JPWO2019207563A5 - - Google Patents

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本発明は、核酸オリガミ構造をカプセル化するウイルスキャプシドユニットの粒子に関する。 The present invention relates to particles of viral capsid units encapsulating nucleic acid origami structures.

ウイルスは、ゲノムをパッケージ化し、それをホストに送達する、自己複製分子機械である。多くの場合、球状ウイルスのシェル(またはキャプシド)は、ウイルスゲノムの周りで自己アセンブリする。これは、インビトロでの自己アセンブリシステムを十分に特徴づけているシミアンウイルス40(SV40)の場合である。 Viruses are self-replicating molecular machines that package the genome and deliver it to the host. In many cases, the shell (or capsid) of spherical viruses self-assembles around the viral genome. This is the case for Simian Virus 40 (SV40), which has a well-characterized self-assembly system in vitro.

SV40は、5.2kbの二本鎖(ds)環状DNAゲノムを持つ小さな非エンベロープ霊長類ポリオーマウイルスである。DNAは、細胞のクロマチンと同様のヌクレオソーム構造を持つミニ染色体を形成する。ミニ染色体は、T=7dの正二十面体格子に配置されている、72個の基本的なキャプシドサブユニットであるメジャーウイルスタンパク質VP1の五量体で構成される直径50nmのキャプシドに囲まれている。VP1に加えて、マイナーキャプシドタンパク質VP2またはVP3の単一分子が、各五量体にしっかりと固定されている。キャプシドでは、VP2およびVP3は、VP1に対して内部に配置されている。三角分割数Tは、異なる正二十面体ウイルスによって異なる場合がある。例えば、ヘルペスウイルスの正二十面体形状は、T=16であるが、アデノウイルスは、T=25を有する。三角分割数が異なると、キャプシドサブユニットの数も異なる。 SV40 is a small, non-enveloped primate polyomavirus with a double-stranded (ds) circular DNA genome of 5.2 kb. DNA forms minichromosomes with a nucleosomal structure similar to the chromatin of the cell. The minichromosome is surrounded by a 50 nm diameter capsid composed of pentamers of the 72 basic capsid subunits, the major viral protein VP1, arranged in a T=7d icosahedral lattice. there is In addition to VP1, a single molecule of minor capsid protein VP2 or VP3 is tightly anchored to each pentamer. In the capsid, VP2 and VP3 are located internal to VP1. The triangulation number T may be different for different icosahedral viruses. For example, the icosahedral shape of herpesvirus has T=16, while adenovirus has T=25. Different triangulation numbers result in different numbers of capsid subunits.

SV40は、その基本的なサブユニットであるVP1キャプシドタンパク質の五量体からインビトロで自己アセンブリし、あらゆる種類の核酸をカプセル化できる。インビトロでアセンブリされたウイルス様ナノ粒子のサイズおよび形状は、カプセル化された核酸の種類および長さに依存する。短い一本鎖(ss)RNA(≦814個のヌクレオチド)上で、SV40五量体は、12個の五量体および単一のRNA分子で構成される、正二十面体T=1の形状を持つ直径22nmのキャプシドを形成する。RNAまたは一本鎖DNAが長すぎてT=1の粒子に適合しない場合、五量体は、22nmの粒子、および正二十面体T=3またはT=4の形状のものであると示唆されている直径29~40nmの不均一粒子のストリングを形成する。二本鎖DNAの単一分子上で、SV40は常に、正二十面体T=7の形状を持つ72個の五量体で構成される50nmの粒子を形成する。SV40は、VP2またはVP3分子を含むVP1五量体からのDNAの周りにインビトロでアセンブリすることも示されている(Enomoto et al.Virology 2011 420:1-9)。 SV40 self-assembles in vitro from its basic subunit, the VP1 capsid protein pentamer, and can encapsulate all kinds of nucleic acids. The size and shape of virus-like nanoparticles assembled in vitro depend on the type and length of the encapsulated nucleic acid. On short single-stranded (ss) RNAs (≤814 nucleotides), the SV40 pentamer is an icosahedral T=1 geometry, composed of 12 pentamers and a single RNA molecule. form 22 nm diameter capsids with If the RNA or single-stranded DNA is too long to fit into a T=1 particle, the pentamer is suggested to be of the 22 nm particle and the icosahedral T=3 or T=4 geometry. form a string of heterogeneous particles with diameters of 29-40 nm. On a single molecule of double-stranded DNA, SV40 always forms 50 nm particles composed of 72 pentamers with an icosahedral T=7 geometry. SV40 has also been shown to assemble in vitro around DNA from VP1 pentamers containing VP2 or VP3 molecules (Enomoto et al. Virology 2011 420:1-9).

経済性、SV40様ナノ粒子のインビトロでの調製の容易さ、安全性、および免疫原性の欠如により、それらは、遺伝子送達ベクターとしての医療用途に大きな期待が寄せられている。しかしながら、それらの有用性を妨げる問題が存在する。これらの問題の1つは、核酸のコンパクト性の低さであり、それは、キャプシドの内部空洞の体積に比べて大きな体積を占める。インビトロでのキャプシドアセンブリの分子メカニズムは、タンパク質間相互作用の安定性と、キャプシドの小さな空洞内に核酸を拘束するために必要な作業との間の相互関係に基づく。核酸の柔軟性とコンパクト性は、効果的なカプセル化の重要な要素である。硬いポリマーであり、その長い持続長で知られているdsDNAは、パッケージングには不十分な基質であるという強い兆候がある。例えば、B型肝炎ウイルス(HBV)(Dhason et al.Virology 2012,430(1):20-9)またはカウピークロロティックモットルウイルス(CCMV)(Mukherjee et al.Journal of the American Chemical Society 2006,128(8):2538-9)を使用してdsDNA上でアセンブリする場合、固定されたサイズおよび形状を有する明瞭なキャプシドではなく、変形した非天然構造が形成される。これらの構造は、単一の核酸分子に通されたキャプシドの多重線として見られることが多く、核酸のカプセル化が完了していないことを示唆している。dsDNA上でインビトロでアセンブリしたSV40では、小角X線散乱研究により、粒子のコアに電子密度がないことが示され、DNAがキャプシドの内部空洞から除外され、キャプシドが実質的に空であることが示唆される(Saper et al.Nucleic Acids Research,2013,41(3):1569-1580)。キャプシドまたは非天然ウイルス構造から押し出されるパッケージ化されていない核酸は、遺伝子送達ベクターとしての有用性を妨げる可能性がある。 The economics, ease of in vitro preparation of SV40-like nanoparticles, safety, and lack of immunogenicity make them highly promising for medical use as gene delivery vectors. However, problems exist that hinder their usefulness. One of these problems is the low compactness of nucleic acids, which occupy a large volume compared to the volume of the internal cavity of the capsid. The molecular mechanism of capsid assembly in vitro is based on the interrelationship between the stability of protein-protein interactions and the work required to confine the nucleic acid within the small cavity of the capsid. Flexibility and compactness of nucleic acids are important factors for effective encapsulation. There are strong indications that dsDNA, a rigid polymer and known for its long persistence, is a poor substrate for packaging. For example, hepatitis B virus (HBV) (Dhason et al. Virology 2012, 430(1):20-9) or cowpea chlorotic mottle virus (CCMV) (Mukherjee et al. Journal of the American Chemical Society 2006, 128(8):2538-9), distorted non-native structures are formed rather than distinct capsids of fixed size and shape when assembled on dsDNA. These structures are often seen as multiplets of capsids threaded through a single nucleic acid molecule, suggesting incomplete nucleic acid encapsulation. For SV40 assembled in vitro on dsDNA, small-angle X-ray scattering studies showed that the core of the particle had no electron density, DNA was excluded from the inner cavity of the capsid, and the capsid was virtually empty. (Saper et al. Nucleic Acids Research, 2013, 41(3):1569-1580). Unpackaged nucleic acid that is extruded from the capsid or non-native viral structure can hinder its utility as a gene delivery vector.

それにもかかわらず、自己アセンブリキャプシドのサイズと形状の制御は、より柔軟なssRNA基質またはssDNA基質を使用しても簡単ではない。ssRNA上のSV40アセンブリは、天然の50nmのT=7ビリオンサイズの粒子の代わりに、T=1のキャプシドまたは多型キャプシドの多重線をもたらす(Kler and Zlotnick(ACS Chem Biol.2013,8(12):2753-61)。さらに、クライオ-EM 3D復元は、RNAがT=1のキャプシドから部分的に押し出されていることを示す(Kler and Zlotnick(ACS Chem Biol.2013,8(12):2753-61)。CCMVでは、効率的なアセンブリは、RNAサイズによって制限される(Cadena-Nava et al.Journal of virology 2012,86(6):3318-26)。 Nevertheless, control of the size and shape of self-assembled capsids is not straightforward using the more flexible ssRNA or ssDNA substrates. SV40 assembly on ssRNA results in multiplets of T=1 capsids or polymorphic capsids instead of native 50 nm T=7 virion-sized particles (Kler and Zlotnick (ACS Chem Biol. 2013, 8 (12 ):2753-61).In addition, cryo-EM 3D reconstructions show that RNA is partially extruded from the T=1 capsid (Kler and Zlotnick (ACS Chem Biol. 2013, 8(12): 2753-61) In CCMV, efficient assembly is limited by RNA size (Cadena-Nava et al. Journal of Virology 2012, 86(6):3318-26).

ウイルスキャプシドの自己アセンブリによってカプセル化できる別の種類のナノ材料は、カルボキシルまたはクエン酸酸性基などのアニオン性リガンドでコーティングされたナノ粒子である(Chen et al.Journal of nanoscience and nanotechnology 2005,5(12):2029-33;He et al.ACS nano 2013,7(10):8447-8454;Chen et al.Nano Letters 2006,6(4):611-5;Wang et al.Nanoscale 2011,3(10):4275-82)。 Another class of nanomaterials that can be encapsulated by viral capsid self-assembly are nanoparticles coated with anionic ligands, such as carboxyl or citrate acid groups (Chen et al. Journal of nanoscience and nanotechnology 2005, 5). 12): 2029-33; He et al. ACS nano 2013, 7(10): 8447-8454; Chen et al. Nano Letters 2006, 6(4): 611-5; 10):4275-82).

ナノ粒子のカプセル化は、典型的には、核酸とは異なり、これらの基質が事前にコンパクトであるため、簡単である。ブロムモザイクウイルス(BMV)による金ナノ粒子のカプセル化の研究は、キャプシド空洞に見合ったサイズと形態のテンプレートがアセンブリ効率を高めることができると示している(Daniel et al.ACS nano 2010,4(7):3853-60;Sun et al.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2007,104(4):1354-9;Aniagyei et al.Journal of Materials chemistry 2008,18(32):3763-3774)。 Encapsulation of nanoparticles is typically straightforward due to the pre-compact nature of these matrices, unlike nucleic acids. Studies of encapsulation of gold nanoparticles by Brome Mosaic Virus (BMV) have shown that template sizes and morphologies commensurate with the capsid cavity can enhance assembly efficiency (Daniel et al. ACS nano 2010, 4). 7):3853-60;Sun et al.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2007, 104(4):1354-9; of Materials chemistry 2008, 18(32): 3763-3774).

ナノ粒子を効果的にカプセル化するには、表面電荷密度ならびに他の化学的および物理的表面特性も重要である(Daniel et al.ACS nano 2010,4(7):3853-60;Kusters et al.The Journal of Physical Chemistry B 2015,119(5):1869-1880)。 Surface charge density and other chemical and physical surface properties are also important for effective nanoparticle encapsulation (Daniel et al. ACS nano 2010, 4(7):3853-60; Kusters et al. .The Journal of Physical Chemistry B 2015, 119(5):1869-1880).

DNAオリガミは、DNA自己折り畳みの技術であり、長い一本鎖DNA(足場)を事前に設計されたナノメートル構造に折り畳むことを成立させる、ステープルと呼ばれる短い合成DNAオリゴヌクレオチドのセットを使用する。ステープルは、足場DNAの異なる部分を補完し、それによって足場鎖の離れた部分を架橋するように設計されている。この手法は、高精度および高解像度で、2Dおよび3D形状を備えたナノメトリックオブジェクトを操作するためのプラットフォームを提供する。DNAオリガミ技術は、RNAおよび二本鎖DNA足場にも適用されている。DNAオリガミ技術は、デバイス、バイオセンサー、分子機械、およびナノロボットなどの幅広い用途に使用されている。化学物質およびナノ粒子をDNAオリガミ構造の中に搭載する能力は、治療用途に活用される。そのような構造には、化学療法、光線力学療法、および光熱療法のための抗がん剤、感光剤、および金粒子が搭載されている。 DNA origami is a technique of DNA self-folding that uses a set of short synthetic DNA oligonucleotides called staples that facilitate the folding of long single-stranded DNA (scaffolds) into predesigned nanometric structures. Staples are designed to complement different portions of the scaffold DNA, thereby bridging distant portions of the scaffold strands. This approach provides a platform for manipulating nanometric objects with 2D and 3D shapes with high precision and resolution. DNA origami technology has also been applied to RNA and double-stranded DNA scaffolds. DNA origami technology is used in a wide range of applications such as devices, biosensors, molecular machines, and nanorobots. The ability to load chemicals and nanoparticles into DNA origami structures is exploited for therapeutic applications. Such structures have been loaded with anticancer agents, photosensitizers, and gold particles for chemotherapy, photodynamic therapy, and photothermal therapy.

DNAオリガミ技術によって生成された非常にコンパクトな形態の核酸は、ウイルスキャプシドによる大きな核酸分子の完全なカプセル化を可能にし得る。しかしながら、DNAオリガミの周りのウイルスキャプシドのアセンブリは、難しい場合がある。DNAオリガミ構造の化学的および物理的表面特性は、これまでアセンブリの基質として機能してきた金ナノ粒子の特性とは異なる。さらに、DNAオリガミをアセンブリの基質として使用することの固有の特性は、金ナノ粒子と比較して、オリガミ構造が完全な球を容易に形成できないことである。カプセル化されるナノ粒子の形状と天然のキャプシドとの間の不一致は、カプセル化の結果を予測することを困難にするであろう。その結果、この幾何学的な制限は、DNAオリガミのカプセル化の効率に悪影響を与える可能性がある。 The highly compact forms of nucleic acids produced by DNA origami technology may allow complete encapsulation of large nucleic acid molecules by viral capsids. However, assembly of viral capsids around DNA origami can be difficult. The chemical and physical surface properties of DNA origami structures are distinct from those of gold nanoparticles that have so far served as substrates for assembly. Furthermore, an inherent property of using DNA origami as substrates for assembly is the inability of origami structures to readily form perfect spheres compared to gold nanoparticles. The discrepancy between the shape of the encapsulated nanoparticles and the native capsid would make the encapsulation results difficult to predict. As a result, this geometric limitation can adversely affect the efficiency of DNA origami encapsulation.

様々な出版物が、核酸の送達のためのウイルス様粒子の使用を対象にしている。米国特許第6,830,929号は、SV40ウイルスおよび偽ウイルスのインビトロ構築を対象にしている。Zlotnick A.らによる出版物(Biophysical Journal,2013,104,1595-1604)は、「To Build a Virus on a Nucleic Acid Substrate」と題される。Handa H.ら(Virology,2011,420,1-9)は、「In vitro reconstitution of SV40 particles that are composed of VP1/2/3 capsid proteins and nucleosomal DNA and direct efficient gene transfer」と題される。米国出願公開第US2008/0131928号は、生理学的条件におけるウイルス粒子様構造、およびそれを形成する方法を対象にしている。Mikkilaら(Nano Lett.2014,14,2196-2200)およびBurnsら(ACS Synth Biol.2018,7,767-773)を含む他の出版物は、オリガミ粒子およびウイルスタンパク質を含む物質の組成物を報告している。 Various publications address the use of virus-like particles for delivery of nucleic acids. US Pat. No. 6,830,929 is directed to in vitro construction of SV40 virus and pseudovirus. Zlotnick A. (Biophysical Journal, 2013, 104, 1595-1604) is entitled "To Build a Virus on a Nucleic Acid Substrate". Handa H. (Virology, 2011, 420, 1-9), "In vitro reconstruction of SV40 particles that are composed of VP1/2/3 capsid proteins and nucleosomal DNA and direct effective "gene transfer". US Application Publication No. US2008/0131928 is directed to virus particle-like structures in physiological conditions and methods of forming the same. Other publications, including Mikkila et al. (Nano Lett. 2014, 14, 2196-2200) and Burns et al. reporting.

大きな核酸分子を完全にカプセル化することができ、そのような核酸分子を細胞に移すために効果的に使用することができる真正なウイルス構造を示す効率的な粒子が、当技術分野で依然として必要とされている。 There remains a need in the art for efficient particles that can completely encapsulate large nucleic acid molecules and exhibit authentic viral structures that can be effectively used to transfer such nucleic acid molecules into cells. It is said that

本発明は、その実施形態において、少なくとも12個のキャプシドユニットによってカプセル化された少なくとも1つの核酸オリガミ構造の粒子、それを含む組成物、およびその使用を提供する。 The invention provides, in its embodiments, particles of at least one nucleic acid origami structure encapsulated by at least 12 capsid units, compositions comprising the same, and uses thereof.

いくつかの実施形態によれば、本発明の有利な粒子は、非常にコンパクトなオリガミ構造の形態である核酸を効率的かつ完全にカプセル化するそれらの能力により、標的細胞への核酸の効率的な送達を可能にする。本明細書に例示されるように、カプセル化された核酸は、キャプシドユニットで作製されたシェル内に完全にカプセル化および保護され、突出せず、粒子から押し出されない。本明細書で実証されるように、本発明の有利な粒子は、核酸を完全にカプセル化し、ウイルスに完全に類似している正二十面体ウイルス構造を示す。さらに、理論またはメカニズムに拘束されることを望まずに、本明細書の以下で実証されるように、ウイルス構造に非常に類似する有利な粒子は、粒子および核酸が、細胞機構によって認識されるようになっている天然ウイルスと同様に効率的に細胞内で輸送および代謝されるため、遺伝子送達に有効であり、キャプシドは、細胞の酵素反応によって開く場合があり、キャプシドが開いた後、特定の構造が形成されて、核酸カーゴの核への取り込みが促進される。対照的に、ウイルスとの高い類似性を示さない粒子は、核の中に効率的に侵入する可能性が低い。それらは、細胞によって貪食される可能性があるが、最終的には分解性の細胞小器官になるであろう。したがって、本発明の粒子は、遺伝子送達活性の高い可能性を示す。 According to some embodiments, the advantageous particles of the present invention are capable of efficient delivery of nucleic acids to target cells due to their ability to efficiently and completely encapsulate nucleic acids in the form of very compact origami structures. delivery. As exemplified herein, the encapsulated nucleic acid is completely encapsulated and protected within the shell made of the capsid unit and does not protrude or extrude from the particle. As demonstrated herein, advantageous particles of the invention exhibit an icosahedral viral structure that fully encapsulates nucleic acids and closely resembles viruses. Furthermore, without wishing to be bound by theory or mechanism, as demonstrated hereinbelow, advantageous particles that closely resemble virus structures are particles and nucleic acids that are recognized by cellular machinery. It is effective for gene delivery because it is transported and metabolized in cells as efficiently as the native virus, and the capsid may be opened by enzymatic reactions in the cell, after which the capsid is opened, followed by a specific structure is formed to facilitate nuclear uptake of the nucleic acid cargo. In contrast, particles that do not show high similarity to viruses are less likely to efficiently enter the nucleus. They may be phagocytosed by cells, but will eventually become degradable organelles. Thus, the particles of the invention exhibit a high potential for gene delivery activity.

いくつかの実施形態によれば、DNAオリガミは、キャプシドアセンブリのための新しいクラスの基質として使用することができることが本明細書に開示される。この目的を達成するために、本明細書に例示されるように、近球形の形態および天然SV40キャプシドの内部空洞に最もよく一致する好適な直径に詰められたSV40キャプシドタンパク質およびDNAオリガミ構造分子が使用された。本明細書で以下にさらに例示されるように、各々が1つ以上のキャプシドタンパク質から作製されたキャプシドユニットを含むシェルを有する粒子は、DNAオリガミ構造のコアの周りにアセンブリし、それを高効率でカプセル化することができる。いくつかの例示的な実施形態では、得られた粒子のクライオ-EM構造は、外側のシェルがT=7dの正十二面体対称性の規則的なSV40格子を形成することを実証している。いくつかの実施形態では、クライオ-EM構造によって実証されるように、粒子のコア内(すなわち、シェルの内側)で、「ハニカム」格子に配置された平行螺旋などのDNAオリガミの構造的特性が同定され得、DNAオリガミが全体としてキャプシドシェル内にカプセル化されることを示している。 It is disclosed herein that, according to some embodiments, DNA origami can be used as a new class of substrates for capsid assembly. To this end, as exemplified herein, SV40 capsid proteins and DNA origami structural molecules are packed into a near-spherical morphology and a suitable diameter that best matches the internal cavity of the native SV40 capsid. Used. As exemplified further herein below, particles with shells each containing capsid units made from one or more capsid proteins assemble around the core of a DNA origami structure, which can be highly efficiently can be encapsulated in In some exemplary embodiments, the cryo-EM structure of the resulting particles demonstrates that the outer shell forms a regular SV40 lattice with T=7d dodecahedral symmetry. . In some embodiments, within the core of the particle (i.e., inside the shell), structural features of the DNA origami such as parallel helices arranged in a "honeycomb" lattice, as demonstrated by the cryo-EM structure. can be identified, indicating that the DNA origami is encapsulated entirely within the capsid shell.

いくつかの例示的な実施形態によれば、本明細書の以下で実証されるように、DNAオリガミ構造の2つの対向するハニカムの小表面を接続する軸が、正十二面体のキャプシドの三回対称軸からわずかに外れて(例えば、三回対称軸に向かって約-6.8°の傾斜角で)配向されているため、DNAオリガミ構造およびキャプシドは、ランダムに配向されていない。そのため、有利なことに、SV40様粒子は、高い忠実度、効率、および再現性でDNAオリガミの周りに形成され、キャプシドを正確に再現し、2つの格子、DNAオリガミおよびSV40キャプシドを互いに対して正確に位置付けることを可能にして、有用で活性な粒子を形成する。いくつかの実施形態では、DNAオリガミ構造は、キャプシドに対してランダムに配向されている。 According to some exemplary embodiments, as demonstrated hereinbelow, the axis connecting two opposing honeycomb facets of the DNA origami structure is three Oriented slightly off the axis of rotational symmetry (eg, at a tilt angle of about −6.8° toward the axis of trifold symmetry), the DNA origami structure and capsid are not randomly oriented. SV40-like particles are therefore advantageously formed around DNA origami with high fidelity, efficiency and reproducibility, accurately reproducing the capsid and aligning the two lattices, the DNA origami and the SV40 capsid, against each other. Allowing precise positioning to form useful and active particles. In some embodiments, the DNA origami structure is randomly oriented with respect to the capsid.

いくつかの実施形態によれば、コアおよびシェルを含む粒子が提供され、該コアが、シェルによってカプセル化された少なくとも1つの核酸オリガミ構造を含み、該シェルが、少なくとも12個のキャプシドユニットを含み、キャプシドユニットが、1つ以上のキャプシドタンパク質を含む。 According to some embodiments, particles are provided comprising a core and a shell, the core comprising at least one nucleic acid origami structure encapsulated by a shell, the shell comprising at least 12 capsid units. , the capsid unit comprises one or more capsid proteins.

いくつかの実施形態によれば、核酸オリガミ構造は、一本鎖DNA、二本鎖DNA、任意の形態の一本鎖RNA、および任意の形態の二本鎖DNA、修飾核酸、合成核酸、またはそれらの任意の組み合わせ、ならびにそれらの多様性であり得る。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造は、多様な核酸足場またはより小さなオリガミ構造を含み得、各々が、任意選択で、2つ以上の種類の核酸を含み得る。 According to some embodiments, the nucleic acid origami structure can be single-stranded DNA, double-stranded DNA, any form of single-stranded RNA, and any form of double-stranded DNA, modified nucleic acid, synthetic nucleic acid, or It can be any combination thereof, as well as variations thereof. In some embodiments, a nucleic acid origami structure may comprise multiple nucleic acid scaffolds or smaller origami structures, each optionally comprising two or more types of nucleic acids.

いくつかの実施形態によれば、粒子のシェルは、準球形の形状を有し得る。いくつかの実施形態によれば、粒子のシェルは、正二十面体形状を有し得る。いくつかの実施形態によれば、粒子は、球形または近球形であり得る。 According to some embodiments, the shell of the particle can have a quasi-spherical shape. According to some embodiments, the shell of the particle may have an icosahedral shape. According to some embodiments, particles can be spherical or near-spherical.

いくつかの実施形態によれば、粒子の直径は、約10~約200ナノメートル(nm)であり得る。いくつかの実施形態によれば、該粒子の直径は、約20nmより大きくてもよい。 According to some embodiments, the particles can have a diameter of about 10 to about 200 nanometers (nm). According to some embodiments, the particle diameter may be greater than about 20 nm.

いくつかの実施形態によれば、キャプシドユニットは、少なくとも5つのキャプシドタンパク質を含み得る。いくつかの実施形態によれば、キャプシドユニットの各々は、キャプシドタンパク質の五量体および/または六量体を含み得る。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、ウイルスタンパク質である。 According to some embodiments, a capsid unit may comprise at least 5 capsid proteins. According to some embodiments, each of the capsid units may comprise pentamers and/or hexamers of capsid proteins. In some embodiments, the capsid protein is a viral protein.

いくつかの実施形態では、ウイルスタンパク質は、ウイルスファミリーポリオーマウイルス科から選択されるウイルスからのものである。いくつかの実施形態では、ウイルスタンパク質は、ヒトポリオーマウイルスからのものである。いくつかの実施形態では、ウイルスタンパク質は、SV40ウイルス、JCウイルス、またはBKウイルスからなる群から選択されるウイルスからのものである。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、SV40ウイルスからのものである。 In some embodiments, the viral protein is from a virus selected from the viral family Polyomaviridae. In some embodiments, the viral protein is from human polyoma virus. In some embodiments, the viral protein is from a virus selected from the group consisting of SV40 virus, JC virus, or BK virus. In some embodiments, the capsid protein is from the SV40 virus.

いくつかの実施形態によれば、キャプシドタンパク質は、キャプシドタンパク質VP1、キャプシドタンパク質VP2、キャプシドタンパク質VP3、またはそれらの任意の組み合わせから選択され得る。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、VP1である。 According to some embodiments, the capsid protein may be selected from capsid protein VP1, capsid protein VP2, capsid protein VP3, or any combination thereof. In some embodiments, the capsid protein is VP1.

いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、少なくとも72個のキャプシドユニットによってカプセル化され得る。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、5つのVP1分子、5つのVP1分子および1つのVP2分子、5つのVP1分子および1つのVP3分子、ならびに5つのVP1分子および1つのVP2分子もしくは1つのVP3分子、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるウイルスタンパク質分子の組み合わせを含み得る。 In some embodiments, an origami structure can be encapsulated by at least 72 capsid units. In some embodiments, the capsid unit comprises 5 VP1 molecules, 5 VP1 molecules and 1 VP2 molecule, 5 VP1 molecules and 1 VP3 molecule, and 5 VP1 molecules and 1 VP2 molecule or 1 VP3 molecules, or combinations of viral protein molecules selected from the group consisting of any combination thereof.

いくつかの実施形態では、粒子は、核酸分子を標的細胞の中に送達する際に使用するためのものである。いくつかの実施形態では、標的細胞は、インビトロ細胞、または組織もしくは生物に収容された細胞から選択される。 In some embodiments, the particles are for use in delivering nucleic acid molecules into target cells. In some embodiments, target cells are selected from in vitro cells or cells housed in a tissue or organism.

いくつかの実施形態では、本発明の複数の粒子を含む組成物が提供される。 In some embodiments, compositions are provided that include a plurality of particles of the invention.

いくつかの実施形態では、細胞への核酸の送達のための、コアおよびシェルを含む粒子の使用が提供され、該コアが、シェルによってカプセル化された少なくとも1つの核酸オリガミ構造を含み、該シェルが、少なくとも12個のキャプシドユニットを含み、キャプシドユニットが、1つ以上のキャプシドタンパク質を含む。 In some embodiments, use of particles comprising a core and a shell for delivery of nucleic acids to cells is provided, the core comprising at least one nucleic acid origami structure encapsulated by a shell, the shell comprising contains at least 12 capsid units, and a capsid unit contains one or more capsid proteins.

上記の例示的な態様および実施形態に加えて、さらなる態様および実施形態は、図を参照し、以下の詳細な説明を検討することによって明らかになるであろう。 In addition to the exemplary aspects and embodiments described above, further aspects and embodiments will become apparent by reference to the figures and by study of the following detailed description.

様々なサイズの近球形のDNAオリガミ構造の電子顕微鏡写真である。図1A-2873ヌクレオチド(nt)の長さの一本鎖DNAで構築された25nmのほぼ球形のオリガミ構造、図1B-5386ntの長さの一本鎖DNAで構築された30nmのほぼ球形のオリガミ構造、図1C-7560ntの長さの一本鎖DNAで構築された35nmのほぼ球形のオリガミ構造、図1D-2つの半球で構成される40nmのほぼ球形のオリガミ構造であり、1つは、7560ntの長さの一本鎖DNAで構築され、2つ目は、7249ntの一本鎖DNAで構築されている。Electron micrographs of near-spherical DNA origami structures of various sizes. FIG. 1A—25 nm spheroidal origami structure constructed with 2873 nucleotide (nt) long single-stranded DNA, FIG. 1B—30 nm spheroidal origami constructed with 5386 nt long single-stranded DNA. Structures, FIG. 1C—35 nm spheroidal origami structure assembled with 7560 nt long single-stranded DNA, FIG. 1D—40 nm spheroidal origami structure composed of two hemispheres, one It is constructed with 7560 nt long single-stranded DNA and the second is constructed with 7249 nt single-stranded DNA. 粒子のネガティブ染色透過型電子顕微鏡である。図2A:直径25nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリしたVP1を含む粒子、図2B:直径30nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリしたVP1を含む粒子、図2C:直径35nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリしたVP1を含む粒子、図2D:直径40nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリしたVP1を含む粒子。すべての画像で、アセンブリ生成物が、背景にある浮遊オリガミ構造および浮遊VP1五量体とともに観察される。Negative stain transmission electron microscopy of particles. Figure 2A: Particle comprising VP1 assembled on a roughly spherical DNA origami structure with a diameter of 25 nm Figure 2B: Particle comprising VP1 assembled on a roughly spherical DNA origami structure with a diameter of 30 nm Figure 2C: Nearly spherical shape with a diameter of 35 nm FIG. 2D: Particles containing VP1 assembled on a nearly spherical DNA origami structure with a diameter of 40 nm. In all images assembly products are observed with floating origami structures and floating VP1 pentamers in the background. 30nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリした、SV40 VP1で構築された粒子の8つのクライオ-EMの2D顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、特徴的なウイルススパイク(VP1五量体)を示すシェルおよびコアで構成される、50nmのSV40様粒子を示す。コアのうちのいくつかでは、オリガミ構造の折り畳まれたストランドを観察できる(ストライプとして見られる)。Eight cryo-EM 2D micrographs of SV40 VP1-constructed particles assembled on a 30 nm quasi-spherical DNA origami structure. Micrographs show 50 nm SV40-like particles composed of a shell and core exhibiting a characteristic viral spike (VP1 pentamer). In some of the cores, folded strands of the origami structure can be observed (seen as stripes). 30nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリしたSV40様粒子の2D顕微鏡写真に重ね合わせた野生型SV40(PDBエントリー1SVA)のモデルであり、完全な整列を示している。A model of wild-type SV40 (PDB entry 1SVA) superimposed on a 2D micrograph of SV40-like particles assembled on a 30 nm roughly spherical DNA origami structure, showing perfect alignment. 30nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリした粒子を類似の粒子のクラスに分類するクライオ-EM顕微鏡写真の2D分類であり、各サブクラスは平均して数百の粒子を表す。2D classification of cryo-EM micrographs grouping particles assembled on a 30 nm approximately spherical DNA origami structure into classes of similar particles, with each subclass representing hundreds of particles on average. 蛍光標識された裸の30nmのオリガミ構造または標識された30nmのDNAオリガミ構造を含有するSV40様粒子とインキュベートされたCV-1細胞の共焦点顕微鏡写真である。図4A:蛍光標識された裸の(ウイルスキャプシド内にパッケージされていない)オリガミ構造(構築、対照)で処理されたCV1細胞である。図4B:DNAオリガミ構造の周りにインビトロでアセンブリしたウイルスキャプシドとインキュベートされたCV1細胞であり、細胞の中への蛍光標識されたDNA(矢印でマーク)の取り込みを示している。Confocal micrographs of CV-1 cells incubated with SV40-like particles containing fluorescently labeled naked 30 nm origami structures or labeled 30 nm DNA origami structures. FIG. 4A: CV1 cells treated with fluorescently labeled naked (not packaged into viral capsid) origami structures (construction, control). FIG. 4B: CV1 cells incubated with viral capsids assembled in vitro around DNA origami structures, showing uptake of fluorescently labeled DNA (marked by arrows) into the cells. 35nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリしたT=7dの正二十面体SV40様粒子のクライオ-EMおよび3D再構成である。図5A:上部パネル-SV40様粒子の代表的なクライオ-EM顕微鏡写真であり、50nmの粒子の均一な集団を示している。スケールバーは、100nmを表す。挿入図は、縞模様を示すオリガミで満たされた粒子(左)および空の(右)粒子を示している(中央パネルで拡大)。下部パネル-合計48778個の粒子からの2Dクラスの平均であり、空の粒子とDNAオリガミで満たされた粒子の両方の存在を示している。 図5B:7.3Åの解像度での空の粒子の3D復元(上部パネル-正面図、中央パネル-内部図)、および対応する26,110個の粒子の2Dクラス(下部パネル)である。 図5C:25Åの解像度でのオリガミで満たされた粒子の3D復元(上部パネル-正面図、中央パネル-内部図)および対応する19786個の粒子の2Dクラス(下部パネル)である。 図5D:復元された粒子の正二十面体対称性の実証である。正二十面体対称性を示すために、正二十面体は、シェル内の5価の五量体の中心にその頂点を揃えることにより、クライオ-EMで復元されたオリガミで満たされたキャプシドの表面に手動で取り付けられた。5回、3回、および2回の対称軸は、正二十面体の小平面上でそれぞれ五角形、三角形、およびひし形としてマークされる。 図5E:正二十面体の三角分割数TのCasparおよびKlugの計算法の図解である。五角形は、5価の五量体を示す。Tは、T=h**2+hk+k**2の公式で得られる。T=7d、h=2、およびk=1の場合、hは、矢印1および2で表され、Kは、矢印1”で表される。復元されたキャプシド上の5価VP1五量体の局在は、T=7dに対応する。Cryo-EM and 3D reconstructions of T=7d icosahedral SV40-like particles assembled on 35 nm quasi-spherical DNA origami structures. FIG. 5A: Upper panel—Representative cryo-EM micrograph of SV40-like particles showing a homogeneous population of 50 nm particles. Scale bar represents 100 nm. The inset shows origami-filled (left) and empty (right) particles showing streaks (enlarged in middle panel). Bottom panel—average of 2D classes from a total of 48,778 particles, showing the presence of both empty particles and particles filled with DNA origami. FIG. 5B: 3D reconstruction of empty particles at 7.3 Å resolution (top panel—front view, middle panel—inside view) and the corresponding 2D class of 26,110 particles (bottom panel). FIG. 5C: 3D reconstruction of origami-filled particles at 25 Å resolution (top panel—front view, middle panel—interior view) and the corresponding 2D class of 19786 particles (bottom panel). Figure 5D: Demonstration of the icosahedral symmetry of the reconstructed grain. To demonstrate the icosahedral symmetry, the icosahedron is formed in the cryo-EM reconstructed origami-filled capsid by aligning its vertices with the center of the pentavalent pentamer in the shell. Manually attached to the surface. The 5-fold, 3-fold, and 2-fold axes of symmetry are marked as pentagons, triangles, and rhombuses on the facets of the icosahedron, respectively. FIG. 5E: Schematic of Caspar and Klug's calculation of the triangulation number T of the icosahedron. A pentagon indicates a pentavalent pentamer. T is obtained by the formula T=h**2+hk+k**2. For T = 7d, h = 2, and k = 1, h is represented by arrows 1 and 2 and K is represented by arrow 1″. Localization corresponds to T=7d. DNAオリガミ上にアセンブリしたSV40様粒子のクライオ-EM 3D復元の内部図であり、DNAオリガミが全体としてカプセル化されることを示している。図6A:異なる観察角度で示される35nmのDNAオリガミ構造の概略図であり、図6B:DNAオリガミで満たされたキャプシドの3D復元の3D電子密度マップである。DNAオリガミで満たされたキャプシドの様々な観察角度での図は、図6AのDNAオリガミ設計のそれぞれの図に対応する。Internal view of cryo-EM 3D reconstruction of SV40-like particles assembled on a DNA origami, showing that the DNA origami is encapsulated as a whole. Figure 6A: Schematic of 35 nm DNA origami structure shown at different viewing angles; Figure 6B: 3D electron density map of 3D reconstruction of capsid filled with DNA origami. Views of the capsid filled with DNA origami at various viewing angles correspond to respective views of the DNA origami design in FIG. 6A. キャプシドに整列した正二十面体に関して、カプセル化された35nmのDNAオリガミの3つの図の立体表現を示すピクトグラム。DNAオリガミのハニカム小平面は、傾斜した正二十面体の3回対称性に面する(図7B)。回転すると、2つの対向するハニカム小平面を接続する軸は、破線でマークされたオリガミの螺旋に対して平行に見え、正二十面体の3回対称軸から6.8°外れた位置にある(図7A)。図7Cは、図7Aの回転図を示す。Pictograms showing three-dimensional representations of encapsulated 35 nm DNA origami with respect to capsid-aligned icosahedrons. The honeycomb facets of the DNA origami face the tilted icosahedral three-fold symmetry (Fig. 7B). When rotated, the axis connecting the two opposing honeycomb facets appears parallel to the origami helix marked by the dashed line and lies 6.8° off the icosahedron's three-fold symmetry axis. (Fig. 7A). FIG. 7C shows a rotated view of FIG. 7A. 安定したVP1/DNAオリガミ複合体の形成を実証する電気泳動移動度シフトアッセイ(EMSA)分析を示すピクトグラムである。35nmのDNAオリガミは、1つのDNAオリガミ構造あたり400個の五量体のモル比でVP1五量体と混合した。アセンブリ生成物を0.7%アガロースゲルで分析し、EtBrで染色した。M-サイズマーカー、0-オリガミ構造(五量体なし)、400-五量体とインキュベートされたオリガミ構造。Fig. 4 is a pictogram showing an electrophoretic mobility shift assay (EMSA) analysis demonstrating the formation of stable VP1/DNA origami complexes. A 35 nm DNA origami was mixed with VP1 pentamers at a molar ratio of 400 pentamers per DNA origami structure. Assembly products were analyzed on a 0.7% agarose gel and stained with EtBr. M-size marker, 0-origami structure (no pentamer), 400-origami structure incubated with pentamer. DNAポリメラーゼの酵素作用への接近性の増加によって実証される、細胞内条件(37℃および1mMのMg+)下でのDNAオリガミの展開である。Development of DNA origami under intracellular conditions (37° C. and 1 mM Mg+) demonstrated by the increased accessibility of DNA polymerases to enzymatic action.

いくつかの実施形態によれば、少なくとも12個のキャプシドユニットによってカプセル化された少なくとも1つの核酸オリガミ構造を含む有利な粒子が提供され、キャプシドユニットは、1つ以上のキャプシドタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、粒子は、コアおよびシェルを有し、シェルは、キャプシドユニットで作製され、コアは、シェル内にカプセル化された核酸オリガミ構造を含む。複数の粒子を含む組成物、および粒子にカプセル化された核酸を標的細胞に移す/トランスフェクトする/送達するためのその使用がさらに提供される。 According to some embodiments, advantageous particles are provided comprising at least one nucleic acid origami structure encapsulated by at least 12 capsid units, the capsid units comprising one or more capsid proteins. In some embodiments, the particle has a core and a shell, the shell being made up of capsid units and the core comprising a nucleic acid origami structure encapsulated within the shell. Compositions comprising a plurality of particles and their use for transferring/transfecting/delivering nucleic acids encapsulated in the particles to target cells are further provided.

定義
本発明の理解を容易にするために、いくつかの用語および句が以下に定義される。これらの用語および句は、本明細書の用語または句が、当業者の知識と組み合わせて、本明細書に提示される教示およびガイダンスに照らして当業者によって解釈されるように、説明を目的とするものであり、限定するものではないことを理解されたい。
Definitions To facilitate understanding of the present invention, some terms and phrases are defined below. These terms and phrases are intended to be descriptive so that the terms or phrases herein can be interpreted by a person of ordinary skill in the art in light of the teachings and guidance presented herein in combination with the knowledge of those of ordinary skill in the art. It should be understood that this is intended to be a non-limiting example.

本明細書で言及される際、「核酸」、「核酸分子」、「オリゴヌクレオチド」、「ポリヌクレオチド」、および「ヌクレオチド」という用語は、本明細書で交換可能に使用され得る。これらの用語は、別個のフラグメントの形態で、またはより大きな構築物、直鎖もしくは分岐、一本鎖、二本鎖、三本鎖、またはそれらのハイブリッドの成分として、デオキシリボヌクレオチド(DNA)、リボヌクレオチド(RNA)のポリマー、およびそれらの修飾形態を対象にする。この用語は、RNA/DNAハイブリッドも包含する。ポリヌクレオチドは、DNAまたはRNAのセンスおよびアンチセンスオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチド配列を含み得る。DNAまたはRNA分子は、例えば、これらに限定されないが、相補的DNA(cDNA)、ゲノムDNA、合成されたDNA、組換えDNA、もしくはそれらのハイブリッド、または例えば、mRNA、shRNA、siRNA、miRNA、アンチセンスRNAなどのRNA分子であり得る。各可能性は、別個の実施形態である。これらの用語はさらに、天然に存在する塩基、糖、および共有ヌクレオシド間結合から構成されるオリゴヌクレオチド、ならびにそれぞれの天然に存在する部分と同様に機能する天然に存在しない部分を有するオリゴヌクレオチドを含む。いくつかの実施形態では、核酸は、オリガミ構造の形態である。 As referred to herein, the terms "nucleic acid", "nucleic acid molecule", "oligonucleotide", "polynucleotide" and "nucleotide" may be used interchangeably herein. These terms refer to deoxyribonucleotides (DNA), ribonucleotides, in the form of discrete fragments, or as components of larger constructs, linear or branched, single-stranded, double-stranded, triple-stranded, or hybrids thereof. Of interest are polymers of (RNA) and their modified forms. The term also includes RNA/DNA hybrids. Polynucleotides can include DNA or RNA sense and antisense oligonucleotides or polynucleotide sequences. DNA or RNA molecules include, but are not limited to, complementary DNA (cDNA), genomic DNA, synthetic DNA, recombinant DNA, or hybrids thereof, or, for example, mRNA, shRNA, siRNA, miRNA, anti It can be an RNA molecule such as sense RNA. Each possibility is a separate embodiment. These terms further include oligonucleotides composed of naturally occurring bases, sugars, and covalent internucleoside linkages, as well as oligonucleotides having non-naturally occurring portions that function similarly to their respective naturally occurring portions. . In some embodiments, the nucleic acid is in the form of an origami structure.

オリガミ構造
本明細書で使用される場合、「核酸オリガミ構造」および「オリガミ構造」という用語は、交換可能に使用され得る。これらの用語は、ナノスケールで特定の三次元形状に折り畳まれた核酸分子を指す。オリガミ構造は、当業者に周知であり、本明細書にその全体が組み込まれる、Rothemund et al.,2006,Nature440:297-302に記載されているような分子生物学的技術によって生成することができる。簡単に言えば、核酸の長い鎖(足場)は、「ステープル」ストランドとしても知られる短い核酸ストランドを使用して折り畳まれる。これらのステープルストランドの結合は、長いストランドの立方構造変化につながり、多くのステープルストランドを使用して、特定の折り畳みをもたらすことができる。折り畳みを最適化し、ステープルストランドの結合と除去のために、さらに加熱と冷却を繰り返す。
Origami Structures As used herein, the terms "nucleic acid origami structure" and "origami structure" may be used interchangeably. These terms refer to nucleic acid molecules that are folded into a specific three-dimensional shape at the nanoscale. Origami structures are well known to those skilled in the art and are described in Rothemund et al. , 2006, Nature 440:297-302. Briefly, long strands of nucleic acid (scaffolds) are folded using short nucleic acid strands, also known as "staple" strands. The binding of these staple strands leads to cubic conformational changes in long strands, and many staple strands can be used to provide specific folding. Further heating and cooling cycles are repeated to optimize folding, binding and removal of staple strands.

すでに特定の形状に折り畳まれたオリガミ構造は、商業的に購入することができる。オリガミ構造を販売する会社には、tilibit nanosystems、およびEurofins Genomicsが含まれるが、これらに限定されない。 Origami structures already folded into a specific shape can be purchased commercially. Companies that sell origami structures include, but are not limited to, tilibit nanosystems, and Eurofins Genomics.

いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、核酸ストランドを含む。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、一本鎖DNA、二本鎖DNA、任意の形態の一本鎖RNAおよび二本鎖RNA(mRNA、shRNA、siRNA、miRNA、アンチセンスRNAなどを含む)、修飾核酸、合成核酸、それらの任意の組み合わせ、ならびにそれらの多様性からなる群から選択される核酸を含む。各可能性は、別個の実施形態である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、1つの核酸分子を含む。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、2つ以上の核酸分子を含む。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、2つ以上の種類の核酸分子の組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、核酸は、オリガミ構造から直線状ではなく、むしろオリガミ構造にコンパクト化される。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、1つ以上の核酸足場を含むことができ、各足場は、1つ以上の種類の核酸から構成され得る。例えば、足場は、RNA分子に連結されたDNA分子を含むことができる。 In some embodiments, the origami structure comprises a nucleic acid strand. In some embodiments, the origami structure comprises single-stranded DNA, double-stranded DNA, any form of single- and double-stranded RNA (including mRNA, shRNA, siRNA, miRNA, antisense RNA, etc.). , modified nucleic acids, synthetic nucleic acids, any combination thereof, and variations thereof. Each possibility is a separate embodiment. In some embodiments, an origami structure comprises one nucleic acid molecule. In some embodiments, an origami structure comprises two or more nucleic acid molecules. In some embodiments, an origami structure can comprise a combination of two or more types of nucleic acid molecules. In some embodiments, the nucleic acid is compacted into an origami structure rather than linear from an origami structure. In some embodiments, an origami structure can include one or more nucleic acid scaffolds, and each scaffold can be composed of one or more types of nucleic acids. For example, a scaffold can comprise a DNA molecule linked to an RNA molecule.

いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、1つ以上のより小さなオリガミ構造を含むことができ、各々のより小さなオリガミ構造は、1つ以上の種類の核酸から構成され得る。いくつかの実施形態では、ステープルは、1つ以上の種類の核酸からなる。いくつかの実施形態では、ステープルおよび足場は各々、異なる種類の核酸からなる。 In some embodiments, an origami structure can include one or more smaller origami structures, and each smaller origami structure can be composed of one or more types of nucleic acids. In some embodiments, staples consist of one or more types of nucleic acids. In some embodiments, the staple and scaffold each consist of a different type of nucleic acid.

オリガミ構造は、特定の用途に所望の任意の形状をとることができる。いくつかの実施形態では、オリガミ構造の形状は、球、立方体、ピラミッド、円錐、ばね、および球状の形状からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、シェルを満たすか、またはシェルによってカプセル化されるように構成される。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、球形である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、本質的に球形である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、ほぼ球形である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、球形であり、ウイルス様粒子を満たすように構成される。 The origami structure can take any shape desired for a particular application. In some embodiments, the shape of the origami structure is selected from the group consisting of spheres, cubes, pyramids, cones, springs, and spherical shapes. In some embodiments, the origami structure is configured to fill or be encapsulated by the shell. In some embodiments, the origami structure is spherical. In some embodiments, the origami structure is spherical in nature. In some embodiments, the origami structure is approximately spherical. In some embodiments, the origami structure is spherical and configured to fill the virus-like particles.

いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造は、細胞内で展開することが可能である。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造は、細胞内環境の条件下で展開することが可能である。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造は、細胞内環境の条件下で展開することができるように設計されている。 In some embodiments, nucleic acid origami structures are capable of unfolding intracellularly. In some embodiments, nucleic acid origami structures are capable of unfolding under the conditions of the intracellular environment. In some embodiments, nucleic acid origami structures are designed such that they can unfold under the conditions of the intracellular environment.

いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造は、細胞において発現されることが可能である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造の核酸テンプレートは、細胞内で発現されることが可能である。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造は、それが細胞内で展開された後、細胞内で発現されることが可能である。 In some embodiments, nucleic acid origami structures are capable of being expressed in cells. In some embodiments, the nucleic acid template of the origami structure is capable of being expressed intracellularly. In some embodiments, a nucleic acid origami structure is capable of being expressed intracellularly after it has been deployed intracellularly.

いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造は、それが細胞の中に導入された後、タンパク質キャプシドシェルから放出されると展開することが可能である。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造は、細胞内環境においてタンパク質キャプシドシェルから放出されると展開することが可能である。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造は、細胞内環境においてタンパク質キャプシドシェルから放出されたときに展開することができるように設計されている。 In some embodiments, the nucleic acid origami structure is capable of unfolding upon release from the protein capsid shell after it has been introduced into the cell. In some embodiments, nucleic acid origami structures are capable of unfolding upon release from the protein capsid shell in the intracellular environment. In some embodiments, the nucleic acid origami structure is designed so that it can unfold when released from the protein capsid shell in the intracellular environment.

いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、オリガミ構造の核酸テンプレートが細胞内に放出されるように、細胞内で解体されることが可能である。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルの解体は、温度、塩濃度、マグネシウム濃度、pHなど、またはそれらの任意の組み合わせなどであるがこれらに限定されない細胞間条件の影響を受ける。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、温度の細胞内条件および/またはマグネシウム濃度の細胞内条件で解体して、オリガミ構造の核酸テンプレートを放出するように設計されている。 In some embodiments, the staples of the nucleic acid origami structure are allowed to disassemble within the cell such that the nucleic acid template of the origami structure is released into the cell. In some embodiments, disassembly of the staples of the nucleic acid origami structure is affected by intercellular conditions such as, but not limited to, temperature, salt concentration, magnesium concentration, pH, etc., or any combination thereof. In some embodiments, the staples of the nucleic acid origami structure are designed to disassemble at intracellular conditions of temperature and/or intracellular conditions of magnesium concentration to release the nucleic acid template of the origami structure.

いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、ヒドラゾン化学ライゲーションによって接合された1つ以上のオリゴヌクレオチドからなるか、またはそれらから構成され得る。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、ヒドラゾン化学ライゲーションによって接合された少なくとも2つのオリゴヌクレオチドからなるか、またはそれらから構成され得る。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、ヒドラゾン化学ライゲーションによって接合された2つのオリゴヌクレオチドからなるか、またはそれらから構成され得る。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、ヒドラゾン化学ライゲーションによって接合され得る1つ以上の修飾オリゴヌクレオチドからなるか、またはそれらから構成され得る。 In some embodiments, the staples of the nucleic acid origami structure may consist or consist of one or more oligonucleotides joined by hydrazone chemical ligation. In some embodiments, the staple of the nucleic acid origami structure consists or may consist of at least two oligonucleotides joined by hydrazone chemical ligation. In some embodiments, a staple of a nucleic acid origami structure may consist or consist of two oligonucleotides joined by hydrazone chemical ligation. In some embodiments, the staples of the nucleic acid origami structure can consist or consist of one or more modified oligonucleotides that can be joined by hydrazone chemical ligation.

いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、ジスルフィド結合によって接合された1つ以上のオリゴヌクレオチドからなるか、またはそれらから構成され得る。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、ジスルフィド結合によって接合された少なくとも2つのオリゴヌクレオチドからなるか、またはそれらから構成され得る。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、ジスルフィド結合によって接合された2つのオリゴヌクレオチドからなるか、またはそれらから構成され得る。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造のステープルは、ジスルフィド結合によって接合され得る1つ以上の修飾オリゴヌクレオチドからなるか、またはそれらから構成され得る。 In some embodiments, the staples of the nucleic acid origami structure consist or may consist of one or more oligonucleotides joined by disulfide bonds. In some embodiments, the staple of the nucleic acid origami structure consists or may consist of at least two oligonucleotides joined by disulfide bonds. In some embodiments, the staple of the nucleic acid origami structure consists or may consist of two oligonucleotides joined by a disulfide bond. In some embodiments, the staples of the nucleic acid origami structure can consist of or consist of one or more modified oligonucleotides that can be joined by disulfide bonds.

いくつかの実施形態では、ステープルは、ヒドラゾン化学ライゲーションによって接合されたオリゴヌクレオチド、ジスルフィド結合によって接合されたオリゴヌクレオチド、またはそれらの任意の組み合わせを含み、それからなり、またはそれらを構成し得る。 In some embodiments, staples may comprise, consist of, or consist of oligonucleotides joined by hydrazone chemical ligation, oligonucleotides joined by disulfide bonds, or any combination thereof.

いくつかの実施形態では、オリガミ構造のステープルは、細胞エンドソームの酸性条件下で分解され、オリガミ構造の核酸テンプレートを放出することが可能である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造のステープルは、細胞エンドソームの酸性条件下で分解し、オリガミ構造の核酸テンプレートを放出するように設計されている。 In some embodiments, the origami structural staples are degraded under the acidic conditions of cellular endosomes, allowing release of the origami structural nucleic acid template. In some embodiments, the origami-structured staples are designed to degrade under the acidic conditions of cellular endosomes, releasing the origami-structured nucleic acid template.

いくつかの実施形態では、オリガミ構造のステープルは、細胞内で還元されて、オリガミ構造の核酸テンプレートを放出することが可能である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造のステープルは、細胞内条件下で還元され、オリガミ構造の核酸テンプレートを放出することが可能である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造のステープルは、細胞内条件下で還元され、オリガミ構造の核酸テンプレートを放出するように設計されている。 In some embodiments, the staples of the origami structure can be reduced intracellularly to release the nucleic acid template of the origami structure. In some embodiments, the staples of the origami structure can be reduced under intracellular conditions to release the nucleic acid template of the origami structure. In some embodiments, the staples of the origami structure are designed to be reduced under intracellular conditions to release the nucleic acid template of the origami structure.

いくつかの実施形態では、オリガミ球(または近球)の直径は、10~200、10~180、10~160、10~140、10~120、10~100、10~80、10~60、20~200、20~180、20~160、20~140、20~120、20~100、20~80、または20~60ナノメートル(nm)である。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、オリガミ球の直径は、10~200nmである。いくつかの実施形態では、オリガミ球の直径は、10、20、22、25、または30nmより大きい。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、オリガミ球の直径は、22nmより大きい。いくつかの実施形態では、オリガミ球の直径は、25nmより大きい。 In some embodiments, the diameter of the origami sphere (or near sphere) is 10-200, 10-180, 10-160, 10-140, 10-120, 10-100, 10-80, 10-60, 20-200, 20-180, 20-160, 20-140, 20-120, 20-100, 20-80, or 20-60 nanometers (nm). Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, the diameter of the origami sphere is 10-200 nm. In some embodiments, the diameter of the origami sphere is greater than 10, 20, 22, 25, or 30 nm. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, the diameter of the origami sphere is greater than 22 nm. In some embodiments, the diameter of the origami sphere is greater than 25 nm.

いくつかの実施形態では、オリガミ構造の中心から外周までの距離は、10~200、10~180、10~160、10~140、10~120、10~100、10~80、10~60、20~200、20~180、20~160、20~140、20~120、20~100、20~80、または20~60ナノメートル(nm)である。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、オリガミ構造の中心から外周までの距離は、10~200nmである。いくつかの実施形態では、オリガミ構造の中心から外周までの距離は、10、20、22、25、または30nmより大きい。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、オリガミ構造の中心から外周までの距離は、17nmより大きい。いくつかの実施形態では、オリガミ構造の中心から外周までの距離は、20nmより大きい。いくつかの実施形態では、オリガミ構造の中心から外周までの距離は、約17nmである。いくつかの実施形態では、オリガミ構造の中心から外周までの距離は、約20nmである。いくつかの実施形態では、オリガミ構造の中心から外周までの距離は、約30nmである。 In some embodiments, the distance from the center to the perimeter of the origami structure is 10-200, 10-180, 10-160, 10-140, 10-120, 10-100, 10-80, 10-60, 20-200, 20-180, 20-160, 20-140, 20-120, 20-100, 20-80, or 20-60 nanometers (nm). Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, the distance from the center to the perimeter of the origami structure is 10-200 nm. In some embodiments, the center-to-perimeter distance of the origami structure is greater than 10, 20, 22, 25, or 30 nm. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, the center-to-perimeter distance of the origami structure is greater than 17 nm. In some embodiments, the center-to-perimeter distance of the origami structure is greater than 20 nm. In some embodiments, the center-to-perimeter distance of the origami structure is about 17 nm. In some embodiments, the center-to-perimeter distance of the origami structure is about 20 nm. In some embodiments, the center-to-perimeter distance of the origami structure is about 30 nm.

キャプシドユニットおよびキャプシドタンパク質
本明細書で使用される場合、「キャプシドユニット」または「キャプシドサブユニット」という用語は、1つ以上のキャプシドタンパク質から構成される構造ユニットを指し、「キャプシド」は、ウイルスのタンパク質シェルを指す。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、キャプソマーである。いくつかの実施形態では、1個以上のキャプシドユニットの組み合わせが、本発明の粒子のシェルを形成する。いくつかの実施形態では、12個以上のキャプシドユニットの組み合わせが、本発明の粒子のシェルを形成する。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、天然供給源のものである。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、天然のウイルスキャプシドタンパク質との、少なくとも50%、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、または少なくとも99%の配列相同性を有する。各可能性は、別個の実施形態である。いくつかの実施形態では、ウイルスタンパク質は、ウイルスファミリーポリオーマウイルス科から選択されるウイルスからのものである。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、SV40ウイルスおよび、例えば、JCウイルスまたはBKウイルスを含むヒトポリオーマウイルスからなる群から選択されるウイルスのものである。いくつかの実施形態では、ポリオーマウイルス科のウイルスは、メルケル細胞ポリオーマウイルス、トリコジスプラシアスピヌロサポリオーマウイルス、ヒトポリオーマウイルス9、ヒトポリオーマウイルス12、ニュージャージーポリオーマウイルス、BKポリオーマウイルス、JCポリオーマウイルス、KIポリオーマウイルス、WUポリオーマウイルス、ヒトポリオーマウイルス6、ヒトポリオーマウイルス7、MWポリオーマウイルス、STLポリオーマウイルス、およびリヨンIARCポリオーマウイルスからなる群から選択され得る。各可能性は、別個の実施形態である。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、SV40ウイルスからのものである。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、改変SV40キャプシドタンパク質である。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、人工供給源のものである。いくつかの実施形態では、人工キャプシドタンパク質は、既知のウイルスキャプシドタンパク質の改変または変異形態であり得る。いくつかの実施形態では、人工キャプシドタンパク質は、1つ以上の既知のウイルスキャプシドタンパク質に由来するキメラタンパク質を含み得る。いくつかの実施形態では、人工キャプシドタンパク質は、1つ以上のウイルスキャプシドタンパク質からの1つ以上のドメインを含むキメラタンパク質を含み得る。いくつかの実施形態では、人工キャプシドタンパク質は、非ウイルス領域またはドメインを含み得、例えば、人工タンパク質は、ウイルス配列またはドメインの代わりに、またはそれに加えて、非ウイルス配列を含み得る。いくつかの実施形態では、人工キャプシドタンパク質は、天然のウイルスキャプシドタンパク質を模倣することが可能な1つ以上の機能的ドメインを含有し得る。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、既知のキャプシドタンパク質の任意の改変形態または変異形態を含み得る。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、ウイルスキャプシドタンパク質の任意の改変形態または変異形態であり得る。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、SV40キャプシドタンパク質の改変形態または変異形態であり得る。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、SV40キャプシドタンパク質の任意の改変形態または変異形態を含み得る。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、既知のウイルスキャプシドタンパク質の遺伝子操作された形態であり得るか、またはそれを含み得る。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、様々な供給源の既知のウイルスキャプシドタンパク質の1つ以上のドメインを含み得る。いくつかの実施形態では、1つ以上の種類のウイルスキャプシドタンパク質の組み合わせが、キャプシドユニットを形成することができる。いくつかの実施形態では、いくつかのキャプシドユニットの組み合わせが、粒子のシェルを形成することができる。いくつかの例示的な実施形態では、粒子のシェルは、少なくとも12個のキャプシドユニットを含む。いくつかの実施形態では、各キャプシドユニットは、少なくとも1つのウイルスタンパク質を含み得る。いくつかの実施形態では、各キャプシドユニットは、少なくとも5つのウイルスタンパク質を含み得る。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、キャプシドタンパク質の五量体である。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、正十二面体形状を有するシェルを形成する。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、正十二面体形状を有する。いくつかの実施形態では、正二十面体形状は、12個の頂点、2回、3回、および5回の対称軸、ならびに正二十面体三角分割数によって画定される特徴的な数の構造単位を有する構造に関し、正二十面体三角分割数は、CasparおよびKlugのシステム(Physical principles in the construction of regular viruses.Cold Spring Harb Symp Quant Biol.1962;27:1-24)に従って計算することができる。正二十面体形状は、CasparおよびKlugのシステム(Physical principles in the construction of regular viruses.Cold Spring Harb Symp Quant Biol.1962;27:1-24)に基づいて判定することができる。いくつかの実施形態では、正十二面体形状は、中空の準球形構造の形態で配置されたキャプシドユニットに関する。いくつかの実施形態では、正十二面体キャプシドは、Wang and Zlotnick et al.Viruses 2018, 10:25に従って、正十二面体格子に幾何学的欠陥を有するキャプシドを含む。
Capsid Units and Capsid Proteins As used herein, the terms "capsid unit" or "capsid subunit" refer to a structural unit composed of one or more capsid proteins; Refers to the protein shell. In some embodiments, the capsid unit is a capsomer. In some embodiments, a combination of one or more capsid units form the shell of the particles of the invention. In some embodiments, combinations of 12 or more capsid units form the shell of the particles of the invention. In some embodiments, the capsid protein is of natural sources. In some embodiments, the capsid protein is at least 50%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, or at least 99% the native viral capsid protein. % sequence homology. Each possibility is a separate embodiment. In some embodiments, the viral protein is from a virus selected from the viral family Polyomaviridae. In some embodiments, the capsid protein is of a virus selected from the group consisting of SV40 virus and human polyoma virus including, for example, JC virus or BK virus. In some embodiments, the Polyomaviridae virus is Merkel cell polyomavirus, Trichodysplasia spinulosapoliomavirus, human polyomavirus 9, human polyomavirus 12, New Jersey polyomavirus, BK polyomavirus. from the group consisting of Omavirus, JC Polyomavirus, KI Polyomavirus, WU Polyomavirus, Human Polyomavirus 6, Human Polyomavirus 7, MW Polyomavirus, STL Polyomavirus, and Lyon IARC Polyomavirus can be selected. Each possibility is a separate embodiment. In some embodiments, the capsid protein is from the SV40 virus. In some embodiments, the capsid protein is a modified SV40 capsid protein. In some embodiments, the capsid protein is of artificial origin. In some embodiments, engineered capsid proteins may be modified or mutated forms of known viral capsid proteins. In some embodiments, engineered capsid proteins may comprise chimeric proteins derived from one or more known viral capsid proteins. In some embodiments, engineered capsid proteins may comprise chimeric proteins comprising one or more domains from one or more viral capsid proteins. In some embodiments, the engineered capsid protein may comprise non-viral regions or domains, eg, the engineered protein may comprise non-viral sequences instead of, or in addition to, viral sequences or domains. In some embodiments, an artificial capsid protein may contain one or more functional domains capable of mimicking a natural viral capsid protein. In some embodiments, the capsid protein may comprise any modified or mutated form of a known capsid protein. In some embodiments, the capsid protein can be any modified or mutated form of the viral capsid protein. In some embodiments, the capsid protein can be a modified or mutated form of the SV40 capsid protein. In some embodiments, the capsid protein may comprise any modified or mutant form of the SV40 capsid protein. In some embodiments, the capsid protein may be or comprise a genetically engineered form of a known viral capsid protein. In some embodiments, the capsid protein may comprise one or more domains of known viral capsid proteins from various sources. In some embodiments, a combination of one or more types of viral capsid proteins can form a capsid unit. In some embodiments, a combination of several capsid units can form the shell of the particle. In some exemplary embodiments, the shell of the particle comprises at least 12 capsid units. In some embodiments, each capsid unit may comprise at least one viral protein. In some embodiments, each capsid unit may comprise at least 5 viral proteins. In some embodiments, the capsid unit is a pentamer of capsid proteins. In some embodiments, the capsid unit forms a shell having a dodecahedral shape. In some embodiments, the particles of the invention have a dodecahedral shape. In some embodiments, the icosahedral shape has 12 vertices, 2-fold, 3-fold, and 5-fold axes of symmetry, and a characteristic number of structures defined by the icosahedral triangulation number. For structures with units, the icosahedral triangulation number can be calculated according to the system of Caspar and Klug (Physical principles in the construction of regular viruses. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1962; 27: 1-24). can. The icosahedral shape can be determined based on the system of Caspar and Klug (Physical principles in the construction of regular viruses. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1962; 27:1-24). In some embodiments, the dodecahedral geometry relates to capsid units arranged in the form of hollow quasi-spherical structures. In some embodiments, the dodecahedral capsid is as described in Wang and Zlotnick et al. Viruses 2018, 10:25, contain capsids with geometric defects in the dodecahedral lattice.

いくつかの実施形態では、「準球形」という用語は、内部コアの周りに配置された外部シェル表面を有する中空構造を包含するように向けられている。いくつかの実施形態では、準球形は、正十二面体、欠陥のある正十二面体、不完全な正十二面体、完全球、近球、半球、楕円体などのような幾何学的形状を含み得る。 In some embodiments, the term "quasi-spherical" is intended to encompass hollow structures having an outer shell surface disposed about an inner core. In some embodiments, a quasi-spherical shape is a geometric shape such as a regular dodecahedron, a defective dodecahedron, an imperfect dodecahedron, a perfect sphere, a near sphere, a hemisphere, an ellipsoid, etc. can include

いくつかの実施形態によれば、粒子は、正十二面体形状を有する。いくつかの実施形態では、粒子は、準球形の形状を有する。いくつかの実施形態では、粒子は、球形、半球形、または近球形であり得る。 According to some embodiments, the particles have a dodecahedral shape. In some embodiments, the particles have a quasi-spherical shape. In some embodiments, particles can be spherical, hemispherical, or near-spherical.

いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、ウイルスタンパク質(VP)である。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、キャプシドタンパク質VP1(VP1)、キャプシドタンパク質VP2(VP2)、キャプシドタンパク質VP3(VP3)、およびそれらの組み合わせから選択され得る。各可能性は、別個の実施形態である。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、VP1である。 In some embodiments, the capsid protein is a viral protein (VP). In some embodiments, the capsid protein may be selected from capsid protein VP1 (VP1), capsid protein VP2 (VP2), capsid protein VP3 (VP3), and combinations thereof. Each possibility is a separate embodiment. In some embodiments, the capsid protein is VP1.

いくつかの実施形態では、VP1、VP2、およびVP3は、それぞれ、ポリオーマウイルス科VP1、VP2、およびVP3を指す。 In some embodiments, VP1, VP2, and VP3 refer to Polyomaviridae VP1, VP2, and VP3, respectively.

いくつかの実施形態では、VP1、VP2、およびVP3は、それぞれ、JC VP1、JC VP2、およびJC VP3を指す。 In some embodiments, VP1, VP2, and VP3 refer to JC VP1, JC VP2, and JC VP3, respectively.

いくつかの実施形態では、VP1、VP2、およびVP3は、それぞれ、BK VP1、BK VP2、およびBK VP3を指す。 In some embodiments, VP1, VP2, and VP3 refer to BK VP1, BK VP2, and BK VP3, respectively.

いくつかの実施形態では、VP1、VP2、およびVP3は、それぞれ、SV40 VP1、SV40 VP2、およびSV40 VP3を指す。 In some embodiments, VP1, VP2, and VP3 refer to SV40 VP1, SV40 VP2, and SV40 VP3, respectively.

いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、ウイルスタンパク質(VP)、またはその改変形態である。いくつかの実施形態では、キャプシドタンパク質は、キャプシドタンパク質VP1(VP1)、および/またはその改変形態、キャプシドタンパク質VP2(VP2)および/またはその改変形態、キャプシドタンパク質VP3(VP3)、および/またはその改変形態、またはそれらの任意の組み合わせから選択され得る。各可能性は、別個の実施形態である。いくつかの実施形態では、VP1、VP2、およびVP3の改変形態は、それぞれ、ポリオーマウイルス科VP1、VP2、およびVP3の改変形態を指す。いくつかの実施形態では、VP1、VP2、およびVP3の改変形態は、それぞれ、JC VP1、JC VP2、JC VP3の改変形態を指す。いくつかの実施形態では、VP1、VP2、およびVP3の改変形態は、それぞれ、BK VP1、BK VP2、およびBK VP3の改変形態を指す。いくつかの実施形態では、VP1、VP2、およびVP3の改変形態は、それぞれ、SV40 VP1、SV40 VP2、およびSV40 VP3の改変形態を指す。 In some embodiments, the capsid protein is a viral protein (VP), or modified form thereof. In some embodiments, the capsid protein is capsid protein VP1 (VP1) and/or modified forms thereof, capsid protein VP2 (VP2) and/or modified forms thereof, capsid protein VP3 (VP3) and/or modified forms thereof morphology, or any combination thereof. Each possibility is a separate embodiment. In some embodiments, modified forms of VP1, VP2, and VP3 refer to modified forms of Polyomaviridae VP1, VP2, and VP3, respectively. In some embodiments, variants of VP1, VP2, and VP3 refer to variants of JC VP1, JC VP2, JC VP3, respectively. In some embodiments, variants of VP1, VP2, and VP3 refer to variants of BK VP1, BK VP2, and BK VP3, respectively. In some embodiments, variants of VP1, VP2, and VP3 refer to variants of SV40 VP1, SV40 VP2, and SV40 VP3, respectively.

核酸をキャプシドにカプセル化する方法は、当業者に周知であり、本明細書において以下にも提供される。Mukherjee et al,PLoS One,2:e765(2007)およびS.Kler,et al.,JACS chemical biology 8,2753-2761(2013)などのさらなるテキストを、さらなる指針ついて閲覧することができる。 Methods for encapsulating nucleic acids into capsids are well known to those of skill in the art and are also provided herein below. Mukherjee et al, PLoS One, 2:e765 (2007) and S. Kler, et al. , JACS chemical biology 8, 2753-2761 (2013) can be consulted for further guidance.

カプセル化
本明細書で使用される場合、オリガミ構造に関して「カプセル化された」という用語は、その明白な意味で理解されるべきであり、すなわち、オリガミ構造は、完全にキャプシドユニットによって囲まれている。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、キャプシドユニットによって全体に囲まれている。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、キャプシドユニットの外部部分に露出されていない。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、オリガミ構造が存在する/収容される閉じたコアをカプセル化するシェルを形成する。いくつかの実施形態では、オリガミ核酸は、あまりコンパクトではない形態の同じ核酸よりも完全にカプセル化される。
Encapsulation As used herein, the term “encapsulated” with respect to an origami structure should be understood in its plain sense, i.e., the origami structure is completely surrounded by capsid units. there is In some embodiments, the origami structure is surrounded entirely by a capsid unit. In some embodiments, the origami structure is not exposed on the exterior portion of the capsid unit. In some embodiments, the capsid unit forms a shell that encapsulates a closed core in which the origami structure resides/houses. In some embodiments, an origami nucleic acid is more completely encapsulated than a less compact form of the same nucleic acid.

いくつかの実施形態では、1つのオリガミ構造は、少なくとも12個のキャプシドユニットによってカプセル化される。いくつかの実施形態では、2つ以上のオリガミ構造は、少なくとも12個のキャプシドユニットによってカプセル化される。 In some embodiments, one origami structure is encapsulated by at least 12 capsid units. In some embodiments, two or more origami structures are encapsulated by at least 12 capsid units.

いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、少なくとも12、32、42、72、92、122、132、162、212、252、272、282、または312個のキャプシドユニットのシェルによってカプセル化される。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、少なくとも72個のキャプシドユニットによってカプセル化され得る。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、少なくとも72個のキャプシド五量体によってカプセル化される。いくつかの実施形態では、シェルのキャプシドユニットは、天然ウイルスキャプシドのキャプシドユニットを作製するキャプシドタンパク質の数または組成において同一または異なる場合がある。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットのすべてまたはいくつかのキャプシドタンパク質は、すべてVP1またはその改変/変異形態である。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットのすべてまたはいくつかのキャプシドタンパク質は、VP1およびVP2またはそれらの改変/変異形態である。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットのすべてまたはいくつかのキャプシドタンパク質は、VP1およびVP3またはそれらの改変/変異形態である。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットのすべてまたはいくつかのキャプシドタンパク質は、VP1、VP2、およびVP3またはそれらの改変/変異形態である。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、少なくとも5つのウイルスタンパク質から構成され得る。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、ウイルスタンパク質の五量体から構成され得る。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、VP1タンパク質の五量体から構成され得る。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、VP2および/またはVP3などの1つ以上の追加のウイルスタンパク質を伴い得るVP1タンパク質の五量体から構成され得る。いくつかの実施形態では、キャプシドユニットは、5つのVP1分子、5つのVP1分子および1つのVP2分子、5つのVP1分子および1つのVP3分子、5つのVP1分子および1つのVP2分子または1つのVP3分子、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるウイルスタンパク質分子の組み合わせを含み得る。各可能性は、別個の実施形態である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、少なくとも360個のキャプシドタンパク質によってカプセル化される。いくつかの実施形態では、オリガミ構造は、各五量体がVP1分子およびその改変形態のみからなる少なくとも72個のVP1五量体、各五量体が1つのVP2分子およびその改変形態を含む少なくとも72個のVP1五量体、各五量体が1つのVP3分子およびその改変形態を含む72個のVP1五量体、または各五量体が1つのVP2分子または1つのVP3分子およびその改変形態を含む少なくとも72個のVP1五量体の任意の組み合わせによってカプセル化される。 In some embodiments, the origami structure is encapsulated by a shell of at least 12, 32, 42, 72, 92, 122, 132, 162, 212, 252, 272, 282, or 312 capsid units. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, an origami structure can be encapsulated by at least 72 capsid units. In some embodiments, the origami structure is encapsulated by at least 72 capsid pentamers. In some embodiments, the capsid unit of the shell may be the same or different in the number or composition of capsid proteins that make up the capsid unit of a native viral capsid. In some embodiments, all of the capsid units or some of the capsid proteins are all VP1 or modified/mutated forms thereof. In some embodiments, the capsid proteins of all or some of the capsid units are VP1 and VP2 or modified/mutated forms thereof. In some embodiments, the capsid proteins of all or some of the capsid units are VP1 and VP3 or modified/mutated forms thereof. In some embodiments, the capsid proteins of all or some of the capsid units are VP1, VP2 and VP3 or modified/mutated forms thereof. In some embodiments, the capsid unit can be composed of at least five viral proteins. In some embodiments, the capsid unit may be composed of pentamers of viral proteins. In some embodiments, the capsid unit may be composed of pentamers of the VP1 protein. In some embodiments, the capsid unit may be composed of a pentamer of VP1 protein, optionally with one or more additional viral proteins such as VP2 and/or VP3. In some embodiments, the capsid unit comprises 5 VP1 molecules, 5 VP1 molecules and 1 VP2 molecule, 5 VP1 molecules and 1 VP3 molecule, 5 VP1 molecules and 1 VP2 molecule or 1 VP3 molecule , or any combination thereof. Each possibility is a separate embodiment. In some embodiments, the origami structure is encapsulated by at least 360 capsid proteins. In some embodiments, the origami structure comprises at least 72 VP1 pentamers, each pentamer consisting only of a VP1 molecule and variants thereof, each pentamer comprising one VP2 molecule and variants thereof. 72 VP1 pentamers, 72 VP1 pentamers each containing one VP3 molecule and modified forms thereof, or each pentamer containing one VP2 molecule or one VP3 molecule and modified forms thereof are encapsulated by any combination of at least 72 VP1 pentamers, including

いくつかの実施形態では、本発明の粒子を生成するために混合される、核酸オリガミ構造対キャプシドタンパク質の比は、モル濃度で、少なくとも1:100、1:200、1:300、1:400、1:500、1:600、1:700、1:750、1:800、1:900、1:1000、または1:2000である。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、核酸オリガミ構造対キャプシドタンパク質の比は、モル濃度で、少なくとも1:200である。いくつかの実施形態では、オリガミ構造対キャプシドタンパク質の比は、モル濃度で、1:100~1:5000、1:100~1:2000、1:100~1:1000、1:100~1:750、1:200~1:5000、1:200~1:2000、1:200~1:1000、または1:200~1:750である。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、本発明の粒子を生成するために混合された、オリガミ構造対キャプシドタンパク質の比は、モル濃度で、1:200~1:2000である。 In some embodiments, the ratio of nucleic acid origami structures to capsid proteins that are mixed to produce the particles of the invention is at least 1:100, 1:200, 1:300, 1:400 in molar concentrations. , 1:500, 1:600, 1:700, 1:750, 1:800, 1:900, 1:1000, or 1:2000. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, the ratio of nucleic acid origami structure to capsid protein, on a molar basis, is at least 1:200. In some embodiments, the ratio of origami structure to capsid protein is, on a molar basis, 1:100 to 1:5000, 1:100 to 1:2000, 1:100 to 1:1000, 1:100 to 1: 750, 1:200-1:5000, 1:200-1:2000, 1:200-1:1000, or 1:200-1:750. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, the ratio of origami structure to capsid protein mixed to produce the particles of the invention is 1:200 to 1:2000 in molarity.

いくつかの実施形態では、粒子中のオリガミ構造対キャプシドユニットの比は、少なくとも1:12、1:32、1:42、1:72、1:92、1:122、1:132、1:162、1:212、1:252、1:272、1:282、または1:312である。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、粒子中の核酸オリガミ構造対キャプシド構造単位の比は、モル濃度で、少なくとも1:12、1:32、1:42、1:72、1:92、1:122、1:132、1:162、1:212、1:252、1:272、1:282、または1:312である。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。 In some embodiments, the ratio of origami structure to capsid unit in the particle is at least 1:12, 1:32, 1:42, 1:72, 1:92, 1:122, 1:132, 1: 162, 1:212, 1:252, 1:272, 1:282, or 1:312. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, the ratio of nucleic acid origami structure to capsid structural units in the particles is at least 1:12, 1:32, 1:42, 1:72, 1:92, 1:122, 1:132, 1:162, 1:212, 1:252, 1:272, 1:282, or 1:312. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention.

いくつかの実施形態では、キャプシドユニットによってカプセル化された少なくとも1つのオリガミ構造を含む粒子は、ウイルス様粒子(VLP)である。いくつかの実施形態では、VLPは、カプセル化された核酸を標的細胞に成功裏に移すことが可能であり、その結果、核酸は、標的細胞において発現され得る。いくつかの実施形態では、VLPは、カプセル化された核酸オリガミ構造を標的細胞に移すことが可能であり、その結果、核酸は、任意選択で、細胞内で展開された後、標的細胞内で発現することができ、発現を可能にする。いくつかの実施形態では、細胞は、インビトロである。いくつかの実施形態では、細胞は、組織または生物に収容されている。いくつかの実施形態では、VLPは、カプセル化された核酸オリガミ構造をインビボで生物に移すことが可能であり、その結果、核酸は、標的細胞または組織においてインビボで発現され得る。いくつかの実施形態では、VLPは、非病原性である。いくつかの実施形態では、粒子にカプセル化された核酸は、ウイルス起源ではない。 In some embodiments, particles comprising at least one origami structure encapsulated by a capsid unit are virus-like particles (VLPs). In some embodiments, the VLP can successfully transfer the encapsulated nucleic acid to the target cell so that the nucleic acid can be expressed in the target cell. In some embodiments, the VLP is capable of transferring an encapsulated nucleic acid origami structure into a target cell, such that the nucleic acid is optionally deployed within the target cell prior to intracellular deployment. It can and allows expression. In some embodiments the cell is in vitro. In some embodiments, the cells are housed in a tissue or organism. In some embodiments, the VLP is capable of transferring the encapsulated nucleic acid origami structure to an organism in vivo so that the nucleic acid can be expressed in vivo in target cells or tissues. In some embodiments, the VLPs are non-pathogenic. In some embodiments, the nucleic acid encapsulated in the particles is not of viral origin.

いくつかの実施形態では、粒子の直径は、20~500、20~400、20~300、20~250、20~200、20~150、20~100、30~500、30~400、30~300、30~250、30~200、30~150、30~100、40~500、40~400、40~300、40~250、40~200、40~150、40~100、50~500、50~400、50~300、50~250、50~200、50~150、または50~100nmである。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、粒子の直径は、20~300nmである。いくつかの実施形態では、粒子の直径は、20、25、30、35、40、45、50、55、60、または65nmより大きい。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。いくつかの実施形態では、粒子の直径は、ウイルス様粒子の直径である。 In some embodiments, the diameter of the particles is 20-500, 20-400, 20-300, 20-250, 20-200, 20-150, 20-100, 30-500, 30-400, 30- 300, 30-250, 30-200, 30-150, 30-100, 40-500, 40-400, 40-300, 40-250, 40-200, 40-150, 40-100, 50-500, 50-400, 50-300, 50-250, 50-200, 50-150, or 50-100 nm. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, the particles are 20-300 nm in diameter. In some embodiments, the particle diameter is greater than 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, or 65 nm. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention. In some embodiments, the particle diameter is that of a virus-like particle.

いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、分子があまりコンパクトではない場合にカプセル化され得るよりも長い核酸分子のカプセル化を可能にする。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、あまりコンパクトではない核酸分子テンプレートから生成された粒子よりもより安定している。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される粒子は、あまりコンパクトではない核酸分子テンプレートから生成された粒子集団よりもサイズおよび形状がより均一な粒子集団を形成する。 In some embodiments, the particles of the invention allow encapsulation of longer nucleic acid molecules than could be encapsulated if the molecules were less compact. In some embodiments, particles of the invention are more stable than particles generated from less compact nucleic acid molecule templates. In some embodiments, the particles disclosed herein form particle populations that are more uniform in size and shape than particle populations generated from less compact nucleic acid molecule templates.

いくつかの実施形態では、少なくとも12個のキャプシドユニットによってカプセル化された少なくとも1つのオリガミ構造を含む粒子が提供される。 In some embodiments, particles are provided comprising at least one origami structure encapsulated by at least 12 capsid units.

いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、あまりコンパクトではない核酸分子テンプレートから生成された粒子とは異なる三角分割数(正十二面体形状)を有する。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、あまりコンパクトではない核酸分子テンプレートから生成された粒子よりも、天然に存在するウイルスにより類似した正二十面体形状を有する。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、T=1、T=3、T=4、T=7、T=9、T=12、T=13、T=16、T=21、T=25、T=27、T=28、またはT=31の正二十面体形状を有する。各可能性は、本発明の別個の実施形態を表す。 In some embodiments, particles of the invention have a different triangulation number (dodecahedral shape) than particles generated from less compact nucleic acid molecule templates. In some embodiments, particles of the invention have an icosahedral shape that more closely resembles naturally occurring viruses than particles generated from less compact nucleic acid molecule templates. In some embodiments, the particles of the present invention have T=1, T=3, T=4, T=7, T=9, T=12, T=13, T=16, T=21, T =25, T=27, T=28, or T=31. Each possibility represents a separate embodiment of the present invention.

いくつかの例示的な実施形態では、本発明の粒子は、T=7の形状を有する。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、T=7dの正十二面体対称性を示す。いくつかの例示的な実施形態では、T=7dの正二十面体粒子キャプシドは、12個の5価五量体(例えば、5つの他の五量体に囲まれるVP1五量体)および60個の六価五量体(例えば、6つの他の五量体に囲まれるVP1五量体)から構成される。 In some exemplary embodiments, particles of the present invention have a shape of T=7. In some embodiments, the particles of the present invention exhibit T=7d dodecahedral symmetry. In some exemplary embodiments, a T=7d icosahedral particle capsid has 12 pentavalent pentamers (eg, a VP1 pentamer surrounded by 5 other pentamers) and 60 It is composed of one hexavalent pentamer (eg, a VP1 pentamer surrounded by six other pentamers).

いくつかの実施形態では、アセンブリしたキャプシドの正二十面体表面格子は、5回、3回、および2回対称軸を含み得る。 In some embodiments, the icosahedral surface lattice of the assembled capsid can include 5-fold, 3-fold, and 2-fold axes of symmetry.

いくつかの実施形態では、DNAオリガミ構造は、キャプシド形状に関してランダムに位置付けられていない。いくつかの実施形態では、粒子の内部(コア)は、粒子間で均一であり、すなわち、粒子の集団は、実質的に均質である。いくつかの実施形態では、DNAオリガミ構造は、キャプシド形状に関してランダムに位置付けられる。 In some embodiments, the DNA origami structures are not randomly positioned with respect to capsid shape. In some embodiments, the interior (core) of the particles is uniform from particle to particle, ie, the population of particles is substantially homogeneous. In some embodiments, the DNA origami structures are randomly positioned with respect to the capsid shape.

いくつかの実施形態では、キャプシドシェル内のDNAオリガミ構造のカプセル化効率は、約1%超、約2%超、約3%超、約5%超、約10%超、約15%超、約20%超、約25%超、約30%超、約35%超、約40%超、約45%超、約50%超、約55%超、約60%超、約65%超、約70超%、約75%超、約80%超、約85%超、約90%超、約95%超、または約99%超である。各可能性は、別個の実施形態である。 In some embodiments, the encapsulation efficiency of the DNA origami structure within the capsid shell is greater than about 1%, greater than about 2%, greater than about 3%, greater than about 5%, greater than about 10%, greater than about 15%, greater than about 20%, greater than about 25%, greater than about 30%, greater than about 35%, greater than about 40%, greater than about 45%, greater than about 50%, greater than about 55%, greater than about 60%, greater than about 65%, greater than about 70%, greater than about 75%, greater than about 80%, greater than about 85%, greater than about 90%, greater than about 95%, or greater than about 99%. Each possibility is a separate embodiment.

いくつかの実施形態では、キャプシドシェル内のDNAオリガミ構造のカプセル化効率は、少なくとも約1%、少なくとも約2%、少なくとも約5%、少なくとも約10%、少なくとも約15%、少なくとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約35%、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、または少なくとも約99%である。各可能性は、別個の実施形態である。 In some embodiments, the encapsulation efficiency of the DNA origami structure within the capsid shell is at least about 1%, at least about 2%, at least about 5%, at least about 10%, at least about 15%, at least about 20%, at least about 25%, at least about 30%, at least about 35%, at least about 40%, at least about 45%, at least about 50%, at least about 55%, at least about 60%, at least about 65%, at least about 70%, At least about 75%, at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, or at least about 99%. Each possibility is a separate embodiment.

いくつかの実施形態では、本発明の粒子にカプセル化された核酸で標的細胞を送達する/感染させる/トランスフェクトするための方法が提供される。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、粒子にカプセル化された核酸で標的細胞を送達する/感染させる/トランスフェクトする際に使用するためのものである。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、核酸分子を細胞に送達する際に使用するためのものである。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、核酸分子を細胞の中に送達する際に使用するためのものである。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、核酸分子を細胞の細胞質の中に送達する際に使用するためのものである。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、核酸分子を細胞の核の中に送達する際に使用するためのものである。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、あまりコンパクトではない核酸分子を含有するVLP(ウイルス様粒子)と比較して、核酸分子を細胞の中に送達するのに優れている。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、従来のウイルスベクターと比較して、核酸分子を細胞の中に送達するのに優れている。「より良い送達」および「より良好な送達」という用語は、互換的に使用され、例えば、これらに限定されないが、送達の容易さ、送達の正確さ、粒子の生成の効率および容易さ、標的細胞における核酸の発現の効率、細胞における標的遺伝子の修正または不活性化の効率、細胞核に入る核酸分子の量の増加、細胞細胞質に入る核酸分子の量の増加、より大きな核酸分子を細胞に送達する能力、複数の核酸分子を同じ細胞に送達する能力、任意の種類の核酸分子を、それらの配列に関係なく細胞に送達する能力、複数の種類の核酸分子を同じ細胞に送達する能力、修飾核酸分子を同じ細胞に送達する能力、ウイルス起源の核酸を送達する能力、細胞内の核酸分子からのタンパク質産生の増加などを含む、任意の有利な送達を指すことができる。いくつかの実施形態では、有利な送達は、本発明の粒子の免疫原性の欠如を指す。いくつかの実施形態では、本発明の粒子は、核酸分子の所望の標的部位への送達/感染/トランスフェクションにおいて使用するためのものである。標的部位は、細胞、組織、器官、微生物などであるがこれらに限定されない任意の標的部位を含み得る。標的部位は、インビボまたはインビトロの標的部位であり得る。 In some embodiments, methods are provided for delivering/infecting/transfecting target cells with nucleic acids encapsulated in particles of the invention. In some embodiments, the particles of the invention are for use in delivering/infecting/transfecting target cells with nucleic acids encapsulated in the particles. In some embodiments, the particles of the invention are for use in delivering nucleic acid molecules to cells. In some embodiments, the particles of the invention are for use in delivering nucleic acid molecules into cells. In some embodiments, the particles of the invention are for use in delivering nucleic acid molecules into the cytoplasm of cells. In some embodiments, the particles of the invention are for use in delivering nucleic acid molecules into the nucleus of cells. In some embodiments, the particles of the invention are superior at delivering nucleic acid molecules into cells compared to VLPs (virus-like particles) containing less compact nucleic acid molecules. In some embodiments, the particles of the invention are superior at delivering nucleic acid molecules into cells compared to conventional viral vectors. The terms "better delivery" and "better delivery" are used interchangeably and include, but are not limited to, ease of delivery, accuracy of delivery, efficiency and ease of generation of particles, target Efficiency of expression of nucleic acids in cells, efficiency of target gene modification or inactivation in cells, increased amount of nucleic acid molecules entering the cell nucleus, increased amount of nucleic acid molecules entering the cell cytoplasm, delivery of larger nucleic acid molecules to cells ability to deliver multiple nucleic acid molecules to the same cell; ability to deliver any type of nucleic acid molecule to a cell regardless of their sequence; ability to deliver multiple types of nucleic acid molecules to the same cell; Any advantageous delivery can be referred to, including the ability to deliver the nucleic acid molecule to the same cell, the ability to deliver nucleic acid of viral origin, increased protein production from the nucleic acid molecule within the cell, and the like. In some embodiments, advantageous delivery refers to lack of immunogenicity of the particles of the invention. In some embodiments, the particles of the invention are for use in the delivery/infection/transfection of nucleic acid molecules to a desired target site. A target site can include any target site, such as, but not limited to, a cell, tissue, organ, microorganism, and the like. The target site can be an in vivo or in vitro target site.

いくつかの実施形態では、細胞は、インビトロである。いくつかの実施形態では、細胞は、インビボである。いくつかの実施形態では、細胞は、インビトロまたはインビボである。いくつかの実施形態では、細胞は、ヒト細胞である。いくつかの実施形態では、細胞は、哺乳動物細胞である。 In some embodiments the cell is in vitro. In some embodiments the cell is in vivo. In some embodiments, the cells are in vitro or in vivo. In some embodiments, the cells are human cells. In some embodiments the cells are mammalian cells.

いくつかの実施形態では、本発明の1つ以上の粒子を含む組成物が提供される。いくつかの実施形態では、組成物は、本発明の複数の粒子を含む。いくつかの実施形態では、組成物は、薬学的に許容される担体を含む医薬組成物である。いくつかの実施形態では、組成物は、粒子および/または粒子のキャプシドユニットにカプセル化された核酸のサイズ、組成、および/または同一性に関して同一または異なり得る複数の粒子を含み得る。 In some embodiments, compositions are provided that include one or more particles of the invention. In some embodiments, the composition comprises a plurality of particles of the invention. In some embodiments the composition is a pharmaceutical composition comprising a pharmaceutically acceptable carrier. In some embodiments, a composition may comprise a plurality of particles that may be the same or different in terms of size, composition, and/or identity of the particles and/or nucleic acids encapsulated in the capsid units of the particles.

本出願において、特に明記しない限り、本発明の実施形態の特性(1つまたは複数)の状態または関係特性を修正する「実質的に」および「約」などの形容詞は、状態または特徴が、許容範囲内に定義されることを意味すると理解され、それらは、実施形態の動作が意図される用途のための動作に対して受け入れ可能である。特に明記しない限り、明細書および特許請求の範囲における「または」という単語は、排他的なまたはではなく、包括的な「または」であると見なされ、それが結合する項目の少なくとも1つまたは任意の組み合わせを示す。 In this application, unless otherwise stated, adjectives such as "substantially" and "about" that modify the state or relationship of the characteristic(s) of an embodiment of the present invention shall be used only if the state or characteristic is permissible. It is understood to mean defined within the scope, which is acceptable for operation for the applications for which the operation of the embodiments is intended. Unless otherwise stated, the word "or" in the specification and claims is to be considered an inclusive "or" rather than an exclusive or, and refers to at least one or any of the items it couples. indicates a combination of

本出願の説明および特許請求の範囲において、「含む(comprise)」、「含む(include)」、および「有する」という動詞の各々、ならびにそれらの同根語は、動詞の目的語または複数の目的語が必ずしも動詞の主語または複数の主語の構成要素、要素、または部分の完全なリストではないことを示すために使用される。 In the description and claims of this application, each of the verbs "comprise," "include," and "have," as well as their cognates, refers to the object or plural objects of the verb. is used to indicate that is not necessarily the complete list of components, elements, or parts of the subject or subjects of the verb.

本明細書で使用される他の用語は、当技術分野におけるそれらの周知の意味によって定義されることを意味する。 Other terms used herein are meant to be defined by their well-known meanings in the art.

一般に、本明細書で使用される命名法および本発明で利用される実験手順には、分子的、生化学的、微生物学的、および組換えDNA技術が含まれる。このような手法は、文献で詳しく説明されている。例えば、”Molecular Cloning:A laboratory Manual”Sambrook et al.,(1989);”Current Protocols in Molecular Biology”Volumes I-III Ausubel,R.M.,ed.(1994);Ausubel et al.,”Current Protocols in Molecular Biology”,John Wiley and Sons,Baltimore,Maryland(1989);Perbal,”A Practical Guide to Molecular Cloning”,John Wiley&Sons,New York(1988);Watson et al.,”Recombinant DNA”,Scientific American Books,New York;Birren et al.(eds)”Genome Analysis:A Laboratory Manual Series”,Vols.1-4,Cold Spring Harbor Laboratory Press,New York(1998);米国特許第4,666,828号;同第4,683,202号;同第4,801,531号;同第5,192,659号、および同第5,272,057号に記載の方法論;”Cell Biology:A Laboratory Handbook”,Volumes I-III Cellis,J.E.,ed.(1994);Freshneyによる”Culture of Animal Cells-A Manual of Basic Technique”,Wiley-Liss,N.Y.(1994),Third Edition;”Current Protocols in Immunology”Volumes I-III Coligan J.E.,ed.(1994);Stites et al.(eds),”Basic and Clinical Immunology”(8th Edition),Appleton&Lange,Norwalk,CT(1994);Mishell and Shiigi(eds),”Strategies for Protein Purification and Characterization-A Laboratory Course Manual”CSHL Press(1996)を参照されたく、これらは、すべて参照により組み込まれる。他の一般的な参考文献は、本文書全体で提供されている。 In general, the nomenclature used herein and the laboratory procedures utilized in the present invention include molecular, biochemical, microbiological, and recombinant DNA techniques. Such techniques are explained fully in the literature. See, eg, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual," Sambrook et al. , (1989); "Current Protocols in Molecular Biology" Volumes I-III Ausubel, R.; M. , ed. (1994); Ausubel et al. , "Current Protocols in Molecular Biology", John Wiley and Sons, Baltimore, Maryland (1989); Perbal, "A Practical Guide to Molecular Cloning", John Wiley & Sons, New York (1988); Watson et al. , "Recombinant DNA", Scientific American Books, New York; Birren et al. (eds) "Genome Analysis: A Laboratory Manual Series", Vols. 1-4, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York (1998); U.S. Patent Nos. 4,666,828; 4,683,202; 4,801,531; 659, and 5,272,057; "Cell Biology: A Laboratory Handbook", Volumes I-III Cellis, J. Am. E. , ed. (1994); "Culture of Animal Cells--A Manual of Basic Technique" by Freshney, Wiley-Liss, N.J. Y. (1994), Third Edition; "Current Protocols in Immunology", Volumes I-III Coligan J.; E. , ed. (1994); Stites et al. (eds), "Basic and Clinical Immunology" (8th Edition), Appleton & Lange, Norwalk, CT (1994); ion-A Laboratory Course Manual "CSHL Press (1996) See, these are all incorporated by reference. Other general references are provided throughout this document.

本明細書で使用される場合、値と組み合わされたときの「約」という用語は、参照値のプラスマイナス10%を指す。例えば、約1000ナノメートル(nm)の長さは、1000nm±100nmの長さを指す。 As used herein, the term "about" when combined with a value refers to plus or minus 10% of the reference value. For example, a length of about 1000 nanometers (nm) refers to a length of 1000 nm±100 nm.

本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、単数形「a」、「an」、および「the」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。したがって、例えば、「ポリヌクレオチド」への言及は、複数のそのようなポリヌクレオチドを含み、「そのポリペプチド」への言及は、1つ以上のポリペプチドおよび当業者に知られているそれらの同等物などへの言及を含む。特許請求の範囲は、いかなる任意の要素を除外するために起草される場合があることにさらに留意されたい。そのため、この声明は、請求要素の列挙に関連して「単独」、「のみ」などのそのような排他的用語を使用する、または「否定的な」制限を使用するための先行する基礎として役立つことを意図している。 As used in this specification and the appended claims, the singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the content clearly dictates otherwise. Please note that Thus, for example, reference to "a polynucleotide" includes a plurality of such polynucleotides, and reference to "a polypeptide thereof" includes one or more polypeptides and their equivalents known to those of ordinary skill in the art. Contains references to objects, etc. It is further noted that the claims may be drafted to exclude any optional element. As such, this statement serves as an antecedent basis for the use of such exclusive terms, such as "single", "only", etc., in connection with the recitation of claim elements, or for the use of "negative" limitations. intended to be

「A、B、およびCなどの少なくとも1つ」に類似した伝統的表現法が使用されるそれらの場合には、一般に、そのような構成は、当業者が伝統的表現法を理解するという意味で意図される(例えば、「A、B、およびCの少なくとも1つを有するシステム」は、これらに限定されないが、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AおよびBを一緒に、AおよびCを一緒に、BおよびCを一緒に、ならびに/またはA、B、およびCを一緒に有するシステムを含むであろう。)。2つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接語および/または句も、説明、特許請求の範囲、または図面中であろうと、用語のうちの1つ、用語のうちのいずれか、または両方の用語を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが当業者によってさらに理解されるであろう。例えば、「AまたはB」という句は、「A」もしくは「B」または「AおよびB」の可能性を含むと理解されるであろう。 In those cases where traditional wording similar to "at least one of A, B, and C, etc." (e.g., "a system having at least one of A, B, and C" includes, but is not limited to, A only, B only, C only, A and B together, A and C together, B and C together, and/or systems having A, B, and C together.). Virtually any disjunctive word and/or phrase presenting two or more alternative terms may be used to refer to one of the terms, any of the terms, or It will be further understood by those skilled in the art that it should be understood to contemplate the possibility of including both terms. For example, the phrase "A or B" will be understood to include the possibilities of "A" or "B" or "A and B."

別個の実施形態の文脈で説明される、明確にするための本発明の特定の特性もまた、単一の実施形態において組み合わせて提供され得ることが理解される。逆に、単一の実施形態の文脈で説明される、簡潔にするための本発明の様々な特性もまた、別個にまたは任意の好適なサブコンビネーションで提供され得る。本発明に関連する実施形態のすべての組み合わせは、本発明によって具体的に包含され、どの組み合わせも個別に、かつ明示的に開示されたかのように、本明細書に開示される。さらに、様々な実施形態およびその要素のすべてのサブコンビネーションもまた、本発明によって具体的に包含され、そのようなどのサブコンビネーションも個別に、かつ明示的に本明細書に開示されたかのように、本明細書に開示される。 It is understood that specific features of the invention that are for clarity described in the context of separate embodiments may also be provided in combination in a single embodiment. Conversely, various features of the invention which are for brevity described in the context of a single embodiment can also be provided separately or in any suitable subcombination. All combinations of embodiments related to this invention are specifically encompassed by this invention and are disclosed herein as if each combination were individually and expressly disclosed. Moreover, all subcombinations of the various embodiments and elements thereof are also specifically encompassed by the present invention, as if any such subcombination were individually and expressly disclosed herein; Disclosed herein.

本発明の追加の目的、利点、および新規の特性は、限定することを意図しない以下の実施例を検討すると、当業者に明らかになるであろう。さらに、上記に描写され、以下の特許請求の範囲のセクションで主張されるような本発明の様々な実施形態および態様の各々は、以下の実施例で実験的裏付けを見出す。 Additional objects, advantages and novel features of the present invention will become apparent to those skilled in the art upon consideration of the following non-limiting examples. Additionally, each of the various embodiments and aspects of the present invention as delineated above and claimed in the claims section below finds experimental support in the following examples.

上記に描写され、以下の特許請求の範囲のセクションで主張されるような本発明の様々な実施形態および態様は、以下の実施例で実験的裏付けを見出す。 Various embodiments and aspects of the present invention, as delineated above and claimed in the claims section below, find experimental support in the following examples.

以下の実施例は、本発明の特定の実施形態および態様を説明するのに役立ち、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。当業者は、同一または類似の結果を得ながら、本明細書に開示される特定の実施形態において多くの変更を行うことができることを理解するであろう。 The following examples serve to illustrate certain embodiments and aspects of the invention and should not be construed as limiting its scope. Those skilled in the art will understand that many variations can be made in the specific embodiments disclosed herein while still achieving the same or similar results.

材料および方法
粒子の生成(ウイルス様粒子(VLP)の生成)
インビトロでの粒子の自己アセンブリには、精製されたキャプシドタンパク質および核酸オリガミ構造の使用が必要である。以下の例では、アセンブリ用のVP1五量体の供給源として空のVP1-VLPを生成した。SV40 VP1は、バキュロウイルス発現ベクター(VP1 UniProtエントリー-P03087)に感染したSF9細胞で生成した。
Materials and Methods Particle Generation (Generation of Virus-Like Particles (VLPs))
Self-assembly of particles in vitro requires the use of purified capsid proteins and nucleic acid origami structures. In the examples below, empty VP1-VLPs were generated as a source of VP1 pentamers for assembly. SV40 VP1 was produced in SF9 cells infected with a baculovirus expression vector (VP1 UniProt entry-P03087).

SF9細胞内に形成された空のVLPは、細胞溶解を行うことによって抽出し、CsCl勾配で精製した。VLPは、インビトロで基本的なVP1五量体キャプシドユニットに解体した。五量体は、最初に5mMのEDTAを含む20mMのTris-Cl、pH8.9、50mMのNaCl 2mMのDTT(解離バッファー)に対して、次に2mMのEDTAを含む解離バッファーに対して、4℃での透析によってVLPを解離することにより得た。すべての透析ステップは、完全なプロテアーゼ阻害剤(Roche)の存在下で実施した。透析液を20,000g、4℃で30分間遠心分離して、凝集したタンパク質を沈殿させた。 Empty VLPs formed in SF9 cells were extracted by performing cell lysis and purified on a CsCl gradient. VLPs disassembled in vitro into basic VP1 pentameric capsid units. The pentamers were first lysed against 20 mM Tris-Cl, pH 8.9, 50 mM NaCl 2 mM DTT (dissociation buffer) containing 5 mM EDTA and then against dissociation buffer containing 2 mM EDTA. It was obtained by dissociating the VLPs by dialysis at °C. All dialysis steps were performed in the presence of complete protease inhibitors (Roche). The dialysate was centrifuged at 20,000 g for 30 min at 4° C. to precipitate aggregated proteins.

粒子のアセンブリのために、核酸オリガミ構造を、2×アセンブリバッファー(250mMのNaCl、100mMのMOPS pH7.2)で分解されたVP1五量体に追加した。キャプシドは、核酸の周りに自発的にアセンブリした。アセンブリ反応に関して、核酸テンプレートは、25nmの近球形のオリガミ構造に構造化された2873ntの長さの一本鎖DNA、30nmの近球形のオリガミ構造に構造化された5386ntの長さΦX174VirionDNA、2つの半球から構成される、35nmの近球形のDNAオリガミ構造および40nmの近球形のオリガミ構造に構造化された、M13mp18バクテリオファージ誘導体に基づく、7560ntの長さの一本鎖DNAであり、1つ目は、M13mp18バクテリオファージ誘導体に基づく7249ヌクレオチド長の足場DNAストランドであり、2つ目は、M13mp18バクテリオファージに基づく7560ヌクレオチド長の足場DNA鎖に基づく(すべてのオリガミ構造は、ドイツのガルヒングにあるtilibit nanosystemsから市販されている)。 For particle assembly, nucleic acid origami structures were added to VP1 pentamers that were degraded with 2× assembly buffer (250 mM NaCl, 100 mM MOPS pH 7.2). A capsid spontaneously assembled around the nucleic acid. For the assembly reaction, the nucleic acid templates were: 2873 nt long single-stranded DNA structured into a 25 nm near-spherical origami structure, 5386 nt long ΦX174Virion DNA structured into a 30 nm near-spherical origami structure, two 7560 nt long single-stranded DNA based on the M13mp18 bacteriophage derivative, structured into a 35 nm near-spherical DNA origami structure composed of hemispheres and a 40 nm near-spherical DNA origami structure; is a 7249-nucleotide-long scaffold DNA strand based on M13mp18 bacteriophage derivatives, the second is based on a 7560-nucleotide-long scaffold DNA strand based on M13mp18 bacteriophage (all origami structures are from tilibit, Garching, Germany). commercially available from nanosystems).

オリガミ構造
上で詳述したように、オリガミ構造は、ドイツのガルヒングにあるtilibit nanosystemsから購入した。同様に、25個のCy5修飾ステープルを含む5386ntのΦX174VirionDNAから構成される蛍光標識された30nmの近球DNAオリガミを購入した。
Origami Structures As detailed above, origami structures were purchased from tilibit nanosystems, Garching, Germany. Similarly, a fluorescently labeled 30 nm near-sphere DNA origami composed of 5386 nt ΦX174Virion DNA containing 25 Cy5-modified staples was purchased.

ネガティブ染色透過型電子顕微鏡(TEM)
試料の3μlの滴をグロー放電グリッド(300メッシュのCuグリッド上のカーボンサポートフィルム、Ted Pella,Ltd.)に適用した。10~20秒後、余分な液体を濾紙で吸い取った。グリッドを2%酢酸ウラニル染色液とともに30秒間インキュベートし、吸い取り、空気中で乾燥させた。試料は、120kVで動作するFEI Tecnai12GTWIN TEMによって調査し、画像を4K×4K FEI Eagle CCDカメラによって記録した。
Negative stain transmission electron microscopy (TEM)
A 3 μl drop of sample was applied to a glow discharge grid (carbon support film on 300 mesh Cu grid, Ted Pella, Ltd.). After 10-20 seconds, excess liquid was blotted with filter paper. Grids were incubated with 2% uranyl acetate stain for 30 seconds, blotted and dried in air. Samples were investigated by a FEI Tecnai 12G 2 TWIN TEM operating at 120 kV and images were recorded by a 4K×4K FEI Eagle CCD camera.

クライオ-EM
試料調製
単粒子分析では、30秒のグロー放電処理後に、3μlのVLP試料をホーリーカーボングリッド(Quantifoil R1.2/1.3、Micro Tools GmbH、ドイツ)に適用した。Vitrobot(FEI、アイントホーフェン)を使用して、-182℃で液体エタンに急速に浸すことにより、グリッドを吸い取り、ガラス化した。
Cryo-EM
Sample preparation For single particle analysis, 3 μl of VLP samples were applied to holey carbon grids (Quantifoil R1.2/1.3, Micro Tools GmbH, Germany) after 30 seconds of glow discharge treatment. Grids were blotted and vitrified by rapid immersion in liquid ethane at −182° C. using a Vitrobot (FEI, Eindhoven).

単粒子解析法のためのデータ収集:
試料は、300kVで動作するFEI Tecnai F30 Polara顕微鏡(FEI、アイントホーフェン)で低線量条件下で画像化した。データセットは、2.3Åの較正されたピクセルサイズのエネルギーフィルター(Gatan Quantum GIF)の後ろに取り付けられたK2 Summit直接電子検出器カメラでSerialEMを使用して自動的に収集した。エネルギーフィルターは、ゼロ損失ピークエネルギーから>±10eVの電子を除去するように設定した。K2サミットカメラは、カメラ上で10電子/ピクセル/秒の線量率でカウントモードで操作した。各動画は、50の画像フレームに線量分割し、総電子線量は、80e/Å^2であった。
Data collection for single particle analysis:
Samples were imaged under low dose conditions with a FEI Tecnai F30 Polara microscope (FEI, Eindhoven) operating at 300 kV. Data sets were collected automatically using SerialEM with a K2 Summit direct electron detector camera mounted behind a 2.3 Å calibrated pixel size energy filter (Gatan Quantum GIF). The energy filter was set to remove electrons >±10 eV from the zero-loss peak energy. The K2 Summit camera was operated in counting mode with a dose rate of 10 electrons/pixel/sec on the camera. Each movie was dose split into 50 image frames and the total electron dose was 80e/Å^2.

単粒子復元
線量分割された画像スタックは、MotionCorr2、およびGctfによって推定されたそれらの焦点ぼけ値を使用して整列させた。整列されたフレームの合計は、さらなる処理に使用し、残りの処理は、RELION2.1で行った。48778個の粒子を自動選択し、100クラスのRELION2.1を使用して2D分類に供した。最初の3D参照は、異なる、選択された2Dクラス平均の3200個の空のキャプシド粒子から調製した。正十二面体対称性(I1)を課す26,110個の粒子から空のキャプシドの3D分類および精密化を行った。得られた空のキャプシドマップは、その後、オリガミで満たされたキャプシド(19786個の粒子)の3D分類および精密化のための初期参照モデルとして使用した。オリガミで満たされたキャプシドの3D クライオ-EMマップの復元は、RELION3.0で生成されたde-novo3D初期モデルを使用して確認した。
Single Particle Reconstruction Dose-separated image stacks were aligned using MotionCorr2 and their defocus values estimated by Gctf. Aligned frame sums were used for further processing and the rest of the processing was done in RELION 2.1. 48778 particles were auto-selected and subjected to 2D classification using RELION2.1 with 100 classes. An initial 3D reference was prepared from 3200 empty capsid particles of different selected 2D class averages. 3D classification and refinement of empty capsids from 26,110 particles imposing dodecahedral symmetry (I1) was performed. The resulting empty capsid map was then used as an initial reference model for the 3D classification and refinement of the origami-filled capsid (19786 particles). Reconstruction of the 3D cryo-EM map of the origami-filled capsid was confirmed using a de-novo 3D initial model generated in RELION 3.0.

空のキャプシドの正しい掌性は、UCSFキメラプロトコル「Fit in Map」を使用して相関係数を測定することにより、SV40結晶構造(PDB ID 1SVA)への適合の質によって評価し、相関係数は、0.952であった(反対側の0.907とは対照的)。 The correct handedness of the empty capsid was assessed by the quality of the fit to the SV40 crystal structure (PDB ID 1SVA) by measuring the correlation coefficient using the UCSF chimera protocol 'Fit in Map' and the correlation coefficient was 0.952 (as opposed to 0.907 on the contralateral side).

共焦点顕微鏡アッセイ
VLPは、200、400、750のキャプシドタンパク質五量体/DNAモル比(蛍光標識された30nmのDNAオリガミ構造-3.75nM、1.9nM、0.95nM;VP1五量体-750nM)を使用して調製した。次に、25μLのVLPを300μLの無血清培地と混合し、24枚のマルチウェルプレート内のCV1細胞に1時間重ねた。次に、1mlの血清含有培地をウェルに加えた。蛍光DNAの細胞内取り込みは、24時間後に共焦点顕微鏡で視覚化した。
Confocal Microscopy Assay VLPs were isolated at capsid protein pentamer/DNA molar ratios of 200, 400, 750 (fluorescently labeled 30 nm DNA origami structures - 3.75 nM, 1.9 nM, 0.95 nM; VP1 pentamer - 750 nM). 25 μL of VLPs were then mixed with 300 μL of serum-free medium and layered over CV1 cells in 24 multiwell plates for 1 hour. 1 ml of serum-containing medium was then added to the wells. Intracellular uptake of fluorescent DNA was visualized by confocal microscopy after 24 hours.

実施例1:DNAオリガミでのSV40 VP1のアセンブリ
粒子の調製には、近球の形態のオリガミ構造DNAを使用した。25nm、30nm、35nm、および40nm(図1A~Dの電子顕微鏡写真に示される)の示された直径のオリガミDNA構造は、ドイツのガルヒングにあるtilibit nanosystemsから購入した。さらに、Cy5蛍光タグで修飾された25個のステープルを備えた30nmのDNAオリガミ構造を使用した。すべてのDNAオリガミ構造を粒子(VLP)に組み込み、本明細書で説明される実験で使用した。
Example 1: Assembly of SV40 VP1 in DNA origami Origami structural DNA in near-sphere morphology was used for particle preparation. Origami DNA structures of indicated diameters of 25 nm, 30 nm, 35 nm, and 40 nm (shown in the electron micrographs of FIGS. 1A-D) were purchased from tilibit nanosystems, Garching, Germany. Additionally, a 30 nm DNA origami structure with 25 staples modified with Cy5 fluorescent tags was used. All DNA origami structures were assembled into particles (VLPs) and used in the experiments described here.

SV40キャプシドタンパク質VP1の五量体で作製されたキャプシドユニットをオリガミ構造のカプセル化に使用した。ネガティブ染色TEM、クライオ-EM、およびアガロースゲル分析用に、400:1の五量体/オリガミ構造比(ペンタマー-4μM;オリガミ構造-10nm)を使用してVLPを調製した。 A capsid unit made up of pentamers of the SV40 capsid protein VP1 was used to encapsulate the origami structure. VLPs were prepared using a pentamer/origami structure ratio of 400:1 (pentamer - 4 μM; origami structure - 10 nm) for negative staining TEM, cryo-EM and agarose gel analysis.

実施例2:ウイルス様粒子の形成
ネガティブ染色透過型電子顕微鏡(TEM)を使用して、VLPの形成を確認した。VLPは、2%酢酸ウラニルでネガティブ染色し、画像化した。25nmのDNAオリガミ構造上でのVP1のアセンブリは、36~38nmの粒子の形成を引き起こす(図2Aに示されるように)。直径30nmのDNAオリガミ構造の周りのVP1のアセンブリは、50nmの粒子の形成を引き起こす(図2Bに示されるように)。
Example 2 Formation of Virus-Like Particles VLP formation was confirmed using negative staining transmission electron microscopy (TEM). VLPs were negatively stained with 2% uranyl acetate and imaged. Assembly of VP1 on 25 nm DNA origami structures leads to the formation of 36-38 nm particles (as shown in Figure 2A). Assembly of VP1 around a 30 nm diameter DNA origami structure leads to the formation of 50 nm particles (as shown in Figure 2B).

直径35nmの近球形のDNAオリガミ構造の周りのVP1のアセンブリは、50nmの粒子の形成を引き起こす(図2Cに示されるように)。 Assembly of VP1 around a 35 nm diameter near-spherical DNA origami structure leads to the formation of 50 nm particles (as shown in Figure 2C).

直径40nmの近球形のDNAオリガミ構造の周りのVP1のアセンブリは、56nmの粒子の形成を引き起こす(図2Dに示されるように)。 Assembly of VP1 around a near-spherical DNA origami structure with a diameter of 40 nm leads to the formation of 56 nm particles (as shown in Fig. 2D).

25nmおよび40nmのDNAオリガミ構造の周りのVP1のアセンブリによって得られた粒子は、非天然キャプシドサイズを有する全く新しい形態のSV40粒子を表し、それぞれT=3または4およびT=12の形状を示唆している。これらの結果は、正二十面体キャプシド形状に特徴的な三角分割数であるTが、オリガミ構造のサイズに対応するために調整され得ることを示唆している。したがって、結果は、異なるDNAオリガミサイズに対応する際に多くの柔軟性があることを実証し、隣接する五量体間の結合角での柔軟性を示唆している。 Particles obtained by assembly of VP1 around 25 nm and 40 nm DNA origami structures represent entirely new forms of SV40 particles with unnatural capsid sizes, suggesting T=3 or 4 and T=12 geometries, respectively. ing. These results suggest that T, the triangulation number characteristic of the icosahedral capsid shape, can be adjusted to accommodate the size of the origami structure. The results thus demonstrate a lot of flexibility in accommodating different DNA origami sizes, suggesting flexibility in bond angles between adjacent pentamers.

実施例3:30nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリしたSV40様粒子のクライオ-EM
30nmの近球形のDNAオリガミ上でVP1アセンブリによって形成された8つの典型的な粒子のクライオ-EM 2D顕微鏡写真を行った。得られた粒子は、サイズおよび形状の点でSV40と実質的に同一である。粒子は、円周上に特徴的なウイルススパイクを示すシェル(VP1五量体)およびコアで構成されている。図3Aに示されるように、コアのうちのいくつかでは、オリガミ構造の折り畳まれたストランドが目に見える(ストライプとして見られる)。天然ウイルスとの類似性を実証するように、野生型SV40(PDBエントリー1SVA)の3Dモデルは、合成粒子に重ね合わせたとき、完全な整列を示す(図3B)。クライオ-EM顕微鏡写真の2D分類は、粒子を類似した粒子のクラスに分類し、各サブクラスは、平均して数百の粒子を表す。図3Cに示されるように、サブタイプはすべて、互いに非常に類似しており、ウイルスの特徴を示している。2Dクラスの平均化により、粒子のコアに密度の無秩序な「雲」が生じ、DNAオリガミ構造がキャプシドの形状に対してランダムに配向していることを示唆している。これは、30nmのDNAオリガミ構造がSV40キャプシド空洞よりも小さいことを示唆し、キャプシド内のオリガミ構造にある程度の自由度を残す(以下の、DNAオリガミ構造の詳細がはっきりと観察される、より大きな35nmのオリガミ構造をカプセル化する粒子のクラス平均、ならびに図7と比較してもわかるように)。
Example 3: Cryo-EM of SV40-like particles assembled on 30 nm quasi-spherical DNA origami structures
Cryo-EM 2D micrographs of eight typical particles formed by VP1 assembly on a 30 nm near-spherical DNA origami were performed. The resulting particles are substantially identical to SV40 in size and shape. The particles are composed of a shell (VP1 pentamer) and a core exhibiting characteristic viral spikes around the circumference. As shown in FIG. 3A, in some of the cores the folded strands of the origami structure are visible (seen as stripes). Demonstrating similarity to the native virus, a 3D model of wild-type SV40 (PDB entry 1SVA) shows perfect alignment when superimposed on synthetic particles (Fig. 3B). 2D classification of cryo-EM micrographs classifies particles into classes of similar particles, with each subclass representing hundreds of particles on average. As shown in FIG. 3C, all subtypes are very similar to each other and characteristic of viruses. 2D class averaging results in a disordered 'cloud' of density in the core of the particle, suggesting that the DNA origami structure is randomly oriented relative to the shape of the capsid. This suggests that the 30 nm DNA origami structure is smaller than the SV40 capsid cavity, leaving some degree of freedom for the origami structure within the capsid (below, the details of the DNA origami structure are clearly observed, the larger Class averages of particles encapsulating 35 nm origami structures, as well as can be seen by comparison with Fig. 7).

実施例4:核酸オリガミの細胞の中への送達
Cy5タグ付きの30nmのオリガミDNAで調製した蛍光粒子は、CV1細胞に添加すると、有意な感染率を示した。結果を図4A~Bに示し、裸のオリガミDNAが提供された細胞は、24時間後にいかなる蛍光も示さなかった(図4A)。しかしながら、感染後24時間で見られるように、Cy5タグ付きのオリガミDNA上にアセンブリした蛍光粒子が細胞内に見られ、実際に、野生型SV40の細胞内輸送経路の目的地のうちの1つであるゴルジで蓄積しているようである。蛍光粒子は、黒い矢印でマークされている(図4B)。
Example 4 Delivery of Nucleic Acid Origami into Cells Fluorescent particles prepared with Cy5-tagged 30 nm origami DNA showed significant infection rates when added to CV1 cells. The results are shown in Figures 4A-B, where cells provided with naked origami DNA did not show any fluorescence after 24 hours (Figure 4A). However, as seen 24 hours post-infection, fluorescent particles assembled on Cy5-tagged origami DNA were found intracellularly, indeed one of the destinations of the intracellular trafficking pathway of wild-type SV40. It seems to accumulate in the Golgi, which is Fluorescent particles are marked with black arrows (Fig. 4B).

したがって、結果は、DNAカプセル化粒子の効果的な認識および細胞内内在化を実証する。 The results therefore demonstrate effective recognition and intracellular internalization of DNA-encapsulated particles.

実施例5:35nmのほぼ球形のDNAオリガミ構造上にアセンブリしたT=7dの正十二面体SV40様粒子のクライオ-EMおよび3D復元
35nmの球形DNAオリガミ構造上にアセンブリしたSV40 VP1のクライオ-EM顕微鏡写真は、サイズ、球形、および特徴的なウイルス五量体が野生型SV40に類似している50nmのウイルス様粒子の存在を示す(図5A、上部パネル)。粒子の混合物は、明らかに、空のウイルス様粒子(VLP)およびオリガミで満たされているウイルス様粒子の2つの集団で構成されていた。空の粒子および満たされた粒子の代表的な顕微鏡写真が拡大して示され(図5A、挿入図、中央パネル)、DNAが左側の粒子のコア内でストライプとして明確に区別され、オリガミ構造の折り畳まれたストランドを表している。粒子の3Dモデルを復元するために、1666枚の顕微鏡写真から合計48778個の個々の粒子を自動選択した(RELION2.1)。粒子は、2D分類に供し、空のキャプシドクラス平均およびDNAで満たされたキャプシドクラス平均の両方の存在が確認された。(図5A、下部パネル)。
Example 5: Cryo-EM and 3D reconstruction of T=7d dodecahedral SV40-like particles assembled on 35 nm quasi-spherical DNA origami structures Cryo-EM of SV40 VP1 assembled on 35 nm spherical DNA origami structures Micrographs show the presence of 50 nm virus-like particles resembling wild-type SV40 in size, globular shape, and characteristic viral pentamer (Fig. 5A, top panel). The mixture of particles was apparently composed of two populations: empty virus-like particles (VLPs) and virus-like particles filled with origami. Representative micrographs of empty and filled particles are shown enlarged (Fig. 5A, inset, middle panel), with DNA clearly distinguished as stripes within the core of the particle on the left, indicating the origami structure. Represents folded strands. A total of 48778 individual particles were automatically selected from 1666 micrographs to reconstruct the 3D model of the particles (RELION 2.1). The particles were subjected to 2D classification, confirming the presence of both empty and DNA-filled capsid class averages. (Fig. 5A, bottom panel).

空の粒子の3Dモデルの復元は、7.3Åの解像度でT=7dの正二十面体キャプシドを生成する26110個の粒子から計算した(図5B、正二十面体の三角分割数のCasparおよびKlugの計算法については以下を参照されたい)。 A reconstruction of the 3D model of the empty particle was calculated from 26110 particles producing T=7d icosahedral capsids at a resolution of 7.3 Å (Fig. 5B, icosahedral triangulation Caspar and See below for Klug's calculation method).

DNAオリガミの非対称性により、オリガミで満たされた粒子の3D復元は、正二十面体対称性を課さずに行った。非対称DNAオリガミを含有する19786個の粒子の3D復元は、初期モデルとして空のキャプシド構造を使用して計算し、図5Cに約25Åの解像度で示される。空の粒子の解像度と比較して、構造の解像度が低いのは、おそらく対称性が課されていないためである。対称性の平均化がないにもかかわらず、復元されたオリガミで満たされた粒子のタンパク質シェルは、明らかに正二十面体である(図5Cの上部パネル、正二十面体の三角分割数の計算については以下を参照されたい)。シェルの内部には、DNAオリガミ格子の平行螺旋がはっきりと見える(図5C、中央パネル)。オリガミで満たされたキャプシドの3Dモデルの復元は、de-novo3D初期モデルを使用して確認された。 Due to the asymmetry of the DNA origami, the 3D reconstruction of the origami-filled particles was performed without imposing icosahedral symmetry. The 3D reconstruction of 19786 particles containing an asymmetric DNA origami was calculated using the empty capsid structure as the initial model and is shown at ~25 A resolution in Figure 5C. The lower resolution of the structure compared to that of the empty particles is probably due to the lack of imposed symmetry. Despite the lack of symmetry averaging, the protein shell of the reconstructed origami-filled particle is clearly icosahedral (Fig. 5C upper panel, icosahedral triangulation number See below for calculations). Inside the shell, the parallel helices of the DNA origami lattice are clearly visible (Fig. 5C, middle panel). The reconstruction of the 3D model of the origami-filled capsid was confirmed using a de-novo 3D initial model.

示されるように、粒子は、ウイルスタイリングのCasparおよびKlugの理論(Physical principles in the construction of regular viruses.Cold Spring Harb Symp Quant Biol.1962;27:1-24)に従って、T=7dの正十二面体対称性を明確に示す。最初に、正十二面体キャプシドは、5回、3回、2回の回転軸を持っている(図5Dを参照されたい)。正二十面体対称性を示すために、正二十面体は、シェル内の5価の五量体の中心にその頂点を揃えることにより、クライオ-EMで復元されたオリガミで満たされたキャプシドの表面に手動で取り付けられた。5回、3回、2回の対称軸は、それぞれ五角形、三角形、ひし形でマークされる。 As shown, the particles were positively twelve at T=7d, according to Caspar and Klug's theory of viral tiling (Physical principles in the construction of regular viruses. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1962; 27:1-24). Clearly shows the hedron symmetry. First, the dodecahedral capsid has 5-fold, 3-fold, and 2-fold axes of rotation (see Figure 5D). To demonstrate the icosahedral symmetry, the icosahedron is formed in the cryo-EM reconstructed origami-filled capsid by aligning its vertices with the center of the pentavalent pentamer in the shell. Manually attached to the surface. The 5-fold, 3-fold, and 2-fold axes of symmetry are marked with pentagons, triangles, and rhombuses, respectively.

次に、SV40 T=7dの正二十面体キャプシドは、12個の5価の五量体(他の5つの五量体に囲まれたVP1五量体)および60個の6価の五量体(他の6つの五量体に囲まれたVP1五量体)で構成される。図5Eに示されるように、5価の五量体は、五角形で示される。黒い矢印は、正二十面体の三角分割数(T)のCasparおよびKlugの計算法を示す。Tは、T=h**2+hk+k**2の公式で与えられ、整数のすべてのペアに関して、hおよびkは、正二十面体格子上で最も近くに位置付けられた5価の五量体に対する5価の五量体の位置を定義する。T=7d、h=2、およびk=1の場合、hは、矢印1および2で表され、Kは、矢印1”で表される。DNAオリガミ上にアセンブリしたキャプシドにおける5価のVP1五量体の局在は、明らかにT=7dに対応する(解説は、図5Eを参照されたい)。 The SV40 T=7d icosahedral capsid then contains 12 pentavalent pentamers (VP1 pentamer surrounded by 5 other pentamers) and 60 hexavalent pentamers. It is composed of a body (VP1 pentamer surrounded by 6 other pentamers). As shown in FIG. 5E, pentavalent pentamers are indicated by pentagons. Black arrows indicate Caspar and Klug calculation of the icosahedron triangulation number (T). T is given by the formula T=h**2+hk+k**2, where for every pair of integers h and k are relative to the nearest located pentavalent pentamer on the icosahedral lattice. Define the position of the pentavalent pentamer. For T = 7d, h = 2, and k = 1, h is represented by arrows 1 and 2 and K is represented by arrow 1″. The localization of the mer clearly corresponds to T=7d (see FIG. 5E for explanation).

したがって、全体として、結果は、オリガミ構造が粒子のタンパク質シェル内にカプセル化され、タンパク質シェルがT=7dの正二十面体対称性の規則的なSV40格子を形成することを明確に示す。 Overall, therefore, the results clearly show that the origami structure is encapsulated within the protein shell of the particle, which forms a regular SV40 lattice of T=7d icosahedral symmetry.

実施例6:DNAオリガミが全体としてカプセル化されることを示す、35nmのDNAオリガミ上にアセンブリしたSV40様粒子のクライオ-EM3D復元の内部図。
35nmのDNAオリガミ構造の概略図を、図6Aに異なる観察角度で示す。DNAオリガミで満たされたキャプシドの3D復元の3D電子密度マップの対応する図を、DNAオリガミの概略設計の異なる図と並べて示す(図6B)。DNAオリガミのハニカム格子組織がはっきりと見え(図6B右上)、ハニカム格子の45度の内向き傾斜(図6B左上)、および2つのハニカム平面を接続する縦軸に対して垂直(図6B右下)および水平(図6B左下)である軸を中心とした90度の回転も見られる。復元された粒子の回転した図の各々は、DNAオリガミの概略設計のそれぞれの図によって予測された特性を正確に描写する。
Example 6: Internal view of cryo-EM 3D reconstruction of SV40-like particles assembled on a 35 nm DNA origami, showing that the DNA origami is encapsulated as a whole.
A schematic diagram of the 35 nm DNA origami structure is shown at different viewing angles in FIG. 6A. A corresponding view of the 3D electron density map of the 3D reconstruction of the capsid filled with DNA origami is shown alongside different views of the schematic design of the DNA origami (Fig. 6B). The honeycomb lattice organization of the DNA origami is clearly visible (Fig. 6B top right), the 45 degree inward tilt of the honeycomb lattice (Fig. 6B top left), and perpendicular to the longitudinal axis connecting the two honeycomb planes (Fig. 6B bottom right). ) and horizontal (FIG. 6B bottom left). Each rotated view of the reconstructed particle accurately depicts the properties predicted by each view of the schematic design of the DNA origami.

したがって、全体として、オリガミ構造のすべての構造的特性である「ハニカム」格子に配置された平行螺旋は、すべての可能な投影で、キャプシド内にはっきりと見え、DNAオリガミが粒子のタンパク質シェル内に完全にカプセル化されることを示している。 Overall, therefore, all the structural features of the origami structure, the parallel helices arranged in a 'honeycomb' lattice, are clearly visible within the capsid in all possible projections, suggesting that the DNA origami resides within the protein shell of the particle. Indicates complete encapsulation.

さらに、図7A~Cに示される結果は、キャプシドが正面から除去された、示された断面図から明らかなように、35nmのDNAオリガミ構造がキャプシドの形状に対してランダムに位置付けられていないことを実証し、キャプシド格子が回転しているため、正二十面体の3回(図7B)、2回(図7A)、または5回(図7C)対称軸のいずれかが描かれている。いずれの場合も、ビューアーは、DNAオリガミの異なる小平面に面しているようである。例えば、ハニカム小平面は、正二十面体の3回軸からわずかに外れた(6.8°)軸に沿って表示され得る(図7Aおよび7B)。 Furthermore, the results shown in FIGS. 7A-C demonstrate that the 35 nm DNA origami structures are not randomly positioned relative to the shape of the capsid, as evidenced by the cross-sectional view shown, where the capsid was removed from the front. and because the capsid lattice is rotated, either the 3-fold (Fig. 7B), 2-fold (Fig. 7A), or 5-fold (Fig. 7C) symmetry axis of the regular icosahedron is drawn. In each case, the viewer appears to face different facets of the DNA origami. For example, the honeycomb facets can be displayed along an axis that is slightly off (6.8°) from the icosahedron 3-fold axis (Figs. 7A and 7B).

実施例7:キャプシドタンパク質-核酸オリガミ構造複合体の検出
電気泳動移動度シフトアッセイ(EMSA)は、タンパク質-核酸複合体の形成の証拠を提供し、五量体-DNAオリガミの相互作用を観察するために使用する。
Example 7 Detection of Capsid Protein-Nucleic Acid Origami Structural Complexes Electrophoretic mobility shift assays (EMSA) provide evidence of protein-nucleic acid complex formation and observe pentamer-DNA origami interactions. use for

EMSA実験では、35nmのDNAオリガミ構造をVP1五量体と、1つのDNAオリガミ構造あたり400個の五量体のモル比で混合した。アセンブリ生成物をアガロースゲルで分析して、移動を確認した。結果を図8に示す。遊離DNAオリガミは、4kbのdsDNAサイズマーカーで移動した。VP1タンパク質とインキュベートすると、遊離DNAオリガミバンドが消失し、代わりに移動が遅い、明瞭なバンドが現れた。より高い分子量の新しい明瞭なバンドの出現は、安定した明瞭なVP1/DNAオリガミ複合体の形成を示唆する。 In the EMSA experiments, 35 nm DNA origami structures were mixed with VP1 pentamers at a molar ratio of 400 pentamers per DNA origami structure. Assembly products were analyzed on an agarose gel to confirm migration. The results are shown in FIG. Free DNA origami migrated with a dsDNA size marker of 4 kb. Upon incubation with VP1 protein, the free DNA origami band disappeared and was replaced by a slow-migrating, distinct band. The appearance of a new distinct band of higher molecular weight suggests the formation of a stable and distinct VP1/DNA origami complex.

実施例8:細胞内条件下でのDNAオリガミの展開
DNAオリガミの折り畳みは、DNAポリメラーゼの酵素作用へのアクセス性の向上によって実証されるように、細胞内条件下で可逆的である(図9)。15℃、20mMのMg+では、核酸オリガミ構造は、安定しており、DNAポリメラーゼの酵素作用にアクセスできない(レーン1、2、および4)。構造は、37℃および1mMのMg+で、細胞内条件下で不安定である。不安定な構造であるため、それは、ポリメラーゼによる増幅が可能である(レーン3および5)。
Example 8 Unfolding of DNA Origami Under Intracellular Conditions DNA origami folding is reversible under intracellular conditions, as demonstrated by the increased accessibility to enzymatic action of DNA polymerases (FIG. 9). ). At 15° C. and 20 mM Mg+, the nucleic acid origami structure is stable and inaccessible to the enzymatic action of DNA polymerase (lanes 1, 2 and 4). The structure is unstable under intracellular conditions at 37° C. and 1 mM Mg+. Being an unstable structure, it is amenable to amplification by polymerases (lanes 3 and 5).

実施例9:VLP形成におけるVP2およびVP3の使用
VP2およびVP3は、VLPを形成するときにVP1と組み合わせる場合、ヌクレオチド転移の有効性を高める可能性のある二次キャプシドタンパク質である。大規模なVLP調製に十分な量のVP2/3を生成するために、それらをVP1と一緒にSF9細胞で発現させる。VP1+VP2およびVP1+VP3五量体は、VP1五量体の調製と同様の方法で抽出および精製する。VP1+VP2五量体およびVP1+VP3五量体は、標準的な試験によって決定された特定の比率で混合され、VLPを含有するDNAオリガミを生成する。次に、VLPを使用して、哺乳動物細胞に感染させ、ヌクレオチド転移の効率の向上を観察する。
Example 9 Use of VP2 and VP3 in VLP Formation VP2 and VP3 are secondary capsid proteins that may enhance transnucleotide efficiency when combined with VP1 when forming VLPs. To generate sufficient quantities of VP2/3 for large-scale VLP preparations, they are expressed in SF9 cells together with VP1. The VP1+VP2 and VP1+VP3 pentamers are extracted and purified in a manner similar to the preparation of the VP1 pentamer. The VP1 + VP2 pentamers and VP1 + VP3 pentamers are mixed in specific ratios determined by standard testing to generate a DNA origami containing VLPs. The VLPs are then used to infect mammalian cells to observe increased efficiency of nucleotide transfer.

本発明は、その特定の実施形態と併せて説明されてきたが、多くの代替、修正、および変形が当業者に明らかであることは明白である。したがって、添付の特許請求の範囲の主旨および広い範囲に含まれるすべてのそのような代替、修正、および変形を包含することが意図されている。 Although the invention has been described in conjunction with specific embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, it is intended to embrace all such alterations, modifications and variations that fall within the spirit and broad scope of the appended claims.

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