【発明の詳細な説明】遺伝子産物の持続的放出のための筋芽細胞の利用 謝辞
本発明は国立保健研究所により与えられたグラントナンバーCA44360に
よる政府援助により行われた。政府は本発明におけるある一定の権利を保有する
。発明の分野
本発明は被験者に対する遺伝子産物の持続的放出のための筋芽細胞の利用に関
するものである。発明の背景
筋芽細胞は筋形成を運命づけられている中胚葉の前駆細胞である。確定した筋
芽細胞は他の筋芽細胞を認識して自発的にそれらの細胞と融合することができ、
分化した筋管を産生する。多核筋管はもはや分裂またはDNA合成を行わないが
大量の筋タンパク質を産生する。これらのタンパク質としては収縮器官の構成成
分や神経筋の伝達に必須の特異的細胞表面成分がある。結局、分化した筋細胞は
特徴的な線紋および律動的収縮を示す。さらにこの道を進むと成熟に至る;異な
る発育段階における収縮器官および筋は、異なる多重遺伝子族によりコードされ
るミオシンやアクチンのような性質の異なる筋タンパク質のイソ型を含んでいる
。
胎児および成体組織からの筋芽細胞の産生を開発した。たとえば、Blau and W
ebster,Proc.Natl.Acad.USA Vol.78:5623-5627(1981)は、個々のクローンの増殖
または分化のための筋細胞の分離およびクローニングについて記載している。こ
れらの方法がうまくいくということは、他の細胞が十分に除かれた大量の筋芽細
胞を生体筋組織からつくることができることを示唆している。筋芽細胞はいろい
ろの用途に使われる可能性をもっている。たとえば、筋芽細胞は細胞治療のため
の伝達体として役立つかもしれないし、その場合、問題としている産物を得るた
めに筋芽細胞中に1個またはそれ以上の遺伝子が導入されるであろう。しかし、
治療上の応用に広く使用するためには、筋芽細胞によって問題の産物を持続的に
産生する方法を開発することが必要である。発明の簡単な説明
筋−特異的遺伝子プロモーター/エンハンサー配列またはエレメントの制御の
もと、問題の遺伝子産物をコードする配列から成る構成を含む初代筋芽細胞が、
細胞治療への使用のため無血清培地または低血清培地で作られる。移植された筋
芽細胞は移動でき、すでに存在している線維と融合することができ、問題として
いる導入遺伝子のための担体として働くことができる。筋芽細胞が基底薄層を透
過して移動することにより望みの遺伝子産物を効率よく放出する方法が得られる
。このほか、基底薄層を通過して筋芽細胞を移動させることによって、注入回数
を減らしての疾病の治療が可能になる。図の簡単な説明
図1はこの中で述べる例で用いる種々の構成の概要図である。
図2は、図1に示したプロモーター/エンハンサー/因子IX構成をインフェク
トした筋芽細胞を注入したヌードマウス中のイヌ因子IXの発現濃度の要約である
。本発明の詳細な説明
疾病治療のための細胞治療で使用するための方法および構成物を提示する。方
法としては栄養培地中無血清または実質的に血清が存在しない中でクローンとし
て純粋な、または実質的に濃化された大量の筋芽細胞を調製するものである。得
られた細胞は筋組織または可溶因子が含まれる他の組織に関連する種々の疾病の
治療に用いることができる。
本発明に従って、宿主被験者における遺伝子産物(複数)の持続的放出を行わ
せる方法を述べる。発明の方法は以下のことより成る:
(a) 該被験者より筋芽細胞を得る、
(b) 該筋芽細胞中にDNA配列を導入し、そこで該DNA配列は作用的に互
いに関連する以下のものより成る:
少くとも1個の筋特異的遺伝子エンハンサー配列またはエレメント、発
現を誘発することのできる少なくとも1個のプロモーター、および問題にしてい
る産物をコードする遺伝子および、そのあと
(c) 修飾した筋芽細胞を該被験者の筋組織に導入する。
本発明の他の態様に従って、宿主被験者中に遺伝子産物(複数)を持続的に放
出させる別の方法を開示する。代わりのこの方法は以下のことより成る:
(a) 該被験者から得られた初代筋芽細胞中にDNA配列を導人し、該DNA
配列は作用的に互いに関連する以下のものより成る:
少くとも1個の筋持続的遺伝子エンハンサー配列またはエレメント、発
現を誘発することのできる少なくとも1個のプロモーター、および問題にしてい
る産物をコードする遺伝子および、そのあと
(b) 修飾した筋芽細胞を該被験者の筋組織に導入する。
本発明のさらに他の態様に従って、宿主被験者中に遺伝子産物(複数)の持続
的放出させる、さらに別の方法について述べる。この代わりの方法は修飾した筋
芽細胞を該被験者の筋組織中に導入することより成り、ここで該筋芽細胞は該被
験者から得られ、作用的に互いに関連する以下のDNA配列を含むように修飾さ
れている:
少くとも1個の筋特異的遺伝子エンハンサー配列またはエレメント、発
現を誘発できる少なくとも1個のプロモーター、および問題の産物をコードする
遺伝子。
本発明のさらに他の態様に従って、筋組織中の遺伝子産物(複数)の組織−特
異的発現の方法を提示し、該方法は高レベルの発現が可能な誘発プロモーターと
作用的に関連する、筋特異的遺伝子エンハンサー配列またはエレメントの制御下
に、該産物(複数)をコードする遺伝子を置くことより成る:
本発明のさらなる態様に従って、作用的に互いに関連する以下のDNA配列か
ら成るDNA構成を提示する:
少くとも1個の筋特異的遺伝子エンハンサー配列またはエレメント、
発現を誘発できる少なくとも1個のプロモーター、および問題の産物をコードす
る遺伝子。
本発明に従う現在好ましいDNA構成は以下のものより成る:
該筋特異的遺伝子エンハンサーまたはエレメントとしてクレアチンキ
ナーゼエンハンサー、
該プロモーターとしてサイトメガロウイルスプロモーター/エンハン
サー、および
問題の産物をコードする遺伝子。
本発明のさらなる態様に従って、上に述べたようなDNA構成(複数)を含む
初代筋芽細胞が提供される。
本発明のさらに他の態様に従って、常態で分泌される遺伝子産物の産生が不十
分である疾病状態を治療する方法を提示し、該方法は被験者の筋組織に、修飾し
た筋芽細胞を導入することより成り、そこで該修飾筋芽細胞は上述のDNA構成
(複数)を含む。
本発明の実施において使用しようと考えているプロモーターは高レベルの発現
が可能な誘発プロモーターである。このようなプロモーターには、筋クレアチン
キナーゼ遺伝子プロモーターのような筋特異的遺伝子プロモーターと、同じくサ
イトメガロウイルス(CMV)エンハンサー/プロモーター、長末端反復(LTR
)プロモーター/エンハンサー、α−グロビンプロモーター、および類似のもの
が含まれる。
本発明に従って、上述のプロモーターは問題の遺伝子に筋−特異的発現を伝え
る組織特異的エンハンサーとさらに関連している。本発明の実施において使用し
ようと考えている筋特異的エンハンサーには筋クレアチンキナーゼエンハンサー
、myo Dエンハンサー、ミオシンエンハンサー、アクチンエンハンサー、および
類似のものが含まれる。
使用される構造遺伝子は細胞内産物(すなわち、細胞質中またはオルガネラ(
たとえば核)中に保持された)をコードするだろう。さもなければ、その産物は
膜(細胞内膜かまたは細胞膜)へ運搬されるか、または分泌されて天然シグナル
配列または構造遺伝子として天然に存在しないシグナル配列を与えるかもしれな
い。問題のタンパク質がより大きなタンパク質の可溶フラグメントであるような
状況では、発現ぺプチドの分泌および効率的プロセッシングを促進するような、
そんなタンパク質をもつシグナル配列を用意することが必要になるかもしれない
。
本発明の実施において使用しようと考えている遺伝子にはVIII因子(または他
の血餅形成因子)、インシュリン、アデノシンデアミナーゼ(ADA)、プリン
ヌクレオシドフォスホリラーゼ、および類似のものなどのような可溶性産物が含
まれる。さらに、成長ホルモン、α,−アンチトリプシン、ジストロフィン、お
よび類似のものなどのような治療上有効な産物をコードする遺伝子は、本発明の
実施において使用するのに適している。このような遺伝子の出所としてはたとえ
ば合成によるとか、咄乳動物種から、そして類似のものからというように種々の
ものから得ることができる。
筋芽細胞は他の筋芽細胞と融合して筋管を生じ、これが最終的には平滑筋線維
に成長する。ここで用いる用語は平滑筋線維の直前の前駆体として働らくすべて
の細胞を指す。本発明の実施において使用する筋芽細胞は組織試料から得られる
が、これには胎児、新生児または老齢のヒトから得られた未分化組織が含まれる
。これらの細胞は新鮮なもので被験者から取り出してのち直ちに凍結するか、ま
たは約5回から30回分裂させた集団として成長したクローン培養で、使用のた
めに凍結して貯蔵する。細胞は、最適条件としては細胞培養インキュベーター(
37℃、空気中5%CO2、飽和湿度)中適当な培地中で発育させる。もし必要
なら、他の条件を使用してもよい。選択した培地は有意な分化なしに増殖を可能
にする。このように、その培地は成熟した筋芽細胞の濃度を保持し、必要なとき
は、筋芽細胞が分化し成熟するような環境中に導入してやればよい。
培地は必須アミノ酸の源、無機塩、微量元素およびビタミン類、同じく他の有
機成分から成る。次の表は一般的に最適であると考えられているものを示すが、
この分野で知られているように、筋芽細胞の成育に有害な影響を与えることなく
個々の成分に種々の変更を与えることが可能である。
基礎培地にさらに付加因子を加える。第1因子は0.3〜0.5μg/mlのデ
キサメタゾンで、好ましくは0.39〜0.40μg/mlである。血清アルブミ
ン、特に牛血清アルブミンは0.25〜0.75mg/ml、好ましくは約0.50
mg/mlが用いられる。上皮成長因子は約5〜15mg、好ましくは約10mg/mlが
用いられる。フェツインは約0.25〜0.75mg/ml、好ましくは0.5mg/
mlが用いられる。結局、インシュリン、都合がよければ牛インシュリンを150
〜200μg/ml、好ましくは約180μg/mlを用いる。
筋芽細胞を発育させるため、上述の培地中に接種材料を導入し、記載した条件
下で細胞を発育させる。接種材料を添加してのち、細胞を密集状態に向けてさら
に増殖させるべく細胞の一様な分布を保証するためゆるやかな攪拌を行う。
細胞はなんらかの便利な方法で収集すればよい。たとえば、組織は不断に攪拌
しながらWheatin濃厚化トリプシン処理フラスコ中37℃で0.05%トリプシ
ン−EDTAで2または3回連続処理により全体で40−60分間分離させる。
各トリプシン処理の後、上澄に集められた細胞はプールできて氷上で4℃に冷却
される。それ以上のプロテアーゼ活性を止めるため、最終濃度10%(vol/vol
)になるようウマ血清を加える。ついで分離した細胞を遠心する(2分間、25
℃):ついで細胞ぺレットをならし培地に再懸濁し、組織密度約0.1cm3/ml
で培養液中に平板培養または液体窒素中で凍結する。
培養中、筋芽細胞はたとえば融合、トランスフェクション、インフェクション
、エレクトロポレーション、バリスティックス、または類似のものを含めた広い
範囲の変り方のいずれかにトランスフォームすると思われる。筋芽細胞中への外
来DNAの導入に用いられる特定の方法は本発明の実施に対して決定的ではない
。外来DNAの導入の目的に応じて、そこでの関心は方向づけられた同質すなわ
ち組換えによる正統組込みまたは非正統組換えを行うことである。例としてSmit
hieset al.,Nature Vol.317:230−235(1985);Thomas and Ca
pecchl,Cell Vol.51:503−512(1987)and Mansour et al.,Natu
re Vol.336:348−352(1988)参照。
方向づけられた組込みに関して、問題の遺伝子に対して、組込みの標的になっ
ている部位に相同の少くとも50bpのDNAによって各側面に隣接(フランク)
させる。通常、問題の遺伝子に対して組込みの標的である部位に相同の少なくと
も100bpのDNAによってフランクさせる。組込みのために使用する相同DN
Aは通常は全体で約5Kbpより大きくないが、方向づけられた組込みに用いる相
同DNAは全体で10Kbpの大きさになる。フランキング領域は大体同じ程度の
大きさであることが好ましい。
組込みのための配列は特定の筋欠陥に関連したDNAを含むてあろう。かくし
て、宿主から筋芽細胞が取出され、相同的組換えによってトランスフォームされ
、そして細胞をクローン化して欠陥部位での相同的組換えのためにスクリーンす
る。さもないとき、問題の遺伝子が天然に存在する遺伝子であるときは、これは
正常には筋芽細胞または成熟筋組織中には発現されないので、相同的組換えのた
めに用意することになろうが、そこでは転写開始調節配列(たとえば、筋−特異
的エンハンサーを有するプロモーター)が誘導または構成的転写のための異なる
基礎を与えるように修飾されている。かくして、筋芽細胞はその後で、筋組織中
で正常には発現されない内因性遺伝子(宿主に固有の)または異種遺伝子の発現
に用いられるであろう。たとえば、サイトカイン、成長因子、コロニー剌戟因子
、インターフェロン、表面膜受容体、インシュリン、または類似のものなどの産
物の
発現のために用意することを人は望むだろう。転写開始調節領域を修飾すること
によって、筋芽細胞は発現産物の構成的産生をするようになるだろう。
代わりに(または上に述べた修飾との組合せにおいて)、細胞の、たとえは細
胞質、核などのタンパク質の転写を誘発する、受容体をコードする遺伝子が導入
されるだろう。受容体を活性化することによって、筋芽細胞は関連するリガンド
の誘発の下で望みの発現産物を産生するように誘発されるであろう。
種々の伝達体またはベクター構成が筋芽細胞のトランスフォーメーションのた
めに使用される。トランスフェクションとインフェクションに関してとくに興味
深いことは、細胞中に導入されるであろうところの、複製−欠陥ウイルスベクタ
ー、DNAウイルスまたはレトロウイルスベクターである。べクターは正常には
いかなる原核生物のDNAは含まず上述のように、いくつかの異なる機能的配列
から成る。
伝達体構成を含む細胞の選択のためのマーカーが存在する。正常には、1個ま
たはより多くの細胞毒薬剤から保護することによってマーカーは正の選択をする
ことができる。たとえば、カナマイシン抵抗性を用いるとすれは、細胞はG41
8で選択されるだろう;ジヒドロ葉酸還元酵素はメトトレキセートや同様のもの
に対する抵抗性のために用いられる。マーカーは誘発的または非誘発的遺伝子で
あり、そのために選択は誘導条件下または誘導条件不在下で起こるであろう。
ベクターはまた複製の起源および宿主中での複製のために必要なその他の遺伝
子も含んでいる。起源および複製と関連するタンパク質をコードするなんらかの
遺伝子から成る系が、構成の一部として含まれる。実例となる複製系はエプスタ
インーバーウイルスを含んでいる。代わりに、複製欠陥伝達体が、とくに複製−
欠陥レトロウイルスベクターが用いられるだろう。これらのべクターについては
以下の記載がある:by Price et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.Vol. 84156−
1650(1987)and Sares et aI.,EMBOJ.Vol. 5:3133−3
142(1986)。最終的伝達体構成は問題の遺伝子1個またはそれ以上を有
することになる。cDNΛ遺伝子または染色体遺伝子が用いられるだろう。とく
に興味あることは少なくとも1個のイントロンのために用意されていることであ
り、このイントロンは5′−非コーディング領域またはコーディング領
域に存在するであろう。イントロンの存在がメッセンジャーRNAの安定性を強
めることが知られている。
代わりに、細胞に感染性をもつ複製−欠陥ウイルスを注射することにより、in
vivoでトランスフォームさせる。エコトロピックパッケージングのためにレト
ロウイルスプロデューサー細胞中にべクターを導入する。そのあと細胞を採取し
、濾過して遠心で濃縮しついでウイルスストックをin vivoである部位に注入す
る。筋原細胞は移動することが知られており、隣接領域へ拡がっていくので、必
要とする筋線維中への注入は比較的少なくてよい。
ベクターの投与は、水、生理食塩水、燐酸バッファー生理食塩水
等のような、生理的に受容できる培地中に注入することによって都合よく達成さ
れる。ウイルス濃度は一般に105cfu(mlあたりのコロニー形成ユニット)から
である。存在するその他の付加物としてはポリブレンが含まれる。通常、筋線維
のcm3あたり約105個の細胞が注入される。組織への外傷は問題の領域への注射
をごく少数にすることによって実質的に最小にされるであろう。とくに、患者が
大規模な治療を必要とするかもしれない場合には、特定領域への注射の数を低く
することが望ましいことは明らかである。
さて以下の非−制限例を引用することによって発明をより詳しく説明したいと
思う。例 例 1 レトロウイルスベクターの構築
CMV−IX〔すなわち、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:5173−51
77(1990)に記載されたようなLNcdF9L〕はヒトサイトメガロウイ
ルス即時型−早期遺伝子エンハンサー/プロモーター(CMV)の580bpを含
む。CMU−IXの概略図を図1に示す。
MECMV−IXはCMVエンハンサー/プロモーターから250bp下流のSal
I部位中に、マウス筋クレアチンカイネース(MCK)エンハンサー〔Jaynes
et al.,in Mol.Cell.Biol.8:62−70(1988)参照〕を含む220b
pのフラグメントを挿入することによって作られる。MECMV−IX
(またはEMCMV−IX、ここでMCKエンハンサーは逆配置で取り込まれてい
る)の概略図を図1に示す。
MEaGPcap-IXはCMV−IXベクターのSal I−Bam HIフラグメント(CM
Vエンハンサー/プロモーターを含む)を、220bp MCKエンハンサーを含
むフラグメント、ヒトα−グロビンプロモーターを含む650bpフラグメント、
およひアフリカツメガエル(Xenopus)β−グロビン5′−非翻訳領域からの5
5bpフラグメントで置き換えることによって作られた〔Malone et al.,in Proc.
Natl.Acad.Sci. USA 86:6077(1989)参照〕。MEaGPcap-IX(
またはMCKエンハンサーが逆配置に組込まれているEMaGPcap-IX)の概略図を
図1に示す。
エコトロピックパッケージング細胞株であるψcre細胞〔Danos,D.andMullig
an,R.C.によってProc.Natl.Acad.Sci.USA 85:6460−6464
(1988)に記載された〕に燐酸カルシウム沈降法により、それぞれ上述の3
つのレトロウイルスベクターの約20μgDNAをトランスフェクトした〔Chen
,C and Okayama,H.in Mol.Cell.Biol.7(8):2745−2752(
1987)参照〕。G418−抵抗性コロニーがプールされて、これらトランス
フェクトされた細胞からの上澄約3mlを0.45μmマイクロフィルターを通し
て濾過し、そして8μg/mlのポリブレンの存在下で、両種性のパッキング細胞
株であるAM12細胞に添加した〔Markowitz,D.et al.,によりVirology 1 67
:400−406(1988)に記載〕。インフェクトしたAM12細胞の
G418−抵抗性コロニーを分離してレトロウイルスタイターに関してアッセイ
した。最高タイターのコロニーを初代筋芽細胞をインフェクトするためのウイル
スを産生するのに用いた。例 II 初代筋芽細胞の調製
3−4日齢のSwiss WebsterマウスまたはBalb/Cマウスから後足筋肉を取出
し、細かく切り刻んでのち0.259−6トリプシン(Gibco)および100μ
g/mlコラゲナーゼを含む水溶液中で3回細胞同志を分離させた(各回毎に約1
0−20分間)。分離した細胞を、20%牛胎児血清と1%トリ胚抽出物(65
℃
10分で不活化)を補足したダルベッコの修飾イーグル培地(DMEM)中のゼ
ラチンーコート皿上に播種した。線維芽細胞が優先的に付着する非−ゼラチン−
コート皿上に37℃20分間前平板培養することによって筋芽細胞を濃厚化した
。例 III 筋芽細胞の注入およびイヌIX因子発現に関するアッセイ
4μg/mlのポリプレンの存在下で初期段階の筋芽細胞をAM12パッケージ
ング細胞からの両種性ウイルスでインフェクトし、200μg/mlのG418(
活性、Gibco)で選択した。G418抵抗性の筋芽細胞をプールして増やした。
筋芽細胞を採集して燐酸緩衝液中約0.5−2×108細胞/mlの密度で再懸濁
し、ついで6−8週齢のヌードマウスまたはスイスウェブスターマウスの後足筋
中に注入した(5−10μl/部位、100μl/足)。図2に示した時点で尾
静脈血から血漿を採取し、マウス血漿中のdog IX因子の存在に関してELISAアッ
セイを実施した〔Axelrod et al.によりProc.Natl.Acad.Sci. USA 8 7
:
5173−5177(1990)に記載〕。
結果を図2に示した。この図をよく見るとテストしたすべての構成が最初に突
出したIX因子産生を示し、数日後になくなることが明らかにみられる。本発明の
構成MECMVにより誘発されるIX因子産生(すなわち、サイトメガロウイルス
プロモーターと組合わせた筋クレアチンキナーゼエンハンサーを用いて)は、僅
かに約何日か減少した状態にあるが、その後劇的に最初の発現レベルまで増加し
、この発現レベルは少なくとも120日間は続く。これと反対に、対照構成(B
MaGPおよびCMVのみ)は最初の突出的産生か低下した後は(すなわち2、
3日以内に)ごく低いレベルのIX因子を産生した。
産生されて循環中に分泌されるIX因子の濃度を増大させる試みの中で、2つの
継続的な移植を4−5日の間隔をおいて実施した。循環するIX因子の濃度は最初
の移植後4日で減少したが、2回目の移植の実施により増加した。最初の移植の
ときと同じように、IX因子の濃度は8日後には減少し、ついで増加して少なくと
もそれは120日間そのまま継続した。20ng/mlまでのIX因子か検出でき、そ
れは1回目の移植のあとに検出される量の約2倍である。したがって、IX因子発
現の濃度は移植された筋芽細胞の数に比例する。
CMVプロモーターに関するエンハンサーの配向は、もしあるとすればプロモ
ーターおよびエンハンサーの相対的配向の効果を測定するために逆転させた。エ
ンハンサーをプロモターと同じ配向にした場合より高いIX因子の発現が観察され
た。
本発明は、それのいくつかの好ましい態様に言及しつつ詳細に記述したので、
修飾および変更は、ここに記載しかつ特許請求した意図および範囲内にあること
は理解されるであろう。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Utilization of Myoblasts for Sustained Release of Gene Products Acknowledgments This invention was made with Government support under Grant No. CA44360 awarded by the National Institutes of Health. The government has certain rights in this invention. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the use of myoblasts for the sustained release of gene products to a subject. BACKGROUND OF THE INVENTION Myoblasts are mesodermal progenitor cells that are destined for myogenesis. Established myoblasts recognize other myoblasts and can spontaneously fuse with them to produce differentiated myotubes. Polynuclear myotubes no longer undergo division or DNA synthesis, but produce large amounts of muscle proteins. These proteins include components of contractile organs and specific cell surface components essential for neuromuscular transmission. Eventually, the differentiated muscle cells show characteristic striations and rhythmic contractions. Further down this path is maturation; contractile organs and muscles at different developmental stages contain isoforms of differently-characterized muscle proteins, such as myosin and actin, encoded by different multigene families. Developed myoblast production from fetal and adult tissues. For example, Blau and Webster, Proc. Natl. Acad. USA Vol. 78 : 5623-5627 (1981) describes the isolation and cloning of myocytes for the expansion or differentiation of individual clones. The success of these methods suggests that large numbers of myoblasts, well depleted of other cells, can be made from living muscle tissue. Myoblasts have the potential to be used for various purposes. For example, myoblasts may serve as a vehicle for cell therapy, in which case one or more genes will be introduced into myoblasts to obtain the product in question. However, for their widespread use in therapeutic applications, it is necessary to develop methods for the sustained production of the product in question by myoblasts. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION Under the control of muscle-specific gene promoter / enhancer sequences or elements, primary myoblasts containing a construct consisting of a sequence encoding the gene product of interest are serum free for use in cell therapy. Made in medium or low serum medium. The transplanted myoblasts can migrate, fuse with already existing fibers, and serve as a carrier for the transgene in question. Migration of myoblasts through the basal lamina provides a method for efficient release of the desired gene product. In addition, migration of myoblasts through the basal lamina allows for treatment of disease with reduced injection frequency. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a schematic diagram of various configurations used in the examples described herein. FIG. 2 is a summary of canine factor IX expression levels in nude mice infused with myoblasts infected with the promoter / enhancer / factor IX construct shown in FIG. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Presented are methods and compositions for use in cell therapy for the treatment of disease. The method involves preparing large amounts of clonally pure or substantially enriched myoblasts in a nutrient medium in the absence of serum or in the substantial absence of serum. The resulting cells can be used to treat various diseases associated with muscle tissue or other tissues containing soluble factors. In accordance with the present invention, a method of providing sustained release of gene product (s) in a host subject is described. The method of the invention comprises: (a) obtaining myoblasts from said subject, (b) introducing a DNA sequence into said myoblasts, wherein the DNA sequences are operatively related to Consisting of at least one muscle-specific gene enhancer sequence or element, at least one promoter capable of inducing expression, and a gene encoding the product in question and then (c) modified Myoblasts are introduced into the muscle tissue of the subject. In accordance with another aspect of the invention, another method of sustained release of gene product (s) in a host subject is disclosed. This alternative method consists of: (a) directing a DNA sequence into primary myoblasts obtained from the subject, the DNA sequence consisting of the following operatively related to each other: Together with one muscle-sustaining gene enhancer sequence or element, at least one promoter capable of inducing expression, and a gene encoding the product in question, and then (b) a modified myoblast. It is introduced into the muscle tissue of the subject. According to yet another aspect of the invention, yet another method of providing sustained release of gene product (s) in a host subject is described. This alternative method comprises introducing modified myoblasts into the muscle tissue of the subject, wherein the myoblasts are obtained from the subject and comprise the following operatively related DNA sequences: At least one muscle-specific gene enhancer sequence or element, at least one promoter capable of inducing expression, and a gene encoding the product in question. In accordance with yet another aspect of the present invention, there is provided a method of tissue-specific expression of gene product (s) in muscle tissue, the method comprising: muscular tissue operatively associated with an inducible promoter capable of expression. Placing the gene encoding the product (s) under the control of a specific gene enhancer sequence or element: In accordance with a further aspect of the invention, presenting a DNA construct consisting of the following DNA sequences operatively related to each other: To: At least one muscle-specific gene enhancer sequence or element, at least one promoter capable of inducing expression, and a gene encoding the product in question. A presently preferred DNA construct according to the invention consists of the following: a creatine kinase enhancer as the muscle-specific gene enhancer or element, a cytomegalovirus promoter / enhancer as the promoter, and a gene encoding the product of interest. According to a further aspect of the invention there is provided a primary myoblast comprising a DNA construct (s) as described above. According to yet another aspect of the present invention, there is provided a method of treating a disease state in which the normally secreted gene product is insufficiently produced, said method introducing modified myoblasts into a muscle tissue of a subject. Where the modified myoblast comprises a DNA construct (s) as described above. The promoters contemplated for use in the practice of the present invention are inducible promoters capable of high level expression. Such promoters include muscle-specific gene promoters such as the muscle creatine kinase gene promoter, as well as cytomegalovirus (CMV) enhancer / promoter, long terminal repeat (LTR) promoter / enhancer, α-globin promoter, and the like. Included. According to the present invention, the above-mentioned promoters are further associated with tissue-specific enhancers that direct muscle-specific expression to the gene of interest. Muscle-specific enhancers contemplated for use in the practice of the present invention include muscle creatine kinase enhancers, myo D enhancers, myosin enhancers, actin enhancers, and the like. The structural gene used will encode an intracellular product (ie, retained in the cytoplasm or in the organelle (eg, nucleus)). Otherwise, the product may be delivered to or secreted from the membrane (intracellular or cell membrane) to give a native signal sequence or a signal sequence not naturally present as a structural gene. In situations in which the protein in question is a soluble fragment of a larger protein, it may be necessary to have a signal sequence with such a protein that facilitates secretion and efficient processing of the expressed peptide. . Genes contemplated for use in the practice of the present invention include soluble products such as Factor VIII (or other clot-forming factors), insulin, adenosine deaminase (ADA), purine nucleoside phosphorylase, and the like. Is included. Further, genes encoding therapeutically effective products such as growth hormone, α, -antitrypsin, dystrophin, and the like are suitable for use in the practice of the invention. Sources of such genes can be obtained from a variety of sources, such as synthetically, from mammalian species, and the like. Myoblasts fuse with other myoblasts to give rise to myotubes, which eventually grow into smooth muscle fibers. The term as used herein refers to all cells that act as immediate precursors to smooth muscle fibers. The myoblasts used in the practice of the present invention are obtained from tissue samples, including undifferentiated tissues obtained from fetal, neonatal or aged humans. These cells are either fresh and either removed from the subject and immediately frozen, or they are frozen and stored for use in clonal cultures grown as a population that has been divided about 5 to 30 times. The cells are grown under optimal conditions in a suitable culture medium in a cell culture incubator (37 ° C., 5% CO 2 in air, saturated humidity). Other conditions may be used if desired. The selected medium allows growth without significant differentiation. Thus, the medium retains the concentration of mature myoblasts, and if necessary, may be introduced into an environment in which myoblasts differentiate and mature. The medium consists of sources of essential amino acids, inorganic salts, trace elements and vitamins, as well as other organic components. The following table shows what is generally considered to be optimal, but as is known in the art, various changes to individual components without adversely affecting myoblast growth. It is possible to give Additional factors are added to the basal medium. The first factor is 0.3 to 0.5 μg / ml of dexamethasone, preferably 0.39 to 0.40 μg / ml. Serum albumin, especially bovine serum albumin, is used at 0.25 to 0.75 mg / ml, preferably about 0.50 mg / ml. About 5 to 15 mg of epidermal growth factor is used, preferably about 10 mg / ml. Fetuin is used at about 0.25 to 0.75 mg / ml, preferably 0.5 mg / ml. Finally, insulin, preferably bovine insulin, is used at 150-200 μg / ml, preferably about 180 μg / ml. To develop myoblasts, the inoculum is introduced into the above medium and the cells are grown under the conditions described. After addition of the inoculum, gentle agitation is performed to ensure a uniform distribution of cells for further growth towards confluence. Cells may be collected in any convenient way. For example, the tissue is dissociated for a total of 40-60 minutes by two or three consecutive treatments with 0.05% trypsin-EDTA at 37 ° C in a Wheatin enriched trypsin treated flask with constant agitation. After each trypsin treatment, the cells collected in the supernatant are pooled and cooled to 4 ° C on ice. To stop further protease activity, add horse serum to a final concentration of 10% (vol / vol). The separated cells are then centrifuged (2 minutes, 25 ° C.): the cell pellet is then resuspended in conditioned medium and plated in medium or frozen in liquid nitrogen at a tissue density of approximately 0.1 cm 3 / ml. To do. During culture, myoblasts will transform into any of a wide variety of variables including, for example, fusion, transfection, infection, electroporation, ballistics, or the like. The particular method used to introduce foreign DNA into myoblasts is not critical to the practice of the invention. Depending on the purpose of the introduction of the foreign DNA, the interest there is to carry out directed homology, ie, canonical integration by recombination or illegitimate recombination. As an example, Smit hieset al., Nature Vol. 317: 230-235 (1985); Thomas and Capecchl, Cell Vol. 51: 503-512 (1987) and Mansour et al., Natu re Vol. 336: 348-352 (1988). For directed integration, flank each gene by at least 50 bp of DNA homologous to the site of integration for the gene of interest. Usually, it is flanked by at least 100 bp of DNA homologous to the site of integration target for the gene of interest. The homologous DNA used for integration is usually no larger than about 5 Kbp, whereas the homologous DNA used for directed integration is 10 Kbp in size. The flanking regions are preferably about the same size. Sequences for integration may include DNA associated with particular muscle defects. Thus, myoblasts are removed from the host, transformed by homologous recombination, and the cells cloned and screened for homologous recombination at the defective site. Otherwise, if the gene of interest is a naturally occurring gene, it would not be normally expressed in myoblasts or mature muscle tissue and would be ready for homologous recombination. , Where transcription initiation regulatory sequences (eg, promoters with muscle-specific enhancers) have been modified to provide different basis for inducible or constitutive transcription. Thus, myoblasts will then be used for the expression of endogenous (host-specific) or heterologous genes that are not normally expressed in muscle tissue. For example, one would want to prepare for the expression of products such as cytokines, growth factors, colony scavenging factors, interferons, surface membrane receptors, insulin, or the like. Modification of the transcription initiation regulatory region will allow myoblasts to constitutively produce the expression product. Instead (or in combination with the modifications mentioned above), a gene encoding a receptor will be introduced which induces transcription of proteins in the cell, eg cytoplasm, nucleus, etc. By activating the receptor, myoblasts will be induced to produce the desired expression product under the induction of the relevant ligand. A variety of mediator or vector constructs are used for transformation of myoblasts. Of particular interest for transfection and infection are replication-defective viral vectors, DNA viruses or retroviral vectors that will be introduced into cells. The vector normally does not contain any prokaryotic DNA and, as mentioned above, consists of several different functional sequences. There are markers for selection of cells that contain the transmitter composition. Normally, a marker can make a positive selection by protecting it from one or more cytotoxic agents. For example, using kanamycin resistance, cells would be selected on G418; dihydrofolate reductase is used for resistance to methotrexate and the like. Markers are inducible or non-inducible genes, so that selection will occur under inducing conditions or in the absence of inducing conditions. The vector also contains the origin of replication and other genes necessary for replication in the host. A system consisting of some gene that encodes a protein associated with origin and replication is included as part of the organization. An exemplary replication system contains the Epstein-over virus. Instead, replication-defective transporters will be used, particularly replication-defective retroviral vectors. These vectors are described below: by Price et al., Proc.Natl.Acad.Sci.Vol. 84 156-1650 (1987) and Sares et al., EMBOJ. Vol. 5 : 3133-3 142 (1986). The final mediator composition will have one or more genes of interest. The cDNA gene or chromosomal gene may be used. Of particular interest is the provision for at least one intron, which may be in the 5'-noncoding or coding region. The presence of introns is known to enhance the stability of messenger RNA. Instead, cells are transformed in vivo by injection with infectious replication-defective virus. The vector is introduced into the retroviral producer cells for ecotropic packaging. The cells are then harvested, filtered, concentrated by centrifugation and the virus stock is injected into the site in vivo . Since myoblasts are known to migrate and spread to adjacent regions, relatively little injection into myofibers is required. Administration of the vector is conveniently accomplished by injection in a physiologically acceptable medium, such as water, saline, phosphate buffered saline and the like. Viral concentrations are generally from 10 5 cfu (colony forming units per ml). Other adducts present include polybrene. Usually, about 10 5 cells are injected per cm 3 of muscle fiber. Trauma to the tissue will be substantially minimized by minimizing the number of injections in the area of interest. Clearly, it is desirable to have a low number of injections in a particular area, especially where the patient may require extensive treatment. Now I would like to explain the invention in more detail by citing the following non-limiting examples. Construction CMV-IX Examples Example 1 Retroviral vectors [i.e., Proc. USA 87: 5173-51 77 (1990) LNcdF9L] contains 580 bp of human cytomegalovirus immediate-early gene enhancer / promoter (CMV). A schematic diagram of CMU-IX is shown in FIG. MECMV-IX is a mouse muscle creatine kinase (MCK) enhancer [Jaynes et al., In Mol., In the Sal I site 250 bp downstream from the CMV enhancer / promoter. Cell.Biol. 8: 62-70 (1988)]. A schematic diagram of MECMV-IX (or EMCMV-IX, where the MCK enhancer is incorporated in the reverse configuration) is shown in FIG. MEaGPcap-IX is a Sal I-Bam HI fragment (containing CMV enhancer / promoter) of CMV-IX vector, a fragment containing 220 bp MCK enhancer, a 650 bp fragment containing human α-globin promoter, and Xenopus Xenopus. ) Was made by substituting a 55 bp fragment from the β-globin 5'-untranslated region [see Malone et al., In Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86 : 6077 (1989)]. A schematic of MEaGPcap-IX (or EMaGPcap-IX with the MCK enhancer incorporated in the reverse configuration) is shown in FIG. Ecotropic packaging cell line ψ cre cell [Danos, D. and Mulligan, R. et al. C. By Proc.Natl.Acad.Sci. USA 85 : 6460-6464 (1988)] by the calcium phosphate precipitation method with about 20 μg DNA of each of the three retroviral vectors described above [Chen, C and Okayama, H. et al. in Mol. Cell. Biol. 7 (8): 2745-2752 (1987)]. G418-resistant colonies were pooled, approximately 3 ml of supernatant from these transfected cells were filtered through a 0.45 μm microfilter, and in the presence of 8 μg / ml polybrene, an amphotropic packing cell line. To AM12 cells [Markowitz, D. et al. . et al, the Virology 1 67: according to 400-406 (1988)]. G418-resistant colonies of infected AM12 cells were isolated and assayed for retroviral titer. The highest titer colonies were used to produce the virus for infecting primary myoblasts. Example II Preparation of primary myoblasts Hindlimb muscles were removed from 3-4 day old Swiss Webster or Balb / C mice and minced and then containing 0.259-6 trypsin (Gibco) and 100 μg / ml collagenase. The cells were separated three times in an aqueous solution (about 10-20 minutes each time). Dissociated cells were seeded on gelatin-coated dishes in Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) supplemented with 20% fetal bovine serum and 1% avian embryo extract (inactivated at 65 ° C for 10 minutes). Myoblasts were enriched by pre-plating for 20 minutes at 37 ° C. on non-gelatin-coated dishes to which fibroblasts preferentially attach. Example III Infusion of Myoblasts and Assay for Canine Factor IX Expression Early stage myoblasts were infected with amphoteric virus from AM12 packaging cells in the presence of 4 μg / ml polyprene and 200 μg / ml G418. (Activity, Gibco). G418-resistant myoblasts were pooled and expanded. Myoblasts were harvested and resuspended in phosphate buffer at a density of about 0.5-2 × 10 8 cells / ml and then placed in the hind foot muscle of 6-8 week old nude or Swiss Webster mice. Injected (5-10 μl / site, 100 μl / paw). Plasma was collected from tail vein blood at the time points shown in Figure 2 and an ELISA assay was performed for the presence of dog Factor IX in mouse plasma [Axelrod et al. By Proc.Natl.Acad.Sci. USA 8 7: according to 5173-5177 (1990)]. The results are shown in FIG. A closer look at this figure clearly shows that all of the tested constructs initially showed prominent Factor IX production and disappeared after a few days. Factor IX production (ie, using the muscle creatine kinase enhancer in combination with the cytomegalovirus promoter) induced by the constitutive MECMV of the present invention is reduced to only about a few days, but then dramatically. Increased to the initial expression level, which lasts at least 120 days. In contrast, the control configuration (B MaGP and CMV only) produced very low levels of factor IX after the first overhanging production or decline (ie within a few days). Two consecutive transplantations were performed at 4-5 day intervals in an attempt to increase the concentration of Factor IX produced and secreted into the circulation. Circulating Factor IX concentration decreased 4 days after the first transplant but increased with the second transplant. As with the first transplant, the concentration of factor IX decreased after 8 days and then increased for at least 120 days. Factor IX up to 20 ng / ml can be detected, which is about twice the amount detected after the first transplant. Therefore, the concentration of Factor IX expression is proportional to the number of transplanted myoblasts. The orientation of the enhancer with respect to the CMV promoter, if any, was reversed to measure the effect of the relative orientation of the promoter and enhancer. Higher factor IX expression was observed when the enhancer was oriented the same as the promoter. Since the present invention has been described in detail with reference to some preferred embodiments thereof, it will be understood that modifications and variations are within the spirit and scope of the invention as described and claimed herein.
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1994年7月22日
【補正内容】
請求の範囲
1.作用的に互いに関連する以下の組込まれた、組換えDNAべクター配列を
含む修飾筋芽細胞を被験者の筋組織に導入することを含む、宿主被験者において
遺伝子産物の放出を行わせる方法:
少なくとも1個の筋クレアチンキナーゼ(MCK)配列、
少なくとも1個のサイトメガロウイルスプロモーター、および少なくとも1
個の問題の産物をコードする少なくとも1個の遺伝子。
2.該組換えDNAべクター配列を該被験者から得た初代筋芽細胞に導入する
ことによって該修飾筋芽細胞を調製する請求項1に記載の方法。
3.該プロモーターが、該遺伝子産物の血中濃度が少なくとも1ng/mlである
ような高レベルの発現を誘発することができる請求項1に記載の方法。
4.宿主被験者において遺伝子産物の放出を行わせる方法であって、
(a) 作用的に互いに関連する以下のものを含む組換えDNAベクター配列が
初代筋芽細胞ゲノムに組込まれるように該組換DNAベクター配列を該初代筋芽
細胞中に導入すること:
少なくとも1個の筋クレアチンキナーゼ(MCK)エンハンサー配列、
少なくとも1個のサイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、およ
び
問題の産物の少なくとも1個をコードする少なくとも1個の遺伝子、
そしてその後
(b) ステップ(a)に従って調製した修飾筋芽細胞を該被験者の筋組織に導入す
ること、を含む上記方法。
5.該初代筋芽細胞を該被験者から得る請求項4に記載の方法。
6.該プロモーターが、遺伝子産物の血中濃度が少なくとも1ng/mlであるよ
うな高レベルの発現を誘発することができる請求項4に記載の方法。
7.宿主被験者において遺伝子産物の放出を行わせる方法であって、
(a) 該被験者から筋芽細胞を得ること、
(b) 作用的に互いに関連する以下のものを含む組換えDNAべクター配列が
筋芽細胞ゲノムに組込まれるように該組換えDNAベクター配列を該筋芽細胞中
に導入すること:
少なくとも1個の筋クレアチンキナーゼ(MCK)エンハンサー配列、
少なくとも1個のサイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、およ
び
問題の産物の少なくとも1個をコードする少なくとも1個の遺伝子、
そしてその後
(c) ステップ(a)に従って調製した修飾筋芽細胞を該被験者の筋組織に導入す
ること、を含む上記方法。
8.該プロモーターが、該遺伝子産物の血中濃度が少なくとも1ng/mlである
ような、高レベルの発現を誘発することができる請求項7に記載の方法。
9.組換えDNAベクターを作るための高レベルの発現可能なCMVプロモー
ターと作用的に関連する筋クレアチンキナーゼエンハンサーの制御下に、遺伝子
産物をコードする少なくとも1個の遺伝子を置き、該DNAべクターを該筋肉組
織中に導入することを含む、筋組織での遺伝子産物の組織ー特異的発現の方法。
10.作用的に互いに関連する以下のDNA配列を含む単離された組換えDNA
ベクター構築物:
少なくとも1個の筋クレアチンキナーゼ(MCK)エンハンサー配列、
少なくとも1個のサイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、およ
び
問題の産物の少なくとも1個をコードする少なくとも1個の遺伝子。
11.作用的に互いに関連する以下の組込まれた、組換えDNAベクター配列を
含む単離された初代筋芽細胞:
少なくとも1個の筋クレアチンキナーゼ(MCK)エンハンサ−配列、
少なくとも1個のサイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、およ
び
問題の産物の少なくとも1個をコードする少なくとも1個の遺伝子。
12.作用的に互いに関連する、以下の組込まれた、組換えDNAベクター配列
を含む修飾筋芽細胞を被験者の筋組織に導入することを含む、正常時に分泌され
る遺伝子産物の産生が不十分なことに関連する疾病状態の治療方法:
少なくとも1個の筋クレアチンキナーゼ(MCK)エンハンサー配列、
少なくとも1個のサイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、およ
び
問題の産物の少なくとも1個をコードする少なくとも1個の遺伝子。[Procedure Amendment] Patent Act Article 184-8
[Submission Date] July 22, 1994
[Correction content]
The scope of the claims
1. The following integrated, recombinant DNA vector sequences operatively related to each other are included:
In a host subject, comprising introducing modified myoblasts into the muscle tissue of the subject.
Methods of causing gene product release:
At least one muscle creatine kinase (MCK) sequence,
At least one cytomegalovirus promoter, and at least one
At least one gene encoding a product of interest.
2. Introducing the recombinant DNA vector sequence into primary myoblasts obtained from the subject
The method according to claim 1, wherein the modified myoblast is prepared.
3. The promoter has a blood concentration of the gene product of at least 1 ng / ml
The method according to claim 1, which is capable of inducing such a high level of expression.
4. A method of causing release of a gene product in a host subject, the method comprising:
(a) a recombinant DNA vector sequence comprising the following operatively related to each other:
The recombinant DNA vector sequence is incorporated into the primary myoblast so that it is integrated into the primary myoblast genome.
Introducing into cells:
At least one muscle creatine kinase (MCK) enhancer sequence,
At least one cytomegalovirus (CMV) promoter, and
And
At least one gene encoding at least one of the products in question,
And then
(b) introducing the modified myoblasts prepared according to step (a) into the muscle tissue of the subject
The above method comprising:
5. The method of claim 4, wherein the primary myoblasts are obtained from the subject.
6. The promoter has a blood level of gene product of at least 1 ng / ml
The method according to claim 4, which is capable of inducing such a high level of expression.
7. A method of causing release of a gene product in a host subject, the method comprising:
(a) obtaining myoblasts from the subject,
(b) a recombinant DNA vector sequence that operatively relates to each other, including:
The recombinant DNA vector sequence is integrated in the myoblast so that it integrates into the myoblast genome.
To be introduced in:
At least one muscle creatine kinase (MCK) enhancer sequence,
At least one cytomegalovirus (CMV) promoter, and
And
At least one gene encoding at least one of the products in question,
And then
(c) introducing modified myoblasts prepared according to step (a) into the muscle tissue of the subject
The above method comprising:
8. The promoter has a blood concentration of the gene product of at least 1 ng / ml
8. The method of claim 7, which is capable of inducing high levels of expression, such as.
9. High level expressible CMV promotion for making recombinant DNA vectors
Gene under the control of a muscle creatine kinase enhancer that is operatively associated with
At least one gene encoding a product is placed, the DNA vector is
A method for tissue-specific expression of a gene product in muscle tissue, which comprises introducing into the tissue.
Ten. An isolated recombinant DNA comprising the following DNA sequences operatively related to each other:
Vector constructs:
At least one muscle creatine kinase (MCK) enhancer sequence,
At least one cytomegalovirus (CMV) promoter, and
And
At least one gene encoding at least one product of interest.
11. The following integrated, recombinant DNA vector sequences operatively related to each other were
Isolated primary myoblasts containing:
At least one muscle creatine kinase (MCK) enhancer sequence,
At least one cytomegalovirus (CMV) promoter, and
And
At least one gene encoding at least one product of interest.
12. The following integrated, recombinant DNA vector sequences operatively related to each other:
Secreted at normal times, including introducing modified myoblasts containing
Methods for treating disease states associated with inadequate production of the following gene products:
At least one muscle creatine kinase (MCK) enhancer sequence,
At least one cytomegalovirus (CMV) promoter, and
And
At least one gene encoding at least one product of interest.