JPH1087503A - 神経系腫瘍細胞のアポトーシス剤 - Google Patents

神経系腫瘍細胞のアポトーシス剤

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JPH1087503A
JPH1087503A JP8257536A JP25753696A JPH1087503A JP H1087503 A JPH1087503 A JP H1087503A JP 8257536 A JP8257536 A JP 8257536A JP 25753696 A JP25753696 A JP 25753696A JP H1087503 A JPH1087503 A JP H1087503A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 神経系腫瘍の治療剤を提供する。 【解決手段】 単純ヘルペスウイルスの遺伝子からγ1
34.5遺伝子を除去したベクターを含有する神経系腫
瘍細胞のアポトーシス剤。 【効果】 本発明のベクターは神経系腫瘍細胞に感染し
てアポトーシスを引き起こすことができ、またチミジン
キナーゼ感受性を高めた誘導体を作製して遺伝子治療薬
として利用する途を拓く。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は中枢神経の腫瘍であるグ
リオブラストーマ(膠芽腫)などの治療剤に関する。
【0002】
【従来の技術】グリオブラストーマは従来の治療法では
治癒困難である。アポトーシスと言う自然な細胞死は、
炎症を伴うネクローシスと比較して、細胞が核の凝縮や
細胞質の縮退などを経て消失するために、クリーンな自
然死とみなされている。生体でアポトーシスの現象は多
面的に起きている。正常な細胞交代、発生過程での細胞
死、キラーT細胞やナチュラルキラー細胞など細胞性免
疫に伴う細胞死、生理活性物質が関与する細胞死など
が、典型的なアポトーシスである。例えば、脳神経系で
はそのシナプス形成時に神経細胞死が重要な役割を果た
し、神経細胞の20〜80%が脱落して自然細胞死(ア
ポトーシス)する。また例えば、交換神経節細胞(SC
G細胞)、知覚神経細胞や運動神経細胞では、神経成長
因子(NGF)や神経栄養因子などを除去することで神
経細胞死を生じる。神経栄養因子を除去することによつ
ても、遺伝子シグナルがc−junからc−fos、j
unB、rhl、c−myb、NGF1−A、を経てア
ポトーシスを引き起こすが明らかにされている。
【0003】この様な神経細胞のアポトーシスは、遺伝
子制御のもとに行われることが確認されており、アポト
ーシスを防ぐためにfosファミリーやc−junなど
の抗体を細胞に微少注入すると、アポトーシスは有意に
抑制される。また、bcl−2はその発現ベクターを細
胞内に注入することで、アポトーシスを阻止することが
知られている。一方、サイトカインを除いた条件下でB
細胞にbcl−2オンコジーンを導入すると、B細胞は
アポトーシスを起こす代わりに長期に生存する[Vau
x D.L.,et al,Nature.335:4
40,(1988)]。
【0004】神経系の疾患では、神経細胞の退行性変化
や神経細胞死に由来するものがあり、ハンチントン病、
アルツハイマー病などが代表的な疾患である。これらの
疾患はアポトーシスによることが示唆され、その特徴で
あるDNAの断片化を起こした神経細胞が検出されてい
る[Dragunow,M.et al,:Neuro
report,6:1053−1057,1995]。
そこで、アポトーシスに関連する遺伝子やその発現物質
を利用し、アポトーシスを制御するための新しい治療法
や予防法の開発が期待されている。細胞死の抑制物質や
促進物質は、種々の疾患の治療薬剤になり得る。
【0005】脳の病の遺伝子治療は人類の夢であるが、
ヒト遺伝子治療としてアデノシンデアミナーゼ欠損症や
家族性コレステロール血症など多くの臨床応用が進めら
れているにもかかわらず、神経疾患への遺伝子治療は複
雑な問題を抱えている(Suhr,S.T.& Gag
e,F.H.;Arch.Neurol.,50:12
52−1268,1993)。例えば、神経系のコンパ
ートメントや神経細胞の相互作用、血液−脳関門など
が、中枢神経系の遺伝子治療を困難にしている。
【0006】現在、中枢神経系への遺伝子治療のアプロ
ーチとしては、ウイルスを遺伝子キャリヤーとして用い
て神経系の細胞に直接に遺伝子を導入する方法や、培養
細胞に遺伝子を導入して標的部位に移植する方法が試み
られている。
【0007】アポトーシスの現象としては神経系の他
に、抗癌剤刺激による癌細胞死もアポトーシスを起こし
ていることが明らかにされている。作用機序の異なる多
くの薬剤が、癌細胞に類似のアポトーシスを起こすため
に、癌細胞の死にも細胞の遺伝子制御のプロセスが関与
していると考えられる[Borner,M.M.eta
l,:Cancer res.,55:2122−21
28,1995]。癌化学療法ではトポイソメラーゼ阻
害剤、アルキル化阻害剤などがアポトーシスを誘発する
ことが明らかにされている。
【0008】細胞のアポトーシスの遺伝子制御にプロセ
スの異常が生じた細胞は、アポトーシス耐性細胞にな
り、この様な薬剤耐性の癌細胞にアポトーシスを抑制す
るbcl−2やbcl−XLが多量単離されている。ま
た、ウイルスが細胞に感染すると、感染細胞にアポトー
シスを誘発したり、アポトーシスへの感受性を高めるこ
とが知られており、HIV感染によるT細胞のアポトー
シスもその一例である。しかし、HSV、EBV、アデ
ノウイルス、バキュロウイルスなどのウイルス種は宿主
のアポトーシスを阻害する遺伝子を導入することが確認
されている。これらの事実は、アポトーシスを利用した
癌及び腫瘍の治療薬の開発が可能であることを示唆して
いる。
【0009】中枢神経系に特徴的な腫瘍はグリオブラス
トーマとして知られ、ヒト脳に最も共通した腫瘍であ
り、通常致命的な腫瘍である[Levine A.et
al,Cancer:Principles and
Practice of Oncology,2:1
557,(1989)]。米国では、毎年大人の脳腫瘍
患者が約5,000人に発生するが、悪性のグリオブラ
ストーマはそれの30%以上であり、現在、この様な脳
腫瘍に適した治療法は全く知られていない。グリオブラ
ストーマが脳の頭蓋骨スペースで、約100gに達する
と、致命的になる[Shapiro WR,Semin
ars in Oncology,71:38,(19
86)]。
【0010】この様な脳腫瘍の治療のために、安全な方
法による神経系細胞内への抗腫瘍遺伝子や抗腫瘍物資の
発現及び運搬は、臨床学的に利点をもたらし、これまで
に治癒困難とされていた疾患の治療方法を与えると期待
される。
【0011】最近、遺伝子工学の技術を利用して患者の
脳細胞に遺伝物資を移入することで、ヒトの脳腫瘍の治
療が試みられている。例えば、抗脳腫瘍剤で体内に投与
された後に、活性化されて有効な薬剤となり腫瘍細胞の
増殖抑制を発揮させる方法がある。ヒトに存在しない代
謝酵素の遺伝子を導入することにより、ヒト本来の代謝
酵素と反応せずに、標的細胞のみで薬理効果を発揮し、
非導入細胞では代謝できずに毒性を示さない。この様
に、遺伝子の導入にウイルスベクターを用いる場合をV
DEPT(virally directed enz
yme prodrug therapy)[Guti
errez,A.A.,et al.,The Lan
cet,339:715,(1992)]と呼んでい
る。
【0012】特に、遺伝子治療によく試みられている酵
素遺伝子には単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ
(HSV−tk)、大腸菌由来のシトシンデアミナーゼ
(CD)、水痘ウイルスチミジンキナーゼ(VZV−t
k)などがある。これらの酵素遺伝子を発現できるウイ
ルスを投与感染させるか、ウイルスを産生する細胞を腫
瘍部に移植することにより、腫瘍細胞に特異的に代謝酵
素活性を発現させるとか、酵素遺伝子を直接に局所に注
入することも試みられている。酵素遺伝子の導入によ
り、その遺伝子産物や反応物が腫瘍細胞の増殖を阻害す
る。
【0013】単純ヘルペスウイルス−1(HSV−1)
は、末梢及び中枢神経系の細胞内に外来遺伝子を導入す
るベクターとして利用可能であり[Friedman.
T.,Science,244:1275,(198
9)]、かつ単純ヘルペスウイルス自体が遺伝子移入体
となり得る。HSV−1は、二本鎖DNAウイルスであ
り、非分裂ニューロン細胞で潜伏状態を保つことができ
る[Stevens,J.G.,et al.,Imm
unol.,70:31,(1975)]。単純ヘルペ
スウイルス−2(HSV−2)は生殖器官へ感染するた
めに、生殖器官の細胞内への外来遺伝子のベクターとし
て利用可能である。
【0014】HSV−1の大きな特徴は、末梢神経に摂
取または感染して、シナプス経由で知覚・運動ニューロ
ンから、脊髄、脳幹、小脳および大脳などへの移動が可
能なことである[Koprowski,H.,In:P
ersistent Viruses,pp−691,
Academic Press,NY(1978)]。
そのために、HSV−1ベクターは標的細胞に直接注入
する他に、血管注入など対象組織から離れた部位からの
投与法が可能であり、遺伝子治療薬及びその調製剤とし
て有効と言える。
【0015】HSV−1ベクターは、適切な宿主細胞内
でウイルスとして増殖できる。同時に、HSV−1の使
用はそれ自体が宿主動物を害し易く、ヒトに脳炎を引き
起こすために、それの遺伝子治療薬としての利用にかな
りの制限を伴う。
【0016】カルバー(Culver)等は繊維芽細胞
を用い[Culver KW etal,Scienc
e,256:1550,(1992)]、この細胞に単
純ヘルペスウイルス(HSV−1)のチミジンキナーゼ
遺伝子(TK)を組み込んだレトロウイルスベクターを
トランスフェクトすることで、得られた形質転換細胞は
HSV−TK産生細胞であり、この様な細胞をパッケー
ジング細胞と名づけている。パッケージング細胞は公知
技術に従って容易に作製できる。
【0017】脳にグリオブラストーマを発生させたラッ
トに、パッケージング細胞であるHSV−TK産生細胞
を注入すると、TK遺伝子を組み込んだこのベクター
は、活発に分裂する脳腫瘍細胞でのみに溶解感染を引き
起こす。分裂腫瘍細胞はTK遺伝子を取り込み、アシク
ロビル製剤やガンシクロビル製剤(GCV)による治療
に感受生を示し破壊される。ラットでの動物試験では、
約80%に脳腫瘍の縮退が見られる[Culver K
W.,第2回日本脳腫瘍カンファランス抄録集、pp.
41,(1993)、Zvi Ram et al,C
ancer Research.53:83,(199
3)]。HSV−tkとGCVを用いたVDEPTが、
ラットの脳腫瘍の治癒効果を高めた要因は、レトロウイ
ルスが分裂する腫瘍細胞で増殖し、非分裂の正常な神経
細胞に感染しないことである。しかし、この様なVDE
PTではHSV−tkを導入されてない周辺細胞でも致
死効果が見られ、バイスタンダー効果として知られてい
る。
【0018】アシクロビルはウイルスの特異的なチミジ
ンキナーゼにより燐酸化され、活性化型の三燐酸化体に
変換される。さらに、これをウイルスが取り込み、ウイ
ルス由来ポリメラーゼによるDNA合成が阻害され、D
NAウイルスの増殖が抑制される。この反応の特徴は、
正常細胞のチミジンキナーゼで触媒されず、単純ヘルペ
スのウイルスチミジンキナーゼに特異的なことである。
同じく、抗ウイルス剤であるグアノシン誘導体のガンシ
クロビル(GCV)と呼ばれる9−{[2−ヒドロキシ
−1−(ヒドロキシメチル)エトキシ]メチル}グアニ
ンも用いられる。GCVはヒトのチミジンキナーゼで活
性化されず、単純ヘルペスウイルスのチミジンキナーゼ
で効率良く燐酸化を受け、DNA合成の阻害を導く[F
ield,A.K.et al.,Proc.Nat
l.Acad.Sci.USA,80:4139,(1
983)]。
【0019】HSV−tkの酵素の活性が高い程、治療
効果が期待されるために変異型HSV−tkの作製が試
られ、野生型のHSV−tkに比較してGCVの燐酸化
活性の高い変異型HSV−tkが得られている[Mun
ir,K.M.et al.,Proc.Natl.A
cad.Sci.USA,90:4012,(199
3)]。
【0020】HSV−1のTK遺伝子の欠損変異体を作
製し、これを投与することで他に薬剤を投与することな
しに、この変異体ウイルスの有するγ1 34.5遺伝子
に由来する神経毒を利用して腫瘍細胞死を誘導すること
が試みられた。[Martuza R.L.,et a
l.,Science,252:854,(199
1)]。このTK欠損のHSV−1は、TK遺伝子の3
60塩基対を削除されていることによりTK活性を失
い、それ故、この変異型ウイルスは中枢神経系の非分裂
組織で複製されずに、分裂細胞のみで急速に増殖する。
これらの研究で、ヌードマウスの腫瘍の抑制が認められ
ている。
【0021】神経毒性をもたらすHSV−1のγ1
4.5遺伝子の発見及びその特性の決定は、いくつかの
論文に報告されている[Chou and Roizm
an、J.Virol.,57:629,(198
6)、Ackermann etal.,J.Viro
l.,58:843,(1986)]。このγ1 34.
5遺伝子は263残基のアミノ酸からなる蛋白質をコー
ドしている。このγ1 34.5遺伝子を欠く変異型ウイ
ルスは、非増殖細胞である中枢神経系で増殖する能力を
失っている[Chou J.et al,Scienc
e,250:1212,(1990)]。
【0022】HSV−1の単離法は知られている[Ej
ercito,P.M.,et al.,J.Gen.
Virol.2:357,(1968)]。HSV−1
の組換え体ウイルスであるR3616およびHSV−1
(R)の構築も知られている[Chou,J.et a
l,Science 250:1262,(199
0)]。R3616は、γ1 34.5遺伝子を含有して
いるDNA配列の1キロ塩基対を除去した変異型ウイル
スで、1キロ塩基対の範囲は制限酵素BstEIIでγ
1 34.5遺伝子の28番目のアミノ酸部位に相当する
位置を切断し遺伝子の3′末端を制限酵素のStu I
で切断している。HSV−1(R)はR3616にγ1
34.5遺伝子を再度組み込んだ再構成ウイルスであ
る。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】現在、ウイルス自体を
含有する神経系腫瘍の安全なアポトーシス剤は知られて
いない。
【0024】
【課題を解決するための手段】本発明者の研究により、
単純ヘルペスウイルスの変異型(HSV−1−d−3
4.5)、すなわちR3616は神経毒性の弱体化及び
感染細胞の蛋白質合成の停止を示し、加えてアシクロビ
ルに感受性を示し、臨床での使用に薬効的に利点を示す
ことが判明した。
【0025】本発明は単純ヘルペスの遺伝子からγ1
4.5遺伝子を除去したベクターを含有してなる神経系
腫瘍細胞のアポトーシス剤に関する。
【0026】本発明に用いるウイルスベクターである単
純ヘルペスの遺伝子からγ1 34.5遺伝子を除去した
ベクター例えば、R3616は宿主対して非神経毒性で
あり、分裂する脳細胞であるグリオーマ細胞でのみ感染
増殖し、アポトーシスを引き起こす。この様に遺伝子工
学的に変換したウイルス(HSV−1−d−34.5)
は、ヒトのグリオブラストーマ細胞の破壊に利用でき
る。R3616の構築法はPerg等により明らかにさ
れている[Perg G..et al.,J.Vio
l.69:3033,(1995)]。同様にして他の
単純ヘルペス遺伝子からもγ1 34.5遺伝子を欠失さ
せることができる。
【0027】脳腫瘍細胞は、一般的に分化した神経細胞
や分化停止のグリア細胞に囲まれている。形態的な研究
用に、腫瘍細胞としてヒトグリオーマ細胞系のU−25
1MG(glioblastoma multifor
m)とU−87MG(anaplastic glio
ma;ATCC)を用い、正常なグリア細胞としてat
rocytes、microglia、central
nervous system neuronを用
い、光学顕微鏡及び電子顕微鏡で調べた(図−1,
2)。
【0028】組換え体ウイルス(R3616)の感染の
後にグリオーマ細胞での宿主蛋白質の合成を調べた(図
−3)。グリオーマ細胞及び正常細胞に、R3616及
び野生型ウイルスで2時間感染する。感染の後に、細胞
35S−メチオニン(50uCi/ml)でラベルす
る。感染細胞や非感染細胞を収穫して、可溶化して、S
DS−電気泳動にかける。これらの実験から得られる結
果は、組換え体ウイルス(R3616)はグリオーマ細
胞にアポトーシスを誘導できることを示した。これらの
事実は、野生型ウイルスはγ1 34.5遺伝子の存在で
アポトーシスを示さず、変異型ウイルス(HSV−1−
d−34.5)では蛋白質の合成が停止して、顕微鏡的
にもアポトーシスが観察された。
【0029】中枢神経において、ウイルスを複製し、増
殖する能力はγ1 34.5遺伝子の機能に基づく。この
遺伝子を欠損しているヘルペスウイルスの変異型例えば
R3616は、正常な中枢神経系で増殖できず、非毒性
である[Chou,J.,et al.,Scienc
e.250:1212,(1980)]。それ故、中枢
神経系において腫瘍を標的とする能力を与えれば、本発
明のアポトーシス剤はこれまで治療不可能であったグリ
オブラストーマに対する強力な治療剤になり得る。変異
体ウイルスのR3616を公知の適切な安定化剤で、例
えばヒト血清アルブミンや無機塩類、アミノ酸類を附加
して調製剤として使用できる。
【0030】本発明のベクターを含有する調製剤の投与
法としては、標的細胞・組織に直接的に投与可能であ
り、また、単純ヘルペスウイルスベクターの特徴を活か
して、標的部位から離れている部位に注入可能であり、
静脈投与もできる。また、R3616を公知の細胞に、
例えば繊維芽細胞など、トランスフェクトした変換細胞
を腫瘍部に移植する投与法もできる。好ましい投与量は
腫瘍細胞1個当りベクター10個以上である。
【0031】R3616の特徴であるアポトーシス誘導
性に加えて、チミジンキナーゼに感受性を高めたウイル
ス変異体の誘導体(TK−proficient−HS
V−1−d−34.5)を作製し、これを含有する調製
剤が、さらに単純ヘルペスウイルスベクターの遺伝子治
療薬としての利用性を高める。この様なウイルス誘導体
は、本来のアポプトーシスを引き起こす性質に加えて、
外部からの抗ウイルス剤の投与が可能であるために、臨
床的に極めて有利に用いられる。
【0032】
【実施例】
実施例1 中枢神経系への変異型単純ヘルペスウイルス(HSV−
1−d−34.5)であるR3616の使用可能性に関
して、動物への毒性効果を評価した。投与法として直接
的にゲージ針で大脳内に、野生型のKOS株(2ul)
と変異型ウイルスのR3616及びコントロールとして
培地溶液をそれぞれ注入した。ラットの生存及び挙動を
二週間にわたり毎日観察した。ラットは、各群で10匹
用いた。投与量は200,000プラーク形成単位(P
FU)のウイルスを投与し、その調製はイーグルの塩類
及び10%の牛血清、ペニシリンを含む最小必須培地に
て希釈した。結果を表1に示す。 表1 ウイルスの脳内注入後におけるラットの生存数とLD50 摂取ウイルス(遺伝子型) 3日 14日 PFU/LD50 HSV−1(野生型) 10/10 1/10 400 R3616(γ1 34.5の欠失) 10/10 9/10 >1,000,000 コントロール 10/10 9/10 野生型のHSV−1と変異型R3616をラット脳に投
与してLD50値を比較すると、2,000倍以上もR
3616の毒性が低く、正常組織・細胞に対しては著し
く安全性の高いウイルスベクターである。
【0033】実施例2 変異型ウイルスのR3616株によるヒトグリオーマ細
胞のアポトーシスを検討した。株化したグリオーマ細胞
であるU−87MGあるいはU−251MG細胞をそれ
ぞれ10%ウシ胎児血清を含む培地(DMEM、大日本
製薬)中に1×105の濃度に懸濁して6cmペトリ皿
に播種した。これを4〜6日間、37℃炭酸ガス孵卵器
中で培養した。細胞がペトリ皿に低部全面に生育してい
ることを確認した後に培地を吸引除去し、燐酸緩衝化食
塩水で洗浄した。燐酸緩衝化食塩水に希釈した単純ヘル
ペスウイルス変異株(R3616)、HSV−1のγ1
34.5遺伝子を再度挿入して再構成した株HSV−1
(R)並びに野生株(HSV−1)を細胞一個あたり1
0個の比率で感染させ、10時間後に顕微鏡観察した。
細胞のアポトーシスは、特徴的な形態的な変化である細
胞の収縮やクロマチンの濃縮を伴う。感染の時間経過
で、変異型ウイルスR3616の感染細胞のみが、アポ
トーシスに特徴的な形態変化を示した。コントロールの
非感染細胞では、何等形態変化は観察されなかった。R
3616株はアポトーシスを誘導した(図1)。R36
16株の感染細胞の透過型電子顕微鏡による観察では、
アポトーシスによる核内の電子密度の部分的増加(クロ
マチン部分の増加)も観察された(図2)。
【0034】実施例3 株化したグリオーマ細胞の一細胞当たり10個ウイルス
の比率で、神経毒性を失っているR3616株、γ1
4.5遺伝子を再度挿入したHSV−1(R)株並びに
野生株のそれぞれのウイルス溶液を加えて2時間吸着さ
せた。燐酸緩衝化生理食塩液で洗浄したのち、2%ウシ
胎児血清を含むイーグルMEM(大日本製薬)で培養し
た。10時間後に、1ml当たり50uCiの35S−メ
チオニン(アマーシャム)と、1%の蒸留水に対して透
析したウシ胎児血清を含み、組成にメチオニンを含まな
いMEM(大日本製薬)に交換した。それぞれ2時間、
培養した後に、細胞を洗浄し、0.1%SDSを含む1
00mMトリス塩酸緩衝液に細胞を融解した。融解液
を、SDSポリアクリルアミド電気泳動法により分画し
た。ゲルをアマーシャム(株)製の増感剤液に浸した後
に、乾燥し、X線フィルムに感光させた(図3)。結果
として、変異ウイルスのR3616株を感染させたグリ
オーマ細胞では35S−メチオニンの取り込みが微少であ
り、蛋白合成の顕著な阻害が認められた。
【0035】
【発明の効果】本発明により従来治療困難であった神経
系腫瘍、例えば神経膠芽腫瘍の治療剤が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例2における野生型ウイルス(HSV−
1)、変異型ウイルスR3616(HSV−1−d−3
4.5)及び再構成HSV−1(R)を、ヒトグリオー
マ細胞系のU−87MG(anaplastic gl
ioma;ATCC)にそれぞれ感染させて、10時間
後の光学顕微鏡写真である。 A;ウイルス非感染細胞、B;変異体ウイルスR361
6の感染細胞、 C;再構成ウイルスHSV−1(R)の感染細胞、 D;野生型ウイルスHSV−1の感染細胞
【図2】実施例2における透過型電子顕微鏡写真であ
る。 A;ウイルス非感染細胞、B;変異型ウイルスR361
6の感染細胞
【図3】実施例3におけるSDS電気泳動のゲルをX線
フィルムに感光させた写真である。 1;ウイルス非感染細胞、2;変異体ウイルスR361
6の感染細胞、 3;再構成ウイルスHSV−1(R)の感染細胞、 4;野生型ウイルスHSV−1の感染細胞
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // C12N 15/09 C12N 15/00 A

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単純ヘルペスウイルスの遺伝子からγ1
    34.5遺伝子を除去したベクターを含有してなる神経
    系腫瘍細胞のアポトーシス剤。
  2. 【請求項2】 神経系腫瘍が膠芽腫瘍である請求項1記
    載のアポトーシス剤。
  3. 【請求項3】 単純ヘルペスウイルスが1型または2型
    である請求項1記載のアポトーシス剤。
  4. 【請求項4】 注射剤の形態である請求項1記載のアポ
    トーシス剤。
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