JP7585217B2 - Gene editing for hemophilia A with improved factor VIII expression - Google Patents
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Description
本明細書に提供される開示は、エクスビボ及びインビボの両方で血友病Aを処置するための材料及び方法に関する。更に、第VIII因子(FVIII)などの血液凝固タンパク質の発現、機能、又は活性を調節するための遺伝子編集のための材料及び方法が提供される。 The disclosure provided herein relates to materials and methods for treating hemophilia A, both ex vivo and in vivo. Additionally, materials and methods are provided for gene editing to modulate the expression, function, or activity of blood clotting proteins, such as factor VIII (FVIII).
血友病A(HemA)は、FVIII遺伝子(F8)の遺伝子欠陥を原因とし、この欠陥は血液中のFVIIIタンパク濃度の低い又は検出不可能なレベルをもたらす。その結果、組織損傷部位で効果的な血餅の形成が起こらず、処置しなければ致死的となり得る制御不能の出血につながる。欠陥又は非機能性FVIIIタンパク質の補充は、HemA対象にとって有効な処置であり、現在の標準治療である。しかしながら、タンパク補充療法では、FVIIIタンパク質を高頻度で静脈内投与する必要が存在し、これは、成人では不都合であり、小児では問題が存在し、費用が法外(200,000ドル/年超)であり、そして処置レジメンを綿密に追跡しなければ破綻出血性事象が発生し得る。 Hemophilia A (HemA) is caused by a genetic defect in the FVIII gene (F8) that results in low or undetectable levels of FVIII protein in the blood. As a result, effective blood clots do not form at sites of tissue damage, leading to uncontrolled bleeding that can be fatal if not treated. Replacement of defective or non-functional FVIII protein is an effective treatment for HemA subjects and is the current standard of care. However, protein replacement therapy requires frequent intravenous administration of FVIII protein, which is inconvenient in adults, problematic in children, cost-prohibitive (>$200,000/year), and can result in breakthrough bleeding events if the treatment regimen is not followed closely.
血友病Aの永久的な治癒が非常に望ましい。アデノ関連ウイルス(AAV)を用いたウイルスベースの遺伝子治療は、前臨床動物モデル及びヒト対象においてある程度の有望性が示されているが、多くの欠点が存在する。例えば、報告されているAAVベースの遺伝子治療では、AAVウイルスカプシド(一般には、とりわけ、血清型AAV5、AAV8若しくはAAV9又はAAVrh10を用いる)内に封入された肝臓特異的プロモーターによって駆動されるFVIIIコード配列を用いる。一般に、遺伝子治療に使用されるAAVウイルスは、パッケージされたコード配列カセットを形質導入された細胞の核内に送達し、ここでカセットは、ほとんどエピソームに留まり、治療タンパク質を生じるのは、治療コード配列のエピソームコピーである。AAVは、封入されたDNAを宿主細胞のゲノムに組込む機構を有していない。治療コード配列は、エピソームとして維持されているので、宿主細胞が分裂して娘細胞から失われ得るときには協調的に複製されない。AAVエピソームを含む肝臓細胞が分裂を誘導されると、AAVゲノムは複製されず、その代わりに希釈されることが実証されている。従って、AAVベースの遺伝子治療は、肝臓がまだ成人サイズに達していない小児では効果が期待できない。現在の治療法は不十分であるため、成人及び小児に対するHemAの有効且つ永続的な、又は長期にわたる新たな処置に対する決定的な必要性が存在する。 A permanent cure for hemophilia A is highly desirable. Viral-based gene therapy using adeno-associated virus (AAV) has shown some promise in preclinical animal models and human subjects, but has many drawbacks. For example, reported AAV-based gene therapy uses a FVIII coding sequence driven by a liver-specific promoter packaged within an AAV viral capsid (generally using serotypes AAV5, AAV8, or AAV9, among others), and AAVrhlO. In general, AAV viruses used in gene therapy deliver packaged coding sequence cassettes into the nucleus of transduced cells, where the cassettes remain mostly episomal, and it is the episomal copy of the therapeutic coding sequence that gives rise to the therapeutic protein. AAV does not have a mechanism for integrating packaged DNA into the genome of the host cell. Because the therapeutic coding sequence is maintained as an episome, it is not replicated coordinately when the host cell divides and can be lost from daughter cells. It has been demonstrated that when liver cells containing AAV episomes are induced to divide, the AAV genome does not replicate but is instead diluted. Therefore, AAV-based gene therapy is unlikely to be effective in children whose livers have not yet reached adult size. Because current therapies are inadequate, there is a critical need for new effective and durable or long-term treatments for HemA in adults and children.
FVIIIは、最初に、ドメイン構造A1-A2-B-A3-C1-C2を有するタンパク質として発現される。このタンパク質は、かさばった高度にグリコシル化されたBドメインのタンパク質分解性切断によって活性化され、重鎖(A1-A2)及び軽鎖(A3-C1-C2)ヘテロ二量体を残す。FVIIIタンパク質のBドメインは、生物学的活性に必要とされない。FVIIIコード配列からの大きいBドメインの除去は、インビボ送達に使用されるAAVベクターへの信頼できるパッケージングを可能にするために必須である。しかしながら、最大18個のN結合グリコシル化部位を含むBドメインを除去すると、FVIIIタンパク質の分泌が障害される。従って、効率的且つ効果的に発現され得る改善された形態のFVIIIに対する決定的な必要性が存在する。 FVIII is initially expressed as a protein with the domain structure A1-A2-B-A3-C1-C2. This protein is activated by proteolytic cleavage of the bulky, highly glycosylated B domain, leaving a heavy (A1-A2) and light (A3-C1-C2) chain heterodimer. The B domain of the FVIII protein is not required for biological activity. Removal of the large B domain from the FVIII coding sequence is essential to allow reliable packaging into AAV vectors used for in vivo delivery. However, removal of the B domain, which contains up to 18 N-linked glycosylation sites, impairs secretion of the FVIII protein. Thus, there is a critical need for improved forms of FVIII that can be expressed efficiently and effectively.
出願人らは、機能性FVIIIタンパク質の発現をもたらす、欠陥F8遺伝子を補足するために使用され得る遺伝子編集の組成物及び方法を発見した。従って、本明細書に提供される発明は、宿主細胞DNA配列を改変するためのシステム及び組成物、宿主細胞ゲノムを改変するための方法、発現の改善をもたらす合成第VIII因子コード配列を挿入するための方法及びシステム、対象に投与することができる発現の改善をもたらす合成第VIII因子コード配列を有する細胞、血友病Aを処置するための方法、並びに前述のいずれかを具体化するキットを含む。 Applicants have discovered compositions and methods of gene editing that can be used to complement a defective F8 gene, resulting in expression of a functional FVIII protein. Accordingly, the inventions provided herein include systems and compositions for modifying host cell DNA sequences, methods for modifying host cell genomes, methods and systems for inserting a synthetic factor VIII coding sequence that results in improved expression, cells having a synthetic factor VIII coding sequence that results in improved expression that can be administered to a subject, methods for treating hemophilia A, and kits embodying any of the foregoing.
一態様では、DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸と、宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を有するガイドRNA(gRNA)又はgRNAをコードする核酸と、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を有するドナー鋳型であって、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を含み、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を有するドナー鋳型とを有する、宿主細胞DNA配列を改変するためのシステムが本明細書に提供される。 In one aspect, provided herein is a system for modifying a host cell DNA sequence comprising a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease, a guide RNA (gRNA) or a nucleic acid encoding the gRNA having a spacer sequence complementary to a host cell locus, and a donor template having a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein comprising a B domain substitution, the B domain substitution having 0-9 N-linked glycosylation sites and a length of 3 to about 40 amino acids.
別の態様では、宿主細胞におけるゲノムを編集する方法であって、宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を有するgRNA又はgRNAをコードする核酸と;DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸と;合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を有するドナー鋳型であって、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を有し、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を有するドナー鋳型とを細胞に提供することを含む方法が提供される。 In another aspect, a method of editing a genome in a host cell is provided, the method comprising providing to the cell a gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA having a spacer sequence complementary to a host cell locus; a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease; and a donor template having a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein having a B domain substitution, the B domain substitution having 0-9 N-linked glycosylation sites and a length of 3 to about 40 amino acids.
別の態様では、細胞のゲノムが合成FVIIIタンパク質をコードするDNAを含み、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を有し、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を有する細胞が提供される。 In another aspect, a cell is provided, the genome of the cell comprising DNA encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein having a B domain substitution, the B domain substitution having 0-9 N-linked glycosylation sites and a length of 3 to about 40 amino acids.
別の態様では、上記のような合成FVIIIタンパク質をコードするDNAを有する細胞を対象に投与することによって、対象における血友病Aを処置する方法が提供される。 In another aspect, a method is provided for treating hemophilia A in a subject by administering to the subject cells having DNA encoding a synthetic FVIII protein as described above.
別の態様では、以下を対象中の細胞に提供することによって、対象における血友病Aを処置する方法が提供される:宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を有するgRNA又はgRNAをコードする核酸と;DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸と;合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を有するドナー鋳型であって、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を有し、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を有するドナー鋳型。 In another aspect, a method is provided for treating hemophilia A in a subject by providing to a cell in the subject: a gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA having a spacer sequence complementary to a host cell locus; a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease; and a donor template having a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein having a B domain substitution, the B domain substitution having 0-9 N-linked glycosylation sites and a length of 3 to about 40 amino acids.
別の態様では、上記のシステムの1つ以上の要素を含み、使用説明書を更に含むキットが本明細書に提供される。 In another aspect, provided herein is a kit comprising one or more elements of the above-described system and further comprising instructions for use.
別の態様では、合成FVIIIタンパク質をコードするポリヌクレオチド配列を有する核酸が提供され、ここで合成FVIIIタンパク質はBドメイン置換を有し、Bドメイン置換は、0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を有する。 In another aspect, a nucleic acid is provided having a polynucleotide sequence encoding a synthetic FVIII protein, wherein the synthetic FVIII protein has a B domain substitution, the B domain substitution having 0 to 9 N-linked glycosylation sites and a length of 3 to about 40 amino acids.
別の態様では、FVIIIの第1の血清レベルを有する対象の細胞に以下を提供することによって、対象におけるFVIIIの量を増加させる方法が本明細書に提供される:宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を有するgRNA又はgRNAをコードする核酸と;DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸と;合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を有するドナー鋳型であって、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を有し、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を有するドナー鋳型。 In another aspect, provided herein is a method of increasing the amount of FVIII in a subject by providing to cells of the subject having a first serum level of FVIII: a gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA having a spacer sequence complementary to a host cell locus; a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease; and a donor template having a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein having a B domain substitution, the B domain substitution having 0-9 N-linked glycosylation sites and a length of 3 to about 40 amino acids.
本開示の特定の特徴及び利点の理解は、本開示の原理が利用される例示的な実施形態を記載する以下の詳細な説明、及び添付の図面を参照することによって得られるであろう: An understanding of the specific features and advantages of the present disclosure will be obtained by reference to the following detailed description that sets forth illustrative embodiments in which the principles of the present disclosure are utilized, and the accompanying drawings, in which:
RNAガイド下エンドヌクレアーゼ編集は、例えば、遺伝子治療のレンチウイルス方法を上回る利点を提供する。しかしながら、編集プロトコルにおける大きい配列の挿入は、例えば、大きい配列は、送達のためにパッケージングすることが困難であり得るか、又は短い配列と比較して、製造することが困難であり得るため、問題となり得る。いくつかのタンパク質は、それらが発現している細胞から正しく分泌されるためにN結合グリコシル化部位の存在を必要とする。N-グリコシル化部位のコンセンサスアミノ配列はN-X-T/Sであり、ここでXは、プロリンを除く任意の残基である。グリカンがN(アスパラギン)残基に付加される(K.F.Medzihradszky,Meth Mol Biol(2008)446:293-316)。出願人らは、このようなタンパク質におけるN結合グリコシル化部位の数を大幅に減少させ得るか、又は排除し得、それによって、転写、翻訳又は分泌に悪影響を及ぼすことなく、タンパク質コード配列のサイズを減少させ得ることを発見した。例えば、出願人らは、FVIIIコード配列のBドメインを操作して、グリコシル化部位の数を減少させるか又は排除することによって、得られる操作された(合成)FVIIIの転写、翻訳又は分泌に有意に影響を及ぼすことなく、遺伝子編集において使用されるFVIII配列のサイズを減少させることができ、一方で、FVIII機能を有する操作されたFVIIIタンパク質を産生することを発見した。更に、Bドメイン欠失FVIIIに付加されるN-グリカン部位の数を最小限にすることによって、抗体又はT細胞のための新規エピトープを作製するリスクを最小限にし、それにより、新規FVIIIタンパク質が対象において免疫応答を誘導し得るリスクを減少させる。本開示は、とりわけ、ゲノム編集によって細胞内のFVIIIなどの血液凝固タンパク質の発現、機能又は活性を調節するための遺伝子編集のための組成物及び方法を提供する。本開示はまた、とりわけ、エクスビボ及びインビボの両方で、血友病Aを有する対象を処置するための組成物及び方法を提供する。特に、本発明は、改善された組込み及び改善された発現を提供するゲノム編集方法及びシステム、並びに血友病Aを改善することができる合成FVIIIコード配列及びタンパク質を提供する。 RNA-guided endonuclease editing offers advantages over, for example, lentiviral methods of gene therapy. However, the insertion of large sequences in editing protocols can be problematic, for example, because large sequences can be difficult to package for delivery or can be difficult to manufacture compared to short sequences. Some proteins require the presence of N-linked glycosylation sites in order to be properly secreted from the cells in which they are expressed. The consensus amino acid sequence for N-glycosylation sites is N-X-T/S, where X is any residue except proline. The glycan is added to the N (asparagine) residue (K.F. Medzihradszky, Meth Mol Biol (2008) 446:293-316). Applicants have discovered that the number of N-linked glycosylation sites in such proteins can be significantly reduced or eliminated, thereby reducing the size of the protein coding sequence without adversely affecting transcription, translation or secretion. For example, applicants have discovered that by engineering the B domain of the FVIII coding sequence to reduce or eliminate the number of glycosylation sites, the size of the FVIII sequence used in gene editing can be reduced without significantly affecting the transcription, translation, or secretion of the resulting engineered (synthetic) FVIII, while still producing an engineered FVIII protein with FVIII function. Furthermore, by minimizing the number of N-glycan sites added to the B domain deleted FVIII, the risk of creating new epitopes for antibodies or T cells is minimized, thereby reducing the risk that the new FVIII protein may induce an immune response in the subject. The present disclosure provides, inter alia, compositions and methods for gene editing to modulate the expression, function, or activity of blood coagulation proteins such as FVIII in cells by genome editing. The present disclosure also provides, inter alia, compositions and methods for treating subjects with hemophilia A, both ex vivo and in vivo. In particular, the present invention provides genome editing methods and systems that provide improved integration and improved expression, as well as synthetic FVIII coding sequences and proteins that can ameliorate hemophilia A.
定義
別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、特許請求される主題が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。詳細な説明は、例示的且つ説明的なものにすぎず、特許請求される主題を限定するものではないことを理解するべきである。本出願において、単数形の使用は、特に断らない限り、複数形を含む。明細書において使用されるように、単数形の「a」、「an」及び「the」は、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数の指示対象を含む。本出願において、「又は」の使用は、別段の記載がない限り、「及び/又は」を意味する。更に、「含んでいる(including)」、並びに「含む(include)」及び「含まれる(included)」のような他の形態の使用は、限定的ではない。
Definitions Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the claimed subject matter belongs. It should be understood that the detailed description is exemplary and explanatory only and does not limit the claimed subject matter. In this application, the use of the singular includes the plural unless otherwise specified. As used in the specification, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the use of "or" means "and/or" unless otherwise specified. Furthermore, the use of "including" and other forms such as "include" and "included" is not limiting.
開示の特徴は単一の実施形態に関連して説明することができるが、特徴は、別々に又は任意の適切な組み合わせで提供することもできる。逆に、明確にするために、本明細書では開示を別々の実施形態に関連して説明することができるが、開示は、単一の実施形態で実施することもできる。本明細書に引用される任意の公開された特許出願並びに任意の他の公開された参考文献、文書、原稿及び科学文献は、任意の目的のために参照により本明細書に組込まれる。矛盾する場合は、定義を含む本明細書が優先する。更に、材料、方法及び例は、例示にすぎず、限定されるものではない。 Although features of the disclosure may be described in the context of a single embodiment, the features may also be provided separately or in any suitable combination. Conversely, for clarity, although the disclosure may be described herein in the context of separate embodiments, the disclosure may also be implemented in a single embodiment. Any published patent applications and any other published references, documents, manuscripts, and scientific literature cited herein are incorporated by reference for any purpose. In case of conflict, the present specification, including definitions, will control. Additionally, the materials, methods, and examples are illustrative only and not limiting.
本明細書で使用される場合、範囲及び量は、「約」特定の値又は範囲として表すことができる。「約」は正確な量も含む。従って、「約5μL」は「約5μL」を意味し、また「5μL」も意味する。一般に、用語「約」は、±1%、±2%、±3%、±5%、又は±10%などの実験誤差内にあると予想される量を含む。 As used herein, ranges and amounts can be expressed as "about" a particular value or range. "About" includes the exact amount. Thus, "about 5 μL" means "about 5 μL" and also means "5 μL." In general, the term "about" includes amounts that are expected to be within experimental error, such as ±1%, ±2%, ±3%, ±5%, or ±10%.
本明細書において、ある範囲の数値が提示される場合、その範囲の下限と上限の間の各々の介在値、その範囲の上限と下限である値、及びその範囲内の全ての記載値が開示に包含されることが意図される。範囲の下限と上限内の全ての可能な下位範囲もまた、本開示によって意図される。 When a range of numerical values is presented herein, each intervening value between the lower and upper limits of the range, the upper and lower limits of the range, and every recited value within the range are intended to be encompassed by the disclosure. All possible subranges within the lower and upper limits of the range are also contemplated by the disclosure.
用語「ポリペプチド」、「ペプチド」及び「タンパク質」は、本明細書では、ペプチド結合によって互いに連結された一連の直鎖アミノ酸残基を示すために互換的に使用され、この一連のアミノ酸残基には、タンパク質、ポリペプチド、オリゴペプチド、ペプチド、及びそれらの断片が含まれ得る。タンパク質は、天然に存在するアミノ酸及び/又は合成(例えば、改変又は天然に存在しない)アミノ酸から構成され得る。用語「アミノ酸」又は「ペプチド残基」は、本明細書で使用される場合、天然に存在するアミノ酸及び合成アミノ酸の両方を指すことができる。用語「ポリペプチド」、「ペプチド」、及び「タンパク質」は、融合タンパク質を含み、これには、非限定的に、異種アミノ酸配列を有する融合タンパク質、N末端メチオニン残基を有するか又は有さない異種及び同種リーダー配列との融合物、免疫学的にタグ付けされたタンパク質、検出可能な融合パートナーを有する融合タンパク質、例えば、融合パートナーとして蛍光タンパク質、β-ガラクトシダーゼ、ルシフェラーゼなどを含む融合タンパク質が含まれる。更に、アミノ酸配列の始め又は終わりのダッシュは、1つ以上のアミノ酸残基の更なる配列へのペプチド結合、又はカルボキシル若しくはヒドロキシル末端基への共有結合のいずれかを示すことに留意すべきである。しかしながら、ダッシュの欠如は、アミノ酸配列の表現においては、それらを省略するのが慣用的であるので、そのようなペプチド結合又はカルボキシル若しくはヒドロキシル末端基への共有結合が存在しないことを意味すると解釈されるべきではない。 The terms "polypeptide", "peptide" and "protein" are used interchangeably herein to refer to a linear series of amino acid residues linked together by peptide bonds, which may include proteins, polypeptides, oligopeptides, peptides, and fragments thereof. Proteins may be composed of naturally occurring and/or synthetic (e.g., modified or non-naturally occurring) amino acids. The terms "amino acid" or "peptide residue" as used herein may refer to both naturally occurring and synthetic amino acids. The terms "polypeptide", "peptide", and "protein" include fusion proteins, including, but not limited to, fusion proteins with heterologous amino acid sequences, fusions with heterologous and homologous leader sequences with or without an N-terminal methionine residue, immunologically tagged proteins, fusion proteins with detectable fusion partners, e.g., fusion proteins that include fluorescent proteins, β-galactosidase, luciferase, etc. as fusion partners. It should further be noted that a dash at the beginning or end of an amino acid sequence indicates either a peptide bond to a further sequence of one or more amino acid residues, or a covalent attachment to the carboxyl or hydroxyl terminal group. However, the absence of dashes should not be construed to mean the absence of such peptide bonds or covalent bonds to the carboxyl or hydroxyl terminal groups, since it is customary to omit them in the representation of amino acid sequences.
用語「ポリヌクレオチド」、「オリゴヌクレオチド」、「オリゴマー」、「オリゴ」、「コード配列」、及び「核酸」は、リボヌクレオチド又はデオキシリボヌクレオチドのいずれかの異なる長さのヌクレオチドのポリマー形態を指す。従って、これらの用語は、限定されないが、一本鎖、二本鎖若しくは多本鎖のDNA若しくはRNA、ゲノムDNA、cDNA、DNA-RNAハイブリッド、又はプリン及びピリミジン塩基若しくは他の天然、化学的若しくは生化学的に改変された、非天然、若しくは誘導体化されたヌクレオチド塩基を有するポリマーを含む。 The terms "polynucleotide", "oligonucleotide", "oligomer", "oligo", "coding sequence", and "nucleic acid" refer to polymeric forms of nucleotides of different lengths, either ribonucleotides or deoxyribonucleotides. Thus, these terms include, but are not limited to, single-stranded, double-stranded, or multi-stranded DNA or RNA, genomic DNA, cDNA, DNA-RNA hybrids, or polymers with purine and pyrimidine bases or other natural, chemically or biochemically modified, non-natural, or derivatized nucleotide bases.
用語「機能的に等価である」又は「機能的等価物」は、本明細書に開示される化合物に由来する構造又は配列を有し、その構造又は配列が本明細書に開示されるものと十分に類似しており、その結果、同じ若しくは類似の活性及び有用性を有するか、又はそのような類似性に基づいて、参照される化合物と同じ若しくは類似の活性及び有用性を示すことが当業者によって予想される、核酸又はタンパク質などの任意の分子を非限定的に指す。機能的等価物、「誘導体」又は「変異体」を得るための改変は、例えば、1つ以上の核酸又はアミノ酸残基の付加、欠失及び/又は置換を含み得る。 The term "functionally equivalent" or "functional equivalent" refers, without limitation, to any molecule, such as a nucleic acid or protein, having a structure or sequence derived from a compound disclosed herein and whose structure or sequence is sufficiently similar to that disclosed herein such that it has the same or similar activity and utility, or would be expected by one of skill in the art to exhibit the same or similar activity and utility as the referenced compound based on such similarity. Modifications to obtain a functional equivalent, "derivative" or "variant" may include, for example, addition, deletion and/or substitution of one or more nucleic acid or amino acid residues.
タンパク質の機能的等価物又は機能的等価物の断片は、1つ以上の保存的アミノ酸置換を有し得る。用語「保存的アミノ酸置換」は、アミノ酸を元のアミノ酸と類似の特性を有する別のアミノ酸で置換すること、即ち、アミノ酸を同じグループからの別のアミノ酸で置換することを指す。保存的アミノ酸のグループは、以下の通りである: A functional equivalent or a functionally equivalent fragment of a protein may have one or more conservative amino acid substitutions. The term "conservative amino acid substitution" refers to the replacement of an amino acid with another amino acid that has similar properties to the original amino acid, i.e., the replacement of an amino acid with another amino acid from the same group. The groups of conservative amino acids are:
保存的置換は、所定のペプチド又はその断片の任意の位置に導入され得る。しかしながら、非保存的置換、特に、これに限定されないが、任意の1つ以上の位置における非保存的置換の導入もまた所望され得る。ペプチドの機能的に等価な断片の形成を導く非保存的置換は、例えば、極性、電荷、立体バルク、及び/又は他のタンパク質若しくは核酸への結合において異なるが、機能的等価物又は変異体断片の抗凝固機能性を維持する。 Conservative substitutions may be introduced at any position of a given peptide or fragment thereof. However, the introduction of non-conservative substitutions, particularly but not limited to, at any one or more positions, may also be desirable. Non-conservative substitutions that lead to the formation of functionally equivalent fragments of the peptide differ, for example, in polarity, charge, steric bulk, and/or binding to other proteins or nucleic acids, but maintain the anticoagulant functionality of the functional equivalent or variant fragment.
「配列同一性のパーセンテージ」は、比較ウィンドウにわたって2つの最適に整列された配列を比較することによって決定され、ここで比較ウィンドウにおけるポリヌクレオチド又はポリペプチド配列の部分は、2つの配列の最適な整列のための参照配列(付加又は欠失を有さない)と比較して、付加又は欠失(即ち、ギャップ)を有し得る。いくつかの場合には、パーセンテージは、両方の配列において同一の核酸塩基又はアミノ酸残基が生じる位置の数を決定して、一致した位置の数を与え、この一致した位置の数を比較ウィンドウにおける位置の総数で除し、結果に100を掛けて配列同一性のパーセンテージを与えることによって計算される。配列同一性は、例えば、AlignX(Vectro NTIに含まれ、ClustalW(http://www.clustal.org/clutal2/に基づく)を使用して、標準パラメーター(例えば、ギャップオープニングペナルティー=15;ギャップ伸長ペナルティー=6.6;ギャップ分離ペナルティー範囲=8)を使用して決定され得る。 "Percentage of sequence identity" is determined by comparing two optimally aligned sequences over a comparison window, where portions of the polynucleotide or polypeptide sequence in the comparison window may have additions or deletions (i.e., gaps) compared to a reference sequence (which has no additions or deletions) for optimal alignment of the two sequences. In some cases, the percentage is calculated by determining the number of positions at which identical nucleic acid bases or amino acid residues occur in both sequences to give the number of matched positions, dividing this number of matched positions by the total number of positions in the comparison window, and multiplying the result by 100 to give the percentage of sequence identity. Sequence identity can be determined, for example, using AlignX (included in Vector NTI and based on ClustalW (http://www.clustal.org/clustal2/) using standard parameters (e.g., gap opening penalty = 15; gap extension penalty = 6.6; gap separation penalty range = 8).
2つ以上の核酸又はポリペプチド配列に関連する用語「同一」又はパーセント「同一性」は、以下の配列比較アルゴリズムの1つを使用して、又は手動アラインメント及び目視検査によって測定して、比較ウィンドウ又は指定領域にわたって最大対応について比較及び整列される場合に、同じであるか、又は同じであるアミノ酸残基若しくはヌクレオチドの特定のパーセンテージ(例えば、特定の領域(例えば、ポリペプチド配列全体又はポリペプチドの個々のドメイン)にわたって60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%、又は99%の同一性)を有する2つ以上の配列又はサブ配列を指す。その場合、そのような配列は、「実質的に同一」と言われる。この定義はまた、試験配列の相補体を指す。 The term "identical" or percent "identity" in the context of two or more nucleic acid or polypeptide sequences refers to two or more sequences or subsequences that are the same or have a specified percentage of amino acid residues or nucleotides that are the same (e.g., 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 98%, or 99% identity over a particular region (e.g., an entire polypeptide sequence or an individual domain of a polypeptide)) when compared and aligned for maximum correspondence over a comparison window or designated region, as measured using one of the following sequence comparison algorithms or by manual alignment and visual inspection. Such sequences are then said to be "substantially identical." This definition also refers to the complement of a test sequence.
本明細書で互換的に使用される用語「相補的」又は「実質的に相補的」は、核酸(例えば、DNA又はRNA)が、核酸が非共有結合する、即ち、別の核酸とワトソン-クリック塩基対及び/又はG/U塩基対を配列特異的、逆平行様式で形成する(即ち、核酸が相補的核酸に特異的に結合する)ことを可能にするヌクレオチドの配列を有することを意味する。当技術分野で知られているように、標準的なワトソン-クリック塩基対形成には、アデニン(A)とチミジン(T)の対形成、アデニン(A)とウラシル(U)の対形成、及びグアニン(G)とシトシン(C)の対形成が含まれる。 The terms "complementary" or "substantially complementary," as used interchangeably herein, mean that a nucleic acid (e.g., DNA or RNA) has a sequence of nucleotides that allows the nucleic acid to non-covalently bind, i.e., form Watson-Crick base pairs and/or G/U base pairs with another nucleic acid in a sequence-specific, antiparallel manner (i.e., the nucleic acid specifically binds to a complementary nucleic acid). As known in the art, standard Watson-Crick base pairing includes adenine (A) and thymidine (T) pairing, adenine (A) and uracil (U) pairing, and guanine (G) and cytosine (C) pairing.
特定のRNAを「コードする」DNA配列は、RNAに転写されるDNA核酸配列である。DNAポリヌクレオチドは、タンパク質に翻訳されるRNA(mRNA)をコードすることができ、又はDNAポリヌクレオチドは、タンパク質に翻訳されないRNA(例えば、tRNA、rRNA、又はガイドRNA;「非コード化」RNA又は「ncRNA」とも呼ばれる)をコードすることができる。「タンパク質コード配列又は特定のタンパク質若しくはポリペプチドをコードする配列」は、mRNAに転写され(DNAの場合)、適切な調節配列の制御下に置かれると、インビトロ又はインビボでポリペプチドに翻訳される(mRNAの場合)核酸配列である。 A DNA sequence that "encodes" a particular RNA is a DNA nucleic acid sequence that is transcribed into RNA. A DNA polynucleotide can encode an RNA that is translated into a protein (mRNA), or a DNA polynucleotide can encode an RNA that is not translated into a protein (e.g., tRNA, rRNA, or guide RNA; also called "non-coding" RNA or "ncRNA"). A "protein coding sequence or a sequence that encodes a particular protein or polypeptide" is a nucleic acid sequence that is transcribed into mRNA (in the case of DNA) and, when placed under the control of appropriate regulatory sequences, is translated into a polypeptide in vitro or in vivo (in the case of mRNA).
本明細書で使用される場合、「コドン」は、DNA又はRNA分子において一緒になって遺伝暗号の単位を形成する3つのヌクレオチドの配列を指す。本明細書で使用される用語「コドン縮重」は、コードされるポリペプチドのアミノ酸配列に影響を及ぼすことなくヌクレオチド配列の変異を可能にする遺伝暗号の性質を指す。 As used herein, a "codon" refers to a sequence of three nucleotides that together form a unit of the genetic code in a DNA or RNA molecule. As used herein, the term "codon degeneracy" refers to the property of the genetic code that permits variation of the nucleotide sequence without affecting the amino acid sequence of an encoded polypeptide.
用語「コドン最適化された」又は「コドン最適化」は、適切な宿主の形質転換のための遺伝子又は核酸分子のコード領域を指し、DNAによってコードされるポリペプチドを改変することなく宿主生物のコドン使用を反映するように遺伝子又は核酸分子のコード領域のコドンを改変することを指す。このような最適化には、少なくとも1つの、又は1つを超える、又は有意な数のコドンを、その生物の遺伝子においてより頻繁に使用される1つ以上のコドンで置換することが含まれる。コドン使用表は、例えば、www.kazusa.or.jp/codon/(2019年1月30日訪問)で入手可能な「コドン使用データベース」で容易に入手可能である。各生物におけるコドン使用又はコドン優先性に関する知識を利用することによって、当業者は、任意の所定のポリペプチド配列に頻度を適用し得、ポリペプチドをコードするが、所定の種に最適なコドンを使用するコドン最適化されたコード領域の核酸断片を産生し得る。コドン最適化コード領域は、当業者に公知の方法によって設計される。 The term "codon-optimized" or "codon optimization" refers to the coding region of a gene or nucleic acid molecule for transformation of a suitable host, and refers to modifying the codons of the coding region of the gene or nucleic acid molecule to reflect the codon usage of the host organism without modifying the polypeptide encoded by the DNA. Such optimization includes replacing at least one, or more than one, or a significant number of codons with one or more codons that are more frequently used in the genes of that organism. Codon usage tables are readily available, for example, in the "Codon Usage Database" available at www.kazusa.or.jp/codon/ (visited January 30, 2019). By utilizing knowledge of the codon usage or codon preference in each organism, one of skill in the art can apply the frequencies to any given polypeptide sequence and produce a nucleic acid fragment of a codon-optimized coding region that encodes the polypeptide but uses the optimal codons for a given species. Codon-optimized coding regions are designed by methods known to those of skill in the art.
用語「組換え」又は「操作された」は、例えば、細胞、核酸、タンパク質、又はベクターに関して使用される場合、細胞、核酸、タンパク質、又はベクターが、改変されているか、又は実験室的方法による結果であることを示す。従って、例えば、組換えタンパク質又は操作されたタンパク質は、実験室的方法によって産生されたタンパク質を含む。組換えタンパク質又は操作されたタンパク質は、タンパク質の天然(非組換え又は野生型)形態内に見出されないアミノ酸残基を含み得、改変された(例えば、標識された)アミノ酸残基を含み得る。この用語は、ペプチド、タンパク質、又は核酸配列に対する任意の改変を含み得る。このような改変には、ペプチド、タンパク質又は核酸配列の任意の化学改変;ペプチド又はタンパク質中の1つ以上のアミノ酸の付加、欠失、及び/又は置換;並びに核酸配列中の1つ以上の核酸の付加、欠失、及び/又は置換が含まれる。 The terms "recombinant" or "engineered," when used with respect to, for example, a cell, a nucleic acid, a protein, or a vector, indicate that the cell, nucleic acid, protein, or vector has been modified or is the result of a laboratory method. Thus, for example, a recombinant or engineered protein includes a protein produced by a laboratory method. A recombinant or engineered protein may contain amino acid residues not found in the native (non-recombinant or wild-type) form of the protein and may contain modified (e.g., labeled) amino acid residues. The terms may include any modification to a peptide, protein, or nucleic acid sequence. Such modifications include any chemical modification of a peptide, protein, or nucleic acid sequence; addition, deletion, and/or substitution of one or more amino acids in a peptide or protein; and addition, deletion, and/or substitution of one or more nucleic acids in a nucleic acid sequence.
用語「ゲノムDNA」又は「ゲノム配列」は、細菌、真菌、古細菌、植物又は動物のゲノムのDNAを含むがこれらに限定されない生物のゲノムのDNAを指す。 The term "genomic DNA" or "genomic sequence" refers to the DNA of the genome of an organism, including but not limited to the DNA of the genome of a bacterium, fungus, archaea, plant or animal.
本明細書で使用される場合、「導入遺伝子」、「外因性遺伝子」、及び「外因性配列」は、細胞のゲノム中に存在しなかったが、例えばゲノム編集によってゲノム中に人工的に導入される核酸配列又は遺伝子を指す。 As used herein, "transgene," "exogenous gene," and "exogenous sequence" refer to a nucleic acid sequence or gene that was not present in the genome of a cell but that is artificially introduced into the genome, for example, by genome editing.
本明細書で使用される場合、「内因性遺伝子」又は「内因性配列」は、任意の人工的手段を介して導入されることなく、細胞のゲノム中に天然に存在する核酸配列又は遺伝子を指す。 As used herein, "endogenous gene" or "endogenous sequence" refers to a nucleic acid sequence or gene that is naturally present in the genome of a cell without being introduced through any artificial means.
用語「ベクター」又は「発現ベクター」は、プラスミド、ファージ、ウイルス、又はコスミドのようなレプリコンを意味し、これに、別のDNAセグメント(例えば、「インサート」)が付着されて、細胞内の付着セグメントの複製をもたらし得る。 The term "vector" or "expression vector" means a replicon, such as a plasmid, phage, virus, or cosmid, to which another DNA segment (e.g., an "insert") can be attached, resulting in the replication of the attached segment in a cell.
用語「発現カセット」は、プロモーターに作動可能に連結されたDNAコード配列を有するベクターを指す。「作動可能に連結された」は、そのように記載された成分が意図された様式で機能することを可能にする関係にある並置を指す。例えば、プロモーターがその転写又は発現に影響を及ぼす場合、プロモーターは、コード配列に作動可能に連結される。用語「組換え発現ベクター」及び「DNA構築物」は、本明細書では、ベクター及び少なくとも1つの挿入物を有するDNA分子を指すために互換的に使用される。組換え発現ベクターは、通常、インサートを発現及び/又は増殖させる目的のために、又は他の組換えヌクレオチド配列の構築のために生成される。核酸は、プロモーター配列に作動可能に連結されていても又はされていなくてもよく、DNA調節配列に作動可能に連結されていても又はされていなくてもよい。 The term "expression cassette" refers to a vector having a DNA coding sequence operably linked to a promoter. "Operably linked" refers to a juxtaposition in a relationship that allows the components so described to function in the intended manner. For example, a promoter is operably linked to a coding sequence if it affects its transcription or expression. The terms "recombinant expression vector" and "DNA construct" are used interchangeably herein to refer to a vector and a DNA molecule having at least one insert. Recombinant expression vectors are typically generated for the purpose of expressing and/or propagating an insert or for the construction of other recombinant nucleotide sequences. The nucleic acid may or may not be operably linked to a promoter sequence and may or may not be operably linked to a DNA regulatory sequence.
用語「調節配列」は、プロモーター、エンハンサー及び他の発現制御エレメント(例えば、ポリアデニル化シグナル)を含む。このような調節配列は、当技術分野で公知であり、例えば、Goeddel;Gene Expression Technology:Methods in Enzymology 185,Academic Press,San Diego,CA(1990)に記載されている。調節配列には、多くの型の宿主細胞においてヌクレオチド配列の構成的発現を誘導するもの、及び特定の宿主細胞においてのみヌクレオチド配列の発現を指示するもの(例えば、組織特異的調節配列)が含まれる。 The term "regulatory sequence" includes promoters, enhancers and other expression control elements (e.g., polyadenylation signals). Such regulatory sequences are known in the art and are described, for example, in Goeddel; Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, CA (1990). Regulatory sequences include those that direct constitutive expression of a nucleotide sequence in many types of host cells and those that direct expression of a nucleotide sequence only in certain host cells (e.g., tissue-specific regulatory sequences).
細胞は、組換え発現ベクターなどの外因性DNAにより「遺伝子改変」又は「形質転換」又は「トランスフェクト」されている(そのようなDNAが細胞内に導入されている場合)。外因性DNAの存在は、永久的又は一過性の遺伝的変化をもたらす。形質転換DNAは、細胞のゲノムに組込まれていてもいなくてもよい(共有結合していてもよい)。血友病Aの処置などの治療活性を有する遺伝子改変(又は形質転換又はトランスフェクト)細胞を用いることができ、「治療細胞」と呼ぶことができる。 Cells are "genetically modified" or "transformed" or "transfected" with exogenous DNA, such as a recombinant expression vector (when such DNA is introduced into the cell). The presence of the exogenous DNA results in a permanent or transient genetic change. The transforming DNA may or may not be integrated (covalently linked) into the genome of the cell. Genetically modified (or transformed or transfected) cells may be used that have a therapeutic activity, such as for the treatment of hemophilia A, and may be referred to as "therapeutic cells."
ペプチド断片などの分子に関連して使用される用語「濃度」は、所与の体積の溶液中に存在する分子の量、例えば分子のモル数を指す。 The term "concentration" when used in reference to a molecule, such as a peptide fragment, refers to the amount of the molecule, e.g., moles of the molecule, present in a given volume of solution.
用語「急性期タンパク質」は、炎症に応答して発現又は血清濃度が変化するタンパク質を指す。急性期タンパク質の例としては、アルブミン、トランスフェリン、トランスサイレチン、フィブリノーゲン、アンチトロンビンなどが挙げられる。 The term "acute phase protein" refers to a protein whose expression or serum concentration changes in response to inflammation. Examples of acute phase proteins include albumin, transferrin, transthyretin, fibrinogen, antithrombin, etc.
用語「個体」、「対象」、及び「宿主」は、診断、処置又は治療が所望される任意の対象を指す。いくつかの態様では、対象は、哺乳動物である。いくつかの態様では、対象は、ヒトである。いくつかの態様では、対象は、ヒト患者である。いくつかの態様では、対象は、血友病Aを有するか、若しくはその疑いが存在し、且つ/又は血友病Aの1以上の症状を有する。いくつかの態様では、対象は、診断時又はそれ以降に血友病Aのリスクを診断されたヒトである。いくつかの場合には、血友病Aのリスクの診断は、FVIII遺伝子の発現に影響を及ぼす可能性のある内因性FVIII遺伝子又はゲノム内のFVIII遺伝子近傍のゲノム配列の1つ以上の突然変異の存在に基づいて決定することができる。 The terms "individual," "subject," and "host" refer to any subject for whom diagnosis, treatment, or therapy is desired. In some embodiments, the subject is a mammal. In some embodiments, the subject is a human. In some embodiments, the subject is a human patient. In some embodiments, the subject has or is suspected of having hemophilia A and/or has one or more symptoms of hemophilia A. In some embodiments, the subject is a human who has been diagnosed at or after diagnosis as being at risk for hemophilia A. In some cases, a diagnosis of risk for hemophilia A can be determined based on the presence of one or more mutations in the endogenous FVIII gene or genomic sequences near the FVIII gene in the genome that may affect expression of the FVIII gene.
疾患又は状態に関して使用される用語「処置」は、個体を苦しめる状態に関連する症状の少なくとも改善が達成されることを意味し、改善は、治療される状態(例えば、血友病A)に関連するパラメーター、例えば、症状の大きさの少なくとも減少を指すために広義に使用される。処置はまた、病理学的状態、又はそれに関連する少なくとも症状、又はその状態を特徴付ける少なくとも症状が、完全に阻害され、例えばその発生が防止されるか、又は宿主がもはやその状態に罹っていないように完全に排除されている状態を含む。従って、処置は、(i)予防(即ち、臨床症状を発現させないようにすること、例えば、疾患の進行を防止することを含む、臨床症状の発現のリスクを低下させること)、及び(ii)阻害(即ち、臨床症状の発現を停止させるか、又は更なる発現を停止させること、例えば、活動性疾患を軽減するか、又は完全に阻害すること)を含む。 The term "treatment" as used in reference to a disease or condition means that at least an improvement in symptoms associated with the condition afflicting an individual is achieved, and improvement is used broadly to refer to at least a decrease in a parameter associated with the condition being treated (e.g., hemophilia A), e.g., the magnitude of the symptoms. Treatment also includes conditions in which the pathological condition, or at least the symptoms associated therewith, or at least the symptoms characterizing the condition, are completely inhibited, e.g., prevented from occurring, or completely eliminated such that the host is no longer afflicted with the condition. Thus, treatment includes (i) prevention (i.e., preventing clinical symptoms from developing, e.g., reducing the risk of clinical symptoms developing, including preventing disease progression), and (ii) inhibition (i.e., halting the development or further development of clinical symptoms, e.g., reducing or completely inhibiting active disease).
用語「有効量」、「薬学的有効量」、及び「治療有効量」は、特定の状態を有する対象に投与された場合に所望の有用性を提供するのに十分な量の組成物を意味する。血友病Aのエクスビボ処置に関連して、用語「有効量」は、血友病Aの少なくとも1つ以上の徴候又は症状を予防又は軽減するのに必要な治療細胞又はその子孫の集団の量を指し、所望の効果を提供するために、例えば、対象の血友病Aの症状を処置するために、治療細胞又はその子孫を有する組成物の十分な量に関する。従って、「治療有効量」は、処置を必要とする対象、例えば、血友病Aを有するか、又は血友病Aのリスクがある対象に投与された場合に特定の効果を促進するのに十分な治療細胞又は治療細胞を有する組成物の量又は数を指す。有効量は、疾患の症状の発現を予防するか又は遅延させる、疾患の症状の経過を変える(例えば、しかし限定されないが、疾患の症状の進行を遅延させる)か、又は疾患の症状を逆転させるのに、十分な量又は数も含む。対象(例えば、患者)における血友病Aのインビボ処置又はインビトロで培養された細胞において行われるゲノム編集に関連して、有効量は、対象又はインビトロで培養された細胞における細胞のゲノムを編集するために必要とされる、gRNA、ドナー鋳型及び/又は部位特異的ポリペプチド(例えば、DNAエンドヌクレアーゼ)のようなゲノム編集に使用される成分の量を指す。任意の所与の場合について、適切な「有効量」は当業者によって決定され得ることが理解される。 The terms "effective amount," "pharmacologically effective amount," and "therapeutically effective amount" refer to a sufficient amount of a composition to provide a desired benefit when administered to a subject having a particular condition. In the context of ex vivo treatment of hemophilia A, the term "effective amount" refers to the amount of a population of therapeutic cells or their progeny necessary to prevent or reduce at least one or more signs or symptoms of hemophilia A, and relates to a sufficient amount of a composition having therapeutic cells or their progeny to provide a desired effect, e.g., to treat a symptom of hemophilia A in a subject. Thus, a "therapeutically effective amount" refers to an amount or number of therapeutic cells or a composition having therapeutic cells sufficient to promote a particular effect when administered to a subject in need of treatment, e.g., a subject having or at risk for hemophilia A. An effective amount also includes an amount or number sufficient to prevent or delay the onset of a symptom of a disease, alter the course of a symptom of a disease (e.g., but not limited to, delaying the progression of a symptom of a disease), or reverse a symptom of a disease. In the context of in vivo treatment of hemophilia A in a subject (e.g., a patient) or genome editing performed in cells cultured in vitro, an effective amount refers to the amount of components used in genome editing, such as gRNA, donor template, and/or site-specific polypeptide (e.g., DNA endonuclease), required to edit the genome of cells in the subject or in cells cultured in vitro. It is understood that for any given case, the appropriate "effective amount" can be determined by one of skill in the art.
本明細書で使用される用語「医薬組成物」及び「医薬」は、本発明の細胞(合成FVIIIタンパク質を発現する)及び/又は本発明のシステムの1つ以上の成分(即ち、gRNA若しくはgRNAをコードする核酸、DNAエンドヌクレアーゼ若しくはDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸、及び/又は合成第VIII因子タンパク質をコードするドナー鋳型)と組み合わされた、薬学的に許容され得る賦形剤を指す。 As used herein, the terms "pharmaceutical composition" and "medicament" refer to a pharma- ceutical acceptable excipient in combination with the cells of the invention (expressing a synthetic FVIII protein) and/or one or more components of the systems of the invention (i.e., gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA, DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease, and/or a donor template encoding a synthetic Factor VIII protein).
本明細書で使用される用語「薬学的に許容され得る賦形剤」は、対象に目的の化合物を投与するための薬学的に許容され得る担体、添加剤、又は希釈剤を提供する任意の適切な物質を指す。「薬学的に許容され得る賦形剤」は、薬学的に許容され得る希釈剤、薬学的に許容され得る添加剤、及び薬学的に許容され得る担体と称される物質を包含することができる。 As used herein, the term "pharmaceutical acceptable excipient" refers to any suitable substance that provides a pharmaceutically acceptable carrier, additive, or diluent for administration of a compound of interest to a subject. "Pharmaceutically acceptable excipient" can include substances referred to as pharmaceutically acceptable diluents, pharmaceutically acceptable additives, and pharmaceutically acceptable carriers.
用語「合成FVIII」は、野生型ヒト第VIII因子のA及びCドメインに対して実質的な配列同一性を有するが(GenBank:CAD97566.1;G.A.Vehar et al.,Nature(1984)312:337-42)、野生型Bドメインの代わりにBドメイン置換を有するタンパク質を指す。本発明の一実施形態では、合成FVIIIタンパク質のA及びCドメインの配列は、A及びCドメインの野生型配列と80、90、95、98、又は99%同一である。いくつかの実施形態では、Bドメイン置換は、約10~約200アミノ酸を有する任意の配列のポリペプチドである。いくつかの実施形態では、Bドメイン置換は、約20~約100個のアミノ酸を有する。いくつかの実施形態では、Bドメイン置換は、40個未満のアミノ酸(例えば、3~40個のアミノ酸の任意の数のアミノ酸を有する)と、発現時にBドメイン置換のグリコシル化を提供する1~9個のN結合グリコシル化部位とを有することができる。Bドメイン置換は、プロテアーゼ切断部位を更に含み得、その結果、合成FVIIIタンパク質は、野生型タンパク質と同じ様式で重鎖及び軽鎖に切断され得る。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、1~9個のN結合グリコシル化(「グリカン」)部位に加えて、野生型BドメインのN末端及びC末端由来の1~10個のアミノ酸を含む。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、1~6個のグリカン部位を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、1~5個のグリカン部位を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、1~4個のグリカン部位を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、2~4個のグリカン部位を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、配列番号362~369、371、及び373のいずれかの配列、又は配列番号362~369、371、及び373のいずれかの配列と少なくとも80%、90%、95%、98%、若しくは99%同一である配列を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、配列番号362~366、371、及び373のいずれかの配列、又は配列番号362~366、371、及び373のいずれかの配列と少なくとも80%、90%、95%、98%、若しくは99%同一である配列を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、配列番号362~364、371、及び373のいずれかの配列、又は配列番号362~364、371、及び373のいずれかの配列と少なくとも80%、90%、95%、98%、若しくは99%同一である配列を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、配列番号362~363のいずれかの配列、又は配列番号362~363のいずれかの配列と少なくとも80%、90%、95%、98%、若しくは99%同一である配列を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、配列番号362~369のいずれかの配列を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、配列番号362~366のいずれかの配列を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、配列番号362~364のいずれかの配列を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、配列番号362~363、371、及び373のいずれかの配列を有する。一実施形態では、Bドメイン置換タンパク質配列は、配列番号371又は373のいずれかの配列を有する。 The term "synthetic FVIII" refers to a protein that has substantial sequence identity to the A and C domains of wild-type human factor VIII (GenBank: CAD97566.1; G.A. Vehar et al., Nature (1984) 312:337-42), but has a B domain substitution in place of the wild-type B domain. In one embodiment of the invention, the sequences of the A and C domains of the synthetic FVIII protein are 80, 90, 95, 98, or 99% identical to the wild-type sequences of the A and C domains. In some embodiments, the B domain substitution is a polypeptide of any sequence having from about 10 to about 200 amino acids. In some embodiments, the B domain substitution has from about 20 to about 100 amino acids. In some embodiments, the B domain substitution can have fewer than 40 amino acids (e.g., having any number of amino acids from 3 to 40 amino acids) and 1 to 9 N-linked glycosylation sites that provide for glycosylation of the B domain substitution upon expression. The B domain replacement may further comprise a protease cleavage site such that the synthetic FVIII protein may be cleaved into heavy and light chains in the same manner as the wild-type protein. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence comprises 1-10 amino acids from the N-terminus and C-terminus of the wild-type B domain in addition to 1-9 N-linked glycosylation ("glycan") sites. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence has 1-6 glycan sites. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence has 1-5 glycan sites. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence has 1-4 glycan sites. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence has 2-4 glycan sites. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence has any of SEQ ID NOs: 362-369, 371, and 373, or a sequence that is at least 80%, 90%, 95%, 98%, or 99% identical to any of SEQ ID NOs: 362-369, 371, and 373. In one embodiment, the B domain substituted protein sequence has the sequence of any of SEQ ID NOs: 362-366, 371, and 373, or a sequence that is at least 80%, 90%, 95%, 98%, or 99% identical to any of SEQ ID NOs: 362-366, 371, and 373. In one embodiment, the B domain substituted protein sequence has the sequence of any of SEQ ID NOs: 362-364, 371, and 373, or a sequence that is at least 80%, 90%, 95%, 98%, or 99% identical to any of SEQ ID NOs: 362-364, 371, and 373. In one embodiment, the B domain substituted protein sequence has the sequence of any of SEQ ID NOs: 362-363, or a sequence that is at least 80%, 90%, 95%, 98%, or 99% identical to any of SEQ ID NOs: 362-363. In one embodiment, the B domain substituted protein sequence has the sequence of any of SEQ ID NOs: 362-369. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence has the sequence of any of SEQ ID NOs: 362-366. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence has the sequence of any of SEQ ID NOs: 362-364. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence has the sequence of any of SEQ ID NOs: 362-363, 371, and 373. In one embodiment, the B domain replacement protein sequence has the sequence of any of SEQ ID NOs: 371 or 373.
用語「セーフハーバー遺伝子座」は、細胞の代謝若しくは調節を破壊することなく(例えば、アポトーシス、増殖などを引き起こすことによって)、及び/又は他の細胞(編集されていない細胞)若しくは宿主生物全体にリスク又は有害作用を引き起こすことなく(例えば、成長因子の過剰発現などを不注意に引き起こすことによって)、改変され得る(例えば、切断することによって、又はドナー配列を挿入することによって)宿主細胞ゲノム内の遺伝子座を指す。いくつかの実施形態では、セーフハーバー遺伝子座は、宿主細胞において発現される遺伝子座である。いくつかの実施形態では、セーフハーバー遺伝子座は、アルブミン遺伝子座、フィブリノーゲン遺伝子座、AAVS1遺伝子座、又はトランスフェリン遺伝子座である。 The term "safe harbor locus" refers to a locus in a host cell genome that can be modified (e.g., by cutting or inserting a donor sequence) without disrupting cellular metabolism or regulation (e.g., by causing apoptosis, proliferation, etc.) and/or without causing risk or deleterious effects to other cells (non-edited cells) or the host organism as a whole (e.g., by inadvertently causing overexpression of a growth factor, etc.). In some embodiments, a safe harbor locus is a locus that is expressed in the host cell. In some embodiments, a safe harbor locus is an albumin locus, a fibrinogen locus, an AAVS1 locus, or a transferrin locus.
核酸
ゲノム標的化核酸又はガイドRNA
本開示は、関連するポリペプチド(例えば、DNAエンドヌクレアーゼなどの部位特異的ポリペプチド)の活性を標的核酸内の特定の標的配列に誘導することができるゲノム標的化核酸を提供する。いくつかの実施形態では、ゲノム標的化核酸は、RNAである。ゲノム標的化RNAは、本明細書において「ガイドRNA」又は「gRNA」と称される。ガイドRNAは、少なくとも、目的の標的核酸配列にハイブリダイズし得るスペーサー配列及びCRISPR反復配列を有する。II型システムでは、gRNAは、tracrRNA配列と呼ばれる第2のRNAも有する。II型gRNAでは、CRISPR反復配列とtracrRNA配列が互いにハイブリダイズして二重鎖を形成する。V型gRNAでは、crRNAが二重鎖を形成する。両方のシステムにおいて、二重鎖は、gRNA及び部位特異的ポリペプチドが複合体を形成するように、部位特異的ポリペプチドに結合する。ゲノム標的化核酸は、部位特異的ポリペプチドと結合することによって複合体に標的特異性を提供する。従って、ゲノム標的化核酸は、部位特異的ポリペプチドの活性を誘導する。
Nucleic Acid Genome Targeting Nucleic Acid or Guide RNA
The present disclosure provides a genome-targeting nucleic acid that can guide the activity of an associated polypeptide (e.g., a site-directed polypeptide, such as a DNA endonuclease) to a specific target sequence within a target nucleic acid. In some embodiments, the genome-targeting nucleic acid is an RNA. The genome-targeting RNA is referred to herein as a "guide RNA" or "gRNA". The guide RNA has at least a spacer sequence and a CRISPR repeat sequence that can hybridize to a target nucleic acid sequence of interest. In type II systems, the gRNA also has a second RNA called a tracrRNA sequence. In type II gRNA, the CRISPR repeat sequence and the tracrRNA sequence hybridize with each other to form a duplex. In type V gRNA, the crRNA forms a duplex. In both systems, the duplex binds to the site-directed polypeptide such that the gRNA and the site-directed polypeptide form a complex. The genome-targeting nucleic acid provides target specificity to the complex by binding to the site-directed polypeptide. Thus, the genome-targeting nucleic acid induces the activity of the site-directed polypeptide.
いくつかの実施形態では、ゲノム標的化核酸は、2分子のgRNAである。2分子gRNAは、2つのRNA鎖を有する。第1の鎖は、5’から3’方向に、場合によるスペーサー伸長配列、スペーサー配列及び最小CRISPR反復配列を有する。第2の鎖は、最小tracrRNA配列(最小CRISPR反復配列に相補的)、3’ tracrRNA配列及び場合によるtracrRNA伸長配列を有する。いくつかの実施形態では、ゲノム標的化核酸は、単一分子gRNAである。II型システムにおける単一分子gRNA(sgRNA)は、5’から3’方向に、場合によるスペーサー伸長配列、スペーサー配列、最小CRISPR反復配列、単一分子ガイドリンカー、最小tracrRNA配列、3’ tracrRNA配列及び場合によるtracrRNA伸長配列を有する。場合によるtracrRNA伸長は、gRNAへの更なる機能性(例えば、安定性)に寄与するエレメントを有し得る。単一分子ガイドリンカーは、最小CRISPR反復配列及び最小tracrRNA配列を連結して、ヘアピン構造を形成する。場合によるtracrRNA伸長は、1つ以上のヘアピンを有する。V型システムにおけるsgRNAは、5’から3’方向に、最小CRISPR反復配列及びスペーサー配列を有する。 In some embodiments, the genome-targeting nucleic acid is a bimolecular gRNA. A bimolecular gRNA has two RNA strands. The first strand has, in the 5' to 3' direction, an optional spacer extension sequence, a spacer sequence, and a minimal CRISPR repeat sequence. The second strand has a minimal tracrRNA sequence (complementary to the minimal CRISPR repeat sequence), a 3' tracrRNA sequence, and an optional tracrRNA extension sequence. In some embodiments, the genome-targeting nucleic acid is a single-molecule gRNA. A single-molecule gRNA (sgRNA) in a type II system has, in the 5' to 3' direction, an optional spacer extension sequence, a spacer sequence, a minimal CRISPR repeat sequence, a single-molecule guide linker, a minimal tracrRNA sequence, a 3' tracrRNA sequence, and an optional tracrRNA extension sequence. The optional tracrRNA extension may have elements that contribute additional functionality (e.g., stability) to the gRNA. The single molecule guide linker links the minimal CRISPR repeat sequence and the minimal tracrRNA sequence to form a hairpin structure. The optional tracrRNA extension has one or more hairpins. The sgRNA in the V-type system has, in the 5' to 3' direction, a minimal CRISPR repeat sequence and a spacer sequence.
例示として、CRISPR/Cas/Cpf1システムで使用されるgRNA、又は他のより小さいRNAは、以下に例示され、且つ当技術分野で記載されるように、化学的手段によって容易に合成され得る。化学合成手順は継続的に拡大しているが、高速液体クロマトグラフィー(HPLC、これはPAGEのようなゲルの使用を回避する)のような手順によるこのようなRNAの精製は、ポリヌクレオチド長が100ヌクレオチド程度を超えて有意に増加することにつれて、より困難になる傾向が存在する。より長いRNAを生成するために使用される1つのアプローチは、一緒に連結される2つ以上の分子を生成することである。はるかに長いRNA、例えばCas9やCpf1エンドヌクレアーゼをコードするものは、酵素的により容易に生成される。RNA改変、例えば、安定性を増強し、自然免疫応答の可能性若しくは程度を低減し、及び/又は他の属性を増強する改変は、当技術分野で記載されているように、RNAの化学合成及び/又は酵素的生成の間又は後に導入することができる。 By way of example, gRNAs, or other smaller RNAs, used in the CRISPR/Cas/Cpf1 system can be readily synthesized by chemical means, as exemplified below and described in the art. Although chemical synthesis procedures are continually expanding, purification of such RNAs by procedures such as high performance liquid chromatography (HPLC, which avoids the use of gels such as PAGE) tends to become more difficult as polynucleotide lengths increase significantly beyond 100 nucleotides or so. One approach used to generate longer RNAs is to generate two or more molecules that are linked together. Much longer RNAs, such as those encoding Cas9 or Cpf1 endonucleases, are more easily generated enzymatically. RNA modifications, such as those that enhance stability, reduce the likelihood or extent of an innate immune response, and/or enhance other attributes, can be introduced during or after chemical synthesis and/or enzymatic generation of the RNA, as described in the art.
スペーサー伸長配列
ゲノム標的化核酸のいくつかの実施形態では、スペーサー伸長配列は、活性を改変し、安定性を提供し、及び/又はゲノム標的化核酸の改変のための位置を提供することができる。スペーサー伸長配列は、オンターゲット若しくはオフターゲット活性又は特異性を改変することができる。いくつかの実施形態では、スペーサー伸長配列が提供される。スペーサー伸長配列は、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、320、340、360、380、400、1000、2000、3000、4000、5000、6000、又は7000以上を超えるヌクレオチドの長さを有し得る。スペーサー伸長配列は、約1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、320、340、360、380、400、1000、2000、3000、4000、5000、6000、又は7000ヌクレオチド以上の長さを有し得る。スペーサー伸長配列は、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、320、340、360、380、400、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000以上未満のヌクレオチドの長さを有し得る。いくつかの実施形態では、スペーサー伸長配列は、長さが10ヌクレオチド未満である。いくつかの実施形態では、スペーサー伸長配列は、10~30ヌクレオチド長である。いくつかの実施形態では、スペーサー伸長配列は、30~70ヌクレオチド長である。
Spacer extension sequence In some embodiments of the genome-targeting nucleic acid, the spacer extension sequence can modify activity, provide stability, and/or provide a location for modification of the genome-targeting nucleic acid. The spacer extension sequence can modify on-target or off-target activity or specificity. In some embodiments, a spacer extension sequence is provided. The spacer extension sequence can have a length of 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, or more than 7000 nucleotides. The spacer extension sequence may have a length of about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, or 7000 nucleotides or more. The spacer extension sequence may have a length of less than 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, or more nucleotides. In some embodiments, the spacer extension sequence is less than 10 nucleotides in length. In some embodiments, the spacer extension sequence is 10-30 nucleotides in length. In some embodiments, the spacer extension sequence is 30-70 nucleotides in length.
いくつかの実施形態では、スペーサー伸長配列は、別の部分(例えば、安定性制御配列、エンドリボヌクレアーゼ結合配列、リボザイム)を有する。いくつかの実施形態では、この部分は、核酸標的化核酸の安定性を減少又は増加させる。いくつかの実施形態では、この部分は、転写ターミネーターセグメント(即ち、転写終結配列)である。いくつかの実施形態では、この部分は、真核細胞において機能する。いくつかの実施形態では、この部分は、原核細胞において機能する。いくつかの実施形態では、この部分は、真核細胞及び原核細胞の両方において機能する。適切な部分の非限定的な例としては、5’キャップ(例えば、7-メチルグアニル酸キャップ(m7G))、リボスイッチ配列(例えば、タンパク質及びタンパク質複合体による安定性及び/又は調節された接近可能性を可能にするため)、dsRNA二重鎖を形成する配列(即ち、ヘアピン)、RNAを細胞内位置(例えば、核、ミトコンドリア、葉緑体など)に標的化する配列、追跡を提供する改変若しくは配列(例えば、蛍光分子への直接結合、蛍光検出を容易にする部分への結合、蛍光検出を可能にする配列など)、及び/又はタンパク質(例えば、転写アクチベーター、転写リプレッサー、DNAメチルトランスフェラーゼ、DNAデメチラーゼ、ヒストンアセチルトランスフェラーゼ、ヒストンデアセチラーゼなどを含む、DNAに作用するタンパク質)の結合部位を提供する改変若しくは配列が挙げられる。 In some embodiments, the spacer extension sequence has another portion (e.g., a stability control sequence, an endoribonuclease binding sequence, a ribozyme). In some embodiments, the portion decreases or increases the stability of the nucleic acid targeting nucleic acid. In some embodiments, the portion is a transcription terminator segment (i.e., a transcription termination sequence). In some embodiments, the portion functions in eukaryotic cells. In some embodiments, the portion functions in prokaryotic cells. In some embodiments, the portion functions in both eukaryotic and prokaryotic cells. Non-limiting examples of suitable moieties include 5' caps (e.g., 7-methylguanylate caps (m7G)), riboswitch sequences (e.g., to allow for stability and/or regulated accessibility by proteins and protein complexes), sequences that form dsRNA duplexes (i.e., hairpins), sequences that target RNA to subcellular locations (e.g., nuclei, mitochondria, chloroplasts, etc.), modifications or sequences that provide tracking (e.g., direct attachment to a fluorescent molecule, attachment to a moiety that facilitates fluorescent detection, sequences that allow for fluorescent detection, etc.), and/or modifications or sequences that provide binding sites for proteins (e.g., proteins that act on DNA, including transcriptional activators, transcriptional repressors, DNA methyltransferases, DNA demethylases, histone acetyltransferases, histone deacetylases, etc.).
スペーサー配列
スペーサー配列は、目的の標的核酸中の配列にハイブリダイズすることができる。ゲノム標的化核酸のスペーサーは、ハイブリダイゼーション(即ち、塩基対形成)を介して配列特異的な様式で標的核酸と相互作用する。従って、スペーサーのヌクレオチド配列は、目的の標的核酸の配列に応じて変化する。
Spacer sequence Spacer sequence can hybridize to a sequence in the target nucleic acid of interest. The spacer of genome targeting nucleic acid interacts with the target nucleic acid in a sequence-specific manner through hybridization (i.e., base pairing). Thus, the nucleotide sequence of the spacer varies according to the sequence of the target nucleic acid of interest.
本明細書のCRISPR/Casシステムにおいて、スペーサー配列は、システムにおいて使用されるCas9酵素のPAMの5’に位置する標的核酸にハイブリダイズするように設計される。スペーサーは、標的配列に完全に一致し得るか、又はミスマッチを有し得る。各Cas9酵素は、該酵素が標的DNAにおいて認識する特定のPAM配列を有する。例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)は、標的核酸において、配列5’-NRG-3’を有するPAMを認識し、ここでRは、A又はGのいずれかを有し、Nは、任意のヌクレオチドであり、Nは、スペーサー配列によって標的化される標的核酸配列のすぐ3’である。 In the CRISPR/Cas system herein, the spacer sequence is designed to hybridize to the target nucleic acid located 5' of the PAM of the Cas9 enzyme used in the system. The spacer may be a perfect match to the target sequence or may have a mismatch. Each Cas9 enzyme has a specific PAM sequence that it recognizes in the target DNA. For example, S. pyogenes recognizes a PAM in the target nucleic acid that has the sequence 5'-NRG-3', where R has either A or G and N is any nucleotide, and N is immediately 3' of the target nucleic acid sequence targeted by the spacer sequence.
いくつかの実施形態では、標的核酸配列は、20ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、標的核酸は、20未満のヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、標的核酸は、20を超えるヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、標的核酸は、少なくとも5、10、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、30以上のヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、標的核酸は、最大で5、10、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、30以上のヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、標的核酸配列は、PAMの最初のヌクレオチドの5’に接して20塩基を有する。例えば、
いくつかの実施形態では、標的核酸にハイブリダイズするスペーサー配列は、少なくとも約6ヌクレオチド(nt)の長さを有する。スペーサー配列は、少なくとも約6nt、約10nt、約15nt、約18nt、約19nt、約20nt、約25nt、約30nt、約35nt又は約40nt、約6nt~約80nt、約6nt~約50nt、約6nt~約45nt、約6nt~約40nt、約6nt~約35nt、約6nt~約30nt、約6nt~約25nt、約6nt~約20nt、約6nt~約19nt、約10nt~約50nt、約10nt~約45nt、約10nt~約40nt、約10nt~約35nt、約10nt~約30nt、約10nt~約25nt、約10nt~約20nt、約10nt~約19nt、約19nt~約25nt、約19nt~約30nt、約19nt~約35nt、約19nt~約40nt、約19nt~約45nt、約19nt~約50nt、約19nt~約60nt、約20nt~約25nt、約20nt~約30nt、約20nt~約35nt、約20nt~約40nt、約20nt~約45nt、約20nt~約50nt、又は約20nt~約60ntであり得る。いくつかの実施形態では、スペーサー配列は、20ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、スペーサーは、19ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、スペーサーは、18ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、スペーサーは、17ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、スペーサーは、16ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、スペーサーは、15ヌクレオチドを有する。 In some embodiments, the spacer sequence that hybridizes to the target nucleic acid has a length of at least about 6 nucleotides (nt). The spacer sequence may be at least about 6 nt, about 10 nt, about 15 nt, about 18 nt, about 19 nt, about 20 nt, about 25 nt, about 30 nt, about 35 nt, or about 40 nt, about 6 nt to about 80 nt, about 6 nt to about 50 nt, about 6 nt to about 45 nt, about 6 nt to about 40 nt, about 6 nt to about 35 nt, about 6 nt to about 30 nt, about 6 nt to about 25 nt, about 6 nt to about 20 nt, about 6 nt to about 19 nt, about 10 nt to about 50 nt, about 10 nt to about 45 nt, about 10 nt to about 40 nt, about 10 nt to about 35 nt, about The spacer sequence may be from 10 nt to about 30 nt, from about 10 nt to about 25 nt, from about 10 nt to about 20 nt, from about 10 nt to about 19 nt, from about 19 nt to about 25 nt, from about 19 nt to about 30 nt, from about 19 nt to about 35 nt, from about 19 nt to about 40 nt, from about 19 nt to about 45 nt, from about 19 nt to about 50 nt, from about 19 nt to about 60 nt, from about 20 nt to about 25 nt, from about 20 nt to about 30 nt, from about 20 nt to about 35 nt, from about 20 nt to about 40 nt, from about 20 nt to about 45 nt, from about 20 nt to about 50 nt, or from about 20 nt to about 60 nt. In some embodiments, the spacer sequence has 20 nucleotides. In some embodiments, the spacer has 19 nucleotides. In some embodiments, the spacer has 18 nucleotides. In some embodiments, the spacer has 17 nucleotides. In some embodiments, the spacer has 16 nucleotides. In some embodiments, the spacer has 15 nucleotides.
いくつかの実施形態では、スペーサー配列と標的核酸との間の相補性パーセントは、少なくとも約30%、少なくとも約40%、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約97%、少なくとも約98%、少なくとも約99%、又は100%である。いくつかの実施形態では、スペーサー配列と標的核酸との間の相補性パーセントは、最大で約30%、最大で約40%、最大で約50%、最大で約60%、最大で約65%、最大で約70%、最大で約75%、最大で約80%、最大で約85%、最大で約90%、最大で約95%、最大で約97%、最大で約98%、最大で約99%、又は100%である。いくつかの実施形態では、スペーサー配列と標的核酸との間の相補性パーセントは、標的核酸の相補鎖の標的配列の6つの隣接する最も5’側のヌクレオチドにわたって100%である。いくつかの実施形態では、スペーサー配列と標的核酸との間の相補性パーセントは、約20個の連続したヌクレオチドにわたって少なくとも60%である。いくつかの実施形態では、スペーサー配列と標的核酸との長さは、1~6ヌクレオチドだけ異なっていてもよく、これは、バルジと考えることができる。 In some embodiments, the percent complementarity between the spacer sequence and the target nucleic acid is at least about 30%, at least about 40%, at least about 50%, at least about 60%, at least about 65%, at least about 70%, at least about 75%, at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, at least about 97%, at least about 98%, at least about 99%, or 100%. In some embodiments, the percent complementarity between the spacer sequence and the target nucleic acid is up to about 30%, up to about 40%, up to about 50%, up to about 60%, up to about 65%, up to about 70%, up to about 75%, up to about 80%, up to about 85%, up to about 90%, up to about 95%, up to about 97%, up to about 98%, up to about 99%, or 100%. In some embodiments, the percent complementarity between the spacer sequence and the target nucleic acid is 100% over the six adjacent 5'-most nucleotides of the target sequence of the complementary strand of the target nucleic acid. In some embodiments, the percent complementarity between the spacer sequence and the target nucleic acid is at least 60% over about 20 contiguous nucleotides. In some embodiments, the length of the spacer sequence and the target nucleic acid may differ by 1-6 nucleotides, which can be considered a bulge.
いくつかの実施形態では、スペーサー配列は、コンピュータープログラムを使用して設計又は選択される。コンピュータープログラムは、予測融解温度、二次構造形成、予測アニーリング温度、配列同一性、ゲノム状況、クロマチン接近可能性、%GC、ゲノム出現頻度(例えば、同一又は類似であるが、ミスマッチ、挿入又は欠失の結果として1つ以上のスポットで変化する配列の)、メチル化状態、SNPの存在などの変数を使用することができる。 In some embodiments, the spacer sequences are designed or selected using a computer program. The computer program can use variables such as predicted melting temperature, secondary structure formation, predicted annealing temperature, sequence identity, genomic context, chromatin accessibility, %GC, genomic frequency (e.g., of sequences that are identical or similar but vary in one or more spots as a result of mismatches, insertions or deletions), methylation status, presence of SNPs, etc.
最小CRISPR反復配列
いくつかの実施形態では、最小CRISPR反復配列は、参照CRISPR反復配列(例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)由来のcrRNA;例えば、J.J.Ferretti et al.,Proc Natl Acad Sci USA(2001)98(8):4658-63を参照されたい)に対して少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、又は100%の配列同一性を有する配列である。
Minimal CRISPR Repeat Sequence In some embodiments, a minimal CRISPR repeat sequence is a sequence that has at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, or 100% sequence identity to a reference CRISPR repeat sequence (e.g., crRNA from S. pyogenes; see, e.g., J. J. Ferretti et al., Proc Natl Acad Sci USA (2001) 98(8):4658-63).
いくつかの実施形態では、最小CRISPR反復配列は、細胞内の最小tracrRNA配列にハイブリダイズし得るヌクレオチドを有する。最小CRISPR反復配列と最小tracrRNA配列は、二重鎖を形成する。最小CRISPR反復配列と最小tracrRNA配列は、合わせて、部位特異的ポリペプチドに結合する。最小CRISPR反復配列の少なくとも一部は、最小tracrRNA配列にハイブリダイズする。いくつかの実施形態では、最小CRISPR反復配列の少なくとも一部は、最小tracrRNA配列に少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、又は100%相補的である。いくつかの実施形態では、最小CRISPR反復配列の少なくとも一部は、最小tracrRNA配列に最大で約30%、約40%、約50%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、又は100%相補的である。 In some embodiments, the minimal CRISPR repeat sequence has nucleotides that can hybridize to the minimal tracrRNA sequence in the cell. The minimal CRISPR repeat sequence and the minimal tracrRNA sequence form a duplex. The minimal CRISPR repeat sequence and the minimal tracrRNA sequence together bind to the site-specific polypeptide. At least a portion of the minimal CRISPR repeat sequence hybridizes to the minimal tracrRNA sequence. In some embodiments, at least a portion of the minimal CRISPR repeat sequence is at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, or 100% complementary to the minimal tracrRNA sequence. In some embodiments, at least a portion of the minimal CRISPR repeat sequence is at most about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, or 100% complementary to the minimal tracrRNA sequence.
最小CRISPR反復配列は、約7ヌクレオチド~約100ヌクレオチドの長さを有し得る。例えば、最小CRISPR反復配列の長さは、約7nt~約50nt、約7nt~約40nt、約7nt~約30nt、約7nt~約25nt、約7nt~約20nt、約7nt~約15nt、約8nt~約40nt、約8nt~約30nt、約8nt~約25nt、約8nt~約20nt、約8nt~約15nt、約15nt~約100nt、約15nt~約80nt、約15nt~約50nt、約15nt~約40nt、約15nt~約30nt、又は約15nt~約25ntである。いくつかの実施形態では、最小CRISPR反復配列は、約9ヌクレオチド長である。いくつかの実施形態では、最小CRISPR反復配列は、約12ヌクレオチド長である。 The minimal CRISPR repeat sequence may have a length of about 7 nucleotides to about 100 nucleotides. For example, the length of the minimal CRISPR repeat sequence is about 7 nt to about 50 nt, about 7 nt to about 40 nt, about 7 nt to about 30 nt, about 7 nt to about 25 nt, about 7 nt to about 20 nt, about 7 nt to about 15 nt, about 8 nt to about 40 nt, about 8 nt to about 30 nt, about 8 nt to about 25 nt, about 8 nt to about 20 nt, about 8 nt to about 15 nt, about 15 nt to about 100 nt, about 15 nt to about 80 nt, about 15 nt to about 50 nt, about 15 nt to about 40 nt, about 15 nt to about 30 nt, or about 15 nt to about 25 nt. In some embodiments, the minimal CRISPR repeat sequence is about 9 nucleotides in length. In some embodiments, the minimal CRISPR repeat sequence is about 12 nucleotides in length.
いくつかの実施形態では、最小CRISPR反復配列は、少なくとも6、7、又は8個の連続するヌクレオチドのストレッチにわたって、参照最小CRISPR反復配列(例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)由来の野生型crRNA;例えば、J.J.Ferretti et al.,前出を参照されたい)と少なくとも約60%同一である。例えば、最小CRISPR反復配列は、少なくとも6、7、又は8連続ヌクレオチドのストレッチにわたって、参照最小CRISPR反復配列と少なくとも約65%同一、少なくとも約70%同一、少なくとも約75%同一、少なくとも約80%同一、少なくとも約85%同一、少なくとも約90%同一、少なくとも約95%同一、少なくとも約98%同一、少なくとも約99%同一又は100%同一である。 In some embodiments, the minimal CRISPR repeat sequence is at least about 60% identical to a reference minimal CRISPR repeat sequence (e.g., a wild-type crRNA from S. pyogenes; see, e.g., J. J. Ferretti et al., supra) over a stretch of at least 6, 7, or 8 contiguous nucleotides. For example, the minimal CRISPR repeat sequence is at least about 65% identical, at least about 70% identical, at least about 75% identical, at least about 80% identical, at least about 85% identical, at least about 90% identical, at least about 95% identical, at least about 98% identical, at least about 99% identical, or 100% identical to a reference minimal CRISPR repeat sequence over a stretch of at least 6, 7, or 8 contiguous nucleotides.
最小tracrRNA配列
いくつかの実施形態では、最小tracrRNA配列は、参照tracrRNA配列(例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)由来の野生型tracrRNA;例えば、J.J.Ferretti et al.,前出を参照されたい)に対して少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、又は100%の配列同一性を有する配列である。
Minimal tracrRNA Sequence In some embodiments, a minimal tracrRNA sequence is a sequence that has at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, or 100% sequence identity to a reference tracrRNA sequence (e.g., a wild-type tracrRNA from S. pyogenes; see, e.g., J. J. Ferretti et al., supra).
いくつかの実施形態では、最小tracrRNA配列は、細胞内の最小CRISPR反復配列にハイブリダイズするヌクレオチドを有する。最小tracrRNA配列と最小CRISPR反復配列は、二重鎖を形成する。最小tracrRNA配列と最小のCRISPR反復は、合わせて、部位特異的ポリペプチドに結合する。最小tracrRNA配列の少なくとも一部は、最小CRISPR反復配列にハイブリダイズすることができる。いくつかの実施形態では、最小tracrRNA配列は、最小CRISPR反復配列に少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、又は100%相補的である。 In some embodiments, the minimal tracrRNA sequence has nucleotides that hybridize to a minimal CRISPR repeat sequence in a cell. The minimal tracrRNA sequence and the minimal CRISPR repeat sequence form a duplex. The minimal tracrRNA sequence and the minimal CRISPR repeat are combined to bind to a site-specific polypeptide. At least a portion of the minimal tracrRNA sequence can hybridize to the minimal CRISPR repeat sequence. In some embodiments, the minimal tracrRNA sequence is at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, or 100% complementary to the minimal CRISPR repeat sequence.
最小tracrRNA配列は、約7ヌクレオチド~約100ヌクレオチドの長さを有し得る。例えば、最小tracrRNA配列は、約7nt~約50nt、約7nt~約40nt、約7nt~約30nt、約7nt~約25nt、約7nt~約20nt、約7nt~約15nt、約8nt~約40nt、約8nt~約30nt、約8nt~約25nt、約8nt~約20nt、約8nt~約15nt、約15nt~約100nt、約15nt~約80nt、約15nt~約50nt、約15nt~約40nt、約15nt~約30nt又は約15nt~約25ntの長さであり得る。いくつかの実施形態では、最小tracrRNA配列は、約9ヌクレオチド長である。いくつかの実施形態では、最小tracrRNA配列は、約12ヌクレオチドである。いくつかの実施形態では、最小tracrRNAは、M.Jinek et al.,Science(2012)337(6096):816-21に記載されるtracrRNA nt 23~48からなる。 The minimal tracrRNA sequence may have a length of about 7 nucleotides to about 100 nucleotides. For example, the minimal tracrRNA sequence may be about 7 nt to about 50 nt, about 7 nt to about 40 nt, about 7 nt to about 30 nt, about 7 nt to about 25 nt, about 7 nt to about 20 nt, about 7 nt to about 15 nt, about 8 nt to about 40 nt, about 8 nt to about 30 nt, about 8 nt to about 25 nt, about 8 nt to about 20 nt, about 8 nt to about 15 nt, about 15 nt to about 100 nt, about 15 nt to about 80 nt, about 15 nt to about 50 nt, about 15 nt to about 40 nt, about 15 nt to about 30 nt, or about 15 nt to about 25 nt in length. In some embodiments, the minimal tracrRNA sequence is about 9 nucleotides in length. In some embodiments, the minimal tracrRNA sequence is about 12 nucleotides. In some embodiments, the minimal tracrRNA consists of tracrRNA nt 23-48 as described in M. Jinek et al., Science (2012) 337(6096):816-21.
いくつかの実施形態では、最小tracrRNA配列は、少なくとも6、7、又は8個の連続するヌクレオチドのストレッチにわたって、参照最小tracrRNA(例えば、野生型、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)由来のtracrRNA;例えば、J.J.Ferretti et al.,前出を参照されたい)配列と少なくとも約60%同一である。例えば、最小tracrRNA配列は、少なくとも6、7、又は8連続ヌクレオチドのストレッチにわたって、参照最小tracrRNA配列と少なくとも約65%同一、約70%同一、約75%同一、約80%同一、約85%同一、約90%同一、約95%同一、約98%同一、約99%同一又は100%同一である。 In some embodiments, the minimal tracrRNA sequence is at least about 60% identical to a reference minimal tracrRNA (e.g., a wild-type, tracrRNA from S. pyogenes; see, e.g., J. J. Ferretti et al., supra) sequence over a stretch of at least 6, 7, or 8 contiguous nucleotides. For example, the minimal tracrRNA sequence is at least about 65% identical, about 70% identical, about 75% identical, about 80% identical, about 85% identical, about 90% identical, about 95% identical, about 98% identical, about 99% identical, or 100% identical to a reference minimal tracrRNA sequence over a stretch of at least 6, 7, or 8 contiguous nucleotides.
いくつかの実施形態では、最小CRISPR RNAと最小tracrRNAとの間の二重鎖は、二重らせんを有する。いくつかの実施形態では、最小CRISPR RNAと最小tracrRNAとの間の二重鎖は、少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10以上のヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、最小CRISPR RNAと最小tracrRNAとの間の二重鎖は、最大で約1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10以上のヌクレオチドを有する。 In some embodiments, the duplex between the minimal CRISPR RNA and the minimal tracrRNA has a double helix. In some embodiments, the duplex between the minimal CRISPR RNA and the minimal tracrRNA has at least about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more nucleotides. In some embodiments, the duplex between the minimal CRISPR RNA and the minimal tracrRNA has at most about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more nucleotides.
いくつかの実施形態では、二重鎖は、ミスマッチを有する(即ち、二重鎖の2本の鎖は、100%相補的ではない)。いくつかの実施形態では、二重鎖は、少なくとも約1、2、3、4、又は5又はミスマッチを有する。いくつかの実施形態では、二重鎖は、最大で約1、2、3、4、又は5又はミスマッチを有する。いくつかの実施形態では、二重鎖は、2つ以下のミスマッチを有する。 In some embodiments, the duplex has mismatches (i.e., the two strands of the duplex are not 100% complementary). In some embodiments, the duplex has at least about 1, 2, 3, 4, or 5 or mismatches. In some embodiments, the duplex has up to about 1, 2, 3, 4, or 5 or mismatches. In some embodiments, the duplex has 2 or fewer mismatches.
バルジ
いくつかの実施形態では、最小CRISPR RNAと最小tracrRNAとの間の二重鎖に「バルジ」が存在する。バルジは、二重鎖内のヌクレオチドの不対領域である。いくつかの実施形態では、バルジは、部位特異的ポリペプチドへの二重鎖の結合に寄与する。バルジは、二本鎖の片側に不対5’-XXXY-3’を有し、ここでXは任意のプリンであり、Yは、反対側の鎖のヌクレオチドとゆらぎ対を形成できるヌクレオチドを有し、また二重鎖の反対側に不対ヌクレオチド領域を有する。二重鎖の両側の不対ヌクレオチドの数は、異なっていてもよい。
Bulges In some embodiments, a "bulge" is present in the duplex between the minimal CRISPR RNA and the minimal tracrRNA. A bulge is an unpaired region of nucleotides within a duplex. In some embodiments, the bulge contributes to binding of the duplex to a site-directed polypeptide. A bulge has an unpaired 5'-XXXY-3' on one side of the duplex, where X is any purine and Y has a nucleotide that can form a wobble pair with a nucleotide on the opposite strand, and an unpaired nucleotide region on the other side of the duplex. The number of unpaired nucleotides on each side of the duplex can be different.
一例では、バルジは、バルジの最小CRISPR反復鎖上に不対プリン(例えば、アデニン)を有する。いくつかの実施形態では、バルジは、バルジの最小tracrRNA配列鎖の不対5’-AAGY-3’を有し、ここでYは、最小CRISPR反復鎖上のヌクレオチドとゆらぎ対を形成できるヌクレオチドを有する。 In one example, the bulge has an unpaired purine (e.g., adenine) on the minimal CRISPR repeat strand of the bulge. In some embodiments, the bulge has an unpaired 5'-AAGY-3' on the minimal tracrRNA sequence strand of the bulge, where Y has a nucleotide that can form a wobble pair with a nucleotide on the minimal CRISPR repeat strand.
いくつかの実施形態では、二重鎖の最小CRISPR反復側のバルジは、少なくとも1、2、3、4、又は5以上の不対ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、二重鎖の最小CRISPR反復側のバルジは、最大で1、2、3、4、又は5以上の不対ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、二重鎖の最小CRISPR反復側のバルジは、1つの不対ヌクレオチドを有する。 In some embodiments, the bulge on the minimal CRISPR repeat side of the duplex has at least 1, 2, 3, 4, or 5 or more unpaired nucleotides. In some embodiments, the bulge on the minimal CRISPR repeat side of the duplex has at most 1, 2, 3, 4, or 5 or more unpaired nucleotides. In some embodiments, the bulge on the minimal CRISPR repeat side of the duplex has 1 unpaired nucleotide.
いくつかの実施形態では、二重鎖の最小tracrRNA配列側のバルジは、少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10以上の不対ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、二重鎖の最小tracrRNA配列側のバルジは、最大で1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10以上の不対ヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、二重鎖の第2の側(例えば、二重鎖の最小tracrRNA配列側)のバルジは、4つの不対ヌクレオチドを有する。 In some embodiments, the bulge on the side of the duplex facing the minimal tracrRNA sequence has at least 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more unpaired nucleotides. In some embodiments, the bulge on the side of the duplex facing the minimal tracrRNA sequence has at most 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more unpaired nucleotides. In some embodiments, the bulge on the second side of the duplex (e.g., facing the minimal tracrRNA sequence) has 4 unpaired nucleotides.
いくつかの実施形態では、バルジは、少なくとも1つのゆらぎ対を有する。いくつかの実施形態では、バルジは、最大で1つのゆらぎ対を有する。いくつかの実施形態では、バルジは、少なくとも1つのプリンヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、バルジは、少なくとも3つのプリンヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、バルジ配列は、少なくとも5つのプリンヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、バルジ配列は、少なくとも1つのグアニンヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、バルジ配列は、少なくとも1つのアデニンヌクレオチドを有する。 In some embodiments, the bulge has at least one wobble pair. In some embodiments, the bulge has at most one wobble pair. In some embodiments, the bulge has at least one purine nucleotide. In some embodiments, the bulge has at least three purine nucleotides. In some embodiments, the bulge sequence has at least five purine nucleotides. In some embodiments, the bulge sequence has at least one guanine nucleotide. In some embodiments, the bulge sequence has at least one adenine nucleotide.
ヘアピン
いくつかの実施形態では、1つ以上のヘアピンは、3’ tracrRNA配列中の最小tracrRNAの3’に位置する。
Hairpins In some embodiments, one or more hairpins are located 3' of the minimal tracrRNA in the 3' tracrRNA sequence.
いくつかの実施形態では、ヘアピンは、最小CRISPR反復と最小tracrRNA配列の二重鎖中の最後の対形成ヌクレオチドから3’に少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、又は20以上のヌクレオチドで開始する。いくつかの実施形態では、ヘアピンは、最小CRISPR反復と最小tracrRNA配列の二重鎖中の最後の対形成ヌクレオチドの3’の最大約1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10以上のヌクレオチドで開始することができる。 In some embodiments, the hairpin begins at least about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, or 20 or more nucleotides 3' from the last paired nucleotide in the duplex of the minimal CRISPR repeat and the minimal tracrRNA sequence. In some embodiments, the hairpin can begin up to about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more nucleotides 3' of the last paired nucleotide in the duplex of the minimal CRISPR repeat and the minimal tracrRNA sequence.
いくつかの実施形態では、ヘアピンは、少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、又は20以上の連続したヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、ヘアピンは、最大で約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、又はそれを超える連続したヌクレオチドを有する。 In some embodiments, the hairpin has at least about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, or 20 or more contiguous nucleotides. In some embodiments, the hairpin has up to about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, or more contiguous nucleotides.
いくつかの実施形態では、ヘアピンは、CCジヌクレオチド(即ち、2つの連続したシトシンヌクレオチド)を有する。 In some embodiments, the hairpin has a CC dinucleotide (i.e., two consecutive cytosine nucleotides).
いくつかの実施形態では、ヘアピンは、二重鎖ヌクレオチド(即ち、一緒にハイブリダイズしたヘアピン中のヌクレオチド)を有する。例えば、ヘアピンは、3’ tracrRNA配列のヘアピン二重鎖においてGGジヌクレオチドとハイブリダイズするCCジヌクレオチドを有する。 In some embodiments, the hairpin has duplex nucleotides (i.e., nucleotides in the hairpin that hybridize together). For example, the hairpin has a CC dinucleotide that hybridizes with a GG dinucleotide in the hairpin duplex of the 3' tracrRNA sequence.
ヘアピンの1つ以上は、部位特異的ポリペプチドのガイドRNA相互作用領域と相互作用し得る。いくつかの実施形態では、2つ以上のヘアピンが存在し、いくつかの実施形態では、3つ以上のヘアピンが存在する。 One or more of the hairpins may interact with the guide RNA interacting region of the site-specific polypeptide. In some embodiments, there are two or more hairpins, and in some embodiments, there are three or more hairpins.
3’ tracrRNA配列
いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA配列は、参照tracrRNA配列(例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)由来のtracrRNA)に対して少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、又は100%の配列同一性を有する配列を有する。
3' tracrRNA sequence In some embodiments, the 3' tracrRNA sequence has a sequence that has at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, or 100% sequence identity to a reference tracrRNA sequence (e.g., a tracrRNA from S. pyogenes).
いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA配列は、約6ヌクレオチド~約100ヌクレオチドの長さを有する。例えば、3’ tracrRNA配列は、約6nt~約50nt、約6nt~約40nt、約6nt~約30nt、約6nt~約25nt、約6nt~約20nt、約6nt~約15nt、約8nt~約40nt、約8nt~約30nt、約8nt~約25nt、約8nt~約20nt、約8nt~約15nt、約15nt~約100nt、約15nt~約80nt、約15nt~約50nt、約15nt~約40nt、約15nt~約30nt、又は約15nt~約25ntの長さを有し得る。いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA配列は、約14ヌクレオチドの長さを有する。 In some embodiments, the 3' tracrRNA sequence has a length of about 6 nucleotides to about 100 nucleotides. For example, the 3' tracrRNA sequence may have a length of about 6 nt to about 50 nt, about 6 nt to about 40 nt, about 6 nt to about 30 nt, about 6 nt to about 25 nt, about 6 nt to about 20 nt, about 6 nt to about 15 nt, about 8 nt to about 40 nt, about 8 nt to about 30 nt, about 8 nt to about 25 nt, about 8 nt to about 20 nt, about 8 nt to about 15 nt, about 15 nt to about 100 nt, about 15 nt to about 80 nt, about 15 nt to about 50 nt, about 15 nt to about 40 nt, about 15 nt to about 30 nt, or about 15 nt to about 25 nt. In some embodiments, the 3' tracrRNA sequence has a length of about 14 nucleotides.
いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA配列は、少なくとも6、7、又は8個の連続したヌクレオチドのストレッチにわたって、参照3’ tracrRNA配列と少なくとも約60%同一である。例えば、3’ tracrRNA配列は、少なくとも6、7、又は8連続ヌクレオチドのストレッチにわたって、参照3’ tracrRNA配列と少なくとも約60%同一、約65%同一、約70%同一、約75%同一、約80%同一、約85%同一、約90%同一、約95%同一、約98%同一、約99%同一、又は100%同一である。 In some embodiments, the 3' tracrRNA sequence is at least about 60% identical to a reference 3' tracrRNA sequence over a stretch of at least 6, 7, or 8 contiguous nucleotides. For example, the 3' tracrRNA sequence is at least about 60% identical, about 65% identical, about 70% identical, about 75% identical, about 80% identical, about 85% identical, about 90% identical, about 95% identical, about 98% identical, about 99% identical, or 100% identical to a reference 3' tracrRNA sequence over a stretch of at least 6, 7, or 8 contiguous nucleotides.
いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA配列は、2つ以上の二重鎖領域を有する。いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA配列は、2つの二重鎖領域を有する。 In some embodiments, the 3' tracrRNA sequence has two or more double-stranded regions. In some embodiments, the 3' tracrRNA sequence has two double-stranded regions.
いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA配列は、ステムループ構造を有する。いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA中のステムループ構造は、少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15又は20以上のヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA中のステムループ構造は、最大で1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10以上のヌクレオチドを有する。いくつかの実施形態では、ステムループ構造は、機能部分を有する。例えば、ステムループ構造は、アプタマー、リボザイム、タンパク質相互作用ヘアピン、CRISPRアレイ、イントロン、又はエクソンを有し得る。いくつかの実施形態では、ステムループ構造は、少なくとも約1、2、3、4、又は5以上の機能部分を有する。いくつかの実施形態では、ステムループ構造は、最大で約1、2、3、4、又は5以上の機能部分を有する。 In some embodiments, the 3' tracrRNA sequence has a stem-loop structure. In some embodiments, the stem-loop structure in the 3' tracrRNA has at least 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, or 20 or more nucleotides. In some embodiments, the stem-loop structure in the 3' tracrRNA has at most 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more nucleotides. In some embodiments, the stem-loop structure has a functional portion. For example, the stem-loop structure may have an aptamer, a ribozyme, a protein interaction hairpin, a CRISPR array, an intron, or an exon. In some embodiments, the stem-loop structure has at least about 1, 2, 3, 4, or 5 or more functional portions. In some embodiments, the stem-loop structure has at most about 1, 2, 3, 4, or 5 or more functional portions.
いくつかの実施形態では、3’ tracrRNA配列中のヘアピンは、Pドメインを有する。いくつかの実施形態では、Pドメインは、ヘアピン中に二本鎖領域を有する。 In some embodiments, the hairpin in the 3' tracrRNA sequence has a P domain. In some embodiments, the P domain has a double-stranded region in the hairpin.
tracrRNA伸長配列
いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、tracrRNAが単一分子ガイド又は2分子ガイドの状況にあるかどうかにかかわらず、提供され得る。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、約1ヌクレオチド~約400ヌクレオチドの長さを有する。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、320、340、360、380、又は400ヌクレオチドを超える長さを有する。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、約20~約5000以上のヌクレオチドの長さを有する。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、1000ヌクレオチドを超える長さを有する。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、220、240、260、280、300、320、340、360、380、400以上未満のヌクレオチドの長さを有する。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、1000ヌクレオチド未満の長さを有し得る。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、10ヌクレオチド未満の長さを有する。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、10~30ヌクレオチド長である。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、30~70ヌクレオチド長である。
tracrRNA Extension Sequence In some embodiments, a tracrRNA extension sequence may be provided whether the tracrRNA is in the context of a single molecule guide or a two molecule guide. In some embodiments, the tracrRNA extension sequence has a length of about 1 nucleotide to about 400 nucleotides. In some embodiments, the tracrRNA extension sequence has a length of 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, or more than 400 nucleotides. In some embodiments, the tracrRNA extension sequence has a length of about 20 to about 5000 or more nucleotides. In some embodiments, the tracrRNA extension sequence has a length of more than 1000 nucleotides. In some embodiments, the tracrRNA extension sequence has a length of less than 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400 or more nucleotides. In some embodiments, the tracrRNA extension sequence may have a length of less than 1000 nucleotides. In some embodiments, the tracrRNA extension sequence has a length of less than 10 nucleotides. In some embodiments, the tracrRNA extension sequence is 10-30 nucleotides in length. In some embodiments, the tracrRNA extension sequence is 30-70 nucleotides in length.
いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、機能部分(例えば、安定性制御配列、リボザイム、エンドリボヌクレアーゼ結合配列)を有する。いくつかの実施形態では、機能部分は、転写ターミネーターセグメントを有する。いくつかの実施形態では、機能部分は、約10nt~約100ヌクレオチド、約10nt~約20nt、約20nt~約30nt、約30nt~約40nt、約40nt~約50nt、約50nt~約60nt、約60nt~約70nt、約70nt~約80nt、約80nt~約90nt、又は約90nt~約100nt、約15nt~約80nt、約15nt~約50nt、約15nt~約40nt、約15nt~約30nt、又は約15nt~約25ntの全長を有する。いくつかの実施形態では、機能部分は、真核細胞において機能する。いくつかの実施形態では、機能部分は、原核細胞において機能する。いくつかの実施形態では、機能部分は、真核細胞及び原核細胞の両方において機能する。 In some embodiments, the tracrRNA extension sequence comprises a functional moiety (e.g., a stability control sequence, a ribozyme, an endoribonuclease binding sequence). In some embodiments, the functional moiety comprises a transcription terminator segment. In some embodiments, the functional portion has a total length of about 10 nt to about 100 nucleotides, about 10 nt to about 20 nt, about 20 nt to about 30 nt, about 30 nt to about 40 nt, about 40 nt to about 50 nt, about 50 nt to about 60 nt, about 60 nt to about 70 nt, about 70 nt to about 80 nt, about 80 nt to about 90 nt, or about 90 nt to about 100 nt, about 15 nt to about 80 nt, about 15 nt to about 50 nt, about 15 nt to about 40 nt, about 15 nt to about 30 nt, or about 15 nt to about 25 nt. In some embodiments, the functional portion functions in a eukaryotic cell. In some embodiments, the functional portion functions in a prokaryotic cell. In some embodiments, the functional portion functions in both eukaryotic and prokaryotic cells.
適切なtracrRNA伸長機能部分の非限定的な例には、3’ポリアデニル化テール、リボスイッチ配列(例えば、タンパク質及びタンパク質複合体による調節された安定性及び/又は調節された接近可能性を可能にするため)、dsRNA二重鎖を形成する配列、細胞内位置(例えば、核、ミトコンドリア、葉緑体など)にRNAを標的化する配列、追跡を提供する改変若しくは配列(例えば、蛍光分子への直接結合、蛍光検出を容易にする部分への結合、蛍光検出を可能にする配列など)、及び/又はタンパク質(例えば、転写アクチベーター、転写リプレッサー、DNAメチルトランスフェラーゼ、DNAデメチラーゼ、ヒストンアセチルトランスフェラーゼ、ヒストンデアセチラーゼなどを含む、DNAに作用するタンパク質)の結合部位を提供する改変若しくは配列が含まれる。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、プライマー結合部位又は分子インデックス(例えば、バーコード配列)を有する。いくつかの実施形態では、tracrRNA伸長配列は、1つ以上の親和性タグを有する。 Non-limiting examples of suitable tracrRNA extension functional moieties include 3' polyadenylation tails, riboswitch sequences (e.g., to allow for regulated stability and/or regulated accessibility by proteins and protein complexes), sequences that form dsRNA duplexes, sequences that target the RNA to a subcellular location (e.g., nucleus, mitochondria, chloroplasts, etc.), modifications or sequences that provide tracking (e.g., direct binding to a fluorescent molecule, binding to a moiety that facilitates fluorescent detection, sequences that allow fluorescent detection, etc.), and/or modifications or sequences that provide binding sites for proteins (e.g., proteins that act on DNA, including transcriptional activators, transcriptional repressors, DNA methyltransferases, DNA demethylases, histone acetyltransferases, histone deacetylases, etc.). In some embodiments, the tracrRNA extension sequence has a primer binding site or a molecular index (e.g., a barcode sequence). In some embodiments, the tracrRNA extension sequence has one or more affinity tags.
単一分子ガイドリンカー配列
いくつかの実施形態では、単一分子ガイド核酸のリンカー配列は、約3ヌクレオチド~約100ヌクレオチドの長さを有する。例示的なリンカーは、約3nt~約90nt、約3nt~約80nt、約3nt~約70nt、約3nt~約60nt、約3nt~約50nt、約3nt~約40nt、約3nt~約30nt、約3nt~約20nt、約3nt~約10ntの長さを有する。例えば、リンカーは、約3nt~約5nt、約5nt~約10nt、約10nt~約15nt、約15nt~約20nt、約20nt~約25nt、約25nt~約30nt、約30nt~約35nt、約35nt~約40nt、約40nt~約50nt、約50nt~約60nt、約60nt~約70nt、約70nt~約80nt、約80nt~約90nt、又は約90nt~約100ntの長さを有し得る。いくつかの実施形態では、単一分子ガイド核酸のリンカーは、4~40ヌクレオチドである。いくつかの実施形態では、リンカーは、少なくとも約100、500、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、又は7000以上のヌクレオチドである。いくつかの実施形態では、リンカーは、最大で約100、500、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、又は7000以上のヌクレオチドである。
Single Molecule Guide Linker Sequences In some embodiments, the linker sequence of the single molecule guide nucleic acid has a length of about 3 nucleotides to about 100 nucleotides. Exemplary linkers have a length of about 3 nt to about 90 nt, about 3 nt to about 80 nt, about 3 nt to about 70 nt, about 3 nt to about 60 nt, about 3 nt to about 50 nt, about 3 nt to about 40 nt, about 3 nt to about 30 nt, about 3 nt to about 20 nt, about 3 nt to about 10 nt. For example, the linker can have a length of about 3 nt to about 5 nt, about 5 nt to about 10 nt, about 10 nt to about 15 nt, about 15 nt to about 20 nt, about 20 nt to about 25 nt, about 25 nt to about 30 nt, about 30 nt to about 35 nt, about 35 nt to about 40 nt, about 40 nt to about 50 nt, about 50 nt to about 60 nt, about 60 nt to about 70 nt, about 70 nt to about 80 nt, about 80 nt to about 90 nt, or about 90 nt to about 100 nt. In some embodiments, the linker of the single molecule guide nucleic acid is 4-40 nucleotides. In some embodiments, the linker is at least about 100, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, or 7000 or more nucleotides. In some embodiments, the linker is up to about 100, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, or 7000 or more nucleotides.
リンカーは、多様な配列のいずれかを有し得るが、いくつかの実施形態では、リンカーは、gRNAの他の機能的領域を妨害し得る分子内結合を引き起こし得る、gRNAの他の部分と相同性の広範な領域を有する配列を有さないであろう。M.Jinek et al.,(前出)において、単純な4ヌクレオチド配列-GAAAが使用されたが、より長い配列を含む多数の他の配列が同様に使用され得る。 The linker can have any of a variety of sequences, but in some embodiments, the linker will not have a sequence with extensive regions of homology to other portions of the gRNA that could cause intramolecular binding that could interfere with other functional regions of the gRNA. In M. Jinek et al., supra, a simple four nucleotide sequence -GAAA was used, but numerous other sequences, including longer sequences, could be used as well.
いくつかの実施形態では、リンカー配列は、機能部分を有する。例えば、リンカー配列は、アプタマー、リボザイム、タンパク質相互作用ヘアピン、タンパク質結合部位、CRISPRアレイ、イントロン、又はエクソンを含む1つ以上の特徴を有し得る。いくつかの実施形態では、リンカー配列は、少なくとも約1、2、3、4、又は5以上の機能部分を有する。いくつかの実施形態では、リンカー配列は、最大で約1、2、3、4、又は5以上の機能部分を有する。 In some embodiments, the linker sequence has a functional moiety. For example, the linker sequence may have one or more features including an aptamer, a ribozyme, a protein interaction hairpin, a protein binding site, a CRISPR array, an intron, or an exon. In some embodiments, the linker sequence has at least about 1, 2, 3, 4, or 5 or more functional moieties. In some embodiments, the linker sequence has at most about 1, 2, 3, 4, or 5 or more functional moieties.
いくつかの実施形態では、本開示によるgRNAによって標的化されるゲノム位置は、ゲノム、例えば、ヒトゲノム中の適切な内因性遺伝子座に、その中に、又はその近くにあり得る。内因性遺伝子座は、高度に発現される遺伝子、又は代替的に非常に選択的に発現される遺伝子(例えば、特定の組織においてのみ発現される遺伝子、又は特定の条件下で発現される遺伝子)を含むことに基づいて選択され得る。肝臓における発現のための例示的な遺伝子座には、例えば、アルブミン遺伝子座、トランスフェリン遺伝子座、及びフィブリノーゲン遺伝子座が含まれる。 In some embodiments, the genomic location targeted by a gRNA according to the present disclosure may be at, within, or near a suitable endogenous locus in the genome, e.g., the human genome. Endogenous loci may be selected based on containing highly expressed genes, or alternatively highly selectively expressed genes (e.g., genes expressed only in particular tissues, or genes expressed under particular conditions). Exemplary loci for expression in the liver include, for example, the albumin locus, the transferrin locus, and the fibrinogen locus.
いくつかの実施形態では、細胞内の内因性トランスフェリン遺伝子座内又はその近傍のゲノム配列に相補的なスペーサー配列を含むgRNAが本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、gRNAは、細胞内の内因性トランスフェリン遺伝子のイントロン1内の配列に相補的なスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号1~190のいずれか1つからのスペーサー配列、又は配列番号1~190のいずれか1つと比較して3つ以下のミスマッチを有するその変異体を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号96、5、6、9、8、11、15、16、12、7、10、17、18、29、76、50、54、81、64、51、1~4、13、14、19~28、30~49、52、53、55~63、65~75、77~80、82~95、及び97~190のいずれか1つからのスペーサー配列、又は配列番号96、5、6、9、8、11、15、16、12、7、10、17、18、29、76、50、54、81、64、51、1~4、13、14、19~28、30~49、52、53、55~63、65~75、77~80、82~95、及び97~190のいずれか1つと比較して3つ以下のミスマッチを有するその変異体を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号5、6、9、8、11、15、16、12、7、及び10のいずれか1つからのスペーサー配列、又は配列番号5、6、9、8、11、15、16、12、7、及び10のいずれか1つと比較して3つ以下のミスマッチを有するその変異体を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号17、18、29、76、50、54、81、96、64、及び51のいずれか1つからのスペーサー配列、又は配列番号17、18、29、76、50、54、81、96、64、及び51のいずれか1つと比較して3つ以下のミスマッチを有するその変異体を含む。いくつかの実施形態では、スペーサー配列は、19ヌクレオチド長であり、それが選択される配列の1位のヌクレオチドを含まない。
In some embodiments, provided herein is a gRNA comprising a spacer sequence complementary to a genomic sequence within or near an endogenous transferrin locus in a cell. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence complementary to a sequence within
いくつかの実施形態では、本開示によるgRNAによって標的化されるゲノム位置は、ゲノム、例えば、ヒトゲノム中の内因性フィブリノーゲン-α鎖(フィブリノーゲン-α)遺伝子座に、その中に、又はその近くにあり得る。このような位置を標的とする例示的なガイドRNAとしては、配列番号192~270のいずれかに列挙されるスペーサー配列及び関連するCas9又はCpf1切断部位が挙げられる。当業者に理解されるように、各ガイドRNAは、そのゲノム標的配列に相補的なスペーサー配列を含むように設計される。例えば、配列番号192~270のいずれかに列挙されるスペーサー配列の各々は、単一のRNAキメラ又はcrRNA(対応するtracrRNAと共に)に入れられ得る。M.Jinek et al.,前出、及びE.Deltcheva et al.,Nature(2011)471:602-07を参照されたい。 In some embodiments, the genomic location targeted by a gRNA according to the present disclosure can be at, within, or near a genome, e.g., an endogenous fibrinogen-α chain (fibrinogen-α) locus in the human genome. Exemplary guide RNAs targeting such locations include the spacer sequences and associated Cas9 or Cpf1 cleavage sites listed in any of SEQ ID NOs: 192-270. As will be appreciated by those skilled in the art, each guide RNA is designed to include a spacer sequence complementary to its genomic target sequence. For example, each of the spacer sequences listed in any of SEQ ID NOs: 192-270 can be placed in a single RNA chimera or crRNA (along with the corresponding tracrRNA). See M. Jinek et al., supra, and E. Deltcheva et al., Nature (2011) 471:602-07.
アルブミン位置を標的とする例示的なガイドRNAには、配列番号271~298のいずれか1つからのスペーサー配列及び関連するCas9又はCpf1切断部位が含まれる。例えば、配列番号271からのスペーサー配列を含むgRNAは、スペーサー配列UAAUUUUCUUUUGCGCACUA(配列番号299)を含み得る。当業者によって理解されるように、各ガイドRNAは、そのゲノム標的配列に相補的なスペーサー配列を含むように設計される。例えば、配列番号271~298のいずれか1つからのスペーサー配列の各々は、(対応するtracrRNAと共に)単一のRNAキメラ又はcrRNAに入れることができる。 Exemplary guide RNAs targeting albumin loci include a spacer sequence from any one of SEQ ID NOs: 271-298 and an associated Cas9 or Cpf1 cleavage site. For example, a gRNA including a spacer sequence from SEQ ID NO: 271 may include the spacer sequence UAAUUUUCUUUUGCGCACUA (SEQ ID NO: 299). As will be appreciated by those of skill in the art, each guide RNA is designed to include a spacer sequence complementary to its genomic target sequence. For example, each of the spacer sequences from any one of SEQ ID NOs: 271-298 can be placed into a single RNA chimera or crRNA (along with the corresponding tracrRNA).
ドナー鋳型
DNAエンドヌクレアーゼなどの部位特異的ポリペプチドは、核酸、例えばゲノムDNAに二本鎖切断又は一本鎖切断を導入することができる。二本鎖切断は、細胞の内因性DNA修復経路(例えば、相同性依存性修復(HDR)、非相同末端結合又は代替非相同末端結合(A-NHEJ)、又はマイクロ相同性媒介末端結合(MMEJ))を刺激することができる。NHEJは、相同鋳型を必要とせずに切断された標的核酸を修復することができる。これは、切断部位で標的核酸における小さい欠失又は挿入(インデル)を生じることがあり、遺伝子発現の破壊又は改変をもたらす場合がある。相同組換え(HR)としても知られるHDRは、相同修復鋳型、又はドナーが利用できるときに生じ得る。
Donor Template Site-specific polypeptides, such as DNA endonucleases, can introduce double-stranded or single-stranded breaks in nucleic acids, e.g., genomic DNA. The double-stranded break can stimulate the cell's endogenous DNA repair pathways (e.g., homology-dependent repair (HDR), non-homologous end joining or alternative non-homologous end joining (A-NHEJ), or microhomology-mediated end joining (MMEJ)). NHEJ can repair a cut target nucleic acid without the need for a homologous template. This can result in small deletions or insertions (indels) in the target nucleic acid at the cut site, which can result in disruption or alteration of gene expression. HDR, also known as homologous recombination (HR), can occur when a homologous repair template, or donor, is available.
相同ドナー鋳型は、標的核酸切断部位に隣接する配列と相同な配列を有する。修復鋳型として姉妹染色分体が、一般に、細胞によって使用される。しかしながら、ゲノム編集の目的のために、修復鋳型は、しばしば、プラスミド、二重鎖オリゴヌクレオチド、一本鎖オリゴヌクレオチド、二本鎖オリゴヌクレオチド、又はウイルス核酸などの外因性核酸として供給される。外因性ドナー鋳型を用いて、更なる核酸配列(例えば、導入遺伝子)又は改変(例えば、単一又は複数の塩基変化又は欠失)を、相同性の隣接領域の間に導入し、その結果、更なる又は改変された核酸配列もまた、標的遺伝子座に組込まれるようになることが一般的である。MMEJは、切断部位に小さい欠失及び挿入が生じ得るという点で、NHEJと同様の遺伝的結果をもたらす。MMEJは、切断部位に隣接する数個の塩基対の相同配列を利用して、好ましい末端結合DNA修復の結果を促進する。場合によっては、ヌクレアーゼ標的領域における潜在的なマイクロ相同性の解析に基づいて、可能性のある修復結果を予測することが可能であり得る。 A homologous donor template has a sequence that is homologous to the sequence adjacent to the target nucleic acid cleavage site. Sister chromatids are commonly used by cells as repair templates. However, for genome editing purposes, repair templates are often supplied as exogenous nucleic acids, such as plasmids, duplex oligonucleotides, single-stranded oligonucleotides, double-stranded oligonucleotides, or viral nucleic acids. Exogenous donor templates are typically used to introduce additional nucleic acid sequences (e.g., transgenes) or modifications (e.g., single or multiple base changes or deletions) between the adjacent regions of homology, so that the additional or modified nucleic acid sequences also become integrated into the target locus. MMEJ produces similar genetic outcomes to NHEJ in that small deletions and insertions can occur at the cleavage site. MMEJ utilizes a few base pairs of homologous sequences adjacent to the cleavage site to promote favorable end-joining DNA repair outcomes. In some cases, it may be possible to predict likely repair outcomes based on analysis of potential microhomologies in the nuclease target region.
従って、いくつかの場合には、外因性ポリヌクレオチド配列を標的核酸切断部位に挿入するために、相同組換えが使用される。外因性ポリヌクレオチド配列は、本明細書においてドナー鋳型(又はドナー、又はドナー配列、又はドナーDNA鋳型)と称される。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型、ドナー鋳型の一部、ドナー鋳型のコピー、又はドナー鋳型のコピーの一部が、標的核酸切断部位に挿入される。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、標的核酸切断部位に天然には存在しない配列である。 Thus, in some cases, homologous recombination is used to insert an exogenous polynucleotide sequence into a target nucleic acid cleavage site. The exogenous polynucleotide sequence is referred to herein as a donor template (or donor, or donor sequence, or donor DNA template). In some embodiments, the donor template, a portion of the donor template, a copy of the donor template, or a portion of a copy of the donor template is inserted into the target nucleic acid cleavage site. In some embodiments, the donor template is a sequence that does not naturally occur at the target nucleic acid cleavage site.
二本鎖切断が起こった細胞の核内部に十分な濃度で外来性DNA分子が供給されると、外来性DNAは、NHEJ修復過程中に二本鎖切断に挿入され、従ってゲノムへの永久的な付加となることができる。ドナー鋳型が、場合によりプロモーター、エンハンサー、ポリA配列、及び/又はスプライスアクセプター配列(本明細書では、「ドナーカセット」とも称される)などの関連する調節配列と一緒に、FVIII遺伝子などの目的の遺伝子のコード配列を含む場合、コード配列は、ゲノム中の組込まれたコピーから発現され得、細胞の寿命の間、永久的な発現をもたらす。更に、ドナー鋳型の組込まれたコピーは、細胞が分裂するときに娘細胞に伝達され得る。 When an exogenous DNA molecule is provided in sufficient concentration inside the nucleus of a cell in which a double-stranded break has occurred, the exogenous DNA can be inserted into the double-stranded break during the NHEJ repair process, thus becoming a permanent addition to the genome. If the donor template contains the coding sequence of a gene of interest, such as the FVIII gene, optionally together with associated regulatory sequences such as a promoter, enhancer, polyA sequence, and/or splice acceptor sequence (also referred to herein as a "donor cassette"), the coding sequence can be expressed from the integrated copy in the genome, resulting in permanent expression during the life of the cell. Furthermore, the integrated copy of the donor template can be transmitted to daughter cells when the cell divides.
二本鎖切断の両側のDNA配列と相同性のある、隣接するDNA配列(相同アームと称される)を含む十分な濃度のドナー鋳型の存在下で、ドナー鋳型はHDR経路を介して組込まれ得る。相同アームは、ドナー鋳型と二本鎖切断の両側の配列との間の相同組換えの基質として働く。これは、二本鎖切断の両側の配列が、改変されていないゲノムの配列から変化しない、ドナー鋳型の誤りのない挿入をもたらし得る。 In the presence of a sufficient concentration of donor template that contains adjacent DNA sequences (called homology arms) that are homologous to the DNA sequences on either side of the double-stranded break, the donor template can be integrated via the HDR pathway. The homology arms serve as substrates for homologous recombination between the donor template and the sequences on either side of the double-stranded break. This can result in error-free insertion of the donor template, where the sequences on either side of the double-stranded break are unchanged from those of the unmodified genome.
HDRによる編集のために供給されるドナーは、非常に様々であるが、一般に、ゲノムDNAへのアニーリングを可能にするために、小さい又は大きい隣接相同アームを有する意図された配列を含む。導入された遺伝的変化に隣接する相同領域は、30bp以下、又はプロモーター、cDNAなどを含み得るマルチキロ塩基カセットと同程度の大きさであり得る。一本鎖及び二本鎖オリゴヌクレオチドドナーの両方を使用することができる。これらのオリゴヌクレオチドは、100nt未満~多kbを超えるサイズの範囲であるが、より長いssDNAも生成及び使用され得る。PCRアンプリコン、プラスミド、及びミニサークルを含む二本鎖ドナーがしばしば使用される。一般に、AAVベクターは、ドナー鋳型の送達の非常に有効な手段であることが見出されているが、個々のドナーについてのパッケージング限界は<5kbである。ドナーの活性転写はHDRを3倍に増加させ、プロモーターの包含が変換を増加できることを示した。逆に、ドナーのCpGメチル化は、遺伝子発現及びHDRを減少させ得る。 Donors provided for editing by HDR vary widely but generally contain the intended sequence with small or large flanking homology arms to allow annealing to genomic DNA. The homology regions flanking the introduced genetic change can be as small as 30 bp or less, or as large as multi-kilobase cassettes that may include promoters, cDNAs, etc. Both single-stranded and double-stranded oligonucleotide donors can be used. These oligonucleotides range in size from less than 100 nt to more than many kb, although longer ssDNAs can also be generated and used. Double-stranded donors including PCR amplicons, plasmids, and minicircles are often used. In general, AAV vectors have been found to be a very effective means of delivery of donor templates, although the packaging limit for individual donors is <5 kb. Active transcription of the donor increased HDR by 3-fold, indicating that inclusion of a promoter can increase conversion. Conversely, CpG methylation of the donor can decrease gene expression and HDR.
いくつかの実施形態では、ドナーDNAは、ヌクレアーゼと共に、又は多様な異なる方法(例えば、トランスフェクション、ナノ粒子、マイクロインジェクション、又はウイルス形質導入)によって独立して供給され得る。いくつかの実施形態では、HDRのためのドナーの利用可能性を増加させるために、一連の繋留選択肢を使用することができる。例としては、ドナーをヌクレアーゼに付着させること、近くに結合するDNA結合タンパク質に付着させること、又はDNA末端結合若しくは修復に関与するタンパク質に付着させることが挙げられる。 In some embodiments, donor DNA can be provided together with the nuclease or independently by a variety of different methods (e.g., transfection, nanoparticles, microinjection, or viral transduction). In some embodiments, a range of tethering options can be used to increase the availability of the donor for HDR. Examples include attaching the donor to a nuclease, to a nearby bound DNA binding protein, or to a protein involved in DNA end joining or repair.
NHEJ又はHDRによるゲノム編集に加えて、NHEJ経路及びHRの両方を使用する部位特異的遺伝子挿入を行うことができる。併用アプローチは、おそらくイントロン/エクソン境界を含む、特定の状況下で適用できる可能性がある。NHEJは、イントロンにおけるライゲーションに有効であることが証明され得、一方、エラーのないHDRは、コード領域においてより適切であり得る。 In addition to genome editing by NHEJ or HDR, site-specific gene insertion using both the NHEJ pathway and HR can be performed. A combined approach may be applicable under certain circumstances, possibly involving intron/exon boundaries. NHEJ may prove effective for ligation in introns, while error-free HDR may be more appropriate in coding regions.
実施形態において、ゲノムに挿入される外因性配列は、野生型Bドメインがさもなければ存在する位置にBドメイン置換を有する合成FVIIIタンパク質をコードする合成FVIIIコード配列である。合成FVIIIコード配列は、野生型FVIIIタンパク質の実質的な活性(例えば、凝固促進活性)を有する合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含み得る。合成FVIIIタンパク質は、野生型FVIIIタンパク質が示す活性の少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約85%、約90%、約95%又は約100%の活性度を有することができる。いくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質は、FVIIIタンパク質(例えば、野生型FVIIIタンパク質)に対して少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約85%、約90%、約95%、約96%、約97%、約98%又は約99%のアミノ酸配列同一性を有することができる。いくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質は、Bドメインを含まないFVIIIタンパク質(例えば、Bドメインの切断後の野生型FVIIIタンパク質)に対して少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約85%、約90%、約95%、約96%、約97%、約98%又は約99%のアミノ酸配列同一性を有することができる。いくつかの実施形態では、当業者は、化合物(例えば、ペプチド又はタンパク質)の機能性又は活性を試験するための、当技術分野で公知の多数の方法を使用することができる。合成FVIIIタンパク質はまた、野生型FVIIIタンパク質の任意の断片、又は全長野生型FVIIIタンパク質中のアミノ酸残基の1つ以上に保存的改変を有する改変FVIIIタンパク質の断片を含み得る。従って、いくつかの実施形態では、合成FVIIIコード配列は、FVIIIコード配列(例えば、野生型FVIIIコード配列)に対して少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約85%、約90%、約95%、約96%、約97%、約98%又は約99%の核酸配列同一性を有することができる。 In embodiments, the exogenous sequence inserted into the genome is a synthetic FVIII coding sequence that encodes a synthetic FVIII protein having a B domain substitution at a position where the wild-type B domain would otherwise be present. The synthetic FVIII coding sequence can include a nucleic acid sequence that encodes a synthetic FVIII protein having substantial activity (e.g., procoagulant activity) of the wild-type FVIII protein. The synthetic FVIII protein can have at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, or about 100% of the activity exhibited by the wild-type FVIII protein. In some embodiments, the synthetic FVIII protein can have at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 96%, about 97%, about 98%, or about 99% amino acid sequence identity to a FVIII protein (e.g., a wild-type FVIII protein). In some embodiments, the synthetic FVIII protein can have at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 96%, about 97%, about 98%, or about 99% amino acid sequence identity to a FVIII protein that does not include a B domain (e.g., a wild-type FVIII protein after cleavage of the B domain). In some embodiments, one of skill in the art can use a number of methods known in the art to test the functionality or activity of a compound (e.g., a peptide or protein). The synthetic FVIII protein can also include any fragment of a wild-type FVIII protein, or a fragment of a modified FVIII protein having conservative modifications at one or more of the amino acid residues in the full-length wild-type FVIII protein. Thus, in some embodiments, the synthetic FVIII coding sequence can have at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 96%, about 97%, about 98%, or about 99% nucleic acid sequence identity to a FVIII coding sequence (e.g., a wild-type FVIII coding sequence).
本発明の実施形態において、合成FVIIIは、タンパク質の抗凝固特性に悪影響を及ぼすことなく、タンパク質の態様を改善する1つ以上の保存的又は非保存的アミノ酸置換を含む。一実施形態では、309位のフェニルアラニンは、(非保存的に)セリン又はアラニンで置換されて、各々F309S及びF309Aムテインを提供する。これらの置換は、A1ドメインにおけるシャペロン免疫グロブリン結合タンパク質(BiP)の潜在的結合部位を破壊し、それによってタンパク質の発現及び分泌を改善することが示唆される(M.Swaroop et al.,J Biol Chem(1997)272:24121-24)。 In an embodiment of the invention, the synthetic FVIII contains one or more conservative or non-conservative amino acid substitutions that improve aspects of the protein without adversely affecting the anticoagulant properties of the protein. In one embodiment, the phenylalanine at position 309 is (non-conservatively) substituted with serine or alanine to provide the F309S and F309A muteins, respectively. These substitutions are suggested to disrupt a potential binding site for the chaperone immunoglobulin binding protein (BiP) in the A1 domain, thereby improving expression and secretion of the protein (M. Swaroop et al., J Biol Chem (1997) 272:24121-24).
本発明のBドメイン置換は、野生型FVIIIのBドメインをはるかに小さいペプチド鎖で置換するが、依然としてプロテアーゼ切断部位及びN結合グリコシル化のための1つ以上の部位を提供する。Bドメイン置換は、約10~約200アミノ酸を有することができる。いくつかの実施形態では、Bドメイン置換は、約20~約100アミノ酸を有する。いくつかの実施形態では、Bドメイン置換は、約1~約40アミノ酸、約1~約35アミノ酸、約1~約30アミノ酸、約1~約25アミノ酸、約1~約20アミノ酸、約1~約15アミノ酸、約1~約10アミノ酸、又は約1~約5アミノ酸を有する。いくつかの実施形態では、Bドメイン置換は、約5~約40アミノ酸、約10~約40アミノ酸、約15~約40アミノ酸、約20~約40アミノ酸、約25~約40アミノ酸、約30~約40アミノ酸、又は約35~約40アミノ酸を有する。いくつかの実施形態では、Bドメイン置換は、1アミノ酸、2アミノ酸、3アミノ酸、4アミノ酸、5アミノ酸、6アミノ酸、7アミノ酸、8アミノ酸、9アミノ酸、10アミノ酸、11アミノ酸、12アミノ酸、13アミノ酸、14アミノ酸、15アミノ酸、16アミノ酸、17アミノ酸、18アミノ酸、19アミノ酸、20アミノ酸、21アミノ酸、22アミノ酸、23アミノ酸、24アミノ酸、25アミノ酸、26アミノ酸、27アミノ酸、28アミノ酸、29アミノ酸、30アミノ酸、31アミノ酸、32アミノ酸、33アミノ酸、34アミノ酸、35アミノ酸、36アミノ酸、37アミノ酸、38アミノ酸、39アミノ酸、又は40アミノ酸を有する。いくつかの実施形態では、Bドメイン置換をコードする核酸は、コドン最適化されている。いくつかの実施形態では、Bドメイン置換は、プロテアーゼ切断部位、例えばRHQRを含む。 The B domain substitutions of the present invention replace the B domain of wild-type FVIII with a much smaller peptide chain, yet still provide a protease cleavage site and one or more sites for N-linked glycosylation. The B domain substitutions can have from about 10 to about 200 amino acids. In some embodiments, the B domain substitutions have from about 20 to about 100 amino acids. In some embodiments, the B domain substitutions have from about 1 to about 40 amino acids, from about 1 to about 35 amino acids, from about 1 to about 30 amino acids, from about 1 to about 25 amino acids, from about 1 to about 20 amino acids, from about 1 to about 15 amino acids, from about 1 to about 10 amino acids, or from about 1 to about 5 amino acids. In some embodiments, the B domain substitutions have from about 5 to about 40 amino acids, from about 10 to about 40 amino acids, from about 15 to about 40 amino acids, from about 20 to about 40 amino acids, from about 25 to about 40 amino acids, from about 30 to about 40 amino acids, or from about 35 to about 40 amino acids. In some embodiments, the B domain substitution has 1 amino acid, 2 amino acids, 3 amino acids, 4 amino acids, 5 amino acids, 6 amino acids, 7 amino acids, 8 amino acids, 9 amino acids, 10 amino acids, 11 amino acids, 12 amino acids, 13 amino acids, 14 amino acids, 15 amino acids, 16 amino acids, 17 amino acids, 18 amino acids, 19 amino acids, 20 amino acids, 21 amino acids, 22 amino acids, 23 amino acids, 24 amino acids, 25 amino acids, 26 amino acids, 27 amino acids, 28 amino acids, 29 amino acids, 30 amino acids, 31 amino acids, 32 amino acids, 33 amino acids, 34 amino acids, 35 amino acids, 36 amino acids, 37 amino acids, 38 amino acids, 39 amino acids, or 40 amino acids. In some embodiments, the nucleic acid encoding the B domain substitution is codon optimized. In some embodiments, the B domain substitution comprises a protease cleavage site, e.g., RHQR.
その合成FVIIIコード配列の挿入に関するいくつかの実施形態では、合成FVIIIコード配列のcDNAを、欠陥FVIII遺伝子又はその調節配列を有する対象のゲノムに挿入することができる。このような場合、ドナーDNA又はドナー鋳型は、合成FVIIIをコードする配列を有する発現カセット又はベクター構築物であり得る。いくつかの実施形態では、発現ベクターは、本明細書の他の箇所に記載される合成FVIIIをコードする配列を含み、使用され得る。 In some embodiments of the insertion of the synthetic FVIII coding sequence, the cDNA of the synthetic FVIII coding sequence can be inserted into the genome of a subject having a defective FVIII gene or its regulatory sequence. In such cases, the donor DNA or donor template can be an expression cassette or vector construct having a synthetic FVIII coding sequence. In some embodiments, an expression vector can be used that contains a synthetic FVIII coding sequence as described elsewhere herein.
いくつかの実施形態では、ドナーカセットを含む本明細書に記載のドナー鋳型のいずれかによれば、ドナーカセットは、gRNA標的部位が片側又は両側に隣接する。例えば、このようなドナー鋳型は、ドナーカセットの5’にgRNA標的部位及び/又はドナーカセットの3’にgRNA標的部位を有するドナーカセットを含み得る。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ドナーカセットの5’にgRNA標的部位を有するドナーカセットを含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ドナーカセットの3’にgRNA標的部位を有するドナーカセットを含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ドナーカセットの5’にgRNA標的部位及びドナーカセットの3’にgRNA標的部位を有するドナーカセットを含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ドナーカセットの5’にgRNA標的部位及びドナーカセットの3’にgRNA標的部位を有するドナーカセットを含み、2つのgRNA標的部位は、同じ配列を含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、少なくとも1つのgRNA標的部位を含み、ドナー鋳型中の少なくとも1つのgRNA標的部位は、ドナー鋳型のドナーカセットが組込まれる標的遺伝子座中のgRNA標的部位と同じ配列を含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、少なくとも1つのgRNA標的部位を含み、ドナー鋳型中の少なくとも1つのgRNA標的部位は、ドナー鋳型のドナーカセットが組込まれる標的遺伝子座中のgRNA標的部位の逆相補体を含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ドナーカセットの5’にgRNA標的部位及びドナーカセットの3’にgRNA標的部位を有するドナーカセットを含み、ドナー鋳型中の2つのgRNA標的部位は、ドナー鋳型のドナーカセットが組込まれる標的遺伝子座中のgRNA標的部位と同じ配列を含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ドナーカセットの5’にgRNA標的部位及びドナーカセットの3’にgRNA標的部位を有するドナーカセットを含み、ドナー鋳型中の2つのgRNA標的部位は、ドナー鋳型のドナーカセットが組込まれる標的遺伝子座中のgRNA標的部位の逆相補体を含む。 In some embodiments, according to any of the donor templates described herein that include a donor cassette, the donor cassette is flanked on one or both sides by a gRNA target site. For example, such a donor template may include a donor cassette having a gRNA target site at the 5' of the donor cassette and/or a gRNA target site at the 3' of the donor cassette. In some embodiments, the donor template includes a donor cassette having a gRNA target site at the 5' of the donor cassette. In some embodiments, the donor template includes a donor cassette having a gRNA target site at the 3' of the donor cassette. In some embodiments, the donor template includes a donor cassette having a gRNA target site at the 5' of the donor cassette and a gRNA target site at the 3' of the donor cassette. In some embodiments, the donor template includes a donor cassette having a gRNA target site at the 5' of the donor cassette and a gRNA target site at the 3' of the donor cassette, where the two gRNA target sites include the same sequence. In some embodiments, the donor template comprises at least one gRNA target site, and the at least one gRNA target site in the donor template comprises the same sequence as a gRNA target site in a target locus into which the donor cassette of the donor template is integrated. In some embodiments, the donor template comprises at least one gRNA target site, and the at least one gRNA target site in the donor template comprises a reverse complement of a gRNA target site in a target locus into which the donor cassette of the donor template is integrated. In some embodiments, the donor template comprises a donor cassette having a gRNA target site at the 5' of the donor cassette and a gRNA target site at the 3' of the donor cassette, and the two gRNA target sites in the donor template comprise the same sequence as a gRNA target site in a target locus into which the donor cassette of the donor template is integrated. In some embodiments, the donor template comprises a donor cassette having a gRNA target site 5' of the donor cassette and a gRNA target site 3' of the donor cassette, and the two gRNA target sites in the donor template comprise the reverse complements of the gRNA target sites in the target locus into which the donor cassette of the donor template is integrated.
部位特異的ポリペプチド又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸
いくつかの実施形態では、ゲノム編集方法及び組成物は、従って、DNAエンドヌクレアーゼなどの部位特異的ポリペプチドをコードする核酸(又はオリゴヌクレオチド)を使用することができる。部位特異的ポリペプチドをコードする核酸配列は、DNA又はRNAであり得る。部位特異的ポリペプチドをコードする核酸配列がRNAである場合、それはgRNA配列に共有結合され得るか、又は別個の配列として存在し得る。いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチド(DNAエンドヌクレアーゼなど)は、それをコードする核酸配列の代わりに直接使用される。
Nucleic acids encoding site-specific polypeptides or DNA endonucleases In some embodiments, genome editing methods and compositions can therefore use nucleic acids (or oligonucleotides) encoding site-specific polypeptides, such as DNA endonucleases. The nucleic acid sequence encoding the site-specific polypeptide can be DNA or RNA. If the nucleic acid sequence encoding the site-specific polypeptide is RNA, it can be covalently linked to the gRNA sequence or can be present as a separate sequence. In some embodiments, the site-specific polypeptide (such as a DNA endonuclease) is used directly in place of the nucleic acid sequence encoding it.
ベクター
別の態様では、本開示は、本開示のゲノム標的化核酸をコードするヌクレオチド配列を有する核酸、本開示の部位特異的ポリペプチド、及び/又は本開示の方法の実施形態を実施するために必要な任意の核酸若しくはタンパク質性分子を提供する。いくつかの実施形態では、このような核酸は、ベクター(例えば、組換え発現ベクター)である。
Vectors In another aspect, the present disclosure provides a nucleic acid having a nucleotide sequence encoding a genome-targeting nucleic acid of the present disclosure, a site-directed polypeptide of the present disclosure, and/or any nucleic acid or proteinaceous molecule necessary to carry out an embodiment of a method of the present disclosure. In some embodiments, such a nucleic acid is a vector (e.g., a recombinant expression vector).
意図される発現ベクターには、ワクシニアウイルス、ポリオウイルス、アデノウイルス、アデノ関連ウイルス、SV40、単純ヘルペスウイルス、ヒト免疫不全ウイルス、レトロウイルスに基づくウイルスベクター(例えば、マウス白血病ウイルス、脾臓壊死ウイルス、及びラウス肉腫ウイルス、ハーベイ肉腫ウイルス、トリ白血病ウイルス、レンチウイルス、ヒト免疫不全ウイルス、骨髄増殖性肉腫ウイルス、及び乳腺腫瘍ウイルスなどのレトロウイルスに由来するベクター)及び他の組換えベクターが含まれるが、これらに限定されない。真核標的細胞のために意図される他のベクターには、ベクターpXT1、pSG5、pSVK3、pBPV、pMSG、及びpSVLSV40(Pharmacia)が含まれるが、これらに限定されない。真核標的細胞のために意図される更なるベクターには、ベクターpCTx-1、pCTx-2、及びpCTx-3が含まれるが、これらに限定されない。他のベクターは、それらが宿主細胞と適合性である限り、使用され得る。 Contemplated expression vectors include, but are not limited to, vaccinia virus, poliovirus, adenovirus, adeno-associated virus, SV40, herpes simplex virus, human immunodeficiency virus, viral vectors based on retroviruses (e.g., vectors derived from murine leukemia virus, spleen necrosis virus, and retroviruses such as Rous sarcoma virus, Harvey sarcoma virus, avian leukemia virus, lentivirus, human immunodeficiency virus, myeloproliferative sarcoma virus, and mammary tumor virus) and other recombinant vectors. Other vectors contemplated for eukaryotic target cells include, but are not limited to, vectors pXT1, pSG5, pSVK3, pBPV, pMSG, and pSVLSV40 (Pharmacia). Additional vectors contemplated for eukaryotic target cells include, but are not limited to, vectors pCTx-1, pCTx-2, and pCTx-3. Other vectors may be used so long as they are compatible with the host cell.
いくつかの実施形態では、ベクターは、1つ以上の転写及び/又は翻訳制御エレメントを有する。利用される宿主/ベクターシステムに応じて、構成的及び誘導性プロモーター、転写エンハンサーエレメント、転写ターミネーターなどを含む多数の適切な転写及び翻訳制御エレメントのいずれかを発現ベクター中に使用することができる。いくつかの実施形態では、ベクターは、ウイルス配列又はCRISPR機構の成分又は他のエレメントのいずれかを不活性化する自己不活性化ベクターである。 In some embodiments, the vector has one or more transcriptional and/or translational control elements. Depending on the host/vector system utilized, any of a number of suitable transcriptional and translational control elements can be used in the expression vector, including constitutive and inducible promoters, transcriptional enhancer elements, transcriptional terminators, and the like. In some embodiments, the vector is a self-inactivating vector that inactivates either viral sequences or components of the CRISPR machinery or other elements.
適当な真核生物プロモーター(即ち、真核細胞において機能的なプロモーター)の非限定的な例としては、サイトメガロウイルス(CMV)前初期、単純ヘルペスウイルス(HSV)チミジンキナーゼ、初期及び後期SV40、レトロウイルス由来の長い末端反復(LTR)由来のもの、ヒト伸長因子-1プロモーター(EF1)、ニワトリβ-アクチンプロモーター(CAG)に融合したサイトメガロウイルス(CMV)エンハンサーを有するハイブリッド構築物、マウス幹細胞ウイルスプロモーター(MSCV)、ホスホグリセレートキナーゼ-1遺伝子座プロモーター(PGK)、並びにマウスメタロチオネイン-Iが挙げられる。 Non-limiting examples of suitable eukaryotic promoters (i.e., promoters functional in eukaryotic cells) include cytomegalovirus (CMV) immediate early, herpes simplex virus (HSV) thymidine kinase, early and late SV40, those derived from long terminal repeats (LTRs) from retroviruses, human elongation factor-1 promoter (EF1), a hybrid construct having the cytomegalovirus (CMV) enhancer fused to the chicken β-actin promoter (CAG), mouse stem cell virus promoter (MSCV), phosphoglycerate kinase-1 locus promoter (PGK), and mouse metallothionein-I.
gRNAを含む低分子RNAを発現させるためには、例えばU6及びH1を含むRNAポリメラーゼIIIプロモーターなどのプロモーターが有利であり得る。このようなプロモーターの使用を増強するための記載及びパラメーターは、当技術分野で公知であり、更なる情報及びアプローチが定期的に記載されている;例えば、H.Ma et al.,Mol Ther Nuc Acids 3,e161(2014)doi:10.1038/mtna.2014.12を参照されたい。
For expressing small RNAs, including gRNAs, promoters such as RNA polymerase III promoters, including U6 and H1, may be advantageous. Descriptions and parameters for enhancing the use of such promoters are known in the art, and further information and approaches are regularly described; see, for example, H. Ma et al., Mol
発現ベクターはまた、翻訳開始のためのリボソーム結合部位及び転写ターミネーターを含むことができる。発現ベクターはまた、発現を増幅するための適切な配列を含み得る。発現ベクターはまた、部位特異的ポリペプチドに融合され、それにより融合タンパク質を生じる非天然タグ(例えば、ヒスチジンタグ、赤血球凝集素タグ、緑色蛍光タンパク質など)をコードするヌクレオチド配列を含み得る。 The expression vector may also contain a ribosome binding site for translation initiation and a transcription terminator. The expression vector may also contain appropriate sequences for amplifying expression. The expression vector may also contain a nucleotide sequence encoding a non-native tag (e.g., a histidine tag, a hemagglutinin tag, green fluorescent protein, etc.) that is fused to the site-specific polypeptide, thereby resulting in a fusion protein.
いくつかの実施形態では、プロモーターは、誘導性プロモーター(例えば、熱ショックプロモーター、テトラサイクリン調節プロモーター、ステロイド調節プロモーター、金属調節プロモーター、エストロゲン受容体調節プロモーターなど)である。いくつかの実施形態では、プロモーターは、構成的プロモーター(例えば、CMVプロモーター、UBCプロモーター)である。いくつかの実施形態では、プロモーターは、空間的に制限されたプロモーター及び/又は時間的に制限されたプロモーター(例えば、組織特異的プロモーター、細胞型特異的プロモーターなど)である。いくつかの実施形態では、ベクターは、宿主細胞内で発現されるべき少なくとも1つの遺伝子についてのプロモーターを有さない(ゲノム中に存在する内因性プロモーターの下で、ゲノムに挿入された後に、該遺伝子が発現されるならば)。 In some embodiments, the promoter is an inducible promoter (e.g., a heat shock promoter, a tetracycline-regulated promoter, a steroid-regulated promoter, a metal-regulated promoter, an estrogen receptor-regulated promoter, etc.). In some embodiments, the promoter is a constitutive promoter (e.g., a CMV promoter, a UBC promoter). In some embodiments, the promoter is a spatially restricted promoter and/or a temporally restricted promoter (e.g., a tissue-specific promoter, a cell type-specific promoter, etc.). In some embodiments, the vector does not have a promoter for at least one gene to be expressed in the host cell (if the gene is expressed after insertion into the genome under an endogenous promoter present in the genome).
部位特異的ポリペプチド又はDNAエンドヌクレアーゼ
NHEJ及び/又はHDRによる標的DNAの改変は、例えば、突然変異、欠失、改変、組込み、遺伝子修正、遺伝子置換、遺伝子タギング、導入遺伝子挿入、ヌクレオチド欠失、遺伝子破壊、転座及び/又は遺伝子突然変異をもたらし得る。非天然核酸をゲノムDNAに組込むプロセスは、ゲノム編集の一例である。
Modification of targeted DNA by site-specific polypeptides or DNA endonucleases NHEJ and/or HDR can result in, for example, mutations, deletions, modifications, integrations, gene corrections, gene replacements, gene tagging, transgene insertions, nucleotide deletions, gene disruptions, translocations, and/or gene mutations. The process of incorporating non-naturally occurring nucleic acids into genomic DNA is an example of genome editing.
部位特異的ポリペプチドは、DNAを切断するゲノム編集に用いられるヌクレアーゼである。部位特異的ポリペプチドは、1つ以上のポリペプチド、又はポリペプチドをコードする1つ以上のmRNAのいずれかとして、細胞又は対象に投与され得る。 Site-specific polypeptides are nucleases used in genome editing to cleave DNA. Site-specific polypeptides can be administered to a cell or subject either as one or more polypeptides or as one or more mRNAs encoding the polypeptides.
CRISPR/Cas又はCRISPR/Cpf1システムの状況において、部位特異的ポリペプチドはgRNAに結合し得、gRNAは、次いで、ポリペプチドが指向される標的DNA中の部位を特定する。本明細書のCRISPR/Cas又はCRISPR/Cpf1システムの実施形態では、部位特異的ポリペプチドはエンドヌクレアーゼ(例えば、DNAエンドヌクレアーゼ)である。 In the context of a CRISPR/Cas or CRISPR/Cpf1 system, the site-specific polypeptide can bind to a gRNA, which then identifies a site in the target DNA to which the polypeptide is directed. In embodiments of the CRISPR/Cas or CRISPR/Cpf1 systems herein, the site-specific polypeptide is an endonuclease (e.g., a DNA endonuclease).
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、複数の核酸切断(即ち、ヌクレアーゼ)ドメインを有する。2つ以上の核酸切断ドメインは、リンカーを介して一緒に連結され得る。いくつかの実施形態では、リンカーは可撓性リンカーである。リンカーは、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、30、35、40以上のアミノ酸長を有し得る。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has multiple nucleic acid cleavage (i.e., nuclease) domains. Two or more nucleic acid cleavage domains can be linked together via a linker. In some embodiments, the linker is a flexible linker. The linker can have a length of 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 30, 35, 40 or more amino acids.
天然に存在する野生型Cas9酵素は、HNHヌクレアーゼドメイン及びRuvCドメインの2つのヌクレアーゼドメインを有する。本明細書において、「Cas9」は、天然に存在するCas9及び組換えCas9の両方を指す。本明細書で意図されるCas9酵素は、HNH若しくはHNH様ヌクレアーゼドメイン、及び/又はRuvC若しくはRuvC様ヌクレアーゼドメインを有する。 Naturally occurring wild-type Cas9 enzymes have two nuclease domains: an HNH nuclease domain and a RuvC domain. As used herein, "Cas9" refers to both naturally occurring and recombinant Cas9. Cas9 enzymes contemplated herein have an HNH or HNH-like nuclease domain, and/or a RuvC or RuvC-like nuclease domain.
HNH及びHNH様ドメインは、McrA様折り畳みを有する。HNH及びHNH様ドメインは、2つの逆平行β鎖及びαヘリックスを有し、金属結合部位(例えば、二価カチオン結合部位)を有する。HNH及びHNH様ドメインは、標的核酸の1つの鎖(例えば、crRNA標的鎖の相補鎖)を切断し得る。 HNH and HNH-like domains have a McrA-like fold. HNH and HNH-like domains have two antiparallel β-strands and an α-helix and have a metal binding site (e.g., a divalent cation binding site). HNH and HNH-like domains can cleave one strand of a target nucleic acid (e.g., the complementary strand of a crRNA target strand).
RuvC及びRuvC様ドメインは、RNaseH又はRNaseH様折り畳みを有する。RuvC/RNaseHドメインは、核酸ベースの機能の多様なセットに関与し、RNA及びDNAの両方に作用する。RNaseHドメインは、複数のαヘリックスによって囲まれた5つのβ鎖を有する。RuvC/RNaseH及びRuvC/RNaseH様ドメインは、金属結合部位(例えば、二価カチオン結合部位)を有し、標的核酸の1つの鎖(例えば、二本鎖標的DNAの非相補鎖)を切断することができる。 The RuvC and RuvC-like domains have an RNaseH or RNaseH-like fold. The RuvC/RNaseH domain is involved in a diverse set of nucleic acid-based functions and acts on both RNA and DNA. The RNaseH domain has five β-strands surrounded by multiple α-helices. The RuvC/RNaseH and RuvC/RNaseH-like domains have metal binding sites (e.g., divalent cation binding sites) and can cleave one strand of a target nucleic acid (e.g., the non-complementary strand of a double-stranded target DNA).
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、野生型の例示的な部位特異的ポリペプチド(例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)からのCas9、米国特許出願公開第2014/0068797号明細書、配列番号8、又はR.Sapranauskas et al.,Nuc Acids Res(2011)39(21):9275-82)、及び他の部位特異的ポリペプチド)に対して少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも99%、又は100%のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列を有する。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has an amino acid sequence that has at least 10%, at least 15%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 99%, or 100% amino acid sequence identity to a wild-type exemplary site-directed polypeptide (e.g., Cas9 from S. pyogenes, U.S. Patent Application Publication No. 2014/0068797, SEQ ID NO:8, or R. Sapranauskas et al., Nuc Acids Res (2011) 39(21):9275-82), and other site-directed polypeptides).
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、野生型の例示的な部位特異的ポリペプチド(例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)からのCas9)のヌクレアーゼドメインに対して少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも99%、又は100%のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列を有する。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has an amino acid sequence that has at least 10%, at least 15%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 99%, or 100% amino acid sequence identity to the nuclease domain of a wild-type exemplary site-directed polypeptide (e.g., Cas9 from S. pyogenes).
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、10個の連続するアミノ酸にわたって、野生型部位特異的ポリペプチド(例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)からのCas9)に対して少なくとも70、75、80、85、90、95、97、99、又は100%の同一性を有するDNAエンドヌクレアーゼである。いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、10個の連続するアミノ酸にわたって、野生型部位特異的ポリペプチドに対して最大で70、75、80、85、90、95、97、99、又は100%の同一性を有する。いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、部位特異的ポリペプチドのHNHヌクレアーゼドメイン中の10個の連続するアミノ酸にわたって、野生型部位特異的ポリペプチドに対して少なくとも70、75、80、85、90、95、97、99、又は100%の同一性を有する。いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、部位特異的ポリペプチドのHNHヌクレアーゼドメイン中の10個の連続するアミノ酸にわたって、野生型部位特異的ポリペプチドに対して最大で70、75、80、85、90、95、97、99、又は100%の同一性を有する。いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、部位特異的ポリペプチドのRuvCヌクレアーゼドメイン中の10個の連続するアミノ酸にわたって、野生型部位特異的ポリペプチドに対して少なくとも70、75、80、85、90、95、97、99、又は100%の同一性を有する。いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、部位特異的ポリペプチドのRuvCヌクレアーゼドメイン中の10個の連続するアミノ酸にわたって、野生型部位特異的ポリペプチドに対して最大で70、75、80、85、90、95、97、99、又は100%の同一性を有する。 In some embodiments, the site-directed polypeptide is a DNA endonuclease having at least 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 99, or 100% identity to a wild-type site-directed polypeptide (e.g., Cas9 from S. pyogenes) over 10 consecutive amino acids. In some embodiments, the site-directed polypeptide has up to 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 99, or 100% identity to a wild-type site-directed polypeptide over 10 consecutive amino acids. In some embodiments, the site-directed polypeptide has at least 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 99, or 100% identity to a wild-type site-directed polypeptide over 10 consecutive amino acids in the HNH nuclease domain of the site-directed polypeptide. In some embodiments, the site-directed polypeptide has at most 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 99, or 100% identity to the wild-type site-directed polypeptide over 10 consecutive amino acids in the HNH nuclease domain of the site-directed polypeptide. In some embodiments, the site-directed polypeptide has at least 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 99, or 100% identity to the wild-type site-directed polypeptide over 10 consecutive amino acids in the RuvC nuclease domain of the site-directed polypeptide. In some embodiments, the site-directed polypeptide has at most 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 99, or 100% identity to the wild-type site-directed polypeptide over 10 consecutive amino acids in the RuvC nuclease domain of the site-directed polypeptide.
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、野生型の例示的な部位特異的ポリペプチドの改変形態を有する。野生型の例示的部位特異的ポリペプチドの改変形態は、部位特異的ポリペプチドの核酸切断活性を低下させる突然変異を有する。いくつかの実施形態では、野生型の例示的な部位特異的ポリペプチドの改変形態は、野生型の例示的な部位特異的ポリペプチドの核酸切断活性の90%未満、80%未満、70%未満、60%未満、50%未満、40%未満、30%未満、20%未満、10%未満、5%未満、又は1%未満を有する。部位特異的ポリペプチドの改変形態は、実質的な核酸切断活性を有さないことができる。部位特異的ポリペプチドが実質的な核酸切断活性を有さない改変形態である場合、これは本明細書で「酵素的に不活性」と称される。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has a modified form of a wild-type exemplary site-directed polypeptide. The modified form of the wild-type exemplary site-directed polypeptide has a mutation that reduces the nucleic acid cleavage activity of the site-directed polypeptide. In some embodiments, the modified form of the wild-type exemplary site-directed polypeptide has less than 90%, less than 80%, less than 70%, less than 60%, less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, less than 5%, or less than 1% of the nucleic acid cleavage activity of the wild-type exemplary site-directed polypeptide. The modified form of the site-directed polypeptide can have no substantial nucleic acid cleavage activity. When the site-directed polypeptide is a modified form that does not have substantial nucleic acid cleavage activity, it is referred to herein as "enzymatically inactive."
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドの改変形態は、(例えば、二本鎖標的核酸の糖-リン酸骨格の1つのみを切断することによって)標的核酸上に一本鎖切断(SSB)を誘導することができるような突然変異を有する。いくつかの実施形態では、突然変異は、野生型部位特異的ポリペプチド(例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes)由来のCas9)の複数の核酸切断ドメインの1つ以上において、核酸切断活性の90%未満、80%未満、70%未満、60%未満、50%未満、40%未満、30%未満、20%未満、10%未満、5%未満、又は1%未満をもたらす。いくつかの実施形態では、突然変異は、標的核酸の相補鎖を切断する能力を保持するが、標的核酸の非相補鎖を切断する能力を低下させる、複数の核酸切断ドメインのうちの1つ以上をもたらす。いくつかの実施形態では、突然変異は、標的核酸の非相補鎖を切断する能力を保持するが、標的核酸の相補鎖を切断する能力を低下させる、複数の核酸切断ドメインのうちの1つ以上をもたらす。例えば、野生型の例示的な化膿レンサ球菌(S.pyogenes)Cas9ポリペプチド中の残基(例えば、Asp10、His840、Asn854及びAsn856)を突然変異させて、複数の核酸切断ドメイン(例えば、ヌクレアーゼドメイン)のうちの1つ以上を不活性化する。いくつかの実施形態では、突然変異されるべき残基は、野生型の例示的な化膿レンサ球菌(S.pyogenes)Cas9ポリペプチド中の残基Asp10、His840、Asn854及びAsn856に対応する(例えば、配列及び/又は構造アラインメントによって決定されるように)。突然変異の非限定的な例としては、D10A、H840A、N854A及びN856Aが挙げられる。当業者は、アラニン置換以外の突然変異が適切であることを認識するであろう。 In some embodiments, the modified form of the site-directed polypeptide has a mutation such that it is capable of inducing a single-stranded break (SSB) on the target nucleic acid (e.g., by cleaving only one of the sugar-phosphate backbones of a double-stranded target nucleic acid). In some embodiments, the mutation results in less than 90%, less than 80%, less than 70%, less than 60%, less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, less than 5%, or less than 1% of the nucleic acid cleavage activity in one or more of the multiple nucleic acid cleavage domains of a wild-type site-directed polypeptide (e.g., Cas9 from S. pyogenes). In some embodiments, the mutation results in one or more of the multiple nucleic acid cleavage domains retaining the ability to cleave a complementary strand of the target nucleic acid but reducing the ability to cleave a non-complementary strand of the target nucleic acid. In some embodiments, the mutation results in one or more of the nucleic acid cleavage domains retaining the ability to cleave a non-complementary strand of the target nucleic acid, but reducing the ability to cleave a complementary strand of the target nucleic acid. For example, residues (e.g., Asp10, His840, Asn854, and Asn856) in a wild-type exemplary S. pyogenes Cas9 polypeptide are mutated to inactivate one or more of the nucleic acid cleavage domains (e.g., nuclease domains). In some embodiments, the residues to be mutated correspond to residues Asp10, His840, Asn854, and Asn856 in a wild-type exemplary S. pyogenes Cas9 polypeptide (e.g., as determined by sequence and/or structural alignment). Non-limiting examples of mutations include D10A, H840A, N854A, and N856A. Those skilled in the art will recognize that mutations other than alanine substitutions are suitable.
いくつかの実施形態では、D10A突然変異を、H840A、N854A、又はN856A突然変異の1つ以上と組み合わせて、DNA切断活性を実質的に欠く部位特異的ポリペプチドを生成する。いくつかの実施形態では、H840A突然変異をD10A、N854A、又はN856A突然変異の1つ以上と組み合わせて、DNA切断活性を実質的に欠く部位特異的ポリペプチドを生成する。いくつかの実施形態では、N854A突然変異を、H840A、D10A、又はN856A突然変異の1つ以上と組み合わせて、DNA切断活性を実質的に欠く部位特異的ポリペプチドを生成する。いくつかの実施形態では、N856A突然変異を、H840A、N854A、又はD10A突然変異の1つ以上と組み合わせて、DNA切断活性を実質的に欠く部位特異的ポリペプチドを生成する。1つの実質的に不活性なヌクレアーゼドメインを有する部位特異的ポリペプチドは、「ニッカーゼ」と称される。 In some embodiments, the D10A mutation is combined with one or more of the H840A, N854A, or N856A mutations to generate a site-directed polypeptide that substantially lacks DNA cleavage activity. In some embodiments, the H840A mutation is combined with one or more of the D10A, N854A, or N856A mutations to generate a site-directed polypeptide that substantially lacks DNA cleavage activity. In some embodiments, the N854A mutation is combined with one or more of the H840A, D10A, or N856A mutations to generate a site-directed polypeptide that substantially lacks DNA cleavage activity. In some embodiments, the N856A mutation is combined with one or more of the H840A, N854A, or D10A mutations to generate a site-directed polypeptide that substantially lacks DNA cleavage activity. Site-directed polypeptides with one substantially inactive nuclease domain are referred to as "nickases."
いくつかの実施形態では、RNA誘導エンドヌクレアーゼ、例えばCas9の変異体を使用して、CRISPR媒介ゲノム編集の特異性を増加させることができる。野生型Cas9は、一般に、標的配列(内因性ゲノム遺伝子座など)中の特定の約20ヌクレオチド配列とハイブリダイズするように設計された単一のガイドRNAによって誘導される。しかしながら、ガイドRNAと標的遺伝子座との間にいくつかのミスマッチを許容することができ、標的部位における必要な相同性の長さを、例えばわずか13ntの相同性まで効果的に減少させ、それによって、標的ゲノムの他の場所におけるCRISPR/Cas9複合体による結合及び二本鎖核酸切断-オフターゲット切断としても知られる-の潜在力の上昇をもたらす。Cas9のニッカーゼ変異体は、各々、一方の鎖のみを切断するので、二本鎖切断をつくるためには、一対のニッカーゼが標的核酸の近接及び反対側の鎖に結合する必要があり、それによって二本鎖切断に相当する一対のニックをつくる。そのためには、2つの別々のgRNA(各ニッカーゼにつき1つ)が標的核酸の近接及び反対側の鎖に結合しなければならない。この要求は、二本鎖切断が起こるために必要な最小限の相同性の長さを本質的に倍増させ、それによって二本鎖切断事象がゲノムの他の場所で起こる可能性を低下させ、ここで2つのgRNA部位(存在する場合)は、二本鎖切断が起こることを可能にするように互いに十分近い可能性が低い。当技術分野で記載されているように、NHEJに対してHDRを促進するために、ニッカーゼを使用することもできる。HDRは、所望の変化を効果的に媒介する特定のドナー配列の使用を通じて、ゲノム中の標的部位に選択された変化を導入するために使用され得る。遺伝子編集において使用するためのCRISPR/Casシステムの記載は、例えば、国際特許出願国際公開第2013/176772号パンフレット、J.D.Sander et al.,Nature Biotech(2014)32:347-55、及びそこに引用される参考文献に見出され得る。 In some embodiments, RNA-guided endonucleases, such as mutants of Cas9, can be used to increase the specificity of CRISPR-mediated genome editing. Wild-type Cas9 is generally guided by a single guide RNA designed to hybridize to a specific ~20 nucleotide sequence in a target sequence (such as an endogenous genomic locus). However, some mismatches between the guide RNA and the target locus can be tolerated, effectively reducing the length of homology required at the target site, for example to as little as 13 nt of homology, thereby increasing the potential for binding and double-stranded nucleic acid cleavage by the CRISPR/Cas9 complex elsewhere in the target genome - also known as off-target cleavage. Because the nickase mutants of Cas9 each cleave only one strand, to create a double-stranded break, a pair of nickases must bind to adjacent and opposite strands of the target nucleic acid, thereby creating a pair of nicks that correspond to a double-stranded break. To do this, two separate gRNAs (one for each nickase) must bind to adjacent and opposite strands of the target nucleic acid. This requirement essentially doubles the minimum length of homology required for a double-stranded break to occur, thereby reducing the likelihood that a double-stranded break event will occur elsewhere in the genome where the two gRNA sites (if present) are unlikely to be close enough to each other to allow a double-stranded break to occur. Nickases can also be used to promote HDR versus NHEJ, as described in the art. HDR can be used to introduce selected changes at target sites in the genome through the use of specific donor sequences that effectively mediate the desired changes. Descriptions of CRISPR/Cas systems for use in gene editing can be found, for example, in International Patent Application WO 2013/176772, J. D. Sander et al., Nature Biotech (2014) 32:347-55, and references cited therein.
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチド(例えば、変異体、突然変異体、酵素的に不活性な及び/又は条件的に酵素的に不活性な部位特異的ポリペプチド)は、核酸を標的とする。いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、DNAを標的とする。いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、RNAを標的とする。 In some embodiments, the site-directed polypeptide (e.g., a mutant, mutated, enzymatically inactive, and/or conditionally enzymatically inactive site-directed polypeptide) targets a nucleic acid. In some embodiments, the site-directed polypeptide targets a DNA. In some embodiments, the site-directed polypeptide targets an RNA.
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、1つ以上の非天然配列を有する(例えば、部位特異的ポリペプチドは、融合タンパク質である)。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has one or more non-native sequences (e.g., the site-directed polypeptide is a fusion protein).
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、細菌(例えば、化膿レンサ球菌(S.pyogenes))由来のCas9に対して少なくとも15%のアミノ酸同一性を有するアミノ酸配列、核酸結合ドメイン、及び2つの核酸切断ドメイン(例えば、HNHドメイン及びRuvCドメイン)を有する。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has an amino acid sequence having at least 15% amino acid identity to Cas9 from a bacterium (e.g., S. pyogenes), a nucleic acid binding domain, and two nucleic acid cleavage domains (e.g., an HNH domain and a RuvC domain).
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、細菌由来のCas9に対して少なくとも15%のアミノ酸同一性を有するアミノ酸配列、及び2つの核酸切断ドメイン(即ち、HNHドメイン及びRuvCドメイン)を有する。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has an amino acid sequence having at least 15% amino acid identity to a bacterial Cas9 and two nucleic acid cleavage domains (i.e., an HNH domain and a RuvC domain).
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、細菌由来のCas9に対して少なくとも15%のアミノ酸同一性を有するアミノ酸配列、及び2つの核酸切断ドメインを有し、ここで核酸切断ドメインの一方又は両方は、細菌由来のCas9由来のヌクレアーゼドメインに対して少なくとも50%のアミノ酸同一性を有する。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has an amino acid sequence having at least 15% amino acid identity to a bacterial Cas9 and two nucleic acid cleavage domains, where one or both of the nucleic acid cleavage domains have at least 50% amino acid identity to a nuclease domain from a bacterial Cas9.
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、細菌由来のCas9に対して少なくとも15%のアミノ酸同一性を有するアミノ酸配列、2つの核酸切断ドメイン(例えば、HNHドメイン及びRuvCドメイン)、及び非天然配列(例えば、核局在化シグナル)又は部位特異的ポリペプチドを非天然配列に連結するリンカーを有する。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has an amino acid sequence having at least 15% amino acid identity to a bacterial Cas9, two nucleic acid cleavage domains (e.g., an HNH domain and a RuvC domain), and a non-native sequence (e.g., a nuclear localization signal) or a linker connecting the site-directed polypeptide to the non-native sequence.
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、細菌由来のCas9に対して少なくとも15%のアミノ酸同一性を有するアミノ酸配列、及び2つの核酸切断ドメイン(例えば、HNHドメイン及びRuvCドメイン)を有し、部位特異的ポリペプチドは、ヌクレアーゼドメインの切断活性を少なくとも50%低下させる、核酸切断ドメインの一方又は両方における突然変異を有する。 In some embodiments, the site-directed polypeptide has an amino acid sequence that has at least 15% amino acid identity to a bacterial Cas9 and two nucleic acid cleavage domains (e.g., an HNH domain and a RuvC domain), and the site-directed polypeptide has a mutation in one or both of the nucleic acid cleavage domains that reduces the cleavage activity of the nuclease domain by at least 50%.
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、細菌由来のCas9に対して少なくとも15%のアミノ酸同一性を有するアミノ酸配列、及び2つの核酸切断ドメイン(例えば、HNHドメイン及びRuvCドメイン)を有し、ヌクレアーゼドメインの1つは、アスパラギン酸10の突然変異を有し、及び/又はヌクレアーゼドメインの1つは、ヒスチジン840の突然変異を有し、突然変異は、ヌクレアーゼドメインの切断活性を少なくとも50%低下させる。
In some embodiments, the site-directed polypeptide has an amino acid sequence having at least 15% amino acid identity to a bacterial Cas9 and two nucleic acid cleavage domains (e.g., an HNH domain and a RuvC domain), one of the nuclease domains having a mutation at
いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼのような1つ以上の部位特異的ポリペプチドは、ゲノム中の特定の遺伝子座において1つの二本鎖切断を共にもたらす2つのニッカーゼ、又はゲノム中の特定の遺伝子座において2つの二本鎖切断を共にもたらす4つのニッカーゼを含む。或いは、1つの部位特異的ポリペプチドは、ゲノム中の特定の遺伝子座において1つの二本鎖切断に影響を及ぼす。 In some embodiments, one or more site-specific polypeptides, such as DNA endonucleases, include two nickases that together create one double-stranded break at a specific locus in the genome, or four nickases that together create two double-stranded breaks at a specific locus in the genome. Alternatively, one site-specific polypeptide affects one double-stranded break at a specific locus in the genome.
いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドが、ゲノムを編集するために使用され得る。このような実施形態のいくつかでは、部位特異的ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドは、目的の標的DNAを含む細胞における発現について、当技術分野で公知の方法に従ってコドン最適化される。例えば、意図される標的核酸がヒト細胞内にある場合、Cas9をコードするヒトコドン最適化ポリヌクレオチドを使用して、Cas9ポリペプチドを産生し得る。 In some embodiments, a polynucleotide encoding a site-directed polypeptide may be used to edit a genome. In some such embodiments, the polynucleotide encoding the site-directed polypeptide is codon-optimized according to methods known in the art for expression in a cell containing the target DNA of interest. For example, if the intended target nucleic acid is in a human cell, a human codon-optimized polynucleotide encoding Cas9 may be used to produce the Cas9 polypeptide.
以下は、本開示の実施形態において使用され得る部位特異的ポリペプチドのいくつかの例を提供する。 The following provide some examples of site-specific polypeptides that may be used in embodiments of the present disclosure:
CRISPRエンドヌクレアーゼシステム
CRISPR(クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats))ゲノム遺伝子座は、多くの原核生物(例えば、細菌及び古細菌)のゲノム中に見出すことができる。原核生物では、CRISPR遺伝子座はウイルス及びファージなどの外来の侵入者から原核生物を防御するのを助ける免疫システムの一種として機能する生成物をコードしている。CRISPR遺伝子座機能には、3つの段階が存在する:CRISPR遺伝子座への新しい配列の組込み、CRISPR RNA(crRNA)の発現、及び外来侵入者核酸のサイレンシング。5種のCRISPRシステム(例えば、I型、II型、III型、U型、及びV型)が同定されている。
CRISPR endonuclease system CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) genomic loci can be found in the genomes of many prokaryotes (e.g., bacteria and archaea). In prokaryotes, CRISPR loci code for products that function as a type of immune system that helps defend prokaryotes against foreign invaders such as viruses and phages. There are three stages of CRISPR locus function: integration of new sequences into the CRISPR locus, expression of CRISPR RNA (crRNA), and silencing of foreign invader nucleic acids. Five types of CRISPR systems (e.g., type I, type II, type III, type U, and type V) have been identified.
CRISPR遺伝子座は、「反復配列」と称される多数の短い反復する配列を含む。発現されると、反復配列は二次ヘアピン構造(例えば、ヘアピン)を形成し、及び/又は、構造化されていない一本鎖配列を有することができる。反復配列は、通常、クラスターで生じ、しばしば種間で分岐する。反復配列は、「スペーサー」と称される特有の介在配列で規則的に間隔が空けられ、反復配列-スペーサー-反復配列の遺伝子座構造を生じる。スペーサーは、既知の外来侵入者配列と同一であるか、又は高い相同性を有する。スペーサー-反復配列ユニットはcrRNAをコードし、これはスペーサー-反復配列ユニットの成熟形態にプロセシングされる。crRNAは、標的核酸(原核生物において天然に存在する形態における、スペーサー配列は外来侵入者核酸を標的とする)の標的化に関与する「シード」又はスペーサー配列を有する。スペーサー配列は、crRNAの5’又は3’末端に位置する。 The CRISPR locus contains many short repeating sequences called "repeats". When expressed, the repeats can form secondary hairpin structures (e.g. hairpins) and/or have unstructured single-stranded sequences. The repeats usually occur in clusters and often diverge between species. The repeats are regularly spaced with unique intervening sequences called "spacers", resulting in a repeat-spacer-repeat locus structure. The spacers are identical or highly homologous to known foreign invader sequences. The spacer-repeat units encode the crRNA, which is processed into the mature form of the spacer-repeat units. The crRNA has a "seed" or spacer sequence that is involved in targeting the target nucleic acid (in its naturally occurring form in prokaryotes, the spacer sequence targets the foreign invader nucleic acid). The spacer sequence is located at the 5' or 3' end of the crRNA.
CRISPR遺伝子座はまた、CRISPR関連(Cas)遺伝子をコードするポリヌクレオチド配列を有する。Cas遺伝子は、原核生物における生合成及びcrRNA機能の干渉段階に関与するエンドヌクレアーゼをコードする。いくつかのCas遺伝子は、相同な二次構造及び/又は三次構造を有する。 The CRISPR locus also contains polynucleotide sequences encoding CRISPR-associated (Cas) genes. Cas genes encode endonucleases involved in the biosynthesis and interference steps of crRNA function in prokaryotes. Some Cas genes have homologous secondary and/or tertiary structures.
II型CRISPRシステム
自然界のII型CRISPRシステムにおけるcrRNA生合成には、トランス活性化CRISPR RNA(tracrRNA)が必要である。tracrRNAは、内因性のRNaseIIIによって改変され、その後、プレcrRNAアレイ中のcrRNA反復配列にハイブリダイズする。内因性のRNaseIIIがリクルートされて、プレcrRNAを切断する。切断されたcrRNAは、エキソリボヌクレアーゼトリミングに供されて成熟crRNA形態(例えば、5’トリミング)が生成される。tracrRNAはcrRNAにハイブリダイズしたままであり、tracrRNA及びcrRNAは、部位特異的ポリペプチド(例えば、Cas9)と結合する。crRNA-tracrRNA-Cas9複合体のcrRNAは、crRNAがハイブリダイズできる標的核酸に複合体を誘導する。crRNAの標的核酸へのハイブリダイゼーションは、標的核酸切断のためにCas9を活性化する。II型CRISPRシステムにおける標的核酸は、プロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)と称される。本質的に、PAMは、標的核酸への部位特異的ポリペプチド(例えば、Cas9)の結合を容易にするために必須である。II型システム(Nmeni又はCASS4とも称される)は、II-A型(CASS4)及びII-B型(CASS4a)に更に細分される。M.Jinek et al.,前出は、CRISPR/Cas9システムがRNAプログラマブルゲノム編集に有用であることを報告し、国際特許出願国際公開第2013/176772号パンフレットは、部位特異的遺伝子編集のためのCRISPR/Casエンドヌクレアーゼシステムの多数の例及び適用を提供している。
Type II CRISPR Systems In natural Type II CRISPR systems, crRNA biogenesis requires a trans-activated CRISPR RNA (tracrRNA). The tracrRNA is modified by endogenous RNaseIII and then hybridizes to the crRNA repeats in the pre-crRNA array. Endogenous RNaseIII is recruited to cleave the pre-crRNA. The cleaved crRNA is subjected to exoribonuclease trimming to generate the mature crRNA form (e.g., 5' trimming). The tracrRNA remains hybridized to the crRNA, and the tracrRNA and crRNA bind to a site-directed polypeptide (e.g., Cas9). The crRNA of the crRNA-tracrRNA-Cas9 complex guides the complex to a target nucleic acid to which the crRNA can hybridize. Hybridization of crRNA to the target nucleic acid activates Cas9 for target nucleic acid cleavage. The target nucleic acid in the type II CRISPR system is referred to as a protospacer adjacent motif (PAM). Essentially, the PAM is essential to facilitate the binding of a site-specific polypeptide (e.g., Cas9) to the target nucleic acid. Type II systems (also referred to as Nmeni or CASS4) are further subdivided into type II-A (CASS4) and type II-B (CASS4a). M. Jinek et al., supra, reported that the CRISPR/Cas9 system is useful for RNA programmable genome editing, and International Patent Application WO 2013/176772 provides numerous examples and applications of the CRISPR/Cas endonuclease system for site-specific gene editing.
V型CRISPRシステム
V型CRISPRシステムは、II型システムといくつかの重要な相違を有する。例えば、Cpf1は、II型システムとは対照的に、tracrRNAを欠く単一のRNA誘導エンドヌクレアーゼである。実際、Cpf1関連CRISPRアレイは、更なるトランス活性化tracrRNAを必要とせずに、成熟crRNAにプロセシングされる。V型CRISPRアレイは、42~44ヌクレオチド長の短い成熟crRNAにプロセシングされ、各成熟crRNAは、19ヌクレオチドの直接反復から始まり、続いて23~25ヌクレオチドのスペーサー配列である。対照的に、II型システムにおける成熟crRNAは、20~24ヌクレオチドのスペーサー配列から始まり、続いて約22ヌクレオチドの直接反復である。また、Cpf1は、Cpf1-crRNA複合体が短いTリッチPAMが先行する標的DNAを効率的に切断するように、Tリッチプロトスペーサー隣接モチーフを利用し、これはII型システムの標的DNAに続くGリッチPAMとは対照的である。従って、V型システムは、PAMから離れた点で切断し、一方、II型システムは、PAMに隣接する点で切断する。更に、II型システムとは対照的に、Cpf1は、4又は5ヌクレオチドの5’オーバーハングを有するねじれ型DNA二本鎖切断を介してDNAを切断する。II型システムは、平滑二本鎖切断を介して切断する。II型システムと同様に、Cpf1は、予想されるRuvC様エンドヌクレアーゼドメインを含むが、II型システムとは対照的に、第2のHNHエンドヌクレアーゼドメインを欠く。
Type V CRISPR system Type V CRISPR system has some important differences from type II system. For example, Cpf1 is a single RNA-guided endonuclease that lacks tracrRNA, in contrast to type II system. In fact, Cpf1-associated CRISPR arrays are processed into mature crRNAs without the need for additional transactivating tracrRNA. Type V CRISPR arrays are processed into short mature crRNAs of 42-44 nucleotides in length, each mature crRNA starting with a 19-nucleotide direct repeat followed by a 23-25 nucleotide spacer sequence. In contrast, mature crRNAs in type II systems start with a 20-24 nucleotide spacer sequence followed by about 22 nucleotide direct repeats. Cpf1 also utilizes a T-rich protospacer adjacent motif such that the Cpf1-crRNA complex efficiently cleaves target DNA preceded by a short T-rich PAM, in contrast to the G-rich PAM that follows the target DNA in type II systems. Thus, type V systems cleave at a point distal to the PAM, whereas type II systems cleave at a point adjacent to the PAM. Furthermore, in contrast to type II systems, Cpf1 cleaves DNA via a staggered DNA double-strand break with a 4- or 5-nucleotide 5' overhang. Type II systems cleave via a blunt double-strand break. Like type II systems, Cpf1 contains a predicted RuvC-like endonuclease domain, but in contrast to type II systems, it lacks a second HNH endonuclease domain.
Cas遺伝子/ポリペプチド及びプロトスペーサー隣接モチーフ
例示的なCRISPR/Casポリペプチドは、I.Fonfara et al.,Nucleic Acids Res.(2014)42:2577-90の図1におけるCas9ポリペプチドを含む。CRISPR/Cas遺伝子命名システムは、Cas遺伝子が発見されて以来、広範な書き換えを行っている。Fonfara(前出)の図5は、異なる種由来のCas9ポリペプチドのPAM配列を提供する。
Cas Genes/Polypeptides and Protospacer Adjacent Motifs Exemplary CRISPR/Cas polypeptides include the Cas9 polypeptide in Figure 1 of I. Fonfara et al., Nucleic Acids Res. (2014) 42:2577-90. The CRISPR/Cas gene nomenclature system has undergone extensive rewriting since the discovery of Cas genes. Figure 5 of Fonfara (supra) provides the PAM sequences of Cas9 polypeptides from different species.
ゲノム標的化核酸と部位特異的ポリペプチドの複合体
ゲノム標的化核酸は、部位特異的ポリペプチド(例えば、Cas9などの核酸誘導ヌクレアーゼ)と相互作用し、それによって複合体を形成する。ゲノム標的化核酸(例えば、gRNA)は、部位特異的ポリペプチドを標的核酸に誘導する。
A genome-targeting nucleic acid interacts with a site-specific polypeptide (e.g., a nucleic acid-guided nuclease such as Cas9) to form a complex. The genome-targeting nucleic acid (e.g., a gRNA) guides the site-specific polypeptide to the target nucleic acid.
先に述べたように、いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチド及びゲノム標的化核酸は、各々、細胞又は対象に別々に投与することができる。いくつかの実施形態では、部位特異的ポリペプチドは、1つ以上のガイドRNA、又は1つ以上のcrRNA(tracrRNAと共に)と予め複合体化され得る。次いで、予め複合体化された材料は、細胞又は対象に投与され得る。このような予め複合体化された材料は、リボ核タンパク質粒子(RNP)として知られている。 As previously mentioned, in some embodiments, the site-specific polypeptide and the genome-targeting nucleic acid can each be administered separately to a cell or subject. In some embodiments, the site-specific polypeptide can be pre-complexed with one or more guide RNAs, or one or more crRNAs (along with a tracrRNA). The pre-complexed material can then be administered to a cell or subject. Such pre-complexed material is known as a ribonucleoprotein particle (RNP).
ゲノム編集のためのシステム
ゲノム編集、特に、合成FVIIIコード配列を細胞のゲノムに挿入するためのシステムが本明細書に提供される。このシステムは、例えば細胞のゲノムを編集するため、及び対象(例えば、血友病Aを有する対象)を処置するために、本明細書に記載される方法において使用され得る。
Systems for Genome Editing Provided herein are systems for genome editing, in particular for inserting a synthetic FVIII coding sequence into the genome of a cell. The systems can be used in the methods described herein, for example, to edit the genome of a cell and to treat a subject, e.g., a subject with hemophilia A.
いくつかの実施形態では、(a)DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;(b)細胞のゲノム中のアルブミン遺伝子座を標的とするgRNA;及び(c)合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型を含むシステムが本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、gRNAは、アルブミン遺伝子のイントロン1を標的とする。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号271~298のいずれか1つからのスペーサー配列を含む。
In some embodiments, provided herein is a system that includes a donor template that includes (a) a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease; (b) a gRNA that targets an albumin locus in the genome of a cell; and (c) a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein. In some embodiments, the gRNA targets
いくつかの実施形態では、(a)デオキシリボ核酸(DNA)エンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;(b)配列番号271~298のいずれか1つからのスペーサー配列を含むガイドRNA(gRNA);及び(c)合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型を含むシステムが本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274、275、281及び283のいずれか1つからのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号275からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号281からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号283からのスペーサー配列を含む。 In some embodiments, provided herein is a system that includes: (a) a nucleic acid encoding a deoxyribonucleic acid (DNA) endonuclease or a DNA endonuclease; (b) a guide RNA (gRNA) that includes a spacer sequence from any one of SEQ ID NOs: 271-298; and (c) a donor template that includes a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein. In some embodiments, the gRNA includes a spacer sequence from any one of SEQ ID NOs: 274, 275, 281, and 283. In some embodiments, the gRNA includes a spacer sequence from SEQ ID NO: 274. In some embodiments, the gRNA includes a spacer sequence from SEQ ID NO: 275. In some embodiments, the gRNA includes a spacer sequence from SEQ ID NO: 281. In some embodiments, the gRNA includes a spacer sequence from SEQ ID NO: 283.
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるシステムのいずれかによれば、DNAエンドヌクレアーゼは、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9(Csn1及びCsx12としても知られる)、Cas100、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4、又はCpf1エンドヌクレアーゼ、又はそれらの機能的等価物からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、Cas9である。いくつかの実施形態では、Cas9は、化膿レンサ球菌(Streptococcus pyogenes)(spCas9)由来である。いくつかの実施形態では、Cas9は、スタフィロコッカス・ルグドゥネンシス(Staphylococcus lugdunensis)(SluCas9)由来である。 In some embodiments, according to any of the systems described herein, the DNA endonuclease is selected from the group consisting of Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9 (also known as Csn1 and Csx12), Cas100, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1, Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csn In some embodiments, the DNA endonuclease is selected from the group consisting of: 2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cmr1, Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx17, Csx14, Csx10, Csx16, CsaX, Csx3, Csx1, Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, Csf4, or Cpf1 endonuclease, or a functional equivalent thereof. In some embodiments, the DNA endonuclease is Cas9. In some embodiments, the Cas9 is from Streptococcus pyogenes (spCas9). In some embodiments, Cas9 is derived from Staphylococcus lugdunensis (SluCas9).
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるシステムのいずれかによれば、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列は、宿主細胞における発現のためにコドン最適化される。いくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列は、ヒト細胞における発現のためにコドン最適化される。 In some embodiments, according to any of the systems described herein, the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is codon-optimized for expression in a host cell. In some embodiments, the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is codon-optimized for expression in a human cell.
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるシステムのいずれかによれば、システムは、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸を含む。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、宿主細胞における発現のためにコドン最適化される。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、ヒト細胞における発現のためにコドン最適化される。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNAプラスミドなどのDNAである。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、mRNAなどのRNAである。 In some embodiments, according to any of the systems described herein, the system includes a nucleic acid encoding a DNA endonuclease. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is codon optimized for expression in a host cell. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is codon optimized for expression in a human cell. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is DNA, such as a DNA plasmid. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is RNA, such as an mRNA.
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるシステムのいずれかによれば、ドナー鋳型は、AAVベクターにコードされる。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、合成FVIIIコード配列を含むドナーカセットを含み、ドナーカセットは、gRNA標的部位が片側又は両側に隣接する。いくつかの実施形態では、ドナーカセットは、gRNA標的部位が両側に隣接する。いくつかの実施形態では、gRNA標的部位は、システムにおけるgRNAの標的部位である。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型のgRNA標的部位は、システムにおけるgRNAに対する細胞ゲノムgRNA標的部位の逆相補体である。 In some embodiments, according to any of the systems described herein, the donor template is encoded by an AAV vector. In some embodiments, the donor template includes a donor cassette that includes a synthetic FVIII coding sequence, and the donor cassette is flanked on one or both sides by gRNA target sites. In some embodiments, the donor cassette is flanked on both sides by gRNA target sites. In some embodiments, the gRNA target site is a target site of a gRNA in the system. In some embodiments, the gRNA target site of the donor template is the reverse complement of a cellular genomic gRNA target site for the gRNA in the system.
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるシステムのいずれかによれば、DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、リポソーム又は脂質ナノ粒子中に処方される。いくつかの実施形態では、リポソーム又は脂質ナノ粒子はまた、gRNAを含む。いくつかの実施形態では、リポソーム又は脂質ナノ粒子は、脂質ナノ粒子である。いくつかの実施形態では、システムは、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸及びgRNAを含む脂質ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNAエンドヌクレアーゼをコードするmRNAである。 In some embodiments, according to any of the systems described herein, the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease is formulated in a liposome or lipid nanoparticle. In some embodiments, the liposome or lipid nanoparticle also comprises a gRNA. In some embodiments, the liposome or lipid nanoparticle is a lipid nanoparticle. In some embodiments, the system comprises a lipid nanoparticle comprising a nucleic acid encoding the DNA endonuclease and a gRNA. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is an mRNA encoding the DNA endonuclease.
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるシステムのいずれかによれば、DNAエンドヌクレアーゼはgRNAと複合体化され、RNP複合体を形成する。 In some embodiments, according to any of the systems described herein, the DNA endonuclease is complexed with the gRNA to form an RNP complex.
ゲノム編集の方法
ゲノム編集、特に、その合成FVIIIタンパク質を細胞のゲノムに挿入する方法が本明細書に提供される。この方法は、対象(例えば、血友病Aを有する患者)を処置するために使用され得、このような場合、細胞は、対象又は別個のドナーから単離され得る。次いで、細胞の染色体DNAを、本明細書に記載される材料及び方法を用いて編集する。
Methods of Genome Editing Provided herein are methods of genome editing, in particular, inserting the synthetic FVIII protein into the genome of a cell. This method can be used to treat a subject (e.g., a patient with hemophilia A), in which case the cells can be isolated from the subject or a separate donor. The chromosomal DNA of the cells is then edited using the materials and methods described herein.
合成FVIIIコード配列をゲノムにノックインする方法を本明細書に提供する。一態様において、本開示は、合成FVIIIコード配列の核酸配列、即ち、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列の、細胞のゲノムへの挿入を提供する。合成FVIIIタンパク質は、野生型FVIIIタンパク質の実質的な活性、例えば、野生型FVIIIタンパク質が示す活性の少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約95%又は約100%を有するペプチドを含むことができる。いくつかの実施形態では、当業者は、化合物(例えば、ペプチド又はタンパク質)の機能性又は活性を試験するために、当技術分野で公知の多数の方法を使用することができる。いくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質はまた、野生型FVIIIタンパク質の任意の断片、又は全長野生型FVIIIタンパク質中の1つ以上のアミノ酸残基に保存的改変を有する改変FVIIIタンパク質の断片を含み得る。いくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質は、野生型FVIIIタンパク質の機能性に実質的に悪影響を及ぼさない1つ以上のアミノ酸の任意の改変、例えば、欠失、挿入及び/又は突然変異を含むこともできる。従って、いくつかの実施形態では、合成FVIIIコード配列の核酸配列は、FVIIIコード配列に対して少なくとも約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約85%、約90%、約95%、約96%、約97%、約98%又は約99%の核酸配列同一性を有することができる。 Provided herein is a method for knocking in a synthetic FVIII coding sequence into a genome. In one aspect, the disclosure provides for the insertion of a nucleic acid sequence of a synthetic FVIII coding sequence, i.e., a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, into the genome of a cell. The synthetic FVIII protein can include a peptide having substantial activity of a wild-type FVIII protein, e.g., at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90%, about 95%, or about 100% of the activity exhibited by the wild-type FVIII protein. In some embodiments, one of skill in the art can use a number of methods known in the art to test the functionality or activity of a compound (e.g., a peptide or protein). In some embodiments, the synthetic FVIII protein can also include any fragment of a wild-type FVIII protein, or a fragment of a modified FVIII protein having conservative modifications to one or more amino acid residues in the full-length wild-type FVIII protein. In some embodiments, the synthetic FVIII protein can also include any modification, e.g., deletion, insertion, and/or mutation, of one or more amino acids that does not substantially adversely affect the functionality of the wild-type FVIII protein. Thus, in some embodiments, the nucleic acid sequence of the synthetic FVIII coding sequence can have at least about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 96%, about 97%, about 98%, or about 99% nucleic acid sequence identity to the FVIII coding sequence.
いくつかの実施形態では、合成FVIIIコード配列は、細胞内のゲノム配列に挿入される。いくつかの実施形態では、挿入部位は、細胞のゲノム中のアルブミン遺伝子座、トランスフェリン遺伝子座、又はフィブリノーゲンα遺伝子座にあるか、又はその中にある。いくつかの実施形態では、挿入部位は、アルブミン遺伝子座である。挿入方法は、アルブミン遺伝子の第1イントロン(又はイントロン1)を標的とする1つ以上のgRNAを用いる。いくつかの実施形態では、ドナーDNAは、合成FVIIIコード配列を有する一本鎖又は二本鎖DNAである。 In some embodiments, the synthetic FVIII coding sequence is inserted into a genomic sequence in the cell. In some embodiments, the insertion site is at or within the albumin locus, transferrin locus, or fibrinogen alpha locus in the genome of the cell. In some embodiments, the insertion site is the albumin locus. The insertion method uses one or more gRNAs that target the first intron (or intron 1) of the albumin gene. In some embodiments, the donor DNA is single-stranded or double-stranded DNA having the synthetic FVIII coding sequence.
いくつかの実施形態では、ゲノム編集方法は、合成FVIIIコード配列を遺伝的に導入(ノックイン)するために、CRISPR/CasシステムなどのDNAエンドヌクレアーゼを利用する。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9(Csn1及びCsx12としても知られる)、Cas100、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4、又はCpf1エンドヌクレアーゼ、その相同体、天然に存在する分子の組換え、そのコドン最適化、又は改変型、及び上記のいずれかの組み合わせである。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、Cas9である。いくつかの実施形態では、Cas9は、化膿レンサ球菌(Streptococcus pyogenes)(spCas9)由来である。いくつかの実施形態では、Cas9は、スタフィロコッカス・ルグドゥネンシス(Staphylococcus lugdunensis)(SluCas9)由来である。 In some embodiments, the genome editing method utilizes a DNA endonuclease, such as the CRISPR/Cas system, to genetically introduce (knock in) a synthetic FVIII coding sequence. In some embodiments, the DNA endonuclease is selected from the group consisting of Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9 (also known as Csn1 and Csx12), Cas100, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1, Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cmr1, Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx17, Csx14, Csx10, Csx16, CsaX, Csx3, Csx1, Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, Csf4, or Cpf1 endonuclease, homologs thereof, recombinant naturally occurring molecules, codon optimized, or modified versions thereof, and combinations of any of the above. In some embodiments, the DNA endonuclease is Cas9. In some embodiments, the Cas9 is from Streptococcus pyogenes (spCas9). In some embodiments, Cas9 is derived from Staphylococcus lugdunensis (SluCas9).
いくつかの実施形態では、ゲノム編集の細胞対象は、そのような突然変異を有さない正常における発現と比較して、内因性FVIII遺伝子の発現の減少をもたらす、ゲノムにおける1つ以上の突然変異を有する。正常細胞は、FVIII遺伝子欠陥を有さない異なる対象に由来する(又は該対象から単離された)健常細胞又は対照細胞であり得る。いくつかの実施形態では、ゲノム編集の細胞対象は、FVIII遺伝子関連状態又は障害、例えば血友病Aの処置を必要とする対象に由来する(又は該対象から単離される)ことができる。従って、いくつかの実施形態では、そのような細胞における内因性FVIII遺伝子の発現は、正常細胞における内因性FVIII遺伝子発現と比較して、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%又は約100%減少する。 In some embodiments, the cellular subject of genome editing has one or more mutations in the genome that result in a reduction in expression of the endogenous FVIII gene compared to expression in a normal without such mutation. The normal cell can be a healthy cell or a control cell derived from (or isolated from) a different subject that does not have a FVIII gene defect. In some embodiments, the cellular subject of genome editing can be derived from (or isolated from) a subject in need of treatment for a FVIII gene-associated condition or disorder, such as hemophilia A. Thus, in some embodiments, the expression of the endogenous FVIII gene in such cells is reduced by about 10%, about 20%, about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90%, or about 100% compared to the endogenous FVIII gene expression in a normal cell.
いくつかの実施形態では、ゲノム編集方法は、機能性FVIIIコード配列、例えば、インビボでFVIIIタンパク質を安定に生成するように供給されたプロモーターに作動可能に連結されたFVIIIコード配列の標的化組込み(ゲノムの非コード領域で)を行う。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列の標的化組込みは、目的の細胞型(例えば、肝細胞又は類洞内皮細胞)において高度に発現されるアルブミン遺伝子のイントロンにおいて生じる。 In some embodiments, the genome editing method provides for targeted integration (in a non-coding region of the genome) of a functional FVIII coding sequence, e.g., a FVIII coding sequence operably linked to a promoter provided to stably produce a FVIII protein in vivo. In some embodiments, the targeted integration of the FVIII coding sequence occurs in an intron of an albumin gene that is highly expressed in a cell type of interest (e.g., hepatocytes or sinusoidal endothelial cells).
一態様において、合成FVIIIコード配列の核酸配列は、細胞のゲノムに挿入される。実施形態において、挿入される合成FVIIIコード配列は、改変FVIIIコード配列である。いくつかの実施形態では、改変FVIIIコード配列において、野生型FVIIIコード配列のBドメインが欠失され、Bドメイン置換で置換される。いくつかの実施形態では、合成FVIIIは、そのサイズが小さい(4371bp対7053bp)ため、全長野生型FVIIIよりも優れている。従って、いくつかの実施形態では、FVIIIシグナルペプチドを欠き、その5’末端(FVIIIコード配列のN末端)にスプライスアクセプター配列を含む合成FVIIIコード配列は、ヒトを含む哺乳動物の肝細胞における遺伝子座のイントロン1に特異的に組込まれる。一実施形態では、遺伝子座は、アルブミン遺伝子座である。別の実施形態では、遺伝子座は、トランスフェリン遺伝子座である。別の実施形態では、遺伝子座は、フィブリノーゲンα遺伝子座である。
In one aspect, the nucleic acid sequence of the synthetic FVIII coding sequence is inserted into the genome of the cell. In an embodiment, the synthetic FVIII coding sequence inserted is a modified FVIII coding sequence. In some embodiments, in the modified FVIII coding sequence, the B domain of the wild-type FVIII coding sequence is deleted and replaced with a B domain replacement. In some embodiments, the synthetic FVIII is superior to the full-length wild-type FVIII due to its smaller size (4371 bp vs. 7053 bp). Thus, in some embodiments, a synthetic FVIII coding sequence lacking the FVIII signal peptide and including a splice acceptor sequence at its 5' end (the N-terminus of the FVIII coding sequence) is specifically integrated into
トランスフェリンプロモーターからの合成FVIIIコード配列の転写は、トランスフェリンのエクソン1、イントロン1の一部及び組込まれた合成FVIIIコード配列を含むプレmRNAを生じ得る。このプレmRNAがイントロンを除去する自然なスプライシング過程を経ると、スプライシング機構は、トランスフェリンエクソン1の3’側のスプライスドナーを、挿入されたDNAドナーの合成FVIIIコード配列の5’末端のスプライスアクセプターとなる次の利用可能なスプライスアクセプターに連結することができる。これにより、合成FVIIIの成熟コード配列に融合されたトランスフェリンエクソン1を含む成熟mRNAが生じ得る。
Transcription of the synthetic FVIII coding sequence from the transferrin promoter can result in a pre-mRNA that contains
アルブミンプロモーターからのこの合成FVIIIコード配列の転写は、アルブミンのエクソン1、イントロン1の一部及び組込まれた合成FVIIIコード配列を含むプレmRNAを生じ得る。このプレmRNAがイントロンを除去する自然なスプライシング過程を経ると、スプライシング機構は、アルブミンエクソン1の3’側のスプライスドナーを、挿入されたDNAドナーの合成FVIIIコード配列の5’末端のスプライスアクセプターとなる次の利用可能なスプライスアクセプターに連結することができる。これにより、合成FVIIIの成熟コード配列に融合されたアルブミンエクソン1を含む成熟mRNAが生じ得る。アルブミンのエクソン1は、シグナルペプチドに加えて2つの更なるアミノ酸をコードし、ヒトでは通常アルブミンのN末端のタンパク質配列DAHをコードするコドンの3分の1をコードする。従って、いくつかの実施形態では、細胞からの分泌の間のアルブミンシグナルペプチドの予想される切断後に、合成FVIIIタンパク質を生成することができ、この合成FVIIIタンパク質は、N末端に付加された3つの更なるアミノ酸残基を有し、合成FVIIIタンパク質のN末端にアミノ酸配列
いくつかの実施形態では、コドン使用が最適化された合成FVIIIをコードするDNA配列は、哺乳動物細胞における発現を改善するために使用され得る(いわゆる「コドン最適化」)。コドン最適化を実施するための様々なコンピュータアルゴリズムも当技術分野で利用可能であり、これらは異なるDNA配列を生成する(V.P.Mauro et al.,Trends Mol Med(2014)20:604-13)。市販のコドン最適化アルゴリズムの例は、会社ATUM及びGeneArt(Thermo Fisher Scientificの一部)によって使用されるものである。FVIIIコード配列のコドン最適化は、マウスへの遺伝子ベースの送達後にFVIIIの発現を有意に改善することが実証された(A.C.Nathwani et al.,Blood(2006)107(7):2653-61);N.J.Ward et al.,Blood(2011)117(3):798-807;P.A.Radcliffe et al.,Gene Ther.(2008)15(4):289-97)。コドン最適化は、目的のコード配列の発現を改善するための確立されたアプローチであり、主として、コードされるアミノ酸配列を変化させることなく、あまり頻繁に使用されないコドンをより頻繁に使用されるコドンと置換することに基づいている。コドン偏りがタンパク質発現に影響を及ぼす可能性があるという最初の認識から、コドン最適化のための方法が進化し、GeneArt及びATUMなどのDNA合成会社によって提供されるものを含むアルゴリズムが市販されている。これらの市販のアルゴリズムは、DNA合成サービスの一部としてユーザが無料で利用でき、隠れた(cryptic)スプライシングシグナルを除去し、コード配列全体にわたるG/C含有量を均一化するようにも設計されている。インビボでの細胞への外因性核酸の送達は、Toll受容体システムによるCGジヌクレオチド(CpG配列とも呼ばれる)の認識によって少なくとも部分的に駆動される自然免疫応答を誘導することができ、特にプラスミドDNAが送達ベクターである場合、これらの核酸に対する自然免疫応答を減少させる方法として、CGジヌクレオチド含有量の減少が提案されている。P.Colella et al.,Mol Ther Methods Clin Dev(2018)8:87-104も参照されたい。遺伝子の天然に存在する(天然の)コード配列が哺乳動物種における発現のために最適化されている場合、より頻繁に使用されるコドンはコドンの第3の(ゆらぎ)位置においてより高い頻度のG及びCヌクレオチドを含むため、CGジヌクレオチドの数は一般に増加する。従って、コード配列中のG及びCヌクレオチドの全体的な含有量の増加は、GCジヌクレオチドのより高い含有量を生じるであろう。 In some embodiments, DNA sequences encoding synthetic FVIII with optimized codon usage can be used to improve expression in mammalian cells (so-called "codon optimization"). Various computer algorithms for performing codon optimization are also available in the art, which generate different DNA sequences (V.P. Mauro et al., Trends Mol Med (2014) 20:604-13). Examples of commercially available codon optimization algorithms are those used by the companies ATUM and GeneArt (part of Thermo Fisher Scientific). Codon optimization of FVIII coding sequences has been demonstrated to significantly improve expression of FVIII after gene-based delivery in mice (A.C. Nathwani et al., Blood (2006) 107(7):2653-61); N. J. Ward et al. , Blood (2011) 117(3):798-807; P. A. Radcliffe et al., Gene Ther. (2008) 15(4):289-97). Codon optimization is an established approach to improve the expression of a coding sequence of interest and is primarily based on replacing less frequently used codons with more frequently used codons without changing the encoded amino acid sequence. From the initial recognition that codon bias can affect protein expression, methods for codon optimization have evolved and algorithms are commercially available, including those offered by DNA synthesis companies such as GeneArt and ATUM. These commercially available algorithms, which are available to users free of charge as part of their DNA synthesis services, are also designed to remove cryptic splicing signals and equalize G/C content throughout the coding sequence. Delivery of exogenous nucleic acids to cells in vivo can induce an innate immune response driven at least in part by recognition of CG dinucleotides (also called CpG sequences) by the Toll receptor system, and reducing the CG dinucleotide content has been proposed as a way to reduce the innate immune response to these nucleic acids, especially when plasmid DNA is the delivery vector. See also P. Collella et al., Mol Ther Methods Clin Dev (2018) 8:87-104. When the naturally occurring (natural) coding sequence of a gene is optimized for expression in a mammalian species, the number of CG dinucleotides is generally increased because more frequently used codons contain a higher frequency of G and C nucleotides in the third (wobble) position of the codon. Thus, an increase in the overall content of G and C nucleotides in the coding sequence will result in a higher content of GC dinucleotides.
いくつかの実施形態では、異なるアルゴリズムによってコドン最適化された合成FVIIIコード配列と、(ヒトゲノム中に存在する)天然FVIII配列との間の配列相同性又は同一性は、約30%、約40%、約50%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、又は100%の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、コドン最適化合成FVIIIコード配列は、天然FVIII配列に対して約75%~約79%の配列相同性又は同一性を有する。いくつかの実施形態では、コドン最適化合成FVIIIコード配列は、天然FVIII配列に対して約70%、約71%、約72%、約73%、約74%、約75%、約76%、約77%、約78%、約79%又は約80%の配列相同性又は同一性を有する。 In some embodiments, the sequence homology or identity between the synthetic FVIII coding sequence codon-optimized by different algorithms and the native FVIII sequence (present in the human genome) may range from about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, or about 100%. In some embodiments, the codon-optimized synthetic FVIII coding sequence has about 75% to about 79% sequence homology or identity to the native FVIII sequence. In some embodiments, the codon-optimized synthetic FVIII coding sequence has about 70%, about 71%, about 72%, about 73%, about 74%, about 75%, about 76%, about 77%, about 78%, about 79%, or about 80% sequence homology or identity to the native FVIII sequence.
いくつかの実施形態では、ドナー鋳型又はドナー構築物は、合成FVIIIをコードするDNA配列を含むように調製される。いくつかの実施形態では、DNAドナー鋳型は、コドン最適化ヒト合成FVIIIコード配列を含むように設計される。いくつかの実施形態では、コドン最適化は、FVIIIのシグナルペプチドをコードする5’末端の配列が欠失され、スプライスアクセプター配列で置換され、更に、ポリアデニル化シグナルが、FVIII終止コドン(MAB8A-配列番号301)の後の3’末端に付加されるように行われる。スプライスアクセプター配列は、既知の遺伝子からの既知のスプライスアクセプター配列の中から選択され得るか、又は当技術分野で公知の多くのスプライスアクセプター配列のアラインメントに由来するコンセンサススプライスアクセプター配列が使用され得る。いくつかの実施形態では、高度に発現された遺伝子からのスプライスアクセプター配列が、そのような配列は最適なスプライシング効率を提供すると考えられるので、使用される。いくつかの実施形態では、コンセンサススプライシングアクセプター配列は、コンセンサス配列T/CNC/TT/CA/GAC/T(配列番号302)を有する分岐部位と、それに続く20bp以内の10~12塩基のポリピリミジン路(C又はT)と、それに続くAG>G/A(>は、イントロン/エクソン境界の位置である)とから構成される。一実施形態では、合成スプライスアクセプター配列
ポリアデニル化配列は、細胞内のmRNAの安定性に不可欠なポリAテールを付加するためのシグナルを細胞に提供する。いくつかの実施形態では、DNAドナー鋳型はAAV粒子にパッケージングされることになるが、本発明の実施形態は、パッケージングされるDNAのサイズを、約5Kb未満、又は約4.7Kb以下であり得るAAVのパッケージング限界内に保つ。従って、いくつかの実施形態では、可能な限り短いポリA配列(例えば、約10量体、約20量体、約30量体、約40量体、約50量体、又は約60量体、又は前述の任意の介在する数のヌクレオチド)が使用される。コンセンサス合成ポリA シグナル配列は、文献(N.Levitt et al.,Genes Dev(1989)3(7):1019-25)に記載されており、AATAAAAGATCTTTATTTTCATTAGATCTGTGTGTTGGTTTTTTGTGTG(配列番号306)であり、多数の発現ベクターで一般に使用されている。 The polyadenylation sequence provides the cell with a signal to add a polyA tail, which is essential for intracellular mRNA stability. In some embodiments, the DNA donor template will be packaged into an AAV particle, but embodiments of the invention keep the size of the packaged DNA within the packaging limits of AAV, which may be less than about 5 Kb, or about 4.7 Kb or less. Thus, in some embodiments, the shortest possible polyA sequence is used (e.g., about 10-mer, about 20-mer, about 30-mer, about 40-mer, about 50-mer, or about 60-mer, or any intervening number of nucleotides as described above). The consensus synthetic polyA signal sequence is described in the literature (N. Levitt et al., Genes Dev (1989) 3(7):1019-25) and is AATAAAAGATCTTTATTTTTCATTAGATCTGTGTGTTGGTTTTTTTTGTGTG (SEQ ID NO: 306), which is commonly used in many expression vectors.
いくつかの実施形態では、組込みの頻度を改善するために、更なる配列エレメントをDNAドナー鋳型に加えることができる。そのようなエレメントの1つは、相同性アームである。二本鎖切断(LHA)の左側からの配列は、DNAドナー鋳型の5’(FVIIIコード配列のN末端)末端に付加され、二本鎖切断(RHA)の右側からの配列は、DNAドナー鋳型の3’(FVIIIコード配列のC末端)末端に付加され、例えばMAB8B(配列番号308)である。 In some embodiments, additional sequence elements can be added to the DNA donor template to improve the frequency of integration. One such element is a homology arm. Sequences from the left of the double-stranded break (LHA) are added to the 5' (N-terminal of the FVIII coding sequence) end of the DNA donor template, and sequences from the right of the double-stranded break (RHA) are added to the 3' (C-terminal of the FVIII coding sequence) end of the DNA donor template, e.g., MAB8B (SEQ ID NO: 308).
いくつかの実施形態に提供される代替DNAドナー鋳型設計は、ゲノム部位を切断するために使用されるsgRNAの認識配列に相補的な配列を有する。MAB8C(配列番号309)は、このタイプのDNAドナー鋳型の例を表す。sgRNA認識部位を含めることによって、DNAドナー鋳型は、DNAドナー鋳型及びsgRNA/Cas9が送達された細胞の核内のsgRNA/Cas9複合体によって切断される。ドナー鋳型の線状断片への切断は、非相同末端結合機構又はHDR機構による二本鎖切断での組込みの頻度を増加させることができる。これは、核への送達後にAAVゲノムがコンカテマー化してより大きい環状二本鎖DNA分子を形成することが知られているため、AAVにパッケージされたドナー鋳型の送達の場合に特に有益であり得る(H.Nakai et al.,J Virol(2001)75:6969-76)。従って、いくつかの場合において、環状コンカテマーは、特にNHEJ機構によって、二本鎖切断において組込みのための効率の低いドナーであり得る。以前に、環状プラスミドDNAドナー鋳型を用いた標的化組込みの効率は、プラスミド中に亜鉛フィンガーヌクレアーゼ切断部位を含めることによって増加し得ることが報告されている(S.Cristea et al.,Biotechnol.Bioeng.(2013)110:871-80)。より最近になって、このアプローチはまた、CRISPR/Cas9ヌクレアーゼを使用して適用された(K.Suzuki et al.,Nature(2017)540:144-49)。sgRNA認識配列は、二本鎖DNAドナー鋳型のどちらかの鎖上に存在する場合に活性であるが、ゲノム中に存在するsgRNA認識配列の逆相補体の使用は、逆向きにおける組込みが、再切断されることによって挿入ドナー鋳型を解放することができるsgRNA認識配列を再作成することができるので、安定な組込みに有利になると予測される。NHEJによる順方向でのゲノム中のこのようなドナー鋳型の組込みは、組込みまれたドナー鋳型をゲノムから切り出すことができないように、sgRNA認識配列を再作成しないと予測される。FVIIIドナー鋳型の組込み効率に対する、相同性アームを有し又は有さずにドナーにsgRNA認識配列を含めることの利点は、例えば、ドナーの送達のためにAAVを使用し、CRISPR/CAS9成分の送達のためにLNP(脂質ナノ粒子)を使用するマウスにおいて試験及び決定することができる。 An alternative DNA donor template design provided in some embodiments has a sequence complementary to the recognition sequence of the sgRNA used to cleave the genomic site. MAB8C (SEQ ID NO: 309) represents an example of this type of DNA donor template. By including the sgRNA recognition site, the DNA donor template is cleaved by the sgRNA/Cas9 complex in the nucleus of the cell to which the DNA donor template and sgRNA/Cas9 have been delivered. Cleavage of the donor template into linear fragments can increase the frequency of integration at the double-stranded break by non-homologous end joining or HDR mechanisms. This may be particularly beneficial in the case of delivery of AAV-packaged donor templates, since it is known that the AAV genome concatemerizes to form larger circular double-stranded DNA molecules after delivery to the nucleus (H. Nakai et al., J Virol (2001) 75:6969-76). Thus, in some cases, circular concatemers may be less efficient donors for integration at double-strand breaks, especially by the NHEJ mechanism. Previously, it has been reported that the efficiency of targeted integration using circular plasmid DNA donor templates can be increased by including zinc finger nuclease cleavage sites in the plasmid (S. Cristea et al., Biotechnol. Bioeng. (2013) 110:871-80). More recently, this approach has also been applied using CRISPR/Cas9 nucleases (K. Suzuki et al., Nature (2017) 540:144-49). Although the sgRNA recognition sequence is active when present on either strand of the double-stranded DNA donor template, the use of the reverse complement of the sgRNA recognition sequence present in the genome is predicted to favor stable integration, since integration in the reverse orientation can recreate the sgRNA recognition sequence that can be re-cut to release the inserted donor template. Integration of such a donor template in the genome in the forward orientation by NHEJ is predicted not to recreate the sgRNA recognition sequence, such that the integrated donor template cannot be excised from the genome. The benefit of including the sgRNA recognition sequence in the donor with or without homology arms on the integration efficiency of the FVIII donor template can be tested and determined, for example, in mice using AAV for delivery of the donor and LNPs (lipid nanoparticles) for delivery of the CRISPR/CAS9 components.
いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、gRNA標的部位が片側又は両側に隣接する、本明細書に記載の実施形態のいずれかによるドナーカセット中の合成FVIIIコード配列を含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ドナーカセットの5’のgRNA標的部位及び/又はドナーカセットの3’のgRNA標的部位を含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、2つの隣接gRNA標的部位を含み、2つのgRNA標的部位は、同じ配列を含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、少なくとも1つのgRNA標的部位を含み、ドナー鋳型中の少なくとも1つのgRNA標的部位は、アルブミン遺伝子の第1のイントロンを標的とする1つ以上のgRNAのうちの少なくとも1つの標的部位である。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、少なくとも1つのgRNA標的部位を含み、ドナー鋳型中の少なくとも1つのgRNA標的部位は、アルブミン遺伝子の第1のイントロン中の1つ以上のgRNAのうちの少なくとも1つの標的部位の逆相補体である。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ドナーカセットの5’のgRNA標的部位及びドナーカセットの3’のgRNA標的部位を含み、ドナー鋳型中の2つのgRNA標的部位は、アルブミン遺伝子の第1のイントロンを標的とする1つ以上のgRNAによって標的化される。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ドナーカセットの5’のgRNA標的部位及びドナーカセットの3’のgRNA標的部位を含み、ドナー鋳型中の2つのgRNA標的部位は、アルブミン遺伝子の第1のイントロン中の1つ以上のgRNAの少なくとも1つの標的部位の逆相補体である。 In some embodiments, the donor template comprises a synthetic FVIII coding sequence in a donor cassette according to any of the embodiments described herein flanked on one or both sides by gRNA target sites. In some embodiments, the donor template comprises a gRNA target site 5' of the donor cassette and/or a gRNA target site 3' of the donor cassette. In some embodiments, the donor template comprises two adjacent gRNA target sites, the two gRNA target sites comprising the same sequence. In some embodiments, the donor template comprises at least one gRNA target site, the at least one gRNA target site in the donor template being a target site of at least one of the one or more gRNAs targeting the first intron of the albumin gene. In some embodiments, the donor template comprises at least one gRNA target site, the at least one gRNA target site in the donor template being a reverse complement of a target site of at least one of the one or more gRNAs in the first intron of the albumin gene. In some embodiments, the donor template comprises a 5' gRNA target site of the donor cassette and a 3' gRNA target site of the donor cassette, where the two gRNA target sites in the donor template are targeted by one or more gRNAs that target the first intron of the albumin gene. In some embodiments, the donor template comprises a 5' gRNA target site of the donor cassette and a 3' gRNA target site of the donor cassette, where the two gRNA target sites in the donor template are reverse complements of at least one target site of one or more gRNAs in the first intron of the albumin gene.
標的部位、即ち、FVIIIコード配列が挿入されるゲノム位置へのFVIIIコード配列の挿入は、内因性アルブミン遺伝子座又はその隣接配列にあり得る。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列は、挿入されたコード配列の発現がアルブミン遺伝子の内因性プロモーターによって制御されるように挿入される。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列は、アルブミン遺伝子のイントロンの1つに挿入される。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列は、アルブミン遺伝子のエクソンの1つに挿入される。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列は、イントロン:エクソンの接合部に挿入される(又はその逆)。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列の挿入は、アルブミン遺伝子座の第1のイントロン(又はイントロン1)にある。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列の挿入は、アルブミン遺伝子の発現に有意な影響を与えず、例えば、アップレギュレート又はダウンレギュレートしない。 The insertion of the FVIII coding sequence at the target site, i.e., the genomic location where the FVIII coding sequence is to be inserted, can be in the endogenous albumin locus or adjacent sequences thereof. In some embodiments, the FVIII coding sequence is inserted such that expression of the inserted coding sequence is controlled by the endogenous promoter of the albumin gene. In some embodiments, the FVIII coding sequence is inserted into one of the introns of the albumin gene. In some embodiments, the FVIII coding sequence is inserted into one of the exons of the albumin gene. In some embodiments, the FVIII coding sequence is inserted at an intron:exon junction (or vice versa). In some embodiments, the insertion of the FVIII coding sequence is in the first intron (or intron 1) of the albumin locus. In some embodiments, the insertion of the FVIII coding sequence does not significantly affect, e.g., does not upregulate or downregulate, expression of the albumin gene.
実施形態において、FVIIIコード配列の挿入のための標的部位は、内因性アルブミン遺伝子に、その中に、又はその近くにある。いくつかの実施形態では、標的部位は、ゲノム中のアルブミン遺伝子座のプロモーターの上流にある遺伝子間領域にある。いくつかの実施形態では、標的部位は、アルブミン遺伝子座内にある。いくつかの実施形態では、アルブミン遺伝子座のイントロンの1つにおける標的部位。いくつかの実施形態では、アルブミン遺伝子座のエクソンの1つにおける標的部位。いくつかの実施形態では、標的部位は、アルブミン遺伝子座のイントロンとエクソン(又はその逆)との間の接合部の1つにある。いくつかの実施形態では、標的部位は、アルブミン遺伝子座の第1のイントロン(又はイントロン1)にある。特定の実施形態では、標的部位は、アルブミン遺伝子の第1のエクソン(即ち、第1のエクソンの最後の核酸から)の少なくとも、約、又は最大で約0、1、5、10、20、30、40、50、100、150、200、250、300、350、400、450又は500又は550又は600又は650bp下流である。いくつかの実施形態では、標的部位は、アルブミン遺伝子の第1のイントロンの少なくとも、約、又は最大で0.1kb、約0.2kb、約0.3kb、約0.4kb、約0.5kb、約1kb、約1.5kb、約2kb、約2.5kb、約3kb、約3.5kb、約4kb、約4.5kb又は約5kb上流である。いくつかの実施形態では、標的部位は、アルブミン遺伝子の第2のエクソンの約0bp~約100bp上流、約101bp~約200bp上流、約201bp~約300bp上流、約301bp~約400bp上流、約401bp~約500bp上流、約501bp~約600bp上流、約601bp~約700bp上流、約701bp~約800bp上流、約801bp~約900bp上流、約901bp~約1000bp上流、約1001bp~約1500bp上流、約1501bp~約2000bp上流、約2001bp~約2500bp上流、約2501bp~約3000bp上流、約3001bp~約3500bp上流、約3501bp~約4000bp上流、約4001bp~約4500bp上流、又は約4501bp~約5000bp上流のいずれかにある。いくつかの実施形態では、標的部位は、ゲノム中のヒトアルブミン遺伝子の第1のエクソンの末端(即ち、3’末端)の少なくとも37bp下流である。いくつかの実施形態では、標的部位は、ゲノム中のヒトアルブミン遺伝子の第2のエクソンの開始(即ち、5’開始)の少なくとも330bp上流である。 In embodiments, the target site for insertion of the FVIII coding sequence is at, within, or near the endogenous albumin gene. In some embodiments, the target site is in an intergenic region upstream of the promoter of the albumin locus in the genome. In some embodiments, the target site is within the albumin locus. In some embodiments, the target site is in one of the introns of the albumin locus. In some embodiments, the target site is in one of the exons of the albumin locus. In some embodiments, the target site is at one of the junctions between an intron and an exon (or vice versa) of the albumin locus. In some embodiments, the target site is in the first intron (or intron 1) of the albumin locus. In certain embodiments, the target site is at least, about, or at most about 0, 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, or 650 bp downstream of the first exon (i.e., from the last nucleic acid of the first exon) of the albumin gene. In some embodiments, the target site is at least, about, or at most 0.1 kb, about 0.2 kb, about 0.3 kb, about 0.4 kb, about 0.5 kb, about 1 kb, about 1.5 kb, about 2 kb, about 2.5 kb, about 3 kb, about 3.5 kb, about 4 kb, about 4.5 kb, or about 5 kb upstream of the first intron of the albumin gene. In some embodiments, the target site is between about 0 bp and about 100 bp upstream, between about 101 bp and about 200 bp upstream, between about 201 bp and about 300 bp upstream, between about 301 bp and about 400 bp upstream, between about 401 bp and about 500 bp upstream, between about 501 bp and about 600 bp upstream, between about 601 bp and about 700 bp upstream, between about 701 bp and about 800 bp upstream, between about 801 bp and about 900 bp upstream of the second exon of the albumin gene. The target site is located upstream, about 901 bp to about 1000 bp upstream, about 1001 bp to about 1500 bp upstream, about 1501 bp to about 2000 bp upstream, about 2001 bp to about 2500 bp upstream, about 2501 bp to about 3000 bp upstream, about 3001 bp to about 3500 bp upstream, about 3501 bp to about 4000 bp upstream, about 4001 bp to about 4500 bp upstream, or about 4501 bp to about 5000 bp upstream. In some embodiments, the target site is at least 37 bp downstream of the end (i.e., the 3' end) of the first exon of the human albumin gene in the genome. In some embodiments, the target site is at least 330 bp upstream of the start (i.e., the 5' start) of the second exon of the human albumin gene in the genome.
いくつかの実施形態では、細胞内のゲノムを編集する方法であって、以下を細胞に提供することを含む方法が本明細書に提供される:(a)細胞ゲノム中のアルブミン遺伝子座を標的とするガイドRNA(gRNA);(b)DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;及び(c)合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型。いくつかの実施形態では、gRNAは、アルブミン遺伝子のイントロン1を標的とする。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号271~298のいずれか1つからのスペーサー配列を含む。
In some embodiments, provided herein is a method of editing a genome in a cell, the method comprising providing a cell with: (a) a guide RNA (gRNA) that targets an albumin locus in the genome of the cell; (b) a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease; and (c) a donor template comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein. In some embodiments, the gRNA targets
いくつかの実施形態では、細胞内のゲノムを編集する方法であって、以下を細胞に提供することを含む方法が本明細書に提供される:(a)配列番号271~298のいずれか1つからのスペーサー配列を含むgRNA;(b)DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;及び(c)合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274、275、281、及び283のいずれか1つからのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号275からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号281からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号283からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、細胞は、ヒト細胞、例えばヒト肝細胞である。 In some embodiments, provided herein is a method of editing a genome in a cell, the method comprising providing to the cell: (a) a gRNA comprising a spacer sequence from any one of SEQ ID NOs: 271-298; (b) a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease; and (c) a donor template comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from any one of SEQ ID NOs: 274, 275, 281, and 283. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 274. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 275. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 281. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 283. In some embodiments, the cell is a human cell, e.g., a human hepatocyte.
本明細書に記載の細胞内のゲノムを編集する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9(Csn1及びCsx12としても知られる)、Cas100、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4、若しくはCpf1エンドヌクレアーゼ、又はそれらの機能的等価物からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、Cas9である。いくつかの実施形態では、Cas9は、spCas9である。いくつかの実施形態では、Cas9は、SluCas9である。 In some embodiments according to any of the methods of editing a genome in a cell described herein, the DNA endonuclease is selected from the group consisting of Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9 (also known as Csn1 and Csx12), Cas100, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1, Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csx1, Csx2, Csx1 ... sn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cmr1, Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx17, Csx14, Csx10, Csx16, CsaX, Csx3, Csx1, Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, Csf4, or Cpf1 endonuclease, or a functional equivalent thereof. In some embodiments, the DNA endonuclease is Cas9. In some embodiments, the Cas9 is spCas9. In some embodiments, the Cas9 is SluCas9.
本明細書に記載の細胞内のゲノムを編集する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列は、細胞内での発現のためにコドン最適化される。いくつかの実施形態では、細胞は、ヒト細胞である。 In some embodiments according to any of the methods of editing a genome in a cell described herein, the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is codon-optimized for expression in the cell. In some embodiments, the cell is a human cell.
本明細書に記載の細胞内のゲノムを編集する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、この方法は、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸を使用する。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、細胞内での発現のためにコドン最適化される。いくつかの実施形態では、細胞は、ヒト細胞、例えばヒト肝細胞である。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNAプラスミドなどのDNAである。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、mRNAなどのRNAである。 In some embodiments according to any of the methods of editing a genome in a cell described herein, the method uses a nucleic acid encoding a DNA endonuclease. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is codon optimized for expression in the cell. In some embodiments, the cell is a human cell, e.g., a human hepatocyte. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is DNA, such as a DNA plasmid. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is RNA, such as an mRNA.
本明細書に記載の細胞内のゲノムを編集する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、AAVベクターにコードされる。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナーカセットを含み、ドナーカセットの片側又は両側にgRNA標的部位が隣接する。いくつかの実施形態では、ドナーカセットの両側にgRNA標的部位が隣接する。いくつかの実施形態では、gRNA標的部位は、投与されるgRNAの標的部位である。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型のgRNA標的部位は、gRNAに対する細胞ゲノムgRNA標的部位の逆相補体である。 In some embodiments according to any of the methods of editing a genome in a cell described herein, the donor template is encoded by an AAV vector. In some embodiments, the donor template includes a donor cassette that includes a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, flanked on one or both sides by gRNA target sites. In some embodiments, the donor cassette is flanked on both sides by gRNA target sites. In some embodiments, the gRNA target site is a target site for the administered gRNA. In some embodiments, the gRNA target site of the donor template is the reverse complement of the cellular genome gRNA target site for the gRNA.
本明細書に記載の細胞内のゲノムを編集する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、リポソーム又は脂質ナノ粒子中に処方される。いくつかの実施形態では、リポソーム又は脂質ナノ粒子は、gRNAも含む。いくつかの実施形態では、リポソーム又は脂質ナノ粒子は、脂質ナノ粒子である。いくつかの実施形態では、この方法は、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸及びgRNAを含む脂質ナノ粒子を使用する。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNAエンドヌクレアーゼをコードするmRNAである。 In some embodiments according to any of the methods of editing a genome in a cell described herein, the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease is formulated in a liposome or lipid nanoparticle. In some embodiments, the liposome or lipid nanoparticle also comprises a gRNA. In some embodiments, the liposome or lipid nanoparticle is a lipid nanoparticle. In some embodiments, the method uses a lipid nanoparticle comprising a nucleic acid encoding the DNA endonuclease and a gRNA. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is an mRNA encoding the DNA endonuclease.
本明細書に記載の細胞内のゲノムを編集する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、gRNAと予め複合体化され、RNP複合体を形成する。 In some embodiments according to any of the methods for editing a genome in a cell described herein, the DNA endonuclease is pre-complexed with the gRNA to form an RNP complex.
本明細書に記載の細胞内のゲノムを編集する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、ドナー鋳型が細胞に提供された後に、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が細胞に提供される。いくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、ドナー鋳型が細胞に提供されて4日を超えた後に、細胞に提供される。いくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、ドナー鋳型が細胞に提供された少なくとも14日後に細胞に提供される。いくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、ドナー鋳型が細胞に提供された少なくとも17日後に細胞に提供される。いくつかの実施形態では、(a)及び(b)は、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸及びgRNAを含む脂質ナノ粒子として細胞に提供される。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNAエンドヌクレアーゼをコードするmRNAである。いくつかの実施形態では、(c)は、ドナー鋳型をコードするAAVベクターとして細胞に提供される。 In some embodiments according to any of the methods of editing a genome in a cell described herein, the gRNA and the DNA endonuclease or the nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell after the donor template is provided to the cell. In some embodiments, the gRNA and the DNA endonuclease or the nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell more than 4 days after the donor template is provided to the cell. In some embodiments, the gRNA and the DNA endonuclease or the nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell at least 14 days after the donor template is provided to the cell. In some embodiments, the gRNA and the DNA endonuclease or the nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell at least 17 days after the donor template is provided to the cell. In some embodiments, (a) and (b) are provided to the cell as lipid nanoparticles comprising the nucleic acid encoding the DNA endonuclease and the gRNA. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is an mRNA encoding a DNA endonuclease. In some embodiments, (c) is provided to the cell as an AAV vector encoding the donor template.
本明細書に記載の細胞内のゲノムを編集する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の1つ以上の更なる用量が、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の第1の用量に続いて細胞に提供される。いくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の1つ以上の更なる用量は、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列の標的化組込みの標的レベル及び/又は合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列の標的発現レベルが達成されるまで、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の第1の用量に続いて細胞に提供される。 In some embodiments according to any of the methods of editing a genome in a cell described herein, one or more additional doses of gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease are provided to the cell following the first dose of gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease. In some embodiments, one or more additional doses of gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease are provided to the cell following the first dose of gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease until a target level of targeted integration of a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein and/or a target level of expression of a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein is achieved.
本明細書に記載の細胞内のゲノムを編集する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列は、内因性アルブミンプロモーターの制御下で発現される。 In some embodiments according to any of the methods of editing a genome in a cell described herein, the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is expressed under the control of an endogenous albumin promoter.
いくつかの実施形態では、合成FVIIIコード配列を細胞ゲノムのアルブミン遺伝子座に挿入する方法であって、(a)Cas DNAエンドヌクレアーゼ(例えば、Cas9)又はCas DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸、(b)gRNA又はgRNAをコードする核酸(ここでgRNAは、Cas DNAエンドヌクレアーゼを誘導して、アルブミン遺伝子座の標的ポリヌクレオチド配列を切断することができる)、及び(c)合成FVIIIコード配列を含む、本明細書に記載の実施形態のいずれかによるドナー鋳型を細胞に導入することを含む方法が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、この方法は、Cas DNAエンドヌクレアーゼをコードするmRNAを細胞に導入することを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、i)Cas DNAエンドヌクレアーゼをコードするmRNA及びii)gRNAを含む、本明細書に記載の実施形態のいずれかによるLNPを細胞に導入することを含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、AAVドナー鋳型である。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、合成FVIIIコード配列を含むドナーカセットを含み、ドナーカセットの片側又は両側にgRNAの標的部位が隣接する。いくつかの実施形態では、ドナーカセットに隣接するgRNA標的部位は、アルブミン遺伝子座におけるgRNA標的部位の逆相補体である。いくつかの実施形態では、Cas DNAエンドヌクレアーゼ又はCas DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸、及びgRNA又はgRNAをコードする核酸は、ドナー鋳型の細胞への導入後に細胞に導入される。いくつかの実施形態では、Cas DNAエンドヌクレアーゼ又はCas DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸、及びgRNA又はgRNAをコードする核酸は、ドナー鋳型が細胞核に入ることを可能にするために、ドナー鋳型の細胞への導入後に十分な時間、細胞に導入される。いくつかの実施形態では、Cas DNAエンドヌクレアーゼ又はCas DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸、及びgRNA又はgRNAをコードする核酸は、ドナー鋳型が一本鎖AAVゲノムから細胞核内の二本鎖DNA分子に変換されることを可能にするために、ドナー鋳型の細胞への導入後に十分な時間、細胞に導入される。いくつかの実施形態では、Cas DNAエンドヌクレアーゼは、Cas9である。 In some embodiments, provided herein is a method of inserting a synthetic FVIII coding sequence into an albumin locus of a cell genome, the method comprising introducing into the cell a donor template according to any of the embodiments described herein, the donor template comprising (a) a Cas DNA endonuclease (e.g., Cas9) or a nucleic acid encoding a Cas DNA endonuclease, (b) a gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA, where the gRNA can direct the Cas DNA endonuclease to cleave a target polynucleotide sequence at the albumin locus, and (c) a synthetic FVIII coding sequence. In some embodiments, the method comprises introducing into the cell an mRNA encoding the Cas DNA endonuclease. In some embodiments, the method comprises introducing into the cell an LNP according to any of the embodiments described herein, the LNP comprising i) an mRNA encoding the Cas DNA endonuclease and ii) a gRNA. In some embodiments, the donor template is an AAV donor template. In some embodiments, the donor template comprises a donor cassette comprising a synthetic FVIII coding sequence, flanked on one or both sides by gRNA target sites. In some embodiments, the gRNA target sites flanking the donor cassette are the reverse complements of the gRNA target sites in the albumin locus. In some embodiments, the Cas DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the Cas DNA endonuclease and the gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA are introduced into the cell after introduction of the donor template into the cell. In some embodiments, the Cas DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the Cas DNA endonuclease and the gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA are introduced into the cell for a sufficient time after introduction of the donor template into the cell to allow the donor template to enter the cell nucleus. In some embodiments, the Cas DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the Cas DNA endonuclease and the gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA are introduced into the cell for a sufficient time after introduction of the donor template into the cell to allow the donor template to be converted from a single-stranded AAV genome into a double-stranded DNA molecule in the cell nucleus. In some embodiments, the Cas DNA endonuclease is Cas9.
合成FVIIIコード配列を本明細書に記載の細胞ゲノムのアルブミン遺伝子座に挿入する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、標的ポリヌクレオチド配列は、アルブミン遺伝子のイントロン1にある。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号271~298のいずれかのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274、275、281、及び283のいずれか1つからのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号275からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAが配列番号281からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号283からのスペーサー配列を含む。
In some embodiments according to any of the methods of inserting a synthetic FVIII coding sequence into the albumin locus of a cell genome described herein, the target polynucleotide sequence is in
いくつかの実施形態では、合成FVIIIコード配列を細胞ゲノムのアルブミン遺伝子座に挿入する方法であって、(a)i)Cas9 DNAエンドヌクレアーゼをコードするmRNA及びii)Cas9 DNAエンドヌクレアーゼを誘導してアルブミン遺伝子座の標的ポリヌクレオチド配列を切断することができるgRNAを含む、本明細書に記載の実施形態のいずれかによるLNP、並びに(b)合成FVIIIコード配列を含む、本明細書に記載の実施形態のいずれかによるAAVドナー鋳型を細胞に導入することを含む方法が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は合成FVIIIコード配列を含むドナーカセットを含み、ドナーカセットの片側又は両側にgRNAの標的部位が隣接する。いくつかの実施形態では、ドナーカセットに隣接するgRNA標的部位は、アルブミン遺伝子座におけるgRNA標的部位の逆相補体である。いくつかの実施形態では、LNPは、AAVドナー鋳型の細胞への導入後に細胞に導入される。いくつかの実施形態では、LNPは、ドナー鋳型が細胞核に入ることを可能にするために、AAVドナー鋳型の細胞への導入後に十分な時間、細胞に導入される。いくつかの実施形態では、LNPは、ドナー鋳型が一本鎖AAVゲノムから細胞核内の二本鎖DNA分子に変換されることを可能にするために、AAVドナー鋳型の細胞への導入後に十分な時間、細胞に導入される。いくつかの実施形態では、細胞へのLNPの1つ以上(2、3、4、5以上など)の更なる導入は、細胞へのLNPの最初の導入に続いて行われる。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号271~298のいずれか1つからのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274、275、281、及び283のいずれか1つからのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号275からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号281からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号283からのスペーサー配列を含む。 In some embodiments, provided herein is a method of inserting a synthetic FVIII coding sequence into an albumin locus of a cell genome, the method comprising: (a) introducing into a cell an LNP according to any of the embodiments described herein, the LNP comprising i) an mRNA encoding a Cas9 DNA endonuclease and ii) a gRNA capable of inducing the Cas9 DNA endonuclease to cleave a target polynucleotide sequence at the albumin locus; and (b) an AAV donor template according to any of the embodiments described herein, the AAV donor template comprising a synthetic FVIII coding sequence. In some embodiments, the donor template comprises a donor cassette comprising a synthetic FVIII coding sequence, flanked on one or both sides by gRNA target sites. In some embodiments, the gRNA target sites flanking the donor cassette are the reverse complement of the gRNA target sites at the albumin locus. In some embodiments, the LNP is introduced into the cell after introduction of the AAV donor template into the cell. In some embodiments, the LNPs are introduced into the cell for a sufficient time after introduction of the AAV donor template into the cell to allow the donor template to enter the cell nucleus. In some embodiments, the LNPs are introduced into the cell for a sufficient time after introduction of the AAV donor template into the cell to allow the donor template to be converted from a single-stranded AAV genome into a double-stranded DNA molecule in the cell nucleus. In some embodiments, further introduction of one or more (e.g., 2, 3, 4, 5 or more) of the LNPs into the cell follows the initial introduction of the LNPs into the cell. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from any one of SEQ ID NOs: 271-298. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from any one of SEQ ID NOs: 274, 275, 281, and 283. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 274. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 275. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 281. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO:283.
標的部位へのFVIIIコード配列の挿入は、内因性フィブリノーゲン-α遺伝子座又はその隣接配列中にあり得る。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列は、挿入されたコード配列の発現がフィブリノーゲン-α遺伝子の内因性プロモーターによって制御されるように挿入される。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列は、フィブリノーゲン-α遺伝子のイントロンの1つに挿入される。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列は、フィブリノーゲン-α遺伝子のエクソンの1つに挿入される。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列は、イントロン:エクソン(又はその逆)の接合部に挿入される。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列の挿入は、フィブリノーゲン-α遺伝子座の第1のイントロン(又はイントロン1)にある。いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列の挿入は、フィブリノーゲン-α遺伝子の発現に有意な影響を与えず、例えばアップレギュレート又はダウンレギュレートしない。 Insertion of the FVIII coding sequence at the target site can be in the endogenous fibrinogen-α locus or adjacent sequences thereof. In some embodiments, the FVIII coding sequence is inserted such that expression of the inserted coding sequence is controlled by the endogenous promoter of the fibrinogen-α gene. In some embodiments, the FVIII coding sequence is inserted into one of the introns of the fibrinogen-α gene. In some embodiments, the FVIII coding sequence is inserted into one of the exons of the fibrinogen-α gene. In some embodiments, the FVIII coding sequence is inserted at an intron:exon (or vice versa) junction. In some embodiments, the insertion of the FVIII coding sequence is in the first intron (or intron 1) of the fibrinogen-α locus. In some embodiments, the insertion of the FVIII coding sequence does not significantly affect, e.g., upregulate or downregulate, expression of the fibrinogen-α gene.
特定の実施形態では、標的部位は、フィブリノーゲン-α遺伝子の第1のエクソンの(即ち、第1のエクソンの最後の塩基対又は3’末端から)少なくとも、約又は最大で0、1、5、10、20、30、40、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1050、1071bp、又は任意の介在長の核酸だけ下流である。いくつかの実施形態では、標的部位は、フィブリノーゲン-α遺伝子の第2のエクソンの(即ち、第2のエクソンの第1の核酸又は5’末端から)少なくとも、約又は最大で0.1kb、約0.2kb、約0.3kb、約0.4kb、約0.5kb、約1kb、又は任意の介在長の核酸だけ上流である。いくつかの実施形態では、標的部位は、フィブリノーゲン-α遺伝子の第2のエクソンの(即ち、第2のエクソンの第1の核酸又は5’末端から)約0bp~約100bp、約101bp~約200bp、約201bp~約300bp、約301bp~約400bp、約401bp~約500bp、約501bp~約600bp、約601bp~約700bp、約701bp~約800bp、約801bp~約900bp、約901bp~約1000bp、約1001bp~約1071bp上流のいずれかである。 In certain embodiments, the target site is at least, about, or up to 0, 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1050, 1071 bp, or any intervening length of nucleic acid downstream of the first exon of the fibrinogen-α gene (i.e., from the last base pair or 3' end of the first exon). In some embodiments, the target site is at least, about or up to 0.1 kb, about 0.2 kb, about 0.3 kb, about 0.4 kb, about 0.5 kb, about 1 kb, or any intervening length of nucleic acid upstream of the second exon of the fibrinogen-α gene (i.e., from the first nucleic acid or 5' end of the second exon). In some embodiments, the target site is about 0 bp to about 100 bp, about 101 bp to about 200 bp, about 201 bp to about 300 bp, about 301 bp to about 400 bp, about 401 bp to about 500 bp, about 501 bp to about 600 bp, about 601 bp to about 700 bp, about 701 bp to about 800 bp, about 801 bp to about 900 bp, about 901 bp to about 1000 bp, or about 1001 bp to about 1071 bp upstream of the second exon of the fibrinogen-α gene (i.e., from the first nucleic acid or the 5' end of the second exon).
いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列の挿入のための標的部位は、ゲノム中のヒトフィブリノーゲン-α遺伝子の第1エクソンの末端の少なくとも40bp下流であり、ゲノム中のヒトフィブリノーゲン-α遺伝子の第2エクソンの開始の少なくとも60bp上流である。 In some embodiments, the target site for insertion of the FVIII coding sequence is at least 40 bp downstream of the end of the first exon of the human fibrinogen-α gene in the genome and at least 60 bp upstream of the start of the second exon of the human fibrinogen-α gene in the genome.
いくつかの実施形態では、FVIIIコード配列の挿入のための標的部位は、ゲノム中のヒトフィブリノーゲン-α遺伝子の第1エクソンの末端の少なくとも42bp下流であり、ゲノム中のヒトフィブリノーゲン-α遺伝子の第2エクソンの開始の少なくとも65bp上流である。 In some embodiments, the target site for insertion of the FVIII coding sequence is at least 42 bp downstream of the end of the first exon of the human fibrinogen-α gene in the genome and at least 65 bp upstream of the start of the second exon of the human fibrinogen-α gene in the genome.
いくつかの実施形態では、挿入は、ゲノム中のヒトフィブリノーゲン-α遺伝子の第1エクソンの末端の少なくとも12bp下流であり、ゲノム中のヒトフィブリノーゲン-α遺伝子の第2エクソンの開始の少なくとも52bp上流である。 In some embodiments, the insertion is at least 12 bp downstream of the end of the first exon of the human fibrinogen-α gene in the genome and at least 52 bp upstream of the start of the second exon of the human fibrinogen-α gene in the genome.
いくつかの実施形態では、挿入は、ゲノム中のヒトフィブリノーゲン-α遺伝子の第1エクソンの末端の少なくとも94bp下流であり、ゲノム中のヒトフィブリノーゲン-α遺伝子の第2エクソンの開始の少なくとも86bp上流である。 In some embodiments, the insertion is at least 94 bp downstream of the end of the first exon of the human fibrinogen-α gene in the genome and at least 86 bp upstream of the start of the second exon of the human fibrinogen-α gene in the genome.
本明細書に記載されるシステムのいずれかに従ういくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、トランスフェリン遺伝子のイントロン1への標的化組込みのための合成FVIIIをコードする核酸配列を含み、ここでドナー鋳型は、5’から3’へ、i)第1のgRNA標的部位;ii)スプライスアクセプター;iii)合成FVIIIをコードするヌクレオチド配列;及びiv)ポリアデニル化シグナルを含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、iv)ポリアデニル化シグナルの下流に第2のgRNA標的部位を更に含む。いくつかの実施形態では、第1のgRNA標的部位及び第2のgRNA標的部位は、同じである。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、ii)スプライスアクセプターとiii)合成FVIIIタンパク質をコードするヌクレオチド配列との間の内因性配列の活性の少なくとも一部を保持するトランスフェリン遺伝子又はその変異体のエクソン2にコードされるトランスフェリンシグナルペプチドの末端部分をコードする配列を更に含む。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、i)第1のgRNA標的部位とii)スプライスアクセプターとの間にポリヌクレオチドスペーサーを更に含む。いくつかの実施形態では、ポリヌクレオチドスペーサーは、18ヌクレオチド長である。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、一方の側が第1のAAV ITR(逆方向末端反復)に隣接し、及び/又は他方の側が第2のAAV ITRに隣接する。いくつかの実施形態では、第1のAAV ITRは、AAV2 ITRであり、及び/又は第2のAAV ITRは、AAV2 ITRである。いくつかの実施形態では、iii)3、4、5、又は6つのN結合グリコシル化部位を含むBドメイン置換を有する合成FVIIIをコードするヌクレオチド配列。ドナー鋳型成分の例示的な配列は、配列番号310及び/又は311のドナー鋳型配列に見出すことができる。
In some embodiments according to any of the systems described herein, the donor template comprises a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII for targeted integration into
標的配列選択
いくつかの実施形態では、特定の参照遺伝子座に対する5’境界及び/又は3’境界の位置のシフトが使用されて、遺伝子編集の特定の適用を容易にするか又は増強し、これは、本明細書に更に記載及び例示されるように、編集のために選択されるエンドヌクレアーゼシステムに部分的に依存する。
Target Sequence Selection In some embodiments, a shift in the position of the 5' and/or 3' boundaries relative to a particular reference locus is used to facilitate or enhance a particular application of gene editing, which depends in part on the endonuclease system selected for editing, as further described and exemplified herein.
このような標的配列選択の第1の非限定的な態様において、多くのエンドヌクレアーゼシステムは、CRISPR II型又はV型エンドヌクレアーゼの場合、DNA切断部位に隣接する特定の位置におけるPAM配列モチーフの必要性のような、切断のための潜在的な標的部位の最初の選択を導く規則又は基準を有する。 In a first non-limiting aspect of such target sequence selection, many endonuclease systems have rules or criteria that guide the initial selection of a potential target site for cleavage, such as, in the case of CRISPR type II or type V endonucleases, the requirement for a PAM sequence motif at a specific position adjacent to the DNA cleavage site.
標的配列選択又は最適化の別の非限定的な態様において、標的配列とDNAエンドヌクレアーゼの特定の組み合わせについての「オフターゲット」活性の頻度(即ち、選択された標的配列以外の部位で生じる二本鎖切断の頻度)は、オンターゲット活性の頻度と比較して評価される。いくつかの場合、所望の遺伝子座で正確に編集された細胞は、他の細胞と比較して選択的利点を有し得る。選択的利点の例としては、例えば、増強された複製速度、持続性、特定の条件に対する抵抗性、対象への導入後のインビボでの生着又は持続の成功率の向上、及びこのような細胞の維持又は数の増加又は生存率に関連する他の属性などの属性の獲得が挙げられるが、これらに限定されない。他の場合では、所望の遺伝子座で正しく編集された細胞が、正しく編集された細胞を同定し、選別し、又はさもなければ選択するために使用される1つ以上のスクリーニング方法によって、積極的に選択され得る。選択的利点と誘導される選択方法の両方が、修正に関連する表現型を利用することができる。いくつかの実施形態では、細胞は、2回以上編集されて、意図される細胞集団を選択又は精製するために使用される新たな表現型を作製する第2の改変を作製し得る。このような第2の改変は、選択マーカー又はスクリーニングマーカーのための第2のgRNAを加えることによって作製され得る。いくつかの場合には、cDNA及びまた選択マーカーを含むDNA断片を使用して、所望の遺伝子座で細胞を正確に編集することができる。 In another non-limiting aspect of target sequence selection or optimization, the frequency of "off-target" activity (i.e., the frequency of double-stranded breaks occurring at sites other than the selected target sequence) for a particular combination of target sequence and DNA endonuclease is evaluated relative to the frequency of on-target activity. In some cases, cells that are correctly edited at the desired locus may have a selective advantage compared to other cells. Examples of selective advantages include, but are not limited to, the acquisition of attributes such as enhanced replication rate, persistence, resistance to certain conditions, improved success of engraftment or persistence in vivo after introduction into a subject, and other attributes associated with the maintenance or increased number or viability of such cells. In other cases, cells that are correctly edited at the desired locus may be positively selected by one or more screening methods used to identify, sort, or otherwise select correctly edited cells. Both the selective advantage and the induced selection methods can take advantage of the phenotype associated with the modification. In some embodiments, cells may be edited more than once to create a second modification that creates a new phenotype that is used to select or purify the intended cell population. Such a second modification can be made by adding a second gRNA for a selection or screening marker. In some cases, a DNA fragment containing the cDNA and also the selection marker can be used to precisely edit the cell at the desired locus.
実施形態において、任意の選択的利点が適用可能であるか、又は任意の誘導される選択が特定の場合に適用されるかどうかにかかわらず、標的配列選択はまた、適用の有効性を増強するため、及び/又は所望の標的以外の部位での望ましくない改変の可能性を低減するために、オフターゲット頻度の考慮によって導かれる。本明細書及び当技術分野において更に記載及び例示されるように、オフターゲット活性の発生は、標的部位とオフターゲット部位との間の類似性及び相違性、並びに使用される特定のエンドヌクレアーゼを含む、多数の因子によって影響される。オフターゲット活性の予測を補助するバイオインフォマティクスツールが利用可能であり、しばしば、このようなツールは、オフターゲット活性の最も可能性の高い部位を同定するためにも使用され得、これは次いで、オフターゲット活性のオンターゲット活性に対する相対頻度を評価するために実験環境において評価され得、それによって、より高い相対オンターゲット活性を有する配列の選択を可能にする。このような技術の例は、本明細書に提供され、他のものは、当技術分野で公知である。 In embodiments, regardless of whether any selective advantage is applicable or any guided selection is applied in a particular case, target sequence selection is also guided by consideration of off-target frequency to enhance the efficacy of the application and/or to reduce the likelihood of undesired modifications at sites other than the desired target. As further described and exemplified herein and in the art, the occurrence of off-target activity is influenced by a number of factors, including the similarities and differences between the target and off-target sites, as well as the particular endonuclease used. Bioinformatics tools are available that aid in the prediction of off-target activity, and often such tools can also be used to identify the most likely sites of off-target activity, which can then be evaluated in an experimental setting to assess the relative frequency of off-target activity to on-target activity, thereby allowing the selection of sequences with higher relative on-target activity. Examples of such techniques are provided herein and others are known in the art.
標的配列選択の別の態様は、相同組換え事象に関するものである。相同性の領域を共有する配列は、介在配列の欠失をもたらす相同組換え事象の焦点として働くことができる。このような組換え現象は、染色体及び他のDNA配列の複製の通常の過程で起こり、二本鎖切断(DSB)の修復の場合のようにDNA配列が合成されているときにも起こる。DSBは、正常な細胞複製サイクルの間に定期的に生じるが、UV光及びDNA切断の他のインデューサーのような因子、又は化学的インデューサーのような因子の存在によっても増強され得る。このようなインデューサーの多くは、ゲノム中でDSBを無差別に発生させ、DSBは、正常細胞で規則的に誘導され、修復される。修復の間、元の配列を完全な忠実度で再構築することができるが、いくつかの場合には、小さいインデルがDSB部位に導入される。 Another aspect of target sequence selection concerns homologous recombination events. Sequences that share regions of homology can serve as foci for homologous recombination events that result in the deletion of intervening sequences. Such recombination events occur during the normal course of replication of chromosomes and other DNA sequences, and also when DNA sequences are being synthesized, as in the repair of double-strand breaks (DSBs). DSBs occur periodically during normal cell replication cycles, but can also be enhanced by the presence of factors such as UV light and other inducers of DNA breaks, or chemical inducers. Many of these inducers generate DSBs in the genome indiscriminately, and DSBs are regularly induced and repaired in normal cells. During repair, the original sequence can be reconstructed with perfect fidelity, but in some cases small indels are introduced at the DSB site.
DSBは、本明細書に記載のエンドヌクレアーゼシステムの場合のように、特定の位置に特異的に誘導することもでき、これを用いて、選択された染色体位置に、指向性又は優先的な遺伝子改変事象を引き起こすことができる。DNA修復(及び複製)の状況において相同配列が組換えを受けやすい傾向は、多くの状況において利用することができ、相同組換え修復(homology directed repair)を用いて、ドナー鋳型の使用を通して提供される目的の配列を所望の染色体位置に挿入するCRISPRのような遺伝子編集システムの1つの適用の基礎である。 DSBs can also be specifically induced at particular locations, as in the case of the endonuclease system described herein, and used to induce directed or preferential genetic modification events at selected chromosomal locations. The propensity of homologous sequences to undergo recombination in the context of DNA repair (and replication) can be exploited in many contexts and is the basis for one application of gene editing systems such as CRISPR, which use homology directed repair to insert a sequence of interest, provided through the use of a donor template, into a desired chromosomal location.
特定の配列間の相同性の領域(これは、わずか10塩基対以下を有し得る「マイクロ相同性」の小さい領域であり得る)も、所望の欠失をもたらすために使用され得る。例えば、単一のDSBは、近くの配列とマイクロ相同性を示す部位に導入される。このようなDSBの修復の通常のプロセスにおいて、高頻度で起こる結果は、DSB及び付随する細胞修復プロセスによって組換えが促進される結果としての介在配列の欠失である。 Regions of homology between specific sequences (which may be small regions of "microhomology" that may have as few as 10 base pairs or less) can also be used to effect the desired deletion. For example, a single DSB is introduced at a site that shows microhomology with a nearby sequence. In the normal process of repair of such DSBs, a frequent outcome is the deletion of the intervening sequence as a result of promoted recombination by the DSB and associated cellular repair processes.
しかしながら、ある状況では、相同性の領域内の標的配列を選択することは、遺伝子融合(欠失がコード領域にある場合)を含む、はるかに大きい欠失を生じることもあり、これは、特定の状況を考慮すると、所望され得るか、又は所望され得ない。 However, in some situations, selecting a target sequence within the region of homology may result in much larger deletions, including gene fusions (if the deletion is in a coding region), which may or may not be desirable given the particular situation.
本明細書に提供される例は、FVIIIコード配列を挿入するように設計されたDSBの作製のための標的領域の選択、及びオンターゲット事象と比較してオフターゲット事象を最小限にするように設計されたそのような領域内の特定の標的配列の選択を更に説明する。 The examples provided herein further illustrate the selection of target regions for the creation of DSBs designed to insert FVIII coding sequences, and the selection of specific target sequences within such regions designed to minimize off-target events relative to on-target events.
標的化組込み
いくつかの実施形態では、本明細書に提供される方法は、「標的化組込み」と称される、肝細胞のゲノム中の特定の位置に合成FVIIIコード配列を組込むことである。いくつかの実施形態では、標的化組込みは、配列特異的ヌクレアーゼを使用してゲノムDNA中に二本鎖切断を生成することによって可能になる。
Targeted Integration In some embodiments, the methods provided herein are directed to the integration of a synthetic FVIII coding sequence into a specific location in the genome of a hepatocyte, referred to as "targeted integration." In some embodiments, targeted integration is enabled by the generation of a double-stranded break in the genomic DNA using a sequence-specific nuclease.
いくつかの実施形態で使用されるCRISPR/CASシステムは、最適なCRISPR/CAS設計を同定するために多数のゲノム標的を迅速にスクリーニングすることができるという利点を有する。ゲノムの任意の領域を標的とするsgRNA分子は、20bp配列を全てのPAMモチーフに隣接して配置することによって、インシリコで設計することができる。PAMモチーフは、真核生物のゲノム中で平均して15bpごとに生じる。しかしながら、インシリコ方法によって設計されたsgRNAは、異なる効率で細胞内に二本鎖切断を生成し、インシリコ方法を用いて一連のsgRNA分子の切断効率を予測することは現在可能ではない。sgRNAは、インビトロで迅速に合成できるので、これにより、所与のゲノム領域の全ての潜在的なsgRNA配列を迅速にスクリーニングして、最も効率的な切断をもたらすsgRNAを同定することができる。一般に、所与のゲノム領域内の一連のsgRNAを細胞内で試験する場合、0~90%の切断効率の範囲が観察される。インシリコアルゴリズム及び実験室の実験を用いて、任意の所与のsgRNAのオフターゲットの可能性を決定することもできる。sgRNAの20bp認識配列に対する完全な一致は、主としてほとんどの真核生物ゲノムで1回だけであるが、ゲノム中には、sgRNAと1つ以上の塩基対ミスマッチを有する多数の更なる部位が存在するであろう。これらの部位は、しばしばミスマッチの数又は位置に基づいて予測不可能である可変頻度で切断され得る。インシリコ分析によって同定されなかった更なるオフターゲット部位での切断も起こり得る。従って、最も好ましいオフターゲットプロファイルを有するsgRNAを同定するために、関連する細胞型中の多数のsgRNAをスクリーニングすることは、治療用途のための最適なsgRNAを選択する重要な成分である。好ましいオフターゲットプロファイルは、実際のオフターゲット部位の数及びこれらの部位における切断の頻度だけでなく、ゲノムにおけるこれらの部位の位置も考慮に入れる。例えば、機能的に重要な遺伝子、特に癌遺伝子又は抗癌遺伝子に近い又はその内部のオフターゲット部位は、機能が知られていない遺伝子間領域の部位よりも好ましくないと考えられる。従って、最適なsgRNAの同定は、単に生物のゲノム配列のインシリコ解析によって予測することはできず、実験的な試験が必要である。インシリコ解析は、試験するガイドの数を絞り込むのに役立つが、高いオンターゲット切断を有するガイドを予測することも、望ましい低いオフターゲット切断を有するガイドを予測することもできない。実験データによると、各々が目的領域(アルブミンイントロン1など)のゲノムと完全に一致するsgRNAの切断効率は、切断なしから90%以上の切断まで様々であり、既知のアルゴリズムでは予測できないことが示されている。所与のsgRNAがCas酵素による切断を促進する能力は、その領域のクロマチン構造によって決定できるゲノムDNAのその特異的部位の接近可能性と関連付けることができる。肝細胞のような静止状態の分化した細胞のゲノムDNAの大部分は、高度に凝縮したヘテロクロマチンに存在するが、活発に転写されている領域は、Casタンパク質などのタンパク質のような大きい分子に接近しやすいことが知られている、より開いたクロマチン状態に存在する。活発に転写されている遺伝子内でも、結合した転写因子又は他の調節タンパクの有無により、DNAのいくつかの特定の領域は他よりも接近しやすい。ゲノム中の、又はイントロンのような特定のゲノム遺伝子座又はゲノム遺伝子座の領域内の、及びアルブミンイントロン1のような部位を予測することは不可能であり、従って、関連する細胞型において実験的に決定する必要があるであろう。いったん、いくつかの部位が挿入のための潜在的な部位として選択されると、例えば、実験的試験の有無にかかわらず、数個のヌクレオチドを選択された部位から上流又は下流に移動することによって、そのような部位にいくつかの変異を付加することが可能である。
The CRISPR/CAS system used in some embodiments has the advantage that a large number of genomic targets can be rapidly screened to identify the optimal CRISPR/CAS design. sgRNA molecules targeting any region of the genome can be designed in silico by placing a 20 bp sequence adjacent to every PAM motif. PAM motifs occur on average every 15 bp in eukaryotic genomes. However, sgRNAs designed by in silico methods generate double-stranded breaks in cells with different efficiencies, and it is not currently possible to predict the cleavage efficiency of a set of sgRNA molecules using in silico methods. Since sgRNAs can be rapidly synthesized in vitro, this allows for the rapid screening of all potential sgRNA sequences for a given genomic region to identify the sgRNA that results in the most efficient cleavage. Typically, a range of 0-90% cleavage efficiency is observed when a set of sgRNAs in a given genomic region is tested in cells. In silico algorithms and laboratory experiments can also be used to determine the off-target potential of any given sgRNA. Although perfect matches to the 20 bp recognition sequence of the sgRNA are primarily unique in most eukaryotic genomes, there will be numerous additional sites in the genome with one or more base pair mismatches with the sgRNA. These sites may be cleaved at variable frequencies that are often unpredictable based on the number or location of the mismatches. Cleavage at additional off-target sites not identified by in silico analysis may also occur. Thus, screening multiple sgRNAs in relevant cell types to identify sgRNAs with the most favorable off-target profile is an important component of selecting optimal sgRNAs for therapeutic applications. A favorable off-target profile takes into account not only the number of actual off-target sites and the frequency of cleavage at these sites, but also the location of these sites in the genome. For example, off-target sites near or within functionally important genes, particularly oncogenes or anti-cancer genes, are considered less favorable than sites in intergenic regions with no known function. Therefore, the identification of optimal sgRNAs cannot be predicted simply by in silico analysis of an organism's genomic sequence, but requires experimental testing. In silico analysis helps narrow down the number of guides to be tested, but it cannot predict guides with high on-target cleavage, nor can it predict guides with desirable low off-target cleavage. Experimental data shows that the cleavage efficiency of sgRNAs, each perfectly matching the genome of a region of interest (such as albumin intron 1), varies from no cleavage to more than 90% cleavage and cannot be predicted by known algorithms. The ability of a given sgRNA to promote cleavage by Cas enzymes can be linked to the accessibility of its specific site in genomic DNA, which can be determined by the chromatin structure of that region. The majority of genomic DNA in quiescent differentiated cells, such as hepatocytes, resides in highly condensed heterochromatin, while actively transcribed regions reside in a more open chromatin state that is known to be more accessible to large molecules such as proteins, such as Cas proteins. Even within an actively transcribed gene, some specific regions of DNA are more accessible than others, depending on the presence or absence of bound transcription factors or other regulatory proteins. Sites in the genome or within specific genomic loci or regions of genomic loci, such as introns and
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法で使用され得るgRNAは、配列番号271~298のうちの1つ以上、又は配列番号271~298のものと少なくとも約85%のヌクレオチド配列同一性を有するその任意の機能的等価物である。 In some embodiments, a gRNA that may be used in the methods disclosed herein is one or more of SEQ ID NOs:271-298, or any functional equivalent thereof having at least about 85% nucleotide sequence identity to those of SEQ ID NOs:271-298.
核酸改変
いくつかの実施形態では、細胞に導入されたポリヌクレオチドは、本明細書に更に記載され、当技術分野で知られているように、例えば、活性、安定性又は特異性を増強し、送達を変更し、宿主細胞における自然免疫応答を低減し、又は他の増強のために、個別に又は組み合わせて使用することができる1つ以上の改変を有する。
Nucleic Acid Modifications In some embodiments, a polynucleotide introduced into a cell has one or more modifications that can be used individually or in combination, e.g., to enhance activity, stability or specificity, alter delivery, reduce innate immune responses in host cells, or for other enhancements, as further described herein and known in the art.
特定の実施形態では、改変されたポリヌクレオチドは、CRISPR/Cas9/Cpf1システムにおいて使用され、この場合、細胞に導入されるガイドRNA(単一分子ガイド又は2分子ガイドのいずれか)及び/又はCas若しくはCpf1エンドヌクレアーゼをコードするDNA若しくはRNAは、以下に記載され、例示されるように改変され得る。このような改変ポリヌクレオチドは、任意の1つ以上のゲノム遺伝子座を編集するために、CRISPR/Cas9/Cpf1システムにおいて使用され得る。 In certain embodiments, modified polynucleotides are used in a CRISPR/Cas9/Cpf1 system, where the guide RNA (either a single-molecule guide or a two-molecule guide) and/or DNA or RNA encoding the Cas or Cpf1 endonuclease introduced into the cell may be modified as described and exemplified below. Such modified polynucleotides may be used in a CRISPR/Cas9/Cpf1 system to edit any one or more genomic loci.
このような使用の非限定的な例示の目的のためにCRISPR/Cas9/Cpf1システムを使用して、ガイドRNAの改変を用いて、単一分子ガイド又は2分子であり得るgRNA、及びCas若しくはCpf1エンドヌクレアーゼを有するCRISPR/Cas9/Cpf1ゲノム編集複合体の形成又は安定性を増強し得る。gRNAの改変はまた、又は代替的に、ゲノム編集複合体とゲノム中の標的配列との間の相互作用の開始、安定性又は動力学を増強するために使用され得、これは、例えば、オンターゲット活性を増強するために使用され得る。ガイドRNAの改変はまた、又は代替的に、特異性、例えば、他の(オフターゲット)部位での効果と比較した、オンターゲット部位でのゲノム編集の相対的な割合を増強するために使用され得る。 For non-limiting illustrative purposes of such uses, the CRISPR/Cas9/Cpf1 system may be used to enhance the formation or stability of a CRISPR/Cas9/Cpf1 genome editing complex with a gRNA, which may be a single molecule guide or a bimolecular, and a Cas or Cpf1 endonuclease, using modifications of the guide RNA. Modifications of the gRNA may also or alternatively be used to enhance the initiation, stability or kinetics of the interaction between the genome editing complex and the target sequence in the genome, which may be used, for example, to enhance on-target activity. Modifications of the guide RNA may also or alternatively be used to enhance specificity, e.g., the relative rate of genome editing at the on-target site compared to the effect at other (off-target) sites.
改変はまた、又は代替的に、例えば、細胞内に存在するリボヌクレアーゼ(RNase)による分解に対する耐性を増加させ、それによって細胞内でのその半減期を増加させることによって、ガイドRNAの安定性を増加させるために使用することができる。ガイドRNAの半減期を増加させる改変は、エンドヌクレアーゼをコードするRNAと同時に導入されるガイドRNAの半減期を増加させることが、ガイドRNA及びコードされるCas又はCpf1エンドヌクレアーゼが細胞内に共存する時間を増加させるために使用され得るので、エンドヌクレアーゼを生成するために翻訳される必要があるRNAを介して編集されるべき細胞にCas又はCpf1エンドヌクレアーゼが導入される実施形態において特に有用であり得る。 Modifications can also, or alternatively, be used to increase the stability of the guide RNA, for example, by increasing its resistance to degradation by ribonucleases (RNases) present in the cell, thereby increasing its half-life within the cell. Modifications that increase the half-life of the guide RNA can be particularly useful in embodiments in which a Cas or Cpf1 endonuclease is introduced into the cell to be edited via an RNA that needs to be translated to produce the endonuclease, since increasing the half-life of the guide RNA that is introduced simultaneously with an RNA encoding the endonuclease can be used to increase the time that the guide RNA and the encoded Cas or Cpf1 endonuclease coexist within the cell.
改変はまた、又は代替的に、細胞に導入されるRNAが自然免疫応答を誘発する可能性又は程度を減少させるために使用され得る。RNA干渉(RNAi)(低分子干渉RNA(siRNA)を含む)の状況において十分に特徴付けられているこのような応答は、下記及び当技術分野において記載されるように、RNAの半減期の減少及び/又は免疫応答に関連するサイトカイン若しくは他の因子の誘発に関連する傾向がある。 Modifications may also, or alternatively, be used to reduce the likelihood or extent to which RNA introduced into a cell will induce an innate immune response. Such responses, which have been well characterized in the context of RNA interference (RNAi) (including small interfering RNA (siRNA)), tend to be associated with reduced half-life of the RNA and/or induction of cytokines or other factors associated with the immune response, as described below and in the art.
細胞に導入されるエンドヌクレアーゼをコードするRNAに対して、限定されるものではないが、RNAの安定性を増強する改変(例えば、細胞内に存在するRNAseによるその分解を増加させることによる)、得られる生成物(即ち、エンドヌクレアーゼ)の翻訳を増強する改変、及び/又は細胞に導入されたRNAが自然免疫応答を誘発する可能性又は程度を減少させる改変を含む、1つ以上のタイプの改変も行うこともできる。 The RNA encoding the endonuclease introduced into a cell can also be modified in one or more types, including, but not limited to, modifications that enhance the stability of the RNA (e.g., by increasing its degradation by RNAses present in the cell), modifications that enhance translation of the resulting product (i.e., the endonuclease), and/or modifications that reduce the likelihood or extent to which the RNA introduced into a cell will elicit an innate immune response.
前述及び他のものなどの改変の組み合わせも同様に使用することができる。CRISPR/Cas9/Cpf1の場合、例えば、ガイドRNA(上記で例示したものを含む)に1つ以上のタイプの改変を行うことができ、及び/又はCasエンドヌクレアーゼをコードするRNA(上記で例示したものを含む)に、1つ以上のタイプの改変を行うことができる。 Combinations of modifications, such as those mentioned above and others, can be used as well. In the case of CRISPR/Cas9/Cpf1, for example, one or more types of modifications can be made to the guide RNA (including those exemplified above) and/or one or more types of modifications can be made to the RNA encoding the Cas endonuclease (including those exemplified above).
例として、CRISPR/Cas9/Cpf1システムで使用されるガイドRNA、又は他のより小さいRNAは、化学的手段によって容易に合成され得、以下に例示され、当技術分野で記載されるように、多数の改変が容易に組込まれることを可能にする。化学合成手順は継続的に拡大しているが、高速液体クロマトグラフィー(HPLC、これはPAGEのようなゲルの使用を回避する)のような手順によるこのようなRNAの精製は、ポリヌクレオチド長が100ヌクレオチド程度を超えて有意に増加することにつれて、より困難になる傾向がある。より長い長さの化学改変RNAを生成するために使用される1つのアプローチは、一緒に連結される2つ以上の分子を生成することである。Cas9エンドヌクレアーゼをコードするRNAのような、はるかに長いRNAは、酵素的により容易に生成される。酵素的に生成されるRNAでの使用には、一般に、より少ないタイプの改変が利用可能であるが、以下及び当技術分野で更に記載されるように、例えば、安定性を増強し、自然免疫応答の可能性若しくは程度を減少させ、及び/又は他の属性を増強するために使用され得る改変が依然として存在し;新たなタイプの改変が定期的に開発されている。 As an example, guide RNAs used in the CRISPR/Cas9/Cpf1 system, or other smaller RNAs, can be easily synthesized by chemical means, allowing numerous modifications to be readily incorporated, as exemplified below and described in the art. Although chemical synthesis procedures are continually expanding, purification of such RNAs by procedures such as high performance liquid chromatography (HPLC, which avoids the use of gels such as PAGE) tends to become more difficult as polynucleotide lengths increase significantly beyond 100 nucleotides or so. One approach used to generate chemically modified RNAs of longer length is to generate two or more molecules that are linked together. Much longer RNAs, such as RNAs encoding the Cas9 endonuclease, are more easily generated enzymatically. Although fewer types of modifications are generally available for use with enzymatically generated RNAs, there are still modifications that can be used, for example, to enhance stability, reduce the likelihood or extent of an innate immune response, and/or enhance other attributes, as described below and further in the art; new types of modifications are regularly developed.
改変のタイプ、特に、より小さい化学的に合成されたRNAで頻繁に使用されるもの例として、改変は、糖の2’位、いくつかの実施形態では、2’-O-アルキル、2’-O-アルキル-O-アルキル、又は2’-フルオロ改変ヌクレオチドで改変された1つ以上のヌクレオチドを有することができる。いくつかの実施形態では、RNA改変は、ピリミジンのリボース上の2’-フルオロ、2’-アミノ、又は2’-O-メチル改変、脱塩基残基、又はRNAの3’末端の逆塩基を含む。このような改変は、オリゴヌクレオチドに組込まれており、これらのオリゴヌクレオチドは、所与の標的に対する2’-デオキシオリゴヌクレオチドよりも高いTm(即ち、より高い標的結合親和性)を有することが報告されている。 As an example of the types of modifications, particularly those frequently used in smaller chemically synthesized RNAs, the modifications can have one or more nucleotides modified at the 2' position of the sugar, in some embodiments with 2'-O-alkyl, 2'-O-alkyl-O-alkyl, or 2'-fluoro modified nucleotides. In some embodiments, the RNA modifications include 2'-fluoro, 2'-amino, or 2'-O-methyl modifications on the ribose of pyrimidines, abasic residues, or inverted bases at the 3' end of the RNA. Such modifications have been incorporated into oligonucleotides, and these oligonucleotides have been reported to have a higher Tm (i.e., higher target binding affinity) for a given target than 2'-deoxyoligonucleotides.
多数のヌクレオチド及びヌクレオシド改変が、それらが組込まれるオリゴヌクレオチドを、天然オリゴヌクレオチドよりもヌクレアーゼ消化に対してより抵抗性にすることが報告されており;これらの改変オリゴは、未改変オリゴヌクレオチドよりも長時間無傷で生存する。改変オリゴヌクレオチドの具体例としては、改変骨格を有するもの、例えば、ホスホロチオエート、ホスホトリエステル、ホスホン酸メチル、短鎖アルキル若しくはシクロアルキル糖間結合又は短鎖ヘテロ原子若しくは複素環糖間結合が挙げられる。いくつかのオリゴヌクレオチドは、ホスホロチオエート骨格を有するオリゴヌクレオチド、及びヘテロ原子骨格、特に、CH2-NH-O-CH2、CH2-N(CH3)-O-CH2(メチレン(メチルイミノ)又はMMI骨格として知られる)、CH2-O-N(CH3)-CH2、CH2-N(CH3)-N(CH3)-CH2及びO-N(CH3)-CH2-CH2骨格(ここで天然ホスホジエステル骨格はO-P-O-CHとして表される);アミド骨格(A.De Mesmaeker et al.,Ace Chem Res(1995)28:366-374参照);モルホリノ骨格構造(Summerton及びWeller、米国特許第5,034,506号参照);並びにペプチド核酸(PNA)骨格(後述)を有するオリゴヌクレオチドを有するオリゴヌクレオチドである。リン含有結合には、ホスホロチオエート、キラルホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、ホスホトリエステル、アミノアルキルホスホトリエステル、3’アルキレンホスホネート及びキラルホスホネートを有するメチル及び他のアルキルホスホネート、ホスフィネート、3’-アミノホスホラミデート及びアミノアルキルホスホラミデートを有するホスホラミデート、チオノホスホラミデート、チオノアルキルホスホネート、チオノアルキルホスホトリエステル、並びに通常の3’-5’結合を有するボラノホスフェート、これらの2’-5’結合類似体、並びにヌクレオシド単位の隣接対が3’-5’から5’-3’又は2’-5’から5’-2’に結合している逆極性を有するものが含まれるが、これらに限定されない;米国特許第3,687,808号明細書;米国特許第4,469,863号明細書;米国特許第4,476,301号明細書;米国特許第5,023,243号明細書;米国特許第5,177,196号明細書;米国特許第5,188,897号明細書;米国特許第5,264,423号明細書;米国特許第5,276,019号明細書;米国特許第5,278,302号明細書;米国特許第5,286,717号明細書;米国特許第5,321,131号明細書;米国特許第5,399,676号明細書;米国特許第5,405,939号明細書;米国特許第5,453,496号明細書;米国特許第5,455,233号明細書;米国特許第5,466,677号明細書;米国特許第5,476,925号明細書;米国特許第5,519,126号明細書;米国特許第5,536,821号明細書;米国特許第5,541,306号明細書;米国特許第5,550,111号明細書;米国特許第5,563,253号明細書;米国特許第5,571,799号明細書;米国特許第5,587,361号明細書;及び米国特許第5,625,050号明細書を参照されたい。 A number of nucleotide and nucleoside modifications have been reported to render the oligonucleotides into which they are incorporated more resistant to nuclease digestion than natural oligonucleotides; these modified oligonucleotides survive intact for longer periods of time than unmodified oligonucleotides. Specific examples of modified oligonucleotides include those with modified backbones, such as phosphorothioates, phosphotriesters, methyl phosphonates, short alkyl or cycloalkyl intersugar linkages, or short heteroatom or heterocyclic intersugar linkages. Some oligonucleotides include oligonucleotides having phosphorothioate backbones, as well as heteroatom backbones, particularly CH 2 -NH-O-CH 2 , CH 2 -N(CH 3 )-O-CH 2 (known as the methylene (methylimino) or MMI backbone), CH 2 -O-N(CH 3 )-CH 2 , CH 2 -N(CH 3 )-N(CH 3 )-CH 2 and O-N(CH 3 )-CH 2 -CH2 backbones (where the natural phosphodiester backbone is represented as O-P-O-CH); amide backbones (A. De Mesmaeker et al., Ace Chem. Chem. 1999, 143:131-132, 1999). Res (1995) 28:366-374); oligonucleotides having morpholino backbone structures (see Summerton and Weller, US Pat. No. 5,034,506); and oligonucleotides having peptide nucleic acid (PNA) backbones (described below). Phosphorus-containing linkages include, but are not limited to, phosphorothioates, chiral phosphorothioates, phosphorodithioates, phosphotriesters, aminoalkyl phosphotriesters, methyl and other alkyl phosphonates with 3' alkylene phosphonates and chiral phosphonates, phosphinates, phosphoramidates with 3'-amino phosphoramidates and aminoalkyl phosphoramidates, thionophosphoramidates, thionoalkyl phosphonates, thionoalkyl phosphotriesters, and boranophosphates with normal 3'-5' linkages, 2'-5' linked analogs thereof, and those with reverse polarity where adjacent pairs of nucleoside units are linked 3'-5' to 5'-3' or 2'-5' to 5'-2'; U.S. Pat. Nos. 3,687,808; 4,469,863; 4,476,301; 5,023,243; U.S. Pat. US Patent Nos. 5,177,196; 5,188,897; 5,264,423; 5,276,019; 5,278,302; 5,286,717; 5,321,131; 5,399,676; 5,405,939; 5,453,496; 5,455,233 Nos. 5,466,677; 5,476,925; 5,519,126; 5,536,821; 5,541,306; 5,550,111; 5,563,253; 5,571,799; 5,587,361; and 5,625,050.
モルホリノベースのオリゴマー化合物は、D.A.Braasch et al.,Biochem(2002)41(14):4503-10;S.C.Ekker et al.,Genesis(2001)30(3):89-93(及びこの問題における他の論文);J.Heasman,Dev Biol(2002)243:209-14;A.Nasevicius et al.,Nat Genet(2000)26:216-20;G.Lacerra et al.,Proc Natl Acad Sci USA(2000)97:9591-96;及び米国特許第5,034,506号明細書に記載されている。 Morpholino-based oligomeric compounds have been described in D. A. Braasch et al., Biochem (2002) 41(14):4503-10; S. C. Ekker et al., Genesis (2001) 30(3):89-93 (and other articles in this issue); J. Heasman, Dev Biol (2002) 243:209-14; A. Nasevicius et al., Nat Genet (2000) 26:216-20; G. Lacerra et al. , Proc Natl Acad Sci USA (2000) 97:9591-96; and U.S. Patent No. 5,034,506.
シクロヘキセニル核酸オリゴヌクレオチド模倣物は、J.Wang et al.,J Am Chem.Soc(2000)122:8595-602に記載されている。 Cyclohexenyl nucleic acid oligonucleotide mimetics are described in J. Wang et al., J Am Chem. Soc (2000) 122:8595-602.
中にリン原子を含まない改変オリゴヌクレオチド骨格は、短鎖アルキル若しくはシクロアルキルヌクレオシド間結合、混合ヘテロ原子及びアルキル若しくはシクロアルキルヌクレオシド間結合、又は1つ以上の短鎖ヘテロ原子若しくは複素環ヌクレオシド間結合によって形成される骨格を有する。これらは、モルホリノ結合(ヌクレオシドの糖部分から部分的に形成される);シロキサン骨格;スルフィド、スルホキシド及びスルホン骨格;ホルムアセチル骨格及びチオホルムアセチル骨格;メチレンホルムアセチル骨格及びチオホルムアセチル骨格;アルケン含有骨格;スルファメート骨格;メチレンイミノ及びメチレンヒドラジノ骨格;スルホネート及びスルホンアミド骨格;アミド骨格;並びに混合N、O、S、及びCH2構成部分を有する他の骨格を有するものを有する;米国特許第5,034,506号明細書;米国特許第5,166,315号明細書;米国特許第5,185,444号明細書;米国特許第5,214,134号明細書;米国特許第5,216,141号明細書;米国特許第5,235,033号明細書;米国特許第5,264,562号明細書;米国特許第5,264,564号明細書;米国特許第5,405,938号明細書;米国特許第5,434,257号明細書;米国特許第5,466,677号明細書;米国特許第5,470,967号明細書;米国特許第5,489,677号明細書;米国特許第5,541,307号明細書;米国特許第5,561,225号明細書;米国特許第5,596,086号明細書;米国特許第5,602,240号明細書;米国特許第5,610,289号明細書;米国特許第5,602,240号明細書;米国特許第5,608,046号明細書;米国特許第5,610,289号明細書;米国特許第5,618,704号明細書;米国特許第5,623,070号明細書;米国特許第5,663,312号明細書;米国特許第5,633,360号明細書;米国特許第5,677,437号明細書;及び米国特許第5,677,439号明細書を参照されたい。 Modified oligonucleotide backbones that do not contain a phosphorus atom have backbones formed by short chain alkyl or cycloalkyl internucleoside linkages, mixed heteroatom and alkyl or cycloalkyl internucleoside linkages, or one or more short chain heteroatom or heterocyclic internucleoside linkages. These include morpholino linkages (formed in part from the sugar portion of the nucleoside); siloxane backbones; sulfide, sulfoxide and sulfone backbones; formacetyl and thioformacetyl backbones; methyleneformacetyl and thioformacetyl backbones; alkene-containing backbones; sulfamate backbones; methyleneimino and methylenehydrazino backbones; sulfonate and sulfonamide backbones; amide backbones; and mixed N, O, S, and CH. Others have backbones with two moieties; U.S. Pat. Nos. 5,034,506; 5,166,315; 5,185,444; 5,214,134; 5,216,141; 5,235,033; 5,264,562; 5,264,564; 5,405,938; 5,434,257; 5,466,677; 5,470,967; 5,489,677; U.S. Pat. See U.S. Patent Nos. 5,541,307; 5,561,225; 5,596,086; 5,602,240; 5,610,289; 5,602,240; 5,608,046; 5,610,289; 5,618,704; 5,623,070; 5,663,312; 5,633,360; 5,677,437; and 5,677,439.
1つ以上の置換糖部分、例えば、2’の位置に以下のうちの1つ:OH、SH、SCH3、F、OCN、OCH3OCH3、OCH3O(CH2)nCH3、O(CH2)nNH2、若しくはO(CH2)nCH3(ここでnは、1~約10である);C1~C10低級アルキル、アルコキシアルコキシ、置換された低級アルキル、アルカリール若しくはアラルキル;Cl;Br;CN;CF3;OCF3;O-、S-若しくはN-アルキル;O-、S-若しくはN-アルケニル;SOCH3;SO2CH3;ONO2;NO2;N3;NH2;ヘテロシクロアルキル;ヘテロシクロアルカリール;アミノアルキルアミノ;ポリアルキルアミノ;置換シリル;RNA切断基;レポーター基;インターカレーター;オリゴヌクレオチドの薬物動態特性を改善するための基;又はオリゴヌクレオチドの薬力学特性を改善するための基、及び類似の特性を有する他の置換基も含まれ得る。いくつかの実施形態では、改変は、2’-メトキシエトキシ(2’-CH2-CH2-OCH3、2’-O-(2-メトキシエチル)としても知られる)(P.Martin et al.,Helv Chim Acta(1995)78:486)を含む。他の改変は、2’-メトキシ(2’-O-CH3)、2’-プロポキシ(2’-OCH2-CH2CH3)及び2’-フルオロ(2’-F)を含む。同様の改変を、オリゴヌクレオチド上の他の位置、特に3’末端ヌクレオチド上の糖の3’位及び5’末端ヌクレオチドの5’位で行うこともできる。オリゴヌクレオチドは、ペントフラノシル基の代わりにシクロブチルのような糖模倣物を有することもできる。 One or more substituted sugar moieties, e.g., one of the following at the 2' position: OH, SH, SCH3 , F , OCN, OCH3OCH3 , OCH3O ( CH2 ) nCH3 , O( CH2 ) nNH2 , or O( CH2 ) nCH3 (where n is 1 to about 10); C1 - C10 lower alkyl, alkoxyalkoxy, substituted lower alkyl, alkaryl or aralkyl; Cl; Br ; CN; CF3 ; OCF3 ; O-, S- or N-alkyl; O-, S- or N-alkenyl; SOCH3 ; SO2CH3 ; ONO2 ; NO2 ; N3 ; NH2 ; heterocycloalkyl; heterocycloalkaryl; aminoalkylamino; polyalkylamino; substituted silyl; RNA cleaving groups; reporter groups; intercalators; groups for improving the pharmacokinetic properties of an oligonucleotide; or groups for improving the pharmacodynamic properties of an oligonucleotide, and other substituents with similar properties may also be included. In some embodiments, the modification comprises 2'-methoxyethoxy (2'-CH 2 -CH 2 -OCH 3 , also known as 2'-O-(2-methoxyethyl)) (P. Martin et al., Helv Chim Acta (1995) 78:486). Other modifications comprise 2'-methoxy (2'-O-CH 3 ), 2'-propoxy (2'-OCH 2 -CH 2 CH 3 ) and 2'-fluoro (2'-F). Similar modifications can also be made at other positions on the oligonucleotide, particularly the 3' position of the sugar on the 3' terminal nucleotide and the 5' position of the 5' terminal nucleotide. Oligonucleotides may also have sugar mimetics such as cyclobutyls in place of the pentofuranosyl group.
いくつかの実施形態では、ヌクレオチド単位の糖及びヌクレオシド間結合の両方、即ち骨格は、新規な基で置換される。塩基単位は、適切な核酸標的化合物とのハイブリダイゼーションのために維持される。優れたハイブリダイゼーション特性を有することが報告されているオリゴヌクレオチド模倣物であるこのようなオリゴマー化合物の1つは、ペプチド核酸(PNA)と称されている。PNA化合物において、オリゴヌクレオチドの糖骨格は、アミド含有骨格、例えばアミノエチルグリシン骨格で置換されている。核酸塩基は、保持され、骨格のアミド部分のアザ窒素原子に直接又は間接的に結合される。PNA化合物の調製を教示する代表的な米国特許は、米国特許第5,539,082号;第5,714,331号;及び第5,719,262号を有するが、これらに限定されない。PNA化合物の更なる教示は、P.E.Nielsen et al.,Science(1991)254:1497-500に見出すことができる。 In some embodiments, both the sugar and the internucleoside linkage, i.e., the backbone, of the nucleotide units are replaced with novel groups. The base units are maintained for hybridization with an appropriate nucleic acid target compound. One such oligomeric compound that is an oligonucleotide mimetic that has been reported to have excellent hybridization properties is called a peptide nucleic acid (PNA). In a PNA compound, the sugar backbone of the oligonucleotide is replaced with an amide-containing backbone, e.g., an aminoethylglycine backbone. The nucleobases are retained and are attached directly or indirectly to the aza nitrogen atoms of the amide portion of the backbone. Representative U.S. patents that teach the preparation of PNA compounds include, but are not limited to, U.S. Pat. Nos. 5,539,082; 5,714,331; and 5,719,262. Further teachings of PNA compounds can be found in P. E. Nielsen et al., Science (1991) 254:1497-500.
いくつかの実施形態では、ガイドRNAはまた、追加的又は代替的に、核酸塩基(当技術分野では、単に「塩基」と称されることが多い)改変又は置換を含むことができる。本明細書で使用される場合、「未改変」又は「天然」核酸塩基は、アデニン(A)、グアニン(G)、チミン(T)、シトシン(C)、及びウラシル(U)を含む。改変核酸塩基は、天然核酸には稀に又は一時的にのみ見出される核酸塩基、例えばヒポキサンチン、6-メチルアデニン、5-Meピリミジン、特に5-メチルシトシン(5-メチル-2’-デオキシシトシンとも称され、当技術分野では、しばしば5-Me-Cと称される)、5-ヒドロキシメチルシトシン(HMC)、グリコシルHMC及びゲントビオシルHMC、並びに合成核酸塩基、例えば2-アミノアデニン、2-(メチルアミノ)アデニン、2-(イミダゾリルアルキル)アデニン、2-(アミノアルキルアミノ)アデニン又は他のヘテロ置換アルキルアデニン、2-チオウラシル、2-チオチミン、5-ブロモウラシル、5-ヒドロキシメチルウラシル、8-アザグアニン、7-デアザグアニン、N6(6-アミノヘキシル)アデニン、並びに2,6-ジアミノプリンを含む;G.Gebeyehu et al.,Nucl Acids Res(1997)15:4513。当技術分野で公知の「ユニバーサル」塩基(例えば、イノシン)もまた含まれ得る。5-Me-C置換は、核酸二重鎖の安定性を0.6~1.2℃増加させることが報告されている。(Y.S.Sanghvi et al.,“Antisense Research and Applications”,CRC Press,Boca Raton,1993,pp.276-278)は、塩基置換の実施形態である。 In some embodiments, a guide RNA can also additionally or alternatively include a nucleobase (often referred to in the art simply as a "base") modification or substitution. As used herein, "unmodified" or "natural" nucleobases include adenine (A), guanine (G), thymine (T), cytosine (C), and uracil (U). Modified nucleobases include nucleobases that are found only rarely or occasionally in natural nucleic acids, such as hypoxanthine, 6-methyladenine, 5-Me pyrimidines, particularly 5-methylcytosine (also referred to as 5-methyl-2'-deoxycytosine, often referred to in the art as 5-Me-C), 5-hydroxymethylcytosine (HMC), glycosyl HMC and gentobiosyl HMC, as well as synthetic nucleobases, such as 2-aminoadenine, 2-(methylamino)adenine, 2-(imidazolylalkyl)adenine, 2-(aminoalkylamino)adenine or other hetero-substituted alkyl adenines, 2-thiouracil, 2-thiothymine, 5-bromouracil, 5-hydroxymethyluracil, 8-azaguanine, 7-deazaguanine, N6(6-aminohexyl)adenine, and 2,6-diaminopurine; see G. Gebeyehu et al. , Nucl Acids Res (1997) 15:4513. "Universal" bases known in the art (e.g., inosine) may also be included. 5-Me-C substitutions have been reported to increase nucleic acid duplex stability by 0.6-1.2°C. (Y.S. Sanghvi et al., "Antisense Research and Applications", CRC Press, Boca Raton, 1993, pp. 276-278) are examples of base substitutions.
いくつかの実施形態では、改変核酸塩基には、5-メチルシトシン(5-me-C)、5-ヒドロキシメチルシトシン、キサンチン、ヒポキサンチン、2-アミノアデニン、アデニン及びグアニンの6-メチル及び他のアルキル誘導体、アデニン及びグアニンの2-プロピル及び他のアルキル誘導体、2-チオウラシル、2-チオチオシミン及び2-チオシトシン、5-ハロウラシル及びシトシン、5-プロピニルウラシル及びシトシン、6-アゾウラシル、シトシン及びチミン、5-ウラシル(偽ウラシル)、4-チオウラシル、8-ハロ、8-アミノ、8-チオール、8-チオアルキル、8-ヒドロキシル及び他の8-置換アデニン及びグアニン、5-ハロ、特に5-ブロモ、5-トリフルオロメチル及び他の5-置換ウラシル及びシトシン、7-メチルクアニン(methylquanine)及び7-メチルアデニン、8-アザグアニン及び8-アザアデニン、7-デアザグアニン及び7-デアザアデニン、並びに3-デアザグアニン及び3-デアザアデニンなどの他の合成及び天然核酸塩基が含まれる。 In some embodiments, modified nucleobases include 5-methylcytosine (5-me-C), 5-hydroxymethylcytosine, xanthine, hypoxanthine, 2-aminoadenine, 6-methyl and other alkyl derivatives of adenine and guanine, 2-propyl and other alkyl derivatives of adenine and guanine, 2-thiouracil, 2-thiothiocymine and 2-thiocytosine, 5-halouracil and cytosine, 5-propynyluracil and cytosine, 6-azouracil, cytosine and thymine, 5-uracil (pseudouracil ), 4-thiouracil, 8-halo, 8-amino, 8-thiol, 8-thioalkyl, 8-hydroxyl and other 8-substituted adenines and guanines, 5-halo, especially 5-bromo, 5-trifluoromethyl and other 5-substituted uracils and cytosines, 7-methylquanine and 7-methyladenine, 8-azaguanine and 8-azaadenine, 7-deazaguanine and 7-deazaadenine, and other synthetic and natural nucleobases such as 3-deazaguanine and 3-deazaadenine.
更なる核酸塩基には、米国特許第3,687,808号明細書に開示されているもの、“The Concise Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,858~859頁、Kroschwitz,J.I.,ed.John Wiley & Sons,1990に開示されているもの、Englisch et al.,Ange.Chemie、Int’l Ed,(1991)30:613により開示されているもの、及びY.S.Sanghvi,Chapter 15,“Antisense Research and Applications”,pp289-302,Crooke,S.T.and Lebleu,B.ed.,CRC Press,1993により開示されているものが含まれる。これらの核酸塩基の特定のものは、本開示のオリゴマー化合物の結合親和性を増加させるために特に有用である。これらには、2-アミノプロピルアデニン、5-プロピニルウラシル及び5-プロピニルシトシンを有する、5-置換ピリミジン、6-アザピリミジン、並びにN-2、N-6及び0-6置換プリンが含まれる。5-メチルシトシン置換は、核酸二重鎖の安定性を0.6~1.2℃増加させることが報告されており(Y.S.Sanghvi、前出、276~78頁)、塩基置換の実施形態であり、特に2’-O-メトキシエチル糖改変と組み合わされた場合に更により一層好ましい。改変核酸塩基は、米国特許第3,687,808号明細書、米国特許第4,845,205号明細書;米国特許第5,130,302号明細書;米国特許第5,134,066号明細書;米国特許第5,175,273号明細書;米国特許第5,367,066号明細書;米国特許第5,432,272号明細書;米国特許第5,457,187号明細書;米国特許第5,459,255号明細書;米国特許第5,484,908号明細書;米国特許第5,502,177号明細書;米国特許第5,525,711号明細書;米国特許第5,552,540号明細書;米国特許第5,587,469号明細書;米国特許第5,596,091号明細書;米国特許第5,614,617号明細書;米国特許第5,681,941号明細書;米国特許第5,750,692号明細書;米国特許第5,763,588号明細書;米国特許第5,830,653号明細書;米国特許第6,005,096号明細書及び米国特許出願公開第2003/0158403号明細書に記載されている。 Further nucleobases include those disclosed in U.S. Pat. No. 3,687,808, "The Concise Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, pp. 858-859, Kroschwitz, J.I., ed. John Wiley & Sons, 1990, Englisch et al., Ange. Chemie, Int'l Ed, (1991) 30:613, and Y.S. Sanghvi, Chapter 15, "Antisense Research and "Applications", pp289-302, Crooke, S.T. and Lebleu, B. ed., CRC Press, 1993. Certain of these nucleobases are particularly useful for increasing the binding affinity of the oligomeric compounds of the present disclosure. These include 5-substituted pyrimidines, 6-azapyrimidines, and N-2, N-6, and 0-6 substituted purines, having 2-aminopropyladenine, 5-propynyluracil, and 5-propynylcytosine. 5-Methylcytosine substitutions have been reported to increase nucleic acid duplex stability by 0.6-1.2° C. (Y.S. Sanghvi, supra, pp. 276-78) and are an even more preferred embodiment of base substitutions, especially when combined with 2'-O-methoxyethyl sugar modifications. Modified nucleobases are described in U.S. Pat. Nos. 3,687,808; 4,845,205; 5,130,302; 5,130,303; and 5,130,304. Nos. 3,175,273; 5,367,066; 5,432,272; 5,457,187; 5,459,255; 5,484,908; 5,502,177; 5,525,711; 5,552,540; No. 5,587,469; U.S. Pat. No. 5,596,091; U.S. Pat. No. 5,614,617; U.S. Pat. No. 5,681,941; U.S. Pat. No. 5,750,692; U.S. Pat. No. 5,763,588; U.S. Pat. No. 5,830,653; U.S. Pat. No. 6,005,096 and U.S. Patent Application Publication No. 2003/0158403.
いくつかの実施形態では、エンドヌクレアーゼをコードするガイドRNA及び/又はmRNA(又はDNA)は、オリゴヌクレオチドの活性、細胞分布、又は細胞取り込みを増強する1つ以上の部分又はコンジュゲートに化学的に連結される。このような部分としては、脂質部分、例えばコレステロール部分(Letsinger et al.,Proc Natl Acad Sci USA、(1989)86:6553-56);コリン酸(Manoharan et al.,Bioorg Med Chem Let(1994)4:1053-60);チオエーテル、例えば、ヘキシル-S-トリチルチオール(Manoharan et al.,Ann NY Acad Sci(1992)660:306-09)及びManoharan et al.,Bioorg Med Chem Let,(1993)3:2765-70);チオコレステロール(Oberhauser et al.,Nucl Acids Res(1992)20:533-538);脂肪族鎖、例えば、ドデカンジオール又はウンデシル残基(Kabanov et al.,F.EBS Lett(1990)259:327-330及びSvinarchuk et al.,Biochimie(1993)75:49-54);リン脂質、例えば、ジ-ヘキサデシル-rac-グリセロール又はトリエチルアンモニウム1,2-ジ-O-ヘキサデシル-rac-グリセロ-3-H-ホスホネート(Manoharan et al.,Tetrahedron Lett(1995)36:3651-54及びShea et al.,Nucl Acids Res(1990)18:3777-83);ポリアミン又はポリエチレングリコール鎖(Mancharan et al.,Nucleosides & Nucleotides(1995)14:969-73);アダマンタン酢酸(Manoharan et al.,Tetrahedron Lett(1995)36:3651-54);パルミチル部分(Mishra et al.,Biochim Biophys Acta(1995)1264:229-37);又はオクタデシルアミン若しくはヘキシルアミノ-カルボニル-t-オキシコレステロール部分(Crooke et al.,J Pharmacol Exp Ther(1996)277:923-37)が挙げられるが、これらに限定されない。米国特許第4,828,979号明細書;米国特許第4,948,882号明細書;米国特許第5,218,105号明細書;米国特許第5,525,465号明細書;米国特許第5,541,313号明細書;米国特許第5,545,730号明細書;米国特許第5,552,538号明細書;米国特許第5,578,717号明細書、米国特許第5,580,731号明細書;米国特許第5,580,731号明細書;米国特許第5,591,584号明細書;米国特許第5,109,124号明細書;米国特許第5,118,802号明細書;米国特許第5,138,045号明細書;米国特許第5,414,077号明細書;米国特許第5,486,603号明細書;米国特許第5,512,439号明細書;米国特許第5,578,718号明細書;米国特許第5,608,046号明細書;米国特許第4,587,044号明細書;米国特許第4,605,735号明細書;米国特許第4,667,025号明細書;米国特許第4,762,779号明細書;米国特許第4,789,737号明細書;米国特許第4,824,941号明細書;米国特許第4,835,263号明細書;米国特許第4,876,335号明細書;米国特許第4,904,582号明細書;米国特許第4,958,013号明細書;米国特許第5,082,830号明細書;米国特許第5,112,963号明細書;米国特許第5,214,136号明細書;米国特許第5,082,830号明細書;米国特許第5,112,963号明細書;米国特許第5,214,136号明細書;米国特許第5,245,022号明細書;米国特許第5,254,469号明細書;米国特許第5,258,506号明細書;米国特許第5,262,536号明細書;米国特許第5,272,250号明細書;米国特許第5,292,873号明細書;米国特許第5,317,098号明細書;米国特許第5,371,241号明細書、米国特許第5,391,723号明細書;米国特許第5,416,203号明細書、米国特許第5,451,463号明細書;米国特許第5,510,475号明細書;米国特許第5,512,667号明細書;米国特許第5,514,785号明細書;米国特許第5,565,552号明細書;米国特許第5,567,810号明細書;米国特許第5,574,142号明細書;米国特許第5,585,481号明細書;米国特許第5,587,371号明細書;米国特許第5,595,726号明細書;米国特許第5,597,696号明細書;米国特許第5,599,923号明細書;米国特許第5,599,928号明細書及び米国特許第5,688,941号明細書も参照されたい。
In some embodiments, the guide RNA and/or mRNA (or DNA) encoding the endonuclease is chemically linked to one or more moieties or conjugates that enhance the activity, cellular distribution, or cellular uptake of the oligonucleotide. Such moieties include lipid moieties, such as cholesterol moieties (Letsinger et al., Proc Natl Acad Sci USA, (1989) 86:6553-56); choline acid (Manoharan et al., Bioorg Med Chem Let (1994) 4:1053-60); thioethers, such as hexyl-S-tritylthiol (Manoharan et al., Ann NY Acad Sci (1992) 660:306-09) and the thioethers (Manoharan et al., Ann NY Acad Sci (1992) 660:306-09) described in Manoharan et al. , Bioorg Med Chem Let, (1993) 3:2765-70); thiocholesterol (Oberhauser et al., Nucl Acids Res (1992) 20:533-538); aliphatic chains, such as dodecanediol or undecyl residues (Kabanov et al., F. EBS Lett (1990) 259:327-330 and Svinarchuk et al., Biochimie (1993) 75:49-54); phospholipids, such as di-hexadecyl-rac-glycerol or
いくつかの実施形態では、糖及び他の部分を使用して、カチオン性ポリソーム及びリポソームなどのヌクレオチドを有するタンパク質及び複合体を特定の部位に標的化することができる。例えば、肝細胞指向性転移は、アシアロ糖タンパク質受容体(ASGPR)を介して媒介され得る;例えば、Hu et al.,Protein Pept Lett(2014)21(10):1025-30を参照されたい。当技術分野で公知の他のシステムを使用して、本発明の場合に使用される生体分子、及び/又はその複合体を、目的の特定の標的細胞に標的化することができる。 In some embodiments, sugars and other moieties can be used to target proteins and complexes with nucleotides, such as cationic polysomes and liposomes, to specific sites. For example, hepatocyte-tropic metastasis can be mediated via the asialoglycoprotein receptor (ASGPR); see, e.g., Hu et al., Protein Pept Lett (2014) 21(10):1025-30. Other systems known in the art can be used to target the biomolecules used in the present invention, and/or complexes thereof, to specific target cells of interest.
いくつかの実施形態では、これらの標的化部分又はコンジュゲートは、第1級又は第2級ヒドロキシル基などの官能基に共有結合したコンジュゲート基を含むことができる。本開示のコンジュゲート基には、インターカレーター、レポーター分子、ポリアミン、ポリアミド、ポリエチレングリコール、ポリエーテル、オリゴマーの薬力学特性を増強する基、及びオリゴマーの薬物動態特性を増強する基が含まれる。例示的なコンジュゲート基としては、コレステロール、脂質、リン脂質、ビオチン、フェナジン、葉酸塩、フェナントリジン、アントラキノン、アクリジン、フルオレセイン、ローダミン、クマリン、及び染料が挙げられる。本開示の状況において、薬力学特性を増強する基には、取り込みを改善し、分解に対する耐性を増強し、及び/又は標的核酸との配列特異的ハイブリダイゼーションを強化する基が含まれる。本開示の状況において、薬物動態特性を増強する基には、本開示の化合物の取り込み、分布、代謝又は排泄を改善する基が含まれる。代表的なコンジュゲート基は、参照により本明細書に組込まれる、1992年10月23日に出願された国際特許出願第PCT/US92/09196号明細書及び米国特許第6,287,860号明細書に開示されている。コンジュゲート部分には、脂質部分、例えばコレステロール部分、コリン酸、チオエーテル、例えば、ヘキシル-5-トリチルチオール、チオコレステロール、脂肪族鎖、例えば、ドデカンジオール又はウンデシル残基、リン脂質、例えば、ジ-ヘキサデシル-rac-グリセロール、又はトリエチルアンモニウム1,2-ジ-O-ヘキサデシル-rac-グリセロ-3-H-ホスホネート、ポリアミン若しくはポリエチレングリコール鎖、又はアダマンタン酢酸、パルミチル部分、又はオクタデシルアミン若しくはヘキシルアミノ-カルボニル-オキシコレステロール部分が含まれるが、これらに限定されない。例えば、米国特許第4,828,979号明細書;米国特許第4,948,882号明細書;米国特許第5,218,105号明細書;米国特許第5,525,465号明細書;米国特許第5,541,313号明細書;米国特許第5,545,730号明細書;米国特許第5,552,538号明細書;米国特許第5,578,717号明細書、米国特許第5,580,731号明細書;米国特許第5,580,731号明細書;米国特許第5,591,584号明細書;米国特許第5,109,124号明細書;米国特許第5,118,802号明細書;米国特許第5,138,045号明細書;米国特許第5,414,077号明細書;米国特許第5,486,603号明細書;米国特許第5,512,439号明細書;米国特許第5,578,718号明細書;米国特許第5,608,046号明細書;米国特許第4,587,044号明細書;米国特許第4,605,735号明細書;米国特許第4,667,025号明細書;米国特許第4,762,779号明細書;米国特許第4,789,737号明細書;米国特許第4,824,941号明細書;米国特許第4,835,263号明細書;米国特許第4,876,335号明細書;米国特許第4,904,582号明細書;米国特許第4,958,013号明細書;米国特許第5,082,830号明細書;米国特許第5,112,963号明細書;米国特許第5,214,136号明細書;米国特許第5,082,830号明細書;米国特許第5,112,963号明細書;米国特許第5,214,136号明細書;米国特許第5,245,022号明細書;米国特許第5,254,469号明細書;米国特許第5,258,506号明細書;米国特許第5,262,536号明細書;米国特許第5,272,250号明細書;米国特許第5,292,873号明細書;米国特許第5,317,098号明細書;米国特許第5,371,241号明細書、米国特許第5,391,723号明細書;米国特許第5,416,203号明細書、米国特許第5,451,463号明細書;米国特許第5,510,475号明細書;米国特許第5,512,667号明細書;米国特許第5,514,785号明細書;米国特許第5,565,552号明細書;米国特許第5,567,810号明細書;米国特許第5,574,142号明細書;米国特許第5,585,481号明細書;米国特許第5,587,371号明細書;米国特許第5,595,726号明細書;米国特許第5,597,696号明細書;米国特許第5,599,923号明細書;米国特許第5,599,928号明細書及び米国特許第5,688,941号明細書を参照されたい。
In some embodiments, these targeting moieties or conjugates can include a conjugate group covalently attached to a functional group such as a primary or secondary hydroxyl group. Conjugate groups of the present disclosure include intercalators, reporter molecules, polyamines, polyamides, polyethylene glycols, polyethers, groups that enhance the pharmacodynamic properties of an oligomer, and groups that enhance the pharmacokinetic properties of an oligomer. Exemplary conjugate groups include cholesterol, lipids, phospholipids, biotin, phenazine, folates, phenanthridine, anthraquinone, acridine, fluorescein, rhodamine, coumarin, and dyes. In the context of the present disclosure, groups that enhance pharmacodynamic properties include groups that improve uptake, enhance resistance to degradation, and/or enhance sequence-specific hybridization with target nucleic acids. In the context of the present disclosure, groups that enhance pharmacokinetic properties include groups that improve uptake, distribution, metabolism, or excretion of the compounds of the present disclosure. Representative conjugate groups are disclosed in International Patent Application No. PCT/US92/09196, filed October 23, 1992, and U.S. Patent No. 6,287,860, which are incorporated herein by reference. Conjugate moieties include, but are not limited to, lipid moieties, such as cholesterol moieties, choline acid, thioethers, such as hexyl-5-tritylthiol, thiocholesterol, aliphatic chains, such as dodecanediol or undecyl residues, phospholipids, such as di-hexadecyl-rac-glycerol, or
化学合成を受けにくく、一般に酵素合成によって生成されるより長いポリヌクレオチドも改変することができる。このような改変には、例えば、特定のヌクレオチド類似体の導入、分子の5’又は3’末端における特定の配列又は他の部分の組込み、及び他の改変が含まれ得る。例として、Cas9をコードするmRNAは、約4kbの長さであり、インビトロ転写により合成することができる。mRNAに対する改変は、例えば、その翻訳又は安定性を増加させる(例えば、細胞内での分解に対するその耐性を増加させることによって)、又は外因性RNA、特にCas9をコードするRNAのようなより長いRNAの導入後に細胞においてしばしば観察される自然免疫応答を誘発するRNAの傾向を減少させるために適用され得る。 Longer polynucleotides that are not amenable to chemical synthesis and are generally produced by enzymatic synthesis can also be modified. Such modifications can include, for example, the introduction of specific nucleotide analogs, the incorporation of specific sequences or other moieties at the 5' or 3' ends of the molecule, and other modifications. By way of example, the mRNA encoding Cas9 is approximately 4 kb in length and can be synthesized by in vitro transcription. Modifications to the mRNA can be applied, for example, to increase its translation or stability (e.g., by increasing its resistance to degradation within the cell) or to reduce the tendency of the RNA to elicit an innate immune response that is often observed in cells following the introduction of exogenous RNA, particularly longer RNAs such as RNA encoding Cas9.
ポリAテール、5’キャップ類似体(例えば、抗逆方向キャップ類似体(Anti Reverse Cap Analog)(ARCA)又はm7G(5’)ppp(5’)G(mCAP))、改変5’又は3’非翻訳領域(UTR)、改変塩基(偽UTP、2-チオ-UTP、5-メチルシチジン-5’-三リン酸(5-メチル-CTP)又はN6-メチル-ATPなど)の使用、又は5’末端リン酸を除去するためのホスファターゼによる処理など、多くのそのような改変が当技術分野で記載されている。これら及び他の改変は、当技術分野で知られており、RNAの新しい改変が定期的に開発されている。 Many such modifications have been described in the art, such as the use of polyA tails, 5' cap analogs (e.g., Anti Reverse Cap Analog (ARCA) or m7G(5')ppp(5')G (mCAP)), modified 5' or 3' untranslated regions (UTRs), modified bases (such as pseudo-UTP, 2-thio-UTP, 5-methylcytidine-5'-triphosphate (5-methyl-CTP) or N6-methyl-ATP), or treatment with phosphatases to remove the 5' terminal phosphate. These and other modifications are known in the art, and new modifications of RNA are regularly developed.
インビボで送達される化学改変mRNAを使用して、改善された治療効果を達成することができることが報告されている;例えば、Kormann et al.,Nature Biotechnol(2011)29:154-57を参照されたい。このような改変は、例えば、RNA分子の安定性を増加させるため、及び/又はその免疫原性を減少させるために使用され得る。偽U、N6-メチル-A、2-チオ-U及び5-メチル-Cのような化学改変を用いて、ウリジン及びシチジン残基の4分の1だけを各々2-チオ-U及び5-メチル-Cで置換すると、マウスにおけるmRNAのtoll様受容体(TLR)媒介認識が有意に減少することが見出された。自然免疫システムの活性化を低下させることにより、これらの改変を用いて、mRNAのインビボでの安定性及び寿命を効果的に増加させることができる;例えば、Kormann et.al.,前出を参照されたい。 It has been reported that improved therapeutic efficacy can be achieved using chemically modified mRNA delivered in vivo; see, e.g., Kormann et al., Nature Biotechnol (2011) 29:154-57. Such modifications can be used, for example, to increase the stability of the RNA molecule and/or to reduce its immunogenicity. It was found that using chemical modifications such as pseudo-U, N6-methyl-A, 2-thio-U and 5-methyl-C to replace only one-quarter of the uridine and cytidine residues with 2-thio-U and 5-methyl-C, respectively, significantly reduced toll-like receptor (TLR)-mediated recognition of mRNA in mice. By reducing activation of the innate immune system, these modifications can be used to effectively increase the in vivo stability and longevity of mRNA; see, e.g., Kormann et al., supra.
自然抗ウイルス応答をバイパスするように設計された改変を組込んだ合成メッセンジャーRNAを反復投与すると、分化したヒト細胞を多能性に再プログラムすることができることも報告されている。例えば、Warren et al.,Cell Stem Cell(2010)7(5):618-30を参照されたい。一次再プログラミングタンパク質として作用するこのような改変mRNAは、複数のヒト細胞型を再プログラミングする効率的な手段であり得る。このような細胞は、誘導多能性幹細胞(iPSC)と称され、5-メチル-CTP、偽UTP及び抗逆方向キャップ類似体(ARCA)を組込む酵素的に合成されたRNAが細胞の抗ウイルス応答を効果的に回避するために使用され得ることが見出された;例えば、Warren et al.,前出を参照されたい。 It has also been reported that repeated administration of synthetic messenger RNA incorporating modifications designed to bypass the natural antiviral response can reprogram differentiated human cells to pluripotency. See, e.g., Warren et al., Cell Stem Cell (2010) 7(5):618-30. Such modified mRNAs acting as primary reprogramming proteins can be an efficient means of reprogramming multiple human cell types. Such cells are termed induced pluripotent stem cells (iPSCs), and it has been found that enzymatically synthesized RNA incorporating 5-methyl-CTP, pseudo-UTP, and anti-inverted cap analog (ARCA) can be used to effectively circumvent the cellular antiviral response; see, e.g., Warren et al., supra.
当技術分野で記載されるポリヌクレオチドの他の改変としては、例えば、ポリAテールの使用、5’キャップ類似体(例えば、m7G(5’)ppp(5’)G(mCAP))の付加、5’又は3’非翻訳領域(UTR)の改変、及び5’末端リン酸を除去するためのホスファターゼでの処置が挙げられる。 Other modifications of polynucleotides described in the art include, for example, the use of a polyA tail, the addition of a 5' cap analog (e.g., m7G(5')ppp(5')G (mCAP)), modification of the 5' or 3' untranslated region (UTR), and treatment with a phosphatase to remove the 5' terminal phosphate.
本明細書で使用される改変RNAの生成に適用可能ないくつかの組成物及び技術が、siRNAを含むRNAiの改変に関連して開発されている。siRNAは、mRNA干渉を介した遺伝子サイレンシングに対するそれらの効果が一般に一過性であり、反復投与を必要とし得るため、インビボで特定の課題を提示する。また、siRNAは二本鎖RNA(dsRNA)であり、ウイルス感染の副産物であることが多いdsRNAを検出及び中和するために哺乳類の免疫応答が進化してきた。従って、このような分子に応答してサイトカインの誘導を誘発し得る、dsRNAに対する細胞応答を媒介し得る哺乳動物酵素(例えば、PKR(dsRNA応答性キナーゼ)、及び潜在的にレチノイン酸誘導性遺伝子I(RIG-I))、並びにToll様受容体(例えば、TLR3、TLR7及びTLR8)が存在する;例えば、Angart et al.,Pharmaceuticals(Basel)(2013)6(4):440-68;Kanasty et al.,Mol Ther(2012)20(3):513-24;Burnett et al.,Biotechnol J(2011)6(9):1130-46;Judge and MacLachlan、Hum Gene Ther(2008)19(2):111-24による考察;及びそれらに引用される参考文献を参照されたい。 Several compositions and techniques applicable to the generation of modified RNAs as used herein have been developed in the context of RNAi modifications, including siRNA. siRNAs present particular challenges in vivo, as their effects on gene silencing via mRNA interference are generally transient and may require repeated administration. In addition, siRNAs are double-stranded RNA (dsRNA), and mammalian immune responses have evolved to detect and neutralize dsRNA, which is often a by-product of viral infection. Thus, there are mammalian enzymes that can mediate cellular responses to dsRNA (e.g., PKR (dsRNA-responsive kinase), and potentially retinoic acid-inducible gene I (RIG-I)), as well as Toll-like receptors (e.g., TLR3, TLR7, and TLR8), which may trigger the induction of cytokines in response to such molecules; see, e.g., Angart et al. , Pharmaceuticals (Basel) (2013) 6(4): 440-68; Kanasty et al., Mol Ther (2012) 20(3): 513-24; Burnett et al., Biotechnol J (2011) 6(9): 1130-46; Judge and MacLachlan, Hum Gene Ther (2008) 19(2): 111-24; and references cited therein.
多種多様な改変が開発されており、本明細書に記載されるように、RNA安定性を増強し、自然免疫応答を減少させ、及び/又はヒト細胞へのポリヌクレオチドの導入に関連して有用であり得る他の利益を達成するために適用されている(例えばK.A.Whitehead et al.,Ann Rev Chem Biomol Eng(2011)2:77-96;Gaglione and Messere、Mini Rev Med Chem(2010)10(7):578-95;Chernolovskaya et al.,Curr Opin Mol Ther(2010)12(2):158-67;Deleavey et al.,Curr Protoc Nuc Acid Chem、Chapter 16:Unit 16.3(2009);Behlke、Oligonucleotides(2008)18(4):305-19;Fucini et al.,Nucleic Acid Ther(2012)22(3):205-210;Bremsen et al.,Front Genet(2012)3:154による考察を参照されたい。 A wide variety of modifications have been developed and applied to enhance RNA stability, reduce innate immune responses, and/or achieve other benefits that may be useful in connection with the introduction of polynucleotides into human cells, as described herein (see, e.g., K.A. Whitehead et al., Ann Rev Chem Biomol Eng (2011) 2:77-96; Gaglione and Messere, Mini Rev Med Chem (2010) 10(7):578-95; Chernolovskaya et al., Curr Opin Mol Ther (2010) 12(2):158-67; Deleavey et al., Curr Protoc Nuc Acid (2010) 12(2):158-67). See discussion by Chem, Chapter 16:Unit 16.3 (2009); Behlke, Oligonucleotides (2008) 18(4):305-19; Fucini et al., Nucleic Acid Ther (2012) 22(3):205-210; Bremsen et al., Front Genet (2012) 3:154.
改変RNAの多くの商業的供給者は、その多くがsiRNAの有効性を改善するように設計された改変に特化している。文献に報告されている知見に基づいて、様々なアプローチが提供されている。例えば、Dharmaconは、Kole、Nature Rev Drug Disc(2012)11:125-40によって報告されているように、非架橋酸素の硫黄での置換(ホスホロチオエート、PS)が、siRNAのヌクレアーゼ耐性を改善するために使用されていることに注目している。リボース2’位の改変は、ヌクレオチド間リン酸結合のヌクレアーゼ耐性を改善する一方で、二重鎖安定性(Tm)を増加させることが報告されており、これは免疫活性化からの防御を提供することも報告されている。小さい、耐容性の良い2’-置換(2’-O-メチル、2’-フルオロ、2’-ヒドロ)を伴う中等度のPS骨格改変の組み合わせは、Soutschek et al.,Nature(2004)432:173-78によって報告されているように、インビボでの適用のための高度に安定なsiRNAと関連しており、2’-O-メチル改変は、Volkov,Oligonucleotides(2009)19:191-202によって報告されているように、安定性の改善に有効であることが報告されている。自然免疫応答の誘導を減少させることに関して、2’-O-メチル、2’-フルオロ、2’-ヒドロで特定の配列を改変することは、サイレンシング活性を一般に保存しながらTLR7/TLR8相互作用を減少させることが報告されている;例えば、Judge et al.,Mol Ther(2006)13:494-505;及びCekaite et al.,J Mol Biol(2007)365:90-108を参照されたい。2-チオウラシル、偽ウラシル、5-メチルシトシン、5-メチルウラシル、及びN6-メチルアデノシンなどの更なる改変もまた、TLR3、TLR7、及びTLR8によって媒介される免疫効果を最小限にすることが報告されている;例えば、K.Kariko et al.,Immunity(2005)23:165-75を参照されたい。 Many commercial suppliers of modified RNAs specialize in modifications designed to improve the efficacy of siRNAs, many of which are based on findings reported in the literature. Various approaches are offered based on findings reported in the literature. For example, Dharmacon notes that substitution of non-bridging oxygens with sulfur (phosphorothioate, PS) has been used to improve the nuclease resistance of siRNAs, as reported by Kole, Nature Rev Drug Disc (2012) 11:125-40. Modifications at the ribose 2' position have been reported to improve the nuclease resistance of the internucleotide phosphate linkages while increasing duplex stability (T m ), which has also been reported to provide protection from immune activation. Combinations of moderate PS backbone modifications with small, well-tolerated 2'-substitutions (2'-O-methyl, 2'-fluoro, 2'-hydro) have been reported by Soutschek et al. , Nature (2004) 432:173-78, and 2'-O-methyl modifications have been reported to be effective in improving stability as reported by Volkov, Oligonucleotides (2009) 19:191-202. With respect to reducing the induction of innate immune responses, modifying specific sequences with 2'-O-methyl, 2'-fluoro, 2'-hydro has been reported to reduce TLR7/TLR8 interactions while generally preserving silencing activity; see, e.g., Judge et al., Mol Ther (2006) 13:494-505; and Cekaite et al., J Mol Biol (2007) 365:90-108. Additional modifications such as 2-thiouracil, pseudouracil, 5-methylcytosine, 5-methyluracil, and N 6 -methyladenosine have also been reported to minimize immune effects mediated by TLR3, TLR7, and TLR8; see, e.g., K. Kariko et al., Immunity (2005) 23:165-75.
当技術分野で公知であり、市販されているように、例えば、コレステロール、トコフェロール及び葉酸、脂質、ペプチド、ポリマー、リンカー、及びアプタマーを含む、細胞による送達及び/又は取り込みを増強することができる多数のコンジュゲートを、本明細書での使用のためにRNAなどのポリヌクレオチドに適用することができる;例えば、Winkler,Ther.Deliv.(2013)4:791-809、及びそこに引用される参考文献を参照されたい。 As known in the art and commercially available, numerous conjugates that can enhance delivery and/or uptake by cells can be applied to polynucleotides such as RNA for use herein, including, for example, cholesterol, tocopherol and folate, lipids, peptides, polymers, linkers, and aptamers; see, e.g., Winkler, Ther. Deliv. (2013) 4:791-809, and references cited therein.
送達
いくつかの実施形態では、本明細書に提供される方法で使用される任意の核酸分子、例えば、本開示のゲノム標的化核酸及び/又は部位特異的ポリペプチドをコードする核酸は、細胞への送達のために送達ビヒクル中又は送達ビヒクルの表面上にパッケージングされる。送達ビヒクルには、ナノスフェア、リポソーム、量子ドット、ナノ粒子、ポリエチレングリコール粒子、ヒドロゲル、及びミセルが含まれるが、これらに限定されない。当技術分野で記載されるように、様々な標的化部分を使用して、このようなビヒクルと所望の細胞型又は位置との優先的な相互作用を増強し得る。
Delivery In some embodiments, any nucleic acid molecule used in the methods provided herein, such as the genome-targeting nucleic acid of the present disclosure and/or the nucleic acid encoding the site-specific polypeptide, is packaged in or on the surface of a delivery vehicle for delivery to cells. Delivery vehicles include, but are not limited to, nanospheres, liposomes, quantum dots, nanoparticles, polyethylene glycol particles, hydrogels, and micelles. As described in the art, various targeting moieties can be used to enhance the preferential interaction of such vehicles with the desired cell type or location.
本開示の複合体、ポリペプチド、及び核酸は、ウイルス又はバクテリオファージ感染、トランスフェクション、コンジュゲーション、プロトプラスト融合、リポフェクション、エレクトロポレーション、ヌクレオフェクション、リン酸カルシウム沈殿、ポリエチレンイミン(PEI)媒介トランスフェクション、DEAEデキストラン媒介トランスフェクション、リポソーム媒介トランスフェクション、粒子銃技術、リン酸カルシウム沈殿、直接マイクロインジェクション、ナノ粒子媒介核酸送達などによって細胞に導入することができる。 The complexes, polypeptides, and nucleic acids of the present disclosure can be introduced into cells by viral or bacteriophage infection, transfection, conjugation, protoplast fusion, lipofection, electroporation, nucleofection, calcium phosphate precipitation, polyethyleneimine (PEI)-mediated transfection, DEAE-dextran-mediated transfection, liposome-mediated transfection, particle gun technology, calcium phosphate precipitation, direct microinjection, nanoparticle-mediated nucleic acid delivery, and the like.
実施形態において、ガイドRNAポリヌクレオチド(RNA又はDNA)及び/又はエンドヌクレアーゼポリヌクレオチド(RNA又はDNA)は、当技術分野で公知のウイルス又は非ウイルス送達ビヒクルによって送達される。或いは、部位特異的ポリペプチドは、エレクトロポレーション又は脂質ナノ粒子など、当技術分野で公知のウイルス又は非ウイルス送達ビヒクルによって送達することができる。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、1つ以上のポリペプチドとして、単独で、又は1つ以上のgRNAと予め複合体化されて、又は1つ以上のcrRNAとtracrRNAとのいずれかで送達される。 In embodiments, the guide RNA polynucleotide (RNA or DNA) and/or the endonuclease polynucleotide (RNA or DNA) are delivered by a viral or non-viral delivery vehicle known in the art. Alternatively, the site-specific polypeptide can be delivered by a viral or non-viral delivery vehicle known in the art, such as electroporation or lipid nanoparticles. In some embodiments, the DNA endonuclease is delivered as one or more polypeptides, either alone or pre-complexed with one or more gRNAs, or with one or more crRNAs and tracrRNAs.
実施形態において、ポリヌクレオチドは、ナノ粒子、リポソーム、リボ核タンパク質、正に荷電したペプチド、小分子RNAコンジュゲート、アプタマー-RNAキメラ、及びRNA-融合タンパク質複合体を含むが、これらに限定されない非ウイルス送達ビヒクルによって送達される。いくつかの例示的な非ウイルス送達ビヒクルは、Peer及びLieberman、Gene Ther(2011)18:1127-33(これは、他のポリヌクレオチドの送達にも有用なsiRNAのための非ウイルス送達ビヒクルに焦点を当てている)に記載されている。 In embodiments, the polynucleotides are delivered by non-viral delivery vehicles, including, but not limited to, nanoparticles, liposomes, ribonucleoproteins, positively charged peptides, small RNA conjugates, aptamer-RNA chimeras, and RNA-fusion protein complexes. Some exemplary non-viral delivery vehicles are described in Peer and Lieberman, Gene Ther (2011) 18:1127-33, which focuses on non-viral delivery vehicles for siRNA that are also useful for delivery of other polynucleotides.
実施形態において、ガイドRNA、sgRNA、及びエンドヌクレアーゼをコードするmRNAなどのポリヌクレオチドは、脂質ナノ粒子(LNP)によって細胞又は対象に送達される。 In embodiments, polynucleotides such as guide RNAs, sgRNAs, and mRNAs encoding endonucleases are delivered to cells or subjects by lipid nanoparticles (LNPs).
核酸のためのいくつかの非ウイルス送達方法が、動物モデル及びヒトの両方において試験されているが、最も開発されたシステムは、脂質ナノ粒子である。LNPは、一般に、イオン化可能なカチオン性脂質と、3つ以上の更なる成分(一般に、コレステロール、DOPE、及び脂質を含むポリエチレングリコール(PEG))とから構成される(例えば、実施例1を参照されたい)。カチオン性脂質は、正に荷電した核酸に結合して、核酸を分解から保護する高密度複合体を形成することができる。マイクロ流体システムを通過する間に、成分は自己集合して、50~150nMのサイズ範囲の粒子を形成し、ここで核酸はコアに封入され、カチオン性脂質と複合体化され、脂質二重層様構造によって囲まれる。対象の循環への注射後、これらの粒子は、アポリポタンパク質E(apoE)に結合することができる。apoEは、LDL受容体のリガンドであり、受容体介在性エンドサイトーシスを介して肝臓の肝細胞への取り込みを媒介する。このタイプのLNPは、げっ歯類、霊長類、ヒトの肝臓の肝細胞にmRNA及びsiRNAを効率よく送達することが報告されている。エンドサイトーシスの後、LNPは、エンドソームに存在する。封入された核酸は、カチオン性脂質のイオン化可能な性質によって媒介されるエンドソーム脱出のプロセスを経る。これは、mRNAがコードされたタンパク質に翻訳され得る細胞質に核酸を送達する。従って、いくつかの実施形態では、LNPへのCas9をコードするgRNA及びmRNAの封入は、静脈内注射後に肝細胞に両方の成分を効率的に送達するために使用される。エンドソーム脱出後、Cas9 mRNAはCas9タンパク質に翻訳され、gRNAと複合体を形成する。いくつかの実施形態では、Cas9タンパク質配列への核局在化シグナルの包接は、核へのCas9タンパク質/gRNA複合体の転位を促進する。或いは、小gRNAは、核孔複合体を通過し、核内でCas9タンパク質と複合体を形成する。いったん核内に入ると、gRNA/Cas9複合体は、相同な標的部位についてゲノムをスキャンし、ゲノム中の所望の標的部位で優先的に二本鎖切断を生成する。インビボでのRNA分子の半減期は短く、数時間から数日程度である。同様に、タンパク質の半減期は短くなる傾向があり、数時間から数日程度である。従って、いくつかの実施形態では、LNPを使用するgRNA及びCas9 mRNAの送達は、gRNA/Cas9複合体の一過性の発現及び活性のみを生じ得る。これは、オフターゲット切断の頻度を減少させる利点を提供し得、従って、いくつかの実施形態では、遺伝毒性のリスクを最小限にする。LNPは、一般に、ウイルス粒子よりも免疫原性が低い。多くのヒトは、AAVに対する既存の免疫を有するが、LNPに対する既存の免疫はない。LNPに対する追加的且つ適応的な免疫応答が生じる可能性は低く、これによりLNPの反復投与が可能となる。 Although several non-viral delivery methods for nucleic acids have been tested in both animal models and humans, the most developed system is the lipid nanoparticle. LNPs are generally composed of an ionizable cationic lipid and three or more additional components, typically cholesterol, DOPE, and a polyethylene glycol (PEG) containing lipid (see, e.g., Example 1). The cationic lipids can bind to the positively charged nucleic acid to form a dense complex that protects the nucleic acid from degradation. During passage through a microfluidic system, the components self-assemble to form particles in the size range of 50-150 nM, in which the nucleic acid is encapsulated in the core, complexed with the cationic lipid, and surrounded by a lipid bilayer-like structure. After injection into the circulation of a subject, these particles can bind apolipoprotein E (apoE), which is a ligand for the LDL receptor and mediates uptake into hepatocytes in the liver via receptor-mediated endocytosis. This type of LNP has been reported to efficiently deliver mRNA and siRNA to hepatocytes in rodent, primate, and human livers. After endocytosis, the LNP resides in endosomes. The encapsulated nucleic acid undergoes a process of endosomal escape mediated by the ionizable nature of cationic lipids. This delivers the nucleic acid to the cytoplasm where the mRNA can be translated into the encoded protein. Thus, in some embodiments, encapsulation of gRNA and mRNA encoding Cas9 in LNPs is used to efficiently deliver both components to hepatocytes after intravenous injection. After endosomal escape, Cas9 mRNA is translated into Cas9 protein and forms a complex with gRNA. In some embodiments, inclusion of a nuclear localization signal in the Cas9 protein sequence promotes the translocation of Cas9 protein/gRNA complex to the nucleus. Alternatively, the small gRNA passes through the nuclear pore complex and forms a complex with Cas9 protein in the nucleus. Once inside the nucleus, the gRNA/Cas9 complex scans the genome for homologous target sites and preferentially generates double-stranded breaks at the desired target site in the genome. The half-life of RNA molecules in vivo is short, on the order of hours to days. Similarly, the half-life of proteins tends to be short, on the order of hours to days. Thus, in some embodiments, delivery of gRNA and Cas9 mRNA using LNPs may result in only transient expression and activity of the gRNA/Cas9 complex. This may provide the advantage of reducing the frequency of off-target cleavage, thus minimizing the risk of genotoxicity in some embodiments. LNPs are generally less immunogenic than viral particles. Many humans have pre-existing immunity to AAV, but not to LNPs. An additional and adaptive immune response to LNPs is unlikely to occur, allowing for repeated administration of LNPs.
治療コード配列がセーフハーバー遺伝子座のような宿主ゲノム遺伝子座に組込まれる、遺伝子編集に基づく遺伝子治療を対象に投与する場合、対象に最適な治療利益を提供する遺伝子発現のレベルを達成することは有利であろう。例えば、血友病Aにおいて、血液中のFVIIIタンパク質の最も望ましいレベルは、正常レベルの20%~100%、30%~100%、40%~100%、又は50%~100%の範囲であろう。AAVゲノムのエピソームコピーからの治療コード配列の発現を駆動するために強力なプロモーターを使用する標準的なAAVベースの遺伝子治療は、AAVウイルスを1回だけ投与することができ、達成される発現レベルが対象間で著しく異なる(S.Rangarajan et al.,N Engl J Med(2017)377:2519-30)ため、達成される発現レベルの制御を可能にしない。対象にAAVウイルスを投与した後、彼又は彼女は、前臨床モデルに基づき、ウイルスの効果的な再投与を防止することが期待されるウイルスカプシドタンパク質に対する高力価抗体を発現する(H.Petry et al.,Gene Ther(2008)15:54-60)。AAVウイルスによって送達される治療遺伝子がアルブミンイントロン1のようなセーフハーバー遺伝子座においてゲノムに組込まれ、この標的化組込みは、ゲノムにおける二本鎖切断の生成を介して起こる1つのアプローチは、標的化組込みのレベル、ひいては、治療コード配列産物のレベルを制御する機会を提供する。肝臓が合成FVIIIをコードするドナーDNAカセットを含むAAVゲノムを封入したAAVによって形質導入された後、AAVゲノムは、形質導入された細胞の核内でエピソーム的に維持される。これらのエピソームAAVゲノムは、ある時間にわたり比較的安定であるため、CRISPR/Cas9によって作成された二本鎖切断での標的化組込みのためのドナー鋳型のプールを提供する。
When administering gene editing-based gene therapy to a subject, in which a therapeutic coding sequence is integrated into a host genomic locus, such as a safe harbor locus, it would be advantageous to achieve a level of gene expression that provides an optimal therapeutic benefit to the subject. For example, in hemophilia A, the most desirable level of FVIII protein in the blood would be in the range of 20%-100%, 30%-100%, 40%-100%, or 50%-100% of normal levels. Standard AAV-based gene therapy, which uses a strong promoter to drive expression of a therapeutic coding sequence from an episomal copy of the AAV genome, does not allow control of the expression level achieved, since the AAV virus can be administered only once and the expression level achieved varies significantly between subjects (S. Rangarajan et al., N Engl J Med (2017) 377:2519-30). After administering AAV virus to a subject, he or she will develop high titer antibodies against the viral capsid protein that are expected to prevent effective re-administration of the virus based on preclinical models (H. Petry et al., Gene Ther (2008) 15:54-60). Therapeutic genes delivered by AAV viruses are integrated into the genome at safe harbor loci such as
いくつかの異なるイオン化可能なカチオン性脂質が、LNPにおける使用のために開発されている。これらには、とりわけ、C12-200(K.T.Love et al.,Proc Natl Acad Sci USA(2010)107:1864-69)、MC3(M.Jayaraman et al.,Angew Chem Int Ed Engl(2012)51:8529-33)、LN16、及びMD1(Fougerolles et al.,米国特許第8754062号明細書)が含まれる。C12-200は、1,1’-((2-(4-(2-((2-(ビス(2-ヒドロキシドデシル)アミノ)エチル)(2-ヒドロキシドデシル)アミノ)エチル)ピペラジン-1-イル)エチル)アザンジイル)ビス(ドデカン-2-オール)である。LNPの一タイプにおいて、GalNac部分はLNPの外側に結合され、アシアロ糖タンパク質受容体を介した肝臓への取り込みのためのリガンドとして作用する。これらのカチオン性脂質のいずれも、gRNA及びCas9 mRNAの肝臓への送達のためのLNPを処方するために使用される。 Several different ionizable cationic lipids have been developed for use in LNPs. These include C12-200 (K.T. Love et al., Proc Natl Acad Sci USA (2010) 107:1864-69), MC3 (M. Jayaraman et al., Angew Chem Int Ed Engl (2012) 51:8529-33), LN16, and MD1 (Fougerolles et al., U.S. Pat. No. 8,754,062), among others. C12-200 is 1,1'-((2-(4-(2-((2-(bis(2-hydroxydodecyl)amino)ethyl)(2-hydroxydodecyl)amino)ethyl)piperazin-1-yl)ethyl)azanediyl)bis(dodecan-2-ol). In one type of LNP, a GalNac moiety is attached to the outside of the LNP and acts as a ligand for uptake into the liver via the asialoglycoprotein receptor. Any of these cationic lipids can be used to formulate LNPs for delivery of gRNA and Cas9 mRNA to the liver.
いくつかの実施形態では、LNPは、約1000nm、500nm、250nm、200nm、150nm、100nm、75nm、50nm、又は25nm未満の直径を有する。或いは、ナノ粒子のサイズは、約1~1000nm、1~500nm、1~250nm、25~200nm、25~100nm、35~75nm、又は25~60nmの範囲であり得る。 In some embodiments, the LNPs have a diameter of less than about 1000 nm, 500 nm, 250 nm, 200 nm, 150 nm, 100 nm, 75 nm, 50 nm, or 25 nm. Alternatively, the size of the nanoparticles can range from about 1-1000 nm, 1-500 nm, 1-250 nm, 25-200 nm, 25-100 nm, 35-75 nm, or 25-60 nm.
LNPは、カチオン性、アニオン性、又は中性脂質から作製することができる。融合性リン脂質DOPE又は膜成分コレステロールのような中性脂質は、トランスフェクション活性及びナノ粒子安定性を増強するために「ヘルパー脂質」としてLNPに含まれ得る。カチオン性脂質の限界には、不十分な安定性及び迅速なクリアランス、並びに炎症性又は抗炎症性応答の発生による低い効力が含まれ得る。LNPはまた、疎水性脂質、親水性脂質、又は疎水性及び親水性脂質の両方を有し得る。 LNPs can be made from cationic, anionic, or neutral lipids. Neutral lipids such as the fusogenic phospholipid DOPE or the membrane component cholesterol can be included in LNPs as "helper lipids" to enhance transfection activity and nanoparticle stability. Limitations of cationic lipids can include poor stability and rapid clearance, as well as low efficacy due to the generation of inflammatory or anti-inflammatory responses. LNPs can also have hydrophobic lipids, hydrophilic lipids, or both hydrophobic and hydrophilic lipids.
当技術分野で公知の任意の脂質又は脂質の組み合わせを使用して、LNPを生成することができる。LNPを生成するために使用される脂質の例としては、DOTMA、DOSPA、DOTAP、DMRIE、DC-コレステロール、DOTAP-コレステロール、GAP-DMORIE-DPyPE、及びGL67A-DOPE-DMPE-ポリエチレングリコール(PEG)が挙げられる。カチオン性脂質の例としては、98N12-5、C12-200、DLin-KC2-DMA(KC2)、DLin-MC3-DMA(MC3)、XTC、MD1、及び7C1が挙げられる。中性脂質の例としては、DPSC、DPPC、POPC、DOPE、及びSMが挙げられる。PEG改変脂質の例としては、PEG-DMG、PEG-CerC14、及びPEG-CerC20が挙げられる。 Any lipid or combination of lipids known in the art can be used to generate LNPs. Examples of lipids used to generate LNPs include DOTMA, DOSPA, DOTAP, DMRIE, DC-cholesterol, DOTAP-cholesterol, GAP-DMORIE-DPyPE, and GL67A-DOPE-DMPE-polyethylene glycol (PEG). Examples of cationic lipids include 98N12-5, C12-200, DLin-KC2-DMA (KC2), DLin-MC3-DMA (MC3), XTC, MD1, and 7C1. Examples of neutral lipids include DPSC, DPPC, POPC, DOPE, and SM. Examples of PEG-modified lipids include PEG-DMG, PEG-CerC14, and PEG-CerC20.
実施形態において、脂質は、LNPを生成するために、任意の数のモル比で組み合わせることができる。更に、ポリヌクレオチドは、LNPを生成するために、広範囲のモル比で脂質と組み合わされ得る。 In embodiments, lipids can be combined in any number of molar ratios to produce LNPs. Additionally, polynucleotides can be combined with lipids in a wide range of molar ratios to produce LNPs.
実施形態において、部位特異的ポリペプチド及びゲノム標的化核酸は、各々、細胞又は対象に別々に投与され得る。部位特異的ポリペプチドは、1つ以上のガイドRNA、又は1つ以上のcrRNAとtracrRNAと一緒に予め複合体化され得る。次いで、予め複合体化された材料を、細胞又は対象に投与することができる。このような予め複合体化材料は、リボ核タンパク質粒子(RNP)として知られている。 In embodiments, the site-specific polypeptide and the genome-targeting nucleic acid can each be administered separately to a cell or subject. The site-specific polypeptide can be pre-complexed with one or more guide RNAs, or one or more crRNAs and tracrRNAs. The pre-complexed material can then be administered to a cell or subject. Such pre-complexed material is known as a ribonucleoprotein particle (RNP).
RNAは、RNAやDNAと特異的な相互作用を形成することができる。この特性は、多くの生物学的プロセスにおいて利用されるが、核酸に富む細胞環境における無差別な相互作用のリスクも伴う。この問題に対する1つの解決策は、RNAがエンドヌクレアーゼと予め複合体化されたリボ核タンパク質粒子(RNP)を形成することである。RNPの別の利点は、RNAが分解から保護されることである。 RNA can form specific interactions with RNA and DNA. This property is exploited in many biological processes, but it also carries the risk of promiscuous interactions in the nucleic acid-rich cellular environment. One solution to this problem is to form ribonucleoprotein particles (RNPs) in which the RNA is precomplexed with endonucleases. Another advantage of RNPs is that the RNA is protected from degradation.
いくつかの実施形態では、RNP中のエンドヌクレアーゼは、改変されていても改変されていなくてもよい。同様に、gRNA、crRNA、tracrRNA、又はsgRNAは、改変されていても改変されていなくてもよい。多数の改変が当技術分野で公知であり、使用され得る。 In some embodiments, the endonuclease in the RNP may be modified or unmodified. Similarly, the gRNA, crRNA, tracrRNA, or sgRNA may be modified or unmodified. Numerous modifications are known in the art and may be used.
エンドヌクレアーゼ及びsgRNAは、一般に、約1:1のモル比で組み合わされる。或いは、エンドヌクレアーゼ、crRNA及びtracrRNAは、約1:1:1のモル比で組み合わせることができる。しかしながら、広範囲のモル比を用いてRNPを生成することができる。 The endonuclease and sgRNA are generally combined in a molar ratio of about 1:1. Alternatively, the endonuclease, crRNA, and tracrRNA can be combined in a molar ratio of about 1:1:1. However, a wide range of molar ratios can be used to generate RNPs.
いくつかの実施形態では、組換えAAVベクターが送達のために使用される。送達されるべきポリヌクレオチド、rep及びcap遺伝子、並びにヘルパーウイルス機能を含む、パッケージングされるべきAAVゲノムが細胞に提供される、rAAV粒子を生成するための技術は、当技術分野で標準的である。rAAVの生成は、以下の成分が単一の細胞(パッケージング細胞として本明細書に示される)内に存在することを必要とする:rAAVゲノム、rAAVゲノムとは別々の(即ち、rAAVゲノム中ではない)AAV rep及びcap遺伝子、並びにヘルパーウイルス機能。AAV rep及びcap遺伝子は、限定されないが、AAV血清型AAV-1、AAV-2、AAV-3、AAV-4、AAV-5、AAV-6、AAV-7、AAV-8、AAV-9、AAV-10、AAV-11、AAV-12、AAV-13、及びAAV rh.74を含む、組換えウイルスが誘導され得る任意のAAV血清型に由来し得、rAAVゲノムITRとは異なるAAV血清型に由来し得る。偽型rAAVの生成は、例えば、国際特許出願国際公開第01/83692号パンフレットに開示されている。表1を参照されたい。 In some embodiments, recombinant AAV vectors are used for delivery. Techniques for generating rAAV particles are standard in the art, in which a cell is provided with the AAV genome to be packaged, including the polynucleotide to be delivered, the rep and cap genes, and helper virus functions. The production of rAAV requires that the following components be present in a single cell (referred to herein as a packaging cell): the rAAV genome, AAV rep and cap genes separate from the rAAV genome (i.e., not in the rAAV genome), and helper virus functions. The AAV rep and cap genes can be found in any of the AAV serotypes, including, but not limited to, AAV-1, AAV-2, AAV-3, AAV-4, AAV-5, AAV-6, AAV-7, AAV-8, AAV-9, AAV-10, AAV-11, AAV-12, AAV-13, and AAV rh. The rAAV genomic ITRs may be derived from any AAV serotype from which a recombinant virus can be derived, including AAV serotype 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 112, 123, 134, 140, 141, 152, 163, 170, 175, 186, 197, 198, 199, 102, 103,
いくつかの実施形態では、パッケージング細胞を作製する方法は、AAV粒子産生に必要な成分を安定に発現する細胞株を作製することを含む。例えば、AAV rep及びcap遺伝子を欠くrAAVゲノムを有するプラスミド(又は複数のプラスミド)、rAAVゲノムとは別個のAAV rep及びcap遺伝子、及びネオマイシン耐性遺伝子のような選択マーカーは、細胞のゲノムに組込まれる。AAVゲノムは、GCテーリング(R.J.Samulski et al.,Proc Natl Acad Sci USA(1982)79:2077-81)、制限エンドヌクレアーゼ切断部位を含む合成リンカーの付加(C.A.Laughlin et al.,Gene(1983)23:65-73)、及び直接平滑末端連結(P.Senapathy et al.,J Biol Chem(1984)259:4661-66)などの手順によって、細菌プラスミドに導入されている。次いで、パッケージング細胞株を、アデノウイルスなどのヘルパーウイルスで感染させる。この方法の利点は、細胞が選択可能であり、rAAVの大規模生産に適していることである。他の適切な方法は、rAAVゲノム並びに/又はrep及びcap遺伝子をパッケージング細胞に導入するために、プラスミドではなくアデノウイルス又はバキュロウイルスを使用する。 In some embodiments, the method of producing a packaging cell includes generating a cell line that stably expresses components necessary for AAV particle production. For example, a plasmid (or multiple plasmids) having a rAAV genome lacking AAV rep and cap genes, AAV rep and cap genes separate from the rAAV genome, and a selectable marker, such as a neomycin resistance gene, are integrated into the genome of the cell. The AAV genome has been introduced into bacterial plasmids by procedures such as GC tailing (R. J. Samulski et al., Proc Natl Acad Sci USA (1982) 79:2077-81), addition of synthetic linkers containing restriction endonuclease cleavage sites (C. A. Laughlin et al., Gene (1983) 23:65-73), and direct blunt-end ligation (P. Senapathy et al., J Biol Chem (1984) 259:4661-66). The packaging cell line is then infected with a helper virus such as adenovirus. The advantage of this method is that the cells are selectable and it is amenable to large-scale production of rAAV. Other suitable methods use adenovirus or baculovirus rather than plasmids to introduce the rAAV genome and/or rep and cap genes into packaging cells.
rAAV生成の一般原理は、例えば、B.J.Carter,Cur Op Biotechnol(1992)3(5):533-39;及びN.Muzyczka,Curr Topics Microbiol Immunol(1992)158:97-129に考察されている。いくつかのアプローチは、J.D.Tratschin et al.,Mol Cell Biol(1984)4:2072-81;P.L.Hermonat et al.,Proc Natl Acad Sci USA(1984)81:6466-70;J.D.Tratschin et al.,Mol Cell Biol(1985)5:3251-60;S.K.McLaughlin et al.,J Virol(1988)62:1963-73;J.S.Lebkowski et al.,Mol Cell Biol(1988)8:3988-96;R.J.Samulski et al.,J Virol(1989)63:3822-28);米国特許第5,173,414号明細書;国際公開第95/13365号パンフレット及び対応する米国特許第5,658.776号明細書;国際公開第95/13392号パンフレット;国際公開第96/17947号パンフレット;PCT/US98/18600号明細書;国際公開第97/09441号パンフレット(PCT/US96/14423号明細書);国際公開第97/08298号パンフレット(PCT/US96/13872号明細書);国際公開第97/21825号パンフレット(PCT/US96/20777号明細書);国際公開第97/06243号パンフレット(PCT/FR96/01064号明細書);国際公開第99/11764号パンフレット;P.Perrin et al.,Vaccine(1995)13:1244-50;R.W.Paul et al.,Human Gene Ther(1993)4:609-15;Clark et al.,Gene Ther(1996)3:1124-32;米国特許第5,786,211号明細書;米国特許第5,871,982号明細書;並びに米国特許第6,258,595号明細書に記載されている。 The general principles of rAAV production are reviewed, for example, in B. J. Carter, Cur Op Biotechnol (1992) 3(5):533-39; and N. Muzyczka, Curr Topics Microbiol Immunol (1992) 158:97-129. Several approaches are reviewed in J. D. Tratschin et al., Mol Cell Biol (1984) 4:2072-81; P. L. Hermonat et al., Proc Natl Acad Sci USA (1984) 81:6466-70; J. D. Tratschin et al. , Mol Cell Biol (1985) 5:3251-60; K. McLaughlin et al. , J Virol (1988) 62:1963-73; S. Lebkowski et al. , Mol Cell Biol (1988) 8:3988-96; J. Samulski et al. ,J Virol (1989) 63:3822-28); U.S. Pat. No. 5,173,414; WO 95/13365 and corresponding U.S. Pat. No. 5,658,776; WO 95/13392; WO 96/17947; PCT/US98/18600; WO 97/09441. (PCT/US96/14423); WO 97/08298 (PCT/US96/13872); WO 97/21825 (PCT/US96/20777); WO 97/06243 (PCT/FR96/01064); WO 99/11764; P. Perrin et al., Vaccine (1995) 13:1244-50; R. W. Paul et al., Human Gene Ther (1993) 4:609-15; Clark et al. , Gene Ther (1996) 3:1124-32; U.S. Patent No. 5,786,211; U.S. Patent No. 5,871,982; and U.S. Patent No. 6,258,595.
AAVベクター血清型は、標的細胞型に一致させることができる。例えば、以下の例示的な細胞型は、とりわけ、示されるAAV血清型によって形質導入され得る。例えば、肝臓組織/細胞型に適切なAAVベクターの血清型には、AAV3、AAV5、AAV8及びAAV9が含まれるが、これらに限定されない。 The AAV vector serotype can be matched to the target cell type. For example, the following exemplary cell types may be transduced, among others, by the AAV serotypes indicated. For example, suitable AAV vector serotypes for liver tissue/cell types include, but are not limited to, AAV3, AAV5, AAV8, and AAV9.
アデノ関連ウイルスベクターに加えて、他のウイルスベクターを使用することができる。そのようなウイルスベクターには、レンチウイルス、アルファウイルス、エンテロウイルス、ペスチウイルス、バキュロウイルス、ヘルペスウイルス、エプスタインバーウイルス、パポバウイルス、ポックスウイルス、ワクシニアウイルス、及び単純ヘルペスウイルスが含まれるが、これらに限定されない。 In addition to adeno-associated viral vectors, other viral vectors can be used. Such viral vectors include, but are not limited to, lentiviruses, alphaviruses, enteroviruses, pestiviruses, baculoviruses, herpes viruses, Epstein-Barr viruses, papovaviruses, pox viruses, vaccinia viruses, and herpes simplex viruses.
いくつかの実施形態では、Cas9 mRNA、アルブミン遺伝子の1つ又は2つの遺伝子座を標的とするsgRNA、及びドナーDNAは、各々別々に脂質ナノ粒子に処方されるか、又は全て1つの脂質ナノ粒子に共処方されるか、又は2つ以上の脂質ナノ粒子に共処方される。 In some embodiments, the Cas9 mRNA, the sgRNA targeting one or two loci of the albumin gene, and the donor DNA are each formulated separately into a lipid nanoparticle, or are all co-formulated into one lipid nanoparticle, or are co-formulated into two or more lipid nanoparticles.
いくつかの実施形態では、Cas9 mRNAは、脂質ナノ粒子中に処方され、一方、sgRNA及びドナーDNAは、AAVベクター中に送達される。いくつかの実施形態では、Cas9 mRNA及びsgRNAは、脂質ナノ粒子中に共処方され、一方、ドナーDNAは、AAVベクター中に送達される。 In some embodiments, the Cas9 mRNA is formulated in a lipid nanoparticle, while the sgRNA and donor DNA are delivered in an AAV vector. In some embodiments, the Cas9 mRNA and sgRNA are co-formulated in a lipid nanoparticle, while the donor DNA is delivered in an AAV vector.
Cas9ヌクレアーゼをDNAプラスミドとして、mRNAとして、又はタンパク質として送達する選択肢が利用可能である。ガイドRNAは、同じDNAから発現され得るか、又はRNAとしても送達され得る。RNAは、その半減期を変更若しくは改善するか、又は免疫応答の可能性若しくは程度を減少させるために、化学的に改変され得る。エンドヌクレアーゼタンパク質は、送達の前にgRNAと複合体化され得る。ウイルスベクターは、効率的な送達を可能にする:Cas9の分割バージョン及びCas9のより小さいオルソログが、HDRのドナーと同様に、AAV中にパッケージングされ得る。これらの成分の各々を送達することができる一連の非ウイルス送達方法も存在し、又は非ウイルス及びウイルス方法をタンデムで使用することができる。例えば、ナノ粒子は、タンパク質及びガイドRNAを送達するために使用することができ、一方、AAVは、ドナーDNAを送達するために使用することができる。 Options are available to deliver the Cas9 nuclease as a DNA plasmid, as an mRNA, or as a protein. Guide RNA can be expressed from the same DNA or can be delivered as RNA. The RNA can be chemically modified to alter or improve its half-life or to reduce the likelihood or extent of an immune response. The endonuclease protein can be complexed with the gRNA prior to delivery. Viral vectors allow efficient delivery: split versions of Cas9 and smaller orthologs of Cas9 can be packaged in AAV, as can the donor for HDR. There is also a range of non-viral delivery methods that can deliver each of these components, or non-viral and viral methods can be used in tandem. For example, nanoparticles can be used to deliver protein and guide RNA, while AAV can be used to deliver donor DNA.
治療処置のためのゲノム編集成分の送達に関連するいくつかの実施形態では、少なくとも2つの成分、配列特異的ヌクレアーゼ及びDNAドナー鋳型が、形質転換される細胞(例えば、肝細胞)の核に送達される。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、肝臓に対して向性を有するAAVにパッケージングされる。いくつかの実施形態では、AAVは、血清型AAV8、AAV9、AAVrh10、AAV5、AAV6又はAAV-DJから選択される。いくつかの実施形態では、AAVパッケージされたDNAドナー鋳型は、対象に投与され、例えばまず末梢静脈注射によって、続いて配列特異的ヌクレアーゼによって、対象に投与される。AAVパッケージドナー鋳型を最初に送達する利点は、送達されたドナー鋳型が形質導入された肝細胞の核において安定に維持され、これにより、配列特異的ヌクレアーゼのその後の投与が可能になることである。これによりゲノムに二本鎖切断が生じ、続いてHDR又はNHEJによるドナー鋳型の組込みが起こる。いくつかの実施形態では、配列特異的ヌクレアーゼは、所望の治療効果に十分なレベルで導入遺伝子の標的化組込みを促進するのに必要な時間だけ、標的細胞内で活性を維持することが望ましい。配列特異的ヌクレアーゼが長期間にわたって細胞内で活性のままである場合、これは、オフターゲット部位での二本鎖切断の頻度の増加をもたらす。具体的には、オフターゲット切断の頻度は、オフターゲット切断効率にヌクレアーゼが活性を示す時間を乗じた関数である。配列特異的ヌクレアーゼをmRNAの形態で送達することにより、mRNAと翻訳されたタンパク質は細胞内で短命であるため、ヌクレアーゼ活性の持続時間は、数時間から数日の範囲で短くなる。従って、ドナー鋳型をすでに含む細胞への配列特異的ヌクレアーゼの送達は、オフターゲット組込みと比較して、標的化組込みのより良好な比を生じることが予想される。更に、末梢静脈注射後の肝細胞の核へのドナー鋳型のAAV媒介送達は、ウイルスが細胞に感染し、エンドソームを脱出して核に移行し、宿主成分による一本鎖AAVゲノムの二本鎖DNA分子への変換に要する時間に起因して、一般に1~14日程度の時間を要する。従って、いくつかの実施形態では、核へのドナー鋳型の送達は、CRISPR/Cas9成分を供給する前に完了し、それはこれらのヌクレアーゼ成分が約1~3日間活性であるためである。 In some embodiments related to delivery of genome editing components for therapeutic treatment, at least two components, a sequence-specific nuclease and a DNA donor template, are delivered to the nucleus of a cell to be transformed (e.g., a hepatocyte). In some embodiments, the donor template is packaged in an AAV with tropism for the liver. In some embodiments, the AAV is selected from serotypes AAV8, AAV9, AAVrhlO, AAV5, AAV6, or AAV-DJ. In some embodiments, the AAV-packaged DNA donor template is administered to the subject, for example, first by peripheral vein injection, followed by the sequence-specific nuclease. The advantage of delivering the AAV-packaged donor template first is that the delivered donor template is stably maintained in the nucleus of the transduced hepatocyte, allowing for subsequent administration of the sequence-specific nuclease. This creates a double-strand break in the genome, followed by integration of the donor template by HDR or NHEJ. In some embodiments, it is desirable that the sequence-specific nuclease remains active in the target cell for the time required to promote the targeted integration of the transgene at a level sufficient for the desired therapeutic effect. If the sequence-specific nuclease remains active in the cell for a long period of time, this will result in an increased frequency of double-stranded breaks at off-target sites. Specifically, the frequency of off-target cleavage is a function of the off-target cleavage efficiency multiplied by the time the nuclease is active. By delivering the sequence-specific nuclease in the form of mRNA, the duration of nuclease activity is shortened, ranging from a few hours to a few days, since the mRNA and translated protein are short-lived in the cell. Therefore, it is expected that the delivery of sequence-specific nuclease to cells that already contain donor templates will result in a better ratio of targeted integration compared to off-target integration. Furthermore, AAV-mediated delivery of donor templates to the nuclei of hepatocytes following peripheral intravenous injection generally takes on the order of 1-14 days due to the time it takes for the virus to infect the cells, escape endosomes and translocate to the nucleus, and convert the single-stranded AAV genome into a double-stranded DNA molecule by host components. Thus, in some embodiments, delivery of the donor template to the nucleus is completed before providing the CRISPR/Cas9 components, since these nuclease components are active for approximately 1-3 days.
いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼはCRISPR/Cas9であり、これはアルブミン遺伝子のイントロン1内のDNA配列に指向されたsgRNAとCas9ヌクレアーゼとから構成される。いくつかの実施形態では、Cas9エンドヌクレアーゼは、1つ以上の核局在化シグナル(NLS)に作動可能に融合されたCas9タンパク質をコードするmRNAとして送達される。いくつかの実施形態では、sgRNA及びCas9 mRNAは、脂質ナノ粒子にパッケージされた肝細胞に送達される。いくつかの実施形態では、脂質ナノ粒子は、脂質C12-200を含む(K.T.Love et al.,Proc Natl Acad Sci USA(2010)107:1864-69)。いくつかの実施形態では、LNP中にパッケージングされたsgRNAとCas9 mRNAの比は、1:1(質量比)であり、それによりマウスにおいてインビボで最大のDNA切断を生じる。代替の実施形態において、LNP中にパッケージングされたsgRNAとCas9 mRNAの異なる質量比、例えば、10:1、9:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、3:1若しくは2:1、又は逆比を使用することができる。いくつかの実施形態では、Cas9 mRNAとsgRNAは、別々のLNP製剤にパッケージングされ、Cas9 mRNAを含むLNPは、sgRNAを含むLNPの約1~約8時間前に対象に送達されて、sgRNAの送達前にCas9 mRNAが翻訳される最適な時間を可能にする。
In some embodiments, the DNA endonuclease is CRISPR/Cas9, which is composed of an sgRNA directed to a DNA sequence within
いくつかの実施形態では、gRNA及びCas9 mRNAを封入するLNP製剤(「LNP-ヌクレアーゼ製剤」)が、対象、例えば、AAVにパッケージングされたDNAドナー鋳型を以前に投与された対象に投与される。いくつかの実施形態では、LNP-ヌクレアーゼ製剤は、AAVドナー鋳型の投与後1日~28日以内、又は7日~28日以内、又は7日~14日以内に対象に投与される。AAVドナー鋳型に対するLNP-ヌクレアーゼ製剤の送達の最適なタイミングは、当技術分野で公知の技術(例えば、マウス及びサルを含む動物モデルにおいて行われる研究)を用いて決定され得る。 In some embodiments, an LNP formulation encapsulating gRNA and Cas9 mRNA ("LNP-nuclease formulation") is administered to a subject, e.g., a subject that has previously been administered an AAV-packaged DNA donor template. In some embodiments, the LNP-nuclease formulation is administered to the subject within 1 to 28 days, or within 7 to 28 days, or within 7 to 14 days after administration of the AAV donor template. The optimal timing of delivery of the LNP-nuclease formulation relative to the AAV donor template can be determined using techniques known in the art (e.g., studies conducted in animal models including mice and monkeys).
いくつかの実施形態では、DNAドナー鋳型は、非ウイルス送達方法を使用して、対象の肝細胞(例えば、対象)に送達される。ある対象(一般に30%)は、AAVによる効果的な遺伝子送達を妨げる、最も一般に使用されるAAV血清型に指向される既存の中和抗体を有するが、全ての対象は、非ウイルス送達方法で処置可能である。いくつかの非ウイルス送達方法論は、当技術分野で公知である。特に、LNPは、動物及びヒトにおける静脈内注射後に、それらの封入されたカーゴを肝細胞の細胞質に効率的に送達することが知られている。これらのLNPは、受容体を介したエンドサイトーシスの過程を経て肝臓に能動的に取り込まれ、その結果、肝臓への優先的な取り込みが起こる。 In some embodiments, the DNA donor template is delivered to the hepatocytes of a subject (e.g., a subject) using a non-viral delivery method. Although some subjects (typically 30%) have pre-existing neutralizing antibodies directed against the most commonly used AAV serotypes that prevent effective gene delivery by AAV, all subjects are treatable with non-viral delivery methods. Several non-viral delivery methodologies are known in the art. In particular, LNPs are known to efficiently deliver their encapsulated cargo into the cytoplasm of hepatocytes after intravenous injection in animals and humans. These LNPs are actively taken up into the liver via a process of receptor-mediated endocytosis, resulting in preferential uptake in the liver.
いくつかの実施形態では、ドナー鋳型の核局在化を促進するために、プラスミドの核局在化を促進することができるDNA配列、例えば、サルウイルス40(SV40)複製起点及び初期プロモーターの366bp領域をドナー鋳型に付加することができる。細胞タンパク質に結合する他のDNA配列もまた、DNAの核侵入を改善するために使用され得る。 In some embodiments, to facilitate nuclear localization of the donor template, DNA sequences that can facilitate nuclear localization of the plasmid can be added to the donor template, such as the 366 bp region of the simian virus 40 (SV40) origin of replication and early promoter. Other DNA sequences that bind cellular proteins can also be used to improve nuclear entry of DNA.
いくつかの実施形態では、導入されたFVIIIの発現又は活性のレベルは、AAVドナー鋳型の後に、例えば、gRNA及びCas9ヌクレアーゼ又はCas9ヌクレアーゼをコードするmRNAを含むLNP-ヌクレアーゼ製剤の最初の投与後に、対象の血液(例えば、対象)中で測定される。FVIIIレベルが疾患を処置するのに十分でない場合、例えば、正常レベルの5%のレベルの場合には、ゲノムセーフハーバー遺伝子座への更なる標的化組込みを促進するために、LNP-ヌクレアーゼ製剤の2回目又は3回目の投与を行うことができる。所望の治療レベルのFVIIIを得るために複数用量のLNP-ヌクレアーゼ製剤を使用することの実現可能性は、当技術分野で公知の技術(例えば、マウス及びサルを含む動物モデルを使用する試験)を用いて試験され、最適化され得る。 In some embodiments, the level of expression or activity of the introduced FVIII is measured in the blood of the subject (e.g., the subject) after the first administration of an LNP-nuclease formulation containing, for example, gRNA and Cas9 nuclease or mRNA encoding Cas9 nuclease after the AAV donor template. If the FVIII level is not sufficient to treat the disease, for example, at a level that is 5% of normal levels, a second or third administration of the LNP-nuclease formulation can be administered to promote further targeted integration into the genomic safe harbor locus. The feasibility of using multiple doses of the LNP-nuclease formulation to obtain the desired therapeutic level of FVIII can be tested and optimized using techniques known in the art (e.g., tests using animal models including mice and monkeys).
i)ドナーカセットを含むAAVドナー鋳型、及びii)対象へのLNP-ヌクレアーゼ製剤の投与を含む、本明細書に記載される方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、LNP-ヌクレアーゼ製剤の最初の用量は、対象へのAAVドナー鋳型の投与後約1日~約28日以内に対象に投与される。いくつかの実施形態では、LNP-ヌクレアーゼ製剤の最初の用量は、標的細胞の核へのドナー鋳型の送達を可能にするのに十分な時間後に対象に投与される。いくつかの実施形態では、LNP-ヌクレアーゼ製剤の最初の用量は、標的細胞の核における一本鎖AAVゲノムの二本鎖DNA分子への変換を可能にするのに十分な時間後に対象に投与される。いくつかの実施形態では、LNP-ヌクレアーゼ製剤の1つ以上(例えば、2、3、4、5以上)の更なる用量が、最初の用量の投与後に対象に投与される。いくつかの実施形態では、ドナーカセットの標的化組込みの標的レベル及び/又はドナーカセットの標的発現レベルが達成されるまで、1つ以上の用量のLNP-ヌクレアーゼ製剤が対象に投与される。いくつかの実施形態では、この方法は、LNP-ヌクレアーゼ製剤の各投与後に、ドナーカセットの標的化組込みのレベル及び/又はドナーカセットの発現のレベルを測定することと、ドナーカセットの標的化組込みの標的レベル及び/又はドナーカセットの標的発現レベルが達成されない場合、LNP-ヌクレアーゼ製剤の更なる用量を投与することとを更に含む。いくつかの実施形態では、LNP-ヌクレアーゼ製剤の更なる用量の少なくとも1つの量は、最初の用量と同じである。いくつかの実施形態では、LNP-ヌクレアーゼ製剤の更なる用量の少なくとも1つの量は、最初の用量より少ない。いくつかの実施形態では、LNP-ヌクレアーゼ製剤の更なる用量の少なくとも1つの量は、最初の用量より多い。 In some embodiments according to any of the methods described herein, comprising i) administering an AAV donor template comprising a donor cassette, and ii) administering an LNP-nuclease formulation to a subject, an initial dose of the LNP-nuclease formulation is administered to the subject within about 1 day to about 28 days after administration of the AAV donor template to the subject. In some embodiments, the initial dose of the LNP-nuclease formulation is administered to the subject after a sufficient time to allow delivery of the donor template to the nucleus of a target cell. In some embodiments, the initial dose of the LNP-nuclease formulation is administered to the subject after a sufficient time to allow conversion of the single-stranded AAV genome in the nucleus of the target cell to a double-stranded DNA molecule. In some embodiments, one or more (e.g., 2, 3, 4, 5 or more) additional doses of the LNP-nuclease formulation are administered to the subject after administration of the initial dose. In some embodiments, one or more doses of the LNP-nuclease formulation are administered to the subject until a target level of targeted integration of the donor cassette and/or a target expression level of the donor cassette is achieved. In some embodiments, the method further comprises measuring a level of targeted integration of the donor cassette and/or a level of expression of the donor cassette after each administration of the LNP-nuclease formulation, and administering an additional dose of the LNP-nuclease formulation if the target level of targeted integration of the donor cassette and/or the target expression level of the donor cassette is not achieved. In some embodiments, the amount of at least one of the additional doses of the LNP-nuclease formulation is the same as the first dose. In some embodiments, the amount of at least one of the additional doses of the LNP-nuclease formulation is less than the first dose. In some embodiments, the amount of at least one of the additional doses of the LNP-nuclease formulation is greater than the first dose.
遺伝子改変細胞及び細胞集団
一態様において、本開示は、細胞内のゲノムを編集する方法を提供し、それによって遺伝子改変細胞を作り出す。いくつかの態様では、遺伝子改変細胞の集団が提供される。従って、「遺伝子改変細胞」は、ゲノム編集(例えば、CRISPR/Cas9/Cpf1システムを使用する)によって導入された少なくとも1つの遺伝子改変を有する細胞を指す。いくつかの実施形態では、遺伝子改変細胞は、遺伝子改変肝細胞である。外因性ゲノム標的化核酸及び/又はゲノム標的化核酸をコードする外因性核酸を有する遺伝子改変細胞が、本明細書で意図される。
Genetically modified cells and cell populations In one aspect, the present disclosure provides a method for editing the genome in a cell, thereby creating a genetically modified cell. In some aspects, a population of genetically modified cells is provided. Thus, a "genetically modified cell" refers to a cell that has at least one genetic modification introduced by genome editing (e.g., using the CRISPR/Cas9/Cpf1 system). In some embodiments, the genetically modified cell is a genetically modified hepatocyte. Genetically modified cells that have an exogenous genome-targeting nucleic acid and/or an exogenous nucleic acid encoding a genome-targeting nucleic acid are contemplated herein.
いくつかの実施形態では、細胞のゲノムは、合成FVIIIコード配列の核酸配列を細胞のゲノム配列に挿入することによって編集され得る。いくつかの実施形態では、ゲノム編集に供される細胞は、そのような突然変異を有さない正常における発現と比較して、内因性FVIII遺伝子の発現低下をもたらすゲノム中の1つ以上の突然変異を有する。正常細胞は、FVIII遺伝子欠陥を有さない異なる対象を起源とする(又は単離された)健康又は対照細胞であり得る。いくつかの実施形態では、ゲノム編集に供される細胞は、FVIII遺伝子関連状態又は障害の処置を必要とする対象を起源とする(又は単離される)ことができる。従って、いくつかの実施形態では、このような細胞における内因性FVIII遺伝子の発現は、正常細胞における内因性FVIII遺伝子発現と比較して、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、又は約100%減少している。 In some embodiments, the genome of a cell may be edited by inserting a nucleic acid sequence of a synthetic FVIII coding sequence into the genome sequence of the cell. In some embodiments, the cell subjected to genome editing has one or more mutations in the genome that result in reduced expression of the endogenous FVIII gene compared to expression in a normal without such mutation. The normal cell may be a healthy or control cell originating (or isolated) from a different subject that does not have a FVIII gene defect. In some embodiments, the cell subjected to genome editing may originate (or be isolated) from a subject in need of treatment for a FVIII gene-associated condition or disorder. Thus, in some embodiments, the expression of the endogenous FVIII gene in such a cell is reduced by about 10%, about 20%, about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90%, or about 100% compared to the endogenous FVIII gene expression in a normal cell.
導入遺伝子(例えば、合成FVIIIコード配列をコードする核酸)の挿入が成功すると、細胞における導入された合成FVIIIコード配列の発現は、細胞の内因性FVIII遺伝子の発現と比較して、少なくとも約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約100%、約200%、約300%、約400%、約500%、約600%、約700%、約800%、約900%、約1,000%、約2,000%、約3,000%、約5,000%、約10,000%以上であり得る。いくつかの実施形態では、ゲノム編集細胞における合成FVIIIコード配列を含む、導入されたFVIIIコード配列産物の活性は、細胞の内因性FVIII遺伝子の発現と比較して、少なくとも約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約100%、約200%、約300%、約400%、約500%、約600%、約700%、約800%、約900%、約1,000%、約2,000%、約3,000%、約5,000%、約10,000%以上であり得る。いくつかの実施形態では、細胞内の導入された合成FVIIIコード配列の発現は、細胞の内因性FVIII遺伝子の発現の少なくとも約2倍、約3倍、約4倍、約5倍、約6倍、約7倍、約8倍、約9倍、約10倍、約15倍、約20倍、約30倍、約50倍、約100倍、約1000倍以上である。また、いくつかの実施形態では、ゲノム編集細胞内の導入された合成FVIIIコード配列の活性は、正常な健康な細胞内のFVIII遺伝子産物の活性に匹敵するか、又はそれより大きくなり得る。 Upon successful insertion of a transgene (e.g., a nucleic acid encoding a synthetic FVIII coding sequence), expression of the introduced synthetic FVIII coding sequence in a cell can be at least about 10%, about 20%, about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90%, about 100%, about 200%, about 300%, about 400%, about 500%, about 600%, about 700%, about 800%, about 900%, about 1,000%, about 2,000%, about 3,000%, about 5,000%, about 10,000% or more compared to expression of the cell's endogenous FVIII gene. In some embodiments, the activity of the introduced FVIII coding sequence product, including a synthetic FVIII coding sequence, in a genome edited cell can be at least about 10%, about 20%, about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90%, about 100%, about 200%, about 300%, about 400%, about 500%, about 600%, about 700%, about 800%, about 900%, about 1,000%, about 2,000%, about 3,000%, about 5,000%, about 10,000% or more compared to the expression of the endogenous FVIII gene in the cell. In some embodiments, expression of the introduced synthetic FVIII coding sequence in the cell is at least about 2-fold, about 3-fold, about 4-fold, about 5-fold, about 6-fold, about 7-fold, about 8-fold, about 9-fold, about 10-fold, about 15-fold, about 20-fold, about 30-fold, about 50-fold, about 100-fold, about 1000-fold or more than the expression of the endogenous FVIII gene in the cell. Also, in some embodiments, the activity of the introduced synthetic FVIII coding sequence in the genome edited cell can be comparable to or greater than the activity of the FVIII gene product in normal healthy cells.
血友病Aを処置又は改善するための実施形態において、遺伝子編集の主要な標的は、ヒト細胞である。エクスビボ及びインビボ方法におけるいくつかの実施形態では、ヒト細胞は、肝細胞である。いくつかの実施形態では、必要としている対象に由来する(従って、すでに対象と完全に一致している)自己細胞において遺伝子編集を行うことによって、対象に安全に再導入することができ、対象の疾患に関連する1つ以上の臨床状態を改善するのに有効であろう細胞集団を効果的に生じさせることができる細胞を生成することが可能である。このような処置のためのいくつかの実施形態では、肝細胞は、当技術分野で公知の任意の方法に従って単離され、遺伝子改変された、治療的に有効な細胞を作製するために使用される。一実施形態において、肝臓幹細胞は、エクスビボで遺伝子改変され、次いで対象に再導入され、そこで、それらは、挿入されたFVIIIコード配列を発現する遺伝子改変肝細胞又は類洞内皮細胞を生じる。 In embodiments for treating or ameliorating hemophilia A, the primary target of gene editing is human cells. In some embodiments of ex vivo and in vivo methods, the human cells are hepatocytes. In some embodiments, by performing gene editing in autologous cells derived from a subject in need (and thus already fully matched to the subject), it is possible to generate cells that can be safely reintroduced into the subject and effectively give rise to a cell population that would be effective in ameliorating one or more clinical conditions associated with the subject's disease. In some embodiments for such treatment, hepatocytes are isolated according to any method known in the art and used to generate genetically modified, therapeutically effective cells. In one embodiment, liver stem cells are genetically modified ex vivo and then reintroduced into the subject where they give rise to genetically modified hepatocytes or sinusoidal endothelial cells that express the inserted FVIII coding sequence.
治療アプローチ
血友病は、「軽度」(FVIIIタンパク血清中濃度0.40~0.05IU/mL)、「中等度」(0.05~0.01IU/mL)、又は「重度」(0.01IU/mL未満、正常の1%未満)に分類される(G.C.White et al.,Thromb Haemost(2001)85(3):560-75)。FVIII補充タンパク療法を受けている血友病A患者の解析は、正常の3%、5%、10%、15%、20%の予測FVIIIトラフ値では、出血が起こらない頻度は、各々71%、79%、91%、97%、100%と報告している(G.Spotts et al.,Blood(2014)124:689)。このことから、FVIII値が最低値の15~20%を超えて維持された場合、出血性事象の割合は、0近くまで低下することが示唆される。血友病Aの治癒に必要な正確なVIIIレベルは明らかにされておらず、対象間で異なる可能性が高いが、約5%~約30%のレベルは、出血性事象の有意な減少をもたらすと予想される。
Treatment Approaches Hemophilia is classified as "mild" (FVIII protein serum concentration 0.40-0.05 IU/mL), "moderate" (0.05-0.01 IU/mL), or "severe"(<0.01 IU/mL, <1% of normal) (G.C. White et al., Thromb Haemost (2001) 85(3):560-75). An analysis of hemophilia A patients receiving FVIII replacement protein therapy reported bleeding-free frequencies of 71%, 79%, 91%, 97%, and 100% for predicted FVIII trough levels of 3%, 5%, 10%, 15%, and 20% of normal, respectively (G. Spotts et al., Blood (2014) 124:689). This suggests that if FVIII levels are maintained above 15-20% of nadir, the rate of bleeding events will drop to near zero. Although the exact VIII level required to cure hemophilia A has not been determined and will likely vary between subjects, levels of about 5% to about 30% are expected to result in a significant reduction in bleeding events.
一態様において、対象のゲノムを編集することによって、対象における血友病Aを処置する遺伝子治療アプローチが本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、遺伝子治療アプローチは、機能的合成FVIIIコード配列を対象の関連する細胞型のゲノムに組込み、血友病Aの永久的治癒を提供する。いくつかの実施形態では、合成FVIIIコード配列は、多くのタンパク質を効率的に発現し、血液中に分泌するため、肝細胞に組込まれる。更に、肝細胞が分裂するにつれて組込まれたコード配列が娘細胞に伝達されることから、肝臓が十分に成長していない小児対象に、肝細胞を用いたこの組込みアプローチを考慮することができる。 In one aspect, provided herein is a gene therapy approach to treat hemophilia A in a subject by editing the subject's genome. In some embodiments, the gene therapy approach integrates a functional synthetic FVIII coding sequence into the genome of relevant cell types in the subject, providing a permanent cure for hemophilia A. In some embodiments, the synthetic FVIII coding sequence is integrated into hepatocytes for efficient expression and secretion of many proteins into the blood. Furthermore, this integration approach with hepatocytes can be considered for pediatric subjects whose livers are not fully developed, since the integrated coding sequence is transmitted to daughter cells as the hepatocytes divide.
別の態様では、合成FVIIIコード配列を遺伝子座にノックインし、FVIIIタンパク質活性を回復させることによってゲノムに永久的な変化を生じさせるためにゲノム操作ツールを使用するための細胞エクスビボ及びインビボ方法が本明細書に提供される。このような方法は、CRISPR関連(CRISPR/Cas9、Cpf1など)ヌクレアーゼなどのエンドヌクレアーゼを使用して、ゲノムからの任意の配列を永久的に欠失、挿入、編集、修正、若しくは置換するか、又はゲノム遺伝子座に外因性配列(例えば、合成FVIIIコード配列)を挿入する。このようにして、本開示に記載される例は、(対象の生涯にわたって潜在的な治療を送達するのではなく)単一の処置でFVIII遺伝子の活性を回復させる。 In another aspect, provided herein are cellular ex vivo and in vivo methods for using genome engineering tools to create permanent changes in the genome by knocking in a synthetic FVIII coding sequence into a locus and restoring FVIII protein activity. Such methods use endonucleases, such as CRISPR-associated (CRISPR/Cas9, Cpf1, etc.) nucleases, to permanently delete, insert, edit, correct, or replace any sequence from the genome or to insert an exogenous sequence (e.g., a synthetic FVIII coding sequence) into a genomic locus. In this manner, the examples described in this disclosure restore the activity of the FVIII gene with a single treatment (rather than delivering a potential treatment for the subject's lifetime).
いくつかの実施形態では、エクスビボ細胞ベースの治療は、対象から単離された肝細胞を使用する。これらの細胞の染色体DNAを、本明細書に記載される材料及び方法を用いて編集する。最後に、編集された細胞及び/又はそれらの子孫を対象に投与又は埋込む。 In some embodiments, ex vivo cell-based therapy uses liver cells isolated from a subject. The chromosomal DNA of these cells is edited using the materials and methods described herein. Finally, the edited cells and/or their progeny are administered or implanted into the subject.
エクスビボ細胞治療アプローチの1つの利点は、投与前に治療の包括的分析を実施する能力である。ヌクレアーゼベースの治療薬は、あるレベルのオフターゲット効果を有する。エクスビボで遺伝子修正を行うことにより、投与前に修正細胞集団の特徴を明らかにすることができる。本開示の態様には、任意のオフターゲット切断が対象に対する最小のリスクと関連するゲノム位置にあることを保証するために、修正細胞のゲノム配列を決定することが含まれる。更に、クローン集団を含む特定の細胞の集団を、投与又は埋込み前にスクリーニング又は単離し得る。 One advantage of the ex vivo cell therapy approach is the ability to perform a comprehensive analysis of the therapy prior to administration. Nuclease-based therapeutics have some level of off-target effects. By performing gene correction ex vivo, the corrected cell population can be characterized prior to administration. Aspects of the present disclosure include determining the genomic sequence of the corrected cells to ensure that any off-target cleavage is at a genomic location associated with minimal risk to the subject. Additionally, specific populations of cells, including clonal populations, may be screened or isolated prior to administration or implantation.
別の実施形態は、インビボベースの治療である。この方法では、対象の細胞の染色体DNAを、本明細書に記載の材料及び方法を用いて修正する。いくつかの実施形態では、細胞は肝細胞である。 Another embodiment is an in vivo based treatment. In this method, the chromosomal DNA of the subject's cells is modified using the materials and methods described herein. In some embodiments, the cells are hepatocytes.
インビボ遺伝子治療の利点は、治療的生産及び投与の容易さである。同じ治療アプローチ及び治療を用いて、2つ以上の対象、例えば、同じ又は類似の遺伝子型又は対立遺伝子を共有する多数の対象を処置することができる。対照的に、エクスビボ細胞治療は、一般に、単離され、操作され、同じ対象に戻される対象自身の細胞を使用する。 The advantage of in vivo gene therapy is the ease of therapeutic production and administration. The same therapeutic approach and treatment can be used to treat more than one subject, for example multiple subjects who share the same or similar genotypes or alleles. In contrast, ex vivo cell therapy generally uses a subject's own cells that are isolated, manipulated, and then returned to the same subject.
いくつかの実施形態では、対象は血友病Aの症状を有する。いくつかの実施形態では、対象は、血友病Aを有する疑いのあるヒトである。或いは、対象は、血友病Aのリスクがあると診断されたヒトである。いくつかの実施形態では、処置を必要とする対象は、内因性FVIII遺伝子又はその調節配列に1つ以上の遺伝的欠陥(例えば、欠失、挿入、及び/又は突然変異)を有し、その結果、FVIIIタンパク質の活性(発現レベル又は機能性を含む)が、正常な健康な対象と比較して実質的に減少している。 In some embodiments, the subject has symptoms of hemophilia A. In some embodiments, the subject is a human suspected of having hemophilia A. Alternatively, the subject is a human diagnosed as being at risk for hemophilia A. In some embodiments, the subject in need of treatment has one or more genetic defects (e.g., deletions, insertions, and/or mutations) in the endogenous FVIII gene or its regulatory sequences such that the activity (including expression levels or functionality) of the FVIII protein is substantially reduced compared to normal healthy subjects.
いくつかの実施形態では、対象における血友病Aを処置する方法であって、以下を対象中の細胞に提供することを含む方法が本明細書に提供される:(a)細胞ゲノムにおけるアルブミン遺伝子座を標的とするgRNA;(b)DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;及び(c)合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型。いくつかの実施形態では、gRNAは、アルブミン遺伝子のイントロン1を標的とする。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号271~298のいずれか1つからのスペーサー配列を含む。
In some embodiments, provided herein is a method of treating hemophilia A in a subject, the method comprising providing to a cell in the subject: (a) a gRNA that targets an albumin locus in the cellular genome; (b) a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease; and (c) a donor template comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein. In some embodiments, the gRNA targets
いくつかの実施形態では、対象における血友病Aを処置する方法であって、以下を対象中の細胞に提供することを含む方法が本明細書に提供される:(a)配列番号271~298のいずれか1つからのスペーサー配列を含むgRNA;(b)DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;及び(c)合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274、275、281、及び283のいずれか1つからのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号274からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号275からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号281からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、gRNAは、配列番号283からのスペーサー配列を含む。いくつかの実施形態では、細胞は、ヒト細胞、例えばヒト肝細胞である。いくつかの実施形態では、対象は、血友病Aを有するか、又はその疑いがある対象である。いくつかの実施形態では、対象は、血友病Aのリスクがあると診断される。 In some embodiments, provided herein is a method of treating hemophilia A in a subject, the method comprising providing a cell in the subject with: (a) a gRNA comprising a spacer sequence from any one of SEQ ID NOs: 271-298; (b) a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease; and (c) a donor template comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from any one of SEQ ID NOs: 274, 275, 281, and 283. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 274. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 275. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 281. In some embodiments, the gRNA comprises a spacer sequence from SEQ ID NO: 283. In some embodiments, the cell is a human cell, e.g., a human hepatocyte. In some embodiments, the subject has or is suspected of having hemophilia A. In some embodiments, the subject is diagnosed as being at risk for hemophilia A.
本明細書に記載される血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9(Csn1及びCsx12としても知られる)、Cas100、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4、及びCpf1エンドヌクレアーゼ、並びにそれらの機能的等価物からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、Cas9である。いくつかの実施形態では、Cas9は、spCas9である。いくつかの実施形態では、Cas9は、SluCas9である。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, the DNA endonuclease is selected from the group consisting of Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9 (also known as Csn1 and Csx12), Cas100, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1, Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csx1, Csx2, Csx1 ... sn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cmr1, Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx17, Csx14, Csx10, Csx16, CsaX, Csx3, Csx1, Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, Csf4, and Cpf1 endonucleases, and functional equivalents thereof. In some embodiments, the DNA endonuclease is Cas9. In some embodiments, the Cas9 is spCas9. In some embodiments, the Cas9 is SluCas9.
本明細書に記載される血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、合成FVIIIコード配列をコードする核酸配列は、細胞における発現のためにコドン最適化される。いくつかの実施形態では、細胞は、ヒト細胞である。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII coding sequence is codon-optimized for expression in a cell. In some embodiments, the cell is a human cell.
本明細書に記載される血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、この方法は、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸を使用する。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、細胞における発現のためにコドン最適化される。いくつかの実施形態では、細胞は、ヒト細胞、例えばヒト肝細胞である。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNAプラスミドなどのDNAである。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、mRNAなどのRNAである。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, the method employs a nucleic acid encoding a DNA endonuclease. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is codon-optimized for expression in the cell. In some embodiments, the cell is a human cell, e.g., a human hepatocyte. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is DNA, such as a DNA plasmid. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is RNA, such as an mRNA.
本明細書に記載される血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、AAVベクターにコードされる。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナーカセットを含み、ドナーカセットの片側又は両側にgRNA標的部位が隣接する。いくつかの実施形態では、ドナーカセットの両側にgRNA標的部位が隣接する。いくつかの実施形態では、gRNA標的部位は、投与されるgRNAの標的部位である。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型のgRNA標的部位は、投与されるgRNAの細胞ゲノムgRNA標的部位の逆相補体である。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型を細胞に提供することは、ドナー鋳型を対象に投与することを含む。いくつかの実施形態では、投与は、静脈内である。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, the donor template is encoded by an AAV vector. In some embodiments, the donor template comprises a donor cassette comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, flanked on one or both sides by gRNA target sites. In some embodiments, the donor cassette is flanked on both sides by gRNA target sites. In some embodiments, the gRNA target site is a target site of the administered gRNA. In some embodiments, the gRNA target site of the donor template is the reverse complement of a cellular genomic gRNA target site of the administered gRNA. In some embodiments, providing the donor template to the cell comprises administering the donor template to the subject. In some embodiments, the administration is intravenous.
本明細書に記載される血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、リポソーム又はLNP中に処方される。いくつかの実施形態では、リポソーム又はLNPはまた、gRNAを含む。いくつかの実施形態では、細胞にgRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸を提供することは、対象にリポソーム又はLNPを投与することを含む。いくつかの実施形態では、投与は、静脈内である。いくつかの実施形態では、リポソーム又はLNPは、LNPである。いくつかの実施形態では、この方法は、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸及びgRNAを含むLNPを使用する。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNAエンドヌクレアーゼをコードするmRNAである。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease is formulated in a liposome or LNP. In some embodiments, the liposome or LNP also comprises a gRNA. In some embodiments, providing the cell with the gRNA and the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease comprises administering the liposome or LNP to the subject. In some embodiments, the administration is intravenous. In some embodiments, the liposome or LNP is an LNP. In some embodiments, the method uses an LNP comprising a nucleic acid encoding the DNA endonuclease and a gRNA. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is an mRNA encoding the DNA endonuclease.
本明細書に記載される血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、gRNAと予め複合体化され、RNP複合体を形成する。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, the DNA endonuclease is pre-complexed with the gRNA to form an RNP complex.
AAVが肝臓の細胞を含む細胞に感染するプロセスは、エンドソームからの脱出、ウイルスの脱殻及びAAVゲノムの核への輸送を含む。一本鎖ゲノムがウイルスにパッケージングされる、これらの研究で用いられたAAVの場合、一本鎖ゲノムは、第二鎖DNA合成のプロセスを経て二本鎖DNAゲノムを形成する。一本鎖ゲノムの二本鎖ゲノムへの完全な変換に必要な時間は、十分に確立されていないが、律速段階であると考えられる(Ferrari et al.,J Virol(1996)70:3227-34)。次いで、二本鎖線状ゲノムは、頭部から尾部及び尾部から頭部に結合したモノマーから構成される多量体環状形態にコンカテマー化される(Sun et al.,Human Gene Ther.(2010)21:750-62)。 The process by which AAV infects cells, including those of the liver, involves escape from endosomes, viral uncoating, and transport of the AAV genome to the nucleus. In the case of the AAV used in these studies, where a single-stranded genome is packaged into the virus, the single-stranded genome undergoes a process of second-strand DNA synthesis to form a double-stranded DNA genome. The time required for complete conversion of the single-stranded genome to a double-stranded genome is not well established, but is thought to be the rate-limiting step (Ferrari et al., J Virol (1996) 70:3227-34). The double-stranded linear genome is then concatemerized into a multimeric circular form composed of monomers linked head-to-tail and tail-to-head (Sun et al., Human Gene Ther. (2010) 21:750-62).
本明細書に記載される血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、投与されるgRNA及び投与されるDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、ドナー鋳型が細胞に提供された後に、細胞に提供される。いくつかの実施形態では、投与されるgRNA及び投与されるDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、ドナー鋳型が細胞に提供されて4日を超えた後に細胞に提供される。いくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、ドナー鋳型が細胞に提供された少なくとも14日後に細胞に提供される。いくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、ドナー鋳型が細胞に提供された少なくとも17日後に細胞に提供される。いくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼを細胞に提供することは、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸及びgRNAを含むLNPを対象に(例えば静脈内経路によって)投与することを含む。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNAエンドヌクレアーゼをコードするmRNAである。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型を細胞に提供することは、AAVベクターにコードされるドナー鋳型を対象に(例えば、静脈内経路によって)投与することを含む。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, the administered gRNA and the administered DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell after the donor template is provided to the cell. In some embodiments, the administered gRNA and the administered DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell more than 4 days after the donor template is provided to the cell. In some embodiments, the gRNA and the DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell at least 14 days after the donor template is provided to the cell. In some embodiments, the gRNA and the DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell at least 17 days after the donor template is provided to the cell. In some embodiments, providing the gRNA and the DNA endonuclease to the cell comprises administering (e.g., by an intravenous route) an LNP comprising a nucleic acid encoding a DNA endonuclease and a gRNA to the subject. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is an mRNA encoding a DNA endonuclease. In some embodiments, providing the donor template to the cell includes administering to the subject (e.g., by an intravenous route) a donor template encoded by an AAV vector.
本明細書に記載の血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の1つ以上の更なる用量が、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の第1の用量に続いて細胞に提供される。いくつかの実施形態では、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の1つ以上の更なる用量は、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列の標的化組込みの標的レベル及び/又は合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列の標的発現レベルが達成されるまで、gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の第1の用量に続いて細胞に提供される。いくつかの実施形態では、細胞にgRNA及びDNAエンドヌクレアーゼを提供することは、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸及びgRNAを含む脂質ナノ粒子を対象に(例えば静脈内経路によって)投与することを含む。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNAエンドヌクレアーゼをコードするmRNAである。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, one or more additional doses of gRNA and DNA endonuclease or nucleic acid encoding a DNA endonuclease are provided to the cell following the first dose of gRNA and DNA endonuclease or nucleic acid encoding a DNA endonuclease. In some embodiments, one or more additional doses of gRNA and DNA endonuclease or nucleic acid encoding a DNA endonuclease are provided to the cell following the first dose of gRNA and DNA endonuclease or nucleic acid encoding a DNA endonuclease until a target level of targeted integration of a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein and/or a target expression level of a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein is achieved. In some embodiments, providing the cell with gRNA and DNA endonuclease comprises administering (e.g., by an intravenous route) lipid nanoparticles comprising a nucleic acid encoding a DNA endonuclease and a gRNA to the subject. In some embodiments, the nucleic acid encoding a DNA endonuclease is an mRNA encoding a DNA endonuclease.
本明細書に記載される血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列は、内因性アルブミンプロモーターの制御下で発現される。いくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列は、内因性トランスフェリンプロモーターの制御下で発現される。いくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列は、内因性フィブリノーゲン-α鎖プロモーターの制御下で発現される。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is expressed under the control of an endogenous albumin promoter. In some embodiments, the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is expressed under the control of an endogenous transferrin promoter. In some embodiments, the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is expressed under the control of an endogenous fibrinogen-α chain promoter.
本明細書に記載される血友病Aを処置する方法のいずれかに従ういくつかの実施形態では、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列は、対象の肝臓で発現される。 In some embodiments according to any of the methods of treating hemophilia A described herein, the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is expressed in the liver of the subject.
対象への細胞の送達
いくつかの実施形態では、本開示のエクスビボ方法は、ゲノム編集細胞を、それを必要とする対象に投与することを含む。これは、当技術分野で公知の非経口投与の任意の方法を使用して達成され得る。例えば、遺伝子改変細胞は、対象の血液中に直接注射され得るか、肝臓中若しくはその近くに直接注射され得る(埋込まれ得る)か、又は別様に対象に投与され得る。
Delivery of cells to a subject In some embodiments, the ex vivo method of the present disclosure includes administering genome-edited cells to a subject in need thereof. This can be accomplished using any method of parenteral administration known in the art. For example, the genetically modified cells can be directly injected into the subject's blood, directly injected (implanted) into or near the liver, or otherwise administered to the subject.
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法は、所望の効果が生成されるように、所望の部位において導入された細胞の少なくとも部分的な局在化をもたらす方法又は経路によって、遺伝子改変治療細胞を対象に埋込み又は「移植」することを含む。治療細胞又はそれらの分化した子孫は、埋込まれた細胞又は細胞の成分の少なくとも一部が生存可能なままである、対象における所望の位置への送達をもたらす任意の適切な経路によって導入することができる。対象への投与後の細胞の生存期間は、数時間ほどの短さ、例えば、24時間~数日、数年ほどの長さ、又は対象の生涯、即ち長期生着であり得る。 In some embodiments, the methods disclosed herein involve implanting or "transplanting" genetically modified therapeutic cells into a subject by a method or route that results in at least partial localization of the introduced cells at a desired site such that a desired effect is produced. The therapeutic cells or their differentiated progeny can be introduced by any suitable route that results in delivery to a desired location in a subject, where at least a portion of the implanted cells or components of the cells remain viable. The survival period of the cells after administration to a subject can be as short as a few hours, e.g., 24 hours to days, as long as several years, or for the life of the subject, i.e., long-term engraftment.
予防的に提供される場合、本明細書に記載される治療細胞は、血友病Aの任意の症状の前に対象に投与される。従って、いくつかの実施形態では、遺伝子改変肝細胞集団の予防的投与は、血友病A症状の発生を予防するために役立つ。 When provided prophylactically, the therapeutic cells described herein are administered to a subject prior to any symptoms of hemophilia A. Thus, in some embodiments, prophylactic administration of a population of genetically modified hepatic cells serves to prevent the onset of hemophilia A symptoms.
いくつかの実施形態において治療的に提供される場合、遺伝子改変肝細胞は、血友病Aの症状又は兆候の開始時(又は後)、例えば、疾患の開始時に提供される。 In some embodiments, when provided therapeutically, the genetically modified hepatocytes are provided at (or after) the onset of symptoms or signs of hemophilia A, e.g., at the onset of the disease.
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法に従って投与される治療的肝細胞集団は、1つ以上のドナーから得られる同種異系肝細胞を有する。「同種異系」は、同じ種の1つ以上の異なるドナーから得られた肝細胞又は肝細胞を有する生物学的サンプルを指し、ここで1つ以上の遺伝子座における遺伝子は、同一ではない。例えば、対象に投与される肝細胞集団は、1つ以上の無関係なドナー対象、又は1つ以上の同一でない兄弟姉妹に由来し得る。いくつかの実施形態では、遺伝的に同一の動物から、又は同一の双生児から得られるもののような、同一遺伝子肝細胞集団を使用することができる。他の実施形態では、肝細胞は、自己細胞であり;即ち、肝細胞は、対象から得られるか又は単離され、同じ対象に投与され、即ち、ドナー及びレシピエントは、同じである。 In some embodiments, the therapeutic hepatocyte population administered according to the methods described herein comprises allogeneic hepatocytes obtained from one or more donors. "Allogeneic" refers to hepatocytes or biological samples having hepatocytes obtained from one or more different donors of the same species, where the genes at one or more genetic loci are not identical. For example, the hepatocyte population administered to the subject may be derived from one or more unrelated donor subjects, or from one or more non-identical siblings. In some embodiments, isogenic hepatocyte populations can be used, such as those obtained from genetically identical animals or from identical twins. In other embodiments, the hepatocytes are autologous; i.e., the hepatocytes are obtained or isolated from a subject and administered to the same subject, i.e., the donor and recipient are the same.
一実施形態では、有効量は、血友病Aの少なくとも1つ以上の徴候又は症状を予防又は軽減するために必要な治療細胞集団の量を指し、所望の効果、例えば血友病Aを有する対象を処置するために十分な量の組成物に関連する。従って、実施形態では、治療有効量は、血友病Aを有するか、又は血友病Aのリスクがある対象などの対象に投与された場合に特定の効果を促進するのに十分な治療細胞又は治療細胞を有する組成物の量を指す。有効量はまた、疾患の症状の発症を予防若しくは遅延させ、疾患の症状の経過を変化させ(例えば、限定されないが、疾患の症状の進行を遅延させ)、又は疾患の症状を逆転させるのに十分な量を含む。任意の所与の場合について、適切な有効量は、当業者によって決定され得ることが理解される。 In one embodiment, an effective amount refers to the amount of a therapeutic cell population necessary to prevent or reduce at least one or more signs or symptoms of hemophilia A, and relates to a sufficient amount of a composition to have a desired effect, e.g., to treat a subject with hemophilia A. Thus, in an embodiment, a therapeutically effective amount refers to an amount of a therapeutic cell or a composition having therapeutic cells sufficient to promote a particular effect when administered to a subject, such as a subject with or at risk for hemophilia A. An effective amount also includes an amount sufficient to prevent or delay the onset of a disease symptom, alter the course of a disease symptom (e.g., but not limited to, delay the progression of a disease symptom), or reverse a disease symptom. It is understood that for any given case, the appropriate effective amount can be determined by one of skill in the art.
本明細書に記載される実施形態における使用のために、治療細胞、例えば、ゲノム編集肝細胞の有効量は、少なくとも約102細胞、少なくとも約5×102細胞、少なくとも約103細胞、少なくとも約5×103細胞、少なくとも約104細胞、少なくとも約5×104細胞、少なくとも約105細胞、少なくとも約2×105細胞、少なくとも約3×105細胞、少なくとも約4×105細胞、少なくとも約5×105細胞、少なくとも約6×105細胞、少なくとも約7×105細胞、少なくとも約8×105細胞、少なくとも約9×105細胞、少なくとも約1×106細胞、少なくとも約2×106細胞、少なくとも約3×106細胞、少なくとも約4×106細胞、少なくとも約5×106細胞、少なくとも約6×106細胞、少なくとも約7×106細胞、少なくとも約8×106細胞、少なくとも約9×106細胞、又はそれらの倍数であり得る。治療細胞は、1つ以上のドナーに由来するか、又は自己供給源から得られる。本明細書に記載されるいくつかの実施形態では、治療細胞は、それを必要とする対象への投与前に、培養物中で増殖される。 For use in the embodiments described herein, an effective amount of therapeutic cells, e.g., genome edited hepatocytes, is at least about 102 cells, at least about 5x102 cells, at least about 103 cells, at least about 5x103 cells, at least about 104 cells, at least about 5x104 cells, at least about 105 cells, at least about 2x105 cells, at least about 3x105 cells, at least about 4x105 cells, at least about 5x105 cells, at least about 6x105 cells, at least about 7x105 cells, at least about 8x105 cells, at least about 9x105 cells, at least about 1x106 cells, at least about 2x106 cells, at least about 3x106 cells, at least about 4x106 cells, at least about 5x106 cells , at least about 6x106 cells, at least about 7x106 cells, at least about 8x106 cells, The therapeutic cells may be at least about 9×10 6 cells, at least about 9×10 6 cells, or multiples thereof. The therapeutic cells may be derived from one or more donors or may be obtained from an autologous source. In some embodiments described herein, the therapeutic cells are expanded in culture prior to administration to a subject in need thereof.
いくつかの実施形態では、血友病Aを有する対象の細胞において発現される機能性FVIIIのレベルの中程度及び漸増的増加は、疾患の1つ以上の症状を改善するために、長期生存を増加させるために、及び/又は他の処置に関連する副作用を減少させるために有益である。このような細胞をヒト対象に投与すると、増加したレベルの機能性FVIIIを産生する治療細胞の存在が有益である。いくつかの実施形態では、対象の有効な処置は、処置された対象における全FVIIIに対して、少なくとも約1%、3%、5%又は7%の機能性FVIIIを生じる。いくつかの実施形態では、機能性FVIIIは、全FVIIIの少なくとも約10%である。いくつかの実施形態では、機能性FVIIIは、全FVIIIの少なくとも、約、又は最大で20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、又は100%である。同様に、機能性FVIIIのレベルが有意に上昇した細胞の比較的限られた亜集団を導入することさえも、いくつかの状況においては正常化された細胞が疾患細胞に対して選択的優位性を有するため、対象において有益である。しかしながら、機能性FVIIIのレベル上昇を伴う中程度のレベルの治療細胞でさえも、対象における血友病Aの1つ以上の態様を改善するために有益である。いくつかの実施形態では、細胞が投与される対象における治療薬の約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%以上が、増加したレベルの機能性FVIIIを産生する。 In some embodiments, moderate and incremental increases in the level of functional FVIII expressed in cells of a subject with hemophilia A are beneficial for improving one or more symptoms of the disease, increasing long-term survival, and/or reducing side effects associated with other treatments. When such cells are administered to a human subject, the presence of therapeutic cells that produce increased levels of functional FVIII is beneficial. In some embodiments, effective treatment of a subject results in at least about 1%, 3%, 5%, or 7% functional FVIII relative to the total FVIII in the treated subject. In some embodiments, the functional FVIII is at least about 10% of the total FVIII. In some embodiments, the functional FVIII is at least, about, or at most 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 100% of the total FVIII. Similarly, even introducing a relatively limited subpopulation of cells with significantly elevated levels of functional FVIII is beneficial in a subject, as in some circumstances normalized cells have a selective advantage over diseased cells. However, even moderate levels of therapeutic cells with elevated levels of functional FVIII are beneficial for improving one or more aspects of hemophilia A in a subject. In some embodiments, about 10%, about 20%, about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90% or more of the therapeutic agent in the subject to which the cells are administered produce increased levels of functional FVIII.
実施形態において、方法又は経路による対象への治療細胞組成物の送達は、所望の部位における細胞組成物の少なくとも部分的な局在化をもたらす。細胞組成物は、対象において効果的な処置をもたらす任意の適切な経路によって投与することができ、即ち、投与は、送達される組成物の少なくとも一部、即ち、少なくとも約1×104細胞が所望の部位にある期間送達される、対象における所望の位置への送達をもたらす。投与様式には、注射、注入、点滴、又は摂取が含まれる。「注射」は、限定されるものではないが、静脈内、筋肉内、動脈内、髄腔内、脳室内、関節内(intracapsular)、眼窩内、心臓内、皮内、腹腔内、経気管、皮下、表皮下、関節内(intraarticular)、嚢下、くも膜下、脊髄内、脳脊髄内、及び胸骨内注射及び注入を含む。いくつかの実施形態では、経路は、静脈内である。細胞の送達のために、投与は、注射又は注入によるものであり得る。 In embodiments, delivery of a therapeutic cell composition to a subject by a method or route results in at least partial localization of the cell composition at a desired site. The cell composition can be administered by any suitable route that results in an effective treatment in the subject, i.e., administration results in delivery to a desired location in the subject, where at least a portion of the composition delivered, i.e., at least about 1×10 4 cells, is delivered to the desired site for a period of time. Modes of administration include injection, infusion, infusion, or ingestion. "Injection" includes, but is not limited to, intravenous, intramuscular, intraarterial, intrathecal, intraventricular, intracapsular, intraorbital, intracardiac, intradermal, intraperitoneal, transtracheal, subcutaneous, subcuticular, intraarticular, subcapsular, subarachnoid, intraspinal, intracerebrospinal, and intrasternal injection and infusion. In some embodiments, the route is intravenous. For delivery of cells, administration can be by injection or infusion.
一実施形態では、細胞は全身に投与され、換言すれば、治療細胞の集団は、標的部位、組織、又は器官に直接ではなく投与され、その結果、それは、代わりに、対象の循環系に入り、従って、代謝及び他の同様のプロセスに供される。 In one embodiment, the cells are administered systemically, in other words, a population of therapeutic cells is administered not directly to a target site, tissue, or organ, so that it instead enters the subject's circulatory system and is therefore subject to metabolic and other similar processes.
血友病Aの処置のための組成物を有する処置の効力は、熟練した臨床医によって決定され得る。しかしながら、機能性FVIIIの徴候若しくは症状のいずれか1つ以上、一例として機能性FVIIIのレベルが有益な様式で変化する(例えば、少なくとも10%増加する)か、又は疾患の他の臨床的に許容される症状若しくはマーカーが向上若しくは改善される場合、処置は有効な処置と考えられる。有効性は、入院又は医学的介入(例えば、疾患の進行が停止するか、又は少なくとも遅くなる)の必要性により評価される、個体の悪化の失敗により測定することもできる。これらの指標を測定する方法は当業者に公知であり、及び/又は本明細書に記載される。処置は、個体又は動物(いくつかの非限定的な例は、ヒト又は哺乳動物を含む)における疾患の任意の処置を含み、以下を含む:(1)疾患を阻害すること(例えば、症状の進行を停止又は遅延させること);又は(2)疾患を軽減すること(例えば、症状の退行を引き起こすこと);及び(3)症状の発症の可能性を予防又は減少させること。 The efficacy of a treatment with a composition for the treatment of hemophilia A can be determined by a skilled clinician. However, a treatment is considered effective if any one or more of the signs or symptoms of functional FVIII, such as the level of functional FVIII, is altered in a beneficial manner (e.g., increased by at least 10%) or other clinically acceptable symptoms or markers of the disease are improved or ameliorated. Efficacy can also be measured by failure of an individual to deteriorate, as assessed by the need for hospitalization or medical intervention (e.g., progression of the disease is stopped or at least slowed). Methods for measuring these indicators are known to those of skill in the art and/or described herein. Treatment includes any treatment of a disease in an individual or animal (some non-limiting examples include humans or mammals), including: (1) inhibiting the disease (e.g., stopping or slowing the progression of a symptom); or (2) relieving the disease (e.g., causing regression of a symptom); and (3) preventing or reducing the likelihood of onset of a symptom.
組成物
一態様では、本開示は、本明細書に開示される方法を実施するための組成物を提供する。組成物は、以下の1つ以上を含み得る:ゲノム標的化核酸(例えば、gRNA);部位特異的ポリペプチド(例えば、DNAエンドヌクレアーゼ)又は部位特異的ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列;及び本明細書に開示される方法の所望の遺伝子改変をもたらすために挿入されるポリヌクレオチド(例えば、ドナー鋳型)。
Compositions In one aspect, the present disclosure provides compositions for carrying out the methods disclosed herein. The compositions may include one or more of the following: a genome-targeting nucleic acid (e.g., gRNA); a site-directed polypeptide (e.g., DNA endonuclease) or a nucleotide sequence encoding a site-directed polypeptide; and a polynucleotide (e.g., a donor template) that is inserted to effect the desired genetic modification of the methods disclosed herein.
いくつかの実施形態では、組成物は、ゲノム標的化核酸(例えば、gRNA)をコードするヌクレオチド配列を有する。 In some embodiments, the composition has a nucleotide sequence encoding a genome-targeting nucleic acid (e.g., a gRNA).
いくつかの実施形態では、組成物は、部位特異的ポリペプチド(例えば、DNAエンドヌクレアーゼ)を有する。いくつかの実施形態では、組成物は、部位特異的ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を有する。 In some embodiments, the composition comprises a site-specific polypeptide (e.g., a DNA endonuclease). In some embodiments, the composition comprises a nucleotide sequence encoding the site-specific polypeptide.
いくつかの実施形態では、組成物は、ゲノムに挿入されるポリヌクレオチド(例えば、ドナー鋳型)を有する。 In some embodiments, the composition comprises a polynucleotide (e.g., a donor template) to be inserted into a genome.
いくつかの実施形態では、組成物は、(i)ゲノム標的化核酸(例えば、gRNA)をコードするヌクレオチド配列、及び(ii)部位特異的ポリペプチド(例えば、DNAエンドヌクレアーゼ)又は部位特異的ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を有する。 In some embodiments, the composition has (i) a nucleotide sequence encoding a genome-targeting nucleic acid (e.g., a gRNA), and (ii) a site-directed polypeptide (e.g., a DNA endonuclease) or a nucleotide sequence encoding a site-directed polypeptide.
いくつかの実施形態では、組成物は、(i)ゲノム標的化核酸(例えば、gRNA)をコードするヌクレオチド配列、及び(ii)ゲノムに挿入されるポリヌクレオチド(例えば、ドナー鋳型)を有する。 In some embodiments, the composition comprises (i) a nucleotide sequence encoding a genome-targeting nucleic acid (e.g., a gRNA) and (ii) a polynucleotide to be inserted into the genome (e.g., a donor template).
いくつかの実施形態では、組成物は、(i)部位特異的ポリペプチド(例えば、DNAエンドヌクレアーゼ)又は部位特異的ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列、及び(ii)ゲノムに挿入されるポリヌクレオチド(例えば、ドナー鋳型)を有する。 In some embodiments, the composition comprises (i) a site-directed polypeptide (e.g., a DNA endonuclease) or a nucleotide sequence encoding the site-directed polypeptide, and (ii) a polynucleotide to be inserted into a genome (e.g., a donor template).
いくつかの実施形態では、組成物は、(i)ゲノム標的化核酸をコードするヌクレオチド配列、(ii)部位特異的ポリペプチド又は部位特異的ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列、及び(iii)ゲノムに挿入されるポリヌクレオチド(例えば、ドナー鋳型)を有する。 In some embodiments, the composition has (i) a nucleotide sequence encoding a genome-targeting nucleic acid, (ii) a site-directed polypeptide or a nucleotide sequence encoding a site-directed polypeptide, and (iii) a polynucleotide to be inserted into the genome (e.g., a donor template).
上記組成物のいずれかのいくつかの実施形態では、組成物は、単一分子ガイドゲノム標的化核酸を有する。上記組成物のいずれかのいくつかの実施形態では、組成物は、2分子ゲノム標的化核酸を有する。上記組成物のいずれかのいくつかの実施形態では、組成物は、2つ以上の2分子ガイド又は単一分子ガイドを有する。いくつかの実施形態では、組成物は、核酸標的化核酸をコードするベクターを有する。いくつかの実施形態では、ゲノム標的化核酸は、DNAエンドヌクレアーゼ、特にCas9である。 In some embodiments of any of the above compositions, the composition comprises a single molecule guide genome-targeting nucleic acid. In some embodiments of any of the above compositions, the composition comprises a two molecule genome-targeting nucleic acid. In some embodiments of any of the above compositions, the composition comprises two or more two molecule guides or a single molecule guide. In some embodiments, the composition comprises a vector encoding a nucleic acid-targeting nucleic acid. In some embodiments, the genome-targeting nucleic acid is a DNA endonuclease, particularly Cas9.
いくつかの実施形態では、組成物は、ゲノム編集、特に、細胞のゲノムへの合成FVIIIコード配列の挿入に適切な1つ以上のgRNAを含む。組成物のためのgRNAは、内因性アルブミン遺伝子で、その中で、又はその近くでゲノム部位を標的とすることができる。いくつかの実施形態では、gRNAは、アルブミン遺伝子における、その中における、又はその近くにおけるゲノム配列に相補的なスペーサー配列を有する。 In some embodiments, the composition comprises one or more gRNAs suitable for genome editing, in particular for the insertion of a synthetic FVIII coding sequence into the genome of a cell. The gRNA for the composition can target a genomic site at, in, or near an endogenous albumin gene. In some embodiments, the gRNA has a spacer sequence that is complementary to a genomic sequence at, in, or near the albumin gene.
いくつかの実施形態では、組成物のgRNAは、配列番号271~298及びその変異体のいずれかから選択される配列であり、該変異体は、配列番号271~298のいずれかと少なくとも約50%、約55%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%又は約95%の同一性又は相同性を有する。いくつかの実施形態では、gRNAの変異体は、配列番号271~298のいずれかと少なくとも約85%の相同性を有する。 In some embodiments, the gRNA of the composition is a sequence selected from any of SEQ ID NOs:271-298 and variants thereof, the variant having at least about 50%, about 55%, about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90% or about 95% identity or homology to any of SEQ ID NOs:271-298. In some embodiments, the gRNA variant has at least about 85% homology to any of SEQ ID NOs:271-298.
いくつかの実施形態では、組成物のgRNAは、ゲノム中の標的部位に相補的なスペーサー配列を有する。いくつかの実施形態では、スペーサー配列は、15塩基~20塩基長である。いくつかの実施形態では、スペーサー配列とゲノム配列との間の相補性は、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約96%、少なくとも約97%、少なくとも約98%、少なくとも約99%又は約100%である。 In some embodiments, the gRNA of the composition has a spacer sequence that is complementary to a target site in the genome. In some embodiments, the spacer sequence is 15-20 bases in length. In some embodiments, the complementarity between the spacer sequence and the genome sequence is at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, at least about 96%, at least about 97%, at least about 98%, at least about 99%, or about 100%.
いくつかの実施形態では、組成物は、DNAエンドヌクレアーゼ、若しくはDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸、及び/又は合成FVIIIコード配列の核酸配列を有するドナー鋳型を有する。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、Cas9である。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、DNA又はRNAである。 In some embodiments, the composition comprises a donor template having a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease, and/or a nucleic acid sequence of a synthetic FVIII coding sequence. In some embodiments, the DNA endonuclease is Cas9. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is DNA or RNA.
いくつかの実施形態では、任意のオリゴヌクレオチド又は核酸配列のうちの1つ以上は、AAVベクターにコードされる。従って、いくつかの実施形態では、gRNAは、AAVベクターにコードされる。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、AAVベクターにコードされる。いくつかの実施形態では、ドナー鋳型は、AAVベクターにコードされる。いくつかの実施形態では、2つ以上のオリゴヌクレオチド又は核酸配列は、単一のAAVベクターにコードされる。従って、いくつかの実施形態では、gRNA配列及びDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸は、単一のAAVベクターにコードされる。 In some embodiments, one or more of any of the oligonucleotide or nucleic acid sequences are encoded by an AAV vector. Thus, in some embodiments, the gRNA is encoded by an AAV vector. In some embodiments, the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is encoded by an AAV vector. In some embodiments, the donor template is encoded by an AAV vector. In some embodiments, two or more oligonucleotide or nucleic acid sequences are encoded by a single AAV vector. Thus, in some embodiments, the gRNA sequence and the nucleic acid encoding the DNA endonuclease are encoded by a single AAV vector.
いくつかの実施形態では、組成物は、リポソーム又は脂質ナノ粒子を有する。従って、いくつかの実施形態では、組成物の任意の化合物(例えば、DNAエンドヌクレアーゼ又はそれをコードする核酸、gRNA、及びドナー鋳型)は、リポソーム又はLNP中に処方され得る。いくつかの実施形態では、1つ以上のそのような化合物は、共有結合又は非共有結合を介してリポソーム又はLNPと結合する。いくつかの実施形態では、化合物のいずれかは、リポソーム又はLNP中に別々に又は一緒に含まれる。従って、いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼ又はそれをコードする核酸、gRNA及びドナー鋳型の各々は、リポソーム又はLNP中に別々に処方される。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、gRNAと共にリポソーム又はLNP中に処方される。いくつかの実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼ又はそれをコードする核酸、gRNA、及びドナー鋳型は、リポソーム又はLNP中に一緒に処方される。 In some embodiments, the composition comprises liposomes or lipid nanoparticles. Thus, in some embodiments, any of the compounds of the composition (e.g., the DNA endonuclease or the nucleic acid encoding it, the gRNA, and the donor template) may be formulated in liposomes or LNPs. In some embodiments, one or more such compounds are associated with the liposome or LNP via covalent or non-covalent bonds. In some embodiments, any of the compounds are included separately or together in the liposome or LNP. Thus, in some embodiments, each of the DNA endonuclease or the nucleic acid encoding it, the gRNA, and the donor template are separately formulated in the liposome or LNP. In some embodiments, the DNA endonuclease is formulated in the liposome or LNP together with the gRNA. In some embodiments, the DNA endonuclease or the nucleic acid encoding it, the gRNA, and the donor template are formulated together in the liposome or LNP.
いくつかの実施形態では、上記の組成物は、1つ以上の更なる試薬を更に有し、このような更なる試薬は、緩衝液、ポリペプチド又はポリヌクレオチドを細胞に導入するための緩衝液、洗浄緩衝液、対照試薬、対照ベクター、対照RNAポリヌクレオチド、DNAからのポリペプチドのインビトロ産生のための試薬、配列決定のためのアダプターなどから選択される。緩衝液は、安定化緩衝液、再構成緩衝液、希釈緩衝液などであり得る。いくつかの実施形態では、組成物はまた、エンドヌクレアーゼによるDNAのオンターゲット結合又は切断を促進又は増強するために、又は標的化の特異性を改善するために使用することができる1つ以上の成分を含む。 In some embodiments, the composition further comprises one or more additional reagents, such additional reagents being selected from buffers, buffers for introducing polypeptides or polynucleotides into cells, wash buffers, control reagents, control vectors, control RNA polynucleotides, reagents for in vitro production of polypeptides from DNA, adapters for sequencing, and the like. The buffers can be stabilization buffers, reconstitution buffers, dilution buffers, and the like. In some embodiments, the composition also comprises one or more components that can be used to facilitate or enhance on-target binding or cleavage of DNA by the endonuclease or to improve the specificity of targeting.
いくつかの実施形態では、組成物の任意の成分は、特定の投与様式及び剤形に応じて、担体、溶媒、安定剤、アジュバント、希釈剤などの薬学的に許容され得る賦形剤と共に処方される。実施形態において、ガイドRNA組成物は、一般に、製剤及び投与経路に応じて、生理学的に適合性のpH、及び約3のpH~約11のpH、約pH3~約pH7の範囲を達成するように処方される。いくつかの実施形態では、pHは、約pH5.0~約pH8.0の範囲に調整される。いくつかの実施形態では、組成物は、1つ以上の薬学的に許容され得る賦形剤と一緒に、治療有効量の本明細書に記載される少なくとも1つの化合物を有する。場合により、組成物は、本明細書に記載される化合物の組み合わせを有することができ、細菌増殖の処置又は予防に有用な第2の活性成分(例えば、限定されないが、抗細菌剤又は抗微生物剤)を含むことができ、本開示の試薬の組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、gRNAは、1つ以上の他のオリゴヌクレオチド、例えば、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸、及び/又はドナー鋳型と共に処方される。或いは、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸及びドナー鋳型は、別々に、又は他のオリゴヌクレオチドと組み合わせて、gRNA製剤について上記した方法で処方される。
In some embodiments, any component of the composition is formulated with a pharma-
ceutically acceptable excipient, such as a carrier, solvent, stabilizer, adjuvant, diluent, etc., depending on the particular mode of administration and dosage form. In embodiments, the guide RNA composition is generally formulated to achieve a physiologically compatible pH, and a pH of about 3 to about 11, about
適切な賦形剤には、例えば、タンパク質、多糖類、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリマーアミノ酸、アミノ酸コポリマー、及び不活性ウイルス粒子などの、大きくゆっくりと代謝される高分子を含む担体分子が含まれる。他の例示的な賦形剤には、酸化防止剤(例えば、限定されないが、アスコルビン酸)、キレート剤(例えば、限定されないが、EDTA)、炭水化物(例えば、限定されないが、デキストリン、ヒドロキシアルキルセルロース、及びヒドロキシアルキルメチルセルロース)、ステアリン酸、液体(例えば、限定されないが、油、水、生理食塩水、グリセロール及びエタノール)、湿潤剤又は乳化剤、pH緩衝物質などが含まれる。 Suitable excipients include carrier molecules, including large, slowly metabolized macromolecules, such as, for example, proteins, polysaccharides, polylactic acids, polyglycolic acids, polymeric amino acids, amino acid copolymers, and inactive virus particles. Other exemplary excipients include antioxidants (e.g., but not limited to, ascorbic acid), chelating agents (e.g., but not limited to, EDTA), carbohydrates (e.g., but not limited to, dextrin, hydroxyalkylcellulose, and hydroxyalkylmethylcellulose), stearic acid, liquids (e.g., but not limited to, oils, water, saline, glycerol, and ethanol), wetting or emulsifying agents, pH buffering substances, and the like.
いくつかの実施形態では、組成物の任意の化合物(例えば、DNAエンドヌクレアーゼ又はそれをコードする核酸、gRNA、及びドナー鋳型)は、エレクトロポレーションなどのトランスフェクションを介して送達される。いくつかの例示的な実施形態では、DNAエンドヌクレアーゼは、細胞への供給の前に、gRNAと予め複合体化され、RNP複合体を形成し、RNP複合体は、エレクトロポレーションされる。このような実施形態において、ドナー鋳型は、エレクトロポレーションを介して送達され得る。 In some embodiments, any of the components of the composition (e.g., the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding it, the gRNA, and the donor template) are delivered via transfection, such as electroporation. In some exemplary embodiments, the DNA endonuclease is pre-complexed with the gRNA to form an RNP complex prior to delivery to the cell, and the RNP complex is electroporated. In such embodiments, the donor template may be delivered via electroporation.
いくつかの実施形態では、「組成物」は、エクスビボ処置方法において使用される治療細胞を有する治療組成物を指す。 In some embodiments, "composition" refers to a therapeutic composition having therapeutic cells used in an ex vivo treatment method.
実施形態では、治療組成物は、細胞組成物と一緒に生理学的に耐容可能な担体、及び場合により、本明細書に記載されるような少なくとも1つの更なる生物活性剤を、活性成分としてそこに溶解又は分散させて含有する。いくつかの実施形態では、治療組成物は、治療目的のために哺乳動物又はヒト対象に投与される場合、実質的に免疫原性ではない。 In embodiments, the therapeutic composition contains a physiologically tolerable carrier together with the cell composition, and optionally at least one additional bioactive agent, as described herein, dissolved or dispersed therein as an active ingredient. In some embodiments, the therapeutic composition is substantially non-immunogenic when administered to a mammalian or human subject for therapeutic purposes.
一般に、本明細書に記載される遺伝子改変治療細胞は、薬学的に許容され得る担体と共に懸濁液として投与される。当業者は、細胞組成物中に使用される薬学的に許容され得る担体が、緩衝剤、化合物、凍結保存剤、保存剤、又は対象に送達される細胞の生存能を実質的に妨害する量の他の薬剤を含まないことを認識するであろう。細胞を有する製剤は、例えば、細胞膜の完全性を維持することを可能にする浸透圧緩衝液、及び場合により、投与時に細胞生存能を維持するか又は生着を増強するための栄養素を含むことができる。このような製剤及び懸濁液は、当業者に公知であり、及び/又は本明細書に記載されるように、細胞と共に使用するために適合され得る。 Generally, the genetically modified therapeutic cells described herein are administered as a suspension with a pharma- ceutically acceptable carrier. One of skill in the art will recognize that the pharma- ceutically acceptable carrier used in the cell composition does not include buffers, compounds, cryopreservatives, preservatives, or other agents in amounts that substantially interfere with the viability of the cells delivered to the subject. The formulation with the cells can include, for example, an osmotic buffer that allows the integrity of the cell membrane to be maintained, and optionally, nutrients to maintain cell viability or enhance engraftment upon administration. Such formulations and suspensions are known to those of skill in the art and/or may be adapted for use with the cells as described herein.
いくつかの実施形態では、細胞組成物はまた、乳化手順が細胞生存能に悪影響を及ぼさないことを条件として、乳化され得るか、又はリポソーム組成物として提示され得る。細胞及び任意の他の活性成分は、薬学的に許容され得、活性成分と適合性である賦形剤と、本明細書に記載される治療方法における使用に適した量で混合され得る。 In some embodiments, the cell composition may also be emulsified or presented as a liposomal composition, provided that the emulsification procedure does not adversely affect cell viability. The cells and any other active ingredients may be mixed with excipients that are pharma- ceutically acceptable and compatible with the active ingredients, in amounts suitable for use in the therapeutic methods described herein.
細胞組成物に含まれる更なる薬剤は、その中の成分の薬学的に許容され得る塩を含むことができる。薬学的に許容され得る塩としては、無機酸、例えば塩酸若しくはリン酸、又は酢酸、酒石酸、マンデル酸などの有機酸と共に形成される酸付加塩(ポリペプチドの遊離アミノ基と共に形成される)が挙げられる。遊離カルボキシル基と共に形成される塩も、無機塩基、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カルシウム又は水酸化第二鉄、及び有機塩基、例えばイソプロピルアミン、トリメチルアミン、2-エチルアミノエタノール、ヒスチジン、プロカインなどから誘導され得る。 Additional agents included in the cell composition can include pharma- ceutically acceptable salts of the components therein. Pharmaceutically acceptable salts include acid addition salts (formed with the free amino groups of the polypeptide) formed with inorganic acids, such as hydrochloric or phosphoric acids, or organic acids, such as acetic, tartaric, mandelic, and the like. Salts formed with free carboxyl groups can also be derived from inorganic bases, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, calcium hydroxide, or ferric hydroxide, and organic bases, such as isopropylamine, trimethylamine, 2-ethylaminoethanol, histidine, procaine, and the like.
生理学的に耐容可能な担体は、当技術分野で周知である。例示的な液体担体は、活性成分及び水に加えて材料を含まないか、又は生理的pH値のリン酸ナトリウムなどの緩衝液、生理的食塩水、若しくはその両方、例えばリン酸緩衝食塩水を含む滅菌水溶液である。更に、水性担体は、2つ以上の緩衝塩、並びに塩化ナトリウム及び塩化カリウムなどの塩、デキストロース、ポリエチレングリコール、及び他の溶質を含むことができる。液体組成物はまた、水に加えて、そして水を排除して、液相を含むことができる。そのような付加的な液相の例としては、グリセリン、綿実油などの植物油、及び水-油エマルションが挙げられる。特定の障害又は状態の処置において有効である細胞組成物において使用される活性化合物の量は、障害又は状態の性質に依存し、標準的な臨床技術によって決定され得る。 Physiologically tolerable carriers are well known in the art. Exemplary liquid carriers are sterile aqueous solutions that contain no materials in addition to the active ingredient and water, or that contain a buffer such as sodium phosphate at a physiological pH value, physiological saline, or both, e.g., phosphate buffered saline. Additionally, aqueous carriers can contain two or more buffer salts, as well as salts such as sodium chloride and potassium chloride, dextrose, polyethylene glycol, and other solutes. Liquid compositions can also contain liquid phases in addition to and to the exclusion of water. Examples of such additional liquid phases include glycerin, vegetable oils such as cottonseed oil, and water-oil emulsions. The amount of active compound used in the cell composition that will be effective in treating a particular disorder or condition will depend on the nature of the disorder or condition and can be determined by standard clinical techniques.
キット
いくつかの実施形態は、上記の組成物のいずれか、例えば、ゲノム編集のための組成物、又は治療細胞組成物、及び1つ以上の更なる成分を含むキットを提供する。
Kits Some embodiments provide kits comprising any of the compositions described above, e.g., a composition for genome editing or a therapeutic cell composition, and one or more additional components.
いくつかの実施形態では、キットは、所望の目的、例えば、ゲノム編集又は細胞治療のために、組成物と同時に又は連続して投与することができる1つ以上の更なる治療剤を有することができる。 In some embodiments, the kit can have one or more additional therapeutic agents that can be administered simultaneously or sequentially with the composition for a desired purpose, e.g., genome editing or cell therapy.
いくつかの実施形態では、キットは、本方法を実施するためにキットの構成要素を使用するための説明書を更に含むことができる。本方法を実施するための説明書は、一般に、適切な記録媒体に記録される。例えば、説明書は、紙又はプラスチックなどの基材上に印刷され得る。説明書は、添付文書としてキットに、キットの容器又はその構成要素(即ち、パッケージング又はサブパッケージングに関連する)のラベル付けなどに存在することができる。説明書は、適切なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えば、CD-ROM、ディスケット、フラッシュドライブなどに存在する電子記憶データファイルとして存在することができる。場合によっては、実際の説明書は、キットには存在しないが、遠隔ソースから(例えば、インターネットを介して)説明書を取得するための手段が提供される。この実施形態の例は、説明書を見ることができる、及び/又は説明書をダウンロードすることができるウェブアドレスを含むキットである。説明書と同様に、指示書を得るための方法が適切な基材上に記録され得る。 In some embodiments, the kit may further include instructions for using the components of the kit to practice the method. The instructions for practicing the method are generally recorded on a suitable recording medium. For example, the instructions may be printed on a substrate such as paper or plastic. The instructions may be present in the kit as a package insert, on the labeling of the kit's container or a component thereof (i.e., associated with the packaging or subpackaging), etc. The instructions may be present as an electronic storage data file present on a suitable computer readable storage medium, e.g., a CD-ROM, a diskette, a flash drive, etc. In some cases, the actual instructions are not present in the kit, but a means for obtaining the instructions from a remote source (e.g., via the Internet) is provided. An example of this embodiment is a kit that includes a web address where the instructions can be viewed and/or from which the instructions can be downloaded. As with the instructions, methods for obtaining the instructions may be recorded on a suitable substrate.
更なる治療アプローチ
遺伝子編集は、特定の配列を標的とするように操作された部位特異的ポリペプチドを使用して行うことができる。現在までに、このようなヌクレアーゼには、4つの主なタイプが存在する:メガヌクレアーゼ及びその機能的等価物、亜鉛フィンガーヌクレアーゼ(ZFN)、転写アクチベーター様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、並びにCRISPR/CASヌクレアーゼシステム。ヌクレアーゼプラットフォームは、特にZFN及びTALENの特異性がタンパク質-DNA相互作用によるものである一方、RNA-DNA相互作用は、主にCasタンパク質を誘導するので、設計の困難さ、標的化密度及び作用様式において変化する。Cas9切断には、隣接モチーフであるPAMも必要であり、これは、異なるCRISPRシステム間で異なる。化膿レンサ球菌(Streptococcus pyogenes)由来のCas9は、NRG PAMを使用して切断するが、髄膜炎菌(Neisseria meningitidis)由来のCRISPRは、NNNNGATT(配列番号312)、NNNNNGTTT(配列番号313)及びNNNNGCTT(配列番号314)を含むPAMを有する部位で切断することができる。多数の他のCas9オルソログは、代替PAMに隣接するプロトスペーサーを標的とする。
Further Therapeutic Approaches Gene editing can be performed using site-specific polypeptides engineered to target specific sequences. To date, there are four main types of such nucleases: meganucleases and their functional equivalents, zinc finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs), and CRISPR/CAS nuclease systems. Nuclease platforms vary in design difficulty, targeting density, and mode of action, especially since the specificity of ZFNs and TALENs is due to protein-DNA interactions, while RNA-DNA interactions mainly guide the Cas protein. Cas9 cleavage also requires a flanking motif, PAM, which differs between different CRISPR systems. Cas9 from Streptococcus pyogenes cleaves using the NRG PAM, while CRISPR from Neisseria meningitidis can cleave at sites with PAMs including NNNNGATT (SEQ ID NO: 312), NNNNNGTTTT (SEQ ID NO: 313), and NNNGCTT (SEQ ID NO: 314). Many other Cas9 orthologs target protospacers flanked by alternative PAMs.
Cas9などのCRISPRエンドヌクレアーゼは、本開示の方法の実施形態において使用することができる。更に、治療標的部位などの本明細書に記載される教示は、ZFN、TALEN、HE、若しくはMegaTALなどの他の形態のエンドヌクレアーゼに適用することができ、又はヌクレアーゼの組み合わせを使用することができる。しかしながら、このようなエンドヌクレアーゼに本開示の教示を適用するためには、とりわけ、特定の標的部位に指向されたタンパク質を操作する必要があるであろう。 CRISPR endonucleases such as Cas9 can be used in embodiments of the disclosed methods. Additionally, the teachings described herein, such as therapeutic targeting sites, can be applied to other forms of endonucleases, such as ZFNs, TALENs, HEs, or MegaTALs, or combinations of nucleases can be used. However, to apply the teachings of the disclosure to such endonucleases, it would be necessary, among other things, to engineer proteins directed to specific target sites.
特異性を増加させるために、更なる結合ドメインをCas9タンパク質に融合させることができる。これらの構築物の標的部位は、同定されたgRNA特定部位にマッピングされるが、亜鉛フィンガードメインなどのための更なる結合モチーフを必要とする。Mega-TALの場合、メガヌクレアーゼは、TALE DNA結合ドメインに融合され得る。メガヌクレアーゼドメインは、特異性を増加させ、切断を提供することができる。同様に、不活化又は「死んだ」Cas9(dCas9)は、切断ドメインに融合され得、融合されたDNA結合ドメインのためのsgRNA/Cas9標的部位及び隣接結合部位を必要とする。これは、更なる結合部位なしに結合を減少させるために、触媒不活化に加えて、dCas9のいくつかのタンパク質操作を必要とするであろう。 To increase specificity, additional binding domains can be fused to the Cas9 protein. The target sites of these constructs map to the identified gRNA specific sites, but require additional binding motifs such as zinc finger domains. In the case of Mega-TALs, a meganuclease can be fused to a TALE DNA binding domain. The meganuclease domain can increase specificity and provide cleavage. Similarly, an inactivated or "dead" Cas9 (dCas9) can be fused to a cleavage domain, requiring the sgRNA/Cas9 target site and adjacent binding sites for the fused DNA binding domain. This would require some protein engineering of dCas9 in addition to catalytic inactivation to reduce binding without additional binding sites.
いくつかの実施形態では、本開示に従ってゲノムを編集する組成物及び方法(例えば、FVIIIコード配列のアルブミン遺伝子座への挿入)は、以下のアプローチのいずれかを使用する。 In some embodiments, compositions and methods for editing a genome (e.g., inserting a FVIII coding sequence into the albumin locus) according to the present disclosure use any of the following approaches:
亜鉛フィンガーヌクレアーゼ
亜鉛フィンガーヌクレアーゼ(ZFN)は、II型エンドヌクレアーゼFokIの触媒ドメインに連結された、操作された亜鉛フィンガーDNA結合ドメインを有するモジュラータンパク質である。FokIは二量体としてのみ機能するので、一対のZFNを操作して、反対のDNA鎖上の同族標的「半部位」配列に結合し、それらの間に正確な間隔を置いて、触媒的に活性なFokI二量体の形成を可能にする必要がある。FokIドメインが二量体化すると(それ自体は配列特異性を有さない)、ゲノム編集の開始段階として、ZFNの半部位間にDNA二本鎖切断が生じる。
Zinc finger nucleases Zinc finger nucleases (ZFNs) are modular proteins with engineered zinc finger DNA binding domains linked to the catalytic domain of the type II endonuclease FokI. Because FokI only functions as a dimer, a pair of ZFNs must be engineered to bind to cognate target "half-site" sequences on opposite DNA strands with precise spacing between them to allow the formation of catalytically active FokI dimers. When the FokI domain dimerizes (itself having no sequence specificity), a DNA double-strand break is generated between the half-sites of the ZFNs as the initiating step of genome editing.
各ZFNのDNA結合ドメインは、一般に、豊富なCys2-His2構造の3~6個の亜鉛フィンガーを有し、各フィンガーは、主に標的DNA配列の一方の鎖上のヌクレオチドのトリプレットを認識するが、4番目のヌクレオチドとの鎖間相互作用も重要であり得る。DNAと重要な接触を行う位置でのフィンガーのアミノ酸の変化は、所与のフィンガーの配列特異性を変化させる。従って、4フィンガー亜鉛フィンガータンパク質は、12bpの標的配列を選択的に認識し、ここで標的配列は、各フィンガーによって寄与されるトリプレット優先の複合体であるが、トリプレット優先は、隣接するフィンガーによって様々な程度に影響され得る。ZFNの重要な側面は、単に個々のフィンガーを改変することによって、ほとんど全てのゲノムアドレスに容易に再標的化できることであるが、これをうまく行うためには、相当な専門知識が必要である。ZFNのほとんどの適用において、4~6フィンガーのタンパク質が使用され、各々12~18bpを認識する。従って、一対のZFNは、一般に、半部位間の5~7bpスペーサーを含まない、24~36bpの組み合わされた標的配列を認識する。結合部位は、15~17bpを含むより大きいスペーサーで更に分離することができる。この長さの標的配列は、設計過程で反復配列又は遺伝子相同体が除外されると仮定すると、ヒトゲノムでは独特である可能性が高い。それにもかかわらず、ZFNタンパク質-DNA相互作用は、その特異性において絶対的なものではないので、2つのZFN間のヘテロ二量体として、又は、ZFNの一方若しくは他方のホモ二量体として、オフターゲット結合及び切断事象が起こる。後者の可能性は、FokIドメインの二量体化界面を操作して、「プラス」及び「マイナス」変異体(偏性ヘテロ二量体変異体としても知られる)を作製することによって効果的に排除されており、これは互いに二量体化することのみ可能であり、それ自体で二量体化しない。偏性ヘテロ二量体を強制すると、ホモ二量体の形成が妨げられる。これは、ZFN、及びこれらのFokI変異体を採用する任意の他のヌクレアーゼの非常に増強された特異性を有する。 The DNA-binding domain of each ZFN generally has three to six zinc fingers of abundant Cys2-His2 structure, each finger recognizing primarily a triplet of nucleotides on one strand of the target DNA sequence, although interstrand interactions with the fourth nucleotide may also be important. Altering the amino acids of the fingers at positions that make important contacts with the DNA alters the sequence specificity of a given finger. Thus, a four-finger zinc finger protein selectively recognizes a 12-bp target sequence, where the target sequence is a complex of triplet preferences contributed by each finger, but triplet preferences can be influenced to various degrees by adjacent fingers. An important aspect of ZFNs is that they can be easily retargeted to almost any genomic address simply by modifying individual fingers, although doing this successfully requires considerable expertise. In most applications of ZFNs, proteins with four to six fingers are used, each recognizing 12 to 18 bp. Thus, a pair of ZFNs generally recognizes a combined target sequence of 24-36 bp, not including the 5-7 bp spacer between the half-sites. The binding sites can be further separated by a larger spacer, including 15-17 bp. A target sequence of this length is likely to be unique in the human genome, assuming that repetitive sequences or gene homologs are excluded during the design process. Nevertheless, since the ZFN protein-DNA interaction is not absolute in its specificity, off-target binding and cleavage events occur either as heterodimers between the two ZFNs or as homodimers of one or the other of the ZFNs. The latter possibility has been effectively eliminated by engineering the dimerization interface of the FokI domain to create "plus" and "minus" mutants (also known as obligate heterodimer mutants), which can only dimerize with each other, but not with themselves. Forcing obligate heterodimers prevents the formation of homodimers. This has greatly enhanced specificity for ZFNs, and any other nucleases that employ these FokI variants.
様々なZFNベースのシステムが当技術分野で記載されており、その修正が定期的に報告されており、多数の参考文献がZFNの設計を誘導するために使用される規則及びパラメーターを記載している;例えば、Segal et al.,Proc Natl Acad Sci USA(1999)96(6):2758-63;B.Dreier et al.,J Mol Biol.(2000)303(4):489-502;Q.Liu et al.,J Biol Chem.(2002)277(6):3850-6;Dreier et al.,J Biol Chem(2005)280(42):35588-97;及びDreier et al.,J Biol Chem.(2001)276(31):29466-78を参照されたい。 Various ZFN-based systems have been described in the art, modifications of which are reported regularly, and numerous references describe the rules and parameters used to guide the design of ZFNs; see, e.g., Segal et al., Proc Natl Acad Sci USA (1999) 96(6):2758-63; B. Dreier et al., J Mol Biol. (2000) 303(4):489-502; Q. Liu et al., J Biol Chem. (2002) 277(6):3850-6; Dreier et al., J Biol Chem (2005) 280(42):35588-97; and Dreier et al. , J Biol Chem. (2001) 276(31):29466-78.
転写アクチベーター様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)
TALENは、ZFNと同様に、操作されたDNA結合ドメインがFokIヌクレアーゼドメインに連結され、一対のTALENがタンデムに作用して標的化DNA切断を達成する別の形式のモジュラーヌクレアーゼを表す。ZFNとの主な相違点は、DNA結合ドメインの性質、及び関連する標的DNA配列認識特性である。TALEN DNA結合ドメインはTALEタンパク質に由来し、これはもともと植物の細菌病原体キサントモナス属(Xanthomonas sp.)にて記載されていた。TALEは、33~35アミノ酸反復のタンデムアレイを有し、各反復は、一般に長さが20bpまでの標的DNA配列中の単一塩基対を認識し、40bpまでの全標的配列長を与える。各反復のヌクレオチド特異性は、12位及び13位の2つのアミノ酸のみを含む反復可変二残基(RVD)によって決定される。塩基グアニン、アデニン、シトシン、及びチミンは、4つのRVD:各々、Asn-Asn、Asn-Ile、His-Asp、及びAsn-Glyによって主に認識される。これは、亜鉛フィンガーよりもはるかに単純な認識コードを構成し、従って、ヌクレアーゼ設計について後者よりも有利である。それにもかかわらず、ZFNと同様に、TALENのタンパク質-DNA相互作用は、その特異性において絶対的ではなく、TALENもまた、オフターゲット活性を減少させるためのFokIドメインの偏性ヘテロ二量体変異体の使用から利益を得る。
Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALENs)
TALENs represent another type of modular nuclease in which, like ZFNs, an engineered DNA-binding domain is linked to a FokI nuclease domain, and a pair of TALENs act in tandem to achieve targeted DNA cleavage. The main difference with ZFNs is the nature of the DNA-binding domain and the associated target DNA sequence recognition properties. TALEN DNA-binding domains are derived from TALE proteins, which were originally described in the plant bacterial pathogen Xanthomonas sp. TALEs have a tandem array of 33-35 amino acid repeats, with each repeat generally recognizing a single base pair in the target DNA sequence up to 20 bp in length, giving a total target sequence length of up to 40 bp. The nucleotide specificity of each repeat is determined by a repeat variable dinucleotide (RVD) that contains only two amino acids at
FokIドメインの更なる変異体が作製されており、これらは、それらの触媒機能において不活性化されている。TALEN対又はZFN対のどちらかの半分が不活性なFokIドメインを含む場合には、DSBではなく、標的部位で一本鎖DNA切断(ニッキング)のみが起こることになる。結果は、Cas9切断ドメインの1つが不活性化されているCRISPR/Cas9/Cpf1「ニッカーゼ」突然変異体の使用と同等である。DNAニックは、HDRによるゲノム編集を駆動するのに使用できるが、DSBの場合よりも低い効率である。主な利点は、NHEJを介した誤修復を起こしやすいDSBとは異なり、オフターゲットニックが迅速且つ正確に修復されることである。 Further mutants of the FokI domain have been created that are inactivated in their catalytic function. If either half of a TALEN or ZFN pair contains an inactive FokI domain, only single-stranded DNA breaks (nicking) will occur at the target site, not DSBs. The result is equivalent to using a CRISPR/Cas9/Cpf1 "nickase" mutant in which one of the Cas9 cleavage domains is inactivated. DNA nicks can be used to drive genome editing by HDR, but less efficiently than DSBs. The main advantage is that off-target nicks are repaired quickly and accurately, unlike DSBs, which are prone to misrepair via NHEJ.
様々なTALENベースのシステムが当技術分野で記載されており、その修正が定期的に報告されている:例えば、Boch,Science(2009)326(5959):1509-12;Mak et al.,Science(2012)335(6069):716-9;及びMoscou et al.,Science(2009)326(5959):1501を参照されたい。「Golden Gate」プラットフォーム又はクローニングスキームに基づくTALENの使用は、複数のグループによって記載されている:例えば、T.Cermak et al.,Nucleic Acids Res.(2011)39(12):e82;Li et al.,Nucleic Acids Res.(2011)39(14):6315-25;Weber et al.,PLoS One(2011)6(2):e16765;Wang et al.,J Genet Genomics(2014)41(6):339-47、Epub 2014 Can 17;及びT.Cermak et al.,Methods Mol Biol.(2015)1239:133-59を参照されたい。 Various TALEN-based systems have been described in the art, and modifications are reported periodically: see, for example, Boch, Science (2009) 326(5959): 1509-12; Mak et al., Science (2012) 335(6069): 716-9; and Moscou et al., Science (2009) 326(5959): 1501. The use of TALENs based on the "Golden Gate" platform or cloning scheme has been described by several groups: see, for example, T. Cermak et al., Nucleic Acids Res. (2011) 39(12): e82; Li et al., Nucleic Acids Res. (2011) 39(14):6315-25; Weber et al., PLoS One (2011) 6(2):e16765; Wang et al., J Genet Genomics (2014) 41(6):339-47, Epub 2014 Can 17; and T. Cermak et al., Methods Mol Biol. (2015) 1239:133-59.
ホーミングエンドヌクレアーゼ
ホーミングエンドヌクレアーゼ(HE)は、長い認識配列(14~44塩基対)を有し、高い特異性で-多くの場合、ゲノムに特有の部位で-DNAを切断する部位特異的エンドヌクレアーゼである。真核生物、原生生物、細菌、古細菌、シアノバクテリア、及びファージを含む広範囲の宿主に由来する、LAGLIDADG(配列番号6)、GIY-YIG、His-Cisボックス、H-N-H、PD-(D/E)xK、及びVsr様を含む、それらの構造によって分類されるHEの少なくとも6つの公知のファミリーが存在する。ZFN及びTALENと同様に、HEを使用して、ゲノム編集の初期段階として標的遺伝子座にDSBを作製することができる。更に、いくつかの天然及び操作されたHEは、DNAの一本鎖のみを切断し、それにより部位特異的ニッカーゼとして機能する。HEの大きい標的配列及びそれらが提供する特異性は、それらを、部位特異的DSBを作製するための魅力的な候補としている。
Homing endonucleases Homing endonucleases (HEs) are site-specific endonucleases that have long recognition sequences (14-44 base pairs) and cleave DNA with high specificity - often at sites unique to the genome. There are at least six known families of HEs classified by their structure, including LAGLIDADG (SEQ ID NO: 6), GIY-YIG, His-Cis box, H-N-H, PD-(D/E)xK, and Vsr-like, derived from a wide range of hosts, including eukaryotes, protists, bacteria, archaea, cyanobacteria, and phages. Similar to ZFNs and TALENs, HEs can be used to create DSBs at target loci as an initial step in genome editing. Furthermore, some natural and engineered HEs cleave only a single strand of DNA, thereby functioning as site-specific nickases. The large target sequences of HEs and the specificity they offer make them attractive candidates for creating site-specific DSBs.
様々なHEベースのシステムが当技術分野で記載されており、それらの修正が定期的に報告されている:例えば、Steentoft et al.,Glycobiology(2014)24(8):663-80;Belfort and Bonocora,Methods Mol Biol.(2014)1123:1-26;Hafez and Hausner、Genome(2012)55(8):553-69による考察;並びにそこに引用される参考文献を参照されたい。 Various HE-based systems have been described in the art, and modifications thereof are reported regularly: see, for example, Steentoft et al., Glycobiology (2014) 24(8):663-80; Belfort and Bonocora, Methods Mol Biol. (2014) 1123:1-26; Hafez and Hausner, Genome (2012) 55(8):553-69; and references cited therein.
MegaTAL/Tev-mTALEN/MegaTev
ハイブリッドヌクレアーゼの更なる例として、MegaTALプラットフォーム及びTev-mTALENプラットフォームは、TALE DNA結合ドメインと触媒活性HEとの融合を使用し、TALEの調節可能なDNA結合及び特異性、並びにHEの切断配列特異性の両方を利用する:例えば、Boissel et al.,Nuc.Acids Res.(2014)42:2591-601;Kleinstiver et al.,G3(2014)4:1155-65;及びBoissel and Scharenberg,Methods Mol.Biol.(2015)1239:171-96を参照されたい。
MegaTAL/Tev-mTALEN/MegaTev
As further examples of hybrid nucleases, the MegaTAL platform and the Tev-mTALEN platform use a fusion of a TALE DNA binding domain with a catalytically active HE to provide tunable DNA binding and specificity of the TALE and cleavage sequence specificity of the HE. and Boissel and Scharenberg, Methods Mol. Biol. (2015) 1239:171-96.
更なる変形では、MegaTev構造は、メガヌクレアーゼ(Mega)とGIY-YIGホーミングエンドヌクレアーゼI-TevI(Tev)に由来するヌクレアーゼドメインとの融合である。2つの活性部位は、DNA基質上に約30bp離れて位置し、非適合性付着末端を有する2つのDSBを生成する;例えば、Wolfs et al.,Nuc Acids Res.(2014)42:8816-29を参照されたい。既存のヌクレアーゼベースのアプローチの他の組み合わせが進化し、本明細書に記載される標的化ゲノム改変を達成する際に有用であることが予想される。 In a further variation, the MegaTev construct is a fusion of Meganuclease (Mega) with a nuclease domain derived from GIY-YIG homing endonuclease I-TevI (Tev). The two active sites are located approximately 30 bp apart on the DNA substrate and generate two DSBs with incompatible sticky ends; see, e.g., Wolfs et al., Nuc Acids Res. (2014) 42:8816-29. It is anticipated that other combinations of existing nuclease-based approaches will evolve and be useful in achieving the targeted genome modifications described herein.
dCas9-FokI又はdCpf1-Fok1及び他のヌクレアーゼ
上記のヌクレアーゼプラットフォームの構造的及び機能的特性を組み合わせることにより、固有の欠点のいくつかを潜在的に克服し得るゲノム編集への更なるアプローチが提供される。一例として、CRISPRゲノム編集システムは、一般に、DSBを作製するために単一のCas9エンドヌクレアーゼを使用する。標的化の特異性は、標的DNAとワトソン-クリック塩基対を形成するガイドRNA中の20又は22のヌクレオチド配列によって駆動される(化膿レンサ球菌(S.pyogenes)由来のCas9の場合は、隣接するNAG又はNGG PAM配列中の更なる2塩基を加える)。このような配列は、ヒトゲノム中で独特であるのに十分長いが、RNA/DNA相互作用の特異性は絶対的ではなく、特に標的配列の5’半分では、時に顕著な乱交が許容され、特異性を駆動する塩基の数を効果的に減少させる。これに対する1つの解決策は、Cas9又はCpf1触媒機能を完全に不活性化し(RNA誘導DNA結合機能のみを保持する)、代わりにFokIドメインを不活性化Cas9に融合することであった(例えば、Tsai et al.,Nature Biotech(2014)32:569-76;及びGuilinger et al.,Nature Biotech(2014)32:577-82を参照されたい)。FokIは、触媒活性になるために二量体化しなければならないので、二量体を形成し、DNAを切断するために、2つのFokI融合物を密接につなぎ留めるために2つのガイドRNAが必要である。このことは、組み合わせた標的部位における塩基の数を本質的に2倍にし、それによって、CRISPRベースのシステムによる標的化のストリンジェンシーを増加させる。
dCas9-FokI or dCpf1-Fok1 and other nucleases Combining the structural and functional properties of the above nuclease platforms provides an additional approach to genome editing that could potentially overcome some of the inherent shortcomings. As an example, the CRISPR genome editing system generally uses a single Cas9 endonuclease to create DSBs. The specificity of targeting is driven by a 20 or 22 nucleotide sequence in the guide RNA that forms Watson-Crick base pairs with the target DNA (in the case of Cas9 from S. pyogenes, it adds two additional bases in the adjacent NAG or NGG PAM sequence). Although such sequences are long enough to be unique in the human genome, the specificity of the RNA/DNA interaction is not absolute and sometimes significant promiscuity is tolerated, especially in the 5' half of the target sequence, effectively reducing the number of bases that drive specificity. One solution to this has been to completely inactivate Cas9 or Cpf1 catalytic function (retaining only RNA-guided DNA binding function) and instead fuse the FokI domain to the inactivated Cas9 (see, e.g., Tsai et al., Nature Biotech (2014) 32:569-76; and Guilinger et al., Nature Biotech (2014) 32:577-82). Because FokI must dimerize to become catalytically active, two guide RNAs are needed to tightly tether the two FokI fusions to form dimers and cleave DNA. This essentially doubles the number of bases in the combined target site, thereby increasing the stringency of targeting by CRISPR-based systems.
更なる例として、TALE DNA結合ドメインのI-TevIのような触媒活性HEへの融合は、TALEの調節可能なDNA結合及び特異性、並びにI-TevIの切断配列特異性の両方を利用し、オフターゲット切断を更に減少させることができると予想される。 As a further example, fusion of a TALE DNA-binding domain to a catalytically active HE such as I-TevI is expected to exploit both the tunable DNA binding and specificity of the TALE and the cleavage sequence specificity of I-TevI, further reducing off-target cleavage.
本開示の1つ以上の実施形態の詳細は、以下の添付の説明に記載される。本開示の他の特徴、目的、及び利点は、以下の説明から明らかになるであろう。本明細書において、単数形は、文脈が明らかにそうではないことを指示しない限り、複数形も含む。特に定義しない限り、本明細書で使用される技術用語及び科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。矛盾する場合には、本明細書が優先する。 The details of one or more embodiments of the present disclosure are set forth in the accompanying description below. Other features, objects, and advantages of the present disclosure will become apparent from the following description. As used herein, the singular forms include the plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Unless otherwise defined, technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. In case of conflict, the present specification will control.
本明細書に記載された例及び実施形態は、単に例示を目的とし、それらに照らした修正又は変更が当業者に示唆され、本出願の趣旨及び範囲並びに添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるべきであることが理解される。本明細書に引用される全ての刊行物、特許、及び特許出願は、全ての目的のためにそれらの全体が参照により本明細書に組込まれる。 It is understood that the examples and embodiments described herein are for illustrative purposes only, and that modifications or variations in light thereof will be suggested to one of ordinary skill in the art and are to be included within the spirit and scope of this application and the appended claims. All publications, patents, and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.
本明細書に提供される開示のいくつかの実施形態は、以下の非限定的な例によって更に例示される。 Some embodiments of the disclosure provided herein are further illustrated by the following non-limiting examples.
例示的な実施形態
実施形態1。デオキシリボ核酸(DNA)エンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を含むガイドRNA(gRNA)又はgRNAをコードする核酸;及び合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型であって、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を含み、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を含むドナー鋳型を含むシステム。
実施形態2。Bドメイン置換が、0~6個のN結合グリコシル化部位を含む、実施形態1に記載のシステム。
実施形態3。Bドメイン置換が、0~3個のN結合グリコシル化部位を含む、実施形態2に記載のシステム。
実施形態4。Bドメイン置換が、配列番号362~369、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、実施形態1に記載のシステム。
Embodiment 4. The system of
実施形態5。Bドメイン置換が、配列番号362~366、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列、又は配列番号362~366、371、及び373のいずれか1つと少なくとも80%の同一性を有するその変異体を含む、実施形態4に記載のシステム。
実施形態6。Bドメイン置換が、配列番号362~364、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、実施形態5に記載のシステム。
実施形態7。宿主細胞遺伝子座が、肝臓で発現される遺伝子の遺伝子座である、実施形態1~6のいずれか1つに記載のシステム。
実施形態8。宿主細胞遺伝子座が、急性期タンパク質をコードする遺伝子の遺伝子座である、実施形態1~7のいずれか1つに記載のシステム。
実施形態9。急性期タンパク質が、アルブミン、トランスフェリン、又はフィブリノーゲンである、実施形態8に記載のシステム。
Embodiment 9. The system of
実施形態10。宿主細胞遺伝子座が、セーフハーバー遺伝子座である、実施形態1~7のいずれか1つに記載のシステム。
実施形態11。DNAエンドヌクレアーゼが、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9(Csn1及びCsx12としても知られる)、Cas100、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4、又はCpf1エンドヌクレアーゼ、並びにその機能的誘導体からなる群から選択される、実施形態1~10のいずれか1つのシステム。
Embodiment 11. The DNA endonuclease is selected from the group consisting of Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9 (also known as Csn1 and Csx12), Cas100, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1, Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cm The system of any one of
実施形態12。DNAエンドヌクレアーゼがCas9である、実施形態11に記載のシステム。
実施形態13。DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、宿主細胞における発現のためにコドン最適化されている、実施形態1~11のいずれか1つに記載のシステム。
Embodiment 13. The system of any one of
実施形態14。DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸がデオキシリボ核酸(DNA)である、実施形態1~13のいずれか1つに記載のシステム。
実施形態15。DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸がリボ核酸(RNA)である、実施形態1~13のいずれか1つに記載のシステム。
Embodiment 15. The system of any one of
実施形態16。DNAエンドヌクレアーゼをコードするRNAがmRNAである、実施形態15に記載のシステム。 Embodiment 16. The system of embodiment 15, wherein the RNA encoding the DNA endonuclease is mRNA.
実施形態17。ドナー鋳型核酸配列が、宿主細胞における発現のためにコドン最適化されている、実施形態1~16のいずれか1つに記載のシステム。
Embodiment 17. The system of any one of
実施形態18。ドナー鋳型核酸配列が、FVIIIタンパク質をコードする野生型核酸配列と比較して、CpGジヌクレオチドの減少した含有量を含む、実施形態1~17のいずれか1つに記載のシステム。
Embodiment 18. The system of any one of
実施形態19。ドナー鋳型核酸配列がCpGジヌクレオチドを含まない、実施形態18に記載のシステム。
実施形態20。ドナー鋳型が、AAVベクターにコードされる、実施形態1~19のいずれか1つに記載のシステム。
実施形態21。ドナー鋳型が、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナーカセットを含み、ドナーカセットの片側又は両側にgRNA標的部位が隣接している、実施形態1~20のいずれか1つに記載のシステム。
Embodiment 21. The system of any one of
実施形態22。ドナーカセットの両側にgRNA標的部位が隣接している、実施形態21に記載のシステム。 Embodiment 22. The system of embodiment 21, wherein the donor cassette is flanked on both sides by gRNA target sites.
実施形態23。ドナーカセットの5’側にgRNA標的部位が隣接している、実施形態21に記載のシステム。 Embodiment 23. The system of embodiment 21, wherein the donor cassette is flanked on the 5' side by gRNA target sites.
実施形態24。gRNA標的部位が、システム中のgRNAの標的部位である、実施形態21~23のいずれか1つに記載のシステム。 Embodiment 24. The system of any one of embodiments 21 to 23, wherein the gRNA target site is a target site of a gRNA in the system.
実施形態25。ドナー鋳型のgRNA標的部位が、システム中のgRNAに対するゲノムgRNA標的部位の逆相補体である、実施形態24に記載のシステム。 Embodiment 25. The system of embodiment 24, wherein the gRNA target site of the donor template is the reverse complement of a genomic gRNA target site for the gRNA in the system.
実施形態26。DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、リポソーム又は脂質ナノ粒子中に含まれる、実施形態1~25のいずれか1つに記載のシステム。
Embodiment 26. The system of any one of
実施形態27。リポソーム又は脂質ナノ粒子がgRNAも含む、実施形態26に記載のシステム。 Embodiment 27. The system of embodiment 26, wherein the liposome or lipid nanoparticle also comprises a gRNA.
実施形態28。DNAエンドヌクレアーゼがgRNAと複合体化され、それによってリボ核タンパク質(RNP)複合体を提供する、実施形態1~27のいずれか1つに記載のシステム。
Embodiment 28. The system of any one of
実施形態29。宿主細胞内のゲノムを編集する方法であって、(A)宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を含むgRNA又はgRNAをコードする核酸;(b)DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;及び(c)合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型を細胞に提供することを含み、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を含み、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を含む、方法。 Embodiment 29. A method of editing a genome in a host cell, comprising providing a cell with a donor template comprising: (A) a gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA, the gRNA comprising a spacer sequence complementary to a host cell locus; (b) a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease; and (c) a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein comprising a B domain substitution, the B domain substitution comprising 0-9 N-linked glycosylation sites and 3 to about 40 amino acids in length.
実施形態30。Bドメイン置換が、0~6個のN結合グリコシル化部位を含む、実施形態29に記載の方法。
実施形態31。Bドメイン置換が、0~3個のN結合グリコシル化部位を含む、実施形態30に記載の方法。
Embodiment 31. The method of
実施形態32。Bドメイン置換が、配列番号362~369、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、実施形態29に記載の方法。 Embodiment 32. The method of embodiment 29, wherein the B domain substitution comprises an amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 362-369, 371, and 373.
実施形態33。Bドメイン置換が、配列番号362~366、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列、又は配列番号362~366、371、及び373のいずれか1つと少なくとも80%の同一性を有するその変異体を含む、実施形態32に記載の方法。 Embodiment 33. The method of embodiment 32, wherein the B domain substitution comprises an amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 362-366, 371, and 373, or a variant thereof having at least 80% identity to any one of SEQ ID NOs: 362-366, 371, and 373.
実施形態34。Bドメイン置換が、配列番号362~364、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、実施形態33に記載の方法。 Embodiment 34. The method of embodiment 33, wherein the B domain substitution comprises an amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 362-364, 371, and 373.
実施形態35。宿主細胞内因性遺伝子座が、肝臓で発現される遺伝子の遺伝子座である、実施形態29~34のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 35. The method of any one of embodiments 29 to 34, wherein the host cell endogenous locus is a locus of a gene expressed in the liver.
実施形態36。宿主細胞内因性遺伝子座が、急性期タンパク質をコードする遺伝子の遺伝子座である、実施形態29~35のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 36. The method of any one of embodiments 29 to 35, wherein the host cell endogenous locus is a locus of a gene encoding an acute phase protein.
実施形態37。急性期タンパク質が、アルブミン、トランスフェリン、又はフィブリノーゲンである、実施形態36に記載の方法。 Embodiment 37. The method of embodiment 36, wherein the acute phase protein is albumin, transferrin, or fibrinogen.
実施形態38。宿主細胞内因性遺伝子座が、セーフハーバー遺伝子座である、実施形態29~34のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 38. The method of any one of embodiments 29 to 34, wherein the host cell endogenous locus is a safe harbor locus.
実施形態39。DNAエンドヌクレアーゼが、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9(Csn1及びCsx12としても知られる)、Cas100、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4、若しくはCpf1エンドヌクレアーゼ;又はその機能的誘導体からなる群から選択される、実施形態29~38のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment 39. The DNA endonuclease is selected from the group consisting of Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9 (also known as Csn1 and Csx12), Cas100, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1, Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6,
実施形態40。DNAエンドヌクレアーゼがCas9である、実施形態39に記載の方法。
実施形態41。DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、宿主細胞における発現のためにコドン最適化されている、実施形態29~40のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 41. The method of any one of embodiments 29 to 40, wherein the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is codon-optimized for expression in a host cell.
実施形態42。DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸がデオキシリボ核酸(DNA)である、実施形態29~41のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 42. The method of any one of embodiments 29 to 41, wherein the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is deoxyribonucleic acid (DNA).
実施形態43。DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸がリボ核酸(RNA)である、実施形態29~41のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 43. The method of any one of embodiments 29 to 41, wherein the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is ribonucleic acid (RNA).
実施形態44。DNAエンドヌクレアーゼをコードするRNAがmRNAである、実施形態43に記載の方法。 Embodiment 44. The method of embodiment 43, wherein the RNA encoding the DNA endonuclease is mRNA.
実施形態45。ドナー鋳型がAAVベクターにコードされる、実施形態29に記載の方法。 Embodiment 45. The method of embodiment 29, wherein the donor template is encoded by an AAV vector.
実施形態46。ドナー鋳型核酸配列が、宿主細胞における発現のためにコドン最適化されている、実施形態29~45のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 46. The method of any one of embodiments 29 to 45, wherein the donor template nucleic acid sequence is codon-optimized for expression in a host cell.
実施形態47。ドナー鋳型核酸配列が、FVIIIをコードする野生型核酸配列と比較して、CpGジヌクレオチドの減少した含有量を含む、実施形態29~46のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 47. The method of any one of embodiments 29 to 46, wherein the donor template nucleic acid sequence comprises a reduced content of CpG dinucleotides compared to a wild-type nucleic acid sequence encoding FVIII.
実施形態48。ドナー鋳型核酸配列がCpGジヌクレオチドを含まない、実施形態47方法。 Embodiment 48. The method of embodiment 47, wherein the donor template nucleic acid sequence does not contain CpG dinucleotides.
実施形態49。ドナー鋳型が、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナーカセットを含み、ドナーカセットの片側又は両側にgRNA標的部位が隣接している、実施形態29~48のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 49. The method of any one of embodiments 29 to 48, wherein the donor template comprises a donor cassette comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, the donor cassette being flanked on one or both sides by gRNA target sites.
実施形態50。ドナーカセットの両側にgRNA標的部位が隣接している、実施形態49に記載の方法。
実施形態51。ドナーカセットの5’側にgRNA標的部位が隣接している、実施形態49に記載の方法。 Embodiment 51. The method of embodiment 49, wherein the donor cassette is flanked 5' by gRNA target sites.
実施形態52。gRNA標的部位が、投与されるgRNAの標的部位である、実施形態49~51のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 52. The method of any one of embodiments 49 to 51, wherein the gRNA target site is a target site of the administered gRNA.
実施形態53。ドナー鋳型のgRNA標的部位が、投与されるgRNAの細胞ゲノム中のgRNA標的部位の逆相補体である、実施形態52に記載の方法。 Embodiment 53. The method of embodiment 52, wherein the gRNA target site of the donor template is the reverse complement of the gRNA target site in the cellular genome of the administered gRNA.
実施形態54。DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、リポソーム又は脂質ナノ粒子中に処方される、実施形態29~53のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 54. The method of any one of embodiments 29 to 53, wherein the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease is formulated in a liposome or lipid nanoparticle.
実施形態55。リポソーム又は脂質ナノ粒子がgRNAも含む、実施形態54に記載の方法。 Embodiment 55. The method of embodiment 54, wherein the liposome or lipid nanoparticle also comprises a gRNA.
実施形態56。DNAエンドヌクレアーゼ及びgRNAが、gRNAと予め複合体化されたDNAエンドヌクレアーゼを含むリボ核タンパク質(RNP)複合体として宿主細胞に提供される、実施形態29~55のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 56. The method of any one of embodiments 29 to 55, wherein the DNA endonuclease and gRNA are provided to the host cell as a ribonucleoprotein (RNP) complex that includes the DNA endonuclease precomplexed with the gRNA.
実施形態57。gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、ドナー鋳型が細胞に提供されて4日を超えた後に細胞に提供される、実施形態29~56のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 57. The method of any one of embodiments 29 to 56, wherein the gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA and the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell more than 4 days after the donor template is provided to the cell.
実施形態58。gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、ドナー鋳型が細胞に提供された少なくとも14日後に細胞に提供される、実施形態29~57のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 58. The method of any one of embodiments 29 to 57, wherein the gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA and the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell at least 14 days after the donor template is provided to the cell.
実施形態59。gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の1つ以上の更なる用量が、gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の第1の用量に続いて細胞に提供される、実施形態57又は58に記載の方法。 Embodiment 59. The method of embodiment 57 or 58, wherein one or more further doses of gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease are provided to the cell following the first dose of gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease.
実施形態60。gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又は核酸の1つ以上の更なる用量が、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列の標的化組込みの標的レベルが達成されるか、又は合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列の標的発現レベルが達成されるまで、gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の第1の用量に続いて細胞に提供される、実施形態59に記載の方法。
実施形態61。細胞が肝臓細胞である、実施形態29~60のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 61. The method of any one of embodiments 29 to 60, wherein the cell is a liver cell.
実施形態62。細胞がヒト肝細胞又はヒト類洞上皮細胞である、実施形態61に記載の方法。 Embodiment 62. The method of embodiment 61, wherein the cells are human hepatocytes or human sinusoidal epithelial cells.
実施形態63。細胞であって、細胞のゲノムが合成FVIIIタンパク質をコードするDNAを含み、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を含み、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を含む、細胞。 Embodiment 63. A cell, wherein the genome of the cell comprises DNA encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein comprising a B domain substitution, the B domain substitution comprising 0 to 9 N-linked glycosylation sites and 3 to about 40 amino acids in length.
実施形態64。合成FVIIIタンパク質が、内因性アルブミンプロモーター、内因性トランスフェリンプロモーター、又は内因性フィブリノーゲンαプロモーターに作動可能に連結される、実施形態63に記載の細胞。 Embodiment 64. The cell of embodiment 63, wherein the synthetic FVIII protein is operably linked to an endogenous albumin promoter, an endogenous transferrin promoter, or an endogenous fibrinogen alpha promoter.
実施形態65。合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列が、細胞における発現のためにコドン最適化されている、実施形態63に記載の細胞。 Embodiment 65. The cell of embodiment 63, wherein the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is codon-optimized for expression in the cell.
実施形態66。細胞がヒト肝臓細胞である、実施形態63に記載の細胞。 Embodiment 66. The cell of embodiment 63, wherein the cell is a human liver cell.
実施形態67。細胞がヒト肝細胞又はヒト類洞上皮細胞である、実施形態66に記載の細胞。 Embodiment 67. The cell of embodiment 66, wherein the cell is a human hepatocyte or a human sinusoidal epithelial cell.
実施形態68。実施形態29~62のいずれか1つに記載の方法によって調製される、実施形態67に記載の細胞。 Embodiment 68. The cell of embodiment 67, prepared by the method of any one of embodiments 29 to 62.
実施形態69。対象における血友病Aを処置する方法であって、以下:(a)宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を含むgRNA又はgRNAをコードする核酸;(b)DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;及び(c)合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型であって、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を含み、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を含む、ドナー鋳型を対象の細胞に提供することを含む、方法。 Embodiment 69. A method of treating hemophilia A in a subject, comprising providing to a cell of the subject a donor template comprising: (a) a gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA, the gRNA comprising a spacer sequence complementary to a host cell locus; (b) a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease; and (c) a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein comprising a B domain substitution, the B domain substitution comprising 0-9 N-linked glycosylation sites and 3 to about 40 amino acids in length.
実施形態70。Bドメイン置換が、0~6個のN結合グリコシル化部位を含む、実施形態69に記載の方法。
実施形態71。Bドメイン置換が、0~3個のN結合グリコシル化部位を含む、実施形態70に記載の方法。
Embodiment 71. The method of
実施形態72。Bドメイン置換が、配列番号362~369、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、実施形態29に記載の方法。 Embodiment 72. The method of embodiment 29, wherein the B domain substitution comprises an amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 362-369, 371, and 373.
実施形態73。Bドメイン置換が、配列番号362~366、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列、又は配列番号362~366、371、及び373のいずれか1つと少なくとも80%の同一性を有するその変異体を含む、実施形態72に記載の方法。 Embodiment 73. The method of embodiment 72, wherein the B domain substitution comprises an amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 362-366, 371, and 373, or a variant thereof having at least 80% identity to any one of SEQ ID NOs: 362-366, 371, and 373.
実施形態74。Bドメイン置換が、配列番号362~364、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、実施形態73に記載の方法。 Embodiment 74. The method of embodiment 73, wherein the B domain substitution comprises an amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 362-364, 371, and 373.
実施形態75。宿主細胞遺伝子座が、肝臓で発現される遺伝子の遺伝子座である、実施形態69~74のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 75. The method of any one of embodiments 69 to 74, wherein the host cell locus is a locus of a gene expressed in the liver.
実施形態76。宿主細胞遺伝子座が、急性期タンパク質をコードする遺伝子の遺伝子座である、実施形態69~75のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 76. The method of any one of embodiments 69 to 75, wherein the host cell locus is a locus of a gene encoding an acute phase protein.
実施形態77。急性期タンパク質が、アルブミン、トランスフェリン、又はフィブリノーゲンである、実施形態76に記載の方法。 Embodiment 77. The method of embodiment 76, wherein the acute phase protein is albumin, transferrin, or fibrinogen.
実施形態78。宿主細胞遺伝子座が、セーフハーバー遺伝子座である、実施形態69~74のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 78. The method of any one of embodiments 69 to 74, wherein the host cell locus is a safe harbor locus.
実施形態79。DNAエンドヌクレアーゼが、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9(Csn1及びCsx12としても知られる)、Cas100、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4、及びCpf1エンドヌクレアーゼ;又はその機能的誘導体からなる群から選択される、実施形態69~78のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 79. The DNA endonuclease is selected from the group consisting of Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9 (also known as Csn1 and Csx12), Cas100, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1, Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cm r1, Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx17, Csx14, Csx10, Csx16, CsaX, Csx3, Csx1, Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, Csf4, and Cpf1 endonuclease; or a functional derivative thereof.
実施形態80。DNAエンドヌクレアーゼがCas9である、実施形態79に記載の方法。
実施形態81。Cas9がspCas9又はSluCas9である、実施形態80に記載の方法。
Embodiment 81. The method of
実施形態82。DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、細胞における発現のためにコドン最適化されている、実施形態69~81のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 82. The method of any one of embodiments 69 to 81, wherein the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is codon-optimized for expression in the cell.
実施形態83。DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸がデオキシリボ核酸(DNA)である、実施形態69~82のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 83. The method of any one of embodiments 69 to 82, wherein the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is deoxyribonucleic acid (DNA).
実施形態84。DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸がリボ核酸(RNA)である、実施形態69~82のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 84. The method of any one of embodiments 69 to 82, wherein the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is ribonucleic acid (RNA).
実施形態85。DNAエンドヌクレアーゼをコードするRNAがmRNAである、実施形態84に記載の方法。 Embodiment 85. The method of embodiment 84, wherein the RNA encoding the DNA endonuclease is mRNA.
実施形態86。gRNA又はgRNAをコードする核酸、DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸、及びドナー鋳型のうちの1つ以上が、リポソーム又は脂質ナノ粒子中に処方される、実施形態69~85のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 86. The method of any one of embodiments 69 to 85, wherein one or more of the gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA, the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease, and the donor template are formulated in a liposome or lipid nanoparticle.
実施形態87。ドナー鋳型がAAVベクターにコードされる、実施形態69~86のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 87. The method of any one of embodiments 69 to 86, wherein the donor template is encoded by an AAV vector.
実施形態88。ドナー鋳型核酸配列が、宿主細胞における発現のためにコドン最適化されている、実施形態69~87のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 88. The method of any one of embodiments 69 to 87, wherein the donor template nucleic acid sequence is codon-optimized for expression in a host cell.
実施形態89。ドナー鋳型核酸配列が、FVIIIをコードする野生型核酸配列と比較して、CpGジヌクレオチドの減少した含有量を含む、実施形態69~88のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 89. The method of any one of embodiments 69 to 88, wherein the donor template nucleic acid sequence comprises a reduced content of CpG dinucleotides compared to a wild-type nucleic acid sequence encoding FVIII.
実施形態90。ドナー鋳型核酸配列がCpGジヌクレオチドを含まない、実施形態89に記載の方法。 Embodiment 90. The method of embodiment 89, wherein the donor template nucleic acid sequence does not contain CpG dinucleotides.
実施形態91。ドナー鋳型が、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナーカセットを含み、ドナーカセットの片側又は両側にgRNA標的部位が隣接している、実施形態69~90のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 91. The method of any one of embodiments 69 to 90, wherein the donor template comprises a donor cassette comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, the donor cassette being flanked on one or both sides by gRNA target sites.
実施形態92。ドナーカセットの両側にgRNA標的部位が隣接している、実施形態91に記載の方法。 Embodiment 92. The method of embodiment 91, wherein the donor cassette is flanked on both sides by gRNA target sites.
実施形態93。ドナーカセットの5’側にgRNA標的部位が隣接している、実施形態91に記載の方法。 Embodiment 93. The method of embodiment 91, wherein the donor cassette is flanked 5' by gRNA target sites.
実施形態94。gRNA標的部位がgRNAの標的部位である、実施形態91~93のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 94. The method of any one of embodiments 91 to 93, wherein the gRNA target site is a target site of a gRNA.
実施形態95。ドナー鋳型のgRNA標的部位が、gRNAに対する細胞ゲノム中のgRNA標的部位の逆相補体である、実施形態94に記載の方法。 Embodiment 95. The method of embodiment 94, wherein the gRNA target site of the donor template is a reverse complement of the gRNA target site in the cell genome for the gRNA.
実施形態96。ドナー鋳型を細胞に提供することが、ドナー鋳型を対象に静脈内投与することを含む、実施形態69~95のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 96. The method of any one of embodiments 69 to 95, wherein providing the donor template to the cells comprises administering the donor template intravenously to the subject.
実施形態97。DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、リポソーム又は脂質ナノ粒子中に処方される、実施形態69~96のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 97. The method of any one of embodiments 69 to 96, wherein the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease is formulated in a liposome or lipid nanoparticle.
実施形態98。リポソーム又は脂質ナノ粒子がgRNAも含む、実施形態97に記載の方法。 Embodiment 98. The method of embodiment 97, wherein the liposome or lipid nanoparticle also comprises a gRNA.
実施形態99。gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸を細胞に提供することが、リポソーム又は脂質ナノ粒子を対象に静脈内投与することを含む、実施形態98に記載の方法。 Embodiment 99. The method of embodiment 98, wherein providing the cell with the gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA, and the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease comprises administering a liposome or lipid nanoparticle intravenously to the subject.
実施形態100。DNAエンドヌクレアーゼ及びgRNAがリボ核タンパク質(RNP)複合体として宿主細胞に提供され、このRNP複合体が、gRNAと複合体化されたDNAエンドヌクレアーゼを含む、実施形態69~99のいずれか1つに記載の方法。
実施形態101。gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、ドナー鋳型が細胞に提供されて4日を超えた後に細胞に提供される、実施形態69~100のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 101. The method of any one of embodiments 69 to 100, wherein the gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA and the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell more than 4 days after the donor template is provided to the cell.
実施形態102。gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、ドナー鋳型が細胞に提供された少なくとも14日後に細胞に提供される、実施形態69~101のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 102. The method of any one of embodiments 69 to 101, wherein the gRNA or a nucleic acid encoding the gRNA and the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell at least 14 days after the donor template is provided to the cell.
実施形態103。gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の1つ以上の更なる用量が、gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の第1の用量に続いて細胞に提供される、実施形態101又は102に記載の方法。 Embodiment 103. The method of embodiment 101 or 102, wherein one or more further doses of gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease are provided to the cell following the first dose of gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease.
実施形態104。gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の1つ以上の更なる用量が、gRNA又はgRNAをコードする核酸、及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の第1の用量に続いて、合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列の標的化組込みの標的レベル及び/又は合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列の標的発現レベルが達成されるまで、細胞に提供される、実施形態103に記載の方法。 Embodiment 104. The method of embodiment 103, wherein one or more further doses of gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease are provided to the cell following the first dose of gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA and a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease until a target level of targeted integration of the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein and/or a target expression level of the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is achieved.
実施形態105。gRNA及びDNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸を細胞に提供することが、DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸及びgRNAを含む脂質ナノ粒子を対象に投与することを含む、実施形態101~104のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 105. The method of any one of embodiments 101 to 104, wherein providing the cell with the gRNA and the DNA endonuclease or a nucleic acid encoding the DNA endonuclease comprises administering to the subject lipid nanoparticles comprising the nucleic acid encoding the DNA endonuclease and the gRNA.
実施形態106。ドナー鋳型を細胞に提供することが、AAVベクターにコードされるドナー鋳型を対象に投与することを含む、実施形態101~105のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 106. The method of any one of embodiments 101 to 105, wherein providing the cell with a donor template comprises administering to the subject a donor template encoded by an AAV vector.
実施形態107。細胞が肝細胞である、実施形態69~106のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 107. The method of any one of embodiments 69 to 106, wherein the cells are hepatocytes.
実施形態108。合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列が、対象の肝臓で発現される、実施形態69~107のいずれか1つに記載の方法。 Embodiment 108. The method of any one of embodiments 69 to 107, wherein the nucleic acid sequence encoding the synthetic FVIII protein is expressed in the liver of the subject.
実施形態109。実施形態63~68のいずれか1つに記載の細胞を対象に投与することを含む、対象における血友病Aを処置する方法。 Embodiment 109. A method for treating hemophilia A in a subject, comprising administering to the subject a cell according to any one of embodiments 63 to 68.
実施形態110。細胞が対象に対して自己である、実施形態109に記載の方法。 Embodiment 110. The method of embodiment 109, wherein the cells are autologous to the subject.
実施形態111。対象から生物学的サンプルを得ることを更に含み、生物学的サンプルが肝臓細胞を含み、細胞が肝臓細胞から調製される、実施形態110に記載の方法。 Embodiment 111. The method of embodiment 110, further comprising obtaining a biological sample from the subject, the biological sample comprising liver cells, and the cells being prepared from the liver cells.
実施形態112。使用説明書を更に含む、実施形態1~28のいずれか1つに記載のシステムの1つ以上の要素を含むキット。
Embodiment 112. A kit comprising one or more elements of the system described in any one of
実施形態113。合成FVIIIタンパク質をコードするポリヌクレオチド配列を含む核酸であって、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を含み、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を含む、核酸。 Embodiment 113. A nucleic acid comprising a polynucleotide sequence encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein comprising a B domain substitution, the B domain substitution comprising 0 to 9 N-linked glycosylation sites and 3 to about 40 amino acids in length.
実施形態114。Bドメイン置換が0~6個のN結合グリコシル化部位を含む、実施形態113に記載の核酸。 Embodiment 114. The nucleic acid of embodiment 113, wherein the B domain substitution comprises 0 to 6 N-linked glycosylation sites.
実施形態115。Bドメイン置換が、0~3個のN結合グリコシル化部位を含む、実施形態113に記載の核酸。 Embodiment 115. The nucleic acid of embodiment 113, wherein the B domain substitution comprises 0 to 3 N-linked glycosylation sites.
実施形態116。Bドメイン置換が、配列番号362~369、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、実施形態113に記載の核酸。 Embodiment 116. The nucleic acid of embodiment 113, wherein the B domain substitution comprises an amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 362-369, 371, and 373.
実施形態117。Bドメイン置換が、配列番号362~364、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列、又は配列番号362~364、371、及び373のいずれか1つと少なくとも80%の同一性を有するその変異体を含む、実施形態116に記載の核酸。 Embodiment 117. The nucleic acid of embodiment 116, wherein the B domain substitution comprises an amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 362-364, 371, and 373, or a variant thereof having at least 80% identity to any one of SEQ ID NOs: 362-364, 371, and 373.
実施形態118。Bドメイン置換が、配列番号362~363、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、実施形態116に記載の核酸。 Embodiment 118. The nucleic acid of embodiment 116, wherein the B domain substitution comprises an amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 362-363, 371, and 373.
実施形態119。合成FVIIIタンパク質をコードするポリヌクレオチド配列が、宿主細胞における発現のためにコドン最適化されている、実施形態113~118のいずれか1つに記載の核酸。 Embodiment 119. The nucleic acid of any one of embodiments 113 to 118, wherein the polynucleotide sequence encoding the synthetic FVIII protein is codon-optimized for expression in a host cell.
実施形態120。合成FVIIIタンパク質をコードするポリヌクレオチド配列が、FVIIIをコードする野生型核酸配列と比較して、CpGジヌクレオチドの減少した含有量を含む、実施形態113~119のいずれか1項に記載の核酸。
実施形態121。合成FVIIIタンパク質をコードするポリヌクレオチド配列がCpGジヌクレオチドを含まない、実施形態120に記載の核酸。
Embodiment 121. The nucleic acid of
実施形態122。核酸がウイルスベクターである、実施形態113~121のいずれか1つに記載の核酸。 Embodiment 122. The nucleic acid of any one of embodiments 113 to 121, wherein the nucleic acid is a viral vector.
実施形態123。ウイルスベクターがAAVベクターである、実施形態122に記載の核酸。 Embodiment 123. The nucleic acid of embodiment 122, wherein the viral vector is an AAV vector.
実施形態124。対象におけるFVIIIの量を増加させる方法であって、FVIIIの第1の血清レベルを有する対象の細胞に、以下:(a)宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を含むgRNA又はgRNAをコードする核酸;(b)DNAエンドヌクレアーゼ又はDNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;及び(c)合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型であって、合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を含み、Bドメイン置換が0~9個のN結合グリコシル化部位及び3~約40個のアミノ酸長を含む、ドナー鋳型を提供することを含む、方法。 Embodiment 124. A method of increasing an amount of FVIII in a subject, comprising providing to a cell of a subject having a first serum level of FVIII: (a) a gRNA or a nucleic acid encoding a gRNA comprising a spacer sequence complementary to a host cell locus; (b) a DNA endonuclease or a nucleic acid encoding a DNA endonuclease; and (c) a donor template comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein, the synthetic FVIII protein comprising a B domain substitution, the B domain substitution comprising 0 to 9 N-linked glycosylation sites and 3 to about 40 amino acids in length.
実施形態125。VIIIの第1の血清レベルが約0.40IU/mL未満である、実施形態124に記載の方法。 Embodiment 125. The method of embodiment 124, wherein the first serum level of VIII is less than about 0.40 IU/mL.
実施形態126。VIIIの第1の血清レベルが約0.05IU/mL未満である、実施形態125に記載の方法。 Embodiment 126. The method of embodiment 125, wherein the first serum level of VIII is less than about 0.05 IU/mL.
実施形態127。VIIIの第1の血清レベルが約0.01IU/mL未満である、実施形態125に記載の方法。 Embodiment 127. The method of embodiment 125, wherein the first serum level of VIII is less than about 0.01 IU/mL.
実施形態128。血友病Aの処置のための、実施形態1~28のいずれか1つに記載のシステムの使用。
Embodiment 128. Use of the system described in any one of
実施形態129。血友病Aの処置のための医薬の製造のための、実施形態1~28のいずれか1つに記載のシステムの使用。
Embodiment 129. Use of the system described in any one of
実施形態130。血友病Aの処置のための、実施形態63~68のいずれか1つの細胞の使用。 Embodiment 130. Use of any one of the cells of embodiments 63 to 68 for the treatment of hemophilia A.
実施形態131。血友病Aの処置のための医薬の製造のための、実施形態63~68のいずれか1つに記載の細胞の使用。 Embodiment 131. Use of a cell according to any one of embodiments 63 to 68 for the manufacture of a medicament for the treatment of hemophilia A.
実施形態132。血友病Aの処置のための、実施形態112に記載のキットの使用。 Embodiment 132. Use of the kit described in embodiment 112 for the treatment of hemophilia A.
実施形態133。血友病Aの処置のための医薬の製造のための、実施形態112に記載のキットの使用。 Embodiment 133. Use of the kit described in embodiment 112 for the manufacture of a medicament for the treatment of hemophilia A.
実施形態134。血友病Aの処置のための、実施形態113~123のいずれか1つに記載の核酸の使用。 Embodiment 134. Use of a nucleic acid according to any one of embodiments 113 to 123 for the treatment of hemophilia A.
実施形態135。血友病Aの処置のための医薬の製造のための、実施形態113~123のいずれか1つに記載の核酸の使用。 Embodiment 135. Use of a nucleic acid according to any one of embodiments 113 to 123 for the manufacture of a medicament for the treatment of hemophilia A.
実施形態136。Bドメイン置換を含み、Bドメイン置換は、0~9個のN結合グリコシル化部位を含み、長さが約40アミノ酸以下である、合成FVIIIタンパク質。 Embodiment 136. A synthetic FVIII protein comprising a B domain substitution, the B domain substitution comprising 0-9 N-linked glycosylation sites and having a length of about 40 amino acids or less.
実施例1:N-グリコシル化モチーフを含むアミノ酸配列は、CRISPR/Cas9切断によって媒介されるマウスアルブミンイントロン1への標的化組込み後のFVIIIの発現を改善する
構築物設計
ゲノム中にFVIIIコード核酸を挿入することの課題は、天然のFVIIIコード配列が7053bpであり、とりわけアデノ関連ウイルス中にパッケージングすることが困難であることである(AAVは、Cas9のような配列特異的ヌクレアーゼにより作成された二本鎖切断での組込みのための鋳型として、インビボ送達のための4800~5000bpの範囲でのパッケージング限界を有する)。この問題を解決するために、出願人らは、改変されたBドメインを有するFVIIIコード配列のセットを設計した。FVIIIのBドメインは機能に必要ではないが、FVIIIの分泌を改善する。これらのFVIIIコード配列は、短いBドメイン(置換Bドメイン)を有する合成FVIIIを発現するように設計された。ゲノムに組込まれた後に、FVIIIタンパク質を産生及び分泌する能力のための置換Bドメインを有する合成FVIIIコード配列を評価するために、構築物を設計して、マウスアルブミン遺伝子のイントロン1へのFVIIIコード配列の組込みを標的とした。アルブミン遺伝子座は、肝臓細胞において活性である強力なプロモーターを提供し、その結果、この遺伝子座に挿入された適切なFVIIIコード配列を、アルブミンプロモーターに作動可能に連結された場合に発現させることができる。
Example 1: Construct design in which an amino acid sequence containing an N-glycosylation motif improves FVIII expression after targeted integration into
本明細書においてpCB076(配列番号316)、pCB100(配列番号320)、pCB1003(配列番号324)、pCB085(配列番号3319)、又はpCB080(配列番号318)と称される一連のプラスミドを、公知の分子生物学技術を用いて構築した。同じpUC19ベースの細菌性プラスミド骨格(細菌の複製起点とカナマイシン耐性遺伝子を含む)を、5つの全てのプラスミドに用いた。プラスミドは、以下のエレメント(順に)で構築した:gRNA標的部位(gRNA mAlbT1について、配列番号338、マウスアルブミン遺伝子のエクソン1を標的とする)|18bpスペーサー|スプライスアクセプター部位(SA)|FVIIIコード配列|ポリアデニル化シグナル(「sPA」)。プラスミドは、ヒトFVIIIコード配列のコドン最適化、及びBドメイン置換をコードする配列の存在(pCB076)又は非存在(pCB100、pCB1003、pCB085、及びpCB080)においてのみ異なっていた。この実施例で使用したBドメイン置換は、ヒトFVIII BドメインのN末端由来の最初の6つのN-グリコシル化モチーフからなっていた。
A series of plasmids, referred to herein as pCB076 (SEQ ID NO:316), pCB100 (SEQ ID NO:320), pCB1003 (SEQ ID NO:324), pCB085 (SEQ ID NO:3319), or pCB080 (SEQ ID NO:318), were constructed using known molecular biology techniques. The same pUC19-based bacterial plasmid backbone (containing a bacterial origin of replication and a kanamycin resistance gene) was used for all five plasmids. The plasmids were constructed with the following elements (in order): gRNA target site (for gRNA mAlbT1, SEQ ID NO:338, targeting
プラスミドpCB100、pCB1003、pCB085及びpCB080は、全て、Bドメイン欠失ヒトFVIIIのコード配列を含み、Bドメインは、「SQリンカー」(アミノ酸SFSQNPPVLKRHQR、配列番号337をコードする)で置換されている。SQリンカーは、プロテアーゼ切断部位(RHQR)を含むが、N結合グリコシル化部位を欠く。プラスミドpCB076(配列番号316)は、pCB100と同じコドン最適化Bドメイン欠失ヒトFVIIIコード配列(「co1」、以下の実施例4参照)と、Bドメインの代わりに、SQリンカーに挿入されたヒトFVIII BドメインのN末端からの最初の6個のN-グリコシル化モチーフに対応する17個のアミノ酸をコードする更なるDNA配列(従って、Bドメイン置換を形成する)とを含む。他のプラスミドは、以下のコドン最適化を有する:pCB100-co1(配列番号320)、pCB1003-co2(配列番号324)、pCB085-co3(配列番号319)、及びpCB080-co4(配列番号318)(以下の実施例4参照)。プラスミドは、gRNA mALbT1(tgccagttcccgatcgttac、配列番号338)を利用するCRISPR/Cas9システムを用いて、マウスアルブミン遺伝子のイントロン1において生成される二本鎖切断への標的化組込みのためのドナーであるように設計された。肝臓、特に肝細胞は、この標的化組込みの標的器官である。インビボでの肝細胞は、ほとんどが静止状態であり、非分裂細胞のDNA中の二本鎖切断を修復する優勢な細胞機構は、非相同末端結合(NHEJ)であることが知られている(Z.Mao et al.,Cell Cycle(2008)7:2902-06)。線状の二本鎖DNA分子(ドナー)及びゲノム中の二本鎖切断の存在下で、ドナーDNAをNHEJ機構によって二本鎖切断部に挿入することができる。
Plasmids pCB100, pCB1003, pCB085 and pCB080 all contain the coding sequence for a B domain deleted human FVIII, with the B domain replaced with an "SQ linker" (encoding amino acids SFSQNPPVLKRHQR, SEQ ID NO:337). The SQ linker contains a protease cleavage site (RHQR) but lacks an N-linked glycosylation site. Plasmid pCB076 (SEQ ID NO:316) contains the same codon-optimized B domain deleted human FVIII coding sequence ("co1", see Example 4 below) as pCB100, with an additional DNA sequence encoding 17 amino acids corresponding to the first six N-glycosylation motifs from the N-terminus of the human FVIII B domain inserted into the SQ linker in place of the B domain (thus forming a B domain replacement). Other plasmids have codon optimization: pCB100-co1 (SEQ ID NO:320), pCB1003-co2 (SEQ ID NO:324), pCB085-co3 (SEQ ID NO:319), and pCB080-co4 (SEQ ID NO:318) (see Example 4 below). The plasmids were designed to be donors for targeted integration into a double stranded break generated in
或いは、ゲノム中の二本鎖切断の末端同士を同じNHEJ機構で再結合させることができ、この事象は一般にドナー鋳型の挿入よりも頻繁に起こる。NHEJによる修復は、エラーを起こしやすいプロセスであり、これは、二本鎖切断部位での挿入又は欠失の導入につながる。細胞のゲノム中の二本鎖切断でのプラスミドとして送達されたドナー鋳型の標的化組込みは、ドナープラスミドにヌクレアーゼの切断部位を含めることによって増強され得る。プラスミドは環状分子であるので、二本鎖切断での組込みの鋳型とはならない。プラスミドに単一のガイドRNA切断部位を含めると、Cas9/gRNA複合体の存在下でプラスミドが線状化する。従って、mALbT1ガイドのための単一ガイドRNA切断部位を、マウスゲノムに存在する配列の逆相補体でFVIIIカセットの5’末端に挿入した。 Alternatively, the ends of double-stranded breaks in the genome can be rejoined by the same NHEJ mechanism, an event that generally occurs more frequently than the insertion of the donor template. Repair by NHEJ is an error-prone process that leads to the introduction of insertions or deletions at the double-stranded break site. Targeted integration of donor templates delivered as plasmids at double-stranded breaks in the genome of cells can be enhanced by including a nuclease cleavage site in the donor plasmid. Plasmids are circular molecules and therefore do not serve as templates for integration at double-stranded breaks. Including a single guide RNA cleavage site in the plasmid linearizes the plasmid in the presence of the Cas9/gRNA complex. Therefore, a single guide RNA cleavage site for the mALbT1 guide was inserted at the 5' end of the FVIII cassette with the reverse complement of the sequence present in the mouse genome.
ゲノムにおけるガイド配列の逆相補体の使用は、理論的には、カセットに隣接する2つのガイド部位が使用される場合、順方向での組込みに有利である。しかしながら、この利点は、1つのガイド切断部位のみが使用される場合に維持される可能性は低い。コード配列に隣接するガイド切断部位を含めると、コード配列カセットと細菌性プラスミド骨格(抗生物質耐性遺伝子と複製起点をコードする)からなる2つの線状断片が生成し、その場合、細菌性骨格断片は、ゲノム中の二本鎖切断部での組込みに競合する。この理由のために、出願人は、単一のガイド切断部位が使用されるようにプラスミドを設計した。合成FVIIIコード配列カセットは、5’末端で開始する以下のエレメント(順に);mAlbT1 gRNA標的部位、18bpスペーサー配列、スプライスアクセプター配列(ACTAAAGAATTATTCTTTTACATTTCAG、配列番号307)、シグナルペプチドがジヌクレオチドTGで置換されたBドメイン欠失ヒトFVIIIコード配列、及びポリアデニル化シグナル(aataaaagatctttattttcattagatctgtgtgttggttttttgtgtg、配列番号306)から構成された。 The use of the reverse complement of a guide sequence in the genome theoretically favors integration in the forward orientation if two guide sites flanking the cassette are used. However, this advantage is unlikely to be maintained if only one guide cleavage site is used. Inclusion of guide cleavage sites flanking the coding sequence would generate two linear fragments consisting of the coding sequence cassette and the bacterial plasmid backbone (encoding antibiotic resistance genes and an origin of replication), in which case the bacterial backbone fragment would compete for integration at the double-stranded break in the genome. For this reason, applicants have designed the plasmid so that a single guide cleavage site is used. The synthetic FVIII coding sequence cassette was composed of the following elements (in order) starting at the 5' end: mAlbT1 gRNA target site, an 18 bp spacer sequence, a splice acceptor sequence (ACTAAAGAATTATTCTTTTACATTTCAG, SEQ ID NO: 307), a B domain deleted human FVIII coding sequence in which the signal peptide has been replaced with the dinucleotide TG, and a polyadenylation signal (aataaaagatcttttattttcattagatctgtgtgttggttttttttgtgtg, SEQ ID NO: 306).
この構築物は、アルブミンのイントロン1に組込まれた後に、アルブミンのエクソン1、アルブミンのイントロン1の一部、及びFVIIIコード配列カセットを含むハイブリッドプレmRNAを生成するように設計した。アルブミンイントロン1に組込まれた後、ある頻度で、細胞のスプライシング機構がイントロン1をスプライシングし、それによって、アルブミンエクソン1が成熟FVIIIのコード配列にインフレームで融合される成熟mRNAを生成することが期待される。TGジヌクレオチドは、翻訳リーディングフレームを維持するために構築物に含まれる。このmRNAの翻訳は、シグナルペプチド及びアルブミンのプロペプチドがFVIIIの成熟コード配列に融合しているタンパク質を産生すると予測された。細胞の分泌機構を通過すると、シグナルペプチド及びプロペプチドが切断され、成熟FVIIIの天然のN末端に付加された3つのアミノ酸(Glu-Ala-Leu)が残ると予測された。この方法を用いて産生されたFVIIIタンパク質は、これらの更なる3つのアミノ酸の存在にもかかわらず、マウスにおいて活性であった。
This construct was designed to generate a hybrid pre-mRNA containing
gRNA
これらの実験で使用したgRNAを化学的に合成し、ヌクレアーゼに対する耐性を改善するために化学的に改変されたヌクレオチドを組込んだ。一例におけるgRNAは、以下の構造から構成される:
The gRNAs used in these experiments were chemically synthesized and incorporated chemically modified nucleotides to improve resistance to nucleases. In one example, the gRNA is composed of the following structure:
mRNA
mRNAは、当技術分野で公知の方法によって産生され得る。本明細書で使用される1つのこのような方法は、T7ポリメラーゼを使用するインビトロ転写であり、ここでmRNAの配列は、T7ポリメラーゼプロモーターを含むプラスミド中にコードされる。簡潔には、T7ポリメラーゼ及びリボヌクレオチドを含む適切な緩衝液中でプラスミドをインキュベートすると、所望のタンパク質のアミノ酸配列をコードするRNA分子が産生された。天然のリボヌクレオチド又は化学的に改変されたリボヌクレオチドのいずれかを反応混合物中で使用して、天然のmRNAの天然の化学構造又は改変された化学構造のいずれかを有するmRNA分子を生成することができる。本明細書に記載の研究では、天然(未改変)リボヌクレオチドを使用した。更に、mRNAの5’末端がキャップされるようにキャッピング成分を転写反応に含めた。
mRNA
The mRNA can be produced by methods known in the art. One such method used herein is in vitro transcription using T7 polymerase, where the sequence of the mRNA is encoded in a plasmid containing a T7 polymerase promoter. Briefly, the plasmid was incubated in an appropriate buffer containing T7 polymerase and ribonucleotides to produce an RNA molecule encoding the amino acid sequence of the desired protein. Either natural ribonucleotides or chemically modified ribonucleotides can be used in the reaction mixture to generate mRNA molecules having either the natural chemical structure of natural mRNA or modified chemical structures. In the studies described herein, natural (unmodified) ribonucleotides were used. Additionally, a capping component was included in the transcription reaction so that the 5' end of the mRNA was capped.
spCas9 mRNAは、核局在化ドメイン(NLS)に融合したspCas9タンパク質をコードするように設計されており、これは、spCas9タンパク質をゲノムDNAの切断が起こり得る核コンパートメントへ輸送するのに必要である。Cas9 mRNAの更なる成分は、リボソーム結合を促進するための最初のコドンの前の5’末端のKOZAK配列、及び一連のA残基からなる3’末端のポリAテールである。NLS配列を有するspCas9 mRNAの例は、配列番号340に記載される。更に、spCas9コード配列の配列を、各アミノ酸について最も頻繁に使用されるコドンを利用することによって、コドン使用について最適化した。更に、mRNAのspCas9タンパク質への効率的な翻訳を促進するために、コード配列を最適化して、潜在性リボソーム結合部位及び上流オープンリーディングフレームを除去した。 The spCas9 mRNA was designed to encode the spCas9 protein fused to a nuclear localization domain (NLS), which is necessary for transporting the spCas9 protein to the nuclear compartment where cleavage of genomic DNA can occur. Further components of the Cas9 mRNA are a KOZAK sequence at the 5' end before the first codon to facilitate ribosome binding, and a polyA tail at the 3' end consisting of a series of A residues. An example of an spCas9 mRNA with an NLS sequence is set forth in SEQ ID NO: 340. Furthermore, the sequence of the spCas9 coding sequence was optimized for codon usage by utilizing the most frequently used codon for each amino acid. Furthermore, the coding sequence was optimized to remove potential ribosome binding sites and upstream open reading frames to facilitate efficient translation of the mRNA into the spCas9 protein.
LNP
これらの研究において使用されるLNPの主要成分は、脂質C12-200である(Love et al.,2010、前出)。C12-200は、負に荷電したRNA分子と複合体を形成する。一般に、C12-200を1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン(DOPE)、DMPE-mPEG2000、及びコレステロールと組み合わせた。例えば、NanoAssemblr(登録商標)デバイス(Precision NanoSystems、Vancouver、BC)中で、制御された条件下でgRNA及びmRNAなどの核酸と混合した場合、核酸がLNP内に封入されたLNPの自己集合が生じた。LNP中のgRNA及びCas9 mRNAを組み立てるために、エタノール及び脂質ストックを、必要に応じてガラスバイアルにピペットで入れた。例示的な比は、50:10:38.5:1.5のモル比のC12-200、DOPE、コレステロール及びmPEG2000-DMGから構成された。gRNA及びmRNAを、RNaseを含まないチューブ中の100mMクエン酸ナトリウム(pH 3.0)及び300mM NaCl中で希釈した。NanoAssemblr(登録商標)カートリッジ(Precision NanoSystems)を、脂質側をエタノールで、RNA側を水で洗浄した。脂質の作業ストックをシリンジに引き込み、シリンジから空気を除去し、シリンジをカートリッジに挿入した。同じ手順を、gRNA及びCas9 mRNAの混合物をシリンジに装填するために使用した。次いで、NanoAssemblr(登録商標)ランを、製造者の推奨条件下で行った。LNP懸濁液を、10K分子量カットオフ(MWCO)透析カートリッジを使用して、4リットルのPBS中で4時間透析し、次いで、100K MWCOスピンカートリッジ(Amicon)を通した遠心分離によって濃縮した(遠心分離中にPBS中で3回洗浄することを含む)。最後に、LNP懸濁液を0.2μmシリンジフィルターを通して滅菌濾過した。エンドトキシンレベルを、市販のエンドトキシンキットを使用して決定し(Limulus amebocyte lysate(LAL)アッセイ)、粒径分布を動的光散乱によって決定した。
LNP
The main component of the LNPs used in these studies is the lipid C12-200 (Love et al., 2010, supra). C12-200 forms a complex with negatively charged RNA molecules. Typically, C12-200 was combined with 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE), DMPE-mPEG2000, and cholesterol. When mixed with nucleic acids such as gRNA and mRNA under controlled conditions, for example in a NanoAssemblr® device (Precision NanoSystems, Vancouver, BC), self-assembly of LNPs occurred with the nucleic acid encapsulated within the LNP. To assemble the gRNA and Cas9 mRNA in the LNPs, ethanol and lipid stocks were pipetted into glass vials as needed. An exemplary ratio consisted of C12-200, DOPE, cholesterol, and mPEG2000-DMG in a molar ratio of 50:10:38.5:1.5. gRNA and mRNA were diluted in 100 mM sodium citrate (pH 3.0) and 300 mM NaCl in RNase-free tubes. NanoAssemblr® cartridges (Precision NanoSystems) were washed with ethanol on the lipid side and water on the RNA side. A working stock of lipid was drawn into the syringe, air was removed from the syringe, and the syringe was inserted into the cartridge. The same procedure was used to load the gRNA and Cas9 mRNA mixture into the syringe. A NanoAssemblr® run was then performed under the manufacturer's recommended conditions. The LNP suspension was dialyzed in 4 liters of PBS using a 10K molecular weight cut-off (MWCO) dialysis cartridge for 4 hours and then concentrated by centrifugation through a 100K MWCO spin cartridge (Amicon) (including 3 washes in PBS during centrifugation). Finally, the LNP suspension was sterile filtered through a 0.2 μm syringe filter. Endotoxin levels were determined using a commercially available endotoxin kit (Limulus amebocyte lysate (LAL) assay) and particle size distribution was determined by dynamic light scattering.
封入されたRNAの濃度は、RiboGreen(登録商標)アッセイ(Thermo Fisher)を用いて決定した。或いは、gRNA及びCas9 mRNAを別々にLNP中に処方し、次いで、培養物中の細胞の処置又は動物への注射の前に一緒に混合した。別々に処方したgRNAとCas9 mRNAを使用して、gRNAとCas9 mRNAの特定の比率を試験することができた。 The concentration of encapsulated RNA was determined using the RiboGreen® assay (Thermo Fisher). Alternatively, gRNA and Cas9 mRNA were formulated separately into LNPs and then mixed together prior to treatment of cells in culture or injection into animals. Using separately formulated gRNA and Cas9 mRNA, specific ratios of gRNA to Cas9 mRNA could be tested.
代替のカチオン性脂質分子を利用する代替のLNP製剤もまた、gRNA及びCas9 mRNAのインビボ送達のために使用される。 Alternative LNP formulations utilizing alternative cationic lipid molecules are also used for in vivo delivery of gRNA and Cas9 mRNA.
構築物のインビボ試験
マウスモデルを使用して、設計された構築物がFVIIIを産生する能力を試験した。血友病Aのマウスモデルは、当技術分野で公知である(例えば、L.Bi et al.,Nat Genet(1995)10:119-21、doi:10.1038/ng0595-119)。プラスミドpCB076、pCB100、pCB1003、pCB085、及びpCB080を、Qiagen EndoFree(登録商標)プラスミドmaxiプレップキット(cat #12362)を使用して精製し、次いで、0.9%生理食塩水中で最終濃度15μg/mLに希釈した。血友病Aマウス(B6株;129S-F8tm1Kaz/J株)、マウスFVIIIタンパク質を欠くマウス株を、The Jackson Laboratory(Bar Harbor、ME)から入手した。血友病Aマウスのコホートに、5~6秒間、マウス当たり2mLの希釈プラスミドDNAを尾静脈から流体力学的注射(「HDI」)により注射した。HDIプロセスは、肝細胞を含む肝臓細胞の核へのプラスミドDNAの送達をもたらすことが報告されている(例えば、F.Niola et al.,Meth Mol Biol(2019)1961:329-41を参照されたい)。注射の翌日に、マウスに、spCas9 mRNA及びガイドRNA mAlbT1を封入したLNP製剤の眼窩後方(「RO」)注射を行った。マウスに投与されたLNPの用量は、1mg/kg体重のspCas9 mRNA+1mg/kg体重のgRNAであった。
In Vivo Testing of Constructs A mouse model was used to test the ability of the designed constructs to produce FVIII. Mouse models of hemophilia A are known in the art (e.g., L. Bi et al., Nat Genet (1995) 10:119-21, doi:10.1038/ng0595-119). Plasmids pCB076, pCB100, pCB1003, pCB085, and pCB080 were purified using Qiagen EndoFree® Plasmid maxiPrep Kit (cat #12362) and then diluted to a final concentration of 15 μg/mL in 0.9% saline. Hemophilia A mice (B6 strain; 129S-F8 tm1Kaz /J strain), a mouse strain lacking the mouse FVIII protein, were obtained from The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME). A cohort of hemophilia A mice was injected with 2 mL of diluted plasmid DNA per mouse via the tail vein for 5-6 seconds by hydrodynamic injection ("HDI"). The HDI process has been reported to result in the delivery of plasmid DNA to the nuclei of liver cells, including hepatocytes (see, e.g., F. Niola et al., Meth Mol Biol (2019) 1961:329-41). The day after injection, the mice received a retro-orbital ("RO") injection of LNP formulations encapsulating spCas9 mRNA and guide RNA mAlbT1. The dose of LNP administered to mice was 1 mg/kg body weight of spCas9 mRNA + 1 mg/kg body weight of gRNA.
LNP単独を投与したマウスのグループを3日後に屠殺し、DNAを全肝臓から抽出し、mAlbT1 gRNAの予想される切断部位でのインデルについてTIDE分析(E.K.Brinkman et al.,Nuc Acid Res(2014)42:e168)を用いてアッセイした。TIDE分析において、予想されるCRISPR/Cas9切断部位のゲノム領域を、PCRによって処理細胞のゲノムDNAから増幅し、次いで、Sanger配列決定に供する。配列決定クロマトグラムを、予測される切断部位周辺の領域における挿入及び欠失の頻度を決定するTIDEソフトウェアプログラムを用いて分析した。 Groups of mice administered LNP alone were sacrificed 3 days later, and DNA was extracted from whole livers and assayed for indels at the predicted cleavage site of mAlbT1 gRNA using TIDE analysis (E.K. Brinkman et al., Nuc Acid Res (2014) 42:e168). In the TIDE analysis, the genomic region of the predicted CRISPR/Cas9 cleavage site is amplified from genomic DNA of treated cells by PCR and then subjected to Sanger sequencing. Sequencing chromatograms were analyzed using the TIDE software program, which determines the frequency of insertions and deletions in the region surrounding the predicted cleavage site.
これらの実験において、オンターゲット部位におけるインデルの頻度は、25.4%であると決定された。プラスミドを注射したマウスにLNPを投与した6日後、血液サンプルをRO採血によりクエン酸ナトリウム(クエン酸ナトリウム対血液の比1:9)中に採取し、血漿を遠心分離により収集した。血漿中のFVIII活性を、FVIII活性アッセイ(Diapharma、Chromogenix Coatest(登録商標)SP Factor FVIII、cat# K824086)を用いて測定した。組換えヒトFVIIIであるKogenate(登録商標)(Bayer)を標準に使用し、血液中のFVIII活性の1mL当たりの単位を正常活性のパーセントに変換した(1U/mL=100%)。結果を図1にまとめる。Bドメインの代わりに6つのN-グリカンBドメイン置換配列を含むプラスミドpCB076を注射したマウスは、正常なヒトFVIIIレベルの20%に相当する平均合成FVIIIレベルを有していた。対照的に、6つのN-グリカンBドメイン置換配列の非存在を除いてpCB076と同一であるpCB100プラスミドを注射されたマウスは、それらの血液中で検出可能なFVIIIレベルを有さなかった。6つのN-グリカンBドメイン置換配列を欠く異なるコドン最適化Bドメイン欠失FVIIIコード配列を含むプラスミドpCB1003、pCB085、又はpCB080を注射したマウスは、非遺伝子編集(ナイーブ)血友病Aマウスと比較した場合、血液中のFVIII活性が低かったか、測定不能であった。pCB1003及びpCB080を注射されたマウスのいくつかは、正常の1~3%の範囲で、それらの血液中に検出可能なFVIIIを有し、コドン最適化co2(pCB1003)及びco4(pCB080)がコドン最適化co1(pCB100)及びco3(pCB085)よりも活性である可能性を示した。 In these experiments, the frequency of indels at the on-target site was determined to be 25.4%. Six days after administration of LNP to plasmid-injected mice, blood samples were collected by RO blood collection into sodium citrate (sodium citrate to blood ratio 1:9) and plasma was collected by centrifugation. FVIII activity in plasma was measured using a FVIII activity assay (Diapharma, Chromogenix Coatest® SP Factor FVIII, cat# K824086). Recombinant human FVIII, Kogenate® (Bayer), was used as the standard, and units per mL of FVIII activity in blood were converted to percent of normal activity (1 U/mL = 100%). The results are summarized in Figure 1. Mice injected with plasmid pCB076, which contains six N-glycan B domain replacement sequences in place of the B domain, had average synthetic FVIII levels equivalent to 20% of normal human FVIII levels. In contrast, mice injected with pCB100 plasmid, which is identical to pCB076 except for the absence of the six N-glycan B domain replacement sequences, had no detectable FVIII levels in their blood. Mice injected with plasmids pCB1003, pCB085, or pCB080, which contain different codon-optimized B domain deleted FVIII coding sequences lacking the six N-glycan B domain replacement sequences, had low or no measurable FVIII activity in their blood when compared to non-gene edited (naive) hemophilia A mice. Some of the mice injected with pCB1003 and pCB080 had detectable FVIII in their blood at 1-3% of normal, indicating that codon-optimized co2 (pCB1003) and co4 (pCB080) may be more active than codon-optimized co1 (pCB100) and co3 (pCB085).
この研究でマウスの血液中で産生されたFVIIIのレベルは、順方向(FVIIIタンパク質を産生することができる向き)のアルブミンイントロン1への標的化組込みの頻度、及びFVIIIコード配列の固有発現効率の両方に依存していた。FVIIIコード配列の固有発現効率は、転写効率、翻訳効率(これは、使用されるコドン最適化のタイプによって変化する)、及び分泌プロセスの効率の関数である。FVIIIタンパク質の場合、タンパク質の分泌は律速段階であり得、FVIIIが細胞において高レベルで発現される場合に誘導され得る、折り畳まれていないタンパク質応答に関連することが報告されている。(M.Swaroop et al.,J Biol Chem(1997)272:24121-24;R.J.Kaufman,Blood(2009)114:SCI-19)。
The levels of FVIII produced in the blood of mice in this study depended on both the frequency of targeted integration into
HDI又は他の因子によるドナーの送達効率の変動性に起因してマウス間で変動し得る標的化組込み頻度と、合成FVIIIコード配列の固有発現効率とを区別するために、標的化組込み頻度を、液滴デジタルPCR(DD-PCR)を使用して定量した。DD-PCRは、サンプル中の核酸配列の絶対コピー数を定量するための方法である。アルブミンイントロン1に挿入された合成FVIIIコード配列カセットの順方向のみを定量するために、一対のPCRプライマーを、gRNA mALbT1切断部位の5’の部位においてアルブミンイントロン1中に位置する順方向プライマー及びFVIIIコード配列の5’末端に位置する逆方向プライマーを用いて設計した。2つのプライマー間の配列に相補的な蛍光プローブを設計した。参照プライマー/プローブセットを、mALbT1 gRNA部位から離れた部位で天然マウスアルブミン遺伝子配列に対して設計した。参照プライマープローブを使用して、各アッセイにおける投入マウスゲノムDNAの量を正規化した。
To distinguish between targeted integration frequency, which may vary between mice due to variability in donor delivery efficiency due to HDI or other factors, and the intrinsic expression efficiency of the synthetic FVIII coding sequence, targeted integration frequency was quantified using droplet digital PCR (DD-PCR). DD-PCR is a method for quantifying the absolute copy number of a nucleic acid sequence in a sample. To quantify only the forward orientation of the synthetic FVIII coding sequence cassette inserted into
この分析を実施するために、上記の実験からのマウスを、マウスにLNPを投与した8日後に屠殺した。全肝臓をホモジナイズし、Qiagen DNeasy(登録商標)Tissueキットを用いて全ゲノムDNAを精製した。次いで、等質量のゲノムDNAを、上記のDD-PCRアッセイを用いて、標的化組込み頻度についてアッセイした。各マウスについての結果を表2にまとめる。順方向における標的化組込み頻度は、0.09%~0.95%(100単数体ゲノム当たり0.09~0.95コピー)の範囲であった。血液中の最大FVIIIレベルは、組込み頻度と正の相関を示し、FVIIIレベルは、アルブミンイントロン1に組み込まれたFVIIIカセットのコピー数に依存していることを示した。pCB076を注射したマウスにおける平均標的化組込み頻度は、pCB100を注射したマウスにおける0.28±0.15と比較して0.47±0.26であり、SQリンカーの代わりにBドメイン置換を含むpCB076を注射したマウスにおけるより高い組込み頻度の傾向を示したが、この差は統計的に有意ではなかった。
To perform this analysis, mice from the above experiment were sacrificed 8 days after the mice were administered LNP. Whole livers were homogenized and total genomic DNA was purified using the Qiagen DNeasy® Tissue kit. Equal masses of genomic DNA were then assayed for targeted integration frequency using the DD-PCR assay described above. The results for each mouse are summarized in Table 2. Targeted integration frequencies in the forward orientation ranged from 0.09% to 0.95% (0.09-0.95 copies per 100 monoploid genomes). Maximum FVIII levels in blood positively correlated with integration frequency, indicating that FVIII levels are dependent on the copy number of the FVIII cassette integrated into
各マウスの血液中のFVIIIレベルを組込み頻度に正規化することにより、FVIIIコード配列の固有発現効率の尺度が提供される。標的化組込み頻度で除したFVIIIレベルの比の平均は、pCB076については42であり、pCB100については5.3であり、この差は、両側スチューデントT検定を用いて決定して、統計的に有意であった(p=0.0004)。これらの結果は、pCB076における合成FVIIIコード配列の固有発現効率がpCB100におけるコード配列のそれよりも約8倍大きいことを実証する。これは、SQリンカーの代わりにBドメイン置換をコードする配列を含むことが、このコドン最適化FVIIIコード配列の固有発現効率を約8倍改善したことを実証する。この改善の大きさは、FVIIIコード配列が強力な肝臓特異的プロモーターによって駆動される非組込みAAVウイルス中でFVIIIコード配列が送達される場合、同じ6つのグリカンモチーフ配列について報告された2倍の改善よりも有意に大きい(J.McIntosh et al.,Blood(2013)121:3335-44)。 Normalizing the FVIII levels in the blood of each mouse to the integration frequency provides a measure of the intrinsic expression efficiency of the FVIII coding sequence. The average ratio of FVIII levels divided by the targeted integration frequency was 42 for pCB076 and 5.3 for pCB100, a difference that was statistically significant (p=0.0004) as determined using a two-tailed Student's T-test. These results demonstrate that the intrinsic expression efficiency of the synthetic FVIII coding sequence in pCB076 is approximately 8-fold greater than that of the coding sequence in pCB100. This demonstrates that the inclusion of the sequence encoding the B domain substitution in place of the SQ linker improved the intrinsic expression efficiency of this codon-optimized FVIII coding sequence by approximately 8-fold. The magnitude of this improvement is significantly greater than the two-fold improvement reported for the same six glycan motif sequence when the FVIII coding sequence is delivered in a non-integrating AAV virus driven by a strong liver-specific promoter (J. McIntosh et al., Blood (2013) 121:3335-44).
実施例2:SQリンカーをBドメイン置換で置換すると、AAVによって送達され、アルブミンのイントロン1に組込まれたFVIIIドナーカセットからのFVIII発現が増加する
合成FVIIIコード配列がAAVを用いてマウスの肝臓に送達された場合に、Bドメイン置換ペプチドの同じ有益な効果が生じたかどうかを決定するために、プラスミドpCB099(配列番号311)及びpCB102(配列番号341)を構築し、AAV8(Vector Biolabs、Malvern、PA、又はSabTech、Philadelphia、PA)にパッケージングした。プラスミドは、以下のエレメントを用いて構築した(順に):ITR|gRNA標的部位(mAlbT1の場合)|18bpスペーサー|スプライスアクセプター部位(SA)|FVIIIコード配列|ポリアデニル化シグナル(「sPA」)|gRNA標的部位|ITR。pCB099及びpCB102のFVIIIコード配列は、各々、pCB076(Bドメイン置換を有する)及びpCB100(SQリンカーのみを有する)のFVIIIコード配列と同一であった。これらのFVIIIカセットはプロモーターを欠いており、従って、非組込みAAVエピソームゲノムとしてFVIIIを発現することができない。これらのAAVウイルスによって送達されるFVIIIの発現には、適切なプロモーターに隣接する組込みが必要である。
Example 2: Replacement of the SQ linker with a B domain replacement increases FVIII expression from a FVIII donor cassette delivered by AAV and integrated into
これらの実験において、血友病Aマウスに、体重1kg当たり2×1012ベクターゲノム(「vg」)のAAV8-pCB099又はAAV8-pCB102を静脈内注射した。4週間後、マウスに2つのLNPの1:1混合物を静脈内注射し、一方のLNPはmAlbT1 gRNAを封入し、他方のLNPはspCas9 mRNAを封入した。LNPは、実施例1に記載されるように調製され、総用量は、体重1kg当たり2mgのRNAであった。FVIII活性を、実施例1に記載の方法を使用して、LNP投与の10日後にマウスの血液中で測定した。LNP投与の10日後のマウスの血液中のFVIIIレベル(図2)は、AAV9-pCB099を受けたマウスでは、正常なヒトFVIIIレベルの平均20%であったが、AAV8-pCB102(Bドメイン置換を欠く)を受けたマウスでは、バックグラウンドレベルであった。
In these experiments, hemophilia A mice were intravenously injected with 2×10 12 vector genomes ("vg") of AAV8-pCB099 or AAV8-pCB102 per kg body weight. Four weeks later, mice were intravenously injected with a 1:1 mixture of two LNPs, one encapsulating mAlbT1 gRNA and the other encapsulating spCas9 mRNA. LNPs were prepared as described in Example 1, with a total dose of 2 mg RNA per kg body weight. FVIII activity was measured in the blood of
LNP投与後の24日目に、マウスを屠殺し、全肝臓をホモジナイズし、全ゲノムDNAを肝臓溶解物の一部から抽出した。順方向におけるアルブミンイントロン1への標的化組込みの頻度を、実施例1に記載のDD-PCRアッセイを用いて定量した。各マウスについての結果を表3にまとめる。
On day 24 after LNP administration, mice were sacrificed, whole livers were homogenized, and total genomic DNA was extracted from a portion of the liver lysate. The frequency of targeted integration into
結果は、AAV8-pCB099を注射したマウスにおける平均標的化組込み頻度(%/単数体ゲノム)が1.86(±0.25)であり、一方、AAV8-pCB102を注射したマウスでは、平均標的化組込み頻度が0.46(±0.2)であったことを示す。この差は、両側スチューデントT検定を用いて統計的に有意であった(p<0.01)。これらの結果は、Bドメイン置換を含めることが、4倍高い頻度の標的化組込みをもたらすことを実証し、FVIIIのBドメインの代わりにグリカンを以前に含めることが、FVIIIの発現レベルを改善することのみが示されたことを考慮すると、予測されなかった結果である。AAV8-pCB099を注射したマウスの血液中の平均FVIIIレベルは、正常の18.6(±2.2)%であり、一方、AAV8-pCB102を注射したマウスでは、平均FVIIIレベルは、正常の1.7(±1.1)%であった。この11倍の差は、両側スチューデントT検定を用いて統計的に有意であった(p<0.01)。FVIIIレベルを、個々のマウスにおけるFVIIIレベルを標的化組込み頻度で除することによって、標的化組込み頻度に対して正規化した(表3)。標的化組込み頻度で除したFVIII活性の比の平均は、AAV8-pCB099注射マウスで10.2(±1.7),AAV8-pCB102注射マウスで3.1(±1.7)であった。この差は、両側スチューデントT検定を用いて統計的に有意であった(p<0.01)。 The results show that the mean targeted integration frequency (%/monoploid genome) in mice injected with AAV8-pCB099 was 1.86 (±0.25), whereas in mice injected with AAV8-pCB102, the mean targeted integration frequency was 0.46 (±0.2). This difference was statistically significant using a two-tailed Student's T-test (p<0.01). These results demonstrate that inclusion of the B domain substitution results in a four-fold higher frequency of targeted integration, an unexpected result given that the inclusion of a glycan in place of the B domain of FVIII has previously only been shown to improve FVIII expression levels. The mean FVIII levels in the blood of mice injected with AAV8-pCB099 were 18.6 (±2.2)% of normal, whereas in mice injected with AAV8-pCB102, the mean FVIII levels were 1.7 (±1.1)% of normal. This 11-fold difference was statistically significant (p<0.01) using a two-tailed Student's T-test. FVIII levels were normalized to the targeted integration frequency by dividing the FVIII levels in individual mice by the targeted integration frequency (Table 3). The mean ratio of FVIII activity divided by targeted integration frequency was 10.2 (±1.7) in AAV8-pCB099-injected mice and 3.1 (±1.7) in AAV8-pCB102-injected mice. This difference was statistically significant (p<0.01) using a two-tailed Student's T-test.
これらのデータは、AAV8-pCB099におけるFVIIIコード配列の固有発現効率が、AAV8-pCB102のものよりも3倍高いことを実証する。AAV8-pCB099は、N-グリカンモチーフ含有配列の存在によってのみAAV8-pCB102と異なるので、これらのデータは、AAV8-pCB099におけるN-グリカンモチーフが固有発現効率に3倍の改善を与えることを実証する。従って、マウスの血液中のFVIIIレベルの全体的な11倍の改善は、組込まれたFVIIIコード配列の4倍高い標的化組込み及び3倍の改善された発現効率の組み合わせによる。 These data demonstrate that the intrinsic expression efficiency of the FVIII coding sequence in AAV8-pCB099 is 3-fold higher than that of AAV8-pCB102. Because AAV8-pCB099 differs from AAV8-pCB102 only by the presence of an N-glycan motif-containing sequence, these data demonstrate that the N-glycan motif in AAV8-pCB099 confers a 3-fold improvement in intrinsic expression efficiency. Thus, the overall 11-fold improvement in FVIII levels in the blood of mice is due to a combination of 4-fold higher targeted integration of the integrated FVIII coding sequence and 3-fold improved expression efficiency.
実施例3:Bドメイン置換におけるN-グリカンの数の最適化
実施例1及び2からのデータは、6つのN結合グリカンモチーフを含むBドメイン置換を挿入することが、FVIIIの発現及び標的化組込みの頻度を改善したことを実証する。しかしながら、この改善のBドメイン置換中のN-グリカン配列の数への依存性は、不明であった。従って、発明者らは、FVIII発現のこの態様を精査するための実験を設計した。特に、FVIII発現の改善に必要なN結合グリカンモチーフの最小数を決定することが所望された。
Example 3: Optimization of the number of N-glycans in the B domain replacement The data from Examples 1 and 2 demonstrate that inserting a B domain replacement containing six N-linked glycan motifs improved the frequency of FVIII expression and targeted integration. However, the dependence of this improvement on the number of N-glycan sequences in the B domain replacement was unclear. Therefore, the inventors designed experiments to probe this aspect of FVIII expression. In particular, it was desired to determine the minimum number of N-linked glycan motifs required for improved FVIII expression.
プラスミド構築物
異なる数のN-グリカンモチーフが発現に及ぼす影響を探るために、1~9個のN-グリカンモチーフを含む一連のドナープラスミドを構築した。これらを表4にまとめる。全てのプラスミドは、5’から3’の順に、以下の配列エレメントから構成されていた:mAlbT1 gRNAの標的配列|18bpスペーサー|スプライスアクセプター|シグナルペプチドがTGジヌクレオチドで置換されたBドメイン欠失FVIIIコード配列|ポリアデニル化シグナル配列。これらのプラスミドの各々において、FVIIIコード配列は、シグナルペプチドがTGジヌクレオチドで置換されているが、Bドメイン置換において1~9個のN結合グリコシル化部位を有する、pCB076(実施例1参照)において使用されたコドン最適化配列に基づいた。全てのプラスミドは、同じpUC19ベースの細菌性プラスミド骨格(細菌の複製起点及びカナマイシン耐性遺伝子を含む)を含んでいた。
Plasmid constructs To explore the effect of different numbers of N-glycan motifs on expression, a series of donor plasmids containing one to nine N-glycan motifs were constructed. These are summarized in Table 4. All plasmids consisted of the following sequence elements, in 5' to 3' order: mAlbT1 gRNA target sequence | 18 bp spacer | splice acceptor | B-domain deleted FVIII coding sequence with the signal peptide replaced with a TG dinucleotide | polyadenylation signal sequence. In each of these plasmids, the FVIII coding sequence was based on the codon-optimized sequence used in pCB076 (see Example 1), with the signal peptide replaced with a TG dinucleotide, but with one to nine N-linked glycosylation sites in the B-domain replacement. All plasmids contained the same pUC19-based bacterial plasmid backbone, including a bacterial origin of replication and a kanamycin resistance gene.
構築物のインビボ試験:5、6及び7グリカン
血友病Aマウスに、実施例1の方法を用いて、プラスミドpCB077、pCB1006、pCB1007、又はpCB1008を、マウス当たり30μgで、流体力学的注射によって投与した。翌日、同じマウスに、spCas9 mRNA及びmALbT1 gRNAを封入したLNPの1:1混合物を、2mg/kg体重の総RNA用量で眼窩後方に注射した。LNPは、実施例1に記載したように調製した。FVIII活性を、実施例1に記載の方法を用いて、6日後にマウスの血液中で測定した。結果を図3にまとめ、4つのプラスミドドナーによって産生されたFVIIIのレベルが類似していることを実証した。
In vivo testing of constructs: 5, 6 and 7 glycans Hemophilia A mice were administered plasmid pCB077, pCB1006, pCB1007, or pCB1008 at 30 μg per mouse by hydrodynamic injection using the method of Example 1. The next day, the same mice were injected retro-orbitally with a 1:1 mixture of LNPs encapsulating spCas9 mRNA and mALbT1 gRNA at a total RNA dose of 2 mg/kg body weight. LNPs were prepared as described in Example 1. FVIII activity was measured in the blood of
本研究におけるマウスの血液中で産生されるFVIIIのレベルは、順方向(FVIIIタンパク質を産生することができる向き)のアルブミンイントロン1への標的化組込みの頻度及びFVIIIコード配列の固有発現効率の両方に依存する。FVIIIコード配列の固有発現効率は、転写速度、翻訳効率(使用されるコドン最適化のタイプに影響される)、及び分泌過程の効率の関数である。FVIIIタンパク質の場合、タンパク質の分泌は、律速段階であり得(M.Swaroop et al.,前出)、FVIIIが細胞において高レベルで発現される場合に生じる、折り畳まれていないタンパク質応答(R.J.Kaufman、前出)と関連することが示唆されている。個々のマウス間で変化することが予想される標的化組込み頻度と、組込まれた合成FVIIIコード配列の固有発現効率とを区別するために、標的化組込み頻度を、実施例1に記載されるように、液滴デジタルPCR(DD-PCR)を使用して定量した。
The level of FVIII produced in the blood of mice in this study depends on both the frequency of targeted integration into
マウスにLNPを投与した8日後、マウスを屠殺し、全肝臓をホモジナイズし、Qiagen DNeasy(登録商標)Tissueキットを用いて全ゲノムDNAを精製した。次いで、等質量のゲノムDNAを、DD-量を使用して標的化組込み頻度についてアッセイした。各マウスについての結果を表5にまとめる。順方向の標的化組込み頻度は、個々のマウスで0.17%から0.70%の範囲であったが、4つのプラスミドについてのマウスの各グループ内の平均は、pCB077、pCB1006、pCB1007、及びpCB1008で各々0.49%、0.47%、0.52%、及び0.38%で類似していた。pCB077、pCB1006、pCB1007、及びpCB1008を注射したマウスについてのTIに対するFVIII活性の比の平均は、各々51.33、48.54、48.9、及び38.9であり、プラスミド間の差は、統計的に有意ではなかった。これらの結果は、5つのN-グリカン部位(pCB1007)若しくは7つのグリカン部位(pCB1008)を含む、又はグリカントリペプチドモチーフの1つがNDSからNDTに変化した(pCB1006)合成FVIIIコード配列が、6つのN-グリカン部位(pCB077)をコードする合成FVIIIコード配列と比較して、類似の固有発現効率を有することを実証する。 Eight days after administering LNP to the mice, the mice were sacrificed, whole livers were homogenized, and total genomic DNA was purified using the Qiagen DNeasy® Tissue kit. Equal masses of genomic DNA were then assayed for targeted integration frequency using DD-quantity. The results for each mouse are summarized in Table 5. Forward targeted integration frequencies ranged from 0.17% to 0.70% in individual mice, but the averages within each group of mice for the four plasmids were similar at 0.49%, 0.47%, 0.52%, and 0.38% for pCB077, pCB1006, pCB1007, and pCB1008, respectively. The average ratios of FVIII activity to TI for mice injected with pCB077, pCB1006, pCB1007, and pCB1008 were 51.33, 48.54, 48.9, and 38.9, respectively, and the differences between the plasmids were not statistically significant. These results demonstrate that synthetic FVIII coding sequences containing five N-glycan sites (pCB1007) or seven glycan sites (pCB1008), or in which one of the glycan tripeptide motifs was changed from NDS to NDT (pCB1006), have similar intrinsic expression efficiencies compared to a synthetic FVIII coding sequence encoding six N-glycan sites (pCB077).
同じマウス研究を、プラスミドpCB1015(配列番号328)及びpCB1016(配列番号329)を用いて行い、ここでN-グリカンモチーフの数は、各々、8及び9に変化する。更に、1つ又は2つのN-グリカンモチーフのみを有する以外はpCB077と同一のプラスミドを構築し、LNP中に送達された同じgRNA及びspCas9 mRNAを用いてマウスアルブミンイントロン1への標的化組込み後にFVIIIを発現する能力について試験した。
The same mouse study was performed using plasmids pCB1015 (SEQ ID NO:328) and pCB1016 (SEQ ID NO:329), where the number of N-glycan motifs was varied to 8 and 9, respectively. Additionally, plasmids identical to pCB077, except with only one or two N-glycan motifs, were constructed and tested for their ability to express FVIII after targeted integration into
構築物のインビボ試験:3、4、及び5グリカン
プラスミドpCB1007、pCB1017、及びpCB1018を精製し、上記のように血友病Aマウスに投与した。翌日、マウスにspCas9 mRNA(1mg/kg)とガイドRNA(gRNA)mAlbT1(1mg/kg)を封入したC12-200ベースLNPの眼窩後方(RO)注射を行った。血液サンプルを、LNP投与の5日後及び7日後に、クエン酸ナトリウム中へのRO採血によって採取し(クエン酸ナトリウム対血液の比1:9)、血漿を遠心分離によって収集した。血漿中のFVIII活性を、実施例1に記載の方法を用いて測定した。
In vivo testing of constructs: 3, 4, and 5 glycans Plasmids pCB1007, pCB1017, and pCB1018 were purified and administered to hemophilia A mice as described above. The next day, mice received a retro-orbital (RO) injection of C12-200-based LNPs encapsulating spCas9 mRNA (1 mg/kg) and guide RNA (gRNA) mAlbT1 (1 mg/kg). Blood samples were collected 5 and 7 days after LNP administration by RO bleeding into sodium citrate (sodium citrate to blood ratio 1:9) and plasma was collected by centrifugation. FVIII activity in plasma was measured using the method described in Example 1.
5日目の血液中のFVIII活性は、pCB1007、pCB1018、及びpCB1018を注射したマウスで、各々平均8.1%、5.0%、及び23.5%であった。7日目に、FVIII活性は、pCB1007、pCB1018及びpCB1018を注射したマウスで、各々平均7.9%、3.0%及び13.5%であった。従って、4つのN-グリカンモチーフ(pCB1017)又は3つのN-グリカンモチーフ(pCB1018)を有するプラスミドを注射されたマウスにおけるFVIII発現は、Bドメイン置換に5つのN-グリカンモチーフを含む(pCB1007)プラスミドを受けたマウスのものと類似していた。
On
LNP投与後の7日目に血液サンプルを採取した後、マウスを屠殺し、全肝臓を取り出し、RNAlater(商標)緩衝液(Qiagen)中に保存した。ビーズベースのホモジナイザーを用いて全肝臓をホモジナイズし、Qiagen DNA/RNA Mini Kit(cat #80204)を用いてホモジネートのアリコートからDNAを精製した。肝臓ゲノムDNAを、実施例1に記載したように、FVIIIドナーカセットの順方向への組込みの頻度について、DD-PCRによって分析した。標的化組込み頻度の平均は、pCB1007、pCB1017、及びpCB1018を注射したマウスで、各々0.27%、0.27%、及び0.55%であり、これらの値は、統計的に差がなかった(両側スチューデントT検定)。
After blood samples were taken on
各マウスの血液中のFVIIIレベルを組込み頻度に正規化することによって、FVIIIコード配列の固有発現効率の尺度が提供される。標的化組込み頻度で除したFVIIIレベルの比の平均は、pCB1007(5つのN-グリカン)注射マウスで23.6、pCB1017(4つのN-グリカン)注射マウスで11.6、及びpCB1018(3つのN-グリカン)注射マウスで23.3であった。pCB1017及びpCB1018注射マウスの標的化組込み比で除したFVIIIは、pCB1007注射マウスのそれと統計的に差がなかった。 Normalizing the FVIII levels in the blood of each mouse to the integration frequency provides a measure of the intrinsic expression efficiency of the FVIII coding sequence. The mean ratio of FVIII levels divided by targeted integration frequency was 23.6 in mice injected with pCB1007 (five N-glycans), 11.6 in mice injected with pCB1017 (four N-glycans), and 23.3 in mice injected with pCB1018 (three N-glycans). The FVIII divided by targeted integration ratios of pCB1017 and pCB1018 injected mice were not statistically different from those of pCB1007 injected mice.
これらのデータは、4つのN-グリカンモチーフ又は3つのN-グリカンモチーフのいずれかを有するBドメイン置換を含む合成FVIIIコード配列を使用することによって、アルブミンイントロン1に組込まれた場合、5つのN-グリカンモチーフを含むFVIIIコード配列と同様の発現がもたらされることを実証する。従って、3つのN-グリカンモチーフを有するBドメイン置換を有する合成FVIII構築物は、5つのN-グリカンモチーフを有するBドメイン置換によって提供されるものと同等の改善されたFVIII発現を提供する。推論によると、Bドメイン置換を含む5つのN-グリカンモチーフは、Bドメイン置換を含む6つのN-グリカンモチーフと同等であったため、発明者らは、3つのN-グリカンモチーフが6つのN-グリカンモチーフと同等に強力であると推論する。
These data demonstrate that the use of synthetic FVIII coding sequences containing B domain substitutions with either four N-glycan motifs or three N-glycan motifs results in similar expression when incorporated into
構築物のインビボ試験:1つ及び2つのグリカン
プラスミドpCB1018(3つのN-グリカンモチーフを有するBドメイン置換を有するFVIIIドナーを含む)、pCB1029(2つのN-グリカンモチーフを有するBドメイン置換を有するFVIIIドナーを含む)、及びpCB1030(1つのN-グリカンモチーフを有するBドメイン置換を有するFVIIIドナーを含む)を精製し、上記のように流体力学的注射によって血友病Aマウスに投与した。翌日、マウスにspCas9 mRNA(1mg/kg)とgRNA mAlbT1(1mg/kg)を封入したC12-200に基づくLNPの眼窩後方(RO)注射を行った。LNP投与の5日後及び8日後に、RO採血によって血液サンプルをクエン酸ナトリウム(クエン酸ナトリウム対血液の比1:9)に採取し、遠心分離によって血漿を収集した。血漿中のFVIII活性を上記のように測定し、正常活性のパーセント(1U/mL=100%)として表した。
In vivo testing of constructs: one and two glycans Plasmids pCB1018 (containing a FVIII donor with a B domain substitution with three N-glycan motifs), pCB1029 (containing a FVIII donor with a B domain substitution with two N-glycan motifs), and pCB1030 (containing a FVIII donor with a B domain substitution with one N-glycan motif) were purified and administered to hemophilia A mice by hydrodynamic injection as described above. The next day, mice received retro-orbital (RO) injections of C12-200-based LNPs encapsulating spCas9 mRNA (1 mg/kg) and gRNA mAlbT1 (1 mg/kg). Five and eight days after LNP administration, blood samples were collected into sodium citrate (1:9 sodium citrate to blood ratio) by RO bleeding and plasma was collected by centrifugation. FVIII activity in plasma was measured as described above and expressed as a percentage of normal activity (1 U/mL=100%).
5日目の血液中のFVIII活性は、pCB1018、pCB1029、及びpCB1030を注射したマウスで、各々平均12.8%、15.8%、及び13.4%であった。8日目に、FVIII活性は、pCB1018、pCB1029、及びpCB1030を注射したマウスで、各々平均13.8%、14.5%、及び16.0%であった。従って、3つのN-グリカンモチーフ(pCB1018)、2つのN-グリカンモチーフ(pCB1029)、又は1つのN-グリカンモチーフ(pCB1030)を有するBドメイン置換を含むプラスミドを注射したマウスにおけるFVIII発現は、互いに類似していた。
On
LNP投与後の7日目に血液サンプルを採取した後、マウスを屠殺し、全肝臓を取り出し、RNAlater(商標)緩衝液(Qiagen)中に保存した。全肝臓をホモジナイズし、肝臓ゲノムDNAを、実施例1に記載したように、FVIIIドナーカセットの順方向への組込みの頻度について、DD-PCRによって分析した。標的化組込み頻度の平均は、pCB1018、pCB1029、及びpCB1030を注射したマウスで、各々0.29%、0.47%、及び0.36%であった:これらの値は、統計的に差がなかった(両側スチューデントT検定)。 After blood samples were taken on the 7th day after LNP administration, mice were sacrificed and whole livers were removed and stored in RNAlater™ buffer (Qiagen). Whole livers were homogenized and liver genomic DNA was analyzed by DD-PCR for the frequency of forward integration of the FVIII donor cassette as described in Example 1. The mean targeted integration frequency was 0.29%, 0.47%, and 0.36% in mice injected with pCB1018, pCB1029, and pCB1030, respectively; these values were not statistically different (two-tailed Student's T-test).
各マウスの血液中のFVIIIレベルを組込み頻度に正規化することによって、FVIIIコード配列の固有発現効率の尺度が提供される。標的化組込み頻度で除したFVIIIレベルの比の平均は、pCB1018(3つのN-グリカン)注射マウスで41.9、pCB1029(2つのN-グリカン)注射マウスで31.4、及びpCB1030(1つのN-グリカン)注射マウスで40.2であった。pCB1029(3つのN-グリカン)及びpCB1030(2つのN-グリカン)注射マウスについての固有発現効率は、pCB1018(3つのN-グリカン)注射マウスのそれと統計的に差がなかった。これらのデータは、2つのN-グリカンモチーフ(アミノ酸配列NATNVS)又は1つのN-グリカンモチーフ(アミノ酸配列NAT)のいずれかを含むBドメイン置換を含むFVIIIドナーカセットが、3つのN-グリカンモチーフを有するBドメイン置換を含むFVIIIドナーカセットと等しい効率で発現されることを実証する。 Normalizing the FVIII levels in the blood of each mouse to the integration frequency provides a measure of the intrinsic expression efficiency of the FVIII coding sequence. The mean ratio of FVIII levels divided by the targeted integration frequency was 41.9 for mice injected with pCB1018 (three N-glycans), 31.4 for mice injected with pCB1029 (two N-glycans), and 40.2 for mice injected with pCB1030 (one N-glycan). The intrinsic expression efficiency for mice injected with pCB1029 (three N-glycans) and pCB1030 (two N-glycans) was not statistically different from that of mice injected with pCB1018 (three N-glycans). These data demonstrate that FVIII donor cassettes containing B domain substitutions with either two N-glycan motifs (amino acid sequence NATNVS) or one N-glycan motif (amino acid sequence NAT) are expressed with equal efficiency as FVIII donor cassettes containing B domain substitutions with three N-glycan motifs.
0、1、2、3、4、5、6、又は7個のN結合グリカンモチーフを含むBドメイン置換を含むFVIIIドナーカセットについてのインビボFVIII発現結果の比較
上記で試験した異なるFVIIIカセットの固有発現効率を比較した。実施例3を通して記載されたデータセットは、同じ系統のマウス(血友病Aマウス)及び同じ実験プロトコルを用いて、合計5件の研究で作成された。FVIII活性は、5日目又は6日目のいずれかに、及び8日目又は9日目に再び測定した。最終FVIII活性測定日(8日目又は9日目)に屠殺したマウスの全肝臓から抽出したDNA中の標的化組込み頻度を測定した。固有発現効率の収集を図8に示す。この比較には、異なるコドン最適化を有するFVIIIカセットが含まれる。正規化FVIII発現に対する異なる数のグリカンの影響の比較は、図8の最初の9つのバーである「co1」と呼ばれるコドン最適化を有するドナーについて行うことができる。これらのドナーは、Bドメイン置換におけるN-グリカンモチーフの数のみが異なるFVIIIカセットを含む。固有発現効率は、1~7個のN-グリカンモチーフを含むグリカン変異体について有意に異ならなかった。2つのN-グリカンモチーフを有するドナー(「co1-2」)がより低い正規化FVIII活性(5、6、又は7個のN-グリカンを含む変異体の約45の値と比較して、30の値)の傾向を示したが、この差は統計的に有意ではなかった。Bドメインの代わりにN-グリカンモチーフを含まないドナー(「co1-0」)は、有意に低い正規化FVIII活性(グリカン及び同じコドン最適化を有する変異体の40~50の値と比較して、7.4の値)を示した。5つのグリカン及びコドン最適化co2を有するFVIIIドナーは、5つのN-グリカンモチーフを有するco1と同等であったが、5つのN-グリカンを有するco3は、5つのN-グリカンを有するco1の効率の約50%で発現した。これらのデータは、単一のN-グリカンモチーフを含むBドメイン置換を含むFVIIIコード配列が2~7個のN-グリカンモチーフを含むBドメイン置換で達成されるものと同等のFVIII発現レベルを付与するのに十分であったことを実証する。単一のN-グリカンモチーフ(図8の「co1-1」/pCB1030)を含むBドメイン置換を含むFVIIIコード配列は、Bドメイン置換を欠く同じFVIIIコード配列(「co1-0」/pCB100)の約5.4倍効率的に発現された(40.1/7.4)。従って、6個未満のN-グリカン、例えば、5個のN-グリカン、4個のN-グリカン、3個のN-グリカン、2個のN-グリカン、又は1個のN-グリカンを有するBドメイン置換を含むFVIIIコード配列は、FVIIIタンパク質に付加される非天然アミノ酸の数の減少、及びDNAドナーのサイズの減少のために、遺伝子編集アプローチにおける使用のための利点を有する。
Comparison of in vivo FVIII expression results for FVIII donor cassettes containing B domain substitutions with 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7 N-linked glycan motifs The intrinsic expression efficiency of the different FVIII cassettes tested above was compared. The data set described throughout Example 3 was generated in a total of five studies using the same strain of mice (hemophilia A mice) and the same experimental protocol. FVIII activity was measured on either
実施例4:マウスにおけるセーフハーバー遺伝子座(例えば、アルブミン遺伝子座)への標的化組込み後の発現のためのFVIIIコード配列の最適コドン最適化の同定
プラスミド構築物
合成FVIIIの発現に対する異なる形態のコドン最適化の効果を決定するために実験を行った。Bドメインの代わりに14アミノ酸のSQリンカーを含む成熟(シグナルペプチドを欠く)Bドメイン欠失ヒトFVIIIコード配列(1438アミノ酸の全コード配列)を、GeneArtで入手可能な市販のアルゴリズムを適用することによってコドン最適化し(co3)、これは、天然配列中に存在する54から198までCGジヌクレオチドの数を増加させた。Bドメイン欠失FVIII(「co4」)のco3形態の変異体は、公表されたH.sapiensコドン使用頻度表(H.C.Brown et al.,Mol Ther Meth & Clin Dev(2018)9:57-69(doi:10.1016/j.omtm.2018.01.004)に従って、次に最も高頻度のコドン又はより頻繁に使用されるコドンのいずれかである代替コドンを選択することによって、手動で198個のCGジヌクレオチドを除去することによって作製した。Bドメイン欠失FVIII(「FVIII-BDD」)コード配列を、肝臓において高度に発現される遺伝子のコドンバイアスに基づくアルゴリズムを使用してコドン最適化して(H.C.Brown et al.,前出)、176個のCGジヌクレオチドを含むFVIII-BDDコドン2を生成した。ここではFVIII-BDD co5と称される、全てのCGジヌクレオチドを除去するように更に改変したこの構築物も合成した。J.McIntosh et al.,Blood(2013)121(17):3335-44及び米国特許第9,393,323号明細書(その中の配列番号1)のコドン最適化FVIII-BDDコード配列も構築し、本明細書で「co1」と称した。245個のCGジヌクレオチドを含む、国際公開第2011/005968号に公開されたBドメイン欠失FVIIIコード配列の更なるコドン最適化変異体(その中の配列番号5)を合成した(本明細書では「FVIII-BDD co6」)。プラスミドは、以下のように構築した:pUC19プラスミド骨格|ITR|gRNA mALbT1の標的部位|18bpスペーサー|スプライスアクセプター(SA)|TGジヌクレオチド|Bドメイン欠失FVIII配列|ポリA(sPA)|gRNA mALbT1の標的部位|ITR(ここでドナー配列コドン最適化は、co2(pCB1002、配列番号323)、co3(pCB1001、配列番号322)、co4(pCB1000、配列番号321)、又はco5(pCB103、配列番号336)であった)。
Example 4: Identification of optimal codon optimization of FVIII coding sequence for expression after targeted integration into safe harbor loci (e.g., albumin locus) in mice Plasmid constructs Experiments were performed to determine the effect of different forms of codon optimization on the expression of synthetic FVIII. A mature (lacking signal peptide) B-domain deleted human FVIII coding sequence (total coding sequence of 1438 amino acids) containing a 14 amino acid SQ linker in place of the B-domain was codon optimized (co3) by applying a commercially available algorithm available at GeneArt, which increased the number of CG dinucleotides from 54 present in the native sequence to 198. The co3 form of variant of the B-domain deleted FVIII ("co4") was codon optimized according to the published H. The B-domain deleted FVIII ("FVIII-BDD") coding sequence was created by manually removing 198 CG dinucleotides by selecting alternative codons that were either the most frequent or more frequently used codons according to the C. sapiens codon usage table (H.C. Brown et al., Mol Ther Meth & Clin Dev (2018) 9:57-69 (doi:10.1016/j.omtm.2018.01.004). The B-domain deleted FVIII ("FVIII-BDD") coding sequence was codon optimized using an algorithm based on the codon bias of genes highly expressed in the liver (H.C. Brown et al., supra) to generate FVIII-
各プラスミド中のFVIIIドナーカセットをAAV2 ITRに隣接させ、HEK293ベースのパッケージングシステムを用いてカセットをAAV8にパッケージングするために使用し、塩化セシウム密度遠心分離を用いて精製した。得られたAAV8ウイルス(AAV8-pCB103、AAV8-pCB1002、AAV8-pCB1001、及びAAV8-pCB1000と指定)を、FVIII遺伝子のコード配列内に位置するプライマー/プローブセットを用いて、Q-PCR又はDD-PCRを用いて力価測定した。これらのFVIIIドナーカセットは、アルブミンイントロン1への標的化組込み後にのみFVIIIを発現するように設計されている。ドナーカセットはプロモーターを欠くので、組込まれていないエピソームウイルスゲノムからmRNAに転写されることができない。更に、全てのFVIIIドナーカセットは、FVIIIコード配列のN末端にシグナルペプチド配列を欠いており、従って、組込まれていないエピソームウイルスコピーから発現され得るいずれのタンパク質も、循環中に分泌され得ない。アルブミンイントロン1に組込まれた後、ゲノム中のアルブミンプロモーターからの転写は、マウスアルブミンエクソン1、イントロン1の一部、及び合成FVIIIコード配列を含み、FVIIIドナーカセットの5’末端に含まれるポリアデニル化シグナルで終結するハイブリッドプレmRNAを生成する。アルブミンエクソン1のスプライスドナーとFVIIIドナーカセットの5’末端に含まれるスプライスアクセプターとの間のこのプレmRNAのスプライシングは、アルブミンのエクソン1がシグナルペプチド及び成熟FVIIIコード配列にインフレームで融合したプレプロペプチドをコードするmRNAを生成する。このハイブリッドmRNAによってコードされるタンパク質は、細胞の分泌機構を介してプロセシングされ、その間に、シグナルペプチド及びアルブミンのプレプロペプチドが切断され、その結果、FVIIIに通常は存在しない3つのアミノ酸が重鎖のN末端に含まれる、予想される2鎖FVIII分子が得られる。
The FVIII donor cassette in each plasmid was flanked by AAV2 ITRs and used to package the cassette into AAV8 using a HEK293-based packaging system and purified using cesium chloride density centrifugation. The resulting AAV8 viruses (designated AAV8-pCB103, AAV8-pCB1002, AAV8-pCB1001, and AAV8-pCB1000) were titered using Q-PCR or DD-PCR with primer/probe sets located within the coding sequence of the FVIII gene. These FVIII donor cassettes are designed to express FVIII only after targeted integration into
構築物のインビボ試験
これらの製剤を試験するために、4又は5匹の血友病Aマウスのコホートに、尾静脈を介して、AAV8ウイルス(AAV8-pCB103、AAV8-pCB1002、AAV8-pCB1001、及びAAV8-pCB1000)の各々を、2×1012vg/kgの用量で注射した。4週間後、全てのマウスにmAlbT1 gRNAとspCas9 mRNAを封入したLNPの1:1混合物を総RNA用量2mg/kgで静脈内注射した。LNPは、実施例1に記載の方法に従って処方した。血液中のFVIII活性を、実施例1に記載の方法を用いて測定した。結果を図4にまとめる。
In vivo testing of constructs To test these formulations, cohorts of 4 or 5 hemophilia A mice were injected via the tail vein with each of the AAV8 viruses (AAV8-pCB103, AAV8-pCB1002, AAV8-pCB1001, and AAV8-pCB1000) at a dose of 2x1012 vg/kg. Four weeks later, all mice were intravenously injected with a 1:1 mixture of LNPs encapsulating mAlbT1 gRNA and spCas9 mRNA at a total RNA dose of 2 mg/kg. LNPs were formulated according to the methods described in Example 1. FVIII activity in the blood was measured using the methods described in Example 1. The results are summarized in Figure 4.
これらの実験では、AAV8-pCB103及びAAV8-pCB1002(各々コドン最適化co5及びco2を有するFVIII-BDDを含む)を受けたマウスは、それらの血液中で検出可能なFVIII活性を有さなかった。ウイルスpCB1001(コドン最適化co3)を受けたマウスは、LNP投与後11日目に平均8%のFVIII活性を有し、28日目に20%のFVIII活性を有した。ウイルスAAV8-pCB1000(コドン最適化co4)を受けた5匹のマウスのうち3匹は、FVIII活性レベルが正常の1%~3%であった。これらのデータは、GeneArtアルゴリズムを用いてコドンを最適化したFVIII-BDD DNA配列(AAV8-pCB1001、co3)が、肝臓で高度に発現する遺伝子の最も頻繁なコドンに基づいて最適化したFVIII-BDDコドン(AAV8-pCB103及びAAV8-pCB1002)よりも高いレベルのFVIII発現をもたらしたことを実証している。CGジヌクレオチドを除去するためのGeneArtコドン最適化FVIII-BDD配列の改変(AAV8-pCB1000、co4)は、CGジヌクレオチドを保持するGeneArtアルゴリズムを用いてFVIII-BDDをコドン最適化した同じカセットと比較して、FVIII発現の減少をもたらした。co4最適化を有するFVIII-BDDは、co2及びco5最適化とは異なり、測定可能なFVIII活性を生成することができた。AAV8-pCB102(co1コドン最適化FVIII-BDD DNA配列、実施例2参照)を受けたマウスは、2×1012vg/kgの同じ用量でAAV8において送達し、同じ用量のLNPを使用した場合、血友病AマウスにおいてFVIII活性を生成しなかった(実施例2、図2、AAV8-pCB102)。このことは、マウスにおけるアルブミンイントロン1への標的化組込み後のFVIIIの発現について、co1がco3及びco4のコドン最適化FVIII-BDD配列よりも劣っていたことを実証している。
In these experiments, mice receiving AAV8-pCB103 and AAV8-pCB1002 (containing FVIII-BDD with codon-optimized co5 and co2, respectively) had no detectable FVIII activity in their blood. Mice receiving virus pCB1001 (codon-optimized co3) had an average of 8% FVIII activity at
実施例5:5つのN-グリカン並びに代替コドン最適化co4及びco5を有する合成FVIIIをコードするドナー鋳型のアルブミンイントロン1への標的化組込み後のマウスにおけるFVIIIの発現
Bドメイン置換を有する合成FVIIIを用いて異なるコドン最適化の効果を試験するために、シグナルペプチドを欠くFVIII-BDDコード配列を、co1、co4及びco5と命名される3つのコドン最適化DNA配列を使用し、更にBドメインの代わりにBドメイン置換を含んで構築した。Bドメイン置換は、5つのN-グリカンモチーフ(配列:ATNVSNNSNTSNDS、配列番号343)を含んでいた。これらのコード配列の5’側には、mALbT1 gRNAの標的部位、18bpスペーサー、スプライスアクセプター、及び2つのヌクレオチド(TG)が隣接していた。TGジヌクレオチドは、マウスアルブミンエクソン1へのスプライシング後、正しい読み枠を維持する。短いポリアデニル化シグナル(sPA)は、コード配列の3’末端に含まれていた。これら3つのプラスミド中の合成FVIIIコード配列は、同一のアミノ酸配列を有するFVIIIタンパク質をコードするが、コード配列は、異なるコドン最適化のために異なるDNA配列によりコードされる。pCB1007(co1、配列番号326)、pCB1019(co4、配列番号332)、及びpCB1020(co5、配列番号333)と指定されるこれらのプラスミドを、血友病Aマウスにおいて、mALbT1 gRNAの標的部位でのCRISPR/Cas9切断によって媒介されるアルブミンイントロン1への標的化組込み後に、活性FVIIIタンパク質を発現する能力について試験した。
Example 5: Expression of FVIII in mice after targeted integration into
実験プロトコルは、実施例1と同一であった。プラスミドpCB1007、pCB1019、及びpCB1029のプラスミドDNAを、Qiagen EndoFree(登録商標)maxiprepキット(cat #12362)を使用して精製し、次いで、0.9%生理食塩水中で最終濃度15μg/mLに希釈した。血友病Aマウスのコホートに、HDIによりマウス1匹当たり2mLの希釈プラスミドDNAを注射した。翌日、マウスにspCas9 mRNA(1mg/kg体重)とgRNA mAlbT1(1mg/kg体重)を封入したC12-200ベースLNPの眼窩後方注射を行った。spCas9 mRNAとmALbT1 gRNAを封入したLNPのみを注射した5匹の血友病Aマウスのコホートを、投与3日後に屠殺し、全肝臓から抽出したゲノムDNAを、アルブミンイントロン1のオンターゲット部位のインデルについて分析した。平均インデル頻度は52.9%であり、肝臓のオンターゲット部位での効率的な切断を示した。
The experimental protocol was the same as in Example 1. Plasmid DNA of plasmids pCB1007, pCB1019, and pCB1029 was purified using the Qiagen EndoFree® maxiprep kit (cat #12362) and then diluted to a final concentration of 15 μg/mL in 0.9% saline. Cohorts of hemophilia A mice were injected with 2 mL of diluted plasmid DNA per mouse by HDI. The next day, mice received a retro-orbital injection of C12-200-based LNPs encapsulating spCas9 mRNA (1 mg/kg body weight) and gRNA mAlbT1 (1 mg/kg body weight). A cohort of five hemophilia A mice injected with only spCas9 mRNA and mALbT1 gRNA-encapsulated LNPs were sacrificed 3 days after administration, and genomic DNA extracted from whole livers was analyzed for indels at the on-target site in
プラスミドを注射したマウスにLNPを投与した6日後及び9日後に、RO採血によって血液サンプルをクエン酸ナトリウム(クエン酸ナトリウム対血液の比1:9)に採取し、遠心分離によって血漿を収集した。血漿中のFVIII活性を、実施例1に記載の方法を用いて測定した。結果を図5にまとめる。 Six and nine days after administration of LNP to plasmid-injected mice, blood samples were collected by RO blood sampling into sodium citrate (sodium citrate to blood ratio 1:9) and plasma was collected by centrifugation. FVIII activity in plasma was measured using the method described in Example 1. The results are summarized in Figure 5.
プラスミドpCB1007、pCB1019、又はpCB1020を受けたマウスにおける平均FVIII活性は、LNP投与後6日目で正常の22.3%、17.6%、及び17.8%であった。プラスミドpCB1007、pCB1019、又はpCB1020を受けたマウスにおける平均FVIII活性は、LNP投与後9日目で正常の19.7、14.1、及び14.9%であった。3つのプラスミドを投与したマウスにおけるFVIIIレベルは、等分散(2標本等分散)両側T検定を用いて評価した場合、6日目でも9日目でも統計学的有意差はなかった(p値は全て>0.28)。
The mean FVIII activity in mice receiving plasmids pCB1007, pCB1019, or pCB1020 was 22.3%, 17.6%, and 17.8% of normal at
これらの結果は、Bドメインの代わりに5つのN-グリカンモチーフを含むBドメイン置換を有する合成FVIIIをコードするドナー鋳型の状況において、コドン最適化co1、co4及びco5(これらの全ては、CGジヌクレオチドを欠く)がアルブミンイントロン1への標的化組込み後に同様のレベルのFVIIIを産生したことを実証する。従って、特定のコドン最適化に明らかな利点はなく、CpGを含まないコドン最適化(例えば、co1、co4、及びco5)は、標的化組込み後に類似のレベルの合成FVIIIタンパク質を提供する。
These results demonstrate that in the context of a donor template encoding a synthetic FVIII with a B domain substitution containing five N-glycan motifs in place of the B domain, codon optimizations col, co4, and co5 (all of which lack CG dinucleotides) produced similar levels of FVIII after targeted integration into
実施例6:Bドメイン置換とF309のS又はAへの突然変異の組み合わせ
A1ドメインにおけるシャペロン免疫グロブリン結合タンパク質(BiP)の潜在的結合部位内の点突然変異(F309S)は、培養物中の細胞においてBドメイン欠失FVIIIの分泌を約3倍改善したことが報告されている(M.Swaroop et al.,J Biol Chem(1997)272:24121-24)。FVIIIのF309A突然変異タンパク質は、同様に分泌を改善した。F309SとBドメインの226アミノ酸N末端部分の組み合わせは、Bドメイン欠失FVIIIと比較して、マウスにおけるインビボでのFVIIIレベルを20~30倍改善し、一方、Bドメインの226アミノ酸N末端の付加は、FVIIIレベルを5倍だけ改善したことが報告された(H.Z.Miao et al.,Blood(2004)103(9):3412-19)。
Example 6: Combination of B-Domain Substitutions and Mutation of F309 to S or A A point mutation (F309S) within a potential binding site for the chaperone immunoglobulin-binding protein (BiP) in the A1 domain has been reported to improve secretion of B-domain deleted FVIII by approximately three-fold in cells in culture (M. Swaroop et al., J Biol Chem (1997) 272:24121-24). The F309A mutein of FVIII similarly improved secretion. It was reported that the combination of F309S with the 226 amino acid N-terminal portion of the B domain improved in vivo FVIII levels in mice 20-30 fold compared to B domain deleted FVIII, whereas the addition of the 226 amino acid N-terminal portion of the B domain improved FVIII levels only 5 fold (H.Z. Miao et al., Blood (2004) 103(9):3412-19).
309のフェニルアラニン残基をセリン又はアラニンで置換したBドメイン置換の組み合わせが、標的化組込み後のFVIII発現の更なる改善をもたらすかどうかを評価するために、プラスミドpCB1025(配列番号334)及びpCB1026(配列番号335)を構築した。両方のプラスミドは、5つのN結合グリコシル化部位を含むBドメイン置換を有するコドンco4のコドン最適化FVIII DNA配列を含んでいた。プラスミドは、以下のエレメントを有していた:pUC19プラスミド骨格|gRNA mALbT1の標的部位|18bpスペーサー|スプライスアクセプター(SA)|TGジヌクレオチド|5部位Bドメイン置換を有するFVIII配列(co4)|ポリA(sPA)。プラスミドpCB1007は、pCB1025が309位にPheの代わりにAlaを有し、pCB1026が309位にPheの代わりにSerを有したことを除いて、pCB1025及びpCB1026と同一であった。この研究では、対照薬としてプラスミドpCB1007を用いた。 To evaluate whether the combination of B domain substitutions, replacing the phenylalanine residue at 309 with serine or alanine, would result in further improvement of FVIII expression after targeted integration, plasmids pCB1025 (SEQ ID NO: 334) and pCB1026 (SEQ ID NO: 335) were constructed. Both plasmids contained a codon-optimized FVIII DNA sequence at codon co4 with a B domain substitution containing five N-linked glycosylation sites. The plasmids had the following elements: pUC19 plasmid backbone | target site for gRNA mALBTI | 18 bp spacer | splice acceptor (SA) | TG dinucleotide | FVIII sequence with 5 B domain substitutions (co4) | polyA (sPA). Plasmid pCB1007 was identical to pCB1025 and pCB1026, except that pCB1025 had Ala instead of Phe at position 309, and pCB1026 had Ser instead of Phe at position 309. Plasmid pCB1007 was used as a control in this study.
実験プロトコルは、実施例1と同一であった。プラスミドpCB1007、pCB1025、及びpCB1026を、Qiagen EndoFree(登録商標)maxiprepキット(cat #12362)を使用して精製し、次いで、0.9%生理食塩水中で最終濃度15μg/mLに希釈した。血友病Aマウスのコホートに、HDIによりマウス当たり2mLの希釈プラスミドDNAを注射した。翌日、spCas9 mRNA(1mg/kg)とgRNA mAlbT1(1mg/kg)を封入したC12-200ベースLNPのRO注射をマウスに与えた。LNP投与の5日後(pCB1025、pCB1026)又はLNP投与の6日後(pCB1019)に、RO採血によって血液サンプルをクエン酸ナトリウム(クエン酸ナトリウム対血液の比1:9)に採取し、遠心分離によって血漿を収集した。血漿中のFVIII活性を、実施例1に記載の方法を用いて測定した。FVIII活性は、pCB1019、pCB1025、又はpCB1026を注射したマウスの3グループで同様であり、平均FVIII活性は、各々17.6%、27.2%、及び24.5%であった。 The experimental protocol was the same as in Example 1. Plasmids pCB1007, pCB1025, and pCB1026 were purified using the Qiagen EndoFree® maxiprep kit (cat #12362) and then diluted to a final concentration of 15 μg/mL in 0.9% saline. Cohorts of hemophilia A mice were injected with 2 mL of diluted plasmid DNA per mouse by HDI. The next day, mice were given an RO injection of C12-200-based LNPs encapsulating spCas9 mRNA (1 mg/kg) and gRNA mAlbT1 (1 mg/kg). Five days after LNP administration (pCB1025, pCB1026) or six days after LNP administration (pCB1019), blood samples were collected by RO blood sampling into sodium citrate (sodium citrate to blood ratio 1:9) and plasma was collected by centrifugation. FVIII activity in plasma was measured using the method described in Example 1. FVIII activity was similar in the three groups of mice injected with pCB1019, pCB1025, or pCB1026, with mean FVIII activity of 17.6%, 27.2%, and 24.5%, respectively.
同じ血友病Aマウスの血液中のFVIII活性もまた、LNP後9日目(pCB1019注射マウス)又はLNP後7日目(pCB1025及びpCB1026注射マウス)にアッセイした。次いで、マウスを屠殺し、全肝臓を調製し、上記の実施例1に記載されたように組込み頻度について分析した。標的化組込み頻度は、3グループ間で類似しており、平均頻度は、pCB1019注射マウスで0.42、pCB1025注射マウスで0.47、pCB1026注射マウスで0.36であった。 FVIII activity in the blood of the same hemophilia A mice was also assayed 9 days after LNP (pCB1019-injected mice) or 7 days after LNP (pCB1025- and pCB1026-injected mice). Mice were then sacrificed and whole livers were prepared and analyzed for integration frequency as described in Example 1 above. Targeted integration frequencies were similar among the three groups, with average frequencies of 0.42 in pCB1019-injected mice, 0.47 in pCB1025-injected mice, and 0.36 in pCB1026-injected mice.
各マウスの血液中のFVIIIレベルを組込み頻度に正規化することにより、FVIIIコード配列の固有発現効率の尺度が提供される。FVIIIレベルを標的化組込み頻度で除した比の平均は、pCB1019を注射したマウスでは37.4、pCB1025を注射したマウスでは41.5、pCB1026を注射したマウスでは49.9であった。pCB1025及びpCB1026を注射したマウスの標的化組込みに対して正規化したFVIII活性の差は、pCB1019を注射したマウスと比較して統計的に有意ではなく(両側スチューデントT検定)、アミノ酸F309をセリン又はアラニン(Bドメインの代わりに5つのN-グリカンモチーフを含むFVIII-BDDカセットの状況で)に変更してもFVIII発現は改善されないことが実証された。従って、VIIIタンパク質に加えられた全てのアミノ酸変化が、アルブミンイントロン1への標的化組込み後のVIIIの発現に影響を及ぼすわけではない。
Normalizing the FVIII levels in the blood of each mouse to the integration frequency provides a measure of the intrinsic expression efficiency of the FVIII coding sequence. The mean ratio of FVIII levels divided by the targeted integration frequency was 37.4 in mice injected with pCB1019, 41.5 in mice injected with pCB1025, and 49.9 in mice injected with pCB1026. The difference in FVIII activity normalized to targeted integration in mice injected with pCB1025 and pCB1026 compared to mice injected with pCB1019 was not statistically significant (two-tailed Student's T-test), demonstrating that changing amino acid F309 to serine or alanine (in the context of a FVIII-BDD cassette containing five N-glycan motifs in place of the B domain) does not improve FVIII expression. Therefore, not all amino acid changes made to the VIII protein affect expression of VIII after targeted integration into
実施例7:CRISPR/Casヌクレアーゼによる合成FVIIIのトランスフェリンイントロン1への標的化組込みは、ヒトFVIIIの治療レベルの発現をもたらす
DNA構築物
アルブミン遺伝子座の代替としてトランスフェリン遺伝子座への組込み及びトランスフェリン遺伝子座からの発現を調べるために、ヒトFVIIIドナーカセット(配列番号224)を、以下のように5’から3’の順で配列エレメントを用いて構築した:AAV2の逆方向末端反復(ITR)|gRNA mTF-T2の標的部位|18bpスペーサー|スプライスアクセプター|マウストランスフェリンのシグナルペプチドの最後の4アミノ酸をコードする配列(ggctgtgtctggct、配列番号225)|合成FVIIIコード配列|ポリアデニル化シグナル(spA)|gRNA mTF-T2の標的部位|AAV2の逆方向末端反復(ITR)。gRNA mTF-T2の標的部位の配列は、マウスゲノム中の標的配列の逆相補体であり、これは、順方向での組込みに有利に働く可能性が存在する。ポリアデニル化シグナルは、ポリアデニル化を効果的に誘導することが報告されている短い49bpの配列である(N.Levitt et al.,Genes Dev(1989)3:1019-25)。合成FVIIIコード配列は、Bドメインの代わりにアミノ酸配列
pCB1009 FVIIIドナーDNAのAAV8へのパッケージングは、3つのプラスミド;1つは、AAVパッケージングタンパク質をコードし、2つ目は、アデノウイルスヘルパータンパク質をコードし、3つ目は、AAV ITR配列が隣接するFVIIIドナーDNA配列を含む、でトランスフェクトされたHEK293細胞において確立されたウイルスパッケージング方法を用いて達成された。トランスフェクトされた細胞は、第1のプラスミド上にコードされるAAVカプシドタンパク質の組成によって特定される血清型のAAV粒子を生じた。これらのAAV粒子を細胞上清又は上清及び溶解細胞から回収し、CsCl勾配で精製した。デジタル液滴PCR(DD-PCR)によりドナーDNAのゲノムコピー数を測定することにより、精製ウイルス粒子を定量した。 Packaging of pCB1009 FVIII donor DNA into AAV8 was achieved using established virus packaging methods in HEK293 cells transfected with three plasmids; one encoding AAV packaging proteins, a second encoding adenoviral helper proteins, and a third containing FVIII donor DNA sequences flanked by AAV ITR sequences. Transfected cells produced AAV particles of a serotype specified by the composition of the AAV capsid proteins encoded on the first plasmid. These AAV particles were harvested from cell supernatants or from supernatants and lysed cells and purified on a CsCl gradient. Purified virus particles were quantified by measuring the genome copy number of donor DNA by digital droplet PCR (DD-PCR).
構築物のインビボ試験
5匹の血友病Aマウスのコホートに、2×1012vg/kg体重の用量でAAV8-pCB1009を尾静脈に静脈内(i.v.)注射した。AAV8ウイルスは、肝細胞を優先的に形質導入する。4週間後、同じマウスに、1つはspCas9 mRNAを封入し、1つはガイドRNA mTF-T2を封入した2つのLNPの1:1(RNAの質量による)混合物を、2mg/kg体重の総RNA用量で静脈内注射した。LNPは、主に肝細胞に取り込まれる。LNPを投与した10日後、血液サンプルを得、上記のようにアッセイした。FVIII活性は、正常ヒトFVIIIレベルの平均954%(±251%)であり(図6)、9.54IU/mL又は血友病ではないヒトの平均レベルの9.5倍に相当した。ナイーブな血友病Aマウスでは、FVIII活性が検出されなかった(正常の0.5%未満)。
In vivo testing of constructs Cohorts of five hemophilia A mice were injected intravenously (i.v.) into the tail vein with AAV8-pCB1009 at a dose of 2x1012 vg/kg body weight. The AAV8 virus preferentially transduces hepatocytes. Four weeks later, the same mice were injected intravenously with a 1:1 (by mass of RNA) mixture of two LNPs, one encapsulating spCas9 mRNA and one encapsulating the guide RNA mTF-T2, at a total RNA dose of 2 mg/kg body weight. The LNPs are primarily taken up by hepatocytes. Ten days after administration of the LNPs, blood samples were obtained and assayed as described above. FVIII activity averaged 954% (±251%) of normal human FVIII levels (Figure 6), corresponding to 9.54 IU/mL or 9.5-fold the average level in non-hemophilic humans. In naive hemophilia A mice, FVIII activity was undetectable (<0.5% of normal).
これらのデータは、トランスフェリンのイントロン1へのFVIIIコード配列の標的化組込みが、高レベルのFVIII発現及び活性をもたらし得ることを実証し、血友病Aのような欠陥FVIIIを有する状態を処置するためのこの方法の有用性を実証する。
These data demonstrate that targeted integration of FVIII coding sequences into
実施例8:更なる送達様式
別の実施例において、ドナー鋳型は、非ウイルスLNP送達システムを用いてインビボで送達される。DNA分子は、上記のものと同様のLNP粒子に封入され、静脈内注射によって肝臓に送達される。エンドソームから細胞質へのDNAの脱出は比較的効率よく起こるが、大きい荷電DNA分子の核内への移行は効率的ではない。ある場合に、AAV ITR配列をドナー鋳型に組込むことによってAAVゲノムを模倣することにより、核へのDNAの送達が改善される。この場合、ITR配列は、DNAを安定化させるか、又はさもなければ核移行を改善する。ドナー鋳型配列からCGジヌクレオチド(CpG配列)を除去することもまた、核送達を改善する。CGジヌクレオチドを含むDNAは、自然免疫システムによって認識され、排除される。人工DNA配列中に存在するCpG配列の除去は、非ウイルス及びウイルスベクターによって送達されるDNAの持続性を改善する。コドン最適化のプロセスは、多くの場合、最も頻繁なコドンが第3位にC残基を有するので、一般にCGジヌクレオチドの含有量を増加させ、これは、次のコドンがGで始まる場合にCGの生成の機会を増加させる。ドナー鋳型のLNP送達と、続いて1時間~5日後のgRNA及びCas9 mRNAを含むLNPの送達の組み合わせを、血友病Aマウスにおいて評価する。
Example 8: Further Delivery Modes In another embodiment, the donor template is delivered in vivo using a non-viral LNP delivery system. The DNA molecule is encapsulated in LNP particles similar to those described above and delivered to the liver by intravenous injection. Although the escape of DNA from endosomes to the cytoplasm occurs relatively efficiently, the transfer of large charged DNA molecules into the nucleus is not efficient. In some cases, mimicking the AAV genome by incorporating AAV ITR sequences into the donor template improves the delivery of DNA to the nucleus. In this case, the ITR sequences stabilize the DNA or otherwise improve nuclear transfer. Removing CG dinucleotides (CpG sequences) from the donor template sequence also improves nuclear delivery. DNA containing CG dinucleotides is recognized and eliminated by the innate immune system. Removal of CpG sequences present in artificial DNA sequences improves the persistence of DNA delivered by non-viral and viral vectors. The process of codon optimization generally increases the content of CG dinucleotides, as the most frequent codons often have a C residue at the third position, which increases the chance of generating CG if the next codon begins with a G. The combination of LNP delivery of a donor template, followed by delivery of LNPs containing gRNA and
gRNA及びCas9 mRNAのインビボ送達は、公知の方法によって達成され得る。1つの方法では、gRNA及びCas9タンパク質は、AAVウイルスベクターから発現される。この場合、gRNAの転写はU6プロモーターによって駆動され、Cas9 mRNAの転写は、ユビキタスプロモーター、例えばEF1-α、又はトランスサイレチンプロモーター/エンハンサーのような肝臓特異的プロモーター/エンハンサーのいずれかによって駆動される。spCas9コード配列(4.4Kb)のサイズは、単一のAAVにおけるspCas9及びgRNAカセットの包接を排除し、それによって、gRNA及びspCas9を送達するために別個のAAVを必要とする。第2の場合では、ウイルスゲノムの自己不活性化を促進する配列エレメントを有するAAVベクターが使用される。この場合、ベクターDNA中にgRNAの切断部位を含めることによって、インビボでのベクターDNAの切断が生じる。切断された場合にCas9の発現をブロックする位置に切断部位を含めることによって、Cas9発現は、より短時間に限定される。gRNA及びCas9をインビボで細胞に送達するための第3の代替アプローチでは、非ウイルス送達方法が用いられる。一例では、非ウイルス送達方法としてLNPが使用される。いくつかの異なるイオン化可能なカチオン性脂質が、LNPにおける使用のために利用可能である。これらには、とりわけ、C12-200、MC3、LN16、及びMD1が含まれる。LNPの1つのタイプにおいて、GalNac部分がLNPの外側に結合され、アシアロ糖タンパク質受容体を介して肝臓への取り込みのためのリガンドとして作用する。これらのカチオン性脂質のいずれも、gRNA及びCas9 mRNAの肝臓への送達のためのLNPを処方するために使用される。 In vivo delivery of gRNA and Cas9 mRNA can be achieved by known methods. In one method, gRNA and Cas9 protein are expressed from an AAV viral vector. In this case, transcription of gRNA is driven by the U6 promoter, and transcription of Cas9 mRNA is driven by either a ubiquitous promoter, e.g., EF1-α, or a liver-specific promoter/enhancer, such as the transthyretin promoter/enhancer. The size of the spCas9 coding sequence (4.4 Kb) precludes inclusion of spCas9 and gRNA cassettes in a single AAV, thereby requiring separate AAVs to deliver gRNA and spCas9. In the second case, an AAV vector is used that has sequence elements that promote self-inactivation of the viral genome. In this case, cleavage of the vector DNA in vivo occurs by including a cleavage site for the gRNA in the vector DNA. By including a cleavage site at a location that blocks expression of Cas9 when cleaved, Cas9 expression is limited to a shorter period of time. A third alternative approach for delivering gRNA and Cas9 to cells in vivo employs a non-viral delivery method. In one example, LNPs are used as a non-viral delivery method. Several different ionizable cationic lipids are available for use in LNPs. These include C12-200, MC3, LN16, and MD1, among others. In one type of LNP, a GalNac moiety is attached to the outside of the LNP and acts as a ligand for uptake into the liver via the asialoglycoprotein receptor. Any of these cationic lipids can be used to formulate LNPs for delivery of gRNA and Cas9 mRNA to the liver.
実施例9:マウスフィブリノーゲンαイントロン1における治療コード配列の標的化組込み
アルブミン又はトランスフェリン遺伝子座の代替として、フィブリノーゲンα遺伝子座への組込み及びフィブリノーゲンα遺伝子座からの発現を調べるために、以下のエレメントを有するカセットを有するAAV8ウイルス(AAV8-pCB1010、配列番号361)を構築した:gRNA mFGA-T6の標的部位、18bpスペーサー、FIXスプライスアクセプター、成熟ヒトFVIIIコード配列(内因性FGAエクソン1へのスプライシング後にFGAシグナルペプチドを完了するように改変されたN末端を有する)(ここでBドメインは、6つのN-グリカンモチーフ、ポリアデニル化配列、及びgRNA mFGA-T6の標的部位で置換されている)。
Example 9: Targeted integration of a therapeutic coding sequence in mouse
血友病AマウスにAAV8-pCB1010を注射し、28日後にT6 gRNA(マウスフィブリノーゲンαイントロン1を標的とする)とCas9 mRNAを封入したLNPを投与した。LNPの投与の10日後、血液サンプルを、クエン酸ナトリウム(クエン酸ナトリウム対血液の比1:9)を含むキャピラリーチューブ中に眼窩後方採血によって採取し、血漿を遠心分離によって収集した。次いで、血漿サンプルを、上記のようにFVIIIについてアッセイした。アッセイ結果は、正常なヒトFVIII活性(正常は、1IU/mLと規定)のパーセンテージとして報告した。FVIII活性は、正常ヒトFVIIIレベルの平均1124%(±527%)であり、11.24IU/mL又は血友病ではないヒトの平均レベルの11倍に相当した。ナイーブな血友病Aマウスでは、FVIII活性が検出されなかった(正常の0.5%未満)。AAV8-pCB1010ウイルスは、コード配列がシグナルペプチドを欠き、プロモーターも欠くVIIIカセットを含むので、このウイルスのみでは、分泌されたVIIIタンパク質を生じさせることができない。 Hemophilia A mice were injected with AAV8-pCB1010 and 28 days later received LNPs encapsulating T6 gRNA (targeting mouse fibrinogen alpha intron 1) and Cas9 mRNA. Ten days after administration of LNPs, blood samples were collected by retro-orbital bleed into capillary tubes containing sodium citrate (1:9 ratio of sodium citrate to blood) and plasma was collected by centrifugation. Plasma samples were then assayed for FVIII as described above. Assay results were reported as a percentage of normal human FVIII activity (normal defined as 1 IU/mL). FVIII activity averaged 1124% (±527%) of normal human FVIII levels, corresponding to 11.24 IU/mL or 11-fold the average level in non-hemophilic humans. In naive hemophilia A mice, FVIII activity was undetectable (<0.5% of normal). The AAV8-pCB1010 virus contains a VIII cassette whose coding sequence lacks a signal peptide and lacks a promoter, so the virus alone cannot produce a secreted VIII protein.
これらのデータは、コード配列の挿入のための部位としてのフィブリノーゲンの適合性を実証する。更に、それらは、Bドメイン置換FVIII配列が有用な量のFVIIIを発現するために使用され得ることを実証する。従って、このような構築物及び方法は、欠陥FVIIIに関連する障害を処置するために使用することができる。 These data demonstrate the suitability of fibrinogen as a site for the insertion of coding sequences. Furthermore, they demonstrate that B domain-substituted FVIII sequences can be used to express useful quantities of FVIII. Thus, such constructs and methods can be used to treat disorders associated with defective FVIII.
実施例10:培養物中の初代ヒト肝細胞のヒトアルブミンイントロン1で効率よく切断するガイドRNAの同定及び選択
ヒト肝細胞における本発明のシステムの操作を実証するために、ヒトと非ヒト霊長類間の完全な同一性を有すること、並びに初代ヒト肝細胞における切断効率の評価のためのHuH7及びHepG2細胞における切断効率についてのスクリーニングに基づいて、4つのgRNA(T4-配列番号357、T5-配列番号358、T11-配列番号359、及びT13-配列番号360)を調製した。初代ヒト肝細胞(BioIVTから入手)を解凍し、凍結保存肝細胞回収媒体(CHRM)(Gibco)に移し、低速でペレット化し、次いで、コラーゲンIV(Corning)で予めコーティングした24ウェルプレート中、0.7×106細胞/mLの密度で、InVitroGRO(商標)CP媒体(BioIVT)+Torpedo(商標)Antibiotic Mix(BioIVT)中にプレーティングした。プレートを5% CO2中37℃でインキュベートした。細胞が接着した後(プレーティングの3~4時間後)、プレートに接着しなかった死細胞を新鮮な温かい完全培地で洗い流し、更なる培地を添加し、細胞を5% CO2中37℃でインキュベートした。細胞をトランスフェクトするために、Cas9 mRNA(Trilink)及びガイドRNAを氷上で解凍し、次いで、ウェル当たり0.6μgのmRNA及び0.2μgのガイドRNAで30μLのOpti-Mem(商標)培地(Gibco)に添加した。Opti-Mem(商標)中に2:1の体積対全核酸重量で30μL希釈したMessengerMax(商標)(Thermo Fisher)を、Cas9 mRNA/gRNA Opti-Mem(商標)溶液と共に室温で20分間インキュベートした。この混合物を、24ウェルプレート中の培養肝細胞の1ウェル当たり500μLの肝細胞プレーティング培地に滴加し、細胞を5% CO2中37℃でインキュベートした。細胞を洗浄し、翌朝再給餌した。200μLの温0.25%トリプシン-EDTA(Gibco)を各ウェルに添加し、37℃で5~10分間インキュベートすることによって、トランスフェクションの48時間後にゲノムDNA抽出のために細胞を収集した。細胞を除去した後、200μLのFBS(Gibco)を添加してトリプシンを不活性化した。1mLのPBS(Gibco)を添加した後、細胞を1200rpmで3分間ペレット化し、次いで50μLのPBSに再懸濁した。ゲノムDNAを、MagMAX(商標)DNA Multi-Sample Ultra 2.0 Kit(Applied Biosytems)を使用して、キットの説明書に従って抽出した。ゲノムDNAの質及び濃度を、分光光度計を用いて分析した。TIDE分析のために、ゲノムDNAを、35サイクルのPCR及び55℃のアニーリング温度を使用して、予想されるオンターゲット切断部位に隣接するプライマー(AlbF:CCCTCCGTTTGTCCTAGCTTTTC、配列番号353、及びAlbR:CCAGATACAGAATATCTTCCTCAACGCAGA、配列番号354)及びPlatinum(登録商標)PCR SuperMix High Fidelity(Invitrogen(商標))を使用してPCR増幅した。PCR生成物をアガロースゲル電気泳動によって分析して、正しいサイズの生成物(1053bp)が産生されたことを確認し、次いで精製し、プライマー(順方向:CCTTTGGCACAATGAAGTGG、配列番号355;逆方向:GAATCTGAACCCTGATGACAAG、配列番号356)を使用して配列決定した。配列データを、Tsunamiと命名されたTIDESアルゴリズム(E.K.Brinkman et al.,Nuc Acids Res(2014)42(22):e168)の改変バージョンを使用して分析した。これは、gRNA/Cas9複合体の予測される切断部位に存在するインデルの頻度を決定する。
Example 10: Identification and selection of guide RNAs that efficiently cleave at
T4(配列番号357)、T5(配列番号358)、T11(配列番号359)、及びT13(配列番号360)ガイドの20ヌクレオチド標的配列又は19ヌクレオチド標的配列(5’末端で1bp短い)のいずれかを含むガイドRNAを試験した。19ヌクレオチドgRNAは、より配列特異的であり得るが、より短いガイドは、より低い効力(インデルとして測定される二本鎖切断における効率)を有し得る。ヒトAAVS1遺伝子座及びヒト補体因子を標的とする対照ガイドを、ドナー間の比較のために含めた。アルブミンイントロン1中の標的部位におけるインデル頻度を、TIDES方法を用いてトランスフェクションの48時間後に測定した。図7に、4つの異なるヒトドナー由来の初代肝細胞のトランスフェクションの結果をまとめる。
Guide RNAs containing either the 20 nucleotide target sequence or the 19 nucleotide target sequence (1 bp shorter at the 5' end) of the T4 (SEQ ID NO:357), T5 (SEQ ID NO:358), T11 (SEQ ID NO:359), and T13 (SEQ ID NO:360) guides were tested. The 19 nucleotide gRNAs may be more sequence specific, but the shorter guides may have lower potency (efficiency at double strand breaks measured as indels). Control guides targeting the human AAVS1 locus and human complement factors were included for comparison between donors. Indel frequency at the target site in
結果は、異なるガイドについて20%~80%の範囲の切断効率を実証する。各アルブミンgRNAの20ヌクレオチドバージョンは、19ヌクレオチド変異体よりも一貫して強力であった。20ヌクレオチドのgRNAの効力が優れていることは、19ヌクレオチドgRNAがオフターゲット切断が少ないという点で有益である可能性を相殺するかもしれない。ガイドRNA T4は、インデル頻度が約60%で、4つの細胞ドナーにわたって最も一貫した切断を示した。 Results demonstrate cleavage efficiencies ranging from 20% to 80% for the different guides. The 20-nucleotide versions of each albumin gRNA were consistently more potent than the 19-nucleotide variants. The superior potency of the 20-nucleotide gRNAs may offset the possibility that the 19-nucleotide gRNAs may be beneficial in terms of less off-target cleavage. Guide RNA T4 showed the most consistent cleavage across the four cell donors, with an indel frequency of approximately 60%.
実施例11:異なる数のN-グリカンからなるB-ドメイン置換を有するコドン最適化FVIIIコード配列(CpGを含まない)を封入したAAV8ウイルスと、それに続くトランスフェリン遺伝子座を標的とするgRNAを有する単一LNP用量からのFVIII発現の評価
この研究は、Bドメイン置換が0、1、3、5、又は6個のグリカンのいずれかを含むFVIIIをコードするAAV8ウイルスからのFVIII発現を評価した。FVIIIコード配列をコドン最適化し、次いでCpGを手動で除去した。この研究で使用した構築物を図9に示す。
Example 11: Evaluation of FVIII expression from AAV8 viruses encapsulating codon-optimized FVIII coding sequences (without CpGs) with B-domain substitutions consisting of different numbers of N-glycans followed by a single LNP dose with gRNA targeting the transferrin locus This study evaluated FVIII expression from AAV8 viruses encoding FVIII with B-domain substitutions containing either 0, 1, 3, 5, or 6 glycans. The FVIII coding sequence was codon-optimized and then the CpGs were manually removed. The constructs used in this study are shown in FIG. 9.
0日目に、血友病Aマウス(8~10週齢)に、尾静脈注射により各々のウイルスを投与した。28日目に、血友病Aマウスに、Cas9 mRNA(411μg/ml)及びガイドRNA mTF-T2(379μg/ml)を封入した脂質ナノ粒子(LNP)を眼窩後方注射した。試験グループ及び投与量を表7に示す。
On
LNPの投与の11日後、血液サンプルを得、上記のようにアッセイした。次いで、LNPの投与の18日後、血液サンプルを、末期心臓出血を介して得、上記のようにアッセイした。 Eleven days after administration of LNPs, blood samples were obtained and assayed as described above. Then, 18 days after administration of LNPs, blood samples were obtained via terminal cardiac bleed and assayed as described above.
11日目に測定されたFVIII活性レベルを図10に示す。18日目に測定されたFVIII活性レベルを図11に示す。FVIII活性レベルを表8及び9に提供する。 The FVIII activity levels measured on day 11 are shown in Figure 10. The FVIII activity levels measured on day 18 are shown in Figure 11. The FVIII activity levels are provided in Tables 8 and 9.
マウスを屠殺した後、全肝臓をホモジナイズし、全ゲノムDNAを肝臓溶解物の一部から抽出した。順方向におけるアルブミンイントロン1への標的化組込みの頻度を、実施例1に記載のDD-PCRアッセイを用いて定量した。結果を図12及び表10に示す。
After mice were sacrificed, whole livers were homogenized and total genomic DNA was extracted from a portion of the liver lysate. The frequency of targeted integration into
これらのデータは、0、1、3、5又は6個のいずれかのグリカンを含むFVIIIコード配列が高レベルのFVIII発現及び活性をもたらし得ることを実証し、血友病Aのような欠陥FVIIIを有する状態を処置するためのこの方法の有用性を実証する。 These data demonstrate that FVIII coding sequences containing either 0, 1, 3, 5 or 6 glycans can result in high levels of FVIII expression and activity, demonstrating the utility of this approach for treating conditions with defective FVIII, such as hemophilia A.
本開示は、いくつかの説明された実施形態に関して、ある長さで、ある特定性を伴って説明されてきたが、本開示は任意のそのような詳細又は実施形態又は任意の特定の実施形態に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲を参照して解釈されて、先行技術に鑑みて、そのような特許請求の範囲の可能な限り広い解釈を提供し、従って、本開示の意図された範囲を効果的に包含するべきである。 Although the present disclosure has been described at some length and with some specificity with respect to certain illustrated embodiments, the present disclosure should not be limited to any such details or embodiments or to any particular embodiment, but should be construed with reference to the appended claims to provide the broadest possible interpretation of such claims in view of the prior art, thus effectively encompassing the intended scope of the present disclosure.
配列表
本開示の他の箇所に開示される配列に加えて、以下の配列は、説明の目的のために提供される本開示の例示的な実施形態においてそれらが言及又は使用されているために提供される。
SEQUENCE LISTING In addition to the sequences disclosed elsewhere in this disclosure, the following sequences are provided because they are referred to or used in the exemplary embodiments of the present disclosure, which are provided for illustrative purposes.
Claims (28)
デオキシリボ核酸(DNA)エンドヌクレアーゼ又は前記DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸;
宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を含むガイドRNA(gRNA)又は前記gRNAをコードする核酸;及び
合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型、
を含み、
前記合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を含み、
前記Bドメイン置換が1~5個のN結合グリコシル化部位及び3~40個のアミノ酸長を含み、そして、
前記Bドメイン置換が、配列番号364、362~363、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、システム。 1. A system for modifying a host cell DNA sequence comprising:
A deoxyribonucleic acid (DNA) endonuclease or a nucleic acid encoding said DNA endonuclease;
a guide RNA (gRNA) or a nucleic acid encoding said gRNA, comprising a spacer sequence complementary to a host cell locus; and a donor template comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein.
Including,
the synthetic FVIII protein comprises a B domain substitution;
the B domain substitution comprises 1-5 N - linked glycosylation sites and is 3-40 amino acids in length; and
The B domain substitution comprises the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 364, 362-363 , 371 , and 373.
前記DNAエンドヌクレアーゼをコードする前記核酸がデオキシリボ核酸(DNA)又はリボ核酸(RNA)である、請求項1~5のいずれか1項に記載のシステム。 The system of any one of claims 1 to 5, wherein the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is codon-optimized for expression in the host cell, and/or the nucleic acid encoding the DNA endonuclease is deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA).
前記ドナー鋳型核酸配列が、FVIIIをコードする野生型核酸配列と比較して、CpGジヌクレオチドの減少した含有量を含む、又は、前記ドナー鋳型核酸配列がCpGジヌクレオチドを含まない、請求項1~7のいずれか1項に記載のシステム。 The system of any one of claims 1 to 7, wherein the donor template nucleic acid sequence is codon-optimized for expression in a host cell, and/or the donor template nucleic acid sequence comprises a reduced content of CpG dinucleotides or is free of CpG dinucleotides compared to a wild-type nucleic acid sequence encoding FVIII.
(ii)前記gRNA又は前記gRNAをコードする核酸、及び前記DNAエンドヌクレアーゼ又は前記DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸が、前記ドナー鋳型が前記細胞に提供された少なくとも14日後に前記細胞に提供される、請求項14に記載の方法。 15. The method of claim 14, wherein (i) the gRNA or nucleic acid encoding the gRNA, and the DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell more than 4 days after the donor template is provided to the cell, and/or (ii) the gRNA or nucleic acid encoding the gRNA, and the DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell at least 14 days after the donor template is provided to the cell.
前記gRNA又は前記gRNAをコードする核酸、及び前記DNAエンドヌクレアーゼ又は前記DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の1つ以上の更なる用量が、合成FVIIIタンパク質をコードする前記核酸配列の標的化組込みの標的レベルが達成されるか、又は合成FVIIIタンパク質をコードする前記核酸配列の標的発現レベルが達成されるまで、前記gRNA又は前記gRNAをコードする核酸、及び前記DNAエンドヌクレアーゼ又は前記DNAエンドヌクレアーゼをコードする核酸の前記第1の用量に続いて前記細胞に提供される、請求項15に記載の方法。 16. The method of claim 15, wherein one or more further doses of the gRNA or nucleic acid encoding the gRNA, and the DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell following the first dose of the gRNA or nucleic acid encoding the gRNA, and the DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease; or wherein one or more further doses of the gRNA or nucleic acid encoding the gRNA, and the DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease are provided to the cell following the first dose of the gRNA or nucleic acid encoding the gRNA, and the DNA endonuclease or nucleic acid encoding the DNA endonuclease until a target level of targeted integration of the nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein is achieved or a target expression level of the nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein is achieved.
前記Bドメイン置換タンパク質配列が、配列番号364、362~363、371、及び373のいずれかの配列を有する、細胞。 A cell, the genome of said cell comprising DNA encoding a synthetic FVIII protein, said synthetic FVIII protein comprising a B domain substitution, said B domain substitution comprising 1-5 N - linked glycosylation sites and 3-40 amino acids in length;
A cell, wherein the B domain replacement protein sequence has the sequence of any of SEQ ID NOs: 364, 362-363 , 371 , and 373.
宿主細胞遺伝子座に相補的なスペーサー配列を含むガイドRNA(gRNA)又は前記gRNAをコードする核酸、
合成FVIIIタンパク質をコードする核酸配列を含むドナー鋳型、及び
使用説明書を含むキットであって、
前記合成FVIIIタンパク質がBドメイン置換を含み、
前記Bドメイン置換が1~5個のN結合グリコシル化部位及び3~40個のアミノ酸長を含み、そして、
前記Bドメイン置換が、配列番号364、362~363、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、キット。 A deoxyribonucleic acid (DNA) endonuclease or a nucleic acid encoding said DNA endonuclease;
A guide RNA (gRNA) comprising a spacer sequence complementary to a host cell locus or a nucleic acid encoding said gRNA;
a donor template comprising a nucleic acid sequence encoding a synthetic FVIII protein; and
A kit including instructions for use,
the synthetic FVIII protein comprises a B domain substitution;
the B domain substitution comprises 1-5 N-linked glycosylation sites and is 3-40 amino acids in length; and
The B domain substitution comprises the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 364, 362-363, 371, and 373 .
前記Bドメイン置換が、配列番号364、362~363、371、及び373のいずれか1つのアミノ酸配列を含む、核酸。 A nucleic acid comprising a polynucleotide sequence encoding a synthetic FVIII protein, said synthetic FVIII protein comprising a B domain substitution, said B domain substitution comprising 1-5 N - linked glycosylation sites and 3-40 amino acids in length;
A nucleic acid wherein the B domain substitution comprises the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 364, 362-363 , 371 , and 373.
(ii)合成FVIIIタンパク質をコードする前記ポリヌクレオチド配列が、FVIIIをコードする野生型核酸配列と比較して、CpGジヌクレオチドの減少した含有量を含み、及び/又は
(iii)前記核酸がウイルスベクターである、請求項24に記載の核酸。 (i) the polynucleotide sequence encoding a synthetic FVIII protein is codon-optimized for expression in a host cell;
The nucleic acid of claim 24, wherein (ii) the polynucleotide sequence encoding the synthetic FVIII protein comprises a reduced content of CpG dinucleotides compared to a wild-type nucleic acid sequence encoding FVIII , and /or (iii) the nucleic acid is a viral vector.
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