JP7756391B2 - Modified photoreceptor chloride channel - Google Patents
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Description
本開示は、改変光受容クロライドチャネルに関する。 This disclosure relates to modified photoreceptor chloride channels.
視細胞は、網膜外層に存在する光受容細胞であり、受容した光を電気信号に変換して網膜神経細胞へと伝達する。視細胞が何らかに理由により変性または消失すると光情報伝達が阻害され、視力の低下や失明に至る。視細胞の光受容には光受容タンパク質が関与しており、光受容タンパク質の遺伝子導入により視機能の回復を図る研究が進められている。例えば、緑藻の一種であるグィラルディア・セータ(Guillardia theta)の光受容クロライドチャネルであるグィラルディア・セータ アニオンチャネルロドプシン-1(Guillardia theta anion channel rhodopsin 1,本明細書中GtACR1とも記載する)(非特許文献1)が注目されており、GtACR1のArg83およびAsn239をGluに置換した改変光受容クロライドチャネルも報告されている(非特許文献2)。このように、光遺伝学(オプトジェネティクス)による視機能回復のため、優れた光反応特性を有する改変光受容クロライドチャネルが望まれている。 Photoreceptor cells are photoreceptor cells located in the outer layer of the retina. They convert received light into electrical signals and transmit them to retinal neurons. When photoreceptor cells degenerate or disappear for some reason, phototransduction is inhibited, leading to decreased vision and blindness. Photoreceptor proteins are involved in photoreceptor cell photoreception, and research is underway to restore visual function by gene transfer of photoreceptor proteins. For example, Guillardia theta anion channel rhodopsin-1 (also referred to herein as GtACR1), a photoreceptor chloride channel from the green algae Guillardia theta (Non-Patent Document 1), has attracted attention, and a modified photoreceptor chloride channel in which Arg83 and Asn239 of GtACR1 are replaced with Glu has also been reported (Non-Patent Document 2). Thus, engineered photoreceptor chloride channels with excellent light response properties are desired for visual function restoration through optogenetics.
本開示は、光反応特性に優れる改変光受容クロライドチャネルを提供することを目的とする。本開示はまた、かかる改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、およびかかる改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞を提供することを目的とする。本開示はまた、網膜外層の障害を患う被検体を治療するための医薬組成物および方法を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a modified photoreceptor chloride channel with excellent light response properties. It also aims to provide a polynucleotide encoding such a modified photoreceptor chloride channel, an expression vector containing the polynucleotide, and a cell expressing such a modified photoreceptor chloride channel. It also aims to provide a pharmaceutical composition and method for treating a subject suffering from a disorder of the outer retina.
一態様において、本開示は、GtACR1のアミノ酸配列において少なくとも3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域がGtACR2の対応する領域で置換されたアミノ酸配列を含む改変光受容クロライドチャネルに関する。 In one aspect, the present disclosure relates to a modified photoreceptor chloride channel comprising an amino acid sequence in which at least the region from the third transmembrane domain to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 is substituted with the corresponding region of GtACR2.
一態様において、本開示は、前記改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドに関する。 In one aspect, the present disclosure relates to a polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel.
一態様において、本開示は、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクターに関する。 In one aspect, the present disclosure relates to an expression vector comprising the polynucleotide.
一態様において、本開示は、前記改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞に関する。 In one aspect, the present disclosure relates to a cell expressing the modified photoreceptor chloride channel.
一態様において、本開示は、網膜外層の障害を患う被検体を治療するための、前記改変光受容クロライドチャネル、前記ポリヌクレオチド、前記発現ベクター、または前記細胞を含む医薬組成物に関する。 In one aspect, the present disclosure relates to a pharmaceutical composition comprising the modified photoreceptor chloride channel, the polynucleotide, the expression vector, or the cell for treating a subject suffering from an outer retinal disorder.
一態様において、本開示は、網膜外層の障害を患う被検体を治療する方法であって、前記改変光受容クロライドチャネル、前記ポリヌクレオチド、前記発現ベクター、または前記細胞を前記被検体に投与することを含む方法に関する。 In one aspect, the present disclosure relates to a method for treating a subject suffering from an outer retinal disorder, the method comprising administering the modified photoreceptor chloride channel, the polynucleotide, the expression vector, or the cell to the subject.
本開示により、光反応特性に優れる改変光受容クロライドチャネル、かかる改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、およびかかる改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞が提供される。また、本開示により、前記改変光受容クロライドチャネル、ポリヌクレオチド、発現ベクター、または細胞を含む網膜外層の障害を患う被検体を治療するための医薬組成物、および前記改変光受容クロライドチャネル、ポリヌクレオチド、発現ベクター、または細胞を網膜外層の障害の患う被検体に投与することを含む網膜外層の障害の治療方法が提供される。 The present disclosure provides a modified photoreceptor chloride channel with excellent light response properties, a polynucleotide encoding such a modified photoreceptor chloride channel, an expression vector containing the polynucleotide, and a cell expressing such a modified photoreceptor chloride channel. The present disclosure also provides a pharmaceutical composition for treating a subject suffering from an outer retinal disorder, which comprises the modified photoreceptor chloride channel, polynucleotide, expression vector, or cell, and a method for treating an outer retinal disorder, which comprises administering the modified photoreceptor chloride channel, polynucleotide, expression vector, or cell to a subject suffering from an outer retinal disorder.
特に具体的な定めのない限り、本明細書で使用される用語は、有機化学、医学、薬学、分子生物学、微生物学等の分野における当業者に一般に理解されるとおりの意味を有する。以下にいくつかの本明細書で使用される用語についての定義を記載するが、これらの定義は、本明細書において、一般的な理解に優先する。 Unless otherwise specified, terms used herein have the meanings commonly understood by those skilled in the art of organic chemistry, medicine, pharmacology, molecular biology, microbiology, etc. Definitions of some terms used herein are provided below, but these definitions take precedence over common understandings.
本明細書において、アミノ酸残基は、通常のように、以下の略号で表される。
AlaまたはA:アラニン
ArgまたはR:アルギニン
AsnまたはN:アスパラギン
AspまたはD:アスパラギン酸
CysまたはC:システイン
GlnまたはQ:グルタミン
GluまたはE:グルタミン酸
GlyまたはG:グリシン
HisまたはH:ヒスチジン
IleまたはI:イソロイシン
LeuまたはL:ロイシン
LysまたはK:リジン
MetまたはM:メチオニン
PheまたはF:フェニルアラニン
ProまたはP:プロリン
SerまたはS:セリン
ThrまたはT:スレオニン
TrpまたはW:トリプトファン
TyrまたはY:チロシン
ValまたはV:バリン
本明細書において、あるアミノ酸配列におけるアミノ酸残基は、そのアミノ残基を表す略号と位置を表す数字とで(例えば、92番目のトリプトファン残基を「Trp92」として)示されることがある。
In the present specification, amino acid residues are represented by the following abbreviations as usual.
Ala or A: Alanine Arg or R: Arginine Asn or N: Asparagine Asp or D: Aspartic acid Cys or C: Cysteine Gln or Q: Glutamine Glu or E: Glutamic acid Gly or G: Glycine His or H: Histidine Ile or I: Isoleucine Leu or L: Leucine Lys or K: Lysine Met or M: Methionine Phe or F: Phenylalanine Pro or P: Proline Ser or S: Serine Thr or T: Threonine Trp or W: Tryptophan Tyr or Y: Tyrosine Val or V: Valine
In this specification, amino acid residues in a certain amino acid sequence may be indicated by an abbreviation representing the amino acid residue and a number representing its position (for example, the 92nd tryptophan residue is referred to as "Trp92").
本開示は、改変光受容クロライドチャネルに関する。光受容クロライドチャネルとは、光に反応して開閉するクロライドチャネルを意味する。本開示において、改変光受容クロライドチャネルとは、天然に存在する光受容クロライドチャネルとは異なるアミノ酸配列からなる光受容クロライドチャネルを意味する。本開示の改変光受容クロライドチャネルは、グィラルディア・セータ(Guillardia theta)の光受容クロライドチャネルであるグィラルディア・セータ アニオンチャネルロドプシン-1(Guillardia theta anion channel rhodopsin 1,本明細書中GtACR1とも記載する)およびグィラルディア・セータ アニオンチャネルロドプシン-2(Guillardia theta anion channel rhodopsin 2,本明細書中GtACR2とも記載する)それぞれのアミノ酸配列の一部を含む。GtACR1およびGtACR2の代表的アミノ酸配列を配列番号1および2にそれぞれ示す。 The present disclosure relates to modified photoreceptor chloride channels. A photoreceptor chloride channel refers to a chloride channel that opens and closes in response to light. In the present disclosure, a modified photoreceptor chloride channel refers to a photoreceptor chloride channel whose amino acid sequence differs from that of naturally occurring photoreceptor chloride channels. The modified photoreceptor chloride channels of the present disclosure contain portions of the amino acid sequences of Guillardia theta anion channel rhodopsin-1 (also referred to herein as GtACR1) and Guillardia theta anion channel rhodopsin-2 (also referred to herein as GtACR2), which are photoreceptor chloride channels from Guillardia theta. Representative amino acid sequences of GtACR1 and GtACR2 are shown in SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively.
GtACR1およびGtACR2は、7回膜貫通タンパク質であり、7つの膜貫通ドメインを有する。本明細書において、タンパク質のあるドメインについて「n番目」というとき、N末端側から数えてn番目のドメインを意味する。具体的には、「n番目の膜貫通ドメイン」とは、N末端側から数えてn番目の膜貫通ドメインを意味する。GtACR1およびGtACR2において、そのN末端から1番目の膜貫通ドメインまで、2番目の膜貫通ドメインと3番目の膜貫通ドメインの間、4番目の膜貫通ドメインと5番目の膜貫通ドメインの間、6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の領域は、細胞外ドメインであり、1番目の膜貫通ドメインと2番目の膜貫通ドメインの間、3番目の膜貫通ドメインと4番目の膜貫通ドメインの間、5番目の膜貫通ドメインと6番目の膜貫通ドメインの間、および7番目の膜貫通ドメインからC末端までの領域は、細胞内ドメインである。 GtACR1 and GtACR2 are seven-transmembrane proteins with seven transmembrane domains. As used herein, the term "nth" used in reference to a protein domain refers to the nth domain counting from the N-terminus. Specifically, the "nth transmembrane domain" refers to the nth transmembrane domain counting from the N-terminus. In GtACR1 and GtACR2, the regions from the N-terminus to the first transmembrane domain, between the second and third transmembrane domains, between the fourth and fifth transmembrane domains, and between the sixth and seventh transmembrane domains are the extracellular domains, while the regions between the first and second transmembrane domains, between the third and fourth transmembrane domains, between the fifth and sixth transmembrane domains, and from the seventh transmembrane domain to the C-terminus are the intracellular domains.
本開示の改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1のアミノ酸配列において少なくとも3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域がGtACR2の対応する領域で置換されたアミノ酸配列を含む。改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1のアミノ酸配列において3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域がGtACR2の対応する領域で置換されていることに加え、GtACR1のアミノ酸配列における他のドメインまたは領域が改変されていてもよい。例えば、改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1のアミノ酸配列において3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域に加え、2番目の膜貫通ドメインと3番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメイン、および/または、6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインが、GtACR2の対応する領域でさらに置換されたアミノ酸配列を含んでもよい。例えば、改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1のアミノ酸配列において3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域に加え、6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインが、GtACR2の対応する領域で置換されたアミノ酸配列を含みうる。 The modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure comprises an amino acid sequence in which at least the region from the third transmembrane domain to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 has been substituted with the corresponding region of GtACR2. In addition to the region from the third transmembrane domain to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 being substituted with the corresponding region of GtACR2, the modified photoreceptor chloride channel may also comprise modifications to other domains or regions in the amino acid sequence of GtACR1. For example, the modified photoreceptor chloride channel may comprise an amino acid sequence in which, in addition to the region from the third transmembrane domain to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1, the extracellular domain between the second and third transmembrane domains and/or the extracellular domain between the sixth and seventh transmembrane domains are further substituted with the corresponding region of GtACR2. For example, the modified photoreceptor chloride channel may comprise an amino acid sequence in which the region from the third transmembrane domain to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1, as well as the extracellular domain between the sixth and seventh transmembrane domains, is substituted with the corresponding region of GtACR2.
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1のアミノ酸配列において少なくとも2番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域がGtACR2の対応するドメインで置換されたアミノ酸配列を含む。改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1のアミノ酸配列において2番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域に加え、1番目の膜貫通ドメインと2番目の膜貫通ドメインの間の細胞内ドメイン、および/または、6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインが、GtACR2の対応するドメインでさらに置換されたアミノ酸配列を含んでもよい。例えば、改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1のアミノ酸配列において2番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域に加え、6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインが、GtACR2の対応するドメインでさらに置換されたアミノ酸配列を含みうる。 In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel comprises an amino acid sequence in which at least the region from the second transmembrane domain to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 has been substituted with the corresponding domain from GtACR2. The modified photoreceptor chloride channel may comprise an amino acid sequence in which, in addition to the region from the second transmembrane domain to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1, the intracellular domain between the first and second transmembrane domains and/or the extracellular domain between the sixth and seventh transmembrane domains has been further substituted with the corresponding domain from GtACR2. For example, the modified photoreceptor chloride channel may comprise an amino acid sequence in which, in addition to the region from the second to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1, the extracellular domain between the sixth and seventh transmembrane domains has been further substituted with the corresponding domain from GtACR2.
配列番号1および2における7つの膜貫通ドメイン(TM1~7)を以下に示す。配列番号1において、3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域はTrp92~Phe213であり、2番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域はGlu60~Phe213である。配列番号2において、3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域はTrp88~Ile209であり、2番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域はGlu56~Ile209である。
The seven transmembrane domains (TM1 to TM7) in SEQ ID NOs: 1 and 2 are shown below. In SEQ ID NO: 1, the region from the third to the sixth transmembrane domain is Trp92 to Phe213, and the region from the second to the sixth transmembrane domain is Glu60 to Phe213. In SEQ ID NO: 2, the region from the third to the sixth transmembrane domain is Trp88 to Ile209, and the region from the second to the sixth transmembrane domain is Glu56 to Ile209.
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1のアミノ酸配列において3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域、および、6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインが、GtACR2の対応する領域で置換されたアミノ酸配列を含む。かかる改変光受容クロライドチャネルの代表的アミノ酸配列を配列番号6に示す。以下において、GtACR2に由来する配列を太字で示す。
In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel comprises an amino acid sequence in which the region from the third transmembrane domain to the sixth transmembrane domain and the extracellular domain between the sixth transmembrane domain and the seventh transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 are substituted with the corresponding regions of GtACR2. A representative amino acid sequence of such a modified photoreceptor chloride channel is shown in SEQ ID NO: 6. In the following, the sequence derived from GtACR2 is shown in bold.
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1のアミノ酸配列において2番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域、および、6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインが、GtACR2の対応する領域で置換されたアミノ酸配列を含む。かかる改変光受容クロライドチャネルの代表的アミノ酸配列を配列番号7に示す。以下において、GtACR2に由来する配列を太字で示す。
In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel comprises an amino acid sequence in which the region from the second transmembrane domain to the sixth transmembrane domain and the extracellular domain between the sixth transmembrane domain and the seventh transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 are substituted with the corresponding regions of GtACR2. A representative amino acid sequence of such a modified photoreceptor chloride channel is shown in SEQ ID NO: 7. In the following, the sequence derived from GtACR2 is shown in bold.
改変光受容クロライドチャネルは、クラミドモナス・レインハルトチイ(Chlamydomonas reinhardtii)の光受容タンパク質であるクラミドモナス・レインハルトチイ チャネルロドプシン-1(Chlamydomonas reinhardtii channel rhodopsin 1)(本明細書中ChR1とも記載する)のN末端領域の全体または一部のアミノ酸配列をN末端に含んでもよい。ChR1のN末端領域は、細胞膜上、特に哺乳類細胞膜上での局在発現に関与することが知られている。本明細書において「ChR1のN末端領域」とは、ChR1のN末端から1番目の膜貫通ドメインまでの領域を意味する。ChR1のN末端領域は、改変光受容クロライドチャネルにおいて、GtACR1のアミノ酸配列のN末端に付加されてもよく、GtACR1のN末端から1番目の膜貫通ドメインまでの領域の全体または一部と置換されてもよい。一実施形態において、ChR1のN末端領域は、GtACR1のアミノ酸配列のN末端に付加されている。 The modified photoreceptor chloride channel may contain at its N-terminus the entire or partial amino acid sequence of the N-terminal region of Chlamydomonas reinhardtii channel rhodopsin 1 (also referred to herein as ChR1), a photoreceptor protein of Chlamydomonas reinhardtii. The N-terminal region of ChR1 is known to be involved in localized expression on cell membranes, particularly mammalian cell membranes. As used herein, the "N-terminal region of ChR1" refers to the region from the N-terminus of ChR1 to the first transmembrane domain. In the modified photoreceptor chloride channel, the N-terminal region of ChR1 may be added to the N-terminus of the amino acid sequence of GtACR1, or may replace all or part of the region from the N-terminus to the first transmembrane domain of GtACR1. In one embodiment, the N-terminal region of ChR1 is added to the N-terminus of the amino acid sequence of GtACR1.
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、下記(a-1)~(c-1)から選択されるいずれかのアミノ酸配列を含む、または前記アミノ酸配列からなる。
(a-1)配列番号6のアミノ酸配列、
(b-1)配列番号6のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列、および
(c-1)配列番号6のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列。
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、配列番号6のアミノ酸配列を含む、または前記アミノ酸配列からなる。
In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel comprises or consists of any one of the amino acid sequences selected from the following (a-1) to (c-1):
(a-1) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6;
(b-1) an amino acid sequence in which one or more amino acids have been modified in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, and (c-1) an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6.
In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel comprises or consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO:6.
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、下記(a-2)~(c-2)から選択されるいずれかのアミノ酸配列を含む、または前記アミノ酸配列からなる。
(a-2)配列番号7のアミノ酸配列、
(b-2)配列番号7のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列、および
(c-2)配列番号7のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列。
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、配列番号7のアミノ酸配列を含む、または前記アミノ酸配列からなる。
In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel comprises or consists of any one of the amino acid sequences selected from the following (a-2) to (c-2):
(a-2) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7;
(b-2) an amino acid sequence in which one or more amino acids have been modified in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7, and (c-2) an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7.
In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel comprises or consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO:7.
アミノ酸の改変には、欠失、置換、付加、および挿入が含まれる。アミノ酸配列が複数個のアミノ酸の改変を含む場合、各アミノ酸の改変は欠失、置換、付加、および挿入から独立に選択される。アミノ酸の改変は、1~30個、1~20個、1~10個、1~9個、1~8個、1~7個、1~6個、1~5個、1~4個、1~3個、1個または2個でありうる。 Amino acid modifications include deletions, substitutions, additions, and insertions. When an amino acid sequence contains multiple amino acid modifications, each amino acid modification is independently selected from deletions, substitutions, additions, and insertions. The number of amino acid modifications may be 1 to 30, 1 to 20, 1 to 10, 1 to 9, 1 to 8, 1 to 7, 1 to 6, 1 to 5, 1 to 4, 1 to 3, or 1 or 2.
本明細書において、アミノ酸配列または塩基配列についての「配列同一性」とは、比較対象の配列と、その配列の全領域にわたって最適な状態に(一致が最大となる状態に)アラインメントされた配列の、2つの配列間で一致するアミノ酸残基または塩基の割合を意味する。2つの配列の最適なアラインメントにおいて、付加または欠失(例えばギャップ等)が存在してもよい。配列同一性は、公共のデータベース(例えば、DDBJ(http://www.ddbj.nig.ac.jp))で提供されるFASTA、BLAST、CLUSTAL W等のプログラムを用いて算出することができる。あるいは、市販の配列解析ソフトウェア(例えば、Vector NTI(登録商標)ソフトウェア、GENETYX(登録商標)ver.12)を用いて求めることもできる。配列同一性は、少なくとも90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、または99%でありうる。 As used herein, "sequence identity" with respect to an amino acid sequence or a nucleotide sequence refers to the percentage of amino acid residues or nucleotides that match between the two sequences when the sequence being compared is optimally aligned (maximum identity) across the entire region of the sequence. Additions or deletions (e.g., gaps) may be present in the optimal alignment of the two sequences. Sequence identity can be calculated using programs such as FASTA, BLAST, and CLUSTAL W available from public databases (e.g., DDBJ (http://www.ddbj.nig.ac.jp)). Alternatively, it can be determined using commercially available sequence analysis software (e.g., Vector NTI® software, GENETYX® ver. 12). Sequence identity may be at least 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99%.
改変光受容クロライドチャネルのアミノ酸長は、例えば、260、270、280、または290アミノ酸以上、400、390、380、370、360、350、340、330、320、310、または300アミノ酸以下でありうる。 The amino acid length of the modified photoreceptor chloride channel can be, for example, 260, 270, 280, or 290 amino acids or more, or 400, 390, 380, 370, 360, 350, 340, 330, 320, 310, or 300 amino acids or less.
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、配列番号6または7のいずれかのアミノ酸配列からなるポリペプチドと同等の生物学的活性を有する。生物学的活性には、光誘発電流、波長感受域、τon、およびτoffが含まれる。改変光受容クロライドチャネルが参照ポリペプチドと「同等の生物学的活性を有する」という場合、少なくとも1つの生物学的活性が参照ポリペプチドと同等であることを意味する。生物学的活性は、実施例に記載のように測定することができる。一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、参照ポリペプチドの光誘発電流、τon、またはτoffの、70%、80%、または90%以上、130%、120%、または110%以下の光誘発電流、τon、またはτoffを有する。一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルは、400nm~560nmの波長感受域を有する。 In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel has biological activity equivalent to that of a polypeptide consisting of the amino acid sequence of either SEQ ID NO: 6 or 7. Biological activity includes light-induced current, wavelength sensitivity, τon, and τoff. When a modified photoreceptor chloride channel is said to have "equivalent biological activity" to a reference polypeptide, it means that at least one biological activity is equivalent to that of the reference polypeptide. Biological activity can be measured as described in the Examples. In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel has a light-induced current, τon, or τoff that is 70%, 80%, or 90% or more, and 130%, 120%, or 110% or less of the light-induced current, τon, or τoff of the reference polypeptide. In one embodiment, the modified photoreceptor chloride channel has a wavelength sensitivity range of 400 nm to 560 nm.
本開示の改変光受容クロライドチャネルは、遺伝子工学的手法により製造することができる。例えば、改変光受容クロライドチャネルは、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチド(以下、本開示のポリヌクレオチドともいう)を用いて、調製することができる。配列番号6および7のアミノ酸配列をコードする塩基配列の例をそれぞれ配列番号13および14に示す。
配列番号13:
ATGAGCAGCATCACCTGTGATCCCGCCATCTACGGCGAGTGGTCCCGCGAGAATCAGTTCTGCGTGGAAAAGAGCCTGATCACCCTGGACGGCATCAAATACGTGCAGCTGGTCATGGCCGTGGTGTCCGCTTGCCAGGTGTTCTTCATGGTCACACGGGCCCCTAAGGTGCCCTGGGAAGCTATCTACCTGCCTACCACCGAGATGATCACCTACAGCCTGGCCTTCACCGGCAACGGCTATATCAGAGTGGCCAACGGCAAGTACCTGCCTTGGAGCCGAATGGCCTCCTGGCTGTGCACCTGTCCAATCATGCTGGGACAGATTTCTAACATGGCTCTGGTGAAGTACAAAAGTATCCCACTGAACCCTATCGCTCAGGCCGCCAGCATCATCAGAGTCGTGATGGGCATCACCGCCACCATCTCTCCAGCCGAGTATATGAAGTGGCTGTTCTTCTTCTTCGGCGCCACCTGTCTGGTGTTCGAGTACAGCGTGGTGTTCACCATCTTCCAAGTGGGCCTGTACGGCTTCGAGAGCGTGGGAACACCTCTGGCTCAGAAAGTGGTCGTGCGGATCAAGATGCTGCGGCTGATCTTCTTTATCGCCTGGACCATGTTTCCCATCGTGTGGCTGATTAGCCCCACCGGCGTGTGTGTGATCCACGAGAATACCAGCAGCGTGCTGTACCTGCTGGGAGATGCCCTGTGCAAGAATACCTACGGCATCCTGCTGTGGGCCACCACATGGGGACTGCTGAATGGCAAGTGGGACAGAGACTACGTGAAGGGCAGAAACGTGGACGGCACCCTGATGCCTGAGTACGAGCAGGATCTGGAAAAGGGCAACACCGAGAGATACGAGGATGCCAGAGCTGGCGAAACG
配列番号14:
ATGAGCAGCATCACCTGTGATCCCGCCATCTACGGCGAGTGGTCCCGCGAGAATCAGTTCTGCGTGGAAAAGAGCCTGATCACCCTGGACGGCATCAAATACGTGCAGCTGGTCATGGCCGTGGTGTCCGCTTGCCAGGTGTTCTTCATGGTCACACGGGCCCCTAAGGTGCCCTGGGAGTCCGTGTACCTGCCCTTTGTCGAATCTATCACTTATGCACTGGCCAGTACTGGCAACGGAACCCTGCAGATGAGGGACGGCAGATTCTTTCCTTGGAGCCGAATGGCCTCCTGGCTGTGCACCTGTCCAATCATGCTGGGACAGATTTCTAACATGGCTCTGGTGAAGTACAAAAGTATCCCACTGAACCCTATCGCTCAGGCCGCCAGCATCATCAGAGTCGTGATGGGCATCACCGCCACCATCTCTCCAGCCGAGTATATGAAGTGGCTGTTCTTCTTCTTCGGCGCCACCTGTCTGGTGTTCGAGTACAGCGTGGTGTTCACCATCTTCCAAGTGGGCCTGTACGGCTTCGAGAGCGTGGGAACACCTCTGGCTCAGAAAGTGGTCGTGCGGATCAAGATGCTGCGGCTGATCTTCTTTATCGCCTGGACCATGTTTCCCATCGTGTGGCTGATTAGCCCCACCGGCGTGTGTGTGATCCACGAGAATACCAGCAGCGTGCTGTACCTGCTGGGAGATGCCCTGTGCAAGAATACCTACGGCATCCTGCTGTGGGCCACCACATGGGGACTGCTGAATGGCAAGTGGGACAGAGACTACGTGAAGGGCAGAAACGTGGACGGCACCCTGATGCCTGAGTACGAGCAGGATCTGGAAAAGGGCAACACCGAGAGATACGAGGATGCCAGAGCTGGCGAAACG
The modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure can be produced by genetic engineering techniques. For example, the modified photoreceptor chloride channel can be prepared using a polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel (hereinafter also referred to as the polynucleotide of the present disclosure). Examples of nucleotide sequences encoding the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 6 and 7 are shown in SEQ ID NOs: 13 and 14, respectively.
SEQ ID NO: 13:
SEQ ID NO: 14:
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、下記(d-1)~(f-1)から選択される:
(d-1)配列番号6のアミノ酸配列をコードする塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド、
(e-1)配列番号6のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列をコードする塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド、および
(f-1)配列番号6のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド。
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、配列番号6のアミノ酸配列をコードする塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる。
In one embodiment, the polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel is selected from the following (d-1) to (f-1):
(d-1) a polynucleotide comprising a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 or consisting of said base sequence;
(e-1) A polynucleotide comprising or consisting of a base sequence encoding an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 have been modified, and (f-1) a polynucleotide comprising or consisting of a base sequence encoding an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6.
In one embodiment, the polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel comprises or consists of a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO:6.
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、下記(d-2)~(f-2)から選択される:
(d-2)配列番号7のアミノ酸配列をコードする塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド、
(e-2)配列番号7のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列をコードする塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド、および
(f-2)配列番号7のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド。
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、配列番号7のアミノ酸配列をコードする塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる。
In one embodiment, the polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel is selected from the following (d-2) to (f-2):
(d-2) a polynucleotide comprising a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 or consisting of said base sequence;
(e-2) A polynucleotide comprising or consisting of a base sequence encoding an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 have been modified, and (f-2) a polynucleotide comprising or consisting of a base sequence encoding an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7.
In one embodiment, the polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel comprises or consists of a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO:7.
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、下記(g-1)~(i-1)から選択される:
(g-1)配列番号13の塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド、
(h-1)配列番号13の塩基配列を含む、または前記塩基配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド、および
(i-1)配列番号13の塩基配列と少なくとも90%の配列同一性を有する塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド。
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、配列番号13の塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる。
In one embodiment, the polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel is selected from the following (g-1) to (i-1):
(g-1) a polynucleotide comprising or consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 13;
(h-1) A polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to a complementary strand of a polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: 13 or consisting of said base sequence, and (i-1) a polynucleotide that comprises a base sequence having at least 90% sequence identity with the base sequence of SEQ ID NO: 13 or consisting of said base sequence.
In one embodiment, the polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel comprises or consists of the base sequence of SEQ ID NO:13.
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、下記(g-2)~(i-2)から選択される:
(g-2)配列番号14の塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド、
(h-2)配列番号14の塩基配列を含む、または前記塩基配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド、および
(i-2)配列番号14の塩基配列と少なくとも90%の配列同一性を有する塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる、ポリヌクレオチド。
一実施形態において、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、配列番号14の塩基配列を含む、または前記塩基配列からなる。
In one embodiment, the polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel is selected from the following (g-2) to (i-2):
(g-2) a polynucleotide comprising or consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 14;
(h-2) A polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to a complementary strand of a polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: 14 or consisting of said base sequence, and (i-2) a polynucleotide that comprises a base sequence having at least 90% sequence identity with the base sequence of SEQ ID NO: 14 or consisting of said base sequence.
In one embodiment, the polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel comprises or consists of the base sequence of SEQ ID NO:14.
本明細書において、ストリンジェントな条件でのハイブリダイゼーションとは、例えば、30~50℃、3~4×SSC(150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウム、pH7.2)、0.1~0.5%SDS中で1~24時間のハイブリダイゼーション、好ましくは40~45℃、3.4×SSC、0.3%SDS中で1~24時間のハイブリダイゼーション、そしてその後の洗浄を含む。洗浄条件としては、例えば、2×SSCと0.1%SDSとを含む溶液、および1×SSC溶液および/または0.2×SSC溶液による室温での連続した洗浄などの条件が挙げられる。上記条件の組み合わせは例示であり、当業者であればハイブリダイゼーションのストリンジェンシーを決定する上記の要素や他の要素(例えば、ハイブリダーゼーションプローブの濃度、長さおよびGC含量、ハイブリダイゼーションの反応時間など)を適宜組み合わせることにより、上記と同様のストリンジェンシーを実現することができる。 As used herein, "hybridization under stringent conditions" refers to, for example, hybridization for 1 to 24 hours at 30-50°C in 3-4x SSC (150 mM sodium chloride, 15 mM sodium citrate, pH 7.2) and 0.1-0.5% SDS, or preferably for 1 to 24 hours at 40-45°C in 3.4x SSC and 0.3% SDS, followed by washing. Examples of washing conditions include a solution containing 2x SSC and 0.1% SDS, followed by successive washes at room temperature with 1x SSC and/or 0.2x SSC. The above combinations of conditions are merely examples, and those skilled in the art will be able to achieve similar stringencies by appropriately combining the above and other factors that determine hybridization stringency (e.g., concentration, length, and GC content of the hybridization probe, hybridization reaction time, etc.).
改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドの塩基長は、例えば、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、または880塩基以上、1200、1100、1000、990、980、970、960、950、940、930、920、910、900、または890塩基以下でありうる。 The base length of a polynucleotide encoding a modified photoreceptor chloride channel can be, for example, 780, 790, 800, 810, 820, 830, 840, 850, 860, 870, or 880 bases or more, or 1200, 1100, 1000, 990, 980, 970, 960, 950, 940, 930, 920, 910, 900, or 890 bases or less.
本開示の改変光受容クロライドチャネルは、例えば、以下のように製造することができる。まず、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドを調製する。前記ポリヌクレオチドは、当業者に公知の手法によって調製することができる。例えば、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、GtACR1およびGtACR2をそれぞれコードするポリヌクレオチドの配列情報に基づいて化学合成することで調製することができる。あるいは、改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドは、GtACR1およびGtACR2をそれぞれコードするポリヌクレオチドの配列情報に基づき、各ポリヌクレオチドの所望領域を増幅するPCRプライマーを用いて当該領域を増幅し、例えばGibson Assemblyシステム(New England Biolabs社)等を用いて連結することによって調製することもできる。次に、プロモーターと機能的に連結された前記ポリヌクレオチドを、宿主内で複製維持が可能であり、コードされるポリペプチドを安定に発現させることができ、このポリヌクレオチドを安定に保持できる発現ベクターに組み込み、得られた組換え発現ベクターを用いて宿主を形質転換し、宿主において改変光受容クロライドチャネルを生産させることができる。組換え技術については、Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,1984 81:5662や、Molecular Cloning:A Laboratory Manual(1989)Second edition,Cold Spring Harbor Laboratory Pressなどを参照することができる。 The modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure can be produced, for example, as follows. First, a polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel is prepared. The polynucleotide can be prepared by methods known to those skilled in the art. For example, a polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel can be prepared by chemical synthesis based on the sequence information of polynucleotides encoding GtACR1 and GtACR2, respectively. Alternatively, a polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel can be prepared based on the sequence information of polynucleotides encoding GtACR1 and GtACR2, respectively, by amplifying desired regions of each polynucleotide using PCR primers that amplify the regions, and then ligating the resulting polynucleotides using, for example, the Gibson Assembly system (New England Biolabs). Next, the polynucleotide operably linked to a promoter is incorporated into an expression vector capable of maintaining replication in a host, stably expressing the encoded polypeptide, and stably maintaining this polynucleotide. The resulting recombinant expression vector is then used to transform a host, thereby producing a modified photoreceptor chloride channel in the host. For details on recombinant techniques, see Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 1984 81:5662 and Molecular Cloning: A Laboratory Manual (1989) Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, etc.
発現ベクターとしては、大腸菌(Escherichia coli)由来のプラスミド(例えばpET28、pGEX4T、pUC118、pUC119、pUC18、pUC19、および他のプラスミドDNA)、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のプラスミド(例えばpUB110、pTP5、および他のプラスミドDNA)、酵母由来のプラスミド(例えばYEp13、YEp24、YCp50、および他のプラスミドDNA)、λファージ(例えばλgt11およびλZAP)、哺乳動物用プラスミド(例えばpCMVおよびpSV40)、ウイルスベクター(例えばアデノウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクター、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクター、ワクシニアウイルスベクターなどの動物ウイルスベクター、バキュロウイルスベクターなどの昆虫ウイルスベクター)、植物用ベクター(例えばバイナリベクターpBI系)、コスミドベクターなどを用いることができる。 Expression vectors that can be used include Escherichia coli-derived plasmids (e.g., pET28, pGEX4T, pUC118, pUC119, pUC18, pUC19, and other plasmid DNAs), Bacillus subtilis-derived plasmids (e.g., pUB110, pTP5, and other plasmid DNAs), yeast-derived plasmids (e.g., YEp13, YEp24, YCp50, and other plasmid DNAs), λ phage (e.g., λgt11 and λZAP), mammalian plasmids (e.g., pCMV and pSV40), viral vectors (e.g., animal virus vectors such as adenovirus vectors, adeno-associated virus vectors, retrovirus vectors, lentivirus vectors, and vaccinia virus vectors, and insect virus vectors such as baculovirus vectors), plant vectors (e.g., binary vector pBI series), and cosmid vectors.
本明細書において、プロモーターと機能的に連結されたポリヌクレオチドとは、そのポリヌクレオチドの転写を開始することができるようにプロモーターと結合しているポリヌクレオチドをいう。プロモーターは特に制限されず、宿主に応じて適するプロモーターを選択すればよく、公知の構成的プロモーターや誘導性プロモーターを用いることができるが、構成的プロモーターを用いることが好ましい。プロモーターの例としては、CMVプロモーター、SV40プロモーター、CAGプロモーター、シナプシンプロモーター、ロドプシンプロモーター、CaMVプロモーター、解糖系酵素プロモーター、lacプロモーター、trpプロモーター、tacプロモーター、GAPDHプロモーター、GAL1プロモーター、PH05プロモーター、PGKプロモーター、thy1プロモーター、GRKプロモーター、RPEJプロモーターなどが挙げられる。改変光受容クロライドチャネルを特定の細胞で特異的に発現させることを目的として、プロモーターの上流にその細胞で特異的に発現しているポリペプチド遺伝子の転写調節領域(例えば視細胞で特異的に発現しているIRBP(Interphotoreceptor retinoid binding protein)の転写調節領域(Marjorie Nicoud et al.,The Journal of Gene Medicine,Volume 9,Issue12,1013-1107,December 2007))を結合してもよい。 As used herein, a polynucleotide operably linked to a promoter refers to a polynucleotide that is bound to a promoter in a manner that allows transcription of the polynucleotide to be initiated. The promoter is not particularly limited, and an appropriate promoter may be selected depending on the host. Known constitutive and inducible promoters can be used, but constitutive promoters are preferred. Examples of promoters include the CMV promoter, SV40 promoter, CAG promoter, synapsin promoter, rhodopsin promoter, CaMV promoter, glycolytic enzyme promoters, lac promoter, trp promoter, tac promoter, GAPDH promoter, GAL1 promoter, PH05 promoter, PGK promoter, thy1 promoter, GRK promoter, and RPEJ promoter. To specifically express the modified photoreceptor chloride channel in a particular cell, the transcriptional regulatory region of a polypeptide gene specifically expressed in that cell may be linked upstream of the promoter (for example, the transcriptional regulatory region of IRBP (Interphotoreceptor retinoid binding protein), which is specifically expressed in photoreceptor cells (Marjorie Nicoud et al., The Journal of Gene Medicine, Volume 9, Issue 12, 1013-1107, December 2007)).
改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチドの発現ベクターへの挿入は、例えば、前記ポリヌクレオチドにフランキングする制限酵素部位を作製または連結し、適当なベクターDNAの制限酵素部位またはマルチクローニングサイトに挿入することにより行うことができる。発現ベクターは、プロモーターおよび本開示のポリヌクレオチドに加え、必要に応じてエンハンサーまたは他のシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー(アンピシリン耐性マーカー、テトラサイクリン耐性マーカーなどの薬剤耐性遺伝子マーカー、LEU1、TRP1、URA3などの栄養要求性相補遺伝子マーカー、APH、DHFR、TKなどの優性選択マーカーなど)、リボソーム結合部位(RBS)などを含んでもよい。 A polynucleotide encoding a modified photoreceptor chloride channel can be inserted into an expression vector, for example, by creating or ligating restriction enzyme sites flanking the polynucleotide and inserting it into a restriction enzyme site or multicloning site of an appropriate vector DNA. In addition to a promoter and a polynucleotide of the present disclosure, the expression vector may optionally contain enhancers or other cis-elements, splicing signals, poly(A) addition signals, selection markers (drug resistance gene markers such as ampicillin resistance markers and tetracycline resistance markers, auxotrophy complementation gene markers such as LEU1, TRP1, and URA3, dominant selection markers such as APH, DHFR, and TK), ribosome binding sites (RBS), and the like.
宿主の形質転換は、プロトプラスト法、スフェロプラスト法、コンピテントセル法、ウイルス法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、マイクロインジェクション法、ジーンボンバートメント法、アグロバクテリウム法、エレクトロポレーションなどを用いて行うことができる。得られた形質転換体は、炭素源、窒素源、金属塩、ビタミンなどを含む培地を用いて適当な条件で培養する。形質転換体の培養は、例えば、好気的条件下、25~37℃で3~6時間行う。培養期間中、pHは中性付近に保持する。pHの調整は、無機または有機酸、アルカリ溶液などを用いて行う。培養中は、必要に応じて、組換え発現ベクターに挿入した選択マーカーに応じて、アンピシリンやテトラサイクリンなどの抗生物質を培地に添加してもよい。 Transformation of the host can be carried out using methods such as the protoplast method, spheroplast method, competent cell method, virus method, calcium phosphate method, lipofection method, microinjection method, gene bombardment method, Agrobacterium method, and electroporation. The resulting transformants are cultured under appropriate conditions using a medium containing a carbon source, a nitrogen source, metal salts, vitamins, and the like. Transformants are cultured, for example, under aerobic conditions at 25-37°C for 3-6 hours. The pH is maintained near neutral during the culture period. The pH is adjusted using inorganic or organic acids, alkaline solutions, and the like. During culture, antibiotics such as ampicillin or tetracycline may be added to the medium as needed, depending on the selection marker inserted into the recombinant expression vector.
形質転換に使用する宿主は、改変光受容クロライドチャネルを発現できるものであれば特に制限されず、例えば、細菌(大腸菌や枯草菌)、酵母(Saccharomyces cerevisiaeなど)、動物細胞(COS細胞、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞、3T3細胞、BHK細胞、HEK293細胞など)、昆虫細胞などを用いることができる。 The host used for transformation is not particularly limited as long as it is capable of expressing the modified photoreceptor chloride channel. For example, bacteria (Escherichia coli or Bacillus subtilis), yeast (Saccharomyces cerevisiae, etc.), animal cells (COS cells, Chinese hamster ovary (CHO) cells, 3T3 cells, BHK cells, HEK293 cells, etc.), insect cells, etc. can be used.
改変光受容クロライドチャネルは、形質転換体の培養により得られた培養物(培養上清、培養細胞、培養菌体、細胞や菌体のホモジェネートなど)から一般的な方法によって分取や精製を行い、限外濾過濃縮、凍結乾燥、噴霧乾燥、結晶化などの方法を適宜用いることによって、その活性を保持する形態で得ることができる。あるいは、改変光受容クロライドチャネルは、単離や精製を行うことなく、改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞の形態で提供されてもよい。この場合、形質転換に使用する宿主細胞は、その後の用途に適した宿主細胞、例えば網膜を構成する細胞、具体的には神経細胞(視細胞、双極細胞、神経節細胞など)または網膜色素上皮細胞でありうるが、その他の細胞であってもよい。一実施形態において、宿主細胞は、ヒトの網膜を構成する細胞である。 The modified photoreceptor chloride channel can be obtained in a form that retains its activity by separating and purifying the culture (culture supernatant, cultured cells, cultured bacterial cells, cell or bacterial homogenate, etc.) obtained by culturing the transformant using standard methods, followed by appropriate use of methods such as ultrafiltration concentration, freeze-drying, spray-drying, and crystallization. Alternatively, the modified photoreceptor chloride channel may be provided in the form of cells that express the modified photoreceptor chloride channel without isolation or purification. In this case, the host cells used for transformation may be host cells suitable for the subsequent use, such as cells that constitute the retina, specifically neurons (photoreceptors, bipolar cells, ganglion cells, etc.) or retinal pigment epithelial cells, but may also be other cells. In one embodiment, the host cells are cells that constitute the human retina.
本開示は、上記のとおり、本開示の改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、本開示の改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞を提供する。 As described above, the present disclosure provides a polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure, an expression vector containing the polynucleotide, and a cell expressing the modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure.
本開示の改変光受容クロライドチャネルは、GtACR1よりも波長感受域が狭く、GtACR2と比較すると波長感受域は同等であるがτonおよびτoffが短いという、優れた光反応特性を有する。波長感受域が狭いことは、神経細胞の興奮と抑制を制御するための波長の選択を容易にする点において有効であり、τonおよびτoffのいずれもが短いことは、神経細胞を高い時間分解能で制御することを可能にする点において有効である。よって、本開示の改変光受容クロライドチャネル、これをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、および本開示の改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞は、視細胞の変性または消失による視機能不全または視機能障害の発症の抑制、および発症した視機能不全または視機能障害の改善などに寄与することができ、網膜外層の障害を患う被検体の治療に有用である。また、本開示の改変光受容クロライドチャネル、これをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、および本開示の改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞は、脳や中枢・末梢神経系の障害、脊髄損傷、自己免疫疾患など、光反応が関係する各種の障害に対しても有用である。 The modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure has excellent photoresponsive properties, with a narrower wavelength sensitivity range than GtACR1 and a comparable wavelength sensitivity range compared to GtACR2, but shorter τon and τoff. The narrow wavelength sensitivity range is effective in facilitating the selection of wavelengths for controlling neuronal excitation and inhibition, while the short τon and τoff are effective in enabling neuronal control with high temporal resolution. Therefore, the modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure, polynucleotides encoding the same, expression vectors containing the polynucleotides, and cells expressing the modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure can contribute to the suppression of visual dysfunction or impairment due to photoreceptor degeneration or loss, and the improvement of existing visual dysfunction or impairment, and are useful for treating subjects suffering from damage to the outer retina. Furthermore, the modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure, the polynucleotide encoding it, the expression vector containing the polynucleotide, and cells expressing the modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure are also useful for treating various disorders associated with light responses, such as disorders of the brain and central and peripheral nervous systems, spinal cord injuries, and autoimmune diseases.
本明細書において、「網膜外層の障害」とは、網膜外層に存在する視細胞の変性または消失により視機能不全または視機能障害を生じている疾患または状態をいう。網膜外層の障害を患う被検体において、視細胞以外の網膜の細胞は正常であるかその機能の一部を保持していてよい。網膜外層の障害としては、網膜色素変性症、加齢黄斑変性症、および網膜はく離が挙げられる。被検体としては、例えば、ヒトまたは他の哺乳動物(例えば、マウス、ラット、サル、ウサギ、イヌ、ネコ、ウシ、ウマ)が挙げられる。網膜外層の障害を患う被検体には、網膜外層の障害に起因して失明している被検体や、失明のリスクを有する被検体が含まれる。網膜外層の障害を患う被検体の「治療」とは、前記被検体の視機能を回復することを意味する。 As used herein, "outer retinal damage" refers to a disease or condition in which visual dysfunction or impairment occurs due to the degeneration or loss of photoreceptors in the outer retina. In a subject suffering from an outer retinal damage, retinal cells other than photoreceptors may be normal or may retain some of their function. Outer retinal damage includes retinitis pigmentosa, age-related macular degeneration, and retinal detachment. Subjects include, for example, humans and other mammals (e.g., mice, rats, monkeys, rabbits, dogs, cats, cows, and horses). Subjects suffering from outer retinal damage include subjects who have lost their vision due to an outer retinal damage or who are at risk of losing their vision. "Treatment" of a subject suffering from an outer retinal damage means restoring the visual function of the subject.
医薬用途に用いる発現ベクターとしては、アデノ随伴ウイルスベクター、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクターなどのウイルスベクター、(自立複製可能な)プラスミド、トランスポゾンなどが挙げられる。改変光受容クロライドチャネルの発現ベクター作製用プラスミドは、例えばTomita H et al.,Invest Ophthalmol Vis Sci.2007 Aug;48(8):3821-6や、Sugano E et al.,Invest Ophthalmol Vis Sci.2005 Sep;46(9):3341-8に記載される方法に従って調製することができる。 Expression vectors used for pharmaceutical purposes include viral vectors such as adeno-associated viral vectors, retroviral vectors, and lentiviral vectors, as well as (autonomously replicating) plasmids and transposons. Plasmids for constructing expression vectors for modified photoreceptor chloride channels can be prepared, for example, according to the methods described in Tomita H et al., Invest Ophthalmol Vis Sci. 2007 Aug; 48(8): 3821-6 and Sugano E et al., Invest Ophthalmol Vis Sci. 2005 Sep; 46(9): 3341-8.
本開示の改変光受容クロライドチャネル、これをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、または本開示の改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞が有効成分として被検体に投与される。その有効量は、所与の症状や用法について治療効果を与え得る量であり、動物を用いた試験、臨床試験の実施により当業者によって適宜決定されるが、投与対象とする被検体の年齢、体重、性別、疾患の状態や重篤度、投与方法などが考慮される。例えばウイルスベクターの場合、ウイルス量は、1012~1013capsids/ml(例えば、約1013capsids/ml)でありうる。 The modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure, a polynucleotide encoding the channel, an expression vector containing the polynucleotide, or cells expressing the modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure are administered as an active ingredient to a subject. The effective amount is an amount that can provide a therapeutic effect for a given symptom and method of use, and is appropriately determined by those skilled in the art through animal tests and clinical trials, taking into consideration the age, weight, sex, state and severity of the disease of the subject to be administered, and the method of administration. For example, in the case of a viral vector, the viral load can be 10 12 to 10 13 capsids/ml (e.g., approximately 10 13 capsids/ml).
医薬としての製剤化に際し、有効成分は、1以上の薬学的に許容される担体と共に製剤化されてよい。薬学的に許容される担体としては、各種緩衝液、例えば生理食塩水、リン酸塩、酢酸塩などの緩衝液が挙げられる。前記有効成分を含む医薬組成物は、例えば局所投与用の注射剤、点眼剤、洗眼剤などに製剤化することができる。注射用製剤は、保存剤を添加して、例えばアンプルや複数回投与容器中の単位投与剤形として提供することができる。医薬組成物は、好適なビヒクル、例えば発熱物質不含の滅菌水などで使用前に再構成される凍結乾燥剤としてもよい。医薬組成物は、好ましくは被検体の患部に投与される。例えば、医薬組成物は、網膜への直接的な注射、または硝子体への直接的な接触によって投与されうる。 When formulated as a pharmaceutical, the active ingredient may be formulated with one or more pharmaceutically acceptable carriers. Pharmaceutically acceptable carriers include various buffers, such as saline, phosphate, and acetate buffers. Pharmaceutical compositions containing the active ingredient can be formulated, for example, as injections for topical administration, eye drops, or eyewashes. Injectable preparations can be provided in unit dosage forms, such as ampoules or multi-dose containers, with the addition of a preservative. Pharmaceutical compositions may also be lyophilized and reconstituted before use with a suitable vehicle, such as pyrogen-free sterile water. The pharmaceutical composition is preferably administered to the affected area of the subject. For example, the pharmaceutical composition can be administered by direct injection into the retina or by direct contact with the vitreous.
本開示の改変光受容クロライドチャネル、これをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、または本開示の改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞は、その他の治療成分、例えば、網膜色素変性症、加齢性黄斑変性症、網膜はく離などの治療薬として公知の薬剤と併用されてもよい。 The modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure, a polynucleotide encoding the same, an expression vector containing the polynucleotide, or a cell expressing the modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure may be used in combination with other therapeutic components, such as drugs known to treat retinitis pigmentosa, age-related macular degeneration, retinal detachment, etc.
一態様において、本開示は、網膜外層の障害を患う被検体を治療するための医薬の製造における、本開示の改変光受容クロライドチャネル、これをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、または本開示の改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞の使用を提供する。
一態様において、本開示は、網膜外層の障害を患う被検体を治療する方法であって、本開示の改変光受容クロライドチャネル、これをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、または本開示の改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞を前記被検体に投与することを含む方法を提供する。
一態様において、本開示は、網膜外層の障害を患う被検体を治療するため、本開示の改変光受容クロライドチャネル、これをコードするポリヌクレオチド、前記ポリヌクレオチドを含む発現ベクター、または本開示の改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞の使用を提供する。
In one aspect, the present disclosure provides use of a modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure, a polynucleotide encoding the same, an expression vector comprising the polynucleotide, or a cell expressing a modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure in the manufacture of a medicament for treating a subject suffering from a disorder of the outer retina.
In one aspect, the present disclosure provides a method of treating a subject suffering from a disorder of the outer retina, the method comprising administering to the subject a modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure, a polynucleotide encoding the same, an expression vector comprising the polynucleotide, or a cell expressing a modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure.
In one aspect, the present disclosure provides a use of a modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure, a polynucleotide encoding the same, an expression vector comprising the polynucleotide, or a cell expressing a modified photoreceptor chloride channel of the present disclosure, for treating a subject suffering from a disorder of the outer retina.
本開示の例示的な実施形態を以下に記載する。
[1]
グィラルディア・セータ アニオンチャネルロドプシン-1(GtACR1)のアミノ酸配列において少なくとも3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域がグィラルディア・セータ アニオンチャネルロドプシン-2(GtACR2)の対応する領域で置換されたアミノ酸配列を含む、改変光受容クロライドチャネル。
[2]
GtACR1のアミノ酸配列において2番目の膜貫通ドメインと3番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインおよび/または6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインがGtACR2の対応するドメインでさらに置換されたアミノ酸配列を含む、前記1に記載の改変光受容クロライドチャネル。
[3]
GtACR1のアミノ酸配列において3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域および6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインがGtACR2の対応する領域で置換されたアミノ酸配列を含む、前記1または2に記載の改変光受容クロライドチャネル。
[4]
GtACR1のアミノ酸配列において少なくとも2番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域がGtACR2の対応するドメインで置換されたアミノ酸配列を含む、前記1に記載の改変光受容クロライドチャネル。
[5]
GtACR1のアミノ酸配列において1番目の膜貫通ドメインと2番目の膜貫通ドメインの間の細胞内ドメインおよび/または6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインがGtACR2の対応するドメインでさらに置換されたアミノ酸配列を含む、前記4に記載の改変光受容クロライドチャネル。
[6]
GtACR1のアミノ酸配列において2番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインまでの領域および6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインがGtACR2の対応する領域で置換されたアミノ酸配列を含む、前記5に記載の改変光受容クロライドチャネル。
[7]
GtACR1が配列番号1のアミノ酸配列からなる、前記1~6のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネル。
[8]
GtACR2が配列番号2のアミノ酸配列からなる、前記1~7のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネル。
[9]
下記(a-1)~(c-1)から選択されるいずれかのアミノ酸配列を含む、前記1~8のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネル:
(a-1)配列番号6のアミノ酸配列、
(b-1)配列番号6のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列、および
(c-1)配列番号6のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列。
[10]
下記(a-2)~(c-2)から選択されるいずれかのアミノ酸配列を含む、前記1~8のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネル:
(a-2)配列番号7のアミノ酸配列、
(b-2)配列番号7のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列、および
(c-2)配列番号7のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列。
Exemplary embodiments of the present disclosure are described below.
[1]
A modified photoreceptor chloride channel comprising an amino acid sequence in which at least the region from the third transmembrane domain to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of Guillardia theta anion channelrhodopsin-1 (GtACR1) is substituted with the corresponding region of Guillardia theta anion channelrhodopsin-2 (GtACR2).
[2]
2. The modified photoreceptor chloride channel according to 1, comprising an amino acid sequence in which the extracellular domain between the second transmembrane domain and the third transmembrane domain and/or the extracellular domain between the sixth transmembrane domain and the seventh transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 is further substituted with the corresponding domain of GtACR2.
[3]
3. The modified photoreceptor chloride channel according to 1 or 2, comprising an amino acid sequence in which the region from the third transmembrane domain to the sixth transmembrane domain and the extracellular domain between the sixth transmembrane domain and the seventh transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 are substituted with the corresponding regions of GtACR2.
[4]
2. The modified photoreceptor chloride channel according to 1, comprising an amino acid sequence in which at least the region from the second transmembrane domain to the sixth transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 is substituted with the corresponding domain of GtACR2.
[5]
5. The modified photoreceptor chloride channel according to 4, comprising an amino acid sequence in which the intracellular domain between the first transmembrane domain and the second transmembrane domain and/or the extracellular domain between the sixth transmembrane domain and the seventh transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 is further substituted with the corresponding domain of GtACR2.
[6]
6. The modified photoreceptor chloride channel according to 5, comprising an amino acid sequence in which the region from the second transmembrane domain to the sixth transmembrane domain and the extracellular domain between the sixth transmembrane domain and the seventh transmembrane domain in the amino acid sequence of GtACR1 are substituted with the corresponding regions of GtACR2.
[7]
7. The modified photoreceptor chloride channel according to any one of 1 to 6 above, wherein GtACR1 consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
[8]
8. The modified photoreceptor chloride channel according to any one of 1 to 7, wherein GtACR2 consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
[9]
9. The modified photoreceptor chloride channel according to any one of 1 to 8, comprising any one of amino acid sequences selected from the following (a-1) to (c-1):
(a-1) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6;
(b-1) an amino acid sequence in which one or more amino acids have been modified in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, and (c-1) an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6.
[10]
9. The modified photoreceptor chloride channel according to any one of 1 to 8, comprising any one of the following amino acid sequences (a-2) to (c-2):
(a-2) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7;
(b-2) an amino acid sequence in which one or more amino acids have been modified in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7, and (c-2) an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7.
[11]
前記1~10のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネルをコードするポリヌクレオチド。
[12]
下記(d-1)~(f-1)から選択されるいずれかのポリヌクレオチドである、前記11に記載のポリヌクレオチド:
(d-1)配列番号6のアミノ酸配列をコードする塩基配列を含むポリヌクレオチド、
(e-1)配列番号6のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列をコードする塩基配列を含むポリヌクレオチド、および
(f-1)配列番号6のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列を含むポリヌクレオチド。
[13]
下記(d-2)~(f-2)から選択されるいずれかのポリヌクレオチドである、前記11に記載のポリヌクレオチド:
(d-2)配列番号7のアミノ酸配列をコードする塩基配列を含むポリヌクレオチド、
(e-2)配列番号7のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列をコードする塩基配列を含むポリヌクレオチド、および
(f-2)配列番号7のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列を含むポリヌクレオチド。
[14]
下記(g-1)~(i-1)から選択されるいずれかのポリヌクレオチドである、前記11に記載のポリヌクレオチド:
(g-1)配列番号13の塩基配列を含むポリヌクレオチド、
(h-1)配列番号13の塩基配列を含むポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド、および
(i-1)配列番号13の塩基配列と少なくとも90%の配列同一性を有する塩基配列を含むポリヌクレオチド。
[15]
下記(g-2)~(i-2)から選択されるいずれかのポリヌクレオチドである、前記11に記載のポリヌクレオチド:
(g-2)配列番号14の塩基配列を含むポリヌクレオチド、
(h-2)配列番号14の塩基配列を含むポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド、および
(i-2)配列番号14の塩基配列と少なくとも90%の配列同一性を有する塩基配列を含むポリヌクレオチド。
[11]
11. A polynucleotide encoding the modified photoreceptor chloride channel according to any one of 1 to 10.
[12]
12. The polynucleotide according to 11 above, which is any one of polynucleotides selected from the following (d-1) to (f-1):
(d-1) a polynucleotide comprising a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6;
(e-1) A polynucleotide comprising a nucleotide sequence encoding an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 have been modified, and (f-1) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6.
[13]
12. The polynucleotide according to 11 above, which is any one of polynucleotides selected from the following (d-2) to (f-2):
(d-2) a polynucleotide comprising a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7;
(e-2) A polynucleotide comprising a base sequence encoding an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 have been modified, and (f-2) a polynucleotide comprising a base sequence encoding an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7.
[14]
12. The polynucleotide according to 11 above, which is any one of polynucleotides selected from the following (g-1) to (i-1):
(g-1) a polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: 13;
(h-1) A polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to the complementary strand of a polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: 13, and (i-1) a polynucleotide comprising a base sequence having at least 90% sequence identity with the base sequence of SEQ ID NO: 13.
[15]
12. The polynucleotide according to 11 above, which is any one of polynucleotides selected from the following (g-2) to (i-2):
(g-2) a polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: 14;
(h-2) A polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to the complementary strand of a polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: 14, and (i-2) a polynucleotide comprising a base sequence having at least 90% sequence identity with the base sequence of SEQ ID NO: 14.
[16]
前記11~15のいずれかに記載のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。
[16]
16. An expression vector comprising the polynucleotide according to any one of 11 to 15.
[17]
前記1~10のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネルを発現する細胞。
[18]
細胞が、網膜を構成する細胞である、前記17に記載の細胞。
[17]
11. A cell expressing the modified photoreceptor chloride channel according to any one of 1 to 10.
[18]
18. The cell according to 17 above, wherein the cell is a cell that constitutes the retina.
[19]
網膜外層の障害を患う被検体を治療するための、前記1~10のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネル、前記11~15のいずれかに記載のポリヌクレオチド、前記16に記載の発現ベクター、または前記17または18に記載の細胞を含む医薬組成物。
[20]
前記1~10のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネルを含む、前記19に記載の医薬組成物。
[21]
前記17または18に記載の細胞を含む、前記19に記載の医薬組成物。
[22]
網膜外層の障害が、網膜色素変性症、加齢黄斑変性症、または網膜はく離である、前記19~21のいずれかに記載の医薬組成物。
[19]
19. A pharmaceutical composition for treating a subject suffering from an outer retinal disorder, comprising the modified photoreceptor chloride channel described in any one of 1 to 10, the polynucleotide described in any one of 11 to 15, the expression vector described in 16, or the cell described in 17 or 18.
[20]
20. The pharmaceutical composition according to 19, comprising the modified photoreceptor chloride channel according to any one of 1 to 10.
[21]
19. The pharmaceutical composition according to 17 or 18, comprising the cells according to 17 or 18.
[22]
22. The pharmaceutical composition according to any one of 19 to 21 above, wherein the disorder of the outer retina is retinitis pigmentosa, age-related macular degeneration, or retinal detachment.
[23]
網膜外層の障害を患う被検体を治療する方法であって、前記1~10のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネル、前記11~15のいずれかに記載のポリヌクレオチド、前記16に記載の発現ベクター、または前記17または18に記載の細胞を前記被検体に投与することを含む、方法。
[24]
網膜外層の障害を患う被検体を治療するための医薬の製造における、前記1~10のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネル、前記11~15のいずれかに記載のポリヌクレオチド、前記16に記載の発現ベクター、または前記17または18に記載の細胞の使用。
[25]
網膜外層の障害を患う被検体を治療するため、前記1~10のいずれかに記載の改変光受容クロライドチャネル、前記11~15のいずれかに記載のポリヌクレオチド、前記16に記載の発現ベクター、または前記17または18に記載の細胞の使用。
[23]
19. A method for treating a subject suffering from a disorder of the outer retina, comprising administering to the subject the modified photoreceptor chloride channel described in any one of 1 to 10, the polynucleotide described in any one of 11 to 15, the expression vector described in 16, or the cell described in 17 or 18.
[24]
19. Use of the modified photoreceptor chloride channel described in any one of 1 to 10, the polynucleotide described in any one of 11 to 15, the expression vector described in 16, or the cell described in 17 or 18 in the manufacture of a medicament for treating a subject suffering from an outer retinal disorder.
[25]
19. Use of the modified photoreceptor chloride channel described in any one of 1 to 10, the polynucleotide described in any one of 11 to 15, the expression vector described in 16, or the cell described in 17 or 18 for treating a subject suffering from a disorder of the outer retina.
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。 The present invention will be described in detail below using examples, but the present invention should not be construed as being limited to the following description.
実施例1:改変光受容クロライドチャネルの作製
GtACR1とGtACR2の膜貫通ドメインと細胞内ドメインの望ましい組み合わせを検討する目的で、複数の組換え体を検討した。その中から、パッチクランプ法で評価すべき5種類の組換え体(601、602、603、605、606)を設定した。各組換え体の膜貫通ドメインと細胞内ドメインの組み合わせを図1に示す。これら5種類の組換え体とGtACR1およびGtACR2(図1参照)の7種について、codon adaptation index(C.A.I)が高くなるようにヒトコドンに最適化したポリヌクレオチドを化学合成し、アデノ随伴ウイルスベクター作製用プラスミドのマルチクローニングサイトに挿入した。組換え体605または606を発現する細胞株の作製の詳細を以下に示す。他の組換え体、GtACR1およびGtACR2もこれらと同様に作製した。GtACR1、GtACR2、組換え体601、602、603、605、および606のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号1~7に示し、これらをコードするポリヌクレオチドの塩基配列をそれぞれ配列番号8~14に示す。
Example 1: Construction of Engineered Photoreceptor Chloride Channels To investigate desirable combinations of transmembrane and intracellular domains in GtACR1 and GtACR2, several recombinants were examined. From these, five recombinants (601, 602, 603, 605, and 606) were selected for evaluation using the patch clamp method. The combinations of transmembrane and intracellular domains for each recombinant are shown in Figure 1 . For these five recombinants and seven types of GtACR1 and GtACR2 (see Figure 1 ), polynucleotides optimized for human codons to achieve high codon adaptation index (C.A.I.) were chemically synthesized and inserted into the multicloning site of a plasmid for constructing an adeno-associated virus vector. Details of the construction of cell lines expressing recombinants 605 or 606 are described below. Other recombinants, GtACR1 and GtACR2, were constructed in a similar manner. The amino acid sequences of GtACR1, GtACR2, and recombinants 601, 602, 603, 605, and 606 are shown in SEQ ID NOs: 1 to 7, respectively, and the nucleotide sequences of polynucleotides encoding them are shown in SEQ ID NOs: 8 to 14, respectively.
実施例1-1:組換え体605(配列番号6)発現細胞株の作製
GtACR1のN末端から2番目の膜貫通ドメインと3番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインまでのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド、GtACR2の3番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインまでのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド、GtACR1の7番目の膜貫通ドメインからC末端までのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドが連結されたポリヌクレオチド(配列番号13)の5’末端と3’末端に制限酵素配列を付加したポリヌクレオチドを化学合成し、アデノ随伴ウイルスベクター作製用プラスミドのマルチクローニングサイトに挿入した。本プラスミドのベクターマップを図2に示す。本プラスミドではマルチクローニングサイトの3’領域に蛍光タンパク質遺伝子(venus)が配置されていることから、venusを指標にして組換え体605を発現する細胞を特定した。なお、細胞は、Human embryonic Kidney(HEK)293細胞を用い、10%FBSを含むDMEM培地で、5%CO2、37℃で培養した。
Example 1-1: Preparation of a cell line expressing recombinant 605 (SEQ ID NO: 6) [0072] A polynucleotide (SEQ ID NO: 13) was synthesized by linking a polynucleotide encoding the amino acid sequence from the N-terminus of GtACR1 to the extracellular domain between the second and third transmembrane domains, a polynucleotide encoding the amino acid sequence from the third transmembrane domain to the extracellular domain between the sixth and seventh transmembrane domains of GtACR2, and a polynucleotide encoding the amino acid sequence from the seventh transmembrane domain to the C-terminus of GtACR1. Restriction enzyme sequences were added to the 5' and 3' ends of this polynucleotide, and the polynucleotide was inserted into the multicloning site of a plasmid for producing an adeno-associated virus vector. The vector map of this plasmid is shown in Figure 2. Since this plasmid contains a fluorescent protein gene (venus) in the 3' region of the multicloning site, cells expressing recombinant 605 were identified using venus as an indicator. The cells used were human embryonic kidney (HEK) 293 cells, which were cultured in DMEM medium containing 10% FBS at 5% CO 2 and 37°C.
実施例1-2:組換え体606(配列番号7)発現細胞株の作製
GtACR1のN末端から1番目の膜貫通ドメインと2番目の膜貫通ドメインの間の細胞内ドメインまでのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド、GtACR2の2番目の膜貫通ドメインから6番目の膜貫通ドメインと7番目の膜貫通ドメインの間の細胞外ドメインまでのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド、GtACR1の7番目の膜貫通ドメインからC末端までのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドが連結されたポリヌクレオチド(配列番号14)の5’末端と3’末端に制限酵素配列を付加したポリヌクレオチドを化学合成し、アデノ随伴ウイルスベクター作製用プラスミドのマルチクローニングサイトに挿入した。組換え配列以外の作製手順は実施例1-1に記載の方法と同様である。
Example 1-2: Preparation of a cell line expressing recombinant 606 (SEQ ID NO: 7) [0066] A polynucleotide (SEQ ID NO: 14) comprising a polynucleotide encoding the amino acid sequence from the N-terminus of GtACR1 to the intracellular domain between the first and second transmembrane domains, a polynucleotide encoding the amino acid sequence from the second transmembrane domain to the extracellular domain between the sixth and seventh transmembrane domains of GtACR2, and a polynucleotide encoding the amino acid sequence from the seventh transmembrane domain to the C-terminus of GtACR1 was chemically synthesized to have restriction enzyme sequences added to the 5' and 3' ends, and inserted into the multicloning site of a plasmid for preparing an adeno-associated virus vector. The preparation procedure, other than the recombinant sequence, was the same as that described in Example 1-1.
試験例1:パッチクランプ法による光誘発電流並びにτonおよびτoffの測定
(測定方法)
顕微鏡下でvenusの発現を確認した後、パッチクランプシステム(EPC-10、HEKA)を用いて、光誘発電流とτon(開速度:光照射を始めてからチャネルが開くまでの時間)およびτoff(閉速度:光照射を止めてからチャネルが閉じるまでの時間)を測定した。細胞外液は、138mM NaCl、3mM KCl、10mM HEPES、4mM NaOH、1mM CaCl2、2mM MgCl2からなり、1N HClでpH7.4に調整したものを用いた。電極内液は、130mM CsCl、1.1mM EGTA、2mM MgCl2、0.1mM CaCl2、10mM NaCl、10mM HEPES、2mM Na2ATPからなり、1N CsOHでpH7.2に調整したものを用いた。光照射(光源:LED)は1秒間、光強度は1μW/mm2、刺激間隔は60秒、固定電位は0mVに設定した。波長は405、455、505、560、617、656nmのそれぞれとした。
Test Example 1: Measurement of light-induced current, τ on and τ off by patch clamp method (measurement method)
After confirming venus expression under a microscope, light-induced currents, τon (open rate: the time from the start of light irradiation until the channel opens), and τoff (close rate: the time from the end of light irradiation until the channel closes) were measured using a patch clamp system (EPC-10, HEKA). The extracellular solution used consisted of 138 mM NaCl, 3 mM KCl, 10 mM HEPES, 4 mM NaOH, 1 mM CaCl2, and 2 mM MgCl2, adjusted to pH 7.4 with 1 N HCl. The electrode solution consisted of 130 mM CsCl, 1.1 mM EGTA, 2 mM MgCl2, 0.1 mM CaCl2 , 10 mM NaCl, 10 mM HEPES, and 2 mM Na2ATP , adjusted to pH 7.2 with 1N CsOH. Light irradiation (light source: LED) was set to 1 second, light intensity 1 μW/ mm2 , stimulation interval 60 seconds, and clamp potential 0 mV. The wavelengths were 405, 455, 505, 560, 617, and 656 nm.
(測定結果)
光誘発電流の測定結果を図3に、τonおよびτoffの測定結果を図4および図5に示す(n=8)。組換え体の特徴を明らかにする目的で、組換え体を発現する細胞の測定結果とGtACR1またはGtACR2を発現する細胞の測定結果とをあわせて示す。
(Measurement results)
The results of measuring the light-induced current are shown in Figure 3, and the results of measuring τ on and τ off are shown in Figures 4 and 5 (n = 8). To clarify the characteristics of the recombinant, the results of measuring the cells expressing the recombinant and the cells expressing GtACR1 or GtACR2 are also shown.
組換え体601、602、または603を発現させた細胞では、光誘発イオン電流が認められなかった。図3に示すように、組換え体605または606を発現させた細胞では光誘発イオン電流が確認され、特に組換え体605においては高い光応答反応が認められた。組換え体605および606の波長感受域とGtACR1の波長感受域とを比較すると、短波長側は同等であったが、長波長側はGtACR1よりも組換え体605および606の方が短かった。組換え体605および606の波長感受域とGtACR2の波長感受域とを比較すると、ほぼ同等の波長感受域であった。組換え体605はGtACR2と比較してすべての波長感受域において高い光誘発イオン電流が認められた。組換え体606は高い光反応性が認められた。 Light-induced ionic currents were not observed in cells expressing recombinants 601, 602, or 603. As shown in Figure 3, light-induced ionic currents were observed in cells expressing recombinants 605 or 606, with recombinant 605 in particular exhibiting a high light response. When comparing the wavelength sensitivity ranges of recombinants 605 and 606 with that of GtACR1, the ranges were similar on the short wavelength side, but shorter on the long wavelength side in recombinants 605 and 606 than in GtACR1. When comparing the wavelength sensitivity ranges of recombinants 605 and 606 with that of GtACR2, the wavelength sensitivity ranges were nearly identical. Recombinant 605 exhibited higher light-induced ionic currents across the entire wavelength sensitivity range compared to GtACR2. Recombinant 606 exhibited high light responsiveness.
図4および図5に示すように,組換え体605および606のτonおよびτoffは、GtACR2のそれらと比較して、波長域全体として短かった。 As shown in Figures 4 and 5, the τon and τoff of recombinants 605 and 606 were shorter across the entire wavelength range than those of GtACR2.
以上の結果より、組換え体605および606、特に605は、優れた光反応特性を有する改変光受容クロライドチャネルであり、様々な状況においてオプトジェネティクスとして利用できる可能性を有する新規な光受容クロライドチャネルであることが示された。 These results demonstrate that recombinants 605 and 606, especially 605, are modified photoreceptor chloride channels with excellent photoresponsive properties and are novel photoreceptor chloride channels that may be used in optogenetics in a variety of situations.
Claims (14)
(a-1)配列番号6のアミノ酸配列、
(b-1)配列番号6のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列、および
(c-1)配列番号6のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列。 The modified photoreceptor chloride channel according to any one of claims 1 to 7 , comprising any one of the amino acid sequences (a-1) to (c-1) below:
(a-1) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6;
(b-1) an amino acid sequence in which one or more amino acids have been modified in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, and (c-1) an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6.
(a-2)配列番号7のアミノ酸配列、
(b-2)配列番号7のアミノ酸配列において1個または複数個のアミノ酸が改変されたアミノ酸配列、および
(c-2)配列番号7のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列。 The modified photoreceptor chloride channel according to any one of claims 1 to 7 , comprising any one of the amino acid sequences (a-2) to (c-2) below:
(a-2) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7;
(b-2) an amino acid sequence in which one or more amino acids have been modified in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7, and (c-2) an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7.
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