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Cas9タンパク質およびガイドRNAを含む眼疾患治療用薬学組成物
[특허 요약] Cas9タンパク質およびVEGF−Aを標的とするガイドRNAを含む眼疾患の予防および/または治療用薬学組成物並びにCas9タンパク質およびVEGF−Aを標的とするガイドRNAを含むリボ核酸タンパク質が提供される。 CRISPR−Cas9ヌクレアーゼを用いたRNA誘導遺伝体矯正(RNA−guided genome surgeryまたはRNA−guided genome editing)は、多様な遺伝疾患の治療に役立つことが期待されるが、非遺伝疾患へのCRISPR−Cas9ヌクレアーゼの治療効果はほとんど明らかにされていない。 非遺伝疾患の一例として、黄斑変性(例えば、老人性黄斑変性(Age−related Macular Disease;AMD))が挙げられる。AMDは、先進国の高齢人口における主な失明原因である。脈絡膜血管新生(choroidal neovascularization;CNV)は、新生血管性AMDの主要病理学的特徴であり、主に血管内皮成長因子A(VEGFA)のような血管新生サイトカイン(angiogenic cytokines)によって誘発される。これまでは、AMDの治療剤としてVEGF−Aを標的とする単クローン抗体またはアプタマーが主に開発されてきた。しかし、VEGF−Aが網膜細胞で連続的に発現し分泌されるため、これらの抗−VEGF−A製剤は1年間で少なくとも7回以上投与されなければならない問題がある。 したがって、黄斑変性などの眼疾患のより根本的かつ持続的な治療技術の開発が要求される。 韓国特許公開第10−2015−0101446号(2015.09.03公開) 本明細書は、VEGF−Aの根本的な不活性化により、その水準を病理学的閾値以下に抑えることによって、眼疾患の長期的または永久的な治療を可能にする技術を提案する。 一例は、VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤を含む、眼疾患の予防および/または治療用組成物を提供する。 前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤は、VEGF−A遺伝子を不活性化させることができるすべてのタンパク質、核酸分子(DNAおよび/またはRNA)、化学薬物(chemical drug)などからなる群より選択された1種以上であってもよい。一例において、前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤は、Cas9タンパク質およびVEGF−A遺伝子をターゲッティングするガイドRNAを含むものであってもよい。 他の例は、VEGF−A遺伝子を不活性化させる段階を含む眼疾患の予防および/または治療方法を提供する。前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる段階は、VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤を眼疾患の予防および/または治療を必要とする患者に投与する段階によって行われる。前記VEGF−A遺伝子の不活性化は、RNA誘導遺伝体矯正(RNA−guided genome surgery or RNA−guided genome editing)によって行われ、この場合、VEGF−A遺伝子を不活性化させる段階は、Cas9タンパク質およびVEGF−A遺伝子をターゲッティングするガイドRNAを眼疾患の予防および/または治療を必要とする患者に投与する段階によって行われる。 他の例は、VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤の眼疾患の予防および/または治療、または眼疾患の治療剤の製造に用いるための用途を提供する。 他の例は、VEGFA遺伝子の特定標的部位(target site or target region)を標的化するためのガイドRNAを提供する。 他の例は、Cas9タンパク質およびVEGFA遺伝子特異的標的化配列を含むガイドRNAを含むVEGFA遺伝子特異的リボ核酸タンパク質(RNP)を提供する。 他の例は、前記ガイドRNAまたはVEGFA遺伝子特異的リボ核酸タンパク質(RNP)を含む薬学組成物を提供する。 他の例は、前記VEGFA遺伝子特異的リボ核酸タンパク質(RNP)を眼疾患の治療および/または予防を必要とする患者に投与する段階を含む、眼疾患の治療または予防方法を提供する。 本発明は、遺伝子矯正技術を利用して眼疾患、例えば、VEGF−Aの過発現に関連する眼疾患を治療する技術を提供する。 一例は、VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤を含む、眼疾患の予防および/または治療用組成物を提供する。前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤は、VEGF−A遺伝子を不活性化させることができるすべてのタンパク質、核酸分子(DNAおよび/またはRNA)、化学薬物(chemical drug)などからなる群より選択された1種以上であってもよい。一例において、前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤は、Cas9タンパク質およびVEGF−A遺伝子をターゲッティングするガイドRNAを含むものであってもよい。 他の例は、VEGF−A遺伝子を不活性化させる段階を含む眼疾患の予防および/または治療方法を提供する。前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる段階は、VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤を眼疾患の予防および/または治療を必要とする患者に投与する段階によって行われる。前記VEGF−A遺伝子の不活性化は、RNA誘導遺伝体矯正(RNA−guided genome surgery or RNA−guided genome editing)によって行われ、この場合、VEGF−A遺伝子を不活性化させる段階は、Cas9タンパク質およびVEGF−A遺伝子をターゲッティングするガイドRNAを眼疾患の予防および/または治療を必要とする患者に投与する段階によって行われる。前記方法は、前記投与する段階の前に、眼疾患の予防および/または治療を必要とする患者を確認する段階を追加的に含んでもよい。前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤は、薬学的有効量で投与される。前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤は、多様な投与経路を通して投与され、例えば、眼球の病変部位の局所投与または網膜下注射によって投与される。 他の例は、VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤の眼疾患の予防および/または治療、または眼疾患の治療剤の製造に用いるための用途を提供する。 前記不活性化の標的となるVEGF−A遺伝子は、眼、例えば、新生血管性眼疾患が発生した眼、または新生血管性眼疾患の病変部位に位置するものであってもよい。 前記VEGF−A遺伝子の不活性化は、以下からなる群より選択された1つ以上であってもよい: (1)VEGF−A遺伝子の全体または1−50bpまたは1−40bpの長さの連続的または不連続的一部分の欠失; (2)VEGF−A遺伝子中、1−20個、1−15個、または1−10個の連続的または不連続的なヌクレオチドの野生型VEGF−A遺伝子と相異なるヌクレオチドへの置換; (3)VEGF−A遺伝子内の1−20個、1−15個、または1−10個のヌクレオチドの挿入(付加)、この時、前記挿入されるヌクレオチドは、それぞれ独立してA、T、C、およびGの中から選択される;および (4)これらの組合せ。 前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤は、VEGF−A遺伝子を不活性化させることができるすべてのタンパク質、核酸分子(DNAおよび/またはRNA)、化学薬物(chemical drug)などからなる群より選択された1種以上であってもよい。一例において、前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤は、Cas9タンパク質およびVEGF−A遺伝子をターゲッティングするガイドRNAを含むものであってもよい。この場合、VEGF−A遺伝子の不活性化は、RNA誘導遺伝体矯正(RNA−guided genome surgery or RNA−guided genome editing)によって行われる。 VEGF−A遺伝子の不活性化がCas9タンパク質を用いて行われる場合、前記VEGF−A遺伝子の不活性化は、以下からなる群より選択された1つ以上であってもよい: (1)VEGF−A遺伝子内のCas9タンパク質のPAM(proto−spacer−adjacent Motif)配列に隣接した1−50bpまたは1−40bpの長さの連続的または不連続的部位に位置する1つ以上のヌクレオチドの欠失; (2)VEGF−A遺伝子内のCas9タンパク質のPAM配列に隣接した1−50bpまたは1−40bpの長さの連続的または不連続的部位に位置する1−20個、1−15個、または1−10個の連続的または不連続的なヌクレオチドの野生型VEGF−A遺伝子と相異なるヌクレオチドへの置換; (3)VEGF−A遺伝子内のCas9タンパク質のPAM配列に隣接した1−50bpまたは1−40bpの長さの連続的または不連続的部位に1−20個、1−15個、または1−10個のヌクレオチドの挿入(付加)、この時、前記挿入されるヌクレオチドは、それぞれ独立してA、T、C、およびGの中から選択される;および (4)これらの組合せ。 前記VEGF−A遺伝子の不活性化のための製剤は、Cas9タンパク質またはこれを暗号化する遺伝子(DNAまたはmRNA)およびVEGF−A遺伝子の標的部位に特異的に結合する標的化配列を含むVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAまたはこれを暗号化するDNAを含むものであってもよい。 Cas9タンパク質とVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAは、 (a)生体(または病変部位)または細胞などに投与される前にCas9タンパク質とVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAとが結合して形成された(つまり、投与前に予め組込まれた)複合体、つまり、リボ核酸タンパク質(ribonucleoprotein;RNP)形態であるか(この場合、リボ核酸タンパク質形態で細胞膜を通過して細胞内または生体内に伝達される)、 (b)Cas9タンパク質を暗号化するDNAおよびVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAを暗号化するDNAがそれぞれ別個のベクターを通して生体内または細胞内に投与(または伝達)されるか、1つのベクターを通して共に生体内または細胞内に投与(または伝達)されて、生体または細胞内で複合体をなすもの、 (c)Cas9タンパク質を暗号化するRNA(mRNA)およびVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAを含むRNA混合物形態、または (d)Cas9タンパク質を暗号化する遺伝子(DNA)を含む組換えベクターおよびVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNA(例えば、in vitro転写によって得られる)の混合物であってもよい。 一例において、前記RNA混合物は、通常のRNA伝達体に含まれて細胞内または生体内に伝達されるものであってもよい。 したがって、前記VEGF−A遺伝子の不活性化のための製剤は、 (a)生体(または病変部位)または細胞などに投与される前にCas9タンパク質とVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAが結合して形成された(つまり、投与前に予め組込まれた)複合体、つまり、リボ核酸タンパク質(ribonucleoprotein;RNP)(この場合、リボ核酸タンパク質形態で細胞膜を通過して細胞内または生体内に伝達される); (b)Cas9タンパク質を暗号化する遺伝子(DNA)およびVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAを暗号化するDNAを1つのベクターに共に含むか、または別個のベクターにそれぞれ含む組換えベクター(つまり、Cas9タンパク質を暗号化する遺伝子を含む組換えベクターおよびVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAを暗号化するDNAを含む組換えベクター)、または前記組換えベクターを含む組換え細胞; (c)Cas9タンパク質を暗号化するRNA(mRNA)およびVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAを含むRNA混合物; (d)Cas9タンパク質を暗号化する遺伝子(DNA)を含む組換えベクターおよびVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNA(例えば、in vitro転写によって得られる)の混合物;または (e)これらの組合せを含むものであってもよい。 前記VEGF−A遺伝子の不活性化のための製剤の投与は、前記Cas9タンパク質を暗号化する遺伝子(DNA)を含む組換えベクターとVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAを暗号化するDNAを含む組換えベクター、Cas9タンパク質を暗号化するRNA(mRNA)とVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNA、またはCas9タンパク質を暗号化する遺伝子(DNA)を含む組換えベクターとVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAを同時に投与するか、順序に関係なく順次に投与して行われる。 他の例は、VEGFA遺伝子の特定標的部位(target site or target region)を標的化するためのガイドRNAを提供する。一例において、前記ガイドRNAは、VEGFA遺伝子の特定標的部位のいずれか1本鎖(例えば、PAM配列が位置する鎖と相補的な鎖)の核酸配列とハイブリダイズ可能な(例えば、相補的核酸配列を有する)標的化配列(targeting sequence)を含むものであってもよい。 他の例は、Cas9タンパク質およびVEGFA遺伝子特異的標的化配列を含むガイドRNAを含むVEGFA遺伝子特異的リボ核酸タンパク質(RNP)を提供する。 他の例は、前記ガイドRNAまたはVEGFA遺伝子特異的リボ核酸タンパク質(RNP)を含む薬学組成物を提供する。前記薬学組成物は、黄斑変性(例えば、老人性黄斑変性(AMD)など)、網膜病症(例えば、糖尿性網膜病症(diabetic retinopathy)など)などのような眼疾患の治療および/または予防に使用できる。 他の例は、前記VEGFA遺伝子特異的リボ核酸タンパク質(RNP)を眼疾患の治療および/または予防を必要とする患者に投与する段階を含む、眼疾患の治療または予防方法を提供する。前記VEGFA遺伝子特異的リボ核酸タンパク質(RNP)は、薬学的有効量で投与され、例えば、眼球の病変部位の局所投与または網膜下注射によって投与される。 前記眼疾患は、血管内皮成長因子(VEGF)、例えば、VEGF−Aの過発現に関連する眼疾患であってもよいし、新生血管性眼疾患(neovascular eye disease)であってもよい。新生血管性眼疾患は、眼球の血管新生(neovascularization)、例えば、脈絡膜血管新生(choroidal neovascularization;CNV)によって誘発されるすべての眼疾患であってもよいし、例えば、黄斑変性(例えば、老人性黄斑変性(age−related macular degeneration;AMD)、近視性脈絡膜血管新生(myopic choroidal neovascularization)など)、網膜病症(例えば、糖尿性網膜病症(diabetic retinopathy)、虚血性網膜病症(ischemic retinopathy)、分枝静脈閉鎖(branch retinal vein occlusion)、中心静脈閉鎖(central retinal vein occlusion)、未熟児網膜病症(retinopathy of prematurity)など)などからなる群より選択されたものであってもよい。 VEGF−A(Vascular endothelial growth factor A)は、ヒト、サルなどの霊長類、ラット、マウスなどの齧歯類を含む哺乳類由来のものであってもよいし、例えば、Human VEGF−A(例えば、NCBI Accession No.NP_001020537、NP_001020538、NP_001020539、NP_001020540、NP_001020541、NP_001028928、NP_001165093、NP_001165094、NP_001165095、NP_001165096、NP_001165097、NP_001165098、NP_001165099、NP_001165100、NP_001165101、NP_001191313、NP_001191314、NP_001273973、NP_001303939、NP_003367など)、Mouse VEGF−A(NCBI Accession No.NP_001020421、NP_001020428、NP_001103736、NP_001103737、NP_001103738、NP_001273985、NP_001273986、NP_001273987、NP_001303970、NP_033531など)などであってもよい。 Cas9タンパク質は、例えば、ストレプトコッカスピオゲネス(Streptococcus pyogenes)に由来する(分離された)ものであってもよい。 本明細書に使用されたところであって、 「標的遺伝子(target gene)」は、遺伝子矯正対象となる遺伝子(VEGF−A遺伝子)を意味し、 「標的部位(target site or target region)」は、標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)内のCas9による遺伝子矯正(切断およびヌクレオチドの欠失、添加、および/または置換)が起こる遺伝子部位を意味するもので、標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)内のCas9タンパク質が認識するPAM配列の5’末端および/または3’末端に隣接して位置する最大長さが約50bpまたは約40bpの遺伝子部位を意味し(この場合、遺伝子矯正は、細胞1つにおける2対の染色体のうち1つまたは2つの標的部位で起こりうる)、 「標的配列(target sequence)」は、標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)内のガイドRNAとハイブリダイズ可能な遺伝子部位であって、標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)内のCas9タンパク質が認識するPAM配列の5’末端および/または3’末端に隣接して位置する連続する17bp〜23bp、例えば、20bpの長さの核酸配列を意味し、 「標的化配列(targeting sequence)」は、前記標的遺伝子内の標的配列とハイブリダイズ可能なガイドRNA部位であって、17〜23個、例えば、20個のヌクレオチドを含むガイドRNA部位であってもよい。 本明細書において、前記標的配列は、標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)の当該遺伝子部位の2つのDNA鎖中、PAM配列が位置する鎖の核酸配列で表される。この時、実際にガイドRNAが結合するDNA鎖は、PAM配列が位置する鎖の相補的鎖であるので、前記ガイドRNAに含まれている標的化配列は、RNA特性上、TをUに変更することを除き、標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)に位置する標的配列と同一の核酸配列を有する。したがって、本明細書において、ガイドRNAの標的化配列と標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)の標的配列は、TとUが相互変更されることを除き、同一の核酸配列で表される。 前記Cas9タンパク質がストレプトコッカスピオゲネス(Streptococcus pyogenes)由来の場合、前記PAM配列は、5’−NGG−3’(Nは、A、T、G、またはCである)であり、標的部位は、標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)内の5’−NGG−3’配列の5’末端および/または3’末端に隣接して位置する遺伝子部位であって、例えば、最大長さが約50bpまたは約40bpの遺伝子部位であってもよい。 この場合、VEGF−A遺伝子の不活性化は、VEGF−A遺伝子において、 a)5’−NGG−3’(Nは、A、T、CまたはGである)配列の5’末端および/または3’末端に隣接して位置する最大50bpまたは最大40bpの長さの核酸配列(標的部位)内の1つ以上のヌクレオチドの欠失、 b)5’−NGG−3’配列の5’末端および/または3’末端に隣接して位置する最大50bpまたは最大40bpの長さの核酸配列(標的部位)内の1つ以上(例えば、1−20個、1−15個、または1−10個)のヌクレオチドの野生型遺伝子と相異なるヌクレオチドへの置換、 c)5’−NGG−3’配列の5’末端および/または3’末端に隣接して位置する最大50bpまたは最大40bpの長さの核酸配列(標的部位)内への1つ以上(例えば、1−20個、1−15個、または1−10個)のヌクレオチドの挿入(この時、挿入されるヌクレオチドは、それぞれ独立してA、T、C、およびGの中から選択される)、または d)前記a)〜c)の中から選択された2種類以上の組合せによって誘導されたものであってもよい。 前記ガイドRNAは、CRISPR RNA(crRNA)、trans−activating crRNA(tracrRNA)、および単一ガイドRNA(single guide RNA;sgRNA)からなる群より選択された1種以上であってもよいし、具体的には、crRNAとtracrRNAとが互いに結合した二重鎖crRNA:tracrRNA複合体、またはcrRNAまたはその一部とtracrRNAまたはその一部がオリゴヌクレオチドリンカーで連結された単一鎖ガイドRNA(sgRNA)であってもよい。 前記ガイドRNAの具体的配列は、Cas9タンパク質の種類(つまり、由来微生物)によって適切に選択することができ、これは、この発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に分かる事項である。 Streptococcus pyogenes由来のCas9タンパク質を使用する場合、crRNAは、次の一般式1で表現される: 5’−(Ncas9)l−(GUUUUAGAGCUA)−(Xcas9)m−3’(一般式1) 前記一般式1において、 Ncas9は、標的化配列であって、標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)の標的配列によって決定される部位であり、lは、前記標的化配列に含まれているヌクレオチド数を示すもので、17〜23または18〜22の整数、例えば、20であってもよく; 前記標的配列の3’方向に隣接して位置する連続する12個のヌクレオチド(GUUUUAGAGCUA)(配列番号359)を含む部位は、crRNAの必須的部分であり、 Xcas9は、crRNAの3’末端側に位置する(つまり、前記crRNAの必須的部分の3’方向に隣接して位置する)m個のヌクレオチドを含む部位で、mは、8〜12の整数、例えば、11であってもよいし、前記m個のヌクレオチドは、互いに同一または異なっていてもよいし、それぞれ独立してA、U、C、およびGからなる群より選択されてもよい。 一例において、前記Xcas9は、UGCUGUUUUG(配列番号360)を含むことができるが、これに制限されない。 また、前記tracrRNAは、次の一般式2で表現される: 5’−(Ycas9)p−(UAGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGC)−3’(一般式2) 前記一般式2において、 60個のヌクレオチド(UAGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGC)(配列番号361)で表された部位は、tracrRNAの必須的部分であり、 Ycas9は、前記tracrRNAの必須的部分の5’末端に隣接して位置するp個のヌクレオチドを含む部位で、pは、6〜20の整数、例えば、8〜19の整数であってもよいし、前記p個のヌクレオチドは、互いに同一または異なっていてもよく、A、U、C、およびGからなる群よりそれぞれ独立して選択されてもよい。 また、sgRNAは、前記crRNAの標的化配列と必須的部位を含むcrRNA部分と、前記tracrRNAの必須的部分(60個のヌクレオチド)を含むtracrRNA部分とがオリゴヌクレオチドリンカーを介してヘアピン構造(stem−loop構造)を形成するものであってもよい(この時、オリゴヌクレオチドリンカーがループ構造に相当する)。より具体的には、前記sgRNAは、crRNAの標的化配列と必須的部分を含むcrRNA部分と、tracrRNAの必須的部分を含むtracrRNA部分とが互いに結合した二重鎖RNA分子において、crRNA部位の3’末端とtracrRNA部位の5’末端がオリゴヌクレオチドリンカーを介して連結されたヘアピン構造を有するものであってもよい。 一例において、sgRNAは、次の一般式3で表現される: 5’−(Ncas9)l−(GUUUUAGAGCUA)−(オリゴヌクレオチドリンカー)−(UAGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGC)−3’(一般式3) 前記一般式3において、(Ncas9)lは、標的配列であって、前記一般式1で説明した通りである。 前記sgRNAに含まれるオリゴヌクレオチドリンカーは、3〜5個、例えば、4個のヌクレオチドを含むものであってもよいし、前記ヌクレオチドは、互いに同一または異なっていてもよく、A、U、C、およびGからなる群よりそれぞれ独立して選択されてもよい。 前記crRNAまたはsgRNAは、5’末端(つまり、crRNAのターゲッティング配列部位の5’末端)に1〜3個のグアニン(G)を追加的に含んでもよい。 前記tracrRNAまたはsgRNAは、tracrRNAの必須的部分(60nt)の3’末端に5個〜7個のウラシル(U)を含む終結部位を追加的に含んでもよい。 一例において、標的遺伝子(VEGF−A遺伝子)の標的配列は、以下からなる群より選択されたものであってもよい: Vegfa−1:5’−CTCCTGGAAGATGTCCACCA−3’(配列番号1)(PAM配列:GGG); Vegfa−2:5’−AGCTCATCTCTCCTATGTGC−3’(配列番号2)(PAM配列:TGG); Vegfa−3:5’−GACCCTGGTGGACATCTTCC−3’(配列番号3)(PAM配列:AGG); Vegfa−4:5’−ACTCCTGGAAGATGTCCACC−3’(配列番号4)(PAM配列:AGG); Vegfa−5:5’−CGCTTACCTTGGCATGGTGG−3’(配列番号5)(PAM配列:AGG); Vegfa−6:5’−GACCGCTTACCTTGGCATGG−3’(配列番号6)(PAM配列:TGG); Vegfa−7:5’−CACGACCGCTTACCTTGGCA−3’(配列番号7)(PAM配列:TGG);および Vegfa−8:5’−GGTGCAGCCTGGGACCACTG−3’(配列番号8)(PAM配列:AGG)。 前記標的配列は、哺乳類の種間保存が良くなった配列で、例えば、ヒトと齧歯類(例えば、マウス)にすべて存在する。例えば、前記標的配列は、配列番号1または配列番号2の核酸配列を含むものであってもよい。 前記標的配列は、哺乳類の肝、例えば、ヒトVEGF−A遺伝子とマウスVEGF−A遺伝子との間によく保存されており、on target部位での遺伝子矯正効率(例えば、indel頻度(%))に非常に優れ、on target以外の部分では、mismatching nucleotideの個数が3個以下、2個以下、1個、または0個の部位(off target部位)がほとんど存在せず、on target以外の部分で遺伝子矯正が起こる確率が非常に低かったり無いので、安全性に優れている(off−target effectが非常に低いかほとんどない)。 このような優れた矯正効率および低いoff−target effectに基づいて、本発明の一例は、前記ガイドRNAまたはこれを暗号化するDNAおよびCas9タンパク質またはこれを暗号化する遺伝子(DNAまたはmRNA)を含むVEGF−A遺伝子矯正用組成物を提供する。前記VEGF−A遺伝子矯正用組成物は、ガイドRNAおよびCas9タンパク質を含むリボ核酸タンパク質を含むものであってもよい。この時、前記リボ核酸タンパク質は、生体または細胞への投与前に予め組込まれたものであってもよい。 本明細書において、標的遺伝子の標的部位と混成化可能なガイドRNAの標的化配列は、標的配列が位置するDNA鎖(つまり、PAM配列が位置するDNA鎖)の相補的な鎖のヌクレオチド配列と50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、99%以上、または100%の配列相補性を有するヌクレオチド配列を意味するもので、前記相補的鎖のヌクレオチド配列と相補的結合が可能である。 例えば、crRNAまたはsgRNAの標的化配列「(Ncas9)l」は、前記配列番号1〜4の標的配列と同一の配列を有するものであってもよい(ただし、TをUに変更)。つまり、crRNAまたはsgRNAは、「(Ncas9)l」は、配列番号9〜16から選択された標的化配列を含むものであってもよい: Vegfa−1:5’−CUCCUGGAAGAUGUCCACCA−3’(配列番号9); Vegfa−2:5’−AGCUCAUCUCUCCUAUGUGC−3’(配列番号10); Vegfa−3:5’−GACCCUGGUGGACAUCUUCC−3’(配列番号11); Vegfa−4:5’−ACUCCUGGAAGAUGUCCACC−3’(配列番号12); Vegfa−5:5’−CGCUUACCUUGGCAUGGUGG−3’(配列番号13); Vegfa−6:5’−GACCGCUUACCUUGGCAUGG−3’(配列番号14); Vegfa−7:5’−CACGACCGCUUACCUUGGCA−3’(配列番号15);および Vegfa−8:5’−GGUGCAGCCUGGGACCACUG−3’(配列番号16)。 例えば、前記crRNAまたはsgRNAは、標的化配列であって、配列番号9または配列番号10を含むことができる。 一例において、従来、RNAを生体内または細胞内伝達時に生じる細胞生存率(cell viability)減少の問題を解決するために、変形した形態のRNAを使用することができる。例えば、RNAの5’末端にリン酸−リン酸結合を含まないように変形したRNA(例えば、5’末端にトリホスフェートまたはジホスフェートを含まない)をガイドRNAとして使用することができる。あるいは、sgRNA(例えば、化学的に合成されたsgRNA)は、5’末端および/または3’末端に1つ以上(例えば、1〜5個、または2〜4個)の変形したリボ核酸を含むことができ、この時、変形は、ホスホロチオエート(phosphorothioate)および/またはリボースの2’位置の変形(例えば、2’−acetylation、2’methylation、またはその他の変形)などを含むことができる。一例において、前記変形したsgRNAは、5’末端および3’末端それぞれに位置する3個のヌクレオチドにあるリボースの2’−O位置がメチレーション(メチル基添加)および/またはホスホロチオエートバックボーン(phosphorothioate backbone)への変形などを含むものであってもよい。 他の例において、前記配列番号1〜4の中から選択された標的配列を含むガイドRNAが提供される。 前記方法において、前記ガイドRNAとCas9タンパク質の細胞内への形質導入は、予め組込まれたガイドRNAとCas9タンパク質の複合体(リボ核酸タンパク質)を通常の方法(例えば、電気穿孔、リポフェクションなど)で直接免疫細胞に導入するか、ガイドRNAを暗号化するDNA分子とCas9タンパク質を暗号化する遺伝子(DNAまたはmRNA)(またはこれと80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、または99%以上の塩基配列相同性を有する遺伝子)を1つのベクターまたはそれぞれ別個のベクター(例えば、プラスミド、ウイルスベクターなど)に含まれている状態で細胞に導入するか、mRNA deliveryにより行うことができる。 一例において、前記ベクターは、ウイルスベクターであってもよい。前記ウイルスベクターは、レトロウイルス、アデノウイルス、パルボウイルス(例えば、アデノ関連(adenoassociated)ウイルス(AAV))、コロナウイルス、オルトミクソウイルス(orthomyxovirus)のような陰性鎖RNAウイルス(例えば、インフルエンザウイルス)、ラブドウイルス(rhabdovirus)、例えば、狂犬病および小胞性口内炎ウイルス)、パラミクソウイルス(paramyxovirus)(例えば、麻疹およびセンダイ(Sendai)、アルファウイルス(alphavirus)、およびピコルナウイルス(picornavirus)のような陽性鎖RNAウイルス、およびヘルペスウイルス(例えば、単純ヘルペス(Herpes Simplex)ウイルスタイプ1および2、エプスタイン(Epstein)−バール(Barr)ウイルス、サイトメガロウイルス(cytomegalovirus))、アデノウイルスを含む二重−鎖のDNAウイルス、ポックスウイルス(poxvirus)(例えば、牛痘(vaccinia)、鶏痘(fowlpox)、およびカナリア痘瘡(canarypox))などからなる群より選択されたものであってもよい。 前記Cas9タンパク質、ガイドRNA、これを含むリボ核酸タンパク質、またはこれらのうちの1つ以上を含むベクターは、それぞれ電気穿孔法(electroporation)、リポフェクション、ウイルスベクター、ナノパーティクル(nanoparticles)だけでなく、PTD(Protein translocation domain)融合タンパク質方法など当業界で公知の多様な方法の中から選択された適切な方法により生体内または細胞内に伝達される。 前記Cas9タンパク質、ガイドRNA、これを含むリボ核酸タンパク質の核内伝達のために、前記Cas9タンパク質および/またはガイドRNAは、通常使用可能な核局在信号(nuclear localization signal;NLS)を追加的に含んでもよい。 前記VEGF−A遺伝子特異的リボ核酸タンパク質において、Cas9タンパク質は、微生物から分離されたもの、または組換え的方法または化学的合成方法で非自然的生産されたもの(non−naturally occurring)であってもよいし、前記ガイドRNAは、組換え的または化学的に生産されたものであってもよい。 Cas9タンパク質またはこれを暗号化する遺伝子((DNAまたはmRNA))およびVEGF−A遺伝子の標的部位に特異的に結合する標的化配列を含むVEGF−A遺伝子特異的ガイドRNAまたはこれを暗号化するDNAを含むVEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤、またはVEGF−A遺伝子特異的リボ核酸タンパク質は、多様な投与経路を通して生体内に投与され、これに制限されないが、眼疾患(VEGF−A遺伝子の過発現に関連する眼疾患)病変部位に局所投与または網膜下投与などの経路で眼球に投与される。 前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤またはVEGF−A遺伝子特異的リボ核酸タンパク質の投与対象は、VEGF−A遺伝子の過発現に関連する眼疾患を病んでいたり病む危険があるすべての哺乳動物、例えば、ヒト、サルなどの霊長類、マウス、ラットなどの齧歯類などから選択された動物、これから分離された細胞(例えば、網膜色素上皮細胞(RPE)、網膜色素上皮細胞(RPE)/脈絡膜/強膜複合体(RPE/choroid/scleral complex)など)または組織(眼球組織)、またはその培養物であってもよい。 前記VEGF−A遺伝子を不活性化させる製剤またはVEGF−A遺伝子特異的リボ核酸タンパク質は、「薬学的有効量」で投与されるか、薬学組成物に含まれる。「薬学的有効量」は、適用部位における所望の効果、つまり、VEGF−A遺伝子矯正効果を奏しうる量を意味し、製剤化方法、投与方式、患者の年齢、体重、性別、病的状態、投与時間、投与経路、排出速度、および反応感応性のような要因によって多様に処方される。 本明細書で提案されるVEGF−A遺伝子矯正技術は、高い遺伝子矯正効率だけでなく、非常に低いoff−target effectを示すことによって、効率的かつ安全に遺伝子矯正を行うことができ、これにより、VEGF−Aタンパク質水準を病理学的閾値以下に抑えることによって、VEGF−Aの過発現に関連する眼疾患の長期的または永久的な治療を可能にする。 マウスNIH3T3細胞とヒトARPE−19細胞のVegfa/VEGFA遺伝子座の標的部位の配列を示す(PAM配列:青色);sgRNA標的配列:青色)。 NIH3T3およびARPE−19細胞でVegfa−特異的Cas9 RNPまたはこれらの暗号化配列を含むプラスミドの導入によって誘導された突然変異をT7エンドヌクレアーゼ1(T7E1)の分析により確認した結果である。 NIH3T3およびARPE−19細胞でVegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPまたはこれらの暗号化配列を含むプラスミドの導入によって誘導された突然変異(indel)の頻度を示すグラフである。 NIH3T3およびARPE−19細胞でVegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPによって誘導される代表的なVegfa/VEGFA遺伝子座における突然変異DNA配列を示す。 confluent ARPE−19細胞でVegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPの導入によって誘導される突然変異の頻度を示すグラフである。 Vegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPが形質感染したconfluent ARPE−19細胞におけるVEGFA mRNA水準を示すグラフである。 Vegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPが形質感染したconfluent ARPE−19細胞におけるVEGFAタンパク質水準を示すグラフである。 4種のsgRNA(Vegfa−1 sgRNA、Vegfa−2 sgRNA、Vegfa−3 sgRNA、およびVegfa−4 sgRNA)を含むVegfa−特異的Cas9 RNPまたはこれらの暗号化配列を含むプラスミドの導入によって誘発されるNIH3T3細胞における突然変異の頻度を示すグラフである。 Cy3標識されたCas9 RNP(Cy3標識されたCas9およびVegfa−1 sgRNA複合体)またはCy3標識されたCas9単独(対照群)で形質感染させ、24時間後にNIH3T3細胞を共焦点顕微鏡で観察した結果である。 Cy3標識されたCas9 RNPまたはCy3標識されたCas9単独で形質感染24時間後の総DAPI陽性核の個数に対するCy3陽性核の個数の比率(100*[Cy3陽性核の個数]/[総DAPI陽性核の個数])を示すグラフである。 形質感染24時間後にNIH3T3細胞で誘導された突然変異をT7E1 assayで分析した結果を示す。 形質感染24時間後にNIH3T3細胞で誘導された突然変異の頻度を示すグラフである。 Cy3標識されたCas9 RNPをマウスの眼に注射してから3日目にRPE flat−mountを蛍光顕微鏡で観察した蛍光イメージである。 Cy3標識されたCas9 RNP注射後3日目に網膜色素上皮細胞(RPE)/脈絡膜/強膜複合体(RPE/choroid/scleral complex)から分離された遺伝体DNAにおける生体内で誘導されたindelsの頻度を示すグラフである。 注射後24時間および72時間目にRPE/脈絡膜/強膜複合体におけるCas9タンパク質の水準をウェスタンブロッティングで確認した結果である。 網膜色素上皮細胞(RPE)/脈絡膜/強膜複合体(RPE/choroid/scleral complex)中の網膜色素上皮細胞(RPE)の分布を蛍光顕微鏡で観察した蛍光イメージである。 注射後24時間および72時間目にRPE/脈絡膜/強膜複合体におけるCas9タンパク質の水準をウェスタンブロッティングで確認した結果である。 実施例3の試験過程を模式的に示す図である。 注射後7日目、Rosa26−特異性Cas9 RNP(対照群)またはVegfa−特異性Cas9 RNPを注射したC57BL/6Jマウスにおいてisolectin B4(IB4)で染色されたlaser−induced CNVを可視化した写真である。 Vegfa−特異性Cas9 RNPを注射したC57BL/6JマウスにおけるCNV面積を、Rosa26−特異性Cas9 RNP注射した対照群のCNV面積と比較して示すグラフである。 CNV領域におけるVegfaタンパク質の発現水準を示すグラフである。 RPE複合体内のVegfa標的部位におけるIndel頻度(%)を示すグラフである。 RPE複合体内のRosa26標的部位におけるIndel頻度(%)を示すグラフである。 hematoxylin&eosin染色で試料断面(cross section)のLaser−induced CNV構造を可視化した結果を示す写真である。 targeted deep sequencingによる突然変異の分析に用いるためのCNV試料を示す。 レーザ処理後7日目のLaser−induced CNVを可視化した写真である。 in vitro切断部位を示すGenome−wide Circos plotである。 41個のDigenome−capture site(表5参照)およびOn−target配列を含む42個の配列のSequence logoを示す。 ヒトARPE−19細胞から確認されたoff−target部位およびindel頻度を示す。 マウスRPEでVegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPによって誘導される突然変異DNA配列を示すもので、aは、RNP注射3日後にRPEにおいてVegfa−特異的Cas9 RNPによって誘導される代表的な突然変異DNA配列を示し、bは、RNP注射7日後にレーザ誘導脈絡膜血管新生(laser−induced choroidal neovascularization(CNV))を有するRPEにおける突然変異DNA配列を示す。 マウスRPEの20個の潜在的off−target部位におけるindel頻度(%)を示す。 Vegfa−specific Cas9 RNP注入7日後のVegfa−specific Cas9 RNP注入されたマウスおよびVegfa−specific Cas9 RNPが注入されない正常対照群のマウスの網膜から得られた蛍光断面イメージである。 opsin positive領域(%)を示すグラフである。 pET28−NLS−Cas9ベクターの開裂地図である。 pRG2ベクターの開裂地図である。 以下、本発明を次の実施例によってより具体的に説明する。しかし、これらは本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲がこれらの実施例によって制限されるわけではない。 [参考例] 1.Cas9 RNPの製造 精製されたCas9タンパク質は、ToolGen Inc.、South Koreaから購入して準備した。sgRNAは、T7ポリメラーゼ(New England Biolabs)を用いて、製造業者のプロトコルに従ってin vitro転写によって生成した。簡略に、2つの相補的なオリゴヌクレオチド(表1参照)をannealingおよびextensionしてsgRNAのテンプレートを生成した。 前記生成されたsgRNAテンプレートを、T7 RNAポリメラーゼと共にNTPs(Jena bioscience)およびRNase阻害剤(New England Biolabs)を含む反応緩衝液(40mM Tris−HCl、20mM MgCl2、2mM spermidine、1mM DTT、pH7.9)に入れて、37℃で16時間培養して転写させた。転写されたsgRNAを、37℃で30分間、DNase I(New England Biolabs)と共に培養した。sgRNAをRNeasy MinElute Cleanup Kit(Qiagen)を用いて精製し、Nano drop(Thermo Fisher Scientific)を用いて定量化した。精製されたsgRNAs(65μg)を、CIP(Calf intestinal;1000units;Alkaline Phosphatase、New England Biolabs)と共に37℃で1時間培養して3−リン酸基を除去した。前記得られたsgRNAを、RNeasy MinElute Cleanup Kit(Qiagen)を用いて再び精製し、Nano drop(Thermo Fisher Scientific)を用いて定量化した。 すべてのCas9タンパク質およびsgRNA stockを用いて細胞生存率および遺伝体矯正(indel)効率を試験して、高効率のCas9タンパク質およびsgRNA stockを選択してin vivo eye injectionに使用した。 2.Cas9タンパク質の精製 pET28−NLS−Cas9ベクター(図8;Cas9:Streptococcus pyogenes由来である(配列番号358))を大腸菌菌株BL21(DE3)に形質転換させた後、0.5mM isopropyl β−D−1−thiogalactopyranoside(IPTG)を処理して、18℃で12時間、Cas9タンパク質の発現を誘導した。前記大腸菌細胞を超音波処理して溶解させ、20,000gで30分間遠心分離した後、溶解性溶解液(soluble lysate)を取ってNi−NTAビーズ(Qiagen)と混合し、Cy3染料(GE Healthcare)を1:10の比率(Cas9タンパク質:Cy3染料分子)で添加した。前記混合物を暗条件および4℃条件で一晩(12時間以上)培養した。溶離緩衝液(elution buffer;50mM Tris−HCl[pH7.6]、150−500mM NaCl、10−25%(w/v)グリセロール、0.2Mイミダゾール)を用いてCy3−標識Cas9を溶出させ、透析用緩衝液(dialyzing buffer;20mM HEPES pH7.5、150mM KCl、1mM DTT、10%(w/v)グリセロール)を用いて透析した。精製されたCy3−標識Cas9タンパク質をUltracel 100K cellulose column(Millipore)を用いて濃縮させた。Cy3−標識Cas9タンパク質の純度はSDS−PAGEによって測定した。Cy3標識効率は、Cas9タンパク質(280nm)および接合されたCy3染料分子の吸収スペクトルを比較して測定した。 3.細胞培養および形質感染 マウスNIH3T3(ATCCR CRL−1658TM)およびARPE−19(ヒト網膜色素上皮細胞;ATCCR CRL−2302TM)細胞株を、10%(v/v)BCSまたはFBSが補充されたDulbecco’s Modified Eagle Medium(DMEM)で、5%CO2、37℃、および湿潤大気条件下で培養した(NIH3T3およびARPE−19細胞はmycoplasma汚染の有無が試験されていない)。形質感染1日前に、NIH3T3およびARPE−19細胞を24−ウェルプレートに2x104細胞/ウェルの量で接種した。各ウェルには抗生剤無含有成長培地250μlが添加されている。 プラスミド伝達の場合、Lipofectamine2000(Thermo Fisher Scientific)を用いて、製造業者のプロトコルに従って、Cas9(1μg;Streptococcus pyogenes由来;コーディング配列(4107bp):配列番号358)発現プラスミド(pET vector(Add gene)使用)およびsgRNA(1μg;実施例1)発現プラスミド(pRG2 vector(図9参照)使用)で前記24−ウェルプレートの細胞を形質感染させた。 RNP伝達の場合、Cas9タンパク質(4μg;実施例2)を、室温で5分間、sgRNA(2.25μg;実施例1)と共に培養した後、50μlのOpti−MEM(Thermo Fisher Scientific)と1μlのLipofectamine2000(Thermo Fisher Scientific)を添加した。10分後、前記RNP混合物を前記24−ウェルプレートの細胞に添加して細胞を形質感染させた。形質感染48時間後、細胞を収穫し、T7E1分析、targeted deep sequencing、およびqPCRを行った。 confluent RPE(human retinal pigment epithelial)でVEGF−Aを発現させる場合、前記準備されたARPE−19細胞は、confluencyに到達した後、1%(v/v)FBSが含有されたDMEM/F12で維持させて、試験のためのpolarized epithelial layerが形成されるようにした。ARPE−19細胞を12−ウェルプレートに入れて、Cas9タンパク質8μg、sgRNA4.5μg、およびlipofectamine2000 3μlで形質感染させた。形質感染2日後、形質感染成長培地(DMEM+1%(v/v)FBS)を新鮮な無血清培地0.5mlに入れ替えた。16時間後、細胞および培地を収穫し、targeted deep sequencing、qPCR、およびELISAを行った。 4.Cy3−標識Cas9 RNPのイメージングおよびカウンティング 形質感染後1日目に、細胞を、室温で10分間、4%(w/v)PFA(paraformaldehyde)で固定させた後、室温で15分間、4’,6−diamidino−2−phenylindole(DAPI、1μg/ml、Sigma Aldrich)で染色した。前記細胞をx630倍率で共焦点顕微鏡(LSM510、Carl Zeiss)で視角化した。スキャニング媒介変数は次の通りにした:scaling(x=0.14μm/pixel、y=0.14μm/pixel、z=1μm/pixel)、dimensions(x=1024、y=1024、z=6、channels:3、12−bit)(with objective C−Apochromat 63x/1.20W Korr UV−VIS−IR)。ZEN2ソフトウェア(黒色板、Ver10.0、Carl Zeiss)を用いてCy3陽性核(Cy3 positive nuclei)を計数した。Cy3陽性核の頻度(frequency)を定量化するために、我々は倍率630倍で観察される視野範囲でCy3染色された核を有する細胞の数と全体細胞数を数え、4つの視野にわたって観察されるCy3陽性核の平均百分率を計算した(n=3)。 5.T7E1 Assay DNeasy Tissue Kit(Qiagen)を用いて、製造業者のプロトコルに従って細胞および組織から遺伝体DNA(genomic DNA)を分離した。PCRを用いて標的部位を増幅させた後、生成物を熱循環器を用いて変性させアニーリングさせた。この時使用されたプライマーを下記の表2にまとめた: アニーリングされたPCR産物を、T7エンドヌクレアーゼI(ToolGen、Inc.)と共に37℃で25分間インキュベーションし、アガロースゲル電気泳動で分析した。 6.Targeted deep sequencing Phusionポリメラーゼ(Thermo Fisher Scientific)を用いて、遺伝体DNAからオン−ターゲット(on−target)および潜在的オフ−ターゲット(off−target)領域を増幅させた。Illumina MiSeq(LAS Inc.韓国)を用いてPCR増幅物の対をなした配列の分析を行った。使用されたプライマーを表3〜表5にまとめた: PAM配列の上流3bbp部位周囲の突起は、Cas9 RNP活性による突然変異と見なされた。 7.RNA抽出およびqPCR easy−spinTM Total RNA抽出キット(iNtRON、韓国)を用いて、製造会社のプロトコルに従ってNIH3T3およびARPE−19細胞から全体RNAを分離した。Superscript II(Enzynomics、South Korea)を用いて250ngのRNAを逆転写させた。SYBR Green(KAPA)および次のプライマーを用いて定量的PCR(Quantitative PCR;qPCR)を行った: mouse Vegfa:5’−ACGTCAGAGAGCAACATCAC−3’(forward;配列番号283)、5’−CTGTCTTTCTTTGGTCTGCATTC−3’(reverse;配列番号284); mouse Gapdh:5’−GCTGAGTATGTCGTGGAGTCTA−3’(forward;配列番号285)、5’−GTGGTTCACACCCATCACAA−3’(reverse;配列番号286); human VEGFA−1:5’−CGAGTACATCTTCAAGCCATCC−3’(forward;配列番号287)、5’−GGTGAGGTTTGATCCGCATAAT−3’(reverse;配列番号288); human VEGFA−2:5’−AGAAGGAGGAGGGCAGAAT−3’(forward;配列番号289)、5’−CACAGGATGGCTTGAAGATGTA−3’(reverse;配列番号290); human GAPDH:5’−CAATGACCCCTTCATTGACC−3’(forward;配列番号291)、5’−TTGATTTTGGAGGGATCTCG−3’(reverse;配列番号292)。 8.confluent ARPE−19細胞を用いたVEGFA ELISA ヒトVEGFA ELISAを行うために、Vegfa−特異的Cas9 RNP処理されたconfluent ARPE−19細胞を無血清(serum−free)培地で16時間培養した後、前記細胞培養物から無血清上澄液(supernatant)を収集し、ヒトVEGF Quantikine ELISA Kit(DVE00、R&D systems)を用いて、製造会社の指針に従って分泌されたVEGFAタンパク質水準を測定した。 9.遺伝体DNAのin vitro cleavageおよびDigenome sequencing DNeasy Tissue Kit(Qiagen)を用いてARPE−19細胞(ATCC)から遺伝体DNAを分離した。Digenome sequencingのために、遺伝体DNAを次の方法でin vitro切断した。簡単に説明すれば、遺伝体DNA(20μg)を、Cas9タンパク質(16.7μg)およびsgRNA(12.5μg)と共に反応緩衝液(100mM NaCl、50mM Tris−HCl、10mM MgCl2、100μg/ml BAS、pH7.9)で、37℃の条件で3時間インキュベーションして、Cas9による遺伝体DNAの切断が起こるようにした。切断された遺伝体DNAをRNase A(50μg/ml、Sigma Aldrich)で37℃で30分間処理し、DNeasy Tissue Kit(Qiagen)で精製した。Whole−genome sequencingとDigenome sequencingは、関連技術分野で知られた方法で行った(Kim,D.,Kim,S.,Kim,S.,Park,J.&Kim,J.S.Genome−wide target specificities of CRISPR−Cas9 nucleases revealed by multiplex Digenome−seq.Genome research26,406−415(2016))。 10.RNPが網膜下注入された動物の準備 本明細書の実施例で使用されたすべての動物の管理、使用および治療は、Seoul National University Institutional Animal Care and Use Committeeで定めたガイドラインおよび「ARVO statement for the Use of Animals in Ophthalmic and Vision Research」を厳格に遵守して行った。成体(6週齢)雄SPF C57BL/6Jマウスを研究に使用した。マウスは12時間/12時間の明/暗周期下で維持させた。 前記準備されたマウスに対して、次の方法でRNPを網膜下注入(Subretinal injections)した。まず、Cas9タンパク質(8μg)、sgRNA(4.5μg)、およびLipofectamine2000(20%(v/v))で構成されたRNPを2μlまたは3μl(injection volume)となるように混合した。前記準備されたRNP(2μlまたは3μl)を、手術顕微鏡(Leica Microsystems Ltd.)下、33G鈍針(World Precision Instruments Inc.)付きNanofil注射器を用いてマウスの網膜下空間(subretinal space)に注射した。網膜出血があるマウス個体は試験から除外させた。 11.レーザ誘導脈絡膜血管新生(Laser−induced choroidal neovascularization;CNV)動物モデルの作製 tiletamineとzolazepamを1:1の重量比で混合した混合物を2.25mg/kg(体重)の量で腹腔内注射してマウスを麻酔させた。phenylephrine(0.5%(w/v))とtropicamide(0.5%(w/v))が含まれている点眼液でマウスの瞳孔を拡張させた。Indirect head set delivery system(Iridex)とレーザシステム(Ilooda)を用いてレーザ光凝固(Laser photocoagulation)を行った。レーザ波長は532nmとした。レーザ媒介変数(Laser parameters)は次の通りである:スポットサイズ:200μm、電力:1W、および露出時間:100ms。変形した視神経円盤(optic disc)周囲の12時位置(右眼)または6時位置(左眼)にレーザ火傷(laser burn)を誘導させた。硝子体出血(vitreous hemorrhage)がない泡を発生させたレーザ火傷のみを試験対象に含ませた。レーザ火傷の四分円でRNPの網膜下注入を施した。Cas9 RNP(sgRosa26(Rosa26 targeting sgRNAを含む)またはsgVegfa(Vegfa targeting sgRNAを含む))は、各マウスの左眼または右眼にランダムに割り当てた。Cas9 RNPの網膜下注射によって水ぶくれ(bleb)ができた。この水ぶくれがレーザ火傷部位と重なったことを確認した。水ぶくれがレーザ火傷部位と重なった個体を後の試験に使用した。レーザ処理7日後、眼球を室温で1時間4%(w/v)PFA(paraformaldehyde)で固定させた。RPE(retinal pigment epithelium)複合体(RPE/脈絡膜/強膜)をisolectin−B4(Thermo Fisher Scientific、cat.no.I21413、1:100)で4℃で一晩処理して免疫染色させた。染色されたRPE複合体を蛍光顕微鏡(Eclipse 90i、Nikon)に平らに載せてx40倍率で観察した。CNV面積は、blind observerがImage Jソフトウェア(1.47v、NIH)を用いて測定した。 12.免疫蛍光染色およびイメージング RPE複合体中のRPE細胞数を高倍率フィールド領域(high power field area)(100μmx100μm、n=8)でパラフィンに挿入された断片試料(cross section sample、4μm)内のDAPI染色された核を計数して算定した。注射後7日目に得られた断片試料(n=4)を、anti−opsin抗体(Millipore、AB5405、1:1000)とAlexa Fluor488抗体(Thermo Fisher Scientific、1:500)で免疫染色した。opsin positive領域は、blind observerがImage Jソフトウェア(1.47v、NIH)を用いて測定した。共焦点顕微鏡(LSM710、Carl Zeiss)を用いてRPE flat−mountにおけるCy3−Cas9タンパク質の細胞内分布をイメージングした。スキャニングパラメータは次の通りである:scaling(x=0.042μm/pixel、y=0.042μm/pixel、z=0.603μm/pixel)、dimensions(x=1024、y=1024、z=12、channels:2、8−bit)、and zoom(5.0)with objective C−Apochromat 40x/1.20W Korr M27.ZEN2ソフトウェアを用いてイメージを処理した。 13.CNV領域およびRPE複合体から遺伝体DNA抽出 RNPを注射して3日目にRPE複合体から遺伝体DNAを分離し、CNV面積の測定後にRNPを注射し、7日目にCNV試料から遺伝体DNAを分離し、遺伝体DNAの分離はNucleoSpin Tissue Kit(Macherey−Nagel)を用いて行った。RNP効能を評価するために、各RPE複合体を4四分円に分割し、RNPが注入された四分円を処理して遺伝体DNAを分離した。CNV領域のRPE複合体におけるindel頻度を評価するために、RPE flat−mountをイメージングした後、PBSで洗浄した。遺伝体DNAは次の2つの領域から分離した:(i)CNVのRNP注入領域を含む四分円(注入部位を代表する);および(ii)反対四分円(opposite quadrant;非注入部位を代表する)。 14.マウスVEGF−A ELISA マウスVEGF−A ELISAの場合、眼球に計30個のレーザ火傷を誘発させた後、RNP(3μl)を網膜下空間(subretinal space)に注射した。注射後3日目、全体RPE複合体を網膜から分離し、追加分析のために凍結させた。RIPA緩衝液(50mM Tris−HCl(pH8.0)、150mM NaCl、1%lgepal CA−630、0.5%Na.deoxycholate、0.1%SDS)で細胞を溶解させ、マウスVEGF Quantikine ELISA Kit(MMV00、R&D systems)を用いて、製造業者の指示に従ってVEGF−A水準を測定した。 15.ウェスタンブロッティング(Western blotting) RNPの生体内伝達後、時間の経過によるRNP水準を分析するために、注射後1日および3日目に得られたRPE複合体に対してウェスタンブロッティングを行った。同量のタンパク質(20μg)を含有する試料を分析し;Cas9とアクチンは、それぞれ抗−HA高親和性抗体(Roche、1:1000)および抗−β−アクチン抗体(Sigma Aldrich、1:1000)を用いて検出した。ImageQuant LAS4000(GE healthcare)を用いてデジタルイメージングした。 16.統計処理 データ分析はSPSSソフトウェアバージョン18.0(SPSS Inc.、Chicago、IL、USA)を用いて行った。P valueはunpaired、two sided Student’s t−testまたはone−way ANOVAおよびTukey post−hoc test(多数の試験群の場合)によって決定した。データはs.e.m(standard error of the mean)と共に平均値で表した。 [実施例1:Cas9 ribonucleoproteins(RNPs)によるVegfa/VEGFA遺伝子の標的突然変異の誘発] マウスNIH3T3およびヒト網膜色素上皮細胞株ARPE−19で、VEGF受容体1および2に対する結合部位を暗号化するVegfa遺伝子のエクソン3とエクソン4で標的部位をターゲッティングする4個の単一鎖ガイドRNAs(sgRNAs)(Vegfa−1、2、3および4で表示)を試験した。前記4種のsgRNA(Vegfa−1、2、3および4)は参考例1を参照して作製した。 VEGFA/Vefga遺伝子内のCRISPR−Cas9の標的配列(target sequence)をターゲッティングするsgRNAの標的化配列(targeting sequence)およびヒト遺伝体とマウス遺伝体におけるhomologous siteの個数を下記の表6にまとめた: 前記のように製造されたsgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPをマウスNIH3T3細胞およびヒトARPE−19細胞にそれぞれ導入(transfection)して、下記の試験を進行させた。前記RNPの細胞内への導入は、参考例3に記載されているように、プラスミドを介して細胞内に伝達された核酸分子を細胞内でsgRNAとCas9タンパク質を発現させる方式(図にてplasmidで表示)で行うか、予めsgRNAと組換えCas9タンパク質の複合体(または混合物)を陽イオン性脂質(Lipofectamine)を用いて細胞内に導入させる方式(図にてRNPで表示)で行った。 マウスNIH3T3細胞とヒトARPE−19細胞のVegfa/VEGFA遺伝子座の標的部位の配列を図1Aに示した(PAM配列:青色);sgRNA標的配列:青色)。 形質感染2日後にTargeted deep sequencing(参考例6参照)を行って、前記製造された4種のsgRNA(Vegfa−1 sgRNA、Vegfa−2 sgRNA、Vegfa−3 sgRNA、およびVegfa−4 sgRNA)を含むVegfa−特異的Cas9 RNPまたはこれらの暗号化配列を含むプラスミドの導入によって誘発されるNIH3T3細胞における突然変異の頻度を測定して、その結果を図1Hに示した(Error bars indicate s.e.m.(n=3)、One−way ANOVA and Tukey post−hoc tests、***P<0.001)。 また、T7エンドヌクレアーゼ1(T7E1)の分析(参考例5参照)を行って、NIH3T3およびARPE−19細胞でVegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPまたはこれらの暗号化配列を含むプラスミドの導入によって誘導された突然変異を検出して、図1Bに示した。図1Bで、矢印はT7E1によって切断されたDNAバンドの予想位置を表す。 また、形質感染2日後にTargeted deep sequencing(参考例6参照)を行って、NIH3T3およびARPE−19細胞でVegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPまたはこれらの暗号化配列を含むプラスミドの導入によって誘導された突然変異の頻度を測定して、その結果を図1Cに示した(error bar:s.e.m(n=3);One−way ANOVA and Tukey post−hoc tests、*P<0.05、**P<0.01、***P<0.001)。 NIH3T3およびARPE−19細胞でVegfa−特異的Cas9 RNP(Vegfa−1 sgRNAを含む)によって誘導される代表的なVegfa/VEGFA遺伝子座における突然変異DNA配列を図1Dに示した(下線:sgRNAがターゲッティングする標的配列、青色:挿入されたヌクレオチド、−:欠失部位、WT:野生型;三角形:切断位置;右の数値:挿入または欠失したヌクレオチド数)。 また、形質感染64時間後にtargeted deep sequencing(参考例6参照)を行って、confluent ARPE−19細胞でVegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPの導入によって誘導される突然変異(indel)の頻度を測定し、その結果を図1Eに示した。さらに、定量的PCR(qPCR)(参考例7参照)を行って測定された前記細胞におけるVEGFA mRNAの相対的水準を図1Fに示し、参考例8を参照してVEGFA ELISAを行って測定された前記細胞におけるVEGFAタンパク質水準を図2Gに示した(Error bar:s.e.m.(n=5)、Student’s t−test、**P<0.01、***P<0.001)。 図1Hに示されているように、4種のsgRNA中、Vegfa−1 sgRNAがCas9と複合体を形成してRNP形態で細胞内に導入される場合に、NIH3T3細胞で最も高いindel効率を示した。また、図1Bおよび1Cに示されているように、indel効率が最も高いVegfa−1 sgRNAは、NIH3T3細胞およびARPE−19細胞で突然変異を誘発し、特にRNP形態で導入する時、82±5%(NIH3T3細胞)または57±3%(ARPE−19細胞)の頻度で標的部位で小さい挿入および欠失(indels)を誘導することが確認された。sgRNAとCas9がRNP形態で伝達される場合、プラスミドを介した形質感染よりindel効率が高く現れた(図1C)。 図1Eのように、Vegfa−specific Cas9 RNP処理時、ARPE−19細胞における突然変異(indel)は40±8%の頻度で検出され、図1Fおよび1Gのように、Vegfa−specific Cas9 RNPは、post−mitotic condition下、confluent ARPE−19細胞におけるVEGFA mRNA水準とVEGFタンパク質水準をそれぞれ24±4%(mRNA水準)および52±9%(タンパク質水準)の減少幅に減少させた。 [実施例2:Cy3−labeled Cas9 RNPのIn vitroおよびin vivo伝達] in vitroおよびin vivoでのCas9 RNPの位置をモニタリングするために、Cy3が接合されたCas9タンパク質(参考例4)を用い、Vegfa−1 sgRNAと結合したり結合しないCy3−Cas9を陽イオン性脂質と混合してNIH3T3細胞に形質感染させるか、網膜下注射によりVegfa特異的Cy3標識または非標識Cas9 RNPを成体マウスの眼球に注入して、下記の試験を行った。 Cy3標識されたCas9 RNP(Cy3標識されたCas9およびVegfa−1 sgRNA複合体)またはCy3標識されたCas9単独(対照群)で形質感染させ、24時間後にNIH3T3細胞を共焦点顕微鏡で観察して、細胞内Cy3信号の位置をイメージングした(参考例4参照)。前記得られたイメージを図2Aに示した。図2Aで、白い矢印はCy3染料の核co−localizationを表し、右側のz軸イメージはCy3標識されたCas9が核内部に位置することを示す。 また、前記形質感染24時間後に、総DAPI陽性核の個数に対するCy3陽性核の個数の比率(100*[Cy3陽性核の個数]/[総DAPI陽性核の個数])を測定して、図2Bに示した(Error bars indicate s.e.m.(n=3)、Student’s t−test、***P<0.001)。 さらに、前記形質感染24時間後に、T7エンドヌクレアーゼ1(T7E1)の分析(参考例5参照)を行って、NIH3T3細胞でVegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPの導入によって誘導された突然変異を検出して、図2Cに示した。図2Cで、矢印はT7E1によって切断されたDNAバンドの予想位置を表す。 さらに、前記形質感染24時間後に、Targeted deep sequencing(参考例6参照)を行って、NIH3T3細胞でVegfa−1 sgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPの導入によって誘導された突然変異の頻度を測定して、その結果を図2Dに示した(error bar:s.e.m(n=3);One−way ANOVA and Tukey post−hoc tests、***P<0.001)。 Cy3標識されたCas9 RNPをマウスの眼に注射後3日目に、代表的に選択されたRPE flat−mountを蛍光顕微鏡で観察して(参考例11および12参照)、その結果を図2Eに示した。図2Eで、白い矢印はCy3染料の核co−localizationを表す。 網膜色素上皮細胞(RPE)/脈絡膜/強膜複合体(RPE/choroid/scleral complex)中の網膜色素上皮細胞(RPE)の分布を蛍光顕微鏡で観察して(参考例11および12参照)、その結果を図2Hに示した。図2Hは、RPE/脈絡膜/強膜複合体の代表的な断面図を示す。DAPI陽性RPE細胞および他の細胞は高倍率フィールド領域(100μmx100μm)で計数された。図2Hの黄色い線はRPEと脈絡膜との間の境界を表すものであり、白い矢印はRPE/脈絡膜/強膜複合体中のRPE核(10.5±2.8%、n=8)を示す。 参考例13を参照して、網膜色素上皮細胞(RPE)/脈絡膜/強膜複合体(RPE/choroid/scleral complex)から分離された遺伝体DNAを用いて、生体内で誘導されたindelsの頻度を決定した。Indels頻度は、注射後3日目にTargeted deep sequencing(参考例6参照)を行って分析した。得られた結果を図2Fに示した(Error bars are s.e.m.(n=6)、Student’s t−test、**P<0.01)。 生体内でVegfa−特異的Cas9 RNP(Vegfa−1 sgRNAを含む)によって誘導される突然変異DNA配列を図5に示した。図5で、aは、注射3日後にRPEでVegfa−特異的Cas9 RNPによって誘導される代表的な突然変異DNA配列を示し、bは、注射7日後にレーザ誘導脈絡膜血管新生(laser−induced choroidal neovascularization(CNV))を有するRPEでの突然変異DNA配列を示す。PAM配列は赤色で表し、WTは野生型を意味し、右の数値は挿入されたり欠失したヌクレオチドの個数を表す。 ウェスタンブロッティングを行って(参考例15)、注射後24時間および72時間目にRPE/脈絡膜/強膜複合体におけるCas9タンパク質の水準を測定し(n=4)、その結果を図2Gおよび図2Iに示した。 図2A〜2Dは、in vitro結果を示す。図2Aおよび2Bに示されているように、Cy3−Cas9 RNPは多数の核で検出され、図2Cおよび2Dに示されているように、標的部位でindelを誘導することが確認された。 Cy3−Cas9 RNP処理時のCy3陽性核の比率(42±6%)(図2B)は、標的部位におけるindel頻度(40±3%)(図2D)とほぼ類似し、このような結果は、核に位置したCas9によって細胞内で標的部位がほぼ完全に切断され、このような遺伝体矯正におけるrate limiting factorがCas9の核位置化であることを意味する。一方、Cy3−Cas9がsgRNAなしに単独で導入された場合、核でほとんど検出されず、indelsを誘導しなかった(図2Aおよび2D)。Cas9は、pI値が9.12の正電荷を帯びるタンパク質であり、負電荷を帯びるsgRNAがない時、陽イオン性脂質と複合体を形成できない。Cy3−Cas9 RNPは、Cy3標識されないCas9 RNPより活性が低く、標識されないCas9 RNPは、80%の頻度で標的特異的突然変異を誘導した(図2D)。 図2E〜2Gおよび図102〜図104は、in vivo結果を示す。Cy3−Cas9 RNP注射3日後に、Cy3蛍光信号が網膜色素上皮細胞(RPE)の核で観察された(in vivo、図2E)。RPEは、網膜下注射によるRNP伝達の主要標的であるため、RPE細胞単独でも突然変異の頻度を理想的に分析可能である。しかし、実際には、targeted deep sequencingのために、RPE/脈絡膜/強膜複合体からRPE細胞を分類することが容易でない。その代わりに、DAPI陽性核を計算してRPE細胞の比率を計算し、RPE細胞は、RPE/脈絡膜/強膜複合体の細胞中の11±3%を占めた(図2H)。 特に、Cy3−非標識Cas9 RNPの網膜下注射は、注射後3日目にindelを16±2%の頻度で誘発し、生体内RPE細胞のVegfa遺伝子の標的部位の大部分で矯正が起こった(n=6、図2Fおよび図5のa)。さらに、ウェスタンブロッティング分析により、Cas9タンパク質が注入後3日目に完全に分解されることを確認し(図2Gおよび2I)、これは、Cas9が生体内で速やかに転換されることを表す。 [実施例3:Vegfaを標的とするCas9 RNPの網膜下注射の老人性黄斑変性(AMD)およびレーザ誘発脈絡膜血管新生(CNV)に対する効果試験] Cas9 RNPがAMDマウスモデルでCNVの治療に使用できるかを調べるために、レーザで誘導された脈絡膜血管新生(laser−induced CNV)を有するマウスにVegfa特異的Cas9 RNP(Vegfa−specific Cas9 RNP;Vegfa−1 sgRNAを含む)またはRosa26特異的Cas9 RNP(Rosa26−RNP;Rosa26 sgRNAを含む)を網膜下注射して、以下の試験を行った。網膜下注射は、それ自体でCNVの大きさを増加させるため、Rosa26−RNPを対照群として使用した。 laser−induced CNVを有するマウスに予め組込まれたVegfa−特異的Cas9 RNPを網膜下注射で投与した。注射後7日目に、眼球内の網膜色素上皮細胞(RPE)複合体をflat−mountingし、CNV領域を分析した。Cas9 RNP注入領域または反対側の非注射領域(RNPのない領域)から分離された遺伝体DNAをtargeted deep sequencingで分析した。Vegfa ELISAは注射後3日目に行った。前記試験過程を図3Aに模式的に示した。 注射後7日目、Rosa26−特異性Cas9 RNP(対照群)またはVegfa−特異性Cas9 RNPを注射したC57BL/6Jマウスでisolectin B4(IB4)で染色されたlaser−induced CNVを可視化して(参考例11参照)、得られた代表的イメージを図3Bに示した。図3Bで、黄色い線はCNV領域を区分する。 注射後7日目、CNV面積を評価して治療効果を評価した。参考例11を参照して、Vegfa−特異性Cas9 RNPを注射したC57BL/6JマウスにおけるCNV面積を測定して、Rosa26−特異性Cas9 RNP注射した対照群のCNV面積(100%)に対する相対値(%)で図3Cに示した(Error bars indicate s.e.m.(n=15)、Student’s t−test、***P<0.001)。 CNV領域におけるVegfa水準(pg/ml)をELISAで測定して(参考例14参照)、その結果を図3Dに示した(Error bars indicate s.e.m.(n=10)、Student’s t−test、**P<0.01)。 RPE複合体内のVegfa標的部位におけるIndel頻度(%)を図3Eに示した(Error bars indicate s.e.m.(n=7)、One−way ANOVA and Tukey post−hoc tests、***P<0.001)。 RPE複合体内のRosa26標的部位におけるIndel頻度(%)を図3Fに示した(Error bars indicate s.e.m.(n=7)、Student’s t−test、*P<0.05)。 hematoxylin&eosin染色で試料断面(cross section)のLaser−induced CNV構造を可視化して図3Gに示した。図3Gで、黄色い線はCNV境界を表し、白い三角形はRPE/脈絡膜/強膜複合体中の網膜色素上皮細胞(RPE)層を表す。大部分のRPE細胞は、CNV領域で損傷を受けたことを確認できる(Ch:脈絡膜、R:網膜、S:強膜)。 targeted deep sequencingによる突然変異の分析に用いるための代表的なCNV試料を図3Hに示した。図3Hで、赤色線は突然変異の分析のためのRPE/脈絡膜/強膜複合体の境界を表す。RPE細胞は、黄色線で表されたCNV領域の外部に主に存在していた。 レーザ処理後7日目のLaser−induced CNVを図3Iに示した。IB4マーカとDAPIで共同染色された内皮細胞をCNV領域で募集した(真ん中)。 図3Bおよび3Cに示されているように、Rosa26−RNPを注入したマウスと比較して、Vegaf−RNPを注入したあるマウスにおいてCNV面積が有意に減少した(Rosa26−RNP注入マウス対比58±4%、n=15、P<0.001、Student’s t−test)。 また、図3Dから明らかなように、Vegfa−specific Cas9 RNP注入時、CNV領域でのVegfaタンパク質の濃度が300±20pg/ml(n=10)で、Rosa26−RNP注入時(440±30pg/ml、n=10)と比較して、CNV領域でVegfaタンパク質の濃度を効果的に減少させることを確認できる。 さらに、図3Eおよび3Fに示されているように、Vegfa−specific Cas9 RNP処理されたCNVおよびRosa26−RNP処理されたCNVにおけるそれぞれのRNPの標的部位(図5のb参照)でのindel頻度がそれぞれ3.5±0.3%(Vegfa indel)および3.3±1.0%(Rosa26 indel)の頻度で検出されたのに対し、陰性対照群ではindelが全く検出されなかった。このような結果は、Vegfa−specific Cas9 RNPの網膜下注射によって大きさの小さいマウスの眼において局所的治療が可能であることを表す。 一方、図3Gから明らかなように、CNV内の大部分のRPE細胞はレーザ処理によって死滅した。死んだ細胞ではCas9 RNPによる遺伝子矯正が起こらず、生きているRPE細胞でのみ遺伝子矯正が起こり(図3H)、その結果、CNVがない領域の細胞と比較して、生きているRPE細胞でのindel頻度がより低い。また、レーザ治療後3日目に、内皮細胞がCNV領域に集まって新たな血管が形成されることを確認した(図3I)。この細胞は遺伝子矯正されず、CNV領域でのindel頻度はさらに減少する。このような結果は、Cas9 RNPsを用いた眼でのVegfaの不活性化がAMDまたは糖尿病性網膜症のような眼球疾患の効果的な治療のための治療的遺伝体矯正(therapeutic genome surgery)を可能にすることを示唆する。 治療的遺伝体矯正における重要な問題は、CRISPR−Cas9ヌクレアーゼの標的特異性である。本実験に使用されたVegfa−specific Cas9 RNPがマウスの眼またはヒトの細胞でoff−target突然変異を起こしたか否かを調べた。まず、Cas−OFFinderを用いて、マウス遺伝体でCas9 RNPのVegfa−1 sgRNAの標的配列と相同性が最も高い20個の潜在的なoff−target部位を確認して、下記の表7にまとめた: Cas9 RNPで処理されたマウスの眼のCNV−free RPE複合体から遺伝体DNAを分離してtargeted deep sequencingを行って、前記20個の潜在的off−target部位でのindel頻度(%)を求めて図6に示した(Error bars indicate s.e.m.(n=3 for Cas9 Mock、n=5 for Cas9 RNP、respectively)。図6で、Mismatched nucleotideは赤色、PAM配列は青色でそれぞれ表した。図6から明らかなように、Cas9 RNPが処理された場合、20個の潜在的off−target部位ともにおいてindel頻度が0.1%を超えていないので、off−target突然変異比率がシーケンシングエラー比率(sequencing error rate;平均0.1%)を超えないことが立証された。つまり、本試験で使用されたVegfa−specific Cas9 RNPは、RPEでoff−target effectを示さないことが確認された。 [実施例4:ヒト遺伝体におけるVegfa−特異的Cas9 RNPの全長遺伝体標的特異性(Genome−wide target specificity)試験] ヒト遺伝体におけるVegfa−特異的Cas9 RNPの全長遺伝体標的特異性(Genome−wide target specificity)をDigenome−seqで確認した(参考例6および9参照)。 図4Aは、in vitro切断部位を示すGenome−wide Circos plotで、ヒト遺伝体DNAは赤色、RGEN−digested遺伝体DNAは青色で表されている。 41個のDigenome−capture site(表5参照)およびOn−target配列を含む42個の配列のSequence logoを図4Bに示した。 targeted deep sequencingによってヒトARPE−19細胞から確認されたoff−target部位およびindel頻度を図4Cに示した。図4Cで、mismatchedヌクレオチドは赤色、PAM配列は青色でそれぞれ表した。 図4Aおよび4Bに示されたVegfa−特異的Cas9 RNPの特定標的配列は、ヒトVEGFA遺伝子でよく保存されている。 Digenome−seq(Kim et al.,Nature Methods12,237−243(2015))を用いて全長遺伝体特異性を確認し、この時、試験管内で(in vitro)無細胞ヒト遺伝体DNA(cell−free human genomic DNA)にVegfa−特異的Cas9 RNPを処理した後、全体遺伝体シーケンシングを行った。In vitro切断部位でのsequence leadsは、ランダムに整列するよりは均一に整列するもので計算的に確認され、これにより潜在的off−target部位のリストを得た。このように、Digenome−seqを用いて得られたon target部位を含むVegfa−specific Cas9 RNPの42個のin vitro切断部位を、下記の表8にまとめた: 前記表8に挙げられた部位を、有効性確認のために、Vegfa−specific Cas9 RNPが形質感染したARPE−19細胞から分離された遺伝体DNAを用いてtargeted deep sequencingを行った(図4C参照)。その結果、これらの部位はin vitroで効率的に切断されるが、41個のoff−target部位の切断部位ですべてoff−target indel頻度がsequencing error rate(平均0.1%)を超えないことが確認された。 必要であれば、改善された特異性を有する変形したgRNA(Fu,Y.,Sander,J.D.,Reyon,D.,Cascio,V.M.&Joung,J.K.Improving CRISPR−Cas nuclease specificity using truncated guide RNAs.Nature biotechnology32,279−284(2014);Cho,S.W.et al.Analysis of off−target effects of CRISPR/Cas−derived RNA−guided endonucleases and nickases.Genome research 24,132−141(2014))またはCas9変異体(Kleinstiver,B.P.et al.High−fidelity CRISPR−Cas9 nucleases with no detectable genome−wide off−target effects.Nature 529,490−495(2016);Slaymaker,I.M.et al.Rationally engineered Cas9 nucleases with improved specificity.Science 351,84−88(2016))を使用することによって、わずかながら存在するoff−target effectをさらに減少させたり防止することができる。 前記結果をまとめると、本明細書で提供されるVegfa標的化配列を有するsgRNAを含むVegfa−特異的Cas9 RNPは、マウスとヒトともにおいて非常に高い特異性(in vivoおよびin vitro)を示すことを確認できる。 [実施例5:Vegfa−特異的Cas9 RNPの副作用試験] 老人性黄斑変性(AMD)または糖尿病性網膜症のような眼科疾患の治療のためにVegfa遺伝子を突然変異させる時の他の主な関心事は、眼における栄養的側面からのVegfaの役割である。Vegfa突然変異時の最も深刻な変化は円錐細胞障害(Cone dysfunction)であるが、マウスRPEでのVegfa遺伝子の条件付き欠失3日後に観察される。 本明細書で提供されるVegfa−特異的Cas9 RNPがこのような円錐細胞障害を起こすか否かを試験するために、参考例12を参照してopsin positive領域を蛍光顕微鏡で観察し、その面積を計算して、図7A(蛍光イメージ)および図7B(opsin positive領域(%))に示した。 図7Aは、Vegfa−specific Cas9 RNP注入7日後のVegfa−specific Cas9 RNP注入された正常C57BL/6Jマウス(レーザ処理なしにRNP注射のみ施した正常マウス)およびVegfa−specific Cas9 RNPが注入されない正常対照群のマウスの網膜から得られた蛍光断面イメージで、opsinは緑色、DAPIは青色で表される。図7Bは、opsin positive領域(%)を示すグラフで、正常対照群(3.0±0.5%)とVegfa−specific Cas9 RNP注入群(3.1±0.5%)との間の有意な差がない(Error bars indicate s.e.m.(n=4);#、P>0.05(Student’s t−test))。 図7Aおよび7Bから確認されるように、本明細書で提供されるVegfa−specific Cas9 RNPは、処理後7日目にも未処理正常対照群と比較して円錐細胞のopsin positive領域に差がなく、これは、円錐細胞に機能異常が発生していなかったことを意味する。このような結果は、前記Vegfa−specific Cas9 RNPがVegfa遺伝子の標的配列のみ特異的に突然変異させ、このような突然変異が深刻な副作用を誘発しないことを表す。また、既存のVegfa−標的治療において、処理3日後に副作用が発生したのと比較して、Vegfa−specific Cas9 RNPを使用する場合には、処理7日後にも副作用が発生しなかった。 以上の説明から、本発明の属する技術分野における当業者は、本発明がその技術的な思想や必須的特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解するであろう。これに関連して、以上に述べた実施例はあらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその等価概念から導出されるあらゆる変更または変形した形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。
| 특허 상태 | 등록 |
| 출원인 | 기초과학연구원, 서울대학교산학협력단, 서울대학교병원 |
| 발명자 | キム,ジン−ス, フン キム,ジョン, フン キム,ジョン, ウク パーク,スン, ウク パーク,スン, ミ キム,キョウン, ミ キム,キョウン |
| 출원번호 | 2019504798 |
| 출원일 | 2017.07.27 |
| 등록번호 | 6875500B |
| 등록일 | 2021.05.26 |
| 중요 키워드 | genevegfvegfacas9rnp |
| 출원번호 | 출원일 |
| 1020170095685 | 2017.07.27 |
| 종류코드 | |
| A | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 201780058793 | 2017.07.27 |
| 종류코드 | |
| A | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 17834796 | 2017.07.27 |
| 종류코드 | |
| A4 | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 201715661300 | 2017.07.27 |
| 종류코드 | |
| B2 | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 2017008122 | 2017.07.27 |
| 종류코드 | |
| A1 | |
| 외부 링크 | |