JPH10508187A - 移植および炎症または血栓症のための遺伝子療法 - Google Patents
移植および炎症または血栓症のための遺伝子療法Info
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Abstract
(57)【要約】
哺乳動物細胞の炎症性または免疫学的刺激に対する感受性を低減させるために、特に、炎症または免疫活性化を受け易い内皮細胞におけるトロンボゲン性を緩和するためにこれらの細胞を遺伝子的に修飾する方法を記載しており、細胞にトロンボモジュリンをコードするDNAを挿入し、それによって、トロンボモジュリンを内皮細胞活性化条件下でこれらの細胞から発現させることにより、細胞を遺伝子的に修飾する。インビボまたはインビトロ(エクスビボ)のいずれかで実施できるこの方法は、移植と同様、血栓を特徴とする全身または局所炎症症状の処置における用途が示されている。
Description
【発明の詳細な説明】
移植および炎症または血栓症のための遺伝子療法発明の分野
本発明は、移植および炎症および血栓症に対する遺伝子療法分野に改善をもた
らすものである。特に、炎症性または免疫学的刺激に対する内皮細胞の感受性を
低減させるための内皮細胞の遺伝子修飾に関する。さらに、遺伝子的に修飾した
組織または器官の移植にも関し、とりわけ、遺伝子的に修飾した内皮細胞または
組織または器官を同種または異種の哺乳動物受容個体に移植する方法、それを達
成するための組換ベクター、およびそのように修飾した細胞、組織または器官、
並びにヒト以外のトランスジェニック動物を指向する。発明の背景
内皮は、血管、例えば、動脈、静脈、および毛細血管の内層を形成する細胞の
層からなる。内皮(“血管内皮”ともいう)は、単なる血液および血清の受動管に
すぎないと考えられていたが、現在では、内皮組織の状態が循環する血液の正常
な抗凝固状態の維持に重要であることが認識されている。特に、内皮細胞により
製造され、動脈、静脈および毛細血管の内皮を通って表面糖タンパク質として分
配されるトロンボモジュリン(TM)タンパク質は、十分に特性化されているプ
ロテインC凝固経路の中軸となる多機能性抗凝固分子の構成要素である。この経
路において、トロンボモジュリンは、循環するトロンビンの結合受容体として機
能しており、トロンビンを循環から除去することにより、他の作用の中でもとり
わけ、トロンビンがフィブリノーゲンを凝固したり、血小板を活性化するのを妨
げる。最も重要なことに、一旦トロンボモジュリンが結合すると、トロンビンは
、循環している不活性プロテインCと結び付き、そうしてプロテインCを活性化
形態へと変換させる。凝固経路の更に他の補因子、即ちプロテインSに対する活
性化プロテインCの作用は、最終的に、抗凝固定常状態を維持するのに役立つ。
損傷、炎症、または免疫学的攻撃、例えば、組織または器官の同種間または異
種間移植に関連して生じる損傷、炎症、または免疫学的攻撃、並びに様々な自己
免疫疾患または敗血症などの他の炎症症状に応答して、内皮は、機能不全または
“活性化”前凝固状態へと変化する。腫瘍壊死因子(TNFまたはTNFα)な
どのサイトカインの存在下で起こるこの変換の特徴は、内皮細胞表面からのトロ
ンボモジュリンの損失または消費である。このトロンボモジュリンの低減は、転
写レベルでのダウンレギュレーションが原因であるとされている[Yu等、J.Biol
.Chem.2667(1992)23237-23247]。
このように、組織または器官の移植に伴うような炎症性または免疫学的攻撃は
、微小血管血栓症の重大な脅威、即ちトロンボモジュリンが通常最も活性である
場合の内皮の微小血管における血液の生理学的凝固、および炎症を与える。
上記理由から、例えば、イトーおよび共同研究者らは、人工器官動脈移植片の
ような移植可能合成材料に関して、トロンボモジュリンタンパク質を粘着性表面
コーティングとして使用した(米国特許5,126,140号)。しかしながら、この研究
は、生体移植片に関する場合は、その有用性が制限される。
器官移植体による内皮細胞機能不全または“活性化”の問題は、例えば、細胞
毒性薬剤、抗代謝物、コルチコステロイド、シクロスポリンAのような非特異的
免疫抑制剤、および同等物を用いて、宿主免疫応答を無力化する方向で大規模に
取り組まれている。
内皮細胞の活性化に伴うトロンボゲン性を緩和する、特に免疫抑制剤の大量投
与に関連する毒性および他の可逆的作用を最少化しながら器官移植体の生存を延
長する方法に対する危急の要望が存在する。発明の概要
本発明は、遺伝子療法技術を利用して、炎症または免疫学的刺激を受け易い血
管内皮細胞のトロンボゲン性(即ち、血液凝固を促進する傾向)を軽減するもの
である。
調節的または構成的ベース下で機能性トロンボモジュリンを発現可能にさせる
ことにより内皮細胞を修飾し、そうすることにより、トロンボモジュリン発現は
内皮細胞活性化因子の存在下でさえも維持される。“機能性”とは、該内皮細胞
の発現したトロンボモジュリンタンパク質が細胞環境において(例えば、移植片
受容個体の血液の存在下)トロンビンに結合できること、およびそうして形成さ
れたトロンボモジュリン−トロンビン複合体がチモーゲン(即ち不活性)プロテ
インCの活性化を触媒して活性化プロテインCを提供できることを意味する。“
調節的(性)”とは、タンパク質発現が増大するかまたは低下するかは所定の物
質の存在または添加に依存していることを意味する。用語“調節的発現”は、遺
伝子発現が刺激を加えることにより増大される“誘導的発現”を含む。“構成的
(性)”とは、タンパク質発現が本質的に内皮細胞活性化と無関係であることを
意味する。従って、内皮細胞によるトロンボモジュリンの構成的発現は、TNF
αまたは他の活性化因子によるダウンレギュレーションを実質的に免れる。同様
に、トロンボモジュリンの構成的プロモーターは、TNFなどの血清ダウンレギ
ュレーション因子の存在下でさえ遺伝子の転写を命令する能力がある。
従って、本発明は、哺乳動物の、好ましくは内皮細胞の炎症性または免疫学的
刺激に対する感受性を低減させるために、好ましくはこれらの細胞またはこれら
の前駆細胞に、適切なプロモーターと機能的に関連して機能性トロンボモジュリ
ンタンパク質をコードするDNAを挿入して、哺乳動物の、好ましくは内皮細胞
を遺伝子的に修飾する方法に関し、それによって、トロンボモジュリンを内皮細
胞活性化条件下で発現させるものである。
本発明はまた、炎症性または免疫刺激を受け易い哺乳動物対象における血栓症
を阻止する方法を含み、対象の細胞、組織、または器官に、プロモーターと機能
的に関連してトロンボモジュリンをコードするDNAを挿入し、それによって機
能性トロンボモジュリンを細胞活性化因子の存在下でこれらの修飾化細胞から発
現させることを含んでなる。
好ましくは、細胞または組織をインビボで、即ち、患者身体中にとどめながら
修飾する。あるいは、細胞または組織を対象から抽出し、インビトロ培養に移し
てもよく、その場合、本明細書に記載したようにDNAを挿入して遺伝子的に修
飾し、次いで、その対象または異なる受容個体へと移植する。対象は、脊椎動物
、特に、ブタなどの哺乳動物であるが、霊長動物、特にヒトであってもよい。こ
のような療法は、炎症症状または免疫症状、例えば患者の、特に患者がヒトであ
る場合、自己免疫疾患を軽減するのに有用である。
本発明の更なる態様は、ドナー同種または異種内皮細胞、または内皮細胞を含
有する組織または器官を、哺乳動物受容個体に移植する方法であって、かかる細
胞、組織または器官は炎症または免疫活性化を受け易いものであり:
(a)これらのドナー細胞、またはそれらの前駆細胞または組織または器官を、そ
れらにプロモーター制御下でトロンボモジュリンをコードするDNAを挿入する
ことにより遺伝子的に修飾し;
(b)得られた修飾ドナー細胞、組織、または器官を受容個体に移植し;さらに、
(c)得られた修飾細胞、組織または器官から機能的に活性なトロンボモジュリン
を発現させる、
ことを含んでなる。
工程(a)および(b)は、いずれの順序で実施しても良く、即ち、ドナー同
種または異種細胞、組織、または器官を、受容個体に移植する前に、あるいは後
に、(例えば、トランスフェクション、形質導入、形質転換、その他により)修
飾または遺伝子的に操作してもよい。
プロモーターは、構成性または調節性、例えば誘導性のいずれかであることが
できる。
例えば、ブタ由来の内皮細胞または組織を、適切なプロモーターの制御下でヒ
トトロンボモジュリンをコードするDNAを挿入することにより遺伝子的にイン
ビボで修飾することもでき、修飾が生殖細胞系列で起こった場合はそれによって
“トランスジェニック”にさせた修飾細胞または組織を、あるいは修飾が体細胞
で起こった場合は体細胞組換え体を、次いで受容個体、例えば、ヒトに移植する
。一旦移植すれば、修飾細胞または組織は、TNFなどの他のダウンレギュレー
ション因子の存在下でさえ、機能性ヒトトロンボモジュリンを移植部位で発現す
る。ドナー哺乳動物の遺伝子修飾を、よく知られた技術により、初期段階で実施
して、所望の受容個体タンパク質を発現するトランスジェニックまたは体細胞組
換え動物を産生することができる。ドナー、例えばブタ内皮細胞または組織は、
エクスビボ手段により遺伝子的に修飾することもでき、それによって、ドナーか
ら抽出し、かつ培養維持した細胞、組織または器官を上記のように遺伝子的に修
飾して、
次いで移植片が内皮細胞活性化因子の存在下で実質的にダウンレギュレーション
を免れた所望の機能性受容個体トロンボモジュリンを発現できるような受容個体
へと移植する。
遺伝子修飾はインビトロ(即ちエクスビボ)よりもむしろインビボでなされる
のが好ましい。好ましいインビボ法は、トランスジェニック哺乳動物、例えば、
ブタを育てて、所望の機能性タンパク質を発現するドナー細胞、組織、および器
官の供給源として使用することによるものである。
特に適切なプロモーターおよびベクター構築物は、内皮細胞または組織、およ
び特にブタの内皮細胞[例えば、一般にブタ大動脈内皮細胞(PAEC)または
ブタ微小管内皮細胞]を修飾して機能性トロンボモジュリンの構成的または調節
的発現物とするためにのものと同一であった。
これに関し、ある実施態様において、単純ヘルペスチミジンキナーゼ(tK)
プロモーターと機能的に関連してトロンボモジュリンDNAを含んでなる構築物
を以後記載する。
更に、下記からなるレトロウイルス構築物を利用する:
(a)モロニーマウス白血病ウイルス(Mo−Mu−LV)などのレトロウイルスの
5'−末端繰り返し配列(long terminal repeat)(LTR):
(b)LTRの下流の、Ψなどのレトロウイルスパッケージングシグナル;
(c)LTRの下流の、単純ヘルペスチミジンキナーゼプロモーターと機能的に関
連してトロンボモジュリンをコードするDNA;さらに、
(d)3'−末端繰り返し配列。
ベクターは、少なくともレトロウイルスの、一般に、パッケージングシグナル
配列、即ち、通常はΨの下流にあるgagコード領域の一部(例えば、それらの約
400ヌクレオチド)を含むこともある。3'−LTRはまた、好ましくはポリ
アデニル化配列を含む。好ましくは、ネオマイシンまたはそれらの類似体に対す
る耐性を与えるneo遺伝子などの選択マーカーを、一般にパッケージングシグナ
ル配列の下流にある5'−LTRの制御下で設置することもできる。このような
プラスミドの例は、図3に例示したpNTK−2.TM.CW1である。
アデノウイルス構築物も利用することができ、例えば、下記のようにして製造
できる。特に、TMをコードするアデノウイルス構築物を用いて罹病血管を前以
て融合させて、罹病血管の内皮中にTMを導入できる。
本発明の更なる態様に従い、プロモーター制御下でトロンボモジュリンをコー
ドするDNAを含んでなる移植可能な哺乳動物内皮細胞、組織、または器官、特
に、ドナー哺乳動物種の移植可能な内皮細胞、組織、または器官を与え、その細
胞、組織、または器官は、ドナーとして同種または異種である移植受容個体種の
トロンボモジュリンを発現するように修飾されている。
本発明の更なる態様は、特に上記のように修飾した移植可能な内皮細胞または
組織を有する、異種のトロンボモジュリンをコードするDNAを含んでなるヒト
以外のトランスジェニック哺乳動物、および異種のトロンボモジュリンをコード
するDNAを含んでなるヒト以外のトランスジェニック哺乳動物の製法を提供す
る。このような哺乳動物の例は、その内皮(または他の)細胞からヒトTMを発
現するトランスジェニックマウスである。更なる例は、その内皮(または他の)
細胞からヒトTMを発現するトランスジェニックブタである。
例示の実施態様において、本発明は、機能性ヒトトロンボモジュリンを発現す
るように遺伝子的に修飾したブタ内皮細胞を含んでなる器官をヒトに移植する方
法を含んでなる。図面の説明
図1 プラスミドpNTK−2の制限地図。
図2a ヒトTMをコードするプラスミドpUC19.TM15の略図。
図2b プラスミドpUC19.TM.CW1の挿入の略図(図2aおよび2bにお
いて、太線は、プラスミド基幹配列を示す)。
図3 発現ベクターpNTK-2.TM.CW1の略図。
図4a NTK.TM.CW1プロデューサー細胞プールのFACスキャン分析。
図4b NTK-2.TM.CW1プロデューサープールの限界希釈に由来するT
Mクローンの相対発現レベル(任意単位)を示す棒グラフ。
図5 NTK.TM.CW1形質導入細胞のノーザン分析。
図6 トロンボモジュリン発現のヌクレアーゼS1分析。
図7 活性化プロテインC産生についての、色原体アッセイの図解原理。
図8 37℃でのS−2366切断速度
白抜き四角形:非形質導入PAEC
菱 形: NTK-2.TM.CW1形質導入および選択PAEC
黒四角形: EAhy926細胞系列。
図9 TNFで細胞を処理した後の活性化プロテインC(APC)産生の最大
速度に反映される、トロンボモジュリンの活性を例示する棒グラフ。
図10 天然ヒトトロンボモジュリンcDNA配列(配列番号1)を含んでなる
TM.CW1およびNTK-2.TM.CW1制限分析。定義
“移植片”、“移植体”または“移植組織”は、相互変換的に用いて、受容個
体へ移植するためのドナー由来の生物学的材料、およびかかる生物学的材料を受
容個体に植える行為を表す。
“宿主”または“受容個体(recipient)”は、ドナー生物学的材料を移植する
患者の身体を表す。
“トランスジェニック”は、外来遺伝子を、それぞれが生殖細胞系列のもので
あるか、体細胞のものであるかに関係無く、有する動物を表す
“同種の”(および“同種移植片”)は、ドナーおよび受容個体が同種である
ことを表す。それらの下位部類として“同系の”は、ドナーおよび受容個体が遺
伝子的に同一である状態を表す。“自家移植の”は、ドナーおよび受容個体が同
一個体であることを表す。“異種の”(および“異種移植片”)は、移植片ドナ
ーおよび受容個体が異なる種であることを表す。
“Mo−Mu−LTR”:モロニーマウス白血病ウイルスの末端繰り返し(long
terminal repeat)DNA配列。
“ポリA”:ポリアデニル化シグナルをコードするDNA。
“neo”:殆どの真核細胞および他の宿主細胞にとって有毒であるネオマイシ
ンまたはG418などのネオマイシン類似体に対する耐性を与える、ネオマイシ
ン
ホスホトランスフェラーゼをコードする遺伝子。
“プロモーター”:DNAのRNAへの転写の開始を調節するDNA配列。
“tk”:単純ヘルペスチミジンキナーゼ。
“PAEC”:ブタ大動脈内皮細胞。
“HUVEC”:ヒト臍静脈内皮細胞。
“EAhy926HUVEC”:ヒトTMを構成的に発現する不死化ヒト臍内皮
細胞系列。
“TNF”:腫瘍壊死因子。
“トロンボモジュリン”(TM)は、天然トロンボモジュリン遺伝子(それら
のcDNAを含む)またはタンパク質を表し、天然トロンボモジュリンの機能性
を害しないDNA(またはアミノ酸)配列の変形(例えば、サイレント突然変異
または欠失)を有するそれらの誘導体を含む(米国特許第5,273,962号お
よび米国特許第5,256,770号)。発明の詳細な説明
天然トロンボモジュリンをコードする遺伝子は、その一般的な形態でおよびc
DNAとしての双方で様々な生物種から単離および配列決定されている。ヒト臍
静脈内皮細胞に由来する、1,725塩基対の転写解読枠(open reading frame)
を含み、575アミノ酸の60.3kDa(Mr=60,328)タンパク質をコー
ドする、ヒトトロンボモジュリンの完全cDNA配列は、Majerusにより、米国
特許第4,912,207号に開示されており、また図10(配列番号1)におい
てヌクレオチド位置170ないし1,894として表している。
本発明は、広義には、内皮細胞、組織、または器官の中に、適切なプロモータ
ーと機能的に関連してトロンボモジュリンをコードするDNAを挿入して該内皮
細胞、組織または器官を修飾し、修飾した細胞から有効レベルで機能性トロンボ
モジュリンを発現することによって、内皮細胞または組織または器官の、免疫攻
撃に応答する際の活性化または機能不全に対する感受性を低減することを含む。
プロモーターは、構成性または調節性であることができ、例えば、好適に誘導
可能な方法で操作できる。ある実施態様では、本発明の内皮細胞は、TMタンパ
ク質を構成的、即ち、連続的に発現でき、従って、TMコード配列を、該細胞中
でタンパク質を構成的に発現するプロモーター配列と操作容易に連結させる。あ
るいは、内皮細胞は、調節的、例えば誘導的ベース下で、トロンボモジュリンを
発現できる、即ち、TMコード配列を、誘導性プロモーターと操作容易に連結さ
せて、内皮細胞活性化の前後、または予め定めた外部刺激に応答して要求があり
次第直ちにタンパク質を発現できる。更なる実施態様では、TMcDNAを、内
皮細胞特異的プロモーターに操作容易に連結させることができる。上記プロモー
ターは全て、好ましくは、TMタンパク質コードDNA配列本来のプロモーター
以外のものである。
こうして、本発明は、一態様において、かかる修飾により、患者における炎症
性または免疫刺激に対する血管内皮細胞または組織の機能不全または活性化応答
の問題に取り組むものである。これは、ドナー内皮細胞または組織に、適切な、
例えば、調節性または構成性プロモーターの制御下でトロンボモジュリンタンパ
ク質をコードするDNAを挿入し、これらのドナー細胞または組織を受容個体に
移植することによって、これらのドナー細胞または組織から機能性トロンボモジ
ュリンを発現させることにより、ドナー内皮細胞または組織をインビボまたはイ
ンビトロで遺伝子修飾した結果、かかる療法を必要とする患者における血栓症の
阻止を可能にする。
ドナー種は、受容個体と同一かまたは異なり、かつ適切な移植または遊離移植
のための内皮細胞、組織、または器官を提供できる適切な種であることができる
。好ましい実施態様では、ヒトTMタンパク質を、ヒト受容個体中に配置または
移植されている、異なる哺乳類動物種の細胞から発現させる。ヒト受容個体の場
合、ブタドナーが好適であると考えられているが、他の哺乳動物種、例えば、ウ
シが好適であることもある。例えば、ブタ内皮細胞またはそれらの前駆細胞は、
遺伝子的に修飾したブタ対象から得ることができ、自家移植ドナーまたは他の哺
乳動物、例えば、ヒト対象のいずれかに移植できる。
ドナー細胞または組織は、それらが、それらを移植する移植受容個体種または
異なる種のトロンボモジュリンタンパク質をコードするDNAを含有し、発現す
る点でトランスジェニックであることができる。これらのトランスジェニック細
胞または組織は、細胞、組織、または器官の寿命中無期限にトロンボモジュリン
を発現し続けることができる。
本発明の内皮細胞の修飾は、当業者には既知の様々な手段によるものであり得
る。例えば、DNAの細胞または組織へのインビボ直接注入が実施できる。トラ
ンスジェニック動物作成法は、一層普及してきており、外来細胞またはDNAを
動物組織に挿入する適切な方法には、マイクロインジェクション、胚性幹(ES
)細胞マニピュレーション、電気穿孔法、セル・ガン(cell gun)、トランスフ
ェクション−k、形質導入、レトロウイルス感染、等がある。
レトロウイルスベクター、および特に、レトロウイルス複製に必要なgag、pol
およびenv配列の1またはそれ以上を欠く複製不全レトロウイルスベクターは、
当分野ではよく知られており、内皮細胞を形質転換するのに使用できる。ヘルパ
ーフリーのウイルスベクターを産生するPA317または他のプロデューサー細
胞系列が、文献、例えば、MillerおよびButtimore、Mol.Cell.Biol.(1986),2895
-2902;米国特許第5,219,740号;米国特許第4,861,719号;米国
特許第5,124,263号;および米国特許第4,650,764号に十分に記載
されている。
本発明の目的に適した代表的なレトロウイルス構築物は、少なくとも1つのウ
イルス末端繰り返し配列と治療対象のヌクレオチド配列の上流にあるプロモータ
ー配列、および少なくとも1つのウイルス末端繰り返し配列と治療対象配列の下
流にあるポリアデニル化シグナルを含んでなる。例えば、それは、モロニーマウ
ス白血病ウイルス(Mo−Mu−LV)−由来のN2プロウイルスベクターであるこ
とができ、その対象となる遺伝子は、5'−および3'−末端繰り返し配列(LT
R)および5'−LTRの下流にあるパッケージングシグナル配列と隣接(flank)
している。N2はまた、Mo−Mu−MLVの約400塩基対のgagコード領域を
含有している。更に、Mo−Mu−MLVコード配列の大部分が、N2では欠失し
ており、細菌性ネオマイシン−耐性遺伝子(neo)で置き換わっている[Eglitis
等、Science 230(1985)1395-1398]。
ブタ大動脈内皮細胞などのブタ内皮細胞は、典型的な遺伝子工学技術では取り
扱い困難である。哺乳動物細胞におけるトロンボモジュリンの構成的発現のため
の様々なベクター構築物を下記の表1に示す。驚いたことに、特定のレトロウイ
ルス構築物が、形質導入トロンボモジュリンのタンパク質発現と同様に優れたウ
イルス力価を与えることが分かった。例示したpNTK−2ベクターは、高レベ
ルのウイルス力価およびトロンボモジュリン発現を与える点で、例えば、下記表
1に示した他のレトロウイルス構築物よりも優れていることが分かった。
このpNTK−2ベクターのプロモーター含有5'−末端繰り返し配列とその
単純ヘルペスtkプロモーター配列との明らかな共同作用の結果として、魅力あ
るトロンボモジュリン発現レベルが、形質転換内皮細胞から得られ得る。
アデノウイルス、即ち、上部呼吸系疾患を引き起こし、霊長類の潜伏性感染に
も存在するウイルスに由来するベクター類も、一般に知られており、使用できる
。
アデノウイルスが低周辺温度で細胞に結合する能力は、冷保存中の遺伝子導入を
促進できる移植片設置(the transplant setting)の際に有利である。アデノウ
イルスベクター構築物を様々な方法で製造して、トロンボモジュリンタンパク質
の発現をもたらすことができる。このようなベクターでは、TM遺伝子は、1ま
たはそれ以上の異なるプロモーターの制御下にあることがある。このようなプロ
モーターの1つは、既知のCMVプロモーター/エンハンサーである。
内皮細胞へTMを運ぶためのアデノウイルスベクターは、例えば、下記のよう
にして構築できる:
(a)TMトランスファーベクターは、CMVプロモーター/エンハンサーの下
流かつ御下でTM遺伝子(例えば、構築物TM.CW1)をその遺伝子の下流に
あるポリA配列と共に含んでなることができる。この構築物の両側にあるのは、
適切なベクターとの組換えを促進するのに必要なアデノウイルス配列である。例
えば、このような配列は、上流に約400bpのアデノウイルス配列、および下流
に上流の400bp配列に比しておよそ3000−6000を数える約3kbのアデ
ノウイルス配列を含むこともできる。
(b)アデノウイルスベクター構築物は、アデノウイルスゲノムをE1コード領
域の挿入物と共に含んでなり、それによって挿入物は、プラスミドがバックグラ
ウンドを生じるのを妨げる。
(c)293細胞は、ヒト胎児腎臓に由来する連続系列であり、アデノウイルス
E1領域(即ち、トランスで)タンパク質を含有および発現するが、この領域は
、この領域を欠くアデノウイルスベクターの複製および関連機能に必要である。
例えば、293細胞は、複製関連機能に必要とされるアデノウイルスE1aおよ
びE1bタンパク質を含有および発現できる。
293細胞への同時トランスフェクションによるベクター(a)およびベクタ
ー(b)の組換えの結果、TMをコードする遺伝子を含有するアデノウイルス粒
子を形成するが、これらの粒子は、好ましくは、アデノウイルス領域の1または
それ以上の配列を欠いており、そのため好ましくは複製不全である。同時トラン
スフェクションは、細胞を1%アガロースを含有する培地で覆いながら行うので
、
純粋な組換えウイルスまたはウイルスベクターが、ウイルス産生細胞の溶解の際
、単層において目で見える透明/プラークとして直接得られる。この組換えウイ
ルスは、例えば、PCRおよびサザンブロットにより、および例えば既知の方法
で調製したhuTMモノクローナル抗体を用いる発現により、物理的に特性化およ
び拡張(expand)させることもできる。得られた複製不全組換えウイルス、例え
ば、感染293細胞の凍結解凍溶解により得られるようなものは、特に内皮細胞
におけるTMタンパク質の構成的生産に特に有効である。
本発明に使用するためのアデノウイルスベクター構築物は、cmvプロモーター
と機能的に関連してトロンボモジュリンDNAおよびその下流のポリA配列を含
む発現カセットを含んでなる。この発現カセットは、トランスでE1遺伝子の存
在を示すため、E1領域を欠くアデノウイルスベクターの複製を可能にするもの
であるヒト胚性腎臓細胞(293細胞系列)において、2つのプラスミドを組換
えることによりアデノウイルスゲノムに導入される。
標的遺伝子輸送のための別の方法は、DNA−タンパク質複合体の形成を経て
いる。この種の遺伝子導入基質は、トロンボモジュリン遺伝子を内皮細胞上のア
クセプターのポリペプチドリガンドにコンジュゲーションすることにより構築さ
れる。
細胞または細胞集団を本発明によりインビボまたはインビトロで処理できる。
例えば、インビボ処理のために、本発明のトロンボモジュリンベクターを、細胞
、組織または器官をin situで直接感染させることにより挿入できる。そのため
、腎臓などの器官の管をインビボで血液循環から一時的にクランプ止めにし、そ
して血管を、対象のトロンボモジュリン遺伝子含有の伝達性ベクター構築物を含
む溶液で遺伝子が器官の細胞内に挿入されるのに十分な時間灌流し、その後クラ
ンプを外して、血流を器官へ回復させてもよい。その他の実施態様では、細胞修
飾を培養細胞中、エクスビボで実施できる。細胞集団をドナーまたは患者から取
り出し、ベクターDNAの挿入により遺伝子的に修飾し、次いで、患者または他
の受容個体に移植することができる。更に、器官をドナーから取り出し、エクス
ビボで上記灌流工程に付し、その器官をドナーに再移植するか、または同種また
は
異種の別の受容個体に移植してもよい。
遺伝子的に修飾した内皮細胞を、移植部位で、例えば、自生露出管(reseeded
denuded vellels)または人工器官に導入することもできる。それらを含む組織
または器官をドナーから取り出し、よく知られた外科手術により受容個体へ移植
することもできる。移植の前に、処理した内皮細胞または組織を、構築物を含有
および発現する遺伝子的に修飾した細胞についてスクリーニングしてもよい。こ
のためには、選択マーカー物質に対する耐性を与える発現生成物をコードする第
2のヌクレオチド配列をベクター構築物に供給してもよい。スクリーニングに適
した選択マーカーには、ネオマイシンまたはネオマイシン類似体G418に対す
る耐性を与えるneo遺伝子がある。
いずれの哺乳動物細胞も、トロンボモジュリン遺伝子挿入の標的であることが
できるが、内皮細胞が操作上好ましい細胞である。受容個体種は、主にヒトであ
るが、それに制限されない。その他の霊長類などの哺乳動物も適切な受容個体で
あり得る。
TNFなどの血清因子による内皮細胞の活性化を導く炎症刺激は、損傷、火傷
、敗血性ショック、自己免疫疾患、同種または異種間移植、外科手術等を含む広
範囲の病的症状に起こる。更なる疾患には、血栓形成傾向の増大があるようなも
の(例えば、虚血性心疾患、アテローム性動脈硬化、多発性硬化、頭蓋内腫瘍、
血栓塞栓症および高脂血症などのアテローム性動脈硬化症状および血栓症状、血
栓静脈炎、脳血栓症、冠動脈血栓症、および網膜血栓症)、また、分娩または冠
動脈バイパス手術、血管形成術、および人工心臓弁移植などの外科手術に伴うも
のがある。
上記の試薬、出発物質または細胞系列は、本明細書に具体的に記載されていな
いが、これらは既知および入手可能であるか、またはそれらまたはそれらの均等
物は既知の入手可能製品から既知の方法に従い製造できる。
下記の実施例は、単なる例示であって、本明細書に記載および請求した発明を
何等限定するものではない。温度は全て、セ氏温度である。実施例 材料
ヒトトロンボモジュリンcDNAは、プラスミドpUC19のEcoRI部位で
クローン化して、pUC19TM15を形成させたもの(ATCC寄託番号61
348)をアメリカン・タイプ・カルチャー・コレンション(アメリカ合衆国、
MD、ロックビル)から入手する。
プラスミドpNTK−2は、pXT1[Boulter等、Nucleic Acids Research
15(17)(1987)7194 から得られるものであり、詳細は図1に記載している。
PA317細胞系列(ATCC CRL9078)は、ウイルスパッケージン
グシグナルを欠くが、gag、pol、およびenvタンパク質パッケージング遺伝子を
コードする両向性(amphotropic)複製不全レトロウイルス構築物を含有する。
ブタ大動脈内皮細胞(PAEC)は、例えば、ディーコネス・ホスピタル・ア
ニマル・ラボラトリーズ(アメリカ合衆国、MA、ボストン)から入手した大動
脈から精製する。4継代ヒト臍静脈内皮細胞(HUVEC)は、チルドレンズ・
ホスピタル(アメリカ合衆国、MA、ボストン)由来のものである。
PA317細胞およびPAECは、10%熱不活性化ウシ胎児血清、ペニシリ
ン、およびストレプトマイシンを含むDMEM培地(Gibco)で維持する。方法
a.pNTK−2.TM.CW1の構築
プラスミドpUC19.TM15をBstXIおよびHindIIIで消化すると、TK
遺伝子ポリアデニル化部位および隣接pUCポリリンカーの小セグメントを含む
3'−非転写領域が欠失した切断cDNA配列を生じる。切り取ったセグメント
を、中間のSal1、EcoR1およびBamHI部位をコードする突出部を与えた2
9ヌクレオチドの合成リンカーで置き換え、pUC.TM.CW1として図2bに
略図的に表す。
切断配列TM.CW1を、Sal−1部位でpUC.TM.CW1から切り取り、
pNTK−2においてXhol部位に融合させたSal1フラグメントとしてpNTK
−2中にクローン化し、図3に略図的に表したpNTK−2.TM.CW1を得る
。
b.プロデューサー細胞の形質導入
プラスミドpNTK−2.TM.CW1をそのプラスミド基幹においてScalで
鎖状にし、鎖状にしたプラスミドpNTK−2.TM.CW1を電気穿孔法により
、PA317細胞培養物中へ形質導入させた。
c.対照操作法
プラスミドを上記a記載の方法により製造するが、ただし、これはトロンボモ
ジュリン遺伝子を欠いている。このプラスミドもまた電気穿孔法によりPA31
7細胞へと形質導入させて、“空の”プロウイルス、即ち、neo遺伝子を含有す
るがトロンボモジュリン遺伝子を含有しないウイルス力価を示す。
d.プロデューサークローンの選択および分析
トランスフェクションしたPA317細胞のネオマイシン選択を、少なくとも
600μg/mlG418(Gibco Grand Island NY カタログ番号11811-031)中で
少なくとも14日間行う。得られたNTK−2.TM.CW1プロデューサープー
ルを制限希釈により、サブクローン化して、29個のサブクローンを得る。サブ
クローン由来の上清を後期対数初期定常期で集め、2000gで10分間遠心に
かけて、プロデューサー細胞と異物を取り出し、次いで、液体窒素中、単サイク
ルの迅速凍結解凍で精製する。
e.FACスキャン分析
NTK−2.TM.CW1プロデューサープールのFACスキャン分析は、Harl
owおよびLane,Antibodies;A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laborat
ory Publication,Ch.10(1988)に記載の方法に従い、第2試薬をコンジュゲー
トした抗−トロンボモジュリンモノクローナル抗体11B1およびFITCを用
いて行う。図4aでは、白抜き部分は、第2試薬単独でインキュベーションした
プロデューサー細胞を示す。黒塗り部分(第2試薬と11B1)は、細胞当たり
のトロンボモジュリンレベルに相当し、左から右へと増大している。NTK−2
.TM.CW1プロデューサープールは、中間力価ウイルス(1−2×104感染
単位/ml)を生ずる。約80%のNTK−2.TM.CW1クローンがTM発現性
であることが分かる。10−15%のサブクローンは、G418耐性を与えるが
N
TK−2.TM.CW1発現を与えないウイルスを生ずる(図4b)。
f.3T3細胞の感染
3T3繊維芽細胞に精製ウイルス上清を感染させ、その14日後G418で選
択する。29個のサブクローンの内、22個が3T3繊維芽細胞に対するウイル
ス力価を示す。比較すると、NTK−2.TM.CW1を含有する他のレトロウイ
ルス構築物は、上記表1に示したようなより強力な構成性プロモーターの制御下
で、低いウイルス力価を示す。単一クローン、A5を選択した結果、抗−TM免
疫組織化学により判断したところ、形質導入頻度のそれぞれ30−40%から6
0−80%の概算的倍加を生じる。
g.PAECの感染
対数増殖期のPAECを、30mm径ペトリ皿当たり0.5−2×109細胞で接
種し、8μg/mlポリブレン界面活性剤の存在下、精製A5上清と共に24時間
にわたりインキュベートした。
h.細菌エンドトキシンおよびヒトTNFでのPAEC刺激
形質導入PAECが活性化に対する感受性を保持しているという確証は、10
0ng/mlの細菌細胞壁リポ多糖類(LPS)またはTNF、既知の細胞アクチベ
ーターで処理したPAECクローンに対し抗−ヒトTMモノクローナル抗体IA
4を用いてELISAを実施することにより得られる。細胞は、細胞活性化中に
アップレギュレーションされることが知られているE−セレクチンをアップレギ
ュレーションすることにより刺激に応答する。刺激の結果、これもまた1A4で
のELISAで測定したところ、トロンボモジュリン活性の若干の減少が起こり
、これは、発現の低減というよりはむしろ、転写後機構(即ち、タンパク質のメ
チオニン388の酸化傾向)に大きく起因するようである。TNFでの様々な細胞
系列の刺激に応答する際のTM発現およびAPC生産は、図9に示している(誤
差バー±1標準偏差)。HUVECにより発現された内生TMタンパク質の活性
が、実質的には、TNF−αによって十分にダウンレギュレーションされるのに
対し、形質導入PAECにより発現されたヒトTMは、サイトカイン誘導ダウン
レギュレーションに対して耐性である。
i.イムノペルオキシダーゼ研究
指数関数的に増殖するPAECの形質導入効率は、抗体1A4での間接免疫ペ
ルオキシダーゼ染色により感染後24時間で測定する。形質導入PAECをホス
フェート緩衝化塩水(PBS)で洗浄し、次いで、0.05%グルタルアルデヒ
ドで10分間室温で固定する。PBS中5%ヤギ血清中でブロッキングした後、
細胞を、1:350に希釈した抗−ヒトトロンボモジュリンモノクローナル1A
4、ビオチニル化ヤギ抗−マウス抗体(Pierce31802、1:2000希釈)
およびストレプトアビジンペルオキシダーゼ(Pierce、1:2000希釈)と共
に、PBS中2%ヤギ血清中で1時間室温でインキュベーションする。アミノエ
チルカルバゾールを用いて抗原の存在を検出した。A5クローンから集めた上清
を用いる一回の感染により良好な形質導入頻度が得られる。非形質導入PAEC
では、トロンボモジュリンメッセージは無視でき、タンパク質は何等検出されな
い。
j.ノーザン分析
次いで、総RNAをグアニジンイソチオシアナート/酸フェノール法により形
質導入陽性選択PAECから単離する。図5は、pUC.TM.CW1のEcoRI
フラグメントでプローブしたPAEC培養細胞;非形質導入PAEC;EAhy9
26;NIH3T3;およびNTK−2.TM.CW1形質導入陽性選択NIH3
T3由来のRNA(16時間さらす)のノーザンブロットを示す。各レーンは1
0μgRNAを含有する。トロンボモジュリンmRNAの補間サイズ(interpolat
ed size)は、3.7キロベースである。
2つの主たるRNA種が優れている:(1)tk作動転写物に相当する3−3
.5kb配列;および(2)転写読み取りを証明し、LTR作動転写から開始し、n
eo遺伝子から5'−LTRないし3'−LTR転写物に相当するtkおよびTM配
列へと続く、TMプローブおよびG418耐性用プローブとハイブリダイズ可能
な約5.5kb配列。
k.ヌクレアーゼS1分析
ヒトTMをコードするmRNAの定常状態レベルを、S1ヌクレアーゼ保護分
析により測定する。プラスミドpKS M13+においてEcoR1部位でクロー
ン化したTM15をPvullおよびXmalで消化して、S1ヌクレアーゼ保護用の
530bpプローブを生産する。形質導入細胞に見られる保護フラグメントは、T
M15中のEcoRIからXmal部位にあると予想される260bpフラグメントに
相当する。野生型ヒトトロンボモジュリンは、23bp短い保護フラグメントを生
ずる。形質導入細胞由来のRNAのS1ヌクレアーゼ分析(3日さらす)は、ヒ
トTMをコードするmRNAの顕著な定常状態発現を示している(図6)。
l.TM発現のスキャッチャード分析
高発現EAhy926細胞系列と比較した場合の形質導入PAECにおけるTM
の発現レベルと、構成的にヒトTMを発現するヒト臍帯静脈内皮細胞(HYVE
C)と比較した場合の形質導入PAECにおけるTMの発現レベルとの間の比較
を行う。
まず、全ての細胞がトロンボモジュリン分子を発現すると思われることから、
放射性標識1A4によるスキャッチャード分析を用いて、EAhy926細胞系列
における細胞当たりのトロンボモジュリン分子の絶対数を見積もることにより比
較を行う。PAECおよびEAhy926の発現レベルは、同様に大きい。競合型
ELISAでは、EAhy926細胞は、細胞当たり平均2.5×105分子を発現
し、G418−選択NTK−2.TM.CW1形質導入細胞は細胞当たり少なくと
も1.5×105分子を発現する。
m.生物学的活性
発現したヒトTMの機能性を、集密的ヒトTM発現性PAEC、空のベクター
形質導入PAEC、HUVECおよびEAhy926における補因子アッセイによ
り定量する(図7)。細胞を24ウェルプレートにおいて集密的になるまで増殖
させる。培地を除去し、ウェルをPBSで洗浄する。細胞培養物を下記:
0.8μgヒトプロテインC(プールした血漿から精製した(アメリカ赤十字))
1×補因子緩衝液(50mMトリス−HCl、pH8.0;100mM NaCl;
10mM CaCl2;0.1%BSAを含む)中0.1国際単位のウシトロンビン
の基質補因子溶液170μlと共に、Owen,W.およびEsmon,C.,J.Biol.Chem.257
(1982)859およびFreyssinet等,Biochem.J.238(1986)151に記載のCO2イ
ンキュベーター中、37℃で60分間インキュベーションする。反応を止めるた
めに、ヒルのヒルジン3単位(トロンビン結合剤)を各培養物に加える。上記イ
ンキュベーション中に産生された活性化プロテインCは、色原対基質S−236
6を用いて、反応停止した反応混合物159μlおよび基質50μlを合わせ、マ
イクロプレートリーダーで405nmでのODを読み取ることにより、動力学的に
検定する。トロンボモジュリンの活性は、色原体切断の最大速度としてmOD単
位/分で表現する。PAECにより発現されたトロンボモジュリンは、ヒトおよ
びウシトロンビンの両方を用いるヒトプロテインCのトロンビン媒介作用を触媒
できることが分かる。比較すると、非形質導入PAECではなんら顕著なトロン
ボモジュリン活性が検出されず(図8)、EAhy926細胞系列ではより低い活
性しか観察されない。
トロンボモジュリンの活性は、HUVECで観察されたものに匹敵する。
n.凝固研究
マイクロウェルでのインビトロ凝固実験は、ヒト血漿で活性化して、細胞を凍
結解凍破壊した場合、形質導入PAECが凝固時間の延長を引き起こすことを立
証できる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
C12N 7/00 C12P 21/02
C12P 21/02 C12N 5/00 B
// A61K 38/00 A61K 37/02
(C12N 5/10
C12R 1:91)
(C12P 21/02
C12R 1:91)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG),
AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C
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,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR,
KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M
N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU
,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TT,
UA,UG,US,UZ,VN
(72)発明者 ライトン,クリストファー
アメリカ合衆国02146マサチューセッツ州
ブルックリン、ステアーンズ・ロード17
番 ユニット5
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.哺乳動物細胞の炎症性または免疫学的刺激に対する感受性を低減させるた めに、これらの細胞またはこれらの前駆細胞に、適切なプロモーターと機能的に 関連して機能性トロンボモジュリンタンパク質をコードするDNAを挿入し、そ れによって、トロンボモジュリンを内皮細胞活性化条件下で発現させることを含 んでなる、哺乳動物細胞を遺伝子的に修飾する方法。 2.哺乳動物対象の細胞、組織、または器官に、プロモーターと機能的に関連 してトロンボモジュリンをコードするDNAを挿入し、それによって機能性トロ ンボモジュリンを細胞活性化因子の存在下でこれらの修飾化細胞から発現させる ことを含んでなる、炎症性または免疫刺激を受け易い哺乳動物対象における血栓 症を阻止する方法。 3.哺乳動物トロンボモジュリンをコードするDNAを、内皮細胞または組織 に挿入する、請求の範囲第1項または2項記載の方法。 4.DNAがヒトトロンボモジュリンをコードするものである、請求の範囲第 3項記載の方法。 5.トロンボモジュリンをコードするDNAが構成性プロモーターと機能的に 関連している、請求の範囲第4項記載の方法。 6.トロンボモジュリンをコードするDNAが調節性および/または誘導性プ ロモーターと機能的に関連している、請求の範囲第4項記載の方法。 7.トロンボモジュリンをコードするDNAがチミジンキナーゼプロモーター と機能的に関連している、請求の範囲第1項または2項記載の方法。 8.トロンボモジュリンをコードするDNAがチミジンキナーゼプロモーター およびレトロウイルス5'−末端繰り返しDNA配列の両方と機能的に関連して おり、この繰り返し配列はチミジンキナーゼプロモーターの上流に位置している 、請求の範囲第1項または2項記載の方法。 9.レトロウイルス3'−末端繰り返しDNA配列がトロンボモジュリンをコ ードするDNAの下流にある、請求の範囲第1項または2項記載の方法。 10.トロンボモジュリンをコードするDNAがcmvプロモーターと機能的 に関連している、請求の範囲第1項または2項記載の方法。 11.ドナー同種または異種内皮細胞、または内皮細胞を含有する組織または 器官を、哺乳動物受容個体に移植する方法であって、かかる細胞、組織または器 官は炎症または免疫活性化を受け易いものであり: (a)これらのドナー細胞またはそれらの前駆細胞、または組織または器官を、そ れらにプロモーター制御下でトロンボモジュリンをコードするDNAを挿入する ことにより遺伝子的に修飾し; (b)得られた修飾ドナー細胞、組織、または器官を受容個体に移植し;さらに、 (c)得られた修飾細胞、組織または器官から機能的に活性なトロンボモジュリン を発現させる、 ことを含んでなる方法。 12.ヒトトロンボモジュリンをコードするDNAをドナー細胞または組織に 挿入し、かつ受容個体がヒトである、請求の範囲第11項記載の方法。 13.ドナー細胞または組織がヒト以外の哺乳動物である、請求の範囲第12 項記載の方法。 14.トロンボモジュリンをコードするDNAが構成性プロモーターと機能的 に関連している、請求の範囲第13項記載の方法。 15.トロンボモジュリンをコードするDNAが調節性および/または誘導性 プロモーターと機能的に関連している、請求の範囲第13項記載の方法。 16.トロンボモジュリンをコードするDNAがチミジンキナーゼプロモータ ーと機能的に関連している、請求の範囲第13項記載の方法。 17.トロンボモジュリンをコードするDNAがチミジンキナーゼプロモータ ーおよびレトロウイルス5'−末端繰り返しDNA配列の両方と機能的に関連し ており、この繰り返し配列はチミジンキナーゼプロモーターの上流に位置してい る、請求の範囲第16項記載の方法。 18.レトロウイルス3'−末端繰り返しDNA配列がトロンボモジュリンを コードするDNAの下流にある、請求の範囲第17項記載の方法。 19.トロンボモジュリンをコードするDNAがcmvプロモーターと機能的 に関連している、請求の範囲第13項記載の方法。 20.(a)レトロウイルスの5'−末端繰り返し配列(LTR): (b)LTRの下流にあるレトロウイルスパッケージングシグナル; (c)LTRの下流にある単純ヘルペスチミジンキナーゼプロモーターと機能的に 関連してトロンボモジュリンをコードするDNA; (d)3'−末端繰り返し配列、 からなるレトロウイルス構築物。 21.構成性または調節性および/または誘導性プロモーターの制御下でトロ ンボモジュリンをコードするDNAを含んでなる移植可能な哺乳動物内皮細胞、 組織、または器官。 22.ドナーとして異なる動物種である移植受容個体種のトロンボモジュリン を発現させるために修飾されている、ドナー哺乳動物種の、請求の範囲第21項 記載の内皮細胞、組織、または器官。 23.ドナー哺乳動物種がブタであり、移植受容個体がヒトである、請求の範 囲第22項記載の細胞、組織または器官。 24.異種のトロンボモジュリンをコードするDNAを含んでなるヒト以外の トランスジェニック哺乳動物。 25.ブタまたはマウスであり、そのDNAがヒトトロンボモジュリンをコー ドするものである、請求の範囲第24項記載のトランスジェニック哺乳動物。
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