WO2017043490A1 - 自然免疫誘導効果が増強した二重鎖リボ核酸 - Google Patents

自然免疫誘導効果が増強した二重鎖リボ核酸 Download PDF

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WO2017043490A1
WO2017043490A1 PCT/JP2016/076192 JP2016076192W WO2017043490A1 WO 2017043490 A1 WO2017043490 A1 WO 2017043490A1 JP 2016076192 W JP2016076192 W JP 2016076192W WO 2017043490 A1 WO2017043490 A1 WO 2017043490A1
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WO
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ssrna
strand
dsrna
constituting
weight average
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PCT/JP2016/076192
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Inventor
哲郎 中野
洋志 藤田
貴博 井口
浩一郎 三宅
Original Assignee
協和発酵バイオ株式会社
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/70Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
    • A61K31/7088Compounds having three or more nucleosides or nucleotides
    • A61K31/713Double-stranded nucleic acids or oligonucleotides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C12N15/117Nucleic acids having immunomodulatory properties, e.g. containing CpG-motifs

Definitions

  • the present invention relates to a double-stranded ribonucleic acid highly useful as a pharmaceutical or a pharmaceutical additive, and a method for producing the same.
  • the living body has an innate immune system that quickly recognizes and eliminates pathogens such as viruses and bacteria that have entered the body.
  • Living organisms that have invaded pathogens recognize dendritic cells and other immunocompetent cells from various aspects such as Toll-like-receptors (TLR) and RIG-I-like-receptors (RLRs).
  • TLR Toll-like-receptors
  • RLRs RIG-I-like-receptors
  • IFN type I interferon
  • Such components of pathogens recognized by innate immunity and substances mimicking them are called immunostimulating substances, and are expected to be used as pharmaceuticals or vaccine adjuvants.
  • dsRNA double-stranded ribonucleic acid
  • single-stranded ribonucleic acid (ssRNA) that constitutes a double strand is composed of adenylate homopolymer and uridylate homopolymer poly (A: U), or double strand SsRNA is guanylate homopolymer and cytidylate homopolymer poly (G: C), duplex ssRNA is inosinate homopolymer and cytidylate homopolymer polyIC, duplex ssRNA is Examples include a polymer C12U in which cytidylic acid and uridylic acid are mixed at about 12: 1 and poly (I: C12U) which is a homopolymer of inosinic acid.
  • These basic dsRNAs, especially polyIC and poly (I: C12U) have been subjected to numerous basic and applied researches as candidates for viral diseases and anticancer drugs.
  • Non-patent Document 1 The innate immunity induction effect and single-dose toxicity of dsRNA such as polyIC are characterized by increasing as the dsRNA chain length increases (Non-patent Document 1).
  • Artificial homo dsRNA is produced by synthesizing ssRNA using an enzyme such as polyribonucleotide nucleotidyl transferase using ribonucleotide diphosphate as a substrate and forming a duplex by annealing treatment.
  • an enzyme such as polyribonucleotide nucleotidyl transferase using ribonucleotide diphosphate as a substrate and forming a duplex by annealing treatment.
  • Such enzyme-synthesized ssRNA becomes a mixture having variations in chain length due to the characteristics of the enzyme reaction.
  • homopolymers such as inosinic acid polymer and cytidylic acid polymer are annealed with each other, in the case of a conventional structure, multiple ssRNAs are linked even if the annealing conditions are adjusted, resulting in the average strand of the resulting dsRNA. The length became a long chain, and the natural immunity
  • phosphorothioate refers to a compound that is a phosphoric acid derivative that is compatible with the phosphoric acid group of an oligonucleotide and in which one oxygen atom of phosphoric acid is substituted with a sulfur atom.
  • Phosphorothioated oligonucleotides in which the phosphate group between 3 'and 5' in the oligonucleotide is replaced with phosphorothioate are resistant to endonuclease degradation and are used in the fields of antisense DNA and nucleic acid medicine.
  • An adjuvant compound called a CpG oligonucleotide is an oligonucleotide in which part or all of the phosphate group between 3 'and 5' is phosphorothioated.
  • Non-patent Document 2 Non-patent Document 2
  • the medicinal effect resulting from phosphorothioation or phosphorylation of the 5 'end is not found.
  • the innate immunity induction effect is enhanced by phosphorothioate or phosphorylation at the 5 'end. I could't even expect that.
  • the chain length as used in this application is synonymous with the number of bases of RNA.
  • the weight average chain length of ssRNA or dsRNA is preferably a chain length determined by gel permeation chromatography (SEC) analysis. Specifically, SEC analysis is performed using dsRNA or dsDNA having a known molecular weight as a standard product, and the average chain length or median chain length is calculated from the obtained data.
  • SEC gel permeation chromatography
  • An object of the present invention is to provide a safe and highly active dsRNA or a salt thereof as a pharmaceutical or vaccine adjuvant, a production method thereof, and a dsRNA-containing product that improves the innate immunity induction effect.
  • the 5 ′ end of the artificial homo dsRNA enzymatically synthesized using a polyribonucleotide nucleotidyl transferase under a basic atmosphere is mostly a 5 ′ hydroxyl. This is because the 5'-3 'phosphodiester bond of ribonucleotides is hydrolyzed non-enzymatically in a basic atmosphere, preferentially subjected to nucleophilic attack by 2' hydroxyl, and after cleavage, the 5 'hydroxyl form And 2′-3 ′ cyclic phosphates are formed (Biotechnology (2011) 89 (4): 200-203).
  • the 2′-3 ′ cyclic phosphate further reacts to converge to the 2 ′ phosphate or 3 ′ phosphate.
  • the inventors have increased the innate immunity induction effect by increasing the ratio of 5 ′ monophosphate in the dsRNA molecule, and further, by making the 5 ′ end monophosphorothioate instead of monophosphate, It has been found that the innate immunity induction effect is further increased, and the present invention has been completed.
  • the present invention relates to the following [1] to [5].
  • the first strand of the dsRNA is composed of two or more single-stranded ribonucleic acids (ssRNA), and all of the two or more ssRNAs constituting the first strand are homopolymers composed of the same kind of ribonucleotides;
  • the second strand of the dsRNA is composed of one ssRNA, and a base sequence complementary to the ssRNA of the first strand to such an extent that a double strand can be formed with each of two or more ssRNAs constituting the first strand.
  • the weight average strand length of two or more ssRNAs constituting the first strand is not more than half the weight average strand length of one ssRNA constituting the second strand; and DsRNA or a salt thereof, characterized in that the average number of phosphorothioates at the 5 ′ end of one or more ssRNAs constituting the second strand and the number of phosphorothioates per molecule of the dsRNA is 1 or more.
  • Adjuvant double-stranded ribonucleic acid or a salt thereof having a weight average chain length in the range of 0.1 kilobase pair (kbp) to 2.0 kbp
  • the first strand of the dsRNA is composed of two or more single-stranded ribonucleic acids (ssRNA), and all of the two or more ssRNAs constituting the first strand are homopolymers composed of the same kind of ribonucleotides;
  • the second strand of the dsRNA consists of one ssRNA, and a base sequence complementary to the ssRNA of the first strand to such an extent that a double strand can be formed with each of two or more ssRNAs constituting the first strand Having
  • the weight average strand length of two or more ssRNAs constituting the first strand is less than or equal to half the weight average strand length of one ssRNA constituting the second strand; and An average of 1 or more of the number
  • dsRNA having an enhanced adjuvant effect, a highly effective immunostimulant, an adjuvant, a vaccine, and the like containing the dsRNA.
  • the present invention also provides a method for producing such dsRNA.
  • dsRNA of the present invention provides novel dsRNA or a salt thereof (hereinafter, these may be collectively referred to as “dsRNA of the present invention”).
  • the average number of phosphorothioates at the 5 ′ end of the ssRNA constituting the first strand and the second strand per molecule of the dsRNA is 1 or more, preferably 1 to 20, more preferably 1 -10, most preferably 1-5, or the average number of phosphates at the 5 ′ end of the ssRNA constituting the first strand and the second strand is 1 or more per molecule of the dsRNA, It is preferably 2 to 20, more preferably 2 to 10, and most preferably 2.5 to 8.
  • the first strand is composed of two or more ssRNAs. Therefore, in the dsRNA of the present invention, two or more ssRNAs that are the first strands with respect to the ssRNA that is the second strands. Can occur through the complementary binding between ribonucleotides. In that case, the first strand constituting the dsRNA does not include all the ssRNAs constituting the dsRNA linked by phosphodiester bonds, but includes a plurality of ssRNAs that are not directly bound.
  • the side consisting of two or more ssRNAs of the two strands constituting the dsRNA is referred to as the first strand for convenience.
  • the side consisting of one ssRNA is expressed as the second strand for convenience.
  • All the ssRNAs constituting the first strand of the present invention are homopolymers composed of the same kind of ribonucleotides.
  • this ssRNA is not limited to the following, it can be, for example, adenylate homopolymer, uridylate homopolymer, guanylate homopolymer, cytidylate homopolymer, inosinate homopolymer and the like.
  • the ssRNA constituting the second strand of the first strand to such an extent that it can form a duplex with each of two or more ssRNAs constituting the first strand in the environment where the dsRNA of the present invention is used. It has a base sequence complementary to ssRNA. Therefore, the second strand ssRNA is not limited to a sequence in which all bases are complementary to the bases of the first strand ssRNA.
  • the use environment of the dsRNA of the present invention is, for example, in physiological saline (pH is about 7.4, sodium chloride concentration is about 150 mM) at a temperature of about 37 ° C. It can be considered that it is dissolved in the solution.
  • the second strand ssRNA is not limited to the ssRNA having a sequence in which one or more ribonucleotides complementary to the ribonucleotides constituting each ssRNA of the first strand are combined.
  • Ribonucleotides that are not complementary to the ribonucleotides constituting each ssRNA of the first strand constitute the ssRNA as long as complementary binding to the ssRNA of the first strand is not significantly inhibited.
  • Complementarity between bases of ribonucleotides is well known in the art.
  • the second strand ssRNA is a sequence in which one or more ribonucleotides selected from uridylic acid and inosinic acid are combined.
  • the ssRNA of the ssRNA does not significantly inhibit the complementary binding to the first strand ssRNA, and further adenylic acid and / or guanylic acid and / or cytidylic acid and / or xanthylic acid is contained in the ssRNA.
  • the second strand ssRNA is, of course, ssRNA of adenylic acid sequence, and complementary binding to the first strand ssRNA.
  • uridylic acid and / or guanylic acid and / or inosinic acid and / or cytidylic acid and / or xanthylic acid is less than 20% with respect to all ribonucleotides constituting the ssRNA, preferably May be ssRNA incorporated at a frequency of less than 10%, more preferably less than 5%, even more preferably less than 3%, particularly preferably less than 2%, and most preferably less than 1%.
  • uridylic acid and / or adenylic acid and / or guanylic acid and / or inosinic acid and / or xanthylic acid is less than 20%, preferably 10%, based on the total ribonucleotides constituting the ssRNA. Less than, more preferably less than 5%, even more preferably less than 3%, particularly preferably less than 2%, most preferably less than 1% ssRNA may be incorporated.
  • the second strand ssRNA is a sequence in which one or more ribonucleotides selected from guanylic acid and inosinic acid are combined.
  • adenylic acid and / or uridylic acid and / or cytidylic acid and / or xanthylic acid constitutes the ssRNA as long as it does not significantly inhibit complementary binding to the first strand ssRNA.
  • the second strand ssRNA is a sequence in which one or more ribonucleotides selected from adenylic acid and cytidylic acid are combined.
  • urisyl acid and / or guanylic acid and / or inosinic acid and / or xanthylic acid constitutes the ssRNA as long as the complementary binding to the first strand ssRNA is not significantly inhibited.
  • the first strand ssRNA is an inosinate homopolymer and the second strand ssRNA is ssRNA containing cytidylic acid in a proportion of 80% or more, eg, the first strand ssRNA Is an inosinic acid homopolymer, and the second strand ssRNA is a cytidylic acid homopolymer.
  • the ssRNA or strand that is phosphorothioated or phosphorylated in the dsRNA of the present invention comprises 80% or more, 90% or more, 95% or more, 98% or more, or all of the ribonucleotides that compose it. It may have a pyrimidine base.
  • ribonucleotides having a pyrimidine base include uridylic acid and cytidylic acid.
  • Whether or not the prepared RNA forms a double strand can be determined, for example, by examining a temperature-absorbance curve using a difference in Abs260 nm extinction coefficient between ssRNA and dsRNA. That is, Abs260nm absorption derived from nucleobases utilizes the property of decreasing due to hydrogen bonding between nucleobases.
  • temperature-absorbance is obtained by diluting an RNA sample with physiological saline and filling it into a quartz cell, and measuring the absorbance continuously while slowly heating the quartz cell with a spectrophotometer equipped with a temperature control function. Measure the curve.
  • the dsRNA of the present invention is within the range of 0.1 kbp to 2.0 kbp, more preferably within the range of 0.1 kbp to 1.0 kbp, and even more preferably within the range of 0.2 kbp to 0.6 kbp.
  • the weight average strand length of the ssRNA constituting the first strand is, for example, 0.02 to 1.0 kb, preferably 0.02 to 0.4 kb, and more preferably 0.02 to 0.2 kb.
  • the weight average strand length of the second strand ssRNA is, for example, 0.04 to 2.0 kb, preferably 0.04 to 0.8 kb, and more preferably 0.04 to 0.4 kb.
  • the weight average chain length can be determined by the SEC analysis method as described above.
  • SEC analysis can be performed using an SEC analysis system equipped with a water-soluble SEC analysis column. In that case, it is important to perform analysis with keeping the salt concentration of the eluent high and lowering the column temperature.
  • SEC analysis can be performed as follows.
  • Shimadzu LC Solution GPC is used and chromatographed in isocratic mode to measure the Abs 260 nm absorbance.
  • TSKgel G5000PWXL manufactured by Tosoh Corporation
  • TSKgel G5000PWXL manufactured by Tosoh Corporation
  • molecular weight markers use various nucleotide fragments of about 100 bp to about 4000 bp obtained by amplifying appropriate DNA sequences by PCR using mononucleotides and oligonucleotides produced by an automatic synthesizer and ⁇ DNA as a template. .
  • the analysis conditions are as follows. ⁇ Eluent: 10 mM Tris sulfate buffer (pH 7.0), 150 mM sodium sulfate ⁇ Pump flow rate: 0.5 ml / min ⁇ Column: TSK-Gel G-5000PWXL ⁇ Column temperature: 25 °C ⁇ UV detection: Abs 260 nm
  • Abs 260 nm absorbance output from LC-Solution GPC must be reprocessed with spreadsheet software. This is because the recorded Abs 260 nm absorbance data represents not the RNA concentration but the product of the RNA concentration and the number of chain lengths of the RNA.
  • the matrix of absorbance data and SEC molecular weight data recorded in LC-Solution SEC over time is imported into spreadsheet software, the number of bases is obtained from the SEC molecular weight, and the value A obtained by dividing the absorbance by the number of bases is obtained.
  • the number average chain length, the weight average chain length, and the median are obtained by statistically processing the data.
  • ssRNA Number of bases SEC molecular weight / (NMP-18)
  • NMP Average molecular weight of nucleotide monophosphate
  • dsRNA Number of bases SEC molecular weight / (NMP1 + NMP2-36)
  • NMP1 Average molecular weight of nucleotide monophosphate on the sense side
  • NMP2 Average molecular weight of nucleotide monophosphate on the antisense side
  • one or more of the ssRNAs constituting the first strand and the second strand preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, most preferably 1 to In 5 ssRNA, the 5 'terminal should just be phosphorothioated.
  • the structure of the 5 ′ end of ssRNA having no 5 ′ phosphorothioate structure is not limited, and the structure of the 3 ′ end is not limited.
  • the 5 ′ end of ssRNA having no 5 ′ phosphorothioate structure may be either hydroxyl, monophosphate, diphosphate or triphosphate, and whether the 3 ′ end is hydroxyl or monophosphate. Any of 2'-3 'cyclic phosphoric acid may be sufficient.
  • the 5 ′ end may be phosphorylated.
  • the structure at the 5 ′ end of ssRNA having no 5 ′ phosphate structure is hydroxyl.
  • the structure of 3 'terminal is not ask
  • the dsRNA of the present invention may be a DNA-RNA hybrid structure in which oligodeoxynucleotide (oligo DNA) is added to the 5 'end of dsRNA.
  • oligo DNA oligodeoxynucleotide
  • the 5 ′ end structure of the dsRNAds also includes the 5 ′ end structure of the oligo DNA.
  • Examples of the salt in the dsRNA of the present invention include metal salts, ammonium salts, organic amine addition salts, amino acid addition salts, and the like.
  • Examples of the metal salt include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, alkaline earth metal salts such as magnesium salt and calcium salt, aluminum salt, zinc salt and the like.
  • Examples of ammonium salts include salts such as ammonium and tetramethylammonium.
  • Examples of the organic amine addition salt include salts such as trishydroxyaminomethane.
  • Examples of amino acid addition salts include salts of lysine, arginine, histidine, tryptophan, ornithine and the like.
  • the dsRNA of the present invention is used as an adjuvant. That is, the dsRNA of the present invention and a mixture thereof are vaccines, pharmaceuticals, veterinary drugs, vaccines, anticancer agents, protein drugs, antibody drugs, nucleic acid drugs, etc. It is mixed with marine products.
  • the dosage form may be any form such as an injection, a nasal drop, an eye drop, or a transdermal absorption agent.
  • the dsRNA of the present invention can also be used in combination with other components or in combination with pharmaceutical technology.
  • it can be used as a hybrid polymer hydrogen-bonded with cationic polymers such as polylysine and polyglutamic acid, mixed with other immunostimulatory substances with different signaling pathways, cationic liposomes, oil-in-water emulsions, inorganic or organic nano
  • cationic polymers such as polylysine and polyglutamic acid
  • examples include use as a composite adjuvant contained or adsorbed in particles and use as a preparation for improving spreading power by mixing with a thickener.
  • it can be combined with virus-like particle technology, drug delivery technology, and skin patch formulation technology.
  • it can also be used by mixing with immunostimulating substances having different signal transduction pathways.
  • the innate immunity-inducing effect of the dsRNA of the present invention is determined by measuring the secretion amount of interferon ⁇ (hereinafter also referred to as IFN ⁇ ) that induces innate immunity by the method described in Test Example 1 or 3 below, or The ability to bind to a pathogen recognition molecule RIG-I-like receptor (hereinafter also referred to as RLR) can be evaluated by measuring by the method described in Test Example 2 described later.
  • IFN ⁇ interferon ⁇
  • RLR pathogen recognition molecule
  • the present invention also provides a method for producing dsRNA or a salt thereof (hereinafter, the production method of the present invention).
  • the method (1) a step of preparing ssRNA composed of the same kind of ribonucleotides; (2) a step of preparing an ssRNA having a base sequence having a degree of complementarity capable of forming a duplex with the ssRNA of (1), (3) a step of generating dsRNA by annealing the ssRNA of (1) and the ssRNA of (2), and (4) the ssRNA prepared in (1) before step (3) and
  • ssRNA can be chemically synthesized using ribonucleotide monophosphate as a raw material using a commercially available RNA synthesizer.
  • a commercially available RNA polymerase can be used for enzymatic synthesis from ribonucleotide triphosphates using deoxyribonucleic acid as a template.
  • a commercially available polyribonucleotide nucleidyl transferase can be used for enzymatic synthesis from ribonucleotide diphosphate without a template.
  • the method described in the literature Japanese Patent Laid-Open No. 2-227077] may be appropriately used.
  • SsRNA enzymatically synthesized with polyribonucleotide nucleotidyl transferase often has an average chain length exceeding 2 kb, but by extending the reaction time, ssRNA with a shorter chain length can be obtained.
  • any method such as ultrasonic treatment, dry heat treatment in solid, alkali treatment, enzyme treatment using RNA-degrading enzyme may be used.
  • the purification of the synthesized ssRNA and the purification of the dsRNA annealed with the ssRNA can be performed by a known method such as dialysis, precipitation filtration, or column purification.
  • Purified ssRNA and dsRNA can be obtained as an aqueous solution of 1 to 20 mg / ml, and can also be obtained as a solid by a treatment such as lyophilization.
  • the annealing operation in the step (3) can be performed by a known method described in Non-Patent Document 1 or the like.
  • the ssRNA used for annealing not only purified ssRNA but also unpurified ssRNA may be used.
  • step (4) the synthesis of ssRNA or dsRNA phosphorylated at the 5 ′ end can be achieved by utilizing the 5′-phosphate group transfer activity of T4 phosphonucleotide kinase.
  • T4 polynucleotide kinase is an enzyme capable of transferring the phosphate group at the ⁇ -position of ATP to the ribose 5′-position of polyribonucleotides (double-stranded and single-stranded).
  • step (4) the synthesis of ssRNA or dsRNA in which the 5 ′ end is phosphorothioated can also be achieved by utilizing the 5′-phosphate group transfer activity of T4 phosphonucleotide kinase. That is, a phosphorothioate group can be added to the 5 ′ end of polyribonucleic acid by using adenosine-5′-O- (3-thiotriphosphate) as a phosphorothioate group donor instead of ATP.
  • the phosphate group is exchanged or added regardless of the number or state of the phosphate group at the 5 ′ end of the ribonucleic acid.
  • the 5′-phosphate transfer reaction of T4 phosphonucleotide kinase does not affect the 5′-3 ′ phosphate group and the 3′-terminal phosphate group in the sequence constituting the polyribonucleic acid. Can be used to perform a 5 ′ position-specific modification reaction.
  • the phosphorylation rate at the 5 'end of ssRNA was determined by excessively adding alkaline phosphatase such as Calf Intestine Alkaline Phosphatase (CIAP) and reacting, quantitatively analyzing the amount of released phosphate, and dividing the phosphate molar concentration by the ssRNA molar concentration. Can be calculated (abbreviated as Pi method).
  • alkaline phosphatase such as Calf Intestine Alkaline Phosphatase (CIAP)
  • CIP Calf Intestine Alkaline Phosphatase
  • Pi method a malakide green phosphoric acid analysis kit
  • BioAssay Systems [USA] BioAssay Systems [USA]
  • the phosphorylation rate at the 5 'end of ssRNA and dsRNA was determined by conducting a T4 Phosphonucleotide kinase (PNK) reaction using ATP as a substrate, quantitatively analyzing the ADP generated in an equimolar amount with the added phosphate, and determining the ADP molar concentration as ssRNA. Alternatively, it can be calculated by dividing by the molar concentration of dsRNA (abbreviated as ADP method).
  • PNK Phosphonucleotide kinase
  • HPLC analysis can be used for quantitative analysis of the generated ADP. For example, chromatography is performed in isocratic mode using a weak anion type analytical column for nucleic acid analysis, the absorbance at Abs 260 nm is monitored, and quantified from the intensity of the signal with the ADP standard.
  • An example of the analysis conditions is as follows. ⁇ Eluent: 250 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) ⁇ Column: Shodex AXpak WA-624 (6.0mmI.D. x 150mm) ⁇ Column temperature: 35 °C ⁇ UV detection: Abs 260 nm
  • the phosphorothioate conversion rate at the 5 'end of ssRNA and dsRNA is obtained by labeling the phosphorothioate group with Fluorescein Maleimide and subjecting it to fluorescence analysis (excitation wavelength 485 nm, fluorescence wavelength 535 nm) using Fluorescein Maleimide as a standard product. Quantitative analysis can be performed by dividing the label body molar concentration by the ssRNA or dsRNA molar concentration.
  • the molar average molecular weight of ssRNA or dsRNA is determined from the number average molecular weight calculated by the SEC analysis method. At this time, the difference in structure between the 5 ′ end and the 3 ′ end is regarded as an error and is not considered in the numerical calculation.
  • the calculation formula is as follows.
  • the dsRNA produced by the production method of the present invention has an average number of phosphorothioates at the 5 ′ end of the ssRNA constituting the first strand and the second strand of 1 or more, preferably 1 to 20, per dsRNA molecule. More preferably 1 to 10, most preferably 1 to 5, or the average number of phosphates at the 5 ′ end of the ssRNA constituting the first strand and the second strand is 1 or more, preferably 1 or more, It is 2 to 20, more preferably 2 to 10, and most preferably 2.5 to 8.
  • dsRNA When you want to obtain a salt of dsRNA, if dsRNA is obtained in the form of a salt, it can be purified as it is.If it is obtained in a free form, it is dissolved in water to add a cation to form a salt, What is necessary is just to refine
  • test examples and comparative examples are shown below.
  • Comparative Example 1 Preparation of 5′-terminal non-phosphorylated poly IC
  • the 5′-terminal dephosphorylation treatment of Poly I and poly C was performed using Calf Intestine Alkaline Phosphatase (CIAP) [Takara Bio Inc.] It carried out according to the protocol. That is, poly I-01 [weight average base length 101b, number average molecular weight 8804] 40 mg was dissolved in CIAP reaction buffer [composition: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 9.0), 1 mM magnesium chloride] to 5 mL, 30000 U / ml 0.003 ml of CIAP was added and reacted at 37 ° C. for 30 minutes.
  • CIAP reaction buffer Composition: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 9.0), 1 mM magnesium chloride]
  • Example 1 Preparation of 5'-terminal phosphorylated poly IC Mono-phosphorylation of Poly I and poly C at the 5'-end was carried out using T4 Phosphonucleotide kinase (PNK) [Takara Bio Inc.] according to the standard protocol. did.
  • PNK Phosphonucleotide kinase
  • the magnesium chloride concentration was lowered from 10 mM to 3.3 mM.
  • 15 mg of 5'OH-poly I [weight average base length 110b, number average molecular weight 15764] prepared in Comparative Example 1 was used as a reaction solution [final concentration: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 3.3 mM magnesium chloride.
  • 5′OH-poly C [weight average base length 407b, number average molecular weight 79073] prepared in Comparative Example 1 was added to the reaction solution (final concentration: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 3.3 mM chloride).
  • 5′P-poly C [weight average base length 392b, number of 5 ′ end monophosphorylated] Average molecular weight 79647] 12 mg was obtained.
  • 5′P-poly I and about 10 mg of 5′P-poly C were dissolved in physiological saline, and the temperature of the mixture was raised to 70 ° C. and then slowly lowered to room temperature. Thereafter, purification by ethanol precipitation was performed to obtain 13 mg [weight average base length of 391 bp] of 5′P-poly IC in which the 5′-terminal was monophosphorylated.
  • the phosphoric acid molar concentration of the CIAP reaction completion solution to which poly C-01 was added was quantitatively analyzed, and divided by the molar concentration of poly C-01 to calculate the 5 ′ phosphorylation rate of poly C-01.
  • the 5 ′ phosphorylation rates of 5′OH-poly I and 5′OH-poly C in Comparative Example 1 were calculated by the Pi method. That is, the CIAP reaction of Comparative Example 1 was carried out on a 1/20 scale using 5'OH-poly I instead of poly I-01, and the free phosphate concentration of the reaction finished solution was quantitatively analyzed.
  • the 5 ′ phosphorylation rate of 5′OH-poly I was calculated by dividing by the molar concentration of poly I.
  • the CIAP reaction of Comparative Example 1 was carried out on a 1/20 scale using 5′OH-poly C instead of poly C-01, and the free phosphate concentration of the reaction finished solution was quantitatively analyzed.
  • the 5 ′ phosphorylation rate of 5′OH-poly C was calculated by dividing by the molar concentration of poly C.
  • the 5′-phosphate addition rate of 5′P-poly I and 5′P-poly C in Example 1 was calculated by two methods, the ADP method and the Pi method.
  • the ADP concentration of the PNK reaction end solution using 5'OH-poly I as a substrate in Example 1 was quantitatively analyzed by HPLC method, and the 5 'phosphate addition rate of 5'P-poly I was calculated from the ADP molar concentration. did.
  • the ADP concentration of the PNK reaction completion solution using 5 ′ OH-poly C as a substrate in Example 1 was quantitatively analyzed by HPLC, and the 5 ′ phosphate addition rate of 5 ′ P-poly C was determined from the ADP molar concentration. Calculated.
  • the CIAP reaction of Comparative Example 1 was carried out on a 1/20 scale using 5′P-poly I instead of poly I-01, and the quantitative analysis of the free phosphate concentration of the reaction completed solution was performed. The 5 ′ phosphorylation rate was calculated by dividing by the molar concentration of 5 ′ P-poly I.
  • the CIAP reaction of Comparative Example 1 was carried out on a 1/20 scale using 5′P-poly C instead of poly I-01, and 5 ′ phosphate addition was performed by dividing by the molar concentration of 5 ′ P-polyC. The rate was calculated.
  • Table 1 The analysis results are shown in Table 1 below.
  • Production Example 1 Production of 5′-terminal phosphorothioated poly C
  • the 5′-terminal phosphorothioated was performed using T4 Phosphonucleotide kinase (PNK) [Takara Bio Inc.] and an attached buffer according to the standard protocol of the company.
  • PNK Phosphonucleotide kinase
  • Example 2 Preparation of 5′-terminal phosphorothioated poly IC About 10 mg of 5′S-poly C prepared in Preparation Example 1 and about 10 mg of poly I [weight average base length 98 b] were dissolved in physiological saline, and mixed solution After raising the temperature to 70 ° C., the temperature was slowly lowered to room temperature. Thereafter, purification by ethanol precipitation was performed to obtain 18 mg [weight average base length 393 bp] of 5′S-poly IC-1 having a phosphorothioate at the 5 ′ end.
  • Test Example 1 Evaluation of innate immunity induction effect The innate immunity induction effect of various dsRNAs shown in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was determined using a human embryonic lung tissue-derived fibroblast cell line MRC-5 known as an IFN ⁇ -producing cell line. evaluated. That is, MRC-5 subcultured in 10% bovine serum-containing MEM medium was seeded on a 12-well plate at 1 ml / well and statically cultured at 37 ° C. in a 5% CO 2 environment for about 20 hours.
  • MRC-5 subcultured in 10% bovine serum-containing MEM medium was seeded on a 12-well plate at 1 ml / well and statically cultured at 37 ° C. in a 5% CO 2 environment for about 20 hours.
  • dsRNA in which the 5 ′ end of the second strand is phosphorothioated and dsRNA in which the 5 ′ end of the first strand and the 5 ′ end of the second strand are phosphorylated are phosphorothioate at the 5 ′ end.
  • the amount of IFN ⁇ induction that induces innate immunity when used as an adjuvant has been increased, and it has been found that the effect of inducing innate immunity is higher.
  • the effect of increasing induction of innate immunity was higher in dsRNA in which IFN ⁇ was induced with a smaller addition amount and phosphorothioated at the 5 ′ end of the second strand.
  • RLR reporter cell C57 / WT MEF (InvivoGen, USA) is a mouse primary fetal fibroblast cell line in which secreted placental alkaline phosphatase (SEAP) reporter gene induced by NF- ⁇ B and IRF3 / 7 is introduced. RLR binding can be relatively compared with the induced amount of SEAP.
  • SEAP secreted placental alkaline phosphatase
  • the culture supernatant was collected and the secreted SEAP was quantitatively analyzed.
  • a QuantiBlue kit (InvivoGen, USA) was used, and E. coli alkaline phosphatase (Takara Bio, Japan) was quantified as a standard product. The results are shown in Table 4.
  • dsRNA in which the 5 ′ end of the second strand is phosphorothioated and dsRNA in which the 5 ′ end of the first strand and the 5 ′ end of the second strand are phosphorylated are phosphorothioate at the 5 ′ end.
  • RLR pathogen recognition molecule
  • the dsRNA obtained by phosphorothioating the 5 ′ end of the second strand and the dsRNA obtained by phosphorylating the 5 ′ end of the first strand and the 5 ′ end of the second strand found in Test Example 1, A higher innate immunity-inducing effect on dsRNA that is not phosphorothioated or phosphorylated at the 5 ′ end was also shown by a method for evaluating the ability to bind to RLR, a pathogen recognition molecule.
  • Example 3 Preparation of 5'-terminally phosphorylated poly IC pIC41 composed of 4 molecules of poly I and 1 molecule of poly C [weight average base length 397 bp, 5 'phosphate molecule number ⁇ 1] 9 mg of PNK Dissolve in reaction buffer [final concentration: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 0.25 mM adenosine triphosphate] to 4.05 ml, 10000 U / ml PNK 0.45 ml And reacted at 37 ° C. for 30 minutes.
  • reaction buffer [final concentration: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 0.25 mM adenosine triphosphate] to 4.05 ml, 10000 U / ml PNK 0.45 ml And reacted at 37 ° C.
  • 5′P-pIC41 The number of 5 ′ phosphate molecules per molecule was determined by the ADP method. That is, the ADP concentration of the sample for analysis was quantitatively analyzed by the HPLC method and calculated by dividing the ADP molar concentration by the molar concentration of 5′P-pIC41. The number of 5 ′ phosphate molecules per molecule of 5 ′ P-pIC41 was 4.7.
  • Example 4 Preparation of 5'-terminal phosphorothioated poly IC pIC41 used in Example 3 [weight average base length 397 bp, 5 'phosphate molecule number ⁇ 1] 15 mg was added to PNK reaction buffer [final concentration: 50 mM Tris Hydrochloric acid buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 0.12 mM adenosine-5'-O- (3-thiotriphosphate)] to 6.4 ml, 10000 U / ml PNK 1.1 ml was added and reacted at 37 ° C. for 6 hours.
  • PNK reaction buffer final concentration: 50 mM Tris Hydrochloric acid buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 0.12 mM adenosine-5'-O- (3-thiotriphosphate)
  • 5′S-pIC41 The number of 5 ′ phosphorothioate molecules per molecule was calculated by quantitatively analyzing the label body by the Fluorescein Maleimide labeling method as in Analysis Example 2, and dividing the label body molar concentration by the molar concentration of 5′S-pIC41. . The number of 5 ′ phosphorothioate molecules per molecule of 5′S-pIC41 was 2.8.
  • Example 5′-terminally phosphorylated poly IC pIC101 composed of 10 molecules of poly I and 1 molecule of poly C [weight average base length 354 bp, 5 ′ phosphate molecule number less than 1.0] 9 mg of PNK Dissolve in reaction buffer [final concentration: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 1.5 mM adenosine triphosphate] to 4.05 ml, 10000 U / ml PNK 0.45 ml And reacted at 37 ° C. for 30 minutes.
  • the number of 5 ′ phosphoric acid molecules per 5′P-pIC101 molecule was determined by the ADP method. That is, the ADP concentration of the sample for analysis was quantitatively analyzed by HPLC method, and the ADP molar concentration was calculated by dividing by the molar concentration of 5′P-pIC101. The number of 5 ′ phosphate molecules per molecule of 5 ′ P-pIC101 was 7.9.
  • Example 6 Preparation of 5′-terminal phosphorothioated poly IC pIC101 used in Example 5 [weight average base length 354 bp, 5 ′ number of phosphate molecules less than 1.0] 15 mg of PNK reaction buffer [final concentration: 50 mM Tris Hydrochloric acid buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 0.12 mM adenosine-5'-O- (3-thiotriphosphate)] to 6.4 ml, 10000 U / ml PNK 1.1 ml was added and reacted at 37 ° C. for 6 hours.
  • PNK reaction buffer final concentration: 50 mM Tris Hydrochloric acid buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 0.12 mM adenosine-5'-O- (3-thiotriphosphate)
  • 5'S-pIC101 12.5 mg with 5 'end phosphorothioated [weight average base length 364 bp, number average molecular weight 180333].
  • the number of 5 'phosphorothioate molecules per molecule of 5'S-pIC101 was calculated by quantitatively analyzing the label body by the Fluorescein Maleimide labeling method as in Analysis Example 2, and dividing the label body molar concentration by the molar concentration of 5'S-pIC101. .
  • the number of 5 ′ phosphorothioate molecules per molecule of 5′S-pIC101 was 4.5.
  • Example 7 Preparation of 5'-terminally phosphorylated poly IC12U pIC12U41 [weight average base length composed of 1 molecule of ssRNA [polyC12U] and 4 molecules of poly I containing cytidylic acid and uridylic acid in a ratio of 12: 1 338 bp, 5 'phosphate molecule number ⁇ 1.0] 9 mg PNK reaction buffer [final concentration: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 0.25 mM adenosine triphosphate To 4.05 ml, 10000 U / ml PNK 0.45 ml was added, and the mixture was reacted at 37 ° C.
  • 5′P-pIC12U41 The number of 5 ′ phosphate molecules per molecule was determined by the ADP method. That is, the ADP concentration of the collected analytical sample was quantitatively analyzed by the HPLC method and calculated by dividing the ADP molar concentration by the molar concentration of 5′P-pIC12U41. The number of 5 ′ phosphate molecules per molecule of 5 ′ P-pIC12U41 was 3.9.
  • Example 8 Preparation of 5′-terminal phosphorothioated poly IC12U pIC12U41 used in Example 7 [weight average base length 338 bp, 5 ′ phosphate molecule number less than 1.0] 15 mg of PNK reaction buffer [final concentration: 50 mM Tris Hydrochloric acid buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 0.12 mM adenosine-5'-O- (3-thiotriphosphate)] to 6.4 ml, 10000 U / ml PNK 1.1 ml was added and reacted at 37 ° C. for 6 hours.
  • PNK reaction buffer final concentration: 50 mM Tris Hydrochloric acid buffer (pH 8.0), 10 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol, 0.12 mM adenosine-5'-O- (3-thiotriphosphate)
  • 5'S-pIC12U41 11.7 mg (weight average base length 314 bp, number average molecular weight, phosphorylated at the 5 'end) 133953].
  • the number of 5 ′ phosphorothioate molecules per molecule of 5′S-pIC12U41 was calculated by quantitatively analyzing the label body by the Fluorescein Maleimide labeling method as in Analysis Example 2, and dividing the label body molar concentration by the molar concentration of 5′S-pIC12U41. .
  • the number of 5 ′ phosphorothioate molecules per molecule of 5′S-pIC12U41 was 2.1.
  • Test Example 3 Evaluation of innate immunity induction effect The innate immunity induction effect of various dsRNAs shown in Examples 3-6 and 8 was evaluated using a human embryonic lung tissue-derived fibroblast cell line MRC-5 known as an IFN ⁇ -producing cell line. . That is, MRC-5 subcultured in 10% bovine serum-containing MEM medium was seeded on a 12-well plate at 1 ml / well and statically cultured at 37 ° C. in a 5% CO 2 environment for about 20 hours.
  • MRC-5 subcultured in 10% bovine serum-containing MEM medium was seeded on a 12-well plate at 1 ml / well and statically cultured at 37 ° C. in a 5% CO 2 environment for about 20 hours.
  • the 5 'end of the second strand was phosphorothioated or the 5' end of the first strand and the dsRNA phosphorylated at the 5 'end of the second strand were phosphorothioated at the 5' end. It was found that the higher innate immunity induction effect on non-phosphorylated dsRNA was not affected by the number of phosphorothioate or phosphate, as well as the base length of dsRNA.

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Abstract

本発明は、二重鎖リボ核酸(dsRNA)を構成する2以上の一本鎖リボ核酸(ssRNA)において、5'末端のホスホロチオエート数の該dsRNA 1分子あたりの平均を1以上、または5'末端のリン酸数の該dsRNA 1分子あたりの平均を1以上としたことを特徴とする、アジュバント等の用途において高い機能を有する自然免疫誘導効果が改善したdsRNAまたはその塩;該dsRNA等を含有してなる免疫刺激物質、アジュバント、または医薬品等;ならびにそのようなdsRNA等を製造する方法を提供する。

Description

自然免疫誘導効果が増強した二重鎖リボ核酸
 本発明は、医薬品あるいは医薬品添加剤として有用性の高い二重鎖リボ核酸、およびその製法に関する。
 生体には、生体内に進入したウイルスや細菌などの病原体をすばやく認識し排除する自然免疫システムが備わっている。病原体が侵入した生体は、樹状細胞などの免疫担当細胞がToll-like receptor(TLR)やRIG-I-like receptors(RLRs)などの受容体を介して病原体の分子構造を多面的に認識し、I型インターフェロン(IFN)や炎症性サイトカインの産生といった自然免疫応答を起こす。このような自然免疫によって認識される病原体の構成成分やそれを模倣した物質は、免疫刺激物質と呼ばれ、医薬品あるいはワクチン用アジュバントとしての利用が期待されている。特にワクチンの用途においては、抗原の免疫原性を高めるのみならず、免疫寛容を一時的にブレークする化合物としても着目されており、その実用化に期待が集まっている。そのような免疫刺激物質の一つが人工合成した二重鎖リボ核酸(dsRNA)である。
 人工合成されたdsRNAの代表例としては、二重鎖を構成する一本鎖リボ核酸(ssRNA)がアデニル酸ホモポリマーとウリジル酸ホモポリマーであるpoly(A:U)や、二重鎖を構成するssRNAがグアニル酸ホモポリマーとシチジル酸ホモポリマーであるpoly(G:C)、二重鎖を構成するssRNAがイノシン酸ホモポリマーとシチジル酸ホモポリマーであるpolyIC、二重鎖を構成するssRNAがシチジル酸とウリジル酸が約12:1で混ざり合ったポリマーC12Uとイノシン酸ホモポリマーであるpoly(I:C12U)などがある。これらのホモdsRNA、とりわけpolyICとpoly(I:C12U)は、ウイルス性疾患の治療薬や抗がん治療薬の候補として数多くの基礎研究や応用研究が行われている。
 polyICなどのdsRNAの自然免疫誘導効果および単回投与毒性は、dsRNAの鎖長が長くなるにつれて増大するといった特徴がある(非特許文献1)。
 人工ホモdsRNAは、リボヌクレオチド二リン酸を基質にポリリボヌクレオチドヌクレオチジルトランスフェラーゼなどの酵素を用いてssRNAを合成し、アニーリング処理にて二重鎖を形成させることにより作製される。このような酵素合成されたssRNAは、酵素反応の特性上、鎖長にばらつきをもった混合物となる。また、イノシン酸ポリマーとシチジル酸ポリマーのようなホモポリマー同士をアニーリングすると、従来タイプの構造体の場合には、アニーリング条件を調整しても複数のssRNAが連なり、結果として生成するdsRNAの平均鎖長は長鎖化してしまい、化合物本来の自然免疫誘導効果を精度良く評価することができなかった。これに対し、本発明者らは人工ホモdsRNAの鎖長を一定に揃える技術を見いだし、特許文献1の中で発明を開示した。
 ところで、ホスホロチオエートとは、オリゴヌクレオチドのリン酸基と互換性のあるリン酸誘導体で、リン酸の酸素原子の一つを硫黄原子に置換した化合物を指す。オリゴヌクレオチドにおける3’-5’間のリン酸基がホスホロチオエートに置換されたホスホロチオエート化オリゴヌクレオチドは、エンドヌクレアーゼによる分解反応に耐性を示すことから、アンチセンスDNAや核酸医薬の分野で採用されている。また、CpGオリゴヌクレオチドと称されるアジュバント化合物は、その3’-5’間のリン酸基の一部またはすべてがホスホロチオエート化されたオリゴヌクレオチドである。
 CpGオリゴヌクレオチドの自然免疫誘導効果は、ホスホロチオエート化される3’-5’リン酸基の位置や数によって質的量的に変化することが知られている(非特許文献2)。しかし、5’末端のホスホロチオエート化又はリン酸化のもたらす薬効に関する知見は見当たらない。また、アンチセンスの分野で自明となっているホスホロチオエート化の意義、すなわちエンドヌクレアーゼによるオリゴヌクレオチドの分解を抑制する知見に基づけば、5’末端のホスホロチオエート化又はリン酸化によって自然免疫誘導効果が増強することは予想すらできなかった。
 なお、本願でいう鎖長とは、RNAの塩基数と同義である。ssRNAの鎖長の単位は塩基(base)またはキロ塩基(1 kb = 1000 base)と表記し、dsRNAの場合には、塩基対 (bp)またはキロ塩基対(1 kbp = 1000 bp)と表記する。
 また、ssRNAやdsRNAの重量平均鎖長は、好ましくは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(SEC)分析法により決定される鎖長である。具体的には、分子量が既知であるdsRNAやdsDNAを標準品としてSEC分析を行い、得られたデータから平均鎖長や鎖長の中央値を算出する。
WO2014/088087
Japanese Journal of Microbiology (1976) 20(2): 71-76 Journal of Immunology (2001) 166: 2372-2377
 人工ホモdsRNAを、医薬品あるいは医療の現場で安全性を担保しながら利用するためには、鎖長が変化しにくいdsRNAであることに加えて、dsRNA分子あたりの自然免疫誘導能を増大させることも重要な課題となる。
 本発明の目的は、医薬品またはワクチン用アジュバントとして安全で高活性なdsRNAまたはその塩、およびその製造方法、さらには自然免疫誘導効果が改善するdsRNA配合製品を提供することにある。
 ポリリボヌクレオチドヌクレオチジルトランスフェラーゼを用いて塩基性雰囲気下で酵素合成された人工ホモdsRNAの5’末端は、大部分が5’ヒドロキシルである。なぜならば、リボヌクレオチドの5’-3’ホスホジエステル結合は、塩基性雰囲気下で非酵素的に加水分解され、2’ヒドロキシルによって優先的に求核攻撃を受け、解裂後は5’ヒドロキシル体と2’-3’環状リン酸体を形成するためである(生物工学 (2011) 89(4): 200-203)。なお、2’-3’環状リン酸体はさらに反応して2’リン酸体もしくは3’リン酸体に収束する。
 本発明者らは、dsRNA分子中の5’一リン酸の比率を増大させることにより、自然免疫誘導効果が増大すること、更に、5’末端を一リン酸ではなくモノホスホロチオエート化することにより、自然免疫誘導効果がより増大することを見いだし、本発明を完成するに至った。
 本発明は即ち、以下の[1]~[5]に関する。
[1]重量平均鎖長が0.1 キロ塩基対(kbp)から2.0 kbpの範囲内にある、アジュバント用の二重鎖リボ核酸(dsRNA)またはその塩であって、
 該dsRNAの第1の鎖は2以上の一本鎖リボ核酸(ssRNA)からなり、該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの全ては、同種のリボヌクレオチドからなるホモポリマーであること、
 該dsRNAの第2の鎖は1つのssRNAからなり、該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの各々と二重鎖を形成できる程度に、該第1の鎖のssRNAと相補する塩基配列を有すること、
 該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの重量平均鎖長は該第2の鎖を構成する1つのssRNAの重量平均鎖長の1/2以下であること、および
 該第1の鎖を構成する2以上のssRNAおよび該第2の鎖を構成する1つのssRNAの5’末端のホスホロチオエート数の該dsRNA 1分子あたりの平均が1以上であること
を特徴とする、dsRNAまたはその塩。
[2]重量平均鎖長が0.1 キロ塩基対(kbp)から2.0 kbpの範囲内にある、アジュバント用の二重鎖リボ核酸(dsRNA)またはその塩であって、
 該dsRNAの第1の鎖は2以上の一本鎖リボ核酸(ssRNA)からなり、該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの全ては、同種のリボヌクレオチドからなるホモポリマーであること、
 該dsRNAの第2の鎖は1つのssRNAからなり、該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの各々と二重鎖を形成できる程度に、該第1の鎖のssRNAと相補する塩基配列を有すること、
 該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの重量平均鎖長は該第2の鎖を構成する1つのssRNAの重量平均鎖長の1/2以下であること、および
 該第1の鎖を構成する2以上のssRNAおよび該第2の鎖を構成する1つのssRNAの5’末端のリン酸数の該dsRNA 1分子あたりの平均が1以上であること
を特徴とする、dsRNAまたはその塩。
[3]上記[1]または[2]に記載のdsRNAまたはその塩を含有してなる免疫刺激物質、アジュバント、または医薬品。
[4]重量平均鎖長が0.1 キロ塩基対(kbp)から2.0 kbpの範囲内にある、アジュバント用の二重鎖リボ核酸(dsRNA)またはその塩の製造方法であって、該方法は、
(1)同種のリボヌクレオチドからなるssRNAを調製する工程、
(2)前記(1)のssRNAに対して二重鎖を形成できる程度の相補性を有する塩基配列を有するssRNAを調製する工程、
(3)前記(1)のssRNAと前記(2)のssRNAとをアニーリングさせることにより、dsRNAを生成させる工程、および
(4)工程(3)の前に前記(1)で調製されるssRNAおよび前記(2)で調製されるssRNAのうちの少なくとも一方の5’末端をホスホロチオエート化するか、または、工程(3)の後に該dsRNAの5’末端をホスホロチオエート化する工程、あるいは、工程(3)の前に前記(1)で調製されるssRNAおよび前記(2)で調製されるssRNAの5’末端をリン酸化するか、または、工程(3)の後に該dsRNAの5’末端をリン酸化する工程
を含み、前記(1)のssRNAの重量平均鎖長が、前記(2)のssRNAの重量平均鎖長の1/2以下であってかつ0.02~1.0 キロ塩基(kb)である、方法。
[5]前記工程(4)において5’末端にホスホロチオエート基またはリン酸基を導入されるssRNAまたは鎖が、シチジル酸を80%以上の割合で含む、上記[4]に記載の方法。
 本発明で開示した知見を利用することで、アジュバント効果が増大したdsRNA、およびそのdsRNAを配合した有効性の高い免疫賦活剤、アジュバント、ワクチン等を提供することができる。本発明はまた、そのようなdsRNAの製造方法も提供する。
(dsRNAまたはその塩)
 本発明は新規のdsRNAまたはその塩(以下、これらを総称して「本発明のdsRNA」と呼称することもある)を提供する。本発明のdsRNAは、該第1の鎖および該第2の鎖を構成するssRNAの5’末端のホスホロチオエート数の該dsRNA 1分子あたりの平均が1以上、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、最も好ましくは1~5であること、あるいは、該第1の鎖および該第2の鎖を構成するssRNAの5’末端のリン酸数の該dsRNA 1分子あたりの平均が1以上、好ましくは2~20、より好ましくは2~10、最も好ましくは2.5~8であることを特徴とする。
 なお、上記の通り、第1の鎖は2以上のssRNAからなるものであり、従って本発明のdsRNAにおいては、第2の鎖であるssRNAに対して、第1の鎖である2以上のssRNAがリボヌクレオチド間の相補的な結合により結合している事象が生じ得る。その場合、該dsRNAを構成する第1の鎖は、それを構成する全てのssRNAがホスホジエステル結合で結合したものではなく、直接的には結合していない複数のssRNAを含むことになる。本明細書においては、全てのssRNAが「鎖」状に連結しているか否かに関わらず、dsRNAを構成する2つの鎖のうち、2以上のssRNAからなる側を便宜上、第1の鎖と表現し、1つのssRNAからなる側を便宜上、第2の鎖と表現する。
 本発明の第1の鎖を構成する全てのssRNAは、同種のリボヌクレオチドからなるホモポリマーである。該ssRNAは、以下に限定されないが例えば、アデニル酸ホモポリマー、ウリジル酸ホモポリマー、グアニル酸ホモポリマー、シチジル酸ホモポリマー、イノシン酸ホモポリマー等であり得る。
 一方、第2の鎖を構成するssRNAは、本発明のdsRNAの使用環境において、第1の鎖を構成する2以上のssRNAの各々と二重鎖を形成できる程度に、該第1の鎖のssRNAと相補する塩基配列を有する。従って、第2の鎖のssRNAは、全ての塩基が第1の鎖のssRNAの塩基に相補的となる配列に限定されるものではない。なお、本発明のdsRNAの使用環境とは、生体に投与することを前提とした用途では、例えば、温度が約37℃の生理食塩水(pHが約7.4、塩化ナトリウム濃度が約150 mM)中に溶解した条件下と考えることができる。
 そのため、例えば、第2の鎖のssRNAは、第1の鎖の各ssRNAを構成するリボヌクレオチドに対して相補的なリボヌクレオチドが1種または複数種組み合わされた配列のssRNAは無論のこと、第1の鎖のssRNAとの相補的な結合を著しく阻害しない範囲で、更にそこに、第1の鎖の各ssRNAを構成するリボヌクレオチドに対して相補的ではないリボヌクレオチドが、当該ssRNAを構成する全リボヌクレオチドに対して20%未満、好ましくは10%未満、より好ましくは5%未満、更により好ましくは3%未満、特に好ましくは2%未満、最も好ましくは1%未満の頻度で組み込まれたssRNAであってもよい。リボヌクレオチドの塩基間の相補性については当該技術分野において良く知られている。
 具体的には、第1の鎖のssRNAがアデニル酸ホモポリマーの場合には、第2の鎖のssRNAとしてはウリジル酸とイノシン酸から選ばれたリボヌクレオチドが1種または複数種組み合わされた配列のssRNAは無論のこと、第1の鎖のssRNAとの相補的な結合を著しく阻害しない範囲で、更にそこにアデニル酸および/またはグアニル酸および/またはシチジル酸および/またはキサンチル酸が、当該ssRNAを構成する全リボヌクレオチドに対して20%未満、好ましくは10%未満、より好ましくは5%未満、更により好ましくは3%未満、特に好ましくは2%未満、最も好ましくは1%未満の頻度で組み込まれたssRNAであってもよい。
 また、第1の鎖のssRNAがウリジル酸ホモポリマーの場合には、第2の鎖のssRNAとしてはアデニル酸からなる配列のssRNAは無論のこと、第1の鎖のssRNAとの相補的な結合を著しく阻害しない範囲で、更にそこにウリジル酸および/またはグアニル酸および/またはイノシン酸および/またはシチジル酸および/またはキサンチル酸が、当該ssRNAを構成する全リボヌクレオチドに対して20%未満、好ましくは10%未満、より好ましくは5%未満、更により好ましくは3%未満、特に好ましくは2%未満、最も好ましくは1%未満の頻度で組み込まれたssRNAであってもよい。
 また、第1の鎖のssRNAがグアニル酸ホモポリマーの場合には、第2の鎖のssRNAとしてはシチジル酸ホモポリマーは無論のこと、第1の鎖のssRNAとの相補的な結合を著しく阻害しない範囲で、更にそこにウリジル酸および/またはアデニル酸および/またはグアニル酸および/またはイノシン酸および/またはキサンチル酸が、当該ssRNAを構成する全リボヌクレオチドに対して20%未満、好ましくは10%未満、より好ましくは5%未満、更により好ましくは3%未満、特に好ましくは2%未満、最も好ましくは1%未満の頻度で組み込まれたssRNAであってもよい。
 また、第1の鎖のssRNAがシチジル酸ホモポリマーの場合には、第2の鎖のssRNAとしてはグアニル酸とイノシン酸から選ばれたリボヌクレオチドが1種または複数種組み合わされた配列のssRNAは無論のこと、第1の鎖のssRNAとの相補的な結合を著しく阻害しない範囲で、更にそこにアデニル酸および/またはウリジル酸および/またはシチジル酸および/またはキサンチル酸が、当該ssRNAを構成する全リボヌクレオチドに対して20%未満、好ましくは10%未満、より好ましくは5%未満、更により好ましくは3%未満、特に好ましくは2%未満、最も好ましくは1%未満の頻度で組み込まれたssRNAであってもよい。
 また、第1の鎖のssRNAがイノシン酸ホモポリマーの場合には、第2の鎖のssRNAとしてはアデニル酸とシチジル酸から選ばれたリボヌクレオチドが1種または複数種組み合わされた配列のssRNAは無論のこと、第1の鎖のssRNAとの相補的な結合を著しく阻害しない範囲で、更にそこにウリジル酸および/またはグアニル酸および/またはイノシン酸および/またはキサンチル酸が、当該ssRNAを構成する全リボヌクレオチドに対して20%未満、好ましくは10%未満、より好ましくは5%未満、更により好ましくは3%未満、特に好ましくは2%未満、最も好ましくは1%未満の頻度で組み込まれたssRNAであってもよい。一つの実施形態では、第1の鎖のssRNAはイノシン酸ホモポリマーであり、かつ第2の鎖のssRNAはシチジル酸を80%以上の割合で含むssRNAであり、例えば、第1の鎖のssRNAがイノシン酸ホモポリマーであり、かつ第2の鎖のssRNAがシチジル酸ホモポリマーである場合等が挙げられる。
 一つの実施形態において、本発明のdsRNAにおいてホスホロチオエート化またはリン酸化されているssRNAまたは鎖は、それを構成するリボヌクレオチドの80%以上、90%以上、95%以上、98%以上、または全てが、ピリミジン塩基を有するものであってよい。ピリミジン塩基を有するリボヌクレオチドとしては、ウリジル酸、シチジル酸などが挙げられる。
 作製したRNAが二重鎖を形成しているかどうかは、例えば、ssRNAとdsRNAのAbs260nmの吸光係数の相違を利用した温度-吸光度曲線を調べることで判定することができる。すなわち、核酸塩基に由来するAbs260nmの吸収は、核酸塩基同士が水素結合することにより減少する特性を利用する。具体的には、RNA検体を生理食塩水で希釈して石英セルに充填し、温度制御機能付きの分光光度計でゆっくりと石英セルを加熱しながら連続的に吸光度を測定することで温度-吸光度曲線を測定する。検体がdsRNAの場合には、ssRNA間の水素結合が壊れてssRNAに解離しはじめる温度を境にAbs260nmが急激に上昇するため、その温度-吸光度曲線はシグモイド曲線となるが、検体が二重鎖を形成していないssRNA混合物の場合には、その温度-吸光度曲線は線形となる。
 本発明のdsRNAは、アジュバントとしての活性および安全性の観点から、0.1 kbpから2.0 kbpの範囲内、より好ましくは0.1 kbpから1.0 kbpの範囲内、更により好ましくは0.2 kbpから0.6 kbpの範囲内の重量平均鎖長を有する。また、第1の鎖を構成するssRNAの重量平均鎖長は例えば0.02~1.0 kbであり、好ましくは0.02~0.4 kb、より好ましくは0.02~0.2 kbである。一方、第2の鎖のssRNAの重量平均鎖長は例えば0.04~2.0 kbであり、好ましくは0.04~0.8 kb、より好ましくは0.04~0.4 kbである。
 重量平均鎖長は、前記した通り、SEC分析法によって決定することができる。アガロースゲル電気泳動法やポリアクリルアミドゲル電気泳動法で鎖長を算出する手法もあるが、電気泳動バッファーは塩濃度が低いために、電気泳動中にdsRNAが部分解離して切断されるといった課題があり鎖長分布を精度良く解析するには難がある。したがって、アガロースゲル電気泳動法やポリアクリルアミドゲル電気泳動法で算定した精度の低い鎖長と本発明の実施例で示したデータとを比較することはできない。
 SEC分析は、水溶性のSEC分析用カラムを装着したSEC解析システムを用いて行うことができる。その場合、溶離液の塩濃度を高く保ち、カラム温度を低くして分析を行うことが肝要である。具体的には例えば、下記の通りにSEC分析を行うことができる。SEC解析システムとしては、島津製作所製のLC Solution GPCを使用し、イソクラテックモードでクロマトグラフィーを行い、Abs 260nmの吸光強度を測定する。カラムとしては、4000 bp以下のdsRNAの分析を行う目的で、TSKgel G5000PWXL(東ソー株式会社製)を使用する。分子量マーカーとしては、モノヌクレオチドと自動合成機で作製したオリゴヌクレオチド、およびλDNAを鋳型にして適当なDNA配列をPCR法で増幅して得られる約100 bpから約4000 bpの各種DNA断片を使用する。
 分析条件は以下の通りである。
  ・溶離液: 10mM トリス硫酸バッファー(pH7.0)、150mM 硫酸ナトリウム
  ・ポンプ流速: 0.5 ml/min
  ・カラム: TSK-Gel G-5000PWXL 
  ・カラム温度: 25℃
  ・UV検出: Abs 260 nm
 LC-Solution GPCから出力されるAbs 260 nmの吸光強度は、表計算ソフトなどで再処理する必要がある。なぜならば、記録されたAbs 260 nmの吸光データは、RNAの濃度ではなく、RNAの濃度とそのRNAの鎖長数の積を表しているからである。LC-Solution SECに記録された経時的な吸光度データとSEC分子量データのマトリックスを表計算ソフトに取り込み、SEC分子量から塩基数を求め、吸光度を塩基数で除した値Aを求め、値Aと分子量のデータを統計処理して数平均鎖長、重量平均鎖長と中央値(値Aが極大となる鎖長)を求める。なお、ポリリボヌクレオチドヌクレオチジルトランスフェラーゼで合成したRNAの塩基数とSEC分子量の関係式は、以下の計算式を使用できる。
  ssRNAの場合
    塩基数=SEC分子量/(NMP-18)
    NMP:ヌクレオチド一リン酸の平均分子量
  dsRNAの場合
    塩基数=SEC分子量/(NMP1+NMP2-36)
    NMP1:センス側のヌクレオチド一リン酸の平均分子量
    NMP2:アンチセンス側のヌクレオチド一リン酸の平均分子量
 本発明のdsRNAにおけるホスホロチオエート構造の位置は問わず、第1の鎖および第2の鎖を構成するssRNAのうちの1以上、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、最も好ましくは1~5のssRNAにおいて、その5'末端がホスホロチオエート化されていればよい。5'ホスホロチオエート構造を持たないssRNAの5'末端の構造は問わず、3’末端の構造も問わない。具体的には、5’ホスホロチオエート構造を持たないssRNAの5’末端は、ヒドロキシルか一リン酸か二リン酸か三リン酸のいずれであってもよく、3’末端はヒドロキシルか一リン酸か2’-3’環状リン酸のいずれであってもよい。
 また、本発明のdsRNAにおいて、第1の鎖と第2の鎖を構成するssRNAのうちの1以上、好ましくは2~20、より好ましくは2~10、最も好ましくは2.5~8のssRNAにおいて、その5'末端がリン酸化されていればよい。このとき、5’リン酸構造を持たないssRNAの5'末端の構造はヒドロキシルである。また、3’末端の構造は問わない。具体的には、3’末端はヒドロキシルか一リン酸か2’-3’環状リン酸のいずれであってもよい。
 本発明のdsRNAは、dsRNAの5’末端にオリゴデオキシヌクレオチド(オリゴDNA)が付加されたDNA-RNAハイブリッド型の構造体となっていても構わない。この場合、当該dsRNA の5’末端の構造とは、オリゴDNAの5’末端の構造も含まれる。
 本発明のdsRNAにおける塩としては金属塩、アンモニウム塩、有機アミン付加塩、アミノ酸付加塩等が挙げられる。金属塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、マグネシウム塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩、アルミニウム塩、亜鉛塩等が挙げられる。アンモニウム塩としては、アンモニウム、テトラメチルアンモニウム等の塩が挙げられる。有機アミン付加塩としては、トリスヒドロキシアミノメタン等の塩が挙げられる。アミノ酸付加塩としては、リジン、アルギニン、ヒスチジン、トリプトファン、オルニチン等の塩が挙げられる。
(免疫刺激物質、アジュバント、医薬品)
 本発明のdsRNAはアジュバントとして用いられる。すなわち、本発明のdsRNA、およびその混合物は、ワクチンや抗がん剤やタンパク医薬、抗体医薬、核酸医薬など他に有効成分がある医薬品の性能を改善する目的で、ワクチン、医薬品、動物薬、水産薬等に配合される。剤形は、注射剤、点鼻剤、点眼剤、経皮吸収剤などどのような形態でも良い。
 また、本発明のdsRNAは、他の成分との組み合わせや製剤技術と組み合わせて使用することもできる。例えば、ポリリジンやポリグルタミン酸などのカチオン性ポリマーと水素結合させたハイブリッドポリマーとしての利用や、シグナル伝達経路の異なる他の免疫刺激物質との混合、カチオン性リポソームや水中油型乳剤、無機または有機質ナノ粒子に含有または吸着させた複合アジュバントとしての利用、増粘剤と混合して展着力を改善する製剤としての利用が挙げられる。さらには、ウイルス様粒子技術(Virus-like particle)やドラッグデリバリー技術や皮膚パッチ製剤技術と組み合わせることもできる。さらには、シグナル伝達経路の異なる免疫刺激物質と混合して使用することもできる。
 本発明のdsRNAの自然免疫誘導効果は、自然免疫を誘導するインターフェロンβ(以後、IFNβともいう。)の分泌量を、後述の試験例1または3に記載の方法で測定することにより、または、病原体認識分子であるRIG-I-like receptor (以後、RLRともいう。)との結合能を、後述の試験例2に記載の方法で測定することにより評価することができる。
(製造方法)
 本発明はまた、dsRNAまたはその塩の製造方法(以下、本発明の製造方法)を提供する。該方法は、
(1)同種のリボヌクレオチドからなるssRNAを調製する工程、
(2)前記(1)のssRNAに対して二重鎖を形成できる程度の相補性を有する塩基配列を有するssRNAを調製する工程、
(3)前記(1)のssRNAと前記(2)のssRNAとをアニーリングさせることにより、dsRNAを生成させる工程、および
(4)工程(3)の前に前記(1)で調製されるssRNAおよび前記(2)で調製されるssRNAのうちの少なくとも一方の5’末端をホスホロチオエート化するか、または、工程(3)の後に該dsRNAの5’末端をホスホロチオエート化する工程、あるいは、工程(3)の前に前記(1)で調製されるssRNAおよび前記(2)で調製されるssRNAの5’末端をリン酸化するか、または、工程(3)の後に該dsRNAの5’末端をリン酸化する工程を含む。
 工程(1)、(2)で調製されたssRNAとしては、本発明のdsRNAについてそれぞれ第1の鎖または第2の鎖を構成するssRNAとして上述したものと同様のものとすることができ、それにより本発明のdsRNAを製造することができる。
 工程(1)、(2)において、ssRNAは、市販のRNA合成装置を用いてリボヌクレオチド一リン酸を原料に化学合成することができる。また、市販のRNAポリメラーゼを用いて、デオキシリボ核酸を鋳型にリボヌクレオチド三リン酸から酵素合成することもできる。また、市販のポリリボヌクレオチドヌクレオチジルトランスフェラーゼを用いて、鋳型なしにリボヌクレオチド二リン酸から酵素合成することもできる。ssRNAの調製に際し、例えば文献[特開平2-227077]に記載の方法等を適宜利用してもよい。
 ポリリボヌクレオチドヌクレオチジルトランスフェラーゼで酵素合成したssRNAは、平均鎖長が2 kbを超えることが多いが、反応時間を延長することでより短い鎖長のssRNAを得ることができる。また、RNAの短鎖化は、超音波処理や固体での乾熱処理、アルカリ処理、RNA分解酵素を用いた酵素処理などどのような方法を用いても良い。
 合成したssRNAの精製、およびそれをアニールしたdsRNAの精製は、透析や沈殿濾過やカラム精製等の公知の手法で実施することができる。精製したssRNAおよびdsRNAは1-20 mg/mlの水溶液として取得することが可能であり、さらに凍結乾燥などの処理によって固体として取得することもできる。
 工程(3)におけるアニーリング操作は、非特許文献1等に記載の公知の方法で行うことができる。アニーリングに用いるssRNAは精製したssRNAのみならず未精製のssRNAを用いてもよい。
 工程(4)において、5’末端がリン酸化されたssRNAまたはdsRNAの合成は、T4ホスホヌクレオチドキナーゼの5’リン酸基転移活性を利用して成し得る。T4ポリヌクレオチドキナーゼは、ATPのγ位のリン酸基をポリリボヌクレオチド(二本鎖および一本鎖)のリボース5’位に転移し得る酵素である。
 工程(4)において、5’末端がホスホロチオエート化されたssRNAまたはdsRNAの合成も、T4ホスホヌクレオチドキナーゼの5’リン酸基転移活性を利用して成し得る。すなわち、ATPの代わりにアデノシン-5'-O-(3-チオ三リン酸)をホスホロチオエート基供与体として用いることでポリリボ核酸の5’末端にホスホロチオエート基を付加させることができる。
 T4ホスホヌクレオチドキナーゼの5’リン酸基転移反応は、リボ核酸の5’末端のリン酸基のリン酸数や状態を問わずリン酸基の交換や付加を行う。また、T4ホスホヌクレオチドキナーゼの5’リン酸基転移反応は、ポリリボ核酸を構成する配列内部の5’-3’リン酸基および3’末端のリン酸基には作用しないため、T4ホスホヌクレオチドキナーゼを用いることで5’位置特異的な修飾反応を実施することができる。
 ssRNAの5’末端のリン酸化率は、Calf Intestine Alkaline Phosphatase(CIAP)などのアルカリホスファターゼを過剰添加して反応させ、遊離したリン酸量を定量分析し、リン酸モル濃度をssRNAモル濃度で除すことで算出できる(Pi法と略す)。
 遊離リン酸の定量分析は、マラカイドグリーンリン酸分析キット(BioAssay Systems社[USA])などを利用すればよい。
 また、ssRNAおよびdsRNAの5’末端のリン酸化率は、ATPを基質とするT4 Phosphonucleotide kinase (PNK)反応を行い、付加したリン酸と等モル生じるADPを定量分析し、そのADPモル濃度をssRNAまたはdsRNAのモル濃度で除すことで算出することもできる(ADP法と略す)。
 生成したADPの定量分析は、HPLC分析が利用できる。例えば、核酸分析用の弱アニオンタイプの分析カラムを用いてイソクラテックモードでクロマトグラフィーを行い、Abs 260nmの吸光強度をモニタリングして、ADP標準品とのシグナルの強さから定量する。
 分析条件の一例を挙げると以下の通りである。
  ・溶離液: 250mM リン酸ナトリウムバッファー(pH7.0)
  ・カラム: Shodex AXpak WA-624 (6.0mmI.D. x 150mm)
  ・カラム温度: 35℃
  ・UV検出: Abs 260 nm
 一方、ssRNAおよびdsRNAの5’末端のホスホロチオエート化率は、ホスホロチオエート基をFluorescein Maleimideによりラベル化し、Fluorescein Maleimideを標準品とする蛍光分析(励起波長 485 nm、蛍光波長 535 nm)に供してラベル体を定量分析し、そのラベル体モル濃度をssRNAまたはdsRNAのモル濃度で除すことで算出することができる。
 ssRNAまたはdsRNAのモル平均分子量は、SEC分析法で算出された数平均分子量から求める。このとき、5’末端および3’末端の構造の違いは誤差と見なし数値計算上考慮しないものとする。計算式は下記のとおりである。
  ssRNAの場合
    モル平均分子量=SECで算出された数平均分子量
  dsRNAの場合
    モル平均分子量=SECで算出された数平均分子量
 本発明の製造方法により作製されるdsRNAは、第1の鎖および第2の鎖を構成するssRNAの5’末端のホスホロチオエート数の該dsRNA 1分子あたりの平均が1以上、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、最も好ましくは1~5、または第1の鎖および第2の鎖を構成するssRNAの5’末端のリン酸数の該dsRNA 1分子あたりの平均が1以上、好ましくは2~20、より好ましくは2~10、最も好ましくは2.5~8である。
 dsRNAの塩を取得したいとき、dsRNAが塩の形で得られる場合には、そのまま精製すればよく、遊離の形で得られる場合には、水に溶解してカチオンを加えて塩を形成させ、沈殿濾過やカラム精製等の通常の方法で精製すればよい。
 以下に、試験例と比較例を示す。
比較例1.5’-末端非リン酸化poly ICの作製
 Poly Iおよびpoly Cの5’-末端の脱リン酸化処理は、Calf Intestine Alkaline Phosphatase(CIAP)[タカラバイオ社]を用い、同社の標準プロトコールに準じて実施した。すなわち、poly I-01 [重量平均塩基長 101b、数平均分子量 8804] 40 mg をCIAP反応バッファー[組成: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH9.0), 1 mM 塩化マグネシウム]に溶解して5mLとし、30000 U/ml CIAP 0.0033 mlを加えて、37℃で30分間反応させた。反応終了後、0.1 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順序で精製して5’-末端が脱リン酸化された5’OH-poly I [重量平均塩基長 110b] 39 mgを得た。poly C-01 [重量平均塩基長 413b、数平均分子量68310] 40 mg を上述したpoly Iと同条件でCIAPによる5’-末端の脱リン酸化処理を行い、0.1 mlを分析用に分取し、残りを同じ手順で精製して5’OH-poly C [重量平均塩基長 407b] 36 mgを得た。次に5’OH-poly I 約18 mgと5’OH-poly C 約18 mgを生理食塩水に溶解し、混合液を70℃まで昇温した後に室温までゆっくりと降温した。その後、エタノール沈殿による精製を行い、5’-末端が非リン酸化された5’OH-poly IC 29 mg [重量平均塩基長 391bp]を得た。
実施例1.5’-末端リン酸化poly ICの作製
 Poly Iおよびpoly Cの5’-末端のモノリン酸化処理は、T4 Phosphonucleotide kinase (PNK)[タカラバイオ社]を用い、標準プロトコールに準じて実施した。反応に際しては、Poly Iの不溶化を避けるために塩化マグネシウム濃度を10 mMから3.3 mMに下げて実施した。すなわち、比較例1で作製した5’OH-poly I [重量平均塩基長 110b、数平均分子量 15764] 15 mgを反応液 [終濃度: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH8.0), 3.3 mM 塩化マグネシウム, 5 mM ジチオスレイトール、0.7 mMアデノシン三リン酸]に溶解して 6.75 mLとし、10000 U /ml PNK 0.75 mlを加えて37℃で30分間反応させた。その後、0.1 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順序で精製して5’末端がモノリン酸化された5’P-poly I [重量平均塩基長 116b、数平均分子量 15606] 12 mgを得た。同様に、比較例1で作製した5’OH-poly C [重量平均塩基長 407b、数平均分子量 79073] 15 mg を反応液[終濃度: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH8.0), 3.3 mM 塩化マグネシウム, 5 mM ジチオスレイトール、0.2 mMアデノシン三リン酸]に溶解して6.75 mLとし、10000 U /ml PNK 0.75 mlを加えて37℃で30分間反応させた。その後、0.1 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順序で精製し、5’末端がモノリン酸化された5’P-poly C [重量平均塩基長392b、数平均分子量 79647] 12 mgを得た。次に5’P-poly I 約10 mgと5’P-poly C 約10 mgを生理食塩水に溶解し、混合液を70℃まで昇温した後に室温までゆっくりと降温した。その後、エタノール沈殿による精製を行い、5’-末端がモノリン酸化された5’P-poly IC 13 mg[重量平均塩基長 391 bp]を得た。
分析例1.リン酸化率の測定とdsRNA1分子における5’リン酸分子数の算出
 比較例1におけるpoly I-01の5’リン酸化率はPi法で算出した。すなわち、poly I-01を添加したCIAP反応終了液のリン酸モル濃度をマラカイドグリーンリン酸アッセイキットで定量分析し、poly I-01のモル濃度で除してpoly I-01の5’リン酸化率を算出した。同様にpoly C-01を添加したCIAP反応終了液のリン酸モル濃度を定量分析し、poly C-01のモル濃度で除してpoly C-01の5’リン酸化率を算出した。
 比較例1の5’OH-poly Iおよび5’OH-poly Cの5’リン酸化率は、Pi法で算出した。すなわち、比較例1のCIAP反応をpoly I-01 の代わりに5’OH-poly Iを用いて1/20スケールで実施し、反応終了液の遊離リン酸濃度を定量分析し、5’OH-poly Iのモル濃度で除して5’OH-poly I の5’リン酸化率を算出した。同様に比較例1のCIAP反応をpoly C-01 の代わりに5’OH-poly Cを用いて1/20スケールで実施し、反応終了液の遊離リン酸濃度を定量分析し、5’OH-poly Cのモル濃度で除して5’OH-poly C の5’リン酸化率を算出した。
 実施例1の5’P-poly Iおよび5’P-poly Cの5’リン酸付加率は、ADP法とPi法の2通りの方法で算出した。すなわち、実施例1の5’OH-poly Iを基質とするPNK反応終了液のADP濃度をHPLC法で定量分析し、ADPモル濃度から5’P-poly Iの 5’リン酸付加率を算出した。同様に、実施例1の5’ OH-poly Cを基質とするPNK反応終了液のADP濃度をHPLC法で定量分析し、ADPモル濃度から5’P-poly Cの5’リン酸付加率を算出した。
 また、比較例1のCIAP反応をpoly I-01 の代わりに5’P-poly Iを用いて1/20スケールで実施し、反応終了液の遊離リン酸濃度の定量分析を行い、供試した5’P-poly Iのモル濃度で除して5’リン酸化率を算出した。同様に比較例1のCIAP反応をpoly I-01 の代わりに5’P-poly Cを用いて1/20スケールで実施し、5’P-polyCのモル濃度で除して5’リン酸付加率を算出した。
 分析結果を下記表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1においてPi法で算出した5’リン酸化率とADP法で算出した5’リン酸化率は約10%の偏差でほぼ合致したことから、5’リン酸化率の算出法としてはPi法とADP法のどちらを採用しても構わないと判断できる。
 表1の5’リン酸化率に基づく、dsRNA1分子あたりの5’リン酸分子数(平均)は下記表2の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
作製例1.5’末端ホスホロチオエート化poly Cの作製
 5’末端のホスホロチオエート化は、T4 Phosphonucleotide kinase (PNK)[タカラバイオ社]と添付バッファーを用い、同社の標準プロトコールに準じて実施した。すなわち、poly C-02 28 mgを反応液 [終濃度: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH8.0), 10 mM 塩化マグネシウム, 5 mM ジチオスレイトール、0.12 mMアデノシン-5'-O-(3-チオ三リン酸)]に溶解して 6.8 mLとし、10000 U /ml PNK 1.2 mlを加えて37℃で6時間反応させた。反応終了後、0.1 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順に精製し、5’末端がホスホロチオエート化された5’S-poly C 24 mg[重量平均塩基長 395 b、数平均分子量 55465]を得た。
分析例2.ホスホロチオエート化率の測定
 作製例1で分取した反応液18 μlに対して、29 mM Fluorescein Maleimide/DMSO溶液 9μlを加え遮光して室温で2 h静置してホスホロチオエート基をFluorescein Maleimideでラベル化した。ミリQ水 70 μlで希釈した後、5’フェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿による精製を行い、30 mM NaCl水溶液 180 μlで再溶解し、ラベル化5’S-poly C (2.8 mg/ml; 0.051 mM)溶液を取得した。この溶液をFluorescein Maleimideを標準品とする蛍光分析(励起波長 485 nm、蛍光波長 535 nm)に供しラベル体を定量分析したところ、ラベル体濃度は0.050 mMであった。5’S-poly Cのホスホロチオエート化率は、98%と算出された。
実施例2.5’末端ホスホロチオエート化poly ICの作製
 作製例1で作製した5’S-poly C 約10 mgとpoly I [重量平均塩基長 98 b] 約10 mgを生理食塩水に溶解し、混合液を70℃まで昇温した後に室温までゆっくりと降温した。その後、エタノール沈殿による精製を行い、5’末端がホスホロチオエート化された5’S-poly IC-1 18 mg [重量平均塩基長 393 bp]を得た。
試験例1.自然免疫誘導効果の評価
 実施例1,2および比較例1で示した各種dsRNAの自然免疫誘導効果は、IFNβ産生細胞株として知られるヒト胎児肺組織由来の線維芽細胞株MRC-5を用いて評価した。すなわち、ウシ血清10%含有MEM培地で継代培養したMRC-5を12ウェルプレートに1 ml/well播種し、37℃、5% CO2環境下で約20時間静置培養した。ウシ血清を含まないMEM培地1 ml/wellに交換後、各種dsRNAを0.1μg/wellまたは0.03 μg/wellをトランスフェクション試薬LyoVec(InvivoGen, USA)と共に培養液に添加し、37℃、5% CO2環境下で静置培養した。培養2時間後にウシ血清を0.1 ml/well添加し培養を継続した。ネガティブコントロールはdsRNAの代わりにPBSを使用した。培養20h後に培養上清を採取し、上清に含まれるIFNβの濃度を、ヒトインターフェロンβ ELISAキット(株式会社鎌倉テクノサイエンス)を用いて定量分析した。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3に示すとおり、第2の鎖の5’末端をホスホロチオエート化したdsRNA、ならびに第1の鎖の5’末端および第2の鎖の5’末端をリン酸化したdsRNAは、5’末端をホスホロチオエート化またはリン酸化していないdsRNAと比較して、アジュバントとして用いられたときに自然免疫を誘導するIFNβ誘導量が増加したことから、より高い自然免疫誘導効果を奏することが分かった。
 また、自然免疫誘導を増大させる効果は、より少ない添加量でIFNβが誘導された、第2の鎖の5’末端をホスホロチオエート化したdsRNAの方が高いことが分かった。
試験例2.RLR結合性の比較
 実施例1,2および比較例1で示した各種dsRNAのRLR結合性をレポーター細胞アッセイで比較した。RLRレポーター細胞C57/WT MEF(InvivoGen, USA)は、NF-κBおよびIRF3/7で誘導される分泌性胎盤アルカリホスファターゼ(SEAP)レポーター遺伝子が導入されたマウス初代胎児線維芽細胞株で、試料のRLR結合性をSEAPの誘導量で相対比較できる。C57/WT MEFを用いたレポーターアッセイは、メーカーのプロトコルに準じておこなった。すなわち、ウシ血清10%含有DMEM培地で継代培養したC57/WT MEFの細胞懸濁液を12ウェルプレートに1 ml/well播種し、37℃、5% CO2環境下で約20時間静置培養した。ウシ血清を含まないDMEM培地 1 ml/wellに交換後、各種dsRNA 100 ngまたは生理食塩水をトランスフェクション試薬LyoVec(InvivoGen, USA)と共に添加し、37℃、5% CO2環境下で静置培養した。2時間後にウシ血清を0.1 ml/well加え、さらに14時間培養し、培養上清を採取して分泌されたSEAPを定量分析した。SEAPの定量分析にはQuantiBlueキット(InvivoGen, USA)を用い、E.coliアルカリホスファターゼ(タカラバイオ、日本)を標準品として数値化した。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4に示すとおり、第2の鎖の5'末端をホスホロチオエート化したdsRNA、ならびに第1の鎖の5'末端および第2の鎖の5'末端をリン酸化したdsRNAは、5'末端をホスホロチオエート化またはリン酸化していないdsRNAと比較して、病原体認識分子であるRLRに対して、より高い結合能を有することが分かった。
 したがって、試験例1で見られた、第2の鎖の5'末端をホスホロチオエート化したdsRNA、ならびに、第1の鎖の5'末端および第2の鎖の5'末端をリン酸化したdsRNAの、5'末端をホスホロチオエート化またはリン酸化していないdsRNAに対するより高い自然免疫誘導効果は、病原体認識分子であるRLRへの結合能を評価する方法によっても示された。
実施例3.5’末端リン酸化poly ICの作製
 4分子のpoly Iと1分子のpoly Cから構成されるpIC41 [重量平均塩基長 397 bp、5’リン酸分子数 <1] 9 mgをPNK反応バッファー[終濃度: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH8.0), 10 mM 塩化マグネシウム, 5 mM ジチオスレイトール、0.25 mM アデノシン三リン酸]に溶解して 4.05 mlとし、10000 U /ml PNK 0.45 mlを加えて37℃で30分間反応させた。その後、0.02 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順に精製し5’末端がリン酸化された5’P-pIC41 6.3 mg[重量平均塩基長 408 bp、数平均分子量 226487]を得た。
 5'P-pIC41 1分子あたりの5'リン酸分子数は、ADP法で求めた。すなわち、分取した分析用サンプルのADP濃度をHPLC法で定量分析し、ADPモル濃度を5'P-pIC41のモル濃度で除して算出した。5'P-pIC41 1分子あたりの5'リン酸分子数は、4.7であった。
実施例4.5’末端ホスホロチオエート化poly ICの作製
 実施例3で使用したpIC41 [重量平均塩基長 397 bp、5’リン酸分子数<1] 15 mgをPNK反応バッファー[終濃度: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH8.0), 10 mM 塩化マグネシウム, 5 mM ジチオスレイトール、0.12 mM アデノシン-5'-O-(3-チオ三リン酸)]に溶解して6.4 mlとし、10000 U /ml PNK 1.1 mlを加えて37℃で6時間反応させた。その後、0.02 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順に精製し5’末端がホスホロチオエート化された5’S-pIC41 12.5 mg[重量平均塩基長 398 bp、数平均分子量 210501]を得た。
 5'S-pIC41 1分子あたりの5'ホスホロチオエート分子数は、分析例2と同様にFluorescein Maleimideラベル化法でラベル体を定量分析し、ラベル体モル濃度を5'S-pIC41のモル濃度で除して算出した。5'S-pIC41 1分子あたりの5'ホスホロチオエート分子数は、2.8であった。
実施例5.5’末端リン酸化poly ICの作製
 10分子のpoly Iと1分子のpoly Cから構成されるpIC101 [重量平均塩基長 354 bp、5’リン酸分子数 1.0未満] 9 mgをPNK反応バッファー[終濃度: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH8.0), 10 mM 塩化マグネシウム, 5 mM ジチオスレイトール、1.5 mM アデノシン三リン酸]に溶解して4.05 mlとし、10000 U /ml PNK 0.45 mlを加えて37℃で30分間反応させた。その後、0.02 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順に精製し5’末端がリン酸化された5’P-pIC101 6.3 mg[重量平均塩基長 371 bp、数平均分子量 194599]を得た。
 5'P-pIC101 1分子あたりの5'リン酸分子数は、ADP法で求めた。すなわち、分取した分析用サンプルのADP濃度をHPLC法で定量分析し、ADPモル濃度を5'P-pIC101のモル濃度で除して算出した。5'P-pIC101 1分子あたりの5'リン酸分子数は、7.9であった。
実施例6.5’末端ホスホロチオエート化poly ICの作製
 実施例5で使用したpIC101 [重量平均塩基長 354 bp、5’リン酸分子数 1.0未満] 15 mgをPNK反応バッファー[終濃度: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH8.0), 10 mM 塩化マグネシウム, 5 mM ジチオスレイトール、0.12 mM アデノシン-5'-O-(3-チオ三リン酸)]に溶解して6.4 mlとし、10000 U /ml PNK 1.1 mlを加えて37℃で6時間反応させた。その後、0.02 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順に精製し5’末端がホスホロチオエート化された5’S-pIC101 12.5 mg[重量平均塩基長 364 bp、数平均分子量 180333]を得た。
 5'S-pIC101 1分子あたりの5'ホスホロチオエート分子数は、分析例2と同様にFluorescein Maleimideラベル化法でラベル体を定量分析し、ラベル体モル濃度を5'S-pIC101のモル濃度で除して算出した。5'S-pIC101 1分子あたりの5'ホスホロチオエート分子数は、4.5であった。
実施例7.5’末端リン酸化poly IC12Uの作製
 シチジル酸とウリジル酸が12対1の割合で配合されたssRNA[polyC12U] 1分子と4分子のpoly Iから構成されるpIC12U41 [重量平均塩基長 338 bp、5’リン酸分子数 1.0未満] 9 mgをPNK反応バッファー[終濃度: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH8.0), 10 mM 塩化マグネシウム, 5 mM ジチオスレイトール、0.25 mM アデノシン三リン酸]に溶解して4.05 mlとし、10000 U /ml PNK 0.45 mlを加えて37℃で30分間反応させた。その後、0.02 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順に精製し5’末端がリン酸化された5’P-pIC12U41 6.6 mg[重量平均塩基長 333 bp、数平均分子量157699]を得た。
 5'P-pIC12U41 1分子あたりの5'リン酸分子数は、ADP法で求めた。すなわち、分取した分析用サンプルのADP濃度をHPLC法で定量分析し、ADPモル濃度を5'P-pIC12U41のモル濃度で除して算出した。5'P-pIC12U41 1分子あたりの5'リン酸分子数は、3.9であった。
実施例8.5’末端ホスホロチオエート化poly IC12Uの作製
 実施例7で使用したpIC12U41 [重量平均塩基長 338 bp、5’リン酸分子数 1.0未満] 15 mgをPNK反応バッファー[終濃度: 50 mM トリス塩酸バッファー(pH8.0), 10 mM 塩化マグネシウム, 5 mM ジチオスレイトール、0.12 mM アデノシン-5'-O-(3-チオ三リン酸)]に溶解して6.4 mlとし、10000 U /ml PNK 1.1 mlを加えて37℃で6時間反応させた。その後、0.02 mlを分析用に分取し、残りをフェノール抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿の順に精製し5’末端がホスホロチオエート化された5’S-pIC12U41 11.7 mg[重量平均塩基長 314 bp、数平均分子量 133953]を得た。
 5'S-pIC12U41 1分子あたりの5'ホスホロチオエート分子数は、分析例2と同様にFluorescein Maleimideラベル化法でラベル体を定量分析し、ラベル体モル濃度を5'S-pIC12U41のモル濃度で除して算出した。5'S-pIC12U41 1分子あたりの5'ホスホロチオエート分子数は、2.1であった。
試験例3.自然免疫誘導効果の評価
 実施例3-6、8で示した各種dsRNAの自然免疫誘導効果を、IFNβ産生細胞株として知られるヒト胎児肺組織由来の線維芽細胞株MRC-5を用いて評価した。すなわち、ウシ血清10%含有MEM培地で継代培養したMRC-5を12ウェルプレートに1 ml/well播種し、37℃、5% CO2環境下で約20時間静置培養した。ウシ血清を含まないMEM培地1 ml/wellに交換後、各種dsRNAを1 μg/wellをトランスフェクション試薬LyoVec(InvivoGen, USA)と共に培養液に添加し、37℃、5% CO2環境下で静置培養した。培養2時間後にウシ血清を0.1 ml/well添加し培養を継続した。ネガティブコントロールはdsRNAの代わりにPBSを使用した。培養16h後に培養上清を採取し、上清に含まれるIFNβの濃度を、ヒトインターフェロンβ ELISAキット(株式会社鎌倉テクノサイエンス)を用いて定量分析した。結果を表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表5より、第2の鎖の5’末端をホスホロチオエート化したdsRNA、ならびに第1の鎖の5’末端および第2の鎖の5’末端をリン酸化したdsRNAの、5’末端をホスホロチオエート化またはリン酸化していないdsRNAに対するより高い自然免疫誘導効果は、ホスホロチオエートまたはリン酸の数、ならびにdsRNAの塩基長には影響されないことがわかった。
 本出願は日本で出願された特願2015-176120(出願日:2015年9月7日)を基礎としており、その内容は本明細書に全て包含されるものである。

Claims (5)

  1.  重量平均鎖長が0.1 キロ塩基対(kbp)から2.0 kbpの範囲内にある、アジュバント用の二重鎖リボ核酸(dsRNA)またはその塩であって、
     該dsRNAの第1の鎖は2以上の一本鎖リボ核酸(ssRNA)からなり、該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの全ては、同種のリボヌクレオチドからなるホモポリマーであること、
     該dsRNAの第2の鎖は1つのssRNAからなり、該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの各々と二重鎖を形成できる程度に、該第1の鎖のssRNAと相補する塩基配列を有すること、
     該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの重量平均鎖長は該第2の鎖を構成する1つのssRNAの重量平均鎖長の1/2以下であること、および
     該第1の鎖を構成する2以上のssRNAおよび該第2の鎖を構成する1つのssRNAの5’末端のホスホロチオエート数の該dsRNA 1分子あたりの平均が1以上であること
    を特徴とする、dsRNAまたはその塩。
  2.  重量平均鎖長が0.1 キロ塩基対(kbp)から2.0 kbpの範囲内にある、アジュバント用の二重鎖リボ核酸(dsRNA)またはその塩であって、
     該dsRNAの第1の鎖は2以上の一本鎖リボ核酸(ssRNA)からなり、該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの全ては、同種のリボヌクレオチドからなるホモポリマーであること、
     該dsRNAの第2の鎖は1つのssRNAからなり、該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの各々と二重鎖を形成できる程度に、該第1の鎖のssRNAと相補する塩基配列を有すること、
     該第1の鎖を構成する2以上のssRNAの重量平均鎖長は該第2の鎖を構成する1つのssRNAの重量平均鎖長の1/2以下であること、および
     該第1の鎖を構成する2以上のssRNAおよび該第2の鎖を構成する1つのssRNAの5’末端のリン酸数の該dsRNA 1分子あたりの平均が1以上であること
    を特徴とする、dsRNAまたはその塩。
  3.  請求項1または2に記載のdsRNAまたはその塩を含有してなる免疫刺激物質、アジュバント、または医薬品。
  4.  重量平均鎖長が0.1 キロ塩基対(kbp)から2.0 kbpの範囲内にある、アジュバント用の二重鎖リボ核酸(dsRNA)またはその塩の製造方法であって、該方法は、
    (1)同種のリボヌクレオチドからなるssRNAを調製する工程、
    (2)前記(1)のssRNAに対して二重鎖を形成できる程度の相補性を有する塩基配列を有するssRNAを調製する工程、
    (3)前記(1)のssRNAと前記(2)のssRNAとをアニーリングさせることにより、dsRNAを生成させる工程、および
    (4)工程(3)の前に前記(1)で調製されるssRNAおよび前記(2)で調製されるssRNAのうちの少なくとも一方の5’末端をホスホロチオエート化するか、または、工程(3)の後に該dsRNAの5’末端をホスホロチオエート化する工程、あるいは、工程(3)の前に前記(1)で調製されるssRNAおよび前記(2)で調製されるssRNAの5’末端をリン酸化するか、または、工程(3)の後に該dsRNAの5’末端をリン酸化する工程
    を含み、前記(1)のssRNAの重量平均鎖長が、前記(2)のssRNAの重量平均鎖長の1/2以下であってかつ0.02~1.0 キロ塩基(kb)である、方法。
  5.  前記工程(4)において5’末端にホスホロチオエート基またはリン酸基を導入されるssRNAまたは鎖が、シチジル酸を80%以上の割合で含む、請求項4に記載の方法。
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