JP3159671B2 - 遺伝子機能の多価リプレッサー - Google Patents

遺伝子機能の多価リプレッサー

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ウイルス遺伝子
発現の分野に関するものであって、より具体的にはHT
LV-Iのrex(ビリオンタンパク質発現の調節因
子)遺伝子、およびHIV-1のrevのようなその他
のレトロウイルス種におけるこれと同等な遺伝子の表現
型の発現に関するものである。
【0002】
【発明の背景】ウイルス、特にヒト免疫不全1型ウイル
ス(HIV-1)またはヒト白血病I型ウイルス(HT
LV-I)のようなヒト・レトロウイルスは、極めて重
篤な疾患の原因となる因子である。HIV-1の場合の
後天性免疫不全症候群(AIDS)、およびHTLV-
Iの場合の成人T細胞白血病(ATL)および熱帯性痙
れん性パラペプシスとして知られる非ガン状態がこれに
該当する。HTLV-IIは、病因学上、ある種の異型T細
胞毛状細胞性白血病に関連している。どちらのウイルス
群も、DNAウイルスと同様に、その複製周期が遺伝子
発現の「早期」相および「後期」相に分かていれる。遺
伝子発現の「早期」相は調節タンパク質の発現によって
特徴付けられるが、「後期」相では構造タンパク質が合
成される。
【0003】HTLV-Iゲノムは、Taxと呼ばれる
ウイルス転写の活性化因子を暗号化している。HIV-
1においてTaxに相当するものはTatと呼ばれる。
TaxおよびTatは、主としてウイルス遺伝子発現の
ためのレトロウイルスLTR(末端反復配列)に作用す
るようである。またHTLV-IはRexと呼ばれるウ
イルス構造遺伝子発現の活性化因子を暗号化している。
機能的なRexタンパク質は、スプライスされていない
ウイルスmRNAの感染細胞の核から細胞質への移送を
増大するのに働く。これらのmRNA種は、そこでウイ
ルスのゲノムを組立て、構造タンパク質を暗号化する。
ヒト免疫不全1型ウイルス(HIV-1)は、Revと
呼ばれる相同タンパク質を暗号化している。rev遺伝
子生産物は、HTLV-I系におけるRexと同様にH
IV-1の構造タンパク質の発現に絶対に必要である。
【0004】これに関してその根底に存在している理由
は、rev遺伝子の生産物(および他のウイルス種にお
けるこれに対応する生産物)が、感染細胞におけるウイ
ルスmRNA転写物をスプライスする様式の選択に対し
て劇的な効果を有していることである。RevおよびR
exの場合、この効果は転写後調節、即ち完全鎖長のm
RNA転写物の細胞質への移送促進によって達成され、
それによってHIV-1のGagおよびEnvのような
ウイルス構造タンパク質の発現が開始され、それと同時
に調節タンパク質の発現が抑制され(例えばRexにつ
いては、M.ヒダカら、EMBO・ジャーナル、7巻、
[1988年]、519頁参照]、または調節される
(例えばRevについては、M.H.マリムら、ネーチャ
ー、335巻、[1988年]、181頁参照)。した
がってRevは、ウイルス調節タンパク質(Tatおよ
びRev等)を暗号化している完全にスプライスされた
HIV-1mRNAの発現には必要でない。
【0005】HIV-1における上記の誘導選択性は、
Rev機能に必要なRev応答要素(RRE)と呼ばれ
るRNA標的配列に起因する。RREは、HIV-1e
nv遺伝子内に存在する巨大な234ヌクレオチドRN
Aの二次構造と一致している。HTLV-Iにおけるこ
れと同等の構造は、Rex応答要素(RexREまたは
RRX)と呼ばれる。Revは、配列に特異的な態様で
RNAの核放出を調節することが判明した最初のタンパ
ク質であろうと思われる。
【0006】Rexを例にとって説明すれば、HTLV
-I gagおよびenv遺伝子発現の調節の際のRex
タンパク質の完全な機能には、少なくとも3種類の機能
的に異なった活性要素、即ち、核および核小体局在化
(細胞質のすべてのタンパク質合成部位から核へ移送さ
れ、その核小体領域で濃縮される能力)、ウイルスRN
A(複数)におけるRexRE(RRX)配列の特異的
認識(直接的または間接的な)およびRexRE配列を
含む部分的にスプライスされたウイルスmRNA種の核
小体から細胞質への放出を実質上仲介しているこの調節
タンパク質の、現在なお未知の活性であるRexエフェ
クター活性が必要である。
【0007】これらの完全なRex機能の要素活性を備
えているRexタンパク質(即ち、機能的ドメイン)に
おける構造局在化に関してこの発明以前に知られている
ことは、Rexのアミノ末端の最初の20アミノ酸でプ
ラスに荷電しているペプチドドメインが核小体局在化に
必要であるということだけである(H.シオミら、セ
ル、55巻、[1988年]、197〜209頁)。
【0008】上記のように、HTLV-Iに対するre
x遺伝子生産物およびHIV-1に対するrev遺伝子
生産物は、いずれもウイルスの複製に必要である(例え
ばHIVについては、E.ターウイリガーら、ジャーナ
ル・オブ・ビロロジー、62巻、[1988年]、65
5頁参照)。RexおよびRevの決定的な重要性は、
それらがその一次構造の相違にもかかわらず、機能的に
関連しており、またHTLV-I Rexは他のウイルス
種、即ちHIV-1でもその機能を発揮できる事実によ
って強調される(L.リムスキーら、ネーチャー、33
5巻、[1988年]、738頁]。即ち、たとえ −RevおよびRexがヌクレオチドおよびアミノ酸水
準でなんら有意な相同性を共有せず、 −RREのヌクレオチド配列、およびそのステム構造お
よびループ構造がHTLV-IのRex RE(RRX)
と異なっており、 −RexおよびRevタンパク質の二次構造のコンピュ
ーターによる予測がなんら有意な相似性を示さず、 −Revタンパク質が結合するのと同じように、Rex
タンパク質がRREの同一部分へ結合しないようであっ
ても、それにもかかわらず、HIV-1系で、Revタ
ンパク質をRexタンパク質で置き換えることが可能で
あり、さらにごく最近HIV-2 Rev(Rev2)を
HTLV-I RexおよびHIV-1 Revで置き換え
ることができ、また類似のHTLV-II調節タンパク質
をHTLV-I Rexで置き換えできることが判明し
た。この相補性は、例えば機能的なRexタンパク質を
トランスで提供することによってrev欠損型HIV-
1プロウイルスを十分救援し得るものである。これに反
して、rex欠損型HTLV-Iプロウイルスを機能的
なRevタンパク質によって救援する逆置換はできない
ようである。即ち、この点に関して完全な対称性はな
い。この互換性の欠如に対する原理はまだ解明されてい
ないが、恐らくは標的RNA配列認識に必要なこれらの
タンパク質の機能的な態様の相違に関連するのであろ
う。
【0009】調節タンパク質における突然変異は、優性
な負の表現型を有する遺伝子生産物を野生型機能へ産生
し得る(I.ヘルスコビッツ、ネーチャー、329巻
[1987年]、317頁)。関連のない数種のウイル
スで最近発見されたトランス優性リプレッサーとして知
られる少数の優性な負の突然変異体タンパク質の一群
は、新しい型の抗ウイルス剤であると言われる。遺伝子
分析では、負の突然変異は遺伝子機能の低下もしくは喪
失を起こすものである。優性な負の突然変異体は、変異
されなかった(即ち、野生型配列を有する)同一遺伝子
の異なったコピーが好適に機能することを防止するもの
である。これに反して、劣性の負の突然変異は野生型の
相手をそのように抑制しない。また優性突然変異の幾つ
かは、その変異体と野生型遺伝子が同一染色体(DNA
またはRNA分子)上に位置している場合に限り、野生
型遺伝子を抑制する。この場合、この抑制型突然変異を
「シス-作用型」であると言う。一方、ある優性突然変
異では、対応する野生型遺伝子が離れた染色体上に存在
している場合でもこれを抑制し得る。この型を「トラン
ス-作用型」優性突然変異、または一層簡単にトランス
優性突然変異として分類する。
【0010】これらの所謂トランス優性遺伝子の幾つか
は、真核生物またはヘルペスウイルスの転写因子の遺伝
子に関連して報告された(I.A.ホープおよびK.スト
ラール、セル、46巻、[1986年]、885頁、
R.ゲンツら、サイエンス、243巻、[1989
年]、1695頁、S.J.トリーゼンバーグら、ジーン
ズ・アンド・デベロップメント、2巻、[1988
年]、718頁、A.D.フリードマンら、ネーチャー、
335巻、[1988年]、452頁)。すなわち、単
純ヘルペスウイルス・トランス-活性化因子VP16の
ある種の欠失変異体は過発現されるとVP16機能を抑
制し、それによって正常な許容細胞でのHSV-1の複
製を阻止する。またレトロウイルスに関し、例えばHT
LV-IIのTaxタンパク質について(W.ワックスマン
ら、サイエンス、235巻、[1987年]、674
頁)、またこの発明の優先日当日以後において、HIV
-1tat遺伝子(M.グリーンら、セル、58巻、[1
989年]、およびgag遺伝子(D.トロノら、セ
ル、59巻、[1989年]、113頁)についてトラ
ンス優性突然変異体が報告された。
【0011】これら2つの調節タンパク質の構成および
機能における相違点から、Rex構造をRevタンパク
質またはその既知の突然変異体の構造と比較しても、ウ
イルスタンパク質のトランス優性リプレッサーを産生し
得る突然変異体を選択する指針は全く提供されないこと
が分かる。
【0012】上記の概念の治療適用の意味は、遺伝子操
作によって優性な負の突然変異を作り出し、それによっ
て得られた遺伝子が、それが発現されると、野生型機能
の活性を破壊する突然変異体の調節タンパク質を暗号化
していることによって、有害遺伝子生産物の生産もしく
は過生産を抑制することであろう(I.ヘルスコビッ
ツ、ネーチャー、329巻、[1987年]、219
頁)。このようにウイルス感染、例えばレトロウイルス
感染状態では、不可欠な調節遺伝子に類似の抑制因子、
例えばrevまたはrex遺伝子の抑制因子を組み立て
ることによって、対応するウイルス機能のトランス優性
リプレッサーを提供することは極めて望ましいように思
われる。この研究方法、即ち1988年に最初に提案さ
れたウイルス感染処置のための研究方法(D.バルチモ
ア、ネーチャー、335巻、[1988年]、395
頁]は「細胞内免疫」に必要な手段を提供するはずであ
る。
【0013】
【発明の要旨】HTLV-I rex遺伝子および対応す
るHIV-1 rev遺伝子の遺伝子操作による優性転換
体を作成した。その生産物は、HTLV-I、HTLV-
II、またはHIV-1の複製をそれぞれ阻止した。また
rexまたはrev遺伝子の遺伝子操作によるこれらの
優性転換体の幾つかの生産物は、HTLV-I(および
若干のHTLV-II例)およびHIV-1(および若干の
HIV-2およびSIV例)の複製を双方とも阻止し
た。
【0014】この成績は、1種類以上のウイルス種で作
用するウイルス性リプレッサー生産物、即ち1種類以上
のウイルス種の機能的に等価な遺伝子の表現型発現を抑
制するトランス優性な遺伝子生産物が生じることを報告
した最初のものであろうと思われる。
【0015】このようにこの発明は、1種類以上のウイ
ルス種の機能的に等価な遺伝子の表現型発現をトランス
優性に抑制し、それによって1種類以上のウイルス種の
複製を阻止するタンパク質を暗号化している遺伝子、特
に以下に報告するpcRexM2、pcRexM7およ
びpcRexM8、M6、M7およびM13、およびp
M10における突然変異遺伝子に関するものである。
【0016】この発明はまた、HTLV-Iおよび/ま
たはHTLV-IIのrex遺伝子の表現型発現をトラン
ス優性に抑制するタンパク質を暗号化している遺伝子、
ならびにHIV-1および/またはHIV-2および/ま
たはSIVのrev遺伝子の表現型発現をトランス優性
に抑制するタンパク質を暗号化している遺伝子に関する
ものであって、特に以下に報告するpcRexM2、p
cRexM7、pcRexM8、pcRexM17およ
びpcRex13Δ15、pM10、pΔ9/14、p
Δ10/14、pM21、pM22、pM27、pM2
8、pM29およびpM32、およびM6、M7および
M13における突然変異体遺伝子に関するものである。
【0017】この発明はまた、好適な発現系から対応す
る野生型遺伝子を単離し、この遺伝子を好適なクローニ
ング系へ加え、所望の突然変異を該遺伝子へ導入し、所
望の突然変異を保有するクローンから、生じた突然変体
異遺伝子を回収することを含むこれらの遺伝子の生産方
法に関する。この発明はまた、好適な発現系および増幅
系で上記の突然変異遺伝子を発現し、これを増幅して、
発現した生産物を回収することを含む上記のタンパク質
の生産方法に関する。
【0018】この発明はまた、1種類以上のウイルス種
の機能的に等価な遺伝子の表現型発現をトランス優性に
抑制し、それによって1種類以上のウイルス種の複製を
阻止するタンパク質、特に以下に報告するpcRexM
2、pcRexM7およびpcRexM8、M6、M7
およびM13、およびpM10の突然変異体タンパク質
に関するものである。
【0019】この発明はまた、HTLV-Iおよび/ま
たはHTLV-IIのrex遺伝子の表現型発現をトラン
ス優性に抑制するタンパク質、およびHIV-1および
/またはHIV-2および/またはSIVのrev遺伝
子の表現型発現をトランス優性に抑制するタンパク質に
関するものであって、特に以下に報告するpcRexM
2、pcRexM7、pcRexM8、pcRexM1
7およびpcRex13Δ15、pM10、pΔ9/1
4、pΔ10/14、pM21、pM22、pM27、
pM28、pM29およびpM32、およびM6、M7
およびM13の突然変異体タンパク質に関する。
【0020】またこの発明は、生体内または生体外で、
上記の遺伝子を標的哺乳動物細胞へ機能的な状態で送達
するのに好適な形で含んでいるベクター、例えばレトロ
ウイルスベクターまたはプラスミドベクターに関する。
【0021】またこの発明は、上記の遺伝子またはタン
パク質を、所望の予防的または治療的効果を達成する好
適な形で、例えば患者の身体から採取し、再挿入する前
に生体外で処理した細胞の形で、製薬上許容し得る担体
または希釈剤とともに含有する医薬組成物に関する。
【0022】またこの発明は、上記の遺伝子またはタン
パク質を、所望の予防的または治療的効果を達成するの
に好適な形で、例えば患者の体から採取し、再挿入する
前に生体外で処理した細胞の形で、そのような処置を必
要とする対象へ投与することを含んでなるウイルス感染
の処置方法に関する。
【0023】「処置」の語は、ウイルス感染の予防的お
よび治療的処置の意味であって、ここで「治療的」とは
ウイルス感染を潜伏段階で安定化させることを含む。ま
たこの発明は、ここに定義した遺伝子、タンパク質およ
びDNAセグメントの医薬品としての使用に関する。
【0024】またこの発明は、機能的な断片または誘導
体、即ち機能的に等価である断片または誘導体の形の上
記の遺伝子およびタンパク質に関する。「機能的な断片
または誘導体」の語は、インタクトな突然変異遺伝子ま
たはタンパク質の薬理学的活性と質的に同一で、量的に
同一または異なった、即ちインタクトな突然変異遺伝子
またはタンパク質の薬理学的活性より一層強いかまたは
弱い、例えば約1%〜約10000%、特に約10%〜
約1000%の薬理学的活性を有する断片または誘導体
を意味する。
【0025】またこの発明は、本明細書に示した遺伝
子、タンパク質およびDNAセグメントから誘導され、
トランス優性(即ち、上記の突然変異体RexまたはR
evタンパク質で、主としてRNA結合ドメイン)を真
似ることができる低分子量の抑制因子または中和モノク
ローナル抗体のような抑制因子に関する。ここで低分子
量とは約10kD以下の分子量、ことに約1kD以下の
分子量を意味する。
【0026】この発明はさらに、以下に挙げる諸態様に
関する。 −第1および第2ドメインを含んでなるHIV-1 Re
v機能のトランス優性リプレッサー。ここで第1ドメイ
ンは野生型HIV-1 Revの特異的結合機能を実質上
保有し、第2ドメインは野生型HIV-1 Revの活性
化機能を保有せず、また第2ドメインは1またはそれ以
上の突然変異体によって野生型HIV-1Revから修
飾されたものであり、好ましくは第1ドメインは野生型
Revのおよそのアミノ酸位置10〜およそのアミノ酸
位置68からなり、修飾された第2ドメインは野生型R
evのおよそのアミノ酸位置68〜およそのアミノ酸位
置90から誘導され、ことに上記の1またはそれ以上の
突然変異は、野生型Revのおよそのアミノ酸位置68
とおよそのアミノ酸位置90の間、好ましくは約78〜
約86の間、特に約78〜約83または約84の間で起
こるミスセンス変異または欠失変異であって、野生型H
IV-1 Revの第1ドメインの特異的結合機能は、実
質上機能的に残存し、特に以下に報告するリプレッサー
pM10、pM21、pM22、pM27、pM28、
pM29およびpM32、および機能的なその断片また
は誘導体である。
【0027】−野生型HIV-1 Revの特異的結合機
能を実質上保有する第1ドメインを含んでいるHIV-
1 Rev機能のトランス優性リプレッサー。このトラ
ンス優性リプレッサーは野生型HIV-1 Revの活性
化機能を有せず、好ましくは第1ドメインは野生型Re
vのおよそのアミノ酸位置10〜およそのアミノ酸位置
68を含んでおり、トランス優性リプレッサーは野生型
Revのおよそのアミノ酸位置68〜少なくともおよそ
のアミノ酸位置90を欠いている、特に以下に報告する
リプレッサーpΔ9/14およびpΔ10/14、または
機能的なその断片または誘導体である。
【0028】−HTLV-I Rexタンパク質の機能の
トランス優性リプレッサーを暗号化しているDNAセグ
メント。このリプレッサーは、Rexタンパク質のエフ
ェクター活性を有する野生型Rexタンパク質のペプチ
ドドメインにおいて、少なくとも1種類のトランス優性
な負の突然変異によってRexタンパク質の野生型から
修飾されたものであり、このリプレッサーは、Rexタ
ンパク質の野生型形態の核小体局在化活性を実質上保有
しており、好ましくは野生型Rexタンパク質のペプチ
ドドメインが、およそのアミノ酸位置59〜およそのア
ミノ酸位置121、特に59、60、64、65、11
9、120および121のアミノ酸位置の任意の1つに
含んでいるDNAセグメント、特に下記の突然変異体r
ex遺伝子、M6、M7、M13、およびHTLV-I
Rexタンパク質機能のトランス優性な抑制を示すその
変異体および誘導体の何れかを含んでいるDNAセグメ
ント。
【0029】−野生型形態から、好ましくはHIV-1
revタンパク質の機能またはHTLV-II Rexタン
パクの機能の何れかの抑制能を保有するように修飾され
たHTLV-I Rexタンパク質機能の対応するトラン
ス優性リプレッサー。
【0030】−(i)−Rexタンパク質によって認識
される調節応答要素、および少なくとも1個の未使用の
スプライス部位(即ち、スプライス認識配列によって結
合され、ただし該mRNAからスプライスされたもので
はない領域またはイントロン)を含んでいるmRNAを
暗号化しているDNAセグメント、
【0031】−発現すると、核からのmRNAの放出を
誘発するタンパク質生産物を生産することが可能なre
x遺伝子を暗号化しているDNAセグメント、 −rex遺伝子を暗号化しているDNAセグメントおよ
びmRNAを暗号化しているDNAセグメントによって
形質転換され、rex遺伝子のタンパク質生産物発現能
およびmRNA発現能を保有する宿主を含んでなる遺伝
子系を提供し、
【0032】(ii)この遺伝子系の細胞を含んでいる培
養を、Rexタンパク質の特異的抑制因子であることが
疑われる因子が細胞へ侵入するような条件下で、該因子
と接触させ、(iii)未使用のスプライス部位を含んで
いるmRNAの核からの放出に対するこの因子の効果を
測定し、(iv)スプライス部位を使用したmRNAのス
プライス形態の核からの放出に対する該因子の効果を測
定し、
【0033】それによって未使用のスプライス部位を含
んでいるmRNAの放出が低下し、それと同時にmRN
Aのスプライス形態が低下しなければ、該因子がHTL
V-Irex遺伝子の活性またはrex遺伝子生産物の
活性の特異的な抑制因子、即ち、Rexタンパク質によ
って認識される、好ましくはHTLV-I、HTLV-II
およびHIV-1から選ばれたウイルスのmRNAから
誘導されたmRNA調節要素であることを示す段階を含
んでなるRexタンパク質の遺伝子活性化機能の特異的
抑制因子の同定方法。
【0034】−未使用のスプライス部位を含んでいるm
RNAで暗号化された第1タンパク質の生産水準を測定
することによって、好ましくは未使用のスプライス部位
を含んでいるmRNAの放出の低下を検出し、mRNA
のスプライス形態で暗号化された第2タンパク質の生産
水準を測定することによって、好ましくはmRNAのス
プライス形態の放出の増大を検出する上記の同定方法。
【0035】−調節応答要素およびスプライス部位を含
んでいるmRNAが、RexおよびTaxタンパク質の
コード領域、完全なenv遺伝子、Rex応答要素およ
び3'LTR全体を含んでいるHTLV-Iプロウイルス
の3'末端を含んでなるプラスミド、好ましくは下記に
説明するプラスミドpgTAX-LTRによって暗号化
されており、好ましくはrex遺伝子をプラスミドpR
exへ提供することからなる上記の同定方法。
【0036】−プラスミドpgTAX-LTR。 −Rexタンパク質によって認識される調節応答要素を
含んでいるmRNA、および少なくとも1個の未使用の
スプライス部位を暗号化しているDNAセグメント、 −発現されると、核からのmRNAの放出を誘発するタ
ンパク質生産物を生産することが可能なrex遺伝子を
暗号化しているDNAセグメント、 −rex遺伝子を暗号化しているDNAセグメント、お
よびmRNAを暗号化しているDNAセグメントによっ
て形質転換された細胞であって、rex遺伝子のタンパ
ク質生産物発現能およびmRNA発現能を保有する宿主
細胞を含有する容器を含んでなる上記の同定方法によっ
てRexタンパク質の遺伝子活性化機能の特異的抑制因
子を同定するためのスクリーニング用試薬キット。
【0037】−HIV-1、HTLV-I、またはHTL
V-IIウイルスのうちの1つを複製する能力を有する細
胞へ上記のDNAセグメントを導入して、該DNAセグ
メントを発現し、HTLV-I Rex機能のトランス優
性リプレッサーを生産することを含むこれらのウイルス
の複製を抑制する方法。
【0038】−HIV-1で感染した細胞へHIV-1
Rev機能のトランス優性リプレッーを導入することを
含むHIV-1、HIV-2およびSIV、特にHIV-
1の複製の抑制方法。
【0039】
【図面の説明】
[4.1]5.1および6.1項のための図面 第1図:HTLV-I rexのヌクレオチドおよびアミ
ノ酸配列[オリゴヌクレオチドによって置換されたアミ
ノ酸位置(1)(アミノ酸位置87、88、89)およ
び(2)(アミノ酸位置94)、およびアミノ酸位置8
2、90、91、97を番号で示した]。完全配列は5
67個のヌクレオチドを含んでおり、189個のアミノ
酸を暗号化している。 第1A図:HTLV-I rex遺伝子へ導入した29ケ
所の突然変異の位置。HTLV-I rex遺伝子は18
9個のアミノ酸タンパク質を暗号化している。部位特異
的突然変異誘発法を用い、特定のアミノ酸残基でミスセ
ンス置換を導入し(枠で囲んで示す)、rex遺伝子内
の位置にしたがってそれぞれ命名した。
【0040】第2A図:Rex免疫沈降 Rex免疫沈降後、30種のrex突然変異体のうち7
種のSDS/ポリアクリルアミドゲル電気泳動分析(p
cRexM2、pcRexM7、pcRexM8、pc
RexM13、pcRexM14、pcRexM17お
よびpcRex13Δ15は、なおRexタンパク質を
生産していることが判る)。 A.pgtat(Rex抗体の陰性対照) B.pcRex C.pcRexM2 D.pcRexM7 E.pcRexM8 F.pcRexM13 G.pcRexM14 H.pcRexM17(このレーンにおける低分子量
は、恐らく例えばリン酸化によるこのタンパク質の修飾
の変化に起因するものであろう) I.pcRex13Δ15
【0041】第2B図:突然変異体の生物学的表現型 第2A図関連、Tat免疫沈降後。 A.pgtat+pXF3 B.pgtat+pcRev C.pgtat+pcRex D.pgtat+pcRexM2 E.pgtat+pcRexM7 F.pgtat+pcRexM8 G.pgtat+pcRexM13 H.pgtat+pcRexM14 I.pgtat+pcRexM17 K.pgtat+pcRex13Δ15
【0042】第2C図:第2B図関連(幾つかのRex
突然変異体、即ちpcRexM2、pcRexM7、p
cRexM8、pcRexM14、pcRexM17お
よびpcRex13Δ15は、野生型Rexよりもトラ
ンス優性である) A.pgtat+pXF3+pXF3 B.pgtat+pcRex+pXF3 C.pgtat+pcRex+pcRexM2 D.pgtat+pcRex+pcRexM7 E.pgtat+pcRex+pcRexM8 F.pgtat+pcRex+pcRexM13 G.pgtat+pcRex+pcRexM14 H.pgtat+pcRex+pcRexM17 I.pgtat+pcRex+pcRex13Δ15
【0043】第2D図:第2B図関連(幾つかのRex
突然変異体、即ちpcRexM2、pcRexM7、p
cRexM8およびpcRexM13は、野生型Rev
よりも部分的にトランス優性である) A.pgtat+pXF3+pXF3 B.pgtat+pcRev+pXF3 C.pgtat+pcRev+pcRexM2 D.pgtat+pcRev+pcRexM7 E.pgtat+pcRev+pcRexM8 F.pgtat+pcRev+pcRexM13 G.pgtat+pcRev+pcRexM14 H.pgtat+pcRev+pcRexM17 I.pgtat+pcRev+pcRex13Δ15
【0044】第3図:組み立てられたRex突然変異体 第4図:rex暗号配列を突然変異誘発するために合成
された29種のオリゴヌクレオチド配列
【0045】[4.2]5.2および6.2項のための図
面 第5図:HIV-1 rev遺伝子へ導入された突然変異
の位置。HIV-1 rev遺伝子は予測した配列で示さ
れる116個のアミノ酸タンパク質を暗号化している。
revの2つの暗号エキソン間の境界を示す(SP)。
オリゴヌクレオチドの指令による突然変異誘発によっ
て、集中発生させた点変異(pM)を導入した(枠で囲
って示した残基)。これらの突然変異は、Rev内のそ
れぞれの位置によって、最もN-末端をpM1、最もC-
末端をpM14と命名した。導入された突然変異は、す
べて2〜4個の隣接アミノ酸に影響を与え、すべて(p
M7を除いて)独特のBglII部位をrev遺伝子配列
へ導入した。これらの導入部位は、それに続くN-およ
びC-末端の欠失(pΔ)変異体の組み立てを促進し
た。pΔ変異体は欠失の範囲によって命名され、例えば
pΔ11/14は導入したpM11およびpM14突然
変異の間を欠失している。 第5A図:HIV-1 rev遺伝子へさらに導入された
ミスセンスおよび欠失変異の位置(−は欠失したアミノ
酸)。
【0046】第6図:pcREVのDNAおよび対応す
るアミノ酸配列。 第7図:突然変異部位M1〜M14に対応するDNA配
列。 第8図:HIV-1 revおよびtatのトランス-活
性化因子の免疫沈降。 第9図:HIV-1プロウイルスの救援検定。 第10図:間接免疫蛍光法によるRevおよび選ばれた
Rev突然変異体の亜細胞位置測定。 第11Aおよび11B図:Rev突然変異体の優性な負
の表現型分析。 第12図:Rev機能の競合抑制。 第12A図:HIV-1 revトランス-活性化因子の
ドメイン構造。116個のアミノ酸の完全鎖長タンパク
質は、ウイルスのenv遺伝子と極めて符合するイント
ロンによって分割された2つのエキソンによって暗号化
されている。「結合」および「活性化」ドメインは、そ
れぞれ(およそ)23〜56および78〜83の残基を
含んでおり、ハッチング枠で囲って示す。Sはスプライ
ス部位。NLは、「Argに富んだ」RNA結合モチー
フによってかなりの独自性を共有している核局在化に重
要な高塩基性領域。
【0047】[4.3]5.3および6.3項のための図
面 第13図: (A)HTLV-I Rexタンパク質のアミノ酸配列お
よび導入された25ケ所の点変異の個々の位置。それぞ
れ枠組みで囲ったアミノ酸を暗号化しているヌクレオチ
ドを除き、アスパラギン酸−ロイシン-ジペプチドを暗
号化したオリゴヌクレオチドで、枠組みのまま置き換え
た。 (B)Rex応答性pgTAX-LTR発現ベクターの
構造。HindIII部位[マップ位置5013(M.セイ
キら、プロシーディングズ・オブ・ザ・ナショナル・ア
カデミー・オブ・サイエンシズ・オブ・ザ・USA、8
0巻、[1983年]、3618〜3622頁)]から
3'LTRまでのCR-1HTLV-Iプロウイルスの3'
末端を、pBC12/CMV発現ベクターへ挿入した。
この断片は、Taxの2つの暗号エキソン(白枠)、完
全なenv遺伝子、およびRexRE(RRX)を含ん
だHTLV-Iの3'LTRの全体を含んでいる(S.M.
ハンリーら、ジーンズ・アンド・デベロップメント、3
巻、[1989年]、1534〜1544頁)。
【0048】第14図: (A)RexはpgTAX-LTRベクターによってH
TLV-IEnvタンパク質の発現を活性化する(Re
vまたはIL-2は活性化しない)。COS細胞の亜集
密的培養を、pgTAX-LTRとpREX(L.リムス
キーら、ネーチャー、[1988年]、738頁)、p
REV(M.H.マリムら、ネーチャー、335巻、[1
988年]、181〜183頁)、またはpCMV-I
L-2(B.R.カレン、セル、46巻、[1986
年]、973〜982頁)で、同時トランスフェクトし
た。最終レーンは、pgTAX-LTRの存在なしでp
REXで細胞をトランスフェクトしたものである。En
vタンパク質生産を免疫沈降およびゲル電気泳動法によ
って分析した。分子量既知の標準の移動を左側に示し
た。
【0049】(B)rex突然変異体のRex機能分
析。25種のrex突然変異体(M1〜M18およびM
21〜M27と命名(第13A図参照)、M19および
M20と命名した突然変異体は組み立てなかった)をp
BC12/CMV発現ベクターへ挿入した後、それぞれ
pgTAX-LTRと同時トランスフェクトし、実施例
12に記載したように、培養をRex特異的HTLV-
IEnvタンパク質発現について分析した。
【0050】第15図:pgTAX-LTRと、不活性
な(M1、M2、M6、M7、M13)、または損傷さ
れた(M15)Rex突然変異体ベクター、または野生
型pREX、pREVおよびpCMV-IL-2ベクター
で同時トランスフェクトしたCOS細胞におけるHTL
V-IEnv、TaxおよびRexタンパク質の免疫沈
降による同時分析。(A)はEnv生産、(B)はTa
x生産、(C)は野生型および突然変異体Rexタンパ
ク質生産。
【0051】第16図:HTLV-I Rex突然変異体
の免疫蛍光法による亜細胞的位置確認。野生型、M6、
M7およびM13Rexタンパク質は発現細胞の核小体
および核に局在している。これとは対照的にM1 Re
xタンパク質は細胞質でのみ検出されるが、M2タンパ
ク質は細胞全体にわたって分布している。M15突然変
異体は発現細胞の核に局在しているが、野生型Rexタ
ンパク質とは対照的に核小体から排除されるようであ
る。
【0052】第17図: (A)rex突然変異体の野生型Rexタンパク質機能
の抑制能の分析。各培養をpgTAX-LTR、pRE
Xと、何れか1つのRex突然変異体(レーン1〜
6)、pREX(レーン7)、pREV(レーン8)、
またはpCMV-IL-2(レーン9)で同時トランスフ
ェクトした。HTLV-IEnv生産を第14図と同様
に分析した。 (B)HTLV-I rexトランス優性突然変異体は、
HIV-1 Revタンパク質の機能を抑制する。細胞を
pgTAT、pREVと、pBC/CMV-IL-2、ま
たはM6、M7、M13トランス優性Rex突然変異体
で同時トランスフェクトさせ、先端を切り取られた72
アミノ酸の形のTatタンパク質のRev誘導生産につ
いて検定した(レーン2)。M6、M7、M13(レー
ン3〜5)はHIV-1 Revタンパク質を完全に抑制
し、Tatタンパク質の完全鎖長の86アミノ酸の形だ
けが検出された。 (C)HTLV-Iのトランス優性Rex突然変異体
は、Rev欠損型HIV-1プロウイルスの複製のRe
x救援を阻止する。グラフに示した倍数だけそれぞれ過
剰のM1、M6、M7、M13突然変異体の存在で、r
ev欠損型HIV-1プロウイルスプラスミドとpRE
Xで細胞を同時感染させた。HIV-1p24Gagタ
ンパク質の上清濃度を測定した。
【0053】
【詳細な説明】この発明を実施する際に用いる方法およ
び技術は、従来技術既知のものである。使用するウイル
ス種は、HTLV-I、HTLV-II、SIV、HIV-
1、HIV-2のような、分類学上、明瞭なウイルス種
を意味する。この発明は、特にレトロウイルスの分野、
とりわけヒト・レトロウイルスに関する。
【0054】その発現を抑制することがこの発明の最終
目的である遺伝子は、好ましくはプロウイルスを活性化
して、感染性粒子、例えばHIV-1およびHIV-2の
revのような感染粒子へと成熟をもたらす機能のよう
な好ましくない特性を暗号化している遺伝子である。
【0055】本明細書で使用するrevおよびRevと
は、特に特定しない限り、それぞれHIV-1 revお
よびHIV-1 Revを意味する。したがってHIV-
2のようなその他のウイルス種のこれに対応するrev
およびRevの場合は、それぞれ「HIV-2 rev
(rev2)」および「HIV-2 Rev(Rev
2)」等のように特定して示す。
【0056】本明細書で特にその製法を説明しない場
合、出発物質、または試薬として使用する化合物、ベク
ター、細胞系等は、既知で一般に入手可能なものであ
り、あるいは既知で一般に入手可能な材料から通常の方
法で入手し得、または既知で一般に入手可能な材料から
通常の方法でそれと等価のものを生産し得るものであ
る。例えばRex遺伝子はHTLV-Iの任意の単離物
から、そしてRev遺伝子はHIV-1の任意の単離物
から回収し得、pgTAX-LTRは、例えばHUT1
02またはMT1から回収し得る。別法として、遺伝暗
号にしたがって遺伝子を化学合成により作り出し、必要
なアミノ酸配列を有するタンパク質を生産し得る。Re
xまたはRev機能のトランス優性リプレッサーは、標
準的な組み換えDNA法、またはペプチド合成のための
標準的な化学的方法、またはこれら方法の組み合わせに
よって生産され、それらはすべて通常の方法である。
【0057】[5.1]この発明の一態様は、HTLV-
IにおけるRex機能のトランス優性リプレッサー、特
に機能的に等価な、ただし構造的には無関係なHIV-
1におけるRev機能に対しても同様に有効であるHT
LV-IにおけるRex機能のトランス優性リプレッサ
ーに関する。
【0058】具体的には、修飾したrex暗号配列を組
み立て、これを発現させて、上記の特性を有することを
発見した。「オリゴヌクレオチドの指令による生体外突
然変異誘発系、見解2」[アマーシャム、英国(198
8年)、コードRPN.1523)](以下、「アマー
シャム・プロトコール」と略称する)にしたがい、購入
可能な突然変異誘発系を用いて野生型rex暗号配列
(第1図参照)を変化させた。目的の発現ベクターの組
み立ては(1)rex暗号配列を保有するバクテリオフ
ァージM13ベクターの作成、(2)rex暗号配列の
突然変異誘発、(3)突然変異遺伝子の哺乳動物発現プ
ラスミドへの再クローン化により、逐次、尾部形成段階
を実施した。
【0059】欠失変異体1つを含んだ突然変異体30種
を組み立てた。29種の部位特異的突然変異の位置およ
び性質を第3図に示す。突然変異誘発に使用した対応す
るオリゴヌクレオチドを第4図に挙げた。これらはすべ
てBglII制限部位を保有している。
【0060】rex暗号配列をプラスミドpcRex
(pREX)から単離した(L.リムスキーら、ネーチ
ャー、335巻、[1988年]、738頁)。野生型
rex遺伝子のための他の供給源も入手可能である。こ
のように、例えばHTLV-Iのgag、pol、en
vおよびtax遺伝子について報告された類似の方法
(B.K.デおよびA.スリニバサン、ヌクレイック・ア
シッズ・リサーチ、17巻、5号、[1989年]、2
142頁)によって、HUT102(TIB162)お
よびMT2(J.G.ソドロスキーら、サイエンス、22
5巻、[1984年]、381頁、I.ミヨシら、ネー
チャー、294巻、[1981年]、770頁、V.マ
ンザリら、プロシーディングズ・オブ・ザ・ナショナル
・アカデミー・オブ・サイエンシズ・オブ・ザ・US
A、80巻、[1983年]、1574頁)のような株
化したHTLV-I感染細胞系の全ゲノムから、例えば
ポリメラーゼ連鎖反応を利用してrex遺伝子をクロー
ン化し得る。
【0061】tatおよびrev暗号配列を、プラスミ
ドpgTatおよびpcRev(M.H.マリムら、ネー
チャー、335巻、[1988年]、181頁)から単
離した。別法として、それらは例えばλHXBZ(エイ
ズ・リサーチ・アンド・リファレンス・リアジェント・
プログラム(1989年6月、NIH)、カタログ番号
70)のようなHIVプロウイルスクローンから単離し
得る。
【0062】得られた各種のrex遺伝子の生物学的活
性を、COS細胞におけるさまざまな遺伝子発現による
HIV-1 revおよびHTLV-I rex遺伝子生産
物の作用に対し感度の高い検定により試験した(グルツ
マンら、セル、23巻、[1981年]、175頁)。
またウイルス構造タンパク質の合成が開始されると、R
evおよびRexタンパク質は、何れも先端が切り取ら
れた形のHIV-1Tat調節タンパク質の生産を誘導
する(M.H.マリムら、ネーチャー、335巻、[19
88年]、181〜183頁、L.リムスキーら、ネー
チャー、335巻、[1988年]、738〜740
頁)。ゲノムHIV-1tat遺伝子を機能的なHIV-
1 rev遺伝子またはHTLV-I rex遺伝子と一
緒に同時発現すると、Tatの先端が切り取られた72
アミノ酸鎖長のエキソン1個形を暗号化したスプライス
されてないtatmRNAの細胞質発現をもたらす。機
能的なRevまたはRexタンパク質が存在しない場合
は、Tatエキソン2個形に対応する86アミノ酸の完
全鎖長のTatタンパク質の発現を起こす。このように
revまたはrex機能の活性トランスリプレッサーの
存在は、72アミノ酸のTatタンパク質の生産の低下
または消滅をもたらす。この相違は、免疫沈降分析によ
って容易に可視化することができる。
【0063】第2C図に示したように、30種の突然変
異体のうちの6種の、即ちpcRexM2、pcRex
M7、pcRexM8、pcRexM14、pcRex
M17およびpcRex13Δ15は、トランス優性な
Rexリプレッサーを有していることが判明した。また
pcRevの場合でも(第2D図参照)、これと同一の
様式、即ちpcRexM2、pcRexM7、pcRe
xM8、および部分的にpcRexM13で認められ、
トランス優性はHTLV-I遺伝子に限定されたもので
はなく、幾つかの変異体では、両方の遺伝子に対してト
ランス優性であり、即ちこの特別な例としてpcRex
M2、pcRexM7およびpcRexM8が挙げられ
ることが判明した。
【0064】最初に得られた幾つかの結果から、最も成
功した突然変異はアミノ酸位置87〜94の間に局在し
ていることが判り、したがっておよそのアミノ酸位置8
2〜およそのアミノ酸位置97の間に存在しているre
x/rev遺伝子の部分は、トランス優性なRex/R
evリプレッサーの操作に特別の意味を有するものであ
るようであり、さらに試験の結果から、Rexタンパク
質に対する突然変異の好ましい位置の範囲は一層広く、
即ち、少なくともN-末端に近いアミノ酸位置22から
C-末端に向かってアミノ酸位置101までに存在し得
ることが分かった。
【0065】[5.2]さらにHIV-1におけるRev
機能に焦点を合わせた研究で、トランス優性なrevリ
プレッサーが発見された。これらの幾つかは少なくとも
HTLV-IまたはHTLV-IIにおけるRex機能を抑
制する可能性があるが、ここでは試験しなかった。
【0066】これに反してこれらの幾つかは、少なくと
もHIV-2およびSIVmacにおけるRev機能を同様
に抑制することが判明した。膨大な突然変異分析によっ
て、トランス活性化に不可欠と思われるrev内の少な
くともさらに2つの異なった機能的ドメインの輪郭が明
らかになった。これらのドメインは、Revタンパク質
をその好適な標的基質へ向かわせる「結合ドメイン」
と、結合反応の機能的な結果である転写活性化を発揮さ
せる「活性化ドメイン」からなるものと想定される。
【0067】したがってrev内の2つの機能的ドメイ
ンは、Revタンパク質を、その細胞標的へ向かわせる
と思われる結合ドメインと、構造タンパク質Gagおよ
びEnvを暗号化している、不完全にスプライスされた
RNA(複数)の核放出を可能にする活性化ドメインで
あると定義した。Revの活性化ドメインの突然変異
は、Rev機能のトランス優性な抑制因子として作用す
る欠損型Revタンパク質の発現をもたらす。そのよう
な突然変異体が、培養においてトランスフェクトされた
細胞で発現すると、HIV-1の複製を著しく抑制し、
したがって5.1項で得られた突然変異体と同様にトラ
ンス優性である。
【0068】この第2の研究に関する詳細な情報は、後
述する6.2項からも明白である。それによって発見さ
れたトランス優性な突然変異体はpM10、pΔ9/1
4、pΔ10/14(実施例4〜11参照)、およびp
M21、pM22、pM27、pM28、pM29、p
M32(実施例11aおよび11b参照)であり、ここ
でpM10はHIV-1 rev遺伝子機能の抑制に有効
であるばかりでなく、HIV-2 revおよびSIV
macrev遺伝子機能の抑制にもまた有効である。上記
の9種類のトランス優性な突然変異体のうち、好ましい
ものはpM10、pM21、pM32であって、特にp
M10が好ましい。
【0069】[5.3]5.1項と同様にHTLV-Iに
おけるRex機能に焦点を合わせたもう一つの研究で
も、トランス優性なrexリプレッサーが発見され、そ
れによってRex活性の検出を可能とする方法が開発さ
れた。この検出方法は、他のウイルスまたは宿主細胞機
能を一般に妨害することなく、Rex機能の特異的抑制
因子を同定するのに有用である。このRex抑制因子の
検出方法は、調節要素、例えばRex RE(RRX)
を含むmRNAのスプライスされない形を暗号化してい
るRex応答性「リポーター」遺伝子を含む遺伝子系を
利用する。この系では、Rex機能を提供するタンパク
質が、このスプライスされていないmRNAを細胞核か
ら細胞質へ放出するのを誘導する。Rex機能が存在し
ない場合は、このmRNAは上記のように細胞質へ放出
される前にスプライスされる。この遺伝子系を含んだ細
胞が、Rex機能の抑制因子であると疑われる因子と接
触すると、この因子によるHTLV-I Rex機能の特
異的抑制は、この特有なmRNAのスプライスされない
形の核放出の減少によって示されるが、同じmRNAの
スプライスされた形の核放出の減少を伴わない。この方
法は、例えばHTLV-I Rexタンパク質の化学的抑
制因子(例えば突然変異体RexまたはRevタンパク
質中のトランス優性なドメインを真似ることができる抑
制因子、例えば低分子量の化学的抑制因子)およびRe
xリプレッサーとして作用するRexのトランス優性な
突然変異体形を検出するのに有用である。
【0070】rex遺伝子のトランス優性な負の突然変
異を同定するため、Rexタンパク質の直線状配列の全
体にわたってさまざまな部位で2または3個のアミノ酸
セグメントを変化させる一連の点突然変異を再び作成
し、これらの突然変異体の中で数個のHTLV-I Re
xタンパク質機能のトランス優性リプレッサーを同定し
た。そのうちの幾つかは、HTLV-II Rexおよび/
またはHIV-1 Revタンパク質機能を追加的にトラ
ンス優性に抑制し、したがってこれらは、5.1項で発
見された幾つかの突然変異体と同様に、1ウイルス種の
機能的に等価な遺伝子の表現型発現を抑制した。
【0071】したがってこの発明はまた、前記の3項で
示した数段階からなるRexタンパク質の遺伝子活性化
機能の特異的な抑制因子を同定する方法に関する。前述
のように、HTLV-I Rexタンパク質はHIV-1
Revタンパク質の機能を置き換えることができる。そ
のうえRexはまた、類似のHTLV-II調節タンパク
質を置き換えできることが分かった。このように、Re
xによって認識される応答要素と少なくとも1個の好適
な未使用のスプライス部位とを保有する、これら3種の
ウイルスの少なくとも何れか1つに由来するmRNAを
この方法に使用することができる。
【0072】好ましくは応答要素およびスプライス部位
を含んでいるmRNAは、RexおよびTaxタンパク
質のコード領域、完全なenv遺伝子、Rex応答要素
Rex RE(RRX)および3'LTR全体からなるH
TLV-Iプロウイルスの3'末端を含んだプラスミドに
よって暗号化されている。そのようなプラスミドの例
は、pgTAX-LTRである。野生型rex遺伝子コ
ピーに対する突然変異体rex遺伝子のコピー比を調節
する必要がある突然変異体分析では、便宜上、pgTA
X-LTR上のrex遺伝子を劣性の負の突然変異によ
って失活させ、pREXと命名された別のプラスミドで
活性rex遺伝子をこの系に提供する。然しながら、例
えば化学物質を試験する場合は、この系に必要なmRN
Aとして、活性rex遺伝子が同一のプラスミドまたは
別のベクターDNAで提供されるはずである。またこの
活性rex遺伝子は、この発明に使用した株とは別のH
TLV-I株から単離された天然配列の変異体を含んで
いるかもしれず、あるいは発現して、上記のmRNAの
核からの放出を誘導することを含め、Rexタンパク質
の遺伝子活性化機能を提供するタンパク質生産物を生産
することができる何か別のrex遺伝子の突然変異体形
であるかもしれない。
【0073】またレトロウイルスの機能的ゲノム全体を
暗号化したDNAセグメントをこの遺伝子系の一部とし
て使用することによって、上に挙げた遺伝子系の要素を
提供することもできる。これは感染細胞へ適用できる。
然し、安全性の理由と便宜性のため、この遺伝子系は好
ましくは感染性ウイルスを生産することはできない。こ
のことは、どの感染性ウイルスの生産にも不可欠な、少
なくとも1ウイルス活性の発現から、ある遺伝子要素の
使用を防止する遺伝的欠損系へ設計することによって達
成される。これは、例えば少なくとも1ウイルス遺伝子
の一部をその系から省くことにより、あるいはその他の
突然変異により達成し得る。
【0074】好ましくはrex遺伝子によって、またm
RNAを暗号化したDNAセグメントによって形質転換
された宿主細胞の例として、前記のプラスミドベクター
でトランスフェクトされたCOS細胞が挙げられる。即
ち、本明細書で用いる「形質転換」の語は、「トランス
フェクション」の語を包含し、感染性因子、特にウイル
スを暗号化しているベクターDNAを含んだ遺伝子の形
質転換を示す。トランスフェクションの後、そのような
ベクターは、ついで培養中の少数の形質転換細胞から感
染性ウイルス粒子によって他の多数の細胞へ広がること
ができ、それによって対象遺伝子を発現する大量の宿主
細胞試料を提供する。しかもこの遺伝子系における宿主
細胞の形質転換は、安定な組み立て物を生じる必要はな
く、安定な遺伝子発現系、もしくは一過性の遺伝子発現
系を利用して、必要なmRNAおよびrex遺伝子を提
供すればよい。したがって多くの既知の発現系が、この
発明方法による抑制因子の同定に使用し得る。
【0075】この方法では、未使用のスプライス部位を
含んだmRNAの放出が減少するが、それと一緒にこの
mRNAのスプライス形の放出が減少しなければ、その
因子が、HTLV-I rex遺伝子活性またはrex遺
伝子生産物活性の特異的な抑制因子であることを示す。
この発明方法を使用することによって特異的な抑制因子
であることが判明した化学因子の場合、その作用形式
は、原則としてmRNAの転写または翻訳の特異的な抑
制を含み得る。然しながら一層可能性のある作用形式
は、核小体の局在化、Rex応答要素の認識またはRe
xエフェクター機能等を含んだRexタンパク質活性の
1またはそれ以上の特異的な抑制である。
【0076】都合よいことに、未使用のスプライス部位
を含んだmRNAの核放出の減少は、第1タンパク質の
生産水準を測定することによって検出され、この第1タ
ンパク質は未使用のスプライス部位を含むmRNAによ
って暗号化されている(即ち、mRNAのスプライスさ
れていない形態だけがこの第1タンパク質を暗号化して
いる)。そしてmRNAのスプライスされた形の核放出
の増大は第2タンパク質の生産水準を測定することによ
って検出され、この第2タンパク質は、このmRNAの
スプライスされた形によって暗号化されている。
【0077】好ましくはこのmRNAはスプライスされ
ない形で、HTLV-IEnvタンパク質を暗号化して
いる。このmRNAをスプライスすると、もう一つのH
TLV-Iタンパク質であるTaxを暗号化した一層短
いmRNAが生じる。例えば実施例12および13にお
いて、Rex RE(RRX)要素を保有しているスプ
ライスされないmRNAの核放出は、Envタンパク質
の発現によって検出される。さらに、Rex機能の抑制
から生じたスプライスされないmRNAのそのような放
出の抑制は、Envタンパク質生産の減少によって検出
される。然しながらこの減少は、ある因子のウイルスま
たは宿主に対するある種の一般的な毒性から生じたもの
かも知れないから、rex遺伝子機能の特異的な抑制
は、Env発現の減少と同時に、HTLV-ITaxタ
ンパク質の生産が減少しないことを反映しているmRN
Aのスプライスされた形の放出の減少が起こらないこと
によって示される。したがって好ましくはHTLV-I
Env、TaxおよびRexタンパク質発現の同時分析
を実施する。
【0078】例えば実施例12および13では、Env
およびTaxタンパク質の発現を、好適な抗体との免疫
沈降と、それによって生じた沈降物の電気泳動分析によ
って測定する。別法として、例えばRex機能の特異的
抑制について試料の大規模スクリーニングのため、En
vおよびTaxについて、例えば酵素結合免疫検定法
(ELISA)、またはスプライス形およびスプライス
されない形の発現をもたらす何か一層都合よい別の生産
物を提供する遺伝子操作によるmRNAの変形等が挙げ
られる。例えばmRNAを変化させて、エシェリキア・
コリ-β-ガラクトシダーゼのような、加水分解すると発
色する無色の基質の添加によって検出できる酵素を暗号
化することも可能である。env遺伝子の代わりにこの
酵素の遺伝子を挿入すると、スプライスされていないm
RNA形態はこの酵素を生産するが、スプライスされた
形態はこれを生産しない。また別の類似の都合のよい指
示遺伝子を、スプライスされたmRNA形でこれを発現
できるように(例えばTax配列へ融合することによっ
て)mRNAに暗号化することができる。迅速かつ効率
的な大量スクリーニングのために上記の方法をさらに変
更することは、当業者にとって容易に明らかなことであ
ろう。
【0079】この発明のもう一つの態様は、上記の方法
によってRexタンパク質の遺伝子活性化機能の特異的
抑制因子を同定するため、前記3項に挙げた構成要素を
含んでなる因子スクリーニング用試薬キットに関する。
このキットは、所望により、さらに下記の任意の構成要
素、即ち、細胞培養に使用する培地、リポーターmRN
Aのスプライスされた形またはスプライスされない形の
何れかの核放出水準を、このmRNAのスプライスされ
た形およびスプライスされない形のタンパク質生産物
を、例えば核酸ハイブリッド形成によって直接的に、あ
るいは例えば免疫学的検出によって間接的に測定するの
に使用する試薬、およびこの発明方法の実施の際に、こ
のキットの上記の任意の構成要素を使用するための指示
書を含む。
【0080】各種のrex遺伝子突然変異体を、優性な
負の突然変異についてスクリーニングするのに上記の方
法を使用した。これらのrex遺伝子突然変異体を、こ
の発明のRex抑制因子検出系でプラスミドpgTAX
-LTRと同時発現させると、5.1項と同様に、Rex
タンパク質の59〜60位、64〜65位、および11
9〜121位でアミノ酸置換を含んだ1種の突然変異が
認められた。これらはRex機能を欠いているばかりで
なく、野生型Rexタンパク質機能のトランス優性リプ
レッサーとしても作用し、また野生型Revタンパク質
機能のトランス優性リプレッサーとしても作用するタン
パク質を生じた。
【0081】またこの突然変異分析では、Rexアミノ
酸位置5〜7および14〜15でRex機能を欠いた置
換を含んでいる第2の型の負の突然変異体を生じた。こ
れらの変異体タンパク質は細胞核へ好適に標的指向せ
ず、トランス優性でもなかった。さらにRexアミノ酸
位置141〜143に置換を有する単一な突然変異体R
exで例示される第3の型の負の突然変異体は、部分的
なRex機能を保有しており、核へ標的指向したが、核
の核小体領域内に局在化できなかった。この変異体タン
パク質もまた、HTLV-I Rex機能のトランス優性
リプレッサーではなかった。これらの結果から、核小体
局在化活性は、アミノ末端で確認されたプラスに荷電し
た残基(H.シオミら、セル、55巻、[1988
年]、197〜209頁)以外の配列を含み得る可能性
が生じた。しかもこの知見は、Rexタンパク質突然変
異体がRex機能のトランス優性リプレッサーとして作
用するには、変異体が、核標的指向活性ばかりでなく、
Rexタンパク質の明白な核小体局在化活性を保有する
ことが必要であり得ることを示唆している。
【0082】またここで、Rex突然変異体に関するこ
れらの知見は、核および核小体標的指向に関与している
第1ドメインと、エフェクター活性に関与している第2
ドメインからなる少なくとも2つの機能的に異なったペ
プチドドメインのRexタンパク質内のおよその範囲を
特定する。核標的指向性が不十分であるRex突然変異
体は、先に核小体局在化シグナルとして機能することが
判明したRexのアミノ末端で、プラスに荷電している
ペプチドドメインに位置している。組み換えDNA手技
によって、アミノ末端の20アミノ酸を含んでいるペプ
チドを他のタンパク質へ付着させると、このドメインは
Rexで観察されたのと同様の形式で、そのタンパク質
の核標的指向性および核小体局在化を何れも誘導した
(H.シオミら、[1988年]、前掲)。このよう
に、たとえRexアミノ酸位置141〜143における
突然変異体が核へ標的指向するにしても、核の核小体領
域に局在化できないことから、この変異体が核小体局在
化に必要な領域にあるようには思われない。この突然変
異体における変化は、むしろアミノ末端ドメインでのR
ex核小体の局在化機能に、例えば適当なタンパク質の
折り畳みを妨害することを介して間接的に影響するらし
いと考えるのが最も妥当であろう。
【0083】機能的に明白なRexの第2主要ドメイン
は、アミノ酸59〜60(チロシン−イソロイシン)、
64〜65(チロシン−トリプトファン)、および11
9〜121(スレオニン−フェニルアラニン−ヒスチジ
ン)を包含する。これらの離れた部位をそれぞれの位置
で変化させると(M6、M7およびM13突然変異
体)、生物学的活性を欠き、それと同時にトランス優性
な抑制特性を現すRexタンパク質の生産をもたらす。
Rex機能に対して効果を示さない5種類の異なった突
然変異は、Rexタンパク質の直線状配列において、M
6およびM7領域をM13領域から分離し、これら2つ
の離れた領域でのこの機能的ドメイン内の相互作用が、
適当なタンパク質の折り畳みを必要とするらしいことを
示す。即ち、Rexエフェクター機能にとって最も決定
的なこれら2つのアミノ酸領域を包含しているRexタ
ンパク質の完全な直線状部分は、Rexタンパク質のエ
フェクター機能に寄与しているようであり、したがって
このドメインを突然変異させることはRexのトランス
優性リプレッサーの生産を意味する。
【0084】この知見は、mRNAでRex RE(R
RX)の認識に必要な活性が位置しているRexのドメ
インを指摘しない。したがってRex機能のトランス優
性リプレッサーとして作用するために、突然変異体re
xタンパク質がRex REへの結合能を(直接的また
は間接的に)保有しなければならないのか、あるいはR
exによって認識される何か他のウイルス認識の要素へ
の結合能を保有しなければならないのかは分からない。
【0085】この発明のもう一つの態様は、HTLV-
I Rexタンパク質機能のトランス優性リプレッサー
を暗号化しているDNAセグメントおよびそのようなト
ランス優性リプレッサーに関する。このリプレッサー
は、Rexタンパク質のエフェクター活性へマイナスに
影響する少なくとも1つの突然変異によってRexタン
パク質の野生型形態から修飾されたタンパク質である。
このリプレッサーはまた、Rexタンパク質の野生型形
態の核小体局在化活性を実質上保有している。特にこの
リプレッサーの負の突然変異は、野生型Rexタンパク
質のおよそのアミノ酸位置59からおよそのアミノ酸位
置121までを含んでいるペプチドドメイン、より詳細
には下記に示す59、60、64、65、119、12
0および121の任意の位置にあるアミノ酸に影響を与
えるものである。Rexリプレッサーを暗号化している
DNAセグメントを例示すれば、下記の突然変異体re
x遺伝子、M6、M7、M13の何れか、およびHTL
V-I Revタンパク質機能のトランス優性な抑制を示
すその変異体および誘導体である。
【0086】このDNAセグメントの配列は、HTLV
-Iの任意の単離体のRex遺伝子(L.リムスキーら、
ネーチャー、335巻、[1988年]、738〜74
0頁、M.セイキら、サイエンス、227巻、[198
5年]、1227〜1229頁)から誘導され、または
化学的合成によって作り出される。Rex機能のトラン
ス優性リプレッサーは、標準的な組み換えDNA法、ま
たはペプチド合成のための標準的な化学的方法、または
これらの方法の組み合わせによって作成される。これら
の方法はすべて遺伝子操作技術で周知の方法である。
【0087】ここでRexタンパク質のエフェクター活
性にマイナスに影響する突然変異を例示する。然しこれ
らと同一のアミノ酸位置またはこれに近接した位置に限
局して、タンパク質構造に効果を生じるように設計され
た他の型の突然変異でも、この発明によるHTLV-I
Rexタンパク質機能のトランス優性な抑制を示すRe
xの変異体および誘導体を生産する可能性は極めて高
い。そのような限局的な欠損は、例えば単一アミノ酸の
欠失または挿入、または化学的または構造的に類似した
アミノ酸の置換等である。これに反して、一層広範囲な
欠失または挿入、または2次構造(例えば、β-シート
領域内のプロリン)を破壊する置換は、タンパク質の折
り畳みに対する影響を介してタンパク質の固有部分に効
果を及ぼす可能性が高い。したがってRexエフェクタ
ー機能に必要なドメイン内の与えられた位置で起こるそ
のような突然変異は、Rexタンパク質の野生型形態の
核小体局在化活性を実質上保有する突然変異体Rexタ
ンパク質を生産することはあり得ない。
【0088】上記の5.3項のトランス優性Rex突然
変異体を、Rev機能抑制について同様に試験し、これ
らの変異体がHIV-1 Revのリプレッサーでもある
ことが判明した。この型のトランス優性Rex突然変異
体の抗ウイルス作用の可能性をHIV-1複製の抑制検
定を用いて証明した。
【0089】また既述したように、たとえHTLV-II
内の対応する応答要素のヌクレオチド配列が、HTLV
-I内のRex RE(RRX)のヌクレオチド配列と若
干異なったステム構造およびループ構造を有していると
しても、HTLV-I Rexが類似体HTLV-II調節
タンパク質に機能的に置き換わり得ることがこの研究で
判明した。
【0090】したがってこの発明はさらに、、HIV-
1、HTLV-IおよびHTLV-IIウイルスのうちの1
つを複製する複製能を有する細胞へ、Rex機能のトラ
ンス優性リプレッサーを暗号化した上記のDNAセグメ
ントを導入することからなるこれらのウイルスの複製の
抑制方法に関する。この細胞はまた、トランス優性リプ
レッサーを生産するDNAセグメントの発現能を有す
る。この細胞は1またはそれ以上のこれらのウイルスに
よって予め感染したものであってもよく、あるいはこの
細胞は1またはそれ以上のこれらのウイルスに未感染の
標的細胞であってもよい。
【0091】上述の遺伝子系の好ましい態様として、R
ex応答性リポータープラスミドpgTAX-LTRを
作成した(第13B図)。要約すれば、pgTAX-L
TRベクターは、HTLV-Ienv遺伝子によって分
けられたtax遺伝子の2つのタンパク質暗号エキソン
と、Rex RE(RRE)を含んだ完全なHTLV-I
3'LTRを含んでいる。これらのHTLV-I配列の発
現は、ヒト・シトメガロウイルスの即時早期領域によっ
て促進され、追加的なポリアデニル化配列はラット・プ
レプロインスリン遺伝子の3'領域(B.R.カレン、セ
ル、46巻、[1986年]、973〜982頁)によ
って提供される。このベクターは、Rexが存在する場
合だけEnvを生産するが、Rexが存在しても、しな
くてもTaxを合成する。このベクターは、Rex翻訳
開始コドンと一致するSphI部位に突然変異を導入し
ているため、それ自身はRexを生産しない。Rexが
存在しないと、pgTAX-LTRは、env配列のす
べてを事実上欠いているこのベクターから、スプライス
されたmRNA種の翻訳を反映したTaxタンパク質を
生産する。然しpgTAX-LTRをrex発現プラス
ミドpREXと同時トランスフェクトすると、HTLV
-IEnvタンパク質の合成が活性化される。この62
〜68kDタンパク質は、抗HTLV-Iエンベロープ
・モノクローナル抗体0.5αとの免疫沈降による立証
によって容易に確認される(S.マツシタら、プロシー
ディングズ・オブ・ザ・ナショナル・アカデミー・オブ
・サイエンシズ・オブ・ザ・USA、83巻、[198
6年]、2672〜2676頁)(第14A図、レーン
1)。これとは対照的に、pREXをpREV(レーン
2)またはpCMV-IL-2(レーン3)の何れかで置
き換えても(これらはそれぞれHIV-1 Revタンパ
ク質およびヒト・IL-2ポリペプチドを暗号化してい
る)、HTLV-IEnvタンパク質は検出されない。
同様に、pgTAX-LTRの存在なしでは、細胞をp
REXでトランスフェクトしてもEnvタンパク質は同
定されなかった(レーン4)。
【0092】このように上記の遺伝子系では、pgTA
X-LTRによるHTLV-IEnv発現は、野生型Re
xタンパク質の遺伝子活性化機能を保有するタンパク質
の存在によって特異的に誘導される。Rex機能を保有
するタンパク質を提供する遺伝子を含んだ系で、因子と
の接触がRex機能を抑制するなら、その因子がRex
機能を提供する遺伝子または遺伝子生産物の発現と無関
係なあるウイルス活性もしくは細胞活性に影響する場合
を除いて、即ち、因子がその遺伝子またはその生産物の
特異的抑制因子でない場合を除いて、Taxタンパク質
は生産され続ける。したがって実施例12および第15
図に示したように、Rex機能の特異的な抑制因子を同
定する典型的な方法は、HTLV-IEnv、Taxお
よびRexタンパク質発現の同時分析を都合よく含んで
いる。
【0093】第15図および下記に示すトランス優性リ
プレッサーによってRex機能が特異的に抑制される場
合、HTLV-ITaxタンパク質の生産が明らかに増
大することは注目し得る。これは恐らく、Rex機能を
欠くためにスプライシング前は放出されなかったEnv
mRNAが、スプライスされた形で核放出の増大を来し
た結果であろう。然し原則的に、Rex機能の特異的抑
制因子はmRNAのスプライシングを防止し得るが、ス
プライスされないRNAの放出を誘導し得ない。したが
ってRex機能の特異的な抑制因子を同定するこの方法
は、現状では、Taxタンパク質を生産するスプライス
されたmRNAの核放出の減少がない場合に限り必要で
ある。
【0094】この系の使用方法を実施例12に例示し
た。この突然変異分析では、M13バクテリオファージ
で、オリゴヌクレオチドの指令による突然変異誘発を再
び使用し、25ケ所の別々の部位でrex遺伝子の1次
配列を変化させた(第13A図)。特徴的なBglII制
限部位を同様に含んでいる枠組みにしたオリゴヌクレオ
チド2重ラセンの挿入によって、四角で囲ったアミノ酸
を、ジペプチドアスパラギン酸-ロイシンで置き換え
た。ついでこれらのrex突然変異体をそれぞれpBC
12/CMV真核性発現ベクターへ挿入し(B.R.カレ
ン、セル、46巻、[1986年]、973〜982
頁)、DNA配列決定によって突然変異を証明した。
【0095】pgTAX−LTRベクターで同時トラン
スフェクトすることにより、rex突然変異体の生物活
性をそれぞれ測定した。これらのrex突然変異体のう
ちの19種は野生型の表現型を示したが、5種類の突然
変異体(M1、M2、M6、M7およびM13)は明瞭
なenv遺伝子活性化作用を欠いており、1突然変異体
(M15)は部分的な機能だけを示した(第14B
図)。つぎにCOS細胞をこれら6種のrex欠損型突
然変異体およびpgTAX-LTRベクターで同時トラ
ンスフェクトし、ついで実施例12に示したようにHT
LV-IEnv、TaxおよびRexタンパク質発現の
同時分析を実施した(第15A〜C図参照)。HTLV
-IEnvは、野生型Rexタンパク質(第15A図、
レーン7)または部分的に活性なM15突然変異体(第
15A図、レーン6)の存在した場合にのみ検出された
が、40kDTaxタンパク質はすべての培養で検出さ
れた(第15B図)。このようにM1、M2、M6、M
7およびM13突然変異体で観察されたenv遺伝子発
現の欠如は、トランスフェクトされたCOS培養におけ
るこれらのタンパク質の非特異的な毒性効果というよ
り、むしろRex生物学的活性の特異的な喪失に起因す
るものである。また突然変異体Rexタンパク質は何れ
もこれらの培養で確認され、すべての変異体が安定した
形で発現することが判明した(第15C図)。M2、M
6およびM13突然変異体は野生型Rexタンパク質と
区別し難いパターンで移動し(第15C図、レーン2、
3、5、7)、一方、M7およびM15タンパク質は、
一層小さい見掛けの分子量を示し(レーン4および
6)、M1突然変異体は、電気泳動でタンパク質の二重
線を生じた(レーン1)。M1、M7およびM15突然
変異体におけるタンパク質コード領域の配列決定では、
導入した特異的な突然変異以外には何らの変化も見いだ
せなかった。したがってこれらのサイズの見掛け上の相
違に関する生化学的な根拠は、これらの変異体タンパク
質の翻訳後プロセシングの変化を反映しているのであろ
うと思われる。
【0097】野生型Rexタンパク質と同様に、生物学
的に不活性なM6、M7またはM13Rex突然変異体
でトランスフェクトした細胞のイン・サイチュ免疫蛍光
染色では(詳細は実施例12参照)、発現細胞の核小体
および核への正常な標的指向性が認められた(第16
図)。コントラストを強めると、M1変異体タンパク質
は細胞質区画でのみ検出可能であったが、M2 Rex
変異体は細胞全体にほぼ均質な形で分布していた。M1
およびM2変異体が、核小体局在化のシグナルとして機
能する、プラスに荷電したペプチドドメイン内にだけ存
在している塩基性アミノ酸残基を変化させる事実は、こ
れらの知見と一致する。部分的に活性なM15突然変異
は変異体Rexタンパク質の核局在化のパターンをもた
らすが、野生型Rexタンパク質とは異なり、M15タ
ンパク質は核の核小体領域内へさらに局在化せず、実際
はM15は核小体から排除されるようである(第16
図)。これらの成績は、N-末端で塩基性アミノ酸から
離れている残基がRexの核小体局在化に関与し、もし
くは寄与し得ることを示唆している。
【0098】また野生型HTLV-I Rexタンパク質
および野生型HIV-1 Revタンパク質の生物学的活
性に対するrex突然変異体の阻止能を測定した(第1
7図)。COS細胞をpgTAX-LTRおよびpRE
Xで同時トランスフェクトすると(パネルA)、M6、
M7およびM13変異体の10倍モル過剰は優性な負の
表現型を示し、野生型Rexタンパク質の活性を著しく
抑制した(レーン3〜5)。これと対照的にM1、M2
およびM15タンパク質は、野生型タンパク質の作用を
変化しないので、劣性の負の突然変異体として作用した
(レーン1、2、6)。同様にHIV-1のRevタン
パク質は、Rexタンパク質(レーン8)およびIL-
2(レーン9)の作用を妨害しなかった。
【0099】つぎにトランス優性なRex突然変異体の
HIV-1系におけるRev機能に対する阻止能を測定
した(第17B図)。COS細胞においてpgTATお
よびおよびpREVで同時トランスフェクトすると、M
6、M7またはM13Rex突然変異体の10倍モル過
剰はTatタンパク質の72アミノ酸形の発現が減少す
ることによって立証されるRevタンパク質の作用の抑
制を示した(レーン3、4、5)。またこれらのトラン
ス優性Rex突然変異体のHIV-1ウイルス複製阻止
能を検討した(第17C図)。Rexおよび段階的な量
のトランス優性なRex変異体の存在で、Rev欠損型
HIV-1プロウイルスpHXB2-Bam-p3(L.リ
ムスキーら、ネーチャー、335巻、[1988年]、
738頁)の複製を、これらのプラスミドによるCOS
細胞のトランスフェクションにより検討した。培養上清
中のHIV-1p24Gagタンパク質の合成水準によ
って分かるように、トランス優性なRex突然変異体
(M6、M7およびM13)は投与量に比例するHIV
-1複製の抑制を生じた。これとは対照的に、rexの
劣性の負のM1突然変異体はHIV-1の複製に対して
有意な効果を示さなかった。
【0100】これと同時に、実施例12および13の各
種のrex突然変異体に関するこれらの知見から、異な
った活性を有する少なくとも2つの異なった構造ドメイ
ンのRexタンパク質内のおよその境界が判明した。即
ち、1つのドメインはM1およびM2突然変異によって
特定され、N-末端に位置し、アミノ酸5〜7および1
4〜15を含み、タンパク質を核へ標的指向させ、それ
から核小体へ標的指向させする役割を果たしているよう
である。このプラスに荷電しているドメインはまた、直
接RexRE(RRX)へ、あるいはこのRNA要素へ
直接接触する他のタンパク質へのRex結合に関与し得
る。上述の第2ドメインはRexエフェクター機能にと
って不可欠であり、したがって突然変異して、トランス
優性なリプレッサーを生産することができる。
【0101】以上の5.1、5.2および5.3項の知見
を要約すれば (a)決定的な調節タンパク質(RexおよびRevの
ような)を突然変異することによってウイルス抑制因子
を生産する一般に適用可能な原則を発見した。 (b)この原則は複数のウイルス種に作用する突然変異
体調節タンパク質の生産に適用可能なようである。
【0102】(c)組み立てて、同定した特異的にトラ
ンス優性な突然変異体は −HTLV-I rex遺伝子機能の抑制に有効なHTL
V-I Rex突然変異体 −pcRexM2、pcRexM7、pcRexM8、
pcRexM17およびpcRex13Δ15(5.1
項および実施例1〜3参照)、 −M6、M7およびM13(5.3項および実施例12
〜13参照)、 −HIV-1 rev遺伝子機能の抑制に有効なHIV-
1 Rev突然変異体 −pM10、pΔ9/14およびpΔ10/14(5.2
項および実施例4〜11参照)、 −pM21、pM22、pM27、pM28、pM29
およびpM32(5.2項および実施例11a〜11b
参照)、 −HTLV-I rex遺伝子機能の抑制に有効で、HI
V-1 rev遺伝子機能の抑制にも有効なHTLV-I
Rex突然変異体 −pcRexM2、pcRexM7およびpcRexM
8(5.1項および実施例3参照)、 −M6、M7およびM13(5.3項および実施例12
〜13参照)、 −HTLV-I rexおよびHTLV-II rexおよび
HIV-1rev遺伝子機能の抑制に有効なHTLV-I
Rex突然変異体−M6、M7およびM13(5.3項
および実施例12〜13参照)、 −HIV-1 rev遺伝子機能の抑制に有効で、HIV
-2 revおよびSIVmacrev遺伝子機能の抑制に
も有効なHIV-1Rev突然変異体 −pM10(5.2項および実施例11b参照)と結論
する。
【0103】
【実施例】以下に実施例をあげてこの発明を説明する。
これらの実施例は単に発明を説明するためのものであっ
て、発明の範囲を限定するものではない。
【0104】[6.1] [実施例1] トランス優性HTLV-I rex遺伝子の組み立て (1)rex暗号配列のバクテリオファージM13RF
-DNAへのクローン化 pcRexDNA5μgを、制限酵素インキュベーショ
ン緩衝液(10mMトリス-HCl(pH7.5)、10m
MMgCl2、50mMNaCl、1mMジチオトレイト
ール)20μl中で、制限酵素HIndIIIおよびEco
RI各10単位で37℃で3時間処理した。反応混合物
を、1μg/ml臭化エチジウム含有1%アガロースゲル
(シーケムFMC社、ロックランド、ME、米国)へ直
接負荷し、トリス-酢酸緩衝液(T.マニアチスら、モレ
キュラー・クローニング、ア・ラボラトリー・マニュア
ル[1982年]、コールド・スプリング・ハーバー・
ラボラトリー、ニューヨーク、156頁)中、50V、
25mAで4時間電気泳動を行った。分離したDNAを
366nmのUVランプで可視化し、1.5kbのre
x断片を含有する好適なゲル切片を切り出した。このゲ
ル切片をトリス-ほう酸緩衝液500μlを含有する透析
バッグへ加えた(マニアチス、156頁)。DNAを緩
衝液へ電気泳動溶出し、−20℃でエタノール沈殿させ
た。
【0105】バクテリオファージM13mp10RF-
DNA5μgを制限酵素HIndIIIおよびEcoRI
で処理し、同様に1%アガロースゲルから7.2kbの
ベクターM13断片を単離した。ライゲーション緩衝液
(50mMトリス-HCl(pH7.4)、10mMMgCl
2、10mMジチオトレイトール、1mMATP)20
μl中で、ファージDNA200ngおよびcRexD
NA1μgをT4-DNA-リガーゼ1単位と混合し、1
6℃で15時間インキュベートした。この反応混合物を
直接使用して、エシェリキア・コリTG1株を形質転換
し、培養した(アマーシャム・プロトコール、16〜1
8頁)。
【0106】好適なファージプラークのDNAを制限酵
素HIndIIIおよびEcoRIによるエンドヌクレア
ーゼ切断によって検査し、ついでトリス-酢酸緩衝液
中、10μg/ml臭化エチジウム含有1%アガロースゲ
ルにより分析的ゲル電気泳動を行った。rex暗号配列
を保有していたバクテリオファージを同定し、これをm
p10rexと命名した。大規模生産プロトコール(ア
マーシャム・プロトコール、24〜25頁)を使用して
1本鎖mp10rexDNAを単離した。
【0107】(2)mp10rex中のrex暗号配列
の突然変異誘発 突然変異誘発の必要条件として、好適な1本鎖DNA分
子の合成が必要であった。29種類のオリゴヌクレオチ
ドを作成し(第4図参照)、結局30種の突然変異体が
得られた。そのうち、下記の7種のオリゴヌクレオチド
から、トランス優性な表現型の点で好結果であることが
分かった突然変異体が直接または間接的に(実施例2参
照)得られた。
【0108】
【0109】オリゴヌクレオチド(1)は、Rexタン
パク質のアミノ酸残基フェニルアラニン(アミノ酸位置
30)、フェニルアラニン(アミノ酸位置31)および
セリン(アミノ酸位置32)を、アミノ酸ロイシン(ア
ミノ酸位置30)、アスパラギン酸(アミノ酸位置3
1)およびロイシン(アミノ酸位置32)で置き換えて
いる。
【0110】オリゴヌクレオチド(2)は、Rexタン
パク質のアミノ酸残基アラニン(アミノ酸位置58)お
よびチロシン(アミノ酸位置59)を、アミノ酸アスパ
ラギン酸(アミノ酸位置58)およびロイシン(アミノ
酸位置59)で置き換えている。オリゴヌクレオチド
(3)は、Rexタンパク質のアミノ酸残基プロリン
(アミノ酸位置63)およびチロシン(アミノ酸位置6
4)を、アミノ酸アスパラギン酸(アミノ酸位置63)
およびロイシン(アミノ酸位置64)で置き換えてい
る。
【0111】オリゴヌクレオチド(4)は、Rexタン
パク質のアミノ酸残基チロシン(アミノ酸位置87)、
セリン(アミノ酸位置88)およびセリン(アミノ酸位
置89)を、アミノ酸ロイシン(アミノ酸位置87)、
アスパラギン酸(アミノ酸位置88)およびロイシン
(アミノ酸位置89)で置き換えている。オリゴヌクレ
オチド(5)は、Rexタンパク質のアミノ酸残基ロイ
シン(アミノ酸位置90)およびセリン(アミノ酸位置
91)を、アミノ酸アスパラギン酸(アミノ酸位置9
0)およびロイシン(アミノ酸位置91)で置き換えて
いる。
【0112】オリゴヌクレオチド(6)は、Rexタン
パク質のアミノ酸残基セリン(アミノ酸位置94)を、
アミノ酸ロイシンで置き換えている。オリゴヌクレオチ
ド(7)は、Rexタンパク質のアミノ酸残基アルギニ
ン(アミノ酸位置100)およびグルタミン酸(アミノ
酸位置101)を、アミノ酸アスパラギン酸(アミノ酸
位置100)およびロイシン(アミノ酸位置101)で
置き換えている。
【0113】すべてのオリゴヌクレオチドは、rex暗
号配列の枠内にBglII制限部位を導入してある。オリ
ゴヌクレオチドは、β-シアノ-エチルホスホアミダイト
化学を使用したアプライド・バイオシステムズ380A
・シンセサイザーで固体支持体により合成した。精製
は、8%ポリアクリルアミドゲル電気泳動法により、つ
いで主要生産物を溶出およびエタノール沈殿することに
よって行った。ATPおよびポリヌクレオチドキナーゼ
を使用するオリゴヌクレオチドのリン酸化をアマーシャ
ム・プロトコール(13頁)の記載にしたがって実施し
た。オリゴヌクレオチドの指令による突然変異誘発反応
をアマーシヤム・プロトコール(13〜16頁)にした
がって実施した。ついでこれを形質転換し、エシェリキ
ア・コリTG1株から平板培養した(アマーシヤム・プ
ロトコール16〜18頁)。異なったプラークのDNA
を、酵素BglIIおよびEcoRIを使用する制限エン
ドヌクレアーゼ分析によってスクリーニングした。
【0114】7種の突然変異のすべてから、rex暗号
配列に導入された突然変異を保有している1クローンが
確認された。これらのクローンをmp10rexM2、
mp10rexM7、mp10rexM8、mp10r
exM13、mp10rexM14、mp10rexM
16およびmp10rexM17と命名した。さらにも
う一つのクローンmp10rexM15を、欠失変異体
の組み立てに使用した(実施例2参照)。
【0115】(3)突然変異rex遺伝子の哺乳動物発
現プラスミドへの再クローン化 突然変異させたrex遺伝子をバクテリオファージM1
3ベクターから起原種の発現プラスミドへ戻した。pc
RexDNA5μgを制限エンドヌクレアーゼHInd
III10単位およびEcoRI10単位と37℃で3時
間インキュベートした。反応混合物を10μg/ml臭化
エチジウム含有1%アガロースゲルへ直接負荷し、トリ
ス-酢酸緩衝液中、50V、25mAで4時間電気泳動
を行った。好適なゲル切片から、HIndIII-EcoR
Iベクター断片を電気泳動溶出し、エタノール沈殿し
た。
【0116】(2)で得られた突然変異体5μgを同様
に処理して、rex暗号配列を含んだ断片を単離した。 単離したベクター断片200ngおよび単離したrex
配列1μgを、T4-DNA-リガーゼ1単位の存在でラ
イゲーション緩衝液20μlに別々に混合し、16℃で
15時間インキュベートした。得られた反応混合物を直
接使用して、エシェリキア・コリHB101株を形質転
換した。制限エンドヌクレアーゼHIndIII、Asp
718およびBglIIを使用して、異なった細菌コロニ
ーのDNAを分析し、これを1%アガロースゲルで分析
的ゲル電気泳動に掛けた。このようにしてrex遺伝子
を保有していることを確認したプラスミドを、それぞれ
pcRexM2、pcRexM7、pcRexM8、p
cRexM13、pcRexM14、pcRexM1
5、pcRexM16およびpcRexM17と命名し
た。
【0117】[実施例2] rex暗号配列中の欠失変異の組み立て pcRexM13DNA5μgを制限酵素BglIIおよ
びEcoRIそれぞれ10単位で処理した。ベクター主
鎖およびrex暗号配列の5’部分を含んでいる大きい
方のDNA断片を前記と同様に単離した。これと並行し
てpcRexM15DNA5μgを類似の方法で処理
し、rex暗号配列の3’部分を含んでいる小さい方の
DNA断片を単離した。
【0118】単離したpcRexM13DNA断片20
0ngを、単離したpcRexM15DNA断片1μg
と混合し、T4-DNAリガーゼ1単位の存在でライゲ
ーション緩衝液20μl中、16℃で15時間インキュ
ベートした。この操作の結果、アミノ酸位置87、88
および89がクローンpcRexM13と同一であり、
アミノ酸位置90〜94を欠失しているrex暗号配列
を得た。ついで反応混合物を直接使用して、エシェリキ
ア・コリHB101株を形質転換した。異なったクロー
ンのDNAを、酵素HIndIII、Asp718および
BglIIを使用する制限エンドヌクレアーゼ消化により
スクリーニングした。陽性であったクローンを同定し、
これをpcRex13Δ15と命名した。
【0119】[実施例3] 生物学的活性 (a)突然変異体遺伝子の哺乳動物細胞における生物学
的活性 rex野生型遺伝子および各突然変異体rex遺伝子発
現ベクター0.25μgを、ゲノムtat(トランス-活
性化因子)発現ベクターpgtat(M.H.マリムら、
ネーチャー、335巻、[1988年]、181頁)
0.25μgと混合し、これをカレンが報告したように
Cos細胞系へ同時トランスフェクトした(B.R.カレ
ン、メソッズ・イン・エンジモロジー、152巻、[1
987年]、684〜703頁)。60時間のトランス
フェクション後、培養を35S-システイン300μCi/
mlで3時間標識し、HIV-1TatおよびHTLV-
IRexタンパク質の発現を免疫沈降分析により分析し
た。カレンが報告したように、Tatのアミノ酸残基1
〜61に対する家兎抗ペプチド抗体、およびRexのア
ミノ酸残基173〜189に対する家兎抗ペプチド抗体
をこの実験に使用した(B.R.カレン、ジャーナル・オ
ブ・ビロロジー、62巻、[1988年]、2498〜
2501頁)。沈降したタンパク質をSDS/ポリアク
リルアミドゲルで分離し、オートラジオグラフィーによ
り可視化した。
【0120】ベクターpcRexM2、pcRexM
7、pcRexM8、pcRexM14、pcRexM
17およびpcRex13Δ15に暗号化されているr
ex遺伝子は、この検定系で、rex作用に対する負の
表現型を生じたが(第2B図、レーンD、E、F、H、
IおよびK)、対照(レーンBおよびC)およびその他
の突然変異体(レーンG)は正の表現型を生じた。これ
らの表現型で負のRex突然変異体クローンは、すべて
上記のポリクローナル抗Rex抗体によって認識される
Rex特異的なタンパク質を生産することができる(第
2A図、レーンC〜EおよびG〜I参照)。これに対し
て、クローンpcRexM16における突然変異はRe
x特異的抗体によって検出不可能なタンパク質を生じ
た。このことはタンパク質の半減期の短縮(成績は示さ
ず)に起因するものであると信じられる。
【0121】(b)pcRexM2、pcRexM7、
pcRexM8、pcRexM13、pcRexM1
4、pcRexM17およびpcRex13Δ15によ
る野生型HIV-1 revおよび/またはHTLV-I
rex機能のトランス優性な抑制 前記と同一の実験装置を使用して、野生型Revおよび
Rexタンパク質の機能をトランスで抑制するrex突
然変異体の抑制能を検討した。ゲノムtat発現ベクタ
ーpgtat0.25μg、野生型rev(pcRe
v)または野生型rex(pcrex)発現プラスミド
0.25μg、および各rex突然変異体発現プラスミ
ドの過剰量(5μg)を別々に混合し、これらをCos
細胞へトランスフェクトした。突然変異体の野生型Re
vまたはRex機能に対する影響を、上記のTat特異
的免疫沈降法によって測定した。
【0122】この実験の結果から、6種のrex突然変
異体、pcRexM2、pcRexM7、pcRexM
8、pcRexM14、pcRexM17およびpcR
ex13Δ14は、野生型rex依存性トランス-活性
化の抑制能を有することが判明した(第2C図、レーン
C、D、E、G、H、I)。このうち4種のrex突然
変異体pcRexM2、pcRexM7、pcRexM
8、およびpcRexM13(部分的に)は野生型re
x依存性トランス-活性化作用の抑制能を有していたが
(第2D図、レーンC、D、E、F)、ある種の突然変
異体、即ちこの場合、pcRexM2、pcRexM7
およびpcRexM8は、野生型rexおよび野生型r
ev依存性トランス-活性化をともに抑制することがで
きた。
【0123】この実験系では、上記のrex突然変異体
によるRevおよび/またはRex機能のトランス優性
な抑制を、タンパク質レベルで証明した。また実施例1
〜3の成績は、HTLV-I Rexタンパク質に2つの
機能的ドメインが存在することを示しているようであ
る。アミノ末端の方向へ向けて、RevおよびRexタ
ンパク質双方に対してトランス優性である2つの突然変
異体が存在する[pcRexM7(アミノ酸位置58、
59)およびpcRexM8(アミノ酸位置63、6
4)]。Rexタンパク質だけにトランス優性な突然変
異体を含んでいる第2のクラスターは、暗号配列の中央
部に位置している。核局在化シグナルと突然変異体7お
よび8からなるクラスターの間に位置している追加的な
rev/rexトランス優性な変異体は第3の機能的ド
メインの一部であるか、さもなければ導入されたアミノ
酸変化がタンパク質の3次構造を妨害して、その結果、
観察されるトランス優性な表現型を生じたのかもしれな
い。
【0124】[6.2] [実施例4] Revで集中発生した点変異および欠失変異 Revタンパク質は生体内でセリンの位置でリン酸化さ
れ、主として細胞核へ局在化し、その核小体で濃縮され
る。下記の突然変異分析は、Rev機能のこの特性関連
を、他のどの因子よりHIV-1構造遺伝子発現のトラ
ンス-活性化因子として指摘する。
【0125】テーラーらが報告したオリゴヌクレオチド
指令による突然変異誘発を再び使用して、集中発生する
点変異(pM)をHIV-1 RevのHXB-3株へ導
入した(テーラーら、ヌクレイック・アシッズ・リサー
チ、13巻、[1985年]、8765〜8785
頁)。具体的にはバクテリオファージM13突然変異誘
発系(アマーシャム社、アーリントンハイツ、IL、米
国)を使用して、発現ベクターpcREV(マリムら、
ネーチャー、335巻、[1988年]、181〜18
3頁)によって暗号化された完全鎖長のcDNAコピー
rexへ標的指向ヌクレオチド置換を導入した。pcR
EVのDNAおよび対応するアミノ酸配列を第6図に示
す。
【0126】集中発生する一連の点変異をRevへ導入
し(第5図、M1〜M14)、クローン化し、ジデオキ
シヌクレオチド配列決定システム(ストラタジーン、ラ
・ジョラ、CA、米国)を使用してその配列を確定し
た。突然変異は、Rev全体にわたってほぼ均等に配置
され、その中にある11個のセリン残基へそれぞれ標的
指向することができた。変化したヌクレオチドに下線を
付して、各突然変異(pM1〜pM14)およびそれを
囲むDNA配列を第7図に示す。
【0127】注目した大部分の突然変異は、第5図で四
角で囲んだ残基を置き換えて、アスパラギン酸(As
p)およびロイシン(Leu)のコドンを生じた。各突
然変異は、Rev内のその位置にしたがい、例えばN-
末端に最も近い突然変異をpM1、C-末端に最も近い
突然変異をpM14と命名した。種々のpM突然変異体
の正確な構造を第7図に示した。突然変異の大半は2つ
のコドンだけに影響したが、この一般法則の例外とし
て、M4およびM13は3個のコドンに影響を与え、ま
たM6は4個のコドンに影響を与えた。多くの場合、ア
ミノ酸置換はアミノ酸2個のミスセンス変異から起こっ
たが、pM6の場合は、AspおよびLeuがアルギニ
ン残基4個を置換し、それによってアミノ酸2個の欠失
を生じた。pM4およびpM13は、何れももとのRe
vで観察されなかった近接したアミノ酸1個の置換を追
加的に含んでいた。pM4では23位のチロシンのアス
パラギン酸置換を含み、pM13では109位のイソロ
イシンがバリンに置換された。これらの追加的な変化
は、突然変異誘発プロトコールに使用した1本鎖DNA
オリゴヌクレオチドプライマー内の1塩基エラーから起
こったものである。
【0128】2つの隣接したセリン残基の単一な欠失に
よって組み立てられたpM7を除いて、すべての点変異
は独特なBglII部位の生成を生じた(第5図参照)。
BglII部位はすべて同一の読み取り枠へ挿入され、そ
れによってそれに伴うRevのN-末端およびC-末端の
欠失変異(pΔ)の組み立てを促進した。pΔ変異体は
欠失の位置によって命名され、例えばpΔ11/14は
導入したpM11およびpM14突然変異の間に欠失を
有する。
【0129】[実施例5] Rev突然変異体の発現 親シトメガロウイルスの即時早期プロモーターに基づく
ベクターpBC12/CMV(B.R.カレン、セル、46巻、
[1986年]、973〜982頁)を陰性対照として
使用した。またこの実験では、ゲノムtat遺伝子発現
ベクターpgTATおよび分泌されたアルカリ性ホスフ
ァターゼ遺伝子発現ベクターpBC12/RSV/SEA
Pを使用した(マリムら、前掲、およびバージャーら、
ジーン、66巻、[1988年]、1〜10頁)。
【0130】発現ベクターpcREVを修飾して、pM
およびpΔrev変異体を発現した。修飾したpcRE
VをpgTATとともにCOS細胞へ同時トランスフェ
クトすることからなる定性的検定を再び使用し、変異体
におけるHIV-1 revおよびtatの発現を検定し
た(マリムら、前掲、およびマリムら、ネーチャー、3
38巻、[1989年]、254〜57頁)。具体的に
は、カレンが報告したように(メソッズ・イン・エンジ
モロジー、152巻、[1987年]、684〜703
頁)、pgTAT0.25μgと、野生型、またはDE
AE-デキストランおよびクロロキンで修飾したpcR
EV発現ベクター0.25μgを使用するDNA依存性
トランスフェクションによって、COS細胞培養(35
mm)を同時トランスフェクトした。
【0131】60時間のトランスフェクション後、培養
を[35S]-システインおよび[32P]-無機リン酸塩
([32P]-Pi)で同時標識した(マリムら、[19
88年]、前掲、およびハウバーら、ジャーナル・オブ
・ビロロジー、62巻、[1988年]、4801〜0
4頁)。ついで細胞をRIPA緩衝液で溶解し、家兎ポ
リクローナル抗ペプチド抗血清を使用する免疫沈降分析
により、培養中のrevおよびtat発現の相対水準を
検定した(マリムら、[1988年]、前掲、およびカ
レンら、ジャーナル・オブ・ビロロジー、62巻、[1
988年]、2498〜2501頁)。より具体的に
は、Revアミノ酸残基1〜20(REV1/20)に
対する抗血清をpM5およびpM6によって暗号化され
た変異体タンパク質の免疫沈降に使用し、またRevア
ミノ酸残基27〜51(REV27/51)に対する抗
血清を残りすべての変異体タンパク質の免疫沈降に使用
した。tat発現の免疫沈降分析は、Tatアミノ酸残
基1〜61(TAT1/61)に対する家兎ポリクロー
ナル抗ペプチド抗血清を使用して実施した。
【0132】免疫沈降したタンパク質を、14%不連続
SDS-アクリルアミドゲル電気泳動によって分解し、
オートラジオグラフィーにより可視化した。これらの実
験の結果を第8図に示す。既知タンパク質分子量マーカ
ーの相対移動度を図の右側に示す。[35S]-システイ
ンおよび[32P]-Pi標識した培養の抗-Rev抗血清
による免疫沈降をそれぞれ第8Aおよび8C図に示す。
35S]-システイン標識培養の免疫沈降では、大半の
ミスセンス(pM)変異体で野生型に匹敵する強度およ
び移動度を示すバンドを生じた(第8A図、レーン1〜
14)。この一般法則の例外として、変異体pM6では
僅かに早い移動度を示す強いバンドを生じ(Mr〜18
kD)、pM1では著しく遅い移動度を示す微弱なバン
ドを生じた。
【0133】抗Tat抗血清を使用するtat発現の免
疫沈降分析は、モデル指示薬としてpgTATを使用す
るrev機能の定性的検定を提供した。前述のようにr
evが存在しないと、86アミノ酸(aa)のエキソン
2個形tatタンパク質をもっぱら暗号化している完全
にスプライスされた細胞質性tatmRNAが発現す
る。然しrevが存在すると、pgTATは、先端を切
り取られたエキソン1個形の72aa鎖長のタンパク質
を暗号化しているスプライスされないtatmRNAの
細胞質発現を誘導する。
【0134】第8図で、野生型revは19キロダルト
ン(kD)の相対分子質量(Mr)で移動し、容易に検
出されるが(レーン0)、tatの86aa形および7
2aa形はそれぞれ15.5kDおよび14kDで移動
する。模擬トランスフェクト培養は、これらの検定条件
下で何ら特異的な信号を生じないが(マリムら、前
掲)、第8B図を精査した結果、突然変異体発現ベクタ
ーでトランスフェクトした培養でも、組立て体指示薬p
gTATで同時トランスフェクトした培養でも、どちら
もtatタンパク質合計に匹敵する量を合成することが
判明した。この成績から、どの変異体Revタンパク質
もトランスフェクト細胞に対して有毒でないことが示唆
される。
【0135】またこの分析は、Revの5種のミスセン
ス変異体および2種の欠失変異体が不活性であることを
示したが(レーン4〜7、10、16、20)、その他
のRev突然変異体はすべて完全に72aaTat発現
を誘導できることが判った。4種の不活性なミスセンス
変異体はアミノ酸残基23と56の間(M4〜M7)で
集中発生したが、第5の不活性変異体(pM10)は2
つの完全に機能的な突然変異体によって分離され、残基
78および79に影響を与える。RevのN-末端に近
い4残基(pΔ1/2)またはC-末端に近い21残基
(pΔ11/14)の欠失は、rev機能に対して殆ど
または全く効果がなかった。これとは対照的に残基9と
17の間の追加的な配列の欠失(pΔ1/3)はrev
機能の喪失を生じた。
【0136】[実施例6] rev突然変異体のトランス-活性化能 rev突然変異体のトランス-活性化能を一層厳密に評
価するため、HIV-1の複製欠損型rev変異体をト
ランスで救援するrev突然変異体の救援能を試験し
た。この分析の目的のため、ベクターpHIV-1Δr
evのrevHIV-1プロウイルス[ファインバーグ
らによってpHXB2Bam-p3と命名された(セ
ル、46巻、[1986年]、807〜17頁]を使用
した。このプロウイルスは、revの第2暗号エキソン
のアミノ酸位置59に該プロウイルスの複製を不可能に
するフレーム・シフト変異を含んでおり、即ち、COS
細胞へトランスフェクトしたとき、HIV-1 rev発
現がトランスで可能なベクターとの同時トランスフェク
トがないと、機能的なRevタンパク質を産生できない
(リムスキーら、ネーチャー、335巻、[1989
年]、738〜40頁)。第9図に示したように、可溶
性p24Gag発現のELISA検定法(デュポン-N
EN社、ビレリカ、MA、米国)を製造業者の標準的な
供給によって使用して、培養上清へ放出されたHIV-
1p24Gagタンパク質濃度(pg/ml)を定量的に
検定することにより、ウイルスの複製を測定し、突然変
異体のrevプロウイルス救援能を分析した。
【0137】対照の目的のため、Rev非応答性ベクタ
ーpBC12/RSV/SEAP(1培養当たり12.5
ng)[分泌されたアルカリ性ホスファターゼ(SEA
P)遺伝子発現ベクター]で培養を同時トランスフェク
トすることによって監視した。上清p24Gag濃度と
並行してSEAP濃度を便宜的に測定した。また幾つか
の培養では、陰性対照ベクターpBC12/CMV(N
EG)か、または野生型rev遺伝子発現ベクター(p
cRev)の何れか125ngで同時トランスフェクト
した。
【0138】COS細胞培養(35mm)をpHIV-
1Δrev250ngと、対照ベクターまたは修飾した
1突然変異体含有ベクター125ngで同時トランスフ
ェクトした。65時間トランスフェクション後、上清培
地を採取し、P24Gagタンパク質の発現水準を検定
した。同時にSEAP濃度を測定した。上清SEAP濃
度で認められた僅かな変動を補正し、得られた値を第9
図に再掲した(SEAPの平均活性を1.00単位と
し、観察された標準偏差は±0.14、範囲は1.30〜
0.73である)。
【0139】この実験で、SEAP活性の上清濃度には
ほとんど変動が見られなかったので、トランスフェクシ
ョン効率が等価であることが証明され、また細胞毒性を
誘発する突然変異体がないことが確かめられた。pHI
V-1Δrev単独のトランスフェクションでは、培養
上清に検出可能なp24Gagタンパク質を生じなかっ
たが(レーンNEG)、野生型rev遺伝子発現ベクタ
ーとの同時トランスフェクションでは、pHIV-1Δ
Revのp24Gag分泌誘導能を有効に補足していた
(レーンpcREV)。
【0140】またpgTATに基づく検定で試験し、陽
性であったすべてのRev突然変異体を可視化して第8
B図に示したが、野生型rev組立て体で認められた活
性の50〜100%の活性水準が救援検定で達成され
た。例外としてM1では−30%の活性を示したが、こ
の減少はM1変異体の生体内安定性の低下を反映したも
のであろう。第8B図でマイナスと採点したすべての突
然変異体は、救援検定で完全に陰性であり(即ち、p2
4Gagの10pg/mlまたはそれ以下)、例外としてM
7では辛うじて検出し得た上清のp24Gagタンパク
質濃度を生じた。
【0141】[実施例7] 生物学的活性に必要でないRevリン酸化 HIV-1 Revタンパク質は生体内で発現すると1ま
たはそれ以上のセリン残基の位置でリン酸化される。第
5図に概略を示した突然変異は、rev暗号配列内の1
1個の各セリン残基に影響を与える。そこでHIV-1
revの生体内リン酸化部位を確かめるため、トランス
フェクトしたCOS細胞培養で一過性に発現する
32P]-Pi標識Revタンパク質を免疫沈降により
監視した(第8C図)。[32P]-Piのrevへの挿
入濃度と、これと並行してトランスフェクトした培養で
挿入された[35S]-システイン濃度との比較(第8A
図)を用いて、個々の突然変異体のリン酸挿入水準に対
する効果を評価した。この比較の結果を第1表に示す。
【0142】
【表1】 HIV-1 rev遺伝子突然変異体の表現型分析 クローン Reva リン酸化b 亜細胞c トランス優性d 機能 局在化 抑制 野生型 ++ ++ N M1 + ++ ? M2 ++ + N M3 ++ ++ N>C M4 − ++ N>C − M5 − ± C>N − M6 − − C>N − M7 − ++ N>C − M8 ++ ++ N>C M9 ++ ++ N M10 − ++ N ++ M11 ++ ++ N M12 ++ + N M13 ++ ++ N M14 ++ ++ N Δ1/2 ++ ± N Δ1/3 − − N>C − Δ9/14 − nd nd + Δ10/14 − ± N + Δ11/14 ++ ± N Δ12/14 ++ ± N Δ13/14 ++ ++ N a++:野生型の50〜100重量%、+:5〜50重量%、 −:<5重量% b++:重量に匹敵する、+:30〜60重量%、 ±:5〜20重量%、−:検出し得るリン酸化なし、 nd:実施せず c?:免疫蛍光沈降によって検出されず、nd:実施せず d++:高度にトランス優性、+:中等度にトランス優性 −:検出し得るトランス優性なし
【0143】第1表にまとめた分析で、リン酸化の減少
を生じる4種のミスセンス変異体を確認した。これらの
うち、M2およびM12はリン酸取り込みに対して中等
度の効果を示すが(それぞれ−30%および−60%の
抑制)、M5およびM6はリン酸取り込み水準が劇的に
低下した。revのリン酸化に対するM5およびM6変
異体の劇的な効果(これらはどのセリン残基にも影響し
ない)に関して考え得る理由を、以下さらに詳細に考察
する。
【0144】Revにおけるリン酸受容体セリン残基の
位置をさらによくつきとめるため、欠失変異体(pΔ)
のリン酸化水準の研究を実施した(第8C図、レーン1
5〜20)。この分析の結果、pΔ13/14変異体は
正常にリン酸化されるが、pΔ12/14欠失およびそ
れより一層大きいC-末端の欠失は、低水準のリン酸化
しか示さない(−90%抑制)。同様にpΔ1/2 Re
v変異体も[35S]-システインでは効果的に標識され
得るが、[32P]-Piの取り込みは低水準を示す(−
90%抑制)。
【0145】M2およびM12変異体の部位へ広がる欠
失が、何故、ミスセンス変異体そのものより、リン酸化
水準に一層激しい効果を示すのかは明らかでない。然し
これらの結果は、Revタンパク質がセリンリン酸化の
2ケ所の1次部位を含んでおり、その1つは残基8(M
2)にあり、第2は残基99(M12)にあるという仮
説と一致している。何れにしても、これらの残基を欠い
ている変異体(即ち、pM2、pΔ1/2、pM12、
pΔ12/14)は、ほぼ野生型Revの活性水準を示
す(第8B図、第9図)。したがってRevのリン酸化
は、トランスフェクトされた細胞におけるHIV-1調
節タンパク質のトランス-活性化機能に不可欠なもので
はないと結論される。
【0146】[実施例8] Revの核局在化 Revタンパク質が、発現細胞の核、特に核小体へ顕著
に局在化されることは、間接免疫蛍光法を用いた変異体
分析によって確認された。固定されたトランスフェクト
COS細胞培養から得られた位相差写真およびそれに対
応する免疫蛍光写真を第10図に示す。トランスフェク
トされたCOS細胞内のRevタンパク質を局在化する
のに使用した間接免疫蛍光法の手技は、カレンの報告
(B.R.カレン、メソッズ・イン・エンジモロジー、1
52巻、[1987年]、684頁、およびB.R.カレ
ン、ジャーナル・オブ・ビロロジー、62巻、[198
8年]、2498頁)にしたがい、ただし修飾したパラ
ホルムアルデヒド法に基づく細胞固定法を使用して行っ
た(ルーベンら、ジャーナル・オブ・ビロロジー、53
巻、[1989年]、1〜8頁)。具体的には、細胞を
家兎ポリクローナル抗Revペプチド抗血清で処理し、
ついでローダミン結合ヤギ抗家兎IgGで処理した。
【0147】第1の家兎抗Rev抗体は1:800倍希
釈で使用した。pM1、pM2、pM3、pΔ1/2、
pΔ1/3ベクターでトランスフェクトした培養を除い
て、Rev突然変異体の大半の分析にはREV1/20
抗体を使用した。上記の例外の変異体にはREV27/
51抗体を使用した。第2抗体であるローダミン結合ヤ
ギ抗家兎IgG(ベーリンガー・マンハイム・バイオケ
ミカルズ、インジアナポリス、IN、米国)は1:50
倍希釈で使用した。図に示したように、Rev突然変異
体は4つの型に分けられる亜細胞性局在化を示した。即
ち、N:細胞質発現が検出不可能な核/核小体局在化、
N>C:僅かな細胞質発現、N≧C:若干の核濃縮を伴
った明白な細胞質発現、C>N:細胞内の無秩序な分
布、からなる4種類の型である。これらの分布の代表的
な例を図に示した。図でRevタンパク質は下段の図の
右上隅に表示した。この検定によって検出された各Re
vタンパク質の局在化を第1表に示す。
【0148】図に示したように、変異体の大半は、トラ
ンス-活性化陰性のクローンpM10(第10D図)を
含め、完全に野生型の亜細胞性局在化(N)を示した。
然しながら数種の変異体では、pM4(第10F図)に
よって代表されるように、極めて微弱ながら検出可能な
水準の細胞質蛍光を生じた。この表現型は、活性変異体
(pM3、pM8)でも不活性変異体(pM4pM7)
でも、ともにこの特性を示すので、生物学的活性と明ら
かに相関しなかった。しかもかなり幅広い範囲の1欠失
変異体(pΔ1/3)が、野生型パターンとRevの塩
基性ドメインで突然変異によって誘導されたパターン
(N≧C、第10H図)との中間型の亜細胞性局在化を
示している。然しこの欠失は、塩基性ドメインに近接し
た位置ではない。この異常な局在化の理由は明らかでは
ないが、pΔ1/3で認められた生物学的活性の欠如と
よく相関している。
【0149】既知の核局在化シグナルと相同性を示すR
evのアルギニン・リッチな突然変異(pM5、pM
6)は、細胞質Revタンパク質を高水準で生じる(C
>N)。ただしこれらのタンパク質は、細胞核から排除
されたものではなく(第10J図)、実際はRevの塩
基性ドメインが核局在化のシグナルであることを示唆し
ている。pM5およびpM6が、リン酸化受容体として
先に提案した部位を保有しているにもかかわらず、生体
内で必ずしも有意にリン酸化されないことを思い起こせ
ば興味深い。これはRevのリン酸化に関与しているキ
ナーゼが細胞核に限定されているためかも知れない。し
たがってpM5およびpM6Rev変異体の不適当な亜
細胞性局在化は、その低いリン酸化水準に起因している
可能性も考えられる。
【0150】[実施例9] Rev機能のトランス優性な抑制 トランス-活性化HIV-1構造遺伝子発現能を喪失した
Rev突然変異体について、野生型Revタンパク質の
機能をトランスで抑制するその抑制能を検討した。CO
S細胞(35mm)を、組立て体指示薬pgTAT25
0ngと、pBC12/CMV290ng(陰性対照)
(第11A図、レーン1);pcREV40ng(低水
準)、pBC12/CMV250ng(レーン2);p
cREV290ng(高水準)(レーン3);pcRE
V40ng、pM4250ng(レーン4);pcRE
V40ng、pM7250ng(レーン5);pcRE
V40ng、pM10250ng(レーン6)で同時ト
ランスフェクトした。60時間トランスフェクション
後、培養を[35S]-システインで標識し、家兎抗Ta
t抗血清を使用する免疫沈降分析に掛けた。
【0151】第11A図に示したように、pM4(レー
ン4)およびpM7(レーン5)では、72aaTat
の発現誘導によって測定した野生型Revタンパク質活
性に対して殆ど効果を示さなかったが、pM10(レー
ン6)ではRev機能を完全に抑制するようであった。
この成績は、pM10がHIV-1 rev遺伝子機能の
特異的な抑制因子を暗号化していることを示唆する。
【0152】pM10が、実際にスプライスされていな
いHIV-1mRNA(tatの72aa形を暗号化し
ている)の細胞質発現を特異的に防止することによって
作用するということを証明するため、マリムら[(19
88年)、前掲]のS1ヌクレアーゼ防御検定法を使用
した。この検定法(第11B図)は、pBC12/CM
V2.75μg+pcREV2.5μg(レーン1);p
gTAT2.5μg+pBC12/CMV2.75μg
(レーン2);pgTAT2.5μg+pcREV0.2
5μg+pBC12/CMV2.5μg(レーン3);p
gTAT 2.5μg+pcREV2.75μg(レーン
4);pgTAT2.5μg+pcREV0.25μg+
pM102.5μg(レーン5);pgTAT2.5μg
+pcREV0.25μg+pΔ10/142.5μg
(レーン6)でトランスフェクトされたCOS細胞(1
00mm)の細胞質において発現されるスプライスされ
た(S)およびスプライスされない(U)tatmRN
A濃度を定量する。添加したDNA合計は、陰性対照と
した親発現ベクターpBC12/CMVを含めて、合計
5.25μgに保った。
【0153】60時間トランスフェクション後、細胞質
RNAを分析用に回収し、5μgアリコートをS1ヌク
レアーゼ防御検定に使用した。使用したDNAプローブ
は、tatの第1の暗号エキソン内にあるXhoII部位
で、クレノーDNAポリメラーゼを使用して末端標識し
た798塩基対のプローブである(マリムら、[198
8年]、前掲)。トランスフェクトしたCOS培養で、
スプライスされない(U)およびスプライスされた
(S)細胞質tatmRNA濃度をともに定量し得るよ
う、プローブ(I)を設計した。このプローブを使用し
て、スプライスされた(S)tatmRNAは202n
tプローブ断片を救援すると予想し、スプライスされな
い(U)tatmRNAは506nt断片を救援すると予
想した。スプライスされないRNAの相対濃度を、各レ
ーン毎にLKBソフトレーザースキャナーを使用するデ
ンシトメトリーによって定量した。これを可視化して、
第11B図に示した結果から、レーン2では14%がス
プライスされず、レーン3では63%がスプライスされ
ず、レーン4では82%がスプライスされず、レーン5
では22%がスプライスされず、レーン6では24%が
スプライスされなかった。
【0154】予想されたように、スプライスされたta
tmRNAは、pgTAT単独でトランスフェクトした
細胞の細胞質で顕著であったが(第11B図、レーン
2)、スプライスされないtatmRNAは、HIV-
1 Revタンパク質を同時発現した細胞の細胞質で優
性な細胞質種であった(第11B図、レーン3および
4)。然しpgTATをpcREVおよびpM10の双
方と同時発現させると、tatmRNAのスプライスさ
れた形の細胞質優位性を回復している(第11B図、レ
ーン5)。
【0155】レーン5および6で負荷したRNAの合計
量は若干低いようであるが、それにもかかわらずpM1
0(レーン5)がpgTATベクターからのRev誘導
のスプライスされないtatmRNAの細胞質発現を選
択的に抑制できることは明らかである。事実、pcRE
VおよびpM10の双方の存在で検出したスプライスさ
れないtatmRNAの相対濃度は、Revの存在なし
で観察した濃度に匹敵する。これと同じパターンがpΔ
10/14でも明らかである(第11B図、レーン
6)。これらの結果は、さらに3’からM10突然変異
へまたがるRev遺伝子の欠失(pΔ10/14)もR
ev機能のトランス-抑制因子を暗号化していることを
示している。M10突然変異の部位から広がるpΔ9/
14と呼ばれる一層幅広い欠失も優性な負の表現型を示
す(第1表)。然しM8突然変異の部位へ広がる欠失は
もはやトランス優性ではなかった(成績は示さず)。
【0156】[実施例10]pM10Rev変異体はr
ev機能の競合的抑制因子である 第11Aおよび11B図に示した実験結果から、pM1
0はトランスで存在すると、野生型Rev機能を抑制で
きることが判る。然しこれらの実験はpM10の大過剰
の存在で実施された。Rev機能のトランス-抑制の効
果を一層正確に定量化するため、pcREVの単一濃度
によるpHIV-1Δrevプロウイルス突然変異体の
救援を抑制するpM10の濃度増大による抑制能を分析
した。またこの実験では、pM4およびpΔ10/14
Rev変異体の濃度を増大する効果、および野生型Re
vそのものの発現水準を単に増大する効果を試験した。
【0157】第12図に示したように、COS細胞培養
(35mm)を、pHIV-1Δrev25ngおよび
pcREV50ngで同時トランスフェクトし、pcR
EV(▼)、pM4(△)、pΔ10/14(○)、ま
たはpM10(■)の倍数モルの過剰を増大した(即
ち、10倍とは示したプラスミド組立て体500ngの
同時トランスフェクションを表す)。DNAの添加量合
計は、陰性対照とした親発現ベクターpBC12/CM
Vを含めて合計587.5ngに保った。SEAP遺伝
子発現ベクターを内部対照として同時トランスフェクト
した(1培養当たり12.5ng)。65時間目に上清
培地を採取し、上清のp24Gag発現水準を測定する
ことによって検定した。
【0158】この検定の結果を、競合するrevベクタ
ーが全く存在しない場合に得られたp24の発現水準
(水準を1.00と規定)と比較して第12図に示す。
すべての値はpHIV-1Δrev25ng、pcRE
V50ng、pBC12/RSV/SEAP12.5ng
およびpBC12/CMV500ngでトランスフェク
トした培養で観察されたp24Gagの発現水準との相
対値で表す。この対照培養(●)は、添加したRev変
異体の競合的効果の測定に対する基準値となるが、p2
4Gag発現を1.00単位水準と便宜的に規定した。
ここに提示した値を上清SEAP濃度で観察された僅か
な変動について補正する(平均SEAP活性は1.00
±0.27(範囲1.28〜0.72))。
【0159】図に示したように、野生型rev発現ベク
ターpcREVのトランスフェクション水準が増大する
と、ウイルス複製に対して緩和なプラスの効果が働き、
培地へのp24Gagの放出に最高で−70%の増大を
もたらすことが判明した。これに反してpM10ベクタ
ーを同時トランスフェクトすると、HIV-1構造遺伝
子の発現に劇的な抑制効果を示した。得られた抑制パタ
ーンは、生物学的標的に対して野生型Revと同一の親
和性を示すRev機能に対する競合的な抑制因子として
期待させるものである。即ち、等モル量のpM10では
p24Gagの発現を−2倍数減少し、2倍過剰のpM
10では発現を−3倍数減少し、5倍過剰では−6倍数
減少したが、10倍過剰ではp24Gag発現を−93
%減少した。
【0160】pM10以外にも、pΔ10/14の同時
トランスフェクションでp24Gagの発現を減少する
が、Revのこの大きな欠失変異体はpM10ほど有効
な抑制因子ではなかった。pΔ10/14によって発現
される厳しく先端を切り取ったタンパク質は、生物学的
標的へのRevの結合を促進する配列を欠いているた
め、効果が低い競合因子である。最後にpM4の同時ト
ランスフェクションも僅かであるが同様に抑制効果を示
す(最高用量を使用しても2倍以下(32%))。この効
果は、RRE結合と無関係な活性(鎮圧)から生じるよ
うに考えられる。
【0161】[実施例11] HIV-1 Revトランス-活性化因子のドメイン構造 上述のように、トランスフェクトした細胞における一過
性の遺伝子発現分析を用いて、HIV-1のトランス-作
用性遺伝子生産物Revの一連のミスセンスおよび欠失
変異体の生物学的活性を調べた。これらの結果は、第1
2A図(図でSはスプライス部位を構成する)に模式的
に示したように、Rev内に2つの機能的ドメインが存
在する可能性を明らかに示している。しかもこれらの2
つのドメインはトランス-活性化に不可欠であり得る
(ハッチング部分)。
【0162】これらのドメインのうち、4種のミスセン
ス変異体、pM4、pM5、pM6およびpM7で限定
されている第1ドメイン(RNA結合ドメイン)は、野
生型Revのおよそのアミノ酸位置10〜およそのアミ
ノ酸位置68の間の約35アミノ酸領域にまたがってお
り、Revの核局在化に不可欠である高塩基性配列要素
を含んでいる。このドメインはまた、核局在化(NL)
シグナルを含んでいる(黒枠)。このドメイン内で変化
した突然変異体は劣性の負の表現型を示す。
【0163】これに対して第2ドメイン(活性化ドメイ
ン)内の突然変異は、ほぼアミノ酸残基79を中心にし
て、一般にミスセンス変異体pM10および欠失変異体
pΔ9/14およびpΔ10/14によって限定されてお
り、Rev機能の喪失を生じるが、注目すべきことは、
これらの変異体によって示される負の表現型はトランス
優性なことである。Revの2つの領域(第12A図、
ハッチング部分)はタンパク質機能にとってさほど必要
ではないようである。図で示したように、Rev活性化
ドメインの突然変異はRevを欠損させ、野生型Rev
機能を競合的に抑制するタンパク質の生産を生じる。こ
のトランス抑制は、トランスフェクトした細胞内でのH
IV-1複製を著しく減少または抑制するのに十分であ
る。pM10および関連する欠失変異体によって示され
る優性な負の表現型に関する分子的原理はまだ判ってい
ない。然しミスセンス(M10)および欠失(Δ9/1
4、Δ10/14)変異体が、何れもRev機能をトラ
ンスで抑制できる観察結果から、属性の獲得より、むし
ろその喪失が関与していることが示唆される。一つの可
能性は、欠損型Revタンパク質分子が野生型Revタ
ンパク質のサブユニットと混合多量体を作ることがで
き、そのため野生型タンパク質の機能をトランス優性な
態様で抑制するのかも知れない。然しながら生体内でR
ev機能が単量体であるのか、多量体であるのかは現在
のところ判っていない。多数の原核性および真核性転写
因子の詳細な機能分析を含む以前の研究に基づいた別の
仮説では、転写トランス-活性化因子が、タンパク質を
その好適な標的物質へ向かわせる特異的な「結合ドメイ
ン」と、結合反応の機能的結果を発揮させる「活性化ド
メイン」(この場合は転写活性化)の2つの異なった機
能的ドメインを保有しているというものである。幾つか
の系で、結合ドメインが配列特異的なDNA結合要素か
らなることが判明した。然し少なくとも1つの例では、
単純ヘルペス1型ウイルス(HSV-1)トランス-活性
化因子VP16の場合、結合ドメインは細胞性転写因子
との特異的な相互作用を仲介する代わりに、HSV-1
ゲノム内の標的配列へ結合するようである。重要なこと
は、結合ドメインの突然変異は緩和な発現水準で劣性で
ある負の表現型を生じる傾向があることである。これと
は対照的に、転写因子の活性化ドメインの突然変異また
は欠失は、優性な負の表現型を備えた変異体を生じ得
る。これらの変異体はインタクトな結合ドメインを保有
しており、好適な細胞標的へ結合する野生型トランス-
活性化因子と競合するが、いったん結合が起こると転写
を活性化できないと信じられる。HSV-1VP16タ
ンパク質の場合、そのようなトランス優性な変異体の過
剰発現は野生型VP16機能を効果的に抑制し、そのた
めに正常な許容細胞でHSV-1の複製を妨害すること
が判明した。
【0164】rev遺伝子生産物は遺伝子発現の転写後
トランス-調節因子であるが、この場合に2つの異なっ
た機能的ドメインの概念が適用し得ると考えるのが合理
的なようである。特にRevは、そのRNA標的配列
(RRE)との直接的な相互作用を介して、極めて配列
特異的な態様で機能するので(M.H.マリムら、セル、
60巻、[1990年]、675〜683頁)、したが
ってこの特異性を付与する配列を含んでいるはずであ
る。いったん結合が起これば、その結果は活性化反応
(この場合、HIV-1構造タンパク質を暗号化してい
る不完全にスライスされたRNAの核放出)へ翻訳され
るはずである。したがってこの活性化ドメインにおける
突然変異は、野生型Rev機能の競合的な抑制因子を生
じ得る。これがRevのpM10およびpΔ10/14
変異体で観察された表現型であり、これらの変異体は分
離した活性化ドメインの存在を示しているのかも知れな
い。逆にこの突然変異分析によって規定されたRevタ
ンパク質の第2の一層N-末端に不可欠な領域は、数個
の転写因子であると定義された「結合ドメイン」と同一
機能を果たし得る。事実、このドメインで変化した突然
変異体(例えばpM4、pM7)は、低いけれども有意
な抑制を高い発現水準で観察されるが、一般に劣性の負
の表現型を示す。Rev活性化ドメインの局在化を、野
生型Revのおよそのアミノ酸位置68〜およそのアミ
ノ酸位置90、特におよその位置78〜およその位置8
6、ことにおよその位置78〜およその位置83または
84まで伸長するように高めるトランス優性な突然変異
体がそれ以外にも発見された(第5A図、および実施例
11Aおよび11B参照)。
【0165】[実施例11a] それ以外のトランス優性なHIV-1 Rev突然変異体 6.2項で報告した方法と同様に、それ以外のHIV-1
rev変異体を作成した。これらを第5A図および第
2表に示したように命名し、特性を調べた。生体内にお
ける表現型をマリムらの方法(M.H.マリムら、セル、
58巻、[1989年]、205〜214頁)にしたが
い測定した(すべての検定はトランスフェクション効率
のため内部的に調節した)。
【0166】実施例4〜11に報告した変異体に追加し
て、それ以外の突然変異体、pM21、pM22、pM
27、pM28、pM29およびpM32が、野生型H
IV-1 Rev機能をトランス優性に抑制することが判
明した。
【0167】
【表2】それ以外のHIV-1 rev遺伝子突然変異体の表現型分析 クローン 表現型a トランス優性な抑制b pBC12/CMV(ベクター単独) 0 pM15 ++ pM16 ++ pM17 ++ pM18 + pM19 ++ pM20 ++ pM21 − 97 pM22 − 93 pM23 ++ pM24 ++ pM25 ++ pΔ9/19 − pΔ18/19 + pΔ18/23 − pΔ22/14 − pΔ23/14 + pM27 − 92 pM28 − 92 pM29 − 91 pM32 − 97 pM33 ++ pM34 ++ pM35 ++ pM36 + a++ 40〜100%(野生型Rev活性と比較して) + 5〜39% − <5 % b野生型Revより10倍過剰の突然変異体Revの場合(野生型Rev機能の抑制%)
【0168】[実施例11b] HIV-2およびSIVRev機能に対する効果 実施例4〜11のトランス優性なHIV-1 rev遺伝
子突然変異体の多価可能性を、6.2項およびM.H.マ
リムら(プロシーディングズ・オブ・ザ・ナショナル・
アカデミー・オブ・サイエンシズ・オブ・ザ・USA、
86巻、[1989年]、8222〜8226頁)が既
に報告した手法を使用して分析した。得られた結果か
ら、少なくとも変異体pM10はHIV-1 rev遺伝
子の表現型発現ばかりでなく、HIV-2 rev遺伝子
およびSIVmacrev遺伝子機能をもトランス優性に
抑制する抑制能を有することが判った。例えばHIV-
2 revの場合、pM10の過剰を野生型HIV-2
rev遺伝子とともに発現させると、細胞質におけるス
プライスされないmRNAおよびエキソン1個形のta
tの発現の抑制によってHIV-2 Rev機能を強力に
抑制する。
【0169】[6.3] [実施例12] Rex機能の分析 Rex機能に対してrex突然変異体を試験するため
(第14図)、DEAE-デキストランを使用して、各
変異体DNAをpgTAX-LTRとともにCOS細胞
へ同時トランスフェクトした(B.P.カレン、メソッズ
・イン・エンジモロジー、152巻、[1987年]、
692〜693頁)。プラスミドはすべて1.25μg/
mlの濃度で添加した。48時間トランスフェクション
後、細胞を35S-システインで代謝的に2時間標識し、
細胞抽出物を調製し、試料を、HTLV-Iエンベロー
プタンパク質と特異的に反応する0.5αヒトモノクロ
ーナル抗体で免疫沈降させた。免疫沈降物をSDS-1
0%ポリアクリルアミドゲルで分析した。
【0170】HTLV-IEnv、TaxおよびRex
タンパク質生産物を同時分析するため(第15図)、C
OS細胞をpgTAX-LTR(0.1μg/ml)および
突然変異体Rexタンパク質を暗号化しているベクター
(1μg/ml)または野生型pREX、pRevおよび
pCMV-IL-2ベクター(1μg/ml)で同時トラン
スフェクトした。HTLV-Iタンパク質の免疫沈降分
析のため、下記の抗体を使用した。Env:0.5α抗
体、Tax:Tax特異的な抗ペプチド家兎抗血清[発
明者の1人が調製、またW.ワックスマンらの方法(サ
イエンス、235巻、[1987年]、674〜677
頁)によっても調製できる]、Rex:Rex特異的な
抗ペプチド家兎抗血清[発明者の1人が調製、またH.
シーミらの方法(セル、55巻、[1988年]、19
7〜209頁)によっても調製できる]。各例毎に、放
射能標識した細胞抽出物をそれぞれ3回ずつ免疫沈降お
よび電気泳動分析に使用した。得られたオートラジオグ
ラムを、それぞれの関連領域だけ第15図のパネルに示
す。
【0171】免疫沈降によるHTLV-I Rex変異体
の亜細胞性局在化のため(第16図)、表記の発現プラス
ミドでCOS細胞をトランスフェクトし、48時間後に
パラホルムアルデヒドで固定した。ついで細胞を、前に
述べたように家兎抗Rexペプチド抗血清(1:100
倍希釈)およびローダミン結合ヤギ抗家兎IgGで逐次
染色した(B.R.カレン、[1987年]、前掲)。
【0172】[実施例13] RexおよびRev機能の抑制 野生型Rexタンパク質の機能を抑制するrex突然変
異体の抑制能を分析するため(第17A図)、COS培
養をpgTAX-LTR(1.25μg/ml)、pREX
(0.1μg/ml)と、Rex変異体(レーン1〜
6)、pREX(レーン7)、pRev(レーン8)ま
たはpCMV-IL-2(レーン9)1μg/mlを含むそ
れぞれ3種のプラスミドで同時トランスフェクトした。
Env生産物を0.5αモノクローナル抗体との免疫沈
降およびSDS-10%ポリアクリルアミドゲルによる
電気泳動により分析した。HIV-1 revタンパク質
機能の抑制を分析するため、COS細胞をpgTAT、
pRev、および10倍モル過剰のpBC/CMV-IL
-2またはM6、M7およびM13トランス優性変異体
で同時トランスフェクトした。48時間の培養および35
S-システインによる生合成的な標識ののち、細胞抽出
物を、Rev誘導した先端を切り取った72アミノ酸形
のTatタンパク質生産物の免疫沈降によって検定した
(レーン2)。完全鎖長のTatタンパク質の86アミ
ノ酸形だけが検出されたように、10:1のモル比で、
M6、M7およびM13(レーン3〜5)変異体は、H
IV-1 Revタンパク質の作用を完全に抑制した。H
IV-1複製の抑制を分析するため、rev欠損型HI
V-1プロウイルスプラスミドpHXB2-Bam-p3
(M.R.ファインバーグら、セル、46巻、[1986
年]、807〜817頁)およびpREXで、M1、M
6、M7およびM13変異体のそれぞれ表記した過剰倍
数量の存在で、COS細胞を同時トランスフェクトし
た。トランスフェクション混合物中のDNA濃度の合計
は、pBC/CMV-IL-2親ベクターの添加量を変え
ることによって一定濃度に保った。トランスフェクショ
ン3日後、HIV-1p24Gagタンパク質の上清濃
度をELISA(コールター・イムノロジー・キット)
によって測定した。M6、M7およびM13変異体は用
量に比例したHIV-1p24生産の抑制を生じたが、
劣性の負のM1変異体は抑制を示さなかった。
【0173】[7]薬理学的考察 HIV-1はエイズの主な病因学的な作因である。HT
LV-I は一般にATLの原因となる。HTLV-IIは異型T細
胞毛状細胞性白血病のある種の例に病因学的に関係す
る。HIV-1 RevおよびHTLV-I Rexトラン
ス-活性化因子は、培養で複製に不可欠であることが判
明し、RevおよびRexはしたがって罹患患者におけ
る化学療法介入の可能性のある目標である。
【0174】ここで報告するのは、野生型Revまたは
Rexでトランスフェクトされた細胞で野生型Revお
よび/またはRex機能の有効な競合的抑制因子として
作用し、したがってHIV-1および/またはHTLV-
Iおよび/またはHTLV-II複製の有効な抑制因子と
して作用するRevおよび/またはRexの変異体形態
である。したがってこれらの変異体は、感染にさらされ
た患者のリンパ細胞を保護するのに使用し得る。この研
究の実用化が期待できる適応は、HSV-1の本質的な
VP16トランス-活性化因子に類似したトランス優性
な誘導体の発現が、HSV-1感染に対する耐性を正常
な感受性細胞集団へ有効に付与できた観察結果である
(A.D.フリードマンら、ネーチャー、335巻、[1
988年]、452〜454頁)。また対応するトラン
スジェニックマウスがHSV-1感染に対して免疫され
るようである。
【0175】即ち、RexまたはRevのトランス優性
な抑制因子を暗号化した突然変異体rexおよびrev
遺伝子は、HTLV-IまたはHTLV-IIによって起こ
る疾患の処置、またはエイズおよびARS(ARC)を
含むHIV-1で誘発される疾患の処置に、それぞれ
「細胞内免疫原」として使用するのに薦められる。さら
にこの発明の少なくとも幾つかのトランス優性なRex
突然変異体タンパク質は、特にHTLV-I Rexおよ
びHIV-1 Revタンパク質作用を両者とも抑制でき
る特性を有するから、この2種類のウイルス型による感
染の処置への使用が薦められる。この特性は、1種類以
上のこれらのウイルス性病原に同時感染した患者、また
はその感染がこれら2つのウイルス間で鑑別できない患
者の場合、特に有用であり得る。
【0176】1種類以上のウイルス種に対して有効な治
療剤の存在は、この発明以前には全く開示されていない
と思われる。広範な適用性の観点から、上記の概念は、
RevおよびRexを暗号化しているウイルス種によっ
て起こされた疾患の治療に適用されるだけでなく、同様
に調節される遺伝子を有する微生物によって起こされた
それ以外のウイルス疾患にも適用され得るであろう。
【0177】このようにこの発明は、ウイルス疾患の予
防および治療、特にATL(成人T細胞白血病)、エイ
ズ(後天性免疫不全症候群)、ARSまたはARC(エ
イズ関連症候群または複合体)、SIVmacのようなS
IV(サル免疫不全ウイルス)、FIV(ネコ免疫不全
ウイルス)、EIAV(ウマ感染性貧血ウイルス)、ビ
スナウイルスおよびウシ免疫不全ウイルス感染症のよう
なレトロウイルス、具体的にはヒトレトロウイルス疾
患、より具体的にはrexまたはrev遺伝子によって
調節される病原体、またはそれと同等な病原体によって
起こるATL、エイズ、およびARS(ARC)のよう
なヒトレトロウイルス疾患の予防および治療への使用に
適用される。
【0178】特に好都合なことは、そのリプレッサー効
果の多価性であって、HIV-1およびHTLV-Iに同
時感染した静注薬使用者でしばしば見られるようなウイ
ルスによる多重感染、特に二重感染の処置、またはそれ
以外の感染(例えばHIV感染)の危険が増大している
単純感染状態の処置、異なったウイルス種スペクトルに
よる感染を防御することが望ましい状態の予防に有用で
ある。
【0179】この多価性は、ある特定型のウイルスの関
連ウイルス、例えばレトロウイルスの抑制に最も有効で
あると通常期待されるが、DNAウイルスないしRNA
(レトロ-)ウイルスの何れかのように、必ずしも極め
て近縁のウイルスに制限される必要はなく、例えばHI
V-1とJCウイルス(ヒトパポーバウイルス)間のよ
うなDNAウイルスとレトロウイルスの間の感染レベル
で相互作用が存在し(H.ゲンダーマンら、プロシーデ
ィングズ・オブ・ザ・ナショナル・アカデミー・オブ・
サイエンシズ・オブ・ザ・USA、83巻、[1986
年]、9759〜9763頁、H.タダら、同誌、87
巻、[1990年]、3479〜3483頁)、したが
って上記の多価トランス優性の原理が適用できる系統的
に一層離れたウイルス種で共通の調節メカニズムがよく
作動し得ることが知られている。
【0180】この発明の治療上の可能性は、例えばHT
LV-IのRex機能およびHIV-1のRev機能の抑
制がウイルスの複製を阻止し、感染性ウイルス粒子の生
成を防止することによって、感染の潜伏段階を持続させ
ることが期待されるから直ちに明白である。したがって
既にHIV-1ウイルスに感染した対象の細胞は、トラ
ンス優性なリプレッサーの遺伝子をそのゲノムに組み込
んで保有しており、細胞は機能的なまま温存され、対象
は長期治療の必要なく、疾患の症状をいつまでも発現し
ない。
【0181】この観点に立てば、この発明の遺伝子は、
それ自体医薬品であって、生体内へ直接、または生体外
で間接に、1回または多回投与により、好ましくは例え
ばレトロウイルスベクターまたはプラスミドベクターの
ようなベクターを要素として、標的哺乳動物細胞へ機能
的な形態で送達を達成し得るのに好適な形態で投与され
る。例えばそのようなウイルス複製のトランス優性な抑
制因子を暗号化している遺伝子を、感染患者自身に由来
するリンパ細胞のゲノムへ直接埋め込むことにより、患
者の細胞へ生体外で挿入を行い、挿入を実施した後、そ
れらの細胞を保菌患者へ投与し得る。HTLV-Iおよ
びHTLV-II、およびHIV-1はさまざまな型のT細
胞で複製するので、それらが原因となった疾患は特に好
適であると思われる。 したがってこの発明の1適用
は、例えばフリードマンが報告した遺伝子治療の概念に
相当する(T.フリードマン、サイエンス、244巻、
[1989年6月16日号]、1275頁、またはP.
M.レーン、ボーン・マロー・トランスプラント、1
巻、[1987年]、243頁)。造血幹細胞を例えば
エイズ/ATL患者から採取し、生体外で培養し、この
発明により突然変異して、Rex/Rev機能のような
抑制すべき機能に対するトランス優性リプレッサーを暗
号化している遺伝子を、レトロウイルスベクターを利用
してこれらの細胞へ埋め込み、このようにしてウイルス
耐性となった子孫生産能を備えた幹細胞を、もとの患者
の免疫系へ戻してやると、細胞は、獲得した未処置幹細
胞より選択的な優位性により増殖することが期待され
る。やがて造血細胞の集団は完全にトランス優性な因子
を生産する細胞から構成され、ウイルス耐性である。
【0182】これを実施する方法は技術上既知である
(例えば米国特許第4868116号)。この発明によ
って突然変異した遺伝子を、骨髄細胞のような標的哺乳
動物細胞ヘ送達するためのベクター、例えばレトロウイ
ルスベクターまたはプラスミドベクターは報告されてお
り、ここに引用する(サイエンス、244巻、[198
9年6月16日号]、1275頁)。したがって、例え
ば種々のRevおよび/またはRexトランス優性遺伝
子をレトロウイルスベクター系へクローン化する。レト
ロウイルス依存性遺伝子を、例えばHIV感染したヒト
の細胞系へ送達したのち、トランス優性な突然変異体の
抑制効果をウイルス生産物の抑制によって容易に確かめ
られる。
【0183】上記の治療概念は、バルチモアが着想した
細胞内免疫の例である(D.バルチモア、ネーチャー、
335巻、[1988年]、395頁)。簡単に説明す
ると、この概念は、選ばれたウイルスのある生活機能の
リプレッサーを暗号化している遺伝子を、そのウイルス
が感染した特定の標的細胞へ挿入することからなる(例
えばエイズを起こすウイルスの場合、特定のT細胞)。
この研究方法を任意のウイルスのトランス優性リプレッ
サーで治療に適用するには、そのような突然変異体タン
パク質を暗号化している遺伝子のための可能性あるベク
ターおよびこれらのベクターを適当な細胞へ挿入する、
モデル系で確かめられた可能性ある方法を、ヒトまたは
動物へ適用するのに有効で安全な細胞内送達システムの
構成が確立されることが前提条件である。この概念を実
験的に立証するための試験を実行に移すには、現在のと
ころ遺伝子治療を防止しようとする倫理的な障壁のため
に必ず困難が伴う。然しそのような遺伝学的な最初の実
験は、非治療的な目的で既に開始された。その方法の無
害性が証明されれば、極めて短期間にこれらの先駆的な
実験に引き続き、まずエイズ疾患のような救命的な条件
で、治療目的に向かって類似の研究が行われるであろ
う。この発明はそのような研究で初期の利用によく適合
すると思われる(T.フリードマン、サイエンス、24
4巻、[1989年6月16日号]、1279頁、第2
欄、「インフェクシアス・ディシージズ」、参照)。
【0184】この発明を利用するもう一つの態様は、遺
伝子ではなくてこの発明のリプレッサータンパク質を標
的細胞へ挿入することを含む。投与は、例えば経口また
は非経口で、例えばリポソームを介する送達によって細
胞内へ透過できる形で通常の態様で実施する。言うまで
もなく、これらの用途のための正確な投与量は、使用す
る化合物、投与方法および所望する処置によって変わ
る。個々の状態に応じて最も好適な投与量を確定するこ
とは、当業者の熟知するところである。
【0185】この発明はさらに、トランス優性に基づい
た抗ウイルス薬の設計および技術に使用することができ
る。この発明によって、ウイルスの種類によりその構造
的原理は幅広く変わるけれども、数種のウイルス種に全
般に適用可能であると思われるウイルス遺伝子機能を操
作する手段を発見した。この予期しなかった発見は、さ
らに特異的な、多分低分子量で、多分非ペプチド性のト
ランス優性なウイルス複製の抑制剤、特にトランス優性
な、即ち、低分子量の抑制剤または中和モノクローナル
抗体のような、変異体RevまたはRexタンパク質に
おけるRNA-結合ドメインを一次的に真似ることがで
きる抑制剤を設計することを目的とした研究を行う道を
開いた。
【0186】以上説明した発明に関して、この発明の範
囲から逸脱することなく、その態様または詳細の点でさ
まざまな組み合わせまたは変更を行うことができること
は明らかである。本明細書で報告した変異体以外にも、
既に組み立てられた特異的な突然変異体の中で、まだ特
性が明らかになっていないが、一層詳細な実験によって
トランス優性に抑制的であり、または多価であることが
確かめられる変異体、および前記の原理に基づき、ただ
し本明細書では具体的に説明を加えなかったそれ以外の
突然変異体もまた、この発明の範囲に包含されることは
明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 HTLV-I rexのヌクレオチドおよびア
ミノ酸配列を示す図である。
【図2】 Rex免疫沈降後のアミドゲル電気泳動分析
を示す図である。
【図3】 組み立てられたRex突然変異体を示す図で
ある。
【図4】 rex暗号配列を突然変異誘発するために合
成された29種のオリゴヌクレオチド配列を示す図であ
る。
【図5】 HIV-1 rev遺伝子へ導入された突然変
異の位置を示す図である。
【図6】 pcREVのDNAおよび対応するアミノ酸
配列を示す図である。
【図7】 突然変異部位M1〜M14に対応するDNA
配列を示す図である。
【図8】 HIV-1 revおよびtatのトランス-
活性化因子の免疫沈降を示す図である。
【図9】 HIV-1プロウイルスの救援検定結果を示
すグラフである。
【図10】 間接免疫蛍光法によるRevおよび選ばれ
たRev突然変異体の亜細胞位置測定を示す図である。
【図11】 Rev突然変異体の優性な負の表現型分析
を示す図である。
【図12】 Rev機能の競合抑制を示す図である。
【図13】 HTLV-I Rexタンパク質のアミノ酸
配列および導入された25ケ所の点変異の個々の位置を
示す図およびRex応答性pgTAX-LTR発現ベク
ターの構造を示す図である。
【図14】 免疫沈降およびゲル電気泳動法によって分
析したグラフである。
【図15】 HTLV-IEnv、TaxおよびRex
タンパク質の免疫沈降による同時分析を示す図である。
【図16】 HTLV-I Rex突然変異体の免疫蛍光
法による亜細胞的位置確認を示す図である。
【図17】 rex突然変異体の野生型Rexタンパク
質機能の抑制能の分析を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C07K 14/16 A61K 37/02 ABD (31)優先権主張番号 442670 (32)優先日 平成1年11月29日(1989.11.29) (33)優先権主張国 米国(US) (72)発明者 ヘルムート・バッハマイエル オーストリア国アー−2344マリア・エン ツェルスドルフ、ホーヘ・バンド・シュ トラーセ34/4番 (72)発明者 エルンスト・ベーンライン オーストリア国アー−2531ガーデン、ハ ウプトシュトラーセ91/6番 (72)発明者 ブライアン・アール・カレン アメリカ合衆国27707ノース・カロライ ナ、ダーラム、トレイル23、3636番 (72)発明者 ワーナー・シー・グリーン アメリカ合衆国27514ノース・カロライ ナ、チャペル・ヒル、アルダー・プレイ ス101番 (72)発明者 ヨアヒム・ハウベル オーストリア国アー−2344マリア・エン ツェルスドルフ、エルラウフシュトラー セ32/7番 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 15/09 ZNA A61K 35/76 A61K 38/00 ABD A61K 39/21 A61K 48/00 ADY C07K 14/16 BIOSIS(DIALOG) MEDLINE(STN)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 HIV−1の野生型Revタンパク質の
    アミノ酸68位からアミノ酸90位の間に1個またはそ
    れ以上の突然変異を含む、HIV−1の野性型rev遺
    伝子の表現型発現をトランス優性に抑制するタンパク
    質。
  2. 【請求項2】 変異がミスセンスまたは欠失変異であ
    る、請求項1記載のタンパク質。
  3. 【請求項3】 変異がミスセンス変異である、請求項2
    記載のタンパク質。
  4. 【請求項4】 HIV−1の野性型Revタンパク質の
    アミノ酸78位および79位に変異を有する、請求項1
    記載のタンパク質。
  5. 【請求項5】 変異がミスセンス変異である、請求項4
    記載のタンパク質。
  6. 【請求項6】 HIV−1の野生型Revタンパク質の
    アミノ酸78位にAspおよび79位にLeuを有す
    る、請求項4記載のタンパク質。
  7. 【請求項7】 変異体HIV−1Revタンパク質が第
    1ドメインおよび第2ドメインを含み、当該第1ドメイ
    ンは野生型HIV−1Revタンパク質のアミノ酸約1
    0位からアミノ酸約68位を含み、当該第2ドメインは
    野生型HIV−1Revタンパク質のアミノ酸約68位
    からアミノ酸約90位を含み、当該第2ドメインは1個
    またはそれ以上の変異を含むことにより修飾されている
    ものである、HIV−1の野生型rev遺伝子の表現型
    発現をトランス優勢に抑制する変異体HIV−1Rev
    タンパク質。
  8. 【請求項8】 変異がミスセンスまたは欠失変異であ
    る、請求項7記載のタンパク質。
  9. 【請求項9】 変異体タンパク質M10、Δ9/14お
    よびΔ10/14からなる群から選択される、請求項7
    記載のタンパク質。
  10. 【請求項10】 変異体タンパク質M10である、請求
    項7記載のタンパク質。
  11. 【請求項11】 変異体タンパク質M10が野生型Re
    vタンパク質のアミノ酸78位にAspおよび79位に
    Leuを有するものである、請求項10記載のタンパク
    質。
  12. 【請求項12】 変異体HIV−1Revタンパク質が
    実質的に野生型HIV-1Revタンパク質の特異的結
    合機能を有する第1ドメインおよび野生型HIV-1R
    evタンパク質の活性化機能を有しない第2ドメインを
    含み、当該第2ドメインは野生型HIV−1Revタン
    パク質のアミノ酸約68位から約90位を含み、該第2
    ドメインは1個またはそれ以上の変異を含むことにより
    修飾されているものである、HIV−1の野生型rev
    遺伝子の表現型発現をトランス優勢に抑制する変異体H
    IV−1Revタンパク質。
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