JP2015503924A - 遺伝子導入のための方法及び組成物 - Google Patents
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Abstract
本明細書で開示されるのは、筋肉特異的な及び筋肉非特異的なプロモータからのGNEをコードするAAVに基づくウイルスベクター、及び変化したGNE機能に関連するミオパチーを治療することにおけるその使用である。【選択図】図1
Description
GNEをコードするAAVに基づくウイルスベクター及び変化したGNE機能に関連するミオパチーを治療することにおけるその使用が提供される。
遺伝性封入体ミオパチー(HIBM)(Askanas and En gel, 1998)、大腿四頭筋温存ミオパチー(Argov and Yarom, 1984)、及び縁取り空胞を伴う遠位型ミオパチー(DMRV、野中病)(Nonaka et al., 1981)として様々に知られる劣性の成人発症性ミオパチーである、GNEミオパチーは、シアル酸の生合成経路における鍵となる酵素であるUDP−N−アセチルグルコサミン2−エピメラーゼ/N−アセチルマンノサミンキナーゼをコードする遺伝子(GNE)における突然変異が原因となって生じる。状態は世界中の分布を有し、ほとんどの患者は複合ヘテロ接合体であり、GNE遺伝子のエピメラーゼドメイン又はキナーゼドメイン又は各ドメインの1つでの突然変異を保有する。
GNEにおける突然変異が筋疾患をもたらす過程は理解されていない。GNE−/−の背景で生成され、酵素のエピメラーゼドメインに存在するD176VのGNEミスセンス変異である日本人患者での頻繁な変異を過剰に発現するトランスジェニックマウスモデルは、GNEミオパチーについて関連するモデルであることが分かっている(Malicdan et al, 2007; Malicdan et al, 2009)。
US2009/0298112は、それを必要とする対象を特定することと、対象に化合物、又はその薬学上許容可能な塩、エステル、アミド、グリコール、ペプチジル又はプロドラッグを投与することを含む、対象にてGNEミオパチーを治療する方法を議論しているが、その際、化合物は、グルコースとシアル酸を含めた間での生化学経路に沿って野生型個体にて生合成される化合物である。その中で議論されているのはまた、GNEアイソフォーム1の配列に対して少なくとも80%の配列同一性を有するポリペプチドをコードする核酸配列を含むベクターと、これらのベクターを含む組換え細胞と、細胞を含む組換え動物である。加えて、GNEミオパチーに対して治療効果を有する化合物を特定する方法が記載されている。
最近、リポソーム介して送達されるGNE遺伝子の注入による遺伝子療法治療が単一のGNEミオパチー患者について報告されている(Nemunaitis et al, 2011)。wtGNEのmRNAが患者の大腿四頭筋で発現されたことが示されているが、これは、注入後72時間のみでアッセイされたにすぎず、注入前の患者の状態の重症度のために、その有効性を正しく評価することはできなかった。
本明細書で開示されるのは、筋肉特異的なプロモータ及び筋肉非特異的なプロモータからのGNEをコードするAAVに基づくウイルスベクター、及び変化したGNE機能に関連するミオパチーを治療することにおけるその使用である。AAVに基づくベクターの使用は当該技術で既知ではあるが、変化したGNE機能に関連するミオパチーを治療することにおけるその使用は本発明者らに知る限り、従来考慮されてこなかった。本開示はその種のミオパチーを治療することにおけるそのようなベクターの相当な有効性を実証する。
本明細書で記載されるのは、プロモータに機能的に連結されたUDP−Nアセチルグルコサミン2エピメラーゼ/N−アセチルマンノサミンキナーゼ(GNE)をコードするヌクレオチド配列を含むアデノ関連ウイルス(AAV)に基づくウイルスベクターである。特定の実施形態では、AAVに基づくベクターは、AAVパッケージングシグナルを含む。さらに具体的な実施形態では、AAVに基づくベクターは、AAVパッケージングシグナルを含み、rep遺伝子及びcap遺伝子を含有せず、他の実施形態では、rep遺伝子及びcap遺伝子の断片が存在するのであれば、前記断片は小さすぎて機能的ではない。他の実施形態では、AAVに基づくベクターはAAVパッケージングシグナル並びにrep遺伝子及びcap遺伝子の双方を含む。
GNE遺伝子はGenBankID番号10020を有する。代表的な配列には、すべて2012年12月25日にアクセスされたGenBank受入番号NM_001128227、NM_001190383、NM_001190384、NM_001190388、NM_005476、AY531127、AY531128、AY531126、AK312539、及びEU093084(それぞれ、配列番号12〜21)が挙げられる。特定の実施形態では、遺伝子は、そのそれぞれが別々の実施形態を表す、GNEの転写変異体1、2、3、4及び5から選択される。
特定の実施形態では、ベクターによって発現されるGNEはヒトGNEである。さらに具体的な実施形態では、遺伝子は、そのそれぞれが別々の実施形態を表す、GNEの転写変異体1、2、3、4及び5から選択される。技量のある熟練者は、ヒトの筋肉組織で機能的である種々のGNEタンパク質、たとえば、ヒトGNEの変異体、非ヒトGNEタンパク質及びその変異体、及びGNEのそのような形態をコードする遺伝子も使用することができることを本開示の観点から十分に理解するであろう。代謝的に機能的なGNEタンパク質をコードする遺伝子が一般的に好ましい。特定の実施形態では、完全に機能的なGNEが使用される。この文脈での「完全に機能的なGNE」はシアル酸の生合成にて野生型のヒトGNEと少なくとも同等である活性を示すGNE遺伝子を指す。GNEの触媒活性をアッセイする方法は当該技術で既知であり、とりわけ、Kepplerら、1999に記載されている。
AAVに基づくベクターは、とりわけ、Therapeutics B.V.(NL)、Microbix Biosystems社(カナダ、オンタリオ州、Mississauga)、NanoCor Therapeutics社(米国ノースカロライナ州、チャペルヒル)、及びVector Gene Technology社(中国、北京)によって製造される。AAVの部分配列及び完全配列並びにAAVに基づくベクターの作出及び使用は、すべて2012年12月25日にアクセスされたGenBank受入番号HC000068(配列番号22)、HC000057、HC000061、HC000044(配列番号23)、HC000041、HC000039、HC000059、HC000046、HC000042、HC000040、HC000038、Y18065(配列番号:24)、NC_006261(配列番号:25)、及びすべて参照によって組み入れられる米国特許公開2011/0136227、同2012/0253018、同2012/0232133、同2012/0220648、同2012/0164106、同2012/0028357、同2011/0236353、同2010/0260800、同2010/0227407、同2010/0310601、同2010/0278791、及び米国特許第8、318、687号、同第8、298、818号、同第8、273、344号、同第7、456、015号、同第7、094、604号及び同第6、670、176、並びに参照によって組み入れられるGadallaらに記載されている。AAVの一般的な安全性及び有効性は、AAVの基本骨格を用いた臨床試験(すべて参照によって組み入れられるCarter,2005;Maguireら、2008;Parkら、2008;Nathwaniら、2011;及びHuら、2010)を含めて文書で十分に立証されている。
特定の実施形態では、AAVに基づくベクターは組換えベクターである。代わりに又はさらに、ベクターはAAVウイルス又はベクターにGNE遺伝子を導入することによって創られたベクターである。
特定の実施形態では、AAV様のベクターは、そのそれぞれが別々の実施形態を表すAAV血清型1、2、3、4、5、6、7、8、9、10及び11から選択される。たとえば、AAVベクターはAAV8ベクターのカプシド配列を含有し得る。AAV8が、本明細書で利用される一方で、技量のある熟練者は、記載される組成物及び方法の文脈で生体内でのGNEの発現に種々のAAVベクターが好適であることを本開示の観点で十分に理解するであろう。複数のAAV血清型の可用性は多数の当該組織に対する効率的なターゲッティングを可能にする(それぞれ参考によって本明細書に組み入れられるGaoら、2002 McCarty、2008;米国特許公開2008/075737、2008/0050343、2007/0036760、2005/0014262、2004/0052764、2003/0228282、2003/0013189、2003/0032613、及び2002/0019050)。代わりに又はさらに、ベクターは自己相補性(sc)のベクターであり、それは、たとえば、米国特許公開2007/0110724及び2004/0029106及び米国特許第7,465,583号及び同第7,186,699号(すべて参照によって組み入れられる)に記載されている。追加のベクターは米国特許公開2011/0301226に記載されており、それは参照によって組み入れられる。
他の実施形態では、組換えAAVベクターは、たとえば、(i)scAAV.GNE、たとえば、hGNEと、(ii)rep及びcapの転写物をコードするrep−capAAVヘルパープラスミドと(iii)アデノウイルスのE2A、E4 ORF6及びVA I/II RNAの遺伝子を発現するアデノウイルスヘルパープラスミド(pAdヘルパー)用いた三重形質移入法によって作出することができる。
さらに他の実施形態では、記載されるAAVベクターのゲノムを作出するのに使用されるプラスミドは、AAV血清型(たとえば、AAV血清型1、2、3、4、5、6、7、8、9、10及び11から選択される)から取られるカプシドシグナル配列と、異なる血清型(たとえば、AAV血清型1、2、3、4、5、6、7、8、9、10及び11から選択される)に由来するパッケージング配列を含有し、その例は、AAV8ベクターのカプシド配列とAAV2ベクターのシグナル配列を含有するAAV2/8ベクターである。AAVベクターに存在するシグナル配列は本明細書で記載される目的にとって生体内での有効性に有意な影響を及ぼすとは考えられない。
用語「プロモータに機能的に連結される」は本明細書で使用されるとき、GNE遺伝子がプロモータの制御下で発現されることを指す。言い換えれば、プロモータがGNE遺伝子の発現を指示する。種々の実施形態では、本明細書で記載されるベクターはGNEのオープンリーディングフレームのための内部リボソーム侵入部位(IRES)を含有してもよいし、又は含有しなくてもよい。
GNEをコードするヌクレオチド配列は、非限定の実施形態では、天然に存在するcDNA配列又は修飾されたcDNA配列のようなcDNAであることができる。当業者は他の好適な種類のヌクレオチド配列も利用することができることを本開示の観点から認識するであろう。
GNEをコードするヌクレオチド配列を発現させるのに使用されるプロモータは、特定の実施形態では、筋肉特異的なプロモータである。他の実施形態では、それは筋肉非特異的なプロモータである。この文脈における「筋肉特異的なプロモータ」は、ベクターに含まれるその周辺の配列の文脈で、上皮細胞のような参照細胞よりも筋肉細胞にて少なくとも5倍高い発現を提供するプロモータを指す。代わりの実施形態では、筋肉細胞における発現は参照細胞よりも少なくとも7倍、少なくとも10倍、少なくとも15倍又は少なくとも20倍高い。
筋肉特異的なプロモータの非限定例は筋肉クレアチンキナーゼ(CKM)のプロモータである。好適な筋肉クレアチンキナーゼのプロモータの非限定例は、ヒトの筋肉クレアチンキナーゼのプロモータ及びマウスの切り詰めた筋肉クレアチンキナーゼ(tMCK)プロモータである(Wangら、AAVベクターのための小型の筋肉特異的なプロモータの構築及び解析。Gene Ther.2008、Nov;15(22):1489−99)(代表的なGenBank受入番号AF188002;配列番号26)。ヒトの筋肉クレアチンキナーゼは、遺伝子ID番号1158(2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NC_000019.9)を有する。筋肉特異的なプロモータの他の例には、ミオシン軽鎖(MLC)のプロモータ、たとえば、MLC2(遺伝子ID番号4633;2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NG_007554.1);ミオシン重鎖(MHC)のプロモータ、たとえば、α−MHC(遺伝子ID番号4624;2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NG_023444.1);デスミンのプロモータ(遺伝子ID番号1674;2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NG_008043.1);心臓トロポニンCのプロモータ(遺伝子ID番号7134;2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号.NG_008963.1);トロポニンIのプロモータ(遺伝子ID番号7135、7136、及び7137;2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NG_016649.1、NG_011621.1、及びNG_007866.2);myoD遺伝子ファミリーのプロモータ(Weintraubら、Science、251、761(1991);遺伝子ID番号4654;2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NM_002478);アクチンαのプロモータ(遺伝子ID番号58、59、及び70;2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NG_006672.1、NG_011541.1、及びNG_007553.1);アクチンβのプロモータ(遺伝子ID番号60;2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NG_007992.1);アクチンγのプロモータ(遺伝子ID番号71及び72;2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NG_011433.1及びNM_001199893);Pitx3の眼球形態のイントロン1の中に存在する筋肉特異的なプロモータ(遺伝子ID番号5309)(Coulonら;筋肉特異的なプロモータは、2012年12月26日にアクセスされた代表的なGenBank受入番号NG_008147の残基11219−11527に相当する;これらの残基は添付の配列ID表にて配列番号27として提供される);並びに参照によって本明細書に組み入れられる米国特許公開に記載されたプロモータが挙げられる。
特定の実施形態では、記載されるウイルスベクターはその免疫原性を低下させるように設計された修飾によって修飾され得る。そのような修飾の非限定例には、表面に露出したチロシン残基の数を減らす変異である。免疫原性の応答を回避するようにAAVの能力を改善することは、必要に応じてウイルスベクターの有効な再利用を確保し得ることが、本開示の観点で当業者によって十分に理解されるであろう。最近の有望な研究はウイルスのカプシド構造を調節してさらに特異的な細胞を標的とする形質導入を得ること(Markusic et al., 2010)、又は免疫抑制によってウイルスのカプシド構造を調節すること(Mcintosh et ah, 2011)に関する。変異したGNEタンパク質が正常レベルで患者にて発現される(Krause et ah, 2007)ので、正常な導入遺伝子GNEそれ自体に対する免疫応答への懸念はGNEミオパチーのこの特定の症例では、はるかに少ないことが留意されるべきである。たった1つのヌクレオチドの変化を伴うタンパク質に対する生物の強力な免疫応答はほとんどありそうもないも十分に理解されるであろう。
提供されるのはまた、本明細書で記載されるようなウイルスベクターを含む宿主細胞である。
さらに、本明細書で記載されるようなウイルスベクターを含む医薬組成物が提供される。
本明細書で提供されるのはまた、本明細書で記載されるようなウイルスベクターを含む医薬組成物を投与する工程を含む、欠損したGNE機能に関連するミオパチーに罹っている対象を治療する方法である。本明細書で提供されるとき、記載される医薬組成物の単回投与が持続する発現、すなわち、GNEの少なくとも6ヵ月間の安定な発現を付与する。ウイルスベクターは本明細書で記載される特質のいずれかを有してもよく、そのそれぞれが別々実施形態を表す。
欠損したGNE機能に関連するミオパチーを治療するための薬物の調製における本明細書で記載されるようなウイルスベクターの使用も本明細書で提供される。ウイルスベクターは本明細書で記載される特質のいずれかを有してもよく、そのそれぞれが別々実施形態を表す。
特定の実施形態では、本明細書で記載される医薬組成物、又はその方法で使用されるものは欠損したGNE機能に関連するミオパチーを治療するのに適応される。そのようなミオパチーの具体例には、遺伝性封入体ミオパチー(HIBM)、大腿四頭筋温存ミオパチー、縁取り空胞を伴う遠位型ミオパチー(DMRV)及び野中病が挙げられる。ウイルスベクターは本明細書で記載される特質のいずれかを有してもよく、そのそれぞれが別々実施形態を表す。
一部の実施形態はすでに罹患したミオパチーを治療することに関する。本明細書で記載される医薬組成物は驚くべきことにすでに罹患したミオパチーを治療することにて有意な有効性を有することが発見された。この文脈で「すでに罹患したミオパチー」は症候性のミオパチーを指す。代わりに、その用語は症候性のミオパチーを呈する対象を指し得る。
一部の実施形態では、記載される医薬組成物は全身性投与に適応される。全身性投与の非限定の一例は静脈内注射である。別の実施形態は動脈内投与である。本明細書で調べられる組成物は全身性に投与した場合でさえ、筋肉組織にてGNEの発現を指示することが示された。
他の実施形態では、局所領域の投与が使用される。さらに具体的な実施形態では、局所領域の投与は、冒された筋肉における静脈内投与及び冒された筋肉の近傍における動脈内投与から選択される。その上さらに具体的な実施形態では、静脈内投与及び動脈内投与は、治療される四肢の静脈循環の制約と併せて、冒された四肢、たとえば、腕、脚、指、又は足指の近傍での血管にて行われる。四肢の静脈循環を制約する方法には、静脈を圧迫することが可能である止血帯及び他の用具と同様に医療従事者又は患者による物理的圧迫が挙げられる。
他の実施形態では、医薬組成物は免疫抑制療法と一緒に投与するのに適応される。この点で、「免疫抑制療法と一緒に」は、一部の実施形態では、ベクターに対する免疫応答を鈍らせるような方法で投与することを指す。従って、ベクターに対する免疫応答をベクターの投与の通常3〜14日以内、たとえば、ベクターの投与後3〜14日まで、又は代わりにベクターの投与前3〜14日までに開始するという時間枠の間で免疫抑制が達成されるという条件で、免疫抑制療法はベクターと正確に同時に投与される必要はない。
本発明で提供されるのはまた、AAV−GNEウイルスベクターを作出する方法であって、方法は、E1A及びE1Bタンパク質を発現する宿主細胞に、アデノウイルスのE2A、E4及びVA RNA領域を含む第1のプラスミドと、AAVの逆方向末端反復によって境界を付けられたGNE遺伝子を含む第2のプラスミドと、AAVの逆方向末端反復を含まずにAAVのrep遺伝子及びカプシド遺伝子を含む第3のプラスミドを導入することと、プラスミドに含有される遺伝子の発現を可能にする条件下でそのような細胞をインキュベートすることを含む。
たとえば、ベクターの亜型、GNE遺伝子、プロモータ等のような単一の特徴についての代替が「実施形態」として本明細書で説明される場合はどんな場合も、そのような代替は自由に組み合わせられて本明細書で提供される製剤全体の別個の実施形態を形成することが理解されるべきである。
そこからさらなる実施形態及び利点を引き出すことができる以下の実施例及び図面によって本発明をさらに説明する。これらの実施例は本発明を説明するものであって、その範囲を限定するものではない。
実施例
材料及び実験方法
GNEのクローニング及びウイルスの作出
実施例
材料及び実験方法
GNEのクローニング及びウイルスの作出
ヒトGNE遺伝子を運ぶAAV8ウイルスベクター(AAV8−hGNE)を作出するために、以前記載されたN末端3XFLAG−CMV−10 GNEベクター(Amsili et al., 2008)からPCRによってGNEのcDNAを生成し、その後、EcoRI/BamHI部位にてルシフェラーゼ遺伝子を置き換えることによってpCMV−ルシフェラーゼ−eGFPベクター(pZac2.1−luc−IRES−eGFP、ペンシルベニア大学のPenn Vector Coreによって供給された)にサブクローニングした(図7)。HEK293細胞への三重形質移入によって試験管内試験のための小規模のウイルス調製物を作製した(Matsushita et al, 1998)。使用した3種のプラスミド(図7)は、新しく生成したpCMV−GNE−IRES−eGFP(配列番号28;GNEcDNAはヌクレオチド1264−3475に及ぶ)又は新たなpCMV−ルシフェラーゼ−IRES−eGFP、ペンシルベニア大学のPenn Vector Coreによって提供されたpRepCapAAV2/8プラスミド(AAV2/8はプラスミドがAAV2配列から取られたパッケージングシグナル配列及びAAV8に由来するカプシド配列を有することを示す)、及びStratageneのpHelperプラスミドであった。72時間後、凍結融解の繰り返し、その後の遠心によってウイルスを回収した。作製したウイルスベクターの力価は、形質導入の72時間後、GFPを発現しているHEK293細胞の比率によって評価した。マウスの静脈注射に使用される大規模精製のpCMV−GNE−IRES−GFP及びpCMV−ルシフェラーゼ−IRES−eGFPを作製し、ペンシルベニア大学のPenn Vector Core施設にてウイルスゲノム(vg)の測定によって力価判定した。
細胞培養
細胞培養
10%FCS、ペニシリン/ストレプトマイシン及びグルタミン(イスラエル、Beit HaemekのBiological Industries)で補完したDMEMにてHEK293細胞及びC2C12細胞を維持した。GNEミオパチーに由来する筋肉細胞はLochmullerら、1999によって記載されたように培養した。
6穴プレートに細胞を播き、形質導入し、様々な時点で解析のために回収した。GFPの発現はフローサイトメトリー(FACSCalibur(商標)BD)によって解析した。
動物の処置及び染色
動物の処置及び染色
5〜6週齢のC57BL/6マウスの尾静脈に250μlのPBS中8.5×1011vg又は2.4×1012vgのウイルスベクター又はPBSを注射した。一般的な挙動について及び体重及び電子握力強度計を用いた握力についてマウスをモニターした。
マウスを様々な時点で屠殺し、組織学及びRNA解析について組織検体を直ちに処理した(さらなる処理まで液体窒素にて瞬間凍結及び保存した)。凍結切片の組織学的解析のために液体窒素で冷却したイソペンタンにおける瞬間凍結によって様々な筋肉を処理し、−80℃で保存した。
常法によるヘマトキシリン及びエオシンで組織切片を染色した。
GNEのmRNAの発現及びコピー数の決定
GNEのmRNAの発現及びコピー数の決定
製造元のプロトコールに従ってTri−Reagent(米国、ミズーリ州、セントルイスのSigma)によって様々な時点で細胞及び組織から全RNAを抽出した。非RNA試料分画を含有するTri−Reagent試料はさらなるDNA処理のために−80℃で保存した。RNA試料のDNase(Invitrogen)処理の後、製造元のプロトコールに従ってSuperscript(登録商標)III逆転写酵素(Invitrogen)によってランダムヘキサマープライマー(ドイツ、Roche)を用いてRNAを逆転写した。cDNA産物をPCRによって増幅した。内在性のマウスGNEを検出しないヒトGNE特異的なプライマーを用いて、C2C12マウス細胞におけるヒトGNEcDNA導入遺伝子の発現を検出した。GFP陽性及びGFP陰性のC2C12集団を別々に解析した。使用したプライマーは、
順方向:1131F−5´−GGAAATGCTGTTCCAAGG−3´(配列番号1)
逆方向:1603R−5´−GCACAGTTGCCATCATTGTC−3´(配列番号2)であった。
順方向:1131F−5´−GGAAATGCTGTTCCAAGG−3´(配列番号1)
逆方向:1603R−5´−GCACAGTTGCCATCATTGTC−3´(配列番号2)であった。
470bpの産物が得られた。
GNEにおけるM712T変異を運ぶGNEミオパチー細胞におけるヒトGNEcDNA導入遺伝子の発現を検出するために、野生型cDNAと変異したcDNAを差別化することができるARMS(増幅不応性変異解析;[Little, 1995])法を用いた。使用したプライマーは
双方の配列に共通するので双方の検出に使用することができるARMSF−5´−TGGAAGGCATGTCAGTGCCAAAAGATGAGG−3´(配列番号3)
野生型配列のみを検出することができるwt−R−5´−GTAGATCCTGCGTGTTGTGTAGTCCAGAACAA−3´(配列番号4)及び
変異したM712Tの配列のみを検出することができるMut−R5´GTAGATCCTGCGTGTTGTGTAGTCCAGAACAG3´(配列番号5)であった。
GNEにおけるM712T変異を運ぶGNEミオパチー細胞におけるヒトGNEcDNA導入遺伝子の発現を検出するために、野生型cDNAと変異したcDNAを差別化することができるARMS(増幅不応性変異解析;[Little, 1995])法を用いた。使用したプライマーは
双方の配列に共通するので双方の検出に使用することができるARMSF−5´−TGGAAGGCATGTCAGTGCCAAAAGATGAGG−3´(配列番号3)
野生型配列のみを検出することができるwt−R−5´−GTAGATCCTGCGTGTTGTGTAGTCCAGAACAA−3´(配列番号4)及び
変異したM712Tの配列のみを検出することができるMut−R5´GTAGATCCTGCGTGTTGTGTAGTCCAGAACAG3´(配列番号5)であった。
増幅した産物は長さ335bpだった。
マウス組織におけるヒトGNEcDNA導入遺伝子の発現を検出するために、ヒトGNEcDNA(ヒトGNEエクソン7〜8)の検出のために特に設計されたプライマー及びプローブを含有するTaqMan(登録商標)セットと共に定量的リアルタイムPCRを用いた。
hF−5´TCTTGGCGGGACGAACCTCCGA3´(配列番号6);
hR5´ACACACATCTGTAGGATTAAAT3´(配列番号7);及び
hGNEprobe−6−カルボキシフルオレセイン(FAM(商標))−TTGCAATAGTCAGCATGAAG−ブラックホールクエンチャー(BHQ(登録商標))(配列番号8)
マウス組織におけるヒトGNEcDNA導入遺伝子の発現を検出するために、ヒトGNEcDNA(ヒトGNEエクソン7〜8)の検出のために特に設計されたプライマー及びプローブを含有するTaqMan(登録商標)セットと共に定量的リアルタイムPCRを用いた。
hF−5´TCTTGGCGGGACGAACCTCCGA3´(配列番号6);
hR5´ACACACATCTGTAGGATTAAAT3´(配列番号7);及び
hGNEprobe−6−カルボキシフルオレセイン(FAM(商標))−TTGCAATAGTCAGCATGAAG−ブラックホールクエンチャー(BHQ(登録商標))(配列番号8)
全く同じ領域(マウスGNEのエクソン7〜8)にて内在性のGNEcDNAのマウスでの検出のために特に設計されたプライマー及びプローブを含有するTaqMan(登録商標)セットによってマウスの内在性GNEの発現を同時に測定した。
niF−5´TCTTGGCGGGACAAACCTGAGG3´(配列番号9);
niR−5´ACACACATCTGCAGGATTAAAC3´(配列番号10);及び
mGNEプローブ:FAM−TGGCAATAGTTAGCATGAAG−BQ(配列番号11)
niF−5´TCTTGGCGGGACAAACCTGAGG3´(配列番号9);
niR−5´ACACACATCTGCAGGATTAAAC3´(配列番号10);及び
mGNEプローブ:FAM−TGGCAATAGTTAGCATGAAG−BQ(配列番号11)
ABIプリズム7500リアルタイムPCRシステム(英国、Applied Biosystems)にて解析を行った。
各試料におけるhGNEの発現の相対的な定量(RQ)は対照マウス組織で検出された最高値(RQ=1、適宜、AAV8/ルシフェラーゼ−IRES−eGFPを高用量若しくは低用量で注射したマウスの組織、又はPBSを注射したマウスの組織)に対するものだった。測定はすべて2つ組で行い、マウスのHPRTの発現(Mm00446968_ml、英国、Applied Biosystems)に対して標準化した。
導入遺伝子がhGNEのcDNAなので、同じTaqMan(登録商標)ヒトGNE特異的プローブセットを用いて、ABIプリズム7500リアルタイムPCRシステム(英国、Applied Biosystems)によって導入遺伝子のコピー数を測定した。Tri−Reagent調製によってDNAを抽出した。様々な組織のDNAの2つ組試料を同時に解析し、pCMV−hGNE−IRES−GFPプラスミドの測定された量の検量線と比較した。
ルシフェラーゼ活性
ルシフェラーゼ活性
pCMV−ルシフェラーゼ−IRES−eGFPを運ぶウイルスベクターを注射したマウスにてルシフェラーゼ活性を生体内で解析した。画像解析の5分前に、0.5mlのストック溶液にて165mg/体重kgの甲虫ルシフェリンを動物の腹腔内(i.p.)に投与した。IVIS動態システム(Perkin Elmer)にて画像解析を行った。
IP−10の測定
IP−10の測定
製造元の指示書に従って、マウスCXCL10/IP−10/CRG−2 Quantikine(登録商標)免疫アッセイキット(R&D Systems)を用いて酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)によってマウスのインターフェロンγ誘導性タンパク質(IP−10)を定量的に測定するためにマウスの血清を解析した。
hGNEのmRNAの発現及び生体分布の測定
hGNEのmRNAの発現及び生体分布の測定
形質導入の45、94又は178日後、各群のマウスを屠殺し、炎症及び組織損傷について組織学(H&E)によって、及びウイルスのコピー数及びヒトGNEのmRNAの発現についてリアルタイムPCRによってその組織を解析した。
結果
実施例1:筋肉細胞へのAAV/hGNEの遺伝子導入
C2C12細胞への遺伝子導入
結果
実施例1:筋肉細胞へのAAV/hGNEの遺伝子導入
C2C12細胞への遺伝子導入
AAVパッケージングシグナル及びGFPを含有するベクターにヒトGNEのcDNAをサブクローニングし(図7A)、HEK293細胞の三重形質移入によってAAV8/hGNE−IRES−GFPウイルスベクターの調製物を作製した。筋肉細胞に形質導入するAAV8/hGNE−IRES−GFPウイルスベクターの能力を評価するために、C2C12マウス筋肉細胞株にウイルスベクター(1×106感染性粒子/ml)で形質導入し、発現について解析した。形質導入の2日後及び3日後、GFPはそれぞれ細胞の12%及び30%検出された(図1A)。形質導入された細胞をGFPの発現について選別し、特定のヒトGNEmRNAの存在について解析した。実際、GFP陰性分画はそうでなかったが、GFP陽性細胞はヒトGNEのmRNAを発現していた(図2A)。
ヒト一次筋肉細胞への形質導入
ヒト一次筋肉細胞への形質導入
その後、M712T変異についてホモ接合体のGNEミオパチー患者の生検に由来するヒトの一次培養筋肉細胞にウイルスベクター(105感染性粒子/ml)で形質導入し、形質導入の32日後(筋肉細胞が自然に老化する時点)までGFPの発現及び正常なヒトGNEmRNAの存在について解析した。GFPは当初、細胞の非常に低い比率で検出されたが、形質導入の8日後、発現は増加し、細胞のほぼ22%に達した(図1B)。変異した内在性のGNEと外来性の野生型GNEを区別することができるARMS法を用いて正常なヒト外来性のGNEmRNAもこれらの細胞にて特異的に検出された。形質導入されなかったGNEミオパチー細胞は変異したGNEmRNAのみを発現したが、形質導入した細胞は野生型hGNEmRNAを発現した(図2B)。
これらの知見は、ヒトの野生型GNEcDNAを運ぶAAV8ウイルスベクターは、培養でのマウス筋肉細胞及びヒトGNEミオパチー筋肉細胞に形質導入し、これらの細胞にて導入遺伝子を発現することができることを明らかにしている。その潜在的な低シアル化状態及びAAVウイルスベクターの一部の種類がシアル化受容体を介して細胞に感染するという知見を考えると、これらの細胞が上手く形質導入され得ることは明らかではなかった。
実施例2:AAV/hGNEを用いてマウスにてGNEを上手く発現させることができる
実施例2:AAV/hGNEを用いてマウスにてGNEを上手く発現させることができる
AAV8/hGNEをマウスの筋肉内又は静脈内に注射し、その後35日まで経過観察した生体内予備実験の結果は、ヒトのGNEmRNAが全期間、局所的に又は全身性に発現されることを示した。有害な病理効果又は毒性は検出されなかった。
これらの結果は長期実験の設計を促した。5〜6週齢のマウスの尾静脈にAAV8−hGNE−IRES−GFP(8.5×l011vg/マウス)、AAV8−ルシフェラーゼ−IRES−GFP(8.5×l011vg/マウス)、高用量(2.5×1012vg/マウス)でのAAV8−ルシフェラーゼ−IRES−GFP又はPBS(n=4)のいずれかを注射した。
マウスを6ヵ月間モニターし、その体重、挙動及び握力を様々な時点で調べた。経過観察の全期間の間、4群のマウス間にはこれらのパラメータの統計的に有意な差は検出されなかった(図3)。
ルシフェラーゼ活性
ルシフェラーゼ活性
AAV8−ルシフェラーゼ−IRES−GFPを注射したマウスにて注射の85、141及び176日後にルシフェラーゼ活性を測定した。ルシフェラーゼの画像解析は、観察の全期間の間、持続したルシフェラーゼ活性を示し(図4)、高いウイルス用量(2.5×1012vg/マウスでのAAV8−ルシフェラーゼウイルスベクター)で注射したマウスで強かった。
これらの知見はAAVが介在する遺伝子導入は生体内で有効であることを明らかにしている。
実施例3:AAV/hGNEベクターは筋肉組織でのGNEの長期発現を可能にする
実施例3:AAV/hGNEベクターは筋肉組織でのGNEの長期発現を可能にする
注射の45、94及び178日後、各群のマウスを屠殺し、リアルタイムPCRによってウイルスコピー数について、AAV8/hGNE−IRES−GFPを注射したマウスの肝臓、腎臓、心臓、脳、前肢及び大腿四頭筋を分析し(図8)、炎症及び組織の損傷について組織学(H&E)によって組織を分析した。ウイルスの生体分布は、肝臓で最も高く(細胞当たり10〜100ウイルスコピーの間)、腎臓及び心臓で低く(細胞当たり10ウイルスコピー未満)、脳(細胞当たり1ウイルスコピー未満)及び骨格筋(前肢及び大腿四頭筋における細胞当たり約0.1コピー)で最も低かった。これらの値は、最少限の時間に関連する変異を伴って、特に筋肉組織では相対的に安定していた。従って、AAV8/hGNEウイルスコピー数は筋肉組織では安定である。
定量的リアルタイムPCRは、ヒトのGNEmRNAが注射の6ヵ月後、骨格筋(図5)及び他の調べた組織すべて(図6)において依然として発現されていることを示した。特に、骨格筋(大腿四頭筋、前脛骨筋及び前肢)は、同じ組織で測定されたmGNEの値よりも10〜数百倍高いhGNEを発現した。肝臓及び心臓は同じ効果を示した。それに対して、他の調べた組織はすべて(腎臓、脾臓、脳、肺及び卵巣)はるかに低い程度に注射した遺伝子を発現した。実験の終了時、発現のわずかな低下が見られ得たが(注射の178日後)、発現は実験全体を通してよく持続した。予想通り、この期間、4つの実験群の間でマウスGNEmRNAの発現に有意な変化はなかった。
従って、AAV8−GNEは生体内での長期のGNE発現を介在するのに十分な効率性を持って生体内でマウスの細胞に形質導入することができた。さらに、ウイルスベクターは静脈内に注射されたが、GNEは筋肉細胞にて発現された。
実施例4:組織病理学的解析はAAV/hGNEを注射したマウスにて病理学的な変化を示さない
実施例4:組織病理学的解析はAAV/hGNEを注射したマウスにて病理学的な変化を示さない
組織学(H&E)は、実験期間中、3つの選択された時点のいずれにても肝臓、腎臓、心臓及び様々な筋肉を含む解析された組織のいずれにおいても病理学的な変化を検出しなかった。さらに、炎症の兆候は組織切片では検出されなかった(図9〜10)。肺、脳、脾臓及びメスにおける卵巣のような他の組織も調べたが、同様の正常な結果が見られた(図11)。
実施例5:AAV/hGNEは免疫的には上手く認容される
実施例5:AAV/hGNEは免疫的には上手く認容される
様々な時点(注射後13〜92日)ですべてのマウスから血清を採取し、炎症性マーカーIP−10(インターフェロンγ誘導性タンパク質)の発現(Liu et ah, 2011)についてELISAによって解析した。図12に見られるように、PBSを注射したマウスに比べてウイルスベクターを注射したマウスすべてについて類似して13日目ころIP−10の軽い増加を検出することができた。炎症性応答のこの指標は、20日目に最大まで増加し、その後低下してベースラインレベル近くのままだった。2.5×1012vgのAAV2/8−ルシフェラーゼウイルスベクターの高い用量で注射したマウスでさらに強い応答が認められた。従って、この一過性の応答は、クローニングされた導入遺伝子とは無関係に、明らかにウイルスカプシドによって誘発される。
8.5×1011vg/マウス及び2.5×1012vg/マウスの全身性の注射は投与後6ヵ月の期間にわたってマウスにとって毒性ではなかった。分析された臓器において、組織学的に有害効果は認められず、体重、運動力及び挙動によって評価されるように、マウスはすべて完全に健康であると思われた。
結論:実施例1〜5
結論:実施例1〜5
従って、AAV8/hGNEはGNEの生体内での発現に介在するのに十分な効率性を持ってマウスに形質導入することができた。さらに、ウイルスベクターは静脈内に注射されたが、GNEは筋肉細胞にて発現された。さらに、発現は少なくとも6ヵ月持続した。信頼できる特異的な抗GNE抗体の欠如のためにGNEは直接アッセイされず、mRNAでのGNEの発現が明らかにされた。これらの形質導入マウスではGNEタンパク質も効率的に翻訳される可能性が高い。
炎症性マーカーの一過性の軽い上昇が認められたが、どんな異常も見られなかった。従って、野生型のヒトGNEの多重全身性のmRNA過剰発現は正常なマウスでは有害ではなく、同様にGNEミオパチーでも安全であることが予想される。これらの知見は、AAVが介在する治療法モデルを構成し、GNEミオパチーにおける安全で効率的な筋肉の治療法へのAAV8に基づくベクターの使用を支持する。
実施例6:動物疾患モデルにおけるAAV/hGNEベクターの試験
実施例6:動物疾患モデルにおけるAAV/hGNEベクターの試験
GNEミオパチーに関連する動物モデルは、GNE−/−の背景で生成され、酵素のエピメラーゼドメインに存在するD176VのGNEミスセンス変異を過剰発現するトランスジェニックマウスモデル(「DMRV/hlBMマウスモデル」;Malicdanら、2007及びMalicdanら2009を参照)である。前の実施例で記載されたようなヒトのwtGNE又はルシフェラーゼを運ぶAAV8に基づくベクターを成熟した症候性のDMRV/hlBMマウスに静脈注射した。冒されていない同腹仔も対照として注射した。注射の10週後、骨格筋、肝臓、腎臓、心臓及び脾臓における顕著な数の細胞でeGFPの発現が見られた。マウスのプローブに対してヒトに特異的なプローブによるmRNAの測定は、ウイルス由来のヒトGNEの発現の増加を示した。さらに重要なことに、47週齢でAAV2/8−wthGNEを注射したDMRV/hlBMマウスは、AAV8−ルシフェラーゼを注射したマウスと比べて、生存、運動能力、筋肉サイズ及び収縮特性にて有意な改善を示した。これらの結果はGNEミオパチーのためのAAVが介在する遺伝子療法の有効性を示す。
実施例7:筋肉特異的なプロモータからhGNEを発現するAAVに基づくベクター
実施例7:筋肉特異的なプロモータからhGNEを発現するAAVに基づくベクター
筋肉特異的なプロモータによってhGNEを発現するAAV8ベクターである AAV−MCK−hGNE(図13;配列番号29;GNEのcDNAはnt964〜3133に及ぶ)を以下のように構築した。
米国オハイオ州、コロンブスの国立子供病院研究所のMendell博士によって提供されたプラスミドからMCK断片を増幅し、CMV−ルシフェラーゼ−IRES−GFP断片を置き換えることによって以前のベクターで使用された骨格にクローニングした。その後、hGNEのcDNAをそれにクローニングして最終的なベクターを生成した。
以前のpCMV−GNE−IRES−eGFPから出発して、CMVプロモータをMCKプロモータで置き換え、IRES配列及びGFPマーカーを切り取った。
ベクターでHEK293細胞及びC2C12細胞に形質移入し、ベクターがこれらの細胞におけるmRNAでのGNEを発現させることを見つけた。その後、常法によるHEK293細胞の三重形質移入によって小規模なウイルスを生成した(Matsushita et ah, 1998)。72時間後、凍結/融解の繰り返し、その後の遠心によってウイルスを回収した。使用した3種のプラスミドは、新しく生成したpMCK−hGNEプラスミド、ペンシルベニア大学のPenn Vector Coreによって提供されたpRepCapAAV2/8プラスミド及びStratageneからのpHelperプラスミドであった。マウスの静脈注射に使用される大規模精製したpMCK−hGNE及びpCMV−hGNE−IRES−GFPウイルスベクターを作製し、ウイルスゲノム(vg)測定によって力価判定した。
実施例8:筋肉特異的なhGNEを発現するAAVに基づくベクターの発現試験
実施例8:筋肉特異的なhGNEを発現するAAVに基づくベクターの発現試験
AAV8のカプシドにおけるpMCK-GNEベクターの大規模製造を、オハイオ州コロンブスの国立子供病院研究所の遺伝子療法のためのセンターでのViral Vector Coreにて実施した。上述のCMVベクターと並行して1×1012vgのこのウイルスベクターを正常マウスに注射し、注射の45日後、ヒトGNEのmRNAの発現を前脛骨筋(TA)の筋肉、肝臓及び腎臓にてモニターした。実験は前の実施例で記載されたように実施した。
hGNE発現の定量はPBS/対照を注射されたマウスの相当する組織で検出された値に対して相対的である。測定はすべて2つ組で実施し、内在性のマウスGNEの発現に対して標準化した。
双方の構築物は解析された組織で上手く発現した。MCKプロモータに基づくベクター構築物はCMVプロモータ構築物と同様に発現を指示した(図14)。ベクターが指示する筋肉特異的な発現は、ミオパチーの治療においてCMVのような筋肉非特異的なベクターよりも優れていると予想される。
実施例9:筋肉特異的なhGNEを発現するAAVに基づくベクターの動物モデル試験
実施例9:筋肉特異的なhGNEを発現するAAVに基づくベクターの動物モデル試験
GNEミオパチーのモデル動物にベクターを投与する。一部の実験では、ベクターの投与は、動物の生涯の様々な時点、たとえば、GNEミオパチーの症状の予想される発症の前及び後に実施して、ベクターがGNEミオパチーの症状の出現を妨げるかどうか及び/又は動物の症状を救済するかどうかを解明する。動物を経過観察し、一般的な挙動及び臨床的な症状、筋肉弱化の出現又は消失について冒された治療されない同腹仔と比較し、その後、種々の組織におけるヒトGNEの発現についての解析のために及び様々な組織の組織学的な観察のために動物を屠殺する。種々の実験では、筋肉クレアチンキナーゼ(CKM)プロモータに基づくベクター、又はミオシン軽鎖(MLC)プロモータ、たとえば、MLC2、ミオシン重鎖(MHC)プロモータ、たとえば、αMHC、デスミンプロモータ、心臓トロポニンプロモータ、トロポニンIプロモータ、MyoD遺伝子ファミリープロモータ、アクチンプロモータ若しくはpitx3の眼球形態のイントロン1の中に存在する筋肉特異的なプロモータに由来するプロモータを用いるベクターが利用される。
実施例10:ヒトのミオパチーを治療することにおける筋肉特異的なhGNEを発現するAAVに基づくベクターの有効性
実施例10:ヒトのミオパチーを治療することにおける筋肉特異的なhGNEを発現するAAVに基づくベクターの有効性
GNEミオパチーに罹っているヒトにウイルスベクターを投与する。一部の実験では、ベクターの投与は疾患の進行の様々な時点で実施する。対象を経過観察して治療法の認容性を判定し、たとえば、四肢及び/又は他の臓器における骨格筋の強度を測定することによって臨床症状及び疾患の進行について一般的に調べる。種々の実験では、たとえば、上文で記載されたように様々な筋肉特異的なプロモータに基づくベクターを利用する。
一部の実験では、ヒトにおけるウイルスベクターの送達は、たとえば、静脈内注射によって全身性である。他の実施形態では、ウイルスベクターは、肝臓への粒子の播種を阻止し、標的の四肢筋肉におけるその播種が好まれる短時間での止血帯を用いた四肢への局所領域注射(静脈内又は動脈内のいずれか)によって送達される。これは、筋肉特異的なプロモータによって付与される特異性を高めることが期待される。
本明細書で記載される方法及び組成物の正確な詳細が記載される本発明の精神から逸脱することなく変更され、又は改変され得ることは明らかであろう。我々は、その同等物すべてを含めて、以下の特許請求の範囲の範囲及び精神の範囲内に入るそのような改変及び変更すべてを請求する。
特許請求の範囲では、用語「comprise」及び「comprises」、「comprising」等のようなその変形は、列記された成分は含まれることを示すが、一般に他の成分の排除は示さない。
Claims (23)
- アデノ関連ウイルス(AAV)に基づくウイルスベクターであって、筋肉特異的なプロモータに機能的に連結されるUDP−Nアセチルグルコサミン2−エピメラーゼ/N−アセチルマンノサミンキナーゼ(GNE)をコードするヌクレオチド配列を含むAAVウイルスベクター。
- 前記ウイルスベクターが、AAV血清型1、2、3、4、5、6、7、8、9、10及び11から選択される請求項1のAAVウイルスベクター。
- 前記GNEがヒトGNEである請求項1のAAVウイルスベクター。
- 前記GNEが完全に機能的なGNEである請求項1のAAVウイルスベクター。
- 前記ヌクレオチド配列がcDNAである請求項1のAAVウイルスベクター。
- 前記筋肉特異的なプロモータが、筋肉クレアチンキナーゼ(CKM)のプロモータ、ミオシン軽鎖(MLC)のプロモータ、ミオシン重鎖(MHC)のプロモータ、デスミンのプロモータ、心臓トロポニンのプロモータ、トロポニンIのプロモータ、myoD遺伝子ファミリーのプロモータ、アクチンのプロモータ、及びpitx3の眼球形態のイントロン1の中に存在するプロモータから成る群から選択される請求項1のAAVウイルスベクター。
- 前記ウイルスベクターが低下した免疫原性を示す請求項1のAAVウイルスベクター。
- 請求項1〜8のいずれか1項のAAVウイルスベクターを含む宿主細胞。
- 請求項1〜8のいずれか1項のAAVウイルスベクターを含む医薬組成物。
- 欠損したGNE機能と関連するミオパチーを治療するための請求項9の医薬組成物。
- 前記ミオパチーが、遺伝性封入体ミオパチー(HIBM)、大腿四頭筋温存ミオパチー、縁取り空胞を伴う遠位型ミオパチー(DMRV)、及び野中病から成る群から選択される請求項10の医薬組成物。
- 前記ミオパチーがすでに罹患したミオパチーである請求項11の医薬組成物。
- 前記医薬組成物の単回投与が、前記ミオパチーを有する対象にて前記GNEの持続的な発現を付与する請求項10〜12のいずれか1項の医薬組成物。
- 前記医薬組成物が全身性投与に適応される請求項9〜13のいずれか1項の医薬組成物。
- 前記医薬組成物が、治療される四肢の静脈循環の制約と併せて、四肢における局所領域投与に適応される請求項9〜13のいずれか1項の医薬組成物。
- 前記医薬組成物が、免疫抑制療法と共に投与に適応される請求項9〜15のいずれか1項の医薬組成物。
- それを必要とする対象にて欠損したGNE機能に関連するミオパチーを治療する方法であって、請求項1のAAVウイルスベクターを含む医薬組成物を投与し、それによって欠損したGNE機能に関連するミオパチーを治療する工程を含む方法。
- 前記ミオパチーが、遺伝性封入体ミオパチー(HIBM)、大腿四頭筋温存ミオパチー、縁取り空胞を伴う遠位型ミオパチー(DMRV)、及び野中病から成る群から選択される請求項17の方法。
- 前記ミオパチーがすでに罹患したミオパチーである請求項18の方法。
- 前記医薬組成物の単回投与が、前記ミオパチーを有する対象にて前記GNEの持続的な発現を付与する請求項17の方法。
- 前記医薬組成物が全身性に注射される請求項17の方法。
- 前記医薬組成物が、治療される四肢の静脈循環の制約と併せて、四肢に局所領域的に投与される請求項17の方法。
- 前記医薬組成物が、免疫抑制療法と共に投与される請求項17の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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