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JP7693253B2 - トランスポゾンシステムおよびその用途 - Google Patents

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Description

本発明は、トランスポゾンベクター、これを含むトランスポゾンシステム、トランスポゾンキット、前記トランスポゾンベクターが挿入された細胞、およびこれらの用途等に関する。
本発明は、2021年7月9日に出願された韓国特許出願第10-2021-0090133号および2022年7月11日に出願された韓国特許出願第10-2022-0085306号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書および図面に開示されたすべての内容は本出願に援用される。
CAR(Chimeric Antigen Receptor)-T cellは、腫瘍抗原(例えば、CD19)等に結合する抗体の配列をCD3/4-1BB/CD28等のT cell signalingに必要なdomainと結合してT細胞に挿入した細胞治療剤である。これらのCAR遺伝子をT細胞に挿入する方法は、様々なものがあるが、ほとんどがレンチウイルス(lentivirus)伝達システムを使用している。lentivirusの特徴は、細胞の染色体にintegrationされるので、継続的に遺伝子を発現できることにある。このようなレンチウイルスは、生産コストが高いため、治療剤の価格を高める主要要因となるが、一度生産すれば多数の患者に使用することができるという長所がある。
一方、個々の患者に合わせた治療TCR-Tは、各患者が持っている新抗原(neoantigen)に反応するTCR(T-cell receptor)配列を探索し、この配列を遺伝子伝達システムを介してT細胞内に伝達して生産する。しかしながら、個別化医療であるから、患者ごとに適用されるTCR配列が異なっているので、これをレンチウイルスに適用することはほとんど不可能である。したがって、レンチウイルスより生産が容易であり、生産コストが低く、染色体に挿入(integration)されて継続的に遺伝子発現が可能な非ウイルス性(non-viral)伝達体であるトランスポゾンを用いてTCR-T細胞を開発する必要がある。
本発明者らは、上述したような必要を満たすために、鋭意研究した結果、ターゲット細胞、特に免疫細胞の染色体(genome)内に外因性遺伝子を挿入(integration)できる遺伝子伝達体としてトランスポゾンを開発し、前記トランスポゾンの5’ITR(inverted terminal repeat;逆方向末端反復)および3’ITRを改変してさらに製作したトランスポゾンmutantも、優れた遺伝子伝達効率を有することを確認したところ、これに基づいて本発明を完成した。
したがって、本発明の目的は、優れた遺伝子伝達効果を発揮できる5’ITRおよび3’ITRを含むトランスポゾンベクターを提供することにある。
本発明の他の目的は、前記トランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼ(タンパク質またはこれをコード化する核酸分子)を含む、標的DNA伝達用トランスポゾンシステムを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、前記トランスポゾンシステムおよび指示書を含む標的DNA伝達用トランスポゾンキットを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、前記トランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼが導入された細胞を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、前記トランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼを細胞に導入する段階を含む、標的DNA配列を細胞のゲノム内に挿入する方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、前記トランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼが導入された免疫細胞を有効成分として含む、薬学的組成物を提供することにある。
しかしながら、本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は、下記の記載から当業者が明確に理解することができる。
本発明は、配列番号1で表される核酸配列のうち71個以上の連続した核酸配列を有する5’ITR(5’Inverted terminal repeat);および配列番号2で表される核酸配列のうち66個以上の連続した核酸配列を有する3’ITR(3’Inverted terminal repeat)を含むトランスポゾンベクターを提供する。
本発明の一具現例において、前記5’ITRは、以下の中から選択され:
配列番号1で表される核酸配列を有する5’ITR;
配列番号5で表される核酸配列を有する5’ITR;または
配列番号6で表される核酸配列を有する5’ITR、
前記3’ITRは、以下の中から選択されるが、これに限定されない:
配列番号2で表される核酸配列を有する3’ITR;
配列番号9で表される核酸配列を有する3’ITR;
配列番号10で表される核酸配列を有する3’ITR;または
配列番号11で表される核酸配列を有する3’ITR。
本発明の他の具現例において、前記5’ITRは、配列番号7、5’-ACACTTGG-3’、または配列番号8で表される核酸配列のうち1つ以上を含んでもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記3’ITRは、配列番号13または配列番号14で表される核酸配列のうち1つ以上を含んでもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記5’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクター内の標的DNAが挿入される位置の上部(upstream)に5’から3’方向に含まれたり、前記3’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクター内の標的DNAが挿入される位置の下部(downstream)に5’から3’方向に含まれ得るが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記トランスポゾンベクターは、(前記3’ITRの代わりに)前記3’ITRの核酸配列の逆相補的(reverse complement)配列を有するアンチセンスDNAがトランスポゾンベクター内の標的DNAが挿入される位置の下部に5’から3’方向に含まれ得るが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記3’ITRの逆相補的配列は、配列番号15~17のうちいずれか1つで表される核酸配列を含んでもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記トランスポゾンベクターは、前記5’ITRの下部および3’ITRの上部に1つ以上の標的DNA配列を含んでもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記標的DNA配列は、治療用ポリペプチドコーディング配列、siRNAコーディング配列、miRNAコーディング配列、レポータタンパク質コーディング配列、抗原特異的受容体コーディング配列、組換え抗体コーディング配列またはその断片、中和抗体コーディング配列またはその断片、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、サイトカイン受容体コーディング配列、CAR(Chimeric Antigen Receptor)コーディング配列またはその断片、およびTCR(T-cell receptor)コーディング配列またはその断片からなる群から選択されたいずれか1つ以上であってもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記トランスポゾンベクターは、プロモーター、1つ以上の標的DNA、およびポリAシグナルを含むものであり、前記5’ITR、前記プロモーター、前記標的DNA、前記ポリAシグナル、および前記3’ITRが順次に作動可能に連結されたものであってもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記トランスポゾンベクターは、環状プラスミド、線状化dsDNA(linearlized double stranded DNA),ヘアピンdsDNA(hairpin dsDNA)、またはミニサークルdsDNAであってもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記トランスポゾンベクターは、サイズが1,000~20,000bpであってもよいが、これに限定されない。
また、本発明は、a)標的DNAが挿入された前記トランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子を含む、標的DNA伝達用トランスポゾンシステムを提供する。
本発明の一具現例において、前記トランスポザーゼタンパク質は、配列番号18で表されるアミノ酸配列を含んでもよいが、これに限定されない。
また、本発明は、標的DNA伝達用トランスポゾンシステム、および指示書を含む標的DNA伝達用トランスポゾンキットを提供する。
また、本発明は、a)標的DNAが挿入された前記トランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子が導入された細胞を提供する。
本発明の一具現例において、前記細胞内で前記トランスポザーゼによって前記トランスポゾンベクターから前記標的DNAが切除され、切除された前記標的DNAが前記細胞のゲノム内に挿入されるものであってもよいが、これに限定されない。
本発明の他の具現例において、前記細胞は、T細胞、NK細胞、B細胞、樹状細胞、マクロファージ、および肥満細胞からなる群から選択され得るが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞は、前記トランスポゾンベクターが導入された後、支持細胞(feeder cells)と共培養されたものであってもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記支持細胞は、放射線で照射された細胞であってもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞は、前記トランスポゾンベクターの導入後7日以上前記標的DNAを発現することができるが、これに限定されない。
また、本発明は、a)標的DNAが挿入された前記トランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子を細胞に導入する段階を含む、標的DNA配列を細胞のゲノム内に挿入する方法を提供する。前記方法は、in vitroで行われるものであってもよいが、これに限らない。
本発明の一具現例において、前記導入は、電気穿孔法(electroporation)を通じて行われ得るが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記方法は、前記導入段階後、前記トランスポゾンベクターが挿入された前記細胞を支持細胞と共培養する段階をさらに含んでもよいが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記支持細胞と共培養する段階は、前記導入段階直後に行われ得るが、これに限定されない。
本発明のさらに他の具現例において、前記トランスポゾンベクターは、環状プラスミド、線状化dsDNA(double stranded DNA)、ヘアピンdsDNA、またはミニサークルdsDNAであってもよいが、これに限定されない。
また、本発明は、a)標的DNAが挿入された前記トランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子が導入された免疫細胞を有効成分として含む、がんの予防または治療用薬学的組成物であって、
前記標的DNAは、腫瘍抗原特異的CAR(Chimeric Antigen Receptor)コーディング配列またはその断片、腫瘍ウイルス特異的中和抗体コーディング配列またはその断片、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、および腫瘍抗原特異的TCR(T-cell receptor)コーディング配列またはその断片からなる群から選択された1つ以上であることを特徴とする、がんの予防または治療用薬学的組成物を提供する。
また、本発明は、前記免疫細胞をこれを必要とする個体に投与する段階を含む、がんの予防または治療方法を提供する。
また、本発明は、前記免疫細胞のがんの予防または治療用途を提供する。
また、本発明は、がん治療用薬剤の製造のための前記免疫細胞の用途を提供する。
さらに、本発明は、腫瘍抗原特異的CAR(Chimeric Antigen Receptor)コーディング配列またはその断片、腫瘍ウイルス特異的中和抗体コーディング配列またはその断片、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、および腫瘍抗原特異的TCR(T-cell receptor)コーディング配列またはその断片からなる群から選択された1つ以上が挿入された本発明のトランスポゾンベクターを用いてがん治療用薬剤を製造する方法を提供する。
さらに、本発明は、腫瘍抗原特異的CAR(Chimeric Antigen Receptor)コーディング配列またはその断片、腫瘍ウイルス特異的中和抗体コーディング配列またはその断片、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、および腫瘍抗原特異的TCR(T-cell receptor)コーディング配列またはその断片からなる群から選択された1つ以上が挿入された本発明のトランスポゾンベクターのがん治療用薬剤の製造のための用途を提供する。
本発明の一具現例において、前記腫瘍抗原は、CD19、NY-ESO-1、EGFR、TAG72、IL13Rα2(Interleukin 13 receptor alpha-2 subunit)、CD52、CD33、CD20、TSLPR、CD22、CD30、GD3、CD171、NCAM(Neural cell adhesion molecule)、FBP(Folate binding protein)、Le(Y)(Lewis-Y antigen)、PSCA(Prostate stem cell antigen)、PSMA(Prostate-specific membrane antigen)、CEA(Carcinoembryonic antigen)、HER2(Human epidermal growth factor receptor 2)、Mesothelin、CD44v6(Hyaluronate receptor variant 6)、B7-H3、Glypican-3、ROR1(receptor tyrosine kinase like orphan receptor 1)、Survivin、FOLR1(folate receptor)、WT1(Wilm’s tumor antigen)、VEGFR2(Vascular endothelial growth factor 2)、腫瘍ウイルス抗原、TP53、KRAS、および新抗原(neoantigen)からなる群から選択された1つ以上であってもよいが、これに限定されない。
また、本発明は、a)標的DNAが挿入された請求項1に記載のトランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子を含むトランスポゾンシステムを含む、がんの予防または治療用キットであって、
前記標的DNAは、腫瘍抗原特異的CAR(Chimeric Antigen Receptor)コーディング配列またはその断片、腫瘍ウイルス特異的中和抗体コーディング配列またはその断片、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、および腫瘍抗原特異的TCR(T-cell receptor)コーディング配列またはその断片からなる群から選択された1つ以上であることを特徴とする、がんの予防または治療用キットを提供する。
本発明は、トランスポゾンベクター、これを含むトランスポゾンシステム、トランスポゾンキット、前記トランスポゾンベクターが挿入された細胞、およびこれらの用途に関し、外因性遺伝子をターゲット細胞の染色体内に効果的に伝達し、遺伝子改変細胞を高収率で製作することができることを確認し、完成されたものである。特に、本発明によるトランスポゾンは、TCRまたはCARをコード化する遺伝子を免疫細胞に効果的に伝達することができ、これを通じて、前記TCRまたはCARを発現した細胞は、抗原に対する高い反応性を示すことが確認されたところ、本発明によるトランスポゾンシステムを用いて様々なTCR-T細胞およびCAR-T細胞を製作できることが期待される。特に、従来CAR-T細胞は、CAR製作だけでなく、標的細胞への伝達のために高コストを必要としたが、本発明のトランスポゾンを用いる場合、低コストで高収率のCAR-T細胞を収得することができるので、CAR-T細胞治療剤の生産コストを低減することによって、治療剤の価格を低減することができる。さらに、本発明のトランスポゾンは、腫瘍ウイルス-ターゲット中和抗体のような抗体遺伝子を抗体の大量生産に用いられるHEK293細胞に効果的に伝達できることが確認されたところ、本発明のトランスポゾンを用いて様々な抗体を大量で容易に生産することができる。特に、本発明によるトランスポゾンは、遺伝子伝達媒介体として伝達可能な遺伝子の種類に制限がないので、抗体遺伝子等に加えて、目的に応じて様々な遺伝子を発現するゲノム改変細胞株の開発に積極的に活用されることが期待される。
本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターの模式図を示す図である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターとトランスポザーゼベクターを単独または一緒にT細胞に挿入後、1日、2日、3日および6日後にGFP発現程度を蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図である。 は、本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターとトランスポザーゼベクターを単独または一緒にT細胞に挿入後、1日、2日、3日、6日および7日後のGFP発現程度をFACSで確認した結果を示す図である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターとトランスポザーゼベクターを単独または一緒にT細胞に挿入後、1日、2日、3日、6日および7日後のGFP発現程度を示すグラフである。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターとトランスポザーゼベクターをT細胞に挿入し、7日後にGFPを発現する単一細胞を分離した後、10日間培養した後、当該細胞におけるGFP発現程度を蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターとトランスポザーゼベクターをT細胞に挿入後、Splinkerette PCR方法を用いた染色体内標的DNA挿入(integration)位置を確認した結果を示す図である。 本発明によるトランスポゾン突然変異を製作するためのトランスポゾンoriginal backboneベクターマップである。 本発明による5’ITR突然変異(mutant)および3’ITR突然変異(mutant)を含むトランスポゾンベクターの模式図である。 未処理対照群(Control)、pBatトランスポゾンのみを導入したグループ(pBat Transposon only)、Piggybacトランスポザーゼのみを導入したグループ(pBac)、およびGFPプラスミドを導入したグループ(pEGFP)においてtransfection(electroporation)7日後のGFP発現程度を蛍光顕微鏡で確認した結果である。 B3ISを含むトランスポゾン(図8b)、r3M1 mutantを含むトランスポゾン(図8c)、r3M2 mutantを含むトランスポゾン(図8d)、またはr3M3 mutantを含むトランスポゾン(図8e)を導入したグループにおいてtransfection 7日後のGFP発現程度を蛍光顕微鏡で確認した結果である。 対照群グループにおいてtransfection 7日後のGFP発現細胞の割合をFACS分析を通じて確認した結果である。 B3ISを含むトランスポゾン(図9b)、r3M1 mutantを含むトランスポゾン(図9c)、r3M2 mutantを含むトランスポゾン(図9d)、またはr3M3 mutantを含むトランスポゾン(図9e)を導入したグループにおいてtransfection 7日後のGFP発現細胞の割合をFACS分析を通じて確認した結果である。 対照群グループにおいてtransfection 14日後のGFP発現細胞の割合をFACS分析を通じて確認した結果である。 B3ISを含むトランスポゾン(図10b)、r3M1 mutantを含むトランスポゾン(図10c)、r3M2 mutantを含むトランスポゾン(図10d)、またはr3M3 mutantを含むトランスポゾン(図10e)を導入したグループにおいてtransfection 14日後のGFP発現細胞の割合をFACS分析を通じて確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターを細胞にtransfectionした後の経時的なGFP発現細胞の割合を測定したグラフである。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターがtransfectionされた細胞をtransfection 14日目にsingle cell sortingしたことを示す図である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターがtransfectionされた細胞をsingle cell sortingしてさらに培養した後、transfection 31日目にGFP発現を蛍光顕微鏡で観察した結果である。 pBatおよびpiggyBacトランスポゾンそれぞれのITR配列をalignmentして選別したmutant formを示す図である(図13a、5’ITR突然変異;図13b、3’ITR突然変異)。 未処理対照群(Control)、GFP発現プラスミドが導入されたグループ(pEGFP)、トランスポザーゼなしにpBatトランスポゾンのみが導入されたグループ(pBat Transposon only)、およびトランスポザーゼおよびoriginal pBatトランスポゾンが導入されたグループ(pBat control)においてelectroporation(電気穿孔法)後の7日目にGFP発現程度を蛍光顕微鏡で確認した結果である。 B3ISを含むトランスポゾン(図14b)、3M1 mutantを含むトランスポゾン(図14c)、3M2 mutantを含むトランスポゾン(図14d)、3M3 mutantを含むトランスポゾン(図14e)、または3M4 mutantを含むトランスポゾン(図14f)を導入したグループにおいてelectroporation後の7日目にGFP発現程度を蛍光顕微鏡で確認した結果である。 electroporation 7日後の対照群グループのGFP発現細胞の割合をFACS分析を通じて確認した結果である。 B3ISを含むトランスポゾン(図15b)、3M1 mutantを含むトランスポゾン(図15c)、3M2 mutantを含むトランスポゾン(図15d)、3M3 mutantを含むトランスポゾン(図15e)、または3M4 mutantを含むトランスポゾン(図15f)を導入したグループにおいてtransfection 7日後のGFP発現細胞の割合をFACS分析を通じて確認した結果である。 対照群グループにおいてtransfection 14日後のGFP発現程度を蛍光顕微鏡で確認した結果である。 B3ISを含むトランスポゾン(図16b)、3M1 mutantを含むトランスポゾン(図16c)、3M2 mutantを含むトランスポゾン(図16d)、3M3 mutantを含むトランスポゾン(図16e)、または3M4 mutantを含むトランスポゾン(図16f)を導入したグループにおいてtransfection 14日後のGFP発現程度を蛍光顕微鏡で確認した結果である。 対照群グループにおいてtransfection 14日後のGFP発現細胞の割合をFACS分析を通じて確認した結果である。 B3ISを含むトランスポゾン(図17b)、3M1 mutantを含むトランスポゾン(図17c)、3M2 mutantを含むトランスポゾン(図17d)、3M3 mutantを含むトランスポゾン(図17e)、または3M4 mutantを含むトランスポゾン(図17f)を導入したグループにおいてtransfection 14日後のGFP発現細胞の割合をFACS分析を通じて確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターを細胞にtransfectionした後の経時的なGFP発現細胞の割合(図17g)およびhigh intensity GFPを発現する細胞の割合(図17h)を測定したグラフである。 pEGFP、野生型トランスポゾン(Naive-GFP)、または本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターをトランスポザーゼプラスミドとともにPBMC細胞に電気穿孔法で挿入させた後、1日(図18a)または7日(図18b)後にGFP発現程度を蛍光顕微鏡で確認した結果を示す図である。 対照群グループ(電気穿孔法を行わないPBMC(「No EP」)、未処理対照群(「Control」)、またはpEGFP導入群のうちGFPを発現するCD3T細胞およびCD8T細胞の割合を電気穿孔後の7日目にFACS分析で確認した結果である。 Naive-GFPまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターをトランスポザーゼプラスミドとともに電気穿孔法でPBMCに導入させた後、7日目にGFPを発現するCD3T細胞およびCD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポゾンを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後の7日目にGFPを発現するCD3CD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポゾンを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後の7日目にGFPを発現するCD3CD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後の7日目に1G4 TCRを発現するCD3T細胞およびCD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポゾンを電気穿孔法でPBMCに導入させた後、7日目に1G4 TCRを発現するCD3T細胞およびCD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポゾンを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後の7日目に1G4 TCRを発現するCD3CD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポゾンを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後の7日目に1G4 TCRを発現するCD3CD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループにおいてGFPを発現するCD3T細胞およびCD8T細胞の割合を電気穿孔後14日目にFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポゾンを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後14日目にGFPを発現するCD3T細胞およびCD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポゾンを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後14日目にGFPを発現するCD3CD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポゾンを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後14日目にGFPを発現するCD3CD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて1G4 TCRを発現するCD3T細胞およびCD8T細胞の割合を電気穿孔後14日目にFACS分析で確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポゾンを電気穿孔法でPBMCに導入させた後、14日目に1G4 TCRを発現するCD3T細胞およびCD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後14日目に1G4 TCRを発現するCD3CD8T細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 対照群グループまたは本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入させたグループにおいて電気穿孔後14日目に1G4 TCRを発現するCD3CD8T細胞(CD3CD4T細胞)の割合をFACS分析で確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入し、電気穿孔直後(「直後」で表記)または1日後に(「1日後」で表記)feeder cell(A375)でT細胞を活性化した後、電気穿孔後の7日目にCD3T細胞のうち1G4 TCRを発現するT細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入し、電気穿孔直後または1日後にfeeder cellでT細胞を活性化した後、電気穿孔後10日目にCD3T細胞のうち1G4 TCRを発現するT細胞の割合、CD4細胞、およびCD8細胞の割合、およびmemoryタイプT細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入し、電気穿孔直後または1日後にfeeder cellでT細胞を活性化した後、電気穿孔後14日目にCD3T細胞のうち1G4 TCRを発現するT細胞の割合、CD4細胞、およびCD8細胞の割合、およびmemoryタイプT細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入し、feeder cellでT細胞を活性化した後の経時的な細胞生存率を確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入し、feeder cellでT細胞を活性化した後の経時的なTCR発現CD3T細胞の割合を確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入し、T細胞を活性化した後、CD19 CARを発現する全体T細胞、CD4細胞、およびCD8細胞の割合を確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入し、T細胞を活性化した後、CD19 CARを発現する全体T細胞の割合(図32a)およびCD4細胞とCD8細胞の割合を確認した結果(図32b)である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入し、T細胞を活性化した後、CD19 CARを発現する全体T細胞、CD4細胞、CD8細胞の割合、およびmemoryタイプT細胞の割合を確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でPBMCに導入し、T細胞を活性化した後、electroporation 7日目の細胞生存率(図34a)、CD19 CAR発現CD3T細胞の割合(図34b)、およびmemoryタイプT細胞の割合(図34c)を確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンシステムで製作されたCAR-T細胞のターゲット抗原(CD19)を発現するB細胞株(BJAB)に対する反応性を確認した結果である。 様々な形態(plasmid、linear dsRNA、またはminicircle dsRNA)のトランスポゾンベクター、およびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でJukat細胞に導入した後、electroporation 7日後に蛍光顕微鏡を用いてGFP発現細胞を観察した写真である。 様々な形態のトランスポゾンベクター、およびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でJukat細胞に導入した後、electroporation 7日後にGFP発現細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 様々な形態のトランスポゾンベクター、およびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でJukat細胞に導入した後、electroporation 14日後に蛍光顕微鏡を用いてGFP発現細胞を観察した写真である。 様々な形態のトランスポゾンベクター、およびトランスポザーゼプラスミドを電気穿孔法でJukat細胞に導入した後、electroporation 14日後にGFP発現細胞の割合をFACS分析で確認した結果である。 本発明によるトランスポゾンベクターを導入した後の経時的なGFP発現細胞の割合を測定した結果である。 本発明によるトランスポゾンベクターを導入した後の経時的なhigh intensity GFP発現細胞の割合を測定した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターをHEK293細胞に導入した後の経時的な細胞のGFP発現レベルを蛍光顕微鏡で観察した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターをHEK293細胞に導入した後の経時的な細胞のGFP発現レベルをFACS分析で観察した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターをHEK293細胞に導入した後の経時的なJWW-2 mRNA発現レベルをqPCRで確認した結果である。 本発明の一具現例によるトランスポゾンベクターをHEK293細胞に導入した後の経時的なJWW-2タンパク質発現レベルをELISA分析で確認した結果である。 トランスポゾンベクターのサイズによる遺伝子伝達効率を確認するために、陰性対照群(EP only)、GFPプラスミド処理群(pEGFP)、野生型トランスポゾン処理群(wild type)、B3IS-B5IEトランスポゾン処理群、または小さいサイズのB3IS-B5IEトランスポゾン処理群においてelectroporation 1日後のGFP発現レベルを蛍光顕微鏡で確認した結果である。 トランスポゾンベクターのサイズによる遺伝子伝達効率を確認するために、様々なプラスミドおよびトランスポゾンをJurkat細胞にelectroporationし、1日後にGFP発現レベルをFACS分析で確認した結果である。 様々なプラスミドまたはトランスポゾンをJurkat細胞にelectroporationし、7日後にGFP発現レベルを蛍光顕微鏡で確認した結果である。 様々なプラスミドまたはトランスポゾンをJurkat細胞にelectroporationし、7日後にGFP発現レベルをFACS分析で確認した結果である。 様々なプラスミドまたはトランスポゾンをJurkat細胞にelectroporationし、14日後にGFP発現レベルを蛍光顕微鏡で確認した結果である。 様々なプラスミドまたはトランスポゾンをJurkat細胞にelectroporationし、14日後にGFP発現レベルをFACS分析で確認した結果である。 様々なプラスミドまたはトランスポゾンをJurkat細胞にelectroporationし、経時的なGFP-発現細胞の割合をグループ別に確認した結果である。 様々なプラスミドまたはトランスポゾンをJurkat細胞にelectroporationし、経時的なhigh intensity GFP-発現細胞の割合をグループ別に確認した結果である。
本発明は、トランスポゾンベクター、これを含むトランスポゾンシステム、トランスポゾンキット、前記トランスポゾンベクターが挿入された細胞、およびこれらの用途に関し、外因性遺伝子をターゲット細胞の染色体内に効果的に伝達し、遺伝子改変細胞を高収率で製作することができることを確認し、完成されたものである。
したがって、本発明は、配列番号1で表される核酸配列のうち71個以上の連続した核酸配列を有する5’ITR(5’Inverted terminal repeat);および配列番号2で表される核酸配列のうち66個以上の連続した核酸配列を有する3’ITR(3’Inverted terminal repeat)を含むトランスポゾンベクターを提供する。
本願において使用された用語「トランスポゾン」は、ドナーポリヌクレオチド(例えば、ベクター)から特定の遺伝子を切除することによって、ゲノム内のその位置を変化させ、標的部位(例えば、細胞のゲノムまたは染色体外DNA)に統合させることができるポリヌクレオチドを指す。トランスポゾンは、シス-作用(cis-acting)ヌクレオチド配列が両側面に位置する核酸配列を含むポリヌクレオチドであり、ここで、少なくとも1つのシス-作用ヌクレオチド配列が前記核酸配列の5’に位置し、少なくとも1つのシス-作用ヌクレオチド配列が前記核酸配列の3’に位置する。シス-作用ヌクレオチド配列は、トランスポゾンの各末端に少なくとも1つの逆方向反復(Inverted Repeat;IR)を含むが、これをITR(Inverted Terminal Repeat)と言い、そこへトランスポザーゼが結合する。本願において、トランスポゾン核酸配列の5’末端に位置するITRを5’ITRと称し、トランスポゾン核酸配列の3’末端に位置するITRを3’ITRと称する。
本願において使用された用語「ベクター」は、連結された他の核酸分子を輸送できる核酸分子を指す。具体的には、前記ベクターは、試験管内、生体外または生体内で宿主細胞への塩基の導入および/または転移のための任意の媒介物を意味し、他のDNA断片が結合し、結合した断片の複製をもたらすことができる複製単位(replicon)でありうる。「複製単位」とは、生体内でDNA複製の自己ユニットとして機能する、すなわち、自らの調節によって複製可能な、任意の遺伝単位(例えば、プラスミド、ファージ、コスミド、染色体、ウイルスなど)をいう。前記ベクターは、バクテリア、プラスミド、ファージ、コスミド(cosmid)、エピゾーム、ウイルス、および挿入可能なDNA断片、すなわち同種組換えによって宿主細胞ゲノムに挿入され得る断片を含むが、これに限らない。
本発明によるベクターは、プラスミドDNA、線状DNA、ヘアピンDNA、またはミニサークルDNAであり、二本鎖のDNAからなるものであってもよく、あるいは、組換えウイルス性ベクターであってもよいが、これに限定されない。前記ベクターは、トランスポゾン配列および標的DNAを含み、これをターゲット細胞内に伝達できるものであれば、制限なく使用することができ、当業者は、当業界に一般的に知られている様々なベクターを選択して使用することができる。
本発明の組換えベクターは、好ましくは、RNA重合酵素が結合する転写開始因子であるプロモーター(promoter)、転写を調節するための任意のオペレーター配列、エンハンサー(enhancer)配列、好適なmRNAリボソーム結合部位をコードする配列と転写および翻訳の終結を調節する配列、ターミネーター等を含んでもよいし、より好ましくは、ポリヒスチジンタグ(最小5個以上のヒスチジン残基で構成されたアミノ酸モチーフ)、シグナルペプチド(signal peptide)遺伝子、小胞体残留シグナルペプチド(endoplasmic reticulum retention signal peptide)、クローニングサイト(cloning site)等をさらに含んでもよいし、タグ用遺伝子、形質転換体を選別するための抗生剤耐性遺伝子等の選別用マーカー遺伝子等をさらに含んでもよい。前記組換えベクターにおいて前記各遺伝子のポリヌクレオチド配列は、プロモーターに作動可能に連結される。本明細書において使用される用語「作動可能に連結(operatively linked)」は、プロモーター配列のようなヌクレオチド発現調節配列と他のヌクレオチド配列間の機能的な結合を意味し、これによって前記調節配列は、前記他のヌクレオチド配列の転写および/または翻訳を調節する。
前記組換えベクターは、原核細胞または真核細胞を宿主として構築され得る。例えば、本発明のベクターが発現ベクターであり、原核細胞を宿主とする場合には、転写を進行させることができる強力なプロモーター(例えば、pLλプロモーター、trpプロモーター、lacプロモーター、tacプロモーター、T7プロモーター等)、翻訳の開始のためのリボソーム結合部位および転写/翻訳終結配列を含むことが一般的である。真核細胞を宿主とする場合、ベクターが真核細胞で作動する複製起点は、f1複製起点、SV40複製起点、pMB1複製起点、アデノ複製起点、AAV複製起点およびBBV複製起点等を含んでもよいが、これに限定されるものではない。また、哺乳動物細胞のゲノムに由来したプロモーター(例えば、メタロチオニンプロモーター)または哺乳動物ウイルスに由来したプロモーター(例えば、アデノウイルス後期プロモーター、ワクシニアウイルス7.5Kプロモーター、SV40プロモーター、サイトメガロウイルスプロモーターおよびHSVのtkプロモーター)が使用でき、転写終結配列としてポリアデニル化配列を一般的に有する。また、シグナル配列としてpoly A signal(ポリAシグナル)等を含んでもよいが、これに限定されるものではない。
前記タグ用遺伝子としては、代表的にAviタグ、Calmodulinタグ、polyglutamateタグ、Eタグ、FLAGタグ、HAタグ、Hisタグ(ポリヒスチジンタグ)、Mycタグ、Sタグ、SBPタグ、IgG-Fcタグ、CTBタグ、Softag 1タグ、Softag 3タグ、Strepタグ、TCタグ、V5タグ、VSVタグ、Xpressタグ等が含まれ得る。好ましくは、本発明によるベクターは、mycタグを含んでもよい。
本発明において、前記ベクターは、原核または真核宿主細胞内に外因性核酸(DNAまたはRNA)を導入するのに通常使用される様々な技術を用いて細胞内に伝達され得る。例えば、本発明によるベクターは、リン酸カルシウム共沈(calcium phosphate coprecipitation);電気穿孔法(electroporation);マイクロ流体遺伝子編集(Microfluidics gene editing);ヌクレオフェクション(nucleofection);細胞スキージング(cell squeezing);ソノポレーション(sonoporation);光学形質感染(optical transfection);インペールフェクション(impalefection);遺伝子銃(gene gun);マグネトフェクション(magnetofection);ウイルス形質導入(viral transduction);DEAE-デキストラントランスフェクション;リポフェクション(lipofection);またはデンドリマー、リポソーム、またはカチオン性重合体を介した形質感染によって細胞に挿入され得るが、これに限定されない。
本願において使用された用語「核酸」または「核酸分子」は、DNA(gDNAおよびcDNA)およびRNA分子を包括的に含む意味を有し、核酸において基本構成単位であるヌクレオチドは、自然のヌクレオチドだけでなく、糖または塩基部位が改変された類似体(analogue)も含む。本発明による核酸の配列は改変され得る。前記改変は、ヌクレオチドの追加、欠失、または非保存的置換または保存的置換を含む。本発明による核酸は、前記ヌクレオチド配列に対して実質的な同一性を示すヌクレオチド配列も含む。実質的な同一性は、本発明のヌクレオチド配列と任意の他の配列を最大限対応するようにアラインし、当業界において通常用いられるアルゴリズムを用いてアライン(align)された配列を分析した場合に、最小80%の相同性、より好ましくは、最小90%の相同性、最も好ましくは、最小95%の相同性を示すヌクレオチド配列を意味する。
すなわち、本発明において、特定の配列番号で表される塩基配列からなるポリヌクレオチドは、当該塩基配列にのみ制限されず、前記塩基配列の変異体が本発明の範囲内に含まれる。本発明の特定の配列番号で表される塩基配列からなる核酸分子とは、これを構成する核酸分子の作用性等価物、例えば、核酸分子の一部塩基配列が欠失(deletion)、置換(substitution)または挿入(insertion)により改変されたが、核酸分子と機能的に同じ作用ができる変異体(variants)を含む概念である。具体的には、本発明に開示されたポリヌクレオチドは、特定の配列番号で表される塩基配列とそれぞれ70%以上、より好ましくは、80%以上、さらに好ましくは、90%以上、最も好ましくは、95%以上の配列相同性を有する塩基配列を含んでもよい。例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、100%の配列相同性を有するポリヌクレオチドを含む。ポリヌクレオチドに対する「配列相同性の%」は、2つの最適に配列された配列と比較領域を比較することによって確認され、比較領域におけるポリヌクレオチド配列の一部は、2つの配列の最適配列に対する参考配列(追加または削除を含まない)に比べて追加または削除(すなわち、ギャップ)を含んでもよい。
本願において使用された用語「形質感染効率(transposition efficacy)」は、宿主細胞の集団内に導入されたポリヌクレオチドを含有する細胞の数を指す。一般的に、形質感染効率は、レポータ遺伝子(reporter gene)、例えばGFPをコード化するポリヌクレオチドを標的細胞の集団に形質感染させることによって決定することができる。したがって、形質感染効率は、導入されたポリヌクレオチドによってコード化された遺伝子産物を分析することによって決定することができる。例えば、GFP活性を有する細胞の数の測定による。
本発明によるトランスポゾンベクターは、1つ以上の5’ITRおよび1つ以上の3’ITRを含んでもよい。
本発明によるトランスポゾンベクターは、後述する1つ以上の5’ITRと1つ以上の3’ITRを含むにあたって、
5’ITRの核酸配列は、その5’から3’方向の配列がトランスポゾンベクター(あるいはトランスポゾンコーディングポリヌクレオチド分子)の5’末端内に5’から3’方向に含まれ、および/または3’ITRの核酸配列は、その5’から3’方向の配列がトランスポゾンベクターの3’末端内に5’から3’方向に含まれ得る。換言すれば、5’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクター内の標的DNAが挿入される位置の上部(upstream)に5’から3’方向に含まれたり、および/または3’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクター内の標的DNAが挿入される位置の下部(downstream)に5’から3’方向に含まれ得る。前記ベクターの5’末端または3’末端内に5’から3’方向に含まれるというのは、好ましくは、ポリヌクレオチド分子のsense鎖の5’から3’方向に含まれることを意味する。
本発明による前記5’ITRは、配列番号1で表される157個の核酸配列のうち71個以上の連続した核酸配列を有することを特徴とする。好ましくは、前記71個以上の連続した核酸配列は、配列番号1で表される核酸配列のうち5’から3’方向に71個以上の連続した核酸配列を意味する。ここで、71個以上の核酸配列は、配列番号1で表される全体核酸配列の中から選択され得、例えば、配列番号1で表される核酸配列の5’から3’方向に1番目のヌクレオチド(配列番号1で「T」)から71個以上を選択することができるが、これに限らない。例えば、前記5’ITRは、配列番号1で表される157個の核酸配列のうち70個以上、80個以上、90個以上、100個以上、110個以上、120個以上、130個以上、140個以上、または150個以上の連続した核酸配列を有することができる。また、前記5’ITRは、157個以下、140個以下、130個以下、120個以下、または115個以下である。ここで、71個以上を選択するに際して、1番目のヌクレオチドから順次に選択することができるが、一部のヌクレオチドを欠失、追加または変異して選択することもできる。
本発明による前記5’ITRは、配列番号1で表される157個の核酸配列のうち、71個以下の核酸配列を有することもできるが、33個超過の核酸配列を有しなければならない。例えば、本発明による前記5’ITRは、トランスポゾンベクター内に含まれていて、本発明において目的とするトランスポゾンベクターとして有効な効果を発揮する場合、配列番号1で表される157個の核酸配列のうち34個以上、35個以上、38個以上、40個以上、50個以上または60個以上の核酸配列を有することもでき、71個以上に制限されない。ここで、33個超過を選択するに際して、配列番号1で表される核酸配列の5’から3’方向に1番目のヌクレオチドから順次に選択することができるが、一部のヌクレオチドを欠失、追加または変異して選択することもできる。
例えば、本発明による前記5’ITRは、配列番号7(5’-TTAACACTTGGATTGCGGGAAACGAG-3’)で表される核酸配列を含む。ここで、配列番号7は、配列番号1で表される核酸配列のうち5’末端で1番目~26番目のヌクレオチドに該当する。
例えば、本発明による前記5’ITRは、5’-ACACTTGG-3’で表される核酸配列(8mer)を含む。前記配列は、配列番号1で表される核酸配列のうち5’末端で4番目~11番目のヌクレオチドに該当する。
例えば、本発明による前記5’ITRは、配列番号8(5’-TGCGGGAAACGAGTT-3’)で表される核酸配列(15mer)を含む。ここで、配列番号8は、配列番号1で表される核酸配列のうち5’末端で14番目~28番目のヌクレオチドに該当する。
例えば、本発明による前記5’ITRは、上述した配列番号7、5’-ACACTTGG-3’、または配列番号8で表される核酸配列のうち1つ以上を含む。
本発明の一具現例において、前記5’ITRは、下記からなる群から選ばれたいずれか1つでありうる:
a)配列番号1で表される核酸配列を有する5’ITR;
b)配列番号5で表される核酸配列を有する5’ITR;および
c)配列番号6で表される核酸配列を有する5’ITR。
本発明による前記3’ITRは、配列番号2で表される212個の核酸配列のうち66個以上の核酸配列を有することを特徴とする。ここで、66個以上の核酸配列は、配列番号2で表される全体核酸配列の中から選択され得、例えば、配列番号2(配列番号2で「A」)で表されるsense strand核酸配列の3’から5’方向に1番目のヌクレオチドから66個以上を選択することができるが、これに限らない。例えば、前記3’ITRは、配列番号2で表される212個の核酸配列のうち60個以上、70個以上、80個以上、90個以上、100個以上、110個以上、120個以上、130個以上、140個以上、150個以上、160個以上、170個以上、180個以上、190個以上、200個以上、または210個以上の連続した核酸配列を有することができる。また、前記3’ITRは、212個以下、200個以下、190個以下、180個以下、170個以下、または160個以下である。ここで、66個以上を選択するに際して、1番目のヌクレオチドから順次に選択することができるが、一部のヌクレオチドを欠失、追加または変異して選択することもできる。
本発明による前記3’ITRは、配列番号2で表される212個の核酸配列のうち、66個以下の核酸配列を有することもできるが、37個超過の核酸配列を有しなければならない。例えば、本発明による前記3’ITRは、トランスポゾンベクター内に含まれていて、本発明において目的とするトランスポゾンベクターとして有効な効果を発揮する場合、配列番号2で表される212個の核酸配列のうち40個以上、50個以上または60個以上の核酸配列を有することもでき、66個以上に制限されない。ここで、37個超過を選択するに際して、配列番号2で表されるsense strand核酸配列の3’から5’方向に1番目のヌクレオチドから順次に選択することができるが、一部のヌクレオチドを欠失、追加または変異して選択することもできる。
例えば、本発明による前記3’ITRは、配列番号13(5’-ttggcgggaaattcacccgacaccgtagtg-3’)で表される核酸配列(30mer)を含む。ここで、配列番号13は、配列番号2で表される核酸配列のうち3’末端から5番目~34番目のヌクレオチドに該当する。
例えば、本発明による前記3’ITRは、配列番号14(5’-aactctgattttgcgcgg-3’)で表される核酸配列(18mer)を含む。ここで、配列番号14は、配列番号2で表される核酸配列のうち3’末端から69番目~86番目のヌクレオチドに該当する。
例えば、本発明による前記3’ITRは、配列番号13または配列番号14で表される核酸配列のうち1つ以上を含む。
本発明の一具現例において、前記3’ITRは、下記からなる群から選ばれたいずれか1つでありうる:
a)配列番号2で表される核酸配列を有する3’ITR;
b)配列番号9で表される核酸配列を有する3’ITR;
c)配列番号10で表される核酸配列を有する3’ITR;および
d)配列番号11で表される核酸配列を有する3’ITR。
本発明によるトランスポゾンベクターにおいて、上述した1つ以上の5’ITRと1つ以上の3’ITRの組み合わせを含むにあたって、
前記5’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクターの5’末端内に5’から3’方向に含まれたり、または上述した配列番号で表示した5’ITRの核酸配列の逆相補的(reverse complement)配列を有するアンチセンスDNA(antisense DNA)の5’から3’方向の配列がトランスポゾンベクターの5’末端内に5’から3’方向に含まれることもできる。言い換えれば、前記5’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクター内の標的DNAが挿入される位置の上部(upstream)に5’から3’方向に含まれたり、前記5’ITRの核酸配列の逆相補的配列としてトランスポゾンベクター内の標的DNAが挿入される位置の上部に5’から3’方向に含まれ得る。
また、前記3’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクターの3’末端内に5’から3’方向に含まれたり、または上述した配列番号で表示した3’ITRの逆相補的配列を有するアンチセンスDNAの5’から3’方向の核酸配列がトランスポゾンベクターの3’末端内にsense strandの5’から3’方向に含まれ得る。言い換えれば、前記3’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクター内の標的DNAが挿入される位置の下部(downstream)に5’から3’方向に含まれたり、前記3’ITRの核酸配列の逆相補的配列を有するアンチセンスDNAがトランスポゾンベクター内の標的DNAが挿入される位置の下部に5’から3’方向に含まれ得る。
例えば、配列番号9で表される3’ITRの核酸配列(3M3)は、5’-aacctaaataattgcccgcgccatcttatattttggcgggaaattcacccgacaccgtagtgttaa-3’であり、このような3’ITRは、トランスポゾンベクターのsense鎖の3’末端内に5’から3’方向に、順次に5’-aacctaaataattgcccgcgccatcttatattttggcgggaaattcacccgacaccgtagtgttaa-3’の配列順にトランスポゾンベクターの3’末端内に含まれる。一方、配列番号9で表される3’ITRのantisense strandの5’から3’方向の核酸配列がトランスポゾンベクターのsense鎖の3’末端内に5’から3’方向に含まれる場合、順次に5’-ttaacactacggtgtcgggtgaatttcccgccaaaatataagatggcgcgggcaattatttaggtt-3’の配列順にトランスポゾンベクターの3’末端内に含まれる。一具体例において、このような配列番号9で表される3’ITRの核酸配列のreverse complement配列は、配列番号15で表される(r3M3)。
本発明の一具現例において、前記3’ITRの逆相補的配列は、配列番号15~17のうちいずれか1つで表される核酸配列を含むものであってもよい。
本発明によるトランスポゾンベクターは、上述した1つ以上の5’ITRと1つ以上の3’ITRの組み合わせを含んでもよい。
例えば、配列番号1で表される核酸配列を有する5’ITRと配列番号11で表される核酸配列を有する3’ITRの組み合わせを含んでもよいし、上述した3種の5’ITR(B51E、5M3、および5M4)と7種の3’ITR(B3IS、3M1、3M2、3M3、r3M1、r3M2、およびr3M3)を用いて、合計21種の組み合わせの5’ITRと3’ITRを含むトランスポゾンを得ることができるが、これら21種の組み合わせに限定されない。
本発明の一具現例において、前記トランスポゾンベクターは、前記5’ITR下部(downstream)と3’ITR上部(upstream)の間に1つ以上の標的DNA配列を含むことを特徴とする、トランスポゾンベクターであってもよいが、これに限定されるものではない。
本発明において、「標的DNA」とは、本発明のトランスポゾンを用いて細胞内に伝達しようとする外因性DNA分子を指す。前記標的DNAは、トランスポゾンベクターに挿入され、ターゲット細胞内に導入された後に発現することができるものであれば、十分である。すなわち、前記標的DNAは、特定の種類のDNAに限定されないことが自明であり、当業者は、目的に応じて所望の標的DNAを制限なく選択することができる。
本発明の一具現例において、前記標的DNA配列は、抗生剤耐性タンパク質、治療用ポリペプチド、siRNA、miRNA、レポータタンパク質、サイトカイン、キナーゼ(kinase)、抗原、抗原特異的受容体、サイトカイン受容体、自殺ポリペプチド(suicide polypeptide)、組換え抗体、様々なウイルスまたはその他抗原に対する中和抗体、またはこれらの一部をコード化するものであってもよく、例えば、CAR(Chimeric Antigen Receptor)、TCR(T cell receptor)、またはこれらの一部をコード化するものであってもよいが、これに限らない。
本発明において、前記「治療用ポリペプチド」は、任意の疾患を予防、改善、および/または治療する効果があるポリペプチドまたはペプチドを指し、当業者は、目的に応じて特定の疾患に対して治療効果等を示すポリペプチドを適切に選択することができる。前記疾患は、具体的な種類に制限されないが、一具現例において前記疾患は、がんでありうる。
本発明の一具現例において、前記トランスポゾンベクターは、前記5’ITR下部(downstream)と3’ITR上部(upstream)の間にプロモーターが作動可能に連結されていてもよいが、これに限らない。
例えば、前記トランスポゾンベクターは、前記5’ITR下部(downstream)および標的DNAクローニングサイト上部(upstream)の間にプロモーターがさらに含まれていてもよい。
前記「作動可能に連結」は、核酸発現調節配列(例:プロモーター、シグナル配列、または転写調節因子結合位置のアレイ)と他の核酸配列間の機能的な結合を意味し、これによって前記調節配列は、前記他の核酸配列の転写および/または翻訳を調節する。
前記プロモーターには、例えば、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、ラウス肉腫ウイルス(RSV)プロモーター、lacプロモーター、T7プロモーター、シミアン(simian)ウイルス40(SV40)プロモーター、マウス乳がんウイルス(MMTV)プロモーター、ホスホグリセリン酸キナーゼ(phosphoglycerate kinase)プロモーター、チキンβ-アクチン(CAG)プロモーター、延長因子(elongation factor)1-アルファ(EF1α)プロモーター、ヒトH1プロモーター、およびU6プロモーターが含まれ得るが、これに限らない。
本発明の一具現例において、前記トランスポゾンベクターは、前記5’ITR下部(downstream)および3’ITR上部(upstream)の間にプロモーターの他に、エンハンサー(enhancer)、サイレンサー(silencer)、インシュレーター(insulator)、終結因子、およびポリAシグナルのうち1つ以上さらに作動可能に連結されていてもよいが、これに限らない。
前記エンハンサーには、例えば、CMVエンハンサーが含まれ得るが、これに限らない。
例えば、前記トランスポゾンベクターは、プロモーター、1つ以上の標的DNA、およびポリAシグナルを含み、前記5’ITR、前記プロモーター、前記標的DNA、前記ポリAシグナル、および前記3’ITRが順次に作動可能に連結され得る。
あるいは、前記トランスポゾンベクターは、エンハンサーをさらに含み、前記5’ITR、前記エンハンサー、前記プロモーター、前記標的DNA、前記ポリAシグナル、および前記3’ITRが順次に作動可能に連結されたものであってもよいが、これに限らない。
本発明のトランスポゾンベクターは、二本鎖のDNA分子(ds DNA)であり、具体的な形態に制限されるものではないが、好ましくは、環状プラスミド(plasmid)であってもよく、あるいは、線状化dsDNAやミニサークル(minicircle)DNAであってもよいが、これに限定されるものではない。前記線状化dsDNAは、合成したり環状プラスミドを制限酵素等で切断して収得することができる。前記「ミニサークルDNA」は、原核抗生剤耐性遺伝子および原核複製起点(origin of replication)のような複製に必要な任意のプラスミド/ベクターバックボーン配列(backbone sequence)が典型的に欠如した核酸分子であり、一般的なプラスミドに比べてサイズがさらに小さい環状DNA分子を指す。ミニサークルは、プラスミドの組換え酵素(recombinase)認識部位間の位置特異的分子内組換えによってバクテリアプラスミドから生体内で生成され得、バクテリアプラスミドバックボーンDNAが欠如したミニサークルDNAベクターを生成するが、これに限らない。例えば、ミニサークルDNAは、酵素分解/ライゲーション方法によって製造され得、商業的に利用可能なキット、すなわちミニサークルDNA生産キット(System Bioscience,CA,USA)等を用いて製造され得る。また、本発明によるトランスポゾンは、ヘアピンdsDNA(hairpin dsDNA)でありうる。前記ヘアピン構造は、一本鎖のDNA内で塩基対間の結合が形成された構造であり、一本鎖内の2つの領域が互いに逆相補的であるときに発生する。ヘアピンdsDNA形態のトランスポゾンは、末端が切断された状態でなく、ループ構造を取っているので、線状化dsDNAに比べて安定している。ヘアピンdsDNA形態のトランスポゾンは、環状プラスミドを制限酵素で切断して線状化した後、線状化dsDNA分子の両末端をヘアピン形態(例えば、linear covalently closed(LCC)DNA minivector、minimalistic immunogenic defined gene expression vector(MIDGE)、micro-linear vector(MiLV))で作って製造することができる。プラスミドあるいは線状化プラスミドの両末端をヘアピン形態で製造する方法は、当業界において一般的に知られており、具体的には、[Mol Ther Methods Clin Dev.2020 Jan 16;17:359-368]等の論文を参照することができる。
また、本発明によるトランスポゾンベクターは、サイズが1,000~20,000bpであってもよいが、これに限定されない。本発明者らは、具体的な実施例を通じて本発明によるトランスポゾンベクターの遺伝子伝達機能に優れていることを確認し、特にトランスポゾンベクターのサイズが小さいほど遺伝子伝達効率がさらに高くなることを確認した。したがって、前記トランスポゾンベクターは、サイズが1,000~20,000bp、1,000~15,000bp、1,000~13,000bp、1,000~10,000bp、1,000~9,000bp、1,000~8,000bp、1,000~7,000bp、1,000~6,000bp、1,000~5,000bp、1,000~4,000bp、または1,000~3,000bpであってもよいが、これに限らない。
また、本発明は、a)標的DNAが挿入された本発明のトランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子を含む、標的DNA伝達用トランスポゾンシステムを提供する。
本発明において、「トランスポザーゼ(transposase)」は、トランスポゾンの両末端(特に、逆方向末端反復)を認識して結合した後、当該部分を切断して両末端の間の遺伝子切片(すなわち、標的DNAを含む部位)を染色体内の他の位置に移動および挿入させる酵素を指す。本発明においてトランスポザーゼは、本発明によるトランスポゾンの5’ITRおよび3’ITRに結合および切断し、5’ITRおよび3’ITRの間に存在する標的DNAをターゲット細胞の染色体内に挿入(または統合)させることができれば十分であり、具体的な種類に限定されない。例えば、本発明においてトランスポザーゼは、天然トランスポザーゼはもちろん、人工的に製造された組換えトランスポザーゼも制限なく含む。本発明の一具現例において、前記トランスポザーゼは、pBat transposaseでありうる。
本発明において、前記トランスポザーゼは、タンパク質自体が細胞内に導入され得、あるいは前記トランスポザーゼタンパク質をコード化する配列を含む核酸分子(DNAまたはRNA分子)の形態で細胞内に導入された後、細胞内で発現することができる。
本発明の一具現例において、前記トランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子は、以下の中から選択され得る:
i)配列番号18で表されるアミノ酸配列を含むトランスポザーゼタンパク質;
ii)配列番号19の核酸配列を含むベクター(「トランスポザーゼベクター」あるいは「トランスポザーゼプラスミド」)、および
iii)配列番号20の核酸配列を含むmRNA分子。
すなわち、前記トランスポザーゼベクターは、配列番号19で表される核酸配列を有することができるが、これに限らず、例えば、ThyPLGMH、mycPBase、TPLGMH、またはHAhyPBaseの配列を含むこともできる。
トランスポザーゼベクターは、当業界に一般的に知られている通常の方法により製作され得、例えば、Yaa-Jyuhn James Meir等(A versatile,highly efficient,and potentially safer piggyBac transposon system for mammalian genome manipulations,FASEB、2013:27,4429-4443)に記述された方法によることができるが、これに限らない。
トランスポザーゼベクターは、トランスポザーゼをコード化する核酸配列に作動可能に連結されたプロモーターを含んでもよい。
前記プロモーターは、例えば、サイトメガロウイルスプロモーター(CMV)、ラウス肉腫ウイルスプロモーター(RSV)、シミアンウイルス40(SV40)プロモーター、マウス乳がんウイルス(MMTV)プロモーター、ホスホグリセリン酸キナーゼ(PGK)プロモーター、チキンβ-アクチン(CAG)プロモーター、延長因子1-アルファ(EF1-α)プロモーター、ヒトH1プロモーター、およびU6プロモーターから選択されるが、これに限らない。
なお、特定の配列番号で表されるアミノ酸配列を含むポリペプチドは、当該アミノ酸配列にのみ制限されず、前記アミノ酸配列の変異体が本発明の範囲内に含まれる。本発明の特定の配列番号で表されるアミノ酸配列からなるポリペプチド分子とは、これを構成するポリペプチド分子の作用性等価物、例えば、ポリペプチド分子の一部のアミノ酸配列が欠失(deletion)、置換(substitution)または挿入(insertion)により改変されたが、当該ポリペプチドと機能的に同じ作用ができる変異体(variants)を含む概念である。具体的には、本発明に開示されたポリペプチドは、特定の配列番号で表されるアミノ酸配列とそれぞれ70%以上、より好ましくは、80%以上、より一層好ましくは、90%以上、最も好ましくは、95%以上の配列相同性を有するアミノ酸配列を含んでもよい。例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、100%の配列相同性を有するポリペプチドを含む。ポリペプチドに対する「配列相同性の%」は、2つの最適に配列された配列と比較領域を比較することによって確認され、比較領域におけるポリペプチド配列の一部は、2つの配列の最適配列に対する参考配列(追加または削除を含まない)に比べて追加または削除(すなわち、ギャップ)を含んでもよい。
また、本発明は、前記標的DNA伝達トランスポゾンシステムおよび指示書を含む標的DNA伝達トランスポゾンキットを提供する。
前記指示書には、本願のトランスポゾンシステムをどのように使用するかを伝達または知らせるために使用できるパンフレット、録画(recording)、ダイヤグラム、または他の表現媒体(例えば、CD、VCD、DVD、USB)を含む。前記指示書は、容器に取り付けられてもよく、または本願のトランスポゾンシステムを含む容器とは独立して包装されてもよい。
前記キットには、さらに、本願のトランスポゾンシステムを含むための容器(container)が含まれ得る。
また、前記キットには、さらに、トランスポゾンシステムを安定化し/安定化するか、細胞形質感染を行うための緩衝溶液(buffer solution)をさらに含んでもよい。緩衝溶液は、例えば、リン酸緩衝食塩水(phosphate-buffered saline)、トリス系食塩水(Tris-based saline)、トリス-EDTAバッファー(Tris-EDTA buffer)、4-(2-ヒドロキシエチル)-1-ピペラジンエタンスルホン酸(piperazineethanesulfonic acid)バッファー、または(N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)-2-アミノエタンスルホン酸(BES)バッファーであってもよいが、これに限らない。
また、本発明は、a)標的DNAが挿入されたトランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子が導入された細胞を提供する。
本発明において、前記細胞は、細胞内で前記トランスポザーゼによって前記トランスポゾンベクターから前記標的DNAが切除され、切除された前記標的DNAが前記細胞のゲノム内に統合されたものであってもよい。すなわち、前記標的DNAは、本発明のトランスポゾンおよびトランスポザーゼによってターゲット細胞のゲノム内に挿入され、安定的に発現することができる。細胞のゲノム内に挿入された標的DNAは、前記トランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼが細胞内に導入された後、前記細胞で5日以上、7日以上、10日以上、15日以上、20日以上、または30日以上発現することができるが、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、前記トランスポゾンによって標的DNAがゲノム内に挿入され、遺伝子操作された細胞を提供する。本発明において、「操作」とは、細胞に検出可能な変化を招く細胞の任意の操作を指し、ここで、操作は、細胞に異種/同種(heterologous/homologous)のポリヌクレオチドおよび/またはポリペプチドを挿入することおよび細胞に固有なポリヌクレオチドおよび/またはポリペプチドを突然変異させることを含むが、これに限定されるものではない。
本発明の一具現例において、前記細胞は、T細胞、B細胞、ナチュラルキラー細胞(natural killer cell)、単核球、マクロファージ、好酸球、肥満細胞、好塩球、および顆粒球のような骨髄細胞、および樹状細胞からなる群から選択される1つ以上の免疫細胞であるか;または骨髄、脂肪組織、末梢血液、臍帯血、または歯髄(dental pulp)に由来した幹細胞であってもよいが、これに限らない。また、前記細胞は、昆虫由来細胞、植物由来細胞、魚類由来細胞、または哺乳類由来細胞、特にヒト由来細胞であってもよいが、これに限らない。
本願において使用された用語、「免疫細胞」は、免疫反応で役割をする細胞を総称する。
また、前記細胞は、前記トランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼ(タンパク質または核酸分子)が導入された後、支持細胞(feeder cells)と共培養されたものであってもよい。前記支持細胞は、自分は増殖せず、標的DNAが導入された細胞が増殖することができるように成長因子等を含む細胞外分泌物を提供する補助細胞を指す。前記支持細胞は、具体的な種類に限定されず、当業界に支持細胞の役割をすることが知られた細胞であれば、制限なく適用することができる。非制限的な例示としては、線維芽細胞、ヒト骨髄由来間葉系細胞、ヒト羊膜上皮細胞、脂肪由来間葉系幹細胞、黒色腫細胞(A375細胞)等が挙げられる。好ましくは、前記支持細胞は、前記標的DNAが導入された細胞と共培養される前にあらかじめ放射線が照射されたものであってもよい。
前記支持細胞との共培養は、特に本発明によるトランスポゾンシステムを用いて免疫細胞にCARまたはTCR等を導入するに際して、遺伝子伝達効率を増進させ、前記遺伝子が導入された細胞の増殖および前記遺伝子の発現率を増進させるのに寄与することができる。前記遺伝子が導入された細胞の活性化方法は、支持細胞の共培養に限定されず、ターゲット細胞の種類によって適切な細胞活性化方法が制限なく使用できる。例えば、前記細胞がT細胞である場合、TransactあるいはDynabead等を用いて活性化することができる。
前記支持細胞との共培養は、トランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼがelectroporation等を用いて細胞内に導入された直後に行われることが好ましいが、これに限定されるものではなく、前記導入後1日~10日以内、1日~5日以内、1日~3日以内、1日~2日以内、1日以内、20時間以内、10時間以内、5時間以内、3時間以内、1時間以内、30分以内、あるいは10分以内に行われ得る。
また、本発明は、a)標的DNAが挿入されたトランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子を細胞に導入する段階を含む、標的DNA配列を細胞のゲノム内に挿入する方法を提供する。
また、前記方法は、前記導入段階後、前記トランスポゾンベクターが挿入された前記細胞を支持細胞と共培養する段階をさらに含んでもよい。
本願において使用された用語、「導入」は、細胞または有機体へのポリヌクレオチド(例えば、トランスポゾンベクターまたはトランスポザーゼベクター)の導入(伝達)を指す。 ポリヌクレオチドの核酸は、ネイキッドDNA(naked DNA)またはRNAの形態であるか、様々なタンパク質と結合したり、またはベクターに統合してもよい。本願に使用された用語「導入」は、可能な限り、最も広い意味を伝達し、例えば、形質感染方法(ポリヌクレオチドを物理的および/または化学的処理によって真核細胞に導入させる方法)、形質転換方法(ポリヌクレオチドを物理的および/または化学的処理によって原核細胞に導入させる方法)、ウイルス方法/ウイルス形質導入方法(ポリヌクレオチドをウイルスまたはウイルスベクターによって真核および/または原核細胞に導入させる方法)、接合(conjugation)方法(ポリヌクレオチドを1つの細胞から他の細胞に直接細胞対細胞接触によって、または細胞間の細胞質橋(cytoplasmic bridge)により導入する方法)、および融合方法(同型(homotypic)細胞融合および異型(heterotypic)細胞融合を含む2個の細胞を融合する方法)による導入を含む。好ましくは、前記導入は、電気穿孔法(electroporation)を通じて行われる。
また、本発明は、本発明によるトランスポゾンベクターによって標的DNAがゲノム内に挿入された細胞を有効成分として含む様々な用途の組成物を提供する。この際、前記細胞は、自己由来または同種由来細胞でありうる。
本発明の一具現例において、本発明の細胞を有効成分として含む免疫関連疾患の予防または治療用薬学組成物を提供する。
本願において使用された用語「免疫関連疾患」は、免疫体系が疾患の発症機序(pathogenesis)に関連したり、免疫体系の適切な刺激または抑制が疾患からの治療および/または予防をもたらすことができる疾患および/または状態を指す。本願発明によって治療され得る例示的な免疫関連疾患は、腫瘍、感染性疾患、アレルギー、自己免疫疾患、移植片対宿主病(graft-versus-host disease)、または炎症性疾患を含むが、これに限定されるものではない。
本発明者らは、具体的な実施例を通じて本発明のトランスポゾンを用いて製作したCAR T細胞が抗原に反応して細胞毒性T細胞およびmemory T細胞等に分化することを確認した。したがって、当業者は、本発明のトランスポゾンを用いて適切な抗原特異的CARあるいはTCR遺伝子を免疫細胞内に伝達することによって、免疫機能がさらに活性化した遺伝子操作細胞を製作することができ、これを用いて免疫関連疾患を予防あるいは治療することができる。
例えば、当業者は、本発明によるトランスポゾンに目的抗原をコードする遺伝子を挿入した後、これを免疫細胞に伝達し、当該抗原に対する細胞の免疫機能を増進させることができる。免疫機能を増進させるというのは、例えば、当該抗原に対する抗原提示細胞、ナチュラルキラー細胞、T細胞(特に、細胞毒性T細胞)等の機能を活性化させること、または制御性T細胞、MDSCs(myeloid-derived suppressor cells)、またはM2マクロファージ等の活性を調節することを意味し得るが、これに限定されるものではない。
特に、本発明は、a)標的DNAが挿入されたトランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子が導入された免疫細胞を有効成分として含む、がんの予防または治療用薬学的組成物であって、
前記標的DNAは、腫瘍抗原特異的CARコーディング配列またはその断片、腫瘍ウイルス特異的中和抗体コーディング配列またはその断片、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、および腫瘍抗原特異的TCRコーディング配列または断片からなる群から選択された1つ以上であることを特徴とする、がんの予防または治療用薬学的組成物を提供する。
本発明において、前記免疫細胞は、染色体内に腫瘍抗原特異的CAR、腫瘍抗原特異的TCR、またはこれらの機能性断片が挿入され、細胞表面に腫瘍抗原特異的CARまたはTCRを発現し、したがって、腫瘍抗原に反応することができる。
腫瘍抗原に関する具体的な説明は、上述した通りである。
前記腫瘍ウイルス(oncovirus)は、がんを起こすウイルスを指し、腫瘍ウイルス抗原は、当該腫瘍ウイルスが特異的に生成するタンパク質、外皮ウイルス、毒素等を指す。腫瘍ウイルス抗原は、例えば、Cytomegalovirus(CMV)antigen、Epstein-Barr virus(EBV)antigen、human papilloma virus(HPV)antigen、hepatitis B virus(HBV)antigen、hepatitis C virus(HCV)antigen、Human immunodeficiency virus(HIV)antigen、human herpes virus-8(HHV-8)antigen、およびhuman T-lymphotrophic virus(HTLV-1)antigen等があるが、これに限定されるものではなく、がんを誘発するウイルス特異抗原であれば、制限なく含まれ得る。
前記新抗原(neoantigen)は、がん細胞にのみ特異的に現れる抗原ペプチドを指す。新抗原は、正常細胞では発現せず、がん細胞にのみ発現し、これを吸収した抗原提示細胞の表面に提示されると、T細胞受容体と結合して免疫反応を誘導することができる。新抗原は、共有新抗原(shared neoantigen)および個人特異的新抗原(personalized neoantigen)を全部含む。共有新抗原は、共有発生頻度の高い新抗原であり、2人以上の患者に共通して現れる新抗原を指す。個人特異的新抗原は、特定の患者にのみ特異的に現れる新抗原であり、これを標的として患者特異的オーダーメード治療が可能である。
前記免疫チェックポイント阻害剤(immune checkpoint inhibitor)は、免疫細胞あるいはがん細胞に発現する免疫チェックポイントを阻害できるものであれば、制限なく含まれ得る。すなわち、前記免疫チェックポイントは、免疫チェックポイントをターゲットとする抗体であってもよく、具体的な例としては、抗PD-L1抗体、抗PD-1抗体、抗CTLA-4抗体、抗LAG3抗体、抗TIM3抗体、抗BTLA抗体、抗4-1BB抗体、抗OX40抗体、またはこれらの機能性断片が挙げられる、これに限定されるものではない。
前記免疫細胞は、T細胞、NK細胞、B細胞、樹状細胞、マクロファージ等から選択され得、好ましくは、T細胞でありうる。
本発明において「がん(cancer)」は、固形がんおよび血液がんを全部含む。本発明の一具現例において、前記がんは、乳がん、大腸がん、肺がん、頭頸部がん、小細胞肺がん、胃がん、肝がん、血液がん、骨がん、膵がん、皮膚がん、頭部がん、頸部がん、皮膚黒色腫、眼内黒色腫、子宮がん、卵巣がん、直腸がん、肛門がん、結腸がん、卵管がん、子宮内膜がん、子宮頸がん、膣がん、陰門がん、ホジキン病、食道がん、小腸がん、内分泌腺がん、甲状腺がん、副甲状腺がん、副腎がん、軟部組織肉腫、尿道がん、陰茎がん、前立腺がん、慢性または急性白血病、リンパ球リンパ腫、膀胱がん、腎臓がん、尿管がん、腎細胞がん、腎盂がん、CNS腫瘍、原発性CNSリンパ腫、脊髄腫瘍、脳幹神経膠腫、および下垂体腺腫からなる群から選択された1つ以上であってもよいが、これに限定されない。
本発明において、前記腫瘍抗原特異的CARまたはTCRは、治療しようとするがんに特に過発現したり、当該がんにのみ特異的に発現する共通腫瘍抗原(shared neoantigen)、あるいは当該がんにのみ発生する体細胞突然変異(somatic mutation)により発現する新抗原(neoantigen)に対するCARまたはTCRでありうる。すなわち、前記腫瘍抗原は、がん細胞特異的に発現したり、がん細胞に特に発現が高いものであれば、制限なく含まれ、具体的な種類に限定されるものではないが、CD19、NY-ESO-1、EGFR、TAG72、IL13Rα2(Interleukin 13 receptor alpha-2 subunit)、CD52、CD33、CD20、TSLPR、CD22、CD30、GD3、CD171、NCAM(Neural cell adhesion molecule)、FBP(Folate binding protein)、Le(Y)(Lewis-Y antigen)、PSCA(Prostate stem cell antigen)、PSMA(Prostate-specific membrane antigen)、CEA(Carcinoembryonic antigen)、HER2(Human epidermal growth factor receptor 2)、Mesothelin、CD44v6(Hyaluronate receptor variant 6)、B7-H3、Glypican-3、ROR1(receptor tyrosine kinase like orphan receptor 1)、Survivin、FOLR1(folate receptor)、WT1(Wilm’s tumor antigen)、VEGFR2(Vascular endothelial growth factor 2)、腫瘍ウイルス抗原、TP53、KRAS、および新抗原(neoantigen)等から選択され得る。しかしながら、当業者は、治療しようとするがんの種類によって当業界に一般的に知られている適切な腫瘍抗原を選択して本発明に適用することができる。
本発明の組成物内の前記細胞の含有量は、疾患の症状、症状の進行程度、患者の状態等によって適切に調節可能であり、例えば、全体組成物の重量を基準として0.0001~99.9重量%、または0.001~50重量%であってもよいが、これに限定されるものではない。前記含有量の割合は、溶媒を除去した乾燥量を基準とした値である。
本発明による薬学的組成物は、薬学的組成物の製造に通常使用する適切な担体、賦形剤および希釈剤をさらに含んでもよい。前記賦形剤は、例えば、希釈剤、結合剤、崩解剤、滑沢剤、吸着剤、保湿剤、フィルムコーティング物質、および制御放出添加剤からなる群から選択された1つ以上でありうる。
本発明による薬学的組成物は、それぞれ通常の方法によって散剤、顆粒剤、徐放性顆粒剤、腸溶性顆粒剤、液剤、点眼剤、エリキシル剤、乳剤、懸濁液剤、酒精剤、トローチ剤、芳香水剤、リモナーデ剤、錠剤、徐放性錠剤、腸溶性錠剤、舌下錠、硬質カプセル剤、軟質カプセル剤、徐放性カプセル剤、腸溶性カプセル剤、丸剤、チンキ剤、軟エキス剤、乾燥エキス剤、流動エキス剤、注射剤、カプセル剤、灌流液、硬膏剤、ローション剤、パスタ剤、噴霧剤、吸入剤、パッチ剤、滅菌注射溶液、またはエアロゾルなどの外用剤などの形態に剤形化して使用でき、前記外用剤は、クリーム、ジェル、パッチ、噴霧剤、軟膏剤、硬膏剤、ローション剤、リニメント剤、パスタ剤またはカタプラズマ剤などの剤形を有することができる。
本発明による薬学的組成物に含まれ得る担体、賦形剤および希釈剤としては、ラクトース、デキストロース、スクロース、オリゴ糖、ソルビトール、マンニトール、キシリトール、エリスリトール、マルチトール、デンプン、アカシアガム、アルギネート、ゼラチン、カルシウムホスフェート、カルシウムシリケート、セルロース、メチルセルロース、微晶質セルロース、ポリビニルピロリドン、水、メチルヒドロキシベンゾアート、プロピルヒドロキシベンゾアート、タルク、マグネシウムステアレートおよび鉱物油が挙げられる。
製剤化する場合には、通常使用する充填剤、増量剤、結合剤、湿潤剤、崩解剤、界面活性剤などの希釈剤または賦形剤を使用して調製される。
本発明による錠剤、散剤、顆粒剤、カプセル剤、丸剤、トローチ剤の添加剤としてコーンスターチ、ジャガイモデンプン、小麦デンプン、乳糖、白糖、ブドウ糖、果糖、D-マンニトール、沈降炭酸カルシウム、合成ケイ酸アルミニウム、リン酸一水素カルシウム、硫酸カルシウム、塩化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、精製ラノリン、微結晶セルロース、デキストリン、アルギン酸ナトリウム、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、カオリン、ヨウ素、コロイド状シリカゲル、ヒドロキシプロピルスターチ、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)1928、HPMC2208、HPMC2906、HPMC2910、プロピレングリコール、カゼイン、乳酸カルシウム、プリモジェルなど賦形剤;ゼラチン、アラビアガム、エタノール、寒天粉、酢酸フタル酸セルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースカルシウム、ブドウ糖、精製水、カゼインナトリウム、グリセリン、ステアリン酸、カルボキシメチルセルロースナトリウム、メチルセルロースナトリウム、メチルセルロース、微結晶セルロース、デキストリン、ヒドロキシセルロース、ヒドロキシプロピルスターチ、ヒドロキシメチルセルロース、精製セラック、デンプン糊、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどの結合剤が使用でき、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、コーンスターチ、寒天粉、メチルセルロース、ベントナイト、ヒドロキシプロピルスターチ、カルボキシメチルセルロースナトリウム、アルギン酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロースカルシウム、クエン酸カルシウム、ラウリル硫酸ナトリウム、無水ケイ酸、 L-ヒドロキシプロピルセルロース、デキストラン、イオン交換樹脂、酢酸ポリビニル、ホルムアルデヒド処理カゼインおよびゼラチン、アルギン酸、アミロース、グア―ガム(Guar gum)、重曹、ポリビニルピロリドン、リン酸カルシウム、ゲル化デンプン、アラビアガム、アミロベクチン、ペクチン、ポリリン酸ナトリウム、エチルセルロース、白糖、ケイ酸マグネシウムアルミニウム、D-ソルビトール液、硬質無水ケイ酸など崩解剤;ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸、水素化植物油(Hydrogenated vegetable oil)、タルク、石松子、カオリン、ワセリン、ステアリン酸ナトリウム、カカオ脂、サリチル酸ナトリウム、サリチル酸マグネシウム、ポリエチレングリコール(PEG)4000、PEG 6000、流動パラフィン、水素添加大豆油(Lubri wax)、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸亜鉛、ラウリル硫酸ナトリウム、酸化マグネシウム、マクロゴール(Macrogol)、合成ケイ酸アルミニウム、無水ケイ酸、高級脂肪酸、高級アルコール、シリコーン油、パラフィン油、ポリエチレングリコール脂肪酸エーテル、デンプン、塩化ナトリウム、酢酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、DL-ロイシン、硬質無水ケイ酸などの滑沢剤;が使用できる。
本発明による液剤の添加剤としては、水、希塩酸、希硫酸、クエン酸ナトリウム、モノステアリン酸スクロース類、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル類(ツインエステル)、ポリオキシエチレンモノアルキルエテール類、ラノリンエーテル類、ラノリンエステル類、酢酸、塩酸、アンモニア水、炭酸アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、プロラミン、ポリビニルピロリドン、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウムなどが使用できる。
本発明によるシロップ剤には、白糖の溶液、他の糖類あるいは甘味剤などが使用でき、必要に応じて芳香剤、着色剤、保存剤、安定剤、懸濁化剤、乳化剤、粘稠剤などが使用できる。
本発明による乳剤には、精製水が使用でき、必要に応じて乳化剤、保存剤、安定剤、芳香剤などが使用できる。
本発明による懸濁剤には、アカシア、トラガカンタ、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、微結晶セルロース、アルギン酸ナトリウム、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、HPMC1828、HPMC2906、HPMC2910などの懸濁化剤が使用でき、必要に応じて界面活性剤、保存剤、安定剤、着色剤、芳香剤が使用できる。
本発明による注射剤には、注射用蒸留水、0.9%塩化ナトリウム注射液、リンゲル注射液、デキストロース注射液、デキストロース+塩化ナトリウム注射液、ピイジー(PEG)、乳酸リンゲル注射液、エタノール、プロピレングリコール、非揮発性油-ゴマ油、綿実油、落花生油、ダイズ油、とうもろこし油、オレイン酸エチル、ミリスチン酸イソプロピル、安息香酸ベンゼンのような溶剤;安息香酸ナトリウム、サリチル酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、ヨウ素、ウレタン、モノエチルアセトアミド、ブタゾリジン、プロピレングリコール、ツイン類、ニコチン酸アミド、ヘキサミン、ジメチルアセトアミドのような溶解補助剤;弱酸およびその塩(酢酸と酢酸ナトリウム)、弱塩基およびその塩(アンモニアおよび酢酸アンモニウム)、有機化合物、タンパク質、アルブミン、ペプトン、ガム類のような緩衝剤;塩化ナトリウムのような等張剤;重亜硫酸ナトリウム(NaHSO)二酸化炭素ガス、メタ重亜硫酸ナトリウム(Na)、亜硫酸ナトリウム(NaSO)、窒素ガス(N)、エチレンジアミンテトラ酢酸のような安定剤;ソジウムビサルファイト0.1%、ソジウムホルムアルデヒドスルホキシレート、チオウレア、エチレンジアミンテトラ酢酸ジナトリウム、アセトンソジウムビサルファイトのような硫酸化剤;ベンジルアルコール、クロロブタノール、塩酸プロカイン、ブドウ糖、グルコン酸カルシウムのような無痛化剤;CMCナトリウム、アルギン酸ナトリウム、ツイン80、モノステアリン酸アルミニウムのような懸濁化剤を含んでもよい。
本発明による坐剤には、カカオ脂、ラノリン、ウィテプソル、ポリエチレングリコール、グリセロゼラチン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ステアリン酸とオレイン酸の混合物、スバナル(Subanal)、綿実油、落花生油、ヤシ油、カカオバター+コレステロール、レシチン、ラネットワックス、モノステアリン酸グリセロール、ツインまたはスパン、イムハウゼン(Imhausen)、モノレン(モノステアリン酸プロピレングリコール)、グリセリン、アデプスソリダス(Adeps solidus)、ブチラムテゴ-G(Buytyrum Tego-G)、セベスファーマ16(Cebes Pharma 16)、ヘキサライドベース95、コトマー(Cotomar)、ヒドロコテSP、S-70-XXA、S-70-XX75(S-70-XX95)、ヒドロコテ(Hydrokote)25、ヒドロコテ711、イドロポスタル(Idropostal)、マッサエストラリウム(Massa estrarium、A、AS、B、C、D、E、I、T)、マッサ-MF、マスポール、マスポール-15、ネオスポスタル-N、パラマウント-B、スポシロ(OSI、OSIX、A、B、C、D、H、L)、坐剤基剤IVタイプ(AB、B、A、BC、BBG、E、BGF、C、D、299)、スポスタル(N、Es)、ウェコビー(W、R、S、M、Fs)、テゲスタートリグリセライド基剤(TG-95、MA、57)のような基剤が使用できる。
経口投与のための固形製剤には、錠剤、丸剤、散剤、顆粒剤、カプセル剤などが含まれ、このような固形製剤は、前記抽出物に少なくとも1つ以上の賦形剤、例えば、デンプン、カルシウムカーボネート(calcium carbonate)、スクロース(sucrose)またはラクトース(lactose)、ゼラチンなどを混ぜて調製される。また、単純な賦形剤以外に、マグネシウムステアレート、タルクのような潤滑剤も使用される。
経口投与のための液状製剤としては、懸濁剤、内用液剤、乳剤、シロップ剤などが該当するが、頻用される単純希釈剤である水、リキッドパラフィン以外に様々な賦形剤、例えば湿潤剤、甘味剤、芳香剤、保存剤などが含まれ得る。非経口投与のための製剤には、滅菌水溶液、非水性溶剤、懸濁剤、乳剤、凍結乾燥製剤、坐剤が含まれる。非水性溶剤、懸濁剤としては、プロピレングリコール(propylene glycol)、ポリエチレングリコール、オリーブオイルのような植物油、エチルオレートのような注射可能なエステルなどが使用できる。
本発明による薬学的組成物は、薬学的に有効な量で投与する。本発明において、「薬学的に有効な量」は、医学的治療に適用可能な合理的なベネフィット/リスクの割合で疾患を治療するのに十分な量を意味し、有効用量レベルは、患者疾患の種類、重症度、薬物の活性、薬物感受性、投与時間、投与経路および排出比率、治療期間、同時使用される薬物を含む要素およびその他医学分野によく知られた要素によって決定できる。
本発明による薬学的組成物は、個別治療剤として投与したり他の治療剤と併用して投与でき、従来の治療剤とは順次にまたは同時に投与でき、単一または多重投与できる。上記した要素を全部考慮して副作用なしに最小限の量で最大効果を得ることができる量を投与することが重要であり、これは、本発明の属する技術分野における通常の技術者によって容易に決定できる。
本発明の薬学的組成物は、個体に多様な経路で投与できる。投与のすべての方式は、予想され得るが、例えば、経口服用、皮下注射、腹腔投与、静脈注射、筋肉注射、脊髄の周囲空間(硬膜内)注射、舌下投与、頬粘膜投与、直腸内挿入、膣内挿入、眼球投与、耳投与、鼻腔投与、吸入、口または鼻を通した噴霧、皮膚投与、経皮投与などにより投与できる。
本発明の薬学的組成物は、治療する疾患、投与経路、患者の年齢、性別、体重および疾患の重症度などの様々な関連因子とともに、活性成分である薬物の種類によって決定される。具体的には、本発明による組成物の有効量は、患者の年齢、性別、体重によって変わることができ、一般的には、体重1kg当たり0.001~150mg、好ましくは、0.01~100mgを毎日または隔日投与したり1日に1~3回に分けて投与できる。しかし、投与経路、疾患の重症度、性別、体重、年齢などによって増減できるので、前記投与量がいかなる方法でも本発明の範囲を限定するものではない。
本発明において「個体」とは、疾患の治療を必要とする対象を意味し、より具体的には、ヒトまたは非ヒトである霊長類、マウス(mouse)、ラット(rat)、イヌ、ネコ、ウマ、およびウシなどの哺乳類を意味する。
本発明において「投与」とは、任意の適切な方法で個体に所定の本発明の組成物を提供することを意味する。
本発明において「予防」とは、目的とする疾患の発症を抑制したり遅延させるすべての行為を意味し、「治療」とは、本発明による薬学的組成物の投与により目的とする疾患とそれによる代謝異常症状が好転したり有益に変更されるすべての行為を意味し、「改善」とは、本発明による組成物の投与により目的とする疾患に関連したパラメーター、例えば症状の程度を減少させるすべての行為を意味する。
また、本発明は、a)標的DNAが挿入されたトランスポゾンベクター;および
b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼをコード化する配列を含む核酸分子を含むトランスポゾンシステムを含む、がんの予防または治療用キットであって、
前記標的DNAは、腫瘍抗原特異的CAR(Chimeric Antigen Receptor)コーディング配列またはその断片、腫瘍ウイルス特異的中和抗体コーディング配列またはその断片、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、および腫瘍抗原特異的TCR(T-cell receptor)コーディング配列またはその断片からなる群から選択された1つ以上であることを特徴とする、がんの予防または治療用キットを提供する。
前記キットは、前記標的DNAを発現させるための免疫細胞をさらに含んでもよい。
また、前記キットは、本発明のトランスポゾンベクターまたは前記ベクターが導入された細胞に関する具体的な説明(特徴、製造方法、保管方法、投与方法等)が記載された指示書をさらに含んでもよい。
以下、本発明の理解を助けるために好適な実施例を提示する。しかしながら、下記の実施例は、本発明をより容易に理解するために提供されるものに過ぎず、下記実施例によって本発明の内容が限定されるのではない。
[実験方法]
実施例A.ITR探索および機能の確認
1.Bioinformatics
Transposable element(TE or transposon)の場合、種間の変異が大きいので、Myotis lucifugus 7x assembly(myoLuc2)でRepeatModeler software version 2.0.1を用いてde novo方式でrepeat familyを探索し、モデリングして、コウモリ種の特異的なrepeat libraryを生成した。このように得られたrepeat libraryとRepeatMaskerにあるmammalia library情報を合わせた後、rmblast 2.10.0+検索エンジンと共にRepeatMasker software version 4.1.1を用いてtransposable elementsに対してマスキングをし、マスキングしたDNA transposons配列を確保した。
確保した5’ITRと3’ITRで配列は、下記の通りである。
a.5’ITR_157(配列番号1)
5’-ttaacacttggattgcgggaaacgagttaagtcggctcgcgtgaattgcgcgtactccgcgggagccgtcttaactcggttcatatagatttgcggtggagtgcgggaaacgtgtaaactcgggccgattgtaactgcgtattaccaaatatttgtt-3’
b.3’ITR_212(配列番号2)
5’-aattatttatgtactgaatagataaaaaaatgtctgtgattgaataaattttcattttttacacaagaaaccgaaaatttcatttcaatcgaacccatacttcaaaagatataggcattttaaactaactctgattttgcgcgggaaacctaaataattgcccgcgccatcttatattttggcgggaaattcacccgacaccgtagtgttaa-3’
2.pBat transposonベクター
Bioinformaticsを通じて確保したDNA transposonの5’ITRと3’ITRそれぞれをpCAG-EGFP vector内にクローニングし、5’ITRは、ベクター内chicken beta-actin promoterの前に、かつ3’ITRは、SV40 poly(A)signalの後に位置するように製作した(図1)。
3.遺伝子伝達(Transfection)
T細胞株であるJurkat cellをPBSでwashingした後に、細胞1×10当たりresuspension buffer 90μLで懸濁した。Neon tubeにelectrolytic buffer 3mLを入れ、Neon pipette stationに刺した。細胞にpCAG-EGFP-ITRプラスミドDNAとtransposaseプラスミドDNA(ここで、トランスポザーゼは、配列番号19の核酸配列を有する)を細胞1×10当たりそれぞれ1μgを入れ、総ボリュームを細胞1×10当たり100μLに合わせた。対照群としては、ITRを含まないpEGFPプラスミドDNAを使用した。Neon pipetteで細胞1×10を取って、1,600V、10ms、3pulsesのelectroporationをし、24well plateの400μL培地(RPMI、10% FBS、No P/S)が入っているwellに細胞を入れた。37℃、CO培養器で1日培養し、抗生剤が含まれた培地をwell当たり500μLずつ追加した。Transfection 1日、7日、14日後に細胞におけるGFP発現程度を蛍光顕微鏡とFACSで確認した。
Transposase nucleic acid sequence(配列番号19)
atgtcgcaacactcagattactccgacgatgaattttgtgctgacaaactgtccaattattcatgcgatagcgacctcgaaaacgcttccacgtctgatgaagatagcagcgatgatgaagtaatggtgaggcctcgcaccctccgccgtcgccgcatcagctcttcgagctctgattctgaatccgatattgagggtggccgcgaggagtggtcccacgtagacaatccgccggtgctggaggacttcctaggccaccaaggtctgaacactgacgcagtaatcaacaatatcgaagatgcagttaaactgtttatcggtgacgatttcttcgagtttctggtggaggaatctaaccggtactataaccagaatcgtaataacttcaagctctctaaaaagtctctgaagtggaaggacatcacccctcaggagatgaaaaagttcctcggtctgatcgttctgatgggccaagttcgcaaggatcgtcgtgacgactattggactaccgaaccgtggacggaaactccatactttggcaagaccatgactcgtgaccgtttccgtcagatctggaaggcctggcacttcaataacaacgctgacattgtcaacgagtctgatcgtctgtgtaaggttcgccctgtgctggattacttcgttccaaaattcattaacatttacaaaccacatcagcagctgtccctggatgagggcatcgtgccgtggcgcggccgcctgttcttccgtgtctataatgctggcaagattgtgaagtacggtatcctggttcgcctgctgtgcgaaagcgacactggctacatctgtaacatggagatctactgcggcgagggcaaacgtctcctcgaaactatccagaccgtcgtgtctccatacacggattcctggtatcatatttacatggataactattataacagcgtggctaactgtgaagctctgatgaaaaataagttccgtatttgcggtactatccgtaagaatcgtggaattccgaaagatttccagaccatctccctgaaaaagggtgaaactaagttcattcgcaaaaacgacatcctcctgcaagtctggcagtctaaaaagcctgtatatctgatctcatctattcacagcgctgaaatggaagaatctcagaacattgatcgcacctccaagaaaaagatcgtcaaaccgaatgcattgattgattacaacaagcacatgaagggcgttgatcgtgctgaccagtacctgtcttattactctatcctgcgccgtactgtgaagtggactaaacgtctcgctatgtacatgattaattgtgcgctgttcaattcttacgctgtgtataaaagcgtgcgtcagcgcaaaatgggctttaaaatgttcctgaagcagacggctattcactggctgaccgacgatattccggaagatatggacattgtcccggatctccagccggtaccgagcaccagcggtatgcgtgctaaacctccgactagtgatccgccttgccgtctgtctatggatatgcgtaagcataccctgcaggcaattgtgggctctggcaaaaagaaaaatatcctgcgtcgttgccgcgtatgctctgtacacaaactgcgttctgagactcgttatatgtgtaaattttgcaatattccactccacaagggtgcgtgcttcgagaagtaccatacgctgaagaactat
Transposase mRNA sequence(配列番号20)
augucgcaacacucagauuacuccgacgaugaauuuugugcugacaaacuguccaauuauucaugcgauagcgaccucgaaaacgcuuccacgucugaugaagauagcagcgaugaugaaguaauggugaggccucgcacccuccgccgucgccgcaucagcucuucgagcucugauucugaauccgauauugaggguggccgcgaggaguggucccacguagacaauccgccggugcuggaggacuuccuaggccaccaaggucugaacacugacgcaguaaucaacaauaucgaagaugcaguuaaacuguuuaucggugacgauuucuucgaguuucugguggaggaaucuaaccgguacuauaaccagaaucguaauaacuucaagcucucuaaaaagucucugaaguggaaggacaucaccccucaggagaugaaaaaguuccucggucugaucguucugaugggccaaguucgcaaggaucgucgugacgacuauuggacuaccgaaccguggacggaaacuccauacuuuggcaagaccaugacucgugaccguuuccgucagaucuggaaggccuggcacuucaauaacaacgcugacauugucaacgagucugaucgucuguguaagguucgcccugugcuggauuacuucguuccaaaauucauuaacauuuacaaaccacaucagcagcugucccuggaugagggcaucgugccguggcgcggccgccuguucuuccgugucuauaaugcuggcaagauugugaaguacgguauccugguucgccugcugugcgaaagcgacacuggcuacaucuguaacauggagaucuacugcggcgagggcaaacgucuccucgaaacuauccagaccgucgugucuccauacacggauuccugguaucauauuuacauggauaacuauuauaacagcguggcuaacugugaagcucugaugaaaaauaaguuccguauuugcgguacuauccguaagaaucguggaauuccgaaagauuuccagaccaucucccugaaaaagggugaaacuaaguucauucgcaaaaacgacauccuccugcaagucuggcagucuaaaaagccuguauaucugaucucaucuauucacagcgcugaaauggaagaaucucagaacauugaucgcaccuccaagaaaaagaucgucaaaccgaaugcauugauugauuacaacaagcacaugaagggcguugaucgugcugaccaguaccugucuuauuacucuauccugcgccguacugugaaguggacuaaacgucucgcuauguacaugauuaauugugcgcuguucaauucuuacgcuguguauaaaagcgugcgucagcgcaaaaugggcuuuaaaauguuccugaagcagacggcuauucacuggcugaccgacgauauuccggaagauauggacauugucccggaucuccagccgguaccgagcaccagcgguaugcgugcuaaaccuccgacuagugauccgccuugccgucugucuauggauaugcguaagcauacccugcaggcaauugugggcucuggcaaaaagaaaaauauccugcgucguugccgcguaugcucuguacacaaacugcguucugagacucguuauauguguaaauuuugcaauauuccacuccacaagggugcgugcuucgagaaguaccauacgcugaagaacuau
4.FACS分析
Transfectionされた細胞をwell別に1.5mLチューブに移した。1,500rpmで5分間遠心分離後、上清を除去し、PBS(2%FBS)500μLでwashingした。2回さらにwashingを繰り返した後、PBS(2%FBS、1xDAPI)で細胞を懸濁してFACS tubeに移し、FACS分析をした。生細胞(DAPI negative)のうちGFPを発現する細胞の割合(%)をグループ別に比較した。
5.蛍光顕微鏡の確認
Carl Zeiss蛍光顕微鏡を用いて100倍の倍率でGFPを発現する細胞を観察した。
6.Single cell sorting
Transfection 7日後、GFPを発現する細胞をBD社のFACSAria(アリア)装備を用いてsingle cellにsortingし、96wellプレートに10%FBSが含まれたRPMI培地を添加し、37℃、5%CO培養器で培養した。そして、10日後、細胞内でGFPが発現するかを蛍光顕微鏡で観察し、integration位置を確認するために、Splinkerette PCRを行った。
7.Splinkerette PCR方法を用いた染色体内DNA integration位置の確認
Single cellにsortingされて培養された細胞を回収し、PBSでwashingした。細胞ペレットからgenomic DNA(gDNA)キットを用いてgDNAを抽出し、定量した。100ngのgDNAをSau3AI制限酵素を用いて37℃で1時間digestionした。Single strand DNA 2個(GATCCCACTAGTGTCGACACCAGTCTCTAATTTTTTTTTTCAAAAAAA、CGAAGAGTAACCGTTGCTAGGAGAGACCGTGGCTGAATGAGACTGGTGTCGACACTAGTGG、それぞれ配列番号21および22)をannealingし(95℃で3分間放置した後、常温まで温度を下げる)、Sau3AI adaptorを作った。Sau3AIでdigestionされたgDNA 20ngとannealingされたSau3AI adaptorを16℃で8時間反応させた後、1st PCR(98℃20秒、55℃15秒、72℃2分、29 cycle)と2nd PCR(98℃20秒、55℃15秒、72℃2分、29 cycle)を行った。電気泳動で確認した後、シーケンシングを進めた。
1st PCRプライマー:
5’1st F -CGAAGAGTAACCGTTGCTAGGAGAGACC(配列番号23)、5’1st R-CCCTATAGTGAGTCGTATTACCAA(配列番号24)、3’1st F-CATTACCCTGTTATCCCTAGCTAGCA(配列番号25)、3’1st R-CGAAGAGTAACCGTTGCTAGGAGAGACC(配列番号26)。
2nd PCRプライマー:
5’2nd F-GTGGCTGAATGAGACTGGTGTCGAC(配列番号27)、5’2nd R-GGTCATAGCTGTTTCCTGCT(配列番号28)、3’2nd F-CATTTCAATCGAACCCATACTTCAAAA(配列番号29)、3’2nd R-GTGGCTGAATGAGACTGGTGTCGAC(配列番号30)。
実施例B.ITR mutantの製作および機能の確認
1.細胞およびベクター
後述するように、pBatトランスポゾンmutant formプラスミドを製作して実験に使用し、遺伝子伝達効率を確認するための細胞としてJukat cells(ATCC、Cat no.TIB-152、Lot no.70017560)を使用した。
2.ITR mutant formの製作
ITR mutantの製作のためにoriginalトランスポゾンプラスミドベクターの5’ITRの前にBamHIサイトを挿入し、3’ITRの後にSalIサイトを挿入して、backboneトランスポゾンプラスミドベクター(plasmid vector)を製作した。
5’ITR mutantプラスミドベクターは、backboneトランスポゾンプラスミドベクターをBamHIとEcoRV制限酵素で切って5’ITR mutantを挿入して製作した。
3’ITR mutantプラスミドベクターは、backboneトランスポゾンプラスミドベクターをBmtIとSalI制限酵素で切って3’ITR mutantを挿入して製作した。
3.クローニング
5’ITRと3’ITRのmutantを製作するためにpCAG-GFP-ITRベクターにおいて5’ITRの前にBamHI siteを追加し、3’ITRの後にSalI siteを追加した。5’ITRの場合、transposonベクターとpUC57-5’ITR mutantベクターそれぞれにBamHIとEcoRVを入れ、37℃で2時間、50℃で2時間反応させてdigestionした。3’ITRの場合は、transposonベクターとpUC57-3’ITR mutantベクターそれぞれにBmtIとSalIを入れ、37℃で2時間反応させてdigestionした。Digestion後、gel extractionし、T4 DNA ligaseを用いてligationし、DH5αにtransformationさせて、LB plate(Ampicillinを含む)にspreadingした。形成されたコロニーをLB broth(Ampicillinを含む)に成長させて、mini-prepでplasmidを得、シーケンシングをし、シーケンスを確認した。シーケンスが確認されたmutantベクターは、midi-prepをし、transfectionするDNAを準備した。
4.Neon Transfection(Electroporation)
T細胞株であるJurkat cellをPBSでwashingした後に、細胞1×10当たりresuspension buffer 90μLで懸濁した。Neon tubeにelectrolytic buffer 3mLを入れ、Neon pipette stationに刺した。細胞にmutant DNAとtransposase DNAを細胞1×10当たりそれぞれ1μgを入れ、総ボリュームを細胞1×10当たり100μLに合わせた。Neon pipetteで細胞1×10を取って、1,600V、10ms、3pulsesのelectroporationをし、24well plateの400μL培地(RPMI、10%FBS、No P/S)が入っているwellに細胞を入れた。37℃、CO培養器で1日培養し、抗生剤が含まれた培地をwell当たり500μLずつ追加した。Transfection 1日、7日、14日後に細胞におけるGFP発現程度を蛍光顕微鏡とFACSで確認した。
5.FACS
Transfectionされた細胞をwell別に1.5mLチューブに移した。1,500rpmで5分間遠心分離後、上清を除去し、PBS(2%FBS)500μLでwashingした。2回さらにwashingを繰り返した後、PBS(2%FBS、1xDAPI)で細胞を懸濁してFACS tubeに移し、FACS分析をした。生細胞(DAPI negative)のうちGFPを発現する細胞の割合(%)をグループ別に比較した。
6.蛍光顕微鏡
Carl Zeiss蛍光顕微鏡を用いて100倍の倍率でGFPを発現する細胞を観察した。
7.Single cell sortingおよび培養
Transfection 14日後、GFPを発現するJurkat cellをsingle cell sortingした。各well別に細胞をconical tubeに移し、1,500rpmで5分間遠心分離して上清を除去した後、washing buffer(PBS+2%FBS)で細胞ペレットを懸濁して洗浄し、washing bufferを用いて2回さらに細胞を洗浄した。次に、1xDAPIが含まれているwashing buffer 200μLを各wellに入れて細胞を懸濁し、FACS filter tubeに移した。そして、1xDAPIが入っているwashing buffer 1mLを追加した。96well plateの各wellに完全培地100μLを入れ、well当たりcellを1個ずつsingle cell sortingをした。Sortingしたplateは、37℃およびCO培養器に培養した。3日後に、各wellに完全培地を100μLを追加し、2~3日間隔で完全培地100μLずつ各wellを交替して培養した。96 well plateでcellが成長すると、24 well plateに移し、各wellに完全培地で体積を500μLになるように合わせた。2~3日後に、24 well plateの各wellに完全培地500μLを追加し、2~3日後に、各wellに完全培地1mLを追加し、合計2mLに作った。2~3日間隔で完全培地1mLを交替しながら培養した。
実施例C.ITR mutant(reverse)の製作および機能の確認
1.細胞およびベクター
後述するように、pBatトランスポゾンmutant formプラスミドを製作して実験に使用し、遺伝子伝達効率を確認するための細胞としてJukat cells(ATCC、Cat no.TIB-152、Lot no.70017560)を使用した。
2.ITR mutant formの製作
ITR mutantは、実施例Bと同じ方法で製作した。
3.Transfection、FACS、蛍光顕微鏡分析、およびsingle cell sorting
実施例Bと同様の方法で細胞にmutant DNAとtransposase DNAをTransfection(electroporation)した。Transfectionを行った後、7日および14日が経過したとき、蛍光顕微鏡で細胞のGFP発現程度を観察し、FACS分析を通じて生細胞(DAPI negative)のうちGFP発現細胞の割合を確認した。また、実施例Bと同じ方法でSingle cell sortingおよび培養を行った。
Transfectionグループは、下記表1のように準備した。
実施例D.PBMCに対するpBatトランスポゾンの遺伝子伝達効率の確認
上記の実施例において、Jurkat細胞株におけるpBat transposon(トランスポゾン)システムによる遺伝子伝達効率を確認するときには、Neon装備を用いてelectroporation(電気穿孔法)を行った。しかしながら、Neon装備を用いたelectroporationの場合、primary T細胞では効率が非常に低く、small scaleの細胞数(最大10個)で進行されなければならないという制限点がある。したがって、本実施例では、Maxcyte装備を用いてPBMCにおけるpBat transposonシステムによる遺伝子伝達効率を確認した。このために、GFP遺伝子を含むtransposon(Naive-GFP、3M3-5M3-GFP)と1G4 TCR遺伝子を含むtransposon(B3IS-B5IE-1G4、3M3-5M3-1G4)を用いてmutant form transposonの遺伝子伝達効率を比較した。Transposaseは、プラスミドDNAで発現させた。
1.試験物質
1-1.DNAおよびRNA分子
pBatトランスポゾンプラスミドベクターは、下記の4種を使用し、対照群としては、pEGFP(pBat B3IS-B5IE)を使用した。トランスポザーゼの発現のために、pBat transposaseプラスミドを共に導入させた(配列番号19)。
1-2.細胞
トランスポゾンの遺伝子伝達効率を確認するための対象細胞としては、ヒトから採血して収得した新鮮なPBMCおよびA375細胞(ATCC、Cat no.CRL-1619、Lot no.70032966)を使用した。
2.血液からPBMCの分離
下記過程を通じてヒトから採血して収得した血液からPBMCを収得した:Ficoll-Paqueを4個の50mL conical tubeにそれぞれ15mLずつ分注した後、健常者から収得した全血80mL中30mLを各チューブのFicoll-Paque層上に混ざらないようにゆっくり追加した。次に、1000xg、Break 0条件で15分間遠心分離した。遠心分離を終えたチューブからピペットを用いてPBMC層だけを注意深く吸い取り、新しい50mL cornical tubeに移した。前記チューブにwashing buffer(DPBS+2%FBS)を総体積が50mLになるように充填した後、invertingし、450xgで10分間遠心分離を行った後、上清を除去した。次に、ペレットにwashing buffer 50mLを添加してペレットを再懸濁させた後、450xgで10分間遠心分離後、上清を除去した。さらに、ペレットにwashing buffer 50mLを添加してペレットを再懸濁した後、PBMCの個数および生存率(viability)を確認した。次に、さらに450xgで10分間遠心分離後、上清を除去し、収得した細胞ペレットをPBMCを20mLのRPMI mediaで再懸濁させた後(合計8×10個の細胞)、T75 flaskに移した。その後、実験を進めるまで細胞は常温で保管した。
3.電気穿孔法(Electroporation)
細胞への遺伝子伝達は、電気穿孔法を用いて行われた。まず、ヒト血液から分離したPBMCをcornicalチューブに集めた後、1,500rpmで5分間遠心分離し、上清を除去した後に、50mLのPBSで細胞を懸濁した。懸濁した細胞に対してcell countingを行い、1,500rpmで5分間遠心分離後、上清を除去した。収得した細胞ペレットには、Opti-MEM bufferを添加し、濃度が4×10個/50μLになるように細胞を懸濁させた。次に、1.5mLチューブをelectroporation条件ごとに(表3)準備した。各チューブにトランスポゾンベクターをPBMC 4×10個当たり5μgになるように入れ、4×10個のPBMCをトランスポゾンベクターが入っている各チューブに追加した。次に、前記細胞懸濁液(4×10個/50μL)をOC100X2 assemblyにバブルが生じないように気を付けて入れた。ElectroporationのためにMaxcyte GTxでResting T cell 14-3プロトコルを行った。前記OC100x2 assemblyをGTxに刺してプロトコルを行い、electroporationを進めた。Electroporationが終わった後、OC100x2 assemblyから細胞懸濁液を12wellプレートに移した(4×10個/50μL/well)。Opti-MEM培地50μLでOC100X2wellを洗浄し、プレートの各wellに追加し、37℃およびCO培養器で20分間回復時間を有した。回復時間が終わった後、完全培地(AIM-V+3%HS+200IU/mL IL-2)800μLずつを6well plateの各wellに注意深く追加した後、さらに37℃およびCO培養器に入れ、1日間培養した。
4.Feeder cellの添加
Electroporation 1日後に、50Gy放射線照射されたfeeder cellとしてA375を電気穿孔されたPBMC(electroporated PBMC)に追加した。具体的には、150πディッシュ8個で培養中のA375(p8)細胞の培地を除去した後、5mLのPBSでディッシュを洗浄し、0.05% Trypsin-EDTA 2mLを添加した。37℃およびCO培養器に3分間インキュベートした後、新培地(DMEM+10%FBS+1x P/S)10mLを入れ、ディッシュの底部から離脱した細胞を回収した。次に、細胞懸濁液を1,500rpmで5分間遠心分離後、上清を除去し、新培地(DMEM+10%FBS+1x P/S)30mLで沈殿した細胞を懸濁させた。収得したA375細胞は、9×10個/20mLの濃度で1個のT75フラスコに入れ、50Gyで放射線照射をした。放射線照射されたA375細胞は、新しい50mL conicalチューブに回収し、1,500rpmで5分間遠心分離後、上清を除去した。PBS 50mLで細胞ペレットを懸濁した後、1,500rpmで5分間追加遠心分離し、次に、上清を除去した後、PBS 50mLで細胞ペレットを再懸濁し、cell countingを行った。Cell countingを終えた細胞サンプルは、1,500rpmで5分間遠心分離後、上清を除去し、培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)で2×10個/100μLになるように細胞ペレットを懸濁した。準備したFeeder cell懸濁液は、電気穿孔1日後に培養されたPBMCに100μL(2×10個)ずつ追加し、37℃およびCO培養器で培養した。
5.細胞培養
Electroporation 3日後、培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)1mLを添加した後、37℃およびCO培養器で培養した(1次培地添加)。Electroporation 6日後、培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)2mLを添加した後、37℃およびCO培養器で培養した(2次培地添加)。Electroporation 7日後、培養中の細胞を懸濁させた後、細胞懸濁液2.5mLは、FACS分析のために新しいチューブに移し、残りの1.5mLの細胞懸濁液には、新培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)1.5mLを添加し、37℃およびCO培養器で培養した。Electroporation 10日後、培養中の細胞を懸濁させた後、各wellごとに1.5mLの細胞懸濁液を新しいwellに移し(1:1 split)、培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)1.5mLずつを添加し、37℃およびCO培養器で培養した。Electroporation 14日後、各wellの細胞を新しいチューブに移し、FACS分析を進めた。
6.蛍光顕微鏡を用いたGFP発現の観察
GFP遺伝子を含むpBatトランスポゾンベクターグループは、electroporation 1日、7日後に、蛍光顕微鏡を通じてGFPの発現を観察した。
7.FACS分析
FACS分析は、electroporation 7日および14日後に進め、electroporation 7日後には、蛍光顕微鏡でGFP発現観察後にFACS分析を進めた。具体的には、各well別に細胞を懸濁させた後、16個の1.5mLチューブに移した。各チューブを1,500rpmで5分間遠心分離し、上清を除去した後、washing buffer(PBS+2%FBS)1mLで細胞を懸濁した。遠心分離および上清除去過程を2回さらに行い、細胞を洗浄した。各チューブ当たりhuman TruStain FcX 1μL+washing buffer 30μLずつを添加後、室温で5分間反応させた。抗体を表4のように各tube当たり各1μLずつ追加した後、4℃で30分間反応させた。反応を終えた細胞は、washing bufferで洗浄し、1xDAPIが入っているwashing buffer 200μLで懸濁してFACSチューブに移し、FACS分析を進めた。
実施例E.pBatトランスポゾンシステムを用いたTCR-T製作時のT細胞の活性化時期による遺伝子伝達効率の確認
1.試験物質および細胞
pBatトランスポゾンプラスミドとしてGFP遺伝子を含むpBat transposon 3M3-5M3-GFPおよび1G4 TCR遺伝子を含むpBat transposon 3M3-5M3-1G4 TCRを使用し、トランスポザーゼの発現のためにpBat transposaseプラスミドを共に導入させた。
トランスポゾンの遺伝子伝達効率を確認するための対象細胞としては、ヒトから採血して収得した新鮮なPBMCおよびA375細胞(ATCC、Cat no.CRL-1619、Lot no.70032966)を使用した。A375細胞は、放射線(50Gy)照射後に凍結保管されたものを使用した。実施例Dと同じ方法でヒト全血から新鮮なPBMCを分離した。
2.電気穿孔法(Electroporation)
トランスポゾンおよびトランスポザーゼプラスミドをPBMCに導入するために電気穿孔法を行った。全体的な過程は、実施例Dと同一に進め、サンプル別の具体的なElectroporation条件は、下記表5の通りである。
Maxcyte STxのResting T cell 14-3プロトコルによってElectroporationを行った後、OC100x2 assemblyから細胞懸濁液(5×10個/100μL/well)をT25 flaskに移し、AlyS培地100μLでOC100X2 wellを洗浄し、各T25 flaskに追加した。37℃およびCO培養器で20分間electroporationされた細胞を回復させた後、「3M3-5M3-1G4+DNA(直後)群」を除いたflaskに培地(ALyS+3%HS+200IU/mL IL-2)800μLずつを各T25 flaskに注意深く追加し、37℃およびCO培養器に入れて培養した。
3.Electroporation後のT細胞の活性化
T細胞の活性化方法として1G4 TCRのターゲット抗原であるNY-ESO-1抗原を発現するA375細胞(50Gy放射線が照射されたもの)をfeeder cellに追加し、特異的に1G4 TCR-T細胞を活性化する方法を行った。この際、T細胞の活性化時期をelectroporation直後または1日後に分けて進め、活性化時期による結果を比較した。表6のように「3M3-5M3-1G4+DNA(直後)群」には、electroporation直後、「3M3-5M3-1G4+DNA(直後)群」を除いたすべての群には、electroporation 1日後に50Gy放射線照射されたA375細胞をfeeder cellとしてelectroporated PBMCに追加した。
3-1.「Electroporation直後に放射線照射されたA375細胞」を用いたT細胞活性化および培養
electroporation直後にfeeder cellを添加してT細胞を活性化する3M3-5M3-1G4+DNA(直後)グループは、下記方法でT細胞を活性化し、培養した:
凍結保管中の50Gy放射線照射されたA375バイアル1個を37℃ water bathで解凍させた。50mLチューブにALyS培地を9mLを入れ、解凍したA375細胞懸濁液1mLをゆっくり追加した。前記チューブを常温で1,500rpmで5分間遠心分離し、上清を除去し、細胞ペレットは、10mLのALyS培地で懸濁して細胞計数を進めた後、5×10個のA375細胞を15mLチューブに移し、1,500rpmで5分間遠心分離後、上清を除去した。細胞ペレットは、培地(ALyS+3%HS+200IU/mL IL-2)800μLで懸濁し、前記表6のようにElectroporation後に回復を終えた3M3-5M3-1G4+DNA(直後)群に追加し、37℃およびCO培養器で培養した。1日後、培地(ALyS+3%HS+200IU/mL IL-2)1.5mLを添加し、37℃およびCO培養器で培養した。2日後、培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)5mLを添加した後、37℃およびCO培養器で培養した。3日後、培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)10mLを添加した後、37℃およびCO培養器で培養した。6日後、T25 flaskで培養中の細胞を懸濁させた後、T75 flaskに移し、培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)30mLを添加した後、flaskを37℃およびCO培養器で培養した。8日後、T75 flaskに培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)20mLを添加し、37℃およびCO培養器で培養した。10日後、ピペットを用いてT75 flaskから培地40mLを除去し、培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)を30mL添加した後、37℃およびCO培養器で培養した。
3-2.「Electroporation 1日後に放射線照射されたA375細胞」を用いたT細胞活性化および培養
前記表6においてグループ1、2、4、および5は、下記の方法でT細胞を活性化し、培養した:
Electroporation 1日後、凍結保管中の50Gy放射線照射されたA375バイアル1個を37℃water bathで解凍させた。50mLチューブにALyS培地を9mL入れ、解凍したA375細胞懸濁液1mLをゆっくり追加した。前記チューブを常温で1,500rpmで5分間遠心分離し、上清を除去し、細胞ペレットを10mLのALyS培地で懸濁し、細胞計数を進めた後、5×10個のA375細胞を15mLチューブに移し、1,500rpmで5分間遠心分離した。上清を除去し、細胞ペレットを2×10個/500μLになるように培地(ALyS+3%HS+200IU/mL IL-2)で懸濁した後、表6においてT細胞活性化方法が「放射線照射されたA375細胞」である条件のうち「3M3-5M3-1G4+DNA(直後)群」を除いた群のflaskに追加した。次に、培地(ALyS+3%HS+200IU/mL IL-2)1mLを添加し、37℃およびCO培養器で培養した。3日後、T25 flaskに培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)5mLを添加し、37℃およびCO培養器で培養した。6日後、T25 flaskに培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)5mLを添加し、37℃およびCO培養器で培養した。8日後、「EP only(1日後)放射線照射されたA375細胞群とNo EP群」は、T25 flaskで培養中の細胞を懸濁させた後、T75 flaskに移し、培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)10mLずつ添加し、他の群のflaskには培地5mLを添加した後、37℃およびCO培養器で培養した。10日後、ピペットを用いてflaskから10mLを除去し、新培地(AIM-V+3%HS+1x P/S+200IU/mL IL-2)10mLを添加した後、37℃およびCO培養器で培養した。
4.FACS分析
トランスポゾンシステムによる遺伝子伝達効率を分析するためにFACSを進め、全体的に実施例Dに記述されたFACS方法と同一に行った。
実施例F.pBatトランスポゾンシステムを用いたCAR-Tの製作
1.試験物質および細胞
pBatトランスポゾンプラスミドとしてCD19 CAR遺伝子を含むpBat transposon 3M3-5M3-CD19 CARを使用し、トランスポザーゼの発現のためにpBat transposaseプラスミドを共に導入させた。
トランスポゾンの遺伝子伝達効率を確認するための対象細胞としては、健常者から分離して凍結保管されたLK053 PBMCを使用した。
2.Electroporation後のT細胞の活性化
2-1.PBMCのelectroporationおよび培養
LNに保管中のLK053 PBMC細胞バイアル2個を37℃ water bathで解凍させた後、50mLチューブに培地(AIM-V+3%HS)18mLを入れ、解凍した細胞懸濁液2mLをゆっくり追加した。前記チューブを常温で1,500rpmで5分間遠心分離し、上清を除去し、細胞ペレットを20mLの培地(AIM-V+3%HS)で懸濁し、細胞計数を進めた。3.5×10個のPBMCを常温で1,500rpmで5分間遠心分離した後、上清を除去し、細胞ペレットをPBS 10mLで懸濁した。次に、細胞懸濁液を常温で1,500rpmで5分間遠心分離した後、上清を完全に除去し、細胞ペレットを5×10個/50μLになるようにwarm opti-MEM 350μLで懸濁した。
1.5mLチューブに表7に示した条件別にプラスミドを各5μgずつ添加し、準備したPBMC懸濁液を50μL(5×10個)ずつ追加した。OC100X2 assemblyに6)項の細胞懸濁液をバブルが生じないように気を付けて入れた。Electroporationは、実施例Dと同様に、Maxcyte STxのResting T cell 14-3プロトコルによって行った。Electroporationが終わった後、OC100x2 assemblyから細胞懸濁液を2個のT25 flaskにそれぞれ移し、AIM-V培地50μLでOC100X2wellを洗浄し、各T25 flaskに追加した。37℃およびCO培養器で20分間T25 flaskを底が短いエッジに傾けたまま培養し、細胞回復のための時間を与えた。回復時間が終わった後、完全培地(AIM-V+3%HS+200IU/mL IL-2)900μLずつをT25 flaskに注意深く追加した。37℃およびCO培養器でT25 flaskを底が短いエッジに傾けたまま1日間培養した。
2-2.T細胞活性化および培養
Electroporation 1日後、T25 flaskに完全培地(AIM-V+3%HS+200IU/mL IL-2)を1.5mLずつ追加し、transactを50μLずつ添加した後、37℃およびCO培養器で2日間培養し、T細胞を活性化させた。Electroporation 3日後、T25 flaskに完全培地(AIM-V+3%HS+200IU/mL IL-2)を2.5mLずつ追加し、37℃およびCO培養器でT25 flaskを立てた状態で培養し続けた。Electroporation 6日後、T25 flaskに完全培地(AIM-V+3%HS+200IU/mL IL-2)を3mLずつ追加し、37℃およびCO培養器でT25 flaskを立てた状態で培養し続けた。Electroporation 7日後、細胞を懸濁し、1mLずつFACSチューブに移し、FACS分析を進め、残った細胞は、37℃およびCO培養器でT25 flaskを立てた状態で培養し続けた。
3.FACS分析
トランスポゾンシステムによる遺伝子伝達効率を分析するために、electroporation 7日後にFACSを進め、全体的に実施例Dに記述されたFACS方法と同一に行った。
実施例G.pBatトランスポゾンシステムを用いたCAR-T製作のさらなる検証
1.試験物質および細胞
pBatトランスポゾンプラスミドとしてCD19 CAR遺伝子を含むpBat transposon 3M3-5M3-CD19 CARを使用し、トランスポザーゼの発現のためにpBat transposaseプラスミドを共に導入させた。
トランスポゾンの遺伝子伝達効率を確認するための対象細胞としては、健常者から分離して凍結保管されたLK053 PBMCを使用した。
2.Electroporation後のT細胞の活性化
Electroporationを用いたPBMCへの3M3-5M3-CD19 CARトランスポゾンおよびトランスポザーゼプラスミドの導入およびElectroporation後のT細胞の活性化は、実施例Fに記載されたのと同じ方法で行った。
3.FACS分析
トランスポゾンシステムによる遺伝子伝達効率を分析するために、electroporation 7日後にFACSを進め、全体的に実施例Dに記述されたFACS方法と同一に行った。
実施例H.pBatトランスポゾンシステムで製作されたCAR-T細胞のin vitro効能の確認
1.細胞
実施例FまたはGと同じ方法でpBatトランスポゾンシステムでCD19 CAR遺伝子を導入させて2週間培養したCAR-T細胞(LK053 CAR-T)を使用した。対照群としては、CD19 CAR-T細胞の製作時に同一にelectroporationおよび2週培養を行った細胞(LK053 control)を使用した。
2.T細胞の解凍および安定化(resting)
LNに保管中のLK053 control T細胞およびトランスポゾンシステムで製作されたCD19 CAR-Tバイアル2個ずつを37℃ water bathで解凍させた。50mLチューブ2個に培地(ALyS+3%HS)を18mLずつ入れ、解凍した細胞懸濁液をそれぞれ2mLずつゆっくり追加した。常温で1,500rpmで5分間遠心分離した後、上清を除去し、細胞ペレットを10mLの培地(ALyS+3%HS)で懸濁して細胞計数を進めた。次に、細胞をT75 flaskに移し、1×10個/10mLになるように培地(ALyS+3% serum)を合計50mLで添加した後、37℃およびCO培養器で1日間培養して安定化させた。
3.T細胞およびB細胞株の共培養(co-culture)
CD19発現B細胞株であるBJAB細胞を培養後、15mLチューブに回収し、常温で1,500rpmで5分間遠心分離して上清を除去し、細胞ペレットをALyS培地2mLで懸濁して細胞計数を進めた。さらに細胞懸濁液を常温で1,500rpmで5分間遠心分離し、上清を完全に除去し、1×10個/100μLになるように培地(ALyS+3%HS)で細胞ペレットを懸濁した。懸濁したBJAB細胞を表8の条件によって96wellプレートにwell当たり1×10個ずつ入れた。上記の実施例で安定化させたcontrol T細胞およびCD19 CAR-T細胞をそれぞれ50mLチューブに回収し、常温で1,500rpmで5分間遠心分離して上清を除去し、細胞ペレットを培地(ALyS+3%HS)10mLで懸濁した後、細胞計数を進めた。control T細胞およびCD19 CAR-T細胞をそれぞれ2個ずつの15mLチューブに2×10個と6×10個に分けて入れた。次に、各細胞懸濁液を常温で1,500rpmで5分間遠心分離し、上清を完全に除去した。2×10個の細胞ペレットは、1×10個/100μLになるように培地(ALyS+3%HS)2mLで懸濁し、6×10個の細胞ペレットは、4×10個/100μLになるように培地(ALyS+3%HS)1.5mLで懸濁した。
準備した細胞は、BJAB細胞があらかじめ分注された96wellプレートに表8の条件によってwell当たり100μLずつ追加した。陽性対照群であるPMA/Iono群には、PMA 100 nMとionomycin 1μg/mLを処理し、37℃およびCO培養器で24時間培養した。24時間後、プレートを常温で1,500rpmで5分間遠心分離した。CD19 CAR-T細胞がターゲット細胞と反応時に分泌するIFN-γ量を測定するために、各wellから培養液130μLずつを回収し、新しい96well plateに移し、ホイルで密封し、-80℃に保管した。
4.IFN-γELISA assay
Human IFN-gamma ELISA assayキットのプロトコルにより進めた。上記の実施例で-80℃に保管された培養液を氷でゆっくり解凍させ、Standard IFN-γをnuclease-free water 100μLで溶かして、20,000pg/mLの濃度で準備した。20,000pg/mLのIFN-γをassay diluentで希釈して、1,500、750、375、187.5、93.75、46.875、および23.438pg/mLの濃度のstandard IFN-γをそれぞれ作成した。20x wash bufferを滅菌蒸留水1/20希釈して、1x wash bufferを作成し、IFN-γELISAプレートに200μLずつ入れ、プレートをひっくり返して溶液を除去した(1番目の洗浄)。次に、1x wash bufferを300μL入れ、プレートをひっくり返して溶液を除去した(2番目の洗浄)。前記2つの洗浄過程を2回繰り返して合計4回の洗浄を進めた。最後の溶液の除去時にペーパータオルを用いて溶液を完全に除去した。解凍した培養液は、洗浄を終えたIFN-γELISAプレートに100μLずつ入れた。次に、各濃度のstandard IFN-γを100μLずつ2個のwellに入れた。他の2個のwellには、ALyS培地を100μLずつ入れ、blankを準備した。プレートカバーを付着し、常温で2時間反応させ、反応を終えたプレートは、ひっくり返して培養液を除去し、1x wash bufferを200μL入れた後、プレートをひっくり返して溶液を除去した(1番目の洗浄)。次に、1x wash bufferを300μLを入れ、プレートをひっくり返して溶液を除去した(2番目の洗浄)。洗浄過程を2回繰り返して合計4回の洗浄を進めた。最後の溶液の除去時にペーパータオルを用いて溶液を完全に除去した。洗浄過程中にdetection antibodyをnuclease-free water 300μLで溶かし、assay diluentで1/20希釈して準備した。洗浄したプレートの各wellに希釈したdetection antibodyを100μLずつ分注し、プレートカバーを付着し、常温で2時間反応させた。プレートをひっくり返して培養液を除去し、1x wash bufferを200μL入れた後、プレートをひっくり返して溶液を除去した(1番目の洗浄)。次に、1x wash bufferを300μLを入れ、プレートをひっくり返して溶液を除去した(2番目の洗浄)。洗浄過程を2回繰り返して合計4回の洗浄を進めた。最後の溶液の除去時にペーパータオルを用いて溶液を完全に除去した。洗浄過程中にstreptavidin-HRPをassay diluentで1/20希釈して準備した。洗浄したプレートの各wellに希釈したstreptavidin-HRPを100μLずつ添加した。プレートカバーを付着し、常温で30分間反応させた。反応を終えたプレートは、ひっくり返して培養液を除去し、1x wash bufferを200μLを入れた後、プレートをひっくり返して溶液を除去した(1番目の洗浄)。次に、1x wash bufferを300μLを入れ、プレートをひっくり返して溶液を除去した(2番目の洗浄)。洗浄過程を2回繰り返して合計4回の洗浄を進めた。最後の溶液の除去時にペーパータオルを用いて溶液を完全に除去した。洗浄したプレートの各wellにTMBを100μLずつ入れ、常温で5分間反応させた。Stop solutionを100μLずつ各wellに入れ、反応を中止させた。Multiscan sky装備で450nmの吸光度を測定し、濃度を計算した。
実施例I.pBat transposon伝達形態による遺伝子の伝達効率の確認
1.細胞およびDNA分子
トランスポゾンの遺伝子伝達効率を確認するための対象細胞としては、Jurkat cell(ATCC、Cat No.TIB-152、Lot no.70017560)を使用した。
トランスポゾンシステムの場合、対照群としてpEGFP-C1プラスミドを使用し、トランスポゾン伝達形態による遺伝子伝達効率を確認するために、下記3つのトランスポゾンを使用した:i)Transposon 3M3-5M3-GFPプラスミド(plasmid形態)、ii)Transposon 3M3-5M3-GFP linear dsDNA(線状dsDNA形態)、およびiii)Transposon 3M3-5M3-GFP minicircle dsDNA(minicircle dsDNA形態)。
また、トランスポザーゼの発現のために、pBat transposaseプラスミドを共に導入させた。
2.Neon electroporation
培養中のJurkat細胞を50mLチューブに回収し、常温で1,500rpmで5分間遠心分離した。上清の除去後、細胞ペレットを10mLの培地(RPMI+10%FBS)で懸濁した後、細胞計数を進めた。細胞4×10個を15mLチューブに移し、培地(RPMI+10%FBS)を最終体積が2mLになるように追加した後、常温で1,500rpmで5分間遠心分離した。遠心分離を終えたサンプルから上清を除去し、細胞ペレットをOpti-MEM 5mLで懸濁させた後、さらに常温で1,500rpmで5分間遠心分離した。次に、Neonチューブにelectrolytic bufferを3mLずつ入れ、24wellプレートにwell当たり400μLの培地(RPMI+10%FBS)を入れた。遠心分離を終えたJurkat細胞サンプルから上清を除去し、1×10個/100μLになるように細胞ペレットをOpti-MEMで懸濁した。再懸濁した細胞のうち4.2×10個の細胞を1.5mLチューブに移した。それぞれの1.5mLチューブに表9のように各条件別にDNAあるいはmRNAを細胞1×10個当たり1μgずつ追加した。この際、追加されるDNAあるいはmRNAの総volumeは、electroporation volume(100μL)の10%(10μL)が超えないようにした。
次に、Neon機器にelectrolytc bufferが入っているNeonチューブを装着させ、Neon pipetteおよびNeon tipを用いて準備した細胞懸濁液100μLをゆっくり吸入した後、Neon機器に刺した。1,600V、10ms、および3pulseの条件でelectroporationを進め、electroporationが完了した細胞は、培地(RPMI+10%FBS)があらかじめ分注された24wellプレートにそれぞれ播種し、37℃およびCO培養器で培養した。
Electroporation 1日後、各条件で2個のwell(1日後の観察プレート)は、細胞を回収してFACS分析を進め、残りの2個のwell(7日後の観察プレート)は、各wellに培養培地(RPMI+10%FBS+1x P/S)を1.5mLずつ追加し、37℃およびCO培養器で培養した。
Electroporation 7日後、FACS分析のために各wellの培地をピぺッティングして細胞を浮遊させ、全体2mL中1mLの細胞を回収した。そして、各well当たり残っている1mLの細胞懸濁液に培養培地(RPMI+10%FBS+1x P/S)を1mLずつ追加して入れ、37℃およびCO培養器で培養した。
Electroporation 11日後、各wellの培地をピぺッティングして細胞を浮遊させ、全体2mL中1mLの細胞を新しいwellに移した。すべてのwellに培養培地(RPMI+10%FBS+1x P/S)を1mLずつ追加して入れ、37℃およびCO培養器で培養した。
Electroporation 14日後、各wellの培地をピぺッティングして細胞を浮遊させ、全体2mL中1mLの細胞を回収し、FACS分析を進めた。
3.蛍光顕微鏡を用いたGFP発現の観察
Jurkat細胞で発現するGFP蛍光は、electroporation 1日、7日、14日後に蛍光顕微鏡を用いて観察した。
4.FACS分析
FACS分析は、electroporation後、1、7、および14日目に蛍光顕微鏡でGFP発現を観察して進め、上記の実施例と同じ方法で行った。
実施例J.pBat transposonシステムによる抗体遺伝子の伝達効率の確認
1.細胞およびDNA分子
トランスポゾンの遺伝子伝達効率を確認するための対象細胞としては、HEK293細胞株(韓国細胞株銀行、Cat no.KCLB21573 T、Lot no.46269)を使用した。
トランスポゾンシステムの抗体遺伝子伝達効率を確認するために、代表例としてJWW-2抗体を使用した(JWW-2 human chimeric monoclonal antibody;Addgene、Cat no.66749)。
また、トランスポゾンシステムは、対照群としてpEGFP-C1プラスミドを使用し、トランスポゾンシステム別の遺伝子伝達効率を確認するために、JWW抗体遺伝子が挿入されたTransposon B3IS-B5IE-JWW-2、Transposon 3M3-5M3-JWW-2、Transposon 3M3-5M4-JWW-2、Transposon B3IS-B5IE-GFP、およびTransposon 3M3-5M3-GFPを使用した。
また、トランスポザーゼの発現のために、pBat transposaseプラスミドを共に導入させた。
2.Neon electroporation
HEK293細胞を3日間培養した100πプレートから培地を除去した後、PBSを4mL追加してプレートを洗浄し、除去した。次に、Trypsin-EDTAを1mL追加し、37℃およびCO培養器で2分間反応させた。培養を終えた細胞は、培養培地(DMEM+10%FBS、1x P/S)を用いて15mLチューブに回収し、常温で1,500rpmで5分間遠心分離し、上清を除去した後、PBS 5mLで細胞を懸濁し、細胞計数を進めた。さらに、常温で1,500rpmで5分間遠心分離し、上清を除去し、resuspension bufferで4×10個/90μLとなるように細胞を懸濁した。1.5mLチューブ1個には、細胞26×10個、6個には、細胞18×10個ずつ移した。6 well plateにwell当たり900μL培地(DMEM+10%FBS)を入れ、Neonチューブには、electrolytic bufferを3mLずつ分注した。次に、上記で準備したチューブに各条件別に細胞4×10個当たり1μgずつ下記の表のように追加した。
全体volumeをresuspension bufferで4×10個当たり100μLに合わせ、Neon機器にelectrolytic bufferが入っているNeonチューブを装着した。Neon pipetteとNeon tipを用いて上記で準備した細胞懸濁液100μLをゆっくり吸い上げた後、Neon機器に刺した。1,300V、20ms、および3pulseの条件でelectroporationを進めた後、完了したHEK293細胞は、transfection培地が入っている6well plateにそれぞれ分注し、37℃およびCO培養器で培養した。
Electroporation 1日後、各グループから2wellずつ細胞を回収し、GFPを含むグループは、GFPを測定するためにFACS分析を実施し、JWW-2を含むグループは、抗体発現を確認するために、total RNAを抽出した。細胞の一部が回収されたすべてのwellには、培養培地(DMEM+10%FBS、1x P/S)を1mLずつ追加し、37℃およびCO培養器で培養した。Electroporation 3日後、各wellから培養培地を1mLずつ回収して発現した抗体を測定するためにdeep freezerに保管し、細胞は、1個のwellから2個のwellに継代して37℃およびCO培養器で培養した(グループ別に2個のwellsから4個のwellsに継代)。Electroporation 7日後、各グループからwell 2個ずつの細胞を回収し、GFPを含むグループは、FACSでGFP発現を分析し、JWW-2を含むグループは、total RNAを抽出した。残りのwellの細胞は、1個のwellから2個のwellに継代して37℃およびCO培養器で培養した(グループ別に2個のwellsから4個のwellsに継代)。Electroporation 10日後、15)の各wellから培養培地を回収し、deep freezerに保管した。
3.蛍光顕微鏡を用いたGFP発現観察およびFACS分析
Jurkat細胞に発現するGFP蛍光は、electroporation 1日、7日、10日後に蛍光顕微鏡を用いて観察した。蛍光顕微鏡を用いたタンパク質観察およびFACS分析は、上記の実施例と同じ方法で行った。
4.Real time PCR分析
Electroporation 1日および7日後、回収したHEK293細胞からRneasy kitを用いてtotal RNAをマニュアルの通り抽出した。cDNA合成キットを用いて各premixチューブ当たり1.0μgのtotal RNAを入れ、マニュアルの通りcDNAを合成した。下記のようにqPCRのためのmixtureを製造した。
Real time PCR用96-well plateの各wellに3)のmixtureを入れた。qPCR装備にplateを入れ、下記と同じ条件でqPCRを進め、完了後、melting analysisを進めた。
5.ELISA assay
electroporation 3日後および10日後に回収し、凍結保管した培地を氷でゆっくり溶かし、4℃で1,600rpmで5分間遠心分離した。上清を注意深く取って、新しい1.5mLチューブに移した。IgG1標準品バイアルに600μLの1X assay diluentを添加して300ng/mL standardを作成し、下記のように1X assay diluentで希釈し、濃度別に準備した。
各濃度のstandardとsampleを100μLずつELISAプレートにduplicateに入れた。2時間30分間常温で弱く振りながら反応させた。溶液を除去し、1X wash solutionを300μLずつ各wellに入れ、洗浄した後、除去した。前記過程を3回さらに行い、合計4回洗浄した。次に、1X biotinylated IgG1 detection antibodyを100μLずつ各wellに入れた。1時間常温で弱く振りながら反応させ、次に、前述の洗浄過程を合計4回行った。洗浄を終えたサンプルの各ウェルには、1X HRP-Streptavidin solutionを100μLずつ添加し、45分間常温で弱く振りながら反応させた。4回の洗浄過程後、TMB one-step substrate reagentを各wellに100μLずつ入れた。30分間常温で弱く振りながら反応させた後、Stop solutionを50μLずつ各wellに追加した。450nmで吸光度を測定し、JWW-2抗体の濃度を分析した。
実施例K.pBat transposonのベクターサイズによる遺伝子伝達効率の確認
1.細胞およびDNA分子
トランスポゾンの遺伝子伝達効率を確認するための対象細胞としては、Jurkat(ATCC、Cat No.TIB-152、Lot no.70017560)を使用した。
トランスポゾンのベクターサイズによる遺伝子伝達効率を確認するために、Transposon wild-type(野生型)、Transposon B3IS-B5IE(7,562bp)、およびTransposon EF1α-B3IS-B5IE-EGFP-KanR(4,149bp)を使用し、対照群としてpEGFP-C1プラスミドを使用した。
また、トランスポザーゼの発現のために、pBat transposaseプラスミドを共に導入させた。
2.Neon electroporation
Jurkat細胞にトランスポゾンベクターを導入させるために、実施例B等と同じ方法でNeon electroporationを行った。実験条件は、下記の表と同じである。
3.蛍光顕微鏡観察およびFACS分析
トランスポゾン別の遺伝子伝達効率を確認するために、上記の実施例と同じ方法で蛍光顕微鏡観察およびFACS分析を行った。
[実験結果]
実験例A.ITR探索および機能の確認
1.蛍光顕微鏡観察(図2a~図2d)
配列番号1と配列番号2を含むIntactトランスポゾンとトランスポザーゼを単独または一緒にT細胞にtransfection(electroporation)後、1、2、3、6日目に蛍光顕微鏡でGFP発現を確認した。その結果、3日目までは、ITRを含まないGFP controlでも発現することから見て、transientに発現することが判断された。しかしながら、6日目には、GFP controlでは、GFPを発現する細胞は観察されなかったが、transposonとtransposaseが一緒にco-transfectionされた細胞では、GFPが弱く発現することを確認し、これにより、ITRを通じて細胞の染色体内にintegrationされたことが分かった。
2.FACS分析(図3a~図3e)
蛍光顕微鏡で観察された細胞をFACSでGFP発現割合を確認した。その結果、蛍光顕微鏡観察結果と同様に、7日目にITRを含まないGFP controlでは、GFPがほとんど発現しなかったが、transposonとtransposaseが一緒にco-transfectionされた細胞では、GFPが発現することを確認した。
Transfection 3日後までは、程度の差はあったが、pCAG-EGFP-ITR transposonだけでなく、ITRを含まないGFP controlでもGFPが発現することから見て、transientに発現することが判断された。しかしながら、6日後の場合、ITRを含まないGFP controlでは、GFPがほとんど発現せず、pCAG-EGFP-ITR transposonとtransposaseを一緒にco-transfectionした細胞だけでGFPが発現することから見て、染色体内にintegrationされたことが分かった。
3.GFP positive cell sortingおよびGFP発現の確認(図5)
pCAG-EGFP-ITR transposonおよびtransposaseを一緒にco-transfectionした後、7日目にGFPを発現する細胞を分離(sorting)し、分離した細胞を10日間さらに培養した後、蛍光顕微鏡でGFP発現を確認した。その結果、pCAG-EGFP-ITR transposonおよびtransposaseを一緒にco-transfectionした細胞で持続的にGFPが発現することを確認し、染色体内にintegrationによってstableにGFPを発現することが分かった。
4.Splinkerette PCR方法を用いた染色体内DNA integration位置の確認(図6a~図6d)
Sorting後、GFPを発現する細胞において実際ITRによって染色体内に挿入されたかを確認するために、3個のcloneに対してsplinkerette PCRを用いて分析した。PCR結果、single bandのみが確認され、このsingle bandのPCR productをsequencingして分析した結果、それぞれ染色体(chromosome)2、12、および14番に挿入されたことを確認した。
実験例B.ITR mutantの製作および機能の確認
上記の実験例を通じて本発明者らが発掘したトランスポゾンが対象細胞の染色体内に遺伝子を伝達および挿入させることができることを確認した。これより、本実験例では、前記トランスポゾンの3’ITRおよび5’ITR領域に対するdeletion mutantを製作し、各mutant formの遺伝子伝達効率を比較することによって、機能がさらに改善された突然変異トランスポゾンを製作しようとした。
1.ITRに対するmutant formの製作
本発明によるトランスポゾン突然変異を製作するためのoriginal transposon backboneベクターマップは、図7aに示した。また、pBat transposonの5’ITRおよび3’ITRを改変して得られるtransposon mutantベクターの種類を図7bに全体的に示した(3’ITR mutant(reverse)をも含む)。
本実験例では、pBatのITR配列をpiggyBacのITR配列とalignmentしてmutant formを選定し、この際、IR/TRの位置は、知られたpiggyBac ITR配列を基に予測した。Mutant形態は、ITとTR配列が含まれたり含まれないように、そして、piggyBacとalignmentされない位置を選定してデザインした(図13aおよび図13b)。
5’ITR(157bp)のうち5’末端から13bp、33bp、71bp、または110bpの配列を有する4個のmutantをデザインし、3’ITR(212bp)のうち37bp、66bp、91bp、または151bpの配列を有する4個のmutantをデザインした。
各mutantの配列は、下記の通りである。後述するように、3’ITR mutantの場合、偶然にプラスミドの製作時にsense鎖のreverse complement配列を有するantisense鎖が導入されたmutantが製作されたので、これらのantisense鎖の配列を共に記載した(下記の表11で「reverse」で表記された配列)。
上述した5’ITRと3’ITRをそれぞれ組み合わせて合計16種のpBatトランスポゾンmutant formに対するプラスミドを表12のように製作しようとした。各Mutant遺伝子は、Genscript社に合成を依頼して製作した。この際、トランスポゾンoriginalプラスミドにmutant遺伝子をクローニングするために、トランスポゾンベクターにおいて5’ITRの前にBamHI enzyme siteを挿入し、3’ITRの後にSalI enzyme siteを挿入した。そして、5’ITR mutantは、両側にBamHIおよびBspQI enzyme siteを入れて製作し、3’ITR mutantは、BmtIとSalI enzyme siteを入れて製作した。
ただし、3’ITR mutantの場合、配列番号3M1、3M2および3M3のsense配列でクローニングされなければならないが、3’ITRのantisense strand配列(すなわち、reverse complement配列)の5’から3’方向がトランスポゾンのsense strandの5’方向から3’方向にクローニングされ、3’ITRの5’末端に5’-ttaa-3’配列から始まるプラスミドで製作された。また、5M1 mutant formの場合、DNAサイズが小さくて、クローニングされなかった。したがって、5M1 mutantを含むプラスミドは進行せず、3’ITR mutantは、逆に配列を含むプラスミドに進行され、名称に「r」で表示した。
2.Transfection 7日後、Jurkat cellにおけるGFP発現観察
Transfection 7日後、Jurkat cellにおけるGFP発現を蛍光顕微鏡を用いて観察し、FACSで分析した。図8aに示されたように、プラスミドなしにelectroporationだけを行った陰性対照群では、GFP発現が観察されず、GFPを含むプラスミド(pEGFP)をelectroporationした陽性対照群では、非常に弱くGFP発現されることを確認した。TransposaseなしにpBatトランスポゾンのみをtransfectionした群でも、GFP発現が非常に低く、piggyBacトランスポゾンなしにtransposaseのみをtransfectionした群(pBac)では、GFP発現が観察されなかった。一方、図8b~図8eに示されたように、5M4 mutant formを含むすべてのグループにおいて高レベルのGFP発現が確認され、残りのトランスポゾンmutant form(逆に)でも、GFP発現が観察された。
また、transfection 7日後、GFPを発現するJurkat cellの割合を確認するために、FACS分析を行った。分析方法は、図9aのように、singlets→cells→live cells→GFP cellsの順にgatingして分析した。そして、Live cellにおけるGFP cellの割合は、histogramで分析した。分析結果、transfection 7日後、pEGFP群およびpBatトランスポゾンのみをtransfectionした群では、GFP発現細胞の割合がそれぞれ0.5%と1.6%に過ぎず、pBac群のGFP発現細胞の割合は0%であったところ、GFPを発現するstable cellが殆どないことを確認することができた(図9aおよび表13)。一方、本発明によるpBat mutantトランスポゾンを導入したグループでは、transfection後、7日が経過した後にも、GFP発現細胞が存在することを確認した(図9b~図9e)。
3.Transfection 14日後、Jurkat cellにおけるGFP発現観察
Transfection 14日後、GFPを発現するJurkat cellの割合を確認するために、FACS分析を行った。分析結果、transfection 14日後、pEGFP群およびpBatトランスポゾンのみをtransfectionした群では、GFPを発現する細胞の割合がそれぞれ0.4%および0.8%であり、pBac群のGFP陽性細胞の割合は、0%であり、GFPを発現する細胞が殆どないことが明らかにされた(図10a)。一方、本発明によるpBat mutantトランスポゾンを導入したグループでは、transfection後、14日が経過した後にも、GFP発現細胞が存在することを確認した(図10b~図10e)。
前記結果を総合して、Transfection後、時間経過によるグループ別のGFP発現細胞の割合を確認した結果は、表13および図11に示した。
4.Single cell sortingおよび培養後のGFP発現の確認
Transfection 14日後、r3M1-B5IE、r3M1-5M3、r3M1-5M4、r3M3-B5IE、およびr3M3-M4処理群においてGFPを発現するJurkat cellをそれぞれ96 well plateに移した後、single cell sortingした(図12a)。次に、single cellにsortingされた細胞を14日間さらに培養した後、GFP発現を観察した。その結果、r3M1-B5IE群の細胞は、トランスポゾンのtransfection後、31日が経過した後にも、GFPを安定的に発現することを確認した(図12b)。
本実験例では、実験例Aを通じて発掘したトランスポゾンを基に染色体内挿入効率および遺伝子発現効率に優れたトランスポゾンベクターを製作した。このために、トランスポゾンの5’ITRおよび3’ITRをそれぞれ改変し、4種の5’ITR mutantおよび4種の3’ITR mutantを製作した。ただし、3’ITR mutantの場合、sense strandでなく、3’ITRのantisense strand配列の5’から3’方向がトランスポゾンのsense strandの5’方向から3’方向にクローニングされ、3’ITRの5’末端に5’-ttaa-3’配列から始まるプラスミドで製作された(名称に「r」で表記する)。5’ITR mutantおよび3’ITR mutantを組み合わせて合計16種のトランスポゾンベクターを製作し、これらの遺伝子伝達効率を評価した。
実験結果に示されたように、トランスポゾンベクターをtransfectionした後、7日目以降からは、対照群においてGFP発現はほとんど確認されなかった。一方、本発明によるトランスポゾン突然変異およびトランスポザーゼが導入された細胞は、GFP遺伝子がJurkat cellの染色体内に挿入され、GFPが安定的に発現することが確認され、特に、5M4を含むトランスポゾンベクターが導入された細胞は、相対的に高いGFP発現が確認された。
また、本発明によるトランスポゾンベクターが導入された細胞は、transfection後、14日が経過した後にも、GFP発現を維持し、特に、3’ITR配列が逆に含まれたベクターでtransfectionされた細胞においても、GFPが安定的に発現することを確認した。
前記結果は、本発明によるトランスポゾンベクターが細胞の染色体内にターゲット遺伝子を導入させて、安定した発現を誘導できることを示す。
実験例C.ITR mutantの製作および機能の確認
本実験例では、実験例Bと同様に、本発明者らが発掘したトランスポゾンの突然変異体を製作し、染色体内挿入効率および遺伝子発現効率がさらに増進された突然変異(mutant)を製作した。特に、本実験例では、実験例Bとは異なって、3’ITR mutantをsense鎖配列でクローニングし、突然別がベクターを製作した。
1.ITRに対するmutant formの製作
Mutant formは、全体的に実験例Bと同じ方式でデザインした(図13aおよび図13b)。pBatおよびpiggyBacそれぞれのITR配列のalignment分析結果を基に4種の5’ITR突然変異および4種類の3’ITR突然変異を製作した。
4種の5’ITR突然変異の各配列は、前記表10に示したのと同一であり(5M1、5M2、5M3、および5M4)、4種の3’ITR突然変異の各配列は、前記表11に示したのと同一である(3M1、3M2、3M3、および3M4)。
前記5’ITR突然変異および3’ITR突然変異をそれぞれ組み合わせて合計26種のpBatトランスポゾンmutant formを製作しようとした(表14)。このためにそれぞれのmutant formの遺伝子は、Genscriptに依頼して合成し、トランスポゾンoriginalプラスミドにITR mutantをクローニングするためにトランスポゾンベクターにおいて5’ITRの前にBamHIサイトを挿入し、3’ITRの後にSalIサイトを挿入した。そして、5’ITR mutantは、BamHIとEcoRV、3’ITR mutantは、BmtIとSalI制限酵素を用いて製作した。
また、本実験例では、3’ITR mutantのantisense配列でクローニングした実験例Bとは異なって、3’ITR mutantのsense配列でクローニングを進めた(3M1、3M2、3M3、および3M4)。
2.Transfection 7日後、Jurkat cellにおけるGFP発現観察
製作されたトランスポゾンベクターは、electroporation(Neon transfection)を通じてJurkat cell内に導入させた。Electroporation 7日後、トランスポゾンの遺伝子伝達効率を確認するために、Jurkat cellにおけるGFP発現を蛍光顕微鏡を用いて観察し、FACSで分析した。分析結果、図14aのように、プラスミドなしにelectroporationだけを行った陰性対照群(Control)では、GFP発現が観察されず、GFP発現プラスミド(pEGFP)をelectroporationした陽性対照群では、弱くGFP発現することを確認した。TransposaseなしにpBatトランスポゾンのみをtransfectionした群でも、GFP発現が非常に低く、transposaseおよびintact pBat(original)を共にelectroporationした群(pBat control)でも、GFP発現は低く観察された。一方、本発明によるmutant transposonをelectroporationした群では、概してGFPが検出され、特に5M3または5M4 mutant formを含むグループにおいて高レベルのGFP発現が観察された(図14b~図14f)。
Electroporation 7日後、GFPを発現するJurkat cellの割合を確認するためにFACS分析を行った。図15aのように、singlets→cells→live cells→GFP cellsの順にgatingして分析した。そして、Live cellにおけるGFP cellの割合は、histogramで分析した。分析結果、transfection 7日後、pEGFP群では、GFP発現細胞の割合が約2%であり、pBatトランスポゾンのみをtransfectionした群およびpBat control群では、約1%に過ぎなかった(図15a)。
GFP-(negative)に近く基準を定めてGFP cellの割合を確認した結果、本発明によるtransposon mutantが導入された群は、概してGFPが高レベルで発現することが確認された(図15b~図15f)。特に、5M3または5M4 mutantが含まれたトランスポゾンが導入された群の場合、GFPをhigh intensityで発現するcell populationが存在した。したがって、high intensityに近く基準を定めてGFP発現細胞の割合を確認した。その結果、5M3または5M4 mutantを含むtransposon(3’ITRでは、B3IS、3M1、3M2、または3M3を含む)が導入されたグループにおいてGFP発現が確認され、B5IE、5M1、または5M2を含むトランスポゾンを処理した群と比較したとき、high intensity GFP cellの割合が顕著に高かった。
各群の一番目のwellサンプルでGFP発現細胞を96well plateにsingle cellにsortingして培養し、増殖した細胞は、回収および凍結し、液体窒素タンクに保管した。
3.Transfection 14日後、Jurkat cellにおけるGFP発現観察
Transfection 14日後、Jurkat cellにおけるGFP発現を蛍光顕微鏡を用いて観察し、FACSで分析した。分析結果、図16aのように、プラスミドなしにelectroporationだけを行った陰性対照群では、GFP発現が観察されず、GFPを含むプラスミド(pEGFP)をelectroporationした陽性対照群、およびtransposaseなしにpBatトランスポゾンのみをtransfectionした群でも、GFPがほとんど観察されなかった。transposaseとintact pBat(original)を共にtransfectionした群(pBat control)では、GFPが非常に低い水準で観察された。一方、本発明によるトランスポゾンmutantをelectroporationしたグループは、概してGFPが発現したことが確認され、特に、5M3または5M4 mutant formを含むグループにおいて高レベルのGFPの発現が確認された(図16b~図16f)。
また、GFPを発現するJurkat cellの割合を確認するためにFACS分析を行った結果、pEGFP群、pBatトランスポゾンのみをtransfectionした群、およびpBat control群は、全部、GFP発現細胞の割合が約1%に過ぎず、GFPを発現する細胞が殆どないことが確認された(図17a)。
GFP-(negative)に近く基準を定めてGFP cellの割合を確認した結果、本発明によるtransposon mutantが導入された群は、概してGFPが高レベルで発現した(図17b~図17f)。特に、5M3または5M4 mutant formを含むトランスポゾンが導入された群は、その他の群に比べて、GFP陽性細胞の割合が高いことが示された。また、High intensityに近く基準を定めてGFP cellの割合を確認した結果でも、同じ傾向性が確認された。
前記結果を総合して、Transfection後、時間経過によるグループ別GFP発現細胞の割合を確認した結果は、表15と図17gおよび図17hに示した。表および図面から確認できるように、5M3または5M4 mutant formを含むトランスポゾンが特に遺伝子伝達効率が高かった。
本実験例では、実験例Aを通じて発掘したトランスポゾンを基に染色体内挿入効率および遺伝子発現効率に優れたトランスポゾンベクターを製作した。このために、トランスポゾンの5’ITRおよび3’ITRをそれぞれ改変して4種の5’ITR mutantおよび4種の3’ITR mutantを製作した。製作された5’ITR mutantおよび3’ITR mutantは、全部、実験例Bで製作されたのと同一であり、ただし、実験例Bのように、3’ITR mutantをreverse complement配列でクローニングせず、本来意図に合うように正方向の配列(sense鎖配列)でクローニングして製作した。5’ITR mutantおよび3’ITR mutantを組み合わせて合計26種のトランスポゾンベクターを製作し、これらの遺伝子伝達効率を評価した。
実験結果に示されたように、トランスポゾンベクターをtransfectionした後、7日目以降からは、対照群においてGFP発現はほとんど確認されなかった。一方、本発明によるトランスポゾン突然変異およびトランスポザーゼが導入された細胞は、概してGFP遺伝子がJurkat cellの染色体内に挿入され、GFPが安定的に発現することが確認され、特に、5M3または5M4を含むトランスポゾンベクターが導入された細胞は、originalトランスポゾンを含むその他トランスポゾンベクターが導入された細胞に比べて相対的に高いGFP発現が確認された。すなわち、これは、ITRのうち5M3および5M4に該当する部分がトランスポゾンの遺伝子伝達および染色体内挿入に必須の領域であることを示唆し、本発明によるトランスポゾン突然変異ベクターが細胞の染色体内にターゲット遺伝子を導入させて安定した発現を誘導できることを示す。
実験例D.PBMCに対するpBatトランスポゾンの遺伝子伝達効率の確認
実施例Dで記述したように、Maxcyte装備を用いてPBMCにおけるpBat transposonシステムによる遺伝子伝達効率を確認しようとした。このために、GFP遺伝子を含むtransposon(Naive-GFP、3M3-5M3-GFP)および1G4 TCR遺伝子を含むtransposon(B3IS-B5IE-1G4、3M3-5M3-1G4)を用いてmutant form transposonの遺伝子伝達効率を比較した。
1.蛍光顕微鏡を用いたGFP発現観察
Electroporation 1日後および7日後にpBat-GFPグループにおいてGFPが発現することか蛍光顕微鏡で観察した。Electroporation 1日後にpEGFPとpBat-GFPグループの全部でGFPが発現することを図18aのように確認した。Electroporation 7日後には、図18bのように、pEGFPグループではGFPが観察されなかったが、pBat-GFPグループでは、GFPが発現することを観察し、これは、transposaseによってトランスポゾンベクターのITR内にあるGFP遺伝子がPBMCの染色体内に挿入(integration)されて安定(stable)に発現するためであると判断される。また、Naive-GFP群より3M3-5M3-GFP群においてGFPが強く発現することから見て、ITR配列を改変(mutation)した3M3-5M3ベクターが遺伝子挿入および発現効率が高いと思われる。
2.細胞生存率および細胞数の変化観察
Maxcyte electroporation後、細胞生存率および細胞数の変化を確認するために、electroporation 1日後および14日後に細胞計数を進めた。下記の表16のように、electroporation 1日後にNO EP群(electroporationしない群)とcontrol群(electroporationだけを行った群)では、90%以上の高い生存率を示したが、pEGFP群では、69.5%の生存率を示し。pBatトランスポゾンを導入したグループでは、全部約33%~62%の低い生存率を示した。細胞数も、pEGFP群とpBatトランスポゾン群(3M3-5M3-1G4+DNA群除外)において全部1×10個以下計数されたところ、最初seedingされたPBMC細胞数(4×10個)に比べて75%以上減少したことが示された。一方、electroporation 14日後には、すべてのグループにおいて88%以上の良好な生存率を確認し、細胞数も、pBat-GFP群が、約2×10~6×10個、pBat-1G4グループが、約3.8×10~12×10個であることが確認されたところ、培養期間中に細胞が増殖するにつれて全体的に細胞数が増加したことを確認した。特に、pBat-1G4グループにおいて細胞が多く増殖したことが示された。前記結果は、electroporationによって細胞が損傷を受けて1日後に生存率が大きく低下したが、培養期間中に回復しながら増殖し、14日後には、細胞生存率と数が共に増加したためであると判断される。また、添加されたfeeder cell(放射線照射されたA375細胞)が1G4 TCRのcounter partnerであるHLA*02:01およびNY-ESO1を発現しているので、feeder cellによって1G4 TCRを発現するT細胞が活性化して増殖したと判断される。
3.Electroporation 7日後のpBat-GFPグループのFACS分析
Electroporation 7日後、FACS分析を通じてGFPの発現割合を確認した。図19aに示されたように、singlets→lymphocyte→live細胞→CD3T細胞→GFPT細胞→CD8T細胞の順にgatingして、CD3T細胞への遺伝子伝達効率を確認し、遺伝子が伝達されたT細胞のうちCD8 cytotoxic T細胞の割合も分析した。
Electroporation 7日後、CD3T細胞のうちGFPを発現する細胞の割合は、control群では0%、pEGFP群では0.47%であった(図19a)。一方、Naive-GFP+DNA群では、GFPT細胞の割合が6.94%および3.61%であることが確認され、3M3-5M3-GFP+DNA群では、2.58%および6.43%であり、対照群よりも増加したことが確認された(図19b)。また、GFPT細胞のうちCD8T細胞の割合を確認した結果、pBat naiveグループが約35%、pBat 3M3-5M3グループが約60%であることが確認された。これを通じて、pBat-GFPグループは、GFP遺伝子が伝達されたT細胞が特異的に増殖されたものでなく、無作為的にT細胞の増殖が行われたと判断される。
また、singlets→lymphocyte→live細胞→CD3CD8T細胞あるいはCD3CD8T細胞→GFP細胞にgatingして、electroporation 7日後、CD3CD8T細胞とCD3CD8T細胞における遺伝子伝達効率を分析した。その結果、図20aおよび図20bに示されたように、CD3CD8T細胞とCD3CD8T細胞におけるGFP細胞の割合は、グループ別に約1%~8%であり、大きな差を示さなかった。
4.Electroporation 7日後のpBat 1G4グループのFACS分析
Electroporation 7日後、FACS分析を通じて1G4 TCRの発現割合を確認した。分析方法は、図21aに示されたように、singlets→lymphocyte→live細胞→CD3T細胞→mTCRβT細胞→CD8T細胞の順にgatingしてCD3T細胞への遺伝子伝達効率を確認し、遺伝子が伝達されたT細胞のうちCD8 cytotoxic T細胞の割合も分析した。
Electroporation 7日後、CD3T細胞のうちmTCRβ細胞の割合は、control群では0%であるのに対し、B3IS-B5IE-1G4+DNA群では40.7%および35.8%であり、3M3-5M3-1G4+DNA群では53.7%、50.2%、68.8%、および55.1%であることが確認されたところ、3M3-5M3-1G4 transposonおよびtransposase DNAの組み合わせにおいてmTCRβ+細胞の割合が最も高いことを確認した(図21aおよび図21b)。また、mTCRβT細胞集団(population)においてCD8T細胞の割合を分析した結果、全体的に約61~69%で同様の割合で存在することを確認した。
また、electroporation 7日後、mTCRβを発現するCD8T細胞およびCD8T細胞の割合を分析するために、singlets→lymphocyte→live細胞→CD3CD8T細胞あるいはCD3CD8T細胞→mTCRβ+細胞にgatingして、各T細胞における遺伝子伝達効率を分析した。その結果、図22aおよび図22bに示されたように、CD3CD8T細胞あるいはCD3CD8T細胞のうちmTCRβ細胞の割合は、CD3CD8T細胞よりもCD3CD8T細胞においてさらに高かった。
5.Electroporation 14日後のpBat-GFPグループのFACS分析
Electroporation 14日後、CD3T細胞のうちGFPを発現する細胞の割合は、controlおよびpEGFP群が全部0%であった。一方、Naive-GFP+DNA群では、GFPを発現するCD3T細胞の割合が1.62%および5.24%であり、3M3-5M3-GFP+DNA群では、0.81%および4.31%であったところ、electroporation 7日後に観察したのと同様の傾向が確認された(図23aおよび図23b)。pBat naiveグループおよびpBat 3M3-5M3グループ間に有意差が観察されず、GFPT細胞のうちCD8T細胞の割合は、pBat naiveグループでは約41%であり、pBat 3M3-5M3グループでは約60%であることが確認された。また、Electroporation 14日後、CD3CD8T細胞とCD3CD8T細胞における遺伝子伝達効率を分析した結果、図24aおよび図24bに示されたように、CD3CD8T細胞およびCD3CD8T細胞におけるGFP細胞の割合は、約1%~10%であり、差異がなかった。
6.Electroporation 14日後のpBat 1G4グループのFACS分析
Electroporation 14日後、FACS分析を通じて1G4 TCRの発現割合を確認した。分析方法は、図25aのように、singlets→lymphocyte→live細胞→CD3T細胞→mTCRβT細胞→CD8T細胞の順にgatingして、CD3T細胞への遺伝子伝達効率を確認し、遺伝子が伝達されたT細胞のうちCD8 cytotoxic T細胞の割合も分析した。
Electroporation 14日後、CD3T細胞のうちmTCRβ細胞の割合は、control群では0%であり、B3IS-B5IE-1G4+DNA群では25.1%および27.2%であり、3M3-5M3-1G4+DNA群では42.1%、36.0%、50.0%、および35.3%であったところ、electroporation 7日後よりも全体的に若干減少したが、3M3-5M3-1G4 transposonおよびtransposase DNAの組み合わせにおいてmTCRβ細胞の割合が最も高いことを確認した(図25aおよび図25b)。また、mTCRβT細胞のうちCD8T細胞の割合を分析した結果、全体的に約75%~90%であり、グループ間の大きな差がなく、electroporation 7日後よりも全体的に増加したことを確認した。これは、培養時に添加されたfeeder cellによって1G4 TCRを発現するCD8 T cellが増加したことに起因した結果と判断される。
また、Electroporation 14日後、CD3CD8T細胞およびCD3CD8T細胞における遺伝子伝達効率を分析した。その結果、図26aおよび図26bに示されたように、CD3CD8T細胞におけるmTCRβ細胞の割合がCD3CD8T細胞のものより高く、CD3CD8T細胞のうちmTCRβ細胞の割合は、electroporation 7日後の割合と同様であったが、CD3CD8T細胞のうちmTCRβ細胞の割合は、すべてのグループにおいて7日後の結果と比較して大きく減少した。
以上の結果から分かるように、electroporation 1日後には、陰性対照群に比べて、トランスポゾンおよびトランスポザーゼ(プラスミドDNA)を含む群におい細胞数および生存率が相対的に低かった。しかしながら、培養期間中に細胞が増殖しつつ、electroporation 7日後には、トランスポゾンおよびトランスポザーゼが導入された細胞の数が大きく増加し、生存率も、陰性対照群より増加した。Electroporation 1日後、放射線照射されたA375細胞をfeeder cellに追加して培養した後にGFPあるいは1G4 TCR発現を観察した結果、electroporation 7日目にCD3T細胞のうちGFP発現細胞の割合は1~7%であり、14日目には0.8~6%であった。一方、CD3T細胞のうち1G4 TCR発現細胞の割合は、electroporation 7日目に14~69%であり、14日目に10~50%であり、非常に高く現れた。このように、GFP発現細胞の割合に比べて、1G4 TCR発現細胞の割合が特に高い理由は、feeder cellであるA375細胞が1G4 TCRのターゲット抗原であるNY-ESO-1を発現していて、前記抗原によって活性化したT細胞が活発に増殖したためと判断される。これは、pBat transposonシステムを用いてprimary T細胞に遺伝子を伝達するとき、遺伝子が導入されたT細胞を培養期間中に抗原等で刺激する場合、さらに高い遺伝子伝達効率を得ることができることを示唆する。
CD3T細胞のうちCD8またはCD8-T細胞への遺伝子伝達は、electroporation 7日目および14日目の両方でCD8T細胞よりCD8T細胞への遺伝子伝達効率がさらに高かった。また、Transposonのmutant formによる遺伝子伝達効率を比較した結果、3M3-5M3-1G4 transposonを導入したグループにおいて1G4 TCR発現T細胞の割合が最も高いことが確認された。前記結果は、本発明によるトランスポゾンシステムがPBMCでも優れた遺伝子伝達機能を行うことを示す。
実験例E.pBatトランスポゾンシステムを用いたTCR-T製作時のT細胞の活性化時期による遺伝子伝達効率の確認
健常者のPBMCにpBatトランスポゾンシステムで1G4 TCR遺伝子を伝達して1G4 TCR-T細胞を製作するに際して、T細胞の活性化時期によって1G4 TCR遺伝子の伝達および発現効率に差異があるかを確認した。
1.Electroporation 7日後の1G4 TCR発現分析
実験に使用したTCRのconstant regionがmouse constant regionであるから、これに対する抗体を用いたFACS分析を通じて1G4 TCRの発現割合を確認し、分析方法は、図27のように、singlets→live細胞→lymphocyte→CD3T細胞→mTCRβT細胞の順にgatingして、CD3T細胞への遺伝子伝達効率を確認した。
Electroporation 7日後、放射線照射されたA375細胞を用いてT細胞を活性化させたグループは、全部、目視で観察時に細胞増殖率が低く、図27に示されたように、CD3T細胞のうちmTCRβT細胞がほとんど観察されなかった。
2.Electroporation 10日後の1G4 TCR発現分析
Electroporation 10日後、CD3T細胞のうち1G4 TCR遺伝子発現効率を確認し、CD8とCD4マーカーを用いて1G4 TCRを発現するT細胞(CD3mTCRβT細胞)のうちCD8あるいはCD4T細胞の割合を分析し、また、CD45RAとCD62Lマーカーを用いてmemoryタイプT細胞の割合も分析した。
Electroporation 10日後、CD3T細胞のうちmTCRβを発現する細胞の割合は、図28のように、No EP、EP only、および3M3-5M3-GFP+DNA(1日後)グループが全部0%であった。一方、3M3-5M3-1G4+DNA(直後)グループのmTCRβ発現細胞の割合は、56%であり、3M3-5M3-1G4+DNA(1日後)グループは、20%であることが確認されたところ、放射線照射されたA375細胞をelectroporation直後に追加したグループにおいてmTCRβ発現細胞の割合がさらに高いことを確認した。
また、1G4 TCR発現T細胞のうちCD8T細胞とCD4T細胞の割合を測定した結果、3M3-5M3-1G4+DNA(直後)グループは、それぞれ22%および73%であることが確認され、3M3-5M3-1G4+DNA(1日後)グループは、それぞれ28%および67%であることが確認されたところ、CD8T細胞に比べてCD4T細胞の割合が約3倍程度さらに高いことを確認した。
MemoryタイプT細胞は、CD45RAおよびCD62Lマーカーを用いて区分することができる。CD45RAおよびCD62LマーカーとしてMemoryタイプT細胞の区別時に、CD45RACD62LT細胞は、Teff、CD45RACD62LT細胞は、Tem、CD45RACD62LT細胞は、Tcm、CD45RACD62LT細胞は、Tscm細胞に区分される。1G4 TCRを発現するT細胞のうちmemoryタイプT細胞の割合は、3M3-5M3-1G4+DNA(直後)群では、Teff 0%、Tem 2%、Tcm 79%、およびTscm 20%であり、3M3-5M3-1G4+DNA(1日後)群では、Teff 0%、Tem 5%、Tcm 82%、およびTscm 13%であったところ、Tcm細胞が最も多く存在し、Tscm細胞が2番目に多く存在することを確認した(表17)。
3.Electroporation 14日後の1G4 TCR発現分析
Electroporation 14日後、CD3T細胞のうちmTCRβを発現する細胞の割合は、図29のように、No EP、EP only、および3M3-5M3-GFP+DNA(1日後)グループにおいて全部0%であった。一方、3M3-5M3-1G4+DNA(直後)グループおよび3M3-5M3-1G4+DNA(1日後)グループは、CD3T細胞のうちmTCRβ発現細胞の割合がそれぞれ73%および15%であったところ、Electroporation後、10日後の結果と同様に、放射線照射されたA375細胞をelectroporation直後に追加したグループにおいてmTCRβ発現細胞の割合がさらに高いことを確認した。
1G4 TCR発現T細胞内CD8T細胞およびCD4T細胞の割合は、3M3-5M3-1G4+DNA(直後)群は、それぞれ21%および75%であり、3M3-5M3-1G4+DNA(1日後)群は、それぞれ34%および62%であることが確認されたところ、electroporation 7日目の結果と同様に、CD8T細胞よりCD4T細胞の割合が約2~3倍程度さらに多いことが分かった。
CD45RAおよびCD62Lマーカーを用いてmemoryタイプT細胞を区分する場合、1G4 TCR発現T細胞内memoryタイプT細胞の割合は、3M3-5M3-1G4+DNA(直後)群では、Teff 0%、Tem 3%、Tcm 77%、およびTscm 20%であり、3M3-5M3-1G4+DNA(1日後)群では、Teff 5%、Tem 14%、Tcm 59%、およびTscm 22%であったところ、Tcm細胞が最も多く存在し、Tscm細胞が2番目に多く存在した(表18)。
以上の結果を総合して、electroporationでベクター導入後、feeder cellと共培養された細胞のElectroporation 7日、10日、および14日後の細胞生存率を比較してみれば、図30aのように、No EPおよびEP only群を除いたグループにおいて7日後の生存率が減少してから次第に回復することを確認した。1G4 TCR発現T細胞の割合は、図30bのように、3M3-5M3-1G4+DNA(直後)群において10日と14日後に全部最も高かった。前記結果は、トランスポゾンおよびトランスポザーゼプラスミドをelectroporationで細胞内に導入した後、1日以上が経過した後に、feeder cellsを追加することよりも、electroporation直後にfeeder cellsを追加してT細胞を活性化させることが、遺伝子伝達および発現に有利であることを示す。
実験例F.pBatトランスポゾンシステムを用いたCAR-Tの製作
上記の実験例でpBatトランスポゾンシステムでPBMCにTCR遺伝子を伝達してTCR-T細胞を製作することができることを確認したところ、次に、本発明のトランスポゾンシステムがTCR遺伝子の他に他の遺伝子も効果的に伝達して遺伝子組み換えT細胞を製作できるかを確認しようとした。このために、本実施例では、3M3-5M3 transposonベクターにおいて5’ITRおよび3’ITRの間のTCR遺伝子をCD19 CAR遺伝子に代替して、3M3-5M3-CD19 CARベクターを製作した。遺伝子伝達のために、Maxcyte装備を用いて3M3-5M3-CD19 CAR transposonベクターおよびtransposaseベクターを共にPBMCにelectroporationし、培養する中に、CD19を発現するCAR-T細胞の割合を確認し、pBatトランスポゾンシステムによるCAR-T製作効率を確認しようとした。
1.Electroporation 7日後のCD19 CAR発現分析
Electroporation 7日後、FACS分析を通じてCD19 CARの発現を確認した。分析方法は、図31のようにsinglets→live細胞→lymphocyte→CD3T細胞→FLAGT細胞→CD8あるいはCD4T細胞の順にgatingして、CD3T細胞へのCD19 CAR遺伝子伝達効率を確認し、遺伝子が伝達されたT細胞のうちCD8またはCD4T細胞の割合も分析した。TransposonベクターのCD19 CAR遺伝子においてleader配列およびCD19scFvの間にFLAG tag配列が位置しているので、CD19 CARタンパク質の発現は、anti-FLAG tag抗体で確認した。
Electroporation 7日後、CD3T細胞のうちFLAGを発現する細胞の割合は、プラスミドなしにelectroporation(EP)だけを進めたEP only陰性対照群では、T細胞の活性化時期に関係なく、0%であることを確認した。一方、3M3-5M3 CD19 CARをelectroporationで導入した後、T細胞を活性化させたグループ(3M3-5M3 CD19 CAR)は、FLAG陽性CD3細胞の割合が59%と非常に高く現れた。FLAG発現T細胞内CD8細胞およびCD4細胞の割合は、それぞれ38%および57%であったところ、CD4T細胞が多く存在することを確認した(図31)。
2.Electroporation 7日後のCD19 CAR発現細胞の割合の確認
Electroporation 7日後、3M3-5M3-CD19 CARグループにおけるCD19 CAR発現T細胞の割合を確認した結果、図32aに示されたように、3M3-5M3-CARを導入したグループにおいて約59%と非常に高レベルが確認された。また、CD19 CAR発現T細胞内CD8あるいはCD4細胞の割合を比較した結果、CD4細胞の割合がCD8細胞に比べて高いことが分かった(図32b)。
前記結果を通じて、本発明によるトランスポゾンシステムは、TCRだけでなく、CAR遺伝子も効果的に細胞内に伝達して発現させることができることが確認された。特に、electroporationでトランスポゾンおよびトランスポザーゼを導入した後、T細胞を活性化すると、遺伝子伝達および発現効率がさらに向上することができると判断される。
実験例G.pBatトランスポゾンシステムを用いたCAR-T製作のさらなる検証
上記の実施例と同様に、CAR遺伝子を含む本発明のトランスポゾンシステムを用いてPBMCに前記遺伝子を導入し、CAR-T細胞が効果的に製作されたかをさらに検証した。
1.Electroporation後の培養された総細胞数の確認
Electroporation 7日後、培養された細胞の生存率と総細胞数を確認した結果は、下記の表19に示した。
2.Electroporation 7日後のCD19 CARタンパク質発現分析
transposonベクターに挿入されたCD19 CAR遺伝子においてleader配列およびCD19scFvの間にFLAG tag遺伝子が存在するので、前記遺伝子が導入されて発現する細胞は、anti-FLAG tag抗体を用いたFACSで確認した。分析方法は、図33のように、singlets→live細胞→lymphocyte→CD3T細胞→FLAGT細胞の順にgatingして、CD3T細胞内へのCD19 CAR遺伝子の伝達効率を確認した。また、CD8およびCD4マーカーを用いてCD19 CARを発現するT細胞(CD3FLAGT細胞)のうちCD8あるいはCD4T細胞の割合を分析し、CD45RAとCCR7マーカーを用いてmemoryタイプT細胞の割合も分析した。CD45RAとCCR7マーカーを用いたmemoryタイプT細胞の区分時に、CD45RACCR7T細胞は、Teff(Effector T cell)、CD45RACCR7T細胞は、Tem(Effect memory T cell)、CD45RACCR7T細胞は、Tcm(Central memory T cell)、CD45RACCR7T細胞は、Tscm(Stem cell like memory T cell)に区分される。
Electroporation 7日後、CD3T細胞のうちFLAGを発現する細胞の割合は、図33のように、プラスミドなしにelectroporation(EP)だけを進めた陰性対照群であるEP only群では0%であった。一方、CD19 CAR遺伝子を含んだトランスポゾンおよびトランスポザーゼベクターを導入させた3M3-5M3 CD19 CAR群(「CD19 CAR+DNA」)の場合、FLAG発現細胞の割合が65%に達した。そして、CD19 CAR+DNA群においてFLAG発現T細胞内CD8T細胞およびCD4T細胞の割合は、それぞれ27%と71%であり、CD4T細胞が相対的にさらに多く存在することを確認した。また、CD19 CAR+DNA群においてFLAG発現T細胞内memoryタイプT細胞の割合は、Teff 3%、Tem 12%、Tcm 76%、およびTscm 10%であり、Tcm細胞が最も多く存在し、Tscm細胞も10%程度存在することを確認した。
CD19 CAR遺伝子を含むトランスポゾンベクターおよびトランスポザーゼベクターのelectroporation後、T細胞を活性化し、electroporation 7日目に細胞生存率を確認した結果は、図34aに、CD19 CAR発現T細胞の割合を確認した結果は図34bに示し、memoryタイプT細胞の割合を確認した結果は図34cに示した。
前記結果を通じて、本発明によるトランスポゾンシステムは、TCRだけでなく、CAR遺伝子も効果的に細胞内に効果的に伝達することができ、また、伝達された遺伝子が正常に発現することが確認された。したがって、本発明のトランスポゾンシステム利用時に高収率でCAR-T細胞を製作できることが期待される。
実験例H.pBatトランスポゾンシステムで製作されたCAR-T細胞のin vitro効能の確認
上記の実施例を通じて、pBatトランスポゾンシステムが対象細胞にTCRまたはCAR遺伝子等を効果的に伝達することができ、これを用いて優れた収率でCAR-T細胞等を製作することができることを確認した。したがって、本実施例では、pBatトランスポゾンシステムで製作されたCAR-T細胞のターゲット抗原に対する反応性を確認して、本発明によるトランスポゾンシステムで製作されたCAR-T細胞が実際に正常な機能を行うかを確認した。
具体的には、CD19を発現するB細胞であるBJAB細胞株とともに、control T細胞またはCD19 CAR-T細胞を24時間共培養した後、100μLの培養液でIFN-γELISA assayを進めて、CAR-T細胞の抗原に対する反応性を確認した。図35から確認できるように、control T細胞だけを単独で培養したりまたはBJABだけを単独で培養したときには、IFN-γが測定されなかった。また、control T細胞とBJAB細胞を共培養したグループは、IFN-γ測定されたが、その濃度は、40pg/mL以下と非常に低かった。一方、本発明によるトランスポゾンシステムで製作されたCD19 CAR-T細胞およびBJAB細胞を共培養したときには、IFN-γ濃度が顕著に増加したことが分かった。特に、BJAB細胞に比べてCAR-T細胞の割合が1:1であるとき、IFN-γの平均濃度は、385pg/mLであり、1:4の割合では、平均535pg/mLであることが確認されたところ、CAR-T細胞の割合が増加するほどIFN-γの濃度が増加したことが分かった。
すなわち、control T細胞の場合、BJAB細胞と共培養しても、IFN-γが非常に低いレベルで生成されたところ、T細胞が抗原に対して特別な反応性を示さなかったが、本発明のトランスポゾンで製作されたCAR-T細胞は、BJAB細胞と共培養時にIFN-γレベルが大きく増加したところ、前記CAR-T細胞が抗原を効果的に認識して活性化したことを確認することができた。前記結果は、本発明のトランスポゾンシステムを用いて優れた抗原反応性を示すCAR-T細胞を製作することができることを裏付ける。
実験例I.pBat transposon伝達形態による遺伝子の伝達効率の確認
上記の実験例を通じて本発明によるトランスポゾンシステムが効果的に遺伝子を伝達することができ、これを通じて、CAR-T細胞等外来遺伝子が導入された細胞を製作することができることを確認した。これより、本実施例では、様々な形態のトランスポゾンを用いてトランスポゾンの形態による遺伝子伝達の効率に差異があるかを確認した。
1.Electroporation 7日後のJurkat細胞におけるGFP発現観察
Electroporationを通じて様々なトランスポゾンを細胞内に導入させた後、7日後にGFPを含むtransposonを導入させたグループにおいてGFPが発現するかを蛍光顕微鏡で観察した。図36aに示されたように、electroporation(EP)しないNo EP群(陰性対照群)では、1日目と同一にGFPが発現せず、GFPプラスミドを導入させたpEGFP群(陽性対照群1)では、非常に弱くGFPが発現したが、GFP mRNAを導入させたGFP mRNA群(陽性対照群2)では、GFPシグナルが全く検出されなかった。GFPを含むtransposonを導入させたグループ(3M3-5M3-GFP plasmid、3M3-5M3-GFP linear dsDNA、3M3-5M3-GFP minicircle dsDNA)では、弱いGFPシグナルが検出された。
また、Electroporation 7日後、Jurkat細胞におけるGFP発現をFACS分析で確認した。具体的には、図36bのように、singlets→cells→live cells→GFP cellsの順にgatingして、分析した。GFP(negative)に近く基準を定めてGFP発現細胞の割合を分析した結果、図36bのように、No EP群では、GFP発現細胞がなく、pEGFP群では、GFP発現細胞の割合が8%であり、GFP mRNA群では、0%であった。3M3-5M3-GFP transposonを導入させたグループの場合、GFP発現細胞の割合がプラスミド群では、15%、linear dsDNA群では、5%、minicircle dsDNA群では、4%と観測されたところ、プラスミド形態のトランスポゾンを導入したグループにおいてGFP発現細胞の割合が最も高いことを確認した。
また、Electroporation 7日後には、GFPの強度(intensity)が強い細胞が存在し、high intensityに近く基準を定めてGFP発現細胞の割合を比較した。3M3-5M3-GFP transposonの伝達形態によるhigh intensity GFP発現細胞の割合を確認した結果、プラスミド群では、11%、linear dsDNA群では、4%、minicircle dsDNA群では、3%であることが確認された。すなわち、上記の結果と同様に、プラスミド形態のトランスポゾンを導入したグループにおいてGFP遺伝子伝達効率が最も高いことが分かった。
2.Electroporation 14日後のJurkat細胞におけるGFP発現観察
次に、Electroporation 14日後、GFP遺伝子を含むtransposonが導入されたグループにおいてGFPが発現するかを蛍光顕微鏡で観察した。図37aに示されたように、No EP群およびGFP mRNA群では、GFPが検出されず、pEGFP群でもGFPがほとんど観察されなかった。一方、3M3-5M3-GFP transposonを導入させたグループは、全部高レベルのGFPシグナルが検出された。特に、GFPは、プラスミド群において最も高レベルで発現し、linear dsDNA群およびminicircle dsDNA群は、プラスミド群に比べて、相対的に弱く発現することを確認した。
また、Electroporation 14日後、Jurkat細胞におけるGFP発現をFACS分析で確認した。具体的には、図37bのように、singlets→cells→live cells→GFP cellsの順にgatingして、分析した。GFP(negative)に近く基準を定めてGFP発現細胞の割合を分析した結果、図37bのように、No EP群では、GFP発現細胞がなく、pEGFP群およびGFP mRNA群でも、GFPがほとんど発現しなかった。一方、3M3-5M3-GFP transposonを導入させたグループでは、GFP発現が確認された。具体的には、プラスミド群のGFP発現細胞の割合は、10%、linear dsDNA群は、4%、minicircle dsDNA群は、3%であることが確認されたところ、7日後の結果と傾向が同様であり、特にプラスミド形態のトランスポゾンを導入させたグループのGFP発現細胞の割合が最も高いことを確認した。
次に、Electroporation 7日後に観察したように、GFPの強度(intensity)をhigh intensityに近く基準を定めてGFP発現細胞の割合を比較した。3M3-5M3-GFP transposonの伝達形態によるhigh intensity GFP発現細胞の割合は、プラスミド群では、9%、linear dsDNA群では、4%、minicircle dsDNA群では、3%と観測されたところ、同様に、プラスミド形態のトランスポゾンが導入されたグループにおいて最も高いことを確認し、7日後にもGFPを発現する細胞がそのまま維持された。
3.Electroporation後の時期別GFP発現比較
Electroporation 7日、または14後、GFP-transposonグループにおけるGFP発現細胞の割合をGFP(negative)に近く基準を定めて比較した結果、7日後には、4%~24%、14日後には、3%~19%と確認されたところ、GFP発現細胞の割合が次第に減少することを確認した(図38a)。3M3-5M3-GFP transposonの伝達形態によるGFP発現細胞の割合を比較した結果、linear dsDNA群およびminicircle dsDNA群に比べて、プラスミド群においてGFP発現細胞の割合が約2.5倍さらに高いことが明らかにされたところ、プラスミド形態でtransposonを伝達するとき、遺伝子伝達効率が最も良いことが分かった。
また、Electroporation 7日、または14後、GFP-transposonグループにおけるGFP発現細胞の割合をGFP high intensityに近く基準を定めて比較した結果、7日後には、2%~18%、14日後には、2%~16%と確認されたところ、GFP発現細胞の割合が同様であることを確認した(図38b)。3M3-5M3-GFP transposonの伝達形態によるGFP発現細胞の割合の場合、linear dsDNA群およびminicircle dsDNA群に比べて、プラスミド群において約2倍高いことから見て、プラスミド形態でtransposonを伝達するとき、遺伝子伝達効率が最も良いことを再確認した。また、すべての群において7日後および14日後にGFP high intensityで発現する細胞の割合がほぼ類似していることから見て、7日目にtransposaseによってJurkat細胞の染色体内にGFP遺伝子がintegrationされた細胞が14日まで同じ状態を維持すると判断される。
以上から分かるように、electroporation後、細胞染色体内に遺伝子が挿入され、安定(stable)に発現する7日および14日目に3M3-5M3-GFP transposonの伝達形態による遺伝子伝達効率を比較してみた結果、minicircle DNA、linear DNA、およびplasmid形態のtransposonが全部効果的にターゲット細胞に遺伝子を伝達したことを確認し、plasmid形態のtransposonで伝達したとき、特に伝達効率がさらに高いことを確認した。
実験例J.pBat transposonシステムによる抗体遺伝子の伝達効率の確認
上記の実施例を通じて、pBat transposon突然変異の遺伝子伝達および発現効率を確認した結果、本発明によるトランスポゾンシステムがGFP遺伝子はもちろん、TLR等の受容体タンパク質の遺伝子あるいはCARのようなキメラ抗体の遺伝子も効果的にターゲット細胞(Jurkat細胞、PBMC等)に伝達することができることを確認した。さらに、3M3-5M3あるいは3M3-5M4のmutant transposonの遺伝子伝達効率が特に高いことが分かった。したがって、これらの改良されたmutant transposon伝達体が、JWW-2抗体遺伝子のようなその他の抗体遺伝子も効果的に伝達することができるかを確認し、特にタンパク質の大量生産に多く用いられるHEK293細胞でも遺伝子の伝達および発現効率が高いかを確認しようとした。
1.HEK293細胞におけるelectroporation後の時期別GFP発現観察
Electroporation 1日、7日、および10日後、GFP発現を蛍光顕微鏡を用いて観察した。分析結果、図39aのように、プラスミドなしにelectroporation(EP)だけを行った陰性対照群であるNo EP群では、すべての時期にGFP発現が観察されず、pEGFPプラスミドをelectroporationした陽性対照群(pEGFP群)では、electroporation 1日後には、GFPが良好に発現したが、7日と10日後には多く減少することを確認した。GFP遺伝子を含むtransposonグループを確認した結果、B3IS-B5IE-GFP群は、1日後にGFP発現が良好に行われたが、7日と10日後には、GFP発現レベルが多少減少したのに対し、突然変異トランスポゾンである3M3-5M3-GFPを処理した群(3M3-5M3-GFP群)は、1日後から10日後まですべての期間にわたって高レベルのGFP発現を示すことを確認した。前記結果は、本発明によるトランスポゾンシステムが優れた遺伝子伝達機能を発揮することを示す。
また、HEK293細胞におけるGFP発現をFACS分析で確認した結果、図39bのように、electroporation 1日後、No EP群ではGFPが全く発現せず、pEGFP群では、GFP発現細胞の割合が平均約52%であり、B3IS-B5IE-GFP群は、約36%、3M3-5M3-GFP群は、約44%であることが確認された。そして、electroporation 7日後、GFP発現細胞の割合をさらに測定した結果、pEGFP群は、平均約43%、B3IS-B5IE-GFP群は、約19%、3M3-5M3-GFP群は、約38%であった。特に、B3IS-B5IE-GFP群は、GFP強度(intensity)が弱いのに対し、3M3-5M3-GFP群は、GFPの発現強度(intensity)が相対的に高く、発現細胞の割合も大きいことを確認した。
2.HEK293細胞におけるelectroporation後のJWW抗体のmRNA発現観察
Electroporation 1日後および7日後、HEK293細胞からtotal RNAを分離し、qPCRでJWW-2のmRNA発現を確認した。分析結果、図40aのように、JWW-2遺伝子を含むtransposonグループのみにおいてJWW-2遺伝子が増幅されることを確認した。Electroporation 1日後には、B3IS-B5IE-JWW-2群においてJWW-2遺伝子のmRNA発現が最も高く、次に、3M3-5M3-JWW-2群、3M3-5M4-JWW-2群の順に高かった。しかしながら、Electroporation 7日後には、3M3-5M3-JWW-2群においてJWW-2 mRNA発現レベルが最も高く、次に3M3-5M4-JWW-2群、B3IS-B5IE-JWW-2群の順に高いことを確認した。
3.HEK293細胞におけるelectroporation後のJWW抗体のタンパク質発現観察
Electroporation 3日後および10日後、HEK293細胞を培養した培地を回収し、HEK293細胞から分泌されたJWW-2抗体タンパク質を定量した。具体的には、JWW-2抗体のFc regionであるhuman IgG1をターゲットとする抗体を用いたELISA assayを進めた。図40bに示されたように、electroporation 3日後、EP only群を除いて、JWW-2抗体遺伝子を含むtransposonグループにおいて全部human IgG1が検出された。特に3M3-5M3-JWW-2群の場合、JWW-2タンパク質レベルがelectroporation 3日後は1.6ng/mL、10日後は0.9ng/μLと最も高く、3M3-5M4-JWW-2群は、3日後に1.2ng/mL、10日後に0.5ng/mLであることが確認された。そして、B3IS-B5IE-JWW-2群は、3日後に0.5ng/mL、10日後に0ng/mLであることが確認された。したがって、本発明によるトランスポゾンシステムを用いてJWW-2遺伝子を伝達した細胞は、全部高レベルでJWW-2抗体を発現し、特に突然変異トランスポゾンを用いたグループにおいて遺伝子伝達効率が高いことを確認することができた。
上記の実験例において、GFP遺伝子を用いてpBat transposon突然変異に対する遺伝子伝達および発現効率研究を確認した結果、本発明によるトランスポゾンシステムが全部遺伝子伝達機能に優れ、3M3-5M3あるいは3M3-5M4のmutant transposonの遺伝子伝達効率が特に高いことをJurkat細胞で確認した。したがって、これらの改良されたmutant transposon伝達体が、GFP遺伝子でなく、JWW-2抗体遺伝子に対して、そしてJurkat細胞でなく、タンパク質の生産に多く使用されるHEK293細胞において遺伝子の伝達および発現効率が高いかをJWW-2抗体遺伝子を用いて確認しようとした。上述したように、electroporation 7日後および10日後、いずれも、3M3-5M3-GFP transposonベクターにおいてB3IS-B5IE-GFP transposonベクターよりGFPを発現する細胞の割合が高いことを確認し、これを通じて、Jurkat細胞だけでなく、HEK293細胞でも、mutant transposonの遺伝子伝達効率が高いことを確認した。
また、electroporation 1日後、JWW-2 mRNAの発現は、transient発現によりB3IS-B5IE-JWW-2と3M3-5M3-JWW-2、および、3M3-5M4-JWW-2が、全部、JWW-2のmRNAが良好に発現することを確認した一方で、transposaseによってHEK293細胞染色体内にJWW-2遺伝子が挿入されて安定(stable)に発現するelectroporation 7日後、JWW-2 mRNAの発現は、1日目にtransientに発現する割合に比べて減少したが、発現が維持されることを確認し、B3IS-B5IE-JWW-2 transposonベクターよりmutant transposonベクターである3M3-5M3-JWW-2 transposonベクターにおいて染色体内挿入されて発現するJWW-2 mRNA量が若干高いことを観察した。そして、JWW-2抗体タンパク質の発現は、electroporation 3日後および10日後に全部同一にB3IS-B5IE-JWW-2 transposonベクターよりもmutant transposonベクターである3M3-5M3-JWW-2および3M3-5M4-JWW-2 transposonベクターにおいて染色体内挿入されて発現するJWW-2抗体タンパク質の濃度が高いことを観察し、特に3M3-5M3-JWW-2トランスポゾンベクターにおいて高いことを確認した。したがって、ITR mutationを通じて製作された改良transposonベクター(3M3-5M3、3M3-5M4)が、抗体遺伝子もターゲット細胞への伝達および染色体内挿入されることを確認し、抗体タンパク質発現も誘導できることを確認した。
実験例K.pBat transposonのベクターサイズによる遺伝子伝達効率の確認
上記の実験例を通じて、本発明によるトランスポゾンベクターが抗体遺伝子、受容体遺伝子、およびCAR遺伝子等様々な遺伝子をターゲット細胞内に効果的に伝達し、その発現を誘導することができることを確認した。
細胞内にDNAを伝達するとき、一般的にDNAのサイズが小さいほど核への伝達効率が高くなることが知られている(McLenachan et al.,2007)。したがって、本発明のトランスポゾンシステムも、ベクターのサイズが遺伝子伝達効率に影響を及ぼすかを確認するために、トランスポゾンベクターのサイズを最小化した後、遺伝子伝達効率が増加するかを確認した。Transposonベクターのサイズの最小化のために、IRESとpuromycin抵抗性遺伝子を除去し、oriサイト1個を除去して合計2個のoriサイトを1個に減らし、CAGプロモーターをEF1αプロモーターに変更し、臨床試験での使用のために、ampicillin抵抗性遺伝子は、kanamycin抵抗性遺伝子に変更した。結果的に、本発明のトランスポゾンベクターサイズを従来7,562bpサイズから4,149bpのサイズに減少させた。
1.Electroporation 1日後のJurkat細胞におけるGFP発現観察
Electroporation 1日後、GFPが発現するかを蛍光顕微鏡で観察した。その結果、図41aのように、プラスミドなしにelectroporation(EP)だけを進めたEP only群を除いたすべての群においてGFPが発現することを確認した。
また、Electroporation 1日後、Jurkat細胞におけるGFP発現をFACS分析で確認した。図41bのように、singlets→cells→live cells→GFP cellsの順にgatingして、分析した。分析結果、EP only群では、GFPが全く観察されず、pEGFP群では、GFP発現細胞の割合が約31.8%であることを確認した。pBat transposonベクターおよびtransposaseベクターをelectroporationした群では、transposonベクターのサイズによって差異が現れたが、wild-type transposonベクターをelectroporationした群(wild-type)では、GFP発現細胞の割合が14.9%であることが確認され、transposonベクターの5’ITRと3’ITR外側遺伝子にenzyme siteを追加したベクターをelectroporationした群(B3IS-B5IE)では、20.7%であり、transposonベクターのサイズを7,562bpから4,149bpに減らしたベクターをelectroporationした群(B3IS-B5IE small)では、47.8%であることが確認された。すなわち、transposonベクターのサイズが小さいとき、GFP発現細胞の割合が高いことを確認した。
2.Electroporation 7日後のJurkat細胞におけるGFP発現観察
Electroporation 7日後、GFPが発現するかを蛍光顕微鏡で観察した。その結果、図42aのように、EP only群を除いたすべての群においてGFPが発現することを確認した(図42a)。
Electroporation 7日後、Jurkat細胞におけるGFP発現をFACS分析で確認した結果(図42b)、EP only群では、GFPが観察されず、pEGFP群では、GFP発現細胞の割合が約1.3%であることを確認した。一方、Wild-type群では、GFP発現細胞の割合が2.9%であり、B3IS-B5I E群では、3.2%、B3IS-B5IE small群では、8.2%であることを確認したところ、対照群に比べてGFP発現レベルがさらに高いことが分かった。特に、transposonベクターのサイズが小さいB3IS-B5IE small群においてGFP発現細胞の割合が高いことが分かった。
3.Electroporation 14日後のJurkat細胞におけるGFP発現観察
Electroporation 14日後、GFPが発現するかを蛍光顕微鏡で観察した。その結果、図43aのように、EP only群とpEGFP群では、GFP発現が観察されず、トランスポゾンを使用したグループでは、全部GFP発現細胞が確認された。
Electroporation 14日後、Jurkat細胞におけるGFP発現をFACS分析で確認した(図43b)。分析結果、EP only群とpEGFP群では、GFP発現が観察されなかった。一方、トランスポゾンを使用したグループでは、全部GFP発現が確認されたところ、トランスポゾンによって遺伝子が細胞の染色体内に挿入され、安定的に発現していることが分かった。特に、Wild-type群では、GFP発現細胞の割合が2.0%、B3IS-B5IE群では、2.0%であったが、B3IS-B5IE small群では、8.0%であったところ、transposonベクターのサイズが小さいとき、GFP発現細胞の割合が最も多いことを確認した。
4.Jurkat細胞におけるGFP発現割合の比較
Electroporation後、経時的なGFP発現細胞の割合を比較してみると、図44aのように、すべての群において1日後に10%~32%、7日後に4%~17%、14日後に0%~10%のように次第に減少する傾向はあるが、トランスポゾンを処理したグループは、全部electroporation後に14日が経過したときにも、GFP遺伝子が安定的に発現することを確認することができた。特に、1日、7日、14日全部トランスポゾンベクターサイズが相対的に小さいB3IS-B5IE small群においてGFP発現細胞の割合が最も高いことを確認した。また、high intensity GFP発現細胞の割合も、対照群に比べてトランスポゾンを使用したグループにおいて顕著に高いことを確認することができた(図44b)。
以上説明したように、electroporation 14日後まで小さいサイズのtransposonベクターを処理したグループにおいて標的遺伝子(GFP)発現細胞の割合が最も高いことが分かった。具体的には、GFP遺伝子がJurkat細胞染色体内に挿入されて安定に発現するelectroporation 7日後および14日後に、B3IS-B5I E群に比べて相対的に小さいサイズのベクターを使用したB3IS-B5IE small群においてGFP発現細胞の割合がそれぞれ2倍および4倍増加したことが分かった。これは、transposonベクターサイズが小さいほどpBatトランスポゾンの遺伝子伝達効率が高くなることを示すものである。
下記表20は、本明細書に記載された主な配列情報を示す。
本発明は、トランスポゾンベクター、これを含むトランスポゾンシステム、トランスポゾンキット、前記トランスポゾンベクターが挿入された細胞、およびこれらの用途に関し、外因性遺伝子をターゲット細胞の染色体内に効果的に伝達し、遺伝子改変細胞を高収率で製作することができることを確認し、完成されたものである。特に、本発明によるトランスポゾンは、TCRまたはCARをコード化する遺伝子を免疫細胞に効果的に伝達することができ、これを通じて、前記TCRまたはCARを発現した細胞は、抗原に対する高い反応性を示すことが確認されたところ、本発明によるトランスポゾンシステムを用いて様々なTCR-T細胞およびCAR-T細胞を製作できることが期待される。特に、従来CAR-T細胞は、CAR製作だけでなく、標的細胞への伝達のために高い費用を必要としたが、本発明のトランスポゾンを利用する場合、低コストで高収率のCAR-T細胞を収得することができるので、CAR-T細胞治療剤の生産コストを低減することによって、治療剤の価格を低減することができる。さらに、本発明のトランスポゾンは、腫瘍ウイルス-ターゲット中和抗体のような抗体遺伝子を抗体の大量生産に用いられるHEK293細胞に効果的に伝達できることが確認されたところ、本発明のトランスポゾンを通じて様々な抗体を大量で容易に生産することができる。特に、本発明によるトランスポゾンは、遺伝子伝達媒介体として伝達可能な遺伝子の種類に制限がないので、抗体遺伝子等に加えて、目的に応じて様々な遺伝子を発現するゲノム改変細胞株の開発に積極的に活用されることが期待される。

Claims (28)

  1. 配列番号1で表される核酸配列のうち5’末端から3’方向に71個以上157個以下の連続した核酸配列からなる5’ITR(5’Inverted terminal repeat);および配列番号2で表される核酸配列のうち3’末端から5’方向に66個以上212個以下の連続した核酸配列からなる3’ITR(3’Inverted terminal repeat)を含むトランスポゾンベクター。
  2. 請求項1に記載のトランスポゾンベクターであって、該ベクターは以下の(i)または(ii):
    (i)前記5’ITRは、以下:
    配列番号1で表される核酸配列からなる5’ITR;
    配列番号5で表される核酸配列からなる5’ITR;または
    配列番号6で表される核酸配列からなる5’ITR、から選択される、または
    (ii)前記3’ITRは、以下:
    配列番号2で表される核酸配列からなる3’ITR;
    配列番号9で表される核酸配列からなる3’ITR;
    配列番号10で表される核酸配列からなる3’ITR;または
    配列番号11で表される核酸配列からなる3’ITR、から選択される、
    である、トランスポゾンベクター。
  3. 前記5’ITRは、配列番号7、5’-ACACTTGG-3’、または配列番号8で表される核酸配列のうち1つ以上を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のトランスポゾンベクター。
  4. 前記3’ITRは、配列番号13または配列番号14で表される核酸配列のうち1つ以上を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のトランスポゾンベクター。
  5. 前記5’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクター内の外因性DNA分子が挿入される位置の上部(upstream)に5’から3’方向に含まれることを特徴とする請求項1または2に記載のトランスポゾンベクター
  6. 前記3’ITRの核酸配列は、トランスポゾンベクター内の外因性DNA分子が挿入される位置の下部(downstream)に5’から3’方向に含まれることを特徴とする請求項1または2に記載のトランスポゾンベクター。
  7. 前記トランスポゾンベクターは、前記5’ITRの下部および3’ITRの上部に1つ以上の外因性DNA分子配列を含むことを特徴とする請求項1に記載のトランスポゾンベクター。
  8. 前記外因性DNA分子配列は、治療用ポリペプチドコーディング配列、siRNAコーディング配列、miRNAコーディング配列、レポータタンパク質コーディング配列、抗原特異的受容体コーディング配列、組換え抗体コーディング配列、中和抗体コーディング配列、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、サイトカイン受容体コーディング配列、CAR(Chimeric Antigen Receptor)コーディング配列、およびTCR(T-cell receptor)コーディング配列からなる群から選択されたいずれか1つ以上であることを特徴とする請求項に記載のトランスポゾンベクター。
  9. 前記トランスポゾンベクターは、プロモーター、1つ以上の外因性DNA分子、およびポリAシグナルを含むものであり、前記5’ITR、前記プロモーター、前記外因性DNA分子、前記ポリAシグナル、および前記3’ITRが順次に作動可能に連結されたことを特徴とする請求項1に記載のトランスポゾンベクター。
  10. 前記トランスポゾンベクターは、環状プラスミド、線状化dsDNA(double stranded DNA)、ヘアピンdsDNA、またはミニサークルdsDNAであることを特徴とする請求項1に記載のトランスポゾンベクター。
  11. 前記トランスポゾンベクターは、サイズが1,000~,000bpであることを特徴とする請求項1に記載のトランスポゾンベクター。
  12. 配列番号1で表される核酸配列のうち5’末端から3’方向に71個以上157個以下の連続した核酸配列からなる5’ITR(5’Inverted terminal repeat);および配列番号15~17のうちいずれか1つで表される核酸配列からなる3’ITRを含む、トランスポゾンベクター。
  13. a)外因性DNA分子が挿入された請求項1に記載のトランスポゾンベクター;および
    b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼタンパク質をコード化する配列を含む核酸分子を含む、外因性DNA分子伝達用トランスポゾンシステム。
  14. 前記トランスポザーゼタンパク質は、配列番号18で表されるアミノ酸配列を含むことを特徴とする請求項13に記載の標的DNA伝達用トランスポゾンシステム。
  15. a)外因性DNA分子が挿入された請求項1に記載のトランスポゾンベクター;および
    b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼタンパク質をコード化する配列を含む核酸分子が導入された細胞。
  16. 記トランスポザーゼによって前記トランスポゾンベクターから前記外因性DNA分子が切除され、切除された前記外因性DNA分子が前記細胞のゲノム内に挿入されることを特徴とする請求項15に記載の細胞。
  17. 前記細胞は、T細胞、NK細胞、B細胞、樹状細胞、マクロファージ、および肥満細胞からなる群から選ばれたことを特徴とする請求項15に記載の細胞。
  18. 前記細胞は、前記トランスポゾンベクターが導入された後、支持細胞(feeder cells)と共培養されたことを特徴とする請求項15に記載の細胞。
  19. 前記支持細胞は、放射線で照射された細胞であることを特徴とする請求項18に記載の細胞。
  20. 前記細胞は、前記トランスポゾンベクターの導入後7日以上前記外因性DNA分子を発現することを特徴とする請求項15に記載の細胞。
  21. a)外因性DNA分子が挿入された請求項1に記載のトランスポゾンベクター;および
    b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼタンパク質をコード化する配列を含む核酸分子を単離された細胞に導入する段階を含む、外因性DNA分子配列を細胞のゲノム内に挿入する方法。
  22. 前記導入は、電気穿孔法(electroporation)を用いて行われる、請求項21に記載の標的DNA配列を細胞のゲノム内に挿入する方法。
  23. 前記方法は、前記導入段階後、前記トランスポゾンベクターが挿入された前記細胞を支持細胞と共培養する段階をさらに含むことを特徴とする請求項21に記載の標的DNA配列を細胞のゲノム内に挿入する方法。
  24. 前記支持細胞と共培養する段階は、前記導入段階直後に行われる、請求項23に記載の標的DNA配列を細胞のゲノム内に挿入する方法。
  25. 前記トランスポゾンベクターは、環状プラスミド、線状化dsDNA(double stranded DNA)、ヘアピンdsDNA、またはミニサークルdsDNAであることを特徴とする請求項21に記載の標的DNA配列を細胞のゲノム内に挿入する方法。
  26. a)外因性DNA分子が挿入された請求項1に記載のトランスポゾンベクター;および
    b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼタンパク質をコード化する配列を含む核酸分子が導入された免疫細胞を有効成分として含む、がんの予防または治療用薬学的組成物であって、
    前記外因性DNA分子は、腫瘍抗原特異的CAR(Chimeric Antigen Receptor)コーディング配列、腫瘍ウイルス特異的中和抗体コーディング配列、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、および腫瘍抗原特異的TCR(T-cell receptor)コーディング配列からなる群から選択された1つ以上であることを特徴とする、がんの予防または治療用薬学的組成物。
  27. 前記腫瘍抗原は、CD19、NY-ESO-1、EGFR、TAG72、IL13Rα2(Interleukin 13 receptor alpha-2 subunit)、CD52、CD33、CD20、TSLPR、CD22、CD30、GD3、CD171、NCAM(Neural cell adhesion molecule)、FBP(Folate binding protein)、Le(Y)(Lewis-Y antigen)、PSCA(Prostate stem cell antigen)、PSMA(Prostate-specific membrane antigen)、CEA(Carcinoembryonic antigen)、HER2(Human epidermal growth factor receptor 2)、Mesothelin、CD44v6(Hyaluronate receptor variant 6)、B7-H3、Glypican-3、ROR1(receptor tyrosine kinase like orphan receptor 1)、Survivin、FOLR1(folate receptor)、WT1(Wilm’s tumor antigen)、VEGFR2(Vascular endothelial growth factor 2)、腫瘍ウイルス抗原、TP53、KRAS、および新抗原(neoantigen)からなる群から選ばれた1つ以上であることを特徴とする請求項26に記載のがんの予防または治療用薬学的組成物。
  28. a)外因性DNA分子が挿入された請求項1に記載のトランスポゾンベクター;および
    b)トランスポザーゼタンパク質またはトランスポザーゼタンパク質をコード化する配列を含む核酸分子が導入された免疫細胞のがん治療用薬剤の製造のための使用であって、
    前記外因性DNA分子は、腫瘍抗原特異的CAR(Chimeric Antigen Receptor)コーディング配列、腫瘍ウイルス特異的中和抗体コーディング配列、免疫チェックポイント阻害剤コーディング配列、および腫瘍抗原特異的TCR(T-cell receptor)コーディング配列からなる群から選択された1つ以上であることを特徴とする、がん治療用薬剤の製造のための使用。
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