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KR20100136550A - 실명을 치료하기 위한 신규의 치료 도구 및 방법 - Google Patents

실명을 치료하기 위한 신규의 치료 도구 및 방법 Download PDF

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KR20100136550A
KR20100136550A KR1020107025764A KR20107025764A KR20100136550A KR 20100136550 A KR20100136550 A KR 20100136550A KR 1020107025764 A KR1020107025764 A KR 1020107025764A KR 20107025764 A KR20107025764 A KR 20107025764A KR 20100136550 A KR20100136550 A KR 20100136550A
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KR
South Korea
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nucleic acid
gene
gated ion
isolated nucleic
ion channel
Prior art date
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Application number
KR1020107025764A
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English (en)
Inventor
데이비드 발리아
볼케르 부스캄프
파멜라 라갈리
보톤드 로스카
Original Assignee
노파르티스 포르슝스티프퉁 쯔바이크니덜라쑹 프리드리히 미셔 인스티튜트 포 바이오메디칼 리서치
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Filing date
Publication date
Application filed by 노파르티스 포르슝스티프퉁 쯔바이크니덜라쑹 프리드리히 미셔 인스티튜트 포 바이오메디칼 리서치 filed Critical 노파르티스 포르슝스티프퉁 쯔바이크니덜라쑹 프리드리히 미셔 인스티튜트 포 바이오메디칼 리서치
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Abstract

본 발명은, 실명을 치료하거나 개선시키기 위하여, 아르케온으로부터의 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자 또는 상기 유전자의 광-활성 단편을 코딩하는 뉴클레오티드 서열, 또는 상기 뉴클레오티드 서열에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하는, 단리된 핵산 분자의 용도에 관한 것이다. 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자는 할로로돕신 유전자일 수 있다.

Description

실명을 치료하기 위한 신규의 치료 도구 및 방법 {NOVEL THERAPEUTICAL TOOLS AND METHODS FOR TREATING BLINDNESS}
본 발명은 실명의 치료 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 실명의 치료에서 사용하기 위한 구조물 뿐만 아니라 실명의 치료용 약제의 제조에서의 그의 용도에 관한 것이다.
실명은 전세계 수 백만명의 사람을 불구로 만드는 주된 건강 문제이다. 실명의 가장 일반적인 원인은 망막의 기능장애이다. 망막 실명의 3가지 가장 일반적인 형태는 망막색소변성증(RP), 황반변성(MD) 및 녹내장(G)이다. RP 및 MD에서, 주된 문제는 광수용체의 변성이고 그로 인한 감광성의 소실이다. 따라서, 이러한 광수용체의 변성과 관련된 문제를 피할 수 있는 것이 요구되고 있다.
한가지 접근법은 망막보철, 즉 눈에 이식되는 1,000개 정도로 많은 미세 전극을 가진 "시잉 아이(seeing eye)" 칩을 개발하는 것이었다. 이것은 시력을 잃은 사람들이 독립적으로 작용하기에 충분한 시력을 되찾도록 도와줄 가능성을 갖고 있지만, 높은 정도 또는 수준의 시력을 얻기에는 전극의 수가 단순히 불충분하다. 또한, 눈 안에 이물질을 삽입하는 것과 관련된 문제가 존재한다. 최근들어, 발현될 때 세포를 감광성으로 만들 수 있는 다수의 유전자를 단리하고/하거나 조작하였다. 일부 경우에, 세포를 감광성으로 만들기 위해 추가의 비-유전적 요인이 요구된다.
2001년에 엘리(Eli)에 의한 한가지 제안은 시력 상실을 치료하기 위해 시금치에 있는 클로로필-함유 단백질을 사용하는 것이었다. 이 단백질은 들어오는 광자의 에너지를 포획한 후에 작은 전기 전압을 방출한다. 연구에 따르면 광 시스템 I 반응 중심이 리포좀 내로 혼입될 수 있고 빛이 그것에 비칠 때 실험적으로 등가의 전압을 생성한다는 점에서 기능성임을 나타낸다고 밝혀지긴 했으나, 지금까지 이것이 망막 세포에서 작용하는 것으로 밝혀지지 않았다.
UC 버클리의 신경생물학자인 리차드 크래머(Richard Kramer)에 의한 다른 연구는, 보통 빛에 불감성인 뇌 세포 내로 광 활성화 스위치의 삽입이 가능하도록 하기 위하여, 포타슘 채널이 전압보다는 오히려 빛에 반응성이 되도록 재-조작하는 것을 고찰하였다. 그러나, 채널이 항상 개방되고 빛에 민감한 화학적 "플러그"가 채널에 부착되도록 유지하기 위해서 채널이 변이되어야 하고, 그 결과 장-파장 UV 광으로 비출 때 플러그가 채널로부터 방출되어 포타슘이 채널 밖으로 나오게 한다. 더욱 긴 파장의 빛은 플러그가 채널 내로 다시 삽입되도록 하고 포타슘의 방출을 중단시킨다. 그러나, 이러한 시스템은 극히 복잡하고 채널이 잘못된 유형의 망막 세포로 전달된다면 문제가 일어날 가능성이 있다는 것을 이해할 것이다.
Bi 등 [Bi et al., Neuron, 50, 2006, p23-33]은 광수용체 변성을 가진 마우스에서 시각 반응을 회복시키기 위해 미생물-유형 로돕신의 사용을 개시하고 있다. 그러나, 잠재적으로 좋지 못하고/거나 문제가 되는 눈에 있는 다양한 세포 유형에서 로돕신 유전자의 발현이 발생할 가능성이 있다. 또한, 반응을 일으키기 위해 필요한 역치 광 강도가 정상적인 간상체 및 원추체 광수용체에 대해서보다 훨씬 높은 것으로 나타나지만, 예를 들어 낮은 빛 환경에서 이것이 어떻게 해결될 수 있는지를 교시하고 있지 않다.
예를 들어 채널로돕신-2가 예를 들어 ON-세포를 표적화하는 대안적인 방법은 WO-A-2008/022772에서 본 발명자들의 일부에 의해 설명되었다. 그러나, 이 방법은 OFF-세포로 준-최적화되는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 단점의 적어도 하나를 없애고/거나 완화시키는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 피험자에서 실명을 예방 및/또는 치료하는데 사용하기 위해 적절한 시스템을 제공하는 데 있다.
발명의 요약
이 요구를 해결하기 위하여, 본 발명자들은, 실명에 대한 실험 모델에서 시력을 회복하기 위한 능력을 위하여, 간상체 및 원추체 광수용체에서 특이적으로 발현되는 계통발생학적으로 고대의 과분극 광 센서, 예컨대 아르케온 (아르케아박테리아) 나트로노마스 파라오니스(Natronomas pharaonis)로부터의 할로로돕신(NpHR)의 능력을 연구하였다.
놀랍게도, 본 발명자들은 이러한 수용체 자체가 간상체 및 원추체 광수용체에 도입될 때 ON- 및 OFF-시스템 양쪽 모두를 자극할 수 있고, 그 자체로, 다시 말해서, 간상체 및 원추체 광수용체에서 보통 발견되는 다수의 다른 광 전도 캐스캐이드 성분이 요구되지 않으면서 어느 정도의 시력을 회복할 수 있음을 알아내었다.
따라서, 본 발명은, 실명을 치료하거나 개선시키는데 사용하기 위한, 아르케온으로부터의 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자 또는 상기 유전자의 광-활성 단편을 코딩하는 뉴클레오티드 서열 또는 상기 뉴클레오티드 서열에 상보성인 뉴클레오티드 서열을 포함하는 단리된 핵산 분자를 포함한다. 상기 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자는 할로로돕신 유전자, 예를 들어 나트로노마스 파라오니스로부터의 할로로돕신 유전자 (NpHR)일 수 있다.
본 발명의 단리된 핵산 분자는 원추체, 간상체, 수평 세포, 간상체 양극 세포, ON-원추체 양극 세포, OFF-원추체 양극 세포, 아마크린 세포, 신경절 세포 중 적어도 하나에서 투여 및 발현에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 단리된 핵산 분자는 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자의 발현을 제어하는 세포 특이적 프로모터, 예를 들어 인간 로돕신 프로모터, 인간 레드 옵신 프로모터, Grm6 프로모터를 포함할 수 있다.
또한, 그의 단리된 핵산 분자는 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자, 예를 들어 채널로돕신, 예컨대 채널로돕신-2와 함께 동시에 또는 순차적으로 사용될 수 있다. 또한, 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자는 인간 로돕신 프로모터, 인간 레드 옵신 프로모터 및 Grm6 프로모터의 제어 하에 있을 수 있다.
본 발명은 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자를 코딩하는 핵산 서열 및 탈분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자를 코딩하는 핵산 서열을 포함하는, 실명을 치료하는데 유용한 단리된 핵산 분자를 포함한다. 그의 구현양태는 단리된 핵산 분자이고, 여기에서 상기 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자가 할로로돕신, 예를 들어 나트로노마스 파라오니스로부터의 할로로돕신 유전자 (NpHR)이고, 상기 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자는 채널로돕신, 예를 들어 채널로돕신-2이다. 이러한 경우에, 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 및 탈분극 광-개폐 이온 채널은 발현 시에 융합 단백질이 형성되는 방식으로 코딩될 수 있다. 또한, 양쪽 유전자는 공통적으로 또는 독립적으로 인간 로돕신 프로모터, 인간 레드 옵신 프로모터 및 Grm6 프로모터의 군에서 선택되는 프로모터의 제어 하에 있을 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 핵산을 포함하는 재조합 벡터 또는 상기 벡터를 포함하는 숙주 세포를 포함한다.
추가로, 본 발명은 또한 본 발명의 단리된 핵산 분자를 포함하는 키트, 상기 분자를 포함하는 재조합 벡터, 또는 상기 벡터를 포함하는 숙주 세포를 포함한다.
<도면의 간단한 설명>
도 1: AAV2-Rho-NpHR-EYFP 게놈 벡터
도 2: 마우스의 AAV-NpHR-감염된 망막 (회색) 및 비치료 대조 망막 (검은색)의 스펙트럼 동조 곡선 (각각의 세포 및 빛 수준으로 정상화된 빛 ON 동안에 스파이크의 총 수를 의미한다) (마우스는 보통 적색-광-감수성 수용체를 갖고 있지 않음을 주목한다).
이 요구를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 실명의 실험 모델에서 시력을 회복하는 능력을 위하여, 간상체 및 원추체 광수용체에서 특이적으로 발현되는 계통발생학적으로 고대의 과분극 광 센서, 예컨대 아르케온(아르케아박테리아) 나트로노마스 파라오니스로부터의 할로로돕신 (NpHR)의 능력을 연구하였다. 놀랍게도, 본 발명자들은 이 수용체 자체가 간상체 및 원추체 광수용체 내에 도입될 때 ON- 및 OFF-시스템 양쪽 모두를 자극할 수 있고 그 자체로, 다시 말해서 간상체 및 원추체 광수용체에서 보통 발견되는 다수의 다른 광 전도 캐스캐이드 성분이 요구되지 않으면서 어느 정도의 시력을 회복할 수 있음을 알아내었다.
따라서, 본 발명은, 실명을 치료하거나 개선시키는데 사용하기 위한, 아르케온으로부터의 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자 또는 상기 유전자의 광-활성 단편을 코딩하는 뉴클레오티드 서열, 또는 상기 뉴클레오티드 서열에 상보성인 뉴클레오티드 서열을 포함하는 단리된 핵산 분자를 포함한다. 상기 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자는 할로로돕신 유전자, 예를 들어 나트로노마스 파라오니스로부터의 할로로돕신 유전자 (NpHR)일 수 있다.
본 발명의 단리된 핵산 분자는 원추체, 간상체, 수평 세포, 간상체 양극 세포, ON-원추체 양극 세포, OFF-원추체 양극 세포, 아마크린 세포, 신경절 세포 중 적어도 하나에서 투여 및 발현에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 단리된 핵산 분자는 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자의 발현을 제어하는 세포 특이적 프로모터, 예를 들어 인간 로돕신 프로모터, 인간 레드 옵신 프로모터, Grm6 프로모터를 포함할 수 있다.
또한, 그의 단리된 핵산 분자는 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자, 예를 들어 채널로돕신, 예컨대 채널로돕신-2와 함께 동시에 또는 순차적으로 사용될 수 있다. 또한, 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자는 인간 로돕신 프로모터, 인간 레드 옵신 및 Grm6 프로모터의 제어 하에 있을 수 있다.
본 발명은 또한 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자를 코딩하는 핵산 서열 및 탈분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자를 코딩하는 핵산 서열을 포함하는, 실명을 치료하는데 유용한 단리된 핵산 분자를 포함한다. 그의 구현양태는 단리된 핵산 분자이고, 여기에서 상기 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자가 할로로돕신, 예를 들어 나트로노마스 파라오니스로부터의 할로로돕신 유전자 (NpHR)이고, 상기 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자는 채널로돕신, 예를 들어 채널로돕신-2이다. 이러한 경우에, 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 및 탈분극 광-개폐 이온 채널은 발현 시에 융합 단백질이 형성되는 방식으로 코딩될 수 있다. 또한, 양쪽 유전자는 공통적으로 또는 독립적으로 인간 로돕신 프로모터, 인간 레드 옵신 프로모터 및 Grm6 프로모터의 군에서 선택되는 프로모터의 제어 하에 있을 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 핵산을 포함하는 재조합 벡터 또는 상기 벡터를 포함하는 숙주 세포를 포함한다.
추가로, 본 발명은 또한 본 발명의 단리된 핵산 분자를 포함하는 키트, 상기 분자를 포함하는 재조합 벡터, 또는 상기 벡터를 포함하는 숙주 세포를 포함한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 단리된 핵산 분자 또는 벡터를 사용하여 실명을 치료하는 방법을 포함한다.
본 발명의 핵산 분자를 포함하는 조성물은 본 발명에 의해 포함된다. 상기 조성물은 제약학적으로 허용가능한 조성물일 수 있다.
또한, 본 발명의 핵산 분자는 약제를 제조하고/하거나 환자를 치료하기 위해 사용될 수 있다. 여기에서, 본 발명은 본 발명의 핵산 분자를 사용한 치료 방법을 포함한다.
일반적으로 약제를 치료학적으로 사용하지만, 피험자가 실명이 될 가능성이 있는 것으로 확인되지만 실제 시력 상실은 아직 일어나지 않았거나 단지 최소로만 발생했을 때 예방적인 의미로 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.
"실명"는 완전 또는 부분 시력 상실을 의미한다. 전형적으로, 황반변성, 녹내장 및/또는 망막색소변성증과 연관된 실명을 치료하기 위해 약제가 사용될 수 있다. 그러나, 약제를 사용하여, 눈에서의 광수용체의 변성 또는 비-기능성을 유도하는 질병 또는 상태를 치료할 수도 있는 것으로 이해된다. 또한, 어떠한 이론에 의해서도 구속되길 원하지 않지만, 본 발명은 광수용체 기능이 소실되지만 광수용체-대-양극 시냅스가 여전히 원상태로 있을 때 망막 변성(rd)의 초기 단계에서 실명을 치료하기에 특히 효과적인 것으로 생각된다.
"광-개폐 이온 채널 또는 펌프의 활성 단편"은, 발현될 때, 채널이 위치하는 세포의 안 또는 밖으로 이온의 연속 흐름을 일으키고 그 결과 전압의 변화를 일으키는 빛 포획 분자로서 작용할 수 있는 폴리펩티드를 생성하는 단편이다.
"과분극"은 세포의 막 포텐셜을 감소시키는 것을 의미한다. "탈분극"은 세포의 막 포텐셜을 증가시키는 것을 의미한다.
본 발명은, 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자 서열 또는 그의 활성 단편을 포함하는 본 발명에 따른 DNA 구조물을 실명에 걸렸거나 발병하기 쉬운 환자에게 투여함으로써 예방적 또는 치료적으로 실명을 치료하는 방법으로 확대되는 것으로 이해되며, 여기에서 유전자 서열 또는 그의 단편은 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 단백질의 하나 이상의 카피를 망막 세포에서 발현시킬 수 있고, 이에 의해 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 단백질의 상기 하나 이상의 카피의 발현은 세포를 감광성으로 만들어서 실명을 치료 또는 개선할 수 있다.
전형적으로, 본 발명의 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자 서열 또는 그의 단편은, 피험자의 망막 세포에 투여될 때 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 단백질을 발현할 수 있는 적절한 전사/번역 제어 하에서 광-개폐 이온 채널 유전자 서열 또는 활성 단편을 포함하는 재조합 분자의 형태로 피험자에게 투여될 수도 있다. 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 서열 또는 단편이 적절한 프로모터, 예컨대 구성적 및/또는 제어가능한 프로모터의 제어 하에 있을 수도 있는 것으로 이해된다.
따라서, 본 발명은 또한 치료에서 사용하기 위해 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자 서열 또는 그의 활성 단편을 포함하는 본 발명의 재조합 분자를 제공한다. 재조합 분자는 플라스미드, 파지미드 또는 바이러스 벡터의 형태일 수도 있다. 또한, 재조합 발현되거나 화학적으로 합성된 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 단백질, 또는 그의 기능상 중요한 단편이, 상기 언급된 질병을 치료하기 위한 치료 또는 예방적 수단으로서 제조되고 적절한 연고 또는 다른 제약학적 부형제를 통해 눈에 적용될 수 있다.
유전자 요법에서 사용하기 위해 많은 상이한 바이러스 및 비-바이러스 벡터 및 그의 전달 방법, 예컨대 아데노바이러스 벡터, 아데노-결합 바이러스 벡터, 레트로바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터, 헤르페스 바이러스 벡터, 리포좀, 나출 (naked) DNA 투여 등이 공지되어 있다. 유전자를 원하는 눈 세포로 변환시키기 위해 가능한 기술의 상세한 검토는 문헌 [Wright, Br J Ophthalmol, 1997; 81: 620-622]에 의해 교시되어 있으며, 여기에서 참고문헌으로 포함된다. 또한, 예를 들어 뉴로테크(Neurotech)에 의해 개발된 캡슐화 세포 기술을 사용하는 것이 가능할 수도 있다.
광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자는 할로로돕신 유전자이고, 원한다면 로돕신, 예컨대 미생물로부터의 로돕신, 예컨대 전형적으로 클라미도모나스 종, 특히 클라미도모나스 레인하르티(Chlamydomonas reinhardtii)로부터의 단세포 조류로부터의 로돕신과 조합될 수 있다. 바람직한 로돕신은 C.레인하르티로부터의 광-개폐 양이온 채널인 채널로돕신-2 (ChR2)이다. 예를 들어, 문헌 [Boyden et al 2005, Nature Neuroscience, 8, 9; 1263-1268] 및 WO-A-2003/084994 참조.
바람직하게는, 약제 또는 벡터가 투여되어야 하는 세포 및 유전자가 발현되어질 세포는 간상체 양극 세포, ON 원추체 양극 세포, OFF 원추체 양극 세포, 수평 세포, 아마크린 세포 및 신경절 세포이다. 또한, 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자를 발현하기 위해, 감광성을 소실하지만 "사멸"하지 않은 광수용체 세포 (간상체 및 원추체) 자체가 사용될 수 있다. 또한, 광수용체에서 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자의 발현은 변성을 막거나 늦추는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 광-개폐 이온 채널 유전자의 발현은 세포 특이적 프로모터에 의해 제어되는 것이 바람직한 것으로 이해된다. 따라서, 광-개폐 이온 채널 유전자가 특정한 세포 유형에서만 발현되도록 보장하기 위하여 세포 특이적 프로모터가 사용될 수 있다. 예를 들어, ON-양극 세포에서의 발현을 제어하기 위하여 mGluR6 프로모터 [Ueda et al, J Neurosci. 1997 May 1; 17(9): 3014-23]가 사용될 수도 있다.
적절한 망막 세포에서 일단 발현되면, 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 단백질이 세포의 혈장 막 내에 삽입되고, 세포를 감광성으로 만들고 빛에 반응하여 이온 전달, 양이온 또는 음이온을 일으킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 광수용체의 적응 성질에 기인하여 망막이 매우 넓은 범위의 광 강도에 민감한 것으로 알려져 있긴 하지만, 광-개폐 이온 채널 또는 펌프는 적응할 수 없을 수도 있고, 따라서 좁은 범위의 광 강도에만 반응할 수도 있다. 만일 이것이 하나의 사례라면, 이러한 제약은 당 기술분야에 공지된 이미지 강화기 및/또는 이미지 전환기의 사용에 의해 경감될 수도 있다. 예를 들어, 상기 기재된 방법에 의해 치료된 환자는 예를 들어 안경 등에 장착된 이미지 강화기/증진기를 착용할 수도 있다.
일례로서, 밝고 강한 이미지를 손상된 시력을 가진 환자의 망막으로 직접 전달할 수 있는 머리-장착 장치를 제공하기 위하여, 이미지 강화 장치, 예컨대 텔레센서리(Telesensory) (http://www.telesensory.com)에 의해 제공되는 장치를 마이크로비젼 (http://www.microvision.com/milprod.html)에 의해 개발된 망막 스캐닝 장치(RSD)와 조합할 수도 있다. 간략하게, RSD는, 추가의 스크린 또는 모니터의 필요없이도, 개인이 크고 전체-동작 이미지를 볼 수 있도록 망막 위에 이미지를 투사한다. 따라서, 손상된 시력을 가진 개인의 망막에 강화된 이미지를 직접적으로 투사함으로써, 실명으로 간주된 개인에서의 시력을 향상시키는 것이 가능할 수도 있다.
망막 양극 또는 신경절 세포에서 광-개폐 이온 채널 또는 펌프를 발현시키는 경우에, 망막의 네트워크 처리 능력의 일부 측면이 소실될 수 있다. 예를 들어, 빛이 양극 또는 신경절 세포를 활성화시킨다면 수평 세포 매개된 측면 억제가 소실될 수 있다. 이러한 경우에, 망막과 유사한 프로세서 (D. Balya and B. Roska: "Retina model with real time implementation", International Symposium on Circuits and Systems ISCAS 2005, Kobe, Japan, May, pp. 5222-5225, http://www.anafocus.com/ 및 http://www.eutecus.com/ 참조)를 마이크로비젼 시스템과 조합할 수 있다.
광-개폐 이온 채널 또는 펌프가 상기 언급된 광수용체에서 발현된다면, 광수용체에서의 광 반응의 극성이 역전될 수 있다. 이것은 투사된 이미지의 극성을 역전시키는 것에 의해 교정될 수 있다: 어두운 화소는 밝은 화소가 되고 밝은 화소는 어두운 화소가 된다.
본 발명의 상기 및 기타 측면은 여기에 기재된 교시내용으로부터 당업자에게 명백해야 한다.
편의상, 명세서, 실시예 및 청구의 범위에서 사용된 특정한 용어 및 구의 의미는 하기 제공된다.
단수 형태 (하나, 한, 그)는 명백히 달리 언급되지 않는 한 복수를 포함한다.
"아르캐아"는 원시핵 및 단세포 미생물의 군이다. 여기에서 이들은 세균과 유사하지만 2개 군은 다르게 진화되고 3개-도메인 시스템에서 상이한 도메인으로 분류된다. 원래 이러한 유기체는 아르캐박테리아라고 명명되었다. 계통학에서 여전히 불확실성이 존재하긴 하지만, 아르캐아, 진핵생물 및 박테리아는 칼 워즈 (Carl Woese)에 의하여 1977년에 3개-도메인 시스템에서 기본 분류로 도입되었다. 원핵생물로서, 아르캐아는 전통적인 린네식 5-계 분류법에서 킹덤 모네라계 (kingdom Monera)로 분류된다. 이러한 원핵생물 세포 구조는 세균과 유사한 반면, 아르캐아의 유전자 및 그들의 몇몇 대사 경로는 진핵생물의 세포와 더욱 밀접하게 관련된다. 이들을 설명하는 한 가지 방법은, 아르캐안 및 진핵생물을 함께 그람-양성 세균으로부터 비롯될 수도 있는 클레이드 네오무라로 분류하는 것이다. 다른 한편, 다른 연구는 아르캐아가 이러한 군으로부터 분기된 박테리아 및 진핵생물과 함께 전 세계에서 가장 오래된 혈통일 수도 있음을 제시하였다. 아르캐아는 원래 극한 환경에서 나타났으나, 그 이후에 모든 환경에서 발견되었고 전체 생물자원의 20% 까지를 제공할 수도 있다. 이러한 세포는 해양에서 특히 일반적이고, 플랑크톤에서의 아르캐아는 지구 상에 가장 풍부한 유기체 군의 하나일 수도 있다. 이러한 도메인으로부터의 단일 개체 또는 종은 아르캐온(archaeon, 때때로 archeon 철자로 쓰임)이라 불리는 반면 형용사 형태는 아르캐알 또는 아르캐언이다.
"할로로돕신"은 클로라이드 이온에 대해 특이적인 광-유도 이온 펌프이고, 할로박테리아로 알려진 계통발생학적으로 고대의 "세균" (아르캐아)에서 발견된다. 이것은 광-유도 광자 펌프 박테리오로돕신에 상동성인 레티닐리덴 단백질 계의 7개-트랜스막 단백질이고, (1차 서열 구조가 아니라) 3차 구조에서 망막에서 빛을 감지하는 색소인 척추동물 로돕신과 유사하다. 할로로돕신은 또한 광-유도 이온 채널인 채널로돕신과 서열 유사성을 공유한다. 할로로돕신은 필수적인 광-이성질화 비타민 A 유도체 모든-트랜스-레티날을 함유한다. 할로로돕신은 결정 구조가 알려져 있는 몇 개의 막 단백질 중 하나이다. 할로로돕신 이소형은 H.살리나룸(salinarum) 및 N.파라오니스(pharaonis)를 포함하여 다수의 할로박테리아 종에서 발견될 수 있다. 많은 계속되는 연구는 이러한 차이를 조사하고, 이를 사용하여 광주기와 펌프 성질을 분석할 수 있다. 박테리오로돕신 후에, 할로로돕신이 연구된 최상의 유형 I (미생물) 옵신일 수도 있다. 할로로돕신 망막 복합체의 피크 흡광도는 약 570 nm이다. 최근들어, 할로로돕신은 광유전자학에서 도구가 되었다. 청색-광 활성화 이온 채널 채널로돕신-2가 청색 광의 짧은 펄스로 흥분가능한 세포 (예컨대, 뉴런, 근육 세포, 췌장 세포 및 면역 세포)를 활성화하는 능력을 열어놓는 것과 마찬가지로, 할로로돕신은 황색 광의 짧은 펄스로 흥분가능한 세포를 억누를 능력을 열어놓는다. 따라서, 할로로돕신 및 채널로돕신은 함께 다중색 광학 활성화, 억제 및 신경 활성의 비-동시화를 가능하게 하고, 이는 강력한 뇌신경학 도구상자를 생성한다.
여기에서 서로 바꾸어 사용되는 "폴리뉴클레오티드" 및 "핵산"은 어떠한 길이의 뉴클레오티드의 중합체 형태, 즉 리보뉴클레오티드 또는 데옥시리보뉴클레오티드를 가리킨다. 따라서, 이러한 용어는 이에 한정되지 않지만 단일-, 이중- 또는 다중-가닥 DNA 또는 RNA, 게놈 DNA, cDNA, DNA-RNA 하이브리드 또는 퓨린 및 피리미딘 염기를 포함한 중합체 또는 기타 천연, 화학적 또는 생화학적 변형, 비-천연 또는 유도체화 뉴클레오티드 염기를 포함한 중합체를 포함한다. 이러한 용어는 이에 한정되지 않지만 인트론 서열을 포함하는 mRNA 또는 cDNA를 더욱 포함한다. 폴리뉴클레오티드의 주쇄는 당 및 포스페이트 기를 포함할 수 있거나 (RNA 또는 DNA에서 전형적으로 발견되는 것과 같이), 변형 또는 치환된 당 또는 포스페이트 기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 폴리뉴클레오티드의 주쇄는 포스포르아미디트와 같은 합성 소단위의 중합체를 포함할 수 있고, 따라서 올리고데옥시뉴클레오시드 포스포르아미데이트 또는 혼합된 포스포르아미데이트-포스포디에스테르 올리고머일 수 있다. 폴리뉴클레오티드는 변형 뉴클레오티드, 예컨대 메틸화 뉴클레오티드 및 뉴클레오티드 유사체, 우라실, 기타 당, 및 연결 기, 예컨대 플루오로리보스 및 티오에이트, 및 뉴클레오티드 분지를 포함할 수 있다. 뉴클레오티드의 서열은 비-뉴클레오티드 성분에 의해 개재될 수도 있다. 폴리뉴클레오티드는 중합 후에 예컨대 표지화 성분과의 접합에 의하여 더욱 변형될 수 있다. 이러한 정의에 포함된 다른 유형의 변형은 캡, 하나 이상의 자연 발생 뉴클레오티드를 유사체로 치환, 및 폴리뉴클레오티드를 단백질, 금속 이온, 표지화 성분, 기타 폴리뉴클레오티드 또는 고형 지지체에 부착하기 위한 수단의 도입이다. 용어 "폴리뉴클레오티드"는 펩티드 핵산, PNA 및 LNA를 포함한다. 폴리뉴클레오티드는 게놈 DNA, cDNA 또는 DNA-RNA 하이브리드를 더욱 포함할 수 있다.
"서열 동일성"은 유사성 또는 상보성 정도를 가리킨다. 부분 동일성 또는 완전 동일성이 존재할 수도 있다. 부분 상보성 서열은 동일한 서열이 표적 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화되는 것을 적어도 부분적으로 억제하는 것이다; 용어 "실질적으로 동일한"을 사용하는 것을 가리킨다. 낮은 엄격성 조건 하에서 하이브리드화 분석 (서던 또는 노던 블롯, 용액 하이브리드화 등)을 사용하여 표적 서열에 완전히 상보성인 서열의 하이브리드화 억제를 시험할 수도 있다. 실질적으로 동일한 서열 또는 프로브는, 완전히 동일한 서열 또는 프로브가 낮은 엄격성 조건 하에서 표적 서열에 결합 (즉, 하이브리드화)되는 것을 경쟁하고 억제할 것이다. 이것은, 낮은 엄격성 조건이 비-특이적 결합을 허용할 정도임을 말하는 것은 아니다; 낮은 엄격성 조건은 2개의 서열의 상호간 결합이 특이적 (즉, 선택적) 상호작용임을 요구한다. 비-특이적 결합의 부재는, 심지어 일부의 상보성 정도가 부족한 두번째 표적 서열의 사용에 의해 시험될 수도 있고 (예를 들어, 약 30% 미만의 동일성); 비-특이적 결합의 부재 하에서, 프로브는 두번째 비-상보성 표적 서열에 하이브리드되지 않을 것이다.
2개의 핵산 또는 폴리펩티드 서열에 관한 서열 동일성을 조사하는 다른 방법은, 규정된 영역에 걸쳐 최대의 일치를 위해 정렬될 때 동일한 2개의 서열에 있는 잔기를 대조하는 것을 포함한다. 여기에서 사용될 때, 서열 동일성 퍼센트는 2개의 최적으로 정렬된 서열을 비교 윈도우에 걸쳐 비교함으로써 결정되는 값을 의미하고, 여기에서 비교 윈도우 내의 폴리뉴클레오티드 서열의 일부는 2개 서열의 최적의 정렬을 위해 기준 서열 (첨가 또는 결실을 포함하지 않음)에 비하여 첨가 또는 결실 (즉, 갭)을 포함할 수도 있다. 일치된 위치의 수를 얻기 위해 동일한 핵산 염기가 양쪽 서열에서 발생하는 위치의 수를 결정하고, 일치된 위치의 수를 비교 윈도우 내의 전체 위치 수로 나누고 그 결과에 100을 곱하여 서열 동일성의 퍼센트를 수득함으로써 퍼센트를 계산한다.
"유전자"란 폴리펩티드 또는 전구체의 생성을 위해 필요한 제어 및 코딩 서열을 포함하는 폴리뉴클레오티드 서열을 가리킨다. 폴리펩티드는 전체 길이 코딩 서열에 의해 또는 코딩 서열의 일부에 의해 코딩될 수 있다. 유전자는 단절되지 않은 코딩 서열을 구성할 수도 있거나 또는 적절한 스플라이스 접합부에 의해 결합된 하나 이상의 인트론을 포함할 수도 있다. 또한, 유전자는 코딩 또는 비번역 영역에서 생물학적 활성 또는 발현 생성물의 화학 구조, 발현 속도 또는 발현 제어 방식에 영향을 미칠 수 있는 하나 이상의 변형을 함유할 수도 있다. 이러한 변형은 이에 한정되지 않지만 돌연변이, 삽입, 결실 및 하나 이상의 뉴클레오티드의 치환을 포함한다. 이러한 측면에서, 이러한 변형된 유전자는 "천연" 유전자의 "변형체"라고 일컬어질 수도 있다.
"발현"은 일반적으로 검출가능한 수준의 아미노산 서열 또는 단백질이 발현될 수 있도록 폴리뉴클레오티드가 성공적인 전사 및 번역을 겪는 과정을 가리킨다. 특정한 내용에서, 발현은 mRNA의 생성을 가리킨다. 다른 내용에서, 발현은 단백질의 생성을 가리킨다.
"세포 유형"은 주어진 공급원 (예를 들어, 조직 또는 기관)으로부터의 세포 또는 주어진 분화 상태에 있는 세포, 또는 주어진 병리 또는 유전자 형성과 연관된 세포를 가리킨다.
"폴리펩티드" 및 "단백질"은, 여기에서 서로 바꾸어 사용될 때, 어떠한 길이의 아미노산의 중합체 형태를 가리키고, 번역, 비번역, 화학적 변형, 생화학적 변형 및 유도체화 아미노산을 포함할 수도 있다. 폴리펩티드 또는 단백질은 자연 발생, 재조합 또는 합성 또는 이들의 조합일 수도 있다. 또한, 폴리펩티드 또는 단백질은 자연 발생 단백질 또는 펩티드의 단편을 포함할 수도 있다. 폴리펩티드 또는 단백질은 단일 분자일 수도 있거나 다-분자 복합체일 수도 있다. 추가로, 이러한 폴리펩티드 또는 단백질은 변형된 펩티드 주쇄를 가질 수도 있다. 용어는 이종 아미노산 서열과의 융합 단백질, N-말단 메티오닌 잔기를 갖거나 갖지 않은 이종 및 동종 리더 서열을 가진 융합 단백질, 면역학적 표지화 단백질 등을 포함하는 융합 단백질을 포함한다.
"단백질의 단편"은 다른 단백질의 일부인 단백질을 가리킨다. 예를 들어, 단백질의 단편은 배양된 세포로부터 단리된 전체-길이 단백질을 소화시킴으로써 수득되는 폴리펩티드를 포함할 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 단백질 단편은 적어도 약 6개의 아미노산을 포함한다. 다른 구현양태에서, 단편은 적어도 약 10개 아미노산을 포함한다. 또 다른 구현양태에서, 단백질 단편은 적어도 약 16개 아미노산을 포함한다.
"발현 생성물" 또는 "유전자 생성물"은 단백질 또는 mRNA와 같은 생체분자이고, 유기체 내의 유전자가 전사되거나 번역되거나 번역-후 변형될 때 생성된다.
"숙주 세포"란 재조합 벡터 또는 폴리뉴클레오티드의 다른 전달을 위한 수용체로서 사용될 수도 있거나 사용되어 온 미생물, 원핵 세포, 진핵 세포 또는 단세포 체로서 배양된 세포 주를 가리키고, 형질감염된 기원 세포의 자손을 포함한다. 단일 세포의 자손은 자연적, 우발적 또는 고의적 돌연변이에 기인하여 기원 조상 세포와 형태학적으로 또는 게놈 또는 전체 DNA 보체에서 반드시 완전히 동일할 필요는 없을 수 있다.
용어 "기능적 균등물"은 천연 유전자 또는 바이러스의 "단편", "변이체", "유도체", "대립유전자", "하이브리드", "변형체", "유사체" 또는 "화학적 유도체"를 포함하는 것으로 해석된다.
"단리된"은 폴리뉴클레오티드, 폴리펩티드, 면역글로블린, 바이러스 또는 숙주 세포가 자연적으로 발생하는 것과는 다른 환경에 있는 폴리뉴클레오티드, 폴리펩티드, 면역글로블린, 바이러스 또는 숙주 세포를 가리킨다.
"실질적으로 정제된"이란 자연 환경으로부터 제거된 화합물을 가리키고, 자연적으로 관련된 다른 성분을 적어도 약 60% 비함유, 적어도 약 65% 비함유, 적어도 약 70% 비함유, 적어도 약 75% 비함유, 적어도 약 80% 비함유, 적어도 약 83% 비함유, 적어도 약 85% 비함유, 적어도 약 88% 비함유, 적어도 약 90% 비함유, 적어도 약 91% 비함유, 적어도 약 92% 비함유, 적어도 약 93% 비함유, 적어도 약 94% 비함유, 적어도 약 95% 비함유, 적어도 약 96% 비함유, 적어도 약 97% 비함유, 적어도 약 98% 비함유, 적어도 약 99% 비함유, 적어도 약 99.9% 비함유, 또는 적어도 약 99.99% 비함유 또는 그 초과로 비함유하는 것이다.
"진단" 및 "진단하는"은 일반적으로 질병 또는 질환에 걸리기 쉬운 피험자의 감수성의 결정, 피험자가 질병 또는 질환에 의해 영향을 받는 여부에 관한 결정, 질병 또는 질환에 의해 영향을 받은 피험자의 예후 (예를 들어, 전이-전 또는 전이 암성 상태, 암 단계 또는 치료에 대한 암의 반응의 확인), 및 테라메트릭스(therametrics) (예를 들어, 치료의 효과 또는 효능에 대한 정보를 제공하기 위한 피험자의 상태 검사)를 포함한다.
"생물학적 샘플"은 진단 또는 검사 분석에서 사용될 수도 있는 유기체로부터 수득된 다양한 종류의 샘플을 포함한다. 용어는 혈액 및 생물학적 기원의 기타 액체 샘플, 고체 조직 샘플, 예컨대 생검 견본, 또는 조직 배양물 또는 그로부터 유래된 세포 및 그의 자손을 포함한다. 용어는 구체적으로 임상 샘플을 포함하고, 세포 배양물 내의 세포, 세포 상층액, 세포 용해물, 혈청, 혈장, 뇨, 양막 액, 생물학적 유체 및 조직 샘플을 더욱 포함한다. 용어는 또한 처리 후에 어떠한 방식으로,예컨대 시약으로의 처리, 가용화, 또는 특정 성분을 위한 첨가로 조작된 샘플을 포함한다.
서로 바꾸어 사용되는 "개체", "피험자", "숙주" 및 "환자"는 진단, 처리 또는 치료법이 요망되는 포유동물 피험자를 가리킨다. 하나의 바람직한 구현양태에서, 개체, 피험자, 숙주 또는 환자는 인간이다. 다른 피험자는 이에 한정되지 않지만 소, 말, 개, 고양이, 기니 피그, 토끼, 쥐, 영장류 및 마우스를 포함한다.
"하이브리드화"란 폴리뉴클레오티드 서열이 염기 쌍을 통해 상보성 서열에 결합하는 과정을 가리킨다. 하이브리드화 조건은 예를 들어 예비하이브리드화 및 하이브리드화 용액 중의 염 또는 포름아미드의 농도에 의해, 또는 하이브리드화 온도에 의해 정의될 수 있고 당 기술분야에 공지되어 있다. 하이브리드화는 다양한 엄격성 조건 하에서 일어날 수 있다.
"엄격한 조건"이란 프로브가 표적 폴리뉴클레오티드 서열에 하이브리드화될 수 있지만 다른 서열에는 하이브리드화되지 않는 조건을 가리킨다. 엄격한 조건은 서열-의존성이다 (예를 들어, 더 긴 서열은 더 높은 온도에서 특이적으로 하이브리드화된다). 일반적으로, 한정된 이온 강도 및 pH에서 특정한 서열을 위한 열 융점(Tm)에 비해 약 5 ℃ 더 낮도록 엄격한 조건을 선택한다. Tm은 (한정된 이온 강도, pH 및 폴리뉴클레오티드 농도 하에서) 표적 서열에 상보성인 프로브의 50%가 평형상태에서 표적 서열에 하이브리드화되는 온도이다. 전형적으로, 엄격한 조건은 염 농도가 약 pH 7.0 내지 약 pH 8.3에서 적어도 약 0.01 내지 약 1.0 M 소듐 이온 농도 (또는 기타 염)이고 온도가 짧은 프로브 (예를 들어, 10 내지 50 뉴클레오티드)를 위하여 적어도 약 30 ℃인 조건일 것이다. 엄격한 조건은 탈안정화제, 예컨대 포름아미드의 첨가에 의해 달성될 수도 있다.
"생체분자"는 폴리뉴클레오티드 및 폴리펩티드를 포함한다.
"생물학적 활성"은 단백질 또는 펩티드의 생물학적 거동 및 효과를 가리킨다. 단백질의 생물학적 활성은 세포 수준 및 분자 수준에서 영향을 받을 수도 있다. 예를 들어, 단백질의 생물학적 활성은 분자 수준에서의 변화에 의해 영향을 받을 수도 있다. 예를 들어, 안티센스 올리고뉴클레오티드는 특별한 mRNA의 번역을 막을 수도 있고, 이에 의해 mRNA에 의해 코딩되는 단백질의 생물학적 활성을 억제한다. 추가로, 면역글로블린이 특정한 단백질에 결합될 수도 있고 단백질의 생물학적 활성을 억제한다.
"올리고뉴클레오티드"란 예를 들어 약 10 뉴클레오티드 (nt) 내지 약 1000 nt을 포함하는 폴리뉴클레오티드 서열을 가리킨다. 본 발명에서 사용하기 위한 올리고뉴클레오티드는 예를 들어 약 15 nt 내지 약 150 nt이고, 예를 들어 약 150 nt 내지 약 1000 nt 길이이다. 올리고뉴클레오티드는 자연 발생 올리고뉴클레오티드 또는 합성 올리고뉴클레오티드일 수도 있다.
"변형 올리고뉴클레오티드" 및 "변형 폴리뉴클레오티드"란, 염기, 당 잔기, 뉴클레오시드 포스페이트간 연결 뿐만 아니라 이러한 부위에 첨가된 치환 또는 변형의 조합을 가진 분자의 전부 또는 어느 것의 자연적 분자 구조의 분자 수준에서 하나 이상의 화학 변형을 가진 올리고뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드를 가리킨다. 뉴클레오시드 포스페이트 간 연결은 포스포디에스테르, 포스포트리에스테르, 포스포르아미데이트, 실록산, 카르보네이트, 카르복시메틸에스테르, 아세트아미데이트, 카르바메이트, 티오에테르, 다리걸친 포스포르아미데이트, 다리걸친 메틸렌 포스포네이트, 포스포로티오에이트, 메틸포스포네이트, 포스포로디티오에이트, 다리걸친 포스포로티오에이트 또는 술폰 뉴클레오티드 간 결합, 또는 3'-3', 5'-3', 또는 5'-5' 결합, 및 이러한 유사한 결합의 조합일 수도 있다. 포스포디에스테르 결합을 대체 결합, 예컨대 포스포로티오에이트, 메틸아미노, 메틸포스포네이트, 포스포르아미데이트 및 구아니딘으로 대체할 수도 있고, 폴리뉴클레오티드의 리보스 소단위를 대체할 수도 있다 (예를 들어, 헥소스 포스포디에스테르; 펩티드 핵산). 변형은 올리고뉴클레오티드 분자의 내부 (단일 또는 반복) 또는 말단(들)에서 일어날 수도 있고, 뉴클레오시드 포스페이트 간 결합의 분자, 예컨대 데옥시리보스로의 첨가 및 반대 사슬에 또는 관련된 효소 또는 기타 단백질에 절단 또는 가교되는 포스페이트 변형을 포함할 수도 있다. 용어 "변형된 올리고뉴클레오티드" 및 "변형된 폴리뉴클레오티드"는 당 잔기 (예를 들어, 3'-치환된 리보뉴클레오티드 또는 데옥시리보뉴클레오티드 단량체)에 대한 변형을 포함하는 올리고뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드를 포함하고, 그의 어느 것이라도 5'-3' 결합을 통해 함께 결합된다.
"생체분자 서열" 또는 "서열'은 폴리뉴클레오티드 또는 폴리펩티드 서열의 전부 또는 일부를 가리킨다.
용어 "검출가능한"이란 폴리머라제 연쇄 반응(PCR), 역 전사효소(RT) PCR, 차동 디스플레이, 및 노던 분석의 표준 기술을 통해 검출가능한 폴리뉴클레오티드 발현 패턴을 가리키고, 당업자에게 잘 알려져 있다. 유사하게, 폴리펩티드 발현 패턴은 웨스턴 블롯과 같은 면역분석을 포함한 표준 기술을 통해 "검출"될 수도 있다.
"표적 유전자"란 종종 생물학적 샘플로부터 유래된 폴리뉴클레오티드를 가리키고, 이것에 올리고뉴클레오티드 프로브가 특이적으로 하이브리드화되도록 설계된다. 이것은 검출되어질 표적 폴리뉴클레오티드의 존재 또는 부재, 또는 정량화되어질 표적 폴리뉴클레오티드의 양이다. 표적 폴리뉴클레오티드는 표적에 지정되는 상응하는 프로브의 폴리뉴클레오티드 서열에 상보적인 서열을 갖는다. 표적 폴리뉴클레오티드는 프로브가 지정되어지는 큰 폴리뉴클레오티드의 특정한 연속부를 가리키거나 또는 검출을 원하는 발현 수준을 가진 전체 서열 (예를 들어, 유전자 또는 mRNA)을 가리킨다.
"표적 단백질"이란 단백질-포획 제가 특이적으로 하이브리드화 또는 결합되는, 종종 생물학적 샘프로부터 유래된 폴리펩티드를 가리킨다. 이것은 검출되어질 표적 단백질의 존재 또는 부재, 또는 정량화되어질 표적 단백질의 양이다. 표적 단백질은 표적에 지정되는 상응하는 단백질-포획제에 의해 인식되는 구조를 갖고 있다. 표적 단백질 또는 아미노산은 단백질-포획제가 지정되는 큰 단백질의 특정한 구조를 가리키거나, 또는 검출을 원하는 발현 수준을 가진 전체 구조물 (예, 유전자 또는 mRNA)을 가리킬 수도 있다.
"상보적인"이란 프로브 분자 및 그의 표적의 상호작용 표면의 위상학적 적합성 또는 일치를 가리킨다. 표적 및 그의 프로브는 상보적인 것으로 설명될 수 있고, 또한 접촉 표면 특징이 상호 상보적이다. 뉴클레오티드 또는 핵산 간, 예를 들어 이중-가닥 DNA 분자의 2개 가닥 또는 올리고뉴클레오티드 프로브와 표적 간의 하이브리드화 또는 염기 쌍이 상보적이다.
"표지"는 직접적으로 또는 시그널 생성 시스템의 하나 이상의 추가의 요소와의 상호작용을 통해 검출가능한 시그널을 제공할 수 있는 작인을 가리킨다. 직접적으로 검출될 수 있고 본 발명에서 사용될 수 있는 표지는 형광 표지를 포함한다. 특정한 형광단은 플루오레세인, 로다민, BODIPY, 시아닌 염료 등을 포함한다.
용어 "융합 단백질"은, 전형적으로 그의 천연 상태에서는 연결되지 않지만 펩티드 결합을 통해 각각의 아미노 및 카르복실 말단에 의해 연결되어 단일 연속 폴리펩티드를 형성하는, 2개 이상의 폴리펩티드로 이루어진 단백질을 가리킨다. 2개 이상의 폴리펩티드 성분이 직접적으로 연결될 수 있거나 펩티드 링커/스페이서를 통해 간접적으로 연결될 수 있는 것으로 이해된다.
용어 "정상 생리학적 조건"은 생체 유기체 또는 세포 내에서 전형적인 조건을 의미한다. 일부 기관 또는 유기체가 극한 조건을 제공하긴 하지만, 유기체-내 및 세포-내 환경은 보통 약 pH 7 주위에서 변하고 (즉, pH 6.5 내지 pH 7.5), 주된 용매로서 물을 함유하고 0 ℃ 초과 내지 50 ℃ 미만의 온도에서 존재한다. 다양한 염의 농도는 기준으로서 사용되는 기관, 유기체, 세포 또는 세포 구획에 의존한다.
"BLAST"는 주어진 조회 서열과 일치하는 틈새가 없는 준-서열을 검출하기 위한 기술인 베이직 로컬 얼라인먼트 서치 툴(Basic Local Alignment Search Tool)을 가리킨다.
"BLASTP"는 단백질 서열 데이터베이스에 대해 아미노산 조회 서열을 비교하는 BLAST 프로그램이다. "BLASTX"는 뉴클레오티드 조회 서열 (양쪽 가닥)의 6-프레임 개념상 번역 생성물을 단백질 서열 데이터베이스에 대해 비교하는 BLAST 프로그램이다.
"cds"는 코딩 서열을 가리키기 위하여 진뱅크 DNA 서열 도입에서 사용된다. 코딩 서열은 유전자를 코딩하는 것으로 추측되는 DNA 서열의 준-서열이다.
"콘센서스(consensus)" 또는 "콘티그(contig) 서열"은, 특히 본 발명의 하나 이상의 데이터베이스에 있는 서열 사이에서 조립된 중복 서열의 군인 것으로 이해된다.
본 발명의 핵산 분자는 관련 유전자 서열을 코딩하는 핵산을 가진 바이러스에 의해 생성될 수 있다. 바이러스는 핵산의 발현을 제어하고/하거나 증진시킬 수 있는 요소를 포함할 수 있다. 바이러스는 재조합 바이러스일 수도 있다. 재조합 바이러스는 다른 기능성 요소를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 바이러스가 표적 세포에서 자율적으로 복제되도록 재조합 바이러스를 설계할 수 있다. 이러한 경우에, 핵산 복제를 유도하는 요소가 재조합 바이러스에 요구될 수도 있다. 재조합 바이러스는 핵산의 발현을 요구대로 제어하기 위하여 프로모터 또는 조절인자 또는 증진인자를 포함할 수도 있다. 특정한 세포 유형에서 핵산의 발현을 제어하기 위하여 조직 특이적 프로모터/증진인자 요소를 사용할 수도 있다. 프로모터는 구성 또는 유도가능할 수도 있다.
"프로모터"는 일반적으로 전사되는 것이 요구되는 유전자의 상류 (5' 영역 쪽)에 위치한 DNA의 영역이다. 프로모터는 그것이 제어하는 유전자의 적절한 활성화 또는 억제를 가능하게 한다. 본 발명을 위해 적절한 프로모터의 예는 인간 로돕신 프로모터 [Allocca et al., Novel AAV serotypes efficiently transduce murine photoreceptors, J. Virol. (2007)], 인간 레드 옵신 프로모터 [Nathan et al., Science. 1986 Apr 11; 232(4747); 193-202], 레드 원추체 옵신 프로모터, arr3 프로모터 [Zhu, X et al. Mouse cone arrestin gene characterization: promoter targets expression to cone photoreceptors, FEBS Letters 524, 116-122 (2002)] 또는 Grm6 프로모터 [Masu, M. et al. Specific deficit of the ON response in visual transmission by targeted disruption of the mGluR6 gene. Cell 80, 757-765 (1995)]이다.
자연 환경의 오염 성분은 본 발명의 방법 및 조성물을 방해하는 물질이고, 효소, 호르몬 및 기타 단백질성 또는 비단백질성 용질을 포함할 수도 있다. 보통, 단리된 약제는 적어도 하나의 정제 단계에 의해 제조될 것이다. 하나의 구현양태에서, 약제를 중량 기준으로 적어도 약 60%, 적어도 약 65%, 적어도 약 70%, 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 적어도 약 88%, 적어도 약 90%, 적어도 약 92%, 적어도 약 95%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99%, 적어도 약 99.9%, 또는 적어도 약 99.99%까지 정제한다.
세포에서 단백질의 "발현"은, 예를 들어 주된 절차를 위하여, 세포 내에 단백질이 존재하도록 보장하는 것을 의미한다. 다수의 구현양태에서, 단백질의 "발현"은, 프로모터에 작동적으로 연결된, 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함한 세포 내로 트랜스유전자를 도입하는 것을 포함하고, 여기에서 프로모터는 구성 프로모터이거나 유도를 위해 충분한 조건이 생성되는 유도가능한 프로모터 뿐만 아니라 국소화 서열이다. 그러나, 예를 들어 자연적으로 주요 단백질을 발현하는 세포를 조작없이 사용할 수 있고, 이것이 단백질을 "발현"하는 것으로 간주된다.
"형광 프로브"란 다른 파장의 빛에 의해 활성화될 때 특정한 파장의 빛을 방출하는 능력을 가진 화합물을 가리킨다.
"형광성"은 강도, 스펙트럼, 파장, 세포내 분포 등을 포함하는 형광 시그널의 검출가능한 특징을 가리킨다.
형광성을 "검출하는"은 정성적 또는 정량적 방법을 사용하여 세포의 형광성을 평가하는 것을 가리킨다. 예를 들어, 형광성은 예를 들어 형광 강도, 스펙트럼 또는 세포내 분포를 측정하고, 상이한 조건 하에서 수득된 값의 통계적 비교를 가능하게 하는 정량적 수단을 사용하여 결정된다. 인간의 다수의 샘플, 예를 들어 형광 현미경 또는 다른 광학 검출기 (예를 들어, 이미지 분석 시스템 등)를 사용하여 검출된 샘플에 의한 시각적 분석 및 비교와 같은 정성적 방법을 사용하여 수준을 결정할 수도 있다. 형광성의 "변화" 또는 "변조"는 다른 조건에 비교할 때 특정한 조건 하에서 강도, 세포내 분포, 스펙트럼, 파장 또는 기타 형광성 측면의 검출가능한 차이를 가리킨다. 예를 들어, "변화" 또는 "변조"는 정량적으로 검출되고, 차이는 통계적으로 의미있는 차이이다. 표준 장치, 예컨대 형광 현미경, CCD 또는 기타 형광 검출기를 사용하여 형광성에서의 "변화" 또는 "변조"를 검출할 수 있고, 자동화 시스템, 예컨대 통합 시스템을 사용하여 검출될 수 있거나 인간 관찰자에 의한 변경의 주관적인 검출을 반영할 수 있다.
"균질 형식"으로 수행된 분석은, 분석 결과를 결정하기 위해 어떠한 성분의 조작이나 정제가 요구되지 않으면서, 분석이 단일 용기에서 수행될 수 있음을 의미하고, 예를 들어 분석 시스템에 시험 약제를 첨가할 수 있거나 어떠한 효과를 직접적으로 측정할 수 있다. 종종, 이러한 "균질 형식" 분석은 시험 약제의 존재 또는 부재 하에서 "켄칭"되거나 달리 변형될 적어도 하나의 성분을 포함할 것이다.
본 발명에서 어떠한 다수의 세포 유형이 사용될 수 있다. 예를 들어, 식물, 동물 및 진균 세포를 포함하는 어떠한 진핵 세포라도 사용할 수 있다. 일부 구현양태에서, 뉴론이 사용될 것이다. 여기에서 사용된 "세포"는 전 세포 (비처리 세포), 침투화 세포, 단리된 미토콘드리아 및 프로테오리포좀, 예를 들어 UCP 또는 다른 주요 단백질로 재구성된 프로테오리포좀을 포함할 수 있다. 효소 세포를 포함한 세포의 관리 및 유지는 당업자에게 알려져 있으며, 다양한 공급원 예컨대, [Freshney (1994) Culture of Animal Cells. Manual of Basic Technique, Wiley-Liss, New York], [Guthrie & Fink (1991), Guthrie and Fink, Guide to Yeast Genetics and Molecular Biology, Academic Press], [Ausubel et al. (1999) Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Associates] 등에서 발견될 수 있다.
색소, 시험 약제 및 특정한 분석 조건에 의존하여 다양한 범위의 밀도에서 세포를 사용할 수 있다. 예를 들어, 약 OD600=0.01 내지 1인 밀도, 예를 들어 약 0.05 내지 0.5, 예를 들어 약 0.1의 밀도가 사용된다.
세포에서 이종 단백질을 발현하는 방법이 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 문헌 (Ausubel (1999), Guthrie and Fink (1991), Sherman et al. (1982) Vlethods ineast Genetics, Cold Spring Harbor Laboratories, Freshney) 등에 기재되어 있다. 전형적으로, 이러한 구현양태에서, 주요 이종 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 이종 단백질이 발현되어질 특정한 숙주 세포를 위하여 적절한 발현 제어 서열에 작동적으로 연결될 것이다. 다수의 공지된 프로모터가 이러한 방법에서 사용될 수 있다. 프로모터의 선택은 달성되는 발현 수준 및 원하는 세포 특이성에 의존할 것이다. 폴리아데닐화 시그날, 5' 및 3' 비번역 서열 등과 같은 추가의 요소가 공지된 참고문헌에 기재되어 있다.
후생동물 (조직 및 기관으로 분화된 세포로 이루어진 몸체를 가진 동물) 세포에서, 프로모터 및 이종 단백질을 발현하기 위한 기타 요소가 일반적으로 사용되고 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들어 [Cruz & Patterson (1973) Tissue Culture, Academic Press; Meth. Enzymology 68 (1979), Academic Press; Freshney, 3rd Edition (1994) Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Techniques, Wiley-Liss] 참조. 이러한 세포를 위한 프로모터 및 제어 서열은 예를 들어 일반적으로 사용되는 초기 및 후기 프로모터 (Simian Virus 40 (SV40)로부터의) 또는 예컨대 폴리오마, 아데노바이러스 2, 소 유두종 바이러스, 또는 조류 육종 바이러스, 헤르페스 바이러스 계 (예를 들어, 사이토메갈로바이러스, 헤르페스 심플렉스 바이러스 또는 엡스테인-바르 바이러스)로부터의 다른 바이러스 프로모터, 또는 면역글로블린 프로모터 및 열 충격 프로모터 (예를 들어, [Sambrook, Ausubel, Meth. Enzymology Pouwells, et al., supra (1987)] 참조)를 포함한다. 추가로, 조절 프로모터, 예컨대 메탈로티오네인 (즉, MT-1 및 MT-2), 글루코코르티코이드 또는 항생물질 유전자 "스위치"가 사용될 수 있다. 이러한 프로모터의 인핸서 영역이 또한 사용될 수 있다.
발현 카세트는 전형적으로, 숙주 세포 내로 발현 카세트의 도입 및 숙주 세포 내에서 발현 카세트의 유지를 촉진하는 벡터 내로 도입된다. 이러한 벡터가 일반적으로 사용되고 당업자에게 잘 알려져 있다. 다수의 이러한 벡터는 예를 들어 인비트로겐, 스트라타진, 클론테크 등으로부터 통상적으로 입수가능하고, 다수의 지침, 예컨대 Ausubel, Guthrie, Strathem 또는 Berger (모두 상동)에 기재되어 있다. 이러한 벡터는 전형적으로 다수의 클론화 부위와 함께 프로모터, 폴리아데닐화 시그널 등 뿐만 아니라 복제 기원, 선택가능한 마커 유전자 (예를 들어, LEU2, URA3, TRP1, HIS3, GFP), 동원체 서열 등과 같은 추가의 요소를 포함한다.
포유동물 세포에서의 발현을 위하여, 다수의 벡터, 예컨대 pSV2, pBC12BI 및 p91023 뿐만 아니라 융해 바이러스 벡터 (예를 들어, 백시니아 바이러스, 아데노바이러스, 바쿨로바이러스), 에피좀 바이러스 벡터 (예를 들어, 소 파필라마바이러스) 및 레트로바이러스 벡터 (예, 뮤린 레트로바이러스)가 사용될 수 있다.
여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "질환"은 가벼운 병, 질병, 병, 임상 상태 또는 병리학적 상태를 가리킨다.
여기에서 사용된 용어 "제약학적으로 허용가능한 담체"란 활성 성분의 생물활성 활성의 유효성을 방해하지 않고, 화학적으로 불활성이고, 투여된 환자에게 비 독성인 담체 매질을 가리킨다.
여기에서 사용된 용어 "제약학적으로 허용가능한 유도체"란 피험자에게 비교적 비-독성인 약제의 상동체, 유사체 또는 단편을 가리키고, 예를 들어 본 발명의 선별 방법을 사용하여 확인된다.
용어 "치료제"란 질병, 또는 질병의 합병증의 예방 또는 치료를 돕는 분자, 화합물 또는 치료를 가리킨다.
상용성 제약학적 담체에 제형된 이러한 약제를 포함하는 조성물을 제조하고, 포장하고 치료를 위해 표지화할 수 있다.
복합체가 수용성이라면, 적절한 완충액, 예를 들어 포스페이트 완충 염수 또는 기타 생리학적으로 상용성인 용액 중에서 제형될 수도 있다.
대안적으로, 얻어진 복합체가 수성 용매 중에서 불량한 용해도를 갖는다면, 트윈 또는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 비-이온성 계면활성제와 함께 제형할 수도 있다. 따라서, 흡입 또는 통기법 (입 또는 코를 통해)에 의한 투여 또는 경구, 구강, 비경구, 직장 투여를 위해 화합물 및 그의 생리학적으로 허용가능한 용매화물을 제형할 수도 있고, 또는 종양의 경우에 고형 종양에 직접 주입할 수도 있다.
경구 투여를 위하여, 제약학적 제제는 액체 형태, 예를 들어 용액, 시럽 또는 현탁액일 수도 있거나, 또는 물 또는 기타 적절한 부형제로 사용 전에 재구성하기 위한 약물 제품으로 존재할 수도 있다. 이러한 액체 제제는 현탁제 (예를 들어, 소르비톨 시럽, 셀룰로스 유도체 또는 수소화 식용 지방); 유화제 (예를 들어, 레시틴 또는 아라비아고무); 비-수성 부형제 (예를 들어, 아몬드 유, 오일 에스테르 또는 분별 식물성 유); 및 보존제 (예를 들어, 메틸- 또는 프로필-p-히드록시벤조에이트 또는 소르빈산)와 같은 제약학적으로 허용가능한 첨가제와 함께 통상적인 수단에 의해 제조될 수도 있다. 제약학적 조성물은 예를 들어 제약학적으로 허용가능한 부형제, 예컨대 결합제 (예, 예비젤라틴화 옥수수 전분, 폴리비닐 피롤리돈 또는 히드록시프로필 메틸셀룰로스); 충진제 (예, 락토스, 미세결정성 셀룰로스 또는 인산수소칼슘); 윤활제 (예, 마그네슘 스테아레이트, 탈크 또는 실리카); 붕해제 (예, 감자 전분 또는 소듐 전분 글리콜레이트); 또는 습윤제 (예, 소듐 라우릴 설페이트)와 함께 통상적인 수단에 의해 제조되는 정제 또는 캡슐의 형태를 취할 수도 있다. 정제는 당 기술분야에 공지된 방법에 의해 코팅될 수도 있다.
경구 투여를 위한 제제를 적절히 제형하여 활성 화합물의 조절 방출을 제공할 수 있다.
구강 투여를 위하여, 조성물은 통상적인 방식으로 제형된 정제 또는 함당정제의 형태를 취할 수도 있다.
흡입에 의한 투여를 위하여, 본 발명에 따라 사용하기 위한 화합물을, 적절한 추진제, 예를 들어 디클로로디플루오로메탄, 트리클로로플루오로메탄, 디클로로테트라플루오로에탄, 이산화탄소 또는 기타 적절한 기체를 사용하여 가압 팩 또는 분무기로부터의 에어로졸 분무 제공의 형태로 편리하게 전달한다. 가압 에어로졸의 경우에, 계량된 양을 전달하기 위해 밸브를 제공함으로써 투여 단위가 결정될 수 있다. 예를 들어 흡입기 또는 취입기에서 사용하기 위한 젤라틴의 캡슐 및 카트리지를 화합물 및 적절한 분말 기재, 예컨대 락토스 또는 전분의 분말 혼합물을 함유하도록 제형할 수도 있다.
주사, 예를 들어 환괴(bolus) 주사 또는 연속 주입에 의한 비경구 투여를 위해 화합물을 제형할 수도 있다. 주사를 위한 제형은 단위 투여 형태, 예를 들어 앰풀 또는 다-투여량 용기 내에서 보존제의 첨가와 함께 존재할 수도 있다.
조성물은 유성 또는 수성 부형제 중에서 현탁액, 용액 또는 에멀젼과 같은 형태를 취할 수 있고, 현탁제, 안정화제 및/또는 분산제와 같은 제형화제를 함유할 수도 있다. 대안적으로, 활성 성분은 사용 전에 적절한 부형제, 예를 들어 멸균 주사용수로 구성하기 위한 분말 형태일 수도 있다.
화합물은 예를 들어 코코아 버터 또는 다른 글리세리드와 같은 통상적인 좌약 기재를 함유하는 좌약 또는 이상 정체 관장제와 같은 직장 조성물로 제형될 수도 있다.
화합물은 크림 또는 로션과 같은 국소 응용으로서 제형될 수도 있다.
앞서 기재된 제형에 추가로, 화합물은 저장기 제제로 제형될 수도 있다. 이러한 장기간 작용 제형은 이식 (예를 들어, 피하 또는 근육내)에 의해 또는 근육내 주사에 의해 투여될 수도 있다.
예를 들어, 화합물은 적절한 중합체 또는 소수성 물질 (예를 들어, 허용가능한 오일 중의 에멀젼으로서) 또는 이온 교환 수지와 함께 또는 가용성이 부족한 유도체로서, 예를 들어 가용성이 부족한 염으로서 제형될 수도 있다. 리포좀 및 에멀젼은 친수성 약물을 위한 전달 부형제 또는 담체의 공지된 예이다.
조성물은 원한다면 활성 성분을 함유한 하나 이상의 단위 투여 형태를 함유할 수도 있는 팩 또는 디스펜서 장치에 존재할 수도 있다. 팩은 예를 들어 블리스터 팩과 같은 금속 또는 플라스틱 호일을 포함할 수도 있다. 팩 또는 디스펜서 장치는 투여 지시를 수반할 수도 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 치료 요법을 수행하기 위한 키트를 제공한다. 이러한 키트는 하나 이상의 용기에 치료적 또는 예방적 유효 량의 조성물을 제약학적으로 허용가능한 형태로 포함한다.
키트의 바이알 내의 조성물은 제약학적으로 허용가능한 용액, 예를 들어 살균 염수, 덱스트로스 용액 또는 완충액, 또는 다른 제약학적으로 허용가능한 살균 유체와 조합된 형태일 수도 있다. 대안적으로, 착물을 동결건조하거나 건조시킬 수도 있고; 이 경우에 키트는 임의로 용기 내에 주사용 용액을 형성하기 위해 복합체를 재구성하기 위한 제약학적으로 허용가능한 용액 (예를 들어, 염수, 덱스트로스 용액 등), 바람직하게는 살균 용액을 더욱 포함한다.
다른 구현양태에서, 키트는 바람직하게는 복합체을 주사하기 위해 살균 형태로 포장된 바늘 또는 주사기, 및/또는 포장된 알콜 패드를 더욱 포함한다. 임상학자 또는 환자에 의해 조성물을 투여하기 위한 지시가 임의로 포함된다.
하나의 구현양태에서, ON-양극 세포에서 독점적으로 채널로돕신, 예를 들어 채널로돕신-2 (ChR2)와 함께, 아르케온으로부터 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자 또는 상기 유전자의 광-활성 단편을 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 단리된 핵산 분자가 발현되는 반면, 양이온-전도성 채널로돕신, 예를 들어 볼복스 카르테리(Volvox carteri)로 부터 유래된 vChR1 (Zhang et al., Red-shifted optogenetic excitation; a tool for fast neural control derived from Volvox carteri, [Nat Neurosci. 2008 Apr 23; doi:10.1038/nn.2120])는 OFF 양극 세포에서 독점적으로 발현될 것이다. 어떠한 이론에 의해서도 제한되길 원하지 않지만, 3개 신경조절인자의 이러한 표적 발현은 청색 광 (ChR2 성분)에 의한 ON 경로의 여기 및 적색 광 (NpHR 성분)에 의한 상기 ON 경로의 억제를 일으키는 반면, OFF 경로는 적색 광 (vChR1 성분)에 의해 여기될 것으로 생각된다. 따라서, 청색 광은 광 ON을 모방하고 적색 광은 광 OFF를 모방한다. 이러한 시스템의 장점은, OFF 양극 세포가 vChR1에 의하여 직접적으로 여기 (탈분극을 의미함)되는 것으로 생각된다. 어떠한 이론에 의해서도 제한되길 원하지 않지만, 예를 들어 ChR2, NpHR 및 vChR1의 이러한 조합되고 표적화된 발현은 광수용체 양의 소실 후에 인공 광수용체의 스펙트럼 (더 많고 상이한 양극 세포, ON 및 OFF)을 개선할 수도 있고, 이색 시각 (청색=백색 및 적색=흑색)을 확립할 수도 있다.
추가로, 적색 광이 켜질 때 ON 시그널을 닫을 수 있고 OFF 경로가 켜지기 때문에, ON 양극 세포에서 ChR2/NpHR의 조합은 2가지 유형의 인공 광수용체 사이에서 예리한 경계를 확립하는데 도움이 될 수도 있는 것으로 생각된다. 여기에서 설명된 바와 같이, Grm6 프로모터 [Masu, M. et al. Specific deficit of the ON response in visual transmission by targeted disruption of the mGluR6 gene. Cell 80, 757-765 (1995)]가 ON 양극 세포에서 ChR2/NpHR의 발현을 이끌어내기 위해 사용될 수 있는 일례의 프로모터이다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 당업자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기에 기재된 것과 유사하거나 동일한 방법 및 재료들은 본 발명의 실행 또는 시험에서 사용될 수 있긴 하지만, 적절한 방법 및 재료들을 이하에 설명한다. 모순되는 경우에, 정의를 포함하여 본 발명의 명세서가 지배할 것이다. 추가로, 재료, 방법 및 실시예들은 단지 예증을 위한 것이고 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예
유전적 접근;
본 발명자들은 아데노 관련 바이러스 벡터 AAV2/7 [Allocca et al., Novel AAV serotypes efficiently transduce murine photoreceptors, J Virol. (2007)]를 사용하여 C57BL/6 마우스의 광수용체에서 적색-광-감수성 클로라이드 펌프 NpHR [Zhang et al., Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry, Nature Vol466 (2007)]을 발현하였으며, 유전자 전달을 매개하였다. NpHR은 인간 로돕신 프로모터로부터 유도되었다.
감염된 망막에서 NpHR 의 검출:
AAV2/7-Rho-NpHR-EYFP (5.35E+12 입자/ml)를 성체 C57BL/6 마우스에 망막하 주사하였다. 주사 후 상이한 시점에서 감염된 동물의 망막을 준비하였다. 이러한 망막을 NpHR-발현 세포를 표지화하기 위하여 EYFP에 대해 항체-염색하고, 외부 핵 층(ONL)에서 모든 세포를 가시화하기 위하여 DAPI로 염색하였다. 공촛점 현미경 기록을 수행하고, 비트플랜즈 이마리스(Bitplane's Imaris) (5.7.2) 소프트웨어를 사용하여 이들을 분석하였다.
공촛점 슬라이스에서 DAPI-표지화 세포에 대해 NpHR-발현 세포의 수를 셈으로써, 감염된 광수용체의 정량화를 수행하였다.
AAV -감염된 망막의 다전극 어레이 기록:
한정된 파장 및 강도의 빛을 사용함으로써 AAV-감염된 망막의 광수용체를 자극하였다. 신경절 세포의 스파이크 출력을 MEA에 의해 기록하였다. AAV 감염된 망막의 스펙트럼 동조 곡선은, 대조 비처리 망막에 비하여 긴 파장에서 상당히 높은 감광성을 나타내었다 (도 2).
결과:
이러한 실험을 사용하여, 본 발명자들은 인간 로돕신 프로모터와 조합하여 AAV2/7이 광수용체 내로 NpHR의 전달을 위해 뛰어난 도구임을 나타낼 수 있었다. NpHR 발현의 개시는 매우 빠르고 (주사 후 6일), 장 기간에 걸쳐 안정하였다. 앞에 기록된 바와 같이, AAV2/7 입자는 주사 부위 및 ONL 깊이와 무관하게 전체 외부 핵 층을 침투한다 [Li et al., Cone-specific expression using a human red opsin promoter in recombinant AAV, Vision Research 48 (2008)]. P0에서 AAV 감염은 덜 효과적이고 간상체로 제한되었다. 적색-광-감수성 클로라이드 펌프 NpHR이 망막 이식편에서 기능성인 것으로 밝혀졌다. 수득된 결과는 NpHR이 더욱 높은 파장 쪽에서 광수용체 활성을 변조시킬 수 있음을 증명한다 [Jacobs et al., Emergence of novel color vision in mice engineered to express a human cone photopigment, Science, VOL 315 (2007)].

Claims (15)

  1. 실명을 치료하거나 개선시키는데 사용하기 위한, 아르케온으로부터의 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자 또는 상기 유전자의 광-활성 단편을 코딩하는 뉴클레오티드 서열, 또는 상기 뉴클레오티드 서열에 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함하는, 단리된 핵산 분자.
  2. 제1항에 있어서, 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자가 할로로돕신 유전자인 단리된 핵산 분자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자가 나트로노마스 파라오니스(Natronomas pharaonis)로부터의 할로로돕신 유전자(NpHR)인 단리된 핵산 분자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단리된 핵산 분자가 원추체, 간상체, 수평 세포, 간상체 양극 세포, ON-원추체 양극 세포, OFF-원추체 양극 세포, 아마크린 세포, 신경절 세포 중 적어도 하나에서 투여 및 발현에 의해 사용되는, 단리된 핵산 분자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자의 발현을 제어하는 세포 특이적 프로모터, 예를 들어 인간 로돕신 프로모터, 인간 레드 옵신 프로모터, Grm6 프로모터를 포함하는 단리된 핵산 분자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자가 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자와 함께 동시에 또는 순차적으로 사용되는 단리된 핵산 분자.
  7. 제6항에 있어서, 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자가 채널로돕신, 예를 들어 채널로돕신-2인 단리된 핵산 분자.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자의 발현이 인간 로돕신 프로모터, 인간 레드 옵신 프로모터 및 Grm6 프로모터의 제어 하에 있는, 단리된 핵산 분자.
  9. 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자를 코딩하는 핵산 서열 및 탈분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자를 코딩하는 핵산 서열을 포함하는, 실명을 치료하는데 유용한 단리된 핵산 분자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 유전자가 할로로돕신, 예를 들어 나트로노마스 파라오니스로부터의 할로로돕신 유전자(NpHR)이고, 상기 탈분극 광-개폐 이온 채널 유전자가 채널로돕신, 예를 들어 채널로돕신-2인 단리된 핵산 분자.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 과분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프 및 탈분극 광-개폐 이온 채널이, 발현 시에 융합 단백질이 형성되는 방식으로 코딩되는 단리된 핵산 분자.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 과분극 광-개폐 이온 채널 및 탈분극 광-개폐 이온 채널 또는 펌프를 코딩하는 유전자의 발현이, 공통적으로 또는 독립적으로, 인간 로돕신 프로모터, 인간 레드 옵신 프로모터 및 Grm6 프로모터의 군에서 선택되는 프로모터의 제어 하에 있는, 단리된 핵산 분자.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 핵산을 포함하는 재조합 벡터.
  14. 제13항의 벡터를 포함하는 숙주 세포.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 단리된 핵산, 제13항에 따른 재조합 벡터 또는 제14항에 따른 숙주 세포를 포함하는 키트.
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