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JP2018161152A - 血小板標的化治療 - Google Patents

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JP2018161152A JP2018135886A JP2018135886A JP2018161152A JP 2018161152 A JP2018161152 A JP 2018161152A JP 2018135886 A JP2018135886 A JP 2018135886A JP 2018135886 A JP2018135886 A JP 2018135886A JP 2018161152 A JP2018161152 A JP 2018161152A
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Abstract

【課題】外来遺伝子の発現を血小板に標的化するための組成物および方法を提供する。【解決手段】本発明は、外来遺伝子の発現を血小板に標的化するための組成物および方法に関する。特に、外来性作用物質(例えば、凝固因子)の発現を血小板に標的化することによる、血友病および他の疾患および症状の治療に関する。【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明
〔技術分野〕
本願は、2012年10月24日に出願された米国仮特許出願第61/717,951号の優先権を主張するものであり、上述出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、外来遺伝子の発現を血小板に標的化するための組成物および方法に関する。本開示は特に、外来性作用物質(例えば、凝固因子)の発現を血小板に標的化することによる、血友病および他の疾患ならびに症状の治療に関する。
〔背景技術〕
血友病は一般的な出血性障害(男性の約10,000人に1人にみられる)であり、患者の血液が正常に凝固しないため重度の内出血を来たし、死に至る場合が多い。血友病は通常、遺伝性であり、患者は出生時に始まり生涯を通じて再発する制御不可能な重度の出血事象を示す。血小板とともに作用して血液凝固を助ける凝固因子にはいくつかあるが、血友病患者では通常、凝固第VIII因子(血友病A)または第IX因子(血友病B)をコードするタンパク質の量または性質に欠陥がみられ、これが正常な止血を妨げる。
造血幹細胞が骨髄内で分化し巨核球となって成熟し、血小板として知られる数千個の小断片に分かれ、正常な状態ではこれが血流中を約10日間、静かに(他の血液細胞または血管壁と相互作用せずに)循環する。血小板の主な役割は、活性化され、変形し、損傷を受けた血管に張り付いてその傷を修復することである。血管が損傷されると、凝固因子の助けにより血小板が互いにくっつき合い、切れ目を塞いで血管の破れた部分を閉じ、出血を止める。
血友病Aの患者には凝固第VIII因子の欠損またはレベル低下がみられる。血友病患者の10人中約9人がA型である。血友病Bの患者には凝固第IX因子の欠損またはレベル低下がみられる。両凝固因子とも通常、肝臓で合成されるが、他の細胞型では、組換えFVIIIタンパク質およびFIXタンパク質の完全な機能的形態を合成することを誘導させることが可能であるという報告がある。
血友病は、正常に機能する凝固因子が血液中にどれだけ存在するかに応じて、軽症、中等症または重症となり得る。血友病Aの患者では10人に約7人が重症型の疾患である。
第VIII因子および第IX因子はX染色体上にあるため、血友病は通常、男性(まれな例外として、罹患している父親と血友病の保因者の母親からそれぞれ欠陥のあるX染色体を遺伝的に受け継いだ女性)に発症する。世界では毎年、約10,000人に1人が血友病を持って生まれる。
血友病の主な治療法はタンパク質補充療法である。ドナー血液またはFVIIIもしくはFIXをコードする正常遺伝子で形質転換した組織培養細胞系から調製した組換えタンパク質のプールから単離した凝固因子VIII(血友病Aの場合)または凝固因子IX(血友病Bの場合)の濃縮物を、重篤な出血の発生時に、静脈内に少しずつ点滴または注入することができる。このような注入により、欠損している、または低値を示す凝固因子が補充される。
補充療法の厄介な問題点としては、最終的に患者の約30%に凝固因子の不活性化または破壊および制御不可能な出血をもたらす、患者の免疫系にとって外来性の正常な治療用タンパク質に対する抗体応答が発現すること(インヒビター形成として知られる)、ヒト凝固因子に起因するウイルス感染症が発現すること(特に第三世界諸国における感染した血液ドナーに由来するHIVまたは肝炎に汚染された血液による)、補充タンパク質の半減期(日数)が極めて短く、治療の遅れを招く、重症の血管損傷および関節、筋肉および他のダメージを軽減するために頻繁に再投与する必要があり、コストが極めて高くなることが挙げられる。
したがって、これらの厄介な問題点を克服する新規な血友病の治療法が必要である。
〔発明の概要〕
本開示は、外来遺伝子の発現を血小板に標的化するための組成物および方法に関する。本開示は特に、外来性作用物質(例えば、凝固因子)の発現を血小板に標的化することによる、血友病および他の疾患ならびに症状の治療に関する。いくつかの実施形態では、本開示は、造血幹細胞遺伝子治療のための組成物および臨床的に意義のある方法に関し、骨髄巨核球内での外来遺伝子の発現を標的化とすることにより、ヒト血小板内での組換え治療用タンパク質の発現および/または貯蔵をもたらす。
例えば、いくつかの実施形態では、本発明は、a)インテグリンαIIb遺伝子(ITGA2B)プロモーターのフラグメントを含む発現カセットと、この発現カセットと作動可能に連結された目的外来遺伝子とを含む発現ベクターを含む、組成物を提供する。いくつかの実施形態では、発現カセットは、例えば、配列番号21、22もしくは23または配列番号21、22、23もしくは25よりも大きいもしくは小さい(例えば、配列番号21、22、23もしくは25よりも1ヌクレオチド、2ヌクレオチド、3ヌクレオチド、4ヌクレオチド、5ヌクレオチド、6ヌクレオチド、7ヌクレオチド、8ヌクレオチド、9ヌクレオチド、10ヌクレオチド、20ヌクレオチド、30ヌクレオチド、40ヌクレオチド、50ヌクレオチド、60ヌクレオチド、75ヌクレオチド、100ヌクレオチド、150ヌクレオチド、200ヌクレオチド、300ヌクレオチド、400ヌクレオチド、500ヌクレオチド、600ヌクレオチドもしくはそれ以上大きいもしくは小さいヌクレオチド)配列またはそのフラグメントから選択される核酸配列を含む、これを実質的に有する、またはこれで構成される。いくつかの実施形態では、発現ベクターは、標的化因子(例えば、D2ドメインと作動可能に連結されたヒトフォン・ヴィルブランド因子プロペプチド(VWFpp)のフラグメント)(例えば、配列番号24または配列番号24よりも1ヌクレオチド、2ヌクレオチド、3ヌクレオチド、4ヌクレオチド、5ヌクレオチド、6ヌクレオチド、7ヌクレオチド、8ヌクレオチド、9ヌクレオチド、10ヌクレオチド、20ヌクレオチド、30ヌクレオチド、40ヌクレオチド、50ヌクレオチド、60ヌクレオチド、75ヌクレオチド、100ヌクレオチド、150ヌクレオチド、200ヌクレオチド、300ヌクレオチド、400ヌクレオチド、500ヌクレオチド、600ヌクレオチドもしくはそれ以上大きいもしくは小さいヌクレオチドの配列または配列番号24のフラグメントによって記載されるもの)をさらに含む。本発明は特定の外来遺伝子に限定されない。例としては、特に限定されないが、ヒトFVIIIまたはFIX遺伝子が挙げられる。いくつかの実施形態では、ベクターは自己不活性化ベクター、例えば、レトロウイルスベクター(例えば、レンチウイルスベクター)である。
さらなる実施形態は、本明細書に記載される発現ベクターを含む造血幹細胞(例えば、生体外幹細胞)を提供する。
また別の実施形態では、本発明は、動物(例えば、ヒト)の疾患および症状(例えば、血友病)の治療にこのような幹細胞を使用することを提供する。
本発明はほかにも、改変幹細胞内で遺伝子(例えば、第VIII因子遺伝子)が発現する条件下で、造血幹細胞と本明細書に記載されるベクターとを接触させて改変幹細胞を作製することを含む方法を提供する。いくつかの実施形態では、この方法は、前記改変幹細胞を動物(例えば、ヒト)に移植する段階をさらに含む。いくつかの実施形態では、動物は血友病があると診断されており、移植により動物の大量出血を治療または予防する。いくつかの実施形態では、接触を生体外で実施する。いくつかの実施形態では、動物から幹細胞を動員する(例えば、サイトカインを投与して末梢血中に動員し、アフェレーシス採取を実施し、免疫磁気ビーズで単離することによって動員する)。いくつかの実施形態では、動物は、血小板内で前記第VIII因子を発現する。いくつかの実施形態では、この方法を繰り返す(例えば、定期的に、または必要に応じて)。
さらなる実施形態を本明細書に記載する。
〔図面の簡単な説明〕
図1は、血小板標的化レンチウイルスベクターの設計を示す図である。(A)ITGA2B遺伝子プロモーターフラグメントが巨核球の特異的な発現をルシフェラーゼに導く。(B)−889ITGA2B−BDDFVIII−WPTSレンチウイルスベクターの略図。(C)−673ITGA2B−VWFSPD2−BDDFVIII−WPTSレンチウイルスベクターの略図。
図2は、BDDFVIIIの合成およびイヌ血小板α顆粒内への輸送を示す図である。(A)血小板内でのBDDFVIIIとFgの共局在を示す共焦点顕微鏡観察。(B)よりヒトBDDFVIIIがα顆粒内に局在することを直接示す電子顕微鏡観察。
図3は、血小板FVIIIの定量分析を示す図である。
図4は、FVIII:Cの分泌が誘導された活性化血小板を示す図である。
図5は、イヌゲノム内のレンチウイルスベクターを検出し位置を特定するPCR分析を示す図である。(A)白血球ゲノムDNA内におけるBDDFVIII−レンチウイルスベクターの長期間にわたる検出。(B)レンチウイルスベクターのイヌゲノム内での位置を特定する線形増幅媒介(LAM)−PCR。
図6は、血小板BDDFVIIIによるイヌ血友病A表現型の是正を示す図である。
図7は、ITGA2B遺伝子プロモーターおよびVWFspD2の構造領域を示す図である。矢印は血小板標的化治療の前および後の重篤な出血事象を示す。イヌI42およびM64は完全な止血の修正を示している。
図8は、本開示の実施形態の例示的なレンチウイルス遺伝子治療ベクターを示す図である。
図9は、図8のベクターの配列(配列番号25)を示す図である。
図10は、組換えレンチウイルス遺伝子導入構築物に用いたインテグリンαIIbプロモーターフラグメントの略図およびヌクレオチド配列を示す図である。(A)巨核球に特異的なルシフェラーゼレポーター試験に用いたヒトαIIb−遺伝子プロモーターNco Iの−SalI BglII−1218〜+30のヌクレオチド配列(配列番号21)。(B)巨核球特異的ルシフェラーゼレポーター試験に用いたヒトαIIb−遺伝子プロモーターNco Iの−SalI BglII−889〜+30のヌクレオチド配列(配列番号22)。(C)巨核球に特異的なルシフェラーゼレポーター試験に用いたヒトαIIb−遺伝子プロモーターNco Iの−SalI BglII−673〜+30のヌクレオチド配列(配列番号23)。番号付けはPrandiniら(Biochem Biophys Res Commun 156(1)595−601,1988)に基づくものである。
〔発明を実施するための形態〕
定義
本発明の理解を容易にするため、多数の用語および語句を以下に定義する。
本明細書で使用される「遺伝子導入システム」という用語は、核酸配列を含む組成物を細胞または組織に送達する任意の手段を指す。例えば、遺伝子導入システムとしては、特に限定されないが、ベクター(例えば、レトロウイルス、アデノウイルス、アデノ関連ウイルス、ヒト人工染色体、および他の核酸ベースの送達システム)、ネイキッド核酸のマイクロインジェクション、ポリマーベースの送達システム(例えば、リポソームベースのシステムおよび金属粒子ベースのシステム)、遺伝子銃による注入などが挙げられる。本明細書で使用される「ウイルス遺伝子導入システム」という用語は、所望の細胞または組織への試料の送達を容易にするウイルス要素(例えば、未処理のウイルス、改変ウイルスおよび核酸またはタンパク質などのウイルス成分)を含む遺伝子導入システムを指す。本明細書で使用される「アデノウイルス遺伝子導入システム」という用語は、アデノウイルス科に属する未処理のウイルスまたは改変ウイルスを含む遺伝子導入システムを指す。
本明細書で使用される「核酸分子」という用語は、特に限定されないがDNAまたはRNAを含めた分子を含む、任意の核酸を指す。この用語は、特に限定されないが、4−アセチルシトシン、8−ヒドロキシ−N6−メチルアデノシン、アジリジニルシトシン、プソイドイソシトシン、5−(カルボキシヒドロキシルメチル)ウラシル、5‐フルオロウラシル、5−ブロモウラシル、5−カルボキシメチルアミノメチル−2−チオウラシル、5−カルボキシメチルアミノメチルウラシル、ジヒドロウラシル、イノシン、N6−イソペンテニルアデニン、1−メチルアデニン、1−メチルプソイドウラシル、1−メチルグアニン、1−メチルイノシン、2,2−ジメチルグアニン、2−メチルアデニン、2−メチルグアニン、3−メチルシトシン、5−メチルシトシン、N6−メチルアデニン、7−メチルグアニン、5−メチルアミノメチルウラシル、5−メトキシアミノメチル−2−チオウラシル、ベータ−D−マンノシルキュエオシン、5’−メトキシカルボニルメチルウラシル、5−メトキシウラシル、2−メチルチオ−N6−イソペンテニルアデニン、ウラシル−5−オキシ酢酸メチルエステル、ウラシル−5−オキシ酢酸、オキシブトキソシン、プソイドウラシル、キュエオシン、2−チオシトシン、5−メチル−2−チオウラシル、2−チオウラシル、4−チオウラシル、5−メチルウラシル、N−ウラシル−5−オキシ酢酸メチルエステル、ウラシル−5−オキシ酢酸、プソイドウラシル、キュエオシン、2−チオシトシンおよび2,6−ジアミノプリンを含めた既知のDNAおよびRNAの塩基類似体のいずれかを含む配列を包含する。
「遺伝子」という用語は、ポリペプチド、前駆体またはRNA(例えば、rRNA、tRNA)の産生に必要なコード配列を含む核酸(例えば、DNA)配列を指す。ポリペプチドは、完全長のコード配列によってコードされていても、完全長またはフラグメントの所望の活性または機能的特性(例えば、酵素活性、リガンド結合、シグナル伝達、免疫原性など)が保持される限り、コード配列の任意の一部分によってコードされていてもよい。この用語はほかにも、構造遺伝子のコード領域ならびに遺伝子が完全長mRNAの長さに対応するようにコード領域の5’末端側および3’末端側の約1kb以上の距離にわたって両端に隣接して位置する配列を包含する。コード領域の5’に位置しmRNA上に存在する配列を5’非翻訳配列と呼ぶ。コード領域の3’または下流に位置しmRNA上に存在する配列を3’非翻訳配列と呼ぶ。「遺伝子」という用語はcDNAおよび遺伝子のゲノム形態をともに包含する。遺伝子のゲノム形態またはクローンは、「イントロン」、「介在領域」または「介在配列」と呼ばれる非コード配列で中断されたコード領域を含む。「イントロン」とは核RNA(hnRNA)に転写される遺伝子のセグメントのことであり、イントロンは、エンハンサーなどの調節エレメントを含んでいてもよい。イントロンは核転写産物または一時転写産物から除去される、すなわち「スプライシングで切り出される」ため、メッセンジャーRNA(mRNA)転写産物中には存在しない。mRNAは、翻訳時に新生ポリペプチドのアミノ酸の配列または順序を指定するために機能する。
本明細書で使用される「異種遺伝子」という用語は、その自然環境には存在しない遺伝子を指す。例えば、異種遺伝子としては、ある種から別の種に導入された遺伝子が挙げられる。異種遺伝子としてはほかにも、何らかの方法(例えば、変異、複数コピーの付加、非天然の制御配列との連結など)で改変された生物由来の遺伝子が挙げられる。異種遺伝子は通常、天然の状態では染色体中の遺伝子配列と関連してみられないDNA配列と連結されているか、天然にみられない染色体の部分と関連している(例えば、通常なら遺伝子が発現しない遺伝子座に遺伝子が発現する)という点で内在遺伝子と区別される。
本明細書で使用される「プロモーター/エンハンサー」は、プロモーター機能およびエンハンサー機能の両方(すなわち、プロモーターエレメントおよびエンハンサーエレメントによってもたらされる機能、これらの機能に関する考察については上を参照されたい)をもたらすことができる配列を含むDNAのセグメントを意味する。例えば、レトロウイルスの長い末端反復配列はプロモーター機能とエンハンサー機能をともに含む。エンハンサー/プロモーターは「内在性」であっても、「外来性」であっても、「異種性」であってもよい。「内在性」のエンハンサー/プロモーターは、ゲノム内の所与の遺伝子と自然に連結しているエンハンサー/プロモーターである。「外来性」または「異種性」のエンハンサー/プロモーターは、連結したエンハンサー/プロモーターによって遺伝子の転写が指揮されるように、遺伝子操作(例えば、クローン化および組換えなどの分子生物学的技術)によって遺伝子と並列に配置されたエンハンサー/プロモーターである。調節エレメントは組織特異的なものであっても、細胞特異的であってもよい。「組織特異的」という用語は、調節エレメントに適用される場合、特定のタイプの組織(例えば、乳腺)に対して目的ヌクレオチド配列の選択的発現を指令することができるが、これと異なるタイプの組織(例えば、肝臓)に目的ヌクレオチド配列(1つまたは複数)が相対的に発現されない調節エレメントを指す。調節エレメントの組織特異性は、例えば、レポーター遺伝子をプロモーター配列(非組織特異的である)および調節エレメントと作動可能に連結してレポーター構築物を作製し、レポーター構築物が結果として生じたトランスジェニック動物のあらゆる組織に組み込まれるように、レポーター構築物を動物のゲノム内に導入し、トランスジェニック動物の異なる組織におけるレポーター遺伝子の発現を検出する(例えば、レポーター遺伝子によってコードされるmRNA、タンパク質またはタンパク質の活性を検出する)ことによって評価することができる。他の組織におけるレポーター遺伝子の発現のレベルに対して、より高いレベルの1つ以上の組織におけるレポーター遺伝子の発現の検出は、より高いレベルの発現が検出された組織において調節エレメントが「特異的である」ことを示している。したがって、本明細書で使用される「組織特異的」(例えば、肝臓特異的)という用語は、発現の絶対的な特異性を必要としない相対的な用語である。言い換えれば、「組織特異的」という用語は、ある組織には極めて高レベルの発現がみられ、別の組織には発現がみられないという必要はない。ある組織の方が別の組織よりも発現レベルが高ければ十分である。これとは対照的に、「厳密な」または「絶対的な」組織特異的発現は、単一のタイプの組織(例えば、肝臓)に発現を示すが、他の組織には検出可能な発現がないことを表すものとする。
本明細書でヌクレオチド配列に関して使用される「部分」または「フラグメント」(「所与のヌクレオチド配列の一部分またはフラグメント」のように)という用語は、その配列のフラグメントを指す。フラグメントは、大きさが4ヌクレオチドからヌクレオチド配列全体から1ヌクレオチドを除いたもの(10ヌクレオチド、20ヌクレオチド、30ヌクレオチド、40ヌクレオチド、50ヌクレオチド、100ヌクレオチド、200ヌクレオチドなど)の範囲であればよい。いくつかの実施形態では、フラグメントは、ヌクレオチド配列よりも1ヌクレオチド、2ヌクレオチド、3ヌクレオチド、4ヌクレオチド、5ヌクレオチド、6ヌクレオチド、7ヌクレオチド、8ヌクレオチド、9ヌクレオチド、10ヌクレオチド、11ヌクレオチド、12ヌクレオチド、13ヌクレオチド、14ヌクレオチド、15ヌクレオチド、16ヌクレオチド、17ヌクレオチド、18ヌクレオチド、19ヌクレオチド、20ヌクレオチド、30ヌクレオチド、40ヌクレオチド、50ヌクレオチド、100ヌクレオチド、150ヌクレオチドまたは200ヌクレオチド少ないヌクレオチド配列(例えば、プロモーター)またはそのサブセット(例えば、31ヌクレオチド、32ヌクレオチド、33ヌクレオチド、34ヌクレオチド、35ヌクレオチド、35ヌクレオチド、36ヌクレオチド、37ヌクレオチド、38ヌクレオチド、39ヌクレオチド短い配列など)を含む。
本明細書で使用される「オリゴヌクレオチド」という用語は、長さの短い一本鎖ポリヌクレオチド鎖を指す。オリゴヌクレオチドは通常、長さが200残基未満(例えば、15〜100残基)であるが、本明細書で使用される場合、この用語はほかにも、より長いポリヌクレオチド鎖を包含する。オリゴヌクレオチドはその長さで称されることも多い。例えば、24残基のオリゴヌクレオチドであれば「24量体」と呼ぶ。オリゴヌクレオチドは、自己ハイブリッド形成または他のポリヌクレオチドとのハイブリッド形成によって二次構造または三次構造を形成することができる。このような構造は、特に限定されないが、二本鎖、ヘアピン、十字型、折れ曲がりおよび三本鎖を含んでいてもよい。
本明細書で使用される「相補的」または「相補性」という用語は、塩基対合則に関連付けられるポリヌクレオチド(すなわち、一連のヌクレオチド)に関して使用される。例えば、配列「5’−A−G−T−3’」は配列「3’−T−C−A−5’」に相補的である。相補性は、核酸の塩基の一部のみが塩基対合則に従って対応する「部分的な」ものであってもよい。あるいは、核酸間で「完全な」または「全面的な」相補性であってもよい。核酸鎖間の相補性の程度はハイブリダイゼーションの効率および強度に大きな影響を及ぼす。これは増幅反応においても、核酸間の結合に依存する検出方法においても、特に重要である。
「相同性」という用語は相補性の程度を指す。部分的な相同性であっても、完全な相同性(すなわち、同一性)であってもよい。部分的に相補的な配列は、完全に相補的な核酸分子が標的核酸にハイブリダイズすることを少なくとも部分的に阻害する核酸分子であることは、「実質的に」相同である。完全に相補的な配列と標的配列とのハイブリダイゼーションの阻害は、低ストリンジェントな条件下でハイブリダイゼーションアッセイ(サザンブロット、ノーザンブロット、溶液ハイブリダイゼーションなど)を用いて調べることができる。低ストリンジェントなの条件下では、実質的に相同な配列またはプローブは、完全に相同な核酸分子と標的との結合(すなわち、ハイブリダイゼーション)と競合するか、これを阻害する。低ストリンジェントな条件が非特異的結合を容認するのではなく、低ストリンジェントな条件が、2つの配列が特異的(すなわち、選択的)相互作用でお互いに結合することを要求する。非特異的結合が存在しないことは、実質的に非相補的な(例えば、同一性が約30%未満である)第二の標的を使用することによって試験することができる。非特異的結合が存在していなければ、プローブは第二の非相補的な標的とハイブリダイズしない。
cDNAまたはゲノムクローンなどの二本鎖核酸配列に関して使用する場合、「実質的に相同な」という用語は、上述の低ストリンジェントな条件下で二本鎖核酸配列の一方または両方の鎖とハイブリダイズすることができる任意のプローブを指す。
1つの遺伝子は、一次RNA転写産物の差次的スプライシングによって生じる複数のRNA種を生成する。同じ遺伝子のスプライスバリアントであるcDNAは、配列が同一であるか完全に相同である領域(両cDNA上に同じエキソンまたは同じエキソンの一部分が存在することを意味する)および完全に非同一である領域(例えば、cDNA 1にはエキソン「A」が存在するのに対して、cDNA 2には代わりにエキソン「B」を含むことを意味する)を含む。この2つのcDNAは配列が同一である領域を含むため、両cDNAに見いだされる配列を含む遺伝子全体または遺伝子の一部分に由来するプローブとハイブリダイズする。したがって、この2つのスプライスバリアントは、このようなプローブと実質的に相同であり、かつ互いに実質的に相同である。
一本鎖核酸配列に関して使用する場合、「実質的に相同な」という用語は、上記の低ストリンジェントな条件下で一本鎖核酸配列とハイブリダイズすることができる(すなわち、その相補体である)任意のプローブを指す。
本明細書で使用される「ハイブリダイゼーション」という用語は、相補的な核酸の対形成に用いられる。ハイブリダイゼーションおよびハイブリダイゼーションの強度(すなわち、核酸間の会合の強度)は核酸間の相補性の程度、用いられるストリジェントの条件、形成されるハイブリッドのTおよび核酸内のG:Cの比などの因子によって影響を受ける。その構造内に相補的な核酸の対形成を含む単一分子を「自己ハイブリッド形成した」と言う。
核酸に関して用いる場合、「単離」という用語は、「単離オリゴヌクレオチド」または「単離ポリヌクレオチド」のように、その天然物中では本来結合している少なくとも1つの成分または夾雑物から同定し分離された核酸配列を指す。単離核酸とは、天然に見いだされるものとは異なる形態または状況で存在する。これに対して、非単離核酸とは、天然で存在する状態のDNAおよびRNAなどの核酸である。例えば、所与のDNA配列(例えば、遺伝子)は、宿主細胞の染色体上で、近傍遺伝子に近接して見いだされ、特異的なタンパク質をコードする特異的なmRNAのようなRNA配列は、細胞内で、多数のタンパク質をコードする多数の他のmRNAとの混合物として見いだされる。しかし、所与のタンパク質をコードする単離核酸は、例を挙げると、本来その所与のタンパク質を発現する細胞内の核酸を含み、その核酸は、自然細胞の染色体位置とは、異なる染色体位置にあるか、天然に見いだされる核酸配列とは異なる核酸配列に隣接している。単離核酸、単離オリゴヌクレオチドまたは単離ポリヌクレオチドは一本鎖または二本鎖の形態で存在することができる。単離核酸、単離オリゴヌクレオチドまたは単離ポリヌクレオチドを、タンパク質を発現させるために用いる場合、そのオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドは少なくともセンス鎖またはコード鎖を含む(すなわち、オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドは一本鎖であってよい)が、センス鎖とアンチセンス鎖の両方を含んでもよい(すなわち、オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドは二本鎖であってもよい)。
本明細書で使用される「精製される」または「精製する」という用語は、試料から成分(例えば、夾雑物)を除去することを指す。例えば、抗体は、夾雑する非免疫グロブリンタンパクを除去することによって精製され、るほか、標的分子に結合しない免疫グロブリンを除去することによっても精製される。非免疫グロブリンタンパク質の除去および/または標的分子に結合しない免疫グロブリンの除去により、試料中の標的反応性免疫グロブリンの割合が増大する。また別の例では、組換えポリペプチドを細菌宿主細胞内で発現させ、宿主細胞タンパク質の除去によってそのポリペプチドを精製する。これにより試料中の組換えポリペプチドの割合が増大する。
本明細書で使用される「試料」という用語は、その最も広い意味で使用される。1つの意味では、生物学的試料および環境試料のほか、任意の入手源から得られる標本または培養物を含む。生物試料は動物(ヒトを含む)から得られ、液体、固体、組織および気体を含む。生物試料は、血漿、血清などの血液製剤を含む。環境試料は、表面物質、土壌、水および産業試料などの環境物質を含む。しかし、これらの例は、本発明に適用できる試料のタイプを限定するものとして解釈してはならない。
本明細書で使用される「対象」という用語は、本発明の方法により処理の対象となる生物体を指す。このような生物体として好ましくは、特に限定されないが、哺乳動物(例えば、マウス、サル、ウマ、ウシ、ブタ、イヌ、ネコなど)を含み、最も好ましくはヒトを含む。本発明において、「対象」という用語は一般に、細菌感染を特徴とする状態の治療(例えば、本発明の化合物および任意に1以上の他の薬剤の投与)を受ける予定または既に治療を受けている個体を指す。
〔発明の詳細な説明〕
本開示は、外来遺伝子の発現を血小板に標的化するための組成物および方法に関する。本開示は特に、外来性作用物質(例えば、凝固因子)の発現を血小板に標的化することによる、血友病および他の病気ならび症状の治療に関する。
本発明の実施形態は、細胞特異的プロモーターを用いて異種遺伝子の発現を特定の細胞型に指揮するための組成物および方法を提供する。例えば、いくつかの実施形態では、異種遺伝子または外来遺伝子の発現を幹細胞(例えば、癌幹細胞または造血幹細胞)に標的化し、次いで、前駆細胞(例えば、血小板)内で目的遺伝子を発現する。この組成物および方法は様々な疾患(例えば、血友病などの血小板が仲介する疾患)の治療に用いられる。本発明の特定の実施形態を、外来性凝固因子または異種性の凝固因子を用いる血友病の治療に基づいて説明するが、本発明は血友病または血小板障害の治療に限定されない。
いくつかの実施形態では、本開示は、血友病および希少なまたは典型的遺伝性出血性障害ならびに血小板に関係のある他の疾患状態(例えば、静脈および動脈の血栓症、免疫応答ならびに癌)および症状を治療することに関し、血小板系列内でのみタンパク質の発現を駆動するための血小板特異的遺伝子プロモーターのフラグメントおよび場合によっては、シグナルペプチドと組換えタンパク質を血小板α顆粒に特異的に輸送する治療分子との融合体を使用して、損傷部位における活性化血小板からの外来性作用物質の調節された放出を誘発するために、造血幹細胞遺伝子治療を採用する。まとめると、この方法は、血小板を、治療剤を送達する媒体として用いることで、外来性作用物質(例えば、遺伝性血小板異常の修正によって止血を回復させる正常な補充タンパク質、血友病のための凝固因子、深部静脈血栓症および動脈閉塞のための抗血栓剤ならびに固形腫瘍を収縮させ癌の血管新生を阻害する抗腫瘍剤)の発現を血小板に標的化して創傷の修復を可能にするものである。
血小板の機能の様々な側面(活性化、接着、凝集、シグナル伝達、顆粒貯蔵)に影響を及ぼす、十分に特徴付けられた遺伝性の遺伝子異常がいくつかあり、これらは通常、出血が制御できない状態として臨床的に示されている(Leslie,M.Science 328,562−564(2010))。本発明の実施形態は、ヒトの血友病Aを処置するための、血小板での凝固因子FVIIIの合成を駆動する正常なインテグリン遺伝子プロモーターをコードする遺伝子により形質導入した造血幹細胞の自家移植を提供する。これまで、巨核球での生物学的に正常な分子のデノボ合成により、全タンパク質を輸送して血小板を創傷修復に関与させることが可能になっている。このことは、最近、イヌグランツマン血小板無力症(GT)に罹患しインテグリンαIIbに異常のあるイヌにおいて、インテグリンαIIbの発現を駆動するインテグリンαIIb遺伝子プロモーターの造血幹細胞遺伝子導入を用いて血小板でインテグリンαIIbβ3受容体複合体のデノボ合成を起こし、血小板機能を改善し、出血回数および血液損失を減少させることに成功したことによって裏付けられる(Fang,J.ら,Proc Natl Acad Sci USA 108,9583−9588(2011))。
インテグリンβ3をコードするオンコレトロウイルスベクターで動員したG−CSFを末梢血幹細胞(G−PBC)に形質導入することにより、ヒトGT患者に由来する巨核球に使用可能なインテグリンαIIbβ3複合体のde novo合成が生じた(Wilcox,D.Aら,Blood.95:3645−52,2000;Leslie,M.Science 328,562−564(2010))。ほかにも、β3をコードするレンチウイルスベクターで形質導入した骨髄の移植によりGTモデルのマウスの血小板機能を修正すること(Fang,J.ら,Blood 106,2671−2679(2005))およびインテグリンαIIbの造血幹細胞遺伝子導入を用いて血小板でαIIbβ3を生成させることによりイヌのグランツマン血小板無力症(GT)を修正すること(Fang,J.ら,Proc Natl Acad Sci USA 108,9583−9588(2011))が示された。
本発明の実施形態の開発の過程で実施した実験は、G−PBCへ遺伝子を導入することが、オンコレトロウイルスで形質導入したヒト巨核球および血小板がヒト凝固第VIII因子を合成し、貯蔵し、血小板活性化の生理学的アゴニストによりインビトロで活性化されるFVIIIを放出し得ることを示すことを証明する(Wilcox,D.A.ら,Journal of Thrombosis and Haemostasis.1:2477−89,2003)。このほか、ヒトFVIIIの発現を駆動するインテグリンαIIb遺伝子プロモーターの−889フラグメントの転写制御下でレンチウイルスベクターにより形質導入した骨髄の移植によって、(FVIIIの阻害抗体の存在下でも)血友病Aのマウスモデルの止血が改善したこと(Shi,Q.and Wilcox,D.A.et al.,Journal of Thrombosis and Haemostasis 5:352−361,2007)および(Shi,Q.ら,Blood 112:2713−21,2008)ならびにヒトFVIIIと融合したVWFSPD2を有する、またはヒトFVIIIと融合したVWFSPD2を有さないインテグリンαIIb遺伝子プロモーターフラグメントのレンチウイルス仲介による造血幹細胞遺伝子導入のためにPBCが動員されたG−CSFを使用すると、血小板および血小板α顆粒に完全に機能するFVIIIの発現を誘導し、血小板機能を修正し、止血ならびに重篤な出血事象の減少および/または消失を改善したため、血友病Aの大型動物「イヌ」モデルでは、動物は、移植後少なくとも2.5年間、FVIIIタンパク質補充療法による注射を必要とせず、さらにイヌ血小板内に貯蔵される組換えヒトFVIIIに対して阻害抗体が生成しないことを示す。
したがって、いくつかの実施形態では、本発明は、幹細胞(例えば、造血幹細胞)を標的とする遺伝子療法のための組成物および方法を提供する。本明細書に記載される組成物および方法は様々な疾患および症状(例えば、血小板が仲介する障害)の治療に用いられる。
本発明のいくつかの実施形態は血友病および他の血小板疾患の治療を用いて説明するが、本発明は血友病の治療に限定されない。いくつかの実施形態では、組成物および方法はインビボまたはエクスビボでの遺伝子療法を含む。例えば、いくつかの実施形態では、造血幹細胞を動員し、外来遺伝子(例えば、凝固因子、血小板機能に関連する血小板タンパク質、血栓性障害のための抗血栓剤ならびに発癌性障害のための抗血管新生剤および抗腫瘍剤)の発現を血小板に特異的に標的化するエクスビボでベクターを標的化し、改変造血幹細胞を再導入する。
I.ベクター
本発明は特定の標的化ベクターまたは発現カセットに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、発現カセットは、細胞(例えば、血小板)特異性のプロモーターと作動可能に連結した目的外来遺伝子を含む。いくつかの実施形態では、発現カセットは、遺伝子発現標的化分子または遺伝子発現シグナル分子および発現エンハンサーをさらに含む。図7、8および10に本発明の実施形態に有用な発現カセットおよびベクターを例示する。例示的なベクター構成要素を以下に記載する。
A.プロモーター
いくつかの実施形態では、ベクターは、特定の細胞型に遺伝子発現を指示するプロモーターを含む。例えば、いくつかの実施形態では、プロモーターは血小板特異的プロモーターである。本発明は、特定の血小板特異的プロモーターに限定されない。いくつかの実施形態では、短縮されたインテグリンαIIb遺伝子(ITGA2B)プロモーターを用いる。例示的なプロモーターとしては、特に限定されないが、巨核球において高レベルの遺伝子転写のための「ETS」および「GATA」エレメントをコードする−1218、−889および−673ITGA2Bプロモーターならびに他の造血細胞系列において遺伝子転写を抑制するリプレッサー領域を含む(配列番号21、22、23および25;図8および10)。
ITGA2B遺伝子プロモーターのヌクレオチド配列は、1988年に、Gerard
Marguerie博士を筆頭とするフランスのグループによって初めて明らかにされた(Prandini MH,Denarier E,Frachet P,Uzan G,Marguerie G.Isolation of the human platelet glycoprotein IIb gene and characterization of the 5’ flanking region.Biochem Biophys Res Commun 1988,156(1):595−601)。図7は、ITGA2Bプロモーターの構造領域を示す。いくつかの実施形態では、このプロモーターのフラグメント(例えば、1218,−889および−673)を用いる。いくつかの実施形態では、−673は血小板に特異的な導入遺伝子の発現を駆動するために不可欠な全ての調節エレメントを含む。1993年に、研究者らは遺伝子プロモーターに関する研究を行い、転写因子GATA−1が、ITGA2Bに確認されるGATA−1結合部位として機能する少なくとも3つの領域、おそらくは第四の領域を有する巨核球における高レベルの遺伝子発現に重要であることを明らかにした(Martin F,Prandini MH,Thevenon D,Marguerie G,Uzan G.The transcription factor GATA−1 regulates the promoter activity of the platelet glycoprotein IIb gene.J Biol Chem 1993,268(29):21606−21612)。次いで、高レベルの導入遺伝子発現を生じさせるために協働すると信じられるITGA2Bに結合する別の転写因子Etsの3個のコンセンサス配列が発見された(Lemarchandel V,Ghysdael J,Mignotte V,Rahuel C,Romeo PH.GATA and Ets cis−acting sequences mediate megakaryocyte−specific expression.Mol Cell Biol
1993,13(1):668−676)。マウスITGA2Bプロモーターがクローン化され、ヒトITGA2Bプロモーター、特に転写因子コンセンサス結合配列が同定された領域において、ヌクレオチド配列相同性が極めて高いことが明らかにされた(Denarier E,Martin F,Martineau S,Marguerie G.PCR cloning and sequence of the murine GPIIb gene promoter.Biochem Biophys Res Commun 1993,195(3):1360−1364)。さらに、遺伝子プロモーターを解析することにより、遺伝子プロ−モーターが他の造血系列で導入遺伝子転写を駆動することを妨げるために、ITGA2Bの−139〜−63の領域が保持されていなければならず、この領域がリプレッサーを標識することが明らかになった(Prandini MH,Martin F,Thevenon D,Uzan G.The tissue−specific transcriptional regulation of the megakaryocytic glycoprotein IIb gene is controlled by interactions between a repressor and positive cis−acting elements.Blood 1996,88(6):2062−2070)。最後に、プロモーターが最適な血小板特異的遺伝子の転写に不可欠な三次元構造を形成する際に他のエレメントとともにEtsと協働するのに重要であると考えられている、Sp1の結合部位がITGA2Bにおいて同定された(Block KL,Shou Y,Poncz M.An Ets/Sp1 interaction in the 5’−flanking region of the megakaryocyte−specific
alpha IIb gene appears to stabilize Sp1
binding and is essential for expression
of this TATA−less gene.Blood 1996,88(6):2071−2080)。
本発明は配列番号21〜23に記載されるITGA2Bプロモーターに限定されない。本発明の実施形態では、本明細書に記載されるフラグメント、部分およびフラグメントの組合せを予定する。いくつかの実施形態では、フラグメントは完全長ITGA2Bプロモーターよりも短く(例えば、1ヌクレオチド、2ヌクレオチド、3ヌクレオチド、4ヌクレオチド、5ヌクレオチド、6ヌクレオチド、7ヌクレオチド、8ヌクレオチド、9ヌクレオチド、10ヌクレオチド、20ヌクレオチド、30ヌクレオチド、40ヌクレオチド、50ヌクレオチド、60ヌクレオチド、75ヌクレオチド、100ヌクレオチド、150ヌクレオチド、200ヌクレオチドまたはそれ以上短く)、かつ所望の活性(例えば、細胞特異的発現を駆動して所望の効果、例えば疾患または症状の徴候または症状の軽減を誘発する能力)を保持する。
いくつかの実施形態では、プロモーターは、配列番号21、22および23に記載されるITGA2Bフラグメントまたは配列番号21、22および23よりも1ヌクレオチド、2ヌクレオチド、3ヌクレオチド、4ヌクレオチド、5ヌクレオチド、6ヌクレオチド、7ヌクレオチド、8ヌクレオチド、9ヌクレオチド、10ヌクレオチド、20ヌクレオチド、30ヌクレオチド、40ヌクレオチド、50ヌクレオチド、60ヌクレオチド、75ヌクレオチド、100ヌクレオチド、150ヌクレオチド、200ヌクレオチド、300ヌクレオチド、400ヌクレオチド、500ヌクレオチド、600ヌクレオチドもしくはそれ以上大きいもしくは小さい配列を含む。例えば、いくつかの実施形態では、配列番号21よりも1ヌクレオチド、2ヌクレオチド、3ヌクレオチド、4ヌクレオチド、5ヌクレオチド、6ヌクレオチド、7ヌクレオチド、8ヌクレオチド、9ヌクレオチド、10ヌクレオチド、20ヌクレオチド、30ヌクレオチド、40ヌクレオチド、50ヌクレオチド、60ヌクレオチド、75ヌクレオチド、100ヌクレオチド、150ヌクレオチド、200ヌクレオチドまたはそれ以上小さいフラグメントを用いる。いくつかの実施形態では、配列番号23よりも1ヌクレオチド、2ヌクレオチド、3ヌクレオチド、4ヌクレオチド、5ヌクレオチド、6ヌクレオチド、7ヌクレオチド、8ヌクレオチド、9ヌクレオチド、10ヌクレオチド、20ヌクレオチド、30ヌクレオチド、40ヌクレオチド、50ヌクレオチド、60ヌクレオチド、75ヌクレオチド、100ヌクレオチド、150ヌクレオチド、200ヌクレオチド、300ヌクレオチド、400ヌクレオチド、500ヌクレオチド、600ヌクレオチドまたはそれ以上大きいフラグメントを用いる。
いくつかの実施形態では、プロモーター活性を保持する配列番号21、22また23の不連続なフラグメントを用いる。例えば、いくつかの実施形態では、配列番号21、22または23の1ヌクレオチド、2ヌクレオチド、3ヌクレオチド、4ヌクレオチド、5ヌクレオチド、6ヌクレオチド、7ヌクレオチド、8ヌクレオチド、9ヌクレオチド、10ヌクレオチド、20ヌクレオチド、30ヌクレオチド、40ヌクレオチド、50ヌクレオチド、60ヌクレオチド、75ヌクレオチド、100ヌクレオチド、150ヌクレオチド、200ヌクレオチド、300ヌクレオチド、400ヌクレオチド、500ヌクレオチド、600ヌクレオチドを用いる。
いくつかの実施形態では、プロモーターフラグメントは、プロモーター活性に有用な1つ以上のエレメントを含む。例としては、特に限定されないが、GATAエレメント(例えば、GATA54またはGATA454)、sP1エレメント、Ets35エレメントなどが挙げられる(例えば、それぞれその全体が参照による本明細書に組み込まれる、Blockら,Blood 1994 84:3385−3393;Prandiniら,Blood 1996 88:2062−2070;Blockら,Blood 1996 88:2071−2080;およびDoubeikovskiら,J.Biol.Chem.272:24300−24307,1997を参照されたい)。
いくつかの実施形態では、発現ベクターのクローン化および構築を支援するために、プロモーターの5’末端に制限酵素部位を付加して改変する。例えば、いくつかの実施形態では、5’末端の1,2,3または4ヌクレオチドは、制限酵素部位を付加するために野生型配列または本明細書に開示されるフラグメントから改変する。
いくつかの実施形態では、フラグメントは、配列番号21、22または23にみられるプロモーター配列を含むか、実質的にこれよりなるか、これよりなるものである。
B.異種遺伝子
本発明は特定の外来遺伝子に限定されない。血友病を治療する実施形態では、外来遺伝子は一般に凝固因子(例えば、第VIII因子および/または第IX因子)である。ヒト第VIII因子はアクセッション番号NM_000132.3であり、ヒト第IX因子はアクセッション番号NM_000133.3である。
他の血小板に関連する症状の治療には他の外来遺伝子を用いてもよい。いくつかの実施形態では、血小板関連障害以外の疾患の治療(例えば、血小板を用いて、抗腫瘍物質、すなわち固形腫瘍を縮小させる「IL−24」および深部静脈血栓症の場合などの血餅部位で放出させる抗血栓物質を標的放出するために、血小板を用いる癌治療)に有用な外来遺伝子を用いる。
C.標的化因子およびエンハンサー
いくつかの実施形態では、発現カセットは、血小板の特定の部分構造内の発現を標的化する標的化因子をさらに含む。いくつかの実施形態では、発現カセットは、VWFに加えて、細胞顆粒区画、特に、ともに細胞が活性化されると分泌される内皮細胞の天然の貯蔵部分構造「バイベル・パラーデ小体」および血小板α顆粒にタンパク質を貯蔵する証明された能力を有するペプチドと融合した組換えタンパク質を輸送することができることが見いだされているシグナル配列ペプチドの最小限のアミノ酸配列をさらに含む。例えば、いくつかの実施形態では、Rosenberg JBら,Intracellular Trafficking of FVIII to von Willebrand Factor storage Granules,J.Clin.Invest.101,613−624(1998);Haberichter SL,Jacobi P,Montgomery RR.Critical independent regions
in the VWF propeptide and mature VWF that enable normal VWF storage.Blood 2003,101(4):1384−1391およびHaberichterら,The Von Willlebrand Factor Propeptide(VWFpp)Traffics an Unrelated Protein to Storage,Arterioscler Thromb Vas Biol.22,921 926(2002)に記載されるように、発現構築物は、α顆粒区画への分子の直接輸送を促進するフォン・ヴィルブランド因子プロペプチドシグナルペプチドおよびD2ドメイン(SPD2)をコードする核酸を含む。
ITGA2B遺伝子プロモーターの673bpフラグメントとVWF/SPD2遺伝子とを含む発現カセットの例を図7に示す(配列番号24)。本発明の実施形態の組成物および方法で使用するためには、所望の活性を保持するこれらの配列の変異体が特異的に考慮される。
いくつかの実施形態では、構築物はプロモーター/シグナル伝達カセットと目的外来遺伝子との間に発現エンハンサー(例えば、ウッドチャック肝炎ウイルス(WHP)転写後調節エレメント(WPRE))を含む。このエレメントは、その構造が細胞内での転写物の分解を阻害することにより、WPREが存在しない遺伝子導入ベクターよりも多く治療用タンパク質を合成することが可能であるため、いくつかの遺伝子導入戦略に用いられている。
D.ベクター骨格
本発明は特定の発現ベクターに限定されない。いくつかの実施形態では、ベクターは自己不活性化である。いくつかの実施形態では、ベクターはレトロウイルスベクター(例えば、レンチウイルスベクター)である。表2に例示的な適切なベクターをまとめて記載する。
Figure 2018161152
レトロウイルス(レトロウイルス科)はスプーマウイルス(例えば、ヒト泡沫状ウイルス)、レンチウイルス(例えば、ヒト免疫不全ウイルスおよびヒツジビスナウイルス)およびオンコウイルス(例えば、MLV、ラウス肉腫ウイルス)の3つのグループに分けられる。
レトロウイルスは、外被に包まれた(例えば、宿主細胞由来の脂質二重膜に囲まれた)一本鎖RNAウイルスであり、動物細胞に感染する。レトロウイルスが細胞に感染すると、そのRNAゲノムが二本鎖の直鎖状DNA形態に変換される(例えば、逆転写される)。次いで、このDNA形態のウイルスがプロウイルスとして宿主細胞ゲノムに組み込まれる。プロウイルスは付加的にウイルスゲノムおよびウイルスmRNA産生の鋳型となる。感染細胞の表面から2つのゲノムRNAのコピーを含む成熟ウイルス粒子が出芽する。このウイルス粒子はゲノムRNA、逆転写酵素およびpol遺伝子産物をウイルスキャプシド(ウイルスgag遺伝子産物が含まれている)内に含み、このキャプシドはウイルス外被糖タンパク質(膜結合タンパク質とも呼ばれる)を含む宿主細胞に由来する脂質二重膜で囲まれている。
多数のレトロウイルスのゲノムの組織化は、レトロウイルスベクターを作製するために、レトロウイルスゲノムを適応させる目的遺伝子を運ぶ組換えレトロウイルスベクターの作製は通常、2段階で実施される。最初に、目的遺伝子の効率的な発現に必要な配列(ウイルスの長い末端反復配列[LTR]または内部プロモーター/エンハンサーおよび関連するスプライシングシグナルによってもたらされ得るプロモーターおよび/またはエンハンサーエレメントを含む)を含み、ウイルスRNAを効率的に感染性ビリオンにパッケージングするのに必要な配列(例えば、パッケージングシグナル[Psi]、tRNAプライマー結合部位[−PBS]、逆転写に必要な3’制御配列[+PBS]およびウイルスLTR)を含むレトロウイルスベクターに目的遺伝子を挿入する。LTRには、ウイルスゲノムRNA、逆転写酵素およびインテグラーゼの機能を連動させるのに必要な配列と、ウイルス粒子にパッケージングされたゲノムRNAの発現の指令に関与する配列とを含む。安全上の理由から、多くの組換えレトロウイルスベクターにはウイルス複製に不可欠な遺伝子の機能的コピーが欠損しており(これらの不可欠な遺伝子は削除されているか、その機能が停止している)、得られたウイルスを複製欠損性であると言う。
次に、組換えベクターの構築後、ベクターDNAをパッケージング細胞系に導入する。パッケージング細胞系により、所望の宿主範囲を有するウイルス粒子にウイルスゲノムRNAをパッケージングするためにトランスで必要なウイルスタンパク質(例えば、ウイルスがコードするgag、polおよびenvタンパク質)が供給される。宿主範囲は、ウイルス粒子表面に発現する外被遺伝子産物のタイプによって部分的にコントロールされる。パッケージング細胞系に同種指向性、両種指向性または異種指向性の外被遺伝子産物が発現させ得る。あるいは、パッケージング細胞系にウイルス外被(env)タンパク質をコードする配列を欠損させてもよい。この場合、パッケージング細胞は、膜結合タンパク質(例えば、envタンパク質)が欠如した粒子にウイルスゲノムをパッケージングする。ウイルスの細胞内への侵入を許す膜結合タンパク質を含むウイルス粒子を作製するには、レトロウイルス配列を含むパッケージング細胞に膜結合タンパク質(例えば、水疱性口内炎ウイルス[VSV]のGタンパク質)をコードする配列をトランスフェクトする。次いで、トランスフェクトしたパッケージング細胞により、トランスフェクトしたパッケージング細胞系が発現する膜結合タンパク質を含んだウイルス粒子が産生される。別のウイルスの外被タンパク質によってキャプシド形成したウイルスに由来するウイルスゲノムRNAを含むこのようなウイルス粒子を偽型ウイルス粒子と言う。
組換えレトロウイルスベクターを含むウイルスベクターは、リン酸カルシウム−DNA共沈殿またはDEAE−デキストランによるトランスフェクション、核酸のエレクトロポレーションまたはマイクロインジェクションなどの他の技術よりも、細胞に遺伝子を導入するために効率的な手段を提供する。ウイルス導入の効率は部分的には、核酸の導入が受容体介在性の過程である(すなわち、ウイルスが、感染する細胞の表面の特異的な受容体タンパク質と結合する)ことによるものであると考えられている。さらに、細胞内のウイルスによって導入された核酸は、ウイルスを用いて導入されなかった核酸の組込みとは対照的に制御された方法で組み込まれる;すなわち、リン酸カルシウム−DNA共沈殿などの他の手段によって導入された核酸は再編成および分解を受ける。
よく用いられる組換えレトロウイルスベクターは両種指向性のモロニーマウス白血病ウイルス(MoMLV)に由来するものである(MillerおよびBaltimore,Mol.Cell.Biol.,6:2895[1986])。MoMLV系には利点がいくつかある:1)この特異的レトロウイルスは多数の様々な細胞型に感染することができ、 2)組換えMoMLVウイルス粒子を作製するために、確立されたパッケージング細胞系を用いることができ、3)導入された遺伝子は標的細胞の染色体に恒久的に組み込まれる。この確立されたMoMLVベクター系は、レトロウイルス配列のごく一部分(ウイルスの長い末端反復配列すなわち「LTR」およびパッケージングすなわち「psi」シグナル)を含むDNAベクターと、パッケージング細胞系とを含むものである。導入する遺伝子はDNAベクターに挿入される。DNAベクター上に存在するウイルス配列は、ベクターRNAのウイルス粒子内への挿入またはパッケージングおよび挿入した遺伝子の発現に必要なシグナルを供給する。パッケージング細胞系は、粒子の組立てに必要なウイルスタンパク質を供給する(Markowitzら,J.Virol.,62:1120[1988])。
このような利点があるにもかかわらず、MoMLVをベースとする既存のレトロウイルスベクターにはいくつかの固有の問題点によって制限を受ける:1)同レトロウイルスベクターは非分裂細胞には感染せず(Millerら,Mol.Cell.Biol.,10:4239[1992])、2)低力価の組換えウイルスを産生し(MillerおよびRosman,BioTechn.,7:980[1989];およびMiller,Nature 357:455[1992])、3)ある特定の細胞型(例えば、ヒトリンパ球)には低効率で感染する(Adamsら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:8981[1992])。MoMLVベースのベクターに伴う低力価は、少なくとも部分的にはウイルスがコードするタンパク質の不安定さに起因する。物理的手段(例えば、超遠心分離および限外ろ過)によりレトロウイルスストックを濃縮すると、感染性ウイルスが大幅に失われる。
よく用いられるその他のレトロベクターは、特に限定されないが、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)またはネコ免疫不全ウイルス(FIV)を含むレンチウイルスに由来する。レンチウイルスベクターには非複製細胞に感染することができる利点がある。
レトロベクターによる低力価とある特定の細胞型に対する非効率的な感染は、膜結合タンパク質としてVSVのGタンパク質を含む偽型レトロウイルスベクターを使用することによって克服される。細胞内に侵入するために特異的な細胞表面タンパク質受容体と結合するレトロウイルス外被タンパク質とは異なり、VSV Gタンパク質は細胞膜のリン脂質成分と相互作用する(Mastromarinoら,J.Gen.Virol.,68:2359[1977])。VSVの細胞内への侵入が特異的タンパク質受容体の存在に依存しないため、VSVは宿主範囲が極めて広い。VSV Gタンパク質を有する偽型レトロウイルスベクターは、VSVに特徴的な宿主範囲が変化している(すなわち、偽型レトロウイルスベクターはほとんどあらゆる脊椎動物種、無脊椎動物種および昆虫種の細胞に感染することができる)。重要なことは、VSV G−偽型レトロウイルスベクターは、感染力をあまり失うことなく、超遠心分離によって2000倍以上に濃縮することができる点である(Burnsら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,90:8033[1993])。
VSV Gタンパク質はほかにも、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)をベースとする偽型レトロウイルスベクターにも用いられる(Naldiniら,Science 272:263[1996])。このように、VSV Gタンパク質は様々な偽型レトロウイルスベクターの作製に使用することができ、MoMLVをベースとするベクターに限定されない。
本発明は、ウイルスGタンパク質をウイルス粒子内の異種膜結合タンパク質として使用する場合には、VSV Gタンパク質の使用に限定されない。ラブドウイルス科の他のメンバーに由来する他のGタンパク質をコードする配列を使用してもよく;多数のラブドウイルスGタンパク質をコードする配列は、GenBankデータベースから入手可能である。
感染時にレシピエント細胞が反復している(すなわち、分裂している)場合にのみ、レトロウイルスの大部分は、二本鎖の直鎖状形態のウイルス(プロウイルス)をレシピエント細胞のゲノムに導入する、または組み込むことができる。分裂細胞のみにもっぱら、またはより効率的に感染するレトロウイルスとしては、MLV、脾臓壊死ウイルス、ラウス肉腫ウイルス、ヒト免疫不全ウイルスおよびその他のレンチウイルスベクターが挙げられる。
MLVウイルスDNAの組込みは宿主細胞の有糸分裂の進行に依存することが示されており、この有糸分裂への依存はウイルス組込み複合体が核内に侵入するには核膜の破壊が必要であることを反映していると仮定されている(Roeら,EMBO J.,12:2099[1993])。しかし、分裂中期で停止している細胞には組込みが起こらないことから、核膜の破壊のみではウイルス組込みを許容するのに十分ではない可能性があり、ゲノムDNAの凝縮状態など追加要件の可能性がある(Roeら,上記)。
本発明はレトロウイルスベクターに限定されない。多数の適切なベクターが当業者に公知であり、市販されている。このようなベクターとしては、特に限定されないが、以下のようなベクターが挙げられる:1)細菌−−pQE70、pQE60、pQE9(Qiagen)、pBS、pD10、phagescript、psiX174、pbluescript SK、pBSKS、pNH8A、pNH16a、pNH18A、pNH46A(Stratagene);ptrc99a、pKK223 3、pKK233 3、pDR540、pRIT5(Pharmacia);および2)真核生物−−pWLNEO、pSV2CAT、pOG44、PXT1、pSG(Stratagene)、pSVK3、pBPV、pMSG、pSVL(Pharmacia)。宿主内で複製し生存できる限り、他のどのようなプラスミドまたはベクターを使用してもよい。本発明のいくつかの実施形態では、哺乳動物発現ベクターは、本明細書に記載される発現カセットとともに、複製起点、任意の必要なリボソーム結合部位、ポリアデニル化部位、スプライスドナーおよびアクセプター部位、転写終止配列ならびに5’隣接非転写配列を含む。他の実施形態では、SV40のスプライスに由来するDNA配列およびポリアデニル化部位を、非転写遺伝子エレメントを供給するために使用してもよい。
II.治療方法
いくつかの実施形態では、本発明は幹細胞(例えば、造血幹細胞または癌幹細胞)の遺伝子操作ためのシステムおよび方法を提供する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される組成物および方法を血小板機能に関連する様々な障害(例えば、血友病および下の表3に記載される障害)の治療への使用を見いだす。
通常、持続的な出血事象をもたらす、血小板の膜、細胞質および顆粒タンパク質の分子遺伝学的欠損により特徴付けられるいくつかの出血性障害がある。それぞれの障害はまれである、1,000,000人に1人にみられるもの(例えば、グランツマン血小板無力症)もあるが、Wilcox,D.A.White II,G.C,Gene therapy for platelet disorders:studies with glanzmann’s thrombasthenia. Journal of Thrombosis and Haemostasis.1:2300−2311,(2003)ならびにPlatelets,第2版,A.D.Michelson(編),Academic Press,San Diego,Chapter 71:1313−1325(2007)および第3版,Chapter 64:近刊(2012)のWilcox,D.A.,White II,G.C:Gene therapy for platelet disordersに記載されているように、遺伝性血小板異常全体でみると世界で20,000人に1人にみられ、集団的に起こる。遺伝性血小板異常に加え、治療剤を血小板の表面、細胞質または顆粒に標的化することを目的とした造血幹細胞遺伝子治療は、他の止血、血栓症、免疫応答および癌の障害を修正する戦略として用いることを見いだす。
Figure 2018161152
いくつかの実施形態では、治療方法はエクスビボの方法であり、治療を必要とする動物(例えば、ヒト)から自家造血幹細胞を採取し、本明細書に記載されるベクターの1つを用いて改変し、元のドナーに再導入する。このような自家法により、ドナー凝固因子の注入によって起こり得る自己免疫または拒絶反応のリスクを低減し、またエクスビボでの形質導入を造血幹細胞に限定することを許容する。
造血幹細胞のエクスビボ改変の例示的な方法がAiutiら(Science 341:865(2013;その全体が参照により本明細書に組み込まれる))に記載されている。例えば、いくつかの実施形態では、この方法は、末梢血中に末梢血幹細胞を動員するためにサイトカインを投与する段階;CD34+細胞に対してアフェレーシスおよび磁気ビーズによる選別を実施する段階;例えばブルスルファンおよび/またはフルダラビンなどのその他の薬剤を用いて前処置を実施する段階;ならびにこれを患者に再導入する前に幹細胞を改変するためにウイルス(例えば、レンチウイルス)遺伝子導入ベクターを用いる段階を含む。
いくつかの実施形態では、サイトカインまたはその他の動員剤を投与して造血幹細胞を動員する(例えば、Fuら,Blood Rev.2000 Dec;14(4):205−18および米国特許第7417026号を参照されたい;両文献はそれぞれ、動員プロトコルの考察に関してその全体が参照により本明細書に組み込まれる)が、その他の適切なプロトコルを用いてもよい。
例えば、いくつかの実施形態では、動員に用いるサイトカインとしては、特に限定されないが、インターロイキン−3(IL−3)、Amgen社のFDA承認剤Neupogenとしても知られる顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)、幹細胞因子(SCF)、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM−CSF)が挙げられ、IL−3、GM−CSF、SCFおよびGM−CSFのうちの1つまたは複数の薬剤の逐次投与または同時投与を含む。
動員に用いる薬剤の適切な用量範囲は多様であるが、一般に、化合物を約0.1μg/kg体重〜5mg/kg体重の範囲;好ましくは約1μg/kg体重〜300μg/kg体重の範囲;より好ましくは約10μg/kg体重〜100μg/kg体重の範囲で投与する。したがって、典型的な70kgのヒトの対象では、用量範囲は約0.7μg〜350mg;好ましくは約700μg〜21mg;最も好ましくは約700μg〜7mgである。化合物を経口的にまたは経皮的に投与する場合、用量が、例えば静脈内投与よりも高いものとなり得る。化合物は、単回ボーラス投与、静脈内もしくは経皮投与などでの緩徐投与または複数回投与で投与することができる。
投与する活性化合物の量は当業者の裁量に応じて変更することができる。レシピエントに投与する活性化合物の量は、幹細胞の動員に関して上記の範囲内にある。しかし、このような量の投与は、幹細胞増強療法の分野の臨床医が定める基準に応じて変更される。
動員したのち、最近FDAから臨床使用の承認を受けたMiltenyi社のautomacsシステム(25〜45kgの大型動物、イヌ用)およびMiltenyi社のClinimacsシステム(ヒト用)を用いて、免疫磁気ビーズにより低分子量の単核細胞からCD34+末梢血幹細胞(PBC)を単離する。本明細書に記載されるベクターを用いて、このCD34+PBCを遺伝子改変し、自家幹細胞移植によって必要とされる対象に再導入する。いくつかの実施形態では、出血の発症を長期間予防するために、単回治療を用いる。血友病を治療するいくつかの実施形態では、出血エピソードを予防するために治療を定期的に(例えば、週1回、月1回、年1回、2年、3年、4年、5年またはそれ以上に1回など)実施する。いくつかの実施形態では、異常な出血エピソードが認められる場合(例えば、事故後、術前または術後など)に限り治療を実施する。いくつかの実施形態では、異常な出血エピソードが認められる場合、維持療法を別の治療法と組み合わせて実施する。
〔実施例〕
実験
以下の実施例は、本発明の特定の好ましい実施形態および態様を詳細に説明するために記載するものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されない。
〔実施例1〕
材料および方法
細胞系
American Type Culture Collection(Rockville、MD)からヒト形質転換細胞系を入手し、前巨核球(HEL巨核球形質転換細胞系)(Bray,P.F.ら,J Clin Invest 80,1812−1817.(1987);Greenberg,S.M.ら、T細胞リンパ腫(KT1)(Okamoto,T.ら,J Biol Chem 261,4615−4619(1986))、B細胞リンパ腫(Raji)(Choi,J.H.ら,International
immunopharmacology 8,852−858,2008.01.037(2008))、赤白血病(K562)(Gauwerky,C.およびGolde,D.W.Blood 56,886−891(1980))および上皮(HeLa)(Goldstein,M.N.ら,Annals of the New York Academy of Sciences 89,474−483(1960))の細胞系に関して記載されている条件下で増殖させた。
ルシフェラーゼレポーター遺伝子プロモーターベクター
ITGA2B遺伝子プロモーター構築物:ヒト全巨核球細胞系Dami,49からゲノムDNAを単離し、ITGA2Bのセンスプライマー「−1218」
Figure 2018161152
「−1198」(配列番号1)(太字)、ITGA2Bの「−889」
Figure 2018161152
「−872」(配列番号2)(太字)またはITGA2Bの「−673」
Figure 2018161152
「−654」(配列番号3)(太字)と、ルシフェラーゼpGL3−BASICのヌクレオチド+99〜+86およびITGA2B遺伝子プロモーターのヌクレオチド+30〜+15(太字)をコードするアンチセンスプライマー
Figure 2018161152
(配列番号4)とを用いて、PCRによりヒトITGA2B遺伝子プロモーターフラグメントを増幅した。ヌクレオチド配列分析により構築物の正確な同一性を確認した。
pCMVLuc:pRc/CMV(Invitrogen)のサイトメガロウイルス組織非特異的遺伝子プロモーター(878bp)のBglIIおよびHindIII制限消化物をpGL3−Basicルシフェラーゼベクター(Promega、Madison、WI)に連結した。この構築物を全細胞型での高レベルの遺伝子発現の陽性対照とし、各細胞系に任意のレベルで100%ルシフェラーゼ活性を割り当てた(図1)。
pGL3−BasicLuc:ルシフェラーゼ遺伝子転写を駆動する遺伝子プロモーターを欠くため、0%ルシフェラーゼ活性の陰性対照構築物とした(Promega)(図1)。
pCMVnlac:細胞系を、pITGA2BLuc+構築物のうちの1つおよび導入遺伝子発現を正規化するためのβ−ガラクトシダーゼマーカー遺伝子をコードするpCMVnlacと共トランスフェクトした(Wilcoxら,Proc Natl Acad
Sci U S A 1999,96(17):9654−9659)。
ルシフェラーゼ遺伝子プロモーターレポーターアッセイ
細胞系(2×10個)にITGA2B遺伝子プロモーター構築物(−1218、−889、−673)(図1A)またはホタルルシフェラーゼをコードする陽性(CMV)もしくは陰性(Basic)対照のいずれか(20μg)と、β−ガラクトシダーゼ.49をコードするpCMVnlac(20μg)とを共トランスフェクトした。簡単にいうと、共トランスフェクションの48時間後、細胞を洗浄して回収し、溶解液を調製し、ルシフェラーゼアッセイシステム(Promega)を用いて、−80℃で凍結した。Turner Designs Model20ルミノメーターによりルシフェラーゼ活性を測定した。β−ガラクトシダーゼの基質である、クロロフェノールレッド−β−D−ガラクトフラノシド(galactophranoside)(CPRG)による発色変化を測定する高感度ELISA酵素アッセイにより各細胞系の一過性の導入遺伝子発現を正規化するために、β−ガラクトシダーゼ活性を検出した(Eustice DCら,Biotechniques 1991,11(6):739−740,742−733)。各々の細胞系のトランスフェクション効率を明らかにするために、各構築物についてルシフェラーゼ/CPRG Vmax値の相対光量単位(RLU)の平均値を比較してルシフェラーゼ活性の百分率を求めた。図1Aに示されるように、pCMVLucのRLUに100%の値を任意に割り当て、その値に基づいて各ベクターについて全ての他の結果を計算した。
ITGA2Bプロモーターによって駆動されるヒトBDDFVIIIのレンチウイルスベクター
ITGA2B−(M)WPTS遺伝子導入ベクターはHIV1型レンチウイルスベクター(D.Trono、University of Geneva、Switzerland)に由来する。51 p−889ITGA2B−BDDFVIII−WPTSレンチウイルスベクター(図1B)はヒトITGA2Bプロモーターの−889〜+30ヌクレオチドフラグメントおよびヒトBDDFVIII分子をコードする。16 p−673ITGA2B−VWFSPD2−BDDFVIII−WPTSレンチウイルスベクター(図1C)はヒトITGA2B遺伝子プロモーターのヌクレオチド−673〜+30のフラグメントと、これに続くヒトフォン・ヴィルブランド因子プロペプチドのフラグメント(D2ドメイン(1,199bp)と連結した540アミノ酸のVWFシグナルペプチド(SP;66bp)をコードするVWFpp)と、SPD2ペプチドを用いてヒトBDDFVIIIを血小板α顆粒まで輸送するハイブリッド分子の巨核球特異的転写を可能にするヒトBDDFVIIIをコードするcDNAとをコードする。SPをコードする22個のcDNAは、順方向プライマー(P)1(5’GTTAATCGATATCTCCTTGCCACCTAGA3’)(配列番号5)および逆方向P2(5’AATCTGGCAGGAATCATGGTCCTTCTTCCACAACCT3’)(配列番号6)を用いてPCRにより増幅され、順方向P3(5’AGGTTGTGGAAGAAGGACCATGATTCCTGCCAGATTTGC3’)(配列番号7)および逆方向P4(5’CGTCTCGGCCCTTTTGCTGCCATGAGACAG3’)(配列番号8)を用いてPCRにより増幅したD2と連結した。ネステッドPCRにより、ITGA2BプロモーターおよびVWFSPD2を、P5(5’ATCGATATCTCCTTGCCACCTA3’)(配列番号9)およびP4と連結した。p−889ITGA2−BDDFVIII−WPTSは、VWFD2に直接連結するcDNAを合成するために、順方向P7(5’CGTCTCAGGGCCACCAGAAGATACTACCT3’)(配列番号10)および逆方向P8(5’ACGCGTCTTCTCTACATACTAGTA3’)(配列番号11)を用いて、BDDFVIIIのフラグメントをコードするcDNAのPCRの鋳型として機能した。5’hBDDFVIII(BsmB1およびMluI)と連結した固有の制限部位−673ITGA2B−SPD2(ClaIおよびBsmBI)を3’BDDFVIII(MluIおよびSpel)とともに用いて、全PCR産物をpCR−Blunt II−TOPO(Life Technologies、Grand
Island、NY)中でクローン化した。全フラグメントをpWPTSレンチウイルスベクター中でクローン化し、ヌクレオチド配列分析により正確な同一性を確認した。3プラスミド一過性共トランスフェクションにより組換えビリオンが生じた後、上清を収集し、遠心分離により500倍に濃縮し、使用するまで−80oCで保管した(Fang Jら,Proc Natl Acad Sci USA 2011,108(23):9583−9588)。RT−PCRによりビリオンの力価を決定した(Lizee Gら,Hum Gene Ther 2003,14(6):497−507)。ストック内に複製能のあるビリオンが存在しないことをマーカーレスキューアッセイで確認した(Wilcoxら,Blood 2000,95(12):3645−3652)。
イヌ
ともに米国実験動物飼育公認協会(American Association for Accreditation of Laboratory Animal Care)の公認施設であるノースカロライナ大学およびウィスコンシン医科大学の動物管理使用委員会(Institutional Animal Care and Use Committee)により承認された、血友病Aに罹患したFVIII欠損イヌを用いたサイトカイン動員CD34+G−PBCの遺伝子導入および自家移植に関する研究(ノースカロライナ大学、Chapel Hill、NC)(Lozier JNら,Proc
Natl Acad Sci USA 2002,99(20):12991−12996)を実施した。
イヌCD34+G−PBCの単離、形質導入、移植
19匹のFVIII欠損成体雄イヌ(1.25歳、4.25歳および6.5歳)にイヌ組換え顆粒球コロニー刺激因子(crG−CSF;10μg/(kg・日)および幹細胞因子(crSCF;5μg/(kg・日))(Amgen、Thousand Oaks、CA)を連日注射した。3日目に、COBE Spectra Blood Cell
Separatorを用いてG−PBCを収集した。Fico−Paque Plus(GE Healthcare、Uppsala、Sweden)により単核G−PBCを単離した。Automacs磁気細胞分離器(Miltenyi Biotec Inc.、Auburn、CA)によりビオチンコンジュゲート1H6Ab(1mg/ml)(Richard Nash、フレッド・ハッチンソン研究所、Seattle、WA)および抗ビオチン免疫磁気ビーズ(1:5希釈)を用いてCD34+G−PBCを選別した。CD34+G−PBCを−889ITGA2B−BDDFVIII−WPTSまたは−673ITGA2B−VWFSPD2−BDDFVIII−WPTSレンチウイルスベクターで形質導入した。簡単に言うと、20μg/cm2のRetroNectin(Takara Shuzo、Otsu、Shiga、Japan)でコートした6ウェルプレート(Falcon−Becton Dickinson、Franklin Lakes、NJ)に1ウェル当たり4×106個の細胞を播き、10%FCS、rhIL−3、rcaIL−6、rcaSCF、rhTPOおよびrhflk2/flt3リガンドを含有するX−Vivo 10中、1細胞当たり1.0×10個のITGA2B−FVIIIレンチビリオンとインキュベートした。骨髄非破壊的用量5〜10mg/kgのBusulfex(登録商標)で前処置した各自家移植レシピエントの橈側皮静脈内に1kg当たり約3×106個のFVIII形質導入CD34+G−PBCと、2×108個のCD34(−)G−PBCとを注入した。移植後約90日間、シクロスポリン(Gengraf(登録商標)、Abbott Laboratories、North Chicago、IL)10mg/(kg・日)およびMMF 8mg/(kg・日)により一時的に免疫を抑制した(表1)(Fangら,Proc Natl Acad Sci USA 2011,108(23):9583−9588)。
血液採取
事前に選択した時間に血液を、7.5%EDTA抗凝固剤を含むバキュチューブ(vacutube)内に採取した(Fangら,上記)。Vet ABC血液分析器(scil animal care company、Gurnee、IL)で血液細胞を計数した。Fico/Lite(商標)(Atlanta Biologicals、Norcross、GA)により血小板を単離してPBSで洗浄し、免疫蛍光フローサイトメトリーまたはFVIII:C活性分析に直接使用した。Ficoll−Paque Plus(登録商標)(GE Healthcare)により製造業者の仕様書に従って白血球を単離した。
抗体
イヌCD34「1H6」(1mg/ml)に対するマウスモノクローナル一次抗体をフレッド・ハッチンソン癌研究センター(Seattle、WA)から入手した。イヌフィブリノーゲンを認識する27 A ヒツジ抗ウサギフィブリノーゲンポリクローナル一次抗体(5μg/ml)をEnzyme Research社から購入した。モノクローナル一次抗体(5〜10μg/ml)、ヒトBDDFVIII 53二次抗体上のエピトープを認識するMBC103.3および301.3(R.R.Montgomery、BloodCenter of WI、Milwaukee、WI)を用い、ロバ抗ヒツジIgGのフラグメント(H+L)とコンジュゲートしたAlexa Fluor(登録商標)488 F(ab’)2(1:1,000希釈)とヤギ抗マウスIgGのAlexa Fluor(登録商標)568 F(ab’)2フラグメント(H+L)(1:500希釈)とをLife Technologies社(Grand Island、NY)から入手した。
免疫蛍光共焦点顕微鏡法
イヌ血小板を3.7%(vol/vol)緩衝ホルマリンで固定し、0.5%Triton X−100(20mmol/L Hepes、300mmol/Lスクロース、50mmol/L NaClおよび3mmol/L MgCl2、pH7.0中)で透過処理し、HBSS中2.5%の正常ヤギ血清でブロッキングした。血小板をイヌフィブリノーゲンに対するヒツジポリクローナル一次抗体およびヒトFVIIIに対するモノクローナル一次抗体(MBC103.3および301.3)(5μg/ml)と4℃で一晩インキュベートした。ロバ抗ヒツジIgGの53 Alexa Fluor(登録商標)488コンジュゲートF(ab’)2フラグメント(H+L)を、フィブリノーゲンを検出する二次抗体(1:1,000希釈)として使用し、25℃で30分間、ヤギ抗マウスIgGのAlexa Fluor(登録商標)568コンジュゲートF(ab’)2フラグメント(H+L)とコンジュゲートした二次抗体(1:500希釈)を用いてFVIIIの存在を検出した。血小板をVectashield(Vector Labs、Burlingame、CA)でマウントした。Zeiss LSM510多光子共焦点顕微鏡(Carl Zeiss,Inc.、Oberkochen、Germany)で免疫蛍光を検出した(Wilcox DAら,Journal of thrombosis and haemostasis:JTH 2003,1(11):2300−2311)。FVIII欠損イヌから単離血小板を陰性対照として用いた。非特異的アイソタイプ対照抗体を陰性対照とした。血小板を各視野で撮影したZ切片により画像化し、全Zシリーズ(12〜25枚の画像)を1つの積み重なった投影像にまとめた。Confocal Assistantソフトウェアプログラム(Bio−Rad)を用いてこの投影像を統合した。コンピュータが割り当てる色はビットマップの重なりの強度に基づくものであり、Alexa488−蛍光色素は緑色の画素で表され、Alexa568−蛍光色素は赤色の画素で表され、2つの蛍光色素コンジュゲート抗体の共局在は黄色の画素で表された。
免疫蛍光フローサイトメトリー
イヌ血小板を血液から単離し、BDDFVIIIの細胞内検出用にCytofix(商標)およびPERM/WASH(商標)試薬(BD Biosciences)で処理した。血小板をヒトFVIIIに対するモノクローナル一次抗体(MBC103.3および301.3)(5μg/ml)と4℃で30分間インキュベートした後、ヤギ抗マウスIgG(H+L)のAlexa Fluor(登録商標)568コンジュゲートF(ab’)2 フラグメントとコンジュゲートした二次抗体(1:500希釈)と4℃で30分間インキュベートした。FVIII欠損イヌから単離した血小板を陰性対照として用いた。非特異的アイソタイプ対照抗体を陰性対照とした。細胞を収集し、Accuri分析ソフトウェアを用いて、Accuri(登録商標)C6フローサイトメータ(Accuri Cytometers,Inc.、Ann Arbor MI)で分析した。
免疫標識
血小板を1.25%グルタルアルデヒド(Fluka AG、Buchs、Switzerland)で固定し、2.3Mスクロース(Fluka)を注ぎ、Reichert
KF80凍結システム(Leica、Vienna、Austria)で凍結させた。FC 4Eクライオキットアタッチメントを装着したUltracut Eウルトラミクロトームで約80nmの切片を作製し、コロジオンでコートしたニッケルグリッドに載せた。1%BSAを含むPBSでグリッドを10分間インキュベートした後、FVIII(301.3)に対する一次抗体の小滴(10μg/ml)上に25℃で1時間置いた。切片を10nm金粒子(1/100希釈のAuroProbe EM G10)に吸着させたヤギ抗マウス二次抗体と1時間インキュベートした。対照には同じ種の無関係なIgGを同じ濃度で使用した。
電子顕微鏡法
グリッドを酢酸ウラニルおよびオスミウムで染色し、次いでメチルセルロースに包埋した後、Jeol JEM−1010透過型電子顕微鏡(Jeol、Croissy−sur−seine、France)により80KVで観察した。
アゴニストによる血小板活性化の誘導
循環末梢血から血小板を単離して洗浄し、血小板活性化の生理学的アゴニストで活性化した。活性化を誘導するため、既に記載されている通り、1mM CaCl2、1mM MgCl2、それぞれ25μMのアデノシン二リン酸(ADP)(Sigma)、エピネフリン(Bio/Data Corporation、Horsham、PA)ならびにイヌトロンビン受容体活性化ペプチド:PAR1(SFFLKN−NH2)、PAR3(TRFGAP−NH2)およびPAR4(SFPGQP−NH2)を含有するタイロード緩衝液(2.5×106/ml)に血小板を37℃で30分間懸濁させた(Fangら,上記)。陰性対照として、アゴニストを加えないタイロード緩衝液で別々のアリコートをインキュベートした。遠心分離により血小板をペレット化し、アゴニスト処理試料および陰性対照試料から上清を吸引し廃棄した。coatestアッセイを用いたFVIII:C活性の試験まで血小板ペレットを直ちに−80℃で凍結した。
血液ゲノムDNA中のレンチウイルスベクターのPCR検出
Ficoll−Paque(商標)Plus(Amersham Pharmacia
Biotech AB、Uppsala、Sweden)で精製したイヌ白血球から、QIAamp(登録商標)DNA Blood Mini Kit(Qiagen、Maryland、USA)を用いてDNAを単離した。p−889ITGA2−BDDFVIII−WPTSを陽性対照とした。順方向プライマーP1(5’−ACGCTATGTGGATACGCTG−3’)および逆方向プライマーP2(5’−AACACCACGGAATTGTCAG−3’)(配列番号12)を用いてPTC200機器(MJ Research、Watertown、MA)でTaqポリメラーゼ(Invitrogen、Carlsbad、CA)によるPCR分析を実施して、WPREをコードする318ヌクレオチドの一次産物を合成した(図1B、C)。WPREの302bp産物をコードするネスト化した順方向プライマーP3(5’−TGGATACGCTGCTTTAATGC−3’)(配列番号13)および逆方向プライマーP4(5’−AATTGTCAGTGCCCAACAG−3’)(配列番号14)により二次PCR反応を実施した(図5A)。
レンチウイルスの形質導入効率を検出するためのRT−qPCR
BIO−RAD CFX96 Real−Time Systemを用いたRT−qPCRによりレンチウイルス遺伝子標識の百分率を測定した。52 簡単に言うと、TaqMan Universal PCR Master Mix(Life technologies)12.5μl、濃度900nMの各プライマーおよび200nMのプローブを水20μl中で混合した。次いでイヌゲノムDNA 5μlを加え、PCRを500Cで2分間、950Cで10分間、次いで950Cで15秒間を40サイクル、600Cで1分間にて用いた。各RT−qPCRには、陰性対照として鋳型を使用しない対照を含めた。Primer Expressソフトウェア(バージョン1.0;Applied
Biosystems)を用いて各試料の遺伝子コピー数を三重反復で分析し、導入遺伝子コピー数/ゲノムの平均値をレンチウイルスベクター陽性の末梢血細胞の百分率(形質導入効率としても知られる)に変換し、表1の表1の8列目に報告した。使用したレンチウイルスLTRのプライマーおよびプローブは:順方向:5’−AGCTTGCCTTGAGTGCTTCA−3’(配列番号15);逆方向:5’−TGACTAAAAGGGTCTGAGGGA−3’(配列番号16);プローブ:6FAM−TGCCCGTCTGTTGTGTGACTCTG−MGBNFQ(配列番号17)であった。遺伝子コピー数の内在性対照として、イヌITGB3遺伝子を順方向:5’−ATGCATCCCACTTGCTGGTAT−3’(配列番号18);逆方向:5’−TGCCCATCGTTAGGTTGG−3’(配列番号19);プローブ:6FAM−TGCCTGCCAGCCTTCCATCCAG−MGBNFG(配列番号20)とともに使用した。コピー数はTaqManの原理に基づくものとした。関連する配列(レンチウイルスベクターLTRおよびイヌITGB3)を含む既知濃度のプラスミド構築物の10段階希釈を用いて、試料定量化のための標準曲線を作成した。
線形増幅による(LAM)−PCR
末梢血白血球から単離したゲノムDNA内のレンチウイルスベクター挿入部位の位置を特定するために、LAM−PCRを実施した。簡単に言うと、ベクター特異的5’−ビオチン化プライマー[5’−/ビオチン/−GAACCCACTGCTTAAGCCTCA−3’(配列番号26)]を用いた2回の線形PCR[95℃で5分間;(95℃で1分間、60℃で45秒間、72℃で90秒間)×50;72℃で10m]により、組み込まれたプロウイルスLTRと宿主ゲノムとの間の接合点を選別し、ストレプトアビジンでコートした磁気ビーズ[Dynal M−280]を用いて精製した。クレノウポリメラーゼおよびランダムな6塩基プライマーを用いて産物を二本鎖にし、65℃で2時間、Tsp509Iで消化した。非LTR末端に方向性二本鎖リンカーオリゴを連結し、得られた産物を、LTR特異的順方向プライマー[F1:5’−/ビオチン/−AGCTTGCCTTGAGTGCTTCA−3’(配列番号27);F2:5’−AGTAGTGTGTGCCCGTCTGT−3’(配列番号28)]およびリンカーカセット特異的逆方向プライマー[R1:5’−GACCCGGGAGATCTGAATTC−3’(配列番号29);R2:5’−AGTGGCACAGCAGTTAGG−3’(配列番号30)]を用いたネステッドPCR[95℃で5分間;(95℃で1m、60℃で45秒間、72℃で90秒間)×35;72℃で10m]により増幅した。ネステッドPCRの巡回の間で、ストレプトアビジンでコートした磁気ビーズを用いて産物を精製した。2%TAEアガロースゲル上で産物を可視化した。配列決定には、産物をゲル精製してpCR2.1−TOPO中にクローン化し、大腸菌Top10内に形質転換し、LB−Amp−Xgalプレート上で選択し、M13F/Rを用いたコロニーPCRにより増幅した。
組込み部位の機能評価
プロウイルスLTR配列を含むことが確認されたLAM−PCRの配列産物は、既知のゲノム反復およびプロウイルス的特徴をマスクした。UCSCのBlat(BLASTのような配列比較ツール)サーバを用いて、得られた配列をイヌゲノム(CanFam 2.0、2005年5月組立て)と比較した。95%の類似度のゲノム内の固有の位置への配列マッピングを選択し、プロウイルスLTR配列と隣接するゲノム配列比較の基準として組込み部位を決定した。各部位について、最も近接するRefSeq遺伝子を決定し、ヒト癌オルソログのリストと比較した。
生物学的に活性なヒトFVIII(FVIII:C)の検出
Chromogenix Coatest(登録商標)SP4 FVIIIキット(DiaPharma、Franklin、OH)を用いて、1ml当たり1×10個の血小板を含むライセートをFVIII:Cについて試験した。12個の上清試料の反復標本を96ウェルマイクロタイタープレートのコートしていないウェルに入れ(25μl/ウェル)、アッセイ成分(リン脂質、第IXa因子、第X因子および塩化カルシウム)を加え、37oCで10分間インキュベートした。発色因子Xa基質のS−675を加え、予め37oCに設定したWallac Victor2マイクロプレートリーダーにプレートを移した。S−2675のXa因子に依存する転換は各ウェル中のFVIII:Cの量と直接相関する。405nmのVmaxを用いて血小板溶出液緩衝液で希釈した既知量の組換えヒトFVIII(Kogenate;Bayer Healthcare Pharmaceuticals、Berkeley、CA)を、プロットすることにより標準曲線を作成した。速度論的ソフトウェアプログラム、SOFTmax、v.2.34(Molecular Devices)を用いて、各反応のVmaxをFVIII:C活性の単位に変換した。405nmにおける終点の読取り値によってFVIII活性を測定し、490nmにおけるバックグラウンドの読取り値を405nmから減じた。表1および図6に記録されている測定値を用いて、平均FVIII:C U/(ml・1×108血小板)×92ml血液/kg×イヌの体重(kg)×(2×10血小板)/1ml血液の掛け算を実行することより、FVIII:C/イヌの合計最大値を算出した。
全血凝固時間(WBCT)検査
WBCTは、28℃で2本のシリコン塗布ガラス管(Becton−Dickinson、Rutherford、NJ)を用いる、リー・ホワイト凝固時間の変法である(Nichols TCら,J Thromb Haemost 2012,10(3):474−476)。全血1mlを採取し、各管に血液0.5mlずつを分配した。タイマーを作動させた。1分後、一方の管を30秒毎に傾け、他方の管をそのまま静置した。傾けた管に血餅が形成されたとき、第2の管を血餅が形成されるまで30秒毎に傾けた。第2の管に完全にゲル化した血餅が形成されるまでの時間をWBCTとして記録した。G−PBC移植の前と後に、血漿による治療を少なくとも1か月間実施していない、正常な止血性のイヌ(WBCTが7.5〜12.5分)1例および被験イヌ3例(F20、I42、M64)から、血液を採取した。
ヒトFVIIIに対する免疫応答を検出するためのインヒビターアッセイ
既に記載されている通りに、凝固因子VIIIまたはIXのいずれかに対する阻害抗体を検出する活性部分的トロンボプラスチン時間(aPTT)混合アッセイにより、インヒビターについてイヌ血漿(F20、I42およびM64)をスクリーニングした(Langdell RDら,J Lab Clin Med 1953,41(4):637−647;Sahud MA.Semin Thromb Hemost 2000,26(2):195−203;Matrai Jら,Hepatology 2011,53(5):1696−1707)。簡単に言うと、被験血漿を正常血漿と1:1で混合し37℃で2時間インキュベートした後、標準的なaPTT試薬を用いて、このインキュベートした混合物を分析する。ヒトFVIIIと交差反応してヒトFVIIIを阻害する既知のベセスダインヒビター(BIU)力価を有する血友病Aイヌの血漿(陽性対照)と、インヒビターがみられないイヌの血漿(陰性対照)とを同時にアッセイし比較した。
結果
血小板標的化レンチウイルスベクターの設計および戦略
ルシフェラーゼレポーターアッセイは、完全長ヒトITGA2B遺伝子プロモーターのフラグメントにより同程度の血小板特異的な遺伝子転写を許容することを明らかにした(図1A)。3種類の異なるITGA2Bプロモーターフラグメント(−1218、−889および−673)は前−巨核球細胞系内でほぼ同じレベルのルシフェラーゼ活性を導いた。これに対して、他の血液細胞系列および上皮細胞系ではITGA2Bプロモーターによって駆動されるルシフェラーゼ活性は検出不可能であった。各ITGA2Bプロモーターは、高レベルの巨核球遺伝子転写を可能にするEtsおよびGATA因子ならびに他の細胞系列内での発現を抑制するリプレッサー領域をコードする(Prandini MHら,Blood 1996,88(6):2062−2070)。20 結果として、ヒトの遺伝子治療の戦略を開発するために、最適な造血幹細胞形質導入効率および血友病Aイヌの血小板由来BDDFVIIIによる止血機能を改善する能力について2種類のレンチウイルス遺伝子導入ベクターを試験した。ヒトITGA2Bプロモーターの−889ヌクレオチドから始まるフラグメントをコードするレンチウイルスベクターで形質導入したG−PBCを注入した2匹のイヌは、BDDFVIIIの巨核球特異的転写を導くことが可能であることが示された(図1B)。21 通常条件下では血小板にはFVIIIが存在しないが、この方法により、組織培養したヒトCD34+G−PBC、12およびレンチウイルスベクターで形質導入し血友病Aマウスに、移植した骨髄に由来する血小板の子孫に利用可能なBDDFVIIIを貯蔵させることに成功したことがわかった(Shiら,Journal of Thrombosis and Haemostasis 2007,5(2):352−361)。BDDFVIIIのα顆粒区画内への輸送を促進するために、フォン・ヴィルブランド因子(VWF)プロペプチドシグナルペプチドおよびD2ドメイン(SPD2)と融合したBDDFVIIIのハイブリッド分子の巨核球特異的発現を誘導するようにして設計した最も短いITGA2Bプロモーターのフラグメント(−673)をコードする新規レンチウイルスベクターで形質導入したG−PBCを1匹のイヌに注入した(図1C)(Haberichter SLら,Arterioscler Thromb Vasc Biol 2002,22(6):921−926;Haberichter SLら,Blood 2003,101(4):1384−1391)。VWFはヒト血小板の正常なα顆粒の成分であり(ただし、イヌ血小板には存在しない)(Nichols TCら,Blood 1993,81(10):2644−2651)、ヒトおよびイヌ血漿中でFVIIIのキャリアタンパク質としての役割を果たす(Kaufman RJら,Molecular & Cellular Biology 1989,9(3):1233−1242)。
造血幹細胞遺伝子治療のための戦略
臨床的に意義のあるプロトコルを設計するため、イヌサイトカイン(cG−CSFおよびcSCF)によりイヌ造血幹細胞を骨髄から末梢血中に動員し、GTイヌを用いたこれまでの研究と同一の有害事象を生じさせずにG−PBCアフェレーシスを実施した(Fangら,上記)。Ficoll−Paque Plusを用いてアフェレーシス産物から単核リンパ球を単離し、次いで、免疫磁気選択によりイヌCD34抗原陽性(CD34+)細胞を精製した(McSweeney PAら,Blood 1998,91(6):1977−1986)。各標的細胞は、形質導入細胞のためのエクスビトロ選択もインビトロ選択も用いずに、CD34+G−PBC1個当たり約1x104個の全ウイルス粒子を形質導入し、3匹の血友病AイヌにFVIII形質導入CD34+G−PBCを体重1kg当たり約3×10個注入した自家移植の条件を表1にまとめる(4列目、5列目)。新たに移植された細胞が生着するためのニッチを骨髄内に設けるために、骨髄非破壊的な移植前処置レジメンを用いた(表1、2列目)。前処置レジメンの強度は、用量が臓器に毒性となるレベルによって決定した。正常イヌモデルを用いた以前の研究では、移植前条件で致死量以下のブスルファン(造血幹細胞に対して優先的に毒性を示す薬物)を投与することによって、安定な造血キメラの同種混合ドナー/宿主を安全に確立することができることが示されている。最近の報告では、イヌ白血球接着不全症を修正するために、造血幹細胞遺伝子を導入するために10mg/kgのブスルファンを使用し(Bauer TR,Jr.ら,Nat Med 2008,14(1):93−97)、次いで主要組織適合複合体が一致する骨髄移植後にミコフェノール酸モフェチル(MMF)およびシクロスポリン(CSP)により一時的に免疫を抑制したこと(Enssle Jら,Hum
Gene Ther 2010,21(4):397−403)に成功したことが示されている。しかし、本研究で移植を実施した1匹目のイヌ(F20)は、G−PBC移植から3か月間、イヌ血漿製剤の形態のイヌ(c)FVIIIおよび組換えcFVIIIの連日補給を必要としたことから、このレベルの移植前処置レジメンは血友病Aの動物には不適切であることがわかった。G−PBC移植後、血小板中のヒトBDDFVIIIが有意水準に達するまでイプシロン−アミノカプロン酸(EACA)も注入した。EACAはプラスミン−プラスミノーゲン系に有効な合成阻害剤であり、くも膜下出血、多数の原因による尿生殖器出血および血友病患者の口腔外科手術をコントロールする(Griffin JDら,Semin Thromb Hemost 1978,5(1):27−40)。比較のため、G−PBC移植の1年前および2.5年後の、cFVIII補給による治療を必要とした重篤な出血の発症の数を各イヌについて記録した(表1、10列目、11列目)(Niemeyer GPら,Experimental Hematology 2003,31(12):1357−1362)。F20に高頻度の出血事象が観察されたことから、次の2例の移植レシピエントには低用量のブスルファンからなるより穏やかな前処置レジメン(I42、5mg/kg;M64、7mg/kg)を実施した。結局、3匹のイヌ全ては、血小板に容易に検出可能なヒトBDDFVIIIレベルが観察され、hemocult検査によりGI出血がないことが示されるまで、G−PBC移植から3か月間、一時的な免疫抑制(Fangら,上記)およびcFVIIIおよびEACAの連日補給を標準的な移植レジメンとして実施した(Fangら,上記)。最終的には、I42およびM64では、移植後2.5年にわたって重度の出血の発症が認められず、FVIII補給をそれ以上必要としないことが観察された(表1、11列目)。
血小板FVIIIの生物学的研究
G−PBC移植後にBDDFVIIIが血小板で合成され貯蔵されるかどうか決定するために、免疫共焦点顕微鏡法を実施した。図2Aに示されているのは、レンチウイルスベクターで形質導入したG−PBCの自家移植したイヌ1例(I42)から単離した血小板の顕微鏡分析の結果の画像であり、図2Aは全3例のイヌ(F20、I42、M64)の分析結果を表している。血小板α顆粒の特異的マーカー、フィブリノーゲン(Fg)に点状の染色パターンがみられた(左パネル)。このほか、血小板内にヒトBDDFVIIIが点状のパターンで検出された(中央パネル)。左パネル(Fg)と中央パネル(BDDFVIII)とを重ね合わせたときに見られる黄色い染色から明らかなように、Fg内にBDDFVIII染色が高頻度で共局在しているのがわかるが、このことは両タンパク質が血小板α顆粒内に一緒に貯蔵されている可能性を示すものである(右パネル)(Wilcoxら,J Thromb Haemost 2003,1(12):2477−2489)。
外来性BDDFVIIIが血小板α顆粒へ特異的に輸送されるかどうかを決定するために、免疫電子顕微鏡法を実施した。FVIIIに対する一次抗体および10nmの金粒子に吸着させた二次抗体を用いて、超薄切片に免疫金分析を実施した(図2B)。FVIII欠損イヌおよびFVIII移植レシピエントの血小板内に正常な大きさと形状のα顆粒が見られた。FVIII欠損陰性対照の血小板α顆粒にはBDDFVIIIが存在しなかった(左パネル)。これに対して、3匹のイヌ(F20、I42、M64)から単離された血小板ではいずれも、α顆粒および細胞質内にBDDFVIIIが検出された。この結果は、フォン・ヴィルブランド病に罹患したVWF(−/−)トランスジェニックマウスの血小板内にBDDFVIIIの異所性発現について報告している観察結果(Yarovoi Hら,Blood 2005,105(12):4674−4676)と一致する。M64の−673ITGA2B−VWFSPD2−BDDFVIII形質導入血小板は、α顆粒内にBDDFVIIIを最も高いレベルで貯蔵していた(右パネル)。さらに、血小板細胞質の膜系にはBDDFVIIIがほとんど検出されず、VWFSPD2が実際にBDDFVIIIをα顆粒区画内に直接輸送する効率を向上させることを示唆する。
血小板の免疫蛍光フローサイトメトリー分析では、FVIIIを検出する平均蛍光強度について、FVIII欠損症陰性対照の血小板と比較してM64の血小板が最も高い値を示し、これに次いでI42およびF20が高い値を示したことから、M64が血小板当たり最も高いレベルのFVIIIを貯蔵していることを確認した(図3)。この結果は、VWFSPD2標的化構築物は、血小板内にBDDFVIIIを貯蔵する利点が与えることを示唆する。続いて、最も小さい−673ITGA2B遺伝子プロモーターの使用は、最も大きい治療用挿入物(この場合、VWFSPD2−BDDFVIII)に適応することをレンチウイルスベクターに許容しその結果、−1218または−889ITGA2Bプロモーターよりもむしろ遺伝子導入に有用なものとなり得る。
これまでに組織培養した活性化ヒト巨核球で示されているように、活性化血小板が生物学的に活性な形態のBDDFVIII(FVIII:C)を分泌し得るかどうかを決定するために、Chromogenix Coatest(登録商標)SP4 FVIIIアッセイを実施した(Wilcoxら,Thromb Haemost 2003,1(12):2477−2489。12 図4では、FVIII欠損症イヌの血小板溶出液は、未処置の血小板(黒、−アゴニスト)および活性化血小板(白、+アゴニスト)においてBDDFVIII:Cのバックグラウンド活性のレベルが実質上変化しないことを示す。これに対して、F20、I42およびM64の静止状態にある未処置の血小板の溶出液にはFVIII:C活性が容易に検出された。さらに、3匹全ての被験イヌでは、血小板活性化の生理学的アゴニストのADP、エピネフリンおよびイヌPAR1、3、4の混合物によって刺激した血小板の溶出液にBDDFVIII:Cレベルの低下がみられた。要するに、BDDFVIII形質導入G−PBCを移植したイヌでは血小板を活性化した後にのみFVIII:C活性の大幅な低下がみられ、実験動物の血小板が血管系内でFVIIIを分泌するよう誘導されることを示唆する。
レンチウイルスベクターのゲノム解析
移植後少なくとも2.5年間にわたって、F20、I42およびM64から収集した白血球から単離されたゲノムDNAのPCRによりレンチウイルスベクターのWPREエレメントを検出した(図5A)。末梢血白血球から単離されたゲノムDNAのリアルタイム定量的PCR(RT−qPCR)分析により、各レンチウイルスベクターの形質導入効率は1%(F20)、4%(I42)および2%(M64)であることがわかった(表1、8列目)。挿入による発癌が出現していない場合には、ゲノム解析によるレンチウイルスベクターの検出は、末梢血計数および末梢血塗抹による評価を頻繁に実施して循環造血細胞の形態および数が正常であることが確認されたイヌが全例とも、全般的に良好な健康状態にあることと一致する。このほか、被験イヌゲノム内へのレンチウイルスベクターの組込みパターンを決定するために線形増幅による(LAM)−PCRを実施した。図5Bは、FVIII欠損症対照のゲノム内にはレンチウイルスベクターが存在しなかったのに対して、移植を実施したイヌ(F20、I42およびM64)のゲノムDNAには複数のバンドが存在するように思われることを示す。明確な挿入部位がF20では第4染色体に、M64では第35染色体に特異的に検出された。この結果は、I42のゲノムDNA内にレンチウイルスベクターの挿入を検出することはできたが、このイヌのゲノム地図の正確な領域に挿入部位の位置を特定することはできなかったことを示す(Sutter NB,Ostrander EA.Dog star rising:the dog genetic system.Nat Rev Genet 2004,5(12):900−910)。要するに、以上の結果は、この研究を含めても(移植の約2.5年後)、挿入による変異誘発が起こらなかったことを示唆する。このことは、通常動物およびヒトゲノムの良性の領域にレンチウイルスベクターを挿入することを見いだした別の報告と一致する(Biffi Aら,Blood 2011,117(20):5332−5339)。
血小板標的化遺伝子治療の血友病Aに対する効果
これまで、ヒト造血細胞が、組織培養されたヒト巨核球内でヒトBDDFVIII(FVIII:C)の機能的な形態を合成させるための主要な組織源として機能することが、BDDFVIII形質導入ヒトG−PBC、12を異種移植したマウスから単離された末梢血血小板およびBDDFVIII形質導入骨髄の移植を実施した血友病Aのマウスモデル(Shi Qら,Journal of Thrombosis and Haemostasis 2007,5(2):352−361)で観察されている(Shi Qら,Molecular Genetics and Metabolism 2003,79(1):25−33.)。本研究(図6)は、各イヌの自家G−PBC移植から少なくとも2.5年間にわたる発色分析により、FVIII:C活性(約5〜15mU/(ml・108血小板)は、移植の約1年後に最高値が出現し、通常、約5〜10mU/(ml・10血小板)になることが検出されることを示す¥(F20、I42、M6)。FVIII欠損症イヌの試料を各時点の陰性対照とした(黒線)。
任意の所与の時間において各個体内に存在するFVIII:C活性の合計量レベルを決定するために、イヌには約2×10個/1.0ml血液の血小板が存在し、約92ml/kgの血液が存在することに留意する。表1に記録されている体重および形質導入効率ならびに図6に示すデータ点から算出された各イヌの平均FVIII:Cレベルの値を用いると、循環血中の血小板全体でFVIII:Cがイヌ1匹当たり約0.230U(F20)、1.325U(I42)および0.676U(M64)存在すると推定される。これらの値を大局的に捉えるため、1UのFVIII:C/1mlという用語は、正常イヌ(20kg)の参照血漿中で100%のFVIII活性を規定し、正常イヌ(20kg)は、任意の所与の時間において合計約800単位のFVIIIを有する。図6の結果は、G−PBC前の1年間にcFVIII補給の輸液を必要とする複数回の重度の出血の発症が各個体に起こったことを示す。遺伝子治療プロトコルにより出血を予防するため、各イヌにG−PBC移植プロトコルの一つを開始した日からcFVIIIの補給を連日実施したことに留意されたい。このほか、移植を実施したイヌには糞便に血液がみられなくなるまでEACAを投与し、これは血小板FVIII:Cレベルが約5mU/(ml・10血小板)に達するまでの期間と顕著に一致する。F20(上パネル)は、全体的な血小板FVIII:Cレベルが5mU/(ml・10血小板)以下の最も低い値を示し、移植から2.5年にわたる実験の追跡期間を通じて、正常イヌ血漿またはcFVIIIの追加補給を必要とする重度の間欠的な出血の発症がみられた。この結果は、出血表現型の十分な修正を達成するために、イヌ血友病Aにおいて、FVIII:C 5mU/(ml・108血小板)が克服しなければならない導入遺伝子発現の閾値レベルであると思われることを示唆する。移植イヌI42(中央パネル)では、FVIII:Cが約9mU/(ml・10血小板)の最も高い定常状態で維持され、cFVIII補給を必要とする重度の出血がみられず、最終的に移植から少なくとも2.5年間、血友病A表現型の修正を示した。M64(下パネル)では、ハイブリッドSPD2FVIII分子の合成によりFVIII:Cが他の移植イヌよりも早く5mU/(ml・10血小板)に達し、平均FVIII:C活性レベルは8mU/(ml・10血小板)であった。この結果は、VWFSPD2輸送ペプチドと連動させた−889ITGA2B遺伝子プロモーターまたは−673ITGA2B遺伝子プロモーターのいずれかの使用は、BDDFVIIIを血小板に効率的に標的化しイヌ血友病A表現型の是正をもたらすことを示唆する。
従来型のリー・ホワイト全血凝固時間(WBCT)検査を用いて、試験管内で全血が凝固するのに必要な時間を各イヌで測定した(Nichols TCら,J Thromb
Haemost 2012,10(3):474−476)。止血が正常なイヌでは平均WBCTが10.5分±標準偏差1.4分である。G−PBC移植前では、FVIII欠損症イヌのベースラインWBCTは44.5分(F20)、40.5分(I42)および60分超(M64)であった。G−PBC移植後では、平均WBCTは39.5分(F20、n=5)、38.4分(I42、n=5)および41.9分(M64、n=4)に減少した。この結果は、WBCTが極めて緩やかに減少することを示し、FVIII欠損症イヌのWBCTが正常変動内に十分に収まっていると考えられる。興味深いことに、この結果は、実験イヌの血漿内にFVIII:Cを検出すること(WBCTの成功に不可欠な要素である)ができないことを支持する。したがって、この結果は、エクスビボのWBCT測定が、インビボの止血を改善するための血小板FVIIIの効果を予測するのに適さない検査法であることを示唆するが、それは(血漿中FVIIIとは異なり)この結果が、血管損傷部位において、図4および図6に示されるように生理学的血小板アゴニストによる刺激後に活性化血小板から血小板由来FVIIIが分泌されて、FVIII欠損症イヌの止血が改善しなければならないことを示唆されるからである。
G−PBC移植レシピエントが新たに発現されるヒトBDDFVIIIに対して液性抗体応答を発現するかどうかを決定するため、凝固因子VIIIまたIXに対する阻害抗体を検出する活性化部分トロンボプラスチン時間(aPTT)混合アッセイより、(F20、I42およびM64の)イヌ血漿をインヒビターについてスクリーニングした。ヒトFVIIIと交差反応してヒトFVIIIを阻害する既知のベセスダインヒビター(BIU)力価を有する血友病Aイヌの血漿を陽性対照として使用し、同時にインヒビターを有さないイヌの血漿を比較分析の陰性対照としてアッセイした。結果は、F20、I42およびM64がインヒビターを発現しなかったことを示唆する(表T1:12列目)。この結果は、本発明者らが血漿中にFVIII:Cの存在を検出することができなかったことと一致している。この結果は、血友病Aマウスがヒト血小板BDDFVIIIに対する阻害抗体を生成しなかったこと、および本発明者らがレンチウイルスベクター形質導入マウス骨髄の移植後、血漿中にFVIII:Cを検出することができなかったことと一致する(Shi Qら,Journal of Thrombosis and Haemostasis 2007,5(2):352−361)。このことはさらに、FVIIIに対する既存の抗体でヒトの治療として、BDDFVIIIの導入遺伝子合成を血小板に標的化することを支持する(Shi Qら,J Clin Invest 2006,116(7):1974−1982;Kuetherら,J Thromb Haemost 2012)。
Figure 2018161152
上記明細書で言及される刊行物、特許、特許出願およびアクセッション番号はすべて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本発明は特定の実施形態に関連して記載されているが、請求項に係る発明は、このような特定の実施形態に不当に限定されるべきではないことを理解するべきである。実際、当業者には記載されている本発明の組成物および方法の様々な修正形態および変形形態が明らかであり、これらは以下の特許請求の範囲内にあることを意図する。
血小板標的化レンチウイルスベクターの設計を示す図である。(A)ITGA2B遺伝子プロモーターフラグメントが巨核球の特異的な発現をルシフェラーゼに導く。 血小板標的化レンチウイルスベクターの設計を示す図である。(B)−889ITGA2B−BDDFVIII−WPTSレンチウイルスベクターの略図。(C)−673ITGA2B−VWFSPD2−BDDFVIII−WPTSレンチウイルスベクターの略図。 BDDFVIIIの合成およびイヌ血小板α顆粒内への輸送を示す図である。(A)血小板内でのBDDFVIIIとFgの共局在を示す共焦点顕微鏡観察。(B)よりヒトBDDFVIIIがα顆粒内に局在することを直接示す電子顕微鏡観察。 血小板FVIIIの定量分析を示す図である。 FVIII:Cの分泌が誘導された活性化血小板を示す図である。 イヌゲノム内のレンチウイルスベクターを検出し位置を特定するPCR分析を示す図である。(A)白血球ゲノムDNA内におけるBDDFVIII−レンチウイルスベクターの長期間にわたる検出。(B)レンチウイルスベクターのイヌゲノム内での位置を特定する線形増幅媒介(LAM)−PCR。 血小板BDDFVIIIによるイヌ血友病A表現型の是正を示す図である。 ITGA2B遺伝子プロモーターおよびVWFspD2の構造領域を示す図である。矢印は血小板標的化治療の前および後の重篤な出血事象を示す。イヌI42およびM64は完全な止血の修正を示している。 ITGA2B遺伝子プロモーターおよびVWFspD2の構造領域を示す図である。矢印は血小板標的化治療の前および後の重篤な出血事象を示す。イヌI42およびM64は完全な止血の修正を示している。 本開示の実施形態の例示的なレンチウイルス遺伝子治療ベクターを示す図である。 図8のベクターの配列(配列番号25)を示す図である。 図8のベクターの配列(配列番号25)を示す図である。 図8のベクターの配列(配列番号25)を示す図である。 図8のベクターの配列(配列番号25)を示す図である。 図8のベクターの配列(配列番号25)を示す図である。 組換えレンチウイルス遺伝子導入構築物に用いたインテグリンαIIbプロモーターフラグメントの略図およびヌクレオチド配列を示す図である。(A)巨核球に特異的なルシフェラーゼレポーター試験に用いたヒトαIIb−遺伝子プロモーターNco Iの−SalI BglII−1218〜+30のヌクレオチド配列(配列番号21)。(B)巨核球特異的ルシフェラーゼレポーター試験に用いたヒトαIIb−遺伝子プロモーターNco Iの−SalI BglII−889〜+30のヌクレオチド配列(配列番号22)。(C)巨核球に特異的なルシフェラーゼレポーター試験に用いたヒトαIIb−遺伝子プロモーターNco Iの−SalI BglII−673〜+30のヌクレオチド配列(配列番号23)。番号付けはPrandiniら(Biochem Biophys Res Commun 156(1)595−601,1988)に基づくものである。

Claims (27)

  1. a)インテグリンαIIb遺伝子(ITGA2B)プロモーターのフラグメントを含む発現カセットと、前記発現カセットと作動可能に連結された外来目的遺伝子とを含む発現ベクターとを含む、組成物。
  2. 前記発現ベクターが、さらに前記目的遺伝子の発現を細胞の特定の位置に標的化する標的化因子を含む、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記標的化因子が、前記目的遺伝子の発現を、血小板を産生する特定の造血細胞系列内に標的化する、請求項3に記載の組成物。
  4. 前記標的化因子が、D2ドメインと作動可能に連結されたヒトフォン・ヴィルブランド因子プロペプチド(VWFpp)のフラグメントである、請求項3に記載の組成物。
  5. 前記発現カセットが、配列番号24の配列を含む核酸配列を有する、請求項4に記載の組成物。
  6. 前記発現カセットが、配列番号24の核酸配列を有する、請求項5に記載の組成物。
  7. 前記発現カセットが、配列番号21、22、23および25からなる群より選択される配列を含む核酸配列を有する、請求項1に記載の組成物。
  8. 前記発現カセットが、配列番号21、22、23および25からなる群より選択される核酸配列を有する、請求項7に記載の組成物。
  9. 前記外来遺伝子がヒトFVIII遺伝子である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成物。
  10. 前記ベクターが自己不活性化ベクターである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成物。
  11. 前記ベクターがレトロウイルスベクターである、請求項10に記載の組成物。
  12. 前記レトロウイルスベクターがレンチウイルスベクターである、請求項11に記載の組成物。
  13. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の組成物を含む、造血幹細胞。
  14. 前記幹細胞がエクスビボである、請求項13に記載の幹細胞。
  15. 動物の血友病を治療するための、請求項13または14に記載の幹細胞の使用。
  16. 前記動物がヒトである、請求項15に記載の使用。
  17. 前記第VIII因子遺伝子が改変幹細胞内で発現する条件下で、前記改変幹細胞を作製するために造血幹細胞と請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成物とを接触させることを含む、方法。
  18. さらに前記改変幹細胞を動物に移植する段階を含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記動物が、血友病があると診断されている、請求項18に記載の方法。
  20. 前記移植により前記動物の大量出血が治療または予防される、請求項18に記載の方法。
  21. 前記動物がヒトである、請求項17に記載の方法。
  22. 前記接触をエクスビボで実施する、請求項17に記載の方法。
  23. 前記動物から前記幹細胞を動員する、請求項18に記載の方法。
  24. 前記動員が、前記動物へのサイトカインの投与を含む、請求項23に記載の方法。
  25. 前記動物が、血小板内で前記第VIII因子を発現する、請求項18に記載の方法。
  26. 前記方法を繰り返す、請求項17〜25のいずれか1項に記載の方法。
  27. 前記方法を定期的に繰り返す、請求項26に記載の方法。
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