(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル中の、特定の配列を示す第１のRNA分子を検出または定量するための方法であって、該方法は、
（a）バクテリオファージ被覆タンパク質でキャプシド化された第２のRNA分子を得る工程であって、該第2のRNA分子は、（i）非バクテリオファージ配列を含み、（ii）温室においてもリボヌクレアーゼの存在下の分解に対して耐性である、工程；
（b）第2のRNA分子からバクテリオファージ被覆タンパク質を取り除く工程；
（c）該第2のRNA分子を標準として使用することで該サンプル中の該第1のRNA分子を検出および定量する工程
を包含する、方法。
【請求項２】
第1のRNA分子の定量のための、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記第1のRNA分子を前記サンプルから単離する工程をさらに包含する、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記サンプルが、生物学的組織である、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記第1のRNA分子を検出および定量する工程（ｃ）の前に前記サンプルおよび前記第2のRNA分子を混合することによって、前記第2のRNA分子を内部標準として使用する工程
をさらに包含する、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記混合する工程が、前記サンプルから前記第1のRNA分子を単離する前かつ前記第2のRNA分子から前記バクテリオファージ被覆タンパク質を取り除く前に実施され、その結果、該第1のRNA分子を該サンプルから分離することおよび該バクテリオファージ被覆タンパク質を取り除くことが、同じ単離工程のなかで実施される、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記バクテリオファージ被覆タンパク質が、改変したバクテリオファージ被覆タンパク質である、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記非バクテリオファージ配列がウイルス性配列である、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記非バクテリオファージ配列が、HIV-1配列、HIV-2配列、HCV配列、HTLV-1配列、HTLV-2配列、Ｇ型肝炎配列またはエンテロウイルス配列であって、該配列によって、それぞれ、HIV-1の検出および／または定量、HIV-2の検出および／または定量、HCVの検出および／または定量、HTLV-1の検出および／または定量、HTLV-2配列の検出および／または定量、Ｇ型肝炎配列の検出および／または定量またはエンテロウイルス配列の検出および／または定量を可能にする、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記非バクテリオファージRNA配列が、改変されたHIV-1配列、改変されたHIV-2配列、改変されたHCV配列、改変されたHTLV-1配列または改変されたHTLV-2配列である、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、前記非バクテリオファージ配列が、サイトカイン配列、細胞周期遺伝子の配列、オンコジーン配列または血液媒介性病原体の配列であって、該配列によって、それぞれ、サイトカインmＲＮＡの検出および／または定量、細胞周期遺伝子のmＲＮＡの検出および／または定量、オンコジーンのmＲＮＡの検出および／または定量、または血液媒介性病原体のmＲＮＡの検出および／または定量を可能にする、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、前記検出または定量する工程（ｃ）は、ポリメラーゼ連鎖反応による分析を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、ここで、工程（ｃ）の検出または定量は、以下の工程
ＤＮＡを得るために逆転転写手順を利用する工程;
該ＤＮＡを増幅して、該ポリメラーゼ連鎖反応の生成物を生成する工程;および
該ポリメラーゼ連鎖反応の生成物を検出する工程
を包含する、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記の工程における増幅が、前記第1のRNA分子および前記第2のRNA分子の両方の共増幅を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記共増幅が、単一プライマーセットを使用することを包含する、方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、前記第1のRNA分子を検出または定量する工程（ｃ）は、前記第1のRNA分子のポリメラーゼ連鎖反応により得た生成物の量と前記第２のRNA分子のポリメラーゼ連鎖反応により得た生成物の量との比較を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、前記第2のRNA分子が、外部標準として使用される、方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であって、前記第2のRNA分子が内部標準として使用される、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、前記サンプルが、土壌、組織、血液または血液成分である、方法。
【請求項２０】
バクテリオファージ被覆タンパク質でキャプシド化されたＲＮＡ分子であって、該ＲＮＡ分子が、非バクテリオファージ配列、オペレーターコード配列およびウイルス被覆コード配列を含むＲＮＡ分子であり、該非バクテリオファージ配列がウイルス性配列である、ＲＮＡ分子。
【請求項２１】
請求項20に記載のRNA分子であって、前記バクテリオファージ被覆タンパク質が、改変されたバクテリオファージ被覆タンパク質である、RNA分子。
【請求項２２】
請求項20に記載のRNA分子であって、前記非バクテリオファージRNA配列が、HIV-1配列、HIV-2配列、HCV配列、HTLV-1配列、HTLV-2配列、Ｇ型肝炎配列またはエンテロウイルス配列である、RNA分子。
【請求項２３】
請求項20〜22のいずれかに記載のRNA分子を含む、採取チューブ。
【請求項２４】
検出アッセイまたは定量アッセイにおける標準として使用するための組成物であって、
バクテリオファージウイルス被覆タンパク質にケージ化されているRNAセグメントを含む、組成物であって、
ここで、該ウイルス被覆タンパク質がRNAセグメントをリボヌクレアーゼに対して耐性とさせる、組成物。
【請求項２５】
請求項24に記載の組成物であって、前記リボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントが、オペレーターコード配列を含む、組成物。
【請求項２６】
請求項25に記載の組成物であって、前記オペレーターコード配列が改変されたオペレーターコード配列である、組成物。
【請求項２７】
請求項24に記載の組成物であって、前記リボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントが、ウイルス被覆タンパク質コード配列をさらに含む、組成物。
【請求項２８】
請求項27に記載の組成物であって、前記ウイルス被覆タンパク質コード配列が、バクテリオファージウイルス被覆タンパク質をコードする、組成物。
【請求項２９】
請求項24に記載の組成物であって、前記リボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントが、非バクテリオファージ配列を含む、組成物。
【請求項３０】
請求項29に記載の組成物であって、前記非バクテリオファージ配列がウイルス性配列である、組成物。
【請求項３１】
請求項29に記載の組成物であって、前記非バクテリオファージ配列が診断的に価値のあるRNAの検出および／または定量における使用のために適合された配列である、組成物。
【請求項３２】
請求項29に記載の組成物であって、前記非バクテリオファージ配列が、HIV-1、HIV-2、HCV、HTLV-1、HTLV-2、G型肝炎、エンテロウイルスまたは血液媒介性病原体の検出および／または定量における標準として使用するための配列である、組成物。
【請求項３３】
請求項32に記載の組成物であって、前記非バクテリオファージ配列が、HIV-1配列、HIV-2配列、HCV配列、HTLV-1配列、またはHTLV-2配列を含む、組成物。
【請求項３４】
請求項32に記載の組成物であって、前記非バクテリオファージ配列が、サイトカイン、細胞周期遺伝子またはオンコジーンの検出および定量における標準として使用するために適合されている配列である、組成物。
【請求項３５】
請求項24に記載の組成物であって、前記リボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントが、バクテリオファージ配列を含む、組成物。
【請求項３６】
請求項24に記載の組成物であって、前記リボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントが、オペレーター配列およびウイルス被覆タンパク質配列を含む、組成物。
【請求項３７】
請求項24に記載の組成物であって、前記リボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントが、pAR-1の配列をコードしている、組成物。
【請求項３８】
請求項24に記載の組成物であって、前記リボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントが、pAR-2の配列をコードしている、組成物。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本出願は、1996年７月３日に提出した同時係属中の出願番号第08/675,153号の一部継続出願であり、そして1996年７月３日に提出した同時係属中の仮出願番号第60/021,145号の一部継続出願である。
最近の数年において、診断アッセイおよび特定のmRNA種のアッセイが、特定の核酸配列の検出に基づいて開発されている。これらのアッセイは、RT-PCRTM（Mulder，1994）、等温層増幅（NASBA）（Van Gemen，1994）および分枝鎖DNA（Pachl，1995）のような技術に依存する。これらのアッセイの多くは、特定のRNA種の絶対濃度を決定するために適合されている。これらの絶対的定量アッセイは、その正確な量が以前に決定されているRNA標準の使用を必要とする。これらのRNA標準は、通常、インビトロ転写によって合成されるか、または感染性の因子それ自体である。RNAは、精製され、次いでいくつかの異なる方法（例えば、OD260での吸光度、ホスフェート分析、過度色素沈着(hyperchromicity)またはアイソトープトレーサー分析）によって定量される（Collins，1995）。
血漿中のウイルスRNA配列を定量することは、ヒト免疫不全ウイルス（HIV）、Ｃ型肝炎ウイルス（HCV）、および他のウイルス（例えば、HTLV-1、HTLV-2、Ｇ型肝炎ウイルス、エンテロウイルス、デング熱ウイルス、および狂犬病ウイルス）を有する患者におけるウイルス負荷を評価するための重要な手段である。ウイルス負荷は、ある時間点での所定の患者内のウイルス粒子の総量の尺度である。慢性感染において、ウイルス負荷は、ウイルス複製および免疫媒介性の宿主除去の高度な動的平衡の関数である。ウイルス負荷を決定することの利点は、１）診断の時間のウイルス複製の程度を評価する能力−予後暗示を含む推定、２）疾患過程における初期の抗ウイルス薬剤の効果をモニターする能力、および３）変化する抗ウイルス薬剤の効果を迅速に評価する能力を含む。
現在、血漿におけるHIV定量に利用可能な最も感度の高い方法は、PCRTMを使用する。HIVのPCRTM分析には、４つの主要な工程が含まれる：１）サンプル調製、２）逆転写、３）増幅、および４）検出。これらの工程のいずれにおける可変性もが最終結果に影響する。正確な定量アッセイは、各工程が、変化に対して強固に制御されることを必要とする。より厳密なPCRTMアッセイ形式において、裸のRNA標準は、血漿からのウイルスRNAの単離の直前に変性剤に添加される（Mulder，1994）。あまり正確でない方法は、ウイルスRNAを精製した後にウイルスRNAに標準を添加することである（Piatak，1993）。RNA標準が、正確に較正され、そしてアッセイの手順の厳密さに耐えることが重要である。
リボヌクレオアーゼ耐性のRNA標準について必要性が存在する。RNAは、環境性のリボヌクレアーゼに対して感受性である。リボヌクレアーゼ非含有試薬を産生することは重要である。裸のRNAを定量の標準として使用することにおける危険は、リボヌクレアーゼ消化に対する感受性である。汚染された標準は、不正確な値を産生する。この問題は、職員が通常、RNA取り扱いにおいて訓練されていない臨床研究室環境においてより深刻になり得る。これらの因子は、産生されるデータの正当性について疑いを誘導する。
裸のRNA標準は、リボヌクレアーゼ消化に非常に感受性である。いくつかのRNAベースアッセイは、使用者が一度だけRNA標準チューブに接近し、次いでリボヌクレアーゼでRNA標準を汚染する可能性を最小化するためにそれを廃棄するように構成されている。しかし、標準は、リボヌクレアーゼフリーであることが保証されていない微量遠心管に分注されて、別の潜在的な汚染の供給源を導入する。同様に、RNAが、変性溶液に入れられる前にピペットチップに曝される短い時間が存在する。ピペットチップがリボヌクレアーゼで汚染されている場合、RNA標準は分解され、アッセイは損なわれる。裸のRNA標準を使用する別の欠点は、それらが凍結保存されねばならないことである。Chiron Corp.によって構成される分枝DNA HIVアッセイにおいては、RNA分解の可能性が非常に危険であるので、それらのアッセイは標準としてRNAの代わりに一本鎖DNAを含む（Pachi，1995）。DNAは、RNAに対して較正される。DNA標準はより分解されにくいようである。従って、リボヌクレアーゼに耐性であり、そして標準の完全性に関して疑いがないRNA標準の必要性が存在する。これらの標準はまた、凍結保存の必要がない場合には解凍が必要なく、すぐに使用され得るのでより簡便である。
RNAの化学変化を引き起こす方法は、当業者に公知である。このような変化は、RNAへの取り込みの前にヌクレオチドに対して、またはそれが形成された後にRNAに対してなされ得る。リボース改変（Piecken 1991）およびホスフェート改変（Black，1972)は、ヌクレアーゼの存在下でRNA安定性を増強することが示されている。2’ヒドロキシルおよびヌクレオチド間ホスフェートの改変は、リボヌクレアーゼにより使用される分解機構に必要である化学基を変化させることによってヌクレアーゼ耐性を付与する（Heidenreich，1993）。このような化学改変は、リボヌクレアーゼ耐性を付与し得るが、このようなリボヌクレアーゼ耐性構造がRNA標準として有用であり得ることの既知の示唆は存在しない。
RNAバクテリオファージは、RNA複製および翻訳の機構を研究するためのモデル系として長く使用されている。RNAバクテリオファージ内のRNAゲノムは、バクテリオファージのタンパク質被覆のためにリボヌクレアーゼ消化に対して耐性である。バクテリオファージは、増殖および精製が簡単であり、そしてそのゲノムRNAは、バクテリオファージからの精製が容易である。これらのバクテリオファージは、血清型に基づいてサブグループに分類される。血清学的に、バクテリオファージの４つのサブクラスが存在し、一方、遺伝子学的には、２つの主要なサブクラス、ＡおよびＢが存在する（Stockley，1994; Witherell，1991）。バクテリオファージMS2/R17（血清学的群Ｉ）は、広範に研究されている。他の十分に研究されたRNAバクテリオファージとしては、GA（群II）、Q-β（群III）、およびSP（群IV）が挙げられる。RNAバクテリオファージのみがEscherichia coliの雄株（すなわち、F’プラスミドを保有し、そして結合のためのF線毛を産生する株）に感染する。
MS2バクテリオファージは、正二十面体構造、直径275Åであり、そして尾部または任意の他の明白な表面付属物を欠失する（Stockley，1994）。このバクテリオファージは、細菌感染の間のRNAの出口であり得る5-および3-ひだ軸（fold axis）の両方に大きな穴を有する。MS2バクテリオファージは、バクテリオファージゲノムをキャプシド化する180ユニットのバクテリオファージ被覆タンパク質（Coat Protein）（約14kDa）からなる（総説については、Stockley，1994; Witherell，1991を参照のこと）。MS2 RNAゲノムは、3569ヌクレオチドのセンス（＋）をコードする一本鎖である。遺伝子は、以下のように5’末端から組織されている：AプロテインのMaturase、バクテリオファージ被覆タンパク質、75アミノ酸のLysis Protein、およびReplicaseサブユニット。Lysis遺伝子は、被覆タンパク質遺伝子およびReplicase遺伝子とオーバーラップし、そして被覆タンパク質の＋１リーディングフレーム中で翻訳される。各々のバクテリオファージ粒子は、F線毛との相互作用および従って細菌感染の媒介に必要とされる単一コピーのMaturaseを有する。
被覆タンパク質によるRNAゲノムのパッケージングは、バクテリオファージReplicase遺伝子の5’に位置されるRNAゲノムの特定のステム-ループ領域（Operatorまたは「pac」部位）への被覆タンパク質ダイマーの結合によって開始される。この結合事象は、完全なキャプシド化プロセスを引き起こすようである。Operatorの配列は、ステム-ループ構造ほどには重要ではない。Operatorは、約21ヌクレオチドからなり、そしてこれらの残基の内の２つだけが被覆タンパク質結合のために絶対的に保存されなければならない。
ウイルスMaturaseタンパク質は、ゲノム中の最小の２つの部位でバクテリオファージゲノムRNAと相互作用する（Shiba，1981）。これは、パッケージングのためには明らかに必要とされない。しかし、バクテリオファージ粒子におけるそれの存在は、リボヌクレアーゼ消化に対するゲノムRNAの完全性を保存するために必要とされる（Argetsinger，1966; Heisenberg，1966）。
生存する感染性の組替えRNA（reRNA）バクテリオファージを産生する試みは、失敗している。バクテリオファージは、異種配列の削除に非常に効率的であり、そしてReplicaseの忠実度は、点変異が約1×10-4の割合で生じるほど低い。
PickettおよびPeabody（1993）は、非バクテリオファージRNAがMS2被覆タンパク質によってキャプシド化される研究を行った。彼らの明白な目標は、21ヌクレオチドOperator（pac部位）がMS2-特異的パッケージング能力をインビボで非バクテリオファージRNAに付与するかどうかを決定することであった。E.coliは、２つのプラスミドで同時形質転換された：その一方はMS2被覆タンパク質をコードし、そして他方はβ-ガラクトシダーゼ（lacZ）をコードする。lacZ遺伝子は、それの上流にクローン化されたMS2 Operator配列を有するように改変された。E.coliは、Operator-lacZハイブリットRNAがMS2被覆タンパク質とともに同時発現されるように誘導された。被覆タンパク質ダイマーは、Operatorに結合し、「ウイルス様粒子」を形成するためにlacZ RNAのキャプシド化を引き起こした。ウイルス様粒子は、CsCl勾配によって精製された。これらのウイルス様粒子の浮遊密度は、野生型MS2バクテリオファージの場合よりも大いに大きな密度分布を有した。MS2は、1.45g/ccで緊密に結束し、一方、ウイルス様粒子は、1.3〜1.45g/ccの密度の範囲であった。このことは、ウイルス様粒子のRNA含量における実質的な不均一性を示唆する。換言すれば、PickettおよびPeabodyのウイルス様粒子は、種々の長さのRNAおよび/または種々の種のRNAをパッケージングしたものであった。
PickettおよびPeabodyの研究の結果は、予想される通りにはいかなかった。これらのウイルス様粒子から精製されたlacZ RNAは、予想される全長3000塩基とは反して、約500塩基の主要な種に分解された。この500塩基のRNAは、高感度なNorthernブロッティング手順によってのみ検出可能であった。著者らは、分解がキャプシド化の前後に生じるかどうかを知らなかったが、これらのウイルス様粒子がリボヌクレアーゼ消化に感受性であり得ることを示唆した。パッケージングされたRNAの大多数は、事実上２つの種、1800塩基および200塩基のサイズであった。これらの２つのRNAフラグメントは、ゲル電気泳動およびメチレンブルー染色の後に容易に検出された。500塩基のOperator-lacZ RNAフラグメントは、メチレンブルー染色によって可視ではなかった。それは、lacZプローブを使用するNorthernブロッティングによってのみ検出された。これらの著者は、0.2および1.8kb RNAは、E.coliプレ16S rRNA由来であったと結論付けた。宿主E.coli RNAは、Operator-lacZ RNAに優先してパッケージングされた。このことは、PickettおよびPeabodyのバクテリオファージパッケージング系の特異性が低いことを示す。
他の研究において、PickettおよびPeabodyは、E.coli中で産生される被覆タンパク質およびOperator-lacZ RNAの比を変化させることによって、Operator-lacZ RNAのパッケージングを改変した。Operator-lacZ RNAの濃度を増大させることおよび被覆タンパク質の濃度を減少させることによって、彼らは、Operator-lacZ RNAを主にキャプシド化し得、そしてプレ16S rRNAを検出し得ないようにした。これらの結果は、最初のPickettおよびPeabodyのパッケージングストラテジーが特異性で苦しんでいたことを示唆した。なぜなら、彼らは、標的RNAをパッケージングするのに至適な被覆タンパク質対Operator-lacZ RNAの適切なモル比を達成し、そして維持し得たからである。さらに、パッケージング研究の第２のセットにおいて、被覆タンパク質およびOperator-lacZ RNAの濃度は、粗く調整されただけであった。PickettおよびPeabodyの系は、パッケージングのための被覆タンパク質対Operator-lacZ RNAの至適な比を維持するためのフィードバック機構を有していなかった。
彼らのパッケージング研究の第２のセットにおいて、PickettおよびPeabodyは、改変手順でパッケージングされたRNAを特徴付けなかった。RNAは、ウイルス様粒子から精製されず、そして例えば、ゲル電気泳動によって評価された。さらに、この研究または以前の研究におけるウイルス様粒子は、リボヌクレアーゼからキャプシド化されたlacZ RNAを保護する能力について特徴付けられていない。PickettおよびPabody研究から得られたウイルス様粒子またはOperator-lacZ RNAの収量に関する考察は存在しない。
現在、特定の配列のRNA種の合成に関する２つの主要な方法が存在する：化学合成およびインビトロ転写。RNAの化学合成は、非常に純粋な産物を産生し得るが、それは両方とも高価であり、そして30塩基ほどのオリゴヌクレオチドの合成に限定される。化学合成は、アンチセンスRNAオリゴヌクレオチドを作製するのに最も適切であり、これは、一般に15〜30塩基の長さである。しかし、RNAへの適用のほとんど（例えば、プローブ合成、ならびにインビトロおよびインビボ翻訳）は、100塩基〜数キロ塩基の範囲より長いRNA産物を必要とする。
インビトロ転写によるRNA合成は、Meltonら（1984）によって開発されたような実用的な方法になった。バクテリオファージSP6由来のRNAポリメラーゼは、SP6バクテリオファージプロモーターを含有するDNAテンプレートを転写するために使用された。次いで、プロモーター/ポリメラーゼ系は、同様にT7およびT3バクテリオファージのために開発されている。これらのインビトロ系は、バクテリオファージRNAポリメラーゼ、転写されるべき配列の上流のファージプロモーターをコードするDNAテンプレート、適切な緩衝液およびリボヌクレオチドを必要とする。これらの各々の成分は、一旦転写されたRNA産物の分解を防止するために超純粋かつリボヌクレアーゼ非含有でなければならない。条件は至適化されており、１μgのテンプレートから100〜150μgのRNAを産生する（MEGAscript米国特許第5,256,555号）。インビトロ転写は、長いRNA配列を合成する現在最良の方法であるが、必要とされる大量の超純粋な酵素、ヌクレオチドおよび緩衝液に起因する産物のグラム量に関して非常に大規模な産生には高価である。なおも、このような大量のRNAが、一過性の遺伝子発現が所望される、例えば、ワクチン接種または遺伝子治療において必要とされる。
RNAバクテリオファージキャプシドは、薬物送達系として作用するようにインビトロで組み立てられる（Synthetic Virions）（Stockley，1994)。Operator RNAは、化学合成され、次いで治療用オリゴヌクレオチド（アンチセンスDNA/RNAまたはリボザイム）または細胞傷害剤（リシンA鎖）に結合される。次いで、結合されたOperatorは、非ファージ分子の特異的なキャプシド化を引き起こすためにインビトロで被覆タンパク質と混合される。Synthetic Virionは、レセプター媒介性エンドサイトーシスによって細胞への取り込みを促進するリガンドに結合される。一旦細胞内に入ると、Synthetic Virionは、分解され、そして治療用分子を放出する。Synthetic Virionの分解は、エンドソーム区画の低pHによって促進される。
RNAは、コードされるタンパク質の一過性発現を産生するためにインビトロおよびインビボで細胞をトランスフェクトするために使用されている。RNAトランスフェクションへの適用の１つは、ガンワクチン接種である（Conry，1995）。RNAは、発現がその不安定さのために一過性であり、そして宿主のゲノムに組み込まれ得ないという利点を有する。オンコジーンでの核酸ワクチン接種のためのDNAの使用は、新生物をおそらく誘導し得る。DNAは、宿主ゲノムに組み込まれ得、悪性の形質転換を導き得る。オンコジーンをコードするDNAは、数ヶ月の期間にわたって細胞内で複製し得、同一の期間にわたってオンコジーン産物の発現を導く。細胞内でいくつかのオンコジーンの延長された発現が、それらの形質転換を生じ得ることが実証されている。細胞内にRNAを送達する現在の方法は、裸のRNA、裸のRNAと混合した組織培養物由来の細胞、または動物の組織内でカオチン性リポソームと複合体化したRNAのいずれかを注射することである（Lu，1994; Dwarki，1993）。これらの送達系が有する問題は、組織培養培地または宿主の細胞外流体におけるリボヌクレアーゼに対するRNAの感受性である。トランスフェクション効率は、mRNAがその標的に到達し得る前に分解される場合に減少する。トランスフェクション効率は、細胞内へのRNAの侵入の前にRNAの半減期を増大することによって改善される。
発明の要旨
本発明は、ヌクレアーゼ耐性核酸の種々の局面および使用を意図する。本発明は、このようなヌクレアーゼ耐性核酸を作製する種々の方法を意図する。本発明は、大量の核酸を産生するためのウイルス様系の使用を意図する。好ましい実施態様では、この核酸はリボヌクレアーゼ耐性である。本発明は、種々の診断アッセイにおける、ヌクレアーゼ耐性核酸（特にリボヌクレアーゼ耐性核酸）の使用を意図する。
本発明の最初の局面は、ヌクレアーゼ耐性核酸標準に調製および使用である。内部標準は、試験結果を確認することにおいて重要な役割を演じる。それらはまた、定量の手段を提供する。サンプル中の特定のRNAの検出および定量は、RT-PCRTMの出現によって広く行われるようになっている。RT-PCRTM研究のための内部標準は、それが逆転写およびPCRTM増幅工程の両方を対照するように、RNA分子であるべきである。これは、RNAがRNase分解に特に敏感である場合に問題がある。変化した試験結果は、保存の間またはサンプルの導入の後のいずれかにおけるRNA標準の部分的または完全な分解によって産生され得る。多くのRNA検出スキームが血清サンプル（比較的に多い量の種々のRNaseが位置する）中のウイルスRNAを検出するために設計される場合、少なくとも部分的なRNA分解の可能性は非常に高い。RNA診断アッセイのための理想的な内部標準は、アッセイ形式のRNAに機能的に等価であるが、ヌクレアーゼによる分解に耐性である分子である。RNaseが活性である環境において酵素媒介分解からRNAを保護するために、３つの一般的な方法が想像され得る：(1)透過不能な構造内にRNAをマイクロカプセル化すること、(2)標準へのヌクレアーゼの接近を拒否する分子とRNAとを非共有結合させること、および(3)もはやヌクレアーゼの基質ではないが、そのアッセイ形式においてRNAに依然として機能的に等価であるようにRNAの構造を化学的に変化させること。各々に関するより詳細な記載、例、および可能性は、以下に提供される。
本発明の標準において核酸は、アッセイを定量するために使用され得る。これらの標準は、定量的RNA標準（特定のRNA配列の絶対的なコピー数を測定するための）のような種々の目的（特に、血漿、血清、または髄液中のHIV-1、HIV-2、HCV、HTLV-1、HTLV-2、G型肝炎ウイルス、エンテロウイルス、デング熱ウイルス、または狂犬病ウイルスの数を定量するため）に使用され得る。それらはまた、RT-PCRTMアッセイによって細胞または組織中の特定のmRNAの発現を定量するために使用され得る。この標準は、内部または外部であり得る。内部標準は、既知の濃度でサンプルと混合されて、サンプルおよび標準が、１つのものとしてプロセスおよびアッセイされる。従って、サンプル間のアッセイの効率の差異は、内部標準によって作製されるシグナルを用いて標準化される。外部標準は、サンプルと平行して既知の濃度でプロセスおよびアッセイされるが、サンプルとは別々にプロセスされる。いくつかの異なる濃度の外部標準は、同時にプロセスされて、次いで、未知のサンプルの値を決定するために使用され得る標準曲線を産生する。内部および外部標準は両方とも定量のために使用され得るが、一般に、内部標準がより正確であると見なされる。標準は、診断RNAベースである診断（例えば、細菌、真菌、または寄生体の疾患）またはRT-PCRTMアッセイにおいて、全ての試薬が適切に機能することを示すためのポジティブコントロールとして作用する、定量的標準として使用され得る。これらの標準は、Northernブロッティングの前の単離手順に曝された後に、保護されたRNAにおいて観察される分解の量を測定することによってRNA単離手順の完全性を測定するために使用さえ得る。これらは、地下水の流れを追跡するための、または問題となる企業に追跡して戻り得る独特の核酸配列を有する個々の企業の廃棄物を標識するための環境トレーサーとして使用され得る。
本発明は、ウイルス定量に特に有用である。開発中および/または市販されているプロセス（すなわち、Roche Diagnostic Systems，AmplicorTM HIV MonitorTMおよびAmplicorTM HCV Monitor試験：Organon Teknika，NASBA HIVキット；GenProbe，Transcription Mediated Amplification HIVキット；およびHIVおよびHCVのためのChiron Corp.，分枝DNA（bDNA）シグナル増幅アッセイ）において多数の新規の核酸ベースアッセイが存在する。これらのアッセイは、ヒト血漿または血清中のHIVおよびHCVのような病原性ヒトウイルスを検出する。これらのアッセイは、非常に感度が高く、1.0mlの血漿あたり300ビリオン未満でさえ検出する。それらの現在の形式では、これらの核酸ベースアッセイのいくつかは、それらの定量標準として裸のRNAを使用する。不運なことに、これらの裸のRNA標準は、リボヌクレアーゼ分解に非常に感受性が高く、従ってアッセイの結果は損なわれ得る。
本発明の１つの主要な実施態様は、標準核酸をコードする配列を含むヌクレアーゼ耐性組換え核酸セグメントを含む核酸標準に関する。いくつかの好ましい実施態様において、核酸標準は、標準RNAをコードする配列を含むリボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントを含むRNA標準である。本明細書中に使用される場合、用語「標準核酸」および「標準RNA」は、それぞれ、使用されるべき特定のアッセイにおいて標準としての使用に適切である核酸およびRNAをいう。本発明は、RNAウイルスの定量のためのRNA標準として高度に適切であるリボヌクレアーゼ耐性組換えRNAを意図するが、それは、組換えである必要はなく、そして任意の供給源（例えば、組織培養由来の細胞）から単離されたRNAのためのRNA標準として使用され得る。特に、RNAバクテリオファージの構造は、組換えRNA（reRNA）分子をパッケージングするために改変され得る。reRNA配列は、特定のRNA配列/標的の定量のためのRNA標準として働く。
本発明に関して、用語「ヌクレアーゼ耐性」および「リボヌクレアーゼ耐性」は、核酸が、同一配列の裸の未改変核酸を上回ってヌクレアーゼに対してある程度の増大した耐性を示すことを意味する。
核酸セグメントにヌクレアーゼ耐性を付与するために使用され得る種々の方法が存在する。核酸セグメントは、化学的に改変されるか、ヌクレアーゼ耐性コーティングで被覆されるか、またはヌクレアーゼ耐性構造中にケージ化され得る。例えば、RNA標準は、リボヌクレアーゼに対して耐性である化学的改変されたRNAであり得る。組換えRNAセグメントにリボヌクレアーゼ耐性を付与する別の方法は、リボヌクレアーゼ耐性コーティングでそれをコートすることである。このようなコーティングは、配列依存性または非依存性様式でRNAに結合し、そしてそのRNAにリボヌクレアーゼ耐性を付与する任意のものであり得る。いくつかの場合に、RNA標準は、リボヌクレアーゼ耐性構造中にケージ化される組換えRNAである。RNAケージ化する方法としては、ウイルスタンパク質でのRNAの部分的キャプシド化、RNAの部分的脂質キャプシド化、ポリマーマトリックスでのRNAの部分的トラッピングなどが挙げられる。
本発明のいくつかの好ましい実施態様において、リボヌクレアーゼ耐性構造は、RNA標準を部分的にキャプシド化するウイルスCoatタンパク質から構成される。RNAは、細菌宿主においてインビボで転写され、次いでバクテリオファージタンパク質によってキャプシド化される。このRNAの「ケージ化」は、リボヌクレアーゼから保護されるRNAを生じる（Armored RNATM）。核酸またはRNAは、ヌクレアーゼ耐性構造中に完全にまたは実質的にケージ化され得るが、部分的にケージ化された核酸およびRNAもまた、その部分的ケージ化が核酸またはRNAにヌクレアーゼまたはリボヌクレアーゼ耐性を付与する限り、本発明の範囲内にある。従って、本明細書中で使用される場合、用語「キャプシド化」、「カプセル化」、「トラッピング」などは、生じる構造がヌクレアーゼ耐性またはリボヌクレアーゼ耐性（それらの用語が本明細書中で使用されるように）である限り、キャプシド化、カプセル化、トラッピングなどが、部分的ならびに実質的または実質的に完全である構造を含む。
特定の好ましい実施態様において、本発明は、リボヌクレアーゼ耐性組換えRNA（「reRNA」）標準に関する。これらのArmored RNATM（AR）標準は、バクテリオファージタンパク質によるreRNAのキャプシド化に起因してリボヌクレアーゼ耐性である。完全なRNAは、一般的なRNA抽出法（例えば、グアニジニウム(guanidinium)およびフェノール法(Chomczynski，1987)）によって、Armored RNATM標準粒子から容易に抽出される。非バクテリオファージRNAは、以下のような多くの応用において使用され得る：定量のためのRNA標準として、RNAサイズ標準として、およびインビトロおよびインビボでの一過性遺伝子発現のため。
Armored RNATMは、定量アッセイにおいてRNA標準として働くように較正されて、血漿サンプル内のRNAウイルスの絶対数が決定され得る。Armored RNATMは、RNA標準のいかなる分解も伴うことなく極度のリボヌクレアーゼ処理に曝され得る。Armored RNATMは、非常に耐久性があり、そしてリボヌクレアーゼの存在下で４℃でまたは室温でさえも、無限時間保存され得る。これらの質を有する公知のRNA標準は存在しない。Armored RNATMは、先行技術のウイルス様粒子（例えば、PickettおよびPeabodyのもの）とはいくつかの特徴で異なる。PickettおよびPeabodyの粒子のreRNAのバクテリオファージ配列は、パッケージングを開始するためのRNAの被覆タンパク質認識のために必要とされるOperator配列（またはpac部位）のみからなる。Armored RNATMは、Maturase、被覆タンパク質およびpac部位をコードする約1.7kbのバクテリオファージRNA配列を含む。パッケージングされたreRNA内へのバクテリオファージ配列の長いストレッチの封入は、野生型MS2構造にほとんど類似したマクロ分子構造を形成することに実質的に寄与し得る。さらに、パッケージングされたRNAを保護する構造内においてバクテリオファージ粒子を組み立てることに寄与する被覆タンパク質およびMaturaseを認識するバクテリオファージRNA内のまだ特徴付けられていない配列のような、他の配列が存在し得る。非バクテリオファージRNAは、PickettおよびPeabodyにより実証されたように被覆タンパク質単独によってパッケージングされ得るが、これらの非バクテリオファージRNA配列は、完全にリボヌクレアーゼ耐性ではない。正確なバクテリオファージ構造を想定することの可能性を最大化することに加えて、Armored RNATM内の余分のバクテリオファージ配列の封入はまた、PickettおよびPeabodyのウイルス様粒子とは異なり、バクテリオファージタンパク質によってパッケージングされるべきRNAの特異性を増大させる。PickettおよびPeabodyウイルス様粒子は、被覆タンパク質対reRNAの比が減少されない限りは、標的RNAを上回って主として宿主E.coliプレrRNAを含んでいた。
Armored RNATMを合成するための好ましいストラテジーは、会合のためのreRNAに対する被覆タンパク質の至適な比率を維持するための、自己調節フィードバック機構を生成することにより至適化されたストラテジーである。被覆タンパク質は、reRNA中にコードされ、そしてreRNAは、その会合されていない形態での翻訳のためにのみ利用可能である。従って、適切な濃度の被覆タンパク質がreRNAから翻訳された場合、それはreRNAをパッケージングし始める。より多いreRNAが組換えプラスミドから転写されるまで、より多い被覆タンパク質は翻訳され得ない。PickettおよびPeabodyのストラテジーは、これら２つの分子の間の一定の比率を維持するための機構を欠いた。PickettおよびPeabodyは、Operator-lacZ RNAをパッケージングするために、トランスの機構を使用した。被覆タンパク質RNAは異なるプラスミドから転写され、それゆえ、被覆タンパク質はそれがパッケージングするべきRNAとは異なるRNAから翻訳された。被覆タンパク質RNA上にはOperatorは存在しないので、被覆タンパク質RNAは連続的に転写され、そして被覆タンパク質は連続的に翻訳される。誘導後、被覆タンパク質の合成の調節は存在しない。同様に、Operator-lacZ RNAの転写の制御は存在しない。従って、両方のRNAの転写は構成的であり、そして被覆タンパク質の翻訳は構成的である。対照的に、いくつかの実施態様において、Armored RNATM法は、シスの方法であり、ここで被覆タンパク質はパッケージングされるべきRNAと同じRNAから翻訳される。被覆タンパク質の産生は、翻訳のレベルにおいて調節される。なぜなら、一旦被覆タンパク質の濃度が十分に高くなると、被覆タンパク質は、そこからそれが翻訳されるRNAをキャプシド化し、従って、任意のさらなる被覆タンパク質がそのRNAから翻訳されることを防止するからである。この自己調節方法により、被覆タンパク質のレベルは、RNAが非特異的様式でキャプシド化されるほど高くはなり得ない。
Armored RNATMは、Maturaseおよび被覆タンパク質をトランスで提供しながら、Maturaseおよび被覆タンパク質のための結合部位をコードする最小のバクテリオファージ配列（またはなおより少ない）を使用して、産生され得る。キャプシド化され得、そしてリボヌクレアーゼ耐性のままであり得るRNAの最大サイズは規定されるべきままである。しかし、野生型MS2バクテリオファージは約3.6kbのRNAゲノムを含む。これらのバクテリオファージの構造は二十面体（iscosahedral）であるので、最大サイズは約４kbであるようである。従って、Maturaseおよび被覆タンパク質をコードする配列を使用者に関係のある外来配列で置換する潜在能力は、有利であり得る。当業者は、Armored RNATMを産生するために必要なバクテリオファージ配列の最小量を決定するために、組織的な１組の研究を容易に実施し得る。これらの適用におけるArmored RNATMの１つの利点は、それらが非複製性であり、それゆえ、ウイルス複製に起因して異常に高いシグナルが検出されないことである。
Armored RNATMの安定性は、パッケージングされたRNAが、極限の環境条件に耐え得ることを示す。この特性は、汚染物の起源を追跡するための分子マーカーとしてのArmored RNATMの使用において有用であり得る。例えば、Armored RNATMは、異なる会社の廃棄物容器中にスパイクされ得る。各々の会社に対するArmored RNATMは、その会社を同定する特有のヌクレオチド配列を含む。流出の場合、サンプルが取られ、RNAが単離され、そしてRT-PCRTMが実施されて、Armored RNATMの特有の配列を決定し、そして流出の原因となる会社を同定する。関連する適用において、Armored RNATMは、環境問題研究者により、地下水の流れを追跡するために使用され得る。
インビボにおいて発現される場合に、その中で、インビボにおいて合成されたウイルス被覆タンパク質でリボヌクレアーゼに対してRNAが保護されるArmored RNATM組成物を生じる、遺伝子を作製する多数の可能な方法が存在する。
本発明のいくつかの局面を理解するために、バクテリオファージ（例えば、MS2バクテリオファージ）の成分を理解することが必要である。RNAゲノムは約3.6kbであり、そして以下の４つの異なるタンパク質をコードする：Maturase、被覆タンパク質、Lysis Protein、およびReplicase。被覆タンパク質は、MS2バクテリオファージ粒子の体積の大部分を構成する。被覆タンパク質は、サイズが約14kDの小さなタンパク質であるが、このタンパク質の180の分子が存在し、これらはバクテリオファージRNAゲノムの各々の分子をキャプシド化する。全体で、被覆タンパク質分子は、約3,500kDの全バクテリオファージ体積の約2,500kDを提供する。１つのバクテリオファージ粒子当たり１分子のMaturaseタンパク質が存在し、このMaturaseタンパク質はサイズが約44kDである。Maturaseは、RNAゲノムをリボヌクレアーゼ分解から保護するために役立ち、そしてこれはE．coli感染のためのＦ線毛に対するレセプターである。Lysis ProteinおよびReplicaseは、バクテリオファージ分子の成分ではない。Lysis Proteinは、E．coli細胞を溶菌してバクテリオファージ粒子を放出することに関与する。Replicaseタンパク質および３つの他のE．coli宿主タンパク質は、RNAゲノムの複製、およびパッケージングのための多数のコピーの合成を担うタンパク質複合体を構成する。
この出願において、シスは、そこからそれが翻訳されたRNA転写物種と同じRNA転写物種へのタンパク質の結合をいう。トランスは、それが翻訳されたRNA転写物種以外のRNA転写物種へのタンパク質の結合をいう。
最も単純な組成物は、被覆タンパク質、および１つ以上のOperator配列をコードすることを伴うかまたは伴わないかのいずれかの非バクテリオファージ配列をコードするRNAであり得る。
別の組成物は、被覆タンパク質、および１つ以上のOperatorおよび非バクテリオファージ配列をコードするreRNAを含み得る。
別の組成物は、被覆タンパク質およびMaturase、ならびに１つ以上のOperator配列、一方または両方のMaturase結合部位、および非ファージ配列をコードするreRNAであり得る。被覆タンパク質およびMaturaseはトランス提供される。
別の組成物は、被覆タンパク質、ならびに被覆タンパク質、１つ以上のOperator配列、および非ファージ配列をコードするreRNAであり得る。１つより多いOperatorを含めることは、リボヌクレアーゼに対する付加的な保護を与え、そして宿主RNAを上回るreRNAに対する被覆タンパク質の特異性を増加させるように作用し得る。
別の組成物は、被覆タンパク質およびMaturase、ならびに被覆タンパク質、Operator配列、Maturase結合部位、および非ファージ配列をコードするreRNAであり得る。Maturaseタンパク質は、トランスで提供される。
別の組成物は、被覆タンパク質およびMaturase、ならびに被覆タンパク質、Maturase（これは、Maturase結合部位を含む）、１つ以上のOperator配列、および非ファージ配列をコードするreRNAであり得る。
別の組成物は、被覆タンパク質およびMaturase、ならびに被覆タンパク質、Maturase（これは、Maturase結合部位を含む）、１つ以上のOperator配列、MS2ゲノムの3’末端に位置するMaturase結合部位、および非ファージ配列をコードするreRNAであり得る。
別の組成物は、被覆タンパク質およびMaturase、ならびに被覆タンパク質、Maturase、１つ以上のOperator配列、（タンパク質がインビボにおいて合成されないように）ReplicaseのＣ末端コード領域の大部分をコードするreRNAであり得る。さらに、この組成物は、Replicaseが機能するように、全体の活性なReplicaseをコードする配列を含み得る。
別の組成物は、被覆タンパク質およびMaturase、ならびに被覆タンパク質、Maturase、１つ以上のOperator配列、ReplicaseのＣ末端コード領域の大部分（タンパク質がインビボにおいて合成されないように）、およびMS2ゲノムの3’末端に位置するMaturase結合部位、および非ファージ配列をコードするreRNAであり得る。
いくつかの実施態様において、RNAをパッケージングするためにOperator配列を有する必要は存在しない。被覆タンパク質およびRNAの同時発現は、オペレーターなしのRNAが、パッケージングされ、そしてOperator配列が存在する場合に生成されるより低く特異的であり得る様式で保護されることを導き得る。
他の組成物は、Lysis Proteinとともに、上記のいずれかを含み得る。Lysis Proteinはいずれにおいても提供され得る。
これらの組成物の各々において、非ファージRNAは、reRNAの種々の異なる領域に配置され得る。例えば、第１の組成物において、reRNAは、２つのOperatorおよび非ファージRNAをコードし得る。両方のOperatorは非ファージRNAの5’もしくは3’に位置し得るか、または非ファージRNAの各々の末端において１つのOperatorが存在し得る。単一のOperatorのみが存在する場合、完全長転写物にのみがパッケージングされるように、Operatorを完全長転写物の3’末端に配置することが好ましくあり得る。Maturase結合部位を3’末端付近に含めることは、完全長RNAのパッケージングに関する同様の利点を有し得る。野生型ファージゲノムにおいて、Maturase結合部位は、Maturaseコード配列内およびゲノムの3’末端に位置される。被覆タンパク質がトランスで提供される組成物において、被覆タンパク質と同じRNA転写物上にコードされるOperator配列が存在しないか、または被覆タンパク質が、被覆タンパク質RNA転写物および非ファージOperator RNAの両方に結合し得、キャプシドの混合集団を産生し得ることが好ましい。
１つのRNA分子当たり１つより多いOperator配列を使用することは、PickettおよびPeabodyの研究におけるように、標的RNAに対する被覆タンパク質の特異性を増加し、そしてインビボにおいて宿主RNAをパッケージングする可能性を減少することが予想され得る。被覆タンパク質のOperator配列との結合速度を研究するインビトロ研究は、被覆タンパク質が、協同的様式で２つのOperator配列をコードするRNA分子に結合すること、および被覆タンパク質が、２つのOperatorを有するRNAに単一のOperatorを有するRNAよりずっと低い濃度で結合することを実証した（Witherell，1990）。結合の特異性を増加させることはまた、野生型配列より高い被覆タンパク質に対する親和性を有する変異型Operator配列を使用して達成され得る（Witherell，1990）。
本発明の主な局面は、以下のように要約され得る。本発明の１つの主な実施態様は、標準核酸をコードする配列を含むヌクレアーゼ耐性核酸セグメントを含む核酸標準に関する。いくつかの好ましい実施態様において、核酸標準は、標準RNAをコードする配列を含むリボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントを含むRNA標準である。
用いられ得る種々の形態のリボヌクレアーゼ耐性RNA標準が存在する。RNAは、リボヌクレアーゼに対して耐性である化学的に修飾されたRNAであり得る。化学的に修飾されたRNAは、化学的に修飾されたヌクレオチドからなり得る。これらのヌクレオチドは、リボヌクレアーゼがRNAに対して作用し得ないように修飾される。化学的に修飾されたRNAは、RNAまたは以前に転写されたRNA転写物の化学的修飾により調製される。あるいは、化学的に修飾されたRNAは、既に化学的に修飾されているヌクレオチドから転写または合成され得る。
RNA標準はまた、リボヌクレアーゼ耐性コーティングに非共有結合されているか、またはリボヌクレアーゼ耐性コーティングで被覆されているRNAを含み得る。そのような結合（これは、配列依存性または配列非依存性であり得る）は、RNAをリボヌクレアーゼ耐性にする。いくつかの実施態様において、結合した分子はタンパク質からなる。そのような結合タンパク質の例は、MS2/R17被覆タンパク質、HIV-1ヌクレオキャプシドタンパク質、gp32、T4のregAタンパク質、またはバクテリオファージT4のgp32である。他の場合において、非共有結合されている分子は、低分子からなる。例えば、ポリアミン、スペルミン、および／またはスペルミジン。リボヌクレアーゼ耐性コーティングはまた、核酸からなり得る。いくつかの好ましい実施態様において、核酸は組換えRNAにハイブリダイズし、ヌクレアーゼをブロックし、そして逆転写酵素のためのプライマーとして作用し得る。他の場合において、ポリ-L-リジンおよびカオチン性界面活性剤（例えば、CTAB）が、RNAを被覆しそして保護するために使用され得る。
本発明の他の実施態様において、リボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントは、かごに入れられた（caged）ヌクレアーゼ耐性構造である。すなわち、RNAセグメントは、リボヌクレアーゼ耐性構造中に部分的にキャプシド化される。例えば、リボヌクレアーゼ耐性構造は、脂質からなり得る。いくつかの場合において、脂質リボヌクレアーゼ耐性構造は、リポソームを含む。他の実施態様において、リボヌクレアーゼ耐性構造は、ポリマーマトリックスのような合成マイクロカプセルである。有用なポリマーマトリックスのいくつかの例は、アガロースまたはアクリルアミドを含む。
いくつかの好ましい実施態様において、本発明は、ウイルス被覆タンパク質中にキャプシド化された標準核酸セグメントを含むリボヌクレアーゼ耐性構造を含む核酸標準を意図する。本発明の好ましい実施態様は、標準RNAをコードする配列を含むリボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントを含むRNA標準と意図する。ウイルス被覆タンパク質中のRNAセグメントのキャプシド化は、それをリボヌクレアーゼに対して耐性（従って、用語Armored RNATM）を与え得る。
ウイルス被覆タンパク質は、任意の天然または改変されたウイルス被覆タンパク質であり得るが、多くの好ましい実施態様において、ウイルス被覆タンパク質は、バクテリオファージウイルス被覆タンパク質である。そのようなバクテリオファージウイルス被覆タンパク質は、遺伝的サブクラスＡまたはＢのE．coliバクテリオファージのものであり得；いくつかの好ましい実施態様において、バクテリオファージウイルス被覆タンパク質は、遺伝的サブクラスＡのE．coliバクテリオファージのものである。バクテリオファージウイルス被覆タンパク質は、血清学群Ｉ、II、III、またはIVのE．coliバクテリオファージのものであり得、いくつかの好ましい実施態様は、血清学群ＩのE．coliバクテリオファージ由来のバクテリオファージウイルス被覆タンパク質を用いる。特定の特に好ましい実施態様において、バクテリオファージウイルス被覆タンパク質はMS2/R17バクテリオファージのものである。バクテリオファージウイルス被覆タンパク質はまた、Pseudomonas aeruginosa RNAバクテリオファージ（例えば、Pseudomonas aeruginosa PRR1またはPP7バクテリオファージ）のものであり得る。バクテリオファージウイルス被覆タンパク質はさらに、繊維状バクテリオファージのものであり得、そしてそのようなバクテリオファージは多くの他のバクテリオファージより長いRNAセグメントを含み得るので、これは特に目的とする実施態様である。古細菌のバクテリオファージが本発明において有用であることもまた意図される（Ackerman，1992）。当然、ウイルス被覆タンパク質はバクテリオファージ由来である必要はなく、そして本発明は、植物または動物ウイルス由来のウイルス被覆タンパク質を意図する。例えば、タバコモザイクウイルス（Hwang 1994a；Hwang，1994b；Wilson，1995）、アルファウイルス（Frolov，1996）、HBV、ネコ免疫不全ウイルス、およびラウス肉腫ウイルスが全て有用である。ウイルス被覆タンパク質は、天然または改変されたウイルス被覆タンパク質であり得る。改変されたウイルス被覆タンパク質は、より高いかまたはより低いウイルス被覆耐性のような、特定の所望される特徴を得るために使用され得る。改変されたウイルス被覆タンパク質は、PCRTMに基づきそして他の形態の部位特異的変異誘発を含む、当業者に公知の任意の多数の方法により作製され得る。
特定の好ましい実施態様において、リボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントは、ウイルスMaturaseタンパク質に結合される。例えば、RNA標準は、組換えRNAセグメント上のウイルスMaturase結合部位に結合されたウイルスMaturaseタンパク質を含み得る。ウイルスMaturaseタンパク質および／またはウイルスMaturaseタンパク質結合部位は、天然であり得るかまたは改変され得る。Maturase結合部位の塩基配列における改変、およびMaturaseのアミノ酸配列における改変は、当業者に公知の任意の多数の方法により作製され得る。ウイルスMaturase結合部位は、天然のMaturaseをコードするRNA配列において見出される。それゆえ、RNA配列は、それ自体の中に、MaturaseをコードするRNAを含み得る。さらに、Maturaseの結合はRNAセグメントの安定性に対していくらかの効果を有するとされているので、複数のMaturase結合部位および／またはMaturaseコード配列がRNAセグメント中に含まれ得ることが意図される。
標準リボ核酸をコードするRNAセグメントはまた、Replicaseタンパク質をコードする配列を含み得、そしてReplicaseタンパク質は、その配列から発現されるかもしくは発現可能であってもよくまたはそうでなくてもよい。特定の好ましい実施態様において、Replicaseタンパク質をコードする配列は、活性でない改変されたReplicaseタンパク質をコードする。
RNAセグメントは、代表的には、Operatorコード配列、および多くの好ましい実施態様において、ウイルスMaturaseタンパク質結合部位（これは、ウイルスMaturaseタンパク質コード配列中に含まれ得る）を含み得る。RNAセグメントは、上記で考察された型のウイルス被覆タンパク質コード配列をさらに含み得る。
標準RNAをコードする配列を含むRNAセグメントの多くの実施態様が存在し、その少しの例を以下で与えられる。いくつかの非常に基本的な実施態様において、RNAセグメントは、Operator配列およびウイルス被覆タンパク質配列を含む。他の基本的な実施態様において、RNAセグメントは、Operator配列、ウイルス被覆タンパク質配列、および非バクテリオファージ配列を含む。他の実施態様において、RNAセグメントは、少なくとも２つのOperator配列および非バクテリオファージ配列を含む。RNAセグメントは、Operator配列、ウイルスMaturaseタンパク質をコードする配列、および非バクテリオファージ配列を含み得る。さらに、いくつかの好ましい実施態様において、RNAセグメントは、Operator配列、ウイルスMaturaseタンパク質をコードする配列、ウイルス被覆タンパク質をコードする配列、および非バクテリオファージ配列を含む。RNAセグメントは、Operator配列、少なくとも２つのウイルスMaturase結合部位、Maturaseタンパク質をコードする配列、ウイルス被覆タンパク質をコードする配列、および非バクテリオファージ配列を含み得る。あるいは、RNAセグメントは、Operator配列、少なくとも２つのウイルスMaturase結合部位、ウイルスMaturaseタンパク質をコードする配列、ウイルス被覆タンパク質をコードする配列、非バクテリオファージ配列、およびReplicaseタンパク質をコードする配列を含み得る。RNAは、pAR-1またはpAR-2の配列中にコードされる組換えRNAセグメントの全部または一部を含み得る。
いくつかの好ましい実施態様において、RNAセグメントは、RNAバクテリオファージ由来のバクテリオファージ配列および非バクテリオファージ配列を含む。非バクテリオファージ配列は、マルチクローニング部位中に挿入され得る。非バクテリオファージ配列は、ウイルス配列、細菌配列、真菌配列、動物配列、植物配列、または他の配列であり得るが、特定の好ましい実施態様において、それはウイルス配列である。複数のOperatorは、非バクテリオファージ配列のいずれかの末端に存在し得るか、またはその配列に隣接し得る。複数のOperator配列は、より大きな非バクテリオファージ配列をパッケージングするために有用であり得る。
非バクテリオファージ配列はしばしば、例えば、PCRTMに基づく手順によるRNAの検出および／または定量における標準としての使用のために適合された配列である。特定の実施態様において、非バクテリオファージ配列は、診断値のRNAの検出および／または定量におけるにおける使用のために適合された配列である。例えば、非バクテリオファージ配列は、HIV-1、HIV-2、HCV、HTLV-1、HTLV-2、Ｇ型肝炎、腸内ウイルス、または血液媒介性病原体の検出および／または定量における標準としての使用のために適合された配列であり得る。いくつかの特に目的とする実施態様において、非バクテリオファージ配列は、HIV-1、HIV-2、HCV、HTLV-1、またはHTLV-2のようなウイルス性疾患の検出における使用のために適合される。非バクテリオファージ配列の適合は、試験されるRNAの検出および／または定量のために適した配列を与える、任意の方法で達成され得る。いくつかの実施態様において、非バクテリオファージ配列は、それが天然の配列から区別可能なように、検出またはモニターされるべき天然のRNA配列を改変することにより、目的のRNAの検出および／または定量における標準としての使用のために適合した。例えば、HIV-1の検出および／または定量は、改変されたHIV-1配列を含む非バクテリオファージ配列を用いて達成され得る。RNA標準は、血液媒介性病原体（例えば、マラリア原虫、プラスモディウム、Francisella tularensis、またはWucheria bancrofti）の検出および／または定量における標準としての使用のために適合された非バクテリオファージ配列を含み得る。
RNA標準のバクテリオファージ配列は、任意の遺伝子サブクラス（例えば、サブクラスＡ）の任意のE．coliバクテリオファージ由来の配列であり得る。さらに、バクテリオファージ配列は、血清学群Ｉ、II、III、またはIVのE．coliバクテリオファージ由来の配列であり得る。特定の実施態様において、バクテリオファージ配列は、MS2/R17バクテリオファージ由来の配列である。当然、バクテリオファージ配列はまた、Pseudomonas aeruginosa RNAバクテリオファージ（例えば、PRR1もしくはPP7バクテリオファージ）、または繊維状バクテリオファージ由来の配列であり得る。
本発明の他の実施態様は、上記で論じた種々の配列を含むRNAセグメントを意図する。RNA標準セグメントは、ウイルス被覆タンパク質中にキャプシド化され得るか、またはウイルス被覆タンパク質なしであり得る。例えば、組換えRNAは、RNA標準産生プロセスの間、またはウイルス被覆タンパク質からの組換えRNAセグメントの単離後のアッセイの間に、ウイルス被覆タンパク質なしであり得る。RNAは、上記で論じた任意の種々の形態のものであり得、そしてOperator部位（単数もしくは複数）、Maturase結合部位（単数もしくは複数）、被覆タンパク質コード配列（単数もしくは複数）、Maturaseコード配列（単数もしくは複数）、非バクテリオファージ配列（単数もしくは複数）、制限酵素配列（単数もしくは複数）、活性もしくは非活性Replicaseコード配列（単数もしくは複数）、活性もしくは非活性Lysis Proteinコード配列（単数もしくは複数）、および／または他の配列を含み得る。
本発明はまた、ウイルス被覆タンパク質中にキャプシド化された組換えRNAセグメントを含むRNA標準の合成における使用のために適合されたDNAベクターを意図する。そのようなベクターは、細胞（例えば、E．coli）中にトランスフェクトされ、そして細胞に、ウイルス被覆タンパク質中にキャプシド化されたRNAを産生させるように機能する。基本的なベクターは、Operator配列およびウイルス被覆タンパク質配列をコードする配列を含み得る。あるいは、ベクターは、２つのOperator配列および非バクテリオファージ配列をコードする配列を含み得る。いくつかの実施態様において、ベクターは、Operator配列をコードする配列、ウイルスMaturase結合部位をコードする配列、およびマルチクローニング部位を含み得る。マルチクローニング部位は、ウイルスMaturase結合部位をコードする配列の下流のまたは上流のいずれかであり得る。ベクターは、ウイルスMaturaseタンパク質および／またはMaturase結合部位をコードする配列をさらに含み得る。ウイルスMaturase結合部位をコードする配列は、ウイルスMaturaseタンパク質をコードする配列内に含まれ得る。特定の好ましい実施態様は、ウイルス被覆タンパク質遺伝子、Operator配列、およびマルチクローニング部位をコードする配列を含む。非バクテリオファージをコードするDNA配列は、そのようなDNAベクターのマルチクローニング部位中に挿入され得、そして非バクテリオファージ配列は、上記で論じた任意の配列であり得る。
本発明は、ウイルス被覆タンパク質中にキャプシド化された組換え核酸を含む核酸標準を含む採集チューブを意図する。そのような採集チューブは、血液、尿、または脳脊髄液のような体液の採集における使用のために適合され得る。例えば、採集チューブは、血液採取のための真空チューブであり得る。そのような採集チューブは、液体の採集の時点で体液サンプル中に核酸標準を提供し、そしてアッセイ手順の一部として標準を添加する必要を排除することにより、診断手順を合理化し得る。
本発明は、上記の核酸標準を使用して核酸サンプル中の試験される核酸の存在についてアッセイするための方法を意図する。「核酸サンプル」はまた、核酸組成物として本明細書中で記載され得る。本明細書中で用いられる核酸組成物は、１つ以上の核酸分子またはポリマーを含む任意の組成物（通常は、体液組成物）を意味するように理解される。組成物はまた、緩衝液、塩、溶媒、または溶質などを含み得、これらは、核酸組成物とともにサンプルに由来するか、または単離の間のまたは単離の後に組成物に添加されている。そのような組成物は、代表的には、水溶液から沈澱され、そして再懸濁される。核酸標準は、内部標準または外部標準であり得る。そのような方法は、一般に、以下の工程を包含する：（１）サンプルを得る工程；（２）標準核酸をコードする配列を含むヌクレアーゼ耐性核酸セグメントを含む核酸標準を得る工程；（３）試験される核酸の存在についてサンプルをアッセイする工程；および（４）アッセイにおける標準として標準核酸をコードする配列を含む核酸セグメントを用いる工程。方法は、サンプルから核酸組成物を単離する工程を、さらに包含し得る。サンプルは、無機物質（例えば、土壌サンプル）、任意の有機物質、植物または動物由来のサンプルを含み得るがそれらに限定されず、そして組織サンプル、または血液もしくは血液成分のサンプルであり得ることが意図される。この方法は、標準核酸をコードする配列を含むヌクレアーゼ耐性核酸セグメントを、標準核酸をコードする配列を含むヌクレアーゼ耐性核酸セグメントをヌクレアーゼ耐性にする分子から単離して、標準核酸をコードする配列を含む核酸セグメントを得る工程を、さらに包含し得る。
あるいは、この方法は、サンプルまたは核酸組成物と、標準核酸をコードする配列を含むヌクレアーゼ耐性核酸セグメントを含む核酸標準とを、試験される核酸配列の存在についてアッセイする前に混合する工程を、さらに包含し得る。この代替法は、標準核酸をコードする配列を含むヌクレアーゼ耐性核酸セグメントを、標準核酸をコードする配列を含む核酸セグメントにヌクレアーゼ耐性を与える分子から単離して、標準核酸をコードする配列を含む核酸セグメントを得る工程を、さらに包含し得る。さらに、サンプルおよび核酸標準は、サンプルからの核酸組成物の単離、および標準核酸をコードする配列を含む核酸セグメントの単離の前に混合され得、その結果、サンプル、および標準核酸をコードする配列を含む核酸セグメントからの核酸組成物の単離が、同一の単離手順において実施される。これは、手順を合理化し、そして全ての試験される核酸および核酸標準が、同一の反応中で平行して処理されることを確実にする。そのような平行処理は、アッセイの結果を損ない得る多くの可変性を排除する。
アッセイは、核酸標準を用いる任意のアッセイであり得るが、多くの好ましい実施態様はPCRTM分析を含む。本発明の核酸標準の利点の１つは、それらが、定量的RT-PCRTMのような定量的アッセイを可能にすることである。RT-PCRTM手順において、核酸セグメントは、代表的には、標準RNAをコードする配列を含むRNAである。代表的には、定量的アッセイは、試験されるRNA PCRTM産物の量を、標準RNA PCRTM産物の量と比較する工程を包含する。RT-PCRTM分析は、通常以下の工程を包含する：（１）逆転写手順を用いる工程；（２）核酸配列を増幅し、そしてPCRTM産物を生成する工程；および（３）PCRTM産物を検出する工程。特定の実施態様において、増幅工程は、任意の試験されるRNA PCRTM産物の、標準RNA PCRTM産物との同時増幅を含む。そのような同時増幅は、RT-PCRTM手順からの、試験されるRNA PCRTM産物および標準RNA PCRTM産物の両方の増幅のために適合された、単一のプライマーセットの使用を介して達成され得る。
核酸標準は、先に明らかにまたは盲目的に記載されている任意の組成物であり得る。例えば、リボ核酸標準が使用される場合、化学的改変、リボヌクレアーゼ耐性コーティング、またはリボヌクレアーゼ耐性ケージを含むがこれらに限定されない、標準RNAをコードする配列を含む任意の形態のリボヌクレアーゼ耐性RNAセグメントが、使用され得る。
RNA標準をコードする配列は、ウイルス配列のような非バクテリオファージ配列を含み得る。非バクテリオファージ配列は一般に、RNAの検出および／または定量における標準としての使用のために適合された配列であり得る。いくつかの好ましい実施態様において、アッセイは、HIV-1、HIV-2、HCV、HTLV-1、HTLV-2、Ｇ型肝炎、エンテロウイルス、または血液媒介性病原体（blood-borne pathogen）での感染におけるウイルスの負荷を検出および／または定量するために使用され得る。本発明にさらに好ましい実施態様は、改変したHIV-1、HIV-2、またはHCV配列を有する組換えRNAを含むRNA標準を使用する、HIV-1、HIV-2、またはHCVの検出および／または定量を意図する。
本発明の１つの具体的な方法は、以下を含む方法により診断的に価値のあるRNAの存在についてアッセイすることを意図する：（１）アッセイされるサンプルを得る工程；（２）バクテリオファージ被覆タンパク質中にキャプシド化された標準RNAをコードする配列を含むRNA標準を得る工程；（３）RNA標準とサンプルとを混合する工程；（４）混合物からRNAを単離する工程；および（４）RT-PCRTM分析を用いて診断的に価値のあるRNAの存在をアッセイする工程。
本発明は、以下を含む、ウイルス被覆タンパク質中にキャプシド化された組換え核酸セグメントを含む核酸標準を作製する方法を意図する：（１）Operator配列および非バクテリオファージ配列をコードする配列を含む組換え核酸セグメントをコードする核酸配列を含むベクターを得る工程；（２）細胞にベクターをトランスフェクトする工程；（３）ウイルス被覆タンパク質質を提供する工程；および（４）組換え核酸セグメントの転写および組換え核酸セグメントのウイルス被覆タンパク質中へのキャプシド化を可能にする条件下で細胞を培養する工程。組換え核酸セグメントは、RNAまたはDNAであり得る。核酸標準は、細胞から精製され得、ここで、核酸標準は、細胞からのウイルス粒子の分離のための当業者に公知の多数の任意の様式によって発現される。細胞は、任意の形態の細胞であり得るが、代表的にはE．coliのような細菌細胞が使用される。
ウイルス被覆タンパク質中にキャプシド化される組換えRNAセグメントを含むRNA標準を作製する方法が、特に好ましい。この方法は、以下を包含する：（１）Operator配列および非バクテリオファージ配列をコードする配列を含む組換えRNAセグメントをコードするDNA配列を含むベクターを得る工程；（２）細胞にベクターをトランスフェクトする工程；（３）ウイルス被覆タンパク質を提供する工程；および（４）組換えRNAセグメントの転写および組換えRNAセグメントのウイルス被覆タンパク質中へのキャプシド化を可能にする条件下で細胞を培養する工程。多くの好ましい実施態様において、組換えRNAは、Maturase結合配列を含む。
ウイルス被覆タンパク質の供給は、多数の手段により得る。例えば、タンパク質は、組換えRNAセグメントの転写から別々に発現され得、そして組換えRNAが一旦転写されるとキャプシド化される濃度で培養培地に添加される。しかし、最も好ましい実施態様において、被覆タンパク質の提供は以下を含む：（１）ウイルス被覆タンパク質をコードする核酸セグメントを得る工程；（２）ウイルス被覆タンパク質をコードする核酸セグメントを細胞にトランスフェクトする工程；（３）ウイルス被覆タンパク質の発現を可能にする条件下で細胞を培養する工程。この実施態様において、ウイルス被覆タンパク質をコードする核酸セグメントは、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列を含むベクター中に含まれるDNA配列であり得る。ウイルス被覆タンパク質をコードするDNA配列は、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列にシスで配置され得る。さらに、ウイルス被覆タンパク質をコードするDNA配列は、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列中に配置され得る。あるいは、ウイルス被覆タンパク質をコードするDNA配列は、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列に対してトランスで配置され得る。しかし、このことは、好ましい実施態様の典型ではない。
RNA標準を生成する方法は、ウイルスMaturaseタンパク質を提供するさらなる工程を包含し得る。ウイルスMaturaseタンパク質の提供は、多数の手段により得る。例えば、タンパク質は、組換えRNAセグメントの転写から別々に発現され得、そして、組換えRNAが一旦発現されるとキャプシド化される濃度で培養培地に添加される得る。しかし、最も好ましい実施態様において、Maturaseタンパク質の提供は以下を含む：（１）ウイルスMaturaseタンパク質をコードする核酸セグメントを得る工程；（２）ウイルスMaturaseタンパク質をコードする核酸セグメントを細胞にトランスフェクトする工程；および（３）ウイルスMaturaseタンパク質の発現を可能にする条件下で細胞を培養する工程。この場合、ウイルスMaturaseタンパク質をコードする核酸セグメントは、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列を含むベクター中に含まれるDNA配列であり得る。ウイルスMaturaseタンパク質をコードするDNA配列は、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列にシスで配置され得る。さらに、ウイルスMaturaseタンパク質をコードするDNA配列は、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列中に配置され得る。あるいは、ウイルスMaturaseタンパク質をコードするDNA配列は、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列にトランスで配置され得るが、このことは好ましい実施態様の典型ではない。もちろん、組換えRNA配列は、先に明らかにまたは盲目的に記載されるかまたは示唆される任意の配列であり得る。
ウイルス被覆タンパク質中にキャプシド化される組換えRNAセグメントを含むRNA標準を作製する方法の好ましい実施態様は、以下を含む：（１）Operator配列をコードする配列、ウイルスMaturase結合部位をコードする配列、および非バクテリオファージ配列を含む組換えRNAセグメントをコードするDNA配列を含むベクターを得る工程；（２）ベクターを細胞にトランスフェクトする工程；（３）ウイルス被覆タンパク質をコードするDNAセグメントを得る工程、およびウイルス被覆タンパク質をコードする核酸セグメントを細胞にトランスフェクトする工程；（４）ウイルスMaturaseタンパク質をコードするDNAセグメントを得る工程、およびウイルスMaturaseタンパク質をコードする核酸セグメントを細胞にトランスフェクトする工程；ならびに（５）組換えRNAセグメントの転写、ウイルス被覆タンパク質およびウイルスMaturaseタンパク質の発現、ならびにウイルス被覆タンパク質中での組換えRNAセグメントのキャプシド化を可能にする条件下で細胞を培養する工程。本発明のこの局面の好ましい実施態様において、ウイルス被覆タンパク質をコードするDNAセグメントが、組換えRNAフラグメントをコードするDNA配列を含むベクター中に含まれる。より好ましくは、ウイルス被覆タンパク質をコードするDNA配列は、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列に対してシスを配置される。本発明の好ましい実施態様において、ウイルスMaturaseタンパク質をコードするDNAセグメントは、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列を含むベクター中に含まれ、そしてさらに好ましくは、組換えRNAセグメントをコードするDNA配列にシスで配置される。
本発明はまた、以下を包含する、インビボでRNAを作製する方法を意図する：（１）Operator配列をコードする配列、ウイルスMaturase結合部位をコードする配列、および非バクテリオファージ配列を含む組換えRNAセグメントをコードするDNA配列を含むベクターを得る工程；（２）ベクターを細胞にトランスフェクトする工程；（３）ウイルス被覆タンパク質をコードするDNAセグメントを得る工程、およびウイルス被覆タンパク質をコードする核酸セグメントを細胞にトランスフェクトする工程；（４）ウイルスMaturaseタンパク質をコードするDNAセグメントを得る工程、およびウイルスMaturaseタンパク質をコードする核酸セグメントを細胞にトランスフェクトする工程；ならびに（５）組換えRNAセグメントの転写、ウイルス被覆タンパク質およびウイルスMaturaseタンパク質の発現、ならびにウイルス被覆タンパク質中への組換えRNAセグメントのキャプシド化を可能にする条件下で細胞を培養する工程。これらの方法は、被覆タンパク質から組換えRNAセグメントを単離する工程をさらに包含し、そしてこの工程は、インビボ（すなわち、細菌細胞内）での大量の所望のRNAの産生を可能にする。次いで、単離されたRNAセグメントは、非バクテリオファージ配列を含むRNAセグメントを得るために処理され得る。例えば、リボザイム配列、RNase H、およびRNA中に配列特異的切断を生じるように機能する相補DNAオリゴヌクレオチド、ならびに他の分子生物学的手段が、非バクテリオファージ配列またはその一部から所望されないRNAを除くために使用され得る。次いで、所望のRNAセグメントは、当該分野で公知の手段によって精製され得る。例えば、インビボでの転写のこの方法において使用され、そして得られるDNAベクター、RNAセグメント、細胞などは、上記の任意のものであり得る。
本発明はまた、以下を包含する、インビトロでウイルス被覆タンパク質中のRNAセグメントをキャプシド化する方法を意図する：（１）標準RNAをコードする配列を含むRNAセグメントを得る工程；（２）ウイルス被覆タンパク質を得る工程；および（３）ウイルス被覆タンパク質中にキャプシド化される標準RNAをコードする配列を含むRNAセグメントを生じる条件下で、標準RNAおよびウイルス被覆タンパク質をともに含むRNAセグメントを配置する工程。
本発明はさらに、以下を包含する、インビトロまたはインビボで細胞にRNAを送達する方法を意図する：（１）ウイルスコートタンパク質中にキャプシド化される標準RNAをコードする配列を含むRNAセグメントを含むArmored RNATMを得る工程；（２）Armored RNATM培養物を細胞と一緒に配置する工程；および（３）Armored RNATMの細胞への取り込みを生じる条件下で細胞を培養する工程。
このような方法において、Armored RNATMは、細胞へのRNAの送達を容易にするように改変されているバクテリオファージタンパク質を含み得る。例えば、改変されたバクテリオファージタンパク質は、ウイルス被覆タンパク質またはMaturaseタンパク質である。
E．coliおよび他の細菌に感染する、多くの種々の一本鎖および二本鎖DNAバクテリオファージが存在する。一本鎖DNAバクテリオファージの例として、φX174およびM13が挙げられる。二本鎖DNAバクテリオファージの例として、T4、T7、ラムダ（λ）、およびファージP2が挙げられる。M13およびλが、分子生物学者によって広範に使用されており、そしてこれらのバクテリオファージの組み換え体を作製することはどちらかといえば簡単である。RNAバクテリオファージを使用する場合、DNAバクテリオファージの組換え体は、核酸に基づくアッセイを使用する特定のDNAウイルスについての定量的標準として作用する特定のDNA配列を用いて構築および定量され得る。いくつかのヒトDNAウイルスは、HSV、EBV、CMV、HBV、Parvoviruses、およびHHV6である。これらの標準の利点は、これらのDNA標準がDNaseに対して保護され得ることである。
インビトロでの転写によって合成されるRNAは、インビトロでバクテリオファージタンパク質でパッケージされ得る。この方法は、非常に特異的な配列のRNA種を保護するために有用である。すなわち、reRNAは被覆タンパク質およびMuturase配列をコードすることを必要としない。被覆タンパク質および／またはMuturaseに対する結合配列のみが、RNA転写物中に含まれ、そして被覆タンパク質および／またはMaturaseは外因的に提供される。キャプシド化は、転写と同時または転写後に生じ得る。適切な条件下でのRNAと被覆タンパク質との組合せによって、RNAが被覆タンパク質でキャプシド化されて、ファージ様粒子を形成することが示されている（LeCuyer，1995）。被覆タンパク質によるキャプシド形成は、Operator配列または長いRNA転写物（Beckett，1988）によって刺激される。キャプシドは、Operator配列または任意のRNAを含まずに形成するが、次いで、被覆タンパク質の濃度はさらにより高くならなければならない。従って、被覆タンパク質は、RNAに添加されない限りはキャプシド形成を導かない濃度で保存され得る。このストラテジーを使用して、RNAの長さおよび濃度に依存して、RNAはOperator配列を必要とし得るか、または必要とし得ない。このストラテジーは、それ自体をmRNA（5’キャップおよび3’ポリＡテイルを有するRNA）をパッケージするように導き得、これは次いで、トランスフェクション研究において使用され得る（以下を参照のこと）。Maturaseは、パッケージされたRNAがリボヌクレアーゼに対して保護される構築物を形成するために必要とされ得る。
種々の別々の長さのRNAが、Armored RNATMとして大量に産生され得る。この大きさは、それらのArmored RNATM形態において等量で混合され得る。この混合物は、変性溶液中で加熱され得、そして変性ホルムアルデヒドアガロースゲル上で直接泳動され得るか、またはRNAは、混合物から精製され得、次いでRNAサイズ標準として変性ホルムアルデヒドアガロースゲル上で泳動され得る。あるいは、リボヌクレアーゼ耐性である種々の長さの化学的に改変されたRNAが、転写され得る。これらのRNAは、ゲル電気泳動においてサイズ標準として使用され得る。
【図面の簡単な説明】
図１。４℃で保存されたAR-2標準により生じたシグナルの濃度（consistency）。AR-2標準（80 QS RNA相当物）を0.2mlのHIV陽性血清に添加し、そしてAmplicorTM HIV MonitorTM試験を使用して処理した。21のアッセイを、水中で４℃で保存したAR-2標準の同じストックを使用して38日の期間にわたって行った。
図２。ヒト血清中でのインタクトなAR-2標準または裸のAR-2 RNAのインキュベーション効果。AR-2（500 RNA相当物）またはAR-2から単離された裸のRNA（5000 RNA相当物）のいずれかとしてキャプシド化された規定量のRNAを、延長した期間、室温（21℃）にてヒト血清とともにインキュベートした。コントロールとして、裸のAR-2 RNAおよびインタクトなAR-2標準を、両方を平行してTris緩衝液中で共インキュベートした。パーセント回収率を、[（ゼロ時点でのサンプルのOD450×希釈因子（DF））／（各インキュベーションの終わりでのOD450×DF）]×100として計算する。
例示的な実施態様の説明
以下の実施例は、リボヌクレアーゼ耐性RNAの産生および使用を記載し、reRNAがリボヌクレアーゼ活性によって保護され得る程度、および本発明の適用を示す。
実施例１
HIVを定量するためのArmored RNATMの産生およびArmored RNATMの使用
１．Armored RNATMの構築
Armored RNATM標準は、Maturaseおよび被覆タンパク質遺伝子のみを含むRNAバクテリオファージMS2の改変バージョンである。RNAバクテリオファージMS2の全長のcDNAクローン（pMS27）は、野生型の感染性MS2バクテリオファージの産生に必要な全ての遺伝子を含む（Shaklee，1990）。
MS2のMaturaseおよび被覆タンパク質をコードするDNAのフラグメントを、プライマー5’CCTTTCGGGGTCCTGCTCAACTT 3’（センスプライマー、配列番号１）および5’GATTAGATCTGAGTTGAACTTCTTTGTTGTCTTC 3’（アンチセンスプライマー、配列番号２）を使用して、PCRTMによってpMS27から合成した。BglII制限配列を、発現ベクターpSE380（Invitrogen Corporation）へのこのPCRTM産物のクローニングを媒介するように、アンチセンスプライマー中に組み込んだ。PCRTM産物を、GeniePrepTM（Ambion，Inc.）を使用して精製し、そして70μlの水を用いてガラス線維パッドから溶出した。GeniePrepTMは、通常のアルカリ溶解手順に基づいてプラスミドDNAを精製するDNA単離キットである（Birnboim，1983）。PCRTMフラグメントを、NcoIおよびBglIIで消化した。10μlの10×React 3 Buffer（BRL; 0.5M Tris[pH8.0]; 0.1M MgCl2;  1M NaCl）、20μlの水、および３μlのNcoIおよびBglIIを、精製したPCRTM産物に添加し、そして37℃で2.5時間インキュベートした。NcoI部位は、Maturase遺伝子の開始コドンのすぐ5’に位置するMS2ゲノム中の天然に存在する配列である。消化したPCRTM産物を、GeniePrepTM（Ambion．Inc．）で再度精製し、そして70μlの水で溶出した。
消化したPCRTMフラグメントを、ベクターpSE380のNcoIおよびBglII部位に連結した。BglIIおよびNcoIで予め消化したpSE380を、BglIIおよびNcoI消化したPCRTM産物と、１×Ligation Buffer（50mM Tris [pH7.8]; 10mM MgCl2、10mM DTT; １mM ATP; 0.025mg/mlアセチル化BSA、Ambion，Inc.）中でT4 DNA Ligase（Ambion，Inc.）を用いて組み合わせた。連結反応物を、室温（約21℃）で４時間インキュベートした。連結産物を、コンピテントE．coli DH5α株細胞に形質転換し、次いでCb100-LBプレート上で37℃で16時間拡大させた。生じたコロニーのいくつかを採取し、Cb25-LB培地中で増殖させ、プラスミドDNAをGeniePrepTM(Ambion，Inc.）を使用して単離し、次いでNcoIおよびBglIIでのDNAの消化によるPCRTM産物と同じ大きさを有するDNAインサートをスクリーニングした。pSE380ベクターは、E．coli RNA Polymeraseターミネーター配列rrnBT1T2、マルチクローニング部位の3’、709から866位を含む。
生じた構築物を、pAR-1と命名する。配列番号３。両方のバクテリーファージ遺伝子は、pSE380によって発現されるlacIタンパク質により調節される強力なtrcプロモーターの下流に存在する。Operator配列（pac部位）は、被覆タンパク質配列のすぐ下流のNcoI/BglIIフラグメント中に存在する。Lysis遺伝子の短縮バージョンもまた存在するが、コードされるペプチドは活性形態のタンパク質ではない。pSE380は、IPTGの存在下で不活化されるサプレッサーであるlac 1qをコードする。従ってバクテリオファージ遺伝子の転写は、IPTGが培養培地に添加され、そしてtrcプロモーターが活性化されるまで下方調節される。転写は、rrnBT1T2ターミネーター配列によって停止される。
Maturaseタンパク質、被覆タンパク質、およびこれらのタンパク質をコードするRNAを、安定なバクテリオファージ様Armored RNATM粒子の産生に使用した。Maturaseタンパク質は、バクテリオファージ様粒子を安定化させそしてバクテリオファージ様粒子内に含まれるRNAにさらなる保護を与えると推測されるArmored RNATMの重要な成分であると推測される。従って、本発明の多くの好ましい実施態様は、Maturaseタンパク質を含む。Maturaseコード配列中には、Maturaseタンパク質の結合部位が存在する（Shiba，1981）。Maturase結合部位は、reRNAのパッケージングに寄与する配列としてreRNA中に含まれるために必要であると推測される。被覆タンパク質は、これがバクテリオファージ粒子の塊を作製するので、重要な成分である。Lysis遺伝子またはReplicase遺伝子を含むことは必要ではないと推測される。なぜなら、どちらの遺伝子もパッケージングには関与しないからである。一旦転写が誘導されると、E．coli RNA Polymeraseが、Maturaseおよび被覆タンパク質をコードするプラスミドDNAのRNAセンス（＋）鎖から転写するので、Replicaseは必要ではない。しかし、以前に記載したように、RNA標準にシスで存在するMaturaseおよび被覆タンパク質の遺伝子を有する必要はない。これらは、別のベクターからトランスで供給され得るか、またはE．coli染色体中に組み込まれ得る。
Armored RNATMを、pAR-1組換えプラスミドを使用して産生した。このプラスミドを有するE．coli DH5α株を、25μg/mlのカルベニシリン（Cb25）を含むLB培地（水中10g/l トリプトン、5g/l 酵母エキス、10g/l NaCl、pH7.0〜7.5）中で200rpmで37℃にて一晩増殖させた。0.2mlの一晩培養物を使用して、２mlの新鮮なCb25-LB培地に接種し、そして1.5時間37℃にて200rpmでインキュベートした。発現を、IPTGを１mMまで添加し、そして３時間37℃にて200rpmでインキュベートすることによって誘導した。
細胞をペレット化し、次いで0.25mlの５mM MgSO4: 0.1M NaCl: 50mM Tris（pH8.0）（Sonication Buffer）中に再懸濁した。細胞を小さな超音波処理プローブ50％効率サイクル、５パルスのプローブあたり５単位の出力（power）で超音波処理した（Branson Sonifier 450）。超音波処理物を１分間氷冷し、次いで超音波処理工程を繰り返した。超音波処理物を遠心分離して、細胞の破片をペレット化した。20μlの上清を100ユニットのE．coli RNase 1および２ユニットのウシ膵臓DNase 1とともに37℃にて40分間インキュベートして、E．coli RNAおよびDNAを除去した。ヌクレアーゼ処理後、15μlの上清をTBS緩衝液中でアガロースゲル上で電気泳動し、そしてエチジウムブロミドで染色してArmored RNATMについてアッセイした。
Armored RNATMは、Armored RNATMとともにゲル上で泳動した２つの異なるDNAのサイズ標準（HindIIIで消化したλ DNA、およびSau 3Aで消化したpUC19プラスミドDNA）と比較して、900〜1000塩基対の二本鎖DNAフラグメントの移動度を有した。この移動度は、野生型MS2バクテリオファージの移動度と非常に類似していた。DNaseまたはRNaseでのArmored RNATMの処理は、それらの染色の強度またはそれらの電気泳動移動度に影響を与えなかった。リボヌクレアーゼ１（100ユニット、Ambion，Inc.）およびDNase １（２ユニット；Ambion，Inc.)を別々に添加するか、または同時に20μlのArmored RNATM上清に添加した。上清をこれらの酵素とともに37℃で40分間インキュベートし、次いでTBE緩衝液中で0.8％のアガロースゲル上で分画した。高分子量のE．coliゲノムDNAおよびE．coli RNAを適切な酵素で消化したが、Armored RNATMのシグナルがスメアになる傾向にある上清中のE．coli核酸の存在のために、シグナルがより強くなり、そして分解された以外は、Armored RNATMのシグナルに変化はなかった。しかし、ヌクレアーゼは、ゲノムDNAおよび宿主RNAを分解した。
非誘導性細胞は、いくつかのArmored RNATMを合成するが、非誘導性細胞よりもはるかに少ない。E．coli中のpAR-1の２つの培養物は、中間対数増殖期のCb25-LBまで培養した。次いで、１つの培養物を１mMのIPTGとともにインキュベートし、そして他はそうしなかった。両方の培養物を、さらに３時間、37℃にて200rpmで増殖させ、次いで培養物をArmoreld RNATM産生についてアッセイした。ゲル電気泳動およびエチジウムブロミド染色によるアッセイによると、非誘導性細胞よりも多くのArmored RNATMが誘導性細胞において合成された。細胞をまた16時間インキュベートし、そしてこのプロトコルによって、３時間の誘導よりもさらに多いArmored RNATMの産生を生じた。1.7kbの短縮型バクテリオファージRNAを含むArmored RNATMのリボヌクレアーゼ耐性は、全長3.6kbのMS2バクテリオファージゲノムがArmored RNATM粒子の産生に必要とされないことを示す。
２．Armored RNATM HIV標準の構築
pAR-1は、AmplicorTM HIV MonitorTMキット（Roche Diagnostic Systems）で比較される定量的HIV RNA標準の作製のための骨格として作用する。この研究は、Armored RNATMが使用され得る方法の１つの例を示す。
QS RNAは、AmplicorTM HIV MonitorTM試験における裸のRNA標準である。QS RNAは、HIV由来のgag遺伝子の保存された配列をコードするが、ランダム化された配列の26bpの置換もまた含む。このランダム配列は、HIV RNAおよびQS RNAがMonitor試験において同時に増幅されるので、QSアンプリコンから野生型HIVアンプリコンを区別するために使用される。
RT-PCRTMを裸のQS RNAに適用して、QS配列をコードし、そしてBglIIおよびKpnI制限部位を含むDNAフラグメントを産生した。以下のプライマーを使用した：5’GATTGGTACCTGCTATGTCAGTTCCCCTTGGTTCTCT 3’（配列番号４）および5’GATTAGATCTAAGTTGGAGGACATCAAGCAGCCATGCAAAT 3’（配列番号５）。これらのプライマーは、KpnI配列がSK431プライマーに付加され、そして、BglII配列がSK462プライマー中に組み込まれたことを除いて、Monitorキット（Mulder，1994）において使用されるSK431プライマーおよびSK462プライマーにそれぞれ対応する。QS PCRTM産物を、BglIIおよびKpnIで消化し、そしてpAR-1のBglIIおよびKpnI部位に連結して、組換えプラスミドpAR-2（配列番号６）を作製した。pAR-2のNcoI/KpnIフラグメントのDNA配列。
Maturase、被覆タンパク質、およびQS RNA配列を含むNcoI/KpnIフラグメントを、発現ベクターpSE380（Invitrogen Corp.）のNcoI/KpnI制限部位にクローニングして、pAR-2（配列番号６）を産生した。インサートの重要な領域は以下を含む：NcoI（１＞６）、BglII（1713＞1718）、KpnI（1862＞1867）、Maturaseコード配列（53＞1231）、被覆タンパク質コード配列（1258＞1647）、Lysis Protein（1601＞1711）、QS配列内のCapture配列（1757＞1782）、QS Amplicon領域（1720＞1861）、SK462プライマー（1720＞1749）、SK431プライマー（1861＞1835）、Maturase結合部位（311＞337）、およびOperator配列またはpac部位（1667＞1687）。配列番号６。
E．coli中のpAR-2を、37℃200rpmで３時間、中間対数期でCb25-LB中で１mMのIPTGでインキュベートした。誘導した細胞をペレット化し、次いでAR-1粒子に使用されるSonication Buffer中で超音波処理した。次いで、細胞の断片を遠心分離によってペレット化した。超音波処理物の上清を、RNase 1（５ユニット／μl）およびDNase 1（0.1ユニット／μl）とともに37℃で30分間インキュベートし、次いでアガロースゲル上で分画してエチジウムブロミド染色によって可視化した。AR-2粒子を、同じゲル上で泳動したDNAマーカーと比較して約900塩基対に移動する蛍光バンドとして検出した。
AR-2粒子を含むAR-2超音波処理物の上清を、インキュベーションを16時間行ったことを除いて上記と同じ条件下でRNase 1およびDNase 1とともにインキュベートした。AR-2の別のサンプルを、16時間37℃でインキュベートしたが、ヌクレアーゼを添加しなかった。これらのサンプルを、アガロースゲル上で分画し、そして４℃で保存したAR-2調製物と比較した。AR-2シグナルは、ヌクレアーゼで処理したサンプルにおいて最も強かった。なぜなら、ヌクレアーゼがAR-2シグナルを覆っていた核酸を分解したからである。
AR-2をまた、培養上清から単離した。pAR-2形質転換E．coliを、1mMのIPTGとともに16時間、50mlのCb50-LB培地中でインキュベートした。接種および誘導を同時に行った。0.4mlのリゾチーム（50mg/ml）を培養物に添加し、そして37℃にて200rpmで１時間インキュベートし、続いて、0.4mlの1-ブロモ-3-クロロ-プロパン-とともに37℃にて200rpmで10分間インキュベートした。細胞の破片を、SS34ローター中での４℃での9000rpm、10分間の遠心分離によってペレット化した。培養上清を新鮮なチューブに移し、そして0.015mlの1-ブロモ-3-クロロ-プロパンを添加した。培養上清を４℃で保存した。0.015mlの培養上清をアガロースゲル上で分画し、そしてエチジウムブロマイド染色およびUV蛍光によって検出した。AR-2を、上清ならびにE．coli由来のゲノムDNA中で検出した。しかし、E．coli細胞質から単離されたAR-2とは異なり、このAR-2調製物は、検出可能なE．coli RNAを含まなかった。使用した増殖培地由来のAR-2の0.5mlのプレップを、10ユニットのDNase 1とともに37℃で70分間処理した。ゲル電気泳動によって評価すると、DNase 1は宿主DNAを完全に分解したが、AR-2には影響を与えなかった。
超音波処理によりE．coliの細胞質から単離された0.02mlのAR-1およびAR-2粒子を、２ユニットのDNase1および100ユニットのRNase1で37℃、２時間、そして次いで全ての宿主E．coli RNAおよびDNAを分解させるために21℃、16時間処理した。ARプレップを、QSアンプリコンに特異的なプライマー対SK431およびSK462（Mulder、1994）ならびにMS2バクテリオファージ配列に特異的なプライマー対MS2-1およびMS2-2を用いて、単一なチューブRT-PCRTMに供した。Armored RNATMプレップをPBS中で10、100、および1000倍に希釈した。RT-PCRTMを、SK431/SK462およびMS2-1/MS2-2プライマー対を使用して、１μlの各Armored RNATM希釈液を用いて行った。逆転写工程の前に、Armored RNATMプレップを、95℃で５分インキュベートし、Armored RNATMの保護タンパク質コートを分解した。RNAを、プライマーの存在下で氷上で冷却し、そして次いで100ユニットのMMLV-RTで42℃、１時間インキュベートした。2.5μlのTaqポリメラーゼを添加し、その後PCRTMを行った。PCRTM産物を、ゲル電気泳動により分画した。AR-2のみがSKプライマーを伴った142bpの予期されたPCRTM産物を生成し、一方、AR-1およびAR-2は、MS2プライマーを用いた411bp産物を生成した。これらの結果は、QS RNA標的およびMS2 RNA標的を含むAR-2粒子と一致し、一方、AR-1はMS2配列のみを含んだ。
当然、上記のプロトコルは、DNA配列（目的のRNA配列をコードする）のpAR-1（配列番号３）のような組換えプラスミドへのクローニングにより、任意のほとんどのRNA標準を生成するために改変され得る。このプラスミドはMaturase、被覆タンパク質、およびOperator配列をコードし、そしてpAR-1のBglII制限部位のすぐ下流（3’）に好都合な多くの制限酵素部位が存在する。これらの制限部位は、pSE380のマルチプルクローニング部位（ヌクレオチド396〜622）において本来コードされる制限部位と同じである。したがって、DNAフラグメントは、pSE380へのクローニングのために化学的に合成され得る。あるいは、PCRTMまたはRT-PCRTMは、DNAフラグメントの両末端に制限部位を導入するプライマーを使用して、長いDNAフラグメント（＞100bp）を合成するために使用され得る。PCRTM DNAフラグメントは、pAR-1へのクローニングのために消化され得る。
より大きい遺伝子フラグメントを使用することの利点は、これらの遺伝子の異なる領域に対するPCRTMプライマーが、単一のArmored RNATM標準と共に使用され得ることであり、使用され得る各PCRTMプライマーのための異なるArmored RNATM標準を構築する必要はない。HIV RNA配列（１〜３kb）の大きいフラグメントがArmored RNATM中にパッケージングされる場合、使用者は、RT-PCRTMを行うための種々のプライマー対を使用することの選択肢を有する。この型の構成物は、研究者が現在使用しており、そして研究者がArmored RNATM標準を使用するためにプライマー対を変える必要がないプライマー対に、より容易に適合し得る。使用者は、例えば、HIVモニターアッセイにおいて使用される短い142塩基対の領域を使用する場合のように、１セットのプライマー対のみに限定されない。
当然、HIV配列は野生型配列からの改変を含み得、これは、定量的標準として競合的PCRTMにおいてArmored RNATMを使用する目的のために、標準配列が野生型から区別されることを可能にする。このような改変は、挿入、欠失、および制限酵素配列を含む。
Armored RNATMとしてパッケージされ得る非バクテリオファージRNAの最大限界は知られていない。しかし、MS2の全長ゲノムは約3.6kbであり、そしてpAR-1は約1.7kbのMS2ゲノムのみコードする。それゆえ、最小として、少なくとも２kbの非バクテリオファージRNA配列がArmored RNATMとしてキャプシド化され得る可能性が非常にあり、そしてMaturaseおよび被覆タンパク質遺伝子がトランスで提供される場合、おそらくより可能性がある。
３．HIVのための定量的RNA標準として使用されるAR-2
AmplicorTM HIV MonitorTM試験において、血漿または血清からHIV RNAを単離するために、裸のQS RNA標準を、Lysis緩衝液を使用する直前にLysis緩衝液に添加する。このようにすれば、QS RNAが血漿サンプルに添加され、そして、HIV RNAおよびQS RNAが同時精製される。単離の後、RNAを、逆転写酵素および熱安定性DNAポリメラーゼとして機能するTth DNAポリメラーゼを使用して、RT−PCRTMに供する。RT-PCRTM後、PCRTM産物を、ウェル底に固定化されたオリゴヌクレオチド（捕捉プローブ）を含むELISAプレートのウェル内でインキュベートする。１セットのウェルは、HIVの野生型配列に相補的なオリゴヌクレオチド配列を有する。他の捕捉プローブは、QSアンプリコンにおける特有の配列を認識する。従って、HIV捕捉プローブは、QS捕捉プローブが、RT-PCRTM同時増幅から生じるQSアンプリコンにハイブリダイズする場合、HIVアンプリコンにハイブリダイズする。ハイブリダイゼーションの後、ハイブリダイズしたアンプリコンの量を、西洋ワサビペルオキシダーゼを使用して、酵素学的および比色的に定量する。製造者により推奨される標準アッセイ形式において、キットのロット番号に依存して、約60〜80コピーのQS RNA標準を分析用の各サンプルに添加する。
AmplicorTM HIV MonitorTM試験におけるArmored RNATMを試験するために、裸のQS RNA、および濃縮されたAR-1およびAR-2を、AmplicorTM HIV MonitorTM試験に供した。QS RNA、AR-1、およびAR-2をLysis緩衝液に添加し、RNAを単離し、次いでRT-PCRTM手順に供した。PCRTM産物をアッセイプレート上で検出した。QS RNAは予期されたシグナルを生成し、AR-1はネガティブであり、一方AR-2は目盛りを超えるほど強いシグナルを生成した。一旦濃縮されたAR-2プレップが30,000,000倍希釈されると、シグナルはQS RNA標準に匹敵するようになった。AR-2プレップを30,000,000倍希釈し、１mlあたり8,000コピーのQS RNAと等価であるArmored RNATMのストックを生成した。この10μlのAR-2ストックは、AmplicorTM HIV MonitorTMアッセイにおいて、キットと共に提供される推奨される量の裸のQS RNA標準と同じシグナルを生成した。
AR-2を水中で希釈し、そして数ヶ月の期間にわたり４℃で貯蔵した。希釈したAR-2を、AmplicorTMアッセイにおいてQS RNAと同様のシグナルを生成するように較正した。多数のAmplicorTMアッセイを、同じ希釈されたAR-2のストックと共に行った。38日間の間、AR-2と共に生成されるシグナルにおいて検出可能な減少はなく、これらのRNA標準の耐久性が強調される（図１）。この結果は、このAR-2ストックがE．coliからの粗調製物であり、そしてリボヌクレアーゼを含んだことを考慮すると顕著である。
４．裸のRNAと比較したArmored RNATMの耐久性
Armored RNATMの1つの利点は、溶解手順の前に溶解溶液にArmored RNATM標準を添加することよりもむしろ、Armored RNATM標準が、RNA単離の前に血漿サンプルまたは血清サンプルに添加され得、従って、アッセイにおけるピペッティング誤差を最小化することである。Armored RNATMは、裸のRNAと比較して非常に良好に血漿／血清ヌクレアーゼに耐性である。
AR-2から精製された10μlのRNA（約5000のQS RNAに等価）およびインタクトなAR-2（約500のQS RNAに等価）を、0.2mlの正常なヒト血清に各々添加し、そして21℃で０秒、15秒、30秒、１分、５分、15分、１時間、および４時間でインキュベートした。インキュベーションを、４Ｍのグアニジンチオシアネートおよび１％のSarkosyl溶液の添加により停止し、そしてRNAをChomczynski（1987）の方法に従って、血清から抽出した。50μlの精製したRNA調製物を、SK431/SK462プライマー対を使用して26サイクルでRT-PCRTMにより増幅した。PCRTM産物を、固相ELISAシステムを用いて定量した（Mulder、1994）。
AR-2は、AR-2から精製したRNAからのシグナルはほぼすぐに消失したが、全時間経過にわたり同じシグナルを生成した（図２）。明らかに、AR-2におけるRNAは、裸のQS RNAと比較して、血漿リボヌクレアーゼに対して保護された。
実施例II
HIVを定量するためのArmored RNATMの使用
１．AmplicorTM HIV MonitorTMアッセイにおけるArmored RNATM標準の使用
AmplicorTM HIV MonitorTMアッセイを行うために、既知量の定量的RNA標準を、患者の血漿サンプルに添加し、次いでRNAを血漿から単離する。標準およびHIV RNAが、単一のプライマーセットを用いて同時増幅されるように、RT-PCRTMをRNAにおいて行った。両方のPCRTM産物を測定し、そして次いでHIV RNAの濃度を、定量的標準から得られるシグナルを使用して計算する。
QS配列を含むArmored RNATM標準（AR-2）を、以下のようにAmplicorTM HIV MonitorTM試験において使用する。既知量（約10μl）のAR-2を0.2mlのサンプル血漿に添加する。0.6mlのLysis Reagentを、AR-2を含む血漿サンプルに添加する。サンプルを３〜５秒撹拌することにより混和し、そして次いで室温で10分間インキュベートする。0.8mlのイソプロパノールをサンプルチューブに添加し、そしてサンプルを３〜５秒撹拌することにより混和する。サンプルを最大速度（約16,000×g）で15分間遠心分離する。上清を、ペレットを壊さないで廃棄する。１mlの70％エタノールを添加し、そしてサンプルを３〜５秒撹拌し、続いて５分間、約16,000×gで遠心分離する。
ペレットを、0.4mlのSpecimen Diluentに再懸濁する。50μlの抽出サンプルを、Master Mixを含むMicroAmpチューブに添加し、そしてTth Polymeraseを使用してRT-PCRTMを行う。
増幅後、0.1mlのDenaturation Solutionをアンプリコンに添加する。0.1mlのHybridization Solutionを、アンプリコンの検出のために使用されるMicrowell Plate（MWP）の各ウェル中に配置する。25μlの変性されたアンプリコンを、第一のウェルに添加し、そして次の４連ウェルにおいて25μlを使用して１：５希釈を行い、その結果、HIVアンプリコンの検出のための１：５、１：25、１：125、１：625および１：3125の希釈物が存在する。１：５および１：25の希釈物を、QSアンプリコンの検出のために適切なウェルにおいて作成する。MWPを１時間、37℃でインキュベートする。
ウェルをWorking Wash Solutionで５回洗浄し、そして次いで0.1mlのAV-HRPを各ウェルに添加し、そして15分間37℃でインキュベートする。
MWPをWorking Wash Solutionで５回洗浄する。次いで0.1mlのWorking Substrateを各ウェルに添加し、そしてMWPを、暗室で室温にて10分間インキュベートする。0.1mlのStop Solutionを各ウェルに添加し、そして吸光度を450nmで測定する。血漿中のHIVの濃度を、患者の血漿に添加された既知濃度のQS標準から得られたシグナルに基づいて計算する。
HIV MonitorTMアッセイにおける裸のQS RNA標準のための代用としてArmored RNATMを使用することに加えて、Armored RNATMはまた、アッセイにおいてポジティブコントロールとしても使用され得る。HIV MonitorTM試験と適合性のあるHIVの野生型配列を、それが野生型HIVのように挙動するように、Armored RNATM中にパッケージングし得る。この実施態様において、Armored RNATM HIV Positiveコントロールを既知量で正常血漿に添加し、次いで、使用者がアッセイにおいて特定の所定の値を得ることを予期し得ることを除いて、患者のサンプルのように加工する。この標準は、このアッセイが適切に機能していることを使用者に示すために使用され得る。
２．Armored RNATMに良好に適した改変されたAmplicorTM HIV MonitorTM試験手順
AmplicorTMアッセイにおいてHIVの検出感度を増加するために、HIVウイルス粒子が血漿サンプルから高速度遠心分離によりペレット化される手順を開発した。従って、ここでは、１mlの血漿が、アッセイが使用されていた通常の0.2mlの代わりにアッセイされ得る。この手順は、遠心分離工程が100％のHIVウイルス粒子をペレット化する場合、感受性を理論的に５倍増加させるべきである。このプロトコルは、HIVの定量アッセイとしてのみ有用である。
この新しい手順において、裸のQS RNAは、最適の標準ではあり得ない。裸のQS RNAは、それを分解する血漿中のリボヌクレアーゼのために血漿サンプルに添加され得ず、そして裸のQS RNAは、HIVウイルス粒子と共に遠心分離によりペレット化され得ない。従って、血漿が遠心分離後に除去されるとき、HIVペレットの損失についてのコントロールは存在しない。Armored RNATMは、遠心分離の前に血漿に添加し得る。それはHIVと同様にペレット化するべきである。従って、ペレットの任意の損失が、Armored RNATM標準から得られるシグナルにおける等しい損失に反映され得る。重要なことには、Armored RNATM標準の使用は、定性的アッセイから定量的アッセイに遠心分離プロトコルを変え得る。
３．他のアッセイにおけるArmored RNATMの使用
当然、本発明は、単一の例示的なアッセイに限定されない。HIVの他のRNAに基づくアッセイが存在し、以下を含む：等温性増幅に基づくNASBA（van Gemen，1994; Organon Teknikaにより販売された）；Chironにより開発された分枝DNAアッセイ；抗体がDNA/RNA二重鎖を認識するDiGeneによるアッセイ；および転写媒介増幅（Gen-Probeにより開発されたNASBAと同様の技術）。これらの各アッセイのために、当業者は、定量標準として適切に機能する適切な配列（単数または複数）を含むArmored RNATM標準を構築し得る。
HIV NASBAアッセイは、３つの異なる定量的RNA標準を使用する。これらの標準の配列は、van Gemen（1994）において入手可能である。これらのNASBA標準の各々は、QS配列がpAR-1にクローニングされてNASBAアッセイのためのArmored RNATM標準を生成する様式と同様の様式でpAR-1にクローニングされ得る。RT-PCRTMは、pAR-1へクローニングするための各標準を増幅するために使用され得る。
Chironによる分枝DNAアッセイは、RNA標準として１本鎖DNAを使用する。これはHIV SF2株のgagおよびpol遺伝子をコードする。HIVのこの株についての配列は、GenBank（登録番号K02007）から入手可能である。このHIV標準配列は約３kbであり、そしてその全長がArmored RNATM合成のためのベクターとしてpAR-1を使用してパッケージングされるには、長すぎるかもしれない。より長い配列がパッケージングされることが可能であり得る異なる構築物を使用することが必要であり得る。このようなArmored RNATM組成物の１つは、Maturaseタンパク質、被覆タンパク質、およびreRNAコード被覆タンパク質、Operator部位（複数または単数）Maturase結合部位、ならびにgagおよびpolをコードするHIV配列で構成され得る。Maturaseは、transで供給される別のプラスミド上でコードされ得る。この構築物において、reRNAからのMaturase Coding配列の欠失は、より多くの非バクテリオファージ配列のパッケージングを可能にし得る。
実施例III
HIVゲルベースAssayにおけるArmored RNATMの使用
Armored RNATMは、外部定量的標準として使用され得る。SK431およびSK462プライマーにより結合される領域、またはpol遺伝子をコードする配列のようないくつかの他の領域のようなHIVゲノムのフラグメントが、pAR-1骨格にクローニングされ得る。この構築物が、クローニングされたHIVフラグメントの全長が野生型HIV配列であるArmored RNATMを合成するために使用され得る。このようなアッセイは、特有の捕獲配列を必要としない。なぜなら、各アンプリコンは、エチジウムブロマイド染色または32P取り込みでのPCRTM産物の標識およびオートラジオグラフィーのいずれかにより、アクリルアミドゲルまたはアガロースゲルで検出されるからである。検量線を、RT-PCRTMアッセイにHIV配列の既知量を導入し、そして次いでゲル上で生成された産物の量を定量することにより作成する。次いで、試験サンプルの実際のコピー数を、検量線を用いて導き得る。Armored RNATMを較正し、そして実際のHIVのようにRT-PCRTM反応において使用する。PCRTMフラグメントを、アガロースゲル電気泳動またはアクリルアミドゲル電気泳動のいずれかにより分画し得、そしてエチジウム染色または放射活性により定量し得る。検量線を、異なる濃度のArmored RNATMを含む血漿を加工することにより作成し得る。次いで検量線を使用して、補間法により患者のサンプルの力価を計算し得る。
実施例IV
非感染標準としてのArmored RNATMの使用
Armored RNATMは、非感染検定標準（アッセイの器具使用および方法の正確さの検認のために設計された、保証されたまたは良好に特徴付けられた、血漿、血清、または尿に基づく生成物）またはポジティブコントロールとして使用され得る。標準HIV株の遺伝子フラグメントをArmored RNATM組換えプラスミドにクローニングし、Armored RNATM-HIV標準のファミリーを生成する。これらは、HIVで良好に保存されているpolおよびgag遺伝子を含む。本発明者らは、AR-gag、AR-pol、およびAR-gag/pol RNA標準を予期する。これらのArmored RNATM標準は正確に定量され、そして次いでRT-PCRTMまたは他の増幅技術のための外部定量的標準として使用され得る。Armored RNATMが直接血漿に添加され得、そしてそのようなものとして使用され得るか、またはAR-HIV RNAがPBSまたはTris:NaClのような標準塩緩衝液において精製されたArmored RNATMから抽出され得る。
実施例Ｖ
HCVアッセイで使用されるArmored RNATM標準
Armored RNATM技術は、培養が困難または危険であるウイルスのためのRNA標準の作製において有用である。例えば、Ｃ型肝炎ウイルス（HCV）は、組織培養において信頼性のある増殖をし得ず、一方HCVのためのArmored RNATM標準は、容易に構築され、そして産生され得る。HCV単離物は、コア遺伝子領域またはNS5領域におけるヌクレオチド配列変異に基づいて６つの異なる遺伝子型に分類され得る（Simmonds，1994）。遺伝子型特異的Armored RNATM標準は、特異的なHCV遺伝子型およびHCVサブタイプ（例えば、1a、1b、2a、2b、2c、３、4a、4b、5a、および6a）を同定するために設計されるアッセイにおいて、コントロールとして作用するように構築され得る。遺伝子型ストラテジーは、配列決定、RFLP分析、タイプ特異的プライマーを用いるPCRTMに基づくアッセイ、および系統プローブアッセイに基づいている（van Doorn，1994）。例えば、後者のアッセイは、HCVゲノムの56位から299位でプライマーから生成される244塩基対産物の分別捕獲を含む。これらの株の各々を同定するために使用されるアンプリコンは、pAR-1にクローニングされるDNAフラグメントを化学的に合成し、そして従って、これらの遺伝子型配列をクローニングするために感染性の物質を扱う必要性を回避することに直結するのに十分に短い。ヒト血清サンプルからの保護された組換えRNAは、プライマーKY80（5’GCAGAAAGCGTCTAGCCATGGCGT）（KY80-配列番号７）およびKY78（5’CTCGCAAGCACCCTATCAGGCAGT）（KY78-配列番号８）を用いて構築され得る。定義された遺伝子型と共にサンプルを使用することにより、遺伝子型特異的組換え標準は、構築され得る。HCVのためのArmored RNATM標準は、HIV標準と同様のストラテジーを使用して構築され得る。これらのRNA標準は、株タイピングのためのポジティブコントロールまたは定量的RNA標準のいずれかとして使用され得る。
株タイピングのために、プライマーKY78およびKY80は、単なるHCV株からのRT-PCRTMによってDNAフラグメントを合成するために使用され得る。これらの株特異的DNAフラグメントは、株特異的HCVをコードするRNAが、Armored RNATMとしてパッケージングされるように、pAR-1へクローニングされ得る。同様に、株特異的配列もまた、HCVゲノムの56位から299位の間のHCVについて実証されている。これらの配列を化学的に合成し、そしてそれらをパッケージングのために直接pAR-1にクローニングすることが可能である。この方法は、感染性HCVを操作する必要性を回避し得る。従って、分別捕獲アッセイにおいて、HCVの各株特異的PCRTM産物は、プラスチックウェルの底に固定化された特有の捕獲プローブにハイブリダイズし得る。
定量的HCV Armored RNATM標準を作製するために、KY78およびKY80プライマーにより生成されたアンプリコンが、HIVのためのQS配列において使用される同じ捕獲配列において置換することにより改変され得るか、またはこのアンプリコン内のいくつかの他の25〜30塩基対の領域が、それが野生型アンプリコンから区別され得るようにランダム化され得る。置換はPCRTMにより当業者により行われ得る。AmplicorTM HIVアッセイにおけるように、HCV定量的標準は、野生型RNAと共に同時増幅され得る。HCV Armored RNATM標準は、RNA単離工程の前にサンプル血漿に添加され得る。
実施例VI
Armored RNATMの所定の量を含む回収チューブ
Armored RNATMの耐久性および安定性により、Armored RNATMは、所定の量で血液回収容器または他の液体回収容器中に分注され得る。次いでArmored RNATMを、長期貯蔵のために室温で凍結乾燥するか、または緩衝化塩溶液中に残し、そして４℃または室温（約21℃）においてさえ貯蔵され得る。使用の際、血液をArmored RNATM標準と共に回収チューブ内に吸い出す。血液サンプルを、何回も撹拌し、完全にArmored RNATM標準をサンプル中に混合する。血液を、定量的アッセイに供するまで、通常通りに貯蔵され得る。このストラテジーは、血漿からのRNA単離の前に、RNA標準を血漿サンプルに添加する必要を除外する。それは、血液細胞画分と血漿画分または血清画分との間のウイルスの分離のためのコントロールであり得る。
さらに、HIVおよびHCV標準のようなマルチプルArmored RNATM標準が、片方または両方の病原体についての定量が行われ得るように、回収チューブ内に含まれ得る。
実施例VII
獣医学的診断におけるArmored RNATMの使用
飼育された動物は、頻繁にRNAウイルスに感染する。ネコについては、レトロウイルスは自動車事故以外の早期死の最大原因を示す。曝露されたネコの３／１までが、ネコ免疫不全ウイルス（FIV）およびネコ白血病ウイルス（FeLV）（Essex，1995）（それらのヒト相当物であるHIVおよびヒトＴ細胞リンパ向性ウイルス１型（HTLV）と同様）に感染する。当業者は、HIVについて記載されたAR-2標準に類似した、FIVおよびFTLVについてのArmored RNATM標準を構築し得た。これらの標準は、RT-PCRTMによりFIVおよびFeLV診断において定量またはポジティブコントロールとして使用し得る。
実施例VIII
二本鎖RNAバクテリオファージの使用
バクテリオファージφ６は、インビトロで非バクテリオファージRNAをパッケージングし、生存可能な、遺伝子的に安定なバクテリオファージを産生し得る二本鎖RNAバクテリオファージである（Qiao，1995）。バクテリオファージφ６は、ヌクレオキャプシドに関連した３つの別々の断片の連続的なゲノムを有することが示されている。ヌクレオキャプシドは、５つの成分タンパク質を含み、１つのP8は外側の殻を形成し、そして４つの他のP1、P2、P4、およびP7は内部粒子を形成する。φ６ヌクレオカプセルは、インビトロで想定され得る（Olkkonen,1990）。これらのバクテリオファージ内のRNAは、リボヌクレアーゼから保護されることが実証されている。当業者は、標準RNA配列を含む組換え体を生成し得、その結果、組換えバクテリオファージφ６は、ヒト感染性の二本鎖RNAウイルス（例えば、ロタウイルスおよび水痘性口内炎ウイルス）のための定量的標準として作用し得る。この明細書の教示および当該技術に従えば、Armored RNATM標準と同様に、バクテリオファージφ６でパッケージングすることが可能である（それによりパッケージングされた物質は、生存可能／感染性ではない）。たとえば、さらなるRNA配列は、バクテリオファージゲノムに添加または置換され得る。他の二本鎖RNAバクテリオファージが同様に使用され得る。
二本鎖非感染性RNAバクテリオファージは、治療剤としての適用を有し得る。二本鎖RNAは、インターフェロンのような抗ウイルス薬剤として作用する重要な免疫調節因子を生成する細胞を刺激することが知られている（Stiehm,1982）。
実施例IX
細胞性mRNAの定量
当業者は、細胞により発現されたmRNAの定量にArmored RNATM標準を使用し得る。ある期間にわたり特定のmRNAの誘導または抑制を決定する研究において、等しい数の細胞を、調査の下で細胞が処置に曝露される前および後の各時点で、収集し得た。Armored RNATM標準を、細胞からのRNAの精製の前の各時点に、既知量で添加し得る。次いで、Armored RNATM標準を、例えば、サイトカイン、細胞周期遺伝子、またはオンコジンのような標的mRNAの量を定量するために使用し得る。Armored RNATM標準を標的遺伝子と同じプライマー対結合部位を含んで構築し得る。Armored RNATM標準は、制限部位または欠失を組み込むような上記の方法の１つを使用して、プライマー対間の配列を変化させることにより、野生型RT-PCRTM産物から区別され得る。当業者は、野生型配列と比較して挿入、欠失、または置換を有するアンプリコンを生成し得る。部位特異的変異誘発について入手可能ないくつかの異なる方法が存在する。その各々は、所望の標準の配列をコードするオリゴヌクレオチドを含む。
欠失、挿入、および制限部位を含む標準は、しばしばゲルに基づくアッセイに好ましい。なぜなら、それらはアガロースゲルまたはアクリルアミドゲル上での分画により、野生型のアンプリコンから容易に区別されるからである。これらの各標準について、約10％のサイズ差がしばしば使用される。PCRTMは、これらの任意の標準配列を生成するために使用され得る。欠失変異体を生成するために、プライマー配列ならびに他のアンプリコン配列を含むオリゴヌクレオチドが合成される。アンプリコン配列およびプライマー配列は、欠失される野生型配列中の配列に隣接する。このオリゴヌクレオチドが野生型にハイブリダイズするとき、ポリメラーゼ伸長の間、欠失される配列はループアウトされ、そして新しいDNA鎖中に組み込まれない。当業者は同様のストラテジーを使用し得、挿入および置換を作製し、それによりPCRTM反応中のプライマーの１つは所望の変異を含む。２つのこのようなストラテジーは、Schneeberger（1996）およびHughes（1996）に詳細に記載されている。
実施例Ｘ
商業的使用のためのArmored RNATM標準の調製
Armored RNATM標準は、RT-PCRTMによる定量に影響を及ぼし得る宿主DNAまたはRNAをまったく含まないことが重要である。均一なロットのArmored RNATM標準を産生するために、粗抽出物を、E.coli形質転換体の16時間誘導後の培養上清から調製する（実施例Ｉを参照のこと）。この調製物は、E.coli由来のゲノムDNAで汚染されている。RNaseおよびDNaseを粗抽出物に添加することによって、混入しているRNAおよびDNAを除去し得る。
伝統的に、MS2バクテリオファージは、CsCl勾配によって精製する。それらは、1.45g/ccの濃度できつくバンドを形成する（Pickett，1993）。Armored RNATMを、MS2バクテリオファージと同様のCsCl勾配手順を使用することによって精製し得る。遠心分離後、Armored RNATMバンドを取り出し、次いで100mM NaCl:50mM Tris（pH 7.5）またはPBSのような塩緩衝液に対して透析する。Armored RNATMを、OD260およびOD280（それぞれ、核酸およびタンパク質の濃度を測定するのために当該分野で使用される）を得ることによって定量し得る。Armored RNATMのストックを作製した後、同じアンプリコンを含む裸のDNAに対してこれを較正し得る。例えば、Armored RNATM標準を、裸のQS RNA標準に対して較正し得る。
Armored RNATMのヌクレアーゼ処理粗抽出物をまた、Sephacryl S-200（Pharmacia）（Heisenberg，1966）のような樹脂を使用して、ゲル排除クロマトグラフィーによって精製し得る。Armored RNATMのサイズが大きいことに帰因して、他のタンパク質および核酸成分は遅延するが、それらはボイド容積中を流れる。ボイド容積中のArmored RNATMを、上記のように較正し得る。Armored RNATMが完全に均一であることを確実にするためにいくつかの精製手順を組み合わせることが有利である。
Armored RNATMの大規模産生を、以下のように実施し得る。pAR構築物を有するE.coliの100mlの接種物を、対数増殖中期まで、Cb25-LB培地中で増殖させる。この接種物を使用して、1,000mlの1mM IPTG-Cb25-LB培地を接種する。細胞を、16時間、200rpm、37℃にてインキュベートする。  1mlのリゾチーム（50mg／ml）を培養物に添加し、そして37℃にて１時間200rpmでインキュベートする。培養物を、遠心分離によってペレット化する。上清は、Armored RNATM粒子ならびにE.coliのゲノムおよびプラスミドのDNAを含む。混入しているRNAおよびDNAは、CaCl2を上清に添加することによって10mMに低下させ、次いで上清をMicrococcal Nuclease（30unit/ml）とともに、37℃にて１時間、200rpmでインキュベートする。EDTAを25mMまで添加してCaCl2をキレート化し、そしてヌクレアーゼ活性を停止させる。AR粒子を、４℃にて２時間、50％硫酸アンモニウムで沈殿させる。沈殿物を、遠心分離によってペレット化する。ペレットを、100mM NaCl：1mM EDTA：10mM Tris（pH 7.5）（TSE緩衝液）に再懸濁する。AR2溶液１グラムあたり0.6gのCsClを、添加する。CsClを溶解させ、そして50.2 Tiローター（Beckmann）用の加熱封入した超遠心分離管に移す。CsCl勾配を、45,000rpmで、20時間、21℃にて遠心分離する。AR粒子は、遠心分離管のほぼ真ん中にバンドを形成する。CsClバンドを、針および注射器（約５ml）で取り出す。AR2粒子を、最終的に、TSE緩衝液中でSephacryl S-200樹脂を通過させる。粒子は、ボイド容積中に溶出する。AR2粒子の数を、MS2バクテリオファージの１OD260＝0.125mg/mlの吸光系数および分子量が３×106であることを用いて決定し得る。この手順に基づいて、約１×1015のAR粒子を、１リットルの培養物から精製し得る。
電子顕微鏡を用いて、Armored RNATMを直接計数し得る。この方法は、HIVを定量するために使用されている（Lu，1993）。
精製後、Armored RNATMを、４℃または室温で保存し得る殺生物剤を添加して、標準中の細菌または真菌の増殖を防止し得る。Armored RNATMを、定量に便利な濃度まで希釈する。
実施例XI
Armored RNATMを構築するための他のRNAバクテリオファージの使用
３つの他の遺伝的に別個のグループのRNA大腸菌ファージならびに少なくとも２つの他の非E.coli RNAバクテリオファージPP7およびPRR1（Dhaese，1979; Dhaese，1980）が存在する。これらのバクテリオファージは、MS2被覆タンパク質（Golmohammadi，1993）に対してタンパク質配列が相同である被覆タンパク質を有する。MS2ファージについてのように、MaturaseのcDNAおよびこれらの任意のバクテリオファージの被覆タンパク質を、pSE380のような発現ベクターにクローニングし得る。これらの組換えプラスミドは、非ファージDNA配列がクローニングし得るベクターとして作用され得る。非ファージ配列の転写物は、これらの他のバクテリオファージのためのOperator配列およびMaturase結合配列を含み、その結果、非ファージRNA配列は、適切な株特異的ファージの被覆タンパク質およびMaturaseでキャプシド化される。この様式において、Armored RNATMは、任意のRNAバクテリオファージ種由来の被覆タンパク質およびMaturaseから構成され得る。pAR-2構築と同様に、誘導は、これらの他のバクテリオファージのMaturase、被覆タンパク質、Operator配列（単数または複数）、およびMaturase結合配列（単数または複数）をコードするreRNAを産生し、その結果、非バクテリオファージRNA配列は、適切な株特異的ファージの被覆タンパク質およびMaturaseでキャプシド化される。
実施例XII
植物ウイルスArmored RNATM
植物ウイルスを使用して、Armored RNATMを調製し得る。例えば、TMVおよびPotyvirusを、この目的のために使用し得る。
１．タバコモザイクウイルスパッケージング。
E.coli中のタバコモザイクウイルス（TMV）被覆タンパク質を用いて組換えRNA（reRNA）をパッケージングすることが可能である（Hwang 1994aおよびHwang 1994b）。TMVは、2,100個の17kDa被覆タンパク質のから構成される繊維状ウイルスであり、このタンパク質は、6.4kbの一本鎖のポジティブセンスゲノムRNAをリボヌクレアーゼに対して保護する。TMVは、多量体生物構造物の自己会合を研究するためのモデル系として使用されてきた。適正な条件下で、精製TMV被覆タンパク質およびgRNAは、自発的に会合して、インビトロで感染性のウイルスを形成する。そのうえ、インビトロでTMV被覆タンパク質でパッケージングされたreRNAは、リボヌクレアーゼ消化に対して保護される（Jupinら、1989）。
TMV gRNAは、被覆タンパク質によって認識されて会合を開始するためのオペレーター様配列（Origin-of-Assembly-Sequence(OAS)と称される）を有する。OASは、野生型ウイルス中のヌクレオチド5112〜5443に位置し、432ヌクレオチド長である。OASは、３つのステムループ構造として存在する。パッケージングに要求されるOASの最小の長さは、75ヌクレオチド（ヌクレオチド5444〜5518）である。被覆タンパク質は、5’から3’の方向におけるよりもRNAに沿って3’から5’の方向における方がより早く会合する。
TMV-E.coliパッケージング系において、TMV被覆タンパク質は、プラスミドにコードされ、そしてパッケージングされるreRNAに対してトランスで提供された。（Hwang 1994a、Hwang 1994b、米国特許第5,443,969号）。5’オープンリーディングフレームおよびOASを含む、1.6kbのreRNA（CAT-OAS RNA）および2.8kbのreRNA（GUS-OAS RNA）は、E.coliにおいて第２のプラスミドから転写された。被覆タンパク質およびreRNAの同時発現は、reRNAのパッケージングをもたらした。パッケージングされたreRNAの完全性を、RT-PCRTMによりアッセイした。完全長CAT-OAS RNAはRT-PCRTMにより検出されたが、完全長GUS-OAS RNAは検出されなかった。
２．Potyvirusパッケージング。
Potyvirusは、Armored RNATMを産生するために使用され得る植物ウイルスの別の例である。その被覆タンパク質はE.coli中で発現され、そしてキャプシドに会合されている（Zhoa、1995）。しかし、パッケージングされ得たRNAの言及はなかった。おそらく、MS2およびTMVに見出されたような、オペレーター様配列が存在するに違いない。Potyvuirusについてこのような配列を見出した参考文献はない。一旦そのオペレーター配列が発見されれば、reRNAはこの被覆タンパク質によってパッケージングされ得る。
potyvirus中のオペレーター配列を明らかにするために、系統的なセットのパッケージング実験を、PickettおよびPeabody（1993）の実験と同様に、実施し得る。potyvirus被覆タンパク質遺伝子は、E.coli中の１つのベクターから発現され得る。別のベクターを使用して、約１kbの長さのpotyvirusゲノムRNAの異なるセグメントを転写し得る。これらの配列を、レポーター配列（すなわち、potyvirusゲノムRNAの各セグメントに通常融合される公知の配列）に融合し得た。レポーター配列は、20塩基程の短さであり得る。potyvirus被覆タンパク質および試験配列を、E.coli中で同時発現し得、そしてウイルス粒子を単離し得る。RNAを粒子から単離し得、次いでRNAを、多数の異なる方法（例えば、RT-PCRTM、ノーザンブロッティング、ドットブロッティング、またはRPA）の１つによってレポーター配列についてアッセイし得る。レポーター配列を含む粒子は、オペレーター配列を含む候補物である。オペレーター配列は、１kbの候補配列を250塩基の配列にさらに分割し、同じ実験を反復して実施することによってさらに特徴付けられ得る。一旦オペレーター配列が同定されると、これをpotyvirus被覆タンパク質とともに使用して、異種RNA配列をパッケージングし得る。
バクテリオファージArmored RNATMを作製するために使用するような戦略を使用することによって、組換えRNA、potyvirus被覆タンパク質配列、非potyvirus配列、およびpotyvirusオペレーター配列から構成されるE.coliの中で転写し得る。このreRNAは、potyvirus被覆タンパク質によって特異的にパッケージングされる。なぜなら、このreRNAは3’末端にオペレーター配列を含むからである。この系において、被覆タンパク質配列およびオペレーター配列は、シスにある。別の代替法は、被覆タンパク質RNAおよび非potyvirus RNA/オペレーターRNAをトランスで転写することである。このようなトランス系を、MS2（PickettおよびPeabody，1993）およびTMVの両方とともに使用した。
実施例XIII
動物ウイルスArmored RNATM
動物ウイルスを使用して、Armored RNATMを産生し得る。この１実施例は、アルファウイルスに関して見られる。
１．アルファウイルスパッケージング。
アルファウイルスは、哺乳動物、鳥類、および昆虫に感染する、エンベロープに包まれた、ポジティブな、一本鎖RNAウイルスである。このウイルスファミリーからの例は、セムリキ森林ウイルス（SFV）、シンドビスウイルス、およびベネズエラウマ脳炎（Venezuelan Equine Encephalitis）（VEE）である。過去10年間にわたって、これらのウイルスは、動物細胞における組換えRNAおよびタンパク質の発現に適応されてきた（Frolov 1996および米国特許第5,217,879）。
アルファウイルス粒子は、240個のE1E2エンベロープ糖タンパク質ヘテロダイマーを含む脂質二重層によって囲まれた、240コピーの塩基性キャプシドタンパク質（Ｃ）によって保護された単一のゲノムRNAを有する。アルファウイルスは、種々の細胞型に感染し得、そして１つ以上のレセプターを使用して細胞内へ侵入得る。ウイルスは、正十二面体（icosehederal）対称を有する。ゲノムRNAを5’末端でキャップ化し、そしてこれを、5’末端側の半分がRNA複製のための非構造遺伝子をコードし、3’側の半分がRNAをパッケージングするための構造遺伝子をコードするように編成する。効率的なキャプシド化のために要求されるゲノムRNAの非構造領域内にパッケージングシグナル配列が存在する。
いくつかの戦略が、アルファウイルス系を用いてreRNAをパッケージングするために使用されている。１つの方法において、感染性組換えウイルスを産生する。このウイルスの中では、完全な野生型ゲノムRNAが維持され、そして目的の外来配列が構造遺伝子の5’または3’側に挿入される。２kbまでの外来RNA配列を、パッケージングし得る。この方法を使用して、細菌性クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ（CAT）および短縮型のインフルエンザヘマグルチニンを含むいくつかの外来遺伝子をパッケージングした。これらの組換えアルファウイルスに感染した細胞は、コードされたタンパク質を産生した。
reRNAのパッケージングのための別の戦略は、非感染性粒子の産生に関する。この系において、構造RNAおよび非構造RNAは、パッケージングシグナルを含むレプリカーゼ配列および外来RNA配列を有する別個のRNA中に別々にコードされる。これらの２つのRNAを、細胞に同時トランスフェクトする。レプリカーゼは、非構造RNAおよび構造RNAの両方を複製し、一方、構造RNAは、非構造／外来遺伝子RNAのみをパッケージするタンパク質を生成する。これらの粒子は非感染性である。なぜなら、構造遺伝子は、非構造遺伝子とともにパッケージングされていないからである。この方法を使用することによって、少なくとも５kbの外来RNAをパッケージングし得ると推定される。
類似の型の戦略を含む、上記のパッケージング系の他の改変物が存在するが、それらのほとんどが外来RNA配列のタンパク質発現を増加させるために設計される。
アルファ粒子は、MS2粒子とほぼ同様の様式でリボヌクレアーゼからRNAを保護する。reRNAはリボヌクレアーゼから保護されると予測される。なぜなら、それらのゲノムRNAがリボヌクレアーゼに感受性であるなら、一旦それらがパッケージされ、そしてウイルスがそれらの宿主細胞から放出されると、アルファウイルスは再感染し得ないからである。
アルファ粒子は、バクテリオファージArmored RNATMほどの耐熱性ではないかもしれない。なぜなら、これらは、異なる被覆構造を有するからである。バクテリオファージArmored RNAは、アルファウイルスが熱感受性である場合、輸送目的のための好ましい選択であり得る。しかし、いずれの熱感受性も、粒子を単にドライアイスまたはウエットアイス上で輸送され得るので、克服できない問題ではない。
アルファウイルスは、物理的にHIVと非常に類似しているので、これらは超敏感アッセイのためのよりよいペレット化標準であり得る。アルファウイルスは、バクテリオファージよりも、構造的にHIVおよびHCVと、より共通性を有する。従って、これらは、これらが模倣すると仮定されたようにHIVおよびHCVとより同様に、遠心分離によってペレット化し得る。ウイルスをペレット化することは、超敏感アッセイのための良い標準を開発するために重要であり得る。１mlの血漿中のHIVを、遠心分離によって濃縮し得、次いでRNAをウイルスペレットから抽出する。アルファウイルス粒子はまた、MS2系よりも長い外来配列を受け入れ得る。なぜなら、アルファウイルス粒子は、バクテリオファージより長いゲノムを有するからである。アルファウイルス粒子は、HIVと同様の時間、血清／血漿中で安定であるべきである。これらのウイルスのほとんどは、蚊ベクターを介して伝染する。それゆえ、ウイルスは、血漿に曝露しても生存しなければならない。
実施例XIV
Armored DNAの構築
E.coliならびに多数の他の細菌を感染させる、多くのよく研究された一本鎖および二本鎖のDNAバクテリオファージが存在する。DNAフラグメントをM13のような一本鎖バクテリオファージまたは二本鎖バクテリオファージλにクローニングするのは簡単である。これらの組換えファージは、プラーク形成単位を決定することによって、容易に精製および定量される。それらは、DNAウイルスについてのPCRTMに基づくアッセイのための標準として作用し得る。例えば、ヒト病原体である単純ヘルペスウイルスの保存されたDNA配列を含むλ組換えバクテリオファージは、二本鎖DNA標準として作用し得る。これは、定量標準またはポジティブコントロールとして使用され得る。
実施例XV
全RNAからのrRNAの除去
Armored RNATMを使用して、18Sおよび28S rRNAのアンチセンス配列をコードする大きな質量のRNAを合成し得る。一旦、RNAが単離および精製されていれば、これをフォトビオチンで標識し得る。ビオチン化RNAを、標的18Sおよび28S rRNAに対してモル過剰で全RNAに添加する。混合物を、ハイブリダイゼーション緩衝液中で加熱変性し、RNAハイブリッドの形成を促進し、次いで室温になるまで放冷して、18Sおよび28S rRNAとビオチン化アンチセンスRNAとの間の二重鎖の形成を促進する。ハイブリダイゼーション後、ストレプトアビジンを溶液に添加し、そしてビオチン化RNAに結合させる。フェノール抽出は、すべての非結合ストレプトアビジンおよびビオチン／ストレプトアビジン複合体を有機層に分配する。アンチセンスビオチン化RNAにハイブリダイズした18Sおよび28S rRNAもまた、有機層に分配する。この戦略によって、18Sおよび28Sを、全RNAから除去する。18Sおよび28S rRNAのモル量は、全体で非常に豊富なので、この戦略のためには大量のアンチセンスRNAが必要とされる。Armored RNATM技術は、RNAの安価な供給源を提供するための手段として提供し得る。
実施例XVI
RNAサイズ標準の構築
非常に別々の長さのRNAの混合物は、ゲル電気泳動のためのRNAサイズ標準としてしばしば使用する。これらのサイズ標準は、未知のmRNA種の長さを推測するためにノーザンブロッティングにしばしば使用する。一般に、RNAサイズ標準は、0.2〜10キロベースの範囲である。これらの標準中のRNAはリボヌクレアーゼに感受性であり、そしてこれらは通常インビトロでの転写によって産生される。それゆえ、本明細書中に記載される任意の方法を使用して、リボヌクレアーゼ耐性RNAサイズ標準を作製し得る。
例えば、各々異なる長さのRNAを含む一連のArmored RNATM標準を構築し得る。異なるサイズのDNAフラグメントをpAR-1のクローニングして、この一連のサイズ標準を構築する。標準のサイズ範囲は、パッケージング系のRNAサイズの限界に依存する。産生後、Armored RNATMサイズ標準の各々を産生し、そして別々に定量する。標準の各々のRNAが同じ質量濃度であるように標準を混合する。
好ましい実施態様において、RNA-タンパク質複合体を破壊するために、ゲル電気泳動にそれらを使用する直前に、混合したArmored RNATMサイズ標準を変性溶液に添加する。変性溶液は、酢酸のような酸、SDSのような界面活性剤、または尿素のようなカオトロピック剤（chaotrope）からなり得る。標準を加熱し、次いでゲルに流す。この実施態様の利点は、ゲル電気泳動の直前までRNA標準が分解する機会がないことである。
別の実施態様において、Armored RNATM混合物を、そこからサイズ標準を単離するためのストック溶液として使用する。RNAを、Chomczynski（1987）によるような一般のRNA単離手順を用いて単離し得る。
もちろん、Armored RNATMサイズ標準の各々から別々にRNAを単離し、次いでRNAを後で混合することもまた可能である。
あるいは、化学的に改変されたリボヌクレアーゼ耐性RNAサイズ標準を構築することが可能である。これは、単一標準として、または混合標準のセットにおいて使用され得る。
実施例XVII
ファージRNAからの非ファージRNAの除去
いずれのファージ配列をもコードしないRNAを研究者が要求し得る応用が存在する。すべてのArmored RNATM組成物は、若干量のMS2バクテリオファージ配列をコードするreRNAを含む。当業者は、RNA配列を構築し得、その結果目的のRNA配列は、以前に示されたようにリボザイム配列と隣接する
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非ファージRNAは、リボザイム配列でキャプシド化され得る。なぜなら、これらの配列は、E.coli中であまり活性ではないからである。RNAをArmored RNATMから単離した後、RNAを最適なリボザイム活性を生じる緩衝液条件に供し得る。リボザイム切断の後、目的のRNAフラグメントを、ゲル電気泳動またはHPLCによって精製し得る。
他者によって以前に使用された別の方法は、RNA/DNA二重鎖でRNAを切断するリボヌクレアーゼHを使用することを含む（Lapham，1996）。所望のRNAフラグメントに隣接する領域に相補的なオリゴヌクレオチドは、それをArmored RNATM粒子から精製した後には、裸のreRNAにハイブリダイズする。この基質を、オリゴヌクレオチドがハイブリダイズした部位でreRNAを切断するRNase Hに供する。DNaseIを、すべてのオリゴヌクレオチドを消化するために後に使用し得る。
精製後、RNAフラグメントを、GTPおよびSAMを用いてRNAグアニルトランスフェラーゼでキャップし得る。次いで、これらは、翻訳に適切な基質であり得る。
実施例XVIII
インビトロおよびインビボでRNAを送達するためのArmored RNATMの使用
Armored RNATM技術を使用して、インタクトな完全長のRNAを、インビトロおよびインビボで細胞に送達し得る。RNAでの細胞のトランスフェクションを、リボヌクレアーゼに感受性である裸のRNAで実施した。一時的な遺伝子発現を、Armored RNATMとしてRNAメッセージを産生することによって最適化し、それが細胞に侵入するまでRNAを保護し得る。細胞に侵入すると、保護性被覆タンパク質は、細胞機構によって除去され得る。インタクトなRNAを送達するためのバクテリオファージ系の使用は、以前に使用されたTMV系を同様である。組換えRNAを、TMV被覆タンパク質を用いてインビトロでパッケージングし、そして植物細胞およびカエル細胞に首尾よく送達した（Gallieら、1987）。
RNAは、翻訳のために必ずしもキャップ化されるわけではない。脳心筋炎ウイルスまたはPolio翻訳リーダー配列を、コード配列の上流に融合して、内部の翻訳開始をインビトロまたはインビボで促進し得る（Elroy-Stein，1989）。この系は、翻訳がキャップ非依存性である。Armored RNATMを、DOTAP、Lipofectin、Transfectam、またはLipofectamineと混合して、膜融合を最適化するために陽イオン性リポソームを形成し得る。リポソームは、組織培養物由来の細胞でのRNAトランスフェクションの効率を増大させるために首尾よく使用されている（Lu，1994；Dwarki，1993）。その上、Maturaseまたは被覆タンパク質は遺伝的に操作されて、その結果、いずれかまたは両方が、特定の細胞表面レセプターを認識するペプチド配列を含み得る。これらのリガンドは、Armored RNATMの組織特異的取り込みを促進する。24アミノ酸までのペプチド配列が、MS2被覆タンパク質に挿入されて、その結果、組換え被覆タンパク質はキャプシドに会合するその能力を維持し得る（Masticoら、1993）。細胞特異的レセプターを認識するペプチド配列は、被覆タンパク質に取り込まれ得る。組換え被覆タンパク質を使用して、reRNAをインビトロまたはインビボでArmored RNAにパッケージングし、特定の細胞表面レセプターを認識する多価巨大分子を産生する。Armored RNAの多価特性は、細胞表面レセプターへの強力な親和性を与える。ペプチドレセプター配列は、ファージディスプレイ技術（Barry，1996；Pasqualini，1996）を用いて誘導され得るか、または以前に特徴づけられたペプチド配列（Hart，1994）を用いることによって誘導され得る。
CEA遺伝子（多くの異なる腫瘍と関連し、そして腫瘍拒絶抗原と考えられている）のような目的の遺伝子をpAR-1のようなベクターにクローニングすることによって、mRNAをインビボでパッケージングし得る。遺伝子を、pAR-1中でOperator配列のすぐ下流にクローニングする。その上、EMCV翻訳配列を、OperatorとCEAコード配列との間にクローニングする。このようにして、CEA RNAを、mRNAの翻訳を増強するための5’CAPを必要とせずに翻訳し得る。
インビトロでのトランスフェクションのために、CEA-Armored RNATMを、トランスフェクションの前にリポソームを形成するかまたは形成せずに、組織培養した細胞と混合する。リポソームは、細胞とのArmored RNATMの融合を増強し得る。また、CEA-Armored RNATMを、卵母細胞にマイクロインジェクションし得る。Armored RNATMの使用は、RNAの操作における通常の用心の必要性なしですませる。これらの手順において、Armored RNATMは、標的細胞の侵入の際に解離し、そしてそれらのパッケージグされたRNAを放出し、その結果これは翻訳に利用可能であると予測される。
インビボにおいて、Armored RNATMを、静脈内または筋肉内のような種々の経路によって組織に注射し、防御免疫応答を生じ得る。Armored RNATMが適切な免疫細胞によって取り込まれ、最強かつ最も防御的な免疫応答を生じ得ることが望ましい。当業者は、Armored RNATMが最も強力な免疫モジュレーターと結合し、そしてそれによって取り込まれるように、適切な対のレセプター（すなわちリガンド）をMaturaseまたは被覆タンパク質に導入し得る。この戦略は、これらを適切に標的化するためにはこれらの免疫モジュレーターのいくつかの特定の細胞特異的レセプターについての以前の知見を必要とし得る。
一回のワクチン接種が保護的免疫応答を生成するのに十分でない場合、次いで複数の免疫化が必要であり得る。この場合において、Armored RNATM自体が免疫源であり得、そして個体がArmored RNATM自体に対する免疫を発生するので、トランスフェクション時により少ない有効性となる。複数のワクチン化はいくつかの異なる血清型に由来するRNAバクテリオファージから開発されたArmored RNATMを用いることを含み得る。Armored RNATMワクチン化の全ては、同様の保護的mRNAを含むが、異なる血清型に由来するファージキャプシドによりパッケージングされる。例えば、RNA大腸菌ファージは、血清学的グループI、II、III、およびIVに分けられる。P．aeruginosa RNAバクテリオファージの２つの株もまた存在する。従って、CEA mRNAは、６つ程度の異なるArmored RNATMでパッケージングされ得、そして各々は、各々異なる免疫化のために使用される。
キャップ化mRNAは、転写と同時かまたは転写後にカプセル化され得る。5’キャップを有するmRNAは、インビトロ転写の間にキャップアナログヌクレオチドを使用することにより合成され得るか、またはRNA転写物は、GTPおよびS-アデノシルメチオニンを基質として使用するRNAグアニルトランスフェラーゼを用いてキャップ化され得る。mRNA合成の後、このmRNAは、被覆タンパク質および／またはMaturaseと混合されArmored RNATMを生成し得る。mRNAは、１つ以上のOperator配列および／または１つ以上のMaturase結合部位を含み得るが、それらは、長いRNA分子のパッケージングについては必須ではない。インビトロ方法論により完全に合成されたこれらのArmored RNATMは、細胞内へのトランスフェクションのために使用され得る。再び、被覆タンパク質を操作してArmored RNATMの標的細胞への結合を増強し、そしてその取り込みおよびプロセシングを促進するリガンドを発現し得る。
最近、インビトロ（Barry，1996）およびインビボ（Pasqualini，1996）で特定の細胞型に対して選択的に結合するペプチドについて選択するために、ファージディスプレー技術が使用された。繊維状DNAバクテリオファージディスプレーランダムペプチド配列のライブラリーは、培養において増殖したマウス線維芽細胞によりハプニングされるかまたはそれらはマウスへ静脈内注射されるかのいずれかであり、そして結合したバクテリオファージは異なる器官から溶出された。マウス線維芽細胞によるハプニングは、線維芽細胞、肝ガン細胞、および肥満細胞腫細胞によく結合するが、筋芽細胞およびマクロファージ細胞には結合しないバクテリオファージクローンを生じた。マウスへの静脈内注射は、脳組織および腎臓に選択的に結合するバクテリオファージを生じた。ペプチドを、脳に選択的に結合するバクテリオファージに由来する配列に基づいて合成した。これらのペプチドは、脳の毛細血管に対するバクテリオファージの接着をブロックし得た。これらのデータは、Armored RNATMが特定の器官を標的化する遺伝子治療または薬物処置のための送達系となり得ることを示唆する。実際に、ペプチド配列RGD（これは、細胞表面レセプターインテグリンに対する結合を促進する）を表す繊維状バクテリオファージは、ヒトHEp-2細胞において内部移行することが実証されている（Hart,1994）。
Armored RNATMはまた、ウサギ網状赤血球抽出物のようなインビトロ翻訳系に添加され得る。先に述べたように、キャップ化された、ポリＡ mRNAは、reRNAがインビトロパッケージング系を使用して転写後にパッケージングされる場合に使用され得る。
被覆タンパク質またはMaturaseは、E coli内でビオチン化されるようにこのペプチドを導くビオチン化ペプチド配列を含むように改変され得る。このストラテジーにおいて、Armored RNATMは、ストレプトアビジンにアクセス可能であるビデチン分子を有する表面上にコートされる。ストレプトアビジンは、特定の細胞表面レセプターを認識するリガンドに結合され得る。リガンド-ストレプトアビジン結合体は、Armored RNATMとともにインキュベートされてArmored RNATMをストレプトアビジン−リガンド結合体でコートする。リガンド-ストレプトアビジン-Armored RNATM複合体は、パッケージされたRNAを送達するために使用され得る。
Armored RNATMに対する抗体は、以前に実施されたように（Douglasら，1996）レセプター分子へ結合され得る。Armored RNATM粒子は抗体-レセプター結合体で予めコートされ、そのようにしてArmored RNATMにレセプター特異性を与える。Armored RNATM Antibody Receptor複合体は特定の細胞に結合し、次いでその細胞内へ取り込まれる。
Armored RNATMは、一旦Armored RNATMが細胞内へ侵入すると容易に分解される場合に送達ベクターとしてより効率的に作製され得る。Armored RNATMで被覆タンパク質の変異形態を使用することにより、リボヌクレアーゼからカプセル化reRNAを保護し得るが、細胞内へ侵入する際に直ちに分解するより小さい安定性の構造を生成することが可能であり得る。キャプシドの会合でより効率的でない（LeCuyer，1995）、そして野生型被覆タンパク質と比べてより低い熱安定性を有する（Stonehouse，1993）被覆タンパク質の変異形態が研究されている。高濃度の被覆タンパク質は、野生型配列についてよりキャプシド会合を誘導する必要がある。
しかし、これらの変異被覆タンパク質の存在においてインビボで会合されるArmored RNATMは、RNA送達により効率的であり得る
実施例XIX
アフィニティカラムを構築するためのRNAの生成
RNAについての必要性は、特異的RNA配列に結合するタンパク質のアフィニティー精製のためのカラムを生成することへ拡張する。このようなタンパク質は、翻訳の調節およびRNA代謝回転に関与する。Armored RNATM技術を使用して、大量の特異的RNA配列を産生し得る。reRNAは、Armored RNATM粒子から精製される。reRNAを、固層樹脂へ共有結合し得た。あるいは、CoatProteinが樹脂に共有結合されたより一般的な樹脂が開発され得る。reRNAを、Operator配列を介する被覆タンパク質へのその結合により、樹脂に固定化し得た。次いで、reRNA中の非ファージ配列を使用して、それを特異的に認識するタンパク質を引き出した。
別の形式において、タンパク質-reRNA結合を、実際の相互作用をより良好に模倣して溶液中で生じ得、次いで遊離reRNAおよびタンパク質-reRNA複合体を、被覆タンパク質カラムを使用して濃縮した。カラムを、reRNAに結合したタンパクを放出するためにリボヌクレアーゼに供し得る。次いで、これらのタンパク質をゲル電気泳動により特徴づけ得るか、またはカラムから溶出された物質を、抗体を生成するためにマウスおよびウサギのような動物内へ注入し得る。一旦抗体が産生されれば、次いで、cDNA発現ライブラリーをそのRNAに結合するタンパク質を担う遺伝子についてスクリーニングし得る。
実施例XX
インビボでのキャップ化mRNAのパッケージング
Armored RNATM技術を用いて、E.coli中でmRNAをキャップ化およびパッケージングし得る。酵素RNAグアニルトランスフェラーゼはGTPおよびS-アデノシルメチオニン（SAM）を基質として使用してmRNAの5’末端のキャップ化を担う。RNAグアニルトランスフェラーゼはクローン化されて、そしてE.coli中で活性形態で発現された（Cong，1995）。RNAグアニルトランスフェラーゼを、キャップ化しそしてArmored RNATM粒子としてパッケージングされるべきRNAと同時発現し得る。好ましい実施態様において、非ファージRNAは、reRNAの5’末端で配置される。
実施例XXI
ヌクレアーゼ耐性RANを生成するための方法としてのカプセル化
RNAの「ケージ化（caging）」またはカプセル化は、RNAをRNase含有溶液へアクセスし得なくする。ウイルスタンパク質によるRNAのキャプシド化は、微小カプセル化の例である。微小カプセル化は、それによって分子（この場合は、RNA）が内部移行した分子へのアクセスを否定する構造によって囲まれるプロセスである。微小カプセル化は、ヌクレアーゼが混入した環境からRNAを隔絶することによりRNAにヌクレアーゼ耐性を与える。ウイルスタンパク質のキャプシド化に加えて、微小カプセル化の最も通常の方法は、リポソーム中への内部移行および高分子マトリックス中への封入である。ウイルスタンパク質キャプシド化は、ヌクレアーゼ耐性RNAを提供し得ることが判明している（上記Armored RNAを参照のこと）。リポソームおよびポリマーマトリックスは、タンパク質キャプシド化と類似する様式で分子を分配し、従って、それらは内部移行したRNA標準を保護することにおいて等しく良好に行うことが予想される。
１．リポソーム
リポソームの形成は、脂質が水性溶液に分散される場合に自然に生じる。水性溶液中に存在する試薬は、リポソーム形成の間にカプセル化され、これは薬剤、細胞、タンパク質、および核酸を微小カプセル化するための比較的簡単な方法を提供する。リポソームを生成するためのいくつかの方法が存在する（Vemuri 1995）。これらの最も特徴づけられた方法は、過剰量の試薬含有水性緩衝液を、脂質溶液を凍結乾燥した丸底フラスコへ添加する工程を包含する。水性溶媒の添加は、最初に脂質を溶解し、次いで結果的に水性溶液の一部を包み込むリポソームを形成させる。これは、精製され、定量化され、保存され、そして最終的には診断的アッセイにおいて使用され得るリポソームカプセル化試薬を効率的に生成する。
２．ポリマーマトリックス
種々のモノマーは、重合化を助長する溶液中への滴下拡散によりポリマー性ミクロスフェアへ変換され得る。モノマー溶液または重合化が生じている溶液のいずれかにおいて溶解させた分子は、ミクロスフェア中にトラップされる。ミクロスフェアの精製は、周囲の溶液において巨大分子にアクセスし得ないトラップされた試薬を提供する。
試薬含有ミクロスフェアの生成方法の説明は、アルギン酸塩／スペルミンマトリックス中のロタウイルスの微小カプセル化についての研究に由来する（Offit 1994）。アルギン酸ナトリウム（0.68mM）と混合されたロタウイルス懸濁液を、５μmの滴として0.55mMスペルミン塩酸塩中へ分散させた。混合物を600×gで遠心分離し、そして数回洗浄してロタウイルス含有ミクロスフェアを精製した。ミクロスフェアの分析は、ロタウイルスがポリマーマトリックス内に含まれ、そして放出の際にそれらはまだ感染性であったことを明らかにした。ミクロスフェアが周囲の溶液から分子を隔絶し、そして内部移行分子がその天然な状態で維持されることが明らかになっているので、これらの２つのポイントは重要である。RNA標準のマイクロカプセル化は、ロタウイルス懸濁液をRNA溶液へ置換することによって行った。
単一の、一般的な方法を、マイクロカプセル化RNAを診断的アッセイに組み入れるために使用し得る。検出に十分なRNAプロセシングドメイン（プライマー結合部位およびハイブリダイゼーション部位）を、上記の方法の１つによりカプセル化した。カプセル化RNAを精製し、定量化し、そして将来の使用のために保存した。診断のために、マイクロカプセル化標準を希釈し、そしてサンプルを適切な工程でアリコートした。診断プロトコルにおける標準RNA単離手順が、標準を適切に放出しない場合、または標準を単離工程の後で添加する場合、次いでサンプルを90℃で２〜５分間加熱することは、ほとんどのマイクロカプセルからの放出に十分である。次いで、アッセイのRNA検出部分を実行し得る。
実施例XXII
ヌクレアーゼ耐性標準としての非共有結合RNA
RNAを、種々の分子により比較的高親和性で結合する。多くの場合において、RNAは、相互作用分子により、完全にコートされ得る。結合分子の存在が、RNAにヌクレアーゼ分解に耐性を与える例が存在する。この一般的な仕組みは、ヌクレアーゼ耐性RNA標準を作製するためのさらなる方法を提供する。
RNAを結合する種々のタンパク質、核酸および小分子が存在する。HIV-1ヌクレオキャプシドタンパク質（Allen 1996）およびT4のregAタンパク質（Winterら1987）を用いるフットプリント実験は、結合分子はRNAをヌクレアーゼの耐性にし得ることを示す。RNAを協同的に結合するタンパク質および小分子は、しばしばポリマーの大きな領域を被覆する。例としては、T4遺伝子32タンパク質（von Hippel 1982）、MS2/R17被覆タンパク質（Witherall 1990）、ならびに小分子スペルミンおよびスペルミジン（McMahon 1982）が挙げられる。協同的結合およびヌクレアーゼ閉塞の組合せはRNAの大きなドメインを分解から効率的に保護し得（Allen 1996）、このことは、これらを理想的なヌクレアーゼ耐性標準にする。ポリＬ-リジンは、天然の２本鎖RNAインターフェロン誘導物質、ラリファン（larifan）およびリドスチン（ridostin）をヒト血清中のリボヌクレアーゼから保護し得る。血清中の遊離インターフェロン誘導物質は、血清中の４時間のインキュベーション後にそれらの活性を完全に消失した。ポリＬ-リジンの保護活性は、その分子量の増加と供に平行して増加した。保護活性は、物質の12,300+/-1,000 Daltonの物質で最大になった（Surzhikら1993）。
臭化セチルトリメチルアンモニウム（CTAB）は、陽イオン性界面活性剤であり、それは、タンパク質ではなく核酸へ結合し、そして沈殿させるその能力による核酸の単離のために長らく使用されている（Jones，1953; Jones，1963）。正に荷電した頭部の基は、RNAの負に荷電した骨格へ結合し得、それによってRNAをリボヌクレアーゼから保護する。WinklerおよびKesslerによる実験（非公表）は、20mM CTABが、５μg程度のRNAをRNase AおよびRNase T1による分解から保護することを実証する。0.5％のTriton X-100をCTAB/RNA溶液へ添加する場合、CTABはTriton X-100により可溶化され、そして保護的作用は保存される。
同様に、核酸は、RNAとの直接的な相互作用によりヌクレアーゼ保護を与える（Weigand 1975）。短い（10ヌクレオチド）ランダム配列核酸は、RNAへハイブリダイズされ得、それによって分子を効率的にコートする。RNaseを含むサンプル中でのインキュベーションは、RNAがランダマーにより結合され、従って保護されるので、有害ではない。増幅スキームが、検出のために用いられる場合、短いランダマーは、逆転写酵素のプライマーとして作用し得る。
一般的なスキームは、任意の非共有結合RNAを標準として使用するための技術の１つにより考案され得る。プライマー結合（RT-PCR、NASBA、または3SRのための）またはプローブハイブリダイゼーション（分枝DNAアッセイまたはDiGene’s抗体に基づくアッセイ）のための配列を有するRNAは、上記の段落において述べた任意のRNA結合分子により予め結合し得る。この結合RNAを正確に定量化し、そして将来の使用のために保存する。結合RNAを希釈し、そしてRNA精製の前または後のいずれかにサンプル中へアリコートする。（検出プロコトルに依存して）増幅またはハイブリダイズの前に、サンプルを90℃まで加熱してRNA標準を放出する。次いで、増幅またはハイブリダイズを実施し得、これは検出のためのシグナルを生成する。
実施例XXIII
gp32によって結合されたRNAはヌクレアーゼ耐性である
バクテリオファージT4の遺伝子32によりコードされるタンパク質（gp32）により結合されるRNAを使用して、RNA標準の作製のための非共有結合の方法論の有効性を実証した。gp32は、RNAおよびssDNAを協同的に結合することが公知である（von Hippel 1982）。精製タンパク質（約１μM）を、放射標識RNA標的（約100nM）と５分間、室温で、50mM HEPES pH 7.4，200mM NaCl、および2.5mM MgCl2からなる緩衝液中で混合した。ゲルシフトアッセイにより、RNA分子の約50％を、タンパク質により結合させた。10分の１量のヤギ血清をコートされたRNAへ添加し、そして混合物を25℃で10分間インキュベートした。RNAをPAGEを介して分離し、オートラジオグラフィーにより検出した。インタクトなRNAの量は、タンパク質を欠く同じRNAサンプルより多かった。これは、gp32の存在が血清に媒介される分解からRNAを保護することおよび協同的結合分子により生成されるヌクレアーゼ保護の概念が妥当であることを示す。
上記で用いた同じRNAのサンプルを、記載された手順を用いてgp32により結合させた。このサンプルを95℃で２分間加熱し、次いでRNAの3’末端に特異的なプライマーを使用して、AMV逆転写酵素によって逆転写した。得られたcDNAを連続的に希釈し、そして種々の希釈を使用して、RNA標準に対し特異的なプライマーを用いる標準的なPCR反応を開始した。PCR産物を、ゲル電気泳動により分析した。産物が最初に観察される希釈で、同じ手順に供した非結合RNAについてとgp32結合RNAについて同じであった。これは、T4タンパク質が、テンプレートとしてRNAを使用するためのRTの能力に影響せず、続いてPCR反応にも影響しないことを示す。タンパク質コートRNAはまた、10％血清溶液中へ15分間希釈し、次いでRT-PCR実験へ適用されている。適切なサイズの産物を生成し、このことはRNAの協同的結合が、安定なRT-PCRコントロールを作製するための方法として有用である証拠を提供する。
実施例XXIV
化学的改変を介したRNAの保護
酵素を介した分解に対してRNAを耐性にするための１つの方法は分解の機構をブロックするようにかまたはRNaseがもはやRNAとして分子を認識しないようにRNAを化学的に改変することである。このような改変は、RNA中にこの改変が取り込まれる前にヌクレオチドになされるか、またはそれが形成された後にRNAになされ得る。リボース（Piecken 1991）およびリン酸（Black 1972）改変は、ヌクレアーゼの存在下でRNAの安定性を増強することが示されている。2’ヒドロキシルおよびヌクレオチド内リン酸の改変は、リボヌクレアーゼによって用いられる分解機構に必要な化学基の改変によりヌクレアーゼ耐性を与える（Heidenreich 1993）。別の方法は、分子（例えば、炭水化物）をRNA標準へ化学的に添加することにより達成し得る。これらの化学基は検出プロトコルの間逆転写を可能にするために酵素的かまたは化学的に除去し得る。これらが核酸検出スキームにおいて使用される逆転写またはハイブリダイゼーションプロトコルのためのテンプレートである場合、化学的に改変されたRNAは、それらが非改変RNAよりかなり安定であるのでRNA標準として理想的に適している。
化学的改変RNAの診断的アッセイにおける標準として使用するための一般的なスキームは、現在のRNAの標準を同じ配列を有する改変RNAで単に置換することである。RNA標準をコードするDNAテンプレートをT7 RNAポリメラーゼを用いて転写し、これは標準的なNTPをリボースまたはリン酸改変NTPと置換する。得られた全長RNAを精製し、定量化し、そして将来のために保存し得る。アッセイの時点で、改変RNA標準を、RNA精製の前または後のいすれかでサンプルを適切に希釈し、アリコートし、次いでサンプルRNAを用いて同時検出した。
実施例XXV
2’フッ化CTPおよびUTPを用いたRNAの保護
改変RNAの標準としての有用性を試験するために、ヌクレオチドアナログを転写物中に取り込ませ、そして非改変RNAと比較した。2’フッ化CTPおよびUTPを、転写緩衝液（40mM Tris pH 8.0，20mM NaCl，6mM MgCl2，6mM MnCl2，2mMスペルミジン，10mM DTT）中の0.5ユニット/μlのT7 RNAポリメラーゼにより転写物中に取り込ませた。10pmolの改変RNAおよび非改変RNAを、AMV逆転写酵素により逆転写した。得られたcDNAの一連の希釈物をPCRにより増幅した。産物をPAGEを介して分離し、そしてエチジウムブロマイド染色により分析した。改変RNAおよび非改変RNAのサンプルの両方が同じ結果を生じ、そのことは改変が、RT-PCRによるRNAの定量化には影響しないことを示す。改変RNAを、血清中で１時間インキュベートし、産物をPAGEによりサイズで分離した。改変RNAの非分解は明らかであるが、同じ配列を有する非改変RNAは完全に分解された。従って、改変RNAは、それらが（より良い内部標準を提供する）診断的プロトコルにおいてより早く添加され得るので、非改変RNAよりはるかに優れ、そして改変RNAは保存の間より安定である。
改変RNAの究極の試験は、現存の診断的アッセイを用いてその適合性を示すことである。Amplicor HIV MonitorTMアッセイのための標準の配列をコードするテンプレートを、2’F CTPおよびUTPを用いて上記のように転写した。2’F改変RNAの一連の希釈を、Amplicor HIV MonitorTM試験に適用した。改変標準は、濃度に依存した様式でシグナルを生成し、このことは改変RNAが逆転写され、そして得られたcDNAをPCR増幅された証拠を提供する。次いで、改変RNA標準を、非改変RNAと比較した。検出プロトコルの溶解工程の後に導入された場合、両標準は、ほぼ等しいシグナルを生成したが、２つのRNAを検出プロトコル中に組み込む前に血漿中で15分間インキュベートした場合、非改変RNAにより生成されたシグナルは、バックグラウンドから識別不能である一方、改変RNAは、RNAが血漿中でプレインキュベーションされない場合に観察されるシグナルとほとんど同等であるシグナルを生成した。この後者の観察は、改変RNA標準の明白な利点を指摘する、すなわちRNAが、実験全体についてのよりよいコントロールを提供する場合、プロトコルにおけるより早い時（サンプルの溶解の前）に添加され得る。さらに、アッセイの前の分解の可能性を非常に減少させるので、ヌクレアーゼ耐性は貯蔵の間に有利である。
CTPおよびUTPのαチオールの形態によるリン酸改変ヌクレオチドを、上記の2’FのようにT7 RNAポリメラーゼにより転写物へ取り込ませた。得られたRNAは、逆転写酵素のためのテンプレートであった。PCR分析は改変RNAが、非改変RNAを同じくらい効率的にcDNAに変換されることを明らかにした。
記載された研究は改変のみを使用したが、改変されたプリンもまたRNAに取り込まれ得る［Aurupら（1994）］。これは、高濃度のプリン特異的ヌクレアーゼがある群のサンプルにおいて存在するような場合において重要であり得る。取り込まれ得る種々のヌクレオチドアナログが存在するので、RNAは、至適の安定性およびアッセイ効率を保証するために異なる保存および反応条件について調製され得る。
実施例XXVI
リボヌクレアーゼ保護についてのアッセイ
リボヌクレアーゼ耐性に対して潜在的なリボヌクレアーゼ耐性構築物を試験するために、保護RNA構築物を、リボヌクレアーゼ（例えば、リボヌクレアーゼ1またはリボヌクレアーゼA）とともに、37℃でいくつかの異なる時間（15分間、30分間、１時間、２時間）でインキュベートする。同じ実験の間に、同じArmored RNA構築物から単離された裸のRNAもまた、リボヌクレアーゼとともにインキュベートする。各時間の後、リボヌクレアーゼをフェノール抽出により不活性化する。フェノールはまたArmored RNA構築物中のRNAから被覆タンパク質をはぎ取る。フェノール抽出の後、RNAをエタノール沈殿する。単離されたRNAを変性ホルムアルデヒドアガロースゲルにより分別し、エチジウムブロマイドで染色し、そして分解について評価した。分解を、リボヌクレアーゼ処理したサンプルをリボヌクレアーゼ処理していないRNAと比較することにより評価する。
あるいは、ゲル電気泳動によるRNAの分析の代わりに、サンプルを、より正確で、より定量的な結果を得るために、競合的RT-PCRに供し得る。PCRの使用はまた、少量の材料を検出する利点を有する。
実施例XXVII
任意のRNase耐性標準を使用における標準的工程
RNA耐性標準を使用する多くのアッセイは、上記のAmplicor HIV MonitorTMアッセイと同じ基本的形式を有する。このようなキットにおいて、既知の量のRNase耐性標準をRNAサンプルに添加する。サンプルRNAおよびRNA標準（例えば、Armored RNATM、化学的改変RNA、または任意の他のリボヌクレアーゼ保護RNA）を、血漿および細胞から同時に精製する。いくつかのアッセイについて、サンプルRNAはすでに精製されている。このような場合、RNase耐性標準を、直接サンプルRNAに添加し得る。次いで、混合物を５分間70℃で加熱して、タンパク質被覆、もしくはリボヌクレアーゼ耐性を与える任意の他の分子をはぎ取り得るか、または任意の他の必要な方法で処置し得る。
RNAを精製または加熱した後、サンプルRNAおよび標準RNAを逆転写し、次いでPCRにより同時増幅した。標準RNAが欠失または挿入を有する場合、次いでPCR産物をゲル上で分離し得る。RNA標準から生成されたPCR産物は、サンプルRNA由来のPCR産物とは異なる移動度を有する。検量線を、RNA標準の濃度および標準から生成されたPCR産物の量をプロットして作製し得る。サンプルRNAの濃度を、曲線の直接範囲内の内挿により得る。
HIV MonitorTMアッセイにおいて、RNA標準は、サンプルRNA配列と比較して26ヌクレオチドの置換を有する。PCR産物の定量化は、試験PCR産物または標準PCR産物へのハイブリダイズによりPCR産物を特異的に捕捉するための固定化オリゴヌクレオチドを使用することにより得られる。PCR産物を、5’ビオチン化する。捕捉PCR産物を、ストレプトアビジン西洋ワサビペルオキシダーゼを使用して比色的に検出する。今一度、未知のRNAサンプルの濃度を、既知の標準RNAの濃度により生成されたシグナルを使用して計算する。
本発明の組成物および方法が好ましい実施態様の点から記載されているが、改変が、本発明の概念、精神、および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の組成物、方法、および方法の工程または一連の工程に適用され得ることが当業者には明らかである。より詳細には、化学的および物理的の両方に関連する特定の薬剤が、本明細書中に記載の薬剤で置換され得るが、同等または類似の結果が達成されることが明らかである。当業者には明らかであるこのような類似の置換および改変の全てが、添付の請求の範囲に規定されるように本発明の精神、範囲、および概念の中にあると判断される。
参考文献
以下の参考文献は、それらが本明細書中に示される手順に対して例示的な手順または他の詳細を提供するという程度まで、特に本明細書中で参考として援用される。
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配列表
（1）一般的情報：
（i）出願人：
（A）名称：アンビオン，インコーポレイテッド
（B）番地：ウッドワード  ストリート  2130，スイート  200
（C）市：オースティン
（D）州：テキサス
（E）国：アメリカ合衆国
（F）郵便番号：78744-1832
（A）名称：セネトロン  ディアグノステックス  エルエルシー
（B）番地：ウッドワード  ストリート  2170
（C）市：オースティン
（D）州：テキサス
（E）国：アメリカ合衆国
（F）郵便番号：78744
（ii）発明の名称：リボヌクレアーゼ耐性RNAの調製および利用
（iii）配列数：８
（iv）コンピューター読み出し形態：
（A）媒体型：フロッピー ディスク
（B）コンピューター：IBM PC互換用
（C）OS：PC-DOS/MS-DOS
（D）ソフトウェア：パテントイン リリース#1.0，バージョン#1.30（EPO）
（vi）現在の出願データ：
（A）出願番号：US未知
（B）出願日：1997年６月24日
（vi）現在の出願データ：
（A）出願番号：US 60/021,145
（B）出願日：1996年７月３日
（vi）現在の出願データ：
（A）出願番号：US 08/675,153
（B）出願日：1996年７月３日
（2）配列番号１の情報：
（i）配列の特徴：
（A）長さ：23塩基対
（B）型：核酸
（C）鎖の数：一本鎖
（D）トポロジー：直鎖状
（xi）配列：配列番号１：
0004315471.tif 000011
（2）配列番号２の情報：
（i）配列の特徴：
（A）長さ：34塩基対
（B）型：核酸
（C）鎖の数：一本鎖
（D）トポロジー：直鎖状
（xi）配列：配列番号２：
0004315471.tif 000012
（2）配列番号３の情報：
（i）配列の特徴：
（A）長さ：1718塩基対
（B）型：核酸
（C）鎖の数：一本鎖
（D）トポロジー：直鎖状
（xi）配列：配列番号３：
0004315471.tif 000013
（2）配列番号４の情報：
（i）配列の特徴：
（A）長さ：37塩基対
（B）型：核酸
（C）鎖の数：一本鎖
（D）トポロジー：直鎖状
（xi）配列：配列番号４：
0004315471.tif 000014
（2）配列番号５の情報：
（i）配列の特徴：
（A）長さ：41塩基対
（B）型：核酸
（C）鎖の数：一本鎖
（D）トポロジー：直鎖状
（xi）配列：配列番号５：
0004315471.tif 000015
（2）配列番号６の情報：
（i）配列の特徴：
（A）長さ：1867塩基対
（B）型：核酸
（C）鎖の数：一本鎖
（D）トポロジー：直鎖状
（xi）配列：配列番号６：
0004315471.tif 000016
（2）配列番号７の情報：
（i）配列の特徴：
（A）長さ：24塩基対
（B）型：核酸
（C）鎖の数：一本鎖
（D）トポロジー：直鎖状
（xi）配列：配列番号７：
0004315471.tif 000017
（2）配列番号８の情報：
（i）配列の特徴：
（A）長さ：24塩基対
（B）型：核酸
（C）鎖の数：一本鎖
（D）トポロジー：直鎖状
（xi）配列：配列番号８：
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【図１】
0004315471.tif 000019
【図２】
0004315471.tif 000020