JP7788558B2 - キャップアナログ及びその使用 - Google Patents
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Description
式中、B1とB2はそれぞれ天然の塩基又は修飾された塩基であり;
EとFはそれぞれ0又は1であり;
R1はH、OH、アルキル基、O-アルキル基、ハロゲンであり、或いは酸素であり且つ前記酸素が3’及び5’位のCと橋架け環を形成し;
R2はH、OH、アルキル基、O-アルキル基又はハロゲンであり;
R3はO-R5-R6であり;
R4は水素、ヒドロキシ基、O-メチル基又はO-R5-R6であり;
R5は置換又は非置換のC1-20アルキル基であり;
R6は置換又は非置換のO-アルキル基、置換又は非置換のS-アルキル基、置換又は非置換のNH-アルキル基、置換又は非置換のN-ジアルキル基、置換又は非置換のO-アリール基、置換又は非置換のS-アリール基、置換又は非置換のNH-アリール基、置換又は非置換のO-アラルキル基、置換又は非置換のS-アラルキル基、置換又は非置換のNH-アラルキル基、又は水素(R5が置換又は非置換のC2-20アルキル基である場合)であり;
X1、X2とX3はそれぞれO、CH2又はNHであり;
Y1、Y2とY3はそれぞれO、S、Se又はBH3である。
R3はO-R5-R6である。
(a)少なくとも一つのORF領域;
(b)少なくとも一つのKozak配列の5’UTR;
(c)3’UTR;及び
(d)少なくとも一つの5’開始キャップを持つ上述のような本発明にかかるキャップアナログ
を含むポリヌクレオチドを提供する。
(1)DNAテンプレートを調製する:
(2)RNAポリメラーゼ、ヌクレオシド三リン酸、及び上記のような本発明にかかるキャップアナログを含む反応系中で、インビトロ転写反応を行うことにより、上記のような本発明にかかるポリヌクレオチドを得る。
もう一つの実施形態において、RNAポリメラーゼは、ファージ由来RNAポリメラーゼである。
EとFはそれぞれ0又は1であり;
R1はH、OH、アルキル基、O-アルキル基(O-メチル基が挙げられるが、それに限定されない)、ハロゲンであり、或いは酸素であり且つ前記酸素が3’及び5’位のCと橋架け環を形成し;
R2はH、OH、アルキル基、O-アルキル基(O-メチル基が挙げられるが、それに限定されない)又はハロゲンであり;
R3はO-R5-R6であり;
R4は水素、ヒドロキシ基、O-メチル基又はO-R5-R6であり;
R5は置換又は非置換のC1-20アルキル基であり;
R6は置換又は非置換のO-アルキル基、置換又は非置換のS-アルキル基、置換又は非置換のNH-アルキル基、置換又は非置換のN-ジアルキル基、置換又は非置換のO-アリール基、置換又は非置換のS-アリール基、置換又は非置換のNH-アリール基、置換又は非置換のO-アラルキル基、置換又は非置換のS-アラルキル基、置換又は非置換のNH-アラルキル基であり;
R5が置換又は非置換のC2-20アルキル基である場合に、R6は水素であってもよく;
X1、X2とX3はそれぞれO、CH2又はNHであり;
Y1、Y2とY3はそれぞれO、S、Se又はBH3である。
R3はO-R5-R6である。
R5は置換又は非置換のC1-20アルキル基であり;
R6は置換又は非置換のO-アルキル基、置換又は非置換のS-アルキル基、置換又は非置換のNH-アルキル基、置換又は非置換のN-ジアルキル基、置換又は非置換のO-アリール基、置換又は非置換のS-アリール基、置換又は非置換のNH-アリール基、置換又は非置換のO-アラルキル基、置換又は非置換のS-アラルキル基、置換又は非置換のNH-アラルキル基であり;
R5が置換又は非置換のC2-20アルキル基である場合に、R6は水素であってもよい。
本発明の一つの実施形態において、式(I-a)又は式(I-b)において、R6は水素で且つR5は置換又は非置換のC2-5アルキル基であり、前記R3はO-エチル基、O-プロピル基、O-イソプロピル基、O-ブチル基、O-イソブチル基、O-t-ブチル基、O-ペンチル基等であるが、それらに限定されない。
第1の工程で、テンプレートDNAを調製する;
第2の工程で、混合酵素を調製し、反応緩衝液を調製する;
第3の工程で、インビトロ転写反応を行う;
第4の工程で、脱リン酸化処理をする;
第5の工程で、反応液を精製する。
プラスミドの直鎖化に一般的に使用される制限エンドヌクレアーゼとしては、末端が平滑であるものか、5’末端が突出するものが望ましい(3’突出を産生する酵素でテンプレートを直鎖化すると、異常な転写物が生じる)。
前記第2の工程において調製される反応緩衝液は、Tris-HCl(pH7.9)、MgCl2、スペルミジン、ジチオトレイトール(DTT)、Triton X-100を含むが、それらに限定されない。
「アルキル基」とは、脂肪族炭化水素基を指す。アルキル基部分は飽和アルキル基(例えば炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合のような不飽和ユニットを一切含まないもの)であってもよく、或いは、アルキル基部分は不飽和アルキル基(少なくとも一つの不飽和ユニットを含むもの)であってもよい。アルキル基部分は飽和でも不飽和でも、分岐鎖でも直鎖でもよい。1から8個の炭素原子があってもよい(ここに出現する場合、「1から8」のような数値範囲は、記載される範囲内の各整数を指し、例えば、「1から8個の炭素原子」とは、1個の炭素原子、2個の炭素原子、3個の炭素原子等から、8個の炭素原子までを含むアルキル基を指すが、現在の定義は、指定された数値範囲がない場合にも、用語「アルキル基」の出現を含む)。本文に記載の化合物におけるアルキル基は、「C1-C6アルキル基」若しくは類似のものに指定されてもよい。例を挙げると、「C1-C6アルキル基」とは、アルキル鎖に一つ、二つ、三つ、四つ、五つ又は六つの炭素原子があることを指す。典型的なアルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等を含むが、それらに限定されない。
以下の説明では、本発明の内容をより明瞭にするように、上記化合物、方法、医薬組成物の各具体的な方面、特性および利点を詳細に説明する。以下の詳細な説明および実例は、ただ参考のために具体的な実施例を説明したことを理解すべきである。本発明の説明の内容を読んだ後、当業者は本発明に各種の変更や修正をすることができるが、それらの変更や修正も同様に本発明の請求の範囲に含まれる。
装置:Waters UPLC H-Class
カラム:ACQUITY UPLCオリゴヌクレオチドBEH C18、2.1*150mm
カラム温度:75℃
移動相A:200mMヘキサフルオロイソプロパノール+8.15mMトリエチルアミン pH7.9
移動相B:メタノール
流速:0.3mL/min
勾配:
イオン源:ESI
イオン化モード:ES-
M/Z:600~3000
キャップアナログの合成経路の簡単な説明
キャップアナログの合成:原料の5’-O-DMT-2’-O-TBDMSホスホロアミダイト(rAAc、rCAc、rGdmf、U)及び2’-O-MOE-3’-O-ホスホロアミダイト(A2’O-MOE Ac、C2’O-MOE Ac、G2’O-MOE dmf、U2’O-MOE)及び2’-O-エチル-3’-O-ホスホロアミダイト(A2’O-Ethyl Ac、C2’O-Ethyl Ac、G2’O-Ethyl dmf、U2’O-Ethyl)はHongeneから入手し、ビス-シアノエチル-N,N-ジイソプロピルCEDホスホロアミダイトはChemGenesから入手した。産業界で一般的なオリゴヌクレオチド固相合成プロセス(Bioautomation Mermade 12固相合成装置)によりpNpNジヌクレオチドを合成した上で、それをリン酸イミダゾレートである7me-2’-O-4’-C-ロックド-グアノシン5’-二リン酸(m7GBeta-D-LNADPIm)又は2’-O,4’-C-メチレン-アルファ-L-リボフラノシルグアノシン5’-二リン酸(m7GAlpha-L-LNADPIm)又はN7-メチルグアノシン5’-二リン酸(m7GDPIm)と反応させ、開始キャップオリゴヌクレオチド組成物を生成し、DEAE-650s(Toyopearl)及び半分取RT-HPLCカラムにより精製し、精製品を得た。合成プロセスは図1~3に示す。
キャップアナログ含有mRNAの合成
(1)テンプレートDNAの調製
テンプレートは通常、マルチクローニングサイトに標的配列が挿入された直鎖プラスミドからなり、且つ標的配列の前に、例えばT7、T3、SP6プロモーターなどの対応するポリメラーゼのプロモーターが存在する必要がある。プラスミドは使用前に直鎖化する必要があり、DNAは、適当な制限エンドヌクレアーゼで消化して直鎖化し、次いで、例えばフェノール-クロロホルムで処理した後エタノールで沈殿させる等の適切な方法により精製した。プラスミドの直鎖化に使用される制限エンドヌクレアーゼとしては、末端が平滑であるものか、5’末端が突出するものが望ましい(3’突出を産生する酵素でテンプレートを直鎖化すると、異常な転写物が生じる)。
37℃で2時間反応させた。
DNase Iを1U加え、37℃で30分間反応させた。
Thermo MEGAclear(登録商標)転写物洗浄キットを利用して反応液を精製し、精製されたmRNAに5U/ulの南極ホスファターゼを2ul加え、均一に混合してから、37℃で1時間処理した。
処理終了後、分光光度計でmRNAの産量を分析し、産量の結果は表1に示す。
HPLCにより、バッファーB(0.1Mトリエチルアミン-酢酸 pH7.0及び25%アセトニトリル)とバッファーA(0.1Mトリエチルアミン-酢酸 pH7.0)の勾配を30%から60%までのバッファーAとし、1ml/minで約30分間精製し、RNAを含有する画分を合併した後、イソプロパノールで沈殿させ、分光光度計で定量化した。
テストされた各種の開始キャップオリゴヌクレオチドにつき、液体クロマトグラフィー質量分析法(LC-MS)による検出結果から、キャップmRNAの割合を解析した。この実験では、mRNAに相補的なDNAプローブを用い、RNAとDNAがハイブリダイズすると、RNaseHがRNAのホスホジエステル結合を特異的に加水分解するため、RNaseHの作用で3’末端が均一なRNA小断片が得られ、LC-MSによりRNA小断片の分子量と百分率を解析し、転写反応におけるRNAのキャッピング状況を決定する。5’末端のキャップの有無は分子量で見えるので、5’末端を含む短いRNAの分子量と百分率を解析することにより、キャッピング効率を求めることができ、それに、分子量から算出できるように、付加されたキャップが上記実施例1の合成経路で得られたキャップヌクレオチドである。キャッピング効率の結果は表1及び図12に示す。
本実施例において、異なる開始キャップ構造を持つルシフェラーゼmRNA(Gaussia luciferase)(含まれる開始キャップヌクレオチドの構造は:m7GpppApG、m7GpppA2’OmepG、m7G3’OmepppA2’O-ethylpG、m7G2’OmepppA2’O-ethylpG、m7G3’OmepppA2’O-MOEpG、m7G2’OmepppA2’O-MOEpG、m7Gppp(N6-メチルアデニン)2’O-MOEpG、m7G2’OmepppC2’O-ethylpC、m7G3’OmepppA2’O-MOEpU)でHela細胞(ATCC CCL-2)をトランスフェクトし、24時間後、マイクロプレートリーダーでルシフェラーゼのシグナル強度を検出し、その蛍光シグナル強度はタンパク質の発現存在度に正比例する。Hela細胞を4×105/ウェルの密度で6ウェルプレートにプレーティングし、細胞密度が約80%になる際にトランスフェクションを行った。各ウェルにつきmRNAを2ugトランスフェクトし、トランスフェクション試薬をLipofectamine MessengerMAXトランスフェクション試薬(Invitrogen)にし、トランスフェクション工程は取扱説明書に参照して行った。トランスフェクトの24時間後、マイクロプレートリーダーでルシフェラーゼのシグナル強度を検出した。ルシフェラーゼ蛍光の計測:まず、トランスフェクトされた細胞培養液を1.5mLの遠心チューブに移して遠心し、細胞上澄を10ul取って96ウェルプレートに加え、且つそれに10ng/mlの基質を50ul加え、Synergy HI(BioTek)装置でその蛍光強度を計測した。各mRNAにつき、その発現の計測を6回繰返し、発現結果は、m7GpppApGキャップの結果に対する相対値である。データは平均値±標準偏差として表示し、得られた結果は表1に示す。未精製mRNAのタンパク質発現の同定も同時に完了させ、結果は表1及び図4に示す。
本実施例において、異なる開始キャップ構造を持つルシフェラーゼmRNA(Gaussia luciferase)(含まれる開始キャップヌクレオチドの構造は:m7GpppApG、m7GpppA2’OmepG、m7G3’OmepppA2’O-ethylpG、m7G2’OmepppA2’O-ethylpG、m7G3’OmepppA2’O-MOEpG、m7G2’OmepppA2’O-MOEpG、m7Gppp(N6-メチルアデニン)2’O-MOEpG、m7G2’OmepppC2’O-ethylpC、m7G3’OmepppA2’O-MOEpU)でHela細胞(ATCC CCL-2)をトランスフェクトし、24時間後、細胞を収集し、RNA共免疫沈降法により、細胞内タンパク質であるRIG-I及びIFIT1を、それらと結合したRNAと一緒に共免疫沈降させ、最後にそれらのmRNAを逆転写して且つリアルタイム定量PCRに供したところ、それらの相対的存在度はそれらとRIG-I及びIFIT1の結合能に正比例する。
本実施例において、異なる開始キャップ構造を持つルシフェラーゼmRNA(Gaussia luciferase)(含まれる開始キャップヌクレオチドの構造は:m7GpppApG、m7GpppA2’OmepG、m7G3’OmepppA2’O-ethylpG、m7G2’OmepppA2’O-ethylpG、m7G3’OmepppA2’O-MOEpG、m7G2’OmepppA2’O-MOEpG、m7Gppp(N6-メチルアデニン)2’O-MOEpG、m7G2’OmepppC2’O-ethylpC、m7G3’OmepppA2’O-MOEpU)でHela細胞(ATCC CCL-2)をトランスフェクトし、24時間後、細胞を収集し、細胞内の炎症因子の発現を検出し、その相対的存在度はmRNAの免疫原性に正比例する。
Hela細胞を4×105/ウェルの密度で6ウェルプレートにプレーティングし、細胞密度が約80%になる際にトランスフェクションを行った。各ウェルにつきmRNAを2ugトランスフェクトし、トランスフェクション試薬をLipofectamine MessengerMAXトランスフェクション試薬(Invitrogen)にし、トランスフェクション工程は取扱説明書に参照して行った。24時間後、細胞を収集し、TRIzolでRNAを抽出し、且つRNAをcDNAに逆転写した。最後にリアルタイム定量蛍光PCRで細胞内の炎症因子の発現を検出し、内部参照遺伝子をβ-ACTINにした。各遺伝子につき、その検出を3回繰返し、各遺伝子の発現結果は、m7GpppApGキャップの結果に対する相対値である。データは平均値±標準偏差として表示し、得られた結果は表3及び図7に示す。
キャップアナログm7GBeta-D-LNApppA2’O-MOEpGとm7GAlpha-L-LNApppA2’O-ethylpGのmRNAの調製及び発現
(1)テンプレートDNAの調製
テンプレートは通常、マルチクローニングサイトに標的配列が挿入された直鎖プラスミドからなり、且つ標的配列の前に、例えばT7、T3、SP6プロモーターなどの対応するポリメラーゼのプロモーターが存在する必要がある。プラスミドは使用前に直鎖化する必要があり、DNAは、適当な制限エンドヌクレアーゼで消化して直鎖化し、次いで、例えばフェノール-クロロホルムで処理した後エタノールで沈殿させる等の適切な方法により精製した。プラスミドの直鎖化に使用される制限エンドヌクレアーゼとしては、末端が平滑であるものか、5’末端が突出するものが望ましい(3’突出を産生する酵素でテンプレートを直鎖化すると、異常な転写物が生じる)。
50℃で2時間反応させた。
DNase Iを1U加え、37℃で30分間反応させた。
Thermo MEGAclear(登録商標)転写物洗浄キットを利用して反応液を精製し、精製されたmRNAに5U/ulの南極ホスファターゼを2ul加え、均一に混合してから、37℃で1時間処理した。
処理終了後、分光光度計でmRNAの産量を分析し、産量の結果は表4に示す。
HPLCにより、バッファーB(0.1Mトリエチルアミン-酢酸 pH7.0及び25%アセトニトリル)とバッファーA(0.1Mトリエチルアミン-酢酸 pH7.0)の勾配を30%から60%までのバッファーAとし、1ml/minで約30分間精製し、RNAを含有する画分を合併した後、イソプロパノールで沈殿させ、分光光度計で定量化した。
テストされた各種の開始キャップオリゴヌクレオチドにつき、液体クロマトグラフィー質量分析法(LC-MS)による検出結果から、キャップmRNAの割合を解析した。この実験では、mRNAに相補的なDNAプローブを用い、RNAとDNAがハイブリダイズすると、RNaseHがRNAのホスホジエステル結合を特異的に加水分解するため、RNaseHの作用で3’末端が均一なRNA小断片が得られ、LC-MSによりRNA小断片の分子量と百分率を解析し、転写反応におけるRNAのキャッピング状況を決定する。5’末端のキャップの有無は分子量で見えるので、5’末端を含む短いRNAの分子量と百分率を解析することにより、キャッピング効率を求めることができ、それに、分子量から算出できるように、付加されたキャップが上記のキャップヌクレオチドである。キャッピング効率の結果は表4及び図13に示す。
本実施例において、異なる開始キャップ構造を持つルシフェラーゼmRNA(Gaussia luciferase)(含まれる開始キャップヌクレオチドの構造は:m7GpppApG、m7GpppA2’OmepG、m7GBeta-D-LNApppA2’O-MOEpG及びm7GAlpha-L-LNApppA2’O-ethylpG)でHela細胞(ATCC CCL-2)をトランスフェクトし、24時間後、マイクロプレートリーダーでルシフェラーゼのシグナル強度を検出し、その蛍光シグナル強度はタンパク質の発現存在度に正比例する。
本実施例において、異なる開始キャップ構造を持つルシフェラーゼmRNA(Gaussia luciferase)(含まれる開始キャップヌクレオチドの構造は:m7GpppApG、m7GpppA2’OmepG、m7GBeta-D-LNApppA2’O-MOEpG及びm7GAlpha-L-LNApppA2’O-ethylpG)でHela細胞(ATCC CCL-2)をトランスフェクトし、24時間後、細胞を収集し、RNA共免疫沈降法により、細胞内タンパク質であるRIG-I及びIFIT1を、それらと結合したRNAと一緒に共免疫沈降させ、最後にそれらのmRNAを逆転写して且つリアルタイム定量PCRに供したところ、それらの相対的存在度はそれらとRIG-I及びIFIT1の結合能に正比例する。
本実施例において、異なる開始キャップ構造を持つルシフェラーゼmRNA(Gaussia luciferase)(含まれる開始キャップヌクレオチドの構造は:m7GpppApG、m7GpppA2’OmepG、m7GBeta-D-LNApppA2’O-MOEpG及びm7GAlpha-L-LNApppA2’O-ethylpG)でHela細胞(ATCC CCL-2)をトランスフェクトし、24時間後、細胞を収集し、細胞内の炎症因子の発現を検出し、その相対的存在度はmRNAの免疫原性に正比例する。Hela細胞を4×105/ウェルの密度で6ウェルプレートにプレーティングし、細胞密度が約80%になる際にトランスフェクションを行った。各ウェルにつきmRNAを2ugトランスフェクトし、トランスフェクション試薬をLipofectamine MessengerMAXトランスフェクション試薬(Invitrogen)にし、トランスフェクション工程は取扱説明書に参照して行った。24時間後、細胞を収集し、TriZolでRNAを抽出し、且つRNAをcDNAに逆転写した。最後にリアルタイム定量蛍光PCRで細胞内の炎症因子の発現を検出し、内部参照遺伝子をβ-ACTINにした。各遺伝子につき、その検出を3回繰返し、各遺伝子の発現結果は、m7GpppApGキャップの結果に対する相対値である。データは平均値±標準偏差として表示し、得られた結果は表6及び図11に示す。
Claims (8)
- 式(I-a)又は式(I-b)で表されるキャップアナログ:
式中、B1とB2はそれぞれ天然の塩基又は修飾された塩基であり;
R3はO-R5-R6であり;
R 5 は置換又は非置換のC 1-20 アルキル基であり;
R 6 は置換又は非置換のO-アルキル基、又は水素(R 5 が置換又は非置換のC 2-20 アルキル基である場合)である。 - R3はOCH2CH3、OCH2OCH3又はOCH2CH2OCH3であることを特徴とする、請求項1に記載のキャップアナログ。
- B1とB2はそれぞれアデニン、N6-メチルアデニン、グアニン、ウラシル又はチミンであることを特徴とする、請求項1に記載のキャップアナログ。
- 標的ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドであって、
(a)少なくとも一つのORF領域;
(b)少なくとも一つのKozak配列の5’UTR;
(c)3’UTR;及び
(d)少なくとも一つの5’開始キャップを持つ請求項1~3のいずれかに記載のキャップアナログ
を含むことを特徴とする、ポリヌクレオチド。 - 請求項4に記載のポリヌクレオチドと薬学的に許容される担体とを含むことを特徴とする、医薬組成物。
- 前記担体は、脂質ナノ粒子(LNP)、リポソーム(liposomes)、高分子ナノ粒子(polymeric nanoparticles)、固体脂質ナノ粒子(solid lipid nanoparticles)又はエマルション(emulsions)からなる群から選ばれることを特徴とする、請求項5に記載の医薬組成物。
- (1)DNAテンプレートを調製する:
(2)RNAポリメラーゼ、ヌクレオシド三リン酸、及び請求項1~3のいずれかに記載のキャップアナログを含む反応系中で、インビトロ転写反応を行うことにより、請求項4に記載のポリヌクレオチドを得る
ことを含むことを特徴とする、請求項4に記載のポリヌクレオチドの製造方法。 - RNAポリメラーゼは、ファージ由来RNAポリメラーゼであることを特徴とする、請求項7に記載の製造方法。
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