(57)【要約】デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）は、筋線維の完全性に必要なタンパク質であるジストロフィンをコードする遺伝子の変異によって引き起こされる遺伝性のX連鎖疾患である。本開示は、CRISPR/Cpf1による遺伝子編集（筋編集）が、DMDのモデルであるmdxマウスにおけるジストロフィン遺伝子変異の修正に有効であることを報告する。さらに、本開示は、変異体エクソンの永続的スキッピングを設計することによってmdxマウスの生殖系列の編集を最適化すること、およびアデノ随伴ウイルス（AAV）の出生後送達によってエクソンスキッピングを延長することにより疾患を修正することも報告する。AAVを介した筋編集は、インビボでmdxマウスにおけるジストロフィンのリーディングフレームを効率的に回復させることができる。本開示は、筋編集によるエクソンスキッピング手段を、マウスにおける体細胞組織からヒトDMD患者由来のiPSC（人工多能性幹細胞）まで進展させることに成功したことを報告する。異なる変異を有する患者に由来するiPSCでカスタム筋編集を実施し、iPSC由来心筋細胞における全ての変異についてジストロフィンタンパク質発現を回復させることに成功した。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Cpf1ポリペプチドをコードする配列およびDMDガイドRNA（gRNA）をコードする配列を含む組成物であって、DMD gRNAがジストロフィンスプライス部位を標的とし、かつ、DMD gRNAがSEQ ID No.448〜770のいずれか1つを含む、組成物。
【請求項２】
Cpf1ポリペプチドをコードする配列が、ラクノスピラ科（Lachnospiraceae）のCpf1ポリペプチドをコードする配列から単離されるかまたはそれに由来する、請求項1に記載の組成物。
【請求項３】
Cpf1ポリペプチドをコードする配列が、アシダミノコッカス（Acidaminococcus）のCpf1ポリペプチドをコードする配列から単離されるかまたはそれに由来する、請求項1に記載の組成物。
【請求項４】
Cpf1ポリペプチドをコードする配列またはDMD gRNAをコードする配列が、RNA配列を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５】
RNA配列がmRNA配列である、請求項4に記載の組成物。
【請求項６】
RNA配列が、少なくとも1つの化学的に修飾されたヌクレオチドを含む、請求項4または5に記載の組成物。
【請求項７】
Cpf1ポリペプチドをコードする配列がDNA配列を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項８】
第一のベクターが、Cpf1ポリペプチドをコードする配列を含み、第二のベクターが、DMD gRNAをコードする配列を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項９】
第一のベクターまたはCpf1ポリペプチドをコードする配列が、第一のポリA配列をさらに含む、請求項8に記載の組成物。
【請求項１０】
第二のベクターまたはDMD gRNAをコードする配列が、第二のポリA配列をさらに含む、請求項8に記載の組成物。
【請求項１１】
第一のベクターまたはCpf1ポリペプチドをコードする配列が、第一のプロモーター配列をさらに含む、請求項8〜10のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１２】
第二のベクターまたはDMD gRNAをコードする配列が、第二のプロモーター配列をさらに含む、請求項8〜10のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１３】
第一のプロモーター配列および第二のプロモーター配列が同一である、請求項11または12に記載の組成物。
【請求項１４】
第一のプロモーター配列および第二のプロモーター配列が同一ではない、請求項11または12に記載の組成物。
【請求項１５】
第一のプロモーター配列または第二のプロモーター配列が構成的プロモーターを含む、請求項11〜14のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１６】
第一のプロモーター配列または第二のプロモーター配列が誘導性プロモーターを含む、請求項11〜14のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１７】
第一のプロモーター配列または第二のプロモーター配列が筋細胞特異的プロモーターを含む、請求項11〜16のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１８】
筋細胞特異的プロモーターが、ミオシン軽鎖-2プロモーター、α-アクチンプロモーター、トロポニン1プロモーター、Na+/Ca2+交換体プロモーター、ジストロフィンプロモーター、α7インテグリンプロモーター、脳性ナトリウム利尿ペプチドプロモーター、αB-クリスタリン/低分子量熱ショックタンパク質プロモーター、α-ミオシン重鎖プロモーター、またはANFプロモーターである、請求項17に記載の組成物。
【請求項１９】
筋細胞特異的プロモーターがジストロフィンプロモーターである、請求項17に記載の組成物。
【請求項２０】
筋細胞特異的プロモーターがα-ミオシン重鎖プロモーターである、請求項17に記載の組成物。
【請求項２１】
第一のベクターまたは第二のベクターが、検出可能マーカーをコードする配列をさらに含む、請求項8〜20のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２２】
検出可能マーカーが蛍光マーカーである、請求項21に記載の組成物。
【請求項２３】
第一のベクターまたは第二のベクターが、2A様自己切断ドメインをコードする配列をさらに含む、請求項8〜22のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２４】
2A様自己切断ドメインをコードする配列が、TaV-2Aペプチドを含む、請求項23に記載の組成物。
【請求項２５】
ベクターが、Cpf1ポリペプチドをコードする配列およびDMD gRNAをコードする配列を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２６】
ベクターがポリA配列をさらに含む、請求項25に記載の組成物。
【請求項２７】
ベクターがプロモーター配列をさらに含む、請求項25または26に記載の組成物。
【請求項２８】
プロモーター配列が構成的プロモーターを含む、請求項27に記載の組成物。
【請求項２９】
プロモーター配列が誘導性プロモーターを含む、請求項27に記載の組成物。
【請求項３０】
プロモーター配列が筋細胞特異的プロモーターを含む、請求項28または29に記載の組成物。
【請求項３１】
筋細胞特異的プロモーターが、ミオシン軽鎖-2プロモーター、α-アクチンプロモーター、トロポニン1プロモーター、Na+/Ca2+交換体プロモーター、ジストロフィンプロモーター、α7インテグリンプロモーター、脳性ナトリウム利尿ペプチドプロモーター、αB-クリスタリン/低分子量熱ショックタンパク質プロモーター、α-ミオシン重鎖プロモーター、またはANFプロモーターである、請求項30に記載の組成物。
【請求項３２】
筋細胞特異的プロモーターがジストロフィンプロモーターである、請求項30に記載の組成物。
【請求項３３】
筋細胞特異的プロモーターがα-ミオシン重鎖プロモーターである、請求項30に記載の組成物。
【請求項３４】
第一のベクターまたは第二のベクターが、検出可能マーカーをコードする配列をさらに含む、請求項25〜33のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３５】
検出可能マーカーが蛍光マーカーである、請求項34に記載の組成物。
【請求項３６】
第一のベクターまたは第二のベクターが、2A様自己切断ドメインをコードする配列をさらに含む、請求項25〜35のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３７】
2A様自己切断ドメインをコードする配列がTaV-2Aペプチドを含む、請求項36に記載の組成物。
【請求項３８】
哺乳動物細胞における発現のためにコドン最適化された配列を含む、請求項1〜37のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３９】
ヒト細胞における発現のためにコドン最適化された配列を含む、請求項1〜38のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４０】
Cpf1ポリペプチドをコードする配列が、ヒト細胞における発現のためにコドン最適化されている、請求項39に記載の組成物。
【請求項４１】
スプライス部位がスプライスドナー部位である、請求項1〜40のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４２】
スプライス部位がスプライスアクセプター部位である、請求項1〜40のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４３】
第一のベクターまたは第二のベクターが非ウイルスベクターである、請求項8〜24のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４４】
非ウイルスベクターがプラスミドである、請求項43に記載の組成物。
【請求項４５】
リポソームまたはナノ粒子が、第一のベクターまたは第二のベクターを含む、請求項43または44に記載の組成物。
【請求項４６】
ベクターが非ウイルスベクターである、請求項25〜37のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項４７】
非ウイルスベクターがプラスミドである、請求項46に記載の組成物。
【請求項４８】
リポソームまたはナノ粒子がベクターを含む、請求項46または47に記載の組成物。
【請求項４９】
第一のベクターまたは第二のベクターがウイルスベクターである、請求項8〜24のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５０】
ベクターがウイルスベクターである、請求項25〜37のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５１】
ウイルスベクターがアデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターである、請求項49または50に記載の組成物。
【請求項５２】
AAVベクターが、複製欠損体または条件付き複製欠損性である、請求項51に記載の組成物。
【請求項５３】
AAVベクターが組換えAAVベクターである、請求項51または52に記載の組成物。
【請求項５４】
AAVベクターが、血清型AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9、AAV10、AAV11、またはそれらの任意の組み合わせのAAVベクターから単離されるかまたはそれに由来する配列を含む、請求項51〜53のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５５】
一本鎖DMDオリゴヌクレオチドをさらに含む、請求項1〜54のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５６】
薬学的に許容される担体をさらに含む、請求項1〜55のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５７】
請求項1〜56のいずれか一項に記載の組成物を含む、細胞。
【請求項５８】
筋細胞、衛星細胞、またはその前駆体である、請求項57に記載の細胞。
【請求項５９】
iPSCまたはiCMである、請求項57に記載の細胞。
【請求項６０】
請求項57〜59のいずれか一項に記載の細胞を含む、組成物。
【請求項６１】
細胞と請求項1〜59のいずれか一項に記載の組成物とを、Cpf1ポリペプチドおよびgRNAの発現に適した条件下で接触させる工程を含む、ジストロフィン遺伝子欠損を修正する方法であって、Cpf1ポリペプチドがジストロフィンスプライス部位を破壊し、スプライス部位の破壊が変異体DMDエクソンの選択的スキッピングをもたらす、方法。
【請求項６２】
変異体DMDエクソンがエクソン23である、請求項61に記載の方法。
【請求項６３】
変異体DMDエクソンがエクソン51である、請求項61に記載の方法。
【請求項６４】
細胞が、インビボ、エクスビボ、インビトロ、またはインサイチューにある、請求項61〜63のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６５】
請求項61〜64のいずれか一項に記載の方法によって生産される、細胞。
【請求項６６】
請求項65に記載の細胞を含む、組成物。
【請求項６７】
請求項1〜56、60、または66のいずれか一項に記載の組成物の治療有効量を対象に投与する工程を含む、その必要のある対象における筋ジストロフィーを処置する方法。
【請求項６８】
組成物が局所投与される、請求項67に記載の方法。
【請求項６９】
組成物が筋組織に直接投与される、請求項67または68に記載の方法。
【請求項７０】
組成物が、筋肉内注入または注射によって投与される、請求項69に記載の方法。
【請求項７１】
筋組織が、前脛骨筋組織、大腿四頭筋組織、ヒラメ筋組織、隔膜組織、または心組織を含む、請求項69または70に記載の方法。
【請求項７２】
組成物が、静脈内注入または注射などによって全身投与される、請求項67に記載の方法。
【請求項７３】
組成物の投与後に、対象が、正常なジストロフィン陽性筋線維、および中心核を含有するモザイクジストロフィン陽性筋線維、またはそれらの組み合わせを示す、請求項67〜72のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７４】
組成物の投与前の正常なジストロフィン陽性筋線維の非存在またはその存在量のレベルと比較して、組成物の投与後に、対象が、正常なジストロフィン陽性筋線維の出現またはその存在量のレベルの増加を示す、請求項67〜72のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７５】
組成物の投与前の中心核を含有するモザイクジストロフィン陽性筋線維の非存在またはその存在量のレベルと比較して、組成物の投与後に、対象が、中心核を含有するモザイクジストロフィン陽性筋線維の出現またはその存在量のレベルの増加を示す、請求項67〜72のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７６】
組成物の投与前の血清CKレベルと比較して、組成物の投与後に、対象が、減少した血清CKレベルを示す、請求項67〜72のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７７】
組成物の投与前の握力と比較して、組成物の投与後に、対象が、改善された握力を示す、請求項67〜72のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７８】
請求項60または66に記載の組成物の治療有効量を投与する工程を含み、細胞が自己由来である、請求項67〜77のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７９】
請求項60または66に記載の組成物の治療有効量を投与する工程を含み、細胞が同種異系である、請求項67〜77のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８０】
対象が、新生児、幼児、子供、若年成人、または成人である、請求項67〜79のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８１】
対象が、筋ジストロフィーを有する、請求項67〜80のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８２】
対象が、筋ジストロフィーの遺伝的保因者である、請求項67〜80のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８３】
対象が男性である、請求項67〜82のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８４】
対象が女性である、請求項67〜82のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８５】
対象が、無症候性であるように見え、遺伝子診断が、DMD遺伝子産物の機能を損なうDMD遺伝子の一方または両方のコピーにおける変異を明らかにする、請求項67〜84のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８６】
対象が、筋ジストロフィーの初期の徴候または症状を呈する、請求項67〜84のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８７】
筋ジストロフィーの初期の徴候または症状が、筋肉量の損失または近位筋衰弱を含む、請求項86に記載の方法。
【請求項８８】
筋肉量の損失または近位筋衰弱が、一方もしくは両方の足および/または骨盤、続いて、1つまたは複数の上体筋に起こる、請求項87に記載の方法。
【請求項８９】
筋ジストロフィーの初期の徴候または症状が、仮性肥大、低持久力、起立困難、歩行困難、階段を上ることが困難、またはそれらの組み合わせをさらに含む、請求項86に記載の方法。
【請求項９０】
対象が、筋ジストロフィーの進行性の徴候または症状を呈する、請求項67〜84のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９１】
筋ジストロフィーの進行性の徴候または症状が、筋組織消耗、筋組織が脂肪で置き換えられること、または筋組織が線維性組織で置き換えられることを含む、請求項90に記載の方法。
【請求項９２】
対象が、筋ジストロフィーの後期の徴候または症状を呈する、請求項67〜84のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９３】
筋ジストロフィーの後期の徴候または症状が、異常な骨発達、脊柱湾曲、運動の消失、および麻痺を含む、請求項92に記載の方法。
【請求項９４】
対象が、筋ジストロフィーの神経学的な徴候または症状を呈する、請求項67〜84のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９５】
筋ジストロフィーの神経学的徴候または症状が、知的障害および麻痺を含む、請求項94に記載の方法。
【請求項９６】
対象が筋ジストロフィーの進行性の、後期の、または神経学的な徴候または症状の1つまたは複数を呈する前に、組成物の投与を行う、請求項67〜95のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９７】
対象が10歳未満である、請求項67〜96のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９８】
対象が5歳未満である、請求項97に記載の方法。
【請求項９９】
対象が2歳未満である、請求項97に記載の方法。
【請求項１００】
その必要のある対象における筋ジストロフィーを処置するための、請求項1〜56、60、または66のいずれか一項に記載の組成物の治療有効量の使用。
【請求項１０１】
細胞が自己由来である、その必要のある対象における筋ジストロフィーを処置するための請求項60または66に記載の組成物の治療有効量の使用。
【請求項１０２】
細胞が同種異系である、その必要のある対象における筋ジストロフィーを処置するための請求項60または66に記載の組成物の治療有効量の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、2016年11月28日に出願された表題「Prevention of Muscular Dystrophy by CRISPR/Cpf1-Mediated Gene Editing」の米国仮特許出願第62/426,853号の優先権を主張するものであり、その開示は、参照によってその全体が本明細書に組み入れられる。
【０００２】
連邦政府資金支援条項
本発明は、米国立衛生研究所によって授与されたDK-099653およびU54-HD 087351の下で政府支援によってなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００３】
配列表
本出願は、ASCIIフォーマットで電子提出された配列表を含み、これは、参照によってその全体が本明細書に組み入れられる。2017年11月28日に作成されたこのASCIIコピーは、UTFD_3124WO.txtという名称が付けられており、189,059バイトサイズである。
【０００４】
開示の分野
本開示は、分子生物学、医学、および遺伝学の分野に関する。より詳細には、本開示は、デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）を処置するためのゲノム編集の使用に関する。
【背景技術】
【０００５】
背景
デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）は、筋細胞膜の完全性に不可欠な大きい細胞骨格タンパク質であるジストロフィンをコードする遺伝子の変異によって引き起こされるX連鎖劣性疾患である。DMDは、進行性の筋衰弱を引き起こし、30歳までに若年死（一般的には心筋症から）に至る。この疾患には有効な処置法がない。組換えアデノ随伴ウイルス（rAAV）による短縮型ジストロフィンまたはユートロフィンの送達ならびにアンチセンスオリゴヌクレオチドおよび低分子を用いた変異体エクソンのスキッピングを含め、DMDにおけるジストロフィン発現を回復させるための数多くのアプローチが試みられている。しかしながら、これらのアプローチは、DMD変異を修正することも、ジストロフィン発現を永続的に回復させることもできない。したがって、DMD変異を修正してこの疾患の根本原因に対処し、それによってジストロフィン発現を永続的に回復させる、DMDを処置するための組成物および方法が当技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
概要
本開示は、Cpf1ポリペプチドをコードする配列およびDMDガイドRNA（gRNA）をコードする配列を含む組成物であって、DMD gRNAがジストロフィンスプライス部位を標的とし、かつ、DMD gRNAがSEQ ID No.448〜770のいずれか1つを含む、組成物を提供する。いくつかの態様において、Cpf1ポリペプチドをコードする配列は、ラクノスピラ科（Lachnospiraceae）のCpf1ポリペプチドをコードする配列から単離されるかまたはそれに由来する。いくつかの態様において、Cpf1ポリペプチドをコードする配列は、アシダミノコッカス（Acidaminococcus）のCpf1ポリペプチドをコードする配列から単離されるかまたはそれに由来する。いくつかの態様において、Cpf1ポリペプチドをコードする配列またはDMD gRNAをコードする配列は、RNA配列を含む。いくつかの態様において、RNA配列は、mRNA配列である。いくつかの態様において、RNA配列は、少なくとも1つの化学的に修飾されたヌクレオチドを含む。いくつかの態様において、Cpf1ポリペプチドをコードする配列は、DNA配列を含む。
【０００７】
いくつかの態様において、第一のベクターが、Cpf1ポリペプチドをコードする配列を含み、第二のベクターが、DMD gRNAをコードする配列を含む。いくつかの態様において、第一のベクターまたはCpf1ポリペプチドをコードする配列は、第一のポリA配列をさらに含む。いくつかの態様において、第二のベクターまたはDMD gRNAをコードする配列は、第二のポリA配列をさらに含む。いくつかの態様において、第一のベクターまたは第二のベクターは、検出可能マーカーをコードする配列をさらに含む。いくつかの態様において、検出可能マーカーは、蛍光マーカーである。
【０００８】
いくつかの態様において、第一のベクターまたはCpf1ポリペプチドをコードする配列は、第一のプロモーター配列をさらに含む。いくつかの態様において、第二のベクターまたはDMD gRNAをコードする配列は、第二のプロモーター配列をさらに含む。いくつかの態様において、第一のプロモーター配列および第二のプロモーター配列は、同一である。いくつかの態様において、第一のプロモーター配列および第二のプロモーター配列は、同一ではない。いくつかの態様において、第一のプロモーター配列または第二のプロモーター配列は、構成的プロモーターを含む。いくつかの態様において、第一のプロモーター配列または第二のプロモーター配列は、誘導性プロモーターを含む。いくつかの態様において、第一のプロモーター配列または第二のプロモーター配列は、筋細胞特異的プロモーターを含む。いくつかの態様において、筋細胞特異的プロモーターは、ミオシン軽鎖-2プロモーター、α-アクチンプロモーター、トロポニン1プロモーター、Na+/Ca2+交換体プロモーター、ジストロフィンプロモーター、α7インテグリンプロモーター、脳性ナトリウム利尿ペプチドプロモーター、αB-クリスタリン/低分子量熱ショックタンパク質プロモーター、α-ミオシン重鎖プロモーター、またはANFプロモーターである。
【０００９】
いくつかの態様において、第一のベクターまたは第二のベクターは、2A様自己切断ドメインをコードする配列をさらに含む。いくつかの態様において、2A様自己切断ドメインをコードする配列は、TaV-2Aペプチドを含む。
【００１０】
いくつかの態様において、ベクターは、Cpf1ポリペプチドをコードする配列およびDMD gRNAをコードする配列を含む。複数の態様において、ベクターは、ポリA配列をさらに含む。複数の態様において、ベクターは、プロモーター配列をさらに含む。複数の態様において、プロモーター配列は、構成的プロモーターを含む。さらなる態様において、プロモーター配列は、誘導性プロモーターを含む。複数の態様において、プロモーター配列は、筋細胞特異的プロモーターを含む。いくつかの態様において、筋細胞特異的プロモーターは、ミオシン軽鎖-2プロモーター、α-アクチンプロモーター、トロポニン1プロモーター、Na+/Ca2+交換体プロモーター、ジストロフィンプロモーター、α7インテグリンプロモーター、脳性ナトリウム利尿ペプチドプロモーター、αB-クリスタリン/低分子量熱ショックタンパク質プロモーター、α-ミオシン重鎖プロモーター、またはANFプロモーターである。
【００１１】
複数の態様において、組成物は、哺乳動物細胞における発現のためにコドン最適化された配列を含む。さらなる態様において、組成物は、ヒト細胞における発現のためにコドン最適化された配列を含む。複数の態様において、Cpf1ポリペプチドをコードする配列は、ヒト細胞における発現のためにコドン最適化される。
【００１２】
いくつかの態様において、スプライス部位は、スプライスドナー部位である。いくつかの態様において、スプライス部位は、スプライスアクセプター部位である。
【００１３】
さらなる態様において、第一のベクターまたは第二のベクターは、非ウイルスベクターである。複数の態様において、非ウイルスベクターは、プラスミドである。複数の態様において、リポソームまたはナノ粒子は、第一のベクターまたは第二のベクターを含む。
【００１４】
複数の態様において、第一のベクターまたは第二のベクターは、ウイルスベクターである。複数の態様において、ウイルスベクターは、アデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターである。複数の態様において、AAVベクターは、複製欠損体または条件付き複製欠損性である。複数の態様において、AAVベクターは、組換えAAVベクターである。いくつかの態様において、AAVベクターは、血清型AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9、AAV10、AAV11、またはそれらの任意の組み合わせのAAVベクターから単離されるかまたはそれに由来する配列を含む。
【００１５】
いくつかの態様において、組成物は、一本鎖DMDオリゴヌクレオチドをさらに含む。いくつかの態様において、組成物は、薬学的に許容される担体をさらに含む。
【００１６】
また、本開示の組成物を含む細胞も提供される。複数の態様において、細胞は、筋細胞、衛星細胞、またはその前駆体である。いくつかの態様において、細胞は、iPSCまたはiCMである。
【００１７】
また、本開示の細胞を含む組成物も提供される。
【００１８】
また、細胞と本開示の組成物とをCpf1ポリペプチドおよびgRNAの発現に適した条件下で接触させる工程を含むジストロフィン遺伝子欠損を修正する方法であって、Cpf1ポリペプチドがジストロフィンスプライス部位を破壊し、スプライス部位の破壊が変異体DMDエクソンの選択的スキッピングをもたらす方法も提供される。いくつかの態様において、変異体DMDエクソンは、エクソン23である。いくつかの態様において、変異体DMDエクソンは、エクソン51である。複数の態様において、細胞は、インビボ、エクスビボ、インビトロ、またはインサイチューにある。
【００１９】
本開示はまた、その必要のある対象における筋ジストロフィーを処置する方法であって、対象に本開示に係る組成物の治療有効量を投与する工程を含む方法も提供する。複数の態様において、組成物は、局所投与される。複数の態様において、組成物は、筋組織に直接投与される。複数の態様において、組成物は、筋肉内注入または注射によって投与される。複数の態様において、筋組織は、前脛骨筋組織、大腿四頭筋組織、ヒラメ筋組織、隔膜組織、または心組織を含む。いくつかの態様において、組成物は、全身投与される。いくつかの態様において、組成物は、静脈内注入または注射によって投与される。
【００２０】
複数の態様において、組成物の投与後に、対象は、正常なジストロフィン陽性筋線維、および中心核を含有するモザイクジストロフィン陽性筋線維、またはそれらの組み合わせを示す。いくつかの態様において、組成物の投与後に、対象は、組成物の投与前の正常なジストロフィン陽性筋線維の非存在またはその存在量のレベルと比較して、正常なジストロフィン陽性筋線維の出現またはその存在量のレベルの増加を示す。いくつかの態様において、組成物の投与後に、対象は、組成物の投与前の中心核を含有するモザイクジストロフィン陽性筋線維の非存在またはその存在量のレベルと比較して、中心核を含有するモザイクジストロフィン陽性筋線維の出現またはその存在量のレベルの増加を示す。いくつかの態様において、対象は、組成物の投与前の血清CKレベルと比較して、減少した血清CKレベルを示す。複数の態様において、組成物の投与後に、対象は、組成物の投与前の握力と比較して、改善された握力を示す。
【００２１】
いくつかの態様において、方法は、本明細書に開示の組成物の治療有効量を投与する工程を含み、細胞は自己由来である。いくつかの態様において、この方法は、組成物の治療有効量を投与する工程を含み、細胞は同種異系である。
【００２２】
複数の態様において、対象は、新生児、幼児、子供、若年成人、または成人である。複数の態様において、対象は、筋ジストロフィーを有する。複数の態様において、対象は、筋ジストロフィーの遺伝的保因者である。いくつかの態様において、対象は、男性である。いくつかの態様において、対象は、女性である。いくつかの態様において、対象は、無症候性であるように見え、遺伝子診断が、DMD遺伝子産物の機能を損なうDMD遺伝子の一方または両方のコピーにおける変異を明らかにする。いくつかの態様において、対象は、筋ジストロフィーの初期の徴候または症状を呈する。いくつかの態様において、筋ジストロフィーの初期の徴候または症状は、筋肉量の損失または近位筋衰弱を含む。複数の態様において、筋肉量の損失または近位筋衰弱は、一方もしくは両方の足および/または骨盤、続いて、1つまたは複数の上体筋に起こる。複数の態様において、筋ジストロフィーの初期の徴候または症状は、仮性肥大、低持久力、起立困難、歩行困難、および/もしくは階段を上ることが困難、またはそれらの組み合わせをさらに含む。複数の態様において、対象は、筋ジストロフィーの進行性の徴候または症状を呈する。複数の態様において、筋ジストロフィーの進行性の徴候または症状は、筋組織消耗、筋組織が脂肪で置き換えられること、または筋組織が線維性組織で置き換えられることを含む。複数の態様において、対象は、筋ジストロフィーの後期の徴候または症状を呈する。いくつかの態様において、筋ジストロフィーの後期の徴候または症状は、異常な骨発達、脊柱湾曲、運動の消失、および麻痺を含む。複数の態様において、対象は、筋ジストロフィーの神経学的な徴候または症状を呈する。複数の態様において、筋ジストロフィーの神経学的な徴候または症状は、知的障害および麻痺を含む。複数の態様において、組成物の投与は、対象が筋ジストロフィーの1つまたは複数の進行性、後期または神経学的な徴候または症状を呈する前に行う。いくつかの態様において、対象は、10歳未満である。いくつかの態様において、対象は、5歳未満である。いくつかの態様において、対象は、2歳未満である。
【００２３】
本開示はまた、その必要のある対象における筋ジストロフィーを処置するための組成物の治療有効量の使用を提供する。
【００２４】
本明細書に記載の任意の方法または組成物を、本明細書に記載の任意の他の方法または組成物に関して遂行できることが想定される。
【００２５】
本開示の他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本開示の精神および範囲内の様々な変更および改変がこの詳細な説明から当業者に明らかになるので、詳細な説明および具体例は、本開示の具体的な態様を示しながらも、例証の目的で与えられているにすぎないものと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
以下の図面は、本明細書の一部を形成し、本開示のある特定の局面をさらに実証するために含まれる。本開示は、本明細書に提示される具体的な態様の詳細な説明と組み合わせてこれらの図面の1つまたは複数を参照することによってさらによく理解されるであろう。
【図１】図1A〜E. Cpf1媒介性ゲノム編集によるDMD変異の修正。（図1A）エクソン48〜50のDMD欠失は、エクソン47〜51のスプライシングをもたらし、ジストロフィンのアウトオブフレーム変異を発生させる。Cpf1によるジストロフィン発現の回復のために2つの戦略を使用した。「リフレーミング」戦略では、エクソン51における小さいINDELが、ジストロフィンのタンパク質リーディングフレームを回復させる。「エクソンスキッピング」戦略は、エクソン51のスプライスアクセプターの破壊によって達成され、これによって、エクソン47〜52のスプライシングおよびタンパク質リーディングフレームの回復がもたらされる。（図1B）イントロンの3'端は、Tリッチであり、これがCpf1によるゲノム切断を可能にするCpf1 PAM配列を生成する。（図1C）DMDエクソン51を標的とするCpf1 gRNAの図示。TリッチPAM（赤線）は、スプライスアクセプター部位近くのエクソン51の上流に位置する。エクソン51を標的とするCpf1 g1 gRNAの配列を示し、相補的ヌクレオチドを青色で強調している。Cpf1切断は、PAM部位より遠位の突出末端を生じる（赤色の矢印によって区切られている）。エクソン51の5'領域を明るい青色で網掛けしている。エクソン配列は大文字である。イントロン配列は小文字である。（図1D）核局在化シグナル（NLS）および2A-GFPを有するヒトコドン最適化Cpf1（hCpf1）をコードするプラスミドの図示。プラスミドは、U6プロモーターによって駆動されるCpf1 gRNAもコードする。このプラスミドをトランスフェクトした細胞は、GFPを発現し、これによってFACSによるCpf1発現細胞の選択が可能になる。（図1E）LbCpf1またはAsCpf1、gRNA、およびGFPを発現するプラスミドをトランスフェクトしたヒト293T細胞またはDMD iPSC（RIKEN51）を使用したT7E1アッセイは、DMDエクソン51でのゲノム切断を示す。赤色の矢印は切断産物を指す。M、マーカー。
【図２】図2A〜I. DMD iPSC由来心筋細胞は、リフレーミングによるCpf1媒介性ゲノム編集後にジストロフィンを発現する。（図2A）DMD皮膚線維芽細胞由来iPSCを、gRNAを使用してCpf1によって編集し（修正されたDMD-iPSC）、次いで、DMD変異の遺伝子修正の分析のために心筋細胞へと分化させた（修正された心筋細胞）。（図2B）エクソン48〜50のDMD欠失は、エクソン47〜51のスプライシングをもたらし、ジストロフィンのアウトオブフレーム変異を発生させる。エクソン47を標的とするフォワードプライマー（F）およびエクソン52を標的とするリバースプライマー（R）をRT-PCRにおいて使用して、心筋細胞におけるCpf1媒介性ゲノム編集によるリフレーミング戦略を確認した。未修正の心筋細胞は、エクソン48〜50を欠いている。対照的に、リフレーミング後、エクソン51は、エクソン47とインフレームに戻る。（図2C）代表的なRT-PCR産物の配列決定は、未修正のDMD iPSC由来心筋細胞が、エクソン51に、ナンセンス変異を生じる中途停止コドンを有することを示す。Cpf1媒介性リフレーミング後、ジストロフィンのORFが回復する。赤色の破線はエクソン境界を表す。（図2D）ウエスタンブロット分析は、LbCpf1またはAsLpf1とg1 gRNAでのリフレーミングによって編集されたDMD iPSC由来心筋細胞の混合物におけるジストロフィン発現を示す。クローン選択なしでも、Cpf1媒介性リフレーミングは、心筋細胞混合物においてジストロフィン発現を回復させるのに効率的かつ十分である。αMHCはローディングコントロールである。（図2E）免疫細胞化学は、LbCpf1またはAsCpf1媒介性リフレーミング後のiPSC由来心筋細胞（CM）混合物におけるジストロフィン発現を示す。ジストロフィン染色（赤色）；トロポニンI染色（緑色）。スケールバー=100ミクロン。（図2F）ウエスタンブロット分析は、LbCpf1媒介性リフレーミング後のクローン選択に続くiPSC由来心筋細胞の単一クローン（#2および#5）におけるジストロフィン発現を示す。αMHCはローディングコントロールである。（図2G）クローン#2のLbCpf1編集iPSC由来心筋細胞におけるジストロフィン発現を示す免疫細胞化学。スケールバー=100ミクロン。（図2H）LbCpf1編集iPSC由来心筋細胞の単一クローン（#2および#5）におけるミトコンドリアDNAのコピー数の定量。データを平均±SEM（n=3）として表す。（&）P<0.01；（#）P<0.005；（ns）有意でない。（図2I）LbCpf1編集iPSC由来心筋細胞の単一クローン（#2および#5）の基礎酸素消費率（OCR）、ならびに、細胞数に対して正規化された、オリゴマイシン、FCCP、ならびにロテノンおよびアンチマイシンAに応答するOCR（各試験につき左から右への順序は、図2Hと同じである）。データを平均±SEM（n=5）として表す。（*）P<0.05；（&）P<0.01; （#）P<0.005; （ns）有意でない。
【図３】図3A〜H. DMD iPSC由来心筋細胞は、Cpf1媒介性エクソンスキッピング後にジストロフィンを発現する。（図3A）イントロン50を標的とする2つのgRNA:いずれかのgRNA（g2またはg3）、およびエクソン51を標的とする他のもの（g1）を使用して、エクソン51スプライスアクセプター部位のCpf1媒介性除去を指示した。（図3B）LbCpf1およびgRNA2（g2）またはgRNA3（g3）をトランスフェクトした293T細胞を使用したT7E1アッセイは、イントロン50でのDMD遺伝子座の切断を示す。赤色の矢印は切断産物を表す。M、マーカー。（図3C）LbCpf1、g1+g2、およびGFPを発現するプラスミドをトランスフェクトしたDMD-iPSCから単離されたゲノムDNAのPCR産物。下方のバンド（赤色の矢印）は、エクソン51スプライスアクセプター部位の除去を示す。（図3D）パネルcからの下方のPCRバンドの配列は、イントロン50の3'端からエクソン51の5'端に及ぶ200bpの欠失を示す。このことは、エクソン51の「ag」スプライスアクセプターの除去を裏付ける。未修正の対立遺伝子の配列を、LbCpf1編集対立遺伝子の配列の上に示す。（図3E）図2Bに記載のプライマーセットを使用したiPSC由来心筋細胞のRT-PCR。WTレーンにおける700bpバンドは、エクソン47〜52からのジストロフィン転写物であり；未修正レーンにおける300bpバンドは、エクソン48〜50が欠失したエクソン47〜52からのジストロフィン転写物であり；g1+g2混合物レーン（LbCpf1によって編集された）における下方のバンドは、エクソン51スキッピングを示す。（図3F）パネルeからの下方のバンド（g1+g2混合物レーン）の配列は、DMD ORFをリフレーミングしたエクソン51のスキッピングを裏付ける。（図3G）ウエスタンブロット分析は、g1+g2を用いたLbCpf1によるエクソン51スキッピング後のiPSC由来心筋細胞混合物におけるジストロフィンタンパク質発現を示す。αMHCはローディングコントロールである。（図3H）免疫細胞化学は、g1+g2 gRNAを用いたCpf1媒介性エクソンスキッピング後のiPSC由来心筋細胞混合物（CM）におけるジストロフィン発現をWTおよび未修正CMと比較して示す。ジストロフィン染色（赤色）。トロポニンI染色（緑色）。スケールバー=100ミクロン。
【図４】図4A〜D. マウスDMD遺伝子のエクソン23のCRISPR-Cpf1媒介性編集。（図4A）エクソン23での変異を強調したマウスDmd遺伝子座の図示。配列は、中途停止コドンを生み出すCからTへの転換によって引き起こされるナンセンス変異を示す。（図4B）Dmd遺伝子のエクソン23上のgRNA（g1、g2、およびg3）の標的位置（明るい青色で示される）の図示。赤線はLbCpf1 PAMを表す。（図4C）エクソン23を標的とする異なるgRNA（g1、g2、またはg3）と共にLbCpf1またはAsCpf1をトランスフェクトしたマウス10T1/2細胞を使用したT7E1アッセイは、LbCpf1およびAsCpf1がDmdエクソン23遺伝子座で異なる切断効率を有することを示す。赤色の矢印は、ゲノム編集の切断産物を示す。M、マーカー。（図4D）Dmdエクソン23を標的とするLbCpf1媒介性gRNA（g2）の図示。赤色の矢印は切断部位を示す。ssODN HDR鋳型は、mdx修正、4つのサイレント変異（緑色）、およびTseI制限部位（下線）を含有する。
【図５】図5A〜F. mdxマウスにおけるCRISPR-LbCpf1媒介性Dmd修正。（図5A）LbCpf1媒介性の生殖細胞系の編集によるmdxマウスにおける遺伝子修正戦略。mdx親の交雑受精由来の接合体に、遺伝子編集成分（LbCpf1 mRNA、g2 gRNA、およびssODN）を注射し、偽妊娠母体に再移植し、それが遺伝子修正（mdx-C）を持つ仔を生んだ。（図5B）HDRまたはNHEJによるmdx対立遺伝子のLbCpf1修正の図示。（図5C）LbCpf1編集mdxマウスのジェノタイピング結果。上部パネルは、T7E1アッセイ示す。青色の矢印は、切断されていないDNAを表し、赤色の矢印は、T7E1切断されたDNAを示す。下部パネルは、TseI RFLPアッセイを示す。青色の矢印は、未修正DNAを表す。赤色の矢印は、HDR修正を示すTseI切断を指す。mdx-C1〜C5は、LbCpf1編集mdxマウスを表す。（図5D）上部パネルは、WT Dmdエクソン23の配列を示す。中央のパネルは、停止コドンを生み出すCからTへの変異を有するmdx Dmdエクソン23の配列を示す。下部パネルは、LbCpf1媒介性編集によるHDR修正を有するDmdエクソン23の配列を示す。黒色の矢印は、ssODN HDR鋳型によって導入されたサイレント変異を指す。（図5E）WT、mdxおよびLbCpf1編集マウス（mdx-C）由来の前脛骨筋（TA）および腓腹筋/足底筋（G/P）のH&E。（図5F）ジストロフィン（赤色）に対する抗体を使用した、WT、mdx、およびLbCpf1編集マウス（mdx-C）由来のTA筋肉およびG/P筋肉の免疫組織化学。mdx筋肉は線維化および炎症性浸潤を示したが、mdx-C筋肉は正常な筋肉構造を示した。
【図６】図6A〜C. LbCpf1またはAsCpf1によるDMDエクソン51でのゲノム編集。（図6A）g1を使用してLbCpf1またはAsCpf1によって編集されたDMD患者（RIKEN 51）皮膚線維芽細胞由来iPSCの混合物からのDMDエクソン51のDNA配列決定。個々の編集されたDMD対立遺伝子の配列を、未修正のDMD対立遺伝子の下に示す。Δはヌクレオチド欠失を表す。（図6B）g1を使用してLbCpf1またはAsCpf1によって編集されたDMD患者皮膚線維芽細胞由来iPSCの単一クローンからのDMDエクソン51のDNA配列決定。（図6C）g2またはg3を用いたLbCpf1編集後の10T1/2細胞のPCR産物のDNA配列決定。WT配列は上部にあり、INDEL配列は下部にある。
【図７】図7A〜B. WT、mdx、およびLbCpf1編集マウス（mdx-C）由来の筋肉の組織学的分析。（図7A）前脛骨筋（TA）全体の免疫組織化学およびH&E染色。ジストロフィン染色は赤色である。（図7B）腓腹筋/足底筋（G/P）全体の免疫組織化学およびH&E染色。ジストロフィン染色は赤色である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
詳細な説明
デュシェンヌ型筋ジストロフィーは、遺伝的原因による他の多くの疾患と同様に、困難な治療シナリオを提示する。CRISPR-Casシステムは、多様な遺伝的欠陥の修正のためのアプローチを示す。CRISPR（clustered regularly interspaced short palindromic repeat、クラスター化して規則的な配置の短い回文配列反復）システムは、ファージ感染を防御する細菌および古細菌の適応免疫系として機能する。このシステムでは、単一ガイドRNA（sgRNA）によってエンドヌクレアーゼが特異的なゲノム配列にガイドされ、プロトスペーサー隣接モチーフ（PAM）配列の近くのDNA切断をもたらす。以前は、CRISPR-Cas9を使用して、マウスおよびヒト細胞においてDMD変異を修正していた。しかしながら、多くの課題が対処されずに残っている。例えば、これまで最も広く使用されてきたCas9エンドヌクレアーゼである化膿レンサ球菌（Streptococcus pyogenes）のCas9（SpCas9）は、ATリッチ領域のゲノム編集を許容しないGリッチPAM要件（NGG）を有する。加えて、SpCas9の大きなサイズは、アデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターなどの小容量ウイルスベクターへのパッケージングおよび送達の効率を低減する。黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）由来のCas9エンドヌクレアーゼ（SaCas9）は、SpCas9よりもサイズは小さいが、より長くかつより複雑なPAM配列（NNGRRT）を有し、したがって、そのゲノム標的の範囲を制限している（Ran et al., 2015）。認識配列の柔軟性がより大きくかつ切断効率が同程度のより小さいCRISPR酵素が、とりわけ翻訳用途に対して、正確な遺伝子編集を容易にするであろう。
【００２８】
本開示によって実証される通り、Cpf1（CRISPR from Prevotella and Francisella 1、プレボテラおよびフランシセラ1由来のCRISPR）と呼ばれるRNAガイドエンドヌクレアーゼは、哺乳動物のゲノム切断に有効である。Cpf1は、Cas9と比べて、そのゲノム編集潜在性を引き出すいくつかのユニークな特徴を有する：Cpf1媒介性切断は、単一で短いcrRNA（gRNAと略される）によってガイドされるが、Cas9媒介性切断は、CRISPR RNA（crRNA）と長いトランス活性化crRNA（tracrRNA）のハイブリッドによってガイドされる。Cpf1は、プロトスペーサーの5'端のTリッチPAMを好む一方で、Cas9は、標的配列の3'端のGリッチPAMを必要とする。Cpf1媒介性切断は、PAM部位より遠位の付着末端を生じ、これがDNA修復機構を活性化するが、Cas9切断は平滑末端を生じる。Cpf1はまた、前駆体crRNAをプロセシングしてcrRNAへと成熟させることができるRNase活性を有する。Cas9と同じく、Cpf1は、標的とするゲノム部位に結合して、二本鎖切断（DSB）を生じ、これが次いで、非相同末端結合（NHEJ）によって、または外因性鋳型が提供される場合には相同組換え修復（HDR）によって修復される。本開示よりも前に、Cas9を超えるCpf1の有意性が認められたことも、疾患の哺乳動物細胞および動物モデルにおける遺伝子変異の修正にCpf1の使用が実証されたこともない。ここで、本発明者らは、Cpf1が、異なる戦略によってDMD変異を永続的に修正し、それによってジストロフィン発現を回復してこの疾患の進行を防止する、堅固で効率的なRNAガイドゲノム編集システムを提供することを示す。これらの知見は、ヒト遺伝子変異の永続的な修正のための新たなアプローチを提供する。本開示のこれらのおよび他の局面を以下に再現する。
【００２９】
I. デュシェンヌ型筋ジストロフィー
A. 背景
デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）は、男児のおよそ3,500人に1人が罹患する、筋肉変性および早期死亡をもたらす劣性X連鎖型の筋ジストロフィーである。この障害は、以下に再現する配列のタンパク質ジストロフィン（GenBankアクセッション番号AAA53189; SEQ ID NO.383）をコードする、ヒトX染色体上に位置する遺伝子ジストロフィン（GenBankアクセッション番号NC_000023.11を参照のこと）の変異によって引き起こされる。
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【００３０】
ヒトでは、ジストロフィンmRNAは、79のエクソンを含有する。ジストロフィンmRNAは、選択的にスプライシングされ、様々なアイソフォームをもたらすことが知られている。例示的なジストロフィンアイソフォームを表1に列挙する。
【００３１】
ヒトでは、ジストロフィンmRNAは、79のエクソンを含有する。ジストロフィンmRNAは、選択的にスプライシングされ、そのタンパク質の様々なアイソフォームをもたらすことが知られている。例示的なジストロフィンアイソフォームを表1に列挙する。
【００３２】
（表１）ジストロフィンアイソフォーム
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【００３３】
ジストロフィンは、細胞膜のジストログリカン複合体（DGC）に構造的安定性を提供する、筋組織内の重要な成分である。どちらの性別も変異を保有し得るが、女性は骨格筋形態の疾患の影響を受けることはめったにない。
【００３４】
B. 症状
症状は、通常、2〜3歳の男児に現れ、早期幼児期に見られることもある。早期幼児期まで症状が現れなくても、検査室試験により、出生時に活性変異を保有する子供を特定することができる。筋肉量の損失に関連する脚および骨盤の進行性の近位筋衰弱が最初に観察される。最終的に、この衰弱は、腕、首、および他の領域に広がる。初期の徴候は、仮性肥大（ふくらはぎおよび三角筋の腫脹）、低持久力、および、助けなしで起立することが困難、または階段を上ることができないことを含み得る。病状が進行するにつれて、筋組織は、消耗を経験し、最終的には脂肪および線維性組織に置き換えられる（線維症）。10歳までに歩行を補助するために支持具が必要となることがあり、ほとんどの患者は、12歳までに車椅子に頼る。その後の症状は、脊椎湾曲を含め、骨格の変形を導く異常な骨発達を含み得る。進行性の筋肉劣化に起因して、運動の消失が起こり、最終的に麻痺に至る。知的障害が存在する可能性も、存在しない可能性もあるが、存在しても、子供が年を取るにつれて次第に悪化することはない。DMDに罹患している男性の平均余命は25歳前後である。
【００３５】
進行性の神経筋障害であるデュシェンヌ型筋ジストロフィーの主な症状は、筋肉消耗に伴う筋衰弱であり、随意筋、とりわけ臀部、骨盤領域、大腿部、肩部、およびふくらはぎの随意筋が最初に侵される。筋衰弱はまた、後に、腕、首、および他の領域でも生じる。ふくらはぎが腫脹することが多い。症状は、通常、6歳より前に現れ、早期幼児期に現れることもある。他の身体症状は以下のとおりである。
・ぎこちない歩き方、足踏み方、または走り方（患者は、ふくらはぎの筋肉緊張の増大のため、足の前部で歩く傾向がある。また、つま先歩きは、膝伸筋の衰弱に対する代償的適応である。）
・頻繁な転倒
・疲労
・運動技能（ランニング、ホッピング、ジャンピング）の障害
・股関節屈筋の短縮を導くおそれのある、腰椎の脊柱前彎過度。これは、姿勢全体、および歩き方、足踏み方、または走り方に影響を及ぼす。
・アキレス腱および膝腱の筋拘縮は、結合組織において筋線維が短くなり線維形成を起こすので、機能を損なう。
・進行性の歩行困難
・筋線維の変形
・舌およびふくらはぎの筋肉の仮性肥大（腫脹）。筋組織は最終的に脂肪および結合組織により置き換えられるため、仮性肥大という語を用いる。
・脳内のジストロフィンの非存在または機能不全の結果であると考えられる、神経行動障害（例えば、ADHD）、学習障害（失読症）、および特定の認知技能（特に短期言語記憶）の非進行性衰弱の高いリスク
・歩く能力の最終的損失（通常は12歳までに）
・骨格の変形（場合によっては脊柱側彎を含む）
・臥位または座位から起き上がることが困難
【００３６】
この病状は、しばしば、患者が最初の措置を講じたときから臨床的に観察することができ、通常、男児が9歳〜12歳の間に歩行能力が完全に失われる。DMDに罹患したほとんどの男性は、21歳までに、本質的に「首より下が麻痺する」ようになる。筋肉消耗は、脚および骨盤で始まり、次に肩および首の筋肉に進行し、続いて腕の筋肉および呼吸筋が損失する。ふくらはぎの筋肉の腫脹（仮性肥大）が一目瞭然である。心筋症、特に（拡張型心筋症）が一般的であり、鬱血性心不全または不整脈（不規則な心拍）の発症はごくまれである。
【００３７】
ガワーズ徴候陽性は、下肢筋肉のより重度の障害を反映する。子供は、上肢で起き上がる：初めに腕と膝で立ち上がり、次いで手を脚の上まで「歩行させて」直立する。罹患した子供は、通常、より疲れやすく、同等者よりも全体的な力が弱い。クレアチンキナーゼ（CPK-MM）の血流レベルは極めて高い。筋電図検査（EMG）は、衰弱が神経への損傷ではなく筋組織の破壊によって引き起こされていることを示す。遺伝子検査は、Xp21遺伝子の遺伝的誤りを明らかにすることができる。筋生検（免疫組織化学もしくは免疫ブロッティング）または遺伝子検査（血液検査）は、ジストロフィンの非存在を確認するが、遺伝子検査の改善によってこれは不要になることが多い。
・異常な心筋（心筋症）
・鬱血性心不全または不規則な心拍リズム（不整脈）
・胸部および背部の変形（脊柱側彎）
・ふくらはぎ、臀部、および肩の筋腫脹（4歳または5歳前後）。これらの筋肉は最終的に、脂肪および結合組織により置き換えられる（仮性肥大）。
・筋肉量の損失（萎縮）
・かかと、脚の筋拘縮
・筋肉の変形
・食物または流体が肺に流入することに伴う肺炎および嚥下を含む、呼吸器障害（疾患の後期段階において）
【００３８】
C. 原因
デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）は、X染色体の短腕に位置する遺伝子座Xp21のジストロフィン遺伝子の変異によって引き起こされる。ジストロフィンは、多くのサブユニットを含有するタンパク質複合体を通じて、各筋線維の細胞骨格を、基礎となる基底層（細胞外マトリックス）に接続する役割を担う。ジストロフィンが存在しないと、過剰なカルシウムが筋線維鞘（細胞膜）に浸透する。カルシウムおよびシグナル伝達経路の変化により水がミトコンドリアに侵入し、次いでミトコンドリアが破裂する。
【００３９】
骨格筋ジストロフィーでは、ミトコンドリア機能不全が、ストレス誘発性サイトゾルカルシウムシグナルの増幅およびストレス誘発性活性酸素種（ROS）産生の増幅を生じる。いくつかの経路を含むが明確に理解されていない複雑なカスケードプロセスにおいて、細胞内の酸化ストレスの増加が筋線維鞘に損傷を与え、最終的には細胞死をもたらす。筋線維が壊死を起こし、最終的に脂肪および結合組織に置き換えられる。
【００４０】
DMDは、X連鎖劣性パターンで遺伝する。女性が典型的にはこの疾患の保因者になり、男性が罹患する。典型的には、女性保因者は、罹患した息子を産むまでは変異を保有することに気付かないであろう。保因者の母親の息子は、母親から欠陥遺伝子を引き継ぐ可能性が50％ある。保因者の母親の娘は、保因者である可能性が50％であり、遺伝子の2つの正常コピーを有する可能性が50％ある。いかなる場合でも、罹患していない父親は、正常なYを息子に、または正常なXを娘に譲り渡す。DMDなどのX連鎖劣性状態の女性保因者は、X不活性化のパターンによっては症状を示し得る。
【００４１】
フレーム外エクソンを並列することによってオープンリーディングフレーム（ORF）を破壊する、ヒトDMD遺伝子のエクソン51の前のエクソン欠失が、最も一般的なタイプのヒトDMD変異である。エクソン51のスキッピングは、原理上、エクソン欠失を有するDMD患者の13％でDMD ORFを回復させることができる。
【００４２】
デュシェンヌ型筋ジストロフィーは、男児の3,500人に1人の発生率を有する。ジストロフィン遺伝子内の変異は、生殖細胞系伝達の間に遺伝するかまたは自発的に発生し得る。
【００４３】
D. 診断
この障害の家族歴を有する人には、遺伝カウンセリングが推奨される。デュシェンヌ型筋ジストロフィーは、妊娠中に行われる遺伝子検査によって約95％の精度で検出できる。
【００４４】
DNA検査
ジストロフィン遺伝子の筋肉特異的アイソフォームは、79のエクソンから構成され、通常、DNA検査および分析で、影響を受けるエクソンの特定のタイプの変異を同定することができる。ほとんどの場合に、DNA検査が診断を確定する。
【００４５】
筋生検
DNA検査で変異を見つけられない場合は、筋生検検査が行われることがある。小さな筋組織サンプルを抽出し（通常は針の代わりにメスで）、ジストロフィンの存在を明らかにする色素を適用する。そのタンパク質の完全な非存在は、その病状を示唆する。
【００４６】
過去数年間に、病状を引き起こす多数の変異をより多く検出するDNA検査が開発されており、デュシェンヌの存在を確認するために頻繁に筋生検が必要となることはない。
【００４７】
出生前検査
DMDは、X連鎖劣性遺伝子によって運ばれる。男性はX染色体を1つしか持たないので、変異した遺伝子の1コピーがDMDを引き起こす。父親はX連鎖形質を息子に譲り渡すことができないので、変異は母親によって伝達される。
【００４８】
母親が保因者であって、2つのX染色体のうちの1つがDMD変異を有する場合、女児がその変異を2つのX染色体の1つとして引き継ぎ、保因者になる可能性が50％ある。男児がその変異を1つのX染色体として引き継ぎ、それ故DMDを有する可能性が50％ある。
【００４９】
出生前検査は、まだ生まれていない子供が最も一般的な変異を有するかどうかに答えることができる。DMDに関与する多くの変異が存在するが、一部は同定されていないので、遺伝子検査は、DMDを有する家族が同定されている変異を有する場合にのみ機能する。
【００５０】
侵襲的検査の前に、胎児の性別の判定が重要である。男性はこのX連鎖疾患の影響を受けることがあるが、女性のDMDは極めて稀である。これは、最近では無料の胎児DNA検査により16週以上の時点で超音波スキャンによって達成することができる。絨毛膜標本採取（CVS）は、11〜14週時に行うことができ、1％の流産リスクを有する。羊水穿刺は、15週後に行うことができ、0.5％の流産リスクを有する。胎児の採血は、約18週時に行うことができる。不明確な遺伝子検査結果の場合の別の選択肢は、胎児筋生検である。
【００５１】
E. 処置
DMDに対する現行の治癒法はなく、継続的な医学的必要性が規制当局によって認識されている。ある特定の変異に対するエクソンスキッピング処置を用いた第1〜2a相試験は、歩行の減退を中断し、わずかな臨床的改善をもたらした。処置は、一般に、生活の質を最大限にするために症状の発症を制御することを目的とし、以下を含む：
・プレドニゾロンおよびデフラザコートなどのコルチコステロイドは、エネルギーおよび強度を高め、いくつかの症状の重症化を遅らせる。
・ランダム化比較試験は、ベータ-2-アゴニストが筋力を増加させるが、疾患の進行を改変しないことを示している。ベータ2-アゴニストでのほとんどのRCTの経過観察時間は、わずか12ヶ月前後であり、よってその時間枠を超えて結果を推定することはできない。
・水泳などの、軽度な不快でない身体活動が推奨される。不活動であること（ベッドでの静養など）は、筋肉疾患を悪化させ得る。
・理学療法は、筋力、柔軟性、および機能を維持するのに役立つ。
・矯正装具（支持具および車椅子など）は、移動性および自己ケア能力を改善し得る。睡眠中に足首を適切な位置で支える、体にぴったり合った取り外し可能な脚支持具は、拘縮の発症を遅らせることができる。
・疾患の進行に応じて適切な呼吸補助が重要である。
【００５２】
DMDの包括的な集学的ケアスタンダード/ガイドラインは、疾病管理予防センター（CDC）によって開発されており、www.treat-nmd.eu/dmd/care/diagnosis-management-DMDで入手可能である。
【００５３】
DMDは、Bushby et al., Lancet Neurol., 9(1): 77-93 (2010) および Bushby et al., Lancet Neurol., 9(2): 177-198 (2010)（参照によってその全体が組み入れられる）に概説されているように、一般に5つの段階を経て進行する。発症前期の間、患者は、典型的には、発達遅延を示すが、歩行障害はない。初期の歩行可能期の間、患者は、典型的には、ガワーズ徴候、動揺歩行、およびつま先歩きを示す。後期の歩行可能期の間、患者は、典型的には、次第に苦しい歩行を見せ、階段を上るおよび床から起き上がる能力が失われ始める。初期の非歩行可能期の間、患者は、典型的には、しばらくの間は自力で進むことができ、姿勢を保つことができ、脊柱側彎を発症し得る。後期の非歩行可能期の間、上肢機能および姿勢保持は、次第に制限される。
【００５４】
いくつかの態様において、処置は、疾患の発症前期に開始される。いくつかの態様において、処置は、初期の歩行可能期に開始される。いくつかの態様において、処置は、後期の歩行可能期に開始される。複数の態様において、処置は、初期の非歩行可能期の間に開始される。複数の態様において、処置は、後期の非歩行可能期の間に開始される。
【００５５】
1. 理学療法
理学療法士は、患者が身体的潜在性を最大限に発揮できるようにすることに携わる。彼らの目的は、以下を行うことである：
・必要に応じてストレッチおよび運動のプログラムを開発することによって拘縮および変形の発症を最小限に抑えること
・固定具および耐久性のある医療機器を推薦することによって、身体的な性質の他の二次的合併症を予測し、最小限に抑えること
・呼吸機能を監視し、呼吸運動を補助するための技法および分泌物を取り除く方法について助言すること。
【００５６】
2. 呼吸補助
呼吸のたびに調節可能な体積（量）の空気を人に送達する最新の「従量式酸素吸入器/人工呼吸器」が、筋ジストロフィーに関連した呼吸障害を有する人の処置において有益である。酸素吸入器は、空気を直接送達する侵襲性の気管内チューブまたは気管切開チューブを必要とすることもあるが、一部の人には、フェイスマスクまたはマウスピースによる非侵襲性の送達で十分である。この後者の方法においては、気道陽圧装置、特に二相性の気道陽圧装置が使用されることもある。呼吸具は、携行性のために外部バッテリを備えた電動車椅子の底面または背面の酸素吸入器トレイに容易に適合し得る。
【００５７】
呼吸筋が崩壊し始める可能性があるとき、酸素吸入器処置を十代の半ばから後半に始め得る。肺活量が正常の40％未満に低下した場合、人が換気低下状態（「低換気」）にある可能性が最も高い時間である睡眠時間中に、従量式酸素吸入器/人工呼吸器を使用し得る。睡眠中の低換気は、睡眠障害の詳しい病歴と酸素測定試験および毛細血管血のガスとによって判定される（肺機能検査を参照のこと）。咳補助装置は、肺の過膨張による肺内の過剰な粘液を陽気圧で、次いで陰圧で粘液を上昇させることに役立ち得る。肺活量が正常の30パーセント未満に減少し続ける場合、さらなる補助のため日中にも従量式酸素吸入器/人工呼吸器が必要となり得る。必要に応じて、人は、日中に酸素吸入器/人工呼吸器を使用する時間を徐々に増加させるであろう。
【００５８】
F. 予後
デュシェンヌ型筋ジストロフィーは、最終的に全ての随意筋に影響を及ぼしかつ後期に心筋および呼吸筋を侵す、進行性疾患である。平均余命は、現在25歳前後と推定されているが、これは患者によって異なる。最近の医学の進歩は、罹患者の生存を延長させている。全ての筋疾患に焦点を当てた有力な英国慈善団体であるThe Muscular Dystrophy Campaignは、「高い水準の医学的ケアにより、デュシェンヌ型筋ジストロフィーを有する若年男性は、30代を優に超えるまで生きることが多い」と述べている。
【００５９】
稀な事例では、DMDを有する人は、必要に応じて、車椅子およびベッドでの適正な位置調整、酸素吸入器の補助（気管切開術またはマウスピースを介した）、気道浄化、ならびに心臓薬の使用によって、40代または50代前半まで生存することが分かっている。晩年のケアのための早期の必要な支援計画は、DMDを抱えながら生きている人において長寿が示されている。
【００６０】
不思議なことに、デュシェンヌ型筋ジストロフィーのmdxマウスモデルにおいて、ジストロフィンの欠如は、カルシウムレベルの上昇および骨格筋の筋壊死と関連している。内喉頭筋（ILM）は、保護されており、筋壊死を起こさない。ILMは、他の筋肉と比較してカルシウムの変化を処理する能力がより優れていることを示唆するカルシウム調節系プロファイルを有しており、これは、それらのユニークな病態生理学的特性についての機構的洞察を提供し得る。ILMは、種々の臨床シナリオにおける筋肉消耗の予防および治療のための新規戦略の開発を容易にし得る。
【００６１】
II. CRISPRシステム
A. CRISPR
CRISPR（クラスター化して規則的な配置の短い回文配列反復）は、塩基配列の短い反復を含有するDNA遺伝子座である。各反復の後に、ウイルスへの事前曝露由来の「スペーサーDNA」の短いセグメントが続く。CRISPRは、配列決定された真正細菌ゲノムの約40％および配列決定された古細菌の90％に見いだされる。CRISPRは、CRISPRに関連するタンパク質をコードするcas遺伝子と関連していることが多い。CRISPR/Casシステムは、プラスミドおよびファージなどの外来遺伝エレメントに対する耐性を付与し、かつ獲得免疫の一形態を提供する、原核生物の免疫系である。CRISPRスペーサーは、真核生物におけるRNAiのように、これらの外因性遺伝エレメントを認識およびサイレンシングする。
【００６２】
CRISPR反復は、サイズが24〜48塩基対の範囲にある。これらは通常、ある程度の二分対称性を示す、つまりヘアピンなどの二次構造の形成を暗示するが、真に回文であるわけではない。反復は、同様の長さのスペーサーで隔てられている。いくつかのスペーサーは原核生物のゲノムと一致するが（自己ターゲティングスペーサー）、いくつかのCRISPRスペーサー配列は、プラスミドおよびファージ由来の配列と正確に一致する。新たなスペーサーは、ファージ感染に応答して迅速に付加され得る。
【００６３】
B. Casヌクレアーゼ
CRISPR関連（cas）遺伝子は、CRISPR反復-スペーサーアレイに関連していることが多い。2013年現在、40種を超える異なるCasタンパク質ファミリーが記述されている。これらのタンパク質ファミリーのうち、Cas1は、異なるCRISPR/Casシステムの間で遍在しているようである。8つのCRISPRサブタイプ（Ecoli、Ypest、Nmeni、Dvulg、Tneap、Hmari、Apern、およびMtube）を定義するためにcas遺伝子および反復構造の特定の組み合わせが使用されており、その一部は、RAMP（repeat-associated mysterious protein）をコードする追加の遺伝子モジュールと関連している。単一のゲノム内に2つ以上のCRISPRサブタイプが存在し得る。CRISPR/Casサブタイプの散在的分布は、システムが微生物の進化中に遺伝子水平伝播を受けることを示唆している。
【００６４】
外因性DNAは、外見上、Cas遺伝子によりコードされたタンパク質によって小さなエレメント（長さがおよそ30塩基対）へとプロセッシングされ、これが次に、リーダー配列の近くのCRISPR遺伝子座に何らかの形で挿入される。CRISPR遺伝子座からのRNAは、構成的に発現され、Casタンパク質によって個々の外部に由来する配列エレメントと隣接する反復配列とから構成される小さなRNAへとプロセッシングされる。RNAは、他のCasタンパク質をガイドして、外因性遺伝エレメントをRNAまたはDNAレベルでサイレンシングする。CRISPRサブタイプ間の機能的多様性を、証拠が示唆している。Cse（CasサブタイプEcoli）タンパク質（大腸菌（E. coli）中のCasA〜Eと呼ばれる）は機能的複合体Cascadeを形成し、これが、CRISPR RNA転写物をCascadeの保持するスペーサー反復単位にプロセッシングする。他の原核生物では、Cas6がCRISPR転写物をプロセッシングする。興味深いことに、大腸菌でのCRISPRに基づくファージ不活性化は、CascadeおよびCas3を必要とするが、Cas1およびCas2を必要としない。パイロコッカス・フリオサス（Pyrococcus furiosus）および他の原核生物において見いだされるCmr（Cas RAMPモジュール）タンパク質は、相補的な標的RNAを認識および切断する小さなCRISPR RNAとの機能的複合体を形成する。RNAガイドCRISPR酵素は、V型制限酵素として分類される。
【００６５】
Cas9は、ヌクレアーゼ、すなわちDNAを切断するために特化した酵素であり、二重らせんの各鎖に対して1つずつの、2つの活性切断部位を有する。チームは、標的DNAを探し当てるCas9の能力を保持しながら、一方または両方の部位を無効にできることを実証した。tracrRNAとスペーサーRNAを組み合わせて「単一ガイドRNA」分子にし、これをCas9と混合することで正しいDNA標的を発見および切断することができるので、そのような合成ガイドRNAを遺伝子編集に使用できる可能性があることが提唱された。
【００６６】
Cas9タンパク質は、病原細菌および共生細菌において高度に濃縮されている。CRISPR/Cas媒介性遺伝子調節は、特に真核生物宿主との細菌の相互作用中の、内因性細菌遺伝子の調節に寄与し得る。例えば、フランシセラ・ノビシダ（Francisella novicida）のCasタンパク質Cas9は、ユニークな小さいCRISPR/Cas関連RNA（scaRNA）を使用して、F.ノビシダが宿主応答を弱め病原性を促進するのに不可欠な細菌性リポタンパク質をコードする内因性転写物を抑制する。Wangらは、生殖細胞系（接合体）へのCas9 mRNAおよびsgRNAの共注射が、変異と上手く適合したことを示した。また、Cas9 DNA配列の送達も想定される。
【００６７】
CRISPR/Casシステムは、3種類のクラスに分けられる。クラス1は、いくつかのCasタンパク質をCRISPR RNA（crRNA）と一緒に使用して、機能的エンドヌクレアーゼを構築する。クラス2 CRISPRシステムは、単一のCasタンパク質をcrRNAと共に使用する。Cpf1は、1,300のアミノ酸タンパク質を含有するクラスIIのV型CRISPR/Casシステムとして最近同定された。米国特許公報第2014/0068797号（参照によってその全体が組み入れられる）も参照されたい。
【００６８】
C. Cpf1ヌクレアーゼ
プレボテラおよびフランシセラ1由来のクラスター化して規則的な配置の短い回文配列反復、すなわちCRISPR/Cpf1は、CRISPR/Cas9システムといくつかの類似性を有するDNA編集技術である。Cpf1は、クラスII CRISPR/CasシステムのRNAガイドエンドヌクレアーゼである。この獲得免疫機構は、プレボテラ細菌およびフランシセラ細菌に見いだされる。それは、ウイルスによる遺伝子損傷を防止する。Cpf1遺伝子は、CRISPR遺伝子座に関連しており、ガイドRNAを使用してウイルスDNAを発見および切断するエンドヌクレアーゼをコードする。Cpf1は、Cas9よりも小さくかつ単純なエンドヌクレアーゼであり、CRISPR/Cas9システムの制限の一部を克服する。
【００６９】
Cpf1は、多くの細菌種に見られる。ゲノム編集のためのツールへと発展した究極的なCpf1エンドヌクレアーゼは、それを保有していることが知られた最初の16種のうちの1種から採取された。
【００７０】
複数の態様において、Cpf1は、以下に示す配列を有する、アシダミノコッカス由来のCpf1酵素である（BV3L6種、UniProtアクセッション番号U2UMQ6; SEQ ID NO.442）。
2019536782.tif 000010
【００７１】
いくつかの態様において、Cpf1は、以下に示す配列を有する、ラクノスピラ科由来のCpf1酵素である（ND2006種、UniProtアクセッション番号A0A182DWE3; SEQ ID NO.443）。
2019536782.tif 000011
【００７２】
いくつかの態様において、Cpf1は、哺乳動物細胞における発現のためにコドン最適化される。いくつかの態様において、Cpf1は、ヒト細胞における発現のためにコドン最適化される。
【００７３】
いくつかの態様において、本開示の組成物は、細菌である黄色ブドウ球菌由来の小型バージョンのCas9を含む。小型バージョンのCas9は、野生型または完全長Cas9に勝る利点を提供する。
【００７４】
Cpf1遺伝子座は、混合アルファ/ベータドメイン、RuvC-Iとそれに続くらせん領域、RuvC-IIおよびジンクフィンガー様ドメインを含有する。Cpf1タンパク質は、Cas9のRuvCドメインに似たRuvC様エンドヌクレアーゼドメインを有する。さらに、Cpf1は、HNHエンドヌクレアーゼドメインを有さず、Cpf1のN末端は、Cas9のアルファ-らせん認識ローブを有さない。
【００７５】
Cpf1 CRISPR-Casドメインアーキテクチャは、Cpf1が機能的にユニークであることを示し、クラス2のV型CRISPRシステムとして分類されている。Cpf1遺伝子座は、II型システムよりもI型およびIII型に似たCas1、Cas2、およびCas4タンパク質をコードする。データベース検索は、Cpf1ファミリータンパク質が多くの細菌種に豊富にあることを示唆している。
【００７６】
機能的なCpf1は、tracrRNAを必要としない。それ故、本開示の機能的なCpf1 gRNAは、crRNAを含んでもそれからなってもよい。Cpf1は、Cas9よりも小さいヌクレアーゼであるだけでなく、より小さいsgRNA分子（Cas9のヌクレオチド数の半分に近い）も有するので、このことによってゲノム編集に利益をもたらす。
【００７７】
Cpf1-gRNA（例えば、Cpf1-crRNA）複合体は、Cas9によって標的とされるGリッチPAMとは対照的に、プロトスペーサー隣接モチーフ5'-YTN-3'（式中、「Y」はピリミジンであり、「N」は任意の核酸塩基である）または5'-TTN-3'の同定によって、標的DNAまたはRNAを切断する。PAMの同定後、Cpf1は、4または5ヌクレオチドオーバーハングの付着末端様DNA二本鎖切断を導入する。
【００７８】
CRISPR/Cpf1システムは、Cpf1酵素と、二重らせん上の修正スポットを発見して複合体を位置付けて標的DNAを切断するガイドRNAとを含むか、またはそれらからなる。そのネイティブの細菌宿主では、CRISPR/Cpf1システム活性は、3つの段階を有する：
適応：Cas1およびCas2タンパク質が、小さなDNA断片のCRISPRアレイへの適応を容易にする;
crRNAの形成：Casタンパク質をガイドする成熟crRNAを産生する、プレ-cr-RNAのプロセシング；および
干渉：Cpf1がcrRNAに結合して、二成分複合体を形成し、標的DNA配列を同定および切断する。
【００７９】
このシステムは、哺乳動物細胞などの非細菌細胞においてCpf1を所望の標的配列にガイドする、天然に存在しないcrRNAを利用するように修飾されている。
【００８０】
D. gRNA
RNAにガイドされるタンパク質として、Cas9は、DNA標的の認識を指令する短いRNAを必要とする。Cas9は、PAM配列NGGを含有するDNA配列を選択的に調べるが、それはプロトスペーサー標的なしでここに結合することができる。しかしながら、Cas9-gRNA複合体は、二本鎖切断を生じるためにgRNAとの厳密な一致を必要とする。細菌におけるCRISPR配列は、複数のRNAで発現され、次いでRNAのガイド鎖を生じるためにプロセッシングされる。真核生物系は、CRISPR RNAをプロセッシングするために必要なタンパク質の一部を欠いているため、RNAポリメラーゼIII型プロモーターU6で発現される単一RNAにCas9ターゲティングに不可欠なRNA片を組み合わせるために合成構築物gRNAが作られた。合成gRNAは、最小長で100bpをわずかに上回り、PAM配列NGGの直前の20のプロトスペーサーヌクレオチドを標的とする部分を含む；gRNAは、PAM配列を含まない。
【００８１】
いくつかの態様において、gRNAは、野生型ジストロフィン遺伝子内の部位を標的とする。いくつかの態様において、gRNAは、変異体ジストロフィン遺伝子内の部位を標的とする。いくつかの態様において、gRNAは、ジストロフィンイントロンを標的とする。いくつかの態様において、gRNAは、ジストロフィンエクソンを標的とする。いくつかの態様において、gRNAは、表1に示されるジストロフィンアイソフォームの1つまたは複数で発現されかつ存在するジストロフィンエクソン中の部位を標的とする。複数の態様において、gRNAは、ジストロフィンスプライス部位を標的とする。いくつかの態様において、gRNAは、ジストロフィン遺伝子上のスプライスドナー部位を標的とする。複数の態様において、gRNAは、ジストロフィン遺伝子上のスプライスアクセプター部位を標的とする。
【００８２】
複数の態様において、ガイドRNAは、変異体DMDエクソンを標的とする。いくつかの態様において、変異体エクソンは、エクソン23または51である。いくつかの態様において、ガイドRNAは、ジストロフィン遺伝子のエクソン1、23、41、44、46、47、48、49、50、51、52、53、54、または55の少なくとも1つを標的とする。複数の態様において、ガイドRNAは、ジストロフィン遺伝子のイントロン44、45、50、51、52、53、54、または55の少なくとも1つを標的とする。好ましい態様において、ガイドRNAは、エクソン51またはエクソン23のスキッピングを誘導するように設計される。複数の態様において、gRNAは、エクソン51またはエクソン23のスプライスアクセプター部位を標的とする。
【００８３】
本明細書に開示の方法および組成物において使用するための好適なgRNAは、SEQ ID NO.60〜382の通り提供される（表E）。好ましい態様において、gRNAは、SEQ ID No.60〜SEQ ID No.382のいずれか1つから選択される。
【００８４】
いくつかの態様において、本開示のgRNAは、DMD遺伝子に対応するコード配列または非コード配列内の標的配列に相補的である配列を含み、それ故、標的配列にハイブリダイズする。いくつかの態様において、Cpf1のためのgRNAは、直接反復骨格配列とそれに続く24ヌクレオチドのガイド配列を含有する、単一crRNAを含む。いくつかの態様において、crRNAの「ガイド」配列は、標的配列に相補的であるgRNAの配列を含む。いくつかの態様において、本開示のcrRNAは、標的配列に相補的ではないgRNAの配列を含む。本開示の「骨格」配列は、gRNAをCpf1ポリペプチドに連結する。本開示の「骨格」配列は、gRNA-Cas9構築物のtracrRNA配列と等価ではない。
【００８５】
E. Cas9 対 Cpf1
Cas9は、DNAを切断するために2つのRNA分子を必要とする一方で、Cpf1は1つ必要とする。これらタンパク質はまた、DNAを異なる場所で切断し、編集部位を選択する際に研究者により多くの選択肢を提供する。Cas9は、DNA分子において両方の鎖を同じ位置で切断し、「平滑」末端を残す。Cpf1は、一方の鎖を他方よりも長く残し、扱いやすい「付着」末端を生じる。Cpf1は、Cas9と比較して、切断部位に新たな配列をより多く挿入できるようである。CRISPR/Cas9システムは遺伝子を効率的に無効にすることができるが、遺伝子を挿入することもノックインを生成することも困難である。Cpf1は、tracrRNAを欠き、TリッチPAMを利用し、DNAを突出型のDNA DSBを介して切断する。
【００８６】
まとめると、Cpf1システムとCas9システムとの間の重要な違いは、Cpf1が、異なるPAMを認識して、新たな標的可能性を実現すること、Cas9によって産生される平滑末端の代わりに4〜5ntの長い付着末端を生み出し、遺伝子挿入の効率およびNHEJまたはHDRの間の特異性を増強すること、ならびに、Cas9切断部位からさらに離れたPAMからさらに離れた標的DNAを切断して、DNAの新たな切断可能性を実現することである。
2019536782.tif 000012
【００８７】
F. CRISPR/Cpf1媒介性遺伝子編集
CRISPR/Cpf1を使用してDMD遺伝子を編集する際の最初の工程は、ゲノム標的配列を同定することである。本開示のgRNAのためのゲノム標的は、ジストロフィン遺伝子内の任意の約24ヌクレオチドのDNA配列であることができるが、但し、その配列がゲノムの残部と比較してユニークであるものとする。いくつかの態様において、ゲノム標的配列は、ヒトジストロフィン遺伝子のエクソン51、エクソン45、エクソン44、エクソン53、エクソン46、エクソン52、エクソン50、エクソン43、エクソン6、エクソン7、エクソン8、および/またはエクソン55中にある。いくつかの態様において、ゲノム標的配列は、ヒトジストロフィン遺伝子のエクソン51、エクソン45、エクソン44、エクソン53、エクソン46、エクソン52、エクソン50、エクソン43、エクソン6、エクソン7、エクソン8、および/またはエクソン55の5’または3’スプライス部位である。いくつかの態様において、ゲノム標的配列は、ヒトジストロフィン遺伝子のエクソン51、エクソン45、エクソン44、エクソン53、エクソン46、エクソン52、エクソン50、エクソン43、エクソン6、エクソン7、エクソン8、および/またはエクソン55のすぐ上流または下流にあるイントロンである。例示的なゲノム標的配列を表Dに見いだすことができる。
【００８８】
CRISPR/Cpf1を使用してDMD遺伝子を編集する際の次の工程は、標的とする遺伝子領域内の全てのプロトスペーサー隣接モチーフ（PAM）配列を同定することである。Cpf1は、TリッチPAM配列（TTTN、ここで、Nは任意のヌクレオチドである）を利用する。標的配列は、PAMのすぐ上流でなければならない。全ての可能なPAM配列および推定標的部位が同定されたら、次の工程は、最も効率的なオンターゲット切断をもたらす可能性の高い部位を選択することである。gRNAターゲティング配列は標的配列と一致することが必要であり、gRNAターゲティング配列はゲノム内の追加の部位と一致してはならない。好ましい態様において、gRNAターゲティング配列は、標的と完全な相同性を有するが、ゲノムの他の場所では相同性を有さない。いくつかの態様において、所与のgRNAターゲティング配列は、ゲノム全体にわたり部分的な相同性が存在する追加の部位を有する。これらの部位は、「オフターゲット」と呼ばれ、gRNAを設計するときに考慮されるべきである。一般に、オフターゲット部位は、PAM配列の近くにミスマッチがある場合は効率的に切断されないので、相同性のないgRNAまたはPAM配列に近いミスマッチを有するものが最も高い特異性を有する。「オフターゲット活性」に加えて、所望の標的配列の切断（「オンターゲット活性」）を最大限にする要因が考慮されなければならない。各々が標的DNAと100％の相同性を有する2つのgRNAターゲティング配列が等価な切断効率をもたらすわけではないことは、当業者に公知である。実際に、切断効率は、選択された標的配列内の具体的なヌクレオチドに応じて増加も減少もし得る。最良のgRNAを設計するために、各々の潜在的なgRNAターゲティング配列の予測オンターゲット活性およびオフターゲット活性の詳細な調査が必要となる。潜在的なPAM配列および標的配列を探し、関連するgRNAをそれらの予測オンターゲット活性およびオフターゲット活性に基づいてランク付けできる、いくつかのgRNA設計プログラムが開発されている（例えば、CRISPRdirect、www.crispr.dbcls.jpで入手可能）。
【００８９】
次の工程は、所望のgRNAを合成およびクローン化することである。ターゲティングオリゴを合成し、アニーリングし、gRNA骨格を含有するプラスミドに標準的な制限-ライゲーションクローニングを使用して挿入することができる。しかしながら、正確なクローニング戦略は、選択されるgRNAベクターに依存する。Cpf1のためのgRNAは、Cas9のためのgRNAと比べ特に単純で、直接反復骨格配列とそれに続く約24ヌクレオチドのガイド配列を含有する単一crRNAからのみなる。Cpf1は、検出可能なDNA切断を達成するために最低16ヌクレオチドのガイド配列を、インビトロで効率的なDNA切断を達成するために最低18ヌクレオチドのガイド配列を必要する。いくつかの態様において、20〜24ヌクレオチドのガイド配列が使用される。Cpf1 gRNAのシード領域は、一般に、ガイド配列の5'端の最初の5ヌクレオチド内にある。Cpf1は、標的ゲノムDNAにおいて突出型切断を行う。AsCpf1およびLbCpf1では、切断は、標的とされた（+）鎖上のPAMの19bp後で、他方の鎖上の23bpで起こる。
【００９０】
各gRNAは、次いで、1つまたは複数の標的細胞株において検証されるべきである。例えば、CRISPRおよびgRNAが細胞に送達された後に、ゲノム標的領域を、PCRを使用して増幅し、当業者に公知の方法に従って配列決定してよい。
【００９１】
いくつかの態様において、遺伝子編集は、インビトロで実施してもエクスビボで実施してもよい。いくつかの態様において、インビトロまたはエクスビボで、細胞を、Cpf1と、ジストロフィンスプライス部位を標的とするgRNAとに接触させる。いくつかの態様において、細胞を、Cpf1およびガイドRNAをコードする1つまたは複数の核酸と接触させる。いくつかの態様において、1つまたは複数の核酸を、細胞に、例えば、リポフェクションまたはエレクトロポレーションを使用して導入する。また、遺伝子編集を接合体で実施してもよい。複数の態様において、接合体に、Cpf1およびジストロフィンスプライス部位を標的とするgRNAをコードする1つまたは複数の核酸を注射してよい。その後、接合体を宿主に注射してよい。
【００９２】
複数の態様において、Cpf1は、ベクター上に提供される。複数の態様において、ベクターは、ラクノスピラ科細菌に由来するCpf1配列を含有する。例えば、Uniprotアクセッション番号A0A182DWE3; SEQ ID NO.443を参照されたい。複数の態様において、ベクターは、アシダミノコッカス細菌に由来するCpf1配列を含有する。例えば、Uniprotアクセッション番号U2UMQ6; SEQ ID NO.442を参照されたい。いくつかの態様において、Cpf1配列は、ヒト細胞における発現のためにコドン最適化される。いくつかの態様において、ベクターは、蛍光活性化セルソーティング（FACS）を使用してCpf1発現細胞を選別することを可能とするGFPなどの蛍光タンパク質をコードする配列をさらに含有する。いくつかの態様において、ベクターは、アデノ随伴ウイルスベクターなどのウイルスベクターである。
【００９３】
複数の態様において、gRNAはベクター上に提供される。いくつかの態様において、ベクターは、アデノ随伴ウイルスベクターなどのウイルスベクターである。複数の態様において、Cpf1およびガイドRNAは、同じベクター上に提供される。複数の態様において、Cpf1およびガイドRNAは、異なるベクター上に提供される。
【００９４】
いくつかの態様において、相同組換え修復を達成するために、細胞を一本鎖DMDオリゴヌクレオチドと追加で接触させる。いくつかの態様において、小さいINDELが、ジストロフィンのタンパク質リーディングフレームを回復させる（「リフレーミング」戦略）。リフレーミング戦略を使用するとき、細胞を単一gRNAと接触させてよい。複数の態様において、スプライスドナーまたはスプライスアクセプター部位が破壊され、それが、エクソンスキッピングおよびタンパク質リーディングフレームの回復をもたらす（「エクソンスキッピング」戦略）。エクソンスキッピング戦略を使用するとき、細胞を2以上のgRNAと接触させてよい。
【００９５】
インビトロまたはエクスビボのCpf1媒介性DNA切断の効率を、T7 E1アッセイなどの当業者に公知の技術を使用して評価してよい。DMD発現の回復を、RT-PCR、ウエスタンブロッティング、および免疫細胞化学などの当業者に公知の技術を使用して確認してよい。
【００９６】
いくつかの態様において、インビトロまたはエクスビボ遺伝子編集は、筋細胞または衛星細胞で実施される。いくつかの態様において、遺伝子編集は、iPSC細胞またはiCM細胞で実施される。複数の態様において、iPSC細胞を遺伝子編集後に分化させる。例えば、iPSC細胞は、編集後に筋細胞または衛星細胞へと分化させ得る。複数の態様において、iPSC細胞を、心筋細胞、骨格筋細胞、または平滑筋細胞へと分化させる。複数の態様において、iPSC細胞を心筋細胞へと分化させる。当業者に公知の方法に従って分化するようにiPSC細胞を誘導し得る。
【００９７】
いくつかの態様において、細胞をCpf1およびgRNAと接触させることは、ジストロフィン発現を回復させる。複数の態様において、インビトロもしくはエクスビボで編集された細胞またはそれらに由来する細胞は、野生型細胞と同程度のジストロフィンタンパク質のレベルを示す。複数の態様において、編集された細胞またはそれらに由来する細胞は、ジストロフィンを、野生型ジストロフィン発現レベルの50％、60％、70％、80％、90％、95％、またはその間の任意の百分率のレベルで発現する。複数の態様において、インビトロもしくはエクスビボで編集された細胞またはそれらに由来する細胞は、野生型細胞ものと同程度のミトコンドリア数を有する。複数の態様において、編集された細胞またはそれらに由来する細胞は、野生型細胞の50％、60％、70％、80％、90％、95％、またはその間の任意の百分率の数のミトコンドリアを有する。複数の態様において、編集された細胞またはそれらに由来する細胞は、ベースラインで非編集細胞と比較して酸素消費率（OCR）の増加を示す。
【００９８】
III. 核酸送達
上で考察した通り、ある特定の態様において、その後の精製および細胞/対象への送達のため、または遺伝子に基づく送達アプローチで直接使用するため、発現カセットを用いて転写因子産物を発現させる。Cpf1およびジストロフィンスプライス部位を標的とする少なくとも1つのDMDガイドRNAをコードする1つまたは複数の核酸を含有する発現ベクターが本明細書に提供される。いくつかの態様において、Cpf1をコードする核酸および少なくとも1つのガイドRNAをコードする核酸は、同じベクター上に提供される。さらなる態様において、Cpf1をコードする核酸および少なくとも1つのガイドRNAをコードする核酸は、別々のベクター上に提供される。
【００９９】
発現は、ベクター内に適切なシグナルが提供されることを必要とし、このシグナルは、細胞において関心対象の遺伝子の発現を駆動するウイルスおよび哺乳動物の両供給源に由来するエンハンサー/プロモーターなどの様々な調節エレメントを含む。また、宿主細胞におけるメッセンジャーRNAの安定性および翻訳可能性を最適化するように設計されたエレメントも定義される。産物を発現する永続的な安定細胞クローンを樹立するための多数のドミナント薬物選択マーカーの使用条件も提供され、薬物選択マーカーの発現をポリペプチドの発現と関連付けるエレメントも提供される。
【０１００】
A. 調節エレメント
本出願全体を通して、「発現カセット」という用語は、核酸コード配列の一部または全てが転写および翻訳されることができる、すなわち、プロモーターの制御下にある、遺伝子産物をコードする核酸を含有する任意のタイプの遺伝子構築物を含むことを意味する。「プロモーター」は、遺伝子の特異的な転写を開始するために必要とされる、細胞の合成機構または導入された合成機構によって認識されるDNA配列を指す。「転写制御下」という語句は、プロモーターが、RNAポリメラーゼ開始および遺伝子の発現を制御するため、核酸に対して正確な位置および方向にあることを意味する。「発現ベクター」は、複製可能な遺伝子構築物に含まれており、したがって、複製起点、転写終結シグナル、ポリA領域、選択可能マーカー、および多目的クローニング部位の1つまたは複数を含む、発現カセットを含むことを意味する。
【０１０１】
プロモーターという用語は、RNAポリメラーゼIIのための開始部位の周辺に密集した転写制御モジュールの一群を指すために本明細書において使用される。どのようにプロモーターが組織化されるかについての考えの大部分は、HSVチミジンキナーゼ（tk）およびSV40初期転写単位のためのものを含む、いくつかのウイルスプロモーターの分析に由来する。より最近の研究によって拡大されたこれらの研究は、プロモーターが個別の機能的モジュールから構成されることを示しており、機能的モジュールは各々、およそ7〜20bpのDNAからなり、転写活性化タンパク質または抑制タンパク質のための1つまたは複数の認識部位を含有している。
【０１０２】
各プロモーター内の少なくとも1つのモジュールは、RNA合成のための開始部位を位置付けるように機能する。これの最もよく知られている例は、TATAボックスであるが、哺乳動物末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ遺伝子のためのプロモーターおよびSV40後期遺伝子のためのプロモーターなどのTATAボックスを欠くいくつかのプロモーターにおいては、開始部位自体を覆う個別エレメントが、開始の場所を固定するのを助ける。
【０１０３】
いくつかの態様において、本開示のCpf1構築物は、筋細胞特異的プロモーターによって発現される。この筋細胞特異的プロモーターは、構成的に活性なプロモーターであっても、誘導性プロモーターであってもよい。
【０１０４】
追加のプロモーターエレメントは、転写開始の頻度を調節する。典型的には、これらは開始部位の30〜110bp上流の領域に位置するが、多数のプロモーターが開始部位の下流にも機能的エレメントを含有していることが最近になって示された。エレメントが反転したり互い相対的に移動したりするときにもプロモーター機能が保存されるように、プロモーターエレメント間の間隔はフレキシブルであることが多い。tkプロモーターでは、プロモーターエレメント間の間隔を50bp間隔にまで増加させることができ、そこからは活性が減退し始める。プロモーターに依存して、個々のエレメントは、協同的にまたは独立に機能して転写を活性化できるようである。
【０１０５】
ある特定の態様において、ヒトサイトメガロウイルス（CMV）前初期遺伝子プロモーター、SV40初期プロモーター、ラウス肉腫ウイルス長末端反復、ラットインスリンプロモーター、およびグリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼなどのウイルスプロモーターを、関心対象のコード配列の高レベルの発現を得るために使用できる。発現のレベルが所与の目的に十分であるという条件で、関心対象のコード配列の発現を達成するための、当技術分野において周知である他のウイルスまたは哺乳動物細胞または細菌ファージのプロモーターの使用も同じく想定される。周知の特性を有するプロモーターを用いることによって、トランスフェクションまたは形質転換の後の関心対象のタンパク質の発現のレベルおよびパターンを最適化することができる。さらに、特定の生理学的シグナルに応答して調節されるプロモーターを選択することにより、遺伝子産物の誘導性発現が可能となる。
【０１０６】
エンハンサーは、同じDNA分子上の遠位に位置するプロモーターからの転写を増加させる遺伝エレメントである。エンハンサーは、プロモーターと同様に組織化される。すなわち、それらは、各々が1つまたは複数の転写タンパク質と結合する多くの個々のエレメントから構成される。エンハンサーとプロモーターとの間の基本的な差異は、機能性である。エンハンサー領域は全体として離れて転写を刺激することができなければならない；このことは、プロモーター領域またはその成分エレメントには当てはまる必要がない。その一方で、プロモーターは、特定の部位において特定の方向でRNA合成の開始を指令する1つまたは複数のエレメントを有しなければならないが、エンハンサーはこれらの特異性を欠いている。プロモーターおよびエンハンサーは、重複しかつ連続していることが多く、極めて類似したモジュール機構を有することが多いと見られる。
【０１０７】
プロモーターおよび/またはエンハンサーは、例えば、免疫グロブリン軽鎖、免疫グロブリン重鎖、T細胞受容体、HLA DQ aおよび/またはDQ β、β-インターフェロン、インターロイキン-2、インターロイキン-2受容体、MHCクラスII 5、MHCクラスII HLA-Dra、β-アクチン、筋肉クレアチンキナーゼ（MCK）、プレアルブミン（トランスサイレチン）、エラスターゼI、メタロチオネイン（MTII）、コラゲナーゼ、アルブミン、α-フェトプロテイン、t-グロビン、β-グロビン、c-fos、c-HA-ras、インスリン、神経細胞接着分子（NCAM）、α1-アンチトリパイン（antitrypain）、H2B（TH2B）ヒストン、マウスおよび/またはI型コラーゲン、グルコース調節タンパク質（GRP94およびGRP78）、ラット成長ホルモン、ヒト血清アミロイドA（SAA）、トロポニンI（TN I）、血小板由来成長因子（PDGF）、デュシェンヌ型筋ジストロフィー、SV40、ポリオーマ、レトロウイルス、パピローマウイルス、B型肝炎ウイルス、ヒト免疫不全ウイルス、サイトメガロウイルス（CMV）、ならびにテナガザル白血病ウイルスであってよい。
【０１０８】
いくつかの態様において、誘導性エレメントを使用してよい。いくつかの態様において、誘導性エレメントは、例えば、MTII、MMTV（マウス乳腺腫瘍ウイルス）、β-インターフェロン、アデノウイルス5 E2、コラゲナーゼ、ストロメリシン、SV40、ネズミ科MX遺伝子、GRP78遺伝子、α-2-マクログロブリン、ビメンチン、MHCクラスI遺伝子H-2κb、HSP70、プロリフェリン、腫瘍壊死因子、および/または甲状腺刺激ホルモンα遺伝子である。いくつかの態様において、誘導因子は、ホルボールエステル（TFA）、重金属、糖質コルチコイド、ポリ（rI）x、ポリ（rc）、ElA、ホルボールエステル（TPA）、インターフェロン、ニューカッスル病ウイルス、A23187、IL-6、血清、インターフェロン、SV40巨大T抗原、PMA、および/または甲状腺ホルモンである。本明細書に記載の誘導性エレメントのいずれかを本明細書に記載の誘導因子のいずれかと共に使用してよい。
【０１０９】
以下は、発現構築物において関心対象の遺伝子をコードする核酸と組み合わせて使用できるプロモーター/エンハンサーおよび誘導性プロモーター/エンハンサーの一覧である。加えて、あらゆるプロモーター/エンハンサー組み合わせ（Eukaryotic Promoter Data Base EPDBによる）を遺伝子の発現を駆動するために使用することもできる。真核細胞は、送達複合体の一部としてまたは追加の遺伝子発現構築物として適切な細菌ポリメラーゼが提供されれば、ある特定の細菌プロモーターからの細胞質転写を支援することができる。
【０１１０】
特に興味深いものは、筋肉特異的プロモーターである。これらは、ミオシン軽鎖-2プロモーター、α-アクチンプロモーター、トロポニン1プロモーター；Na+/Ca2+交換体プロモーター、ジストロフィンプロモーター、α7インテグリンプロモーター、脳性ナトリウム利尿ペプチドプロモーターおよびαB-クリスタリン/低分子量熱ショックタンパク質プロモーター、α-ミオシン重鎖プロモーター、ならびにANFプロモーターを含む。
【０１１１】
いくつかの態様において、本開示のCpf1-gRNA構築物は、筋細胞特異的プロモーターによって発現される。この筋細胞特異的プロモーターは、構成的に活性なプロモーターであっても、誘導性プロモーターであってもよい。
【０１１２】
cDNAインサートが用いられる場合、典型的には、遺伝子転写物の適正なポリアデニル化を達成するため、ポリアデニル化シグナルを含めることが望ましい。ポリアデニル化シグナルの性質は、本明細書に開示の方法の実施の成功にとって重大ではないと考えられ、ヒト成長ホルモンおよびSV40ポリアデニル化シグナルなどの任意のそのような配列を用いてよい。また、ターミネーターも発現カセットのエレメントとして想定される。これらのエレメントは、メッセージレベルを増強し、カセットから他の配列へのリードスルーを最小限に抑えるために役立つことができる。
【０１１３】
B. 2Aペプチド
本発明者は、昆虫ウイルスであるトセア・アシグナ（Thosea asigna）由来の2A様自己切断ドメイン（TaV 2Aペプチド; SEQ ID NO.444; EGRGSLLTCGDVEENPGP）を利用する。これらの2A様ドメインは、真核生物全体で機能することが示されており、アミノ酸の切断を、2A様ペプチドドメイン内で同時翻訳的に起こさせる。それ故、TaV 2Aペプチドを含めることで、単一のmRNA転写物から複数のタンパク質の発現が可能となる。重要なことに、真核生物系で試験したとき、TaVのドメインは、99％を超える切断活性を示した（Donnelly et al., 2001）。他の許容される2A様ペプチドは、ウマ鼻炎Aウイルス（ERAV）2Aペプチド
2019536782.tif 000013
、ブタテシオウイルス-1（PTV1）2Aペプチド
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および口蹄疫ウイルス（FMDV）2Aペプチド
2019536782.tif 000015
またはそれらの修飾型バージョンを含むが、これらに限定されない。
【０１１４】
いくつかの態様において、2Aペプチドを使用して、レポーターおよびCfp1を同時に発現させる。レポーターは、例えば、GFPであってよい。
【０１１５】
使用し得る他の自己切断ペプチドは、核封入タンパク質a（Nia）プロテアーゼ、P1プロテアーゼ、3Cプロテアーゼ、Lプロテアーゼ、3C様プロテアーゼ、またはそれらの修飾型バージョンを含むが、これらに限定されない。
【０１１６】
C. 発現ベクターの送達
発現ベクターを細胞に導入できる多数の方法が存在する。ある特定の態様において、発現構築物は、ウイルス、またはウイルスゲノムに由来する改変された構築物を含む。受容体媒介性エンドサイトーシスを介して細胞に侵入し、宿主細胞ゲノムに組み込まれ、ウイルス遺伝子を安定的かつ効率的に発現することができるある特定のウイルスは、哺乳動物細胞に外来遺伝子を移入するための魅力的な候補である。これらは、比較的低い外来DNA配列の収容量を有し、限定された宿主範囲を有する。さらに、許容細胞における発がん潜在性および細胞変性効果は、安全性の問題を提起する。これらは、8kBまでの外来遺伝物質しか収容できないが、種々の細胞株および実験動物に容易に導入することができる。
【０１１７】
インビボ送達のための好ましい方法の1つは、アデノウイルス発現ベクターの使用を伴う。「アデノウイルス発現ベクター」は、（a）構築物のパッケージングを支援すること、および（b）その中にクローニングされたアンチセンスポリヌクレオチドを発現することに十分な、アデノウイルス配列を含有する構築物を含むことを意味する。これに関して、発現は、遺伝子産物が合成されることを必要としない。
【０１１８】
発現ベクターは、遺伝子改変された形態のアデノウイルスを含む。36kBの直鎖状二本鎖DNAウイルスであるアデノウイルスの遺伝子組織化に関する知識は、アデノウイルスDNAの大断片を7kBまでの外来配列で置換することを可能にする。レトロウイルスとは対照的に、アデノウイルスDNAは、潜在的な遺伝毒性なしに、エピソーム様式で複製できるため、宿主細胞のアデノウイルス感染は、染色体組み込みをもたらさない。また、アデノウイルスは、構造的に安定しており、広範な増幅の後にもゲノム再編成は検出されていない。アデノウイルスは、細胞周期に関わらず、事実上全ての上皮細胞に感染することができる。現在のところ、アデノウイルス感染は、ヒトにおいて急性呼吸器疾患などの軽度の疾患にのみ関連付けられているようである。
【０１１９】
アデノウイルスは、ゲノムのサイズが中程度であり、操作が容易であり、力価が高く、標的細胞範囲が広く、感染性が高いため、遺伝子移入ベクターとして使用するのに特に適している。ウイルスゲノムの両端は、ウイルスDNAの複製およびパッケージングに必要なシスエレメントである100〜200塩基対逆方向反復（ITR）を含有する。ゲノムの初期（E）領域および後期（L）領域は、ウイルスDNA複製の開始によって分割される異なる転写単位を含有する。E1領域（E1AおよびE1B）は、ウイルスゲノムおよび少数の細胞遺伝子の転写の調節を担うタンパク質をコードする。E2領域（E2AおよびE2B）の発現は、ウイルスDNA複製のためのタンパク質の合成をもたらす。これらのタンパク質は、DNA複製、後期遺伝子発現、および宿主細胞シャットオフに関与している。ウイルスカプシドタンパク質の大半を含む後期遺伝子の産物は、主要後期プロモーター（MLP）によって生じた単一の一次転写物の有意なプロセッシングの後にのみ発現される。MLP（16.8 m.u.に位置する）は、感染の後期に特に効率的であり、このプロモーターから生じたmRNAは全て、5'トリパータイトリーダー（TPL）配列を保有しており、このため翻訳のための好ましいmRNAである。
【０１２０】
あるシステムにおいて、組換えアデノウイルスは、シャトルベクターとプロウイルスベクターとの間の相同組換えから生成される。2種のプロウイルスベクター間の可能性のある組換えのため、このプロセスから野生型アデノウイルスが生成され得る。それ故、個々のプラークからウイルスの単一クローンを単離し、そのゲノム構造を調査することが重要である。
【０１２１】
複製欠損性である現在のアデノウイルスベクターの生成および増殖は、Ad5 DNA断片によってヒト胎児腎細胞から形質転換され、E1タンパク質を構成的に発現する、293と名付けられたユニークなヘルパー細胞株に依存する。E3領域は、アデノウイルスゲノムにとって不可欠でないため、現在のアデノウイルスベクターは、293細胞の補助により、E1領域、D3領域のいずれかまたは両方に外来DNAを保持する。本来、アデノウイルスは、野生型ゲノムのおよそ105％をパッケージングすることができ、それによって、約2kb余分のDNAを収容できる。E1領域およびE3領域において置換可能なおよそ5.5kbのDNAと組み合わせると、現在のアデノウイルスベクターの最大収容量は、7.5kb、またはベクターの全長の約15％未満である。アデノウイルスのウイルスゲノムの80％超が、ベクター骨格に残存し、ベクター媒介性の細胞傷害の起源となる。また、E1欠失ウイルスの複製欠損は不完全である。
【０１２２】
ヘルパー細胞株は、ヒト胎児腎細胞、筋細胞、造血細胞、または他のヒト胎児間葉系もしくは上皮系細胞などのヒト細胞に由来してよい。あるいは、ヘルパー細胞は、ヒトアデノウイルスに許容性の他の哺乳動物種の細胞に由来してもよい。そのような細胞は、例えば、Vero細胞または他のサル胎仔間葉系もしくは上皮系細胞を含む。上述の通り、好ましいヘルパー細胞株は、293である。
【０１２３】
Racher et al. (1995) は、293細胞を培養し、アデノウイルスを増殖させるための、改善された方法を開示した。あるフォーマットにおいて、培地100〜200mlを含有する1リットルのシリコン処理スピナーフラスコ（Techne, Cambridge, UK）へ個々の細胞を接種することによって、天然細胞凝集物を成長させる。40rpmで撹拌した後、細胞生存能をトリパンブルーにより推定する。別のフォーマットにおいて、Fibra-Celマイクロキャリア（Bibby Sterlin, Stone, UK）（5g/l）を以下の通り用いる。培地5mlに再懸濁した細胞接種材料を、250mlの三角フラスコ内の担体（50ml）へ添加し、1〜4時間、時々撹拌しながら、静置する。次いで、培地を新鮮な培地50mlに交換し、振盪を開始する。ウイルス産生のため、細胞を、約80％コンフルエントにまで増殖させ、その後、培地を交換し（最終体積の25％に）、アデノウイルスを0.05のMOIで添加する。培養物を一晩静置し、その後、体積を100％に増加させ、さらに72時間、振盪を開始する。
【０１２４】
本開示のアデノウイルスは、複製欠損性であるかまたは少なくとも条件付きで複製欠損性である。アデノウイルスベクターが複製欠損性であるか、または少なくとも条件付きで欠損性である要件以外、アデノウイルスベクターの性質は、本明細書に開示の方法の実施の成功にとって重要ではないと考えられる。アデノウイルスは、42種類の異なる公知の血清型またはサブグループA〜Fのいずれかのものであってよい。サブグループCの5型アデノウイルスは、本開示において使用するための条件付き複製欠損アデノウイルスベクターを得るための好ましい出発材料である。
【０１２５】
上述の通り、本開示に係る典型的なベクターは、複製欠損性であり、アデノウイルスE1領域を有しない。したがって、E1コード配列が除去された位置に、関心対象の遺伝子をコードするポリヌクレオチドを導入することが、最も便利である。しかしながら、アデノウイルス配列内の構築物の挿入の位置は重要ではない。Karlsson et al. (1986) により記載されている通り、E3置換ベクターの欠失E3領域の代わりに、またはヘルパー細胞株もしくはヘルパーウイルスがE4欠損を補完するE4領域に、関心対象の遺伝子をコードするポリヌクレオチドを挿入してもよい。
【０１２６】
アデノウイルスは、増殖および操作が容易であり、インビトロおよびインビボで広い宿主範囲を示す。このウイルス群は、高い力価、例えば、1ml当たり109〜1012のプラーク形成単位で得ることができ、高度に感染性である。アデノウイルスの生活環は、宿主細胞ゲノムへの組み込みを必要としない。アデノウイルスベクターによって送達される外来遺伝子は、エピソームであり、それ故、宿主細胞に対して低い遺伝毒性を有する。野生型アデノウイルスを用いた予防接種の研究において、副作用は報告されておらず（Couch et al., 1963; Top et al., 1971）、このことは、インビボ遺伝子移入ベクターとしての安全性および治療的潜在性を実証している。
【０１２７】
アデノウイルスベクターは、真核生物遺伝子発現およびワクチン開発において使用されている。動物研究は、組換えアデノウイルスが遺伝子治療にも使用できることを示唆した。異なる組織への組換えアデノウイルスの投与における研究は、気管滴注、筋肉注射、末梢静脈内注射、および脳への定位接種を含む。
【０１２８】
レトロウイルスは、逆転写のプロセスによって感染細胞においてそれらのRNAを二本鎖DNAへ変換できることを特徴とする、一本鎖RNAウイルスの一群である。次いで、生じたDNAは、プロウイルスとして細胞染色体へ安定的に組み込まれ、ウイルスタンパク質の合成を指令する。組み込みは、レシピエント細胞およびその子孫におけるウイルス遺伝子配列の保持をもたらす。レトロウイルスゲノムは、カプシドタンパク質、ポリメラーゼ酵素、およびエンベロープ成分をそれぞれコードする3種の遺伝子gag、pol、およびenvを含有する。gag遺伝子から上流に見いだされる配列は、ゲノムのビリオンへのパッケージングのためのシグナルを含有する。2つの長い末端反復（LTR）配列が、ウイルスゲノムの5'端および3'端に存在する。これらは、強力なプロモーター配列およびエンハンサー配列を含有し、宿主細胞ゲノムへの組み込みのためにも必要とされる。
【０１２９】
レトロウイルスベクターを構築するために、ある特定のウイルス配列の代わりに、関心対象の遺伝子をコードする核酸をウイルスゲノムに挿入し、複製欠損性であるウイルスを生産する。ビリオンを生産するため、gag遺伝子、pol遺伝子、およびenv遺伝子を含有するがLTRおよびパッケージング成分を有しないパッケージング細胞株を構築する。レトロウイルスLTRおよびパッケージング配列と一緒にcDNAを含有する組換えプラスミドをこの細胞株に導入したとき（例えば、リン酸カルシウム沈殿によって）、パッケージング配列は、組換えプラスミドのRNA転写物がウイルス粒子へパッケージングされることを可能にし、次いで、それが培養培地へ分泌される。次いで、組換えレトロウイルスを含有する培地を収集し、場合により濃縮し、遺伝子移入のために使用する。レトロウイルスベクターは、多種多様な細胞タイプに感染することができる。しかしながら、組み込みおよび安定的発現は、宿主細胞の分裂を必要とする。
【０１３０】
ウイルスエンベロープへの乳糖残基の化学的付加によるレトロウイルスの化学的修飾に基づいて、レトロウイルスベクターの特異的なターゲティングを可能にするように設計された新規アプローチが最近開発された。この修飾は、シアロ糖タンパク質受容体を介した肝細胞の特異的感染を可能とすることもできる。
【０１３１】
レトロウイルスエンベロープタンパク質および特異的細胞受容体に対するビオチン化抗体が使用される、組換えレトロウイルスのターゲティングのための異なるアプローチを使用してよい。抗体は、ストレプトアビジンを使用することによってビオチン成分を介してカップリングされる。主要組織適合複合体クラスI抗原およびクラスII抗原に対する抗体を使用することで、それらの表面抗原を保有する種々のヒト細胞へのエコトロピックウイルスのインビトロ感染が実証された（Roux et al., 1989）。
【０１３２】
本開示の全ての局面において、レトロウイルスベクターの使用に関してある特定の制限がある。例えば、レトロウイルスベクターは、通常、細胞ゲノム内のランダムな部位に組み込まれる。これは、宿主遺伝子の中断を通してまたはウイルス調節配列の挿入を通して挿入変異誘発を導くことができ、これが隣接遺伝子の機能に干渉し得る。欠損レトロウイルスベクターの使用に関する別の懸念は、パッケージング細胞における複製能を有する野生型ウイルスの潜在的な出現である。これは、宿主細胞ゲノムに組み込まれたgag配列、pol配列、env配列の上流に組換えウイルス由来のインタクトな配列を挿入する、組換え事象からもたらされ得る。しかしながら、組換えの可能性を大幅に減少させるはずである新たなパッケージング細胞株が、現在入手可能である（例えば、Markowitz et al., 1988; Hersdorffer et al., 1990を参照のこと）。
【０１３３】
他のウイルスベクターを本開示において発現構築物として用いてよい。ワクシニアウイルス、アデノ随伴ウイルス（AAV）、およびヘルペスウイルスなどのウイルスに由来するベクターを用いてよい。これらは、様々な哺乳動物細胞のためのいくつかの魅力的な特徴を提供する。
【０１３４】
複数の態様において、AAVベクターは、複製欠損体または条件付き複製欠損性である。複数の態様において、AAVベクターは、組換えAAVベクターである。いくつかの態様において、AAVベクターは、血清型AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9、AAV10、AAV11、またはそれらの任意の組み合わせのAAVベクターから単離されるかまたはそれに由来する配列を含む。いくつかの態様において、AAVベクターは、AAV9ベクターではない。
【０１３５】
いくつかの態様において、単一のウイルスベクターを使用して、Cpf1および少なくとも1つのgRNAをコードする核酸を細胞に送達する。いくつかの態様において、第一のウイルスベクターを使用してCpf1が細胞に提供され、第二のウイルスベクターを使用して少なくとも1つのgRNAが細胞に提供される。センスまたはアンチセンスの遺伝子構築物の発現を達成するために、発現構築物を細胞へ送達しなければならない。細胞は、筋細胞、衛星細胞、メサンジオブラスト（mesangioblast）、骨髄由来細胞、間質細胞、または間葉系幹細胞であってよい。複数の態様において、細胞は、心筋細胞、骨格筋細胞、または平滑筋細胞である。複数の態様において、細胞は、前脛骨筋、大腿四頭筋、ヒラメ筋、隔膜、または心臓における細胞である。いくつかの態様において、細胞は、人工多能性幹細胞（iPSC）または内部細胞塊細胞（iCM）である。さらなる態様において、細胞は、ヒトiPSCまたはヒトiCMである。いくつかの態様において、本開示のヒトiPSCまたはヒトiCMは、培養幹細胞株、成人幹細胞、胎盤幹細胞に由来しても、ヒト胚の破壊を必要としない成人または胚性幹細胞の別の起源に由来してもよい。細胞への送達は、細胞株の形質転換のための実験手順の場合のようにインビトロで達成しても、特定の疾患状態の処置の場合のようにインビボまたはエクスビボで達成してもよい。1つの送達機構は、発現構築物が感染性のウイルス粒子にカプセル封入されるウイルス感染を介する。
【０１３６】
培養哺乳動物細胞への発現構築物の移入のためのいくつかの非ウイルス法も本開示によって想定される。これらは、リン酸カルシウム沈殿（Graham and Van Der Eb, 1973; Chen and Okayama, 1987; Rippe et al., 1990）、DEAE-デキストラン（Gopal, 1985）、エレクトロポレーション（Tur-Kaspa et al., 1986; Potter et al., 1984）、直接マイクロインジェクション（Harland and Weintraub, 1985）、DNA負荷リポソーム（Nicolau and Sene, 1982; Fraley et al., 1979）およびリポフェクタミン-DNA複合体、細胞超音波処理（Fechheimer et al., 1987）、高速度微粒子弾を使用した遺伝子銃（Yang et al., 1990）、ならびに受容体媒介性トランスフェクション（Wu and Wu, 1987; Wu and Wu, 1988）を含む。これらの技術のいくつかを、インビボまたはエクスビボ使用にうまく適合させ得る。
【０１３７】
発現構築物を細胞に送達したら、関心対象の遺伝子をコードする核酸を、異なる部位において位置付けおよび発現してよい。ある特定の態様において、遺伝子をコードする核酸を、細胞のゲノムへ安定的に組み込んでよい。この組み込みは、相同組み換え（遺伝子置換）を介して類似の位置および方向であっても、ランダムな非特異的位置に組み込んでもよい（遺伝子強化）。なおさらなる態様において、核酸を、DNAの別個のエピソームセグメントとして細胞内に安定的に維持してよい。そのような核酸セグメントまたは「エピソーム」は、宿主細胞周期と無関係にまたは同期的に、維持および複製させるのに十分な配列をコードする。どのように発現構築物が細胞へ送達されるか、および細胞内のどこに核酸が残存するかは、用いられる発現構築物のタイプに依存する。
【０１３８】
なお別の態様において、発現構築物は、単純に裸の組換えDNAまたはプラスミドからなっていてもよい。構築物の移入は、物理的にまたは化学的に細胞膜を透過処理する前述の方法のいずれかによって実施してよい。これは、インビトロ移入に特に適用可能であるが、インビボ使用にも同様に適用してもよい。Dubensky et al. (1984)は、ポリオーマウイルスDNAを、成体マウスおよび新生仔マウスの肝臓および脾臓に、リン酸カルシウム沈殿物の形態で注射することに成功したが、このことは、活発なウイルス複製および急性感染を実証している。Benvenisty and Neshif (1986)はまた、リン酸カルシウムで沈殿させたプラスミドの直接腹腔内注射が、トランスフェクトされた遺伝子の発現をもたらすことを実証した。また、関心対象の遺伝子をコードするDNAを、類似の様式でインビボ移入して、遺伝子産物を発現させてもよい。
【０１３９】
さらに別の態様において、細胞への裸のDNA発現構築物の移入は、粒子銃を含んでよい。この方法は、細胞膜を貫通し、細胞を死滅させることなく細胞に侵入することを可能にする高速度まで、DNAコート微粒子弾を加速させる能力に依存する。小さな粒子を加速させるためのいくつかの装置が開発されている。そのような装置の1つは、電流を発生させるために高電圧放出に依存し、次に、その電流が原動力を提供する（Yang et al., 1990）。使用される微粒子弾は、タングステンまたは金のビーズなどの生物学的に不活性な物質からなる。
【０１４０】
いくつかの態様において、発現構築物は、対象の肝臓、皮膚、および/または筋組織に直接送達される。これは、銃と標的器官との間の任意の介在組織を排除するための、組織または細胞の外科的露出、すなわち、エクスビボ処置を必要し得る。この場合もやはり、特定の遺伝子をコードするDNAをこの方法を介して送達してもよく、なお本開示に組み入れられる。
【０１４１】
さらなる態様において、発現構築物をリポソーム中に捕捉させてよい。リポソームは、リン脂質二重膜および内部水性媒体を特徴とする小胞構造である。多層リポソームは、水性媒体によって分離された複数の脂質層を有する。これらは、リン脂質を過剰の水性溶液に懸濁させたときに自然に形成される。脂質成分が自己再配置を受けた後、閉じた構造を形成し、脂質二重層間に水および溶解した溶質を捕捉する。また、リポフェクタミン-DNA複合体も想定される。
【０１４２】
インビトロでの外来DNAのリポソーム媒介性核酸送達および発現は大きな成功を収めている。Wong et al., (1980)は、培養されたニワトリ胚細胞、HeLa細胞、および肝細胞がん細胞において、外来DNAのリポソーム媒介性送達および発現の実現可能性を実証した。Nicolau et al., (1987)は、静脈内注射後のラットにおいてリポソーム媒介性遺伝子移入の達成に成功した。Lipofectamine 2000（商標）として公知の試薬が広く使用され、市販されている。
【０１４３】
ある特定の態様において、リポソームを血球凝集性ウイルス（HVJ）と複合体化してよい。これは、細胞膜との融合を容易にし、リポソームにカプセル封入されたDNAの細胞侵入を促進することが示されている。他の態様において、リポソームを、核の非ヒストン染色体タンパク質（HMG-1）と複合体化しても、一緒に使用してもよい。なおさらなる態様において、リポソームを、HVJおよびHMG-1の両方と複合体化しても、一緒に使用してもよい。そのような発現構築物は、インビトロおよびインビボでの核酸の移入および発現での使用に成功しており、これらを本開示に適用可能である。細菌プロモーターがDNA構築物において用いられる場合、リポソーム内に適切な細菌ポリメラーゼを含めることも望ましい。
【０１４４】
特定の遺伝子をコードする核酸を細胞へ送達するために用いることができる他の発現構築物は、受容体媒介性送達ビヒクルである。これらは、ほぼ全ての真核細胞において受容体媒介性エンドサイトーシスによる巨大分子の選択的取り込みを利用する。様々な受容体の細胞タイプ特異的な分布のため、送達は高度に特異的であることができる。
【０１４５】
受容体媒介性遺伝子ターゲティングビヒクルは一般に、細胞受容体特異的なリガンドおよびDNA結合剤の2種の成分からなる。いくつかのリガンドが、受容体媒介性遺伝子移入のために使用されている。最も広範に特徴付けられているリガンドは、アシアロオロソムコイド（ASOR）およびトランスフェリンである。ASORと同じ受容体を認識する合成ネオ糖タンパク質が遺伝子送達ビヒクルとして使用されており、また、上皮増殖因子（EGF）も扁平上皮がん細胞へ遺伝子を送達するために使用されている。
【０１４６】
IV. 薬学的組成物および送達法
臨床適用のために、薬学的組成物が、意図する適用に適した形態で調製される。一般に、これは、発熱性物質およびヒトまたは動物にとって有害であり得る他の不純物を本質的に含まない組成物を調製することを要する。
【０１４７】
薬物、タンパク質、または送達ベクターを安定化し、標的細胞による取り込みを可能にするため、適切な塩および緩衝液が使用される。本開示の水性組成物は、薬学的に許容される担体または水性媒体に溶解または分散された有効量の薬物、ベクター、またはタンパク質を含む。「薬学的にまたは薬理学的に許容される」という語句は、動物またはヒトに投与されたときに有害反応、アレルギー反応、または他の不都合な反応を生じない分子実体および組成物を指す。本明細書において使用される場合、「薬学的に許容される担体」は、ヒトへの投与に適した医薬などの医薬の製剤化において使用するために許容される、溶媒、緩衝液、溶液、分散媒、コーティング剤、抗菌および抗真菌剤、等張および吸収遅延剤などを含む。薬学的に活性な物質のためのそのような媒体および作用物質の使用は、当技術分野において周知である。治療用組成物における使用において、本開示の活性成分と非適合性でないあらゆる慣用の媒体または作用物質を使用してよい。組成物のベクターまたは細胞を不活化しない条件で、補足的な活性成分を組成物に組み込むこともできる。
【０１４８】
いくつかの態様において、本開示の活性組成物は、従来の薬学的調製物を含む。本開示に係るこれらの組成物の投与は、標的組織が任意の一般的な経路を介して利用可能である限り、その経路を介するものであってよいが、一般には全身投与を含む。これは、経口、経鼻、または経頬を含む。あるいは、投与は、皮内注射、皮下注射、筋肉内注射、腹腔内注射、もしくは静脈内注射によっても、筋組織への直接注射によってもよい。前述のように、そのような組成物は、通常、薬学的に許容される組成物として投与される。
【０１４９】
活性化合物は、非経口投与されても腹腔内投与されてもよい。例として、遊離塩基または薬理学的に許容される塩としての活性化合物の溶液を、ヒドロキシプロピルセルロースなどの界面活性剤と適切に混合された水中で調製することができる。グリセロール、液体ポリエチレングリコール、およびそれらの混合物中で、ならびに油中で、分散液を調製することもできる。通常の保管および使用条件下で、これらの調製物は、一般に、微生物の増殖を防止するための保存剤を含有する。
【０１５０】
注射可能な使用に適した薬学的形態は、例えば、無菌の水性の溶液または分散液、および無菌の注射可能な溶液または分散液の即時調製のための無菌の粉末を含む。一般に、これらの調製物は、無菌であり、容易な注射可能性が存在する程度に流動性である。調製物は、製造および保管条件下で安定であるべきであり、細菌および真菌などの微生物の汚染作用から保護されるべきである。適切な溶媒または分散媒は、例えば、水、エタノール、ポリオール（例えば、グリセロール、プロピレングリコール、および液体ポリエチレングリコールなど）、それらの好適な混合物、および植物油を含有してよい。適正な流動性は、例えば、レシチンなどのコーティング剤の使用によって、分散液の場合には必要とされる粒子サイズの維持によって、および界面活性剤の使用によって維持することができる。微生物の作用の防止は、様々な抗菌剤および抗真菌剤、例えば、パラベン類、クロロブタノール、フェノール、ソルビン酸、チメロサールなどによってもたらされ得る。多くの場合、等張剤、例えば、糖または塩化ナトリウムを含めることが好ましい。注射可能組成物の吸収の延長は、吸収を遅延させる作用物質、例えば、モノステアリン酸アルミニウムおよびゼラチンを組成物中に使用することによってもたらされ得る。
【０１５１】
無菌の注射可能溶液は、活性化合物を適切な量で、所望により任意の他の成分（例えば、上に列挙した通り）と共に、溶媒に組み込み、続いて、濾過減菌することによって調製してよい。一般に、分散液は、例えば上に列挙した通りの基本的な分散媒および所望の他の成分を含有する無菌の媒体に、様々な滅菌された活性成分を組み込むことによって調製される。無菌の注射可能溶液の調製のための無菌の粉末の場合、好ましい調製の方法は、事前に滅菌濾過された溶液から活性成分と任意の追加の所望の成分との粉末を与える、真空乾燥および凍結乾燥の技術を含む。
【０１５２】
いくつかの態様において、本開示の組成物は、中性または塩の形態で製剤化される。薬学的に許容される塩は、例えば、無機酸（例えば、塩酸もしくはリン酸）からまたは有機酸（例えば、酢酸、シュウ酸、酒石酸、マンデル酸など）から得られる、酸付加塩（タンパク質の遊離アミノ基と形成される）を含む。また、タンパク質の遊離カルボキシル基と形成される塩を、無機塩基（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カルシウム、もしくは水酸化鉄）からまたは有機塩基（例えば、イソプロピルアミン、トリメチルアミン、ヒスチジン、プロカインなど）から得ることもできる。
【０１５３】
製剤化の後、溶液は、好ましくは、投薬製剤と適合性の様式で、かつ、治療的に有効であるような量で投与される。製剤は、注射可能溶液、薬物放出カプセルなどのような種々の剤形で容易に投与してよい。水性溶液での非経口投与のために、例えば、溶液は、一般に、適切に緩衝され、最初に、液体希釈剤が、例えば、十分な生理食塩水またはグルコースで等張にされる。そのような水性溶液を、例えば、静脈内、筋肉内、皮下、および腹腔内投与に使用してよい。好ましくは、特に本開示に照らして、当業者に公知であるような無菌の水性媒体が用いられる。例として、単一用量を、等張NaCl溶液1mlに溶解し、皮下注入液1000mlに添加しても、提案された注入部位に注射してもよい（例えば、"Remington's Pharmaceutical Sciences" 15th Edition, pages 1035-1038 and 1570-1580を参照のこと）。処置される対象の状態に応じて、投薬量のある程度の変動が必然的に起こる。いずれにしても、投与責任者が、個々の対象のための適切な用量を決める。さらに、ヒトへの投与のために、調製物は、FDA Office of Biologics standardsによって必要とされるような無菌性、発熱性、一般的安全性、および純度の基準を満たすべきである。
【０１５４】
いくつかの態様において、本明細書に記載のCpf1およびgRNAを、養子細胞移入（ACT）を使用して患者に送達してよい。養子細胞移入では、1つまたは複数の発現構築物が、患者を起源とする細胞（自己由来）または患者以外の1つまたは複数の個体を起源とする細胞（同種異系）にエクスビボで提供される。細胞は、その後、患者に導入されるかまたは再導入される。したがって、いくつかの態様において、Cpf1およびジストロフィンスプライス部位を標的とするガイドRNAをコードする1つまたは複数の核酸が、細胞が患者に導入されるかまたは再導入される前に、細胞にエクスビボで提供される。
【０１５５】
V. 配列の表
以下の表は、本明細書に開示の組成物および方法と一緒に使用するための例示的なプライマー配列およびgRNA配列を提供する。
【０１５６】
（表Ｃ）プライマー配列
2019536782.tif 000016
2019536782.tif 000017
【０１５７】
（表Ｄ）ゲノム標的配列
2019536782.tif 000018
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2019536782.tif 000020
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2019536782.tif 000025
* この表において、大文字は、遺伝子のエクソン配列と整列しているヌクレオチドを表す。小文字は、遺伝子のイントロン配列と整列しているヌクレオチドを表す。
【０１５８】
（表Ｅ）gRNA配列
2019536782.tif 000026
2019536782.tif 000027
2019536782.tif 000028
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2019536782.tif 000032
2019536782.tif 000033
2019536782.tif 000034
* この表において、大文字は、遺伝子のエクソン配列と整列しているsgRNAヌクレオチドを表す。小文字は、遺伝子のイントロン配列と整列しているsgRNAヌクレオチドを表す。
【実施例】
【０１５９】
VI. 実施例
以下の実施例は、本開示の好ましい態様を実証するために含まれる。以下の実施例において開示される技術が、本開示の実践において良好に機能すると本発明者によって発見された技術を代表するものであり、したがって、これがその実践のための好ましい様式に相当すると見なすことができると、当業者は理解するはずである。しかしながら、当業者は、本開示に照らして、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、開示されている具体的な態様において多くの変更を行うことができ、それでも同様のまたは類似の結果を得ることができるものと理解するはずである。
【０１６０】
実施例1−材料および方法
pLbCpf1-2A-GFPプラスミドおよびpAsCpf1-2A-GFPプラスミドの作製
ヒトコドン最適化LbCpf1およびAsCpf1を、それぞれ、Feng Zhang（Addgene plasmid # 69988）からの贈与であるpY016プラスミド（Zetsche et al., 2015）（pcDNA3.1-hLbCpf1）およびFeng Zhang（Addgene plasmid # 69982）からの贈与であるpY010プラスミド（Zetsche et al., 2015）（pcDNA3.1-hAsCpf1）からPCR増幅させた。Cpf1 cDNAおよびT2A-GFP DNA断片を、Feng Zhang（Addgene plasmid # 48138）からの贈与である、AgeI/EcoRIで切断してSpCas9（BB）-2A-GFPを除去したpSpCas9(BB)-2A-GFP（PX458）プラスミド（Ran et al., 2015）の骨格にクローニングした。In-Fusion HDクローニングキット（Takara Bio）を使用した。ヒトDMDまたはマウスDmd遺伝子座を標的とするCpf1ガイドRNA（gRNA）を、新たに作製されたpLbCpf1-2A-GFPプラスミドおよびpAsCpf1-2A-GFPプラスミドに、BbsI消化およびT4ライゲーションを使用してサブクローニングした。詳細なプライマー配列を表Cに見いだすことができ、ゲノム標的配列を表Dに見いだすことができ、gRNA配列を表Eに見いだすことができる。
【０１６１】
ヒトiPSCの維持、ヌクレオフェクション、および分化
ヒトiPSCをmTeSR（商標）1培地（STEMCELL Technologies）中で培養して、およそ4日毎に継代した（継代比率1：18）。ヌクレオフェクションの1時間前に、iPSCを10μM ROCK阻害剤（Y-27632）で処理して、Accutase（Innovative Cell Technologies, Inc.）を使用して単一細胞に解離させた。1×106のiPSC細胞をpLbCpf1-2A-GFPプラスミドまたはpAsCpf1-2A-GFPプラスミド5μgと混合し、P3 Primary Cell 4D-Nucleofector X kit（Lonza）を製造業者のプロトコルに従って使用してヌクレオフェクトした。ヌクレオフェクション後、10μM ROCK阻害剤、ペニシリン-ストレプトマイシン（1：100）（ThermoFisher Scientific）および100μg/ml Primosin（InvivoGen）を補充したmTeSR（商標）1培地中でiPSCを培養した。ヌクレオフェクションの3日後、GFP（+）細胞およびGFP（-）細胞をFACSによって選別して、T7E1アッセイに供した。GFP（+）から単一クローンを得た。iPSCを採取して配列決定した。過去に記載されている通り（Burridge et al. 2014）、心筋細胞へ分化するようにiPSCを誘導した。
【０１６２】
ゲノムDNAの単離
Quick-gDNA MiniPrep kit（Zymo Research）を製造業者のプロトコルに従って使用して、マウス10T1/2線維芽細胞およびヒトiPSCのゲノムDNAを単離した。
【０１６３】
RT-PCR
TRIzol（ThermoFisher Scientific）を製造業者のプロトコルに従って使用してRNAを単離した。iScript Reverse Transcription Supermix（Bio-Rad Laboratories）を製造業者のプロトコルに従って使用してcDNAを合成した。DMDエクソン47および52に隣接するプライマーを使用してRT-PCRを実施した。
2019536782.tif 000035
【０１６４】
WT心筋細胞、未修正の心筋細胞、およびエクソン51スキッピングした心筋細胞から増幅させたRT-PCR産物は、それぞれ、717bp、320bp、および87bpであった。
【０１６５】
ジストロフィンのウエスタンブロット分析
過去に記載されている通り（Long et al., 2014）、ウサギ抗ジストロフィン抗体（Abcam, ab15277）およびマウス抗心臓ミオシン重鎖抗体（Abcam, ab50967）を使用してウエスタンブロット分析を実施した。
【０１６６】
ジストロフィンの免疫細胞化学および免疫組織化学
iPSC由来心筋細胞をアセトンで固定し、血清カクテル（2％正常ウマ血清/2％正常ロバ血清/0.2％ウシ血清アルブミン(BSA)/PBS）でブロッキングし、ジストロフィン抗体（MANDYS8, 1:800, Sigma-Aldrich）およびトロポニン-I抗体（H170, 1:200, Santa Cruz Biotechnology）と0.2％ BSA/PBS中でインキュベートした。4℃で一晩インキュベートした後、これらを二次抗体（ビオチン化ウマ抗マウスIgG, 1:200, Vector Laboratories, フルオレセインコンジュゲートロバ抗ウサギIgG, 1:50, Jackson Immunoresearch）と1時間インキュベートした。Hoechst 33342（Molecular Probes）で核を対比染色した。
【０１６７】
過去に記載されている通り（Long et al., 2014）、ジストロフィン抗体（MANDYS8, 1:800, Sigma-Aldrich）を使用して骨格筋肉の免疫組織化学を実施した。ヨウ化プロピジウム（Molecular Probes）で核を対比染色した。
【０１６８】
ミトコンドリアDNAのコピー数の定量
過去に記載されている通り（Zechner et al., 2010）、Trizolを使用してゲノムおよびミトコンドリアDNAを単離し、続いて逆抽出した。KAPA SYBR FAST qPCR kit（Kapa Biosystems）を使用してリアルタイムPCRを実施し、ミトコンドリアDNAのコピー数を定量的に決定した。ヒトミトコンドリアND1遺伝子を、プライマー（フォワード:
2019536782.tif 000036
；リバース：
2019536782.tif 000037
）を使用して増幅させた。ヒトゲノムLPL遺伝子を、プライマー（フォワード：
2019536782.tif 000038
；リバース：
2019536782.tif 000039
）を使用して増幅させた。二倍体ゲノム当たりのmtDNAコピー数を、下記式を使用して算出した。
ΔCT=(mtND1 CT - LPL CT)
二倍体ゲノム当たりのmtDNAコピー数=2×2-ΔCT
【０１６９】
細胞呼吸率
過去に記載されている通り（Baskin et al., 2014）、XF24 Extracellular Flux Analyzer（Seahorse Bioscience）を製造業者のプロトコルに従って使用して、ヒトiPSC由来心筋細胞において酸素消費率（OCR）を決定した。
【０１７０】
LbCpf1 mRNAおよびgRNAのインビトロ転写
ヒトコドン最適化LbCpf1を、pLbCpf1-2A-GFPから、T7 プロモーター配列を含むようにPCR増幅させた（表S1）。mMESSAGE mMACHINE T7転写キット（ThermoFisher Scientific）を製造業者のプロトコルに従って使用して、PCR産物を転写した。合成したLbCpf1 mRNAを、E. coli Poly(A) Polymerase（New England Biolabs）でポリAテール化し、NucAwayスピンカラム（ThermoFisher Scientific）を使用して精製した。
【０１７１】
LbCpf1 gRNAインビトロ転写のための鋳型をpLbCpf1-2A-GFPプラスミドからPCR増幅させ、Wizard SVゲルおよびPCRクリーンアップシステム（Promega）を使用して精製した。MEGAshortscript T7転写キット（ThermoFisher Scientific）を製造業者のプロトコルに従って使用してLbCpf1 gRNAを合成した。合成したLbCpf1 gRNAを、NucAwayスピンカラム（ThermoFisher Scientific）を使用して精製した。
【０１７２】
一本鎖オリゴデオキシヌクレオチド（ssODN）
ssODNをHDR鋳型として使用して、Integrated DNA Technologiesによって4nM Ultramerオリゴヌクレオチドとして合成した。ssODNを、精製なしで、LbCpf1 mRNAおよびgRNAと直接混合した。ssODNの配列は、以下のとおりである。
2019536782.tif 000040
【０１７３】
単細胞胚注射によるCRISPR-Cpf1媒介性ゲノム編集
全ての動物の取り扱いは、テキサス大学南西医療センターの動物実験委員会によって承認された。注射手順を過去に記載の通り実施した（Long et al., 2014）。唯一の変更は、Cas9 mRNAおよびCas9 sgRNAをLbCpf1 mRNAおよびLbCpf1 gRNAに置き換えたことであった。
【０１７４】
ゲノムDNAのPCR増幅、T7E1アッセイ、およびTseI RFLP分析
これらの方法を過去に公開されている通り実施した（Long et al., 2014）。
【０１７５】
統計分析
統計分析は、両側スチューデントのt検定によって評価した。データを平均±SEMとして示す。P<0.05の値を統計的に有意であると見なした。
【０１７６】
実施例2−結果
Cpf1媒介性ゲノム編集によるDMD iPSC由来心筋細胞の修正
フレーム外エクソンを並列することによってオープンリーディングフレーム（ORF）を破壊する、ヒトDMD遺伝子のエクソン51の前のエクソン欠失は、最も一般的なタイプのヒトDMD変異である（Aartsma-Rus et al., 2009）。エクソン51のスキッピングは、原理上、エクソン欠失を有するDMD患者の13％でDMD ORFを回復させることができる（Cirak et al., 2011）。このタイプの「ホットスポット」変異を修正するCpf1の潜在性を試験するために、本発明者らは、エクソン48〜50の欠失を保有するDMD線維芽細胞由来iPSC（Riken HPS0164、略称Riken51）を使用して、エクソン51内に中途終止コドンを導入した（図1A）。
【０１７７】
スプライスアクセプター領域は、一般に、Cpf1エンドヌクレアーゼによるゲノム編集のための理想的なPAM配列を生み出すT/Cリッチ（Padgett, 2012）である（図1B）。Riken51 iPSCにおけるジストロフィン発現を回復させるために、本発明者らは、エクソン51を標的とするCpf1 gRNAを使用して、NHEJによって小さな挿入および欠失（INDEL）をエクソン51に導入し、その後、理論的には修正された遺伝子の3分の1において、ジストロフィンORFをリフレーミングした（本発明者らが「リフレーミング」と呼ぶプロセス）（図1A）。本発明者らはまた、ゲノム切断に同じPAM配列を使用する2つのCpf1オルソログ：LbCpf1（ラクノスピラ科細菌種ND2006由来；UniProtアクセッション番号A0A182DWE3; SEQ ID No.443）およびAsCpf1（アシダミノコッカス種BV3L6由来；SEQ ID No.442）を比較した。
【０１７８】
プラスミドpLbCpf1-2A-GFPおよびpAsCpf1-2A-GFPにクローニングした（図1D）ガイドRNA（g1と命名）を使用して、Cpf1切断をエクソン51のTリッチスプライスアクセプター部位にターゲティングした（図1C）。これらのプラスミドは、ヒトコドン最適化されたLbCpf1またはAsCpf1に加えてGFP（Cpf1発現細胞の蛍光活性化セルソーティング（FACS）を可能にする）を発現する（図1D）。最初に、本発明者らは、g1を用いたCpf1編集の切断効率をヒト293T細胞において評価した。完全に一致しないDNAを認識および切断するT7E1アッセイを使用して検出された通り、LbCpf1およびAsCpf1は両方とも、g1と共にDNA切断を効率的に誘導した（図1E）。
【０１７９】
次に、本発明者らは、LbCpf1およびAsCpf1をg1と共に使用して、Riken51 iPSCを編集し、T7E1アッセイによって、本発明者らは、DMDエクソン51でのゲノム切断を観察した（図1E）。Cpf1編集DMDエクソン51からのゲノムPCR産物をクローニングおよび配列決定した（図6A）。本発明者らは、LbCpf1およびAsCpf1で編集したRiken51 iPSCの両方においてエクソン51スプライスアクセプター部位の近くにINDELを観察した（図6A）。リフレーミングされたRiken51 iPSCの混合物由来の単一クローンを採取および増大させ、編集したゲノム領域を配列決定した。12のクローンのうち、本発明者らは、ORFを回復させたリフレーミングされたDMDエクソン51を有する4つのクローンを観察した（図6B）。
【０１８０】
Cpf1媒介性リフレーミング後のDMD iPSC由来心筋細胞におけるジストロフィン発現の回復
リフレーミング戦略を使用してCRISPR-Cpf1によって編集されたRiken51 iPSCを、心筋細胞へ分化するように誘導した（Burridge et al., 2014）（図2A）。エクソン47を標的とするフォワードプライマーおよびエクソン52を標的とするリバースプライマーを使用したRT-PCRによって、リフレーミングされたDMD遺伝子を有する心筋細胞を同定し、PCR産物を配列決定した（図2B〜C）。未修正のiPSC由来心筋細胞は、エクソン51によってコードされる最初の8つのアミノ酸の後に中途終止コドンを有し、これが中途停止コドンを生み出す（図2C）。エクソン47〜52の増幅からのRT-PCR産物の配列決定によって明らかなように、Cpf1編集Riken51 iPSCから分化した心筋細胞は、DMD ORFの回復を示した（図2C）。本発明者らはまた、ジストロフィン抗体を使用したウエスタンブロット分析および免疫細胞化学によって、ジストロフィンタンパク質発現の回復も確認した（図2D〜E）。驚いたことに、クローンの選択および増幅なしでも、Cpf1編集iPSC混合物から分化した心筋細胞は、WT心筋細胞に匹敵するジストロフィンタンパク質レベルを示した（図2D）。
【０１８１】
LbCpf1編集Riken51 iPSCの混合物から、本発明者らは、異なるサイズのインフレームINDELを有する2つのクローン（クローン#2および#5）を採取し、このクローンを心筋細胞へと分化させた。クローン#2は、エクソン48〜50の内部欠失と共に、エクソン51の5'端に8bpの欠失を有していた。合計405bpの欠失は、DMD ORFを回復させ、135アミノ酸の欠失を有する短縮型ジストロフィンタンパク質の産生を可能にした。クローン#5は、エクソン51に17bpの欠失を有して、138アミノ酸の欠失を有するジストロフィンタンパク質を産生した。Cpf1による切断の効率は高いが、切断部位で挿入または欠失するDNAの量は変動する。加えて、INDELは、編集された遺伝子座に余分なコドンを生成し、ORFの変化を引き起こし得る。クローン#2の心筋細胞によって発現されたジストロフィンタンパク質は、エクソン47とエクソン51との間に追加の4つのアミノ酸（Leu-Leu-Leu-Arg）を生成したが、クローン#5の心筋細胞によって発現されたジストロフィンタンパク質は、わずか1つの追加のアミノ酸（Leu）を生成した。クローン#2および#5の両方から、本発明者らは、ウエスタンブロット分析および免疫細胞化学によって、回復したジストロフィンタンパク質を観察した（図2F〜G）。ジストロフィンの大きなサイズに起因して、内部欠失した形態は、WTジストロフィンと同様にSDS-PAGE上を移動した。
【０１８２】
本発明者らはまた、ミトコンドリアDNAのコピー数および細胞呼吸率を測定することによって、DMD iPSC由来心筋細胞の機能的分析を実施した。未修正のDMD iPSC由来心筋細胞は、LbCpf1で修正された心筋細胞よりも顕著に少ないミトコンドリアを有していた（図2H）。LbCpf1媒介性リフレーミングの後、両方の修正されたクローンは、ミトコンドリア数を、WT心筋細胞と同程度のレベルまで回復させた（図2H）。クローン#2のiPSC由来心筋細胞はまた、ベースラインで未修正のiPSC由来心筋細胞と比較して酸素消費率（OCR）の増加を示した（図2I）。OCRは、全てのiPSC由来心筋細胞においてオリゴマイシンによって抑制され、脱共役剤FCCPでの処置は、OCRを増強した。最後に、ロテノンおよびアンチマイシンAでの処置は、全ての心筋細胞においてOCRをさらに抑制した。これらの結果は、Cpf1媒介性DMD修正が、修正されたiPSC心筋細胞においてミトコンドリアの呼吸容量を改善したことを実証している。本発明者らの知見は、Cpf1媒介性リフレーミングが、ヒト心筋細胞におけるDMD表現型を回復させる高度に効率的な戦略であることを示す。
【０１８３】
Cpf1媒介性エクソンスキッピングによるDMD iPSC由来心筋細胞におけるジストロフィン発現の回復
小さいINDELを導入する単一gRNA媒介性リフレーミング法とは対照的に、エクソンスキッピングは、2つのgRNAを使用して、スプライス部位を破壊し、大きな欠失を生成する（図3A）。Riken51 iPSCにおいてジストロフィン発現を回復させる独立した戦略として、本発明者らは、イントロン50の3'端を標的とする2つのLbCpf1 gRNA（g2およびg3）を設計し、ヒト293T細胞において切断効率を試験した。T7E1アッセイは、g3と比較してg2がイントロン50内でより高い切断効率を有していたことを示した（図3B）。それ故、本発明者らは、エクソン51のスプライスアクセプター部位を破壊する目的で、LbCpf1、g2、およびg1（g1は、エクソン51の5'領域を標的とする）をRiken51 iPSCに共送達した。ゲノムPCRは、LbCpf1編集iPSCにおいてより低いバンドを示し（図3C）、配列決定データは、イントロン50とエクソン51との間に約200bpの欠失の存在を確認し、これが保存されたスプライスアクセプター部位を破壊した（図3D）。
【０１８４】
g1およびg2を用いたエクソンスキッピング戦略によって編集されたRiken51 iPSCを心筋細胞へと分化させた。エクソン47を標的とするフォワードプライマーおよびエクソン52を標的とするリバースプライマーを使用したRT-PCRによって、編集されたDMD対立遺伝子を保有する細胞を同定した；エクソン51のスキッピングを可能にするエクソン51スプライスアクセプター部位の欠失を示している（図3E）。RT-PCR産物の配列決定は、エクソン47がエクソン52にスプライスされたことを確認し、これがDMD ORFを回復させた（図3F）。ウエスタンブロット分析および免疫細胞化学は、LbCpf1編集心筋細胞とg1およびg2の混合物においてジストロフィンタンパク質発現の回復を確認した（図3G〜H）。したがって、エクソンスキッピング戦略によるCpf1編集は、ヒト心筋細胞においてDMD表現型を回復させる際に高度に効率的である。
【０１８５】
Cpf1媒介性修正によるmdxマウスにおけるジストロフィンの回復
インビボでのCpf1媒介性Dmd修正の潜在性をさらに評価するために、本発明者らは、LbCpf1を使用して、HDR媒介性修正またはNHEJ媒介性リフレーミングによって、mdxマウスの生殖細胞系における変異を永続的に修正した。mdxマウスは、CからTへの転換に起因して、Dmd遺伝子のエクソン23にナンセンス変異を保有する（図4A）。エクソン23を標的とする3つのgRNA（g1、g2、およびg3）をスクリーニングし、マウス10T1/2線維芽細胞において切断効率を試験した（図4B）。T7E1アッセイは、LbCpf1およびAsCpf1がDmdエクソン23において異なる切断効率を有していたことを明らかにした（図4C）。配列決定結果に基づくと、g2を使用したLbCpf1媒介性ゲノム編集は、g3と比較して、マウス線維芽細胞においてより大きなINDELの発生をもたらした（図6C）。
【０１８６】
g2を用いたLbCpf1編集は、変異部位の9bp上流のPAM配列を認識し、変異部位の8bp下流に突出型二本鎖DNA切断を生じる（図4D）。ゲノム修飾を導入するのに二本鎖ドナープラスミドよりも一本鎖オリゴデオキシヌクレオチド（ssODN）が効率的であることが示されているので（Wu et al., 2013; Long et al., 2014）、HDRゲノム編集を得るために、本発明者らは、180bpのssODNをLbCpf1およびg2と組み合わせて使用した。本発明者らは、過去に記載されている通り（Long et al., 2014）、4つのサイレント変異およびジェノタイピングを容易にするTseI制限部位を含む、切断部位に隣接する90bpの相同配列を含有するssODNを作製した。このssODNを、LbCpf1およびg2と共に使用して、Dmdエクソン23内のCからTへの変異を修正し、HDRによってmdxマウスにおけるジストロフィンを回復させるように設計した。
【０１８７】
LbCpf1媒介性HDRによるmdxマウスにおける筋ジストロフィーの修正
mdx接合体に、インビトロ転写されたLbCpf1 mRNA、インビトロ転写されたg2 gRNA、および180bp ssODNを共注射し、偽妊娠の雌に再移植した（図5A）。LbCpf1編集mdxマウスの3組の同腹仔を、T7E1アッセイおよびTseI RFLP（制限酵素断片長多型）によって分析した（図5B〜C）。TseI RFLPおよび配列決定によって検出された通り、産まれた24匹の仔のうち、12匹がT7E1陽性であり、5匹が修正された対立遺伝子（mdx C1〜C5）を保有していた（図5C〜D）。WTマウス、mdxマウス、およびLbCpf1修正されたmdx-Cマウス由来の骨格筋（前脛骨筋および腓腹筋-足底筋）を、4週齢のときに分析した。筋肉のヘマトキシリンおよびエオシン（H&E）染色は、mdx筋肉において線維化および炎症性浸潤を示したが、LbCpf1修正された（mdx-C）筋肉は、正常な筋肉形態を呈し、ジストロフィー表現型の兆候はなかった（図5Eおよび図7A〜B）。免疫組織化学は、mdxマウスの筋肉切片においてジストロフィン陽性線維が存在しないことを示したが、LbCpf1媒介性HDRによって修正されたmdx-C筋肉は、筋線維の大部分でジストロフィンタンパク質発現を示した（図5Fおよび図7A〜B）。これらの知見は、生殖細胞系DNAのLbCpf1媒介性編集が、マウスにおいて筋ジストロフィーを効果的に予防できることを示す。
【０１８８】
実施例3−考察
この研究で、本発明者らは、新たに発見されたCRISPR-Cpf1ヌクレアーゼが、患者由来iPSCおよびmdxマウスにおいてDMD変異を効率的に修正でき、これによってジストロフィン発現の回復が可能となることを示す。DMDにおけるジストロフィンの欠如は、筋線維鞘の完全性を崩壊させ、ミトコンドリア機能不全および酸化ストレスを引き起こすことが示されている（Millay et al., 2008; Mourkioti et al., 2013）。本発明者らは、LbCpf1で修正されたiPSC由来心筋細胞において、未修正のDMD iPSC由来心筋細胞と比較して増加したミトコンドリアDNAおよびより高い酸素消費率を見いだした。また、Cpf1媒介性ゲノム編集によって、ヒトDMD iPSC由来心筋細胞の代謝異常も回復した。本発明者らの知見はまた、マウスゲノム編集におけるCpf1の堅固性および効率も実証した。HDR媒介性修正を使用することによって、マウスDmd遺伝子のORFは完全に回復し、線維化および炎症性浸潤などのジストロフィー表現型の病態生理学的特徴も回復した。
【０１８９】
LbCpf1媒介性ゲノム編集を使用してDMD遺伝子のORFを回復させることに、2つの異なる戦略、「リフレーミング」および「エクソンスキッピング」を適用した。リフレーミングは、小さいINDELを生じさせて、アウトオブフレームコドンをインフレームに配置することによってORFを回復させる。リフレーミングには1つのgRNAのみが必要である。本発明者らは、免疫細胞化学によって、WTジストロフィンタンパク質とリフレーミングされたジストロフィンタンパク質との間で細胞内局在性に関していかなる差異も観察できなかったが、本発明者らは、別個の編集されたクローンで、ジストロフィン発現レベル、ミトコンドリアDNA量、および酸素消費率の差異を観察しており、このことは、リフレーミングされたジストロフィンが、WTジストロフィンと構造的にも機能的にも同一ではない可能性があることを示唆している。
【０１９０】
Cpf1編集で1つまたは2つのgRNAを使用することに関して様々な課題が考慮されるべきである。ここで、本発明者らは、リフレーミングと比較して、スプライスアクセプター部位の破壊には、1つのgRNAよりも2つのgRNAがより有効であることを示す。2つのgRNAを使用したとき、Cpf1編集は、介在領域を切除し、スプライスアクセプター部位を除去するだけではなく、有害な「AG」ヌクレオチドを除去するように設計することもでき、これによって偽スプライスアクセプター部位が生成する可能性を排除することができる。しかしながら、2つのgRNAでは、両方のgRNAが同時に切断する必要性があるが、それが起こらない可能性がある。2つのgRNAのうちの1つだけが切断する場合、所望の欠失は生成されないであろう。しかしながら、2つのgRNAのうちの1つでの切断は、標的のエクソン領域でINDELを生成し、理論上INDELの3分の1がインフレームであるので、ORFをリフレーミングする可能性が残る。スプライスアクセプター部位を破壊するために1つのgRNAを使用することは、2つの同時切断が起こる必要性を排除するので、より効率的であると考えられる。しかしながら、1つのgRNA媒介性編集によって生成されるINDELの長さに関しては不確実性がある。より重要なことに、1つのgRNAでは、代替の偽スプライスアクセプター部位として働き得るエクソン「AG」ヌクレオチドを切断部位の近くに残す可能性が残る。
【０１９１】
Cpf1は、そのユニークなTリッチPAM配列によって、CRISPRファミリーのゲノム編集範囲をさらに拡大し、このことは、全ての変異部位がSpCas9のためのGリッチPAM配列または他のCas9オルソログのためのPAMを含有するわけではないので、他の疾患関連変異の潜在的な修正にとって重要である。さらに、Cpf1によって生じる突出型切断は、NHEJ媒介性ゲノム編集にも有利であり得る（Maresca et al., 2013）。最後に、この研究で使用されたLbCpf1は、最も広く利用されているSpCas9よりも140アミノ酸小さく、このことは、AAVによるパッケージングおよび送達を強化するであろう。Cpf1の標的特異性を評価するために、2つのグループ（Kim et al., 2016; Tsai et al., 2016）が、複数の方法によってLbCpf1およびAsCpf1のゲノムワイド編集効率を判定した。両研究共に、LbCpf1およびAsCpf1が、SpCas9に匹敵する高いゲノムワイド標的効率と、LbCpf1およびAsCpf1が5’PAM近位領域でミスマッチを許容しないという理由で高い標的特異性とを有しており、これによってオフターゲット効果の頻度が低下することを示した。
【０１９２】
これらの知見は、ヒトDMD変異およびマウスDmd変異をインビトロおよびインビボで修正する際にCpf1が高度に効率的であることを示す。CRISPR-Cpf1媒介性ゲノム編集は、DMDおよび他の障害に関連する遺伝子変異を永続的に排除してその異常を回復させる、新規で強力なアプローチとなる。
【０１９３】
本明細書において開示および主張された組成物および/または方法は全て、本開示に照らして、過度の実験なしに作製および実施することができる。本開示の組成物および方法は、好ましい態様に関して記載されているが、本明細書に記載の組成物および/または方法ならびにその方法の工程または工程の順序に対して、本開示の概念、精神、および範囲から逸脱することなしに変更を適用してよいことは、当業者に明らかなことであろう。より具体的には、化学的にも生理学的にも関連しているある特定の作用物質を本明細書に記載の作用物質の代わりに使用しても、同じまたは類似の結果が達成されることが明らかであろう。当業者に明らかなそのような類似の代用物および修飾は全て、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の精神、範囲、および概念内にあるものと見なされる。
【０１９４】
VI. 参照文献
以下の参照文献は、本明細書において記載されたものを補足する例示的な手順または他の詳細を提供するという限りにおいて、参照によって本明細書に具体的に組み入れられる。
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【配列表】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月24日(2019.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】配列表
【補正方法】変更
【補正の内容】
【配列表】
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【国際調査報告】
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