KR20220119084A - 폴리뉴클레오티드를 엑소솜에 전달하기 위한 핵산 구축물 - Google Patents

폴리뉴클레오티드를 엑소솜에 전달하기 위한 핵산 구축물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 miRNA 분자 MIR21, pri-miR-21 및 pre-miR-21에서 확인된 구조적 및 조절적 특징을 사용하여 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 전달한다. 특히, 본 발명은 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜으로 표적화하기 위한 pre-miRNA에 관한 것이며, 여기서 pre-miRNA는 외인성 뉴클레오티드 서열 및 스템-루프 구조를 포함하고, 여기서 스템은 적어도 하나의 워블 쌍을 포함한다. 본 발명은 또한 조작된 pre-miRNA를 포함하는 핵산 카세트, 벡터 및 세포, 엑소솜을 로딩하는 방법 및 생성된 로딩된 엑소솜을 제공한다. 로딩된 엑소솜은 예를 들어 요법에서 외인성 뉴클레오티드 서열을 표적 세포에 전달하는데 사용될 수 있다.

Description

폴리뉴클레오티드를 엑소솜에 전달하기 위한 핵산 구축물
본 발명은 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 전달할 수 있는 핵산 구축물, 및 관심 뉴클레오티드 서열을 포함하는 엑소솜을 생산하기 위해 이들 구축물을 사용하는 방법에 관한 것이다.
엑소솜은 엔도솜 구획에서 유래하고 다소포체 (MVB)가 원형질막과 융합할 때 세포로부터 분비되는 막-결합 소포이다. 엑소솜은 전형적으로 30 내지 120nm의 직경을 갖는다. 엑소솜은 단백질, 탄수화물, 지질 및 핵산을 포함한 많은 유형의 생체분자를 함유할 수 있다. 엑소솜 생물발생은 세포의 세제-저항성 막에서 전형적으로 발견되는 콜레스테롤, 세라미드 및 다른 지질로 이들의 막의 풍부화를 포함한다. 단백질은 또한 이들의 분류 및 생물학적 활성에서 역할을 할 수 있는 엑소솜 막, 예컨대 테트라스파닌 및 다른 막횡단 단백질 및 수용체에 내장되어 있다 (Colombo et al. 2014).
엑소솜의 루멘은 표적 세포에서 전사 및 번역을 조정하는 능력을 엑소솜에 부여하는 특정 단백질 및 핵산, 예컨대 마이크로RNA (miRNA)를 함유한다. 엑소솜 내의 miRNA의 레퍼토리는 생산자 세포의 생리학적 상태를 반영하는 것으로 보이며, 선택된 miRNA는 엑소솜으로 셔틀링된다. 또한, 엑소솜-캡슐화 또는 엑소솜-연관 miRNA의 분비가 이를 생성하는 세포의 측분비 활성에 영향을 미치는 역할을 하는 것으로 관찰되었다. 이 메커니즘은 세포가 정상 조건에서 및 국소 자극, 예컨대 감염, 영양 결핍 또는 저산소증에 대한 반응에서 모두 국소 및 원위 제어를 발휘하도록 허용할 수 있다.
외인성 카고 분자, 예컨대 관심 miRNA를 엑소솜에 로딩하는 것은 세포 간에 신호를 전달하는 이들의 능력을 활용하는 유용한 방법으로서 제안되었다. 한 가지 방법은 관심 생물학적 분자를 수확된 엑소솜에 직접 도입하는 것이다. 그러나, 이것이 기술, 예컨대 전기천공 및 리포펙션을 사용하여 소규모에서 가능함에도 불구하고, 이들 기술은 대규모에서 반복가능한, 확장가능한 또는 신뢰가능한 것으로 입증되지 않았다. 더욱이, 이들 기술은 심지어 엑소솜의 구조를 손상시킬 수 있다 (Janas, et al. 2015).
miRNA는 세포에 의해 엑소솜으로 선택적으로 셔틀링되는 것으로 나타났다. miRNA 코딩 서열의 약 60%는 유전자내 또는 유전자간 영역에 위치되며, 따라서 발현은 1차 유전자의 발현을 조절하는 조절 서열 및 전사 인자에 의존한다. 그러나, miRNA 코딩 영역의 더 작은 비율은 유전자간 영역에 위치되고 이들 자신의 프로모터 서열, 인핸서 및 레프레서를 함유한다. 따라서, 이들 miRNA의 발현은 다른 유전자에 의해 지배되는 프로모터 매개 활성화에 의존하는 세포-의존적 및 자극-의존적 방식으로 이들의 올바른 발현을 특이적으로 제어하기 위한 추가 수준의 조절에 의존한다. 두 경우 모두에, miRNA는 초기에 pri-miRNA ("1차 miRNA")라고 하는 긴 전구체 내에 내장되어 전사되며, 여기서 기능적 miRNA는 효소 드로샤를 함유하는 단백질 복합체에 의한 이의 효율적이고 올바른 프로세싱 및 절단에 필요한 서열에 의해 둘러싸여 있다. 드로샤에 의한 핵에서의 올바른 프로세싱은 pre-miRNA로 공지된 더 짧은 전구체를 형성한다. 이 pre-miRNA는 전형적으로 스템-루프 구조를 형성하며, 이는 그 후 핵으로부터 세포질로 수송되며, 여기서 RNase 다이서 및 아르고너트 (Ago) 단백질을 포함하는 단백질 복합체 RISC에 의해 인식된다. 다이서는 pre-miRNA 구조의 루프 부분을 절단하여 성숙 이중-가닥 miRNA를 형성하고, 가닥 중 하나 (패신저 가닥으로 공지됨)는 아마 Ago에 의해 분해되거나 폐기되어, RISC 내에 단일-가닥 가이드 가닥을 남긴다. 그 후, RISC 복합체는 단일 가닥 miRNA 가이드 가닥에 상보적인 서열을 포함하는 메신저 RNA의 유전자 발현을 침묵시킬 수 있다. 헤어핀의 길이 및 pre-miRNA의 루프 크기 둘 모두는 다이서에 의한 올바른 절단 및 가이드 miRNA 가닥의 편재화에 중요한 것으로 제안되었다 (Tsutsumi, et al. 2011).
현재, 엑소솜으로 셔틀링되는 miRNA가 엑소솜을 생성하는 세포에서 RISC에 의한 세포질 프로세싱을 탈출하는 방법은 불분명하다. Ago 단백질은 일반적으로 엑소솜에 위치되지 않으며, 이는 엑소솜으로의 miRNA 분류를 위한 특정 메커니즘을 제안한다. miRNA의 엑소솜으로의 상향-셔틀링은 MVB 형성 동안 엔도솜 막에 위치된 세라미드에 대해 높은 친화성을 갖는 상이한 세트의 RNA 결합 단백질 (RBP)과 pre-miRNA 또는 성숙 miRNA의 상호작용을 필요로 하는 것으로 나타났다 (Villarroya-Beltrei, et al. 2013). 그러나, 상이한 세포 및 마이크로RNA 조합은 상이한 RBP를 샤페론으로 보고하였다. RBP 중 어느 것이 miRNA의 엑소솜으로의 선택적 셔틀링을 담당하는지에 대한 합의가 없는 것으로 보이며, 세포마다 상이한 RBP가 사용되는 것으로 보인다.
엑소솜으로의 miRNA 분류에 관여하는 RBP-상호작용 모티프의 확인은 관심 외인성 뉴클레오티드를 운반하는 엑소솜을 생산하기 위해 세포를 유전적으로 변형시킬 가능성을 열어주었다. 그러나, 일부 세포/마이크로RNA-특이적 셔틀링 RNA 결합 단백질 및 서열 태그가 확인되었지만, 엑소솜으로의 miRNA 패키징의 보편적으로 적용가능하고 허용되는 모드는 아직 확인되지 않았다. 일부 그룹은 엑소모티프 (GCCG, UGAC, UCCG, GGAC, GGCG 및 UGCC)로 지칭되는 작은 서열이 엑소솜으로의 miRNA 분류를 담당할 수 있다고 제안하였다. 많은 자연 발생 miRNA에 존재함에도 불구하고, 엑소모티프를 갖는 변형된 miRNA를 엑소솜에 로딩하는 효율은 세포 및 로딩될 표적 서열에 따라 가변적이며, 일부 경우에 이익을 나타내지 않는다 (Villarroya-Beltrei, et al. 2013). 다른 사람들은 miRNA에 의해 표적화된 많은 mRNA의 3'-비번역 영역 (3'UTR)에서 발견되는 25개의 뉴클레오티드 서열을 사용하였으며, 이는 메신저 RNA (mRNA)를 상향-셔틀링하는 것을 돕는 것으로 관찰되었으며, 따라서 다형성 교모세포종 세포주로부터 분비되는 미세소포 내의 miRNA일 가능성이 있다. 이들 25개의 뉴클레오티드 서열은 '집코드(zipcode)'로 지칭되고, 모두는 스템-루프 구조에 존재하는 CUGCC 코어 서열을 활용한다 (Bolukbasi, et al. 2012).
WO-A-2018/209182는 엑소솜으로 선택적으로 분류하고 카고를 엑소솜에 전달할 수 있는 "엑소-코드"로 지칭되는 특정 RNA 서열을 설명한다. 문헌 [Sutaria et al (2017)]은 TAR RNA 루프의 세포외 소포로의 로딩을 향상시키기 위해 TAT 펩티드/HIV-1 트랜스활성화 반응 (TAR) RNA 상호작용 펩티드의 사용을 설명한다. WO-A-2019/226603, WO-A-2019/204733 및 WO-A-2015/183667은 하이브리드 tRNA-miRNA 스템-루프 구조를 설명한다. 이들 조작된 키메라 핵산은 세포 또는 환자에게 전달하기 위해 합성 리포솜 또는 나노입자로 패키징될 수 있다.
요약하면, 엑소솜 생물발생 동안 외인성 뉴클레오티드 서열의 엑소솜으로의 로딩을 위한 명확한 통합 서열 또는 결정인자가 없으며, 이는 세포 유형 전반에 걸쳐 일반적인 유용성을 위해 충분히 효율적으로 작동한다 (Yoo, et al. 2018).
WO-A-2017/054085에, 변형된 pre-miR-451 구조적 모방체를 함유하는 발현 벡터를 사용하여 엑소솜에 miRNA를 로딩하는 방법이 설명되어 있다. US 8,273,871 및 문헌 [Yang, et al. 2010]은 또한 pre-miR-451의 특이한 특성을 설명한다. 이 기술은 Ago의 발현 수준이 낮거나 바람직하게는 Ago가 없는 세포주를 필요로 하며, 바람직하게는 자연적으로 높은 수준의 miR-451 및/또는 다이서에 의한 절단을 필요로 하지 않는 miRNA를 생산하는 세포주를 필요로 한다. WO-A-2017/054085에 기재된 벡터에서, 스템 miRNA 및 루프는 서열과 독립적으로 pre-miRNA의 길이를 유지하는 설계된 뉴클레오티드 서열에 의해 대체된다. 저자는 루프의 서열과 독립적으로 miRNA의 올바른 길이를 유지하는 것이 pre-miRNA를 프로세싱하기 위한 절단 부위를 유지해야 한다고 주장한다. 이와 대조적으로, 문헌 [Gu et al. (Cell 151. 900-911 November 9 2012)]은 루프의 서열이 miRNA의 올바른 프로세싱에 중요하지 않지만, 루프 및 miRNA의 서열 간의 거리가 miRNA를 방출할 뿐만 아니라 생성된 miRNA의 잘못된 형태의 비특이적 인식으로 인한 임의의 오프타겟 효과를 회피하기 위한 pre-miRNA의 올바른 절단을 생성하는데 중요하다고 보고하였다. 따라서, miRNA의 올바른 프로세싱은 올바른 길이 뿐만 아니라 올바른 기능을 갖는 분자를 수득하기 위한 근본적인 단계이다.
더욱이, 안정적인 RNA-단백질 복합체를 형성하기 위한 RBP에 의한 RNA 나선 (A-형태 또는 B-형태)의 정확한 인식은 자연 발생 pre-miRNA에서 관찰되는 비-왓슨-크릭 워블 G-U 쌍에 의존할 수 있다. 큰 RNA-단백질 복합체의 3차원 구조에 대한 연구는 워블 G-U 쌍이 핵심 구조적 요소이며, RNA 깊은 그루브를 왜곡하여 RNA의 천연 폴딩 및 RBP에 의한 이의 인식을 허용하는 것으로 조사하였다. 이들 3차원 연구는 또한 특이적 RBP에 의해 인식되는 miRNA에 상이한 공간적 입체형태를 제공하는 다른 염기쌍을 확인하였다 (Arachchilage et al. 2015). 이것에도 불구하고, 이전에 기재된 접근법 중 어느 것도 pre-miRNA의 일부에서, 예컨대 루프 구조 또는 pre-miRNA 서열에서 비정준 G-U 워블 쌍의 기능적 중요성을 고려하지 않았다.
예측가능하고 효율적이고 제어가능한 방식으로 관심 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 로딩할 수 있어야 할 필요성이 남아있다.
발명의 요약
본 발명은 MIR21, pri-miR-21 및 pre-miR-21이 각각 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 전달하는데 활용될 수 있는 특징을 갖는다는 놀라운 발견에 기초한다.
부분적으로, 본 발명은 유전자 MIR21이 miRNA 발현을 제어하기 위해 활용될 수 있고 또한 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 전달하기 위해 활용될 수 있는 miR-21의 5' 및 3' 플랭킹 영역에 조절 서열을 함유한다는 놀라운 발견에 기초한다. 특히, 본 발명자들은 MIR21 프로모터가 세포-특이적 및/또는 자극-특이적 방식으로, 예를 들어 전사 활성화, 다른 마이크로RNA, 항-miR의 사용 또는 재조합 유전자 조작에서 현재 사용되는 임의의 다른 기술에 의해 조절될 수 있음을 발견하였다. 이러한 조절은 실시예에서 입증된 바와 같이 전사 인자 c-Myc의 발현을 포함하는 메커니즘 (또는 메커니즘들)에 의한 것일 수 있다. 본 발명자들은 또한 miR21의 발현의 레프레서로서 작용하는 miR21에 대한 5' 상류 서열의 영역을 확인하였다. 따라서, 확인된 조절 서열의 기능 (예를 들어, 존재 또는 부재)을 제어하는 것은 외인성 뉴클레오티드 서열의 엑소솜으로의 전달을 제어하는데 사용될 수 있다.
따라서, MIR21 유전자의 상류 및 하류 영역에 위치된 조절 요소 중 하나 이상은 엑소솜으로의 miRNA 로딩을 제어하는데 사용될 수 있다. 원하는 조절 영역을 조작함으로써 임의의 miRNA (또는 다른 관심 핵산)를 로딩하고 제어할 수 있다. 일부 실시양태에서, 조절 요소는 miR-21 헤어핀에 대해 -3,770 내지 -3,337 염기쌍 상류에서 pri-miR-21에서 발견되는 miPPR-21 프로모터 영역의 전부 또는 일부를 포함한다. 일부 실시양태에서, 조절 요소는 pri-miR-21로부터의 레프레서를 포함한다. 일부 실시양태에서, pri-miR-21로부터의 레프레서는 결실되거나 불활성화된다. 일부 실시양태에서, 이들 miRNA-로딩 조절 요소의 확인은 이러한 요소를 함유하는 생산자 세포를 조절 요소에 결합하는 전사 인자(들) 또는 다른 작용제(들)와 접촉시킴으로써 엑소솜으로의 miRNA 로딩을 구동하는 것을 추가로 허용한다. 특정 실시양태에서, 부위-지정 게놈 편집 (예를 들어, CRISPR)을 사용하여 원하는 외인성 RNA, 예를 들어 성숙 miRNA 서열을 MIR21 유전자좌에 추가하거나 삽입할 수 있으며, 따라서 임의의 원하는 miRNA 서열 (또는 다른 핵산 카고)에 대해 MIR21 제어 및 엑소솜-로딩 메커니즘을 활용할 수 있다. 그 후, 이는 생체외 또는 생체내에서 세포에서 발현될 수 있다. 추가 실시양태에서, RNA 카고와 함께 pri 및/또는 pre-miR-21-5p 조절 요소를 함유하는 구축물은 하나 이상의 비천연 뉴클레오티드를 포함하도록 조작될 수 있으며, 이는 생체외에서 합성되고 세포로 형질감염되거나 생체내에서 치료제 또는 유전자 전달 비히클로서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명자들은 외인성 RNA 카고를 포함하는 조작된 RNA의 발현이 확인된 다수의 전사 인자에 의해 조절될 수 있고, 이는 세포-특이적 발현 정도를 부여할 수 있으며, 이에 의해 이러한 확인된 전사 인자를 발현하는 세포가 이러한 전사 인자를 발현하지 않는 세포보다 카고 RNA를 더 많이 전사할 것이라고 고려한다. 이는 이들 전사 인자가 상향조절될 수 있는 암과 같은 특정 질환 상태에서 관심이 있을 수 있다.
더욱이, 본 발명자들은 엑소솜 패키징에 중요하고 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 전달하기 위해 활용될 수 있는 pre-miR-21 스템 및 루프 서열 내에 함유된 여러 워블 쌍, 미스매치 및 결실이 있음을 확인하였다. 이들 엑소솜은 후속의 치료적 용도를 가질 수 있거나, 재조합 또는 외인성 RNA를 수용자 또는 표적 세포에 전달하는 시스템으로서 시험관내에서 사용될 수 있다. 본 발명자들은 MIR21의 올바른 발현을 위한 안정화 서열로서 작용하는 miR21의 3' 하류 서열의 영역을 추가로 확인하였다. 이론에 얽매이지 않고, miR-21-5p의 이들 구조적 특징은 이들 작은 비-코딩 뉴클레오티드의 올바른 프로세싱, 공간적 폴딩, 및 엑소솜으로의 분류에 중요한 것으로 생각된다.
따라서, 관심 뉴클레오티드 서열은 천연 성숙 miR-21 miRNA 서열 대신에 pri-miRNA-21 또는 pre-miR-21 서열에 삽입될 수 있으며, 엑소솜에 전달될 것으로 예상될 수 있다.
따라서, 본 발명은 외인성 뉴클레오티드 서열을 함유하도록 변형된 pri-miR-21 또는 pre-miR-21의 1차, 2차 및/또는 3차 구조에 기초한 핵산 구축물을 제공한다. 이 구축물은 엑소솜에 선택적으로 로딩되는데 유용하다. 이 구축물은 리보핵산 카고, 예컨대 마이크로RNA, 항-miR, 모르폴리노, 안티센스 올리고뉴클레오티드, shRNA (짧은 헤어핀 RNA) 및 작은 mRNA를 엑소솜에 로딩하는데 특히 유용하다. 이러한 유전자 조작은 관련 기술분야에 일반적으로 공지된 부위 특이적 엔도뉴클레아제, 예컨대 아연 핑거 엔도뉴클레아제, CRISPR/Cas, TALEN 및 프라임 편집을 사용하는 유전자 편집 기술에 의해 달성될 수 있다.
특정 실시양태에서, 변형된 pri- 또는 pre-miR-21은 하기 중 하나 이상을 포함한다: 프로모터 영역; 레프레서; 인핸서; 및/또는 miR21-5p에 대한 RNA 발현의 안정화제; 전형적으로 외인성 핵산 (예를 들어, miRNA)의 올바른 프로세싱을 구동하는 제어된 메커니즘에 의해 임의의 세포에서 외인성 핵산 (예를 들어, miRNA)의 발현을 허용한다.
일부 실시양태에서, 변형된 서열은 또한 RNA 결합 단백질 (RBP)에 의한 pre-miRNA의 인식을 허용하도록 RNA 깊은 그루브를 왜곡하는 것으로 생각되는 워블 쌍을 포함한다. 이들 RBP는 전형적으로 엑소솜 막에 위치된 세라미드에 대해 높은 친화성을 갖는다. 따라서, 천연 pri 및/또는 pre-miR-21의 구조적 및 기능적 특징을 유지함으로써 관심 뉴클레오티드 서열은 제어된 발현 메커니즘에 의해 엑소솜으로 표적화될 수 있다.
본 발명의 제1 측면은 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜으로 표적화하기 위한 pre-miRNA를 제공하며, 여기서 pre-miRNA는 스템 루프 구조를 포함하고, 여기서 스템은 적어도 하나의 워블 쌍을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜으로 표적화하기 위한 pre-miRNA의 발현을 위한 pri-miRNA를 제공한다. pri-miRNA 발현은 전형적으로 프로모터 영역에 의해 구동되고, 조절 및 안정화 서열을 함유하며, 여기서 pre-miRNA는 스템 루프 구조를 포함하고, 여기서 스템은 적어도 하나의 워블 쌍을 포함한다. 전형적으로, 발현은 제어가능하고/거나 높은 수준에 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 해당 외인성 서열을 엑소솜으로 표적화하기 위해 외인성 뉴클레오티드 서열에 의해 pre-miR-21의 천연 서열을 대체하도록 유전적으로 변형될 수 있는 유전자좌로서 MIR21을 제공한다. 이러한 유전자 조작은 관련 기술분야에 일반적으로 공지된 부위 특이적 엔도뉴클레아제, 예컨대 아연 핑거 엔도뉴클레아제, CRISPR/Cas, TALEN 및 프라임 편집을 사용하는 유전자 편집 기술에 의해 달성될 수 있다.
변형된 pri- 및/또는 pre-miR-21은 또한 미스매치 및 결실을 포함할 수 있으며, 이는 또한 pre-miRNA의 3차원 구조를 결정하는데 도움이 되고 따라서 RBP에 의한 인식을 용이하게 하는 것으로 생각된다. 특정 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA는 워블 쌍을 포함하는 pre-miRNA 5' 말단; 및/또는 하나 이상의 결실 및/또는 미스매치를 포함하는 외인성 뉴클레오티드 서열; 및/또는 루프 및 워블 쌍을 포함하는 pre-miRNA 3' 말단을 추가로 포함한다.
일부 실시양태에서, pre-miRNA는 스템에 하나 이상의 워블 쌍을 갖는 스템-루프 2차 구조를 포함할 수 있다. 본 발명의 한 실시양태에서, 워블 쌍은 길이가 1 내지 5개의 뉴클레오티드, 예를 들어 길이가 1, 2, 3, 4 또는 5개의 뉴클레오티드일 수 있다.
또 다른 실시양태에서, pre-miRNA는 스템에 하나 이상의 염기쌍 미스매치(들)를 포함하는 스템-루프 2차 구조를 포함할 수 있다. 이들 미스매치된 염기쌍은 스템 내에서 쌍형성되지 않은 영역을 발생시킨다. 일부 실시양태에서, 미스매치된 영역은 길이가 1 내지 5개의 뉴클레오티드, 예를 들어 길이가 1, 2, 3, 4 또는 5개의 뉴클레오티드일 수 있다. 미스매치는 도 5B에서 우물정자 (#)로 표시된 위치에 표시된다.
또 다른 실시양태에서, pre-miRNA는 스템에 하나 이상의 염기 결실을 포함하는 스템-루프 2차 구조를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 결실은 길이가 1 내지 5개의 뉴클레오티드, 예를 들어 길이가 1, 2, 3, 4 또는 5개의 뉴클레오티드일 수 있다. 전형적으로, 결실은 스템에서 반대편에 상응하는 염기 없이 스템 영역에 하나 이상의 뉴클레오티드를 남긴다 (즉, 스템 이중체의 두 반쪽은 길이가 상이함). 이는 비대칭 스템 이중체로서 간주될 수 있으며, 예를 들어 여기서 이중체의 한쪽은 20개의 뉴클레오티드를 갖고 다른 한쪽은 22개의 뉴클레오티드를 갖는다. 결실은 도 5B에서 별표 (*)로 표시된 위치에 표시된다.
임의의 적합한 외인성 뉴클레오티드 서열이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 이 서열은 pre-miR-21에서 천연 성숙 miR-21의 전부 또는 일부를 대체하기 때문에 외인성이다. 전형적으로 외인성 서열은 RNA이다. 이는 올리고뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드 상에 있을 수 있다. 이는 전형적으로 단일-가닥 RNA이다. 일부 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 유전자 편집에 사용하기 위한 RNA, miRNA, shRNA, sgRNA 또는 가이드 RNA이다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA에서 외인성 뉴클레오티드 서열은 길이가 19-25개의 뉴클레오티드이다. 추가 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열의 길이는 19, 20, 21, 22, 23, 24 또는 25개 뉴클레오티드 길이이다. 본 발명의 추가 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 shRNA, siRNA, miRNA, 항-miR, 안티센스 올리고뉴클레오티드 (ASO), CRISPR 가이드 RNA에 대한 뉴클레오티드 서열, 또는 임의의 다른 외인성 뉴클레오티드 서열이다. 예시적인 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 성숙 miR-21이 아닌 성숙 miR이고, 임의로 21, 22 또는 23개의 뉴클레오티드로 이루어진 적어도 하나의 가닥을 포함하는 이중체를 포함한다. 한 실시양태에서, 외인성 서열은 도 5B에 나타낸 바와 같이 miR-21의 20/22 비대칭 뉴클레오티드 구조를 갖는다.
한 실시양태에서, pre-miRNA는 하기를 포함한다: 1 내지 5개 뉴클레오티드 길이, 예를 들어 1, 2, 3, 4 또는 5개 뉴클레오티드 길이의 워블 쌍; 및/또는 1 내지 5개 뉴클레오티드 길이, 예를 들어 1, 2, 3, 4 또는 5개 뉴클레오티드 길이의 미스매치; 및/또는 1 내지 5개 뉴클레오티드 길이, 예를 들어 1, 2, 3, 4 또는 5개 뉴클레오티드 길이의 결실; 및/또는 19, 20, 21, 22, 23, 24 또는 25개 뉴클레오티드 길이의 외인성 뉴클레오티드.
특정 실시양태에서, pre-miRNA는 4, 5, 6, 7, 8 또는 9개의 뉴클레오티드의 전체 루프 길이를 포함하는 스템-루프 2차 구조를 포함한다. 한 실시양태에서, 루프는 길이가 7개의 뉴클레오티드이다. 추가 실시양태에서, 루프 구조는 서열 5'-CUCUAAG-3'를 포함하거나 이로 이루어진다. 특정 실시양태에서, pre-miRNA는 25 내지 35개의 뉴클레오티드, 예를 들어 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 또는 35개의 뉴클레오티드의 전체 스템 길이를 포함하는 스템-루프 2차 구조를 포함할 수 있다.
pre-miRNA의 구조는 이의 엑소솜 패키징에 중요한 것으로 간주된다. 따라서, 일부 실시양태에서, 변형된 pre-miR-21은 천연 miR21-5p의 1차, 2차 및/또는 3차 구조와 구조적으로 유사하다.
본 발명의 특정 실시양태에서, pre-miRNA는 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서 A는 pre-miRNA 5' 말단이고, 여기서 pre-miRNA 5' 말단은 pre-miR-21의 5' 말단에 대해 적어도 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 100% 서열 동일성을 포함하고; B는 pre-miR-21에서 자연적으로 발견되지 않는 외인성 뉴클레오티드 서열이고; C는 pre-miRNA 3' 말단이고, 여기서 pre-miRNA 3' 말단은 pre-miR-21의 3' 말단에 대해 적어도 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 100% 서열 동일성을 포함하고, 임의로 여기서 총 pre-miRNA는 pre-miR-21의 총 서열에 대해 적어도 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% 또는 그 초과의 총 서열 동일성을 포함한다.
"5' 말단"은 성숙 miRNA/외인성 서열에 인접한 비-루프 (개방) 말단에서 스템 이중체의 양쪽 가닥에 있는 서열을 의미한다. 이는 도 5B에 도시되어 있다. 전형적으로, 5' 말단-서열은 이중체의 각 가닥에 7 내지 9개의 뉴클레오티드를 포함한다. 전형적으로, 5' 말단 서열은 pre-miRNA 이중체의 각 측면에서 8개 뉴클레오티드 길이이다.
"3' 말단"은 루프를 포함하고 성숙 miRNA/외인성 서열에 인접하게 위치된 이중체의 말단을 의미한다. 3'-말단은 루프 구조 및 적어도 하나 또는 2개의 워블 쌍을 포함한다. 3'-말단은 도 5B에서 3'-루프로서 표시된다.
본 발명의 특정 실시양태에서, pre-miR-21 구조적 모방체는 하기를 포함한다:
Figure pct00001
여기서:
N은 임의의 뉴클레오티드이고 임의로 왓슨-크릭 쌍형성에 의해 n과 혼성화하고;
Nx는 n과 혼성화하는 임의의 길이의 뉴클레오티드 서열이고, 임의로 여기서 Nx1, Nx2 및 Nx3은 상이한 길이를 갖고;
M은 뉴클레오티드이고 m과 미스매치하거나 혼성화하지 않고;
D는 뉴클레오티드이고 스템 루프 구조의 한쪽에만 존재하고;
W는 뉴클레오티드이고 w와 워블 쌍을 형성하고;
L은 루프 구조를 형성하고 l과 혼성화할 수 있는 뉴클레오티드이고; 여기서 Lx는 1-5개의 뉴클레오티드일 수 있고,
[…]는 miR-21 5' 말단 구조적 모방체인 A이고;
{…}는 외인성 뉴클레오티드 서열인 B이고;
(…)는 miR-21 3' 말단 구조적 모방체인 C이다.
일부 실시양태에서, Lx는 4, 5, 6, 7, 8 또는 9개의 뉴클레오티드를 포함한다. 한 실시양태에서, 루프는 길이가 7개의 뉴클레오티드이다. 추가 실시양태에서, 루프 구조는 서열 5'-CUCUAAG-3'를 포함하거나 이로 이루어진다.
본 발명의 특정 실시양태에서, pre-miRNA는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00002
여기서:
N은 임의의 뉴클레오티드이고 임의로 왓슨-크릭 쌍형성에 의해 n과 혼성화하고;
Nx는 n과 혼성화하는 임의의 길이의 뉴클레오티드 서열이고, 임의로 여기서 Nx1, Nx2 및 Nx3은 상이한 길이를 갖고;
M은 뉴클레오티드이고 m과 미스매치하거나 혼성화하지 않고;
D는 뉴클레오티드이고 스템 루프 구조의 한쪽에만 존재하고;
W는 뉴클레오티드이고 w와 워블 쌍을 형성하고;
L은 루프 구조를 형성하고 l과 혼성화할 수 있는 뉴클레오티드이고;
여기서 pre-miRNA는 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서:
[…]는 miR-21 5' 말단 구조적 모방체인 A이고;
{…}는 외인성 뉴클레오티드 서열인 B이고;
(…)는 miR-21 3' 말단 구조적 모방체인 C이다.
임의의 적합한 외인성 뉴클레오티드 서열 (Nx)이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, Nx는 길이가 1, 2, 3, 4, 5 또는 6개의 뉴클레오티드이다. 특정 실시양태에서, Nx1은 길이가 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 또는 18개의 뉴클레오티드이고/거나; Nx2는 길이가 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 또는 18개의 뉴클레오티드이고/거나; Nx3은 길이가 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 또는 18개의 뉴클레오티드; 또는 이들의 임의의 조합이다. 일부 실시양태에서, Nx1은 4 내지 12개의 뉴클레오티드를 포함하고/거나; Nx2는 2 내지 8개의 뉴클레오티드를 포함하고/거나; Nx3은 2 내지 8개의 뉴클레오티드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 전형적으로, NX1은 길이가 7, 8 또는 9개의 뉴클레오티드이고/거나, Nx2는 길이가 4, 5 또는 6개의 뉴클레오티드이고/거나, NX3은 길이가 4, 5 또는 6개의 뉴클레오티드, 또는 이들의 임의의 조합이다. 한 실시양태에서, NX1은 길이가 8개의 뉴클레오티드이고, Nx2는 길이가 5개의 뉴클레오티드이고, NX1은 길이가 5개의 뉴클레오티드이다.
본 발명의 한 실시양태에서, pre-miRNA는 약 60 내지 80개 뉴클레오티드의 전체 길이를 갖는 스템 루프 2차 구조를 포함하고, 임의로 여기서 외인성 뉴클레오티드 서열은 19-25개의 뉴클레오티드이다. 특정 실시양태에서, 스템-루프 2차 구조는 약 60, 65, 70, 75 또는 80개 뉴클레오티드의 전체 길이를 포함할 수 있다. 전형적으로, 성숙 miRNA로의 프로세싱에 필요한 절단 부위 (또는 부위들)가 유지된다.
특정 실시양태에서, pre-mRNA는 하기 구조를 포함한다:
Figure pct00003
여기서:
N은 임의의 뉴클레오티드이고 임의로 왓슨-크릭 쌍형성에 의해 n과 혼성화하고;
M은 뉴클레오티드이고 m과 미스매치하거나 혼성화하지 않고;
D는 뉴클레오티드이고 스템 루프 구조의 한쪽에만 존재하고;
W는 뉴클레오티드이고 w와 워블 쌍을 형성하고;
L은 루프 구조를 형성하고 l과 혼성화할 수 있는 뉴클레오티드이고;
여기서 pre-miRNA는 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서:
[…]는 pre-miRNA 5' 말단인 A이고;
{…}는 외인성 뉴클레오티드 서열인 B이고;
(…)는 pre-miRNA 3' 말단인 C이다.
일부 실시양태에서, 본 발명은 성숙 miRNA가 아닌 pre-miR-21의 서열, 및 성숙 miRNA 대신에 외인성 핵산을 포함하는 pre-miRNA를 제공한다.
일부 실시양태에서, 워블 쌍 (W-w)은 구아닌-우라실 (G-U 또는 U-G), 하이포크산틴-우라실 (I-U 또는 U-I), 하이포크산틴-아데닌 (I-A 또는 A-I), 및/또는 하이포크산틴-시토신 (I-C 또는 C-I)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 워블 쌍은 상이하다. 예를 들어, 더 많은 워블 쌍은 구아닌-우라실 (G-U 또는 U-G), 하이포크산틴-우라실 (I-U 또는 U-I), 하이포크산틴-아데닌 (I-A 또는 A-I), 및/또는 하이포크산틴-시토신 (I-C 또는 C-I)을 임의의 순서로 및 임의의 조합으로 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 워블 쌍은 동일하며, 예를 들어 모두 구아닌-우라실 (G-U 또는 U-G), 하이포크산틴-우라실 (I-U 또는 U-I), 하이포크산틴-아데닌 (I-A 또는 A-I), 또는 하이포크산틴-시토신 (I-C 또는 C-I)이다. 전형적으로, 여기서 워블 쌍은 구아닌-우라실 (G-U 또는 U-G)을 포함한다.
특정 실시양태에서, pre-miRNA는 하기 구조를 포함한다:
Figure pct00004
여기서:
N은 임의의 뉴클레오티드이고 임의로 왓슨-크릭 쌍형성에 의해 n과 혼성화하고;
M은 뉴클레오티드이고 m과 미스매치하거나 혼성화하지 않고;
D는 뉴클레오티드이고 스템 루프 구조의 한쪽에만 존재하고;
여기서 pre-miRNA는 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서:
[…]는 pre-miRNA 5' 말단인 A이고;
{…}는 외인성 뉴클레오티드 서열인 B이고;
(…)는 pre-miRNA 3' 말단인 C이다.
의심의 여지를 없애기 위해, 이 실시양태에서 5'-말단, 외인성 서열 및 3'-말단은 하기와 같다:
Figure pct00005
또 다른 실시양태에서, pre-miRNA는 하기 구조를 포함한다:
Figure pct00006
여기서:
N은 임의의 뉴클레오티드이고 임의로 왓슨-크릭 쌍형성에 의해 n과 혼성화하고;
M은 뉴클레오티드이고 m과 미스매치하거나 혼성화하지 않고;
D는 뉴클레오티드이고 스템 루프 구조의 한쪽에만 존재하고;
여기서 pre-miRNA는 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서:
[…]는 pre-miRNA 5' 말단인 A이고;
{…}는 외인성 뉴클레오티드 서열인 B이고;
(…)는 pre-miRNA 3' 말단인 C이다.
임의의 적합한 외인성 뉴클레오티드 서열이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 본 발명의 추가 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 siRNA, miRNA, 항-miR, 안티센스 올리고뉴클레오티드 (ASO), CRISPR 가이드 RNA에 대한 뉴클레오티드 서열, 또는 임의의 다른 외인성 뉴클레오티드 서열이다. 본 발명의 추가 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 miRNA, 예를 들어 miR-146-b 또는 miR-1246, 또는 임의의 선택된 siRNA의 shRNA 등가물이다. 전형적으로, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열은 miRNA이다.
일부 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 핵산 구축물은 엑소솜 생물발생 동안 엑소솜으로 표적화된다.
일부 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 표적 세포에서 유전자 활성을 조정한다. 일부 실시양태에서, 유전자 활성을 조정하는 것은 유전자 발현의 하향-조절을 초래한다. 일부 실시양태에서, 유전자 활성을 조정하는 것은 유전자 발현의 상향-조절을 초래한다. 추가 실시양태에서, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열은 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 그 이상만큼 유전자 발현의 감소를 초래한다. 전형적으로, 유전자 발현은 60% 내지 100%만큼 감소된다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열은 유전자 발현의 상향-조절을 초래한다. 추가 실시양태에서, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열은 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 그 이상만큼 유전자 발현의 증가를 초래한다. 전형적으로, 유전자 발현은 60% 내지 100%만큼 증가된다. 유전자 활성의 조정은 웨스턴 블롯, qPCR, 형광 리포터 검정 또는 루시페라제 리포터 검정을 사용하여 평가될 수 있다. 대안적으로, 유전자 활성의 조정은 전형적으로 관심 질환의 증상을 호전시킴으로써 치료적 결과를 측정함으로써 평가될 수 있다.
한 실시양태에서, 때때로 pre-miR-21 구조적 모방체로 지칭되는 본 발명의 pre-miRNA는 pre-miR-21의 생물학적 기능을 유지한다. "pre-miR-21 구조적 모방체"는 pre-miR-21과 실질적으로 구조적으로 및/또는 기능적으로 유사한 pre-miRNA이다. pre-miR-21 구조적 모방체는 서열이 상이할 수 있지만 pre-miR-21의 하나 이상의 생물학적 기능을 유지한다. "하나 이상의 생물학적 기능을 유지한다"는 것은 모방체가 문제의 생물학적 기능의 적어도 95%, 90%, 80% 70%, 60%, 50%를 유지한다는 것을 의미한다. 특정 실시양태에서, 문제의 생물학적 기능은 엑소솜에 대한 pre-miR-21 구조적 모방체의 분류일 수 있다. 이 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA는 서열이 상이할 수 있지만 천연 pre-miR-21의 수준의 적어도 95%, 90%, 80% 70%, 60%, 50%가 엑소솜으로 패키징되도록 천연 miR21-5p와 구조적으로 및/또는 기능적으로 유사한 1차, 2차 및/또는 3차 구조를 공유하는 miRNA이다. 정제된 엑소솜에 존재하는 외인성 뉴클레오티드 서열의 양은 qPCR을 사용하여 정량화될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA는 천연 pre-miR-21의 결합 친화성의 적어도 95%, 90%, 80% 70%, 60%, 50%의 결합 친화성으로 RBP에 결합할 수 있도록 구조적으로 및/또는 기능적으로 유사한 1차, 2차 및/또는 3차 구조를 공유한다. 또 다른 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA는 천연 pre-miR-21의 결합 친화성의 적어도 95%, 90%, 80% 70%, 60%, 50%의 결합 친화성으로 miRNA 프로세싱 효소에 결합할 수 있도록 구조적으로 및/또는 기능적으로 유사한 1차, 2차 및/또는 3차 구조를 공유한다. miRNA 프로세싱 효소의 예는 Ran-GTP, 엑스포틴-5 및 다이서를 포함한다. pre-miRNA의 결합 친화성은 예를 들어 형광 편광 (FP), 형광 공명 에너지 전달 (FRET) 및 표면 플라스몬 공명 (SPR)에 의해 측정될 수 있다. 다른 적합한 기술은 miRNA의 RBP에 대한 결합을 특이적으로 검출하거나 RNA-면역침전 검정 (RIP-ChIP 검정)을 수행하기 위한, 임의로 고전적인 IHC/ICC와 함께 FISH/SCOPE를 포함한다.
단지 엑소솜에서 RNA의 존재를 검출하기에 FISH/SCOPE 및/또는 qPCR이 적합하다.
일부 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA는 천연 pre-miR-21-5p의 서열에 대해 적어도 20%, 25%, 30%, 35%, 40% 또는 그 초과의 서열 동일성을 포함한다. 조작된 pre-miRNA는 본 발명의 pre-miRNA가 천연 pre-miR-21과 같이 엑소솜 생물발생 동안 엑소솜으로 표적화되도록 천연 pre-miR-21의 3차원 구조를 모방하도록 의도된다. 이는 pre-miR-21 구조적 모방체로 지칭된다.
특정 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 pre-miR-21-5p의 길이, 워블 쌍, 미스매치 및 결실과 관련하여 성숙 miR21-5p의 스템의 천연 1차, 2차 및/또는 3차 구조를 유지할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 성숙 miR-21-5p의 스템의 천연 구조에 존재하는 하기 특징을 포함한다: miR-21-5p의 전체 길이; 및/또는 워블 쌍; 및/또는 미스매치; 및/또는 결실. 일부 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 miR-21-5p보다 더 길거나 더 짧고/거나, 외인성 뉴클레오티드 서열은 miR-21-5p와 비교하여 증가 또는 감소된 수의 워블 쌍을 포함하고/거나, 외인성 뉴클레오티드 서열은 miR-21-5p와 비교하여 증가 또는 감소된 수의 미스매치된 염기쌍을 포함하고/거나, 외인성 뉴클레오티드 서열은 miR-21-5p와 비교하여 증가 또는 감소된 수의 결실을 포함한다.
본 발명의 제2 측면에서, 본 발명의 pre-miRNA를 포함하는 카세트가 제공된다. 일부 실시양태에서, 카세트는 하기를 포함한다: 5' pri_miR-21 서열; 선행 청구항 중 어느 한 항에 따른 pre-miRNA; 및 3' pri_miR-21 서열 (순서대로).
특정 실시양태에서, miRNA 발현 카세트는 천연 pre-miR-21 내의 루프, 미스-쌍, 워블 쌍 및 염기 쌍형성의 결여를 포함하는 pri- 및 pre-miRNA의 원래 서열 및 길이를 보존한다.
예시적인 실시양태에서, 카세트는 하기를 포함한다: 유비쿼터스 프로모터 영역; 세포 특이적 프로모터 또는 특이적 및/또는 선택된 전사 인자 결합 부위를 갖는 프로모터; miRNA의 5' 상류 서열에 있는 인핸서 또는 레프레서 서열; 및/또는 miRNA의 3' 하류 서열에 있는 3' 인핸서, 레프레서 또는 안정화 서열.
일부 실시양태에서, 천연 miR-21 레프레서 서열은 존재하지 않거나 기능적이 아니다.
본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명자들은 원래 자연 발생 miRNA 내의 루프, 미스매치-쌍, 워블 쌍 및 염기 쌍형성의 결여를 포함하는 pri- 및 pre-miRNA의 원래 서열 및 길이를 보존하는 miRNA 발현 카세트를 설계하고 생성하였다. 이는 pre-miR-21 엑소솜 셔틀링 서열 및 기능을 사용하는 모방체에 의해 생성된 구조를 유지하도록 의도된다.
본 발명의 제3 측면은 본 발명의 카세트 또는 본 발명의 pre-miRNA를 포함하는 벡터를 제공한다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 벡터는 아데노바이러스 벡터, 아데노-연관 바이러스 벡터, pEF1-알파, pTK, pCAG, pSV 및 플라스미드 벡터의 pCMV 시리즈, 백시니아, 및 레트로바이러스 벡터, 뿐만 아니라 바큘로바이러스를 포함한다. 특정 실시양태에서, 본 발명의 벡터는 렌티바이러스 벡터를 포함한다. 일부 실시양태에서, 벡터는 사이토메갈로바이러스 (CMV), CAG, EF1-알파, TK 및 SV40에 대한 프로모터를 포함한다.
본 발명의 제4 측면은 벡터, 카세트, pre-miRNA, 또는 CRISPR/Cas9 또는 본 개시내용의 유전적으로 변형된 유전자좌를 포함하는 세포를 제공한다. 사용될 수 있는 세포는 특별히 제한되지 않으며, 통상의 기술자는 광범위한 세포가 사용될 수 있음을 알 것이다. 일부 실시양태에서, 세포는 줄기 세포 또는 수지상 세포이다. 일부 실시양태에서, 세포는 줄기 세포, 임의로 신경 줄기 세포 또는 중간엽 세포이다. 특정 실시양태에서, 세포는 신경 줄기 세포이다. 추가 실시양태에서, 세포는 CTX0E03 세포 (출원인에 의해 ECACC에 수탁 번호 04091601로 기탁됨)이다. 또 다른 실시양태에서, 세포는 임의로 부분적으로 분화된 줄기 세포이다. 벡터는 벡터 또는 핵산을 세포에 도입하는 임의의 공지된 방법에 의해 세포에 도입될 수 있다. 이러한 방법은 양이온성 지질 시약을 사용한 형질감염, 전기천공 및 바이러스 형질도입을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.
제5 측면은 본 발명의 구축물을 포함하는 세포로부터 엑소솜을 생산하는 것을 포함하는, 엑소솜에 외인성 뉴클레오티드 서열을 로딩하는 방법을 제공한다. 특정 실시양태에서, 본 발명은 유전자 편집을 위한 특이적 siRNA, 또는 siRNA, miRNA, 또는 안티센스 올리고뉴클레오티드 (ASO), 또는 모르폴리노 또는 sgRNA 또는 가이드 RNA의 세포내 생산을 코딩하는 shRNA를 포함하는 임의의 유전자 침묵 또는 변형 올리고뉴클레오티드의 로딩을 가능하게 한다. 추가 실시양태에서, 본 발명은 임의의 유전자 편집 도구, 예컨대 CRISPR RNA 가이드 가닥, 및 임의의 다른 단일 가닥 RNA 분자의 로딩을 가능하게 한다. 특정 실시양태에서, 뉴클레오티드 서열은 miRNA 뉴클레오티드 서열을 포함하거나 이로 이루어진다. "로딩된"은 엑소솜으로, 엑소솜 표면 상에, 및 엑소솜의 막에 있는 것을 의미한다. 엑소솜으로의 로딩은 엑소솜 내부, 즉 루멘으로의 로딩일 수 있다.
본 발명의 추가 측면에서, 본 발명의 pre-miRNA 또는 성숙 miRNA를 포함하는 엑소솜의 제조 방법이 제공된다. pre-miRNA 또는 성숙 miRNA를 포함하는 엑소솜의 제조 방법은 세포를 배양하는 단계 및 조건화된 배지를 수확하는 단계를 포함한다. 한 실시양태에서, 방법은 엑소솜을 정제하는 단계 및 엑소솜을 검증하는 단계 중 임의의 단계를 추가로 포함한다. 추가 실시양태에서, 방법은 세포를 배양하는 단계, 조건화된 배지를 수확하는 단계, 및 임의로 엑소솜을 정제하는 단계, 및 임의로 엑소솜을 검증하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법으로부터 수득되거나 수득가능한 엑소솜이 제공된다. 이해되는 바와 같이, 엑소솜 또는 엑소솜-유사 소포는 관련 기술분야에 공지된 임의의 방법에 의해 정제될 수 있다.
본 발명의 제7 측면은 본 발명의 pre-miRNA를 포함하는 엑소솜을 제공한다. 본 발명의 추가 실시양태에서, pre-miRNA는 shRNA, siRNA, miRNA, 항-miR, 안티센스 올리고뉴클레오티드 (ASO), CRISPR 가이드 RNA에 대한 뉴클레오티드 서열, 또는 다른 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함한다. 일부 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 miRNA, 예를 들어 miR-146-b 또는 miR-1246, 또는 특이적 siRNA의 세포내 생산을 코딩하는 shRNA일 수 있다. 전형적으로, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열은 miRNA이다.
본 발명의 추가 측면은 본 발명에 따라 생산된 성숙 miRNA가 로딩된 엑소솜을 사용하여 외인성 뉴클레오티드 서열을 표적 세포에 전달하는 방법을 제공한다. 한 실시양태에서, 방법은 표적 세포를 miRNA 로딩된 엑소솜과 접촉시키는 것을 포함한다. 추가 실시양태에서, 방법은 임의로 miRNA가 로딩된 엑소솜을 pre-miRNA를 통해 단리하는 것을 포함하는 제1 단계, 및 표적 세포를 miRNA 로딩된 엑소솜과 접촉시키는 것을 포함하는 제2 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 표적 세포를 miRNA 로딩된 엑소솜과 접촉시키는 단계는 적어도 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 24시간 또는 그 이상 동안이다. 또 다른 실시양태에서, 접촉시키는 단계는 37℃에서 발생한다.
본 발명의 제9 측면은 본 발명에 따라 생성된 RNA를 포함하는 엑소솜을 투여하는 것을 포함하는, 표적 세포에서 유전자 활성을 조정하는 방법을 제공한다. 일부 실시양태에서, 유전자 활성을 조정하는 것은 유전자 발현의 하향-조절을 초래한다. 일부 실시양태에서, 유전자 활성을 조정하는 것은 유전자 발현의 상향-조절을 초래한다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열은 유전자 발현의 하향-조절을 초래한다. 추가 실시양태에서, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열은 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 그 이상만큼 유전자 발현의 감소를 초래한다. 전형적으로, 유전자 발현은 60% 내지 100%만큼 감소된다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열은 유전자 발현의 상향-조절을 초래한다. 추가 실시양태에서, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열은 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 그 이상만큼 유전자 발현의 증가를 초래한다. 전형적으로, 유전자 발현은 60% 내지 100%만큼 증가된다. 유전자 활성의 조정은 웨스턴 블롯, qPCR, 형광 리포터 검정 또는 루시페라제 리포터 검정을 사용하여 평가될 수 있다. 대안적으로, 유전자 활성의 조정은 전형적으로 관심 질환의 증상을 호전시킴으로써 치료적 결과를 측정함으로써 평가될 수 있다.
본 발명의 추가 측면은 본 발명의 로딩된 엑소솜을 포함하는 제약 조성물을 제공한다. 제약상 허용되는 조성물은 전형적으로 본 발명의 엑소솜에 더하여 적어도 하나의 제약상 허용되는 담체, 희석제, 비히클 및/또는 부형제를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은 요법에 사용하기 위한 본 발명의 방법에 따라 생성된 RNA 카고를 포함하는 엑소솜을 제공한다. 요법은 세포 이동의 억제를 필요로 하는 질환, 예컨대 암, 섬유증, 죽상경화증 또는 류마티스 관절염의 요법일 수 있다. 요법은 신경계 질환, 안과 질환, 청력 상실, 염증, 암 또는 바이러스 감염의 요법일 수 있다. 또한, 요법은 혈관신생을 억제함으로써 고형 종양을 치료하는 것과 같이 혈관신생의 억제를 필요로 하는 질환의 요법일 수 있다. 일부 실시양태에서, 본 발명은 유전자 요법에 사용하기 위한 miRNA 로딩된 엑소솜을 제공한다. 추가 실시양태에서, 본 발명은 질환을 유발하는 점 돌연변이를 편집하고/거나, 부적절하게 기능하는 돌연변이된 유전자를 불활성화 ("녹아웃")시키고/거나, 질환 퇴치를 돕기 위해 신체에 새로운 유전자를 도입함으로써 유전자 요법을 제공한다. 유전자 요법에 의해 치료될 수 있는 질환의 예는 낭포성 섬유증, 중증 복합 면역 결핍 (ADA-SCID), 만성 육아종성 장애 (CGD), 혈우병, 레버 선천성 흑암시 (LCA), 암, 파킨슨병 및 헌팅톤병을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시양태에서, 유전자 요법은 가이드 RNA를 포함하는 본 발명의 pre-miRNA, 및 CRISPR 게놈 편집에 의해 매개된다.
도 1: 유전자 MIR21을 함유하는 새로운 플라스미드. 이 도면은 HEK 세포에서 기본 발현 수준이 극히 낮음에도 불구하고 유전자 MIR21 (도 1A에 표시됨)을 함유하는 새로운 플라스미드가 2종의 상이한 세포 (HEK 및 CTX - 도 1B 내지 1D 참조)에서 활성임을 보여준다.
도 2: MIR21 플라스미드는 상이한 조절 서열을 함유한다. 이 도면은 MIR21 플라스미드가 PMA (포르볼 12-미리스테이트 13-아세테이트) 및 c-myc에 의해 활성화될 수 있는 프로모터 영역에 상이한 조절 서열을 함유한다는 것을 보여준다. 이는 또한 적어도 레프레서 서열을 함유하는 5' 영역에 다른 서열, 및 또한 miRNA에 대한 mRNA 수준을 제어하는 3' 영역에 안정화 서열이 있음을 보여준다.
도 3: 하이브리드 카세트의 구축의 예. 본 발명자들은 로딩된 miRNA의 3D 구조에 의존하는 인식을 갖는 것이 중요할 수 있음을 보여주었다. 3D 구조는 miRNA에 존재하는 내부 루프에 의존한다.
도 4: miRNA에 대한 비히클로서의 엑소솜: miR-21-5p 카세트 및 구조에 기초한 miRNA. 엑소솜은 miRNA에 대한 천연 비히클이다. 본 발명자들은 형광 단백질 Ruby2에 대한 설계된 miRNA를 운반하기 위해 miR21-5p에 대한 서열을 변형시켰다. 이는 임의의 miRNA를 엑소솜에 도입하는데 사용될 수 있다. A) miR-21-5p 카세트 및 구조, B) 엑소솜에 로딩된 miR-21 구조적 모방체.
도 5: 엑소솜에서 치료적 RNA의 발현 및 로딩을 위한 miR-21-기반 pri-miRNA 카세트의 설계. (A) 워블 쌍은 RNA 나선에 상이한 3차원 구조를 부여한다 (바라니(Varani) 및 맥클레인(McClain)으로부터 수정됨, EMBO 보고서, 2000). (B) RBP에 의한 이의 인식 및 프로세싱을 보존하기 위해 설계된 pre-miR-Ruby2의 서열에서 유지되는 여러 워블 G-U 쌍 (색상 박스), 결실 (*) 및 미스매치 (#)를 함유하는 pre-miR21-5p의 천연 구조. (C) pri-miR-Ruby2 카세트의 구조 및 (D) 프로모터 EF-1알파 및 CAG, 블라스티시딘 (BSD)에 대한 선택 유전자 및 리포터 유전자 클로버를 함유하는 변형된 렌티바이러스 벡터 상의 이의 위치. pri-miR-Ruby2 카세트는 코딩 서열의 3'UTR 서열로서 벡터에 클로닝되었다.
도 6: 기능적 miR-Ruby2는 생산자 세포주의 엑소솜에 로딩된다. (A) pri-miR-Ruby2 카세트를 함유하는 벡터로 전기천공된 세포 상의 qPCR에 의한 성숙 miR-Ruby2의 발현 수준. (B) 클로버 (*)를 발현하는 대조군 플라스미드 또는 pri-miR-Ruby2 카세트 및 형광 단백질 클로버 (화살촉)를 함유하는 플라스미드로 전기천공된 HEK293-Ruby2 세포. (C) qPCR에 의해 결정된 대조군 세포주와 비교하여 HEK293-pri-miR-Ruby2 세포로부터의 엑소솜에 로딩된 miR-Ruby2의 수준. (D) HEK293-Ruby2 및 대조군 세포, 또는 miR-Ruby2를 발현하는 HEK293과의 공동-배양 검정에서 Ruby2에 대한 단백질 및 (E) mRNA의 발현 수준.
발명의 상세한 설명
본 발명자들은 엑소솜 로딩에서 특정 기능을 갖는 특정 pre-miRNA를 강조하였다. 특히, 본 발명자들은 놀랍게도 MIR21 유전자의 서열 내에 성숙 miR21-5p의 발현에 중요한 여러 조절 서열이 있음을 확인하였다. 조절 서열은 pre- 및 pri-MIR21 영역 둘 모두에서 확인된다. 또한, miR-21-5p의 주변 서열 내에 여러 워블 쌍, 미스매치 및 결실이 있다. 이들 특징은 pre-miRNA 스템 및 루프 서열 내에 함유되며, 엑소솜 패키징에 중요한 것으로 확인되었다. miR-21-5p의 구조적 특징은 이들 작은 비-코딩 뉴클레오티드의 올바른 프로세싱, 공간적 폴딩 및 엑소솜으로의 분류에 중요한 것으로 밝혀졌다. Ago 및 다이서의 존재 또는 부재 하에 이들 작은 비-코딩 뉴클레오티드의 올바른 프로세싱, 공간적 폴딩 및 엑소솜으로의 분류가 모두 발생할 수 있다는 것이 추가로 확인되었다.
따라서, 본 발명은 엑소솜으로의 로딩, 예를 들어 ssRNA, 특히 miRNA의 로딩을 제어하기 위한 MIR21 유전자의 상류 및 하류 영역에 위치된 조절 요소 중 하나 이상의 용도를 제공한다.
따라서, 본 발명은 또한 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜으로 표적화하기 위한 pre-miRNA 스캐폴드를 제공한다. 확인된 스캐폴드에 관심 외인성 올리고뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드를 추가함으로써, 본 발명의 스캐폴드는 엑소솜 생산자 세포를 유전적으로 변형시킴으로써 임의의 관심 외인성 뉴클레오티드 서열 (예컨대 miRNA, shRNA, siRNA, 항-miR, ASO, 또는 CRISPR 가이드 가닥)을 엑소솜에 로딩할 잠재력을 갖는다. 본 발명은 또한 선행 기술에 기재된 바와 같이 엑소솜 로딩을 위한 엑소솜 표적화 모티프로 miRNA의 직접 태그부착을 필요로 하지 않는 장점을 갖는 pri-miRNA 카세트를 제공한다. 이 카세트는 세포주에 따라 또는 이의 발현을 일시적으로 제어하기 위해 외인성 뉴클레오티드 서열 (예를 들어, RNA)의 발현을 조절하도록 변형될 수 있다. 또한, 본 발명은 예를 들어 유전자 편집을 사용하여, 이의 발현 및 엑소솜으로의 로딩을 유지하는 다른 핵산 서열에 의해 pre-miR-21 또는 이의 부분을 대체하기 위해 MIR21의 내인성 염색체 유전자좌를 변형시키는 능력을 제공한다.
더욱이, 본 발명은 pre-miRNA의 정준 프로세싱에 관여하는 임의의 단백질 기구가 결여된 세포주의 사용을 반드시 필요로 하지는 않는다. 이론에 얽매이지 않고, pre-miR-21의 3차원 구조를 유지함으로써, 본 발명의 pre-miRNA가 RBP에 의한 인식에 유리하여, 외인성 뉴클레오티드 서열의 프로세싱, 생산 및 엑소솜으로의 로딩을 초래하는 것으로 이해된다.
본 발명은 임의의 관심 뉴클레오티드 서열이 로딩된 엑소솜을 생성하기 위해 임의의 생산자 세포를 변형시키는 방법을 제공한다. 그 후, 본 발명의 정제된 엑소솜은 요법에 사용하기 위해 생체내에서 전신으로 또는 국소적으로 사용될 수 있다. 관심 뉴클레오티드 서열을 함유하는 엑소솜은 네이키드 외인성 뉴클레오티드 서열과 비교하여 개선된 생체분포, 전신 안정성, 및 개선된 표적 조직 흡수를 제공한다.
미리 정제된 단리된 엑소솜에 외인성 뉴클레오티드 서열을 직접 로딩하는 방법은 관련 기술분야에 공지되어 있다. 그러나, 이들 방법은 고도로 비효율적이고 아직 비변형된 siRNA로 재현가능하지 않으며 로딩을 위한 현재 방법 (예를 들어, 전기천공 및 리포펙션)을 사용하여 확장하기 어려운 것으로 나타났다. 본 발명자들은 관심 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜으로 표적화하는 pre-miRNA를 코딩하는 발현 벡터로 생산자 세포주를 변형시킴으로써 이 문제를 해결하였다. 본 발명자들은 후속적으로 수확된 엑소솜이 원하는 외인성 뉴클레오티드 서열을 함유한다는 것을 보여주었다 (실시예 1).
실시예 (예를 들어, 도 1)는 본 발명에 따라 생성된 구축물이 상이한 세포 유형에서 활성임을 보여준다. 따라서, 본 발명은 세포 유형에 걸쳐 광범위하게 적용가능할 것으로 예상된다.
MIR21에 존재하는 상이한 조절 서열은 도 2에서 볼 수 있다. 이 도면은 MIR21 플라스미드가 PMA (포르볼 12-미리스테이트 13-아세테이트) 및 c-myc에 의해 활성화될 수 있는 프로모터 영역에 상이한 조절 서열을 함유한다는 것을 보여준다. 이는 또한 적어도 레프레서 서열을 함유하는 5' 영역에 다른 서열, 및 또한 miRNA에 대한 mRNA 수준을 제어하는 3' 영역에 안정화 서열이 있음을 보여준다. 특히, miRNA 수준은 HpaI 제한 부위에서 MIR21이 절단될 때 현저히 증가하고, PacI 제한 부위에서 절단될 때 감소하는 것을 도 2에서 볼 수 있다.
본 발명자들은 성숙 miRNA 서열을 둘러싸는 pri- 및 pre-miRNA 내의 서열이 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 로딩하는데 사용될 수 있음을 확인하였다. 기능적 3차 루프 구조에서 관련 서열을 평가함으로써, 본 발명자들은 임의의 원하는 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 로딩하는데 사용될 수 있는 하이브리드 '카세트' 벡터를 생성하였다. 이 하이브리드 카세트 벡터는 전형적으로 엑소솜에 해당 핵산을 로딩하기 위한 이의 발현 및 프로세싱을 허용하는 관심 miRNA 또는 뉴클레오티드에 대한 5' 상류 및 3' 하류 서열을 함유한다. 이러한 엑소솜은 후속적으로 수확되고 원하는 외인성 뉴클레오티드 서열을 함유하는 전달 비히클로서 사용될 수 있다. 로딩된 엑소솜을 상이한 조직으로 표적화하기 위해, 생산자 세포주가 다양할 수 있고/거나 엑소솜 상의 표면 마커가 조작될 수 있다.
일부 실시양태에서, 변형된 비천연 뉴클레오티드를 함유하는 RNA 카고가 엑소솜에 로딩된다. 본 발명의 구축물은 카고 RNA 내의 비천연 뉴클레오티드 (천연 뉴클레오티드를 치환함)로 합성될 수 있고, 생성된 모방체는 표적 세포로 직접 형질감염될 수 있다. 그 후, 표적 세포를 배양하고, 그것이 생산하는 엑소솜을 수확하여 치료적 또는 진단적 사용을 위해 또는 연구에 사용하기 위해, 예를 들어 질환 모델링 또는 약물 스크리닝의 목적으로 녹인(knock-in) 및 녹다운(knockdown) 세포주를 조작할 수 있다.
miR-21 및 엑소솜 로딩
miRNA는 아르고너트 (Ago) 단백질을 mRNA의 3' 비번역 영역 (UTR)에 있는 표적 부위로 가이드함으로써 유전자 침묵을 매개하는 약 22개 뉴클레오티드의 짧은 비-코딩 RNA (ncRNA)이다. miRNA-로딩된 Ago는 miRNA-유도 침묵 복합체 (miRISC)의 일부를 형성하며, 이는 표적화된 mRNA의 번역 저해 및 분해를 촉진한다. miRNA와 이들의 표적의 상호작용은 주로 이들의 씨드 서열에 기초하며, miRNA 생물발생은 RBP와의 상호작용을 매개하는 RNA 2차 구조의 영향을 받는다. 엑소솜 RBP는 miRNA를 엑소솜으로 지정할 수 있다고 제안되었다 (Gebert, and MacRae. 2019).
pre-miRNA는 약 70개 염기 길이의 RNA 헤어핀이며, 드로샤로 절단된 후 pri-miRNA에서 시작하여 핵에서 생성된다. pre-miRNA는 엑스포틴 5에 의해 세포질로 외수송되며, 여기서 뉴클레아제 다이서에 의해 추가로 프로세싱되어 성숙 miRNA를 형성한다 (Cullen. 2004).
본 발명자들은 miR-21-5p 서열이 하이브리드 전사 인자 c-myc-ERTam의 과발현에 의한 유전적 변형 및 특수한 특징으로 인해 신경-줄기 세포주 CTX0E03에 의해 생산되는 풍부하게 발현되는 엑소솜 miRNA임을 보고하였다. hsa-miR-21, miR-21-5p 및 hsa-miR-21-5p로도 공지된 miR-21은 MIR21 유전자에 의해 코딩되는 포유동물 miRNA이다. MIR21은 유전자 VMP1의 인트론 서열 내부에 위치되지만, 발현은 이 유전자의 발현 또는 조절 서열에 의존하지 않는다. pri-miR-21 서열 내에는 miR-21-5p의 발현을 제어하고 조절하도록 허용하는 프로모터 영역, 인핸서, 레프레서 및 안정화 서열을 포함하는 여러 조절 요소가 있다. pre-miR-21-5p 서열 내에는, 이의 엑소솜 패키징에 필수적인 여러 핵심 G-U 쌍 및 루프 서열이 있다. CTX0E03으로부터 유래된 수확된 엑소솜 내에서 miR21-5p가 풍부하게 발현된 miRNA라는 것이 일관되게 관찰되었다. 수많은 배치에 걸쳐, miR-21-5p의 존재비는 다음으로 가장 풍부한 miRNA보다 대략 적어도 한 자릿수 더 높았다. 이는 이 특이적 miRNA와 연관된 강한 엑소솜 패키징 기능이 있음을 나타낸다.
hsa-mir-21 (pre-miR)은 miRBase 수탁 번호 MI0000077을 갖는다:
Figure pct00007
miRBase에 도시된 바와 같은 스템-루프 구조는 하기와 같다:
Figure pct00008
성숙 -5p 서열은 뉴클레오티드 8 내지 29, 즉, 하기와 같다:
Figure pct00009
성숙 -3p 서열은 뉴클레오티드 46 내지 66, 즉, 하기와 같다:
Figure pct00010
따라서, 본 발명은 엑소솜으로의 로딩을 위한 외인성 뉴클레오티드 서열을 함유하도록 변형된, pre-miR-21의 구조에 기초한 pre-miRNA를 제공한다. 외인성 뉴클레오티드 서열을 함유하는 이 변형된 pre-miRNA는 pre-miR-21 구조적 모방체 또는 모방체로서 기재될 수 있다. 일부 실시양태에서, 변형된 pre-miR-21은 천연 pre-miR21-5p의 1차, 2차 및/또는 3차 구조와 구조적으로 유사하다. 따라서, 본 발명은 외인성 뉴클레오티드 카고를 엑소솜으로 표적화하기 위한 pre-miRNA를 제공하며, 여기서 pre-miRNA는 스템 루프 구조를 포함하고, 여기서 스템은 워블 쌍을 포함한다.
"외인성 뉴클레오티드 서열"은 pre-miR-21-5p에서 자연적으로 발견되지 않는 뉴클레오티드 서열이다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA에 혼입되는 외인성 뉴클레오티드 서열은 이중체이다. 추가 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 워블 쌍, 결실 및/또는 미스매치를 포함하도록 변형된다. 특정 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 천연 pre-miR-21-5p 서열과 동일한 위치에서 미스매치 및 결실을 포함하여, 천연 pre-miR-21-5p와 실질적으로 동일한 3차원 구조를 유지한다. 이론에 얽매이지 않고, pre-mi-21의 3차원 구조는 엑소솜 생물발생 동안 엑소솜으로의 표적화에 중요한 것으로 생각된다. 따라서, pre-miR-21의 실질적으로 동일한 전체 3차원 구조를 갖는 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA는 생물발생 동안 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜으로 표적화할 수 있다.
헤어핀 루프로도 공지된 "스템 루프"는 반대 방향으로 읽을 때 일반적으로 뉴클레오티드 서열에서 상보적인 동일한 가닥의 두 영역이 염기쌍을 형성하여 쌍형성되지 않은 루프로 끝나는 이중 나선을 형성할 때 발생한다. 스템 루프는 RNA 분자에서 일반적인 유형의 2차 구조이다. 스템 루프는 RNA 폴딩, mRNA에 대한 단백질 구조적 안정성을 지시하고, RNA 결합 단백질에 대한 인식 부위를 제공하고, 효소 반응에 대한 기질로서 역할을 할 수 있다.
"핵산 혼성화"는 단일-가닥 DNA 또는 RNA 분자가 상보적 DNA 또는 RNA에 어닐링할 때 발생한다. 혼성화는 뉴클레오티드 서열의 기본 특성이다. "왓슨-크릭 쌍형성"은 염기쌍이라고 하는 수소 결합을 통해 연결된 상보적 RNA 가닥에 있는 2개 뉴클레오티드를 의미한다. 왓슨-크릭 염기 쌍형성에서, 아데닌 (A)은 2개의 수소 결합을 사용하여 티민 (T)과 염기쌍을 형성하고, 구아닌 (G)은 3개의 수소 결합을 사용하여 시토신 (C)과 염기쌍을 형성한다. RNA의 정준 왓슨-크릭 염기 쌍형성에서, 티미딘은 우라실 (U)에 의해 대체된다.
"워블 쌍"은 왓슨-크릭 염기쌍 규칙을 따르지 않는 pre-miR-21 구조적 모방체에서 2개 뉴클레오티드 간의 쌍형성을 의미한다. 일부 실시양태에서, 워블 쌍 (W-w)은 구아닌-우라실 (G-U 또는 U-G), 하이포크산틴-우라실 (I-U 또는 U-I), 하이포크산틴-아데닌 (I-A 또는 A-I), 및/또는 하이포크산틴-시토신 (I-C 또는 C-I)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 워블 쌍은 상이하다. 예를 들어, 더 많은 워블 쌍은 구아닌-우라실 (G-U 또는 U-G), 하이포크산틴-우라실 (I-U 또는 U-I), 하이포크산틴-아데닌 (I-A 또는 A-I), 및/또는 하이포크산틴-시토신 (I-C 또는 C-I)을 임의의 순서로 및 임의의 조합으로 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 워블 쌍은 동일하며, 예를 들어 모두 구아닌-우라실 (G-U 또는 U-G), 하이포크산틴-우라실 (I-U 또는 U-I), 하이포크산틴-아데닌 (I-A 또는 A-I), 또는 하이포크산틴-시토신 (I-C 또는 C-I)이다. 전형적으로, 워블 쌍은 구아닌-우라실 (G-U 또는 U-G)을 포함한다. 워블 쌍은 RNA 2차 구조의 기본이며, 유전자 코드의 적절한 번역에 중요하다. 왓슨-크릭 염기쌍과의 이들의 기하학적 부동성은 생물학적 기능에 결정적인 구조적 변화를 부여한다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA는 천연 pre-miR-21과 기능적으로 유사하다. 이론에 얽매이지 않고, 워블 쌍은 RNA 깊은 그루브를 왜곡하여 RNA의 천연 폴딩 및 RBP에 의한 이의 인식을 허용하여, 이에 의해 miRNA의 프로세싱, 생산 및 엑소솜으로의 로딩을 허용하는 것으로 이해된다 (도 5A).
"미스매치"는 2개의 비-상보적 염기가 RNA 이중체의 동일한 염기쌍 단계에서 정렬될 때 발생한다. 이론에 얽매이지 않고, 미스매치된 염기쌍은 miRNA에 상이한 공간적 입체형태를 제공할 것이며, 이는 또한 특이적 RBP에 의해 인식될 것이며, 이에 의해 miRNA의 프로세싱, 생산 및 엑소솜으로의 로딩을 허용하는 것으로 이해된다.
"결실"은 뉴클레오티드가 스템 루프 구조의 한쪽에만 존재하고 스템의 다른 쪽에는 상응하는 위치에 결실이 있음을 의미한다.
본 발명의 pre-miRNA (pre-miR-21 구조적 모방체로도 지칭됨)는 pre-miR-21 5' 말단 구조적 모방체; 외인성 뉴클레오티드 서열; 및 pre-miR-21 3' 루프 구조적 모방체를 제공한다. "5' 말단"은 pre-miRNA 이중체의 각 측면에 7 내지 9개의 뉴클레오티드의 5' 말단-서열을 의미한다. 전형적으로, 5' 말단 서열은 pre-miRNA 이중체의 각 측면에서 8개의 뉴클레오티드 길이이다. "3' 말단"은 루프 구조를 포함하는 pre-miRNA 이중체의 말단을 의미한다.
본 발명의 pre-miRNA는 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서: A는 pre-miRNA 5' 말단이고, 여기서 pre-miRNA 5' 말단은 pre-miR-21의 5' 말단에 대해 적어도 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 그 초과의 서열 동일성을 포함하고; B는 pre-miR-21에서 자연적으로 발견되지 않는 외인성 뉴클레오티드 서열이고; C는 pre-miRNA 3' 말단이고, 여기서 pre-miRNA 3' 말단은 pre-miR-21의 3' 말단에 대해 적어도 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 그 초과의 서열 동일성을 포함한다. pre-miRNA는 본 발명의 pre-miRNA가 천연 pre-miR-21과 같이 엑소솜 생물발생 동안 엑소솜으로 표적화되도록 천연 pre-miR-21의 3차원 구조를 모방하도록 의도된다.
일부 실시양태에서, 구조 A-B-C를 포함하는 pre-miRNA는 하기와 같이 정의된다:
(A) pre-miRNA 5' 말단은 pre-miR-21의 5' 말단과 실질적으로 구조적으로 및/또는 기능적으로 유사하다. pre-miR-21의 5' 말단은 워블 쌍(들)을 포함하는 특이적 구조를 함유한다. 워블 쌍(들)의 존재는 RNA 깊은 그루브를 왜곡하고 전체 폴딩된 pre-miR-21의 2차 구조를 변경한다. 본 발명에서, pre-miRNA 5' 말단의 5' 말단은 pre-miR-21 5' 말단의 2차 구조를 유지한다.
(B) 외인성 뉴클레오티드 서열은 pre-miR-21 구조적 모방체의 스템-루프의 스템 구조의 일부를 형성한다. 외인성 뉴클레오티드 서열은 길이가 19-25개의 뉴클레오티드일 수 있다. 외인성 뉴클레오티드 서열은 pre-miR-21-5p의 길이, 워블 쌍, 미스매치, 결실과 관련하여 성숙 miR21-5p의 스템의 천연 구조를 유지할 수 있다.
(C) pre-miRNA 3' 말단은 pre-miRNA의 3' 말단에서 루프 구조를 형성한다. pre-miR-21의 3' 말단은 워블 쌍(들)을 포함하는 특이적 구조를 함유한다. 워블 쌍(들)의 존재는 RNA 깊은 그루브를 왜곡하고 전체 폴딩된 pre-miR-21의 2차 구조를 변경한다. 4, 5, 6, 7, 8 또는 9개의 뉴클레오티드의 전체 루프 길이를 갖는 루프 구조. 바람직하게는 길이가 7개의 뉴클레오티드이다. 본 발명에서, pre-miRNA 3' 말단의 3' 말단은 pre-miR-21 3' 말단의 2차 구조를 유지한다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA는 성숙 miR-21-5p에 대한 서열을 제외하고 천연 pre-miR-21-5p의 서열에 대해 적어도 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 그 초과의 서열 동일성을 포함한다. pre-miRNA는 본 발명의 pre-miRNA가 천연 pre-miR-21과 같이 엑소솜 생물발생 동안 엑소솜으로 표적화되도록 천연 pre-miR-21의 전체 3차원 구조를 모방하도록 의도된다.
예로서, % 동일성 값은 매치하는 동일한 뉴클레오티드 또는 아미노산의 수를 퍼센트 동일성이 보고되는 서열 길이로 나눈 값에 의해 결정될 수 있다. 백분율 (%) 아미노산 서열 유사성은 % 아미노산 서열 동일성을 결정하기 위해 사용된 것과 동일한 계산에 의해 결정될 수 있지만, 예를 들어 계산에서 동일한 아미노산에 더하여 보존적 아미노산 치환을 포함할 수 있다. 예를 들어 BLAST (진뱅크(GenBank); 디폴트 파라미터 사용)와 같은 올리고뉴클레오티드 정렬 알고리즘을 사용하여 서열 동일성 %를 계산할 수 있다. 2개의 뉴클레오티드 서열이 실질적으로 동일할 수 있다는 대안적인 표시는 2개의 서열이 적당히 엄격한 또는 바람직하게는 엄격한 조건 하에 서로 혼성화한다는 것이다.
한 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA (pre-miR-21 구조적 모방체로 지칭될 수 있음)는 pre-miR-21의 생물학적 기능을 유지한다. "pre-miR-21 구조적 모방체"는 pre-miR-21과 실질적으로 구조적으로 및/또는 기능적으로 유사한 miRNA이다. pre-miR-21 구조적 모방체는 서열이 상이할 수 있지만 pre-miR-21의 하나 이상의 생물학적 기능을 유지한다. "하나 이상의 생물학적 기능을 유지한다"는 것은 모방체가 문제의 생물학적 기능의 적어도 95%, 90%, 80% 70%, 60%, 50%를 유지한다는 것을 의미한다. 특정 실시양태에서, 문제의 생물학적 기능은 엑소솜에 대한 pre-miR-21 구조적 모방체의 분류일 수 있다. 이 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA는 서열이 상이할 수 있지만 천연 pre-miR-21의 수준의 적어도 95%, 90%, 80% 70%, 60%, 50%가 엑소솜으로 패키징되도록 천연 miR21-5p와 구조적으로 및/또는 기능적으로 유사한 1차, 2차 및/또는 3차 구조를 공유하는 miRNA이다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA는 천연 pre-miR-21의 결합 친화성의 적어도 95%, 90%, 80% 70%, 60%, 50%의 결합 친화성으로 RBP에 결합할 수 있도록 구조적으로 및/또는 기능적으로 유사한 1차, 2차 및/또는 3차 구조를 공유한다. 또 다른 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA는 천연 pre-miR-21의 결합 친화성의 적어도 95%, 90%, 80% 70%, 60%, 50%의 결합 친화성으로 miRNA 프로세싱 효소에 결합할 수 있도록 구조적으로 및/또는 기능적으로 유사한 1차, 2차 및/또는 3차 구조를 공유한다. miRNA 프로세싱 효소의 예는 Ran-GTP, 엑스포틴-5 및 다이서를 포함한다. pre-miRNA의 결합 친화성은 예를 들어 형광 편광 (FP), 형광 공명 에너지 전달 (FRET) 및 표면 플라스몬 공명 (SPR)에 의해 측정될 수 있다.
정제된 엑소솜에 존재하는 외인성 뉴클레오티드 서열의 양은 qPCR 또는 다른 정량적 방법, 예컨대 ddPRC를 사용하여 정량화될 수 있다. pre-miRNA의 구조는 X선 결정학, 핵 자기 공명 (NMR) 분광법, 저온-전자 현미경법 (cryo-EM), 화학적/효소적 프로빙, 열 변성, 및 질량 분광법과 같은 방법에 의해 결정될 수 있다.
miR-21 발현 카세트
본 발명은 pre-miR-21 구조적 모방체로 지칭되는 pre-miR-21의 구조에 기초한 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA를 포함하는 발현 카세트를 제공한다.
일부 실시양태에서, 본 발명은 자연-발생 서열 또는 설계된 조절 서열일 수 있는 프로모터 영역의 하나 이상 또는 전부, miRNA의 전사를 제어하기 위한 전사 시작점, 안정화 서열(들), 인핸서(들) 및/또는 레프레서 서열(들)을 함유하는 miRNA의 상류 5' 서열, 하류 3' 서열; 및 pre-miR-21 구조적 모방체로 지칭되는 pre-miR-21의 구조에 기초한 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA를 포함하는 발현 카세트를 제공한다. 본 발명의 한 측면에서, 본 발명의 pre-miRNA를 포함하는 카세트가 제공된다. 특정 실시양태에서, 카세트는 하기를 포함한다: 5' pri_5miR21 서열; pre-miR-21 구조적 모방체; 및 3' pri_miR21 서열 (순서대로). 특정 실시양태에서, miRNA 발현 카세트는 원래 자연 발생 miRNA 내에서 루프, 미스-쌍, 워블 쌍 및 염기 쌍형성의 결여를 포함하는 pri- 및 pre-mi-21의 원래 서열 및 길이를 보존한다. 이는 pre-miR-21의 구조를 유지하여 외인성 뉴클레오티드 서열의 엑소솜으로의 셔틀링을 용이하게 하도록 의도된다.
전형적으로 이 카세트는 세포 내부 전사 기구를 사용하여 본원에 기재된 RNA 모이어티를 전사하는 유전적으로 변형된 세포주를 생성할 목적으로 선택된 생산자 세포주로 형질감염된 DNA 벡터 내의 클로닝된 DNA 서열을 통해 도입될 수 있다. 카세트 또는 그 일부는 또한 관심 핵산의 발현을 위해 그 일부를 대체하기 위해 이 유전자좌의 유전자 조작을 허용하는 임의의 기술, 예컨대 CRISPR을 사용하여 유전자 MIR21의 내인성 유전자좌에 도입될 수 있다. "벡터"는 바이러스, 플라스미드 또는 고등 유기체의 세포로부터 채취된 작은 DNA 조각이며, 이는 유기체에서 안정적으로 유지될 수 있고, 클로닝 목적으로 외래 DNA 단편이 여기에 삽입될 수 있다. 이러한 발현 벡터의 설계는 실시예 3에 요약되어 있다.
pre-miRNA는 임의의 유전자 편집 기술, 예컨대 CRISPR/Cas, TALEN 또는 아연 핑거 또는 프라임 편집을 사용하여 특정 유전자 재조합을 허용함으로써 자연 발생 miR-21 서열을 대체하기 위해 MIR21에 대한 유전자좌에 도입될 수 있다. pre-miRNA는 또한 특정 유전자 재조합을 허용하는 임의의 기술을 사용하여 자연 발생 miR-21 서열을 대체하기 위해 MIR21에 대한 유전자좌에 도입될 수 있다.
대안적으로, pre-miRNA는 스템-루프 구조의 형태로 직접 형질감염되거나 생체외에서 생성될 수 있다. 이는 임의의 허용가능한 시험관내 방법론을 사용하여 전사 믹스와 함께 RNA-폴리머라제 프로모터 및 DNA 가이드 가닥을 사용하는 시험관내에서 생성된 RNA 구축물을 사용함으로써, 또는 임의의 수의 공지된 올리고합성 방법론을 사용하여 원하는 구축물을 화학적으로 합성함으로써 달성될 수 있다. pre-miRNA를 합성적으로 생성함으로써, 구축물에서 천연 뉴클레오티드 및/또는 비천연 뉴클레오티드의 화학적으로 변형된 형태를 생성하는 것도 가능할 것이다. 이는 개선된 전신 안정성 및/또는 감소된 면역원성 및/또는 씨드 서열에서 서열의 변경으로 보다 선택적인 표적 결합을 갖는 변형된 siRNA, miRNA 및 다른 RNA 구축물, 예컨대 항-miR의 사용을 허용할 것이다. 그 후, 이러한 생체외 RNA 구축물은 이용가능한 임의의 수의 형질감염 방법 (예를 들어, 리포펙타민, 전기천공, 또는 형질감염 또는 핵산 전달의 임의의 다른 수단)을 통해 생산자 세포주에 도입될 것이다.
본 발명의 pre-miRNA 발현 카세트를 사용함으로써, 본 발명자들은 세포 내에서 이들의 생물발생 동안 엑소솜으로 수송되는 것으로 나타난 원위치 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 기능적 pre-miRNA를 생성하였다. 더욱이, 선택되는 이 엑소솜-캡슐화 외인성 뉴클레오티드 서열은 또한 수용자 세포주에서 기능적이며, 표적 유전자 활성, 예를 들어 표적 세포에서 하향-조절을 조정하기 위해 수용자 세포에 전달될 수 있다는 것이 관찰되었다.
따라서, 본 발명을 사용하여:
i) 외인성 뉴클레오티드 서열 (예를 들어, 표적 유전자 침묵 또는 유전자 편집/대체 올리고머 단일 가닥 RNA 서열)은 엑소솜 로딩 카세트 내로 패키징될 수 있음;
ii) 외인성 뉴클레오티드 서열로 완전한 이러한 카세트는 포유동물 발현 벡터 내에서 구현되거나 생체외에서 완전한 스템 루프 구조로서 합성될 수 있음;
iii) 상기 기재된 바와 같은 발현 벡터 또는 스템 루프는 임의의 선택된 표적 세포로 형질감염될 수 있고 (예를 들어, 전기천공 또는 리포펙타민을 사용하여, 또는 또 다른 엑소솜을 통해), 이러한 세포의 선택은 사용자가 표적화하기 위해 최종 엑소솜 전달 비히클을 필요로 하는 원하는 조직 및/또는 치료 표적이 혈액 뇌 장벽을 통과하는 것인 경우 (이 경우 신경 생산자 세포가 선택될 수 있음) 지시될 수 있음;
iv) 외인성 뉴클레오티드 서열은 세포가 아르고너트 단백질을 발현하는지 여부에 관계없이, 및 다이서가 이러한 세포 내에서 기능적인지 여부에 관계없이 생산자 세포 천연 엑소솜 셔틀링 메커니즘을 사용함으로써 엑소솜으로 프로세싱하기 위해 표적화될 수 있음;
v) 원하는 외인성 뉴클레오티드 서열이 로딩된 엑소솜은 초원심분리, PEG 침전, TFF, 친화성 크로마토그래피 등을 포함하나 이에 제한되지는 않는 임의의 수의 공지된 엑소솜 수확 방법을 사용하여 생산자 세포로부터 조건화된 배지로부터 수확될 수 있음;
vi) 엑소솜은 시험관내 및 생체내에서 인간 세포로 패키징된 외인성 뉴클레오티드 서열을 전달할 수 있고, 특정 경우에 원래 생산자 세포에 따라, 엑소솜은 전신으로 전달될 때 특정 조직으로 표적화될 수 있음; 및
vii) 표적 세포를 엑소솜과 접촉시키는 것은 외인성 뉴클레오티드 서열을 표적 세포에 전달하고 유전자 활성을 조정함.
본 발명은 siRNA, miRNA, 또는 안티센스 올리고뉴클레오티드를 포함하는 임의의 유전자-침묵 올리고뉴클레오티드, 및 임의의 유전자 편집 도구, 예컨대 CRISPR RNA 가이드 가닥, 및 임의의 다른 단일 가닥 RNA 분자의 로딩을 가능하게 한다. 이들 뉴클레오티드 서열은 선택된 엑소솜에 로딩되고 세포 배양 및 엑소솜 정제 기술을 사용하여 대규모로 생산되도록 의도된다.
본 발명의 방법은 발현 벡터를 통해 생산자 세포를 조작함으로써 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 로딩하는 것을 개시한다. 방법은 또한 실제 miR-21 pri-마이크로RNA + RNA 카고를 포함하는 천연 또는 합성 구축물을 생산자 세포에 직접 도입하여 변형에 적용가능하다. 구축물은 임의의 수단에 의해 생산자 세포로 형질감염될 수 있다.
본 발명은 엑소솜으로 로딩된 외인성 뉴클레오티드 서열의 대량 생산을 가능하게 한다는 장점을 갖는다. 본 발명의 특정 장점은 이러한 외인성 뉴클레오티드 서열, 예를 들어 치료제-miRNA, 로딩된 엑소솜의 생산 방법이 조건화된 배지의 수확, 정제 및 검증으로 감소된다는 것이다. 따라서, 외인성 뉴클레오티드 서열, 예컨대 miRNA를 엑소솜에 로딩하기 위한 다른 방법과 연관된 시간 및 비용을 감소시킨다.
본원에 개시된 pre-miRNA 발현 카세트 및 방법은 유전자 침묵 또는 유전자 편집/대체를 위한 임의의 외인성 또는 내인성 단일 가닥 뉴클레오티드 서열을 전달하는데 사용될 수 있다. 따라서, 생체내 전달을 위해 엑소솜과 회합되거나 캡슐화된 치료적 모이어티를 생성하기 위한 수단을 제공한다 (도 4). 이 시스템의 이점은 개선된 조직 표적화, 더 낮은 면역원성, 및 RNAse 및 생체내에서 '네이키드' 치료적 모이어티의 분해를 달리 가속화할 수 있는 다른 인자로부터의 보호를 포함한다. 수확된 로딩된 엑소솜은 또한 이식 기술, 예컨대 CAR-T 세포 요법에 사용될 수 있는 세포를 조작하기 위해 시험관내에서 세포에 외인성 뉴클레오티드 서열을 전달하는데 사용될 수 있다.
외인성 뉴클레오티드 서열
"외인성 뉴클레오티드 서열"은 천연 pre-miR-21-5p에서 자연적으로 발견되지 않는 뉴클레오티드 서열이다. 일부 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 표적 세포에서 유전자 활성을 조정한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 shRNA, siRNA, miRNA, 항-miR, ASO, CRISPR 가이드 RNA에 대한 서열, 또는 다른 외인성 뉴클레오티드 서열이다. 본 발명의 추가 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 miRNA, 예를 들어 miR-146-b 또는 miR-1246, 또는 siRNA이다.
특정 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열은 치료제일 수 있다. 뉴클레오티드 서열을 사용한 요법은 DNA 또는 RNA, 또는 RNA-DNA 하이브리드를 포함할 수 있다. DNA 치료제는 안티센스 올리고뉴클레오티드, DNA 압타머, 및 유전자 요법을 포함한다. RNA 치료제는 RNAi, 및 CRISPR을 위한 가이드 RNA를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 뉴클레오티드 서열은 치료적 RNA이다.
안티센스 올리고뉴클레오티드 (ASO)는 표준 왓슨-크릭 염기 쌍형성 수단에 의해 표적 mRNA에 결합하는 8-50개 염기쌍 길이의 단일-가닥 서열이다. ASO가 mRNA와 결합한 후, 표적 복합체는 내인성 세포 RNase H에 의해 분해되거나, 입체 장애로 인해 mRNA의 기능적 차단이 발생한다. '화학적 항체'라고도 하는 DNA 또는 RNA 압타머는 56-120개 뉴클레오티드 길이의 단일-가닥 합성 DNA 또는 RNA 분자이며, 단백질을 코딩하는 뉴클레오티드에 높은 친화성으로 결합하며 그러므로 미끼 역할을 할 수 있다. DNA 압타머는 구조적 인식을 통해 표적 핵산에 대해 매우 높은 친화성을 갖는 ASO와 유사한 짧은 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 서열이다 (Sridharan and Gogtay. 2016).
RNA 간섭 (RNAi)은 작은 이중-가닥 RNA (dsRNA) 분자를 사용하여 유전자 발현을 조절하는 진핵생물 세포의 조절 메커니즘이다. RNAi는 대략 21개 뉴클레오티드 길이의 이중-가닥 RNA 분자가 상보적 mRNA 서열을 갖는 특이적 유전자의 발현을 강력하게 침묵시키거나 저해할 수 있는 메커니즘이다. 두 가지 유형의 작은 RNA 분자가 RNAi의 중심이다. 이들은 마이크로 RNA (miRNA) 및 작은 간섭 RNA (siRNA)이다. 인간에서, 유전자 발현은 유전자 침묵 핵산 (즉, siRNA 가이드 가닥)에 완벽하게 상보적인 RNA를 절단하고 분해함으로써, 또는 불완전하게 상보적인 mRNA의 번역을 저해함으로써 (예컨대 miRNA 유전자 침묵 핵산의 경우) 감소된다. 인간에서, 작은 RNA 유전자 사일런서의 1차 부류는 부분적으로 상보적인 결합 부위로 mRNA의 번역을 저해함으로써 큰 유전자 네트워크를 조절하는 소위 마이크로RNA (miRNA)이다.
CRISPR-Cas9 시스템은 DNA의 표적화된 편집을 허용한다. 상기 시스템은 염기 상보성을 통해 표적화된 DNA에 결합하고 양쪽 가닥 모두에서 정밀한 DNA 절단을 가능하게 하는 가이드 RNA (gRNA) 분자와의 회합을 통해 DNA로 표적화된다. Cas9-매개 DNA 절단의 최종 결과는 효율적이지만 오류가 발생하기 쉬운 비-상동성 말단 연결 (NHEJ) 경로에 의해, 또는 덜 효율적이지만 높은-충실도 상동성 지정 복구 (HDR) 경로에 의해 세포의 세포내 복구 메커니즘에 의해 복구되는 표적 DNA 내의 이중-가닥 파단 (DSB)이다. 대체 유전자 서열은 또한 예를 들어 상염색체 우성 유전적 유전자 질환에 대한 증대된 유전자 요법을 수행할 때 WT 대체 서열을 코딩하기 위해 AAV를 사용하여 공동형질감염될 수 있다. 두 가지 복구 메커니즘은 모두 상이한 결과에 활용될 수 있다. 따라서, CRISPR-Cas9 시스템의 성공은 최적의 표적-부위의 올바른 확인 및 상보적 gRNA의 후속 설계에 달려 있다 (Wilson, et al. 2018).
RNA 간섭-기반 치료제의 전달은 상당한 도전 과제를 제시하였다. 지질 입자, siRNA-변형, 나노입자 및 압타머를 포함하여 RNAi 치료제를 전달하기 위한 많은 전략이 시험되었다 (Whitehead, et al. 2009; Kanasty, et al. 2013). 그러나, 많은 경우에 전달이 성공적이지 못했고, RNAi-기반 치료제의 전달에 장애물이 남아있다 (Kanasty, et al. 2013; Tatiparti, et al. 2017). 엑소솜은 RNAi-기반 치료제의 전달에서 이러한 장애물에 대한 솔루션을 제공한다. 그러나, 치료적 뉴클레오티드 서열, 예컨대 유전자 침묵 뉴클레오티드 서열을 위한 약물 전달 비히클로서 엑소솜 또는 엑소솜-유사 소포의 사용에 대한 주요 장애물은 siRNA/RNAi/miRNA 또는 다른 관심 뉴클레오티드 서열을 엑소솜으로 패키징하는 능력이다. 엑소솜은 단백질 및 RNA를 생산하는 세포와 비교하여 단백질 및 RNA 둘 모두의 고도로 선택적인 함량을 갖는다. 본 발명은 pre-miRNA를 발현하기 위해 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA를 엑소솜에 로딩하는 개선된 방법 또는 유전자좌 MIR21의 유전자 편집을 제공함으로써 이러한 문제를 극복한다.
엑소솜
본 발명은 pre-miR-21의 구조 및/또는 기능을 갖고 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 핵산 구축물이 로딩된 엑소솜을 제공한다.
엑소솜은 엔도솜 구획에서 유래하며 다소포체 (MVB)가 원형질막과 융합할 때 분비된다.
엑소솜은 마이크로입자의 한 유형이다. "마이크로입자"는 세포로부터 방출되는 30 내지 1000 nm 직경의 세포외 소포이다. 이는 생물학적 분자를 둘러싸는 지질 이중층에 의해 제한된다. 용어 "마이크로입자"는 관련 기술분야에 공지되어 있으며, 막 입자, 막 소포, 미세소포, 엑소솜-유사 소포, 엑소솜, 엑토솜-유사 소포, 엑토솜 또는 엑소소포를 포함하는 다수의 상이한 종의 마이크로입자를 포함한다. 상이한 유형의 마이크로입자는 직경, 세포하 기원, 수크로스에서 이들의 밀도, 형상, 침강 속도, 지질 조성, 단백질 마커 및 분비 방식 (즉, 신호에 따라 (유도성) 또는 자발적으로 (구성적))에 기초하여 구별된다. 4종의 일반적인 마이크로입자 및 이들의 구별되는 특징은 하기 표 1에 기재되어 있다.
<표 1>
다양한 마이크로입자
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엑소솜은 전형적으로 30-100nm의 직경을 갖는 것으로 정의되지만, 더 최근 연구는 엑소솜이 또한 100nm 내지 200nm의 직경을 가질 수 있음을 확인해주었다 (예를 들어, 문헌 [Katsuda, et al. Proteomics 2013] 및 문헌 [Katsuda, et al. Scientific Reports 2013]). 따라서, 엑소솜은 전형적으로 30nm 내지 150nm의 직경을 갖는다. 직경은 임의의 적합한 기술, 예를 들어 전자 현미경법 또는 동적 광산란에 의해 결정될 수 있다.
엑소솜은 직접 및 간접 메커니즘을 통해 공여자 및 수용자 세포 사이의 비히클로서 작용함으로써 세포간 통신에서 역할을 하는 것으로 생각된다. 직접 메커니즘은 수용자 세포에 의한 엑소솜 및 이의 공여자 세포-유래 성분 (예컨대 단백질, 지질 또는 핵산), 수용자 세포에서 생물학적 활성을 갖는 성분의 흡수를 포함한다. 간접 메커니즘은 엑소솜-수용자 세포 표면 상호작용, 및 수용자 세포의 세포내 신호전달 조정의 유발을 포함한다. 따라서, 엑소솜은 수용자 세포에 의한 하나 이상의 공여자 세포-유래 특성의 획득을 매개할 수 있다.
본 발명의 일부 실시양태에서, 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA가 로딩된 엑소솜이 단리된다. 용어 "단리된"은 해당 엑소솜 또는 엑소솜 집단이 이의 자연 환경 내에 있지 않음을 나타낸다. 엑소솜 또는 엑소솜 집단은 주변 조직으로부터 실질적으로 분리되었다. 일부 실시양태에서, 샘플이 적어도 약 75%, 일부 실시양태에서 적어도 약 85%, 일부 실시양태에서 적어도 약 90%, 및 일부 실시양태에서 적어도 약 95% 엑소솜을 함유하는 경우, 엑소솜 또는 엑소솜 집단은 주변 조직으로부터 실질적으로 분리된다. 다시 말해서, 샘플이 약 25% 미만, 일부 실시양태에서, 약 15% 미만, 및 일부 실시양태에서, 약 5% 미만의 엑소솜 이외의 물질을 함유하는 경우, 샘플은 주변 조직으로부터 실질적으로 분리된다. 이러한 백분율 값은 중량 백분율을 지칭한다. 이 용어는 엑소솜이 유래한 유기체로부터 제거되어 배양물에 존재하는 엑소솜을 포함한다. 이 용어는 또한 엑소솜이 유래한 유기체로부터 제거된 후 유기체에 재삽입된 엑소솜을 포함한다.
엑소솜은 거의 모든 세포 유형으로부터 분비될 수 있다. 일부 실시양태에서, 엑소솜은 줄기 세포, hIPSC, 조직 줄기 세포, 이들 중 임의의 것으로부터 분화된 세포 또는 수지상 세포로부터 분비된다. 특정 실시양태에서, 엑소솜은 줄기 세포로부터 분비된다. 줄기 세포는 세포막과 세포내 다소포체 (마이크로입자 함유)의 융합 및 세포외 구획으로의 엑소솜의 방출에 의해 엑소솜을 자연적으로 생산하다.
또 다른 실시양태에서, 줄기 세포는 신경 줄기 세포이다. 신경 줄기 세포 (NSC)는 뉴런, 성상세포 및 희소돌기아교세포를 생성하는 자기-재생, 다능성 줄기 세포이다 (Kornblum, 2007). 일부 실시양태에서, 신경 줄기 세포주는 "CTX0E03" 세포주, "STR0C05" 세포주, "HPC0A07" 세포주 또는 문헌 [Miljan et al. 2009]에 개시된 신경 줄기 세포주일 수 있다. 신경 줄기 세포는 본원에 기재된 임의의 신경 줄기 세포, 예를 들어 표준화된 클로날인 CTX0E03 조건부-불멸화 세포주일 수 있으며, 이는 시험관내 및 생체내에서 명확한 안전성을 나타내며, 규모에 맞게 제조되어 이에 의해 안정적인 엑소솜 생산을 위한 독특한 자원을 제공할 수 있다. 대안적으로, 신경 줄기 세포는 임의로 US 7514259 (참조로 포함됨)에 기재된 바와 같은 신경 망막 줄기 세포주일 수 있다.
신경 줄기 세포 엑소솜은 신경 줄기 세포에 의해 생성되는 엑소솜이다. 전형적으로, 엑소솜은 신경 줄기 세포에 의해 분비된다. 다른 세포, 예컨대 중간엽 줄기 세포로부터의 엑소솜은 관련 기술분야에 공지되어 있다.
본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열 로딩된 엑소솜을 생성하는 신경 줄기 세포는 태아, 배아 또는 성체 신경 줄기 세포일 수 있으며, 예컨대 이는 US5851832, US6777233, US6468794, US5753506 및 WO-A-2005121318 (참조로 포함됨)에 기재되어 있다. 태아 조직은 인간 태아 피질 조직일 수 있다. 세포는 문헌 [Yuan, et al. (2011)]에 기재된 바와 같은 유도 만능 줄기 (iPS) 세포의 분화로부터의 신경 줄기 세포 또는 체세포로부터 생성된 직접 유도 신경 줄기 세포, 예컨대 섬유모세포 (예를 들어, 최근에 문헌 [Their, et al. 2012]과 같이 재프로그램화의 초기 단계로 Oct4 활성을 엄격하게 제한하면서 Sox2, Klf4 및 c-Myc를 구성적으로 유도함으로써)로서 선택될 수 있다. 인간 배아 줄기 세포는 관련 기술분야에 공지된 바와 같이 공여자 배아의 생존력을 보존하는 방법에 의해 수득될 수 있다 (예를 들어, 문헌 [Klimanskaya et al. 2006] 및 문헌 [Chung, et al. 2008]). 인간 배아 줄기 세포를 수득하는 이러한 비파괴적 방법은 본 발명의 마이크로입자가 수득될 수 있는 배아 줄기 세포를 제공하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열 로딩된 엑소솜은 성체 줄기 세포, iPS 세포 또는 직접-유도 신경 줄기 세포로부터 수득될 수 있다. 따라서, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열 로딩된 엑소솜은 인간 배아의 파괴 또는 기본 물질로서의 인간 배아의 사용을 필요로 하지 않는 다양한 방법에 의해 생산될 수 있다.
전형적으로, 엑소솜이 생성되는 신경 줄기 세포 집단은 실질적으로 순수하다. 본원에서 사용된 바와 같은 용어 "실질적으로 순수한"은 총 세포 집단을 구성하는 다른 세포와 관련하여 적어도 약 75%, 일부 실시양태에서 적어도 약 85%, 일부 실시양태에서 적어도 약 90%, 및 일부 실시양태에서 적어도 약 95% 순수한 줄기 세포 집단을 지칭한다. 예를 들어, 신경 줄기 세포 집단과 관련하여, 이 용어는 총 세포 집단을 구성하는 다른 세포와 비교하여 적어도 약 75%, 일부 실시양태에서 적어도 약 85%, 일부 실시양태에서 적어도 약 90%, 및 일부 실시양태에서 적어도 약 95% 순수한 신경 줄기 세포가 있음을 의미한다. 다시 말해서, 용어 "실질적으로 순수한"은 후속 배양 및 증폭 전에 원래의 증폭되지 않고 단리된 집단에서 약 25% 미만, 일부 실시양태에서 약 15% 미만, 및 일부 실시양태에서 약 5% 미만의 계통 수임 세포를 함유하는 본 발명의 줄기 세포 집단을 지칭한다.
엑소솜은 전형적으로 지질, 단백질 및 핵산을 포함하는 환경을 둘러싸는 적어도 하나의 지질 이중층을 포함한다. 핵산은 데옥시리보핵산 (DNA) 및/또는 리보핵산 (RNA)일 수 있다. RNA는 메신저 RNA (mRNA), 마이크로 RNA (miRNA) 또는 임의의 miRNA 전구체, 예컨대 pri-miRNA, pre-miRNA, 및/또는 작은 핵 RNA (snRNA)일 수 있다.
줄기 세포-유래 엑소솜은 그것이 유래된 줄기 세포의 적어도 하나의 생물학적 기능을 유지한다. 유지될 수 있는 생물학적 기능은 혈관신생 및/또는 신경신생을 촉진하는 능력, 뇌졸중을 앓은 환자의 뇌에서 인지 개선에 영향을 미치는 능력, 또는 말초 동맥 질환에서 혈류 회복을 가속화하는 능력을 포함한다. 예를 들어, CTX0E03 세포는 PBMC 검정에서 T 세포 활성화를 억제하는 것으로 공지되어 있고, 한 실시양태에서, 본 발명의 마이크로입자는 PBMC 검정에서 T 세포 활성화를 억제하는 이러한 능력을 유지한다. PBMC 검정은 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있으며, 검정을 수행하기 위한 키트는 상업적으로 이용가능하다.
본 발명의 일부 엑소솜은 CD133 표면 마커를 발현한다. 본 발명의 다른 엑소솜은 CD133 표면 마커를 발현하지 않는다. "마커"는 존재, 농도, 활성 또는 인산화 상태를 검출하고 세포의 표현형을 확인하는데 사용할 수 있는 생물학적 분자를 지칭한다.
엑소솜은 엑소사이토시스(exocytosis)에 의해 세포로부터 방출되는 전형적으로 30-100nm 직경 및 때때로 100nm 내지 200nm 직경의 엔도솜-유래 지질 마이크로입자이다. 엑소솜 방출은 구성적으로 또는 유도 시 조절되고 기능적으로 관련된 방식으로 발생한다. 이들의 생물발생 동안, 엑소솜은 광범위한 시토졸 단백질 (샤페론 단백질, 인테그린, 세포골격 단백질 및 테트라스파닌 포함) 및 유전 물질을 혼입한다. 결과적으로, 엑소솜은 모 세포 미세환경에서 및 상당한 거리에 걸쳐 단백질, 지질 및 유전 물질을 세포 간에 전달하기 위한 세포간 통신 디바이스로 간주된다. 본 발명이 이러한 이론에 구속되지는 않지만, 엑소솜이 신경 줄기 세포의 효능을 담당할 가능성이 있다. 따라서, 신경 줄기 세포로부터의 엑소솜은 자체가 치료적으로 효능있는 것으로 예상된다.
한 실시양태에서, 단리되거나 정제된 외인성 뉴클레오티드 서열 로딩된 엑소솜은 또한 표적 세포에서 원하는 기능을 수행하도록 의도된 하나 이상의 외인성 핵산, 지질, 단백질, 약물 또는 전구약물로 로딩된다. 이것은 줄기 세포의 조작을 필요로 하지 않으며, 외인성 물질은 임의로 엑소솜에 직접 첨가될 수 있다. 예를 들어, 외인성 펩티드 또는 단백질은 전기천공에 의해 엑소솜으로 도입될 수 있다. 그 후, 마이크로입자는 외인성 물질을 위한 비히클 또는 담체로서 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 마이크로입자는 하나 이상의 작용제, 전형적으로 치료제 또는 진단제를 표적 세포에 전달하기 위한 비히클로서 사용될 수 있다.
신경 줄기 세포
엑소솜을 생성하는 신경 줄기 세포는 줄기 세포주, 즉 안정적으로 분열하는 줄기 세포의 배양물일 수 있다. 줄기 세포주는 정의된 단일 공급원을 사용하여 대량으로 성장될 수 있다. 불멸화는 자발적인 사건으로부터 발생할 수 있거나, 불멸화 인자를 코딩하는 외인성 유전적 정보를 줄기 세포에 도입함으로써 달성될 수 있으며, 적합한 배양 조건 하에 줄기 세포의 무제한 세포 성장을 초래한다. 이러한 외인성 유전적 인자는 전사 인자 Myc를 코딩하는 유전자 "myc"를 포함할 수 있다. 외인성 유전적 정보는 다양한 적합한 수단, 예컨대 형질감염 또는 형질도입을 통해 줄기 세포에 도입될 수 있다. 형질도입을 위해, 레트로바이러스, 예를 들어 렌티바이러스로부터 유래된 것과 같은 유전적으로 조작된 바이러스 비히클이 사용될 수 있다.
조건부 불멸화 줄기 세포주를 사용함으로써 추가적인 장점을 얻을 수 있으며, 여기서 불멸화 인자의 발현은 치료적으로 효과적인 마이크로입자의 생산에 유해한 영향을 미치지 않으면서 조절될 수 있다. 이는 세포에 활성화제가 공급되지 않는 한 비활성인 불멸화 인자를 도입함으로써 달성될 수 있다. 이러한 불멸화 인자는 유전자, 예컨대 c-mycER일 수 있다. c-MycER 유전자 생성물은 돌연변이체 에스트로겐 수용체의 리간드-결합 도메인에 융합된 c-Myc 변이체를 포함하는 융합 단백질이다. c-MycER은 오직 합성 스테로이드 4-히드록시타목시펜 (4-OHT)의 존재 하에 세포 증식을 구동한다 (Littlewood, et al. 1995). 이러한 접근법은 신경 줄기 세포주로부터 유래된 마이크로입자에 이를 코딩하는 유전자 또는 c-Myc의 존재로 인해 숙주 세포 증식 (예를 들어, 종양 형성)에 대한 원치않는 생체내 효과를 회피하면서 시험관내에서 신경 줄기 세포의 제어된 확장을 허용한다. 적합한 c-mycER 조건부 불멸화 신경 줄기 세포는 미국 특허 7416888에 기재되어 있다. 따라서, 조건부 불멸화 신경 줄기 세포주의 사용은 기존 줄기 세포 마이크로입자 단리 및 생산에 대한 개선을 제공한다.
바람직한 조건부-불멸화 세포주는 CTX0E03, STR0C05 및 HPC0A07 신경 줄기 세포주를 포함하며, 이들은 출원인에 의해 유럽 동물 배양물 보존센터 (European Collection of Animal Cultures; ECACC), 백신 연구 및 생산 연구소, 공중 보건 연구소 서비스 (영국 SP4 0JG 윌트셔 솔즈베리 포트 다운)에 수탁 번호 04091601 (CTX0E03); 수탁 번호 04110301 (STR0C05); 및 수탁 번호 04092302 (HPC0A07)로 기탁되었다. 이들 세포의 파생 및 출처는 EP1645626 B1에 기재되어 있다. 이들 세포의 장점은 이들 세포에 의해 생성된 엑소솜에 의해 유지된다.
CTX0E03 세포주의 세포는 하기 배양 조건에서 배양될 수 있다:
· 인간 혈청 알부민 0.03%
· 인간 트랜스페린 5μg/ml
· 퓨트레신 디히드로클로라이드 16.2 μg/ml
· 인간 재조합 인슐린 5 μ/ml
· 프로게스테론 60 ng/ml
· L-글루타민 2 mM
· 나트륨 셀레나이트 (셀레늄) 40 ng/ml
+ 염기성 섬유모세포 성장 인자 (10 ng/ml), 표피 성장 인자 (20 ng/ml) 및 세포 확장을 위한 4-히드록시타목시펜 100nM. 세포는 4-히드록시타목시펜의 제거에 의해 분화될 수 있다. 전형적으로, 세포는 5% CO2/37℃에서 또는 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% O2의 저산소 조건 하에 배양될 수 있다. 이들 세포주는 성공적으로 배양되기 위해 혈청을 필요로 하지 않는다. 혈청은 많은 세포주의 성공적인 배양에 필요하지만, 이의 자체 엑소솜을 비롯한 많은 오염물질을 함유한다. CTX0E03, STR0C05 또는 HPC0A07 신경 줄기 세포주, 또는 혈청을 필요로 하지 않는 임의의 다른 세포주의 추가 장점은 혈청에 의한 오염을 회피한다는 것이다.
CTX0E03 세포주의 세포 (및 이들 세포로부터 유래된 마이크로입자)는 원래 12주 인간 태아 피질로부터 유래된 다능성 세포이다. CTX0E03 세포주에 대한 단리, 제조 및 프로토콜은 신덴(Sinden) 등 (미국 특허 7,416,888 및 EP1645626 B1)에 의해 상세히 기재되어 있다. CTX0E03 세포는 "배아 줄기 세포"가 아니며, 즉 이들은 배반포의 내부 세포 덩어리로부터 유래된 만능 세포가 아니며; 원래 세포의 단리는 배아의 파괴를 초래하지 않았다.
CTX0E03은 레트로바이러스 감염에 의해 전달되었고 4-OHT (4-히드록시타목시펜)에 의해 조건부로 조절되는 c-mycER 트랜스진의 단일 카피를 함유하는 클론성 세포주이다. c-mycER 트랜스진은 4-OHT의 존재 하에 세포 증식을 자극하는 융합 단백질을 발현하며 따라서 4-OHT의 존재 하에 배양될 때 제어된 확장을 허용한다. 이 세포주는 클론성이며, 배양시 급속하게 확장하고 (배가 시간 50-60시간) 정상적인 인간 핵형 (46 XY)을 갖는다. 이는 유전적으로 안정적이며 대량으로 성장될 수 있다. 세포는 안전하고 비종양발생성이다. 성장 인자 및 4-OHT의 부재 하에, 세포는 성장 저지를 겪고 뉴런 및 성상세포로 분화된다.
CTX0E03 세포주의 개발은 임상적 사용을 위한 일관된 제품의 규모 확대를 허용하였다. 뱅킹된 물질로부터의 세포의 생산은 상업적 적용을 위해 대량으로 세포의 생성을 허용한다 (Hodges, et al. 2007).
용어 "배양 배지" 또는 "배지"는 관련 기술분야에서 인식되고 있으며, 일반적으로 살아있는 세포의 배양에 사용되는 임의의 성분 또는 제제를 지칭한다. 세포 배양과 관련하여 사용된 바와 같은 용어 "배지"는 세포를 둘러싼 환경의 성분을 포함한다. 배지는 고체, 액체, 기체 또는 상과 물질의 혼합물일 수 있다. 배지는 액체 성장 배지 뿐만 아니라 세포 성장을 지속하지 않는 액체 배지를 포함한다. 배지는 또한 젤라틴성 배지, 예컨대 한천, 아가로스, 젤라틴, 콜라겐 매트릭스 및/또는 임의의 세포외 매트릭스를 형성하는 다른 단백질을 포함한다. 예시적인 기체 배지는 페트리 접시 또는 다른 고체 또는 반고체 지지체 상에서 성장하는 세포가 노출되는 기체상을 포함한다. 용어 "배지"는 또한 아직 세포와 접촉되지 않은 경우에도 세포 배양에 사용하도록 의도된 물질을 지칭한다. 다시 말해서, 박테리아 배양을 위해 제조된 영양소 풍부 액체는 배지이다. 유사하게, 물 또는 다른 액체와 혼합될 때 세포 배양에 적합하게 되는 분말 혼합물은 "분말화된 배지"로 지칭될 수 있다. "정의된 배지"는 화학적으로 정의된 (일반적으로 정제된) 성분으로 만들어진 배지를 지칭한다. "정의된 배지"는 불량하게 특징화된 생물학적 추출물, 예컨대 효모 추출물 및 소고기 브로쓰를 함유하지 않는다. "풍부 배지"는 특정 종의 대부분 또는 모든 생존가능한 형태의 성장을 지원하도록 설계된 배지를 포함한다. 풍부 배지는 종종 복합 생물학적 추출물을 포함한다. "고밀도 배양물의 성장에 적합한 배지"는 다른 조건 (예컨대 온도 및 산소 전달 속도)이 이러한 성장을 허용할 때 세포 배양물이 3 이상의 OD600을 도달하도록 하는 임의의 배지이다. 용어 "기본 배지"는 어떠한 특수한 영양소 보충물을 필요로 하지 않는 많은 유형의 미생물의 성장을 촉진하는 배지를 지칭한다. 대부분의 기본 배지는 일반적으로 아미노산, 탄수화물, 무기 염 및 비타민의 4가지 기본 화학 그룹으로 구성된다. 기본 배지는 일반적으로 보충제, 예컨대 혈청, 완충제, 성장 인자, 지질 등이 첨가되는 보다 복잡한 배지에 대한 기초 역할을 한다. 한 측면에서, 성장 배지는 이들의 자기-재생 능력을 유지하면서 본 발명의 세포의 성장 및 확장을 지원하는데 필요한 성장 인자를 갖는 복합 배지일 수 있다. 기본 배지의 예는 이글 기본 배지, 최소 필수 배지, 둘베코 변형 이글 배지, 배지 199, 영양소 혼합물 햄 F-10 및 햄 F-12, 맥코이 5A, 둘베코 MEM/F-I 2, RPMI 1640, 및 이스코브 변형 둘베코 배지 (IMDM)를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
엑소솜을 생산하기 위한 세포의 형질감염
본 발명의 핵산 구축물을 사용한 엑소솜-생산자 세포의 형질감염은 다중 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 방법은 양이온성 지질 형질감염, 전기천공, 바이러스 형질감염, 및 인산칼슘 형질감염을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 핵산 구축물은 본 발명의 pre-miRNA, 또는 본 발명의 카세트, 또는 본 발명의 벡터를 포함한다.
일부 실시양태에서, 양이온성 지질 형질감염은 핵산 구축물을 엑소솜 생산자 세포로 형질감염시키는데 사용된다. 추가 실시양태에서, 양이온성 지질 형질감염은 시약, 예컨대 DOTMA (N-[1-(2,3,-디올레일옥시)프로필]-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드), TransIT®, X-tremeGENE™ 형질감염 시약 리포펙틴®, 리포펙타민®, 및 올리고펙타민®을 사용하여 수행된다.
일부 실시양태에서, 전기천공은 핵산 구축물을 엑소솜 생산자 세포로 형질감염시키는데 사용된다. 전기천공은 세포막을 고강도 전기 펄스에 노출시키는 것을 포함하며, 이는 일시적인 불안정화를 일으켜 세포를 고도로 투과성으로 만들어 외인성 분자의 진입을 허용한다. 전기천공은 다양한 세포 유형에서 높은 형질전환 효율을 얻을 수 있는 쉽고 비화학적인 기술이다.
일부 실시양태에서, 바이러스 형질감염은 핵산 구축물을 엑소솜 생산자 세포로 형질감염시키는데 사용된다. 이 방법은 핵산을 세포에 전달하기 위해 바이러스 벡터를 사용하는 것을 포함한다. 바이러스 전달 시스템, 예컨대 렌티바이러스, 아데노바이러스, 아데노-연관 바이러스 시스템 및 온코레트로바이러스 벡터는 형질감염이 어려운 세포에서도 뉴클레오티드 서열을 전달하는데 사용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 인산칼슘은 핵산 구축물을 엑소솜 생산자 세포로 형질감염시키는데 사용된다. 인산칼슘 형질감염 기술은 DNA 및 인산칼슘의 침전을 포함한다. 침전은 인산나트륨을 갖는 HEPES-완충 염수 용액을 염화칼슘 용액 및 DNA2와 혼합함으로써 용이하게 된다.
정제된 엑소솜에 존재하는 형질감염된 핵산 구축물의 양은 qPCR (실시예 1) 또는 RNA 정량화를 허용하는 다른 기술, 예컨대 FISH/Scope, 액적-디지털 PCR 또는 RNAseq를 사용하여 정량화될 수 있다.
엑소솜 정제
본 발명의 엑소솜은 공지된 엑소솜 정제 기술을 사용하여 정제될 수 있다. 예를 들어, 엑소솜은 접선 유동 여과 (TFF) 또는 초원심분리 (예를 들어 100000 x g에서 1-2시간 동안)에 의해 정제될 수 있다. 정제를 위한 대안적인 또는 추가적인 방법, 예컨대 항체-기반 방법, 예를 들어 면역침전, 자기 비드 정제, 수지-기반 정제 (특이적 항체 사용)가 사용될 수 있다.
엑소솜은 후속적으로 WO-A-2013/150303 및 WO-A-2014/013258 (참조로 포함됨)에 기재된 바와 같이 정량화되고 특징화될 수 있다.
표적 세포로의 전달을 위한 엑소솜 내의 외인성 뉴클레오티드 서열의 패키징
엑소솜은 외인성 뉴클레오티드 서열의 표적 세포로의 전달을 위한 특히 흥미로운 전달 옵션을 나타낸다. 본 발명은 세포간 통신을 위한 내인성 시스템을 활용하여, 이에 의해 외인성 뉴클레오티드 서열의 표적 세포로의 전달을 위한 시스템을 제공한다. 엑소솜은 다양한 특정 세포 유형 및 조직을 표적화하도록 변형될 수 있다. 상이한 세포 유형으로부터 분비되는 엑소솜은 이들의 표면 상의 상이한 단백질을 발현하여 상이한 표적 세포로 표적화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 외인성 핵산 카고가 로딩된 엑소솜, 예를 들어 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA가 로딩된 엑소솜을 제공한다. 본 발명은 또한 예를 들어 pre-miRNA가 로딩된 엑소솜을 사용하여 외인성 뉴클레오티드 서열을 표적 세포에 전달하는 방법을 제공하며, 여기서 방법은 표적 세포를 로딩된 엑소솜과 접촉시키는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 표적화 모이어티는 엑소솜의 표면에 발현되거나 접합되어 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 엑소솜을 특정 세포 유형으로 표적화한다.
표적 세포는 외인성 뉴클레오티드 서열이 유전자 활성을 조정하도록 의도된 세포이다. 표적 세포는 시험관내 또는 생체내 세포일 수 있다. 일부 실시양태에서, 표적 세포는 암 세포, 줄기 세포, 면역 세포이다. 다른 실시양태에서, 표적 세포는 신경 세포, 기질 세포 또는 근육 세포이다.
표적 세포의 유전자 조정 평가
표적 세포에서 유전자 활성의 조정을 평가하는데 사용될 수 있는 많은 방법이 있다. 하기 방법은 방법의 예로서 역할을 하기 위한 것이며 제한적이지 않다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 pre-miRNA는 표적 세포에서 표적 유전자의 발현의 감소를 초래한다.
웨스턴 블롯은 분자 생물학에서 단백질의 혼합물로부터 특정 단백질 분자를 검출하는데 사용되는, 널리 사용되는 분석 기술이다. 웨스턴 블로팅은 단백질 발현량을 측정하는데 사용될 수 있다. 방법은 단백질 샘플을 세제, 예컨대 SDS와 혼합함으로써 제조하고, 겔 전기영동을 사용하여 단백질을 분리하고, 단백질을 겔로부터 블로팅 막으로 전달하고, 막을 차단하고, 1차 항체와 인큐베이션하고, 색 또는 빛을 생성하는 리포터 효소에 연결된 2차 항체와 인큐베이션하고, 이러한 색 또는 빛을 검출하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 정량적 웨스턴 블로팅을 수행하여 유전자 활성의 조정을 평가할 수 있다. 일부 실시양태에서, 단백질 양의 감소는 유전자의 하향-조절을 나타낸다. 또 다른 실시양태에서, 단백질 양의 증가는 유전자의 상향-조절을 나타낸다.
세포에서 유전자 발현의 변화는 정량적 중합효소 연쇄 반응 (PCR)을 사용하여 측정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 유전자 활성의 조정을 평가하기 위해 정량적 PCR (qPCR)을 수행할 수 있다. 이러한 방법은 표적 세포로부터 총 RNA를 단리하고, cDNA 합성을 수행하고, qPCR 반응을 실행하고, 상대적 정량화를 사용하여 qPCR로부터의 결과를 분석하는 것을 포함할 수 있다 (Fleige and Pfaffl. 2006). 일부 실시양태에서, qPCR은 SYBR-그린 또는 TaqMan/TaqPath 프로브를 사용하여 수행된다. 일부 실시양태에서, RNA의 감소는 유전자의 하향-조절을 나타낸다. 또 다른 실시양태에서, RNA의 증가는 유전자의 상향-조절을 나타낸다.
일부 실시양태에서, 리포터 검정은 유전자 조정을 평가하는데 사용된다. 추가 실시양태에서, 리포터 검정은 형광 단백질, 예컨대 tagBFP, GFP, eGFP, YFP, mcherry, Ruby2, mOrange, 시트린, 클로버 및 mTurquoise를 사용하는 형광 리포터 검정이다. 형광 단백질 리포터 시스템은 실시예 1, 및 도 5 및 6에 기재되어 있다. 형광 단백질 또는 융합 단백질의 발현 변화는 유동 세포계측법, 현미경법, 또는 고처리량 정량적 현미경법을 사용하여 측정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 형광 신호의 감소는 유전자의 하향-조절을 나타낸다. 또 다른 실시양태에서, 형광 신호의 증가는 유전자의 상향-조절을 나타낸다.
또 다른 실시양태에서, 리포터 검정은 루시페라제-기반 시스템을 사용한다. 일부 실시양태에서, 사용될 수 있는 루시페라제 리포터는 시프리디나 루시페라제, 가우시아 루시페라제, 가우시아-듀라 루시페라제, 그린 레닐라 루시페라제, 레드 파이어플라이 루시페라제, 레닐라 루시페라제, Nano-Luc 루시페라제 또는 TurboLuc 루시페라제이다. 루시페라제-기반 시스템에서, 유전자 발현의 변화는 발광계 또는 변형된 광학 현미경을 사용하여 측정되지만 (McClure, et al. 2011), 또한 다른 수단, 예컨대 qPCR, 웨스턴 블롯, 면역화학 또는 유동 세포계측법에 의해 측정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 신호의 감소는 유전자의 하향-조절을 나타낸다. 또 다른 실시양태에서, 신호의 증가는 유전자의 상향-조절을 나타낸다.
본 발명의 일부 실시양태에서, 본 발명의 핵산 구축물은 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 그 이상만큼 유전자 발현의 감소를 초래한다. 전형적으로, 유전자 발현은 60% 내지 100%만큼 감소된다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 본 발명의 핵산 구축물은 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 그 이상만큼 유전자 발현의 증가를 초래한다. 전형적으로, 유전자 발현은 60% 내지 100%만큼 증가된다.
치료적 용도
외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA가 로딩된 엑소솜은 질환의 치료 또는 예방에 유용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA가 로딩된 엑소솜을 사용하여 환자에서 질환 또는 장애를 치료 또는 예방하는 방법을 포함한다. 용어 "환자"는 예방적 또는 치료적 치료를 받는 인간 및 다른 포유동물 대상체를 포함한다.
일부 실시양태에서, 외인성 핵산은 RNA 치료제를 위한 치료적 RNA 서열이다. 현재 임상 시험 중인 RNA 치료제의 예는 암, 간 섬유증, 녹내장, 낭포성 섬유증, 궤양성 대장염, B형 간염 감염, 제2형 당뇨병, 뒤시엔느 근위축증, 천식, 및 HIV 감염에 대한 RNA 치료제를 포함한다 (Kaczmarek, et al. 2017). 이러한 RNA 치료제는 이러한 치료적 RNA를 엑소솜으로 패키징함으로써 표적 세포에 전달 시스템을 제공함으로써 본 발명으로부터 이익을 얻을 수 있다.
본 발명은 또한 유효량의 본 발명의 엑소솜을 투여하여 이에 의해 질환을 치료 또는 예방하는 것을 포함하는, 질환 또는 상태를 치료 또는 예방하는 방법을 제공한다. 본 발명의 엑소솜은 이들이 수득되는 줄기 세포와 동일한 질환을 치료하는데 사용될 수 있다.
예방적 적용에서, 제약 조성물 또는 의약은 특정 질환에 걸리기 쉬운 환자, 또는 그렇지 않으면 위험에 처한 환자에게 위험을 제거 또는 감소시키거나 질환의 발병을 지연시키기에 충분한 양으로 투여된다. 치료적 적용에서, 조성물 또는 의약은 질환의 증상 및 이의 합병증을 치료하거나 적어도 부분적으로 저지하기에 충분한 양으로 이러한 질환이 의심되거나 이미 앓고 있는 환자에게 투여된다. 이를 성취하기에 적절한 양은 치료적 또는 제약상 유효 용량으로서 정의된다. 예방적 및 치료적 요법 모두에서, 작용제는 전형적으로 충분한 반응이 달성될 때까지 여러 투여량으로 투여된다. 전형적으로, 반응을 모니터링하고, 반응이 흐려지기 시작하면 반복된 투여량을 제공한다.
상기 기재된 상태의 치료를 위한 본 발명의 조성물의 유효 용량은 투여 수단, 표적 부위, 환자의 생리학적 상태, 환자가 인간인지 동물인지 여부, 투여된 다른 약제, 및 치료가 예방적인지 치료적인지 여부를 비롯한 많은 상이한 인자에 따라 달라진다.
본원에서 사용된 바와 같은 용어 "치료하다", "치료", "치료하는" 및 "요법"은 환자 또는 대상체와 관련하여 직접 사용될 때 장애와 연관된 하나 이상의 증상의 호전, 또는 장애 또는 장애와 연관된 하나 이상의 증상의 방지 또는 예방을 의미하는 것으로 간주되어야 한다. 치료될 장애는 퇴행성 장애, 조직 파괴를 수반하는 장애, 신생물성 장애, 염증성 장애, 자가면역 질환 또는 이식된 장기 및 조직의 거부를 포함하는 면역학적으로 매개된 질환을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 증상의 호전 또는 예방은 본 발명의 마이크로입자, 또는 이들 마이크로입자를 포함하는 제약 조성물을 상기 치료를 필요로 하는 대상체에게 투여함으로써 발생한다.
외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA가 로딩된 엑소솜 및 본 발명의 방법은 증식성 질환의 치료에 사용될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 용어 '증식성 질환'은 암 및 비-암 질환 모두를 지칭한다. 이와 같이, 방법은 궁극적으로 비정상적으로 증식하는 세포, 예컨대 종양 세포를 포함한 암성 세포 및 기타 (비-악성) 종양 세포의 사멸을 초래할 수 있다. pre-miRNA는 암 치료를 위한 치료적 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜에 전달할 것이다. 본 발명은 치료적 뉴클레오티드 서열의 엑소솜으로의 패키징을 촉진하고, 이는 그 후 환자의 세포에 전달된다.
RNA, 예컨대 miRNA 및 shRNA/siRNA는 암 유전자, 예를 들어 암의 EGFR 돌연변이된 변이체를 표적화하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, CRISPR 또는 항-miRNA에 대한 가이드 가닥은 또한 본 발명의 pre-miRNA를 사용하여 엑소솜에 로딩될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 본 발명의 조성물을 사용하여 환자에서 암을 치료 또는 예방하는 방법을 포함한다.
용어 "환자"는 예방적 또는 치료적 치료를 받는 인간 및 다른 포유동물 대상체를 포함한다.
본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA가 로딩된 엑소솜은 임의로 또 다른 치료제와 조합되어 조합 요법을 제공할 수 있다.
제약 조성물
외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miR-21이 로딩된 엑소솜은 요법에 유용하며, 따라서 제약 조성물로서 제형화될 수 있다. 제약상 허용되는 조성물은 전형적으로 본 발명의 엑소솜에 더하여 적어도 하나의 제약상 허용되는 담체, 희석제, 비히클 및/또는 부형제를 포함한다. 적합한 담체의 예는 링거 락테이트 용액이다. 이러한 성분에 대한 철저한 논의는 문헌 [Gennaro (2000) Remington: The Science and Practice of Pharmacy. 20th edition, ISBN: 0683306472]에 제공된다.
문구 "제약상 허용되는"은 건전한 의학적 판단의 범위 내에서 합리적인 이익/위험 비율에 상응하는 과도한 독성, 자극, 알레르기 반응, 또는 다른 문제 또는 합병증 없이 인간 및 동물의 조직과 접촉하여 사용하기에 적합한 화합물, 물질, 조성물 및/또는 투여 형태를 지칭하기 위해 본원에서 사용된다.
원하는 경우 조성물은 또한 소량의 pH 완충제를 함유할 수 있다. 담체는 미국 바이오라이프 솔루션스 인크.(BioLife Solutions Inc.)로부터 상업적으로 입수가능한 하이포써모솔(Hypothermosol)®과 같은 저장 배지를 포함할 수 있다. 적합한 제약 담체의 예는 문헌 ["Remington's Pharmaceutical Sciences" by E W Martin]에 기재되어 있다. 이러한 조성물은 바람직하게는 정제된 형태의 예방적 또는 치료적 엑소솜의 예방 또는 치료 유효량을 적합한 양의 담체와 함께 함유하여 대상체에게 적절한 투여를 위한 형태를 제공할 것이다. 제형은 투여 방식에 적합해야 한다. 바람직한 실시양태에서, 제약 조성물은 멸균되고, 대상체, 바람직하게는 동물 대상체, 보다 바람직하게는 포유동물 대상체, 및 가장 바람직하게는 인간 대상체에게 투여하기에 적합한 형태이다.
본 발명의 제약 조성물은 다양한 형태일 수 있다. 이들은 예를 들어 반고체 및 액체 투여 형태, 예컨대 동결건조된 제제, 액체 용액 또는 현탁액, 주사가능한 및 주입가능한 용액을 포함한다. 제약 조성물은 바람직하게는 주사가능하다.
제약 조성물은 일반적으로 수성 형태일 것이다. 조성물은 보존제 및/또는 항산화제를 포함할 수 있다.
장성을 제어하기 위해, 제약 조성물은 생리학적 염, 예컨대 나트륨 염을 포함할 수 있다. 염화나트륨 (NaCl)이 바람직하며, 이는 1 내지 20 mg/ml로 존재할 수 있다. 존재할 수 있는 다른 염은 염화칼륨, 인산이수소칼륨, 인산이나트륨 탈수화물, 염화마그네슘 및 염화칼슘을 포함한다.
조성물은 하나 이상의 완충제를 포함할 수 있다. 전형적인 완충제는 하기를 포함한다: 포스페이트 완충제; Tris 완충제; 보레이트 완충제; 숙시네이트 완충제; 히스티딘 완충제; 또는 시트레이트 완충제. 완충제는 전형적으로 5-20mM 범위의 농도로 포함될 것이다. 조성물의 pH는 일반적으로 5 내지 8, 및 보다 전형적으로 6 내지 8, 예를 들어 6.5 내지 7.5, 또는 7.0 내지 7.8일 것이다.
조성물은 바람직하게는 멸균이다. 조성물은 바람직하게는 글루텐이 없다. 조성물은 바람직하게는 비발열성이다.
전형적인 실시양태에서, 본 발명의 외인성 뉴클레오티드 서열 로딩된 엑소솜은 6-히드록시-2,5,7,8-테트라메틸크로만-2-카르복실산 (트롤록스®), Na+, K+, Ca2+, Mg2+, CI-, H2P04 -, HEPES, 락토비오네이트, 수크로스, 만니톨, 글루코스, 덱스트론-40, 아데노신 및 글루타티온을 포함하는 조성물에 현탁된다. 전형적으로, 조성물은 쌍극성 비양성자성 용매, 예를 들어 DMSO를 포함하지 않을 것이다. 적합한 조성물, 예를 들어 하이포써모솔®-FRS는 상업적으로 이용가능하다. 이러한 조성물은 엑소솜이 4℃ 내지 25℃에서 연장된 기간 (수시간 내지 수일) 동안 저장되거나 극저온 온도, 즉 -20℃ 미만의 온도에서 보존되도록 하기 때문에 유리하다. 그 후, 엑소솜은 해동 후 이 조성물로 투여될 수 있다.
제약 조성물은 임의의 적절한 경로에 의해 투여될 수 있으며, 이는 치료될 질환 또는 상태에 따라 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 전형적인 투여 경로는 정맥내, 동맥내, 근육내, 피하, 두개내, 비강내 또는 복강내를 포함한다.
본 발명의 엑소솜은 치료적 또는 예방적 유효 용량으로 투여될 것이며, 이는 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 엑소솜의 면역원성이 낮거나 존재하지 않기 때문에, 해로운 면역 반응을 유도하지 않고 반복 용량을 투여하는 것이 가능하다.
본 발명은 하기 비제한적인 실시예를 참조하여 추가로 설명된다.
실시예
실시예의 요약
본 발명은 CTX 신경 줄기 세포로부터 발생하는 엑소솜의 특이적 변이체의 상대적 존재비, pre-마이크로RNA 및 pri-마이크로-RNA의 선형 서열 및 3차 (3D) 구조 둘 모두의 분석의 조합에서 비롯되었다. 추가적으로, 본 발명은 수확된 엑소솜에서 더 높은 수준의 발현 및 마이크로RNA의 상향-셔틀링을 유도하는 구조 및 서열을 구별하는 결과를 가져왔다. 이 지식은 선택된 임의의 외인성 뉴클레오티드 서열 (예를 들어, miRNA, siRNA 또는 shRNA)의 서열이 엑소솜 생물발생 동안 엑소솜에 삽입되고 표적화될 수 있는 pre-miR-21 구축물을 설계하는데 사용되었다.
본 발명의 발현 벡터는 전기천공, 리포펙션, 또는 임의의 다른 동등한 기술을 통한 형질감염에 의해 합성적으로 생성된 본 발명의 pre-miRNA를 사용한 형질감염을 위해 교환될 수 있다. 발현 벡터는 c-myc 발현, 포르볼 12-미리스테이트 13-아세테이트 (PMA), 또는 MIR21의 내인성 서열 또는 벡터 또는 변형된 벡터의 발현을 조절할 수 있는 인공 서열에 대한 결합 능력을 갖는 다른 전사 인자에 따라 상이한 전사 인자를 사용하여 조정될 수 있다.
실시예 1: MIR21 벡터는 세포 및 전사 인자 의존적 방식으로 miR의 발현을 조절하는데 사용될 수 있다
MIR21은 VMP1 유전자의 인트론 서열에 내장되어 있는 것으로 이해된다. 그러나, 이의 발현은 문헌 [Fujita et al., 2008]에 기재된 바와 같이 프로모터 영역 miPPR21에 함유된 이의 자체 조절 요소에 의존한다 (도 1A). 이 프로모터 영역은 miR-21 헤어핀에 대해 -3,770 내지 -3,337 상류에서 발견된다.
도 1A에 도시된 miPPR-21 프로모터의 강조된 인핸서 요소는 하기와 같다:
Figure pct00012
본 발명자들은 miR21 엑손에 위치된 임의의 miRNA를 발현하는 이의 능력을 시험하기 위해 MIR21 유전자의 전장을 함유하는 벡터를 설계하였다 (도 1A). 본 발명자들은 발현 벡터가 매우 낮은 수준의 miRNA-5p를 발현하지 않거나 발현하는 세포에서 뿐만 아니라 miR21-5p가 발현된 가장 높은 miRNA임을 발견한 CTX0E03 세포에서 기능적임을 발견하였으며 (도 1B, 1C), 벡터가 세포 컨텍스트와 독립적으로 작용함을 나타낸다.
더욱이, 벡터가 PMA에 의해 조절될 수 있음을 발견하였으며, 이는 아마 문헌 [Fujita et al., 2008]에 기재된 바와 같이 이의 프로모터 상의 조절 서열로 인한 것일 것이다.
본 발명자들은 또한 전사 인자 c-myc의 과발현이 miR21의 발현을 효과적으로 증가시킬 수 있음을 발견하였다 (도 1D). 따라서, miR21에 대한 mRNA 또는 miR21 엑손에 위치된 임의의 다른 miRNA의 발현은 c-myc에 의존적인 메커니즘에 의해 세포주 CTX0E03에서 조절될 수 있다.
mRNA 및 miRNA의 전사, 안정성 및 올바른 프로세싱을 제어할 수 있는 다른 조절 서열을 찾기 위해, 본 발명자들은 상이한 제한 부위를 포함하여 벡터의 여러 결실 구축물을 설계하였다. 본 발명자들은 이의 발현을 제어하고 이의 프로세싱 및 따라서 엑소솜으로의 이의 로딩에 영향을 미칠 수 있는 mir21 엑손의 상류 및 하류 영역에 위치된 조절 요소의 존재를 관찰하였다 (도 2).
실시예 2: pri-miR-Ruby2를 사용한 설계 및 기능적 연구
이론에 얽매이지 않고, pri-miR-21의 서열에 존재하는 워블 쌍 및 구조는 이의 폴딩, 프로세싱 및 RBP와의 상호작용 및 따라서 생성된 miRNA의 엑소솜으로의 분류에 중요한 역할을 하는 것으로 이해된다 (도 3). 이 가설을 시험하기 위해, 카세트 pri-miR-Ruby2를 함유하는 발현 벡터가 생성되었으며, 올바르게 프로세싱되면 형광 단백질 Ruby2에 대한 기능적 miRNA가 생성되었다 (도 3). 이 카세트는 RNA-폴리머라제 II 프로모터에 의한 이의 전사를 용이하게 하기 위해 유전자 코딩 서열 (CDS)의 3' UTR 영역에 배치되었다.
pri-miR-Ruby2의 설계에서, pre-miR-21-5p의 천연 구조, 길이, G-U 쌍, 미스매치, 결실 및 루프는 유지되었지만, 천연 성숙 miR21-5p의 서열에 존재하는 2개의 워블 쌍은 유지되지 않았다 (도 5B). 최종적으로, pre-miRNA는 pri-miR-21-5에서 발견된 5' 및 3' 말단 서열로 플랭킹되고 (도 5C), 전체 카세트를 렌티바이러스 발현 벡터에 클로닝하였다 (도 5D).
이 벡터를 HEK293 세포에 전기천공한 후, 세포질에서 성숙 miR-Ruby2의 발현이 qPCR에 의해 검출되었으며, 이는 생산자 세포주에서 miRNA의 올바른 생성 및 프로세싱을 나타낸다 (도 6A). 이러한 miR-Ruby2는 또한 생산자 세포주에서 기능적이며, 이 단백질을 구성적으로 발현하는 HEK293에서 Ruby2에 대한 mRNA 수준에 대한 유의한 하향-조절이 관찰되었다 (도 6B). 더욱이, 생산자 세포의 배양 배지로부터 정제된 엑소솜에서 miR-Ruby2의 존재는 공동-배양 검정에서 qPCR에 의해 검출되었다 (도 6C). 공동-배양 검정에서 단백질 (도 6D) 및 mRNA (도 6D)의 발현을 하향-조절하는 것에 대한 정제된 엑소솜에서 miR-Ruby2의 효과를 또한 분석하였다.
실시예 3: 발현 벡터 pLVX-Exo-miRNA에 클로닝될 miRNA의 설계
설계된 벡터 pLVX-Exo-miRNA는 hsa-miR-21-5p의 구조에 기초하여 miRNA의 발현이 엑소솜에 로딩되도록 허용하는 렌티바이러스 벡터이다. 이 벡터는 또한 원하는 miRNA 카세트의 발현을 위한 안정적인 세포주를 생성하기 위해 형광 단백질 클로버 및 블라스티시딘에 대한 항생제 선택 단백질의 발현을 허용한다.
miR21 카세트는 miRNA의 발현 및 엑소솜으로의 로딩에 필요한 모든 요소를 함유한다.
pLVX 벡터로 클로닝될 miRNA를 생성하기 위해, 통상의 기술자는 pLVX 벡터로 클로닝될 pri-miR21의 구조에 기초하여 pri-miRNA를 설계할 필요가 있을 것이다.
pLVX 벡터로 클로닝될 pri-miRNA는 하기 특징을 함유해야 한다:
1. 제한 효소 AvrII에 상응하는 6개의 뉴클레오티드: CCTAGG;
2. hsa pri-miR21의 5' 서열에 상응하는 130개의 뉴클레오티드:
GTTCGATCTTAACAGGCCAGAAATGCCTGGGTTTTTTTGGTTTGTTTTTGTTTTTGTTTTTTTATCAAATCCTGCCTGACTGTCTGCTTGTTTTGCCTACCATCGTGACATCTCCATGGCTGTACCACCT;
3. hsa-miR21-5p의 5' 서열에 상응하는 8개의 뉴클레오티드: TGTCGGGT;
4. 21-뉴클레오티드 표적 서열의 역보체 (성숙 miRNA 서열). 이것은 일단 전사되면 miRNA의 스템일 것이다. 이것은 이용가능한 다중 온라인 도구 중 임의의 것을 설계할 수 있음;
5. hsa-mir-21의 말단 루프에 상응하는 16개의 뉴클레오티드: CTGTTGAATCTCATGG;
6. 센스 표적 서열의 뉴클레오티드 2-6;
7. 왓슨-크릭 염기쌍 상보성에 따른 안티센스 표적 서열과 매치하지 않고 워블 염기쌍을 만드는 1개의 뉴클레오티드;
8. 센스 표적 서열의 뉴클레오티드 8-12 및 14-21;
9. hsa-miR21-5p의 3' 서열에 상응하는 8개의 뉴클레오티드: GTCTGACA;
10. hsa-pri-miR-21의 3' 서열에 상응하는 112개의 뉴클레오티드:
TTTTGGTATCTTTCATCTGACCATCCATATCCAATGTTCTCATTTAAACATTACCCAGCATCATTGTTTATAATCAGAAACTCTGGTCCTTCTGTCTGGTACTAGTGCTAGC; 및
11. 제한 효소 NotI에 상응하는 8개의 뉴클레오티드: GCGGCCGC.
일단 설계되면, 서열은 제한 부위 AvrII 및 NotI를 사용하여 본 발명의 발현 벡터로 직접 클로닝되기 위해 이중 가닥 DNA 서열로서 주문될 수 있다.
실시예 4:
miRNA의 프로세싱 및 엑소솜으로의 로딩에 대한 추가 시험은 설계된 pri-miRNA 카세트를 함유하는 벡터를 하기와 같이 변형시킨다:
- miR-21-5p의 5' 및 3' 말단 서열: 이들 서열을 상이한 miRNA로부터의 다른 서열로 치환함;
- pre-miR-21-5p 구조: pre-miRNA 서열에서 워블 염기쌍을 치환하고 정준 왓슨-크릭 쌍을 사용함;
- 내부 루프: 이를 다른 루프 서열로 치환함; 및
- 미스매치 및 치환: 원래 pre-miRNA 서열 및 루프를 유지하면서 이러한 것들을 제거하고 설계된 miRNA의 완전히 상보적인 가닥을 생성함.
본원에 기재된 실시예 및 실시양태는 단지 예시를 위한 것이며, 이에 비추어 다양한 변형 또는 변화가 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 제안될 것이며, 본 출원의 사상 및 범위 및 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되는 것으로 이해된다. 본원에 인용된 모든 간행물, 서열 수탁 번호, 특허 및 특허 출원은 모든 목적을 위해 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
선택된 참고문헌
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015

Claims (26)

  1. 외인성 뉴클레오티드 서열을 엑소솜으로 표적화하기 위한 pre-miRNA이며, pre-miRNA는 외인성 뉴클레오티드 서열 및 스템-루프 구조를 포함하고, 여기서 스템은 적어도 하나의 워블 쌍을 포함하는 것인 pre-miRNA.
  2. 제1항에 있어서, 하기를 포함하는 pre-miRNA:
    a. 적어도 하나의 워블 쌍을 포함하는 5' 말단; 및/또는
    b. 하나 이상의 결실 및/또는 미스매치를 포함하는 외인성 뉴클레오티드 서열; 및/또는
    c. 루프 및 적어도 하나의 워블 쌍을 포함하는 3' 말단.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서
    a. A는 pre-miRNA 5' 말단이고, 여기서 pre-miRNA 5' 말단은 pre-miR-21의 5' 말단에 대해 적어도 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 그 초과의 서열 동일성을 포함하고;
    b. B는 pre-miR-21에서 자연적으로 발견되지 않는 외인성 뉴클레오티드 서열이고;
    c. C는 pre-miRNA 3' 말단이고, 여기서 pre-miRNA 3' 말단은 pre-miR-21의 3' 말단에 대해 적어도 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 그 초과의 서열 동일성을 포함하고,
    임의로 여기서 pre-miRNA는 pre-miR-21의 서열에 대해 적어도 20%, 30%, 40% 또는 그 초과의 총 서열 동일성을 포함하는 것인 pre-miRNA.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, pre-mRNA가 하기 구조를 포함하는 것인 pre-miRNA:
    Figure pct00016

    여기서:
    N은 임의의 뉴클레오티드이고 임의로 왓슨-크릭 쌍형성에 의해 n과 혼성화하고;
    Nx는 n과 혼성화하는 임의의 길이의 뉴클레오티드 서열이고, 임의로 여기서 Nx1, Nx2 및 Nx3은 상이한 길이를 갖고;
    M은 뉴클레오티드이고 m과 미스매치하거나 혼성화하지 않고;
    D는 뉴클레오티드이고 스템 루프 구조의 한쪽에만 존재하고;
    W는 뉴클레오티드이고 w와 워블 쌍을 형성하고;
    L은 루프 구조를 형성하고 l과 혼성화할 수 있는 뉴클레오티드이고;
    여기서 pre-miRNA는 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서:
    […]는 miR-21 5' 말단 구조적 모방체인 A이고;
    {…}는 외인성 뉴클레오티드 서열인 B이고;
    (…)는 miR-21 3' 말단 구조적 모방체인 C이다.
  5. 제4항에 있어서, Nx1이 4 내지 12개의 뉴클레오티드를 포함하고, Nx2가 2 내지 8개의 뉴클레오티드를 포함하고, Nx3이 2 내지 8개의 뉴클레오티드를 포함하는 것인 pre-miRNA.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    스템 루프 구조가 60 내지 80개 뉴클레오티드의 전체 길이를 포함하고; 임의로 여기서 외인성 뉴클레오티드 서열이 길이가 19-25개 뉴클레오티드이고/거나;
    여기서 pre-miRNA가 외인성 뉴클레오티드 서열의 상류에 전사 인자-조절 프로모터를 포함하고, 임의로 여기서 프로모터가 TATA-결합 단백질, 활성인자 단백질 1 (AP-1), CCAAT-인핸서-결합 단백질 (C/EBP), 혈청 반응 인자 (SRF), 신호 전달자 및 전사 활성인자 3 (STAT3), GC-박스 결합 단백질, E26 형질전환-특이적 (ETS) 패밀리 전사 인자, 임의로 PU.1, 핵 인자 I (NFI) 전사 인자, 또는 p53 중 하나 이상에 의해 조절되는 것인 pre-miRNA.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, pre-mRNA가 하기 구조를 포함하는 것인 pre-miRNA:
    Figure pct00017

    여기서:
    N은 임의의 뉴클레오티드이고 임의로 왓슨-크릭 쌍형성에 의해 n과 혼성화하고;
    M은 뉴클레오티드이고 m과 미스매치하거나 혼성화하지 않고;
    D는 뉴클레오티드이고 스템 루프 구조의 한쪽에만 존재하고;
    W는 뉴클레오티드이고 w와 워블 쌍을 형성하고;
    L은 루프 구조를 형성하고 l과 혼성화할 수 있는 뉴클레오티드이고;
    여기서 pre-miRNA는 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서:
    […]는 pre-miRNA 5' 말단인 A이고;
    {…}는 외인성 뉴클레오티드 서열인 B이고;
    (…)는 pre-miRNA 3' 말단인 C이다.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 성숙 miR-21 서열 대신에 pre-miR-21의 서열 및 외인성 뉴클레오티드 서열을 포함하는 pre-miRNA.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 워블 쌍 (W-w)이 구아닌-우라실 (G-U 또는 U-G), 하이포크산틴-우라실 (I-U 또는 U-I), 하이포크산틴-아데닌 (I-A 또는 A-I), 및/또는 하이포크산틴-시토신 (I-C 또는 C-I)을 포함하는 것인 pre-miRNA.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, pre-miRNA가 하기 구조를 포함하는 것인 pre-miRNA:
    Figure pct00018

    여기서:
    N은 임의의 뉴클레오티드이고 임의로 왓슨-크릭 쌍형성에 의해 n과 혼성화하고;
    M은 뉴클레오티드이고 m과 미스매치하거나 혼성화하지 않고;
    D는 뉴클레오티드이고 스템 루프 구조의 한쪽에만 존재하고;
    여기서 pre-miRNA는 구조 A-B-C를 포함하고, 여기서:
    […]는 pre-miRNA 5' 말단인 A이고;
    {…}는 외인성 뉴클레오티드 서열인 B이고;
    (…)는 pre-miRNA 3' 말단인 C이다.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 외인성 뉴클레오티드 서열이 siRNA, miRNA, 항-miR, 안티센스 올리고뉴클레오티드 (ASO), 또는 CRISPR 가이드 가닥 서열인 pre-miRNA.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 외인성 뉴클레오티드 서열이 엑소솜 생물발생 동안 엑소솜으로 표적화되는 것인 pre-miRNA.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 외인성 뉴클레오티드 서열이 표적 세포에서 유전자 활성을 조정하는 것인 pre-miRNA.
  14. pre-miRNA를 포함하는 카세트이며, 하기 순서로 하기를 포함하는 카세트:
    a. 조절 요소를 임의로 포함하는 5' pri-miR-21 서열;
    b. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 pre-miRNA 모방체; 및
    c. 조절 요소를 임의로 포함하는 3' pri-miR-21 서열.
  15. 제14항에 따른 카세트 또는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 pre-miRNA를 포함하는 벡터.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 벡터, 카세트 또는 pre-miRNA를 포함하는 세포.
  17. 제16항에 있어서, 줄기 세포, 임의로 신경 줄기 세포, 임의로 CTX0E03 세포, 임의로 부분적으로 분화된 줄기 세포인 세포.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, pre-miRNA가 세포의 엑소솜 내에 존재하는 것인 세포.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 세포로부터 엑소솜을 생산하는 것을 포함하는, 엑소솜에 외인성 뉴클레오티드 서열을 로딩하는 방법.
  20. 하기 단계를 포함하는, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 pre-miRNA를 임의로 포함하는 엑소솜을 제조하는 방법:
    a. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 세포를 배양하는 단계;
    b. 조건화된 배지를 수확하는 단계; 및 임의로
    c. 엑소솜을 정제하는 단계; 및/또는
    d. 엑소솜을 검증하는 단계.
  21. 제19항 또는 제20항의 방법에 의해 수득가능한 또는 수득되는 엑소솜이며, 임의로 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 pre-miRNA를 포함하는 엑소솜.
  22. 외인성 뉴클레오티드 서열을 표적 세포에 전달하는 방법이며,
    제21항의 엑소솜을 사용하고, 여기서 방법은 표적 세포를 로딩된 엑소솜과 접촉시키는 것을 포함하거나; 또는
    세포로 형질감염될 때 외인성 뉴클레오티드 서열을 전달하는, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 pre-miRNA, 제14항의 카세트 또는 제15항의 벡터를 사용하고, 임의로 여기서 외인성 뉴클레오티드 서열은 표적 세포에서 선택적으로 발현되고, 임의로 여기서 표적 세포는 조절장애 유전자 발현을 갖는 이환된 세포, 예컨대 암 세포 또는 자가면역 질환 세포인 방법.
  23. 제21항에 따른 엑소솜을 투여하는 것을 포함하는, 표적 세포에서 유전자 활성을 조정하는 방법.
  24. 제21항의 엑소솜을 포함하는 제약 조성물.
  25. 제21항 또는 제24항에 있어서, 요법에 사용하기 위한 엑소솜.
  26. 엑소솜으로의 miRNA 로딩을 제어하기 위한, mir21 엑손의 상류 또는 하류 영역에 위치된 하나 이상의 조절 요소의 용도이며,
    임의로 여기서 하나 이상의 조절 요소는 TATA-결합 단백질, 활성인자 단백질 1 (AP-1), CCAAT-인핸서-결합 단백질 (C/EBP), 혈청 반응 인자 (SRF), 신호 전달자 및 전사 활성인자 3 (STAT3), GC-박스 결합 단백질, E26 형질전환-특이적 (ETS) 패밀리 전사 인자, 임의로 PU.1, 핵 인자 I (NFI) 전사 인자, 또는 p53 중 하나 이상에 의해 조절되는 것인 용도.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US5753506A (en) 1996-05-23 1998-05-19 Cns Stem Cell Technology, Inc. Isolation propagation and directed differentiation of stem cells from embryonic and adult central nervous system of mammals
US5968829A (en) 1997-09-05 1999-10-19 Cytotherapeutics, Inc. Human CNS neural stem cells
US6468794B1 (en) 1999-02-12 2002-10-22 Stemcells, Inc. Enriched central nervous system stem cell and progenitor cell populations, and methods for identifying, isolating and enriching for such populations
US7514259B2 (en) 2000-02-11 2009-04-07 Schepens Eye Research Institute Isolation and transplantation of retinal stem cells
NZ551832A (en) 2004-06-09 2010-01-29 Univ Edinburgh Neural stem cells
DE602005002430T2 (de) 2004-09-30 2008-06-19 Reneuron Ltd., Guildford Zelllinie
DK2561078T3 (en) 2010-04-23 2019-01-14 Cold Spring Harbor Laboratory NEW STRUCTURALLY DESIGNED SHRNAs
JP6450673B2 (ja) 2012-04-03 2019-01-09 リニューロン・リミテッドＲｅＮｅｕｒｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ 幹細胞微粒子
EP2877187B1 (en) 2012-07-19 2019-06-12 Reneuron Limited Stem cell microparticles
EP3160980B1 (en) 2014-05-28 2020-05-20 The Regents of the University of California HYBRID tRNA/pre-miRNA MOLECULES AND METHODS OF USE
WO2016172008A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 University Of Massachusetts Modified aav constructions and uses thereof
WO2017054085A1 (en) 2015-10-01 2017-04-06 University Of Ottawa Exosome packaging of nucleic acids
CA3073705A1 (en) 2017-05-11 2018-11-15 The Research Foundation For The State University Of New York Compositions and methods for loading extracellular vesicles with chemical and biological agents/molecules
WO2019204733A1 (en) 2018-04-20 2019-10-24 The Regents Of The University Of California tRNA/pre-miRNA COMPOSITIONS AND METHODS FOR TREATING HEPATOCELLULAR CARCINOMA
WO2019226603A1 (en) 2018-05-22 2019-11-28 The Regents Of The University Of California Trna/pre-mirna compositions and use in treating cancer

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