JPH08503855A - 嚢胞性線維症に対する遺伝子治療 - Google Patents
嚢胞性線維症に対する遺伝子治療Info
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Abstract
(57)【要約】
嚢胞性線維症に特に有用な遺伝子治療ベクター、および該ベクターの使用方法を開示する。好ましい具体例において、該ベクターは、アデノウイルスに基づくものである。遺伝子治療に関するアデノウイルスに基づくベクターの利点は、それらが、比較的安全であると考えられ、しかも、所望遺伝子産物をコードするようにそれらを操作することができ、同時に、正常な溶解ウイルス生活環におけるそれらの複製能が不活性化されるということである。さらに、アデノウイルスは、気道上皮に対する本来的な屈性を有している。それゆえ、アデノウイルスに基づくベクターは、嚢胞性線維症に対する遺伝子治療のごとき呼吸器の遺伝子治療への適用に特に好ましい。1の具体例において、アデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクターは、ウイルス複製の初期段階に必要とされるゲノムのE1aおよびE1b領域が欠失しており、対象とする遺伝物質(例えば、嚢胞性線維症経膜レギュレーター蛋白をコードしているDNA)により置換されている2型アデノウイルス血清型のゲノムからなる。もう1つの具体例において、アデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクターは、偽アデノウイルス(PAV)である。PAVsは、潜在的に有害なウイルス遺伝子を含んでおらず、理論上、約36kbの外来物質のための容量があり、適度に高力価で産生ることができ、分裂性および非分裂性のヒト標的細胞系に対する親のアデノウイルスの屈性を保持している。
Description
【発明の詳細な説明】
嚢胞性線維症に対する遺伝子治療関連出願
本願は、1990年3月5日出願の米国出願第07/488,307号の一部
継続出願である、1990年9月27日出願の米国出願第07/589,295
号の一部継続出願である、1990年11月15日出願の米国出願第07/61
3,592号の一部継続出願である、1992年12月2日出願の米国出願第0
7/985,478号の一部継続出願である、1993年10月1日出願の米国
出願第08/130,682号の一部継続出願である。すべての上記同時係属特
許出願の内容を、参照により本明細書に取り入れる。本願に示されていない言語
または用語の定義は、上記同時係属出願において示したものと同じである。本願
実施例で使用する出所を特に示していない試薬または材料、例えば、ΔF508
CFTR遺伝子およびCFTR抗体もすべて上記同時係属出願のものと同じであ
る。発明の背景
嚢胞性線維症(CF)は、ヒトにおける最もありふれた致命的な遺伝病である
(ボート,ティー・エフ(Boat,T.F.)ら,「ザ・メタボリック・ベイシス・オブ
・インヘリティド・ディジージズ(The Metabolic Basis of Inherited Disease
s)」
(スクリバー,シー・アール(Scriver,C.R.)ら編,ニューヨークのマクグロー
−ヒル(McGraw-Hill)(1989年))。米国において、幼児2500人に約
1人が、この疾患を持って生まれる。現在、米国には約30,000人のCF患
者がいる。現代の標準的な治療にもかかわらず、平均生存年令はわずか26才で
ある。肺気道の疾患は主要な罹患率の原因であり、死亡率のうちの95%の原因
である。肺疾患の最初の徴候は、しばしば、咳、そしてその後の進行性呼吸困難
である。スタフィロコッカス(Staphylococcus)、ついで、シュードモナス
(Pseudomonas)でのコロニー形成により、執着性の啖が化膿性となる。慢性気
管支炎および気管支拡張症は、現代の治療で部分的に治療することができるが、
頻度を増す肺疾患の悪化により、その治療コースは限定されている。末期の肺疾
患は、血中酸素減少、肺の高血圧および肺心症の進行により予知される。
鼻および副鼻洞の上部気道もCFに関連する。大部分のCF患者は、慢性的な
副鼻洞炎の症状がある。鼻のポリプは患者の15〜20%に発生し、20才台に
おいて普通に見られる。胃腸の問題もCFにおいて頻繁に見られる。幼児は胎便
性イレウスにかかりうる。吸収不良の徴候を起こさせる外分泌性膵臓不全は、C
F患者の大部分に見られる。男性はほとんど一様に男子不妊症であり、女性の受
精率は減少している。
遺伝的および分子的両方の分析に基づき、CF関連遺伝子が、21個のそれぞ
れのcDNAクローンの一部として単離され、その蛋白生成物が予想された(ケ
レム,ビー・エス(Kerem,B.S.)ら,サイエンス(Science)第245巻:107
3〜1080頁;リオーダン,ジェイ・アール(Riordan,J.R.)ら,(1989
年)サイエンス第245巻:1066〜1073頁;ロメンス,ジェイ・エム(
Rommens,J.M.)ら,(1989年)サイエンス第245巻:1059〜1065
頁)。米国出願第07/488,307号には、連続したストランド中への遺伝
子構築、機能的蛋白としての遺伝子発現および遺伝子の変異がCFに拘わってい
ることの確認が記載されている(グレゴリー,アール・ジェイ(Gregory,R.J.)
ら,(1990年)ネイチャー(Nature)第347巻:382〜386頁;リッ
チ,ディー・ピー(Rich,D.P.)ら,(1990年)ネイチャー第347巻:35
8〜362頁も参照)。同時係属出願も、野生型であるが変異バージョンでない
cDNAから発現された蛋白が、CFの特徴であることがすでに示されているc
AMP調節クロライドチャンネルにおける欠陥を補うことを示す実験を開示して
いる。
CF関連遺伝子の蛋白生成物は、嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーター(Cyst
ic fibrosis transmembrane conductance regulator)トランスメンブレンコン
ダクタンスレギュレーター(CFTR)と呼ばれる(リオーダン,ジェイ・
アールら,(1989年)サイエンス第245巻 1066〜1073頁)。C
FTRは、2つの繰り返しエレメントからなる約1480個のアミノ酸の蛋白で
あり、エレメントそれぞれが6個のトランスメンブランセグメントおよび1個の
ヌクレオチド結合ドメインからなっている。該2つの繰り返しは、多数の有効な
ホスホリレーション部位を有する、大型で極性の、いわゆるR−ドメインにより
分離される。その予想されたドメイン構造に基づくと、CFTRは、多薬剤耐性
(MDR)またはP−糖蛋白、ウシ・アデニルシクラーゼ、酵母・STE6蛋白
のみならずアミノ酸輸送蛋白をも包含する関連蛋白のクラスの一員である(リオ
ーダン,ジェイ・アールら,(1989年)サイエンス第245巻:1066〜
1073頁;ハイデ,エス・シー(Hyde,S.C.)ら,(1990年)ネイチャー第
346巻:362〜365頁)。このグループ蛋白は、性質上、細胞に出入りす
るポンピング分子に包含される。
CFTRは、サイクリックAMP依存性プロテインキナーゼまたはプロテイン
キナーゼCによるホスホリレーションに応答した上皮細胞からののアニオン流出
を調節すると考えられている(リオーダン,ジェイ・アールら,(1989年)サ
イエンス第245巻:1066〜1073頁;ウェルシュ,1986年;フリッ
ゼル,アール・エイ(Frizzell,R.A.)ら,(1986年)サイエンス第233巻
:558〜560頁;ウェルシュ,エム・ジェイ(Welsh,M.J.)およびリートケ
,シー・エム(Liedtke,C.M.)(1986年)ネイチャー第322巻:467頁
;リー,エム(Li,M.)ら,(1988年)ネイチャー第331巻:358〜36
0頁;フアング,ティー−シ−(Huang,T-C.)ら,(1989年)サイエンス第2
44巻:1351〜1353頁)。
CF染色体のCFTR遺伝子の配列分析により、種々の変異が明らかとなった
(カッティング,ジー・アール(Cuttlng,G.R.)ら,(1990年)ネイチャー第
346巻:366〜369頁;ディーン,エム(Dean,M.)ら,(1990年)セ
ル(Cell)第61巻:863〜870頁;およびケレム,ビー・エス(Kerem,B-S
.)ら,(1989年)サイエンス第245巻:1073〜1080頁,ケレム,
ビー・エスら,プロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・
サイエンシズ・ユーエスエイ第87巻:8447〜8451頁)。個体群に関す
る研究により、最もありふれたCF変異は、CFTRのアミノ酸配列の508の
位置のフェニルアラニンをコードしている3個のヌクレオチドの欠失(Δ508
)であり、嚢胞性線維症のケースの約70%に関連していることが示された。こ
の変異は、上皮細胞細胞のクロライドチャンネルのcAMPへの応答を減少させ
る(フリッゼル,アール・エイら,(1986年)サイエンス第233巻:558
〜560頁;ウェルシュ,エム・ジェイ(1986年)サイエンス第232巻:
1648〜1650頁;リー,エムら,(1988年)ネイチャー第331巻:3
58〜360頁;クイントン,ピー・エム(Quinton,P.M.)(1989年)クリニ・
ケミ(Clin.Chem.)第35巻:726〜730頁)。気道細胞において、この
ことは、イオンおよび液体輸送のバランスの崩壊を引き起こす。このことが、異
常な粘液分泌を引き起こし、ついには、肺の感染症および上皮細胞細胞の損傷を
引き起こすと広く信じられている。
CFTRΔ508のみならず他のCFTR変異種の生合成(チェング,エス・
エイチ(Cheng,S.H.)ら,(1990年)セル第63巻:827〜834頁;グ
レゴリー,アール・ジェイら,(1991年)モレキュラー・アンド・セル・バイ
オロジー(Mol.Cell Biol.)第11巻:3886〜3893頁)および局在化(
デニング,ジー・エム(Denning,G.M.)ら,(1992年)ジャーナル・オブ・セ
ル・バイオロ(J.Cell Biol.)第118巻:551〜559頁)に関する研究によ
り、多くのCFTR変異蛋白が正確に加工されず、その結果として、形質膜に送
達されないことが示されている(グレゴリー,アール・ジェイら,(1990年)
モレキュラー・アンド・セル・バイオロジー第11巻:3886〜3893頁)
。これらの結論は、CFTRΔ508を発現する細胞におけるcAMP剌激C1-
チャンネルの検出に失敗した初期の機能に関する研究と矛盾しない(リッチ,デ
ィー・ピーら,(1990年)ネイチャー第347巻:358〜363頁;アン
ダーソン,エム・ピー(Anderson,M.P.)ら,(1991年)サイエンス第251
巻:679〜682頁)。
現在にいたるまで、CF治療の第1の目的は、感染を抑制し、粘膜のクリアラ
ンスを促進し、栄養状態を改善することであった(ボート,ティー・エフら,「ザ・
メタボリック・ベイシス・オブ・インヘリティド・ディジージズ」(スクリバー,シ
ー・アールら編,ニューヨークのマクグロー−ヒル(1989年))。意図的な
抗生物質の使用および胸部打診を伴う姿勢上の廃液法のプログラムは、治療の主
たるものである。しかしながら、疾患が進行するにつれ、頻繁な入院が必要とな
る。栄養面での養生法としては、膵臓酵素および脂溶性ビタミンが挙げられる。
気管支拡張剤が時々使用される。炎症を抑制するためにコルチコステロイドが使
用されているが、それらは明らかに不利な効果を有し、それらの利益は不確実で
ある。極端な場合には、ときどき肺移植が試みられる(マーシャル,エス(Mars
hall,S.)ら,(1990年)チェスト(Chest)第98巻:1488頁。
現在に至るまで、CFに対する新しい治療を開発するための最も多くの努力が
、肺の合併症に払われてきた。CF粘膜は溶解した好中球由来の高濃度のDNA
を含むため、1つのアプローチは、組み換え型ヒト・DNaseの開発であった
(シャク,エス(Shak,S.)ら,(1990年)プロシーディングス・オブ・ナシ
ョナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ第87巻:9188頁)。予備的な報
告には、粘膜の粘度を減少させるにはエアロゾル化した酵素が有効でりうるとい
うことが示唆されている。このことは、気道から障害物を除去すること、そして
、おそらく、感染の減少の一助となりうる。過剰の好中球由来のエラスターゼに
より引き起こされるダメージを抑える試みにおいて、プロテアーゼ阻害剤が試験
された。例えば、CF患者の肺の酵素活性を送達するために、ヒト・血漿から精
製されたアルファ−1−抗トリプシンがエアロゾル化された(マケルバニー,エ
ヌ(McElvaney,N.)ら,(1991年)ザ・ランセト(The Lancet)第337巻
:392頁)。もう1つのアプローチは、好中球由来の酸化剤の作用を抑制する
薬剤の使用であろう。生化学的パラメーターはうまく測定されるのであるが、長
期にわたるこれらの治療の有益な効果は得られていない。
異なる原理を用いて、他の研究者らは、CF気道における異常に減少したクロ
ライド分泌および増加したナトリウム吸収を逆転させるための薬剤の使用を試み
た。気道上皮による不完全な電解質輸送は、呼吸分泌物および粘膜の組成を変化
させると考えられる(ボート,ティー・エフら,「ザ・メタボリック・ベイシス
・オブ・インヘリティド・ディジージズ」(スクリバー,シー・アールら編,ニュ
ーヨークのマクグロー−ヒル(1989年);クイントン,ピー・エム(199
0年)FASEBジャーナル第4巻:2709〜2717頁)。それゆえ、電解
質輸送における異常を修正する目的の薬理学的治療は有益でありうる。薬剤アメ
リオライド(amelioride)のエアロゾル化バージョンを用いて試行が続けられて
いる。アメリオライドは、ナトリウムチャンネルを阻害する利尿剤であり、それ
ゆえ、ナトリウム吸収を阻害する。初期の研究結果は、該薬剤が安全であり、肺
機能試験により測定される疾患の進行速度をわずかに変化させることを示す(ノ
ールズ,エム(Knowls,M.)ら,(1990年)ニュー・イングランド・ジャーナ
ル・オブ・メディシン(N.Eng.J.Med.)第322巻:1189〜1194頁;ア
ップ,イー(App,E.)(1990年)アメ・レビ・リスペ・ディジ(Am.Rev.Res
pir.Dis.)第141巻:605頁)。ATPまたはUTPのごときヌクレオチド
は、気道上皮のプリン作動性受容体を刺激する。結果として、それらは、CFT
Rクロライドチャンネルとは異なるクラスのクロライドチャンネルを開ける。イ
ンビボにおける研究は、ATPおよびUTPがクロライド分泌を刺激することを
示す(ノールズ,エムら,(1991年)ニュー・イングランド・ジャーナル・
オブ・メディシン第325巻:533頁)。インビボにおける分泌を刺激し、そ
れにより電解質輸送の異常を修正するヌクレオチドの能力を試験するための予備
的な試行が進行中である。
治療の進歩にもかかわらず、嚢胞性線維症は致命的疾患のままであり、現代の
治療はこの基本的欠陥を治療できない。しかしながら、2つの一般的なアプロー
チが実行可能であることが証明されうる。これらは: 1)野生型蛋白を患者に
送達してその欠損蛋白を増加させるための蛋白置換療法、および2)野生型のC
F関連遺伝子のコピーを送達するための遺伝子置換療法である。最も生命を脅か
すCFの徴候には肺の合併症が含まれるので、上部気道の上皮細胞は、治療のた
めの適当な標的細胞である。
遺伝子治療の実行可能性は、CF患者由来の上皮細胞中への野生型cDNAの
導入およびクロライドイオン輸送における致命的欠陥の相補を示すことにより確
立される(リッチ,ディー・ピーら,(1990年)ネイチャー第347巻:3
58〜363頁)。しかしながら、それに続く研究により、遺伝子を全動物の気
道に送達するには、欠陥アデノウイルスが使用可能であることが示されている(
ローゼンフェルド(Rosenfeld)(1992年)セル第68巻:143〜155
頁)。しかしながら、欠陥アデノウイルスを用いることの安全性および効果が示
される必要が残っている。発明の概要
一般的には、本発明は、対象とする選択遺伝物質(例えばDNAまたはRNA
)をインビボにおいて細胞に転移するためのベクターに関する。好ましい具体例
において、該ベクターはアデノウイルスに基づくものである。遺伝子治療に関す
るアデノウイルスに基づくベクターの利点は、それらが比較的安全で、所望遺伝
子産物をコードするよう操作でき、同時に、その正常な溶菌性ウイルスの生活環
における複製能について不活性化されるということである。さらに、アデノウイ
ルスは、気道上皮に対する本質的な屈性を有する。それゆえ、アデノウイルスに
基づくベクターは、嚢胞性線維症の遺伝子治療ごとき呼吸器の遺伝子治療への適
用に特に好ましい。
1の具体例において、アデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクターは、ウイル
ス複製の初期段階に関与するゲノムのE1aおよびE1b領域が欠失され、対象
とする遺伝物質(例えば、嚢胞性線維症トランスメンブレンレギュレーター蛋白
)により置換されている2型アデノウイルス血清型ゲノムからなる。
もう1つの具体例においてアデノウイルスに基づく治療ベクターは、偽−アデ
ノウイルス(PAV)である。PAVsは、何ら潜在的に有害なウイルス遺伝子
を有しておらず、理論上、約36kbの外来物質に対する容量を有し、適当に高
力価で産生され、分裂性および非分裂性のヒト・標的細胞系に対する元のアデノ
ウイルスの屈性を維持している。PAVsは、アデノウイルスの逆方向反復塩基
配列、およびヘルパーウイスルによる有効な複製ならびにパッケージングに必要
な野生型の2型アデノウイルスのゲノムの最小配列、そして対象とする遺伝物質
からなる。好ましい具体例において、PAVは、2型アデノウイルス配列を含ん
でいる。
さらなる具体例において、アデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクターは、E
4プロモーター由来のアデノウイルス初期領域4(E4)のオープンリーディン
グフレームを含み、他のすべてのE4オープンリーディングフレームを欠失して
いる。最適には、このベクターは、E1および/またはE3領域の欠失を含むこ
とができる。別法として、アデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクターは、E4
プロモーター由来のアデノウイルスE4のオープンリーディングフレーム3(O
RF3)を含み、他のすべてのE4オープンリーディングフレームを欠失してい
るものである。さらに、最適には、このベクターは、E1および/またはE3領
域の欠失を含むことができる。E4の不可欠でないオープンリーディングフレー
ムの欠失は、細胞培養におけるウイルスの活性を有意に減じることなく、約2k
bのクローニング容量を増加させ、得られるベクターの理論的な挿入容量は8〜
9kbに増加する。
本発明は、開示されたベクターおよび本発明方法により得られた遺伝子操作さ
れた細胞を用いる遺伝子治療の方法にも関する。表および図面の簡単な説明
表および図面を参照することにより、本発明をさらに理解することができる。
表Iは、CFTR変異体を示し、表中、CFとの既知の関連(Y,あり、また
はN,なし)、エキソンの局在化、ドメインの局在化および変異CFTR種のバ
ンドA、BならびにCの存在(+)または不存在(−)が示されている。TM6
はトランスメンブレンドメイン6を表し;NBDはヌクレオチド結合ドメインを
;ECDは細胞外ドメインを;Termは残基1337を過ぎて21コドン行っ
たところでの終結を示す。
表IIは、Ad2/CFTR−1のヌクレオチド配列を示す。
表IIIは、Ad2−ORF6/PGK−CFTRのヌクレオチド分析を示す。
変異体の命名に関する取り決めは、はじめに、特定の残基において通常見いだ
されるアミノ酸、残基番号、そして残基が変換されたアミノ酸とする(リオーダ
ン,ティー・アールら,(1989年)サイエンス第245巻:1066〜10
73頁)。1文字アミノ酸コードを用いる。D,アスパラギン酸;F,フェニル
アラニン;G,グリシン;I,イソロイシン;K,リジン;M,メチオニン;N,ア
スパラギン;Q,グルタミン;R,アルギニン;S,セリン;W,トリプトファン。
よって、G551Dは、グリシン551がアスパラギン酸に変換されている変異
種である。
図1は、CFTRの完全な暗号配列を含むcDNAの構築に用いるCFTRの
部分cDNAクローンの配置を示す。上記DNA構造に関連した制限部位のみを
示す。
図2は、CFTRのcDNAクローンpKK−CFTRIのプラスミド構築を
示す。
図3は、CFTRのcDNAクローンpKK−CFTR2のプラスミド構築を
示す。
図4は、CFTRのcDNAクローンpSC−CFTR2のプラスミド構築を
示す。
図5は、CFTRのcDNAクローンpSC−CFTR2のプラスミド地図を
示す。
図6は、CFTRのcDNA配列中へのイントロンの挿入に用いる合成DNA
配列を、関連エンドヌクレアーゼ部位および記載されたヌクレオチド位置ととも
に示す。
図7Aおよび7Bは、CFTRのcDNAクローンpKKCFTR3のプラス
ミド構築を示す。
図8は、ヌクレオチド1716と1717間にイントロンを有するCFTRの
cDNApKK−CFTR3のプラスミド地図である。
図9は、CFTRのグリコシダーゼ処理を示す。
図10Aおよび10Bは、COS−7トランスフェクション細胞から発現され
たCFTRの分析を示す。
図11Aおよび11Bは、COS−7トランスフェクション細胞における野生
型およびΔF508変異種CFTRのパルスチェイスラベリングを示す。
図12A〜12Dは、野生型およびΔF508変異種CFTRの免疫局在化と
、pMT−CFTRまたはpMT−CFTR−ΔF508でトランスフェクショ
ンされたCOS−7細胞を示す。
図13は、CFTR由来の変異種の分析を示す。
図14は、CFTR(Ad2/CFTR−1)をコードしている第1世代のア
デノウイルスに基づくベクターの地図を示す。
図15は、Ad2/CFTR−1ベクターのプラスミド構築を示す。
図16は、Ad2/CFTR−1を与えられたコットンラットの肺ホモジネー
ト物由来のネスティッドRT−PCR生成物のアガロースゲル電気泳動からのU
V蛍光の例を示す。ゲルは、ホモジネート物は、ウイルスにコードされたCFT
RmRNAに対して陽性であったことを示す。
図17は、コットンラットの器官ホモジネート物由来のネスティッドRT−P
CR生成物のアガロースゲル電気泳動からのUV蛍光の例を示す。ゲルは、感染
したラットのすべての器官は、小腸を除き、Ad2/CFTRに対して陰性であ
ったことを示す。
図18Aおよび18Bは、対照および感染ラット由来の気管支肺胞洗浄物の分
別細胞分析を示す。これらのデータは、Ad2/CFTR−1で処理されたラッ
トは、感染4、10ならびに14日後(図18A)および感染3、7ならびに1
4日後(図18B)において全白血球細胞数または分別白血球細胞数の変化がな
かったことを示す。
図19は、Ad2/CFTR−1に感染した後、異なる時点で屠殺した治療ラ
ットおよび対照ラットからのコットンラット・気管のヘマトキシリンおよびエオ
シン染色切片を示す。
図20Aおよび20Bは、Ad2/CFTR−1またはAd2/β−Galの
適用後、アカゲザルの鼻のブラッシング物由来のRT−PCR生成物をアガロー
スゲル電気泳動し、臭化エチジウム染色したもののUV蛍光の例を示す。
図21は、サルの鼻のブラッシング物由来の光学顕微鏡図および免疫細胞化学
による図を示す。顕微鏡図は、Ad2/CFTR−1に曝露されたサル由来の鼻
上皮細胞をCFTRに対する抗体で染色した場合、陽性反応が見られたことを示
す。
図22は、サルの鼻甲骨生検の免疫細胞化学による図を示す。この顕微鏡図は
、対照のサルから得られた表面上皮の尖端膜において見られるよりも、Ad2/
CFTR−19Bで処理されたサルから得られた生検物由来の表面上皮の尖端膜
における免疫蛍光が増加しているを示す。
図23A〜23Dは、3種のベクター投与後のアカゲザルにおける血清抗体力
価を示す。グラフは、Ad2/CFTR−1で処理された3匹のサルすべてがア
デノウイルスに対する抗体を産生したことを示す。
図24は、サルの内側の鼻介骨生検由来のヘマトキシリンおよびエオシン染色
切片を示す。これらの切片は、別々の病理学者により検査された場合、対照のサ
ル由来の鼻介骨生検標本は、Ad2/CFTR−1で処理されたサル由来の標本
と区別されなかったことを示す。
図25A〜25Iは、Ad2/CFTR−1適用直前、適用中および適用後の
ヒト・鼻粘膜の顕微鏡写真を示す。これらの顕微鏡写真は、鼻粘膜の検査により
、Ad2/CFTR−1処理(図25A〜25C)患者および対照(図25G〜
251)における穏やかないし中程度の紅斑、浮腫および滲出が示されたことを
示す。局部麻酔および血管収縮を要しない方法でさらなる患者をAd2/CFT
Rに曝露した場合、何等兆候がなく、鼻粘膜は正常に見えた(図25D〜25F
)ため、これらの変化は、おそらく、局部麻酔および血管収縮によるものであっ
た。
図26は、Ad2/CFTR−1投与3日後の第3の患者から得たヒト・鼻粘
膜のヘマトキシリンおよびエオシン染色生検の顕微鏡写真を示す。この切片は、
CFと矛盾しない形態、すなわち、厚くなった基底膜および粘膜下組織に時折見
られる形態核細胞を示すが、アデノウイルスベクターによると考えられる異常を
示さない。
図27は、正常なヒト対象の鼻上皮を横切る経上皮電圧(Vt)を示す。アミ
ロライド(amiliride)(μM)およびターブタリン(terbutaline)(μM)を
、示された時間の初めから粘膜表面に還流した。基底条件において、(Vt)は
電気的に負であった。粘膜表面上のアミロライドの還流は、尖端Na+チャンネ
ルを遮断することにより、(Vt)を抑制した。
図28Aおよび28Bは、正常なヒト対象(図28A)およびCF患者(図2
8B)の鼻上皮を横切る経上皮電圧(Vt)を示す。鼻粘膜上における基底条件
、アミロライド(μM)での還流およびアミロライドおよびターブタリン(μM
)の還流下において値を得た。データは、7人の正常対象および9人のCF患者
からのものである。CF患者においては、(Vt)は、正常対象におけるよりも
電気的に陰性であった(図28B)。アミロライドは、正常対象における(Vt
)と同様にCF患者における(Vt)を抑制した。しかしながら、アミロライド
存在下の上皮上にターブタリンを還流した場合、Vtは過剰分極しなかった。
(Vt)が変化せず、あるいはより負にならないにもかかわらず、結果は、正常
対象において観察されたものとは非常に異なっていた。
図29Aおよび29Bは、約25MOIのAd2/CFTR−1の投与前(図
29A)および投与後(図29B)の第3の患者の鼻上皮を横切る経上皮電圧(
Vt)を示す。アミロライドおよびターブタリンを示された時間の初めから粘膜
表面に還流した。図29Aは、処理前の第3の患者からの例を示す。図29Bは
、Ad2/CFTR−1適用前の応答とは対照的に、ウイルス複製後においては
アミロライド存在下においてターブタリンはVtを刺激したことを示す。
図30A〜30Fは、Ad2/CFTR−1投与前および後の経上皮電気特性
の経時変化を示す。図30Aおよび30Bは、約1MOIを与えられた第1の患
者からのもの、図30Cおよび30Dは、約3MOIを与えられた第2の患者か
らのもの、図30Eおよび30Fは、約25MOIを与えられた第3の患者のも
のてある。図30A、30Cおよび30Eは、基底経上皮電圧を示し、図30B
、30Dおよび30Fは、アミロライド存在下でのターブタリン還流後の経上皮
電圧変化(ΔVt)を示す。0日は、Ad2/CFTR−1投与の日を示す。図
3
0A、30Cおよび30Eは、3人すべての患者についての基底Vtの経時変化
を示す。基底Vtの低下は、Ad2/CHTR適用により、3人すべての患者の
鼻上皮におけるCFによる電解質輸送の欠陥が修正されたことを示す。さらなる
証拠がターブタリンに対する応答試験から得られた。図30B、30Dおよび3
0Fは、応答の経時変化を示す。これらのデータは、Ad2/CFTR−1が、
CFによるC1-輸送の欠陥を修正したことを示す。
図31は、Ad2/CFTR−1のかわりにセイラインをCF患者に投与する
前および投与後の経上皮電気特性の経時変化を示す。0日は、模擬投与時を示す
。上のグラフは、基底経上皮電圧(Vt)を示し、下のグラフは、アミロライド
存在下でのターブタリン還流後の経上皮電圧変化(ΔVt)を示す。黒いシンボ
ルは、局部麻酔/血管収縮が行われ、30分間アプリケーターを装着した2人の
患者からのデータである。白いシンボルは、局部麻酔/血管収縮が行われたが、
アプリケーターを装着しなかった患者からのデータである。症状の変化および身
体的所見は、同様の投与方法およびAd2/CFTR−1で処理したCF患者に
おいて観察されたものと同じであった。
図32は、第2世代のアデノウイルスに基づくベクターであるPAVの地図を
示す。
図33は、第2世代のアテノウイルス性ベクター6(Ad E4 ORF6)
のプラスミド構築を示す。
図34は、Ad2/CFTR−1は内在性E1aプロモーターを用いていると
いう点でAd2/CFTR−1と異なる、Ad2−ORF6/PGK−CFTR
の図解であり、Ad2−ORF6/PGK−CFTRは、CFTRの下流に直接
ポリA付加シグナルを有しておらず、インタクトなE4領域を保持している。
図35は、多重度0.3、3および50でAd2−ORF6/PGK−CFT
Rに感染したヒト・鼻ポリプ上皮細胞からの短絡電流を示す。示された時間にお
いて、(1)10μMアミロライド、(2)cAMPアゴニスト(10μMフォ
ルスコリンおよび100μM IBMX)、(3)1mMジヘニルアミン−2−
カルボキシラートを粘膜溶液に添加した。
図36A〜36Dは、感染前(36A)およびAd2−ORF6/PGK−C
FTR感染後7日目(36B)、24日目(36C)ならびに38日目(36D
)におけるアカゲザルCのレーザースキャンニング顕微鏡による、鼻ブラッシン
グ物の免疫細胞化学を示す。
図37A〜37Dは、感染前(36A)およびAd2−ORF6/PGK−C
FTR感染後7日目(36B)、24日目(36C)ならびに38日目(36D
)におけるアカゲザルDのレーザースキャンニング顕微鏡による、鼻ブラッシン
グ物の免疫細胞化学を示す。
図38A〜38Dは、感染前(36A)およびAd2−ORF6/PGK−C
FTR感染後7日目(36B)、24日目(36C)ならびに38日目(36D
)におけるアカゲザルEのレーザースキャンニング顕微鏡による、鼻ブラッシン
グ物の免疫細胞化学を示す。
図39A〜39Cは、Ad2−ORF6/PGK−CFTRでの感染の臨床的
徴候(または徴候の欠如)のまとめを示す。
図40A〜40Cは、サルCFTR、DおよびEに関するAd2−ORF6/
PGK−CFTR感染後の血球数、沈降速度および臨床化学のまとめを示す。全
身的炎症応答または臨床化学の異常の証拠はなかった。
図41は、Ad2−ORF6/PGK−CFTR感染後のサルC、DおよびE
における白血球数のまとめを示す。これらのデータは、Ad2−ORF6/PG
K−CFTR投与は、ウイルス投与後のいかなる時点においても炎症細胞の分配
および数の変化を引き起こさなかったことを示す。
図42は、Ad2−ORF6/PGK−CFTRウイルスの2回目の点滴注入
4日後のアカゲザルCについての粘膜下組織生検物の組織学を示す。ヘマトキシ
リンおよびエオシン染色により、炎症ならびに細胞変性の変化の証拠がないこと
が明らかとなった。
図43は、Ad2−ORF6/PGK−CFTRウイルスの2回目の点滴注入
11日後のアカゲザルDについての粘膜下組織生検物の組織学を示す。ヘマトキ
シリンおよびエオシン染色により、炎症ならびに細胞変性の変化の証拠がないこ
とが明らかとなった。
図44は、Ad2−ORF6/PGK−CFTRウイルスの2回目の点滴注入
18日後のアカゲザルEについての粘膜下組織生検物の組織学を示す。ヘマトキ
シリンおよびエオシン染色により、炎症ならびに細胞変性の変化の証拠がないこ
とが明らかとなった。
図45A〜45Cは、1回目および2回目のAd2−ORF6/PGK−CF
TR投与の前後におけるアデノウイルスに対する抗体力価を示す。Ad2−OR
F6/PGK−CFTR投与の前に、サルにAd2/CFTR−1を点滴注入し
た。ELISAにより測定された抗体力価は、1回目および2回目のAd2−O
RF6/PGK−CFTR投与後1週間以内に上昇した。血清中和抗体もウイル
ス投与1後1週間以内に上昇し、24日目にピークとなった。抗−アデノウイル
ス抗体は、どのサルの鼻洗浄物のELISAまたは中和アッセイによっても検出
されなかった。詳細な説明および最良のモード 遺伝子治療
本明細書で用いる語句「遺伝子治療」は、対象とする遺伝物質(例えばDNA
またはRNA)を宿主中に転移して、遺伝的または後天的な疾患もしくは症状を
治療あるいは予防することをいう。対象とする遺伝物質は、インビボにおいてそ
の生成が望まれる生成物(例えば蛋白、ポリペプチド、ペプチドまたは機能的R
NA)をコードしている。例えば、対象とする遺伝物質は、治療価値のあるホル
モン、受容体、酵素または(ポリ)ペプチドをコードしていてもよい。対象とす
る遺伝物質の例としては、嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーター(CFTR)、
因子VIII、低密度リポ蛋白受容体、ベータガラクトシダーゼ、アルファガラクト
シダーゼ、ベータグルコセレブロシダーゼ、インスリン、甲状腺ホルモンおよび
アルファ−1−抗トリプシンをコードしているDNAが挙げられる。
遺伝病を遺伝子治療する可能性について多年にわたり評価が行われてきたが、
かかるアプローチが2人のアデノシンデアミナーゼ欠損患者について実用的とな
っ
たのはごく最近のことである。そのプロトコールは、患者からのリンパ球の採取
、組織培養で増殖させるための刺激、適当に遺伝子操作されたレトロウイルスで
の感染、ついで、該リンパ球の患者への再導入からなる(カントフ,ピー(Kanto
ff,P.)ら,(1987年)ジャーナル・オブ・イクスペリメンタル・メディシン
(J.Exp.Med.)第166巻:219頁)。最初の治療結果は非常に励みとなるも
のである。限定された臨床用途についての他の多くのヒトの遺伝子治療のプロト
コールが是認され、遺伝子治療によりCFを補う可能性が示されれば、CFに対
する遺伝子治療は実行可能な選択となろう。
嚢胞性線維症に対する遺伝子置換療法の概念は非常に単純である。CF患者の
気道に直接送達されるウイルス性または他の担体中のある種の適当なベクター中
にCFTRをコードする配列を作るのである。肺の気道の疾患は罹患率の主要な
原因であり、死亡率の95%の原因となっている。気道上皮細胞は、CF遺伝子
治療にとり好ましい標的である。第1世代のCF遺伝子治療は、一時的なもので
あり、気道に繰り返し送達することが必要であろう。しかしながら、最終的には
、気道上皮細胞になる前駆細胞または幹細胞のアイデンティティーが知られるよ
うになった場合には、遺伝子治療はCFに対する治癒を提供しうる。DNAが気
道細胞中に取り込まれるならば、その後生じるかかる細胞のすべての世代は、組
み込まれた配列から真正なCFTRを作り、CFTR作用の生化学的基礎にほと
んど関係なく身体的欠陥を修正するであろう。
概念においては単純であるが、科学的および臨床的問題が遺伝子治療のための
アプローチに直面する。現在に至るまでのヒトにおけるすべての遺伝子治療は、
患者から採取され、ついで再導入される細胞に対するエクスビボでの処理を必要
とするが、CFはインビボでのアプローチを必要とする。
遺伝子治療が実行可能な治療アプローチとなる前に克服されるべき1つの主な
障害は、疾患を示している組織に感染し、治療的なCFTR遺伝子を送達するた
めの適当なベクターの開発である。ウイルスが、その核酸を細胞中に導入するた
めの非常に有効な手段として開発されているので、遺伝子治療のための多くのア
プローチに遺伝子操作された欠陥ウイルスが使用される。しかしながら、インビ
ボでのウイルスの使用は安全性の問題を引き起こす。潜在的に安全であるとして
も、最少の付加的DNAを含む単純なDNAプラスミド構築物の使用は、他方で
は、しばしば非常に非効率的で、一時的な蛋白発現にしかならないこともありう
る。
宿主染色体中への導入DNAの組み込みは、かかるDNAが娘細胞にまで継代
されるであろうということにおいて利点を有する。ある環境においては、組み込
まれたDNAは、高発現またはより持続的な発現を引き起こすこともありうる。
しかしながら、組み込みが起こるには、しばしば、そしておそらくいつも、細胞
DNAの複製が必要である。これは、現段階のレトロウイルスの場合には確実に
あてはまる。このことは、細胞の大部分において細胞分裂が起こる環境に対する
かかるウイルスの使用を制限する。インビトロで培養された細胞に関しては、こ
のことはめったに問題とならないが、気道細胞は、ごくまれにしか分裂しないこ
とが報告されている(カワナミ,オー(Kawanami,O.)ら,(1979年)アニュ
・レビュ・リスイエラ・ディジ(An.Rev.Respir,Dis.)第120巻:595頁)
。CFにおけるレトロウイルスの使用は、おそらく、細胞分裂を誘導ための気道
の損傷を必要とする。このことは、CF患者においては実際的でないことがわか
る。
レトロウイルスを用いて効果的なDNA組み込みが行われ得るとしても、ヒト
・ゲノムは、細胞増殖の調節に関与するエレメントを含んでおり、そのうちの小
さなフラクションだけは現在同定されている。腫瘍原性遺伝子または抗−腫瘍遺
伝子のごときエレメントに隣接した組み込みにより、そのエレメントの活性化ま
たは不活性化が起こり、コントロールされない改変細胞の増殖を起こさせる。通
常は、いくつかのかかる活性化/不活性化ステップは、コントロールされない増
殖を誘導するためには、いかなる細胞においても必要であり、そうすることは、
潜在的危険性をいくらか減少させうると考えられよう(アール・エイ・ワインベ
ルグ(R.A.Weinberg)(1989年)キャンサー・リサーチ(Cancer Research
)第49巻:3713頁)。他方、腫瘍を誘導する挿入による変異誘発は、欠陥
レトロウイルスを有する動物において確実に知られており(アール・エイ・ワイ
ンベルグ,上記;ペイン,ジー・エス(Payne,G.S.)ら,(1982年)ネイチャ
ー
第295巻:209頁)、インビボにおいてレトロウイルスで繰り返し治療され
た患者の生存期間において起こる有効な組み込みの大多数は、かかる方法の安全
性に関する問題を生じる。
ウイルスDNA組み込みに関連する潜在的な問題のほかに、多くの付加的な安
全性の問題が生じる。多くの患者は、ベクターの候補となるいくつかのウイルス
、例えばアデノウイルスに対する先在抗体を有している。さらに、かかるベクタ
ーの繰り返し使用は、免疫応答を誘導しうる。欠陥ウイルスベクターの使用は、
この問題を幾分改善しうる。なぜならば、感染細胞における生産的ウイルス生活
環、細胞溶解または多数の子孫ウイルスを誘導しないからである。
ウイルスの使用に関連する他の問題は、治療された患者において自然に感染す
る関連ウイルスとの組換えの可能性、野生型ウイルス蛋白の同時発現によるウイ
ルス欠陥の相補、および遺伝子操作されたウイルスのエアロゾルの含有である。
CFに対する遺伝子治療のアプローチは、蛋白治療におけるのと同じ多くの臨
床的問題に直面する。これらの問題としては、粘膜形成による気道上皮のアクセ
ス不能性、およびウイルス/ベクターを不活性化しうるCF気道における環境敵
対性が挙げられる。ベクター担体のエレメントは免疫原性でありうるし、NAの
導入は非効率的でありうる。蛋白治療に伴うこれらの問題は、疾患に関する良好
な動物モデルがないこと、および治療効果を測定するための単純な臨床的終点が
存在しないことにより改善されない。CF遺伝子治療ベクター−可能な選択
レトロウイルス−欠陥レトロウイルスは最も特徴づけられた系であり、その限
りにおいてはヒトの遺伝子治療における使用に関して是認されている唯一のもの
であるが(ミラー,エイ・ディー(Miller,A.D.)(1990年)ブラッド(Blood
)第76巻:271頁)、CFに関連する主な問題は、DNA組み込みおよび遺
伝子発現を達成するために分裂性の細胞を必要とすることである。気道細胞の分
裂を誘導する条件が見いだされた場合には、レトロウイルスのインビボ適用は、
特に何年にもわたり繰り返される場合には、挿入による変異誘発の安全性に対す
る評価が必要となろう。
アデノ−関連ウイルス−(AAV)は、アデノウイルスまたはヘルペスウイル
スのごとき他のウイルスを必要とする天然の欠陥ウイルスである(ムジクズカ,
エヌ(Muzyczka,N.)(1992年),「カレント・トピックス・イン・マイクロ
バイオロジー・アンド・イミュノロジー(Current Topics in Microbiology and
Immunology)第158巻:97頁)。確実なことではないが、該ウイルスは、
そのDNAを非分裂性細胞中に組み込むことの出来る少ないウイルスの1つであ
る。AAVの300塩基対程度を有するベクターをパッケージングすることがで
き、組み込むことができるが、外来性DNAに対するスペースは約4.5kbに
限定されている。CFTR DNAは、おそらく、パケージングの上限であろう
。さらにそのうえ、パッケージング法自体、現在のところ非効率的で、免疫原性
、相補性およびエアロゾル含有のごとき安全性の問題もAAVには存在する。そ
れにもかかわらず、この系は、さらなる研究を保証することが十分に有望である
。
プラズミドDNA−組織への注射により、プラスミドをそのまま筋肉細胞中へ
導入することが可能である。発現は何カ月にもわたり行われるが、使用可能な細
胞の種類は少ない(ウォルフ,ジェイ(Wolff,J.)ら(1989年)サイエンス
第247巻:1465頁)。カチオン性脂質は、ある種の培養細胞へのDNAの
導入を補助する(フェルグナー,ピー(Felgner,P)およびリンゴールド,ジー・
エム(Ringold,G.M.)(1989年)ネイチャー第337巻:387頁)。マウ
スの循環系へのカチオン性脂質とプラスミドDNAとの複合体の導入により、肺
においてDNAが発現されることが示されている(ブリンガム,ケイ(Bringham,
K.)ら,(1989年)アメリカン・ジャーナル・オブ・メディカル・サイエン
ス(Am.J.Med.Sci.)第298巻:278頁)。カチオン性脂質とプラスミドD
NAとの複合体の肺への点滴注入によっても、上皮細胞における発現が誘導され
るが、発現効率は比較的低く、一時的なものである(ハジンスキ,ティー・エイ
(Haziski,T.A.)ら,(1991年)アメ・ジャー・リスピレ,セル・モレ・バ
イ
オロ(Am.J.Respir.,Cell Mol.Biol.)第4巻:206頁)。プラスミドDNA
の使用の1つの利点は、非複製細胞中に導入されうることである。しかしながら
、すでに高濃度の外来性DNAを含んでいるCF気道環境におけるプラスミドD
NAの使用は問題である。
受容体により伝達される導入−プラスミドDNAの取り込み効率を改善するた
めの努力において、導入機構としての受容体によって伝達されるエンドサイトー
シスの利用、およびポリリジンを伴う複合体中でのDNAの保護が試みられた(
ウー,ジー(Wu,G.)およびウー,シー・エイチ(Wu,C.H.)(1988年)ジャ
ーナル・オブ・バイオロジカル・ケミストリー(J.Biol.Chem.)第263巻:1
4621頁)。このアプローチに関する1つの潜在的な問題は、多くの流入物質
が分解されるエンドソームからリソソームへと通じる経路にプラスミドDNAが
入るということである。この問題に対する1つの解決法は、アデノウイルスカプ
シドに結合したトランスフェリンDNA−ポリリジン複合体の使用である(クリ
エル,ディー・ティー(Criel,D.T.)ら,(1991年)プロシーディングス・
オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ第88巻:
8850頁)。後者は効率的に導入されるが、エンドソームを自然に破壊すると
いうさらなる利点を有しているので、リソソームへの往復を回避する。このアプ
ローチは有望であるが、現在のところ、比較的一時的なものであり、他のアデノ
ウイルスに基づく方法と同じ免疫原性についての潜在的問題がある。
アデノウイルス−現在のところ、欠陥アデノウイルスは、CF遺伝子治療に対
する有望なアプローチであると思われる(バークナー,ケイ・エル(Berkner,K.
L.)(1988年)バイオ・テクニークス(Bio Techniques)第6巻:616頁
)。所望遺伝子産物(例えばCFTR)をコードし発現し、通常の溶解性ウイル
ス生活環における複製能が不活性化するように、アデノウイルスを操作すること
ができる。さらに、アデノウイルスは、気道上皮に対する本質的な屈性を有して
いる。アデノウイルスは、気道に見られるような静止細胞に感染でき、レトロウ
イルス以上の利点を有する。アデノウイルス発現は、宿主細胞染色体中へのウイ
ルスDNAの組み込みがなくても行われ、それゆえ、挿入による変異誘発に関す
る問題が改善される。さらにそのうえ、アデノウイルスは、長年にわたり優れた
安全性を有する生腸ワクチンとして使用されている(シュワルツ,エイ・アール
(Schwartz,A.R.)ら,(1974年)アメ・レビ・リスピレ・ディジ(Am.Rev.
Respir.Dis.)第109巻:233〜238頁)。最終的には、アデノウイルス
により伝達される遺伝子転移は、コットンラットの肺へのアルファ−1−抗トリ
プシンおよびCFTRの転移をはじめとする多くの例において示されている(ロ
ーゼンフェルド,エム・エイ(Rosenfeld,M.A.)ら,(1991年)サイエンス
第252巻:431〜434頁;ローゼンフェルドら,(1992年)セル第6
8巻:143〜155頁)。そのうえ、アデノウイルスをヒトの癌の発生原因と
して位置づけるために試みられたさらなる研究結果は、一様に否定的なものであ
った(グリーン,エム(Green,M.)ら,(1979年)プロシーディングス・オ
ブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ第76巻:6
606頁)。
以下の特徴は、アデノウイルスをCFTRに関する遺伝子をCF患者の気道細
胞に転移するように設計することにおいて望ましい。最少のウイルス遺伝子発現
を行う間、ベクターはCFTRを十分発現させなければならない。最少のウイル
スDNA複製、および理想的にはウイルス複製がないことが必要である。最終的
には、患者において新たなウイルス配列を生じる組換えおよび欠陥ウイルスを増
殖させるための相補が最少でなければならない。CFTR(Ad2/CFTR)
をコードしている第1世代のアデノウイルスベクターは、実施例7記載のごとく
作られ、これらの目的を最も達成するものであり、実施例10記載のヒトにおけ
る試験に用いられた。
図14は、Ad2/CFTR−1の地図を示す。図からわかるように、この第
1世代のウイルスは、通常の比較的良性の2型アデノウイルス血清型由来のDN
Aを含んでいる。ウイルス複製の初期段階に必要とされる関与するE1aおよび
E1b領域は欠失されている。これらの除去は、ウイルス遺伝子発現およびウイ
ルス複製を減じる。これらの遺伝子の蛋白産物も、ある種の非許容細胞において
不死化および形質転換機能を有する。
CFTRをコードしている配列を、E1a/E1b領域のかわりにウイルスゲ
ノムに挿入し、その内在性E1aプロモーターによりCFTR配列の転写を作動
させる。これは、種々の細胞において機能的な中程度の強さのプロモーターであ
る。いくつかのアデノウイルスベクター(ローゼンフェルド,エムら,(199
2年)セル第68巻:143頁)とは対照的に、このアデノウイルスは、E3ウ
イルス暗号領域を有している。E3を含んでいることの結果として、該アデノウ
イルス−CFTR DNAの長さは野生型アデノウイルスのものよりも長い。組
換えウイルスDNAがより長いことは、パッケージングをより困難にする。この
ことは、喪失しているE1aおよびE1bの機能を提供する許容細胞においてさ
えも、Ad2/CFTRウイルスの増殖が妨げられることを意味する。
Ad2/CFTR−1のE3領域は、種々の蛋白をコードしている。これらの
蛋白の1つであるgp19は、主要組織適合抗原系(MHC)のクラス1の蛋白
と相互作用し、その出現を妨げると考えられている(グッディング,シー・アー
ル(Gooding,C.R.)およびウォルド,ダブリュウ・エス・エム(Wold,W.S.M.)
(1990年)クリティ・レビ・イミュノロ(Crit.Rev.Immunol.)第10巻5
3頁)。この特性は、感染細胞の認識を妨げ、よって、ウイルスの潜在性を許容
しうる。それゆえ、E3配列の存在は、2つの有用な貢献を行う。1つは、大き
なサイズのウイルスDNAはその複製を2倍不完全にし(すなわち、初期の機能
を欠き、パッケージングされにくい)、もう1つには、組換え型ウイルスに対す
る免疫応
答が回避されるために、MHC出現が起こらないということは、複数回投与を含
む遺伝子治療におけるAd2/CFTR−1の遅れた適用において有用でありう
る。
E3の存在に関連する利点があるのみならず、その不存在に関連する不利な・
も存在する。動物におけるE3欠失ウイルスの研究により、E3欠失が重大な病
変を引き起こすことが示されている(ギンンスバーグ,エイチ・エス(Ginsberg
,H.S.)ら,(1990年)プロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミ
ー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ第86巻:33823頁)。さらにその
うえ、E1およびE3欠失ウイルスと野生型ウイルスとの組換えにより得られる
ようなE3欠失ウイルスは、組織培養において野生型よりも早く増殖することが
報告されている(バークナー,ケイ・エル(Barkner,K.L.)およびシャープ,ピ
ー(Sharp,P.)(1983年)ヌクレイック・アシッズ・リサーチ(Nucleic Ac
ids Research)第11巻:6003頁)。しかしながら、対照的に、B型肝炎表
面抗原をコードしているE3置換ベクターに関する最近の報告は、生腸ワクチン
として送達された場合、かかるウイルスは、ヒトにおいて、野生型と比較すると
殆ど複製しないことが示唆されている。
アデノウイルスベクター(Ad2/CFTR−1)およびマーカーであるβ−
ガラクトシダーゼをコードしている関連ウイルス(Ad2/β−gal)を構築
し、ヒト・293細胞中で増殖させた。これらの細胞はアデノウイルスのE1領
域を含み、構成的にE1aおよびE1bを発現し、ベクターから欠失された遺伝
子産物を提供することにより欠陥アテノウイルスを相補する。そのゲノムサイズ
は野生型ウイルスのものより大きいので、Ad2/CFTRは比較的産生されに
くい。
Ad2/CFTR−1ウイルスは、293細胞における蛋白の存在を示すこと
により、CFTRをコードしていることが示された。Ad2/β−galウイル
スは、サル・細気管支細胞系(4MBR−5)、初代ハムスター・気管上皮細胞
、ヒト・HeLa、ヒト・CF PAC細胞(実施例8参照)およびCF患者か
らの気道上皮細胞(リッチ,オー(Rich,O.)ら,(1990年)ネイチャー第
34
7巻:358頁)をはじめとする、組織培養において増殖した種々の細胞系にお
いてその蛋白を産生することが示された。
Ad2/CFTR−1をアデノウイルス2(Ad2)DNA配列から構築する
。他のアデノウイルス変種(例えば、Ad3、Ad5およびAd7)も遺伝子治
療ベクターとして有用であることが証明されうる。単一血清型に対する免疫応答
が治療の有効性を減じる場合に、このことは不可欠であることがわかる。第2世代のアデノウイルスベクター
現在使用されているアデノウイルスベクターは、親ウイルスの遺伝物質の大部
分(≧80%)を保持しているが、その安全性は試験されておらず疑わしい。そ
れゆえ、最少限のアデノウイルスの調節、パッケージングおよび複製配列を有す
る第2世代のベクター系が開発された。
偽−アデノウイルスベクター(PAV)−PAVsは、アデノウイルスの反転
した末端重複およびヘルパーウイルス依存性複製およびベクターのパッケージン
グに必要な最少のアデノウイルスの5’末端配列を含んでいる。これらのベクタ
ーは、潜在的に有害なウイルス遺伝子を含んでおらず、外来物質に対する理論容
量は約36kbであり、適度に高力価で産生されることができ、分裂性および非
分裂性のヒト・標的細胞系に対する親ウイルスの屈性を維持している。
プラスミド由来の構築物としても、あるいは感染性ウイルス粒子としても、P
AVベクターを維持することができる。プラスミド構築物として、PAVは、効
率的な複製およびこれらの配列のパッケージングに必要な野生型アデノウイルス
2型由来の最少配列と、野生型または欠陥ヘルパーウイルスにより必要とされる
すべてのさらなる外来性遺伝物質からなる。
特別には、PAVは、図17に示すようなアデノウイルス2(Ad2)配列、
すなわち、ベクターの5’末端を形成するアデノウイルス2のヌクレオチド0〜
356および構築物の3’末端を形成するアデノウイルス2の最後の109個の
ヌクレオチドを含んでいる。該配列は、Ad2のフランキング側面末端重複(5
’ITR)および既知のパッケージングシグナルおよびE1aエンハンサーを含
む
5’ITRに隣接する配列を包含する。種々の便利な制限部位が、該フラグメン
ト中に組み込まれており、PAVウイルス粒子中にパッケージングされ、遺伝子
転移(例えば、遺伝子治療)に使用されうるプロモーター/遺伝子カセットの挿
入が可能となっている。PAVの構築および増殖は、下記実施例11に詳細に記
載されている。大部分のネイティブなアデノウイルスDNAを含まないことによ
り、本明細書記載のPAVsは、親の免疫応答の生成または宿主中での複製をす
る可能性がより少ない。
さらに、PAVベクターは、最大約36kbまでの外来DNAを受け入れるこ
とができる。それゆえ、PAVベクターは、従来のベクターが受け入れることの
できないより大きな遺伝子(例えば、CFTR(7.5kb);因子VIII(8k
b);因子IX(9kb))のクローニングに特に有用である。さらに、PAVベ
クターを用いて1個以上の遺伝子または1コピー以上の特定遺伝子を転移するこ
とができる。例えば、嚢胞性線維症の遺伝子治療については、PAVsを用いて
、抗プロテアーゼ(例えば、抗プロテアーゼ アルファ−1−抗トリプシン)、
金属プロテイナーゼの組織阻害剤、抗酸化剤(例えば、スーパーオキシドジスム
ターゼ)、局部的宿主防御のエンハンサー(例えば、インターフェロン)、粘液
溶解剤(例えば、DNAアーゼ)および炎症サイトカインをブロックする蛋白の
ごとき他の遺伝子と結合したCFTRを送達することができる。Ad2−E4/ORFF6アデノウイルスベクター
初期領域4(E4)由来のアデノウイルスE4のオープンリーディングフレー
ム6(ORF6)のみを発現し、他の既知E4オープンリーディングフレームを
欠失しているアデノウイルス構築物を、実施例12に詳細に記載するようにして
構築した。E4オープンリーディングフレーム3の発現もまた、DNA複製およ
び後期蛋白合成に必要なE4機能を提供するには十分である。しかしながら、O
RF6の発現と比較すると、それは、低い効率でこれらの機能を提供するので、
低レベルのウイルス生成となる可能性がある。それゆえ、ORF3よりもむしろ
ORF6を発現することは、組換え型アデノウイルスベクターの製造にとってよ
り良い選択であるように思われる。
アデノウイルスのE4領域は、ウイルスDNA複製、後期mRNA合成および
宿主蛋白合成の閉鎖のみならず、ウイルス構築においても役割を果たしていると
考えられる(ファルゴウト,ビー(Falgout,B.)およびジー・ケトナー(G.Ketn
er)(1987年)ジャーナル・オブ・ウイロロジー(J.Virol.)第61巻:3
759〜3768頁)。アデノウイルス初期領域4は、効率的なウイルス粒子構
築、後期遺伝子発現、および宿主細胞閉鎖に必要である(ハルバート,ディー・
エヌ)ら(1985年)ジャーナル・オブ・ウイロロジー第56巻:250〜2
57頁)。
E4の不可欠でないオープンリーディングフレームの欠失は、細胞培養におけ
るウイルスの活性を有意に減じることなく、組換え型アデノウイルスウイルスベ
クターのクローニング容量を2kb増加させる。アデノウイルスベクターのE1
および/またはE3領域における欠失を組み込んだ場合、得られるベクターの理
論上の挿入容量は8〜9kbに増加する。この増大したクローニング容量が有用
であると証明される例としては、CFTRをコードしている遺伝子治療ベクター
の開発においてである。上記のごとく、第1世代のアデノウイルスベクターは、
ウイルスDNAのカプシド挿入に関しては最大パッケージング容量に到達してい
る。結果として、このウイルスは増殖が悪く、時おり、欠陥のある子孫を生じう
る。アデノウイルス中にE4欠失を包含させることは、これらの問題を改善する
はずである。さらに、そのことは、ウイルスからCFTRを発現させるためのプ
ロモーターの選択を柔軟なものにする。例えば、第1世代のアデノウイルスには
大きすぎる、アデノウイルス主要後期プロモーター、サイトメガロウイルス即時
型初期プロモーターまたはCFTRプロモーターのごとき細胞性プロモーターの
ような強力なプロモーターを用いて発現を行うことができる。
さらに、E4のORF6のみを発現させることによって、これらの第2世代の
アデノウイルスベクターは、遺伝子治療における使用に関して安全となりうる。
ORF6の発現は、不死化細胞におけるウイルスDNA複製および後期蛋白合成
には十分であるが、E4のORF6/7もまた、非分裂性初代細胞において必要
とされうることが示唆されている(ヘムストロム,シー(Hemstrom,C.)ら,(
1991年)ジャーナル・オブ・ウイロロジー第65巻:1440〜1449頁
)。オープンリーディングフレーム6および7(ORF6/7)複合体から生じ
る19kDの蛋白は、初期領域2の最大活性化に必要な細胞性転写因子E2Fを
活性化する。初期領域2は、ウイルスDNAの複製に必要な蛋白をコードしてい
る。活性化された転写因子E2Fは増殖中の細胞に存在し、細胞増殖に必要な遺
伝子(例えばDHFR、c−myc)の発現に必要とされる。しかるに、活性化
されたE2Fは非分裂性細胞には低レベルで存在する。それゆえ、E4のORF
6のみの発現は、ウイルスが組織培養細胞(例えば、293細胞)中で正常に複
製することを可能にするが、ORF6/7の不存在は、非分裂性初代細胞におけ
る転写因子E2Fの有効な活性化を妨げ、そのことにより、ウイルスDNA複製
能を低下させる。標的組織
CF患者の95%が肺疾患で死亡するため、肺は、遺伝子治療の好ましい標的
である。疾患の異常性は、気道に並んでいる上皮細胞による欠陥のある電解質輸
送である。多くの研究者は以下のことを観察している(クイントン,エフ(19
90年)FASEBジャーナル第4巻:2709に概説あり):a)cAMPに
より媒介される経上皮クロライド分泌の完全な消失、およびb)Na+吸収速度
の2ないし3倍の増加。cAMPにより刺激されるクロライド分泌は、尖端膜に
おけるクロライドチャンネルを必要とする。(ウェルシュ,エム・ジェイ(Wels
h,M.J.)(1987年)フィジオロ・レビュ(Physiol.Rev.)第67巻:114
3〜1184頁)。CFTRはホスホリレーションにより調節されるクロライド
チャンネルであり、CFTRクロライドチャンネルの特性は、尖端膜におけるク
ロライドチャンネルの特性と同じであるという発見は、CFTRそれ自身が経上
皮クロライド分泌を媒介することを示すものである。この結論は、肺組織にCF
TRを局存化させる研究により支持された。CFTRは気道上皮細胞の尖端膜に
局存しており(デニング,ジー・エム(Denning,G.M.)ら(1992年)ジャー
ナル・
オブ・セル・バイオロジー(J.Cell Biol.)第118巻:551頁)、粘膜下組
織腺に存在している(タウシッヒ(Taussig)ら,(1973年)ジャーナル・
オブ・クキニカル・インベスティゲーション(J.Clin.Invest.)第89巻:33
9頁)。CFTR機能の喪失の結果として、cAMPにより調節される経上皮ク
ロライド分泌が消失する。この時点では、CFTR機能不全がどのようにしてN
a+吸収速度の増加をもたらすのかがはっきりしない。しかしながら、欠陥のあ
るクロライド分泌および増加したNa+吸収は、呼吸管流体の変化を引き起こし
、それゆえ、粘膜繊毛のクリアランス機構および正常な肺の防御機構に欠陥を与
えることになる。結果として、吸入された物質の肺からのクリアランスが損なわ
れ、ついで、繰り返し感染が起こる。呼吸管流体および粘膜繊毛のクリアランス
における推定される異常により、疾患に対するもっともらしい説明が提供される
が、その病理に対する正確な理解がやはり欠けている。
気道上皮細胞における遺伝的欠陥の修正は、CF肺の表現型を逆転させる可能
性がある。蛋白が豊富でないために、気道上皮においてCFTRを発現する特異
的細胞の同一性は、免疫細胞化学によっては正確に決定することはできない。し
かしながら、機能に対する研究により、表面上皮の、繊毛を有する上皮細胞、お
よびおそらくは繊毛のない細胞も、電解質輸送に関与する主な細胞系に属する。
よって、実際的には、遺伝子治療のための目下好ましい標的細胞は、肺気道に並
んでいる成熟細胞であると思われる。これらは、急速に分裂する細胞さはなく、
むしろ、それらの大部分は非増殖性であり、その多くは最終分化細胞でありうる
。気道における前駆細胞の同定は不確かであろう。CFTRもまた粘膜下組織腺
に存在しうるが(トレザイス,エイ・イー(Trezjse,A.E.)およびブフワクド,
エム(Buchwald,M.)(1991年)ネイチャー第353巻:434頁,エング
レハルド,ジェイ・エフ(Englehardt,J.F.)ら,ジャーナル・オブ・クリニカ
ル・インベスティゲーション第90巻:2598〜2607頁)、当該部位にお
けるその機能についてはデータがなく、そのうえ、かかる腺は比較的アクセスし
難い。
気道上皮は、遺伝子治療に関して、2つの主要な利点を提供する。第1に、気
道上皮へのアクセスは比較的侵入的でない可能性がある。このことは、送達方法
の開発において重要な利点であり、それゆえ研究者は治療応答をモニターできる
であろう。第2に、上皮は、気道管腔と間質との間に障壁を形成する。よって、
間質へのベクターの適用は、標的細胞へのアクセスを可能にするであろうが、少
なくともある程度までは、上皮障壁を越えた間質への移動および障壁から身体の
残りの部分への移動を制限するであろう。遺伝的欠陥を修正するのに必要な遺伝子送達の効率
いかなる遺伝子治療プロトコールも、正常にCFTRを発現する細胞の100
%を修正することは不可能であろう。しかしながら、いくつかの観察結果は、多
様な細胞のわずかの部分の修正、または正常量のCFTRフラクションの発現は
、治療上の利益となりうることを示唆している。
a.CFは、常染色体性劣性疾患であり、ヘテロ接合体は肺疾患を有していな
い。よって、正常な機能のためには、50%の野生型CFTRで十分であると思
われる。
b.この問題は、CF細胞と野生型CFTR細胞を発現する組換えCF細胞と
を用いた混合実験において試験された(ジョンソン,エル・ジー(Johnson/L.G.
)ら(1992年)ネイチャー・ジェネ(Nature Gen.)第2巻:21頁)。得
られたデータは、6〜10%程度の修正された細胞とともに再構築する場合、ク
ロライド分泌は、100%修正細胞において観察されるクロライド分泌に匹敵す
ることを示すものである。組換え細胞におけるCFTR発現は、おそらく、正常
細胞においてよりも多いであろうが、この結果は、インビボでのすべてのCF気
道細胞の修正が必要であるとは限らないことを示すものである。
c.最近の観察結果は、いくつかのCF関連変異を有するCFTRは、残存す
るクロライドチャンネル活性を保持していることを示す(シェッパード,ディー
・エヌ(Sheppard,D.N.)ら,(1992年)ペディアトリ・パルモナ・サプレ
(Pediatr.Pulmon.Suppl.)第8巻:250頁;ストロング,ティー・ブイ(Str
ong,T.V.)ら,(1991年)ニュー・イングランド・ジャーンナル・オブ・
メディシン(N.Eng.J.Med.)第325巻:1630頁)。これらの変異は、軽度
の肺疾患に関連している。よって、低レベルのCFTR活性であっても、少なく
とも部分的に電解質輸送異常を改善しうる。
d.下記実施例8に記載する実験において示されるように、おそらくCFTR
の発現がすべての細胞においては起こらない条件下でのCF上皮の相補は、cA
MPにより刺激されるクロライド分泌を回復させた。
e.正常なヒト・気道上皮におけるCFTRのレベルは非常に低く、かろうじ
て検出できる。免疫沈降法または免疫ブロッティング法のごとき常用される生化
学的手法を用いては検出されず、免疫細胞化学的手法での検出は非常に困難であ
る(デニング,ジー・エムら(1992年)ジャーナル・オブ・セル・バイオロ
ジー第118巻:551頁)。レーザースキャンニング共焦顕微鏡を用いるいく
つかの場合においてCFTRが検出されているが、そのシグナルは検出限界にあ
り、すべての場合においてバックグラウンド以上では検出できない。その最小レ
ベルのCFTRにもかかわらず、実質的なcAMP刺激クロライド分泌を起こす
にはかかる少量で十分である。非常に少数のCFTRクロライドチャンネルが大
きなクロライド分泌速度を保持できるという理由は、多数のイオン(106〜1
07個/秒)が単一のチャンネルを通過できるということである(ヒル,ビー(H
ille,B.)(1984年),マサチューセッツ州サンダーランド(Sunderland)
のシナウアー・アソシ・インク(Sinauer Assoc.Inc.),420〜426頁)。
f.定量的PCRを用いた以前の研究により、気道上皮細胞は、細胞あたり多
くとも1ないし2個の転写物を有することが報告されている(トラプネル,ビー
・シー(Trapnell,B.C.)ら,(1991年)プロシーディングス・オブ・ナシ
ョナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ第88巻:6565頁
)。
CFに対する遺伝子治療は、広範な治療インデックスを有すると思われる。部
分的発現が治療的価値を有しうるのと同じように、野生型CFTRの過剰発現は
意義のある問題を生じそうにないと思われる。この結論は、理論的考察および実
験結果に基づく。CFTRは調節されたチャンネルであり、さらに、CFTRは
上皮において特異的機能を有しているので、CFTRの過剰発現が、調節されな
いクロライド分泌を誘導する可能性はない。まず、分泌は、cAMP依存性ホス
ホリレーションによるCFTRの活性化を必要とする。このキナーゼの活性化は
、高度に調節されたプロセスである。次に、CFTRクロライドチャンネルが尖
端膜において開いたとしても、間質空間から細胞へのクロライドの導入に必要と
される基底外側膜トランスポーターの調節なしでは分泌は引き続き起こらないで
あろう。基底外側膜において、ナトリウムーカリウムークロライドコトランスポ
ーターおよびカリウムチャンネルが経上皮分泌の重要なレギュレーターとして役
立つ(ウェルシュ、エム・ジェイ(1987年)フィジオロ・レビュ(Physiol.
Rev.)第67巻 1143〜1184頁)。
界面活性剤プロテインC(SPC)遺伝子プロモーター(ホワイトセットジェ
イ・エイ(Whitesett,J.A.)ら(1992年)ネイチャー・ジェネ第2巻:13
頁)およびカゼインプロモーター(ディツリオ、ピー(Ditullio,P.)ら(19
92年)バイオ/テクノロジー(Bio/Technology)第10巻:74頁)の調節下
で、トランスジェニックマウスにおいてヒト・CFTRが発現された。それらの
マウスにおいて、細気管支および肺胞上皮細胞ならびに乳腺において、それぞれ
、CFTRが過剰発現された。しかし、トランスジェニック動物における多量の
過剰発現にもかかわらず、目立った形態学的または機能的以上はなかった。さら
に、コットンラットの肺におけるCFTR発現による異常は報告されなかった(
ローゼンフェルド,エム・エイら(1992年)セル第68巻:143〜155
頁)。
本発明を、以下の実施例により、さらに詳細に説明するが、実施例は、さらに
限定的なものではない。本明細書全体にわたり引用されたすべての参考文献の内
容を、参照により本明細書に特別に取り入れる。
実施例 実施例1−全長にわたるCFTRcDNAの取得
通常に使用されるほとんどすべてのDNAクローニングベクターは、修飾され
たpMB1複製開始点を含むプラスミドに基づいており、細胞あたり500ない
し700までのコピー数で存在している(サムブルック(Sambrook)ら,モレキ
ュラー・クローニング:ア・ラボラトリー・マニュアル(Molecular Cloning:A
Laboratory Manual)(コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレ
ス(Cold Spring Harbor Press)1989年)。リオーダンらにより単離された
部分CFTR cDNAクローンは、かかるプラスミド中に維持された。高コピ
ー数のプラスミドを用いて全長にわたるCFTR蛋白をコードしているクローン
を回収することが明らかに不可能であることを説明するための、本来的なクロー
ンの不安定性に対する別の理論は、イー・コリ(E.coli)に多量の遺伝子を与え
てCFTR cDNAの大きなセグメントをクローニングすることは不可能であ
るということである。細菌細胞において転写および/または翻訳を指令すること
のできる調節配列からのCFTRまたはCFTRの部分の発現は、転写物または
全長にわたるCFTR蛋白もしくはそのフラグメントの毒性による細胞の不活性
化を引き起こす可能性がある。この不注意の遺伝子発現は、イー・コリにおいて
機能化されうるプラスミドの調節配列または組換えCFTRプラスミド中の潜在
的な調節配列のいずれからも生じうる。多コピー数プラスミドが使用されたため
に、CFTR cDNAの多量のコピーが細胞中に存在する場合には、CFTR
暗号配列の毒性発現が大いに増加するであろう。生成物が、予想したように毒性
であれば、全長および正しい配列を含む細胞は、実際には好ましくない。この新
規な仮説に基づいて、以下の方法が行われた。図2を参考にすると、部分CFT
RクローンT16−4.5を制限酵素SphIおよびPstIで開裂し、得られ
たエキソン11ないしエキソン24の大部分を含む3.9kbの制限フラグメン
ト(リオーダンにより報告された特徴不明の119bpの挿入配列がヌクレオチ
ド1716と1717との間に含まれている)を、アガロースゲル精製により単
離し、pMB1に基づくベクターpkk223−3(ブロシウス(Brosius)お
よびホリー(Holy),(1984年)プロシーディングス・オブ・ナショナル・
アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ第81巻:6929頁)のSp
hI部位とPstI部位との間にライゲーションした。このプラスミド中に含ま
れているpMB1オリジンが、宿主イーコリ細胞あたり該プラスミドを15〜2
0コピー複製させることが望まれた(サムブルックら,モレキュラー・クローニ
ング:ア・ラボラトリー・マニュアル(コールド・スプリング・ハーバー・ラボ
ラトリー・プレス,1989年)。得られたプラスミドをpkk−4.5と称し
た。
部分CFTRクローンT11を、EcoRIおよびHincIIで開裂し、CF
TR cDNAの最初の1786個のヌクレオチドおよび5’末端においてさら
に100bpのDNAをコードしている1.9kbのバンドを、アガロースゲル
精製により単離した。この制限フラグメントを、プラスミドブルースクリプトS
k(Bluescript Sk)(ストラタジーン(Stratagene)製、カタログ番号212
206)のEcoRI部位とAmaI制限部位との間に挿入して、クローニング
ベクターのSalI部位によりCFTR配列が上流(5’)側び並ぶようにした
。T11−Rと命名したこのクローンを、SalIおよびSphIで開裂し、得
られた1.8kbのバンドをアガロースゲル精製により単離した。プラスミドp
kk−4.5を、SalIおよびSphIで開裂し、大きいフラグメントをアガ
ロースゲル精製により単離した。精製されたT11−Rフラグメントおよびpk
k−4.5フラグメントをライゲーションしてp11−CFTR1を構築した。
pkk−CFTR1は、CFTR cDNAのエキソン1ないしエキソン24を
含んでいた。このプラスミドがイー・コリ細胞中で安定に維持され、宿主細胞に
測定可能な不利な増殖特性を付与しないことが発見された。
pkk−CFTR1は、ヌクレオチド1716と1717との間に、上記部分
cDNAクローンT16−4.5由来の119bpの挿入DNAを含んでいる。
さらに、引き続きpkk−CFTR1の配列分析を行ったところ、部分cDNA
クローンT11と公表されたCFTR cDNA配列との間の暗号配列における
報告されていない相違が明らかとなった。これらの思いがけない相違は、位置9
55における1塩基対の欠失および位置1507におけるCFTRからTへのト
ランジションを有していた。
変異または挿入のないインタクトな正しいCFTR暗号配列の構築を完成する
ために、図3に示す構築スキームを参考にして、pkk−CFTR1をXbaI
およびHpaIで開裂し、子ウシ・腸アルカリホスファターゼで脱リン酸化した
。
さらに、元のクローンへの復帰可能性を減じるために、pkk−CFTR1由来
の小型の所望でないXbaI/HpaI制限フラグメントをSphIで消化した
。T16−1をXbaIおよびAccIで開裂し、1.15kbのフラグメント
をアガロースゲル精製により単離した。T16−4.5をAccIおよびHpa
Iで開裂し、アガロースゲル精製により0.65kbのバンドも単離した。これ
ら2つのアガロースゲル精製された制限フラグメントおよび脱リン酸化されたp
KK−CFTR1をライゲーションしてpKK−CFTR2を得た。別法として
、pKK−CFTR2を、部分CFTR cDNAクローンC1−1/5由来の
対応する制限フラグメントを用いて構築することもできた。pKK−CFTR2
は、連続したCFTR蛋白暗号配列を有しており、それが挿入されたイー・コリ
宿主細胞の増殖を遅くした。一方、pKK−CFTR2は増殖を遅くしなかった
。pKK−CFTR2の複製開始点はpMB1由来であり、宿主細胞あたりプラ
スミドコピー数を15〜20とする。実施例2−宿主細胞活性の改善
宿主細胞のさらなる活性の向上を、宿主細胞あたりのCFTR cDNAコピ
ー数をさらに減少させることにより行った。これを、CFTR cDNAをプラ
シミドベクターpSC−3Z中に移すことにより行った。低コピー数プラスミド
pLG338(ストウカー(Stoker)ら,ジーン(Gene)第18巻,335頁(
1982年))のpSC101複製開始点およびpGEM−3Z(プロメガ(Pr
omega)より市販)のアンピシリン耐性遺伝子ならびにポリリンカーを用いてp
SC−3Zを構築した。pLG338をSphIおよびPvuIIで開裂し、複製
開始点を含む2.8kbのフラグメントをアガロースゲル精製により単離した。
pGEM−3ZをAlwNIで開裂し、得られた制限フラグメント末端をT4D
NAポリメラーゼで処理し、デオキシヌクレオチドトリホスフェートをSphI
で開裂し、アンピシリン耐性遺伝子およびポリリンカーを含む1.9kbのバン
ドをアガローセゲル精製により単離した。pLG338およびpGEM−3Zフ
ラグメントをライゲーションして低コピー数のクローニングベクターpSC
−3Zを得た。pSC101複製開始点を含むpSC−3Zおよび他のプラスミ
ドを、細胞1個あたり約5コピーとして維持した(サムブルックら,上記)。
さらに図4を参照して、pKK−CFTR2をEcoRV、PstIおよびS
aIIで開裂し、ついで、製造者の指示に従い、セファクリル(Sephacryl)S
400スパンカラム(ファルマシア(Pharmacia)より市販)に通してSalI
からEcoRVまでの制限フラグメント(カラムに保持されている)を除去した
。pSC−3ZをSmaIおよびPstIで消化し、さらにセファクリルS40
0スパンカラムに通して小型のSmaI/PstI制限フラグメント(カラム低
い保持されている)を除去した。pKK−CFTR2消化物およびpSC−3Z
消化物からのカラム溶出フラクションを混合し、ライゲーションしてpSC−C
FTR2を得た。このプラスミドの地図を図5に示す。この遺伝子量および同様
の遺伝子量のCFTR cDNAsを含む宿主細胞はよく増殖し、全長にわたる
CFTR暗号配列を伴う組み替えプラスミドを安定に維持した。さらに、このプ
ラスミドは、CFTR暗号配列と並んでいるバクテリオファージT7 RNAポ
リメラーゼプロモーターを含んでおり、それゆえ、CFTR蛋白のインビボにお
ける転写/翻訳に便利である。pSC−CFTR2プラスミド由来のCFTR暗
号領域のヌクレオチド配列を、配列リスト1に配列番号:1として示す。この配
列は、以前公表されたCFTR配列(リオーダン,ジェイ・アールら,(198
9年)サイエンス第245巻:1066〜1073頁)とは、位置1990にお
いて異なり、報告されたものはAであるのにCが存在している。グレゴリー,ア
ール・ジェイら(1990年)ネイチャー第347巻:382〜386頁参照。
細胞内においてpSC−CFTR2/AG1と同数であると確認されたpSC−
CFTR2を含むイー・コリ宿主細胞を、アメリカン・タイプ・カルチャー・コ
レクション(American Type Culture Collection)に寄託し、受託番号:ATC
C68244を与えられた。実施例3−宿主細胞活性向上のための別法
宿主細胞活性向上のための第2の方法は、CFTR蛋白暗号領域を破壊するこ
とからなる。この目的のためには、ヌクレオチド1716と1717との間に挿
入するための合成イントロンを設計する。容易に管理できるサイズため、このイ
ントロンは特に有利である。さらにそのうえ、真核細胞中で発現する場合に、C
FTRの1次転写産物から効率良くスプライシングされるように設計する。いず
れも、位置1700のSphI開裂部位から位置1785のHincII開裂部
位まで伸長しており、1716から1717の間にさらに83個のヌクレオチド
を含んでいる4種の合成オリゴヌクレオチドを合成した(1195G、1196
G、1197Gおよび1198G)(図6参照)。これらのオリゴヌクレオチド
を、サムブルックらにより記載されたようにT4ポリヌクレオチドキナーゼでリ
ン酸化し、リン酸化の間に使用したのと同じ緩衝液中、95℃で5分間加熱し、
ついで、数時間かけて室温まで冷却して1本鎖オリゴヌクレオチドをアリーリン
グさせた。CFTR暗号配列中にイントロンを挿入するために、図7Aおよび7
Bを参照して、ポリリンカーのSalI部位を開裂し、デオキシヌクレオチドト
リホスフェートとDNAポリメラーゼIの大フラグメントでもって開裂されたD
NAの欠損した末端を修復し、ついで、該DNAを再ライゲーションすることに
より、プラスミドT11のサブクローンを作成した。ついで、このプラスミドを
EcoRVおよびNruIで消化し、再ライゲーショした。得られたプラスミド
T16−Δ5’は、CFTR cDNAの位置490のNruI部位からクロー
ンT16の3’末端まで伸長しており、CFTR cDNAのヌクレオチド17
00および1785に対応するSphIおよびHincIIに対する単一部位を有
していた。T16−Δ5’プラスミドをSphIおよびHincIIで開裂し、大
きいフラグメントをアガロースゲル精製により単離した。アニーリングされた合
成オリゴヌクレオチドをこのベクターフラグメント中にライゲーションしてT1
6−イントロンを得た。
ついで、T16−イントロンをEcoRIおよびSmaIで消化し、大きいフ
ラグメントをアガロースゲル精製により単離した。T16−4.5をEcoRI
およびScaIで消化し、790bpのフラグメントもアガロースゲル精製によ
り単離した。精製T16−イントロンとT16−4.5フラグメントをライゲー
ションしてT16−イントロン−2を得た。T16−イントロン−2は、位置4
90のNruI部位から位置2818のScaI部位まで伸長したCFTRcD
NA配列を有し、T16−1にもT16−イントロン−1にも存在しない、位置
2463の単−HpaI部位を有する。
ついで、T16−イントロン−2をXbaIおよびHpaIで開裂し、180
0bpのフラグメントをアガロースゲル精製により単離した。pKK−CFTR
1をXbaIおよびHpaIで消化し、大きなフラグメントもアガロースゲル精
製により単離し、T16−イントロン−2463由来のフラグメントとライゲー
ショして図8に示すpKK−CFTR3を得た。pKK−CFTR3中のCFT
R cDNAは、ヌクレオチド1716とヌクレオチド1717との間に83b
pのイントロンの挿入を除いてはpSC−CFTR2およびpKK−CFTR2
中のCFTR cDNAと同じであった。このイントロンの挿入は、pKK−C
FTR2中の未修飾CFTR cDNAを含む細胞に比べて、pKK−CFTR
3を含む細胞の増殖特性を改善した。実施例4−インビトロ転写/翻訳
配列の分析のほかに、CFTR cDNAノオープンリーディングフレームの
完全性を、インビトロ転写/翻訳により証明した。さらに、この方法は、同定目
的の1次CFTR蛋白産物を提供した。pSC−CFTR2プラスミドDNA5
マイクログラムをSalIで直鎖状にし、製造者(ストラタジーン(Stratagene
))による記載のごとく、T7RNAポリメラーゼでのCFTR RNAの直接
合成に使用した。この転写物をフェノール・クロロホルム抽出し、エタノール沈
殿させた。転写物を25マイクロリットルの水に再懸濁し、インビトロ翻訳系(
プロメガ(Promega)社製)における網状赤血球溶解物に量を変えて添加した。
供給者による記載のごとく、イヌ・膵臓ミクロソーム膜(プロメガ)の存在下、
新たに合成された蛋白を標識するために35S−メチオニンを用いて反応をこなっ
た。インビトロ翻訳産物を、0.1%SDS存在下、8%ゲルを用いる不連続ポ
リアクリルアミドゲル電気泳動(レムリ,ユー・ケイ(Laemmli,U.K.)(19
70年)
ネイチャー第227巻:680〜685頁)により分析した。電気泳動前に、イ
ンビトロ翻訳反応物を、0.65MTris−HCl(pH6.8)中の3%S
DS、8M尿素および5%2−メルカプトエタノールで変性させた。電気泳動後
、ゲルをメタノール:酢酸:水(30:10:60)中で固定し、水で濯ぎ、つ
いで、1Mサリチル酸メチルで飽和させた。35S標識蛋白をフルオログラフィー
により検出した。全長にわたるCFTR挿入物の翻訳と矛盾しない約180kD
のバンドを検出した。実施例5−潜在的な調節シグナルの除去
CFTRのDNA配列の分析により、イー・コリ・プロモーターに関する推定
配列(レズニコフ(Reznikoff)およびマクルア(McClure)、マキシマイジング
・ジーン・イクスプレッション,1(Maximizing Gene Expression,1),バタ
ワース・パブリッシャーズ(Butterworth Publishers),マサチューセッツ州ス
トーンハム(Stoneham))とよく一致する、ヌクレオチド748と778との間
の潜在的なイー・コリRNAポリメラーゼプロモーターの存在が明らかとなった
。この配列がイーコリにおいてプロモータープロモーター機能を発揮するならば
、この配列は、潜在的に毒性を有する部分CFTRポリペプチドの合成を指令し
うる。よって、CFTRを含むプラスミドをイー・コリ中で維持するためのさら
なる有利な方法は、この潜在的なプロモーターの配列をイー・コリ中で機能しな
いように変更することであろう。CFTR cDNAによりコードされているア
ミノ酸配列を変更することなく、これを行うことができる。詳細には、完全また
は部分CFTR cDNAを含むプラスミドを、合成オリゴヌクレオチドを用い
る部位特異的突然変異法(ゾラー(Zoller)およびスミス(Smith)(1983
年)メソッズ・イン・エンザイモロジー(Meth.Enzymol.)第100巻:468
頁)により変更するものであろう。より詳細には、ヌクレオチド配列を位置90
8においてTからCへ、位置774においてAからGへ変更することは、CFT
Rオープンリーディングフレームの能力をコードしているアミノ酸を変更するこ
となく、このプロモーター配列の活性を除去する。転写および翻訳に関する、C
FTR
cDNA内の他の潜在的な調節シグナルを、同じ方法により、有利に、変更およ
び/または欠失することもできる。
さらなる分析により、転写プロモーターエレメントとしてイー・コリ中で有効
に機能する、ヌクレオチド908から936まで伸長している配列が同定された
(グレゴリー,アール・ジェイら(1990年)ネイチャー第347巻:382
〜386頁)。位置936における変異は、このプロモーターを不活性化し、C
FTR cDNAをイー・コリ中のプラスミドとして安定に維持することができ
る(チェン,エス・エイチ(Cheng,S.H.)ら(1990年)セル第63巻:8
27〜834頁)。詳細には、cDNAによりコードされるアミノ酸配列の変更
なしに位置936がCからT残基に変更された。グレゴリー,アール・ジェイら
(1990年)ネイチャー第347巻:382〜386頁に記載されたこの調節
エレメント内の他の変異を用いて該プロモーター活性を不活性化させることもで
きる。詳細には、908から913まで(TTGTGA)、および931から9
36まで(GAAAAT)の配列を、cDNAによりコードされているアミノ酸
配列を変更することなく、部位特異的突然変異法により変更することができる。実施例6−交互宿主系におけるCFTRのクローニング
CFTR cDNAはイー・コリにおいて明らかな毒性を示すが、他のタイプ
の宿主細胞はこのようにして影響を受けることはない。全CFTR cDNA蛋
白暗号領域が維持および/または発現されうる交互宿主系は、他の細菌種および
酵母を包含する。特に、いずれの細胞が耐性であり、いずれの細胞が耐性でない
かを予測することは、不可能である。全長にわたる蛋白または潜在的に毒性のあ
るそのフラグメントの発現に対して耐性のある適当な宿主を見いだすためには、
多くの異なる宿主/ベクターの組み合わせが必要である。実施例7−CFTRをコードしているアデノウイルスベクター(Ad2/CFT R)の生成
1.DNAの調製−組み換えAd2/CFTR−1ウイルス(その配列を表IIお
よび配列番号:3に示す)の構築を以下のようにして行った。制限酵素SpeI
およびEcII361を用いて、CFTR cDNAをプラスミドpCMV−C
FTR−936Cから切り出した。pCMV−CFTR−936Cは、合成リン
カーを用いてpRC/CMV(インビトロジェン・コーポ(Invitrogen Corp.)
製)の多重クローニング部位中に組み込まれた、公表さているCFTR配列のヌ
クレオチド123〜4622を包含する最小CFTR cDNAからなる。この
プラスミド内のCFTR cDNAは、完全に配列決定されている。SpeI/
EcII361制限フラグメントは、合成リンカー由来の5’配列およびベクタ
ー由来の多重クローニング部位を含んでいる。
CFTR cDNA(その配列を配列番号:1に、該CFTR cDNAによ
りコードされるアミノ酸配列を配列番号:2に示す)を、アデノウイルス遺伝子
転移ベクターpBR−Ad2−7のNheI制限部位とSnaBI制限部位との
間に挿入した。pBR−Ad2−7は、pBR322のClaI部位とBamH
I部位間に挿入されたAd2の5’側の10680bp由来の7kbの挿入物を
含んでいるpBR322に基づくプラスミドである。このAd2フラグメントか
ら、Ad2のヌクレオチド546〜3497に対応する配列を欠失させ、1個の
NheI部位、1個のMluI部位および1個のSnaBI部位を含む12bp
の多重クローニング部位で置換した。さらにその構築物は、5’逆方向反復塩基
配列およびウイルスパッケージングシグナル、E1aエンハンサーならびにプロ
モーター、E1b3’イントロン、および3’非翻訳領域ならびにポリアデニル
化部位を含んでいる。得られたプラスミドをpBR−Ad2−7/CFTRと呼
んだ。ウイルス構築へのその利用を下記に示す。
2.DNAからのウイルスの調製−組み換えAd2/CFTR−1アデノウイル
スを得るために、Ad2中の10670における部位の単一BstB1部位に対
応する部位において、ベクターpBR−Ad2/CFTRをBstB1で開裂し
た。開裂したプラスミドDNAをBstB1で制限的に切断したAd2 DNA
にライゲーションした。ライゲーション後、反応物を用いて、リン酸カルシウム
法により、293細胞をトランスフェクションした。トランスフェクション7〜
8日後、単一プラークが出現し、これを用いてディッシュ中の293細胞を感染
させた。細胞変性効果(CPE)が見られた後、培地を取り、保存した。全DN
Aを感染細胞から調製し、複数の酵素での制限分析により分析を行って構築物の
完全性を証明した。ついで、ウイルス上清を、プロテインキナーゼA(PKA)
免疫沈降アッセイ(グレゴリー,アール・ジェイら,(1990年)ネイチャー
第347巻:382頁)によりアッセイした。これらの証明方法を行った後、2
ラウンドのプラーク精製によりウイルスをさらに精製した。
10%子ウシ・血清補足925培地中単層となっている293細胞上に低い感
染の多重度で接種することにより、プラーク精製したウイルスを小規模な種スト
ック中で増殖させた。この段階の材料にはリサーチ・ウイラル・シード・ストッ
ク(Research Viral Seed Stock)(RVSS)のものを選定し、すべての予備
実験に使用した。
3.ウイルスの宿主細胞−Ad2/CFTR−1をヒト・293細胞(ATCC
CRL 1573)中で増殖させた。これらの細胞は、ヒト・Ad5 DNA
の共有フラグメントで不死化されたヒト・胚腎臓細胞系である。293細胞系は
アデノウイルス初期領域1573)遺伝子産物を発現し、結果として、E1欠損
アデノウイルスの増殖を支援するであろう。レトロウイルスと同様に、293細
胞は、パッケージング細胞系と考えられるが、それらは、失われたウイルス性構
造蛋白を提供するのではなく、むしろ、いくつかの失われたウイルスの初期機能
だけ提供するのである。
ウイルスの生産ロットを、ワーキング・セル・バンク(Working Cell Bank)
(WCB)から得た293細胞中で増殖させた。ATCCから得られる新鮮細胞
バイアルから増殖させたマスター・セル・バンク(Master Cell Bank)(MCB
)
からWCBが得られた。293細胞はヒト起源であるため、生物学的要因の存在
に関して広く試験されている。MCBおよびWCBは、メリーランド州ロックビ
ルのマイクロバイオロジカル・アソシエーツ(Microbiological Associates)に
より、アイデンティティが特徴づけられており、アデノウイルス性要因の不存在
が確認されている。
4.ウイルスの生産ロットの増殖
Ad2/CFTR−1の生産ロットを、約5〜10x107pfuのMVSS
を、925培地25mlを入れたT175フラスコ中で増殖した約1〜2x107
個のWCBの293細胞上に接種することにより得る。ウイルスを直接各フラ
スコに添加することにより接種を行う。50〜60フラスコのバッチが1ロット
を構成する。
37℃で40〜48時間インキュベーション後、細胞をフラスコから振り出し
、培地とともに250mlの遠心管に移し、1000xgで遠心分離する。細胞
ペレットを、0.1g/lのCaCl2および0.1g/lのMgCl2を含有す
る4mlリン酸緩衝化セイライン中に懸濁し、細胞を凍結融解サイクルに付して
ウイルスを遊離させる。1000xg、15分の遠心分離により細胞残渣を除去
する。この遠心分離から得た上清をCsClの段階的グラジエントの頂上に置い
た。すなわち、10mM Trisおよび1mM EDTA(TE)中の、2m
lの1.4g/ml CsClおよび3mlの1.25g/ml CsClの頂
上に置いて、ベックマン(Beckmen)SW41ローター中で35000rpm、
1時間遠心分離した。ついで、ウイルスを2つのCsCl層の界面から除去し、
TE中1.35g/ml CsClと混合し、ついて、TLN−100ローター
中、75000rpmで2.5時間の平衡密度勾配遠心分離に付す。皮下注射用
針でチューブの側面に小孔をあけ、バンド状のウイルスをゆっくりと除去する。
CsCl濃度を低下させるために、試料を10%スクロース含有リン酸緩衝化セ
イライン2リットルで2回透析する。
この工程後、透析したウイルスは4℃において数週間安定、または−80℃で
はより長期間保存可能である。ヒト用途の部分試料を試験し、これらの試験結果
を待つ間、残りを凍結保存しておく。行うべき試験を以下に記載する。
5.ウイルスの構造および純度
生成ウイルス粒子のSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動により、多くのポ
リペプチドの存在が明らかとなり、その大部分が特徴づけられた。ウイルス標品
をさらに1または2ラウンドのCsCl遠心分離に付した場合、得られた蛋白プ
ロフィールは区別できないものであった。このことは、さらに平衡密度勾配遠心
分離を行ってもウイルスをさらに精製できないことを示すものであり、ウイルス
標品中に検出されたより弱いバンドでさえも、混入蛋白というよりはむしろ少数
のウイルス粒子成分を示すものであるということを示唆しうる。該蛋白バンドの
アイデンティティは、直ちに、N末端配列分析により確認される。
6.混入物質−患者に投与すべき物質は、2x106pfu、2x107pfuお
よび5x107pfuの精製Ad2/CFTR−1であろう。pfuに対する粒
子の最小の比を500と仮定すると、これらの値は、1x109、1x1010お
よび2.5x1010個のウイルス粒子に相当し、アデノウイルスの分子量を15
0x106と仮定すると、0.25μg、25μgおよび6.25μgの用量に
相当する。
精製Ad2/CFTR−1の生産ロットが由来する該物質の起源は、上に城塞
に記載してあり、図6にフローダイアグラムとして示してある。精製ウイルスが
作成されるすべての出発物質(すなわちMCBおよびWCB、ならびにMVSS
)は、広範囲に試験されるであろう。さらに、使用する増殖用培地が試験され、
血清は、試験検定書を提供する認められた供給者のみから得られるであろう。こ
のようにして、生産ロットを得るために用いるすべての成分が特徴づけられるで
あろう。増殖後、生産ロットのウイルスは、2ラウンドのCsCl遠心分離によ
り精製され、透析され、そして試験されるであろう。生産ロットは、1〜5x1
010pfuのAd2/CFTR−1を構成するはずである。
上記のごとく、何らかの混入物質の一部を検出するために、生産ロットの一部
をSDSゲル電気泳動および制限酵素マッピングにより分析されるであろう。し
かしながら、これらの試験の感度は限られている。実際、精製された1本鎖組み
換え蛋白に関する状況とは異なり、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(ま
たは同様の方法)を用いてAd2/CFTR−1の精製を定量化することは困難
である。別法は、混入蛋白(IDCP)の免疫的検出である。かかるアッセイに
は模擬精製において精製された蛋白に対して産生された抗体を使用する。かかる
アッセイの開発は、Ad2/CFTR−1のCsCl精製スキームに関して試み
られたことはなかった。しかしながら、最初に、チャイニーズハムスター卵巣(
CHO)細胞において産生された組み換え蛋白中の混入物の検出のために開発さ
れたIDCPアッセイが用いられるであろう。さらに、ハムスター蛋白に対して
は、これらのアッセイにより、ウシ・血清アルブミン(BSA)、増殖培地に添
加された血清由来のトランスフェリンおよびIgG重鎖ならびに軽鎖が検出され
る。ELISAおよびウエスタンブロット双方によりAd2/CFTR−1の研
究バッチを試験するための、かかる試薬を用いる試験が進行中である。
ウイルス標品に混入している他の蛋白は、293細胞により産生されるようで
あり、すなわちヒト由来であろう。ヒト由来の治療薬に混入しているヒト蛋白ハ
、通常は、問題とならない。しかしながら、本発明の場合、生産ロットを形質転
換因子に関して試験することを計画する。かかる因子は、ヒト・蛋白またはAd
2/CFTR−1ベクターに混入する可能性があり、あるいは他の混入因子とな
りうる。試験に関して、10ディッシュのRat1細胞(2x106個(患者に
おける標的細胞の数)の細胞を含む)は、高用量のヒト・Ad2/CFTR−1
(2x108pfu)で感染させられるであろう。感染後、細胞を寒天に撒き、
形質転換フォーカスの出現について調べる。野生型アデノウイルスが対照として
使用されよう。
核酸および蛋白は、密度勾配遠心分離によりウイルス標品から分離されると期
待される。そのうえ、293細胞はVL30配列を含まないと期待される。生物
学的に活性な核細胞が検出されるはずである。実施例8−Ad2/βGalまたはAd2/CFTRウイルスが気道上皮細胞に 侵入する能力を試験する予備実験
a.ハムスターでの研究
ヒト・アデノウイルスに使用可能であると報告されているシリアンハムスター
へのAd−βGalウイルスベクターの気管内点滴注入を用いる最初の研究を行
う。1番目の研究、すなわち1回のAd−βGalウイルスベクターの気管内点
滴注入に対する肺および全身的炎症応答の経時変化による評価を行った。この研
究において、3つの処理群に分配された24匹の動物(担体対照8匹、低用量ウ
イルス(粒子1x1011個;3x108pfu)8匹、および高用量ウイルス(
粒子1.7x1012個;5x109pfu)8匹)を用いた。各処理群において
、ウイルスベクター点滴注入後4時点(6時間、24時間、48時間、および7
日)のそれぞれにおいて2匹の動物を分析した。各動物の屠殺時に、肺洗浄物お
よび血液試料を分析用に取った。肺を固定し、通常の光量を用いる組織学分析用
に加工した。血液および洗浄液を、全白血球数および白血球の相違について評価
した。炎症プロセスのさらなる測定として、さらに洗浄液を全蛋白について評価
した。包埋、切片化、ついで、ヘマトキシリン/エオシン染色後、肺切片を、炎
症および気道上皮の損傷に関して評価した。
小試料サイズであったが、この予備実験から得られたデータは統計学的分析に
よるものではないが、いくつかの一般的傾向が確認できた。末梢血試料、全白血
球数は、明らかな用量−または時間−依存性変化を示さなかった。白血球分別計
数において、6時間目における好中球のパーセンテージのわずかな用量依存性増
加が見られたが、他の時点のデータは好中球のパーセンテージの上昇を示さなか
った。まとめると、これらのデータは、ウイルス投与に対する全身的炎症はほと
んどないかまたはないことを示唆するものである。
肺洗浄液からは、全好中球数の増加が、はじめの3時点(6時間、24時間、
48時間)において観察された。7日目までには、動物内変異により、好中球の
全数およびパーセンテージはいずれも評価が困難とたったが、用量−または時間
−依存性高かは明らかでなかった。第1に、気道上皮に対するダメージは、いか
なる時点あるいはウイルス投与レベルにおいても観察されなかった。第2に、高
用量ウイルスを与えた動物において48時間目に最大となる、時間−および用量
−依存性の穏やかな炎症応答が観察された。7日目までには、炎症応答は完全に
解消し、すべての処理群の動物の肺は区別できなかった。
まとめると、穏やかで一時的な肺の炎症応答はシリアンハムスターへの上記用
量のアデノウイルスの気管内投与に関連しているようであった。
2回目の単一の気管内投与によるハムスターでの研究を開始した。この研究は
、肺の外側の器官への有効でないウイルスベクターの拡散およびアデノウイルス
ベクターに対する動物の抗体応答の可能性を評価するために計画された。この研
究において、それぞれ3つの処理群(担体対照、低用量ウイルス、高用量ウイル
ス)は12匹の動物を含んでいた。動物を、3つの時点(1日、7日、および1
カ月)において評価する。この研究において、肺、腸、心臓、肝臓、脾臓、腎臓
、脳および生殖腺をはじめとする多くの器官における感染性ウイルスの存在を評
価することにより、ウイルスベクター持続性および可能な拡散を評価する。アデ
ノウイルス抗体力価の変化を、末梢血および肺洗浄物において測定する。さらに
、肺洗浄物、末棺血および肺組織を、上記研究と同様にして評価する。
b.霊長類での研究
組み換えアデノウイルスも霊長類において研究される。これらの研究の目的は
、アデノウイルスがインビボにおいて遺伝子を呼吸器上皮に送達する能力を評価
し、霊長類における該遺伝子構造物の安全性を評価することである。鼻上皮が下
部気道上皮に類似していること、その受容性、および鼻上皮が最初のヒトにおけ
る研究に使用されたことにより、霊長類における最初の研究は、感染部位として
鼻上皮を標的とした。ヒトに類似した鼻上皮を有しているため、アカゲザル(Ma
cacamulatta)を研究用に選択した。
いかにしてCFTR発現が鼻上皮の電解質輸送に影響するのかを、嚢胞性線維
症の患者において研究することができる。しかし、霊長類は正常なCFTR機能
を有しているため、レポーター遺伝子を転移する能力を評価した。それゆえ、A
d−βGalウイルスを用いた。アカゲザルの鼻腔の上皮細胞密度は2x106
個/cm(平均鼻上皮細胞直径を7μmとして)、表面積は25〜50cm2と
評価される。かくして、アカゲザルの鼻上皮には約5x107個の細胞が存在す
る。特に安全性に注意して、比較的高用量のウイルス(20〜200MOI)を
インビボにおいて使用した。よって、109〜1010pfuの範囲の用量を用い
た。
最初の試行研究において、サルAの右の鼻孔にAd−βGal(〜1ml)を
感染させた。このウイルス標品はCsCl密度勾配遠心分離により精製され、つ
いで、1週間後にゲル濾過クロマトグラフィーにより精製された。典型的には、
アデノウイルスは、CsCl中、4℃において1ないし2週間安定である。しか
しながら、このウイルス標品は欠点が見いだされた(すなわち、293許容細胞
において検出可能なβ−ガラクトシダーゼ活性を産生しなかった)。よって、標
品中には生きたウイルス活性は存在しないと結論した。サルAの鼻上皮における
β−ガラクトシダーゼ活性も検出されなかった。それゆえ、次の研究においては
、2つの異なるAd−βGalウイルス標品を用いた。CsCl 密度勾配遠心
分離で精製され、ついで、Tris−緩衝化セイラインに対して透析してCsC
lを除去したものと、粗未精製のものであった。アデノウイルスウイルスの力価
はそれそれ〜2x1010pfu/mlおよび>1x1013pfu/mlであり、
両標品とも293細胞において検出可能なβ−ガラクトシダーゼを産生した。
ケタミン(15mg/kg)の筋肉内注射によりサルを麻酔した。ウイルス投
与1週間前に、各サルの鼻粘膜をブラッシングして基準細胞分裂およびβ−ガラ
クトシダーゼレベルを確立した。血液を抜いて基準となる細胞分裂、血液化学、
アデノウイルス抗体力価、およびウイルス増殖の決定を行った。感染前に、各サ
ルを、さらに体重、体温、食欲、および全身的健康度について試験した。
各サルにつき1個の鼻腔の上皮全体を使用した。フォーリーカテーテル(fole
y catheter)(サイズ10)を各鼻穴から咽頭中へ挿入し、2〜3mlの空気で
膨張させ、ついで、前方に引いて後方の後鼻孔を固く閉塞した。ついで、
両方の鼻腔を、りん酸緩衝化セイライン(PBS)中0.2U/mlのノイラミ
ニダーゼ含有5mMジチオスイレイトール溶液で5分間洗浄した。この溶液を用
いて上皮に重なっている残存粘膜のすべてを溶解した。(結局、かかる処理は不
要であることが判明した)。さらに該洗浄方法により、バルーンが効果的に鼻腔
を隔離しているかどうかを調べることができた。ついで、後部のバルーンを膨ら
ませながら、ウイルス(Ad−βGal)を右の鼻孔にゆっくりと点滴注入した
。ウイルス溶液は30分間鼻粘膜に接触したままであった。30分経過時に、残
存ウイルス溶液を吸引により除去した。バルーンをしぼませ、カテーテルを除去
し、サルを麻酔から覚醒させた。サルAにCsCl精製ウイルス(〜1.5ml
)を与え、サルBに粗ウイルス(〜6ml)を与えた。(これは、サルAにとっ
ては2回目の組み換えアデノウイルスに対する曝露であることに注意)。両方の
サルは、鼻粘膜の外観、結膜炎、元気さ、食欲、および通便について追跡された
。その後、各サルを、1、4、7、14および21日目に麻酔して鼻、咽頭およ
び気管細胞試料を下記のごとく得た(綿棒またはブラシいずれかにより)。血液
学、ESR、一般的スクリーニング、抗体血清学およびウイルス増殖のために同
じタイムコースにおいて静脈切開術を行った。毎週便を集めてウイルス増殖を評
価した。
麻酔したサルから鼻上皮細胞を得るために、5滴のアフリン(Afrin)(0.
05%オキシメタゾリン塩酸,シェリングープロウ(Schering-Plough)および
1m1の2%リドカインを5分間鼻粘膜に浸透させた。ついで、サイトブラシ(
典型的に幼児用の種類のもの)を用いて粘膜をおだやかに約10秒間こすった。
気管のブラッシング物については、フレキシブル・フィブロプティック・ブロン
コスコープ;3mm細胞学用ブラシ(バード(Bard))をブロンコスコープを通
して前進させて気管中に入れ、約10秒間、小部分をブラッシングした。この方
法を2回繰り返し、全部で〜106個/mlの細胞を得た。ついで、その後の染
色にために、細胞をスライドグラス上に集めた(サイトスピンC(CytospinC)
(ペンシルベニア州のシャンドン(Shandon)社製)を用いて約2x104個/ス
ライドとした)。
ウイルス効率を調べるために、鼻、咽頭、および気管細胞を、X−gal(5
−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−D−ガラクトシダーゼ)をい用い
てβ−ガラクトシダーゼに関して染色した。β−ガラクトシダーゼによるX−g
alの開裂により光学顕微鏡で見ることのできる青色を発色する。Ad−βGa
1ベクターは、β−ガラクトシダーゼ配列のアミノ末端において、この蛋白の核
への発現を指令するための核−局在化シグナル(NLS)(SV40大T−抗原
由来)を有していた。かくして、染色後の青い核の数が決定された。
さらにRT−PCR(逆転写−ポリメラーゼ連鎖反応)を用いてウイルス効率
を決定した。このアッセイは、ブラッシングまたは綿棒により得られた細胞中の
β−ガラクトシダーゼmRNAの存在を示すものである。PCRプライマーを、
アテノウイルス配列およびLacZ配列の両方に使用してウイルスにより産生さ
れたmRNAを内在性mRNAと区別した。さらにPCRを用いて組み換えアデ
ノウイルスDNAの存在を検出した。サイトスピン標本を用いて、インシチュ(
in situ)でのハイブリダイゼーションを用いて呼吸器上皮細胞中においてウイ
ルスにより産生されたβ−ガラクトシダーゼmRNAの存在について評価した。
この方法は、非常に特異的であり、どの細胞がmRNAを産生しているのかを評
価することができるという長所を有する。
鼻粘膜に対する目で見ることのできる検査により、そして、ライト(Wright)
染色細胞(サイトプシン)に対する細胞学的試験により、何らかの炎症性応答が
存在するかどうかを評価した。好中球およびリンパ球のパーセンテーシを、対照
の鼻孔および4匹の対照サルから得た正常値と比較した。白血球数、沈降速度、
および発熱により、全身的応答も評価した。
各時点でのウイルス複製を、綿棒またはブラシにより得た細胞の上清中の生ウ
イルスのパーセンテージを調べることにより評価した。各上清(数種の希釈率で
)を用いてウイルス感受性293細胞系を感染させた。293細胞における細胞
変性を1週間モニターし、ついで、細胞を固定し、β−ガラクトシダーゼに関し
て染色した。細胞変性効果および青く染まる細胞は、生ウイルスの存在を示した
。さらに、陽性の上清を、非組み込みDNAの分析に付して、寄与しているウイ
ル
スを同定(確認)する。
2型アデノウイルスおよび組み換えアデノウイルスに対する抗体力価を、EL
ISAにより調べた。血液/血清の分析を、自動化学分析装置ヒタチ(Hitachi
)737および自動血液学分析装置テクニコン(Technicon)H6を用いて行っ
た。血液軟膜を、野生型アデノウイルスについてはA549細胞中で培養し、2
93許容細胞中で培養した。
結果: 両方のサルは当該方法に十分耐えた。毎日の試験は、鼻風邪、結膜炎
または下痢を示さなかった。両方のサルに関して、鼻粘膜は感染側および対照側
双方においておだやかな赤斑が見られ、このことは、器具の使用によるものと解
釈された。食欲および体重は、ウイルス投与によっては、いずれのサルにおいて
も影響を受けなかった。1、4、7、14および21日目における身体的試験は
、リンパ腺症、頻呼吸または頻脈を示さなかった。21日目に、サルBは39.
1℃の体温(アカゲザルの通常体温は38.8℃)となったが、身体的検査また
は研究質的データの他の異常はなかった。サルAは、感染1日目に白血球増加症
を示したが、4日目までに正常に戻った。すなわち、感染日のWBCは4920
、1日目8070、4日目5200。ESRは感染後変化なかった。電解質およ
びトランスアミナーゼは期間中正常であった。
鼻ブラッシング物由来のライト染色を、4、7、14および21日目に行った
。それにより、好中球およびリンパ球が5%以下であることがわかった。感染サ
ルと対照との間の相違はなかった。
咽頭の綿棒採細胞のX−Gal染色により、両方のサルにおいて、4、7、お
よび14日目に、青く染まる細胞が示された。ごく少数の細胞は、明確な色素の
核局在化を示し、色素は細胞外残渣において見られた。感染7日後、サルAの右
の鼻孔からのX−Gal染色物は、核局在化して青く染まる全部で135個の繊
毛細胞を示した。対照スライドにはわずか4個の青色細胞しかなかった。サルB
は、感染鼻孔からの2個の青色細胞を有し、対照側には青色細胞はなかった。青
色細胞は7、14、または21日目において見られなかった。
感染3日後のRT−PCRにより、β−Galプローブとハイブリダイズする
正確なサイズのバンドが示され、これは、サルAの対照鼻孔およびサルBの感染
鼻孔由来の試料中のβ−Gal mRNAと矛盾しなかった。7日目に、サルA
の感染鼻孔由来の試料中(青色細胞を示したのと同じ標本)に陽性バンドが存在
した。
両方のサルの各鼻孔、咽頭および気管からの液体を293細胞上に撒いて、細
胞変性効果およびX−Gal染色により生ウイルスの存在をチェックした。サル
Aにおいては、感染3日後、両方の鼻孔において生ウイルスが検出されたが、感
染後1または2週間後いずれにおいても生ウイルスは検出されなかった。サルB
においては、3日目において、両方の鼻孔、咽頭、気管において生ウイルスが検
出されたが、感染7日後には、感染させられた鼻孔においてのみ検出された。感
染2週間後には、生ウイルスは検出されなかった。
c.ヒト・移植物についての研究
第2のタイプの実験において、CF患者の鼻ポリプ由来の上皮細胞を、透過性
フィルター支持体上で培養した。これらの細胞は、培養数日後に電気的に強固な
単層を形成する。接種8日後に、細胞をAd−βGalに6時間曝露した。3日
後、単層を横切る短絡電流(lsc)を測定した。cAMPアゴニストはlsc
を増加させなかった。このことは、クロライド分泌の変化がないことを示すもの
であった。しかしながら、この欠陥は、組み換えAd2/CFTRでの感染後に
修正された。組み換えAd2/CFTR(MOI=5;MOIは感染の多重度を
いう;1MOIは1pfu/細胞を示す)に感染した細胞は機能的なCFTRを
発現した。cAMPアゴニストはlscを剌激した。このことは、Cl-分泌を
示すものである。Ad2/CFTRはさらに、CFの気管上皮細胞におけるCF
クロライドチャンネルの欠陥を修正した。さらなる研究は、Ad2/CFTRが
、経上皮電気抵抗を変化させずにクロライド分泌の欠陥を修正する能力を有する
ことを示した。この結果は、上皮細胞の完全性および強固な結合は、Ad2/C
FTRによっては壊されないことを示すものである。1MOIのAd2/CFT
Rの適用は、CFのクロライド分泌の欠陥を修正するに十分であることがわ
かった。
ヒト・気道上皮細胞の初代培養を用いる実験は、Ad2/CFTRウイルスが
、CF気道上皮細胞に侵入し、クロライド輸送の欠陥を修正するに十分なCFT
Rを発現することができることを示す。実施例9−コットンラットおよびアカゲザル・上皮へのインビボ送達およびCF TR発現
材料および方法アデノウイルスベクター
Ad2/CFTR−1を実施例7記載のごとく調製する。該DNA構築物は、
初期領域1遺伝子(ヌクレオチド546ないし3497)がCFTR(さらに5
3個のリンカーヌクレオチドを伴う公表CFTR配列のヌクレオチド123ない
し4622)に対するcDNAにより置換されている約37.5kbのAd2ゲ
ノムコピー全長からなる。終結/ポリアデニル化は、Elbおよび蛋白IX転写
物により通常用いられる部位において起こる。組み換えウイルスE3領域が保存
されていた。Ad2/CFTR−1ベクターのサイズは、野生型アデノウイルス
のサイズの約104.5%である。E1初期ウイルスプロモーターを相補する2
93細胞中で、組み換えウイルスを増殖させた。細胞を3回凍結融解してウイル
スを遊離させ、その標品をCsCl勾配で精製し、ついで、上記のごとくTri
s−緩衝化セイライン(TBS)に対して透析してCsClを除去した。動物
ラット.20匹のコットンラット(cotton rat)(6〜8週齢、体重80〜1
00g)をこの研究に使用した。メトキシフラン(イリノイ州マンデレンのピッ
トマン・ムーア・インク(Pitman Moore,Inc.)製)吸入によりラットを麻酔し
た。呼吸中に鼻に点滴注入することによりウイルスを適用した。
コットンラットについて2つの研究を行った。最初の研究において、7匹のラ
ッ
トを、4.1x109プラーク形成単位(pfu)のAd2/CFTR−1ウイ
ルスを含む100μ1の溶液で同時に肺に感染させ、3匹のラットを対照とした
。1匹の対照ラットおよび2ないし3匹の実験ラットをメトキシフラン麻酔して
屠殺し、3つの時点それぞれにおいて(感染後4、11または15日目)研究を
行った。
2番目の群のラットを用いて組み換えウイルスの繰り返し投与の効果を試験し
た。0日目に、12匹すべてのラットに2.1x108pfuのAd2/CFT
R−1ウイルスを与え、14日後に、9匹に3.2x108pfuの2回目のA
d2/CFTR−1を与えた。対照ラット1匹および実験ラット3匹を、2回目
のウイルス投与3、7、または14日後に屠殺した。剖検の前に、気管にカニュ
ーレを挿入し、3mlのりん酸緩衝化セイラインで気管支肺胞洗浄(BAL)を
行った。中央の胸骨切開を行い、血液採取のために右心室にカニューレを挿入し
た。右の肺および気管を4%ホルムアミド中で固定し、左肺を液体窒素中で凍結
し、免疫化学、逆転写酵素によるポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)および
ウイルス増殖用に−70℃に保った。他の器官を除去し、ポリメラーゼ連鎖反応
(PCR)用に素早く液体窒素中で凍結した。
サル.3匹のメスのアカゲザルをこの研究に使用した。4匹目のメスのサルを
同じ部屋に置いて対照として用いた。ウイルス適用のため、ケタミン(15mg
/kg)筋肉内注射によりサルを麻酔した。各サルの片方の鼻孔の全上皮をウイ
ルス適用に使用した。フォーリーカテーテル(foley catheter)(サイズ10)
を各鼻孔から咽頭内へ挿入し、2〜3mlの空気で膨張させ、ついで、前方に引
いて後鼻孔において固い後側咬合を得た。ついで、後部のバルーンを膨らませな
がら、Ad2/CFTR−1ウイルスを右の鼻孔にゆっくりと点滴注入した。ウ
イルス溶液は30分間鼻粘膜に接触したままであった。バルーンをしぼませ、カ
テーテルを除去し、サルを麻酔から覚醒させた。TBS溶液を対照として点滴注
入する以外は同様の方法を左の鼻孔について行った。サルは、5カ月間にわたり
、3回ウイルス投与された。全用量は、1回目に2.5x109pfu、2回目
に2.3x109pfu、そして3回目に2.8x109pfuとした。鼻上
皮細胞密度は2x106個/cm2、表面積25ないし50cm2と評価された。
これは、感染の多重度(MOI)約25に相当する。
1回目のウイルス投与1週間前、投与日、感染後1、3、6、13、21、2
7および42日目に動物を評価した。2回目のウイルス投与を55日目に行った
。55日目、ついで、56、59、62、69、76、83、89、96、10
3、および111日目に評価した。3回目の投与については、134日目に行い
、左の鼻孔のみにカニューレを挿入し、ウイルスに曝露した。対照のサルには、
ウイルスのかわりにPBSを点滴注入した。135日目に、感染したサルの1匹
について左の内側の鼻介骨の生検を行い、138日目に2匹目のサル、142日
目に3匹目のサルおよび対照のサルについて生検を行った。
評価のために、ケタミン(15mg/kg)筋肉内注射によりサルを麻酔した
。鼻上皮細胞を得るために、5滴のアフリン(Afrin)(0.05%オキシメタ
ゾリン塩酸,シェリング−プロウ(Schering-Plough)および1mlの2%リド
カインを5分間鼻粘膜に浸透させた。ついで、サイトブラシを用いて粘膜をおだ
やかに約3秒間こすった。咽頭上皮試料を得るために、咽頭後部を約2〜3回綿
棒でこすった。得られた細胞を、ブラシまたは綿棒から2mlの滅菌PBS中へ
移した。直接内視鏡でコントロールしながら、吸い玉付き鉗子を用いて内側の鼻
介骨の生検を行った。
身体的徴候の異常行動の証拠について、動物を評価した。餌および液体の摂取
の記録を用いて食欲および全身的健康度のチェックを行った。それぞれの評価時
点において、直腸温度、呼吸数、および心拍数を測定した。鼻粘膜、結膜、およ
び咽頭を視覚的に検査した。リンパ腺症について、サルをさらに検査した。
サルからの静脈血を、標準的な静脈穿孔により集めた。アイオワ大学病院(Un
iversity of Iowa Hospital and Clinics)でヒタチ737自動化学分析装置お
よびテクニコンH6自動血液学分析装置を用いて、血液/血清の分析を行った。血清学
血清を得、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)により抗アテノウイルス
抗体力価を測定した。ELISA用に、0.1M NaHCO3中の充填アデノ
ウイルス(カリフォルニア州サンジェゴのリー・バイオモレキュラー・リサーチ
・ラボラトリーズ(Lee Biomolecular Research Laboratories)製)(50ng
/ウェル)を、96ウェルプレート上に、4℃で一晩コーティングした。適当に
希釈した試験試料(1/50希釈から開始)を添加した。試料を1時間インキュ
ベーションし、プレートを洗浄し、ついで、ヤギ・抗ヒトIgG HRP結合物
(ペンシルベニア州ウェストグローブのジャクソン・イミュノリサーチ・ラボラ
トリーズ(Jackson ImmunoReaearch Laboratories)製)を添加し、1時間イン
キュベーションした。プレートを洗浄し、O−フェニレンジアミン(ミズーリ州
セントルイスのシグマ・ケミカル(Sigma Chemical)社製)を30分間添加した
。4.5M H2SO4で反応停止し、モレキュラー・ディバイス(Molecular De
vice)社製のマイクロプレートリーダーで490nmにおいて読み取った。はじ
めの希釈率の逆数と最後のウェル(OD>0.100)の希釈率の逆数から力価
を計算した。
中和抗体により、サル・血清がアデノウイルスウイルスによる293細胞の感
染を防止する能力を測定した。サル・血清(1:25希釈)[あるいは鼻洗浄物
(1:2希釈)]を2倍系列希釈して96ウェルプレートに添加した。アデノウ
イルス(2.5x105pfu)を添加し、37℃で1時間インキュベーション
した。ついで、293細胞をすべてのウェルに添加し、無血清対照ウェルが>9
5%の細胞変性効果を示すまでインキュベーションした。はじめの希釈率の逆数
と最後のウェル(95%の細胞変性効果を示す)の希釈率の逆数から力価を計算
した。細胞学的研究用の気管支肺胞洗浄物および鼻ブラッシング物
シラスティックカテーテル(silastic catheter)で気管にカニューレを挿入
し、5mlのPBSを注入することにより、気管支肺胞洗浄(BAL)を行った
。ゆるやかな吸引を行って液体を回収した。BAL試料を5000rpmで5分
間
遠心分離し、細胞を、106個/mlの濃度となるように293培地に再懸濁液
した。サイトブラシでゆるやかに約3秒間サルの鼻粘膜をこすることにより、サ
ルの鼻上皮から細胞を集めた。得られた細胞をブラシから2mlのPbs中に移
した。細胞懸濁液40マイクロリットルをスライド上に遠心沈降し、ライト染色
を行った。光学顕微鏡により試料を調べた。肺切片および鼻生検物の組織学
各コットンラットの右肺を除去し、4%ホルムアミドで膨張させ、切片化用に
パラフィン中に埋め込んだ。サルの鼻生検物も、4%ホルムアミドで固定した。
組織学的切片をヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)で染色した。少なくと
も1人の研究員により、そして各ラットが受けた処理を知らない病理学者により
、切片が再検査された。免疫細胞化学
コットンラットの肺および気管の小片と、鼻生検をを、O.C.T.コンパウ
ンド上で液体窒素中で凍結した。標本の冷凍切片およびパラフィン切片を、免疫
蛍光顕微鏡用に使用した。鼻ブラッシング物のサイトプシンスライドを、ゼラチ
ンコートしたスライド上に調製し、パラホルムアルデヒドで固定した。トリトン
X−100(TritonX-100)で組織を透過性にし、ついで、CFTRに対するモ
ノクローナル抗体(M13−1、M13−4)(デニング,ジー・エム(Dennin
g,J.M.)ら,(1992年)ジャーナル・オブ・クリニカル・インベステイゲ
ーション(J.Clin.Invest.)第89巻:339〜349頁)を添加し、12時間
インキュベーションした。1次抗体を除去し、抗マウスビオチン化抗体(カリフ
ォルニア州フォスターシティーのバイオメダ(Biomeda)社製)を添加した。2
次抗体を除去した後、ストレプトアビジンFITC(カリフォルニア州フォスタ
ーシティーのバイオメダ社製)を添加し、レーザースキャンニング共焦顕微鏡下
でスライドを観察した。対照動物試料および非−免疫性IgG染色試料の双方を
対照として用いた。PCR
コットンラットの小腸、脳、心臓、腎臓、肝臓、卵巣および脾臓の小片につい
て、PCRを行った。約1gのラットの器官を機械的にすりつぶし、滅菌水50
μlと混合し、5分間煮沸し、遠心分離した。上清のうち5μlを取りさらに分
析した。サル・鼻ブラッシング物懸濁液もPCRに使用した。
アデノウイルス配列中の各セット由来の一方のプライマーおよびCFTR配列
中の他方のプライマーを配置することにより内在性CFTRを包含するAd2/
CFTR−1 DNAを選択的に増幅するために、ネスティッドPCRプライマ
ーを設計した。最初のプライマーセットは723bpを増幅し、該セットを以下
に示す:
Ad2 5’ACT CTT GAG TGC CAG CGA GTA
GAG TTT TCT CCT CCG 3’(配列番号:4)
CFTR 5’GCA AAG GAG CGA TCC ACA CGA
AAT GTG CC 3’(配列番号:5)
ネスティッドプライマーセットは506bpフラグメントを増幅する。該セット
を以下に示す:
Ad2 5’CTC CTC CGA GCC GCT CCG AGC
TAG 3’(配列番号:6)
CFTR 5’CCA AAA ATG GCT GGG TGT AGG A
GC AGT GTC C 3’(配列番号:7)
10mM Tris−Cl(pH8.3)、50mM KCl、1.5mM
MgCl2、0.001%(w/v)セラチン、400μl各dNTP、0.6
μl各プライマー(最初のセット)、およびAmpliTaq(パーキンン・エ
ルマー(Perkin Elmer)社製)2.5ユニットを含有する反応混合物を、別々の
試験管に入れた。ついで、各試料標品のうち5μlを添加し、混合物に50μl
の軽鉱油を重層した。94℃1分、65℃1分、ついて、72℃2分からなる4
0サイクルを行うようプログラムされたバルンステッド/サーモライン(デュブ
ク,
IA)サーマル・サイクラー(Barnstead/Thermolyte(Dubuque,IA)thermal cycl
er)で試料を処理した。5μlを取り、プライマーのネスティッドセットを用い
、上記のごとくサイクルさせる第2のPCR反応系に添加した。最終増幅反応物
のうち10μlを1%アガロースゲル上で分析し、臭化エチジウムで可視化した
。
この方法の感度を調べるために、対照ラットの肝臓上清を含有するPCR混合
物の一部を何本かの試験管に入れ、Ad2/CFTR−1希釈物を添加した。上
記増幅プロトコールを行った後、ネスティッドPCR法は、50pfu程度のウ
イルスDNAを検出できることがわかった。RT−PCR
コットンラット肺組織およびサルの鼻ブラッシング物由来の試料中のベクター
により生じたmRNAを検出するためにRT−PCRを用いた。イソチオシアン
酸グアニジン溶液(4Mイソチオシアン酸グアニジン、25mMクエン酸ナトリ
ウム(pH7.0)、0.5%サルコシル、および0.1M β−メルカプトエ
タノール)のうち200μlを、各肺および鼻ブラッシング物ペレットの凍結切
片に添加し、組織を機械的に破壊した。1段階法(コムジンスキ,ピー(Chomcz
ynski,P.)およびサッチ,エヌ(Sacchi,N.)ら(1987年)アナリティカ
ル・バイオケミストリー(Analytical Biochemistry)第162巻:156〜1
59頁;ハンソン,シー・エイ(Hanson,C.A.)ら(1990年)アメリカン・
ジャーナル・オブ・パソロジー(Am.J.Pathol.)第137巻:1〜6頁)を用い
て全RNAを単離した。RNAを、1ユニットのRQ1RNase不含DNase(ウ
ィスコンシン州マジソンのプロメガ・コーポレイテッド(Promaga Corp.)社製
)とともに37℃で20分間インキュベーションし、99℃で5分間変性させ、
酢酸アンモニウムおよびエタノールで沈殿させ、20ユニットのRNaseブロ
ック1(カリフォルニア州ラジョラのストラタジーン(Stratagene)社製)を含
有するシエチルピロカルボナート処理水4μl中に溶解した。精製DNAのうち
2ulを、GeneAmp RNA PCRキット(パーキン・エルマー・シー
タス社製)および上の部分で述べた最初のプライマーセットからの下流プライマ
ーを用いて逆転写した。上記ネスティッドプライマーセットおよびPCRプロト
コールを用いて標品(+/−RTいずれも)が後ほど増幅される、対照としての
精製RNA標品の残りの2μlとの反応から逆転写酵素を除いた。最終増幅反応
物のうち10μlを1%アガロースゲル上で分析し、臭化エチジウムで可視化し
た。サザン分析
PCR精製物の同一性を証明するために、サザン分析を行った。記載されたよ
うに(サムブルック(Sambrook)ら、上記)、ナイロン膜にDNAを移した。オ
リゴラベリングキット(ニュージャージー州ピスカタウェイのファルマシア(Ph
armacia)社製)を用いて、CFTR cDNAフラグメント(アミノ酸#1〜
525)を[32P]−dCTP(カルフォルニア州アービンのICNバイオケミ
カルズ,インク(ICN Biochemicals,Inc.)社製)で標識し、ハイブリダイゼー
ションプローブとして使用するためにNICKカラム(ニュージャージー州ピス
カタウェイのファルマシア社製)で精製した。標識プローブを変性させ、冷却し
、ついで、プレハイブリダイズしたフィルターと42℃で10分間ハイブリダイ
ズさせた。ついで、ハイブリダイズしたフィルターをフィルム(コダック(Koda
k)XAR−5)に10分間曝露した。Ad2/CFTR−1の培養
293細胞系でウイルス培養を行った。肺組織由来のウイルスの培養について
は、1gの肺を3〜6回凍結/融解し、ついて、200μlの293培地中で機
械的に破壊した。BALおよびサル・鼻ブラッシング物の培養については、細胞
懸濁液を5分間遠心分離し、上清を集めた。96ウェル中で50%集密で増殖し
た2系の293細胞に上清50μlを添加した。293細胞を37℃で72時間
インキュベーションし、ついで、等量のメタノールおよびアセトンで10分間固
定し、FITC標識抗アデノウイルスモノクローナル抗体(カルフォルニア州テ
メクラのケミコン・ライト・ダイアグノスティクス(Chemicon,Light Diagnost
ics)社製)とともに30分間インキュベーションした。陽性の核免疫蛍光は、
陽性の培養であると解釈された。Ad2/CFTR−1希釈物を対照ラットのう
ち1匹からの肺磨砕物50μlに添加することによりアッセイの感度を評価した
。1pfu程度を添加した場合にウイルス複製が検出された。
結果コットンラットの肺におけるAd2/CFTR−1の効果
Ad2/CFTR−1がCFTR cDNAを肺内部の気道上皮に転移させる
能力を試験するために、いくつかの研究を行った。100μl中の4x10pf
u−IUのAd2/CFTR−1を7匹のコットンラットに与えた。3匹の対照
ラットには100μlのTBS(ウイルス用担体)を与えた。4、10または1
4日後にラットを屠殺した。CFTRをコードしているウイルス転写物を検出す
るために、逆転写酵素を用いて肺磨砕物からcDNAを調製した。アデノウイル
スおよびCFTRにコードされている配列にまたがるプライマーを用いるPCR
でcDNAを増幅した。かくして、該方法によっては内在性ラット・CFTRは
検出されなかった。図16は、Ad2/CFTR−1を与えられた動物の肺が、
ウイルスによりコードされたCFTR mRNAに関して陽性であったことを示
す。
蛋白を検出するために、肺切片をCFTR特異的抗体で免疫染色した。Ad2
/CFTR−1に曝露したすべてのラットの気管支上皮先端膜においてCFTR
が検出されたが、対照ラットからは検出されなかった。先端膜における組み換え
CFTRの局在化は、ヒト・気道上皮における内在性CFTRの局在化と矛盾し
ない。気道上皮におけるCFTRの内在性レベルは非常に低く、免疫細胞化学に
よっては検出が困難(トラプネル,ビー(Trapnall,B.)ら(1991年)プロ
シーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエ
スエイ(Proc.Natl.Acad.Sci.USA)第88巻:6565〜6569頁;デニング
,ジー・エムら(1992年)ジャーナル・オブ・セル・バイオロジー第118
巻:551〜559頁)であるため、バックグラウンドレベル以上の組み換えC
F
TRが検出された。
これらの結果は、Ad2/CFTR−1が、コットンラットの肺におけるCF
TR mRNAおよび肺内部気道におけるCFTR蛋白の発現を指令することを
示すものである。コットンラットにおけるAd2/CFTR−1の安全性
Ad2のE1領域はAd2/CFTR−1ウイルスにおいて欠失しているので
、ベクターは複製減損しており(バークナー,ケイ・エル(Berkner,K.L.)(
1988年)バイオテクニークス(BioTechniques)第6巻:616〜629頁
)、宿主細胞の蛋白合成を遮断できない(バスス,エル・イー(Bassus,L.E.)
ら(1989年)ジャーナル・オブ・ウイロロジー(J.Virol.)第50巻:20
2〜212頁)と考えられる。以前のインビトロでの研究は、このことは、ヒト
・気道上皮細胞の初代培養を含む種々の細胞の場合にあてはまることを示唆する
ものである(リッチ,ディー・ピー(Rich,D.P.)ら(1993年)ヒューマン
・ジーン・セラピー(Human Gene Therapy)第4巻:461〜476頁)。しか
しながら、このことを、コットンラットにおいてインビボで確認することは重要
である。コットンラットは、ヒトのアデノウイルス感染に関する最も許容できる
動物モデルである(ギンスバーグ,エイチ・エス(Ginsberg,H.S.)ら(198
9年)プロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシ
ズ・ユーエスエイ第86巻:3823〜3827頁;プリンス,ジー・エイ(Pr
ince,G.A.)ら(1993年)ジャーナル・オブ・ウイロロジー第67巻:10
1〜111頁)。kgあたり4.1x1010pfuのウイルス用量を用いた場合
でさえ、ラットは死亡しなかった。より重要なことに、各コットンラットの肺磨
砕物抽出物を293許容細胞系において培養した。このアッセイで、1pfuの
組み換えウイルスが肺磨砕物中に検出された。しかしながら、処理動物の肺にお
ける培養によってはウイルスは検出されなかった。よって、ウイルスは、インビ
ボにおいて複製しないと思われた。
ウイルスの直接的効果により、またはウイルス粒子の投与の結果として、Ad
2/CFTR−1投与が炎症応答を引き起こすこともありうる。ラットは、全お
よび分別白血球数の変化を有しなかった。このことは、大きな全身的炎症応答が
なかったことを示す。肺の炎症応答を、より直接的に評価するために、各ラット
につき気管支肺胞洗浄を行った(図17Aおよび17B)。図17Aは、洗浄物
から回収された全細胞数または分別細胞数においては変化がなかったことを示す
。
H&Eにより染色された肺切片も調製した。ウイルスが含まれていること、ま
たはアデノウイルス感染の特徴である他の変化に関する証拠は見られなかった(
プリンス,ジー・エイら(1993年)ジャーナル・オブ・ウイロロジー第67
巻:101〜111頁)。どの切片が処理されているかを知らない熟練者がコー
ド化された肺切片を読む場合、処理および未処理の肺を区別することはできない
であろう。組み換えアデノウイルスが肺から脱出して他の組織中に入ることは可
能であると思われる。この可能性を試験するため、ウイルスDNAを検出するた
めのネスティッドPCRを用いてラットの他の器官を評価した。7匹中3匹の小
腸が陽性であったこと以外は、感染ラットの試験されたすべての器官は陰性であ
った。図18は、感染後4日目に屠殺された2匹の感染ラットおよび1匹の対照
ラットの結果を示す。屠殺された感染ラットの器官磨砕物は、小腸を除いて、A
d2/CFTR−1に関して陰性であった。感染後4日目に屠殺された対照ラッ
トの器官磨砕物は陰性であった。小腸におけるウイルスDNAの存在は、ラット
が点滴注入の際にいくらかのウイルスを飲み込んだ可能性があるか、または正常
な気道クリアランス機構によりウイルスDNAが胃腸消化管にたまった可能性が
あることを示す。小腸磨砕物中のウイルスDNAの存在にかかわらず、ラットは
下痢を示さなかった。この結果は、ウイルスが小腸上皮においてCFTRを発現
したとしても、明らかに悪い結果は生じないことを示すものである。コットンラットに対するAd2/CFTR−1の繰り返し投与
染色体DNA中へのアデノウイルスDNA組み込みは、遺伝子発現に必須では
なく、非常に低頻度でしか起こらないので、与えられた処理後の発現は限定され
たものであり、CF気道疾患の治療には組み換えアデノウイルスの繰り返し投与
が必要である。それゆえ、コットンラットに対する繰り返しAd2/CFTR−
1投与の効果について調べた。12匹のコットンラットに50μlのAd2/C
FTR−1を与えた。
2週間後、9匹のラットに2回目の50μlのAd2/CFTR−1を与え、3
匹のラットに50μlのTBSを与えた。ウイルス投与3、7、または14日目
にラットを屠殺した。2回目のベクター投与の時以降、すべてのラットはアデノ
ウイルスに対する抗体力価を増加させた。
2回目の肺内ウイルス投与後、ラットは死亡しなかった。そのうえ、安全性お
よび有効性を評価する研究結果は、1回目のアデノウイルス投与を受けた動物に
おいて得られた結果と同様であった。293細胞での肺磨砕物のウイルス増殖は
すべての時点において陰性であった。このことは、ウイルス複製が起こらなかっ
たことを示すものである。いかなる時点においても、全または分別白血球数にお
ける、処理および対照ラット間の相違はなかった。H&Eで染色した組織学的切
片により肺を評価し、我々または処理を知らない熟練者により切片が観察された
場合、対照および処理ラット間の観察しうる相違は見られなかった。いくつかの
切片の例を図19に示す。PCRを用いて器官をウイルスDNAについて調べた
場合、ウイルスDNAは、2匹の小腸においてのみ見いだされた。2回目の投与
時においてラットが血清反応陽性であるにもかかわらず、単一回の投与を受けた
動物において見られるのと同様のCFTR発現(RT−PCRおよびCFTR抗
体で染色した切片の免疫細胞化学により評価)が観察された。
これらの結果は、先のAd2/CFTR−1投与および抗体応答の発生は、ラ
ットにおいて炎症応答を引き起こさず、ウイルス依存性CFTR産生を妨害しな
かったことを示すものである。霊長類の気道上皮においてAd2/CFTR−1がCFTRを発現することの証 拠
霊長類の呼吸器気道に並んでいる細胞および免疫系の細胞は、ヒトのものと類
似である。Ad2/CFTR−1がCFTRを霊長類の呼吸器上皮に転移する能
力を試験するために、3匹のアカゲザルの鼻上皮に関して記載した3つの場合に
Ad2/CFTR−1を適用した。呼吸器上皮細胞を得るために、気管支ファイ
バースコープを使用してヒトの気道上皮を試料化するのに用いるのと同様の方法
を用いて上皮をブラッシングした。
遺伝子転移を評価するために、コットンラットに関して上記のごとく記載した
RT−PCRを使用した。3匹すべてのサルの右鼻孔からブラッシングした細胞
に対してはRT−PCRは陽性であったが、それは、ウイルス投与18日後にの
み検出可能であった。結果の一例を図20Aに示す。左鼻孔からの細胞における
陽性の反応の存在は、排液による左鼻孔へのいくらかのウイルスの移動による可
能性が最も高く、あるいは麻酔から覚めたサルが指でウイルスを一方の鼻孔から
他方の鼻孔に移動させた可能性もある。
RT−PCRの特異性を図20Bに示す。CFTRに対するプローブでのサザ
ンブロットは、Ad2/CFTR−1に感染したサル由来のRT−PCR生成物
とハイブリダイズした。対照として、1匹のサルに、β−ガラクトシダーゼをコ
ードしている別のウイルス(Ad2/βGal1)を与えた。異なるプライマー
を用いてβ−ガラクトシダーゼを逆転写し、そのcDNAを増幅し、適当なPC
R生成物を検出した。しかしながら、PCR生成物は、サザンブロットにおいて
CFTRプローブとハイブリダイズしなかった。この結果は、アデノウイルスに
より指令されるCFTR転写物の増幅に対する反応特異性を示すものである。
18日目またはそれ以降においてアデノウイルスによりコードされたCFTR
mRNAの存在証拠を検出することの失敗は、逆転写酵素の限られた効率のた
め、あるいは細胞取得後にRNAaseがRNAを分解したかもしれないために
、RT−PCRの感度が低い可能性がある。しかしながら、ウイルスDNAは、
ウイルス適用後70日目の鼻上皮からのブラッシング物におけるPCRによって
は検出されなかった。この結果は、2週間後にはmRNAは検出されなかったが
、ウイルスDNAは長期間存在し、転写的に活性を有していたことを示すもので
ある。
CFTR蛋白の存在を直接評価するために、ブラッシングにより得られた細胞
を、サイトスピンによりスライドグラス上に薄く乗せ、CFTRに対する抗体で
染色した。Ad2/CFTR−1に暴露した細胞において陽性反応が明確であっ
た。試料のことを知らない観察者により評価された場合、該細胞は、免疫細胞化
学により陽性であるとスコアされた。免疫細胞化学は、3匹のサルにおいて5な
いし6週間陽性であり、2回目のAd2/CFTR−1投与後でさえも陽性であ
った。時折、少量の陽性染色細胞が、サルの反対側の鼻孔から観察された。しか
しながら、これは短期間であり、長くとも1週間続いただけであった。
3回目の感染後1週間以内に得られた鼻介骨生検切片も調べた。対照のサルの
切片においては、表面上皮由来の免疫蛍光が観察されたとしてもごくわずかであ
ったが、粘膜下腺は有意なCFTR染色を示した(図22)。これらの観察結果
は、以前の研究結果(エンゲルハルト,ジェイ・エフ(Engelhardt,J.F.)およ
びウィルソン,ジェイ・エム(Wilson,J.M.)(1992年)ネイチャー・ジェ
ネ(Nature Gene)第2巻:240〜248頁)と矛盾しない。対照的に、Ad
2/CFTR−1を与えられたサルからの切片は、表面上皮の先端膜における免
疫蛍光の増加を示した。粘膜下腺は、対照条件下で観察されたものよりも大きな
免疫染色性を示さなかったようである。これらの結果は、Ad2/CFTR−1
は、血清反応陽性動物においてさえも、CFTR cDNAをアカゲザルの気道
上皮に転移させることができることを示すものである(下記参照)。サルに投与されたAd2/CFTR−1の安全性
図23は、処理された3匹すべてのサルがアテノウイルスに対する抗体を発生
させたことを示す。ELISAにより測定される抗体力価は、最初の感染ごく1
週間以内に上昇した。続いての感染では、力価は数日以内に上昇した。見張りの
サルは実験期間中低い力価を有していた。中和抗体の存在に関する試験も行った
。最初の投与後は、中和抗体は観察されなかったが、2回目の投与後および3回
目のウイルス投与の間に検出された(図23)。
ウイルスを検出するために、鼻ブラッシング物および綿棒かきとり物から得た
上清を293細胞上で培養した。すべてのサルは、鼻腔感染後1および2または
4にちめにおいて陽性の増殖を示した。培養物は、1匹のサルにおいては投与ご
7日目まで陽性のままであったが、7日目以降は、培養物は陽性でなかった。感
染後最初の4日間は、反対側の鼻孔からの綿棒かきとり物中に、時折、生ウイル
スが検出された。検出可能なウイルスの急激な減少は、ウイルス複製が起こらな
かったことを示す。大便を常に培養したが、どのサルの大便にもウイルスは検出
されなかった。
サルは、ウイルス感染または炎症の臨床的徴候を表さなかった。鼻上皮に対す
るウイルス検査により、感染初日に、わずかな紅斑がすべてのサルの両鼻孔にお
いて示された。しかし、同様の紅斑が対照のサルにも見られ、器具の使用により
生じたようであった。感染後3または4日目、あるいは毎週の検査において、目
に見える異常はなかった。いかなる時点においても、身体的試験は、発熱、リン
パ節症、結膜炎、頻呼吸、頻脈を示さなかった。完全血カウントあるいは沈降速
度において異常は見られず、血清電解質、電気伝導度、または血液、尿の窒素お
よびクレアチニンにおいても異常は見られなかった。
鼻ブラッシング物由来のライト染色細胞に対する試験により、3匹すべてのサ
ルにおいて、好中球およびリンパ球数が、全細胞の5%未満であることが示され
た。
Ad2/CFTR−1投与は、ウイルス投与後のいかなる時点においても炎症
細胞の分配または数の変化を引き起こさなかった。標本が独立した病理学者によ
り検査された場合、対照のサルの鼻介骨標本のH&E染色は、実験されたサルの
ものと区別できなかった(図24)。
これらの結果は、繰り返し投与中のコットンラットおよびサルの気道上皮にお
いてCFTR cDNAを発現する、CFTRをコードしている組み換えアテノ
ウイルス(Ad2/CFTR−1)の能力を示すものである。これらの結果はさ
らに、ウィルスの適用は、あったとしても危険はわずかであることを示すもので
ある。よって、これらの結果は、かかるベクターが、嚢胞性線維のヒトの気道上
皮におけるCFTRの発現に価値があることを示すものである。
Ad2/CFTR−1が、コットンラットおよび霊長類の気道上皮においてC
FTRを発現することを示すために、2つの方法を用いた。すなわち、RT−P
CRを用いてCFTR mRNAを検出し、免疫細胞化学により蛋白を検出した
。免疫細胞化学的に評価された発現の遅延は5ないし6週間であった。ごくわず
かの蛋白がCl-分泌を起こすのに必要であるので(ウェルシュ,エム・ジェイ
(1987年)フィジオロ・レビュ(Physiol.Rev.)第67巻:1143〜11
84頁;トラプネル,ビー・シーら(1991年)プロシーディングス・オブ・
ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ第88巻:656
5〜6569頁;デニング,ジー・エムら(1992年)ジャーナル・オブ・セ
ル・バイオロジー第118巻:551〜559頁)、CFTRが免疫細胞化学に
より検出される期間よりもCFTRの機能的発現が実質的に長く継続する可能性
がある。この確証に対する支持は、2つの考え方に由来する。第1は、気道上皮
において、CFTRを免疫細胞化学的に検出することは非常に困難であるが、C
FTRのCl-チャンネルの存在により先端膜のCl-透過性の発現が容易に検出
されるということである。最少量のCFTRが重要な機能的効果を有する能力は
、単一のイオンチャンネルが非常に多数のイオン(106〜107個/秒)を伝達
するという事実の結果であろう。よって、イオンチャンネルは、上皮中の豊富な
蛋白ではない。第2は、以前の研究は、わずか6〜10%の細胞が気道上皮にお
いて野生型CFTRを過剰産生した場合であっても、CFの欠陥ある電解質輸送
が修正されうるということである(ジョンソン,エル・ジー(Johnson,L.G.)
ら(1992年)ネイチャー・ジェネ第2巻:21〜25頁)。よって、わずか
のパーセントの細胞がCFTRを発現した場合に、CF患者における生物学的欠
陥の修正が可能である。このことは、比較的感染の多重度が低いAd2/CFT
R−1が、CFの上皮においてcAMPにより刺激されるCl-分泌応答を発生
させるということを示す我々のインビトロでの研究と矛盾しない(リッチ,ディ
ー・ピーら(1993年)ヒューマン・ジーン・セラピー第4巻:461〜47
6頁)。
さらにこの研究は、気道上皮への遺伝子転移に関するアデノウイルスの安全性
についての最初のわかりやすいデータを提供する。研究のいくつかの局面は我々
を勇気づける。ウイルス複製の証拠がないというよりはむしろ、感染性ウイルス
粒子がコットンラットおよび霊長類からすみやかに除去されたのである。これら
のデータは、われわれの以前のインビボにおける研究とともに、ヒトにおける組
み換えウイルスの複製は問題とならないであろうということを示唆するものであ
る。データは、コットンラットおよびサル両方において、ウイルスが抗体応答を
生じさせたことを示す。このことにもかかわらず、全身的または局所的炎症応答
に対する証拠は観察されなかった。気管支肺胞洗浄およびブラッシングならびに
綿棒でのかきとりにより得られた細胞は、ウイルス適用により変化しななかった
。そのうえ、アデノウイルスで処理した上皮の組織は、対照上皮の組織と区別で
きなかった。これらのデータは、上皮のアデノウイルスに対する少なくとも3回
の連続した曝露は有害な炎症応答を引き起こさなかったことを示唆する。
これらのデータは、Ad2/CFTR−1が効果的にCFTR cDNAを気
道上皮に転移させ、CFTRの発現を指令しうることを示唆する。これらのデー
タは、転移は動物内において比較的安全であることを示唆する。よって、これら
のデータは、Ad2/CFTR−1がCFでの患者の治療にための良いベクター
でありうることを示唆する。このことを以下の実施例において確認した。実施例10−ヒトCF対象由来の鼻上皮におけるCFTR遺伝子治療
実験方法アデノウイルスベクター
組み換えアデノウイルスAd2/CFTR−1をCFTR cDNAの送達に
使用した。Ad2/CFTR−1の構築および調製、およびその動物におけるイ
ンビトロならびにインビボでの使用は、すでに記載されている(リッチ,ディー
・ピー(Rich,D.P.)ら(1993年)ヒューマン・ジーン・セラピー(Human
Gene Therapy)第4巻:451〜476ページ,ザブナー,ジェイ(Zabner,J.
)ら(1993年)ネイチャー・ジェネ(Nature Gen.)(印刷中))。該DN
A構築物は、初期領域1遺伝子(ヌクレオチト5467〜3497)がCFTR
に対するcDNAにより置換されているAd2ゲノムの全長にわたるコピーから
な
る。ウイルスのE1aプロモーターをCFTR cDNA用に使用した。これは
弱ないし中程度の強度のプロモーターである。終結/ポリアデニル化はE1bお
よび蛋白IX転写物により通常用いられる部位において起こる。患者
3人のCF患者について研究した。IGラブズ(IG Labs)(マサチューセッ
ツ州フラミンガム)により遺伝子型が決定された。3人すべての患者は、NIH
スコア>70(タウシッヒ,エル・エム(Taussig,L.M.)ら(1973年)ジ
ャーナル・オブ・ペディアトリ(J.Pediatr.)第82巻:380〜390頁)に
より決定される軽度のCF、高率の正常体重、予想値の50%以上の1秒間の強
制呼吸体積(forced expiratory volume in one second)(FEV1)、および
72以上の動脈PO2を有していた。すべての患者は2つのタイプのアテノウイ
ルスに対して血清陽性であり、最近ウイルス疾患にかかっていなかった。鼻腔の
綿棒かきとり物、咽頭の綿棒かきとり物、痰、尿、便および血液の白血球の前処
理培養はアデノウイルスに関して陰性であった。アデノウイルスE1領域に対す
るプライマーを用いた前処理した鼻ブラッシング物のPCRは陰性であった。患
者を、少なくとも2回、FEV1、鼻粘膜の細胞学的試験、視覚的検査、および
治療前のVtの測定により評価した。治療に先立ち、副鼻洞の冠側のコンピュー
ター断層撮影および胸部X線を得た。
1人目の患者は、生後3カ月に診断された21歳の女性であった。該患者は、
膵臓不全を有しており、汗のCl-が陽性で(101mEq/l)、ΔF508
変異に関してホモ接合である。該患者のHINスコアは90で、FEV1は予想
値83%であった。2人目の患者は、膵臓不全症状を表した13歳の時に診断さ
れた36歳の男性であった。汗のクロライド試験は70mEq/lの濃度を示し
た。該患者はΔF508およびG55ID変異に関してヘテロ接合である。該患
者のNIHスコアは88で、FEV1は予想値66%であった。3人目の患者は
、汗のクロライド試験で陽性の(104mEq/l)、9歳の時に診断された5
0歳の女性であった。該患者は膵臓不全およびインスリン依存性糖尿病を有して
い
た。該患者はΔF508変異に関してホモ接合である。該患者のNIHスコアは
73で、FEV1は予想値65%であった。経上皮電圧
以前記載された方法(アルトン,イー・ダブリュ・エフ・ダブリュ(Alton,E
.W.F.W.)ら(1987年)ソラックス(Thorax)第42巻:815〜817頁
;クノウルズ,エム(Knowles,M.)ら(1981年)ニュー・イングランド・
ジャーナル・オブ・メディシン(N.Eng.J.Med.)第305巻:1489〜149
5頁)と同様の方法で鼻上皮を横切る経上皮電位差を測定した。銀/塩化銀ペレ
ット(CTギルフォードのイー・ダブリュ・ライト(E.W.Eright)社製)に対す
る通常の滅菌セイラインに接続した23ゲージの皮下注射針を対照電極として使
用した。探査電極は、先端に横穴を有するサイズ8のゴム製カテーテル(ミズー
リ州セントルイスのフォーリーカテーテル社のアージルRを改変したもの)であ
った。カテーテルをリンゲル溶液(mMで、NaCl 135、KH2PO4,K2
HPO4 2.4、CaCl2 1.2、MgCl2 1.2およびHepes1
0(NaOHでpHを7.4にした))で満たし、銀/塩化銀ペレットに接続し
た。チャート記録計(日本のワタナベ・インスツルメンツ(Watanabe Instrumen
ts)のサーボコーダー(Servocorder))に接続した電圧計(オハイオ州クリー
ブランドのキースリー・インスツルメンツ・インク(Keithley instruments Inc
.)製)で電圧を測定した。測定の前に、銀/塩化銀ペレットを直列にしてリン
ゲル溶液に接続した。記録されるvtが±4mVより大きければペレットを交換
した。テレスコープ下で(ドイツのツトリンゲンのカール・シュトルツ(Karl S
torz)社のホプキンステレスコープ(Hopkins Telescope))ゴム製カテーテル
を鼻孔中に導入し、下方鼻介骨の疾患が認められる研究すべき領域にカテーテル
の横穴を隣接させた。下方鼻介骨の前方先端からの距離、内側の鼻介骨との腔の
関係、上顎の入り口の副鼻洞、および1人の患者における小ポリプを用いて、測
定のためのAd2/CFTR−1投与部位を定めた。写真およびビデオレコーダ
ーの映像も使用した。ゆっくりした間欠的な100μl/分でのリンゲル溶液の
注入後、Vtの変化がなくなるまで基底Vtを記録した。ベース
ラインが達成されたならば、100μMのアミロライド(amiloride)(ペンシ
ルベニア州ウェストポイントのメルク・アンド・カンパニー・インク(Merck an
d Co.Inc.)製)を含む200μlのリンゲル溶液をカテーテルを通して点滴注
入し、間欠的な点滴注入後さらに変化が見られなくなるまでVtの変化を記録し
た。最後に、100μMのアミロライドおよび10μMのターブタリン(terbut
aline)(ニューヨーク州アーズリーのガイギー・ファーマシューティカルズ(G
eigy Pharmaceuticals)社製)を含有する200μlのリンゲル溶液を点滴注入
し、Vtの変化を記録した。
基底Vtの測定値は常に再現性があった。治療を受けた3人の患者において、
Ad2/CFTR−1投与前の変動率は3.6%、12%および12%であった
。ターブタリンにより誘導される変化も再現性があった。9人のCF患者におけ
る30個の測定値中、ターブタリンにより誘導されたVt(ΔVt)の変化は0
mVないし+4mVの範囲であり、Vtの過分極は観察されなかった。対照的に
、7人の正常対象のΔVtは−1mVないし−5mVであり、過分極が常に観察
された。Ad2/CFTR−1適用および細胞取得
患者を手術室に入れ、連続的な心電図、脈拍、酸素消費量の記録のみならず自
動的な間欠的血圧測定を用いてモニタリングを行った。穏やかな鎮静後、5%コ
カイン0.5mlを噴霧して鼻粘膜を麻酔した。ついで、前以て0.1%アドレ
ナリン(adrenaline)2mlおよび1%テトラケイン(tetracane)8mlから
なる混合物に浸した綿撤子で下方鼻介骨部位の粘膜を覆った。綿撤子をその場所
に10〜40分置いた。内視鏡をテレビモニターするシステムを用いて、アプリ
ケーターを鼻孔から導入し、下方鼻介骨の前方の先端から少なくとも3センチメ
ーター離れた下方鼻介骨の内側部分に設置した(図25A〜25I)。接続カテ
ーテルを通してウイルス懸濁液をアプリケーター中に注入した。アプリケーター
の位置を内視鏡でモニターして、アプリケーターが動かないようにし、漏れを防
止するのに十分な圧をかけた。ウイルスが鼻上皮に30分間接触した後、ウイル
ス
懸濁液を除去し、アプリケーターを引き出した。Vt測定に使用した改変フォー
リーカテーテルを用いて3人目の患者の左の鼻孔にウイルスを適用した。カテー
テルの横穴が下方鼻介骨対象部位に接触するまで内視鏡を用いて麻酔せずにカテ
ーテルを導入した。溶液の液滴がテレスコープで見えるまでウイルス溶液をゆっ
くりと注入した。カテーテルを30分間その場所に置き、ついで、除去した。
治療約2週間前にウイルス投与部位から細胞を得、ついで、治療後は1週間間
隔で細胞を得た。前以て5%コカインに浸した綿撤子で下方鼻介骨を10分間覆
った。内視鏡コントロール下で、投与部位をゆるやかに5秒間ブラッシングした
。ブラッシングで得た細胞をPBS中に落とした。鼻粘膜の綿棒かきとり物を、
麻酔せずに綿を先端に付けたアプリケーターを用いて集めた。サイトプシンスラ
イドを調製し、ライト染色を行った。光学顕微鏡を用いて呼吸器上皮細胞および
炎症細胞を評価した。生検には、ウイルス適用方法に記載したように鎮静剤/麻
酔剤を投与した。内視鏡検査および生検すべき部位の同定後、粘膜下組織に1/
100000のエンケファリンを含有する1%キシロケイン(xylocaine)を注
射した。下方鼻介骨へのウイルス適用部位を取った。標本を4%ホルムアルデヒ
ドで固定し、染色した。
結果
Ad2/CFTR−1投与1日後およびそれ以降のすべての時点において、鼻
上皮、咽頭、血液、尿、または便からのAd2/CFTR−1は培養されなかっ
た。該培養アッセイの感度に対する対照として、試料に10および100 IU
のAd2/CFTR−1を添加した。いずれの場合にも、添加された試料は陽性
出あり、最小でも10 IUのAd2/CFTR−1が検出されることが示され
た。Ad2/CFTR−1投与前後における組織学的、全身的試験、血清化学的
試験または細胞数、胸部および副鼻洞のX線撮影、肺機能試験、または動脈血の
ガス検査によって評価されるような全身的応答の証拠はなかった。アデノウイル
スに対する抗体の増加は、治療35日後のELISAまたは中和によって検知さ
れなかった。
Ad2/CFTR−1投与3ないし4時間後、局所麻酔および局部的血管収縮
が軽減した時に、すべての患者は、鼻のうっ血を訴え、1つのケースにおいては
鼻漏があった。これらは18時間後に軽減し、28ないし42時間後までには解
消する独立した徴候であった。鼻粘膜の検査により、弱ないし中程度の紅斑、浮
腫、滲浸が示された(図25A〜25C)。これらの身体的知見は該徴候と同様
に経時変化をたどった。たとえアプリケーターを用いた予備研究が、マーカーで
あるメチレンブルーが適用部位に限定されていたことを示すものであっても、該
身体的知見はウイルス適用部位に限られていなかった。さらに2人のCF患者に
おいては、同じ麻酔および適用方法を用い、ウイルスのかわりにセイラインを適
用したが、これらの患者において同じ徴候および身体的知見が観察された(図2
5G〜25I)。そのうえ、アプリケーターを使用しなかった場合でさえも局所
的な麻酔および血管収縮が起こり、麻酔/血管収縮が、すべてではないが、いく
らかの障害を引き起こしたことが示された。適用24時間後、鼻の綿棒かきとり
物から取られた細胞の分析により、Ad2/CFTR−1またはセイラインで治
療した患者の好中球のパーセント値の同量の増加が明らかとなった。適用1週間
後、好中球増加は両群とも消失した。鼻ブラッシング物から得られた呼吸器上皮
細胞は、1週間目およびそれ以降の時点において正常な外観を呈し、封入体があ
るという証拠を示さなかった。粘膜をさらに評価するために、1人目の患者にお
いて3日目に、そして2人目の患者において1日目に上皮を生検した。当該研究
とは関係のない2人の病理学者による別々の評価により、軽度の外傷および我慢
できる虚血(おそらく、ウイルス投与前の麻酔/血管収縮による2次的なもの)
と矛盾しない変化が示されたが、ウイルスによる損傷を示す異常はなかった。
該適用方法は、最初の2人の患者においていくらかの軽度の障害を起こしたの
で、3人目の患者においては投与方法を変更した。使用した方法は局所麻酔また
は血管収縮を必要とせず、よって、障害をより引き起こしにくいが、Ad2/C
FTR−1を正確に決められた部位に送達する能力においてあまり確実性がない
ものであった。右側の鼻孔において、最初の2人の患者と同様にAd2/CFT
R−1を投与し、左側の鼻孔において、小型のフォーリーカテーテルを使用する
かわりに麻酔またはアプリケーターなしでウイルスを投与して相対的に決定され
た部位に表面張力によりAd2/CFTR−1を適用し、維持した(図25E)
。右側の鼻孔において、徴候および身体的知見は最初の2人の患者において観察
されたのと同じであった。対照的に、左側の鼻孔において、徴候は見られず、検
査時に鼻粘膜は正常な外観であった(図25D〜25F)。右の鼻孔から得た鼻
の綿棒かきとり物は、最初の2人の患者において観察されたのと同様の好中球増
加を示した。対照的に、麻酔を行わず、最少の操作を行った左の鼻孔は好中球増
加を起こさなかった。投与後3日目の左に鼻孔の生検(図26)は、CFと矛盾
しない形態(厚い基底膜および粘膜下組織に時折見られる多形核細胞)を示した
が、アデノウイルスベクターに起因しうる異常はなかった。
1人目の患者は、治療3週間後から喉の痛みおよび咳の増加を訴え、2日間続
いた。治療6週間後、該患者は気管支炎/気管支拡張症を悪化させ、入院が必要
な喀血を起こした。2人目の患者は、治療3日後に一時的な最少の喀血を起こし
た。喀血の前後には他の徴候を伴わなかった。3番目の患者は治療3週間後に気
管支炎を悪化させ、そのため、経口的に抗生物質を投与された。各患者の予備治
療の臨床的経過、症状の評価およびウイルス培養に基づいて、Ad2/CFTR
−1投与に対するこれらの症状に関連した証拠を識別することはできなかった。
むしろ、症状は、各個体における疾患の正常な経過と矛盾しないと思われた。
CFTRのCl-チャンネル機能の損失は、罹患した上皮を横切る異常なイオ
ン輸送を引き起こし、ついで、これがCF関連軌道疾患の病因に貢献する(ボー
ト,ティー・エフ(Boat,T.F.)ら「ザ・メタボリック・ベイシス・オブ・イン
ヘリテッド・ディジージズ(The Metabolic Basis of Inherited Diseases)」
(スクライバー(Scriber)ら編、マクグローヒル(McGraw-Hill)、ニューヨー
ク(1989年);クイントン,ピー・エム(1990年)FASEBジャーナ
ル第4巻:2709〜2717頁)。気道上皮において、イオン輸送は2つの導
電性プロセスにより支配されている。該2つのプロセスは、アミロライド感受性
の粘膜から粘膜下組織へのNa+吸収およびcAMPにより刺激される反対方向
のCl-分泌である(クイントン,ピー・エム(1990年)FASEBジャー
ナル第4
巻:2709〜2717頁;ウェルシュ,エム・ジェイ(1987年)フィジオ
ジロ・レビュ(Physiol.Rev.)第67巻:1143〜1184頁)。これら2つ
の輸送プロセスを、鼻粘膜上皮を横切る電圧(Vt)をインビボで測定すること
により非侵略的に評価することができる(ノウルズ,エムら(1981年)ニュ
ー・イングランド・ジャーナル・オブ・メディシン第305巻:1489〜14
95頁;アルトン,イー・ダブリュ・エフ・ダブリュら(1987年)ソラック
ス(Thorax)第42巻:815〜817頁)。図27は、正常対象からの例を示
す。基底条件下では、Vtは電気的に陰性であった(管腔は粘膜下組織表面をい
う)。アミロライド(100μM)の粘膜表面への拡散は、先端のNa+チャン
ネルを遮断することによりVtを抑制する(ノウルズ,エムら(1981年)ニ
ュー・イングランド・ジャーナル・オブ・メディシン第305巻:1489〜1
495頁;クイントン,ピー・エム(1990年)FASEBジャーナル第4巻
:2709〜2717頁;ウェルシュ,エム・ジェイ(1992年)ニューロン
(Neuron)第8巻:821〜829頁)。引き続いて起こるβ−アドレナリン作
用性アゴニストであるターブタリン(10μM)の拡散は、cAMPの細胞にお
けるレベルを上昇させ、CFTRのCl-チャンネルを開き、ついで、クロライ
ド分泌を刺激することにより、Vtを過分極させた(クイントン,ピー・エム(
1990年)FASEBジャーナル第4巻:2709〜2717頁;ウェルシュ
,エム・ジェイ(1992年)ニューロン(Neuron)第8巻:821〜829頁
)。図28Aは、7人の正常対象からの結果を示す。基底Vtは−10.5±1
.0mVであり、アミロライド存在下では、ターブタリンはVtを−2.3mV
±0.5mV分極させた。
CF患者においては、以前報告されているように(ノウルズ,エムら(198
1年)ニュー・イングランド・ジャーナル・オブ・メディシン第305巻:14
89〜1495頁)、Vtは正常対象よりも電気的に陰性であった(図28B)
。基底Vtは−37.0±2.4mVであり、正常対象よりもずっと陰性であっ
た(p<0.001)。(図28Aおよび図28Bのにおいて目盛りが異なるこ
とに注意)アミロイライドは、正常対象におけるのと同様にVtを抑制した。し
かしな
がら、アミロライド存在下においてターブタリンを上皮上に拡散させた場合、V
tは過分極しなかった。それにもかかわらず、Vtは変化しないか、またはより
陰性でなくなった。平均Vtは+1.8mV±0.6mV分極し、正常対象にお
いて観察された結果とは非常に異なる結果であった(p<0.001)。
Ad2/CFTR−1適用後、基底Vtは、3人すべての患者において、より
陰性でなくなった。図29は、3人目の患者の治療前の例(図29A)および治
療後の例(図29B)を示し、図30A、30C、および30Eは、すべての患
者の基底Vtの変化の経時変化を示す。基底Vtの減少は、Ad2/CFTR−
1の適用が、3人すべての患者において、鼻上皮におけるCFの電解質輸送の欠
陥を修正したことを示す。さらなる確証は、ターブタリンに対する応答の試験か
ら得られた。図30Bは、Ad2/CFTR−1適用前の応答とは対照的に、ウ
イルス適用後は、アミロライド存在下において、ターブタリンはVtを刺激した
ことを示す。図30B、30Dおよび30Fは、応答の経時変化を示す。Cl-
輸送の欠陥の修正は、麻酔/適用方法によるものではありえない。なぜなら、A
d2/CFTR−1のかわりにセイラインで治療した患者においては修正が起こ
らなかったからである(図31)。そのうえ、麻酔の効果は、鼻粘膜上で普通に
見られたが、基底Vtは、ウイルス投与部位においてのみ減少した。結局、3人
目の患者の左の鼻粘膜において同様の変化が観察され、改変適用法を行った後に
徴候的または全身的応答は見られなかった。
逆転写酵素−PCR、および鼻ブラッシング物および生検の細胞における免疫
細胞化学によりCFTR転写物を検出するために行った試行はうまく行かなかっ
た。動物における同様の研究はうまく行っている(ザブナー,ジェイ(Zabner,
J.)ら(1993年)ネイチャー・ジェネ(印刷中))のであるが、これらの研
究はずっと高用量のAd2/CFTR−1を使用していた。本ケースにおける成
功の欠如は、使用組織が少量であったこと、低いMOI、細胞フラクションのみ
を集めたという事実、そしてAd2/CFTRが、ずっと強力なCMVプロモー
ターを用いた構築物(好評していない観察結果)と比較するとずっと少ないmR
NAならびに蛋白しか作らない弱ないし中程度の強度のプロモーター(Ela)
を有
していることを反映しているようである。CFTRは、通常、非常に低レベルで
気道上皮細胞中に発現される(トラプネル,ビー・シーら(1991年)プロシ
ーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエス
エイ第88巻:6565〜6569頁)ので、Elaプロモーターを選択した。
また、単一のイオンチャンネルは1秒あたり非常に多数のイオンを誘導し、よっ
て有効にCl-輸送を支援しうるので、その機能は容易に検出されるのであるが
、正常なヒトの気道上皮におけるCFTR蛋白およびmRNAを検出することは
困難である。
時間とともに、CF欠陥の修正を示す電気的変化は治療前のレベルに戻った。
しかしながら、基底Vtは、ターブタリンにより生じるVtの変化の戻りよりも
ゆっくりと戻るように思われた。この相違の意義は不明であるが、正常なCFT
Rの発現に対する2つの測定値の相対的感度を反映しいるのかもしれない。いず
れにせよ、一方の治療部位を生検により除去し、ウイルス投与7ないし10日後
、ついで、1週間間隔での分析のためにもう一方の鼻粘膜をブラッシングしたと
いう理由で、本研究は修正の持続時間を試験するために計画されたものではなか
った。粘膜をブラッシングすることは、細胞を除去し、上皮を破壊し、その後少
なくとも2日間は基底Vtをゼロまで減少させる。よって、Ad2/CFTR−
1の効果の持続時間に対する正確な評価が妨げられる。アデノウイルスによる遺伝子転移の効能
この研究の主な結論は、CFTRをコードしている組み換えアデノウイルスの
インビボでの適用が、CF上皮に特徴的な気道上皮のCl-輸送における欠陥を
修正しうるということである。
ヒト・鼻粘膜におけるCl-チャンネル欠陥の相補を、基底電圧の変化および
cAMPアゴニストに対する応答の変化として測定することができた。プロトコ
ールは持続時間を確認するために計画されたものではないが、これらのパラメー
ターの変化を少なくとも3週間にわたり調べた。これらの結果は、ヒトへの組み
換えアデノウイルス投与は、機能面のアッセイにより測定される全身的な病変を
修正しうるという最初の報告を提供する。患者からの細胞の採取、培養における
細胞のトランスダクション、ついで、患者への細胞の再導入を含むインビトロで
のプロトコールを用いるというよろもむしろ、組み換えウイルスベクターを直接
ヒトに投与するという点で、この研究は、ヒトへの遺伝子の転移における最初期
の試みと対照をなす。
1、3および25MOIに相当する3回のウイルス投与すべてにおいてCFの
Cl-輸送の欠陥が修正されたという証拠が得られた。この結果は、同程度のM
OIが、透過性フィルター担体上で増殖したCF気道細胞の初代培養物における
CFの液体および電解質輸送の欠陥を逆転させたということを示す初期の研究(
リッチ,ディー・ピーら(1993年)ヒューマン・ジーン・セラピー第4巻:
461〜476頁およびサブナーら,出版中)と矛盾しない。すなわち、1未満
のMOIにおいて、cAMPにより剌激されるCl-分泌が部分的に回復し、1
MOIのAd2/CFTR−1での治療後、cAMPアゴニストが、正常対象由
来の上皮において観察される範囲内での液体の分泌を刺激したのである。1MO
Iにおいて、関連アデノウイルスベクターは、蛍光活性化細胞分析により評価さ
れたように(ザブナーら,出版中)感染上皮細胞の20%において、β−ガラク
トシダーゼ活性を産生した。かかるデータは、CF気道における薬理学的用量の
アデノウイルスが1MOIに相当しうることを示す。2x106個/cm2の細胞
が気道に存在し(CRCプレス,ボカ・ラトン(Boca Raton)1992年)、気
管から細気管支に至る気道が1400cm2の表面積を有する(マリアシー,エ
イ・テイー(Mariassy,A.T.)「コンパラティブ・バイオロジー・オブ・ザ・ノ
ーマル・ラング(Comparative Biology of the Normnal Lung)」,ハイデルベ
ルクのシュプリンガー出版,1963年)と見積もられたならば、約3x109
個の可能な標的細胞が存在するであろう。IUに対する粒子の比を100と考え
ると、これは約75μgの質量を有する約3x1011個のアデノウイルス粒子に
相当する。粗い見積ではあるが、かかる情報は、ヒトへの投与に対する可能な安
全性を確立するための動物実験の計画に有用である。
組み換えアデノウイルスの有効なMOIは、本研究で試験した最も低いMOI
よりも小さいであろう。いくつかの証拠は、CFの電解質輸送の欠陥を修正する
には上皮単層中のすべての細胞がCFTRを発現する必要はないことを示唆する
。混合実験は、おそらく5〜10%の細胞がCFTRを発現した場合、単層は、
野生型の電気的特性を示すであろうということを示した(ジョンソン,エル・ジ
ー(Johnson,L.G.)ら(1992年)ネイチャー・ジェネ第2巻:21〜25
頁)。破壊されたCFTR遺伝子を有するマウスにおいてCFTR発現させるた
めにリポソームを使用する実験も、ほんのわずかの割合の細胞が修正に必要であ
ることを示唆している(ハイド,エス・シー(Hyde,S.C.)ら(1993年)ネ
イチャー第362巻 250〜255頁)。気道上皮単層および0.1程度の低
い多重度のAd2/CFTR−1を用いた上で参照した結果は、Cl-分泌の測
定可能な変化を示した(リッチ,ディー・ピーら(1993年)ヒューマン・ジ
ーン・セラピー第4巻:461〜476頁およびザブナーら,印刷中)。
電解質輸送アッセイが非常に高感度(単一のCl-チャンネルが多数のイオン
を1秒間に輸送しうるため)であり、CFTR転写に使用されるE1aプロモー
ターが低活性である場合に、CFTR蛋白およびCFTR mRNAの検出がで
きないことは、おそらく驚くことではない。CFTR mRNAは逆転写酵素−
PCRにより検出されることはありえないが、Ad2/CFTR−1は、標準的
なPCRにより試料中に検出されうる。このことは、導入したDNAの存在を示
し、かつ、逆転写酵素反応が最適条件でなかったかもしれないことを示唆する。
このことは、逆転写酵素を阻害する組織中の因子により起こった可能性がある。
本研究で測定した電解質輸送の変化がCFTR発現から生じるものであるという
わずかな疑いがあるけれども、このことが肺機能における測定可能な臨床的変化
を導くかどうかは依然として検討されるべきである。安全性の検討
これら3人の患者の鼻上皮へのアデノウイルスベクターの適用は、十分耐えら
れるものであった。Ad2/CFTR−1投与後、3人すべての患者の鼻上皮に
おいて軽度の炎症が観察されたが、同様の変化は、ウイルスベクターのかわりに
セイラインを模擬投与された2人のボランティアにおいても観察された。麻酔お
よび投与方法に関連した外傷の組み合わせは、鼻粘膜の変化を明確に引き起こし
た。炎症がウイルス投与により生じたと結論するには証拠が不十分である。しか
しながら、1人の患者において最高MOIのウイルス(25MOI)を改変方法
で投与した場合、3日目の生検により当該部分を除去するまで継続した生物物理
学的効能に関する確証を提供した条件下では炎症が観察されなかった。
Ad2/CFTR−1の複製に関する証拠はなかった。初期の研究により、組
織培養および実験動物におけるAd2/CFTR−1の複製はひどく妨げられる
ことが確認された(リッチ,ディー,ピーら(1993年)ヒューマンジーンセ
ラピー第4巻:461〜476頁;ザブナー,ジェイら(1993年)ネイチャ
ー・ジェネ(印刷中))。293細胞のごときアデノウイルスのE1領域の失わ
れた初期蛋白を供給する細胞中、あるいはE1を有するアデノウイルスとの同時
感染もしくは組み換えによりE1領域が提供される条件下においてのみ、複製が
起こる(グラハム,エフ・エル(Graham,F.L.)およびプレベッツ,エル(Prev
ec,L.)「ワクチンズ:ニュー・アプローチズ・トゥ・イミュノリジカル・プロ
ブレムズ(Vaccines:New Approaches to Immunoligical Problems)」(アール
・ダブリュ・エリス編、ボストンのバターワースーハイネルマン(Butterworth-
Heinermann)1992年;バークナー,ケイ・エル(Berkner,K.L.)(198
8年)バイオテクニークス第6巻:616〜629頁)。研究前にはアデノウイ
ルス2型および5型に対して血清陽性であった本研究の患者は、Ad2/CFT
R−1投与の前の鼻の綿棒かきとり物の培養によるとアデノウイルスに対して陰
性であり、いくつかのヒト対象において報告されたように(マツセ,ティー(Ma
tsuse,T.)ら(1992年)アメ・レビュ・リスピレ・ディジ(Am.Rev.Respir
.Dis.)第146巻:177〜184頁)、内在性E1 DNA配列の欠如がP
CR法により示された。実施例11−偽アデノウイルスベクター(PAV)の構築およびパッケージング
図32を参照して、Ad2パッケージングシグナルおよびE1エンハンサー領
域(ヌクレオチド0〜358)をBluescriptIISK(カリフォルニア
州ラジョラのストラタジーン社製)中に挿入することによりPABV構築物を調
製した。Ad2パッケージングシグナルおよびE1エンハンサー領域がヌクレオ
チド0〜380であることを除いて、PAVIIとして知られるこのベクターの変
種を同様にして構築した。5’末端のヌクレオチド添加は大きなPAVを生じ、
より効果的にパッケージングが行われるが、より大きなアデノウイルス配列を含
んでいるため、潜在的により免疫原性あるいはより複製可能性が大きい。
遺伝子暗号領域の挿入または完全な切形、および感染性粒子を生じさせる目的
のトランスフェクションにおける使用に関する操作を容易にするために、相補的
プラスミドをもpBluescriptSKII中に組み込んだ。この相補的プラ
スミドは、Ad2の大後期プロモーター(MLP)3分節系リーダー(TPL)
DNA、およびSV40のT抗原核局在化シグナル(NLS)ならびにポリアデ
ニレーションシグナル(SVpA)を含んでいる。図32からわかるように、こ
のプラスミドは、MLP/TPLとSV40ポリAとの間に対象とする遺伝子の
挿入用の便利な制限部位を有している。この構築物を加工して全カセットが切形
され、先に述べたPAVIまたはPAVII構築物中に挿入されうるようにする。
ApaIおよびSacII制限エンドヌクレアーゼでプラスミドからPAVを切
形し、293細胞(E1a/E1b発現細胞系)(グラハム,エフ・エルら(1
977年)ジャーナル・ジェ11ネジェ・ウイロロ(J.Gen.Virol.)第36巻:
59〜74頁)中への野生型Ad2またはパッケージング/複製欠損ヘルパーウ
イルスとの同時トランスフェクションにより、PAV感染性粒子の生成を行った
。ヘルパーからのPAVの精製を、CsCl密度勾配遠心により行うことができ
、PAVウイルス粒子は低密度であり、グラジエント中の高い位置にバンドを形
成するであろう。
遺伝子治療には、ヘルパーウイルスが混入していない十分量のPAVウイルス
粒子を得ることが望ましい。標準的なアデノウイルスベクターに優るPAVの第
1の利点は、大きなDNA挿入物をウイルス粒子中にパッケージングしうること
である(約36kbまで)。しかしながら、PAVは複製およびパッケージング
にヘルパーウイルスを必要とし、このヘルパーウイルスは、いかなるPAV標品
においても優勢種となるであろう。ウイルス標品中のPAV比率を増加させるた
めに、いくつかのアプローチを用いることができる。例えば、ウイルス粒子中へ
のパッケージングに関して部分的に欠陥のあるヘルパーウイルスを用いることが
できる(パッケージング配列の変異により(グレイブル,エム(Grable,M.)お
よびヒアリング,ピー(Hearing,P.)(1992年)ジャーナル・オブ・ウイ
ロロジー第66巻:723〜731頁)、あるいはウイルスのサイズ(約37.
5kbよりも大きなゲノムサイズを有するウイルスはパッケージングが不十分)
により)。パッケージングに欠陥のあるウイルスとの混合感染において、PAV
は、パッケージングに欠陥のないヘルパーウイルスと混合感染した場合よりも高
いレベルでウイルス混合物中に存在することが期待されよう。
もう1つのアプローチは、複製に関してPAV依存性であるヘルパーウイルス
を調製することである。ヘルパーウイルスから必須遺伝子(例えば、IXまたは末
端蛋白)を除去し、該遺伝子をPAVベクター中に入れることにより、これを最
も容易に行うことができる。このようにすれば、PAVもヘルパーウイルスも、
独立して複製することはできなくなる。それゆえ、PAVおよびヘルパーウイル
スは相互依存的となる。これにより、得られるウイルス標品においてPAVは高
い割合で存在するはずである。
第3のアプローチは、新規パケージング細胞系を開発することである。これに
より、混入しているヘルパーウイルスのない十分量のPAV粒子を得ることがで
きる。新規蛋白IX(pIX)パッケージングシステムが開発されているこのシステ
ムは、アテノウイルスの分子生物学のいくつかの確証となる特徴を開拓するもの
である。第1には、アテノウイルス欠陥粒子は、30%まであるいはそれ以上の
標準的な野生型アデノウイルス標品からなることが知られている。これらの欠陥
または不完全粒子は安定で、15〜95%、典型的には15〜30%のアデノウ
イルスゲノムを含んでいる。PAVゲノム(15〜30%の野生型ゲノム)のパ
ッケージングは同等にパッケージするはずである。第2には、全長にわたるAd
ゲノム(しかし95%未満)の安定なパッケージングにはpIXと命名されたア
デ
ノウイルス遺伝子の存在が必要である。
新規パッケージングシステムは、Ad蛋白pIXを発現する293細胞系の生
成に基づく。さらに、E1領域が欠失しているが十分な外来性物質が挿入されて
全長36kbまたはそれ以上になるように加工されたアデノウイルスヘルパーウ
イルスがある。これら2つの構築物はともに、精製DNAと同様に293/pI
X細胞系中に導入される。pIXの存在下、現に行うPAV/Ad2産生実験に
おいて見られるように、両方の予想される子孫ウイルスを得ることができる。つ
いで、これらの細胞のウイルス含有溶解物を、別々に力価測定し(いずれかのベ
クターの特異的なマーカー遺伝子活性に関して)、PAVに対して感染多重度1
で標準的な293細胞(pIXを欠く)を感染させるのに使用する。全長にわた
るゲノムは競争的なパッケージングの利点を有するので、この細胞系を用いた研
究のみならず不完全または欠陥粒子を用いた研究は、PAVに対してMOI 1
での感染は、必然的に、1より大きいヘルパーに対する効果的なMOIと等価で
あろうということが予想される。すべての細胞は、多分、PAV(少なくとも1
)およびヘルパー(1より大)の両方を含むであろう。通常は、この細胞中で複
製およびウイルスカプシド生成が起こるはずであるが、PAVゲノムのみがパッ
ケージングされるであろう。これらの293/pIX培養の収穫により、本質的に
ヘルパーのないPAVが得られることが予想される。実施例12−Ad2−E4/ORF6の構築
Ad2−E4/ORF6は、ヌクレオチド32815ないし35577間のす
べてのAd2配列を欠失したアデノウイルス2型に基づくベクターである(図3
3は、Ad2−E4/ORF6プラスミド構築を示す)。この欠失により、E4
のすべてのオープンリーディングフレームが除去されるが、E4mRNAのE4
プロモーターおよび最初のヌクレオチト32〜37はインタクトのまま残される
。欠失した配列のかわりに、ORF6特異的DNAプライマー(ジェンザイム社
のオリゴ#2371−CGGATCCTTTATTATAGGGGAAGTCC
ACGCCTAC(配列番号:8)およびオリゴ#2372−CGGGATCC
A
TCGATGAAATATGACTACGTCCG(配列番号:9))を用いた
Ad2 DNAのポリメラーゼ連鎖反応により誘導されたORF6をコードして
いるDNAフラグメント(Ad2ヌクレオチド34082〜33178)が挿入
された。オリゴヌクレオチドにより供給されるさらなる配列は、PCRフラグメ
ントの5’および3’末端にクローニング部位(それぞれ、ClaIおよびBa
mHI)、およびORF6 mRNAの正確なポリアデニレーションを確実にす
るための3’末端におけるポリアデニレーション配列を有していた。図33に示
すように、まずPCRフラグメントを、逆方向末端反復配列(ITR)およびA
d2のE4プロモーター領域(Ad2のヌクレオチド35937〜35577)
を含むDNAフラグメントにライゲーションし、ついで、細菌プラスミドpBl
uescript(ストラタジーン社製)中に組み込んでプラスミドORF6を
得た。配列決定してORF6リーディングフレームが無傷であることを証明した
後、ITRおよびORF6を包含するフラグメントを、フランキング制限部位を
用いて、第2のプラスミドpAdΔE4中にサブクローニングした。pAdΔE
4は、SacI部位から3’ITR(Ad2のヌクレオチド28562〜359
37)に至るAd2の3’末端を含み、すべてのE4配列(プロモーターからポ
リA部位に至るまで、Ad2の32815〜35641の位置)が欠失している
。この第2のプラスミドにおいて、E4 ORF6のみを発現するウイルスであ
るpAdORF6を制限酵素PacIで切断し、PacIで消化したAd2 D
NAにライゲーションした。このPacI部位はAd2ヌクレオチド28612
に対応する。このライゲーション物で293細胞をトランスフェクションし、得
られたウイルスを制限分析に付して、Ad2 E4領域が対応するpAdORF
6の領域で置換されていること、およびただ1つ残っているE4オープンリーデ
ィングフレームがORF6であることを証明した。
理論的には、組み換えウイルス由来の欠失したE4機能を完全に相補する細胞
系を確立することは可能であった。このアプローチに関する問題は、E4が、宿
主細胞の蛋白合成の調節において機能し、それゆえ、細胞に対して毒性であるこ
とである。本発明組み換えアテノウイルスはE1領域を欠失しており、E1機能
を相補する293細胞中で増殖するにちがいない。E4プロモーターはE1a遺
伝子産物により活性化され、それゆえ、毒性のあるE4のE4転写物発現を防止
するには堅く調節されなければならない。かかるプロモーターまたはトランスア
クティベーティングシステムにおいて必要なことは、誘導されていない状態の発
現は、宿主細胞に対する毒性を回避するには十分に低くなければならいが、誘導
されている状態においては、ウイルス産生中はE4欠陥ウイルスを相補する十分
なE4遺伝子産物を産生するように十分活性化されなければならないということ
である。実施例13
E1aプロモーターのかわりにホスホグリセラートキナーゼ(PGK)プロモ
ーターを用いて、実施例7記載のごとくアデノウイルスベクターを調製する。実施例14
Ad2大後期プロモーター(MLP)のかわりにPGKプロモーターを用いて
、実施例11記載のごとくアデノウイルスベクターを調製する。実施例15:Ad2−ORF6/PGK−CFTRの調製
このプロトコールては、Ad2−ORF6/PGK−CFTRと命名された第
2世代のアデノウイルスベクターを使用する。このウイルスはE1を欠き、その
位置に、CFTR cDNAに隣接しているPGKブロモーターおよびポリA付
加部位を伴う修飾された転写ユニットを有する。PGKプロモーターは中程度の
強度であるにすぎずないが、持続時間が長く、遮断される対象でない。該ベクタ
ーのE4領域も修飾されており、その全暗号領域配列が除去され、組織培養にお
けるAdの増殖に必須の唯一のE4遺伝子であるORF6により置換されている
。このことは、野生型Ad2の101%のサイズのゲノムが得られるという効果
がある。
該DNA構築物は、初期領域(E1)遺伝子(ウイルスゲノムの5’末端の存
在する)が欠失され、CFTRをコードしている発現カセットにより置換されて
いるAd2ゲノムの全長のコピーからなる。発現カセットは、ホスホグリセラー
トキナーゼ(PGK)に関するプロモーターおよびウシ・成長ホルモン遺伝子(
BGH)由来のポリアデニレーション(ポリA)付加シグナルを含んでいる。さ
らに、Ad2のE4領域が欠失され、Ad2 E4領域のオープンリーディング
フレーム(ORF6)のみで置換されている。該アデノウイルスベクターをAd
2−ORF6/PGK−CFTRと命名し、図式的に図式的に34に示す。野生
型Ad2ゲノム全体は、すでに配列決定されており(ロバーツ,アール・ジェイ
(Roberts,R.J.)(1986年)「アデノウイルスDNA(Adenovirus DNA)
」(ダブリュ・オーバーフラー(W.Oberfler)編、ボストンのマティナス・ニホ
フ・パブリッシング(Matinus Nihoff Publishing))、そこに用いられている
番号付けシステムを、野生型ゲノムに言及する場合に、本明細書に適用する。E
1およびE4欠失に隣接するAd2ゲノム領域および該ゲノム中への挿入物は完
全に配列決定されている。
Ad2−ORF6/PGK−CFTR構築物は、Ad2/CFTR−1がE1
aプロモーターを用い、CFTRの直接下流のポリA付加シグナルを有さず、イ
ンタクトなE4領域を保持していたという点で、我々のはじめのプロトコールに
使用したもの(Ad2/CFTR−1)とは異なる。組織培養および動物実験に
おけるAd2/CFTR−1の特性は報告されている(リッチら(1993年)
ヒューマン・ジーン・セラピー第4巻:461〜467頁;およびザブナーら(
1993年)ネイチャー・ジェネティクス(Nature Genetics)(印刷中))。
ゲノムの5’末端において、Ad2のヌクレオチド357ないし3328を欠失
させ、22個のヌクレオチドのリンカー、534個のヌクレオチドのPGKプロ
モーター、公表されているCFTR配列(リオーダンら(1989年)サイエン
ス第245巻:1066〜1073頁)、21個のヌクレオチドのリンカー、お
よび11個のヌクレオチドのリンカーにつながった23個のヌクレオチドの合成
BGHポリA付加シグナル(順に5’から3’方向)で置換した。該組み換え分
子の5’末端の形態を図34に示す。
Ad2−ORF6/PGK−CFTRのゲノムの3’末端において、ヌクレオ
チド32815ないし35577の間のAd2配列が欠失されて、E4プロモー
ター、E4キャップ部位およびE4 mRNAの最初のヌクレオチド32〜37
を保持している以外、E4のすべてのオープンリーディングフレームが除去され
ている。欠失された配列は、Ad2のオープンリーディングフレーム6(ヌクレ
オチド34082〜33178)および合成ポリA付加シグナルを含むPCRに
よるフラグメントで置換されている。該分子の3’末端の形態を図34に示す。
該分子のこのセグメントの配列が確認されるであろう。Ad2ウイルスDNA配
列の残りの部分は、ロバーツ,アール・ジェイ「アデノウイルスDNA」((ダ
ブリュ・オーバーフラー編、ボストンのマティナス・ニホフ・パブリッシング)
。Ad2−ORF6/PGK−CFTRベクターの全体のサイズは36336b
pで、Ad2の全長の101.3%である。
CFTR転写物は、組み換えベクターのヌクレオチド828、829および8
37において組み込まれたPGKプロモーター(シンガー−サム(Singer-Sam)
ら(1984年)ジーン第32巻:409〜417頁)中のこれらの近接した転
写開始部位の1つを開始させると予想される。ハイブリッドな5’非翻訳領域は
、72、80または81個のヌクレオチドのPGKプロモーター領域、86個の
ヌクレオチドのリンカー配列、およびCFTR挿入物由来の10個のヌクレオチ
ドからなる。約4.7kbの転写物を生じる転写の終結は、該組み換えベクター
のヌクレオチド5530におけるBGHポリA付加シグナルにより指令されると
予想される。CFTR暗号領域は、組み換えウイルスのヌクレオチド1010〜
5454、およびPGK−CFTR−BGH mRNAの、それそれヌクレオチ
ド182、181または173ないし4624、4623または4615からな
る(それそれに応じて転写開始部位が使用される)。CFTR cDNA中に、
公表されたcDNA配列(リオーダンら、上記)とは異なる2つの相違がある。
もとの公表配列における誤りであったCFTR cDNA(公表cDNA配列と
対等)の位置1990におけるAからCへの変化、および位置936において導
入されたTからCへの変化である。位置936における変化は、翻訳上は影響な
い
が、細菌プラスミドにおいて増殖する際にcDNAの安定性を増大させる(グレ
ゴリーら(1990年)ネイチャー第347巻:382〜386頁;およびチェ
ングら(1990年)セル第63巻:827〜834頁)。予想CFTR転写物
の3’比翻訳領域は、21個のヌクレオチドのリンカー配列および約10個のヌ
クレオチドの合成BGHポリA付加シグナルからなる。
CFTRの活性を、電気医学的方法により測定することができるが、特に、発
現レベルが低い場合には、生化学的または免疫細胞化学的に検出することは比較
的困難である(グレゴリーら、上記;およびデニングら(1992年)ジャーナ
ル・オブ・セル・バイオロジ一第118巻:551〜559頁)。それゆえ、S
V40 T抗原由来の核局在化シグナルに融合したイー・コリ(E.coli)・β−
ガラクトシダーゼ蛋白をコードしている高発現レベルのレポーター遺伝子を構築
した。レポーター遺伝子の転写は、強力なCMV初期遺伝子の構成的プロモータ
ーにより行われる。詳細には、ヌクレオチド357〜3498の間の野生型Ad
2のE1領域を欠失させ、CMVプロモーターおよびβ−ガラクトシダーゼ遺伝
子をコードしている3252bpのフラグメントで置換する。Ad2−ORF6/PGK−CFTRのエレメントの調節特性
一般的に、該ベクターは、CFTRをコードしているいくつかの初期アデノウ
イルスベクターに類似しているが、Ad2/CFTR−1構築物とは3つの特別
なやり方で異なる。PGKプロモーター
CFTRの転写は、PGKプロモーターによるものである。これは中程度の強
度しか有しないプロモーターであるが、いわゆるハウスキーピングプロモーター
(house keeping promoter)であるため、該プロモーターは、おそらく低レベル
の発現にもかかわらず長時間作動できるだろうと考えられた。さらに該プロモー
ターは、他の研究、特にレトロウイルスでの研究に使用される非常に強力ないく
つかのプロモーターと比較して、「妨害」の対象になる可能性も低い。CFTR
は多く存在する蛋白でないので、発現の持続は、おそらく、高レベル発現よりも
重要である。レトロウイルスベクターにおけるPGKプロモーターからの発現は
、長時間にわたることが示されている(アパーリー(Apperley)ら(1991年
)ブラッド(Blood)第78巻:310〜317頁)。ポリアデニレーションシグナル
Ad2−ORF6/PGK−CFTRは、CFTR暗号領域の後であってAd
2 E1領域の蛋白IX暗号配列の前に、外来性ポリA付加シグナルを有している
。蛋白はウイルス粒子のパケージングに必要とされると考えられているため、こ
の暗号領域は保有された。そのうえ、蛋白IXは、それ自身のプロモーターでもっ
て、別々の転写物から合成されるので、蛋白IXプロモーターにおいて起こり得る
プロモーターの閉塞を防止するために、BGHポリA付加シグナルを挿入した。
プロモーターの閉塞は、Ad2/CMVβGalが293細胞上でAd2/βg
al−1よりも低いウイルス力価で増殖するという点で問題となりうるという間
接的な証拠がある。これらの構築物は、β−ガラクトシダーゼ発現に用いるプロ
モーターを除いては同じものである。CMVプロモーターはE1aプロモーター
よりもずっと強力であるため、CMVプロモーターからβ−ガラクトシダーゼD
NAを経て蛋白IX暗号領域通に至るまでの豊富な発現は、プロモーター閉塞によ
り蛋白IXのそれ自身のプロモーターからの発現を減少させること、およびこのこ
とが、得られるAd2/CMV−βgalの低い力価によるという可能性がある
。E4領域の変更
Ad2ゲノムのE4領域の大部分が2つの理由により欠失された。第1の理由
は、CFTR発現に用いるベクターのサイズを縮小することである。野生型より
もずっと大きなゲノムを有するアデノウイルスベクターはパッケージング効率が
低く、それゆえ、高力価で増殖することが困難である。Ad2−ORF6/PG
K−CFTRにおけるE1およびE4領域の欠失の組み合わせは、野生型の10
1%にまでゲノムサイズを縮小させた。実際には、このウイルスの高力価のロッ
トの調製が容易となる。
第2の理由は、アデノウイルスベクターの安全性に関連するE4配列の除去で
ある。これらの研究の目的は、可能な限り多くのウイルス遺伝子を除去してAd
2骨格をできるだけ多くのやり方で不活性化させることである。E4領域のOF
6/7遺伝子は、順次アデノウイルスのE2領域の活性化に必要となる細胞の転
写因子E2−Fをコードしている(ヘムストロム(Hemstrom)ら(1991年)
ジャーナル・オブ・ウイロロジー第65巻:1440〜1449頁)。それゆえ
、非増殖性細胞中で増殖させた場合、アデノウイルスからのORF6/7の除去
は、さらなる安全性のマージンを提供する可能性がある。一部には、E1aが存
在する場合には、網膜芽腫遺伝子産物由来のE2−Fと置き換わることができ、
そのことにより、さらにE2転写の刺激に貢献するという理由で、E1領域の除
去は、もはや、かかるベクターを無能にする。ORF6機能は、293細胞にお
けるウイルスの産生に必須であるため、Ad2のORF6リーディングフレーム
をAd2−ORF6/PGK−CFTRベクターのE1−E4バックボーンの後
ろに加えた。ORF6は、アデノウイルス生活環におけるDNA複製、宿主細胞
の遮断および後期mRNA蓄積に必要であると考えられている。E1−E4−O
RF6+をバックボーンとするAd2ベクターは、293細胞において複製する
。
E4のORF6領域を作動させるためのプロモーター/エンハンサーの使用は
、内在性E4プロモーターである。このプロモーターは、活性化のためにE1a
を必要とし、E1aコアエンハンサーエレメントおよびSP1転写因子結合部位
(バーク,エイ・ジェイ(Berk,A.J.)(1986年)アニュアル・レビュー
・オブ・ジェネティクス(Ann.Rev.Genet.)第20巻:75〜79頁に概説され
ている)を含んでいる。複製開始点
Ad2−ORF6/PGK−CFTR中に存在する複製開始点のみが、Ad2
親ゲノム中に存在する複製開始点である。野生型E1活性と相補した場合以外は
、Ad2−ORF6/PGK−CFTR配列の複製は検出されなかった。DNA構築物を誘導するために用いるステップ
Ad2−ORF6 DNAと、PGKプロモーターにより作動させられるヒト
・CFTR cDNAをコードしている発現カセットを有するように加工された
10.7kbのアデノウイルスならびにE1暗号領域に代替するBGHポリAシ
グナルを含むプラスミドとのインビボ組み換えにより、組み換えAd2−ORF
6/PGK−CFTRウイルスの構築を行った。
プラスミドpBRAd2/PGK−CFTRの生成をここに記載する。出発プ
ラスミドは、pBR322のClaIおよびBamHI部位中に挿入された約7
.5kbの挿入物を有し、ヌクレオチド356ないし3328の間のAd2配列
の欠失を伴うAd2の最初の10680ヌクレオチドからなる。このプラスミド
は、E1欠失領域のClaIおよびSpeI部位中に挿入されたCMVプロモー
ターを有し、pBRAd2/CMVと命名される。このプラスミドは、さらに、
Ad2 5’ITR)パーケージングならびに複製配列、およびE1エンハンサ
ーを有している。E1プロモーター、E1aおよび大部分のE1b暗号領域を欠
失させた。E1b暗号領域の3’末端部分は、保持されていたpIXプロモータ
ーと符号する。CMVプロモーターを除去し、プラスミドPGK−GCR由来の
ClaIおよびSpeIフラグメントとしてのPGKプロモーターで置換した。
得られたプラスミドpBRAd2/PGKをAvrIIおよびBstBIで消化
し、切り取ったフラグメントをプラスミド構築物pAd2E1a/CFTR由来
のSpeIないしBstBIフラグメントで置換した。このプラスミド構築物は
、CFTR cDNA、BGHポリAシグナルおよび3327から10670ま
でのAd2ゲノム配列を含むフラグメントを転移させた。得られたプラスミドを
pBRAd2/PGK−CFTRと命名する。CFTR cDNAフラグメント
は、もともと、プラスミトpCMV−CFTR−936Cから制限酵素SpeI
およびEc1136IIを用いて得られたものであった。pCMV−CFTR−9
36
Cは、合成リンカーを用いてpRC/CMV(インビトロジェン・コーポ(Invi
torogen Corp.)社製)の多重クローニング部位中に挿入された、公表されてい
るCFTR配列のヌクレオチド123〜4622を含む最小のCFTRcDNA
からなる。このプラスミド中のCFTR cDNAを完全に配列決定した。
オープンリーディングフレーム6のみを発現するE4領域を伴うAd2バック
ボーンを次のようにして構築した。ORF6(Ad2ヌクレオチド34082〜
33178)をコードしているDNAフラグメントを、ORF6特異的DNAプ
ライマーを用いるPCRにより誘導した。付加的配列を、PCRフラグメントの
5’および3’末端におけるクローニング部位(それぞれ、ClaIならびにB
amHI)、およびORF6mRNAの正確なポリアデニル化を確実にするため
の3’末端におけるポリA付加配列AATAAAを含むオリゴヌクレオチドによ
り補充した。逆方向反復塩基配列、E4プロモーター、E4 mRNAキャップ
部位およびpOF6を作成するためのE4 mRNAの最初の32〜37ヌクレ
オチドを含むAd2フラグメント(ヌクレオチド35937〜35577)とと
もに、PCRフラグメントをpBluescript(ストラタジーン社製)中
にクローン化した。ITRおよびORF6を含むSalI−BamHIフラグメ
ントを用いて、ITRおよびpAdΔE4におけるE4欠失を含んでいるSal
I−BamHIフラグメントを置換した。pAdΔE4は、SpeI部位から3
’ITRに至るAd2の3’末端(ヌクレオチド27123〜35937)を含
み、プロモーターおよびポリAシグナルをはじめとするすべてのE4配列(ヌク
レオチド32815〜35641)を欠失している。得られた構築物pAdE4
ORF6をPacIで切断し、PacI(ヌクレオチド28612)で消化した
Ad2 DNAとライゲーションさせた。293細胞をライゲーション反応物で
トランスフェクションしてE4領域由来のオープンリーディングフレーム6のみ
を含むウイルスを得た。Ad2−ORF6/PGK−CFTRを用いるインビトロでの研究
ヒト・HeLa細胞、ヒト・293細胞、および正常ならびにCFのヒト・気
道上皮の初代培養物をはじめとするいくつかのヒト・細胞系において、Ad2−
ORF6/PGK−CFTRがCFTRを発現する能力を試験した。一例として
、ヒト・293細胞で得られた結果をここに示す。ヒト・293細胞を培養ディ
ッシュ上で増殖させた場合、免疫沈降法およびハライド放出に関する機能的アッ
セイにより評価されたように(グレゴリー,アール・ジェイら(1990年)ネ
イチャー第347巻:382〜386頁;チェン,エス・エイチら(1990年
)セル第63巻:827〜834頁)、該ベクターはCFTR cDNAを転移
し、CFTRを発現することができた。より詳細には、細胞溶解物の調製法、抗
CFTR抗体を用いる蛋白の免疫沈降法、1次元ペプチド分析およびSDSポリ
アクリルアミドゲル電気泳動は、チェンらにより記載されている(チェン,エス
・エイチら(1990年)セル第63巻:827〜834頁)。チェン,エス・
エイチら(1990年)セル第66巻:1027〜1036頁記載のごとく、ハ
ライド流出アッセイを行った。cAMPにより剌激されるCFTRクロライドチ
ャンネル活性を、500IU/細胞のAd2−ORF6/PGK−CFTRで処
理された293細胞におけるハライド感受性フルオロフォアSPQを用いて測定
した。フォルスコリン(20μM)およびIBMX(100μM)での感染細胞
の刺激によりSPQ蛍光が増加し、該ベクターにより産生された機能的クロライ
ドチャンネルの存在が示された。
Ad2−ORF6/PGK−CFTRに感染したヒト・気道(鼻ポリプ)上皮
細胞(CF患者由来)の初代培養物を用いたさらなる研究は、鼻ポリプ上皮細胞
のAd2−ORF6/PGK−CFTR感染はcAMP依存性Cl-チャンネル
の発現を引き起こすこと示した。図35は、かかる研究から得られた結果の一例
である。CFの鼻ポリプ上皮細胞の初代培養物を、多重度0.3、3、および5
0でAd2−ORF6/PGK−CFTRに感染させた。感染3日後、単層をユ
ッシングチャンバー(Ussing chambers)中にマウントし、短絡回路電流を測定
した。示された時間において、(1)10μMアミロライド、(2)cAMPア
ゴニスト(10μMフォルスコリンならびに100μM IBMX)、および
(3)1mMジフェニルアミン−2−カルボキシラートを、粘膜溶液に添加した
。Ad2−ORF6/PGK−CFTRを用いるインビポでの研究 ウイルス標品
Ad2−ORF6/PGK−CFTRウイルスの2種の標品を、この研究に使
用した。両方とも、ジェンザイム・コーポレイション(Genzyme Corporation)
のリサーチ・ラボラトリー(Research Laboratory)において調製された。Cs
Cl密度勾配遠心により標品を生成し、ついで、tris−緩衝化セイラインに
対して透析してCsClを除去した。1回目の投与(ロット#2)は、2x1010
IU/mlの力価を有していた。2回目の投与(ロット#6)は、4x1010
の力価を有していた。動物
3匹のアカゲザル(Macaca mulata)を、この研究に使用した。サルC(#2
0046)は体重6.4kgであった。サルD(#20047)は体重6.25
kgであった。サルE(#20048)は体重10kgであった。研究開始前に
、サルをアイオワ大学において少なくとも360日間飼育した。研究中ずっと、
サルに水およびエサを自由に与えた。動物は、異なるウイルスベクター(Ad2
/CFTR−1)に関する安全性の研究および効率の研究の一部であり、サルに
、1年に3回のウイルス点滴注入を行った。サルは、本研究116日前にAd2
/CFTR−1の点滴注入を受けていた。各ウイルス点滴注入後のELISAに
より検出されたように、3匹すべてのアカゲザルは、抗アデノウイルス抗体応答
を有していた。本研究の結果を妨害すると考えられる既知汚染物質は存在しなか
った。111蛍光灯照明を調節して自動的に12時間交互の明/暗サイクルを提
供した。隔離された部屋中の別々のケージに入れてサルを飼育した。厳密な呼吸
および体液単離の予防措置を講じた。ウイルス投与
ウイルス適用のため、ケタミン(15mg/kg)筋肉内注射によりサルを麻
酔した。各サルの片方の鼻孔の全上皮をウイルス適用に使用した。フォーリーカ
テーテル(foley catheter)(サイズ10)を各鼻孔から咽頭内へ挿入し、2〜
3mlの空気で膨張させ、ついで、前方に引いて後方の後鼻孔を固く閉塞した。
ついで、後部のバルーンを膨らませながら、Ad2−ORF6/PGK−CFT
Rウイルスを右の鼻孔にゆっくりと点滴注入した。ウイルス溶液は30分間鼻粘
膜に接触したままであった。バルーンをしぼませ、カテーテルを除去し、サルを
麻酔から覚醒させた。
1回目の投与において、ウイルス標品は2x1010IU/mlの力価を有して
おり、各サルに0.3mlを与えた。かくして、各サルに適用した全用量は、約
6.5x109IUであった。この全用量は、ヒトでの研究について提案した最
高用量の約半分である。IU/kgを基本にして考えた場合、体重6kgのサル
は、体重60kgのヒトに対して提案された用量の約3倍も多い用量を与えられ
たことになる。評価時期
投与日、および感染後3、7、24、38、ならびに44日目に動物を評価し
た。2回目のウイルス投与を44日目に行った。サルを、48日目、ついで、5
5、62、ならびに129日目に評価した。
評価のために、ケタミン(15mg/kg)筋肉内注射によりサルを麻酔した
。1回目のウイルス投与後、鼻上皮細胞を得るために、5滴のアフリン(Afrin
)(0.05%オキシメタゾリン塩酸,シェリング−プロウ(Schering-Plough
)および1mlの2%リドカインを5分間鼻粘膜に浸透させた。ついで、サイト
ブラシを用いて粘膜をおだやかに約3秒間こすった。咽頭上皮試料を得るために
、咽頭後部を約2〜3回綿棒でこすった。得られた細胞を、ブラシまたは綿棒か
ら2mlの滅菌PBS中へ移した。2回目のAd2−ORF6/PGK−CFT
R投与後、サルを3週間臨床的に追跡し、4、11および18日目に、内側の鼻
介骨
の粘膜生検物を得た。動物の評価
身体的徴候の異常行動の証拠について、動物を毎日評価した。餌および液体の
摂取の記録を用いて食欲および全身的健康度の評価を行った。通便についても記
録して下痢の可能性をチェックした。それぞれの評価時点において、直腸温度、
呼吸数、および心拍数を測定した。鼻粘膜、結膜、および咽頭を視覚的に検査し
た。リンパ腺症について、サルをさらに検査した。血液学および血清化学
サルからの静脈血を、標準的な静脈穿孔により集めた。アイオワ大学病院(Un
iversity of Iowa Hospital and Clinics)でヒタチ737自動化学分析装置お
よびテクニコンH6自動血液学分析装置を用いて、血液/血清の分析を行った。血清学
血清を得、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)により抗アデノウイルス
抗体力価を測定した。ELISA用に、0.IM NaHCO3中の充填アテノ
ウイルス(カリフォルニア州サンジェゴのリー・バイオモレキュラー・リサーチ
・ラボラトリーズ(Lee Biomolecular Research Laboratories)製)(50ng
/ウェル)を、96ウェルプレート上に、4℃で一晩コーティングした。適当に
希釈した試験試料(1/50希釈から開始)を添加した。試料を1時間インキュ
ベーションし、プレートを洗浄し、ついで、ヤギ・抗ヒトIgG HRP結合物
(ペンシルベニア州ウェストグローブのジャクソン・イミュノリサーチ・ラボラ
トリーズ(Jackson ImmunoReaearch Laboratories)製)を添加し、1時間イン
キュベーションした。プレートを洗浄し、O−フェニレンジアミン(OPD)(
ミズーリ州セントルイスのシグマ・ケミカル(Sigma Chemical)社製)を30分
間添加した。4.5M H2SO4で反応停止し、モレキュラー・ディバイス
(Molecular Device)社製のマイクロプレートリーダーで490nmにおいて読
み取った。はじめの希釈率の逆数と最後のウェル(OD>0.100)の希釈率
の逆数から力価を計算した。サルから鼻洗浄物を得、1/4希釈から始めて、抗
アデノウイルス抗体をELISAにより測定した。鼻洗浄物
鼻洗浄物を得て中和抗体として作用しうる分泌抗体の存在可能性について試験
した。3mlの滅菌PBSをサルの鼻腔中に点滴注入し、液体を重力により集め
た。洗浄物を1000RPMで5分間遠心分離し、上清を、抗アデノウイルスお
よび中和抗体測定に用いた。細胞学
サイトブラシで鼻粘膜を約3秒間ゆるやかにこすることにより、サルの鼻上皮
から細胞を得た。得られた細胞をブラシから2mlのPBS中へ落とした。細胞
懸濁液を5000で5分間遠心分離し、106個/mlとなるよう293培地に
再懸濁した。サイトスピンを用いて細胞懸濁液40μlをスライドグラス上に置
いた。サイトスピンスライドをライト染色し、光学顕微鏡を用いて細胞の種類を
分析した。Ad2−ORF6/PFK−CFTRの培養
感染性ウイルス粒子の存在を評価するために、サルの鼻のブラッシング物およ
び咽頭の綿棒かきとり物を用いた。上清45μlを2系にして293細胞に添加
した。293細胞は50%集密で使用され、96ウェルプレートに接種された。
293細胞を37℃で72時間培養し、ついで、等部のメタノールおよびアセト
ン混合物で10分間固定し、FITC標識抗アデノウイルスモノクローナル抗体
(アリフォルニア州テメクラのケミコン,ライト・ダイアグノスティクス(Chem
icon,Light Diagnostics)社製)とともに30分間インキュベーションした。
陽性の核免疫蛍光は陽性培養であると解釈された。CFTR検出のための免疫細胞化学
ブラッシングにより細胞を得た。細胞懸濁液80μlを遠心分離し、ゼラチン
被覆スライド上に置いた。スライドを風乾し、ついで、4%パラホルムアルデヒ
ドで固定した。0.2%トリトン−X(Triton-X)(イリノイ州ロックフォード
のピアス(Pierce)社製)で透過性にし、ついで、5%ヤギ・血清(ミズーリ州
のシグマ社製)で60分間ブロッキングした。モノクローナル抗体(M13−1
、M1−4およびM6−4)(グレゴリーら(1990年)ネイチャー第347
巻:382〜386頁;デニングら(1992年)ジャーナル・オブ・セル・バ
イオロジー第118巻(3)551〜559頁;デニングら(1992年)ネイ
チャー第358巻:761〜764頁)の貯留物を添加し、12時間インキュベ
ーションした。1次抗体を洗浄し、抗マウスビオチン化抗体(カリフォルニア州
フォスターシティーのバイオメダ(Biomeda)社製)を添加した。洗浄後、2次
抗体ストレプトアビジンFITC(カリフォルニア州フォスターシティーのバイ
オメダ社製)を添加し、レーザースキャンニング共焦顕微鏡でスライドを観察し
た。生検
安全性に関する組織学的証拠を評価するために、以前記載されたようにして(
ザブナーら(1993年)ヒューマン・ジーン・セラピー(印刷中))、2回目
のウイルス投与後、4、11および18日目に、鼻の内側の鼻介骨生検物を得た
。鼻の生検物を4%ホルムアミドで固定し、H&E染色切片を検査した。
結果効率の研究
CFTRの存在を直接評価するために、ブラッシングにより得た細胞を、サイ
トスピンによりスライド上に塗り、CFTRに対する抗体で染色した。Ad2−
ORF6/PGK−CFTRに曝露された細胞において陽性反応が明確に示され
た。当該試料を知らない検査者により評価された場合に、免疫細胞化学により細
胞を陽性であると評点した。感染前に得た細胞および他のサルから得た細胞を陰
性対照として用いた。図36A〜36D、37A〜37Dおよび38A〜38D
は、各サルからの例を示す。安全性の研究
サルは、ウイルス感染または炎症の臨床的徴候を示さなかった。3、4、7日
目またはその後の毎週の検査において、目に見える異常はなかった。身体検査に
よっても、発熱、リンパ腺症、結膜炎、鼻風邪、頻呼吸または頻脈は、いかなる
時点においても示されなかった。咳、くしゃみまたは下痢はなかった。サルは発
熱がなかった。食欲および体重は、いずれのサルにおいても、ウイルス投与によ
り影響を受けなかった。データを図39A〜39Cにまとめてある。
生きたウイルスの存在を、各鼻孔および咽頭の綿棒かきとり物ならびにブラッ
シング物由来の細胞懸濁液上清において試験した。各上清を用いてウイルス感受
性の293細胞系を感染させた。生きたウイルスはいかなる時点においても検出
されなかった。生きたウイルスの急激な消失は、ウイルス複製がないことを示唆
する。
完全血の血球数、沈降速度、および臨床化学の結果を図40A〜40Cに示す
。全身的炎症応答または臨床化学の他の異常の証拠はなかった。
鼻上皮のブラッシング物から得られたライト染色細胞(サイトスピン)の細胞
学的試験により、上皮炎症を評価した。感染した鼻孔由来の好中球およびリンパ
球のパーセンテージを、対照鼻孔のパーセンテージおよび4匹の対照サルから得
られた値と比較した。それぞれの評価日において、鼻ブラッシング物由来の細胞
のライト染色を行った。好中球およびリンパ球は、すべての時点において、全細
胞の5%未満であった。データを図41に示す。該データは、Ad2−ORF6
/PGK−CFTR投与は、ウイルス投与後のいかなる時点においても、2回目
のウイルス投与期間でさえも、炎症細胞の分配および下図の変化を引き起こさな
かったことを示す。独立した病理学者が2回目のAd2−ORF6/PGK−C
FTR投与後に得た生検スライドを検査したところ、炎症または他のいかなる細
胞変性効果の証拠は見いだされなかった。図42から44は、各サルからの例を
示す。
図45Aから45Cは、3匹すべてのサルが、Ad2−ORF6/PGK−C
FTRの1回目の投与前に、アデノウイルスに対する抗体力価を発現していたこ
と(ザブナーら(1993年)ヒューマン・ジーン・セラピー(印刷中))を示
す。ELISAにより測定される抗体力価は、1回目および2回目の投与後1週
間のうちに上昇し、24日目にピークとなった。ELISAまたは中和アッセイ
によっては、抗アデノウイルス抗体は、どのサルの鼻洗浄物においても検出され
なかった。
これらのデータは、CFTRをコードしている組み換えアデノウイルス(Ad
2−ORF6/PGK−CFTR)がサルの気道上皮においてCFTR cDN
Aを発現する能力を示すものである。1回目のウイルス投与後、これらのサルを
臨床的に追跡したが、併発症は観察されなかった。
安全性の研究は我々を勇気づける。ウイルス複製の証拠は見いだされず、感染
性ウイルスはすみやかに除去された。CF治療におけるアデノウイルスベクター
に関する他の考えは、炎症応答の可能性である。データは、ウイルスは抗体応答
を発生させたが、これにもかかわらず、全身的または局所的炎症応答は観察され
なかったことを示す。ブラッシングおよび綿棒により得られた細胞は、ウイルス
適用により変化しなかった。これらのサルを、前以てAd2/CFTR−1の3
回曝露しておいたので、これらのデータは、少なくとも5回連続したアデノウイ
ルスに対する気道上皮の曝露は有害な炎症応答を引き起こさないことを示すのも
である。
これらのデータは、Ad2−ORF6/PGK−CFTRが有効にCFTRc
DNAを気道上皮に転移させ、CFTR発現を指令しうることを示す。これらの
データはさらに、転移および発現が霊長類において安全であることを示す。均等物
当業者は、常用される実験以上のものを用いずに、本明細書記載の本発明の特
別な具体例に対する多くの均等物を認識するであろうし、あるいは確認すること
ができるであろう。かかる均等物は、以下の請求の範囲に包含されることを意図
される。
配列表
(1)一般的情報:
(i)出願人:グレゴリー,アール・ジェイ、アルメンタノ,ディー、
クーチャー,エル・エイ、スミス,エイ・イー
(ii)嚢胞性線維症に対する遺伝子治療
(iii)配列の数:9
(iv)連絡先:
(A)住所:レイハイブ・アンド・コックフィールド(LAHIVE & COCKFIELD)
(B)通り名:60ステイト・ストリート,スイート510(60STATE
STREET,SUITE 510)
(C)都市名:ボストン
(D)州名:マサチューセッツ
(E)国名:アメリカ合衆国
(F)ZIP:02109
(v)コンピューター・リーダブル・フォーム:
(A)媒体形態:フロッピー・ディスク
(B)コンピューター:IBM PCコンパチブル
(C)オペレーティング・システム:PC−DOS/MS−DOS
(D)ソフトウェア:ASCII
(vi)現在の出願データ:
(A)出願番号:
(B)出願日:1993年12月2日
(C)分類:
(vii)先の出願データ:
(A)出願番号:US07/985,478
(B)出願日:1992年12月2日
(C)分類:
(viii)代理人等の情報
(A)氏名:ハンリー,エリザベス・エイ(Hanley,Elizabeth A.)
(B)登録番号:33,505
(C)代理人等における整理番号:NZI−014CP2PC
(ix)テレコミュニケーションの情報
(A)電話番号:(617)227−7400
(B)ファックス番号:(617)227−5941
(2)配列番号:1に関する情報:
(i)配列の特徴
(A)配列の長さ:6129塩基対
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:1本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)分子形態:cDNA
(ix)特徴:
(A)特徴を示す記号:CDS
(B)存在位置:133..4572
(xi)配列の記載:配列番号:1:
(2)配列番号:2に関する情報:
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:1480アミノ酸
(B)配列の型:アミノ酸
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)分子形態:蛋白
(xi)配列の記載:配列番号:2:
(2)配列番号:3に関する情報:
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:5635塩基対
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:1本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)分子形態:cDNA
(xi)配列の記載:配列番号:3:
(2)配列番号:4に関する情報:
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:36塩基対
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:1本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)分子形態:cDNA
(xi)配列の記載:配列番号:4:
(2)配列番号:5に関する情報:
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:29塩基対
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:1本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)分子形態:cDNA
(xi)配列の記載:配列番号:5:
(2)配列番号:6に関する情報:
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:24塩基対
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:1本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)分子形態:cDNA
(xi)配列の記載:配列番号:6:
(2)配列番号:7に関する情報:
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:31塩基対
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:1本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)分子形態:cDNA
(xi)配列の記載:配列番号:7:
(2)配列番号:8に関する情報:
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:34塩基対
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:1本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)分子形態:cDNA
(xi)配列の記載:配列番号:8:
(2)配列番号:9に関する情報:
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:32塩基対
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:1本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(ii)分子形態:cDNA
(xi)配列の記載:配列番号:9:
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
C07H 21/04 B 8615−4C
C12N 5/10
(31)優先権主張番号 08/136,742
(32)優先日 1993年10月13日
(33)優先権主張国 米国(US)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),AU,CA,JP
(72)発明者 クーチャー,ラリー・エイ
アメリカ合衆国01701マサチューセッツ州
フラミンガム、サークル・ドライブ67番
(72)発明者 スミス,アラン・イー
アメリカ合衆国02181マサチューセッツ州
ウェルスレイ、クリーブランド・ロード88
番
【要約の続き】
ベクターは、偽アデノウイルス(PAV)である。PA
Vsは、潜在的に有害なウイルス遺伝子を含んでおら
ず、理論上、約36kbの外来物質のための容量があ
り、適度に高力価で産生ることができ、分裂性および非
分裂性のヒト標的細胞系に対する親のアデノウイルスの
屈性を保持している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.ウイルス複製の初期段階に必要とされるゲノムのE1aおよびE1b領域 が欠失しており、対象とする遺伝物質により置換されている2型アデノウイルス 血清型のゲノムからなるアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 2.対象とする遺伝物質が嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーターをコードして いるDNAである請求項1記載のアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 3.さらに対象とする遺伝物質に作動可能に結合したPGKプロモーターから なる請求項1記載のアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 4.表II(配列番号:3)に示すヌクレオチド配列と実質的に同じヌクレオチ ド配列を有する請求項2記載のアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 5.逆方向末端反復ヌクレオチド配列、十分な複製ならびにパッケージングに 必要な最小限のヌクレオチド配列および対象とする遺伝物質からなるアデノウイ ルスに基づく遺伝子治療ベクター。 6.図17に示す2型アデノウイルス配列を有する請求項5記載のアデノウイ ルスに基づく遺伝子治療ベクター。 7.さらに対象とする遺伝物質に作動可能に結合したPGKプロモーターから なる請求項5記載のアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 8.対象とする遺伝物質が、嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーターをコードし ているDNA、因子VIIIをコードしているDNAおよび因子IXをコードしている DNAからなる群より選択される請求項5記載のアデノウイルスに基づく遺伝子 治療ベクター。 9.オープンリーディングフレーム6以外のすべてのE4オープンリーディン グフレームを欠失したアデノウイルスゲノムからなり、さらに対象とする遺伝物 質からなるアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 10.さらに対象とする遺伝物質に作動可能に結合したPGKプロモーターか らなる請求項9記載のアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 11 ウイルス複製の初期段階に必要とされるゲノムのE1aおよびE1b領 域が欠失している請求項9記載のアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 12.E3領域が欠失している請求項9記載のアデノウイルスに基づく遺伝子 治療ベクター。 13.オープンリーディングフレーム3以外のすべてのE4オープンリーディ ングフレームを欠失したアデノウイルスゲノムからなり、さらに対象とする遺伝 物質からなるアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 14.ウイルス複製の初期段階に必要とされるゲノムのE1aおよびE1b領 域が欠失している請求項13記載のアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター 。 15.さらに対象とする遺伝物質に作動可能に結合したPGKプロモーターか らなる請求項13記載のアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクター。 16.E3領域が欠失している請求項13記載のアデノウイルスに基づく遺伝 子治療ベクター。 17.嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーターをコードしているDNAからなる 遺伝子治療ベクターを患者の肺の気道に投与することからなる患者における嚢胞 性線維症の治療または予防方法。 18.遺伝子治療ベクターが、ウイルス複製の初期段階に必要とされるゲノム のE1aおよびE1b領域が欠失されており、嚢胞性線維症経膜伝導レギュレー ターをコードしているDNAにより置換されている2型アデノウイルス血清型の ゲノムからなるアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクターである請求項17記 載の方法。 19.遺伝子治療ベクターが、さらに嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーターを コードしているDNAに作動可能に結合しているPGKプロモーターからなる請 求項17記載の方法。 20.遺伝子治療ベクターが、アデノウイルスの逆方向末端反復、十分な複製 ならびにパッケージングに必要な最小限の配列および嚢胞性線維症伝導レギュレ ーターをコードしているDNAからなるアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベク ターである請求項17記載の方法。 21.遺伝子治療ベクターが、さらに嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーターを コードしているDNAに作動可能に結合しているPGKプロモーターからなる請 求項20記載の方法。 22.遺伝子治療ベクターが、オーブンリーディングフレーム6以外のすべて のE4オープンリーディングフレームを欠失したアデノウイルスゲノムからなり 、さらに嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーターをコードしているDNAからなる アデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクターである請求項17記載の方法。 23.遺伝子治療ベクターが、さらに嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーターを コードしているDNAに作動可能に結合しているPGKプロモーターからなる請 求項22記載の方法。 24.遺伝子治療ベクターが、オープンリーディングフレーム6以外のすべて のE4オープンリーディングフレームを欠失したアデノウイルスゲノムからなり 、ウイルス複製の初期段階に必要とされるゲノムのE1aおよびE1b領域を欠 失しており、さらに嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーターをコードしているDN Aからなるアデノウイルスに基づく遺伝子治療ベクターである請求項17記載の 方法。 25.遺伝子治療ベクターが、さらに嚢胞性線維症経膜伝導レギュレーターを コードしているDNAに作動可能に結合しているPGKプロモーターからなる請 求項24記載の方法。
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