JPH11500618A - Dna分子、その製造及び遺伝子治療における使用 - Google Patents
Dna分子、その製造及び遺伝子治療における使用Info
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- JPH11500618A JPH11500618A JP8525455A JP52545596A JPH11500618A JP H11500618 A JPH11500618 A JP H11500618A JP 8525455 A JP8525455 A JP 8525455A JP 52545596 A JP52545596 A JP 52545596A JP H11500618 A JPH11500618 A JP H11500618A
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、環状形態であり、実質的に1種以上の有用遺伝子を含むことを特徴とする二本鎖DNA分子に関する。
Description
【発明の詳細な説明】
DNA分子、その製造及び遺伝子治療における使用
遺伝子治療は患部細胞又は器官に遺伝情報を導入することにより欠陥又は異常
を治療する方法である。この情報は器官から抽出した細胞にインビトロ導入後に
生物に再導入してもよいし、標的組織に直接インビボ導入してもよい。DNAは
高分子量負電荷分子であるため、天然にはリン脂質細胞膜を通過し難い。そこで
、遺伝子導入を可能にするために種々のベクターが使用されており、ウイルスベ
クターと、天然又は合成の化学及び/又は生化学ベクターに分けられる。ウイル
スベクター(レトロウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス等)は特に
膜通過には非常に有効であるが、病原性、組換え、複製、免疫原性等のいくつか
の危険がある。化学及び/又は生化学ベクターはこれらの危険を避けることがで
きる(詳細についてはBehr,1993,CottenとWagner,19
93参照)。このようなベクターの1例は、DNAと共に沈殿を形成することに
より作用するカチオン(リン酸カルシウム、DEAEデキストラン等)であり、
このような沈殿は細胞により「貧食」されると考えられる。DNAを取り込み、
形質
膜と融合するリポソームでもよい。合成遺伝子導入ベクターは一般にDNAと結
合して表面に正電荷をもつ粒子を形成するカチオン脂質又はポリマーである。こ
れらの粒子は細胞膜の負電荷と相互作用した後、細胞膜を通過することができる
。このようなベクターの例としては、ジオクタデシルアミドグリシルスペルミン
(DOGS,Transfectam(登録商標))又はN−[1−(2,3−
ジオレイルオキシ)プロピル]−N,N,N−トリメチルアンモニウムクロライ
ド(DOTMA,Lipofectin(登録商標))を挙げることができる。
DNAを濃縮し、リガンドと結合したポリカチオン部分から構成されるキメラタ
ンパク質も開発されており、前記リガンドは膜レセプターに結合してエンドサイ
トーシスにより細胞内に複合体を運搬する。このように、導入した遺伝子のイン
ビボ生体利用性を改善するために組織又は所定の細胞集団を「ターゲティング」
することが理論的には可能である。
しかし、化学及び/又は生化学ベクター又は裸のDNAを使用すると、薬理学
的純度のDNAが多量に産生される可能性がある。実際に、これらの遺伝子治療
技術では医薬は同一DNAにより構成されるので、ヒト治療用に適した性質をも
つ適量の
DNAを製造できることが不可欠である。
遺伝子治療で現在使用されているプラスミドは、(i)複製起点と、(ii)
抗生物質(カナマイシン、アンピシリン等)耐性遺伝子等のマーカー遺伝子と、
(iii)その発現に必要な配列(エンハンサー、プロモーター、ポリアデニル
化配列等)をもつ1種以上のトランスジーンをもつ。しかし、(Nabelら,
1992に記載されているようなメラノーマの治療等の臨床試験レベル又は実験
レベルで)遺伝子治療に現在使用されているこれらのプラスミドは、特に生体内
伝播に関連するいくつかの欠点がある。例えば、この伝播の結果、生体中に存在
するコンピテント細菌はこのプラスミドを低頻度でしか受容できない。そのため
、インビボ遺伝子治療でDNAが患者の生体内で伝播してこの患者に感染する細
菌又は共生フロラの細菌と接触する可能性は一層高くなる。プラスミドの受容細
菌が大腸菌等の腸内細菌である場合には、このプラスミドは複製することができ
る。その結果、治療遺伝子の伝播が生じる。遺伝子治療で使用される治療遺伝子
が例えばリンホカイン、成長因子、抗腫瘍遺伝子、又は宿主に欠損しているため
にその遺伝子欠陥を治療することが可能な機能をもつタンパク質をコードし得る
限り、これらの遺伝子の一部の伝播は(例えば病原細菌がヒト成長因子の遺伝子
を獲得するような場合に)予測不能な気掛かりな結果を生じる恐れがある。更に
、非ウイルス遺伝子治療で使用されているプラスミドは抗生物質(アンピシリン
、カナマイシン等)耐性マーカーももつ。従って、プラスミドの耐性遺伝子を選
択する抗生物質と同一ファミリーの抗生物質を使用する全抗生剤療法は該当プラ
スミドを選択することになるので、このようなプラスミドを獲得する細菌は明ら
かに優先的に選択される。因に、アンピシリンは世界で最も広く使用されている
抗生物質ファミリーであるβ−ラクタムに属する。従って、治療遺伝子と耐性遺
伝子の伝播を最大限に制限するように努めることが必要である。更に、プラスミ
ドがプラスミドのベクター部分に対応する遺伝子(複製に必要な機能、耐性遺伝
子)をもつ場合には、これらの遺伝子がトランスフェクトした細胞で発現される
危険もある。実際に、プラスミド上の宿主の発現シグナルに起因する除去不能な
転写バックグラウンドが存在する。外来タンパク質は潜在的に免疫原性であり、
従って、トランスフェクトした細胞の免疫系により攻撃されるので、その発現は
所定数の遺伝子治療で全く有害である。
従って、治療用に適した遺伝子純度をもつ医薬DNA分子を入手できることが
特に重要である。これらのDNA分子を医薬用途に適した量で製造可能な方法を
実現できることも特に重要である。本発明はこれらの問題を解決する。
実際に、本発明は遺伝子治療で利用可能であり、非常に改善された遺伝子純度
と高い生体利用性をもつDNA分子に関する。本発明はこれらの分子の製造及び
精製に特に有効な方法にも関する。
本発明は特に、遺伝子治療で利用可能であり、任意の非治療領域を実質的に欠
失するDNA分子の開発にある。本発明によるDNA分子は環状構造で小サイズ
の超らせん状であることからミニサークルとも呼ばれ、多数の利点がある。
本発明によるDNA分子はまず第1に、(1)治療遺伝子の無制御な過剰発現
を誘導し得る複製及び伝播(dissemination)、(2)耐性遺伝子の伝播及び発
現、(3)プラスミドの非治療部分に存在する潜在的に免疫原性及び/又は炎症
性の遺伝子の発現等のプラスミドの伝播に結びつけられる危険を回避できる。本
発明によるDNA分子に含まれる遺伝情報は(複製起点や、抗生物質耐性遺伝子
等を含まず)実際に治療遺伝子とその発現
調節シグナルに実質的に限られる。これらの分子(従ってこれらの分子に含まれ
る遺伝情報)が微生物移入され、安定に維持される可能性はほぼゼロである。
更に、本発明によるDNA分子はサイズが小さいため、潜在的に良好なインビ
ボ生体利用性をもつ。特に、改善された細胞侵入および細胞分布の能力をもつ。
因に、組織内の拡散係数は分子量に反比例すると認められている(Jain,1
987)。また、細胞レベルでは高分子量分子は細胞膜を透過しにくい。更に、
高分子量はプラスミドの発現に不可欠な核への移動にも適さず、核膜孔は核拡散
に寸法制限を加える(Landfordら,1986)。本発明によるプラスミ
ドは非治療部分(特に複製起点と耐性遺伝子)を欠失するため、DNA分子のサ
イズを低減することもできる。例えば複製起点と耐性マーカー(ベクター部分)
が3kb、トランスジーンとその発現に必要な配列が3kbとするならば、この
低減は2分の1と予想することができる。(i)分子量と(ii)負電荷のこの
低下により、本発明の分子は改善された拡散能と組織、細胞及び核生体利用性を
もつ。
従って、本発明の第1の目的は、環状であり、本質的に1種以上の有用遺伝子
を含むことを特徴とする2本鎖DNA分子に
ある。上述のように、本発明の分子は非治療領域、特に複製起点及び/又はマー
カー遺伝子を実質的に欠失する。更に、本発明の分子は超らせん状であるという
利点がある。
本発明は、これらの治療用DNA分子の製造に特に有効な方法、構築物及び特
定細胞宿主の開発にもある。より詳細には、本発明による方法は部位特異的組換
えによりプラスミド又は染色体から切り出すことにより上記治療用DNA分子を
製造することを特徴とする。本発明による方法は、プラスミドの予備精製段階が
不要であり、非常に特異的であり、特別に有効であり、DNA生産量が低下せず
、非常に高い遺伝子純度と高い生体利用性の治療用分子が直接得られるという点
で特に有利である。この方法は実際に、主に有用遺伝子と、発現が所望される細
胞、組織、臓器、器官又は完全生物で前記遺伝子の発現を可能にする調節配列を
含む環状DNA分子(ミニサークル)を生成する。更に、その後、これらの分子
を慣用技術により精製してもよい。
部位特異的組換えは、配列間の部位特異的組換えを引き起こす種々の系により
実施することができる。より好ましくは、本発明の方法における部位特異的組換
えは、一般にリコンビナーゼと呼ばれる特定タンパク質の存在下で相互に組換え
可能な2
種の特定配列により得られる。このため、本発明によるDNA分子は一般にこの
部位特異的組換えにより生じる配列も含む。本発明の範囲内で使用される組換え
を可能にする配列は一般に5〜100塩基対、より好ましくは50塩基対未満を
含む。
部位特異的組換えはインビボ(即ち宿主細胞内)で実施してもインビトロ(即
ちプラスミド調製物上)で実施してもよい。
この点で、本発明は上記治療用DNA分子の製造に適した特定遺伝子構築物も
提供する。これらの遺伝子構築物即ち本発明による組換えDNAは特に、順方向
に配置された部位特異的組換えを可能にする2つの配列によってフランキングさ
れた1種以上の有用遺伝子を含む。順方向位置とは、2つの配列が本発明による
組換えDNA内で同一の5’−3’極性に従うことを意味する。本発明の遺伝子
構築物は主に上記要素から構成される2本鎖DNAフラグメント(カセット)で
あり得る。これらのカセットはこれらの要素をそのゲノムに組み込んだ細胞宿主
の構築に利用できる(図1)。本発明の遺伝子構築物はプラスミドでもよく、即
ち所与の宿主細胞で複製することができ、順方向に配置された部位特異的組換え
を可能にする2つの配列によってフランキングされた1種以上の有用遺伝子を含
む任意の
直鎖又は環状DNA分子でもよい。これらのプラスミドはより具体的には、ベク
ター(例えばクローニング及び/又は発現ベクター)、ファージ、ウイルス等で
あり得る。本発明のこれらのプラスミドは、プラスミドの複製とその後のミニサ
ークルの切り出しによってミニサークルを製造する目的で任意のコンピテント細
胞宿主を形質転換させるために利用することができる(図2)。
この点で、本発明の別の目的は順方向に配置された部位特異的組換えを可能に
する2つの配列によってフランキングされた1種以上の目的遺伝子を含む組換え
DNAにある。
本発明による組換えDNAは好ましくは少なくとも
a)複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、
b)順方向に配置された部位特異的組換えを可能にする2つの配列と、
c)前記配列b)の間に配置された1種以上の有用遺伝子と、を含むプラスミド
である。
本発明による遺伝子構築物に存在する特定組換え系は、種々の起源のものでよ
い。特に、使用する特定配列及びリコンビナーゼは、種々の構造クラスに属する
ものを利用でき、特にバクテリオファージλのインテグラーゼのファミリー又は
トランス
ポゾンTn3のリゾルベースのファミリーに属するものを利用できる。
バクテリオファージλのインテグラーゼのファミリーに属するリコンビナーゼ
のうちでは、特にファージλ(Landyら,Science 197(197
7)1147)、P22及びΦ80(Leongら,J.Biol.Chem.
260(1985)4468)のインテグラーゼ、Haemophilus i nfluenzae
のHP1(Hauserら,J.Biol.Chem.26
7(1992)6859)、ファージP1のインテグラーゼCre、プラスミド
pSAM2のインテグラーゼ(EP350341)、又はプラスミド2μのリコ
ンビナーゼFLPを挙げることができる。本発明によるDNA分子がバクテリオ
ファージλのインテグラーゼのファミリーの部位特異系を介して組換えにより製
造される場合には、本発明によるDNA分子は一般に、対応するバクテリオファ
ージ又はプラスミドの2つの結合配列att間の組換えにより生じる配列も含む
。
トランスポゾンTn3のファミリーに属するリコンビナーゼのうちでは、特に
トランスポゾンTn3もしくはトランスポゾ
ンTn21及びTn522のリゾルベース(Starkら,1992)、バクテ
リオファージmuのインベルターゼGin又はプラスミドのリゾルベース、例え
ばRP4のparフラグメントのリゾルベース(Abertら,Mol.Mic
robiol.12(1994)131)を挙げることができる。本発明による
DNA分子がトランスポゾンTn3のファミリーの部位特異系を介して組換えに
より製造される場合には、本発明によるDNA分子は一般に、該当するトランス
ポゾンのリゾルベースの2つの認識配列間の組換えにより生じる配列も含む。
特定態様によると、本発明の遺伝子構築物において、部位特異的組換えを可能
にする配列はバクテリオファージから誘導される。より好ましくは、このような
配列はバクテリオファージの結合配列(attP及びattB配列)又は誘導配
列である。これらの配列は、インテグラーゼと呼ばれるリコンビナーゼの存在下
で相互に特異的に組換え可能である。誘導配列なる用語は、バクテリオファージ
の結合配列の改変により得られ、適当なリコンビナーゼの存在下で特異的組換え
能力を維持する配列を意味する。そのような配列は、例えば、該結合配列の短縮
フラグメントでもよいし、逆に他の配列(制限部位等)を付加し
て伸長したフラグメントでもよい。更には、突然変異、特に点突然変異により得
られる変異体でもよい。本発明によると、バクテリオファージ又はプラスミドのattP
及びattB配列とは、該バクテリオファージ又はプラスミドに特異的
な組換え系の配列のことであり、即ちattP配列は前記ファージ又はプラスミ
ドに存在する配列であり、attBは対応する染色体配列である。
好ましい例として、特にファージλ、P22、Φ80、P1、Haemoph ilus influenzae
のHP1又はプラスミドpSAM2もしくは2
μの結合配列を挙げることができる。これらの配列は配列番号1、2、6、7、
8、9、10、11、12、13及び14の配列の全部又は一部から選択すると
有利である。これらの配列は特に、これらのファージの結合配列の中心相同領域
を含む。
この点で、本発明による好ましいプラスミドは、
(a)細菌複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、
(b)ファージλ、P22、Φ80、HP1、P1又はプラスミドpSAM2も
しくは2μから選択されるバクテリオファージのattP及びattB配列又は
誘導配列と、
(c)前記配列b)の間に配置された1種以上の有用遺伝子を
含む。
特に好ましい態様によると、λファージの結合配列(attP及びattB)
を含む。これらの配列をもつプラスミドは特にプラスミドpXL2648、pX
L2649又はpXL2650である。これらのプラスミドをインビボ又はイン
ビトロでλファージのインテグラーゼの存在下におくと、配列が相互に組換えら
れ、切り出しにより、主に要素(c)即ち治療部分を含む本発明によるミニサー
クルがインビボ又はインビトロで生成される(図2)。
更に本発明の特定態様によると、部位特異的組換えを可能にする配列はファー
ジP1のloxP領域から誘導される。この領域は、Creと呼ばれるタンパク
質の存在下で相互に特異的に組換え可能な2つの逆方向反復配列から主に構成さ
れる(Sternbergら,J.Mol.Biol.150(1971)46
7)。従って、特定変形例によると本発明は、(a)細菌複製起点及び場合によ
りマーカー遺伝子と、(b)バクテリオファージP1の逆方向反復配列(lox P
領域)と、(c)前記配列b)の間に配置された1種以上の有用遺伝子を含む
プラスミドに関する。
別の特定態様によると、本発明の遺伝子構築物において、部位特異的組換えを
可能にする配列はトランスポゾンから誘導される。より好ましくは、このような
配列はトランスポゾンのリゾルベースの認識配列又は誘導配列である。好ましい
例としては、トランスポゾンTn3、Tn21及びTn522の認識配列を特に
挙げることができる。好ましい例としては、配列番号15の配列又はその誘導体
を挙げることができる(Sherrat,P.163−184,Mobile
DNA,D.BergとM.Howe編,American Society
for Microbiology,Washington D.C.1989
も参照のこと)。
特に有利な別の変形例によると、本発明のプラスミドはマルチマーの分解配列
も含む。このような配列は、好ましくはプラスミドRK2のmrs(マルチマー
分解系)配列である。より好ましくは、本発明は、
(a)細菌複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、
(b)ファージλ、P22、Φ80、HP1、P1又はプラスミドpSAM2も
しくは2μから選択されるバクテリオファージの順方向attP及びattB配
列又は誘導配列と、
(c)前記配列b)の間に配置された1種以上の有用遺伝子及びプラスミドRK
2のmrs配列を含むプラスミドに関する。
この態様は特に有利である。因にプラスミドpXL2649又はpXL265
0をインビボでバクテリオファージのインテグラーゼの存在下におくと、配列が
組換えられ、ミニサークルとミニプラスミドのみならず、ミニサークル又はミニ
プラスミドのマルチマー又はトポロジー形態も生成される。ミニサークルの生産
を増加し、その精製を容易にするためには、これらの形態の濃度を低下できるこ
とが特に有利である。
プラスミドのマルチマー形態は当業者に公知である。例えばColE1のce r
フラグメント(Summersら,1984 Cell 36 p1097)
又はRK2の遺伝子座parのmrs部位(L.Ebert 1994 Mol
.Microbiol.2 p131)はプラスミドのマルチマーの分解が可能
であり、プラスミドの安定性の増加を助長する。但し、cer部位での分解には
大腸菌のゲノムによりコードされる4種のタンパク質が必要であるが(Coll
omsら,1990 J.Bacteriol.172 p6973)、mrs
部位での分解にはRK2の遺伝子座parにマッピングされる遺
伝子parAをコードするタンパク質ParAしか必要としない。このため、p arA
とmrs配列を含む遺伝子座parの全部又は一部を利用すれば有利であ
ると思われる。例えば、mrs配列をλファージのattB及びattP配列間
に配置すると、遺伝子parAをその固有のプロモーター又は誘導プロモーター
からトランス又はシス発現させることができる。この点で、本発明の特定プラス
ミドは、
(a)細菌複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、
(b)ファージλ、P22、Φ80、HP1、P1又はプラスミドpSAM2も
しくは2μから選択されるバクテリオファージの順方向attP及びattB配
列又は誘導配列と、
(c)前記配列b)の間に配置された1種以上の有用遺伝子及びプラスミドRK
2のmrs配列と、
(d)プラスミドRK2の遺伝子parAを含む。
このようなプラスミドの1例は特に実施例に記載するプラスミドpXL296
0である。このようなプラスミドを利用して固有のモノマー形態のミニサークル
を生産することができる。
別の有利な変形例によると、本発明のプラスミドは異なるファミリーの2組の
部位特異的組換え配列を含む。このような配
列は、第1組のインテグラーゼ依存性配列と、第2組のparA依存性配列が有
利である。2組の配列を使用すると、最初の部位特異的組換えが不完全である場
合にミニサークルの生産収率を増加することができる。因にプラスミドpXL2
650又はpXL2960をインビボでバクテリオファージのインテグラーゼの
存在下におくと、配列が組換えられ、ミニプラスミドとミニサークルが生産され
るが、この反応は完全ではない(初期プラスミドの5〜10%が残存し得る)。
λファージのatt配列の各々の近傍にRK2のmrs配列を導入すると、ミニ
サークルの生産を増加することができる。例えばλファージのインテグラーゼの
誘導とInt依存性組換え後、非組換え分子はRK2のタンパク質ParAの調
節下にmrs部位で組換え可能になる。他方、タンパク質ParAの誘導とPa
rA依存性組換え後に非組換え分子はλファージのインテグラーゼの調節下にa tt
部位で組換え可能になる。従って、このような構築物はミニサークルとごく
少量の非組換え分子を生産することができる。att配列とmrs配列は共に順
方向であり、int及びparA遺伝子は同一誘導プロモーター又は2つの誘導
プロモーターから同時又は順次誘導され得る。λファージ
の順方向結合配列attB及びattPとRK2の2つの順方向mrs配列を使
用するのが好ましい。
上述のように、本発明の別の態様は部位特異的組換えによりプラスミド又は染
色体から切り出すことにより上記治療用DNA分子を製造する方法にある。
従って、本発明の別の目的は上記のような組換えDNAを含む宿主細胞培養物
を、部位特異的組換えを誘導することが可能なリコンビナーゼと接触させること
を特徴とする、上記DNA分子(ミニサークル)の製造方法にある。前記リコン
ビナーゼの遺伝子を含むプラスミド又はファージをトランスフェクト又は感染さ
せるか、あるいは宿主細胞中に存在する前記リコンビナーゼをコードする遺伝子
の発現を誘導することにより接触させるとより好ましい。後述するように、この
遺伝子はゲノムに組み込まれた形態で宿主細胞中に存在してもよいし、複製プラ
スミド又は本発明のプラスミド上の非治療部分に存在してもよい。
インビボ部位特異的組換えにより本発明によるミニサークルを生産できるよう
にするには、使用するリコンビナーゼを所定の時点で細胞又は培地に導入又は誘
導しなければならない。こ
のためには種々の方法を利用することができる。第1の方法によると、調節下に
その発現を可能にする形態でリコンビナーゼの遺伝子を含む宿主細胞を使用する
。前記遺伝子は特にプロモーターもしくは誘導プロモーター系の制御下におくか
、又は感熱系に導入する。特に、増殖期は潜伏しており、適当な温度で誘導され
る温度感受性ファージに遺伝子を導入する(例えば溶原λファージXis--cI
857)。リコンビナーゼの遺伝子の発現カセットはプラスミド、ファージ又は
本発明のプラスミドの非治療領域に担持させることができる。前記カセットは宿
主細胞のゲノムに組み込んでもよいし、複製形態のままでもよい。別の方法によ
ると、増殖期後に細胞培養物にトランスフェクト又は感染させるために使用する
プラスミド又はファージに遺伝子の発現カセットを担持させる。この場合には、
遺伝子を調節下に発現可能な形態にする必要はない。特に、任意の構成プロモー
ターを使用することができる。リコンビナーゼとの接触は、タンパク質と共に直
接インキュベートすることにより、プラスミド調製物上でインビボ実施すること
もできる。
本発明の範囲内では、リコンビナーゼの遺伝子を調節下に発現させることが可
能な宿主細胞を使用するのが好ましい。この
態様は、リコンビナーゼが誘導後に宿主細胞により直接供給されるので特に有利
である。実際に、部位特異的インビボ組換えとその結果として本発明のミニサー
クルの切り出しを誘導するためには、所望の時点で培養細胞をリコンビナーゼの
遺伝子の発現条件(温度感受性遺伝子の許容温度、調節プロモーターのインデュ
ーサーの付加等)下におくだけで十分である。更に、リコンビナーゼの遺伝子を
導入するためにトランスフェクション又は感染が必要な場合には必ずしもそうで
ないとしても、この切り出しは全培養細胞がリコンビナーゼを発現するので特に
高い効率で実施される。
第1の態様によると、本発明の方法はプラスミドから部位特異的組換えにより
治療用DNA分子を切り出すことを特徴とする。この態様は上記プラスミドを利
用して選択した宿主でまず最初に複製を行った後、第2段階で部位特異的組換え
により前記プラスミドの非治療部分(特に複製起点と耐性遺伝子)を切り出して
本発明の環状DNA分子を生成する。この方法を実施するためには、種々の型の
プラスミドを利用することができ、特にベクター、ファージ又はウイルスを利用
できる。複製ベクターを利用するのが好ましい。
本発明の方法は、上記のようなプラスミドで宿主細胞を形質転換させた後、適
量のプラスミドが得られるように形質転換細胞を培養する予備段階を含むと有利
である。その後、上記条件下でリコンビナーゼと接触させることにより、部位特
異的組換えによる切り出しを行う(図2)。上述のように、この態様では部位特
異的組換えはインビボ(即ち宿主細胞内)でもインビトロ(即ちプラスミド調製
物上)でも実施できる。
従って、好ましい態様によると、本発明のDNA分子は特に複製起点とマーカ
ー遺伝子をもつ非治療部分を部位特異的組換えにより切り出すことにより、複製
ベクターから得られる。
別の態様によると、本発明の方法は部位特異的組換えにより細胞宿主のゲノム
からDNA分子を切り出すことを特徴とする。この態様はより詳細には、組換え
を可能にする配列によってフランキングされた有用遺伝子を含むカセットの1個
以上のコピーをそのゲノムに挿入した細胞宿主の構築にある(図1)。宿主細胞
のゲノムに本発明のカセットを挿入するためには種々の技術を利用することがで
きる。特に、組み込みベクターを利用することにより、ゲノムの複数の異なる場
所に挿入できる。この点では、ミニMu系や例えばTn10の誘導体等の欠損ト
ラ
ンスポゾン等の種々の転位系を使用することができる(Klecknerら,M
ethods Enzymol.204(1991)139;Groisman
E.,Methods Enzymol.204(1991)180)。1種
以上の有用遺伝子にフランキングする2つの順方向組換え配列を含むカセットを
細菌ゲノムに組み込むことが可能な相同組換えにより挿入を実施することもでき
る。この方法は細胞1個当たりできるだけ多数のコピーが得られるように所望回
数反復することができる。別の方法としては、カセットの1コピーから最大限の
数に増加するように、Labarreら(Labarre J.,O.Reye
s,Guyonvarch及びG.Leblon.1993.Gene rep
lacement,integration,and amplificati
on at the gdhA locus of Corynebacter ium
glutamicum.J.Bacteriol.175:1001−
107)に記載されているような組換えを利用するインビボ増幅系を使用しても
よい。
好ましい方法の1例はミニMuの使用である。このためには、耐性マーカーと
、転位に必要なシス機能と、有用遺伝子にフラ
ンキングする2つの順方向組換え配列を含むカセットを含むミニMuの誘導体を
構築する。ゲノムあたり複数のコピーを選択できる耐性マーカー(例えばカナマ
イシン)を使用することにより、これらのミニMuをゲノムの複数の場所に配置
すると有利である(Groisman E.前出)。上述のように、問題の宿主
細胞は順方向組換え配列によってフランキングされたフラグメントの切り出しを
誘導する特定部位リコンビナーゼも誘導的に発現できる。切り出し後、ミニサー
クルを慣用技術により精製してもよい。
本発明の方法のこの態様は、単一型のプラスミド分子として本発明のミニサー
クルを生産できるので特に有利である。細胞は実際に、プラスミドから生産する
場合のように他のエピソームプラスミドを全く含まない(図1及び2)。
本発明の別の目的は、上記のような組換えDNAの1個以上のコピーをそのゲ
ノムに挿入した改変宿主細胞でもある。
本発明は更に、上記のようなプラスミドを含む任意の組換え細胞にも関する。
これらの細胞は、所与の細胞にDNAを導入することが可能な当業者に公知の任
意の技術により得られる。このような技術としては特に、形質転換、エレクトロ
ポレーション、接合、プロトプラスト融合又は当業者に公知の他の任意
の技術が挙げられる。形質転換については、種々のプロトコールが従来技術に記
載されている。特に、細胞の形質転換はItoら(J.Bacteriol.1 53
(1983)163−168)に記載の技術に従って酢酸リチウムとポリエ
チレングリコールの存在下又はDurrensら(Curr.Genet.18
(1990)7)の技術に従ってエチレングリコールとジメチルスルホキシドの
存在下で完全細胞を処理することにより実施できる。ヨーロッパ特許出願第EP
361991号にも代替プロトコールが記載されている。エレクトロポレーショ
ンについては、BeckerとGuarentte(in:Methods i
n Enzymology Vol194(1991)182)に従って実施す
ることができる。
本発明による方法は任意の型の細胞宿主で実施することができる。特に、細菌
又は真核細胞(酵母、動物細胞、植物細胞)等を利用できる。細菌のうちでより
好ましいものとして、大腸菌、枯草菌、ストレプトミセス、シュードモナス(P .putida
、P.aeruginosa)、Rhizonium meli loti
、Agrobacterium tumefaciens、Staph yloccus
aureus、S treptomyces
pristinaespiralis、Entero coccus
faecium又はClostridium等を挙げることがで
きる。細菌のうちでは大腸菌を使用するのが好ましい。酵母のうちでは、Klu yveromyces
、Saccharomyces、Pichia、Hans enula
等を挙げることができる。哺乳動物細胞のうちではCHO、COS、
NIH3T3細胞等を挙げることができる。
本発明によるプラスミドは、使用する宿主に応じてその複製を可能とするよう
に当業者により適応される。特に、複製起点とマーカー遺伝子は選択する宿主細
胞に応じて選択される。
マーカー遺伝子は特に抗生物質(アンピシリン、カナマイシン、ゲネチシン、
ハイグロマイシン等)に対して耐性の遺伝子でもよいし、細胞が欠損する機能(
例えば染色体で欠失しているか不活性にされている遺伝子)を細胞に与え、プラ
スミド上でこの機能を回復する任意の遺伝子でもよい。
特定態様では、本発明の方法はミニサークルの付加的精製段階を含む。
この点では、ミニサークルはプラスミドDNAと同様に超ら
せん状であるので、プラスミドDNAの慣用精製技術により精製することができ
る。これらの技術としては特に、臭化エチジウムの存在下の塩化セシウム密度勾
配上の精製や、アニオン交換カラムの使用が挙げられる(Maniatisら,
1989)。更に、非治療部分(特に複製起点と選択マーカー)に対応するプラ
スミドDNAが非常に多量に存在すると予想される場合には、プラスミドを消化
し且つミニサークルを消化しない1種以上の制限酵素を精製後又は前に使用する
ことも可能であり、こうすると、臭化エチジウムの存在下の塩化セシウム密度勾
配等のように直鎖DNAから超らせんDNAを分離する技術によって分離するこ
とができる(Maniatisら,1989)。
更に、本発明は改善されたミニサークルの精製方法にも関する。この方法は、
1段階で非常に高純度のミニサークルが高収率で得られる。この改善方法は、ミ
ニサークル上に存在する2本鎖配列と特異的リガンドの相互作用に基づく。リガ
ンドは種々のものを利用でき、特にタンパク種、化学種又は核酸種を利用できる
。核酸型リガンドが好ましく、特に場合により化学的に修飾され、本発明のDN
A分子上に存在する特定配列とハイ
ブリダイゼーションにより三重螺旋を形成することが可能なオリゴヌクレオチド
が好ましい。実際に、所定のオリゴヌクレオチドは2本鎖DNA配列と特異的に
三重螺旋を形成できることが立証されている(Heleneら,Biochim
.Biophys.Acta 1049(1990)99;参考資料として本明
細書の一部とする仏国特許出願第FR94 15162号も参照)。
従って、特に有利な変形例では、本発明のDNA分子はリガンドと特異的に相
互作用することが可能な配列も含む(図3)。このような配列は、ハイブリダイ
ゼーションにより特定オリゴヌクレオチドと三重螺旋を形成することが可能な配
列が好ましい。この配列は有用遺伝子の機能に影響しないので、本発明のDNA
分子の任意の部位に配置することができる。この配列は本発明の遺伝子構築物(
プラスミド、カセット)の有用遺伝子を含む部分にも存在する(特にプラスミド
pXL2650参照)。本発明のDNA分子上に存在するこの特定配列は5〜3
0塩基対を含むことが好ましい。
本発明による方法を実施するために使用されるオリゴヌクレオチドは下記塩基
を含み得る。
−2本鎖DNAのダブレットA.Tとトリプレットを形成することが可能なチミ
ジン(T)(Rajagopalら,Biochem28(1989)7859
);
−2本鎖DNAのダブレットA.Tとトリプレットを形成することが可能なアデ
ニン(A);
−2本鎖DNAのダブレットG.Cとトリプレットを形成することが可能なグア
ニン(G);
−2本鎖DNAのダブレットG.Cとトリプレットを形成することが可能なプロ
トン化シトシン(C+)(Rajagopalら、前出)。
好ましくは、使用するオリゴヌクレオチドはシトシンを含むホモピリミジン配
列を含み、DNA分子上に存在する特定配列はホモプリン−ホモピリミジン配列
である。シトシンの存在により、シトシンがプロトン化されている場合には酸性
pHで安定な三重螺旋が得られ、シトシンが中和されている場合にはアルカリ性
pHで不安定な三重螺旋が得られる。
ハイブリダイゼーションにより三重螺旋を形成できるようにするためには、オ
リゴヌクレオチドと本発明のDNA分子上に存在する特定配列が相補的であるこ
とが重要である。この点で、
最良の収率と最良の選択性を得るために、本発明の方法では完全に相補的なオリ
ゴヌクレオチドと特定配列を使用する。特に、オリゴヌクレオチドポリ−CTT
と特定配列ポリ−GAAを使用できる。例えば、塩基GAGGが三重螺旋を形成
せずにオリゴヌクレオチドを結合アームから分離することができる配列GAGG
CTTCTTCTTCTTCTTCTTCTT(配列番号5)のオリゴヌクレオ
チドを挙げることができる。
当然のことながら、親和性をさほど低下させない程度であれば多少のミスマッ
チは許容できる。使用するオリゴヌクレオチドは天然種(修飾されていない天然
塩基から構成)でもよいし、化学的に修飾してもよい。特に、オリゴヌクレオチ
ドはヌクレアーゼに対する耐性もしくは保護又は特定配列に対する親和性を増加
できるように所定の化学的修飾を含むと有利である。
例えば、骨格構造の修飾(例えばメチルホスホネート、ホスホロチオエート、
ホスホトリエステル、ホスホアミデート等)によりオリゴヌクレオチドをヌクレ
アーゼに対してより耐性にすることができる。オリゴヌクレオチドと特定配列の
間の相互作用及び/又は親和性を改善することを特に目的とした別の型の修飾も
考えられる。特に、本発明で完全に有利な修飾はオリ
ゴヌクレオチドのシトシンのメチル化である。こうしてメチル化されたオリゴヌ
クレオチドは中性pHで特定配列と安定な三重螺旋を形成する特筆すべき性質を
もつ。従って、従来技術のオリゴヌクレオチドよりも高いpH、即ちプラスミド
DNAの分解の危険が少ないpHで操作することができる。
本発明の方法で使用するオリゴヌクレオチドの長さは少なくとも3、好ましく
は5〜30塩基である。10塩基を越える長さのオリゴヌクレオチドを使用する
と有利である。長さは所望の相互作用の選択性及び安定性に応じて当業者が適宜
適応できる。
本発明によるオリゴヌクレオチドは任意の公知方法により合成することができ
る。特に、核酸合成により製造することができる。当業者に公知の他の任意の方
法も当然使用できる。
本発明の方法を実施するためには、特異的リガンド(タンパク質、核酸等)を
支持体にグラフトしてもよいししなくてもよい。このためには種々の型の支持体
を使用することができ、例えば特に、カラムに予めパッケージングするかもしく
はしない機能性クロマトグラフィー支持体、機能性プラスチック表面又は磁性も
しくは非磁性の機能性ラテックスビーズが挙げられる。
クロマトグラフィー支持体が好ましい。例えば、使用可能なクロマトグラフィー
支持体はアガロース、アクリルアミド又はデキストラン及びそれらの誘導体(例
えばSephadex、Sepharose、Superose等)、ポリ(ス
チレンジビニルベンゼン)等のポリマー、又はグラフトするかしないシリカであ
る。クロマトグラフィーカラムは拡散又は潅流方式で使用することができる。
支持体に共有結合できるようにリガンドは一般に機能性である。オリゴヌクレ
オチドについては、例えばチオール、アミン又はカルボキシル末端基で5’又は
3’位を修飾し得る。特に、チオール、アミン又はカルボキシル基を付加すると
、例えばジスルフィド、マレイミド、アミン、カルボキシル、エステル、エポキ
シド、臭化シアン又はアルデヒド基をもつ支持体にオリゴヌクレオチドを結合す
ることが可能になる。これらの結合は、オリゴヌクレオチドと支持体の間にジス
ルフィド、チオエステル、エステル、アミド又はアミン結合を設定することによ
り形成される。例えば二官能性結合試薬等の当業者の公知の他の任意の方法も使
用できる。
更に、結合したオリゴヌクレオチドの活性を改善するために
は、「アーム」により結合すると有利である。アームを使用すると、実際に本発
明のDNA分子との相互作用条件を改善できるように支持体から選択された距離
にオリゴヌクレオチドを結合できる。アームはハイブリダイゼーションを妨げな
いヌクレオチド塩基から構成すると有利である。例えばアームはプリン塩基を含
み得る。1例として、アームは配列GAGGを含み得る。
本発明によるDNA分子は生物、組織又は所与の細胞に遺伝子を導入するため
に任意のワクチン接種又は遺伝子及び細胞治療用途で使用することができる。特
に、患者に接種する目的で直接インビボ投与に使用してもよいし、インビトロ又
はエクスビボ細胞改変に使用してもよい。この点で、本発明による分子はそのま
ま(裸のDNA形態)で使用してもよいし、種々の合成又は天然の化学及び/又
は生化学ベクターと組み合わせてもよい。このようなベクターとしては、DNA
と沈殿を形成することにより作用するカチオン(リン酸カルシウム、DEAEデ
キストラン等)を特に挙げることができ、この沈殿は細胞によって「貧食」され
ると考えられる。DNA分子を組み込み、形質膜と融合するリポソームでもよい
。遺伝子導入用
合成ベクターは一般に、DNAと結合してこれと共に表面に正電荷をもつ粒子を
形成するカチオン脂質又はポリマーである。これらの粒子は細胞膜の負電荷と相
互作用した後、これを通過することが可能である。このようなベクターの例とし
てはDOGS(Transfectam(登録商標))又はDOTMA(Lip
ofectin(登録商標))を挙げることができる。DNAを濃縮し、リガン
ドと結合したポリカチオン部分から構成されるキメラタンパク質も開発されてお
り、前記リガンドは膜レセプターに結合してエンドサイトーシスにより細胞内に
複合体を運搬する。本発明によるDNA分子はボンバードメント、エレクトロポ
レーション等の物理的トランスフェクション技術により遺伝子を細胞に導入する
ためにも使用できる。更に、治療に使用する前に、本発明の分子を場合により例
えば酵素切断により直鎖化してもよい。
この点で、本発明の別の目的は少なくとも上記のようなDNA分子を含む任意
の医薬組成物に関する。この分子は裸でもよいし、化学及び/又は生化学トラン
スフェクションベクターに結合してもよい。本発明による医薬組成物は、局所、
経口、非経口、鼻腔内、静脈内、筋肉内、皮下、眼内、経皮等の経路
で投与するように調合することができる。注射可能又は塗布形態でDNA分子を
使用するのが好ましい。特に治療部位のレベルに直接注射するように注射可能な
調合物に医薬的に許容可能な任意キャリヤーと混合することができる。キャリヤ
ーとしては、特に滅菌等張溶液、又は場合に応じて滅菌水もしくは生理食塩水を
加えると注射可能な溶液とすることができる乾燥組成物、特に凍結乾燥組成物が
挙げられる。特にグルコース又は塩化ナトリウムを含む希釈されたTris又は
PBS緩衝液が挙げられる。患者の患部領域に核酸を直接注射すると、患部組織
のレベルに治療効果を集中できるので有利である。核酸の使用量は種々のパラメ
ーター、特に遺伝子、ベクター、使用する投与方法、該当疾病又は所望の治療期
間に応じて適応できる。
本発明のDNA分子は1種以上の有用遺伝子、即ち標的細胞中で転写して、好
ましくは翻訳されると、治療、ワクチン、農学的又は獣医学的に有用な産物を産
生する1種以上の核酸(cDNA,gDNA,合成又は半合成DNA等)を含み
得る。
治療用有用遺伝子としては、より特定的には酵素をコードする遺伝子、血液誘
導体、ホルモン、リンホカイン(例えばインターロイキン、インターフェロン、
TNF等)(FR92/
03120)、成長因子、神経伝達物質又はその前駆物質もしくは合成酵素、栄
養因子(例えばBDNF、CNTF、NGF、IGF、GMF、aFGF、bF
GF、NT3、NT5等)、アポリポタンパク質(例えばApoAI、ApoA
IV、ApoE等)(FR93/05125)、ジストロフィン又はミニジスト
ロフィン(FR91/11947)、腫瘍抑制遺伝子(例えばp53、Rb、R
ap1A、DCC、k−rev等)(FR93/04745)、因子VII、V
III、IX等の凝血関連因子をコードする遺伝子、自殺遺伝子(例えばチミジ
ンキナーゼ、シトシンデアミナーゼ等)、更には天然又は人工免疫グロブリン(
Fab、ScFv等)、リガンドRNA(WO91/19813)の全部又は一
部等を挙げることができる。治療遺伝子は標的細胞で発現されると遺伝子の発現
又は細胞mRNAの転写を制御することが可能なアンチセンス遺伝子又は配列で
もよい。このような配列は、例えばヨーロッパ特許第EP140308号に記載
の技術に従って標的細胞で細胞mRNAに相補的なRNAに転写し、そのタンパ
ク質への翻訳を阻止することができる。
有用遺伝子はワクチン接種用遺伝子でもよく、即ちワクチン
製造の目的でヒト又は動物で免疫応答を生じることが可能な抗原ペプチドをコー
ドする遺伝子でもよい。このような遺伝子としては特に、エプスタイン−バール
ウイルス、HIVウイルス、B型肝炎ウイルス(EP185573)、偽狂犬病
ウイルスの特異抗原ペプチド、又は腫瘍特異抗原ペプチド(EP259212)
が挙げられる。
一般に、本発明のプラスミド及び分子において治療、ワクチン、農学又は獣医
学用有用遺伝子は更に、標的細胞又は生物(即ち哺乳動物)において機能する転
写プロモーター領域と、3’未満に位置し、転写終結シグナル及びポリアデニル
化部位を表す領域も含む(発現カセット)。プロモーター領域としては、該当細
胞又は生物で機能し得るときに着目遺伝子の発現に天然に関与するプロモーター
領域が挙げられる。別の起源の領域でもよい(他のタンパク質の発現に関与する
領域でもよいし、合成領域でもよい)。特に、真核又はウイルス遺伝子のプロモ
ーター配列を挙げることができる。例えば、標的細胞のゲノムに由来するプロモ
ーター配列を挙げることができる。真核プロモーターとしては、ある遺伝子の転
写を特異的又は非特異的、誘導又は非誘導的に強弱いずれかで刺激又は抑制する
任意のプ
ラスミド又は誘導配列を使用することができる。特に、ユビキチンプロモーター
(HPRT、PGK、α−アクチン、チューブリン等の遺伝子のプロモーター)
、中間フィラメントのプロモーター(GFAP、デスミン、ビメンチン、ニュー
ロフィラメント、ケラチン等の遺伝子のプロモーター)、治療遺伝子プロモータ
ー(例えばMDR、CFTR、VIII因子、ApoAI等の遺伝子のプロモー
ター)、組織特異的プロモーター(ピルビン酸キナーゼ、ビリン、脂肪酸結合性
腸タンパク質、平滑筋細胞のαアクチン等の遺伝子のプロモーター)、又は刺激
応答プロモーター(ステロイドホルモンレセプター、レチノイン酸レセプター等
)を挙げることができる。更に、ウイルスのゲノムに由来するプロモーター配列
、例えばアデノウイルスのE1A及びMLP遺伝子のプロモーター、CMVの初
期プロモーター又はRSVのLTRのプロモーター等でもよい。更に、活性化配
列、調節配列又は組織特異的もしくは過半数発現を可能にする配列の付加によっ
てこれらのプロモーター領域を改変してもよい。
更に、有用遺伝子は標的細胞の分泌経路に合成物を導くシグナル配列を含んで
いてもよい。このシグナル配列は合成物の天
然シグナル配列でもよいし、他の任意の機能シグナル配列又は人工シグナル配列
でもよい。
有用遺伝子に応じて、本発明のDNA分子は遺伝病(ジストロフィー、嚢胞性
線維症等)、神経変性病(アルツハイマー病、パーキンソン病、ALS等)、癌
、凝血障害又はリポタンパク異常血症に結び付けられる疾病、ウイルス感染に結
び付けられる疾病(肝炎、AIDS等)等を含む多数の疾病の治療もしくは予防
、又は農学及び獣医学等の分野で使用できる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、これらの実施例は単なる
例示であってこれによって発明を制限するものではない。
図面の説明
図1:ゲノムに組み込んだカセットからのミニサークルの生産。
図2:プラスミドからのミニサークルの生産。
図3:リガンドに特異的な配列を含むミニサークルの生産。
図4:pXL2649の構築。Ori:複製起点; Kan :カナマイシン
耐性を付与するマーカー遺伝子; Amp r:アンピシリン耐性を付与するマー
カー遺伝子; galK:大
腸菌のガラクトシダーゼ遺伝子; Plac:ラクトースオペロンのプロモータ
ー。
図5:プラスミドpXL2650、プラスミドpXL2650から生産される
ミニサークル及び対照PGL2(Promega Biotech)をマウス繊
維芽細胞NIH3T3にトランスフェクション後に得られるルシフェラーゼ活性
。トランスフェクションは、各ウェル当たりDNA0.5mg、各ウェル当たり
細胞50000個の条件下で実施した。使用したリポフェクタントはRPR11
5335である。リポフェクタント/DNA電荷比の関数としてタンパク質1μ
g当たりのRLUとして結果を報告する。
図6:プラスミドpXL2793の構築。このプラスミドは組換え後にホモプ
リン−ホモピリミジン合成配列とpXL2727のルシフェラーゼカセットを含
むミニサークルを生じる。
図7:レーン1は三重螺旋カラム精製後に溶出したフラクションのSalI消
化物に対応する。レーン2は三重螺旋カラム精製後に溶出したフラクションのX mn
I消化物に対応する。レーン3は三重螺旋カラム精製後に溶出したフラクシ
ョンの非消化物に対応する。レーン4はプラスミドpXL2793の非
誘導非消化物に対応する。レーン5及び6は夫々直鎖状DNA及び超らせんDN
Aのサイズマーカーに対応する。
図8:プラスミドpXL2776の構築の模式図。
図9:プラスミドpXL2777及びpXL2960の構築の模式図。
図10:大腸菌バクテリオファージ1のインテグラーゼがプラスミドpXL2
777及びpXL2960に及ぼす作用。M:直鎖状DNA又は超らせんDNA
の1kb分子量マーカー。N.I.:非誘導。I:誘導。N.D.:非消化。
図11:プラスミドpXL2777及びpXL2960における大腸菌でのバ
クテリオファージlのインテグラーゼの組換えの動力学。2’:2分。O/N:
14時間。M:直鎖状DNA又は超らせんDNAの1kb分子量マーカー。N.
I.:非誘導。I:誘導。N.D.:非消化。一般クローニング及び分子生物学技術
臭化エチジウム−塩化セシウム勾配によるプラスミドDNAの遠心分離、制限
酵素消化、ゲル電気泳動、アガロースゲルからのDNAフラグメントの電気溶離
、大腸菌での形質転換、核酸沈降等のような慣用分子生物学法は文献に記載され
ている
(Maniatisら,1989,Ausubelら,1987)。核酸配列は
既に報告されているプロトコール(Ausubelら,1987)に従って鎖終
止法により決定した。
制限酵素はNew−England Biolabs(Biolabs)、B
ethesda Research Laboratories(BRL)又は
Amersham Ltd(Amersham)から入手した。
連結にあたっては、DNAフラグメントを0.7%アガロースゲル又は8%ア
クリルアミドゲル上でサイズに従って分離し、電気泳動後に電気溶離により精製
し、フェノール抽出し、エタノール沈殿後、ファージT4(Biolabs)の
DNAリガーゼの存在下、緩衝液50mM Tris−HCl(pH7.4),
10mM MgCl2,10mM DTT,2mM ATP中でインキュベート
する。オリゴヌクレオチドは、自動DNA合成器Biosearch 8600
を製造業者の指示に従って使用し、シアノエチル基によりb位置で保護したホス
ホアミダイト誘導体を用いるホスホアミダイト化学(Sinhaら,1984,
Giles 1985)を使用することにより合成する。
連結したDNAを使用して、コンピテントにした株即ち大腸菌MC1060[
(LacIOPZYA)X74,galU,galK,strA r,hsdR]
(Casadabanら,1983);HB101[hsdS20,supE4 4
,recA13,ara−14,proA2,lacY1,galK2,rp sL20
,xyl−5,mtl−1,λ-,F−](Maniatisら,19
89)及びDH5α[endA1,hsdR17,supE44,thi−1,recA1
,gyrA96,relA,λ-,Φ80,dlacZΔM15]を
プラスミドについて形質転換する。
細菌学的部分にはLB及び2XTY培地を使用する(Maniatisら,1
989)。
プラスミドDNAはアルカリ溶解法(Maniatisら,1989)により
精製する。使用した用語及び略語の定義
組換えDNA:天然には結合しないDNA配列を同一微生物の内部に結合する
か又はDNAフラグメントを特異的に突然変異誘発することが可能な技術の総称
。
ATP:アデノシン5’−三リン酸
BSA:ウシ血清アルブミン
・PBS:10mMリン酸緩衝液,150mM NaCl,pH7.4。
dNTP:2’‐デオキシリボヌクレオシド5’‐三リン酸。
DTT:ジチオトレイトール
kb:キロベース
bp:塩基対。実施例1
:バクテリオファージの反復順方向attP及びattB配列をもつプ
ラスミドの構築
プラスミドpNH16aはattP配列をもつλバクテリオファージのフラグ
メントを既に含んでいるので、出発材料として使用した(HasanとSzyb
alski,1987)。このプラスミドをEcoRIで消化した。attB配
列(Landy,1989)を含むオリゴヌクレオチドを合成した。オリゴヌク
レオチドは下記配列をもつ。
これらのオリゴヌクレオチドをハイブリダイズしてattB配列を再構成した
後、pNH16a(HasanとSzybalski,1987)の4.2kb
のEcoRIフラグメントのEcoRI部位に連結した。DH5αの形質転換後
、組換えクローンを保存した。こうして構築したプラスミドをpXL2648と
命名した(図4参照)。このプラスミドは順方向にバクテリオファージのatt P
及びattB配列を含む。バクテリオファージのインテグラーゼ(Intタン
パク質)の作用下で2つのatt部位間に含まれる配列の切り出しが行われるは
ずである。この結果、外部に配置されたプラスミドの複製起点と耐性マーカーか
ら2つのatt配列間に挿入された配列が分離される。実施例2
:大腸菌におけるミニサークルのインビボ生産
カナマイシン耐性カセットをプラスミドpXL2648のEcoRI部位にク
ローニングした(図4)。このカセットはプラスミドpUC4KIXX(Pha
rmacia Biotech.)に由来する。このために、プラスミドpUC
4KIXX 10gをEcoRIで消化した後、アガロースゲル電気泳動により
分離し、カナマイシン耐性マーカーを含む1.6kb
フラグメントを電気溶離により精製した後、EcoRIにより直鎖化したプラス
ミドpXL2648に連結した。大腸菌DH5αに形質転換してカナマイシン耐
性の選択後に組換えクローンを選択した。1つのクローンで所期制限プロフィル
が観察され、このクローンをpXL2649(図4)と命名した。このプラスミ
ドを形質転換により2種の大腸菌株、即ちD1210[hsdS20,supE 44
,recA13,ara−14,proA2,lacY1,galK2,r psL20
,xyl−5,mtl−1,λ-,F−,lacIq](Sadle
rら,1980)と、ファージxis -(Xis-Kil-)cI857(Pod
jaskaら,1985)により溶原化したDH1210に対応するD1210
HPに導入した。
カナマイシン(50mg/l)を加えた2XTY培地上で30℃で形質転換株
を選択した。選択培地で再単離後、カナマイシン(50mg/l)を補充したL
培地5mlに株を接種した。撹拌(5cmの回転振幅)下に30℃で16時間イ
ンキュベーション後に培養物を同一培地100mlで1/100倍に希釈した。
これらの培養物を0.3のOD610に達するまで同一条件下でインキュベートし
た。この時点で培養物の2分の1を取
り出した後、42℃で10分間インキュベートしてファージの溶菌サイクルを誘
導し、従って、インテグラーゼの発現を誘導した。このインキュベーション後、
培養物を30℃に戻した後、これらの条件下で1時間インキュベートした。次に
、培養を停止し、プラスミドDNAのミニ調製を行った。条件に関係なく、プラ
スミドpXL2649の非消化プラスミドDNAのアガロースゲル電気泳動プロ
フィルは、D1210株でも熱誘導しなかったD1210HP株でも変わらなか
った。他方、42℃で10分間インキュベートした後に30℃で1時間培養した
D1210HPでは、予想通りプラスミドは最早存在せず、より迅速に移動し且
つEcoRI部位を含む低分子量分子と、単一のBglI部位を含むより高分子
量の分子との2種の環状DNA分子が認められる。従って、2つのatt配列間
に存在する配列が確かに切り出され、全複製起点を欠失するミニサークルが生成
されている。複製起点をもたないこの超らせん環状DNAをミニサークルと呼ぶ
。この呼称は実際に分子の環状特徴を十分考慮したものである。出発プラスミド
pXL2649は存在するが、attによってフランキングされた配列が切り出
されたプラスミドの約10%である。
ミニサークルはプラスミドDNAと同様に超らせん状であるので、ミニサーク
ルをその後、慣用プラスミドDNA精製技術により精製してもよい。これらの技
術は、臭化エチジウムの存在下での塩化セシウム密度勾配精製や、アニオン交換
カラムの使用を含む(Maniatisら,1989)。更に、複製起点と選択
マーカーに対応するプラスミドDNAがかなり多量に存在すると予想される場合
には、プラスミドを消化し且つミニサークルを消化しない1種以上の制限酵素を
精製後に使用してもよく、こうすると、臭化エチジウムの存在下の塩化セシウム
密度勾配等のように直鎖状DNAから超らせんDNAを分離する技術により分離
することができる(Maniatisら,1989)。実施例3
:ルシフェラーゼ発現カセットを含むミニサークルの生産
これらのミニサークルのインビボ使用を試験するために、その発現に必要な配
列をもつリポーター遺伝子をプラスミドpXL2649にクローニングした(実
施例2参照)。このような遺伝子は、より特定的には対照pGL2(Prome
ga Biotech.)に由来する3150bpのBglII−Ba m
HIカセットである。このカセットはSV40の初期プロモーターと、SV4
0の初期プロモーターのエンハンサーと、Photinus pyralisの
ルシフェラーゼ遺伝子と、SV40に由来するポリアデニル化部位を含む。31
50bpのBglII−BamHIフラグメントをBamHIで消化したpXL
2649のBamHI部位にクローニングし、カナマイシン耐性カセットを対照
pGL2のルシフェラーゼ発現カセットによって置換した。こうして構築したプ
ラスミドをpXL2650と命名した。このプラスミドではattP及びatt B
部位がルシフェラーゼ発現カセットにフランキングしている。部位特異的組換
えにより、ルシフェラーゼの発現に必要な配列とルシフェラーゼ遺伝子のみを切
り出すことができる。これは実施例2に記載したと全く同様に実施することがで
きる。プラスミドpXL2650のようなミニサークルは、インビボ又はインビ
トロトランスフェクション実験で後で使用することができる。
アンピシリン(50mg/ml)を補充した2XTY培地でD1210HP
pXL2650株1リットルを30℃で培養した。OD610が0.3になったら
42℃で20分間、次いで30℃で20分間培養した。透明溶菌体技術(Man
iati
sら,1989)後に臭化エチジウムを補充した塩化セシウム密度勾配で精製し
(Maniatisら,1989)、次いで臭化エチジウムをイソプロパノール
で抽出して透析することにより、エピソームDNAを調製した。このDNAはミ
ニサークルを含むことが判明した。この調製物100μgをPstIで消化した
後、臭化エチジウムを補充した塩化セシウム密度勾配で水解物を精製した(Ma
niatisら,1989)。調製物をAlwNIとXmnIで同時に消化して
も同一結果が得られる。超らせん形態を回収し、臭化エチジウムの除去(Man
iatisら,1989)後、複製起点と全マーカー遺伝子を欠失するミニサー
クル以外の何物でもないことが判明した。このミニサークル調製物はインビトロ
及びインビボトランスフェクション実験に使用することができる。実施例4
:ミニサークルによる哺乳動物細胞、より特定的にはヒト細胞のインビ
トロトランスフェクション
実施例3に記載したようなPhotinus pyralisのルシフェラー
ゼの遺伝子を含むミニサークルDNA、即ちプラスミドpXL2650から生成
したミニサークルに対応するDNAを150mM NaClで希釈し、トランス
フェクタ
ントと混合する。ジオクタデシルアミドグリシルスペルミン(DOGS,Tra
nsfectam(登録商標),Promega)、Lipofectin(登
録商標)(Gibco−BRL)等の種々の市販トランスフェクタントを種々の
正負電荷比で使用することができる。1例として、3以上の電荷比でトランスフ
ェクタント剤を使用した。混合物をボルテックスし、周囲温度で10分間放置し
、ウシ胎児血清を含まない培地で希釈した後、培養ウェル当たりDNA2μgの
割合で細胞に加える。使用する細胞はヒト結腸腺癌に由来するCaco−2であ
り、記載のプロトコール(Wilsら,1994)に従って培養し、実験前日に
細胞50,000個/ウェルの割合で48ウェル培養プレートに接種する。37
℃で2時間後、10%v/vウシ胎児血清を加え、細胞を5%CO2の存在下で
37℃で24時間インキュベートする。細胞をPBSで2回洗浄し、記載のプロ
トコール(Promegaキット等)によりルシフェラーゼ活性を測定する。種
々の種に由来する他の系(繊維芽細胞、リンパ球等)を使用してもよいし、個体
から採取した細胞(繊維芽細胞、ケラチノサイト、リンパ球等)をトランスフェ
クション後に再注入してもよい。実施例5
:NIH3T3細胞のインビトロトランスフェクション
実施例3に記載したようなPhotinus pyralisのルシフェラー
ゼの遺伝子を含むミニサークルDNA、即ちプラスミドpXL2650から生成
されるミニサークルに対応するDNAを哺乳動物細胞にインビトロトランスフェ
クトし、同一発現カセットを含むpXL2650及び対照PGL2(Prome
ga Biotech.)を対照として使用した。使用した細胞はマウス繊維芽
細胞NIH3T3であり、実験前日に24ウェル培養プレートに細胞50,00
0個/ウェルの割合で接種した。プラスミドを150mM NaClで希釈し、
リポフェクタントRPR115335と混合する。この他、ジオクタデシルアミ
ドグリシルスペルミン(DOGS,Transfectam(登録商標),Pr
omega)(Demeneixら,Int.J.Dev.Biol.35(1
991)481)、Lipofectin(登録商標)(Gibco−BRL)
(Fegnerら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84(1
987)7413)等の他の種々の市販物質も利用できる。リポフェクタントの
正電荷/DNAの
負電荷の比は3以上を使用する。混合物をボルテックスし、周囲温度で10分間
放置し、ウシ胎児血清を含まない培地で希釈した後、培養ウェル当たりDNA0
.5mgの割合で細胞に加える。37℃で2時間後、10%v/vウシ胎児血清
を加え、細胞を5%CO2の存在下で37℃で48時間インキュベートする。細
胞をPBSで2回洗浄し、記載のプロトコール(Promegaキット、Pro
mega Corp.Madison,WI)に従って光度計Lumat LB
9501(EGet G BerthoId,Evry)でルシフェラーゼ活性
を測定する。上記条件に対応するトランスフェクション結果を図5に示す。結果
は、ミニサークルが複製起点をもつプラスミドと同一のトランスフェクション特
性をもつことを明白に示す。従って、これらのミニサークルは遺伝子治療用途で
標準プラスミドと同様に使用できると考えられる。実施例6
:三重螺旋相互作用を使用したミニサークルのアフィニティー精製
本実施例は、精製しようとするミニサークルに存在する合成DNA配列との間
で行われる三重螺旋型相互作用により、ミニサークルを切り出したプラスミド形
態を含む混合物から本発明
によるミニサークルを精製する方法に関する。本実施例は、ミニサークルを切り
出したプラスミド形態からミニサークルを分離するために、三重螺旋の形成によ
る精製技術をどのように使用できるかを示すものである。
6−1.合成ホモプリン−ホモピリミジン配列を含むミニサークルの生産
6−1.1.プラスミドpXL2650へのホモプリン−ホモピリミジン配列 の挿入
プラスミドpXL2650はPhotinus pyralisのルシフェラ
ーゼの遺伝子を含むカセットの直後に単一のBamHI部位をもつ。この単一の
部位を使用して次の2種のオリゴヌクレオチドをクローニングした。
これらのオリゴヌクレオチドは一旦ハイブリダイズしてプラ
スミドpXL2650にクローニングすると、上述のようにホモプリン−ホモピ
リミジン配列(GAA)17を付加する。
このクローニングを実施するために、まず最初にオリゴヌクレオチドを次のよ
うにハイブリダイズした。これらの2種のオリゴヌクレオチド各1gを最終40
mlの緩衝液50mM Tris−HCl(pH7.4),10mM MgCl2
中で混合した。この混合物を95℃まで加熱した後、周囲温度にして温度をゆ
っくりと低下させた。ハイブリダイズしたオリゴヌクレオチド混合物10ngをBam
HIで直鎖化した200ngのプラスミドpXL2650と連結し、最終
30mlとした。連結後、アリコートをDH5で形質転換した。アンピシリン(
50mg/l)を補充したL培地に形質転換混合物をプレーティングした。24
個のクローンをPflMIとBamHIで消化した。1個のクローンは50bp
増加した950bpのPflMI−BamHIフラグメントのサイズをもつこと
が判明した。このクローンを選択し、pXL2651と命名した。
プラスミドpXL2651をWizard Megaprepキット(Pro
mega Corp.,Madison,WI)により製造業者の指示に従って
精製した。
6−1.2.プラスミドpXL2649へのホモプリン−ホモピリミジン配列 の挿入
a)pXL2649のカナマイシンカセットの両側への新しい制限部位の挿入
実施例2に記載したようなプラスミドpXL2649をEcoRIで消化し、
プラスミドpUC4KIXX(Pharmacia Biotech,Upps
ala,スウェーデン)に由来するカナマイシンカセットを取り出した。このた
めに、5mgのプラスミドpXL2649をEcoRIで消化した。4.2kb
のフラグメントをアガロースゲル電気泳動により分離し、電気溶離により精製し
た。
他方では、プラスミドpXL1571を使用した。このプラスミドはプラスミ
ドpFR10(Gene 25(1983),71−88)から構築し、カナマ
イシン遺伝子に対応するpUC4KIXXに由来する1.6kbフラグメントをSst
Iに挿入した。このクローニングにより、カナマイシン遺伝子の両側に1
2個の新しい制限部位を挿入することができた。
5μgのpXL1571をEcoRIで消化した。カナマイシン遺伝子に対応
する1.6kbフラグメントをアガロースゲ
ル電気泳動により分離し、電気溶離により精製した。次に、pXL2649の4
.2kbのEcoRIフラグメントと連結した。大腸菌DH5aで形質転換して
カナマイシン及びアンピシリン耐性の選択後に組換えクローンを選択した。1個
のクローンで所期制限プロフィルが観察され、このプラスミドクローンをpXL
2791と命名した。
b)プラスミドpXL2791からカナマイシンカセットの抽出
プラスミドpXL2791をSstIで消化してカナマイシンカセットを取り
出した。4.2kbフラグメントをアガロースゲル電気泳動により分離し、ゲル
抽出キットJetsorb(Genomed)により精製した。その後、フラグ
メントを連結した。大腸菌DH5aに形質転換後に組換えクローンをアンピシリ
ン耐性について選択した。1個のクローンで所期制限プロフィルが観察された。
このプラスミドクローンをpXL2792と命名した。このクローンは特にat tP
及びattB部位間にSalI及びXmaI制限部位を含む。
c)ホモプリン−ホモピリミジン配列とルシフェラーゼの発現を可能にするカ
セットをプラスミドpXL2792の2部位attP
及びattB間にクローニング
プラスミドpXL2727を使用した。このプラスミドをXmaIとSalI
で消化すると、プロモーターpCMV、Photinus pyralisのル
シフェラーゼの遺伝子、SV40に由来するポリアデニル化部位及びホモプリン
−ホモピリミジン配列を含むフラグメントを取り出すことができる。前記ホモプ
リン−ホモピリミジン配列は次の2種のオリゴヌクレオチドのハイブリダイゼー
ション及びクローニング後に得られた。
pXL2727上に存在するホモプリン−ホモピリミジン配列をSequen
ase法Version 2.0(United States Bioche
mical Corporation)により配列決定した。得られた結果は、
プラスミ
ドpXL2727上に実際に存在するホモプリン−ホモピリミジン配列が、オリ
ゴヌクレオチド6006及び6008の配列から予想される通り、10個の反復
(GAA−CTT)と17個の非反復を含むことを示す。オリゴヌクレオチド6
008に対応する鎖で配列決定後に読み取られたプラスミドpXL2727上に
実際に存在する配列は次の通りである。
1μgのpXL2727をXmaIとSalIで消化した。3.7kbのフラ
グメントをアガロースゲル電気泳動により分離し、ゲル抽出キットJetsor
b(Genomed)により精製した。他方では、1.7mgのpXL2792
をXmaIとSalIで消化した。4.2kbフラグメントをアガロースゲル電
気泳動により分離し、ゲル抽出キットJetsorb(Genomed)により
精製し、pXL2727の3.7kbのXmaI−SalIフラグメントと連結
した。大腸菌DH5aで形質転換及びアンピシリン耐性の選択後に組換えクロー
ンを選択した。1個のクローンで所期制限プロフィルが観察さ
れ、このクローンをpXL2793と命名した。既述方法(Maniatisら
,1989)に従って塩化セシウム密度勾配を使用してプラスミドpXL279
3を精製した。
6−2.ミニサークル上に存在するホモプリン−ホモピリミジン配列との三重
螺旋型相互作用を生じることが可能なカラムの調製
次のようにカラムを調製した。
使用したカラムはNHS(N−ヒドロキシスクシンイミド、Pharmaci
a)1mlで活性化したHiTrapカラムであり、蠕動ポンプ(流量<1ml
/分)に連結した。使用した特定オリゴヌクレオチドは5’末端にNH2基をも
つ。
プラスミドpXL2651に使用したオリゴヌクレオチドの配列は次の通りで
ある。
プラスミドpXL2793に使用したオリゴヌクレオチドの配列は次の通りで
ある(オリゴ116418)。
使用した緩衝液は次の通りである。
結合用緩衝液: 0.2M NaHCO3,0.5M NaCl,pH8.3
洗浄用緩衝液:
緩衝液A: 0.5M エタノールアミン,0.5M NaCl,pH8.3
緩衝液B: 0.1M 酢酸塩,0.5M NaCl,pH4
固定及び溶離用緩衝液
緩衝液F: 2M NaCl,0.2M酢酸塩,pH4.5
緩衝液E: 1M Tris,HCl,pH9,0.5mM EDTA。
カラムは次のように調製する。
カラムを6mlの1mM HClで洗浄した後、結合用緩衝液(1ml中50
nmol)で希釈したオリゴヌクレオチドをカラムに加えて周囲温度で30分間
放置する。カラムを結合用緩衝液3ml、次いで緩衝液A 6ml、次いで緩衝
液B 6mlで洗浄する。後者2種の緩衝液はカラムに順次3回加え、こうして
オリゴヌクレオチドをCONH結合によりカラムに共有結合させる。カラムを4
℃でPBS0.1%NaN3中で保存する。
6−3.ホモプリン−ホモピリミジン合成配列を含むミニサークルの三重螺旋
型相互作用による精製
6−3.1.プラスミドpXL2651の精製
プラスミドpXL2651をD1210HP株に導入した。
この組換え株[D1210HP(pXL2651)]を実施例3に記載したよう
に培養し、Photinus pyralisのルシフェラーゼの遺伝子を含む
ミニサークルを生成した。培養物20mlを取り出して遠心分離した。細胞残渣
を1.5mlの50mMグルコース、25mM Tris 25 HCl pH
8、10mM EDTAにとる。2mlの0.2MNaOH,1%SDSで溶解
させ、1.5mlの3M酢酸カリウム(pH5)で中和させる。次にDNAを2
−プロパノール3mlで沈降させ、残渣を0.5mlの0.2M酢酸ナトリウム
(pH5)、0.1M NaClにとり、上述のようにミニサークルに含まれる
ポリGAA配列と三重螺旋型相互作用を形成することが可能なオリゴヌクレオチ
ドカラムに加える。カラムを6mlの緩衝液Fで予め洗浄しておき、カラムに加
えた後に精製すべきミニサークルを含有する溶液を周囲温度で2時間インキュベ
ートする。カラムを10mlの緩衝液Fで洗浄した後、緩衝液Eで溶離する。
こうしてミニサークルに対応する精製DNAが得られる。得られたミニサーク
ルをアガロースゲル電気泳動と臭化エチジウム染色により分析すると、スーパー
コイル環状DNAの単一バ
ンドの形態である。調製物中に残存する出発プラスミドpXL2651は5%未
満である。
6−3.2.プラスミドpXL2793の精製
7.9kbのプラスミドpXL2793をD1210HP株に導入した。この
組換え株を実施例3に記載したように培養し、Photinus pyrali s
のルシフェラーゼの遺伝子を含む4kbのミニサークルと3.9kbのプラス
ミドを生成した。培養物200mlを取り出して遠心分離した。細胞残渣をKi
t Wizard Megaprep(Promega Corp.,Madi
son,WI)により製造業者の指示に従って処理した。DNAを最終容量2m
lの1mM Tris,1mM EDTA(pH8)にとった。このプラスミド
サンプル250μlを最終容量2.5mlの緩衝液Fで希釈した。カラムは6m
lの緩衝液Fで予め洗浄しておいた。上記のように調製したミニサークルに含ま
れるポリGAA配列と三重螺旋型の相互作用を形成することが可能なオリゴヌク
レオチドカラムに希釈サンプル全体を加えた。10mlの緩衝液Fで洗浄後、緩
衝液Eで溶離した。溶離したサンプルを1mlフラクションずつ回収した。
この方法により、pXL2793から生成されるミニサークルに対応する精製
DNAが得られる。カラムから溶出したDNAサンプルをアガロースゲル電気泳
動及び臭化エチジウム染色と酵素制限により分析した。このために、OD260nm
滴定によりDNAを含有すると判断される溶出フラクションを1mMTris,
1mM EDTAで24時間透析した後、イソプロパノールで沈降させ、200
mlのH2Oにとった。こうして得られたサンプル15μlを、ミニサークルに
は存在するが組換えにより生成された3.9kbのプラスミドには存在しない制
限部位であるSalI、又は組換えにより生成された3.9kbのプラスミドに
は存在するがミニサークルには存在しない制限部位であるXmnIにより消化し
た。得られた結果を図7に示すが、同図はミニサークルが組換えプラスミドを含
まないことを立証している。実施例7
:ミニサークルによる哺乳動物細胞のインビボトランスフェクション
本実施例はルシフェラーゼの遺伝子をコードするミニサークルの新生ラットの
脳への導入に関する。ミニサークル(30μg)を滅菌150mMNaClで濃
度1μg/μlに希釈す
る。次に2以下の正負電荷比でジオクタデシルアミドグリシルスペルミン(DO
GS)等の合成トランスフェクタントを加える。混合物をボルテックスし、麻酔
した新生ラットの大脳皮質にマイクロマニピュレーターとマイクロシリンジを用
いてDNA2μgを注入する。48時間後に脳を取り出し、均質化し、遠心分離
し、上清を使用して記載のプロトコール(例えばPromegaキット)により
ルシフェラーゼを定量する。実施例8
:ミニサークル又はミニプラスミドの位相異性体の存在を低下させるた
めのRK2の遺伝子座parの使用
本実施例は、大腸菌でのバクテリオファージlのインテグラーゼの作用後に、
i)順方向attP及びattB配列をもつプラスミド、ii)ミニサークル又
はiii)ミニプラスミドから誘導される位相形態の存在を立証する。本実施例
は、RK2の遺伝子座par(Gerlitzら,1990,J.Bacter
iol.172,p6194)の使用によりこれらの位相又はオリゴマー形態を
分解できることも示す。実際に、この遺伝子座は特にmrs(マルチマー分解系
)(Eberlら,1994,Mol.Microbiol.12,p.131
)部位に作用するレゾルベースをコードするparA遺伝子を含む。 8−1.
プラスミドpXL2777及びpXL2960
の構築
プラスミドpXL2777及びpXL2960はベクターpXL2776から
誘導され、共通してColE1の最小レプリコンと、カナマイシン耐性をコード
するトランスポゾンTn5の遺伝子と、バクテリオファージlの順方向attP
及びattB配列をもつ。これらのプラスミドはattP及びattB配列間に
挿入された遺伝子の点で相違し、特にpXL2777は(スペクチノマイシン耐
性遺伝子をコードする)オメゴンカセットを含み、プラスミドpXL2960は
RK2の遺伝子座parをもつ。
8−1.1.最小ベクターpXL2658
ベクターpXL2658(2.513kb)はpBluescriptに由来
するColE1の最小レプリコン(ori)と、選択マーカーとしてカナマイシ
ン耐性をコードするトランスポゾンTn5の遺伝子(Km)をもつ。Kleno
wの作用によりBsaI末端を平滑にした後、pBKS+(Stratagen
市販品)の1.15kbのBsaI−PvuIIフラグメントをpUC4KIX
X(Pharmacia市販品)の1.2kbのSmaIフラグメントとクロー
ニングし、プラス
ミドpXL2647を生成した。オリゴヌクレオチド5542 5′(AGC TTC TC
G AGC TGC AGG ATA TCG AAT TCG GAT CCT CTA GAG CGG CCG CGA GCT CC)3′(配
列番号20)及び5543 5′(AGC TGG AGC TCG CGG CCG CTC TAG AGG ATC CG
A ATT CGA TAT CCT GCA GCT CGA GA)3′(配列番号21)を相互にハイブリダイ
ズした後、pXL2647のHindIII部位にクローニングし、こうしてp
2658を構築する。このプラスミド上には、複製起点とカナマイシン耐性をコ
ードする遺伝子の間に多重クローニング部位SstI、NotI、XbaI、B am
HI、EcoRI、EcoRV、PstI、XhoI及びHindIIIが
存在する。
8−1.2.ファージlのattP及びattB配列を含むベクターpXL2 776
ベクターpXL2776(2.93kb)はpBluescriptに由来す
るColE1の最小レプリコンと、カナマイシン耐性をコードする遺伝子と、バ
クテリオファージlの順方向attP及びattB配列をもつ(図8参照)。S ac
I及びHindIII部位がクローニング後に再構成されないようにセンス
オリゴヌクレオチド6194 5′(ACT AGT GGC CAT G
CA T
CC GCT CAA GTT AGT ATA AAA AAG CAG GCT TCA G)3′(配列番号22)をア
ンチセンスオリゴヌクレオチド6195 5′(AGC TCT GAA GCC TGC TTT TTT AT
A CTA ACT TGA GCG CAT GCA TGG CCA CTA GTA GCT)3′(配列番号23)とハイ
ブリダイズした後にpXL2658のSacI及びHindIII制限部位間に
29bpのattB配列(Mizuuchiら,1980,Proc.Natl
.Acad.Sci.USA 77,p3220)を導入した。このプラスミド
のattB配列を確認してからSpeIとNsiIで消化し、NsiI及びXb a
I制限部位によってフランキングされるattP配列を導入し、こうしてプラ
スミドpXL2776を生成する。attP配列は、鋳型として(実施例2に記
載したような)プラスミドpXL2649と、センスオリゴヌクレオチド619
0 5′(GCG TCT AGA ACA GTA TCG TGA TGA CAG AG)3′(配列番号24)及びア
ンチセンスオリゴヌクレオチド6191 5′(GCC AAG CTT AGC TTT GCA CTG GA
T TGC GA)3′(配列番号25)を使用し、ハイブリダイゼーション温度を50℃
とするサイクルを30サイクル実施することにより、PCR増幅により得た。X ba
I及びHindIIIにより消化したPCR産物をファージM13
mpEHのXbaI及びHindIII部位間にクローニングした。増幅配列は
、27480〜27863位間でLambda II(R.W.Hendrix
,J.W.Roberts,F.W.Stahl,R.A.Weisberg編
; Cold Spring Harbor Laboratory 1983
)に記載されているattPの配列に一致する。
8−1.3.プラスミドpXL2777
プラスミドpXL2777(6.9kb)はpBluescriptに由来す
るColE1の最小レプリコンと、カナマイシン耐性をコードする遺伝子と、枯
草菌のレバンスクラーゼ(P.Gayら,1983,J.Bacteriol.
153,p1424)をコードするsacB遺伝子により分離されたバクテリオ
ファージlの順方向attP及びattB配列と、スペクチノマイシンSp及び
ストレプトマイシンSm耐性遺伝子をコードするオメゴンSp(P.Prent
kiら,1984,Gene 29,p303)をもつ。EcoRV及びNsi
Iクローニング末端をもつカセットsacB−SpはプラスミドpXL2757
(FR95/01632)に由来し、pXL2776のEcoRV及びNsiI
部位間にクローニングしてp
XL2777を形成した。
8−1.4.プラスミドpXL2960
プラスミドpXL2960(7.3kb)はpBluescriptに由来す
るColE1の最小レプリコンと、カナマイシン耐性をコードする遺伝子と、i
)枯草菌のレバンスクラーゼ(P.Gayら,1983,J.Bacterio
l.153,p1424)をコードするsacB遺伝子及びii)RK2の遺伝
子座par(Gerlitzら,1990,J.Bacteriol.172,
p6194)により分離されたバクテリオファージ1の順方向attP及びat tB
配列をもつ。BamHI末端をもつカセットparはプラスミドpXL24
33(PCT/FR95/01178)に由来し、pXL2777のBamHI
部位間に導入してpXL2960を形成した。
8−2.ミニサークル又はミニプラスミドの位相異性体の分解
プラスミドpXL2777及びpXL2960を形質転換により大腸菌株D1
210HPに導入した。実施例2に記載した手順を次のように変更して形質転換
株を選択及び分析した。610nmにおける細胞の光学密度が1.8になったら
インテグ
ラーゼの発現を42℃で15分間誘導した後、30℃で30分間(図9参照)又
は2分間〜14時間(O/N)の可変時間(図10参照)細胞をインキュベート
する。ミニサークル(EcoRI)もしくはミニプラスミド(BglII)部分
に固有の制限酵素による消化前もしくは後(図Y参照)、又は大腸菌のDNAト
ポイソメラーゼAもしくはジャイレースの作用後に、非誘導及び誘導培養物に由
来するプラスミドDNAをアガロースゲル上で分析した。i)分子量、ii)制
限酵素による直鎖化、iii)トポイソメラーゼA(弛緩型二量体)又はジャイ
レース(超らんせ状二量体)の作用によるトポロジーの変化、iv)ミニサーク
ル又はミニプラスミドに固有の内部フラグメントとの特異的ハイブリダイゼーシ
ョンにより、ミニサークル又はミニプラスミドの超らせん二量体形態が明白に立
証される。初期プラスミドよりも高分子量の他のトポロジー形態はミニサークル
(EcoRI)又はミニプラスミド(BglII)部分に固有の制限酵素による
消化後に消滅するので、初期プラスミド又はミニサークル又はミニプラスミドに
由来する。これらの形態は初期プラスミドと同様にpXL2777よりもpXL
2960のほうが著しく少ない(図10)。特に、細胞を30℃
で少なくとも30分間インキュベートした場合、プラスミドpXL2777には
二量体形態のミニサークルがかなり存在するが、pXL2960では検出されな
い(図9及び10参照)。pXL2960では反応開始時(2〜10分)に二量
体のミニサークルが観察されるが、その後(30分後)は分解される(図10参
照)。従って、遺伝子座parは大腸菌でのバクテリオファージ1のインテグラ
ーゼが順方向attP及びattB配列を含むプラスミドに作用する結果として
オリゴマー/トポロジー形態を有意に低下させる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
C12R 1:19)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U
G),UA(AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ
,TM),AL,AU,BB,BG,BR,CA,CN
,CZ,EE,FI,GE,HU,IS,JP,KP,
KR,LK,LR,LT,LV,MD,MG,MK,M
N,MX,NO,NZ,PL,RO,SG,SI,SK
,TR,TT,UA,US,UZ,VN
(72)発明者 ダルケ,アンヌ−マリー
フランス国、エフ−94400・ビトリー−シ
ユール−セーヌ、リユ・ジユル−ラゲス、
36
(72)発明者 シエルマン,ダニエル
フランス国、エフ−75645・パリ・セデツ
クス・13、リユ・ドユ・デイスク、50
(72)発明者 ウイル,ピエール
フランス国、エフ−75003・パリ、リユ・
ドウ・モンモランシー、36
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.−環状で超らせん形態であり、 −哺乳動物細胞で活性な転写プロモーター及び転写ターミネーターの制御下の有 用遺伝子から構成される発現カセットを含んでおり、 −複製起点を欠失しており、 −マーカー遺伝子を欠失しており、 −2つの配列間の部位特異的組換えにより生成され、発現カセットの外側に配置 された領域を含む、ことを特徴とする二本鎖DNA分子。 2.リガンドと特異的に相互作用することが可能な配列を更に含むことを特徴と する請求項1に記載の分子。 3.リガンドと特異的に相互作用することが可能な配列が、特定オリゴヌクレオ チドとハイブリダイゼーションにより三重螺旋を形成することが可能な配列であ ることを特徴とする請求項2に記載の分子。 4.三重螺旋を形成することが可能な配列が5〜30塩基対を含むことを特徴と する請求項3に記載の分子。 5.三重螺旋を形成することが可能な配列がホモプリン−ホモピリミジン配列で あることを特徴とする請求項3又は4に記載の分子。 6.2つのatt結合配列間もしくはトランスポゾンのレゾルベースの2つの認 識配列間の部位特異的組換えにより生成される配列又はRK2のparAを含む ことを特徴とする請求項1に記載の分子。 7.マルチマーを分解することが可能なRK2の遺伝子座parに由来するmr s配列を更に含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の分子 。 8.有用遺伝子が治療、ワクチン、農学又は獣医学用物質をコードする核酸であ ることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の分子。 9.部位特異的組換えによりプラスミド又は染色体から切り出すことにより得ら れることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の分子。 10.哺乳動物細胞で活性な転写プロモーター及び転写ターミネーターの制御下 の有用遺伝子から構成され、順方向に配置された部位特異的組換えを可能にする 2つの配列によってフラン キングされた発現カセットを含む組換えDNA。 11.a)複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、 b)順方向に配置された部位特異的組換えを可能にする2つの配列と、 c)前記配列b)の間に配置され、哺乳動物細胞で活性な転写プロモーター及び 転写ターミネーターの制御下の有用遺伝子から構成される発現カセットを含む複 製プラスミドであることを特徴とする請求項13に記載の組換えDNA。 12.部位特異的組換えを可能にする配列が、リコンビナーゼの存在下で特異的 組換えが可能な配列であることを特徴とする請求項10又は11に記載の組換え DNA。 13.リコンビナーゼがλファージのインテグラーゼのファミリー及びトランス ポゾンTn3のレゾルベースのファミリーから選択されることを特徴とする請求 項12に記載の組換えDNA。 14.部位特異的組換えを可能にする配列がバクテリオファージから誘導される ことを特徴とする請求項10から13のいずれか一項に記載の組換えDNA。 15.部位特異的組換えを可能にする配列がバクテリオファー ジの結合配列att又は誘導配列から構成されることを特徴とする請求項14に 記載の組換えDNA。 16.部位特異的組換えを可能にする配列がバクテリオファージλ、P22、Φ 80、P1、HP1又はプラスミドpSAM2もしくは2の結合配列又は誘導配 列から構成されることを特徴とする請求項15に記載の組換えDNA。 17.部位特異的組換えを可能にする配列が配列番号1、2、6、7、8、9、 10、11、12、13又は14の配列の全部又は一部を含むことを特徴とする 請求項16に記載の組換えDNA。 18.(a)複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、 (b)順方向に配置されたファージλ、P22、Φ80、P1、HP1又はプラ スミドpSAM2もしくは2から選択されるバクテリオファージのattP及びattB 配列と、 (c)前記配列間に配置され、哺乳動物細胞で活性な転写プロモーター及び転写 ターミネーターの制御下の有用遺伝子から構成される発現カセットを含むことを 特徴とするプラスミド。 19.部位特異的組換えを可能にする配列がλバクテリオファージの結合配列か ら構成されることを特徴とする請求項18に 記載のプラスミド。 20.部位特異的組換えを可能にする配列がバクテリオファージP1から誘導さ れることを特徴とする請求項14に記載の組換えDNA。 21.(a)細菌複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、 (b)順方向に配置されたバクテリオファージの逆方向反復配列(loxP領域 )と、 (c)前記配列(b)の間に配置され、哺乳動物細胞で活性な転写プロモーター 及び転写ターミネーターの制御下の有用遺伝子から構成される発現カセットを含 むことを特徴とするプラスミド。 22.部位特異的組換えを可能にする配列がトランスポゾンから誘導されること を特徴とする請求項10から13のいずれか一項に記載の組換えDNA。 23.部位特異的組換えを可能にする配列がトランスポゾンTn3、Tn21も しくはTn522のリゾルベースの認識配列又は誘導配列から構成されることを 特徴とする請求項22に記載の組換えDNA。 24.部位特異的組換えを可能にする配列が配列番号15の配 列の全部又は一部を含むことを特徴とする請求項23に記載の組換えDNA。 25.部位特異的組換えを可能にする配列がプラスミドRP4のpar領域から 誘導されることを特徴とする請求項10から13のいずれか一項に記載の組換え DNA。 26.リガンドと特異的に相互作用することが可能な配列を更に含むことを特徴 とする請求項10から25のいずれか一項に記載の組換えDNA。 27.(a)複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、 (b)順方向に配置された部位特異的組換えを可能にする2つの配列と、 (c)前記配列b)の間に配置された1種以上の有用遺伝子及びリガンドと特異 的に相互作用することが可能な配列を含むことを特徴とするプラスミド。 28.(a)複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、 (b)順方向に配置された部位特異的組換えを可能にする2つの配列と、 (c)前記配列b)の間に配置された1種以上の有用遺伝子及びマルチマーを分 解することが可能なRK2の遺伝子座par に由来するmrs配列を含むことを特徴とするプラスミド。 29.(a)複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、 (b)順方向に配置された部位特異的組換えを可能にする2つの配列と、 (c)前記配列b)の間に配置された1種以上の有用遺伝子、マルチマーを分解 することが可能なRK2の遺伝子座parに由来するmrs配列及びリガンドと 特異的に相互作用することが可能な配列を含むことを特徴とするプラスミド。 30.(a)複製起点及び場合によりマーカー遺伝子と、 (b)順方向に配置されたインテグラーゼ依存性部位特異的組換えを可能にする 2つの配列及び該2つの配列の隣に同様に順方向に配置されたレゾルベース依存 性部位特異的組換えを可能にする2つの配列と、 (c)前記配列b)の間に配置された1種以上の有用遺伝子及び場合によりリガ ンドと特異的に相互作用することが可能な配列を含むことを特徴とするプラスミ ド。 31.リガンドと特異的に相互作用することが可能な配列が請求項2から5のい ずれか一項に記載の配列であることを特徴とする請求項27、29及び30のい ずれか一項に記載のプラス ミド。 32.請求項14、27、29及び30のいずれか一項に記載のプラスミドを含 む組換え細胞。 33.請求項10に記載の組換えDNAの1個以上のコピーをそのゲノムに挿入 した組換え細胞。 34.細菌であることを特徴とする請求項32又は33に記載の組換え細胞。 35.真核細胞であることを特徴とする請求項32又は33に記載の組換え細胞 。 36.大腸菌D1210HPであることを特徴とする請求項34に記載の組換え 細胞。 37.請求項1から9のいずれか一項に記載の少なくとも1種のDNA分子を含 む医薬組成物。 38.請求項10に記載の組換えDNAを含む宿主細胞培養物を、部位特異的組 換えをインビボ誘導することが可能なリコンビナーゼと接触させることを特徴と する請求項1から9のいずれか一項に記載のDNA分子の製造方法。 39.宿主細胞培養物が請求項32に記載の細胞の培養物であることを特徴とす る請求項38に記載の方法。 40.宿主細胞培養物が請求項33に記載の細胞の培養物であることを特徴とす る請求項38に記載の方法。 41.リコンビナーゼとの接触が、前記リコンビナーゼの遺伝子を含むプラスミ ド又はファージを培養細胞にトランスフェクト又は感染させることにより実施さ れることを特徴とする請求項38から40のいずれか一項に記載の方法。 42.リコンビナーゼとの接触が、宿主細胞中に存在する前記リコンビナーゼを コードする遺伝子の発現を誘導することにより実施されることを特徴とする請求 項38から40のいずれか一項に記載の方法。 43.宿主細胞が温度調節下に発現されるリコンビナーゼの遺伝子をそのゲノム に組み込んでおり、その培養物を誘導温度で培養することによりリコンビナーゼ と接触させることを特徴とする請求項42に記載の方法。 44.使用する宿主細胞が前記リコンビナーゼの遺伝子を含む溶原ファージをそ のゲノムに組み込んでいることを特徴とする請求項43に記載の方法。 45.部位特異的組換えをインビトロ誘導することが可能なリコンビナーゼと請 求項11に記載のプラスミド調製物を接触さ せることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のDNA分子の製造 方法。 46.ミニサークルの付加的精製段階を含むことを特徴とする請求項37又は4 5に記載の方法。 47.ミニサークルを含有する溶液を、場合により支持体にグラフトした特異的 リガンドと接触させる段階を含むことを特徴とする請求項46に記載の方法。 48.ミニサークルを含有する溶液を、場合により支持体にグラフトし、ミニサ ークル中に存在する特定配列とハイブリダイゼーションにより三重螺旋を形成す ることが可能なオリゴヌクレオチドと接触させることを特徴とする請求項47に 記載の方法。
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