KR20210008501A - 페닐케톤뇨증을 치료하는 방법 - Google Patents

페닐케톤뇨증을 치료하는 방법 Download PDF

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Abstract

본원은 페닐케톤뇨증을 갖는 대상체에서 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 정상화함으로써 페닐케톤뇨증을 치료하는 방법을 제공한다.

Description

페닐케톤뇨증을 치료하는 방법
본원은 PKU(phenylketonuria(페닐케톤뇨증)) 치료제의 유효량을 최적화하기 위한, 페닐케톤뇨증(PKU)을 갖는 대상체에서 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물 수준의 용도를 제공한다. 또한, PKU 치료제의 유효량을 투여하는 것을 포함하고, 유효량이 대상체에서 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 정상화하는 양인, PKU를 갖는 대상체를 치료하는 방법이 제공된다. 또한, 본원은 대상체의 간에서 페닐알라닌의 대사를 담당하는 효소인 PAH(phenylalanine hydroxylase(페닐알라닌 하이드록실라아제))의 장기 발현을 달성하기 위해 재조합 아데노-연관 바이러스(recombinant adeno-associated virus)(rAAV) 벡터와 같은 벡터에서 사용될 수 있는, 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH)의 최적화된 코돈 서열을 제공한다. 또한, 유전자 교환 접근법에서 벡터를 이용하는 치료 방법이 제공된다.
페닐케톤뇨증(PKU)은 페닐알라닌의 대사를 담당하는 효소인 간 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH)의 활성 손상으로부터 야기된 아미노산 대사의 선천적 이상이다. PKU 및 고페닐알라닌혈증(hyperphenylalaninemia)(HPA)을 야기하는 PAH 돌연변이를 갖는 환자는 페닐알라닌 수준 증가, 신경생리학적 기능 손상, 및 인지 발달 감소를 나타낸다. 중증 PKU를 갖는 환자에 대해, 페닐알라닌 수준이 식이 제한을 사용하여 낮은 수준으로 유지되지 않는 경우, 비가역적 정신 지체에 대한 가능성이 있다. PKU의 신경학적 증상은 페닐알라닌을 다수의 신경전달물질의 합성을 위해 요구되는 전구체 대사물로 전환하기 위해 요구되는 PAH의 손실로부터 야기된 PKU를 갖는 대상체에서 다수의 신경전달물질의 이상 생산에 의해 야기된다.
PKU에 대한 최근 치료는 아미노산 페닐알라닌이 낮은 식단에 대한 평생 준수를 포함한다. 이 식이 요법은 유지하기 어렵고 증가된 페닐알라닌 수준에 의해 야기될 수 있는 유해한 신경학적 효과를 항상 제거하지 않는다. 임신 동안 이상적 식이 조절이 부족하면 출생 결손을 야기할 수 있다. 또한, PKU/HPA 환자에게 제한된 식단을 따르면서 정상적 삶을 사는 것은 매우 어렵고, 식이 요법은 몇몇 영양소의 결핍과 연관될 수 있으며, 이들 중 일부는 뇌 발달에 유해하다. 대부분의 저 페닐알라닌 식단 제품은 이 치료에 대한 준수가 절충되기에 충분히 불만족스러운 관능적 특성을 갖는다. 따라서, 치료적 치료의 발달은 최근의 식이 치료를 대체하거나 보충하고 PKU를 갖는 개인, 특히 가장 중증인 형태의 질환을 갖는 환자에 대해 가해진 신경학적 손상을 예방할 것이다. 그러나, 최적의 PKU 치료제는 불충분한 PAH 활성의 결과로서 변경되는 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 정상화하는 치료제일 것이다. 따라서, 유효량이 전달되었을 때, PKU를 갖는 대상체에서 특정 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 정상화할 수 있는 PKU 치료제에 대한 임상적 필요성이 있다.
유전자 요법은 벡터의 단일 투여 후 PAH의 연속적 내인성 생산을 통한 치유의 가능성을 제공한다. 이는 효과적인 치료가 결여된 다른 선천성 장애에 대해 상당한 영향을 갖는 주요한 임상적 진보를 나타낸다. 아데노-연관 바이러스(AAV)는 인간 및 일부 다른 영장류 종을 감염시키는 작은, 복제-결손, 비-외피 동물 바이러스이다. 예를 들어, AAV가 인간 질환을 야기하는 것으로 알려져 있지 않고 온화한 면역 반응을 유도하는 것, 및 AAV 벡터가 숙주 세포 게놈 내로의 통합 없이 분열 세포 및 휴지 세포 둘 다를 감염시킬 수 있는 것을 포함하여, AAV의 몇몇 특징은 이 바이러스를 유전자 요법에 의한 치료 단백질의 전달을 위한 매력적인 비히클로 만든다. AAV를 사용한 유전자 요법 벡터는 예를 들어, 혈우병 B의 치료를 위한 성인의 간에 대한 인간 인자 IX(Factor IX)(FIX)의 전달을 위해 일부 임상 시험에서 성공적으로 사용되어 왔다.
이들의 긍정적 특징에도 불구하고, AAV 유전자 요법 벡터는 일부 결점을 갖는다. 특히, AAV 벡터의 클로닝 능력이 바이러스의 DNA 패키징 능력의 결과로서 제한된다. 야생형 AAV의 단일-가닥 DNA 게놈은 약 4.7 킬로염기(kilobase)(kb)이다. 실제로, 최대 약 5.0 kb의 AAV 게놈이 AAV 바이러스 입자 내로 완전히 패키징된, 즉 전장인 것으로 나타난다. AAV 벡터 내의 핵산 게놈이 약 145 염기의 2 개 AAV 역위 말단 반복부(inverted terminal repeat)(ITR)를 가져야 한다는 요구로, AAV 벡터의 DNA 패키징 능력은 최대 약 4.4 kb의 단백질-코딩 서열이 캡시드로 싸여질 수 있다.
PKU는 PAH cDNA의 크기 및 PAH 단백질 발현의 효율성뿐 아니라, 효소의 고유한 기능적 특성, 예컨대 세포 국소화, 활성의 조절, 및 돌연변이 PAH를 갖는 헤테로다이머화에 대한 가능성과 관련된 PAH의 별개 분자 및 생물학적 특성으로 인한 몇몇 새로운 도전을 제기한다. 벡터-매개된 PAH 발현의 몇몇 시도가 마우스에 대해 수행되어 왔다. 예를 들어, Harding et al, Complete correction of hyperphenylalaninemia following liver-directed, recombinant AAV2/8 vector mediated gene therapy in murine phenylketonuria Gene Ther. 2006 Mar; 13(5):457-6 및 Viecelli et al, Treatment of Phenylketonuria Using Minicircle-Based Naked-DNA Gene Transfer to Murine Liver Hepatology. 2014 Sep; 60(3): 1035-1043을 참고한다(또한, WO2018126112호 참고). 그러나, 전달 효율성, 면역 자극, 장기 발현 안정성 및 안전성의 평가는 결여되거나 최적이 아니다. 따라서, PKU 치료를 위해 더욱 효율적인 AAV.hPAH 벡터가 필요하다.
본원에 기재된 실시양태는 기능성 인간 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH)를 이를 필요로 하는 대상체에게 전달하기 위한 AAV 유전자 요법 벡터에 관한 것이다.
일 양태에서, 인간 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH) 유전자를 PKU로 진단된 환자(인간 대상체)의 간 세포에 전달하기 위한, 복제 결함성 아데노-연관 바이러스(AAV)의 용도를 제공한다. hPAH 유전자를 전달하기 위해 사용되는 재조합 AAV 벡터(rAAV)("rAAV.hPAH" 또는 "AAV-PAH")는 간에 대한 향성을 가져야 하고(예를 들어, AAV5 캡시드를 보유한 rAAV), hPAH 트랜스유전자는 간-특이적 발현 제어 요소에 의해 제어되어야 한다. 일 실시양태에서, 발현 제어 요소는 인핸서; 프로모터; 인트론; 및 polyA 신호 중 하나 이상을 포함한다. 이러한 요소는 본원에 추가로 기재된다.
일 실시양태에서, hPAH 트랜스유전자는 재조합 아데노-연관 바이러스(rAAV) 벡터 게놈 내에 함유되며, 이는 (a) AAV 5' 역위 말단 반복부(ITR) 서열; (b) 프로모터; (c) 인간 페닐알라닌 하이드록실라아제(hPAH)를 코딩하는 코돈 최적화된 서열; 및 (d) AAV 3' ITR을 포함한다. 구체적 실시양태에서, 코돈 최적화된 PAH 서열은 서열번호 7이다. 프로모터는 hAAT(human alpha-1-antitrypsin promoter) 프로모터, 간 조절 영역(hepatic control region)(HCR) 인핸서 및 ApoE 인핸서의 부분을 포함하는 합성 프로모터 서열일 수 있다. 구체적 실시양태에서, 프로모터의 서열은 서열번호 6이다. AAV 5' ITR 및/또는 AAV 3' ITR은 이종 AAV 위형으로부터의 것일 수 있다. 구체적 실시양태에서, ITR 서열은 AAV2로부터 유래된다. 다른 실시양태에서, 벡터 게놈은 폴리아데닐화 신호 서열을 추가로 포함하고, 이는 소 성장 호르몬(bovine growth hormone)(bGH) 폴리아데닐화 신호일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 벡터 게놈은 인트론을 추가로 포함한다. 특정 실시양태에서, 인트론은 복합 글로빈/AIAT 인트론 서열이다. 구체적 실시양태에서, 인트론 서열은 서열번호 14이다. 벡터 게놈은 크기가 약 4 kb 내지 약 5 kb일 수 있다. 구체적 실시양태에서, 벡터 게놈 서열은 서열번호 18이다.
다른 양태에서, 본원은 본원의 하나 이상의 실시양태에 기재된 바와 같은 AAV 캡시드 및 벡터 게놈을 포함하는 재조합 아데노-연관 바이러스(rAAV) 입자를 제공한다. 일 실시양태에서, AAV 캡시드는 AAV5 캡시드이다. 다른 실시양태에서, rAAV 입자는 ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAHcol.bGH이다. 다른 실시양태에서, rAAV 입자는 약학 조성물로 제공된다.
다른 양태에서, 본원은 기능성 PAH를 코딩하고 서열번호 7의 뉴클레오티드 서열과 적어도 80% 상동성을 갖는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 단리된 핵산 분자를 제공한다. 일 실시양태에서, 기능성 PAH는 인간 PAH이다. 일 실시양태에서, hPAH에 대한 코딩 서열은 인간에서의 발현을 위해 코돈 최적화된다. 이러한 서열은 천연 hPAH 코딩 서열(서열번호 1)과 80% 미만의 동일성을 공유할 수 있다. 일 실시양태에서, hPAH 코딩 서열은 서열번호 7에 나타낸 서열이다. 다른 실시양태에서, 코돈 최적화된 PAH 핵산은 감소된 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 포함한다. 구체적 실시양태에서, CpG 디-뉴클레오티드 함량은 25 미만이다.
다른 양태에서, 본원은 본원에 기재된 벡터 게놈 또는 본원에 기재된 rAAV 입자, 및 약학적 허용 담체를 포함하는 약학 조성물을 제공한다. 다른 양태에서, 본원은 본원에 기재된 벡터 게놈 또는 본원에 기재된 rAAV 입자, 및 약학적 허용 담체를 포함하는 면역원성 조성물을 제공한다. 다른 양태에서, 본원은 본원에 기재된 벡터 게놈, 또는 본원에 기재된 rAAV 입자, 및 약학적 허용 담체를 포함하는 백신을 제공한다.
추가 양태에서, 본원은 본원에 기재된 rAAV 입자를 포함하는 조성물을 대상체에게 투여하여, 대상체의 간에서 코딩된 PAH 단백질을 발현하는 것을 포함하는, 대상체에서 단백질을 발현하는 방법을 제공한다.
또 다른 양태에서, 본원에 기재된 rAAV 벡터 게놈, 본원에 기재된 rAAV 입자, 본원에 기재된 약학 조성물, 본원에 기재된 면역원성 조성물, 또는 본원에 기재된 백신을 투여하는 것을 포함하는, 페닐케톤뇨증을 갖는 환자를 치료하는 방법이 제공된다. 일 실시양태에서, rAAV 입자는 수성 현탁액 중 약 1 x 1012 내지 약 1 x 1015 ㎍/kg으로 전달된다. 본원에 제공된 다른 실시양태는 대상체에서 PKU의 치료를 위한, 본원에 기재된 rAAV 벡터 게놈, 본원에 기재된 rAAV 입자, 본원에 기재된 약학 조성물, 본원에 기재된 면역원성 조성물, 또는 본원에 기재된 백신의 용도이다.
본원은 페닐케톤뇨증(PKU) 치료제의 유효량을 대상체에게 투여하는 단계를 포함하고, PKU 치료제의 유효량이 대상체에서 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 수준을 변경하는 양인, PKU를 갖는 대상체를 치료하는 방법을 제공한다.
일 실시양태에서, 방법은 PKU 치료제의 유효량의 투여 후, 대상체로부터 얻어진 생물학적 샘플에서 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 수준을 측정하는 단계를 포함하고, PKU 치료제의 유효량은 대상체에서 하나 이상의 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물의 수준을 변경하는 양이다. 다른 실시양태에서, 방법은 PKU를 갖는 대상체에서 페닐케톤뇨증(PKU)의 신경인지 증상 개선을 야기한다. 특정 실시양태에서, 신경인지 증상은 IQ 감소, 주의 결핍, 및 전략적 계획, 억제 조절, 작업 기억, 및 인지 유연성을 포함한 집행 기능에서의 결핍을 포함한다. 다른 실시양태에서, 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물은 페닐에틸아민, 페닐에탄올아민, 티라민, 도파민, 노르에피네프린, 트립타민, 하이드록시트립타민, 페닐아세트산, 페닐아세틸글루타민, 만델산, 하이드록시페닐아세트산, 3,4-디하이드록시페닐아세트산(DOPAC), 3,4-디하이드로만델산(DOMA), 호모바닐린산, 바닐릴만델산, 디하이드록시페닐에틸렌글리콜(DOPEG), 메틸페닐에틸렌글리콜(MOPEG), 인돌아세트산, 및 하이드록시인돌아세트산을 포함한다.
다른 실시양태에서, 대상체로부터 얻어진 샘플은 혈액, 혈청, 혈장, 뇌척수액(CSF), 및 소변을 포함한다. 특정 실시양태에서, 샘플은 CSF이다. 일 실시양태에서, 샘플은 혈장이다.
다른 실시양태에서, PKU 치료제는 KUVAN®(사프로프테린 디하이드로클로라이드), PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz), 및/또는 PKU 유전자 요법을 포함한다. 추가 실시양태에서, PKU 치료제는 PKU 세포 요법(예를 들어, Harding, C., Clin Genet., Aug; 74(2) pages 97-104 (2008) 참고) 및/또는 PAH 단백질 안정성을 유지하고/하거나, 잘못 접힌 PAH를 돕고/돕거나, 효소 활성을 증가시키는 약학 샤페론(예를 들어, Santos-Sierra et al., Human Molecular Genetics, Volume 21, Issue 8, 15 April 2012, Pages 1877-1887; Angel et al., J Clin Invest. 2008 Aug 1; 118(8): 2858-2867 참고)을 포함한다.
다른 실시양태에서, PKU 유전자 요법은 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH) 또는 페그발리아제를 포함하는 트랜스유전자를 발현하는 아데노-연관 바이러스(AAV) 벡터를 포함한다. 다른 실시양태에서, PKU 유전자 요법의 유효량은 1E12 vg/kg(대상체의 체중)을 초과한다. 다른 실시양태에서, PKU 유전자 요법의 유효량은 1E11 vg/kg(대상체의 체중)을 초과한다. 다른 실시양태에서, PKU 유전자 요법의 유효량은 1E10 vg/kg(대상체의 체중)을 초과한다.
다른 실시양태에서, PKU 치료제는 KUVAN®이 아니라는 조건으로 선택된다. 다른 실시양태에서, PKU 치료제는 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)가 아니라는 조건으로 선택된다. 추가 실시양태에서, PKU 치료제는 AAV 벡터가 AAV8 또는 AAVHSC15가 아니라는 조건으로 선택된다.
다른 실시양태에서, 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 수준은 PKU 치료제를 투여한지 적어도 1 개월 후 측정된다. 다른 실시양태에서, 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 수준은 PKU 치료제를 투여한지 적어도 3 개월 후 측정된다. 다른 실시양태에서, 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 수준은 PKU 치료제를 투여한지 적어도 6 개월 후 측정된다.
다른 실시양태에서, 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 변경된 수준은 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 기준 수준의 5% 이내이고, 기준 수준은 신경전형성 대상체(예를 들어, 적어도 5, 10, 15 명 이상의 신경전형성 대상체)로부터 얻어진 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 수준의 평균으로서 얻어진다. 또 다른 실시양태에서, 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 변경된 수준은 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 기준 수준의 10% 이내이고, 기준 수준은 신경전형성 대상체(예를 들어, 적어도 5, 10, 15 명 이상의 신경전형성 대상체)로부터 얻어진 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 수준의 평균으로서 얻어진다. 추가 실시양태에서, 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 변경된 수준은 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 기준 수준의 20% 이내이고, 기준 수준은 신경전형성 대상체(예를 들어, 적어도 5, 10, 15 명 이상의 신경전형성 대상체)로부터 얻어진 하나 이상의 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물의 수준의 평균으로서 얻어진다.
다른 실시양태에서, 대상체로부터 생물학적 샘플을 얻는 것; 중(heavy)-표지된 내부 기준을 함유하는 냉각 아세토니트릴로 샘플을 침전시키는 것; 원심분리에 의해 샘플을 펠릿화하는 것; 상청액을 신선한 용기로 옮기는 것; 소듐 카보네이트와 벤조일 클로라이드 또는 에틸 클로로포르메이트와 피리딘을 상청액에 첨가하는 것; 상청액이 소듐 카보네이트와 벤조일 클로라이드 또는 에틸 클로로포르메이트와 피리딘과 반응한 후, 포름산을 상청액에 첨가하는 것; 및 생성된 반응물 상청액을 LC/MS에 의해 분석하여, 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물의 수준을 검출 및 측정하는 것의 단계를 포함하는, 대상체로부터의 생물학적 샘플에서 아미노산, 신경전달물질, 또는 신경전달물질 대사물 수준을 측정하는 방법이 제공된다. 특정 실시양태에서, 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준은 샘플과 벤조일 클로라이드 또는 에틸 클로로포르메이트 및 피리딘과의 반응으로부터의 결과를 측정하는 방법을 사용하여 결정된다.
본원에 사용된 바와 같이, "AAV 벡터"는 AAV 5' 역위 말단 반복부(ITR) 서열 및 AAV 바이러스 게놈에 대해 이종인 전사 조절 요소, 즉 하나 이상의 프로모터 및/또는 인핸서 및, 선택적으로 단백질-코딩 서열의 엑손 사이에 삽입된 폴리아데닐화 서열 및/또는 하나 이상의 인트론에 작동가능하게 연결된 단백질-코딩 서열(일 실시양태에서, 기능성 치료 단백질-코딩 서열, 예를 들어 PAH) 측면의 AAV 3' ITR을 갖는, 단일-가닥 또는 이중 가닥 핵산을 지칭한다. 단일-가닥 AAV 벡터는 AAV 바이러스 입자의 게놈 내에 존재하는 핵산을 지칭하고, 본원에 개시된 핵산 서열의 센스 가닥 또는 안티-센스 가닥일 수 있다. 이러한 단일-가닥 핵산의 크기는 염기로 제공된다. 이중-가닥 AAV 벡터는 AAV 벡터 핵산을 발현 또는 전달하기 위해 사용되는 플라스미드의 DNA 내에 존재하는 핵산, 예를 들어 pUC19, 또는 이중-가닥 바이러스, 예를 들어 바큘로바이러스의 게놈을 지칭한다. 이러한 이중-가닥 핵산의 크기는 염기 쌍(base pair)(bp)으로 제공된다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "역위 말단 반복부(ITR)"는 DNA 복제의 원점 및 바이러스 게놈에 대한 패키징 신호로서 cis로 기능하는 AAV 게놈의 5' 및 3' 말단에서 발견되는 당업계-인식된 영역을 지칭한다. AAV ITR은 AAV rep 코딩 영역과 함께 2 개의 측면에 있는 ITR 사이에 삽입된 뉴클레오티드 서열로부터의 효율적인 삭제 및 구제, 및 이의 숙주 세포 게놈으로의 통합을 제공한다. 특정 AAV-연관 ITR의 서열은 그 전체가 본원에 참고로 포함되는 Yan et al., J. Virol. (2005) vol. 79, pp. 364-379에 의해 개시되어 있다. 본원에 사용되는 ITR 서열은 전장, 야생형 AAV ITR 또는 기능적 능력을 보유한 이의 단편일 수 있거나, 복제의 원점으로서 cis로 기능할 수 있는 전장, 야생형 AAV ITR의 서열 변이체일 수 있다. 본원에 제공된 실시양태의 재조합 AAV PAH 벡터에 유용한 AAV ITR은 임의의 알려진 AAV 혈청형으로부터 유래되고, 특정 실시양태에서, AAV2 또는 AAV5 혈청형으로부터 유래될 수 있다.
"전사 조절 요소"는 RNA 중합효소 결합을 돕고 발현을 촉진하기 위한 전사 인자의 결합을 위한 프로모터, 플러스 반응 요소, 활성인자 및 인핸서 서열, 및 RNA 중합효소 부착을 차단하고 발현을 예방하기 위해 억제 단백질이 결합하는 작동인자 또는 사일런서(silencer) 서열을 포함한 유전자 전사의 조절에 관여하는 유전자의 뉴클레오티드 서열을 지칭한다. 용어 "간 특이적 전사 조절 요소"는 간 조직에서 특이적으로 유전자 발현을 조절하는 조절 요소를 지칭한다. 간 특이적 조절 요소의 예는, 비제한적으로, 마우스 트랜스타이레틴 프로모터(mouse transthyretin promoter)(mTTR), 내인성 인간 인자 VIII 프로모터(F8), 인간 알파-1-항트립신 프로모터(hAAT) 및 이의 활성 단편, 인간 알부민 최소 프로모터, 및 마우스 알부민 프로모터를 포함한다. 또한, 프로모터는 유전자 프로모터, 예컨대 CBA 또는 바이러스 프로모터, 예컨대 CMV를 포함할 수 있다. EBP, DBP, HNF1, HNF3, HNF4, HNF6, 및 Enh1과 같이 간-특이적 전사 인자 결합 부위로부터 유래된 인핸서가 또한 고려된다.
일 실시양태에서, AAV 벡터는 기능적 활성 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH) 단백질을 코딩하는 핵산을 포함한다. PAH 코딩 서열은 야생형이거나, 코돈 최적화되거나, 또는 변이체일 수 있다(예를 들어, Fang et al., Gene Ther., vol. 1, pages 247-254 (1994); Eisensmith et al., J. Inherit. Metab. Dis., vol. 19, pages 412-423 (1996); Nagasaki et al., Pediatr. Res., vol. 45, pages 465-473 (1999); Laipis et al., Mol. Ther., vol. 7, pages S391-S392 (2003); Knappskog PM and
Figure pct00001
A., FEBS Lett., vol. 409, pages 7-11 (1997); Khan et al., J Biol Chem., vol. 12, pages 4359-4367 (2019); Wang GA et al., Proc Natl Acad Sci U S A., vol. 98, pages 1537-42 (2001) 참고).
본원에 사용된 바와 같이, 야생형 PAH는 다음 아미노산 서열을 갖는다:
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다른 실시양태에서, 재조합 AAV 벡터는 AAV2 5' 역위 말단 반복부(ITR)(당업계에 알려진 바와 같이 변형될 수 있거나 변형되지 않을 수 있음), 간-특이적 전사 조절 영역, 코돈-최적화된 치료 단백질 코딩 영역, 선택적으로 하나 이상의 인트론, 폴리아데닐화 서열, 및 AAV2 3' ITR(당업계에 알려진 바와 같이 변형될 수 있거나 변형되지 않을 수 있음)을 포함하는 핵산을 포함한다. 특정 실시양태에서, 치료 단백질은 인간 PAH 또는 이의 변이체이다. 다른 실시양태에서, 간-특이적 전사 조절 영역은 단축 ApoE 인핸서 서열; 5' 비번역 영역(untranslated region)(UTR)의 42 염기를 포함하는 186 염기 인간 알파 항-트립신(hAAT) 근접 프로모터; (i) 34 염기 인간 ApoE/C1 인핸서, (ii) 32 염기 인간 AAT 프로모터 말단 X 영역, 및 (iii) 인간 AAT 근접 프로모터의 말단 요소의 80 추가 염기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 인핸서; 및 인간 PAH를 코딩하는 핵산을 포함한다. 다른 실시양태에서, 간-특이적 전사 조절 영역은 α-마이크로글로불린 인핸서 서열 및 186 염기 인간 알파 항-트립신(AAT) 근접 프로모터를 포함한다.
본원에 제공된 다른 실시양태는 기능성 PAH 폴리펩티드를 코딩하는 벡터 구조체에 관한 것이며, 구조체는 하나 이상의 상이한 배향(들)의 상기 기재된 구조체의 개별 요소 및 이의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 본원에 제공된 다른 실시양태는 반대 배향의 상기 기재된 구조체에 관한 것이다. 다른 실시양태에서, 본원에 기재된 AAV PAH 벡터를 포함하는 재조합 AAV 바이러스 입자 및 대상체에서 PKU의 치료를 위한 이의 용도가 제공된다. 일 실시양태에서, 대상체는 청소년 대상체이다.
단일 가닥 형태의 본원에 제공된 AAV 벡터는 길이가 약 7.0 kb 미만이거나, 길이가 6.5 kb 미만이거나, 길이가 6.4 kb 미만이거나, 길이가 6.3 kb 미만이거나, 길이가 6.2 kb 미만이거나, 길이가 6.0 kb 미만이거나, 5.8 kb 미만이거나, 길이가 5.6 kb 미만이거나, 길이가 5.5 kb 미만이거나, 길이가 5.4 kb 미만이거나, 길이가 5.3 kb 미만이거나, 길이가 5.2 kb 미만이거나, 길이가 5.0 kb 미만이거나, 길이가 4.8 kb 미만이거나, 길이가 4.6 kb 미만이거나, 길이가 4.5 kb 미만이거나, 길이가 4.4 kb 미만이거나, 길이가 4.3 kb 미만이거나, 길이가 4.2 kb 미만이거나, 길이가 4.1 kb 미만이거나, 길이가 4.0 kb 미만이거나, 길이가 3.9 kb 미만이거나, 길이가 3.8 kb 미만이거나, 길이가 3.7 kb 미만이거나, 길이가 3.6 kb 미만이거나, 길이가 3.5 kb 미만이거나, 길이가 3.4 kb 미만이거나, 길이가 3.3 kb 미만이거나, 길이가 3.2 kb 미만이거나, 길이가 3.1 kb 미만이거나, 길이가 3.0 kb 미만이거나, 길이가 2.9 kb 미만이거나, 길이가 2.8 kb 미만이거나, 길이가 2.7 kb 미만이거나, 길이가 2.6 kb 미만이다. 단일 가닥 형태의 본원에 제공된 AAV 벡터는 길이가 약 5.0 kb 내지 약 6.5 kb 범위이거나, 길이가 약 4.8 kb 내지 약 5.2 kb 범위이거나, 길이가 4.8 kb 내지 5.3 kb 범위이거나, 길이가 약 4.9 kb 내지 약 5.5 kb 범위이거나, 길이가 약 4.8 kb 내지 약 6.0 kb 범위이거나, 길이가 약 5.0 kb 내지 6.2 kb 범위이거나, 길이가 약 5.1 kb 내지 약 6.3 kb 범위이거나, 길이가 약 5.2 kb 내지 약 6.4 kb 범위이거나, 길이가 약 5.5 kb 내지 약 6.5 kb 범위이거나, 길이가 약 4.0 kb 내지 약 5.0 kb 범위이거나, 길이가 약 3.8 kb 내지 약 4.8 kb 범위이거나, 길이가 3.6 kb 내지 4.6 kb 범위이거나, 길이가 약 3.4 kb 내지 약 4.4 kb 범위이거나, 길이가 약 3.2 kb 내지 약 4.2 kb 범위이거나, 길이가 약 3.0 kb 내지 4.0 kb 범위이거나, 길이가 약 3.0 kb 내지 약 4.0 kb 범위이거나, 길이가 약 2.8 kb 내지 약 3.8 kb 범위이거나, 길이가 약 2.6 kb 내지 약 3.6 kb 범위이거나, 길이가 약 5.0 kb 내지 약 4.5 kb 범위이거나, 길이가 약 4.5 kb 내지 약 4.0 kb 범위이거나, 길이가 약 3.5 kb 내지 약 4.0 kb 범위이거나, 길이가 약 3.0 kb 내지 약 3.5 kb 범위이거나, 길이가 2.5 kb 내지 3.0 kb 범위이다.
다른 실시양태에서, 본원에 제공된 임의의 재조합 아데노-연관 바이러스(AAV) 벡터를 포함하는 AAV 입자를 생산하는 방법이 제공된다. 방법은 본원에 제공된 임의의 AAV 벡터가(다양한 AAV 캡 및 rep 유전자와 함께) 형질주입된 세포를 배양하는 것 및 형질주입된 세포의 상청액으로부터 재조합 치료 AAV 바이러스 입자를 회수하는 것의 단계를 포함한다.
본원에 제공된 재조합 AAV 생산에 유용한 세포는 하이 파이브(High Five), Sf9, Se301, SeIZD2109, SeUCR1, Sf9, Sf900+, Sf21, BTI-TN-5B1-4, MG-1, Tn368, HzAm1, BM-N, Ha2302, Hz2E5, 및 Ao38과 같은 곤충 세포를 포함한 바큘로바이러스 감염에 민감한 임의의 세포 유형이다. 다른 실시양태에서, 포유동물 세포, 예컨대 HEK293, HeLa, CHO, NSO, SP2/0, PER.C6, Vero, RD, BHK, HT 1080, A549, Cos-7, ARPE-19, 및 MRC-5가 사용될 수 있다.
또한, 본원은 본원에 제공된 임의의 AAV 벡터를 포함하는 재조합 바이러스 입자 또는 상술한 방법에 의해 생산된 임의의 바이러스 입자를 제공한다.
"AAV 비리온" 또는 "AAV 바이러스 입자" 또는 "AAV 벡터 입자" 또는 "AAV 바이러스"는 본원에 기재된 바와 같은 적어도 하나의 AAV 캡시드 단백질 및 캡시드로 싸여진 폴리뉴클레오티드 AAV 벡터로 구성된 바이러스 입자를 지칭한다. 입자가 이종 폴리뉴클레오티드(즉, 포유동물 세포로 전달될 트랜스유전자와 같은 야생형 AAV 게놈 이외의 폴리뉴클레오티드)를 포함하는 경우, 이는 통상적으로 "AAV 벡터 입자" 또는 간단하게 "AAV 벡터"로서 지칭된다. 따라서, AAV 벡터 입자의 생산은 필수적으로 AAV 벡터의 생산을 포함하며, 이는 이러한 벡터가 AAV 벡터 입자 내에 함유되기 때문이다.
본원에 사용된 바와 같이, "치료 AAV 바이러스"는 치료 단백질을 코딩하는 이종 폴리뉴클레오티드를 포함하는 AAV 비리온, AAV 바이러스 입자, AAV 벡터 입자, 또는 AAV 바이러스를 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, "치료 단백질"은 내인성 단백질의 활성의 손실 또는 감소를 대체하거나 보상하는 생물학적 활성을 갖는 폴리펩티드를 지칭한다. 예를 들어, 기능성 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH)는 페닐케톤뇨증(PKU)에 대한 치료 단백질이다.
다른 실시양태에서, 본원은 PKU를 앓는 대상체의 치료를 위한 의약의 제조를 위한 재조합 AAV PAH 바이러스의 유효량의 용도를 제공한다. 일 실시양태에서, PKU를 앓는 대상체는 인간이다. 일 실시양태에서, 의약은 정맥내(IV) 투여에 의해 투여된다. 다른 실시양태에서, 의약의 투여는 대상체의 신경전달물질 대사물 또는 신경전달물질 수준을 변경하기에 충분한 대상체의 혈류에서의 PAH 단백질의 발현을 야기한다. 특정 실시양태에서, 의약은 또한 AAV PAH 바이러스의 투여와 연관된 임의의 간독성의 예방 및/또는 치료를 위한 예방적 및/또는 치료적 코르티코스테로이드를 포함한다. 예방적 또는 치료적 코르티코스테로이드를 포함하는 의약은 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 mg 이상/일의 코르티코스테로이드를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 예방적 또는 치료적 코르티코스테로이드를 포함하는 의약은 적어도 약 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 주 이상의 연속적인 기간에 걸쳐 투여될 수 있다. 다른 실시양태에서, 본원에 제공된 PKU 요법은 선택적으로 티로신 보충제를 포함한다.
다른 실시양태는 본 명세서를 읽을 시 당업자에게 명확해질 것이다.
도 1은 에틸 클로로포르메이트 및 피리딘과의 반응 후 페닐알라닌 유래된 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 액체 크로마토그래피 - 질량 분석(LC/MS) 크로마토그램이다.
도 2a-i는 야생형 및 Enu2 마우스의 뇌에서 측정된 다양한 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 비교한 그래프의 세트이다. 그래프에서 보이는 바와 같이, 페닐알라닌은 야생형 마우스와 비교하여 Enu2 마우스에서 증가된 반면에, 모든 다른 측정된 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물은 야생형 마우스와 비교하여 Enu2 마우스에서 감소되었다.
도 3a-i는 비히클, 2E13 vg/kg 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 야생형 및 Enu2 마우스의 뇌에서 측정된 다양한 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 비교한 그래프의 세트이다. 2E14 vg/kg 용량의 AAV-PAH는 측정된 아미노산(야생형 수준으로 감소된 페닐알라닌을 제외함), 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 야생형 마우스에서 측정된 수준까지 증가시켰다. 반면에, 2E13 vg/kg 용량의 AAV-PAH는 측정된 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 완전히 회복시키지 않았다.
도 4는 뇌와 혈장 페닐알라닌 수준 사이의 상관관계를 나타내는 플롯이다. 페닐알라닌 수준은 비히클 처치된 야생형 마우스 및 비히클 또는 2E13 vg/kg AAV-PAH 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스의 뇌 및 혈장 둘 다에서 측정되었다. 플롯은 처치 상태와 관계 없이 시험된 각각의 동물에서 뇌와 혈장 페닐알라닌 사이에 상관관계가 있다는 것을 나타낸다.
도 5a-d는 야생형 및 Enu2 마우스의 혈장에서 아미노산(페닐알라닌(a) 및 티로신(b)) 및 신경전달물질 대사물(DOPAC(c) 및 호모바닐린산(d)) 수준을 나타내는 그래프의 세트이다. Enu2 마우스는 야생형 마우스와 비교하여 이의 혈장에서 낮은 수준의 신경전달물질 대사물을 갖는다. 분석물 각각에 대한 질량 분석 측정치가 검출된 신호의 수/분(cpm)으로부터 유래된 피크 면적으로서 제공된다.
도 6a-d는 야생형 및 Enu2 마우스의 뇌 및 혈장에서 페닐알라닌(a), 티로신(b), DOPAC(c), 및 호모바닐린산(d) 각각의 상관관계를 나타내는 그래프의 세트이다.
도 7a-i는 비히클 처치된 야생형 마우스 및 비히클, 2E13 vg/kg 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스의 혈장에서 측정된 다양한 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 비교하는 그래프의 세트이다. 2E14 vg/kg 용량의 AAV-PAH는 측정된 아미노산(야생형 수준으로 감소된 페닐알라닌을 제외함), 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 야생형 마우스에서 나타난 수준까지 증가시켰다. 반면에, 2E13 vg/kg 용량의 AAV-PAH는 측정된 아미노산, 신경전달물질 대사물, 및 신경전달물질의 수준을 완전히 회복시키지 않았다.
도 8a-c는 비히클 처치된 야생형 마우스 및 비히클, 2E13 vg/kg 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스에서 페닐알라닌(a), DOPAC(b), 및 호모바닐린산(c)의 뇌와 혈장 수준 사이의 상관관계를 나타내는 그래프의 세트이다.
도 9a-d는 비히클 처치된 야생형 마우스 및 비히클, 2E13 vg/kg 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스에서 혈장 및 뇌 페닐알라닌 수준과 DOPAC(a, b) 및 호모바닐린산(c, d)의 수준 사이의 음성 상관관계를 나타내는 그래프의 세트이다.
도 10a-c는 비히클 처치된 야생형 마우스 및 비히클, 2E13 vg/kg 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스의 뇌에서 도파민(b) 및 노르에피네프린(c)의 화학적 구조(a) 및 이의 수준을 나타내는 그래프의 세트를 나타낸다.
도 11a-c는 비히클 처치된 야생형 마우스 및 비히클, 2E13 vg/kg 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스의 뇌에서 도파민(b) 및 DOPAC(c)의 화학적 구조(a) 및 이의 수준을 나타내는 그래프의 세트를 나타낸다.
도 12a-b는 비히클 처치된 야생형 마우스 및 비히클, 2E13 vg/kg 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스의 혈장에서 DOPAC(a) 및 호모바닐린산(b)의 수준을 나타내는 그래프의 세트이다.
도 13a-d는 비히클 처치된 야생형 마우스 및 비히클, 2E13 vg/kg 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스의 뇌 및 혈장 둘 다에서 DOPAC(a, b) 및 호모바닐린산(c, d)의 수준 사이의 상관관계를 나타낸다. 이 데이터는 DOPAC 및 호모바닐린산의 혈장 수준이 뇌에서 이들 신경전달물질 대사물의 수준에 대한 대용 마커로서 작용할 수 있다는 것을 나타낸다.
도 14a-f는 3 일 동안 비히클 처치된 Enu2 마우스 및 Peg-PAL(PegPal-10k)로 처치된 Enu2 마우스에서 뇌 및 혈장 페닐알라닌(a, d), 티로신(b, e), 및 트립토판(c, f)의 수준을 나타내는 그래프의 세트이다.
도 15a-c는 3 일 동안 비히클 처치된 Enu2 마우스 및 Peg-PAL(PegPal-10k)로 처치된 Enu2 마우스의 뇌에서 신경전달물질 도파민(a), 노르에피네프린(b), 및 세로토닌(c)의 수준을 나타내는 그래프의 세트이다.
도 16a-f는 3 일 동안 비히클 처치된 Enu2 마우스 및 Peg-PAL(PegPal-10k)로 처치된 Enu2 마우스의 뇌 및 혈장에서 DOPAC(a, d), 호모바닐린산(b, e), 및 5-하이드록시인돌아세트산(c, f)의 수준을 나타내는 그래프의 세트이다.
도 17a-c는 비히클 또는 단일 용량의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)를 이용한 처치 72 시간 후 Enu2 마우스의 혈장에서 페닐알라닌(a), 티로신(b), 및 트립토판(c)의 수준을 나타내는 그래프의 세트이다.
도 18a-f는 비히클 또는 단일 용량의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)를 이용한 처치 72 시간 후 Enu2 마우스의 뇌에서 페닐알라닌(a), 티로신(b), 및 트립토판(c)의 수준, 및 Enu2 마우스에서 PALYNZIQ ®(페그발리아제-pqpz) 처치 후 표시된 마커 사이의 상관관계(d-f)를 나타내는 그래프의 세트이다.
도 19a-h는 비히클 또는 단일 용량의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)를 이용한 처치 72 시간 후 Enu2 마우스의 혈장 및 뇌에서 펜에틸아민(a), 도파민(b), 노르에피네프린(c), 및 세로토닌(d)의 수준, 및 Enu2 마우스에서 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치 후 표시된 마커 사이의 상관관계(e-h)를 나타내는 그래프의 세트이다.
도 20a-h는 비히클 또는 단일 용량의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)를 이용한 처치 72 시간 후 Enu2 마우스의 혈장에서 페닐아세틸글리신(a), 호모바닐린산(b), 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜(c), 및 5-하이드록시인돌아세트산(d)의 수준, 및 Enu2 마우스에서 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치 후 표시된 마커 사이의 상관관계(e-h)를 나타내는 그래프의 세트이다.
도 21a-21c는 비히클 또는 단일 용량의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)를 이용한 처치 72 시간 후 Enu2 마우스의 뇌에서 호모바닐린산(HVA)(a), 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜(MOPEG)(b), 및 5-하이드록시인돌아세트산(5HIAA)(c)의 수준을 나타낸다.
도 22a-f는 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치와 조합된 Tyr 보충이 PAHEnu2 마우스에서 뇌 노르에피네프린 수준을 증가시킨다는 것을 나타낸다. 비히클 또는 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)로 처치 후 PAHWT 마우스. Tyr(c)의 혈장 수준 및 Tyr(d), 도파민(e), 및 노르에피네프린(f)의 뇌 수준을 PAHEnu2 및 PAHWT 마우스에서 측정하였다. 조정된 p-값을 이용한 터키의 다중 비교 시험(Tukey's multiple comparison test)을 사용하여, a-f에서 유의성(**** = p<0.0001; *** = p<0.001; ** = p<0.01; *=p<0.05)을 결정하였다. Tyr, 티로신.
도 23a-t는 핵심 신경전달물질 대사물의 혈장 수준이 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)의 12 개월 후 Phe의 감소에 의해 영향을 받았다는 것을 나타낸다. 모든 데이터는 <360 μM(그룹 1) 또는 >900 μM(그룹 2)의 Phe 수준을 달성했던 대상체의 서브세트로부터의 샘플을 지칭한다. (a-d) 모든 신경전달물질 대사물은 12 개월까지 대조군 값을 향하는 경향이 있었다. (e-h) 혈장 신경전달물질 대사물 및 혈장 Phe의 상관관계. a-d에서 조정된 p-값을 이용한 터키의 다중 비교 시험을 사용하여, 유의성(**** = p<0.0001; *** = p<0.001; ** = p<0.01; *=p<0.05)을 결정하였다. e-h에 대해, r, p-값, 및 95% 신뢰 구간이 로그-변환된 데이터에 대한 선형 맞춤에 의해 계산되었다. e-l에 대해, 기준선, 6 개월차 및 12 개월차에 이용가능한 데이터가 포함된다. 음영처리된 영역은 대조군 대상체의 상한 및 하한을 나타낸다. PKU를 갖는 대부분의 대상체에서 혈장 Phe 감소는 >900 μM 그룹(m-p)에서 다른 신경전달물질 대사물에 변화를 야기하고, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치의 12 개월 후 PKU를 갖는 <360 μM 그룹(q-t) 대상체에서 더 큰 경향을 야기한다. 5-하이드록시인돌 아세트산(5HIAA); 대조군(Ctrl); 호모바닐린산(HVA); 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜(MOPEG); 페닐아세틸글리신(PAG); 페닐알라닌(Phe);
도 24a-d는 기준선에서 ≥9의 ADHDi 스코어를 갖는 대상체의 서브세트에 대한 ADHDi 보조척도가 MOPEG의 증가와 반비례로 상관관계가 있었다는 것을 나타낸다. ADHDi 보조척도에서의 변화 및 기준선에서 >9(n=17)(a) 또는 <9(n=7)(b)의 ADHDi 스코어를 갖는 혈장 HVA 또는 기준선에서 >9(c) 또는 <9(d)의 ADHDi 스코어를 갖는 MOPEG에서의 변화의 상관관계; >9의 스코어는 부주의의 증상을 나타냄. 청색 및 적색 점은 각각 <360 및 >900 μM 그룹의 대상체를 나타낸다. 각각의 데이터 세트에 대한 r 및 p 값을 각각의 데이터 세트에 대한 선형 회귀를 맞춘 후에 결정하였다. 5HIAA, 5-하이드록시인돌 아세트산; ADHD-RS IV, 주의력 결핍 과잉행동 장애 평정 척도(Attention Deficit Hyperactivity Disorder Rating Scale)의 부주의 보조척도 도메인; 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜(MOPEG); 페닐아세틸글리신(PAG); 페닐알라닌(Phe); 페닐케톤뇨증(PKU).
도 25는 신경전달물질 생합성 경로를 도시한다. Tyr 및 Trp로부터 유래된 Phe 및 다른 신경전달물질의 대사물이 뇌 물질대사에 대한 대용물로서 혈장에서 검출될 수 있다. 청색은 혈장 내에서 유래되는 분자를 나타내는 반면에, 적색은 뇌 또는 위장관 내에서 이의 1차 기원을 갖는 대사물을 나타낸다(예를 들어, Lambert et al., Life Sci., volume 57 pages255-67 (1995); Ruddell et al., J Hepatol., vol. 48 pages 666-675 (2008) 참고(Ruddell Figure 1 and legend 참고)). 5-HIAA, 5-하이드록시인돌 아세트산; AADC, 아미노산 탈탄산효소; ALDH2, 알데하이드 탈수소효소; AR, 알데하이드 환원효소; COMT, 카테코-O-메틸트랜스퍼라아제; DBH, 도파민 베타-하이드록실라아제; DOPAC, 3,4-디하이드록시페일-아세트산; DOPEG, 3,4-디하이드록시-페닐에틸렌글리콜; HVA, 호모바닐린산; IAA, 인돌아세트산; LAT1, 큰 L-형 중성 아미노산 수송체 1; MA, 만델산; MAO, 모노아민 산화효소; MOPEG, 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜; PAA, 페닐아세트산; PAG, 페닐아세틸글리신; PAH, 페닐알라닌 하이드록실라아제; PEA, 페닐에틸아민; TH, 티로신 하이드록실라아제; TPH, 트립토판 하이드록실라아제.
도 26은 ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH 유전자 요법 벡터(벡터#1 또는 WT-hPAH 벡터로도 지칭됨)의 도식적 표현이다.
도 27a-b는 제한효소 지도의 도식(a), 및 제한효소 분해 벡터의 겔 전기영동 분석(b)을 포함하는, ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH 유전자 요법 벡터의 제한 효소 분해를 나타낸다.
도 28a-b는 ddPCR 제한효소의 겔 전기영동 분석(a), 및 증폭된 DNA 영역의 정량화를 갖는 유전자 요법 벡터의 도식을 나타냄으로써 ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH 유전자 요법 벡터의 ddPCR 분석을 나타낸다.
도 29a-b는 비히클, 2E13 vg/kg 또는 2E14 vg/kg AAV-PAH(a) 또는 6E13 vg/kg AAV-PAH(b)로 처치된 야생형 및 Enu2 마우스에서 측정된 혈장 Phe 수준을 비교한다.
도 30은 AAV5-PAH로 처치된 ENU2 마우스가 체중 증가율이 증가하였다는 것을 나타낸다.
도 31은 ENU2 마우스의 털 색이 AAV5-PAH로 처치되었을 때 야생형 색으로 되돌아간다는 것을 나타낸다.
도 32a-e는 고용량 AAV-PAH가 ENU2 마우스의 뇌 아미노산 Phe(a) 및 Tyr(b), 및 신경전달물질 수준(c-d)을 야생형 수준으로 정상화한다는 것을 나타낸다. 또한 화학적 경로(e)가 기재된다.
도 33은 ApoE-HCR-hAAT.GI.muPAH.bGH 벡터로 처치된 ENU2 마우스가 60 주의 기간 동안 페닐알라닌 수준이 감소하였다는 것을 나타낸다.
도 34는 ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH 벡터 또는 ApoE-HCR-hAAT.GI.muPAH.bGH 벡터로 처치된 야생형 마우스에서 PAH 단백질이 증가됨으로써 야기된 Phe 수준에서의 최소 변화를 나타낸다.
도 35는 최소 Phe 수준 변화에도 불구하고, 도 34의 처치된 마우스에서 PAH 단백질의 수준 증가를 나타내는 웨스턴 블롯(western blot)이다.
도 36a-b는 염색의 정량화(a) 및 투여 12 주 후 2E13 또는 2E14 vg/kg의 AAV5-hPAH로 처치된 동물의 간에서 상당한 TUNEL 염색을 나타내지 않는 염색(b)을 도시한다.
도 37은 ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터의 도식적 표현이다.
도 38은 혈장 Phe 수준이 용량-의존 방식으로 ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터를 투여받은 마우스에서 감소되었다는 것을 나타내는 그래프이다.
도 39a-d는 고용량 ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터가 뇌에서 (a-c) 아미노산 수준 및 (d) 신경전달물질 수준을 교정한다는 것을 나타내는 그래프이다.
도 40은 ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAH.bGH 벡터의 도식적 표현이다.
도 41은 codop-hPAH DNA 서열의 서열 정렬을 나타낸다.
도 42a-c는 퍼센트 서열 동일성(a), 분기도 관계(b), 및 GC 함량(c)을 비교하는 차트로 codop-hPAH 서열을 분석한다.
도 43a-b는 AAV5-PAH 벡터 설계 및 DNA 구조를 나타낸다.
도 44a-b는 HEPG2 간 세포 형질도입 또는 형질주입에 의한 코돈 최적화된 hPAH 버전의 비교이다.
도 45a-b는 AML12 형질도입에 의한 코된 최적화된 hPAH 버전의 비교이다.
도 46a-b는 AAV-codop PAH 구조체로 처치된 Enu2 마우스에서 혈장 Phe 수준이 2 주에(a) 및 6 주 기간에 걸쳐(b) 변하는 혈장 페닐알라닌 농도를 갖는다는 것을 나타낸다.
도 47은 AAV-codop PAH 구조체로 처치된 ENU2 마우스에서 측정된 체중에서의 변화 증가와 Phe의 퍼센트 변화에서의 감소 사이의 상관관계를 나타낸다.
도 48a-b는 HepG2 형질주입을 통해 V1(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco1.bGH), V1+LG 인트론(ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAH.bGH), Geneius1(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco1.bGH) 및 본원에서 "벡터 2"로서 지칭된 벡터(ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAHco1.bGH)를 비교한다.
도 49a-c는 Geneius-1, 또는 큰 인트론으로 변형된 AAV5-PAH의 용량 반응 곡선(a)을 나타낸다. AAV5-PAH 변이체는 다양한 용량으로 ENU2 마우스에 투여되었으며 혈장 Phe를 2 주(b) 및 4 주(c)에 결정하였다.
도 50a-c는 GENEius-1 및 큰 인트론 AAV-PAH 구조체의 용량 반응(a) 및 PAH 생체분포(b, c)를 나타낸다.
도 51a-b는 5 주에 걸친 수컷 및 암컷 ENU2 마우스에서 AAV5-PAH 변이체의 용량 반응을 나타낸다(a). 2 주 시점에 ENU2 마우스에 투여된 AAV5-PAH 변이체의 용량 반응을 시험하여, 상이한 용량의 벡터 2 투여의 효능 차이를 더욱 명확하게 확인하였다(b).
도 52는 증가하는 농도의 벡터 2로 처치될 때, ENU2 마우스에서 페닐알라닌 수준의 그래프를 나타낸다.
도 53은 2e13 vg/kg의 벡터 후보로 처치된 2 주의 수컷 ENU2 마우스에서 Phe 수준을 비교한다.
도 54a-b는 채혈전(a) 또는 벡터 2, Codop, 및 Lg인트론 구조체를 이용한 처치 2 주 후(b)에 ENU2 마우스에서 혈장 ALT 수준을 나타낸다.
도 55는 TUNEL 염색의 그래픽 정량화 및 Codop 또는 Lg인트론 AAV-PAH 구조체로 처치된 ENU2 마우스에서 간 조직의 염색을 나타낸다.
도 56a-b는 IBA 염색의 그래픽 정량화(a) 및 IBA-1(+) 병소의 수가 통계적으로 관련된 차이를 나타내지 않는 Codop 또는 Lg인트론 AAV-PAH 구조체로 처치된 ENU2 마우스에서 간 조직의 IBA 염색(b)을 나타낸다.
도 57a-c는 정상 야생형 마우스 조직과 비교하여 비히클(a), Codop AAV-PAH 구조체(b), 또는 Lg인트론 AAV-PAH 구조체(c)로 처치된 ENU2 마우스에서 간 조직의 H&E(헤마톡실린 및 에오신) 염색을 나타낸다.
도 58a-c는 AAV5-muPAH로 처치된 ENU2 마우스에서 혈장 phe가 WT 수준으로 회복되는 한편(a), ALT 수준은 그룹 사이에 동일하게 유지된다(b)는 것을 나타낸다. AAV5-muPAH 처치된 ENU2 마우스는 털 색이 WT와 유사한 농갈색으로 변하였다(c).
도 59a-b는 뇌 아미노산(a) 및 신경전달물질(b)의 수준이 AAV5-muPAH로 처치된 ENU2 마우스에서 WT 수준으로 회복된다는 것을 나타낸다.
도 60a-b는 AAV5-hPAH로 처치된 야생형 마우스가 연구에 걸쳐 정상 Phe 수준을 유지하는 한편(a), 비히클 처치된 WT 마우스와 비교하여 2-배 증가된 PAH 단백질 발현을 발현한다(b)는 것을 나타낸다.
도 61a-c는 AAV-hPAH-처치된 ENU2 마우스에서 염색된 간세포에서의 hPAH DNA(a) 및 단백질(b), 및 정량화(c)를 나타낸다.
도 62a-c는 ENU2 마우스의 WT에서 AAV5-hPAH의 투여 후 염증성 마커의 발생을 나타낸다. (a) IBA1 및 (b) CD68(M1/M2 활성화됨) 대식세포를 마우스 간 조직에서 측정하였다. iNOS(M1 활성화됨), 전-염증성 대식세포 마커는 그룹 사이에서 증가를 나타내지 않았다(c). 염색의 그래픽 정량화(d).
도 63은 AAV-hPAH로 처치된 ENU2 또는 WT 마우스의 간 조직의 TUNEL 염색을 나타낸다. 염색은 대조군 마우스와 비교하였을 때, 유전자 요법-처치된 그룹에서 세포사멸적 세포 사멸에서 상당한 증가를 나타내지 않는다.
도 64는 IV 주사에 의해 시노몰구스 원숭이에게 2 개 상이한 용량 수준으로 전달된 벡터 2의 생체분포를 나타낸다. 결과는 간으로부터 추출된 유전자 벡터 DNA의 퍼센트로서 나타내었다.
도 65a-b는 30 일의 시간 경과에 걸쳐 고용량 또는 저용량의 벡터 2로 처치된 시노몰구스 원숭이의 혈장 페닐알라닌(a) 및 티로신(b) 수준을 나타낸다.
도 66a-c는 벡터 2를 이용한 ENU2 마우스의 투여가 뇌 파쇄액에서 아미노산 수준의 교정을 야기하였다는 것을 나타낸다.
도 67a-d는 벡터 2를 이용한 ENU2 마우스의 투여가 뇌 파쇄액에서 신경전달물질 수준의 교정을 야기하였다는 것을 나타낸다.
도 68a-c는 고용량 벡터 2로 관찰된 신경전달물질 대사물 교정을 나타낸다.
일 실시양태에서, 본원은 PKU 치료제의 유효량을 최적화하기 위한, 페닐케톤뇨증(PKU)을 갖는 대상체에서 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 용도를 제공한다. 다른 실시양태에서, 유효량의 PKU 치료제를 투여하는 것을 포함하고, 유효량이 대상체에서 아미노산, 신경전달물질 대사물, 및 신경전달물질의 수준을 정상화하는 양인, PKU를 갖는 대상체를 치료하는 방법이 제공된다.
일 실시양태에서, 본원은 기능적 활성 치료 단백질을 코딩하는 AAV 벡터(예를 들어, 완전 패키징된 AAV PAH 벡터, AAV PAH 벡터, 및 서열번호 1의 뉴클레오티드 서열과 상당한 상동성을 갖는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 단리된 핵산 분자)가 제공된다. 다른 실시양태에서, 재조합 AAV 치료 단백질 벡터는 트랜스 유전자 발현 개선뿐 아니라, AAV 바이러스 생산 수율 개선 및 정제 간소화를 갖는다. 특정 실시양태에서, 하나 이상의 인트론을 치료 단백질-코딩 영역에 도입하는 것, 코돈 최적화, 및/또는 인핸서의 수 및 위치를 재구성하는 것은 발현을 향상시킨다.
달리 정의되지 않는 경우, 본원에 사용된 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업계의 숙련자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 예를 들어, Singleton et al., Dictionary of Microbiology and Molecular Biology 2nd ed., J. Wiley & Sons (New York, N.Y. 1994); Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Springs Harbor Press (Cold Springs Harbor, N.Y. 1989)를 참고한다. 본 발명의 목적을 위해, 다음 용어들이 하기에 정의된다.
본원에 사용된 바와 같이, 유전자 전달의 맥락에서, 용어 "벡터" 또는 "유전자 전달 벡터"는 유전자 전달 비히클로서 기능하는 입자를 지칭할 수 있고, 이는 예를 들어, 외피 또는 캡시드 내에 패키징된 핵산(즉, 벡터 게놈)을 포함한다. 유전자 전달 벡터는 바이러스 유전자 전달 벡터 또는 비-바이러스 유전자 전달 벡터일 수 있다. 대안적으로, 일부 맥락에서, 용어 "벡터"는 벡터 게놈만을 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 본원에 사용하기에 적합한 바이러스 벡터는 파르보바이러스, 아데노바이러스, 레트로바이러스, 렌티바이러스 또는 단순 포진 바이러스일 수 있다. 파르보바이러스는 아데노바이러스-연관 바이러스(AAV)일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "AAV 벡터"는 AAV 5' 역위 말단 반복부(ITR) 서열 및 AAV 바이러스 게놈에 대해 이종인 전사 조절 요소, 즉 하나 이상의 프로모터 및/또는 인핸서 및, 선택적으로 단백질-코딩 서열의 엑손 사이에 삽입된 폴리아데닐화 서열 및/또는 하나 이상의 인트론에 작동가능하게 연결된 단백질-코딩 서열(일 실시양태에서, 기능성 치료 단백질-코딩 서열, 예를 들어 PAH) 측면의 AAV 3' ITR을 갖는, 단일-가닥 또는 이중 가닥 핵산을 지칭한다. 단일-가닥 AAV 벡터는 AAV 바이러스 입자의 게놈 내에 존재하는 핵산을 지칭하고, 본원에 개시된 핵산 서열의 센스 가닥 또는 안티-센스 가닥일 수 있다. 이러한 단일-가닥 핵산의 크기는 염기로 제공된다. 이중-가닥 AAV 벡터는 AAV 벡터 핵산을 발현 또는 전달하기 위해 사용되는 플라스미드의 DNA 내에 존재하는 핵산, 예를 들어 pUC19, 또는 이중-가닥 바이러스, 예를 들어 바큘로바이러스의 게놈을 지칭한다. 이러한 이중-가닥 핵산의 크기는 염기 쌍(bp)으로 제공된다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "역위 말단 반복부(ITR)"는 DNA 복제의 원점 및 바이러스 게놈에 대한 패키징 신호로서 cis로 기능하는 AAV 게놈의 5' 및 3' 말단에서 발견되는 당업계-인식된 영역을 지칭한다. AAV ITR은 AAV rep 코딩 영역과 함께 2 개의 측면에 있는 ITR 사이에 삽입된 뉴클레오티드 서열로부터의 효율적인 삭제 및 구제, 및 이의 숙주 세포 게놈으로의 통합을 제공한다. 특정 AAV-연관 ITR의 서열은 그 전체가 본원에 참고로 포함되는 Yan et al., J. Virol. (2005) vol. 79, pp. 364-379에 의해 개시되어 있다. 본원에 사용되는 ITR 서열은 전장, 야생형 AAV ITR 또는 기능적 능력을 보유한 이의 단편일 수 있거나, 복제의 원점으로서 cis로 기능할 수 있는 전장, 야생형 AAV ITR의 서열 변이체일 수 있다. 본원에 제공된 실시양태의 재조합 AAV PAH 벡터에 유용한 AAV ITR은 임의의 알려진 AAV 혈청형으로부터 유래될 수 있고, 특정 실시양태에서, AAV1, AAV2, AAV3, AAV4, AAV5, AAV6, AAV7, AAV8, 또는 AAV9 혈청형으로부터 유래될 수 있다.
용어 "대조군 서열"은 특정 숙주 유기체에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열의 발현을 위해 필요한 DNA 서열을 지칭한다. 원핵생물에 적합한 대조군 서열은 예를 들어, 프로모터, 선택적으로 작동인자 서열, 및 리보솜 결합 부위를 포함한다. 진핵 세포는 프로모터, 폴리아데닐화 신호, 및 인핸서를 이용하는 것으로 알려져 있다.
"전사 조절 요소"는 RNA 중합효소 결합을 돕고 발현을 촉진하기 위한 전사 인자의 결합을 위한 프로모터, 플러스 반응 요소, 활성인자 및 인핸서 서열, 및 RNA 중합효소 부착을 차단하고 발현을 예방하기 위해 억제 단백질이 결합하는 작동인자 또는 사일런서 서열을 포함한 유전자 전사의 조절에 관여하는 유전자의 뉴클레오티드 서열을 지칭한다. 용어 "간 특이적 전사 조절 요소"는 간 조직에서 특이적으로 유전자 발현을 조절하는 조절 요소를 지칭한다. 간 특이적 조절 요소의 예는, 비제한적으로, 마우스 타이레틴 프로모터(mTTR), 내인성 인간 인자 VIII 프로모터(F8), 인간 알파-1-항트립신 프로모터(hAAT) 및 이의 활성 단편, 인간 알부민 최소 프로모터, 및 마우스 알부민 프로모터를 포함한다. EBP, DBP, HNF1, HNF3, HNF4, HNF6, 및 Enh1과 같이 간-특이적 전사 인자 결합 부위로부터 유래된 인핸서가 또한 고려된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "작동가능하게 연결된"은 조절 요소와 유전자 또는 이의 코딩 영역 사이의 연결을 기재하기 위해 사용된다. 통상적으로, 유저자 발현은 하나 이상의 조절 요소, 예를 들어, 비제한적으로, 구성적 또는 유도성 프로모터, 조직-특이적 조절 요소, 및 인핸서의 제어 하에 발생한다. 유전자 또는 코딩 영역은 조절 요소와 "작동가능하게 연결" 또는 "작동적으로 연결" 또는 "작동가능하게 연합"되는 것으로 지칭되며, 이는 유전자 또는 코딩 영역이 조절 요소에 의해 제어되거나 영향을 받는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 프로모터가 코딩 서열의 전사 또는 발현에 영향을 주는 경우, 프로모터는 코딩 서열에 작동가능하게 연결된다.
일 실시양태에서, AAV 벡터는 기능적 활성 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH) 단백질을 코딩하는 핵산을 포함한다. PAH 코딩 서열은 야생형이거나, 코돈 최적화되거나, 또는 변이체일 수 있다(예를 들어, Gene Ther., vol. 1, pages 247-254 (1994); Eisensmith et al., J. Inherit. Metab. Dis., vol. 19, pages 412-423 (1996); Nagasaki et al., Pediatr. Res., vol. 45, pages 465-473 (1999); 및 Laipis et al., Mol. Ther., vol. 7, pages S391-S392 (2003) 참고).
본원에 사용된 바와 같이, 야생형 PAH는 다음 핵산 서열을 갖는다:
Figure pct00003
본원에 사용된 바와 같이, 야생형 PAH는 다음 아미노산 서열을 갖는다:
Figure pct00004
본 발명의 제1 양태에 따르면, 기능성 PAH를 코딩하고 서열번호 1의 뉴클레오티드 서열과 상당한 상동성을 갖는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 AAV 벡터가 제공된다. 용어 상당한 상동성은 퍼센트(%) 상동성을 참조하여 추가로 정의될 수 있다. 이는 본원의 다른 곳에서 추가로 상세히 논의된다.
용어 "단리된"은 본 발명의 핵산 분자와 관련하여 사용될 때, 통상적으로 보통 이의 천연 공급원과 연관된 적어도 하나의 오염물 핵산으로부터 확인되고 분리된 핵산 서열을 지칭한다. 단리된 핵산은 자연에서 발견되는 것과 상이한 형태 또는 설정으로 존재할 수 있다. 따라서, 단리된 핵산 분자는 천연 세포에 존재하는 핵산 분자와 구별된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "변이체"는 기준 폴리뉴클레오티드(또는 폴리펩티드)와 상당히 유사한 서열을 갖는 폴리뉴클레오티드(또는 폴리펩티드)를 지칭한다. 폴리뉴클레오티드, 단백질 또는 폴리펩티드에서 뉴클레오티드 및 아미노산 변화의 도입을 위한 절차는 당업자에게 알려져 있다(예를 들어, Sambrook et al. (1989) 참고). 폴리뉴클레오티드의 경우에, 변이체는 기준 폴리뉴클레오티드와 비교하여 5′ 말단, 3′ 말단, 및/또는 하나 이상의 내부 부위에서 하나 이상의 뉴클레오티드의 결실, 치환, 첨가를 가질 수 있다. 변이체와 기준 폴리뉴클레오티드 사이의 서열에서의 유사성 및/또는 차이점은 당업자에게 알려진 종래의 기술, 예를 들어 중합효소 연쇄 반응(PCR) 및 하이브리드화 기술을 사용하여 검출될 수 있다. 또한, 변이체 폴리뉴클레오티드는 예를 들어, 부위-지향된 돌연변이유발을 사용함으로써 생성된 것과 같이 합성적으로 유래된 폴리뉴클레오티드를 포함한다. 일반적으로, 비제한적으로, DNA를 포함한 폴리뉴클레오티드의 변이체는 당업자에 의해 알려진 서열 정렬 프로그램에 의해 결정된 바와 같은 기준 폴리뉴클레오티드와 적어도 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 약 80%, 약 85%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99% 이상의 서열 동일성을 가질 수 있다. 폴리펩티드의 경우에, 변이체는 기준 폴리펩티드와 비교하여 하나 이상의 아미노산의 결실, 치환, 첨가를 가질 수 있다. 변이체와 기준 폴리펩티드 사이의 서열에서의 유사성 및/또는 차이점은 당업자에게 알려진 종래의 기술, 예를 들어 웨스턴 블롯을 사용하여 검출될 수 있다. 일반적으로, 폴리펩티드의 변이체는 당업자에 의해 알려진 서열 정렬 프로그램에 의해 결정된 바와 같은 기준 폴리뉴클레오티드와 적어도 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 약 80%, 약 85%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99% 이상의 서열 동일성을 가질 수 있다.
용어 "동일성", "상동성" 및 이의 문법적 변형은 2 이상의 언급된 개체가 이들이 "정렬된" 서열일 때, 동일하다는 것을 의미한다. 따라서, 예로서, 2 개 폴리펩티드 서열이 동일할 때, 이들은 적어도 언급된 영역 또는 부분 내에서 동일한 아미노산 서열을 갖는다. 2 개 폴리뉴클레오티드 서열이 동일한 경우, 이들은 적어도 언급된 영역 또는 부분 내에서 동일한 폴리뉴클레오티드 서열을 갖는다. 동일성은 서열의 한정된 구역(영역 또는 도메인) 상에 있을 수 있다. 동일성의 "구역" 또는 "영역"은 동일한 2 이상의 언급된 개체의 부분을 지칭한다. 따라서, 2 개 단백질 또는 핵산 서열이 하나 이상의 서열 구역 또는 영역 상에서 동일한 경우, 이들은 상기 영역 내에서 동일성을 공유한다. "정렬된" 서열은 보통 기준 서열과 비교하여 결손된 또는 추가 염기 또는 아미노산(갭)에 대한 교정을 함유하는 다중 폴리뉴클레오티드 또는 단백질(아미노산) 서열을 지칭한다. "상당한 상동성"은 분자가 구조적으로 또는 기능적으로 보존되어, 기준 분자의 구조 또는 기능(예를 들어, 생물학적 기능 또는 활성) 중 하나 이상의 적어도 부분적 구조 또는 기능, 또는 상동성을 공유하는 기준 분자의 관련된/상응하는 영역 또는 부분을 갖거나 갖는 것으로 예측된다는 것을 의미한다.
"퍼센트(%) 핵산 서열 동일성"은 필요한 경우, 최대 퍼센트 서열 동일성을 달성하기 위해, 각각의 서열을 정렬시키고 갭을 도입한 후, 기준 서열과 동일한 후보 서열 중의 뉴클레오티드의 퍼센트로서 정의된다. 퍼센트 핵산 서열 동일성을 결정할 목적을 위한 정렬은 당업계에 있는 다양한 방식으로, 예를 들어 ALIGN 또는 Megalign(DNASTAR) 소프트웨어와 같은 공개적으로 이용가능한 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 달성될 수 있다. 당업자는 비교되는 서열의 전장에 걸쳐 최대 정렬을 달성하기 위해 필요한 임의의 알고리즘을 포함하여, 정렬을 측정하기 위한 적절한 파라미터를 결정할 수 있다.
"퍼센트(%) 아미노산 서열 동일성"은 본원에서 확인된 PAH 아미노산 서열에 대해, 필요한 경우, 서열 동일성의 일부로서 임의의 보존적 치환을 고려하지 않고 최대 퍼센트 서열 동일성을 달성하기 위해, 서열을 정렬시키고 갭을 도입한 후, PAH 폴리펩티드 서열에서 아미노산 잔기와 동일한 후보 서열 중의 아미노산 잔기의 퍼센트로서 정의된다. 퍼센트 아미노산 서열 동일성을 결정할 목적을 위한 정렬은 당업계에 있는 다양한 방식으로, 예를 들어 ALIGN 또는 Megalign(DNASTAR) 소프트웨어와 같은 공개적으로 이용가능한 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 달성될 수 있다. 당업자는 비교되는 서열의 전장에 걸쳐 최대 정렬을 달성하기 위해 필요한 임의의 알고리즘을 포함하여, 정렬을 측정하기 위한 적절한 파라미터를 결정할 수 있다.
"코돈 최적화" 또는 "코돈 최적화된"은 비-코돈 최적화된 서열과 비교하여 비교적 높은 수준으로 발현될 가능성이 더욱 있도록 뉴클레오티드 서열에서 이루어진 변화를 지칭한다. 이는 각각의 코돈이 코딩하는 아미노산을 변화시키지 않는다.
본원에 사용된 바와 같이, "인트론"은 RNA 스플라이싱에 의해 제거가능한 뉴클레오티드의 서열로서 광범위하게 정의된다. "RNA 스플라이싱"은 성숙한 mRNA를 형성하기 위한 pre-mRNA로부터의 인트론의 삭제를 의미한다. 발현된 서열 내로의 인트론의 삽입은 당업계에 알려진 임의의 방법에 의해 달성될 수 있다. 인트론이 삽입되는 경우의 제한만이 AAV 바이러스 입자의 패키징 제한(약 5 kbp)에서 고려된다.
"AAV 비리온" 또는 "AAV 바이러스 입자" 또는 "AAV 벡터 입자" 또는 "AAV 바이러스"는 본원에 기재된 바와 같은 적어도 하나의 AAV 캡시드 단백질 및 캡시드로 싸여진 폴리뉴클레오티드 AAV 벡터로 구성된 바이러스 입자를 지칭한다. 입자가 이종 폴리뉴클레오티드(즉, 포유동물 세포로 전달될 트랜스유전자와 같은 야생형 AAV 게놈 이외의 폴리뉴클레오티드)를 포함하는 경우, 이는 통상적으로 "AAV 벡터 입자" 또는 간단하게 "AAV 벡터"로서 지칭된다. 따라서, AAV 벡터 입자의 생산은 필수적으로 AAV 벡터의 생산을 포함하며, 이는 이러한 벡터가 AAV 벡터 입자 내에 함유되기 때문이다.
본원에 사용된 바와 같이, "치료 AAV 바이러스"는 치료 단백질을 코딩하는 이종 폴리뉴클레오티드를 포함하는 AAV 비리온, AAV 바이러스 입자, AAV 벡터 입자, 또는 AAV 바이러스를 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같은 "AAV 벡터"는 AAV 말단 반복부 서열(ITR) 측면에 위치하고 하나 이상의 발현 제어 요소에 작동가능하게 연결된 하나 이상의 관심 폴리뉴클레오티드(또는 트랜스유전자)를 포함하는 벡터를 지칭한다. 이러한 AAV 벡터는 rep 및 cap 유전자 생산물을 코딩하고 발현하는 벡터로 형질주입된 숙주 세포에 존재할 때, 감염성 바이러스 입자 내로 복제 및 패키징될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "치료 단백질"은 내인성 단백질의 활성의 손실 또는 감소를 대체하거나 보상하는 생물학적 활성을 갖는 폴리펩티드를 지칭한다. 예를 들어, 기능성 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH)는 페닐케톤뇨증(PKU)에 대한 치료 단백질이다.
본원에 사용된 바와 같은 "신경전달물질"은 신경 세포로 방출되어, 신경 세포로부터 다른 신경, 근육, 장기, 또는 다른 조직에 자극을 전송하는 화학물질을 지칭한다. 신경전달물질은 하나의 세포로부터 다른 세포로의 신경학적 정보의 메신저이다. 특정 실시양태에서, 신경전달물질은 펜에틸아민, 티라민, 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린, 트립타민, 및 세로토닌을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같은 "신경전달물질 대사물"은 신경전달물질의 분해, 1 또는 2 개 후속 효소 단계 후의 생산물을 지칭한다. 신경전달물질 대사물의 비-제한적인 예는 페닐아세트산, 페닐아세틸글리신, 페닐아세틸글루타민, DOPAC, 호모바닐린산, 디하이드록시페닐에틸렌 글리콜(DOPEG), 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜(MHPG, MOPEG), 인돌아세트산 및 5-하이드록시인돌아세트산을 포함한다. 또한, 신경전달물질 및 대사물의 비-제한적인 예는 도 24에 나타나 있다.
본원에 사용된 바와 같은 "페닐케톤뇨증(PKU)"은 효소 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH)의 결핍에 의해 야기된 유전적 대사 질환을 지칭한다. 이는 뇌 기능에 영향을 주어, 중증 지적 장애, 행동 이상, 지연 언어 및 발작을 야기할 수 있는 페닐알라닌(Phe)의 수준 상승 및 신경전달물질 및 신경전달물질 대사물의 수준 감소를 야기한다.
본원에 사용된 바와 같은 "치료하다" 또는 "치료"는 병리학적 징후 또는 증상, 즉 PKU를 나타내는 대상체에게 투여되는, 이러한 징후 또는 증상을 약화시키거나 제거하는 목적을 위한 치료적 치료를 지칭한다. 징후 또는 증상은 생화학적, 세포적, 조직학적, 기능적, 주관적 또는 객관적일 수 있다. "치료하다" 또는 "치료"는 페닐알라닌 수준 상승과 연관된 질환(또는 이와 관련된 증상)(예를 들어, PKU)의 진행, 중증도, 및/또는 기간의 감소 또는 개선을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은 "개선하다"는 질환의 증상의 중증도, 진행, 또는 기간을 감소시키는 활동을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, "안정적으로 치료하는 것" 또는 "안정적 치료"는 대상체에게 투여되는 치료 AAV 바이러스를 사용하여, 대상체가 치료 AAV 바이러스에 의해 발현되는 치료 단백질을 안정적으로 발현하는 것을 지칭한다. 안정적으로 발현된 치료 단백질은 단백질이 임상적으로 상당한 기간 동안 발현되는 것을 의미한다. 본원에 사용된 바와 같은 "임상적으로 상당한 기간"은 대상체의 삶의 질에 대한 유의미한 영향을 갖는 기간 동안 치료적으로 효과적인 수준의 발현을 의미한다. 특정 실시양태에서, 삶의 질에 대한 유의미한 영향은 대체 치료제를 정맥내로 또는 피하로 투여할 필요성의 결여에 의해 입증된다. 특정 실시양태에서, 임상적으로 상당한 기간은 적어도 6 개월 동안, 적어도 8 개월 동안, 적어도 1 년 동안, 적어도 2 년 동안, 적어도 3 년 동안, 적어도 4 년 동안, 적어도 5 년 동안, 적어도 6 년 동안, 적어도 7 년 동안, 적어도 8 년 동안, 적어도 9 년 동안, 적어도 10 년 동안, 또는 대상체의 삶 동안의 발현이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "유효량"은 유리하거나 소망하는 생물학적 및/또는 임상적 결과에 영향을 주기에 충분한 양을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이 "대상체"는 치료, 관찰 또는 실험의 대상인 동물을 지칭한다. "동물"은 냉혈 및 온혈 척추동물 및 무척추동물, 예컨대 어류, 조개류, 파충류, 특히 포유동물을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같은 "포유동물"은 포유류 클래스에 속하는 개체를 지칭하며, 비제한적으로, 인간, 가축 및 농장 동물, 동물원 동물, 스포츠 및 애완 동물을 포함한다. 포유동물의 비-제한적인 예는 마우스; 래트; 토끼; 기니피그; 개; 고양이; 양; 염소; 소; 말; 영장류, 예컨대 원숭이, 침팬지 및 유인원, 및 특히 인간을 포함한다. 일부 실시양태에서, 포유동물은 인간이다. 그러나, 일부 실시양태에서, 포유동물은 인간이 아니다.
일반적으로, "약학적 허용 담체"는 세포에 대해 독성이 아니거나 과도하게 유해하지 않은 것이다. 예시적 약학적 허용 담체는 멸균, 무-발열원 물 및 멸균, 무-발열원, 인산 완충 생리식염수를 포함한다. 약학적 허용 담체는 생리학적 허용 담체를 포함한다. 용어 "약학적 허용 담체"는 생리학적으로 양립성인 임의의 모든 용매, 분산매, 코팅, 항균제 및 항진균제, 등장제 및 흡수 지연제 등을 포함한다.
"약학적 허용"은 생물학적이지 않거나, 이와 달리 바람직하지 않은 물질을 의미하며, 즉 물질은 임의의 바람직하지 않은 효과를 야기하지 않고 대상체에게 투여될 수 있다. 따라서, 이러한 약학 조성물은 예를 들어, 생체외(ex vivo)에서 세포의 형질주입에서 또는 바이러스 입자 또는 세포의 대상체에 대한 직접 투여에서 사용될 수 있다.
담체는 정맥내, 복강내 또는 근육내 투여를 포함하는 비경구적 투여에 적합할 수 있다. 대안적으로, 담체는 설하 또는 경구 투여에 적합할 수 있다. 약학적 허용 담체는 멸균 수용액 또는 분산액 및 멸균 주사액 또는 분산액의 즉석 제조를 위한 멸균 분말을 포함한다. 약학적 활성 물질에 대한 이러한 매체 또는 약제의 사용은 당업계에 잘 알려져 있다. 임의의 종래의 매체 또는 약제가 활성 화합물과 양립할 수 없는 경우를 제외하고, 본원에 제공된 약학 조성물에서 이의 사용이 고려된다.
본원에 사용된 바와 같은 "신경전형성" 또는 "신경전형성 대상체"는 임의의 신경학적 또는 신경인지 질환 또는 병태를 앓지 않고 이의 증상을 갖지 않는 대상체 또는 대상체의 그룹을 지칭한다. 특정 실시양태에서, 신경전형성 대상체는 건강한 인간의 정상 범위 또는 정상 인간 그룹의 평균 수준으로부터 결정된 정상 범위 내에 있는 신경전달물질 수준 및 신경전달물질 대사물 수준을 갖는다. 동물 대상체, 예컨대 마우스에 적용될 때, 신경전형성 신경전달물질 및 신경전달물질 대사물 수준은 야생형 대조군 동물에서 측정된 것이다.
KUVAN®(사프로프테린 디하이드로클로라이드)은 테트라하이드로바이오프테린(BH4-) 반응성 PKU로 인한 고페닐알라닌혈증(HPA)을 갖는 환자에서 혈액 Phe 수준을 감소시키는 PKU에 대한 최초의 유일한 FDA-승인된 약물이다. KUVAN®은 잔류 PAH 효소의 활성을 자극하여, Phe를 티로신으로 대사시키는 PAH 효소에 대한 천연 보조인자인 BH4의 약학 제형이다. KUVAN®은 각각 그 전체가 참고로 포함되는 미국 특허 제7,732,599호, 제8,003,126호, 제7,566,462호, 및 제8,178,670호에 기재되어 있다.
PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)(페길화된 재조합 페닐알라닌 암모니아 리아제 또는 'PEG-PAL')는 페닐케톤뇨증(PKU)의 치료를 위한 조사 효소 보충 요법이다. PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)는 각각 그 전체가 참고로 포함되는 미국 특허 제7,531,341호, 제7,534,595호, 제7,537,923호, 제7,790,433호, 제7,560,263호, 제9,557,34호에 기재되어 있다.
본원에 사용된 바와 같은 "PKU 요법"은 PKU 증상을 개선하거나 혈청 페닐알라닌의 수준을 감소시키는 PKU를 갖는 대상체의 임의의 치료적 개입을 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같은 "PKU 유전자 요법"은 생물학적 활성 페닐알라닌 하이드록실라아제 효소 활성의 발현을 대체하거나 회복시키는 대상체의 세포에 대한 하나 이상의 핵산 분자의 전달을 통한 페닐알라닌 하이드록실라아제 활성의 대체 또는 회복을 포함하는 PKU를 갖는 대상체의 임의의 치료적 개입을 지칭한다. 특정 실시양태에서, PKU 유전자 요법은 인간 페닐알라닌 하이드록실라아제를 발현하는 아데노 연관 바이러스(AAV) 벡터를 포함하는 유전자 요법을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은 "신경인지 증상"은 페닐케톤뇨증을 갖는 대상체와 연관된 특정 신경학적, 행동, 및 인지 증상을 지칭한다. 특히, 페닐알라닌 하이드록실라아제 활성의 손실은 페닐케톤뇨증을 갖는 대상체의 충분한 신경전달물질 수준 생산 불능을 야기한다. 충분한 신경전달물질 생산 불능은 다수의 신경학적, 인지, 및 행동 증상을 직접적으로 야기한다. 일 실시양태에서, 신경인지 증상은 IQ 감소, 주의 결핍, 및 전략적 계획, 억제 조절, 작업 기억, 및 인지 유연성을 포함한 집행 기능에서의 결핍이다.
Enu2 마우스는 Shedlovsky A, et al. (Mouse models of human phenylketonuria, (1993), Genetics, vol. 134, pages 1205-1210)에 의해 기재된다. 이들 마우스는 이들의 페닐알라닌 하이드록실라아제 유전자의 엑손 7에서 T835C 과오 돌연변이를 보유하며, 이는 효소의 아미노산 263에서 페닐알라닌으로부터 세린으로의 치환(F263S)을 야기한다. 동형 돌연변이 Enu2 마우스는 중증 고페닐알라닌혈증을 나타낸다. 이들은 저 페닐알라닌 식단을 유지하지 않는 경우, 저색소침착된다. 암컷은 가임기이지만, 표준 마우스 식단을 유지할 때 이들의 새끼를 양육하지 않는다. 배경 균주, BTBR + T tf/tf의 털색은 흑색 및 황갈색(a t /a t )이다. 또한, 이 균주는 유전자 다발(tf/tf)에 대해 동형이며, 이는 마우스 털에서 다양한 털갈이 패턴을 야기한다. 이들 효과는 마우스 털에 제한하여 마우스가 기형으로 보이게 할 수 있다.
5.1 AAV 벡터
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "AAV"는 아데노-연관 바이러스에 대한 표준 약자이다. 아데노-연관 바이러스는 특정 기능이 공동-감염 헬퍼 바이러스에 의해 제공되는 세포에서만 성장하는 단일-가닥 DNA 파르보바이러스이다. 최근에는 특징지어진 13 개 혈청형의 AAV가 있다. AAV의 일반 정보 및 검토는 예를 들어, Carter, 1989, Handbook of Parvoviruses, Vol. 1, pp. 169-228; 및 Berns, 1990, Virology, pp. 1743-1764, Raven Press, (New York)에서 찾아볼 수 있다. 그러나, 이들 동일한 원리는 추가 AAV 혈청형에 적용가능할 것으로 완전히 예상되며, 이는 다양한 혈청형은 유전자 수준에서도 구조적 및 기능적 둘 다로 매우 밀접하게 관련되어 있다는 것이 잘 알려져 있기 때문이다(예를 들어, Blacklowe, 1988, pp. 165-174 of Parvoviruses and Human Disease, J. R. Pattison, ed.; and Rose, Comprehensive Virology 3:1-61 (1974) 참고). 예를 들어, 모든 AAV 혈청형은 상동성 rep 유전자에 의해 매개된 매우 유사한 복제 특성을 명확하게 나타내며; 모두 3 개의 관련 캡시드 단백질을 보유한다. 관련성의 정도는 게놈의 길이에 따른 혈청형 사이의 광범위한 교차-하이브리드화를 밝히는 헤테로듀플렉스 분석; 및 "역위 말단 반복부 서열"(ITR)에 상응하는 말단에서 유사한 자가-어닐링 절편의 존재에 의해 추가로 제시된다. 또한, 유사한 감염성 패턴은 각각의 혈청형에서의 복제 기능이 유사한 조정 제어 하에 있다는 것을 제시한다.
일 실시양태에서, AAV 벡터는 rep 및 cap 유전자 생산물을 코딩하고 발현하는 벡터로 형질주입된 숙주 세포에 존재할 때, 감염성 바이러스 입자 내로 복제되고 패키징될 수 있다.
일부 실시양태에서, 바이러스 벡터는 AAV의 5′ 역위 말단 반복부(ITR) 및 3′ AAV ITR, 프로모터, PAH를 코딩하는 폴리뉴클레오티드, 및 전사후 조절 요소를 포함하고, 프로모터, PAH를 코딩하는 폴리뉴클레오티드 및 전사후 조절 요소는 5′ AAV ITR의 후방 및 3′ AAV ITR의 전방에 위치해 있다. 바이러스 벡터는 예를 들어, 치료 목적을 위해 대상체에서 높은 수준의 PAH를 생산하기 위해 사용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 재조합 AAV 벡터는 AAV2 5' 역위 말단 반복부(ITR)(당업계에 알려진 바와 같이 변형될 수 있거나 변형되지 않을 수 있음), 간-특이적 전사 조절 영역, 코돈-최적화된 치료 단백질 코딩 영역, 선택적으로 하나 이상의 인트론, 폴리아데닐화 서열, 및 AAV2 3' ITR(당업계에 알려진 바와 같이 변형될 수 있거나 변형되지 않을 수 있음)을 포함하는 핵산을 포함한다. 특정 실시양태에서, 치료 단백질은 인간 PAH 또는 이의 변이체이다. 다른 실시양태에서, 간-특이적 전사 조절 영역은 단축 ApoE 인핸서 서열; 5' 비번역 영역(UTR)의 42 염기를 포함하는 186 염기 인간 알파 항-트립신(hAAT) 근접 프로모터; (i) 34 염기 인간 ApoE/C1 인핸서, (ii) 32 염기 인간 AAT 프로모터 말단 X 영역, 및 (iii) 인간 AAT 근접 프로모터의 말단 요소의 80 추가 염기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 인핸서; 및 인간 PAH를 코딩하는 핵산을 포함한다. 다른 실시양태에서, 간-특이적 전사 조절 영역은 α-마이크로글로불린 인핸서 서열 및 186 염기 인간 알파 항-트립신(AAT) 근접 프로모터를 포함한다.
본원에 제공된 다른 실시양태는 기능성 PAH 폴리펩티드를 코딩하는 벡터 구조체에 관한 것이며, 구조체는 하나 이상의 상이한 배향(들)의 상기 기재된 구조체의 개별 요소 및 이의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 본원에 제공된 다른 실시양태는 반대 배향의 상기 기재된 구조체에 관한 것이다. 다른 실시양태에서, 본원에 기재된 AAV PAH 벡터를 포함하는 재조합 AAV 바이러스 입자 및 대상체에서 PKU의 치료를 위한 이의 용도가 제공된다. 일 실시양태에서, 대상체는 청소년 대상체이다.
단일 가닥 형태의 본원에 제공된 AAV 벡터는 길이가 약 7.0 kb 미만이거나, 길이가 6.5 kb 미만이거나, 길이가 6.4 kb 미만이거나, 길이가 6.3 kb 미만이거나, 길이가 6.2 kb 미만이거나, 길이가 6.0 kb 미만이거나, 길이가 5.8 kb 미만이거나, 길이가 5.6 kb 미만이거나, 길이가 5.5 kb 미만이거나, 길이가 5.4 kb 미만이거나, 길이가 5.3 kb 미만이거나, 길이가 5.2 kb 미만이거나, 길이가 5.0 kb 미만이다. 단일 가닥 형태의 본원에 제공된 AAV 벡터는 길이가 약 5.0 kb 내지 약 6.5 kb 범위이거나, 길이가 약 4.8 kb 내지 약 5.2 kb 범위이거나, 길이가 4.8 kb 내지 5.3 kb 범위이거나, 길이가 약 4.9 kb 내지 약 5.5 kb 범위이거나, 길이가 약 4.8 kb 내지 약 6.0 kb 범위이거나, 길이가 약 5.0 kb 내지 6.2 kb 범위이거나, 길이가 약 5.1 kb 내지 약 6.3 kb 범위이거나, 길이가 약 5.2 kb 내지 약 6.4 kb 범위이거나, 길이가 약 5.5 kb 내지 약 6.5 kb 범위이다.
바이러스 벡터의 생성은, 비제한적으로, 예를 들어 Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, N.Y. (1989))에 기재된 바와 같은 제한 내부핵산분해효소 분해, 결찰, 형질전환, 플라스미드 정제, 및 DNA 서열결정의 표준 기술을 포함하여, 당업계에 잘 알려진 임의의 적합한 유전자 조작 기술을 사용하여 달성될 수 있다.
바이러스 벡터는 임의의 알려진 유기체의 게놈으로부터의 서열을 포함할 수 있다. 서열은 이의 천연 형태로 포함될 수 있거나 임의의 방식으로 변형되어, 소망하는 활성을 얻을 수 있다. 예를 들어, 서열은 삽입, 결실 또는 치환을 포함할 수 있다.
5.1.1 프로모터
다양한 프로모터가 본원에 개시된 바이러스 벡터 내의 관심 단백질의 코딩 영역을 포함하는 핵산과 작동가능하게 연결될 수 있다. 일부 실시양태에서, 프로모터는 바이러스 벡터로부터 유래된 바이러스로 감염된 세포, 예컨대 표적 세포에서 관심 단백질의 발현을 구동할 수 있다. 프로모터는 천연-발생 또는 비-천연 발생일 수 있다. 일부 실시양태에서, 프로모터는 합성 프로모터이다. 일 실시양태에서, 합성 프로모터는 자연에서 존재하지 않고 작동가능하게 연결된 유전자의 활성을 조절하도록 설계된 서열을 포함한다. 다른 실시양태에서, 합성 프로모터는 천연 프로모터의 단편을 포함하여, 자연에서 존재하지 않는 DNA 서열의 새로운 구간을 형성한다. 합성 프로모터는 통상적으로 향상된 조직 특이적 발현을 생산하도록 설계된 조절 요소, 프로모터, 인핸서, 인트론, 스플라이스 공여체 및 수용체로 구성된다. 프로모터의 예는, 비제한적으로, 바이러스 프로모터, 식물 프로모터 및 포유동물 프로모터를 포함한다. 다른 실시양태에서, 프로모터는 간 특이적 프로모터이다. 간 특이적 프로모터의 구체적인 예는 LP1, HLP, HCR-hAAT, ApoE-hAAT, LSP, TBG 및 TTR을 포함한다. 이들 프로모터는 다음 문헌에 더욱 상세히 기재되어 있다: LP1: Nathwani A. et al. Blood. 2006 April 1; 107(7): 2653-2661; 하이브리드 간 특이적 프로모터(HLP): McIntosh J. et al. Blood. 2013 Apr 25; 121(17): 3335-3344; HCR-hAAT: Miao CH et al. Mol Ther. 2000;1: 522-532; ApoE-hAAT: Okuyama T et al. Human Gene Therapy, 7, 637-645 (1996); LSP: Wang L et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 1999 March 30; 96(7): 3906-3910, 티록신 결합 글로불린(TBG) 프로모터: Yan et al., Gene 506:289-294 (2012), 및 트랜스타이레틴(TTR) 프로모터: Costa et al., Mol. Cell. Biol. 8:81-90 (1988).
일부 실시양태에서, 프로모터는 인간 알파1 항-트립신(hAAT) 프로모터 복합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 프로모터는 hAAT 프로모터의 적어도 부분을 포함한다. hAAT 프로모터의 부분은 서열번호 3과 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99% 이상의 서열 동일성을 갖는 핵산 서열을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 프로모터는 간 특이적 인핸서를 포함한다. 일부 실시양태에서, 프로모터는 간 조절 영역(HCR) 인핸서를 포함한다. 일부 실시양태에서, 프로모터는 HCR 인핸서의 적어도 부분을 포함한다. 예를 들어, HCR 인핸서는 서열번호 4와 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99% 이상의 서열 동일성을 갖는 핵산 서열을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 프로모터는 간-특이적 아포지질단백질 E(ApoE) 인핸서를 포함한다. 일부 실시양태에서, 프로모터는 ApoE 인핸서의 적어도 부분을 포함한다. 예를 들어, ApoE 인핸서는 서열번호 4와 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99% 이상의 서열 동일성을 갖는 핵산 서열을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 프로모터는 hAAT 프로모터의 적어도 부분, HCR 인핸서의 적어도 부분, 및 ApoE 인핸서의 적어도 부분을 포함하는 합성 프로모터이다. 일부 실시양태에서, 프로모터는 서열번호 6과 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99% 이상의 서열 동일성을 갖는 핵산 서열을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 프로모터는 상기 확인된 하나 이상의 인핸서의 다중 복제물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 프로모터 구조체는 하나 이상의 상이한 배향(들)의 상기 기재된 별 인핸서 요소 및 이의 조합 중 하나 이상을 포함한다.
일부 실시양태에서, 프로모터는 하나 이상의 관심 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드와 작동가능하게 연결된다. 일부 실시양태에서, 프로모터는 PAH 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드와 작동가능하게 연결된다.
프로모터의 크기는 달라질 수 있다. AAV의 제한된 패키징 용량 때문에, 크기가 작지만, 동시에 숙주 세포에서 높은 수준의 관심 단백질(들)을 생산하게 하는 프로모터를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 프로모터는 최대 약 1.5 kb, 최대 약 1.4 kb, 최대 약 1.35 kb, 최대 약 1.3 kb, 최대 약 1.25 kb, 최대 약 1.2 kb, 최대 약 1.15 kb, 최대 약 1.1 kb, 최대 약 1.05 kb, 최대 약 1 kb, 최대 약 800 염기 쌍, 최대 약 600 염기 쌍, 최대 약 400 염기 쌍, 최대 약 200 염기 쌍, 또는 최대 약 100 염기 쌍이다.
5.1.2 조절 요소
다양한 추가 조절 요소, 예를 들어 인핸서가 바이러스 벡터에서 사용되어, 숙주 세포 내의 관심 단백질, 폴리아데닐화 신호, 리보솜 결합 서열, 및/또는 공통 스플라이스 수용체 또는 스플라이스 공여체 부위의 발현 수준을 추가로 증가시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 조절 요소는 숙주 세포에서 염색체외로 재조합 DNA 분자의 유지를 용이하게 하고/하거나 벡터 역가(예를 들어, 스캐폴드/매트릭스 부착 영역(scaffold/matrix attachment region)(S/MAR))를 개선할 수 있다. 이러한 조절 요소는 당업계에 잘 알려져 있다.
본원에 개시된 바이러스 벡터는 조절 요소, 예컨대 전사 개시 영역 및/또는 전사 종결 영역을 포함할 수 있다. 전사 종결 영역의 예는, 비제한적으로, 폴리아데닐화 신호 서열을 포함한다. 폴리아데닐화 신호 서열의 예는, 비제한적으로, 소 성장 호르몬(bGH) poly(A), SV40 후기 poly(A), 토끼 베타-글로빈(rBG) poly(A), 티미딘 키나아제(TK) poly(A) 서열, 및 이의 임의의 변이체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 전사 종결 영역은 전사후 조절 요소의 후방에 위치한다. 일부 실시양태에서, 전사 종결 영역은 폴리아데닐화 신호 서열이다. 일부 실시양태에서, 전사 종결 영역은 bGH poly(A) 서열이다.
일부 실시양태에서, 바이러스 벡터는 당업계에 알려진 추가 전사 및 번역 개시 서열, 및/또는 추가 전사 및 번역 종결인자를 포함할 수 있다.
5.1.3 관심 단백질
본원에 사용된 바와 같이, "관심 단백질"은 임의의 PAH 단백질일 수 있으며, 이의 천연-발생 및 비-천연 발생 변이체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 관심 PAH 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 본원에 개시된 바이러스 벡터 내로 삽입될 수 있으며, 폴리뉴클레오티드는 프로모터와 작동가능하게 연결된다. 일부 사례에서, 프로모터는 숙주 세포(예를 들어, 인간 간 세포)에서 관심 단백질(들)의 발현을 구동할 수 있다.
제1 양태에서, 본 발명은 기능성 야생형 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH)(서열번호 2)를 코딩하고 서열번호 1의 뉴클레오티드 서열과 상동성인 뉴클레오티드 서열을 포함하는 단리된 핵산 분자를 제공한다.
본원에 기재된 바와 같이, PAH 단백질을 코딩하는 뉴클레오티드 서열은 변형되어, 단백질의 발현 효율성을 개선할 수 있다. 본원의 유전자의 전사 및/또는 번역을 개선하기 위해 사용될 수 있는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 뉴클레오티드 서열은 변형되어, 숙주 코돈 사용빈도를 양호하게 반영하여, 숙주(예를 들어, 포유동물)에서 유전자 발현(예를 들어, 단백질 생산)을 증가시킬 수 있다. 변형에 대한 다른 비-제한적인 예로서, 관심 단백질의 뉴클레오티드 서열 내의 스플라이스 공여체 및/또는 스플라이스 수용체 중 하나 이상이 변형되어, 관련없는 스플라이싱에 대한 가능성을 감소시킨다. 변형에 대한 다른 비-제한적인 예로서, 하나 이상의 인트론이 관심 단백질의 뉴클레오티드 서열 내에 또는 인접하여 삽입되어, AAV 벡터 패키징을 최적화하고 발현을 향상시킬 수 있다.
특정 실시양태에서, 핵산 분자는 서열번호 1의 뉴클레오티드 서열과 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95% 상동성, 또는 적어도 98% 상동성을 갖는다. 일 실시양태에서, 핵산 분자는 기능성 PAH 단백질을 코딩하고, 이는 그것이 발현될 때 야생형 PAH의 기능성을 갖는 PAH를 코딩하는 것으로 지칭된다. 특정 실시양태에서, 핵산 분자는 적합한 시스템(예를 들어, 숙주 세포)에서 발현될 때, 비교적 높은 수준으로 기능성 PAH 단백질을 생산한다. 생산된 PAH는 기능성이기 때문에, 이는 야생형 PAH의 적어도 부분과 동일한 입체구조를 가질 것이다. 특정 실시양태에서, 본원에 기재된 바와 같이 생산된 기능성 PAH 단백질은 Phe 수준에서의 적어도 일부 감소가 PKU를 앓는 대상체에서 발생하게 한다.
다른 실시양태에서, 기능성 PAH를 코딩하는 뉴클레오티드 서열은 상응하는 비-코돈 최적화된 서열을 코딩하는 천연 발생 뉴클레오티드 서열과 비교하여 인간 세포에 대해 개선된 코돈 사용빈도 편향을 갖는다. 인간 세포의 코돈 사용빈도에 대한 기능성 PAH를 코딩하는 뉴클레오티드 서열의 적응성은 코돈 적응 지수(codon adaptation index)(CAI)로서 표현될 수 있다. 코돈 적응 지수는 본원에서 고도로 발현된 인간 유전자의 코돈 사용빈도를 향한 유전자의 코돈 사용빈도의 상대 적응성의 측정치로서 정의된다. 각각의 코돈의 상대 적응성(w)은 동일한 아미노산에 대한 가장 풍부한 코돈의 사용빈도에 대한 각각의 코돈의 사용빈도의 비이다. CAI는 이들 상대 적응성 값의 기하 평균으로서 정의된다. 비-동의어 코돈 및 종결 코돈(유전자 코드에 의존적임)은 배제된다. CAI 값은 0 내지 1의 범위이고, 높은 값은 가장 풍부한 코돈의 높은 비율을 나타낸다(Sharp and Li, 1987, Nucleic Acids Research 15: 1281-1295 참고; 또한, Kim et al., Gene. 1997, 199:293-301; zur Megede et al., Journal of Virology, 2000, 74: 2628-2635 참고). 특정 실시양태에서, PAH를 코딩하는 핵산 분자는 적어도 0.75, 0.80, 0.85, 0.90, 0.95, 또는 0.99의 CAI를 갖는다.
GENEius 1(hPAHco1)로도 참조되는 서열번호 7의 뉴클레오티드 서열은 야생형 인간 PAH 뉴클레오티드 서열(서열번호 1)의 서열을 기본으로 하는 코돈 최적화된 인간 PAH 핵산 서열이다. 서열번호 7의 뉴클레오티드 서열은 센스 및 안티-센스 방향에서 수동으로 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 감소시키고 임의의 추가의 ORF를 제거하는 것과 결합하여 Operon/Eurofins Genomics 코돈 최적화 소프트웨어를 사용하여 코돈 최적화된 PAH 서열이다. CpG 디-뉴클레오티드 함량은 수지상 세포에서 TLR9를 활성화시켜, 잠재적 면역 활성 및 CTL 반응을 야기하는 것으로 나타났다. 전달된 AAV-벡터 게놈 중 본 발명자들의 생산물은 ssDNA이므로, CpG 함량을 감소시키며, 이는 간 염증 및 ALT를 감소시킬 수 있다.
일 실시양태에서, 핵산 분자는 서열번호 7의 뉴클레오티드 서열과 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95% 상동성, 또는 98% 상동성을 갖는다. 다른 실시양태에서, 뉴클레오티드 서열은 서열번호 7에서의 코돈과 (상응하는 위치에서) 동일한 기능성 PAH를 코딩하는 모든 코돈 중 적어도 약 335, 적어도 약 360, 적어도 약 380, 적어도 약 405, 적어도 약 425, 적어도 약 440 개를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 핵산 분자는 야생형 PAH 코딩 서열과 비교하여 약 218 개 코돈 변화를 가지며, 이는 약 0.96의 CAI를 갖는다.
일 실시양태에서, 서열번호 7 및 이와 유사한 서열, 즉 비교적 높은 수준의 상동성을 갖는 서열 전부는 놀랍게도 기능성 단백질의 높은 수준의 발현을 나타낸다. 이와 관련하여, 서열번호 7, 8, 9, 10, 11, 12 및 13은 코돈 최적화된 PAH 핵산 서열이고, 이의 % 상동성은 서열번호 1과 비교하여 각각 80.7%, 80.6%, 96.5%, 96.6%, 77.0%, 80.5% 및 76.7%이다.
일 실시양태에서, 핵산 분자는 서열번호 8의 뉴클레오티드 서열과 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95% 상동성, 또는 98% 상동성을 갖는다. 일 실시양태에서, 뉴클레오티드 서열은 또한 서열번호 8에서의 코돈과 (상응하는 위치에서) 동일한 기능성 PAH를 코딩하는 모든 코돈 중 적어도 약 335, 적어도 약 360, 적어도 약 380, 적어도 약 405, 적어도 약 425, 적어도 약 440 개를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 핵산 분자는 야생형 PAH 코딩 서열과 비교하여 약 219 개 코돈 변화를 가지며, 이는 약 0.96의 CAI를 갖는다.
GENEius 2(hPAHco2)로도 참조되는 서열번호 8의 뉴클레오티드 서열은 야생형 인간 PAH 뉴클레오티드 서열(서열번호 1)의 서열을 기본으로 하는 코돈 최적화된 PAH 핵산 서열이다. 서열번호 8의 뉴클레오티드 서열은 센스 및 안티-센스 방향에서 수동으로 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 감소시키고 임의의 추가의 ORF를 제거하는 것과 결합하여 Operon/Eurofins Genomics 코돈 최적화 소프트웨어를 사용하여 코돈 최적화된 PAH 서열이다.
일 실시양태에서, 핵산 분자는 서열번호 9의 뉴클레오티드 서열과 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95% 상동성, 또는 98% 상동성을 갖는다. 다른 실시양태에서, 뉴클레오티드 서열은 또한 서열번호 9에서의 코돈과 (상응하는 위치에서) 동일한 기능성 PAH를 코딩하는 모든 코돈 중 적어도 약 335, 적어도 약 360, 적어도 약 380, 적어도 약 405, 적어도 약 425, 적어도 약 440 개를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 핵산 분자는 야생형 PAH 코딩 서열과 비교하여 약 37 개 코돈 변화를 가지며, 이는 약 0.79의 CAI를 갖는다.
Nathwani(NW2-Cop, hPAHco3)로도 참조되는 서열번호 9의 뉴클레오티드 서열은 야생형 인간 PAH 뉴클레오티드 서열(서열번호 1)의 서열을 기본으로 하는 코돈 최적화된 PAH 핵산 서열이다. 서열번호 9의 뉴클레오티드 서열은 Amit Nathwani가 인자 VIII 코돈 최적화를 위해 사용한 코돈 사용빈도 표를 사용하여 코돈 최적화된 인간 PAH 서열이다.
일 실시양태에서, 핵산 분자는 서열번호 10의 뉴클레오티드 서열과 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95% 상동성, 또는 98% 상동성을 갖는다. 다른 실시양태에서, 뉴클레오티드 서열은 또한 서열번호 10에서의 코돈과 (상응하는 위치에서) 동일한 기능성 PAH를 코딩하는 모든 코돈 중 적어도 약 335, 적어도 약 360, 적어도 약 380, 적어도 약 405, 적어도 약 425, 적어도 약 440 개를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 핵산 분자는 야생형 PAH 코딩 서열과 비교하여 약 34 개 코돈 변화를 가지며, 이는 약 0.79의 CAI를 갖는다.
Nathwani-RCG(NW-RCG, hPAHco4)로도 참조되는 서열번호 10의 뉴클레오티드 서열은 야생형 인간 PAH 뉴클레오티드 서열(서열번호 1)의 서열을 기본으로 하는 코돈 최적화된 PAH 핵산 서열이다. 서열번호 10의 뉴클레오티드 서열은 센스 및 안티-센스 방향에서 수동으로 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 감소시키고 임의의 추가의 ORF를 제거하는 것과 결합하여 Amit Nathwani가 인자 VIII 코돈 최적화를 위해 사용한 코돈 사용빈도 표를 사용하여 코돈 최적화된 인간 PAH 서열이다.
특정 실시양태에서, 본원에 제공된 핵산 분자는 서열번호 11의 뉴클레오티드 서열과 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95% 상동성, 또는 98% 상동성을 갖는다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 뉴클레오티드 서열은 또한 서열번호 11에서의 코돈과 (상응하는 위치에서) 동일한 기능성 PAH를 코딩하는 모든 코돈 중 적어도 약 335, 적어도 약 360, 적어도 약 380, 적어도 약 405, 적어도 약 425, 적어도 약 440 개를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 본원은 야생형 PAH 코딩 서열과 비교하여 약 228 개 코돈 변화를 가지며, 약 0.84의 CAI를 갖는 핵산 분자를 제공한다.
ATUM(DNA2.0-op/D20-P, hPAHco5)으로도 참조되는 서열번호 11의 뉴클레오티드 서열은 야생형 인간 PAH 뉴클레오티드 서열(서열번호 1)의 서열을 기본으로 하는 코돈 최적화된 PAH 핵산 서열이다. 서열번호 11의 뉴클레오티드 서열은 DNA2.0 코돈 최적화 알고리즘을 사용하여 코돈 최적화된 인간 PAH 서열이다.
특정 실시양태에서, 본원은 서열번호 12의 뉴클레오티드 서열과 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95% 상동성, 또는 98% 상동성을 갖는 핵산 분자를 제공한다. 특정 실시양태에서, 뉴클레오티드 서열은 또한 서열번호 12에서의 코돈과 (상응하는 위치에서) 동일한 기능성 PAH를 코딩하는 모든 코돈 중 적어도 약 335, 적어도 약 360, 적어도 약 380, 적어도 약 405, 적어도 약 425, 적어도 약 440 개를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 본원은 야생형 PAH 코딩 서열과 비교하여 약 228 개 코돈 변화를 가지며, 약 0.85의 CAI를 갖는 핵산 분자를 제공한다.
ATUM-RCG(DNA2.0-Cop1, hPAHco6)로도 참조되는 서열번호 12의 뉴클레오티드 서열은 야생형 인간 PAH 뉴클레오티드 서열(서열번호 1)의 서열을 기본으로 하는 코돈 최적화된 PAH 핵산 서열이다. 서열번호 12의 뉴클레오티드 서열은 센스 및 안티-센스 방향에서 수동으로 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 감소시키고 임의의 추가의 ORF를 제거하는 것과 결합하여 DNA2.0 코돈 최적화 알고리즘을 사용하여 코돈 최적화된 인간 PAH 서열이다.
특정 실시양태에서, 본원은 서열번호 13의 뉴클레오티드 서열과 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95% 상동성, 또는 98% 상동성을 갖는 핵산 분자를 제공한다. 특정 실시양태에서, 뉴클레오티드 서열은 또한 서열번호 13에서의 코돈과 (상응하는 위치에서) 동일한 기능성 PAH를 코딩하는 모든 코돈 중 적어도 약 335, 적어도 약 360, 적어도 약 380, 적어도 약 405, 적어도 약 425, 적어도 약 440 개를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 본원은 야생형 PAH 코딩 서열과 비교하여 약 238 개 코돈 변화를 가지며, 약 0.95의 CAI를 갖는 핵산 분자를 제공한다.
JCAT(hPAHco7)로도 참조되는 서열번호 13의 뉴클레오티드 서열은 야생형 인간 PAH 뉴클레오티드 서열(서열번호 1)의 서열을 기본으로 하는 코돈 최적화된 PAH 핵산 서열이다. 서열번호 13의 뉴클레오티드 서열은 센스 및 안티-센스 방향에서 수동으로 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 감소시키고 임의의 추가의 ORF를 제거하는 것과 결합하여 자바 코돈 적응 툴(Java Codon Adaptation Tool)(www.jcat.de; Grote et al., Nucleic Acids Res. 2005 Jul 1; 33)을 사용하여 코돈 최적화된 인간 PAH 서열이다.
일반적으로, 코돈 최적화는 각각의 코돈이 코딩하는 아미노산을 변화시키지 않는다. 이는 뉴클레오티드 서열을 간략히 변화시켜, 비-고돈 최적화된 서열과 비교하여 비교적 높은 수준으로 발현될 가능성이 더욱 있다. 이는 본원에 제공된 핵산의 뉴클레오티드 서열, 예를 들어 서열번호 7(또는 서열번호 8-13)이 상이하지만, 이들이 번역될 때, 생산된 단백질의 아미노산 서열이 동일하다는 것을 의미한다.
그러나, 일 실시양태에서, 핵산 분자는 서열번호 7, 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12 또는 서열번호 13의 뉴클레오티드 서열에 의해 코딩된 단백질에 대해 0 내지 350, 0 내지 300, 0 내지 250, 0 내지 200, 0 내지 150, 0 내지 100, 0 내지 50, 0 내지 30, 0 내지 20, 0 내지 15, 0 내지 10, 또는 0 내지 5 개 아미노산 변화를 갖는 단백질을 코딩할 수 있다. 핵산 분자가 임의의 아미노산에 대한 변화를 갖는 서열을 포함하는 단백질을 코딩하는 경우, 단백질은 여전히 기능성 단백질이어야 한다. 당업자는 단백질의 기능에 불리하게 영향을 주지 않으면서 단백질의 일부 아미노산에 부수적인 변화가 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
일부 실시양태에서, 코돈 최적화된 hPAH 핵산 분자는 25 미만, 20 미만, 15 미만, 또는 10 미만의 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 갖는다. 다른 실시양태에서, 코돈 최적화된 hPAH 핵산 분자는 65% 미만, 60% 미만, 또는 58% 미만의 GC 함량을 갖는다.
본원에 제공된 핵산 분자를 생산하는 것은 당업자의 능력 내에 있을 것이다. 이는 예를 들어, 주어진 서열의 화학적 합성을 사용하여 이루어질 수 있다. 또한, 본원에 기재된 핵산이 기능성 단백질을 발현하는지 여부를 결정하기 위한 적합한 방법이 당업자에게 명확할 것이다. 예를 들어, 하나의 적합한 시험관내(in vitro) 방법은 핵산을 벡터, 예컨대 AAV 벡터 내로 삽입하는 것, 숙주 세포, 예컨대 293T 또는 HeLa 세포를 벡터로 형질도입하는 것, 및 PAH 활성에 대해 에세이하는 것을 포함한다. 대안적으로, 적합한 생체내(in vivo) 방법은 핵산을 함유하는 벡터를 PKU 마우스 내로 형질도입하는 것 및 마우스의 혈장 내의 기능성 PAH에 대해 에세이하는 것을 포함한다. 적합한 방법은 하기에서 더욱 상세히 기재된다.
일부 실시양태에서, 벡터는 하나 이상의 인트론을 포함한다. 인트론은 포유동물 숙주 세포에서 RNA 전사의 처리를 용이하게 하고/하거나, 관심 단백질의 발현을 증가시키고/시키거나 AAV 입자 내로 벡터의 패키징을 최적화할 수 있다. 이러한 인트론의 비-제한적인 예는 β-글로빈 인트론, AIAT 인트론 및/또는 hPAH 인트론이다. 일부 실시양태에서, 인트론은 합성 인트론이다. 예를 들어, 합성 인트론은 서열번호 14와 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99% 이상의 서열 동일성을 갖는 뉴클레오티드 서열을 포함할 수 있다. 벡터에서 인트론의 위치 및 크기는 달라질 수 있다. 일부 실시양태에서, 인트론은 프로모터와 관심 단백질을 코딩하는 서열 사이에 위치한다. 일부 실시양태에서, 인트론은 프로모터 내에 위치한다. 일부 실시양태에서, 인트론은 인핸서 요소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 인트론은 관심 단백질을 코딩하는 서열 내, 바람직하게는 관심 단백질을 코딩하는 서열의 엑손 사이에 위치한다. 일부 실시양태에서, 인트론은 관심 단백질을 코딩하는 서열 내의 천연 발생 인트론의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 인트론은 2 차 PAH 인트론이다. 대안적으로, 인트론은 hPAH 2 차 인트론의 2116 bp 절단된 형태이다. 다른 실시양태에서, 인트론 서열은 복합 베타-글로빈/AIAT 인트론이다.
인트론 요소의 포함은 인트론 요소의 부재 하의 발현과 비교하여 발현을 향상시킬 수 있다(예를 들어, Kurachi et al., 1995, J Biol Chem. 1995 Mar 10;270(10):5276-81 참고). AAV 벡터는 일반적으로 약 4 kb 내지 약 5.2 kb, 또는 약간 그 이상인 한정된 크기 범위를 갖는 DNA의 삽입을 통상적으로 수용한다. 그러나, 패키징을 위한 최소 크기는 없으며 작은 벡터 게놈은 매우 효율적으로 패키징된다. 인트론 및 인트론 단편(예를 들어, PAH의 인트론 2의 부분)은 이 요구를 수행하는 한편, 또한 발현을 향상시킨다. 따라서, 본 발명은 AAV 벡터에서 PAH 인트론 2 서열의 포함으로 제한되지 않으며, PAH 인트론 2의 부분을 대신해서 다른 인트론 또는 다른 DNA 서열을 포함한다. 또한, 핵산의 다른 5' 및 3' 비번역 영역이 인간 PAH에 대해 원용된 것을 대신하여 사용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은 "PAH 인트론 2의 부분"은 약 0.1 kb 내지 약 2.1 kb의 뉴클레오티드 길이를 갖는 PAH 인트론 2의 영역을 의미하며, 상기 영역은 PAH 인트론 2의 부분의 부재 하에서 PAH의 발현과 비교하였을 때 통상적으로 플라스미드 또는 바이러스 벡터 주형에 대해 약 1.5-배 이상 PAH의 발현을 향상시킨다. 더욱 구체적인 부분은 PAH 인트론 2의 2116 bp 부분이다.
변형된 형태를 포함하는 폴리뉴클레오티드 및 폴리펩티드는 다양한 표준 클로닝, 재조합 DNA 기술을 사용하여, 당업자에게 알려진 세포 발현 또는 시험관내 번역 및 화학적 합성 기술을 통해 제조될 수 있다(Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition).
5.1.4 유전자 전달의 방법
또한, 본 발명의 핵산 분자를 포함하는 벡터가 제공된다. 일 실시양태에서, 벡터는 유전자 전달 벡터일 수 있다. 이러한 유전자 전달 벡터는 바이러스 유전자 전달 벡터 또는 비-바이러스 유전자 전달 벡터일 수 있다. 바이러스 벡터는 렌티바이러스, 아데노바이러스, 헤르페스 바이러스 벡터를 포함한다. 이는 바람직하게는 재조합 아데노-연관 바이러스(rAAV) 벡터이다. 대안적으로, 다양한 형질주입 방법, 예컨대 지질 또는 전기천공에 의해 세포 내로 도입되는 네이키드(naked) DNA(염색질 부착 영역을 갖거나 갖지 않음) 또는 콘쥬게이트된 DNA를 사용하는 것을 포함하는, 비-바이러스 시스템이 사용될 수 있다.
AAV 벡터의 비-제한적인 예의 서열은 서열번호 15-23에서 제공된다. 예를 들어, ApoE-HCR-hAAT 프로모터, 베타 글로빈 인트론, 인간 PAH에 대한 야생형 코딩 서열, 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 AAV 벡터에 대한 뉴클레오티드 서열이 서열번호 15에 기재되어 있고((벡터 1), ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH); ApoE-hAAT 프로모터, 베타 글로빈 인트론, 코돈-최적화된 인간 PAH 서열(hPAH-Genius1), 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 AAV 벡터에 대한 뉴클레오티드 서열이 서열번호 16에 기재되어 있고(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco1.bGH); ApoE-hAAT 프로모터, 복합 글로빈/AIAT 인트론, 인간 PAH에 대한 야생형 코딩 서열, 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 AAV 벡터에 대한 뉴클레오티드 서열이 서열번호 17에 기재되어 있고((V1-LG-인트론), ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAH.bGH); ApoE-hAAT 프로모터, 복합 글로빈/AIAT 인트론, 코돈-최적화된 인간 PAH 서열, 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 AAV 벡터에 대한 뉴클레오티드 서열이 서열번호 18에 기재되어 있고((LGI-hPAH-Geneius1), ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAHco1.bGH); ApoE-hAAT 프로모터, 절단된 2 차 인트론을 포함하는 인간 PAH에 대한 야생형 코딩 서열, 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 AAV 벡터에 대한 뉴클레오티드 서열이 서열번호 19에 기재되어 있고((hPAH+절단된 2 차 인트론), ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH); ApoE-hAAT 프로모터, 베타 글로빈 인트론, 코돈-최적화된 인간 PAH 서열(hPAH-Genius2), 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 AAV 벡터에 대한 뉴클레오티드 서열이 서열번호 20에 기재되어 있고((pFB-ApoE-hAAT-hPAH-Genius2), ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco2.bGH); ApoE-hAAT 프로모터, 베타 글로빈 인트론, 코돈-최적화된 인간 PAH 서열(hPAH-JCAT), 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 AAV 벡터에 대한 뉴클레오티드 서열이 서열번호 21에 기재되어 있고((pFB-ApoE-hAAT-hPAH-JCAT), ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco3.bGH); 2 개 마크로글로불린 부위를 갖는 TBG 프로모터, 베타 글로빈 인트론, 인간 PAH에 대한 야생형 코딩 서열, 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 AAV 벡터에 대한 뉴클레오티드 서열이 서열번호 22에 기재되어 있고((pFB-hPAHV1-TBG2uGlob), TBG.GI.hPAH.bGH); TTR 프로모터, 베타 글로빈 인트론, 인간 PAH에 대한 야생형 코딩 서열, 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 AAV 벡터에 대한 뉴클레오티드 서열이 서열번호 23에 기재되어 있다((pFB-hPAHV1-TTR), TTR.GI.hPAH.bGH).
일부 실시양태에서, AAV 벡터는 서열번호 15-23과 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99% 이상의 서열 동일성을 갖는 뉴클레오티드 서열을 포함한다. 일부 실시양태에서, AAV 벡터는 서열번호 18과 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99% 이상의 서열 동일성을 갖는 뉴클레오티드 서열을 포함한다.
5.1.5 비-바이러스 유전자 전달
비-바이러스 유전자 전달은 비-바이러스 형질주입의 가장 간단한 방법인 네이키드 DNA를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 네이키드 플라스미드 DNA를 사용하여 본원에 제공된 핵산을 투여하는 것이 가능할 수 있다. 대안적으로, 전기천공, 초음파천공 또는 예를 들어, 고압 가스 또는 역위된 .22 구경 총을 사용하여 세포 내로 DNA 코팅된 금 입자를 쏘는 "유전자 총"의 사용과 같은 방법이 사용될 수 있다(Helios® Gene Gun System (BIO-RAD)).
세포 내로의 핵산의 전달을 개선하기 위해, 이를 손상으로부터 보호할 필요가 있을 수 있고, 세포 내로의 이의 출입이 용이해질 수 있다. 이를 위해, 핵산을 형질주입 공정 동안 바람직하지 않은 분해로부터 보호하는 능력을 갖는 리포플렉스(lipoplex) 및 폴리플렉스(polyplex)가 사용될 수 있다.
플라스미드 DNA는 조직적 구조의 지질, 예컨대 미셀 또는 리포솜으로 코팅될 수 있다. 조직적 구조가 DNA와 복합될 때, 이를 리포플렉스로 지칭한다. 음이온성 및 중성 지질이 합성 벡터에 대한 리포플렉스의 구축을 위해 사용될 수 있다. 일 실시양태에서, 양이온성 지질이 이의 양성 전하로 인해 음성으로 하전된 DNA 분자를 축합하여, 리포솜 내로의 DNA의 캡슐화를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 리포플렉스를 형성하기 위해 양이온성 지질에 헬퍼 지질(보통 전기중립 지질, 예컨대 DOPE)을 추가할 필요가 있을 수 있다(Dabkowska et al., J R Soc Interface. 2012 Mar 7; 9(68): 548-561).
특정 실시양태에서, 폴리플렉스로 지칭되는 중합체와 DNA의 복합체가 사용되어, 핵산을 전달할 수 있다. 양이온성 중합체로 구성된 대부분의 폴리플렉스 및 이의 생산은 이온 상호작용에 의해 조절된다. 폴리플렉스는 통상적으로 이의 DNA 로드(load)를 세포질 내로 방출한다. 따라서, 비활성화된 아데노바이러스와 같은 엔도솜 용해제와의 공동-형질주입(폴리플렉스가 세포로 진입하는 과정인 내포작용 동안 이루어지는 엔도솜 용해를 위함)이 필요할 수 있다(Akinc et al., The Journal of Gene Medicine. 7 (5): 657-63).
특정 실시양태에서, 2 이상의 기술을 조합한 하이브리드 방법이 사용되어, 핵산을 전달할 수 있다. 비로좀이 하나의 예이며; 이들은 리포솜을 비활성화된 HIV 또는 인플루엔자 바이러스와 조합한다. 다른 실시양태에서, 다른 방법은 다른 바이러스 벡터를 양이온성 지질과 혼합하는 것 또는 바이러스를 하이브리드화하는 것을 포함하고 핵산을 전달하기 위해 사용될 수 있다(Khan, Firdos Alam, Biotechnology Fundamentals, CRC Press, Nov 18, 2015, p. 395).
특정 실시양태에서, 덴드리머, 특히 양이온성 덴드리머, 즉 양성 표면 전하를 갖는 것이 사용되어, 핵산을 전달할 수 있다. DNA 또는 RNA와 같은 유전자 물질의 존재시, 전하 상보성은 핵산과 양이온성 덴드리머의 일시적 연합을 야기한다. 이의 목적지에 도달시, 덴드리머-핵산 복합체는 그 다음에 내포작용을 통해 세포 내로 도입된다(Amiji, Mansoor M. ed., Polymeric Gene Delivery: Principles and Applications, CRC Press, Sep 29, 2004, p. 142.).
5.1.6 바이러스 입자
일 실시양태에서, 적합한 바이러스 유전자 전달 벡터가 사용되어, 핵산을 전달할 수 있다. 특정 실시양태에서, 본원에 사용하기에 적합한 바이러스 벡터는 파르보바이러스, 아데노바이러스, 레트로바이러스, 렌티바이러스 또는 단순 포진 바이러스일 수 있다. 파르보바이러스는 아데노바이러스-연관 바이러스(AAV)일 수 있다.
따라서, 본 발명은 포유동물 세포에서 인자 VIII 폴리펩티드의 도입 및/또는 발현을 위한 벡터로서 사용하기 위한 동물 파르보바이러스, 특히 데펜도바이러스, 예컨대 감염성 인간 또는 원숭이 AAV, 및 이의 성분(예를 들어, 동물 파르보바이러스 게놈)을 기본으로 한 유전자 전달 벡터(본원에 제공된 핵산을 포함함)를 제공한다. 따라서, 본원에 사용된 바와 같은 용어 "파르보바이러스"는 임의의 유형의 AAV와 같은 데펜도바이러스를 포함한다.
파르보비리데(Parvoviridae) 과(family)의 바이러스는 작은 DNA 동물 바이러스이다. 파르보비리데 과는 2 개 서브패밀리인 척추동물을 감염시키는 파르보비리네(Parvovirinae), 및 곤충을 감염시키는 덴소비리네(Densovirinae)로 구분된다. 파르보비리네 서브패밀리의 멤버는 본원에서 파르보바이러스로 지칭되고 데펜도바이러스속을 포함한다. 이의 속의 명칭으로부터 추정될 수 있는 바와 같이, 데펜도바이러스의 멤버는 이들이 보통 세포 배양액에서 생산적 감염을 위해 아데노바이러스 또는 헤르페스 바이러스와 같은 헬퍼 바이러스와의 공동감염을 요구하는 점에서 고유하다. 데펜도바이러스속은 보통 인간(예를 들어, 혈청형 1, 2, 3A, 3B, 4, 5, 및 6), 영장류(예를 들어, 혈청형 1 및 4)를 감염시키는 AAV, 및 조류 및 파충류와 함께 다른 온혈 동물을 감염시키는 관련 바이러스(예를 들어, 소, 개, 말, 마우스, 래트, 및 양 아데노-연관 바이러스)를 포함한다. 파르보바이러스 및 파르보비리데의 다른 멤버에 대한 추가 정보는 Kenneth I. Berns, "Parvoviridae: The Viruses and Their Replication," Chapter 69 in Fields Virology (3d Ed. 1996)에 기재되어 있다. 편의를 위해, 본 발명은 AAV에 대한 참조로 본원에 추가로 예시하고 기재한다. 그러나, 본 발명은 AAV에 제한되는 것이 아니며, 다른 파르보바이러스에 동등하게 적용될 수 있다는 것을 이해한다.
AAV "rep" 및 "cap" 유전자는 각각 복제 및 캡슐화 단백질을 코딩하는 유전자이다. AAV rep 및 cap 유전자는 현재까지 시험된 모든 AAV 혈청형에서 발견되어 왔으며, 본원 및 원용된 참고문헌에 기재되어 있다. 야생형 AAV에서, rep 및 cap 유전자는 일반적으로 바이러스 게놈에서 서로 인접하여 발견되고(즉, 이들은 전사 유닛과 접하거나 중첩되는 바와 같이 함께 "연결"됨), 이들은 일반적으로 AAV 혈청형 사이에 보존된다. 또한, AAV rep 및 cap 유전자는 개별적으로 및 집합적으로 "AAV 패키징 유전자"로 지칭된다. 본원에 사용하기 위한 AAV cap 유전자는 rep 및 아데노 헬퍼 기능의 존재 하에 AAV 벡터를 패키징할 수 있는 Cap 단백질을 코딩하고, 표적 세포 수용체와 결합할 수 있다. 일부 실시양태에서, AAV cap 유전자는 특정 AAV 혈청형으로부터 유래된 아미노산 서열을 갖는 캡시드 단백질을 코딩한다.
AAV의 생산을 위해 이용되는 AAV 서열은 임의의 AAV 혈청형의 게놈으로부터 유래될 수 있다. 일반적으로, AAV 혈청형은 아미노산 및 핵산 수준에서 상당한 상동성의 게놈 서열을 갖고, 유사한 유전적 기능 세트를 제공하며, 본질적으로, 물리적으로 및 기능적으로 동등한 비리온을 생산하고, 사실상 동일한 메커니즘에 의해 복제되고 조립된다. AAV 혈청형의 게놈 서열 및 게놈 유사성의 논의에 대한 것. (예를 들어, GenBank 등록번호 U89790; GenBank 등록번호 J01901; GenBank 등록번호 AF043303; GenBank 등록번호 AF085716; Chiorini et al., J. Vir. (1997) vol. 71, pp. 6823-6833; Srivastava et al., J. Vir. (1983) vol. 45, pp. 555-564; Chiorini et al., J. Vir. (1999) vol. 73, pp. 1309-1319; Rutledge et al., J. Vir. (1998) vol. 72, pp. 309-319; 및 Wu et al., J. Vir. (2000) vol. 74, pp. 8635-8647 참고).
모든 알려진 AAV 혈청형의 게놈 조직은 매우 유사하다. AAV의 게놈은 길이가 약 5,000 뉴클레오티드(nt) 미만인 선형, 단일-가닥 DNA 분자이다. 역위 말단 반복부(ITR)는 비-구조적 복제(Rep) 단백질 및 구조(VP) 단백질에 대한 고유한 코딩 뉴클레오티드 서열의 측면에 있다. VP 단백질은 캡시드를 형성한다. 말단 145 nt는 자가-상보성이고 T-형상 헤어핀을 형성하는 에너지 안정적인 분자내 듀플렉스가 형성될 수 있도록 조직된다. 이들 헤어핀 구조는 바이러스 DNA 복제를 위한 원점으로서 기능하여, 세포 DNA 중합효소 복합체를 위한 프라이머로서 제공된다. Rep 유전자는 Rep 단백질, Rep78, Rep68, Rep52, 및 Rep40을 코딩한다. Rep78 및 Rep68은 p5 프로모터로부터 전사되고, Rep 52 및 Rep40은 p19 프로모터로부터 전사된다. cap 유전자는 VP 단백질, VP1, VP2, 및 VP3를 코딩한다. cap 유전자는 p40 프로모터로부터 전사된다. 본 실시양태의 벡터에 이용된 ITR은 연관 cap 유전자의 동일한 혈청형에 상응할 수 있거나 상이할 수 있다. 일 실시양태에서, 본원에 이용된 ITR은 AAV2 혈청형에 상응하고 cap 유전자는 AAV5 혈청형에 상응한다.
AAV VP 단백질은 AAV 비리온의 세포 영양가치(cellular tropicity)를 결정하는 것으로 알려져 있다. VP 단백질-코딩 서열은 상이한 AAV 혈청형 사이에 Rep 단백질 및 유전자에 비해 상당히 적게 보존된다. 다른 혈청형의 상응하는 서열을 교차-보상하는 Rep 및 ITR 서열의 능력은 혈청형(예를 들어, AAV1, 5 또는 8)의 캡시드 단백질 및 다른 AAV 혈청형(예를 들어, AAV2)의 Rep 및/또는 ITR 서열을 포함하는 위형 AAV 입자를 생산하게 한다. 이러한 위형 rAAV 입자는 본 발명의 일부이다.
일 실시양태에서, 본 발명의 맥락에서 사용하기 위한 AAV ITR 서열은 AAV1, AAV2, AAV4 및/또는 AAV6로부터 유래된다. 마찬가지로, 일 실시양태에서, Rep(Rep78 및 Rep52) 코딩 서열은 AAV1, AAV2, AAV4 및/또는 AAV6로부터 유래된다. 그러나, 본 발명의 맥락에서 사용하기 위한 VP1, VP2, 및 VP3 캡시드 단백질을 코딩하는 서열은 임의의 알려진 42 개 혈청형으로부터, 예컨대 AAV1, AAV2, AAV3, AAV4, AAVS, AAV6, AAV7, AAV8 또는 AAV9 또는 예를 들어, 캡시드 셔플링 기술 및 AAV 캡시드 라이브러리에 의해 얻어진 새롭게 개발된 AAV-유사 입자로부터 얻어질 수 있다.
또한, 변형된 "AAV" 서열은 예를 들어, AAV 유전자 요법 벡터의 생산을 위해 본 발명의 맥락에서 사용될 수 있다. 예를 들어, AAV1, AAV2, AAV3, AAV4, AAV5, AAV6, AAV7, AAV8 또는 AAV9 ITR, Rep, 또는 VP와 적어도 약 70%, 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95% 이상의 뉴클레오티드 및/또는 아미노산 서열 동일성(예를 들어, 약 75-99% 뉴클레오티드 서열 동일성을 갖는 서열)을 갖는 서열을 포함하는 이러한 변형된 서열은 야생형 AAV ITR, Rep, 또는 VP 서열 대신에 사용될 수 있다.
일부 실시양태에서, AAV 캡시드 단백질을 코딩하는 핵산 서열은 특정 세포 유형, 예컨대 Sf9 또는 HEK 세포에서의 발현을 위해 발현 제어 서열에 작동가능하게 연결된다. 곤충 숙주 세포 또는 포유동물 숙주 세포에서 외부 유전자를 발현하기 위해 당업자에게 알려진 기술이 사용되어 실시양태를 실시할 수 있다. 곤충 세포에서 폴리펩티드의 분자 조작 및 발현을 위한 방법론은 예를 들어, Summers and Smith (1986) A Manual of Methods for Baculovirus Vectors and Insect Culture Procedures, Texas Agricultural Experimental Station Bull. No. 7555, College Station, Tex.; Luckow (1991) In Prokop et al., Cloning and Expression of Heterologous Genes in Insect Cells with Baculovirus Vectors' Recombinant DNA Technology and Applications, 97-152; King, L. A. and R. D. Possee (1992) The baculovirus expression system, Chapman and Hall, United Kingdom; O'Reilly, D. R., L. K. Miller, V. A. Luckow (1992) Baculovirus Expression Vectors: A Laboratory Manual, New York; W.H. Freeman and Richardson, C. D. (1995) Baculovirus Expression Protocols, Methods in Molecular Biology, volume 39; 미국 특허 제4,745,051호; US2003148506호; 및 WO 03/074714호에 기재되어 있으며, 이들 모두는 그 전체가 참고로 포함된다. AAV 캡시드 단백질을 코딩하는 뉴클레오티드 서열의 전사를 위해 특히 적합한 프로모터는 예를 들어, 다면체 프로모터이다. 그러나, 곤충 세포에서 활성인 다른 프로모터, 예를 들어 p10, p35 또는 IE-1 프로모터가 당업계에 알려져 있으며, 상기 참고문헌에 기재된 추가 프로모터가 또한 고려된다.
이종 단백질의 발현을 위한 곤충 세포의 사용은 핵산, 예컨대 벡터, 예를 들어 곤충-세포 양립성 벡터를 이러한 세포 내로 도입하는 방법 및 배양액에서 이러한 세포를 유지하는 방법과 같이 잘 기록되어 있다. (예를 들어, METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY, ed. Richard, Humana Press, N J (1995); O'Reilly et al., BACULOVIRUS EXPRESSION VECTORS, A LABORATORY MANUAL, Oxford Univ. Press (1994); Samulski et al., J. Vir. (1989) vol. 63, pp.3822-3828; Kajigaya et al., Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA (1991) vol. 88, pp. 4646-4650; Ruffing et al., J. Vir. (1992) vol. 66, pp. 6922-6930; Kirnbauer et al., Vir. (1996) vol. 219, pp. 37-44; Zhao et al., Vir. (2000) vol. 272, pp. 382-393; 및 미국 특허 제6,204,059호 참고). 일부 실시양태에서, 곤충 세포에서 AAV를 코딩하는 핵산 구조체는 곤충 세포-양립성 벡터이다. 본원에 사용된 바와 같은 "곤충 세포-양립성 벡터" 또는 "벡터"는 곤충 또는 곤충 세포의 생산적 형질전환 또는 형질주입이 가능한 핵산 분자를 지칭한다. 예시적 생물학적 벡터는 플라스미드, 선형 핵산 분자, 및 재조합 바이러스를 포함한다. 임의의 벡터는 곤충 세포-양립성인 한 이용될 수 있다. 벡터는 곤충 세포 게놈 내로 통합될 수 있지만, 곤충 세포에서 벡터의 존재는 영구적일 필요가 없으며 일시적 에피솜 벡터가 또한 포함된다. 벡터는 임의의 알려진 수단에 의해, 예를 들어 세포의 화학적 처리, 전기천공, 또는 감염에 의해 도입될 수 있다. 일부 실시양태에서, 벡터는 바큘로바이러스, 바이러스 벡터, 또는 플라스미드이다. 일 실시양태에서, 벡터는 바큘로바이러스이며, 즉 구조체는 바큘로바이러스 벡터이다. 바큘로바이러스 벡터 및 이를 사용하기 위한 방법이 곤충 세포의 분자 조작에 대해 상기 원용된 참고문헌에 기재되어 있다.
5.2 재조합 AAV를 생산하기 위한 방법
본 발명은 곤충 또는 포유동물 세포에서 재조합 AAV를 생산하기 위한 물질 및 방법을 제공한다. 일부 실시양태에서, 바이러스 구조체는 프로모터 및 프로모터의 후방에 제한 부위를 추가로 포함하여, 하나 이상의 관심 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 삽입하게 하며, 프로모터 및 제한 부위는 5' AAV ITR의 후방 및 3' AAV ITR의 전방에 위치한다. 일부 실시양태에서, 바이러스 구조체는 제한 부위의 후방 및 3' AAV ITR의 전방에 전사후 조절 요소를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 바이러스 구조체는 제한 부위에 삽입되고 프로모터와 작동가능하게 연결된 폴리뉴클레오티드를 추가로 포함하며, 폴리뉴클레오티드는 관심 단백질의 코딩 영역을 포함한다. 당업자는 본 발명에 개시된 임의의 하나의 AAV 벡터가 바이러스 구조체로서 재조합 AAV를 생산하기 위한 방법에서 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
일부 실시양태에서, 헬퍼 기능은 아데노바이러스 또는 바큘로바이러스 헬퍼 유전자를 포함하는 하나 이상의 헬퍼 플라스미드 또는 헬퍼 바이러스에 의해 제공된다. 아데노바이러스 또는 바큘로바이러스 헬퍼 유전자의 비-제한적인 예는, 비제한적으로, E1A, E1B, E2A, E4 및 VA를 포함하고, 이는 AAV 패키징에 대한 헬퍼 기능을 제공할 수 있다.
AAV의 헬퍼 바이러스는 당업계에 알려져 있으며, 예를 들어 아데노비리데(Adenoviridae) 과 및 헤르페스비리데(Herpesviridae) 과로부터의 바이러스를 포함한다. AAV의 헬퍼 바이러스의 예는, 비제한적으로, 미국 특허 공개 제20110201088호(이의 개시 내용은 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 SAdV-13 헬퍼 바이러스 및 SAdV-13-유사 헬퍼 바이러스, 및 헬퍼 벡터 pHELP(Applied Viromics)를 포함한다. 당업자는 AAV에 적절한 헬퍼 기능을 제공할 수 있는 AAV의 임의의 헬퍼 바이러스 또는 헬퍼 플라스미드가 본원에 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
일부 실시양태에서, AAV cap 유전자는 플라스미드 내에 존재한다. 플라스미드는 cap 유전자와 동일한 혈청형에 상응할 수 있거나 상응하지 않을 수 있는 AAV rep 유전자를 추가로 포함할 수 있다. 임의의 AAV 혈청형(비제한적으로, AAV1, AAV2, AAV4, AAV5, AAV6, AAV7, AAV8, AAV9, AAV10, AAV11, AAV12, AAV13 및 이의 임의의 변이체를 포함함)으로부터의 cap 유전자 및/또는 rep 유전자가 본원에 사용되어, 재조합 AAV를 생산할 수 있다. 일부 실시양태에서, AAV cap 유전자는 혈청형 1, 혈청형 2, 혈청형 4, 혈청형 5, 혈청형 6, 혈청형 7, 혈청형 8, 혈청형 9, 혈청형 10, 혈청형 11, 혈청형 12, 혈청형 13 또는 이의 변이체로부터의 캡시드를 코딩한다.
일부 실시양태에서, 곤충 또는 포유동물 세포는 헬퍼 플라스미드 또는 헬퍼 바이러스, AAV cap 유전자를 코딩하는 바이러스 구조체 및 플라스미드로 형질주입될 수 있고; 재조합 AAV 바이러스는 공동-형질주입 후 다양한 시점에 수집될 수 있다. 예를 들어, 재조합 AAV 바이러스는 공동-형질주입 후 약 12 시간, 약 24 시간, 약 36 시간, 약 48 시간, 약 72 시간, 약 96 시간, 약 120 시간, 또는 임의의 이들 2 개 시점 사이의 시간에 수집될 수 있다.
또한, 재조합 AAV는 감염성 재조합 AAV를 생산하기에 적합한 당업계에 알려진 임의의 종래 방법을 사용하여 생산될 수 있다. 일부 사례에서, 재조합 AAV는 AAV 입자 생산을 위해 필요한 성분 중 일부를 안정적으로 발현하는 곤충 또는 포유동물 세포를 사용함으로써 생산될 수 있다. 예를 들어, AAV rep 및 cap 유전자, 및 선택가능한 마커, 예컨대 네오마이신 저항성 유전자를 포함하는 플라스미드(또는 다중 플라스미드)가 세포의 게놈 내로 통합될 수 있다. 그 다음에, 곤충 또는 포유동물 세포는 헬퍼 바이러스(예를 들어, 헬퍼 기능을 제공하는 아데노바이러스 또는 바큘로바이러스) 및 5' 및 3' AAV ITR을 포함하는 바이러스 벡터(및 소망하는 경우, 이종 단백질을 코딩하는 뉴클레오티드 서열)로 공동-감염될 수 있다. 이 방법의 이점은 세포가 선택가능하고 재조합 AAV의 대규모 생산에 적합하다는 것이다. 다른 비-제한적인 예로서, 플라스미드 이외에 아데노바이러스 또는 바큘로바이러스가 사용되어, rep 및 cap 유전자를 패키징 세포 내로 도입할 수 있다. 또 다른 비-제한적인 예로서, 5' 및 3' AAV LTR을 함유하는 바이러스 벡터 및 rep-cap 유전자 둘 다는 생산자 세포의 DNA 내로 안정적으로 통합될 수 있고, 헬퍼 기능이 야생형 아데노바이러스에 의해 제공되어, 재조합 AAV를 생산할 수 있다.
일 실시양태에서, AAV 유전자 전달 벡터의 제조를 위한 방법이 제공되며, 방법은
(a) (i) 적어도 하나의 AAV 역위 말단 반복부 뉴클레오티드 서열의 측면에 위치한 본원에 제공된 핵산 분자;
(ii) 곤충 세포에서 Rep 단백질(들)의 발현을 구동할 수 있는 프로모터에 작동가능하게 연결된 하나 이상의 AAV Rep 단백질을 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 제1 발현 카세트;
(iii) 곤충 세포에서 캡시드 단백질(들)의 발현을 구동할 수 있는 프로모터에 작동가능하게 연결된 하나 이상의 AAV 캡시드 단백질을 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 제2 발현 카세트; 및
(iv) 선택적으로 VP2/3 mRNA 내에 함유된 AAP 및 MAAP
를 포함하는 하나 이상의 핵산 구조체를 포함하는 곤충 세포를 제공하는 것;
(b) Rep 및 캡시드 단백질의 발현을 돕는 조건 하에서 (a)에 정의된 곤충 세포를 배양하는 것; 및 선택적으로
(c) AAV 유전자 전달 벡터를 회수하는 것
의 단계를 포함한다.
통상적으로, 그 다음에, AAV 유전자 전달 벡터를 생산하기 위한 본원에 제공된 방법은 AAV 캡시드 내로의 벡터 게놈의 복제 및 패키징에 충분한 조건 하에서 AAV 복제를 허용하는 세포에 (a) 본 발명의 벡터 게놈을 생산하기 위한 주형을 코딩하는 뉴클레오티드 서열(본원에 상세히 기재됨); (b) 벡터 게놈을 생산하기 위한 주형의 복제에 충분한 뉴클레오티드 서열(상기 정의된 제1 발현 카세트); (c) AAV 캡시드 내로 벡터 게놈을 패키징하기에 충분한 뉴클레오티드 서열(상기 정의된 제2 발현 카세트)을 제공하는 것을 포함하고, 이에 의해 AAV 캡시드 내에 캡시드로 싸여진 벡터 게놈을 포함하는 AAV 입자가 세포에서 생산된다.
본원에 제공된 방법은 항-AAV 항체, 일 실시양태에서, 고정된 항체를 사용하여 재조합 파르보바이러스(rAAV) 벡터(를 포함하는 비리온)의 친화도-정제의 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 항-AAV 항체는 단클론 항체이다. 본원에 사용하기 위한 하나의 항체는 예를 들어, 낙타 또는 라마로부터 얻을 수 있는 단일쇄 낙타화 항체 또는 이의 단편이다(예를 들어, Muyldermans, 2001, Biotechnol. 74: 277-302 참고). rAAV의 친화도-정제를 위한 항체는 AAV 캡시드 단백질 상의 에피토프에 특이적으로 결합하는 항체이며, 일 실시양태에서, 에피토프는 하나를 초과하는 AAV 혈청형의 캡시드 단백질 상에 존재하는 에피토프이다. 예를 들어, 항체는 AAV2 캡시드에 대한 특이적 결합을 기본으로 하여 발생하거나 선택될 수 있지만, 또한 동시에 이는 AAV1, AAV3, AAV5, AAV6, AAV8 또는 AAV9에 특이적으로 결합할 수도 있다.
5.3 AAV 생산에 사용된 세포 유형
실시양태의 AAV 벡터를 포함하는 바이러스 벡터는 AAV 또는 생물학적 생산물을 생산하게 하고 배양액에서 유지될 수 있는 임의의 무척추동물 세포 유형을 사용하여 생산될 수 있다. 예를 들어, 사용된 곤충 세포주는 스포도프테라 프루기페르다(Spodoptera frugiperda)로부터의 것, 예컨대 SF9, SF21, SF900+, 초파리 세포주, 모기 세포주, 예를 들어 아에데스 알보픽투스(Aedes albopictus) 유래된 세포주, 가잠(domestic silkworm) 세포주, 예를 들어 봄빅스 모리(Bombyx mori) 세포주, 트리코플루시아 니(Trichoplusia ni) 세포주, 예컨대 하이 파이브 세포주 또는 레피도프테라(Lepidoptera) 세포주, 예컨대 아스칼라파 오도라타(Ascalapha odorata) 세포주일 수 있다. 일 실시양태에서, 곤충 세포는 하이파이브, Sf9, Se301, SeIZD2109, SeUCR1, Sf9, Sf900+, Sf21, BTI-TN-5B1-4, MG-1, Tn368, HzAm1, BM-N, Ha2302, Hz2E5 및 Ao38을 포함하여, 바큘로바이러스 감염에 민감한 곤충 종으로부터의 세포이다.
바큘로바이러스는 절지동물의 외피 DNA 바이러스이고, 이중 2 개 멤버는 세포 배양액에서 재조합 단백질을 생산하기 위한 잘 알려진 발현 벡터이다. 바큘로바이러스는 특정 세포에 큰 게놈 함량을 전달하게 조작될 수 있는 원형 이중 가닥 게놈(80-200 kbp)을 갖는다. 벡터로서 사용되는 바이러스는 일반적으로 오토그라파 캘리포니카 다중캡시드 핵다각체병바이러스(Autographa californica multicapsid nucleopolyhedrovirus)(AcMNPV) 또는 봄빅스 모리 핵다각체병바이러스(BmNPV)이다(Kato et al., (2010), Applied Microbiology and Biotechnology, vol. 85, Issue 3, pp 459-470).
바큘로바이러스는 일반적으로 재조합 단백질의 발현을 위한 곤충 세포의 감염을 위해 사용된다. 특히, 곤충에서 이종 유전자의 발현은 예를 들어, 미국 특허 제4,745,051호; EP 127,839호; EP 155,476호; Vlak et al., (1988), Journal of General Virology, vol. 68, pp 765-776; Miller et al., (1988), Annual Review of Microbiology, vol. 42, pp 177-179; Carbonell et al., (1998), Gene, vol. 73, Issue 2, pp 409-418; Maeda et al., (1985), Nature, vol. 315, pp 592-594; Lebacq-Veheyden et al., (1988), Molecular and Cellular Biology, vol. 8, no. 8, pp 3129-3135; Smith et al., (1985), PNAS, vol. 82, pp 8404-8408; 및 Miyajima et al., (1987), Gene, vol. 58, pp 273-281에 기재된 바와 같이 달성될 수 있다. 단백질 생산을 위해 사용될 수 있는 수많은 바큘로바이러스 균주 및 변이체 및 상응하는 허용성 곤충 숙주 세포는 Luckow et al., (1988), Nature Biotechnology, vol. 6, pp 47-55; Maeda et al., (1985), Nature, vol. 315, pp 592-594; 및 McKenna et al., (1998), Journal of Invertebrate Pathology, vol. 71, Issue 1, pp 82-90에 기재되어 있다.
다른 실시양태에서, 본원에 제공된 방법은 AAV를 복제하게 하거나 생물학적 생산물을 생산하게 하고, 배양액에서 유지될 수 있는 임의의 포유동물 세포 유형으로 수행된다. 일 실시양태에서, 사용되는 포유동물 세포는 HEK293, HeLa, CHO, NSO, SP2/0, PER.C6, Vero, RD, BHK, HT 1080, A549, Cos-7, ARPE-19, 및 MRC-5 세포일 수 있다.
5.3.1 숙주 유기체 및/또는 세포
추가 실시양태에서, 상기 기재된 벡터를 포함하는 숙주가 제공된다. 일 실시양태에서, 벡터는 숙주에서 본원에 제공된 핵산 분자를 발현할 수 있다. 숙주는 임의의 적합한 숙주일 수 있다. 다른 실시양태에서, PKU 치료제는 PKU 세포 요법을 포함한다(예를 들어, Harding, C., Clin Genet., Aug; 74(2) pages 97-104 (2008) 참고).
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "숙주"는 본 발명의 핵산 분자 또는 벡터를 보유하는 유기체 및/또는 세포뿐 아니라, 재조합 유전자 또는 단백질 발현에 사용하기에 적합한 유기체 및/또는 세포를 지칭한다. 본 발명은 임의의 특정 유형의 세포 또는 유기체에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 임의의 적합한 유기체 및/또는 세포가 숙주로서 본원에서 사용될 것이 고려된다. 숙주 세포는 단일 세포, 유사하거나 상이한 세포의 집단의 형태, 예를 들어 배양 형태(예컨대, 액체 배양 또는 고체 기재 상의 배양), 이의 유기체 또는 부분일 수 있다. 일 실시양태에서, 숙주 세포는 본원에 제공된 핵산 분자의 발현을 허용할 수 있다. 따라서, 숙주 세포는 예를 들어, 세균, 효모, 곤충 또는 포유동물 세포일 수 있다.
다른 실시양태에서, 본원에 제공된 핵산을 분화 및 비-분화 세포를 포함한 광범위한 세포 내로 전달하기 위한 수단이 제공된다. 본 발명이 이용되어, 본원에 제공된 핵산을 시험관내에서 세포로 전달하여, 예를 들어 시험관내에서 또는 생체외 유전자 요법으로 이러한 핵산 분자에 의해 코딩된 폴리펩티드를 생산할 수 있다.
본 발명의 핵산 분자, 벡터, 세포 및 방법/용도는 추가로 숙주, 통상적으로 PKU를 앓는 숙주에 본원에 제공된 핵산을 전달하는 방법에 유용하다.
본 발명은 수의학 및 약학 적용 둘 다에서 사용된다. 본원에 기재된 바와 같은 유전자 전달 방법에 적합한 대상체는 조류 및 포유동물 둘 다를 포함하며, 포유동물이 바람직하다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "조류"는, 비제한적으로, 닭, 오리, 거위, 메추라기, 칠면조 및 꿩을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "포유동물"은, 비제한적으로, 인간, 소, 양, 염소, 말, 고양이, 개, 토끼 등을 포함한다. 인간 대상체는 신생아, 유아, 청소년, 및 성인을 포함한다.
5.4 약학 제형
일 실시양태에서, 본원에 제공된 핵산 또는 벡터 및 약학적 허용 담체 및/또는 다른 약물, 약학 제제 또는 보조제 등을 포함하는 조성물이 제공된다.
다른 실시양태에서, 본원은 유전적 장애를 앓는 대상체에 대한 투여에 유용한 AAV 벡터/비리온을 발현하는 치료 단백질의 약학 제형을 제공한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 약학 제형은 본원에 개시된 벡터로부터 생산된 AAV 비리온을 발현하는 재조합 치료 단백질을 포함하는 액체 제형이며, 제형 중 재조합 AAV 비리온의 농도는 광범위하게 달라질 수 있다. 특정 실시양태에서, 제형 중 재조합 AAV 비리온의 농도는 1E12 vg/mL 내지 2E16 vg/mL 범위일 수 있다. 일 실시양태에서, 제형 중 재조합 AAV 비리온의 농도는 약 2E13 vg/mL이다.
다른 실시양태에서, 본원에 제공된 AAV 약학 제형은 하나 이상의 약학적 허용 부형제를 포함하여, 저장 및/또는 유전적 장애의 치료를 위한 대상체에 대한 투여를 위해 유리한 특성을 갖는 제형을 제공한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 약학 제형은 안정성에서 검출가능한 변화 없이 적어도 2 주, 일 실시양태에서 적어도 4 주, 다른 실시양태에서 적어도 6 주 및 또 다른 실시양태에서, 적어도 약 8 주의 기간 동안 -65℃에서 저장될 수 있다. 이와 관련하여, 용어 "안정된"은 제형에 존재하는 재조합 AAV 바이러스가 본질적으로 저장 동안 이의 물리적 안정성, 화학적 안정성 및/또는 생물학적 활성을 유지한다는 것을 의미한다. 특정 실시양태에서, 약학 제형에 존재하는 재조합 AAV 바이러스는 -65℃에서 소정의 기간 동안의 저장 동안 인간 환자에서 이의 생물학적 활성의 적어도 약 80%, 다른 실시양태에서, 인간 대상체에서 이의 생물학적 활성의 적어도 약 85%, 90%, 95%, 98% 또는 99%를 유지한다.
특정 양태에서, 재조합 AAV 비리온을 포함하는 제형은 하나 이상의 완충제를 추가로 포함한다. 예를 들어, 다양한 실시양태에서, 본원에 제공된 제형은 약 0.1 mg/mL 내지 약 3 mg/mL, 약 0.5 mg/mL 내지 약 2.5 mg/mL, 약 1 mg/mL 내지 약 2 mg/mL, 또는 약 1.4 mg/mL 내지 약 1.6 mg/mL의 농도의 제2인산나트륨을 포함한다. 일 실시양태에서, 본원에 제공된 AAV 제형은 약 1.42 mg/mL의 제2인산나트륨(건조)을 포함한다. 본원에 제공된 재조합 AAV 제형에 사용될 수 있는 다른 완충제는 일부 실시양태에서, 약 0.1 mg/mL 내지 약 3 mg/mL, 약 0.5 mg/mL 내지 약 2.5 mg/mL, 약 1 mg/mL 내지 약 2 mg/mL, 또는 약 1.3 mg/mL 내지 약 1.5 mg/mL의 농도로 사용되는 제1인산나트륨 1수화물이다. 일 실시양태에서, 본 실시양태의 AAV 제형은 약 1.38 mg/mL의 제1인산나트륨 1수화물을 포함한다. 다른 실시양태에서, 본원에 제공된 재조합 AAV 제형은 약 1.42 mg/mL의 제2인산나트륨 및 약 1.38 mg/mL의 제1인산나트륨 1수화물을 포함한다.
다른 실시양태에서, 본원에 제공된 재조합 AAV 제형은 하나 이상의 등장제, 예컨대 염화나트륨을, 일 실시양태에서, 약 1 mg/mL 내지 약 20 mg/mL, 예를 들어 약 1 mg/mL 내지 약 10 mg/mL, 약 5 mg/mL 내지 약 15 mg/mL, 또는 약 8 mg/mL 내지 약 20 mg/mL의 농도로 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 본원에 제공된 제형은 약 8.18 mg/mL 염화나트륨을 포함한다. 당업계에 알려진 다른 완충제 및 등장제가 본원에 제공된 제형에서 사용하기에 적합하고 일상적으로 이용될 수 있다.
다른 실시양태에서, 본원에 제공된 재조합 AAV 제형은 하나 이상의 벌킹제(bulking agent)를 포함할 수 있다. 예시적 벌킹제는, 비제한적으로, 만니톨, 수크로오스, 덱스트란, 락토오스, 트레할로오스, 및 포비돈(PVP K24)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 제형은 만니톨을 포함하며, 이는 약 5 mg/mL 내지 약 40 mg/mL, 또는 약 10 mg/mL 내지 약 30 mg/mL, 또는 약 15 mg/mL 내지 약 25 mg/mL의 양으로 존재할 수 있다. 다른 실시양태에서, 만니톨은 약 20 mg/mL의 농도로 존재한다.
또 다른 실시양태에서, 본원에 제공된 재조합 AAV 제형은 하나 이상의 계면활성제를 포함할 수 있으며, 이는 비-이온성 계면활성제일 수 있다. 예시적 계면활성제는 이온성 계면활성제, 비-이온성 계면활성제, 및 이의 조합을 포함한다. 예를 들어, 계면활성제는, 비제한적으로, TWEEN 80(폴리소르베이트 80, 또는 이의 화학명 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올리에이트로도 알려짐), 소듐 도데실설페이트, 소듐 스테아레이트, 암모늄 라우릴 설페이트, TRITON AG 98(Rhone-Poulenc), 폴록사머 407, 폴록사머 188 등, 및 이의 조합일 수 있다. 일 실시양태에서, 본 실시양태의 제형은 폴록사머 188을 포함하며, 이는 약 0.1 mg/mL 내지 약 4 mg/mL, 또는 약 0.5 mg/mL 내지 약 3 mg/mL, 약 1 mg/mL 내지 약 3 mg/mL, 약 1.5 mg/mL 내지 약 2.5 mg/mL, 또는 약 1.8 mg/mL 내지 약 2.2 mg/mL의 농도로 존재할 수 있다. 다른 실시양태에서, 폴록사머 188은 약 2.0 mg/mL의 농도로 존재한다.
본원에 제공된 AAV 바이러스를 발현하는 재조합 치료 단백질-함유 제형은 안정적이고 품질, 역가, 또는 순도에서 허용 불가능한 변화 없이 연장된 기간 동안 저장될 수 있다. 일 양태에서, 제형은 적어도 1 개월, 예를 들어 적어도 1 개월, 적어도 3 개월, 적어도 6 개월, 적어도 12 개월, 적어도 18 개월, 적어도 24 개월 이상 동안 약 5℃(예를 들어, 2℃ 내지 8℃)의 온도에서 안정적이다. 다른 실시양태에서, 제형은 적어도 6 개월, 예를 들어 적어도 6 개월, 적어도 12 개월, 적어도 18 개월, 적어도 24 개월, 적어도 36 개월 이상 동안 약 -20℃ 이하의 온도에서 안정적이다. 다른 실시양태에서, 제형은 적어도 6 개월, 예를 들어 적어도 6 개월, 적어도 12 개월, 적어도 18 개월, 적어도 24 개월, 적어도 36 개월 이상 동안 약 -40℃ 이하의 온도에서 안정적이다. 다른 실시양태에서, 제형은 적어도 6 개월, 예를 들어 적어도 6 개월, 적어도 12 개월, 적어도 18 개월, 적어도 24 개월, 적어도 36 개월 이상 동안 약 -60℃ 이하의 온도에서 안정적이다.
약학 제형은 통상적으로 제조 및 저장 조건 하에서 멸균이고 안정적이다. 약학 제형은 용액, 마이크로에멀션, 리포솜, 또는 높은 약물 농도를 수용하기에 적합한 다른 규칙적 구조로서 제형화될 수 있다. 담체는 예를 들어, 물, 에탄올, 폴리올(예를 들어, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 및 액체 폴리에틸렌 글리콜 등), 및 이의 적합한 혼합물을 함유하는 용매 또는 분산매일 수 있다. 적절한 유동성이 예를 들어, 레시틴과 같은 코팅의 사용에 의해, 분산의 경우에 요구되는 입자 크기의 유지에 의해 및 계면활성제의 사용에 의해 유지될 수 있다. 일부 실시양태에서, 등장제, 예를 들어 당, 폴리알코올, 예컨대 만니톨, 소르비톨, 또는 염화나트륨이 조성물에 포함된다. 주사용 조성물의 연장된 흡수는 흡수를 연장시키는 약제, 예를 들어 모노스테아레이트 염 및 젤라틴을 조성물 내에 포함시킴으로써 야기될 수 있다. 특정 실시양태에서, 본원에 제공된 핵산 또는 벡터는 시간 내에 또는 서방성 제형으로, 예를 들어 임플란트 및 마이크로캡슐화된 전달 시스템을 포함하여 속방성에 대해 화합물을 보호할 서방성 중합체 또는 다른 담체를 포함하는 조성물로 투여될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리안하이드라이드, 폴리글리콜산, 콜라겐, 폴리오르토에스터, 폴리락트산 및 폴리락트, 폴리글리콜 공중합체(PLG)와 같은 생분해성, 생체적합성 중합체가 사용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 본원에 제공된 AAV 벡터를 포함하는 약학 조성물은 유전자 물질을 세포에 전달하는데 사용될 수 있다. 이러한 전달은 시험관내, 생체외 또는 생체내에서 발생할 수 있다. 따라서, 일 실시양태는 뉴클레오티드 서열을 세포에 전달하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 본원에 기재된 바와 같은 핵산, 벡터, 또는 약학 조성물을 본원에 제공된 이러한 핵산 또는 벡터가 세포로 진입하는 조건 하에서 접촉시키는 것을 포함한다. 세포는 시험관내, 생체외 또는 생체내 세포일 수 있다.
5.5 치료의 방법
특정 실시양태에서, 본원은 치료 단백질을 발현하는 AAV 벡터의 치료적 유효량 또는 이를 포함하는 약학 조성물을 대상체에게 투여하는 것을 포함하는, 유전자 장애를 앓는 대상체를 치료하기 위한 방법을 제공한다. 이 사례에서, "치료적 유효량"은 투여 후 유전자 장애의 증상을 적어도 부분적으로 및 바람직하게는 완전히 개선하기에 충분한 수준의 치료 단백질의 발현을 야기하는 AAV 벡터의 양이다.
일 실시양태에서, 본원은 본원에 제공된 핵산, 단백질, 벡터 또는 세포 또는 약학 조성물의 치료적 유효량을 PKU를 앓는 환자에게 투여하는 것을 포함하는, PKU를 치료하는 방법을 제공한다. 일 실시양태에서, 환자는 인간이다. 일 실시양태에서, 대상 환자 집단은 PKU, 변형 PKU 또는 비-PKU 고페닐알라닌혈증을 갖는 환자를 포함하여, 중간 내지 중증 고페닐알라닌혈증을 갖는 환자이다. 일 실시양태에서, AAV 벡터 치료의 목표는 중증 PKU 환자를 중간 또는 경증 PKU로 전환하여, 극심하게 제한된 페닐알라닌 식단과 연관된 부담을 감소시키는 것이다.
일 실시양태에서, 본원은 임의의 본원에 제공된 AAV 벡터, 또는 본원에 제공된 바이러스 입자 또는 PAH 단백질을 발현하는 본원에 제공된 방법에 의해 생산된 바이러스 입자를 대상체에게 투여하는 것을 포함하는, 순환 PAH 단백질 수준 증가를 필요로 하는 대상체에서 순환 PAH 단백질 수준을 증가시키기 위한 방법을 제공한다. 일 실시양태에서, 벡터 용량은 PAH를 전달하여, 160 μM 미만까지 혈장 페닐알라닌 수준의 감소를 야기한다.
다른 실시양태에서, 본원은 PKU를 앓는 대상체의 치료를 위한 의약의 제조를 위한 재조합 AAV PAH 바이러스의 유효량의 용도를 제공한다. 일 실시양태에서, PKU를 앓는 대상체는 인간이다. 일 실시양태에서, 의약은 정맥내(IV) 투여에 의해 투여된다. 다른 실시양태에서, 의약의 투여는 대상체의 신경전달물질 대사물 또는 신경전달물질 수준을 변경하기에 충분한 대상체의 혈류에서의 PAH 단백질의 발현을 야기한다. 특정 실시양태에서, 의약은 또한 AAV PAH 바이러스의 투여와 연관된 임의의 간독성의 예방 및/또는 치료를 위한 예방적 및/또는 치료적 코르티코스테로이드를 포함한다. 예방적 또는 치료적 코르티코스테로이드 치료를 포함하는 의약은 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 mg 이상/일의 코르티코스테로이드를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 예방적 또는 치료적 코르티코스테로이드를 포함하는 의약은 적어도 약 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 주 이상의 연속적인 기간에 걸쳐 투여될 수 있다. 다른 실시양태에서, 본원에 제공된 PKU 요법은 선택적으로 티로신 보충제를 포함한다.
본원에 기재된 바와 같은 치료의 목적을 위한 AAV 벡터 또는 바이러스 또는 이를 포함하는 약학 조성물의 "치료적 유효량"은 경험적으로 및 일상적 방식으로 결정될 수 있다. 특정 실시양태에서, 그러나, 재조합 AAV 바이러스의 "치료적 유효량"은 약 1E12 vg/체중kg 내지 약 1E14 vg/체중kg, 일 실시양태에서, 약 6E12 vg/체중kg 내지 약 6E13 vg/체중kg의 범위이다. 다른 실시양태에서, 재조합 AAV 바이러스의 치료적 유효량은 약 2E13 vg/체중kg이다. 다른 실시양태에서, 재조합 AAV 바이러스의 치료적 유효량은 약 6E13 vg/체중kg이다.
일 실시양태에서, 본원에 제공된 재조합 AAV 벡터/바이러스는 다양한 알려진 투여 기술을 통해 대상체, 일 실시양태에서, 포유동물 대상체, 또는 인간 대상체에게 투여될 수 있다. 다른 실시양태에서, 재조합 AAV 유전자 요법 바이러스는 단일 볼루스로서 또는 적어도 약 1, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 120, 150, 180, 210 또는 240 분 이상일 수 있는 연장된 기간에 걸쳐 정맥내 투여에 의해 투여된다. 다른 실시양태에서, 투여된 재조합 AAV 바이러스는 PAH를 발현한다.
대상체에서 PKU를 치료하기 위해 PAH를 발현하는 AAV 벡터를 포함하는 특정 실시양태에서, AAV 벡터의 유효성은 치료되는 대상체의 혈중 페닐알라닌의 수준을 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 페닐알라닌의 순환 수준을 결정하기 위한 정확한 정량화 에세이는 당업계에 잘 알려져 있으며 형광측정 에세이(McCaman, M.W. and Robins, E., (1962) J. Lab. Clin. Med., vol. 59, pp. 885-890 참고); 박층 크로마토그래피 기반 에세이(Tsukerman, G. L. (1985) Laboratornoe delo, vol. 6, pp. 326-327 참고); 효소 에세이(La Du, B. N., et al. (1963) Pediatrics, vol. 31, pp. 39-46; 및 Peterson, K., et al. (1988) Biochem. Med. Metab. Biol., vol. 39, pp. 98-104 참고); 고압 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용하는 방법(Rudy, J. L., et al. (1987) Clin. Chem., vol. 33, pp. 1152-1154 참고); 및 고-처리량 오토메이션(Hill, J. B., et al. (1985) Clin. Chem., vol. 5, pp. 541-546 참고)을 포함한다.
본 발명의 AAV 바이러스의 투여는 일부 경우에, 관찰가능한 정도의 간독성을 야기할 수 있다. 간독성은 예를 들어, AAV 투여 전(즉, 기준선) 및 AAV 투여 후 대상체의 혈류 중 특정 간-연관 효소(들)(예를 들어, 알라닌 트랜스아미나아제, ALT)의 농도를 측정하는 다양한 잘 알려지고 일상적으로 사용되는 기술에 의해 측정될 수 있다. AAV 투여 후 ALT 농도에서의 관찰가능한 증가(투여 전과 비교함)는 약물-유도된 간독성을 나타낸다. 특정 실시양태에서, AAV 바이러스의 치료적 유효량의 투여와 함께, 대상체는 코르티코스테로이드를 이용해 예방적으로, 치료적으로, 또는 둘 다로 치료되어, AAV 바이러스의 투여와 연관된 임의의 간독성을 예방 및/또는 치료할 수 있다.
"예방적" 코르티코스테로이드 치료는 대상체에서 간독성을 예방하기 위한 및/또는 측정된 ALT 수준에서의 증가를 예방하기 위한 코르티코스테로이드의 투여를 지칭한다. "치료적" 코르티코스테로이드 치료는 AVV 바이러스의 투여에 의해 야기된 간독성을 감소시키기 위한 및/또는 AAV 바이러스의 투여에 의해 야기된 대상체의 혈류 중 상승한 ALT 농도를 감소시키기 위한 코르티코스테로이드의 투여를 지칭한다. 특정 실시양태에서, 예방적 또는 치료적 코르티코스테로이드 치료는 대상체에 대한 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 mg 이상/일의 코르티코스테로이드의 투여를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 대상체의 예방적 또는 치료적 코르티코스테로이드 치료는 적어도 약 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 주 이상의 연속적인 기간에 걸쳐 발생한다. 본원에 기재된 방법에서 사용되는 코르티코스테로이드는 예를 들어, 덱사메타손, 프레드니손, 플루드로코르티손, 하이드로코르티손 등을 포함한 임의의 알려지거나 일상적으로 이용되는 코르티코스테로이드를 포함한다.
5.6 항-AAV 항체의 검출
상기 기재된 바와 같은 인간 환자에 대한 치료 요법에서 AAV 벡터의 투여 전에, 전신 AAV-매개된 치료 유전자 전달을 이용한 성공적인 간 형질도입의 가능성을 최대화하기 위해, 장래의 환자는 세포 형질도입을 차단할 수 있거나 이와 달리 치료 요법의 전체 효율성을 감소시키는 항-AAV 캡시드 항체의 존재에 대해 평가될 수 있다. 이러한 항체는 장래의 환자의 혈청 중에 존재할 수 있고 임의의 혈청형의 AAV 캡시드에 대해 지시될 수 있다. 일 실시양태에서, 기존 항체가 지시되는 혈청형은 AAV5이다.
기존 AAV 면역력을 검출하기 위한 방법은 당업계에 잘 알려져 있으며 일상적으로 이용되고 총-항-캡시드 항체(TAb)의 세포-기반 시험관내 형질도입 억제(TI) 에세이, 생체내(예를 들어, 마우스에서) TI 에세이, 및 ELISA-기반 검출을 포함한다(예를 들어, Masat et al., Discov. Med., vol. 15, pp. 379-389 및 Boutin et al., (2010) Hum. Gene Ther., vol. 21, pp. 704-712 참고). TI 에세이는 AAV-유도성 리포터 벡터가 이전에 도입되었던 숙주 세포를 이용할 수 있다. 리포터 벡터는 발현이 AAV 바이러스에 의한 숙주 세포의 형질도입시 유도되는 유도성 리포터 유전자, 예컨대 GFP 등을 포함할 수 있다. 숙주 세포 형질도입을 예방/감소시킬 수 있는, 인간 혈청에 존재하는 항-AAV 캡시드 항체는 시스템에서 리포터 유전자의 전체 발현을 감소시킬 것이다. 따라서, 이러한 에세이가 이용되어, 치료 AAV PAH 바이러스의 세포 형질도입을 예방/감소시킬 수 있는 인간 혈청에서의 항-AAV 캡시드 항체의 존재를 검출할 수 있다.
항-AAV 캡시드 항체를 검출하기 위한 TAb 에세이는 인간 혈청이 통과되는 "포획제"로서 고상-결합된 AAV 캡시드를 이용하여, 혈청에 존재하는 항-캡시드 항체가 고상-결합된 캡시드 "포획제"에 결합되게 할 수 있다. 일단 세척되어 비-특이적 결합이 제거되면, "검출제"가 이용되어, 포획제에 결합된 항-캡시드 항체의 존재를 검출할 수 있다. 검출제는 항체, AAV 캡시드 등일 수 있고, 검출가능하게 표지되어, 결합된 항-캡시드 항체의 검출 및 정량화를 도울 수 있다. 일 실시양태에서, 검출제는 전기화학발광 기술 및 장비를 사용하여 검출될 수 있는 루테늄 또는 루테늄-복합체로 표지된다.
동일한 상기-기재된 방법론이 이용되어, 관심 치료 AAV 바이러스로 이전에 치료된 환자에서 항-AAV 캡시드 면역 반응의 생성을 평가하고 검출할 수 있다. 이와 같이, 이들 기술이 이용되어, 치료 AAV 바이러스를 이용한 치료 전에 항-AAV 캡시드 항체의 존재를 평가할 수 있을 뿐 아니라, 이들이 또한 이용되어, 투여 후 투여된 치료 AAV 바이러스에 대한 면역 반응의 유도를 평가하고 측정할 수 있다. 이와 같이, 본원은 PKU의 치료를 위해 인간 혈청에서 항-AAV 캡시드 항체를 검출하기 위한 기술과 치료 AAV 바이러스의 투여를 조합하는 방법을 고려하며, 인간 혈청에서, 항-AAV 캡시드 항체를 검출하기 위한 기술은 치료 AAV 바이러스의 투여 전 또는 후에 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 양태 및 이점은 다음 예시적 실시예의 고려시 이해될 것이다.
6. 실시예
6.1 실시예 1: 페닐알라닌 대사 경로 및 에세이 방법론.
페닐알라닌으로부터 티로신으로의 PAH 매개된 전환은 도식 1에서 나타낸 바와 같이 다수의 신경전달물질의 생산을 위한 전구체 반응으로서 제공된다.
도식 1:
Figure pct00005
도식 1(계속):
Figure pct00006
PKU 환자에서 PAH 활성의 손실은 혈장 페닐알라닌 수준에서의 증가에 의해 알려진 바와 같이 페닐알라닌의 증가를 야기한다. 그러나, PKU의 신경인지 효과는 주로 다수의 신경전달물질 및 대사물의 생산을 야기하는 전구체 대사 단계의 손실에 의해 야기된다.
민감성 액체-크로마토그래피 결합된 질량 분석(LC/MS) 기반 에세이를 사용하여, 다양한 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 측정하였다. 간략하게는, 아미노산, 신경전달물질 대사물, 및 신경전달물질이 에틸 클로로포르메이트와 피리딘 또는 벤조일 클로라이드와 소듐 카보네이트와 반응될 때, 이들은 분자량에서의 한정된 증가를 갖는 반응 생산물을 생산하며, 이는 LC/MS를 사용하여 이들을 확인 및 정량화하게 한다. 이 반응 과정은 신경전달물질 도파민에 대해 도식 2에서 상세히 나타나 있으며, 153.08 Da 도파민이 369.14 Da 도파민 - ECF로 전환된다.
도식 2:
Figure pct00007
에틸 클로로포르메이트와 피리딘 반응 생산물 및 이의 정확 질량(exact mass)을 페닐알라닌 PAH 효소 반응의 후방에서 생산된 아미노산, 신경전달물질, 신경전달물질 대사물에 대해 도식 3에 나타내었다.
도식 3:
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
도 1은 에틸 클로로포르메이트와 피리딘 또는 벤조일 클로라이드와 소듐 카보네이트와의 반응 후 페닐알라닌 유래된 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 액체 크로마토그래피 - 질량 분석(LC/MS) 크로마토그램의 예시적 예를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 반응 생산물 각각은 명확하게 정의되고 정량화될 수 있다.
6.2 실시예 2: 신경전달물질 수준은 야생형 마우스 샘플과 비교하여 Enu2 마우스 샘플에서 지속적으로 낮다.
실시예 1에서 상기 기재된 에세이를 사용하여, Enu2 및 야생형 마우스로부터 얻어진 생물학적 샘플에서 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 측정하여, 신경전달물질 생산에 대한 PAH 손실의 효과를 결정하였다. 도 2에 나타낸 바와 같이, Enu2 마우스는 뇌 샘플에서 야생형 마우스와 비교하여 낮은 수준의 신경전달물질 및 신경전달물질 대사물을 지속적으로 나타내었다. Enu2 마우스는 야생형 마우스의 뇌에서 발견된 수준과 비교하여 이의 뇌에서 감소된 수준의 티로신, 도파민, 3-메톡시티라민(3-MT), DOPAC, 호모바닐린산, 노르에피네프린, 트립토판, 및 세로토닌을 가졌다. 이들 데이터는 PAH 활성의 손실이 다수의 핵심 신경전달물질의 감소를 야기한다는 것을 입증한다.
6.3 실시예 3: 신경전달물질 수준은 PKU 치료제의 유효 용량을 확인하기 위한 대용 마커로서 제공된다.
Enu2 마우스를 인간 PAH를 발현하는 아데노 연관 바이러스 벡터(AAV-PAH) 2 개 용량(2E13 vg/kg 및 2E14 vg/kg)으로 처치하였다. AAV는 AAV2 혈청형의 ITR 및 AAV5 혈청형의 캡시드 유전자로 구축된다. 또한, Enu2 및 야생형 마우스를 대조군으로서 비히클로 처치하였다. 바이러스 투여 12 주 후, 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 각각의 동물 그룹으로부터 수집된 뇌 샘플에서 측정하였다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 비히클-처치된 Enu2 마우스는 비히클 처치된 야생형 마우스에서 측정된 수준에 비해 증가된 수준의 페닐알라닌, 및 감소된 수준의 티로신, 도파민, DOPAC, 호모바닐린산, 노르에피네프린, 트립토판, 및 세로토닌을 가졌다. Enu2 마우스에 대한 고용량의 AAV-PAH(2E14 vg/kg)의 투여는 페닐알라닌, 티로신, 도파민, DOPAC, 호모바닐린산, 노르에피네프린, 트립토판, 및 세로토닌의 수준을 비히클-처치된 야생형 대조군에서 나타난 수준까지 회복시켰으나, 저용량(2E13 vg/kg)은 그렇지 않았다. 이들 데이터는 뇌에서 특정 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준이 사용되어, 야생형 대조군에서 나타난 것으로 신경전달물질 대사 경로를 회복시키기 위해 필요한 PKU 치료제의 유효량을 결정할 수 있다는 것을 입증한다.
6.4 실시예 4: 페닐알라닌의 혈장 수준은 뇌에서 검출된 수준과 상관관계가 있다.
소변, 혈액, 혈청, 및 혈장 페닐알라닌 수준은 PKU 진단 및 질환 관리 모니터링을 위한 바이오마커로 알려져 있다. 혈장 및 뇌 페닐알라닌 수준을 측정하고 비히클-처치된 야생형 및 Enu2 마우스, 및 2E13 vg/kg 및 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스와 비교하였다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 개별 동물에서 혈장 및 뇌 페닐알라닌 사이에 강한 선형 상관관계가 있다. 또한, 상관관계는 PAH 상태 및 AAV-PAH 처치 용량과 관계 없이 유지된다. 이들 데이터는 신경인지 PKU 증상에 대한 대용 마커로서 혈장 페닐알라닌의 값에 대한 추가 지지를 제공하며, 이는 뇌 페닐알라닌 수준이 생성된 신경전달물질의 수준을 나타낼 수 있기 때문이다.
6.5 실시예 5: Enu2 및 야생형 마우스의 혈장에서의 신경전달물질 및 신경전달물질 대사물 수준.
신경전달물질 대사물 DOPAC 및 호모바닐린산의 수준을 야생형 및 Enu2 마우스에서 측정하였다. 도 5에 나타낸 바와 같이, Enu2 마우스는 야생형 마우스와 비교하여 이의 혈장에서 낮은 수준의 신경전달물질 대사물을 갖는다. 또한, 이들 대사물의 혈장 수준은 뇌에서 검출된 수준과 상관관계가 있다(도 6 및 8). 이들 데이터는 혈장 DOPAC 및 호모바닐린산이 뇌에서 이들 대사물의 수준을 이해하기 위한 대용물로서 작용할 수 있으며, 신경인지 증상의 비교적 용이하게 얻어지는 바이오마커로서 제공될 수 있다.
비히클-처치된 야생형 및 Enu2 마우스, 및 2E13 vg/kg 및 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스에서 페닐알라닌, 티로신, 도파민, DOPAC, 3MT, 호모바닐린산, 노르에피네프린, 트립토판, 및 세로토닌의 혈장 및 뇌 수준을 측정하였다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 2E14 vg/kg 용량의 AAV-PAH는 측정된 아미노산(야생형 수준으로 감소된 페닐알라닌을 제외함), 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 혈장 수준을 야생형 마우스에서 나타난 수준까지 증가시켰다. 반면에, 2E13 vg/kg 용량의 AAV-PAH는 측정된 아미노산, 신경전달물질 대사물, 및 신경전달물질의 수준을 완전히 회복시키지 않았다. 또한, 페닐알라닌의 수준과 신경전달물질 대사물 DOPAC 및 호모바닐린산의 수준 사이에 반비례 상관관계가 있다(도 9). 이는 PAH 활성의 손실이 PKU의 신경인지 증상에 대한 기본인 대사물의 현저한 감소를 야기한다는 개념과 일치한다. 따라서, 이들 신경전달물질 또는 이의 생성된 대사물의 혈장 또는 뇌 수준은 PKU의 신경인지 증상을 치료하거나 개선하기 위해 필요한 PKU 치료제의 유효량을 결정하기 위한 동반 진단으로서 제공될 수 있다. 이는 비-제한적인 예시적 예로서 도 10 및 11에 나타나 있다. 이 경우에, 도파민, 노르에피네프린 및 DOPAC의 뇌 수준을 비히클-처치된 야생형 및 Enu2 마우스, 및 2E13 vg/kg 및 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스에서 측정하였다. 도 10 및 11에 나타낸 바와 같이, 저용량의 2E13 vg/kg은 도파민의 수준을 회복시키기에 충분하였으나, DOPAC 및 노르에피네프린의 수준을 회복시키기에 불충분하였다. 반면에, 고용량의 2E14 vg/kg은 Enu2 동물에서 도파민, DOPAC, 및 노르에피네프린의 수준을 야생형 대조군에서 나타난 수준까지 완전히 회복시켰다. 이 세트의 대용 마커는 2E14 vg/kg 용량이 이들 신경인지 경로를 회복하기에 효과적인 반면에, 저용량은 그렇지 않았다는 것을 결정하기에 충분하였다.
추가 실시예로서, 유효량의 대용 마커로서 신경전달물질 대사물의 혈장 수준의 용도를 도 12 및 13에 나타내었다. 여기서, DOPAC 및 호모바닐린산의 혈장 수준을 비히클 처치된 야생형 및 Enu2 마우스, 및 2E13 vg/kg 및 2E14 vg/kg AAV-PAH로 처치된 Enu2 마우스에서 측정하였다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 고용량의 2E14 vg/kg은 DOPAC 및 호모바닐린산의 혈장 수준을 야생형에서 보이는 수준까지 회복시킬 수 있었던 반면에, 저용량의 2E13 vg/kg은 그렇지 않았다. 또한, 도 13에 나타낸 바와 같이, 이들 마커의 혈장 및 뇌 수준은 이의 아미노산 전구체 페닐알라닌의 혈장 및 뇌 수준과 반비례 상관관계를 가졌다.
6.6 실시예 6: PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)의 유효량은 신경전달물질 수준을 회복시킨다.
Enu2 마우스를 PKU 치료제, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)로, 또는 비히클로 처치하였다. PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 투여 3 일 후, 마우스를 안락사시키고 혈액 및 뇌를 수집하고 선택된 신경전달물질 및 신경전달물질 대사물의 존재에 대해 시험하였다. 도 14, 15, 및 16에 나타낸 바와 같이, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)로 처치된 Enu2 마우스는 비히클로 처치된 것과 비교하여 혈장 및 뇌 신경전달물질 및 신경전달물질 대사물 둘 다의 수준 증가를 나타내었다. 3 일의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치는 뇌 페닐알라닌, 티로신, 및 트립토판 수준을 야생형에서 나타난 수준까지 회복시켰으며, 페닐알라닌, 티로신, 및 트립토판의 혈장 수준은 상응하는 뇌 수준의 대략적인 대용물로서 제공되었다(도 14). 또한, 3 일의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)는 도파민, 노르에피네프린, 및 세로토닌의 뇌 수준을 정상화시킬 수도 있었다(도 15). 또한, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치는 뇌 DOPAC, 호모바닐린산, 및 5-하이드록실인돌아세트산을 정상 마우스 뇌에서 나타난 수준까지 회복시켰으며, 모든 3 개 대사물의 혈장 수준은 뇌에서 나타난 수준에 대한 대용물로서 제공되었다. 이들 데이터는 PKU 치료제의 유효량을 확인하기 위한 대용 마커로서 사용하는 혈장 신경전달물질 및 대사물 수준의 값을 추가로 입증한다.
다양한 용량 수준의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)(10 - 80mg/kg) 또는 비히클(tris 완충 생리식염수/2mM 트랜스-신나메이트; 4mL/kg)을 0 일차에 피하(SQ) 주사에 의해 수컷 C57BL6-PahEnu2 마우스(n = 7)에게 투여하였다. 가열 램프 하에서 간단하게 마우스를 승온시켜, 혈관확장을 유도한 후, 멸균 수술용 칼을 사용하여 대략 0.1 cm 길이로 꼬리의 피부에 가로지르는 철창을 형성함으로써, 투여 전 및 투여 24 시간 후 각각의 동물로부터 혈액을 샘플링하였다. 이어서 혈액을 단일 리튬-헤파린화된 모세관에 수집하였으며, 이를 즉시 원심분리하여, 혈장을 산출하였다. 혈장을 깨끗하고 표지된 튜브로 옮기고 -80℃에서 저장하였다. PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 투여 72 시간 후, 각각의 동물을 노즈 콘을 통해 전달된 이소플루오레인(도입 동안 4%, 유지 동안 1.5%)으로 깊이 마취시켰다. 말단 혈액 샘플을 심장 천자를 통해 수집하고 리튬 헤파린을 함유한 튜브에 위치시켰다. 그 다음에, 동물을 실혈에 의해 안락사시키고, ~10 분 동안 심장을 통한 PBS를 이용한 전신 관류 전에 개흉술을 수행하고, 이어서 경추 탈구시켰다. 그 다음에, 각각의 마우스의 뇌를 절개하고, 시상으로 이등분하고, 급속 냉동시키고, -80℃의 표지된 튜브에 저장하였다. 혈액 샘플을 원심분리하여, 혈장을 산출하고, 이를 깨끗하고 표지된 투브로 옮기고 -80℃에서 저장하였다.
실시예 12 및 13에 기재된 에세이를 사용하여, 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 측정하였다. 도 17-18에 나타내 바와 같이, 40 mg/kg 또는 80 mg/kg의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)의 단일 용량 72 시간 후, 뇌 및 혈장 둘 다에서의 페닐알라닌 수준 및 뇌에서의 트립토판 수준을 야생형 마우스에서 나타난 수준까지 정상화하였다. 도 19는 40 mg/kg 또는 80 mg/kg의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)의 단일 용량이 투여 72 시간 후 펜에틸아민, 도파민, 및 세로토닌의 수준을 정상화시키고 노르에피네프린 수준을 증가시켰다는 것을 나타낸다. 또한, 도 20에 나타낸 바와 같이 혈장에서 펜에틸아민 및 세로토닌 대사물의 수준을 야생형 수준까지 정상화시켰다. 뇌에서 신경전달물질 대사물의 모든 수준이 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치시 비히클-처치된 Enu2 마우스에 비해 증가하였다(도 21a-c).
6.7 실시예 7: Enu 마우스에서의 마커 수준 상관관계
6.7.1 뇌에서의 아미노산 수준은 Enu 마우스에서 혈장 Phe 감소와 상관관계가 있다.
아미노산 수준을 비히클 또는 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치 72 시간 후 PAHEnu2 및 PAHWT 마우스로부터의 혈장 및 뇌 파쇄액에서 정량화하였다(도 17 및 18a). 10 mg/kg 초과의 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)는 PAHEnu2 마우스에서 혈장 Phe 수준을 1999.0 ± 85.0 μM(평균 ± SEM)로부터 < 1.0 μM(PAHWT = 60.4 ± 4.4 μM)로 감소시켰다(도 17, 좌측). 혈장과 반대로, 뇌 Phe 수준은 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치시 PAHWT에 비해 정규화되었으며 743.7 ± 37.4로부터 107.7 + 6.6 μM(PAHWT = 108.8 ± 6.7 μM)로 감소하였다(도 18a, 좌측).
뇌 Phe 수준은 혈장 Phe에서 관찰된 바와 같이 PAHWT 미만으로 감소되지 않았으나, 강한 상관관계가 0.89(95% 신뢰 구간(CI) 0.81 - 0.94, p < 0.0001)의 r 값으로 2 개 구획 사이에서 측정되었다(도 18b, 좌측).
혈장 Tyr은 PAHWT에 비해 모든 PAHEnu2 그룹에서 낮게 유지된 한편(도 17, 중간), PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치된 PAHEnu2 마우스에서 뇌 Tyr 수준은 68.8 ± 2.9로부터 85.1 ± 6.1 μM(PAHWT = 99.0 ± 2.6 μM)로 증가하였다(도 18a, 중간). 뇌 Tyr은 400 μM 미만의 뇌 Phe에서의 감소와 상관관계가 있었다(도 18b, 중간).
혈장 Trp 수준은 모든 처치 그룹에서 정상으로 유지되었다(도 17, 우측). 흥미롭게도, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)로 처치된 PAHEnu2 마우스에서 뇌 Trp는 PAHWT에 비해 정상화되었고, 20.4 ± 1.1 μM로부터 30.5 ± 0.8 μM(PAHWT = 29.2 ± 0.7 μM)로 증가하였다(도 18a, 우측). 뇌 Trp 수준은 뇌 Phe가 400 μM 미만으로 하락하였을 때 정상화되었다(도 18b, 우측).
6.7.2 신경전달물질 수준은 마우스 뇌에서 아미노산 교정과 상관관계가 있다.
모든 신경전달물질 수준은 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치시 PAHWT에 비해 정상화되었고; 혈장 PEA는 53.6 ± 1.8로부터 2.7 ± 0.8 nM(PAHWT = 3.7 ± 1.0 nM)로 감소하였고, 뇌 도파민은 1115 ± 78.6으로부터 1506 ± 96.5 nM(PAHWT = 1492 ± 138.4 nM)로 증가하였고, 뇌 노르에피네프린은 1335 ± 54.0으로부터 1855 ± 78.0 nM(PAHWT = 2247 ± 54.9 nM)로 증가하였고, 뇌 세로토닌은 166 ± 12.5로부터 583.8 ± 45.6(PAHWT = 502 ± 47.6 nM)으로 증가하였다(도 19a).
혈장 PEA와 뇌 Phe 사이의 강한 양성 상관관계가 0.95(95% CI 0.89 - 0.97, p < 0.0001)의 r 값으로 관찰되었다. 뇌 도파민, 노르에피네프린, 및 세로토닌은 뇌 Phe와 각각 -0.61(95% CI -0.79 내지 -0.34, p = 0.0002), -0.63(95% CI -0.80 내지 -0.35, p = 0.0001), 및 -0.92(95% CI -0.96 내지 -0.84, p < 0.0001)의 r 값으로 반비례로 상관관계가 있었다(도 19b).
6.7.3 신경전달물질 대사물 수준은 마우스에서 신경전달물질 수준과 상관관계가 있다.
뇌에서 모든 신경전달물질 대사물 수준은 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치시 비히클-처치된 PAHEnu2에 비해 증가하였고; 뇌 HVA는 869 ± 41.01로부터 1073 ± 67.5 nM로 증가하였고, 뇌 MOPEG는 640.5 ± 55.22로부터 746 ± 40.7 nM로 증가하였고, 뇌 5HIAA는 280.2 ± 20.2로부터 1318.0 ± 37.4 nM로 증가하였다(도 21).
혈장 PAGly 수준은 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치시 PAHWT에 비해 정상화되었고 205.7 ± 24.8 nM로부터 14.69 ± 2.2 nM(PAHWT = 11.9 ± 0.7 nM)로 증가하였다(도 20a, 좌측). 혈장 HVA 및 MOPEG는 이의 상응하는 뇌 수준과 유사하였고; 일부 PAHEnu2 마우스는 혈장 PAHWT 수준에 도달하였다(도 20a, 중간). 혈장 5HIAA 수준은 고용량 및 PAHWT 그룹 둘 다에서 400 nM의 안정기에 도달할 때까지 뇌 5HIAA 수준과 유사하였다(도 20a, 우측).
혈장 PAGly는 0.93(95% CI 0.86 - 0.96, p < 0.0001)의 r 값으로 혈장 PEA와 직접 상관관계에 있었고, 이는 대사물과의 직접 관계를 제시한다(도 20b, 좌측). 혈장 HVA, MOPEG, 및 5HIAA는 각각 0.62(95% CI 0.37 - 0.78, p < 0.0001), 0.556(95% CI 0.29 - 0.74, p = 0.0003), 및 0.66(95% CI 0.40 - 0.79, p < 0.0001)의 r 값으로 상응하는 뇌 신경전달물질 대사물 수준과 상관관계가 있었다(도 20b, 중간 및 우측).
6.8 실시예 8: PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치와 조합된 티로신 보충은 PAH Enu2 마우스에서 뇌 노르에피네프린 수준을 증가시킨다.
별도의 연구에서, 수컷 C57BL6-PAHEnu2 마우스에 인산염 완충 생리식염수(PBS) 중에 현탁된 티로신, 60 mg/kg을, 경구 위관영양을 통해 3 회/일, 또는 비히클 대조군을 보충하였으며, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz), 40 mg/kg, 또는 비히클의 SQ 투여 하루 전에 개시하고, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 투여 후 4 일 동안 매일 계속하였다. 혈액을 Tyr 투여 개시 전, 및 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 투여 24 및 96 시간 후에 샘플링하였다. 뇌를 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 투여 96 시간 후 및 최종 Tyr 투여 1 시간 후에 수집하였다.
절개된 뇌를 칭량하고 FastPrep-24 5G 기구(MP Biomedicals 116005500) 상에서 표준 프로토콜을 사용하여 PBS(1% NP-40, 0.5% 소듐 데옥시콜레이트 및 0.1% 소듐 도데실 설페이트를 함유한 4:1 (v/w)) 중에서 균질화하였다. 21,000 g의 뇌 파쇄액을 15 분 동안 4℃에서 원심분리함으로써 상청액을 제조한 다음에, -80℃의 분취액에 저장하였다.
티로신 보충은 비히클 및 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)-처치된 PAHEnu2 마우스에서 혈장 Tyr 수준을 증가시켰다(도 22c). Tyr 보충은 비히클-처치된 PAHEnu2 마우스에서 뇌 Tyr 수준을 약간 증가시켰으나, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)-처치된 PAHEnu2 마우스에서 효과를 갖지 않았다(도 22d). 뇌 도파민은 Tyr 보충과 관계없이 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)-처치된 PAHEnu2 마우스에서 PAHWT 수준에 도달하였다(도 22e). 가장 놀랍게도, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)-처치된 PAHEnu2 마우스에서 Tyr 보충은 PBS 보충(p = 0.0002)에 비해 뇌 노르에피네프린을 1481 ± 34.8로부터 1818 ± 62.7 nM로 증가시켰다(도 22f).
6.9 실시예 9: 신경전달물질 대사물 수준은 감소된 혈장 Phe를 갖는 PKU를 갖는 대상체에서 증가하였다.
PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치된 PAHEnu2 마우스에서의 데이터는 혈장 Phe를 감소시키는 것이 신경전달물질을 뇌에서 PAHWT 수준까지 회복시키고, 혈장 신경전달물질 대사물이 유사한 경형을 나타낸다는 것을 제시한다. 이들 결과가 PKU를 갖는 인간 대상체로 번역될 수 있는지 여부를 결정하기 위해, 신경전달물질 대사물 수준을 >900 μM의 처치전 혈액 Phe 수준을 갖는 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)의 3 상 임상 시험에서 대상체의 서브세트로부터의 혈장 샘플에서 평가하였다. 3 상 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 임상 시험에 참여하였던 23 명 대상체로부터의 혈장 샘플(PRISM-1 NCT01819727 또는 PRISM-2, NCT01889862)을 평가하였다. 모든 대상체는 사전 서면 동의를 제공하였다. 성인 대조군 혈장 샘플을 Discovery Life Sciences(Los Osos, CA)로부터 얻었으며, 연령 및 성별이 통계적으로 상이하지 않았다. BMI는 대조군에 대해 이용가능하지 않았다. 대조군 샘플은 PKU와 관련되지 않은 진단 절차로부터 남겨진 비-식별된 나머지 샘플이었다. PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 임상 시험에서 혈장 Phe 및 ADHD-RS IV 펑가를 위한 방법은 이미 기재되었다(Thomas et al).
대상체를 처치 12 개월 후 >900 μM의 혈장 Phe 수준을 갖는 코호트 또는 <360 μM의 혈장 Phe 수준을 갖는 코호트의 2 개 코호트로 구분하였다. <360 μM의 혈장 Phe는 ACMG PKU 치료 가이드라인(Vockley et al., 2014)에서 권고되는 표적 Phe 범위의 상한인 한편, >900 μM의 혈장 Phe는 ACMG 및 EU PKU 치료 가이드라인(Vockley et al., 2014; van Spronsen et al 2018) 둘 다를 상당히 초과하는 Phe 수준이다. 기준선 특징을 연령, 성별, ADHD-RS IV 및 혈장 Phe를 기본으로 하여 매칭시키고 하기 표 1에 기재하였다:
Figure pct00011
PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)로 처치된 환자의 혈장 Phe 수준을 PKU가 없는 대조군으로부터의 샘플과 비교하였다. 실시예 10 및 11에 기재된 에세이를 사용하여, 처치의 0, 6, 및 12 개월에 모든 혈장 샘플에서 신경전달물질 대사물 수준을 평가하였다.
PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치의 12 개월 후, >900 μM Phe 그룹에서의 혈장 페닐아세틸글루타민(PAG)은 4177 ± 446.3으로부터 3565 ± 481.9 nM로 변화되지 않고 유지되고; <360 μM Phe 그룹에서 PAG 수준은 대조군에 비해 정상화되고 3133 ± 452.2로부터 1133 ± 317.3 nM(대조군 = 1167 ± 150.0 nM)로 감소하였다(도 23a). 혈장 HVA는 >900 μM 그룹에서 대조군(42.1 ± 2.45 nM) 미만으로 변화되지 않고 유지되었고(27.6 ± 3.2로부터 24.35 ± 1.72 nM); 혈장 HVA는 <360 μM 그룹에서 대조군에 비해 정상화되었고, 30.6 ± 3.9로부터 44.8 ± 5.6 nM로 증가하였다(도 23b). 혈장 MOPEG는 >900 μM 그룹에서 38.2 ± 2.9로부터 50.9 ± 5.3 nM로 증가하였고; 혈장 MOPEG는 <360 μM 그룹에서 대조군에 비해 정상화되었고, 49 ± 6.4로부터 70 ± 5.4 nM(대조군 = 61.0 ± 4.1 nM)로 증가하였다(도 23c). 최종적으로, 혈장 5HIAA는 >900 μM 그룹에서 대조군(43.1 ± 2.5 nM) 미만으로 변화되지 않고 유지된 한편(13.4 ± 0.8로부터 15.9 ± 1.22 nM); 혈장 5HIAA는 <360 μM 그룹에서 대조군 수준에 접근하였고, 18.1 ± 3.6으로부터 34.9 ± 2.8 nM(p = 0.0017)로 증가하였다(도 23d).
6.10 실시예 10: 신경전달물질 수준은 PKU를 갖는 대상체에서 혈장 Phe 수준과 상관관계가 있다.
혈장 PAG는 >900 μM(r = 0.68; 95% CI 0.48 - 0.72; p < 0.0001) 및 <360 μM 그룹(r = 0.72; 95% CI 0.52 - 0.84; p < 0.0001; 도 23e)에서 혈장 Phe와 상관관계가 있었고, 이는 모돈 농도에서 혈장 Phe의 감소가 뇌 Phe 및 이어서 PAG의 감소를 야기하였다는 것을 제시하였다. PAHEnu2 마우스와 유사하게, <30 uM의 혈장 Phe 수준을 갖는 대상체는 대조군과 동일한 범위에서 PAG 수준을 유지하였다.
혈장 HVA 및 MOPEG만이 <360 μM 그룹(HVA: r = -0.42; 95% CI -0.64 - -0.12; p = 0.0075; MOPEG: r = -0.35; 95% CI -0.60 - -0.049; p = 0.0246)에서 혈장 Phe와 상관관계가 있었으며, 이는 낮은 혈장 Phe 수준이 도파민 및 노르에피네프린 대사물 수준에 대한 주목할만한 영향을 위해 필요하다는 것을 제시한다. 혈장 5-HIAA는 >900 μM(r = -0.38; 95% CI -0.61 내지 -0.088; p = 0.0126) 및 <360 μM(r = -0.72; 95% CI -0.84 내지 -0.53; p < 0.0001) 그룹 둘 다에서 혈장 Phe 감소와 상관관계가 있었다(도 23e-l). 혈장 5-HIAA는 <360 μM 그룹에서 혈장 Phe와 더욱 강하게 상관관계가 있었으며, 5-HIAA 수준은 대조군 샘플의 범위에 도달하였다.
각각의 신경전달물질 대사물 및 Phe의 대상체-수준 궤적을 기준선에서 에세이된 12 개월 샘플까지에 대해 분석하였다. >900 μM 그룹에서, Phe를 이용한 PAG 및 5-HIAA에 대한 대상체-수준 궤적은 규모가 보통이었고 소수의 대상체에서 관찰되었으며, 궤적에서 지속적인 경향이 이 그룹에서의 HVA 또는 MOPEG에 대해 관찰되지 않았다(도 23m-p). Phe 변화에 비해 신경전달물질 대사물 수준에서 가장 강하고 가장 지속적인 변화는 <360 μM 그룹에서 관찰되었다. 더욱 놀랍게도, <360 μM 그룹에서, 개별 대상체의 궤적 경향은 규모가 크고 한명의 대상체를 제외한 전부는 혈장 Phe에서의 감소로 PAG에서의 감소를 겪었다(도 23q). HVA에 대해, 궤적에서의 양성 경향이 관찰되었고; 3 명의 대상체를 제외한 전부는 Phe의 감소로 HVA에서의 증가를 겪었다(도 23r). 유사하게는, MOPEG에 대해, 3 명의 대상체를 제외한 전부는 혈장 Phe에서의 감소로 MOPEG에서의 증가를 겪었다(도 23s). 5HIAA에 대해, 한명의 대상체를 제외한 전부는 12 개월 후 혈장 Phe에서의 감소로 5HIAA에서의 증가를 겪었다(도 23t).
일부 실시양태에서, 대상체로부터의 2 이상의 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 조합을 PKU의 진단 및/또는 관리를 위해 측정할 수 있다. 비-제한적인 예로서, Phe 및 PAG를 PKU의 진단 및/또는 관리를 위해 측정할 수 있다.
6.11 실시예 11: 부주의 스코어 개선은 PKU를 갖는 대상체에서 혈장 MOPEG 수준과 상관관계가 있다.
주의력 결핍 과잉행동 장애 평정 척도 IV(ADHD RS-IV IA)의 부주의 보조척도 도메인을 사용하여, PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz)로 처치된 PKU를 갖는 대상체의 임상 연구에서 부주의의 신경심리학적 증상을 평가하였다. 평균 부주의 보조척도 스코어에서의 개선은 장기 PALYNZIQ®(페그발리아제-pqpz) 처치를 계속하는 대상체에서 평균 혈장 Phe에서의 감소와 연관되었다. 연관성은 특히 ≥ 9의 ADHD RS-IV IA 스코어로 나타낸, 기준선에서 부주의 증상을 보고하는 대상체에서 분명하였다(Thomas et al 2018).
노르에피네프린 및 도파민 수준에서의 감소는 ADHD 증상과 연관되어 왔으며, 노르에피네프린에서의 감소가 부주의의 증상과 강하게 연관된다는 징후가 있다. 따라서, 실시예 10 및 11에 기재된 에세이를 사용하여, 각각 ADHD RS-IV IA 스코어와 도파민 및 노르에피네프린 신경전달물질 대사물, HVA 및 MOPEG에서의 변화 사이의 연관성을 조사하였다(도 24). ≥9 또는 <9의 기준선 ADHD RS-IV IA 스코어를 갖는 대상체에서, HVA와 ADHD RS-IV IA에서의 변화 사이에 상관관계가 발견되지 않았다(도 24a-b). ≥9의 기준선 ADHD RS-IV IA 스코어를 갖는 대상체에서 MOPEG에서의 변화와 ADHD RS-IV IA에서의 변화 사이에 상관관계가 발견되었다(r = -0.5434, p = 0.0242). MOPEG 수준이 증가할수록(>900 μM 및 <360 μM 그룹 둘 다에 대해) ADHD RS-IV IA 스코어에서의 변화는 음성적이었으며, 이는 스코어에서의 개선을 나타낸다. <9의 기준선 ADHD RS-IV IA 스코어를 갖는 대상체에서 HVA 또는 MOPEG와 ADHD RS-IV IA 스코어에서의 변화 사이에 상관관계가 발견되지 않았다(도 24c-d).
일부 실시양태에서, 대상체로부터의 2 이상의 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 조합을 ADHD의 진단 및/또는 관리를 위해 측정할 수 있다. 비-제한적인 예로서, 도파민/HVA, 노르에피네프린/MOPEG, 및/또는 세로토닌/5HIAA를 ADHD의 진단 및/또는 관리를 위해 측정할 수 있다.
6.12 실시예 12: 혈장 또는 뇌 파쇄액의 유도체화
96-웰 플레이트에서, 20 μL의 뇌 파쇄액 또는 혈장을 내부 표준을 함유한 80 μL의 얼음-냉각 아세토니트릴로 침전시켰다. 원심분리 후, 20 μL의 상청액을 10 μL의 100 mM 소듐 카보네이트 및 10 μL BzCl(아세토니트릴 중 6% (v/v))로 새로운 플레이트에서 유도체화하였다. 반응을 60 μL 포름산(수중 0.16% (v/v))으로 켄칭시켰다(quenched).
6.13 실시예 13: LC/MS에 의한 신경전달물질 분석
실시예 12에 기재된 바와 같이 유도체화된 샘플을 양성, 예정된 MRM 모드를 사용하는 Sciex 6500 Q-Trap 질량 분석기에 연결된 Acquity UPLC(Waters H-Class) 상에서 LC/MS에 의해 분석하였다. 10 μL를 Acquity HSS C18 칼럼(2.1 mm x 150 mm, 1.8 μM, 100 A 공극 크기 Waters 186003534) 상에 주입하고 8 분에 걸쳐 0.5 mL/분의 유속에서 0.15% 포름산(MPA) 및 아세토니트릴(MPB)로 10 mM 암모늄 포르메이트의 구배를 사용하여 용출시켰다.
각각의 분석물에 대한 설정을 표 2에서 찾아볼 수 있다. 피크 통합을 MultiQuant 소프트웨어를 사용하여 수행하였다. Quadrupole 질량 분석기 1(Q1) 및 Q3 질량 필터, 용출 시간, 디클러스터링 전위(declustering potential)(DP), 입구 전위(entrance potential)(EP), 충돌 에너지(collision energy)(CE), 및 충돌 세포 출구 전위(collision cell exit potential)(CXP)를 각각의 분석물에 대해 최적화하였다. 5HIAA, 5-하이드록시인돌 아세트산; DOPEG, 3,4-디하이드록시-페닐에틸렌글리콜; HVA, 호모바닐린산; MOPEG, 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜; PAGlu, 페닐아세틸글루타메이트; PAGly, 페닐아세틸글리신; PEA-IS, 페닐에틸아민 동위원소; PHE, 페닐알라닌; SRO, 세로토닌; TYR-IS, 티로신 하이드록실라아제; TRP-IS, 트립토판 하이드록실라아제.
Figure pct00012
실시예 12 및 13에 기재된 에세이를 사용하여, 실시예 6 내지 11에 기재된 생물학적 샘플에서 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 측정하였다.
6.14 실시예 14: rAAV 벡터 내로 도입된 PAH 발현 카세트의 평가
6.14.1 야생형 인간 또는 마우스 PAH를 발현하는 벡터의 생성
초기 연구를 야생형 PAH cDNA(벡터 1; ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH; 서열번호 15)를 포함하는 재조합 AAV 유전자 요법 벡터로 수행하였다. 마우스(muPAH) 또는 인간 PAH(hPAH) 서열을 벡터 내로 삽입하였다. 벡터 게놈은 AAV 혈청형 2(AAV2) 유래된 역위 말단 반복부(ITR)에 인접하였으며, PAH의 발현을 하이브리드 인간 아포지질단백질 E(ApoE)/HCR 인핸서 / 인간 알파 항-트립신(AAT) 프로모터에 의해 구동하였다. 또한, 벡터 게놈은 베타-글로빈 인트론 서열(GI) 및 소 성장 호르몬 폴리아데닐화 신호(bGH)를 포함하였다(도 26). 서열번호 15에 나타낸 바와 같이 길이가 2800 bp인 인간 PAH cDNA를 갖는 벡터 게놈 서열. 벡터를 예를 들어, 본원에 참고로 포함되는 Gibson et al. (2009) "Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases". Nature Methods. 6 (5): 343-345, 및 Gibson DG. (2011) "Enzymatic assembly of overlapping DNA fragments". Methods in Enzymology. 498: 349-361에 의해 기재된 바와 같은 종래의 클로닝 기술을 사용하여 제조하였다.
6.14.2 AAV-PAH 벡터의 발현 및 활성을 시험하기 위한 에세이
본원에 제공된 재조합 AAV PAH 벡터를 시험하기 위한 에세이는 예를 들어, (1) 간-특이적 mRNA 발현 및 스플라이싱, 및 시험관내 PAH 단백질 생산 및 분비를 확인하기 위한 인간 간으로부터 유래된 세포인 HepG2 세포에 AAV 벡터 핵산을 포함하는 이중-가닥 DNA 플라스미드의 일시적 형질주입; (2) 293 세포 및 바큘로바이러스-감염된 곤충 세포에 AAV PAH 벡터를 포함하는 AAV 비리온의 생산; (3) 알칼리 겔 분석 및 복제 에세이에 의한 AAV 벡터 핵산의 평가; 및 (4) Enu2 마우스에서 PAH 발현, PAH 활성, 및 Phe 수준의 평가를 포함한다.
6.14.3 일시적 형질주입 에세이
예비 시험관내 에세이를 수행하여, 본 실시양태의 AAV PAH 벡터로부터의 PAH 발현 및 활성을 비교하였다. 일 실시양태에서, AAV PAH 벡터의 플라스미드를 인간 간 세포주, HepG2 내로 일시적으로 형질주입한다. 형질주입 후, 예를 들어 24 또는 48 또는 72 시간 후, 세포내 PAH 발현을 측정한다. 이 에세이를 사용하여, ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH 벡터는 일시적으로 형질주입된 HepG2 세포에서 PAH 단백질을 발현할 수 있는 것으로 입증되었으며(예를 들어, 도 47 참고), 정량화는 도 51(WT-hPAH로서 확인된 벡터)에 제공된다.
6.14.4 293 세포 및 바큘로바이러스-형질주입된 곤충 세포에서 AAV PAH 비리온의 생산
본 실시양태의 재조합 AAV PAH 벡터가 실제로 PAH를 코딩하는 핵산을 패키징한다는 것을 입증하기 위해, 상기 기재된 바와 같이 생성된 이중-가닥 형태의 AAV PAH 벡터(예를 들어, 서열번호 15-23)를 AAV 비리온을 생산할 수 있는 세포 내로 도입한다. 제1 AAV 바이러스 생산 시스템에서, 이중-가닥 형태의 AAV PAH 벡터 핵산을 포함하는 플라스미드를 AAV Cap 및 Rep 단백질을 발현하는 플라스미드 및 AAV 비리온 생산을 위해 필요한 아데노바이러스 헬퍼 기능을 발현하는 플라스미드와 함께 293 세포 내로 공동-형질주입한다. 제2 AAV 바이러스 생산 시스템에서, AAV PAH 벡터 핵산 및 AAV Cap 및 Rep 단백질을 발현하는 바큘로바이러스 구조체를 생성한 다음에, 곤충 Sf9 세포 내로 공동-형질주입한다. 일시적으로 형질주입된 293 세포 또는 바큘로바이러스-감염된 Sf9 세포에서 생산된 결과적 AAV 비리온을 당업계에 알려진 표준 방법에 의해 정제하고 분석한다.
6.14.5 알칼리 겔 및 복제 에세이에 의한 평가
알칼리 겔 전기영동 에세이를 사용하여, 패키징된 핵산의 크기를 결정한다. 복제 중심 에세이를 사용하여, AAV PAH 벡터가 양측 패키징 방법에 의해 온전한 형태로 패키징되는 것을 결정한다. 프라이머 신장 에세이를 사용하여, 완전 말단, 즉 AAV2 5′ ITR(센스 가닥) 또는 3′ ITR(안티-센스 가닥) 내의 헤어핀 루프의 5′ 말단에서 종결을 갖는 AAV PAH 벡터 핵산의 양을 정량화한다. 대안적으로, PCR 에세이를 사용하여, AAV PAH 벡터 핵산이 완전 말단, 즉 AAV2 5′ ITR(센스 가닥) 또는 3′ ITR(안티-센스 가닥) 내의 헤어핀 루프의 5′ 말단에서 종결을 갖는지 여부를 결정한다.
도 27 및 28에 나타낸 바와 같이, 알칼리 겔 전기영동을 통해 이 특징이 초기 AAV-PAH 벡터(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH) 상에서 수행되었을 때, 다중 밴드를 관찰하였다. ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH 벡터를 hPAH-sc-AAV-DNA(도 27) 또는 AAV-hPAHv1(도 28)로서 확인하였다. 프라이머 신장 및 PCR 에세이를 수행하여, 2 개 집단이 자가-상보성 및 이중 가닥이라는 것을 확인하였다. hPAH에 인접한 바큘로바이러스 영역이 hPAH VG 역가에 비해 100-300x 낮은 것을 발견하였다. 따라서, ~4.2 kb 밴드에서 추가 서열은 인근의 바큘로바이러스 DNA로부터 유래되지 않는다.
6.14.6 PKU 영향을 받은 마우스에서 AAV-PAH의 영향
C57BL6-ENU2 또는 BTBRenu2 마우스는 중증 고페닐알라닌혈증을 갖는 동물을 야기하는 페닐알라닌 하이드록실라아제 유전자(PAH) 좌위에서의 동형 돌연변이이다. 높은 혈장 페닐알라닌(Phe) 수준은 이 동물이 혈장 Phe를 감소시키는 AAV-PAH의 능력뿐아니라, 다른 파라미터, 예컨대 혈장 Tyr, 성장 속도, 뇌 아미노산 및 신경전달물질, 및 안전성 바이오마커, 예컨대 혈장 ALT 및 간 조직병리학을 평가하기 위한 적절한 모델이 되게 한다.
다양한 용량 수준의 벡터(2e12 - 6e14 vg/kg) 또는 비히클(인산염 완충 생리식염수; 4mL/kg)을 0 일차에 꼬리 정맥을 통한 정맥내 주사에 의해 수컷 또는 암컷 C57BL6-PahEnu2 마우스 또는 C57Bl6 대조군 마우스(n = 7 - 10/그룹)에 투여하였다. 각각의 마우스의 중량을 용량 투여 전 및 용량 투여 후 2 주 마다 측정하고 기록하였다. 동일한 시점에, 혈액을 각각의 동물로부터 샘플링하였다. 종결 시점(투여 후 5 또는 12 주)에, 혈액 및 조직 샘플을 수집하였다.
6.14.7 혈장 Phe 및 Tyr 수준
Enu2 마우스를 마우스(muPAH) 또는 인간 PAH(hPAH)를 발현하는 2 개 용량(2E13 vg/kg 및 2E14 vg/kg)의 아데노 연관 바이러스 벡터(AAV)로 처치하였다. AAV-PAH는 ApoE-HCR-hAAT.GI.mu/hPAH.bGH 벡터에 대해 상기 기재된 바와 같이 AAV2 혈청형의 ITR 및 AAV5 혈청형의 캡시드 유전자로 구축된다. 또한, Enu2 및 야생형 마우스를 대조군으로서 비히클로 처치하였다. 바이러스 투여 후 다양한 시점에, 페닐알라닌(Phe) 및 티로신(Tyr)의 혈장 수준을 QTRAP 4500 질량 분석기를 이용한 LC-MS/MS 방법을 사용하여 각각의 동물 그룹으로부터 수집된 혈액 샘플에서 측정하였다. 도 29a에 나타낸 바와 같이, 비히클-처치된 Enu2 마우스는 비히클 처치된 야생형 마우스에서 측정된 수준에 비해 증가된 수준의 페닐알라닌을 가졌다.
Enu2 마우스에 대한 고용량의 AAV-PAH(2E14 vg/kg)의 투여는 페닐알라닌의 수준을 비히클-처치된 야생형 대조군에서 나타난 수준까지지 회복시켰지만, 저용량(2E13 vg/kg)은 그렇지 않았다. 이들 데이터는 혈장 Phe 수준을 사용하여, 신경전달물질 대사 경로를 야생형 대조군에서 나타난 것까지 회복시키기 위해 필요한 PKU 치료제의 유효량을 결정할 수 있다는 것을 입증한다. 또한, 추가 용량 수준 연구는 > 6e13 vg/kg의 AAV5-PAH가 혈장 Phe 수준의 거의 정상화를 야기하였다는 것을 나타내었다(도 29b). 이와 같이, 2e13 vg/kg 및 6e13 vg/kg은 벡터 설계에 의한 역가를 개선하기 위한 기준을 수립한다.
6.14.8 성장율
성장율을 또한 대조군으로서 미처치된 Enu2 및 비히클로 처치된 야생형 마우스에서 측정하고 혈장 샘플 회수 전의 체중 측정치를 기본으로 하여 AAV-PAH 처치된 Enu2 마우스와 비교하였다(도 30). 시험된 양측 용량에서 AAV-PAH를 이용한 처치는 체중 증가율을 상당히 증가시켰다.
6.14.9 털 색
Enu2 마우스에서의 고페닐알라닌혈증은 털 색의 상대적 저색소침착과 연관된다. 이 효과는 페닐알라닌에 의한 멜라노사이트에서의 티로시나아제 효소의 경쟁적 억제로 인한 것일 수 있다. (Miyamoto M, Fitzpatrick T. Competitive inhibition of mammalian tyrosinase by phenylalanine and its relationship to hair pigmentation in phenylketonuria. Nature. 1957;179:199-200). AAV-PAH의 투여 및 혈청 Phe 수준의 정상화 후, 털 색은 시험된 양측 용량(2E13 vg/kg 및 2E14 vg/kg)의 처치된 마우스에서 점점 어두워졌다. 이 효과의 발생은 주사 후 초기에 분명하지 않았지만 이는 8 주에 완전히 나타났다.
6.14.10 뇌 아미노산 및 신경전달물질
페닐알라닌의 티로신으로의 PAH 매개된 전환은 도 32에 나타낸 바와 같이 다수의 신경전달물질의 생산을 위한 전구체 반응으로서 제공된다. PKU 환자에서 PAH 활성의 손실은 혈장 페닐알라닌 수준에서의 증가에 의해 알려진 바와 같이 페닐알라닌의 증가를 야기한다. 그러나, PKU의 신경인지 효과는 대부분 다수의 신경전달물질 및 대사물의 생산을 야기하는 전구체 대사 단계의 손실에 의해 야기된다.
민감성 액체-크로마토그래피 결합된 질량 분석(LC/MS) 기반 에세이를 사용하여, 다양한 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 측정하였다. 간략하게는, 아미노산, 신경전달물질 대사물, 및 신경전달물질은 에틸 클로로포르메이트와 피리딘 또는 벤조일 클로라이드와 소듐 카보네이트와 반응될 때, 이들은 분자량에서의 한정된 증가를 갖는 반응 생산물을 생산하며, 이는 LC/MS를 사용한 이들의 확인 및 정량화를 허용한다. 이 에세이를 사용하여, 미처치된 Enu2 마우스, 야생형 대조군 마우스, 및 인간 PAH(AAV-PAH)를 발현하는 2 개 용량(2E13 vg/kg 및 2E14 vg/kg)의 아데노 연관 바이러스 벡터로 처치된 Enu2 마우스로부터 얻어진 생물학적 샘플에서 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 측정하여, 신경전달물질 생산에 대한 PAH 손실의 효과를 결정하였다. AAV는 AAV5 혈청형의 ApoE-HCR-hAAT.GI.mu/hPAH.bGH 벡터 및 캡시드 유전자로 구축된다.
도 32에 나타낸 바와 같이, 미처치된 Enu2 마우스는 뇌 샘플에서 야생형 마우스와 비교하여 낮은 수준의 신경전달물질 및 신경전달물질 대사물을 지속적으로 나타내었다. Enu2 마우스는 야생형 마우스의 뇌에서 발견된 수준과 비교하여 이의 뇌에서 티로신, 도파민, 및 노르에피네프린 감소된 수준을 가졌다. 이들 데이터는 PAH 활성의 손실이 다수의 핵심 신경전달물질의 감소를 야기한다는 것을 확인한다. Enu2 마우스에 대한 고용량의 AAV-PAH(2E14 vg/kg)의 투여는 페닐알라닌, 티로신, 도파민, 및 노르에피네프린의 수준을 비히클-처치된 야생형 대조군에서 나타난 수준까지 회복시켰지만, 저용량(2E13 vg/kg)은 그렇지 않다. 이들 데이터는 뇌에서 특정 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 사용하여, 신경전달물질 대사 경로를 야생형 대조군에서 나타난 것까지 회복시키기 위해 필요한 PKU 치료제의 유효량을 결정할 수 있다는 것을 입증한다.
6.14.11 효능의 기간
AAV5-muPAH(ApoE-HCR-hAAT.GI.muPAH.bGH 벡터)를 Enu2 마우스에게 투여한 후 효능의 기간을 결정하기 위해, 혈장 Phe 수준을 AAV 벡터 투여 후 2 주 마다 모니터링하였다. 60 주 후(연구 진행중), 효능에서의 감소가 하위최적 용량인 2e13 vg/kg 용량으로 나타났지만, 효능의 기간은 2e14 vg/kg 용량에서 유지되었다(도 33).
6.14.12 예비 안전성 데이터
2E13 또는 2E14 vg/kg의 AAV5-hPAH로 처치된 야생형 동물에 대해 수행된 예비 안전성 연구는 WT와 비교하여 간 효소 알라닌 아미노트랜스퍼라아제(ALT)에서 증가가 없었고(데이터는 나타내지 않음), Phe 수준에서 최소 변화가 나타났으며(도 34), 웨스턴 블롯에 의해 측정된 바와 같이 처치된 마우스에서 PAH 단백질의 수준 증가에도 불구하고(도 35), 간세포 손상 또는 사멸의 조직학적 증거(예를 들어, TUNEL 염색 없음)가 없었다는 것(도 36)을 밝혔다.
6.15 실시예 15: 인트론 서열을 포함하는 AAV-PAH 구조체의 생성
바큘로 생산 시스템에 의한 이종 처리를 회피하고 기능성 PAH의 발현을 증가시키는 AAV 패키징 능력에 근접하도록 설계된 추가 재조합 AAV 벡터를 생성하기 위해, 구조체를 대안적 인트론 서열로 생성하였다. 일부 실시양태에서, 구조체는 절단된 버전의 hPAH 2차 인트론을 포함하였다. 대안적 실시양태에서, 구조체는 복합 글로빈/AIAT 인트론(서열번호 14에 제공된 바와 같음) 또는 이의 절단된 버전을 포함하였다. 이들 구조체를 실시예 1에서 언급된 바와 같이 표준 DNA 클로닝 기술을 사용하여 생성하였으며, 이의 대표적인 서열은 각각 서열번호 19 및 17에 나타나 있다.
ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH 벡터에서 hPAH 서열의 발현을 증가시키기 위한 초기 활동에서, 2116 염기 쌍(bp) 절단된 hPAH 2차 인트론을 hPAH 코딩 서열(ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH)의 엑손 2와 3 사이에 삽입하였다(도 37). 인트론의 삽입은 그 외에 예를 들어, 인터페론 유전자와 같이 인트론이 없는 유전자에서 mRNA 발현의 수준 증가를 야기할 수 있다는 것이 알려져 있다. 그러나, 이 경우에, 본 발명자들은 인트론 1을 사용하지 않았으며, 이는 그것이 간에서 활성인 프로모터를 함유한 것으로 알려져 있기 때문이다. 또한, 절단된 hPAH 2차 인트론은 ESE 파인더에 의한 절단 접합에서 검출되는 엑손 스플라이스 인핸서를 갖지 않는다. 또한, 이 벡터는 AAV 패키징 능력에 근접하도록 설계되었다.
6.15.1 ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터로 처치된 Enu2 마우스에서 혈장 Phe 수준의 측정
마우스에 다양한 농도의 ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터를 주입하고 혈액 샘플을 매주 수집하여, 혈장 페닐알라닌 농도를 평가하였다(도 38). 한배새끼 대조군과 비교하여 주입 전에 PAH KO/Enu2 마우스에서 높은 수준의 페닐알라닌을 검출하였으며, 벡터 주입 2 일 후, 혈장 페닐알라닌 수준이 2E14 vg/kg 용량이 주어진 마우스에서 감소하였으며, 6E13 및 2E13 vg/kg 그룹에서 더 적은 정도로 감소된 한편, 대조군은 안정적으로 유지되었다. 이 결과는 2E14 vg/kg 용량의 ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터의 단일 주입이 결함성 PAH를 구제하고 혈액에서 페닐알라닌의 병리학적 누적을 감소시킬 수 있다는 것을 입증하였다. 그러나, ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터는 혈장 Phe 수준을 감소시키는 것에 대해 6E13 vg/kg 용량으로 2 일 시점에 야생형 수준까지 Phe의 감소를 달성한 ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH 벡터만큼 효과적이지 않았다(도 29b 참고).
6.15.2 ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터 처치된 Enu2 마우스의 뇌에서의 아미노산 및 신경전달물질 수준
실시예 14에 상기 기재된 신경전달물질 에세이를 사용하여, 아미노산, 신경전달물질, 및 신경전달물질 대사물의 수준을 또한 ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터로 처치된 마우스에서 측정하였다. 도 39에 나타낸 바와 같이, 2 개 최고 용량(2E14 vg/kg 및 6E13 vg/kg)의 ApoE-HCR-hAAT.hPAH-tI2.bGH 벡터로 처치된 Enu2 마우스는 아미노산 페닐알라닌, 티로신, 및 트립토판의 수준(도 39a), 및 신경전달물질 노르에피네프린의 수준(도 39b)을 비히클-처치된 야생형 대조군에서 나타난 바와 같이 회복시켰지만, 저용량(<2E13 vg/kg)은 그렇지 않았다.
6.15.3 큰 인트론-벡터 1 (ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAH.bGH)
후속 활동에서, 1815 bp 복합 글로빈/AIAT 인트론(서열번호 14)을 hPAH 코딩 서열(ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAH.bGH)의 전방에 삽입하였다(도 40). 또한, 이 인트론을 벡터의 총 크기가 AAV 패키징 능력에 근접하게 되도록 설계하였다. 뉴클레오티드 서열은 서열번호 17에 기재된 바와 같이 ApoE-hAAT 프로모터, 및 복합 글로빈/AIAT 인트론, 인간 PAH에 대한 야생형 코딩 서열, 및 bGH poly(A) 서열을 포함한다.
이 벡터의 시험관내 및 생체내 평가가 코돈-최적화된 벡터와 비교하여 실시예 17에 포함된다.
6.16 실시예 16 - 코돈-최적화된 AAV-PAH 구조체의 생성
ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAH.bGH 벡터에서 hPAH의 발현을 추가로 증가시키기 위한 다른 시도에서, 추가 재조합 AAV 벡터를 코돈-최적화된 PAH 코딩 서열(서열번호 7-13 참고)로 생성하였다. 상기 기재된 바와 같이, 이들 구조체를 표준 DNA 클로닝 기술을 사용하여 생성하였으며 코돈 최적화된 서열번호 7 서열을 포함하는 대표적인 벡터 서열을 서열번호 16에 나타내었다.
6.16.1 코돈 최적화된 PAH의 생성
본 발명자들은 cDNA에서 드물게 사용된 코돈을 포유동물 유전자에서 더욱 일반적으로 발견되는 것으로 치환하는 것("코돈 최적화")이 유전자 전달 후 hPAH의 발현 증가를 생성할 것이라는 가설을 시험하기 위해 대안적 hPAH 구조체(codop-PAH)를 설계하였다. 응고 인자 VII, VIII 및 IX에 대한 유사한 실습은 발현을 야생형 유사물과 비교하였을 때 최대 10 배 개선하였다(예를 들어, US 9,393,323호 참고). codop-hPAH의 설계를 위한 전략은 hPAH 아미노산 서열을 고도로 발현된 포유동물 유전자에서 대부분 자주 발견되는 코돈 세트로 다시 번역하는 것을 포함하였다. 그 다음에, 이 변형된 서열을 신중하게 스캐닝하고 코돈을 추가로 변형하여, mRNA 안정성을 개선하고 소망하지 않는 서열, 예컨대 과잉의 CpG 디뉴클레오티드, 및 은성 스플라이스 부위를 제거하였다.
본 발명자들은 상기 기재된 바와 같은 6 개 상이한 코돈-최적화 방법을 이용하였으며, 이는 다음을 포함한다:
GENEius 1 / 2(Operon 1) - 센스 및 안티-센스 방향에서 수동으로 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 감소시키고 임의의 추가의 ORF를 제거하는 것과 결합한 Operon/Eurofins Genomincs 코돈 최적화 소프트웨어.
Nathwani(NW2-Cop) - Amit Nathwani가 인자 VIII 코돈 최적화를 위해 사용한 코돈 사용빈도 표를 사용하여 코돈 최적화되었음.
Nathwani-RCG(NW-RCG) - 센스 및 안티-센스 방향에서 수동으로 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 감소시키고 임의의 추가의 ORF를 제거하는 것과 결합하여 Amit Nathwani가 인자 VIII 코돈 최적화를 위해 사용한 코돈 사용빈도 표를 사용하여 코돈 최적화됨.
ATUM(DNA2.0-op/D20-P) - DNA2.0 코돈 최적화 알고리즘을 사용하여 코돈 최적화됨.
ATUM-RCG(DNA2.0-Cop1) - 센스 및 안티-센스 방향에서 수동으로 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 감소시키고 임의의 추가의 ORF를 제거하는 것과 결합하여 DNA2.0 코돈 최적화 알고리즘을 사용하여 코돈 최적화됨.
JCAT(JCAT) - 센스 및 안티-센스 방향에서 수동으로 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 감소시키고 임의의 추가의 ORF를 제거하는 것과 결합하여 자바 코돈 적응 툴(www.jcat.de)을 사용하여 코돈 최적화된 됨.
codop-hPAH 서열의 서열 정렬이 도 42에서 퍼센트 서열 동일성, GC 함량 및 분기도 관계를 비교하는 차트로 도 41에서 제공된다.
6.16.2 코돈-최적화된 hPAH 벡터 설계
최종 설계된 codop-hPAH 서열은 어디에든 야생형 hPAH 서열로부터의 46-316 단일 bp 변화를 함유하고, 통상적으로 야생형 서열의 47% G+C 함량에 대해 47-57% G+C이다. 본 발명자들은 다양한 구성의 ApoE/hAAT 프로모터 하에서 codop PAH 변이체를 이의 표준 rAAV 벡터(Nathwani A. et al. Blood. 2007 February 15; 109(4): 1414-1421) 내로 클로닝하였다(도 43 참고). 바람직한 실시양태에서, codop-PAH를 ApoE-hAAT 프로모터, 및 복합 글로빈/AIAT 인트론, 인간 PAH에 대한 코돈 최적화된 서열, 및 bGH poly(A) 서열을 포함하는 벡터 내로 클로닝하였다. 바람직한 복합 글로빈/AIAT 인트론은 서열번호 14의 서열을 갖는다.
6.16.3 코돈-최적화된 hPAH AAV 벡터를 이용한 HepG2 형질도입
HepG2 간 세포주에서 이들 코돈-최적화된 hPAH AAV 벡터의 평가(도 44)는 GENEius1, GENEius2 및 JCAT가 WT-hPAH에 비해 상당한 발현 향상을 나타내었음을 나타내었다. 따라서, 종합하면, 이들 데이터는 본 발명자들의 codop-PAH 분자가 WT-hPAH에 비해 더욱 강하다는 것을 제시한다. 특히, GENEius1(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco1.bGH) 및 GENEius2(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco2.bGH) 벡터 플라스미드는 rAAV-WT-hPAH에 비해 50-100% 높은 수율의 벡터를 지속적으로 생성한다.
HepG2 세포를 0 일차에 12 개 웰 플레이트에 5E5 세포 / 웰로 시딩하였다. 세포를 1 일차에 1.25E5 내지 1E6 범위의 MOI에서 20uM 에토포시드로 형질도입하였다. 배지를 2 일차에 교체하였다. 배지를 제거하고, TrypLE로 분리하고, 이어서 혈청 함유 배지로 중성화하고, 세포를 DPBS로 세척하고, 세포 펠릿을 냉동함으로써 세포를 4 일차에 수집하였다. 세포를 TPER+4mM BMe로 용해시키고, 비가용성 세포 잔해를 제거하고, A280, 20 ug 단백질 로딩을 사용한 SDS-PAGE 및 항-PAH 마우스 단클론 일차 Ab 및 토끼 항-마우스 HRP-결합된 이차 Ab를 사용한 WB에 의해 단백질 농도를 측정함으로써 발현 분석을 실시하였다.
6.16.4 AAV-codop hPAH 벡터를 이용한 AML12 형질도입
AML12 세포는 뮤린 간세포 유래된 세포이다. 세포를 0 일차에 12 개 웰 플레이트에 5E5 세포 / 웰로 시딩하였다. 세포를 1 일차에 1E6 MOI에서 20uM 에토포시드로 형질도입하였다. 배지를 2 일차에 교체하였다. 배지를 제거하고, TrypLE로 분리하고, 이어서 혈청 함유 배지로 중성화하고, 세포를 DPBS로 세척하고, 세포 펠릿을 냉동함으로써 세포를 4 일차에 수집하였다. 세포를 TPER+4mM BMe로 용해시키고, 비가용성 세포 잔해를 제거하고, A280, 80 ug 단백질 로딩을 사용한 SDS-PAGE 및 항-PAH 마우스 단클론 일차 Ab 및 토끼 항-마우스 HRP-결합된 이차 Ab를 사용한 WB에 의해 단백질 농도를 측정함으로써 발현 분석을 실시하였다. 도 45에 도시된 결과는 1-4 일차에 혈청-함유 배지 및 무-혈청 배지의 사용을 비교하며, 후자는 간세포-유사 전사 조절을 유도하는 것으로 이전에 나타났다. 코돈 최적화된 hPAH의 발현 패턴을 비교하면, SFM에서 유지된 세포는 HepG2 세포뿐 아니라 뮤린 생체내 실험에서의 본 발명자들의 결과와 매칭되었다.
6.16.5 코돈 최적화된 AAV-PAH 벡터로 처치된 Enu2 마우스에서 혈장 Phe 수준의 측정
Enu2 마우스에 2E13 vg/kg의 각각의 코돈 최적화된 AAV-PAH 벡터, 비히클 또는 야생형 PAH 서열을 갖는 AAV 벡터를 주입하였다. 혈액 샘플을 매주 수집하여, 혈장 페닐알라닌 농도를 평가하였다(도 46a-b). 한배새끼 대조군과 비교하여 주입 전에 Enu2 마우스에서 높은 수준의 페닐알라닌을 검출하였다. 벡터 주입 6 주 후, Enu2 마우스의 혈장 페닐알라닌 수준이 감소된 한편, 대조군은 안정적으로 유지되었다. 이 결과는 PAH KO/ENU2 마우스 내로의 코돈 최적화된 AAV-PAH의 단일 주입이 결함성 PAH를 구제하고 혈액에서 페닐알라닌의 병리학적 누적을 감소시킬 수 있다는 것을 입증하였다.
AAV-codop PAH 구조체를 이용한 처치의 효과를 상이한 구조체 사이에서 체중 대 Phe 감소로서 추가로 평가하였다(도 47). GENEius1(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco1.bGH), GENEius2(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco2.bGH) 및 JCAT(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco3.bGH) 구조체는 Phe 수준을 감소시키는데 가장 효과적인 것으로 입증되었으며, 이는 또한 % 체중에서의 큰 증가와 상관관계가 있다.
6.17 실시예 17 - 코돈 최적화 대 인트론 삽입을 갖는 AAV-PAH 구조체의 비교
선두 코돈 최적화된 벡터(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco1.bGH) 및 선두 인트론 삽입된 벡터(ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAH.bGH)의 기능성 및 효능을 추가로 비교하기 위해 일련의 실험을 수행하였다.
6.17.1 HepG2 일시적 형질주입
HepG2 세포를 0 일차에 12 개 웰 플레이트에 5E5 세포 / 웰로 시딩하였다. 세포를 1 일차에 4.5:1의 FuGene HD:DNA 비를 갖는 1ug DNA/웰을 사용하여 형질주입하였다. 배지를 2 일차에 교체하였다. 배지를 제거하고, TrypLE로 분리하고, 이어서 혈청 함유 배지로 중성화하고, 세포를 DPBS로 세척하고, 세포 펠릿을 냉동함으로써 세포를 4 일차에 수집하였다. 세포를 TPER+4mM BMe로 용해시키고, 비가용성 세포 잔해를 제거하고, A280, 20 ug 단백질 로딩을 사용한 SDS-PAGE 및 항-PAH 마우스 단클론 일차 Ab 및 토끼 항-마우스 HRP-결합된 이차 Ab를 사용한 WB에 의해 단백질 농도를 측정함으로써 발현 분석을 실시하였다. 도 48a-b의 데이터는 V1(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco1.bGH), V1+LG 인트론(ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAH.bGH), Geneius1(ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco1.bGH) 및 벡터 2(ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAHco1.bGH)의 비교를 제공한다. 결과는 V1에 LG인트론을 포함하고, 적어도 Geneius1 단독만큼 강한 Geneius1+LG인트론 벡터를 포함하는 것에 대한 이점을 나타낸다.
6.17.2 개선된 역가 벡터를 이용한 용량 반응
ApoE-HCR-hAAT.GI.hPAHco1.bGH 또는 ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAH.bGH의 증가되는 용량을 Enu2 마우스에 전달하여, Phe 수준 감소에서의 효율을 결정하였다. AAV5-PAH 벡터를 코돈 최적화된 PAH 유전자, 큰 인트론을 포함하도록 변형하고, 이들 변형의 효과를 ENU2/PKU 마우스 모델에서 시험하였다.
Geneius-1, 또는 큰 인트론으로 변형된 AAV5-PAH의 용량 반응 곡선을 도 49a에 나타내었다. AAV5-PAH 변이체를 그래프에 나타낸 vg/kg의 용량으로 ENU2 마우스에 투여하고 혈장 Phe를 결정하였다. 도 49b는 AAV 투여 2 주 후의 용량 반응을 도시하고(ENU2 마우스를 플롯팅하지 않음), 도 49c는 용량 반응 변화를 강조하기 위해 좁혀진 y 축으로 AAV 투여 4 주 후의 용량 반응을 도시한다(ENU2 마우스를 플롯팅하지 않음).
6.17.3 GENEius-1과 큰 인트론 AAV-PAH 구조체 사이의 PAH 생체분포 비교
도 50은 AAV-PAH 처치된 간 조직에서 PAH 생체분포에서의 변화가 특징이다. AAV5-PAH 벡터를 코돈 최적화된 PAH 유전자, 큰 인트론을 포함하도록 변형하고, 간세포에서 PAH 단백질의 발현을 표준 기술을 사용한 IHC에 의해 결정하였다. PAH 단백질을 표준 IHC 기술을 사용하여 염색하였으며 양성 세포의 %를 결정하고 AAV5-PAH 용량에 대해 vg/kg으로 플롯팅하였다(도 50a). PAH 발현 간세포의 퍼센트 증가를 큰 인트론 또는 GENEius-1 구조체의 용량 증가로 관찰하였다. 그러나, 각각의 용량의 구조체 GENEius-1과 큰 인트론 사이에서 PAH 양성 간세포의 %에서 상당한 차이는 없었다. 2e13 vg/kg(도 50b) 및 1e14 vg/kg(도 50c)의 이들 AAV5-PAH 벡터가 투여된 Enu2 마우스로부터의 간의 IHC 이미지는 양측 경우에 대다수의 PAH가 중심 정맥 주변의 영역으로 국소화되었으며, 최소 분포가 문맥주위 영역에서 나타났다는 것을 밝혔다. 따라서, PAH 단백질 발현이 모든 용량 수준에서 중심 정맥을 둘러싼 간세포에서 관찰되는 것으로 보인다.
6.18 실시예 18: 코돈-최적화 및 인트론 삽입을 조합한 AAV-PAH 구조체의 생성
6.18.1 ENU2 마우스에서 벡터 2의 용량 반응
용량 반응의 역동학을 평가하기 위해, 혈장 Phe를 간에서의 PAH 활성에 대한 대용 마커로서 사용한다. ENU2/PKU 마우스 모델에서 AAV5-PAH 변이체의 투여 후, 혈장 Phe에서의 감소를 AAV 투여 후 2 주 이내에 관찰하였다. 반응은 최대 5 주 동안 안정적으로 유지되었으며, 다른 연구를 기본으로 하여 연장된 기간에 걸쳐 안정적으로 유지된다(도 51a). 또한, ENU2 마우스에 투여된 AAV5-PAH 변이체의 용량 반응을 2 주 시점에 그래프화하여, 상이한 용량의 효능 차이점을 더욱 명확하게 확인하였다(도 51b). Gene1(Geneius-1 변이체) 및 Lg인트론(큰 인트론 변이체)을 4e13 vg/kg에서 기준 대조군으로서 사용하였다. 벡터 2를 상이한 용량으로 수컷 및 암컷 ENU2 마우스에 투여하고 효능을 다른 AAV5-PAH 변이체와 비교하였다.
벡터 2 용량과 수컷 및 암컷 ENU2 마우스에서의 효능과의 상관관계가 도 52에 추가로 예시되어 있으며, 부수적인 차이만이 수컷 및 암컷 ENU2 마우스 사이에 벡터 2의 효능에서 관찰되었다.
AAV5-PAH 변이체(GENEius-1 및 큰 인트론), 및 벡터 2 사이의 용량 반응의 비교를 도 53에 나타내었다. 2e13 vg/kg으로 투여되었을 때, 2 주에 ENU2 마우스에서 혈장 Phe 감소시 벡터의 반응을 플롯팅하였다. 그래프는 벡터 2가 다른 AAV5-PAH 변이체와 비교하였을 때, 2e13 vg/kg에서 혈장 Phe 감소시 증가된 효능을 갖는다는 것을 나타낸다.
6.19 실시예 19 - AAV-PAH 구조체의 안전성 분석
6.19.1 혈장 ALT 수준
혈장에서 알라닌 아미노트랜스퍼라아제(ALT) 활성은 간세포 건강의 표시자로서 사용될 수 있으며, 높은 수준의 ALT는 간세포 독성을 나타낸다. 혈장 샘플을 AAV5-PAH의 투여 전(도 54a) 및 투여 2 주 후(도 54b)에 마우스로부터 수집하였으며, 혈장 ALT를 시판 키트(Sigma)를 사용하여 측정하였다. 그래프는 상이한 용량의 AAV5-PAH의 투여가 ALT 수준에서 주목할만한 변화를 야기하지 않았다는 것을 나타낸다.
6.19.2 독성을 측정하기 위해 사용된 TUNEL 염색
TUNEL(terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling)은 세포사멸적 시그널링 캐스케이드로부터 세포 사멸의 결과로서 DNA 단편화를 검출하기 위해 사용된 효소 에세이이다. TUNEL 양성 세포를 AAV5-PAH 변이체로 처치된 마우스로부터의 간 박편에서 평가하였으며 TUNEL 양성 세포에서의 최소 변화를 상이한 용량의 AAV5-PAH 투여 후 관찰하였다(도 55).
6.19.3 염증 수준을 결정하기 위해 사용된 IBA 및 H&E 염색
간 건강의 추가 측정으로서, IBA 및 H&E 염색을 사용하여 AAV-hPAH가 투여된 동물에서 대식세포 침윤을 검출하였다. 또한, 이온화된 칼슘-결합 어댑터 분자 1(ionized calcium-binding adapter molecule 1)(IBA1)로서 알려진 동종이식 염증 인자 1(Allograft inflammatory factor 1)(AIF-1)이 활성화된 대식세포 상에서 발견된다. 활성화된 대식세포는 염증 동안 조직에서 발견된다(도 56a). IBA1 양성 세포/병소를 AAV5-PAH 변이체로 처치된 마우스로부터의 간 박편에서 평가하여, AAV5-PAH 투여 후 염증 및 대식세포 침윤의 정도를 결정하였다(도 56b). IBA1 양성 병소 세포에서의 최소 변화를 상이한 용량의 AAV5-PAH 투여 후 관찰하였다.
간 조직의 H&E(헤마톡실린 및 에오신) 염색을 AAV5-PAH 변이체로 처치된 마우스에서 수행하였으며 야생형 마우스의 염색 패턴과 비교하였다. 염색 패턴은 야생형 마우스와 AAV5-PAH 변이체로 처치된 마우스 사이에 조직 조직학에서 최소 차이를 나타내었다(도 57a-c).
상기 관점에서, 사용된 AAV5-PAH 벡터 및 용량은 상당한 간 조직병리학의 결여를 기본으로 하여 Enu2 마우스에서 비-병원성일 가능성이 있다.
6.20 실시예 20: 개선된 프로모터/인핸서 서열을 갖는 구조체의 생성
기능성 PAH의 발현을 증가시키는 강한 프로모터를 갖는 추가 재조합 AAV 벡터를 생성하기 위해, 변형된 인핸서 및/또는 프로모터 서열로 구조체를 생성하였다. 구체적으로, 티록신 결합 글로불린(TBG) 프로모터 또는 트랜스타이레틴(TTR) 프로모터와 같은 대안적 간-특이적 프로모터를 사용한 표준 DNA 클로닝 기술을 사용하여 구조체를 구축하였다(예를 들어, 서열번호 22 및 23 참고). 다른 적합한 프로모터는 인간 알부민(Miyatake et al., J. Virol, 71 :5124 32 (1997)), humAlb; 간 특이적 프로모터(LSP), 및 B형 간염 바이러스 코어 프로모터(Sandig et al, Gene Ther., 3: 1002 9 (1996)를 포함한다. 예를 들어, The Liver Specific Gene Promoter Database, Cold Spring Harbor, rulai .schl .edifLSPD를 참고한다. 덜 바람직하지만, 다른 프로모터, 예컨대 바이러스 프로모터, 합성 프로모터, 구성적 프로모터, 조절가능 프로모터(예를 들어, WO 2011/126808호 및 WO 2013/04943호 참고), 또는 생리적 신호를 담당하는 프로모터가 본원에 기재된 벡터에서 사용될 수 있다.
6.21 실시예 21: 유전자 요법은 ENU2 마우스에서 PAH 활성을 회복시킨다.
6.21.1 AAV5-PAH 벡터 설계
인간 PAH(hPAH) 또는 뮤린 PAH(muPAH) 유전자(간-특이적 프로모터 하)의 아데노-연관 바이러스 혈청형 5(AAV5)-매개된 전달을 이들 연구를 위해 이용하였다.
6.21.2 생체내 연구
모든 연구를 Buck Institute, Novato CA에 위치한 비바리움에서 BioMarin의 번역 생물학 부서에 의해 수행하였다. 동물 사육 및 실험 프로토콜은 실험동물운영위원회(Institutional Animal Care and Use Committee)(IACUC)에 의해 승인되었다. 수컷 Enu2 마우스(C57BL/6-Pahenu2) 및 야생형(WT) 대조군 마우스(C57BL/6J)를 Jackson Laboratory로부터 받았다.
ENU2 마우스에게 AAV5-muPAH 또는 비히클 대조군을 꼬리 정맥 주사를 통해 8 주령에 투여하였다. 야생형 마우스를 비히클로 처치하였다. 혈액 샘플을 꼬리 정맥 철창에 의해 투여 후 2 주 마다 수집하였다. 연구의 마무리에, 혈액을 심장 천자를 통해 채취하였으며 조직(뇌 및 간)을 수집 전에 인산염 완충 생리식염수로 관류시켰다.
마우스에서 혈장 Phe 및 Tyr 수준을 LC-MS/MS에 의해 측정하고, 혈장 알라닌 아미노트랜스퍼라아제(ALT)를 제조사의 지시에 따라 면역분석(Sigma Aldrich)에 의해 측정하였다. 도 58a에 나타낸 바와 같이, AAV5-muPAH로 처치된 ENU2 마우스에서 혈장 Phe 수준은 투여 2 주 후 WT 수준까지 회복되었다. 이 효과는 연구 기간(80 주)에 걸쳐 지속되었다. 80 주 연구 기간에 걸쳐 WT 마우스, 비히클로 처치된 ENU2, 및 AAV5-muPAH로 처치된 ENU2 사이에 ALT 수준에서 나타난 통계학적 차이는 없었다(도 58b). 비히클이 투여된 ENU2 마우스는 담갈색을 유지한 한편, AAV5-muPAH로 처치된 ENU2 마우스는 WT 대조군에 의해 나타난 털 색과 유사하게 털 색이 농갈색으로 변하였다(도 58c). 이들 데이터는 WT에 인접한 수준까지 혈장 Phe에서의 지속된 감소가 단일-용량 유전자-요법에 의해 달성되었다는 것을 나타낸다.
뇌 아미노산 및 신경전달물질 대사물에 대한 인간 PAH의 효과를 시험하기 위해, ENU2 마우스를 AAV5-hPAH로 처치하였다. 12 주 후, 냉동 뇌 반구를 균질화하고 생성된 용해물을 Phe, Tyr, 트립토판, 5-하이드록시인돌아세트산(5-HIAA), 호모바닐린산(HVA) 및 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜(MOPEG)의 LC-MS/MS 측정을 위해 처리하였다. 도 59에 나타낸 바와 같이, AAV5-hPAH를 이용한 처치는 뇌 아미노산(Phe, Tyr, 및 트립토판) 수준(도 59a)을 각각 세로토닌, 도파민 및 노르에피네프린으로부터 유래된 뇌 신경전달물질 대사물, 5-하이드록시인돌아세트산(5-HIAA), 호모바닐린산(HVA) 및 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜(MOPEG)(도 59b)과 함께, 정상화시켰다.
간 PAH 단백질 발현에 대한 인간 PAH이 효과를 시험하기 위해, AAV5-hPAH로 처치된 WT 마우스를 12 주 과정에 걸쳐 고-페닐알라닌의 입증을 위해 시험하였다. 도 60a는 AAV5-hPAH로 처치된 WT 마우스가 연구 기간에 걸쳐 정상 Phe 수준을 가졌다는 것을 나타낸다. 12 주 연구의 마무리에, 냉동 간 박편을 균질화하고 생성된 용해물을 트립신(Promega)으로 환원, 알킬화 및 분해하였다. PAH 수준을 마우스 및 인간 PAH 둘 다에 대해 공통인 펩티드를 사용하여 LC-MS/MS에 의해 측정하였다. 도 60b에 나타낸 바와 같이, AAV5-hPAH로 처치된 야생형 마우스는 PAH 단백질 수준의 2-배 증가를 겪었다.
이들 데이터는 WT에 인접한 수준까지 혈장 Phe에서의 지속된 감소가 단일-용량 유전자-요법에 의해 달성될 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 뇌 아미노산 및 신경전달물질 대사물은 처치로 WT 수준까지 정상화되었으며, Phe 수준은 AAV5-hPAH로 처치된 WT 동물에서의 기준 범위 미만으로 하락하지 않았다. 요약하면, 이들 실험은 PAH 활성의 유전자 요법 기반 회복이 PKU의 치료를 위한 실행가능한 치료적 접근법이라는 증거를 제공한다.
6.22 실시예 22: PAH Enu2 마우스에서 AAV5-hPAH 유전자 요법 후 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH) 간 분포 및 특징화
6.22.1 인간 PAH 트랜스유전자의 생체분포
Enu2 마우스에게 꼬리 정맥 주사를 통해 단일 용량의 AAV5-hPAH를 투여하였다. 동물을 벡터 투여 12 주 후에 안락사시키고, 생리식염수로 관류시킨 다음에, 간을 수집하였다. 모든 중간엽 간 샘플을 4% 파라포름알데하이드에서 48 시간 동안 고정하고 수령 1 개월 이내에 파라핀 포매를 위해 일상적으로 처리하였다.
마우스 간을 절개하고 Roche Ventana 자동염색기를 사용하여 제조사의 지시(ACD)에 따라 제자리(in situ) 하이브리드화를 수행하였다. 동물 당 10 장의 40x 이미지를 얻었으며 간세포를 DAB 신호에 대해 음성 또는 양성으로서 스코어링하였다. 도 61은 PKU의 마우스 모델에서 간 조직 내의 AAV5-hPAH 벡터 게놈 및 트랜스 유전자 유래된 PAH 단백질의 생체분포를 나타낸다. hPAH DNA 및 단백질 둘 다에 대해 양성인 간세포 염색의 수에서의 용량-의존성 증가를 ENU2 마우스 간에서 검출하였다(도 61a-c). 문맥 주위 영역과 비교하였을 때, 간 소엽의 중심 주위 영역에서 벡터 DNA 및 단백질 둘 다 매우 풍부하게 있었다.
6.22.2 AAV5-hPAH 투여 후 염증 및 세포사멸의 평가
상기와 같이, ENU2 마우스에게 단일 용량의 AAV5-hPAH를 투여하고 간을 벡터 투여 12 주 후에 수집하였다. 간 안전성에 대한 AAV5-PAH 유전자 요법 및 트랜스유전자-유래된 PAH 단백질의 효과를 평가하기 위해, 간을 FFPE 및 면역조직화학으로 처리하여, 전-염증성 마커를 검출하였다. 도 62a-c는 AAV5-hPAH 투여시 검출된 IBA1(총) 및 CD68(M1/M2 활성화됨) 대식세포의 수에서 약간의 증가가 있었으며 iNOS(M1 활성화됨), 전-염증성 대식세포 마커에 대해 상당한 염색이 검출되지 않았다는 것을 나타낸다. 또한, 간세포 괴사, 쿠퍼 세포 과형성, 및 간세동이 염증 또는 섬유증과 같은 면역조직학적 특징이 관찰되지 않았으며, 이는 간 건강이 AAV5-hPAH 투여 후 보존된다는 것을 제시한다. 도 62d는 염색된 구획의 정량화를 나타낸다.
FFPE 간의 TUNEL 염색은 비히클-처치된 WT 마우스 또는 비히클-처치된 ENU2 마우스와 비교하였을 때, 임의의 유전자 요법 처치된 그룹에서 세포사멸적 세포 사멸에서 상당한 증가를 나타내지 않았다. 도 63은 이미지화된 TUNEL 염색된 간 박편을 나타내며 ImageJ를 사용하여 이미지 분석을 수행하였다. 대략적으로, 14,000-17,000 개 핵을 동물 당 계수하였다. 이들 데이터는 AAV5-hPAH 벡터 투여 후 증가된 세포 사멸의 조직병리학적 증거가 관찰되지 않았으며, 염증의 현저한 징후가 존재하지 않았다는 것을 나타낸다(도 62-63). 이들 데이터는 hPAH의 AAV5-매개된 유전자 전달이 PKU를 갖는 환자에 대한 잠재적 치료 접근법으로서 실현가능한 옵션일 수 있다는 것을 지지한다.
6.23 실시예 23: 벡터 2의 효과
실시예 17(도 48) 및 실시예 18(도 51-53)에 기재된 벡터 2를 추가 연구를 위해 선택하였다.
6.23.1 시노몰구스 원숭이에서 벡터 2 DNA의 생체분포
2 개 용량 수준(고 및 저)의 벡터 2를 IV 주사에 의해 전달하였다. 수컷 및 암컷 시노몰구스 원숭이를 투여 4-주 후 안락사시켰다. 실시간 정량 중합효소 연쇄반응(real-time quantitative polymerase chain reaction)(qPCR) 에세이를 사용하여, 시노몰구스 원숭이 혈액 및 조직으로부터 추출된 게놈 DNA(gDNA) 내의 벡터 2 벡터 DNA의 양을 정량화하였다. 도 64는 주요 표적 장기로서 간을 이용해, IV 벡터 2의 투여 후 벡터 2 DNA의 생체분포가 AAV5 캡시드에 대해 공개된 문헌과 일치하였다는 것을 나타낸다. 다른 조직에서 검출된 DNA의 양은 간에서 발견된 DNA의 퍼센트로서 제시된다. 비장은 간 이후의 벡터 DNA의 최고량을 갖고(채운 사각형), 고환 및 난소는 간에 비해 최저량을 나타낸다(채운 원).
6.23.2 시노물구스 원숭이에서 페닐알라닌 및 티로신에 대한 벡터 2의 효과
상기 기재된 바와 같이 2 개 용량 수준(고 및 저)의 벡터 2를 IV 주사에 의해 전달하였다. 혈장을 투여 후 4 주 동안 규칙적 간격으로 수컷 및 암컷 시노몰구스 원숭이로부터 수집하였다. 아세토니트릴 침전 및 HPLC/MS/MS(C18 HPLC 칼럼 후 삼중 사극자 질량 분석기)를 사용하여, 시노몰구스 리튬 헤파린 혈장에서 페닐알라닌 및 티로신의 농도를 결정하였다.
혈장 페닐알라닌 및 티로신은 연구 기간(4-주)에 걸쳐 일관되게 유지되었다(도 65). 내인성 PAH는 알로스테릭 자리가 조절되는 것으로 알려져 있으며, 이들 데이터는 유전자 요법을 통해 전달된 PAH가 알로스테릭 조절에 대한 대상이라는 것을 나타낸다. 이 조절은 고-페닐알라닌혈증에 대한 위험을 최소화한다.
6.23.3 벡터 2를 ENU2 마우스에 투여하는 것은 뇌 파쇄액에서 아미노산 수준의 교정을 야기하였다.
암컷 및 수컷 ENU2 마우스에게 다양한 용량의 벡터 2를 투여하였다. 12 주 후, 마우스를 희생시키고 뇌 파쇄액을 분석하여, 특정 아미노산의 수준을 결정하였다. 도 66에 나타낸 바와 같이, 수컷 및 암컷 마우스 둘 다 벡터 2의 투여시 WT 수준까지 Phe의 명확한 용량-의존성 감소를 나타내었다. 뇌 Phe의 완전 교정은 벡터 2가 수컷 마우스에서 6E13 vg/kg 및 암컷 마우스에서 2E14 vg/kg의 용량이 투여되었을 때 나타났다(도 66a). ENU2 수컷에서 2E13 vg/kg 및 ENU2 암컷에서 6E13 vg/kg의 용량의 벡터 2는 뇌 Tyr을 WT 수준까지 증가시켰다(도 66b). ENU2 수컷에서 2E13 vg/kg 및 ENU2 암컷에서 2E14 vg/kg의 용량의 벡터 2는 뇌 Trp를 WT에 인접한 수준까지 증가시켰다(도 66c).
6.23.4 벡터 2를 ENU2 마우스에 투여하는 것은 뇌 파쇄액에서 신경전달물질 수준의 교정을 야기하였다.
상기와 같이, 암컷 및 수컷 ENU2 마우스에게 다양한 용량의 벡터 2를 투여하였으며, 12 주 후, 마우스를 희생시키고 뇌 파쇄액을 분석하여, 신경전달물질의 수준을 결정하였다. Tyr로부터 유래된 뇌 도파민 및 노르에피네프린, 및 Trp로부터 유래된 세로토닌은 ENU2 수컷에서 2E13 vg/kg 및 ENU2 암컷에서 6E13 vg/kg의 용량으로 WT 수준까지 증가하였다(도 67a-c). 또한, Phe로부터 유래된 PEA의 수준은 ENU2 마우스에게 6E13 vg/kg(수컷) 또는 2E14 vg/kg(암컷)의 벡터 2가 투여되었을 때, WT 마우스에서 나타난 수준가지 감소하였다(도 67d).
6.23.5 고-용량 벡터 2로 관찰된 신경전달물질 대사물 교정
상기 기재된 바와 같이 벡터 2로 처치 후 ENU2 마우스의 뇌 파쇄액에서 신경전달물질 대사물을 측정하였다. 대사물 HVA, MOPEG, 및 5-HIAA는 모두 벡터 2가 ENU2 수컷 마우스에서 2E13 vg/kg 및 ENU2 암컷 마우스에서 6E13 또는 2E14로 투여되었을 때, WT 수준까지 교정되었다(도 68a-c).
본원에 기재된 실시양태는 단지 예시인 것으로 의도되고, 당업자는 일상 이하의 실험, 특정 화합물, 물질, 및 절차의 수많은 등가물을 사용하여 인식하거나, 확인할 수 있을 것이다. 모든 이러한 등가물은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
본원에 참조된 모든 특허, 특허 출원 및 공보는 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 본 출원에서 임의의 참고문헌의 원용 또는 표시는 이러한 참고문헌이 본 출원에 대한 선행 기술로서 이용가능하다는 것을 인정하는 것이 아니다. 본 발명의 전체 범위는 첨부된 청구범위를 참고하여 더욱 이해된다.
7. 서열
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Claims (48)

  1. (a) AAV 5' 역위 말단 반복부(inverted terminal repeat)(ITR) 서열;
    (b) 프로모터;
    (c) 인간 페닐알라닌 하이드록실라아제(human phenylalanine hydroxylase)(hPAH)를 코딩하는 코돈 최적화된 서열;
    (d) AAV 3' ITR
    을 포함하는, 재조합 아데노-연관 바이러스(recombinant adeno-associated virus)(rAAV) 벡터 게놈.
  2. 제1항에 있어서,
    코돈 최적화된 PAH 서열이 서열번호 7인, rAAV 벡터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    프로모터가 hAAT 프로모터 및 HCR 인핸서/ApoE 인핸서의 부분을 포함하는 합성 프로모터 서열인, rAAV 벡터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로모터의 서열이 서열번호 6인, rAAV 벡터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    AAV 5' ITR 및/또는 AAV 3' ITR이 AAV2로부터의 것인, rAAV 벡터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    벡터 게놈이 폴리아데닐화 신호 서열을 추가로 포함하는, rAAV 벡터.
  7. 제6항에 있어서,
    폴리아데닐화 신호가 소 성장 호르몬(bovine growth hormone) 폴리아데닐화 신호(bGH)인, rAAV 벡터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    벡터 게놈이 인트론을 추가로 포함하는, rAAV 벡터.
  9. 제8항에 있어서,
    인트론이 복합 글로빈/AIAT 인트론 서열인, rAAV 벡터.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    인트론 서열이 서열번호 14인, rAAV 벡터.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    벡터 게놈이 크기가 약 2 kb 내지 약 3 kb, 약 3 kb 내지 약 4 kb, 또는 약 4 kb 내지 약 5 kb인, rAAV 벡터.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    벡터 게놈 서열이 서열번호 18인, rAAV 벡터.
  13. AAV 캡시드 및 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 벡터 게놈을 포함하는, 재조합 아데노-연관 바이러스(rAAV) 입자.
  14. 제13항에 있어서,
    AAV 캡시드가 AAV5 캡시드인, rAAV 입자.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    rAAV 입자가 ApoE-HCR-hAAT.cG-AIATI.hPAHcol.bGH인, rAAV 입자.
  16. 기능성 PAH를 코딩하고 서열번호 7의 뉴클레오티드 서열에 대해 적어도 80% 상동성을 갖는 뉴클레오티드 서열을 포함하는, 단리된 핵산 분자.
  17. 감소된 CpG 디-뉴클레오티드 함량을 포함하는, 코돈 최적화된 PAH 핵산.
  18. 제17항에 있어서,
    CpG 디-뉴클레오티드 함량이 25 미만인, 핵산.
  19. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 벡터 게놈 또는 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항의 rAAV 입자, 및 약학적 허용 담체를 포함하는, 약학 조성물.
  20. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 벡터 게놈 또는 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항의 rAAV 입자, 및 약학적 허용 담체를 포함하는, 면역원성 조성물.
  21. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 벡터 게놈, 또는 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항의 rAAV 입자, 및 약학적 허용 담체를 포함하는, 트리트먼트.
  22. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 rAAV 입자를 포함하는 조성물을 대상체에게 투여하여, 대상체의 간에서 코딩된 PAH 단백질을 발현하는 것을 포함하는, 대상체에서 단백질을 발현하는 방법.
  23. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 rAAV 벡터 게놈, 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항의 rAAV 입자, 제19항의 약학 조성물, 제20항의 면역원성 조성물, 또는 제21항의 트리트먼트를 환자에게 투여하는 것을 포함하는, 환자에서 PKU(phenylketonuria(페닐케톤뇨증))를 치료하는 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    rAAV 입자가 수성 현탁액 중 약 1 x 1012 내지 약 1 x 1015 vg/kg으로 전달되는 것인, 방법.
  25. 대상체에서 PKU의 치료를 위한 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 벡터 게놈, 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항의 rAAV 입자, 제19항의 약학 조성물, 제20항의 면역원성 조성물, 또는 제21항의 트리트먼트의 용도.
  26. PKU 치료제의 유효량을 대상체에게 투여하는 것을 포함하는 페닐케톤뇨증(PKU)을 갖는 대상체를 치료하는 방법으로서,
    PKU 치료제의 유효량이 대상체의 생물학적 샘플에서 하나 이상의 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물의 수준을 변경하는 양인, 방법.
  27. PKU 치료제의 유효량을 대상체에게 투여하는 것을 포함하는 페닐케톤뇨증(PKU)을 갖는 대상체에서 PKU의 신경인지 증상을 개선하는 방법으로서,
    PKU 치료제의 유효량이 대상체의 생물학적 샘플에서 하나 이상의 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물의 수준을 변경하는 양인, 방법.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    PKU 치료제의 유효량의 투여 후, 대상체로부터 얻어진 생물학적 샘플에서 하나 이상의 신경전달물질의 수준을 측정하는 것을 추가로 포함하고,
    PKU 치료제의 유효량이 대상체에서 하나 이상의 신경전달물질의 수준을 변경하는 양인, 방법.
  29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물이 펜에틸아민, 페닐에탄올아민, 티라민, 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린, 트립타민, 하이드록시트립타민, 페닐아세트산, 페닐아세틸글루타민, 만델산, 하이드록시페닐아세트산, DOPAC, 호모바닐린산, DOMA, MOPEG, 바닐릴만델산, 인돌아세트산, 및 5-하이드록시인돌아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
  30. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    대상체의 생물학적 샘플이 혈액, 혈청, 혈장, 뇌척수액(CSF), 및 소변으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
  31. 제26항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    대상체의 생물학적 샘플이 혈액인, 방법.
  32. 제26항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    대상체의 생물학적 샘플이 혈청인, 방법.
  33. 제26항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    대상체의 생물학적 샘플이 혈장인, 방법.
  34. 제26항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    대상체의 생물학적 샘플이 CSF인, 방법.
  35. 제26항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    대상체의 생물학적 샘플이 소변인, 방법.
  36. 제26항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    PKU 치료제가 사프로프테린, 페그발리아제-pqpz, 및 PKU 유전자 요법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    PKU 유전자 요법이 페닐알라닌 하이드록실라아제(PAH)를 포함하는 트랜스유전자를 발현하는 아데노 연관 바이러스(AAV) 벡터를 포함하는 것인, 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    PKU 유전자 요법의 유효량이 1E12 vg/kg(대상체의 체중)을 초과하는 것인, 방법.
  39. 제26항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물의 수준이 PKU 치료제를 투여한지 적어도 1 개월 후 측정되는 것인, 방법.
  40. 제26항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물의 수준이 PKU 치료제를 투여한지 적어도 3 개월 후 측정되는 것인, 방법.
  41. 제26항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물의 수준이 PKU 치료제를 투여한지 적어도 6 개월 후 측정되는 것인, 방법.
  42. 제26항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 신경전달물질의 변경된 수준이 하나 이상의 신경전달물질의 기준 수준의 5% 이내이고, 기준 수준이 신경전형성인 적어도 10 명의 대상체로부터 얻어진 하나 이상의 신경전달물질의 수준의 평균으로서 얻어지는 것인, 방법.
  43. 제26항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 신경전달물질의 변경된 수준이 하나 이상의 신경전달물질의 기준 수준의 10% 이내이고, 기준 수준이 신경전형성인 적어도 10 명의 대상체로부터 얻어진 하나 이상의 신경전달물질의 수준의 평균으로서 얻어지는 것인, 방법.
  44. 제26항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 신경전달물질의 변경된 수준이 하나 이상의 신경전달물질의 기준 수준의 20% 이내이고, 기준 수준이 신경전형성인 적어도 10 명의 대상체로부터 얻어진 하나 이상의 신경전달물질의 수준의 평균으로서 얻어지는 것인, 방법.
  45. 제26항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    대상체가 인간인, 방법.
  46. 제27항에 있어서,
    신경인지 증상이 IQ 감소, 주의 결핍, 및 전략적 계획, 억제 조절, 작업 기억, 및 인지 유연성을 포함한 집행 기능에서의 결핍으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
  47. 대상체로부터 생물학적 샘플을 얻는 단계;
    중(heavy)-표지된 내부 기준을 함유하는 냉각 아세토니트릴로 샘플을 침전시키는 단계;
    원심분리에 의해 샘플을 펠릿화하는 단계;
    상청액을 신선한 용기로 옮기는 단계;
    소듐 카보네이트와 벤조일 클로라이드 또는 에틸 클로로포르메이트와 피리딘을 상청액에 첨가하는 단계;
    상청액이 소듐 카보네이트와 벤조일 클로라이드 또는 에틸 클로로포르메이트와 피리딘과 반응한 후, 포름산을 상청액에 첨가하는 단계; 및
    생성된 반응물 상청액을 LC/MS에 의해 분석하여, 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물의 수준을 검출 및 측정하는 단계
    를 포함하는, 대상체로부터의 생물학적 샘플에서 신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물 수준을 측정하는 방법 .
  48. 제26항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    신경전달물질 또는 신경전달물질 대사물 수준이 제21항의 방법에 의해 측정되는 것인, 방법.
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