KR20250135893A - Adeno-associated virus-based expression vectors - Google Patents
Adeno-associated virus-based expression vectorsInfo
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Abstract
이 발명의 그룹은 생명공학 및 의학, 구체적으로는 포유동물 세포들에서 단백질들을 생성하기 위한 발현 벡터들, 선천성 부신 과형성증의 치료를 위한 상기 발현 벡터들의 조합 뿐 아니라 상기 조합의 용도를 구상하는 방법 및 의학적 용도, 그리고 특히 선천성 부신 과형성증을 치료하기 위한, 아데노-연관 바이러스(AAV) 비리온(virion)에 기반하는 발현 벡터들의 세트에 관한 것이다.This group of inventions relates to biotechnology and medicine, specifically to expression vectors for producing proteins in mammalian cells, combinations of said expression vectors for the treatment of congenital adrenal hyperplasia, as well as methods and medical uses contemplated for the use of said combinations, and in particular to a set of expression vectors based on adeno-associated virus (AAV) virions for the treatment of congenital adrenal hyperplasia.
Description
본 발명의 군은 생명공학 및 의학의 분야, 구체적으로 포유동물 세포들에서 단백질들을 생성하기 위한 발현 벡터들, 선천성 부신 과형성증의 치료를 위한 이들의 조합들, 그리고 상기 조합의 사용을 포함하는 방법 및 아데노-연관 바이러스(AAV: Adeno-Associated Viral)에 기반하는 발현 벡터들의 킷트에 관한 것이다. 이들 발명들은 의학, 특히 선천성 부신 과형성증의 치료에 적용될 수 있다.The present invention relates to the fields of biotechnology and medicine, and more particularly to expression vectors for producing proteins in mammalian cells, combinations thereof for the treatment of congenital adrenal hyperplasia, and methods comprising the use of such combinations, as well as kits of expression vectors based on adeno-associated virus (AAV). These inventions can be applied to medicine, particularly to the treatment of congenital adrenal hyperplasia.
선천성 부신 과형성증(CAH: Congenital Adrenal Hyperplasia)은 코르티솔(cortisol) 및/또는 알도스테론(aldosterone)(스테로이드 호르몬들(steroid hormones))의 결핍과 연관되는 질환들의 군이다. 상기 결핍은 콜레스테롤(cholesterol)로부터의 코르티솔 및 알도스테론의 합성에 수반되는 효소들에서의 유전적 돌연변이들에 의해 야기된다. 효소는 완전히 부재하거나 불충분한 양으로 생성될 수 있다. 선천성 부신 과형성증의 가장 잘 알려진 형태는 21-하이드록실라아제 결핍증 및 11β-하이드록실라아제(11β-hydroxylase) 결핍증이다. 21-하이드록실라아제(CYP21A2: 21-hydroxylase)의 결핍은 코르티솔 및/또는 알도스테론의 수준들을 감소시킬 수 있고 안드로겐들(androgens)의 농도를 증가시킬 수 있다. 과도한 안드로겐들은 신생 여아들(newborn females)의 외부 생식기 남성화(virilization)를 초래한다. 이러한 유전적 결함을 갖는 남성들은 출생 시 뚜렷한 임상적 증상들을 나타내지는 않을 수 있으나 안드로겐 과다로 인한 조기 사춘기(early puberty)를 나타내는 경향이 있다. 이 영향을 받는 사람들은 수염(facial hair) 및 체모(body hair)의 조기 성장, 여드름 및 생리 불순을 나타낼 수 있으며, 또한 불임(infertility)으로 이어질 수도 있다. 21-하이드록실라아제 결핍은 CYP21A2 유전자에서의 돌연변이들로 인해 발생한다. 환자들은 전형적인(보다 중증의) 질환 또는 비-전형적인 형태의 질환을 가질 수 있다.Congenital adrenal hyperplasia (CAH) is a group of disorders associated with deficiencies of cortisol and/or aldosterone (steroid hormones). These deficiencies are caused by genetic mutations in the enzymes involved in the synthesis of cortisol and aldosterone from cholesterol. The enzymes may be completely absent or produced in insufficient amounts. The most well-known forms of CAH are 21-hydroxylase deficiency and 11β-hydroxylase deficiency. 21-hydroxylase (CYP21A2) deficiency can decrease cortisol and/or aldosterone levels and increase androgen levels. Excessive androgens cause virilization of the external genitalia in newborn females. Males with this genetic defect may not present with obvious clinical symptoms at birth, but they are prone to early puberty due to androgen excess. Affected individuals may experience premature growth of facial and body hair, acne, and menstrual irregularities, and it may also lead to infertility. 21-Hydroxylase deficiency is caused by mutations in the CYP21A2 gene. Patients may present with either a typical (more severe) or atypical form of the disease.
전형적인 형태는 하기들일 수 있다:Typical forms may include:
1. 염분-소모형(salt-wasting) - 가장 중증의 형태, 극도로 낮은 효소 활성으로 특정지워지며, 코르티솔 및 알도스테론 둘 모두 결핍되는 증상을 가져온다. 알도스테론 결핍은 저나트륨혈증(hyponatremia) 및 고칼륨혈증(hyperkalemia)을 야기한다. 치료되지 않는 경우, 급성 부신 기능부전(acute adrenal insufficiency) 및 쇼크(shock)를 유발할 수 있다.1. Salt-wasting type - The most severe form, characterized by extremely low enzyme activity and resulting in both cortisol and aldosterone deficiency. Aldosterone deficiency causes hyponatremia and hyperkalemia. If left untreated, it can lead to acute adrenal insufficiency and shock.
2. 단순 남성화(simple virilizing) - 효소 활성이 감소되나 정상 또는 정상에 가까운 알도스테론 합성을 유지하기에 충분히 유지된다.2. Simple virilizing - enzyme activity is reduced, but sufficient to maintain normal or near-normal aldosterone synthesis.
비-전형적인 형태가 가장 흔하며 경미한 질환 변이(disease variant)로 나타난다. 백인 인구(Caucasian population)에서 대략 1,500명의 신생아들 중 1명에서 발견된다. 이러한 형태에서, 효소 활성은 대략 50%로, 심각한 나트륨 손실 및 심각한 합병증들을 피할 수 있다. 안드로겐 수준은 단지 약간 상승한다.The atypical form is the most common and presents as a mild disease variant. It occurs in approximately 1 in 1,500 newborns in the Caucasian population. In this form, enzyme activity is approximately 50%, avoiding significant sodium loss and serious complications. Androgen levels are only slightly elevated.
연방 임상 가이드라인[Federal Clinical Guidelines - Management of Patients with Congenital Adrenal Hyperplasia in Childhood, Problems of Endocrinology, 2014;60(2): 42-50에 대한 프로토콜]에 따라, CAH가 보존적으로 관리된다.According to the Federal Clinical Guidelines [protocol for Management of Patients with Congenital Adrenal Hyperplasia in Childhood, Problems of Endocrinology, 2014;60(2): 42-50], CAH is managed conservatively.
CAH를 앓는 어린이들에 대한 선택적 치료는 경구 하이드로코르티손(oral hydrocortisone) 정제이다(근거 수준(evidence level) 1+++). 하이드로코르티손 시럽 및 장기-작용형 글루코코르티코이드들(long-acting glucocorticoids)의 사용은 활발한 성장기에 있는 어린이들에게는 추천되지 않는다(근거 수준 1++). 염분-소모를 앓는 모든 어린이들은 플루드로코르티손(fludrocortisone)을 처방받아야 하며, 영유아들은 추가로 식이성 염화나트륨(dietary sodium chloride)을 처방받아야 한다(근거 수준 1++).The treatment of choice for children with CAH is oral hydrocortisone tablets (evidence level 1+++). The use of hydrocortisone syrup and long-acting glucocorticoids is not recommended for children in active growth (evidence level 1++). All children with salt-wasting should be prescribed fludrocortisone, and infants and young children should additionally be prescribed dietary sodium chloride (evidence level 1++).
모든 형태의 선천성 부신 과형성증(CAH)의 치료의 기본 원칙은 글루코코르티코이드의 투여이다. 이들 약제는 코르티솔 결핍을 보상하고 그에 의해 부신피질자극 호르몬(ACTH: adrenocorticotropic hormone)의 과도한 분비를 억제한다. 결과적으로, 특정 효소 차단으로 인해 과도하게 합성된 스테로이드 호르몬들의 부신 생성이 감소된다.The cornerstone of treatment for all forms of congenital adrenal hyperplasia (CAH) is the administration of glucocorticoids. These drugs compensate for cortisol deficiency and thereby suppress excessive secretion of adrenocorticotropic hormone (ACTH). Consequently, by blocking specific enzymes, the adrenal glands reduce production of steroid hormones, which are synthesized in excess.
하기와 같은 다양한 의약품들이 글루코코르티코이드 활성을 보유한다: 프레드니솔론(prednisolone), 코르티손(cortisone), 덱사메타손(dexamethasone). 그러나, 장기-작용형의 합성 글루코코르티코이드들(프레드니솔론 및 덱사메타손과 같은)은 성장에 부정적으로 영향을 미친다. 성장판이 열린 어린이들에 대해 - 특히 유아기(early childhood)에 - 가장 적합한 약제는 하이드로코르티손의 정제 제형들이 될 것으로 고려된다. 영유아들에서의 ACTH 분비를 억제하는 데 필요한 하이드로코르티손의 초기 1일 용량(initial daily dose)은 최대 20 ㎎/㎡에 이를 수 있다. 평균적으로, 1세 이상의 어린이들에 대해서는, 1일 용량은 10 내지 15 ㎎/㎡의 범위로, 동일한 분량으로 하루 3회(예를 들어, 7:00, 15:00 및 22:00에) 투여되어야 한다.Several medications possess glucocorticoid activity, including prednisolone, cortisone, and dexamethasone. However, long-acting synthetic glucocorticoids (such as prednisolone and dexamethasone) negatively affect growth. For children whose growth plates have opened, especially in early childhood, hydrocortisone tablets are considered the most appropriate medication. The initial daily dose of hydrocortisone required to suppress ACTH secretion in infants and young children can reach up to 20 mg/m2. On average, for children over 1 year of age, the daily dose should be in the range of 10 to 15 mg/m2, administered in equal portions three times a day (e.g., at 7:00, 15:00 and 22:00).
CAH의 염분-소모형에서는, 전형적으로 1일 0.05 내지 0.15 ㎎의 용량(1일 1회 또는 2회 투여됨)의 플루드로코르티손을 이용한 미네랄로코르티코이드 요법(mineralocorticoid therapy)이 필요하다. 영유아들의 경우, 미네랄로코르티코이드들의 필요성이 더 높으며 용량은 3회로 나누어 하루 0.3mg까지 투여할 수 있다. 염분-소모의 임상적 징후들을 수반하지 않는 어린이들의 경우, 무증상 미네랄로코르티코이드 결핍(subclinical mineralocorticoid deficiency)이 여전히 관찰될 수 있으며, 그 기준은 상승된 혈장 레닌 수준(plasma renin levels)이다. 이러한 경우들에서, 플루드로코르티손 요법이 또한 제시된다.In the salt-wasting form of CAH, mineralocorticoid therapy with fludrocortisone is typically required at a dose of 0.05 to 0.15 mg/day (given once or twice daily). In infants and young children, the need for mineralocorticoids is higher, and the dose can be up to 0.3 mg/day in three divided doses. In children without clinical signs of salt-wasting, subclinical mineralocorticoid deficiency can still be observed, criterion being elevated plasma renin levels. In these cases, fludrocortisone therapy is also indicated.
유전자 요법(gene therapy)이 보존적 치료에 대한 유망한 대안으로 고려된다.Gene therapy is considered a promising alternative to conservative treatment.
아데노-연관 바이러스(AAV)는 인간 유전자 치료를 위한 유망한 도구이다. AAV는 분열하는 인간 세포 및 분열하지 않는 인간 세포 둘 모두를 효율적으로 감염시킬 수 있으며, 그 유전체(genome)는 숙주 세포의 염색체 내 단일 부위(single site)로 통합될 수 있다. 중요한 것은, 인체 내 AAV의 존재는 어떠한 알려진 병리학과도 연관이 없다는 것이다.Adeno-associated virus (AAV) is a promising tool for human gene therapy. AAV can efficiently infect both dividing and non-dividing human cells, and its genome can integrate into a single site within the host cell's chromosome. Importantly, the presence of AAV in humans is not associated with any known pathology.
유전자 치료를 위한 AAV 벡터들이 알려져 있으며, 이는 곤충 세포들에서 AAV 벡터들의 안정적이고 높은 대량 수율을 수득할 수 있게 하는 수단들 및 방법들을 개발하는 과제를 해결한다[문헌 RU2457252 C2, 2012년 07년 27일 참조]. 따라서, 현재 알려진 벡터들은 범용이며, 즉 특정 질환에 관계없이 사용하기에 적합하다. 그러나, 특정 작업들은 종종 특정한 해결책들을 필요로 하며, 따라서 각 작업에 대한 서로 다른 최적의 설계를 생성하여야 할 필요가 있다.AAV vectors for gene therapy are known, and this addresses the challenge of developing means and methods for obtaining stable, high-yield AAV vectors in insect cells [see reference RU2457252 C2, July 27, 2012]. Therefore, currently known vectors are universal, i.e., suitable for use regardless of the specific disease. However, specific tasks often require specific solutions, necessitating the development of different optimal designs for each task.
gRNA와 Cas9를 포함하는 AAV 벡터가 공지되어 있으며, 여기에서 Cas9 분자는 스트렙토코쿠스 피오게네스(S. pyogenes)의 활성 또는 비활성 Cas9를 나타낸다. 이 벡터는 부신 종양들(adrenal tumors)을 포함하여 항종양 치료(antitumor therapy)를 위해 사용된다[문헌 RU2019133280 A, 2021년 04년 22일 참조]. 그러나, 이러한 해결책은 선천성 부신 피질 기능장애(adrenal cortex dysfunction)의 치료를 위해 의도된 것이 아니다. Cas9, NLS 및 HA를 포함하는 AAV 벡터 또한 공지되어 있다[문헌 KR1020150056539 A, 2015년 05년 26일 참조].AAV vectors containing gRNA and Cas9 are known, wherein the Cas9 molecule represents active or inactive Cas9 from Streptococcus pyogenes. These vectors are used for antitumor therapy, including for adrenal tumors [see reference RU2019133280 A, dated April 22, 2021]. However, this solution is not intended for the treatment of congenital adrenal cortex dysfunction. AAV vectors containing Cas9, NLS, and HA are also known [see reference KR1020150056539 A, dated May 26, 2015].
더욱이, Cas9, SV40 NLS, HA를 포함하는 AAV 벡터[문헌 US20210054405 A, 2021년 02월 25일 참조] 및 가이드 RNA(guide RNA), ITR을 포함하는 AAV 벡터(혈청형 2(serotype 2) 포함)[문헌 WO2020082047 A1, 2020년 04년 23일 참조]가 부신 치료(adrenal gland therapy)를 위해 의도된다. 그러나, 이들 벡터들 중의 어느 것도 선천성 부신 피질 기능장애의 치료를 다루지는 않는다.Furthermore, AAV vectors containing Cas9, SV40 NLS, HA [see document US20210054405 A, 25 February 2021] and AAV vectors containing guide RNA, ITR (including serotype 2) [see document WO2020082047 A1, 23 April 2020] are intended for adrenal gland therapy. However, none of these vectors address the treatment of congenital adrenocortical dysfunction.
벡터들은 인간 유전체에서 CYP21A2 유전자를 표적하는 데 사용되는 것으로 알려져 있으며, 가이드 RNA 및 스트렙토코쿠스 피오게네스 Cas9(Streptococcus pyogenes Cas9), NLS 및 진핵생물 신장 인자 EF1 알파(eukaryotic elongation factor EF1 alpha)를 포함한다[문헌 Neville E. Sanjana, Ophir Shalem and Feng Zhang, Improved vectors and genome-wide libraries for CRISPR screening, Nat Methods. 2014 Aug; 11(8): 783-784 참조]. 그러나, 이러한 해결책은 렌티바이러스 벡터(lentiviral vector)를 수반하며, 이는 선천성 부신 피질 기능장애의 치료에 적합하지 않다.Vectors known to be used to target the CYP21A2 gene in the human genome include guide RNA and Streptococcus pyogenes Cas9, NLS, and eukaryotic elongation factor EF1 alpha (see Neville E. Sanjana, Ophir Shalem, and Feng Zhang, Improved vectors and genome-wide libraries for CRISPR screening, Nat Methods. 2014 Aug; 11(8): 783-784). However, this solution involves lentiviral vectors, which are not suitable for the treatment of congenital adrenocortical dysfunction.
AAV 벡터 시스템(조합)이 공지되어 있으며, 여기에서 벡터들 중 하나의 벡터는 가이드 RNA를 운반하고 다른 벡터는 CAS를 운반한다. 동시에, 벡터들은 또한 ITR, 프로모터들(promoters) 및 태그(tag)도 포함하며, CRISPR 효소는 C-말단 NLS(C-terminal NLS) 및 N-말단 NLS.34(N-terminal NLS.34)를 포함한다.AAV vector systems (combination) are known, wherein one of the vectors carries a guide RNA and the other carries a CAS. Simultaneously, the vectors also contain ITRs, promoters, and tags, and the CRISPR enzyme contains a C-terminal NLS and an N-terminal NLS.34.
벡터들은 생체 외 유전자 또는 유전체 편집(ex vivo gene or genome editing)을 위해 사용하거나, 또는 관심 유전체 좌위(genome locus)에서 표적 시퀀스(target sequence)를 조작함으로써 포유동물 유기체를 변형시키기 위한 치료 약물 제조의 조성물에 사용하도록 의도된다. 벡터들은 또한 결함이 있는 뉴클레오티드 요소(nucleotide element) 또는 트리뉴클레오티드 반복(trinucleotide repeat) 또는 기타 반복적인 뉴클레오티드 요소(repetitive nucleotide element) 또는 뉴클레오티드 확장(nucleotide expansion)을 갖는 세포의 상태를 치료하거나 억제하기 위한 방법에서도 사용될 수 있다[문헌 RU2016128069 A, 2018년 01월 17일 참조]. 이러한 해결책은 본 발명에 가장 근접하기는 하나, 렌티바이러스 벡터를 수반하며, 이는 선천성 부신 피질 기능장애의 치료에 적합하지 않다.The vectors are intended for use in ex vivo gene or genome editing, or in the composition of a therapeutic drug product for modifying a mammalian organism by manipulating a target sequence at a genomic locus of interest. The vectors may also be used in methods for treating or suppressing conditions in cells harboring defective nucleotide elements, trinucleotide repeats, or other repetitive nucleotide elements or nucleotide expansions [see document RU2016128069 A, January 17, 2018]. While this solution is closest to the present invention, it involves lentiviral vectors, which are not suitable for the treatment of congenital adrenocortical dysfunction.
특허청구된 발명들의 그룹에 의해 해결되는 기술적 문제는 높은 수준의 이식유전자 발현(transgene expression)을 보장하는 스트렙토코쿠스 피오게네스 Cas9를 포함하여 최적화된 시퀀스들을 포함하는 유전자 구조물들(genetic constructs)의 개발에 있으며, 이는 선천성 부신 과형성증의 치료를 위해 사용될 수 있다.The technical problem addressed by the group of claimed inventions lies in the development of genetic constructs comprising optimized sequences, including Streptococcus pyogenes Cas9, which ensure high levels of transgene expression, which can be used for the treatment of congenital adrenal hyperplasia.
특허청구된 발명들의 그룹의 구현에 의해, 하기의 기술적인 결과들이 달성된다:By implementing the group of claimed inventions, the following technical results are achieved:
1. 낮은 면역원성(immunogenicity);1. Low immunogenicity;
2. 충분히 용이한 생산;2. Sufficiently easy to produce;
3. 0.01%의 비특이적인 절단률(cleavage rate);3. Nonspecific cleavage rate of 0.01%;
4. 서로 다른 조직들에 대한 광범위한 향성(tropism);4. Extensive tropism toward different organizations;
5. 높은 수준의 이식유전자 발현: 세포 당 바이러스 유전체 사본 수는 GAPDH 대조 유전자의 발현에 대해 10-4 내지 10-1로 표현되는, 1 내지 100의 범위임.5. High level of transgene expression: The number of viral genome copies per cell ranges from 1 to 100, expressed as 10 -4 to 10 -1 for expression of the GAPDH control gene.
기술적인 결과들은 다음과 같이 달성된다.The technical results are achieved as follows:
본 발명 그룹 중 하나의 발명은 pAAV-nEFCas9 발현 벡터를 제공한다.One invention of the present invention group provides a pAAV-nEFCas9 expression vector.
이러한 벡터는 아데노-연관 바이러스의 바이러스 입자, 자연 혈청형들(1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9hul4, rh10 등등) 또는 합성의 생물학적 방법들에 의해 수득되는 혈청형들(DJ/8, DJ, apc 32 등등)의 캡시드 단백질들(capsid proteins)을 나타낸다.These vectors represent capsid proteins of viral particles of adeno-associated viruses, natural serotypes (1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9hul4, rh10, etc.) or serotypes obtained by synthetic biological methods (DJ/8, DJ, apc 32, etc.).
바이러스 입자들 내에 패키징된 유전체는 양 말단들에서 AAV의 역방향 말단 반복서열들(ITRs: inverted terminal repeats), 바람직하게는 혈청형 2의 ITR이 측면에 배치된 단일-가닥 DNA 분자로 이루어진다. AAV의 이들 ITR들은 충분히 연구되었으며 이들의 사용은 안정적인 기대 효과를 제공한다. 그럼에도 불구하고, 다른 AAV 혈청형들로부터의 ITR들이 사용될 때 부정확한 결과들을 생성할 것이라는 것을 나타내는 선행기술이 없기 때문에, 다른 AAV ITR들이 사용될 수 있다. AAV 내에서 ITR들이 순차적으로 배열된다: 제1 진핵생물 신장 인자 EF1 알파의 프로모터. 이러한 특정 프로모터의 선택은 본 발명에 따른 벡터 구조물에서 높은 수준의 이식유전자 발현을 제공하는 것으로 확인된 일련의 실험들의 결과이다. 동시에, 이 프로모터는 진핵생물이고 바이러스가 아니며, 따라서 메틸화되거나 억제되지 않으며, 이는 또한 본 발명의 추가의 장점이다. 더욱이, 이 프로모터는 모든 세포 유형들에서 기능하는 상시발현 프로모터(constitutive promoter)이다. 프로모터에 후속하는 것은 히스티딘 태그 시퀀스(histidine tag sequence)(HA 에피토프 태그(인간 인플루엔자 헤마글루티닌 에피토프 태그(human influenza hemagglutinin epitope tag)))이며, 이는 웨스턴 블로팅(Western blotting), 세포분석(cytometry) 및 면역조직화학법(immunohistochemistry)을 통한 이식유전자의 검출을 용이하게 한다. 히스티딘 태그에 후속하는 것은 핵 위치 신호 5'-SV40 NLS(nuclear localization signal 5'-SV40 NLS)이다. 이러한 핵 신호의 장점은 작은 크기 및 단백질의 핵 내 유입(nuclear import)을 촉진하는 것에서 입증된 효율성이다. 다음은 스트렙토코쿠스 피오게네스로부터의 Cas9 효소를 인코딩하는 코돈-최적화 시퀀스(codon-optimized sequence)이다.The genome packaged within the viral particles consists of a single-stranded DNA molecule flanked at both ends by AAV inverted terminal repeats (ITRs), preferably ITRs from serotype 2. These AAV ITRs have been well-studied, and their use provides reliable and expected results. However, since there is no prior art indicating that the use of ITRs from other AAV serotypes would produce inaccurate results, other AAV ITRs may be used. The ITRs within AAV are arranged sequentially: the promoter of the first eukaryotic elongation factor EF1 alpha. The selection of this particular promoter is the result of a series of experiments that have confirmed that it provides high levels of transgene expression in the vector construct according to the present invention. At the same time, this promoter is eukaryotic and not viral, and therefore is not methylated or repressed, which is an additional advantage of the present invention. Furthermore, this promoter is a constitutive promoter that functions in all cell types. Following the promoter is a histidine tag sequence (HA epitope tag (human influenza hemagglutinin epitope tag)), which facilitates detection of the transgene by Western blotting, cytometry, and immunohistochemistry. Following the histidine tag is the nuclear localization signal 5'-SV40 NLS. The advantages of this nuclear signal are its small size and its proven efficiency in promoting nuclear import of proteins. Next is the codon-optimized sequence encoding the Cas9 enzyme from Streptococcus pyogenes.
Cas9는 유전체 내의 표적 좌위에서 이중-가닥 절단(double-stranded break)을 일으킬 수 있는, 비교적 작은 크기를 가진 이펙터(effector)이다. CRISPR/Cas9-기반 유전체 편집 시스템(CRISPR/Cas9-based genome editing system)은 사용 및 디자인이 용이하며, 합성이 용이한 특정 RNA 가이드(RNA guide)를 선택하는 요구사항에 따라 비표적 절단률(off-target cleavage rate)이 약 0.01%이다. 이것이 이러한 특이성의 달성 여부에 달려 있는 주요 과제이다. CRISPR/Cas9-기반 유전체 편집 시스템의 장점을 극대화하는 최적의 RNA 가이드가 개발되었다. 부정확하게 선택된 RNA 가이드는 이러한 시스템의 효율의 감소를 야기할 수 있다. 인간 세포들에서의 박테리아 단백질의 보다 효율적인 합성을 위해, 코돈 최적화(SEQ ID NO: 5)가 수행되었으며, 이는 앞서 언급된 유익한 효과들에 기여하였다. 그러나, 코돈-최적화의 다른 변형들 또한 가능하므로, 본 개발에서 사용되는 변형이 이러한 시퀀스를 최적화함으로써 본 발명에 따른 효과들을 달성할 수 있는 주요 가능성을 나타낸다. 코돈-최적화 시퀀스에 후속하는 것은 제2 핵 위치 신호인 3'-SV40 NLS이다. 합성 폴리A 신호(polyA signal)는 전사 종결자(transcription terminator)로 사용된다.Cas9 is a relatively small effector capable of inducing double-stranded breaks at target loci within the genome. The CRISPR/Cas9-based genome editing system is easy to use and design, and has an off-target cleavage rate of approximately 0.01%, depending on the requirement for selecting specific, easily synthesized RNA guides. This is a key challenge in achieving this specificity. Optimal RNA guides have been developed to maximize the benefits of the CRISPR/Cas9-based genome editing system. Improperly selected RNA guides can lead to a decrease in the efficiency of the system. Codon optimization (SEQ ID NO: 5) has been performed to enable more efficient synthesis of bacterial proteins in human cells, contributing to the aforementioned beneficial effects. However, other variations of codon optimization are also possible, and the variation used in this development represents a major possibility for achieving the effects of the present invention by optimizing this sequence. Following the codon-optimized sequence is a second nuclear localization signal, the 3'-SV40 NLS. A synthetic polyA signal is used as a transcription terminator.
그룹 중의 다른 발명은 발현 벡터 AAV-hCYP21A2에 관한 것이다.Another invention among the group relates to the expression vector AAV-hCYP21A2.
입자들 내에 패키징된 바이러스 유전체는 바람직하게는 혈청형 2의 AAV ITRs(역방향 말단 반복서열들)가 측면에 배치된 단일-가닥 DNA 분자를 포함한다. 이들 ITR들은 특성이 잘 규명되어 있으며 일관되고 신뢰할 수 있는 결과들을 생성하는 것으로 알려져 있다. 그럼에도 불구하고, 선행기술이 다른 AAV 혈청형 ITR들이 부정확한 결과가 도출될 수 있음을 시사하고 있지 않기 때문에, 다른 AAV 혈청형 ITR들을 사용이 배제되지 않는다.The viral genome packaged within the particles preferably comprises a single-stranded DNA molecule flanked by AAV serotype 2 inverted terminal repeats (ITRs). These ITRs are well characterized and are known to produce consistent and reliable results. However, the use of ITRs from other AAV serotypes is not ruled out, as prior art does not suggest that these ITRs would lead to inaccurate results.
벡터 내에, 진핵생물 RNA 중합효소 III 프로모터(eukaryotic RNA polymerase III promoter) U6가 위치된다. U6 프로모터는 본 명세서에 기술된 벡터 구조물에서 높은 수준의 이식유전자 전사를 입증하였다. U6 프로모터는 바이러스가 아닌 진핵생물이고, 따라서 인간 세포에서 억제되지 않을 수 있는 한편, 크기가 비교적 작아 RNA 가이드 전사 카셋트(RNA guide transcription cassette)가 AAV 유전체 내로 패키징되도록 할 수 있다. U6 프로모터에 후속하는 것은 crRNA 형태(crRNA format)의 가이드 RNA 시퀀스이다. 가이드 RNA 시퀀스는 trackRNA 시퀀스(스캐폴드(scaffold))에 융합된, 표적하는 좌위에 상보적인 고유한 20개의 뉴클레오티드 시퀀스이다. 인간 유전체 좌위(human genome locus) AAVS1에 대해 상동성인 영역(좌측 상동성 아암(left homologous arm))이 가이드 RNA 발현 카세트에 인접하여 있다. 이러한 좌위는 이러한 부위에서의 통합이 다른 유전체 기능에 부정적으로 영향을 주지 않고, 따라서 안전한 통합을 제공할 수 있다는 것을 확인하는 실험 데이터에 기반하여 선택되었다. 이러한 좌위 내로 통합된 이식유전자는 임의의 세포 유형에서 효율적으로 전사된다. 이식유전자 발현 카세트: EFS-NS 프로모터(EFS-NS promoter), 이러한 프로모터는 높은 수준의 이식유전자 발현을 나타내고, 이 프로모터는 바이러스가 아닌 진핵생물이며, 따라서 이 프로모터는 메틸화되거나 억제되지 않을 것이며, 또한 이 프로모터는 모든 유형들의 세포들에서 작동하는 상시발현 프로모터이고, 이 프로모터의 제어 하에서 hCYP21A2 유전자의 단백질-코딩 코돈-최적화 시퀀스가 위치된다. 코돈-최적화는 유전자 번역의 효율을 증가시키도록 할 수 있었고, 최적화는 해당 대조 시퀀스 NG_007941.3에 대해 수행되었다. 인간 β-글로빈 유전자(human β-globin gene)의 polyA 신호(인간 β-글로빈 폴리아데닐화 신호(human β-globin polyadenylation signal))가 전사 종결자로 사용되었다. polyA 신호 뒤에는 인간 유전체 좌위 AAVS1에 대해 상동성인 영역(우측 상동성 아암(right homologous arm))이 이어진다.Within the vector, a eukaryotic RNA polymerase III promoter, U6, is located. The U6 promoter has been shown to drive high levels of transgene transcription in the vector constructs described herein. The U6 promoter is eukaryotic, not viral, and thus may not be repressed in human cells, while its relatively small size allows the RNA guide transcription cassette to be packaged into the AAV genome. Following the U6 promoter is a guide RNA sequence in crRNA format. The guide RNA sequence is a unique 20 nucleotide sequence complementary to the target locus, fused to a trackRNA sequence (scaffold). A region homologous to the human genome locus AAVS1 (the left homologous arm) is adjacent to the guide RNA expression cassette. These loci were chosen based on experimental data confirming that integration at these sites does not negatively affect other genomic functions and thus provides a safe integration. Transgenes integrated into these loci are efficiently transcribed in any cell type. Transgene expression cassette: EFS-NS promoter. This promoter exhibits high levels of transgene expression. This promoter is eukaryotic, not viral, and therefore unlikely to be methylated or repressed. Furthermore, this promoter is a constitutive promoter that operates in all cell types. Under this promoter, the protein-coding codon-optimized sequence of the hCYP21A2 gene is located. Codon optimization can increase the efficiency of gene translation, and optimization was performed relative to the corresponding control sequence NG_007941.3. The polyA signal (human β-globin polyadenylation signal) of the human β-globin gene was used as a transcription terminator. The polyA signal is followed by a region homologous to the human genomic locus AAVS1 (right homologous arm).
본 발명 그룹 중의 또 다른 발명은 약제학적으로 허용 가능한 부형제와 함께 pAAV-nEFCas9와 AAV-hCYP21A2 발현 벡터들의 조합이다. 이 경우, 상기 조합은 약제학적으로 허용 가능한 부형제로서 완충액 및/또는 생리식염수(saline solution)를 포함한다. 본 용액에서 사용될 수 있는 완충액들의 예들의 비-제한적인 예들로는 하기와 같은 것들이 있다: 인산염 완충액(phosphate buffer), 인산염-구연산염 완충액(phosphate-citrate buffer), 트리스 완충액(Tris buffer), 탄산염 완충액(carbonate buffer), 중탄산염 완충액(bicarbonate buffer), 붕산염 완충액(borate buffer), 초산염 완충액(acetate buffer), 글리세롤 완충액(glycerol buffer), 인산염-글리세롤 완충액(phosphate-glycerol buffer), 트리스-글리세롤 완충액(Tris-glycerol buffer) 및 구연산염 완충액(citrate buffer).Another invention within the present invention group is a combination of pAAV-nEFCas9 and AAV-hCYP21A2 expression vectors together with a pharmaceutically acceptable excipient. In this case, the combination includes a buffer and/or saline solution as the pharmaceutically acceptable excipient. Non-limiting examples of buffers that can be used in the present solution include the following: phosphate buffer, phosphate-citrate buffer, Tris buffer, carbonate buffer, bicarbonate buffer, borate buffer, acetate buffer, glycerol buffer, phosphate-glycerol buffer, Tris-glycerol buffer, and citrate buffer.
본 발명 그룹 중의 또 다른 발명은 앞서 언급된 발현 벡터들 조합의 유효량을 포유동물 대상체로 투여하는 단계를 포함하는, 선천성 부신 과형성증을 치료하기 위한 방법이다. 본 발명 그룹 중의 또 다른 발명은 발현 벡터들의 킷트(kit)를 제공하며, 여기에서 벡터들 중의 하나의 벡터는 pAAV-nEFCas9 벡터이고 다른 벡터는 AAV-hCYP21A2 벡터이다. 상기 킷트는 완충액 및/또는 생리식염수(physiological saline)를 추가로 포함할 수 있다. 채택될 수 있는 완충액들의 비-제한적인 예들로는 하기의 것들이 포함된다: 인산염, 인산염-구연산염, 트리스, 탄산염, 중탄산염, 붕산염, 초산염, 글리세롤, 인산염-글리세롤, 트리스-글리세롤 및 구연산염 완충액들.Another invention within the present invention group is a method for treating congenital adrenal hyperplasia, comprising administering to a mammalian subject an effective amount of a combination of the aforementioned expression vectors. Another invention within the present invention group provides a kit of expression vectors, wherein one of the vectors is a pAAV-nEFCas9 vector and the other vector is an AAV-hCYP21A2 vector. The kit may further comprise a buffer and/or physiological saline. Non-limiting examples of buffers that may be employed include: phosphate, phosphate-citrate, Tris, carbonate, bicarbonate, borate, acetate, glycerol, phosphate-glycerol, Tris-glycerol, and citrate buffers.
본 발명은 하기 예시적인 재료로 설명된다.
도 1은 원심분리 비이커(centrifuge beaker) 중의 아이오딕사놀(iodixanol) 용액의 층별 배열의 개략도이다. 공기가 통하도록 별도의 바늘로 튜브의 최상단을 먼저 천공함으로써 QuickSeal 튜브들의 원심분리 후 40% 분획을 흡인하고, 다른 주사기 바늘로 바늘 구멍이 위쪽으로 향하도록 하고 바늘 끝이 계면(interphase)의 40 내지 60%의 약 2 ㎜ 아래에 수평으로 위치되도록 하여 원하는 분획을 흡인한다. 이러한 방식으로 25% 층의 계면을 건드리지 않고 40%의 구배(gradient)를 흡인한다.
도 2는 AAV-hCYP21A2의 개략도이다.
도 3은 pAAV-nEFCas9의 개략도이다.
도 4는 CYP21 유전자의 정상 사본을 이 유전자에 대한 유기체 돌연변이의 유전체 내로 통합할 때 스테로이드합성(steroidogenesis)의 회복을 확증하기 위한 개략도이다.
도 5는 벡터의 투여 2주 후 CYP21A1-/- 마우스들의 부신에서의 EGFP의 면역형광 염색(immunofluorescent staining) 후의 샘플의 사진이다.
도 6은 마우스들의 부신 유전체에서의 Rosa26 표적 좌위(Rosa26 target locus)에의 공여자(donor)의 통합을 확인하는 연구들의 결과들이다. A) 아가로스 겔(agarose gel)에서의 표적 앰플리콘(target amplicon)의 전기영동(electrophoresis)("C+" 양성 대조, "C-" 음성 대조). B) (A)로부터의 앰플리콘들의 생어 염기서열분석(Sanger sequencing)의 크로마토그램들(chromatograms).
도 7은 표적 기관들에서의 바이러스 부하(viral load) 및 이식유전자 발현 수준들을 나타내는 다이어그램이다.
도 8a 내지 도 8d는 실험 동물들에서의 체중 증가 및 스테로이드 호르몬 수준들을 나타내는 차트들이다.
도 9는 미주입 CYP21A1+/+ 마우스들(대조) 및 벡터 주입 16주 후의 AAVDJ-CYP21A1-01, AAVDJ-SpCas9 + AAVDJ-CYP21A1-01 및 PBS로 주입된 CYP21A1-/- 마우스들의 대표 사진들이다.The present invention is illustrated with the following exemplary materials.
Figure 1 is a schematic diagram of the layered arrangement of an iodixanol solution in a centrifuge beaker. A 40% fraction is aspirated from the QuickSeal tubes after centrifugation by first puncturing the top of the tube with a separate needle to allow air to pass through, and then the desired fraction is aspirated with another syringe needle with the needle hole pointing upward and the needle tip positioned horizontally approximately 2 mm below the 40-60% interphase. In this manner, a 40% gradient is aspirated without disturbing the interphase of the 25% layer.
Figure 2 is a schematic diagram of AAV-hCYP21A2.
Figure 3 is a schematic diagram of pAAV-nEFCas9.
Figure 4 is a schematic diagram to confirm restoration of steroidogenesis when integrating a normal copy of the CYP21 gene into the genome of an organism mutant for this gene.
Figure 5 is a photograph of a sample after immunofluorescent staining of EGFP in the adrenal glands of CYP21A1-/- mice 2 weeks after vector administration.
Figure 6 shows the results of studies confirming donor integration into the Rosa26 target locus in the adrenal genome of mice. A) Electrophoresis of target amplicons in an agarose gel ("C+" positive control, "C-" negative control). B) Chromatograms of Sanger sequencing of amplicons from (A).
Figure 7 is a diagram showing the viral load and transgene expression levels in target organs.
Figures 8a to 8d are charts showing body weight gain and steroid hormone levels in experimental animals.
Figure 9 shows representative images of uninjected CYP21A1+/+ mice (control) and CYP21A1-/- mice injected with AAVDJ-CYP21A1-01, AAVDJ-SpCas9 + AAVDJ-CYP21A1-01, and PBS 16 weeks after vector injection.
본 발명 그룹 중의 하나의 발명은 자연 혈청형들(1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9hul4, rhl0 등등) 또는 합성의 생물학적 방법들에 의해 수득되는 혈청형들(DJ/8, DJ, anc32 등등)의 캡시드 단백질들을 포함하는, 아데노-연관 바이러스들에 기반하는 발현 벡터를 제공하며, 여기에서 하기 요소들이 순차적으로 배열된다: 진핵생물 신장 인자 EF1 알파 프로모터, 히스티딘 태그(인간 인플루엔자 헤마글루티닌으로부터의 HA 에피토프 태그), 5'-SV40 핵 위치 신호(NLS), 스트렙토코쿠스 피오게네스로부터의 Cas9 유전자의 코돈-최적화 시퀀스, 3'-SV40 NLS 및 전사 종결자로서의 합성 polyA 신호. 본 발명의 하나의 예시적인 구현예는 SEQ ID NO: 1이다.One invention of the present group provides an expression vector based on adeno-associated viruses, comprising capsid proteins of natural serotypes (1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9hul4, rhl0, etc.) or serotypes obtained by synthetic biological methods (DJ/8, DJ, anc32, etc.), wherein the following elements are sequentially arranged: a eukaryotic elongation factor EF1 alpha promoter, a histidine tag (HA epitope tag from human influenza hemagglutinin), a 5'-SV40 nuclear localization signal (NLS), a codon-optimized sequence of the Cas9 gene from Streptococcus pyogenes, a 3'-SV40 NLS, and a synthetic polyA signal as a transcription terminator. One exemplary embodiment of the present invention is SEQ ID NO: 1.
본 발명 그룹의 다른 발명은 자연 혈청형들(1, 2, 3, 4, 5, 7, 7, 8, 9hul4, rhl0 등등) 또는 합성의 생물학적 방법들에 의해 수득되는 혈청형들(DJ/8, DJ, anc32 등등)의 캡시드 단백질들을 포함하는, 아데노-연관 바이러스들에 기반하는 발현 벡터를 제공한다.Another invention of the present invention group provides expression vectors based on adeno-associated viruses comprising capsid proteins of natural serotypes (1, 2, 3, 4, 5, 7, 7, 8, 9hul4, rhl0, etc.) or serotypes obtained by synthetic biological methods (DJ/8, DJ, anc32, etc.).
벡터 내에 패키징된 유전체는 AAV 혈청형 2의 ITR들이 측면에 배치된 단일-가닥 DNA 분자이며, 여기에서 하기 요소들이 순차적으로 배열된다: 진핵생물 RNA 중합효소 III 프로모터(U6), crRNA 형태의 가이드 RNA(표적 좌위에 상보적이고 trackRNA(스캐폴드)에 융합된 고유한 20개-뉴클레오티드 시퀀스), 가이드 RNA에 후속하는 인간 유전체의 AAVS1 좌위에 대해 상동성인 영역(좌측 상동성 아암), EFS-NS 프로모터를 포함하는 이식유전자 발현 카셋트(대조 시퀀스 NG_007941.3에 해당하는 hCYP21A2 유전자의 단백질-코딩 시퀀스가 그의 제어 하에 있음). 인간 β-글로빈 폴리아데닐화 신호가 전사 종결자로서 사용되었으며, AAVS1에 대한 우측 상동성 아암이 후속된다. 하나의 예시적인 구현예는 SEQ ID NO: 2이다.The genome packaged within the vector is a single-stranded DNA molecule flanked by ITRs of AAV serotype 2, in which the following elements are arranged sequentially: a eukaryotic RNA polymerase III promoter (U6), a guide RNA in the form of a crRNA (a unique 20-nucleotide sequence complementary to the target locus and fused to a trackRNA (scaffold), a region homologous to the AAVS1 locus of the human genome following the guide RNA (left homology arm), and a transgene expression cassette comprising the EFS-NS promoter (under the control of the protein-coding sequence of the hCYP21A2 gene corresponding to the reference sequence NG_007941.3). The human β-globin polyadenylation signal was used as a transcription terminator, followed by a right homology arm to AAVS1. One exemplary embodiment is SEQ ID NO: 2.
SEQ ID NO: 3은 야생-형 CYP21A2 유전자 NG_007941.3의 시퀀스를 나타낸다.SEQ ID NO: 3 represents the sequence of the wild-type CYP21A2 gene NG_007941.3.
SEQ ID NO: 4는 SEQ ID NO: 3의 변형 최적화 시퀀스를 나타낸다.SEQ ID NO: 4 represents a variant optimization sequence of SEQ ID NO: 3.
SEQ ID NO: 5는 스트렙토코쿠스 피오게네스의 Cas9 유전자의 코돈 최적화 시퀀스를 나타낸다.SEQ ID NO: 5 represents the codon-optimized sequence of the Cas9 gene of Streptococcus pyogenes.
본 발명은 또한 유효량의 상기 벡터들의 조합을 포유동물에 투여하는 것을 포함하는, 선천성 부신 과형성증을 치료하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for treating congenital adrenal hyperplasia, comprising administering to a mammal an effective amount of a combination of the above vectors.
본 발명의 범주 내에서 용어 "치료학적으로 유효한 양(therapeutically effective amount)"은 CAH에 대해 치료학적 효과를 갖거나, CAH의 하나 이상의 증상들을 완화하거나 개선 또는 제거하는 벡터 조합의 양을 의미한다. 용어 "치료학적으로 유효한 양"은 원하는 치료학적 효과를 제공하기에 충분한 벡터 조합의 그러한 정량적 함량을 의미한다. 따라서, 단위 용량(unit dose) 형태의 약제학적 조성물을 제조하는 경우, 유효한 양이 고려된다. 이 경우, 환자에서 약제의 투여량은 신체에서의 활성 성분들의 치료학적 효능 및 생체이용률(bioavailability), 그들의 대사율 및 신체로부터의 배출의 속도만이 아니라 연령, 성별 및 질환의 단계에 따라 조정될 수 있다.Within the scope of the present invention, the term "therapeutically effective amount" refers to an amount of a vector combination that has a therapeutic effect on CAH, or that alleviates, improves, or eliminates one or more symptoms of CAH. The term "therapeutically effective amount" refers to a quantitative content of a vector combination sufficient to provide the desired therapeutic effect. Therefore, when preparing a pharmaceutical composition in the form of a unit dose, an effective amount is considered. In this case, the dosage of the drug to a patient may be adjusted according to the therapeutic efficacy and bioavailability of the active ingredients in the body, their metabolic rate, and the rate of excretion from the body, as well as age, sex, and stage of the disease.
권장되는 치료학적 용량(therapeutic dose)은 주사용 완충액 또는 9 ㎎/㎖(0.9%) 염화나트륨 용액으로 희석 후 정맥 내 주입(intravenous infusion)을 통해 투여되는, 2 ㎖/㎏에 상응하는 체중 ㎏ 당 2 Х 1011 내지 2 Х 1014 바이러스 유전체들의 1회 투여(single administration)이다.The recommended therapeutic dose is a single administration of 2 Х 10 11 to 2 Х 10 14 viral genomes per kg body weight, equivalent to 2 ml/kg, diluted with injection buffer or 9 mg/ ml (0.9 % ) sodium chloride solution and administered via intravenous infusion.
권장되는 투여의 방식은 1회의 정맥 내 주입이다.The recommended route of administration is a single intravenous infusion.
선천성 부신 과형성증의 유전자 치료가 hCYP21A2 유전자 돌연변이에 의해 매개되기 때문에, 부신 세포들을 감염시키고 핵 내에 에피솜 DNA(episomal DNA)로서 존속하는 벡터 유전체로부터의 hCYP21A2 유전자의 외인성 발현(exogenous expression)에 의해 치료가 실현될 수 있다. 이 경우, AAVS1 좌위, 아데노-연관 바이러스 통합 부위 1(adeno-associated virus integration site 1), PPPIR12C 단백질 인산가수분해효소 1 조절 서브유닛 12C(PPPIR12C protein phosphatase 1 regulatory subunit 12C), NC_000019.10의 시퀀스에 대해 특이적인 RNA 가이드의 발현을 통해, 그리고 표적에 RNA 가이드가 상동 결합하는 부위에서 DNA에 이중-가닥 절단을 도입할 수 있는 Cas9 단백질의 발현을 통해 감염된 세포들의 유전체 내로의 이중-가닥 절단이 달성된다. AAV-hCYP21A2 벡터에서 AAVS1 좌위에 대한 상동성 영역의 존재로 인하여 통합이 일어난다. 절단, 상동성 재조합(homologous recombination) 및 이식유전자 발현의 결과로서, hCYP21A2 유전자 발현이 달성되고 부신 피질에서의 스테로이드합성이 회복된다.Since gene therapy for congenital adrenal hyperplasia is mediated by mutations in the hCYP21A2 gene, treatment can be achieved by exogenous expression of the hCYP21A2 gene from a vector genome that infects adrenal cells and persists as episomal DNA in the nucleus. In this case, double-strand breaks are achieved in the genomes of infected cells through expression of an RNA guide specific for the sequences of the AAVS1 locus, adeno-associated virus integration site 1, PPPIR12C protein phosphatase 1 regulatory subunit 12C, NC_000019.10, and through expression of the Cas9 protein capable of introducing double-strand breaks in DNA at the site of homologous binding of the RNA guide to the target. Integration occurs due to the presence of a region of homology to the AAVS1 locus in the AAV-hCYP21A2 vector. As a result of cleavage, homologous recombination, and transgene expression, hCYP21A2 gene expression is achieved and steroidogenesis in the adrenal cortex is restored.
특허청구된 발명의 보다 상세한 설명이 아래에서 제공된다.A more detailed description of the claimed invention is provided below.
본 발명은 본 설명으로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 이러한 변형들은 특허청구범위를 제한하지 않는다.The present invention can be modified in various ways that will be apparent to those skilled in the art from this description. Such modifications do not limit the scope of the claims.
벡터 유전체들의 뉴클레오티드 시퀀스들 뿐만 아니라 박테리아 시스템에서 플라스미드 복제 및 선택에 필요한 시퀀스들을 운반하는 플라스미드 구조물들(plasmid constructs)을 사용하여 바이러스 입자들이 생성되었다. 이들 플라스미드들은 분자 복제(molecular cloning) 및 유전자 합성 방법들에 의해 수득되었다.Viral particles were generated using plasmid constructs carrying nucleotide sequences of vector genomes as well as sequences necessary for plasmid replication and selection in bacterial systems. These plasmids were obtained by molecular cloning and gene synthesis methods.
AAV 바이러스 캡시드 유전자들 및 헬퍼 유전자들(helper genes)을 운반하는 플라스미드들 또한 사용되었다.Plasmids carrying AAV viral capsid genes and helper genes were also used.
바이러스 벡터들은 고착 또는 현탁 세포 시스템/HEK 293 세포들에 기반하는 특화 세포주들에서 조립되었다.Viral vectors were assembled in specialized cell lines based on adherent or suspension cell systems/HEK 293 cells.
실시예 1Example 1
플라스미드 추출 및 세척Plasmid extraction and cleaning
대장균(E.coli) 세포들을 해동하고 -80℃에서 저장하였다. E. coli cells were thawed and stored at -80°C.
해동은 고체 배지에서 실행되었다. 이를 위해, 400 ㎕의 액체 LB 배지(피펫의 선단(tip))에 동결된 세포들을 넣고, 재현탁시키고 100 ㎎/ℓ의 농도로 카르베니실린(carbenicillin)을 포함하는 고체 LB 배지로 옮겼다.Thawing was performed on solid media. For this, frozen cells were added to 400 μl of liquid LB medium (pipetted tip), resuspended, and transferred to solid LB medium containing carbenicillin at a concentration of 100 mg/L.
현탁 배양물(suspension culture)을 수득하기 위해, LB 배지 100 ㎖를 250 ㎖ 플라스크에 넣었다. 피펫의 선단에 하나의 콜로니(colony)를 접종하고, 대장균 현탁액을 170 rpm으로 일정하게 교반되는 항온 셰이커(thermostated shaker)에서 37℃에서 16 내지 20시간 동안 배양하였다.To obtain a suspension culture, 100 ml of LB medium was placed in a 250 ml flask. A single colony was inoculated onto the tip of a pipette, and the E. coli suspension was cultured at 37°C in a thermostated shaker with constant agitation at 170 rpm for 16 to 20 hours.
다음으로, 플라스미드 DNA를 제조사의 프로토콜에 따라 Plasmid Midiprep 2.0 킷트(Eurogen)를 사용하여 분리하였다. 컬럼들의 수를 세포 침전물 1 g 당 1개의 컬럼의 비율(컬럼 용량(column capacity) 500 ㎍의 DNA)로 취하였다. 하나의 컬럼을 4 ㎖의 물에 2회 용출시켰다.Next, plasmid DNA was isolated using the Plasmid Midiprep 2.0 kit (Eurogen) according to the manufacturer's protocol. The number of columns was set at a ratio of one column per 1 g of cell pellet (column capacity 500 μg of DNA). Each column was eluted twice with 4 ml of water.
분리 후, 플라스미드 농도를 측정하고 [표 1]에 따른 제한 효소들을 사용하여 제한 분석(restriction analysis)을 수행하였다.After isolation, the plasmid concentration was measured and restriction analysis was performed using restriction enzymes according to [Table 1].
각 샘플에 대해 다음과 같은 반응들이 수행되었다: 개별적으로 표 1에 나열된 제한 효소들 각각으로 소화, 하나의 튜브 내에서 결합된 모든 제한 효소들로 소화 및 어떠한 제한 효소들도 수반하지 않는 대조 반응(K-).The following reactions were performed for each sample: digestion with each of the restriction enzymes listed in Table 1 individually, digestion with all restriction enzymes combined in one tube, and a control reaction (K-) involving no restriction enzymes.
혼합물의 제조:Preparation of the mixture:
10XBuf - 2.5 ㎕;10XBuf - 2.5 μl;
제한 효소들 - 각 0.5 ㎕;Restriction enzymes - 0.5 μl each;
플라스미드 DNA - 600 ng;Plasmid DNA - 600 ng;
물 25 ㎕까지.Up to 25 μl of water.
37℃에서 1시간 동안 배양하고, 1% 아가로스 겔에서 시각화함.Incubate at 37°C for 1 hour and visualize on a 1% agarose gel.
[표 1][Table 1]
세포 당 바이러스 유전체들의 수 - 1 내지 100.Number of viral genomes per cell - 1 to 100.
발현은 대조 GAPDH 유전자에 대해 10-4 내지 10-1의 범위임.Expression ranges from 10 -4 to 10 -1 relative to the control GAPDH gene.
실시예 2Example 2
HEK 293 세포 배양물의 제조Preparation of HEK 293 cell culture
배지, 용액 등의 모든 용적들은 하나의 15 ㎝ 배양 접시 당 제공되었다.All volumes of media, solutions, etc. were provided per 15 cm culture dish.
세포 질량 확장(GM) 및 형질감염(TM)을 위한 배양 배지를 제조하였다.Culture media for cell mass expansion (GM) and transfection (TM) were prepared.
GM을 제조하기 위해서, FBS(Gibco) 50 ㎖, 100 х GlutaMax(Gibco) 5 ㎖ 및 1000 х 겐타마이신 항생제(PanEco) 500 ㎕를 4.5 g/ℓ 글루코스(glucose)를 포함하는 DMEM 배지 450 ㎖에 첨가하였다.To prepare GM, 50 ml of FBS (Gibco), 5 ml of 100 x GlutaMax (Gibco) and 500 μl of 1000 x gentamicin antibiotic (PanEco) were added to 450 ml of DMEM medium containing 4.5 g/L glucose.
TM을 제조하기 위해서는, FBS(Gibco) 10 ㎖, 100 х GlutaMax(Gibco) 5 ㎖ 및 1000 х 겐타마이신 항생제(PanEco) 500 ㎕를 4.5 g/ℓ 글루코스를 포함하는 DMEM 배지 490 ㎖에 첨가하였다.To prepare TM, 10 ml of FBS (Gibco), 5 ml of 100 x GlutaMax (Gibco) and 500 μl of 1000 x gentamicin antibiotic (PanEco) were added to 490 ml of DMEM medium containing 4.5 g/L glucose.
Versene 및 0.25% 트립신(trypsin) 용액을 50 ㎖ 씩 분주하였다. Versene 분취액(aliquot)은 실온에서 저장하는 한편, 0.25% 트립신 분취액은 -20℃에서 저장하였다. 세포들에 대한 실험을 시작하기 전에, 트립신 용액을 실온에 두고, GM/TM 배지를 +37℃의 수조 내에 넣었다.Versene and 0.25% trypsin solutions were dispensed in 50 ml aliquots. Versene aliquots were stored at room temperature, while 0.25% trypsin aliquots were stored at -20°C. Before starting experiments on cells, the trypsin solution was brought to room temperature, and the GM/TM medium was placed in a water bath at +37°C.
세포주 계대배양(cell line passaging)을 수행하였다. 세포주의 계대배양 수(passage number)는 12를 초과하지 않았다.Cell line passaging was performed. The number of passages of the cell line did not exceed 12.
HEK 293의 세포 배양물을 해동시켰다. 냉동 바이알들(cryovials)을 해동하기 전에 GM 25 ㎖을 +37℃의 수조 내에서 사전-예열(pre-warmed)시켰다. 완전히 해동될 때까지 냉동 바이알을 +37℃의 수조 내에 두었다. 해동 직후, 냉동 바이알의 전체 내용물들을 15 ㎖ 튜브로 옮기고, 사전-예열된 GM 10 ㎖를 첨가하였다. 현탁액을 230 g에서 3분 동안 원심분리하였다. 상층액을 폐기하고, 세포 펠릿(cell pellet)을 GM 1 ㎖에 재현탁시키고, T75 배양 플라스크(T75 culture flask)로 옮기고, GM 14 ㎖로 보충하였다. 세포들이 70% 합류점(confluency)에 도달할 때까지 플라스크를 CO2 배양기에서 5% CO2 및 37℃에서 배양하였다.HEK 293 cell cultures were thawed. Before thawing the cryovials, 25 ml of GM were pre-warmed in a +37°C water bath. The cryovials were kept in a +37°C water bath until completely thawed. Immediately after thawing, the entire contents of the cryovials were transferred to a 15-ml tube, and 10 ml of pre-warmed GM was added. The suspension was centrifuged at 230 g for 3 min. The supernatant was discarded, and the cell pellet was resuspended in 1 ml of GM, transferred to a T75 culture flask, and supplemented with 14 ml of GM. The flasks were cultured in a CO2 incubator at 5% CO2 and 37°C until the cells reached 70% confluency.
HEK 293 세포 배양물을 동결시켰다.HEK 293 cell cultures were frozen.
세포 은행(cell bank)을 동결시키기 이전에, MycoReport 프로토콜(Evrogen)을 사용하여 세포들을 마이코플라스마(mycoplasma) 오염에 대해 시험하였다.Prior to freezing the cell bank, cells were tested for mycoplasma contamination using the MycoReport protocol (Evrogen).
접시로부터 모든 배지를 제거하고, Versene 용액 5 ㎖를 첨가하고, 접시를 층류 후드(laminar flow hood)에서 1분 동안 배양하였다. Versene 용액을 제거하고, 0.25% 트립신 용액 3 ㎖를 첨가하고, 접시를 층류 후드에서 3분 동안 배양하였다. 그런 다음, GM 3 ㎖를 첨가하고, 세포들을 조심해서 철저하게 재현탁시켰다. 세포 현탁액 10 ㎕ 샘플을 0.2 ㎖ 튜브로 옮겼다. 잔여 세포들을 15 ㎖ 튜브로 옮겼다.All media was removed from the dish, 5 ml of Versene solution was added, and the dish was incubated for 1 minute in a laminar flow hood. The Versene solution was removed, 3 ml of 0.25% trypsin solution was added, and the dish was incubated for 3 minutes in a laminar flow hood. Then, 3 ml of GM was added, and the cells were carefully and thoroughly resuspended. A 10 μl sample of the cell suspension was transferred to a 0.2 ml tube. The remaining cells were transferred to a 15 ml tube.
TC-20 자동화 세포 계수기(Bio-Rad)를 사용하여 세포 수 및 생존율을 결정하였다: 충분히 혼합된 세포 현탁액 10 ㎕를 0.4% 트리판 블루 용액(trypan blue solution) 10 ㎕와 결합시키고, 혼합하고, 그 결과 생성된 현탁액 10 ㎕를 측정을 위한 계수 슬라이드(counting slide)에 적용시켰다.Cell counts and viability were determined using a TC-20 automated cell counter (Bio-Rad): 10 μl of well-mixed cell suspension was combined with 10 μl of 0.4% trypan blue solution, mixed, and 10 μl of the resulting suspension was applied to a counting slide for measurement.
15 ㎖ 튜브 내의 세포들을 230 × g에서 3분 동안 원심분리하였다.Cells in a 15 ml tube were centrifuged at 230 × g for 3 minutes.
냉동 바이알들의 필요한 수를 계수하여 하나의 냉동 바이알이 동결 용액(freezing solution) 1 ㎖ 중에 5,000,000개의 세포들을 포함하도록 하였다. 각 냉동 바이알에 서명하였다: 세포주 명칭, 세포들의 수, 날짜, 작업자.The required number of cryovials was counted so that each cryovial contained 5,000,000 cells in 1 ml of freezing solution. Each cryovial was signed: cell line name, number of cells, date, and operator.
하나의 냉동 바이알에 대해 동결 용액을 하기와 같이 제조하였다: FBS(Gibco) 700 ㎕, 4.5 g/ℓ 글루코스를 수반하는 DMEM(PanEco) 200 ㎕ 및 DMSO(PanEco) 100 ㎕가 사용되었다.For one cryovial, the freezing solution was prepared as follows: 700 μl of FBS (Gibco), 200 μl of DMEM (PanEco) containing 4.5 g/L glucose and 100 μl of DMSO (PanEco) were used.
230 × g에서 3분 동안 원심분리한 15 ㎖ 튜브로부터의 세포 펠릿을 동결 배지에 재현탁시켰다. 현탁액을 냉동 바이알 당 1 ㎖씩 분주하였다. 냉동 바이알들을 -80℃ 냉동고(freezer)(Kelvinator)에서 24시간 동안 배양하고, 그런 다음 장기 저장을 위해 -196℃의 액체 질소로 옮겼다.The cell pellet from a 15-mL tube centrifuged at 230 × g for 3 min was resuspended in freezing medium. The suspension was dispensed into 1-mL cryovials. The cryovials were incubated in a -80°C freezer (Kelvinator) for 24 h and then transferred to liquid nitrogen at -196°C for long-term storage.
HEK 293 세포의 계대배양을 수행하였다.Subculture of HEK 293 cells was performed.
전체 배지를 제거하고, Versene 용액 5 ㎖를 접시에 첨가하였다. 이를 1분 동안 층류 후드에서 배양하고, 그런 다음 Versene 용액을 제거하였다.The entire medium was removed, and 5 ml of Versene solution was added to the dish. This was incubated in a laminar flow hood for 1 minute, and then the Versene solution was removed.
다음으로, 0.25% 트립신 3 ㎖를 접시에 넣고 3분 동안 층류 후드에서 배양하였다. 동일 용적의 GM 배지를 첨가하고, 세포들을 조심해서 재현탁시키고, 15 ㎖ Falcon 튜브 내로 옮겼다.Next, 3 ml of 0.25% trypsin was added to the dish and incubated for 3 minutes in a laminar flow hood. An equal volume of GM medium was added, the cells were carefully resuspended, and transferred to a 15 ml Falcon tube.
TC-20 자동 세포 계수기(BioRad)를 사용하여 세포 수 및 세포들의 생존율을 결정하였다: 충분히 혼합된 세포 현탁액 10 ㎕를 0.4% 트리판 블루 용액 10 ㎕와 혼합하고, 다시 혼합하고, 그 결과 생성된 현탁액 10 ㎕를 측정을 위한 계수 슬라이드에 적용시켰다.Cell counts and viability were determined using a TC-20 automated cell counter (BioRad): 10 μl of well-mixed cell suspension was mixed with 10 μl of 0.4% trypan blue solution, mixed again, and 10 μl of the resulting suspension was applied to a counting slide for measurement.
6,000,000개의 세포들을 새로운 접시로 옮기고, GM 24 ㎖를 첨가하고, 다음 계대 배양까지 +37℃, 5% CO2에서 배양을 실행하였다.6,000,000 cells were transferred to a new plate, 24 ml of GM was added, and culture was performed at +37°C, 5% CO2 until the next subculture.
실시예 3Example 3
HEK293 세포 배양물의 형질감염.Transfection of HEK293 cell cultures.
형질감염 혼합물은 젖산염 완충액(lactate buffer), 선형 폴리에틸렌이민(PEI: polyethyleneimine) 및 플라스미드 DNA로 구성되었다.The transfection mixture consisted of lactate buffer, linear polyethyleneimine (PEI), and plasmid DNA.
젖산염 완충액, pH 4(20 mM 젖산나트륨(sodium lactate), 150 mM 염화나트륨)의 제조:Preparation of lactate buffer, pH 4 (20 mM sodium lactate, 150 mM sodium chloride):
젖산염 완충액 300 ㎖를 제조하기 위해서, 150 mM 염화나트륨 290 ㎖에 40% 젖산(lactic acid) 1.35 ㎖를 첨가하였다. 1 N 수산화나트륨(sodium hydroxide) 용액을 사용하여 pH를 4까지 조정하였다. 그 결과 생성된 용액에 150 mM 염화나트륨을 첨가하여 300 ㎖까지 끌어올리고, 0.2 ㎛ 필터를 통해 멸균시키고, 4℃에서 저장하였다.To prepare 300 ml of lactate buffer, 1.35 ml of 40% lactic acid was added to 290 ml of 150 mM sodium chloride. The pH was adjusted to 4 with 1 N sodium hydroxide solution. The resulting solution was diluted to 300 ml with 150 mM sodium chloride, sterilized through a 0.2 μm filter, and stored at 4°C.
5 ㎎/㎖의 선형 폴리에틸렌이민 용액(l-PEI 25)의 제조:Preparation of 5 mg/ml linear polyethyleneimine solution (l-PEI 25):
연속 교반 하에서 총 1 g의 건조 선형 폴리에틸렌이민(25 kDa)을 0.2 N 염산 190 ㎖에 용해시켰다. 염산으로 용적을 200 ㎖까지 조정하였다. 최종 용액은 1 내지 2의 pH를 가졌다. 용액의 분취량들을 -80℃에서 저장하였다.A total of 1 g of dry linear polyethyleneimine (25 kDa) was dissolved in 190 ml of 0.2 N hydrochloric acid under continuous stirring. The volume was adjusted to 200 ml with hydrochloric acid. The final solution had a pH of 1 to 2. Aliquots of the solution were stored at -80°C.
형질감염을 위한 플라스미드들과 폴리에틸렌이민(PEI)의 요구량 계산:Calculating the amount of plasmids and polyethyleneimine (PEI) required for transfection:
하나의 15 ㎝ 접시의 형질감염을 위해, 헬퍼\:패키징\:전달 벡터(helper:packaging:transfer) = 1:1:1의 플라스미드 사본 비율을 갖는 플라스미드 DNA 38 ㎍을 사용하였다.For transfection of one 15 cm dish, 38 μg of plasmid DNA was used with a plasmid copy ratio of helper:packaging:transfer = 1:1:1.
형질감염을 위한 세포 제조:Cell preparation for transfection:
형질감염 하루 전에, 세포들을 접시 당 10,000,000개의 세포들로 새로운 접시들에 재분주하였다. 24 ㎖ 용적의 GM 배지를 첨가하고, 세포들을 +37℃, 5% CO2에서 배양하였다.One day before transfection, cells were reseeded onto new plates at a density of 10,000,000 cells per plate. 24 mL of GM medium was added, and cells were cultured at +37°C, 5% CO 2 .
HEK293 세포 배양물의 형질감염:Transfection of HEK293 cell cultures:
[표 2]에 따라 DNA 및 PEI 혼합물들을 제조하였다.DNA and PEI mixtures were prepared according to [Table 2].
[표 2][Table 2]
40개의 배양 접시들에 대해 계산된 형질감염 혼합물을 제조하기 위한 계획Plan for preparing the calculated transfection mixture for 40 culture dishes
DNA-1-PEI 25 혼합물 80 ㎖를 TM 배지 1 ℓ에 넣고 완전하게 혼합하였다. GM 배지 전부를 배양 접시들에서 제거하였다. 그런 다음, 각 접시에 TM-DNA-PEI 혼합물 27 ㎖를 첨가하였다. 내용물들을 조심해서 혼합하였다. 접시들을 +37℃, 5% CO2에서 72시간 동안 배양하였다.80 ml of the DNA-1-PEI 25 mixture was added to 1 L of TM medium and mixed thoroughly. All GM medium was removed from the culture dishes. Then, 27 ml of the TM-DNA-PEI mixture was added to each dish. The contents were mixed carefully. The dishes were incubated at +37°C, 5% CO 2 for 72 h.
형질감염 효율은 95 내지 98%에 달하였다.Transfection efficiency reached 95 to 98%.
세포 용해cell lysis
하기의 것들을 포함하는 용해 완충액(lysis buffer)을 제조하였다: 150 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, 1 mM MgCl2, pH 8.5, 0.5% Triton X-100 및 50 U/㎖의 벤조나아제(Benzonase). 고압증기멸균(autoclaving) 보다는 여과에 의해 용액을 멸균하고 +4℃에서 저장하였다.A lysis buffer was prepared containing the following: 150 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, 1 mM MgCl 2 , pH 8.5, 0.5% Triton X-100, and 50 U/mL Benzonase. The solution was sterilized by filtration rather than autoclaving and stored at +4°C.
25 ㎖ 혈청학적 피펫(serological pipette)을 사용하여 각 접시로부터 모든 배지를 수집하였으며, 이는 또한 표면에서 세포들을 세척하는 데에도 사용되었다. 그 결과 얻어진 세포 현탁액을 50 ㎖ 튜브로 옮기고, 모든 접시들에 대해 이 과정을 반복하였다. 세포 현탁액들을 포함하는 튜브들을 400 × g에서 5분 동안 원심분리하였다. 필요에 따라 상층액을 채취하여 -80℃에서 저장하였다.A 25-mL serological pipette was used to collect all the medium from each dish, which was also used to wash the cells from the surface. The resulting cell suspension was transferred to a 50-mL tube, and this process was repeated for all dishes. The tubes containing the cell suspensions were centrifuged at 400 × g for 5 minutes. The supernatant was collected as needed and stored at -80°C.
40개의 접시들로부터의 전체 세포 펠릿을 용해 완충액 60 ㎖에 재현탁시키고 +37℃에서 1시간 동안 배양하였다. 그런 다음, 현탁액을 4000 × g에서 15분 동안 원심분리하고, 청징화된 상층액(clarified supernatant)을 깨끗한 튜브로 옮겼다.Whole cell pellets from 40 plates were resuspended in 60 ml of lysis buffer and incubated at +37°C for 1 h. The suspension was then centrifuged at 4000 × g for 15 min, and the clarified supernatant was transferred to a clean tube.
실시예 4Example 4
AAV 분리 및 정제AAV isolation and purification
완충액들의 제조: 1 M NaCl/PBS-MK 완충액 및 1× PBS-MK 완충액Preparation of buffers: 1 M NaCl/PBS-MK buffer and 1× PBS-MK buffer
1 M NaCl/PBS-MK 완충액을 제조하기 위해, 5.84 g의 NaCl, 26.3 ㎎의 MgCl2(56.0 ㎎의 MgCl2ㆍ6H2O에 해당) 및 14.91 ㎎의 KCl을 최종 용적 100 ㎖가 되도록 1× PBS에 용해시켰다. 용액을 0.22 ㎛ 멤브레인(membrane)을 통해 여과하고 +4℃에서 저장하였다.To prepare 1 M NaCl/PBS-MK buffer, 5.84 g of NaCl, 26.3 mg of MgCl 2 (corresponding to 56.0 mg of MgCl 2 ㆍ6H 2 O), and 14.91 mg of KCl were dissolved in 1× PBS to a final volume of 100 mL. The solution was filtered through a 0.22 μm membrane and stored at +4°C.
1× PBS-MK 완충액을 제조하기 위해, 26.3 ㎎의 MgCl2(56.0 ㎎의 MgCl2ㆍ6H2O에 해당) 및 14.91 ㎎의 KCl을 최종 용적 100 ㎖가 되도록 1×PBS에 용해시켰다. 용액을 0.22 ㎛ 멤브레인을 통해 여과하고 +4℃에서 저장하였다.To prepare 1× PBS-MK buffer, 26.3 mg of MgCl 2 (equivalent to 56.0 mg of MgCl 2 ㆍ6H 2 O) and 14.91 mg of KCl were dissolved in 1× PBS to a final volume of 100 mL. The solution was filtered through a 0.22 μm membrane and stored at +4°C.
각 초원심분리(ultracentrifugation) 단계에는, [표 3]에 따라 제조된 아이오딕사놀 용액들만이 사용되었다.In each ultracentrifugation step, only iodixanol solutions prepared according to [Table 3] were used.
[표 3] [Table 3]
2개의 Two Quick-Seal 튜브들(각각 39 ㎖)에 대한 아이오딕사놀의 제조를 위한 계산Calculation for the preparation of iodixanol for two Two Quick-Seal tubes (39 ml each)
초원심분리Ultracentrifugation
10 ㎖ 주사기와 Seldinger-형 바늘을 사용하여 [표 4]에 명시된 순서대로 원심분리 튜브에 아이오딕사놀 용액들의 층들을 첨가하였다.Layers of iodixanol solutions were added to centrifuge tubes in the order specified in [Table 4] using a 10 ml syringe and a Seldinger-type needle.
[표 4][Table 4]
상층부들에서부터 구배를 적용하여 층의 온전성(integrity)을 교란하는 것을 회피하도록 하였다.The gradient was applied from the upper layers to avoid disturbing the integrity of the layers.
QuickSeal 튜브를 채울 때, 상단에 기포들을 남기지 않고 세포 용해물로 튜브를 완전히 채웠다. 분석용 저울(analytical balance)을 사용하여 튜브들을 PBS로 0.0005 g 이내까지 평형을 맞추었다. +10℃에서 1시간 30분 동안 360,000 × g(Beckman Coulter Ti 70 로터로 59,000 rpm)에서 초원심분리를 수행하였다.When filling QuickSeal tubes, completely fill the tubes with cell lysate, leaving no air bubbles at the top. The tubes were equilibrated with PBS to within 0.0005 g using an analytical balance. Ultracentrifugation was performed at 360,000 × g (59,000 rpm in a Beckman Coulter Ti 70 rotor) for 1 h 30 min at +10°C.
원심분리 후, 별도의 바늘로 QuickSeal 튜브를 최상단에서 먼저 천공하여 공기가 진입되도록 하였다. 그런 다음, 도 1에 나타낸 바와 같이 주사기에 연결된 두 번째 바늘을 사용하여, 40% 아이오딕사놀 분획을 조심스럽게 채취하였다. 바늘 구멍을 위쪽으로 향하도록 하고, 바늘 선단이 40 내지 60% 계면의 대략 2 ㎜ 아래에 수평으로 위치되도록 하였다. 25% 층의 계면을 교란하지 않고 40% 구배 층(gradient layer)을 흡인하였다.After centrifugation, the QuickSeal tube was first punctured at the top with a separate needle to allow air to enter. Then, as shown in Figure 1, a second needle connected to a syringe was used to carefully withdraw the 40% iodixanol fraction. The needle hole was pointed upward, and the needle tip was positioned horizontally approximately 2 mm below the 40% to 60% interface. The 40% gradient layer was aspirated without disturbing the 25% layer interface.
채취된 분획은 50 ㎖ Falcon 튜브로 옮겼다.The collected fractions were transferred to 50 ml Falcon tubes.
한외 여과Ultrafiltration
초원심분리 후 수집된 40% 아이오딕사놀 분획을 5배량의 PBS/Pluronic F68(0.001%) 용액으로 희석시키고 0.22 ㎛ 멤브레인 필터를 통해 여과하였다. Amicon Ultra-15 필터 유닛(Amicon Ultra-15 filter unit)에 H2O 3 ㎖를 첨가하여 사전-세정(pre-rinsed)한 후, 2,000 × g에서 1분 동안 원심분리하였다. 그런 다음, 튜브와 필터 유닛 모두에서 모든 잔류 액체를 제거하였다. 다음으로, PBS/Pluronic F68(0.001%) 용액 3 ㎖를 첨가하고, 2,000 × g에서 1분 동안 다시 원심분리하여 액체를 완전히 제거하였다.The 40% iodixanol fraction collected after ultracentrifugation was diluted with a five-fold volume of PBS/Pluronic F68 (0.001%) solution and filtered through a 0.22 μm membrane filter. After pre-rinsing by adding 3 ml of H 2 O to an Amicon Ultra-15 filter unit, centrifugation was performed at 2,000 × g for 1 min. All residual liquid was then removed from both the tube and the filter unit. Next, 3 ml of PBS/Pluronic F68 (0.001%) solution was added and centrifuged again at 2,000 × g for 1 min to completely remove the liquid.
그런 다음, 희석된 바이러스 용액 15 ㎖를 Amicon Ultra-15 유닛에 넣고 스윙-버킷 로터(swinging-bucket rotor)를 사용하여 2,500 × g에서 10분 동안 원심분리하였다. 통과액(flow-through)을 폐기하고, 전체 용적이 처리될 때까지 잔여 바이러스 벡터 용액으로 필터를 다시 채웠다. 바이러스 용액을 사용하여 멤브레인을 100 내지 1000 ㎕ 피펫으로 철저하게 세정하였다. 원심분리를 2,500 × g에서 10분 동안 원심분리를 반복하였다.Then, 15 ml of the diluted virus solution was placed in an Amicon Ultra-15 unit and centrifuged at 2,500 × g for 10 min using a swinging-bucket rotor. The flow-through was discarded, and the filter was refilled with the remaining viral vector solution until the entire volume was processed. The membrane was thoroughly washed with the virus solution using a 100-1000 μl pipette. Centrifugation was repeated at 2,500 × g for 10 min.
원심분리 후, 바이러스 벡터 현탁액(대략 500 ㎕)이 농축기의 상부 격실에 잔류하였다. 원심분리를 추가로 3분 동안 반복하였다. 일단 전체 바이러스 용액이 멤브레인을 통과하면, 농축된 바이러스를 실온의 PBS/Pluronic F68(0.001%)로 2회 세척하였다. 대략 500 ㎕의 바이러스 현탁액이 필터 카셋트(filter cassette) 내에 잔류하였다.After centrifugation, the viral vector suspension (approximately 500 μl) remained in the upper compartment of the concentrator. Centrifugation was repeated for an additional 3 minutes. Once the entire virus solution passed through the membrane, the concentrated virus was washed twice with room temperature PBS/Pluronic F68 (0.001%). Approximately 500 μl of the virus suspension remained in the filter cassette.
멤브레인을 완전하게 헹구고, 바이러스를 0.2 ㎖ 튜브들에 20 ㎕ 분량들로 분주하여, 역가(titer) 측정을 위해 5 ㎕를 보관하였다.The membrane was rinsed thoroughly, and the virus was dispensed into 0.2 ml tubes in 20 μl aliquots, with 5 μl reserved for titer determination.
AAV-CYP21: ㎖ 당 7.80 × 1012 바이러스 입자 AAV-CYP21: 7.80 × 10 12 virus particles per ml
AAV-Cas9: ㎖ 당 1.93 × 1012 바이러스 입자AAV-Cas9: 1.93 × 10 12 virus particles per ml
실시예 5Example 5
CYP21 유전자의 야생형 사본(wild-type copy)을 이 유전자에서 돌연변이를 운반하는 유기체의 유전체 내로 통합하는 것에 의한 스테로이드합성의 회복을 도 4에 나타낸 계획에 따라 평가하였다. DJ 혈청형의 2가지 재조합 아데노-연관 바이러스 벡터 AAV-Cas9 및 AAV-Cyp의 투여량 당 3×1011 바이러스 입자들로 5주령(five-week-old) CD-1-C57Bl/10SnSlc-H-2aw18 마우스들에 미정맥(tail vein)을 통해 정맥 내로 주사하였다. 인산염-완충 식염수(PBS: phosphate-buffered saline)로 1회 주사된 동물들을 대조군으로 사용하였다. 표준 축사 조건(housing conditions) 하에서 주사-후 2, 4, 8, 16 및 30주 동안 마우스들을 유지시켰다. 지정된 시점들 이후, 동물을 안락사시키고 분석을 위해 표적 기관들 및 조직들을 채취하였다.Restoration of steroidogenesis by integration of a wild-type copy of the CYP21 gene into the genome of an organism carrying a mutation in this gene was assessed according to the scheme shown in Figure 4. Five-week-old CD-1-C57Bl/10SnSlc-H-2aw18 mice were injected intravenously via the tail vein with 3 × 10 11 viral particles per dose of two recombinant adeno-associated virus vectors of the DJ serotype, AAV-Cas9 and AAV-Cyp. Animals injected once with phosphate-buffered saline (PBS) served as controls. Mice were maintained for 2, 4, 8, 16, and 30 weeks post-injection under standard housing conditions. After the indicated time points, animals were euthanized, and target organs and tissues were harvested for analysis.
표적 샘플들에는 혈액, 부신, 간, 뇌, 비장, 생식선, 신장, 흉선 및 폐가 포함되었다. 부신 조직 절편들의 면역형광 분석을 통해 투여된 벡터들의 존재 및 발현이 확인되었다. 도 5는 치료된 마우스들의 기관들에서의 GFP 단백질에 대한 염색을 나타내고 있다.Target samples included blood, adrenal glands, liver, brain, spleen, gonads, kidneys, thymus, and lungs. Immunofluorescence analysis of adrenal tissue sections confirmed the presence and expression of the administered vectors. Figure 5 shows staining for GFP protein in organs of treated mice.
실험 동물들의 부신 샘플들에서도 DNA를 추출하여, 표적 유전체 좌위 Rosa26 내로의 이식유전자의 통합을 확인하기 위해 분석을 수행하였다. 원하는 좌위에의 성공적인 이식유전자 통합의 경우에만 DNA 단편이 증폭되도록 특정 프라이머들이 디자인되었다. 삽입물(insert)이 통합된 기존의 특정된 세포주를 양성 대조로 사용하였다. 실험 샘플의 PCR로 예상된 길이의 3개의 밴드들을 수득하였으며, 후속하여 이들 밴드들을 재-증폭하고 직접적인 생어 염기서열분석을 사용하여 염기서열분석을 하였다. 염기서열분석으로 표적 시퀀스의 존재가 확인되었으며, 이는 Rosa26 좌위 내에 성공적으로 이식유전자가 통합되었음을 뒷받침한다(도 6 참조).DNA was also extracted from adrenal samples of experimental animals and analyzed to confirm integration of the transgene into the Rosa26 target genomic locus. Specific primers were designed to amplify DNA fragments only in cases of successful transgene integration into the desired locus. A previously identified cell line with integrated inserts was used as a positive control. PCR of the experimental samples yielded three bands of the expected length, which were subsequently re-amplified and sequenced using direct Sanger sequencing. Sequencing confirmed the presence of the target sequence, supporting successful integration of the transgene into the Rosa26 locus (see Figure 6).
추가로, 표적 기관들에서 바이러스 부하 및 이식유전자 발현 수준들이 평가되었다(도 7).Additionally, viral load and transgene expression levels in target organs were assessed (Fig. 7).
실험 동물들의 호르몬 프로파일(hormonal profile) 및 체중 증가를 분석함으로써 치료학적 효능을 평가하였다. 심장에서 사후(post-mortem) 채취된 혈청을 UPLC-MS/MS로 분석하였다. 11-디옥시코르티코스테론(DOC(11-deoxycorticosterone), 생성물) 대 프로게스테론(Prog(progesterone), 전구체)의 비율을 도 8에 나타내었다. 바이러스-치료 군에서 DOC 수준이 증가된 것은 Cyp21a1 유전자에 의해 인코딩된 효소인 21-하이드록실라아제의 활성이 상승했음을 나타내고 있다.Therapeutic efficacy was assessed by analyzing the hormonal profiles and body weight gain of experimental animals. Postmortem serum collected from the heart was analyzed by UPLC-MS/MS. The ratio of 11-deoxycorticosterone (DOC, product) to progesterone (Prog, precursor) is shown in Figure 8. The increased DOC levels in the virus-treated group indicate enhanced activity of 21-hydroxylase, an enzyme encoded by the Cyp21a1 gene.
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