ES2539616T3

ES2539616T3 - Meganucleasa diseñada racionalmente con afinidad de formación de dímeros alterada

Info

Publication number: ES2539616T3
Application number: ES13164623.4T
Authority: ES
Inventors: Homme W. Hellinga; James Jefferson Smith; Derek Jantz
Original assignee: PREC BIOSCIENCES; Precision Biosciences Inc
Current assignee: PREC BIOSCIENCES; Precision Biosciences Inc
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2026-10-18
Also published as: EP2327774A3; US20200109383A1; DK2484758T3; US8129134B2; US20120028315A1; ES2829549T3; DK2628794T3; US20120021521A1; JP2022070928A; EP2357226B1; EP2628794B1; EP2341135A3; EP3795682A2; EP3246403A3; DK2360244T3; EP2368981A3; US20120015406A1; US20120070877A1; US8119381B2; CA3055968A1

Abstract

Un monómero de meganucleasa recombinante que tiene afinidad alterada para la formación de dímeros con un monómero de meganucleasa de referencia, que comprende: un polipéptido que tiene al menos un 85 % de similitud de secuencia con los restos 2-153 del monómero de meganucleasa I-Crel de SEC ID Nº: 1; en el que la afinidad por la formación de monómeros se ha alterado mediante al menos una modificación correspondiente a una sustitución seleccionada del grupo que consiste en: (a) sustitución de K7, K57 o K96 por D o E; o (b) sustitución de E8 o E61 por K o R.

Description

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Por lo tanto, de acuerdo con la invención, se ha identificado una variedad sustancial de modificaciones de aminoácidos para el dominio de reconocimiento de ADN de la meganucleasa I-CreI que, individualmente o en combinación, dan como resultado meganucleasas recombinantes con especificidades alteradas en bases individuales dentro del semi-sitio de secuencia de reconocimiento de ADN, de modo que estas meganucleasas diseñadas racionalmente tienen semi-sitios diferentes de la enzima de tipo silvestre. Las modificaciones de aminoácidos de I-CreI y el cambio resultante en la especificidad del semi-sitio de secuencia de reconocimiento se muestran en la Tabla 1:

TABLA 1

Base de hebra sentido favorecida

Posn.: A C G T A/T A/C A/G C/T G/T A/G/T A/C/G/T

-1: Y75 L75* C75* Y139* C46* A46* R70* H75* R75* H46* K46* R46* K70 E70* E75* E46* D46* Q70* C70 L70 Y75* Q75* H75* H139 Q46* H46* T46* G70 A70 S70 G46*

-2: Q70 T44* A44* V44* I44* L44* N44* E70 D70 K44* R44* H70 D44* E44* Q44* C44*

-3: Q68 C24* I24* E68 F68 K24* R24* R68 M68 C68 L68 F68 H68 Y68 K68

-4: A26* Q77 E77 K26* R77 E26* S77 Q26* S26*

-5: E42 R42 K28* C28* Q42 M66 K66

-6: Q40 C28* E40 R28* R40 C40 I40 V40 C79 I79 V79 Q28* A40 A79 A28* H28* S40 S28*

-7: N30* Q38 E38 K30* R30* K38 R38 E30* I38 L38 C38 H38 N38 Q30*

-8: F33 Y33 E33 D33 F33 H33 L33 V33 I33 F33 C33 R32* R33

-9: E32 R32 K32 L32 V32 A32 C32 D32 132 S32 N32 H32 Q32 T32

10 Las entradas en negrita son restos de contacto de tipo silvestre y no constituyen “modificaciones” como se usa en el presente documento. Un asterisco indica que el resto entra en contacto con la base en la hebra antisentido.

2.2.2 Meganucleasas recombinante específicamente excluidas

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La presente invención no pretende adoptar ciertas meganucleasas recombinantes que se han descrito en la técnica anterior y que se han desarrollado por métodos alternativos. Estas meganucleasas excluidas incluyen las descritas por Arnould et al (2006), J. Mol Biol. 355:443-58; Sussman et al (2004), J. Mol Biol. 342:31-41; Chames et al (2005), Nucleic Acids Res 33: e178; Seligman et al (2002), Nucleic Acids Res 30:3870-9; y Ashworth et al (2006), Nature 441

5 (7093): 656-659; las descripciones completas de las cuales se incorporan por la presente por referencia, incluyendo meganucleasas recombinantes basadas en I-CreI con sustituciones sencillas seleccionadas de C33, R33, A44, H33, K32, F33, R32, A28, A70, E33, V33, A26 y R66. También se excluyen meganucleasas recombinantes basadas en I-CreI con tres sustituciones seleccionadas de A68/N70/N75 y D44/D70/N75, o con cuatro sustituciones seleccionadas de K44/T68/G60/N75 y R44/A68/T70/N75. Estas sustituciones o combinaciones de sustituciones se denominan en el presente documento “modificaciones excluidas”.

2.2.3 Meganucleasas con múltiples cambios en el semi-sitio de secuencia de reconocimiento

En otro aspecto, se describen meganucleasas diseñadas racionalmente que se producen combinando dos o más

15 modificaciones de aminoácidos como se describe en la sección 2.2.1 anterior, para alterar la preferencia de semi-sitio en dos o más posiciones en un semi-sitio de secuencia de reconocimiento de ADN. Por ejemplo, sin limitación, y como se describe más completamente posteriormente, la enzima DJ1 derivó de ICreI incorporando las modificaciones R30/E38 (que favorecen C en la posición -7), R40 (que favorece G en la posición -6), R42 (que favorece G en la posición -5) y N32 (que favorece degeneración completa en la posición -9). La meganucleasa DJ1 diseñada racionalmente reconoce de forma invariable C-7 G-6 G-5 en comparación con la preferencia de tipo silvestre por A.7 A-6 C.5, y tiene tolerancia aumentada para A en la posición -9.

La capacidad para combinar sustituciones de restos que afectan a diferentes posiciones de bases se debe en parte a la naturaleza modular de las meganucleasas LAGLIDADG. Una mayoría de los contactos de base en las interfaces de

25 reconocimiento de LAGLIDADG se realizan por cadenas laterales de aminoácidos individuales, y la interfaz está relativamente sin interconectividad o redes de enlaces de hidrógeno entre cadenas laterales que interaccionan con bases adyacentes. Esto generalmente permite la manipulación de restos que interaccionan con una posición de base sin afectar a las interacciones de cadenas laterales en bases adyacentes. La naturaleza aditiva de las mutaciones enumeradas en la sección 2.2.1 anterior también es un resultado directo del método usado para identificar estas mutaciones. El método predice sustituciones de cadenas laterales que interaccionan directamente con una base sencilla. Generalmente se evita la interconectividad o redes de enlaces de hidrógenos entre cadenas laterales para mantener la independencia de las sustituciones dentro de la interfaz de reconocimiento.

Ciertas combinaciones de sustituciones de cadenas laterales son completa o parcialmente incompatibles entre sí.

35 Cuando se incorpora un par o conjunto incompatible de aminoácidos en una meganucleasa diseñada racionalmente, la enzima resultante tendrá actividad catalítica reducida o eliminada. Normalmente, estas incompatibilidades se deben a interferencia estérica entre las cadenas laterales de los aminoácidos introducidos y la actividad puede restaurarse identificando y retirando esta interferencia. Específicamente, cuando se incorporan dos aminoácidos con cadenas laterales grandes (por ejemplo, aminoácidos de los grupo 2 ó 3) en posiciones de aminoácidos que están adyacentes entre sí en la estructura de meganucleasa (por ejemplo, posiciones 32 y 33, 28 y 40, 28 y 42, 42 y 77 ó 68 y 77 en el caso de meganucleasas derivadas de I-CreI), es probable que estos dos aminoácidos interfieran entre sí y reduzcan la actividad enzimática. Esta interferencia puede eliminarse sustituyendo uno o ambos aminoácidos incompatibles a un aminoácido con una cadena lateral más pequeña (por ejemplo, grupo 1 o grupo 2). Por ejemplo, en meganucleasas diseñadas racionalmente derivadas de I-CreI, K28 interfiere tanto con R40 como con R42. Para maximizar la actividad

45 enzimática, R40 y R42 pueden combinarse con una serina o ácido aspártico en la posición 28.

Pueden usarse combinaciones de sustituciones de amino, identificadas como se describe en el presente documento, para alterar racionalmente la especificidad de una meganucleasa de tipo silvestre (o una meganucleasa previamente modificada) a partir de una secuencia de reconocimiento original a una secuencia de reconocimiento deseada que puede estar presente en un ácido nucleico de interés (por ejemplo, un genoma). La Figura 2A, por ejemplo, muestra la hebra “sentido” de la secuencia de reconocimiento de meganucleasa I-CreI WT (SEC ID N°: 4) así como varias otras secuencias para las que sería útil una meganucleasa diseñada racionalmente. Las bases conservadas entre la secuencia de reconocimiento WT y la secuencia de reconocimiento deseada están sombreadas. De acuerdo con la invención, pueden diseñarse racionalmente meganucleasas recombinantes basadas en la meganucleasa I-CreI para

55 cada una de estas secuencias de reconocimiento deseadas, así como cualquier otra, por sustituciones de aminoácidos adecuadas como se describe en el presente documento.

3. Meganucleasas diseñadas racionalmente con afinidad de unión a ADN alterada

Como se ha descrito anteriormente, la afinidad de unión a ADN de las meganucleasas recombinantes descritas en el presente documento pueden modularse alterando ciertos aminoácidos que forman la superficie de contacto con la cadena principal de fosfodiéster de ADN. La superficie de contacto comprende los aminoácidos en la enzima con carbonos-β a menos de 9 Å de la cadena principal de ADN y con cadenas laterales orientadas hacia el ADN, independientemente de si los restos realizan contactos con la cadena principal de ADN en el complejo de ADN65 meganucleasa de tipo silvestre. Debido a que la unión con ADN es un precursor necesario para la actividad enzimática, se ha mostrado que los aumentos/reducciones de la afinidad de unión con ADN provocan aumentos/

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cargado negativamente. Por lo tanto, los dos restos sustituidos pueden formar un puente iónico o enlace de hidrógeno. Al mismo tiempo, la repulsión electroestática de una carga satisfecha internada en una interfaz hidrófoba debería desfavorecer la formación de homodímeros.

5 Finalmente, como se ha observado anteriormente, cada monómero del heterodímero puede tener diferentes aminoácidos sustituidos en la región de reconocimiento de ADN de modo que cada uno tenga un semi-sitio de ADN diferente y la secuencia de reconocimiento de ADN dimérica combinada sea no palindrómica.

5. Métodos para Producir Células y Organismos Recombinantes

Aspectos de la presente invención proporcionan adicionalmente métodos para producir células y organismos recombinantes, transgénicos o modificados genéticamente de otro modo usando meganucleasas diseñadas racionalmente. Por tanto, en ciertas realizaciones, se desarrollan meganucleasas recombinantes para provocar específicamente una rotura de doble cadena en un sitio sencillo o en relativamente pocos sitios en el ADN genómico 15 de una célula o un organismo para posibilitar la inserción o inserciones precisas de una secuencia de interés por recombinación homóloga. En otras realizaciones, se desarrollan meganucleasas recombinantes para provocar específicamente una rotura de doble cadena en un sitio sencillo o en relativamente pocos sitios en el ADN genómico de una célula o un organismo para (a) posibilitar la inserción o las inserciones poco comunes de una secuencia de interés por unión de extremos no homólogos o (b) posibilitar la rotura de la secuencia diana por unión de extremos no homólogos. Como se usa en el presente documento con respecto a recombinación homóloga o unión de extremos no homólogos de secuencias de interés, el término “inserción” significa la ligación de una secuencia de interés en un cromosoma de modo que la secuencia de interés se integra en el cromosoma. En el caso de recombinación homóloga, una secuencia insertada puede reemplazar una secuencia endógena, de modo que el ADN original se reemplaza por ADN exógeno de igual longitud, pero con una secuencia de nucleótidos alterada. Como alternativa, una secuencia

25 insertada puede incluir más o menos bases que la secuencia que reemplaza.

Por lo tanto, de acuerdo con este aspecto de la invención, los organismos recombinantes incluyen, pero sin limitación, especies vegetales monocotiledóneas tales como arroz, trigo, maíz y centeno, y especies dicotiledóneas tales como legumbres (por ejemplo, alubias, soja, lentejas, cacahuetes, guisantes), alfalfa, trébol, tabaco y especies de Arabidopsis. Además, los organismos recombinantes pueden incluir, pero sin limitación, animales tales como seres humanos y primates no humanos, caballos, vacas, cabras, cerdos, ovejas, perros, gatos, cobayas, ratas, ratones, lagartos, peces e insectos tales como especies de Drosophila. En otras realizaciones, el organismo es un hongo tal como una especie de Candida, Neurospora o Saccharomyces.

35 En algunas realizaciones, los métodos de la invención implican la introducción de una secuencia de interés en una célula tal como una célula germinal o célula madre que pueda convertirse en un organismo recombinante maduro o permita que el organismo modificado genéticamente resultante dé lugar a descendencia que porta la secuencia insertada de interés en su genoma, en el que una célula eucariota no es una célula madre humana o una célula germinal embrionaria humana.

Pueden suministrarse proteínas de meganucleasa a células para escindir ADN genómico, lo que posibilita la recombinación homóloga o unión a extremos no homólogos en el sitio de escisión con una secuencia de interés, por diversos mecanismos diferentes conocidos en la técnica. Por ejemplo, la proteína meganucleasa recombinante puede introducirse en una célula por técnicas que incluyen, pero sin limitación, microinyección o transfecciones de liposomas 45 (véase, por ejemplo, Lipofectamine, Invitrogen Corp., Carlsbad, CA). La formulación de liposomas puede usarse para facilitar la fusión de bicapas lipídicas con una célula diana, permitiendo de este modo que los contenidos del liposoma

o proteínas asociadas con su superficie se introduzcan en la célula. Como alternativa, la enzima puede fusionarse con un péptido de captación apropiado tal como el de la proteína TAT de VIH para dirigir la captación celular (véase, por ejemplo, Mudez et al. (2005), Med. Res. Rev. 25: 679-736).

Como alternativa, se insertan secuencias génicas que codifican la proteína meganucleasa en un vector y se transfectan en una célula eucariota usando técnicas conocidas en la materia (véase, por ejemplo, Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology, Wiley 1999). La secuencia de interés puede introducirse en el mismo vector, un vector diferente, o por otros medios conocidos en la materia.

55 Los ejemplos no limitantes de vectores para transfección de ADN incluyen vectores de virus, plásmidos, cósmidos y vectores YAC. La transfección de secuencias de ADN puede conseguirse por diversos métodos conocidos por los expertos en la materia. Por ejemplo, se usan liposomas e inmunoliposomas para suministran secuencias de ADN a células (véase, por ejemplo, Lasic et al. (1995), Science 267: 1275-76). Además, pueden utilizarse virus para introducir vectores en células (véase, por ejemplo, Patente de Estados Unidos N0 7.037.492). Como alternativa, pueden utilizarse estrategias de transfección de modo que los vectores se introduzcan como ADN desnudo (véase, por ejemplo, Rui et al. (2002), Life Sci. 71(15): 1771-8).

Los métodos generales para suministrar ácidos nucleicos a células incluyen: (1) métodos químicos (Graham et al.

65 (1973), Virology 54(2): 536-539; Zatloukal et al. (1992), Ann. N.Y. Acad. Sci., 660:136-153); (2) métodos físicos tales como microinyección (Capecchi (1980), Cell 22(2): 479-488), electroporación (Wong et al. (1982), Biochim. Biophys.

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Res. Commun. 107(2): 584-587; Fromm et al. (1985), Proc. Nat'l Acad. Sci. USA 82(17): 5824-5828; Patente de Estados Unidos N0 5.384.253) e inyección balística (Johnston et al. (1994), Methods Cell. Biol. 43(A): 353-365; Fynan et al. (1993), Proc. Nat'l Acad. Sci. USA 90 (24): 11478-11482); (3) vectores virales (Clapp (1993), Clin. Perinatol. 20(1): 155-168; Lu et al. (1993), J. Exp. Med. 178 (6):2089-2096; Eglitis et al. (1988), Avd. Exp. Med. Biol. 241: 19-27;

5 Eglitis et al. (1988), Biotechniques 6(7): 608-614); y (4) mecanismos mediados por receptor (Curiel et al. (1991), Proc. Nat'l Acad. Sci. USA 88(19): 8850-8854; Curiel et al. (1992), Hum. Gen. Ther. 3(2): 147-154; Wagner et al. (1992), Proc. Nat'l Acad. Sci. USA 89 (13): 6099-6103).

En ciertas realizaciones, se produce una planta modificada genéticamente, que contiene la secuencia de interés insertada en el genoma. En ciertas realizaciones, la planta modificada genéticamente se produce transfectando la célula vegetal con secuencias de ADN correspondientes a la meganucleasa recombinante y la secuencia de interés, que puede estar o no flanqueada por las secuencias de reconocimiento de meganucleasa y/o secuencias sustancialmente idénticas a la secuencia diana. En otras realizaciones, la planta modificada genéticamente se produce transfectando la célula vegetal con secuencias de ADN correspondientes a la meganucleasa recombinante solamente,

15 de modo que la escisión promueva unión de extremos no homólogos y rompa la secuencia diana que contiene la secuencia de reconocimiento. En tales realizaciones, las secuencias de meganucleasa están bajo el control de secuencias reguladoras que posibilitan la expresión de la meganucleasa en las células vegetales hospedadoras. Estas secuencias reguladoras incluyen, pero sin limitación, promotores vegetales constitutivos tales como el promotor NOS, promotores génicos inducibles químicamente tales como el promotor inducible por dexametasona (véase, por ejemplo, Gremillon et al. (2004), Plant J. 37: 218-228), y promotores específicos de tejido vegetal tales como el promotor LGC1 (véase, por ejemplo, Singh et al. (2003), FEBS Lett. 542: 47-52).

Los métodos adecuados para introducir ADN en células vegetales incluyen prácticamente cualquier método por el que pueda introducirse ADN en una célula, incluyendo pero sin limitación una infección de Agrobacterium, transformación

25 mediada por PEG de protoplastos (Omirulleh et al. (1993), Plant Molecular Biology, 21: 415-428), captación de ADN mediada por inhibición/desecación, electroporación, agitación con fibras de carburo de silicio, inyección balística o bombardeo de microproyectiles y similares.

En otras realizaciones, se produce un animal modificado genéticamente usando una meganucleasa recombinante. Como con células vegetales, las secuencias de ácido nucleico pueden introducirse en una célula germinal o una célula que con el tiempo se convertirá en un organismo transgénico, en el que una célula eucariota no es una célula madre humana o una célula embrionaria humana. En algunas realizaciones, la célula es un huevo fertilizado, y pueden inyectarse moléculas de ADN exógeno en el pro-núcleo del huevo fertilizado. Los huevos microinyectados se transfieren a los oviductos de madres adoptivas seudoembarazadas y se permite que se desarrollen. La

35 meganucleasa recombinante se expresa en el huevo fertilizado (por ejemplo, bajo el control de un promotor constitutivo tal como 3-fosfoglicerato quinasa) y facilita la recombinación homóloga de la secuencia de interés en uno o varios sitios discretos en el genoma. Como alternativa, los animales modificados genéticamente pueden obtenerse utilizando células madre embrionarias recombinantes (“ES”) para la generación de los organismos transgénicos, como se describe en Gossler et al. (1986), Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83: 9065 9069.

En ciertas realizaciones, un vector de expresión de mamíferos recombinante es capaz de dirigir la expresión específica de tejido del ácido nucleico preferentemente en un tipo celular particular. Se conocen en la técnica elementos reguladores específicos de tejido. Los ejemplos no limitantes de promotores específicos de tejido adecuados incluyen el promotor de albúmina (específico de hígado; Pinkert et al. (1987), Genes Dev. 1: 268-277), promotores específicos

45 linfoides (Calame y Eaton (1988), Adv. Immunol. 43: 235-275), en promotores particulares de receptores de linfocitos T (Winoto y Baltimore (1989), EMBO J. 8: 729-733) e inmunoglobulinas (Banerji et al. (1983), Cell 33: 729-740; Queen y Baltimore (1983), Cell 33: 741-748), promotores específicos de neuronas (por ejemplo, el promotor de neurofilamentos; Byrne y Ruddle (1989), Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 5473-5477), promotores específicos del páncreas (Edlund et al. (1985), Science 230: 912-916) y promotores específicos de glándula mamaria (por ejemplo, promotor de suero de la leche; Patente de Estados Unidos N0 4.873.316 y Publicación de Patente Europea EP 0 264 166). También se abarcan promotores regulados por el desarrollo, por ejemplo, los promotores de hox murinos (Kessel y Gruss (1990), Science 249: 374-379) y el promotor de a-fetoproteína (Campes y Tilghman (1989), Genes Dev. 3: 537-546).

55 En ciertas realizaciones, una meganucleasa diseñada racionalmente puede marcarse con un epítopo peptídico (por ejemplo, un epítopo HA, FLAG o Myc) para controlar los niveles de expresión o localización. En algunas realizaciones, la meganucleasa puede fusionarse con una señal de localización subcelular tal como una señal de localización nuclear (por ejemplo, la señal de localización nuclear de SV40) o señales de localización de cloroplastos o mitocondrias. En otras realizaciones, la meganucleasa puede fusionarse con una señal de exportación nuclear para situarla en el citoplasma. La meganucleasa también puede fusionarse con una proteína no relacionada o dominio proteico tal como una proteína que estimula la recombinación homóloga o reparación de ADN (por ejemplo, recA, RAD51, RAD52, RAD54, RAD57 o BRCA2).

6. Métodos para Terapia Génica

65 Se describe el uso de meganucleasa recombinante para terapia génica. Como se usa en el presente documento,

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“terapia génica” significa tratamientos terapéuticos que comprenden introducir en un paciente una copia funcional de al menos un gen, o secuencia reguladora génica tal como un promotor, potenciador o silenciador para reemplazar un gen

o región reguladora génica que sea defectuosa en su estructura y/o función. La expresión “terapia génica” también puede referirse a modificaciones hechas a un gen deletéreo o elemento regulador (por ejemplo, oncogenes) que

5 reduce o elimina la expresión del gen. Puede realizarse terapia génica para tratar afecciones congénitas, afecciones resultantes de mutaciones o daño a loci genéticos específicos durante la vida del paciente, o afecciones resultantes de organismos infecciosos.

En algunos aspectos, se reemplazan o deshabilitan genes disfuncionales mediante la inserción de secuencias de ácido nucleico exógeno en una región del genoma que afecta a la expresión génica. En ciertas realizaciones, la meganucleasa recombinante se dirige a una secuencia particular en la región del genoma para modificar de modo que alivie la afección. La secuencia puede ser una región dentro de un exón, intrón, promotor u otra región reguladora que esté provocando expresión disfuncional del gen. Como se usa en el presente documento, la expresión “expresión disfuncional” significa expresión aberrante de un producto génico porque la célula produce muy poco del producto

15 génico, demasiado del producto génico, o produce un producto génico que tiene una función diferente tal como sin la función necesaria o que tiene más funciones que la necesaria.

Pueden usarse secuencias de ácido nucleico exógeno insertadas en la región modificada para proporcionar secuencias “reparadas” que normalizan el gen. Puede conseguirse reparación génica por la introducción de secuencias génicas apropiadas en el gen lo que permite que se restablezca la función apropiada. En estas realizaciones, la secuencia de ácido nucleico para insertar puede ser la secuencia codificante completa de una proteína o, en ciertas realizaciones, un fragmento del gen que comprende solamente la región para reparar. En otras realizaciones la secuencia de ácido nucleico para insertar comprende una secuencia promotora u otros elementos reguladores de modo que se reparen mutaciones que provocan expresión o regulación anómala. En otras

25 realizaciones, la secuencia de ácido nucleico para insertar contiene el codón de parada de la traducción apropiado que falta en un gen mutado. La secuencia de ácido nucleico también puede tener secuencias para detener la transcripción en un gen recombinante sin señales de parada de la transcripción apropiadas.

Como alternativa, las secuencias de ácido nucleico pueden eliminar la función génica completamente rompiendo la secuencia reguladora del gen o proporcionando un silenciador para eliminar la función génica. En algunas realizaciones, la secuencia de ácido nucleico exógena proporciona un codón de parada de la traducción para evitar la expresión del producto génico. En otras realizaciones, las secuencias de ácido nucleico exógeno proporcionan elemento de parada de la transcripción para evitar la expresión de una molécula de ARN de longitud completa. En otras realizaciones más, la función génica se rompe directamente por la meganucleasa introduciendo inserciones de 35 bases, supresiones de bases y/o mutaciones de desplazamiento de fase a través de unión de extremos no homólogos.

En muchos casos, es deseable dirigir las secuencias genéticas apropiadas a una célula o población de células diana que es la causa de la patología. Dicha dirección de agentes terapéuticos evita que los agentes terapéuticos se dirijan a células sanas. Esto aumenta la eficacia del tratamiento, reduciendo a la vez los efectos potencialmente negativos que el tratamiento podría tener en células sanas.

El suministro de genes de meganucleasa recombinantes y la secuencia de interés para insertar en el genoma de las células de interés puede conseguirse por diversos mecanismos. En algunas realizaciones, los ácidos nucleicos se suministran a las células por medio de virus con genes virales particulares inactivados para evitar la reproducción del

45 virus. Por lo tanto, un virus puede alterarse de modo que sea capaz solamente de suministro y mantenimiento dentro de una célula diana, pero no conserve la capacidad para replicarse dentro de la célula o tejido diana. Pueden introducirse una o más secuencias de ADN en el genoma viral alterado, para producir un genoma viral que actúe como un vector, y puede o no insertarse en un genoma hospedador y expresarse posteriormente. Más específicamente, ciertas realizaciones incluyen emplear un vector retroviral tal como, pero sin limitación, los vectores MFG o pLJ. Un vector MFG es un vector de virus de leucemia murina de Moloney simplificado (MoMLV) en el que las secuencias de ADN que codifican las proteínas pol y env se han suprimido para hacerlo defectuoso para replicación. Un vector retroviral pLJ también es una forma del MoMLV (véase, por ejemplo, Korman et al. (1987), Proc. Nat'l Acad. Sci., 84: 2150-2154). En otras realizaciones, puede usarse un adenovirus recombinante o virus adeno-asociado como un vector de suministro.

55 En otros aspectos, el suministro de proteína meganucleasa recombinante y/o secuencias génicas de meganucleasa recombinante a una célula diana se consigue mediante el uso de liposomas. La producción de liposomas que contienen cargas de ácido nucleico y/o proteína se conoce en la técnica (véase, por ejemplo, Lasic et al. (1995), Science 267: 1275-76). Los inmunoliposomas incorporan anticuerpos contra antígenos asociados a células en liposomas, y pueden suministrar secuencias de ADN para la meganucleasa o la meganucleasa en sí misma a tipos celulares específicos (véase, por ejemplo, Lasic et al. (1995), Science 267: 1275-76; Young et al. (2005), J. Calif. Dent. Assoc. 33(12): 967-71; Pfeiffer et al. (2006), J. Vasc. Surg. 43(5):1021-7). Se conocen bien en la técnica métodos para producir y usar formulaciones de liposomas (véase, por ejemplo, Patente de Estados Unidos N0 6.316.024, Patente de Estados Unidos N0 6.379.699, Patente de Estados Unidos N0 6.387.397, Patente de Estados Unidos N0 6.511.676 y

65 Patente de Estados Unidos N0 6,593,308 y referencias citadas en las mismas). En algunas realizaciones, se usan liposomas para suministrar las secuencias de interés así como la proteína meganucleasa recombinante o secuencias

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15-06-2015

Las meganucleasas CCR1 y BRP2 se diseñaron para escindir los semi-sitios 5'-AACCCTCTC-3' (SEC ID N° 18) y 5'-CTCCGGGTC-3' (SEC ID N°19), respectivamente. Estas enzimas se produjeron de acuerdo con la Tabla 1 como en el Ejemplo 1:

CCR1:

Posición: -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Base: A A C C C T C T C

Restos de Contacto: N32 Y33 R30/E38 R28/E40 E42 026 K24/Y68 Q44 R70

BRP2:

Posición: -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Base: C T C C G G G T C

Restos de Contacto: S32 C33 R30/E38 R28/E40 R42 S26/R77 R68 Q44 R70

Ambas enzimas se expresaron en E. coli, se purificaron y se ensayaron como en el Ejemplo 1. Se descubrió que

10 ambas enzimas de primera generación escindían sus secuencias de reconocimiento pretendidas con tasas que eran considerablemente más bajas que las de I-CreI de tipo silvestre con su secuencia de reconocimiento natural. Para aliviar esta pérdida de actividad, la afinidad de unión a ADN de CCR1 y BRP2 se aumentó mutando E80 a Q en ambas enzimas. Se descubrió que estas versiones de segunda generación de CCR1 y BRP2 escindían sus secuencias de reconocimiento pretendidas con tasas catalíticas sustancialmente aumentadas.

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2. Meganucleasas con afinidad de unión a ADN reducida y actividad reducida pero especificidad aumentada.

Se descubrió que I-CreI de tipo silvestre era altamente tolerante a sustituciones en su semi-sitio (Figura 3(A)). En un intento de hacer la enzima más específica, la lisina en la posición 116 de la enzima, que normalmente realiza un 20 puente salino con un fosfato de la cadena principal de ADN se mutó a ácido aspártico para reducir la afinidad de unión a ADN. Se descubrió que esta enzima diseñada racionalmente escindía la secuencia de reconocimiento de tipo silvestre con actividad sustancialmente reducida pero la enzima recombinante era considerablemente más específica que la de tipo silvestre. La preferencia de semi-sitio de la variante K116D se evaluó como en el Ejemplo 1 y se descubrió que la enzima era completamente intolerante a la desviación de su semi-sitio natural en las posiciones -1, -2

25 y -3 y presentaba al menos preferencia de base parcial en las 6 posiciones restantes en el semi-sitio ((Figura 3(B)).

EJEMPLO 3

Heterodímeros de Meganucleasa Diseñada Racionalmente 30

1. Escisión de sitios de ADN no palindrómicos por heterodímeros de meganucleasa formados en solución.

Se diseñaron dos meganucleasas, LAM1 y LAM2, para escindir los semi-sitios 5'-TGCGGTGTC-3' (SEC ID Nº: 20) y 5'-CAGGCTGTC-3' (SEC ID Nº: 21), respectivamente. Se esperaba que el heterodímero de estas dos enzimas

35 reconociera la secuencia de ADN 5'-TGCGGTGTCCGGCGACAGCCTG-3' (SEC ID ° 22) hallada en el gen p05 del bacteriófago X.

LAM1:

Posición: -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Base: T G C G G T G T C

Restos de Contacto: C32 R33 R30/E38 D28/R40 R42 Q26 R68 Q44 R70

40 LAM2:

Posición: -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Base: C A G G C T G T C

Restos de Contacto: S32 Y33 E30/R38 R40 K28/E42 Q26 R68 Q44 R70

LAM1 y LAM2 se clonaron, se expresaron en E. coli y se purificaron individualmente como se describe en el Ejemplo 1. Las dos enzimas se mezclaron después 1:1 y se incubaron a 42 °C durante 20 minutos para permitirles intercambiar subunidades y reequilibrarse. La solución de enzima resultante, que se espera que sea una mezcla de homodímero 45 LAM1, homodímero LAM2 y heterodímero LAM1/LAM2, se incubó con tres secuencias de reconocimiento diferentes correspondientes al palíndromo perfecto del semi-sitio LAMI, el palíndromo perfecto del semi-sitio LAM2 y el sitio

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Claims

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