JPH08508642A - Hiv及び細胞と関連する因子により制御されるデリバリーシステム - Google Patents
Hiv及び細胞と関連する因子により制御されるデリバリーシステムInfo
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Abstract
(57)【要約】
ウイルス感染の疑いのある細胞内で効果的に直接又は間接的に感染を阻止、除去又は弱化する物質をエンコードした遺伝子を発現するのに効果的なベクターを含む有効量のデリバリーシステムを被検体に投与することを含むウイルス感染の予防又は治療方法が開示される。前記遺伝子は、ウイルス及び細胞と特定的に関連する因子を通して、細胞内において操作状態と非操作状態との間の調節を受ける。本発明の方法は、標的細胞内の遺伝子産生物の効果的な制御を可能にする。
Description
【発明の詳細な説明】
HIV及び細胞と関連する因子により制御されるデリバリーシステム
本発明は、AIDSの阻止又は治療のための方法に関する。より詳細には、本
発明はHIVの複製及び拡散を阻止するための方法及びこれを行うための薬剤に
関する。
ヒト免疫不全ウイルス(HIV)はヒト後天性免疫不全症候群(AIDS)の
病原体として認識されている(Barre-Sinoussi et al.,1983;Ga11o et al.,1
984)。慣用の治療戦略は、AZT等の抗ウイルス薬剤及び防止作用を有するワ
クチンの開発が中心であった。しかしながら、細胞内免疫的アプローチ(Baltim
ore,1988)により、HIVの複製を阻止するための分子的政略の開発が始まっ
た(Malim et al.,1989,Trono et al.,1989,Sczakiel et al.,1991,Sull-
enger et al.,1990)。
インビボにおける細胞特異性療法のための分子系が記載され、それにより抗H
IV産生物をエンコードする遺伝子の発現を、特定細胞においてのみ活性のある
遺伝子の調節領域によって制御することができる。これは多くの方法によって達
成することができるが、AIDSの治療において最も魅力的である二つの方法は
、HIVによる感染を受けやすい細胞内における抗ウイルス遺伝子産生物の細胞
特異的発現、及び実
際にHIVに感染した細胞のこのような発現の制限である。
細胞特異的除去による治療に関する最初の研究では、ジフテリア毒A又はリシ
ンA鎖遺伝子等の細胞障害性剤を、水晶体(Breitman et al.,1987;Landel et
al.,1988)又は下垂体(Behringer et al.,1988)特異性プロモーターの制御
下において使用していた。これらの構造体のマウスの胎芽へのマイクロインジェ
クション、及び遺伝子導入動物の産生の結果、レンズ又は下垂体細胞の破壊が生
じた。しかしながら、漏出プロモーター因子を用いる場合には、構成的細胞致死
性及び哺乳類細胞のジフテリア及びリシン毒に対する極度の感受性のために、こ
れらの毒素は体細胞療法には不適切である。
ヒトに対する除去的療法において使用可能と思われるより融通性のある毒素を
コードした遺伝子が記載されている(Bo-relli et al.,1988)。単純ヘルペス
ウイルスタイプ1チミジンキナーゼ(tk)遺伝子産生物は致死的条件適合細胞
であり、アシクロビア(ACV)又はガンシクロビア(GCV)等のヌクレオシ
ド類似物の存在下においてのみ哺乳類細胞に対して毒性を有することが示されて
いる。これらの類似物は、tk遺伝子産生物に対して高い調和性を有する一方で
内在的哺乳類tkに対してはほとんど又は全く調和性を有していないため、活動
的サイクリング細胞を殺す。tk遺伝子導入マウスを抗ヘルペス薬剤によって処
置することにより、インビボリンパ球特異的致死性のモデルシステムが立証され
た(Bo-relli et al.,1988,Heyman et al.,1989)。条件的毒性の特異性はリ
ンパ球特異的転写制御因子によるものであり、t
k導入遺伝子発現の水準及び/又は薬剤投与量については、量的融通性は生来の
ものである。これらの研究において薬剤を回収すると、成熟したリンパ球は正常
な数に戻る。従って、インビボ除去システムは再発生的且つ可逆的であり、幹細
胞には影響を与えないものである。
抗HIV治療において使用可能であると思われる別のシステムとして、HIV
に感染しやすい細胞におけるデコイ遺伝子の発現が挙げられる。
HIVウイルスの複製に関わる天然蛋白質に対する拮抗体として作用するデコ
イ遺伝子は、蛋白質をエンコードする。例えば、デコイ遺伝子は、宿主又はウイ
ルスゲノム上のトランス作用因子応答部位に結合することができるが転写を活性
化することができないトランス作用因子蛋白質の欠陥性突然変異体をエンコード
し得る。
トランスドミナント突然変異が多くのウイルス性トランス作用因子において報
告されており、この突然変異により野生型蛋白質が標的遺伝子をトランス作用す
る能力は破壊又は弱化される。例としてE1A(Glen et al.,1987)、tax
(Wachsman et al.,1987)、及びVM65(Friedman et al.,1988)のトラン
スドミナント突然変異が挙げられる。Tatトランス作用因子(Pearson et al.
,1990)及びRevトランス作用因子(Bevac et al.,1992)に関して、HIV
遺伝子における同様の突然変異が報告されている。
HIV感染細胞においてこのような突然変異体蛋白質が発現すると、天然のト
ランス作用因子及びその結果として生じ
るトランス作用活性の損失と戦うこととなる。
デコイ遺伝子アプローチを用いることによる潜在的な欠点は、感染ウイルスの
非存在下でデコイが発現すると、デコイ遺伝子産生物の産生により宿主免疫応答
が起こり、宿主細胞が破壊されることである。
従って、HIV感染において遺伝子発現の特異性を制御し、これをHIVに感
染しやすい細胞、好ましくはHIV感染細胞に限定することが望ましい。従来技
術において、HIV及びAIDSに関してのみならず、この目的を解決しようと
多くの方法での努力がなされてきた。
まず、前述の通り、少くとも幾分かの組織特異性を示すプロモーター因子及び
エンハンサー因子を選択することができる。しかしながら、遺伝子移動アプロー
チにおいてこのような因子を単独で使用することにより、導入遺伝子は組込部位
依存状態で一定に発現されるため、抗HIV薬剤の発現到達レベルが不確かにな
る。さらに条件適合細胞除去アプローチでは、不適切な組織形式における遺伝子
のいかなる漏出も許容されない。
遺伝子型制御領域(LCRs)は、遺伝子移動アプローチにおいて遺伝子の位
置独立、コピー数依存発現を起こす因子である。これらの領域はまた、クローン
化遺伝子の高レベル発現を許容し、組織特性を有することが示されている。グロ
ビン遺伝子において最初に発見された(Grosveld et al.,1987)ため、これら
の因子は、細胞ゲノムのクロマチン構造内における独立調節域の創生に関わり、
共トランスファー遺
伝子の活性を保証するものであると考えられる。
グロビン遺伝子に関するもの以外の多くの遺伝子型制御領域も報告されている
。例えばTリンパ球のCD2遺伝子(Greaves et al.,1989)、マクロファージ
のリソザイム(Bo-nifer et al.,1990)、及びB細胞のクラスIIMHC遺伝子
(Carson and Wiles,1993)が挙げられる。
遺伝子型制御領域は、クローン化遺伝子の有効な組織特異的発現を支配できる
ことが知られている。しかしながらこれらの領域が細胞の感染状態に応答するか
否かについては知られていない。
HIVロングターミナルリピート(LTR)プロモーター因子は、cis−作
用制御配列、エンハンサー、転写開始部位、及びTat応答領域(TAR)から
なる(Rosen et al.,1985、Jones et al.,1986、Peterlin et al.,1986、Gar
-cia et al.,1987、Muesing et al.,1987、Siekevitz etal.,1987、Feng and
Holland,1988、Harrich et al.,1989)。この基本的構造は、HIV−1及び
HIV−2のどちらにも保存されている(Guyader et al.,1987、Arya andGall
o,1988、Markovitz et al.,1990)。一過性形質感染アッセイにおいてTat
が存在すると、mRNA転写を支配するHIVロングターミナルリピートのレベ
ルが劇的に増加することが示されている(Rosen et al.,1985、Muesing etal.
,1987、Laspia et al.,1989)。Tatトランス作用はロングターミナルリピ
ートのためにTAR領域の存在を必要とし、非常に方向依存的且つ位置依存的で
ある(Peterlin
et al.,1986、Sharp and Marcinial,1989)。Tatトランス作用機構はHI
V−1、HIV−2、及びSIVについて共通である(Emerman et al.,1987、
Guyader et al.,1987、Fenrick et al.,1989、Shibata et al.,1990、Berkho
ut et al.,1990)。しかしながら、この三つのTat遺伝子産生物は、その作
用において完全には相互変換し得るものではない。この二つのHIV株からのT
at遺伝子産生物及びSIV遺伝子産生物は、HIV−2プロモーターを効果的
にトランス作用し、HIV−1プロモーター及びSIVプロモーターは、それ自
身の特異的なTat蛋白質によって最大限にトランス作用されるのみである(Em
erman et al.,1987;Fenrick et al.,1989;Shibata et al.,1990)。これら
の機能に関する研究は、Tat蛋白質の構造及びTAR領域の幹ループ構造に関
する研究に支持されている(Fenrick etal.,1989;Berkhout et al.,1990)。
よってHIV−2プロモーター及びTAR因子は、HIV−1又はHIV−2に
感染したヒト細胞内、又はSIV感染プライメット細胞内において最適に機能す
る。
TAR因子を有する5’HIVプロモーター除去構造体は、HIVプロモータ
ーのTatトランス作用が維持される一方で、転写の基礎水準が劇的に減少する
ことを示す(Arya andGallo,1988;Berkhout et al.,1990;Zeichner et al.
,1991;Berkhout et al.,1992)。HIV−1の5’エンハンサー/プロモー
ター因子は、二つのNFκB結合部位と三つのSp1部位を有し、塩基の転写に
おいて優位的役割を果た
す。NFκBはマイトジェン誘導T細胞等の多くの細胞型に見られる細胞転写因
子である。マイトジェン誘導により、CD4+ヒトT細胞におけるHIV−1関
連塩基転写を増加させることができることが示されている(Nabel and Baltimor
e,1987)。発癌性の研究により、この増加はNFκB部位に起源を発すること
がわかった。1つ以上のSp1部位を除去することにより、トランス作用に影響
を及ぼし、HIVプロモーターからの塩基転写を低下させることが示されている
(Jo-nes et al.,1986;Harrich et al.,1989;Berkhout etal.,1992)。最
後に、TATA配列は塩基転写及びTat誘導転写の両方に絶対的に必要である
(Garcia et al.,1989;Li et al.,1991;Berkhout et al.,1991)。HIV
−1、HIV−2、及びSIVは同様のエンハンサー、プロモーター、及びTA
Rモチーフ配列を有するが、HIV−2プロモーターの塩基及びTatトランス
作用転写の近位上流因子の効果は、未だ完全には分析されていない。
HIV感染の標的は、主にCD4+Tリンパ球であるが、マクロファージ、樹
枝状細胞及び脳内に存在するいくつかの細胞(McCune改定1991)を含む。これら
の細胞は、共通の造血幹細胞に由来すること、及びHIV感染感受性以外につい
ては、ほとんど共通の特徴を有さない。造血幹細胞はHIVに感染しない(Moli
na et al.,1990;Davis et al.,1991)。造血システム内においてHIV感染
細胞のみの特異的細胞除去は、HIV感染細胞(Tat陽性)とHIV未感染細
胞(Tat陰性)との間のHIVプロモーターに対する遺伝子
発現の差異調節を必要とする。HIV感染はCD4によりウイルス侵入レベルに
限定されるが、非CD4+ヒト細胞は、形質感染の研究によって示されるように
(Barry et al.,1991)、活性的にHIV配列を転写することができる。治療は
、抗ウイルス配列の造血幹細胞内への誘導を必然的に伴い得る(従って抗ウイル
ス配列を担持する全ての前駆体及び成熟細胞型を有する完全な血液システムを創
生する)ので、非感染(Tat陰性)細胞型からの塩基転写が存在しないことを
必要とする。
抗ウイルス治療の目的のために上述の技術を使用するためにこれまでなされて
きた試みは、いくつかの場合において、これらの問題の存在を認識していた。し
かしながら、これに対する実行し得る解決を行うことについては成功していない
。例えば、WO90/11359にはTarトランス作用化細胞除去システムが
規定されている。しかしながら、このシステムからの転写の塩基レベルは非常に
高いので、HIV陰性細胞までもが殺されてしまう。
さらに、インビボでHIVプロモーターの制御下において遺伝子産生物を発現
するためになされてきた全ての試みでは、ウイルス感染に見られるように、T細
胞発現を再産生することに失敗している。HIVプロモーターによって制御され
る導入遺伝子は、遺伝子導入マウスにおいて必ず異所性的に発現するが、T細胞
等のリンパ性組織中では発現しない(Morr-ey et al.,1991;Skowronski 1991
;Salomon et al.,1994)。抗ウイルス剤が異所的に発現し、また最も大切なこ
とにはTリンパ球においては発現しないが、伝染工程を停止するためにはTリン
パ球は保護又は特異的に除去されることが望ましいので、このような発現パター
ンは、抗HIV遺伝子治療においては全く不適当である。例えばWO90/11
359に記載されるような方法は、使用されるプロモーター転写の塩基レベルが
許容レベルまで低下されたとしても、遺伝子治療に適用できるものではない。
このシステムをインビボで使用すると、HIV感染を受けやすい細胞以外の細
胞が広範囲に渡って死ぬ結果となる。
本発明の第一の特徴によれば、感染を直接又は間接的に阻止し、除去し、又は
弱化するのに有効な薬剤をエンコードする遺伝子を、ウイルスの感染を受けやす
い細胞内において発現するのに有効なベクターを含むデリバリーシステムを、有
効量で被検体に投与することを含み、該遺伝子は該ウイルス及び細胞に特異的に
関連する因子により作用状態と不作用状態とに制御される、ウイルス感染の阻止
又は治療のための方法が提供される。
本発明の方法の薬剤をエンコードする遺伝子は、不作用状態と作用状態とに制
御される。不作用状態とは、遺伝子がこの状態にある場合、遺伝子産生物の抗ウ
イルス効果が実質的に存在しないことを意味する。抗ウイルス遺伝子産生物が蛋
白質である場合には、抗ウイルス効果が存在しないということは、通常蛋白質が
産生されないことに起因し、これは細胞の蛋白質発現機構に過度の負担を追わせ
ることを阻止する。例えば、抗ウイルス剤が不作用状態において細胞障害性剤で
ある場合には、顕著な規模での細胞の死亡を起こすのに充分な毒素が産生されな
い。
反対に、作用状態においては、被検体のウイルス感染を阻止、除去または弱化
するために充分な抗ウイルス剤が産生される。しかしながら、二つの状態の間の
制御は転写レベル以外の手段によって行われることが理解される。例えば、転写
遺伝子の挿入が制御され得る。
本発明の方法において使用される抗ウイルス剤は、単独または第二の薬剤との
組合せによって、ウイルス感染を阻止、除去、または弱化することができるいか
なる薬剤であってもよい。第二の薬剤を使用する場合には、この第二の薬剤は、
非標的性態様で被検体に投与されるプロトドラッグ等のドラッグであってもよい
。この第二の薬剤は、次に抗ウイルス剤によって感染部位において活性化されて
もよい。適切な抗ウイルス剤としては、毒素、遺伝子転写及び蛋白質合成阻害剤
、免疫活性剤、又は細胞の代謝及び生育性に直接影響を与えることができる他の
薬剤、並びにドラッグ等の第二の薬剤を活性化することができる別の因子を挙げ
ることができる。例えばこの薬剤は、酵素又はリボザイムであってもよい。さら
に細胞遺伝子又はウイルス遺伝子及びデコイ遺伝子の発現を阻害することができ
るアンチセンスオリゴヌクレオチド又はオリゴヌクレオチド類似物を含む。
一般的に、本明細書で使用する「ベクター」という術語は、本発明の遺伝子を
構成する核酸を意味し、「デリバリーシステム」という術語は、ベクターを標的
細胞に導入するために
用いられる手段を意味する。これらのものは、リポソームにより運ばれるエピソ
ームベクターの場合のように完全に分離しているか、又はウイルスベクターの場
合のように密接に関連している。
本発明の方法において、ベクターは細胞内に遺伝子を発現することのできるい
かなる核酸であってもよい。本発明において使用するのに適した核酸ベクターと
しては、宿主ゲノムに組み込まれるか又はエピソーム状態で維持され、裸のDN
A、リポソーム又はリヤプター仲介デリバリーシステム等の非ウイルスデリバリ
ーシステムによって送達される円形及び線状DNA、レトロウイルスベクター等
のウイルスベクター、アデノ随伴又はアデノウイルスベクター、及び当業者に公
知他のウイルスベースのベクターが挙げられる。
好ましくはベクターのターゲティングは、デリバリーシステムがウイルスに感
染しやすい細胞によって選択的に取り込まれるように、デリバリーシステムを設
計することにより達成される。これはデリバリーシステムをウイルスに感染した
細胞上に見られる特異的リセプターに向けることにより、又は前駆細胞に向け、
それにより送達された遺伝子が、ウイルスに感染しやすい特定系統の細胞内で実
質的に発現するようにすることにより行ってもよい。
ベクターを多能性前駆細胞に送達すること、又は非標的デリバリーシステムを
使用することには、明らかな欠点がある。特に、本発明の遺伝子をウイルス感染
しやすい細胞へ選択的に送達することができず、一つ以上の細胞型が前駆体から
派
生し、このような細胞型のすべてが感染しやすいというわけではない。
本発明によれば、前述の欠点は、組織特異的因子の制御下で遺伝子を使用する
ことにより克服される。本発明の利点は、標的デリバリーシステムと組み合わせ
て使用することができ、ウイルス感染の治療における第二レベルの制御を提供す
る。
抗ウイルス剤の制御された組織特異的発現は、LCR配列を使用することによ
り造血細胞内においてインビボで効果的に達成することができる。HIV感染の
治療において、CD2及びマクロファージLCRの使用が特に好ましい。組織特
異的制御因子の使用は、ウイルス関連因子に応答する調節因子の使用と組み合わ
せられる。これにより抗ウイルス遺伝子の発現が、実際にウイルス感染した細胞
においてのみ生じることが確実となる。また長期間に渡って発現され得る形質感
染遺伝子産生物に対する宿主免疫応答の可能性が、顕著に削減される。
この戦略は抗ウイルス剤としてのデコイ遺伝子と有利に組合される。抗HIV
療法のための適当なデコイ遺伝はHIVエンコード蛋白質Rev,Tat,Vp
u及びNefの誘導体を含む。突然変異型のRev及びTatの産生はHIVウ
イルスによる感染を阻害する。組織特異性LCRを用いることにより感染突然変
異体若しくは野生型蛋白質の発現水準の上昇がリンパ組織において達成され得る
ことが見いだされている。また、細胞を除去するか又はウイルス生育を阻止する
よう作用する薬剤を用いてもよい。かような薬剤は細胞障害
性ポリペプチド、リボザイム、蛋白分解酵素及びヌクレアーゼを含む。
更に、ウイルス関連因子に応答する調節因子の使用によりウイルス阻害又は選
択的細胞除去のためのプロドラッグアプローチの使用が可能とされる。というの
は抗ウイルス遺伝子はウイルス感染の存在下においてのみ活動状態にあるからで
ある。
ウイルス関連因子とはウイルス依存する遺伝子の発現を調節することのできる
因子を示すことを意図する。たとえば、該因子はウイルス感染の特定の存在下(
又は不存在下)においてのみ細胞により発現される。また、該因子はウイルスに
よりエンコードされる。好ましくは、この因子は本発明の遺伝子の転写を調節す
るであろう。該因子は他の手段たとえば本発明の遺伝子の産生物を特異的に活性
化することにより若しくは本発明の遺伝子と一体的に作用し、生物学的作用を潜
在化することにより活性となることが予想される。たとえば、本発明の遺伝子は
ウイルストランス作用因子により制御されることがある。
好ましくは本発明の遺伝子はウイルストランス作用因子によりトランス作用化
され得るウイルスプロモーター/エンハンサーにより制御される。任意に、トラ
ンス作用を担うプロモーター/エンハンサー因子は他の非ウイルス性又は合成プ
ロモーター/エンハンサーに組込れてそのトランス作用活性化性に寄与する。ト
ランス作用化ウイルスプロモーターの例は当業者には明瞭であり、アデノウイル
スEIAプロモータ
ー/エンハンサー、hCMV−MIEプロモーター/エンハンサー、レトロウイ
ルスLTR因子、たとえばHIV−1及びHIV−2LTR並びにヘルペスウイ
ルス及びボックスウイルスからのプロモーター/エンハンサーを含む。HIV感
染の場合、Tatトランス作用因子を用いてもよい。この因子はLTRなどのT
at応答プロモーター中に含まれるTAR因子を介して作用する。Tar因子に
より調節されるプロモーターからの発現はHIV Tat蛋白質の存在下に非常
に増大される。従って、本発明の遺伝子からの転写はTat蛋白質が存在するH
IVにより感染された細胞内において非常に増大されるであろう。
HIV関連因子を通して調節を行なうためにはHIV−2LTRプロモーター
の使用が特に好ましい。
細胞特異性遺伝子発現のためのHIV−2プロモーターの使用は前述した。し
かし、このプロモーターはある薬剤と組合されると過度となる基礎転写水準を示
す。従って、HIV−2プロモーターは転写の基礎水準を減小させるため好まし
くは修飾させる。
修飾は多数の戦略に従ってなされる。たとえば、転写の水準を減少させる負の
調節因子の使用が予想される。しかしながら、転写の基礎水準を減少させるため
のプロモーター配列の修飾が特に好ましい。プロモーター配列は細胞特異性調節
因子に応答する調節因子を除去するため修飾してもよい。たとえば、HIV−2
プロモーターはSPI及びNFκB因子に応答する因子を含む。故に、細胞特異
性因子により活性化
を担う因子は好ましくは突然変異化するか除くのがよい。
細胞特異性因子による活性化を担う因子の除去又は突然変異化は転写の基礎水
準を減少させるが、ウイルス特異性因子によるプロモーターのトランス作用への
応答水準に、過度な程度まで悪影響を与えてはならないことが確実とならなけれ
ばならないことが留意されるであろう。故に、好ましくは細胞特異性因子に応答
する全ての因子が除去されるわけではない。
HIV−2プロモーターの修飾が全ての抗ウイルス剤に関連して必要ではない
ことが留意される。たとえば、デコイ遺伝子の発現に用いられた際に少量のプロ
モーターからの漏出は、被験体の細胞へ過度に害のあるものではないであろう。
しかしながら、細胞障害性薬剤を発現するためプロモーターが使用された際たと
え少量の漏出でも受入れられないことが明らかであろう。
本発明の方法を実行するため、本発明によれば上述の遺伝子を含むポリ核酸配
列が更に提供される。
本発明によれば、更に本発明のポリ核酸配列を含むベクター並びに本発明のポ
リ核酸配列及びベクターの治療法における使用が提供される。
実施態様の詳細な説明
下記の図面を参照して実施例のみにより本発明を以下に記載する。
図1:HIV−2tkレトロウイルス仲介HIV特異性細胞
内分子除去の提案方法。
図2:A:HIV−2LTRプロモーター構造体。
NFκBd及びNFκBpは各々遠位及び近位NFκB部位を示す。mS
P1は突然変異SP1部位を示す。HIV−2プロモーター配列はPCRにより
生成され、次いでヒト成長ホルモン(hGH)リポーター遺伝子の上流側でクロ
ーニングされ、pH2gh1〜pH2gh8を作成した。また、同一の配列が単
純ヘルペスウイルス−1チミジンキナーゼ遺伝子の上流側でもクローニングされ
、プラスミドpH2tk1〜pH2tk8を作成した。
B:HIV−2プロモーター構造体の配列。
図3:一過性形質感染されたCOS細胞におけるHIV−2プロモーター構造体
の異なるTat−トランス作用発現。pH2gh1,pH2tk3,pH2tk
4,pH2gh5,pH2gh7及びpH2gh8はTatの不存在下(−)又
は存在下(+)にヒトβグロビン発現プラスミドpβBSV328でCOS細胞
中に共に形質感染された。形質感染された細胞からのRNAはHIV−2tk又
はHIV−2hGH転写体のいずれかに特異的な32P末端ラベルDNAプローブ
及びヒトβグロビン遺伝子の3’末端へ交雑された。矢印は正確に開始されたH
IV−2hGH転写体及びHIV−2tk転写体並びにβグロビン形質感染コン
トロール(212個の塩基)の3’末端により保護された断
片を示す。
図4:HIV−2レトロウイルスベクターデザイン及びHIV−2tkを含むレ
トロウイルスにて感染された細胞のウイルス通過分析。A)SV40プロモータ
ー及び5’LTRに対して逆方向にクローニングされたHIV−2tk配列を示
すpLAベクターの概略図。Asp718部位は図示の通りである。B)レトロ
ウイルスLA1,LA4及びLA5にて感染されたNIH3T3細胞のDNAに
関するサザンブロット分析。Asp718切断DNAはtk遺伝子を含むBgII
I−BamHI断片でプローブされた。プラスミドコントロールAsp718切
断物はpLA1,pLA4及びpLA5と記されたレーンにより示される。感染
3T3細胞の集団及びクローンのDNAはLAIで感染された細胞についてはp
op1,31.1及び31.2と表示し、LA4にて感染された細胞については
pop4,34.1及び34.2と表示し、LA5にて感染された細胞について
はpop5,35.1及び35.2と表示する。C)tk遺伝子によりプローブ
されたLA1,LA4及びLA5で感染されたCEM細胞の集団(pop1,p
op4及びpop5)からのDNAに関するサザンブロット分析。第1,第3及
び第5レーンが各プラスミドコントロールである。該集団はプロジューサーで共
に培養され1−1.5mg/ml G418中における4週間の選択に引続いて
産生さ
れた。D)LA1感染HeLaクローンH1.2−H1.6からのDNAに関す
るサザンブロット分析。Asp718分解DNAはtk遺伝子によりプローブさ
れた。
図5:LA1にて感染された細胞におけるtkの異なるTatトランス作用発現
。A)LA1にて感染されTatを含む3T3細胞のS1分析。TatなしのL
A1感染3T3からのRNA及びTatを含む3個のサブクローン(31.1A
,B及びC)はHIV−2tk特異性DNAプローブ及びβアクチンプローブへ
交雑した後S1ヌクレアーゼ保護により分析された。30.1DはTat形質感
染未感染系である。βアクチンプローブは各レーンのRNA量に対する正常化コ
ントロールである。B)pSV2Tatによる一過性形質感染前(−)及び後(
+)のLA1により感染されたCEM細胞集団(C1)のS1分析。RNAはH
IV−2tk及びβアクチン特異性プローブへ交雑された。βアクチンプローブ
は各レーンのRNA量を正常化するのに用いる。C)pSV2Tatによる一過
性形質感染前(−)及び後(+)のLA1感染HeLaクローン(H1.4,H
1.5及びH1.2)のS1分析。HIV−2tk及びβアクチン転写体の分析
は上述のように行われた。
図6:HIV−2tkレトロウイルス感染3T3及びHeLa細胞の異なるTa
tトランス作用除去。GCV処理
はLA1感染Tat陰性3T3細胞(31.1)、LA1感染Tat陽性(31
.1A及び31.1B)、未感染Tat陽性(30.1D)及び3T3細胞(A
)並びにLA1感染(31.1)、LA4感染(34.1)及び3T3細胞(B
)について行なわれた。TatなしのLA−1感染HeLa細胞(H1.4)T
atを有するLA−1感染HeLa細胞(H1.4A及びH1.4B)並びに未
感染HeLa細胞(C)及びLA−1感染(H1.4),LA4感染(H4)及
びLA5感染(H5)HeLa細胞(D)へも又GCVを投与した。GCVのモ
ル濃度は表示の通りである。
図7:遺伝子導入マウスを産生するのに用いたCD2LCR及び650bpNe
fフラグメントを含む構造体。
図8:A)CD2nef遺伝子導入マウスのサザンブロット。
B)nef導入遺伝子の組織特異性調節。
図9:CD2Nef遺伝子導入マウスのリンパ組織におけるCD4及びCD8細
胞サブセットの分散。遺伝子導入(A)F系1147対立遺伝子及び(B)B系
1191対立遺伝子並びに非遺伝子導入同腹子からの胸腺細胞、リンパ節細胞及
び脾臓細胞をCD4(PE縦軸)及びCD8(FITC横軸)について染色した
。Becton Dickinson FACScanを用いて各サンプル中に104個の細胞を分析
した。相対蛍光強度を対数スケールにて示し、双方に対する陰性細胞、双方に対
する陽性細胞及びCD4/CD8単独陽性細胞のパーセ
ントを示す。
図10:Nef遺伝子導入胸腺細胞上のCD4及び他のT細胞表面マーカーの発
現水準。(A)F系1147対立遺伝子及び(B)B系1191対立遺伝子から
の非遺伝子導入及び遺伝子導入同腹子の胸腺細胞は抗CD4,CD8,CD3及
びThy−1抗体で染色した。ヒストグラムプロットは非遺伝子導入細胞(実線
)、遺伝子導入細胞(太線)及び非染色コントロール(点線)についての細胞数
(縦軸)及び蛍光強度(対数スケール、横軸)を示す。
図11:Nef遺伝子導入マウスの胸腺細胞増殖。NefF系,B系,A系及び
D系の非遺伝子導入同腹子の胸腺細胞変動数(白抜き記号)及び遺伝子導入同腹
子の胸腺細胞変動数(黒塗記号)は抗CD3ε抗体及びPMAで刺激され、増殖
は〔3H〕チミジン導入により測定された。PMA単独では活性化は生じなかっ
た(図示せず)。活性度は導入〔3H〕c.p.m対細胞数としてプロットする
。
図12:HIV−2TK CD2導入遺伝子の構造。
図13:HIV−2TK CD2導入遺伝子による胎芽マイクロインジェクショ
ンにより産生されたHIV−2TK CD2遺伝子導入マウスを示すDNAスロ
ットブロット。
図14:HeLa細胞へ形質感染された際のHIV−2TKCD2導入遺伝子の
発現を示すHeLa細胞RNAの
S1分析。
図15:A:20コピーHIV−2YK CD2創始動物(founder animal)由
来の組織からのDNAのサザンブロット分析。
B:図15Aの創始動物(founder animal)組織由来のRNAのS1保
護分析。
表1:COS細胞中の一過性形質感染後のhGH発現の基礎及びTatトランス
作用水準。COS細胞はpH2gh1乃至pH2gh8,αβガラクトシダーゼ
発現ベクターで共に形質感染され形質感染効率を正常化した。表示の場合pSV
2Tat発現ベクター。各形質感染は少くとも3回別個の場合について2重又は
3重に行われた。
表2:CEM細胞における一過性形質感染の後のhGH発現の基礎及びTatト
ランス作用水準。CEM細胞はpH2gh1乃至pH2gh8,αβガラクトシ
ダーゼ発現ベクターで共に形質感染され、形質感染効率を正常化した。表示の場
合pSV2Tat発現ベクター。各形質感染は少くとも3回の独立した実験にお
いて行った。
表3:CD2−nef遺伝子導入マウスにおけるCD4/CD8T細胞サブヤッ
ト変化。種々の年令の同腹子の3頭の遺伝子導入マウス及び3頭の非遺伝子導入
マウスの胸腺細胞を抗CD4及び抗CD8抗体で染色した。1個の胸腺当り10
4個の染色細胞がBecton
Dickinson FACScanで分析された。双方に対する陰性集団、双方に対する陽
性集団、CD4単独陽性集団、CD8単独陽性集団が分けられ、全胸腺細胞のパ
ーヤントとして表示される。非遺伝子導入及び遺伝子導入マウスについての平均
値及び標準偏差が示される。
表4:CD2nef遺伝子導入マウスにおけるT細胞表面におけるCD4及びC
D8のダウンレギュレーション。種々の年令の同腹子の3頭の遺伝子導入マウス
及び3頭の非遺伝子導入マウスの胸腺細胞を抗CD4及び抗CD8抗体にて染色
した。1個の胸腺当り104個の染色細胞がBecton Dickinson FACScanにて
分析された。DN,DP,CD4SP及びCD8SP集団が分けられ次いで単一
のパラメーター(CD4又はCD8)ヒストグラムとして蛍光強度の対数(横軸
)に対する細胞数(縦軸)で表示された。各集団の平均蛍光値が得られた。これ
らの値は遺伝子導入及び非遺伝子導入同腹子について平均化し、これらの間の差
は非遺伝子導入マウスについての平均蛍光パーセントとして示す。N/Cは変化
なし。
物質及び方法
プラスミド構造
使用した全HIV−2配列は前述のHIV−2LTRの配列に基づいた(Guya
der等,1987)。HIV−2LTRの領域はプラスミドpHIV−2LTR
CAT(−556
/+156)を用いたPCR増幅により形成された(Emerman等,1987)。
オリゴヌクレオチドプライマーはクローニングの便宜のため制限酵素部位に組込
んで合成された。各増幅フラグメントの3’末端はプライマー9(3')CGTGAACC
GGCCACGACCCGTTCATGACCTAGGTG(5')からのもので、このプライマーはHIV−
2LTR配列+96〜+116及びScaI及びBamHI制限部位を端部に含
む。5’末端はまたプライマー1〜5においてHindIII,Bg1II及びXh
oI並びにプライマー6〜8においてHindIIIプラスXhoIの制限酵素を
含んでいた。プライマー中のHIV−2LTR配列は次の通りであった(5’−
3’)。
図2に示す構造体は対応No.1〜8と各場合プライマー9とから形成された
。PCR増幅は10mM Tris(pH8.3)、50mM KCl,5mM
MgCl2及び200μM dNTPsにおいて200ng pHIV−2L
TR CAT鋳型及び4μl Taqポリメラーゼ(Boehringer Mannheim)を
用いて94℃の変性、55℃のアニーリ
ング及び72℃の延長にて行われた。増幅された産生物はクレノウフラグメント
を用いて平滑化され、次いでHindIII及びBamHIで切断された後、pθ
GH(Selden等,1986)のHindIII及びBamHI部位ヘクローニング
されpH2gh1〜pH2gh8を作成した。また、同一のPCR増幅配列を単
純ヘルペスウイルス−1チミジンキナーゼ(tk)遺伝子へ融合した。pH2t
k1,3,4及び5は各pH2ghプラスミドのHIV−2LTRBgIII−S
caI断片をBamHI直線化pUC19、及びtk遺伝子を含むBamHI−
BgIII(クレノウ平滑化)断片(Wagner等,1981)へ結合することにより
作成された。pH2tk7及び8は同一のtk断片をHindIII−BamHI
直線化pUC19及び各々pH2gh7並びにpH2gh8からのHIV−2L
TRを含むHingIII−ScaI断片へ結合することにより作成された。構造
はジデオキシシークエンシング(Sanger等,1977)によりチェックされた。
細胞培養及び形質感染
全ての細胞は5%CO2中37℃にて生育され全ての培地にはペニシリン10
U/ml及びストレプトマイシン100μg/mlを加えた。COS−7細胞は
10%ウシ胎児血清を有するDMEM中に保持され、前述したDEAE−Dex
tran(Sambrook等,1989)を用いて形質感染された。一過性感染分析の
ため、pH2gh及びpH2tkプラスミ
ド(10〜15μgDNA)がpSV2Tatに対し4:1の比で形質感染され
た(Fenrick等,1989)。ラジオイムノアッセイにて分析される形質感染に
は正常化コントロールとして5μgアクチンLacZが共に形質感染された。S
1分析にて検定されるものには、7.5〜15μgのpβBSV328、ヒトβ
グロビン発現プラスミド、が共に形質感染された。pβBSV328はpβBS
V328のBamHI部位内ヘクローニングされたヒトβグロビン遺伝子を含む
4.9kbBgIII断片である(Grosveld等,1982)。HeLa細胞は10
%ウシ胎児血清を有するDMEMに保持された。これらは48時間細胞をDNA
リン酸カルシウム共沈へ露呈するリン酸カルシウム共沈手法により形質感染され
、次いで回収した。CEM細胞(ヒト白血病CD4+細胞系)は10%ウシ胎児
血清を有するRPMI1640に保持された。再産生可能CEM細胞の形質感染
はエレクトロポレイション(electroporation)を用いて行われた。0.8ml
の無血清RPMI1640中1×107細胞/mlのCEM細胞を500μF及
び300Vにて刺激した(BioRad遺伝子パルサー)。形質感染には100μgD
NAの各pH2ghプラスミド、50μg pSV2 Tat及び正常化コント
ロールとしての50μg pCMV LacZ発現ベクター(Tassios and LaTh
angue,1990)を用いた。アンホトロピックレトロウイルスパッケージング
細胞系PA317(Miller及びButtimore,1986)及びAM12(Markowicz
等,1988)は10%ウシ新生児血清を有す
るDMEMに保持された。伝染性組み換えレトロウイルス産生のため、パッケー
ジング細胞はリン酸カルシウム共沈手法を用いて各pLAベクター12μgで形
質感染された。NIH3T3細胞は10%ウシ新生児血清を有するDMEMに保
持された。レトロウイルス感染3T3細胞はリン酸カルシウム共沈手法を用いて
pSV2Tat及びハイグロマイシン発現プラスミド(R.Zamoyskaからの)に
て10:1の比にて形質感染された。形質感染後24時間で細胞は分割され、安
定的に形質感染されたクローンがハイグロマイシンB(Sigma)120μg/m
lにおいて選択分離された。
ヒト成長ホルモン及びLacZアッセイ
COS及びCEM細胞の一過性形質感染後72時間でヒト成長ホルモンリボー
ター遺伝子発現が測定された。形質感染された細胞から上澄液が集められ、10
0μlをTandem−RHGH装置(Hybritech)を用いてラジオイムノアッセイに
て分泌ヒト成長ホルモンについてのアッセイに用いた。各アッセイにて作成され
た標準曲線から分泌hGHの水準はng/mlにて測定された。擬似形質感染コ
ントロールの少しの背影水準は形質感染サンプルの結果から差引いた。hGH水
準は共に形質感染されたLacZ発現ベクターを参釈して正常化された。アクチ
ンプロモーター増強LacZ発現(Gunning等,1987)はCOS細胞にて用
い、CMVプロモーター増強LacZ発現はCEM細胞形質感染において用いら
れた。形質感染の各サンプルにつき等容量の細胞の溶出物が基質クロロフェノー
ルレッドβ−Dガラクトピラノシ
ド(CPRG,Boehringer Mannheim)を用いて前述のように(Simon及びLis,
1987)LacZ活性についてアッセイされた。
RNA分析
前述のようにRNAは3M塩化リチウム/6M尿素を用いて細胞から分離され
た(Fraser等,1990)。32P末端ラベル化プローブを用いて全細胞RNA0
.5〜25μgについてAntoniou等(1988)に記載されるようS1分析を行
った。図3に示されるように、HIV−2hGH転写体のプローブはpH2gh
1のPstI−AvaII(脱リン酸化末端)であり、HIV−2tk転写体の
プローブはpH2tk1からのXhoI−MluI(脱リン酸化末端)断片であ
った。ヒトβグロビン遺伝子の3’末端のプローブ(700個の塩基)はEco
RI−SaII断片であり、EcoRIは最終エキソン内にあり、α32PdATP
の存在下逆転写酵素を充てんすることによりラベル化される。保護断片は212
個の塩基である。βアクチンのための同じプローブが相互交雑によりマウス及び
ヒト細胞系に用いられた。pHFβA−1からのXhoI−AvaI断片(Gunn
ing等,1983)は脱リン酸化し、末端ラベル化してヒト細胞からのRNAと
145個の塩基及びマウス細胞からのRNAと112個の塩基を有する保護断片
を与えた。転写体の倍数誘導(fold induction)はホスファーイメジャー(Mole
cular Dynamics)又はジョイス−ローブルクロモスキヤンデンシトメーターで定
量された。
レトロウイルスベクター構造
ウイルス産生及び感染
レトロウイルスベクターはpH2tkプラスミドからのtk遺伝子へ融合され
た選択HIV−2LTR配列をpLAにクローニングすることにより産生された
。5’−3’SmaI,BamHI及びXhoI制限酵素部位を含む二本鎖オリ
ゴヌクレオチドアダプターが合成された。アダプターはXhoI部位へアニーリ
ングするための5’オーバーハンド及びBamHI部位へアニーリングするため
の3’オーバーハンドを含んでいたが、結合後にはXhoI又はBamHI部位
のいずれも再形成はされないであろう。pLAはPvuI−BamHI直線化p
LJをアダプター及びMo−MLVゲノムのgag領域の一部を含むPvuI−
XhoI(残基419〜1560)へ結合することにより構成された。ウイルス
はpH2tk1,pH2tk4及びpH2tk5並びにpLA5からのHIV−
2tkを含むXhoI−BamHI断片をクローニングすることにより作成され
た。パッケージング細胞系PA317及びAM12は上述のように形質感染され
た。形質感染後1日でパッケージング細胞は分割され、G418 0.4mg/
ml(Gioco-BRL)において10〜14日間生育された。G418抗抗性コロニ
ーは分離され、前述のようにより大きい力価のクローンは細胞上澄液中のウイル
スRNAの分析により同定された(Huszar等,1989)。NIH3T3及びH
eLa細胞はポリブレン8μg/ml中クローニングされたパッケージング細胞
の上澄液で感染され、
0.6mg/ml G418中で選別された。CEM細胞はStevenson等(19
88)により前述されたようにパッケージング細胞と共に培養することにより感
染された。感染集団はG418 1〜1.5mg/ml中4週間後に分離された
。HIV−2tkベクターにより感染された細胞にはMarkowicZ等(1988)
に記載される方法により測定されるよう長期の培養後複製能力(コンピテント)
ウイルスはなかった。
DNAの分析
制限酵素によって切断されたゲノムDNAをサザン法によりニトランナイロン
フィルターに移した。Sambrook等(1989)に記載されている通りに交雑と洗
浄を行った。2.8kbの、tk遺伝子のBgIII−BamHIフラグメント
をOLB標識プローブとして用いた。
ガンシクロビア(Ganciclovir)処理
ウシ胎児血清10%を有するDMEM中の3×104NIH 3T3細胞を2
4穴のプレート(Costar)のそれぞれの穴に植えた。2日後、ガンシクロ
ビア(GCV)(Syntex)を培地に様々な濃度で加え、このGCVを含ん
だ培地は2日ごとに交換した。37℃、5%CO2で8日置いた後、細胞を洗浄
し、70%エタノールと5%メチレンブルーで染色した。
実施例1
HIV−2プロモーターの構造体
Tatトランス作用を維持する一方で修飾HIV−1プロモーターからの基礎
転写水準の減少を得ることが可能である
ことを示す、HIVプロモーター研究の結果に基づき、HIV−2プロモーター
配列を含むプラスミドが構成された。前記HIV−2プロモーターは、そのTA
R領域がHIV−1、HIV−2及びSIV誘導Tatに対し応答性が高く、将
来もっとも広い範囲の応用と試験を提供することができるという理由で使用され
た。8つの最小のプロモーターの構造体(図2)を、塩基の置換、消去及び野生
型HIV−2LTRの因子結合サイトと一致した配列を組み合わせ、PCR法を
用いて発生させた。これらの構造体は全てHIV−2TATA配列及びTAR領
域を含み、かつ以下の5’要素を含む1)−230位までの野生型HIV−2、
2)最小TATAプロモーター、3)NFκBサイトを有するプロモーター、4
)3つのSp1サイトを有するもの、5)単一のSp1サイトを有するもの、6
)同様だがSp1サイトが変異したもの、7)近位のNFκBサイトと変異した
Sp1サイト、及び8)変異した近位のNFκBサイトと変異したSp1サイト
。プロモーター配列の構成中、可能であれば、因子結合要素とTATA配列との
間隔を保った。
HIV−2プロモーター構造体の基礎活性は減少される
HIV−2プロモーターの基礎転写を導く能力は、形質感染したCOS及びC
EM(CD4陽性ヒトT)細胞中のhGHリポーター遺伝子の一過性発現(Seld
en等、1986)により試験された。表1に示す通り、hGH発現の基礎水準は
、両方の細胞系の全ての修飾プロモーター構造体において減少した。COS細胞
において、hCH蛋白質水準は0.52〜
1.2ng/mlであり、野生型プロモーター1(4.9ng/ml)の多くて
も4分の1であった。修飾された構造体によりCEM細胞中で産生されたhGH
蛋白質の基礎水準は0.25〜1.9ng/mlであり、野生型プロモーター(
3.5ng/ml)と比較して水準が2分の1〜14分の1に減少した。全体の
中で、構造体4においてもっとも低い基礎活性水準が検出された。NFκBサイ
トまたはSp1サイトの消去は、いずれも効果的に基礎活性を減少させた。基礎
活性がS1保護アッセイにおいてmRNAの分析によって測定された際、少量の
リポーター遺伝子の転写体が検出され、減少したhGH蛋白質基礎水準と対応し
た。
HIV−2プロモーター構造体はトランス作用を受け、活性水準を変化すること
ができる
HIV−2プロモーター構造体について、形質感染したCOS及びCEM細胞
内でTatトランス作用を受ける能力を試験した。我々の結果は、両方の細胞系
において全てのプロモーター配列はHIV−1 Tatによってトランス作用を
受ける(程度は異なるが)ことを示している(表1及び2)。COS細胞におい
て、野生型のプロモーター形質感染体は、最適にトランス作用を受け、hCGの
発現が20倍になった。一方、構造体3、4、5及び7を受容した形質感染体は
、4〜10倍のトランス作用を受けた。hGH蛋白質の水準は、構造体1で産生
された100ng/mlから、構造体3、4、5及び7によってそれぞれ3、5
、12及び3.4ng/mlに減少した。CEM細胞においては、Tatトラン
ス作用
はhGH産生を大きく増加させた。野生型のプロモーターによって増強されたh
GH産生は426ng/mlに増加し、構造体3、4及び5によるhGH発現水
準はそれぞれ32、43及び69ng/mlに上昇した。驚くべきことに、トラ
ンス作用の際、構造体5(1つのSp1サイトのみ)を含むCOS及びCEM細
胞が、構造体4(3つのSp1サイト)より高い水準のhGHを産生した。また
、構造体4と5とのCEM細胞中のトランス作用度(153倍と138倍)は、
野生型構造体1によりなされたTat誘導トランス作用(123倍)より高かっ
た。2つのNFκBサイトを有する構造体3は43倍トランス作用を受けたのみ
であった。
レトロウイルスベクターによるHIV−2 tk配列の形質導入
プロモーター構造体1、4及び5はもっとも高くトランス作用を受けた一方減
少した基礎活性を持っていたので、これらのプロモーターをtk遺伝子と共に、
レトロウイルスベクターpLA中に逆方向に入れクローンしpLA1、pLA4
及びpLA5をそれぞれ産生した(図4A)。感染3T3細胞のG418耐性に
よる測定で、アンホトロピックプロデューサークローンLA1、LA4及びLA
5はそれぞれ力価5×103、1×103及び5×103CFU/mlを有してい
ることが分かった。LA1、4及び5プロウイルス組込み体を感染させた3T3
、HeLa及びCEM細胞を試験した際、我々は固有ウイルス(8.1kb)配
列がゲノムDNAに存在していることを確かに見いだした(図4)。さらに、低
い頻度で、いくつかのレトロウイルスゲノムの転移を示す、より小さいtk交雑
バンド(7.3kb及び6.4kb)が見いだされた。前記7.3kbのプロウ
イルス組込み体はtk遺伝子のポリアデニル化シグナルの直ぐ3末端側の配列(
0.8kb)を消去していることが見いだされた。
トランス作用を受けたtk発現は、レトロウイルス媒介遺伝子形質転換後に発生
する
レトロウイルス媒介遺伝子形質転換のHIV−2tk配列の発現に対する効果
を調べるために、我々はLA1を感染させた3T3、HeLa及びCEM細胞中
の、基礎及びトランス作用を受けたHIV−2 tkmRNA水準を調べた。3
T3クローン(31.1)、CEM集団(C1)及び3つのHeLaクローン(
H1.2、H1.4及びH1.5)のS1分析の結果を図5に示す。我々は感染
した31.1クローンの転写トランス作用を3つの安定なTat形質感染サブク
ローン(31.1A、31.1B及び31.1C)の分析により試験し、tk発
現の3倍の増加を検出した(図5A)。従来の実験結果は、これが3T3細胞に
おいて期待される最大水準のTatトランス作用であることを示唆している(Ta
ssios等、1990)。Tat発現ベクターのH1.4及びH1.5クローンへの一
過性形質感染の際、我々は5〜6倍の転写体の増加を観察した。前記H1.2ク
ローンも、トランス作用を受けることができるが、より低い、約2倍程度である
(図5C)。CEM細胞もまた、4倍トランス作用を受けた(図5B)。これら
の一過性アッセイを用いる際には、形質感染HeLa及びCEM細胞の一部分の
みが実際にTat発現ベクターを取り込む。CMV−LacZプラスミドの形質
感染とβ−ガラクトシダーゼ染色によって測定された取り込みの効率は2〜6%
と決定された(結果図示せず)。これは、これらの細胞中のトランス作用量が、
さらに16〜50倍増
加されていたことを示す。
HIV−2tk感染細胞の差異的除去
レトロウイルス感染細胞を差異的に殺すことがin vitroで起こっているかどう
かを決定するために、Tat発現ベクターが安定に形質感染した後のLA1感染
3T3及びHeLa細胞について、ガンシクロビア(Ganciclovir,GCV)の
細胞毒性効果を試験した。HIV−2 tk構造体1の基礎発現の結果、3T3
細胞(31.1)が、4μMを越えるGCV濃度で完全に除去され(図6A及び
B)、一方0.3μM未満のGCVは、Tat形質感染サブクローン31.1A
及び31.1Bに対し完全に細胞毒性を有していた(図6A)。同じレトロウイ
ルスが感染したHeLa細胞(H1.4)は、3T3クローンに比べ、GCVに
対し40倍感受性があり、0.1μMを越えるGCV濃度によって殺された(図
6C)。
20nM程度の低いGCV濃度は、Tat発現HeLaサブクローンH1.4
A及びH1.4Bを殺すのに十分であった。これらの結果は、レトロウイルスベ
クターを介しての遺伝子形質導入後における、HIV−2プロモーターの予想し
うるTat誘導トランス作用と、ヒト及びマウスの両方においての差異的GCV
感受性とを示す。
修飾したHIV−2プロモーター構造体による減少した基礎活性の機能的試験
として、我々はLA1感染3T3細胞とLA4感染細胞とのGCV感受性を比較
した(図6B)。LA1感染3T3細胞(31.1)は、4μMを越えるGCV
で完全に除去され、一方LA4感染3T3細胞(34.1)はプロドラッグに対
してより感受性が低く、完全な除去のために16μMを越えるGCVを必要とし
た。図6Dに示す通り、我々はまたLA1感染HeLa細胞のGCV感受性を、
LA4及びLA5感染細胞と比較した。LA1感染HeLa細胞(H1.4)は
、0.1μMを越えるGCVによって完全に除去されたが、LA4及びLA5感
染細胞は、細胞毒性のために1μMを越えるGCV濃度を必要とした。かくして
、GCVの基礎発現細胞に対する細胞毒性効果は、LA4及びLA5レトロウイ
ルス中の修飾HIV−2プロモーターを用いることにより大きく減少した。
実施例2
CD2 Nef遺伝子導入マウスが、胸腺細胞及び末梢T細胞中でNefを発現
する
4系統の遺伝子導入マウスを、ヒトCD2プロモーターとLCR要素と621
bpのNefフラグメントを含む構造体を用いて産生した(図7)。HIV−1
Nef遺伝子の2つの異なる対立遺伝子を、スレオニンをアミノ酸15位に有
する1147とアラニンを15位に有する1191のin vivoにおけるNefの
効果を調べるために用いた。In vitroの研究は、両方の対立遺伝子についてのC
D4のダウンレギュレーションを示す(Guy等、1990)が、1147対立遺
伝子のみが15位でリン酸化を受ける。4つの系からのDNA;A(1147)
、F(1147)、B(1191)及びD(1191)をサザンブロット分析法
により分析
し、コピー回数を、それぞれ6、25、48及び26と決定した(図8A)。ス
ロットブロットRNA分析は、4つの系全てにおいてNef導入遺伝子の発現を
示した(図8B)。発現は臓器特異的で、胸腺及び脾臓でのみ観察された(図8
B)。グルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ転写体のプロービングとホスフ
ァーイメージング(phosuphorimaging)によるRNAの定量は、発現水準が4つ
の異なる系においてコピー回数依存発現と一致することを示した。それぞれ6:
25:48:26の導入遺伝子コピー回数を持つA:F:B:Dについて、胸腺
におけるRNA発現水準の比は6:22:30:22であった。ウエスタンブロ
ット分析により、4つの遺伝子導入マウス系全てのNef蛋白質の脾臓(図8C
)と胸腺(図示せず)における発現を確認した。
胸腺細胞と末梢T細胞集団はNef遺伝子導入マウスにおいて変更される
Nefが遺伝子導入マウスのT細胞に対し効果を有していたかどうかを調べる
ために、胸腺、及び末梢リンパ器官即ち脾臓及びリンパ節の細胞についてFAC
S分析を行った。CD4及びCD8特異的抗体を別個のT細胞のサブ集団の分析
に使用した。図9は、遺伝子導入及び遺伝子非導入同腹子の、それぞれのFAC
S分析の例を示す。全ての系において我々はCD4単独陽性(single positive
,SP)胸腺細胞のパーセントの減少と付随するCD4/CD8共に陽性(double
positive,DP)の細胞のパーセントの増加を観察した。共に陰性(double nega
tive,DN)のものとSPCD8細胞のパー
セントがA、D系及びB系において同様に保たれた(図9B)一方、CD8 S
P細胞の割合は若干減少し、DN細胞はF系において増加した(図9A)。12
のマウス同腹子(各実験ごとに、3つの遺伝子導入をしたもの及び3つの遺伝子
導入をしなかった同腹子組)からのデータが比較された際、同様の統計的に有意
な変化が全ての系で検出された(表3)。A、B及びD系における胸腺細胞の細
胞数の合計は、平均10%の減少を示したが、F系において、胸腺細胞数の大き
な減少(約70%)が観察された(表2)。F系のもっとも大きな絶対数の減少
は、CD4 SPサブセットで観察され、その結果細胞は15分の1になった。
CD8 SP細胞の総数は12分の1に減少した一方、DN細胞の数は有意には
変化しなかった。D遺伝子導入系においては、胸腺細胞の総量の減少はF系より
少なかったが、ここでもまた有意なCD4 SPサブセットにおける減少が観察
された。
末梢T細胞集団が試験された際、リンパ節及び脾臓のCD4 SP細胞の一定
しない減少が、A、B及びD系で見られた。しかしながら、F系はリンパ節CD
4 SP細胞の割合の大きな減少を示した。通常遺伝子非導入リンパ節は、51
.1%(+/−3.4)のCD4 SPを含んでいたが、わずか14.7%(+
/−6.7)のみがNef遺伝子導入リンパ節において検出され、3.5分の1
の減少を示した。CD8 SPサブセットにおいて、23.5%(+/−1.9
)から8.5%(+/−3.9)の減少が観察された。さらに、脾臓細胞総数は
A、B及びD系では変化しなかったが、F系
においては、CD4 SP区分が1.5分の1に減少した。かくして、Nef遺
伝子発現は一貫して胸腺CD4 SP細胞の絶対数が減少する結果をもたらし、
一つの系においてこの効果が末梢リンパ器官に対して増強された。
Nef発現は、発生過程のT細胞表面のCD4をダウンレギュレーションする結
果をもたらす
Nef遺伝子の1147及び1191対立遺伝子が形質感染したT細胞系のC
D4のダウンレギュレーションが他者によって見いだされているので、我々はN
ef遺伝子導入マウス中のT細胞もまたin vivoにおいてCD4をダウンレギュ
レーションするかどうかを調べた。FACSヒストグラム分析は、Nef遺伝子
導入マウスの胸腺細胞においてCD4の表面水準が減少したことを明らかにした
(図10)。前記ダウンレギュレーションは、4つの系全てにおいて、両方のN
ef対立遺伝子について観察された(表4)。コントロールとして、CD8、C
D3及びThy−1に特異的な抗体を、ダウンレギュレーシヨン効果の特異性を
調べるために使用した。両方のNef遺伝子導入対立遺伝子について、CD8水
準はわずかに減少することが見いだされ、また胸腺細胞の、通常の高CD3発現
集団が、F系において大きく減少し、他の3つの系ではそれほど大きくは減少し
ないことが見いだされた。高CD3細胞のこの減少は、胸腺のCD4 SP細胞
の減少とよく相関する。Thy−1水準は変化しなかったので、Nefの特異的
な効果が示された。
どのサブセットがCD4水準ダウンレギュレーションを受けているかを決定す
るために、我々は分けられたCD4 SP及びDP胸腺細胞集団のヒストグラム
分析を行った。12の同腹子マウスにおいて、一致した17%から72%の通常
水準のCD4表面のダウンレギュレーションが全てのDP集
団において観察された。系Fからの胸腺細胞は、もっとも大きい水準のダウンレ
ギュレーションを示した。いくつかのダウンレギュレーション(DP集団を除く
)においてもまた、通常水準と比較して最大28%までのSP細胞の減少が見ら
れた。リンパ節T細胞を調べた際、いくつかではあるが一致したCD4のダウン
レギュレーションが、F系のみにおいて観察された(結果図示せず)。これは、
CD4発現の低い細胞がまれに胸腺を離れ末梢に行くことを示唆している。
T細胞活性化はNef遺伝子導入マウスにおいて減少する
CD4のダウンレギュレーション又はCD4+細胞の損失が、胸腺細胞又は末
梢T細胞の活性化に負の効果を持っているかどうかを調べるため、分裂促進剤誘
導又は抗CD3ε媒介活性化アッセイを行った。カルシウムイオノホア(イノマ
イシン)及びホルボールエステル(PMA)を介して活性化させたのち3Hチミ
ジンの組み込みによって測定された胸腺細胞の増殖は、両方の対立遺伝子のNe
f遺伝子導入及び遺伝子非導入細胞間の小さな差異を明らかにした。これは、遺
伝子導入胸腺細胞の分裂促進剤に対する全ての反応は減少されていないことを示
している。しかしながら、抗CD3ε抗体とPMAを有したT細胞リポーター−
CD3複合体を介して細胞が活性化された際、遺伝子導入胸腺細胞と遺伝子非導
入のものの間に、測定可能な差異が観察された(図11B)。この活性化の減少
は、Nef1147対立遺伝子と1191対立遺伝子の両方を持つ遺伝子導入系
において見られた。これらの実験において、滴定曲線の右へのシフトは、明らか
に、遺伝子非導入胸腺細胞において観察されたものと等量の活性化水準を達成す
るためにはより多くの遺伝子導入胸腺細胞を必要とすることを示している。これ
らの変化は、遺伝子導入胸腺のSP CD4細胞の定量的な損失とよく相関して
いる(表3)。さらに、CD3ε媒介活性化の減少が、F系からの末梢T細胞に
ついて行われた増殖アッセイにおいて観察され(結果図示せず)、リンパ節のC
D4 SP細胞数の減少と対応した。
従ってnefが胸腺細胞におけるCD4発現のダウンレギュレーションを担っ
ていることは明らかであり、我々はこれが細胞内のCD4の隔絶によるものであ
ることを見いだした。従ってNefは、細胞の感染状態を無差別的に発現してい
る際のデコイ蛋白質としては有用ではない。
実施例3
LCR存在下におけるT細胞中の組織特異的なHIV−2プロモーター調節遺
伝子産生物発現を示すために、CD2 LCRの存在下でHIV−2プロモータ
ーの調節下においてHSV−1 TK遺伝子を発現する導入遺伝子を持つ遺伝子
導入マウスを作成した。
高水準の発現のためのCD2 LCR要素を含むHIV−2LTR増強転写ユニ
ットの構成
2つの同一なNFkBサイト、3つのSp1サイト、転写開始サイト、TAT
A配列及びTAT結合領域であるTARを含む350塩基対のHIV−2 LC
Rフラグメントを、2.8kbのHSV−1チミジンキナーゼ(TK)遺伝子に
結合した。前記TK遺伝子は、自身の転写開始コドン、ポリアデニル化及び終止
配列を含むが、プロモーターを含まない。5.5kbのヒトCD2LCRを含む
BamHI−XbaIフラグメントを、HIV−2TK配列の下流に結合した。
完全な構造体(8.7kb)を、XhoIを切断することによりプラスミド配列
から分離することができる。
HIV−2 TK CD2遺伝子導入マウスの作成
HIV−2プロモーターを含む8.7kbのXhoIフラ
グメント、TK遺伝子及びヒトCD2 LCRを、受精マウス卵にマイクロイン
ジェクションした。32の子が生まれ、尾の生検を生後9日後に行った。DNA
を調製し、スロットブロット分析を行った。図示する通り、ヒトCD2プローブ
がスロットブロットフィルターとハイブリッド化した際、32の尾のDNAサン
プルのうち7つにおいてシグナルが観察された(カラムA及びB)。導入遺伝子
コピー回数のコントロール(カラムC)は、0、1、10及び40コピーのHI
V−2TKCD2構造体において期待されるシグナルを示している。遺伝子導入
創始(founder)マウスのコピー回数は5回から100回以上である。
20コピーのHIV tk CD2導入遺伝子を含む創始マウス2A(図13
)を屠殺し、様々な組織からDNAを抽出し、サザンブロット分析に用いた。D
NAはPstI及びXbaIで切断し、導入遺伝子内の内部フラグメントを解放
し、1%アガロースゲルで泳動した。前記DNAはナイロンフィルターに転写し
、CD2プローブとハイブリッド化した。分析された全ての組織、即ち胸腺(T
)、脾臓(S)、リンパ節(LN)、脳(Br)、心臓(H)、腎臓(K)、肺
(Lg)、肝臓(Li)及び筋肉(M)は導入遺伝子について陽性であった。こ
れは、この創始動物はモザイクではないことを示している。LNのレーンの遅い
移動バンドは、このDNAの一部分のみの切断物を示している。細胞当たり0、
1、10及び20のコピー回数のコントロールが示されている(図15a)。
HIV−2TKCD2導入遺伝子はHeLa細胞において大きく発現する
HeLa細胞に、HIV−2 TK CD2構造体(HeLa2)、及びコン
トロールとしてHIV−2TK構造体(HeLa1)を一過性に(24時間)形
質感染させた。同時に、これらの細胞に、CMV−グロビン定量コントロール及
びHIV−2プロモーターからのトランス作用発現のためのpSV−TATを共
に形質感染させた。総RNAを、擬似形質感染HeLa細胞及び2つの形質感染
集団(HeLa1及び2)から分離した。S1ヌクレアーゼRNA保護が行われ
た際、両方の形質感染した集団が高水準のTatトランス作用化TK導入遺伝子
の発現を示した。共に形質感染した遺伝子、TAT及びグロビンもまた発現した
。擬似形質感染したHeLa細胞においては、何の発現も観察されなかった。か
くして、HIV−2 TK CD2構造体はヒト細胞系において、CD2 LC
Rの存在による追加転写効果なしに発現される。
HIV tk CD2導入遺伝子のリンパ特異的発現
創始遺伝子導入マウス2A(tg)及び遺伝子非導入同腹子(non−tg)
について、tk転写体に特異的なプローブを用いてS1分析を行った(図15B
)。前記プローブはレーンPに示され、tk遺伝子を発現する陽性細胞系はレー
ン+に示されている。β−アクチンプローブを、それぞれの組織サンプル;即ち
腎臓(K)、脾臓(S)、胸腺(T)、血液(B1)、脳(Br)、肝臓(Li
)、肺(Lg)、リ
ンパ節(LN)、筋肉(M)及び皮膚(Sk)のRNA量の定量に用いた。これ
らの結果は、リンパ組織(リンパ節、脾臓及び胸腺)発現を示しており、T細胞
特異的発現を有力に示唆している。非リンパ組織では何の発現も見られないが、
脳においては多少の発現が見られる。tatの非存在下で、基礎発現が観察され
ている。我々は、tatによるHIVプロモータのトランス作用に伴い、特にリ
ンパ組織において、転写が100〜200倍に増加することを期待する。
参考文献
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フロントページの続き
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0エックスエー,サンドバッチ,スモール
ウッド,スペン・グリーン,ジュビリー・
ハウス・ファーム(無番地)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.感染を直接又は間接的に阻止し、除去し、又は弱化するのに有効な薬剤をエ ンコードする遺伝子をウイルスの感染を受けやすい細胞内において発現するのに 有効なベクターを含むデリバリーシステムであって、薬剤として用いるため該遺 伝子は該ウイルス及び細胞に特異的に関連する因子により作用状態と不作用状態 とに制御されるデリバリーシステム。 2.前記遺伝子は組織特異性因子に応答する第1の調節因子とウイルス特異性因 子に応答する第2の調節因子とを含む請求項1記載のデリバリーシステム。 3.前記第1の調節因子が1個又はそれ以上のLCR又は機能的に同等のLCR の断片を含む請求項2記載のデリバリーシステム。 4.前記LCRがCD2LCR又はマクロファージLCRである請求項3記載の デリバリーシステム。 5.前記第2の調節因子がウイルスエンコード因子に応答する請求項2乃至4の いずれか1項記載のデリバリーシステム。 6.前記ウイルスエンコード因子がウイルストランス作用因子である請求項5記 載のデリバリーシステム。 7.前記調節因子が任意に修飾されたウイルスプロモーターである請求項5又は 6記載のデリバリーシステム。 8.前記ウイルスプロモーターがHIV−2LTRプロモー ターである請求項7記載のデリバリーシステム。 9.前記HIV−2LTRプロモーターが転写の基礎水準を減少するよう修飾さ れる請求項8記載のデリバリーシステム。 10.前記HIV−2LTRプロモーターが図2の構造体4又は構造体5である請 求項9記載のデリバリーシステム。 11.前記細胞が多能性前駆細胞である前項のいずれか1項記載のデリバリーシス テム。 12.前記細胞が造血細胞である前項のいずれか1項記載のデリバリーシステム。 13.前記デリバリーシステムが、非ウイルス性デリバリーシステムである前項の いずれか1項記載のデリバリーシステム。 14.前記デリバリーシステムがリポソーム、リセプター仲介又はDNA形質感染 デリバリーシステムである請求項13記載のデリバリーシステム。 15.前記デリバリーシステムがウイルス性デリバリーシステムである請求項1乃 至12のいずれ1項記載のデリバリーシステム。 16.前記デリバリーシステムがレトロウイルス、アデノウイルス又はアデノ随伴 ウイルスデリバリーシステムである請求項15記載のデリバリーシステム。 17.ウイルス感染を阻止し、除去し又は弱化するのに有効な前記薬剤がデコイ蛋 白質である前項のいずれ1項記載のデリバリーシステム。 18.前記デコイが任意に修飾された形態のHIVによりエンコードされたRev ,Tat,Vpu,Vpr又はNefである請求項14記載のデリバリーシステ ム。 19.ウイルス感染を阻止し、除去し又は弱化するのに有効な前記薬剤が細胞障害 性剤である請求項1乃至16のいずれか1項記載のデリバリーシステム。 20.前記細胞障害性剤が第2の薬剤と協同して作用する請求項19記載のデリバ リーシステム。 21.前記第2の薬剤がプロドラッグである請求項20記載のデリバリーシステム 。 22.細胞内においてウイルス感染を直接又は間接的に阻止し、除去し又は弱化す るのに有効な薬剤をエンコードする遺伝子を含むポリ核酸配列であって、前記遺 伝子は前項のいずれか1項記載のウイルス及び/又は細胞と特異的に関連する因 子により作用状態と不作用状態とに制御されるボリ核酸配列。 23.請求項22記載のポリ核酸配列を含むベクター。 24.請求項23記載のベクターで形質転換された宿主細胞。 25.治療法にて用いるための請求項22記載のポリ核酸配列又は請求項23記載 のベクター。 26.請求項1乃至21のいずれか1項記載のデリバリーシステム又は請求項22 記載のポリ核酸配列又は請求項23記載のベクターの抗ウイルス療法に用いるた めの組成物の製造における使用。 27.請求項1乃至21のいずれか1項記載のデリバリーシス テム又は請求項22記載のポリ核酸配列又は請求項23記載のベクターを有効量 被験体に投与することからなるウイルス感染の阻止又は治療のための方法。
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