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遺伝的に変異された細胞の死滅誘導組成物及び該組成物を用いた遺伝的に変異された細胞の死滅誘導方法
[특허 요약] 本発明は、ヌクレアーゼ及び切断因子を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導組成物、及びゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導方法に関する。 遺伝子又は遺伝体が損傷した細胞は、生物体又は生物の器官が生きていったり作動する上で問題をもたらす。このような細胞の選択的な死滅を誘導する方法は、様々であるが、その大部分は正常細胞までも損傷させる場合が多いため、臨床的に使用し難い現状である。 遺伝子又は遺伝体が損傷した細胞として、生物体の生存や生物の器官に問題を招く最も代表的なものが癌細胞である。DNA損傷(DNA damage)が人間の全体ゲノムにおいて非常に少ない部分を占めても、DNA損傷が原腫瘍遺伝子(proto-oncogene)又は抑制遺伝子(suppressor gene)に起きると、結局は癌につながる可能性が高い(Molecular Cell Biology.4th edition.Lodish H,Berk A,Zipursky SL,et al.New York:W.H.Freeman;2000,“Section 12.4DNA Damage and Repair and Their Role in Carcinogenesis”)。 癌特異的変異に対する研究及び分析は、癌治療剤開発における主要基盤であるといえる。例えば、癌変異に対する研究によって、特異遺伝的変異をターゲットする治療剤が開発され、変異プロファイルと薬物反応性との相関性も確認可能になっている。 癌は遺伝子変異の蓄積によって発生し、これが生殖細胞を通じて遺伝されたり、細胞周期において体細胞内に獲得されることになる。このような腫瘍遺伝子、腫瘍抑制遺伝子、DNA修復遺伝子の変化は、細胞が成長及び調節メカニズムから逸脱して癌を発症するようにする。 このような過程によって発生した癌では、正常細胞には発見されない新しいDNA配列が挿入されたり(Insertion:IN)、正常細胞のDNAの一部が欠失(Deletion:Del)される現象が多数観察される。このような癌細胞DNAに見られる特異的挿入又は欠失DNA(INDEL)は、正常細胞に存在しないDNA配列であるため、それらを正常細胞と癌細胞の差別的な攻撃ターゲットに設定することができる。 一方、DNA二重鎖切断は、細胞レベルで最も深刻な損傷の一つであり、損傷したDNAは非相同末端連結(non-homologous end joining)、相同組換え(homologous recombination)によって修復されるが、修復されなかったDNAは遺伝情報の損傷又は再配列を起こし、細胞死(apoptosis)が誘導されることがある。 CRISPR/Casは、RNAガイドを用いた遺伝子矯正ツールであり、バクテリア誘導エンドヌクレアーゼのCas9(又は、突然変異ニッカーゼ)とガイドRNAを用いて、ガイドRNAとゲノムDNA間の配列をマッチングさせ、ゲノム内特定位置に二重(又は単一)鎖ブレーキを導入することができる。CRISPR/Cas媒介遺伝子ノックアウトは、RNA干渉媒介遺伝子ノックダウン(RNA interference-mediated gene knockdown)に比べてより効率的なものと予想され、遺伝子機能を研究するための有用な実験ツールを提供している。 哺乳動物細胞においてCRISPR-Casシステムが作動できるという研究が報告されており、微生物の適応免疫から始まった遺伝子編集技術は、Cas9(CRISPR associated protein 9:RNA-guided DNA endonuclease enzyme)及びガイドRNA(guide RNA,gRNA)を含む。ガイドRNAは、crRNA(CRISPR RNA)及びtracrRNA(trans-activating crRNA)を含み、Cas9に結合してターゲット配列に対する塩基対結合によって目的とするゲノム配列に案内し、二重螺旋切断(Double strand break,DSB)が生成される。ターゲット配列を定義する唯一の基準は、PAM(protospacer adjacent motif)の存在するか否かであり、PAM(protospacer adjacent motif)はこれを認識するCasタンパク質によって配列が異なる特徴があり、例えば、S.pyogenes由来のCas9は、5’-NGG-3’(Nは、A、T、G、Cのいずれか一つ);S.thermophilus由来のCas9は、5’-NNAGAAW-3’;C jejuni由来のCas9は、5’-NNNNRYAC-3’と知られており、人間のゲノム上に上記配列が一定間隔で配列されているので、遺伝子編集に活用することができる。 一方、CRISPR/Casシステムを人間の癌治療に適用できることが報告されている(Oncotarget.2016 Mar 15;7(11):12305-17)。ところで、これは、癌の誘発と相関性を持つ複数の遺伝子変異に基づいてゲノム中の一つ以上の部分を修正又は切除することが、癌への強力な治療を提供する可能性を高めるということを提示している。 このような技術的背景下で、本出願の発明者らは、全ての癌細胞のようなゲノム配列の変異を含む細胞には、ゲノム配列の変異を含む細胞固有のINDEL配列があり、これに基づいて作製された切断因子及びヌクレアーゼを用いて特定DNA部位にDSB(double strand break)を誘導し、細胞内に複数箇所のDNA DSBが起こると、ゲノム配列の変異を含む細胞が死滅し得ることを確認し、本発明を完成するに至った。 本発明の目的は、ヌクレアーゼ及び切断因子を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導用組成物を提供することにある。 本発明の目的は、ヌクレアーゼ及び切断因子を含む、癌治療用組成物を提供することにある。 本発明の目的は、ヌクレアーゼ及び切断因子を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導方法を提供することにある。 本発明の目的は、ヌクレアーゼ及び切断因子を用いて癌治療方法を提供することにある。 上記の目的を達成するために、本発明は、ヌクレアーゼ及びゲノム配列の変異を含む細胞固有の変異配列を特異的に認識する切断因子を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導用組成物を提供する。 本発明はまた、ヌクレアーゼ及び癌特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子を含む、癌治療用組成物を提供する。 本発明はまた、ヌクレアーゼ及びゲノム配列の変異を含む細胞固有の変異配列を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子を、ゲノム配列の変異を含む細胞に処理する段階を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導方法を提供する。 本発明はまた、ゲノム配列の変異を含む細胞と正常細胞のWGS(whole genome sequenceing)を行う段階; ゲノム配列の変異を含む細胞と正常細胞のWGSを比較して、ゲノム配列の変異を含む細胞特異的な変異配列を選別する段階; 前記選別された変異配列を認識する切断因子を製造する段階; 前記切断因子とヌクレアーゼを含む組成物を調製する段階;及び ヌクレアーゼ及び切断因子を含む組成物を、ゲノム配列の変異を含む細胞に印加する段階を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導方法を提供する。 本発明はまた、ゲノム配列の変異を含む細胞と正常細胞のWGS(whole genome sequenceing)を行う段階; ゲノム配列の変異を含む細胞と正常細胞のWGSを比較して、ゲノム配列の変異を含む細胞特異的なindelを選別する段階; 前記選別されたindelを認識する切断因子を製造する段階; 前記切断因子とヌクレアーゼを含む組成物を調製する段階;及び ヌクレアーゼ及び切断因子を含む組成物を、ゲノム配列の変異を含む細胞に印加する段階を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導方法を提供する。 本発明はまた、ヌクレアーゼ及び癌特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子を個体に投与する段階を含む、癌治療方法を提供する。 本発明はさらに、ヌクレアーゼ及び癌特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子の発現カセットを含むベクターを癌細胞に処理することを含む癌の治療方法を提供する。 本発明はさらに、ヌクレアーゼ及び患者の癌細胞固有の挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子を含む、患者カスタマイズ型癌治療用組成物に関する。 本発明はさらに、患者の癌細胞から癌細胞特異的なindelを選別し、これを認識する切断因子を製造して、ヌクレアーゼ及び切断因子を含む組成物を患者に伝達することを含む、患者オーダーメイド型の癌治療方法に関する。 DNA DSB(double strand break)が同時多発的に発生したとき、細胞が死滅するか否かを確認した結果である。 ガイドRNAを用いてCRIPSRシステムによるDNAの切断がなされるか否かを確認した結果である。 大腸癌及び骨肉腫の細胞に30個の特異的RNP(ribonucleotide protein)複合体(complex)を形質感染(transfection)してDNA DSBを誘導した後、細胞の生長率をコロニー形成アッセイ(colony forming assay)によって確認した結果である。 免疫蛍光(immunofluorescence)及び流細胞分析(flow cytometry)を用いてAAVの細胞感染率を測定した結果である。 免疫蛍光法を用いて、AAV粒子が形質感染されたことを確認した結果である。 30個のU2OS細胞株特異的crRNAを使用してU2OS特異的crRNA依存性細胞死滅結果を確認したものである。 U2OS細胞特異的saCAS9 AAVシステム作動の有無、U2OS細胞における細胞死滅の結果を確認したものである。 癌特異的INDELによる細胞死滅ベース細胞生存比率を測定した結果である。 AAV依存性細胞死滅がcrRNA特異的細胞株のみにおいて誘導されるかを確認した結果である。 膠芽細胞腫において選択的癌細胞死滅が起きるか否かを確認した結果である。 ATMキナーゼ抑制剤を含有又は非含有するAAV粒子を使用する場合、細胞死滅効果の差異を確認した結果である。 肺癌特異的INDEL誘導細胞死滅(CINDELA)効果を確認した結果である。 特に断りのない限り、本明細書で使われる全ての技術的及び科学的用語は、本発明の属する技術の分野における熟練した専門家に通常理解されるのと同じ意味を有する。一般に、本明細書における命名法は、この技術分野においてよく知られており、通常使われるものである。 本発明は、一観点において、ヌクレアーゼ、及びゲノム配列の変異を含む細胞固有の変異配列を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導用組成物に関する。 本発明は、ヌクレアーゼ、及び癌特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子を含む、癌治療用組成物に関する。 また、本発明は、ヌクレアーゼ、及びゲノム配列の変異を含む細胞固有の変異配列を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子を、ゲノム配列の変異を含む細胞に処理する段階を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導方法に関する。 前記ゲノム配列の変異を含む細胞は、 配列の変化によって細胞の活性が正常細胞と異なっている細胞を意味し、例えば、遺伝的変異による疾患発病状態の細胞、具体的に、癌細胞を意味できる。 前記癌は、例えば、黒色腫、小細胞肺癌、非小細胞肺癌、神経膠腫、肝癌、甲状腺腫瘍、胃癌、前立腺癌、乳癌、卵巣癌、膀胱癌、肺癌、大腸癌、膠芽細胞腫、子宮内膜癌、腎臓癌、結腸癌、膵癌、食道癌腫、頭頚部癌、中皮腫、肉腫、骨肉腫、胆管癌又は表皮癌などが挙げられるが、これに制限されるものではない。 全ての癌細胞には、正常細胞から発見されない新しいDNA配列が挿入されたり(Insertion:IN)、正常細胞のDNAの一部が欠失(Deletion:Del)される現象が多数観察され、各癌細胞ごとに特異的に挿入/欠失されたDNA配列が存在し得る。 細胞はDNA二重螺旋が切断されると、これを修復しようとするDNA損傷修復機序がある。しかし、このような損傷修復機序は、DNA二重螺旋切断の数が少ない場合には効果的に修復するが、その数が多くなると死滅する。バクテリアの場合、1本のDNA二重螺旋切断でバクテリアが死滅することがあるが、動物細胞では、それよりも多いDSBが必要であると知られている。 本発明によれば、上の事実に基づき、ゲノム配列の変異を含む細胞、例えば、癌細胞の複数のInDelを見つけてそれを認識できる異なる複数の切断因子を作製し、ヌクレアーゼを用いて、ゲノム配列の変異を含む細胞、例えば、癌細胞などを特異的に死滅するように誘導することができる。 このようなDNA二重螺旋切断の手段であるヌクレアーゼは、制限酵素(restriction enzyme)、ZNFN(zinc finger nuclease)、TALEN(transcriptional activator-like effector nuclease)又はCasタンパク質またはこれをコードする核酸であるが、これに制限されるものではない。前記Casタンパク質は、Cas3、Cas9、Cpf1(CRISPR from Prevotella and Francisella 1)、Cas6、C2c12又はC2c2であり得るが、これに制限されるものではない。 前記Casタンパク質は、コリネバクター(Corynebacter)、ステレラ(Sutterella)、レジオネラ(Legionella)、トレポネーマ(Treponema)、フィリファクター(Filifactor)、ユーバクテリウム(Eubacterium)、ストレプトコッカス(Streptococcus:Streptococcus pyogenes)、ラクトバシラス(Lactobacillus)、マイコプラズマ(Mycoplasma)、バクテロイデス(Bacteroides)、フラビイボラ(Flaviivola)、フラボバクテリウム(Flavobacterium)、アゾスピリラム(Azospirillum)、グルコンアセトバクター(Gluconacetobacter)、ネイセリア(Neisseria)、ロゼブリア(Roseburia)、パービバキュラム(Parvibaculum)、スタフィロコッカス(Staphylococcus:Staphylococcus aureus)、ニトラティフラクター(Nitratifractor)、コリネバクテリウム(Corynebacterium)及びカンピロバクター(Campylobacter)からなる群から選ばれるCasタンパク質のオルソログ(ortholog)を含む微生物属に由来し、これらから単純分離されたもの又は組み換えられたものであり得る。 他の観点において、本発明は、ゲノム配列の変異を含む細胞と正常細胞のWGS(whole genome sequenceing)を行う段階;ゲノム配列の変異を含む細胞と正常細胞のWGSを比較して、ゲノム配列の変異を含む細胞特異的な変異配列を選別する段階;前記選別された変異配列を認識する複数の切断因子を製造する段階;前記切断因子とヌクレアーゼを含む組成物を調製する段階;及びヌクレアーゼ及び切断因子を含む組成物をゲノム配列の変異を含む細胞に印加する段階を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導方法に関する。 他の観点において、本発明は、ゲノム配列の変異を含む細胞、例えば癌細胞と正常細胞のWGS(whole genome sequenceing)を行う段階;ゲノム配列の変異を含む細胞と正常細胞のWGSを比較して、ゲノム配列の変異を含む細胞特異的なindelを選別する段階;前記選別されたindelを認識する複数の切断因子を製造する段階;前記切断因子とヌクレアーゼを含む組成物を調製する段階;及びヌクレアーゼ及び切断因子を含む組成物をゲノム配列の変異を含む細胞に印加する段階を含む、ゲノム配列の変異を含む細胞の死滅誘導方法に関する。 切断因子のターゲットであるInDelのマッピングは、WGS(whole genome sequencing)、又は差引き混成化(subtractive hybridization)及びシーケンシングの方法によって行われてよく、このとき、導出されたInDelは、癌から発見された挿入の場合は、直ちにガイドRNAを作製し、欠失の場合は、切断地点(break point)をマッピングした後、切断地点を含むガイドRNAを作製して使用することができる。 WGSとは、次世代シーケンシング(next generation sequencing)による全長遺伝体シーケンシングを用いて10X、20X、40Xのように様々な倍数で遺伝体を読む方法を意味する。“次世代シーケンシング”は、チップ(Chip)ベース、そしてPCRベースのペアドエンド(paired end)形式で全長遺伝体を切り、これらの切片を化学的な反応(hybridization)に基づいて超高速でシーケンシングを行う技術を意味する。 差引き混成化は、複数の組織又は細胞間に発現の差がある遺伝子のクローニングに用いられる方法である。試験する細胞のDNA試料特異的遺伝子を検出することができる。試験する細胞のDNAを1本鎖DNAに変性させた後にアニーリング(annealing)させる。アニーリング条件を調節することによって、試験する細胞特異的DNA配列を2本鎖DNAに分離できる。 ゲノム配列の変異を含む細胞の一種である癌細胞固有のInDelを含む核酸配列は、例えば、InDelをターゲットとしてヌクレアーゼによって核酸配列内DNAのDSBが起こる遺伝子部位を意味するもので、核酸配列内ヌクレアーゼが特異的に認識する配列、例えばヌクレアーゼがCas9である場合、Cas9タンパク質が認識するPAM配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する約17bp~23bp長の核酸配列を意味できる。 ゲノム配列の変異を含む細胞である癌細胞固有のInDelを含む核酸配列は、当該配列部位の2本のDNA鎖のうちPAM配列が位置する鎖の核酸配列で表示される。このとき、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ため、前記ガイドRNAに含まれた標的化配列は、RNA特性のためTをUに変更する以外は、InDelを含む核酸配列と同じ核酸配列を有する。 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)由来のものである場合、前記PAM配列は、5’-NGG-3’(NはA、T、G、又はC)であり、ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列は、配列内5’-NGG-3’配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する遺伝子部位であり、例えば、最大長が約50bp又は約40bpである遺伝子部位であり得る。 前記Cas9タンパク質がストレプトコッカスサーモフィルス(Streptococcus thermophilus)由来のものである場合、前記PAM配列は、5’-NNAGAAW-3’(NはA、T、G、又はC)であり、ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列は、配列内5’-NNAGAAW-3’配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する遺伝子部位であり、例えば、最大長が約50bp又は約40bpである遺伝子部位であり得る。 前記Cas9タンパク質がスタフィロコッカスアウレウス(Staphylococcus aureus)由来のものである場合、前記PAM配列は、5’-NNGRRT-3’(NはA、T、G、又はCで、RはA又はGである。)であり、ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列は、配列内5’-NNGRRT-3’配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する遺伝子部位であり、例えば、最大長が約50bp又は約40bpである遺伝子部位であり得る。 前記Cas9タンパク質がカンピロバクタージェジュニ(Campylobacter jejuni)由来のものである場合、前記PAM配列は、5’-NNNNRYAC-3’(NはA、T、G、又はCで、RはA又はGで、YはC又はTである。)であり、ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列は、配列内5’-NNNNRYAC-3’配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する遺伝子部位であり、例えば、最大長が約50bp又は約40bpである遺伝子部位であり得る。 本発明において切断因子とは、正常細胞と比較してゲノム配列の変異を含む細胞の核酸配列のうち変異して変わった部分を認識して切断可能にする塩基配列を指す。 本発明において前記切断因子は、正常細胞の塩基配列と比較して細胞の死滅を誘導できる別の配列の十分な数の複数個でなければならず、好ましくは1個~30個、より好ましくは10個~30個、さらに好ましくは16個~30個であり得るが、細胞の種類又は切断因子にしたがって数字が変わってもよい。 ゲノム配列の変異を含む細胞、例えば癌細胞固有のInDelを含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、例えばガイドRNAでよい。前記ガイドRNAは、例えば、CRISPR RNA(crRNA)、tracrRNA(trans-activating crRNA)、及び単一ガイドRNA(single guide RNA;sgRNA)からなる群から選ばれる1種以上でよく、具体的に、crRNAとtracrRNAとが結合した二重鎖crRNA:tracrRNA複合体、又はcrRNA又はその一部とtracrRNA又はその一部と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。 ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列を特異的に認識するガイドRNAは、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90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上、又は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あり、前記相補的鎖のヌクレオチド配列と結合可能である。 前記ガイドRNAは、次のような段階によって作製可能である:癌細胞と一般細胞のWGS結果データを比較して癌細胞特異的なInDelを探す。これに基づいて、ガイドRNA作製条件を満たす癌細胞特異的なガイドRNAを設計する。その後、InDelサイトの長さを考慮して任意的順位を付与し、全ての染色体(chromosome)に均一にガイドRNAが設計されるようにして、最終ガイドRNA組合せを完成する。 ガイドRNA作製条件は、次の通りである。(a)PAMサイト以外のガイドRNAの塩基配列長は20塩基対(base pair)である。(b)ガイドRNAに存在するグアニン(guanine)とシトシン(cytosine)との和の比率が、40%~60%である。(c)InDelがPAMサイト近傍のすぐ前の領域に存在する。(d)最大単一重合体(homopolymer)長が4塩基対(base pair)以下である。(e)一般細胞のWGS結果データに一つの不一致(mismatch)を許容するマッピングをしたとき、マッピング結果があってはいけない。 これに基づいて作製された前記ガイドRNAは、例えば、配列番号1~163からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むことができる。癌細胞死滅を誘導できるガイドRNAの数は、複数個であって、具体的に、約1~40余個、約15~25個、又は約10~20個でよい。前記ガイドRNAは、例えば、配列番号1~30からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号31~60からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号61~90からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号91~120からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号121~136からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号137~163からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むことができる。 一実施例において、前記癌は大腸癌であり、大腸癌特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、配列番号1~30の配列からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 一実施例において、前記癌は骨肉腫であり、骨肉腫特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、例えば、配列番号31~60の配列からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNA又は配列番号91~120の配列からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 一実施例において、正常細胞固有の挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、配列番号61~90の配列からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 一実施例において、前記癌は膠芽細胞腫であり、膠芽細胞腫特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、例えば、配列番号121~136からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 一実施例において、前記癌は肺癌であり、肺癌特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、例えば、配列番号137~163からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 本発明の実施例によれば、大腸癌細胞株であるHCT116、骨肉腫細胞株であるU2OS、膠芽細胞腫細胞株であるGBL-67、肺癌組織及び正常細胞を不死化(immortalization)した細胞株REP1細胞のそれぞれにおいて癌特異的InDelを確認し、これを特異的に認識するガイドRNAを作製してDNA DSBを誘導した後、細胞生長を確認した。具体的に、大腸癌細胞株であるHCT116のInDelを特異的に認識するガイドRNAは、配列番号1~30の配列を含み、骨肉腫細胞株であるU2OSのInDelを特異的に認識するガイドRNAは、配列番号31~60又は配列番号91~120の配列を含み、膠芽細胞腫であるGlioblastomaのInDelを特異的に認識するガイドRNAは、配列番号121~136からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含み、肺癌組織のInDelを特異的に認識するガイドRNAは、配列番号137~163からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含み、正常細胞株であるREP1のInDelを特異的に認識するガイドRNAは、配列番号61~90の配列を含む。 細胞株特異的なInDelを全長遺伝体解読(WGS)によって確認した後、当該領域を強く結合するPAMサイト領域に含むようにガイドRNAを設計する。設計されたガイドRNAは、正常を代表するヒト標準遺伝体に確認して、非特異的反応がないことを確認する。その後、InDelサイトの長さを考慮して任意的順位を付与し、これに基づいて全ての染色体(chromosome)に均一にガイドRNAが設計され得るようにし、最終ガイドRNA組合せを完成する。この実施例において30個のガイドRNAを使用しているが、この数字は、癌細胞の種類及びDSBを起こす実験方法にしたがって調整可能である。 本発明に係るヌクレアーゼ及び切断因子、例えばガイドRNAは、(a)異なる配列の複数のガイドRNA及びヌクレアーゼ、例えばCasタンパク質を発現させる核酸配列を含むベクター、(b) 異なる配列の複数の複数のガイドRNA及びヌクレアーゼ、例えばCasタンパク質で構成されたリボ核タンパク質(Ribonucleoprotein,RNP)又はRGEN(RNA-guided engineered nuclease)、又は(c)一つ以上のガイドRNA及びヌクレアーゼ、例えばCasタンパク質でコードされるmRNAの構成によって細胞内に伝達されてよいが、これに限定されない。 一実施例において、前記ベクターはウイルスベクターでよい。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、インフルエンザーウイルス)、ラブドウイルス(rhabdovirus)、例えば狂犬病及び小胞性口内炎ウイルス)、パラミクソウイルス(paramyxovirus)(例えば、麻疹及びセンダイ(Sendai))、アルファウイルス(alphavirus)及びピコルナウイルス(picornavirus))のような陽性鎖RNAウイルス、及びヘルペスウイルス(例えば、単純疱疹(Herpes Simplex)ウイルスタイプ1及び2、エプスタイン(Epstein)・バー(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)又はカナリア痘瘡(canarypox))などでよい。 前記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)の他、PTD(Protein translocation domain)融合タンパク質方法などによって生体内又は細胞内に伝達されてよい。 場合によって、DNA二重螺旋切断によって細胞死滅効率を上げるために、DNA二重螺旋修復を阻害するよう、例えば、Caffeine、Wortmannin、CP-466722、KU-55933、KU-60019、KU-559403からなる群から選ばれる一つ以上のATM(Ataxia telangiectasia mutated)阻害剤、Schisandrin B、NU6027、NVP-BEZ235、VE-821、VE-822(VX-970)、AZ20、AZD6738からなる群から選ばれる一つ以上のATR(Ataxia telangiectasia and Rad-3 mutated)阻害剤、又はDNA-PKcs(DNA-dependent protein kinase catalytic subunit)のDNA二重螺旋修復阻害剤をさらに含むことができる。 本発明は、ヌクレアーゼ及び癌細胞固有の挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子を含む癌治療用組成物に関する。また、本発明は、ヌクレアーゼ及び癌細胞固有の挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子を個体に投与する段階を含む癌治療方法に関する。 また、本発明によれば、患者の癌細胞固有の挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子及びヌクレアーゼを含む、患者オーダーメイド型の癌治療用組成物に関する。 患者固有とは、患者別の特性又は患者の疾病特性を十分に反映して効果的に癌を治療できることを意味する。患者オーダーメイド型の癌治療用組成物を、治療剤の選別及び治療方法の選択などに有用に使用することができる。 前記ゲノム配列の変異を含む細胞は、 配列の変化によって細胞の活性が正常細胞と異なっている細胞を意味し、例えば、遺伝的変異による疾患発病状態の細胞、具体的に、癌細胞を意味できる。 前記癌は、例えば、黒色腫、小細胞肺癌、非小細胞肺癌、神経膠腫、肝癌、甲状腺腫瘍、胃癌、前立腺癌、乳癌、卵巣癌、膀胱癌、肺癌、大腸癌、乳癌、前立腺癌、膠芽細胞腫、子宮内膜癌、腎臓癌、結腸癌、膵癌、食道癌腫、頭頚部癌、中皮腫、肉腫、骨肉腫、胆管癌又は表皮癌などであり得るが、これに制限されるものではない。 全ての癌細胞には、正常細胞に見られない新しいDNA配列が挿入されたり(Insertion:IN)、正常細胞のDNA一部が欠失される(Deletion:Del)現象が多数観察され、各癌細胞ごとに特異的に挿入/欠失されたDNA配列が存在し得る。 細胞は、DNA二重螺旋が切断すると、これを修復しようとするDNA損傷修復機序がある。しかし、このような損傷修復機序は、DNA二重螺旋切断の数が少ない場合には効果的に修復するが、その数が多くなると死滅することになる。バクテリアの場合、1個のDNA二重螺旋切断でバクテリアが死滅するが、動物細胞では、それよりも多いDSBが必要であると知られている。 本発明によれば、上の事実に基づき、ゲノム配列の変異を含む細胞、例えば癌細胞のInDelを見つけてそれを認識できる切断因子を作製し、ヌクレアーゼを用いてゲノム配列の変異を含む細胞、例えば癌細胞などを特異的に死滅するように誘導することができる。 このようなDNA二重螺旋切断の手段であるヌクレアーゼは、制限酵素(restriction enzyme)、ZNFN(zinc finger nuclease)、TALEN(transcriptional activator-like effector nuclease)又はCasタンパク質であるが、これに制限されるものではない。前記Casタンパク質は、Cas3、Cas9、Cpf1(CRISPR from Prevotella and Francisella 1)、Cas6、C2c12又はC2c2であり得るが、これに制限されるものではない。 前記Casタンパク質は、コリネバクター(Corynebacter)、ステレラ(Sutterella)、レジオネラ(Legionella)、トレポネーマ(Treponema)、フィリファクター(Filifactor)、ユーバクテリウム(Eubacterium)、ストレプトコッカス(Streptococcus:Streptococcus pyogenes)、ラクトバシラス(Lactobacillus)、マイコプラズマ(Mycoplasma)、バクテロイデス(Bacteroides)、フラビイボラ(Flaviivola)、フラボバクテリウム(Flavobacterium)、アゾスピリラム(Azospirillum)、グルコンアセトバクター(Gluconacetobacter)、ネイセリア(Neisseria)、ロゼブリア(Roseburia)、パービバキュラム(Parvibaculum)、スタフィロコッカス(Staphylococcus:Staphylococcus aureus)、ニトラティフラクター(Nitratifractor)、コリネバクテリウム(Corynebacterium)及びカンピロバクター(Campylobacter)からなる群から選ばれるCasタンパク質のオルソログ(ortholog)を含む微生物属に由来し、これらから単純分離されたもの又は組み換えられたものであり得る。 ゲノム配列の変異を含む細胞の一種である癌細胞固有のInDelを含む核酸配列は、例えば、InDelをターゲットとしてヌクレアーゼによって核酸配列内DNAのDSBが起こる遺伝子部位を意味するもので、核酸配列内ヌクレアーゼが特異的に認識する配列、例えばヌクレアーゼがCas9である場合、Cas9タンパク質が認識するPAM配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する約17bp~23bp長の核酸配列を意味することができる。 ゲノム配列の変異を含む細胞である、癌細胞固有のInDelを含む核酸配列は、当該配列部位の2本のDNA鎖のうち、PAM配列が位置する鎖の核酸配列で表示される。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ため、前記ガイドRNAに含まれた標的化配列は、RNA特性のためTをUに変更する以外は、InDelを含む核酸配列と同じ核酸配列を有する。 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)由来のものである場合、前記PAM配列は、5’-NGG-3’(NはA、T、G、又はC)であり、ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列は、配列内5’-NGG-3’配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する遺伝子部位であり、例えば、最大長が約50bp又は約40bpである遺伝子部位であり得る。 前記Cas9タンパク質がストレプトコッカスサーモフィルス(Streptococcus thermophilus)由来のものである場合、前記PAM配列は、5’-NNAGAAW-3’(NはA、T、G、又はC)であり、ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列は、配列内5’-NNAGAAW-3’配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する遺伝子部位であり、例えば、最大長が約50bp又は約40bpである遺伝子部位であり得る。 前記Cas9タンパク質がスタフィロコッカスアウレウス(Staphylococcus aureus)由来のものである場合、前記PAM配列は、5’-NNGRRT-3’(NはA、T、G、又はCで、RはA又はGである。)であり、ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列は、配列内5’-NNGRRT-3’配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する遺伝子部位であり、例えば、最大長が約50bp又は約40bpである遺伝子部位であり得る。 前記Cas9タンパク質がカンピロバクタージェジュニ(Campylobacter jejuni)由来のものである場合、前記PAM配列は、5’-NNNNRYAC-3’(NはA、T、G、又はCで、RはA又はGで、YはC又はTである。)であり、ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列は、配列内5’-NNNNRYAC-3’配列の5’末端及び/又は3’末端に隣接して位置する遺伝子部位であり、例えば、最大長が約50bp又は約40bpである遺伝子部位であり得る。 本発明で切断因子とは、正常細胞と比較してゲノム配列の変異を含む細胞の核酸配列のうち変異して変わった部分を認識して切断を誘導することができる塩基配列を指す。 本発明において前記切断因子は、正常細胞の塩基配列と比較して細胞の死滅を誘導できる別の配列の十分な数の複数個でなければならず、好ましくは1個~30個、より好ましくは10個~30個、さらに好ましくは16個~30個であり得るが、細胞の種類又は切断因子にしたがって数字が変わってもよい。 ゲノム配列の変異を含む細胞、例えば癌細胞固有のInDelを含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、例えばガイドRNAでよい。前記ガイドRNAは、例えば、CRISPR RNA(crRNA)、tracrRNA(trans-activating crRNA)、及び単一ガイドRNA(single guide RNA;sgRNA)からなる群から選ばれる1種以上でよく、具体的に、crRNAとtracrRNAとが結合した二重鎖crRNA:tracrRNA複合体、又はcrRNA又はその一部とtracrRNA又はその一部と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。 ゲノム配列の変異を含む細胞固有のInDelを含む核酸配列を特異的に認識するガイドRNAは、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90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上、又は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あり、前記相補的鎖のヌクレオチド配列と結合可能である。 前記ガイドRNAは、次のような段階によって作製可能である:癌細胞と一般細胞のWGS結果データを比較して癌細胞特異的なInDelを探す。これに基づいて、ガイドRNA作製条件を満たす癌細胞特異的なガイドRNAを設計する。その後、InDelサイトの長さを考慮して任意的順位を付与し、全ての染色体(chromosome)に均一にガイドRNAが設計され得るようにして、最終ガイドRNA組合せを完成する。 ガイドRNA作製条件は、次の通りである。(a)PAMサイト以外のガイドRNAの塩基配列長は、20塩基対(base pair)である。(b)ガイドRNAに存在するグアニン(guanine)とシトシン(cytosine)との和の比率が、40%~60%である。(c)InDelがPAMサイト近傍のすぐ前の領域に存在する。(d)最大単一重合体(homopolymer)長が4塩基対(base pair)以下である。(e)一般細胞のWGS結果データに一つの不一致(mismatch)を許容するマッピングをしたとき、マッピング結果があってはいけない。 これに基づいて作製された前記ガイドRNAは、例えば、配列番号1~163からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むことができる。癌細胞死滅を誘導できるガイドRNAの数は、具体的に、約1~40余個、約15~25個、又は約10~20個でよい。前記ガイドRNAは、例えば、配列番号1~30からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号31~60からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号61~90からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号91~120からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号121~136からなる群から選ばれる一つ以上の配列、配列番号137~163からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むことができる。 一実施例において、前記癌は大腸癌であり、大腸癌特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、配列番号1~30の配列からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 一実施例において、前記癌は骨肉腫であり、骨肉腫特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、例えば、配列番号31~60の配列からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNA又は配列番号91~120の配列からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 一実施例において、正常細胞固有の挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、配列番号61~90の配列からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 一実施例において、前記癌は膠芽細胞腫であり、膠芽細胞腫特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、例えば、配列番号121~136からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 一実施例において、前記癌は肺癌であり、肺癌特異的挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子は、例えば、配列番号137~163からなる群から選ばれる一つ以上の配列を含むガイドRNAでよい。 本発明に係るヌクレアーゼ及び切断因子、例えばガイドRNAは、(a) 異なる配列の複数のガイドRNA及びヌクレアーゼ、例えばCasタンパク質を発現させる核酸配列を含むベクター、(b) 異なる配列の複数のガイドRNA及びヌクレアーゼ、例えばCasタンパク質で構成されたリボ核タンパク質(Ribonucleoprotein,RNP)又はRGEN(RNA-guided engineered nuclease)、又は(c)一つ以上のガイドRNA及びヌクレアーゼ、例えばCasタンパク質にコードされるmRNAの構成によって細胞内に伝達されてよいが、これに限定されない。 一実施例において、前記ベクターはウイルスベクターでよい。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、インフルエンザーウイルス)、ラブドウイルス(rhabdovirus)、例えば、狂犬病及び小胞性口内炎ウイルス)、パラミクソウイルス(paramyxovirus)(例えば、麻疹及びセンダイ(Sendai))、アルファウイルス(alphavirus)及びピコルナウイルス(picornavirus))のような陽性鎖RNAウイルス、及びヘルペスウイルス(例えば、単純疱疹(Herpes Simplex)ウイルスタイプ1及び2、エプスタイン(Epstein)・バー(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)又はカナリア痘瘡(canarypox))などでよい。 前記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)の他、PTD(Protein translocation domain)融合タンパク質方法などによって生体内又は細胞内に伝達されてよい。 場合によって、DNA二重螺旋切断を用いて細胞死滅効率を上げるために、DNA二重螺旋修復を阻害するよう、例えば、Caffeine、Wortmannin、CP-466722、KU-55933、KU-60019、KU-559403からなる群から選ばれる一つ以上のATM(Ataxia telangiectasia mutated)阻害剤、Schisandrin B、NU6027、NVP-BEZ235、VE-821、VE-822(VX-970)、AZ20、AZD6738からなる群から選ばれる一つ以上のATR(Ataxia telangiectasia and Rad-3mutated)阻害剤、又はDNA-PKcs(DNA-dependent protein kinase catalytic subunit)のDNA二重螺旋修復阻害剤をさらに含むことができる。 さらに、本発明によれば、患者の癌細胞から癌細胞特異的なindelを選別し、これを認識する切断因子を製造してヌクレアーゼ及び切断因子を含む組成物を患者に伝達することを含む患者オーダーメイド型の癌治療方法に関する。 本発明の組成物、方法及び用途は、それを必要とする対象体に充分量又は有効量で投与されてよい。‘有効量’又は‘充分量’は、単一又は多重容量で単独で又は一つ以上の他の治療用組成物、プロトコル、又は治療療法との組合せにより、任意の期間において対象体に有益さを与えたり、或いは対象体に予想又は要望される結果を提供しりたする量のことを指す。製剤化方法、投与方式、患者の年齢、体重、性別、病態、投与時間、投与経路、排出速度、及び反応感応性のような要因によって様々に処方可能である。 ヌクレアーゼ及びこれをコードする核酸及びゲノム配列の変異を含む細胞、例えば癌細胞固有の挿入(insertion)及び/又は欠失(deletion)を含む核酸配列を特異的に認識する切断因子の発現カセットを含むベクター、例えば、ウイルスベクター、プラスミドベクター、又はアグロバクテリウムベクターが伝達のために用いられてよい。具体的に、ウイルスベクターであるAAV(Adeno-associated virus)ベクターが伝達のために用いられてよい。 治療学的効果を達成するためのAAVベクター容量は、ベクター遺伝体容量/体重kg(vg/kg)で提供されてよいが、(a)投与経路、(b)治療学的効果を達成するために要求される治療遺伝子の発現レベル、(c)AAVベクターに対する任意の宿主免疫反応、(d)発現したタンパク質の安定度のような要件によって変動されもよい。 以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。これらの実施例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例によって制限されると解釈されないことは、当業界における通常の知識を有する者にとって明らかであろう。 実施例1.DSBによる細胞死滅効果確認 数個のDSBが細胞死滅を誘導でき、全ての癌細胞は固有のIn/Del配列を有するということから、HCT116、U2OS、及びREP1細胞において固有のIn/Del配列をWGS(whole genome sequencing)によって確認した。その後、次の表1~表3のように、癌細胞が持つ固有のDNA挿入(insertion)配列中に6~8bpdml挿入サイズで染色体上に均一に広がっている部位を30個選定して細胞株別crRNAを作製し、CRISPR RNP複合体で細胞に形質感染させた後、crRNA特異性及び細胞生存度を確認した。 まず、DNA DSBが同時多発的に発生したとき、細胞が死滅するか否かを確認するために実験を行った。AsiSI制限酵素にエストロゲン受容体(estrogen receptor)のドメインを挿入して作った細胞に4-OHT(tamoxifen)を処理した時に細胞の死滅を確認し、その結果を図1に示した。 AsiSI制限酵素は、4-OHTを処理すると、核中に入って特定配列を認識してDNA DSB(double strand break)を作るが、およそ100個のDSBが作られる。DSBの生成による細胞生存率をコロニー形成アッセイ(colony forming assay)によって確認した。200個の細胞をシーディング(seeding)し、2日後から4-OHTを周期的に処理(2~3日に1回ずつ培養培地に処理)してDSBsを作り、2週後にコロニーが形成されるか否かをメチレンブルー染色(methylene blue staining)によって確認した。また、細胞ごとにコロニーの大きさが異なるため、染色したサンプルを脱染色(destain)して相対的細胞生存度(relative cell survival)も確認したとき、染色時に確認した結果と類似することが分かった。 実施例2.CRISPRシステムのin vitro作動有無の確認 実施例1で作製されたcrRNAを用いてCRISPRシステムが作動するか否かを調べるために、in vitro切断アッセイ(cleavage assay)を行った。まず、PCRによって挿入配列(insertion sequence)の前後部分のDNAを500bpサイズに増幅して精製後に、作製されたcrRNAを用いてCRIPSRシステムによるDNAの切断がなされるか確認した。 RPE1、U2OS、HCT116細胞においてゲノムDNAをQiamp DNAミニキッドを用いて抽出し、ガイドRNAを中心に約500bp長となるようにする両方向のプライマーを注文作製した。iProof High-Fidelity DNAポリメラーゼを用いてアニーリング温度にしてゲノムDNAを増幅した後、1%アガロースゲルで増幅されたDNAを切断した後、Qiagen QiAquickゲル抽出キットを用いて抽出(extraction)を行った。 10uM crRNAとtracerRNA複合体(complex)を作るために、95℃で5分間置いた後、常温で熱が蒸発するまで待つ。その後、RNP複合体を生成するために、crRNA:tracerRNA複合体とCas9ヌクレアーゼを1uM濃度に、PBSを用いて調整した後、常温で10分間インキュベーションする。 10X Cas9ヌクレアーゼ反応バッファー(200mM HEPES、1M Nacl、50mM Mgcl(2)、1mM EDTA pH6.5)、1uM Cas9 RNP、100nM DNA基質(substrate)、ヌクレアーゼフリー水(Nuclease-free Water)を混合し、37℃で3時間分解(digestion reaction)をする。3時間後、Cas9エンドヌクレアーゼからDNA基質をリリース(release)するために、20mg/mlプロテイナーゼK 1ul添加後に、56℃で10分間インキュベーションする。分割された(cleaved)ゲノムDNAを1%アガロースゲルで確認した。 その結果を図2に示し、アガロースゲル上で元来の500bpサイズと300bpサイズの2つのDNA切片が確認された。このことから、作製されたcrRNAを用いたCRISPRシステムがよく作動していることを確認した。 実施例3.DNA DSB誘導後の細胞の生長率確認 大腸癌HCT116細胞と骨肉腫U2OS細胞に30個の特異的RNP(ribonucleotide protein)複合体を形質感染してDNA DSBを誘導した後、細胞の生長率をコロニー形成アッセイ(colony forming assay)によって確認した。 それぞれ500個と1000個の細胞を分注した後、細胞株別特異的RNP複合体を形質感染した。U2OS細胞は60mm皿に1000個、HCT116細胞は500個分注した後、2日間安定化させ、ガイドRNA形質転換する準備をする。1uM crRNAと1uM tracerRNA複合体を作るために、95℃5分間置いた後、常温で熱が蒸発するまで待つ。その後、RNP複合体を生成するために、96ウェル皿に1uM crRNA:tracerRNA複合体1.5ulと1uM Cas9ヌクレアーゼ1.5ul、Opti-MEM培地22ulを常温で5分間反応する。25ul体積のRNP複合体30個とRNAimaxトランスフェクション試薬1.2ulの30倍、Opti-MEM培地23.8ulの30倍と、総体積1.5mlを20分間常温で置いて形質転換複合体を作る。また、細胞株別特異的crRNAを用いたDSBの誘導が他の細胞株では引き起こされないということを確認するために、大腸癌細胞に骨肉腫細胞固有のRNP複合体を形質感染し、同様に骨肉腫細胞に大腸癌特異的RNP複合体を形質感染した。このとき、細胞内のDSB修復システム(DSB repair system)を抑制するために、ATM阻害剤(inhibitor)である2uM KU 55933を共に処理した。その後、細胞の生長を観察しつつ3日ごとに培地を入れ換え、ATM阻害剤を共に処理してくれた。2週後にメチレンブルー(methylene blue)染色によって細胞の生長を確認した。染色されたコロニーは、Imaje Jプログラムを用いてコロニー個数と領域(area)を互いに比較して結果をまとめる。 その結果を図3に示した。それぞれの細胞株に固有なRNP複合体を形質感染した実験群では、DSBによって細胞が殆ど死滅したことが確認でき、特異的RNP複合体は他の細胞株ではDSBを引き起こさず、細胞が生長し続くことを確認した。 ただし、骨肉腫では大腸癌特異的RNP複合体を形質感染したとき、細胞の生長がある程度阻害される現象が見られた。これは、多量(30個)の形質感染によって細胞の成長が阻害されたものと考えられる。これを補完し、且つ細胞死滅のための最小限のRNP複合体を定めるために、HCT116及びU2OS gRNAをRPE1細胞に形質感染させてcrRNA特異度を確認し、最小gRNA数を各癌細胞当たりに20個程度に適正化させる。 実施例4.癌特異的INDELによる細胞死滅(Cancer specific INsertion-DELetions induced Apoptosis:CINDELA)効果確認 WGS(whole genome sequencing)を用いて、saCas9に対する新規なU2OS細胞株特異的crRNAを設計してAAVにパッケージングした。U2OS細胞株特異的crRNAの具体的配列は、次の通りである。 免疫蛍光(immunofluorescence)及び流細胞分析(flow cytometry)を用いて、AAVの細胞感染率を測定した。HA細胞内染色は、60mm皿に0.1M細胞を含め(0日目)、HAを含めないか、或いは0.25ml、0.5ml、1mlのHAを含めてAAVを感染させ(2日目)、細胞を収穫した後に染色した(3日目)。HA(1:300)は2時間室温条件、マウス488(1:500)は1時間室温条件に置き、Rnase Aは37℃、30分条件、PIは室温、10分条件に置いた。その結果を図4に示した。。核HAタグ陽性細胞の比率は、1日目に約80%程度と示され、比率は、2日目及び3日目にさらに減少した。 8*104 U2OS細胞ウェルをチャンバースライドに播種して一晩成長させた。細胞を冷たいPBS(ice-cold PBS)で2回洗浄した。1mlの冷たい透過溶液(CSKバッファー+0.5% Triton X-100)を10分間適用した。細胞を1mlの冷たいPBSで2回洗浄した。PBSに4%パラホルムアルデヒド500μlを使用して室温で15分間細胞を固定した。 定着液を除去し、1mlの100%メタノールを添加した後、-20℃で10分間インキュベーションした。細胞を1ml PBSで2回洗浄した。 PBSを10% FBS 500μlで30分間遮断し、遮断溶液を除去した後、適切な1次抗体を1時間遮断溶液に追加した。細胞をPBS中で0.05% Triton X-100で5分間3回洗浄した。暗条件において室温で30分間2次抗体を加えた後、PBSに0.05% Triton X-100細胞を5分間3回洗浄し、PBS及びDWに追加洗浄工程を行った。周囲のチャンバーは、スライドから除去した。 マウンティング試薬(mounting reagent)を1滴ずつ各サンプルに塗布し、カバーガラスで覆った。その状態で乾燥し、スライドを完全に密閉した。LSM 880(ZEISS)及びZENソフトウェア(ZEISS)を用いて焦点を感知して視角化した。 その結果を図5に示した。免疫蛍光法から、AAV粒子が十分に形質感染され、表7のcrRNAはDNA DSBに該当するrH2AXフォーカスを生成できることが明らかになった。 30個のU2OS細胞株特異的crRNAを用いて、saCAS9 AAVシステムを開発し、AAV粒子をU2OS細胞に形質導入した。8*104 U2OS細胞を6ウェルプレートにプレーティングして一晩インキュベーションし、9*109AAV粒子が細胞にそれぞれ形質導入された。図6によれば、24時間後に、EVOS細胞イメージングシステムによってU2OS特異的crRNA依存性細胞死滅が観察された。しかし、非特異的crRNA、HCT116細胞特異的crRNAは、細胞死滅を誘導することができなかった。図6の結果から、AAVシステムによって細胞株特異的な選択的細胞死滅が誘導できることが確認された。 正常細胞であるRPE1細胞株においても細胞株特異的な選択的細胞死滅があるか確認した。図7によれば、実施例2と同様に、U2OS細胞特異的saCAS9 AAVシステムは作動し、U2OS細胞において細胞死滅を誘導できるが、RPE1細胞においてU2OS細胞株特異的AAVシステムによって誘導される細胞死滅はなかった。 癌特異的INDELによる細胞死滅(Cancer specific INsertion-DELetions induced Apoptosis:CINDELA)による細胞生存(cell viability)比率を測定した。72時間後、AAV粒子が形質導入された細胞を室温で10分間1%メチレンブルーで染色した。細胞をPBSで3回10分間洗浄し、室温で乾燥させた。細胞を500ulの10%酢酸溶液で脱色し、OD値を測定した。癌細胞細胞生存率(cell viability)に対する結果を図8に示した。 流細胞分析を用いて細胞生存率を時間依存的方式で測定した。U2OS及びRPE1細胞の両方にU2OS細胞特異的crRNA AAV粒子を形質導入した。アジ化物(azide)を含まないabd血清/タンパク質を含まないPBSを用いて、細胞を1*106/mlに再懸濁した。1ml細胞当たりに1ul pf FVDを入れて直ちにボルテックスした。4℃で30分間インキュベーションし、光を遮断した。PBSで細胞を2回洗浄し、FACS VERSE(BD Inc.)機械を確認した。図9によれば、AAV依存性細胞死滅は、crRNA特異的細胞株のみにおいて誘導されることが確認された。 実施例5.膠芽細胞腫特異的INDELによる細胞死滅効果確認 患者由来膠芽細胞腫からINDELによる細胞死滅効果を確認した。細胞を低酸素チャンバーで培養した以外は、実施例4と同じ方法で実験した。膠芽細胞腫に使用可能な配列は16個だけであった。16個の膠芽細胞腫特異的配列による選択的細胞死滅を確認するということは、16個のDNA DSBのみを生成させることができることを意味する。 16個の膠芽細胞腫特異的配列に対する連続的形質導入を行った。NSC-10細胞を正常対照群として用いた。図10によれば、膠芽細胞腫において選択的癌細胞死滅が起こることが確認できる。 実施例6.ATMキナーゼを含むことによる細胞死滅効果 ATMキナーゼ抑制剤を含有又は非含有するAAV粒子を実施例5の膠芽細胞腫細胞に形質導入し、実施例4及び実施例5と同じ方法で実験した。24時間の形質導入後、細胞を室温で10分間1%メチレンブルーで染色した。細胞をPBSで3回10分間洗浄し、室温で乾燥させた。細胞を500ulの10%酢酸溶液で脱色し、ODを測定した。結果を図11に示した。 実施例7.肺癌特異的INDELによる細胞死滅効果確認 癌特異的INDEL誘導細胞死滅(CINDELA)効果を確認するために、患者由来の肺癌組織をマウス異種移植に使用した。患者由来の肺癌組織をマウスに挿入し、28個の肺癌組織特異的crRNAを含むAAV粒子をマウスに連続して注射した。 AAV粒子を2日ごと注入し、腫瘍サイズを測定した。その結果を、図12に示した。図12によれば、正常細胞は時間依存的に成長したが、癌細胞は2回のAAV注射で成長しなかった。 以上、本発明の内容における特定の部分を詳細に記述したところ、当業界における通常の知識を有する者にとって、このような具体的記述は単に好ましい実施様態であるだけで、これによって本発明の範囲が制限されない点は明らかであろう。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付する請求項とそれらの等価物によって定義されるといえよう。
| 특허 상태 | 등록 |
| 출원인 | 기초과학연구원, 울산과학기술원 |
| 발명자 | ギョンチェ ミョン, テジュン クォン, インジュン ペク, ジェソン ラ, ユリ ソ, ソンミン ユン |
| 출원번호 | 2021539322 |
| 출원일 | 2019.09.11 |
| 등록번호 | 7410154B |
| 등록일 | 2024.01.09 |
| 중요 키워드 | cellsequencecellsnucleic acidcomposition |
| 출원번호 | 출원일 |
| 202519288975 | 2025.08.01 |
| 종류코드 | |
| A1 | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 1020250063580 | 2025.05.16 |
| 종류코드 | |
| A | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 1020200081538 | 2020.07.02 |
| 종류코드 | |
| A | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 1020190112763 | 2019.09.11 |
| 종류코드 | |
| A | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 2019341000 | 2019.09.11 |
| 종류코드 | |
| B2 | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 3111477 | 2019.09.11 |
| 종류코드 | |
| A1 | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 201980071309 | 2019.09.11 |
| 종류코드 | |
| A | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 202190758 | 2019.09.11 |
| 종류코드 | |
| A1 | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 19860511 | 2019.09.11 |
| 종류코드 | |
| A4 | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 201917276090 | 2019.09.11 |
| 종류코드 | |
| A1 | |
| 외부 링크 | |
| 출원번호 | 출원일 |
| 2019011866 | 2019.09.11 |
| 종류코드 | |
| A1 | |
| 외부 링크 | |