KR20180114008A - 짧은 헤어핀 rna(shrna734) 및 유전자 변형된 세포를 양성으로 선택하고 제거하기 위한 이의 용도 - Google Patents
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Abstract
인간 하이포산틴 구아닌 포스포리보실전환효소(HPRT)에 관한 강력한 짧은 헤어핀 RNA(shRNA734)는, 유전자 변형된 줄기 세포의 효과적인 양성 선택을 위해, 6TG인 임상적으로 이용 가능한 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여하도록 컨디셔닝 및 생체내 선택 전략에 의해 유전자 변형된 줄기 세포 생착의 속도를 개선한다. shRNA734를 포함하는 폴리뉴클레오타이드에 대한 사용은 세포에서 HPRT를 넉아웃시키기 위한, 세포에서 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여하기 위한, 선택 가능한 유전자 변형된 세포를 생산하기 위한, 복수의 세포로부터 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 선택하기 위한, 복수의 세포로부터 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 제거하기 위한, 그리고 HIV에 의해 감염된 대상체를 치료하기 위한 방법을 포함한다.
Description
본 출원은 2016년 2월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/297,432호(이의 전체 내용은 본 출원에 참고로 포함됨)의 이익을 주장한다.
정부 지원된 연구에 관한 성명
본 발명은 국립 보건원(National Institutes of Health)이 허여한 AI028697, AI117941 하에 정부 지원에 의해 이루어졌다. 정부는 본 발명에 소정의 권한을 갖는다.
EFS
-웹을 통해 제출된 서열 목록의 참조
크기가 3kb인 명칭이 "UCLA239WOU1_SL"인 서열 목록의 ASCII 텍스트 파일의 내용은 2017년 2월 17일자로 생성되었고, 본 출원과 함께 EFS-웹을 통해 전자로 제출되었다. 서열 목록은 그 전문이 참고로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 발명은, 하이포산틴 구아닌 포스포리보실전환효소(hypoxanthine guanine phosphoribosyltransferase: HPRT)를 넉다운(예를 들어, 이의 발현을 침묵화)시키기 위해 사용될 수 있는, 짧은 헤어핀 리보핵산 분자(shRNA) 및 이를 포함하고/하거나 이를 코딩하는 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 핵산 분자, 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 예를 들면 세포에서 HPRT를 넉아웃하기 위한, 세포에서 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여하기 위한, 선택 가능한 유전자 변형된 세포를 생산하기 위한, 복수의 세포로부터 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 선택하기 위한, 복수의 세포로부터 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 제거하기 위한, 그리고 질환 또는 병태를 갖는 대상체, 예컨대 HIV에 의해 감염된 대상체를 치료하기 위한 방법을 포함한다.
인간 줄기 세포를 변형시키기 위한 유전자 치료 전략은 많은 인간 질환을 치유하기 위한 큰 가능성을 보유한다. 그러나, 이전의 임상 연구는, 주로 유전자 변형된 줄기 세포의 낮은 생착으로 인해, 제한된 성공을 마주쳤다. 이 도전과제를 극복하기 위한 하나의 전략은 HPRT 발현이 넉다운된 줄기 세포를 조작하는 것을 수반하고, 이로써 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여함으로써 유전자 변형된 세포의 선택을 수월하게 한다.
HPRT를 파괴하기 위한 노력이 이루었지만, HPRT 유전자를 직접적으로 표적화하기 위한 더 효과적인 재료 및 방법에 대한 수요가 여전하다.
본 발명은 짧은 헤어핀 리보핵산 분자 734(shRNA734)를 포함하는 폴리뉴클레오타이드 및 이를 사용하는 방법을 제공함으로써 이 수요 및 다른 수요를 충족시킨다. 본 발명은 줄기 세포 기반 유전자 치료 전략을 위한 유전자 변형된 세포의 생착을 개선하기 위해 사용될 수 있는 작은 RNA 기반 화학선택 전략을 제공한다.
통상적인 실시형태에서, shRNA734 핵산 코딩 서열은 서열 번호 1이다. 몇몇 실시형태에서, 폴리뉴클레오타이드는 발현 조절 서열을 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 발현 조절 서열은 shRNA의 상류에 5' 긴 말단 반복(long terminal repeat: LTR) 및 shRNA734의 하류에 3' LTR을 포함한다.
일 실시형태에서, 폴리뉴클레오타이드는 5' LTR의 하류에 그리고 shRNA734의 상류에 배치된 관심 대상 유전자를 추가로 포함한다. 일 실시형태에서, 관심 대상 유전자는 CCR5의 저해제이다. CCR5 저해제의 일 예는 서열 번호 2(CCR5shRNA)이다. 일 실시형태에서, 폴리뉴클레오타이드는 바이러스 벡터이다. CCR5shRNA를 갖는 폴리뉴클레오타이드의 대표적인 실시형태는 도 1에 도시된 벡터이고, 여기서 H1은 인간 H1 RNA 촉진자이고; UbC는 인간 유비퀴틴 촉진자이고; 7SK는 인간 7SK RNA 촉진자이고; GFP는 녹색 형광성 단백질이고; C46은 HIV 융합 저해제이다. 몇몇 실시형태에서, GFP 및/또는 C46은 대안적인 관심 대상 유전자, 예컨대 치료학적 유전자에 의해 대체된다. 상기 기재된 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 약제학적 조성물이 또한 제공된다.
본 발명은 세포에서 하이포산틴 구아닌 포스포리보실전환효소(HPRT)를 넉다운시키는 방법을 부가적으로 제공한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 세포에서 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 세포를 본 명세서에 기재된 바와 같은 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 세포에서 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여하는 방법을 추가로 제공한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 세포에서 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 세포를 본 발명의 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 구아닌 유사체 대사길항물질은 6-티오구아닌(6TG)이다.
본 발명에 의해 제공된 또 다른 방법은 선택 가능한 유전자 변형된 세포를 제조하는 방법이다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 복수의 세포를 본 발명의 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 복수의 세포로부터 비변형된 세포를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 제거하는 단계는 폴리뉴클레오타이드와 접촉된 복수의 세포를 구아닌 유사체 대사길항물질로 처리하는 것을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 상기 방법은 복수의 세포로부터 유전자 변형된 세포를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 제거하는 단계는 복수의 세포를 메토트렉세이트(MTX)로 처리하는 것을 포함한다.
본 발명은 복수의 세포로부터 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 선택하는 방법을 추가로 제공한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 유전자 변형된 세포를 포함하는 복수의 세포를 접촉시키는 단계를 포함하고, 여기서 유전자 변형된 세포는 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 본 발명의 폴리뉴클레오타이드에 의해 변형된다. 상기 방법은 복수의 세포로부터 비변형된 세포를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 제거하는 단계는 폴리뉴클레오타이드와 접촉된 복수의 세포를 구아닌 유사체 대사길항물질로 처리하는 것을 포함한다.
복수의 세포로부터 관심 대상 유전자에 의해 변형된 세포 유전자를 제거하는 방법이 또한 제공된다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 유전자 변형된 세포를 포함하는 복수의 세포를 접촉시키는 단계를 포함하고, 여기서 유전자 변형된 세포는 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 본 발명의 폴리뉴클레오타이드에 의해 변형된다. 상기 방법은 복수의 세포로부터 유전자 변형된 세포를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 제거하는 단계는 메토트렉세이트(MTX)에 의해 복수의 세포를 처리하는 것을 포함한다.
본 발명은 HIV에 의해 감염된 대상체를 치료하는 방법을 부가적으로 제공한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 본 발명의 폴리뉴클레오타이드에 의해 변형된 복수의 조혈 줄기/전구 세포(hematopoietic stem/progenitor cell: HSPC)를 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 폴리뉴클레오타이드와 접촉된 복수의 세포를 구아닌 유사체 대사길항물질로 처리하여 유전자 변형된 세포의 정제된 집단을 형성하는 단계; 및 유전자 변형된 세포의 정제된 집단을 대상체에게 투여하는 단계를 추가로 포함한다.
도 1. CCR5 shRNA 및 HPRT shRNA를 포함하는 대표적인 렌티바이러스 벡터의 도식적 예시.
도 2. HPRT 발현 및 넉다운에 관여된 대사 경로의 도식적 예시.
도 3. 6TG에 의해 양성으로 선택된 HPRT 결핍 세포의 도식적 예시.
도 4. HPRT shRNA의 렌티바이러스 벡터 전달은 6TG에 의한 HPRT 넉다운의 효율적인 선택을 발생시킨다. HPRT의 선택은 6TG에 의해 Molt4-CCR5, PBMC 및 CD34+ 세포를 넉다운시킨다. shRNA 벡터 및 조절 벡터 형질도입된 세포를 6TG와 함께 또는 이것 없이 배양하였다.
도 5. CCR5는 Molt4CCR5 세포에서 하향조절한다.
도 6. 벡터 형질도입된 세포에서의 HPRT 넉다운. 전체 세포 용해물을 표시된 시점에 형질도입 후 웨스턴 블롯에 의해 분석하였다.
도 7. 안전성을 위해 MTX에 의한 HPRT 넉다운 유전자 변형된 세포의 제거의 도식적 예시.
도 8. HPRT 넉다운 세포에서 다이하이드로엽산 환원효소(DHFR) 유도된 세포사의 MTX 매개된 저해를 보여주는 선 그래프.
도 9. BLT 인간화된 마우스 모델을 사용하는 것에서 HPRT/CCR5 shRNA 벡터 형질도입된 CD34+ 조혈 줄기/전구 세포의 개선된 생착. 인간 태아 간 유래 CD34+ 세포를 별개로 이중 shRNA 벡터(HPRT shRNA 및 CCR5 shRNA) 또는 조절 벡터에 의해 형질도입하였다. 이중 shRNA 및 조절 벡터 형질도입된 세포를 1:1 비율로 혼합하고, 신장 캡슐에서 및 정맥내 인간 흉선에 의해 NSG 마우스로 이식하였다.
도 10. 치료 그룹이 시각표에 예시된 바대로 수술 후 1주로부터 6TG가 주사되었다. 그래프는 수술 후 0주(왼쪽 그래프) 및 8주(오른쪽 그래프)에 FACS에 의해 측정된 마우스 PBMC에서 인간 CD45+ 세포에서의 마커(EGFP 또는 mCherry)의 백분율을 보여준다.
도 11. BLT 마우스로부터의 벡터 변형된 비장세포의 생체외 선택을 입증하는 그래프.
도 12. 돌연변이된 7SK 촉진자를 가지는 화학선택 가능한 항-HIV 유전자 렌티바이러스 벡터의 도식적 다이어그램. 돌연변이를 HPRTsh734 발현을 감소시키도록 7SK RNA 중합효소 III 촉진자의 원위 서열 유전요소(distal sequence element: DSE)에서 도입하였다. 벡터는 또한 항-CCR5 shRNA sh1005 및 EGFP를 발현한다. 다이어그램에 표시된 것처럼, 돌연변이체 촉진자는 야생형 7SK 촉진자의 활성의 17%를 나타낸다.
도 13. 인간화된 BLT 마우스에서 7SK 돌연변이1을 갖는 새로 개발된 벡터를 갖는 벡터 변형된 인간 조혈 세포의 개선된 생체내 양성 선택. BLT 마우스를 7SK 촉진자에서 돌연변이1을 갖는 벡터를 갖는 CD34+ HSPC에 의해 재구성하였다. 마우스를 총 8회 동안 1주 1회 6TG에 의해 치료하거나, 치료하지 않았다. 시점 후 9주에 EGFP 발현에 대해 말초 혈액 유래 인간 CD45+, CD3+, CD4 및 CD8+ 림프구를 분석하였다.
도 2. HPRT 발현 및 넉다운에 관여된 대사 경로의 도식적 예시.
도 3. 6TG에 의해 양성으로 선택된 HPRT 결핍 세포의 도식적 예시.
도 4. HPRT shRNA의 렌티바이러스 벡터 전달은 6TG에 의한 HPRT 넉다운의 효율적인 선택을 발생시킨다. HPRT의 선택은 6TG에 의해 Molt4-CCR5, PBMC 및 CD34+ 세포를 넉다운시킨다. shRNA 벡터 및 조절 벡터 형질도입된 세포를 6TG와 함께 또는 이것 없이 배양하였다.
도 5. CCR5는 Molt4CCR5 세포에서 하향조절한다.
도 6. 벡터 형질도입된 세포에서의 HPRT 넉다운. 전체 세포 용해물을 표시된 시점에 형질도입 후 웨스턴 블롯에 의해 분석하였다.
도 7. 안전성을 위해 MTX에 의한 HPRT 넉다운 유전자 변형된 세포의 제거의 도식적 예시.
도 8. HPRT 넉다운 세포에서 다이하이드로엽산 환원효소(DHFR) 유도된 세포사의 MTX 매개된 저해를 보여주는 선 그래프.
도 9. BLT 인간화된 마우스 모델을 사용하는 것에서 HPRT/CCR5 shRNA 벡터 형질도입된 CD34+ 조혈 줄기/전구 세포의 개선된 생착. 인간 태아 간 유래 CD34+ 세포를 별개로 이중 shRNA 벡터(HPRT shRNA 및 CCR5 shRNA) 또는 조절 벡터에 의해 형질도입하였다. 이중 shRNA 및 조절 벡터 형질도입된 세포를 1:1 비율로 혼합하고, 신장 캡슐에서 및 정맥내 인간 흉선에 의해 NSG 마우스로 이식하였다.
도 10. 치료 그룹이 시각표에 예시된 바대로 수술 후 1주로부터 6TG가 주사되었다. 그래프는 수술 후 0주(왼쪽 그래프) 및 8주(오른쪽 그래프)에 FACS에 의해 측정된 마우스 PBMC에서 인간 CD45+ 세포에서의 마커(EGFP 또는 mCherry)의 백분율을 보여준다.
도 11. BLT 마우스로부터의 벡터 변형된 비장세포의 생체외 선택을 입증하는 그래프.
도 12. 돌연변이된 7SK 촉진자를 가지는 화학선택 가능한 항-HIV 유전자 렌티바이러스 벡터의 도식적 다이어그램. 돌연변이를 HPRTsh734 발현을 감소시키도록 7SK RNA 중합효소 III 촉진자의 원위 서열 유전요소(distal sequence element: DSE)에서 도입하였다. 벡터는 또한 항-CCR5 shRNA sh1005 및 EGFP를 발현한다. 다이어그램에 표시된 것처럼, 돌연변이체 촉진자는 야생형 7SK 촉진자의 활성의 17%를 나타낸다.
도 13. 인간화된 BLT 마우스에서 7SK 돌연변이1을 갖는 새로 개발된 벡터를 갖는 벡터 변형된 인간 조혈 세포의 개선된 생체내 양성 선택. BLT 마우스를 7SK 촉진자에서 돌연변이1을 갖는 벡터를 갖는 CD34+ HSPC에 의해 재구성하였다. 마우스를 총 8회 동안 1주 1회 6TG에 의해 치료하거나, 치료하지 않았다. 시점 후 9주에 EGFP 발현에 대해 말초 혈액 유래 인간 CD45+, CD3+, CD4 및 CD8+ 림프구를 분석하였다.
본 명세서에 기재된 인간 하이포산틴 구아닌 포스포리보실전환효소(HPRT)에 관한 신규하고 강력한 짧은 헤어핀 RNA(shRNA734)은 유전자 변형된 줄기 세포의 효율적인 양성 선택을 위해 6TG인 임상적으로 이용 가능한 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여하기 위해 컨디셔닝 및 생체내 선택 전략에 의해 유전자 변형된 줄기 세포 생착의 속도를 개선한다. 6TG는 HPRT에 의해 대사되고, 활성 독성 대사물질은 DNA 및 RNA로 도입되고, 세포독성을 발생시킨다. shRNA734 매개된 HPRT 넉다운은 활성 독성 대사물질의 형성을 방지하고, shRNA734 유전자 변형된 HPRT 넉다운 줄기 세포의 선택이 가능하게 할 수 있다.
예를 들면, 항-HIV 유전자 및 shRNA734의 렌티바이러스 벡터 매개된 동시전달은 인간 줄기 세포에서 HPRT의 안정한 넉다운을 발생시킬 수 있고, 6TG 프리컨디셔닝 및 화학선택에 의해 이식된 이 유전자 변형된 줄기 세포는 HIV 감염의 안정한 제어를 달성하도록 HIV 보호된 줄기 세포의 생착을 개선할 수 있다. 유전자 변형된 세포는 R5 및 X4 트로피즘(tropism) 둘 다의 HIV-1을 차단할 수 있다. 더욱이, 양성 선택 이외에, shRNA734 매개된 HPRT 넉다운 전략의 신규한 특징은 이것이 퓨린 신생 합성 경로에서 효소 다이하이드로엽산 환원효소(DHFR)를 저해하도록 메토트렉세이트(MTX)를 사용함으로써 HPRT 결핍 세포를 제거하기 위해 음성 선택으로서 사용될 수 있다는 것이다. 따라서, 이것은 관찰된 예상치 못한 부작용의 경우에 유전자 변형된 HSPC를 제거하기 위한 안전성 절차로서 개발될 수 있다.
강력하고 비독성인 HPRT shRNA는 시험관내 렌티바이러스 벡터 형질도입된 인간 T 세포주, CD34+ 세포 및 1차 말초 혈액 단핵 세포(PBMC)의 6TG 매개된 양성 선택이 가능하게 한다. 렌티바이러스 벡터는 sh734를 전달하고, 인간 T 세포주, 1차 말초 혈액 단핵 세포 및 CD34+ 조혈 줄기/전구 세포에서 HPRT를 안정하게 넉다운시키도록 사용된다. 6TG에 내성을 발생시키는 효율적인 HPRT 넉다운이 존재한다. 벡터 형질도입된 세포는 6TG의 존재에 대해 양성으로 선택된다.
항-HIV-1 줄기 세포 기반 유전자 치료에 대한 shRNA734의 적용을 시험하기 위해, 렌티바이러스 벡터로부터의 sh734 및 sh1005(CCR5 HIV 동시수용체에 관한 shRNA) 동시발현은 CCR5 및 HPRT 발현을 효율적으로 하향조절한다. 이중 sh1005/HPRT shRNA 벡터 변형된 인간 HSPC의 초기 생체내 생착 실험은 인간화된 BLT 마우스에서 CCR5 하향조절된 인간 T 세포의 재구성을 보여준다. BLT 마우스로부터의 생체외 단리된 비장세포는 6TG에 의해 양성으로 선택된다.
더욱이, 본 발명은 CCR5 및 HPRT에 대해 HIV 융합 저해제 C46 및 shRNA를 발현하는 조합 항-HIV 렌티바이러스 벡터를 제공한다. 벡터 형질도입된 인간 세포주(K562, CCR5 MT-4)를 시험관내 6TG에 의해 양성으로 선택한다. 더 중요하게는, 1차 PBMC 및 태아 간 유래 CD34+ 세포를 또한 6TG에 의해 양성으로 선택할 수 있다. 또한, HPRT 발현을 웨스턴 블롯에 의해 측정된 바대로 6TG 선택된 세포에서 효율적으로 넉다운시킨다. 메토트렉세이트(MTX)는 형질도입된 세포를 음성으로 선택하도록 사용된다. 마지막으로, 6TG 선택된 항-HIV(CCR5 shRNA 및 C46) 벡터 형질도입된 CCR5 MT-4 세포는 시험관내 HIV 감염에 대해 내성인 것으로 밝혀졌다.
이 결과는 이 새로 확인된 HPRT shRNA가 효율적인 양성 선택에 대해 렌티바이러스 벡터에서 CCR5 지향된 shRNA(sh1005) 및 C46에 의해 조합될 수 있다는 것을 입증한다.
양성 선택 전략 이외에, MTX를 사용하는 것은 시험관내 shRNA734를 발현하는 인간 T 세포주 및 CD34+ 세포를 음성으로 선택한다.
이점
이 RNA 기반 기술은 기존의 생체내 선택 전략에 비해 이점을 갖는다. 다양한 약물 내성 유전자를 사용하는 이전의 생체내 선택 전략은 시험되지만, 허용 가능하지 않은 독성 또는 불충분한 선택 효율과 연관된다. 현저히, 이 접근법은 일반적으로 골수파괴성 조사에 의해 프리컨디셔닝된 수혜자로의 외인성 약물 내성 유전자를 과발현하는 HSPC의 이식에 의존한다.
현재까지 이 접근법의 하나의 성공적인 예는 인간 O6-메틸구아닌-DNA-메틸전환효소(MGMT P140K)의 P140K 돌연변이체 형태를 이용하고, 이것은 O6-벤질구아닌(O6BG) 및 DNA 손상제, 예컨대 1,3-비스 (2-클로로에틸)-1-나이트로스우레아(BCNU)에 내성을 부여한다. 레트로/렌티바이러스 벡터로부터 발현된 MGMT P140K는 마우스, 비인간 영장류에서 형질도입된 HSPC의 선택이 가능하게 하고, 교모세포종 환자에서 골수보호에 대해 임상 실험에서 시험된다. 그러나, 높은 수준 MGMT P140K 발현은 자체적으로는 세포독성을 발생시키는 것으로 보고되었고, 더 일반적으로, 외인성 약물 내성 전이유전자 단백질 산물의 잠재적인 면역원성이 관심사항이다.
최근에, 생체내 MGMT 선택은 피그테일 마카트에서 C46 모노 항-HIV 발현 벡터 변형된 HSPC 이식 연구에서 적용되었다. 그러나, 비교적 큰 MGMT P140K의 포함은 부가적인 항-HIV 유전자에 대한 이용 가능한 벡터 패키징 역량을 감소시키고, 복합 벡터 게놈을 생성하고, 벡터 역가를 감소시킬 수 있다. 선택은 또한 BCNU인 강한 알킬화제를 감소시킨다.
반대로, 본 명세서에 기재된 전략에 대해, 화학내성은 내인성 유전자의 발현을 넉다운시키는 작고 비면역원성인 shRNA에 의해 부여된다. HIV 질환에 대한 유전자 치료가 다중 치료학적 유전자의 조합을 요하므로, 작은 RNA를 사용하여 벡터의 크기를 감소시키는 것은 큰 단백질 분자에 비해 유리하다. 더욱이, 이것은 벡터 설계 및 제조를 촉진할 것이다. 화학선택은 알킬화제보다 덜 환자 출산능력 쟁점인 것으로 공지된 퓨린 유사체 대사길항물질에 의한 치료를 요한다.
정의
본 출원에 사용된 모든 과학 용어 및 기술 용어는, 달리 기재되지 않는 한, 당해 분야에 흔히 사용되는 의미를 갖는다. 본 출원에 사용된 바대로, 하기 단어 또는 구절은 기재된 의미를 갖는다.
용어 핵산 또는 폴리뉴클레오타이드 또는 올리고뉴클레오타이드는 단일 또는 이중 가닥 형태의 뉴클레오타이드, 데옥시리보뉴클레오타이드 또는 리보뉴클레오타이드 중합체의 서열을 의미하고, 달리 제한되지 않는 한, 자연 발생 뉴클레오타이드와 유사한 방식으로 핵산에 혼성화하는 천연 뉴클레오타이드의 공지된 유사체를 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 활성 단편은 표적 폴리뉴클레오타이드에 특이적으로 혼성화하는 것의 동일한 기능을 수행할 수 있는 올리고뉴클레오타이드의 실질적인 부분을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 넉아웃 또는 넉 다운시키는 것은 유전자의 발현을 파괴하고/하거나 불활성화함으로써 표적 유전자가 무작동이게 되는 유전자 기법을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 혼성화한다, 혼성화하는 및 혼성화는 올리고뉴클레오타이드가 표준 조건 하에 표적 DNA 분자와 비공유 상호작용을 형성한다는 것을 의미한다. 표준 혼성화 조건은 올리고뉴클레오타이드 프로브 또는 프라이머가 표적 DNA 분자에 혼성화하게 하는 조건이다. 이러한 조건은 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지된 기법을 이용하여 올리고뉴클레오타이드 프로브 또는 프라이머 및 표적 DNA 분자에 대해 용이하게 결정된다. 표적 폴리뉴클레오타이드의 뉴클레오타이드 서열은 일반적으로 올리고뉴클레오타이드 프라이머 또는 프로브에 상보성인 서열이다. 혼성화 올리고뉴클레오타이드는 비공유 상호작용을 형성하는 것을 방해하지 않는 비혼성화 뉴클레오타이드를 함유할 수 있다. 올리고뉴클레오타이드 프라이머 또는 프로브의 비혼성화 뉴클레오타이드는 혼성화 올리고뉴클레오타이드의 말단에 또는 혼성화 올리고뉴클레오타이드 내에 위치할 수 있다. 따라서, 올리고뉴클레오타이드 프로브 또는 프라이머는, 표준 혼성화 조건 하에 혼성화가 존재하는 한, 표적 서열의 모든 뉴클레오타이드에 상보성일 필요는 없다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 보체 및 상보성은 2개의 DNA 분자가 서로와 염기 쌍을 짓는 능력을 의미하고, 여기서 하나의 DNA 분자에서의 아데닌은 제2 DNA 분자에서 타이민에 염기 쌍을 지을 것이고, 하나의 DNA 분자에서의 사이토신은 제2 DNA 분자에서 구아닌에 염기 쌍을 지을 것이다. 2개의 DNA 분자는, 하나의 DNA 분자에서의 뉴클레오타이드 서열이 제2 DNA 분자에서의 뉴클레오타이드 서열과 염기 쌍을 지을 수 있을 때, 서로에 상보성이다. 예를 들어, 2개의 DNA 분자 5'-ATGC 및 5'-TACG는 상보성이고, DNA 분자 5'-ATGC의 보체는 5'-TACG이다. 용어 보체 및 상보성은 또한 하나의 DNA 분자가 제2 DNA 분자에 존재하는 적어도 하나의 뉴클레오타이드에 염기 쌍을 짓지 않는 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 함유하는 2개의 DNA 분자를 포함한다. 예를 들어, 2개의 DNA 분자 5'-ATTGC 및 5'-TATCG의 각각의 제3 뉴클레오타이드는 염기 쌍을 짓지 않을 것이지만, 이 2개의 DNA 분자는 본 명세서에 정의된 바대로 상보성이다. 통상적으로, 2개의 DNA 분자는 이것이 상기 언급된 표준 조건 하에 혼성화는 경우 상보성이다. 통상적으로, 2개의 DNA 분자는 이것이 적어도 약 80%의 서열 동일성, 바람직하게는 적어도 약 90%의 서열 동일성을 가지는 경우 상보성이다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 발현 조절 서열은 핵산의 전사를 지시하는 핵산 서열을 의미한다. 발현 조절 서열은 촉진자, 예컨대 구성적 또는 유도성 촉진자 또는 인핸서일 수 있다. 발현 조절 서열은 전사되는 핵산 서열에 작동적으로 연결된다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 벡터는 숙주 세포에서 하나 이상의 관심 대상 유전자(들) 또는 서열(들)을 전달하고, 바람직하게는 발현할 수 있는 작제물을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, "또는"은, 명확히 달리 표시하지 않는 한, 적어도 하나를 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 병태 또는 질환에 대해 보호하는 것 또는 보호한다는 병태 또는 질환의 발생 또는 진행을 저해하거나 감소시키거나 지연시키는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 단리된은 천연 발생 DNA 단편, DNA 분자, 코딩 서열 또는 올리고뉴클레오타이드가 이의 천연 환경으로부터 제거되거나, 합성 분자 또는 클로닝된 생성물이라는 것을 의미한다. 바람직하게는, DNA 단편, DNA 분자, 코딩 서열 또는 올리고뉴클레오타이드는 임의의 다른 DNA 단편, DNA 분자, 코딩 서열 또는 올리고뉴클레오타이드 및 연관된 세포 산물 또는 다른 불순물로부터 정제되고, 즉 본질적으로 이들이 없다.
폴리뉴클레오타이드 및 이를 사용하는 방법
본 발명은 하이포산틴 구아닌 포스포리보실전환효소(HPRT)를 넉다운(예를 들어, 이의 발현을 침묵화)시키기 위해 사용될 수 있는 짧은 헤어핀 리보핵산 분자(shRNA) 및 이를 포함하는 폴리뉴클레오타이드를 제공한다. 일 실시형태에서, 본 발명은 shRNA734를 코딩하는 핵산 서열을 포함하는 폴리뉴클레오타이드를 제공하고, shRNA734 핵산 서열은 서열 번호 1이다:
일 실시형태에서, 폴리뉴클레오타이드는 발현 조절 서열을 추가로 포함한다. 일 실시형태에서, 폴리뉴클레오타이드는 벡터, 예를 들면 바이러스 벡터 등이다. 일 실시형태에서, 발현 조절 서열은 shRNA의 상류에 5' 긴 말단 반복(LTR) 및 shRNA734의 하류에 3' LTR을 포함한다. 일 실시형태에서, 폴리뉴클레오타이드는 5' LTR의 하류에 그리고 shRNA734의 상류에 배치된 관심 대상 유전자를 추가로 포함한다. 일 실시형태에서, 관심 대상 유전자는 CCR5의 저해제이다. CCR5의 저해제의 일 예는 서열 번호 2(CCR5shRNA)이다:
일 실시형태에서, 벡터는 도 1에 도시된 도식에 표시된 유전요소를 포함하고, 여기서
H1은 인간 H1 RNA 촉진자(NCBI 유전자은행 | S68670 | H1 RNA 유전자 {촉진자} 인간, 게노믹, 497nt)이고;
UbC는 관심 대상 유전자의 발현을 추진시키도록 사용될 수 있는 인간 유비퀴틴 촉진자(폴리유비퀴틴에 대한 호모 사피엔스 UbC 유전자, 엑손1-2, 부분 cds. 수탁 번호 D63791)이고;
7SK는 인간 7SK RNA 촉진자(호모 사피엔스 세포주 HEK-293 7SK RNA 촉진자 영역, 완전한 서열. 수탁 번호 AY578685, 서열 번호 3; 대안적으로, 서열 번호 4 또는 5의 신규한 변이체 7SK RNA 촉진자)이고;
GFP는 녹색 형광성 단백질(NCBI 유전자은행 | L29345 | 아에쿠오레아 빅토리아(Aequorea victoria) 녹색 형광성 단백질(GFP) mRNA, 완전한 cds.)이고; 그리고
C46는 HIV 융합 저해제이다(Egelhofer M, Brandenburg G, Martinius H, et al. Inhibition of human immunodeficiency virus type 1 entry in cells expressing gp41-derived peptides. J Virol 2004;78(2):568-575).
CCR5 및 C46 둘 다를 발현하는 벡터는 2개의 항-HIV 유전자를 제공하고, 이것은 HPRT 넉다운 및 6TG 매개된 선택과 조합되어 제공될 수 있다. 당해 분야의 숙련자는 대안적인 관심 대상 유전자, 예컨대 치료학적 유전자가 벡터에서 GFP 및/또는 C46에 대해 치환될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 실시형태에서, 관심 대상 유전자(들)는 길이가 12kb 이하이다. 또 다른 실시형태에서, 관심 대상 유전자(들)는 일련의 3개 또는 4개 이하의 유전자를 포함한다. 통상적인 실시형태에서, 절단 펩타이드는 관심 대상 유전자 사이에 배치된다.
치료학적 유전자(들)는 HIV 또는 또 다른 질환 또는 병태에 관한 것일 수 있다. 예를 들면, 치료학적 유전자(들)는 유전성 유전자 결함을 보정하기 위해, 세포독성 약물에 대한 정상 골수의 약물 감수성을 변경하기 위해, 림프조혈 세포에 영향을 미치는 감염성 미생물에 대한 내성을 부여하기 위해, 내인성 면역계를 대체하거나 리셋하기 위해, 또는 내인성 골수의 대체 및 이식편 대 백혈병/림프종 효과의 유도를 통해 림프조혈 앙성종양과 싸우기 위해 설계될 수 있다.
더 구체적으로, 유전성 유전자 결함은 이상 혈색소증을 포함하는 조혈작용의 장애, 예컨대 겸상 세포 빈혈증, 지중해빈혈증, 유전성 구상적혈구증, G6PD 결핍증 등, 면역학적 또는 항균성 기능의 장애, 예컨대 증증 복합 면역결핍(severe combined immunodeficiency: SCID), 만성 육아종 질환(chronic granulomatous disease: CGD), 응고 결함을 발생시키는 혈전형성의 장애, 예컨대 위스콧-알드리치 증후군(Wiscott-Aldrich syndrome: WAS), 및 조직 손상의 부위로 이동하는 조혈 세포의 유전자 조작에 의해 경감될 수 있는 다른 유전적 구조 또는 대사 장애, 예컨대 수포성 표피박리증(EB)의 다양한 형태 및 점액성 다당류증을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다.
화학독성 약물에 대한 골수의 약물 감수성의 변형이 유리한 질환은 최대 관용 투약량이 골수독성에 의해 제한된 화학치료에 의해 치료된 악성 질환을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 이것은 폐암, 대장결장암, 유방암, 전립선암, 췌장암, 위암, 간암, 두경부암, 신세포 암종, 방광암, 자궁경부암, 난소암, 피부암, 육종 및 신경교종을 포함한다.
골수 또는 조혈 줄기 세포 이식이 내인성 면역계를 대체하거나 리셋하기 위해 사용되는 질환은 염증성 장 질환, 피부경화증 및 홍반성 루푸스를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
감염성 미생물에 내성을 부여하는 것이 유리한 질환은 HIV 감염 및 AIDS, HTLV 감염 및 파보바이러스 B19 감염을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
골수 또는 조혈 줄기 세포 이식에 의해 치료되는 림프조혈작용의 악성 또는 전악성 질환은 급성 골수성 백혈병, 급성 림프구성 백혈병, 림프종 및 골수이형성 증후군을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
이 기술의 치료학적 분야의 또 다른 예는 방사선 손상 및 케모톡신에 의해 야기된 내인성 림프조혈작용에 대한 후천성 손상 후 골수 또는 조혈 줄기 세포 이식의 결과를 개선할 것이다.
이 기술의 비치료학적이지만 상업적으로 유용한 분야는 인간화된 동물 모델을 생성하기 위한 이의 용도일 것이고, 여기서 이의 내인성 림프조혈작용은 인간 공여자로부터 세포에 의해 거의 완전히 대체된다. 생성되면, 예를 들면, 인간 질환에 대한 적용을 위해 생각되는 새로운 약물의 골수독성을 시험하기 위해 이러한 동물이 사용될 수 있다. 다양한 약물에 대한 조혈작용의 감수성이 동물의 종에 따라 상이할 수 있으므로 이는 유리하고, 따라서 인간화된 동물 모델에서 이러한 약물을 시험하는 것이 더 바람직할 수 있다.
일 실시형태에서, 7SK는 서열 번호 3(호모 사피엔스 세포주 HEK-293 7SK RNA 촉진자 영역, 완전한 서열. 수탁 번호 AY578685)이다:
또 다른 실시형태에서, 7SK는 인간화된 BLT 마우스에서 생체내 GFP 발현 벡터 변형된 세포의 생착을 개선하는 서열 번호 3의 돌연변이체이다(서열 번호 4):
또 다른 실시형태에서, 7SK는, 서열 번호 5를 제공하는, 서열 번호 4에 도시된 돌연변이 중 일부 또는 전부를 사용함으로써 인간화된 BLT 마우스에서 생체내 GFP 발현 벡터 변형된 세포의 생착을 개선하는 서열 번호 3의 돌연변이체이다:
본 발명은 본 명세서에 기재된 바와 같은 폴리뉴클레오타이드, 또는 이의 활성 단편을 포함하는 약제학적 조성물을 부가적으로 제공한다. 몇몇 실시형태에서, 폴리뉴클레오타이드, 또는 이의 활성 단편은 이종성 서열에 연결된다. 이종성 서열은, 예를 들면 검출을 수월하게 하도록 태그를 첨가하거나 전달 또는 용해도를 수월하게 하는 파트너를 첨가함으로써, 폴리뉴클레오타이드의 사용을 수월하게 하도록 선택될 수 있다. 상기 조성물은 폴리뉴클레오타이드의 생물학적 활성의 보유를 촉진하고 면역계와 비반응성인 1종 이상의 부가적인 성분을 임의로 포함한다. 이러한 약제학적으로 허용 가능한 담체는 당해 분야에 공지되어 있다.
방법
본 발명은 세포에서 하이포산틴 구아닌 포스포리보실전환효소(HPRT)를 넉다운시키는 방법을 추가로 제공하고, 상기 방법은 세포에서 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 세포를 본 발명의 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계를 포함한다. 세포에서 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여하는 방법이 또한 제공되고, 상기 방법은 세포에서 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 세포를 본 발명에 따른 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 구아닌 유사체 대사길항물질은 6-티오구아닌(6TG), 6-머캅토퓨린(6-MP) 또는 아자티오프린(AZA)이다. 세포의 대표적인 예는 조혈 줄기 세포, T 세포, 말초 혈액 단핵 세포(PBMC) 및 CD34+ 세포를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 당해 분야의 숙련자는 본 명세서에 기재된 방법과 사용하기에 적합한 다른 세포를 이해할 것이다.
본 발명은 또한 선택 가능한 유전자 변형된 세포를 제조하는 방법을 제공하고, 세포는 관심 대상 유전자를 발현하도록 변형된다. 상기 방법은 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 복수의 세포를 본 발명의 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 복수의 세포로부터 비변형된 세포를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 제거하는 단계는 폴리뉴클레오타이드와 접촉된 복수의 세포를 구아닌 유사체 대사길항물질로 처리하는 것을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 상기 방법은 복수의 세포로부터 유전자 변형된 세포를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 이 실시형태에서, 제거하는 단계는 메토트렉세이트(MTX)에 의해 복수의 세포를 처리하는 것을 포함한다.
부가적으로, 본 발명은 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 선택하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 (a) 유전자 변형된 세포를 포함하는 복수의 세포를 접촉시키는 단계(여기서, 유전자 변형된 세포는 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 본 발명의 폴리뉴클레오타이드에 의해 변형됨); 및 (b) 복수의 세포로부터 비변형된 세포를 제거하는 단계를 포함한다. 제거하는 단계는 폴리뉴클레오타이드와 접촉된 복수의 세포를 구아닌 유사체 대사길항물질로 처리하는 것을 포함한다.
관심 대상 유전자에 의해 변형된 세포 유전자를 제거하는 방법이 추가로 제공된다. 상기 방법은 (a) 유전자 변형된 세포를 포함하는 복수의 세포를 접촉시키는 단계(여기서, 유전자 변형된 세포는 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 본 발명의 폴리뉴클레오타이드에 의해 변형됨); 및 (b) 복수의 세포로부터 유전자 변형된 세포를 제거하는 단계를 포함한다. 제거하는 단계는 메토트렉세이트(MTX)에 의해 복수의 세포를 처리하는 것을 포함한다. MTX 매개된 제거 전략은 원치 않는 부작용 또는 다른 부작용의 경우에 유전자 변형된 세포를 제거하기 위해 안전성 절차를 제공한다. MTX 매개된 제거 전략은 또한 암 면역 유전자 치료의 부작용을 완화하기 위해 사용될 수 있고, 여기서 종양 특이적 T 세포 수용체 또는 키메라 항원 수용체(chimeric antigen receptor: CAR)를 가지는 유전자 변형된 T 세포는 세포 주입된 환자에서 원치 않는 부작용, 예를 들면 사이토카인 폭풍 증후군 또는 이식편 대 숙주 반응 등을 발생시킨다. MTX 치료는 환자에서 유전자 변형된 세포를 제거할 수 있다.
추가의 실시형태에서, 본 발명은 HIV에 의해 감염된 대상체를 치료하는 방법을 제공한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 (a) 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 변형된 복수의 조혈 줄기/전구 세포(HSPC)를 본 발명의 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계; (b) 폴리뉴클레오타이드와 접촉된 복수의 세포를 구아닌 유사체 대사길항물질에 의해 처리하여 유전자 변형된 세포의 정제된 집단을 허용하는 단계; 및 (c) 유전자 변형된 세포의 정제된 집단을 대상체에게 투여하는 단계를 포함한다. 퓨린 유사체에 의한 선택은 조혈 독성의 원하는 수준으로 적정될 수 있다. 필요한 경우, 대상체는 재투약될 수 있다.
통상적으로, 대상체는 포유류이다. 포유류 대상체는 쥣과, 개과, 고양이과, 소과, 말과, 양과, 영장류 또는 인간일 수 있다. 일 실시형태에서, 대상체는 인간이다.
투여 및 투약량
상기 조성물은 대개 약제학적으로 허용 가능한 담체에 의해 임의의 적절한 방식으로 투여된다. 대상체에게 치료를 투여하는 적합한 방법은 본 발명의 맥락에서 이용 가능하고, 하나 초과의 경로는 특정한 조성물을 투여하기 위해 사용될 수 있지만, 특정한 경로는 대개 또 다른 경로보다 더 즉각적이고 더 효과적인 반응을 제공할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 환자에게 투여되는 용량은 시간에 걸쳐 환자에서 유리한 치료학적 반응을 실행시키거나, 질환 진행을 저해하기에 충분해야 한다. 따라서, 상기 조성물은 유효 용량을 유도하고/하거나, 증상 및/또는 질환으로부터 합병증을 완화하거나 감소시키거나 치유하거나 적어도 부분적으로 정지시키기에 충분한 양으로 대상체에게 투여된다. 이것을 달성하기에 적절한 양은 "치료학적 유효량"으로서 정의된다.
본 명세서에 개시된 치료학적 조성물의 투여의 경로 및 빈도, 및 투약량은 개인마다 그리고 선택된 약물에 의해 변할 것이고, 표준 기법을 이용하여 용이하게 확립될 수 있다. 일반적으로, 약제학적 조성물은 주사(예를 들어, 피내로, 종양내, 근육내, 정맥내 또는 피하)에 의해, 비강내로(예를 들어, 흡입에 의해) 또는 경구로 투여될 수 있다. 대안적인 프로토콜은 개인 환자에 적절할 수 있다.
당해 분야의 숙련자에 의해 이해되는 것처럼, 용량은 체중 ㎏당 ㎎으로부터 신체 표면적당 ㎎으로 전환될 수 있고, 후자는 인간을 포함하는 더 큰 포유류 대상체와 사용하기에 적합하다. 상대성장 스케일링에 대한 계산기는 당해 분야에 공지되어 있고, 온라인으로 용이하게 얻어진다. 일반적으로, 상대성장 스케일링은 0.75 내지 0.80의 지수를 이용한다. 더 많은 정보를 위해, 문헌[West & Brown, J Exp Bio 208, 1575-1592, 2005]을 참조한다. 또한, 미국 식품 의약청은 Office of Training and Communications Division of Drug Information, HFD-240 FDA 의약품 평가 연구 센터(Center for Drug Evaluation and Research Food and Drug Administration)(5600 Fishers Lane Rockville, MD 20857)로부터 이용 가능한, "Guidance for Industry: Estimating the Maximum Safe Starting Dose in Initial Clinical Trials for Therapeutics in Adult Healthy Volunteers"를 공개한다.
예를 들면, 5㎎/㎏ 6TG는 20g의 마우스에 대해 15.08㎎/㎡의 용량에 상응한다. 이것은 65㎏의 인간에 대해 0.4㎎/㎏이다. 경구 6TG 투여 후 흡수는 30%인 것으로 예상되고, 따라서 마우스에서의 이 i.p. 용량은 인간에서 약 1.3㎎/㎏의 경구 투여 후 흡수된 용량에 상응한다. 소아 환자 및 성인에서 6TG 단일 물질 화학치료에 대한 종래의 경구 용량은 매일 체중 1㎏당 2㎎이고, 4주 후 치료 반응이 관찰되지 않은 경우, 용량은 3㎎/㎏로 증가할 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 발명을 예시하고 이를 만들고 사용하는 것에 있어서 숙련자를 돕도록 제시된다. 실시예는 본 발명의 범위를 달리 제한하는 임의의 방식으로 해석되지 않는다.
실시예
1: 유전자 변형된 HIV 보호된 조혈 줄기/전구 세포에 대한
생체내
선택 전략
HSPC 기반 항-HIV 유전자 치료가 HIV 치유에 큰 희망을 보유하지만, 이전의 임상 연구는 주로 항-HIV 유전자 변형된 HSPC와의 조혈 재구성의 낮은 효율로 인해 제한된 성공에 마주쳤다. 이 실시예는 이 제한을 극복하는 신규한 화학선택 접근법을 기재한다.
항-HIV 유전자 변형된 HSPC의 생착을 개선하기 위해, 본 발명자들은 하이포산틴-구아닌 포스포리보실전환효소(HPRT) 하향조절된 항-HIV 유전자 조작된 HSPC의 프리컨디셔닝 및 화학선택 둘 다에 대해 6-티오구아닌(6TG)을 배타적으로 이용하는 생체내 선택 전략을 조사하였고, 이것은 유전자 조작된 항-HIV 변형된 HSPC 및 자손의 생착 및 장기간 재구성을 풍부하게 할 수 있다. 유전자 변형된 세포에 6TG 내성을 제공하기 위해, 본 발명자들은 시험관내 렌티바이러스 벡터 형질도입된 HPRT 넉다운 인간 T 세포주, CD34+ 세포 및 1차 말초 혈액 단핵 세포(PBMC)의 6TG 매개된 양성 선택이 가능하게 하는 HPRT 짧은 헤어핀 RNA(shRNA)를 확인하였다. CCR5 shRNA 및 HPRT shRNA 동시발현 벡터 변형된 인간 HSPC의 본 발명자들의 생체내 생착 실험은 인간화된 BLT 마우스에서 CCR5 하향조절된 인간 T 세포의 재구성을 보여준다. BLT 마우스로부터의 생체외 단리된 벡터 변형된 비장세포는 6TG에 의해 양성으로 선택되었다. 이 결과는 본 발명자들의 새로 개발된 HPRT shRNA가 양성 선택을 위해 렌티바이러스 벡터에서 본 발명자들의 CCR5 지향된 shRNA와 조합될 수 있다는 것을 입증한다.
양성 선택 이외에, 본 HPRT 넉다운 전략의 신규한 특징은 이것이 퓨린 신생 합성 경로에서 효소 다이하이드로엽산 환원효소(DHFR)를 저해함으로써 임상적으로 이용 가능한 메토트렉세이트(MTX)에 의해 HPRT 넉다운 유전자 변형된 세포를 제거하기 위한 음성 선택으로서 사용될 수 있다는 것이다. MTX는 시험관내 HPRT shRNA를 발현하는 인간 T 세포주 및 CD34+ 세포에 대해 부정적으로 선택하였다. 따라서, 이것은 관찰된 예상치 못한 부작용의 경우에 유전자 변형된 HSPC를 제거하기 위한 안전성 절차로서 개발될 수 있다.
본 명세서에 기재된 신규한 생체내 화학선택 전략은 항-HIV 유전자 변형된 세포 생착의 효율을 개선하고, HIV에 대한 치료를 제공한다. 6-티오구아닌(6TG) 케모톡신 내성은, 세포독성 효과를 발휘하도록, 6TG와 같은 퓨린 유사체에 필요한 효소인 하이포산틴-구아닌 포스포리보실전환효소(HPRT)를 표적화하는 짧은 헤어핀 RNA(shRNA)의 렌티바이러스 벡터 매개된 전달에 의해 달성된다. shRNA는 작고(20-22nt), 벡터 역가에 상당히 영향을 미치지 않으면서 렌티바이러스 벡터로부터 동시발현될 수 있다. 다중 갈래(multi-pronged) 항-HIV 벡터를 개발하기 위한 다른 항-HIV 유전자와의 조합은 따라서 실행 가능하다.
6TG에 의한 HPRT 넉다운 세포의 양성 선택은 도 4 내지 도 6에 예시되어 있고, 이 도면은 HPRT shRNA의 렌티바이러스 벡터 전달이 6TG에 의한 HPRT 넉다운의 효율적인 선택을 발생시킨다는 것을 보여준다. 도 4에 도시된 것처럼, HPRT의 선택은 6TG에 의해 Molt4-CCR5, PBMC 및 CD34+ 세포를 넉다운시킨다. shRNA 벡터 및 조절 벡터 형질도입된 세포는 6TG와 함께 또는 이것 없이 배양된다. 도 5는 CCR5가 Molt4CCR5 세포에서 하향조절된다는 것을 보여준다. 전체 세포 용해물을 표시된 시점에 형질도입 후 웨스턴 블롯에 의해 분석하였다. 벡터 형질도입된 세포에서의 HPRT 넉다운은 도 6에 도시되어 있다.
MTX에 의한 HPRT 넉다운 세포의 음성 선택은 도 7에 예시되어 있고, 이 도면은 HPRT 넉다운 세포에서의 다이하이드로엽산 환원효소(DHFR) 유도된 세포사의 MTX 매개된 저해의 도식적 예시를 제시한다. 대사 도식은 효소 5'-포스포리보실-1-피로포스페이트(PRPP) 아미도전환효소에 의해 매개된 신생 퓨린 합성의 제1 및 속도 제한 단계, 및 하이포산틴 포스포리보실전환효소(HPRT) 및 아데닌 포스포리보실전환효소(APRT)에 의해 매개된 우회 경로를 보여준다. 신생 합성은 다단계 과정을 통해 발생하고, 이노신 모노포스페이트(IMP) 분자를 합성하기 위해 4개의 아미노산, 1개의 PRPP, 2개의 엽산 및 3개의 ATP의 기여를 요한다. HPRT는, 공동기질로서 PRPP를 이용하여, 각각 퓨린 염기 하이포산틴 및 구아닌으로부터 이노신 모노포스페이트(IMP) 및 구아노신 모노포스페이트(GMP)의 구조 합성을 촉매화한다. HPRT 결함은 하이포산틴 및 구아닌인 이의 기질의 축적을 발생시키고, 이것은 잔틴 옥시다제에 의해 요산으로 전환된다. APRT 활성의 증대는 또한 퓨린 과생성에 기여할 수 있다.
HPRT/CCR5 넉다운 유전자 변형된 세포의 MTX 매개된 음성 선택의 결과는 도 8에 도시되어 있다. Molt4CCR5 (A), PBMC (B) 및 CD34+(C) 세포는 이중 shRNA 벡터에 의해 형질도입된다. 형질도입된 세포는 10μM MTX와 함께 또는 이것 없이 배양된다. 세포는 %EGFP에 대해 모니터링되고, 3일마다 MTX를 함유하는 새로운 배지가 주어진다.
HPRT 넉다운 CD34+ 조혈 줄기/전구 세포의 생체내 선택은 도 9 및 도 10에 도시되어 있다. 도 9는 BLT hu 마우스 모델에서 HPRT/CCR5 shRNA 벡터 형질도입된 CD34+ 조혈 줄기/전구 세포의 생착을 예시한다. 인간 태아 간 유래 CD34+ 세포를 별개로 이중 shRNA 벡터(HPRT shRNA 및 CCR5 shRNA) 또는 조절 벡터에 의해 형질도입하였다. 이중 shRNA 및 조절 벡터 형질도입된 세포를 1:1 비율로 혼합하고, 신장 캡슐에서 및 정맥내 인간 흉선에 의해 NSG 마우스로 이식하였다.
도 10에 예시된 바대로, 치료 그룹이 시각표에 따라 수술 후 1주로부터 6TG가 주사되었다. 그래프는 수술 후 0주(왼쪽 그래프) 및 8주(오른쪽 그래프)에 FACS에 의해 측정된 마우스 PBMC에서 인간 CD45+ 세포에서의 마커(EGFP 또는 mCherry)의 백분율을 보여준다.
HPRT shRNA 및 CCR5 shRNA의 렌티바이러스 벡터 전달은 효율적인 HPRT 및 CCR5 동시넉다운을 발생시키고, 6TG에 의해 EGFP+ 벡터 형질도입된 세포를 양성으로 선택하는 능력을 부여하였다. 벡터 형질도입된 HPRT 넉다운 세포를 MTX에 의해 음성으로 선택하였다. HPRT/CCR5 shRNA 벡터 형질도입된 인간 태아 간 CD34+ HSPC의 생착은 인간화된 BLT 마우스에서 생체내 비치료 그룹보다 6TG 치료 그룹에서 5배 증가를 가졌다.
BLT 마우스로부터의 벡터 변형된 비장세포의 생체외 선택은 도 11에 도시되어 있다. CD34+에서의 형질도입 효율은 15.6%이었다. 단리된 마우스 비장세포를 0.3μM 6TG와 함께 및 이것 없이 배양하였다.
실시예 2: HPRT shRNA와 사용하기 위한 개선된 촉진자
이 실시예는 인간화된 BLT 마우스에서 생체내 GFP를 발현하는 벡터 변형된 세포의 안정성을 개선하는 돌연변이체 7SK RNA 촉진자를 기술한다. 신규한 촉진자는 서열 번호 4에 기재된 서열을 갖는다.
인간화된 BLT 마우스에서 벡터 형질도입된 CD34+ HSPC 이식 후 8주 내지 14주에 말초 혈액에서 생체내 6TG 선택된 벡터 표시된 EGFP+ 인간 CD45+ 림프구성 세포의 관찰된 약간의 감소로 인해, 본 발명자들은 더 안정한 6TG 선택 가능한 항-HIV-1 렌티바이러스 벡터를 개발하였다. 본 발명자들은 동시의 2개의 짧은 헤어핀 RNA(CCR5sh1005 및 HPRTsh734) 발현이 인간화된 BLT 마우스에서 이식된 벡터 형질도입된 CD34+ HSPC 및 자손 세포의 세포 성장에 부정적으로 영향을 미친다고 가정하였다. 이 가설은 강한 RNA 중합효소 촉진자 III, 예컨대 U6으로부터의 shRNA의 과발현이 인간 T 림프구에서 세포독성을 야기할 수 있고, 더 약한 촉진자(H1)를 사용하여 shRNA 발현을 감소시키는 것은 세포독성 효과를 최소화할 수 있다는 본 발명자들의 이전의 경험에 기초한다(An. DS., et. al. Molecular Therapy 2006). 다른 가능성은 효율적인 HPRT 하향조절 자체가 세포 성장에 부정적인 영향을 가진다는 것일 수 있다.
벡터 변형된 세포의 안정성을 개선하기 위해, 본 발명자들은 HPRT shRNA 발현의 수준의 감소가 이 음성 효과를 완화할 수 있다고 가정하였다. 본 발명자들의 가설을 시험하기 위해, 본 발명자들은 원위 서열 유전요소(DSE)에서의 돌연변이(돌연변이체1, 돌연변이체2 및 돌연변이체3)를 갖는 약독화된 7SK 촉진자로부터 HPRTshRNA 734를 발현하는 3개의 렌티바이러스 벡터를 개발하였다(도 12). 이전의 작업에 기초하여, 돌연변이체1, 돌연변이체2 및 돌연변이체3은, 각각 HeLa 세포에서 형질주입될 때, 17%, 49% 및 67%에서 HPRTsh734 발현을 낮추는 것으로 예상된다(Boyd DC, et al. J Mol Biol. 1995 Nov 10;253(5):677-90). HPRT shRNA734의 수준은 정량적 siRNA PCR 검정에 의해 현재 측정된다. 본 발명자들의 결과 및 문헌(Boyd DC, et al.)에 기초하여, 돌연변이체1을 갖는 벡터는 가장 낮은 수준에서 HPRTshRNA 734를 발현하는 것으로 예상된다. 돌연변이1이 인간 HSPC 및 T 림프구에서 sh734 발현을 감소시킬 수 있는지가 알려지지 않는다. 따라서, 본 발명자들은 벡터 시험관내 및 6TG 매개된 선택을 추가로 시험하였다. 벡터 형질도입된 인간 CCRT MT4 세포주를 6TG 시험관내 6TG에 의해 효율적으로 선택하였다.
본 발명자들은 인간화된 BLT 마우스에서 7SK 돌연변이1을 갖는 새로 개발된 벡터를 갖는 벡터 변형된 인간 조혈 세포의 개선된 생체내 양성 선택을 관찰하였다. BLT 마우스를 7SK 촉진자에서 돌연변이1을 갖는 벡터를 갖는 CD34+ HSPC에 의해 재구성하였다. 마우스를 전체 8회 동안 1주 1회 6TG에 의해 치료하거나, 치료하지 않았다. 시점 후 9주에 EGFP 발현에 대해 말초 혈액 유래 인간 CD45+, CD3+, CD4 및 CD8+ 림프구를 분석하였다.
이 실험으로부터의 결과는 이전의 벡터보다 새로 개발된 벡터에 의해 말초 혈액에서 유의미하게 더 높은(p 값 < 0.05) 벡터 표시된 EGFP+ 인간 CD45+, CD3+ 및 CD4+ 림프구를 보여준다(도 13).
본 출원에 걸쳐, 다양한 공보가 참고된다. 이 공보의 개시내용은 이의 전문으로 본 발명이 속하는 분야의 상태를 더 완전히 기재하도록 본 출원에 참고로 본 명세서에 포함된다.
당해 분야의 숙련자는 상기 설명에 개시된 개념 및 구체적인 실시형태가 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위해 다른 실시형태를 변형시키거나 설계하기 위한 기본으로서 용이하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 당해 분야의 숙련자는 또한 이러한 동등한 실시형태가 첨부된 청구항에 기재된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것을 이해할 것이다.
SEQUENCE LISTING
<110> The Regents of the University of California
<120> SHORT HAIRPIN RNA (SHRNA734) AND USE OF SAME TO POSITIVELY SELECT
AND ELIMINATE GENETICALLY MODIFIED CELLS
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<160> 5
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<213> Artificial Sequence
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<223> shRNA coding sequence
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agagcaagct cagtttacac cttgtccgac ggtgtaaact gagcttgctc t 51
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<213> Homo sapiens
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ctgcagtatt tagcatgccc cacccatctg caaggcattc tggatagtgt caaaacagcc 60
ggaaatcaag tccgtttatc tcaaacttta gcattttggg aataaatgat atttgctatg 120
ctggttaaat tagattttag ttaaatttcc tgctgaagct ctagtacgat aagcaacttg 180
acctaagtgt aaagttgaga tttccttcag gtttatatag cttgtgcgcc gcctgggtac 240
ctc 243
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ctc 243
Claims (18)
- 짧은 헤어핀 리보핵산 분자 734(shRNA734)를 코딩하는 핵산 서열을 포함하는 폴리뉴클레오타이드로서, 상기 shRNA734 핵산 서열은 서열 번호 1인, 폴리뉴클레오타이드.
- 제1항에 있어서, 발현 조절 서열을 추가로 포함하는, 폴리뉴클레오타이드.
- 제2항에 있어서, 바이러스 벡터인, 폴리뉴클레오타이드.
- 제3항에 있어서, 상기 발현 조절 서열은 shRNA의 상류에서 5' 긴 말단 반복(long terminal repeat: LTR) 및 상기 shRNA734의 하류에서 3' LTR을 포함하는, 폴리뉴클레오타이드.
- 제4항에 있어서, 상기 5' LTR의 하류에 그리고 상기 shRNA734의 상류에 배치된 관심 대상 유전자를 추가로 포함하는, 폴리뉴클레오타이드.
- 제5항에 있어서, 상기 관심 대상 유전자의 핵산 서열은 CCR5의 저해제인, 폴리뉴클레오타이드.
- 제6항에 있어서, 상기 CCR5 저해제는 서열 번호 2(CCR5shRNA)인, 폴리뉴클레오타이드.
- 제2항의 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 약제학적 조성물.
- 세포에서 하이포산틴 구아닌 포스포리보실전환효소(hypoxanthine guanine phosphoribosyltransferase: HPRT)를 넉다운시키는 방법으로서, 상기 세포에서 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 상기 세포를 제2항에 따른 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계를 포함하는, 세포에서 HPRT를 넉다운시키는 방법.
- 세포에서 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여하는 방법으로서, 상기 세포에서 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 상기 세포를 제2항에 따른 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계를 포함하는, 세포에서 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 구아닌 유사체 대사길항물질은 6-티오구아닌(6TG)인, 세포에서 구아닌 유사체 대사길항물질에 내성을 부여하는 방법.
- 선택 가능한 유전자 변형된 세포를 생산하는 방법으로서, 상기 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 복수의 세포를 제5항에 따른 폴리뉴클레오타이드와 접촉시키는 단계를 포함하는, 선택 가능한 유전자 변형된 세포를 생산하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 복수의 세포로부터 비변형된 세포를 제거하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 제거하는 단계는 상기 폴리뉴클레오타이드과 접촉된 복수의 세포를 구아닌 유사체 대사길항물질로 처리하는 것을 포함하는, 선택 가능한 유전자 변형된 세포를 생산하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 복수의 세포로부터 상기 유전자 변형된 세포를 제거하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 제거하는 단계는 상기 복수의 세포를 메토트렉세이트(MTX)로 처리하는 것을 포함하는, 선택 가능한 유전자 변형된 세포를 생산하는 방법.
- 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 선택하는 방법으로서,
(a) 유전자 변형된 세포를 포함하는 복수의 세포를 접촉시키는 단계로서, 상기 유전자 변형된 세포는 상기 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 제5항의 폴리뉴클레오타이드에 의해 변형된, 상기 접촉시키는 단계; 및
(b) 상기 복수의 세포로부터 비변형된 세포를 제거하는 단계로서, 상기 폴리뉴클레오타이드와 접촉된 복수의 세포를 구아닌 유사체 대사길항물질로 처리하는 것을 포함하는, 상기 제거하는 단계를 포함하는, 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 선택하는 방법. - 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 제거하는 방법으로서,
(a) 유전자 변형된 세포를 포함하는 복수의 세포를 접촉시키는 단계로서, 상기 유전자 변형된 세포는 상기 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 제5항의 폴리뉴클레오타이드에 의해 변형된, 상기 접촉시키는 단계; 및
(b) 상기 복수의 세포로부터 상기 유전자 변형된 세포를 제거하는 단계로서, 상기 복수의 세포를 메토트렉세이트(MTX)로 처리하는 것을 포함하는, 상기 제거하는 단계를 포함하는, 관심 대상 유전자에 의해 유전자 변형된 세포를 제거하는 방법. - HIV에 의해 감염된 대상체를 처리하는 방법으로서,
(a) 관심 대상 유전자 및 서열 번호 1의 발현을 허용하는 조건 하에 제6항의 폴리뉴클레오타이드에 의해 변형된 복수의 조혈 줄기/전구 세포(hematopoietic stem/progenitor cell: HSPC)를 접촉시키는 단계;
(b) 상기 폴리뉴클레오타이드와 접촉된 복수의 세포를 구아닌 유사체 대사길항물질로 처리하여 유전자 변형된 세포의 정제된 집단을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 유전자 변형된 세포의 정제된 집단을 상기 대상체에게 투여하는 단계를 포함하는, HIV에 의해 감염된 대상체를 처리하는 방법.
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