JP7189131B2 - 脆弱X症候群遺伝子治療のための組換えDgkk遺伝子 - Google Patents
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Description
本明細書において使用される場合、「脆弱X症候群」、「fra(X)症候群」、「FXS」、「FRAXA症候群」、「マーカーX症候群」、「マーティン-ベル症候群」、「X連鎖精神遅滞及び巨睾丸症」、及び「エスカランテ症候群(Escalante's syndrome)」という用語は、同義であり、本出願の中で互換的に用いることができる。本明細書において使用される場合、「脆弱X症候群」は、知的障害、行動及び学習上の問題、並びに様々な身体的特徴を生じる遺伝学的状態を指す。脆弱X症候群は、脆弱X精神遅滞タンパク質の発現不全による結果である。
- 正常、6個から54個の間のCGG反復、保因者は、脆弱X症候群に罹患していない。
- 前変異、55個から約200個の間のCGG反復、保因者は、その他のFMR関連障害のリスクがある。
- 完全変異、約200超個のCGG反復、保因者は、一般に脆弱X症候群に罹患している。
FMR1の機能欠落変異及び/又は異常な遺伝子メチル化もまた、脆弱X症候群に関与している可能性がある。
本発明は、ヒトDGKkタンパク質をコードする核酸に関する。本発明による核酸は、機能性プロリンリッチ領域及び/又は機能性EPAPE反復領域を欠く。「機能性領域」又は「機能性ドメイン」とは、本明細書において使用される場合、同義であり、FMRPによるヒトDgkk遺伝子の発現の制御に関与する領域を指す。ヒトDgkk遺伝子において機能性プロリンリッチ領域又は機能性EPAPE反復領域が欠如していると、ヒトDgkk遺伝子の発現へのFMRP制御が消失又は低減する。ヒトDgkk遺伝子において機能性プロリンリッチ領域又は機能性EPAPE反復領域が存在しないと、FMRP非依存的に、Dgkk遺伝子の発現が可能になる。本発明による核酸は、これらの領域のうちの1つ又は両方が非機能性である又は削除されているため、機能性プロリンリッチ領域及び/又は機能性EPAPE反復領域を欠いている場合がある。
本発明はまた、第2の態様において、調節領域に作動可能に連結された本発明による核酸を含む発現カセットに関する。
本発明はまた、第3の態様において、本発明による核酸又は本発明による発現カセットを含む発現ベクターに関する。
第4の態様において、本発明はまた、薬物として使用する、本発明による核酸、本発明による発現カセット、又は本発明による発現ベクターに関する。
本発明の対象は、ヒト、好ましくは新生児、又は小児である。別法として、対象は、ヒト成人でもよい。
本発明はまた、第5の態様において、本発明による核酸、本発明による発現カセット、本発明による発現ベクター又は本発明による医薬組成物と、それらの投与の手段と、任意選択で、このようなキットを使用するためのガイドラインを提供するリーフレットとを含む、対象の脆弱X症候群の処置のためのキットに関する。
第6の態様において、本発明はまた、得られる組換えDgkk遺伝子が機能性プロリンリッチ領域及び/又は機能性EPAPE反復領域を欠く、細胞のゲノムにおけるヒトDGKk遺伝子の標的の組換えのための手段に関する。プロリンリッチ領域中及び/又はEPAPE反復領域中での改変又は欠失は、相同組換えによって導入されてもよい。例えば、Crispr/Cas9システムを使用して、ヒトDgkk遺伝子を改変してもよい。
Cos-1細胞におけるFMRPによるDgkk発現の制御に関与する領域の同定。
材料及び方法
細胞培養:COS細胞(ATCC(登録商標)CRL-1650(商標))は、5%CO2、37℃で、抗生物質の存在下、10%ウシ胎仔血清、1g/lグルコース添加DMEM中で増殖させた。トランスフェクションの前日に、抗生物質フリーの培地500μl中4×104個の細胞を24ウェルフォーマットのプレートへプレーティングした。
発明者等は、Cos-1細胞におけるDgkk発現へのFMRPの影響を検討した。Cos-1細胞に、全長Dgkk構築物(Dgkk-FL、図1を参照されたい)を発現するプラスミド、5'コード領域及び5'-UTRを欠くDgkk構築物(Δ5'reg-Dgkk、図1を参照されたい)を発現するプラスミド、又は対照プラスミドのいずれかをトランスフェクトした。いずれのDgkk構築物もHAタグを含むため、特異的抗体を用いて検出することができる。プラスミドトランスフェクションの前に、Cos-1細胞を、Fmr1標的siRNA、又は対照siRNAで処理した。
樹状突起スパインの変化、及びΔ5'-Dgkκ発現制御によるレスキュー。
材料及び方法
AAVベクター構築:標的Dgkkに対して設計された低分子ヘアピン型RNA(shRNA Dgkk、5'-GGAATGCACTACTGGTATTCC、配列番号6)、及びインシリコでマウスゲノムにマッチがないshRNA-スクランブル配列(5'-GCGCTTAGCTGTAGGATTC、配列番号7)を選択して、CMVプロモーターの制御下で増強される緑色蛍光タンパク質(EGFP)を発現するpAAV-MCS由来のプラスミドに、mU6プロモーターの制御下でクローニングした。Dgkkの過剰発現は、HAタグ付きΔ5'reg-Dgkkを、対照プラスミドpENN.AAV.hシナプシン1.EGFP.RBG(University of PennsylvaniaのPenn Vector Coreにより提供)のEGFPを置き換える形で、ヒトシナプシン-1遺伝子プロモーターの制御下でクローニングすることによって達成した。EGFPとshRNAとを同時発現する組換えアデノ随伴ウイルス血清型9(AAV9)(AAV9-EGFP-shRNA-Dgkk、及び対照のAAV9-EGFP-shRNA-スクランブル)、並びにHA-Dgkk又はEGFPを発現するAAV9(AAV9-hシナプシン1-HA-Dgkk、及び対照のAAV9-hシナプシン1-EGFP)を作製した。AAVの産生は、一部改変を加えたAAV Helper-Freeシステム(Agilent Technologies)を使用して行った。AAV9ベクターは、pAAV-EGFP-shRNA-Dgkk又はpAAV-EGFP-shRNA-スクランブル、pAAV-hシナプシン1-HA-Δ5'reg-Dgkk又はpENN.AAV.hシナプシン1.EGFP.RBGを、AAV血清型9のcap遺伝子を含有するpAAV2/9(Penn Vector Core)とpHelperと共に使用して、293T/17細胞株へのトランスフェクションを3回行って作製した。トランスフェクションの2日後、細胞を回収し、ドライアイス-エタノールと37°C恒温槽とで凍結/解凍を3サイクル行って溶解し、更に、37℃で30分間、100U/mlベンゾナーゼ(Novagen)で処理し、遠心分離によって清澄化した。ウイルスベクターをイオジキサノール(OptiprepTM、Axis Shield)密度勾配超遠心分離によって精製した後、遠心式フィルター(Amicon Ultra-15 100K)を使用して0.5mMのMgCl2含有のPBSに対する透析及び濃縮を行った。線状化標準プラスミドpAAV-EGFPを使用するリアルタイムPCRによって、ウイルス粒子を定量化した。比較可能な作用濃度を得るために、ウイルスを1ml当たり5×1012ウイルスゲノム(vg/ml)最終濃度まで希釈し、使用するまで-80℃で保管した。
発明者等は、Dgkkの機能欠失が樹状突起スパインの形態及び動態へ及ぼす影響を調べた。マウス海馬器官型切片のCA1領域におけるDgkkサイレンシングは、異常に長く、複数のヘッドをもつスパインを強力に増加させ、成熟スパインの割合を著しく低減させたが(図5A~図5Dを参照されたい)、スパイン密度は変わっていなかった(図5Cを参照されたい)。更に、スパイン形成率及び消失率の増加によって示されるように、スパインの不安定性と関連したスパインターンオーバーの有意な増加が認められる(図5G~図5Iを参照されたい)。これらのデータは、Dgkkがスパイン成熟化及び維持のために必要であること、並びにDgkkの欠失は、Fmr1-/yマウスにおいて以前に認められていた構造的欠損と類似の構造的欠損をもたらすことを示している(Comery TA等、1997年、Proc Natl Acad Sci USA、94(10):5401~5404頁、He CX及びPortera-Cailliau C、2013年、Neuroscience、251:120~128頁)。DgkkとFMRPとの間の機能的関連を証明するために、発明者等は、Fmr1-/yニューロン内でのΔ5'reg-Dgkkの過剰発現によって、樹状突起スパインの表現型がレスキューされうるかどうか調べた。注目すべきことに、Δ5'reg-Dgkkを発現するAAV9によって形質導入されたFmr1-/yニューロンではスパイン欠損が修正されており(図5A~図5F、Fmr1-/y+Δ5'reg-Dgkkを参照されたい)、Δ5'reg-Dgkkの過剰発現がFMRPの欠失を補いうることを示している。
インビトロ及びインビボでのAAVΔ5'reg-Dgkκの形質導入、並びにFmr1-KOマウス行動への影響。
材料及び方法
AAVベクター構築:ヒトシナプシン-1遺伝子プロモーターの制御下でHAタグ付きΔ5'reg-Dgkkを発現する、組換えアデノ随伴ウイルス血清型9(AAV9)及びRH10(AAV10)(AAV9-Δ5'reg-Dgkk及びAAV10-Δ5'reg-Dgkk)を、実施例2に記述した通りに調製した。
発明者等は、解離したニューロン培養物において、又はインビボでのC57BL/6のFmr1+/y若しくはFmr1-/y同腹マウスにおいて、アデノ随伴ウイルス血清型9(AAV9)又はrh10(AAV10)からのΔ5'reg-Dgkk発現の影響を検討した。C57BL/6Fmr1+/y又はそのFmr1-/y同腹マウス由来の皮質ニューロンをインビトロで14日目に高効率に形質導入し(±100%)、Δ5'reg-Dgkk導入遺伝子はHAタグにより可視化されている通り、十分に発現されている(図6A)。開始因子4E(eIF4E)のリン酸化が、Fmr1-/yニューロン及び患者で増加していることが以前に示されており(Gantois等、Nat Med. 2017年6月;23(6):674~677頁、図6B)、eIF4Eリン酸化は、脆弱X状態における代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)シグナル伝達の過剰活性化に起因していると提唱されている。発明者等は、AAV9(図6C)又はAAV10(データは示していない)からのΔ5'reg-Dgkkの発現が、感染7日後、Fmr1-/yニューロンにおけるeIF4Eリン酸化を低減させることを示した。これらのデータは、AAV9-Δ5'reg-Dgkk又はAAV10-Δ5'reg-Dgkkベクターが、Fmr1-/yニューロンにおける異常なeIF4Eリン酸化を修正する能力を有することを示す。発明者等は、次に、AAV9又はAAV10からのΔ5'reg-Dgkk発現がFmr1-/yマウスの行動を修正する能力について検討した。4週齢のC57BL/6J Fmr1+/y又はFmr1-/yマウスにおいて、線条体及び海馬領域の両方にAAVの注入(2×10E10 GC/注入部位)を行った。注入の4週間後、qRT-PCR、及び免疫蛍光法によって効率的な遺伝子発現を評価した(図6D、図6E)。AAV9又はAAV10からのΔ5'reg-Dgkkの発現は、遺伝型に非依存的に、マウスの身体状態へ影響を及ぼさなかった(図6F)。Fmr1-/yマウスは、野生型Fmr1+/yと比較して、新参マウスとのインタラクション時間が増加していた(不安の低減)(図6A)。AAV9又はAAV10からのΔ5'reg-Dgkk発現が、この表現型を修正する(図6A)。Fmr1-/yマウスは、野生型Fmr1+/yと比較して、新奇物体認識(NOR)試験における記憶が低下していた(Bhattacharya等、2012年)。Fmr1-/yマウスが見慣れた物体と比較して新奇物体を識別する能力を欠くのに対し、AAV9-Δ5'reg-Dgkkを処置した動物は新奇物体と比較して見慣れた物体に対する識別能力を示している(図6H)。これらのデータは、この処置が、動物の記憶に対して部分的に有効であることを示唆している。特定の脳の領域へのAAVのターゲティングが、部分的な回復の理由を説明できる可能性がある。Fmr1-/yマウスは、野生型Fmr1+/yと比較して、24時間を通して活動が増加した(多動)(図6I)。AAV9又はAAV10からのΔ5'reg-Dgkk発現によって、多動の表現型は修正されている(図6I)。まとめると、これらのデータは、Δ5'reg-Dgkk発現が脆弱XのFmr1-/yマウスモデルの表現型を改善する能力を有することを示唆している。
Claims (14)
- 機能性プロリンリッチ領域及び/又は機能性EPAPE反復領域を欠く機能性ヒトDGKk(ジアシルグリセロールキナーゼカッパー)タンパク質をコードする核酸、又は、前記核酸を含む発現カセット若しくは発現ベクターを含む、医薬組成物であって、前記機能性プロリンリッチ領域が配列番号1のヌクレオチド70と132との間のヌクレオチド領域であり、前記機能性EPAPE反復領域が配列番号1のヌクレオチド142と539との間のヌクレオチド領域であり、前記核酸が、配列番号1の539~3816位のヌクレオチド配列と、少なくとも90%の同一性を有し、且つ配列番号1の70~132位の配列、配列番号1の142~539位の配列、配列番号1の70~132位及び142~539位の配列、配列番号1の70~539位の配列、配列番号1の4~132位の配列、配列番号1の4~142位の配列、配列番号1の4~539位の配列、並びに配列番号1の4~648位の配列で構成される群から選択される配列の欠失を含む、医薬組成物。
- ヒトDGKkタンパク質が機能性プロリンリッチ領域及び機能性EPAPE反復領域を欠く、請求項1に記載の医薬組成物。
- ヒトDGKkタンパク質がプロリンリッチ領域及び/又はEPAPE反復領域を欠く、請求項1又は2に記載の医薬組成物。
- 機能性ヒトDGKk(ジアシルグリセロールキナーゼカッパー)タンパク質をコードする前記核酸が、5’UTRを欠いている、請求項1から3のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記核酸が配列番号1の4~69位、及び/又は133~141位、及び/又は540~648位のヌクレオチド配列中に、1つ又は複数の欠失を含む、請求項4に記載の医薬組成物。
- 前記核酸が、配列番号1の配列を有し、配列番号1の70~132位の配列、配列番号1の142~539位の配列、配列番号1の70~132位、及び142~539位の配列、並びに配列番号1の4~539位の配列で構成される群から選択される配列の欠失を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記発現カセットがニューロン特異的プロモーターを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記ニューロン特異的プロモーターがヒトシナプシン-1遺伝子プロモーターである、請求項7に記載の医薬組成物。
- 前記発現ベクターがアデノ随伴ウイルスである、請求項1から8のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記アデノ随伴ウイルスがAAV10(RH10)である、請求項9に記載の医薬組成物。
- それを必要とする患者の脆弱X症候群の処置において使用するための、請求項1から10のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- PPARガンマアゴニストと組み合わせて使用される、請求項11に記載の医薬組成物。
- 前記PPARガンマアゴニストが、チアゾリンジオンファミリーである、請求項12に記載の医薬組成物。
- 前記PPARガンマアゴニストが、ピオグリタゾン、ロベグリタゾン、シグリタゾン、ダルグリタゾン、エングリタゾン、ネトグリタゾン、リボグリタゾン、及びトログリタゾンからなる群から選択される分子、更により好ましくはピオグリタゾンである、請求項12又は13に記載の医薬組成物。
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