JP6293664B2 - 桿体由来錐体生存因子をコードするベクター - Google Patents

桿体由来錐体生存因子をコードするベクター Download PDF

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Description

助成金の情報
本発明は、National Institutes of HealthのDepartment of Health and Human Services of the United States of Americaによって付与されたSBIR助成金第EY016262号の下、政府の支援を受けてなされた。政府は、本発明に一定の権利を有し得る。
RdCVFは網膜中の桿体光受容器細胞により特異的に発現されるチオレドキシン様タンパク質である(Leveillardら(2004)Nature Genetics 36:755−759、および補足情報)。ヒトにおいては2種類のRdCVF遺伝子が見出されており、これらはRdCVF1およびRdCVF2と命名されている。いずれのRdCVF遺伝子も、オルタナティブスプライシングによる2種類の生成物:それぞれ、RdCVF−longおよびRdCVF−shortとして知られている全長タンパク質およびC末端転写後短縮型タンパク質をコードする。
RdCVF−shortは、錐体の生存を促進するための分泌型栄養因子として記載されており、RdCVF−Longは、細胞内タンパク質と相互作用する酸化還元活性酵素(redox−active enzyme)として記載されている(Leveillardら(2010)Sci Transl Med.2(26):26psl6)。例えば、tauは、RdCVF−Lの結合パートナーとして記載されており、tauは専ら細胞内に存在する(Fridlichら(2009)Molecular & Cellular Proteomics 8(6):1206−18)。
いくつかの網膜ジストロフィーに罹患している個体は、網膜ジストロフィーに罹患していない個体よりも、彼らの眼の中のRdCVFタンパク質レベルが低いことが明らかにされている(PCT国際公開番号WO02/081513)。
RdCVFタンパク質の異なる形態が、インビトロおよびインビボで錐体光受容器細胞の生存を促進できることが実証されている。例えば、短い形態のヒトRdCVF1(RdCVF1S)タンパク質の眼内注射は錐体細胞を変性からレスキューしただけではなく、遺伝性網膜変性の動物モデルにおいてはそれらの機能も保存した(Yangら(2009)Mol Therapy 17:787−795)。しかし、このタンパク質のインビボでの錐体細胞保護作用の実証には、複数回の眼内注射を使用することが必要である。
大規模での、そして遺伝子治療ベクターからのRdCVFの有意なレベルでの発現への挑戦が行われてきた。例えば、米国特許公開番号20110034546、段落[0004]を参照のこと。
本明細書中での参考文献の引用または議論は、そのような参考文献が本発明の先行技術であることの承認と解釈されるべきではない。
国際公開第02/081513号 米国特許出願公開第2011/0034546号明細書
本発明は、一部、RdCVFをコードする核酸、RdCVF発現構築物、RdCVFベクター、RdCVFの発現方法、光受容器細胞(例えば、錐体細胞および/または桿体細胞)の死を遅らせる、妨げる、または阻害する方法、網膜変性のような眼疾患の処置方法、およびアルツハイマー病、ハンチントン病、パーキンソン病のような神経変性疾患、もしくは嗅覚の疾患の処置方法に関する。
本発明は、細胞(単数または複数)からRdCVFタンパク質を発現させるための組成物、方法、ならびに処置方法を提供する。
本発明のいくつかの実施形態は、RdCVFタンパク質のコード配列をコードするヌクレオチド配列を含有している核酸を提供する。ここでは、RdCVFコード配列は再コード化されたヌクレオチド配列を含有している。
本発明はまた、核酸を含有しているウイルスベクターを含み、ここでは、核酸がRdCVFタンパク質のコード配列をコードするヌクレオチド配列を含有しており、RdCVFコード配列が再コード化されたヌクレオチド配列を含有している。
本発明のいくつかの実施形態は本発明の核酸を含有している単離された細胞に関する。
本発明の他の実施形態は、本発明の細胞により、または本発明の核酸から産生されたRdCVFタンパク質に関する。いくつかの実施形態では、RdCVFタンパク質は自然界に存在するRdCVFアミノ酸配列ではない。
(i)薬学的に受容可能な担体と(ii)本発明の核酸、本発明のウイルスベクター、本発明のRdCVFタンパク質、またはそれらの組み合わせを含有している薬学的調製物もまた本発明に含まれる。
RdCVFタンパク質の発現および分泌を可能にする条件下で本発明の細胞を培養する工程、ならびに細胞培養物からRdCVFタンパク質を単離する工程を含む、RdCVFタンパク質の産生方法もまた提供される。
本発明のいくつかの実施形態は、哺乳動物の眼に、本発明の核酸、本発明のウイルスベクター、本発明のRdCVFタンパク質、またはそれらの組み合わせを投与する工程を含む、眼の桿体細胞の保存方法に関する。
本発明はまた、網膜ジストロフィー、シュタルガルト病、網膜色素変性、ドライ型加齢性黄斑変性(ドライ型AMD)、地図状萎縮(ドライ型AMDの進行期)、滲出型加齢性黄斑変性(滲出型AMD)、高眼圧症を伴う緑内障もしくは高眼圧症を伴わない緑内障、糖尿病網膜症、バルデ・ビードル症候群、バッセン−コーンツバイク症候群、ベスト病、全脈絡膜萎縮(choroidema)、脳回転状萎縮症、先天黒内障、レフサム病(refsun syndrome)、アッシャー症候群、甲状腺関連眼疾患、グレーヴス病、網膜色素上皮細胞と関係がある疾患、前上葉区の疾患(anterior segment disease)、水晶体疾患/白内障、眼杯(eye cup)の障害、ぶどう膜炎、アルツハイマー病、ハンチントン病、パーキンソン病、または嗅覚の疾患のような疾患の処置方法を提供する。
本発明のいくつかの実施形態は、哺乳動物の眼に本発明の核酸および/またはウイルスベクターを投与する工程を含む眼の桿体細胞の保存方法に関する。ここでは、核酸および/またはウイルスベクターは網膜下注射により投与され、桿体細胞は網膜下注射の部位とは異なる部位で保存される。
本発明のいくつかの実施形態は、哺乳動物の眼に本発明の核酸および/またはウイルスベクターを投与する工程を含む眼の錐体細胞の保存方法に関する。ここでは、核酸および/またはウイルスベクターは網膜下注射により投与され、錐体細胞は網膜下注射の部位とは異なる部位で保存される。
本発明はまた、細胞に本発明の核酸またはウイルスベクターを投与する工程を含む、細胞からRdCVFタンパク質を分泌させる方法も提供する。
RdCVFタンパク質は、RdCVF1タンパク質であってもRdCVF2タンパク質であってもよく、また長いバージョンであっても短いバージョンであってもよい。
本明細書中に記載される任意の方法または組成物は、本明細書中に記載される任意の他の方法または組成物に関しても実行され得ると考えられる。語句「a」または「an」の使用は、特許請求の範囲および/または明細書中において語句「含有する(comprising)」と組み合わせて使用される場合は「1」を意味し得るが、「1つ以上」、「少なくとも1つ」、および「1つまたは2つ以上」の意味とも合致する。語句/表現「および/または」の使用は、リストとともに使用される場合は、列挙された項目の1つ以上が利用され得る、例えば、要素のうちの1つまたは全てに限定されないことを意味する。
本発明のこの要旨は、本発明の全ての特徴または必須の特徴を必ずしも記載しているわけではない。本発明はまた、記載される特徴の部分的組み合わせにも属し得る。
本発明を説明する目的のために、本発明の特定の実施形態が図面で示される。しかし、本発明は、図面に示される実施形態の正確な取り合わせおよび手段に限定されない。
例えば、本発明は、以下の項目を提供する:
(項目1)
RdCVFタンパク質のコード配列をコードするヌクレオチド配列を含有している核酸であって、ここでは、前記RdCVFコード配列が再コード化されたヌクレオチド配列を含有している、核酸。
(項目2)
前記RdCVFタンパク質がRdCVF1タンパク質である、項目1に記載の核酸。
(項目3)
前記RdCVFタンパク質がRdCVF2タンパク質である、項目1に記載の核酸。
(項目4)
前記RdCVFタンパク質が短いバージョンのRdCVFタンパク質である、前述の項目のいずれか1項に記載の核酸。
(項目5)
前記RdCVFタンパク質が長いバージョンのRdCVFタンパク質である、項目1〜3のいずれか1項に記載の核酸。
(項目6)
前記RdCVFタンパク質がヒトRdCVFタンパク質である、前述の項目のいずれか1項に記載の核酸。
(項目7)
前記再コード化されたヌクレオチド配列が開始メチオニンコドンを欠いている、前述の項目のいずれか1項に記載の核酸。
(項目8)
前記RdCVFタンパク質の前記コード配列が、配列番号1のヌクレオチド106〜741、配列番号1のヌクレオチド106〜429、配列番号3のヌクレオチド106〜432、または配列番号3のヌクレオチド106〜744を含有している、項目1に記載の核酸。
(項目9)
前記RdCVFタンパク質の前記コード配列に作動可能に連結されたN末端シグナル配列の第2のコード領域をさらに含有している、前述の項目のいずれか1項に記載の核酸。
(項目10)
前記シグナル配列が、Igkシグナル配列、ヒト成長ホルモン(HGH)、脳由来神経栄養因子(BDNF)、インシュリン様成長因子1(IGF−1)およびβ−グルクロニダーゼ(β−glucoronidase)(GUSB)からなる群より選択される、項目9に記載の核酸。
(項目11)
前記シグナル配列が配列番号1のヌクレオチド1〜105を含有している、項目9に記載の核酸。
(項目12)
前記シグナル配列が、配列番号15、配列番号2のアミノ酸2〜34、または配列番号2のアミノ酸7〜21を含有しているアミノ酸配列をコードする、項目9に記載の核酸。
(項目13)
前記ヌクレオチド配列が配列番号1または3を含有している、項目1に記載の核酸。
(項目14)
前記再コード化されたヌクレオチド配列が、少なくとも40%の再コード化されたコドンを有している、項目1に記載の核酸。
(項目15)
前記再コード化されたヌクレオチド配列が、対応するネイティブなヌクレオチド配列と比べると異なる、少なくとも15%のヌクレオチドを有している、項目1に記載の核酸。
(項目16)
前記再コード化されたヌクレオチド配列が、対応するネイティブなヌクレオチド配列に対して90%未満同一である、項目1に記載の核酸。
(項目17)
前記再コード化されたヌクレオチド配列が、原核生物の阻害性モチーフを持たないこと、コンセンサススプライスドナー部位を持たないこと、潜在的なスプライスドナー部位を持たないこと、およびGC含量が60〜65%の間であることからなる群より選択される特徴のうちの1つ以上を有している、項目1〜7および9〜16のいずれか1項に記載の核酸。
(項目18)
プロモーター配列が、前記RdCVFタンパク質の前記コード配列に作動可能に連結されている、前述の項目のいずれか1項に記載の核酸。
(項目19)
前記プロモーターがサイトメガロウイルス(CMV)プロモーターである、項目18に記載の核酸。
(項目20)
前記CMVプロモーターが配列番号11の150〜812を含有している、項目19に記載の核酸。
(項目21)
イントロン配列が前記RdCVFタンパク質の前記コード配列に作動可能に連結されている、前述の項目のいずれか1項に記載の核酸。
(項目22)
前記イントロン配列がβ−グロビンイントロン配列である、項目21に記載の核酸。
(項目23)
前記イントロン配列が配列番号11のヌクレオチド820〜1312を含有している、項目21に記載の核酸。
(項目24)
前記核酸が、配列番号11、配列番号11の150〜2080のヌクレオチド配列、または配列番号11の150〜812、820〜1312および1340〜2080のヌクレオチド配列を含有している、項目1に記載の核酸。
(項目25)
前述の項目のいずれか1項に記載の核酸を含有しているウイルスベクター。
(項目26)
前記ウイルスベクターがアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターである、項目25に記載のウイルスベクター。
(項目27)
前記AAVベクターがAAV血清型2をベースとしている、項目26に記載のウイルスベクター。
(項目28)
前記AAVベクターがAAV血清型8をベースとしている、項目26に記載のウイルスベクター。
(項目29)
前記ウイルスベクターがウシ免疫不全ウイルスベクターではない、項目25に記載のウイルスベクター。
(項目30)
前記ウイルスベクターが1種類のウイルスベクターではない、項目25に記載のウイルスベクター。
(項目31)
前記ウイルスベクターが、DNAウイルスベクター、非エンベロープ型ウイルスベクター、およびアデノウイルスベクターからなる群より選択される、項目25に記載のウイルスベクター。
(項目32)
RdCVFタンパク質を分泌する、項目1〜4のいずれか1項に記載の核酸を含有している単離された細胞。
(項目33)
天然に存在するタンパク質ではない、項目32に記載の細胞により産生されたRdCVFタンパク質。
(項目34)
(i)薬学的に受容可能な担体、および(ii)項目1〜24のいずれか1項に記載の核酸、項目25〜31のいずれか1項に記載のウイルスベクター、項目33に記載のRdCVFタンパク質、またはこれらの組み合わせを含有している、薬学的調製物。
(項目35)
RdCVFタンパク質を産生するための方法であって、前記方法は、項目32に記載の細胞を、前記RdCVFタンパク質の発現と分泌を可能にする条件下で培養する工程、および前記細胞の培養物から前記RdCVFタンパク質を単離する工程を含む、方法。
(項目36)
前記細胞の培養物の上清からの前記RdCVFタンパク質の精製をさらに含む、項目35に記載の方法。
(項目37)
天然に存在するタンパク質ではない、項目35または36に記載の方法により産生されたRdCVFタンパク質。
(項目38)
哺乳動物の眼において眼の桿体細胞を保存する方法であって、前記方法は、前記哺乳動物の前記眼に、前記眼の桿体細胞を保存するために有効な量の、項目1〜24のいずれか1項に記載の核酸、項目25〜31のいずれか1項に記載のウイルスベクター、項目33または37に記載のRdCVFタンパク質、項目33に記載の薬学的組成物、あるいはそれらの組み合わせを投与する工程を含む、方法。
(項目39)
前記ウイルスベクターまたは前記核酸が、網膜下注射により投与される、項目38に記載の方法。
(項目40)
前記ウイルスベクターまたは前記核酸が、硝子体内注射、前房への注射、結膜下注射、またはテノン嚢下注射により投与される、項目39に記載の方法。
(項目41)
前記哺乳動物がヒトである、項目38〜40のいずれか1項に記載の方法。
(項目42)
前記哺乳動物が、網膜ジストロフィー、シュタルガルト病、網膜色素変性、ドライ型加齢性黄斑変性(ドライ型AMD)、地図状萎縮(進行期のドライ型AMD)、滲出型加齢性黄斑変性(滲出型AMD)、緑内障/高眼圧症、糖尿病網膜症、バルデ・ビードル症候群、バッセン−コーンツバイク症候群、ベスト病、全脈絡膜萎縮(choroidema)、脳回転状萎縮症、先天黒内障、レフサム病(refsun syndrome)、アッシャー症候群、甲状腺関連眼疾患、グレーヴス病、網膜色素上皮細胞と関係がある疾患、前上葉区の疾患、水晶体疾患/白内障、眼杯の障害、またはぶどう膜炎からなる群より選択される眼疾患に罹患している、項目38〜41のいずれか1項に記載の方法。
(項目43)
前記投与の前には、保存される前記眼の桿体細胞が項目1〜24のいずれか1項に記載の核酸を含まず、また前記ウイルスベクターが形質導入されていない、項目38〜42のいずれか1項に記載の方法。
(項目44)
哺乳動物の眼において眼の桿体細胞を保存する方法であって、前記哺乳動物の前記眼に、項目1〜24のいずれか1項に記載の核酸、または項目25〜30のいずれか1項に記載のウイルスベクターを投与する工程を含み、前記核酸または前記ウイルスベクターが、網膜下注射により投与され、前記桿体細胞が、前記網膜下注射の前記部位から少なくとも1mmの部位で保存される、方法。
(項目45)
前記桿体細胞が、前記網膜下注射の前記部位から少なくとも2mmの部位で保存される、項目44に記載の方法。
(項目46)
細胞からRdCVFタンパク質を分泌させる方法であって、前記方法は、前記細胞に、項目9〜13および24のいずれか1項に記載の核酸、または項目25〜31のいずれか1項に記載のウイルスベクターを、前記核酸または前記ウイルスベクターによりコードされるRdCVFの発現および分泌を可能にする条件下で投与する工程を含む、方法。
(項目47)
前記細胞が哺乳動物細胞である、項目46に記載の方法。
(項目48)
前記細胞がヒト細胞である、項目46に記載の方法。
(項目49)
前記細胞が眼細胞である、項目46〜48のいずれか1項に記載の方法。
(項目50)
前記細胞が、網膜色素上皮(RPE)細胞、桿体細胞、錐体細胞、双極細胞、水平細胞、無軸索細胞、神経節細胞、およびARPE−19細胞からなる群より選択される、項目49に記載の方法。
(項目51)
前記細胞がインビトロにある、項目46〜50のいずれか1項に記載の方法。
(項目52)
前記細胞がインビボにある、項目46〜50のいずれか1項に記載の方法。
(項目53)
前記細胞がエクスビボにある、項目46〜50のいずれか1項に記載の方法。
(項目54)
前記細胞が、293細胞、CHO細胞、PerC6細胞、Vero細胞、BHK細胞、HeLa細胞、COS細胞、MDCK細胞、3T3細胞、およびWI38からなる群より選択される、項目47および51〜52のいずれか1項に記載の方法。
(項目55)
前記細胞が被包されている、項目46〜54のいずれか1項に記載の方法。
(項目56)
疾患を処置する方法であって、前記方法は、哺乳動物に、項目1〜24のいずれか1項に記載の核酸、項目25〜31のいずれか1項に記載のウイルスベクター、項目33に記載のRdCVFタンパク質、項目34に記載の薬学的調製物、またはそれらの組み合わせを投与する工程を含み、ここで、前記疾患が、アルツハイマー病、ハンチントン病、パーキンソン病、および嗅覚の疾患からなる群より選択される、方法。
(項目57)
前記哺乳動物がヒトである、項目56に記載の方法。
図1は、精製された組み換えAAV−RdCVF1LおよびAAV−GFPベクター粒子のSDS−PAGE分析を示す。rAAV−GFP調製物(レーン1)および2つのrAAV−RdCVF1L調製物(レーン2および3)のタンパク質がSDS−PAGEにより分離され、銀染色分析により視覚化された。 図2は、rAAV−RdCVF1Lベクターが形質導入されたARPE−19細胞中でのRdCVF1Lの発現のウェスタンブロット分析を示す。rAAVが形質導入されたARPE−19細胞の細胞溶解物(図2A)および上清(図2B)がSDS−PAGEにより分離され、RdCVF1Lタンパク質に対するウェスタンブロットが行われた。レーン1は、対照のための形質導入されていないARPE−19の細胞溶解物(図2A)および上清(図2B)を示し、レーン2およびレーン3は、それぞれ、rAAV−GFPおよびrAAV−RdCVF1Lが形質導入されたARPE−19細胞の細胞溶解物(図2A)および上清(図2B)を示す。 図3は、ベクターの注入後6週間でのウェスタンブロットによる、正常なBalb/CマウスのrAAV−GFPが注射された眼および未処置の眼に対するrAAV−RdCVF1Lが注射された眼の中でのRdCVF発現の増大の確認を示す。rAAV−RdCVF1Lが形質導入されたARPE−19細胞由来のタンパク質抽出物が陽性対照として使用され(レーン14および17)、一方、形質導入されていない細胞の抽出物が陰性対照として使用された(レーン15)。RdCVFタンパク質は、rAAV−RdCVF1Lが注射された眼において検出され(レーン6、8、10、および12)、一方、同じ動物の未処置の反対側の眼においてはRdCVFに相当するバンドが観察されなかったか、またはかすかにしか観察されず(レーン7、9、11、および13)、さらに、rAAV−GFPが注射された眼においても同様であった(レーン2〜5)。レーン1は、タンパク質標準マーカーである。レーン16は、野生型の正常なマウスの眼由来のタンパク質抽出物である。 図4は、RPE−脈絡膜−強膜フラットマウント(flatmount)のRPE細胞中のRdCVFの免疫組織化学染色を示す。ベクターの注射後6週間で、強いRdCVF発現が、正常なBalb/CマウスのrAAV−RdCVF1Lが注射された眼の中で観察されたが(図4A)、注射されなかった反対側の眼の中では観察されなかった(図4B)。一次抗体なしで処理された試料中では免疫反応性は見られなかった(図4C)。フラットマウントが、細胞核を示すためにDAPIにより青色に対比染色された。 図5は、神経網膜のフラットマウントのRdCVF1Lの免疫組織化学染色を示す。ベクターの注射後6週間で、強いRdCVF1L発現が正常なBalb/CマウスのrAAV−RdCVF1Lが注射された眼の中の光受容器細胞において観察された(図5A)。染色の大部分は、光受容器細胞の外節の中に存在していた。対照的に、注射されなかった反対側の眼の光受容器細胞においては、バックグラウンドの染色しか見られなかった(図5B)。一次抗体なしで処理された試料中では免疫反応性は観察されなかった(図5C)。 図6は、rd10マウスへのAAV−RdCVF1Lの網膜下注射後5週間での、RPEおよび光受容器細胞中でのRdCVF1Lの発現を明らかにした研究の結果を示す。RdCVFを発現するRPE細胞が、rAAV−RdCVF1Lベクターが注射された眼のRPE−脈絡膜−強膜フラットマウントのおよそ半分において見られたが(A)、注射されなかった反対側の眼においては見られなかった(B)。RdCVFを発現する節が同じ眼のフラットマウントされた網膜において観察されたので、光受容器細胞(C)もまた形質導入された。対照的に、注射されなかった反対側の眼においては、RdCVF発現は見られなかった(D)。(D)の暗緑色の細胞はおそらく、網膜に付着した自己蛍光マクロファージである。典型的な六角形の形態を維持している形質導入されたRPE細胞(E)とRdCVFを発現する光受容器節(F)の高倍率の写真。 図7は、rd10マウスのAAV−RdCVF1Lの網膜下注射による光受容器のレスキューを示す。生後3日目に右眼にrAAV−RdCVF1Lが投与され(AおよびC)、左眼は未処置の対照とされた(BおよびD)2匹のマウス由来の代表的な網膜の切片の光学顕微鏡写真。rd10マウスは5週齢で屠殺された。処置された眼(先を二重にした矢印)と未処置の眼(先が一重の矢印)との間での外核層(ONL)の厚みの差に留意されたい。未処置の眼には1列存在する(BおよびD)のに対しAAV−RdCVFで処置された眼には2〜4列存在する(AおよびC)。光受容器の内節および外節が、保護された網膜のいくつかの領域に残っていた(E)。IS,内節;OS,外節;ONL,外核層。 図8は、一方の眼にrAAV−RdCVF1Lの網膜下注射を受け(パネルA,図8)、そして反対側の眼には処置が行われなかった(パネルB、図8)代表的な5週齢のrd10マウス由来の眼杯の光学顕微鏡写真を示す。示されるように、処置された眼の中ではより多くの光受容器細胞が保存されていた。 図9は、注釈付きのrAAV−RdCVF1Lのヌクレオチド配列を示す。 図9は、注釈付きのrAAV−RdCVF1Lのヌクレオチド配列を示す。 図10A:rAAV−RdCVF1Lの送達により、rd10マウスにおいて網膜の機能が改善する。ERGは、rAAV−RdCVF1Lの注射後およそ5週間で行われた。本発明者らが試験した全8匹のマウスによるERG応答の測定は、処置された眼による平均のb波の振幅が、未処置のもう一方の眼による増幅よりも約3倍大きく、これが統計学的に有意であった(p=0.025)ことを示している。
図10B:rAAV−RdCVF1Lの送達によりrd10マウスの網膜の機能が改善する。ERGは、rAAV−RdCVF1Lの注射後およそ5週間で行われた。右のパネル:これらは、処置された眼(黒色の線、n=8)と未処置のもう一方の眼(赤色の線、n=8)による8つの波形の平均である。これらは、暗い背景のもとで25cd.s/mの強度の1回の閃光で記録された。明らかに、処置された眼はもう一方の眼よりもはるかに高い応答を有していた。左のパネル:本発明者らが試験した全8匹のマウスによるERG応答の測定は、処置された眼による平均のb波の振幅が、未処置のもう一方の眼による振幅よりも約3倍大きく、これが統計学的に有意であった(p=0.025)ことを示している。
図11Aおよび11B:rd10マウスにおけるrAAV−RdCVF1Lの網膜下注射による光受容器の保存。生後3日目に右眼にrAAV−RdCVF1Lが投与され(A)、左眼は未処置の対照とされた(B)マウス由来の代表的な網膜の切片の光学顕微鏡写真。処置された眼と未処置の眼との間でのONLの厚みの差に留意されたい。未処置の眼(B)には1段存在するのに対し、処置された眼(A)には約4段存在する。光受容器の外節は、保護された網膜;onl、外核層のうちのいくつかの領域に残っている。 図12:rd10マウスの未処置の眼に対するrAAV−RdCVF1Lで処置された眼の中の外核層(ONL)の厚みの比較。処置された眼(赤色のバー)の中のONLの平均の厚みは、未処置の眼(黒色のバー)の中のONLの平均の厚みよりも有意に大きい(P=0.006)。数値は平均+SDを意味する。
(発明の詳細な説明)
本明細書中で使用される場合は、移行句「含有する(comprising)」は開かれている。この語句を利用している特許請求の範囲には、そのような特許請求の範囲に記述されたものに加えて複数の要素が含まれ得る。したがって例えば、方法については、そのような特許請求の範囲は、記述された要素またはそれらの等価物が存在する限りは、その中に具体的には記述されていない他の工程もまた含むと読み取ることができる。
語句「同一性」および「同一」は、ヌクレオチドまたはアミノ酸配列のような2つの配列を比較する状況において使用される場合は、2つの配列の間でアラインする配列の百分率をいう。パーセント同一性は当業者に一般的に利用されているアルゴリズムにより決定され得る。例えば、パーセント同一性は、ウェブサイト上で入手できる国立生物工学情報センター(National Center for Biotechnology Information(NCBI))から入手可能なツールおよびプログラムを使用して決定され得る。2つのヌクレオチド配列のパーセント同一性は、例えば、NCBI/BLAST/blastn suiteを使用して決定され得る。Blastnは以下のように設定されたパラメーターとともに使用され得る:予想される閾値=10;語長=28;範囲クエリー中の最大マッチ=0;マッチ/ミスマッチスコア=1、−2;ギャップコスト=あり:5、伸長:2。
PCT国際公開番号WO2002/081513、WO2008/148860、およびWO2009/146183には、RdCVFに関連するさまざまな組成物および方法が記載されている。いくつかの場合には、PCT国際公開番号WO2002/081513、WO2008/148860、およびWO2009/146183に記載されているRdCVFに関連する組成物および方法が、例えば、RdCVFをコードする核酸、ベクター、またはタンパク質を、本発明のもの、例えば、野生型RdCVFコード配列を含有している核酸およびベクター)で置き換えることにより利用され得る。
本発明のいくつかの実施形態は、配列番号2および4のようなRdCVFプロタンパク質のアミノ酸配列を提供する。本発明はまた、配列番号1、3、および11のような、RdCVFプロタンパク質をコードするヌクレオチド配列も提供する。
本発明はまた、被検体の疾患(ここでは、疾患は、RdCVF1またはRdCVF2遺伝子の発現の変化(例えば、眼の中のRDCVF1またはRDCVF2ポリペプチドの存在の減少)により媒介されるか、あるいはそのような変化と関係があるもの)の、RDCVF1もしくはRDCVF2タンパク質、または関連するタンパク質、あるいはそれらの断片または一部分をコードする治療有効量の核酸あるいはベクターの被検体への投与による処置方法を提供する。
別の態様では、本発明のRdCVFタンパク質、核酸、ベクター、または組成物は例えば、本明細書中に列挙される疾患を処置するための医薬品の製造に使用され得る。
本発明の製品、組成物、プロセス、および方法は、とりわけ、研究上の、生物学的、臨床的、または治療目的のために使用され得る。
(RdCVF)
RdCVFタンパク質がインビトロおよびインビボにおいて錐体光受容器細胞の生存を促進し得ることが実証されている。例えば、短い形態のヒトRdCVF1(RdCVF1S)タンパク質の眼内注射は錐体細胞を分解からレスキューしただけではなく、遺伝性網膜変性の動物モデルにおいてはそれらの機能もまた維持した(Yangら(Mol Therapy(2009)17:787−795および補足材料)。RdCVFは、網膜の中で桿体光受容器細胞を含むいくつかの細胞型により発現される(Leveillardら(2004)Nature Genetics 36:755−759)。
2種類の異なるRdCVF遺伝子がヒトおよび他の哺乳動物において見出されており、これらはRdCVF1およびRdCVF2と命名されている。いずれのRdCVF遺伝子も、オルタナティブスプライシングによる2種類の生成物:それぞれ、RdCVF−longおよびRdCVF−shortとして知られている全長タンパク質およびC末端短縮型タンパク質をコードする。
いくつかの実施形態では、本発明は再コード化されたRdCVFコード配列を含む。再コード化されたRdCVFコード配列は、本明細書中で開示されるもののうちのいずれかを含む任意のRdCVFタンパク質をコードし得る。様々なRdCVFタンパク質の配列は、PCT国際公開番号WO2002081513およびWO2010029130;Chalmelら(BMC Molecular Biology(2007)8:74 pp1−12および補足情報);Leveillardら(Nature Genetics(2004)36:755−759および補足情報);Yangら(Mol Therapy(2009)17:787−795および補足材料)、ならびにGenBankアクセッション番号NP_612463、AAH14127、Q96CM4、EAW84608、CAD67528、Q5VZ03、NP_001155097、NP_660326、CAM24748、CAM14247、AAH22521、およびCAD67531の中に見ることができる(明確にするために、これらのGenBank配列の全て、さらには本明細書中で議論される全ての他の特許公開および非特許刊行物は、それらの全体が引用により組み込まれるものとされる)。
いくつかの実施形態では、RdCVFタンパク質は、錐体細胞および/または桿体細胞生存活性または保護作用を保持しているRdCVFタンパク質の断片あるいはアナログである。これらの活性または作用を測定する方法は当前記分野で公知である。例えば、Leveillardら(Nature Genetics(2004)36:755−759および補足情報)には、RdCVF活性を検出するための関連するマウスモデルとインビトロでの方法が記載されている。核酸によりコードされるRdCVFタンパク質またはRdCVFは、自然界に存在するアミノ酸配列ではないアミノ酸配列を有し得る。例えば、自然界には存在しないRdCVFタンパク質は、自然界に存在するRdCVFタンパク質において見られるものに加えて、(例えば、アミノ末端またはカルボキシ末端に)アミノ酸を含み得る、および/または自然界に存在するRdCVFアミノ酸配列と比較して1つまたは複数のアミノ酸置換(例えば、保存的アミノ酸置換または非保存的アミノ酸置換)を含み得る。保存的アミノ酸置換は、一般に、親配列の構造的特長を実質的に変化させないものとされる(例えば、代替アミノ酸は親配列中に存在するへリックスを破断するか、または親配列を特徴づける他のタイプの二次構造を破壊する傾向のないものであるべきである)。当前記分野で認識されているポリペプチドの二次構造および三次構造の例は、Proteins,Structures and Molecular Principles(Creighton編,W.H.Freeman and Company,New York(1984));Introduction to Protein Structure(C.Branden and J.Tooze編,Garland Publishing,New York,N.Y.(1991));およびThorntonら、Nature 354:105(1991)に記載されている。保存的置換として、以下のグループによる置換が挙げられるが、これらに限定されるわけではない:酸性残基Asp(D)およびGlu(E);塩基性残基Lys(K)、Arg(R)、およびHis(H);親水性非荷電残基Ser(S)、Thr(T)、Asn(N)、およびGln(Q);脂肪族非荷電残基Gly(G)、Ala(A)、Val(V)、Leu(L)、およびIle(I);非極性非荷電残基Cys(C)、Met(M)、およびPro(P);芳香族残基Phe(F)、Tyr(Y)、およびTrp(W);アルコール基を含有している残基SおよびT;脂肪族残基I、L、V、およびM;シクロアルケニルが会合している残基F、H、W、およびY;疎水性残基A、C、F、G、H、I、L、M、R、T、V、W、およびY;負電荷を持つ残基DおよびE;極性残基C、D、E、H、K、N、Q、R、S、およびT;正電荷を持つ残基H、K、およびR;小さい残基A、C、D、G、N、P、S、T、およびV;非常に小さい残基A、G、およびS;ターンの形成に関与する残基A、C、D、E、G、H、K、N、Q、R、S、P、およびT;ならびに、可撓性残基Q、T、K、S、G、P、D、E、およびR。本発明のいくつかの実施形態では、自然界には存在しないRdCVFタンパク質は、アミノ末端にさらなるアミノ酸、例えば、異種シグナルペプチド由来のさらなるアミノ酸を有する。いくつかの実施形態では、本発明のRdCVFタンパク質は、シグナルペプチドを用いてヌクレオチドコード配列から最初に翻訳され、いくつかの場合は、シグナルペプチドの全てのアミノ酸またはその一部が、本発明の発現された、および/または分泌されたRdCVFタンパク質上に維持される。
(再コード化されたRdCVFコード配列)
語句「再コード化された」または「再コード化されたヌクレオチド配列」は、少なくとも1つのネイティブなコドンが、そのネイティブなコドンと同じアミノ酸をコードする異なるコドンに変更されていることを意味する。いくつかの実施形態では、再コード化されたRdCVFコード領域は、少なくとも2.5%、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも35%、少なくとも40%、少なくとも45%、少なくとも50%、少なくとも55%、少なくとも60%、少なくとも65%、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%の再コード化されたコドンを有する。いくつかの実施形態では、約20〜50%、35〜45%、38〜42%、または39〜41%のコドンが再コード化されている。いくつかの実施形態では、再コード化されたコドンは、ヒトにおいてより一般的に使用されているコドンに置き換えられる。いくつかの実施形態では、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも35%、少なくとも40%、少なくとも45%、少なくとも50%、または少なくとも55%のコドンが、ヒトにおいてより一般的に使用されているコドンに置き換えられている。
いくつかの実施形態では、再コード化された配列は、対応するネイティブなコード配列と約70〜90%、約75〜85%、約80〜85%、または約82〜85%の同一性を有する。いくつかの実施形態では、再コード化されたヌクレオチド配列は、対応するネイティブなヌクレオチド配列と比較して少なくとも15%のヌクレオチドの相違を有する。いくつかの実施形態では、再コード化されたヌクレオチド配列は、対応するネイティブなヌクレオチド配列に対して90%未満の同一性である。
再コード化はまた、グアニン/シトシン(GC)百分率のような、DNAおよび/またはRNAコード配列の化学組成を変化させるためにも使用され得る。いくつかの実施形態では、RdCVFコード領域の再コード化は、GC含量を少なくとも60%にまで上昇させる。いくつかの実施形態では、再コード化されたRdCVFコード領域は、60〜64%または60.4%〜63.5%の間のGC百分率を有する。
再コード化は、mRNAの二次構造を変化させるために使用され得る。再コード化はまた、原核生物阻害性モチーフ、コンセンサススプライスドナー部位、潜在的なスプライスドナー部位、またはそれらの組み合わせのような特定のモチーフあるいは部位をコード配列または核酸分子から除去する、あるいはそれらに加えるためにも使用され得る。いくつかの実施形態では、再コード化されたRdCVFコード配列は、ネイティブな配列よりも小さい原核生物阻害性モチーフ、コンセンサススプライスドナー部位、潜在的なスプライスドナー部位、またはそれらの組み合わせを有する。いくつかの実施形態では、再コード化されたRdCVFコード配列は、原核生物阻害性モチーフを含まない、コンセンサススプライスドナー部位を含まない、および/または潜在的なスプライスドナー部位を含まない。
Hooverら(Nucleic Acids Res.(2002)30:e43,pp1−7);Fathら(PLoS ONE(2011)6:e17596 pp1−14);Grafら(J Virol(2000)74:10822−10826;Raabら、Syst Synth Biol(2010)4:215−225;および米国特許出願番号20070141557に、コード領域の再コード化が記載されている。
本発明のいくつかの実施形態では、再コード化されたRdCVFコード配列は、最初のRdCVF ATGコドンおよび/またはRdCVF停止コドン(例えば、TAG)を含まない。例えば、RdCVFの再コード化されたコード配列は別のコード配列に対して5’または3’で作動可能に連結され得て、それぞれ、RdCVFアミノ酸配列に対してN末端および/またはC末端に異種アミノ酸配列を含有しているタンパク質を生じ得る。これらの実施形態のうちのいくつかにおいては、最初のRdCVF ATGコドンおよび/またはRdCVF停止コドンが欠失している場合があり、またRdCVF ATGコドンおよび/またはRdCVF停止コドンがRdCVFコード領域中に存在している場合もある。例えば、配列番号1および配列番号3を参照のこと。別のコード配列がRdCVFコード領域の3’末端にインフレームで融合される場合は、ネイティブなRdCVF停止コドンはRdCVFコード配列の末端には通常存在しないであろう。
いくつかの実施形態では、再コード化されたRdCVFコード領域は、配列番号1のヌクレオチド106〜741、配列番号1のヌクレオチド106〜429、配列番号3のヌクレオチド106〜432、または配列番号3のヌクレオチド106〜744を含有する。
いくつかの実施形態では、再コード化されたRdCVFコード配列は、配列番号2のアミノ酸36〜246をコードする再コード化された配列である。
いくつかの実施形態では、本発明のコード配列はシグナル配列を含むタンパク質をコードする。
(シグナルペプチド/分泌シグナル)
シグナル配列は、典型的には、選択されたポリペプチドのアミノ末端に対して付着したペプチドとしてインフレームで翻訳される。分泌シグナル配列は、宿主細胞の機構と相互作用することにより細胞からポリペプチドの分泌を引き起こす。分泌プロセスの一部として、この分泌シグナル配列は、典型的には、切り離されるか、または少なくとも部分的に切り離される。語句「シグナル配列」はまたシグナルペプチドをコードする核酸配列も意味する。いくつかの実施形態では、シグナル配列は特定のRdCVFと比較して異種である。
典型的なシグナルペプチドの構造には3つの異なる領域が含まれ得る:(i)多数の正電荷を持つアミノ酸(例えば、リジンおよびアルギニン)を含むN末端領域;(ii)中央の疎水性コア領域(h領域);(iii)シグナルぺプチダーゼにより認識される配列モチーフを含む親水性切断領域(c領域)(例えば、von Heijne,G.(1983)Eur.J.Biochem.,133:17−21;von Heijne,G.(1985)J.Mol.Biol,184:99−105;von Heijne,G.(1997)Protein Engineering(10):1−6)を参照のこと)。本発明において使用され得るシグナルペプチドを持つタンパク質の例として、ヒト成長ホルモン(HGH)、骨形成タンパク質7(BMP7)、骨形成タンパク質2(BMP2)、毛様体神経栄養因子(CNTF)、脳由来神経栄養因子(BDNF)、インシュリン様成長因子1(IGF−1)、β−グルクロニダーゼ(GUSB)、神経膠細胞由来神経栄養因子(GDNF)、肝細胞増殖因子(HGF)、血管内皮成長因子(VEGF)、白血病阻止因子(LIF)、免疫グロブリンタンパク質、ウシ成長ホルモン、ウシプロアルブミン、ヒトプロインスリン、ヒトインターフェロン−γ、ヒトα−フィブリノゲン、ヒトIgG重鎖、ラットアミラーゼ、マウスα−フェトプロテイン、ニワトリリゾチーム、ヒト胎盤アルカリホスファターゼ、およびトウモロコシレインタンパク質(rein protein)22.1を挙げることができるがこれらに限定されるわけではない。これらのシグナルペプチドは本発明にしたがって使用され得る。いくつかの実施形態では、本発明にしたがって使用されるシグナルペプチドは、HGH、BDNF、IGF−1、およびGUSBからなる群より選択される。いくつかの実施形態では、シグナルペプチドはIgKのような免疫グロブリン由来である。
シグナル配列は、哺乳動物、マウス、またはヒトのシグナル配列であり得る。いくつかの実施形態では、本発明の核酸またはベクターは配列番号1のヌクレオチド1〜105または配列番号1の4〜105を含有する。いくつかの実施形態では、シグナル配列は、配列番号2のアミノ酸2〜34を含有しているアミノ酸配列をコードするか、または配列番号15を含有する。シグナルペプチドをコードするヌクレオチド配列は野生型配列であってよく、また、これは再コード化された配列であってもよい。
本発明のいくつかの実施形態では、シグナルペプチド配列がRdCVFのN末端またはC末端をコードする。いくつかの実施形態では、シグナルペプチドは、分泌経路に対する、例えば、小胞体(ER)に対するタンパク質の移動を命令する。いくつかの実施形態では、シグナルペプチドは細胞質から細胞の外側の目的の部位へのタンパク質の輸送を促進する。シグナルペプチド配列は、自然界に存在するシグナルペプチド配列、それらの誘導体、または合成の設計された配列から選択され得る。いくつかの実施形態では、設計されたシグナルペプチド配列の非限定的なパラメーターは、いくつかの相対的に親水性である残基が隣接している3〜20残基の疎水性コアを含有する、3〜40残基の配列を含む。
いくつかの実施形態では、シグナルペプチド配列は疎水性コアを欠いている。本発明において使用され得る、典型的な疎水性シグナル配列を欠いている哺乳動物分泌タンパク質の非限定的な例として、ヒトIL−1α、IL1β、bFGF、aFGF、PDEGF、抗凝固薬タンパク質、レクチンL−14、ATL由来因子、XIIIa因子、Anchorin CII、リポコルチンI、パラサイモシン、α−プロサイモシン、ならびにげっ歯類のトランスグルタミナーゼ、パラサイモシン、およびMDGIが挙げられるがこれらに限定されるわけではない。
(核酸)
本発明は、RdCVFをコードするヌクレオチド配列を含有している核酸を含み、そしてこれらの核酸を含有しているベクターを含む。
目的の核酸の局所的、および/または長期の発現を確実にするために、本発明のいくつかの実施形態は、RdCVFをコードする核酸またはベクターの細胞への形質導入を目論む。本発明は、任意の1つの特定の核酸送達方法には限定されると解釈されるべきではなく、インビボもしくはインビトロのいずれかの核酸送達ストラテジーを用いる任意の利用可能な核酸送達媒体、あるいは遺伝子操作された細胞(例えば、Neurotech,Lincoln,RIの技術、例えば、米国特許第6,231,879号;同第6,262,034号;同第6,264,941号;同第6,303,136号;同第6,322,804号;同第6,436,427号;同第6,878,544号を参照のこと)およびRdCVF自体をコードする本発明の核酸(例えば、「裸のDNA」)の使用が、本発明の実施において使用され得る。ベクターのような様々な送達媒体が本発明とともに使用され得る。例えば、ウイルスベクター、両親媒性脂質、陽イオン性ポリマー(例えば、ポリエチレンイミン(PEI)およびポリリジン)、デンドリマー(例えば、コンバースト(combburst)分子およびスターバースト分子、非イオン性脂質、陰イオン性脂質、ベシクル、リポソーム、および他の合成核酸送達手段(例えば、米国特許第6,958,325号および同第7,098,030号;Langer,Science 249:1527−1533(1990);「The Therapy of Infectious Disease and Cancer」中の「Liposomes」中のTreatら;ならびにLopez−Berestein & Fidler(編)、Liss,New York,pp.317−327および353−365(1989)を参照のこと);「裸の」核酸などが、本発明の実施において使用され得る。
いくつかの実施形態では、RdCVFコード配列と任意の他の所望される配列に、ゲノム中の所望される部位での相同組み換えを促進する領域が隣接している核酸分子が使用され、これにより、RdCVF核酸の染色体内での発現が提供される(Kollerら(1989)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:8932−8935;Zijlstraら(1989)Nature 342:435−438)。患者への核酸の送達は、核酸または核酸を保有しているベクターに対して患者が暴露される場合には直接的であり得、また、細胞が最初にインビトロで核酸により形質転換され、その後、患者に移植される場合には、間接的であり得る。
ベクターは、目的の核酸(例えば、治療用タンパク質をコードし得る治療用核酸)を目的の標的細胞に導入する1つの手段である。目的のベクターを得るまたは構築するための方法として、当前記分野で公知であるような、標準的な遺伝子操作技術、配列決定反応、制限酵素消化、ポリメラーゼ反応、PCR、PCR SOEing、ライゲーション、組み換え反応(例えば、InvitrogenのGATEWAY(登録商標)技術)、核酸に対する他の酵素活性、細菌およびウイルスの増殖の材料および方法、化学薬品および試薬、部位特異的突然変異誘発プロトコールなどが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。例えば、Maniatisらのテキスト「Molecular Cloning」を参照のこと。
本発明の核酸は、典型的には、RdCVFコード配列に作動可能に連結されたプロモーター配列を含有するであろう。プロモーターは、例えば、組織特異的プロモーター、細胞特異的プロモーター、誘導性プロモーター、抑制性プロモーター、構成性プロモーター、合成プロモーターまたはハイブリッドプロモーターであり得る。本発明の構築物において有用なプロモーターの例として、ファージλ(PL)プロモーター;SV40初期プロモーター;単純ヘルペスウイルス(HSV)プロモーター;サイトメガロウイルス(CMV)プロモーター(例えば、ヒトCMV前初期プロモーター;CMVエンハンサーとニワトリβ−アクチンプロモーターを持つハイブリッドプロモーター);テトラサイクリンにより制御されるトランス活性化因子反応性プロモーター(tet)システム;長末端反復(LTR)プロモーター(例えば、MoMLV LTR、BIV LTR、またはHIV LTR);モロニーマウス肉腫ウイルスのU3領域プロモーター;Granzyme Aプロモーター;メタロチオネイン遺伝子の調節配列(単数または複数);CD34プロモーター;CD8プロモーター;チミジンキナーゼ(TK)プロモーター;B19パルボウイルスプロモーター;PGKプロモーター;グルココルチコイドプロモーター;熱ショックタンパク質(HSP)プロモーター(例えば、HSP65およびHSP70プロモーター);免疫グロブリンプロモーター;MMTVプロモーター;ラウス肉腫ウイルス(RSV)プロモーター;lacプロモーター;CaMV 35Sプロモーター;およびノパリン合成酵素プロモーターが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。いくつかの実施形態では、プロモーターはMNDプロモーター(Robbinsら、1997,J.Virol.71:9466−9474)またはMNCプロモーター(これは、LTRエンハンサーが最小CMVプロモーターと組み合わせられている、MNDプロモーターの誘導体である(Habermanら、J.Virol.74(18):8732−8739,2000))である。いくつかの実施形態では、RdCVFコード配列が、配列番号11のヌクレオチド配列150〜812を含有しているプロモーター配列に作動可能に連結される。
いくつかの実施形態では、本発明のベクターまたは核酸は、RdCVFタンパク質のコード配列に作動可能に連結されたイントロンを含有する。イントロンはRdCVF遺伝子であり得、また異種イントロンであってもよい。異種イントロンは公知であり、非限定的な例として、ヒトβ−グロビン遺伝子のイントロンおよびβ―アクチンのイントロンが挙げられる。いくつかの実施形態では、イントロン配列はヒトβ−グロビン遺伝子のイントロン配列である。いくつかの実施形態では、イントロン配列は配列番号11のヌクレオチド820〜1312または配列番号11の908〜1307を含有する。
いくつかの実施形態では、本発明の核酸はRdCVFタンパク質のコード配列をコードするヌクレオチド配列を含有し、ここでは、RdCVFコード配列は再コード化されたヌクレオチド配列を含有する。核酸は、RDCVF1タンパク質および/またはRdCVF2タンパク質をコードし得る。いくつかの実施形態では、RdCVFタンパク質は短いバージョンのRdCVFタンパク質である。いくつかの実施形態では、RdCVFタンパク質は長いバージョンのRdCVFタンパク質である。明確にするために、RdCVFタンパク質は、RDCVF1−short、RDCVF1−long、RdCVF2−short、またはRdCVF2−longタンパク質であり得る。いくつかの実施形態では、RdCVFタンパク質はヒトRdCVFタンパク質である。
典型的には、哺乳動物のヌクレオチドコード領域は、ヒトRdCVFコード領域において見られるように、ヌクレオチド配列ATG(開始メチオニンコドン)で始まる。本明細書中で議論されるように、本発明のいくつかの実施形態は、再コード化されたRdCVFコード領域を提供し、いくつかのさらなる実施形態では、コード領域がインフレームで第2のコード領域、例えば、シグナル配列のコード配列と融合される。これらの場合のいくつかにおいては、ATGヌクレオチド配列は必ずしもRdCVFコード領域の開始部位に存在する必要はなく、例えば、RdCVFコード領域は特定のRdCVFタンパク質の2番目のアミノ酸をコードすることにより開始する。しかし、RdCVFコード領域が、RdCVFコード領域に対して5’にある別のコード領域に作動可能に連結されている場合でさえ、ATGヌクレオチド配列はRdCVFコード領域の開始部位に存在し得る。
いくつかの実施形態では、本発明の核酸は配列番号1、3、または11を含有する。いくつかの実施形態では、本発明の核酸は、配列番号11のヌクレオチド150〜812,820〜1312、および1340〜2080を含有する。いくつかの実施形態では、本発明の核酸は、配列番号11のヌクレオチド150〜812、908〜1307、および1340〜2080を含有する。いくつかの実施形態では、核酸はさらに、配列番号11のヌクレオチド2130〜2608を含有する。
いくつかの実施形態では、本発明の核酸はRdCVFのコード領域を含有し、ここでは、RdCVFコード配列は再コード化されている。
本発明のいくつかの実施形態では、本発明の核酸(nucleic)は、ウイルスベクターのようなベクター中に存在する。
(ウイルスベクター)
本発明は、本発明のRdCVFコード領域を含有しているウイルスベクターを含む。本発明において有用なウイルスベクターの例は、PCT国際公開番号WO08/106644および米国特許公開番号US20100120665に記載されている。いくつかの実施形態では、本発明は特定のウイルスベクターに限定されない。ウイルスベクターとして、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクター、アデノウイルスベクター(例えば、米国特許第7,045,344号を参照のこと)、AAVベクター(例えば、米国特許第7,105,345号を参照のこと)、ヘルペスウイルスベクター(例えば、米国特許第5,830,727号および同第6,040,172号を参照のこと)、肝炎(例えば、D型肝炎)ウイルスベクター(例えば、米国特許第5,225,347号を参照のこと)、SV40ベクター、EBVベクター(例えば、米国特許第6,521,449号を参照のこと)、およびニューカッスル病ウイルスベクター(例えば、米国特許第6,146,642号、同第7,442,379号、同第7,332,169号、および同第6,719,979号を参照のこと)が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。いくつかの実施形態では、レンチウイルスベクターは、HIV、EIAV、SIV、FIV、またはBIVベクターである。いくつかの実施形態では、ベクターは、AAVベクターまたはアデノウイルスベクターから選択される。本発明はまた、本発明のウイルスベクターを産生する細胞を提供する。
本発明のベクタービリオンは、インビボまたはインビトロで細胞(例えば、哺乳動物細胞)に投与され得る。ベクター(ウイルス性または非ウイルス性)が、未分化細胞、分化細胞、体細胞、単細胞、および/または幹細胞を含むがこれらに限定されない細胞に形質導入、あるいはこれらを形質転換するために使用され得る。いくつかの実施形態では、幹細胞は、ヒトへの投与が意図され、胎児への分化および発生のために適切な偽妊娠の女性への移植のために意図されるものではない。
いくつかの実施形態では、本発明のウイルスベクターは崩壊促進因子(DAF)を含有する。例えば、エンベロープ型ウイルスベクターはウイルス膜上にDAFを含む。いくつかの実施形態では、DAFは野生型DAFである。いくつかの実施形態では、DAFはエンベロープタンパク質を持つ融合タンパク質の一部分である。例えば、Guibingaら、Mol Ther.2005 11(4):645−51を参照のこと。
アデノウイルスは、典型的には約36kbのゲノムを持つ非エンベロープ型の核DNAウイルスである。ヒトアデノウイルスは多数の血清型(およそ47、その都度番号付けされ、6つのグループ:A、B、C、D、E、およびFに分類されている)に分けられる。
組み換えアデノウイルスベクターは、***細胞および非***細胞の両方の向性、最小の潜在的病原性、ベクターストックの調製のために高力価に複製する能力、および比較的大きいヌクレオチド配列インサートを保有できる能力を有する(Berkner,(1992)Curr.Top.Micro.Immunol.158:39−66;Jolly,(1994)Cancer Gene Therapy 1:51−64)。様々なアデノウイルス遺伝子配列が欠失しているアデノウイルスベクターが、細胞への核酸の送達に適している媒体として設計されている。いくつかの実施形態では、本発明のアデノウイルスベクターはヘルパー依存性であるか、または「弱い(gutless)」アデノウイルスベクターである。以下の遺伝子のうちの1つ以上が欠失しているアデノウイルスベクターが使用され得る:E1a、E1b、E2a、E2b、およびE3。アデノウイルスをベースとする核酸送達を行うための方法は、例えば、米国特許第5,824,544号;同第5,868,040号;同第5,871,722号;同第5,880,102号;同第5,882,877号;同第5,885,808号;同第5,932,210号;同第5,981,225号;同第5,994,106号;同第5,994,132号;同第5,994,134号;および同第6,001,557号に記載されている。
AAVベクターは1本鎖(ss)DNAパルボウイルスから誘導される。1本鎖のAAV粒子は5kbまでのssDNAに適応することができ、トランスジーンと調節エレメントのための約4.5kbを残している。例えば、米国特許第6,544,785号に記載されているようなトランススプライシングシステムはこの限界のほぼ2倍であり得、これらのタイプのベクターもまた本発明とともに使用され得る。本発明に関しては、基本的には任意の血清型のAAVが使用され得る。本発明のいくつかの実施形態では、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、またはAAV9血清型が使用され得るが(例えば、米国特許第5,173,414号、同第5,252,479号、同第5,552,311号、同第5,658,776号、同第5,658,785号、同第5,763,416号、同第5,773,289号、同第5,843,742号、同第5,869,040号、同第5,942,496号、同第5,948,675号、同第6,001,650号、および同第7,790,449号;PCT国際公開番号WO2009134681;Kassimら、PLoS ONE(2010)5(10)e13424:1−10;Kotin,Hum Mol Genet(2011)20(R1):R2−6を参照のこと)、本発明はこれらの血清型に限定されるわけではない(例えば、Gaoら(2002)PNAS 99:11854−11859;およびViral Vectors for Gene Therapy:Methods and Protocols,Machida編,Humana Press,2003を参照のこと)。
本発明のAAVベクターは偽型でもあり得る。偽型AAVベクターは第2のAAV血清型のキャプシドの中に1つのAAV血清型のゲノムを含む(例えば、Auricchioら(2001)Hum.Mol.Genet.,10(26):3075−81を参照のこと)。本発明のAAVベクターは、突然変異したキャプシドを含み得る、および/またはリターゲットされ得る。例えば、Griegerら(Adv Biochem Eng Biotechnol.(2005)99:119−45);Goncalvesら(Mol Ther.(2006)13(5):976−86);およびWarringtonら(J Virol.(2004)78(12):6595−609)を参照のこと。
本発明のいくつかの実施形態では、AAVベクターが、AAVベクターの自然な向性または自然な結合を小さくするため;AAVベクターをリターゲットするため、および/または中和抗血清に対する耐性を提供するために、ポリマー、例えば、反応性ポリマーでコーティングされる。例えば、Carlisleら(J Gene Med.(2008)10(4):400−11)を参照のこと。
レトロウイルスはウイルスゲノムがRNAであるRNAウイルスである。宿主細胞がレトロウイルスに感染すると、ゲノムRNAがDNA中間体に逆転写され、これが感染した細胞の染色体DNA中に効率よく組み込まれる。レンチウイルスは調節機能または構造的機能を持つ他の遺伝子を含む。遺伝子送達のためのレトロウイルスベクターの使用は、例えば、米国特許第6,013,516号;および米国特許第5,994,136号に記載されている。BIVシステムの例は、例えば、Matukonisら、2002 Hum.Gene Ther.13,1293−1303;Molinaら、2002 Virology.304,10−23;Molinaら、2004 Hum.Gene Ther.,15,65−877;米国特許第6,864,085号、同第7,125,712号、同第7,153,512号;PCT国際公開番号WO08/106644および米国特許公開番号US20100120665に記載されている。
DNAウイルスベクターは、DNAをベースとするゲノムを有しているウイルスをベースとするか、またはそれらから誘導されたウイルスベクターである。非エンベロープ型ウイルスのウイルスベクターは、脂質二重膜を欠いているウイルスをベースとするか、またはそれらから誘導されたウイルスベクターである。
いくつかの実施形態では、本発明のウイルスベクターはAAVベクターである。いくつかの実施形態では、本発明のウイルスベクターはウシ免疫不全ウイルスベクターではないか、またはこれはレンチウイルスベクターではない。いくつかの実施形態では、ウイルスベクターは、DNAウイルスベクター、非エンベロープ型ウイルスベクター、およびアデノウイルスベクターからなる群より選択される。
(被包された細胞を含む、RdCVFの細胞送達)
遺伝子治療またはタンパク質送達のための別のアプローチは、インビトロまたはエクスビボでの細胞への遺伝子の導入、およびその後の哺乳動物または患者への細胞の投与を含む。核酸の細胞への導入は、トランスフェクション、マイクロインジェクション、エレクトロポレーション、細胞融合、染色体に媒介される遺伝子導入、マイクロセルに媒介される遺伝子導入、スフェロプラスト融合、リポフェクション、マイクロパーティクルボンバードメント、リン酸カルシウム媒介トランスフェクション、ウイルスベクターまたはバクテリオファージ形質導入などのような任意の方法により行われ得る。任意に、選択マーカーもまた細胞に導入され得る。選択マーカーが利用される場合は、次に細胞が、例えば、発現を増強するため、および/または導入されたコード領域を発現する細胞を単離/選択するための選択下に置かれ得る(例えば、Loeffler & Behr,Meth.Enzymol.217:599−618(1993);Cohenら、Meth.Enzymol.217:618−644(1993);およびCline,Pharmac.Ther.29:69−92(1985)を参照のこと)。その後、これらの細胞が直接、または被包後に患者に送達され得る。
いくつかの実施形態では、核酸が、得られる組み換え細胞のインビボでの投与前に細胞に導入される。いくつかの実施形態では、核酸が細胞により発現可能となり、いくつかの場合においてはその細胞の子孫に遺伝し、発現され得るように、細胞への核酸の安定した導入のための技術が提供され得る。組み換え細胞は様々な方法により患者に送達され得る。いくつかの実施形態では、RdCVFタンパク質が、調節可能、誘導性、および/または抑制性プロモーターを介して細胞から発現される。
いくつかの実施形態では、使用される細胞は患者にとって自己、同種異系、または異種である。いくつかの実施形態では、細胞がRdCVFタンパク質を産生または分泌することを可能にする本発明の核酸を含むように、自己細胞がエクスビボで操作され、細胞が患者に戻される。
いくつかの実施形態では、細胞は局所に(例えば、関節内、硝子体内、網膜内、頭蓋内など)、または全身に(例えば、i.v.)投与される。
いくつかの実施形態では、組み換え血液細胞(例えば、造血幹細胞および/または始原細胞)が静脈内に投与される。いくつかの実施形態では、眼細胞および/または多能性細胞が眼に直接注射され得る。
単離され得、インビトロで維持され得る幹細胞および/または始原細胞が、本発明のいくつかの実施形態にしたがって使用され得る可能性がある。このような幹細胞として、造血幹細胞(HSC)、皮膚および消化管の裏層のような上皮組織の幹細胞、胎児の心筋細胞、肝臓幹細胞(例えば、WO94/08598を参照のこと)、ならびに神経幹細胞(例えば、Stemple and Anderson(1992)Cell 71:973−985)が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。いくつかの実施形態では、投与される細胞は、本発明の核酸を含有しており、RdCVFを発現し、分泌することができる幹細胞である。
被包された細胞は、インビボにおいて、RdCVFのようなタンパク質の制御された、および/または持続的な送達を可能にし得る。いくつかの実施形態では、本発明の核酸を含有しており、RdCVFを発現および/または分泌する細胞が被包される。いくつかの実施形態では、細胞は膜を通過して起こるRdCVFの拡散を可能にする半透膜内に被包される。被包された細胞および被包された細胞のインプラントに関連するさらなる情報は、Sievingら(Proc Natl Acad Sci USA,(2006)103(10):3896−901);米国特許第7,115,257号および同第7,820,195号;ならびにPCT国際公開番号WO2011044216の中に見られる。本発明のいくつかの実施形態では、RdCVFタンパク質を発現する被包された細胞が動物に送達される。
いくつかの実施形態では、被包された細胞が哺乳動物に移植され、例えば、眼、脳、または嗅部に移植される。いくつかの実施形態では、被包された細胞は網膜色素上皮細胞、例えば、ARPE−19(ATCC,Manassas,VAから入手可能)である。いくつかの実施形態では、被包された細胞が、眼に、例えば、眼の裏側にRdCVFを送達するために使用される。
いくつかの実施形態では、本発明の被包された細胞のインプラントは、半透過性の中空繊維膜の部分に被包されている細胞からなり、細胞は、RdCVFを産生するように遺伝的に改変されている。いくつかの実施形態では、被包された細胞のインプラントは、眼の内側の硝子体−網膜体中の強膜にインプラントをつなぎとめるために、一方の末端に縫合糸ループを有している。いくつかの実施形態では、被包された細胞のインプラントは、3、4、5、6、7、8、9、または10mmの長さである。
(RdCVFタンパク質の分泌および産生)
本発明の核酸およびウイルスベクターは、細胞からRdCVFを発現、産生、および/または分泌するために使用され得る。この発現、産生、および/または分泌は、インビトロ、インビボ、またはエクスビボで起こり得る。
本発明のいくつかの実施形態は、細胞に本発明の核酸、および/またはウイルスベクターを投与する工程を含む、細胞からRdCVFタンパク質を分泌させる方法を提供する。いくつかの実施形態では、細胞は、哺乳動物細胞、ヒト細胞、眼細胞、網膜色素上皮(RPE)細胞、桿体細胞、または錐体細胞であり得る。
本発明のいくつかの実施形態は、脊椎動物または哺乳動物の細胞を利用する。有用な哺乳動物宿主細胞株の例は、SV40により形質転換されたサル腎臓CVI細胞株(例えば、COS−7、ATCC CRL 1651);ヒト胚腎臓細胞株(例えば、293 Freestyle(Invitrogen,Carlsbad,CA))または293FTのような、懸濁培養液中での増殖のためにサブクローニングされたいずれかの細胞株を含む293または293T細胞(Grahamら、J.Gen Virol.36:59(1977)));ベビーハムスター腎臓細胞(例えば、BHK、ATCC CCL 10);チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞);チャイニーズハムスター卵巣細胞/−DHFR(例えば、CHO,Urlaubら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 77:4216(1980));マウスセルトリ細胞(例えば、TM4、Mather,Biol.Reprod.23:243−251(1980));サル腎臓細胞(例えば、CVI ATCC CCL 70);アフリカミドリザル腎臓細胞(例えば、VERO−76、ATCC CRL−1587);ヒト子宮頚部癌細胞(例えば、HELA、ATCC CCL 2);イヌ腎臓細胞(例えば、MOCK、ATCC CCL 34);CF2TH細胞;バッファローラット(buffalo rat)肝臓細胞(例えば、BRL 3A、ATCC CRL 1442);ヒト肺細胞(例えば、W138、ATCC CCL 75);ヒト肝臓細胞(例えば、Hep G2、HB 8065);マウス乳腺腫瘍細胞(例えば、MMT 060562、ATCC CCL51);TRI細胞(Matherら、Annals N.Y.Acad.Sci.383:44−68(1983));MRC5細胞;ARPE−19細胞(ATCC)、ならびにFS4細胞である。
いくつかの実施形態では、細胞は、293細胞、CHO細胞、PerC6細胞、Vero細胞、BHK細胞、HeLa細胞、COS細胞、MDCK細胞、3T3細胞、またはWI38からなる群より選択される。
本発明のいくつかの実施形態は、本発明の核酸を含有している単離された細胞を提供する。いくつかの実施形態では、核酸は細胞ゲノム/DNA中に組み込まれる。
本発明はまた、RdCVFタンパク質の発現および分泌を可能にする条件下で細胞を培養する工程、ならびに上記細胞培養物からRdCVFタンパク質を単離する工程を含む、RdCVFタンパク質の産生方法も含む。ここでは、上記細胞は、RdCVFタンパク質をコードし、そしてRdCVFタンパク質の発現、例えば、RdCVFタンパク質の分泌を可能にする本発明の核酸を含有する。いくつかの実施形態では、核酸(nucleic)は、RdCVFタンパク質のコード配列を含有するヌクレオチド配列を含有し、ここでは、上記RdCVFコード配列は再コード化された配列を含有する。RdCVFタンパク質は、RdCVF1タンパク質であってもRdCVF2タンパク質であってもよく、また、長い形態であっても短い形態であってもよい。いくつかの実施形態では、これらの方法はさらに、細胞および/または培養上清からのRdCVFタンパク質の精製を含む。
本発明はまた、本発明の核酸から細胞により発現されたRdCVFタンパク質を含む。本発明はまた、分泌型の本発明のRdCVFタンパク質、および分泌型の本発明のRdCVFタンパク質を含有している組成物も提供する。
いくつかの実施形態では、細胞により発現されたRdCVFタンパク質が、全タンパク質に対して少なくとも90%、少なくとも93%、少なくとも95%、少なくとも98%、少なくとも99.5%、または少なくとも99.9%純粋にまで精製される。
(組成物、処方物、および調製物)
本発明のいくつかの実施形態は、本発明の核酸、本発明のベクター、本発明のRdCVFタンパク質、またはこれらの任意の組み合わせを含有している組成物、処方物、あるいは調製物、例えば、薬学的組成物を提供する。
処方物(例えば、注射用)は一般に、例えば、ハンクス溶液、リンガー溶液、またはリン酸緩衝生理食塩水を含有している有効成分の生体適合性溶液であるが、必ずしもそうである必要はない。いくつかの実施形態では、処方物または薬学的組成物は以下の1つ以上を含有する:クエン酸塩、NaCl、塩化カリウム(KCl)、塩化カルシウム二水和物(CaCl・2HO)、塩化マグネシウム六水和物(MgCl・6HO)、酢酸ナトリウム三水和物(CHCONa・3HO)、クエン酸ナトリウム二水和物(CNa・2HO)、スクロース、水酸化ナトリウムおよび/または塩酸(pHを調整するため)、ならびに水。前記リストは、特定の水和物、例えば、二水和物、三水和物、六水和物などとして列挙されるいくつかの分子を含む。これらの化合物の様々な水和物が本発明において使用され得、本発明がこれらの列挙された分子の特定の水和物形態に限定されないことが理解される。いくつかの実施形態では、処方物または薬学的組成物は、ヒスチジン、MgCl、トレハロース、ポリソルベート、ポリソルベート20、NaCl、スクロース、アルギニン、およびプロリンからなる群より選択される1種類以上の成分を含有する。いくつかの実施形態では、処方物は以下の1種類以上を含有する:ヒスチジン;α,α−トレハロース脱水物;MgCl;ポリソルベート20のようなポリソルベート;およびNaCl。いくつかの実施形態では、処方物または薬学的組成物は以下の1種類以上を含有する:リン酸緩衝生理食塩水(PBS)およびpluronic F−68。いくつかの実施形態では、pluronic F−68濃度は0.0001%、0.001%、0.005%、0.01%、または0.1%であり得る。
所望される投与様式に適切な処方物および処方方法の例は、Remington’s Pharmaceutical Sciences,最新版,Mack Publishing Co.,Easton,PAおよび米国特許第7,208,577号の中に見ることができる。
いくつかの実施形態では、インビボでの使用のための組成物は「担体」または「薬学的に受容可能な担体」を含む。語句「担体」は、本発明の核酸、ベクター、またはタンパク質がそれとともに投与される希釈剤、アジュバント、賦形剤、または媒体をいう。語句「担体」は、固体材料または液体材料のいずれをも含むがこれらに限定されるわけではなく、これは、無機物であっても有機物であっても、また、合成のものであっても天然起源のものであってもよく、被検体への投与を容易にするために、これとともに組成物の有効成分(単数または複数)が混合または処方される。医薬品の処方において習慣的に利用されている任意の他の材料が適している。薬学的担体は、組成物が投与される宿主に対して有害であり得る物質を排除する(例えば、細菌毒素の除去)ためのインビボでの使用のために特別に調製される点で、典型的な溶液および懸濁液とは異なり得る。
適切な液体担体の例として、水、およびエタノールのような酸素を含む有機化合物を含有している水溶液が挙げられる。着香料および懸濁化剤のような、薬学的調製物中に通常存在する緩衝液および他の材料もまた存在し得る。一般に、適切な油(1種類または複数種)、生理食塩水、デキストロース(グルコース)水溶液、および関連する糖溶液、ならびにプロピレングリコールまたはポリエチレングリコールのようなグリコールが、非経口用の溶液についての典型的に適切な担体である。いくつかの実施形態では、非経口投与のための溶液は、有効成分の水溶性の塩、適切な安定化剤、そして所望または必要に応じて、緩衝物質を含む。重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、またはアスコルビン酸のような酸化防止剤が、単独または組み合わせのいずれかにおいて、安定化剤として使用され得る。クエン酸およびその塩、ならびにEDTAナトリウムも使用される。加えて、非経口用の溶液は、塩化ベンズアルコニウム、メチルパラベンまたはプロピルパラベン、およびクロロブタノールのような防腐剤を含み得る。
担体として、トレハロース、マンニトール、グルタチオン、キシリトール、スクロース、ラクトース、およびソルビトールのような炭水化物を挙げることができる。薬学的調製物中で使用される他の成分として、例えば、DPPC(1,2−ジデカノイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン)、DOPE(1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン)、DSPC(1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン)、およびDOPC(1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン)を挙げることができる。天然または合成の界面活性剤が使用され得る。ポリエチレングリコールが使用され得る(タンパク質の誘導におけるその使用とは別の場合にもなお)。シクロデキストランのようなデキストランが使用され得る。いくつかの実施形態では、シクロデキストリン、第三級アミン、および/またはβ−シクロデキストリンが使用され得る。胆汁酸塩および他の関連するエンハンサーが使用され得る。セルロースおよびセルロース誘導体が使用され得る。緩衝液処方物中での使用のように、アミノ酸が使用され得る。また、リポソーム、マイクロカプセル、またはマイクロスフェア、包接体、または他のタイプの担体の使用も想定される。
組成物は、所望される場合は、湿潤剤および/または乳化剤および/またはpH緩衝剤もまた含み得る。必要に応じて、組成物はまた、可溶化剤、および/または注射部位の疼痛をやわらげるためのリグノカインのような局所麻酔薬を含み得る。
いくつかの実施形態では、本発明の薬学的調製物または組成物は、(i)薬学的に受容可能な担体、および(ii)本発明の核酸、本発明のウイルスベクター、本発明のRdCVFタンパク質、またはこれらの任意の組み合わせを含有する。
(投与、送達、および処置)
RdCVFタンパク質をコードする核酸またはベクターの導入あるいは投与が議論される場合には、本発明が、RdCVFタンパク質自体の導入または投与も意図することが理解される。RdCVFタンパク質の導入が議論される場合は、本発明がまた、RdCVFタンパク質をコードする核酸またはベクターの導入も意図することが理解される。
いくつかの実施形態では、本発明の組成物は局所投与または全身投与され得る。有用な投与経路は本明細書中で議論され、当前記分野で公知である。導入または投与方法として、皮内、筋肉内、腹腔内、静脈内、皮下、鼻腔内、気管内、局所、吸入、経皮、直腸、非経口経路、硬膜外、頭蓋内、脳内に、心室内、硬膜下、関節内、髄腔内、心臓内、冠内、硝子体内、網膜下、眼の前房(intraanterior chamber)、角膜上に局所に、結膜下、テノン嚢下注射、点眼薬を塗布することにより、経口経路、バルーンカテーテルを介して、ステントを介して、またはこれらの任意の組み合わせが挙げられるがこれらに限定されるわけではない。全身投与は、静脈内もしくは動脈内注射により、または経粘膜的、皮下、経皮、および/または腹腔内送達により行われ得るが、これらに限定されるわけではない。
例えば、眼への投与を含むいくつかの実施形態では、RdCVFをコードする本発明のベクターまたは核酸が、およそ1週間に1回、1ヶ月に1回、2ヶ月に1回、3ヶ月に1回、6ヶ月に1回、9ヶ月に1回、1年に1回、18ヶ月に1回、2年に1回、30ヶ月に1回、3年に1回、5年に1回、10年に1回、または必要に応じて投与される。例えば、眼への投与を含むいくつかの実施形態では、RdCVFをコードする本発明のベクターまたは核酸が、およそ1〜4週間ごとに、およそ4〜8週間ごとに、およそ1〜4ヶ月ごとに、およそ3〜6ヶ月ごとに、およそ4〜8ヶ月ごとに、およそ6〜12ヶ月ごとに、およそ9〜15ヶ月ごとに、およそ12〜18ヶ月ごとに、およそ15〜21ヶ月ごとに、およそ18〜24ヶ月ごとに、およそ1〜2年ごとに、およそ1.5〜3年ごとに、およそ2〜4年ごとに、およそ3〜5年ごとに、およそ5〜7年ごとに、およそ7〜10年ごとに、またはおよそ10〜20年ごとに投与される。RdCVFタンパク質をコードするベクターの投与は、RdCVFタンパク質自体の投与よりも少ない頻度で行われるであろうと予想される。本発明のいくつかの実施形態では、薬学的調製物は本発明のRdCVFタンパク質をコードするベクターを含有し、上記薬学的調製物は患者に一度だけ投与される。
いくつかの実施形態では、本発明のRdCVFタンパク質は、硝子体内または網膜下注射によりヒトの眼に投与される。いくつかの実施形態では、約15μg〜約5mg;約15μg〜約500μg;約100μg〜約900μg;約300μg〜約700μg;約500μg〜約1mg;約1mg〜約5mg;約1mg;または約500μgのRdCVFタンパク質が、硝子体内または網膜下注射によりヒトの眼に投与される。
いくつかの実施形態では、RdCVFタンパク質が、RdCVFをコードするAAVベクターの網膜下注射または硝子体内注射により投与される。いくつかの実施形態では、約5×10〜約1×10;約5×10〜約7.5×10;約7.5×10〜約1×10;約6×10〜約9×10;約7×10〜約8×10;約5×10;約6×10;約7×10;約8×10;約9×10;または約1×10のベクターゲノムコピー(GC)数のAAVベクターが網膜下注射により投与される。いくつかの実施形態では、約5×10〜約1×1010;約5×10〜約5×10;約5×10〜約2×10;約2×10〜約5×10;約5×10〜約1×1010;約5×10〜約1×10;約1×10〜約3×10;約3×10〜約6×10;約6×10〜約1×1010;約1×10〜約1×1010;約1×1010〜約1×1011;または1×1011〜約1×1012GCのAAVベクターが硝子体内注射により投与される。AAVベクターの量が、時として、形質導入単位で、またはGC数で測定されることが理解される。GC数は典型的には、同じAAVベクター試料が形質導入単位について測定される場合よりも25〜300倍高い。
いくつかの実施形態では、抗炎症薬が本発明のRdCVFタンパク質、ベクター、または核酸と組み合わせて送達され得る。抗炎症薬は、本発明の分子もしくはベクターの投与前に、投与と同時に、および/または投与後に送達され得る。いくつかの実施形態では、抗炎症薬は、本発明のRdCVFタンパク質、核酸、もしくはベクターと同じ溶液および/または同じ注射器中で投与される。いくつかの実施形態では、本発明のRdCVFタンパク質、核酸、またはベクターと抗炎症薬が眼に同時投与される。
多くの抗炎症剤が当前記分野で公知であり、抗炎症剤として、デキサメタゾン、メタスルホ安息香酸デキサメタゾンナトリウム、リン酸デキサメタゾンナトリウム、フルオロメトロン、ブロムフェナク、プラノプロフェン、シクロスポリンの眼科用エマルジョン(例えば、RESTASIS(商標))、ナプロキセン、グルココルチコイド、ケトロラック、イブプロフェン、トルメチン、非ステロイド系抗炎症剤、ステロイド系抗炎症剤、ジクロフェナク、フルルビプロフェン、インドメタシン、およびスプロフェンが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
本発明のいくつかの実施形態は、RdCVFタンパク質およびそれをコードするベクターの両方の投与を含む。RdCVFタンパク質は、本発明のベクターの投与前、投与と同時に、および/または投与後に送達され得る。いくつかの実施形態では、RdCVFタンパク質が、本発明のベクターと同じ溶液および/または同じ注射器中で投与される。いくつかの実施形態では、本発明のベクターとRdCVFタンパク質が眼に同時投与される。
本発明のいくつかの実施形態では、遺伝子送達システムが、RdCVFタンパク質の遺伝子もしくはコード領域の、標的細胞への形質導入および/または安定な組み込みを生じ得る。いくつかの実施形態では、標的細胞は、霊長類細胞またはヒト細胞のような哺乳動物細胞である。いくつかの実施形態では、標的細胞は、網膜色素上皮細胞、桿体光受容器細胞、錐体光受容器細胞、双極細胞、水平細胞、無軸索細胞、神経節細胞、網膜細胞、または多能性細胞のような眼の細胞である。標的細胞は、インビトロ、エクスビボ、またはインビボであり得る。いくつかの実施形態では、標的細胞は幹細胞である。幹細胞として、多能性幹細胞、全能性幹細胞、造血幹細胞、癌幹細胞、および胚幹細胞が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。いくつかの実施形態では、本明細書中で意図される多能性細胞は、接合子または割球から生存している実態に増殖させるためのものではない。本発明はまた、例えば、眼の細胞を再生させるための、処置を必要とする患者の眼への移植のための部分的に未分化の細胞の使用も意図する。
本発明はまた処置方法も提供する。いくつかの実施形態では、本発明は、哺乳動物の眼に、本発明の核酸、本発明のウイルスベクター、本発明のRdCVFタンパク質、本発明の薬学的組成物、またはそれらの組み合わせを投与する工程を含む、眼の桿体細胞を保存する方法を提供する。いくつかの実施形態では、本発明のウイルスベクターおよび/または核酸は、網膜下注射、硝子体内注射、眼の前房への注射、結膜下注射、テノン嚢下注射、またはこれらの任意の組み合わせにより投与される。いくつかの実施形態では、ヒトが処置される。いくつかの実施形態では、処置される哺乳動物は、網膜ジストロフィー、シュタルガルト病、網膜色素変性、ドライ型加齢性黄斑変性(ドライ型AMD)、地図状萎縮(ドライ型AMDの進行期)、滲出型加齢性黄斑変性(滲出型AMD)、緑内障/高眼圧症、糖尿病網膜症、バルデ・ビードル症候群、バッセン−コーンツバイク症候群、ベスト病、全脈絡膜萎縮、脳回転状萎縮症、先天黒内障、レフサム病、アッシャー症候群、甲状腺関連眼疾患、グレーヴス病、網膜色素上皮細胞と関係がある疾患、前上葉区の疾患、水晶体疾患/白内障、眼杯の障害、またはぶどう膜炎からなる群より選択される眼疾患に罹患している。いくつかの実施形態では、保存された眼の桿体細胞は本発明の核酸および/またはウイルスベクターを含まない。例えば、保存された眼細胞は、保存された眼細胞自体の形質導入によっては保存されない。
本発明のいくつかの実施形態は、哺乳動物の眼に本発明の核酸および/またはウイルスベクターを投与する工程を含む、眼の桿体細胞の保存方法を提供する。ここでは、核酸および/またはウイルスベクターが網膜下注射により投与され、桿体細胞および/または錐体細胞が、網膜下注射の部位から少なくとも1mm、少なくとも2mm、少なくとも3mm、少なくとも5mm、少なくとも7mm、少なくとも10mm、少なくとも15mm、少なくとも20mm、または少なくとも25mmの部位で保存される。例えば、そして理論に束縛されることは望ましくないが、網膜下注射部位に核酸またはウイルスベクターが形質導入された細胞は、形質導入された細胞または注射部位に対して遠位の部位に眼の桿体および/または錐体保存作用を提供することができるRdCVF−longおよび/またはRdCVF−shortタンパク質を発現ならびに/あるいは分泌する。
眼の中でのその発現に加えて、RdCVFタンパク質は他の組織の中でも天然において発現される。プロテオミクスアプローチを使用することにより、マイクロチューブリン結合タンパク質tauを含む90種類のタンパク質がRdCVFLと相互作用することが明らかにされた(Fridlichら、Mol Cell Proteomics(2009)8(6):1206−1218)。Fridlichらは、いくつかの場合には、おそらくは酸化ストレスにより、アルツハイマー病に罹患している患者の脳の中で過剰リン酸化されているとの理由により、TAUのリン酸化レベルが、Nxnl1−/−(RdCVF1−/−)マウスの網膜において上昇していることを明らかにした。Fridlichらはまた、RdCVFLがTAUリン酸化を阻害することも示した。Croninら(Cell Death and Differentiation(2010)17:1199−1210)は、アルツハイマー病に罹患している患者の脳の中で見られるものと同様に、Nxnl1−/−(RdCVFl−/−)の網膜が凝集したTAUタンパク質を含むことを明らかにした。
RdCVF2を欠失しているマウスは視力と嗅覚が低下している。正常なマウスは嗅上皮中でRdCVF2を発現する。Jaillardら(ARVO会議(2009)、プログラム番号/ポスター番号 491/D636)は、嗅覚神経細胞がRdCVF2の存在下で培養された場合に高い割合で生存することを見出したことを報告した。Jaillardらはまた、嗅覚弁別試験を行うことにより、RdCVF2−/−を対照マウスと比較した。12ヶ月齢までは、RdCVF2−/−マウスは刺激に対して正確に応答できなかった。
RdCVFタンパク質は神経保護活性を有しており、錐体および/または桿体の生存のための因子であるのみならず、これは、一般的な神経生存因子でもある。
したがって、上記に基づいて、本発明のRdCVFをコードする核酸、ウイルスベクター、またはRdCVFタンパク質が、アルツハイマー病、ハンチントン病、パーキンソン病、および嗅覚の疾患を処置するまたは寛解させるために使用され得る。
本発明は、哺乳動物に本発明の核酸、本発明のウイルスベクター、本発明のRdCVFタンパク質、本発明の薬学的組成物、またはこれらの組み合わせを投与する工程を含む患者の処置方法を含む。ここでは、疾患は、アルツハイマー病、ハンチントン病、パーキンソン病、および嗅覚の疾患からなる群より選択される。いくつかの実施形態では、本発明のウイルスベクターはAAVベクターである。
本発明は、以下の実施例を参照してここに記載される。これらの実施例は、説明の目的だけのために提供され、本発明はこれらの実施例に限定されるとは決して解釈されるべきではなく、むしろ、本明細書中に提供される技術の結果として明らかになる任意および全てのバリエーションを含むと解釈されるべきである。
本発明の特定の実施形態が解説の目的のために本明細書中に記載されているが、詳細についての多数のバリエーションが、添付の特許請求の範囲に記載される本発明から逸脱することなく作られ得ることは当業者に明らかであろう。
本明細書中で言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、個々の刊行物、特許、または特許出願が、引用により本明細書中に組み込まれることが具体的かつ個別に示されているかのように、同じ程度にそれらの全体が引用により本明細書中に組み込まれる。上記刊行物、特許、および特許出願のいずれかに伴い公開された全ての補足情報もまた、引用により組み込まれる。例えば、一部の雑誌論文は、典型的にはオンラインで入手可能である補足情報を伴って公開されている。
(実施例1 RdCVF1の長い形態および短い形態の再コード化されたコード配列)
再コード化されたヒトRdCVF1SおよびRdCVF1Lヌクレオチドのコード領域を設計した(例えば、配列番号1のヌクレオチド106〜741、配列番号3のヌクレオチド106〜744、配列番号12または14)。GENEART(登録商標)(Regensburg,Germany)により、特に、RdCVF1SおよびRdCVF1Lのコドン最適化されたヌクレオチドのコード配列を含む核酸配列が合成された。これらのコード配列もまた、原核生物の阻害性モチーフ、コンセンサススプライスドナー部位、および潜在的なスプライスドナー部位のようなモチーフを最小化するために再コード化した。
ヒトRdCVF1Lコード配列の再コード化はまた、再コード化されたRdCVF1Sコード領域(3’末端に停止コドンを持つ配列番号12のヌクレオチド1〜327)も提供した。
再コード化されたコード領域に対するネイティブなRdCVF1Lコード領域のアラインメント
RdCVF1L(1〜639):同一性=529/639(82.8%) 89/213のコドンが異なる(41.7%)
RdCVF1S(1〜327):同一性=274/327(83.8%) 44/109のコドンが異なる(40.4%)
RdCVF1S(1〜327およびTGA)同一性=277/330(83.9%) 44/110のコドンが異なる(40.0%)
ネイティブなRdCVF1Lコード配列の配列番号12への再コード化により、2つの原核生物阻害性モチーフ、1つのコンセンサススプライスドナー部位、および3つの潜在的なスプライスドナー部位が取り除かれ、これらの要素はいずれも再コード化された配列(配列番号12)の中には残っていなかった。再コード化によってはまた、平均GC含量も65%から63%に変化した。
配列番号12のヌクレオチド1〜327はまた、RdCVF1Sの再コード化されたコード配列を提供するが、これはTGAのような停止コドンを持たない。
再コード化されたコード領域に対するネイティブなRdCVF1Sコード領域のアラインメント
同一性=278/330(84.2%) 43/110のコドンが異なる(39.1%)
ネイティブなRdCVF1Sコード配列の配列番号14への再コード化により、1つの原核生物阻害性モチーフ、1つのコンセンサススプライスドナー部位、および2つの潜在的なスプライスドナー部位が取り除かれ、これらの要素はいずれも再コード化された配列(配列番号14)の中には残っていなかった。再コード化によっては、平均GC含量もまた58%から61%に変化した。
(実施例2 アデノ随伴ウイルスベクターにより媒介された長い形態の桿体由来錐体生存因子のインビトロでの発現)
(プラスミドクローニング)
短い形態のRdCVFタンパク質のcDNAをGENEART(登録商標)により合成された核酸からPCRにより増幅し、IgkシグナルペプチドDNA配列がRdCVFSコード配列に対して5’向きに位置するようにマウスIgkシグナルペプチド配列が組み込まれているpSecTag2Aプラスミド(Invitrogen,カタログ番号V900−20)にクローニングした。得られたプラスミドをpAVTrRd034と命名した。pAVTrRd034の大きさと方向を、制限酵素消化を使用して確認した。Igk−RdCVFS配列をpAVTrRd034からPCRにより増幅し、アデノ随伴ウイルスベクタープラスミドpAAV−MCS(Cell Biolabs,San Diego,CA)に挿入して、プラスミドpAAV−SRd269(配列番号8)を作製した。コドン最適化した長い形態のRdCVFをPCRにより増幅し、インハウスクローニングプラスミドpAVT001に挿入して、プラスミドpAVTLrRd055(配列番号9)を作製した。プラスミドpAVTLrRd055およびpAAV−SRd269をBglIIとStuIで二重消化した。pAAV−SRd269由来の4.8kbのバンドとpAVTLrRd055由来の540bpのバンドとをライゲーションして、長いRdCVFの再コード化されたコード配列を含むpAAV−LRd268(配列番号10)を作製した。pAAV−LRd268の大きさと方向を、制限酵素消化を使用して確認した。
短い形態および長い形態のRdCVFタンパク質のN末端配列が同定されているので、pAVTrRd034の短いRdCVF DNA配列の末端をプラスミドpAVTLrRdCVF055由来のコドン最適化した長いRdCVF DNA配列の末端に交換し、それにより、AAV−ITR間に以下の特徴を含むrAAVプラスミドpAAV−LRd268を作製した:
CMVプロモーター − β−グロビンイントロン − Igk−RdCVF1L − ポリA
(組み換えAAV−RdCVF1LベクターおよびAAV−GFPベクターの産生ならびに精製)
プラスミドpAAV−LRd268、pHELPER(Cell BioLabs,カタログ番号340202)、およびpRC2(Cell BioLabs,カタログ番号340201)をDH10Bコンピテント細菌細胞(Invitrogen,カタログ番号18297−010)に形質転換し、製造業者の説明書にしたがってQiagen EndoFree Plasmid Maxi KitまたはEndoFree Plasmid Mega Kitを使用してスケールアップした。プラスミド濃度をBeckman DU−600分光光度計を使用して決定した。各プラスミドの実態を制限消化および分析により確認した。
rAAV−RdCVF1Lベクターを産生するために、293AAV細胞(Cell BioLabs,カタログ番号AAV−100)を、15cmの皿あたり400万個の細胞で、cDMEM(10%のFBS、1%のグルタミン、1%の非必須アミノ酸、および1%のペニシリン/ストレプトマイシンを補充したDMEM)中に播種した。翌日、培地を25mLの新鮮なcDMEMに置き換えた。2時間後、トランスフェクションを行った。水(57.4mL)を、1.3mgのpHELPER、650μgのpRC2、650μgのpAAV−LRd268、および8.1mLの2M CaClと混合した(水/プラスミド/CaCl混合物)。12.5mLの容量の2×HBS(Lonza,Sku:RR07005)を5個の50mLの円錐管のそれぞれに移した。ボルテックスしながら、12.5mLの水/プラスミド/CaCl混合物を2×HBSを含有している円錐管のそれぞれにゆっくりと添加した。5分間のインキュベーションの後、2.5mLの懸濁液を、293AAV細胞を含有している各細胞培養皿に添加した。
翌日、培地を、皿あたり25mLの新しいcDMEM培地で置き換えた。2日後、細胞をセルリフター(cell lifter)を使用して回収し、細胞/培地混合物を250mLの円錐管に移した。試料を4℃で15分間、3,000rpmで遠心分離し、上清を廃棄し、そして細胞ペレットを110mLのDMEM中に再懸濁した。再懸濁した細胞試料を50mLの円錐管にアリコートし(30mL)、凍結/解凍/凍結工程を、エタノール/ドライアイス浴と37℃の水浴を使用して行った。これらの管を材料のさらなる処理まで−80℃で保管した。同じプロセスを利用し、プラスミドpAAV−LRd268をプラスミドpAAV−GFP(Cell BioLabs カタログ番号AAV−400)に置き換えてrAAV−GFPを得た。
rAAV−RdCVF1Lベクターを精製するために、凍結/解凍/凍結工程によるベクターを含有している4個の50mLの円錐管を水浴中にて37℃で解凍した。40μlのBENZONASE(登録商標)(Sigma,カタログ番号E8263−25kU)を各管に添加し、次にこれを37℃で30分間インキュベートした。これらの管を3,000rpmで10分間遠心分離し、上清を500mLの瓶に移した。6mlの10%デオキシコール酸ナトリウム溶液(82mLの水の中に8.2g)を添加した。試料を軽く混合し、37℃で30分間インキュベートした。この懸濁液を5μmの濾紙を使用して濾過した。続いて、0.8μmの濾紙を使用して別の濾過工程を行った。ヘパリンアガロースカラム(8mL)(Sigma,カタログ番号H6508−25mL)を準備し、このカラムを48mLのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)(Invitrogen,カタログ番号10010−049)で平衡化した。濾過した細胞溶解物をこのカラム上にロードし、カラムを40mLの洗浄緩衝液(20mLの5M NaCl、980mLのPBS)で洗浄した。ベクターを15mLの溶離緩衝液(80mLの5M NaCl、920mLのPBS)を使用して溶離させ、新しい50mLの円錐管に集めた。
ベクターを遠心濾過により濃縮した。Amicon Ultra−15遠心分離用フィルターユニット(Millipore,カタログ番号UFC910024)をPBSで1回リンスし、溶離した試料をデバイスに添加した。試料が1〜2mLの容量に濃縮されるまで、Beckman Allegro 6KR遠心分離機で2,200rpm、22℃で遠心分離を行った。15mLの容量のPBSを添加し、試料の容量が≦1mLになるまで遠心分離を繰り返した。精製したベクターを集め、フィルターの壁を100μLのPBSでリンスした。試料を混合し、ベクターの30μLのアリコートを、使用するまで600μLの円錐管の中で−80℃で保管した。
このプロセスを繰り返してrAAV−GFPベクターを精製した。
図9および配列番号11はrAAV−RdCVF1Lベクターの核酸配列を示す。
(精製した組み換えAAVベクターのゲノム力価アッセイ)
精製したrAAV−RdCVF1LベクターおよびrAAV−GFPベクターのゲノム力価を測定するために、5μLの適切なベクターを、5μLの10×DNase緩衝液、1μLのDNaseI酵素(Roche,カタログ番号04716728001)、および全量を50μLにするために水と混合した。37℃で30分間のインキュベーション後、65℃で10分間のインキュベーションにより酵素を不活化させた。プロテイナーゼK(0.5μL)(Roche,カタログ番号03115887001)を添加した。試料を軽く混合し、50℃で60分間インキュベートした。プロテイナーゼKを20分間の95℃により不活化した。同時に、スパイク制御を使用した。ここでは、5μLのスパイク標準(pAAV−GFP由来の2×10の一本鎖DNA)を反応に添加した。これらの反応は、蓋を持たない0.2mLの8個のチューブストリップ(tube strip)(Biorad,カタログ番号TBS−0201)において、8個のフラットキャップストリップ(flat cap strip)(BioRad,カタログ番号TCS−0803)を使用して、BioRad PCRサーモサイクラー中で行った。
825μLの水、1.875μLのiQ SYBR Green Supermix(BioRad,カタログ番号170−8882)、および337.5μLの各プライマー(QPCR CMV1(配列番号5)およびQPCR CMV2(配列番号6))を含有しているqPCR用のマスター混合物を準備した。45μLの容量のこの混合物を96ウェルPCRプレートのウェルあたりに添加し、5μLの消化したベクター、スパイクした消化したベクター、未消化のベクター(40μLの水と5μLのDNase緩衝液を含む5μLの精製したベクター)、未消化のスパイクしたベクター(35μLの水、5μLのDNase緩衝液、および5μLのスパイクした標準物を含む5μLの精製したベクター)のいずれかを添加し、混合した。PCRプロセスを実施し、サイクル3による試料を融解曲線の分析に使用した。
これらの1本鎖DNAゲノムの濃度を、上記のような定量的PCRにより分析した。rAAV−RdCVF1Lベクター粒子の濃度をミリリットルあたり2×1011ベクターゲノムコピー(GC/mL)であると決定し、rAAV−GFPベクター粒子の濃度を2×1011GC/mLであると決定した。
(精製した組み換えAAVベクターの銀染色)
精製したrAAV−RdCVF1LおよびrAAV−GFPベクターの純度を試験するために、ベクター溶解物について銀染色分析を伴うSDS−PAGEを行った。具体的には、20μLの溶解緩衝液(8.4mLの水、500μLの1M Tris(pH8.0)、1mLのグリセロール、300μLの5Μ NaCl、50μLのNP−40、40μLのEDTA、100μLのPMSF、1錠のプロテアーゼ阻害剤(Roche,カタログ番号11836170001))を20μLのそれぞれの精製した組み換えAAVベクターに添加し、氷上で20分間保った。この反応物を、卓上型遠心分離機において13,000rpmおよび4℃で2分間遠心分離した。上清を新しい管に移し、10μLの5×還元試料緩衝液(Pierce,カタログ番号39000)を添加し、試料を95℃で10分間インキュベートした。
電気泳動を製造業者の説明書にしたがって行った。4〜15%のSDS−PAGEゲルを水でリンスし、ゲルチャンバーの中に入れた。ランニング緩衝液(10×Tris/グリシン/SDSランニング緩衝液(BioRad,カタログ番号161−0732)を水で希釈することにより作製した1×Tris/グリシン/SDS)を上部および下部緩衝液チャンバーに添加した。ウェルを200μLのランニング緩衝液で2回リンスし、試料をロードした。対照として、1μLの容量のBENCHMARK(商標)タンパク質のラダー(Invitrogen,カタログ番号10747−012)を外側のウェルに添加した。ゲノム力価分析により決定したものと等濃度のベクターをロードした。ゲルを、色素がゲルの底に達するまで200Vで泳動した。ゲルを固定し、製造業者の使用方法(Biorad Silver Stain Plus,カタログ番号161−0449)にしたがって銀染色した。
3種類のAAVウイルスタンパク質VP1(90kDa)、VP2(72kDa)、およびVP3(60kDa)だけを見ることができた(図1)。他のタンパク質バンドは銀染色分析において見ることができなかったので、これにより、ベクター調製物が高い純度のベクター粒子の産生を生じたことを確認することができた。
(ARPE−19細胞のAAVベクター形質導入により媒介されたRdCVF1Lのインビトロ発現)
rAAV−RdCVF1Lベクターにより媒介されたRdCVF1Lの発現および分泌を試験するために、ARPE−19ヒト網膜色素上皮細胞(ATCC,Manassas,VA)を、6ウェルプレート中のウェルあたり3mLのcDMEM中に200,000個の細胞を播種した。AAV感染後のトランスジーンの発現について律速となる工程は1本鎖DNAゲノムの2本鎖合成であり、これは数週間を要し得る。例えば、Ferrariら(1996)J Virol.70:3227−3234を参照のこと。しかし、細胞培養物中でのrAAVベクターの形質導入後のタンパク質の発現を促進するために、形質導入の前に放射線照射を使用することができる。例えば、Alexanderら(1994)J Virol.68:8282−8287を参照のこと。
24時間後、細胞にShepherd & Associates,モデル:Mark I−68 Self−shielded irradiatorを用いて175Gyの137Csを照射した。2時間後、培地を1.5mLの新鮮なcDMEMで置き換え、3μLの精製した組み換えAAVベクターを添加した。1つのプレートは対照として形質導入せず(AAVなし)、1つのプレートをrAAV−GFPベクターで形質導入し、そして1つのプレートをrAAV−RdCVF1ベクターで形質導入した。
形質導入の2日後、形質導入した細胞および形質導入されていない細胞由来の上清を回収し、0.45μmの濾紙を通して濾過した。等容量の溶解緩衝液(9.4mLの水、200μLの1M Tris(pH8.0)、40μLの0.5M EDTA、300μLの5Μ NaCl、100μLのNP−40、100μLのPMSF、1錠のプロテアーゼ阻害剤)を添加し、使用するまで−80℃で保管した。各プレート由来の細胞をPBSで洗浄し、セルリフターを使用して削り取り、プールし、15mLの円錐管に移した。細胞をBeckman Coulter Allegra 6KR遠心分離機において、1,200rpmおよび4℃で4分間遠心分離し、上清を廃棄した。細胞ペレットを1mLの溶解緩衝液(上記を参照のこと)中に再懸濁し、1.5mLの管に移し、氷上で10分間インキュベートした。細胞溶解物を、卓上型遠心分離機において13,000rpmおよび4℃で2分間遠心分離した。明澄化した細胞溶解物を1.5mLの管の中に200μLの容量にアリコートし、使用するまで−80℃で保管した。
(形質導入した細胞の上清および細胞溶解物のRdCVF1L発現についてのウェスタンブロット分析)
4〜20%のSDS−PAGEゲルを使用したウェスタンブロット分析を、標準的な技術を使用してRdCVF1L発現を検出するために使用した。対照として、5μLの容量のMAGICMARK(商標)XP Standard(Invitrogen,カタログ番号LC5602)を外側のウェルに添加した。このゲルを色素がゲルの底に達するまで200Vで泳動した。ウェスタンブロット分析を、製造業者の説明書の改変バージョンにしたがってVector LaboratoriesによるVectastain ABC−Ampウェスタンブロット分析キットを用いて行った。SDS−PAGEをトランスファー緩衝液中で20分間かけて平衡化させ、SDS−PAGEにより分離したタンパク質をTrans Blot Semi−Dry Transfer Cellを使用して20Vで40分間、ニトロセルロースメンブレン上に移動させた。移動が完了したら、メンブレンを、200mLの1×カゼイン溶液中で、ロッキングプラットフォーム上で穏やかに攪拌しながら、上清については室温(RT)で少なくとも2時間、そして細胞溶解物については4℃で一晩とRTで1時間ブロックした。メンブレンを、50mLで、1×カゼイン溶液中に1:2,000(上清)または1:10,000(細胞溶解物)に希釈したウサギ抗RdCVFタンパク質特異的モノクローナル抗体(大腸菌中で産生された精製されたHis−Tag RdCVF1Lタンパク質(Protein One,Rockville,MD)を使用してCovance(Denver,PA)により作製された一次抗体)とともに、穏やかに攪拌しながらそれぞれ4℃で一晩、または室温で2時間インキュベートした。メンブレンを、30mLの1×カゼイン溶液で5分間を4回、それぞれRTで穏やかに攪拌しながら洗浄した。メンブレンを、1×カゼイン溶液中に1:24,000に希釈した30mLのビオチニル化ヤギ抗ウサギIgG(二次抗体)とともにRTで1時間、穏やかに攪拌しながらインキュベートした。メンブレンを、30mLの1×カゼイン溶液中で5分間を3回、それぞれRTで穏やかに攪拌しながら洗浄した。メンブレンを、100μLのReagent Aと100μLのReagent Bを含有している50mLの1×カゼイン中のVectastain ABC−AmPの中で45分間インキュベートした。メンブレンを30mLの1×カゼイン溶液中で5分間を3回、それぞれRTで穏やかに攪拌しながら洗浄した。
メンブレンをTris(pH9.5)中でインキュベートした。化学発光シグナルを、6mLのDuolox Substrate(Vector Laboratories,カタログ番号SK 6605)を使用し、メンブレンをKodak BioMax MS X線フィルム(Kodak Carestream Health,カタログ番号8572786)に対してフィルムカセットの中で10秒〜5分間露光させ、続いてKodak Developer solution(Kodak GBX,カタログ番号1900984)およびKodak Fixer solutionを使用してフィルムを現像することにより獲得した。
細胞溶解物中の発現されたRdCVF1Lタンパク質のレベル(図2A)は、rAAV−RdCVF1LベクターがARPE細胞に効率よく形質導入したことを示していた。さらに重要なのは、RdCVF1Lタンパク質が、ベクターを形質導入した細胞の細胞培養培地中に効率よく分泌されたことである(図2B)。しかし、予想した分子量を持つ2つのRdCVF1Lタンパク質陽性バンドがrAAV−RdCVF1Lベクターを形質導入した細胞溶解物試料中で観察され(図2A、レーン3)、細胞上清試料中では3個のそのようなバンドが検出された(図2B、レーン3)。理論に束縛されることは望ましくないが、細胞溶解物中のものと同じ分子量を持つ、細胞上清中の2つのより小さい分子量のバンド(図2B、レーン3)は、培養物中のいくつかの死滅した細胞から放出された可能性がある。上清中よりもわずかに大きい分子量を持つ第3のバンドはおそらく、細胞溶解物には存在しない分泌型のRdCVF1Lを示していた。データはまた、分泌型のRdCVF1Lを含む3つの形態のRdCVF1Lが、おそらく、翻訳後に修飾されたことを示唆していた。
(まとめ)
RdCVF1L AAVベクターはヒト網膜色素上皮(ARPE−19)細胞に効率よく形質導入することができ、ウェスタンブロットにより検出されたように、長いRdCVFタンパク質の発現および分泌を導くことができた。より大きなバンドに加えて2つの異なるRdCVFLタンパク質バンドが、rAAV−RdCVF1Lベクターを形質導入した細胞溶解物試料中で観察された。3つのRdCVFLタンパク質のバンドが、ベクターを形質導入した細胞の上清中で検出された。細胞溶解物中で見られたものと同じ分子量を有しているこれらのうちの2つは細胞培養物中の死滅した細胞に由来した可能性があった。わずかに大きな分子量を持つ第3のバンドは、おそらく分泌型のRdCVF1Lを示していた。これらのデータはまた、分泌型のRdCVF1Lを含むRdCVF1Lがおそらく翻訳後に修飾されたことを示唆していた。
(実施例3 マウスの眼の中でのAAVベクターによるRdCVF1およびGFPのインビボ発現)
本研究の目的は、rAAV−RdCVF1Lの網膜下投与によりマウスの眼の網膜中のRdCVFレベルを増大させることができるかどうかを決定することであった。組み換えAAV血清型2ベクターrAAV−RdCVF1Lおよび対照ベクターrAAV−GFPを実施例2に記載したように調製した。
雌BALB/Cマウス(5〜6週齢)をJackson Laboratory(Bar Harbor,ME)から購入し、本研究において使用した。動物に、研究に使用する前に最も短くても1週間の馴化期間を与えた。これらを12時間の明暗サイクルで、ケージの中で<50ルクスの光度で飼育した。飼料と水は自由に利用できるようにした。実験計画については表1に概要を述べる。
網膜下注射を麻酔下で行った。動物を5〜6μg/グラムのキシラジンと組み合わせた25〜30μg/グラムのケタミンの腹腔内注射により麻酔した。麻酔の用量は深い麻酔状態に達するように調整した。眼を局所麻酔のための0.5%の塩酸プロパラカイン(Bausch & Lomb Inc.Rochester,NY)と、手術の直前の消毒のための0.3%のAK−Tob(Bausch & Lomb Inc.)の局所塗布で処置した。瞳孔を1%のトロピカミド(Akorn,Inc.,Buffalo Grove,IL)で膨張させた。
簡単に説明すると、麻酔したマウスを、視野(およそ10倍の倍率)に注射を行う眼を含むようにZeiss手術用顕微鏡下に置いた。ジュウェラー鑷子を用いて眼瞼に穏やかな圧力をかけて、眼球を完全に前に脱出させた。上側頭回を注意深く切開して強膜を露出させた。30ゲージの針を使用して、強膜、脈絡膜、および網膜の穿刺(shelving puncture)を、角膜輪部から0.5mm後方、およそ11時(右眼)および1時(左眼)の位置に行った。1滴のGonak(2.5%、Akorn,Inc)を角膜に滴下し、眼底が見やすくなるように、角膜表面上にカバースライドをゆっくりと置いた。5μLのハミルトン注射器に取り付けた33ゲージの鈍針を、水晶体と網膜の内表面上に置いた針の先端とを触れさせることなく、後極に対して接線方向に強膜切開を通じて挿入した。網膜に穿孔を生じさせ、1μLのベクターを網膜下腔に注射した。注射後、針を注意深く引き抜き、結膜を整復した。それぞれの注射の成功は、網膜剥離の兆候について眼底を評価することにより確認した。網膜下または硝子体内で出血を示した全ての眼を除外し、同様に、網膜剥離(または水疱)を示さなかった眼も除外した。ネオマイシンおよび硫酸ポリミキシンB(polymycin B sulfate)および亜鉛バシトラシン(Bacitracin Zinc)眼軟膏(Bausch & Lomb Inc.)を角膜に塗布して、動物を暖めた毛布の上で麻酔から回復させる間のこの組織の乾燥を最小限にした。
(ウェスタンブロット分析)
ウェスタンブロットを、rAAV−RdCVF1Lベクターの投与後6週間で得た、rAAV−RdCVF1Lベクターを注射した眼および反対側の注射しなかった対照の眼由来のタンパク質抽出物を用いて作製した。簡単に説明すると、眼球を摘出し、眼球外の組織と前上葉区を取り除いた。残っている後上葉区を液体窒素で迅速に凍結させた。これらの試料を、タンパク質の抽出に使用するまで−80℃で保管した。それぞれの眼杯について、プロテアーゼ阻害剤カクテル(Protease Inhibitor Cocktail)(Roche Diagnostics,カタログ番号11836170001)を含む200μLの氷冷したT−PER組織タンパク質抽出試薬(Pierce,カタログ番号78510)を添加した。これらの試料をSonic dismembrator(Fisher Scientific Model 100,Pittsburgh,PA)を用いて氷上で5秒間、超音波処理した。超音波処理した試料を氷上に15分間置いておき、10,000g、4℃で5分間遠心分離して細胞の破片を取り除いた。上清を集め、Bradfordタンパク質アッセイを使用してタンパク質濃度を決定した。RdCVFL対照については、rAAV−RdCVF1Lを形質導入したARPE−19細胞の溶解物を陽性対照とし、形質導入されていない細胞の溶解物を陰性対照とした。タンパク質をゲル電気泳動により分離した。各レーンにつき、36μgの総タンパク質を4〜20%のCriterion(商標)TGX(商標)Precastゲル(Bio−Rad,カタログ番号567−1094)上にロードし、200ボルトで70分間電気泳動した。Trans Blot Semi−Dry Transfer Cellを使用して、タンパク質を0.2μmのニトロセルロースブロッティングメンブレン上にエレクトロブロットした。ブロットを1×カゼイン溶液(Vector Laboratories,カタログ番号SP−5020)を使用してRTで2時間ブロックし、1:2,000に希釈したウサギ抗RdCVFL一次抗体(Covance Research Products,Denver,PA)または1:500に希釈したウサギ抗オプシン、赤/緑ポリクローナル抗体(Millipore,Temecura,CA)とともにインキュベートした。1×カゼイン溶液での3回の洗浄の後、各ブロットを1:3,000に希釈したアルカリホスファターゼヤギ抗ウサギIgG抗体(Vector Laboratories,カタログ番号AP−1000)とともにインキュベートした。タンパク質のバンドを、化学発光物質検出キットを使用して視覚化した。β−チューブリン(50kD)を、等タンパク質ローディング対照に使用した。ブロットをRestore Plus Western Blot Stripping Buffer(Thermo Scientific,カタログ番号46430)を用いて剥がし、1:500に希釈した抗β−チューブリンモノクローナル抗体(Sigma−Aldrich,カタログ番号T4026)、続いて、1×カゼイン溶液中に1:3,000に希釈したアルカリホスファターゼ結合ウマ抗マウスIgG抗体(Vector Laboratories,カタログ番号AP−2000)で再度プローブした。
Kodak Imaging Stationを用いて行った放射能写真のタンパク質デンシトメトリーを、スキャンしたタンパク質バンドを定量化するために使用した。これは、同じブロットの中のβ−チューブリンレベルに関して基準化した。
RdCVF1Lタンパク質の存在は、およそ30kDaの分子サイズを持つ顕著な二重免疫反応性のバンドとして、rAAV−RdCVF1Lの注射を投与した眼において明白に検出された(図3)。陽性対照とした、rAAV−RdCVF1Lが形質導入されたARPE−19細胞由来の細胞溶解物のウェスタンブロットもまた、同じ大きさの2つの個別のタンパク質バンドを生じた。網膜下注射を投与しなかった反対側の眼に由来のタンパク質抽出物も、rAAV−GFPを注射した眼も、抗RdCVFL抗体により検出された類似するタンパク質バンドを生じた(図3)。二重免疫反応性のバンドは、rAAV−RdCVF1Lが形質導入されたARPE−19細胞中でインビトロにおいて観察された二重のバンドと類似していた。第3のバンド(おそらくは分泌型のRdCVF1L)が存在しない理由は、これらのインビボ試料が網膜細胞由来のタンパク質抽出物であることであった。
(免疫組織化学分析)
RdCVF1L免疫染色を、神経網膜およびRPE−脈絡膜−強膜の全載標本中で行った。動物を最後に麻酔し、眼を摘出し、すぐにリン酸緩衝生理食塩水(PBS)7.4(1×)、液体(Gibco,カタログ番号10010−031)中の4%パラホルムアルデヒド中に、4℃で一晩固定した。各マウスの眼に、摘出術の前に墨汁で角膜の下部四分円に印をつけた。眼杯は、Leica解剖顕微鏡下で前上葉区を取り除くことにより準備した。方向決めのために、下部四分円に小さい切り込みを入れた。神経網膜をRPEから注意深く切り開いて離し、視神経で分断した。全載標本を1×PBSで3回リンスし、PBS中の2%のTriton X−100中において5%のロバ血清でRTで2時間ブロックした。ブロッキング溶液を除去した後、全載標本を一次抗体(ブロッキング溶液中の1:1,000のウサギ抗RdCVF)とともに4℃で一晩、および二次抗体(PBS中の2%のTriton X−100中の1:1,000のALEXA FLUOR(登録商標)488ロバ抗ウサギとともにRTで2時間、連続してインキュベートした。PBSでの最後のリンスの後、各全載標本を、神経網膜については光受容器が上を向き、RPE−脈絡膜−強膜についてはRPEが上を向くようにガラススライド上にフラットマウントした。次に、フラットマウントを、デジタルカメラ(Spot RT Color 2.2.1,Diagnostic Instruments,Inc)を取り付けたOlympus BX51顕微鏡とエピ蛍光法を用いて試験した。
免疫組織化学により、rAAV−RdCVF1ベクターを注射した眼の中でのRdCVF1Lタンパク質の発現の増大を確認した。強いRdCVF1L免疫染色が、rAAV−RdCVFを注射した眼においてRPE細胞中で観察されたが(図4A)、注射しなかった反対側の眼からは観察されなかった(図4)。RdCVF1Lの発現の増大は、各眼のおよそ1つの四分円に及ぶ限局性の領域においてのみ見られ、発現が網膜下注射による水疱の領域のみにとどまることを示していた。一次抗体なしで染色した試料は免疫反応性を全く示さなかった(図4C)。このタンパク質の発現の顕著な増大はまた、rAAV−RdCVF1Lを注射した眼の中の光受容器細胞中でも観察された(図5A)。強いRdCVF1L染色が、フラットマウントした神経網膜の中の光受容器外節においてみられた。ここでもまた、陽性染色は、網膜の10〜30%に及ぶ網膜の限局性の領域だけに局在していた。注射しなかった反対側の眼においてはバックグラウンドの染色しか存在しなかった(図5B)。免疫反応性は、一次抗体なしで処理した試料においては見られなかった(図5C)。
(マウスの眼の中でのGFPの発現)
試験したAAVベクターがマウスの眼にRPEおよび光受容器細胞を効率よく形質導入できるかどうかを決定するために、1つのグループのマウス(n=7)にrAAV−GFPを網膜下注射し、6週間後に屠殺した。RPE−脈絡膜−強膜と神経網膜を分離させ、ガラススライド上にフラットマウントした。蛍光顕微鏡は、RPEおよび光受容器層の中での強いGFP発現を明らかにした(未公開データ)。GFPを発現するRPE細胞は、フラットマウントの1〜2の四分円に拡がっており、注射部位に最大数の、最も強くGFPを発現する細胞が存在していた。形質導入したRPE細胞は、それらの六角形の形態を維持していたとの理由から健全であるように見えた。フラットマウントした神経網膜においては、GFP発現が光受容器外節中で確認された。時折、神経節細胞のような網膜の内部の細胞が、おそらく網膜下注射後のベクターの硝子体への漏出が原因で、GFP陽性であった。
(まとめ)
本研究は、網膜下注射の成功後のrAAV−RdCVF1LベクターによるRPEおよび光受容器細胞の効率的な形質導入を明らかにした。このベクターにより送達されたRdCVF1L発現構築物は、マウスの眼の中のRdCVF1Lタンパク質のレベルの有意な増大を導いた。
(実施例4 rd10マウスの眼の中での光受容器の生存に対するアデノ随伴ウイルスベクターにより媒介された長い形態のRdCVF発現の効果)
本研究の目的は、RdCVF1LをコードするAAVをベースとする遺伝子治療ベクターの網膜下投与がrd10マウス(ヒト遺伝性網膜変性についての自然界に存在する動物モデル)における光受容器の生存を促進できるかどうかを決定することであった。Rd10マウスは、常染色体劣性網膜色素変性(RP)についての自然界に存在する動物モデルである。Rd10マウスは桿体cGMPホスホジエステラーゼ遺伝子中にミッセンス点変異を有し、これにより光受容器細胞のアポトーシスを生じる(Changら(2007)Vision Res 47:624−633)。桿体光受容器細胞は18日齢で変性を開始し、光受容器の死滅のピークはP25にある(Garginiら(2007)J Comp Neurol 500:222−238)。5週間までにほとんどの光受容器細胞が変性していた(Changら(2002)Vision Res 42:517−525;Changら(2007)Vision Res 47:624−633;Garginiら(2007)J Comp Neurol 500:222−238)。興味深いことは、暗所で飼育中のrd10マウスが光受容器の変性を4週間も遅らせたことが明らかにされたことであり(Changら(2007)Vision Res 47:624−633)、これは、光への暴露が光受容器の死滅を加速させ得ることを示唆している。一方、これらのマウスを暗所に囲い続けることによる光受容器の変性の遅れは、治療用トランスジーンの発現に時間が必要であるベクターについて治療の猶予時間を延長することができる。例えば、AAVからの十分なトランスジーンの発現には通常約3週間を要するであろう。
rd10マウスの類遺伝子性近交系株の飼育対(4〜5週齢)をThe Jackson Laboratory(Bar Harbor,ME)から購入し、動物施設の中で繁殖させた。これらを12時間の明暗サイクルで、ケージの中で<50ルクスの光度で飼育した。飼料と水は自由に利用できるようにした。以下に記載するように、外科手術後、仔を彼らの雌親とともに、彼らを3週齢で離乳させるまで暗所に囲い続けた。その後、全ての動物を、12時間の明暗サイクルの以前の部屋に戻した。実験計画は表2のとおりである。
動物(生後3日の日齢)を低体温症により麻酔した。この麻酔方法は5日齢までの新生仔マウスおよびラットについて十分に確立されており、これらの動物における短時間の小手術手順(5〜15分)に適している(Gaertnerら、Anesthesia and Analgesia 第2版、277−278頁)。仔を砕いた氷の上に3〜4分間置いた。この時間の間に、仔の色はピンクから紫に変化した。このタイプの麻酔下で網膜下注射を行った。
麻酔したマウスを、視野(およそ10倍の倍率)に注射を行う眼を含むようにZeiss手術用顕微鏡下に置いた。眼瞼と隣接する領域を5%のポビドンヨードで消毒した。虹彩はさみを使用した眼瞼裂の分離により眼を露出させた。ジュウェラー鑷子を用いて眼瞼に穏やかな圧力をかけて、眼球を完全に前に脱出させた。消毒のために1滴の0.3%のトブラマイシン(Tobromycin)(Bausch & Lomb Inc.)を投与した。30ゲージの角針を使用して、強膜、脈絡膜、および網膜の穿刺を、角膜輪部に対して約0.5mm後方、およそ11時(右眼)の位置に行った。5μLのハミルトン注射器に取り付けた33ゲージの鈍針を、後極に向かう接線方向の強膜切開を通じて挿入した。針の先端を網膜下腔に置き、1μLのAAVベクターを網膜下腔に注射した。注射後、針をゆっくりと引き抜いた。網膜下または硝子体内で出血を示した全ての眼を研究から除外した。感染を防ぎ、この組織の乾燥を最小限にするために、ネオマイシンおよび硫酸ポリミキシンB(polymycin B sulfate)および亜鉛バシトラシン眼軟膏(Bausch & Lomb Inc.)を角膜に塗布した。暖かい電気座布団の上で動物を回復させた。
(網膜の組織診断)
マウスを深い麻酔状態とし、彼らの眼を方向決めのために赤い組織色素で上の四分円に印をつけた。その後、彼らを屠殺し、すぐに摘出術を行い、Davidson’s定着液中にRTで約24時間固定した。エタノールおよびClear−rite中での連続する脱水の後、眼をパラフィン(Fisher Sci.,Houston,TX)中に包埋した。5μm厚の網膜の切片を垂直軸に沿って切り、上位および下位網膜の試験ができるようにした。これらの切片をヘマトキシリンとエオシンで染色し、光学顕微鏡(Olympus BX51)下で試験した。外核層(ONL)の厚みを、中心および周辺部網膜の中の核の段数を数えることにより評価した。光受容器の形態もまた試験した。
処置したrd10マウスの眼を5週齢での構造レスキューの程度について評価した。光学顕微鏡検査は、未処置の反対側の眼と比較して、AAV−RdCVF1Lで処置した眼の外核層(ONL)の明らかな保存を示した。典型的には、同じ位置において、未処置の反対側の眼における1〜2段に対して、RdCVF1Lベクターで処置した網膜は、上位および/または下位領域においては、2〜5段の光受容器の核を有していた(図7)。保護が下部四分円においても観察されたとの理由から、レスキューは、注射した領域である上部四分円に限定されなかった。形態計測分析は、未処置の眼における34%と比較して、ベクターで処置した眼においてはおよそ75%の網膜が保護されたことを示した。一部の保存された光受容器は、内節と外節をなおも保有していた(図7E)。注目すべきは、レスキューされた光受容器が桿体細胞と錐体細胞の両方を含んでいたことである。
(錐体の光受容器の染色および計数)
錐体細胞特異的マーカーであるピーナッツアグルチニン(PNA)を使用して、網膜の全載標本を染色した。マウスの眼に、摘出術の前に、角膜の上部四分円には墨で、耳側の四分円には赤色色素で印をつけた。これらを直ちに4%パラホルムアルデヒド中に、4℃で少なくとも一晩固定した。眼杯は、Leica解剖顕微鏡下で前上葉区を取り除くことにより準備した。方向決めのために、上部四分円に小さい切り込みを入れた。円周の付近を4つに放射状に切った後、神経網膜全体を眼杯から注意深く切り開いた。網膜を1×PBSで3回リンスし、0.2%のTriton X−100を含むPBS中の6%のウシ血清アルブミン(BSA)(Gibco,カタログ番号10010−031)でRTで30分間ブロックした。ブロッキング溶液を除去した後、網膜を、Lectin PNA Conjugates Alexa Fluor 594(PBS中1:250、Invitrogen Corp,Chicago,IL)とともに4℃で一晩インキュベートした。PBSでの最後のリンスの後、各網膜を、光受容器を上に向けてガラススライド上にフラットマウントした。次に、網膜の全載標本を、デジタルカメラ(Spot RT Color 2.2.1,Diagnostic Instruments,Inc)を取り付けたOlympus BX51顕微鏡とエピ蛍光法を用いて試験した。
網膜の全載標本中の錐体細胞の密度を評価するために、2つの画像を、それぞれ、視神経頭の端から1mmおよび2mmで、各網膜の四分円から60倍の対物レンズを用いて撮影した。示した各画像(390×293μm)の錐体の数を、Image Pro Plusソフトウェア(Media Cybernetics,Inc.Bethesda,MD)で計数した。
一部の眼については、網膜のクリオスタット切片(12μmの厚み)をLeicaクリオスタットミクロトーム(Leica Microsystems,Model CM 1850,Leica,Bannockburn,IL)で切断し、PNAで染色し、上記のように蛍光顕微鏡で試験した。
錐体光受容器細胞を、フラットマウントした神経網膜中の錐体内節および外節を選択的に染色するPNA標識により同定した。蛍光顕微鏡は、特に、後部中心網膜で、例えば、視神経頭周囲において、未処置の眼の中の錐体細胞の激しい変性を示した。錐体細胞は外節を失い、その内節は短く、欠けており、でこぼこである。対照的に、ベクターで処置した眼はより高い錐体密度を有しており、乱れた錐体節ははるかに少なく、錐体の染色はより均一であった(未公開データ)。より高倍率で、PNA陽性錐体細胞を視神経頭から1mmおよび2mmの位置で4つの四分円の全てにおいて計数した。錐体密度の定量は、未処置の反対側の眼と比較してベクターで処置した眼において有意に多い数の錐体受容器を示した:50+/−25.2に対して181+/−46.4の錐体/0.114mm、p=0.001。
(RdCVFの免疫組織化学)
RdCVF免疫染色を、神経網膜およびRPE−脈絡膜−強膜の全載標本中で行った。全載標本を1×PBSで3回リンスし、PBS中の5%のロバ血清および2%のTriton X−100でRTで2時間ブロックした。ブロッキング溶液を除去した後、全載標本を、一次抗体(ブロッキング溶液中の1:1,000のウサギ抗RdCVF)とともに4℃で一晩、および二次抗体(PBS中の1:1,000のAlexa Fluor(登録商標)488ロバ抗ウサギおよび2%のTriton X−100)とともにRTで2時間、連続してインキュベートした。PBSでの最後のリンスの後、各全載標本を、神経網膜については光受容器が上を向き、RPE−脈絡膜−強膜についてはRPEが上を向くようにガラススライド上にフラットマウントした。次に、フラットマウントを、デジタルカメラ(Spot RT Color 2.2.1,Diagnostic Instruments,Inc)を取り付けたOlympus BX51顕微鏡とエピ蛍光法を用いて試験した。
強いRdCVF免疫反応性が、6個のrAAV−RdCVF1Lを注射した眼のうちの5個においてRPE細胞中で観察された(1つの眼による代表的な例を(図6A)に示す)が、注射しなかった反対側の眼からは観察されなかった(図6B)。rAAV−RdCVF1L注射を投与した1つの眼は、小眼球症(microphthamia)の理由により分析から除外した。RdCVF1Lの効率的な発現が、各眼のおよそ1.5〜3個の四分円に拡がる限局性の領域において見られた。RdCVF1Lを発現するRPE細胞は典型的な六角形の形態を維持しており(図6E)、ベクターの投与またはRdCVF1Lの発現によっては、RPEに対して明らかにネガティブな影響はないことを示唆していた。RdCVF1LのRPE発現と同様に、このタンパク質の免疫反応性における効率的な発現も、rAAV−RdCVF1Lを注射した眼において神経網膜中で観察された(図6C)。注射しなかった反対側の眼には染色は存在しなかった(図6D)。強いRdCVF1L染色が、5個の眼のうちの3個において、特に、内節/外節において、光受容器細胞中に明らかに見られた(図6F)。他の2つの眼にRdCVF免疫反応性がないことは、光受容器の変性に原因があり得る。ここでもまた、陽性染色は網膜の限局性の領域のみに局在していた。注射しなかった反対側の眼においてはRdCVF1Lの観察出来る程の発現が存在しなかったという観察は、内因性のRdCVF1Lのレベルが免疫組織化学染色による検出の限界を下回り得ることを示唆している。
(まとめ)
本研究は、rd10マウスの眼において、rAAV−RdCVF1Lベクターの網膜下注射がRPEおよび光受容器細胞の効率的な形質導入と強いRdCVF1Lタンパク質発現を導いたことを示していた。より重要なことは、このベクターが桿体および錐体の両方の光受容器の生存を延長し、この臨床的に関連する網膜色素変性(RP)の動物モデルにおいて錐体の形態を改善したことである。
(実施例5 rAAV−RdCVF1Lの網膜下注射はrd10マウスにおいて注射部位から遠位にある光受容器細胞を保存した)
rAAV−RdCVF1Lによる光受容器細胞のレスキューが注射部位から遠位にある領域にまで拡がり得るかどうかを試験するために、rAAV−RdCVF1L(1μL、2×10GC)を、生後3日のrd10マウスの右眼の上部四分円に網膜下注射し、注射しなかった反対側の眼を対照とした。マウスを5週齢で屠殺した。眼杯全体による網膜の組織診断を行った。図8は、一方の眼にrAAV−RdCVF1Lの網膜下注射を投与し(パネルA、図8)、反対側の眼は未処置とした(パネルB、図8)代表的な5週齢のrd10マウス由来の眼杯の光学顕微鏡写真を示す。処置した眼と未処置の眼との間でのONLの厚みに差に留意されたい。光受容器の保存は、rAAV−RdCVF1Lで処置した眼の網膜全体に明らかに見られた(パネルA、図8)。上部網膜中の注射部位が標識された。対照的に、未処置の反対側の眼においては、下部周辺部網膜中を除き、ほとんどの光受容器細胞が失われた(パネルB、図8)。
(実施例6 rAAV−RdCVF1Lの網膜下注射が桿体光受容器細胞を保存した)
桿体光受容器細胞が(錐体の光受容器細胞に加えて)rAAV−RdCVF1Lによりレスキューされ得るかどうかを試験するために、生後3日のrd10マウスの右眼にrAAV−RdCVF1L(1μL、2×10GC)を網膜下注射し、注射しなかった反対側の眼を対照とした。マウスを5週齢で屠殺した。網膜の組織をロドプシン免疫組織化学染色した。網膜の層の同定を手助けするために、切片をDAPI(ジアミジノ−2−フェニルインドール、青色)で対比染色した。
ロドプシンの強い発現が、rAAV−RdCVF1Lで処置した眼において光受容器細胞の節層および核層の両方の中で観察された(未公開データ)。しかし、未処置の眼においてはごく一部の細胞しかロドプシン染色を示さなかった(未公開データ)。
(実施例7 Rd10マウスにおいてアデノ随伴ウイルスベクターにより媒介されたRdCVFLによる光受容器の機能的レスキュー)
本研究の目的は、rd10マウスにおいて、網膜の機能と構造に対するAAVベクターにより送達されるRdCVFの保護効果を評価することであった。新生仔rd10マウス(3または4日齢)に、一方の眼にはrAAV−RdCVFLベクターを網膜下注射し、一方、反対側の眼は未処置のままとした。網膜下注射後5週間で、網膜の機能を評価するために、マウスを網膜電位図(ERG)で試験した。ERG後、マウスを屠殺し、彼らの眼を網膜の組織学的評価のために処理した。
組み換えAAV血清型2ベクターrAAV−RdCVF1Lおよび対照ベクターrAAV−GFPを実施例2に記載したように調製した。
rd10マウスの類遺伝子性近交系株の飼育対(4〜5週齢)をThe Jackson Laboratory(Bar Harbor,ME)から購入し、動物施設の中で繁殖させた。これらを12時間の明暗サイクルで、ケージの中で<50ルクスの光度で飼育した。飼料と水は自由に利用できるようにした。外科手術後、仔を彼らの雌親とともに、彼らを3週齢で離乳させるまで暗所に囲い続けた。その後、全ての動物を、12時間の明暗サイクルの以前の部屋に戻した。実験計画については表3に概要を述べる。
動物を麻酔し、実施例4の中で上記に記載したように網膜下注射を行った。
マウスを実験前に一晩(少なくとも14時間)暗所に適応させ、彼らの瞳孔を0.5%のトロピカミド(Alkorn)点眼薬で膨張させた。ケタミンとキシラジンの腹腔内注射により麻酔状態を誘導した。銀の針電極を対照(額)と地面(尾)とし、DTLリング電極を活性電極とした。ゴネゾール(Gonesol)を、良好な電極の接触状態を確実にし、全手順の間、眼を水和された状態に保つために塗布した。記録のセットアップは、Ganzfeldボウル、DC増幅器、およびコンピューターによる制御、ならびにEspion E3網膜電位写真システム(Diagnosys LLC.Lowell,MA)の記録単位を特徴とした。ERGは、Ganzfeldボウルの中にマウスを入れた後、両眼から同時に記録した。シングルフラッシュ記録およびフリッカー記録を、暗順応(dark−adapted)(暗順応(scotopic))状態および明順応(light−adapted)(明順応(photopic))状態の両方で得た。1回の閃光刺激は、強度の増大を示し、10−2から25cds/mに達した。5〜17秒の刺激間間隔での5回の応答を平均した。2、5、10、15、および30Hzの周波数でのフリッカー刺激は3cds/mの強度を有していた。明順応を、明順応応答を安定なレベルに到達させるために10分間、示した30cds/mのバックグラウンドの照射を用いて行った。平均の振幅の比較のために、対応のあるStudent t検定(Student pair−t−test)を使用した。
マウスを深い麻酔状態とし、彼らの眼を方向決めのために赤い組織色素で上部四分円に印をつけた。その後、彼らを屠殺し、すぐに摘出術を行い、Davidson’s定着液中に室温で約24時間固定した。エタノールおよびClear−rite中での連続する脱水の後、眼をパラフィン(Fisher Sci.,Houston,TX)中に包埋した。5μm厚の網膜の切片を垂直軸に沿って切り、上位および下位網膜の試験ができるようにした。これらの切片をヘマトキシリンとエオシンで染色し、光学顕微鏡(Olympus BX51)下で試験した。外核層(ONL)の厚みを、中心および周辺部網膜の核の段数を数えることにより評価した。光受容器の形態もまた試験した。
(結果)
(rAAV−RdCVF1Lで処置した眼における網膜機能のレスキュー)
予想したとおり、5週齢で、rd10マウスは週齢が一致する野生型C57BL/6マウスと比較して、ERG記録において暗順応応答および明順応応答の有意な減少を示した(未公開データ)。しかし、rd10マウス(n=8)においては、暗順応のバックグラウンドでの25cdのフラッシュ強度下で、未処置のもう一方の眼(11.5±8.4μV)と比較して、rAAV−RdCVF1Lで処置した眼は、b波の振幅においておよそ3倍の増大(33.6±14μV)を示した(図10Aおよび10B)。この条件下では、桿体および錐体の両方の応答が記録された。統計分析は、rAAV−RdCVF1Lで処置した眼と対照の眼との間でのERG振幅の有意な差を示している(p=0.025)。いくつかの動物(n=5)は、新生仔期での眼内外科手術によりおそらく生じた角膜の混濁、白内障、または小眼球症の理由から、ERG試験から除外した(ERG試験前に除外した)。
(rAAV−RdCVF1Lで処置した眼における光受容器の構造の保存:)
rAAV−RdCVF1Lで処置した眼におけるERG応答の増大がrd10マウスにおける光受容器細胞の構造の保存と相関しているかどうかを決定するために、動物をERGの直後に屠殺した。彼らの眼を組織学的評価のために処理した。光学顕微鏡検査は、未処置の反対側の眼と比較して、AAV−RdCVFLで処置した眼において外核層(ONL)の明らかな保存を示した。典型的には、ベクターで処置した網膜は、未処置の反対側の眼の中での1〜2段に対して、上位および/または下位領域においては、2〜4段の光受容器の核を有していた(図11Aおよび11B)。保護が下部四分円においても観察されたとの理由から、光受容器の保存は、注射した領域である上部四分円に限定されなかった。一部の保存された光受容器は、内節と外節をなおも保有していた。形態計測分析は、対照の眼(1.2+0.2)と比較して、処置した眼(2.5+1.0)におけるONLの段数の有意な増加を示している(p=0.006)(図12)。
(まとめ)
ERGは、未処置のもう一方の眼(11.5±8.4μV)と比較して、rAAV−RdCVF1Lで処置した眼(33.6±14μV)においてb−波の振幅の有意な増大を示した。ERG振幅の増大は、網膜の構造の改善と相関していた。本研究は、rAAV−RdCVF1Lベクターの網膜下注射が、Rd10マウスにおいて網膜の機能を有意に改善し、光受容器の変性を遅らせることを明らかにした。

Claims (49)

  1. N末端シグナル配列をコードする第2のヌクレオチド配列に作動可能に連結されたRdCVFタンパク質のコード配列をコードするヌクレオチド配列を含有している核酸であって、ここでは、前記RdCVFコード配列が、配列番号1のヌクレオチド106〜741、配列番号1のヌクレオチド106〜429、配列番号3のヌクレオチド106〜432または配列番号3のヌクレオチド106〜744を含有しており、前記シグナル配列が、Igkシグナル配列、ヒト成長ホルモン(HGH)、脳由来神経栄養因子(BDNF)、インシュリン様成長因子1(IGF−1)およびβ−グルクロニダーゼ(GUSB)からなる群より選択される、核酸。
  2. 前記RdCVFタンパク質がRdCVF1タンパク質である、請求項1に記載の核酸。
  3. 前記RdCVFタンパク質がRdCVF2タンパク質である、請求項1に記載の核酸。
  4. 前記RdCVFタンパク質が短いバージョンのRdCVFタンパク質である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の核酸。
  5. 前記RdCVFタンパク質が長いバージョンのRdCVFタンパク質である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の核酸。
  6. 前記RdCVFタンパク質がヒトRdCVFタンパク質である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の核酸。
  7. 前記再コード化されたヌクレオチド配列が開始メチオニンコドンを欠いている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の核酸。
  8. 前記シグナル配列が配列番号1のヌクレオチド1〜105を含有している、請求項1に記載の核酸。
  9. 前記シグナル配列が、配列番号15、配列番号2のアミノ酸2〜34、または配列番号2のアミノ酸7〜21を含有しているアミノ酸配列をコードする、請求項1に記載の核酸。
  10. 前記ヌクレオチド配列が配列番号1または3を含有している、請求項1に記載の核酸。
  11. プロモーター配列が、前記RdCVFタンパク質の前記コード配列に作動可能に連結されている、請求項1〜10のいずれか1項に記載の核酸。
  12. 前記プロモーターがサイトメガロウイルス(CMV)プロモーターである、請求項11に記載の核酸。
  13. 前記CMVプロモーターが配列番号11の150〜812を含有している、請求項12に記載の核酸。
  14. イントロン配列が前記RdCVFタンパク質の前記コード配列に作動可能に連結されている、請求項1〜13のいずれか1項に記載の核酸。
  15. 前記イントロン配列がβ−グロビンイントロン配列である、請求項14に記載の核酸。
  16. 前記イントロン配列が配列番号11のヌクレオチド820〜1312を含有している、請求項14に記載の核酸。
  17. 前記核酸が、配列番号11、配列番号11の150〜2080のヌクレオチド配列、または配列番号11の150〜812、820〜1312および1340〜2080のヌクレオチド配列を含有している、請求項1に記載の核酸。
  18. 請求項1〜17のいずれか1項に記載の核酸を含有しているウイルスベクター。
  19. 前記ウイルスベクターがアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターである、請求項18に記載のウイルスベクター。
  20. 前記AAVベクターがAAV血清型2をベースとしている、請求項19に記載のウイルスベクター。
  21. 前記AAVベクターがAAV血清型8をベースとしている、請求項19に記載のウイルスベクター。
  22. 前記ウイルスベクターがウシ免疫不全ウイルスベクターではない、請求項18に記載のウイルスベクター。
  23. 前記ウイルスベクターが、DNAウイルスベクター、非エンベロープ型ウイルスベクター、およびアデノウイルスベクターからなる群より選択される、請求項18に記載のウイルスベクター。
  24. RdCVFタンパク質を分泌する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の核酸を含有している単離された細胞。
  25. 天然に存在するタンパク質ではない、請求項24に記載の細胞により産生されたRdCVFタンパク質。
  26. (i)薬学的に受容可能な担体、および(ii)請求項1〜17のいずれか1項に記載の核酸、請求項1823のいずれか1項に記載のウイルスベクター、請求項25に記載のRdCVFタンパク質、またはこれらの組み合わせを含有している、薬学的調製物。
  27. RdCVFタンパク質を産生するための方法であって、前記方法は、請求項24に記載の細胞を、前記RdCVFタンパク質の発現と分泌を可能にする条件下で培養する工程、および前記細胞の培養物から前記RdCVFタンパク質を単離する工程を含む、方法。
  28. 前記細胞の培養物の上清からの前記RdCVFタンパク質の精製をさらに含む、請求項27に記載の方法。
  29. 天然に存在するタンパク質ではない、請求項27または28に記載の方法により産生されたRdCVFタンパク質。
  30. 哺乳動物の眼において眼の桿体細胞を保存するための、請求項1〜17のいずれか1項に記載の核酸、請求項1823のいずれか1項に記載のウイルスベクター、請求項25または29に記載のRdCVFタンパク質、請求項26に記載の薬学的調製物、あるいはそれらの組み合わせを含む組成物であって、前記組成物は、前記哺乳動物の前記眼に投与されることを特徴とする、組成物。
  31. 前記組成物が、網膜下注射により投与されることを特徴とする、請求項30に記載の組成物。
  32. 前記組成物が、硝子体内注射、前房への注射、結膜下注射、またはテノン嚢下注射により投与されることを特徴とする、請求項31に記載の組成物。
  33. 前記哺乳動物がヒトである、請求項3032のいずれか1項に記載の組成物。
  34. 前記哺乳動物が、網膜ジストロフィー、シュタルガルト病、網膜色素変性、ドライ型加齢性黄斑変性(ドライ型AMD)、地図状萎縮(進行期のドライ型AMD)、滲出型加齢性黄斑変性(滲出型AMD)、緑内障/高眼圧症、糖尿病網膜症、バルデ・ビードル症候群、バッセン−コーンツバイク症候群、ベスト病、全脈絡膜萎縮(choroidema)、脳回転状萎縮症、先天黒内障、レフサム病(refsun syndrome)、アッシャー症候群、甲状腺関連眼疾患、グレーヴス病、網膜色素上皮細胞と関係がある疾患、前上葉区の疾患、水晶体疾患/白内障、眼杯の障害、またはぶどう膜炎からなる群より選択される眼疾患に罹患している、請求項3033のいずれか1項に記載の組成物。
  35. 前記投与の前には、保存される前記眼の桿体細胞が請求項1〜17のいずれか1項に記載の核酸を含まず、また前記ウイルスベクターが形質導入されていない、請求項3034のいずれか1項に記載の組成物。
  36. 哺乳動物の眼において眼の桿体細胞を保存するための、請求項1〜17のいずれか1項に記載の核酸、または請求項1823のいずれか1項に記載のウイルスベクターを含む組成物であって、前記組成物は、網膜下注射により投与され、前記桿体細胞が、前記網膜下注射の前記部位から少なくとも1mmの部位で保存されることを特徴とする、組成物。
  37. 前記桿体細胞が、前記網膜下注射の前記部位から少なくとも2mmの部位で保存される、請求項36に記載の組成物。
  38. 細胞からRdCVFタンパク質を分泌させるための、請求項10および17のいずれか1項に記載の核酸、または請求項1823のいずれか1項に記載のウイルスベクターを含む組成物であって、前記組成物は、前記核酸または前記ウイルスベクターによりコードされるRdCVFの発現および分泌を可能にする条件下で前記細胞に投与されることを特徴とする、組成物。
  39. 前記細胞が哺乳動物細胞である、請求項38に記載の組成物。
  40. 前記細胞がヒト細胞である、請求項38に記載の組成物。
  41. 前記細胞が眼細胞である、請求項3840のいずれか1項に記載の組成物。
  42. 前記細胞が、網膜色素上皮(RPE)細胞、桿体細胞、錐体細胞、双極細胞、水平細胞、無軸索細胞、神経節細胞、およびARPE−19細胞からなる群より選択される、請求項41に記載の組成物。
  43. 前記細胞がインビトロにある、請求項3842のいずれか1項に記載の組成物。
  44. 前記細胞がインビボにある、請求項3842のいずれか1項に記載の組成物。
  45. 前記細胞がエクスビボにある、請求項3842のいずれか1項に記載の組成物。
  46. 前記細胞が、293細胞、CHO細胞、PerC6細胞、Vero細胞、BHK細胞、HeLa細胞、COS細胞、MDCK細胞、3T3細胞、およびWI38からなる群より選択される、請求項39および4344のいずれか1項に記載の組成物。
  47. 前記細胞が被包されている、請求項3846のいずれか1項に記載の組成物。
  48. 疾患を処置するための、請求項1〜17のいずれか1項に記載の核酸、請求項1822のいずれか1項に記載のウイルスベクター、請求項25に記載のRdCVFタンパク質、請求項26に記載の薬学的調製物、またはそれらの組み合わせを含む組成物であって、前記組成物は、哺乳動物に投与され、ここで、前記疾患が、アルツハイマー病、ハンチントン病、パーキンソン病、および嗅覚の疾患からなる群より選択されることを特徴とする、組成物。
  49. 前記哺乳動物がヒトである、請求項48に記載の組成物。
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