両方を含む血液ベースの腫瘍および固形腫瘍の両方が挙げられる。呼吸器系の腫瘍には、鼻腔、気管支および肺の腫瘍が挙げられる。乳房の腫瘍には、例えば、小葉癌および腺管癌の両方が挙げられる。
本明細書で提供される免疫刺激性細菌および方法によって処置され得る腫瘍の他の例には、カポジ肉腫、CNS新生物、神経芽細胞腫、毛細血管芽細胞腫、髄膜腫および脳転移、メラノーマ、胃腸および腎臓の癌および肉腫、横紋筋肉腫、神経膠芽細胞腫(多形性神経膠芽細胞腫等)ならびに平滑筋肉腫が挙げられる。本明細書で提供される処置され得る他のがんの例には、リンパ腫、芽細胞腫、神経内分泌腫瘍、中皮腫、シュワン腫、髄膜腫、メラノーマ、および白血病またはリンパ性悪性腫瘍が挙げられるが、これらに限定されない。そのようながんの例には、血液悪性腫瘍、例えば、ホジキンリンパ腫;非ホジキンリンパ腫(バーキットリンパ腫、小リンパ球性リンパ腫/慢性リンパ球性白血病、菌状息肉腫、マントル細胞リンパ腫、濾胞性リンパ腫、びまん性大細胞型B細胞リンパ腫、辺縁帯リンパ腫、有毛細胞白血病およびリンパ形質細胞性白血病)、B細胞急性リンパ芽球性白血病/リンパ腫、およびT細胞急性リンパ芽球性白血病/リンパ腫、胸腺腫を含むリンパ球前駆細胞の腫瘍、末梢T細胞白血病、成人T細胞白血病/T細胞リンパ腫および大顆粒リンパ球性白血病を含む成熟TおよびNK細胞の腫瘍、ランゲルハンス細胞組織球症(Langerhans cell histocytosis)、骨髄異常増殖(成熟を伴うAML、分化を伴わないAML、急性前骨髄球性白血病、急性骨髄単球性白血病、および急性単球性白血病を含む急性骨髄性白血病等)、骨髄異形成症候群、ならびに慢性骨髄性白血病を含む慢性骨髄増殖性障害;神経膠腫、神経芽細胞腫、神経芽細胞腫、星状細胞腫、髄芽細胞腫、上衣腫、および網膜芽細胞腫等の中枢神経系の腫瘍;頭頸部の固形腫瘍(例えば、鼻咽腔がん、唾液腺癌、および食道がん)、肺(例えば、小細胞肺がん、非小細胞肺がん、肺の腺癌および肺の扁平上皮癌)、消化器系(例えば、胃腸がん、胆管または胆道のがん、結腸がん、直腸がん、結腸直腸がん、および肛門癌を含む胃部または胃がん)、生殖器系(例えば、精巣、陰茎、または前立腺がん、子宮、膣、外陰部、子宮頸、卵巣、および子宮内膜がん)、皮膚(例えば、メラノーマ、基底細胞癌、扁平上皮がん、光線角化症、皮膚メラノーマ)、肝臓(例えば、肝臓がん、肝臓癌、肝細胞がん、およびヘパトーマ)、骨(例えば、骨巨細胞腫、および溶骨性骨がん)更なる組織および臓器(例えば、膵臓がん、膀胱がんがん、腎臓または腎臓がん、甲状腺がん、乳がん、腹膜のがん、およびカポジ肉腫)、血管系腫瘍(例えば、血管肉腫および血管周囲細胞腫)、ウィルムス腫瘍、網膜芽細胞腫、骨肉腫およびユーイング肉腫が挙げられる。
2.投与
本明細書の使用および方法の実施において、本明細書で提供される免疫刺激性細菌は、腫瘍を有するか、もしくは新生物細胞を有する対象、または免疫化される対象を含む対象に投与され得る。対象への免疫刺激性細菌の投与の前、同時または後に、免疫刺激性細菌の投与に適した状態を有する対象の診断、対象の免疫力の決定、対象の免疫化、化学療法剤による対象の処置、放射線による対象の処置、または対象の外科的処置を含むがこれらに限定されない1つまたは複数のステップが行われ得る。
治療目的で免疫刺激性細菌を腫瘍担持対象に投与することを含む実施形態に関して、対象は典型的には、新生物状態を有すると以前に診断されている。診断方法はまた、新生物状態のタイプの決定、新生物状態のステージの決定、対象における1つもしくは複数の腫瘍のサイズの決定、対象のリンパ節における転移性細胞もしくは新生物細胞の有無の決定、または対象の転移の存在の決定も含み得る。
免疫刺激性細菌を対象に投与する治療方法のいくつかの実施形態は、原発腫瘍のサイズまたは新生物疾患のステージの決定のステップを含んでもよく、原発腫瘍のサイズが閾値容量以上であるか、または新生物疾患のステージが閾値ステージ以上であれば、免疫刺激性細菌が対象に投与される。類似の実施形態において、原発腫瘍のサイズが閾値容量より下であるか、または新生物疾患のステージが閾値ステージ以下であれば、免疫刺激性細菌はまだ対象に投与されない。そのような方法は、腫瘍サイズまたは新生物疾患ステージが閾値量に達するまで対象をモニタリングすること、および次いで免疫刺激性細菌を対象に投与することを含み得る。閾値サイズは、腫瘍の成長速度、腫瘍に感染する免疫刺激性細菌の能力、および対象の免疫力を含むいくつかの要因によって異なり得る。一般的に閾値サイズは、宿主の免疫系によって完全に除去されることなく、免疫刺激性細菌が腫瘍中または腫瘍の近くに蓄積および複製するのに十分なサイズであり、典型的には、宿主が腫瘍細胞に対する免疫応答を高めるのに十分な長さの時間、典型的には約1週間以上、約10日以上、または約2週間以上にわたって細菌感染を持続するのに十分なサイズでもあるであろう。例示的な閾値ステージは、最も低いステージ(例えば、ステージIまたは同等)を超える任意のステージ、または原発腫瘍が閾値サイズより大きい任意のステージ、または転移性細胞が検出される任意のステージである。
投与様式により、免疫刺激性細菌の腫瘍または転移への進入が可能になることを条件に、対象への微生物の任意の投与様式が使用され得る。投与様式には、静脈内、腹腔内、皮下、筋肉内、局所、腫瘍内、多重穿刺、吸入、鼻腔内、経口、体腔内(例えば、カテーテルを介した膀胱への投与、坐剤または浣腸による腸への投与)、耳、直腸、および眼投与が挙げられ得るが、これに限定されない。
当業者は、対象および細菌に適合し、また、細菌が腫瘍および/または転移腫瘍に達する結果をもたらす可能性がある任意の投与様式を選択することができる。投与経路は、疾患の性質、腫瘍の種類、および医薬組成物に含有された特定の細菌を含む任意の様々な要因に従って、当業者によって選択され得る。標的部位への投与は、例えば、コロイド分散系として弾道的デリバリー(ballistic delivery)によって行うことができ、または全身投与は、動脈への注射によって行うことができる。
投与レジメンは、任意の様々な方法および量であり得、公知の臨床的要因に従って当業者によって決定され得る。単回投与は、免疫刺激により処置が達成される疾患または障害の処置に治療効果がある場合がある。そのような刺激の例は、特異的免疫応答および非特異的免疫応答の一方または両方、特異的および非特異的応答の両方、自然応答、一次免疫応答、適応免疫、二次免疫応答、記憶免疫応答、免疫細胞活性化、免疫細胞増殖、免疫細胞分化、ならびにサイトカイン発現を含むが、これらに限定されない免疫応答である。
医学分野で公知のとおり、対象のための投与量は、対象の種、サイズ、体表面積、年齢、性別、免疫力、および全般的健康状態、投与される特定の細菌、投与の期間および経路、疾患の種類およびステージ、例えば、腫瘍サイズ、ならびに同時に投与される薬物等の他の化合物を含む多くの要因に依存し得る。上記の要因に加えて、当業者によって決定され得るようなレベルが、細菌の感染力および細菌の性質によって影響される場合がある。本方法では、細菌の適当な最小投与量レベルは、腫瘍または転移において細菌が生存、成長および複製するのに十分なレベルとなり得る。細菌を65kgのヒトに投与するための例示的な最小レベルは、少なくとも約5×106コロニー形成単位(CFU)、少なくとも約1×107CFU、少なくとも約5×107CFU、少なくとも約1×108CFU、または少なくとも約1×109CFUを含み得る。本方法では、細菌の適当な最大投与量レベルは、宿主に有害でないレベル、3×以上の脾腫を引き起こさないレベル、約1日後または約3日後または約7日後に正常組織または臓器にコロニーまたはプラークをもたらさないレベルとなり得る。細菌を65kgのヒトに投与するための例示的な最大レベルは、約5×1011CFU以下、約1×1011CFU以下、約5×1010CFU以下、約1×1010CFU以下、または約1×109CFU以下を含み得る。
本明細書で提供される方法および使用には、対象への免疫刺激性細菌の単回投与もしくは対象への免疫刺激性細菌の複数回投与、または他の抗腫瘍療法および/もしくは処置との併用療法を含む様々なレジメンの他の投与が挙げられ得る。これらには、改変免疫細胞の投与等の細胞療法、CAR-T療法、CRISPR療法、抗体等のチェックポイント阻害剤、およびヌクレオシド類似体等の化学療法化合物、手術および放射線療法が挙げられる。
いくつかの実施形態において、単回投与は、細菌が定着することができ、対象における抗腫瘍応答を引き起こすかまたは強化することができる腫瘍において免疫刺激性細菌を確立するのに十分である。他の実施形態において、本明細書の方法における使用に提供される免疫刺激性細菌は、典型的には少なくとも1日、時間的に隔てられた異なる機会に投与されてもよい。別々の投与は、細菌を腫瘍または転移にデリバリーする上で前回の投与が無効になっている可能性がある腫瘍または転移に、細菌をデリバリーする可能性を高めることができる。実施形態において、別々の投与は、細菌の定着/増殖が生じ得るか、またはさもなければ腫瘍に蓄積された細菌の力価を高め得る腫瘍または転移上の場所を増加させることができ、宿主の抗腫瘍免疫応答の誘発または強化を増加させることができる。
別々の投与が行われる場合、各投与は、他の投与量と比べて同じであるかまたは異なる投与量であってもよい。1つの実施形態において、全て投与量は同じである。他の実施形態において、初回の投与量は、1つまたは複数のその後の投与量より大きい、例えば、その後の投与量より少なくとも10×大きい、少なくとも100×大きい、または少なくとも1000×大きい投与量であってもよい。初回の投与量が1つまたは複数のその後の投与量を超える別々の投与の方法の1つの例では、全てその後の投与量は、初回の投与と比べて同量、少量であってもよい。
別々の投与は、2、3、4、5または6回投与を含む2回以上の投与の任意の回数を含んでもよい。当業者は、治療方法をモニタリングするための当技術分野で公知の方法および本明細書で提供される他のモニタリング方法に従って、行う投与の回数、または1つもしくは複数の追加の投与を行うことの望ましさを容易に決定することができる。したがって、本明細書で提供される方法は、対象をモニタリングすること、およびモニタリングの結果に基づき1つまたは複数の追加の投与を提供するか否かを決定することによって投与の回数が決定され得る、免疫刺激性細菌の1つまたは複数の投与を対象に提供する方法を含む。1つまたは複数の追加の投与を提供するか否かの決定は、腫瘍成長の徴候または腫瘍成長の阻害、新たな転移の出現または転移の阻害、対象の抗細菌抗体力価、対象の抗腫瘍抗体力価、対象の健康全般および対象の体重を含むがこれらに限定されない様々なモニタリング結果に基づき得る。
投与間の期間は、任意の様々な期間であり得る。投与間の期間は、投与の回数との関連で記載されたようなモニタリングステップ、対象が免疫応答を高める期間、対象が正常組織から細菌を排除する期間、または腫瘍もしくは転移腫瘍における細菌定着/増殖の期間を含む任意の様々な要因の関数であり得る。1つの例では、期間は、対象が免疫応答を高める期間の関数であってもよい。例えば、期間は、対象が免疫応答を高める期間を超えてもよく、例えば、約1週間超、約10日超、約2週間超、または約1ヶ月超であってもよい。別の例では、期間は、対象が免疫応答を高める期間に満たなくてもよく、例えば、約1週間未満、約10日未満、 約2週間未満、または約1ヶ月未満であってもよい。別の例では、期間は、腫瘍または転移における細菌定着/増殖の期間の関数であってもよい。例えば、期間は、検出可能なマーカーを発現する微生物の投与後、検出可能なシグナルが腫瘍または転移で発生する時間を超えてもよく、例えば、約3日、約5日、約1週間、約10日、約2週間、または約1ヶ月であってもよい。
本明細書で使用される方法はまた、本明細書で提供される免疫刺激性細菌を含有する懸濁液および他の製剤等の組成物を投与することによって行われてもよい。そのような組成物は、本明細書で提供されるまたは当業者に公知の細菌および薬学的に許容される賦形剤または媒体を含有する。
上記に論じたように、本明細書で提供される使用および方法はまた、免疫刺激性細菌の対象への投与に加えて、投与抗腫瘍化合物または他のがん治療薬等の1つまたは複数の治療化合物の対象への投与も含み得る。治療化合物は、腫瘍治療効果に関して独立に、または免疫刺激性細菌と併用して作用し得る。独立に作用し得る治療化合物には、腫瘍成長を阻害し、転移成長および/または形成を阻害し、腫瘍または転移のサイズを減少させ、腫瘍に蓄積し腫瘍中で複製する免疫刺激性細菌の能力を低減することなく腫瘍または転移を排除し、ならびに対象における抗腫瘍免疫応答を引き起こすかまたは強化することができる、任意の様々な既知の化学療法化合物が挙げられる。そのような化学療法剤の例には、チオテパおよびシクロホスファミド(cyclosphosphamide)等のアルキル化剤;ブスルファン、インプロスルファンおよびピポスルファン等のスルホン酸アルキル;カルステロン、プロピオン酸ドロモスタノロン、エピチオスタノール、メピチオスタン、テストラクトン等のアンドロゲン;アミノグルテチミド、ミトタン、トリロスタン等の抗副腎剤;フルタミド、ニルタミド、ビカルタミド、ロイプロリド、およびゴセレリン等の抗アンドロゲン剤;アクラシノマイシン、アクチノマイシン、アントラマイシン、アザセリン、ブレオマイシン、カクチノマイシン、カリケアマイシン、カルビシン、カルミノマイシン、カルジノフィリン、クロモマイシン、ダクチノマイシン、ダウノルビシン、デトルビシン、6-ジアゾ-5-オキソ-L-ノルロイシン、ドキソルビシン、エピルビシン、エソルビシン、イダルビシン、マルセロマイシン、マイトマイシン、ミコフェノール酸、ノガラマイシン、オリボマイシン、ペプロマイシン、ポルフィロマイシン、ピューロマイシン、ケラマイシン、ロドルビシン、ストレプトニグリン、ストレプトゾシン、ツベルシジン、ウベニメクス、ジノスタチン、ゾルビシン等の抗生物質;例えばタモキシフェン、ラロキシフェン、アロマターゼ阻害4(5)-イミダゾール、4-ヒドロキシタモキシフェン、トリオキシフェン、ケオキシフェン、LY117018、オナプリストン、およびトレミフェン(Fareston)を含む抗エストロゲン剤;メトトレキセートおよび5-フルオロウラシル(5-FU)等の代謝拮抗剤;デノプテリン、メトトレキセート、プテロプテリン、トリメトレキセート等の葉酸類似体;ベンゾデパ、カルボコン、メツレデパ、およびウレデパ等のアジリジン;アルトレタミン、トリエチレンメラミン、トリエチレンホスホラミド、トリエチレンチオホスホラミドおよびトリメチロールメラミンを含めむエチレンイミンおよびメチルメラミン;ホリン酸等の葉酸補充剤;クロラムブシル、クロルナファジン、クロロホスファミド、エストラムスチン、イホスファミド、メクロレタミン、メクロレタミンオキシド塩酸塩、メルファラン、ノベンビチン、フェネステリン、プレドニムスチン、トロホスファミド、ウラシルマスタード等のナイトロジェンマスタード;カルムスチン、クロロゾトシン、ホテムスチン、ロムスチン、ニムスチン、ラニムスチン等のニトロソウレア;シスプラチンおよびカルボプラチン等の白金類似体;ビンブラスチン;白金;アルギニンデイミナーゼおよびアスパラギナーゼ等のタンパク質;フルダラビン、6-メルカプトプリン、チアミプリン、チオグアニン等のプリン類似体;アンシタビン、アザシチジン、6-アザウリジン、カルモフール、シタラビン、ジデオキシウリジン、ドキシフルリジン、エノシタビン、フロクスウリジン、5-FU等のピリミジン類似体;パクリタキセルおよびドセタキセルおよびならびにそのアルブミネート形態(すなわち、ナブパクリタキセルおよびナブドセタキセル)等のタキサン、トポイソメラーゼ阻害剤RFS 2000;チミジル酸合成酵素阻害剤(トムデックス等);アセグラトン;アルドホスファミドグリコシド;アミノレブリン酸;アムサクリン;ベストラブシル;ビサントレン;エダトレキセート;デホスファミド;デメコルシン;ジアジコン;ジフルオロメチルオルニチン(DMFO);エフロルニチン;酢酸エリプチニウム;エトグルシド;硝酸ガリウム;ヒドロキシウレア;レンチナン;ロニダミン;ミトグアゾン;ミトキサントロン;モピダモール;ニトラクリン;ペントスタチン;フェナメット;ピラルビシン;ポドフィリン酸;2-エチルヒドラジド;プロカルバジン;PSK(登録商標);ラゾキサン;シゾフィラン;スピロゲルマニウム;テヌアゾン酸;トリアジコン;2,2’,2’’-トリクロロトリエチルアミン;ウレタン;ビンデシン;ダカルバジン;マンノムスチン;ミトブロニトール;ミトラクトール;ピポブロマン;ガシトシン;アラビノシド(「Ara-C」);シクロホスファミド;チオテパ;クロラムブシル;ゲムシタビン;6-チオグアニン;メルカプトプリン;メトトレキセート;エトポシド(VP-16);イホスファミド;マイトマイシンC;ミトキサントロン;ビンクリスチン;ビノレルビン;ナベルビン;ノバントロン;テニポシド;ダウノマイシン;アミノプテリン;ゼローダ;イバンドロネート;CPT-11;レチノイン酸;エスペラマイシン;カペシタビン;およびイリノテカン等のトポイソメラーゼ阻害剤を含む追加の化学療法薬が挙げられるが、これらに限定されない。上記の任意の薬学的に許容される塩、酸または誘導体もまた使用することができる。
免疫刺激性細菌と併用して作用する治療化合物には、例えば、PD-L1、もしくはTREX1等のチェックポイント遺伝子、または他のチェックポイント遺伝子の発現を阻害、抑制または遮断する、shRNAおよびmiRNA等のRNAiの発現を増加させることによって、例えば、細菌の特性を誘発する免疫応答を増加させる化合物、または細菌の定着/増殖を更に増大することができる化合物が挙げられる。例えば、遺伝子発現変更化合物は、例えば、1つまたは複数のチェックポイント遺伝子の発現を阻害、抑制または遮断し、それによって免疫応答を惹起するshRNAをコードする、細菌中の外来遺伝子等の遺伝子の転写を誘導または増加することができる。IPTGおよびRU486を含む、遺伝子発現を変更することができる任意の多種多様な化合物は、当技術分野で公知である。発現が上方調節され得る例示的な遺伝子には、毒素、プロドラッグを抗腫瘍薬に変換することができる酵素、サイトカイン、転写調節タンパク質、shRNA、siRNA、およびリボザイムを含むタンパク質およびRNA分子が挙げられる。他の実施形態において、定着/増殖または細菌の特性を誘発する免疫応答を増加させるために免疫刺激性細菌と併用して作用し得る治療化合物は、細菌に発現される遺伝子産物と相互作用し得る化合物であり、そのような相互作用は、腫瘍細胞の死滅の増加、または対象における抗腫瘍免疫応答の増加をもたらすことができる。細菌に発現される遺伝子産物と相互作用し得る治療化合物には、例えばプロドラッグまたは他の化合物が挙げられ得る。該化合物は、対象に投与される形態においては毒性または他の生物活性がほとんどないかまたはないが、細菌に発現される遺伝子産物と相互作用した後、化合物は、細胞毒性、アポトーシスを誘導する能力、または免疫応答を誘発する能力を含むがこれらに限定されない、腫瘍細胞死をもたらす特性を発現し得る。ガンシクロビル、5-フルオロウラシル、6-メチルプリンデオキシリボシド、セファロスポリン-ドキソルビシン、4-[(2-クロロエチル)(2-メスロキシエチル(mesuloxyethyl))アミノ]ベンゾイル-L-グルタミン酸、アセトアミノフェン、インドール-3-酢酸、CB1954、7-エチル-10-[4-(1-ピペリジノ)-1-ピペリジノ]カルボニルオキシカンプトテシン(carbonyloxycampotothecin)、ビス-(2-クロロエチル)アミノ-4-ヒドロキシフェニルアミノメタノン(hydroxyphenylaminomethanone)28、1-クロロメチル-5-ヒドロキシ-1,2-ジヒドロ(dihyro)-3H-ベンズ[e]インドール、エピルビシン-グルクロニド(glucoronide)、5’-デオキシ5-フルオロウリジン、シトシンアラビノシド、およびリナマリンを含む様々なプロドラッグ様物質が当技術分野で公知である。
3.モニタリング
本明細書で提供される方法は、対象をモニタリングする、腫瘍をモニタリングする、および/または対象に投与される免疫刺激性細菌をモニタリングする1つまたは複数のステップを更に含んでもよい。腫瘍サイズのモニタリング、転移の存在および/またはサイズのモニタリング、対象のリンパ節のモニタリング、対象の体重または血液もしくは尿マーカーを含む他の健康指標のモニタリング、抗細菌抗体力価のモニタリング、検出可能な遺伝子産物の細菌発現のモニタリング、ならびに対象の腫瘍、組織または臓器における細菌力価の直接モニタリングを含むがこれらに限定されない任意の様々なモニタリングステップが、本明細書で提供される方法に含まれ得る。
モニタリングの目的は、対象の健康状態もしくは対象の治療的処置の進展を単に評価するためであってもよく、あるいは同じもしくは異なる免疫刺激性細菌の更なる投与が正当とされるか否かを決定するため、または化合物が治療方法の有効性を高めるように作用し得る、もしくは化合物が対象に投与される細菌の病原性を減少させるように作用し得る対象に、化合物をいつ投与するか、もしくは投与するか否かを決定するためであってもよい。
いくつかの実施形態において、本明細書で提供される方法は、細菌によって発現される1つまたは複数の遺伝子のモニタリングを含んでもよい。本明細書で提供されるかまたはさもなければ当技術分野で公知の細菌等の細菌は、検出可能なタンパク質を含むがこれに限定されない、1つまたは複数の検出可能な遺伝子産物を発現することができる。
本明細書で提供されるとおり、細菌で発現される検出可能な遺伝子産物の測定により、対象に存在する細菌のレベルの正確な決定を提供することができる。本明細書で更に提供されるとおり、例えば断層撮影方法を含むイメージング方法による検出可能な遺伝子産物の位置の測定により、対象における細菌の局在を決定することができる。したがって、検出可能な細菌遺伝子産物のモニタリングを含む本明細書で提供される方法は、対象の1つもしくは複数の臓器または組織中の細菌の有無、および/または対象の腫瘍もしくは転移腫瘍中の細菌の有無を決定するのに使用することができる。更に、検出可能な細菌遺伝子産物のモニタリングを含む本明細書で提供される方法は、1つまたは複数の臓器、組織、腫瘍または転移に存在する細菌の力価を決定するのに使用することができる。正常組織および臓器の細菌感染、および特に感染レベルが細菌の病原性を示唆し得ることから、対象における細菌の局在および/または力価のモニタリングを含む方法は、細菌の病原性の決定に使用することができる。対象における免疫刺激性細菌の局在および/または力価のモニタリングを含む方法は、複数の時点で行うことができ、したがって、対象の1つまたは複数の臓器または組織における細菌複製速度を含む、対象における細菌複製速度を決定することができる。したがって、細菌遺伝子産物のモニタリングを含む方法は、細菌の複製能の決定に使用することができる。本明細書で提供される方法はまた、様々な臓器または組織、および腫瘍または転移に存在する免疫刺激性細菌の量を定量化するのに使用することもでき、それによって、対象における細菌の優先的な蓄積の程度を示唆することができる。したがって、細菌遺伝子産物モニタリングは、正常組織または臓器より優先して腫瘍または転移に蓄積する細菌の能力を決定する方法において使用することができる。本明細書で提供される方法で使用される免疫刺激性細菌は、腫瘍全体に蓄積し得るか、または腫瘍中の複数の部位に蓄積し得、および転移腫瘍にも蓄積し得ることから、細菌遺伝子産物をモニタリングするための本明細書で提供される方法は、対象に存在する腫瘍のサイズまたは転移の数を決定するのに使用することができる。腫瘍または転移中の細菌遺伝子産物のそのような存在の、時間の範囲にわたるモニタリングは、腫瘍の成長もしくは縮小、または新たな転移の発生もしくは転移の消失を含む腫瘍または転移中の変化を評価するのに使用することができ、また、腫瘍の成長もしくは縮小の速度、または新たな転移の発生もしくは転移の消失、または腫瘍の成長もしくは縮小の速度の変化、または新たな転移の発生もしくは転移の消失を決定するのに使用することもできる。したがって、細菌遺伝子産物のモニタリングは、腫瘍の成長もしくは縮小の速度、または新たな転移の発生もしくは転移の消失、または腫瘍の成長もしくは縮小の速度の変化、または新たな転移の発生もしくは転移の消失を決定することによって、対象における新生物疾患のモニタリング、または新生物疾患の処置の有効性の決定に使用することができる。
任意の様々な検出可能なタンパク質は、モニタリングによって検出することができる。該タンパク質の例は、任意の様々な蛍光タンパク質(例えば、緑色蛍光タンパク質)、任意の様々なルシフェラーゼ、輸送タンパク質もしくは他の鉄結合タンパク質;または受容体、結合タンパク質もしくは抗体を特異的に結合する化合物が、検出可能な薬剤であり得るか、もしくは検出可能な物質(例えば、放射性核種またはイメージング剤)で標識され得る、受容体、結合タンパク質、および抗体である。
腫瘍および/または転移腫瘍サイズは、外部評価方法または断層撮影もしくは磁気イメージング方法を含む、当技術分野で公知の任意の様々な方法によってモニタリングすることができる。当技術分野で公知の方法に加えて、本明細書で提供される、例えば、細菌遺伝子発現をモニタリングする方法は、腫瘍および/または転移腫瘍サイズのモニタリングに使用することができる。
いくつかの時点にわたるサイズのモニタリングは、腫瘍または転移のサイズの増加または減少に関する情報を提供することができ、また、対象における追加の腫瘍および/または転移腫瘍の存在に関する情報を提供することもできる。いくつかの時点にわたる腫瘍サイズのモニタリングは、対象における新生物疾患の処置の有効性を含む、対象における新生物疾患の発生に関する情報を提供することができる。
本明細書で提供される方法はまた、対象への免疫刺激性細菌の投与に応答して産生される抗体を含む、対象における抗体力価のモニタリングも含み得る。本明細書で提供される方法において投与される細菌は、内因性細菌抗原に対する免疫応答を誘発することができる。本明細書で提供される方法において投与される細菌はまた、細菌によって発現される外来遺伝子に対する免疫応答を誘発することもできる。本明細書で提供される方法において投与される細菌はまた、腫瘍抗原に対する免疫応答を誘発することもできる。細菌抗原、細菌によって発現される外来遺伝子産物、または腫瘍抗原に対する抗体力価のモニタリングは、細菌の毒性のモニタリング、処置方法の有効性のモニタリング、または産生および/もしくは採取に関する遺伝子産物もしくは抗体のレベルのモニタリングに使用することができる。
抗体力価のモニタリングは、細菌の毒性をモニタリングするのに使用することができる。細菌に対する抗体力価は、対象への細菌の投与後の期間にわたって変わり得、いくつかの特定の時点では、低い抗(細菌抗原)抗体力価はより高い毒性を示唆し得るが、他の時点では、高い抗(細菌抗原)抗体力価がより高い毒性を示唆し得る。本明細書で提供される方法において使用される細菌は免疫原性であり得、したがって、対象への細菌の投与直後に免疫応答を誘発し得る。対象の免疫系が、全ての正常な臓器または組織から細菌を除去することができる場合、一般的に、対象の免疫系が強い免疫応答を高めることができる免疫刺激性細菌は、低い毒性を有する細菌である可能性がある。故に、いくつかの実施形態において、対象に細菌を投与した直後の細菌抗原に対する高い抗体力価は、細菌の低い毒性を示唆している可能性がある。
他の実施形態において、抗体力価のモニタリングは、処置方法の有効性をモニタリングするのに使用することができる。本明細書で提供される方法において、抗(腫瘍抗原)抗体力価等の抗体力価は、新生物疾患を処置するための治療方法等の治療方法の有効性を示唆し得る。本明細書で提供される治療方法は、腫瘍および/または転移腫瘍に対する免疫応答を引き起こすかまたは強化することを含み得る。故に、抗(腫瘍抗原)抗体力価をモニタリングすることによって、腫瘍および/または転移腫瘍に対する免疫応答を引き起こすかまたは強化する上での治療方法の有効性をモニタリングすることが可能である。
他の実施形態において、抗体力価のモニタリングは、産生および/または採取に関する遺伝子産物または抗体のレベルのモニタリングに使用することができる。本明細書で提供されるとおり、方法は、腫瘍に蓄積した微生物で外来遺伝子を発現させることによって、タンパク質、RNA分子または他の化合物、特にshRNA等のRNA分子を産生するために使用され得る。タンパク質、RNA分子または他の化合物に対する抗体力価のモニタリングは、腫瘍蓄積微生物によるタンパク質、RNA分子または他の化合物の産生レベルを示唆することができ、また、そのようなタンパク質、RNA分子または他の化合物に特異的な抗体のレベルを直接示唆することもできる。
本明細書で提供される方法はまた、対象の健康をモニタリングする方法も含み得る。本明細書で提供される方法のいくつかは、新生物疾患治療方法を含む治療方法である。対象の健康のモニタリングは、当技術分野で公知のように、治療方法の有効性を決定するのに使用することができる。本明細書で提供される方法はまた、本明細書で提供される免疫刺激性細菌を対象に投与するステップを含むこともできる。対象の健康のモニタリングは、対象に投与される免疫刺激性細菌の病原性を決定するのに使用することができる。新生物疾患、感染症、または免疫関連疾患等の疾患をモニタリングするための任意の様々な健康診断方法が、当技術分野で公知のようにモニタリングされてもよい。例えば、対象の体重、血圧、脈拍、呼吸、血色、体温または他の観察可能な状態は、対象の健康を示唆し得る。更に、対象由来の試料中の1つまたは複数の成分の有無またはレベルは、対象の健康を示唆し得る。典型的な試料には、血液および尿試料が挙げられ得、1つまたは複数の成分の有無またはレベルが、例えば、血液パネルまたは尿パネル診断検査を行うことによって決定され得る。対象の健康を示唆する例示的な成分には、白血球数、ヘマトクリット、およびc反応性タンパク質濃度が挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書で提供される方法は、治療的判断がモニタリングの結果に基づき得る治療のモニタリングを含み得る。本明細書で提供される治療方法は、細菌が腫瘍および/または転移腫瘍に優先的に蓄積し得、ならびに細菌が抗腫瘍免疫応答を引き起こすかまたは強化し得る、対象への免疫刺激性細菌の投与を含み得る。そのような治療方法は、特定の免疫刺激性細菌の複数回投与、第2の免疫刺激性細菌の投与、または治療化合物の投与を含む様々なステップを含み得る。対象に投与する免疫刺激性細菌または化合物の量、タイミングまたはタイプの決定は、対象のモニタリングからの1つまたは複数の結果に基づき得る。例えば、低い抗体力価が、追加の免疫刺激性細菌、異なる免疫刺激性細菌、および/または細菌遺伝子発現を誘導する化合物、もしくは免疫刺激性細菌とは独立して有効である治療化合物等の治療化合物を投与することの望ましさを示唆し得る場合、例えば、対象における抗体力価は、免疫刺激性細菌および適宜化合物を投与することが望ましいか否か、投与する細菌および/または化合物の量、ならびに投与する細菌および/または化合物のタイプを決定するのに使用することができる。
別の例では、例えば、対象が健康であることの決定が、追加の細菌、異なる細菌、または細菌遺伝子(例えば、1つまたは複数のチェックポイント遺伝子を阻害するshRNA)発現を誘導する化合物等の治療化合物を投与することの望ましさを示唆し得る場合、対象の全般的健康状態は、免疫刺激性細菌および適宜化合物を投与することが望ましいか否か、投与する細菌または化合物の量、ならびに投与する細菌および/または化合物のタイプを決定するのに使用することができる。別の例では、例えば、対象が健康であることの決定が、追加の細菌、異なる細菌、または細菌遺伝子(例えば、1つまたは複数のチェックポイント遺伝子を阻害するshRNA)発現を誘導する化合物等の治療化合物を投与することの望ましさを示唆し得る場合、検出可能な細菌によって発現される遺伝子産物のモニタリングは、免疫刺激性細菌および適宜化合物を投与することが望ましいかどうか、投与する細菌および/または化合物の量、ならびに投与する細菌および/または化合物のタイプを決定するのに使用することができる。そのようなモニタリング方法は、治療方法が有効であるか否か、治療方法が対象にとって病原性であるか否か、細菌が腫瘍または転移に蓄積しているか否か、および細菌が正常組織または臓器に蓄積しているか否かを決定するのに使用することができる。そのような決定に基づき、更なる治療方法の望ましさおよび形態が得られ得る。
別の例では、モニタリングは、免疫刺激性細菌が対象の腫瘍または転移に蓄積しているか否かを決定することができる。そのような決定をすると、対象に追加の細菌、異なる免疫刺激性細菌および適宜化合物を更に投与する判断を下すことができる。
J.実施例
以下の例は例示目的のみで含まれ、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
例示的な遺伝子改変免疫刺激性細菌株および命名の概要:
サルモネラasd遺伝子ノックアウト株遺伝子改変
株AST-101を調製した。株AST-101は、asd-(asd遺伝子ノックアウト)になるように遺伝子改変されているYS1646(ATCCから購入することができる、カタログ# 202165)に由来する弱毒化サルモネラ・ティフィムリウムである。この例では、サルモネラ・ティフィムリウム株YS1646 asd-遺伝子欠失は、図1に概説され、以下に記載されるように、DatsenkoおよびWanner[Proc Natl Acad Sci USA 97:6640-6645(2000)]の方法の変更形態を使用して遺伝子改変した。
ラムダレッドヘルパープラスミドのYS1646への導入
YS1646株は、以前に記載されているように[Sambrook J., (1998), Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd edn. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory]、培養物をLBで成長させ、100倍濃縮し、氷冷10%グリセロールで3回洗浄してエレクトロコンピテントになるように調製した。エレクトロコンピテントな株に、0.2cmギャップキュベットを使用して以下の設定:2.5kV、186ohm、50μFでラムダレッドヘルパープラスミドpKD46(配列番号218)を電気穿孔した。pKD46を担持する形質転換体を、アンピシリンおよび1mM L-アラビノースを含む5mL SOC培地、30℃で成長させ、アンピシリンを含有するLB寒天プレートで選択した。ラムダレッドヘルパープラスミドpKD46を含有するYS1646クローンを、次いで、上記に記載したようにYS1646用にエレクトロコンピテントにした。
asd遺伝子ノックアウトカセットの構築
YS1646のゲノム由来のasd遺伝子[Broadway et al. (2014) J. Biotechnology 192:177-178]を、asd遺伝子ノックアウトカセットの設計に使用した。asd遺伝子の左側および右側領域に相同な204および203bpをそれぞれ含有するプラスミドを、DH5-アルファコンピテント細胞に形質転換した。lox P部位と隣接するカナマイシン遺伝子カセットを、このプラスミドにクローニングした。asd遺伝子ノックアウトカセットを、次いで、プライマーasd-1およびasd-2(表1)を使用してPCR増幅し、ゲル精製した。
asd遺伝子欠失の実行
プラスミドpKD46を担持するYS1646株に、ゲル精製した直鎖状asd遺伝子ノックアウトカセットを電気穿孔した。電気穿孔細胞をSOC培地に回収し、カナマイシン(20μg/mL)およびジアミノピメリン酸(DAP、50μg/ml)を補充したLB寒天プレートにプレーティングした。このステップ中、ラムダレッドリコンビナーゼは、染色体asd遺伝子とkanカセットとの相同組換えを誘導し(染色体asd遺伝子の上流および下流の相同な隣接配列の存在のため)、asd遺伝子の染色体コピーのノックアウトが起こる。選択したカナマイシン耐性クローンにおける破壊されたasd遺伝子の存在を、破壊部位に隣接するYS1646ゲノム由来のプライマー(プライマーasd-3)およびマルチクローニング部位由来のプライマー(プライマーscFv-3)を用いたPCR増幅によって確認した(表1)。また、DAP栄養要求性を証明するために、補充DAPを含むおよび含まないLBプレートにコロニーをレプリカプレーティングした。asd遺伝子欠失を有する全てのクローンは補充DAPの非存在下では成長できず、DAP栄養要求性を証明した。
カナマイシン遺伝子カセット除去
kan選択マーカーは、Cre/loxP部位特異的組換え系を使用して除去した。YS1646 asd-遺伝子KanR突然変異体を、pJW168(creリコンビナーゼを発現する温度感受性プラスミド、配列番号224)で形質転換した。AmpRコロニーを30℃で選択し、pJW168はその後、42℃での成長によって排除した。選択されたクローン(AST-101)を、次いで、カナマイシンを含むおよび含まないLB寒天プレートにレプリカプレーティングしてkanの喪失についてテストし、破壊部位に隣接するYS1646ゲノム由来のプライマー(プライマーasd-3およびasd-4、プライマー配列については、表1を参照のこと)を使用したPCR検証によって確認した。
asd欠失突然変異体株AST-101の特徴付け
asd突然変異体AST-101はLB寒天プレート、37℃で成長することができなかったが、50μg/mLジアミノピメリン酸(DAP)を含有するLBプレートでは成長することができた。asd突然変異体成長率をLB液体培地で評価した。asd突然変異体は液体LBで成長することができなかったが、600nMで吸光度を測定して決定した場合、50μg/mL DAPを補充したLBでは成長することができた。
asd遺伝子欠失後のAST-101 asd座配列の配列確認
AST-101 asd遺伝子欠失株を、プライマーasd-3およびasd-4を使用したDNA配列決定によって検証した。asd座に隣接する領域の配列決定を行い、該配列により、asd遺伝子がYS1646染色体から欠失されたことを確認した。
例示的なshRNAの設計および特徴付け
所望の標的遺伝子に対するshRNAをコードするプラスミドで形質転換された組換えサルモネラ・ティフィムリウムを生成するために、ヒトPD-L1、SIRPアルファ、ベータカテニン、VISTA、TREX1、およびVEGFの各々に対する6つのshRNAのセットを設計した。ヒトTGF-ベータアイソフォーム1に対しては合計9つのshRNAを設計した。合計45個のshRNAについて、shRNAをpEQU6ベクター(配列番号41)にサブクローニングした。
各遺伝子中の標的配列は、次のとおりである:
各shRNAを生成するために、設計したオリゴヌクレオチド対を合成してshRNAをコードするカセットを形成した。オリゴヌクレオチドを互いにアニールさせてカセットを形成し、制限酵素Spe1およびXho1であらかじめ消化した線状化pEQU6ベクターにライゲートした。連結DNA断片をE.コリ細胞に形質転換し、陽性クローンを制限酵素消化により選択した。shRNA配列を精製し、配列決定した。RNA干渉のための6つの配列を異なるcDNAコード領域から選択し、BLAST検索によって分析して他の遺伝子と有意な配列相同性をもたないことを確保した。6つの例示的なshRNAコード配列は、次のとおりである:
pEQU6-shPDL1-shRNA、pEQU6-shPDL1-H1-shCTNNB1、pEQU6-shPDL1-H1-shSIRPアルファ、pEQU6-shPDL1-H1-shTREX1、およびpEQU6-shPDL1-H1-shVISTAと名付けられた、得られたベクターの配列は、配列番号43~47に記載されている。各shRNAを、次いで、個別にスクリーニングして各標的タンパク質に対する最良のshRNAを同定する。スクリーニングに使用したプラスミドは、細菌複製起点、カナマイシン耐性マーカー、およびヒトU6プロモーター配列と、これに続く個々のshRNAを含有し、次いでターミネーターポリT配列がこれに続く。ベクターは、U6プロモーターの代わりにH1プロモーターを使用してもよい。U6およびH1は、小RNAの産生およびプロセシングに一般的に使用されるRNAポリメラーゼIIIプロモーターである(配列表を参照のこと)。各shRNAは、標的配列に対する19個のヌクレオチドのオーバーラップとハイブリダイズするように設計した。これは、7個のヌクレオチドのループスペーサーと、これに続く最初の標的配列の逆相補体を含有する。shRNA設計は、これらのヌクレオチド長に限定されない。相補的shRNA配列は、19~29個のヌクレオチド(標的遺伝子に由来する「センス」配列)と、これに続く4~15個のヌクレオチドのループスペーサーに及び、次いで、一次標的配列の「アンチセンス」配列である19~29個のヌクレオチド配列で終結する。
第2のベクターを使用して、別の標的の遺伝子発現のノックダウンを達成した。このベクターは、第2のプロモーター、H1を使用する。H1は、両方の標的shRNAによる有効な遺伝子ノックダウンを達成するために、約60~100個であり得る少なくとも75個のヌクレオチドの長さでU6プロモーターから分離される。例として、1つの特定のベクターは、PD-L1およびSIRPアルファに対するshRNA配列を担持し、U6プロモーター下の抗PD-L1 shRNAと、これに続くH1プロモーター下の抗SIRPアルファshRNAを含む。オーソロガスな種由来のU6またはH1プロモーター等の追加のプロモーターを利用して、複数の標的化shRNAをプラスミドに付加することができる。
各標的に対する最も性能の良いshRNAを同定するために、pEQU6にサブクローニングした個々のshRNAを、ノックダウン遺伝子発現の能力についてテストした。先ず、HEK293細胞に、pEQU6プラスミド(異なるshRNA配列をコードする)およびcDNA発現プラスミド(CMVプロモーター下で標的タンパク質cDNAを発現する)の両方を同時トランスフェクトする。例えば、PD-L1に対するshRNAをコードするpEQU6プラスミド、クローン1が、PD-L1 cDNA発現プラスミドと同時トランスフェクトされる。遺伝子発現のshRNA介在性ノックダウンを、ウエスタンブロットおよびqPCRによって測定する。市販のcDNAsがGE/DharmaconまたはOrigeneから入手可能であり、標的タンパク質のC末端への融合HAタグをもたらすCMV発現ベクターにサブクローニングされる。これにより、抗HA抗体-HRP融合を使用した遺伝子ノックダウンの均一な測定な可能になる。cDNA分子は、cDNAコード遺伝子の部分に対応する。
ヒト遺伝子を標的にするshRNAに加えて、インビボモデルでのテストに使用するためのshRNAを提供する。同系マウス移植モデルおよび自然発生マウス腫瘍モデルにおいてテストするために、オーソロガスなマウス遺伝子を標的にするshRNAを生成する。マウス標的化shRNA配列(SIGMA)を、上記に記載したpEQU6ベクターにサブクローニングし、ウエスタンブロットおよびqPCRによって遺伝子ノックダウン傾向を特徴付ける。更に、PD-L1およびTREX1に対するshRNAの組合せを、U6プロモーター下でPD-L1に対するshRNA、およびH1プロモーター下でTREX1に対するshRNAを含むpEQU6-H1(配列番号42)にサブクローニングした。マウスモデルで使用するために、以下のshRNAコード配列を設計した:
各標的に対する個々のshRNA性能をスクリーニングするために、ウエスタンブロットの陽性対照はベータチューブリン発現に対応し、ウエスタンブロットおよびqPCRスクリーニングの両方の陰性対照は、任意の哺乳動物配列に対する相同性を欠くスクランブルshRNAに対応する。各shRNAをウエスタンブロットによって個別にテストする。qPCR遺伝子発現用に、ノックダウンを遺伝子ノックダウン%として定量化し、3通りテストし、エラーバーを生成する。
ウエスタンブロットスクリーニングを次のとおりに行った。先ず、同時トランスフェクション実験を、Lipofectamine 2000(Invitrogen)を使用する標的遺伝子発現プラスミド(pCMV-cDNA-HA)および個々の反応物として、それぞれ6つの設計したshRNAベクターでセットアップした。以下のチャートは、各反応の成分を記載する。トランスフェクション48時間後、細胞をSDS-PAGE緩衝液に溶解し、4~20%SDS-PAGEゲル電気泳動およびウエスタンブロット分析に供した。Santa Cruz Biotechnologyから購入した抗HA抗体を使用して、1:1000希釈でウエスタンブロットを実施した。膜をECL試薬によって検出した。6ウェルごとに:
qPCRによる遺伝子サイレンシング評価を次のとおりに行った。先ず、同時トランスフェクション実験を、Lipofectamine(商標)2000(Invitrogen)を使用する標的遺伝子発現プラスミドpCMV-cDNA-HAおよび6つのshRNAベクターでセットアップした。以下のチャートは各反応の成分を記載する。cDNA対shRNA比は、1:6である。トランスフェクション48時間後、RNAをRNeasy Plusキット(Qiagen)を使用して抽出した。オリゴ(dT)20プライマー、SuperScript(商標)IV逆転写酵素(ThermoFisher)および100ngの全RNAを使用して、cDNAをmRNAから合成した。リアルタイムPCRアッセイを、Applied Biosystems StepOne(商標)Real-Time PCR SystemでPowerUP(商標)SYBR(商標)マスターミックス(ThermoFisher)を用いてcDNA-HAおよびGAPDH(内因性対照)標的に対して行った。6ウェルごとに:
これらのshRNAによるshRNA介在性遺伝子ノックダウンを機能的に特徴付けた。使用した方法の説明については、Methods Mol Biol. (2010) 629:141-158を参照のこと。ヒトPD-L1遺伝子を参照として使用して、PD-L1遺伝子(配列番号31)に対する19塩基対の相補的領域を有する6つのshRNAのセットを設計し、上記に記載したクローニング戦略を利用して、U6プロモーターの後ろのpEQU6スクリーニングベクター(配列番号41)にクローニングした。上記に記載したqPCRおよびウエスタンブロットプロトコールを使用して、各shRNAコンストラクトをヒトPD-L1遺伝子発現の遮断についてスクリーニングした。図2Aに示すように、いくつかのshRNAはPD-L1遺伝子発現のノックダウンに有効であった。ARI-123(配列番号2)は、ヒトPD-L1遺伝子発現が約75%ノックダウンする最も高い効力をもたらした。これをウエスタンブロットによって確認し(図2B)、ARI-123は、PD-L1遺伝子発現の>99%ノックダウンを示した。更に、ARI-122(配列番号1)は、ウエスタンブロットによるPD-L1遺伝子発現の>99%ノックダウンを示した。
ヒトTREX1遺伝子(配列番号34)の発現を遮断するために、19bp相補的領域を有する6つのshRNAのセットを設計し、上記に記載した様式でU6プロモーターの後ろのpEQU6スクリーニングベクター(配列番号41)にクローニングした。図3Aに示すように、ARI-109(配列番号19)、ARI-110(配列番号20)、ARI-111(配列番号21)およびARI-114(配列番号24)は全て、qPCRによるTREX1遺伝子発現の約70%ノックダウンを示した。ウエスタンブロット分析を使用して、qPCRによって同定された遺伝子遮断所見を確認した(図3B)。ARI-110(配列番号20)およびARI-114(配列番号24)いずれも、それぞれ、高程度の遺伝子ノックダウン、85.5%および76.1%を示した。
ヒトベータカテニン遺伝子(配列番号32)を参照として使用して、ベータカテニン遺伝子に対する19塩基の相補的領域を有する6つのshRNAのセットを設計し、上記に記載したようにU6プロモーターの後ろのpEQU6スクリーニングベクター(配列番号41)にクローニングした。各shRNAコンストラクトを、ヒトベータカテニン遺伝子発現の遮断についてqPCRおよびウエスタンブロットの両方によってスクリーニングした。図4Aに示すように、いくつかのshRNAは、ベータカテニン遺伝子発現のノックダウンに有効であった。ARI-169(配列番号8)は、ヒトベータカテニン遺伝子発現の>75%ノックダウンを示した。ウエスタンブロット分析では(図4B)、ARI-169(配列番号8)、ARI-170(配列番号9)、ARI-171(配列番号10)、およびARI-172(配列番号11)はそれぞれ、ベータカテニン遺伝子発現の>99%ノックダウンを示した。
ヒトSIRPアルファ遺伝子(配列番号33)も、遺伝子発現を遮断するshRNAについてスクリーニングした。19bpの相補的領域を有する6つのshRNAのセットを設計し、上記に記載したようにU6プロモーターの後ろのpEQU6スクリーニングベクター(配列番号41)にクローニングした。図5Aに示すように、いくつかのshRNAコンストラクトもSIRPアルファ遺伝子発現を有意にノックダウンすることができた。ARI-175(配列番号14)、ARI-176(配列番号15)、およびARI-177(配列番号16)は全て、qPCRによるSIRPアルファ遺伝子発現の約70%を超えるノックダウンを示した。ウエスタンブロット分析では(図5B)、いくつかのコンストラクト:ARI-175(>95%ノックダウン)、ARI-176(>80%ノックダウン)、およびARI-177(約90%ノックダウン)について高程度のノックダウンが観察され、qPCRによってスクリーニングした場合のこれらの3つのコンストラクトによる所見と一致した。
ヒトTGF-ベータアイソフォーム1遺伝子(配列番号193)を参照として使用して、9つのshRNAのセットを設計し、上記に記載したようにU6プロモーターの後ろのpEQU6スクリーニングベクター(配列番号41)にクローニングした。各shRNAコンストラクトを、ヒトTGF-ベータアイソフォーム1遺伝子発現の遮断についてqPCRによってスクリーニングした。図6に示すように、いくつかのshRNAsは、TGF-ベータ遺伝子発現のノックダウンに有効であった。ARI-181(配列番号196)は最も強力なshRNAであり、ヒトTGF-ベータ遺伝子発現のノックダウンは約>85%であった。ARI-183(配列番号198)がこれに続き、TGF-ベータ遺伝子発現の約75%ノックダウンを示した。
19bpの相補的領域を有する6つのshRNAのセットを設計して、ヒトVEGF(配列番号194)の発現を遮断し、上記に記載したようにU6プロモーターの後ろのpEQU6スクリーニングベクター(配列番号41)にクローニングした。図7に示すように、qPCRによって評価した場合、いくつかのshRNAコンストラクトはVEGF遺伝子発現に対する高程度のノックダウン効率を有した。ARI-189(配列番号204)、ARI-190(配列番号205)、およびARI-191(配列番号206)は全て、qPCRによる70%にほぼ等しいか、またはこれを超えるVEGF遺伝子発現のノックダウンを示した。更に、ARI-193(配列番号208)は、VEGF遺伝子発現の80%を超えるノックダウンを示した。ウエスタンブロット分析を使用して、qPCRによって同定された遺伝子遮断所見を確認し、ARI-189(配列番号204)、ARI-190(配列番号205)、ARI-191(配列番号206)、ARI-193(配列番号208)は全て、トランスフェクション反応においてVEGFに対する同族shRNAを欠いたVEGFレーンである陽性対照と比べて、ゲル上の個々のレーンとしての極めてかすかなVEGFウエスタンブロットバンドを示した。したがって、ウエスタンブロット分析からの所見はqPCR反応からの所見を確認した。
ヒトVISTA遺伝子(配列番号35)を参照として使用して、6つのshRNAのセットを設計し、上記に記載したようにU6プロモーターの後ろのpEQU6スクリーニングベクター(配列番号41)にクローニングした。各shRNAコンストラクトを、qPCRノックダウン実験でVISTA遺伝子発現の遮断についてスクリーニングした。図8Aに示すように、いくつかのshRNAは、ヒトVISTA遺伝子発現のノックダウンに有効であった。ARI-195(配列番号25)およびARI-196(配列番号26)は最も強力なshRNAであり、ヒトVISTA遺伝子発現のノックダウンは、それぞれ約80%および65%であった。これらの結果をウエスタンブロット分析によって確認し、分析は、ARI-195およびARI-196に関して完全に近いノックダウン(約99%)を示した(図8B)。
組合せRNAi
同じプラスミドから発現された別個のshRNAによる2つの別個の遺伝子標的の組合せRNAiノックダウンを、U6およびH1プロモーターの両方を担持する遺伝子改変プラスミド(配列番号42)を使用してテストした。それぞれPD-L1(ARI-123、配列番号2)およびTREX1(ARI-114、配列番号24)を標的にする個々のshRNAをサブクローニングして、組合せRNAi ARI-134(配列番号210)を生成した。次いで、それぞれの標的(PD-L1およびTREX1)の発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のshRNAをインサイチュ(in situ)で同時に発現する能力について、ARI-134をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-134によるヒトPD-L1発現のノックダウンを、ARI-123[PD-L1のみを標的にする単一RNAi(配列番号2)]と比較し、HEK293細胞でのARI-134によるヒトTREX1のノックダウンを、ARI-114[TREX1のみを標的にする単一RNAi(配列番号24)]と比較した。ARI-123ノックダウンが野生型ヒトPD-L1遺伝子発現の27.6%であったのに対し、ARI-134(組合せベクター)によるヒトPD-L1のノックダウンは、野生型ヒトPD-L1遺伝子発現の11.8%と改善した(図9A)。同じく、ARI-114を用いたヒトTREX1ノックダウンが野生型TREX1発現の16%であったのに対し、ARI-134を用いたヒトTREX1のノックダウンは100%であった(図9B)。PD-L1およびTREX1に対するARI-134によるノックダウンをウエスタンブロットによって分析した場合、それぞれの陽性対照(RNAiを全く欠いた個々のヒトPD-L1およびヒトTREX1発現反応物)と対比して、ヒトPD-L1もヒトTREX1も検出可能な発現はなかった。したがって、組合せRNAi ARI-134は、PD-L1およびTREX1の発現をノックダウンすることができる。
同様に、上記に記載した、それぞれPD-L1(ARI-123、配列番号2)およびSIRPアルファ(ARI-175、配列番号14)を標的にする個々のRNAisを、U6およびH1プロモーターの両方を担持する遺伝子改変プラスミド(配列番号42)にサブクローニングして、組合せRNAi、ARI-135(配列番号211)を生成した。PD-L1およびSIRPアルファの発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のshRNAをインサイチュで同時に発現する能力について、ARI-135をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-135によるヒトPD-L1発現のノックダウンを、ARI-123[上記に記載した、PD-L1単独のみを標的にする単一RNAi(配列番号2)]と比較した。同じく、HEK293細胞でのARI-135によるヒトSIRPアルファのノックダウンを、ARI-175[上記に記載した、SIRPアルファ単独を標的にする単一RNAi(配列番号14)]と比較した。ARI-123およびARI-135の両方によるPD-L1のノックダウンは、野生型ヒトPD-L1遺伝子発現の約20%という結果となった(図10A)。同じく、ARI-175およびARI-135の両方を用いたSIRPアルファのノックダウンは、野生型SIRPアルファ発現の<20%という結果となった(図10B)。PD-L1およびSIRPアルファの両方に対するARI-135によるノックダウンをウエスタンブロットによって分析した場合、それぞれの陽性対照(RNAiを全く欠いたヒトPD-L1およびヒトSIRPアルファ発現反応物)と対比して、ヒトPD-L1もヒトSIRPアルファも検出可能な発現はなかった。したがって、組合せRNAi ARI-135は、PD-L1およびSIRPアルファの発現をノックダウンすることができる。
次に、上記に記載した、それぞれPD-L1(ARI-123、配列番号2)およびベータカテニン(ARI-169、配列番号8)を標的にする個々のRNAiを、U6およびH1プロモーターを担持する遺伝子改変組合せRNAiプラスミド(配列番号42)にサブクローニングして、組合せRNAi ARI-136(配列番号212)を生成した。次いで、PD-L1およびベータカテニンの発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のRNAiをインサイチュで同時に発現する能力について、ARI-136をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-136によるヒトPD-L1発現のノックダウンを、ARI-123[上記に記載した、PD-L1単独を標的にする単一RNAi(配列番号2)]と比較した。同じく、HEK293細胞でのARI-136によるヒトベータカテニンのノックダウンを、ARI-169[上記に記載した、ベータカテニン単独を標的にする単一RNAi(配列番号8)]と比較した。ARI-123によるPD-L1のノックダウンは、野生型ヒトPD-L1遺伝子発現の約20%という結果となった(図11A)。ARI-136によるPD-L1のノックダウンは、野生型ヒトPD-L1遺伝子発現の約10%という結果となった。これは、ARI-123より約2倍良好である(図11A)。ARI-136およびARI-169を用いたベータカテニンのノックダウンは、野生型ベータカテニン発現の約30%という結果となった(図11B)。PD-L1およびベータカテニンに対するARI-136によるノックダウンをウエスタンブロットによって分析した場合、それぞれの陽性対照(RNAiを全く欠いたヒトPD-L1およびヒトベータカテニン発現反応物)と対比して、ヒトPD-L1もヒトベータカテニンも検出可能な発現はなかった。したがって、組合せRNAi ARI-136は、PD-L1およびベータカテニンの発現をノックダウンすることができる。
上記に記載した、それぞれPD-L1(ARI-123、配列番号2)およびVISTA(ARI-195、配列番号25)を標的にする個々のRNAiを、U6およびH1プロモーターを担持する遺伝子改変プラスミド(配列番号42)にサブクローニングして、組合せRNAi、ARI-137(配列番号213)を生成した。PD-L1およびVISTAの発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のshRNAをインサイチュで同時に発現する能力について、ARI-137をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-137によるヒトPD-L1発現のノックダウンを、ARI-123[上記に記載した、PD-L1単独のみを標的にする単一RNAi(配列番号2)]と比較した。同じく、HEK293細胞でのARI-137によるヒトVISTAのノックダウンを、ARI-195(上記に記載した、VISTA単独を標的にする単一RNAi、配列番号25)と比較した。ARI-123およびARI-137の両方によるPD-L1のノックダウンは、野生型ヒトPD-L1遺伝子発現の約20%という結果となった(図12A)。同じく、ARI-195およびARI-137の両方によるVISTAのノックダウンは、野生型VISTA発現の20%未満か、または20%にほぼ等しいという結果となった(図12B)。PD-L1およびVISTAに対するARI-137によるノックダウンをウエスタンブロットによって分析した場合、それぞれの陽性対照(RNAiを全く欠いたヒトPD-L1およびヒトVISTA発現反応物)と対比して、ヒトPD-L1もヒトVISTAも検出可能な発現はなかった。したがって、組合せRNAi ARI-137は、PD-L1およびVISTAの発現をノックダウンすることができる。
ヒト標的に加えて、同じプラスミドから発現された別個のshRNAによる2つのマウス遺伝子標的の組合せRNAiノックダウンを、U6およびH1プロモーターを担持する遺伝子改変プラスミド(配列番号42)を使用してテストした。それぞれマウスPD-L1(ARI-115、配列番号75)およびマウスTREX1(ARI-108)を標的にする個々のshRNAをサブクローニングして、組合せRNAi ARI-128を生成した。次いで、それぞれの標的(マウスPD-L1およびマウスTREX1)の発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のshRNAをインサイチュで同時に発現する能力について、ARI-128をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-128によるマウスPD-L1発現のノックダウンを、ARI-115[PD-L1のみを標的にする単一RNAi(配列番号75)]と比較し、HEK293細胞でのARI-128によるマウスTREX1のノックダウンを、ARI-108(TREX1のみを標的にする単一RNAi)と比較した。ARI-115ノックダウンが野生型マウスPD-L1遺伝子発現の22.8%であったのに対し、ARI-128(組合せベクター)によるマウスPD-L1のノックダウンは改善し、野生型マウスTREX1遺伝子発現のわずか14.0%となった(図13A)。ARI-108またはARI-128のどちらかを用いたマウスTREX1のノックダウンは、極めて効率がよかった(それぞれ、野生型マウスTREX1発現の6.6%および11.3%)(図13B)。マウスPD-L1およびマウスTREX1の両方に対するARI-128によるノックダウンをウエスタンブロットによって分析した場合、それぞれの陽性対照(RNAiを全く欠いた個々のマウスPD-L1およびマウスTREX1発現反応物)と対比して、マウスPD-L1もマウスTREX1も検出可能な発現はなかった。
U6およびH1プロモーターを担持する遺伝子改変プラスミド(配列番号42)を使用して、マウスPD-L1およびマウスSIRPアルファを標的にするための組合せRNAiを生成した。それぞれマウスPD-L1(ARI-115、配列番号75)およびマウスSIRPアルファ(ARI-138、配列番号76)を標的にする個々のshRNAsをサブクローニングして、組合せRNAi ARI-129を生成した。次いで、それぞれの標的(マウスPD-L1およびマウスSIRPアルファ)の発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のshRNAをインサイチュで同時に発現する能力について、ARI-129をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-129によるマウスPD-L1発現のノックダウンを、ARI-115(PD-L1のみを標的にする単一RNAi)と比較し、HEK293細胞でのARI-129によるマウスSIRPアルファのノックダウンを、ARI-138(SIRPアルファのみを標的にする単一RNAi)と比較した。ARI-115およびARI-129は、野生型マウスPD-L1遺伝子発現の約20%以下のノックダウンであった(図14A)。ARI-138またはARI-129のどちらかを用いたマウスSIRPアルファのノックダウンは、野生型マウスSIRPアルファ発現の約25%以下であった(図14B)。マウスPD-L1およびマウスSIRPアルファの両方に対するARI-129によるノックダウンをウエスタンブロットによって分析した場合、それぞれの陽性対照(RNAiを全く欠いた個々のマウスPD-L1およびマウスSIRPアルファ発現反応物)と対比して、マウスPD-L1もマウスSIRPアルファも検出可能な発現はなかった。
次に、U6およびH1プロモーターを担持する遺伝子改変プラスミド(配列番号42)を使用して、マウスPD-L1およびマウスVISTAを標的にするための組合せRNAiを生成した。それぞれマウスPD-L1(ARI-115、配列番号75)およびマウスVISTA(ARI-157)を標的にする個々のshRNAをサブクローニングして、組合せRNAi ARI-132を生成した。次いで、それぞれの標的(マウスPD-L1およびマウスVISTA)の発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のshRNAをインサイチュで同時に発現する能力について、ARI-132をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-132によるマウスPD-L1発現のノックダウンを、ARI-115(PD-L1のみを標的にする単一RNAi)と比較し、HEK293細胞でのARI-132によるマウスVISTAのノックダウンを、ARI-157(VISTAのみを標的にする単一RNAi)と比較した。ARI-115およびARI-132いずれも、野生型マウスPD-L1遺伝子発現の約20%以下のノックダウンであった(図15A)。ARI-157またはARI-132のどちらかを用いたマウスVISTAのノックダウンは、野生型マウスVISTA発現の約30%以下であった(図15B)。マウスPD-L1およびマウスVISTAの両方に対するARI-132によるノックダウンをウエスタンブロットによって分析した場合、それぞれの陽性対照(RNAiを全く欠いた個々のマウスPD-L1およびマウスVISTA発現反応物)と対比して、マウスPD-L1もマウスVISTAも検出可能な発現はなかった。
U6およびH1プロモーターを担持する遺伝子改変プラスミド(配列番号42)を使用して、マウスTREX1およびマウスSIRPアルファを標的にするためのRNAiの組合せを生成した。一方はマウスTREX1(ARI-108)を標的にし、他方はマウスSIRPアルファ(ARI-138、配列番号76)を標的にする個々のshRNAをサブクローニングして、ARI-131と名付けられた組合せRNAiを生成した。それぞれの標的(マウスTREX1およびマウスSIRPアルファ)の発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のshRNAをインサイチュで同時に発現する能力について、ARI-131をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-131によるマウスTREX1発現のノックダウンを、ARI-108(TREX1のみを標的にする単一RNAi)と比較し、HEK293細胞でのARI-131によるマウスSIRPアルファのノックダウンを、ARI-138(SIRPアルファのみを標的にする単一RNAi)と比較した。ARI-108およびARI-131は、野生型マウスTREX1遺伝子発現の約20%以下のノックダウンであった(図16A)。ARI-138またはARI-131のどちらかを用いたマウスSIRPアルファのノックダウンは、野生型マウスSIRPアルファ発現より約25%以下であった(図16B)。
U6およびH1プロモーターを担持する遺伝子改変プラスミド(配列番号42)を使用して、マウスPD-L1およびマウスベータカテニンを標的にする組合せRNAiを生成した。それぞれマウスPD-L1(ARI-115、配列番号75)およびマウスベータカテニン(ARI-166)を標的にする個々のshRNAをサブクローニングして、組合せRNAi ARI-133を生成した。次いで、それぞれの標的(マウスPD-L1およびマウスベータカテニン)の発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のshRNAをインサイチュで同時に発現する能力について、ARI-133をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-133によるマウスPD-L1発現のノックダウンを、ARI-115(PD-L1のみを標的にする単一RNAi)と比較し、HEK293細胞でのARI-133によるマウスベータカテニンのノックダウンを、ARI-166(ベータカテニンのみを標的にする単一RNAi)と比較した。ARI-115およびARI-133は、野生型マウスPD-L1遺伝子発現の約25%以下のノックダウンであった(図17A)。ARI-166またはARI-133のどちらかを用いたマウスベータカテニンのノックダウンは、野生型マウスベータカテニン発現の約25%以下であった(図17B)。マウスPD-L1およびマウスベータカテニンに対するARI-133によるノックダウンをウエスタンブロットによって分析した場合、それぞれの陽性対照(RNAiを全く欠いた個々のマウスPD-L1およびマウスベータカテニン発現反応物)と対比して、マウスPD-L1もマウスベータカテニンも検出可能な発現はなかった。
次に、U6およびH1プロモーターを担持する遺伝子改変プラスミド(配列番号42)を使用して、マウスTREX1およびマウスVISTAを標的にするための組合せRNAiを生成した。それぞれマウスTREX1(ARI-108)およびマウスVISTA(ARI-157)を標的にする個々のshRNAをサブクローニングして、組合せRNAi ARI-130を生成した。次いで、それぞれの標的(マウスTREX1およびマウスVISTA)の発現をそれぞれ個別にノックダウンすることができる2つの別個のshRNAをインサイチュで同時に発現する能力について、ARI-130をテストした。対照として、HEK293細胞でのARI-130によるマウスTREX1発現のノックダウンを、ARI-108(TREX1のみを標的にするRNAi)と比較し、HEK293細胞でのARI-130によるマウスVISTAのノックダウンを、ARI-157(VISTAのみを標的にする単一RNAi)と比較した。ARI-108およびARI-130いずれも、野生型マウスTREX1遺伝子発現の約30%以下のノックダウンであった(図18A)。ARI-157またはARI-130のどちらかを用いたマウスVISTAのノックダウンは、野生型マウスVISTA発現の約30%以下であった(図18B)。ARI-130によるマウスTREX1およびマウスVISTAの両方に対するノックダウンをウエスタンブロットによって分析した場合、それぞれの陽性対照(RNAiを全く欠いた個々のマウスTREX1およびマウスVISTA発現反応物)と対比して、マウスTREX1もマウスVISTAも検出可能な発現はなかった。
マイクロRNA(mi-RNA)
マイクロRNAコンストラクト、ARI-205(配列番号214)を使用して、マウスPD-L1を標的にするRNAiを配列番号249のマイクロRNA骨格に挿入することによりマウスPD-L1標的化マイクロRNA、ARI-201を生成し、上記に記載したように、qPCRおよびウエスタンブロット分析によってPD-L1標的化shRNAコンストラクトARI-115(配列番号75)と比較した。ARI-115ノックダウンが野生型PD-L1発現の26.6%であったのに対し、ARI-201によるノックダウンは、PD-L1発現の14.6%と改善した(図19A)。ウエスタンブロットで、ARI-115は野生型PD-L1発現の15.8%までPD-L1をノックダウンすることができ、ARI-201によるノックダウンは、PD-L1発現の10.5%と改善した(図19B)。
オリゴヌクレオチド合成、オーバーラップPCRおよび制限消化クローニング(restriction digest cloning)を使用して、上記に記載したマイクロRNAコンストラクト、ARI-205(配列番号214)に基づき、マウスTREX1、ARI-203に対するマイクロRNAを生成し、qPCRによってテストした。マウスTREX1を標的にするshRNAであるARI-108が、野生型TREX1と対比して22.3%の遺伝子ノックダウン効率を有したのに対し、ARI-203は5.9%のノックダウン効率を有した(図20)。したがって、マイクロRNAは、shRNAと比べた場合、マウスTREX1のそのノックダウン効率において約3~4倍改善した。
RNAポリメラーゼIIプロモーター下での発現を必要とする大きなマイクロRNAコンストラクト、ARI-206(配列番号215)を、標的遺伝子のノックダウンのテスト、ならびにqPCRおよびウエスタンブロット分析によるテストのために構築した。このマイクロRNA、ARI-204のマウスTREX1標的化バージョンを、上記に記載したマウスTREX1標的化shRNA、ARI-108と比較してテストした。ARI-204およびARI-108は、マウスTREX1の発現を効率的にノックダウンすることができた(それぞれ、野生型マウスTREX1発現の22.5%および24.1%、図21A)。マウスTREX1遺伝子発現のノックダウンについてウエスタンブロットによって評価した場合、ARI-204マウスTREX1標的化マイクロRNAの活性は、ARI-108マウスTREX1標的化shRNAと比べてわずかに改善した(ARI-108の21.4%と対比してARI-204の11.1%、図21B)。
マイクロRNAコンストラクトARI-206のマウスPD-L1標的化バージョン、ARI-202を、上記に記載したマウスPD-L1標的化shRNA、ARI-115と比較してテストした。ARI-202およびARI-115は、マウスPD-L1の発現を効率的にノックダウンすることができた(それぞれ、野生型マウスPD-L1発現の10.0および11.2%、図22A)。マウスPD-L1遺伝子発現のノックダウンをウエスタンブロットによって評価した場合、ARI-202マウスPD-L1標的化マイクロRNAは、ARI-115マウスPD-L1標的化shRNAと比べてわずかに改善した(ARI-115の13.8%と対比してARI-202の8.7%、図22B)。
shRNA遺伝子ノックダウンは、標的遺伝子を過剰発現することが知られている腫瘍細胞株において直接測定することができる。例えば、以下は、高いPD-L1発現を有する既知の腫瘍細胞株である:PC-3(前立腺)、MDA-MB-231(乳房)、およびASPC-1(膵臓)[Grenga et al. (2014) J. ImmunoTherapy of Cancer 2(Suppl 3):P102]。細胞をIFN-ガンマで刺激して、PD-L1発現の誘導を見ることができる。U937腫瘍細胞株は、SIRPアルファを過剰発現する[Irandoust et al. (2013) PLoS ONE 8(1):e52143]。PD-L1およびSIRPアルファに対する遺伝子発現の同時ノックダウンは、IFN-ガンマで誘導されたU937細胞で行うことができる。
上記のマイクロRNAコンストラクト、ARI-205(配列番号214)およびARI-206(配列番号215)は、それぞれ21および22塩基対の相同性配列をコードする。あるいは、19塩基対の相同性配列をコードするマイクロRNAコンストラクト、例えば、ARI-207(配列番号216)およびARI-208(配列番号217)を使用することができる。標的遺伝子に対する個々のマイクロRNAは、遺伝子合成、制限部位を含有するプライマーを用いたPCR増幅、および適合した制限酵素生成オーバーハングを有する発現ベクターへのサブクローニングによって生成することができる。
改変サルモネラ・ティフィムリウム標的は、複数の同系マウス腫瘍モデルにおいて頑強な腫瘍成長阻害を示す
TREX1
全身投与された弱毒化サルモネラ菌の腫瘍微小環境取り込み後、shRNAのTREX1へのデリバリーにより、STING介在性抗腫瘍免疫および腫瘍成長阻害が活性化する。マウス結腸癌モデルにおいて腫瘍成長阻害を誘導するAST-104(pEQU6-shTREX1で形質転換された株YS1646)の能力を評価するために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり8匹)に、CT26マウス結腸癌(100μL PBS中2×105細胞)を右側腹部へ皮下(SC)接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、1×107CFUのAST-104、またはAST-102(pEQU6プラスミド対照で形質転換された株YS1646)を4日空けて2回静脈内(IV)注射し、PBS対照と比較した。初回IV投与の6時間後、マウスを採血し、血漿を回収し、Mouse Inflammation Cytometric Bead Arrayキットを使用して炎症促進性サイトカインについて評価し、FACS(BD Biosciences)によって分析した。
図23に示すように、対照株、AST-102は、PBSと比べて中程度の腫瘍制御を示した(25日目の腫瘍成長阻害(TGI)18%、p=ns)。しかし、shTREX1含有株、AST-104は、PBSと比べて有意な腫瘍成長阻害(25日目のTGI 66%、p=0.01、1群当たり8匹の動物の平均で計算)、およびAST-102と比べて有意な腫瘍制御(28日目、p=0.02)を示した。腫瘍成長阻害(TGI)パーセントは、1-(平均テスト腫瘍容量/平均対照腫瘍容量)×100として計算する。
炎症促進性サイトカインの活性化
TREX1
IV注射後6時間での全身性血清サイトカインのレベルを評価した。AST-104(プラスミド中にasd相補を含むshTREX1プラスミドを含有する;asdはCpGエレメントを含有する)によって誘発された免疫活性化サイトカインTNF-アルファ、IL-12、およびインターフェロン-ガンマは、AST-102プラスミド対照(同様にasd由来のCpGを含有する)およびPBS群と比べて有意に高かった(図24A)。免疫を抑制することが知られているサイトカインであるIL-10[例えば、Wang et al. (2012) Scand J Immunol. 3:273-281を参照のこと]は、プラスミド対照と比べてshTREX1群でより低い傾向を示した(図24B)。これらのデータは、TREX1の阻害が、結腸癌のマウスモデルにおいて抗腫瘍免疫および強力な腫瘍成長阻害を促進する既知のSTING経路誘導サイトカインを活性化することを示している。
別個の侵襲性マウス結腸癌モデル、およびチェックポイント療法抵抗性メラノーマモデルにおいて腫瘍成長阻害を誘導するAST-104(CpGエレメントを含むshTREX1プラスミドを含有する)の能力を評価するために、6~8週齢のメスのC57BL/6マウス(1群当たり10匹)に、MC38結腸癌細胞またはB16.F10メラノーマ細胞(100μL PBS中、それぞれ、5および2×105細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUのAST-104、またはAST-102を4日空けて2回IV注射し、PBS対照と比較した。
図25に示すように、TREX1に対するshRNAを含有する株AST-104は、プラスミド対照と比べてMC38腫瘍の強力な腫瘍成長阻害(TGI 85%、p<0.0001、28日目)、および有意な腫瘍成長阻害(p=0.049、28日目)を誘導した。同様に、図26に示すように、AST-104は、B16.F10メラノーマにおいてPBSと比べて非常に有意な腫瘍成長阻害(TGI 83%、p=0.0012、24日目)、およびプラスミド対照株AST-102と比べてより大きな腫瘍成長阻害を誘導し、PBSと比べてこのモデルで有意な効果があった(p=0.019、24日目)。これらの結果はまた、shTREX1介在性STING活性化と組合せた、CpGエレメントを含有するプラスミドが相乗効果および有効性を示し、ならびに腫瘍内投与の代わりに全身投与の利点を有することも示している。
まとめると、複数の侵襲性マウス腫瘍モデルにおいて、TREX1に対するshRNAをコードするプラスミドをYS1646株に追加することにより、対照プラスミドを含有するYS1646株と比べて抗腫瘍応答が有意に強化された。これらのデータは、免疫刺激性腫瘍標的化細菌の全身投与を通じてSTING経路を活性化する効力を示している。
PD-L1
免疫系は、自己免疫を制限するためにいくつかのチェック・アンド・バランスを発達させた。プログラム細胞死タンパク質1(PD-1)およびプログラム死リガンド1(PD-L1)は、免疫応答を下方調節することにより機能する数多くの阻害性「免疫チェックポイント」の2つの例である。PD-L1のPD-1への結合は、CD8+T細胞シグナル伝達経路を妨げ、CD8+T細胞の増殖およびエフェクター機能を損ない、T細胞寛容を誘導する[Topalian et al. (2012) N Engl J Med 366:3443-3447]。
PD-L1遺伝子をノックダウンするshRNAをデリバリーする改変サルモネラ・ティフィムリウム株の腫瘍定着は、PD-1へのその結合、およびCD8+T細胞機能のその阻害を破壊する。PD-L1/PD-1チェックポイント阻害は、CpGプラスミドDNAを含有する免疫刺激性S.ティフィムリウムと、オールインワンの治療様式で十分に相乗効果を生む。PD-L1に対するshRNAをコードするプラスミドを含有するYS1646株(AST-105)のインビボ有効性を証明するために、マウス結腸癌モデルにおいてAST-102株(同様にCpGモチーフを含有する対照プラスミドを含有する)と比較してこの株を評価した。この実験のために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり10匹のマウス)に、CT26マウス結腸癌(100μL PBS中2×105細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUのAST-105、AST-102を4日空けて2回IV注射、または抗PD-L1抗体(4mg/kg、BioXCellクローン10F.9G2)をIV投与した。初回IV投与の6時間後、マウスを採血し、血漿を回収し、Mouse Inflammation Cytometric Bead Arrayキットを使用して炎症促進性サイトカインについて評価し、FACS(BD Biosciences)によって分析した。
図27に示すように、株AST-105による処置は、プラスミド含有対照株AST-102による処置と比べて統計的に有意な腫瘍制御を示した(TGI 69%、p=0.05、25日目)。腫瘍成長阻害も、AST-105(shPD-L1を発現する)による処置の方が抗PD-L1抗体の全身投与からの治療より大きかった(抗PD-L1と対比したTGI 68%)。
IV注射後6時間での自然炎症促進性サイトカインの産生を比較すると、株AST-105によって誘発されたサイトカインは、抗PD-L1抗体と比べて有意により高く(p<0.05、図28)、AST-102からのものよりはるかに高かった。これらのデータは、抗PD-L1抗体の全身投与と比べて、腫瘍微小環境内でのPD-L1の阻害は、結腸癌のマウスモデルにおいて抗腫瘍免疫を誘導し、腫瘍成長阻害を促進する強力な炎症促進性サイトカインを独自に活性化することを示している。
改変S.ティフィムリウムshTREX1の腫瘍内投与は、両側腹部マウス結腸癌モデルにおいて遠位腫瘍定着および完全な抗腫瘍応答を提供する
腫瘍に対する適応免疫を誘導する特徴は、遠位の未処置腫瘍の退縮を誘導する能力である。pEQU6 shRNAプラスミドを含有するYS1646株の、両側腹部マウス結腸癌モデルにおいて原発および遠位腫瘍成長阻害を誘導する能力を評価するために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり10匹のマウス)に、CT26マウス結腸癌(100μL PBS中2×105細胞)を右側腹部および左側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUのAST-104(YS1646でのpEQU6 shTREX1)、AST-105(YS1646でのpEQU6 shPD-L1)またはAST-102(YS1646でのプラスミド対照)を4日空けて2回、右側腹部腫瘍へ腫瘍内(IT)注射し、PBS対照と比較した。
図29に示すように、AST-104およびAST-105のIT注射は、PBS対照と比べて注射した腫瘍で有意な腫瘍成長阻害を誘導した(AST-105 - TGI 60.5%、p=0.03;AST-104 - TGI 61.4%、p=0.03、25日目)。AST-105とは異なり、AST-104のみが、PBSと比べて遠位の未処置腫瘍の有意な成長阻害(TGI 60%、p<0.0001、25日目)、およびプラスミド対照を含有するAST-102と比べて有意な遠位腫瘍成長阻害を誘導した(p=0.004、25日目)。AST-104株はまた、PBS対照と比較して有意な腫瘍退縮、および生存率の増加も示し[p=0.0076、ログランク(Mantel-Cox)検定]、2/10は完全寛解であった(図30)。
細菌が、注射した腫瘍、および遠位腫瘍に定着するかどうかを決定するために、AST-104で処置した腫瘍担持マウスを屠殺し、腫瘍を回収した。注射した腫瘍および遠位腫瘍をMチューブに移し、gentleMACS(商標)Dissociator(Miltenyi Biotec)を使用してPBS中でホモジナイズした。腫瘍ホモジネートを連続希釈し、LB寒天プレートにプレーティングし、コロニー形成単位(CFU)決定のために37℃でインキュベートした。図31に示すように、遠位腫瘍は、注射した腫瘍と同程度に定着した。これは、腫瘍内投与経路で投与された遺伝子改変サルモネラ属菌株が移行し、遠位病変に定着することができることを示唆するものである。これらのデータは、他の臓器より優先的に遠位腫瘍病変に全身性に定着する能力を有する免疫刺激性細菌をIT投与する効力、および全身の腫瘍退縮および完全寛解をもたらすSTING I型インターフェロン経路を活性化する効力を示している。
CpGエレメントを含有するプラスミドによる改変S.ティフィムリウム株は、YS1646親株と比べて抗腫瘍活性の強化を示す
Toll様受容体(TLR)は、病原体関連分子パターン(PAMP)を感知し、病原体に対する自然免疫を活性化するための重要な受容体である[Akira et al. (2001) Nat Immunol. 2(8):675-680]。これらのうち、TLR9は、哺乳動物DNAには天然に存在しない病原体DNAの低メチル化CpGモチーフを認識することに関与している[McKelvey et al. (2011) J Autoimmunity 36:76]。免疫細胞サブセットにおけるエンドソームへの病原体の食作用時のCpGモチーフの認識により、IFR7依存性I型インターフェロンシグナル伝達が誘導され、自然および適応免疫が活性化される。CpGモチーフを含有する改変サルモネラ・ティフィムリウムプラスミドを担持するS.ティフィムリウム株YS1646(YS1646 pEQU6スクランブル)は、プラスミドを含まないYS1646株と比べて、TLR9を同様に活性化し、I型IFN介在性自然および適応免疫を誘導することが本明細書に示されている。
本明細書で使用される遺伝子改変プラスミド中のCpGモチーフを表2に示す。株AST-103のpEQU6 shSCR(非同族shRNA)プラスミドは362個のCpGモチーフを持っており、サルモネラベースのプラスミドデリバリーが、このプラスミドによる同じサルモネラを欠く形質転換と比べて免疫刺激性であり、抗腫瘍効果を有し得ることを示唆している。マウス結腸癌モデルにおいて腫瘍成長阻害を誘導するYS1646内のCpG含有プラスミドの能力を評価するために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり9匹のマウス)に、CT26(100μL PBS中、2×105細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUのYS1646(AST-100)またはCpGモチーフを有するshRNAスクランブルプラスミドを含有するYS1646(AST-103)の3回投与を毎週IV注射し、PBS対照と比較した。
図32に示すように、YS1646(AST-100)株は、PBSと比べて中程度の腫瘍制御を示した(TGI 32%、p=ns、28日目)。非同族スクランブルshRNAをコードするCpG含有プラスミドの添加によってのみYS1646と異なるAST-103株は、形質転換されなかった、したがってプラスミドを欠くYS1646単独と比べて、非常に有意な腫瘍成長阻害を示した(p=0.004、32日目)。
asd遺伝子は234個のCpGモチーフを持っており(表2)、これを含有するプラスミドが免疫刺激性特性を有し得ることを示唆している。図46に示すように、AST-109(スクランブルshRNAを有するYS1646-ASD)は、PBS単独と対比した腫瘍成長阻害が、強い免疫刺激性作用を示唆する51%であった。
これらのデータは、S.ティフィムリウムの腫瘍標的化弱毒化株内のTLR9活性化CpGモチーフを含有するプラスミドDNAの強力な免疫刺激性特性を示している。
マイクロRNA阻害を含有する改変サルモネラ・ティフィムリウム株は、shRNAと比べて抗腫瘍活性の強化を示す
優れたTREX1遺伝子ノックダウンは、マイクロRNA ARI-203によりインビトロで達成された(実施例2、図20を参照のこと)。マイクロRNA株AST-106を、TREX1に対するマイクロRNA(miRNA)をコードするARI-203、pEQU6プラスミドでYS1646を形質転換して生成した。AST-106を、shRNA株、AST-104(pEQU6 shTREX1で形質転換されたYS1646)と比較した。マウス結腸癌モデルにおけるインビボ効力をテストした。この実験のために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり10匹のマウス)に、CT26(100μL PBS中、2×105細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUのAST-104またはAST-106を、8日目、15日目および23日目に毎週IV注射し、PBS対照と比較した。
図33に示すように、TREX1ノックダウン株の両方のバージョンは、PBS対照と比べて有意な腫瘍成長阻害を示した(AST-104 TGI 58%、p=0.014;AST-106 TGI 77%、p=0.003、17日目)。AST-106 miTREX1は、2回目の投与後に最も強力な腫瘍制御を示し、shTREX1株AST-104より有意に良好であった(p=0.036、17日目)。これらのデータは、マイクロRNAベースの阻害性RNAが、腫瘍成長阻害モデルにおいてより強力な遺伝子ノックダウンをインビボで遂行し、shRNAベースの阻害性RNAを上回り得ることを示している。
ベクター合成
プラスミドからのasd発現によるasd欠失の相補
プラスミド(pATIU6)を化学的に合成し、アセンブルした(配列番号225)。プラスミドは、以下の特徴を含有した:高コピー(pUC19)複製起点、ショートヘアピンの発現を駆動するためのU6プロモーター、その後の除去のためのHindIII制限部位と隣接するアンピシリン耐性遺伝子、および開始コドンの上流に85塩基対の配列を含有するasd遺伝子(配列番号246)。このベクターに、マウスTREX1を標的にするshRNAまたはスクランブル非同族shRNA配列をSpeIおよびXhoIによる制限消化およびライゲーションによって導入し、E.コリDH5-アルファにクローニングした。それぞれ、pATI-shTREX1およびpATI-shSCRと名付けられた得られたプラスミドをE.コリで増幅し、電気穿孔によるasdノックアウト株AST-101への形質転換、ならびにそれぞれ株AST-108およびAST-107を産生する、LB ampプレートでのクローン選択のために精製した。pATIU6由来プラスミドで相補したasd突然変異体は、DAPの非存在下のLB寒天および液体培地で成長することができた。
その後の反復において、pATI-shTREX1由来のアンピシリン耐性遺伝子(AmpR)をカナマイシン耐性遺伝子に置き換えた。これは、HindIIIによるpATI-shTREX1プラスミドの消化と、これに続くAmpR遺伝子を除去するためのゲル精製によって達成した。プライマーAPR-001およびAPR-002(配列番号226および配列番号227)を使用したカナマイシン耐性(KanR)遺伝子のPCR増幅、HindIIIによる消化、およびゲル精製され、消化されたpATIU6プラスミドへのライゲーション。
その後の反復において、148位のヌクレオチドTをCに変えるためのQ5(登録商標)Site-Directed Mutagenesis Kit(New England Biolabs)ならびにプライマーAPR-003(配列番号228)およびAPR-004(配列番号229)を使用して、単一の点突然変異をpUC19複製起点でpATIKanプラスミドに導入した。この突然変異は、プラスミドコピー数を低減するために複製起点をpBR322複製起点と相同にする。
pATI2.0
以下の特徴を含有するプラスミドを設計し、合成した:pBR322複製起点、SV40 DNA核標的化配列(DTS)、rrnBターミネーター、shRNAの発現を駆動するためのU6プロモーターと、これに続く、プロモーターおよびshRNAまたはマイクロRNAをクローニングするための隣接制限部位、asd遺伝子、rrnGターミネーター、ならびに除去のためのHindIII部位およびマルチクローニング部位と隣接するカナマイシン耐性遺伝子(配列番号247)。更に、2つの別個のshRNAまたはマイクロRNAの発現用のプラスミドを設計し、合成した。このプラスミドは、以下の特徴を含有した:pBR322複製起点、SV40 DNA核標的化配列(DTS)、rrnBターミネーター、shRNAの発現を駆動するためのU6プロモーターと、これに続く、プロモーターおよびshRNAまたはマイクロRNAをクローニングするための隣接制限部位、第2のshRNAまたはマイクロRNAの発現を駆動するためのH1プロモーター、H1とU6プロモーターの間に置かれる450bpのランダムに生成されたスタッファー配列、asd遺伝子、rrnGターミネーター、ならびに除去のためのHindIII部位およびマルチクローニング部位と隣接するカナマイシン耐性遺伝子(配列番号245)。
FlicおよびFljb遺伝子の欠失によるS.ティフィムリウムフラジェリンノックアウト株遺伝子改変
本明細書の例では、S.ティフィムリウム株を、炎症促進性シグナル伝達を低減するためにフラジェリンサブユニットfliCおよびfljBの両方を欠くように遺伝子改変した。fliCおよびfljBの欠失は、YS1646のasd遺伝子欠失株(AST-101)の染色体へ連続的に遺伝子改変させた。
fliCの欠失
この例では、実施例1に詳細に記載され、図34に図式的に示されるDatsenkoおよびWannerの方法[Proc Natl Acad Sci USA 97:6640-6645 (2000)]の修正を使用して、AST-101株の染色体からfliCを欠失させた。fliC遺伝子に隣接する224および245塩基の相同な配列を含有する合成fliC遺伝子相同性アーム配列を注文し、pSL0147と呼ばれるプラスミドにクローニングした(配列番号230)。cre/lox p部位と隣接するカナマイシン遺伝子カセットを、次いでpSL0147にクローニングし、fliC遺伝子ノックアウトカセットを、次いで、プライマーflic-1(配列番号232)およびflic-2(配列番号233)を用いてPCR増幅し、ゲル精製し、温度感受性ラムダレッド組換えプラスミドpKD46を担持するAST-101株に電気穿孔によって導入した。電気穿孔細胞をSOC+DAP培地に回収し、カナマイシン(20μg/mL)およびジアミノピメリン酸(DAP、50μg/ml)を補充したLB寒天プレートにプレーティングした。コロニーを選択し、ノックアウト断片の挿入について、プライマーflic-3(配列番号234)およびflic-4(配列番号235)を使用するPCRによってスクリーニングした。pKD46を、次いで、選択したカナマイシン耐性株を42℃で培養して除去し、アンピシリン耐性の喪失についてスクリーニングした。カナマイシン耐性マーカーを、次いで、Creリコンビナーゼ(pJW1680)を発現する温度感受性プラスミドの電気穿孔によって除去し、AmpRコロニーを30℃で選択した;pJW168はその後、培養物を42℃で成長させて排除した。選択したfliCノックアウトクローンを、次いで、破壊部位に隣接するプライマー(flic-3およびflic-4)を使用するPCR、およびアガロースゲルでの電気泳動移動度の評価によって、カナマイシンマーカーの喪失についてテストした。
fljBの欠失
fljBを、次いで、上記に記載した方法の修正を使用してasd/fliC欠失YS1646株で欠失させた。fliC遺伝子に隣接する、それぞれ249および213塩基の左側および右側配列を含有する合成fljB遺伝子相同性アーム配列を合成し、pSL0148と呼ばれるプラスミドにクローニングした(配列番号231)。cre/loxP部位と隣接するカナマイシン遺伝子カセットを、次いでpSL0148にクローニングし、fljB遺伝子ノックアウトカセットを、次いで、プライマーfljb-1(配列番号236)およびfljb-2(配列番号237)を用いてPCR増幅し、ゲル精製し、温度感受性ラムダレッド組換えプラスミドpKD46を担持するAST-101に電気穿孔によって導入した。カナマイシン耐性遺伝子を、次いで、上記に記載したようにcre介在性組換えによって除去し、温度感受性プラスミドは非許容温度での成長によって除去した。fliCおよびfljB遺伝子ノックアウト配列を、プライマーflic-3およびflic-4またはfljb-3(配列番号238)およびfljb-4(配列番号239)を使用するPCRによって増幅し、DNA配列決定によって検証した。YS1646のこのasd-/fliC-/fljB-突然変異体誘導体をAST-111と名付けた。
遺伝子改変S.ティフィムリウムフラジェリンノックアウト株のインビトロでの特徴付け
本明細書でAST-111またはASD/FLGと呼ばれる、fliCおよびfljBの両方の欠失を有するYS1646由来asd突然変異体株を、10マイクロリットルの一晩培養物をスイミングプレート(0.3%寒天および50mg/mL DAPを含有するLB)にスポットして、遊泳運動性について評価した。運動性はYS1646およびasd欠失株AST-101で観察されたが、asd/fliC/fljB欠失株AST-111では運動性が明白ではなかった。AST-111株に、次いで、pATIshTREX1(asd遺伝子およびTREX1を標的にするshRNAを含有するプラスミド)を電気穿孔してAST-112を作製し、DAPの非存在下でのその成長率を評価した。図35に示すようにASD/FLG(pATI-shTREX1)株AST-112は、補充DAPの非存在下、LBで複製することができ、pATIshTREX1を含有するasd株(AST-108)と同等の速度で成長した。これらのデータは、フラジェリンの排除は、S.ティフィムリウムのインビトロでの適応度を低下させないことを示している。
フラジェリンサブユニットの排除は、マクロファージにおけるピロトーシスを低下させる。これを証明するために、5×105マウスRAW-dual(商標)マクロファージ細胞(InvivoGen、サンディエゴ、Ca.)を、ゲンタマイシン保護アッセイで、AST-118と名付けられた低コピーshTREX1プラスミドを有するasd/fliC/fljB欠失株、または同じプラスミドを有するasd欠失株(AST-117)に約100のMOIで感染させた。感染の24時間後、培養上清物を回収し、Pierce(商標)LDH Cytotoxicity Assay Kit(Thermo Fisher Scientific、ウォルサム、Ma.)を使用して、細胞死のマーカーとしての乳酸脱水素酵素放出について評価した。AST-117は75%の最大LDH放出を誘導し、一方AST-118は54%の最大LDH放出を誘導した。これは、フラジェリン遺伝子の欠失がS.ティフィムリウム誘導ピロトーシスを低減することを示すものである。
shTrex1プラスミドを含有するASD/FLGノックアウト株は、親asd株と比べて抗腫瘍活性の強化、インターフェロンガンマ応答の強化、およびマウスにおける腫瘍定着の増加を示す。
結腸癌のマウスモデルで投与されたフラジェリンノックアウト株の影響を評価するために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり10匹のマウス)に、CT26(100μL PBS中、2×105細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、pATIKan-shTREX1プラスミドを含有するASD/FLG株(AST-113)または同じpATIKan-shTREX1プラスミドを有するASD株(AST-110)5×106CFUの週3回投与をIV注射し、PBS対照と比較した。初回IV投与の6時間後、マウスを採血し、血漿を回収し、Mouse Inflammation Cytometric Bead Arrayキットを使用して炎症促進性サイトカインについて評価し、FACS(BD Biosciences)によって分析した。
図36に示すように、鞭毛を作ることができず、およびpATIshTrex1プラスミドを含有するAST-113株(ASD/FLG pATI-shTREX1)は、親ASD pATI-shTREX1株AST-110と比べて腫瘍制御の強化、およびPBS対照と比べて有意な腫瘍制御を示した(TGI 54%、p=0.02、17日目)。
IV注射後6時間での全身性血清サイトカインのレベルを比較すると、AST-113株によって誘発されたサイトカインは、鞭毛を作ることができる親AST-110株と比べてTNF-αおよびIL-6に関して同等であった。強力な抗腫瘍免疫サイトカインIFN-γのレベルは、AST-110と比べてAST-113で有意により高かった。これは、フラジェリン欠損株が、親asdノックアウト株より優れた抗腫瘍効力を提供することができることを示唆するものである(図37)。
腫瘍移植後35日目(遺伝子改変サルモネラ療法の最終投与後12日目)に、上記に記載したように、1群当たり3匹のマウスを安楽死させ、腫瘍をホモジナイズし、LBプレートにプレーティングして腫瘍組織1グラム当たりのコロニー形成単位(CFU)数を数えた。図38に示すように、asd遺伝子欠失しか有さず、および同じプラスミドを含有する株(AST-110)だけでなく、fliCおよびfljBを欠失し、ならびにpATIshTREX1プラスミドを含有するAST-113株も、少なくとも腫瘍に定着することができた。AST-113は、AST-110の平均2.1×106cfu/g腫瘍と比べて、組織1グラム当たり平均1.2×107CFUで腫瘍に定着した。これは、フラジェリンの欠如が、機能性鞭毛を有する株の5倍を超える腫瘍定着の増加をもたらし得ることを示唆するものである。まとめると、これらのデータは、当技術分野からの予測に反して、腫瘍定着に鞭毛は必要でないだけでなく、その喪失は腫瘍定着および抗腫瘍免疫を強化することができることを示している。
プラスミドデリバリーの強化のためのcytoLLOを発現するように遺伝子改変されたS.ティフィムリウム
この例では、実施例1に記載されたYS1646のasd欠失株(AST-101)を更に改変して、サルモネラ属菌株の細胞質に蓄積するシグナル配列を欠くリステリオリシンO(LLO)タンパク質(本明細書ではcytoLLOと呼ばれる)を発現させた。LLOは、リステリア・モノサイトゲネスから分泌され、細菌のファゴソームエスケープ(phagosomal escape)を介在するコレステロール依存性の膜孔形成細胞溶解素である。コドン2~24個を欠失したLLOをコードする遺伝子を、サルモネラ菌での発現に最適化されたコドンにより合成した。cytoLLOのオープンリーディングフレームの配列は、配列番号240にある。cytoLLO遺伝子を、S.ティフィムリウムにおける転写を誘導するプロモーター(以下に再現された配列番号241)の制御下に置いた。実施例1に記載されているDatsenkoおよびWanner[Proc Natl Acad Sci USA (2000) 97:6640-6645]の方法の修正を使用して、cytoLLO発現カセットをasd欠失株AST-101のノックアウトasd座に単一コピーで挿入した。
cytoLLO発現カセットがasd座に挿入されたasd欠失株(本明細書ではASD/LLOまたはAST-114と呼ばれる)を、実施例7に記載されているように、外来DAPの非存在下で株を成長させ、プラスミド維持に対して選択を行い、shTREX1の発現を駆動するU6プロモーターも含有するasd遺伝子をコードするpATIプラスミドによる電気穿孔によって更に改変した(本明細書ではASD/LLO(pATI-shTREX1)またはAST-115と呼ばれる)。図39に示すように、ASD/LLO(pATI-shTREX1)株AST-115は、同じプラスミド(pATI-shTREX1)を含有するasd欠失株、AST-110と同等の速度で成長した。これは、LLOノックインがインビトロでの細菌の適応度に影響を与えないことを示している。
cytoLLOを産生するように遺伝子改変されたS.ティフィムリウムは、強力な抗腫瘍活性を示す
cytoLLO遺伝子ノックインが抗腫瘍効果をもたらしたかどうかを決定するために、ASD/LLO(pATI-shTREX1)株AST-115を結腸癌のマウスモデルで評価した。この試験のために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり8匹のマウス)に、CT26(100μL PBS中、2×105細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUのAST-115の単回投与をIV注射し、PBS対照と比較した。
図40に示すように、asd株ASD/LLO(pATI-shTREX1)へのcytoLLO遺伝子の添加は、PBS対照と比べて非常に有意な腫瘍制御(TGI 76%、p=0.002、28日目)、および単回投与後の、TREX1 shRNAプラスミド含有株を複数回投与で与えた以前の試験と同等の有効性を示した。これらのデータは、より多くのプラスミドをサイトゾルにデリバリーし、より大きな遺伝子ノックダウンをもたらし、それによってTREX1等の標的に対するRNAiの治療有効性を改善するというcytoLLO介在性利点を示している。
S.ティフィムリウムのアデノシン栄養要求性株
本明細書で提供される株は、アデノシンに対して栄養要求性であるように遺伝子改変される。その結果、株はインビボで弱毒化される。その理由は、正常組織の低アデノシン濃度では株は複製することができず、したがって定着は主に、アデノシンレベルが高い固形腫瘍微小環境で生じるためである。サルモネラ属菌株YS1646(AST-100)は野生型株ATCC14028の誘導体であり、purI遺伝子の破壊のためにプリンに対して栄養要求性であるように遺伝子改変された[Low et al., (2004) Methods Mol. Med 90:47-60]。YS1646の全ゲノムのその後の分析は、purI遺伝子(purMと同義)は実際に欠失されないが、代わりに染色体逆位によって破壊されること[Broadway et al. (2014) J.Biotechnol. 20:177-178]、および遺伝子全体は、挿入配列と隣接するYS1646染色体の2つの部分内に依然として含有されること(そのうち1つは、活性トランスポザーゼを有する)を示した。染色体再結合(chromosomal reengagement)によって破壊されたpurI遺伝子の完全な遺伝子配列の存在は、野生型遺伝子の復帰可能性を残す。YS1646のプリン栄養要求性がインビトロでの連続継代後に安定であることは以前に示されているが、復帰率がどれほどであるかは明らかでなかった[Clairmont et al. (2000) J. Infect. Dis. 181:1996-2002]。
アデノシンを提供した場合、YS1646は最少培地で複製することができるのに対し、野生型親株ATCC14028は、アデノシンを補充しない最少培地で成長し得ることが本明細書で示される。YS1646をLB培地で一晩成長させ、M9最少培地で洗浄し、アデノシンを含有しないか、またはアデノシンの濃度を高めたM9最少培地に希釈した。37℃でSpectraMax(登録商標)M3分光光度計(Molecular Devices)を使用し、15分ごとにOD600を読み取って成長を測定した。
図41に示すように、アデノシンを11~300マイクロモルにわたる濃度で提供した場合、YS1646は複製することができたが、M9単独または130ナノモルアデノシンを補充したM9では複製することが完全にできなかった。これらのデータは、purI突然変異体が、腫瘍微小環境で見出されるアデノシンの濃度で複製することができるが、正常組織で見出される濃度では複製できないことを示している。本明細書で例証される遺伝子改変アデノシン栄養要求性株は、野生型への復帰を防ぐためにpurIオープンリーディングフレームの全て、または部分が染色体から欠失される株を含む。そのような遺伝子欠失は、実施例1に記載されているラムダレッド系を利用して達成することができる。
実施例1に記載のようにasd遺伝子欠失(ASD)を含有するように更に遺伝子改変されたpurI破壊を含有するサルモネラ属菌株、または実施例8に記載のようにfliCおよびfljBの欠失ならびに(ASD/FLG)を有するように更に遺伝子改変されたasd遺伝子欠失、または実施例9に記載のようにcytoLLOを発現するように更に遺伝子改変され(ASD/cLLO)、および実施例7に記載のようにasdを発現する低コピー数プラスミド(pATIlow)で相補したasd突然変異体(それぞれ、株AST-117、AST-118、およびAST-119)もまた、M9最少培地での成長について評価した。図42のデータは、アデノシンを11~300マイクロモルにわたる濃度で提供した場合、各株は複製することができたが、M9単独または130ナノモルアデノシンを補充したM9では複製することが完全にできなかったことを示している。
asd遺伝子相補を含む株のasd遺伝子相補系インビトロ成長の特徴付けおよび使用
プラスミドを含有する細菌株の適応度を評価するために、37℃でSpectramaxプレートリーダーを使用し、15分ごとにOD600を読み取ってLB液体培地で成長曲線を行った。図43に示すように、低コピープラスミドpEQU6-shTREX1を含有するYS1646(AST-104)は、プラスミドを含有しないYS1646(AST-100)と同等に成長した。asd栄養要求性を相補し得るasd遺伝子を含む高コピーshTREX1プラスミドを有するasd突然変異体株(AST-110)は、DAPの非存在下のLBで複製することができたが、YS1646より遅く成長した。低コピー数の複製起点およびasd栄養要求性を相補し得るasd遺伝子を含むshTREX-1発現プラスミド(pATIlow-shTREX1)を含有するasd欠失株、株AST-117は、AST-110より速い速度で成長した。これらのデータは、asd遺伝子栄養要求性を相補する低コピー数プラスミドは、S.ティフィムリウムのインビトロでのより迅速な複製速度を可能にすることから、高コピー数プラスミドより優れていることを示している。
asd相補株の細胞内成長
高および低コピープラスミド上のasdを相補したasd突然変異体の適応度を測定するために、マウス腫瘍細胞株において細胞内で複製する細菌株の能力を、ゲンタマイシン保護アッセイを使用して評価した。このアッセイでは、マウスメラノーマB16.F10細胞またはマウス結腸がんCT26細胞を、相補的asd遺伝子を含有し、および高コピー複製起点、AST-110(ASD pATI-shTREX1)または低コピー複製起点、AST-117(ASD pATI低コピー-shTREX1)のどちらかを有するプラスミドを含有するasd突然変異体サルモネラ属菌株に感染させた。細胞を、1細胞当たり約5個の細菌の多重度で30分間感染させ、次いで細胞をPBSで洗浄し、ゲンタマイシンを含有する培地を添加して細胞外細菌を死滅させた。細胞内細菌は細胞膜を通過することができないことから、ゲンタマイシンによって死滅されない。感染後の様々な時点で、細胞単層を水による浸透圧ショックによって溶解し、細胞溶解物を希釈し、LB寒天にプレーティングして生存コロニー形成単位(CFU)を数えた。
図44に示すように、高コピープラスミドで相補したasd突然変異体株、AST-110は、CFUが最初に減少したものの、B16.F10細胞で成長することができたが、CT26細胞では成長できなかった。これは、asd遺伝子相補系が哺乳動物腫瘍細胞の内部の成長を支持するのに十分であることを示すものである。低コピープラスミドを含有するasd突然変異体株、AST-117は、両方の細胞タイプに侵入し、複製することができた。これは、低コピープラスミドにおけるasd遺伝子相補が、哺乳動物細胞の内部で頑強なasd突然変異体成長を可能にすることを示すものである。低コピープラスミドを有する株は、高コピープラスミドを有する株と比べて、両方の腫瘍細胞タイプでより多い数まで複製した。これは、低コピープラスミドを有するサルモネラ属菌株が、高コピープラスミドを有する株より適応度を強化したことを示している。
相補系を使用した腫瘍におけるプラスミド維持
この例では、CT26腫瘍担持マウスを、TREX1を標的にするshRNAを発現するプラスミド(pEQU6-TREX1)を含有するYS1646、株AST-104、または機能性asd遺伝子およびTREX1を標的にするshRNAを有するプラスミド(pATI-shTREX1)を含有するYS1646のasd欠失株、株AST-110で処置した。最後のサルモネラ注射後12日目に、腫瘍をホモジナイズし、ホモジネートを連続希釈し、LB寒天プレートにプレーティングして存在するCFUの総数を数えるか、またはカナマイシンを含有するLBプレートにプレーティングしてカナマイシン耐性コロニーの数を数えた。
図45に示すように、shRNAプラスミドを維持するための選択圧を持たなかったS.ティフィムリウム、AST-104は、カナマイシン耐性(KanR)コロニーのパーセントが10%未満であったことから、プラスミド喪失を示した。プラスミド維持のためのasd遺伝子相補系を使用した株、AST-110は、ほぼ同数のカナマイシン耐性およびカナマイシン感受性CFUを有した。これらのデータは、asd遺伝子相補系が、マウスにおける腫瘍微小環境の文脈でプラスミドを維持するのに十分であることを示している。
asd相補系を使用した抗腫瘍効果の強化
asd相補系を、プラスミド喪失を防ぎ、S.ティフィムリウム株によるインビボでの阻害性RNAデリバリーの抗腫瘍効果を増強するように設計する。これをテストするために、shTREX1プラスミドを含有するasd欠失株(AST-110)、または機能性asd遺伝子カセットを含有するスクランブル対照(AST-109)を、pEQU6-shTREX1を含有するYS1646(AST-104、asd遺伝子カセットを欠き、したがってプラスミド維持のための機構を有さないプラスミド)とマウス結腸癌モデルにおける抗腫瘍効果について比較した。この実験のために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり8匹のマウス)に、CT26(100μL PBS中、2×105細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUのAST-109(pATI-shスクランブルで形質転換されたASD)、AST-110(pATI-shTREX1で形質転換されたASD)、またはAST-104(pEQU6-shTREX1で形質転換されたYS1646)を8日目および18日目に2回IV注射し、PBS対照と比較した。
図46に示すように、YS1646株AST-104は、経時的にプラスミド喪失を示したにもかかわらず、PBSと比べて腫瘍制御を示した(TGI 70%、28日目)。asd遺伝子相補系を有するpATIプラスミドにスクランブル対照を含有するasd株(AST-109)は、PBSと比べて腫瘍制御を示した(TGI 51%、25日目)。これは、CpGプラスミドのデリバリーの維持が抗腫瘍応答を刺激することを示唆するものである。asd遺伝子相補系およびshTREX1を有するプラスミドを含有するasd株(AST-110)は、PBSと比べて最も高い腫瘍成長阻害を示した(TGI 82%、p=0.002、25日目)。これらのデータは、遺伝子相補系またはshTREX1がないプラスミドを含有するYS1646と比較して、asd相補系およびshTREX1のデリバリーを使用してプラスミド喪失を防ぐことによって、効力の改善が達成されることを示している。
低コピープラスミドを有するS.ティフィムリウム株は、高コピープラスミドと比べて優れた抗腫瘍効果および腫瘍定着を示す
高コピーshTREX1プラスミドに対して、asd相補系を有する低コピーshTREX1プラスミドの抗腫瘍効果を結腸癌のマウスモデルで比較するために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり10匹のマウス)に、CT26(100μL PBS中、2×105細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUのAST-117[ASD(pATI Low-shTREX1)]またはAST-110[ASD(pATI-shTREX1)]の週2回投与をIV注射し、陰性対照としてのPBS注射と比較した。図47に示すように、低コピープラスミドを有する株、AST-117は、高コピープラスミドを有する株AST-110と比べて優れた抗腫瘍効果を示した(高TGI 59%、低TGI 79%、p=0.042、25日目)。
この腫瘍成長阻害試験の終わりに、各群から4匹のマウスを安楽死させ、腫瘍および脾臓を上記に記載したようにホモジナイズして腫瘍定着および腫瘍対脾臓定着比を評価した。図48Aに示すように、低コピープラスミドを含有する株、AST-117は、高コピープラスミドを有する株、AST-110より100倍を超える高いレベルで腫瘍に定着した。腫瘍および脾臓から回収したコロニーの比を計算すると、AST-117は、AST-110と比べて10倍を超えるより高い腫瘍対脾臓定着比を有し(図48B)、低コピープラスミドを有する株は、高コピープラスミドを有する株より腫瘍定着に対する特異度が大きかったことを示した。これらのデータは、干渉RNAをコードするプラスミドをデリバリーするように遺伝子改変されたSティフィムリウムは、プラスミドが低コピー数の複製起点を有する場合、腫瘍定着能力および抗腫瘍効果を改善したという以前には知られていない特質を示している。
対数期vs定常期で採取したS.ティフィムリウム
log vs定常注射ストックの作製
サルモネラ・ティフィムリウムのサルモネラ病原性アイランド-1(SPI-1)遺伝子は、対数成長中に誘導されることが示されている[Lundberg et al. (1999) Journal Of Bacteriology 181:3433-3437]。この病原性アイランドは、上皮細胞等の非食細胞、または固形腫瘍に由来する細胞における取り込みに不可欠である。後期log中のSPI-1遺伝子の誘導はまた、マクロファージの迅速なピロトーシス(カスパーゼ-1依存性の炎症促進性プログラム細胞死)をもたらすことも示されている[Fink et al. (2007) Cell Microbiol. 9(11): 2562-2570]。
サルモネラ・ティフィムリウムベースの免疫療法の作製のための最適成長期を決定するために、一晩培養物を撹拌しながら37℃、LBで成長させて株を作製した。一晩培養物を、使い捨て振とうフラスコの新鮮なLBに希釈し、後期対数期についてはOD600が1.0に達するまで、または定常期については培養がODの増加を停止するまで(約2時間)成長させた。培養物をPBSで洗浄し、凍結保存のために1.0のストック濃度OD600をもたらすPBS+15%グリセロールの容量で懸濁して、約1×109CFU/mLで注射ストックを作製した。注射ストックを次いで-80℃で保管した。
定常期まで成長した改変S.ティフィムリウム株は、対数期まで成長した株と比べて等価の抗腫瘍効力および優れた忍容性を示す
採取時の培養期がインビボ活性に与える影響を決定するために、改変サルモネラ・ティフィムリウム株の対数期vs定常期培養物を結腸癌のマウスモデルで評価した。6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり10匹のマウス)に、CT26(100μL PBS中、2×105細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、対数期または定常期に採取した5×106CFUのAST-104(pEQU6-shTREX1で形質転換されたYS1646)株の週3回投与をIV注射し、PBS対照と比較した。初回IV投与の6時間後、マウスを採血し、血漿を回収し、Mouse Inflammation Cytometric Bead Arrayキットを使用して炎症促進性サイトカインについて評価し、FACS(BD Biosciences)によって分析した。
図49Aに示すように、AST-104 対数期およびAST-104定常期注射ストックは、PBS対照群と比べて同等の抗腫瘍効果を示し(log - TGI 67%、p=0.04、定常 - 77% p=0.01、28日目)、定常期注射ストックはわずかにより良好な腫瘍成長阻害を示した。IV注射後6時間での全身性血清サイトカインのレベルを比較すると、対数期注射ストックによって誘発された炎症性サイトカインは、AST-104定常期株と比べて、TNF-α(p=0.007)、およびIL-6(p=0.016)の両方に関して有意により高かった(図49B)。これらのデータは、IV投与の前に細菌治療株を定常期まで成長させることは、炎症性毒性を有意に低減することができ、腫瘍成長阻害を改善することができることを示している。これは、治療指数が定常期に採取した材料を用いて改善され得ることを示唆するものである。
RNAiのデリバリーのための自己溶解S.ティフィムリウム株の遺伝子改変
上記に記載したように、S.ティフィムリウムのasd遺伝子は、アスパラギン酸セミアルデヒド脱水素酵素をコードする。この遺伝子の欠失により、細菌は、インビトロまたはインビボで成長するときジアミノピメリン酸(DAP)に対して栄養要求性となる。この例は、asd欠失株(実施例1に記載)を使用する。該株は、DAPに対して栄養要求性であり、該株がインビボでの複製を欠損するようにasd相補遺伝子を含有しないRNAiのデリバリーに適したプラスミドを含有する。この株は、DAPの存在下、インビトロで増殖され、正常に成長し、次いで、DAPが存在しない哺乳動物宿主に免疫療法剤として投与され、細菌の自己溶解をもたらす。自己溶解株は、宿主細胞に侵入することができるが、哺乳動物組織におけるDAPの欠如のため複製することができない。特質のこの組合せにより、RNAi介在性遺伝子ノックダウンおよび複製する株と比べた安全性の増加が可能になる。
この例では、YS1646のasd欠失株(AST-101、実施例1に記載)を、cytoLLOを発現するように更に改変して株AST-114(実施例9に記載)を生成し、ARI-203(TREX1を標的にするマイクロRNA、実施例2に記載)をコードするプラスミドを含有するように電気穿孔して、株AST-120[ASD/LLO(pEQU6-miTREX1)]を作成した。この株を腫瘍担持マウスに導入すると、細菌は宿主細胞によって取り込まれ、サルモネラ含有液胞(Salmonella containing vacuole)(SCV)に入る。この環境の中で、DAPの欠如は複製を防ぎ、SCVでの細菌の溶解をもたらす。AST-120の溶解により、プラスミドの放出、およびコレステロール含有SVC膜に細孔を形成するcytoLLOの蓄積が可能になり、宿主細胞のサイトゾルへのプラスミドの効率的なデリバリーをもたらす。
DAPの存在下または非存在下のLBで複製する自己溶解株AST-120の能力を、37℃でSpectraMax(登録商標)M3分光光度計(Molecular Devices)を使用し、15分ごとにOD600を読み取って評価した。図50に示すように、AST-120は、50μg/mL DAPを補充したLBで頑強に成長することができるが、LB単独では複製することができない。
マウスにおける自己溶解S.ティフィムリウムの弱毒化の増加
cytoLLOおよびTREX1を標的にするマイクロRNAをデリバリーするように遺伝子改変された自己溶解株AST-120が、ビルレンスを弱毒化されたかどうかを決定するために、半致死量(LD50)試験を行った。1×106~5×107CFUにわたるAST-120の漸増用量を、C57BL/6マウス(LPSに高度に感受性であるマウス株)にIV投与した。IV投与後、AST-120は、全ての用量で十分に忍容性であり、単回投与後に一過性の体重減少が観察された。2回目の投与は、初回投与7日後に投与し、最も高い用量レベル(5×107CFU)の4匹中1匹のマウスが瀕死で見出され、安楽死を必要とした。AST-120を投与された全ての他のマウスが一過性の体重減少を経験したが、回復した。これらのデータは、TREX1を標的にするマイクロRNAをデリバリーするS.ティフィムリウム(typhimurim)の自己溶解株(AST-120)のLD50が、5×107CFUより大きいことを示唆している。VNP20009株のLD50は、C57BL/6マウスで約5×106であることが知られている[Lee et al. (2000) International Journal of Toxicology 19:19-25]。これは、AST-120がVNP20009と比べて少なくとも10倍弱毒化されることを示している。
自己溶解S.ティフィムリウムの抗腫瘍活性
cytoLLOおよびTREX1を標的にするマイクロRNAをデリバリーするように遺伝子改変された自己溶解株AST-120が、抗腫瘍応答をもたらすことができるかどうかを決定するために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり10匹)に、CT26(100μL PBS中、2×106細胞)を右側腹部へSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUの自己溶解株AST-120[ASD/LLO(pEQU6-miTREX1)]の単回投与をIV注射し、対照としてPBSで処置したマウスと比較した。図51に示すように、PBS単独で処置した動物と比べて、抗腫瘍応答がわずか1回の投与後に検出された(TGI 52.4%、p=0.02、17日目)。まとめると、これらのデータは、DAP栄養要求性によって自己溶解性であるように遺伝子改変され、およびTREX1を標的にするRNAiのデリバリー用のプラスミドを含有するように遺伝子改変されたS.ティフィムリウムが見事に弱毒化され、抗腫瘍応答を誘発できることを示している。
忍容性の向上のために遺伝子改変された例示的な株
adrAまたはcsgD欠失
この例では、purI欠失、msbB欠失、asd遺伝子欠失を含有し、および干渉RNAをコードするプラスミドをデリバリーするように遺伝子改変されたサルモネラ・ティフィムリウムの生弱毒化株が、サルモネラ・ティフィムリウムのバイオフィルム形成に必要な遺伝子、adrAを欠失させるために更に改変される。バイオフィルムを形成することができないサルモネラは、宿主食細胞によってより迅速に吸収され、より迅速に排除される。細胞内局在化におけるこの増加により、プラスミドデリバリーおよびRNA干渉による遺伝子ノックダウンの有効性は強化される。腫瘍/組織からのクリアランス速度の増加は、療法の忍容性を向上させ、バイオフィルム形成の欠如は、患者における人工器官および胆嚢への定着を妨げる。別の例では、purI欠失、msbB欠失、asd遺伝子欠失を含有し、および干渉RNAをコードするプラスミドをデリバリーするように遺伝子改変されたサルモネラ・ティフィムリウムの生弱毒化株が、csgDを欠失させるために更に改変される。この遺伝子はadrAの活性化に関与し、またTLR2アゴニストであるcurli線毛の発現も誘導する。csgDの喪失もまたバイオフィルム形成を防ぎ、TLR2活性化の阻害という追加の利点があり、それによって細菌のビルレンスを更に低減し、RNAiのデリバリーを強化する。
pagP欠失
この例では、purI欠失、msbB欠失、asd遺伝子欠失を含有し、および干渉RNAをコードするプラスミドをデリバリーするように遺伝子改変されたS.ティフィムリウムの生弱毒化株が、pagPを欠失させるために更に改変される。pagP遺伝子は、S.ティフィムリウムの感染ライフサイクル中に誘導され、リピドAをパルミトイル化(palmitylate)する酵素をコードする。野生型S.ティフィムリウムでは、pagPの発現は、ヘプタアシル化されたリピドAをもたらす。リピドAの末端アシル鎖を付加することができないmsbB突然変異体では、pagPの発現はヘキサアシル化LPSをもたらす。ヘキサアシル化LPSは、最も炎症促進性であることが示されている。この例では、pagPおよびmsbBを欠失した株は、ペンタアシル化LPSしか産生できず、細菌が干渉RNAをデリバリーするように遺伝子改変される場合、炎症促進性サイトカインの低下、忍容性の強化、および適応免疫の増加を可能にする。
hilA欠失
この例では、purI欠失、msbB欠失、asd遺伝子欠失を含有し、および干渉RNAをコードするプラスミドをデリバリーするように遺伝子改変されたサルモネラ・ティフィムリウムの生弱毒化株が、hilAを欠失させるために更に改変される。hilAは、サルモネラ病原性アイランド-1(SPI-1)関連3型分泌装置(T3SS)の発現に必要とされる調節遺伝子である。この分泌装置は、改変S.ティフィムリウムの取り込みを引き起こす上皮細胞等の非食宿主細胞のサイトゾルへのエフェクタータンパク質の注入に関与している。SPI-1 T3SSは、腸上皮層の通過に不可欠であることが示されているが、細菌が非経口的に注射される場合、感染には必ずしも必要でない。いくつかのタンパク質およびニードル複合体の注入自体も、インフラマソーム活性化および食細胞のピロトーシスを誘導し得る。この炎症促進性細胞死は、抗原提示細胞(APC)死を直接誘導すること、およびサイトカイン環境を改変してメモリーT細胞の生成を妨げることによって、頑強な適応免疫応答の開始を制限する可能性がある。この例では、静脈内または腫瘍内のどちらかに投与される治療的サルモネラ・ティフィムリウム株からのhilA遺伝子の追加の欠失が、取り込みにSPI-1 T3SSを必要としない食細胞に対してサルモネラ・ティフィムリウム感染を集中させ、次いでこれらの食細胞の寿命を延長させる。hilA突然変異は炎症促進性サイトカインの量を低減し、療法の忍容性、および適応免疫応答の質を向上させる。
TREX1発現は、複数のヒト腫瘍タイプにおいて上方調節される
TREX1が、正常ヒト組織と比べて腫瘍組織で上方調節されて見出されるかどうかを評価するために、cancer genome atlas(TCGA)データベースを使用してTREX1遺伝子の相対的遺伝子発現を評価するための分析を行った。図52に示すように、乳がん、前立腺がん、子宮がん、膀胱がんおよび子宮頸がんを含む広範な腫瘍タイプが、正常組織と比べてTREX1の有意な上方調節を示した(p値:BRCA:7.7e-16;PRAD:9.4e-12;UCEC:2.5e-05;BLCA:3.7e-03;CESC:7.7e-03)。更に、TREX1は、腎臓がんの複数の形態で上方調節されて見出された(p値:KIPAN:8.9e-39;KIRC:9.6e-35;KIRP:5.8e-14;KICH:4.9e-08)。これらのデータは、腫瘍進行と広く相関するTREX1上方調節の現象を立証し、本明細書で提供されるような有望ながん治療戦略として、この標的化を支持するものである。
複数の免疫標的に対するshRNAを含有する改変サルモネラ・ティフィムリウムpEQU6株は、強力な抗腫瘍成長阻害を示す
マウス結腸腫瘍側腹部モデルにおける一連のshRNA免疫標的の有効性を比較するために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり10匹のマウス)に、CT26(100μL PBS中、2×105細胞)を右側腹部および左側腹部にSC接種した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、各々5×106CFUのYS1646、YS1646(pEQU6-shVISTA)、YS1646(pEQU6-shベータカテニン)、またはYS1646(pEQU6-shTGF-ベータ)を右側腹部腫瘍に4日空けて2回、腫瘍移植後10日目および14日目に腫瘍内(IT)注射し、PBS対照と比較した。
AST-121(pEQU6-shVISTAを担持するYS1646)のIT注射は、PBS対照と比べて、注射した腫瘍および遠位腫瘍で1つの完全応答を含む有意な腫瘍成長阻害を誘導し(注射した腫瘍=TGI 75%、p=0.01;遠位腫瘍TGI=TGI 57%、p=0.04)、この治療様式を使用してこの免疫チェックポイントを阻害するインビボ効力を示した。AST-122(pEQU6-shTGF-ベータを担持するYS1646)もまた、注射した病変および遠位病変の両方の強力な腫瘍阻害を示した(注射した腫瘍=52%;遠位TGI=48.4%)。AST-123(pEQU6-shベータカテニンを担持するYS1646)は、1つの完全応答を含む腫瘍成長阻害を示した(注射TGI=33.1%、遠位TGI=TGI 17%)。これらの株は、対数期ではなく定常期に調製した。対数期では、SPI-1が最大限に上方調節され、腫瘍細胞標的化を強化し、ベータカテニンを標的にする有効性を改善すると予測された。
放射線療法は、TREX1に対するマイクロRNAをコードするプラスミドを含有する免疫刺激性細菌の腫瘍定着を強化し、免疫チェックポイント遮断との組合せで有効性を強化する
放射線療法は、S.ティフィムリウムと相乗作用して腫瘍成長阻害を促進することが示されている。以前の試験は、マウスB16.F10メラノーマ側腹部モデルにおける5×105CFUのS.ティフィムリウム(YS1646)の単回IV投与と、これに続く15Gy放射線との組合せによる腫瘍成長阻害の強化を示した(Bermudes et al. (2001) Biotechnol Genet Eng Rev. 18:1)。
細菌の腫瘍定着に対する放射線の効果を決定するために、6~8週齢のメスのBALB/cマウスに、1×105マウスTSA乳癌細胞(100μL PBS中)を右側腹部へ皮下接種した。確立された腫瘍を担持するマウスに、以下を投与した:1)PBS IVと、これに続く0Gy放射線(1匹のマウス);2)5×106CFUのAST-106(pEQU6-miTREX1、ARI-203で形質転換されたYS1646)のIV注射と、これに続く4時間後の0Gy(3匹のマウス);3)5×106CFUのAST-106と、これに続く4時間後の20Gy(3匹のマウス);4)20Gyと、これに続く4時間後の5×106CFUのAST-106(3匹のマウス)。放射線療法は、Vanpouille-Box et al. (2017) Nat Commun. 8:15618に記載されているXStrahl SARRPを使用して施行した。マウスを24時間後に屠殺し、腫瘍を採取し、秤量した。10mL滅菌PBS中で腫瘍をホモジナイズし(Mチューブ、GentleMACs(商標)、Miltenyi Biotec)、次いで10倍連続希釈を行い、カナマイシンを含有するLB(ルリアブロス)寒天プレートにプレーティングした。翌日、コロニー形成単位(CFU)をカウントし、腫瘍組織1グラム当たりのCFUを計算した。
図53に示すように、AST-106のIV投与前の放射線20Gyの投与は、放射線なしでのAST-106 IVの単独投与より少ないCFU/gをもたらした。AST-106 IVの投与後の放射線20Gyの投与は、逆のレジメンと比べて腫瘍定着の有意な強化を示した(p<0.05)。
放射線20Gyを投与する前の、shTREX1を含有するS.ティフィムリウムのIV投与が、TREX1の活性を阻害し、放射線療法のアブスコパル活性を増強するかどうかを決定するために実験を行う。発明を実施するための形態に論じられているように、TREX1は、チェックポイント阻害剤抗CTLA4を追加したとしても、放射線のアブスコパル抗腫瘍効果を抑制することが示されている。放射線療法の投与前に、shTREX1を含有するS.ティフィムリウムを投与する増強効果は、抗CTLA4または抗PD-1療法の存在下で更に強化される。
これを証明するために、改変S.ティフィムリウムshTREX1の投与を、両側腹部TSAマウス乳癌モデルにおいて、抗CTLA4または抗PD-1免疫チェックポイント遮断の存在下または非存在下での20Gyの放射線療法と組み合わせる。これらの試験のために、6~8週齢のメスのBALB/cマウスに、1×105マウスTSA乳癌細胞(100μL PBS中)を右側腹部および左側腹部へ皮下接種する。確立された腫瘍を担持するマウスに、連日20Gy、または8Gyの3分割の2つの線量で、Vanpouille-Box et al.[(2017) Nat Commun. 8:15618]に記載されているようにXStrahl SARRPを使用して右側腹部腫瘍へ放射線療法を連日投与する。1~5×106CFUの改変サルモネラ・ティフィムリウムshTREX1、またはスクランブルshRNA対照を含有する改変サルモネラ・ティフィムリウム(改変サルモネラ・ティフィムリウムscr)を、最初の放射線処置の4時間後に開始し、4および7日後に繰り返されるIV注射をマウスに投与する。いくつかのマウス群には、チェックポイント療法抗CTLA4もしくは抗PD-1(100μg)またはアイソタイプ対照、IP、週2回を同時に投与する。最後のIV改変サルモネラ・ティフィムリウム注射の7日後にマウスを採血し、免疫優勢CD8+T細胞エピトープAH1[SPSYVYHQF]特異的四量体に応答してIFN-γを産生する能力について、PBMCをフローサイトメトリーによって評価する。別個のマウス群は、脾臓、腫瘍および腫瘍所属リンパ節を改変サルモネラ・ティフィムリウムIV処置の48時間後および7日後に採取し、フローサイトメトリーによってリンパ球および骨髄集団について評価し、ホモジナイズおよびLB寒天プレートにプレーティングして組織をCFUについて評価する。残りのマウスは、一次照射腫瘍および遠位(アブスコパル)腫瘍の腫瘍成長についてノギス測定によって評価し、完全な腫瘍退縮を示すマウスを自家腫瘍で再チャレンジし、年齢をマッチさせた腫瘍ナイーブマウスと比較する。別個のマウス群は、適応免疫の要件を証明するために、再チャレンジの前にCD4+および/またはCD8+T細胞を除去する。これらのデータは、高線量放射線療法の文脈でのTrex1の阻害が、併用免疫療法の抗腫瘍免疫を強化することを示している。
抗TREX1マイクロRNAをコードするプラスミドを含有する改変サルモネラ・ティフィムリウム療法への抗PD-1抗体の追加は、両側腹部マウス結腸癌モデルにおける遠位腫瘍退縮をCD8依存的に強化する
抗PD-1チェックポイント療法の追加がAST-106(TREX1に対するマイクロRNAをコードするプラスミドを担持するYS1646)の有効性を強化し得ることを示すために、6~8週齢のメスのBALB/cマウス(1群当たり10匹のマウス)に、CT26(100μL PBS中、2×105細胞)を右側腹部および左側腹部へ皮下接種(SC)して腫瘍を確立した。確立された側腹部腫瘍を担持するマウスに、5×106CFUのAST-106(pEQU6-miTREX1、ARI-203で形質転換されたYS1646)、またはAST-103(pEQU6-スクランブルshRNAで形質転換されたYS1646)を、単独でまたは抗PD-1(4mg/kg、クローンRMP1-14、BioXCell)の毎週IP注射との組合せのどちらかで、腫瘍移植後10日目および14日目に右側腹部腫瘍へ腫瘍内(IT)注射し、PBS対照と比較した。原発腫瘍および遠位腫瘍有効性がCD8α+T細胞およびDCに依存性であったかどうかを決定するために、IT注射前、5および7日目、次いで10、14および17日目に抗CD8α除去抗体を群にIP投与した(4mg/kg、クローン2.43、BioXCell)。
miTREX1をコードするプラスミドを含有するYS1646株、AST-106のIT注射は、PBS対照と比べて、注射した腫瘍および遠位腫瘍で有意な腫瘍成長阻害を誘導した(注射TGI:67.5%、遠位TGI:67.2%;p=0.027)。この抗腫瘍活性は、CD8α+細胞の除去により完全に抑止され(注射TGI:14.6%、遠位TGI:0%)、AST-106抗腫瘍活性に関する細胞溶解性CD8+T細胞およびCD8α+DCの要件を証明した。抗PD-1抗体とAST-106との投与は、AST-106の活性を更に強化し、2/10で完全寛解をもたらす。この効果はまた、CD8α+細胞除去時に完全に逆転した。AST-106 miTREX1と抗PD1 mAbとの組合せで処置されたマウス以外の、抗PD-1抗体とのスクランブル対照(AST-103)、または抗PD-1抗体単独を含む他のマウス群は、完全両側腹部寛解にはつながらなかった。これらのデータは、抗TREX1阻害性マイクロRNAをコードするプラスミドを含有する遺伝子改変S.ティフィムリウムが、強力なCD8α依存性適応免疫応答を誘導することを示している。この活性は、抗PD-1チェックポイント療法と相乗的である。
追加の治療的細菌および併用療法の例
以下の表は、第1列にRNAの標的を記載し;第2列は、プラスミド中のRNAによってコードされる標的の組合せを記載し;第3列は、プラスミド中のコードされたRNAのタイプ(フォーマット)を記載し;および第4列は、表または本明細書の免疫刺激性細菌との併用療法で使用され得る例示的な追加の治療剤を記載する。次の列は、細菌株のゲノムに対する改変を列挙し、最終列は、使用され得るプラスミドの特徴を記載する。列に列挙された要素はそれぞれ、表に列挙された、および本明細書の開示全体を通して提供される任意の他の要素/特徴と適合し得る。細菌は、任意の治療的細菌、特に本明細書の開示全体を通して列挙されたいずれか、例えば、ただし以下に限定されるものではないが、サルモネラ属、シゲラ属、E.コリ、ビフィドバクテリウム属、リケッチア属、ビブリオ属、リステリア属、クレブシエラ属、ボルデテラ属、ナイセリア属、アエロモナス属、フランシセラ属(Franciesella)、コレラ属、コリネバクテリウム属、シトロバクター属、クラミジア属、ヘモフィルス属、ブルセラ属、マイコバクテリウム属、マイコプラズマ属、レジオネラ属、ロドコッカス属、シュードモナス属、ヘリコバクター属、バチルス属、およびエリジペロスリックス属であってもよい。そのような細菌の例は、S.ティフィムリウム等のサルモネラ属菌株である。サルモネラ・ティフィムリウム属菌株のうち、VNP20009(ATCC #202165)、RE88、SL7207、χ8429、χ8431、およびχ8468と名付けられた株はよく知られている株である。
当業者には変更が明らかであるため、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定されることが意図される。