JP7251761B2 - 腫瘍浸潤t細胞集団を生成する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、癌の治療及び関連調査の分野に関する。特に、本発明は、科学的な、診断上の又は治療的に関連性のあるT細胞集団を生成する方法を提供する。
ヒト及び動物の集団における癌の蔓延及び死亡率とのその関わりは、腫瘍及び腫瘍細胞に対抗するための新たな治療法の必要性が引き続き存在することを意味する。腫瘍の摘出、その大きさの低下、その支持血管系の破壊、又は血液若しくはリンパ系の中を循環している癌細胞の数を低下することは、様々な方法、例えば、痛み又は不快感を低減すること、転移を防止すること、手術介入又は延命を促進することによって有益であり得る。
腫瘍又は腫瘍から転移する細胞と戦うように設計される癌療法は、典型的には、細胞傷害活性に依存する。その活性は、活性剤それ自体が有する細胞傷害作用であるか、又は活性剤によって間接的に利用される作用、例えば、腫瘍に対する宿主免疫応答の上方制御である可能性がある。多かれ少なかれ、これらの療法は、正常で健康な細胞及び組織、又は少なくとも非癌性の細胞及び組織よりむしろ、標的(腫瘍又は腫瘍細胞)に対して選択的である。正常細胞は活性剤がその治療効果を発揮するために依存する細胞傷害活性に暴露されるので、選択性が低いこれらの療法は深刻な副作用と関連している。
癌の特徴である遺伝的でエピジェネティックな変化は、免疫系が認識しかつ腫瘍細胞とそれらの健康な同等物を区別するために使用できる抗原を生じる。原則として、これは、免疫系が腫瘍を制御する上で強力な武器であり得ることを意味する。しかしながら、免疫系は腫瘍細胞に対する強力な応答を通常提供しないのが現実である。癌との闘いにおいて免疫系を操作し、したがって、利用することは治療的に非常に興味深い(Mellmanら、Nature 2011,vol.480,480-489)。
腫瘍と戦うために免疫系を助ける様々な試みが行われている。1つの初期のアプローチは、例えば腫瘍に対しても向けられる全身免疫応答を誘発するために細菌(生きたまま又は死滅した)の投与を介する、免疫系の全身刺激を伴った。これは、非特異的免疫とも呼ばれる。
腫瘍特異的抗原を認識するように特異的に免疫系を支援することを目的とした最近のアプローチは、典型的にはアジュバント(免疫応答を引き起こす又は増強することが知られている物質)と組み合わせた対象への腫瘍特異的抗原の投与を伴う。多くの場合、全ての腫瘍特異的抗原が同定されているわけではなく、例えば乳癌において、既知の抗原は全腫瘍の20~30%に見出される。腫瘍特異的ワクチン、癌ワクチンの使用は、これまでのところ成功は限られている。
腫瘍を処置するための代替方法及び二次性腫瘍の増殖又は形成を阻害するための代替方法が依然として必要である。
通常、腫瘍関連抗原(TAA)に対する強力な免疫応答の欠如は、要因の組み合わせのためであると認識されている。T細胞は、T細胞受容体(TCR)による抗原認識を介して媒介される免疫応答において重要な役割を有し、それらは免疫チェックポイントとして知られる共刺激シグナルと阻害シグナルの間のバランスを調整する(Pardoll,Nature 2012,12巻,252-264)。阻害シグナルは、自己寛容の維持のためおよび免疫系が病原体感染に応答している時に損傷から組織を保護するために重要である免疫系を抑制する。しかしながら、免疫抑制は、本来は腫瘍の発生に対する身体による有用な応答であり得るものを低減する。サイトカイン、CpGなどの他の刺激分子(樹状細胞を刺激する)、Toll様受容体リガンド及び他の分子アジュバントは、免疫応答を増強する。T細胞が直接関与する共刺激相互作用は、OX40、CD28、CD27及びCD137を含む受容体に対するアゴニスト抗体を使用して高めることができる。これらは全て、癌免疫療法に対する「プッシュ」型アプローチである。
相補的な「プル」療法は、阻害細胞若しくは分子を遮断又は枯渇させ、免疫チェックポイントとして知られるものに対する拮抗抗体の使用を含み得る。免疫チェックポイントは、CTLA-4及びPD-1並びに当技術分野で公知のこれらに対する抗体を含む。イピリムマブは、転移性黒色腫の処置についてライセンスを取得し、最初にFDAに承認された抗免疫チェックポイント抗体であり、これは細胞傷害性Tリンパ球抗原4(CTLA-4)を阻止する(Naidooら、British Journal of Cancer(2014)111,2214-2219)。サブ細胞傷害用量で免疫抑制を低減できる古典的な化学療法剤とみなされる他の薬剤があり、これらは、シクロホスファミド及びドキソルビシンを含む。
T細胞は、癌に対する免疫応答の中枢であり、癌の処置及び理解において腫瘍浸潤リンパ球(TIL)を使用する分野で関心がある。それらのT細胞受容体(TCR)を介して、T細胞は、腫瘍内の特定の抗原に対して反応性がある。腫瘍細胞は遺伝的変異を保有し、その多くは悪性腫瘍に直接又は間接的に寄与する。発現される配列中の変異は典型的には、ネオ抗原をもたらし、この抗原は、免疫系に知られていないため異物として認識され、免疫応答を誘発できる。
ネオ抗原及びそれらの関与する変異は、腫瘍の種間で、及び同じ腫瘍を有する患者間でさえ様々であり、遺伝的変異の程度は変異負荷と呼ばれる。多数の変異を有する腫瘍は、より免疫原性であると予想され、免疫学的に「ホット」と見なされ得る。変異負荷の少ない腫瘍は、典型的には免疫原性が低いので、「コールド」である。免疫系がそのネオ抗原にアクセスできない場合、腫瘍はまた「コールド」のようにみえる。TILの治療可能性に関心があるのと同様に、癌免疫療法におけるネオ抗原の理解及び利用に関心がある(Schumacher and Schreiber,Science 2015,348巻,issue 6230,pp69-74)。
このように、腫瘍におけるTIL集団と利用できるネオ抗原との間に関係があり、多くのTILは特定のネオ抗原に特異的である。これは、養子T細胞療法などのいくつかの療法の道を開き、そこで、腫瘍試料が採取され、そこからT細胞が単離され、次いで、このTILのレパートリーからのクローンがインビトロで培養され、次いで、自然免疫応答を高めるために体内に戻される。TILのコレクションに依存するこのような技術は、Linnemannらの、Immunological Reviews 2014,257巻:77-82によって説明されている。
本発明者らは、細胞膜を乱し透過化することにより腫瘍細胞を溶解することが知られているいくつかのペプチドが、ミトコンドリア及びリソソームなどの細胞小器官を攻撃するのに非常に有効であり、それらの溶解を引き起こすこともできることを立証した。これは細胞膜の直接溶解を引き起こさない低濃度で達成できるが、細胞膜の完全性の喪失は最終的には低用量の投与でも見られる。より高い用量では、これらの分子は細胞膜の溶解を引き起こし、その後、細胞小器官の膜の溶解を引き起こし得る。これは、TAAのより完全なレパートリーの放出をもたらすと考えられる。
このオルガネラ膜の破壊はまた、強力な免疫刺激機能を有する化学物質をそこから放出させ、かかる化学物質は、一般的にDAMP(損傷関連分子パターン分子)として知られており、ATP、チトクロムC、ミトコンドリアのCpG DNA配列、ミトコンドリアのホルミルペプチド、カテプシン(リソソームから)及びHMGB1(核から)を含む。この作用は、ネオ抗原を含むTAAに対するT細胞応答を高めることができる。例えば、DAMPは、抗原提示細胞の活性化、漸加及びその後の成熟に重要な役割を果たす。図1に示すように、抗原提示細胞の成熟及びかかる細胞のリンパ節への移動は、T細胞への腫瘍抗原の提示に必須である。
本発明者らは現在、膜に作用する溶解性化合物で処置された腫瘍から単離できるTIL集団の分析が、腫瘍内の有用なネオ抗原を特定できると仮定している。したがって、膜に作用する溶解性化合物で処置された腫瘍から単離されるTIL集団は驚くべきことに、未処置の腫瘍から得られるTIL集団よりもはるかに有用である。この提案される有用性は、とりわけ、膜に作用する溶解性化合物で処置された腫瘍から得られるTIL集団が、未処置腫瘍からのTIL集団と比較して増加したクローン性を有するという、本明細書の実施例に記載の観察に基づいている。異なるクローン型にわたってT細胞の相対的存在量が均等に分散されていない場合クローン性は高く、すなわち特定のクローン型が全TIL集団を支配する。TIL集団中によく現れるクローン型は、腫瘍処置及び腫瘍細胞の溶解の結果としてより容易に利用可能になったネオ抗原に対して、反応性があると考えられる(これに関しては図1を参照されたい)。かかるクローン型は、例えば、自己T細胞療法で又はワクチン療法若しくはネオ抗原ライブラリーの生成で使用できるネオ抗原の特定のために使用できる。
したがって、第1の態様において、本発明は、腫瘍浸潤T細胞集団を生成する方法を提供し、この方法は、腫瘍細胞膜を溶解できる正電荷を有する両親媒性アミノ酸誘導体、ペプチド又はペプチド模倣物を対象に投与すること、次いで上記対象内の腫瘍から細胞試料を収集すること、およびそこからT細胞を分離することを含む。
T細胞又は個々のクローン型の分離は、他の細胞型又は細胞残屑からの単離又は部分的な単離を含んでよいことを理解されたい。得られる集団は、細胞型の点で80、90、95、98又は99%純粋であり得る。
さらなる態様において、本発明は、腫瘍浸潤T細胞集団を生成する方法を提供し、この方法は、腫瘍細胞膜を溶解できる正電荷を有する両親媒性アミノ酸誘導体、ペプチド又はペプチド模倣物で処置される(された)対象から採取された細胞腫瘍試料からT細胞を分離すること、および必要に応じて、上記T細胞を培養することを含む。
収集されたT細胞集団は、典型的には、複数のT細胞クローン型を含む。必要に応じて、得られるT細胞集団は次いで、集団を維持する又は増殖するために培養される。必要に応じて、T細胞集団は、特定のクローン型について濃縮され、かつ/又は分画されて、1以上のクローン型、例えば、亜集団あたり1~10、1~5又は1、2若しくは3種のクローン型を含むサブ集団にクローン型を分離できる。
細胞腫瘍試料は、固形腫瘍病巣の全部又は一部を含んでよく、典型的には腫瘍細胞及びTILを含み、その一部はT細胞である。腫瘍試料からT細胞を集める、すなわち、そのような試料からT細胞を分離する方法は、当技術分野で知られている。
生成されたT細胞集団は、本実施例に記載のとおり、例えば、クローン性を評価するために分析されてよい。T細胞は、特性を、例えば、それらのT細胞受容体(TCR)の結合親和性又は配列を調べるために分析されてよい。
理論に束縛されることなく、T細胞集団内のクローン型の一部は腫瘍ネオ抗原に反応性であり(特異的であり)、特に、最も高度に現れるクローンの一部は腫瘍ネオ抗原に反応性であると考えられる。したがって、本発明の方法はさらに、それらの対応する腫瘍ネオ抗原を特定するために、生成されたT細胞を分析する工程を含んでよい。
さらなる実施形態において、上述の腫瘍浸潤T細胞集団を生成する方法は、エクソビボでT細胞を増殖させるさらなる工程を含む。この増殖は、当技術分野で公知の標準的な細胞培養法を用いて行うことができる。さらなる態様において、本発明は、上で定義した方法によって得られる単離T細胞を提供する。
上で定義した方法から生成される腫瘍浸潤T細胞は、腫瘍に罹患している患者を処置するために、養子細胞移入療法戦略の一部として治療上使用できる。したがって、本発明の方法は、生成され必要に応じて増殖させたT細胞を対象に投与するさらなる工程を含んでよい。
さらなる態様において、本発明は、腫瘍細胞を処置すること又は対象における腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減することにおける使用のための、上で定義したT細胞集団を提供する。
したがって、例えば、本発明は、腫瘍細胞を処置すること又は対象における腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減することにおける使用のための、上で定義したエクソビボでの方法から生成される増殖T細胞集団を提供する。
かかる戦略は、当技術分野で公知であり、Schumacher & Schreiber,Science 2015,348:69-74に記載されている。小規模で選択されるクローン型、例えば、1~20、1~15、1~10又は1~5種のクローン型が、好ましくは投与される。
代替的に見て、本発明は、腫瘍細胞を処置する又は腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減する方法を提供し、この方法は、それを必要とする対象に上で定義した方法から生成される治療的有効量のT細胞を投与することを含む。
代替的に見て、本発明は、腫瘍細胞を処置する又は対象における腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減するための医薬の製造における、上で定義した方法から生成されるT細胞の使用を提供する。
処置される対象は、両親媒性アミノ酸誘導体、ペプチド又はペプチド模倣物を投与される対象と異なっていてよいが、好ましくは、対象は同じである。かかる戦略は、腫瘍の表面上に存在する抗原又はネオ抗原に対する対象の免疫系の感度を高め、したがって、免疫系が腫瘍組織を排除する可能性を高める。この戦略はまた、発達し得るその後の転移に対する免疫系の感度を高める。
T細胞はまた、T細胞に結合する腫瘍特異的抗原又はネオ抗原を特定するために使用できる。従って、本発明の方法は、腫瘍特異的抗原又はネオ抗原を特定するさらなる工程を含んでよい。この方法は、T細胞をエクソビボで増殖した後に行われるか、或いは、この方法は、インビボで生成されたT細胞上で直接行われてよい。さらなる態様において、本発明は、上記T細胞に結合できる腫瘍特異的抗原又はネオ抗原を特定することにおける、上で定義した方法から生成されるT細胞の使用を提供する。かかるネオ抗原を特定する方法は、当技術分野で公知であり、Linnemann Cら,Immunol.Rev.2014,257:72-82に記載されている。簡単に説明すると、ネオ抗原は、変異を決定するために健康的な患者エクソームと癌エクソームを比較し、次いで癌エクソームで提示される変異に基づいて変異ペプチドを合成し、次いで生成されたT細胞に対して変異ペプチドをスクリーニングすることによって特定できる。或いは、抗原又はネオ抗原は、T細胞受容体に結合する可能性のあるペプチドモチーフを特定するためのT細胞集団の受容体の配列決定によって特定できる。本発明の方法によって生成される豊富な(例えば、最高10、20又は30種の)クローン型のTCR配列決定を含む方法が、本発明の好ましいさらなる態様である。
さらなる態様において、本発明は、上で定義した方法によって得られる抗原又はネオ抗原を提供する。
好ましくは、腫瘍特異的抗原又はネオ抗原を特定する方法は、特定した抗原又はネオ抗原を合成し必要に応じて必要とする対象に抗原又はネオ抗原を投与し、それによって腫瘍細胞を処置する又は腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減するさらなる工程を含んでよい。さらなる態様において、本発明は、腫瘍細胞を処置する又は腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減することにおける使用のための、上で定義した方法を用いて特定される抗原又はネオ抗原を提供する。抗原又はネオ抗原の投与は、腫瘍の表面上に存在する同じ抗原又はネオ抗原に対する対象の免疫系を再び刺激し、したがって免疫系が腫瘍組織を排除する可能性を高める。この戦略はまた、その後発達し得る転移に対する免疫系の感度を高める。
抗原又はネオ抗原は、両親媒性アミノ酸誘導体、ペプチド又はペプチド模倣物を投与される対象だけでなく、腫瘍に罹患している他の対象にも投与されてよい。しかしながら、多くの抗原及びネオ抗原は、患者間の腫瘍の不均一性により個々の患者に特異的であるので、好ましくは抗原又はネオ抗原は、両親媒性アミノ酸誘導体、ペプチド又はペプチド模倣物を最初に投与される対象に投与される。
特定された抗原又はネオ抗原は、特定の腫瘍に特異的である免疫応答を刺激するワクチンとして作用する。したがって、抗原又はネオ抗原は、それらがより免疫原性になるように改変されてよい。例えば、抗原又はネオ抗原は、抗原又はネオ抗原の免疫原性を高めるために、主要組織適合遺伝子複合体タンパク質に結合される。加えて、上述した抗原若しくはネオ抗原、又は増殖T細胞は、免疫原性を再び高めるワクチンアジュバントと共に投与されてよい。
代替的に見て、本発明は、腫瘍細胞を処置する又は腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減する方法を提供し、この方法は、上で定義した方法を用いて特定される治療的有効量の抗原又はネオ抗原を投与することを含む。
代替的に見て、本発明は、腫瘍細胞を処置する又は対象における腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減するための医薬の製造における、上で定義した方法を用いて特定される抗原又はネオ抗原の使用を提供する。
上記の処置の方法は好ましくは、チェックポイント阻害剤との共投与を含む。
上記の方法は、T細胞クローン(クローン型)のライブラリー又は個々の若しくは特定の腫瘍型に特異的なネオ抗原を生成するために使用できる。
本発明の方法は、T細胞集団の生成を伴い、上記T細胞集団からの1以上のT細胞クローン型の特定及び/又は単離をさらに含んでよい。好ましくは、方法は、上記T細胞集団からの複数のT細胞クローン型の特定及び/又は単離を含む。
本明細書で定義される膜活性分子によって示される特性の特有の組み合わせは、特に有用なT細胞集団をもたらす。分子は好ましくは、細胞内膜、例えば、ミトコンドリア膜又はリソソーム膜又は核膜の完全性の喪失を引き起こすことができ、ミトコンドリア膜及びリソソーム膜が好ましい。この完全性の喪失は、細胞小器官の含有物の少なくとも一部を放出させるのに十分であり、膜の崩壊を含み得る。このプロセスでは、抗原は、これらの抗原に結合できる特異的T細胞の成熟を誘発する樹状細胞による認識のために利用可能にされる。これは、これらの新規の抗原に特異的なT細胞による腫瘍の浸潤を高める。ネオ抗原に対するT細胞応答は強く、腫瘍内でネオ抗原を認識できるクローン型の大部分を浸潤T細胞が含むことを意味する。以前は弱い免疫原性であった腫瘍について、細胞膜及び、特に、細胞内膜のこの破壊は、広範囲のTAA、特に以前は「隠れていた」腫瘍ネオ抗原の放出をもたらす。次にこれが、より大きなT細胞応答をもたらす。
細胞内膜の完全性の喪失について試験する、例えば、チトクロムCの放出について試験する方法は、当技術分野で公知であり、適切な方法は実施例に記載されている。細胞溶解について試験する方法も当技術分野で公知であり、透過型電子顕微鏡の使用を含み、実施例に記載されている。
この非常に広範囲の放出され認識可能なTAAは本質的に、腫瘍をはるかに免疫原性にし、したがって免疫系により検出できるようにし、これはその後、体内に存在する最初に処置される腫瘍及び他の腫瘍の退縮に寄与できる。
したがって、さらなる態様において、本発明は、腫瘍の処置における使用のための、腫瘍浸潤T細胞集団をインビボで生成するのに使用する、本明細書で定義されるアミノ酸誘導体、ペプチド又はペプチド模倣物を提供する。アミノ酸、ペプチド又はペプチド模倣物は、腫瘍を有する対象に投与され、好ましくは投与は腫瘍内投与である。生成されるT細胞集団は好ましくは、対象の免疫系によって以前は認識されない(治療に関連する程度に)抗原に対するクローン型を含む。
腫瘍細胞の溶解後に生成されるTIL集団は、より免疫原性にするために変更されてよく、すなわち腫瘍特異的抗原を検出する際に適応免疫応答を活性化する可能性がより高くなり得る。TIL集団を改変する方法は、当技術分野で公知である。例えば、T細胞の特異性を変化させ得るT細胞受容体(TCR)を遺伝的に変更する研究が行われている。これは、目的の腫瘍抗原に特異的なTCRα鎖及びβ鎖を特定し、対応する核酸配列を単離し形質導入ベクター中にクローニングし、T細胞を形質導入することにより行われる。この技術は、TCRと抗原との間の相互作用(結合活性)をさらに向上させるために、α鎖及びβ鎖のインビトロ修飾を可能にする。
別の戦略は、キメラ抗原受容体(CAR)T細胞を形成することである。これらのCAR T細胞は、抗体様の認識とT細胞活性化機能を両方兼ね備えている。CARは、典型的にはモノクローナル抗体に由来する抗原結合ドメイン、T細胞にCARを固定する膜貫通ドメイン、及び腫瘍抗原がCARに結合した時に持続性、輸送及びエフェクター機能を誘導する1以上の細胞内シグナル伝達ドメインから構成されている。細胞内シグナル伝達ドメインは、T細胞の長期的な活性化をもたらす。上記のTIL集団の免疫原性を改善する概念は、Sharpe&Mount Dis.Model Mech.2015,8:337-50に概説されるように、当技術分野で公知である。
膜に作用する溶解性化合物での処置は、腫瘍内で有用なネオ抗原を特定するTILをもたらすことができる。これらのTILは、有用なTCR及びCARの開発を支援できることも認識される。特に、例えばX線結晶学を用いる、生じたTILのTCRの分析は、抗原結合領域の構造を決定するために行われてよく、この構造解析は次いで、抗原結合を模倣するか、又はさらに向上する新しいTCR及びCARを開発するために使用できる。或いは、そのような新規のTCR及びCARは、ネオ抗原の構造を分析することにより開発できる。これらのTCR及びCARは、上述のように免疫細胞の活性化を向上させるために改変されてよい。次いで、これらの新規のTCR及びCARは、細胞がそれらを細胞膜上で発現するように、T細胞(腫瘍特異的であっても、そうでなくてもよい)中に遺伝的に導入できる。これらの新しいのTCR及びCARはまた、ナチュラルキラー(NK)細胞中にも遺伝的に導入できる。これらのT細胞は、有用なネオ抗原を特定するために使用されるTILと同じであってよい。
これらの遺伝的に改変されたT細胞又はNK細胞は次いで、腫瘍を処置するために患者に投与できる。遺伝的に導入されるTCR又はCARは、処置のために遺伝的に改変されたT細胞又はNK細胞を投与される同じ患者に由来し得るか、或いは、患者は異なり得る(好ましくは、患者は同じである)。
本発明の方法で使用する分子は、それらが親水性の、すなわちカチオン性の部分(複数可)、及び疎水性の部分(複数可)を有する点で両親媒性である。したがって、分子は、リン脂質膜の負電荷に引き寄せられ、それらの疎水基(複数可)を有する脂質膜の脂肪鎖と相互作用できる。
細胞又は細胞内のリン脂質膜を溶解する能力を有する両親媒性分子は、当技術分野で公知であり、溶解性分子と呼ばれ得る。溶解は、膜がその機能的完全性、並びに区画化する、例えば浸透圧又はpH勾配又は他の濃度勾配を維持する正常な能力を失うような、膜の不安定化を含む。典型的には溶解は、脂質二重層の部分的又は完全な崩壊をもたらし、それは顕微鏡で観察され細胞質の喪失及び総細胞壁構造の喪失を含み得る。
使用されるアミノ酸は、それらが天然に存在するアミノ酸ではなく標準的なアミノ酸構造への修飾、例えば修飾されたカルボキシル基を典型的には含むような誘導体である。
本発明に従って使用する分子は、カチオン性抗菌ペプチド(CAP)として一般に知られるペプチド群を含む。これらは正電荷を有する両親媒性ペプチドであり、この種のペプチドは多くの種に見出され、かつ先天性免疫系の一部を形成する。CAPラクトフェリシン(LfcinB)は、ミトコンドリアに影響を与えることが示された25個のアミノ酸ペプチドである(Eliasenら、Int.J.cancer(2006)119,493-450)。9個のアミノ酸ペプチド(WO 2010/060497に記載の種類の)である、はるかに小さいペプチドLTX-315もまた、ミトコンドリアを標的とすることも見出された。
各分子は好ましくは、少なくとも2つの環状基を含有する。環状基は好ましくは、脂肪族又は芳香族、好ましくは芳香族であり得、かつ置換されていてもよい5又は6員環であり(より大きな環、例えば7、8、9又は10個の非水素原子の環を使用できるが)、置換基は酸素、窒素、硫黄又はハロゲン、特に、フッ素、臭素又は塩素などのヘテロ原子を含み得る。好ましい置換基は、C1~C4アルキル(特に、t-ブチル)、メトキシ、フルオロ及びフルオロメチル基を含む。環状基は、炭素原子の同素環又は複素環、好ましくは同素環であり得る。環状基は、連結又は縮合され、好ましくは、融合されていてよい。特に好ましい側鎖は、ナフタレン又はインドール基を含む。親油性側鎖のさらに好ましい基は、単置換若しくは非置換の環状基、好ましくはフェニル基又はシクロヘキシル基を有する。
単一アミノ酸誘導体は、それらが必要な両親媒性を有するという条件で使用できる。単一アミノ酸誘導体は、少なくとも1つ、好ましくは少なくとも2つの正電荷を保有し、適切なカチオン性を発揮するのは、修飾された、例えばアミド化又はエステル化され、おそらく6個以上の非水素原子の親油性基が付加されたC末端を典型的には有する。単一アミノ酸誘導体は、リン脂質膜を乱すことができる親油性基(複数可)、例えばトリブチルトリプトファンなどの10個以上又は12個以上の非水素原子の単一基を含有する必要がある。アミノ酸は、それぞれ少なくとも6個の非水素原子である、2個以上の親油基を含んでよい。好ましいアミノ酸誘導体は、以下にさらに詳細に記載されるように、二置換されたβアミノ酸である。
好ましいペプチドは2~25個(好ましくは2~20又は2~15、より通常は6~10個)のアミノ酸からなり、pH7.2~7.6で正味の正電荷を有していてよい。好ましくは、(i)2個以上(例えば、2又は3~15又は18個)のアミノ酸がカチオン性側鎖を有し、かつ(ii)1個以上(例えば、1又は2~6個)のアミノ酸が、例えば少なくとも1つの環状基及び少なくとも7個の非水素原子を組み込む、親油性側鎖を有する。
ペプチドは典型的には、少なくとも1個の環状基及び少なくとも7個の(環状基を含む)非水素原子を組み込む親油性側鎖を有する1個以上のアミノ酸を含む。好ましくは、ペプチドは、1~6個、より好ましくは1~4個、例えば1、2又は3個の親油性側鎖を含む。全てのかかるアミノ酸及びその側鎖は、便宜上「嵩高くかつ親油性の」アミノ酸/側鎖と呼ばれ得る。好ましくは、側鎖は、少なくとも8個、より好ましくは少なくとも10個の非水素原子を含有する。上で定義される通り、好ましい親油性側鎖は、2個又は3個の環状基、好ましくは2個の環状基を組み込む。
遺伝子コードされるアミノ酸の中で、フェニルアラニン(7個の非水素原子)、トリプトファン(10個の非水素原子)及びチロシン(8個の非水素原子)は、適切な嵩高くかつ親油性のアミノ酸である。トリプトファンは、その2つの縮合環構造及びさらなる嵩高さにより、特に好ましい。天然に存在し得る非遺伝的アミノ酸、並びにトリプトファン、フェニルアラニン及びチロシンの類似体、並びに上で定義される親油性基を組み込むように修飾されたアミノ酸も使用でき、例えばインドール環の1位、2位、5位及び/又は7位で置換されているトリプトファン残基、1位又は2位が好ましく例えば5' ヒドロキシトリプトファンを使用できる。嵩高くかつ親油性の特性を有する様々な他のアミノ酸誘導体が当業者に知られている。
好ましい遺伝子コードされない嵩高くかつ親油性のアミノ酸は、アダマンチルアラニン;3-ベンゾチエニルアラニン;ビフェニルアラニン、例えば4,4'-ビフェニルアラニン;ジフェニルアラニン、例えば3,3-ジフェニルアラニン;ビフェニルアラニン誘導体、例えばBip(4-(2-ナフチル))、Bip(4-(1-ナフチル))、Bip(4-n-Bu)、Bip(4-Ph)又はBip(4-T-Bu)又はPhe(4-(2'-ナフチル))、Phe(4-(1’-ナフチル))、Phe(4-n-ブチルフェニル)、Phe(4-4'-ビフェニル)又はPhe(4'-t-ブチルフェニル);ホモフェニルアラニン;2,6-ジクロロベンジルチロシン、シクロヘキシルチロシン;7-ベンジルオキシトリプトファン;トリブチルトリプトファン(Tbt)、例えばトリ-tert-ブチルトリプトファン;ホモトリプトファン;3-(-アントラセニル)-L-アラニン;L-p-イソ-プロピルフェニルアラニン;チロキシン;3,3',5-トリヨード-L-チロニン;トリヨードチロシン;2-アミノ-3-(アントラセン-9-イル)プロパン酸;2-アミノ-3-(ナフタレン-2-イル)プロパン酸;2-アミノ-3-(ナフタレン-1-イル)プロパン酸;2-アミノ-3-[1,1’:4’,1”-テルフェニル-4-イル]-プロピオン酸;2-アミノ-3-(2,5,7-トリ-tert-ブチル-1H-インドール-3-イル)プロパン酸;2-アミノ-3-[1,1’:3’,1”-テルフェニル-4-イル]-プロピオン酸;2-アミノ-3-[1,1’:2’,1”-テルフェニル-4-イル]-プロピオン酸;2-アミノ-3-(4-ナフタレン-2-イル-フェニル)-プロピオン酸;2-アミノ-3-(4'-ブチルビフェニル-4-イル)プロパン酸;2-アミノ-3-[1,1’:3’,1”-テルフェニル-5'-イル]-プロピオン酸;及び2-アミノ-3-(4-(2,2-ジフェニルエチル)フェニル)プロパン酸を含む。
好ましいペプチドは、少なくとも1個の、例えば1~4個の、典型的には1又は2個の遺伝子コードされないアミノ酸、例えばビフェニルアラニン又はジフェニルアラニンを含む。
親油性分子は、水溶液中で同じ種類のものと結合する分子であり、これは必ずしも親油性分子間の相互作用が親油性分子と水との間よりも強いためであるとは限らず、親油性分子と水との間の相互作用が水分子同士のもっと強い相互作用を破壊するためである。したがって好ましくは、親油性側鎖は多くの極性官能基を含有するべきでなく、例えば4個以下、好ましくは2個以下、例えば1個又はなしである。かかる基は、水性環境との結合相互作用を増加させ、それゆえ分子の親油性を低下させる。トリプトファンの側鎖のような側鎖のわずかな極性は許容され、実際に、トリプトファンは、第2のペプチド中に見出される好ましい、嵩高くかつ親油性のアミノ酸である。
標準的な化学保護基は、アミノ酸側鎖に結合されると、適切な嵩高くかつ親油性の側鎖を提供できる。適切なアミノ酸保護基は、当技術分野で周知であり、Pmc(2,2,5,7,8-ペンタメチルクロマン-6-スルホニル)、Mtr(4-メトキシ-2,3,6-トリメチルベンゼンスルホニル)及びPbf(2,2,4,6,7-ペンタメチルジヒドロベンゾフランスルホニル)を含み、これらは芳香族アミノ酸、例えばフェニルアラニン、トリプトファン及びチロシンの嵩高さ及び親油性を都合よく増大させることができる。また、tert-ブチル基は、様々なアミノ酸に対する共通の保護基であり、特に芳香族側鎖を修飾する場合に、アミノ酸側鎖に嵩高くかつ親油性の基を提供できる。Z基(カルボキシベンジル)は、嵩高くかつ親油性の基を提供するために使用できるさらなる保護基である。
少なくとも1つの環状基及び少なくとも7個の非水素原子を組み込むさらなる親油性基は、N又はC末端修飾として提示され、好ましい嵩高くかつ親油性の基の上述の議論は、必要な変更を加えて、この基に適用される。
さらなる嵩高くかつ親油性の基を提供するN末端修飾は、任意の都合のよい手段によってN末端アミンに直接結合されて、モノアルキル化、ジアルキル化及びおそらくカチオン性のトリアルキル化されたN末端アミンを形成できる。或いは、さらなる嵩高くかつ親油性の基(以下の段落で「R」)は、連結部分、例えばカルボニル基(RCO)、例えばアダマンチル若しくはベンジル、カルバメート(ROCO)、又は尿素(RNHCO)若しくは(R2NCO)を形成するリンカーを介して、又はスルホンアミド、ボロンアミド又はホスホンアミドを形成するリンカーによって結合される。スルホンアミド形成リンカーは、より安定なペプチドが必要とされる場合に、特に有用であり得る。
上で定義される嵩高くかつ親油性の基はまた、C末端修飾基によって提供され得る。嵩高くかつ親油性の基は、C末端カルボキシ基に直接結合されて、ケトンを形成できる。或いは、嵩高くかつ親油性の基は、連結部分、例えばC末端でエステルを形成する(OR)、それぞれC末端で一級及び二級アミド基を形成する(NH-R)又は(NR2、ここで2つのR基は同一である必要はない)又はボロン酸エステル若しくはリン類似体を形成する基(B-(OR)2)を介して結合され得る。Dae(ジアミノエチル)は、C末端に嵩高くかつ親油性の基、例えばカルボベンゾキシ(Z)を結合するために使用できる、さらなる連結部分である。
カチオン性残基の数は、おそらくペプチドの長さに比例し、例えば残基の1/3~3/4はカチオンであることを理解されたい。同様に、残基の1/4~2/3は親油性である(好ましくは7個以上の非水素原子を有する)。
特定の実施形態において、ペプチドは、カチオン性側鎖を有する3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、又は19個のアミノ酸を含有できる。参照を容易にするために、これらのアミノ酸は、「カチオン性残基」として以下の節で参照される。
ペプチドが8、9、10又は11個のアミノ酸からなるさらなる実施形態において、ペプチドは、3~10個、例えば4~9、5~8、6~7又は5個のカチオン性残基を含み得る。ペプチドが4、5、6又は7個のアミノ酸からなるさらなる実施形態において、ペプチドは、2~6個、例えば、3又は4個のカチオン性残基を含み得る。
特定の実施形態において、ペプチドは、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17又は18個の嵩高くかつ親油性アミノ酸を含有してよい。
ペプチドが16、17、18、19又は20個のアミノ酸からなる特定の実施形態において、ペプチドは3~17個、4~16、5~15、6~14、7~13、8~12、9~11又は10個の嵩高くかつ親油性の残基を含んでよい。ペプチドが8、9、10又は11個のアミノ酸からなるさらなる実施形態において、ペプチドは、3~8個、例えば、4~7個の嵩高くかつ親油性の残基を含んでよい。ペプチドが4、5、6又は7個のアミノ酸からなるさらなる実施形態において、ペプチドは、2~5個、例えば、3又は4個の嵩高くかつ親油性の残基を含んでよい。
ペプチド中の嵩高くかつ親油性及びカチオン性残基並びにさらなる嵩高くかつ親油性の基の配置は、本発明の機能に最も重要ではない。
「カチオン性側鎖を有するアミノ酸」とは、腫瘍細胞の細胞内pH、例えば約pH7.4で正味の正電荷を有する側鎖を有するアミノ酸を意味する。遺伝子コードされるアミノ酸の中で、これはリジン及びアルギニンを含むが、その側鎖上にかかる正味の正電荷を保有する任意の遺伝子コードされないアミノ酸又は修飾アミノ酸が使用され、例えばグアニジノ基又はアミン基又は別のカチオン性部分、例えばリジンの誘導体、及びアルギニンを有する側鎖を保有するそれらのアミノ酸を使用でき、プロトン化水素以外の側鎖中の任意の水素は、ハロゲン原子、例えばフッ素、塩素又は臭素、又は、直鎖、分枝鎖、脂肪族、不飽和又は飽和のC1~C4アルキル又はアルコキシ基、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、エチレン、プロピレン、ブチレン、ヒドロキシ、メトキシ、エチルオキシ、プロピルオキシ、イソ-プロピルオキシ、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ、sec-ブチルオキシ、tert-ブチルオキシ又はハロゲン置換されたそのバージョンで置換される。
カチオン性側鎖を有する適切な遺伝子コードされないアミノ酸は、ホモリジン、オルニチン、ジアミノ酪酸、ジアミノピメリン酸、ジアミノプロピオン酸及びホモアルギニン並びにトリメチルリジン及びトリメチルオルニチン、4-アミノピペリジン-4-カルボン酸、4-アミノ-1-カルバムイミドイルピペリジン-4-カルボン酸及び4-グアニジノフェニルアラニンを含む。
アミノ酸は、グリシンを除いて、2種以上の立体異性体として存在し得る。特に、グリシン以外のアミノ酸のα-炭素は、キラル中心であるので、各アミノ酸の2つのエナンチオマー形態を生じる。これらの形態は、多くの場合、D及びL型、例えばD-アラニン及びL-アラニンと呼ばれる。さらなるキラル中心を有するアミノ酸は、4以上の可能性のある立体異性体に存在しており、例えばスレオニンは2つのキラル中心を有しているので、4つの立体異性体型のうちの1つに存在し得る。アミノ酸の任意の立体異性体形態は、本発明の分子で使用できる。本発明を説明する目的で、用語「遺伝子コードされない」がアミノ酸に適用される場合、これは、L型で天然に存在するアミノ酸のD型を含まない。
好ましくは、本発明の正電荷を有する両親媒性アミノ酸誘導体、ペプチド又はペプチド模倣物を、以下の節に記載されるようにさらに定義する。
溶解性ノナペプチド
特許公報WO2010/060497に記載されているように、溶解性ペプチド又はペプチド模倣物は、以下の特性を有してよい:
a)直鎖状配列の9個のアミノ酸からなる;
b)これらの9個のアミノ酸のうち、5個はカチオンであり、4個は親油性R基を有する;
c)上記9個のアミノ酸の少なくとも1個は、遺伝子コードされないアミノ酸又は遺伝子コードされるアミノ酸の修飾誘導体であり;必要に応じて、
d)親油性及びカチオン性残基は、互いに隣接する2以下のいずれかのタイプの残基が存在するように配置されており;さらに必要に応じて、
e)分子は、2対の隣接するカチオン性アミノ酸及び1対又は2対の隣接する親油性残基を含む。
同一である又は異なっていてよいカチオン性アミノ酸は、好ましくはリジン又はアルギニンであるが、ヒスチジン又はpH7.0で正電荷を保有する任意の遺伝子コードされないアミノ酸又は修飾アミノ酸であり得る。
適切なカチオン性の遺伝子コードされないアミノ酸及び修飾されたカチオン性アミノ酸は、ホモリジン、オルニチン、ジアミノ酪酸、ジアミノピメリン酸、ジアミノプロピオン酸及びホモアルギニンなどのリジン、アルギニン及びヒスチジンの類似体、並びにトリメチルリジン及びトリメチルオルニチン、4-アミノピペリジン-4-カルボン酸、4-アミノ-1-カルバムイミドイルピペリジン-4-カルボン酸及び4-グアニジノフェニルアラニンを含む。
同一である又は異なっていてよい親油性アミノ酸(すなわち、親油性R基を有するアミノ酸)は全て、少なくとも7個、好ましくは少なくとも8又は9個、より好ましくは少なくとも10個の非水素原子を有するR基を所有する。親油性R基を有するアミノ酸は、親油性アミノ酸と本明細書で呼ばれる。典型的には親油性R基は、縮合又は結合されていてよい、少なくとも1個、好ましくは2個の環状基を有する。
親油性R基は、O、N又はSなどのヘテロ原子を含有できるが、典型的には1以下のヘテロ原子が存在し、好ましくはそれは窒素である。このR基は、好ましくは2以下の極性基、より好ましくは1つも無いか又は1個の極性基を有しており、最も好ましくは1つも無い。
トリプトファンは好ましい親油性アミノ酸であり、分子は、好ましくは1~3個、より好ましくは2又は3個、最も好ましくは3個のトリプトファン残基を含む。組み込まれてよいさらなる親油性の遺伝子コードされるアミノ酸は、フェニルアラニン及びチロシンである。
好ましくは、親油性アミノ酸の1個は、遺伝子コードされないアミノ酸である。最も好ましくは分子は、3個の親油性の遺伝子コードされるアミノ酸、5個のカチオン性の遺伝子コードされるアミノ酸及び1個の親油性の遺伝子コードされないアミノ酸からなる。この文脈において、Dアミノ酸は、厳密には遺伝子コードされていないが、単に立体特異的ではなく、構造的に20個の遺伝子コードLアミノ酸と異ならなければならない「遺伝子コードされないアミノ酸」とはみなされない。本発明の分子は、D型で存在するアミノ酸のいくつか又は全てを有していてよいが、しかしながら好ましくは全てのアミノ酸はL型である。
分子が親油性の遺伝子コードされないアミノ酸(又はアミノ酸誘導体)を含む場合、そのアミノ酸のR基は、好ましくは35個以下の非水素原子、より好ましくは30個以下、最も好ましくは25個以下の非水素原子を含有する。
好ましい遺伝子コードされないアミノ酸は、2-アミノ-3-(ビフェニル-4-イル)プロパン酸(ビフェニルアラニン)、2-アミノ-3,3-ジフェニルプロパノン酸(ジフェニルアラニン)、2-アミノ-3-(アントラセン-9-イル)プロパン酸、2-アミノ-3-(ナフタレン-2-イル)プロパン酸、2-アミノ-3-(ナフタレン-1-イル)プロパン酸、2-アミノ-3-[1,1':4',1”-テルフェニル-4-イル]-プロピオン酸、2-アミノ-3-(2,5,7-トリ-tert-ブチル-1H-インドール-3-イル)プロパン酸、2-アミノ-3-[1,1':3,1”-テルフェニル-4-イル]-プロピオン酸、2-アミノ-3-[1,1':2,1”-テルフェニル-4-イル]-プロピオン酸、2-アミノ-3-(4-ナフタレン-2-イル-フェニル)-プロピオン酸、2-アミノ-3-(4'-ブチルビフェニル-4-イル)プロパン酸、2-アミノ-3-[1,1':3,1”-テルフェニル-5’-イル]-プロピオン酸及び2-アミノ-3-(4-(2,2-ジフェニルエチル)フェニル)プロパン酸を含む。
好ましい実施形態において、本発明の化合物は、下記の式I~Vの1つを有し、その中でCは上で定義したカチオン性アミノ酸を表し、Lは上で定義した親油性アミノ酸を表す。アミノ酸は、好ましくは真のペプチドをもたらすペプチド結合により又はペプチド模倣物をもたらす他の結合により、共有結合される。これらの分子の遊離アミノ末端又はカルボキシ末端は修飾されてよく、カルボキシ末端は負電荷を取り除くために好ましくは修飾され、最も好ましくはカルボキシ末端はアミド化され、このアミド基は置換されていてよい。
CCLLCCLLC(I)(配列番号1)
LCCLLCCLC(II)(配列番号2)
CLLCCLLCC(III)(配列番号3)
CCLLCLLCC(IV)(配列番号4)
CLCCLLCCL(V)(配列番号5)
β及びγアミノ酸並びにαアミノ酸は、用語「アミノ酸」に含まれ、N-置換グリシンもそうである。本発明の化合物は、ベータペプチド及びデプシペプチドを含む。
上述したように、本発明の化合物は、少なくとも1個、好ましくは1個の遺伝子コードされないアミノ酸を組み込む。この残基がL’で示される場合、好ましい化合物は以下の式で表される:
CCL’LCCLLC(配列番号6)
CCLLCCLL’C(配列番号7)
CCLL’CCLLC(配列番号8)
LCCLL’CCLC(配列番号9)
特に好ましいのは、式I及びIIのペプチドであり、これらのうち、式Iのペプチドが特に好ましい。
表1に示すような以下のペプチドが最も好ましい。
Figure 0007251761000001
ここで:
・標準の一文字コードが遺伝子コードされるアミノ酸のために使用される。
・小文字はDアミノ酸を意味する。
・Dipはジフェニルアラニンである。
・Bipはビフェニルアラニンである。
・Ornはオルニチンである。
・Dapは2,3-ジアミノプロピオン酸である。
・Dabは2,4-ジアミノ酪酸である。
・1-Nalは1-ナフチルアラニンである。
・2-Nalは2-ナフチルアラニンである。
・Athは、2-アミノ-3-(アントラセン-9-イル)プロパン酸である。
・Phe(4,4'Bip)は2-アミノ-3-[1,1':4',1”-テルフェニル-4-イル]プロピオン酸である。
本明細書に記載の分子の全ては、塩、エステル又はアミドの形態であり得る。
したがって、本発明に従って提供されるのはまた、LTX-301、LTX-303~LTX-310、LTX-312~LTX-321、LTX-323~LTX-327、LTX-329、LTX-331~LTX-336、及びLTX-338、又はその塩、エステル若しくはアミドからなる群から選択される化合物である。したがって、本発明は、配列番号10及び12~42、又はその塩、エステル若しくはアミドからなる群から選択される式を有する化合物を提供する。特に好ましいのは、化合物LTX-315である。
分子は好ましくはペプチドであり、好ましくは修飾された、特にアミド化されたC末端を有する。アミド化ペプチドは、それ自体が塩の形態であってよく、アセテート形態が好ましい。適切な生理学的に許容される塩は、当技術分野で周知であり、無機酸又は有機酸の塩を含み、トリフルオロ酢酸並びに酢酸及びHClと形成される塩を含む。
本明細書に記載される分子は本質的に両親媒性であり、αヘリックスの形成に向かう傾向があっても、又はなくてもよいそれらの2°構造は、生理学的条件下で両親媒性分子を提供する。
二置換βアミノ酸を有する分子
特許公報WO2011/051692に記載されているように、ペプチド、ペプチド模倣物又はアミノ酸誘導体は、少なくとも+2の正味の正電荷を有していてよく、二置換βアミノ酸を組み込んでおり、βアミノ酸中の置換基の各々は、同一である又は異なっていてよく、少なくとも7個の非水素原子を含み、親油性であり、少なくとも1個の環状基を有し、置換基内の1以上の環状基は他の置換基内の1以上の環状基に結合及び融合されていてよく、その場合の環状基は、2置換基の非水素原子の合計数が少なくとも12であるように融合される。βアミノ酸上の2つの置換基は好ましくは同一である。
親油性は、二相系、例えば1-オクタノール/水などの液体-液体中の分子の分布によって測定できる。ヒドロキシ、カルボキシ、カルボニル、アミノ及びエーテルなどの極性置換基は、それらが親油性を低下させるので、1-オクタノール/水などの二相系で分配係数を減少させることは当技術分野で周知であり;親油性置換基は、したがって好ましくは、2以下の、より好ましくは1個の極性基を含有するか、又はそのような極性基を含有しない。
βアミノ酸は、β炭素原子に結合されるアミノ基を有し;遺伝子コードされるアミノ酸は、アミノ基がα炭素原子に結合されるるαアミノ酸である。この配置は、1以上のβアミノ酸を組み込むペプチド主鎖のβアミノ酸あたり1個の原子分長い。この配置で、α及び/又はβ炭素原子は置換できる。α又はβ炭素原子は二置換されてよく;α炭素原子が二置換される場合はβ2,2アミノ酸が生じ、β炭素原子が二置換される場合はβ3,3アミノ酸が生成される。α又はβ炭素原子の各々上の1個の置換基は、β2,3アミノ酸をもたらす。β2,2及びβ3,3二置換アミノ酸が好ましく、β2,2二置換アミノ酸が特に好ましい。
βアミノ酸は、少なくとも7個の非水素原子を組み込む2個の基で置換される。好ましくは1個、より好ましくは両方の置換基が少なくとも8個、より好ましくは少なくとも10個の非水素原子を含有する。これらの基は本質的に親油性であり、それらは異なっていてよいが、好ましくは同一である。それぞれは少なくとも1個の環状基、典型的には脂肪族又は芳香族、好ましくは芳香族であり得、置換されていてもよい6員環を含有し、置換基は酸素、窒素、硫黄又はハロゲン、特にフッ素又は塩素などのヘテロ原子を含んでよい。好ましい置換基は、C1~C4アルキル(特に、t-ブチル)、メトキシ、フルオロ及びフルオロメチル基を含む。環状基は同素環又は複素環であり得、好ましくはそれらは炭素原子の同素環である。好ましい親油性置換基は、結合若しくは融合され得る、好ましくは融合され得る2又は3個の環状基、好ましくは2個の環状基を組み込む。特に好ましい置換基は、ナフタレン基を含む。
親油性置換基のさらに好ましい基は、単置換若しくは非置換の環状基、好ましくはフェニル基又はシクロヘキシル基を有する。
環状基又は複数の環状基は典型的には、1~4個の、好ましくは1~3個の原子の鎖だけペプチド主鎖から(すなわち、βアミノ酸のα又はβ炭素原子から)離間されており;これらの結合原子は、窒素及び/又は酸素を含んでよいが、典型的には炭素原子であり、好ましくは結合原子は置換されていない。これらのスペーサは、もちろん、本明細書で定義される置換基の一部である。
二置換βアミノ酸の各置換部分は、典型的には7~20個の非水素原子、好ましくは7~13個、より好ましくは8~12個、最も好ましくは9~11個の非水素原子を含む。
これらの分子は好ましくは、長さが1若しくは2~12個のアミノ酸又は同等のサブユニットのペプチド又はペプチド模倣物である。特に文脈から明らかでない限り、本明細書での「アミノ酸」への言及は、ペプチド模倣物中の同等のサブユニットを含む。好ましい分子は、1~3又は4個のアミノ酸を有するが、代わりに長さが3~12個、好ましくは5~12個のアミノ酸であり得る。本発明に従って使用する分子は、単一のアミノ酸を単に含んでよいが、これは、電荷の要件を満たすために「修飾された」アミノ酸である。
単一アミノ酸並びにペプチド及びペプチド模倣物は、修飾されたC末端を好ましくは組み込んでおり、C末端修飾基は典型的には電荷反転を生じる、すなわちカルボキシル基の負電荷を取り除き、例えばアミノ基の存在を介して、正電荷を付加する。この修飾単独は、N末端が修飾されていないと仮定すると、全体的な+2の正味の電荷を分子に与える。C末端が電荷反転を与えるために修飾されていようと、又は単にカルボキシル基の負電荷を取り除くために修飾されていようと、分子は、好ましくは1以上のカチオン性アミノ酸も含有する。したがって、分子の全体の電荷は、大きな分子については+3、+4又はそれより大きい。
好ましくは本質的にカチオン性である適切なC末端基は、典型的には15個の非水素原子の最大の大きさを有する。C末端は好ましくはアミド化され、アミド基は、さらに置換されて、N-アルキル又はN,N-ジアルキルアミドを形成できる。1級及び2級アミド基が好ましい。アミド基を置換するのに適する基は、アミノアルキル、例えばアミノエチル又はジメチルアミノエチルを含み;アミド基の窒素原子は、環状基の一部、例えばピラゾリジン、ピペリジン、イミダゾリジン及びピペラジンを形成し、ピペラジンが好ましく、これらの環状基は、例えばアルキル基又はアミノアルキル基によって、それ自体置換されていてもよい。
ペプチドは好ましくは、1種以上のカチオン性アミノ酸を組み込んでおり、リジン、アルギニン、オルニチン及びヒスチジンが好ましいが、pH7.0で正電荷を保有する任意の遺伝子コードされないアミノ酸又は修飾アミノ酸を組み込むことができる。
適切なカチオン性の遺伝子コードされないアミノ酸及びカチオン性の修飾アミノ酸は、ホモリジン、オルニチン、ジアミノ酪酸、ジアミノピメリン酸、ジアミノプロピオン酸及びホモアルギニンなどのリジン、アルギニン及びヒスチジンの類似体並びにトリメチルリジン及びトリメチルオルニチン、4-アミノピペリジン-4-カルボン酸、4-アミノ-1-カルバムイミドイルピペリジン-4-カルボン酸及び4-グアニジノフェニルアラニンを含む。
ジペプチドは、典型的には1個のカチオン性アミノ酸を組み込んでおり、より長いペプチドは通常、追加のカチオン性アミノ酸を組み込んでおり、したがって4又は5個のアミノ酸のペプチドは、2又は3個のカチオン性アミノ酸を有してよく、6~9個のアミノ酸のペプチドは3~6個のカチオン性アミノ酸を有してよい。
分子の好ましい基は、C末端に結合されたβ2,2二置換アミノ酸を含み、この配置を有するL-アルギニンアミド残基及びジペプチドが特に好ましい。
3以上のアミノ酸を有するペプチドは典型的には、1以上の追加の親油性アミノ酸、すなわち親油性R基を有するアミノ酸を有する。典型的には親油性R基は、縮合又は結合されていてよい少なくとも1個の、好ましくは2個の環状基を有する。親油性R基は、O、N又はSなどのヘテロ原子を含有できるが、典型的には1以下のヘテロ原子が存在し、好ましくはそれは窒素である。このR基は、好ましくは2以下の極性基を有し、より好ましくは1つも無いか又は1個有し、最も好ましくは1つも無い。
トリプトファンは好ましい親油性アミノ酸であり、ペプチドは、好ましくは1~3個のトリプトファン残基を含む。組み込まれ得る、さらなる親油性の遺伝子コードされるアミノ酸は、フェニルアラニン及びチロシンである。
親油性アミノ酸は、遺伝的にコードされていなくてよいが、修飾されたR基を有する遺伝子コードされるアミノ酸を含む。
特に好ましいペプチド、ペプチド模倣物又は(修飾)アミノ酸は、少なくとも+2の正味の正電荷を有し、式I:
Figure 0007251761000002
(式中、R1、R2、R3及びR4の任意の2個は水素原子であり、2個は同一である又は異なっていてよい置換基であり、少なくとも7個の非水素原子を含み、親油性であり、環状基を含み、上記環状基はα又はβのいずれかの炭素原子に直接取り付けられていないが必要に応じて他の置換基中の環状基に結合又は融合され、環状基が融合されている場合は2個の置換基の非水素原子の合計数は少なくとも12であり、上記Xは、O、C、N又はSを表す)
の基を組み込んでいる。
14の2個の基の中の非水素原子の合計についての最小数12は、各部分の環状基が融合される場合、融合されていない基の最小数を加え(7+7=14)2を減算することによって得られるが、理由は、非水素原子の2個が各基における環形成に効果的に関与するためであることを理解されたい。好ましくは、R14の2個の基の中の非水素原子の合計数は、各部分の環状基が融合される場合14である。Cα又はCβに取り付けられる2個の基が、置換基間における追加の架橋結合の有無に関わらず、融合された環状基の2対以上を含有し得る場合、複合融合基及び複合結合基を想定できる。それにもかかわらず、2個の置換基は好ましくは分子として融合又は結合されておらず、これらの基が動きの最大の柔軟性を有することが好ましい。
式(I)の基の中の窒素原子は、もちろん、間接的にCβ又はCαを介することを除いて、好ましくは基R14の任意の原子に結合されない。好ましくは上記主鎖(N-Cβ-Cα-C-X)中の5個の原子は、環状ではなく、線形でのみ相互に結合される。式(I)中のX及びNがそれらの通常の原子価を有し、したがって典型的には、それらが化合物の他の部分、例えばさらなるアミノ酸又はN末端若しくはC末端キャッピング基に結合されるように、さらに置換されることを理解されたい。
14の置換基は、一般的には本質的に親油性であり、好ましくは電荷を帯びておらず、好ましくは2以下、より好ましくは1以下の極性基を有する。R14の置換基の一方又は両方は、好ましくは少なくとも8個、より好ましくは少なくとも9又は10個の非水素原子、例えば7~13個、7~12個、8~12又は9~11個の非水素原子を含有する。これらの2個の置換基は、合成の容易さのためであっても、好ましくは同一である。好ましくは2個の置換基は、R1及びR2又はR3及びR4であり、R3及びR4が最も好ましい。
上述したように、R14の環状基は、それらが1~4個、好ましくは1~3個の原子の鎖だけ離間されているので、α又はβ炭素原子のいずれかに直接結合しておらず;これらの結合原子は、窒素及び/又は酸素を含んでよいが、典型的には炭素原子であり、好ましくは結合原子は置換されていない。Xは、置換されていても置換されていなくてもよく、好ましくはN原子であり、好ましくは置換されている。XがNである場合には、それはさらなるアミノ酸とアミド結合の一部を形成できる。或いは、N原子は、例えばアミノアルキル基、例えばアミノエチル又はアミノプロピル又はジメチルアミノエチルによって置換されていてもよい。さらなる代替において、N原子は、それ自体がアルキル基又はアミノアルキル基で置換されていてよい、ピペラジンなどの環状基の一部を形成できる。
式Iの基を組み込むペプチド又はペプチド模倣物は、修飾されたC末端を好ましくは有し、それは好ましくはアミド化され、かつ上述される。
βアミノ酸の好ましい置換基を定義する前の節は、変更すべきところは変更して、R14の2個の置換基に適用される。式Iの基を組み込むペプチド及ペプチド模倣物は、本出願の前の方に記載される分子の好ましいサブセットであるので、分子の好ましい特徴、例えばそれらの長さ及びそれらが含有する他のアミノ酸を定義する全ての前の節も、式Iの基の組み込みによって定義されるこれらの分子に適用され、その逆もまたあり得る。特に好ましい分子は、1~7又は8個(例えば、1~5個)、より好ましくは1、2、3又は4個のアミノ酸長である。ペプチド模倣分子は同じ数のサブユニットを含むが、これらのサブユニットは典型的にはアミド結合模倣物によって結合され;好ましい結合は前述されており、エステル及びアミノメチル及びケトメチレンを含む。
本発明のペプチド、ペプチド模倣物及びアミノ酸は、塩形態であり、環状の又はエステル化された、並びに上述の好ましいアミド化された誘導体であり得る。
分子の好ましいクラスは、β、好ましくは、上で定義した2つの親油性側鎖を組み込む単一β2,2-アミノ酸を有するβ2,2-アミノ酸誘導体であり、二置換βアミノ酸には2個のカチオン基が隣接している。前述したように、2個の置換基は好ましくは同一であり、6員の環状基及び少なくとも8個の、好ましくは少なくとも10個の非水素原子を含む。
好ましくは、分子はLTX-401である。
ペプチド模倣物
上述したように、上で定義した分子は、ペプチド模倣物の形態であり得る。ペプチド模倣物は典型的には、そのペプチド同等物の極性、三次元サイズ及び機能性(生物活性)を保持することによって特徴づけられるが、ここでペプチド結合は多くの場合、より安定した結合で置換されている。「安定な」とは、加水分解酵素による酵素分解に対してより耐性であることを意味する。一般的には、アミド結合と置き換わる結合(アミド結合代用物)は、アミド結合の多くの特性、例えば立体構造、立体容積、静電的特徴、水素結合の可能性などを保つ。「薬物の設計と開発(Drug Design and Development)」の第14章、Krogsgaard,Larsen,Liljefors and Madsen(編)1996,Horwood Acad.Pubは、ペプチド模倣物の設計及び合成のための技術の一般的な説明を提供している。適切なアミド結合代用物は、以下の基を含む:N-アルキル化(Schmidt,R.ら,Int.J.Peptide Protein Res.,1995,46,47)、レトロインバースアミド(Chorev,M及びGoodman,M.,Acc.Chem.Res,1993,26,266)、チオアミド(Sherman D.B.及びSpatola,A.F.J.Am.Chem.Soc.,1990,112,433)、チオエステル、ホスホネート、ケトメチレン(Hoffman,R.V.及びKim,H.O.J.Org.Chem.,1995,60,5107)、ヒドロキシメチレン、フルオロビニル(Allmendinger,T.ら,Tetrahydron Lett.,1990,31,7297)、ビニル、メチレンアミノ(Sasaki,Y及びAbe,J.Chem.Pharm.Bull.1997 45,13)、メチレンチオ(Spatola,A.F.,Methods Neurosci,1993,13,19)、アルカン(Lavielle,S.ら,Int.J.Peptide Protein Res.,1993,42,270)及びスルホンアミド(Luisi,G.ら、Tetrahedron Lett.1993,34,2391)。
ペプチド模倣化合物は、同等の溶解性ペプチドのサブユニットと大きさ及び機能がほぼ同等であるいくつかのサブユニットを有してよい。したがって、用語「アミノ酸」は、ペプチド模倣化合物の同等のサブユニットを指すために本明細書中で都合よく使用できる。また、ペプチド模倣物は、アミノ酸のR基と同等の基を有してよく、適切なR基の、並びにN及びC末端修飾基の本明細書の記載は、変更すべきところは変更して、ペプチド模倣化合物に適用される。
「薬物の設計及び開発(Drug Design and Development)」、Krogsgaardら,1996、及びアミド結合の置換に記載されているように、ペプチド模倣物は、ジペプチド模倣物又はトリペプチド模倣構造でのより大きな構造部分の置換を伴ってよく、この場合には、アゾール由来の模倣物などの、ペプチド結合を含む模倣物部分が、ジペプチド代替物として使用できる。上述されるように単にアミド結合が置換されているペプチド模倣物、ひいてはペプチド模倣物の主鎖が、しかしながら、好ましい。
適切なペプチド模倣物は、還元剤、例えばボラン又はリチウムアルミニウムヒドリドなどの水素化物試薬での処理によりアミド結合がメチレンアミンに還元された還元ペプチドを含む。かかる還元は、分子の全体的なカチオン性を高める付加的な利点を有する。
他のペプチド模倣物は、例えば、アミド官能ポリグリシンの段階的合成によって形成されたペプトイドを含む。いくつかのペプチド模倣物の主鎖は、完全メチル化されているペプチドなど、それらのペプチド前駆体から容易に利用可能であり、適切な方法は、Ostresh,J.M.ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1994)91,11138-11142によって記載されている。強塩基性条件は、O-メチル化よりもN-メチル化を優先し、ペプチド結合中の窒素原子及びN末端窒素の一部又は全てのメチル化をもたらす。
好ましいペプチド模倣物の主鎖は、ポリエステル、ポリアミン及びそれらの誘導体、並びに置換されたアルカン及びアルケンを含む。ペプチド模倣物は好ましくは、本明細書で説明されるように修飾できるN及びC末端を有する。
好ましいものとして記載される全てのペプチドのペプチド模倣等価物もまた好ましい。
分子の合成
本明細書に記載の溶解分子は、任意の便利な方法で合成できる。一般的に、存在する反応基(例えば、アミノ、チオール及び/又はカルボキシル)は、全合成中に保護される。合成での最後の工程はしたがって、本発明の保護された誘導体の脱保護である。
ペプチドを構築する際に、原理的にはC末端又はN末端のいずれかで開始できるが、C末端で開始する手順が好ましい。
ペプチド合成の方法は当技術分野で周知であるが、本発明については、固相支持体上で合成を行うことが特に好都合であり得、かかる支持体は当技術分野で周知である。
アミノ酸の保護基の幅広い選択肢は公知であり、適切なアミン保護基は、カルボベンジルオキシ(Zとも命名される)t-ブトキシカルボニル(Bocとも命名される)、4-メトキシ-2,3,6-トリメチルベンゼンスルホニル(Mtr)及び9-フルオレニルメトキシカルボニル(Fmocとも命名される)を含み得る。ペプチドがC末端から構築される場合、アミン保護基は、付加される各新規残基のα-アミノ基上に存在し、次のカップリング工程の前に選択的に除去される必要があることを理解されたい。
例えば使用され得るカルボキシル保護基は、ベンジル(Bzl)、p-ニトロベンジル(ONb)、又はt-ブチル(OtBu)基、並びに固体支持体上のカップリング基、例えばポリスチレンに結合されるリンクアミドなどの容易に切断されるエステル基を含む。
チオール保護基は、p-メトキシベンジル(Mob)、トリチル(Trt)及びアセトアミドメチル(Acm)を含む。
本発明の好ましいペプチドは、Lys、Orn、Dab及びDapのアミン側鎖のための、並びにトリプトファン残基のインドール窒素の保護のためのt-ブチルオキシカルボニル(Boc)保護基を用いて都合よく調製できる。Fmocは、α-アミノ基の保護のために使用できる。Argを含有するペプチドについては、2,2,4,6,7-ペンタメチルジヒドロベンゾフラン-5-スルホニルがグアニジン側鎖の保護のために使用できる。
アミン保護基及びカルボキシル保護基を除去するための様々な手順が存在する。これらは、しかしながら、使用される合成戦略と一致しなければならない。側鎖保護基は、次のカップリング工程の前に一時的なα-アミノ保護基を除去するために使用される条件に対し安定でなければならない。
Bocなどのアミン保護基及びtBuなどのカルボキシル保護基は、例えばトリフルオロ酢酸での酸処理によって同時に除去できる。Trtなどのチオール保護基は、ヨウ素などの酸化剤を用いて選択的に除去できる。
ペプチド模倣化合物を合成するための参考文献及び技術は、上で提供され、当業者に周知である。
対象は、典型的にはヒト患者であるが、家庭用又は家畜動物などの非ヒト動物も処置されてよく、実験又は試験用の動物が処置されてよい。
好ましい癌標的は、リンパ腫、白血病、神経芽腫及び神経膠芽腫(例えば脳由来の)、癌及び腺癌(特に、乳癌、結腸癌、腎臓、肝臓、肺、卵巣、膵臓、前立腺及び皮膚由来の)並びに黒色腫である。
投与される分子は、例えば、経口、局所、経鼻、非経口、静脈内(intravenal)、腫瘍内、直腸又は局所(例えば、単離された四肢潅流)投与に適する形態で提示できる。投与は、典型的には非経口経路により、好ましくは皮下注射、筋肉内、関節内、脊髄内、腫瘍内又は静脈内経路による。腫瘍内投与が好ましい。
本明細書で定義される分子は、錠剤、コーティング錠、鼻腔用スプレー、溶液、エマルジョン、リポソーム、散剤、カプセル剤又は持続放出形態などの投与の従来の薬理学的形態で提供できる。従来の医薬賦形剤及び通常の生成方法は、これらの形態の調製に使用できる。臓器特異的運搬システムもまた使用できる。
注射溶液は、例えば、p-ヒドロキシベンゾエートなどの保存剤又はEDTAなどの安定剤の添加によるなど、従来の方法で生成できる。溶液は次いで、注射バイアル又はアンプル中に充填される。
好ましい製剤は生理食塩水中である。かかる製剤は、例えば注射又は灌流/注入による、局所投与、例えば腫瘍内投与に適する。
活性分子を含有する投与単位は好ましくは、0.1~10mgの、例えば1.5mgの本発明の抗腫瘍分子を含有する。
かかる組成物を全身に使用するには、活性分子は、少なくとも約5μg/mlの活性分子の血清レベルを達成する量で存在する。一般的には、血清レベルは、500μg/mlを超える必要はない。好ましい血清レベルは約100μg/mlである。かかる血清レベルは、1~約10mg/kgの用量で全身投与される組成物中に生物活性分子を組み込むことによって達成され得る。一般に、分子(複数可)は、100mg/kgを超える用量で投与される必要はない。
本発明の分子は塩形態を含む。ペプチド及び類似の分子のための適切な薬学的に許容される塩は、当業者に周知である。
本発明を、以下の実施例及び図面を参照しながらさらに説明する。
上記の溶解性化合物のT細胞クローン性作用機序を示す。1)コールド腫瘍に対する溶解性化合物の投与は、強力な免疫刺激物質及び腫瘍特異的抗原の広いレパートリーの放出をもたらす;2)抗原提示細胞の活性化及び腫瘍特異的抗原の貪食;3)腫瘍特異的抗原の広いレパートリーの提示は、リンパ節で起こる;4)腫瘍特異的T細胞のクローン性が増強され、これらのT細胞は血液系を介して分配される;5)T細胞の浸潤及びクローン性の増加は、最初に注入された腫瘍と他の遠位の注入されていない腫瘍の両方をホットにする。 LTX-315での処置後の骨肉腫細胞の細胞膜の崩壊を示す。(A)溶解前の細胞を示し、(B)溶菌後の細胞を示す。 ミトコンドリア付近でのLTX-315の内部移行及び蓄積を示す。1.5μΜの蛍光標識LTX-315で30分間処置され、標識されたミトコンドリア及び核を有するA375細胞。ペプチドは内部移行し、ミトコンドリアに近接して検出された。A:オーバーレイチャネル、B:近接撮影、C:ミトコンドリア、D:ペプチド。 内部移行は、LTX-315などの9merの溶解性化合物でのみ生じ、非溶解性偽ペプチドLTX-328では生じないことを示す。3μΜのLTX-315又はLTX-328ペプチドで60分間処置したA375細胞。LTX-315は細胞質中で検出されたが、LTX-328は内部移行しなかった。A:LTX-315での60分間のインキュベーション、B:LTX-328での60分間のインキュベーション。 LTX-315処置が微細構造変化を引き起こすことを示す。対照細胞と比較した、LTX-315で60分間処置したA375細胞のTEM像。A&D:未処置の対照細胞、B&E:3,5μΜで処置した細胞、C&F:17μΜで処置した細胞。倍率10000倍 A~C、30000倍 D~F、スケールバー5μm。 LTX-315がミトコンドリア膜を崩壊することを示す。対照細胞と比較したLTX-315(10μg/ml)で処置したヒトA547黒色腫細胞のTEM像。 LTX-315処置後の細胞外ATPレベルを示す。A375細胞を、異なる濃度で5分間LTX-315で処置するか、又は制御された条件下で維持し、上清をルシフェラーゼ生物発光によってATP分泌の定量について分析した。1回の代表的な実験の定量的データ(平均値±S.D.)を報告する。 LTX-315で処置したヒト黒色腫細胞が上清中にチトクロムCを放出することを示す。指定した時点(5、15、45分)後にA375のLTX-315処置後の上清中のチトクロムC放出を、ELISAアッセイにより決定した。 HMGB1がLTX-315処置後に上清中に放出されることを示す。A375ヒト黒色腫細胞を35μΜのLTX-315(上)又はLTX-328(下)で処置し、細胞溶解物(L)及び上清(S)をウェスタンブロットで分析し、LTX-315処置細胞は細胞溶解物から細胞上清への段階的な移行を示した。対照細胞は培地単独で処置され、60分後に移行を示さなかった。 LTX-315におけるROS生成が細胞死を誘発したことを示す。A375細胞を15分間、異なる濃度のLTX-315で処置した。ペプチド処置後に、カルボキシ-H2DCFDAを試料に添加し、蛍光プレートリーダーを用いて蛍光を分析した。実験を二重で行い、バーは平均蛍光±S.D.を表す。 両親媒性の小さいβ(2,2)-アミノ酸由来の抗腫瘍分子LTX-401(Mwnet=367.53)の化学構造を示す。 LTX-401が、B16F1黒色腫細胞において細胞死を急速に誘発することを示す。LTX-401の2つの異なる濃度での短いインキュベーション後の細胞生存率の決定を、指定した時間(5、15、30、60、90、120及び240分)後に分析し、それはインキュベーションの60分後での生存率の減少を明らかにした。データは、平均±SEMとして各時点について提示される3つ組みで行った3つの実験を表す。 LTX-401処置が空胞化を伴う微細構造変化を誘導することを示す。LTX-401(108μΜ)で処置したB16F1細胞の代表的なTEM顕微鏡写真。未処置の対照細胞(a、b)を、実験の終点(60分)まで無血清RPMI 1640単独で維持し、5分間(c、d)及び60分間(e、f)の両方で処置した細胞と比較した。スケールバーは、a、c、eについては10μmであり、b、d、fについては5μmである。 LTX-401が危険シグナルの放出を誘発することを示す。(a)ウェスタンブロットを用いて決定されるLTX-401処置細胞の上清中へのHMGB1の放出。細胞溶解物(L)から培養上清(S)への核タンパク質HMGB1の移行は、LTX-401(108μΜ)での処置の30分後に明らかであり、インキュベーションの90分後には完全に移行した。対照細胞は、240分後に移行を示さなかった。実験を3回行い、この図は代表的なブロットのデジタル画像である;(b)B16F1細胞を、ELISAアッセイを用いて上清中のチトクロムCの量を決定する前に、異なる時間(30、60、90、120及び240分間)、LTX-401(108μΜ)で処置した。結果を平均±SEMとして提示する;(c)B16F1細胞を、指定した時間(10、30、60、90及び120分間)、LTX-401(54μΜ)で処置した。ATPレベルの定量を、ルシフェラーゼ生物発光により行い、その結果を平均±SEMとして提示する。 様々なレベルのクローン性を有するT細胞集団の頻度分布の一例を示す。(A)0.05のクローン性を有する集団の分布曲線を示す。(B)0.32のクローン性を有する集団の分布曲線を示す。 LTX-315での処置後の腫瘍中のクローン性(A)及び有核細胞当たりのT細胞の数(B)の増加を示す。0.008のp値を、U検定を用いて計算した。 LTX-315で処置した後の腫瘍中のT細胞クローン数の増加を示す。0.008のp値を、U検定を用いて計算した。 LTX-315での処置後の末梢血単核細胞(PBMC)中のクローン性のわずかな増加を示す。p<0.05であれば、p値(0.15)は有意ではない。 1例の処置マウス(図19a)及び未処置マウス(図19b)対象からの腫瘍(y軸)とPBMC(x軸)のレパートリーの比較を示す。黒いドットは、図19aで標識される1つの外れ値を別として、PBMCに比べて腫瘍の存在量が有意により高いクローンを表し、外れ値は腫瘍と比べてPBMCの存在量が有意により高かった。灰色のドットは、腫瘍又はPBMCについて有意な選好を示さないクローンを表す。 さらなる1例の処置マウス(図20b)及び未処置マウス(図20a)対象からの腫瘍組織(y軸)とPBMC(x軸)のレパートリーの比較を示す。濃い灰色のドットは、PBMCに比べて腫瘍の存在量が有意により高いクローンを表し、明るい灰色のドットは、腫瘍又はPBMCについて有意な選好を示さないクローンを表し、囲まれた濃い灰色のドットは、腫瘍に比べてPBMCの存在量が有意により高いクローンを表す。 LTX-315処置が、B16黒色腫に対する免疫防御を誘発することを示す。未処置対照動物における腫瘍増殖(a)を、以前にLTX-315処置により治癒された動物と比較した(b)及び(d)。動物を、最初の腫瘍部位と反対側に5×104個のB16F1生存細胞で皮内に再負荷する(b)か、又は2×105個のB16F1生存細胞で静脈内に再負荷した(d)。皮内に再負荷された動物の生存曲線(c)を、ログ・ランク(マンテル・コックス)検定を用いて分析し、有意に異なることを示した(p<0.0001)。肺腫瘍病巣の数を、対応のないt検定を用いて分析し、未処置対照動物(d)と、LTX-315によって以前に治癒された静脈内再負荷動物を比較した時に、有意に異なる(p=0.003)ことを示した。デジタル画像は、異なる群からの代表的な肺を示す(e)。抗CD3での免疫標識によって示されるように(f)、対照動物と比較して、LTX-315によって以前に治癒された動物の腫瘍病巣はCD3+T細胞により高度に浸潤された。 LTX-315が、腫瘍床において細胞傷害性のCD4+腫瘍浸潤性Tリンパ球(CD4+TIL)を顕著に増加させたことを示す。LTX-315(対PBS)の7日後の新鮮なMCA205肉腫の解離後の、生細胞のゲートでのインターフェロンγ陽性(IFNγ+)CD4+ TIL(A)、インターロイキン17陽性(IL-17+)CD4+ TIL(B)及び二重陽性IFNγ+ IL-17+ CD4+ TIL(C)のフローサイトメトリー決定。各点は1匹のマウスのデータを表し;少なくとも2つの実験を各グラフで集めた。スチューデントt検定:*=P<0.05及び***=P<0.001。 LTX-315が、腫瘍床において細胞傷害性CD8+TILを顕著に増加させたことを示す。LTX-315(対PBS)の7日後の新鮮なMCA205肉腫の解離後の、生細胞のゲートでのIFNγ CD8+ TIL(A)、腫瘍壊死因子α陽性(TNFα+)CD8+ TIL(B)及び二重陽性IFNγ+ TNFα+ CD8+ TIL(C)のフローサイトメトリー決定。各点は1匹のマウスのデータを表し;少なくとも2つの実験を各グラフで集めた。スチューデントt検定:*=P<0.05。 C57BL/6免疫適格マウスで発達する20~25mm2の確立されたMCA205肉腫でのLTX-315の殺腫瘍活性に対する、CD4及びCD8a分子を標的とする抗体を枯渇させる効果を示す。かかる特異的抗体(GK1.5及び53~6.72、マウスあたり200μg)又は注入されるアイソタイプ対照mAbの存在下又は非存在下での腫瘍増殖動態。300μgのLTX-315の毎日3回の腫瘍内連続注射を次いで行った。グループあたり6又は7匹のマウスを含む2グループからの代表的な実験を示す。スチューデントt検定:*=P<0.05及びNS=有意ではない。 転移性黒色腫患者におけるLTX-315投与後のCD3+陽性細胞(Tリンパ球を示す)及びCD8+陽性細胞(細胞傷害性Tリンパ球を示す)のヘマトキシリン&エオシン(H&E)染色並びに浸潤を示す(黒ドットで示す)。 悪性黒色腫患者におけるLTX-315投与後のCD8+陽性細胞(細胞傷害性Tリンパ球を示す)のヘマトキシリン&エオシン(H&E)染色並びに浸潤を示す(黒ドットで示す)。 筋上皮腫患者におけるLTX-315投与後のCD3+陽性細胞(Tリンパ球を示す)及びCD8+陽性細胞(細胞傷害性Tリンパ球を示す)のヘマトキシリン&エオシン(H&E)染色並びに浸潤を示す(黒矢印で示す)。 乳癌患者におけるLTX-315投与後のCD3+陽性細胞(Tリンパ球を示す)及びCD8+陽性細胞(細胞傷害性Tリンパ球を示す)のヘマトキシリン&エオシン(H&E)染色並びに浸潤を示す(黒ドットで示す)。 デスモイド腫瘍患者におけるLTX-315投与後のCD3+陽性細胞(Tリンパ球を示す)及びCD8+陽性細胞(細胞傷害性Tリンパ球を示す)のヘマトキシリン&エオシン(H&E)染色並びに浸潤を示す(黒ドットで示す)。 浸潤性リンパ球がLTX-315処置後の腫瘍中に動員されることを示す。LTX-315処置後の細胞浸潤及び腫瘍における細胞組成の変更を研究するための実験のスケジュールを図30aに示す。ラットに、半日目に一方の側腹部で200,000個のラット形質転換間葉系幹細胞由来肉腫モデル細胞(rTMSC)を皮下接種し、0日目に反対の側腹部で20,000個のrTMSCを皮下接種した。予め確立された腫瘍を有するラット(n=8)に、連続3日間、毎日1mgのLTX-315の病巣内注射を行った。対照群の腫瘍を有するラット(n=6)に、平行して生理食塩水注射を接種した。単一細胞懸濁液を、LTX-315処置後1週間の異なる時点で新鮮な腫瘍組織から調製した。図30bは、対照群(黒いバー)からの病巣と比較して、処置ラットの最初に処置された病巣(薄い灰色のバー)、二次病巣(濃い灰色のバー)におけるTILサブセットの比率を示す。グラフは平均±SDを示す。スチューデントt検定により*P<0.5、**P<0.1。 CD3又はCD8(褐色)について染色しDAPIで対比染色した、未処置対照に対する処置ラットからの原発性並びに二次性腫瘍の代表的な画像を示す。
実施例1
LTX-315は骨肉腫細胞の細胞質膜を崩壊する
1.材料及び方法
FORVEILLE S.ら,Cell Cycle 2015,14:3506-12に記載のように細胞膜を崩壊させた。
1.1 化学物質及び細胞培養
細胞培養用の培地及び栄養補助剤をGibco-Life Technologies(Carlsbad,CA,USA)から入手し、Lytix Biopharma(Tromso,Norway)によって提供されたLTX-315(K-K-W-W-K-K-W-Dip-K-NH2)を除く化学物質をSigma-Aldrich(St.Louis,MO,USA)から入手した。プラスチック製品はGreiner Bio-One(Monroe,CA,USA)からのものであった。
ヒト骨肉腫U2OS細胞を、10%ウシ胎児血清(FCS)を補充したグルタマックス含有DMEM培地、及び10mM HEPES緩衝液中で培養した。細胞を、5% CO2雰囲気下の加湿インキュベーター中にて37℃で増殖させた。
1.2 透過型電子顕微鏡
超微細構造研究のために、ヒト骨肉腫U2OS細胞を、1時間、1.6%のグルタルアルデヒド(0.1Mのリン酸緩衝液中v/v)中で固定し、掻き取りによって回収し、遠心分離し、ペレットを1%四酸化オスミウム(0.1Mのリン酸緩衝液中w/v)で後固定した。段階的エタノール系列を通して脱水した後、細胞をEponTM 812中に包埋し、超薄切片を標準的な酢酸ウラニル及びクエン酸鉛で染色した。画像を、Tecnai 12電子顕微鏡(FEI、Eindhoven,the Netherlands)を用いて取得した。
2 結果
LTX-315の投与後、細胞の大部分は、細胞質膜が崩壊した壊死形態をとった(図2)。
実施例2
LTX-315は内部移行し、ミトコンドリアと相互作用する
本研究では、ヒト黒色腫細胞に対するLTX-315の殺腫瘍効果を調べた。ペプチドは内部移行し、ミトコンドリアに付随して、最終的に溶解された細胞死に至ることが示された。LTX-315ペプチドは、2段階の作用モードを介して腫瘍内注射で固形腫瘍を処置する。作用モードの第1は腫瘍自体の崩壊であり、第2は、瀕死の腫瘍細胞から放出される損傷関連分子パターン分子(DAMP)であり、これは再発及び転移に対するその後の免疫防御を誘発できる。
1.材料及び方法
本研究を、EIKE L-Vら,Oncotarget 2015,6:34910-23に記載の通りに行った。
1.1 試薬
LTX-315及びLTX-328(K-A-Q-Dip-Q-K-Q-A-W-NH2)は、要求に応じてそれぞれBachem AG(Bubendorf,Switzerland)及びInnovagen(Lund,Sweden)によって作製された。LTX-315パシフィックブルー及びLTX-328パシフィックブルーは、要求に応じてそれぞれInnovagen(Lund,Sweden)、Norud(Tromso,Norway)から購入した。
1.2 細胞培養
A375細胞株A375(ECACC、88113005)は、患者物質由来のヒト悪性黒色腫であり、Public Health England(PHE Culture Collections,Porton Down,Salisbury,UK)から購入した。細胞を、抗生物質を含まない、10%FBS及び1%L-グルタミンを補充した高グルコース4.5% DMEM(完全培地)中で単層培養として維持した。この細胞株を、37℃にて加湿した5%CO2雰囲気中で増殖させ、MycoAlert(Lonza)を用いてマイコプラズマの存在について定期的に試験した。
1.3 共焦点顕微鏡
非標識細胞を用いた生細胞イメージング-A375細胞を、25μg/mlのヒトフィブロネクチン(Sigma)でプレコートしたNunc Lab-Tec 8-ウェルチャンバーカバーガラス(Sigma)中の完全培地中に10,000細胞/ウェルで播種し、一晩接着させた。細胞を、無血清RPMIで2回洗浄し、RPMI中に溶解したペプチドで処置し、63X/1.2W対物レンズを用いて、多光子励起Leica TCS SP5共焦点顕微鏡を使用して調べた。この顕微鏡は、CO2及び温度制御を有するインキュベーションチャンバーを備えていた。
固定細胞、Mitotracker―細胞を、生細胞イメージングのために播種し、ペプチド処置前に15分間、100nmにてMitotracker CMH2XROS(Invitrogen)で処理した。細胞を17μΜのLTX-315で処置し、陰性対照は血清を含まないRPMIのみで処置した。インキュベーションの60分後に、細胞をZeissの顕微鏡を用いて分析した。
全ての共焦点イメージング実験をその後少なくとも2回実施し同様の結果を得た。
固定細胞、蛍光標識ペプチド―サブコンフルエントなA375細胞を、上記のように、8,000細胞/ウェルで播種し、製造業者のプロトコルに従ってプラストランスフェクション試薬(Invitrogen)と共にリポフェクタミンLTXを用いて2日目にトランスフェクトした。ミトコンドリアを、pDsRed2-Mitoを用いて標識し、核を、GFP-ヒストン2Bプラスミド(Imaging Platform,University of Tromso)を用いて標識した。トランスフェクションの翌日、細胞を無血清RPMIで2回洗浄し、異なる濃度及び異なるインキュベーション期間で、LTX-315パシフィックブルー又はLTX-328パシフィックブルーで処置した。MTTアッセイによって決定した場合、LTX-315 PBは、非標識LTX-315と同様の細胞傷害プロファイルを示した。対照細胞を、非標識LTX-315及び再び無血清RPMI単独で処置した。インキュベーション後、細胞をPBS中の4%パラホルムアルデヒドで固定し、ウェルをProlong Gold antifade(Invitrogen)で覆った。細胞を、693、1.2W対物レンズを用いて、Leica TCS SP5共焦点顕微鏡を使用してさらに分析した。パシフィックブルー、GFP及びDs Redを、488及び561レーザーと共にUVを用いて励起し、蛍光チャネルを、次のバンドパス:UV:420~480nm(減衰で)、488:501~550nm及び561:576~676nmを用いて順次検出した。
1.4 TEM電子顕微鏡
A375細胞を、6ウェルプレート中にウェル当たり1×105細胞で播種し、培養物中で膜構造を最適化するために3日間増殖させ、培地を2日目に交換した。細胞を無血清RPMIで2回洗浄し、その後、5、10及び25μg/mlで無血清RPMI中に溶解したLTX-315で処置し、陰性対照として無血清RPMIを用いた。細胞を次いでPBSで2回洗浄し、その後、4℃で24時間、pH7.8のHepes緩衝液中の4%ホルムアルデヒド及び1%グルタルアルデヒドで固定した。脱水及び後固定プロトコルは、5%緩衝タンニン酸中でのインキュベーション及び1%オスミウム低減フェロシアン化物中でのインキュベーションを含んだ。超薄切片を作製し、酢酸ウラニル(5%)及びレイノルズのクエン酸鉛を染色及び対比のために使用した。試料を、Jeol JEM-1010透過型電子顕微鏡で検査し、画像を、Olympus MoradaサイドマウントTEM CCDカメラ(Olympus soft imaging solutions,GmbH,Germany)で取得した。
1.5 活性酸素種(ROS)の蛍光測定
DCFDA細胞活性酸素種の検出アッセイキットを、abcam(登録商標)から購入し、DCFDAアッセイ前にA375細胞を96ウェルのCostar黒色透明底プレートにウェルあたり20,000細胞で播種し、37℃で16時間インキュベートした。細胞を、100μL/ウェルの予め温めたPBSで1回洗浄し、細胞培養インキュベーター中37℃で45分間キット付属の緩衝液中で20μΜのDCFDAとインキュベートし、次いで100μL/ウェルの緩衝液で再び洗浄した。細胞を次いで、17μΜの濃度で緩衝液中に溶解した100μL/ウェルのLTX-315ペプチドで30分間刺激し、処置しなかった細胞を陰性対照として使用した。蛍光強度を、FLUOstar Galaxyプレートリーダーで485nmの励起波長及び530nmの発光波長で測定した。
1.6 ハイモビリティグループボックス1(HMGB1)の放出
A375細胞を、6ウェルプレート中の完全培地に3×105個の細胞/ウェルで播種し、一晩接着させた。細胞を、35μΜにてLTX-315又はLTX-328で処置し、37℃および5%CO2で異なる時間(5、10、15、30、60分間)インキュベートし、陰性対照は無血清RPMI-1650であった。上清(S)を収集し、5分間1,400gで遠心分離し、細胞溶解物(L)をPBSで2回洗浄した後に収集し、その後、4×試料緩衝液(Invitrogen,number)、0.1M DTT(Sigma number)及び水を用いて溶解した。上清をAmicon Ultra 50K遠心分離フィルター(Millipore UFC505024)を用いて濃縮し、細胞溶解物を超音波処理した。上清と溶解物の両方を煮沸し、10%ドデシル硫酸ナトリウムポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)で分離し、次いでポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜(Millipore)に電気移動させた。膜を5%ミルク中でブロッキングし、HMGB1抗体(ウサギ、ポリクローナル、abcam ab 18256)とインキュベートした。膜を次いでTBSTで数回すすぎ、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)結合二次抗体(abcam ab6721)とインキュベートし、TBSTで再度すすぎ、次いでWBルミノール試薬(Santa Cruz Biotechnology,Heidelberg,Germany)を使用して発色させた。
1.7 チトクロムCの放出
A375細胞を、HMGB1研究と同様に播種し、異なる時間(5、15、45)、35μΜで処置した。HMGB1研究と同様に上清を収集し濃縮し、上清からの試料を、製造業者の説明に従って4.5時間固体形態チトクロムC-Elisaキット(R&D Systems,USA,♯DCTC0)を用いて分析した。その後すぐに、50%希釈した試料を分析し、450nmに設定したマイクロプレートリーダーを用いて光学密度を決定し、この読み取りを次いで540nmでの読取りから差し引いた。標準曲線を、アッセイした試料の各セットについて作製した。試料を4つ平行して実行し、上清中に放出されたチトクロムcを、未処置細胞の上清中のチトクロムcレベルに対する倍数として表した。
1.8 ATPの放出
LTX-315処置A375細胞の上清を、Enliten ATPルシフェラーゼアッセイキット(Promega,USA)を用いて分析した。細胞を次いで、ROSアッセイと同様に播種し、2つ平行して1~15分の異なるインキュベーション時間で、LTX-315で処置し、これを次いで3回行った。陰性対照は、無血清培地のみに暴露した未処置A375細胞であった。試料を1:50及び1:100で希釈し、製造業者のプロトコルに従ってLuminoscan RTルミノメーターで分析した。
1.9 統計解析
全てのデータは、少なくとも2つ平行して行った少なくとも2つの独立した実験を表し、平均±SDとして表した。チトクロムC放出及びATP放出データを、一方向ANOVA及び多重比較検定を用いて比較し、発明者らは、P値<0.05が統計的有意性を示すと考えた。
2 結果
2.1 LTX-315は内部移行し、ミトコンドリアを標的にする
細胞内でのペプチドの内部移行及び運命を調べるために、LTX-315をパシフィックブルーで標識し、それぞれ3μΜ及び1.5μΜの濃度で細胞とインキュベートした。標識LTX-315は形質膜を素早く貫通し、1.5μΜで、ペプチドは、インキュベーションの30分後にミトコンドリアの周りに蓄積を示したが、細胞核中には検出されなかった(図3)。標識した非溶解性モック配列ペプチドLTX-328は、試験したいかなる濃度又はインキュベーション時間でも内部移行を示さなかった(図4)。
2.2 LTX-315は細胞における超微細構造的変化を誘導する
発明者らはさらに、透過型電子顕微鏡法(TEM)を実行することによって処置細胞における超微細構造的変化を評価し、その際A375細胞を、培地中に直接溶解したペプチド又は培地単独のいずれかで処置した。低濃度(3.5μΜ)のLTX-315ペプチドで60分間処置された多数の細胞は、空胞化、及びミトコンドリアの形態のある程度の変化を示した(図5)。ミトコンドリアは、より低い電子密度であるようにみえ、ある程度の再編成も示し、クリステはさらに離れて存在するか、又は全く見えなかった。これらの試料中の壊死細胞の数は5%未満であった。これらの低濃度において、細胞質の空胞化が観察された。これらの試料における別の一般的な知見は、末梢に位置する小胞であり、それは均質材料を含有する単一膜層で裏打ちされていた(図5B)。細胞をより高い濃度(17μΜ)で60分間処置した場合、それらの約40%が、原形質膜完全性を喪失した壊死形態を示した(図5C&E)。依然として無傷であった細胞は、微絨毛を有する正常な外観~丸い外観の、かなりの異質性を示し、ミトコンドリアは明らかに影響を受けていた。この高い濃度では、調べた細胞のわずか4%が空胞化を示し、クロマチン凝縮は、試験したいかなるペプチド濃度でもこの物質中で見えなかった。これらの結果は、LTX-315が溶解作用モードで腫瘍細胞を死滅させる、より低い濃度は、細胞に、空胞形成及び変化したミトコンドリア形態などの、超微細構造の変化を受けさせることを実証する。さらに、アポトーシス細胞死を示唆する有意な形態学的変化は観察されなかった。
別の実験において、ヒトA547細胞(卵巣黒色腫細胞株)への10μg/mlでのLTX-315の曝露は、ミトコンドリア膜の崩壊をもたらした(図6)。
2.3 LTX-315処は細胞外ATP放出をもたらす
DAMPは、細胞の損傷時に細胞内供給源から放出される分子である。DAMPは、抗原提示細胞(APC)上のパターン認識受容体(PRR)への結合を介して免疫応答を開始及び永続化できる。一般的に知られているDAMPは、ATP、HMGB1、カルレティキュリン、チトクロムC、ミトコンドリアDNA及び活性酸素種(ROS)である。発明者らは次に、ATPがLTX-315処置細胞から上清中に放出されたかどうかを調べることを望んだ。したがって、処置細胞及び非処置細胞からの上清を、ルシフェラーゼ検出アッセイを用いて分析した。図7に示すように、ATPは、LTX-315での処置後5分ほどで上清中に検出され、放出は濃度依存的であった。
2.4 LTX-315処は上清中のチトクロムC放出を誘発する
LTX-315処置細胞が培地中にチトクロムCを放出するかどうかを評価するために、A375細胞を異なる時間で(5、15、45分)、35μΜのLTX-315で処置した。上清を続いて、ELISAアッセイを用いて分析した。35μΜ値で処置した細胞は、未処置対照細胞と比較して、上清中に3倍超のチトクロムCを有した。チトクロムCの増加は、置のわずか5分後に検出され、ペプチド置の15及び45分後にもそれぞれ増加した(図8)。
2.5 LTX-315処は、細胞外HMGB1放出をもたらす
HMGB1は、非ヒストン、クロマチン結合核タンパク質である。受動的に壊死細胞から放出されると、HMGB1は、いくつかの免疫賦活効果の中で樹状細胞の機能的成熟、サイトカイン刺激及び走化性を誘発できる。
HMGB1は通常、細胞核中に見出され、健常細胞の細胞溶解物に存在することが予想されるが、培地(上清)中にはない。LTX-315処置細胞からのHMGB1の放出を評価するために、発明者らは、細胞溶解物内の核コンパートメントから細胞上清への移行及び遊離HMGB1を測定した。
LTX-315及びLTX-328で処置したA375黒色腫細胞の細胞溶解物と細胞上清の両方を、ウェスタンブロットを用いて分析した。細胞を、35μΜのLTX-315又はLTX-328のいずれかで処置し、LTX-315で処置した黒色腫細胞で細胞溶解物から上清への緩やかな移行が検出されたが、模擬配列ペプチドLTX-328又は無血清培地のみで処置した細胞では検出されなかった(図9)。
2.6 LTX-315処置はA375黒色腫細胞中で活性酸素種(ROS)の生成を引き起こす
LTX-315処置後のROS生成を、CH2DCFDA蛍光定量アッセイによって測定した。著しい量のROSが、LTX-315とのインキュベーションの15分後に発生し、ROSレベルは濃度依存的であった(図10)。
3 考察
蛍光分子パシフィックブルーで標識したLTX-315は、A375黒色腫細胞とのインキュベーション後数分以内に内部移行し、細胞質中に分布した(図3)。低濃度では、ミトコンドリア周囲のペプチド蓄積が明らかであったが、より高い濃度では、ペプチドは細胞質内により多く広がり、細胞膜付近に円形構造で蓄積した。ペプチドがミトコンドリア膜を攻撃するならば、ミトコンドリア膜電位の減少又はさらには完全な崩壊が予想される。膜電位依存性ミトコンドリア染色Mitotracker CMXh2ROSでの細胞の共焦点画像は、ペプチド処置後短時間でミトコンドリアシグナルの喪失を示した(データ示さず)。シグナルの喪失は、ミトコンドリアとのペプチド相互作用が、ミトコンドリアの最も重要な細胞機能に不可欠である、ミトコンドリア膜電位の喪失を引き起こすことを示す。変化したミトコンドリア形態はまた、TEMを用いても実証された。LTX-315で60分間処置した細胞は、未処置細胞と比較して、クリステの組織が変化したより低い電子密度のミトコンドリア、及びミトコンドリア内の空胞化を有した(図6)。さらに、空胞化は、3.5μΜのLTX-315で処置した細胞の約20%において明らかであった。ミトコンドリアが機能不全である場合、遊離酸素ラジカル(ROS)が形成され、蛍光定量アッセイを使用することによって、発明者らはペプチド処置後数分以内のROS形成を実証した(図10)。
本研究において、発明者らはLTX-315ペプチドでの処置が、処置後のA375黒色腫細胞でROSレベルの増大を引き起こすことを実証する。ペプチド処置後のROSのこれらのより高いレベルについての1つの説明は、ペプチドが細胞に入りミトコンドリアを標的とし、機能不全ミトコンドリアが次いでROSを放出するというものであり得る。ELISAアッセイを介して、発明者らは、処置のわずか数分後にペプチド処置細胞の上清中でチトクロムCの放出を検出した(図8)。チトクロムCは、ミトコンドリア外膜が乱されたときに膜間腔から細胞質ゾル中に放出されるミトコンドリアタンパク質であり、アポトーシスプロテアーゼ活性化因子-1(Apaf-1)へ結合することにより、それは最終的にアポトーシスによる細胞死をもたらすアポトーシスカスケードの一部でもある。しかしながら、チトクロムCが細胞外空間で見出される場合は、それは炎症促進性メディエーターとして作用し、ひいてはNF-κBを活性化しサイトカイン及びケモカイン生成を誘発することが報告されている。細胞区画から細胞外区画へのHMGB1の移行を、ウェスタンブロットを用いて検出した(図9)。核タンパク質HMBG1は細胞外液中に放出されると、DAMPとして機能し、PRR TLRとRAGE受容体の両方に結合できる。これらの活性化は、炎症促進性サイトカインの転写などのいくつかの炎症反応をもたらし得る。発明者らはまた、ペプチドインキュベーション後に上清中に放出されるATPを検出し(図7)、細胞外でそれが、DC上のプリン性P2RX7受容体を活性化することによりDAMPとして機能することを提示した。この受容体は、ATPへの結合後に小さなカチオン及び後により大きな分子のために開く孔として機能するだけでなく、その活性化はまた、炎症促進性サイトカインIL-1βのプロセシング及び放出を引き起こす。
要約すると、発明者らのデータは、LTX-315が、原形質膜上の直接攻撃だけでなく、原形質膜の完全性を即時に喪失させるには低すぎる濃度でのペプチドの内部移行後の健常な細胞内小器官への損傷の結果として、癌細胞で溶菌細胞死を誘発することを示唆する。発明者らは、ペプチド処置がCytC、ATP、HMGB1及びROSなどのいくつかのDAMPの放出を引き起こすことを実証する。DAMPは、いくつかの方法で損傷細胞の細胞完全性に影響を与える可能性があるが、いわゆる免疫原性細胞死にも関連している。細胞外コンパートメントへの腫瘍特異的抗原の放出は、ATP、CytC及びHMGB1などの強力な免疫刺激分子(DAMP)と共に、強力な免疫応答を与えることができる。今度は、これらの因子が、DC及び適応免疫系の他のアクセサリー細胞の成熟並びに活性化をもたらす。
実施例3
LTX-401は黒色腫細胞中でDAMP放出を誘発する
本研究において、発明者らは、癌細胞株中で細胞死を誘発するアミノ酸誘導体LTX-401の能力、及びマウス黒色腫モデルにおいて退縮を誘発する能力を調べた。作用様式のインビトロ研究は、処置細胞での大規模な細胞質空胞化及び損傷されたリソソームが先行する、溶解細胞死及び危険関連分子パターン分子の放出を明らかにした。マウス黒色腫モデルの使用は、LTX-401の腫瘍内注射で処置された動物の大部分が完全なかつ長期的な寛解を示したことを実証した。まとめると、これらの結果は、固形腫瘍の処置のための免疫療法剤としてのLTX-401の可能性を実証する。
1 材料及び方法
1.1 試薬
LTX-401(Mwnet=367.53)は、要求に応じて、Synthetica AS(Oslo,Norway)によって合成された。化学構造を図11に示す。
1.2 細胞培養
ラット肝細胞癌JM1、いずれもヒト肝細胞癌であるHepG2及びBEL7402は、オスロ大学病院移植医学部のDr.Pal-Dag Lineディレクターの厚意により提供された。B16F1(ATCC、CRL-6323)、マウス皮膚悪性黒色腫、MDA-MB-435S(HTB-129)、乳癌転移に由来するヒト悪性黒色腫、Malme-3M(HTB-64)、肺転移由来のヒト悪性黒色腫、MRC-5(ATCC、CCL-171)、正常ヒト肺線維芽細胞、SK-N-AS(ATCC、CRL-2137)、骨髄転移由来のヒト神経芽細胞腫細胞株、HT-29(ATCC、HTB-38)、ヒト結腸直腸腺癌及びHUV-EC-C(ATCC、CRL-1730)、ヒト血管内皮細胞株は全て、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection(ATCC-LGC Standards,Rockville,MD,USA)から購入した。ヒトのケラチノサイト細胞株HaCatは、Tromso大学の宿主微生物相互作用学部(Department of Host Microbe Interactions)のDr.Ingvild Pettersenの厚意により提供された。ヒト由来の悪性黒色腫細胞株A375は、Public Health England(PHE Culture Conditions,Porton,Down,Salisbury,UK)から購入した。JM1、A375、BEL7402、HepG2及びB16F1は全て、DMEM(高グルコース)からなる培地中で維持され、SK-N-AS、HT-29及びMDA-MB-435Sは、2mMのL-グルタミン及び重炭酸ナトリウムを含有するRPMI-1640培地中で培養した。Malme-3Mは、4mMのL-グルタミン及び20%FBS(ウシ胎児血清)を含有するRPMI-1640中で培養した。最後に、3つの非悪性細胞株HUV-EC-C、MRC-5及びHaCaTをそれぞれ、基礎培地及び増殖因子を含有するEGM-2 Bulletkit(Lonza,MA)、2mMのL-グルタミン及び1%非必須アミノ酸も含有するMEM(正常グルコース)並びに2mML-グルタミンを含有するDMEM(正常グルコース)を用いて培養した。溶液中2%FBSの最終濃度を得るために10mlのFBSのアリコートで送達されるEGM-2 Bulletkitを除いて、全ての培地に(特に断らない限り)10%FBSを補充した。
1.3 インビトロ細胞傷害性、MTTアッセイ
MTTアッセイを用いて、癌及び非悪性細胞株の両方の選択に対するLTX-401のインビトロ細胞傷害性を調べた。前培養した細胞を、1×104~1.5×104細胞/ウェルの密度で播種し、実験をCamilio K.A.ら、Cancer Immunol.Immunother,2014,63:601~13で以前に記載されたように行った。結果を、それぞれ3連のウェルで、3回の実験の平均値を用いて計算し、50%阻害濃度(IC50)として表した。
1.4 死滅動態
LTX-401の死滅動態を、それぞれ54μΜ及び108μΜに対応する2×IC50 4hと4×IC50 4hの両方の値を使用して、B16F1黒色腫細胞に対して研究した。細胞を、前にMTTアッセイについて記載しされるように播種し、5、15、30、60、90、120及び240分間LTX-401溶液とインキュベートした。細胞を、インキュベーション後に100μlの無血清RPMI-1640で1回洗浄し、さらに2時間、10%のMTT溶液(無血清RPMI-1640で希釈した)中でさらにインキュベートした。
1.5 TEM電子顕微鏡
B16F1細胞を、2mlの培地容量中1×104細胞の密度で35mm滅菌組織培養皿に播種し、37℃にて、95%超の湿度及び5%CO2条件で、細胞インキュベーター中で接着及び増殖させた。培養細胞が許容されるコンフルエンス(約80~90%)に達した時、それらを異なる時間(5、15、30及び60分間)、4×IC50 4h値のLTX-401(108μΜ)とインキュベートし、続いて0.05%のマラカイトグリーンシュウ酸塩(Sigma)、0.5%のグルタルアルデヒド(GA,Electron Microscopy Sciences)及び4%のホルムアルデヒド(FA、電子顕微鏡科学)を含有するPHEM緩衝(0.1M)溶液中で固定した。マラカイトグリーンは、試料処理と一般的に関連する脂質抽出を減少させるために、一次固定への添加剤としてより頻繁に使用されている。試料調製を数日から数時間に低減するので、従来のベンチ・プロトコルよりも有利であると考えられる新たに導入された方法であるPELCO Biowave Pro Laboratory Microwave(Ted Pella社)を用いて、試料をすぐに添加し、一括処理した。全てのマイクロ波手順については、試料を50℃カットアウト温度で、23℃にてマイクロ波照射した。マラカイトグリーン/GA/FAとオスミウム還元フェロシアン化物(0.8%のK3Fe(CN)6/1%のOsO4)の両方の固定工程は、真空で、2分オン、2分オフ(100W)の「電源オン/オフ」サイクルで実行した。試料を、各工程の間に0.1M PHEM緩衝液で4回すすぎ(250Wで40秒間、2回のベンチリンス及び2回の最終リンス)、その後、真空で、1分間オン、1分間オフ(150W)の「電源オン/オフ」サイクル下で、1%タンニン酸(Electron Microscopy Sciences,PA,USA)及び1%水性酢酸ウラニル(Electron Microscopy Sciences,PA,USA)で染色した。試料を、250W(真空オフ)で水中にて2回マイクロ波照射することに加えて、前に記載されるように各染色手順の間にすすいだ。試料の脱水は、段階的エタノール系列(25%、50%、70%、90%及び100%)を通して生じ、各グレードで40秒間250Wでマイクロ波照射し(真空オフ)、その後50%エポン樹脂(AGAR、DDSA、MNA及びDNP-30)で、並びに2つの最終浸透工程については100%に増加して、250Wでそれぞれ3分間(真空サイクル;20秒オン、20秒オフ)一括して浸漬した。試料を次いで60℃で一晩重合させた。超薄切片(70nm)を調製し、標準ホルムバール、炭素安定化銅グリッド上に置いた。次に、試料をJEOL JEM-1010透過型電子顕微鏡で検査し、Olympus MoradaサイドマウントTEM CCDカメラ(Olympus soft imaging solutions,GmbH,Germany)で画像を取得した。
1.6 ハイモビリティグループボックス1(HMGB1)の放出
B16F1細胞を、6ウェルプレート中の完全培地に2×105細胞/ウェルの密度で播種し、一晩接着させた。細胞を108μΜのLTX-401(4×IC50 4h)で処置し、異なる時間(10、30、60、90及び120分間)、37℃(95%超の湿度及び5%CO2)でインキュベートした。無血清RPMI-1640を陰性対照として使用し、上清(S)を収集し、5分間1,400gで遠心分離し、その後Ultracel-50膜(Milipore,Norway)と共にAmicon Ultra-0.5遠心フィルターユニット(Centrifugal Filter units)を用いて濃縮アップした。細胞溶解物(L)を2mLの無血清RPMI-1640で洗浄した後に収集し、2×NuPAGE LDS試料緩衝液(Invitrogen,Norway)、1×NuPAGE試料還元剤(Invitrogen,Norway)及び50%滅菌水を含有する溶解緩衝液(mastermix)に供した。上清と溶解物の両方を10分間70℃で煮沸し、NuPAGE Novex 4~12% Bis-Trisゲル(Millipore,Norway)上で分離し、その後ポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜(Millipore)に電気移動させた。膜を、TBS-T中5%無脂肪乾燥ミルクを用いて1時間ブロッキングし、次にHMGB1抗体(HMGB1に対するウサギポリクローナル、ChIPグレード、Abcam,UK)と一晩4℃でハイブリダイズさせ、続いて西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)結合二次抗体(ヤギポリクローナル抗ウサギIgG,Abcam,UK)と室温でさらに2時間ハイブリダイズさせた後に、WBルミノール試薬(Santa Cruz Biotechnology,Heidelberg,Germany)を使用して発色させ、ImageQuant LAS 4000及びImageQuantソフトウェア(GE Healthcare)を用いて画像化/スキャンした。
1.7 チトクロムcの放出
B16F1細胞を、MTTアッセイについて前に記載されるように、96ウェル培養プレート上にプレーティングした。細胞を、指定した時間(30、60、90、120及び240分間)108μΜ(4×IC50 4h)で処置し、対照細胞は、実験の終点まで無血清RPMI-1640単独中で保存した。上清を収集し、無血清RPMI-1640中で1/5希釈し、その後製造業者の指示に従って、ラット/マウスのチトクロムcのQuantikine ELISAキット(R&D Systems,USA)を使用して評価した。チトクロムcの濃度を、提供される標準曲線上の補間値により計算した。
1.8 ATPの放出
B16F1細胞を、MTTアッセイについて前に記載されるように播種し、異なる時間(10、30、60、90及び120分間)2×IC50 4h値のLTX-401(54μΜ)で処置した。無血清RPMI-1640処置細胞は、それぞれ陰性対照及びブランク対照として機能した。ATPの細胞外レベルを、ルシフェリンベースのENLITEN ATPアッセイキット(Promega,Madison,WI,USA)を用いて実験の終了時に測定し、その際、ATP駆動型化学発光を、発光マイクロプレートリーダー(Labsystems Luminoskan(登録商標),Finland)で記録し、相対的光単位(RLU)として表した。
1.9 リソトラッカー(LysoTracker)
フローサイトメトリー:B16F1細胞を6ウェルプレートに播種し、一晩接着させた。細胞をその後60分間、1×IC50 4hのLTX-401(27μΜ)で処置し、40nMのリソトラッカーDND-26(Invitrogen)を最後の5分で添加した。未処置細胞を対照として使用した。細胞をトリプシン処理し、FACSキャリバーフローサイトメーター上で調査し、結果をFLowJoソフトソフトウェア(Tree Star社,Ashland,OR,USA)を用いて処理した。損傷した原形質膜を有する細胞をゲーティングから外すために、PIをいくつかの実験で利用した。
共焦点顕微鏡:B16F1細胞を、1×104細胞/ウェルで8ウェルプレート(Nunc)に播種し、一晩接着させた。次に、細胞を60分間27μΜのLTX-401で処置し、5分間LysoTracker DND-26で標識し、核染色のためHoecsht33342を用いた。細胞を、制御された温度及び雰囲気にて直ちにZeiss共焦点顕微鏡で調べた。
1.10 統計解析
結果を、少なくとも2つの独立した実験の平均±平均の標準誤差(SEM)又は標準偏差(SD)として示す。MTTアッセイを3つ並行して2回行い、チトクロムcアッセイを2つ平行して2回行い、ATPアッセイを2つ平行して3回行った。チトクロムc放出データ及びATP放出データを、一方向ANOVA及び多重比較検定を用いて比較し、発明者らは0.05以下のp値が統計学的に有意であるとみなした。
2. 結果
2.1 LTX-401は細胞死を急速に誘発する
本研究では、LTX-401は、インビトロでいくつかの腫瘍細胞株の生存率を効果的に低下させた(データ示さず)。LTX-401は、ヒト悪性黒色腫細胞株MDA-MB-435S(13.5μΜ)に対して最高の細胞傷害活性を示し、ヒト肝細胞癌細胞株HepG2(35.4μΜ)に対して最低の活性であった。残りの細胞株について、LTX-401は、19~32μΜの範囲内でわずかに変化する類似のIC50値を示した。
動態実験を行ってB16黒色腫細胞に対するLTX-401の細胞傷害活性の時間経過を決定した。2×IC50 4h及び4×IC50 4hのLTX-401を表す2つの異なる濃度、すなわちそれぞれ54μΜ及び108μΜを用いて、用量依存的効果を評価した。初期のパイロット研究によって明らかにされたように、より低い濃度はそのようなモダリティを誘発できなかったので、これらの2つの濃度をまた、インビトロ実験の大部分に、特にDAMPの放出を研究する時に使用した。
LTX-401(108μΜ)は迅速な死滅動態を示し、15分後に50%の死滅率、それに続いて処置の開始後2時間でほぼ100%の細胞死を示した。対照的に、54μΜのLTX-401とインキュベートされた細胞は、細胞生存率の緩やかな阻害をたどり、2時間後に50%の細胞生存率であった(図12)。
2.2 LTX-401処は黒色腫細胞で超微細構造の変化を引き起こす
LTX-401の細胞傷害活性の基礎をなす作用機序をさらに調べるために、B16F1細胞を4×IC50 4hのLTX-401(108μΜ)とそれぞれ5分間及び60分間インキュベートした。未処置細胞を対照とし、実験の終点(60分)まで無血清RPMI-1640中で培養した。インキュベーション後に、全ての細胞をTEM研究用に固定し調製した。未処置B16F1細胞のTEM画像は、原形質膜上の頻繁な微絨毛状突起により特徴付けられる粗い表面を明らかにした(図13a、b)。細胞質は、いくつかの電子密度の高いミトコンドリア、並びに視覚的に平滑なER及びゴルジ装置からなった(図13a、b)。LTX-401処置細胞の大部分は、5分後にそれらの表面形態を失い、細胞の大部分は、細胞質のわずかな空胞化を除いて顕著な変化はなかった(図13c)。インキュベーションの60分後に、処置した培養物は、高度に空胞化した細胞と大きな非空胞化細胞の両方を含む、細胞の不均一な集団を示した(図13e)。原形質膜の完全性の喪失及び細胞構成成分の漏れにより明らかにわかるように、細胞の大部分は壊死した(図13e、f)。クロマチン構造は、いくつかの細胞でわずかに凝縮されたが、程度の差はあるもののLTX-401処置によって影響されなかった。さらに、より高い倍率は、対照(図13g)と比較して、LTX-401処置細胞(図13h)の大部分のミトコンドリアでの顕著な超微細構造変化を示さなかった。60分間処置した細胞(図13h)は、ある程度のミトコンドリアの膨潤を有するものの、無傷の内側と外側のミトコンドリア膜を示した。全体的に、これらの観察は、LTX-401が、細胞腫脹、ミトコンドリアの膨張及び細胞質の空胞化を伴い、溶解性作用機序により死滅させることを実証する。
2.3 LTX-401処は黒色腫細胞でDAMPの放出をもたらす
次に、発明者らは、DAMPの放出を誘発するLTX-401の能力を特徴づけることを望んだ。HMGB1は、非ヒストン核タンパク質であり、細胞外に放出されると、toll様受容体(TLR)又は終末糖化産物受容体(RAGE)に結合することによってDAMPとして作用できる。B16F1細胞から細胞培養上清へのHMGB1の放出を、ウェスタンブロット分析により評価した。HMGB1の移行が検出され、HMGB1の放出は処置の30分後に生じた。溶解物中のタンパク質の完全留置によりわかるように、非処置対照細胞は、上清中へのHMGB1の放出を示さなかった(図14a)。
チトクロムcは、ミトコンドリア由来のDAMPと考えられ、細胞外チトクロムcは、NF-κBの活性化及び炎症促進性サイトカインの放出を誘発することが報告されている。LTX-401がLTX-401処置B16F1細胞からのチトクロムcの放出を誘発できるかどうかを調べるために、ELISAアッセイを利用して、処置後の細胞培地中のチトクロムcの量を測定した。定量分析は、処置の120分後に4×IC50 4h値のLTX-401(108μΜ)でのLTX-401処置後の上清中のチトクロムcの存在を実証した(図14b)。チトクロムcの放出は、時間をかけて徐々に増加し、実験の終点で約40ng/mlのピークに達した(図14b)。
ATPは、従来の化学療法に屈した癌細胞を含む、死んでいく細胞及び/又はストレスを受けた細胞から放出される時に、免疫原性を有することが報告されている。LTX-401がB16F1細胞からのATP放出を誘発できるかどうかを調べるために、ルシフェリン-ルシフェラーゼ系反応アッセイを使用した。ATPの細胞外濃度は、処置開始後60分で急速に上昇し、120分に向かって徐々に増加した(図14c)。
2.4 LTX-401での処置は黒色腫細胞でリソソーム完全性の喪失を誘導した
次に、発明者らは、LTX-401がリソソーム完全性に何らかの変化を引き起こすかどうかを調べることを望んだ。フローサイトメトリー及び共焦点顕微鏡で示されるように、LTX-401での処置は、好酸性染料リソトラッカーDND-26からのシグナルの喪失をもたらした。この染料は、リソソーム及びメラノソームなどの酸性オルガネラ中に蓄積する。同様の結果がリンパ腫細胞でも得られたので、この効果は、細胞型特異的ではないことが示された(データ示さず)。フローサイトメトリーと共焦点顕微鏡の両方によって示されるように、27μΜのLTX-401は、インキュベーションの60分後に、B16F1黒色腫細胞でシグナルを減少させた。
3 考察
免疫監視を回避する癌細胞の能力は、癌の新たな特質として最近認められている。免疫原性細胞死(ICD)は、危険関連分子パターン分子(DAMP)と呼ばれる免疫増強分子の放出として定義され、従って癌細胞に対する免疫応答を確立する上で重要である。ICDを誘導するいくつかの細胞増殖抑制化合物の能力に起因して、免疫系が従来の処置への応答として、癌撲滅に重要な役割を果たしていることも示されている。ICDはさらに、抗癌治療の長期的な成功のための決定要因として示唆されている。腫瘍溶解性療法は、癌細胞をその場で溶解しその後のDAMPの放出を伴う、固形腫瘍に対する新しい有望な治療的アプローチである。
最近設計されたアミノ酸誘導体LTX-401は、抗癌活性を示すことが報告されている。本研究では、発明者らは、LTX-401が、B16黒色腫を含む様々な癌細胞株に対して抗癌活性を発揮することを実証する。発明者らは以前に、ウシラクトフェリシン(LfcinB)誘導体についての構造活性相関研究(SAR)に基づきα-ヘリカルコイル構造をとる可能性を有するより短いペプチドを設計した。これらのペプチドは、インビトロ及びインビボの両方で、天然に存在するLfcinB(25mer)よりも効果的に癌細胞を死滅させることが示されている。SAR研究は、芳香族セクターの大きさ、ひいては全体的なより高い疎水性が、ペプチドの抗癌活性を増強する重要な因子であることを明らかにした(図11)。
経時的にB16F1黒色腫細胞に対する異なる濃度のLTX-401の影響を研究するために、動態実験を行った。動態研究に用いた濃度は、2×IC50 4h値及び4×IC50 4h値であった。細胞の生存は、4×IC50 4h値(108μΜ)を使用して90~120分後に最小値に低下した(図12)。これとは対照的に、一般的に使用される化学療法剤は、重要な抗癌効果を発揮するために、より長いインキュベーション期間を必要とする。
LTX-401処置癌細胞の形態学的変化を研究するために、透過型電子顕微鏡(TEM)研究を行った。これらの研究は、処置されたB16F1細胞の表面形態の早期喪失及び細胞質のわずかな空胞化を明らかにした(図13c、d)。細胞の大きさの増加もまた、LTX-401処置の開始直後に明らかであった。処置される細胞のインキュベーション期間を延長すること(60分まで)により、TEM画像は空胞化の増加を示し、細胞膜の完全性の喪失及びその後の細胞内容物の細胞外環境への漏れをもたらす溶解作用機序によって細胞が死滅することを明らかにした(図13e、f)。
細胞質物質を含有する小胞の形成は、異なる細胞小器官にLTX-401により与えられる急性の細胞内ストレスに細胞が応答する過渡状態を構成し得る。ミトコンドリアは、実験の終点(60分)で膨潤する証拠を示しながら、処置後5分では正常な形態を示した。B16細胞株由来の細胞株は、スピンドル形状の細胞と上皮様細胞の両方の異種集団からなることが知られている。これらの異なる表現型は、LTX-401を含む抗癌物質での処置に対しておそらく別々に応答でき、このことは処置細胞の異種形態を部分的に説明できる。
免疫原性細胞死(ICD)の概念が導入されたとき、癌細胞死のモードは、放射線療法及びいくつかの一般的に使用される化学療法レジメンを含む、選択された抗癌療法の結果及び成功を決定するのに重要な役割を果たしていと認識された。強力な抗腫瘍免疫応答の活性化は、表面に露出されるカルレティキュリン(CRT)、分泌されるアデノシン三リン酸(ATP)及び受動的に放出されるハイモビリティグループボックス1(HMGB1)を含む、死んでいく細胞及び/又はストレスを受けた腫瘍細胞からのDAMPの放出に至る細胞性の及び生化学的な一連の事象に依存することが示された。これらの3つの分子は、ICDの特徴と考えられる。それらのそれぞれの受容体と相互作用する時に、DAMPは、腫瘍抗原と共に、腫瘍床への樹状細胞(DC)の動員及び活性化を調整でき、後に流入領域リンパ節へ戻って腫瘍特異的CD8+T細胞を活性化できる。本研究では、LTX-401でインビトロ処置したB16F1黒色腫細胞を、それぞれルシフェラーゼアッセイ及びウェスタンブロット分析を用いて、ATP及びHMGB1の放出についてスクリーニングした。これらの実験は、LTX-401処置がB16F1細胞でHMGB1及びATPの放出を誘発したことを明らかにした(図14a、c)。細胞内区画から上清へのHMGB1の移行は、LTX-401で処置したB16F1細胞において明らかであった。ポストアポトーシス細胞及び/又は壊死細胞からのHMGB1の細胞外放出は、炎症性白血球の誘引並びにTNF-α及びIL-6などの炎症促進性サイトカインの刺激により、抗腫瘍形成性環境を維持し増強できる。加えて、HMGB1は、DCの成熟で重要な役割を果たし、プロセシング及びナイーブT細胞への腫瘍抗原の提示の両方に有利に働き、それによって先天性免疫応答と適応抗腫瘍免疫応答の間の関係を確立する。
ATPが腫瘍細胞によって細胞外環境中に放出又は分泌されると、それは腫瘍床への免疫細胞の動員を促進するのに役立つプリン受容体に作用する。さらに、DC上のP27受容体に結合すると、ATPは、NLRP3インフラマソームのアセンブリを刺激し、腫瘍特異的CD8+T細胞を生成するIFN-γのプライミングに必要なサイトカインであるIL-Iβの生成及び放出を最終的にもたらす一連の下流の事象を開始する。ATPは、実験期間中に増加しながらB16F1から放出された。
ミトコンドリアDAMP(mtDAMP)は、ATP、ミトコンドリアDNA、ホルミルペプチド、酸化カルジオリピン及びチトクロムcを含む。ミトコンドリアは細菌に著しく似ているので、これらの分子は強力な免疫賦活剤であると考えられる。チトクロムcは、アポトーシス細胞死の間の初期のイベントの1つを特徴づけ、ミトコンドリア膜間スペースからサイトゾルへのその放出はアポトソームのアセンブリ及びプロカスパーゼ9の活性化を制御し、ひいては細胞内危険シグナルのように作用する。チトクロムcの放出はまた、壊死に屈した細胞から生じることも報告されている。さらに、細胞外チトクロムcは、NF-κBの活性化並びに他の炎症性サイトカイン及びケモカインの放出を誘発する。チトクロムcの血清レベルの上昇は、SIRS患者で観察されており、生存不良と関係付けられる。チトクロムcのELISAアッセイを、mtDAMPを放出するLTX-401の性能評価の手助けをするために実施した。LTX-401での処置がインビトロでB16F1黒色腫細胞からのチトクロムcの細胞外放出を誘発することが示された(図14b参照)。興味深いことに、TEM顕微鏡写真は60分後にB16F1細胞の溶解を確認したが、チトクロムcの放出は120分後まで対照と著しく違わず、このことはミトコンドリアがまだ多少無傷で、細胞溶解後しばらくの間そのチトクロムcを保持し続けることを示し得る。
電子顕微鏡研究は、B16F1細胞中のミトコンドリアが最初はLTX-401処置によって影響を受けず、チトクロムc放出のタイミングはミトコンドリアの溶解が細胞の溶解のため二次的に起こることを示唆し得るという概念を支持する。Ausbaucherらによる以前の作用機序研究はこれらの知見を支持しており、TMREによって測定した場合にLTX-401はミトコンドリア膜電位を損なわなかった。
しかしながら、LTX-401は両親媒性構造を有する小分子であり、そのため原形質膜をバイパスする可能性を有し、続いて細胞内構造を標的とする。発明者らはしたがって、関係する他の潜在的な細胞内標的を調べることを望んだ。酸性オルガネラに対するLTX-401処置の効果を、リソソーム色素リソトラッカーDND-26の使用によって評価し、生細胞の共焦点画像は、LTX-401処置が、全体的な形態学的変化が起きる前でさえ、好酸性色素リソトラッカーの蛍光を著しく変化させたことを示した。この観察は、同じ濃度及びインキュベーション時間でフローサイトメトリー分析を用いて確認された(データ示さず)。蛍光の喪失は、細胞中の酸性オルガネラが処置により損なわれることを示す。そうであっても、B16F1細胞はまた、酸性リソソーム関連オルガネラであるメラノソームを有している。その結果、発明者らは、非メラニン細胞株(A20、マウスリンパ腫)で実験を繰り返し、同様の結果を得た(データ示さず)。これらの知見は、リソソームがLTX-401の細胞内標的の1つであることを示唆する。
免疫療法は、腫瘍細胞に対する特異的T細胞応答を開始することを意図する。黒色腫に対する腫瘍内免疫療法は有望なアプローチであり、いくつかの前臨床及び臨床試験がエキサイティングな結果を報告している。発明者らの研究において、小さい溶菌アミノ酸誘導体LTX-401の抗癌効果及び作用機序を検討した。ATP、HMGB1及びチトクロムcなどのDAMPの放出によって示されるように、LTX-401で処置された黒色腫細胞は、免疫原性細胞死の特徴を示した。さらに、LTX-401は、非常に侵襲性でかつ免疫原性の乏しいマウスB16黒色腫の完全な退縮を誘発した。結論として、発明者らの結果は、有望な免疫療法剤としてのLTX-401の可能性を実証する。
実施例4
LTX-315はマウス黒色腫モデルにおいてT細胞クローン性を増加させる
1.材料及び方法
本研究は、Adaptive Biotechnologies(商標)による「immunoSEQ(商標)」T細胞受容体(TCR)のレパートリー特性評価プラットフォームを用いて行った。このプラットフォームは、高度に最適化されたプライマーセットを有する新規なマルチプレックスPCR1と、TCR遺伝子のみを標的にするディープシーケンシング技術を兼ね備える。immunoSEQプラットフォームは、研究者が例外的な深度及び特異性で適応免疫系を分析するのを可能にする。
ほとんどのTCRシーケンスは、個体における1つ又は少数の細胞でのみ見出される。しかしながら、免疫記憶の形成時に、細胞はクローン増殖を受ける。その結果、増殖及び記憶細胞への変換後に、過去の病原体に対する受容体配列が数千の細胞に存在し得る。受容体配列の大きな潜在的多様性は、ほとんどの場合、ヌクレオチドが同一の配列はクローン増殖を介することを除いて、細胞間で共有されないことを意味する。
観察される配列に寄与するインプット細胞の正確な数を定量することにより、immunoSEQアッセイは、研究者が、高度に増殖したクローンの特徴及びまた低頻度(特有の)細胞の特徴を分析するのを可能にする。
1.1 腫瘍処置
マウスB16黒色腫細胞を収集し、洗浄し、10匹のマウスに皮内注射した。腫瘍注射後8日目に、5匹のマウスに1回又は2回、LTX-315(1.0mgのLTX-315/50μl生理食塩水)の単回腫瘍内注射を用いて、ペプチド処置を開始した。生理食塩水のみのビヒクル対照(滅菌水中0.9%のNaCl)を、他の5匹のマウスに投与した。動物を次いで15日目に安楽死させた。
1.2 TCRレパートリーの特性
腫瘍組織(10mg)及び全血(150~200μl)を、TCRレパートリー特性分析のために各マウスから採取した。血液試料は末梢における免疫レパートリーに関する情報を提供し、腫瘍試料はレパートリーの重点的な見解を提供する。
配列分析を、組織試料に対して調査レベルの解像度で、及び血液試料に対して深いレベルの解像度で、Adaptive Biotechnologies(商標)により行った。
1.3 データ解析
クローン性は、クローン頻度分布の形状を測定することにより、モノクローナル又はオリゴクローナル増殖の程度を定量する。値は0~1の範囲であり、1に近づく値は、ほぼモノクローナルの集団を示す。図15は、0.05(A)及び0.32(B)のクローン性を有する集団の例示的な分布曲線を提供する。
クローン性は、以下の式を用いて計算される:
Figure 0007251761000003
p値を、マン・ホイットニーU検定を用いて計算した。
2 結果
結果の要約を以下の表2に示す。
Figure 0007251761000004
堅牢なデータセットを、血液中で検出される100,000超の分子を用いて作成した。対照と比較して、クローン性(図16A)、有核細胞あたりのT細胞数(図16B)及びT細胞クローン数(図17)の有意な増加が、LTX-315での処置後の腫瘍で見られた(p<0.05)。対照と比較して処置後の血液においてクローン性の有意な増加は見られなかったが(図18、P<0.05)、図19及び図20は、処置後に、T細胞クローンが、腫瘍組織と比較して末梢でより豊富であることを示す。この観察は、図20においてより顕著である。
実施例5
LTX-315は防御免疫応答を誘発する
LTX-315処置によって治癒された動物は、皮内及び静脈内の両方でのB16腫瘍生細胞の再負荷に対して保護された。まとめると、データは、LTX-315での腫瘍内処置が、局所腫瘍制御に続く防御免疫応答を提供でき、新しい免疫療法剤としての可能性を有することを示す。
1 材料及び方法
本研究は、CAMILIO KAら,cancer Immunol.Immunother.2014,63:601-13に記載の通りに行った。
1.1 試薬
LTX-315及びLTX-328(K-A-Q-Dip-Q-K-Q-A-W-NH2)を、要求に応じて、それぞれBachem AG(Bubendorf,Switzerland)及びInnovagen(Lund,Sweden)から購入した。ダカルバジン(D2390)、テモゾロミド(T2577)及びシスジアンミン白金(II)ジクロリド(P4394)は全て、Sigma-Aldrichから購入した。
1.2 細胞株
C57BL/6マウス由来の皮膚悪性黒色腫B16F1(ATCC、CRL-6323)、ヒト胎児肺線維芽細胞株MRC-5(ATCC、CCL-171)及びヒト臍帯静脈内皮細胞株HUV-EC-C(ATCC、CRL-1730)は全て、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(ATCC-LGC Standards,Rockville,MD,USA)から購入した。A375(ECACC、88113005)は、患者材料由来のヒト悪性黒色腫であり、Public Health England(PHE Culture Collections,Porton Down,Salisbury,UK)から購入した。B16F1及びA375細胞をDMEM(高グルコース)中で培養し、MRC-5細胞を、2mMのl-グルタミン(全て)及び1%非必須アミノ酸(A375のみ)を含有するMEM(正常グルコース)中で培養した。初代表皮メラニン細胞(ATCC、PCS-200-013)を、アダルトメラノサイト増殖キット(ATCC、PCS-200-042)を補充したDermal Basal Medium(ATCC,PCS-200-030)中で培養した。HUV-EC-Cを、LonzaからのEGM-2 Bulletkitを用いて培養し、全ての増殖培地は、抗生物質を含まず、10%FBSを補充した(無血清初代メラノサイトを除いて)。細胞培養を、37℃にて5%CO2及び95%超湿度の加湿雰囲気中で維持し、マイコプラズマと他の病原体(Rapid-MAPTM-27,Taconic,Europa)の両方又はマイコプラズマ単独のいずれかについて試験した。
1.3 動物
5~6週齢の雌C57BL/6野生型マウスを、英国のCharles Riverから入手した。全てのマウスを、地方及びヨーロッパの倫理委員会のガイドラインに従って病原体を含まない動物施設内のケージに収容した。
1.4 腫瘍処置
腫瘍細胞を収集し、RPMI-1640で洗浄し、C57BL/6マウスの腹部の右側に皮内(i.d.)注射した(マウスあたり5×104個のB16F1細胞/50μlのRPMI-1640)。触知可能な腫瘍(20~30mm2)を、生理食塩水中に溶解したLTX-315又はLTX-328(1.0mgのペプチド/50μlの生理食塩水)の単回用量で3日間連続して1日1回、i.t.注射し、ビヒクル対照は生理食塩水のみであった(滅菌水中0.9%のNaCl)。腫瘍の大きさを、電子キャリパーを用いて測定し、楕円の面積として表した[(最大寸法/2)×(最小寸法/2)×Π]。垂直腫瘍寸法の積が130mm2に達した時、又は腫瘍潰瘍が発症した時に、動物を次いで安楽死させた。
1.5 第2の腫瘍負荷
LTX-315処置後に腫瘍が完全退縮(CR)した動物に、それらがLTX-315で治癒された4~5週間後に、腹部の左手側(最初の腫瘍部位に対して反対側)に第2のi.d.腫瘍細胞負荷(5×104個のB16F1細胞)を与えた。このi.d.腫瘍再負荷後に生存している動物に、その後、尾静脈を介して第2の腫瘍再負荷を静脈内で(i.v.)(2×105細胞)与えた。肺をi.v.再負荷後19日目に摘出した。全てのマウスを、腫瘍の大きさ及び生存について監視した。
1.6 統計解析
全てのデータは、少なくとも3回の独立した実験を表し、平均値±標準偏差(SD)又は平均値の標準誤差(SEM)として表される。動物の生存曲線(カプランマイヤープロット)を、ログ・ランク(マンテル・コックス)検定を用いて比較した。発明者らは、p値≦0.05が統計的有意性を示すとみなした。
2 結果
LTX-315での処置が、適応免疫応答を誘発できるかどうかを調べるために、治癒された動物(n=25)に、非処置対照動物(n=6)と共に、CRが達成された4~5週間後に、最初の腫瘍部位に対して反対側の腹部に5×104個の生存腫瘍細胞をi.d.で再負荷した。このi.d.腫瘍再負荷後CRに達した動物に、後に2回目のi.v.再負荷を行った。LTX-315により治癒された動物の大半は、成長阻害を示し、25匹中15匹の動物で腫瘍増殖はなかったが、全ての対照動物は、i.d.再負荷後に腫瘍を発症した(図21c)。以前にLTX-315のi.t.注射によって治癒された動物(n=7)は、未処置対照動物(n=7)と比較して、i.v.再負荷後にB16黒色腫に対する全身免疫防御を示した(図21d、e)。LTX-315治癒動物(腫瘍病巣の平均数=15.86)は、未処置対照動物(腫瘍病巣の平均数=123.3)と比較して、顕著により低い数の肺腫瘍病巣を示した。さらに、組織学的検査は、以前にLTX-315によって治癒された動物の肺腫瘍病巣が、未処置対照動物のあまり浸潤していない肺腫瘍病巣と比較して、CD3+T細胞で顕著に浸潤されたことを明らかにした(図21f)。
特許公報WO2007/107748に示されるように、同様の適応免疫応答が、D型及びL型の溶解性ペプチドLfcinB(H2N-FKCRRWQWRMKKLGAPSITCVRRAF-COOH)、モデル28(H2N-KAAKKAAKAbipKKAAKbipKKAA-COOH)、モデル39(H2N-WKKWdipKKWK-COOH)及びC12(H2N-NKAAKKAbipKAAKAbipKKAA-COOH)の投与後に観察された。Bip=ビフェニルアラニン。
3 考察
インビボでのLTX-315の免疫調節特性が長期防御免疫応答をもたらすかどうかを調べるために、動物を生存腫瘍細胞で再負荷した。全ての以前に治癒された動物は、有意な腫瘍増殖阻害を示し、生存細胞をi.d.投与した動物の60%で腫瘍取り込みは全く観察されなかった(図21a~c)。癌に対する可能性のある長期的な全身保護及び実験的肺転移モデルでのその効果を調べるために、i.d.再負荷後に生存している動物にLTX-315処置後9ヶ月で、生存B16黒色腫細胞をi.v.再負荷した。i.v.再負荷された全ての動物は、抗CD3での免疫標識によって見られるように(図21f)、再負荷された肺腫瘍病巣へのCD3+T細胞浸潤の量の増加に加えて、未処置対照動物(図21d、e)と比較してB16黒色腫に対する全身免疫防御を示した。これは、LTX-315が、T細胞媒介性抗腫瘍免疫の持続性、ひいては腫瘍の再発及び肺腫瘍病巣に対する長期的な保護と共に、全身抗腫瘍免疫応答を誘発することを示している。LTX-315の機構は、膜誘導性溶解及びDAMPの細胞外放出(HMGB1)を介してB16黒色腫に対する長期的な特異的細胞性免疫を誘発することによるものであると考えられる。まとめると、インビトロ及びインビボでの発明者らの観察は、LTX-315のi.t.投与が、腫瘍細胞の細胞膜上のペプチドの直接的な破壊効果によって開始される広範な腫瘍壊死をもたらすことを示している。さらに、LTX-315の壊死効果は、免疫応答及び腫瘍実質へのTILの浸潤を刺激するDAMPの放出をもたらし、これは、持続性の腫瘍免疫防御を誘発することにおけるそれらの可能性のある役割のため、固体B16黒色腫の根絶に重要であり得る。
実施例6
LTX-315の投与後に作製されるT細胞はT細胞退縮に重要な役割を果たす
これから、発明者らは、LTX-315が、多機能性Tヘルパータイプ1/タイプ1細胞傷害性T細胞の頻度を増加させることによって腫瘍の微小環境を急速に再プログラムすることを示す。この増加は、腫瘍退縮において重要な役割を果たしている。
1.材料及び方法
1.1 化学物質及び細胞培養
細胞培養のための培地及び栄養補助剤をGibco-Life Technologies(Carlsbad,CA,USA)から入手し、Lytix Biopharma (Tromso,Norway)によって提供されたLTX-315を除く化学物質をSigma-Aldrich(St.Louis,MO,USA)から入手し、プラスチック製品は、Corning BV Life Sciences (Amsterdam,The Netherlands)からのものであった。MCA205を、10%ウシ胎児血清、並びに2mMのl-グルタミン、100 IU/mlのペニシリンGナトリウム塩、100μg/mlの硫酸ストレプトマイシン、1mMのピルビン酸ナトリウム及び1mMの非必須アミノ酸を補充したRPMI-1640培地中で培養した。細胞を、5% CO2雰囲気下にて加湿インキュベーター中で、37℃で増殖させた。
1.2 マウス
マウスを、12時間の明と12時間の暗のサイクルで温度制御環境にて特定の病原体を含まない条件下で維持し、食物及び水を自由に与えた。欧州連盟実験動物学協会(FELASA)ガイドラインに従う動物実験は、EU指令63/2010に準拠しており、Gustave Roussy Cancer Campus(Villejuif,France)の倫理委員会によって承認された。7週齢~14種齢のマウスを使用した。WT特異的病原体フリー(SPF)C57BL/6 Jを、Envigo(Gannat,France)から入手し、Gustave Roussy,Villejuif,フランスで、SPF条件下で維持した。
1.3 腫瘍モデル
マウスに、1×106個のMCA205細胞を右脇腹に皮下注射した。腫瘍細胞株を、C57BL/6マウスに接種した。腫瘍表面(最長寸法×垂直寸法)を、日常的にキャリパーによって監視した。腫瘍が20~25mm2の大きさに達したときに(0日目)、マウスに、300μgのLTX-315を3日連続、注射で毎日腫瘍内投与した。T細胞枯渇実験(図24)において、抗CD4及び抗CD8モノクローナル抗体(mAB)(それぞれGK1.5及び53~6.72;マウスあたり200μg)又はそれらのアイソタイプ対照(それぞれLTF-2及び2A3)を、最初のLTX-315の注入の3及び4日前に腹腔内注射し、7日おきに継続した。インビボでの使用のための全てのmAbを、推奨されるアイソタイプ対照のmAbを使用して、BioXcell(West Lebanon,NH,USA)から入手した。
1.4 フローサイトメトリー
腫瘍及び脾臓を、LTX-315の最初の注射後7日目に摘出した。切除した腫瘍を小片に切断し、25μg/mLのリベラーゼ(Roche,Boulogne-Billancourt,France)及び150 UI/mlのDNアーゼ1(Roche)を含有するRPMI-1640培地中で、37℃で30分間消化した。混合物をその後、100μmのセルストレーナーを通して継代した。2×106個の脾細胞(赤血球溶解後)又は腫瘍細胞を、膜染色前に、精製した抗マウスCD16/CD32(93;eBioscience,San Diego,CA,USA)と4℃で15分間プレインキュベートした。細胞内染色のために、FoxP3染色キット(eBioscience)を使用した。死んだ細胞を、生/死修正可能黄色死細胞染色キット(Live/Dead Fixable Yellow dead cell stain kit(Life Technologies,Carlsbad,CA,USA))を使用して除外した。サイトカイン染色のために、細胞を、50ng/mlのホルボール12-ミリステート13-アセテート(PMA;Calbiochem,San Diego,CA,USA)、1μg/mlのイオノマイシン(Sigma,St.Louis,MO,USA)、及びBD Golgi STOP(BD Biosciences,San Jose,CA,USA)を用いて37℃で4時間刺激した。抗IFN-γ(XMG1.2)及び抗TNF-α(MP6-XT22)を、eBioscienceから購入した。抗CD4(GK1.5)、抗CD8β(YTS1567.7)を、Biolegend(San Diego,CA,USA)から購入した。8色のフローサイトメトリー分析を、フルオレセインイソチオシアネート、フィコエリトリン、フィコエリトリンシアニン7、ペリジニンクロロフィルタンパク質-シアニン5.5、アロフィコシアニン-シアニン7、パシフィックブルー又はアロフィコシアニンに結合された抗体を用いて行った。全ての細胞を、FlowJo(Tree Star,Ashland,OR)ソフトウェアを使用して、CyAn ADP(Beckman Coulter,Marseille,France)フローサイトメーター上で分析した。
1.5 統計解析
データを、マイクロソフト社のエクセル(Microsoft Co.,Redmont,WA,USA)及びプリズム5(GraphPad,San Diego,CA,USA)を用いて分析した。データを平均±S.E.M.として表し、P値をスチューデントt検定又は一方向ANOVA、その後、該当する場合、テューキー(Tukey)検定によって計算した。カプランマイヤー生存曲線の比較を、ログランクマンテル・コックス検定を用いて行った。全ての報告した検定は、両側検定であり、P値<0.05で有意とみなした。
2 結果
発明者らは、皮下肉腫モデルにおいてLTX-315投与後7日目に形作られた腫瘍微小環境を構成する主要エフェクターの動態を検討した。発明者らは、IFNγ+(Tヘルパー1型、Th1)、IL-17+(Th17)及び二重陽性IFNγ+ IL-17+(pTh17)CD4+TIL(図22)、並びに多機能性IFNγ+ TNFα+ CD8+ T細胞(図23)の蓄積を観察した。
LTX-315媒介性抗癌効果は、CD4+及びCD8+ T細胞を枯渇させる抗体が完全に抗腫瘍効果を抑制する限りにおいてT細胞依存的であった(図24)。
3 考察
この前臨床研究において、発明者らは、LTX-315が、典型的なアポトーシス又は調節された壊死性細胞死を誘発せずに、制御されていない免疫原性腫瘍細胞死を引き起こすことを見出した。この細胞死の少なくとも一部は、多機能性CD4+及びCD8+ TILの蓄積を促進することを含む。免疫原性作用機序は、Tリンパ球の非存在下で抗腫瘍効果が消失されたという事実によって、重要であることが示される。
実施例7
LTX-315の投与後の腫瘍へのT細胞浸潤の臨床組織学的証拠
1 材料及び方法
患者からのホルマリン固定パラフィン包埋腫瘍組織切片を、キシレン及び段階的アルコールで脱パラフィンし、水和し、PBSで洗浄した。電子レンジでのクエン酸ナトリウム緩衝液(pH6)中の抗原回復後に、内因性ペルオキシダーゼを0.3%のH22によって15分間ブロッキングした。切片を、4℃で一晩、一次抗体;ウサギポリクローナル抗CD3(クローンA0452 Dako)又はマウスモノクローナル抗CD8(clone OX8,ab33786,Abcam)とインキュベートした。二次抗体として、抗ウサギ西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)SuperPicTureポリマー検出キット(Invitrogen)又はエンビジョンシステムHRP抗マウス(Dako)を使用した。一致したアイソタイプ対照を、非特異的バックグラウンド染色の対照として使用した。
2 結果
図25~29は、転移性黒色腫、悪性黒色腫、ミオ上皮腫、乳癌及びデスモイド腫瘍患者の腫瘍への細胞傷害性T細胞の浸潤を示す。
実施例8
LTX-315処置は二次性及び原発性腫瘍への細胞傷害性T細胞浸潤をもたらす
1つの腫瘍病巣におけるLTX-315の腫瘍内注射が転移性疾患にも影響を与え得るかどうかを明らかにするために、ラット肉腫モデルにおいて腹腔内腫瘍及び2つの皮下腫瘍を確立した。その後、LTX-315を皮下病巣の1つに注入し、腫瘍増殖をライブイメージングによって評価した。結果は、LTX-315の処置が全3つの病巣を根絶し、動物が耐久性のある完全寛解状態に入ったことを示した。
1 材料及び方法
1.1 動物実験
近交系Piebald Virol Glaxo(PVG.RT7a,略称PVG)系統のラットを、PVG.RT7B系統(本研究でPVGと略す)と互換的に使用した。これらの系統は、白血球共通抗原(LCA/CD45)ファミリの1つの無関係なエピトープを除いて同一である。PVGラットは、Harlan(the Netherlands)から購入し、PVG.7Bラットは、基礎医学科学研究所(Basic Medical Sciences(IMB,University of Oslo,Norway))での自家繁殖から入手した。実験の間、240~270gの重量の雄ラットを、12時間の明/暗サイクル及び周囲温度で、気候制御された条件下にてケージ当たり2~3匹の動物のグループで飼育した。ラットを、標準の齧歯類用固形飼料及び水を自由に利用できるようにして、強化された個別通気ケージ(IVC)システムに収容した。動物を、実験手順中に、十分な程度の鎮静及び鎮痛を提供する、2.5%のイソフルランガス(Baxter Medical AB)又はフェンタニル/フルアニゾン(Hypnorm;VetaPharma社)の皮下注射(0.4ml/kg)のいずれかで麻酔した。動物を毎日監視し、大きな腫瘍を有するラットをCO2で安楽死させた。実行した全ての手順は、FOTS番号1957及び5917の下で行われ、ノルウェー農業省の実験動物委員会によって承認され、実験及び他の科学的な目的のために使用される脊椎動物の保護のための欧州条約を遵守した。実験動物施設は、日常の健康監視プログラムの対象となっており、欧州実験動物学会連合の勧告の改定に従って一般的な病原体についてスクリーニングした。
1.2 腫瘍処置
前培養したラットの形質転換間葉系幹細胞由来の肉腫モデル細胞(rTMSC)を、無血清RPMI-1640中に収集し、200,000個のrTMSCを、半日目にPVGラットの右脇腹に皮下接種し、20,000個のrTMSCを0日目に反対の脇腹に皮下接種した。確立された腫瘍(平均の腫瘍の大きさ25mm2)に、LTX-315(0.9% NaClを有する滅菌水に溶解した)(n=8)又はビヒクル(0.9% NaClを有する滅菌水)(n=6)を病巣内注射した。20mg/mlにて50μl(1mg)のLTX-315処置用量を、1mlのシリンジ(Myjector U-100,Terumo)、0.5×16mm針(Fine-Ject;Henke-Sass,Wolf GmbH)を用いて与えた。注射を、3日連続して毎日提供した。腫瘍の大きさを、キャリパーを用いて週に3回測定し、楕円の面積[(最大寸法/2)×(最小寸法/2)]として表した。腫瘍が400mm2を超えた場合に、動物の命を終了させた。
1.3 固形腫瘍からの単一細胞懸濁液の調製
単一細胞懸濁液を、LTX-315処置の翌週の間の異なる時点で、新鮮な腫瘍組織から調製した。腫瘍をかみそりの刃で穏やかにミンチし、小片(4mm2)に切断した。腫瘍組織を、37℃で60分間穏やかに撹拌しながら、10mlのMEM培地(Sigma-Aldrich)中0.18 Wunsch単位/mlの濃度でのリベラーゼTM(Thermolysin Medium;Roche Diagnostics)とインキュベートした。酵素消化を、4℃で2mlのFCS(Invitrogen,Thermo Fischer)の添加によって停止させた。細胞懸濁液を、70μΜメッシュ(Cell Strainer;BD)を通して濾過し、PBSで洗浄し、細胞を次いでフローサイトメトリー染色のために直接使用した。
1.4 抗体及びFACS分析
CD4(OX38)及びCD8(OX38)に対するマウスモノクローナル抗体は、ハイブリドーマからの培養上清から単離され、英国オックスフォードのMRC Cellular Immunology Unitからの贈り物であった。それらを、標準的なプロトコルに従ってIMBで結合させた。CD3に対する蛍光色素結合mAb(G4.18)を、PerCPストレプトアビジンを含めて、BD Biosciences社から入手した。FITC/AI488、PE、PerCPストレプトアビジン及びAI647中の試薬からなる4色パネルを、CellQuest software(BD)を備えたFACSキャリバー(BD)上にアプライし分析した。ドットプロット及びヒストグラムゲートは、アイソタイプ対照抗体を使用して設定した。
1.5 免疫組織化学
ホルマリン固定パラフィン包埋組織切片を、キシレン及び段階的アルコールで脱パラフィンし、水和して、PBSで洗浄した。電子レンジでクエン酸ナトリウム緩衝液(pH6)中の抗原を回収した後、内因性ペルオキシダーゼを0.3%のH22によって15分間ブロッキングした。切片を、一次抗体;ウサギポリクローナル抗CD3(クローンA0452 Dako)又はマウスモノクローナル抗CD8(クローンOX8、ab33786、Abcam)と4℃で一晩インキュベートした。二次抗体として、抗ウサギ西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)SuperPicTureポリマー検出キット(Invitrogen)又はエンビジョンシステムHRP抗マウス(Dako)を使用した。一致したアイソタイプ対照を、非特異的バックグラウンド染色のための対照として使用した。
1.6 統計
データを、平均±SDとして表す。2つのグループ間の統計的優位性を、両側スチューデントt検定によって分析し、P<0.05を統計学的に有意であるとみなした。統計分析を、GraphPad Prismソフトウェア(バージョン6、GraphPad)を用いて行った。
2. 結果
LTX-315媒介退縮及び長期防御免疫応答の基礎となる細胞メカニズムを調べるために、発明者らは、処置した腫瘍の細胞組成をフローサイトメトリー及び免疫組織化学によって分析した。最後の処置の翌週の間、腫瘍を異なる時点で切除し、その後LTX-315処置動物及び未処置動物の両方で腫瘍浸潤白血球の表現型を決定した(図30a)。
増殖する腫瘍に応答して腫瘍浸潤Tリンパ球が、未処置ラットで観察された(図30b)。リンパ球の自発的な浸潤は、腫瘍増殖を阻害するには不十分であり、腫瘍制御は、腫瘍微小環境での適応免疫及びCD8+T細胞の蓄積に依存した。T細胞の割合は、未処置腫瘍と比較してLTX-315処置後に顕著に増加した(処置;28.35±11.78、未処置;13.58±7.84、P<0.5)。同様に、二次腫瘍組織内のT細胞の割合は、未処置ラットに比べて3倍に増加した(処置;39.83±17.4、未処置;11.83±10.25、P<0.01)。CD3+T細胞集団内で、CD8+細胞は、未処置ラットに対して、処置ラットの原発性及び二次性腫瘍において主要な画分を構成していた(処置ラットの原発性腫瘍;62.77±13.3、未処置ラットの原発性腫瘍;37.33±3.48、P<0.01、処置ラットの二次性腫瘍;45.8±5.4、未処置ラットの二次性腫瘍;34.67±3.36、P<0.1)。
未処置ラットと比較して、LTX-315処置ラットのFACS分析は、腫瘍退縮と相関する主要な免疫エフェクター細胞集団であるCD3+及びCD8+の腫瘍浸潤T細胞の著しく高いレベルを明らかにした。免疫組織化学的分析は、LTX-315処置ラットからの原発性及び二次性の腫瘍組織で観察されたCD3+及びCD8+細胞の浸潤の増加を実証するフローサイトメトリーデータと一致した(図31)。

Claims (10)

  1. 腫瘍浸潤T細胞集団を生成する方法であって、腫瘍細胞膜を溶解できる正電荷を有する両親媒性ペプチドで処置された対象から採取された細胞腫瘍試料からT細胞集団を単離することを含む方法であって、
    前記ペプチドが、LTX-315(SEQ ID NO:23)、若しくはその塩、又はLTX-401、若しくはその塩である、方法。
  2. 前記T細胞集団を培養する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記T細胞集団をエクソビボで増殖させる工程をさらに含む、請求項1又は請求項2に記載の方法。
  4. 前記T細胞集団からの1以上のクローン型の特定及び/又は単離をさらに含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
  5. それらの対応する腫瘍特異的抗原又はネオ抗原を特定するために作製されたT細胞集団を分析する工程をさらに含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記分析が、(a)前記T細胞集団がエクソビボで増殖された後に、又は(b)単離T細胞集団上で直接行われる、請求項5に記載の方法。
  7. 請求項1~4のいずれか一項に記載の方法により得られる、単離T細胞集団。
  8. 腫瘍細胞を処置する又は腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減することにおける使用のための、請求項7に記載の単離T細胞集団。
  9. 腫瘍細胞を処置する又は対象において腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減するための医薬の製造における請求項1~4のいずれか一項に記載の方法により得られる、単離T細胞集団の使用。
  10. 請求項1~4のいずれか一項に記載の方法により得られる、単離T細胞集団であって、腫瘍細胞を処置する又は腫瘍の増殖、確立、拡散若しくは転移を予防する又は低減することにおける使用のための、単離T細胞集団であって、チェックポイント阻害剤と共に投与される、単離T細胞集団。
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