JP7110096B2 - レトロウイルス産生のための一時的トランスフェクション法 - Google Patents

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Description

本発明は、レトロウイルス産生に必要とされる遺伝子を含んでなる核酸ベクターおよびそれらの使用に関する。また、本明細書に記載の核酸ベクターを含んでなる複製欠陥レトロウイルスベクター粒子を産生する方法も提供される。
遺伝子療法では、遺伝物質が処置を必要とする対象の内在細胞に送達される。この遺伝物質は、対象に新規な遺伝子を導入するか、または既存の遺伝子の付加的コピーを導入するか、または対象に存在する遺伝子の異なる対立遺伝子もしくは変異体を導入する。遺伝子療法で使用するために有効な遺伝子送達法としてウイルスベクター系が提案されている(Verma and Somia (1997) Nature 389: 239-242)。
特に、これらのウイルスベクターはレトロウイルス科のメンバーに基づき、これは宿主のゲノムへそれらの遺伝子弾頭を組み込むそれらの能力によるものである。レトロウイルスベクターは、レトロウイルスゲノムのパッケージングおよび送達に必要とされる必須タンパク質を維持するが、それらの疾患の原因となるものを含む必須でない補助的タンパク質が除去されるよう設計される。レトロウイルスベクターの例としては、レンチウイルスベクター、例えば、非増殖細胞に組み込むことができるために広く使用されている1型ヒト免疫不全ウイルス(HIV-1)に基づくものが挙げられる。
現在のところ、大部分のウイルスベクターは、宿主細胞株へのウイルス遺伝子の一時的同時トランスフェクション(transient co-transfection)により作製される。ウイルス遺伝子は、ウイルス遺伝子がプラスミドに留まりゲノム内に組み込まれないために限定された期間だけ宿主細胞内に存在する細菌プラスミドを用いて導入される。従って、一時的にトランスフェクトされた遺伝物質は、細胞分裂の際に次世代に受け渡されない。
しかしながら、現行で使用されている一時的トランスフェクションの方法には、バッチごとの変動、高コストのトランスフェクション試薬および品質管理の維持の難しさなどのいくつかの問題が付随している(Segura et al. (2013) Expert Opin. Biol. Ther. 13(7): 987-1011参照)。トランスフェクションのプロセス自体も労働集約的であり、スケールアップが困難である。また、ベクター調製の際に持ち越されるプラスミド不純物を除去するという困難な作業もある(Pichlmair et al. (2007) J. Virol. 81(2): 539-47参照)。
よって、本発明の目的は、既存の方法に付随する欠点の1以上を克服する一時的トランスフェクションの改良された方法を提供することである。
本発明者らは、レトロウイルスベクター産生に必須の総てのレトロウイルス遺伝子を含んでなり、非哺乳動物複製起点と少なくとも25キロベース(kb)のDNA、例えば細菌人工染色体、を保持する能力を含んでなる核酸ベクターの使用を含む、レトロウイルスベクターを産生する新規な方法を開発した。一時的トランスフェクションの現行の方法は、宿主細胞に導入されるレトロウイルス産生に必要とされる異なる成分を担持する3~4つの別個のプラスミドの使用を必要とし、これには時間がかかり、選択圧に関連する問題が生じる。本発明者らにより提案される方法は、必須のレトロウイルス遺伝子の総てを単一の構築物に組み込み、次に、これを宿主細胞に導入することができ、これによりウイルスベクター産生のために宿主細胞に形質導入するのに必要とされる材料の量が低減される。よって、これにより、複数のプラスミドベクターを使用する従来の方法ではなく単一のベクターだけが使用されるので、原価が削減される。
非哺乳動物複製起点を含んでなり、かつ、少なくとも25kbのDNA(すなわち、大型構築物DNA)を保持する能力を有する核酸ベクターの使用にはいくつかの利点がある。第一に、これらのベクターは、哺乳動物宿主細胞ではなく、それらの使用をはるかに容易にする非哺乳動物細胞(例えば、微生物細胞、例えば、細菌細胞)でまず操作することができる(例えば、細菌人工染色体は大腸菌(E. coli)でまず操作することができる)。ひと度、核酸ベクターが作製されれば、レトロウイルスベクター産生のために、それを哺乳動物宿主細胞などの宿主細胞に導入することができる。
よって、本発明の核酸ベクターの使用は、レトロウイルスベクターの作製に利点をもたらす。
よって、本発明の第1の面によれば、非哺乳動物複製起点と少なくとも25キロベース(kb)のDNAを保持する能力とを含んでなる核酸ベクターであって、
gagおよびpolタンパク質;ならびに
envタンパク質またはその機能的置換体;
をコードするレトロウイルス核酸配列を含んでなることを特徴とする核酸ベクターが提供される。
本発明のさらなる面によれば、レトロウイルスベクター粒子の製造方法で使用するための、本明細書に記載の核酸ベクターが提供される。
本発明のさらなる面によれば、複製欠陥レトロウイルスベクター粒子の製造方法であって、
(a)本明細書に定義される核酸ベクターを哺乳動物宿主細胞の培養物に導入すること;および
(b)前記哺乳動物宿主細胞を複製欠陥レトロウイルスベクター粒子が産生される条件下で培養すること
を含んでなる方法が提供される。
本発明のさらなる面によれば、本明細書に定義される方法により得られる複製欠陥レトロウイルスベクター粒子が提供される。
図1:BACpack-WTGP-277delU5およびBACpack-SYNGP-277delU5の構築のための段階的ガイド。 図2:実施例2で得られたウイルス力価の比較。10個のHEK293T細胞を6ウェルプレートに播種した。翌日、PEIを製造者の説明書に従って用いて接着細胞をトランスフェクトした。細胞に対し、pMDL.gp(GagPol)、pMD.G(VSVg)、pK-Rev(Rev)およびpCCL.277(GFP移入ベクター)からなる合計4μgの野生型(WT)レンチウイルスパッケージング構築物または2μgのBACpack(GagPol、VSVgおよびRevを含有する単一のBAC構築物)+2μgのeGFP移入ベクターのいずれかで個別のプラスミド上にトランスフェクトを行った。 トランスフェクション48時間後に、上清を採取し、0.22μmフィルターで濾過し、-80℃で最低4時間保存した。HEK293T細胞を形質導入のために24ウェルプレートにウェル当たり10細胞で播種した。翌日、これらの細胞に、終濃度8μg/mlとしてポリブレンで連続希釈したウイルス上清を適用した。形質導入3日後にトリプシン処理により細胞を採取し、FACSによりGFPを分析した。ウイルス力価を、下式:(GFP陽性細胞/100)×希釈率×形質導入された細胞の数を用い、形質導入単位(TU)/mLとして算出した。 ウイルス力価を棒グラフで比較した。インキュベーションは総て37℃および5%COで行った。使用した培地は、BACpack+移入サンプル中、10%までのFBSおよび1μg/mlのドキシサイクリンを添加したDMEMであった。 図3:接着HEK293T細胞におけるBACpackの一時的トランスフェクション。リン酸カルシウム方法を用い、HEK293T細胞を、BACpackWTGP-277delU5、BACpackSYN-277delU5または標準的な4プラスミド系で一時的にトランスフェクトした。トランスフェクション16時間後に、+Dox条件では1μg/mlドキシサイクリンで24時間誘導した。ウイルス上清をトランスフェクション48時間後(48 post transfection)に採取し、0.22μmフィルターで濾過し、形質導入HEK293T細胞により力価を測定した。GFP陽性形質導入細胞を用い、形質導入単位/ml(TU/ml)を算出した。
発明の具体的説明
定義
そうではないことが定義されない限り、本明細書で使用される総ての技術用語および科学用語は、本発明の属する技術分野の当業者により一般に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書で参照される総ての特許および刊行物は、引用することによりそれらの全内容が本明細書の一部とされる。
用語「を含んでなる」は、「含む」または「からなる」を包含し、例えば、Xを「含んでなる」組成物は、排他的にXからなる場合、またはなにかをさらに含む場合、例えば、X+Yの場合がある。
用語「から本質的になる」は、特徴の範囲を明示された材料または工程および特許請求される特徴の基本的な特性に実質的に影響を及ぼさないものに限定する。
用語「からなる」は、いずれの付加的成分の存在も排除する。
数値xに関して用語「約」は、例えば、x±10%、5%、2%または1%を意味する。
用語「ベクター」または「核酸ベクター」は、外来の(すなわち、外因性の)遺伝物質を別の細胞に人為的に運び、そこでそれが複製および/または発現され得るビヒクルを意味する。ベクターの例としては、非哺乳動物核酸ベクター、例えば、細菌人工染色体(BAC)、酵母人工染色体(YAC)、P1由来人工染色体(PAC)、コスミドまたはフォスミドが挙げられる。
ベクターの他の例としては、ウイルスベクター、例えば、レトロウイルスおよびレンチウイルスベクターが挙げられ、これらは本出願で特に注目される。レンチウイルスベクター、例えば、1型ヒト免疫不全ウイルス1(HIV-1)に基づくものは、非増殖細胞に組み込むことができるので、広く使用されている。ウイルスベクターは、ウイルスゲノムを別個の部分に分割することにより、例えば、別個のプラスミドに配置することにより、複製欠陥とすることができる。例えば、Salk Institute for Biological Studiesにより開発された、いわゆる第一世代のレンチウイルスベクターは、パッケージング発現カセット、エンベロープ発現カセットおよびベクター発現カセットからなる3つのプラスミド発現系として構築された。「パッケージングプラスミド」は、全gag-pol配列、調節配列(tatおよびrev)および補助配列(vifvprvpunef)を含む。「エンベローププラスミド」は、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーターの制御下に、天然HIV-1エンベロープタンパク質の代わりに水疱性口内炎ウイルス糖タンパク質(Vesicular stomatitis virus glycoprotein)(VSVg)を保持する。第三のプラスミド(「移入プラスミド」)は、宿主細胞内で導入遺伝子を発現させるため、長い末端反復配列(Long Terminal Repeats)(LTR)、カプセル封入配列(ψ)、Rev応答エレメント(Rev Response Element)(RRE)配列およびCMVプロモーターを運ぶ。
第二のレンチウイルスベクター世代は、毒性配列vprvifvpuおよびnefの欠失を特徴とする。パッケージングベクターはgagpoltatおよびrev遺伝子に減らされ、従って、系の安全性が高まった。
レンチウイルス系を改良するために、パッケージング構築物からtat遺伝子を除去し、ベクターカセットからLTRを不活化し、従って、挿入突然変異誘発効果に関する問題を軽減することによって、第三世代のベクターが設計された。
種々のレンチウイルス世代が以下の参照文献に記載されている:第一世代:Naldini et al. (1996) Science 272(5259): 263-7;第二世代:Zufferey et al. (1997) Nat. Biotechnol. 15(9): 871-5;第三世代:Dull et al. (1998) J. Virol. 72(11): 8463-7、これらは総て、引用することによりそれらの全内容が本明細書の一部とされる。レンチウイルスベクターの開発についての総説は、Sakuma et al. (2012) Biochem. J. 443(3): 603-18およびPicanco-Castro et al. (2008) Exp. Opin. Therap. Patents 18(5):525-539に見出すことができる。
用語「非哺乳動物複製起点」は、そこで複製が開始され、かつ、非哺乳動物起源に由来する核酸配列を意味する。これは本発明の核酸ベクターが安定に複製すること、および宿主細胞が哺乳動物宿主細胞である場合を除いてそれが宿主細胞後代に伝達されるように好適な宿主細胞(例えば、細菌または酵母細胞などの微生物細胞)内で内在性染色体とともに分離することを可能とする。哺乳動物宿主細胞において、非哺乳動物複製起点を有する核酸ベクターは、哺乳動物宿主細胞の内在性染色体に組み込まれるか、または哺乳動物宿主細胞複製時に失われる。例えば、細菌人工染色体(bacterial artificial chromosomes)(BAC)、P1由来人工染色体(P1-derived artificial chromosome)(PAC)、コスミドまたはフォスミドなどの、非哺乳動物複製起点を有する核酸ベクターは、細菌細胞(例えば、大腸菌)内で安定に複製し、内在性染色体とともに分離することがきるが、それらがもし哺乳動物宿主細胞に導入されれば、BAC、PAC、コスミドまたはフォスミドは哺乳動物宿主細胞複製時に組み込まれるか、または失われる。酵母人工染色体(Yeast artificial chromosomes)(YAC)は、酵母細胞内で安定に複製し、内在性染色体とともに分離することがきるが、それらがもし哺乳動物宿主細胞に導入されれば、YACは哺乳動物宿主細胞複製時に組み込まれるか、または失われる。従って、これに関して、本発明の核酸ベクターは、レトロウイルスベクター粒子を生成するために哺乳動物細胞に容易に移入できるDNAのリザーバーとして(すなわち、レトロウイルス産生に必須の遺伝子のために)働く。非哺乳動物複製起点の例としては、細菌複製起点、例えば、oriCoriVもしくはoriS;SV40複製起点などのウイルス複製起点;または自律複製配列(ARSエレメント)としても知られる酵母複製起点が挙げられる。
本発明の核酸ベクターは非哺乳動物複製起点を含んでなり、かつ、少なくとも25キロベース(kb)のDNAを保持可能である。一つの実施態様では、核酸ベクターは、少なくとも30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340または350kbのDNAを保持する能力を有する。「保持する能力」という場合にはその通常の意味を有し、核酸ベクターの挿入サイズの上限が特許請求されるサイズ以上(すなわち、25kb以上のDNA)であることを含意すると理解される。
本発明の目的は、単一の構築物(すなわち、核酸ベクター)にレトロウイルスパッケージングに必須の遺伝子を含めることである。よって、本発明の核酸ベクターは、大きなDNAインサートを保持することができなければならない。疑念を避けるため、「核酸ベクター」または「人工染色体」という場合には、天然細菌プラスミド(例えば、一時的トランスフェクション法で現行使用されているプラスミド)は少なくとも25kbのDNAを保持することができないので、これらを意味しないものと理解される。プラスミドが含み得る最大サイズのインサートは約15kbである。このような核酸ベクターはまた、一般に5~11kbの最大インサートを保持するにすぎないバクテリオファージも意味しない。よって、一つの実施態様では、本発明の核酸ベクターは、プラスミド、バクテリオファージまたはエピソームではない。
用語「内在性染色体」は、細菌人工染色体などの外因性核酸ベクターの作製または導入の前に宿主細胞に見られるゲノム染色体を意味する。
用語「トランスフェクション」、「形質転換」および「形質導入」は、本明細書で使用する場合、標的細胞への非哺乳類またはウイルスベクターの挿入を表して使用され得る。ベクターの挿入は通常、細菌細胞については形質転換および真核細胞についてはトランスフェクションと呼ばれるが、ウイルスベクターの挿入はまた形質導入とも呼ばれ得る。当業者ならば、限定されるものではないが、物理的方法(例えば、エレクトロポレーション、細胞スクイージング、ソノポレーション、光学的トランスフェクション、プロトプラスト融合、インペールフェクション(impalefection)、マグネトフェクション(magnetofection)、遺伝子銃または粒子衝撃)、化学試薬(例えば、リン酸カルシウム、高分岐有機化合物または陽イオンポリマー)または陽イオン脂質(例えば、リポフェクション)の使用を含む、慣用される非ウイルストランスフェクション法に気づくであろう。多くのトランスフェクション法は、プラスミドDNAの溶液と細胞との接触を必要とし、次にこれらを増殖させる。
用語「プロモーター」は、遺伝子発現を駆動する配列を意味する。高レベルの発現を駆動するためには、非レトロウイルス高効率プロモーターなどの高効率プロモーターを使用することが有益であり得る。好適なプロモーターの例としては、ヒトサイトメガロウイルス(cytomegalovirus)(CMV)前初期プロモーター、脾フォーカス形成ウイルス(spleen focus-forming virus)(SFFV)プロモーター、ラウス肉腫ウイルス(Rous sarcoma virus)(RSV)プロモーター、またはヒト延長因子1α(pEF)プロモーターなどのプロモーターが挙げられる。
用語「ポリAシグナル」は、例えば、導入遺伝子の3’側に配置された、宿主因子が転写の際に新生mRNAの末端にポリアデノシン(ポリA)テールを付加することを可能とするポリアデニル化シグナル配列を意味する。このポリAテールは、mRNAを酵素分解から保護し、また翻訳を補助する、300までのアデノシンリボヌクレオチドのストレッチである。従って、本発明の核酸ベクターは、ヒトβグロビンまたはウサギβグロビンポリAシグナル、シミアンウイルス40(simian virus 40)(SV40)前期または後期ポリAシグナル、ヒトインスリンポリAシグナル、またはウシ成長ホルモンポリAシグナルなどのポリAシグナル配列を含み得る。一つの実施態様では、ポリAシグナル配列は、ヒトβグロビンポリAシグナルである。
用語「イントロン配列」は、RNAスプライシングにより最終遺伝子産物から除去されるヌクレオチド配列を意味する。エンハンサー/プロモーター領域の下流およびcDNAインサートの上流でのイントロンの使用は、遺伝子発現のレベルを増強することが示されている。発現の増強は特定のcDNAインサートに依存する。よって、本発明の核酸ベクターは、ヒトβグロビンイントロン、ウサギβグロビンイントロンIIまたはキメラヒトβグロビン-免疫グロブリンイントロンなどのイントロンを含み得る。一つの実施態様では、イントロンは、ヒトβグロビンイントロンおよび/またはウサギβグロビンイントロンIIである。
用語「パッケージング細胞株」は、gagおよびpolタンパク質およびエンベロープ 糖タンパク質遺伝子を発現することができる細胞株を意味する。あるいは、用語「産生細胞株」は、対象とする導入遺伝子を含有する移入ベクターも発現することができるパッケージング細胞株を意味する。
用語「一時的にトランスフェクトする」とは、標的核酸(すなわち、レトロウイルス遺伝子)が細胞ゲノムに恒久的には組み込まれないトランスフェクト細胞を意味する。よって、細胞内の核酸の効果は、短期的に持続するだけである。
核酸ベクター
本発明の第1の面によれば、非哺乳動物複製起点と少なくとも25キロベース(kb)のDNAを保持する能力とを含んでなる核酸ベクターであって、
gagおよびpolタンパク質;ならびに
envタンパク質またはその機能的置換体;
をコードするレトロウイルス核酸配列を含んでなることを特徴とする核酸ベクターが提供される。
特に、前記レトロウイルス核酸配列のそれぞれは、核酸ベクター内に個々の発現構築物として配置され得る。
本発明者らは、本明細書に記載の核酸ベクターが、レトロウイルスベクター産生方法に付随する従来の欠点を改善するレトロウイルスベクター粒子を生成するために使用可能であることを見出した。例えば、核酸ベクター中に総ての必須レトロウイルス遺伝子を含めることにより、次に、それらのレトロウイルス遺伝子は単一工程で哺乳動物宿主細胞に導入することができる。よって、本明細書で提案されるように核酸ベクターの使用は、迅速なベクター産生を可能とし、レトロウイルスベクター産生に必要とされる材料の量を低減する。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、レトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムをコードする核酸配列を付加的に含んでなる。レトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムは通常、一時的トランスフェクション法に使用される「移入ベクター」に含まれることが理解されるであろう。移入ベクタープラスミドは一般に、プロモーター(例えば、CMV)、3’LTR(自己不活性化(すなわち、SIN)3’-LTRであってもなくてもよい)、5’LTR(U5領域を含んでも含まなくてもよい)、キャプシド形成配列(ψ)および可能性としてはプロモーターに連結された導入遺伝子を含有する。
一つの実施態様では、複数コピーの、レトロウイルスベクター粒子のRNAゲノム(すなわち、移入ベクター)が核酸ベクターに含まれる。複数コピーの移入ベクターは、より高いウイルスベクター力価をもたらすと予想される。例えば、核酸ベクターは、2以上、例えば、3、4、5、6、7、8、9または10以上のコピーの、レトロウイルスベクター粒子のRNAゲノム(すなわち、移入ベクター)を含み得る。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、1または複数の組換え部位を含む。リコンビナーゼ酵素は、2つの組換え部位の間の組換え反応を触媒する。
多くのタイプの部位特異的組換え系が当技術分野で公知であり、いずれの好適な組換え系を本発明で使用してもよい。例えば、一つの実施態様では、組換え部位は、λファージのint/att系、バクテリオファージP1のCre/lox系、酵母のFLP/FRT系、ファージMuのGin/gixリコンビナーゼ系、Cinリコンビナーゼ系、大腸菌のPinリコンビナーゼ系およびpSR1プラスミドのR/RS系、またはそれらの任意の組合せから選択されるか、またはそれらに由来する。さらなる実施態様では、組換え部位は、att部位(例えば、λファージ由来)であり、このatt部位は、λインテグラーゼの存在下で部位指定組込みを可能とする。「λインテグラーゼ」という場合には、int/att系となお適合する突然変異インテグラーゼ、例えば、WO2002/097059に記載の修飾λインテグラーゼについての言及を含むことが理解されるであろう。
一つ実施態様では、核酸ベクターは、細菌人工染色体(BAC)、酵母人工染色体(YAC)、P1由来人工染色体(PAC)、フォスミドまたはコスミドから選択される。さらなる実施態様では、核酸ベクターは、細菌人工染色体(BAC)である。
細菌人工染色体
用語「細菌人工染色体」または「BAC」は、大きな外因性DNAインサートを保持することができる細菌プラスミド由来のDNA構築物を意味する。それらは通常およそ350kbの最大DNAインサートを保持することができる。BACは、細菌の細胞分裂後にプラスミドの一様な分布を促進する分配遺伝子を含む、十分に特徴付けられた細菌機能的稔性プラスミド(Fプラスミド)から開発された。これはBACが安定に複製し、内在細菌ゲノム(例えば、大腸菌)とともに分離することを可能とする。BACは通常、少なくとも1コピーの複製起点(例えば、oriSまたはoriV遺伝子)、repE遺伝子(プラスミド複製およびコピー数の調節のため)および細菌細胞内でのBACの安定な維持を確保する分配遺伝子(例えば、sopAsopBparAparBおよび/またはparC)を含む。BACは通常、環状およびスーパーコイル型であり、これはそれらをYACなどの直鎖人工染色体よりも回収容易とする。それらはまた、エレクトロポレーションなどの簡単な方法を用い、比較的容易に細菌宿主細胞に導入することもできる。
一つの実施態様では、細菌人工染色体は、oriS遺伝子を含んでなる。一つの実施態様では、細菌人工染色体は、repE遺伝子を含んでなる。一つの実施態様では、細菌人工染色体は、分配遺伝子を含んでなる。さらなる実施態様では、分配遺伝子は、sopAsopBparAparBおよび/またはparCから選択される。なおさらなる実施態様では、細菌人工染色体は、sopAおよびsopB遺伝子を含んでなる。
本発明で使用するためのBACは、例えば、LUCIGEN(商標)(全長骨格配列については、ゲノム受託番号EU101022.1を参照)からのpSMART BACなど、商業ソースから入手可能である。このBACはL-アラビノース「コピーアップ」系を含み、これはまた、TrfA複製タンパク質の存在下でのみ活性なoriVミディアムコピー複製起点も含む。TrfAの遺伝子は、細菌宿主細胞のゲノムのL-アラビノース誘導プロモーターaraC-P BAD の制御下に組み込むことできる(Wild et al. (2002) Genome Res. 12(9): 1434-1444参照)。L-アラビノースの添加はTrfAの発現を誘導し、TrfAはoriVを活性化し、細胞当たり50コピーまでプラスミドを複製させる。
酵母人工染色体
用語「酵母人工染色体」または「YAC」は、酵母DNAが細菌プラスミドに組み込まれている染色体を意味する。それらは自律的複製配列(autonomous replication sequence)(ARS)(すなわち、複製起点)、セントロメアおよびテロメアを含む。BACとは異なり、YACは直鎖であり、従って、宿主細胞後代に受け渡される際に、染色体の各末端に、その末端を分解から保護する酵母テロメアを含む。YACは、100~2000kbであれば、一定範囲のDNA挿入サイズを保持できる。
P1由来人工染色体
用語「P1由来人工染色体」または「PAC」は、P1バクテリオファージおよび細菌FプラスミドのDNAに由来するDNA構築物を意味する。それらは通常、およそ100~300kb最大DNAインサートを保持でき、大腸菌においてクローニングベクターとして使用される。PACは、精製および細菌宿主細胞への導入が容易など、BACと同様の利点を持つ。
コスミドおよびフォスミド
用語「コスミド」は、バクテリオファージλに由来するcos部位を付加的に含む細菌プラスミドに由来するDNA構築物を意味する。コスミドは一般に、細菌複製起点(例えば、oriV)、選択マーカー、クローニング部位および少なくとも1つのcos部位を含む。コスミドは通常、40~45kbの最大DNAインサートを受容する。コスミドは、大腸菌細胞感染において標準的な細菌プラスミドよりも効率的であることが示されている。用語「フォスミド」は、細菌Fプラスミドに基づくこと以外はコスミドと同様の非哺乳動物核酸ベクターを意味する。特に、それらは、大きなDNA断片のクローニングを可能とするFプラスミド複製起点および分配機構を使用する。フォスミドは通常、40kbの最大DNAインサートを受容する。
レトロウイルス
レトロウイルスは、擬似二倍体一本鎖RNAゲノムを含むウイルス科である。それらは、RNAゲノムからDNAを産生する逆転写酵素をコードし、このDNAはその後、宿主細胞のDNAに挿入され得る。本明細書に記載の本発明は、複製欠陥レトロウイルスベクター粒子を産生するために使用され得る。本発明のレトロウイルスベクター粒子は、任意の好適なレトロウイルスから選択されるか、またはそれに由来するものであり得る。
一つの実施態様では、レトロウイルスベクター粒子は、レンチウイルス、アルファレトロウイルス、ガンマレトロウイルスまたは泡沫レトロウイルス、例えば、レンチウイルスまたはガンマレトロウイルス、特に、レンチウイルスに由来するか、またはから選択される。さらなる実施態様では、レトロウイルスベクター粒子は、HIV-1、HIV-2、SIV、FIV、EIAVおよびVisnaからなる群から選択されるレンチウイルスである。レンチウイルスは非分裂(すなわち、静止)細胞に感染することができ、これにより、レンチウイルスは遺伝子療法にとって魅力的なレトロウイルスベクターとなる。なおさらなる実施態様では、レトロウイルスベクター粒子はHIV-1であるか、またはHIV-1に由来する。いくつかのレトロウイルスのゲノム構造を当技術分野において見出すことができる。例えば、HIV-1の詳細はNCBI Genbank(ゲノム受託番号AF033819)から見出すことができる。HIV-1は、最も理解されているレトロウイルスの1つであり、従って、レトロウイルスベクターとしてしばしば使用されている。
レトロウイルス遺伝子
総てのレトロウイルスに共通の核酸配列は、次のようにより詳しく説明することができる:
長い末端反復配列(LTR):レトロウイルスゲノムの基本構造は、レトロウイルス産生に必要とされる遺伝子の間またはそれらが位置する範囲内に5’-LTRおよび3’-LTRを含んでなる。LTRはレトロウイルスの組込みおよび転写に必要とされる。それらはまた、レトロウイルス遺伝子の発現を制御するためのプロモーター配列として働くこともできる(すなわち、それらがシス作用遺伝子である)。LTRは、U3、R、U5と呼ばれる3つの部分領域から構成され、U3はRNAの3’末端にユニークな配列に由来し;RはRNAの量末端で反復する配列に由来し;U5はRNAの5’末端にユニークな配列に由来する。よって、一つの実施態様では、核酸ベクターは、5’-および3’-LTR を付加的に含んでなる。さらなる実施態様では、5’LTRのU5領域を欠失させ、非HIV-1ポリAテールに置換することができる(Hanawa et al. (2002) Mol. Ther. 5(3): 242-51参照)。
複製可能ウイルスの生成に関する安全性の問題に取り組むために、3’LTRのU3領域中の、TATAボックスならびに転写因子Sp1およびNF-κBの合部位を含む切片を欠失させることによって自己不活性化(self-inactivating)(SIN)ベクターが開発された(Miyoshi et al. (1998) J. Virol. 72(10):8150-7参照)。この欠失は、感染細胞における逆転写および組込みの後に5’LTRに移入され、これにより、LTRの転写の不活性化が起こる。これは自己不活性化レンチウイルスに基づくベクター系として知られ、本発明に含まれ得る。
ψ:レトロウイルスRNAのキャプシド形成は、レトロウイルスゲノムの5’末端に位置するψ(プシー)配列の力で起こる。また、プシー配列の下流にあってgagコード領域へと延伸する配列が効率的なレトロウイルスベクター産生に関与することも当技術分野でよく知られている(Cui et al. (1999) J. Virol. 73(7): 6171-6176参照)。一つの実施態様では、核酸ベクターは、ψ(プシー)配列を付加的に含んでなる。
プライマー結合部位(Primer Binding Site)(PBS):レトロウイルスゲノムは、5’-LTRのU5領域の後に存在するPBSを含む。この部位は、逆転写の開始に必要とされるtRNAプライマーと結合する。一つの実施態様では、核酸ベクターは、PBS配列を付加的に含んでなる。
PPT:レトロウイルスゲノムは、レトロウイルスゲノムの3’末端付近に、ポリプリントラクト(polypurine tracts)(PPT)と呼ばれるプリンの短いストレッチを含む。これらのPPTは、逆転写中にプラス鎖DNA合成のRNAプライマーとして機能する。複雑なレトロウイルス(例えば、HIV-1)は、より中央に位置する第2のPPT(すなわち、セントラルポリプリントラクト(central polypurine tract)(cPPT))を含み、これはDNA合成の開始の第2の部位を提供する。cPPTをコードするレトロウイルスベクターは、形質導入およびトランス遺伝子発現が増強されることが示されている(Barry et al. (2001) Hum. Gene Ther. 12(9):1103-8参照)。一つの実施態様では、核酸ベクターは、3’-PPT配列および/またはcPPT配列を付加的に含んでなる。
上記の非コード領域のゲノム構造は当業者の周知である。例えば、HIV-1の非コード領域のゲノム構造に関する詳細は、NCBI Genbankからゲノム受託番号AF033819として、またはHIV-1 HXB2(慣用HIV-1参照株)ではゲノム受託番号K03455として見出すことができる。一つの実施態様では、非コード領域は、ゲノム受託番号K03455の、例えば、塩基対454~1126(R-U5-PBS-Gagの場合)、7622~8479(RREの場合)または7769~8146(RREの場合)、4781~4898(cPPTの場合)、9015~9120および9521~9719(dNEF-PPT-sinU3-R-U5の場合)から取得可能な配列に由来する。
Gag/polgagおよびpol遺伝子の発現は、gaggagpolの間の翻訳フレームシフトに依存する。両方とも成熟の際に切断されるポリタンパク質である。レトロウイルスベクターの主要な構造マトリックス、キャプシド、およびヌクレオキャプシドタンパク質はgagによりコードされている。pol遺伝子は、レトロウイルス酵素:i)レトロウイルスRNAゲノムの二本鎖DNAへの逆転写に不可欠な逆転写酵素、ii)レトロウイルスDNAゲノムの宿主細胞染色体への組込みを可能とするインテグラーゼ、およびiii)レトロウイルスの成熟した機能的タンパク質を産生するために合成されたポリタンパク質を切断するプロテアーゼをコードしている。一つの実施態様では、gagおよびpolタンパク質をコードするレトロウイルス核酸配列はHIV-1 HXB2配列に由来し、この配列は、ゲノム受託番号K03455の、例えば、塩基対790~5105から取得可能である。
Envenv(「エンベロープ」)遺伝子は、レトロウイルスエンベロープの表面および膜貫通成分(例えば、HIV-1の糖タンパク質gp120およびgp41)をコードし、レトロウイルス-細胞膜融合に関与する。レトロウイルスベクターの組織向性を拡大するために、本明細書に記載のレトロウイルスベクターは、別のウイルス由来のエンベロープタンパク質を用いてシュードタイピング(pseudotyped)してもよい。シュードタイピング(Pseudotyping)は、レンチウイルスベクターを含むレトロウイルスベクターの宿主細胞範囲が拡大され得る、またはレトロウイルスベクター粒子上の糖タンパク質(glycoproteins)(GP)を変化させることにより変更され得る(例えば、他のエンベロープウイルスから得られるもしくは他のエンベロープウイルスに由来するGPを使用するか、または合成/人工GPを使用することによる)プロセスを意味する。レトロウイルスベクターのシュードタイピングに最も慣用される糖タンパク質は、広い向性と高いベクター粒子安定性に起因して水疱性口内炎ウイルスGP(Vesicular stomatitis virus GP)(VSV)である。しかしながら、他の糖タンパク質もシュードタイピングに使用可能であることが当業者には理解されるであろう(引用することによりその全内容が本明細書の一部とされるCronin et al. (2005) Curr. Gene Ther. 5(4):387-398参照)。シュードタイピングに使用されるウイルスの選択はまた、いくつかのシュードタイプは組織種選好性を持つことが示されていることから、標的とされる細胞および/または器官の種類によっても異なり得る。
一つの実施態様では、envタンパク質またはその機能的置換体は、ベジクロウイルス(例えば、水疱性口内炎ウイルス)、リッサウイルス(例えば、狂犬病ウイルス、モコラウイルス)、アレナウイルス(例えば、リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス(Lymphocytic choriomeningitis virus)(LCMV))、アルファウイルス(例えば、ロスリバーウイルス(Ross River virus)(RRV)、シンドビスウイルス、セムリキ森林ウイルス(Semliki Forest virus)(SFV)、ベネズエラウマ脳炎ウイルス)、フィロウイルス(例えば、レストンエボラウイルス、ザイールエボラウイルス、ラッサ熱ウイルス)、アルファレトロウイルス(例えば、トリ白血病ウイルス(Avian leukosis virus)(ALV))、ベータレトロウイルス(例えば、ヤーグジークテヒツジレトロウイルス(Jaagsiekte sheep retrovirus)(JSRV))、ガンマレトロウイルス(例えば、モロニーマウス白血病ウイルス(Moloney Murine leukaemia virus)(MLV)、テナガザル白血病ウイルス(Gibbon ape leukaemia virus)(GALV)、ネコ内在性レトロウイルス(RD114))、デルタレトロウイルス(例えば、ヒトTリンパ球向性ウイルス1(Human T-lymphotrophic virus 1)(HTLV-1))、スプマウイルス(例えば、ヒト泡沫状ウイルス)、レンチウイルス(例えば、マエディ・ビスナウイルス(Maedi-visna virus)(MVV))、コロナウイルス(例えば、SARS-CoV)、レスピロウイルス(例えば、センダイウイルス、呼吸器系合胞体ウイルス(Respiratory syncytia virus)(RSV))、ヘパチウイルス(例えば、C型肝炎ウイルス(Hepatitis C virus)(HCV))、インフルエンザウイルス(例えば、インフルエンザウイルスA)および核多角体ウイルス(例えば、オートグラファ・カルフォルニカ多角体病ウイルス(Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus)(AcMNPV))から選択されるウイルスから得られるか、ま
たはそれらのウイルスに由来する。さらなる実施態様では、envタンパク質またはその機能的置換体は、水疱性口内炎ウイルスから得られるか、またはそのウイルスに由来する。この実施態様では、レトロウイルス粒子がより広い宿主細胞範囲に感染し、野生型エンベロープタンパク質を産生するために組換えの機会を少なくすることを可能とする水疱性口内炎ウイルス糖タンパク質(VSVg)タンパク質が使用可能である。さらなる実施態様では、envタンパク質またはその機能的置換体をコードするレトロウイルス核酸配列は、ゲノム受託番号J02428.1の、例えば、塩基対3071~4720から取得可能な配列に由来する。
本明細書に記載の構造遺伝子は、総てのレトロウイルスに共通する。さらなる補助遺伝子は、種々のタイプのレトロウイルスで見出すことができる。例えば、レンチウイルス、例えば、HIV-1は、revvifvpuvprnefおよびtatとして知られるさらに6つの補助遺伝子を含む。他のレトロウイルスは、本明細書に記載の遺伝子に類似する補助遺伝子を持ち得るが、それらは文献に常に同じ名称で示されているわけではない。Tomonaga and Mikami (1996) J. Gen. Virol. 77(Pt 8):1611-1621などの参照文献に種々のレトロウイルス補助遺伝子が記載されている。
Rev:補助遺伝子rev(「ビリオンのレギュレーター(regulator of virion)」は、Rev応答エレメント(Rev Response element)(RRE)に結合し、レトロウイルス転写産物の輸出を促進する補助タンパク質をコードする。この遺伝子のタンパク質産物は、Rev応答エレメント(RRE)を含むレトロウイルスmRNAの断片が核から細胞質へ輸出されることを可能とする。RRE配列は、複雑な折りたたみ構造を形成すると予想される。revのこの特定の役割は、スプライシングステップと核輸出ステップの強固な共役を反映する。一つの実施態様では、核酸ベクターは、RRE配列を含んでなる。さらなる実施態様では、RRE配列は、HIV-1 HXB2配列に由来し、この配列はゲノム受託番号K03455の、例えば、塩基対7622~8479、または7769~8146、特に、塩基対7622~8479から取得可能である。
RevはRREと結合し、シングルスプライシング(envvifvprおよびvpu)または非スプライシング(gagpolおよびゲノムRNA)ウイルス転写産物の輸出を促進して、遺伝子翻訳およびパッケージングのような下流事象をもたらす(Suhasini and Reddy (2009) Curr. HIV Res. 7(1): 91-100参照)。一つの実施態様では、核酸ベクターは、補助遺伝子revまたはその類似遺伝子(すなわち、他のレトロウイルスもしくは機能的に類似の系由来)を付加的に含んでなる。rev遺伝子の包含は、特にRREエレメントもまた輸送される転写産物に含まれる場合に、核から細胞質へのレトロウイルスベクターゲノムのRNA転写産物の効率的輸出を保証する。さらなる実施態様では、rev遺伝子は、ゲノム受託番号M11840の塩基対970~1320(すなわち、HIV-1クローン12cDNA、HIVPCV12遺伝子座)と少なくとも60%の配列同一性、例えば、少なくとも70%の配列同一性を含んでなる。もう一つの実施態様では、rev遺伝子は、ゲノム受託番号K03455.1(すなわち、1型ヒト免疫不全ウイルス、HXB2)の塩基対5970~6040および8379~8653と少なくとも60%の配列同一性、例えば、少なくとも70%、80%、90%または100%の配列同一性を含んでなる。
補助遺伝子はレトロウイルス複製および病因に役割を果たすと思われ、従って、多くの現行のウイルスベクター産生系は、これらの遺伝子のいくつかを含まない。例外は通常存在するrevであり、またはrev/RRE系に類似の系は潜在的に使用される。よって、一つの実施態様では、補助遺伝子vprvifvputatおよびnef、または類似の補助遺伝子のうち1以上をコードする核酸配列は、前記補助遺伝子がレトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムから除かれるか、または機能的補助タンパク質をコードできないように破壊される。さらなる実施態様では、補助遺伝子vprvifvputatおよびnef、または類似の補助遺伝子のうち少なくとも2以上、3以上、4以上、または総てが、記補助遺伝子がレトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムから除かれるか、または機能的補助タンパク質をコードできないように破壊される。機能的補助遺伝子の除去は遺伝子全体の除去を必要とせず、その遺伝子の一部の除去またはその遺伝子の破壊で十分である。
複製欠陥レトロウイルスベクター粒子をコードする核酸配列は、レトロウイルスベクター粒子が基づくレトロウイルスの野生型遺伝子と同じ、またはそれに由来するものであり得、すなわち、それらの配列は、野生型ウイルスに含まれる配列の遺伝的にまたはそれ以外の点で変更されたバージョンであり得ると理解される。よって、核酸ベクターまたは宿主細胞ゲノムに組み込まれるレトロウイルス遺伝子は、野生型遺伝子のコドン最適化バージョンも意味し得る。
付加的成分
本発明の核酸ベクターは、さらなる付加的成分を含んでなり得る。これらの付加的特徴は、例えば、翻訳のために転写産物を安定化させる、遺伝子発現のレベルを増強する、および遺伝子転写のオン/オフを切り替える助けをするために使用され得る。
本発明により産生されるレトロウイルスベクター粒子は、遺伝子療法の方法で使用され得る。よって、一つの実施態様では、核酸ベクターは、1以上の導入遺伝子を付加的に含んでなる。この導入遺伝子は、標的疾患を治療または改善するために使用され得る遺伝子産物をコードする治療上有効な遺伝子であり得る。導入遺伝子は、例えば、アンチセンスRNA、リボザイム、タンパク質(例えば、腫瘍抑制タンパク質)、毒素、抗原(抗体誘導する、またはT細胞もしくは細胞傷害性T細胞を助けるために使用され得る)または抗体(例えば、一本鎖抗体)をコードし得る。一つの実施態様では、導入遺伝子は、βグロビンをコードする。
導入遺伝子を含有する複数コピーの移入ベクターはより高いレトロウイルスベクター力価を生じると予想され、よって、一つの実施態様では、核酸ベクターは、複数コピーの導入遺伝子、例えば、2以上、特に、3以上のコピーの導入遺伝子を含んでなる。場合によっては、疾患を処置するために2以上の遺伝子産物が必要とされ、よって、さらなる実施態様では、核酸ベクターは、2以上、例えば、3以上、または4以上の異なる導入遺伝子を付加的に含んでなる。
本明細書で「導入遺伝子」という場合には、導入される哺乳動物宿主細胞には存在しない、または十分に発現していない異種または外来DNAを意味する。これは、例えば、標的遺伝子が哺乳動物宿主細胞で適正に発現されず、従って、標的遺伝子の矯正型が導入遺伝子として導入される場合を含み得る。よって、導入遺伝子は、潜在的治療対象の遺伝子であり得る。導入遺伝子は、他の細胞種、または別の種から得られたものであっても、または合成産生されたものであってもよい。あるいは、導入遺伝子は、天然遺伝子に存在するものとは異なる調節領域と機能的に連結された宿主細胞から得られたものであってもよい。あるいは、導入遺伝子は、宿主細胞に存在する遺伝子の異なる対立遺伝子または変異体であってもよい。
遺伝子療法の目的は、治療目的で生細胞の遺伝物質を修飾することであり、それは治療効果を達成するために細胞に機能的遺伝子を導入することを含む。本明細書に記載の核酸ベクターおよび宿主細胞を用いて作製されたレトロウイルスベクターは、標的細胞をトランスフェクトし、潜在的治療対象の遺伝子の発現を誘導するために使用できる。よって、レトロウイルスベクターは、限定されるものではないが、遺伝的障害、癌、および特定のウイルス感染を含む病態に罹患している、ヒト対象などの哺乳動物対象の処置のために使用できる。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、転写調節エレメントを付加的に含んでなる。例えば、本明細書に記載のエレメントはいずれも、発現が制御可能なようにプロモーターに機能的に連結することができる。本明細書に言及されるプロモーターは、構成的に作用し得るか、または例えば、調節タンパク質の存在下で誘導可能な既知のプロモーターの全体または一部を含み得る。一つの実施態様では、核酸ベクターは、高効率プロモーター、例えば、CMVプロモーターを付加的に含んでなる。このプロモーターは、非哺乳動物核酸ベクターにコードされているエレメントの高レベルの発現を促進するという利点を有する。さらなる実施態様では、CMVプロモーターは、ヒトサイトメガロウイルス株AD169に由来する配列を含んでなる。この配列は、ゲノム受託番号X17403の、例えば、塩基対173731~174404から取得可能である。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、クロマチンインスレーターなどのインスレーターを付加的に含んでなる。用語「インスレーター」は、プロモーターとエンハンサーの間の相互作用を遮断する遺伝子配を意味する。さらなる実施態様では、インスレーター(例えば、クロマチンインスレーター)は、レトロウイルス核酸配列のそれぞれの間に存在する。これは、隣接するレトロウイルス核酸配列間のプロモーター干渉(すなわち、ある転写単位からのプロモーターが隣接する転写単位の発現を障害する場合)を防ぐ助けをする。核酸ベクターの、レトロウイルス核酸配列のそれぞれの間にインスレーターが存在すれば、これらは核酸ベクター内に個々の発現構築物として配置されてもよいと理解される。例えば、レトロウイルス核酸配列をコードする各配列は、その固有のプロモーターおよび/またはイントロンおよび/またはポリAシグナルを有する。一つの実施態様では、クロマチンインスレーターは、ニワトリ(Gallus gallus)HS4インスレーター配列(例えば、ゲノム受託番号U78775.2、塩基対1~1205参照)と少なくとも90%の配列同一性、例えば、少なくとも95%の配列同一性を有する。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、ポリAシグナルを付加的に含んでなる。ポリAシグナルの使用は、mRNAを酵素分解から保護し、翻訳を補助するという利点を有する。さらなる実施態様では、ポリAシグナルは、SV40、ウシ成長ホルモンおよび/またはヒトβグロビンから得られるか、またはそれに由来する。一つの実施態様では、ポリAシグナルは、SV40前記ポリAシグナル(例えば、ゲノム受託番号EF579804.1、マイナス鎖由来の塩基対2668~2538参照)に由来する。一つの実施態様では、ポリAシグナルは、ヒトβグロビンポリAシグナル(例えば、ゲノム受託番号GU324922.1、塩基対3394~4162参照)に由来する。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、イントロン配列を付加的に含んでなる。エンハンサー/プロモーター領域の下流およびcDNAインサート(すなわち、導入遺伝子)の上流でのイントロンの使用は、そのインサートの発現レベルを増強することが知られている。さらなる実施態様では、イントロン配列は、ヒトβグロビンイントロンまたはウサギβグロビンイントロンII配列である。一つの実施態様では、ヒトβグロビンイントロンは、ゲノム受託番号KM504957.1(例えば、塩基対476~1393由来)で取得可能な配列に由来する。一つの実施態様では、ウサギβグロビンイントロンIIは、ゲノム受託番号V00882.1(例えば、塩基対718~1290由来)で取得可能な配列に由来する。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、ウッドチャック肝炎ウイルス転写後調節エレメント(woodchuck hepatitis virus post-transcriptional regulatory element)(WPRE)を付加的に含んでなる。WPREの存在は発現を増強することが示されており、従って、高レベルの発現を達成する上で有益である可能性がある。さらなる実施態様では、WPREは、ゲノム受託番号J04514.1(例えば、塩基対1093~1684由来)で取得可能な配列に由来する。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、内部リボソーム進入部位(internal ribosome entry site)(IRES)を付加的に含んでなる。IRESは、5’キャップの下流の5’非翻訳領域(開始複合体のアセンブリに必要とされる)に通常見られる構造化されたRNAエレメントである。IRESは翻訳開始因子によって認識され、キャップ非依存的翻訳を可能とする。さらなる実施態様では、IRESは、脳心筋炎ウイルス(Encephalomyocarditis virus)(EMCV)ゲノム(例えば、ゲノム受託番号KF836387.1、塩基対151~724参照)に由来する。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、多重クローニング部位(Multiple Cloning Site)(MCS)を付加的に含んでなる。MCSは、核酸ベクター内の、多重制限部位(例えば、10、15または20部位)を含む短いDNAセグメントである。これらの部位は通常、エンドヌクレアーゼが一箇所でのみ切断することを保証するために核酸ベクター内に一度しか見られない。これはレトロウイルス遺伝子が適当なエンドヌクレアーゼ(すなわち、制限酵素)を用いて容易に挿入されることを可能とする。
これらの構築物は核酸ベクター内にいずれの順序で配置されていてもよいことが当業者には理解されるであろう。例示的実施態様では、核酸ベクターは、以下のインサートを含んでなる:gagおよびpolタンパク質をコードするレトロウイルス核酸配列、envタンパク質またはその機能的置換体(例えば、VSVg)をコードするレトロウイルス核酸配列、および補助遺伝子rev(例えば、コドン最適化rev配列)またはその類似遺伝子もしくは機能的に類似の系をコードするレトロウイルス核酸配列(すなわち、GagPol-Env-Rev-残りのBAC配列(「BAC骨格」);例えば、GagPol-(野生型)VSVg-(コドン最適化)Rev-pSMARTBAC)。さらなる実施態様では、インスレーター(例えば、クロマチンインスレーター)が、gagpolenvおよびrev配列のそれぞれの間に存在する。さらなる実施態様では、プロモーターがgagpolenvおよびrev配列のそれぞれの前に存在する。なおさらなる実施態様では、少なくとも1コピーの移入ベクター配列(すなわち、レトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムをコードする核酸配列を含んでなる)がgagpol配列の前に存在する。
一つの実施態様では、核酸ベクターは、以下のインサートを含んでなる:インスレーター(例えば、クロマチンインスレーター)、プロモーター(例えば、CMVプロモーター)、イントロン(例えば、ヒトβグロビンイントロン)、gagおよびpolタンパク質をコードするレトロウイルス核酸配列、RREをコードするレトロウイルス核酸、ポリAシグナル(例えば、ヒトβグロビンポリAシグナル)、インスレーター(例えば、クロマチンインスレーター)、プロモーター(例えば、CMVプロモーター)、イントロン(例えば、ヒトβグロビンイントロン)、envタンパク質またはその機能的置換体(例えば、VSVg)をコードするレトロウイルス核酸配列、ポリAシグナル(例えば、ヒトβグロビンポリAシグナル)、インスレーター(例えば、クロマチンインスレーター)、プロモーター(例えば、CMVプロモーター)、補助遺伝子revまたはその類似遺伝子もしくは機能的に類似の系をコードするレトロウイルス核酸配列、ポリAシグナル(例えば、ヒトβグロビンポリAシグナル)、インスレーター(例えば、クロマチンインスレーター)、プロモーター(例えば、CMVプロモーター)、イントロン(例えば、ウサギβグロビンイントロン)、ポリAシグナルおよび多重クローニング部位。配列がこのインサートとともにおよび/またはインサート内に含まれてもよいことが理解されるであろう。
核酸配列は核酸ベクターに順次導入してよい。これは必要とされる核酸配列の総てが核酸ベクターに首尾良く組み込まれることを保証するように、各組込み後の選択を可能とする。あるいは、少なくとも2以上の核酸配列が同時に核酸ベクターに導入される。
本明細書に記載の付加的遺伝子は、当技術分野で公知の標準的な分子クローニング技術により、例えば、制限エンドヌクレアーゼおよびライゲーション技術を用いて、核酸ベクターに導入され得ることが理解されるであろう。さらに、核酸ベクター、特に、BAC、PAC、フォスミドおよび/またはコスミドは、エレクトロポレーションなどの標準的技術によって細菌宿主細胞(例えば、大腸菌細胞、特に、大腸菌DH10B株)に導入され得る。
使用
本発明のさらなる面によれば、レトロウイルスベクター粒子を産生する方法で使用するための本明細書に定義される核酸ベクターが提供される。本明細書に記載されるように、本発明は、主として、4プラスミドトランスフェクション系を単一の核酸ベクターへと縮小し、それにより使用する材料の量を低減することにより、一時的トランスフェクション法において記載の核酸ベクターを使用することの複数の利点を提供する。
方法
本発明のさらなる面によれば、複製欠陥レトロウイルスベクター粒子を製造する方法であって、
(a)本明細書に定義される核酸ベクターを哺乳動物宿主細胞の培養物に導入すること;および
(b)前記哺乳動物宿主細胞を複製欠陥レトロウイルスベクター粒子が産生される条件下で培養すること
を含んでなる方法が提供される。
大きな核酸ベクターにレトロウイルス遺伝子の総てを含めることの利点は、それらがまず、取り扱いおよび操作がはるかに容易な微生物細胞(例えば、細菌または酵母細胞)で調製でき、その後、一工程で哺乳動物細胞に導入されるということである。
一つの実施態様では、宿主細胞は、哺乳動物細胞である。さらなる実施態様では、哺乳動物細胞は、HEK293細胞、HEK 6E細胞、CHO細胞、Jurkat細胞、KS62細胞、PerC6細胞、HeLa細胞、HOS細胞、H9細胞またはそれらの誘導体もしくは機能的等価物から選択される。なおさらなる実施態様では、哺乳動物宿主細胞はHEK293細胞であるか、またはHEK293細胞に由来する。このような細胞は、接着細胞株(すなわち、それらは表面に結合して単層として増殖する)または懸濁適応/非接着細胞株(すなわち、それらは培養培地中、懸濁状態で増殖する)であり得る。なおさらなる実施態様では、HEK293細胞は、HEK293T細胞またはHEK 6E細胞である。用語「HEK293細胞」は、バイオテクノロジーに慣用されるヒト胎児腎293細胞を意味する。特に、HEK293T細胞は、種々のレトロウイルスベクターの産生に慣用される。好適な市販の細胞株の他の例としては、T-REX(商標)(Life Technologies)細胞株が挙げられる。
本明細書に定義される方法を用いて形質導入された宿主細胞は、高力価のレトロウイルスベクターを産生するために使用され得る。
本明細書で用語「高力価」についても言及は、患者細胞などの標的細胞を形質導入できるレトロウイルスベクターまたは粒子の有効量を意味する。一つの実施態様では、高力価は、濃縮なく10TU/ml(TU=形質導入単位)を超えるものである。
当業者ならば、核酸ベクターを宿主細胞に導入することは、当技術分野で公知の好適な方法、例えば、脂質媒介トランスフェクション(リポフェクション)、マイクロインジェクション、細胞(例えば、マイクロセル)融合、エレクトロポレーション、化学薬品に基づくトランスフェクション法または微粒子衝撃を用いて実施され得ることに気づくであろう。核酸ベクターの導入に使用するための方法の選択は、使用する哺乳動物宿主細胞の種類に応じて選択され得ることが理解されるであろう。一つの実施態様では、導入工程(a)は、リポフェクション、エレクトロポレーションまたは化学薬品に基づくトランスフェクション法を用いて実施される。さらなる実施態様では、核酸ベクターは、リポフェクションにより宿主細胞に導入される。もう一つの実施態様では、核酸ベクターは、化学薬品に基づくトランスフェクション法、例えば、リン酸カルシウム処理により宿主細胞に導入される。リン酸カルシウム処理剤は、例えば、Promegaから市販されている。
本明細書に記載の方法において使用される条件は使用される宿主細胞によって異なることが当業者により理解されるであろう。典型的な条件は、例えば、使用される培養培地または温度は当技術分野で周知である(例えば、Kutner et al. (2009) Nature Protocols 4(4); 495-505参照)。一つの実施態様では、培養工程(b)は哺乳動物宿主細胞を加湿条件下でインキュベートすることによって実施される。さらなる実施態様では、加湿条件は、トランスフェクト細胞を37℃、5%COでインキュベートすることを含んでなる。一つの実施態様では、培養工程(b)は、10%(vol/vol)ウシ胎児血清(FBS)を含有するダルベッコの改変イーグル培地(DMEM)または、無血清UltraCULTURE(商標)培地(Lonza、カタログ番号12-725F)またはFreeStyle(商標)Expression培地(Thermo Fisher、カタログ番号12338-018)から選択される培養培地を用いて実施される。
一つの実施態様では、本方法は、複製欠陥レトロウイルスベクター粒子を単離することを付加的に含んでなる。例えば、一つの実施態様では、単離は、フィルターを使用することにより実施される。さらなる実施態様では、フィルターは、低タンパク質結合膜(例えば、0.22μm低タンパク質結合膜または0.45μm低タンパク質結合膜)、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはポリエーテルスルホン(PES)人工膜である。
一つの実施態様では、複製欠陥レトロウイルスベクター粒子は、導入工程(a)後72時間以内に単離される。さらなる実施態様では、複製欠陥レトロウイルスベクター粒子は、導入工程(a)後48~72時間の間、例えば、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71または72時間に単離される。
ひと度単離されれば、レトロウイルスベクター粒子はin vivo適用のために濃縮され得る。濃縮方法としては、例えば、超遠心分離、沈降または陰イオン交換クロマトグラフィーが含まれる。超遠心分離は、小規模でのレトロウイルスベクター濃縮のための迅速法として有用である。あるいは、陰イオン交換クロマトグラフィー(例えば、Mustang Q陰イオン交換膜カートリッジを使用)または沈降(例えば、PEG 6000を使用)は、大容量のレンチウイルスベクター上清を処理するために得に有用である。
本発明のさらなる面によれば、本明細書で定義される方法により得られる複製欠陥レトロウイルスベクター粒子が提供される。
以下、本発明を下記の限定されない例を参照してさらに詳細に説明する。
実施例1:構築物ガイド
図1は、BACpack-WTGP-277delU5およびBACpack-SYNGP-277delU5の構築のための段階的ガイドを示す。XbaIおよびNheI消化の適合末端(the compatible ends)のために、レンチウイルスパッケージング遺伝子をpSmart BACベクターに段階的に搭載した。GagPolの付加に際して、野生型GagPol(WTGP)またはコドン最適化GagPol(SYNGP)のいずれかを含有する2つの構築物を作製した。これらをそれぞれBACpack-WTGPおよびBACpack-SYNGPと呼称した。次に、移入カセットをこれらの構築物の両方に負荷し、このようにしてBACpackWTGP-277delU5およびBACpackSYNGP-277delU5を作出した。
実施例2:BAC構築物を用いた原理実験の証明
10個のHEK293T細胞を6ウェルプレートに播種した。翌日、接着細胞を、PEIを製造者の説明書に従って用いてトランスフェクトした。細胞に対し、pMDL.gp(GagPol)、pMD.G(VSVg)、pK-Rev(Rev)およびpCCL.277(GFP移入ベクター)からなる合計4μgの野生型(WT)レンチウイルスパッケージング構築物または2μgのBACpack(GagPol、VSVgおよびRevを含有する単一のBAC構築物)+2μgのeGFP移入ベクターのいずれかで個別のプラスミド上にトランスフェクトを行った。
トランスフェクション48時間後に、上清を採取し、0.22μmフィルターで濾過し、-80℃で最低4時間保存した。形質導入のためにHEK293T細胞を24ウェルプレートにウェル当たり10細胞で播種した。翌日、これらの細胞に、終濃度8μg/mlとしてポリブレンで連続希釈したウイルス上清を適用した。形質導入3日後にトリプシン処理により細胞を採取し、FACSによりGFPを分析した。ウイルス力価を、下式:
(GFP陽性細胞/100)×希釈率×形質導入された細胞の数
を用い、形質導入単位(TU)/mLとして算出した。
ウイルス力価を棒グラフで比較した(図2)。インキュベーションは総て37℃および5%COで行った。使用した培地は、BACpack+移入サンプル中、10%までのFBSおよび1μg/mlのドキシサイクリンを添加したDMEMであった。
観察所見:
本実施例では、GagPol、VSVgおよびRev発現カセットからなるBACpack構築物の能力を、GagPol、VSVgおよびRevが個別に送達される標準的な3プラスミドパッケージング系と比較した。両場合とも、ウイルスベクターの必須成分を完全なものとするため、移入ベクターを別個のプラスミドで一緒に送達した。
この場合、4つの個別プラスミドレンチウイルス系を用いた場合の5×10TU/mlという力価に比べ、BACpack+移入ベクターは、2.2×10TU/mlという非濃縮上清ウイルス力価を達成することができた。BACpackを用いた場合により低い力価が見られたが、このアッセイは最適化前に実施されたものであり、最適化後にはより高い力価が達成され得る。
原理アッセイのこの証明から、BACpackは一時的トランスフェクションにおける個別のパッケージングプラスミド系に匹敵するウイルス力価で移入ベクターのパッケージングが可能であると結論付けることができる。
実施例3:接着HEK293T細胞におけるBACpackの一時的トランスフェクション
一時的トランスフェクション系におけるBACpack-277delU5構築物のレンチウイルスベクター産生能を確認するために、一時的トランスフェクションによりレンチウイルスベクターを産生するために慣用されている接着細胞株HEK293Tを、現行の4パッケージングプラスミド系、BACpackWTGP-277delU5またはBACpackSYNGP-277delU5のいずれかでトランスフェクトした。この2つのBACpack-277delU5構築物に、遺伝子発現がレンチウイルスベクター産生をもたらし得るかどうかを評価するために誘導を行うか、またはTetリプレッサー系の効率を試験するために誘導を行わずにおいた。
図3の結果は、各トランスフェクション条件から採取したレンチウイルスベクター上清の力価を形質導入単位(TU)/mLで示す。力価測定結果から、BACpackWTGP-277delU5またはBACpackSYNGP-277delU5のいずれかでトランスフェクトされ、かつ、1ug/mlドキシサイクリン(+Dox)で誘導された細胞は、現行の4プラスミド系に匹敵する濃度のレンチウイルスベクターを産生したことが見て取れる。加えて、非誘導条件では、誘導条件に比べてレンチウイルスベクターの産生能が大幅に低下したことが示され、この産生は非トランスフェクト対照バックグラウンドよりも大きかったが、これは一時系における欠点であるとは思われない。
これらの結果は、レンチウイルス産生に必要なパッケージング遺伝子を総て含有する単一のBACベクターが現行の4プラスミド系に取って代わり得ることを示唆する。
本明細書に記載の実施態様は本発明の総ての面に当てはまり得ると理解される。さらに、限定されるものではないが、特許および特許出願を含め、本明細書に引用されている総ての刊行物は、引用することにより、完全に示されているかのごとく本明細書の一部とされる。

Claims (26)

  1. 非哺乳動物複製起点と少なくとも25キロベース(kb)のDNAを保持する能力とを含んでなる核酸ベクターであって、
    前記核酸ベクターが細菌人工染色体であり
    gagおよびpolタンパク質;ならびに
    envタンパク質;
    をコードするレトロウイルス核酸配列を含んでなり、
    前記レトロウイルス核酸配列のそれぞれが核酸ベクター内にそれ自体のプロモーターを有する、
    核酸ベクター。
  2. レトロウイルスベクター粒子のRNAゲノムをコードする核酸配列を付加的に含んでなる、請求項1に記載の核酸ベクター。
  3. 補助遺伝子revまたはその類似遺伝子を付加的に含んでなる、請求項1または請求項2に記載の核酸ベクター。
  4. レトロウイルス核酸配列がレンチウイルス、アルファレトロウイルス、ガンマレトロウイルスまたは泡沫状レトロウイルスから選択されるレトロウイルスに由来する、請求項1~のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  5. レトロウイルス核酸配列がHIV-1、HIV-2、SIV、FIV、EIAVおよびVisnaからなる群から選択されるレンチウイルスに由来する、請求項に記載の核酸ベクター。
  6. レトロウイルス核酸配列がHIV-1に由来する、請求項に記載の核酸ベクター。
  7. envタンパク質が水疱性口内炎ウイルスに由来する、請求項1~のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  8. 転写調節エレメントを付加的に含んでなる、請求項1~のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  9. 転写調節エレメントがCMVプロモーターである、請求項に記載の核酸ベクター。
  10. インスレーターを付加的に含んでなる、請求項1~のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  11. インスレーターが前記レトロウイルス核酸配列のそれぞれの間に存在する、請求項10に記載の核酸ベクター。
  12. 1以上の導入遺伝子を付加的に含んでなる、請求項1~11のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  13. 内部リボソーム進入部位(IRES)を付加的に含んでなる、請求項1~12のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  14. ポリAシグナルを付加的に含んでなる、請求項1~13のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  15. イントロン配列を付加的に含んでなる、請求項1~14のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  16. 多重クローニング部位(MCS)を付加的に含んでなる、請求項1~15のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  17. レトロウイルスベクター粒子の製造方法において使用するための、請求項1~16のいずれか一項に記載の核酸ベクター。
  18. 複製欠陥レトロウイルスベクター粒子の製造方法であって、
    (a)請求項1~16のいずれか一項に記載の核酸ベクターを哺乳動物宿主細胞の培養物に導入すること;および
    (b)前記哺乳動物宿主細胞を複製欠陥レトロウイルスベクター粒子が産生される条件下で培養すること
    を含んでなる、方法。
  19. 哺乳動物宿主細胞がHEK293細胞である、請求項18に記載の方法。
  20. 導入工程(a)がリポフェクション、エレクトロポレーションまたはリン酸カルシウム処理などの化学薬品に基づくトランスフェクション法を用いて行われる、請求項18または請求項19に記載の方法。
  21. 培養工程(b)が哺乳動物宿主細胞を加湿条件下でインキュベートすることにより行われる、請求項1820のいずれか一項に記載の方法。
  22. 複製欠陥レトロウイルスベクター粒子を単離することを付加的に含んでなる、請求項1821のいずれか一項に記載の方法。
  23. 単離が低タンパク質結合膜などのフィルターを使用することにより行われる、請求項22に記載の方法。
  24. 複製欠陥レトロウイルスベクター粒子が導入工程(a)後72時間以内に単離される、請求項22または請求項23に記載の方法。
  25. 複製欠陥レトロウイルス粒子が導入工程(a)後48~72時間の間に単離される、請求項24に記載の方法。
  26. 前記哺乳動物宿主細胞が懸濁適応/非接着細胞株である、請求項1825のいずれか一項に記載の方法。
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