JP2023096009A - 変異P53特異的siRNAを使用した標的癌治療 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】特に、p53における点変異の部位は、R249、R248、R273、及びR175からなる群から選択される。また、対象の癌を処置するための方法が本明細書に開示され、この方法は、本明細書に開示される1つ又は複数の核酸配列を対象に投与することを含む。
【選択図】なし
Description
本出願は、その内容がすべての目的のために参照によりその全体が本明細書に組み入れられる、2018年2月21日出願のシンガポール仮特許出願第10201801432S号の優先権の利益を主張する。
材料及び方法
細胞培養
細胞株をATCC及びJCRBから入手し、標準的な条件下(37℃、5%CO2)で、以下の培地で培養した:H1299、RKO、HCT116、A549、A375、SKBR3、RD、PLC-PRF-5、KNS-62、及びHEC1A細胞株の場合は、4.5g/Lのグルコースを含むDMEM及び10%のFBS(Hyclone);AU565、HCC1395、COLO-320DM、786-O、ASPC-1、WiDR、及びH1975の場合は、RPMI-1640及び10%FBS(Hyclone);BT-549;RKO p53+/-及び+/R248W及びHCT p53+/-及び+/R248Wの場合は、0.023IU/mlのインスリンを含むRPMI-1640及び10%FBS(Hyclone)。
siRNAの大規模なライブラリーを、p53ホットスポット変異(R175H、R248W、R249S、及びR273H)を標的とするように設計し、これらから、さらなる特徴付けのために4つの変異について8つが候補に挙がった(si-1-8)。本発明者らのスクリーニングで生成されたすべてのp53対立遺伝子に対するsiRNAを、pan-p53を標的とするための陽性対照として使用した。対照スクランブルsiRNAは、ヒトゲノムにおけるバイオインフォマティックに予測された配列標的であり、これを陰性対照として使用した。
トランスフェクションの24時間前に、ウェルあたり2.5×105個の細胞を6ウェルプレートに播種した。製造者の説明に従って、LipofectamineTM 2000試薬(Invitrogen)を使用して、細胞を80nM siRNA又は1μgのpRetroSuper-shRNAでトランスフェクトした。各トランスフェクションを3連で行い、トランスフェクションの72時間後に細胞を1mLのTRIzol試薬(Invitrogen)で回収した。p53 cDNAとの同時トランスフェクションでは、p53 cDNAを、siRNAトランスフェクションの24時間後にトランスフェクトし、cDNAトランスフェクションの48時間後(即ち、siRNAトランスフェクションの72時間後)に細胞を分析した。
細胞を80nM siRNAでトランスフェクトし、培地中での細胞浮遊を含むトランスフェクションの72時間後に回収した。細胞をPBSで2回洗浄し、70%エタノールで一晩固定し、RNaseで20分間処理した後、5μg/mlのヨウ化プロピジウム(PI)の添加及びフローサイトメトリー(BD Biosciences FACScalibur)によるフローサイトメトリー分析によってアポトーシスを測定した(sub-G1 DNA含量)。
shRNA標的配列を、前述のsiRNA配列と相同となるように設計した。pRetro-Superベクターには、shRNA発現用のヒトH1ポリメラーゼIII(pol-III)プロモーターが含まれている。各shRNAインサートを、制限酵素(RE)消化によって作製されたものと同一のオーバーハング末端を有する合成二重鎖として設計した(5’にBamHI及び3’にHindIII)。各ヘアピンのコード領域は、単一のオリゴヌクレオチド(上部オリゴヌクレオチド:5’-AAGCTTTN(19-29)(センス配列)TTCAAGAGAN(19-29)(アンチセンス配列)TTTTTTA-3’)及びその相補等価物(下部オリゴヌクレオチド:5’-AGCTTAAAAAN(19-29)(センス配列)TCTCTTGAAN(19-29)(アンチセンス配列)GGG-3’)内にネストされている。これらのサイズは、(19~29bpのステムを有するヘアピンのために)60~100塩基の範囲であった。各二重鎖には、転写開始塩基、shRNAコード領域(センスステム、ループ配列、アンチセンスステム)、終止スペーサー、及び少なくとも4つの「T」の連続からなるpol-III終結シグナルが含まれていた。転写開始塩基は、「A」又は「G」(効率的なpol-III転写開始に必要)であり、ヘアピンステムの最初の塩基がプリンでない場合にのみ含まれていた。終止スペーサーは、「T」以外の任意の塩基であり、「T」の初期の連続による早期終了を防止するために、アンチセンスステムの最後の塩基が「T」の場合にのみ含まれていた。オリゴヌクレオチドは、最小限の合成及び精製規模で注文した(0.05μM及び脱塩、Sigma-Aldrich)。各オリゴヌクレオチドを100μMの濃度で水に再懸濁し、それぞれからの10μlを20μlの2×アニーリング緩衝液(200mM 酢酸カリウム、60mM HEPES KOH pH7.4、4mM 酢酸マグネシウム)に加え、95℃で10分間加熱し、ゆっくりと室温に平衡化し、連結のために1:1000倍に希釈した。インサートとベクターを連結し、TOP10又はDH5αコンピテント細胞に形質転換した。shRNAインサートを含むクローンを選択し、トランスフェクションの前に精製した。
示された細胞株を、様々な変異p53をサイレンシングするためのオリゴヌクレオチド配列を含む示されたshRNAプラスミドでトランスフェクトし、15μg/mlのブラスチシジン(Sigma,USA)で2週間にわたり選択した。記載されているように、コロニーをクリスタルバイオレット溶液(Merck)で染色した。
p53変異特異的shRNA用のウイルスを、HEK293T細胞においてpCL-Ampho両種性ウイルスパッケージングプラスミドを使用して作製した。簡単に述べると、リポフェクタミン2000(商標)を使用して、1.5μgの適切なshRNA及び1.0μgのパッケージングプラスミドでHEK293T細胞をトランスフェクトすることによってレトロウイルスを調製した。レトロウイルス上清を、トランスフェクションの24時間後に回収し、0.45μM シリンジフィルターでろ過し、等分して急速冷凍した。3.5mlのレトロウイルス上清を使用して、6cm皿に3連の8μg/mlのポリブレン(Sigma)の存在下で、10cm皿に5×105個の細胞を形質導入した。翌日、2回目の形質導入を行った。2回目の形質導入の48時間後に、10μg/mlのブラストサイジンを使用して細胞を選択し、インビボ異種移植試験用に採取した。並行培養物を免疫ブロット分析に使用して、p53ノックダウンの効率を評価した。
ホットスポットp53変異体の対立遺伝子特異的siRNAの設計及び選択
siRNAの生成の出発点は、これらのsiRNAが、WT p53発現に影響を与えることなく、変異p53対立遺伝子のみをサイレンシングすることができるであろうということであった。この目的のために、多数のsiRNAのライブラリーを、変異体ヌクレオチドの位置がsiRNA鎖全体に対して異なるように配列歩行(sequence walk)を実行することによって構築した。すべてのsiRNAを、様々なp53変異体又は温度感受性(TS)WT p53を安定して発現する一連のH1299ベースの同質遺伝子細胞株にトランスフェクトし、4つのホットスポット変異体:R175H、R248W、R249S、及びR273Hに対して特異的活性を示す代表的なsiRNAからのデータを示す(図1A)。これらは、それぞれのp53変異体に対して特異的な活性を有する数少ない候補siRNAであった。示されたすべてのsiRNAを、すべての同質遺伝子細胞株に一過性にトランスフェクトし、免疫ブロット法により、24時間後にp53タンパク質発現を分析するために採取した。図1Bに示されているように、すべてのp53を無差別に標的とするsi-p53は、スクランブルsiRNA又はトランスフェクトされなかった細胞(ゲル画像の右側の最後の3レーン)と比較して、すべての細胞株におけるp53の発現を低下させることができた。変異特異的siRNAのほとんどは、特異性を示し、他の変異体又はWT p53への影響を最小限から無視できる程度で目的の変異体を識別できた:例えば、R175H変異p53に特異的なsi-1及びsi-2は、R175Hの発現を低下させることができたが、他のp53変異体及びWT p53への影響は最小限であった。同様に、R248W変異p53に特異的なsi-3及びsi-4は、他の変異体に影響を与えることなく、R248W変異体の発現を顕著に低下させることができた。しかしながら、他方で、同様にR248W変異体を標的とするsi-3は、その意図した変異の発現を減少させることはできるが、WT p53の発現の減少ももたらした。同様に、R273Hを標的とするsi-8は、非常に特異的であったが、si-7は、同様にWT p53変異体及びR249S変異体の両方にいくらかの影響を及ぼした。このデータは、複数の細胞系で同じ変異に対して生成された複数のsiRNAの評価が、非常に変異特異的な試薬を得るために重要であることを示している。
選択されたsiRNAの有効性及び特異性を、WT又は様々な変異p53のいずれかを発現する17の異なる癌細胞株のパネルで評価した(表1)。H1299同質遺伝子細胞株と同様に、これらの細胞を、WT及び変異p53の両方の発現を無差別に抑制する特異的siRNA又は陽性対照si-p53でトランスフェクトした(図2A~図2D)。既にH1299同質遺伝子細胞環境で述べたように、si-2は、3つの細胞株(即ち、HCT116、A549、及びA375)のWT p53の発現に影響を与えることなく、この変異体(即ち、HCC1395、SKBR3、及びAU565)を発現する細胞におけるR175H変異体の発現を特異的にダウンレギュレートすることができた(図2A)。同様に、R248W変異p53に特異的なsi-4は、他の細胞株でのWT p53発現に明らかな影響を与えることなく、R248W変異体を発現するCOLO-320DM細胞、786-O細胞、及びRD細胞でのp53発現を効率的に阻害した(図2B)。同様の結果が、(BT549細胞、KNS-62細胞、PLC-PRF5細胞における)R249S変異体に選択的であるsi-6、並びにR273Hを発現するASPC1細胞、H1975細胞、及びWIDR細胞のR273Hに特異的なsi-8で得られた(図2C及び図2D)。特定の変異体に対する他のsiRNA、si-1、si-3、si-5、及びsi-7もまた、目的の変異体に特異的であり、時にはWT p53にわずかな影響を示すこともあった。従って、変異p53特異的siRNAのそれぞれの特異性を、様々な他の変異p53発現細胞でも評価した。図8に示されているように、si-2、si-4、si-6、及びsi-8は、非常に特異的であり、試験したすべての細胞株で他の変異p53の発現に影響を与えなかった。しかしながら、H1299同質遺伝子細胞系について前述したように、si-1、si-3、si-5、及びsi-7は、一部の細胞株の他の変異体に時折影響を与えた。R248Wに対するsi-3は、この特異的変異を標的とするための公表されたsiRNAに類似していることに注目されたい(Martinez,L.A.,Naguibneva,I.,Lehrmann,H.,Vervisch,A.,Tchenio,T.,Lozano,G.,and Harel-Bellan,A.(2002).Synthetic small inhibiting RNAs:efficient tools to inactivate oncogenic mutations and restore p53 pathways.PNAS; 99; 14849-14854)。しかしながら、広範な分析は、Martinezらで公表されたsiRNAが実際にR248Wを標的とし、また、一部の細胞株では、WT及びR175H変異体に対してある程度の非特異的活性を有する。これは、siRNAの配列における非常に微妙な変化が特異性に著しく影響を与え、異なる配列間の特異性に顕著な違いをもたらすことを実証し、様々な配列の効果を直感的に予測できないことを明らかにしている。まとめると、これらの結果は、広範なスクリーニングにより、単一ヌクレオチドの変化に対して非常に特異的で選択的なsiRNAを再現可能に生成できることを示している。これらの分析に基づいて、si-2(R175H変異体の場合);si-4(R248W変異体の場合);si-5及びsi-6(R249S変異体の場合)、並びにsi-8(R273H変異体の場合)が、さらに詳細な特性評価のために候補に挙げられた。従って、一例では、本明細書に開示される核酸配列は、配列番号9、配列番号13、配列番号16、配列番号17、又は配列番号21の配列の1つを含む。
変異p53を発現する腫瘍細胞は、生存がその存在に依存していることが示されているため、変異特異的siRNAがこの現象を緩和し、それぞれの変異発現癌細胞株で細胞死を誘導できるか否かを最初に評価した。sub-G1集団のパーセンテージによって決定されるように、それぞれの変異p53発現細胞株における特異的siRNAのトランスフェクションは、一般的にアポトーシスの増加をもたらした(図3)。非トランスフェクト細胞及びスクランブルsiRNAトランスフェクト細胞は基礎死をもたらしたが、pan-p53 siRNA又は特異的な変異p53 siRNAのいずれかのトランスフェクションは、それぞれの変異p53を発現する細胞株で細胞死の増加をもたらした(si-scr対si-p53対si-変異p53のsub-G1集団のパーセンテージ→AU565:26.7対39.6対36.6;786-O:18.0対37.2対31.7;BT549:10.4対39.6対32.9;H1975:11.5対25.8対28.5)(図3A)。重要なことに、si-p53は、WT p53を発現するHCT116細胞の細胞死を減少させ(si-scr対si-p53:7.6対2.1)、一般的なp53 siRNA又は変異特異的siRNAによる変異p53発現のサイレンシングが変異p53発現癌細胞株でのみ細胞死の促進をもたらすことを確認した。他のp53変異体を発現する癌細胞に対するsiRNAの相互評価でも、目的の変異体のみをサイレンシングし、他はサイレンシングしないそれらの特異性を確認した(図9)。化学療法剤シスプラチン(CDDP)によるこれらの細胞の同時処理は、変異p53を発現する癌細胞株でのみ変異特異的siRNAによって誘導される細胞死を促進したが、WT p53を発現するHCT116細胞では促進しなかった(図10)。まとめると、これらのデータは、変異p53のサイレンシングによって誘導される細胞死が細胞毒性薬による処置とのさらなる相乗効果をもたらすことを示している。
変異p53特異的サイレンシングの長期の効果を評価するために、si-2、si-4、si-6、及びsi-8 siRNAから変異p53特異的配列を発現する低分子ヘアピンRNA、並びに一般的なp53特異的siRNAを、pSuperベクターを使用して生成した。特異的変異p53の発現のサイレンシングにおけるそれらの効果を評価する最初の試験を、プラスミドの一過性トランスフェクション後に、それぞれの変異p53発現細胞株で行った。免疫ブロット分析により、変異p53特異的shRNAが、対照スクランブルshRNAとは異なり、それぞれの細胞株における目的の変異p53の発現の抑制において同等に効果があることが示された(図5A)。これに基づいて、長期的なコロニーの成長に対する変異p53の発現を抑制する効果を評価したところ、それぞれの変異p53をサイレンシングすることによって細胞の成長が有意に阻害されることがここでも同様に確認された(図5B)。同様の結果が短期アポトーシスアッセイでも得られ(図12A)、shRNAベースの変異p53サイレンシングが、変異p53発現癌細胞の細胞死を促進するのに同等に効果的であることを示している。
変異p53のみの発現は、癌細胞の生存のための変異体タンパク質への依存をもたらすが、ヘテロ接合状態におけるWT及び変異p53の両方の同時発現は、WTタンパク質に対する変異体タンパク質のドミナントネガティブ(DN)効果をもたらし、標的遺伝子の活性化及びアポトーシス誘導におけるWTタンパク質の機能の改善につながる。このヘテロ接合の状況において変異p53レベルを低下させると、WT p53機能が回復し、化学療法剤及び放射線照射に対する細胞の感受性を高めることが既に示されていた。従って、変異p53特異的shRNAは、変異ヘテロ接合細胞の変異p53レベルを低下させて治療反応を改善するための使用について評価した。この目的のために、p53にヘテロ接合性(p53+/-)であるか又は変異p53にヘテロ接合性(p53+/R248W)である2組の同質遺伝子結腸直腸細胞株(RKO及びHCT116)を利用した。R248W変異体に特異的なsh-4のトランスフェクションは、p53+/-R248W細胞では全p53の有意な減少をもたらしたが、p53+/-HCT細胞及びRKO細胞ではそうではなく、特異性を示している(図6A及び図13A)。長期生存の同時分析により、sh-4トランスフェクトp53+/R248W細胞が、p53+/-細胞と比較して成長が阻害されやすいことが明らかになった(図6B及び図13B)。さらに、p53標的遺伝子の誘導は、sh-4をトランスフェクトした場合のp53+/-細胞と比較して、p53+/R248W細胞でのみ有意に誘導され(図6C及び図13C)、まとめると、変異p53の抑制がDN効果を軽減し、変異p53発現細胞の細胞死の上昇をもたらすことを示している。
最後に、細胞ベースの異種移植片モデルを使用して、スクランブルshRNA又はそれぞれの変異特異的shRNAを発現する癌細胞株(RD、PLC-PR5、及びH1975)の増殖を監視することにより、変異p53特異的si/shRNAがインビボで腫瘍成長を遅延させるのに有効であるか否かを評価した。様々なp53変異体を発現する、スクランブルshRNAを発現するウイルス粒子に一過性に感染した癌細胞は、時間の経過と共に大量に増殖したが、それぞれの変異p53特異的shRNAを発現する細胞は、インビボでの増殖が顕著に遅延した(図7A)。屠殺時の腫瘍の組織学的分析により、変異特異的shRNAを発現する腫瘍がp53染色を有意に減少させたことが明らかになり、特異的なshRNAが、腫瘍成長中にインビボでそれぞれの変異p53の発現をサイレンシングするのに効果的であることを示している(図7B)。このデータは、変異p53特異的siRNAがインビボでの腫瘍細胞の増殖の遅延に効果的であることを立証している。
野生型p53ポリペプチドは、UniProtKB-P04637(P53_HUMAN)のアミノ酸配列:MEEPQSDPSVEPPLSQETFSDLWKLLPENNVLSPLPSQAMDDLMLSPDDIEQWFTEDPGPDEAPRMPEAAPPVAPAPAAPTPAAPAPAPSWPLSSSVPSQKTYQGSYGFRLGFLHSGTAKSVTCTYSPALNKMFCQLAKTCPVQLWVDSTPPPGTRVRAMAIYKQSQHMTEVVRRCPHHERCSDSDGLAPPQHLIRVEGNLRVEYLDDRNTFRHSVVVPYEPPEVGSDCTTIHYNYMCNSSCMGGMNRRPILTIITLEDSSGNLLGRNSFEVRVCACPGRDRRTEEENLRKKGEPHHELPPGSTKRALPNNTSSSPQPKKKPLDGEYFTLQIRGRERFEMFRELNEALELKDAQAGKEPGGSRAHSSHLKSKKGQSTSRHKKLMFKTEGPDSD(配列番号1)を含んでもよいし、又はこれから構成されてもよい。
Claims (23)
- 標的遺伝子内の単一点変異を標的とするための核酸配列であって、前記標的遺伝子が1つ又は複数の腫瘍抑制遺伝子であり;前記腫瘍抑制遺伝子はp53であり、前記点変異の部位は、R249(p53)、R248(p53)、R273(p53)、及びR175(p53)からなる群から選択される、核酸配列。
- 前記点変異が、R249S(p53)、R249G(p53)、R249M(p53)、R248W(p53)、R248Q(p53)、R273H(p53)、R273L(p53)、及びR175H(p53)からなる群から選択される、請求項1に記載の核酸配列。
- 細胞死、依存の抑止、標的遺伝子のいずれか1つ又は複数の活性化、ドミナントネガティブ効果の軽減、1つ又は複数の抗癌剤に対する感受性の増加、及び腫瘍成長の遅延又は停止からなる群から選択される効果のいずれか1つ又は複数をもたらす、請求項1又は2に記載の核酸配列。
- 変異腫瘍抑制遺伝子の対立遺伝子を実質的にサイレンシングすることができる、請求項1~3のいずれか一項に記載の核酸配列。
- 前記点変異が置換変異である、請求項1~4のいずれか一項に記載の核酸配列。
- RNA配列である、請求項1~5のいずれか一項に記載の核酸配列。
- 前記RNA配列が、低分子干渉RNA(siRNA)配列又は低分子ヘアピンRNA(shRNA)配列である、請求項6に記載の核酸配列。
- 前記siRNA配列が15~150塩基対である、請求項7に記載の核酸配列。
- 前記shRNA配列が、15~30塩基対の長さのステムを含む、請求項7に記載の核酸配列。
- 配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、配列番号36、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号7、配列番号8、配列番号9、配列番号11、配列番号44、配列番号12、配列番号13、配列番号15、配列番号45、配列番号46、配列番号16、配列番号17、配列番号19、配列番号47、配列番号20、配列番号21、配列番号24/40/41、配列番号25/42/43、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30、配列番号31、配列番号32、及び配列番号33からなる群から選択される、請求項1~9のいずれか一項に記載の核酸配列。
- 配列番号9、配列番号13、配列番号16、配列番号17、及び配列番号21からなる群から選択される、請求項1~10のいずれか一項に記載の核酸配列。
- 対象の癌を処置する方法であって、請求項1~11のいずれか一項に記載の1つ又は複数の核酸配列を前記対象に投与することを含み、前記核酸配列が、標的遺伝子内の1つ又は複数の点変異部位を標的とし、前記標的遺伝子が腫瘍抑制遺伝子である、方法。
- 前記癌が、食道、上気道、皮膚、上皮、中枢神経系、卵巣、乳房、胃-腸、大腸、小腸、結腸直腸、肝臓、腺癌、副腎腺癌、甲状腺、肺、膵臓、腎臓、子宮内膜、造血、筋肉、結合組織(腱又は軟骨など)、骨、軟部組織、リンパ組織、リンパ系、及び免疫系からなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
- 前記癌が、黒色腫、骨髄腫、癌腫、肉腫、リンパ腫、芽細胞腫、及び胚細胞腫瘍からなる群から選択される、請求項12又は13に記載の方法。
- 前記癌が、肺癌、悪性黒色腫、結腸癌、乳癌、子宮内膜腺癌、横紋筋肉腫、腎腺癌、結腸腺癌、肝細胞癌、気管支扁平上皮癌、卵巣癌、及び膵臓腺癌からなる群から選択される、請求項12~14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記癌が腫瘍抑制遺伝子に依存し、前記腫瘍抑制遺伝子がp53である、請求項12~15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記点変異部位が、R249(p53)、R248(p53)、R273(p53)、及びR175(p53)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項12~16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記点変異が、R249S(p53)、R249G(p53)、R249M(p53)、R248W(p53)、R248Q(p53)、R273H(p53)、R273L(p53)、及びR175H(p53)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項12~17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記核酸配列の1つ又は複数の投与が、細胞死、依存の抑止、標的遺伝子のいずれか1つ又は複数の活性化、ドミナントネガティブ効果の軽減、1つ又は複数の抗癌剤に対する感受性の増加、及び腫瘍成長の遅延又は停止からなる群から選択される効果のいずれか1つ又は複数をもたらす、請求項12~18のいずれか一項に記載の方法。
- 治療薬の投与を含む、請求項12~19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記治療薬が抗癌剤である、請求項20に記載の方法。
- 処置の影響を受けやすい対象を識別する方法であって、
i)標的遺伝子内の1つ又は複数の単一点変異を同定するステップであって、前記標的遺伝子が1つ又は複数の腫瘍抑制遺伝子であり;前記腫瘍抑制遺伝子はp53であり、前記1つ又は複数の点変異の部位が、R249(p53)、R248(p53)、R273(p53)、及びR175(p53)からなる群から選択される、ステップ;
ii)請求項1~11のいずれか一項に記載の1つ又は複数の核酸配列を前記対象に投与するステップであって、前記核酸配列が、前記標的遺伝子内の1つ又は複数の点変異部位を標的とする、ステップを含み、
前記標的遺伝子内の1つ又は複数の点変異の存在が、前記対象が処置の影響を受けやすいことを示す、方法。 - 前記点変異が、R249S(p53)、R249G(p53)、R249M(p53)、R248W(p53)、R248Q(p53)、R273H(p53)、R273L(p53)、及びR175H(p53)からなる群から選択される、請求項22に記載の方法。
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