KR20200087782A - 시각 기능을 향상시키는 조성물 및 방법 - Google Patents

시각 기능을 향상시키는 조성물 및 방법 Download PDF

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에후드 와이. 이사코프
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더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
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Abstract

본 개시내용은 개체에서 시각 기능을 회복시키거나 향상시키는 방법을 제공하되, 상기 방법은 중간 파장 추상 옵신 (MW-옵신), 장파장 추상 옵신 (LW-옵신), 및 단파장 추상 옵신 (SW-옵신) 중 하나 이상을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산을 상기 대상체에게 투여하는 것을 포함한다. MW-옵신, LW-옵신, 및 SW-옵신 중 하나 이상은 개체의 망막 세포에서 발현되어, 시각 기능을 회복시키거나 향상시킨다.

Description

시각 기능을 향상시키는 조성물 및 방법
교차참조
본원은 2017년 11월 13일 출원된, 미국 특허 가출원 번호 62/585,237, 2017년 11월 21일 출원된, 미국 특허 가출원 번호 62/589,476, 및 2018년 3월 12일 출원된 미국 특허 가출원 번호 62/641,783의 이점을 주장하며, 상기 출원들 각각은 본 명세서에 참고로 전체적으로 편입되어 있다.
연방 지원된 연구에 관한 서술
본 발명은 미국 국립 보건원에 의해 수여된 EY018241 하에 정부 지원으로 실시되었다. 정부는 본 발명에서 특정 권리를 갖는다.
선천적 및 연령 관련 망막 퇴행성 질환은 간상 및 추상 광수용체의 진행성 손실을 야기하여, 완전한 시각상실로 이어진다. 시력에 필요한 광감작 세포의 손실에도 불구하고, 내부 망막의 다운스트림 뉴런은 기능적 상태로 생존하여, 광유전적 요법에 표적을 제공한다. 현재까지, 광유전적 접근법은, 하기를 포함하는, 특정 제한을 직면하였다: a) 미생물 옵신 및 화학적으로 조작된 포유동물 수용체에서 매우 낮은 광 민감성; b) 망막 옵신에서 매우 느린 동력학; 및 c) 매우 광범위의 주위 광 수준에 걸쳐서 높은 민감성을 가진 천연 시력을 제공하는 순응의 기전 부족.
안구 장애 치료에 대한 개선된 광유전적 접근법이 당업계에서 요구되고 있다.
본 개시내용은 개체에서 시각 기능을 회복하거나 향상시키는 방법을 제공하되, 상기 방법은 중간 파장 추상 옵신 (MW-옵신), 장파장 추상 옵신 (LW-옵신), 및 단파장 추상 옵신 (SW-옵신) 중 하나 이상을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산을 상기 대상체에게 투여하는 것을 포함한다. MW-옵신, LW-옵신, 및 SW-옵신 중 하나 이상은 개체의 망막 세포에서 발현되어, 시각 기능을 회복하거나 향상시킨다.
도 1a-1c는 MW-옵신 또는 로돕신의 광에 의한 활성화가 GIRK 채널을 켜서 높은 외부 칼륨내 음성 유지 전위에서 내향성 광전류를 생성하는 것을 묘사한다.
도 2a-2g는, 간상 및 추상이 퇴화된, rd1 마우스로부터 단리된 망막에서 단백질 발현 및 광 반응을 묘사한다. 망막 세포에서 MW-옵신의 발현은 도시되고 (도 2a-2d), MW-옵신에 의해 매개되는 광-유발된 반응은 도시된다 (도 2e-2g).
도 3a-3g는 시각장애 rd1 마우스로부터 단리된 망막의 세포에서 MW-옵신 또는 로돕신의 광 반응 타이밍, 크기 및 높은 민감성을 묘사한다.
도 4a-4ird1 마우스의 망막 세포에서 MW-옵신 및 로돕신에 의해 매개된 암과 명을 구별하기 위한 동등한 능력을 증명하는 행동 시험을 묘사하지만 (도 4a-4c), 그 유일한 MW-옵신은 동물이 플래싱과 일정한 광 (도 4d-4e) 사이 또는 상이한 공간적 광 패턴 (도 4f-4g) 사이를 구별하게 할 수 있게 한다. MW-옵신은 또한 정지 화상으로서 또는 움직이는 것으로서 표시되는 상이한 스페이싱에서 평행선 사이 wt-수준 선 분화를 지원한다 (도 4h-4i).
도 5a-5f는 단리된 망막 상에서 rd1 마우스: MEA 기록내 MW-옵신 매개된 광 순응 (도 5a-5c) 및 시각적으로-유도된 행동 (도 5d-5f)를 묘사한다.
도 6은 MW-옵신, LW-옵신, 및 SW-옵신에 의해 1 6 cm 거리에서 평행선 사이 구별하기 위한 능력의 회복을 증명하는 행동 시험을 묘사한다.
도 7은 정상 시력과 비교된 시각장애 망막에서 광유전적 시스템의 역치 반응을 묘사한다.
도 8a-8e는 MW-옵신에 의해 매개된 강도 의존적 동력학 반응을 묘사한다.
도 9a-9g는 광 회피 및 학습된 패턴 식별 행동을 묘사한다.
도 10a-10g는 절개된 망막 및 행동 마우스의 광 순응을 묘사한다.
도 11은, 광 회피 및 학습된 시각적으로-유도된 행동의 통계적 유의도를 묘사하는, 표 1을 제공한다.
도 12a-12b는 인간 SW-옵신 (서열번호:5) 및 마우스 SW-옵신 (서열번호:6)의 아미노산 서열의 정렬을 제공하고, 또한 인간/마우스 SW-옵신 키메라 (서열번호:7)의 예의 아미노산 서열을 제공한다. 인간 SW-옵신 및 키메라 인간/마우스 SW-옵신의 막관통 (TM) 도메인은 밑줄치고; 마우스 SW-옵신 및 키메라 인간/마우스 SW-옵신의 세포내 도메인은 이중 밑줄친다.
도 13a-13l은 MW-옵신에 의한 시각적으로-유도된 탐구의 행동의 회복을 묘사한다.
도 14a-14brd1 마우스 망막에서 MW-옵신 발현을 묘사한다.
도 15a-15brd1 마우스 망막에서 로돕신 발현을 묘사한다.
도 16a-16d rd1 망막에서 MW-옵신의 형질도입 효율을 묘사한다.
도 17a-17d는 MW-옵신을 발현시키는 rd1 망막에서 광 반응의 느린 구성요소의 특성규명을 묘사한다.
도 18a-18c는 MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스의 단리된 망막에서 콘트라스트 검출을 묘사한다.
도 19a-19e는 MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스의 V1에서 생체내 광 반응을 묘사한다.
도 20a-20b는 MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스에서 생체내 콘트라스트 검출을 묘사한다.
도 21a-21c는 MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스에서 생체내 V1 반응의 일시적 특성을 묘사한다.
도 22a-22b는 식별 과제에서 위치 선호를 묘사한다.
정의
용어 "망막 세포"는 본원에서 망막을 포함하는 임의의 세포 유형, 예컨대 망막 신경절 세포; 무축삭 세포; 수평 세포; 두극 세포; 및 간상 및 추상을 포함하는 광수용체 세포를 지칭할 수 있다.
"작동적으로 연결된" 또는 "작동가능하게 연결된"은 유전 인자의 병치를 지칭하고, 여기서 상기 인자들은 이들을 기대된 방식으로 작동시키는 관계이다. 예를 들어, 프로모터가 코딩 서열의 전사 개시를 돕는다면 프로모터는 코딩 영역에 작동적으로 연결된다. 이러한 기능적 관계가 유지되는 한 프로모터 영영과 코딩 영역 사이 개재하는 잔기가 있을 수 있다.
"발현 벡터"는 관심 폴리펩타이드를 인코딩하는 영역을 포함하는 벡터이고, 의도된 표적 세포에서 단백질의 발현 유효화를 위하여 사용된다. 발현 벡터는 또한 표적에서 단백질의 발현을 촉진시키기 위해 인코딩 영역에 작동적으로 연결된 조절 요소를 포함한다. 발현을 위하여 작동가능하게 연결되는 유전자 또는 유전자들과 조절 요소의 조합은 때때로 "발현 카세트"로서 지칭되고, 이들 중 다수는 당업계에서 알려지고 이용가능하거나, 또는 당업계에서 이용가능한 구성요소들로부터 쉽게 작제될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어들 "치료", "치료하는", 및 동종의 것은 원하는 약리적 및/또는 생리적 효과 수득을 지칭한다. 효과는 질환 또는 이의 증상의 완전히 또는 부분적으로 예방의 관점에서 예방적일 수 있고/있거나 질환에 기인하는 질환 및/또는 부정적 영향에 대하여 부분적인 또는 완전한 치유의 관점에서 치료적일 수 있다. "치료"는, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 포유동물, 특히 인간에서 질환의 임의의 치료를 포함하고, 하기를 포함한다: (a) 질환에 취약할 수 있거나 질환을 가진 것으로 아직 진단되지 않았지만 질환 획득의 위험에 처할 수 있는 대상체에서 발생으로부터 질환의 예방; (b) 질환의 억제, 즉, 그것의 발달 저지; (c) 질환의 완화, 즉, 질환의 퇴행 야기; 및 (d) 질환에서 비롯하는 상실된 기능의 대체.
용어들 "개체", "숙주", "대상체", 및 "환자"는 본원에서 상호교환적으로 사용되고, 비제한적으로, 유인원 및 인간을 포함하는, 인간 및 비-인간 영장류; 포유류 스포츠 동물 (예를 들어, 말, 낙타, 등); 포유류 농장 동물 (예를 들어, 양, 염소, 소, 등); 포유류 애완동물 (개, 고양이, 등); 및 설치류 (예를 들어, 마우스, 랫트, 등)을 포함하는 포유동물을 지칭한다. 일부 경우에, 개체는 인간이다.
본 발명이 더 기재되기 전에, 본 발명이 기재된 특정 구현예에 제한되지 않고, 그 자체로, 물론, 다양할 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 범위가 첨부된 청구항들에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 본원에서 사용된 용어가 단지 특정 구현예 기재의 목적을 위한 것이고, 제한되기 위한 것이 아님이 또한 이해되어야 한다.
값의 범위가 제공되는 경우, 그 범위의 상한과 하한 사이, 문맥에서 달리 명확히 명시되지 않는 한, 하한의 단위의 10분의 1까지, 각각의 개재하는 값 그리고 그 언급된 범위에서 임의의 다른 언급된 또는 개재하는 값이 본 발명 내에서 포괄되는 것이 이해된다. 이들 더 작은 범위의 상한 및 하한은 더 작은 범위에서 독립적으로 포함될 수 있고, 언급된 범위에서 임의의 구체적으로 배제된 한계에 적용된, 본 발명 내에서 또한 포괄된다. 언급된 범위가 한계의 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 경우, 그들 포함된 한계의 어느 한쪽 또는 양쪽을 배제하는 범위는 또한 본 발명에서 포함된다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어들은 본 발명이 속하는 당해 분야의 숙련가에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 기재된 것과 유사한 또는 동등한 임의의 방법 및 물질이 또한 본 발명의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있어도, 바람직한 방법 및 물질은 이제 기재된다. 본원에서 언급된 모든 공보는 공보가 인용되는 것에 관련하여 방법 및/또는 물질을 개시 및 기재하기 위해 본 명세서에 참고로 편입된다.
본원에서 그리고 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 ("a", "an", 및 "the")가 문맥에서 달리 명확히 명시되지 않는 한 복수의 지시대상을 포함하는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 예를 들어, "MW-옵신 폴리펩타이드" 지칭은 복수의 그와 같은 폴리펩타이드를 포함하고 "망막" 지칭은 당해 분야의 숙련가, 등에 알려진 하나 이상의 망막 세포 및 이의 등가물 지칭을 포함한다. 청구항들이 임의의 선택적인 구성요소를 배제하기 위해 작성될 수 있다는 것이 추가로 주목된다. 이와 같이, 이러한 서술은 청구항 구성요소의 인용에 관련하여 "단독으로", "단지" 및 기타 동종의 것과 같은 배타적인 용어의 사용, 또는 "음성" 제한의 사용에 대하여 선행된 기초로서 제공하기 위한 것이다.
명백하게 하기 위해, 별도 구현예의 맥락에서 기재되는, 본 발명의 특정 특징이 단일 구현예에서 조합으로 또한 제공될 수 있음이 인정된다. 반대로, 간결하게 하기 위해, 단일 구현예의 맥락에서 기재되는, 본 발명의 다양한 특징은 별도로 또는 임의의 적합한 하위-조합에서 또한 제공될 수 있다. 본 발명에 속하는 구현예의 모든 조합은 본 발명에 의해 구체적으로 포괄되고 각각의 모든 조합이 개별적으로 및 명백하게 개시된 것처럼 본 명세서에서 개시된다. 또한, 다양한 구현예 및 이의 요소의 모든 하위-조합은 본 발명에 의해 또한 구체적으로 포괄되고 각각의 모든 그와 같은 하위-조합이 본원에서 개별적으로 및 명백하게 개시된 것처럼 본 명세서에서 개시된다.
본원에서 논의된 공보들은 본원의 출원일에 앞서 그것의 개시내용에 대하여 단독으로 제공된다. 본 발명이 선행 발명 덕분에 그와 같은 공보를 선행할 권리가 없다는 인정으로서 해석되는 것은 본원에 없다. 또한, 제공된 공보의 날짜는 독립적으로 확인되는 것이 필요할 수 있는 실제 공개일과 상이할 수 있다.
상세한 설명
본 개시내용은 개체에서 시각 기능을 회복하거나 향상시키는 방법을 제공하되, 상기 방법은 중간 파장 추상 옵신 (MW-옵신), 장파장 추상 옵신 (LW-옵신), 및 단파장 추상 옵신 (SW-옵신) 중 하나 이상을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산을 상기 대상체에게 투여하는 것을 포함한다. MW-옵신, LW-옵신, 및 SW-옵신 중 하나 이상은 개체의 망막 세포에서 발현되어, 시각 기능을 회복하거나 향상시킨다.
MW-옵신 폴리펩타이드는 하기 인간 MW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다:
Figure pct00001
MW-옵신 폴리펩타이드는 하기 마우스 MW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다:
Figure pct00002
로돕신 폴리펩타이드는 하기 로돕신 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다:
Figure pct00003
채널로돕신 폴리펩타이드는 하기 채널로돕신 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다:
Figure pct00004
LW-옵신은 하기 인간 LW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다:
Figure pct00005
LW-옵신은 하기 마우스 LW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다:
Figure pct00006
SW-옵신 폴리펩타이드는 하기 인간 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다:
Figure pct00007
일부 경우에, 인간 SW-옵신 (서열번호:5)에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신은 가시 범위에서 광에 반응하고, 그리고 흥분 활성을 나타낸다.
SW-옵신 폴리펩타이드는 하기 마우스 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다:
Figure pct00008
Figure pct00009
일부 경우에, 마우스 SW-옵신 (서열번호:6)에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신은 자외선 범위에서 광에 반응하고, 그리고 억제 활성을 나타낸다.
일부 경우에, 인간 SW-옵신 및 마우스 SW-옵신 둘 모두는 개체의 망막 세포에서 생성된다. 일부 경우에, 인간 SW-옵신 및 마우스 SW-옵신 둘 모두 (LW-옵신 또는 MW-옵신은 아님)는 개체의 망막 세포에서 생성된다. 일부 경우에, 인간 SW-옵신 및 마우스 SW-옵신 둘 모두, 뿐만 아니라 LW-옵신 (MW-옵신은 아님)는 개체의 망막 세포에서 생성된다. 일부 경우에, 인간 SW-옵신 및 마우스 SW-옵신 둘 모두, 뿐만 아니라 MW-옵신 (LW-옵신은 아님)는 개체의 망막 세포에서 생성된다. 일부 경우에, 인간 SW-옵신 및 마우스 SW-옵신 둘 모두, 뿐만 아니라 LW-옵신 MW-옵신은 개체의 망막 세포에서 생성된다. 예를 들어, 일부 경우에, 인간 SW-옵신 (서열번호:5)에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 제1 재조합 발현 벡터; 및 마우스 SW-옵신 (서열번호:6)에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신 폴리펩타이드 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 제2 재조합 발현 벡터는 망막 세포에 도입된다.
일부 경우에, MW-옵신 및 LW-옵신 둘 모두 (SW-옵신은 아님)는 개체의 망막 세포에서 생성된다. 일부 경우에, MW-옵신 및 SW-옵신 둘 모두 (LW-옵신은 아님) 는 개체의 망막 세포에서 생성된다. 일부 경우에, MW-옵신, LW-옵신, 및 SW-옵신은 개체의 망막 세포에서 발현된다.
일부 경우에, 적합한 옵신은 키메라 옵신, 예를 들어, 제1 종으로부터의 아미노산 서열(들) 및 제2 종으로부터의 아미노산 서열(들)을 포함하는 옵신이다. 예를 들어, 일부 경우에, 키메라 옵신은 마우스 SW-옵신의 세포내 부분, 및 인간 SW-옵신의 막관통 부분을 포함한다. 적합한 키메라 SW-옵신의 예는 도 12a-12b에 도시되어 있다.
일부 경우에, 적합한 키메라 SW-옵신은 도 12a-12b에 도시된 키메라 SW-옵신에 대해 적어도 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하되, 상기 키메라 SW-옵신은 하기 아미노산 서열을 갖는다:
Figure pct00010
MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신은 이종성 옵신, 예를 들어, 비-포유동물 옵신 예컨대 조류 옵신, 고세균 옵신, 또는 이들의 변이체와 함께 사용될 수 있다. 적합한 이종성 옵신은 클라마이도모나스 레인하르티이(Chlamydomonas reinhardtii)로부터 유래된 탈분극 옵신 예컨대 채널로돕신 ChR2 (Zhang 등 (2007) Nature 446:633; 유전자은행 ABO64386.1); 단계 기능 옵신 (SFO) 단백질 (Berndt 등 (2009) Nat. Neurosci . 12:229) 또는 안정화된 단계 기능 옵신 (SSFO) 단백질 (WO 2010/056970; Yizhar 등 (2011) Nature 477:171); 볼복스 카르테리(Volvox carteri)로부터 유래된 양이온 통로 (VChR1 - NCBI Gene ID: 9619570; 미국 특허 번호 9,249,200); 볼복스 카르테리의 VChR1 단백질로부터 유래된 C1V1 키메라 단백질 및 클라마이도모나스 레인하르티이로부터 ChR1 단백질 (미국 특허 번호 9,175,095); 클라마이도모나스 레인하르티이로부터 ChR1 및 ChR2 단백질로부터 유래된 C1C2 키메라 단백질 (Lin 등 (2009) Biophys . J. 96:1803); 클라마이도모나스 레인하르티이로부터 유래된 탈분극 광-반응성 폴리펩타이드의 적색 이동된 변이체, 여기에서 그와 같은 광-반응성 폴리펩타이드는 "ReaChR"로서 지칭됨 (Lin 등 (2013) Nat. Neurosci . 16:1499); 클라마이도모나스 녹티가마(noctigama)로부터 유래된, CnChR2 (유전자은행 기탁 번호: AHH02139); 클로로모나스 서브디비사(Chloromonas subdivisa)의 CsChR (유전자은행 기탁 번호: AHH02144; Klapoetke 등 (2014) Nature Methods 11:338) 단백질로부터 유래된 CsChrimson 키메라 단백질; 스티게오클로니움 헬베티쿰(Stigeoclonium helveticum)으로부터 유래된, ShChR1 (유전자은행 기탁 번호: AHH02106); "ChETA" 옵신 (Gunaydin 등 (2010 Nat. Neurosci . 13:387) "SwiChR" 단백질 (WO 2015/148974); "bReaChes" 단백질 (WO/2017/048808); 및 동종의 것을 포함한다. 다른 적합한 탈분극 옵신은 당해 기술에 공지되어 있고; 예를 들어, Zhang 등 (2011) Cell 147:1446; Deisseroth (2015) Nature Neurosci. 18:1213; Berndt and Deisseroth (2015) Science 349:590; 및 동종의 것을 참조한다.
개체의 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 개체에 의해 패턴화된 시력 및 이미지 인식을 제공한다. 이미지 인식은 정적 이미지 및/또는 이동 이미지의 것일 수 있다.
개체의 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 약 10-4 W/cm2 내지 약 10 W/cm2의 광 강도에서 이미지 인식을 제공한다. 예를 들어, 일부 경우에, 개체의 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 약 10-2 W/cm2 내지 약 10-4 W/cm2, 약 10-4 W/cm2 내지 약 1 W/cm2, 약 10-4 W/cm2 내지 약 10-1 W/cm2, 또는 약 10-4 W/cm2 내지 약 5 x 10-1 W/cm2의 광 강도에서 이미지 인식을 제공한다. 일부 경우에, 개체의 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 약 10-4 W/cm2 내지 약 10-3 W/cm2, 약 10-3 W/cm2 내지 약 10-2 W/cm2, 약 10-2 W/cm2 내지 약 10-1 W/cm2, 또는 약 10-1 W/cm2 내지 약 1 W/cm2의 광 강도에서 이미지 인식을 제공한다. 일부 경우에, 개체의 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 최대 2 W/cm2 최대 3 W/cm2, 최대 4 W/cm2, 최대 5 W/cm2, 또는 최대 10 W/cm2의 광 강도에서 이미지 인식을 제공한다. 개체의 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 5 W/cm2 미만, 4 W/cm2 미만, 3 W/cm2 미만, 또는 2 W/cm2 미만의 광 강도에서 이미지 인식을 제공한다.
개체의 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 망막 세포에서 채널로돕신 폴리펩타이드 (예를 들어, 서열번호:3으로 제시된 아미노산 서열을 포함하는 폴리펩타이드)를 발현시키는 개체에 의해 이미지 인식을 제공하는데 필요한 광 강도보다 적어도 10-배 더 낮은 광 강도에서 개체에 의한 이미지 인식을 제공한다. 예를 들어, 개체의 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 망막 세포에서 채널로돕신 폴리펩타이드를 발현시키는 개체에 의한 이미지 인식을 제공하는데 필요한 광 강도보다 적어도 10-배 낮은, 적어도 25-배 낮은, 적어도 50-배 낮은, 적어도 100-배 낮은, 적어도 150-배 낮은, 적어도 200-배 낮은, 적어도 300-배 낮은, 적어도 400-배 낮은, 또는 적어도 500-배 낮은 광 강도에서 개체에 의한 이미지 인식을 제공한다.
망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 로돕신 폴리펩타이드 (예를 들어, 서열번호:2로 제시된 아미노산 서열을 포함하는 폴리펩타이드)에 의해 망막 세포 상에 부여된 동력학보다 적어도 2-배 더 빠른 동력학을 제공한다. 예를 들어, 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 로돕신 폴리펩타이드에 의해 망막 세포 상에 부여된 동력학보다 적어도 2-배, 적어도 5-배, 적어도 10-배, 적어도 15-배, 적어도 20-배, 적어도 25-배, 적어도 30-배, 적어도 50-배, 적어도 100-배, 또는 100-배 초과 더 빠른 동력학을 제공한다.
본 개시내용의 방법은 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산을 개체의 눈에 전달하는 것을 포함한다. 일부 경우에, 뉴클레오타이드 서열은 포유동물 세포에서 기능적인 전사 조절 요소에 작동가능하게 연결된다. 일부 경우에, 뉴클레오타이드 서열은 망막 세포에서 발현을 제공하는, 예를 들어, 망막 세포에서 선택적 발현을 제공하는 전사 조절 요소에 작동가능하게 연결된다. 일부 경우에, 뉴클레오타이드 서열은, 예를 들어, 망막 세포에서 선택적 발현을 제공하는 망막 세포 에서 발현을 제공하는 프로모터에 작동가능하게 연결된다. 일부 경우에, 뉴클레오타이드 서열은 진핵 또는 포유동물 세포에서 발현을 일발적으로 제공하는 프로모터에 작동가능하게 연결된다.
적합한 프로모터는, 비제한적으로, CAG 프로모터 (Miyazaki 등 (1989) Gene 79:269); 사이토메갈로바이러스 (CMV) 프로모터; 글루타메이트 대사지향성 수용체-6 (grm6) 프로모터 (Cronin 등 (2014) EMBO Mol . Med . 6:1175); 플레이아데스 프로모터 (Portales-Casamar 등 (2010) Proc . Natl . Acad . Sci . USA 107:16589); 콜린 아세틸전달효소 (ChAT) 프로모터 (Misawa 등 (1992) J. Biol . Chem. 267:20392); 소포성 글루타메이트 수송체 (V-glut) 프로모터 (Zhang 등 (2011) Brain Res. 1377:1); 글루탐산 탈탄산효소 (GAD) 프로모터 (Rasmussen 등 (2007) Brain Res. 1144:19; Ritter 등 (2016) J. Gene Med . 18:27); 콜레시스토키닌 (CCK) 프로모터 (Ritter 등 (2016) J. Gene Med . 18:27); 파브알부민 (PV) 프로모터; 소마토스타틴 (SST) 프로모터; 뉴로펩타이드 Y (NPY) 프로모터; 및 혈관활성 장관 펩타이드 (VIP) 프로모터를 포함한다. 적합한 프로모터는, 비제한적으로, 적색 추상 옵신 프로모터, 로돕신 프로모터, 로돕신 키나제 프로모터, 및 GluR 프로모터 (예를 들어, GluR6 프로모터; 또한 일명 grm6)를 포함한다. 적합한 프로모터는, 비제한적으로, 난황상 황반 이상증 2 (VMD2) 유전자 프로모터, 및 광수용체간 레티노이드-결합 단백질 (IRBP) 유전자 프로모터를 포함한다. 또한 사용에 적합한 것은 L7 프로모터 (Oberdick 등 (1990) Science 248:223), thy-1 프로모터, 레코베린 프로모터 (Wiechmann 및 Howard (2003) Curr . Eye Res. 26:25); 칼빈딘 프로모터; 및 베타-액틴 프로모터이다. 적합한 프로모터는 합성 (비-자연 발생) 프로모터/인핸서 조합을 포함한다.
일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산은 재조합 발현 벡터 내에 있다. 적합한 발현 벡터는, 비제한적으로, 렌티바이러스 벡터, 단순 포진 바이러스 (HSV) 벡터, 아데노바이러스 벡터, 레트로바이러스 벡터, 아데노연관 바이러스 (AAV) 벡터, 및 기타 동종의 것을 포함한다. 따라서, 일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산은 재조합 렌티바이러스 벡터, 재조합 HSV 벡터, 재조합 아데노바이러스 벡터, 재조합 레트로바이러스 벡터, 또는 재조합 AAV 벡터이다.
일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 나노입자와 복합체화된다.
일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산은 재조합 AAV (rAAV) 벡터이다. 일부 경우에, rAAV 벡터는 변이체 AAV 캡시드 단백질을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열를 포함하되, 상기 변이체 AAV 캡시드 단백질은 망막 세포의 감염성 및/또는 눈에서 내부 경계막 (ILM)을 가로지르는 능력을 부여한다. 참고, 예를 들어, Day 등 (2014) Adv . Exp . Med . Biol . 801:687; Boye 등 (2016) J. Virol . 90:4215; Vandenberghe 및 Auricchio (2012) Gene Therapy 19:162; Klimczak 등 (2009) PLoS One 4:e7467; 미국 특허 공보 번호 2012/0164106; 및 미국 특허 공보 번호 2016/0017295.
망막 세포는 망막 신경절 세포; 무축삭 세포; 수평 세포; 두극 세포; 및 간상체 및 추상체를 포함하는 광수용체 세포를 포함한다.
일부 경우에, 본 개시내용의 방법은 그것을 필요로 하는 개체에게 하기를 포함하는 약제학적 조성물에 투여하는 것을 포함한다: a) MW-옵신 및/또는 LW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터) 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드; 및 b) 약제학적으로 허용가능한 부형제.
MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)을 포함하는 약제학적 조성물은 단독으로, 또는 다른 보충 활성제와 조합하여 환자에게 투여될 수 있다. 약제학적 조성물은 종래의 혼합, 용해, 과립화, 당의정-제조, 분말화, 에멀션화, 캡슐화, 포획하는, 및 동결건조를 비제한적으로 포함하는 다양한 과정 중 임의의 것을 사용하여 제조될 수 있다. 약제학적 조성물은 멸균 용액, 현탁액, 에멀션, 동결건조물, 정제, 알약, 펠릿, 캡슐, 분말, 시럽, 엘릭시르 또는 투여에 적합한 임의의 다른 투약 형태를 비제한적으로 포함하는 다양한 형태 중 임의의 것을 취할 수 있다.
MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)를 포함하는 약제학적 조성물은 활성 성분을 약제학적으로 허용가능한 조성물로의 가공을 촉진하는 약제학적으로 허용가능한 담체(들)을 선택적으로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "약리적으로 허용가능한 담체"는 투여될 때 장기간 또는 영구적 해로운 효과를 실질적으로 갖지 않는 임의의 담체를 지칭하고, 용어들 예컨대 "약리적으로 허용가능한 비히클, 안정화제, 희석제, 보조 또는 부형제"를 포괄한다. 그와 같은 담체는 일반적으로 활성 화합물 (예를 들어, 본 개시내용의 핵산)과 혼합되거나, 또는 활성 화합물을 희석하거나 봉입하도록 허용되고 고체, 반-고체, 또는 액체 제제일 수 있다. 활성 성분은 가용성일 수 있거나 원하는 담체 또는 희석제 중 현탁액으로서 전달될 수 있는 것으로 이해된다. 수성 매질 예컨대, 예를 들어, 증류된, 탈이온수, 염수; 용매; 분산매; 코팅물; 항균 및 항진균제; 등장성 및 흡수 지연제; 또는 임의의 다른 불활성 성분을 비제한적으로 포함하는 다양한 약제학적으로 허용가능한 담체 중 임의의 것이 사용될 수 있다. 약리적으로 허용가능한 담체의 선택은 투여 방식에 좌우될 수 있다.을 제외하고 임의의 약리적으로 허용가능한 담체가 활성 성분과 양립불가능한 한, 약제학적으로 허용가능한 조성물에서의 그것의 사용이 고려된다. 그와 같은 약제학적 담체의 특정 용도의 비-제한적인 예는 아래에 발견될 수 있다: "Pharmaceutical Dosage Forms and Drug Delivery Systems" (Howard C. Ansel 등, eds., Lippincott Williams & Wilkins Publishers, 7th ed. 1999); "Remington: The Science and Practice of Pharmacy" (Alfonso R. Gennaro ed., Lippincott, Williams & Wilkins, 20th 2000); "Goodman & Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics" Joel G. Hardman 등, eds., McGraw-Hill Professional, 10.sup.th ed. 2001); 및 "Handbook of Pharmaceutical Excipients" (Raymond C. Rowe 등, APhA Publications, 4th edition 2003).
약제학적 조성물은 선택적으로, 완충액, 보존제, 긴장성 조정제, 염, 산화방지제, 생리적 서브스턴스, 약리학적 서브스턴스, 증량제, 유화제, 습윤제, 감미제 또는 풍미제, 및 기타 동종의 것을 비제한적으로 포함하는 다른 약제학적으로 허용가능한 성분을 비제한적으로 포함할 수 있다. pH를 조정하기 위한 다양한 완충액 및 수단은 약제학적 조성물을 제조하기 위해 사용될 수 있고, 단, 수득한 제제는 약제학적으로 허용가능하다. 그와 같은 완충액은, 비제한적으로, 아세테이트 완충액, 시트레이트 완충액, 인산염 완충액, 중성 완충 식염수, 포스페이트 완충 식염수 및 보레이트 완충액을 포함한다. 산 또는 염기는 필요에 따라 조성물의 pH를 조정하기 위해 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 약제학적으로 허용가능한 산화방지제는, 비제한적으로, 나트륨 메타바이설파이트, 티오황산나트륨, 아세틸시스테인, 부틸화된 하이드록시아니솔 및 부틸화된 하이드록시톨루엔을 포함한다. 유용한 보존제는, 비제한적으로, 벤즈알코늄 클로라이드, 클로로부탄올, 티메로살, 페닐수은 아세테이트, 페닐수은 니트레이트 및 안정화된 옥시 클로로 조성물, 예를 들어, PURITE??을 포함한다. 약제학적 조성물에 봉입하게 적합한 긴장성 조정제는, 비제한적으로, 염 예컨대, 예를 들어, 염화나트륨, 칼륨 클로라이드, 만니톨 또는 글리세린 및 다른 약제학적으로 허용가능한 긴장성 조정제를 포함한다. 약리학의 업계에서 알려진 이들 및 다른 서브스턴스는 약제학적 조성물에 포함될 수 있는 것으로 이해된다.
약제학적으로-허용가능한 담체로서 쓰일 수 있는 물질의 일부 예는 하기를 포함한다: (1) 당, 예컨대 락토스, 글루코스 및 수크로스; (2) 전분, 예컨대 옥수수 전분 및 감자 전분; (3) 셀룰로스, 및 그것의 유도체, 예컨대 나트륨 카복시메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스 및 셀룰로스 아세테이트; (4) 분말화된 트라가칸쓰; (5) 맥아; (6) 젤라틴; (7) 탈크; (8) 부형제, 예컨대 코코아 버터 및 좌약 왁스; (9) 오일, 예컨대 땅콩 오일, 목화씨 오일, 잇꽃 오일, 참께 오일, 올리브 오일, 옥수수 오일 및 대두 오일; (10) 글리콜, 예컨대 프로필렌 글리콜; (11) 폴리올, 예컨대 글리세린, 소르비톨, 만니톨, 및 폴리에틸렌 글리콜; (12) 에스테르, 예컨대 에틸 올레에이트 및 에틸 라우레이트; (13) 한천; (14) 완충제, 예컨대 수산화마그네슘 및 알루미늄 하이드록사이드; (15) 알긴산; (16) 무발열원 물; (17) 등장성 염수; (18) 링거액; (19) 에틸 알코올; (20) pH 완충 용액; (21) 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및/또는 폴리무수물; 및 (22) 약제학적 제형에서 이용되는 다른 무독성 양립가능한 서브스턴스.
일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 하나 이상의 생체적합성 폴리머로 제형화된다. 적합한 생체적합성 폴리머는, 비제한적으로, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리알킬렌, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 에스테르, 폴리비닐 할라이드, 폴리(비닐피롤리돈), 폴리글라이콜라이드, 폴리실록산, 폴리우레탄 및 그것의 공중합체, 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 셀룰로스, 셀룰로스 에테르, 셀룰로스 에스테르, 니트로 셀룰로스, 아크릴 및 메타크릴 에스테르의 폴리머, 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 셀룰로스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스, 하이드록시부틸 메틸 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로스 아세테이트 프탈레이트, 카복실에틸 셀룰로스, 셀룰로스 트리아세테이트, 셀룰로스 설페이트 나트륨 염 폴리 -메틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸 메타크릴레이트), 폴리(부틸 메타크릴레이트), 폴리(이소부틸 메타크릴레이트\ 폴리(헥실 메타크릴레이트), 폴리(이소데실 메타크릴레이트), 폴리(라우릴 메타크릴레이트), 폴리(페닐 메타크릴레이트), 폴리(메틸 아크릴레이트), 폴리(이소프로필 아크릴레이트), 폴리(이소부틸 아크릴레이트), 폴리(옥타데실 아크릴레이트), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(비닐 알코올), 폴리비닐 아세테이트, 다염화비닐 폴리스티렌, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리하이알루론산, 카세인, 젤라틴, 글루틴, 폴리무수물, 폴리아크릴산, 알기네이트, 키토산, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸 메타크릴레이트), 폴리(부틸 메타크릴레이트), 폴리(이소부틸 메타크릴레이트), 폴리(헥실 메타크릴레이트) 폴리(이소데실 메타크릴레이트), 폴리(라우릴 메타크릴레이트), 폴리(페닐 메타크릴레이트), 폴리(메틸 아크릴레이트), 폴리(이소프로필 아크릴레이트), 폴리(이소부틸 아크릴레이트), 폴리(옥타데실 아크릴레이트) 및 상기 중 임의의 것의 조합을 포함한다.
일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 리포좀으로 제형화된다. 참고, 예를 들어, 미국 특허 공보 번호 2017/0119666. 일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 나노입자로 제형화된다. 나노입자는, 예를 들어, 폴리알킬시아노아크릴레이트 나노입자, 폴리(락트산)을 포함하는 나노입사, 폴리(락트산-코-글라이콜산) (PLGA) 나노입자, 및 기타 동종의 것을 포함한다. 일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 하이드로겔로 제형화된다. 적합한 하이드로겔 성분은, 비제한적으로, 실크 (참고, 예를 들어, 미국 특허 공보 번호 2017/0173161), 폴리(락트산) (PLA), 폴리(글라이콜산) (PGA), 폴리(락타이드-코-글라이콜라이드) (PLGA), 폴리에스테르, 폴리(오르토에스테르), 폴리(포스파진), 폴리(포스페이트 에스테르), 폴리카프로락톤, 젤라틴, 콜라겐, 셀룰로스, 하이알루로난, 폴리(에틸렌 글리콜) (PEG), 트리블록 공중합체, 폴리라이신, 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐 피롤리돈), 하이알루론산, 아크릴화된 하이알루론산, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드), 및 기타 동종의 것을 포함한다.
일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)를 포함하는 조성물은 완충 식염수 용액에 존재한다. 일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 바이러스 발현 벡터를 포함하는 조성물은 약 50 μL 내지 약 1000 μL의 부피로 약 108 내지 약 1015 바이러스 게놈 (vg)의 양으로 완충 식염수 용액에 존재한다. 예를 들어, 일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 바이러스 발현 벡터를 포함하는 조성물은 약 50 μL 내지 약 75 μL, 약 75 μL 내지 약 100 μL, 약 100 μL 내지 약 150 μL, 약 150 μL 내지 약 200 μL, 약 200 μL 내지 약 300 μL, 약 300 μL 내지 약 400 μL, 약 400 μL 내지 약 500 μL, 약 500 μL 내지 약 600 μL, 약 600 μL 내지 약 700 μL, 약 800 μL 내지 900 μL, 또는 약 900 μL 내지 약 1000 μL의 부피로 약 108 vg 내지 약 109 vg, 약 109 vg 내지 약 1010 vg, 약 1010 vg 내지 약 1011 vg, 약 1011 vg 내지 약 1012 vg, 약 1012 vg 내지 약 1013 vg, 약 1013 vg 내지 약 1014 vg, 또는 약 1014 vg 내지 약 1015 vg의 양으로 완충 식염수 용액에 존재한다. 일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)를 포함하는 조성물은 약 0.001%의 농도로 비-이온성 세제를 함유하는 완충 식염수 용액에 존재한다. 적합한 비-이온성 세제는, 예를 들어, Pluronic F68®을 포함한다. 일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 바이러스 발현 벡터를 포함하는 조성물은 약 50 μL 내지 약 75 μL, 약 75 μL 내지 약 100 μL, 약 100 μL 내지 약 150 μL, 약 150 μL 내지 약 200 μL, 약 200 μL 내지 약 300 μL, 약 300 μL 내지 약 400 μL, 약 400 μL 내지 약 500 μL, 약 500 μL 내지 약 600 μL, 약 600 μL 내지 약 700 μL, 약 800 μL 내지 900 μL, 또는 약 900 μL 내지 약 1000 μL의 부피로 약 108 vg 내지 약 109 vg, 약 109 vg 내지 약 1010 vg, 약 1010 vg 내지 약 1011 vg, 약 1011 vg 내지 약 1012 vg, 약 1012 vg 내지 약 1013 vg, 약 1013 vg 내지 약 1014 vg, 또는 약 1014 vg 내지 약 1015 vg의 양으로 완충 식염수 용액 내에 존재하되, 상기 완충 식염수 용액은 약 0.001%의 농도로 비-이온성 세제를 포함한다. 염수 용액은 0.9% NaCl를 포함할 수 있다.
MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터, 예컨대 재조합 바이러스 벡터)은 다양한 투여 경로 중 임의의 것에 의해 그것을 필요로 하는 개체에게 투여될 수 있다. 적합한 투여 경로는, 예를 들어, 눈주위, 안구내, 유리체내, 결막하, 안구뒤, 공막에, 및 전방간을 포함한다. 일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 유리체내 주입에 의해 전달된다. 일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 안구내로 전달된다. 일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 망막하 주입을 통해 전달된다.
일부 경우에, 본 개시내용의 방법은 그것을 필요로 하는 개체에게, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터, 예컨대 재조합 바이러스 벡터)을 포함하는 조성물의 단일 투여 (눈당)를 투여하는 것을 포함한다.
일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)의 다중 용량이 개체에게 투여된다. 투여 빈도는 다양한 인자 중 임의의 것, 예를 들어, 증상의 중증도 등에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 매월 1회, 매월 2회, 매월 3회, 격주로 (qow), 주당 1회 (qw), 주당 2회 (biw), 3회/주 (tiw), 4회/주, 5회/주, 6회/주, 격일로 (qod), 매일 (qd), 1일 2회 (qid), 또는 1일 3회 (tid) 투여된다.
MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 약 1일 내지 약 1년 또는 1년 초과의 일정 기간에 걸쳐 개체에게 투여될 수 있다. 예를 들어, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 1주 내지 2주, 2 주 내지 1개월, 1개월 내지 4개월, 4개월 내지 6개월, 6개월 내지 1년, 또는 1년 초과의 기간 동안 개체에게 투여될 수 있다.
뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산이 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 바이러스 발현 벡터를 포함하는 경우, 재조합 바이러스 벡터는 용량당 약 108 vg 내지 약 109 vg, 약 109 vg 내지 약 1010 vg, 약 1010 vg 내지 약 1011 vg, 약 1011 vg 내지 약 1012 vg, 약 1012 vg 내지 약 1013 vg, 약 1013 vg 내지 약 1014 vg, 또는 약 1014 vg 내지 약 1015 vg의 양으로 투여될 수 있다.
MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산 (예를 들어, 재조합 발현 벡터)은 핵산의 투여 전의 시각 기능과 비교하여 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 2-배, 적어도 5-배, 적어도 10-배, 또는 10-배 초과까지 개체의 시각 기능을 증가시키는데 효과적인 양으로 투여된다. 시각 기능을 위한 테스트는 당해 기술에 공지되어 있고, 및 임의의 알려진 테스트는 시각 기능을 평가하기 위해 적용될 수 있다.
본 개시내용의 방법에 의한 치료에 적합한 개체는 간상 및 추상 광수용체의 손실을 가지고 있는 감소된 시각 기능을 갖는 개체를 포함한다. 일부 경우에, 개체는 선천적 망막 퇴행성 질환 예컨대 색소성 망막염, 망막층간분리증, 또는 레버 선천성 흑내장을 가지고 있다. 일부 경우에, 개체는 색소성 망막염, 황반 변성, 연령 관련 황반 변성, 망막층간분리증, 및 레버 선천성 흑내장, 및 당뇨 망막병증으로부터 선택된 안구 질환 (예를 들어, 선천적 안구 질환)을 가지고 있다. 본 개시내용의 방법에 의한 치료에 적합한 개체는, 자연광 민감성은 상실되고 따라서 시력은 손상되지만, 망막 회로 후반에 있는 뉴런 (예를 들어 두극 세포 또는 무축삭 뉴런간 또는 뇌로 출력되는 신경절 세포)가 절약되어 추상 옵신(들)의 도입에 의해 광에 직접 민감하게 될 수 있는 망막 퇴행 병태를 갖는 개체를 포함한다.
본 개시내용의 방법에 의한 치료에 적합한 개체는 유전적 또는 선천적 근거 없이 외상성 또는 급성인 망막 손상을 가지고 있는 개체를 포함한다. 예를 들어, 일부 경우에, 개체는 둔상으로 인한, 예컨대 (예를 들어, 군 전투에서) 폭발 손상으로 인하거나, 또는 예를 들어, 자동차 사고 또는 머리에 충격으로 인한 다른 사과의 과정에서 머리에 충격으로 인한 망막 분리를 경험했다. 일부 사례에서, 광수용체는 기저 RPE로부터 망막의 외상선 탈착으로 인해 손실되지만, 내부 망막 뉴런은 온전하다. 본 개시내용의 방법에 의한 치료에 적합한 개체는 급성 광 손상, 레이저 노출, 또는 화학 독성으로 인한 광수용체 손실을 갖는 개체를 포함한다.
조성물
본 개시내용은 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물을 제공한다. 본 조성물이 그것을 필요로 하는 개체에게 투여될 때, 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열은 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현되어, 하나 이상의 추상 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록 하고, 하나 이상의 유익한 임상 결과. 예를 들어, 본 조성물이 필요한 개체의 눈에 투여될 때, 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열은 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현되어, 하나 이상의 추상 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록 하고, 하나 이상의 유익한 임상 결과. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 하나 이상의 추상 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록 하고, 하나 이상의 유익한 임상 결과. 유익한 임상 결과는 하기를 포함한다: 1) 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 수직 라인을 포함하는 이미지와 수평 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있고; 2) 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 정적 라인을 포함하는 이미지와 이동 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있고; 3) 상기 대상체는 시간적 광 패턴 검정에서 플래싱 광과 일정한 광을 구별할 수 있고; 4) 상기 대상체는 이미지 인식 검정에서 약 10-4 W/cm2 내지 약 10 W/cm2의 광 강도에서 이미지를 인식할 수 있고; 그리고 5) 대상체는 광 회피 검정에서 백색광이 있는 영역과 백색광이 없는 영역을 구별할 수 있다.
조성물이 상기 언급된 유익한 임상 결과 중 하나 이상을 제공하는지의 여부는 당해 기술에 공지되어 있는 테스트를 사용하여 결정될 수 있다. 참고 예를 들어, Leinonen 및 Tanila (2017) Behavioural Brain Research pii: S0166-4328(17)30870-7; Caporale 등 (2011). Molecular Therapy 19, 1212-9; Gaub 등 (2014) Proc . Natl . Acad . Sci . USA 111, E5574-83; Gaub 등 (2015) Molecular Therapy 23:1562; 및 Berry 등 (2017) Nat. Commun. 8:1862.
하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 본 개시내용 조성물로서, i) 본 조성물이 그것을 필요로 하는 개체에게 투여되거나; 또는 ii) 본 조성물이, 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현되도록 (하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록) 그것을 필요로 하는 개체의 눈에 투여될 때, 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 수직 라인을 포함하는 이미지와 수평 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있다. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 본 개시내용 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때 (하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록 하고), 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 수직 라인을 포함하는 이미지와 수평 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있다.
하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 본 개시내용 조성물로서, i) 본 조성물이 그것을 필요로 하는 개체에게 투여되거나; 또는 ii) 본 조성물이, 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현되도록 (하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록) 그것을 필요로 하는 개체의 눈에 투여될 때, 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 정적 라인을 포함하는 이미지와 이동 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있다. 본 개시내용은 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물을 제공하되, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때 (상기 하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록 하고), 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 정적 라인을 포함하는 이미지와 이동 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있다.
하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 본 개시내용 조성물로서, i) 본 조성물이 그것을 필요로 하는 개체에게 투여되거나; 또는 ii) 본 조성물이, 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현되도록 (하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록) 그것을 필요로 하는 개체의 눈에 투여될 때, 상기 대상체는 시간적 광 패턴 검정에서 플래싱 광과 일정한 광을 구별할 수 있다. 본 개시내용은 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물을 제공하되, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때 (상기 하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록 하고), 상기 대상체는 시간적 광 패턴 검정에서 플래싱 광과 일정한 광을 구별할 수 있다.
하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 본 개시내용 조성물로서, i) 본 조성물이 그것을 필요로 하는 개체에게 투여되거나; 또는 ii) 본 조성물이, 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현되도록 (하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록) 그것을 필요로 하는 개체의 눈에 투여될 때, 상기 대상체는 이미지 인식 검정에서 약 10-4 W/cm2 내지 약 10 W/cm2의 광 강도에서 이미지를 인식할 수 있다. 본 개시내용은 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물을 제공하되, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때 (상기 하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성도록 하고), 상기 대상체는 약 10-4 W/cm2 내지 약 10 W/cm2의 광 강도 (예를 들어, 약 10-4 W/cm2 내지 약 10-3 W/cm2, 약 10-3 W/cm2 내지 약 10-2 W/cm2, 약 10-2 W/cm2 내지 약 10-1 W/cm2, 또는 약 10-1 W/cm2 내지 약 1 W/cm2의 광 강도)에서 이미지를 인식할 수 있다. 일부 경우에, 개체의 망막 세포에서 MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드의 발현은 이미지 인식 검정에서 최대 2 W/cm2 최대 3 W/cm2, 최대 4 W/cm2, 최대 5 W/cm2, 또는 최대 10 W/cm2)의 광 강도에서 이미지 인식을 제공한다.
하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 본 개시내용의 조성물로서, i) 본 조성물이 그것을 필요로 하는 개체에게 투여되거나; 또는 ii) 본 조성물이, 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현되도록 (하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록) 그것을 필요로 하는 개체의 눈에 투여될 때, 상기 대상체는 광 회피 검정에서 백색광이 있는 영역과 백색광이 없는 영역을 구별할 수 있다. 본 개시내용은 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물을 제공하되, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때 (상기 하나 이상의 옵신이 대상체의 눈에서 생성되도록 하고), 상기 대상체는 광 회피 검정에서 백색광이 있는 영역과 백색광이 없는 영역을 구별할 수 있다.
본 개시내용의 조성물에 존재하는 하나 이상의 재조합 핵산에 의해 인코딩될 수 있는 추상 옵신은 상기에 기재되어 있고, 그리고, 예를 들어, MW-옵신, LW-옵신, SW-옵신, 키메라 옵신, 및 기타 동종의 것을 포함한다.
일부 경우에, 본 개시내용의 조성물에 존재하는 하나 이상의 재조합 핵산에 의해 인코딩된 하나 이상의 추상 옵신은 하기로 구성된 군으로부터 선택된다:
a) 서열번호:1로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 MW-옵신;
b) 서열번호:4로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 LW-옵신;
c) 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신; 및
d) 하기를 포함하는 키메라 SW-옵신: i) 서열번호:6으로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 마우스 SW-옵신의 세포내 부분; 및 ii) 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 인간 SW-옵신의 막관통 부분.
일부 경우에, 본 개시내용의 조성물은 단일 추상 옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 핵산을 포함한다. 일부 경우에, 본 개시내용의 조성물에 존재하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 2개의 상이한 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 예를 들어, 일부 경우에, 본 개시내용의 조성물에 존재하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 MW-옵신 및 LW-옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 또 다른 예로서, 일부 경우에, 본 개시내용의 조성물에 존재하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 MW-옵신 및 SW-옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 또 다른 예로서, 일부 경우에, 본 개시내용의 조성물에 존재하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 LW-옵신 및 SW-옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 2개의 상이한 추상 옵신은 단일 재조합 핵산 상에서 인코딩될 수 있다. 2개의 상이한 추상 옵신은 2개의 별개의 재조합 핵산 상에서 인코딩될 수 있다.
일부 경우에, 본 개시내용의 조성물에 존재하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 3개의 상이한 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 예를 들어, 일부 경우에, 본 개시내용의 조성물에 존재하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 MW-옵신, SW-옵신, 및 LW-옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 3개의 상이한 추상 옵신은 단일 재조합 핵산 상에서 인코딩될 수 있다. 3개의 상이한 추상 옵신은 3개의 별개의 재조합 핵산 상에서 인코딩될 수 있다.
적합한 재조합 핵산 벡터는 재조합 아데노-연관된 바이러스 벡터, 재조합 렌티바이러스 벡터, 재조합 단순 포진 바이러스 벡터, 및 재조합 레트로바이러스 벡터를 포함한다. 일부 경우에, 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 재조합 아데노-연관된 바이러스 벡터이다. 일부 사례에서, 재조합 AAV 벡터는 야생형 AAV 캡시드와 비교하여, 망막 세포의 증가된 감염성을 부여하고/하거나 상기 내부 경계막을 가로지르는 증가된 능력을 부여하는 변이체 캡시드 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함한다.
추상 옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열은 하나 이상의 전사 조절 요소에 작동가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 추상 옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열은 프로모터에 작동가능하게 연결될 수 있다. 적합한 프로모터의 예는, 비제한적으로, 시냅신 프로모터, CAG 프로모터, CMV 프로모터, grm6 프로모터, 플레이아데스 프로모터, ChAT 프로모터, V-glut 프로모터, GAD 프로모터, PV 프로모터, 소마토스타틴 (SST) 프로모터, 뉴로펩타이드 Y (NPY) 프로모터, VIP 프로모터, 적색 추상 옵신 프로모터, 로돕신 프로모터, 로돕신 키나제 프로모터, 난황상 황반 이상증 2 (VMD2) 유전자 프로모터, 및 광수용체간 레티노이드-결합 단백질 (IRBP) 유전자 프로모터를 포함한다.
본 개시내용의 조성물은 그것을 필요로 하는 개체에게 투여된다. 일부 사례에서, 본 조성물은 개체의 눈, 예를 들어, 시력 장애의 영향을 받은 눈에 또는 그것으로 직접 투여된다. 일부 경우에, 상기 대상체는 색소성 망막염, 황반 변성, 망막층간분리증, 및 레버 선천성 흑내장, 및 당뇨 망막병증으로부터 선택된 안구 질환을 가지고 있다. 일부 경우에, 상기 대상체는 트라우마 또는 두부 손상으로 인한 망막 박리 또는 광수용체 손실을 경험했다. 일부 경우에, 상기 대상체는, 자연광 민감성이 상실되고 따라서 시력은 손상되지만, 망막 회로 후반에 있는 뉴런 (예를 들어 두극 세포 또는 무축삭 뉴런간 또는 뇌로 출력되는 신경절 세포)가 절약되어 추상 옵신(들)의 도입에 의해 광에 직접 민감하게 될 수 있는 망막 퇴행 병태를 가지고 있다.
본 개시내용의 조성물은, 하나 이상의 재조합 핵산 외에, 약제학적으로 허용가능한 부형제를 포함할 수 있다. 적합한 약제학적으로 허용가능한 부형제는 당해 기술에 공지되어 있고, 본 명세서의 다른 곳에 기재되어 있다. 일부 경우에, 본 개시내용의 조성물은 인간 대상체에게 투여하기에 적합하고; 예를 들어, 일부 경우에, 본 조성물은 멸균되어 있고, 그리고 발열원, 오염물질, 및 기타 동종의 것이 없다.
재조합 바이러스 벡터
본 개시내용은 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 바이러스 벡터를 제공한다. 적합한 바이러스 발현 벡터는, 비제한적으로, 렌티바이러스 벡터, 단순 포진 바이러스 (HSV) 벡터, 아데노바이러스 벡터, 레트로바이러스 벡터, 아데노연관 바이러스 (AAV) 벡터, 및 기타 동종의 것을 포함한다. 따라서, 일부 경우에, MW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 바이러스 벡터는 재조합 렌티바이러스 벡터, 재조합 HSV 벡터, 재조합 아데노바이러스 벡터, 재조합 레트로바이러스 벡터, 또는 재조합 AAV 벡터이다.
일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신, 및/또는 SW-옵신은 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열은 망막 세포에서 발현을 제공하는 프로모터에 작동가능하게 연결된다. 일부 경우에, 뉴클레오타이드 서열은 진핵 또는 포유동물 세포에서 일반적으로 발현을 제공하는 프로모터에 작동가능하게 연결된다.
적합한 프로모터는, 비제한적으로, CAG 프로모터 (Miyazaki 등 (1989) 유전자 79:269); 사이토메갈로바이러스 (CMV) 프로모터; 글루타메이트 대사지향성 수용체-6 (grm6) 프로모터 (Cronin 등 (2014) EMBO Mol . Med . 6:1175); 플레이아데스 프로모터 (Portales-Casamar 등 (2010) Proc . Natl . Acad . Sci . USA 107:16589); 콜린 아세틸전달효소 (ChAT) 프로모터 (Misawa 등 (1992) J. Biol . Chem. 267:20392); 소포성 글루타메이트 수송체 (V-glut) 프로모터 (Zhang 등 (2011) Brain Res. 1377:1); 글루탐산 탈탄산효소 (GAD) 프로모터 (라스뮤센 등 (2007) Brain Res. 1144:19; Ritter 등 (2016) J. Gene Med . 18:27); 콜레시스토키닌 (CCK) 프로모터 (Ritter 등 (2016) J. Gene Med . 18:27); 파브알부민 (PV) 프로모터; 소마토스타틴 (SST) 프로모터; 뉴로펩타이드 Y (NPY) 프로모터; 및 혈관활성 장관 펩타이드 (VIP) 프로모터를 포함한다. 적합한 프로모터는, 비제한적으로, 적색 추상 옵신 프로모터, 로돕신 프로모터, 로돕신 키나제 프로모터, 및 GluR 프로모터 (예를 들어, GluR6 프로모터)를 포함한다. 적합한 프로모터는, 비제한적으로, 난황상 황반 이상증 2 (VMD2) 유전자 프로모터, 및 광수용체간 레티노이드-결합 단백질 (IRBP) 유전자 프로모터를 포함한다. 또한 L7 프로모터 (Oberdick 등 (1990) Science 248:223), thy-1 프로모터, 레코베린 프로모터 (Wiechmann 및 Howard (2003) Curr . Eye Res. 26:25); 칼빈딘 프로모터; 및 베타-액틴 프로모터가 사용하기에 적합하다.
일부 경우에, 본 개시내용의 재조합 바이러스 벡터는 MW-옵신, LW-옵신, 및 SW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 일부 경우에, MW-옵신, LW-옵신, 및 SW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열은 단일 프로모터에 작동가능하게 연결된다. 일부 경우에, 재조합 바이러스 벡터는 MW-옵신 및 LW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열 사이에, 그리고및 LW-옵신 및 SW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열 사이에 내부 리보솜 유입 부위 (IRES)를 포함한다.
일부 경우에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 바이러스 벡터는 재조합 AAV (rAAV) 벡터이다. 일부 경우에, rAAV 벡터는 i) MW-옵신 및/또는 LW-옵신 폴리펩타이드 및/또는 SW-옵신 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열; 및 ii) 변이체 AAV 캡시드 단백질을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하되, 상기 변이체 AAV 캡시드 단백질은, 친계 야생형 AAV와 비교하여 망막 세포의 감염성 및/또는 눈에서내부 경계막 (ILM)을 가로지르는 증가된 능력을 부여한다. 참고, 예를 들어, Day 등 (2014) Adv . Exp . Med . Biol . 801:687; Boye 등 (2016) J. Virol . 90:4215; Vandenberghe and Auricchio (2012) Gene Therapy 19:162; Klimczak 등 (2009) PLoS One 4:e7467; 미국 특허 공보 번호 2012/0164106; 및 미국 특허 공보 번호 2016/0017295.
예를 들어, 변이체 AAV 캡시드 단백질은 AAV6 캡시드의 아미노산 451에서의 아미노산 치환, 또는 또 다른 AAV 혈청형에서의 해당하는 위치를 포함할 수 있다. 일부 경우에, AAV6 캡시드의 아미노산 451에서의 아미노산 치환, 또는 또 다른 AAV 혈청형에서의 해당하는 위치는 아스파라긴에서 아스파르트산으로의 치환이다. 또 다른 예로서, 변이체 AAV 캡시드 단백질은 AAV6 캡시드의 아미노산 532에서의 아미노산 치환, 또는 또 다른 AAV 혈청형에서의 해당하는 위치를 포함할 수 있다. 일부 경우에, AAV6 캡시드의 아미노산 532에서의 아미노산 치환, 또는 또 다른 AAV 혈청형에서의 해당하는 위치는 아스파르트산에서 아스파라긴으로의 치환이다.
AAV6 캡시드는 하기 아미노산 서열을 가질 수 있다:
Figure pct00011
Figure pct00012
(서열번호:10), Asn-451 및 Asp-532는 굵게 표시되고 밑줄쳐져 있다.
일부 경우에, AAV 캡시드 단백질은 하기 아미노산 서열을 포함한다:
Figure pct00013
Figure pct00014
(서열번호:11).
본 개시내용은 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신을 망막 세포에 전달하는 방법을 제공하되, 상기 방법은 본 개시내용의 재조합 바이러스 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)을 개체의 눈에 투여하는 것을 포함한다. 재조합 바이러스 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)의 투여 다음에, MW-옵신은 망막 세포에서 생성된다.
본 개시내용은 개체에서 시각 기능을 향상시키거나 회복시키는 방법을 제공하되, 상기 방법은 본 개시내용의 재조합 바이러스 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)을 개체의 눈에 투여하는 것을 포함한다. 재조합 바이러스 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)의 투여 다음에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신은 망막 세포에서 생성된다. 망막 세포에서 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 생성은 개체에서 향상되거나 회복된 시각 기능을 제공한다.
본 개시내용은 하기를 포함하는 약제학적 조성물을 제공한다: a) 본 개시내용의 재조합 바이러스 벡터, 또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자; 및 b) 약제학적으로 허용가능한 부형제. 적합한 약제학적으로 허용가능한 부형제는 상기에 기재되어 있다.
본 개시내용은 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신을 망막 세포에 전달하는 방법을 제공하되, 상기 방법은 재조합 바이러스 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)를 포함하는 약제학적 조성물을 개체의 눈에 투여하는 것을 포함한다. 재조합 바이러스 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)의 투여 다음에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신은 망막 세포에서 생성된다.
본 개시내용은 개체에서 시각 기능을 향상시키거나 회복시키는 방법을 제공하되, 상기 방법은 본 개시내용의 재조합 바이러스 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)를 포함하는 약제학적 조성물을 개체의 눈에 투여하는 것을 포함한다. 재조합 바이러스 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)의 투여 다음에, MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신은 망막 세포에서 생성된다. 망막 세포에서 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 생성은 개체에서 향상되거나 회복된 시각 기능을 제공한다.
본 개시내용의 재조합 발현 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)는 다양한 투여 경로 중 임의의 것에 의해 그것을 필요로 하는 개체에게 투여될 수 있다. 적합한 투여 경로는, 예를 들어, 눈주위, 안구내, 유리체내, 결막하, 안구뒤, 공막에, 및 전방간을 포함한다. 일부 경우에, 본 개시내용의 재조합 발현 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)은 유리체내 주입에 의해 전달된다. 일부 경우에, 본 개시내용의 재조합 발현 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)은 안구내로 전달된다. 일부 경우에, 본 개시내용의 재조합 발현 벡터 (또는 재조합 바이러스 벡터를 포함하는 바이러스 입자)은 망막하 주입을 통해 전달된다.
본 개시내용의 방법에 의한 치료에 적합한 개체는 간상 및 추상 광수용체의 손실을 가지고 있는 감소된 시각 기능을 갖는 개체를 포함한다. 일부 경우에, 개체는 선천적 망막 퇴행성 질환을 가지고 있다. 일부 경우에, 개체는 색소성 망막염, 황반 변성, 망막층간분리증, 및 레버 선천성 흑내장, 및 당뇨 망막병증으로부터 선택된 안구 질환을 가지고 있다. 일부 경우에, 개체는 연령 관련 망막 퇴행성 질환을 가지고 있다. 일부 경우에, 개체는 연령 관련 황반 변성을 가지고 있다.
개시내용의 비제한적인 양태의 예들
상기에 기재된 본 요지의 구현예 포함 양태는 단독으로 또는 하나 이상의 다른 양태 또는 구현예와 조합하여 유익할 수 있다. 전술한 설명을 제한하지 않으면서, 1-54로 넘버링된 개시내용의 특정 비제한적인 양태는 아래에 제공된다. 본 개시내용을 읽을 때 당해 분야의 숙련가에게 명백한 바와 같이, 개별적으로 넘버링된 양태 각각은 이전의 또는 다음의 개별적으로 넘버링된 양태와 함게 사용되거나 조합될 수 있다. 이것은 양태의 모든 그와 같은 조합에 대한 지원을 제공하는 것으로 의도되고 아래에 명백하게 제공된 양태의 조합으로 제한되지 않는다:
양태 1. 개체에서 시각 기능을 회복하거나 향상시키는 방법으로서, 중간 파장 옵신 (MW-옵신) 및/또는 장파장 옵신 (LW-옵신) 및/또는 단파장 옵신 (SW-옵신)을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산을 상기 개체에게 투여하는 것을 포함하되, 상기 투여는 개체의 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현 및 시각 기능의 회복 또는 향상을 제공하는, 방법.
양태 2. 양태 1에 있어서, 상기 MW-옵신은 서열번호:1로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하되; 상기 LW-옵신은 서열번호:4로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하고, 그리고 상기 SW-옵신은 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는, 방법.
양태 3. 양태 1에 있어서, 상기 SW-옵신은 서열번호:5로 제시된 인간 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖거나 서열번호:6으로 제시된 마우스 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는, 방법.
양태 4. 양태 1에 있어서, 상기 개체에게 하기를 투여하는 것을 포함하는, 방법: i) 서열번호:5로 제시된 인간 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신을 포함하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 제1 핵산; 및 ii) 서열번호:6으로 제시된 마우스 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신을 포함하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 제2 핵산.
양태 5. 양태 1에 있어서, 상기 SW-옵신은 마우스 SW-옵신 세포내 도메인 및 인간 SW-옵신 막관통 도메인을 포함하는 키메라 SW-옵신인, 방법.
양태 6. 양태 5에 있어서, 상기 키메라 SW-옵신은 서열번호:7로 제시된 키메라 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산을 포함하는, 방법.
양태 7. 양태 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현은 개체에 의해 패턴화된 시력 및 이미지 인식을 제공하는, 방법.
양태 8. 양태 7에 있어서, 상기 이미지 인식은 정적 이미지 또는 패턴의 것인, 방법.
양태 9. 양태 7에 있어서, 상기 이미지 인식은 이동 이미지 또는 패턴의 것인, 방법.
양태 10. 양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현은 약 10-4 W/cm2 내지 약 1 W/cm2의 광 강도에서 이미지 인식을 제공하는, 방법.
양태 11. 양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현은 망막 세포에서 채널로돕신 폴리펩타이드를 발현시키는 개체에 의한 이미지 인식을 제공하는데 필요한 광 강도보다 적어도 10-배 더 낮은 광 강도에서 이미지 인식을 제공하는, 방법.
양태 12. 양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현은 로돕신 폴리펩타이드에 의해 망막 세포 상에 부여된 동력학보다 적어도 2-배 더 빠른 동력학을 제공하는, 방법.
양태 13. 양태 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 핵산은 재조합 발현 벡터인, 방법.
양태 14. 양태 13에 있어서, 상기 재조합 발현 벡터는 재조합 바이러스 벡터인, 방법.
양태 15. 양태 14에 있어서, 상기 재조합 바이러스 벡터는 아데노-연관된 바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터, 단순 포진 바이러스 벡터, 또는 레트로바이러스 벡터인, 방법.
양태 16. 양태 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 뉴클레오타이드 서열은 망막 세포에서 기능하는 전사 조절 요소에 작동가능하게 연결되는, 방법.
양태 17. 양태 16에 있어서, 상기 전사 조절 요소는 망막 세포 특이적 프로모터인, 방법.
양태 18. 양태 17에 있어서, 상기 프로모터는 시냅신 프로모터, CAG 프로모터, CMV 프로모터, grm6 프로모터, 플레이아데스 프로모터, ChAT 프로모터, V-glut 프로모터, GAD 프로모터, PV 프로모터, 소마토스타틴 (SST) 프로모터, 뉴로펩타이드 Y (NPY) 프로모터, VIP 프로모터, 적색 추상 옵신 프로모터, 로돕신 프로모터, 로돕신 키나제 프로모터, 난황상 황반 이상증 2 (VMD2) 유전자 프로모터, 또는 광수용체간 레티노이드-결합 단백질 (IRBP) 유전자 프로모터인, 방법.
양태 19. 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 투여는 안구내 주입을 통한 것인, 방법.
양태 20. 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 투여는 유리체내 주입을 통한 것인, 방법.
양태 21. 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 투여는 망막하 주입을 통한 것인, 방법.
양태 22. 양태 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 개체는 색소성 망막염, 황반 변성, 망막층간분리증, 및 레버 선천성 흑내장, 및 당뇨 망막병증으로부터 선택된 안구 질환을 가지고 있는, 방법.
양태 23. 양태 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 개체는 트라우마 또는 두부 손상으로 인한 망막 박리 또는 광수용체 손실을 경험했던, 방법.
양태 24. 양태 1 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 상기 핵산은 나노입자와 복합체화되는, 방법.
양태 25. 중간 파장 옵신 (MW-옵신) 및/또는 장파장 옵신 (LW-옵신) 및/또는 단파장 옵신 (SW-옵신)을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 바이러스 벡터.
양태 26. 양태 25에 있어서, 상기 바이러스 벡터는 아데노연관 바이러스 벡터인, 재조합 바이러스 벡터.
양태 27. 양태 25 또는 양태 26에 있어서, 상기 MW-옵신은 서열번호:1로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하되; 상기 LW-옵신은 서열번호:4로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하고, 그리고 상기 SW-옵신은 서열번호:5 내지 7로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는, 재조합 바이러스 벡터.
양태 28. 양태 25 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 상기 뉴클레오타이드 서열은 프로모터에 작동가능하게 연결되는, 재조합 바이러스 벡터.
양태 29. 양태 28에 있어서, 상기 프로모터는 시냅신 프로모터, CAG 프로모터, CMV 프로모터, grm6 프로모터, 플레이아데스 프로모터, ChAT 프로모터, V-glut 프로모터, GAD 프로모터, PV 프로모터, 소마토스타틴 (SST) 프로모터, 뉴로펩타이드 Y (NPY) 프로모터, VIP 프로모터, 적색 추상 옵신 프로모터, 로돕신 프로모터, 로돕신 키나제 프로모터, 난황상 황반 이상증 2 (VMD2) 유전자 프로모터, 또는 광수용체간 레티노이드-결합 단백질 (IRBP) 유전자 프로모터인, 재조합 바이러스 벡터.
양태 30. 양태 25 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 상기 재조합 바이러스 벡터는 재조합 AAV 벡터이되, 상기 재조합 AAV 벡터는 야생형 AAV 캡시드와 비교하여, 망막 세포의 증가된 감염성을 부여하고/하거나 상기 내부 경계막을 가로지르는 증가된 능력을 부여하는 변이체 캡시드 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는, 재조합 바이러스 벡터.
양태 31. 약제학적 조성물로서,
a) 양태 25 내지 30 중 어느 한 항의 재조합 바이러스 벡터; 및
b) 약제학적으로 허용가능한 부형제
를 포함하는, 약제학적 조성물.
양태 32. 개체에서 시각 기능을 회복하거나 향상시키는 방법으로서, 양태 25 내지 30 중 어느 한 항의 재조합 바이러스 벡터, 또는 양태 31의 약제학적 조성물을 상기 개체에서 투여하는 것을 포함하되, 상기 투여는 개체의 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현 및 시각 기능의 회복 또는 향상을 제공하는, 방법.
양태 33. 서열번호:6으로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 마우스 SW-옵신의 세포내 부분을 포함하고 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 인간 SW-옵신의 막관통 부분을 포함하는 키메라 SW-옵신.
양태 34. 양태 33에 있어서, 서열번호:7로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 90%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산을 포함하는, 키메라 SW-옵신.
양태 35. 양태 33 또는 양태 34의 키메라 SW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 발현 벡터.
양태 36. 조성물로서,
a) 양태 35의 재조합 발현 벡터; 및
b) 약제학적으로 허용가능한 부형제
를 포함하는, 조성물.
양태 37. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 수직 라인을 포함하는 이미지와 수평 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있는, 조성물.
양태 38. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 정적 라인을 포함하는 이미지와 이동 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있는, 조성물.
양태 39. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 시간적 광 패턴 검정에서 플래싱 광과 일정한 광을 구별할 수 있는, 조성물.
양태 40. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 이미지 인식 검정에서 약 10-4 W/cm2 내지 약 10 W/cm2의 광 강도에서 이미지를 인식할 수 있는, 조성물.
양태 41. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 광 회피 검정에서 백색광이 있는 영역과 백색광이 없는 영역을 구별할 수 있는, 조성물.
양태 42. 양태 37 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 추상 옵신은 하기로 구성된 군으로부터 선택되는, 조성물:
a) 서열번호:1로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 MW-옵신;
b) 서열번호:4로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 LW-옵신;
c) 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신; 및
d) 하기를 포함하는 키메라 SW-옵신: i) 서열번호:6으로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 마우스 SW-옵신의 세포내 부분; 및 ii) 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87%의 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 인간 SW-옵신의 막관통 부분.
양태 43. 양태 37 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 2개의 상이한 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는, 조성물.
양태 44. 양태 37 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 3개의 상이한 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는, 조성물.
양태 45. 양태 37 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 아데노-연관된 바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터, 단순 포진 바이러스 벡터, 또는 레트로바이러스 벡터인, 조성물.
양태 46. 양태 37 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 재조합 아데노-연관된 바이러스 벡터인, 조성물.
양태 47. 양태 46에 있어서, 상기 재조합 AAV 벡터는 야생형 AAV 캡시드와 비교하여, 망막 세포의 증가된 감염성을 부여하고/하거나 상기 내부 경계막을 가로지르는 증가된 능력을 부여하는 변이체 캡시드 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는, 조성물.
양태 48. 양태 37 내지 47 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열은 프로모터에 작동가능하게 연결되는, 조성물.
양태 49. 양태 48에 있어서, 상기 프로모터는 시냅신 프로모터, CAG 프로모터, CMV 프로모터, grm6 프로모터, 플레이아데스 프로모터, ChAT 프로모터, V-glut 프로모터, GAD 프로모터, PV 프로모터, 소마토스타틴 (SST) 프로모터, 뉴로펩타이드 Y (NPY) 프로모터, VIP 프로모터, 적색 추상 옵신 프로모터, 로돕신 프로모터, 로돕신 키나제 프로모터, 난황상 황반 이상증 2 (VMD2) 유전자 프로모터, 또는 광수용체간 레티노이드-결합 단백질 (IRBP) 유전자 프로모터인, 조성물.
양태 50. 양태 37 내지 49 중 어느 하나에 있어서, 상기 대상체는 색소성 망막염, 황반 변성, 망막층간분리증, 및 레버 선천성 흑내장, 및 당뇨 망막병증으로부터 선택된 안구 질환을 가지고 있는, 조성물.
양태 51. 양태 37 내지 49 중 어느 하나에 있어서, 상기 대상체는 트라우마 또는 두부 손상으로 인한 망막 박리 또는 광수용체 손실을 경험했던, 조성물.
양태 52. 양태 37 내지 51 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물은 약제학적으로 허용가능한 부형제를 포함하는, 조성물.
양태 53. 양태 52에 있어서, 상기 약제학적으로 허용가능한 부형제는 염수를 포함하는, 조성물.
양태 54. 양태 37 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물은 멸균되어 있는, 조성물.
실시예
하기 실시예는 당해 분야의 숙련가에 본 발명의 제조 및 사용 방법의 완전한 개시 및 설명을 제공하기 위해 제시되고, 본 발명가들이 그들의 발명으로서 여기는 것의 범위를 제한하기 위한 것도 아니고 아래 실험이 수행된 모든 또는 유일한 실험임을 이들이 나타내기 위한 것도 아니다. 사용된 숫자 (예를 들어 양, 온도, 등)에 관하여 정확도를 보장하기 위해 노력하였지만 일부 실험 오차 및 편차는 설명될 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 부는 중량부이고, 분자량은 중량 평균 분자량이고, 온도는 섭씨 온도이고, 압력은 대기압 또는 그 근처이다. 하기 표준 약어가 사용될 수 있고, 그 예는 bp, 염기쌍(들); kb, 킬로베이스(들); pl, 피코리터(들); s 또는 sec, 초(들); min, 분(들); h 또는 hr, 시간(들); aa, 아미노산(들); kb, 킬로베이스(들); bp, 염기쌍(들); nt, 뉴클레오타이드(들); i.m., 근육내(로); i.p., 복강내(로); s.c., 피하(로); 및 동종의 것이다.
실시예 1: 시험관내생체내 망막 세포에서 MW-옵신의 발현의 효과
선천적 및 연령 관련 망막 퇴행성 질환은 간상 및 추상 광수용체의 진행성 손실을 야기시켜, 완전한 시각상실로 이어진다. 시력에 필요한 광감작 세포의 손실에도 불구하고, 내부 망막의 다운스트림 뉴런은 기능적 상태로 생존하여, 광유전적 요법에 표적을 제공한다. 현재까지, 광유전적 접근법은 2개의 주요한 제한을 직면하였다: 미생물 옵신에서 매우 낮은 광 민감성 그리고 망막 옵신에서 매우 느린 동력학. 아래 제시된 데이터는 척추동물 중간 파장 원추형 옵신 (MW-옵신)이 이들 제한을 극복하고 적은 광 하에서 패턴화된 시력을 지원한다는 것을 보여준다. 시각상실 rd1 마우스의 망막 신경절 세포 (RGC)에서 MW-옵신의 발현은 빠른 동력학을 가진 광에 고도로 민감한 ON 시간적 광 반응을 도입한다. MW-옵신은 야생형 동물에서, 미생물 옵신에 필요한 수준 아래 세 자릿수로, 그리고 로돕신으로 동등하게 보여진 것과 유사한 광 민감성으로 광-회피를 회복시킨다. MW-옵신은, 공간적 패턴이 움직이는 경우조차, rd1 동물이 상이한 시간적 광 패턴 사이 및 상이한 공간적 광 패턴 사이 둘 모두를 식별할 수 있게 한다. 그에 반해서, RGC에서 로돕신을 가진 rd1 동물은 일시적 및 공간적 식별 둘 모두를 할 수 없다. 현저하게, MW-옵신 광 반응은 ~1,000-배 범위에 걸쳐 주위 광에 순응한다. 따라서, MW-옵신은 현실적 광 강도 하에서 조정가능한 패턴화된 시력을 회복하기 위해 속도, 민감성 및 순응을 조합한다. LW-옵신 및 SW-옵신은 또한 정적 시각적 패턴 사이 시력 식별을 지원하여, 원추형 옵신이 개별적으로 천연 단색의 시력을 회복할 수 있다는 점 그리고, 조합으로, 이들이 색각을 회복할 수 있다는 점을 시사한다.
물질 및 방법
동물 및 AAV
마우스 실험은 캘리포니아 대학교 동물실험윤리 위원회의 명확한 승인 하에서 수행되었다. wt 마우스 (C57BL/6J) 및 rd1 마우스 (C3H)는 Jackson Laboratory로부터 구매되었고 선택적으로 음식 및 물이 있는 12-시간 명/암 사이클로 하우징되었다. cDNA 인코딩 척추동물 중파 원추형 옵신 또는 로돕신은 c-말단 상에서 황색 형광 단백질 (YFP) 유전자와 연결되었고 인간 시냅신 프로모터 (hsyn-1)의 제어 하에 확립된 바이러스 카셋트에서 삽입되었다. 유전자 및 프로모터는 역전된 말단 반복 도메인에 의해 측접되었고, 우드처크 간염 후-전사 조절 인자 (WPRE)를 가진 폴리아데닐화 신호 서열 (polyA)에 의해 안정화되었고 AAV 2/2-4YF 캡시드에서 패키징되었다. AAV의 역가는 역전된 반복 도메인 표준에 대해 qPCR을 통해 결정되었고 1010-1012 바이러스 게놈을 함유하는 것으로 보고되었다. AAV는 이전에 기재된 바와 같이 생산되었다15. 벡터는 예리한 30-게이지 바늘을 사용하여 거상연의 뒤에서 실시된 절개를 통해 뭉툭한 32-게이지 해밀턴(Hamilton) 주사기를 사용하여 미세주입을 통해 rd1 마우스 눈의 유리체에 2 μl 부피로 전달되었다. rAAV 주입은 p30-p60이었고 생체내시험관내 실험은 p90-p160이었다. 마우스는 IP 케타민 (72 mg/kg) 및 크실라진 (64 mg/kg)으로 마취되었다. 눈은 프로파라카인 (0.5%)으로 마취되었고 동공은 페닐에프린 (2.5%) 및 트로피카마이드 (1%)로 팽창되었다.
전기생리학 및 광 자극
HEK 세포 기록은 이전에 기재된 바와 같이 수행되었다15 ,51,52. 간단히, 세포는 높은 외부 칼륨 용액 (50 mM)에서 전체의 세포 방식으로 고정되었고, VH = -80 mV에서 유지되어, 칼륨에 내향성 추진력을 제공한다. 5-10 s 펄스의 광은 535 nm (MW-옵신용) 또는 500 nm (로돕신용)에서 낮은 강도 (1 mW cm-2)로 제공되었다.
MEA 기록은 wt (C57BL/6J) 마우스에서 수행되었고, AAV 주입 실험 망막 이후 >p90 6-10 wks에서 미처리된 및 처리된 rd1 마우스는 어두운 적색 광 하에 눈으로부터 절개되었고, 4 μm 세포막 상에 실장되었고 인큐베이터 (35℃)에서 30 분 동안 배치되었고 외인성 발색단 9-시스 망막으로 관류되었다. 망막 조직은 Ames 기록 매체 (32℃)의 일정한 관류가 있는 60-채널 MEA 시스템의 기록실 (pMEA 100/30iR-Tpr; 다중 채널 시스템)에서 신경절 세포 측 아래53 배치되었다. 다중 채널 시스템 하프 중량 (Scientific Instruments - 슬라이스 그리드)는 망막 상에 배치되어 움직임을 예방하고 진공은 펌프 (CVP를 가진 천공된 MEA1060 시스템; 다중 채널 시스템)을 사용하여 망막에 적용되어, 전극-대-조직 접촉을 개선하였고, 망막에 걸쳐서 일관된 신호-대-잡음 비를 제공하였다. 추가적으로, 외인성 발색단 9-시스 망막의 건조 결정은 암 조건 하에서 μl 100% 에탄올에 용해되었다. 용해된 망막은 그 다음 빙상에서 100 μl 매트리겔에 첨가되었고, 망막 바로 위에서, 발색단의 계속하다 공급을 공급하기 위해, 하프의 최상부에 첨가되었다. 추가적으로, 9-시스 망막은 기록 용액에서 용해되었고 기록실에 일관되게 관류되었다. MEA 방법에 관한 추가 상세는 Gaub. 등 (2015)15에서 이전에 상세된다. 시험관내 조명은 MW-옵신용 535/50 nm 대역 필터 또는 로돕신용 510/89nm 대역 필터를 가진 300-W 수은 아크 램프 (DG-4; Sutter Instruments)에 의해 실시되었다. 광 강도는 광원 듀티 사이클을 변형시킴으로써 또는 중성 밀도 필터를 사용함으로써 제어되었고 0.038 μW cm-2 내지 38.2 mW/cm2 범위이었다. 천연 광 강도에 의한 상대 비교는 전력계 (Thorlabs)로 직접적인 광 측정을 사용하는 다양한 환경에서 수득되었다. 백색 광의 스펙트럼 구성요소는 푸리에 변환 광학 스펙트럼 분석기 소프트웨어 (Thorlabs)를 가진 CCD 분광기를 사용하여 측정하였다.
MEA 데이터 취득 및 분석
MEA 상에서 망막 활성은 100과 2,000 Hz 사이 여과된 25 kHz에서 샘플링되었고 MC_rack 소프트웨어 (다중 채널 시스템)을 사용하여 기록되었다. 전압 추적은 스파이크 열로 오프라인 전환되었고 각각의 전극에서 기록된 스파이크는 단일 단위로 분류되었고, 이는 1-3개의 세포를 통상적으로 확인하는 각각의 전극을 가진 Offline Sorter (Plexon-64비트)를 사용하는 주요 구성요소 분석을 통해, "세포"로서 정의된다. 단일-단위 스파이크 클러스터는 MATLAB (MathWorks)에 유출되었고 구입 소프트웨어로 분석 및 그래프화되었다. 모든 발화 속도는 달리 구체화되지 않는 한 3-10개의 광 반응 사이클에 걸쳐서 평균화된 추적으로부터 추출되었고, 이의 세부사항은 도면 범례에서 언급된다. 세포를 거쳐 그리고 망막을 거쳐 반응은 Tochitsky, I., 등 (2014) 37 및 Gaub 등 (2014) 47로부터 채택된 광 반응 지수 (LRI) (LRI = (명에서 피크 발화 속도 - 암에서 평균 발화 속도) / 명에서 피크 발화 속도 + 암에서 평균 발화 속도)를 사용하여 정규화되었다. 조건이 망막 내에서 변화된 실험 (광 민감성, 명 및 암 순응 민감성, 및 플래시 지속기간에서 반응의 의존) 하에서 반응은 기준선으로부터 가장 큰 반응의 피크로 정규화되었고 채널은 모든 기록 파라미터를 거쳐 추적되었다. 모든 곡선 적합 및 동력학 분석은 Clampfit 10.6 (Molecular Devices)에서 수행되었다. 세포는 LRI가 조건 LRI > 0.1 또는 LRI < -0.1을 만족하면 "반응군"으로서 정의되었다. 기준선으로부터 피크의 절반 최대에서 반응의 폭은, 미량의 개별 세포를 보간한 그리고 FWHM 확인전 평활화를 적용한, 구입 MATLAB (MathWorks) 분석 소프트웨어로 결정되었다. 강도-반응 관계는 단일 볼츠만으로 적합화되었고 0과 1 사이 적합으로 정규화되었다.
광유전적 프로브의 광 민감성 비교
인간 시력의 천연 민감성은, 동적 조명 조건 하에서 지각하는, 암소성 (어두운 104 - 1011 광자 cm-2 s-1) 내지 명소성 (밝은 1010 - 1017 광자 cm-2 s-1), 광범위를 포함한다. MW-옵신의 민감성을 다른 광유전적 시스템의 것 그리고 정상 시력의 것과 관련하기 위해, 광유전적 프로브가 AAV 형질감염을 통해 전달된 rd1 마우스로부터 단리된 망막 외식편내 피크 기능적 최대치에서 또는 그 근처에서 광의 단색의 파장을 사용하여 문헌에서 보고된 실험 패러다임 및 광 민감성 역치 (최저 측정가능한 광 반응)에 이들을 비교하였던, 휴대용 전력계 (Thorlabs)를 사용하여 다양한 실외 및 실내 조건 하에서 천연 광 강도를 측정하였던 실험은 수행되었다 (도 7).
생체내 뇌 기록에 대한 전기생리학 및 광 자극
생체내 기록은 Veit 등 (2017)58에 의해 이전에 기재된 바와 같이 수행되었다. 마우스는 이소플루란 (2.5% 증기 농도)로 마취되었다. 두피는 제거되었고, 근막은 오므려졌고, 두개골은 27 게이지 바늘로 가볍게 식각되었다. 두개골 표면에 베트본드(Vetbond)의 적용 이후, 구입 스테인레스강 헤드플레이트는 치과 시멘트 (Metabond)로 두개골에 고정되었다. 마우스는 적어도 2 일 동안 수술로부터 회복하게 되었다. 그 다음 마우스는 자유-스피닝 원형 트레드밀에서 헤드-고정에 2-5 일 동안 익숙해졌다. 기록의 당일에, 마우스는 이소플루란 (2%)로 간단히 마취되었고, V1 위의 두개골은 얇아졌고, 소형 (<250 μm) 개두술은 일차 시각령 위에서 미세 침상으로 개방되었다. 25 마이크론 스페이싱 (NeuroNexus, A1x16-5mm-25-177-A16)을 가진 16-채널 선형 전극 어레이는 현미조작기 (Sensapex) 및 입체현미경 (Leica)을 사용하여 뇌 속으로 유도되었다. 전기 활성은 증폭되었고 30 kHz (Spike Gadgets)에서 디지털화되었고, 컴퓨터 하드 드라이브에 저장되었다. 각각의 전기 접점의 피질 깊이는 뇌의 표면에 최하부 접점을 제로화함으로써 결정되었다. 전극은 뇌 표면에 수직으로 가까이 삽입되었다.
시각적 자극은 애플 맥 미니(Apple Mac Mini)에서 운영하는 Psychophysics Toolbox59로 생성되었고 60-Hz 재생 속도를 가진 감마 정정된 23-인치 Eizo FORIS FS2333 LCD 디스플레이에서 제시되었다. 모니터는 시각의 거의 108 x 61 도를 포함하는 마우스의 우측 눈으로부터 15cm 집중되었다. 마우스는 기록의 매 블록 전 7-10 분 동안 암 순응되었다. 2개의 상이한 자극 패러다임은 사용되었다: 1) 콘트라스트: 마우스는 상이한 무작위 순서로 10회 반복된 4개의 상이한 휘도 수준 (최대 휘도의 15, 25, 50 및 100%)의 0.5Hz에서 500ms 전체 화면 플래시로 제시되었다. 2) 깜박임: 마우스는 별도 블록에 있어서 0.5, 1, 2 및 4 Hz에서 100 플래시 또는 0.0167 Hz (1/분)에서 20회의 500ms 전체 화면 플래시 (최대 휘도 116 μW cm- 2)으로 제시되었다.
생체내 피질 기록 데이터, 취득 및 분석
스파이킹 활성은 800과 7000 Hz 사이 원시 신호를 필터링함으로써 추출되었다. 스파이크 검출은 울트라메가 분류(UltraMega Sort) 패키지60을 사용하여 수행되었다. 검출된 스파이크 파형은 MClust 패키지 (http://redishlab.neuroscience.umn.edu/MClust/MClust.html)을 사용하여 분류되었다. 파형은 클러스타위크(KlustaKwik)를 사용하여 자동으로 먼저 클러스터링되었고 그 다음 수작업으로 정정되어 추가 분석용 기준을 충족시켰다. 2ms의 불응성 기간을 위반하는 그들의 개별 파형의 2% 초과를 가진 단위는 다중-단위로서 분류되었다. 각각의 단위의 깊이는 그의 최대 진폭 분류된 파형을 나타냈던 어레이에서 전극의 계산된 깊이에 기초하여 배정되었다. 발화 속도는 도 20b에 대하여 시각적 자극의 개시 후 250 ms를 시작하는 2개의 제2 윈도우에서 그리고 도 21c에 대하여 자극 개시 후 직접적으로 시작하는 5s 윈도우에서 스파이크를 계수함으로써 컴퓨팅되었다. 주변자극 시간 히스토그램 (PSTH)용 미량은 어느 한쪽 20ms (도 19) 50ms (도 20) 또는 25ms (도 21) 상자에 스파이킹 반응을 비닝하고 수득한 미량을 이동 평균 필터로 평활화함으로써 생성되었다. 도 21에 대하여, 변조 진폭은 0.5, 1, 2 및 4Hz 깜박임 각각에 대하여 2, 1, 0.5 또는 0.25s 윈도우에 있어서 25ms에서 비닝된 실험 평균 스파이킹 반응으로 계산되었다. 해당하는 기준선 변조 진폭은 (암 순응 기간 동안) 제1 시각적 자극의 개시 전부터 동일-길이 윈도우의 동일한 수의 실험 평균화로부터 생성되었다. 국소장 전위는 200 Hz 미만, 30 kHz에서 샘플링된, 원시 신호를 저역 필터링하고 1 kHz로 후속적인 다운-샘플링함으로써 추출되었다.
통계
MEA 기록의 통계적 유의도를 평가하기 위해, 비매개변수적 2-테일드 만-휘트니(Mann-Whitney) U 시험은 적용되었다. 학습된 암 회피 행동 및 학습된 패턴 식별 행동을 위하여 유의성은 2가지 방식으로 결정되었다. (1) 행동 성능용 유의성은 적용가능한 경우 본페로니 정정이 있는 2-테일드 짝지어지지 않은 스튜던트 t-시험을 사용하여 계산되었다. 유의성은 성공적인 성능 (2)의 분율을 컴퓨팅함으로써 또한 결정되었다. 성공은 대조군 그룹 평균 및 1개의 S.D의 합계 초과로서 정의되었고, 실패는 이 기준을 달성하지 못했던 임의의 값이었다. 성공 비는 그 다음 각각의 조건에 대하여 계산되었다. 조건 사이 차이에서 유의성을 결정하기 위해 쌍별 우연성 표는 그 다음 작제되었고, 2 측면 피어슨(Pearson's) 카이-제곱 시험은 초기에 수행되었다. 작은 n을 가진 조건에 대하여 수정하기 위해, 1 측면 피셔 정확 시험은 또한 수행되었다. 도 11 (표 1).
조직 제조 및 면역조직화학
>4-6 주 후-AAV2 /2- hsyn -MW- 원추옵신 - YFP 처리 마우스는 희생되었고, 눈은 4% 파라포름알데하이드 (Ted Pella) (30 분)에서 고정되었고, 망막은 제거되었고 PBS를 사용하여 철저하게 세정되었고 DAPI (세포 핵 얼룩 - 청색)으로 함침된 벡타쉴드 (Vectashield) (Vector Laboratories)를 사용하여 슬라이드상에 평탄 실장되었다. 망막 섹션에 대하여, 전체의 실장은 아가로스 (Sigma)에서 포매되었고 중속, 최대 진동, 및 180-μm 두께로 바이브라톰 (Leica Microsystems)을 사용하여 횡행 절단되었다. 망막 동결절편 또는 전체의 실장에서 면역조직화학에 사용된 망막 조직은 가공되었고 공초점 현미경검사 (Leica TCS SP5; Leica Microsystems)으로 검사되었다.
수동적 회피 - 노지 시험
노지 시험은 이전에 기재된 바와 같이 16,47 수행되었다. 간단히, 2-구획 (명 & 암) 셔틀 박스 (Colbourn Instruments)는 2개의 구획을 연결하는 작은 개구를 통해 마우스가 자유롭게 움직이도록 한다. 명 구획은 구획에 걸쳐서 LCD 패널로 조명되었다. 백색 광 뿐만 아니라 535nm 및 460nm의 파장은 ~100 μW cm-2 (백색 광) & 0.5-25 μW cm-2 (청색 및 녹색 광)의 광 강도에서 사용되었다 바닥 전반에 걸쳐 균질하게 분포되었다. 1 일째 - 마우스는 시험 박스로 이전되었고, 45 분 동안 그것의 한배새끼와 새로운 환경에 익숙해졌다. 마우스는 그 다음 그들의 집 우리에 되돌려졌고 그 다음 개별적으로 시험되었다. 2 일째 - 마우스는 명 구획에서 배치되었고 최대 3 분 제공되어 제2 구획이 있는지를 발견하였다. 이들이 암 구획으로 건너간 경우 15-분 실험은 시작하였고, 명에서 소비된 시간은 기록되었다. 1회만 노지를 건너갔고 전체 시간 동안 암 구획에서 머물렀던 마우스는 실격되었다. 순응 실험을 위하여 마우스는 1 시간의 백색 광 (1 mW cm-2) 또는 암 노출 조건에 사전-노출되었고 그 다음 노지 시험에 즉시 수행되었다. 동물 운동은 셔틀 박스상의 IR 센서를 사용하여 추적되었다. 어느 한쪽에서 소비된 시간은 수집되었고 그래픽 스테이트(Graphic State), 및 그래픽 스테이트 RT 프로그램 (Colbourn Instruments)를 사용하여 분석되었다.
시각적 단서 공포-컨디셔닝 패러다임
공포 조건화 실험은 천장에 실장된 LED 스크린과 시험 우리 (Coulbourn Instruments, PA)가 있는 콜버른(Colbourn) 쇼크 챔버-콜버른 해비테스트(Habitest) 챔버를 사용하여 수행되었다. 1 일째 - 동물은 그들의 집 우리에서 시험실로 운반되었고 그 다음 30 분 동안 깨끗한 콜버른 쇼크 챔버에 개별적으로 순응되었다. 2-3 일째 동물은, 챔버 (암)에 5 분 습관화 이어서 15 분의 기간 동안 0.7 mA에서 3회 쇼크 시험으로 이루어지는, 짝지어진 또는 짝지어지지 않은 단서 공포 조건화에 적용되었다. 짯지어진 시험에 대하여, LCD에서 어느 한쪽 정적 또는 플래싱 (2Hz)로부터 전이는 2 초 인터쇼크-간격에서 (10 초 동안) 단순 발 쇼크와 일치하였다. 짝지어지지 않은 시험에 대하여, 동물은 또한 쇼크를 받았지만 자극 전이와 독립적이었다. 이들 단순, 저전류 쇼크는 최소 혐오 자극을 제공하여 패턴화된 광과 연관된 두려운 기억을 창출하였다. 4 일째에 박스의 바닥재는 쇼크 그레이팅 대신에 플라스틱으로 대체되었다. 마우스는 5 분 동안 챔버에 익숙해졌고 쇼크 없이 2 & 3 일째에 동일한 광 자극 프로토콜에 적용되었다. 쇼크를 예상하여 정지 동작은 콜버른의 프리즈프레임(FreezeFrame) 소프트웨어로 기록되었고 자극 전 수집된 운동 행동에 정규화되었다. 성능은 그 다음 공포 반응이 자극 전이로 컨디셔닝되었는지를 결정하기 위해 짝지어진 그리고 짝지어지지 않은 집단 사이 비교되었다.
변형된 활성 회피 프로토콜
회피 프로토콜은 콜버른 셔틀 박스 (H10-11M-SC) 콜버른 해비테스트 아이솔레이션 큐비클(Isolation Cubicle) (H10-24), 그리고 그래픽 스테이트 및 그래픽 스테이트 RT 소프트웨어 (Colbourn Instruments, PA)를 사용하여 실시되었다. 1 일째 - 동물은 그들의 집 우리에서 30 분 동안 암화된 시술실에 순응되었고, 동물이 걱정하지 않고 셔틀 박스의 각 측면에서 대략 동등량의 시간을 소비하는 (탐구의 행동) 때까지 암화된 셔틀 박스에 개별 순응되었다. 2-3 일째 아이패드 스크린은 셔틀 우리 벽에서 실장되었고 동일 형상, 크기, 광 강도의 2개 뚜렷한 이미지를 표시하였다. 배치된 곳으로부터 셔틀 박스의 다른 측면으로 동물이 움직인 경우 각 시행은 시작하였다. 각 시행은 15 분 기간이었다. 혐오 이미지 측면은 동물이 "안전한" 측면으로 되돌아온 때까지 5 초의 간격으로 0.7mA의 발 쇼크와 짝지어졌다. 60 초 초과 동안 혐오 측면에서 남아있는 임의의 동물은 우리로부터 제거되었고 그 시행은 폐기되었다. 4 일째에 광 패턴은 역전되어 (이로써 혐오 스크린은 예전에 "안전한" 측면에 있어서) 패턴보다는 위치에 대한 바이어스를 피하였다. 추가로, 우리의 바닥재는 쇼크 그레이팅 대신에 플라스틱으로 대체된다. 이것은 훈련 일과 유일하게 관련된 연관이 광 자극인 것을 보장한다. 재차, 동물은 15 분 동안 시행되었고 각 측면에서 소비된 시간은 기록되었다. 명 순응 실험을 위하여, 동일한 프로토콜은 이어졌고 단, 4 일째, 회상 단계는 어느 한쪽 명 (65W 백색 전구) 또는 암 순응 단계로 1 시간 동안 선행되었다. 아이패드 스크린은 상이한 광 강도에 대한 순응을 시험하기 위해 어두워지거나 밝아졌다. 시각적 식별 광학 각도 계산은 행동 셔틀 우리 (15.24 x 36 cm)의 파라미터, 결정 지점 (분할자)로부터 거리, LCD 패널 (18.85 cm)의 중심 위치, 및 광학적 (물리적) 각도 방정식을 사용하는 자극 패턴 (평행선 사이 1 - 6 cm 거리)의 파라미터를 사용하여 수행되었다. 시각 = V = 2tan-1((D/2)/(L)) = 18 도 = 0.33 - 0.49 라디안. 사이클 / 도=1/V ~ 0.056 cpd. 이것은 다른 연구39 ,54,55,56에서 보고된 시각적으로 온전한 wt 마우스 (~0.3-0.5cpd)에서의 성능보다 ~9-배 더 낮다.
탐구의 행동 분석을 위하여, 2개의 물체는 50 cm x 50 cm 노지 박스에 배치되었다. 동물은 빈 박스에서 위치하였고 10 분의 과정 동안 자유롭게 탐구하게 되었다. 다음 날, 2개의 신규한 물체는 박스에서 배치되었고 동물은 박스의 벽을 따라 재차 위치하였고 무대가 계속해서 촬영되면서 10 분 동안 자유롭게 탐구하게 되었다. Noldus Technology Ethosvision XT v13.5를 사용하여, 비디오는 각각의 물체에 도달하고 물체를 탐구하기 위한 잠복, 이동의 속도 (cm/s) 및 이동된 거리 (cm)에 대하여 분석되었다.
결과
HEK293 세포에서 MW-옵신의 특성규명
최근 연구는, 간상 외부 분절에서 발견된, 척추동물 로돕신이 낮은 광 강도25 하에, 배양 세포에서 Gi/o 신호전달을 제어하기 위해 이소성으로 사용될 수 있지만, 반복된 자극으로 정지하고 느린 비활성화 24, 26를 갖는다는 것을 확립하였다. 느린 동력학은 또한 로돕신이 시각상실 망막 14,15의 ON-두극 세포에서 발현되는 경우 보여져서, 관측자 및 주위 물체의 운동 때문에 자연 풍경의 시력을 지원할 수 없다는 우려를 일으킨다. 또 다른 척추동물 옵신이 고 민감성의 로돕신, 하지만 더 빠른 동력학을 가질 수 있는지는 질문되었다. 멜라놉신 및 추가의-망막 옵신은, 다양한 세포 유형에 있어서, 망막의 비-광수용체 세포에서 포함하는, 광수용체 세포의 외부에서 각각 측정되었고, 모두가 느리거나 로돕신 14-16,27-29보다 느린 것으로 밝혀졌다. 포유동물 추상 광수용체 세포로부터 옵신은 이들이 간상30에서 로돕신이 하는 것보다 원추에서 더욱 빠르게 비활성화하기 때문에 선택되었다. 원추형 옵신 중에서, 가시 스펙트럼의 중심에서 작동하는, MW-옵신은 선택되었다. 어느 한쪽 MW-옵신 또는 로돕신은 Gαi 커플링된 수용체31의 활성화 이후 Gβγ에 의해 활성화되는, 호모테트라머를 형성하는 G 단백질-커플링된 내향성-정류기 칼륨 채널의 버전인, GIRK1(F137S)를 가진 HEK293T 세포에서 발현되었다 (도 1). 9-시스-망막 (천연 발색단 11-시스-망막의 기능적으로 안정한 유사체)의 존재 하에서, 양쪽 MW-옵신 및 로돕신 발현 세포는, 535 nm (MW-옵신용) 또는 500 nm (로돕신용)에서 광의 낮은 강도 (1 mW cm-2) 플래시에 의해 유발된, 높은 외부 칼륨내 음성 유지 전위에서 큰 내향성 광전류를 발현시켰다 (도 1a,b). 조명 이후, MW-옵신에 의해 유발된 전류는 로돕신에 의해 유발된 것보다 ~8x 더 빠르게 감쇠하였고, 더욱 완전히 회복하여, 단파 및 장파 원추형 옵신 24에 대하여 이종성 세포에서 더 일찍 보여진 바와 같이, 조명의 반복된 한바탕 동안 재생가능한 반응을 제공하였다 (도 1a,c). 이것은 더 높은 속도가, 원추의 전문화 보다는, MW-옵신 신호전달에 고유할 수 있다는 것을 제안하였다. MW-옵신은 그 다음 비-광수용체 망막 뉴런에서 시험되었다.
도 1a-1c. HEK293 세포에서 GIRK 채널의 MW- 옵신 로돕신 활성화. ( a,b ) 535 nm (MW-옵신용) 또는 500 nm (로돕신용)에서 광의 낮은 강도 (1 mW cm-2) 펄스와 반응하여 VH = -80 mV로 50 mM [K+]ext에 전체의 세포 패치에서 측정된 로돕신 (a) 또는 MW-옵신 (b)의 광-자극에 의한 호모테트라머 GIRK(F137S) 채널의 활성화의 대표적인 흔적. (c) 로돕신 (청색) 및 MW-옵신 (녹색)에 대한 광-반응 (Tau OFF)의 감쇠. 값은 평균±SEM이고; n=6 (Rho),8 (MW-옵신) 세포.
MW-옵신은 시각상실 망막에 빠른 및 민감한 광 반응을 회복시킨다
MW-옵신은, 간상 및 추상 광수용체 세포의 진행성 손실을 초래하는, PDE-6-β 유전자에서 돌연변이를 가지고 있는, rd1 마우스의 망막에서 시험되었다. 추적 발현용 황색 형광 (YFP) C-말단 태그를 가진, 인간 시냅신 프로모터 (hSyn-1)의 제어 하에서, MW-옵신은 AAV2/2(4YF)에서 패키징되었고 출생후 45 일째에 유리체내로 주입되었다 (도 2a,b). 망막은 4-8 주 주 후에 단리되었다. 발현은 45% ± 19% (SD)의 형질감염 속도로 범-망막성인 것으로 밝혀졌고, RGC 층으로 제한되었고, 양쪽 ON- 및 OFF-RGC (도 2c,d 및 14)의 체세포 및 수지상조직, 이전에 보여진 표적화32와 일치하는 그리고 동일한 파라미터 (도 15) 하에서 로돕신의 발현과 유사한 잘 정의된 발현 프로파일로 국소화되었다. 망막은, 전극과 접촉하는 RGC 층으로, 다중-전극 어레이 (MEA)상에 실장되어, 광-유발된 활성을 시험하였다. ≥3 개월령 33 동물에서 완전한 광수용체 퇴행 때문에, 광-유발된 반응은 대조군 rd1 한배새끼 (도 2e)의 망막에서 검출되지 않았고, 본질적으로 광감성 RGC 57의 느린 반응 특징을 표시하였던 소수의 RGC는 예외이었다. 그에 반해서, MW-옵신 인코딩 AAV로 주입된 동물로부터 망막은, 큰 빠른, 일시적 구성요소 및 작은 (~30% 크기) 느린 구성요소 (도 2f, g, 3a, 16, 및 17)로 이루어지는, 활동 전위 발화에서 강력한 광-유발된 증가를 표시하였다. 광 반응은, 11-시스의 근원인, 망막 색소 상피의 제거 이후 기대된 바와 같이, 광 자극의 반복된 한바탕으로 중단되었다. 중단은 기록 용액에 9-시스-망막 (11-시스 망막의 안정한 유사체)의 첨가에 의해 감소되었다 (도 2g).
도 2a-2g. rd1 마우스 망막의 RGC 에서 MW- 옵신의 발현 및 기능 . (a) 바이러스 DNA 발현 카세트. hSyn -1 프로모터의 YFP (녹색)을 가진, 역전된 말단 반복 (ITR) 도메인에 의해 측접된, 폴리아데닐화 신호 서열 (polyA) 및 우드처크 간염 후전사 조절 인자 (WPRE)에 의해 안정화된 MW-옵신. (b) 강조된 표적화된 RGC (녹색)을 가진 퇴행 rd1 마우스 망막의 개략도. ONL: 외부 핵 층. IPL: 내부 망상 층. 광수용체 퇴행은 밝은 회색으로 나타냈다.(c,d ) AAV2 /2- hSyn -MW- 옵신 - YFP의 유리체내 주입 4 주 후 rd1 마우스 망막의 MW-옵신 발현의 평탄 실장 (c) 및 횡행 슬라이스 (d) 공초점 이미지의 정면상. MW-옵신 (녹색)의 C 말단에 융합된 YFP의 이미지는 핵 (d, 청색)의 DAPI 염색과 관련하여 RGC 층에서 범-망막성 분포 (c)를 보여준다. 척도 60 μm (c) 및 20 μm (d). ( e,f ) 미주입된 대조군 (e) 및 MW-옵신 발현 (f) rd1 마우스 망막으로부터 MEA 기록. (최상부) 각각의 RGC용 스파이크를 가진 래스터 플롯 (e: n = 75 세포; g: n = 84 단위). (최하부) 주변자극 시간 히스토그램 (PSTH). 광 자극 프로토콜: 30 초 암 간격만큼 분리된 1 초 기간의 광의 4 펄스 (λ = 535nm, 녹색 막대). (g) MW-옵신 발현이 없는 (회색) 및 MW-옵신 발현이 있는 (녹색) rd1 망막에 대하여 정규화된 광 반응 지수 (LRI) (회색: N = 3 망막, n = 190 세포; 녹색: N = 6 망막, n = 273 세포). 9-시스 망막이 없는 (밝은 녹색; N = 3 망막, n = 106 세포) 및 9-시스 망막이 있는 (어두운 녹색; N = 3 망막, n = 167 세포) 1번째 및 5번째 광 플래시용 LRI. 광 강도 3.38 mW cm-2. 파장: λ=535nm (MW-O), 값은 평균±SEM이다. 모든 세포는 분류된 단위를 지칭한다. 통계적 유의도는 만-휘트니 U 시험 (*p≤0.001)을 사용하여 평가하였다.
도 14a-14b. MW- 옵신은 rd1 마우스 망막에서 발현한다. AAV2 /2- hSyn -MW- 옵신 - YFP의 유리체내 주입 4-6 주 후 rd1 마우스 망막의 RGC에서 MW-옵신-YFP의 평탄 실장 (a) 및 슬라이스 (b) 공초점 이미지. YFP 형광 (녹색) 및 핵 (청색)의 DAPI 얼룩. INL=내부 핵 층, RGC=망막 신경절 세포 층. 척도 40 μm (a) 및 20 μm (b).
도 15a-15b. 로돕신은 rd1 마우스 망막에서 발현한다. AAV2 /2- hSyn - 로돕신 - YFP의 유리체내 주입 4-6 주 후 rd1 마우스 망막의 RGC에서 로돕신-YFP의 평탄 실장 (a) 및 슬라이스 (b) 공초점 이미지. YFP 형광 (녹색) 및 핵 (청색)의 DAPI 얼룩. INL=내부 핵 층, RGC=망막 신경절 세포 층. 척도 40 μm (a) 및 20 μm (b).
도 16a-16d. rd1 망막에서 MW- 옵신의 형질도입 효율. (a) MEA 기록에서 광 반응성을 표시하는 MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스의 망막에서 확인된 채널의 평균 퍼센트. Tochitsky 등 (2014)37, Gaub. 등 (2014)47 및 Berry 등 (2017)62에서 확립된 파라미터인, 광 반응성 지수 (LRI) >0.1로서 정의된 광 반응성 (LRI 명에서 피크 발화 속도 - 암에서 평균 발화 속도 / 명내 피크 발화 속도 + 어둠내 평균 발화 속도). (b) 망막을 거친 평균 정규화된 반응). (a,b) N=8 rd1 망막, N=5 wt 망막. (c) MW-옵신 rd1 (n=370 세포, N=3 망막)에서 그리고 야생형 (n=237 세포, N= 3 망막)에서 평균 교차-상관관계 값. 광 펄스 1 초 전 내지 2 초 후 기간에서 모든 광-민감한 단위의 교차-상관관계. (d) MW-옵신용 동일한 망막 (n=370 세포, N=3 망막) 및 wt 망막 (n=237 세포, N=3 망막) 내에서 광 민감한 단위에 대하여 상관관계성 값 분포.
도 17a-17d. MW- 옵신을 발현시키는 rd1 망막에서 광 반응의 느린 구성요소의 특성규명. (a) MW-옵신을 발현시키는 rd1에 대한 평균 RGC 모집단 반응의 대표적인 흔적 (λ=510nm; 펄스 지속기간 1 초; 30 초 간격으로 평균된 5회 플래시)은 광 반응 (회색으로 SEM)의 빠른 일시적 구성요소 및 느린 구성요소를 보여준다. (b) 광 반응의 빠른 일시적 (녹색) 및 느린 (철-회색) 구성요소의 LRI 및 그것의 비 (블랙) 빠른/느린) (n=122 채널, N=3 망막)의 비교. (c) 느린 구성요소의 동력학: 시간 대 피크 (T. - 피크) 및 감쇠의 시간-상수 (타우 감쇠). (d) 암 (좌측) 및 명 (우측) 순응된 조건 하에서 빠른 (녹색) 및 느린 (철-회색) 구성요소의 LRI.
망막 옵신의 한가지 잠재적 이점은 그들의 정상 세포 환경에서 광에 대한 그들의 높은 민감성이다. 로돕신 및 멜라놉신은, ON-BCs 및 RGC에서 로돕신 그리고 RGC 14-17에서 멜라놉신에 대하여 보여진 바와 같이 망막에서 포함하는, 이소성으로 25으로 발현된 경우 매우 민감하게 남아있다. 이것과 일치하는, rd1 마우스 망막내 RGC에서 MW-옵신은, 로돕신과 구별할 수 없는 정도로, 광에 고도로 민감하였다 (도 3b,c). 이러한 민감성은 채널로돕신 8,13 또는 할로로돕신 11,12의 것보다 대략 1000-배 더 높고 정상 실내 광 강도의 범위 내이다. 도 7. 로돕신에 대한 민감성에서 유사한 반면, MW-옵신은 동력학을 보여주었다: 광 펄스의 시작에서 피크까지 ~3.5-배 더 빠른 상승 및 ~4-배 더 짧은 시간, 그리고 광 펄스의 마직막 후 ~7-배 더 빠른 감쇠 (도 3d,e)로, 로돕신 임펄스 반응의 절반-진폭으로 2.61 ± 0.21 초 지속기간보다 10-배 더 짧은, 절반 진폭으로 지속기간에 270 ± 21 ms이었던 임펄스 반응 초래. 타우 ON, 피크까지 시간, 및 타우 OFF는, 로돕신보다 속도에서 이점을 유지하는, 광 강도를 감소시키면서 약하게 변화하였다 (도 8a-c) 14,15. MW-옵신을 발현시키는 rd1 망막의 RGC에서 반응의 상승 및 감쇠 동력학은 wt 망막에서 보여진 RGC 일시적 ON-반응의 것들을 닮았고, 단, 전자는 더 긴 잠복을 가졌다 (도 3e & 8d,e). MW-옵신의 빠른 반응 동력학 및 민감성은 광의 단순 플래시에 반응할 것임을 제안하였다. 사실상, 25 ms만큼 짧은 조명 펄스는, wt 망막34에서 보여진 바와 유사한, 최대 피크 반응의 ~60%를 도달한 반응을 여전히 유발시켰다 (도 3f,g).
절단된 망막에서 그리고 일차 시각령에서 콘트라스트 민감성은 광범위 회색 규모 단계들에 대한 반응을 측정함으로써 생체내 검사되었다. MW-옵신을 발현시키는 절단된 rd1 망막에서, RGC 활성은 25%만큼 적은 휘도에서 변화에 반응으로 변화되어 (도 18a,b), 야생형 망막의 콘트라스트 민감성에 접근하지만 동등하지 않았다 (도 18c). RGC내 MW-옵신을 발현시키는 rd1 동물의 상보성 생체내 실험에서, 실험은 깨어있는, 자유 진행 동물에서 일차 시각령의 층을 거쳐 시각적으로 유발된 전위 및 단일 단위 반응을 측정하는 것 (도 19) 그리고 표준 컴퓨터 모니터를 사용하여 유사한 콘트라스트 민감성을 관찰하는 것 (도 20)을 포함하였다. 피질 반응은 적어도 4 Hz까지 플래시 빈도를 따랐다 (도 21). RGC에서 MW-옵신에 의해 부여된 광 반응의 민감성 및 동력학은 시각적으로-유도된 행동을 지원할 수 있다는 것을 제안하였다.
도 3a-3g. RGC MW- 옵신을 가진 단리된 rd1 마우스 망막에서 광 반응. (a) (최상부) rd1 마우스 망막의 RGC내 MW-옵신 (녹색) 또는 로돕신 (청색)을 발현시키는 RGC 모집단의 1 초 광 플래시에 대한 평균 반응. (최하부) RGC에서 발현하는 로돕신 (n=54 세포)용 510 nm 및 MW-옵신 (n=88 세포)용 535 nm에서 1 초 지속기간의 5회 플래시에 대한 rd1 마우스 망막 RGC의 평균 반응의 래스터 플롯. ( b,c ) rd1 마우스 망막의 RGC내 MW-옵신 (N = 2 망막, n = 127 세포) 및 로돕신 (N = 2 망막, n = 95 세포)에 대한 광 민감성. 최고 강도에서 최대로 정규화된 피크 발화 속도. (d,e) 광 반응의 시간경과. 광 개시부터 최대 여기까지 시간에 따른 모집단 평균 추적 (피크까지 시간: 355 ± 21 ms), 흥분성 시기에 대한 지수 적합 (타우 ON: 112 ± 25 ms) 및 감쇠 (타우 OFF: 260 ± 31 ms) 및 절반 최대 전폭 (FWHM: 183 ± 85 ms) (e) MW-옵신 (d; e, 녹색; N = 3 망막, n = 95 세포) 및 로돕신 (e, 청색; N = 2 망막, n = 67 세포)에 대하여. ( f,g ) 플래시 지속기간에서 MW-옵신 광 반응의 의존. (f) 대표적인 망막 광 반응 (n = 117 세포): 모집단 평균 발화 속도 (최상부) 및 단위 반응의 래스터 플롯 (최하부). (h) 상이한 자극 지속기간에 대하여 정규화된 피크 (N = 2 망막, n =183 세포). 명시되지 않으면, 광 강도 3.82 x 10-1 mW cm-2, 파장: λ = 535 nm (MW-옵신) 또는 510 nm (로돕신). N= 망막의 #, n=세포/단위의 #. 모든 세포는 분류된 단위를 지칭한다. 값은 평균 ± SEM이다. 만-휘트니 U 시험 (*p≤0.001)을 사용하여 평가된 통계적 유의도.
도 7. 정상 시력과 비교된 시각상실 망막에서 광유전적 시스템의 역치 반응. 광수용체 세포의 퇴행 이후 망막에서 생존한 뉴런의 한정된 세트에 도입된 다양한 광유전적 시스템의 것 (최하부)와 천연 시력의 역치 민감성 (최상부)의 비교. 포유동물 MW-옵신 (녹색), 로돕신 (청색) 및 멜라놉신 (청녹색)은 미생물 채널로돕신2 및 할로로돕신보다 ~1000x 더 민감하다. Bi 등 (2006)8, Zhang 등 (2009)12, Sengupta 등 (2016)13, Doroudchi 등 (2011)45, Gaub 등 (2014)47, Cronin 등 (2014)65, Berry 등 (2017)66 De Silva 등 (2017)17로부터 대안적인 광유전적 접근법에 대한 역치. (8) RGC 2.2 Х 1015 광자 cm-2 s-1 ~ 1 mW cm-2로 민감성 한계를 가진 rd1 마우스에서 460nm에 자극된 AAV2-CAG 프로모터로 발현된 Bi 등 (2006) 채널로돕신. (12) RGC = 5.8 Х 1016 광자 cm-2 s-1 ~ 20 mW cm-2로 민감성 한계를 가진 rd1 마우스에서 555 - 575 nm 대역에 자극된 AAV2-CMV 프로모터로 발현된 Zhang 등 (2009) 할로로돕신. (13) RGC = 2.5 Х 1015 광자 cm-2 s-1 ~1 mW cm-2로 민감성 한계를 가진 rd1 마우스에서 595 nm에 자극된 AAV2-hSyn 프로모터로 발현된 Sengupta 등 (2016) 적색-이동된 채널로돕신. (45) ON-BCs = 4 Х 1016 광자 cm-2 s-1 ~ 17 mW cm-2로 민감성 한계를 가진 rd10 마우스에서 450-490 nm 대역에 자극된 AAV8-Y733F & SV-40 프로모터로 발현된 Doroudchi 등 (2011) 채널로돕신. (47) RGC & ON-BCs = 7.1 Х 1014 광자 cm-2 s-1 ~ 0.3 mW cm-2로 민감성 한계를 가진 rd1 마우스에서 445/20 nm에 자극된 AAV2-hSyn 및 AAV2-4xGrm6 프로모터로 발현된 Gaub 등 (2014) LiGluR-MAG460. (65) ON-BCs = 1 Х 1016 광자 cm-2 s-1 ~ 5 mW cm-2로 민감성 한계를 가진 rd1 마우스에서 자극된 AAV2/8BP2 & 4xGRM6 프로모터로 발현된 Cronin 등 (2014) 채널로돕신. (66) RGC = 1 Х 1014 광자 cm-2 s-1 ~ 0.5 mW cm-2로 민감성 한계를 가진 rd1 마우스에서 445/50 nm에 자극된 AAV2-hSyn 프로모터로 발현된 Berry 등 (2017) SNAG-MGluR2. (17) RGC = 1.20 Х 1012 광자 cm-2 s-1 ~ 0.5 μW cm-2로 멜라놉신 민감성 한계를 가진 rd1 마우스에서 480/20 nm에 자극된 AAV2/8(Y733F) & CMV 인핸서/CBA 프로모터로 발현된 De Silva 등 (2017).
도 8a-8e. MW- 옵신 광 반응의 강도-의존적 동력학 . (a-c) 타우 ON (a)의 (몇 초 내에) 광 강도의 의존, 타우 OFF (b), 및 MW-옵신 n =111 세포, N=3 망막을 발현시키는 rd1 망막에서 피크까지 시간 (T-피크) (c). 모든 세포는 분류된 단위를 지칭한다. 값은 평균이고, 오차 막대는 SEM이다. 파장: λ = 535 nm. ( d,e ) 회색으로 SEM을 가진 RGC 모집단의 평균 반응 (최상부) 및 MW-옵신을 발현시키는 rd1 (d; λ=510nm; n= 117 세포) 및 wt (e, 백색 광; n= 50 세포)에 대하여 1 초 기간 (최하부)의 5회 광 플래시에 대한 평균 래스터 플롯.
도 18a-18c. MW- 옵신을 발현시키는 rd1 마우스의 단리된 망막에서 콘트라스트 검출. MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스로부터 실시예 단리된 망막에서 상이한 강도의 어두운 내지 광범위 회색 규모로 단계들에 대한 반응의 MEA 기록 (14개 채널의 평균) (a). (b,c) MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스 (N = 2 망막) (b) 및 wt 마우스 (N = 2 망막) (c)에 대하여 콘트라스트에서 변화와 반응하는 RGC 발화 속도에서 정규화된 변화. 100% 광= 25 μW cm-2.
도 19a-19e. MW- 옵신을 발현시키는 rd1 마우스의 V1에서 생체내 광 반응. (a) 주행 휠에서 헤드-고정된 마우스의 개략도. 한쪽 눈의 시야 내에서 자리잡은 표준 컴퓨터 모니터 상에 표시된 자극. (b) 500 ms 광 펄스에 대한 반응. 최상부, V1의 4번째 층으로부터 시각적으로 유발된 전위를 대표 (20개의 반응의 평균, 음영 영역은 평균 ± SEM를 나타낸다). 최하부, 시각령의 깊이를 거쳐 선형 전극 어레이의 모든 16개 전극으로부터 개별 단위의 반응의 히트 맵 (20개 반응의 평균). (c) MW-옵신을 발현시키는 3마리 rd1 마우스를 거쳐 39개 단위에 대한 광-유발된 대 기준선 발화 속도의 산포도. (d) 광 플래시에 대한 반응에서 대표적인 단위의 (50ms에서 비닝된) PSTH. (e) 3마리 마우스에 걸쳐 39개 단위에서 자극 이후 뉴런 발화의 퍼센트 변화의 플롯.
도 20a-20d. MW- 옵신을 발현시키는 rd1 마우스에서 생체내 콘트라스트 검출. (a) MW-옵신을 발현시키는 깨어있는 자유 진행 rd1 마우스에서 시각령 기록의 설명. 동물의 시야 내에서 배치된 컴퓨터 모니터 상에 제시된 무작위화된 콘트라스트 변화. (b) V1의 4번째 층에서 기록된 광범위 콘트라스트 단계들 (500ms 지속기간)에 반응하는 평균 발화 속도. 유입은 20ms에서 비닝된 PSTHs를 보여준다. 100% 광= 115 μW cm-2.
도 21a-21c. MW- 옵신을 발현시키는 rd1 마우스에서 생체내 V1 반응의 일시적 특성. (a-c) 100회 사이클에 걸쳐 1, 2 및 4 Hz의 광범위 깜박임 자극에 의해 유도된 시각령에서 뉴런 발화의 변화.
MW-옵신은 선천적 광 회피를 회복시킨다
MW-옵신이 단리된 rd1 망막에서 낮은 강도로 큰 광 반응을 생산한다는 것을 관측한 경우, 온전한 동물은 시각적 행동을 지원하기 위한 MW-옵신의 능력을 평가하는데 사용되었다. 시각있는 마우스는 선천적으로, 포착 회피35와 연관된 생존 기전인, 조명된 영역을 피한다. 이러한 행동은 rd1 마우스 모델 9,16에서 광수용체 퇴행 이후 상실된다. 이러한 행동이 회복될 수 있는지를 결정하기 위해, RGC내 MW-옵신을 가진 rd1 마우스는 인접하는 명 및 암 구획으로 이루어지는 행동 박스에서 시험되었다 (도 4a). 각각의 구획에서 소비된 시간의 분획은 기록되었고, 각각의 집단에 대하여 성공적인 회피의 분율이 있었던 것처럼 (도 9a-c; 및 도 11, 표 1), 처리되지 않았던 rd1 마우스와 그리고 wt 마우스 (도 4, 도 9a-c, 도 11)와 비교되었다. 명 구획은, 실내 사무실 점등 (100 μW cm- 2)에 동등한, 낮은 강도 백색 광으로 조명되었다. 미처리된 rd1 동물이 구획 사이 시야로 구별할 수 없는 반면, 이들은, 암 구획에서 시간의 약 40-50%를 소비하였고, 이는 방출 위치 (방법 참고)와 친숙함으로 인해 명 구획에 유리하게 확립된 바이어스와 일치한다 (도 4b). 그에 반해서, 어느 한쪽 로돕신 또는 MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스는 암 구획에 대하여 강한 선호를 보여주었고, 이는 정상적으로 시각있는 wt 동물과 유사하였다 (도 4b & 도 9a). 다음으로, 동일한 행동 패러다임을 사용하여, 백색 광은 청색 (460 ± 22 nm) 또는 녹색 (534 ± 25 nm) 광으로 대체되었고 MW-옵신 및 로돕신에 대하여 단리된 망막 강도-반응 곡선의 하단까지 감소되었던 강도 (1 μW cm-2; 도 3b). 녹색 광 하에서 양쪽 MW-옵신 및 로돕신 발현 동물은 광 회피를 보여주었지만 (도 4c, 좌측 & 도 9b), 청색 광 하에서, 로돕신 동물만이 광-회피를 보여주었다 (도 4c, 우측 & 도 9c). 단색의 민감성의 이러한 표시는 MW-옵신36의 작용 스펙트럼과 일치한다.
도 9a-9g. 광 회피 및 학습된 패턴 식별 행동. (a-c) 어느 한쪽 (a) 백색 광 (100 μW cm-2), (b) 25 μW cm-2 녹색 광 (535 nm) 또는 (c) 25 μW cm-2 청색 광 (470 nm)으로 조명된 경우 RGC내 로돕신 (청색; n = 6 마우스) 또는 MW-옵신 (녹색; n = 5)를 발현시키는 rd1, 및 wt 마우스 (백색; n = 5 마우스)에 대한 명 구획의 성공적인 회피의 분율 (성공적인 회피 시험의 분율). 적용가능한 경우 2 측면 피어슨 카이-제곱 시험 및 단일 측면 피셔 정확 시험을 사용하여 평가된 통계적 유의도 (도 11). rd1 미처리된 대조군 마우스의 평균 + S.D. 초과 회피로서 정의된 성공 (방법 참고). (d) 패턴 식별 실험의 개략도. 마우스는, 위치 바이어스를 피하기 위해 역전된 광 패턴을 가진 쇼크의 부재 하에서, 1 일째에 익숙해졌고, 2 및 3 일째에 어느 한쪽 챔버에서 무작위로 짝지어진 광 (자극 A/B)의 특이적 패턴과 회합하여 전기 충격에 노출하였고 4 일째에 시험하였다 (각각의 챔버에서 소비된 시간). (e-g) rd1 미처리된 대조군과 비교된 쇼크와 짝지어진 패턴의 성공적인 구별의 분율 (성공적인 회피 시험의 분율). (e) 수평 대 수직 평행한 막대. 1 대 6 cm의 거리에서 평행한 정적 (f) 또는 움직이는 (g) 막대의 구별. 각각 e, f 및 g에 대하여: rd1 로돕신 (청색; n = 8(e),6(f) 마우스), rd1 MW-옵신 (n = 17(e),11(f),6(g) 마우스) 및 wt (n = 5(e),6(f),9(g) 마우스). (25 μW cm-2). 적용가능한 경우 2 측면 피어슨의 카이-제곱 시험 및 단일 측면 피셔 정확 시험을 사용하여 평가된 통계적 유의도 (도 11). rd1 미처리된 대조군 마우스의 평균 + S.D. 초과 회피로서 정의된 성공.
MW-옵신은 시간적 광 패턴의 검출을 지원한다
단리된 rd1 망막에서 로돕신이 하는 것보다 MW-옵신이 더 빠른 광 반응을 유발시킨다는 것을 관측한 경우, 이것이 광의 상이한 일시적 패턴들 사이 식별하기 위한 우월한 능력으로 해석할지를 질문받았다. 시각적으로 단서 공포-컨디셔닝 패러다임은 일정한 광으로부터 플래싱을 분화하기 위한 동물의 능력을 시험하는데 사용되었다. RGC에서 어느 한쪽 MW-옵신 또는 로돕신을 발현시키는 rd1 마우스 또는, Wt 마우스는 낮은 강도 (100 μW cm-2) LCD 스크린이 일정한 광과 플래싱 광 (2Hz) 사이 전환하였던 단일 구획으로 이루어지는 행동 장치에서 배치되었다. 각각의 동물에서, 어느 한쪽 일정한 광 또는 플래싱 광은 온건한 발 쇼크와 일관되게 짝지어졌다. 이것은 2 일 동안 1 시험/일로 실시되었고 (도 4d) 동물은, 초기15 ,27,37에 실시된 바와 같이, 공포 연관을 측정하는데 사용된 중단 시간으로, 발 쇼크의 부재 하에 제시된 광 단서로 3 일째에 시험되었다. 중단 시간은 시간적 광 패턴의 전환 이후 10 초의 기간 동안 측정되었다. 시각적 단서 및 쇼크가 짝지어진 동물 (짝지어진 그룹)으로부터 측정은 훈련 쇼크가 무작위 추출된 (즉 자극들 중 하나와 일관되게 짝지어지지 않은) 동물의 집단 (짝지어지지 않은 그룹)으로부터 측정과 비교되었다. 미처리된 rd1 마우스에서 중단 시간은 짝지어진 그리고 짝지어지지 않은 조건 사이 상이하지 않았고, 이는 시각적 단서를 보기 위한 동물의 기대된 무능과 일치하였다 (도 4e, 회색). 그에 반해서, RGC내 MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스는, wt 동물에서 관측된 바와 같이, 짝지어진 조건에서 더 많은 중단을 보여주었다 (도 4e, 녹색 및 백색). 현저하게, RGC내 로돕신을 발현시키는 rd1 마우스는 짝지어진 그리고 짝지어지지 않은 조건 사이 상이하지 않았다 (도 4e, 청색). 이것은, MW-원추형 옵신을 발현시키는 시각상실 마우스와 달리, 로돕신 마우스가, MEA에서 관측된 느린 광 반응 동력학과 일치하는, 일정한 광으로부터 2-Hz에서 광 플래싱을 식별할 수 없다는 것을 시사한다 (도 3e).
MW-옵신은 공간적 패턴 식별을 회복시킨다
RGC내 MW-옵신이 rd1 마우스로 하여 광의 공간적 패턴을 검출하게 할 수 있는지가 다음으로 결정되었다. 벽에서 실장된 저 강도 LCD 태블릿 (아이패드)가 각각 있는, 2개의 인접하는 구획을 가진 행동 챔버 (도 4f)는 사용되었다. 각각의 태블릿은 한 쌍의 평행선을 표시하였다. 하나의 경우에, 선들은 수직으로 (||) 그리고 다른 쪽에서 수평으로 (=) 지향되었다. MW-옵신에 대하여 파장은 535 nm (520-560)에 집중되었고 로돕신에 대하여 497 nm (480-520)에 집중되었다 (도 9d). 초기에, 마우스는 시각적 디스플레이가 꺼진 구획에 익숙해지기 위한 시간이 제공되었다 (1 일째). 2-일 훈련 주기 동안, 혐오 발 쇼크는 어느 한쪽 수직으로 또는 수평으로 지향된 선들과 짝지어졌다. 혐오 단서는 무작위로 배정되었고 그 동물에 대하여 일관되게 유지되었다. 4 일째에 자극의 위치는 위치 바이어스를 피하기 위해 전환되었고 컨디셔닝된 회피는 시험되었다 (도 9d). RGC내 MW-옵신을 가진 rd1 동물이 미처리된 rd1 대조군 동물에서 보여진 것보다 상당히 더 컸던, 그리고 wt 마우스에서 보여진 것과 유사하였던 혐오 시각적 단서의 회피를 보여주었다는 것이 밝혀졌다 (도 4g 및 도 9e). 그에 반해서, RGC내 로돕신을 가진 rd1 동물은 미처리된 rd1 대조군 동물과 상이하지 않았고, 시각상실 동물에서 보여진 위치 바이어스의 명확한 예인, 부정적인 자극에 대한 약간의 선호를 표시하였다. 이들 관찰은 MW-옵신이 공간적 광 패턴을 인식하기 위한 능력을 회복시키지만, 로돕신은 하지 않는다는 것을 나타낸다.
MW-옵신이 공간적 패턴 인식을 지원하는 것을 관측한 경우, 마우스가 인간 및 동물38 ,39에서 시력의 시험으로부터 채택된 시각적 과제인, 동일한 지향의 그러나 상이한 간격의 선들 사이 차이를 식별할 수 있는지가 질문되었다. 평행한 수직 라인은 어느 한쪽 1 또는 6 cm의 거리만큼 분리되었다. 상기에서와 같이, 혐오 발 쇼크는 2 및 3 일째에 훈련 주기 동안 자극들 중 하나와 무작위로 짝지어졌고, 회상은 회피의 측정치로서 4 일째에 시험되었다. MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스가 wt 마우스에서 보여진 것과 유사하였던 비-혐오 자극에 대하여 성능 선호를 가진 2개의 패턴 사이 구별할 수 있고, 반면에 로돕신 발현 동물이 미처리된 rd1 마우스와 유사하다는 것이 밝혀졌다 (도 4h, 도 9f, 및 도 22). MW-옵신은 또한 평행선이 움직이고 있었던 경우 (1 cm/초) 선 분화를 지원하였다 (도 4i 및 9g).
패턴이 움직이고 있는 경우 선 패턴의 인식을 지원하기에 MW-옵신의 "재생"률이 충분히 빠른지가 질문되었다. 이것을 시험하기 위해, 동일한 가까운 선 분화 과제는 수행되었지만, 지금은 5 cm/초로 움직이는 평행선으로 수행된다. MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스가 비-혐오 자극과 짝지어진, 그리고 wt 마우스가 했던 것처럼 양호하게 수행된 움직이는 패턴에 대한 선호를 표시하였다는 것이 밝혀졌다 (도 4i & 도 9g). 이들 결과는 RGC내 MW-옵신이 LCD 스크린의 저 실내 광 강도에서 양측 정적 및 움직이는 공간적 패턴의 인식을 지원한다는 것을 나타낸다.
도 4a-4i. RGC MW- 옵신 또는 로돕신을 발현시키는 rd1 마우스에서 광 회피 및 학습된 시각적으로-유도된 행동. (a) 광 회피 시험을 위한 명/암 박스의 개략도. (b, c) 어느 한쪽 (b) 백색 광 (100 μW cm-2), (c) 25 μW cm-2 청색 광 (470nm) (우측) 또는 녹색 광 (535nm) (좌측)으로 조명된 경우 rd1 대조군 (회색; n = 4 마우스), RGC내 로돕신을 발현시키는 rd1 (청색; n = 6 마우스) 또는 MW-옵신 (녹색; n = 5), 및 wt 마우스 (백색; n = 5 마우스)에 대한 암 구획에서 소비된 시간의 분율 (회피의 분율). (d) 냉동 반응 공포 조건화 실험의 개략도. (e) 일시적으로 패턴화된 자극의 식별을 위한 공포 반응의 정량화. 기준선 넘어 중단 시간은 정적 내지 2 Hz 빈도 자극 (100 μW cm- 2)의 조명 전이가 대조군 rd1, 로돕신, MW-옵신, 및 wt 마우스 (n = 4,6,12,10 짝지어진, n = 7,8,7,12 짝지어지지 않은)에 대하여 전기 충격으로 짝지어진 또는 짝지어지지 않은 경우에 대하여 보여진다. (f) 패턴 식별 실험의 개략도. 마우스는 1 일째에 익숙해졌고, 그 다음 아이패드에 투사된 광의 특이적 패턴과 회합하여 전기 충격에 노출되었고 어느 한쪽 (2 및 3 일째 컨디셔닝하는) 챔버에서 무작위로 짝지어졌다. 4 일째에 회상은, 위치 바이어스를 피하기 위해 역전된 광 패턴을 가진 쇼크의 부재 하에서, 시험되었다 (각각의 챔버에서 소비된 시간) (참고 도 8d). (g-i) 학습된 패턴 식별. 시간은 쇼크와 짝지어진 회피하는 패턴을 소비하였다. (g) 수평 대 수직 평행한 막대. (h) 1 대 6 cm의 거리에서 평행한 정적 (h) 또는 움직이는 (i) 막대의 식별. g,h 및 i에 대하여 각각: rd1 대조군 (n = 8,5,16 마우스), rd1 로돕신 (청색; n = 8 마우스), rd1 MW-옵신 (n = 17,11,6 마우스) 및 wt (n = 5,6,9 마우스). (25 μW cm-2). (주목, 도 9a-c에서 보여진 이들 실험에 대하여 성공의 분율). 광 강도 = 25-100 μW cm-2; 파장: = 535 nm (MW-옵신), 510nm (로돕신) 또는 백색광 (MW-옵신). n = 마우스의 #. 본페로니 정정이 있는 스튜던트 2-테일드 t-시험을 사용하여 평가된 통계적 유의도: *p < 0.01.
도 22a-22b. 식별 과제에서 위치 선호. (a) 2개의 챔버 사이 중심 분할자 근처 대 스크린 근처 소비된 시간의 분율을 결정하기 위해 절반으로 각각의 구획을 분리하는 가상 분할자를 보여주는, 식별 과제에서 사용된 무대의 설명. (b) 혐오 및 비-혐오 측에 대한 스크린에 가장 가까운 구역 대 중심 분할자에 가까운 구역에서 소비된 시간의 비는 중심 분할자에 가장 가까운 구역에 대한 선호를 드러낸다. 값은 평균이고; 오차 막대는 SEM이다.
MW-옵신은 명 순응을 경험한다
시력의 근본적인 특징은 광범위한 주위 광 강도에 걸쳐서 물체를 식별하기 위한 능력이다. 이러한 순응은 광수용체 세포에서 몇 개의 상이한 기전에 의해 매개된다. 순응의 일부 양태가 MW-옵신을 가진 RGC로 이전할지가 질문되었다. RGC내 MW-옵신을 발현시키는 망막은 절개되었고, MEA 상에 실장되었고 9 시스-망막으로 관류되었다. 망막은 먼저 15 분 동안 완전한 어둠에서 유지되었고 (암-순응); 그 다음, 긴 간격 (60 초)에서 그리고 광범위의 강도에 걸쳐 녹색 광 (535 ± 25 nm)의 일련의 순간 (1 초) 플래시는 시험되었다. 광은 그 다음 10 분 동안 중간 정도 실내 광 수준 (명-순응; 100 μW cm-2에서 백색 광)에 순응되었고 광 펄스 시리즈는 반복되었다.
광 반응의 동력학은 검사되었다. 광 반응은, 하나의 경우를 제외하고, 양측 명 및 암-순응 망막에 대하여, 상기에서 나타낸 바와 같이, 빠르게 감쇠하였다: 암-순응 망막에서 밝은 플래시에 대한 반응은 명 순응 조건 하에 동일한 망막보다 ~12x 더 느리게 (3.14 ± 0.63 s, n=171, N=3) 감쇠하였다 (도 5a & 도 10a,b). 온전한 광수용체에 의해 유도된 광 반응은 유사한 행동을 보여주고 이것은 후속적인 자극 40,41에 대한 탈민감화에서 역할을 한다고 그리고 일시적으로 시력 42을 약화시키는 밝은 플래시 이후 인간에서 "잔상"을 우선한다고 믿어진다. 그것의 흔치않은 특성 때문에, 가장 밝은 광 플래시에 대한 암-순응 망막의 이러한 반응은 강도-반응 분석으로부터 배제되었다.
강도-반응 곡선은 암-순응 망막이 ~0.5 μW cm-2에서 반응하여 높은 광 민감성을 가졌고, 반면에 명-순응 망막이 반응하기 위해 ~100 μW cm-2를 요구하여 훨씬 덜 민감하였다는 것을 보여주었다 (도 5b,c 및 10c,d). 이러한 순응은 강도 곡선을 ~3 자릿수만큼 이동시켰다 (780 ± 82), N = 3) (도 5b,c). 순응의 놀라운 특성은 최대 광 반응이, 천연 추상 광수용체 43,44에서 초기에 나타난 바와 같이, 암-순응 및 명-순응 망막에서 유사하다는 것이었다 (도 5c).
RGC내 MW-옵신에 의해 매개된 광 반응이 단리된 망막에서 명 순응을 경험한다는 것을 관측한 경우, 이것이 행동하는 동물에서 시각적으로 유용한 명 순응으로 해석할지가 질문되었다. RGC에서 MW-옵신-매개된 광 반응은 광 회피 행동의 맥락에서 검사되었다. RGC내 MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스는 어느 한쪽 완전한 어둠 (암 순응)에서 또는 실내 조명 (백색 광, 1 mW cm-2 / 535nm 광 구성요소, 50 μW cm- 2)하에 1시간 동안 유지되었다 (도 5d). 이들은 그 다음 명 박스가 어느 한쪽 1 μW cm-2 (실내 광) 또는 100 μW cm-2 (실외 광)에서 녹색 (535 nm) 조명을 가진 광 회피 행동에 대하여 2-챔버 명-암 박스에서 즉시 시험되었다. 명 순응 MW-옵신 발현 rd1 마우스는 이들이 명-순응된 광 수준보다 시험 광이 더 밝았던 경우 (535 nm, 100 μW cm-2) 강한 광 회피를 보여주었다 (도 5e). 광 회피는 이들이 명-순응된 광 수준보다 시험 광이 더 어두웠던 경우 (535 nm, 1 μW cm-2) 감소되었다 (도 5e & 도 10e). 그에 반해서, 1 μW cm-2의 어두운 시험 광은 암-순응 동물에서 높은 수준의 광 회피를 생산하여, 행동적으로 관련된 명 순응을 나타냈다.
광 회피 행동에 관한 명 순응의 효과가 또한 학습된 시각적 이미지 식별 과제에서 패턴 인식에 대하여 작동할지가 질문되었다. 상기 (도 4)와 같이, 마우스는 2개의 인접하는 챔버에서 LCD 스크린상에 제시된 상이한 간격에서 평행선의 2개 디스플레이 중 하나와 온건한 발 쇼크를 짝지어짐으로써 3-일 훈련 주기 동안 컨디셔닝되었다 (도 4h 및 9d). 다시 한번, 마우스는 4 일째에 시각적 자극만으로 시험되었지만, 이번에는, 시험 직전, 이들은 4 또는 8 시간 동안 어느 한쪽 암 순응 (광 없음) 또는 명 순응 (백색 광)의 1 시간을 경험하였다. 회상 동안 선 패턴의 강도는 명 순응 이후 어느 한쪽 0.25 μW cm-2 또는 10 μW cm-2이었다. 암-순응된 RGC내 MW-옵신을 발현시키는 rd1 마우스가 선 패턴 사이 식별할 수 있고 낮은 (0.25 μW cm-2) 또는 중간 정도 (10 μW cm-2) 실내 강도에서 제시되었든 간에 혐오 단서를 피할 수 있다는 것이 밝혀졌다 (도 5f & 도 10f). 그에 반해서, 명-순응 동물은 더 밝은 시험 선 패턴으로 성공하였을 뿐이고 1, 4, 및 8 시간 동안 광 순응된 그룹 사이 성능에서 동일하였다 (도 5f 및 10g). 결과는 MW-옵신에 의해 매개된 공간적 패턴 인식이 광범위의 천연 광 강도에 대해 순응성인 것을 나타낸다.
MW-옵신은 신규한 물체 탐구를 회복시킨다
상기 실험은 MW-옵신이 조명된 디스플레이를 사용하여 광범위한 광 강도에 걸쳐서 패턴 인식을 할 수 있다는 것을 보여준다. 질문은, 주위, 수반되는 광이 3차원 물체를 조명하는 경우, 천연 환경에서 어떻게 작동할지였다. 이것을 다루기 위해, 실험은 신규한 물체 인식 및 탐구의 행동62 , 63을 시험하는데 통상적으로 사용되는 노지 무대를 이용하였다. 마우스는 자연적으로 개방 공간을 피하고 그 환경의 벽에 근접을 유지한다. 이들 안전성의 장소로부터 탐구의 여행은 신규한 자극에 의해 동기화될 수 있다. 마우스가 탐구 동안 다중 감각 양식을 이용하여도, 시력은 공간적 항해64에 중요한 것으로 밝혀졌다. 무대는 2개의 뚜렷한 신규한 물체를 함유하는 정육면체로 이루어졌다. 마우스는, 자체가 충분히 이격되어 있는 물체로부터 충분히 이격되게 무대 벽을 등지고(against) 배치되어, 이로써 동물이 벽을 따라 걷거나 다른 물체를 탐구하든지 우연한 직면의 기회는 낮았다. rd1 미처리된, rd1-샴 주입된, rd1 발현 로돕신 또는 rd1 발현 MW-옵신 마우스, 뿐만 아니라 wt 동물은 촬영되었다. 그들의 운동은 무대에서 이들이 배치된 첫 번째 시간인 10 분 동안 추적되었다 (도 13a-d). wt 동물이 시각상실 rd1 동물보다 1.55-배 더 빠른 평균 속도로 움직였고 1.57-배 더 멀리 이동한다는 것이 밝혀졌고, 이는 탐구의 행동의 알려진 시각적 구성요소와 일치한다. 현저하게, wt 동물처럼, MW-옵신을 발현시키는 rd1 동물은 그들의 미처리된 rd1 한배새끼보다 (1.39-배만큼) 더 멀리 그리고 (1.37-배만큼) 더 빨리 이동하였고 (도 13e,f), 이는 MW-옵신이 정상의 신규한 물체 탐구를 지원한다는 것을 시사하였다. 추가로 이것을 분석하기 위해, 실험은 일정 거리에서 시력; 신규한 물체의 탐구까지 잠복 그리고 물체까지 여행에 이동된 속도 및 거리에 의존하는 가장 공산이 큰 탐구의 행동의 양태에 집중하였다. 샴 주입된 및 로돕신 발현 rd1 마우스는 미처리된 rd1 동물과 유사하게 수행하였지만, MW-옵신 마우스는, 미처리된 rd1 마우스와 비교하여, 제1 및 제2 물체에 3.88-배 및 3.62-배 더 짧은 시간, 각각으로 도달하였고 (도 13g,h), 제1 및 제2 물체에, 각각 2.1-배 및 1.83-배 더 빠른 속도로 움직였고 (도 13i,j), 그리고 제1 및 제2 물체까지 0.69-배 및 0.64-배 거리, 각각인 더 짧은 경로가 걸렸다 (도 13k,l). 각각의 이들 방안에서, MW-옵신 발현 rd1 마우스는 wt 동물의 것들과 유사한 수준을 도달하였다 (도 13e-g). 이들 결과는 RGC내 MW-옵신이 주위 광 하에서 물체의 자연적 시력을 이전에 시각상실된 동물에 제공한다는 것을 시사한다.
도 5a-5f. MW- 옵신에 의해 매개된 시각적으로-유도된 행동 및 RGC 활성에서 명 순응. (a-c) rd1 마우스 망막의 RGC에서 MW-옵신에 의해 매개된 RGC 광 반응의 단리된 망막에서 MEA 기록은 암 명에 순응된 망막으로 민감성 차이를 보여준다. (a) 명 순응된 조건 플래시 강도의 함수로서 광 응답 감쇠 (타우 OFF) (N = 3 망막, n = 171 세포). (b) 먼저 암 순응된 (채워진 기호) 그 다음 명 순응된 (개방 기호) 대표적인 망막에 대한 예시적 강도-반응 곡선 (n=57 세포). 백색 광 순응. Bi 등 (2006)8 & Sengupta 등 (2016)13 으로부터 ChR2 최소 값. (c) 먼저 암 순응된 그 다음 명 순응된, 동일한 망막내 3개의 플래시 강도에서 평균 (오차 막대는 SEM이다) 정규화된 광 반응 지수 (LRI) (N = 3 망막, n= 171 세포). (d-f) 행동은 시각적으로-유도된 과제에서 명 순응을 보여준다. (d) 선천적 회피 행동 또는 학습된 패턴 식별 행동의 시험에 앞서 암 또는 명에 대한 순응의 개략도. (e) 암에 대한 순응 (n = 11 마우스) 또는 명에 대한 순응 (백색 광; 1 mW cm-2 / 535nm 스펙트럼 구성요소; 50 μW cm-2; n = 12,13 마우스)의 1 시간 이후 실외 광 (100 μW cm-2) 또는 실내 광 (1 μW cm-2) 하에 암 구획에서 소비된 시간의 분율 (회피의 분율). (f) 암에 대한 순응 (n = 8,8 마우스) 또는 명에 대한 순응 (백색 광; 1 mW cm-2 / 535nm 스펙트럼 구성요소; 50 μW cm-2; n = 7,7 마우스)의 1 시간 이후 낮은 (0.25 μW cm-2) 또는 실내 (10 μW cm-2) 광 수준에서 표시된 1 6 cm의 거리에 이격된 평행한 막대의 학습된 패턴 식별. 점선은 미처리된 rd1 대조군 마우스의 평균 성능을 나타낸다. 광 강도 3.82 x 10-1 mW cm-2, 파장: λ = 535 nm. 모든 세포는 분류된 단위를 지칭한다. 값은 평균 ± SEM이다. 만-휘트니 U 시험 (*p≤0.01)을 사용하여 평가된 통계적 유의도. 본페로니 정정이 있는 스튜던트 2-테일드 t-시험: *p < 0.05.
도 10a-10g. 절단된 망막에서의 명 순응 및 마우스 시각적 행동. (a-d) MW-옵신을 발현시키는 망막에서 평균 RGC 모집단 반응의 대표적인 추적 (n=57). 암 (a,c) 또는 명 (b,d)에 대한 순응 이후 3.82x101 mW cm-2 (a,b) 또는 3.82x10-3 mW cm-2 (c,d)의 500 ms 광 플래시에 대한 반응. (e) 명에 대한 순응 (백색 광; 1 mW cm-2 / 535nm 스펙트럼 구성요소; 50 μW cm- 2)의 1 시간 이후 실내 광 (1 μW cm-2; n = 12 마우스) 및 실외 광 (100 μW cm-2; n = 13 마우스) 하에 성공적인 회피 마우스의 분율과 비교된 암에 대한 순응 (n = 11 마우스)의 1 시간 이후 실내 광 (1 μW cm- 2)하에 명 구획의 회피 (성공적인 회피 시험의 분율). (f) 암에 대한 순응 (n = 0.25 μW cm-2에서 8 마우스, 10 μW cm-2에서 8 마우스) 또는 광에 대한 순응 (n = 0.25 μW cm-2에서 7 마우스, 10 μW cm-2에서 7 마우스)의 1 시간 이후 낮은 (0.25 μW cm-2) 또는 실내 (10 μW cm-2) 광 수준에서 표시된 1 6 cm의 거리에서 이격된 평행한 막대의 성공적인 식별의 분율. (g) 미적응 rd1 대조군과 비교된 명 순응 (n=7,4,4)의 1, 4 또는 8 시간 이후 실내 (10 μW cm-2) 광 수준에서 표시된 1 6 cm의 거리에서 이격된 평행한 막대의 학습된 패턴 식별.
도 11 (표 1). 광 회피 및 학습된 시각적으로-유도된 행동의 통계적 유의도. 성공 비는 컨디션 행동의 회피 성능에 대하여 계산되었다 (도 4,5 & 도 9, 10). 조건 사이 차이에서 유의성을 결정하기 위해 쌍별 우연성 표는 그 다음 작제되었고, 2 측면 피어슨 카이-제곱 시험은 초기에 수행되었다. 작은 n으로 조건에 대하여 수정하기 위해, 1 측면 피셔 정확 시험은 또한 수행되었다.
참조문헌
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
본 발명이 이의 특정 구현예와 관련하여 기재된 동안, 본 발명의 진정한 사상 및 범위로부터 이탈 없이 등가물이 치환될 수 있고 다양한 변화가 만들어질 수 있다는 것이 당해 분야의 숙련가에 의해 이해되어야 한다. 또한, 많은 수정은 본 발명의 목적, 사상 및 범위에 특정 상황, 재료, 물질의 조성물, 공정, 공정 단계 또는 단계들에 실시될 수 있다. 모든 그와 같은 수정은 본원에 부가된 청구범위 내이기 위한 것이다.
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Ser Leu Cys Gly Ile Thr Gly Leu Trp Ser Leu 130 135 140 Ala Ile Ile Ser Trp Glu Arg Trp Met Val Val Cys Lys Pro Phe Gly 145 150 155 160 Asn Val Arg Phe Asp Ala Lys Leu Ala Ile Val Gly Ile Ala Phe Ser 165 170 175 Trp Ile Trp Ala Ala Val Trp Thr Ala Pro Pro Ile Phe Gly Trp Ser 180 185 190 Arg Tyr Trp Pro His Gly Leu Lys Thr Ser Cys Gly Pro Asp Val Phe 195 200 205 Ser Gly Ser Ser Tyr Pro Gly Val Gln Ser Tyr Met Ile Val Leu Met 210 215 220 Val Thr Cys Cys Ile Ile Pro Leu Ala Ile Ile Met Leu Cys Tyr Leu 225 230 235 240 Gln Val Trp Leu Ala Ile Arg Ala Val Ala Lys Gln Gln Lys Glu Ser 245 250 255 Glu Ser Thr Gln Lys Ala Glu Lys Glu Val Thr Arg Met Val Val Val 260 265 270 Met Ile Phe Ala Tyr Cys Val Cys Trp Gly Pro Tyr Thr Phe Phe Ala 275 280 285 Cys Phe Ala Ala Ala Asn Pro Gly Tyr Ala Phe His Pro Leu Met Ala 290 295 300 Ala Leu Pro Ala Tyr Phe Ala Lys Ser Ala Thr Ile Tyr Asn Pro Val 305 310 315 320 Ile Tyr Val Phe Met Asn Arg Gln Phe Arg Asn Cys Ile Leu Gln Leu 325 330 335 Phe Gly Lys Lys Val 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<211> 348 <212> PRT <213> Mus Musculus <400> 9 Met Asn Gly Thr Glu Gly Pro Asn Phe Tyr Val Pro Phe Ser Asn Val 1 5 10 15 Thr Gly Val Val Arg Ser Pro Phe Glu Gln Pro Gln Tyr Tyr Leu Ala 20 25 30 Glu Pro Trp Gln Phe Ser Met Leu Ala Ala Tyr Met Phe Leu Leu Ile 35 40 45 Val Leu Gly Phe Pro Ile Asn Phe Leu Thr Leu Tyr Val Thr Val Gln 50 55 60 His Lys Lys Leu Arg Thr Pro Leu Asn Tyr Ile Leu Leu Asn Leu Ala 65 70 75 80 Val Ala Asp Leu Phe Met Val Phe Gly Gly Phe Thr Thr Thr Leu Tyr 85 90 95 Thr Ser Leu His Gly Tyr Phe Val Phe Gly Pro Thr Gly Cys Asn Leu 100 105 110 Glu Gly Phe Phe Ala Thr Leu Gly Gly Glu Ile Ala Leu Trp Ser Leu 115 120 125 Val Val Leu Ala Ile Glu Arg Tyr Val Val Val Cys Lys Pro Met Ser 130 135 140 Asn Phe Arg Phe Gly Glu Asn His Ala Ile Met Gly Val Val Phe Thr 145 150 155 160 Trp Ile Met Ala Leu Ala Cys Ala Ala Pro Pro Leu Val Gly Trp Ser 165 170 175 Arg Tyr Ile Pro Glu Gly Met Gln Cys Ser Cys Gly Ile Asp Tyr Tyr 180 185 190 Thr Leu Lys Pro Glu Val Asn Asn Glu Ser Phe Val Ile 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Pro 35 40 45 Gly Tyr Lys Tyr Leu Gly Pro Phe Asn Gly Leu Asp Lys Gly Glu Pro 50 55 60 Val Asn Ala Ala Asp Ala Ala Ala Leu Glu His Asp Lys Ala Tyr Asp 65 70 75 80 Gln Gln Leu Lys Ala Gly Asp Asn Pro Tyr Leu Arg Tyr Asn His Ala 85 90 95 Asp Ala Glu Phe Gln Glu Arg Leu Gln Glu Asp Thr Ser Phe Gly Gly 100 105 110 Asn Leu Gly Arg Ala Val Phe Gln Ala Lys Lys Arg Val Leu Glu Pro 115 120 125 Phe Gly Leu Val Glu Glu Gly Ala Lys Thr Ala Pro Gly Lys Lys Arg 130 135 140 Pro Val Glu Gln Ser Pro Gln Glu Pro Asp Ser Ser Ser Gly Ile Gly 145 150 155 160 Lys Thr Gly Gln Gln Pro Ala Lys Lys Arg Leu Asn Phe Gly Gln Thr 165 170 175 Gly Asp Ser Glu Ser Val Pro Asp Pro Gln Pro Leu Gly Glu Pro Pro 180 185 190 Ala Thr Pro Ala Ala Val Gly Pro Thr Thr Met Ala Ser Gly Gly Gly 195 200 205 Ala Pro Met Ala Asp Asn Asn Glu Gly Ala Asp Gly Val Gly Asn Ala 210 215 220 Ser Gly Asn Trp His Cys Asp Ser Thr Trp Leu Gly Asp Arg Val Ile 225 230 235 240 Thr Thr Ser Thr Arg Thr Trp Ala Leu Pro Thr Tyr Asn Asn His Leu 245 250 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Gly Leu Val Glu Glu Gly Ala Lys Thr Ala Pro Gly Lys Lys Arg 130 135 140 Pro Val Glu Gln Ser Pro Gln Glu Pro Asp Ser Ser Ser Gly Ile Gly 145 150 155 160 Lys Thr Gly Gln Gln Pro Ala Lys Lys Arg Leu Asn Phe Gly Gln Thr 165 170 175 Gly Asp Ser Glu Ser Val Pro Asp Pro Gln Pro Leu Gly Glu Pro Pro 180 185 190 Ala Thr Pro Ala Ala Val Gly Pro Thr Thr Met Ala Ser Gly Gly Gly 195 200 205 Ala Pro Met Ala Asp Asn Asn Glu Gly Ala Asp Gly Val Gly Asn Ala 210 215 220 Ser Gly Asn Trp His Cys Asp Ser Thr Trp Leu Gly Asp Arg Val Ile 225 230 235 240 Thr Thr Ser Thr Arg Thr Trp Ala Leu Pro Thr Tyr Asn Asn His Leu 245 250 255 Tyr Lys Gln Ile Ser Ser Ala Ser Thr Gly Ala Ser Asn Asp Asn His 260 265 270 Tyr Phe Gly Tyr Ser Thr Pro Trp Gly Tyr Phe Asp Phe Asn Arg Phe 275 280 285 His Cys His Phe Ser Pro Arg Asp Trp Gln Arg Leu Ile Asn Asn Asn 290 295 300 Trp Gly Phe Arg Pro Lys Arg Leu Asn Phe Lys Leu Phe Asn Val Gln 305 310 315 320 Val Lys Glu Val Thr Thr Asn Asp Gly Val Thr Thr Ile Ala Asn Asn 325 330 335 Leu 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Claims (54)

  1. 개체에서 시각 기능을 회복시키거나 향상시키는 방법으로서, 중간 파장 옵신 (MW-옵신) 및/또는 장파장 옵신 (LW-옵신) 및/또는 단파장 옵신 (SW-옵신)을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 핵산을 상기 개체에게 투여하는 것을 포함하되, 상기 투여는 상기 개체의 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현 및 시각 기능의 회복 또는 향상을 제공하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 MW-옵신은 서열번호:1로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하되; 상기 LW-옵신은 서열번호:4로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하고, 그리고 상기 SW-옵신은 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 SW-옵신은 서열번호:5로 제시된 인간 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖거나 서열번호:6으로 제시된 마우스 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 개체에게 하기를 투여하는 것을 포함하는, 방법:
    i) 서열번호:5로 제시된 인간 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 제1 핵산; 및 ii) 서열번호:6으로 제시된 마우스 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 제2 핵산.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 SW-옵신은 마우스 SW-옵신 세포내 도메인 및 인간 SW-옵신 막관통 도메인을 포함하는 키메라 SW-옵신인, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 키메라 SW-옵신은 서열번호:7로 제시된 키메라 SW-옵신 아미노산 서열에 대해 적어도 90% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는, 방법.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현은 상기 개체에 의해 패턴화된 시력 및 이미지 인식을 제공하는, 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 이미지 인식은 정적 이미지 또는 패턴의 것인, 방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 이미지 인식은 이동 이미지 또는 패턴의 것인, 방법.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현은 약 10-4 W/cm2 내지 약 1 W/cm2 의 광 강도에서 이미지 인식을 제공하는, 방법.
  11. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현은 망막 세포에서 채널로돕신 폴리펩타이드를 발현시키는 개체에 의한 이미지 인식을 제공하는데 필요한 광 강도보다 적어도 10-배 더 낮은 광 강도에서 이미지 인식을 제공하는, 방법.
  12. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현은 로돕신 폴리펩타이드에 의해 망막 세포 상에 부여된 동력학보다 적어도 2-배 더 빠른 동력학을 제공하는, 방법.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵산은 재조합 발현 벡터인, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 재조합 발현 벡터는 재조합 바이러스 벡터인, 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 재조합 바이러스 벡터는 아데노-연관된 바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터, 단순 포진 바이러스 벡터, 또는 레트로바이러스 벡터인, 방법.
  16. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뉴클레오타이드 서열은 망막 세포에서 기능하는 전사 조절 요소에 작동가능하게 연결되는, 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 전사 조절 요소는 망막 세포 특이적 프로모터인, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 프로모터는 시냅신 프로모터, CAG 프로모터, CMV 프로모터, grm6 프로모터, 플레이아데스 프로모터, ChAT 프로모터, V-glut 프로모터, GAD 프로모터, PV 프로모터, 소마토스타틴 (SST) 프로모터, 뉴로펩타이드 Y (NPY) 프로모터, VIP 프로모터, 적색 추상 옵신 프로모터, 로돕신 프로모터, 로돕신 키나제 프로모터, 난황상 황반 이상증 2 (VMD2) 유전자 프로모터, 또는 광수용체간 레티노이드-결합 단백질 (IRBP) 유전자 프로모터인, 방법.
  19. 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투여는 안구내 주입을 통한 것인, 방법.
  20. 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투여는 유리체내 주입을 통한 것인, 방법.
  21. 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투여는 망막하 주입을 통한 것인, 방법.
  22. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개체는 색소성 망막염, 황반 변성, 망막층간분리증, 및 레버 선천성 흑내장, 및 당뇨 망막병증으로부터 선택된 안구 질환을 가지고 있는, 방법.
  23. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개체는 트라우마 또는 두부 손상으로 인한 망막 박리 또는 광수용체 손실을 경험했던, 방법.
  24. 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵산은 나노입자와 복합체화되는, 방법.
  25. 중간 파장 옵신 (MW-옵신) 및/또는 장파장 옵신 (LW-옵신) 및/또는 단파장 옵신 (SW-옵신)을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 바이러스 벡터.
  26. 청구항 25에 있어서, 상기 바이러스 벡터는 아데노연관 바이러스 벡터인, 재조합 바이러스 벡터.
  27. 청구항 25 또는 청구항 26에 있어서, 상기 MW-옵신은 서열번호:1로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하되; 상기 LW-옵신은 서열번호:4로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하고, 그리고 상기 SW-옵신은 서열번호:5 내지 7의 하나로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는, 재조합 바이러스 벡터.
  28. 청구항 25 내지 27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뉴클레오타이드 서열은 프로모터에 작동가능하게 연결되는, 재조합 바이러스 벡터.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 프로모터는 시냅신 프로모터, CAG 프로모터, CMV 프로모터, grm6 프로모터, 플레이아데스 프로모터, ChAT 프로모터, V-glut 프로모터, GAD 프로모터, PV 프로모터, 소마토스타틴 (SST) 프로모터, 뉴로펩타이드 Y (NPY) 프로모터, VIP 프로모터, 적색 추상 옵신 프로모터, 로돕신 프로모터, 로돕신 키나제 프로모터, 난황상 황반 이상증 2 (VMD2) 유전자 프로모터, 또는 광수용체간 레티노이드-결합 단백질 (IRBP) 유전자 프로모터인, 재조합 바이러스 벡터.
  30. 청구항 25 내지 29 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재조합 바이러스 벡터는 재조합 AAV 벡터이되, 상기 재조합 AAV 벡터는 야생형 AAV 캡시드와 비교하여, 망막 세포의 증가된 감염성을 부여하고/하거나 상기 내부 경계막을 가로지르는 증가된 증력을 부여하는 변이체 캡시드 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는, 재조합 바이러스 벡터.
  31. 약제학적 조성물로서,
    a) 청구항 25 내지 30 중 어느 한 항의 재조합 바이러스 벡터; 및
    b) 약제학적으로 허용가능한 부형제.
    를 포함하는, 약제학적 조성물.
  32. 개체에서 시각 기능을 회복시키거나 향상시키는 방법으로서, 청구항 25 내지 30 중 어느 한 항의 재조합 바이러스 벡터, 또는 청구항 31의 약제학적 조성물을 상기 개체에게 투여하는 것을 포함하되, 상기 투여는 개체의 망막 세포에서의 MW-옵신 및/또는 LW-옵신 및/또는 SW-옵신의 발현 및 시각 기능의 회복 또는 향상을 제공하는, 방법.
  33. 서열번호:6으로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 마우스 SW-옵신의 세포내 부분을 포함하고 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 인간 SW-옵신의 막관통 부분을 포함하는 키메라 SW-옵신.
  34. 청구항 33에 있어서, 서열번호:7로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 90% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는, 키메라 SW-옵신.
  35. 청구항 33 또는 청구항 34의 키메라 SW-옵신을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 발현 벡터.
  36. 조성물로서,
    a) 청구항 35의 재조합 발현 벡터; 및
    b) 약제학적으로 허용가능한 부형제
    를 포함하는, 조성물.
  37. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 수직 라인을 포함하는 이미지와 수평 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있는, 조성물.
  38. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 공간적 패턴 식별 검정에서 정적 라인을 포함하는 이미지와 이동 라인을 포함하는 이미지를 구별할 수 있는, 조성물.
  39. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 시간적(temporal) 광 패턴 검정에서 플래싱 광과 일정한 광을 구별할 수 있는, 조성물.
  40. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 이미지 인식 검정에서 약 10-4 W/cm2 내지 약 10 W/cm2 의 광 강도에서 이미지를 인식할 수 있는, 조성물.
  41. 하나 이상의 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 하나 이상의 재조합 핵산 벡터를 포함하는 조성물로서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열이 그것을 필요로 하는 대상체의 눈에서 발현될 때, 상기 대상체는 광 회피 검정에서 백색광이 있는 영역과 백색광이 없는 영역을 구별할 수 있는, 조성물.
  42. 청구항 37 내지 41 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 추상 옵신은 하기로 구성된 군으로부터 선택되는, 조성물:
    a) 서열번호:1로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 MW-옵신;
    b) 서열번호:4로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 LW-옵신;
    c) 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 85% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 SW-옵신; 및
    d) 하기를 포함하는 키메라 SW-옵신: i) 서열번호:6으로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 마우스 SW-옵신의 세포내 부분; 및 ii) 서열번호:5로 제시된 아미노산 서열에 대해 적어도 87% 아미노산 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 포함하는 인간 SW-옵신의 막관통 부분.
  43. 청구항 37 내지 41 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 2개의 상이한 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는, 조성물.
  44. 청구항 37 내지 41 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 3개의 상이한 추상 옵신을 인코딩하는 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는, 조성물.
  45. 청구항 37 내지 44 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 아데노-연관된 바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터, 단순 포진 바이러스 벡터, 또는 레트로바이러스 벡터인, 조성물.
  46. 청구항 37 내지 44 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 재조합 핵산 벡터는 재조합 아데노-연관된 바이러스 벡터인, 조성물.
  47. 청구항 46에 있어서, 상기 재조합 AAV 벡터는 야생형 AAV 캡시드와 비교하여, 망막 세포의 증가된 감염성을 부여하고/하거나 상기 내부 경계막을 가로지르는 증가된 증력을 부여하는 변이체 캡시드 폴리펩타이드를 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는, 조성물.
  48. 청구항 37 내지 47 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 뉴클레오타이드 서열은 프로모터에 작동가능하게 연결되는, 조성물.
  49. 청구항 48에 있어서, 상기 프로모터는 시냅신 프로모터, CAG 프로모터, CMV 프로모터, grm6 프로모터, 플레이아데스 프로모터, ChAT 프로모터, V-glut 프로모터, GAD 프로모터, PV 프로모터, 소마토스타틴 (SST) 프로모터, 뉴로펩타이드 Y (NPY) 프로모터, VIP 프로모터, 적색 추상 옵신 프로모터, 로돕신 프로모터, 로돕신 키나제 프로모터, 난황상 황반 이상증 2 (VMD2) 유전자 프로모터, 또는 광수용체간 레티노이드-결합 단백질 (IRBP) 유전자 프로모터인, 조성물.
  50. 청구항 37 내지 49 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대상체는 색소성 망막염, 황반 변성, 망막층간분리증, 및 레버 선천성 흑내장, 및 당뇨 망막병증으로부터 선택된 안구 질환을 가지고 있는, 조성물.
  51. 청구항 37 내지 49 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대상체는 트라우마 또는 두부 손상으로 인한 망막 박리 또는 광수용체 손실을 경험했던, 조성물.
  52. 청구항 37 내지 51 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 약제학적으로 허용가능한 부형제를 포함하는, 조성물.
  53. 청구항 52에 있어서, 상기 약제학적으로 허용가능한 부형제는 염수를 포함하는, 조성물.
  54. 청구항 37 내지 53 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 멸균되어 있는, 조성물.
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