(57)【要約】本発明は、T細胞に基づく免疫療法を増強するための組成物および方法を含む。ある種の局面において、本発明は、T細胞に基づく免疫療法の増強およびがんの処置で用いるための改変されたT細胞およびDhx37の阻害剤を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
それを必要とする対象に、遺伝的に改変されたT細胞を投与する段階を含む、対象においてT細胞に基づく免疫療法を増強する方法であって、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdc1からなる群より選択される遺伝子が、該T細胞において変異されている、方法。
【請求項２】
T細胞が、CD8+、CD4+、T調節(Treg)細胞、およびキメラ抗原受容体(CAR)-T細胞からなる群より選択される、請求項1記載の方法。
【請求項３】
対象がヒトである、請求項1記載の方法。
【請求項４】
少なくとも1つのさらなる遺伝子がT細胞において変異されている、請求項1記載の方法。
【請求項５】
少なくとも1つのさらなる遺伝子が、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdc1からなる群より選択される、請求項4記載の方法。
【請求項６】
さらなる処置を対象に施す段階をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項７】
さらなる処置が、免疫チェックポイント阻害剤、PD-1阻害剤、およびCTLA-4阻害剤からなる群より選択される、請求項6記載の方法。
【請求項８】
それを必要とする対象に、遺伝的に改変されたT細胞を投与する段階を含む、対象において養子細胞移入療法を実施する方法であって、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdc1からなる群より選択される遺伝子が、該T細胞において変異されている、方法。
【請求項９】
T細胞が、CD8+、CD4+、T調節(Treg)細胞、およびCAR-T細胞からなる群より選択される、請求項8記載の方法。
【請求項１０】
対象がヒトである、請求項8記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも1つのさらなる遺伝子がT細胞において変異されている、請求項8記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも1つのさらなる遺伝子が、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdc1からなる群より選択される、請求項11記載の方法。
【請求項１３】
さらなる処置を対象に施す段階をさらに含む、請求項8記載の方法。
【請求項１４】
さらなる処置が、免疫チェックポイント阻害剤、PD-1阻害剤、およびCTLA-4阻害剤からなる群より選択される、請求項13記載の方法。
【請求項１５】
遺伝的に改変されたT細胞を対象に投与する段階を含む、必要とする対象においてがんを処置する方法であって、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdc1からなる群より選択される遺伝子が、該T細胞において変異されている、方法。
【請求項１６】
T細胞が、CD8+、CD4+、T調節(Treg)細胞、およびCAR-T細胞からなる群より選択される、請求項15記載の方法。
【請求項１７】
対象がヒトである、請求項15記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも1つのさらなる遺伝子がT細胞において変異されている、請求項15記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも1つのさらなる遺伝子が、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdc1からなる群より選択される、請求項18記載の方法。
【請求項２０】
さらなる処置を対象に施す段階をさらに含む、請求項15記載の方法。
【請求項２１】
さらなる処置が、免疫チェックポイント阻害剤、PD-1阻害剤、およびCTLA-4阻害剤からなる群より選択される、請求項20記載の方法。
【請求項２２】
Dhx37の阻害剤の治療的有効量を対象に投与する段階を含む、必要とする対象においてがんを処置する方法。
【請求項２３】
前記阻害剤が、抗体、siRNA、およびCRISPRシステムからなる群より選択される、請求項22記載の方法。
【請求項２４】
CRISPRシステムが、Cas9と、Dhx37に相補的な少なくとも1つのsgRNAとを含む、請求項23記載の方法。
【請求項２５】
sgRNAが、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む、請求項24記載の方法。
【請求項２６】
sgRNAが、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む、請求項24記載の方法。
【請求項２７】
抗体が、SEQ ID NO: 3022〜3031からなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸配列を認識し、それに結合する、請求項23記載の方法。
【請求項２８】
さらなる処置を対象に施す段階をさらに含む、請求項22記載の方法。
【請求項２９】
さらなる処置が、免疫チェックポイント阻害剤、PD-1阻害剤、およびCTLA-4阻害剤からなる群より選択される、請求項28記載の方法。
【請求項３０】
Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdcからなる群より選択される遺伝子または遺伝子産物の阻害剤を対象に投与する段階をさらに含む、請求項22記載の方法。
【請求項３１】
必要とする対象においてがんを処置する方法であって、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdcからなる群より選択される遺伝子または遺伝子産物の阻害剤の治療的有効量を該対象に投与する段階を含む、方法。
【請求項３２】
前記阻害剤が、抗体、siRNA、およびCRISPRシステムからなる群より選択される、請求項31記載の方法。
【請求項３３】
CRISPRシステムが、Cas9と、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdcからなる群より選択される遺伝子に相補的な少なくとも1つのsgRNAとを含む、請求項32記載の方法。
【請求項３４】
sgRNAが、SEQ ID NO: 821〜3020からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む、請求項33記載の方法。
【請求項３５】
さらなる処置を対象に施す段階をさらに含む、請求項31記載の方法。
【請求項３６】
さらなる処置が、免疫チェックポイント阻害剤、PD-1阻害剤、およびCTLA-4阻害剤からなる群より選択される、請求項35記載の方法。
【請求項３７】
免疫療法で用いるための遺伝的に改変されたT細胞を作製する方法であって、Dhx37遺伝子の第1のヌクレオチド配列に相補的な第1のsgRNAと、Dhx37遺伝子の第2のヌクレオチド配列に相補的な第2のsgRNAとを含むベクターを、ナイーブT細胞に投与する段階を含む、方法。
【請求項３８】
第1のsgRNAヌクレオチド配列がSEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択され、第2のsgRNAヌクレオチド配列がSEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択される、請求項37記載の方法。
【請求項３９】
第1のsgRNAヌクレオチド配列がSEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択され、第2のsgRNAヌクレオチド配列がSEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択される、請求項37記載の方法。
【請求項４０】
免疫療法で用いるための遺伝的に改変されたT細胞を作製する方法であって、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdcからなる群より選択される遺伝子の第1のヌクレオチド配列に相補的な第1のsgRNAとLyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdcからなる群より選択される遺伝子の第2のヌクレオチド配列に相補的な第2のsgRNAとを含むベクターを、ナイーブT細胞に投与する段階を含む、方法。
【請求項４１】
第1のsgRNAヌクレオチド配列がSEQ ID NO: 821〜3020からなる群より選択され、第2のsgRNAヌクレオチド配列がSEQ ID NO: 821〜3020からなる群より選択される、請求項40記載の方法。
【請求項４２】
請求項37〜41のいずれか一項記載の方法により作製された遺伝的に改変されたT細胞を含む、組成物。
【請求項４３】
Dhx37遺伝子が変異されている、遺伝的に改変されたT細胞を含む組成物。
【請求項４４】
Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1、およびOdcからなる群より選択される遺伝子が変異されている、遺伝的に改変されたT細胞を含む、組成物。
【請求項４５】
抗体、siRNA、およびCRISPRシステムからなる群より選択されるDhx37の阻害剤を含む、組成物。
【請求項４６】
CRISPRシステムが、Cas9と、Dhx37に相補的な少なくとも1つのsgRNAとを含む、請求項45記載の組成物。
【請求項４７】
sgRNAが、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む、請求項46記載の組成物。
【請求項４８】
sgRNAが、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む、請求項46記載の組成物。
【請求項４９】
抗体が、SEQ ID NO: 3022〜3031からなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸配列を認識し、それに結合する、請求項45記載の組成物。
【請求項５０】
抗体、siRNA、およびCRISPRシステムからなる群より選択されるDhx37の阻害剤、ならびにその使用のための説明材料を含む、キット。
【請求項５１】
CRISPRシステムが、Cas9と、Dhx37に相補的な少なくとも1つのsgRNAとを含む、請求項50記載のキット。
【請求項５２】
少なくとも1つのsgRNAが、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む、請求項51記載のキット。
【請求項５３】
少なくとも1つのsgRNAが、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む、請求項51記載のキット。
【請求項５４】
SEQ ID NO: 11〜3020からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む複数のsgRNAと、その使用のための説明材料とを含む、キット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は2017年6月23日付で出願された米国仮特許出願第62/524,148号の優先権を主張するものであり、それは参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究または開発に関する声明
本発明は、国立衛生研究所によって授与されたCA121974、CA209992、CA196530、およびGM007205の下で政府の支援を受けてなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
CD8+ T細胞は、細胞内病原体および腫瘍に対する細胞性の適応免疫応答をマウントすることにより、体の細胞完全性を維持する中心的な役割を果たす。病原体特異的CD8+ T細胞の選択的活性化は、表面主要組織適合複合体(MHC)クラスI (MHC-I)の同族抗原のT細胞受容体(TCR)認識により媒介され、これがT細胞増殖、サイトカイン分泌、および標的細胞の選択的殺滅をもたらす。この細胞集団の欠損は再発性の感染症またはがんを引き起こし得、一方CD8+ T細胞の調節不全活性化は免疫病理、さらには重度の自己免疫を引き起こし得る。
【０００４】
CD8+ T細胞は、細胞内抗原に対するその特異性および細胞性免疫応答におけるその役割により、新しいがん治療法の焦点となっている。最近開発された最も強力な薬物は、免疫チェックポイント阻害剤である。この新しいクラスの薬物は、CTLA-4またはPD-1の活性を中和することにより、CD8+ T細胞の抗腫瘍応答を増強する。CTLA-4の活性を遮断すると、十分な抗原の非存在下でナイーブCD8+ T細胞の活性化が可能になる。PD-1活性を阻害すると、がん患者の一部で、消耗したCD8+ T細胞が再活性化されて増殖し、悪性細胞を殺滅しうる。これらの薬物は、黒色腫および肺がんを含む複数のがん型の処置において効果的であることが示されている。単独療法または併用療法として用いられたこれらの薬物の効力を調べる継続的な研究が行われている。さらなる研究により、潜在的なチェックポイント調節について4-1BB、CD27、CD28、ICOS、LAG3、OX-40、TIM3、およびVISTAが特定された。より新しい治療法では、トランスジェニック発現キメラ抗原受容体(CAR-T)の制御下で活性化するようにCD8+ T細胞機構を適合させている。この方法は、造血器悪性腫瘍の処置に成功している。
【０００５】
チェックポイント遮断およびCAR-T免疫療法は、従来の治療が失敗した場合に効果的であることが示されているが、患者の大部分は応答しないか、または望ましくない副作用があるため、これらの治療モードはまだ改善の大きな可能性がある。より体系的なアプローチにより、T細胞機能の新規調節因子の特定を可能にし、おそらくチェックポイント阻害剤と直交的および/または相補的な方法で、身体の抗腫瘍応答をより良く増強する。
【０００６】
遺伝子セット特異的なRNAi/shRNAライブラリを用いた研究は、CD8+ T細胞機能およびサイトカイン産生を増強する新規遺伝子を特定するために使用されている。これらの分子ツールは、相補的結合を通じて標的mRNAの翻訳を抑制することにより動作するが、RNAiの効果は、標的mRNAおよび導入された低分子干渉RNAの発現レベルによって限定される。
【０００７】
CRISPR技術の開発および適用により、ゲノム編集を実行する能力が劇的に増強された。ハイスループットCRISPRスクリーニングが開発され、複数の適用における新規遺伝子の発見に利用されている。T細胞におけるCRISPR標的化の適用は、T細胞ゲノムの操作に対する最初の段階であり、これは、スクリーニング技術とともに、ハイスループット遺伝子スクリーニングが、超並列方式でのT細胞生物学における重要な因子の偏りのない発見の扉を開くという仮説につながる。しかしながら、T細胞の大規模なCRISPR摂動は、おそらく複数の技術的障害、リンパ球レパートリーの複雑さ、リンパ系もしくは非リンパ系臓器の組織構造、または腫瘍微小環境のため、報告されていない。
【０００８】
当技術分野において、T細胞に基づく免疫療法を増強するための組成物および方法が必要である。本発明はこの必要性を満たす。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書において記載されるように、本発明は、T細胞に基づく免疫療法を増強するための、養子細胞移入を実施するための、およびがんを処置するための組成物および方法に関する。
【００１０】
1つの局面において、本発明は、対象においてT細胞に基づく免疫療法を増強する方法を含む。本方法はそれを必要とする対象に、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdc1からなる群より選択される遺伝子がT細胞において変異されている遺伝的に改変されたT細胞を投与する段階を含む。
【００１１】
別の局面において、本発明は、対象において養子細胞移入療法を実施する方法を含む。本方法はそれを必要とする対象に、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdc1からなる群より選択される遺伝子がT細胞において変異されている遺伝的に改変されたT細胞を投与する段階を含む。
【００１２】
さらに別の局面において、本発明は、それを必要とする対象においてがんを処置する方法を含む。本方法は、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdc1からなる群より選択される遺伝子がT細胞において変異されている遺伝的に改変されたT細胞を投与する段階を含む。
【００１３】
さらに別の局面において、本発明は、それを必要とする対象においてがんを処置する方法を含む。本方法は対象に、Dhx37の阻害剤の治療的有効量を投与する段階を含む。
【００１４】
本発明の別の局面は、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子または遺伝子産物の阻害剤の治療的有効量を対象に投与する段階を含む、それを必要とする対象においてがんを処置する方法を含む。
【００１５】
本発明のさらに別の局面は、免疫療法で用いるための遺伝的に改変されたT細胞を作製する方法を含む。本方法は、Dhx37遺伝子の第1のヌクレオチド配列に相補的な第1のsgRNAおよびDhx37遺伝子の第2のヌクレオチド配列に相補的な第2のsgRNAを含むベクターを、ナイーブT細胞に投与する段階を含む。
【００１６】
本発明のさらに別の局面は、免疫療法で用いるための遺伝的に改変されたT細胞を作製する方法を含む。本方法は、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子の第1のヌクレオチド配列に相補的な第1のsgRNAならびにLyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子の第2のヌクレオチド配列に相補的な第2のsgRNAを含むベクターを、ナイーブT細胞に投与する段階を含む。
【００１７】
別の局面において、本発明は、Dhx37遺伝子が変異されている遺伝的に改変されたT細胞を含む組成物を含む。さらに別の局面において、本発明は、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子が変異されている遺伝的に改変されたT細胞を含んだ組成物を含む。さらに別の局面において、本発明は、抗体、siRNA、およびCRISPRシステムからなる群より選択されるDhx37の阻害剤を含んだ組成物を含む。
【００１８】
本発明の別の局面は、抗体、siRNA、およびCRISPRシステムからなる群より選択されるDhx37の阻害剤と、その使用のための説明材料とを含んだキットを含む。本発明のさらに別の局面は、SEQ ID NO: 11〜3020からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む複数のsgRNAおよびその使用のための説明材料を含んだキットを含む。
【００１９】
本明細書において記載される本発明の上記の局面または任意の他の局面のさまざまな態様において、T細胞は、CD8+、CD4+、T調節(Treg)細胞およびキメラ抗原受容体(CAR)-T細胞からなる群より選択される。
【００２０】
1つの態様において、少なくとも1つのさらなる遺伝子がT細胞において変異されている。1つの態様において、少なくとも1つのさらなる遺伝子が、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdc1からなる群より選択される。
【００２１】
1つの態様において、対象はヒトである。1つの態様において、本方法はさらなる処置を対象に施す段階をさらに含む。1つの態様において、さらなる処置は、免疫チェックポイント阻害剤、PD-1阻害剤、およびCTLA-4阻害剤からなる群より選択される。
【００２２】
1つの態様において、阻害剤は、抗体、siRNA、およびCRISPRシステムからなる群より選択される。1つの態様において、CRISPRシステムはCas9、およびDhx37に相補的な少なくとも1つのsgRNAを含む。
【００２３】
1つの態様において、sgRNAは、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む。1つの態様において、sgRNAは、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む。1つの態様において、抗体は、SEQ ID NO: 3022〜3031からなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸配列を認識し、それに結合する。
【００２４】
1つの態様において、本方法は、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子または遺伝子産物の阻害剤を対象に投与する段階をさらに含む。1つの態様において、CRISPRシステムはCas9、ならびにLyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子に相補的な少なくとも1つのsgRNAを含む。1つの態様において、sgRNAは、SEQ ID NO: 821〜3020からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む。
【００２５】
1つの態様において、第1のsgRNAヌクレオチド配列は、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択され、第2のsgRNAヌクレオチド配列は、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択される。1つの態様において、第1のsgRNAヌクレオチド配列は、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択され、第2のsgRNAヌクレオチド配列は、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択される。1つの態様において、第1のsgRNAヌクレオチド配列は、SEQ ID NO: 821〜3020からなる群より選択され、第2のsgRNAヌクレオチド配列は、SEQ ID NO: 821〜3020からなる群より選択される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明の特定の態様の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むとより良好に理解されるであろう。本発明を例証する目的で、図面には例示的な態様が示されている。しかしながら、本発明は、図面に示されている態様の正確な配置および手段に限定されないことが、理解されるべきである。
【００２７】
【図１】図1A〜1Gは、T細胞ノックアウトベクター、ゲノム規模ライブラリ、多様なTCRを有するCD8+ T細胞での輸送および生存のための遺伝的スクリーニングを描く一連のプロットおよび画像である。図1A: sgRNA発現カセットおよびThy1.1発現カセットを含むT細胞CRISPRノックアウトベクターのデザインの概略図を示す。図1B: ライブラリクローニング、ウイルス産生、ナイーブCas9 CD8+ T細胞の単離および感染、養子移入、ならびにハイスループットsgRNA配列決定による臓器でのゲノム規模CRISPRライブラリ(MKO)標的化CD8+ Teff細胞生存分析を伴う、実験の概略図を示す。収集された臓器は、代表的な非リンパ系臓器として肝臓、膵臓、肺、筋肉および脳、ならびにリンパ系臓器として脾臓およびいくつかのタイプのリンパ節(LN)を含む。収集されたLNは、3つの群: 鼠径リンパ節、膝窩リンパ節、および上腕リンパ節から構成された皮膚流入領域リンパ節(sLN); 6つの表在性頸部リンパ節から構成された頸部リンパ節(cLN); ならびに腸間膜リンパ節および膵リンパ節から構成された腹部リンパ節(aLN)を含む。図1C: 形質導入されていない細胞と比較して、Thy1.1発現が有意に上昇した形質導入T細胞の集団を示すThy1.1表面染色によるMKOレンチウイルスでのナイーブCas9 CD8+ T細胞感染性の一連のFACSプロットである。図1D: 代表的な臓器でのsgRNA組成の一連の円グラフである。各サンプルの全読みだしの2%以上を含んだsgRNAが示されており、残りの読み出しは「その他」と分類されている。明確にするため、各sgRNAに関連付けられた遺伝子名のみを示す。モノクローン性(1種類の主要クローン)、オリゴクローン性(それぞれ全読み出しの2%以上を有する2〜10種類の主要クローン)およびポリクローン性(2%またはそれ以上の読み出しを有する10種類超のクローン)組成のT細胞変異体がLN、脾臓、肝臓、膵臓、肺、脳および筋肉のようなさまざまな臓器に存在する。図1E: (FDR < 0.5%)で濃縮されている臓器の数でランク付けされた全臓器にわたる上位sgRNAのウォーターフォールプロットである。挿入図は、臓器サンプルの20%以上で有意に濃縮された全sgRNAを示す。図1F: 少なくとも1つの臓器サンプルで有意に濃縮された0、1、2、または3つの独立したsgRNAを有する遺伝子の数の棒グラフである(FDR < 0.5%)。計115個の遺伝子は、少なくとも2つの独立したsgRNAが濃縮されていることが分かった。Cd247、Bpifb3、およびTsc2は、3つの独立した濃縮sgRNAがあることが分かった。図1G: 上位の遺伝子ヒットを同定するための3つの濃縮基準のベン図である(1つのサンプルで2%以上の読み出し存在量(n = 227)、20%以上のサンプルで有意(関連する全てのsgRNAを考慮) (n = 118)、および2つ以上の独立した濃縮sgRNA (n = 115))。計11遺伝子が全3つの基準を満たした(Apc、Cd247、Csnk1a1、Fam103a1、Fam134b、Nf1、Pdcd1、Phf21a、Prkar1a、Rab11b、およびTsc2)。
【図２】図2A〜2Eは、トランスジェニック、クローンTCRを有するエフェクタCD8+ T細胞での輸送および生存についてのゲノム規模スクリーニングを示す一連のプロットおよび画像である。図2A: OT-IマウスとCas9マウスとの交配、OT-I; Cas9マウスからのナイーブCD8+ T細胞単離、CD8+ T細胞形質導入、マウスへの養子移入、およびハイスループットsgRNA配列決定による臓器でのMKO形質導入OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞生存分析を伴う実験の概略図を示す。収集された臓器は、代表的な非リンパ系臓器として肝臓、膵臓、肺、筋肉および脳、ならびに脾臓およびいくつかのタイプのリンパ節(sLN、cLNおよびaLN)を含む。図2B: (FDR < 0.5%)で濃縮されている臓器の数でランク付けされた全臓器にわたる上位sgRNAのウォーターフォールプロットである。計27個のsgRNAが20%以上のサンプルにおいて有意であることが分かった。図2C: 少なくとも1つの臓器サンプルで有意に濃縮された0、1、または2つの独立したsgRNAを有する遺伝子の数の棒グラフである(FDR < 0.5%)。計4個の遺伝子は、2つの独立したsgRNAが濃縮されていることが分かった。Cd247、Bpifb3、およびTsc2は、3つの独立した濃縮sgRNAがあることが分かった。図2D: 上位の遺伝子ヒットを同定するための3つの濃縮基準のベン図である(1つのサンプルで2%以上の読み出し存在量(n = 99)、20%以上のサンプルで有意(関連する全てのsgRNAを考慮) (n = 27)、および2つ以上の独立した濃縮sgRNA (n = 4))。サンプルの20%以上と2つ以上の独立した濃縮sgRNAのセットが、1つのサンプルにおいて2%以上の読み出し存在量のセットに含まれていた。計3遺伝子が全3つの基準を満たした。これらの遺伝子はPdcd1、Slc35c1、およびStradbであった。図2E: 多様なTCRスクリーニングからのおよびクローンTCRスクリーニングからのヒットを比較したベン図である。17個の遺伝子が、両方のデータセットからの2つ以上のサンプルにおいて有意であることが分かった。これらは、3830406C13Rik、BC055111、Cd247、Gm6927、Hacvr2、Lrp6、Nf1、Olfr1158、Opn3、Pdcd1、Serping1、Slc2a7、Slc35c1、Son、Tsc2、Tspan4、およびZfp82を含んでいた。
【図３】図3A〜3Gは、同族モデル抗原を発現している腫瘍へのTCR操作されたTeff細胞による腫瘍浸潤のゲノム規模スクリーニングを示す一連のプロットおよび画像である。図3A: OT-I; Cas9マウスからのナイーブCD8+ T細胞単離、CD8+ T細胞形質導入、E0771-mCh-cOVA腫瘍担持Rag1-/-マウスへの養子移入、FACSおよびsgRNA配列決定によるE0771-mCh-cOVA腫瘍担持Rag1-/-マウスの腫瘍におけるCD8+ Teff細胞生存および浸潤分析を伴う実験の概略図である。図3B: E0771-mCh-cOVA細胞株における抗原提示の測定を示す。mCherry-2A-cOVA導入遺伝子をコードするレンチウイルスベクターをE0771細胞に形質導入し、単一細胞クローニングにより複数のクローン株を作製した。FACSを用いた表面染色の平均蛍光強度(MFI)によりMHC-I - ペプチド複合体(SIINFEKL:H-K2b)を測定した。図3C: 異なる処置後のRag1-/-マウスにおける移植されたE0771-mCh-cOVA細胞からの乳腺脂肪体腫瘍の成長曲線である。PBS対照(n = 3)、ベクターに感染したOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入(n = 3)、およびMKOに感染したOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入(n = 8)。矢印は、MKOまたはベクター形質導入OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入時を示す。エンドポイント腫瘍サイズ ベクター vs PBS, 対応のない両側t検定, p = 0.02; MKO vs PBS, p < 0.0001, MKO vs ベクター, p = 0.03。データを平均±標準誤差(s.e.m)として示す。誤差の絶対値が小さいため、一部のエラーバーが不可視であったことに留意されたい。図3D: 注射前の感染OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の細胞ライブラリ(n = 3)、および複数のマウスからの組織(n = 10マウス、計10腫瘍)を含め、全てのサンプルにおけるsgRNAライブラリ全体表現（representation）のボックスドットプロットである。sgRNA表現は、log2 rpmに関して描かれている。図3E: 全腫瘍にわたる上位ランクのsgRNAのウォーターフォールプロットである(腫瘍の50%以上において有意に濃縮された21個のsgRNA, FDR < 0.5%)。挿入図は、腫瘍の20%以上で有意に濃縮された全てのsgRNAのウォーターフォールプロットである。図3F: 少なくとも1つの臓器サンプルにおいて有意に濃縮された0〜4個の独立したsgRNAを有する遺伝子の数の棒グラフである(FDR < 0.5%)。計26個の遺伝子は、少なくとも2つの独立したsgRNAが濃縮されていることが分かった。Pdcd1およびStradbは、それぞれ4つの独立した濃縮sgRNAを有することが分かった。図3G: 上位の遺伝子ヒットを同定するための3つの濃縮基準のベン図である(1つのサンプルで2%以上の読み出し存在量(n = 36)、20%以上のサンプルで有意(n = 220)、および2つ以上の独立した濃縮sgRNA (n = 26))。計6遺伝子が全3つの基準を満たした(Cd247、Fam103a1、Hacvr2、Pdcd1、Prkar1a、およびStradb)。
【図４】図4A〜4Fは、腫瘍抗原に遭遇した際のエフェクタCD8+ T細胞の脱顆粒を調節する遺伝子のハイスループット同定を示す一連のプロットおよび画像である。図4A: ナイーブOT-I; Cas9 CD8+ T細胞を単離し、MKOレンチウイルスライブラリで形質導入し、SIINFEKLペプチドパルスE0771細胞(0または1 ng/ml)と共培養し、活性な脱顆粒を起こしているCD8+ TeffのCD8およびCD107aについて染色したことを伴う実験の概略図を示す。染色された細胞を分析し、上位5%のCD107a+を選別し、ゲノムDNA抽出、CRISPRライブラリ読み出し、およびスクリーニングデータ分析に供した。図4B: E0771細胞におけるMHC-I提示のためのSIINFEKLペプチドの力価測定を示す。E0771細胞に異なる濃度のSIINFEKLペプチドをパルスし、MHC-I−ペプチド複合体(SIINFEKL : H-K2b)を、FACSを用いた表面染色の平均蛍光強度(MFI)により測定した。図4C: OT-I; Cas9 CD8+ T細胞およびE0771がん細胞の共培養から分析されたCD107a+ T細胞を示すヒストグラムである。上位5%のCD107a+細胞を選別した。計3つの生物学的複製を実施した。図4D: 選別された全ての細胞サンプルにわたる上位ランクのsgRNAのウォーターフォールプロットである(サンプルの66%以上において有意に濃縮された17個のsgRNA, FDR < 0.5%)。図4E: インビトロでの殺滅アッセイスクリーニングからのヒットおよびインビボでの腫瘍浸潤研究からのヒットを比較するベン図である。両方のデータセットからの2つ以上のサンプルにおいて3つの遺伝子は有意であることが分かった。これらはDhx37、Lyn、およびOdc1を含んでいた。図4F: 異なる処置後のRag1-/-マウスにおける乳腺脂肪体E0771-mCh-cOVA腫瘍の成長曲線を示す。PBS対照(黒色, n = 4)、ベクターに感染したOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入(n = 4)、およびsgDhx37に感染したOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入(n = 5)。矢印は、MKOまたはベクター形質導入OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入時を示す。データを平均±標準誤差(s.e.m)として示す。右パネル: sgDhx37またはベクター処理OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入からの腫瘍成長曲線を考慮して拡大表示された。sgDhx37 OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入は、ベクター対照と比べて腫瘍量の有意な低減をもたらした。両側t検定(Benjamini、KriegerおよびYekutieli法)により、＊＊ = 調整p < 0.01, ＊＊＊ = 調整p < 0.001。
【図５】図5A〜5Eは、E0771-mCh-cOVA腫瘍におけるsgDhx37 OT-I; Cas9 CD8+ TILの単一細胞トランスクリプトミクスを示す一連のプロットおよび画像である。図5A: E0771-mCh-cOVA腫瘍を担持するRag1-/-マウスへのベクターまたはsgDhx37感染OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入、50日の成長後の腫瘍収集、CD3+CD8+ T細胞のFACS、マイクロ流体に基づく逆転写法および単一細胞バーコードDNA液滴を産生するための多段階バーコーディングライブラリ調製、その後のハイスループット配列決定およびコンピュータ分析を伴う実験の概略図を示す。図5B: sgDhx37 (n = 191個の細胞)またはベクター(n = 361)のいずれかで処理した個々の腫瘍浸潤CD8+細胞のt-SNE次元削減および視覚化を示す。図5C: ベクター対照と比較したsgDhx37で処理した腫瘍浸潤CD8+細胞において差次的に発現された遺伝子のボルケーノプロットである。sgDhx37処理細胞では計137個の遺伝子が有意に上方制御された(Benjamini-Hochberg調整p < 0.05)が、sgDhx37処理細胞では215個の遺伝子が有意に下方制御された(調整p < 0.05)。上方制御された上位遺伝子は、Rgs16、Nr4a2、およびToxを含んでいた。図5D: sgDhx37で処理した腫瘍浸潤CD8+細胞において有意に上方制御された遺伝子の遺伝子オントロジー分析を示す。いくつかの遺伝子オントロジーのカテゴリが有意に濃縮された(ボンフェローニ(Bonferroni)調整p < 0.05)。これらは、リンパ球活性化、サイトカイン産生の正の調節、細胞間接着の調節、免疫エフェクタプロセスの調節、およびインターフェロンγ産生の正の調節を含んでいた。図5E: sgDhx37で処理した腫瘍浸潤CD8+細胞において有意に下方制御された遺伝子の遺伝子オントロジー分析を示す。いくつかの遺伝子オントロジーのカテゴリが有意に濃縮された(ボンフェローニ調整p < 0.05)。これらは、リボソーム小サブユニットアセンブリ、リボソーム大サブユニット生合成、活性酸素種代謝プロセスの調節、細胞遊走の調節、白血球遊走の正の調節、およびアポトーシスシグナル伝達経路を含んでいた。
【図６】図6A〜6Eは、スクリーニングのためのMKOウイルス力価測定についてのFACSデータを示す一連のプロットおよび画像である。図6A: ウイルス産生、CD8+ T細胞単離およびゲノム規模CRISPRライブラリ(MKO)による感染、Thy1.1表面染色、ならびにFACS分析を伴う実験の概略図を示す。図6B: 異なる時点で収集されたウイルスの2つのバッチを用いたMKOレンチウイルスの複数希釈によるナイーブOT-I; Cas9 CD8+ T細胞感染の一連のFACSプロット(Thy1.1ゲーティング)である。図6C: T細胞に2つのウイルスバッチからの同等のウイルス力価のものを感染させたCas9 CD8+ T細胞のThy1.1発現の重ね合わせヒストグラムを示す。影付きのヒストグラムは、非感染対照を表す。ヒストグラムは、トランスフェクションの48時間および72時間後に単離されたMKOライブラリウイルスを描く。図6D: Thy1.1感染CD8+ T細胞の表面染色による2つのウイルスバッチからのMKOレンチウイルスの定量化を示す。データはMFIの幾何平均として示された。図6E: Thy1.1感染CD8+ T細胞の表面染色による2つのウイルスバッチからのMKOレンチウイルスの定量化を示す。データは% Thy1.1+ CD8+ T細胞として示された。
【図７】多様なTCRを有するCD8+ T細胞での輸送および生存についてのゲノム規模のスクリーニングからの全サンプルにおけるsgRNAライブラリ表現の相関分析を示すプロットである。多様なTCRレパートリーを有するCas9 CD8+ T細胞を用いた最初のWTスクリーニングでの全サンプルにわたるsgRNAライブラリ表現のペアワイズピアソン相関のヒートマップ。サンプルには、プラスミドライブラリ(n = 1)、注射前ライブラリに感染したナイーブCD8+ T細胞の細胞ライブラリ(n = 3)、および注射後7日の複数のマウスからのCD8+ Teff細胞を含むさまざまな臓器(n = 7マウス、計62サンプル)が含まれていた。相関は、log2 rpm値に基づいて計算された。細胞およびプラスミドサンプルは互いに高度に相関していたが、臓器サンプルは他の臓器サンプルとほとんど相関していた。
【図８】多様なTCRを有するCD8+ T細胞での輸送および生存についてのゲノム規模のスクリーニングからの全サンプルにおける全体的なライブラリsgRNA表現を示すボックスドットプロットである。示されているのは、プラスミドライブラリ(n = 1)、注射前ライブラリに感染したナイーブCD8+ T細胞の細胞ライブラリ(n = 3)、および注射後7日の複数のマウスからのCD8+ Teff細胞を含むさまざまな臓器(n = 7マウス、計62サンプル)を含め、全てのサンプルにおける全体的なsgRNAライブラリ表現である。sgRNAの表現は、100万回あたりのlog2読み出し(rpm)に関して描かれている。分析される組織は、リンパ節(LN)、脾臓、脳、肝臓、肺、筋肉、および膵臓を含む。
【図９】WTマウスにおけるOT-I; Cas9 CD8+ T細胞生存のゲノム規模CRISPR摂動の相関分析を示すヒートマップである。OT-I; Cas9 CD8+ T細胞を用いた2番目のWTスクリーニングでの全サンプルにわたるsgRNAライブラリ表現のペアワイズピアソン相関のヒートマップ。サンプルは、注射後7日の複数のマウスからのCD8+ Teff細胞を含むさまざまな臓器からのものであった(n = 10マウス, 計70サンプル)。相関は、log2 rpm値に基づいて計算された。
【図１０】WTマウスにおける多様なOT-I; Cas9 CD8+ T細胞生存の全体的なライブラリsgRNA存在量を示すプロットである。注射後7日の複数のマウスからのCD8+ Teff細胞を含むさまざまな臓器からの全サンプルでの全体的なsgRNAライブラリ表現のボックスドットプロット(n = 10マウス、計70サンプル)。sgRNAの表現は、100万回あたりのlog2読み出し(rpm)に関して描かれている。分析される組織は、さまざまなリンパ節(LN)、脾臓、肝臓、膵臓、および肺を含む。
【図１１】図11A〜11Bは、養子移入後のRag1-/-マウスにおいてcOVA抗原を発現するE0771細胞に由来する腫瘍の代表的な組織像を示すプロットおよび一連の画像である。図11A: 異なる処置後のRag1-/-マウスにおける移植E0771-mCh-cOVA細胞からの皮下腫瘍の成長曲線である。PBS対照(n = 1)、ベクターに感染したOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入(n = 3)、およびMKOに感染したOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入(n = 5)。矢印は、MKOまたはベクター形質導入OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入時を示す。誤差が小さいので、特定のデータ点のエラーバーは不可視であった。データを平均±標準誤差(s.e.m)として示す。図11B: 異なる処置条件後のRag1-/-マウスにおいてcOVA抗原を発現するE0771細胞に由来する腫瘍のヘマトキシリンおよびエオシンにより染色されたフルスライドおよびハイパワー組織学切片を示す。上群: PBSを注射したマウスにおける腫瘍。中群: ベクター処理した活性化OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入後のマウスにおける腫瘍。下群: MKO突然変異誘発活性化OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の養子移入後のマウスにおける腫瘍。PBS群では、腫瘍はリンパ球を欠いており、急速な増殖と、ほとんど細胞死がないという兆候を示した。養子移入群では、腫瘍にリンパ球が浸潤し、広い範囲で細胞死の兆候を示した。低倍率画像スケールバー: 1mm; 高倍率画像スケールバー: 200 μm。
【図１２】cOVA抗原を発現する腫瘍を移植されたRag1-/-マウスにおけるMKO突然変異誘発活性化OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞のセットアップ実験のFACSデータを示す一連のプロットである。E0771-mCh-cOVA腫瘍担持Rag1-/-マウスからの流入領域および非流入領域LN (それぞれdLNおよびndLN)、脾臓、肺、および腫瘍(TIL)における養子移入されたTeff細胞の代表的なFACSプロット。MKOはゲノム規模T細胞ノックアウトCRISPRライブラリである。数字は全細胞の割合を示す。上列: PBS処置マウスからのFACSプロット。中列: ベクター感染OT-I; Cas9 CD8+ T細胞で処置したマウスからのFACSプロット。下列: MKO感染OT-I; Cas9 CD8+ T細胞で処置したマウスからのFACSプロット。
【図１３】E0771-cOVA腫瘍を有するRag1-/-マウスへのOT-I; Cas9 CD8+腫瘍浸潤リンパ球のゲノム規模CRISPR摂動の相関分析を示すヒートマップである。注射前の3つの細胞ライブラリ、および腫瘍浸潤スクリーニングにおける全サンプル(n = 10マウス, 10腫瘍)にわたるsgRNAライブラリ表現のペアワイズピアソン相関のヒートマップ。相関は、log2 rpm値に基づいて計算された。E0771-cOVA細胞をマウス1〜5の場合は皮下に、およびマウス6〜10の場合は乳腺脂肪体に移植した。
【図１４】ベクター処理と比較して、sgDhx37処理CD8+腫瘍浸潤リンパ球において差次的に発現された遺伝子を示すヒートマップである。sgDhx37またはベクター対照で処理した単一のCD8+腫瘍浸潤リンパ球における、差次的に発現された上位遺伝子(絶対的なlog2倍率変化が1以上)のヒートマップ。示した値は、Zスコア(横列/遺伝子でスケーリング)の観点からのものである。
【図１５】図15A〜15DDは、sg-DHX37、sg-LEXM、sg-FAM103A1、sg-ODC1、およびsg-SLC35C1のような、本明細書におけるT細胞スクリーニングにおいて同定された上位ヒットのヒト遺伝子を標的化するsgRNA配列を示す一連の表である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
詳細な説明
定義
他に定義されない限り、本明細書において用いられる全ての技術的および科学的用語は、本発明が関係する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書において記載されるものと類似または同等の任意の方法および材料を本発明の試験の実践において用いることができるが、好ましい材料および方法が本明細書において記載される。本発明を記載および主張するうえで、以下の専門用語が用いられる。
【００２９】
また、本明細書において用いられる専門用語は、特定の態様のみを記載する目的のためであり、限定することが意図されるものではないことも理解されるべきである。
【００３０】
「1つの(a)」および「1つの(an)」という冠詞は、冠詞の文法的対象の1つまたは2つ以上(すなわち、少なくとも1つ)をいうように本明細書において用いられる。例として、「1つの要素」は、1つの要素または2つ以上の要素を意味する。
【００３１】
本明細書において用いられる「約」は、量、一時的期間などのような測定可能な値をいう場合、規定値から±20%または±10%、より好ましくは±5%、さらにより好ましくは±1%、およびさらにより好ましくは±0.1%の変動を包含することが意図され、したがってそのような変動は開示された方法を行うのに適切である。
【００３２】
本明細書において用いられる場合、「量」という用語は、混合物中の構成要素の存在量または量をいう。
【００３３】
本明細書において用いられる場合、「bp」という用語は塩基対をいう。
【００３４】
「相補的」という用語は、2つの核酸鎖間の逆平行整列の程度をいう。完全な相補性には、各ヌクレオチドがその反対側にあることが必要である。相補性なしには、各ヌクレオチドがその反対側にないことが必要である。相補性の程度により、一緒になるまたはアニール/ハイブリダイズする配列の安定性が決まる。さらに、さまざまなDNA修復機能および調節機能は、塩基対の相補性に基づいている。
【００３５】
「CRISPR/Cas」または「クラスタ化され規則的に間隔があいた短い回文構造の繰り返し」または「CRISPR」という用語は、ウイルスまたはプラスミドへの以前の曝露によるスペーサーDNAの短いセグメントが続く塩基配列の短い繰り返しを含むDNA遺伝子座をいう。細菌および古細菌は、短鎖RNAを用いて外来核酸の分解を指令するCRISPR/CRISPR関連(Cas)システムと呼ばれる適応免疫防御を進化させた。細菌において、CRISPRシステムは、RNAガイドDNA切断を介して外来DNAの侵入に対しての獲得免疫を提供する。
【００３６】
「CRISPR/Cas9」システムまたは「CRISPR/Cas9を介した遺伝子編集」は、ゲノム編集/操作のために改変されたII型CRISPR/Casシステムをいう。それは、典型的には、「ガイド」RNA (gRNA)および非特異的CRISPR関連エンドヌクレアーゼ(Cas9)から構成される。「ガイドRNA (gRNA)」は、「短いガイドRNA (sgRNA)」または「単一ガイドRNA」(sgRNA)と本明細書において互換的に用いられる。sgRNAは、Cas9結合に必要な「足場」配列および改変されるゲノム標的を規定するユーザ定義のおよそ20ヌクレオチドの「スペーサー」または「ターゲティング」配列から構成される短い合成RNAである。Cas9のゲノム標的は、sgRNAに存在するターゲティング配列を変化させることにより修飾することができる。
【００３７】
「切断」という用語は、核酸分子の骨格におけるような、共有結合の切断またはペプチド結合の加水分解をいう。切断は、ホスホジエステル結合の酵素的または化学的加水分解を含むが、これらに限定されない、種々の方法によって開始することができる。一本鎖切断および二本鎖切断の両方が可能である。二本鎖切断は、2つの異なる一本鎖切断事象の結果として起こりうる。DNA切断により、平滑末端または付着末端のいずれかの生成をもたらすことができる。ある種の態様において、融合ポリペプチドは、切断された二本鎖DNAを標的にするために用いることができる。
【００３８】
「疾患」は、動物がホメオスタシスを維持できず、かつ疾患が改善されないなら、動物の健康が悪化し続ける動物の健康状態である。対照的に、動物における「障害」は、動物がホメオスタシスを維持できるが、しかし障害がない場合よりも動物の健康状態が好ましくない健康状態である。処置せずに放置されても、障害は動物の健康状態のさらなる低下を必ずしも引き起こさない。
【００３９】
「有効量」または「治療的有効量」は、本明細書において互換的に用いられ、特定の生物学的結果を達成するためにまたは治療的もしくは予防的利益を提供するために有効な本明細書において記載される化合物、製剤、材料、または組成物の量をいう。そのような結果は、限定されるものではないが、当技術分野において適切な任意の手段により判定される抗腫瘍活性を含みうる。
【００４０】
「コードする」は、遺伝子、cDNA、またはmRNAのような、ポリヌクレオチドにおける特異的ヌクレオチド配列が、規定のヌクレオチド配列(すなわち、rRNA、tRNA、およびmRNA)または規定のアミノ酸配列のいずれかを有し、それに由来する生物学的特性を有する、生物学的過程における他の重合体および高分子を合成するための鋳型として役立つ固有の特性をいう。したがって、遺伝子に対応するmRNAの転写および翻訳が、細胞または他の生物学的システムにおいてタンパク質を産生するならば、その遺伝子はタンパク質をコードする。ヌクレオチド配列がmRNA配列と同一でありかつ通常は配列リストに提供される、コード鎖と、遺伝子またはcDNAの転写のための鋳型として用いられる非コード鎖との両方を、その遺伝子またはcDNAのタンパク質または他の産物をコードするということができる。
【００４１】
本明細書において用いられる場合、「内因性」は、生物、細胞、組織、もしくはシステム由来のまたはそれらの内部で産生される、任意の材料をいう。
【００４２】
本明細書において用いられる「発現」という用語は、そのプロモーターによって駆動される特定のヌクレオチド配列の転写および/または翻訳と定義される。
【００４３】
「発現ベクター」は、発現されるヌクレオチド配列に機能的に連結された発現制御配列を含む組み換えポリヌクレオチドを含むベクターをいう。発現ベクターは、発現に十分なシス作用要素を含む; 発現のための他の要素は、宿主細胞によってまたはインビトロ発現系において供給されることができる。発現ベクターは、組み換えポリヌクレオチドを組み込むコスミド、プラスミド(例えば、裸のプラスミドまたはリポソームに含まれるプラスミド)およびウイルス(例えば、センダイウイルス、レンチウイルス、レトロウイルス、アデノウイルス、およびアデノ随伴ウイルス)のような、当技術分野において公知の全てのものを含む。
【００４４】
本明細書において用いられる「相同」は、2つの重合体分子間、例えば、2つのDNA分子もしくは2つのRNA分子のような2つの核酸分子間、または2つのポリペプチド分子間のサブユニット配列同一性をいう。2つの分子の両方におけるサブユニットの位置が同じ単量体サブユニットで占められている場合、例えば、2つのDNA分子のそれぞれにおける位置がアデニンで占められているなら、それらはその位置で相同である。2つの配列間の相同性は、一致しているまたは相同の位置の数の一次関数であり; 例えば、2つの配列における位置の半分(例えば、長さが10サブユニットの重合体における5つの位置)が相同である場合、2つの配列は50%相同であり; 位置の90% (例えば、10個中9個)が一致しているまたは相同である場合、2つの配列は90%相同である。
【００４５】
本明細書において用いられる「同一性」は、2つの重合体分子間、特に2つのポリペプチド分子間のような、2つのアミノ酸分子間のサブユニット配列同一性をいう。2つのアミノ酸配列が同じ位置に同じ残基を有する場合、例えば、2つのポリペプチド分子のそれぞれにおける位置がアルギニンで占められているなら、それらはその位置で同一である。2つのアミノ酸配列がアライメントにおける同じ位置に同じ残基を有する同一性または程度は、多くの場合、割合として表される。2つのアミノ酸配列間の同一性は、一致しているまたは同一の位置の数の一次関数であり; 例えば、2つの配列における位置の半分(例えば、長さが10アミノ酸の重合体における5つの位置)が同一である場合、2つの配列は50%同一であり; 位置の90% (例えば、10個中9個)が一致しているまたは同一である場合、2つのアミノ酸配列は90%同一である。
【００４６】
本明細書において用いられる場合、「取り扱い説明材料」は、本発明の組成物および方法の有用性を伝えるために使用できる出版物、記録、図表、または任意の他の表現媒体を含む。本発明のキットの取り扱い説明材料は、例えば、本発明の核酸、ペプチド、および/もしくは組成物を含む容器に添付されてもよいか、または核酸、ペプチド、および/もしくは組成物を含む容器と一緒に出荷されてもよい。あるいは、取り扱い説明材料および化合物がレシピエントによって協調的に用いられることを意図して、取り扱い説明材料は容器とは別に出荷されてもよい。
【００４７】
「単離された」とは、自然状態から改変または取り出されたことを意味する。例えば、生きている動物において天然に存在する核酸またはペプチドは「単離」されているのではなく、その天然状態の共存材料から部分的にまたは完全に分離された同じ核酸またはペプチドは「単離」されている。単離された核酸もしくはタンパク質は、実質的に精製された形態で存在することができるか、または、例えば宿主細胞のような非天然環境に存在することができる。
【００４８】
本明細書において用いられる「ノックダウン」という用語は、1つまたは複数の遺伝子の遺伝子発現の減少をいう。
【００４９】
本明細書において用いられる「ノックアウト」という用語は、1つまたは複数の遺伝子の遺伝子発現の除去をいう。
【００５０】
本明細書において用いられる「レンチウイルス」は、レトロウイルス科(Retroviridae)の属をいう。レンチウイルスは、非分裂細胞に感染できるという点でレトロウイルスの中でも特有であり; それらはかなりの量の遺伝情報を宿主細胞のDNAに送達することができるため、遺伝子送達ベクターの最も効率的な方法の1つである。HIV、SIV、およびFIVは全てレンチウイルスの例である。レンチウイルスに由来するベクターは、インビボでかなりのレベルの遺伝子移入を達成するための手段を供与する。
【００５１】
本明細書において用いられる「改変された」という用語とは、本発明の分子または細胞の状態または構造の変化を意味する。分子は、化学的に、構造的に、および機能的になど、多くの方法で改変されうる。細胞は、核酸の導入により改変されうる。
【００５２】
本明細書において用いられる「調節する」という用語とは、処置もしくは化合物の非存在下での対象における応答のレベルと比較して、および/または他の点では同一であるが未処置の対象における応答のレベルと比較して、対象における応答のレベルの検出可能な増加または減少に影響を与えることを意味する。この用語は、天然のシグナルまたは応答をかく乱することおよび/またはそれに影響を及ぼすことを包含し、それにより、対象、好ましくは、ヒトにおける有益な治療応答に影響を与える。
【００５３】
本明細書において用いられる「変異」は、所与の参照配列(これは、例えば、同じ対象から以前に収集されたDNAサンプルでありうる)からの改変をもたらすDNA配列の変化である。変異は、プリン(アデニンおよび/もしくはチミン)ならびに/またはピリミジン(グアニンおよび/もしくはシトシン)のような少なくとも1つのデオキシリボ核酸塩基の欠失および/または挿入および/または複製および/または置換を含むことができる。変異は、生物(対象)の観察可能な特徴(表現型)の識別可能な変化をもたらす場合もあるか、またはもたらさない場合もある。
【００５４】
「核酸」とは、デオキシリボヌクレオシドまたはリボヌクレオシドから構成されているにせよ、ホスホジエステル結合から、またはホスホトリエステル、ホスホルアミデート、シロキサン、カーボネート、カルボキシメチルエステル、アセトアミデート、カルバメート、チオエーテル、架橋ホスホルアミデート、架橋メチレンホスホネート、ホスホロチオエート、メチルホスホネート、ホスホロジチオエート、架橋ホスホロチオエート、もしくはスルホン結合、およびそのような結合の組み合わせのような改変された結合から構成されているにせよ、任意の核酸を意味する。核酸という用語はまた、具体的には、生物学的に発生する5つの塩基(アデニン、グアニン、チミン、シトシン、およびウラシル)以外の塩基から構成される核酸も含む。
【００５５】
本発明の文脈において、一般的に存在する核酸塩基の以下の略語が用いられる。「A」はアデノシンをいい、「C」はシトシンをいい、「G」はグアノシンをいい、「T」はチミジンをいい、「U」はウリジンをいう。
【００５６】
特に明記されない限り、「アミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列」は、互いに縮重型であり、かつ同じアミノ酸配列をコードする全てのヌクレオチド配列を含む。タンパク質またはRNAをコードするヌクレオチド配列という語句はまた、タンパク質をコードするヌクレオチド配列が何らかの形でイントロンを含みうる程度までイントロンを含みうる。
【００５７】
「オリゴヌクレオチド」という用語は、通常、一般に約60ヌクレオチドより大きくない、短いポリヌクレオチドをいう。ヌクレオチド配列がDNA配列(すなわち、A、T、G、C)によって表される場合、これには「U」が「T」に置き換わるRNA配列(すなわち、A、U、G、C)も含まれることが理解されよう。
【００５８】
免疫原性組成物の「非経口」投与は、例えば、皮下(s.c.)、静脈内(i.v.)、筋肉内(i.m.)、もしくは胸骨内注射、または注入技法を含む。
【００５９】
本明細書において用いられる「ポリヌクレオチド」という用語は、ヌクレオチドの鎖と定義される。さらに、核酸はヌクレオチドの重合体である。したがって、本明細書において用いられる核酸およびポリヌクレオチドは互換的である。当業者は、核酸が、単量体「ヌクレオチド」に加水分解できるポリヌクレオチドであるという一般的な知識を有する。単量体ヌクレオチドはヌクレオシドに加水分解することができる。本明細書において用いられる場合、ポリヌクレオチドには、非限定的に、組み換え手段、すなわち、通常のクローニング技術およびPCR(商標)などを用いた、組み換えライブラリまたは細胞ゲノムからの核酸配列のクローニングを含む、当技術分野において使用可能な任意の手段により、ならびに合成手段により得られる全ての核酸配列が含まれるが、これらに限定されることはない。本明細書ではポリヌクレオチド配列を記載するために従来の表記法が用いられる: 一本鎖ポリヌクレオチド配列の左側末端は5'末端であり; 二本鎖ポリヌクレオチド配列の左側方向は5'方向といわれる。
【００６０】
本明細書において用いられる場合、「ポリペプチド」、「ペプチド」、および「タンパク質」という用語は互換的に用いられ、ペプチド結合により共有結合したアミノ酸残基から構成される化合物をいう。タンパク質またはペプチドは少なくとも2つのアミノ酸を含まなければならず、タンパク質またはペプチドの配列を構成できるアミノ酸の最大数に制限は設けられない。ポリペプチドには、ペプチド結合により互いに連結された2つまたはそれ以上のアミノ酸を含む任意のペプチドまたはタンパク質が含まれる。本明細書において用いられる場合、この用語は、例えば、当技術分野において一般にペプチド、オリゴペプチド、およびオリゴマーともいわれる短い鎖と、当技術分野において一般にタンパク質といわれ、このなかには多くの種類がある、もっと長い鎖の両方をいう。「ポリペプチド」には、例えば、とりわけ、生物学的に活性な断片、実質的に相同なポリペプチド、オリゴペプチド、ホモ二量体、ヘテロ二量体、ポリペプチドの変種、改変ポリペプチド、誘導体、類似体、融合タンパク質が含まれる。ポリペプチドには、天然ペプチド、組み換えペプチド、合成ペプチド、またはそれらの組み合わせが含まれる。
【００６１】
本明細書において用いられる「プロモーター」という用語は、ポリヌクレオチド配列の特異的転写を開始するために必要な、細胞の合成装置または導入された合成装置によって認識されるDNA配列と定義される。
【００６２】
本明細書において用いられる「サンプル」または「生体サンプル」は、臓器、組織、エキソソーム、血液、血漿、唾液、尿、および他の体液を含むがこれらに限定されない、対象からの生物学的材料を意味する。サンプルは、対象から得られる任意の材料源であることができる。
【００６３】
本明細書において用いられる場合、「配列決定」または「ヌクレオチド配列決定」という用語は、核酸サンプル中のヌクレオチド(塩基配列)、例えばDNAまたはRNAの順序を決定することをいう。Sanger配列決定ならびにハイスループット配列決定技術(次世代配列決定技術としても公知)、例えばIlluminaのHiSeqおよびMiSeqプラットフォームまたはRoche Applied Scienceが供与するGS FLXプラットフォームのような、多くの技法が使用可能である。
【００６４】
「対象」という用語は、免疫応答を誘発できる生物(例えば、哺乳動物)を含むことが意図される。本明細書において用いられる「対象」または「患者」は、ヒトまたは非ヒト哺乳動物でありうる。非ヒト哺乳動物には、例えば、ヒツジ、ウシ、ブタ、イヌ、ネコ、およびネズミ哺乳動物のような、家畜およびペットが含まれる。好ましくは、対象はヒトである。
【００６５】
「標的部位」または「標的配列」は、結合が生じるのに十分な条件の下で結合分子が特異的に結合しうる核酸の一部分を規定するゲノム核酸配列をいう。
【００６６】
本明細書において用いられる場合、「T細胞受容体」または「TCR」という用語は、抗原の提示に応答してT細胞の活性化に関与する膜タンパク質の複合体をいう。TCRは、主要組織適合遺伝子複合体分子に結合した抗原を認識することに関与している。TCRはアルファ(α)およびベータ(β)鎖のヘテロ二量体から構成されるが、一部の細胞では、TCRはガンマおよびデルタ(γ/δ)鎖からなる。TCRはα/βおよびγ/δの形で存在する場合があり、これは構造的に類似しているが、異なる解剖学的位置および機能を有する。各鎖は、可変ドメインと定常ドメインの2つの細胞外ドメインから構成される。いくつかの態様において、TCRは、例えば、ヘルパーT細胞、細胞傷害性T細胞、記憶T細胞、調節T細胞、ナチュラルキラーT細胞、および/またはガンマデルタT細胞を含めて、TCRを含む任意の細胞で改変することができる。
【００６７】
本明細書において用いられる「治療の」という用語は、処置および/または予防を意味する。治療効果は、疾患状態の抑制、寛解、または根絶によって得られる。
【００６８】
本明細書において用いられる「トランスフェクトされた」または「形質転換された」または「形質導入された」という用語は、外因性核酸が宿主細胞に移入または導入されるプロセスをいう。「トランスフェクトされた」または「形質転換された」または「形質導入された」細胞は、外因性核酸をトランスフェクト、外因性核酸で形質転換、または外因性核酸を形質導入された、細胞である。細胞は、初代対象細胞およびその子孫細胞を含む。
【００６９】
疾患を「処置する」ことは、この用語が本明細書において用いられる場合、対象が経験する疾患または障害の少なくとも1つの兆候または症状の頻度または重症度を低減させることを意味する。
【００７０】
「ベクター」は、単離された核酸を含み、単離された核酸を細胞の内部に送達するために使用できる組成物(composition of matter)である。線状ポリヌクレオチド、イオン性または両親媒性化合物に関連するポリヌクレオチド、プラスミド、およびウイルスを含むが、これらに限定されない、多数のベクターが当技術分野において公知である。したがって、「ベクター」という用語は、自律的に複製するプラスミドまたはウイルスを含む。この用語は、例えば、ポリリジン化合物、リポソームなどのような、細胞への核酸の移入を促進する非プラスミドおよび非ウイルス化合物も含むと解釈されるべきである。ウイルスベクターの例としては、センダイウイルスベクター、アデノウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクター、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクターなどが挙げられるが、これらに限定されることはない。
【００７１】
範囲: 本開示の全体を通して、本発明のさまざまな局面を範囲形式で提示することができる。範囲形式での記載は、単に便宜上および簡潔にするためのものであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない制限と解釈されるべきではないことが理解されるべきである。したがって、範囲の記載は、全ての可能な部分範囲およびその範囲内の個々の数値を具体的に開示したと見なされるべきである。例えば、1〜6のような範囲の記載は、1〜3、1〜4、1〜5、2〜4、2〜6、3〜6などのような部分範囲、ならびにその範囲内の個々の数字、例えば、1、2、2.7、3、4、5、5.3、および6を具体的に開示したと見なされるべきである。これは、範囲の幅に関係なく適用される。
【００７２】
説明
本研究では、CD8+細胞傷害性T細胞の複数のゲノム規模インビボおよびインビトロCRISPRスクリーニングを実施して、その表現型を分析し、CD8+ T細胞の輸送、生存、脱顆粒および腫瘍浸潤のような重要な免疫学的プロセスを調節する遺伝因子の定量マップを作成した。Dhx37は、複数のスクリーニングから出現した上位候補の1つであった。本明細書において、この遺伝子をCRISPRで標的化すると、著しく増強された抗腫瘍活性につながることが実証された。また、Dhx37は、単一細胞RNAseqを用いた腫瘍浸潤リンパ球(TIL)での免疫調節遺伝子およびエフェクタ遺伝子のトランスクリプトーム改変に機構的に連関していた。
【００７３】
スクリーニングは、TCR抗原に遭遇すると腫瘍に浸潤し、がん細胞を殺滅するOT-I; Cas9 CD8+エフェクタT細胞の能力を分析するために、免疫療法の2つの設定で実施された。これらのスクリーニングは、以前はT細胞機能と関連付けられていなかったRNAヘリカーゼDhx37に集中した。Dhx37を標的とするsgRNA (sgDhx37)で操作されたOT-I; Cas9 CD8+エフェクタT細胞は、抗腫瘍活性を大幅に増強し、マウスの乳がんモデルにおいて腫瘍量の低減をもたらし、再発を抑制した。単一細胞RNA配列決定は、sgDhx37 TILの異種トランスクリプトームのプロファイルを作成し、リンパ球細胞接着、インターフェロンガンマ経路、サイトカイン産生および免疫エフェクタ遺伝子を含めて、免疫調節転写産物およびエフェクタ転写産物の変化の強力なシグネチャを明らかにした。これらのデータは、Dhx37阻害が、潜在的に単独でのまたは既存のチェックポイント遮断剤との組み合わせでの、免疫療法のための新規の手段であり、キメラ抗原受容体(CAR) T細胞の有効性を増強するために合理化されうることを集合的に示している。
【００７４】
本発明は、1つの局面において、T細胞に基づく免疫療法を増強するための組成物および方法を提供する。ある種の態様において、本発明は、T細胞に基づく免疫療法の増強および/またはがんの処置で用いるための改変されたT細胞およびDhx37の阻害剤を提供する。
【００７５】
組成物
1つの局面において、本発明は、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdc1からなる群より選択される遺伝子が変異されている遺伝的に改変されたT細胞を含む。1つの態様において、本発明は、Dhx37遺伝子が変異されている遺伝的に改変されたT細胞を含む。遺伝的に改変されたT細胞は、T細胞に基づく免疫療法の増強およびがんの処置で用いるためであり得、本明細書において記載される方法により作製することができる。T細胞は、CD8+、CD4+、T調節(Treg)細胞、およびCAR-T細胞を含むがこれらに限定されない、任意のサブタイプのものであることができる。T細胞においてさらなる遺伝子を変異させることができる。言い換えれば、本発明は、単一遺伝子または複数遺伝子が変異されているT細胞を含む。変異されうる遺伝子の組み合わせは、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdc1を含むが、これらに限定されることはない。
【００７６】
別の局面において、本発明はDhx37の阻害剤を含む。「Dhx37の阻害剤」とは、DNA、RNA、またはタンパク質レベルでDhx37の機能または産生を遮断する任意の化合物、構築体またはその他のものを意味する。これは、任意の薬物、小分子、抗体、siRNA、またはCRISPRシステムを含むことができるが、これらに限定されることはない。1つの局面において、Cas9、およびDhx37に相補的な少なくとも1つのsgRNAを含むCRISPRシステムを用いて、Dhx37を阻害することができる。ある種の態様において、sgRNAはDhx37に相補的である。ある種の態様において、sgRNAは、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む。ある種の態様において、sgRNAは、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む。
【００７７】
（表１）マウスsgRNA
2020528046.tif 000002
【００７８】
別の局面において、本発明は、本明細書において記載されたT細胞スクリーニングにおいて同定された上位ヒットのヒト遺伝子を標的化する複数のsgRNAを提供する(図15A〜15DD)。sgRNAは、DHX37、LEXM、FAM103A1、ODC1、およびSLC35C1 (SEQ ID NO: 11〜3020)を含むがこれらに限定されない、ヒト遺伝子を標的化するようにデザインされた。
【００７９】
本発明のさらに別の局面において、抗体を用いてDhx37を阻害する。使用した抗体は、表2 (SEQ ID NO: 3022〜3031)に記載されている少なくとも1つのエピトープを認識し、それに結合する。
2020528046.tif 000003
【００８０】
（表２）抗DHX37抗体によって認識されるエピトープ
2020528046.tif 000004
【００８１】
さらに別の局面において、本発明は、抗体、siRNA、およびCRISPRシステムからなる群より選択されるDhx37の阻害剤を含んだキットを提供する。1つの態様において、CRISPRシステムは、Cas9、およびDhx37に相補的な少なくとも1つのsgRNAを含む。別の態様において、sgRNAは、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む。別の態様において、sgRNAは、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む。さらに別の態様において、抗体は、SEQ ID NO: 3022〜3031からなる群より選択される少なくとも1つのエピトープ配列を認識し、それに結合する。
【００８２】
さらに別の局面において、本発明は、SEQ ID NO: 11〜3020からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む複数のsgRNAを含んだキットを含む。
【００８３】
キットにはその使用のための説明材料も含まれる。説明材料は、キットの構成要素を用いるための指示書および結果を解釈するための使用説明書またはガイダンスを含むことができる。
【００８４】
方法
1つの局面において、本発明は、T細胞に基づく免疫療法を増強する方法を含む。別の局面は、養子細胞移入を実施する方法を含む。さらに別の局面は、対象においてがんを処置する方法を含む。ある種の態様において、本方法はそれを必要とする対象に、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdc1からなる群より選択される遺伝子がT細胞において変異されている遺伝的に改変されたT細胞を投与する段階を含む。ある種の態様において、本方法はそれを必要とする対象に、Dhx37遺伝子がT細胞において変異されている遺伝的に改変されたT細胞を投与する段階を含む。T細胞は、CD8+、CD4+、T調節(Treg)細胞、およびCAR-T細胞を含むがこれらに限定されない、T細胞の任意のサブセットであることができる。ある種の態様において、T細胞においてさらなる遺伝子が変異される。さらなる変異遺伝子は、Dhx37、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdc1を含むことができるが、これらに限定されることはない。
【００８５】
本発明の別の局面は、Dhx37の阻害剤の治療的有効量を対象に投与する段階を含む、それを必要とする対象においてがんを処置する方法を含む。阻害剤は、抗体、siRNA、およびCRISPRシステムを含むことができるが、これらに限定されることはない。CRISPRシステムはCas9、およびDhx37に相補的な少なくとも1つのsgRNAを含むことができ、sgRNAはSEQ ID NO: 1〜10を含むことができる。別の態様において、sgRNAは、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択される。別の態様において、抗体は、SEQ ID NO: 3022〜3031からなる群より選択される少なくとも1つのエピトープ配列を認識し、それに結合する。
【００８６】
本発明のさらに別の局面は、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子の阻害剤の治療的有効量を対象に投与する段階を含む、それを必要とする対象においてがんを処置する方法を含む。阻害剤は、抗体、siRNA、およびCRISPRシステムを含むことができるが、これらに限定されることはない。CRISPRシステムはCas9、ならびにLyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子に相補的な少なくとも1つのsgRNAを含むことができる。1つの態様において、sgRNAは、SEQ ID NO: 821〜3020からなる群より選択されるヌクレオチド配列を含む。本明細書において記載される方法のある種の態様は、さらなる処置を対象に施す段階を含む。さらなる処置は、CTLA-4、PD-1、4-1BB、CD27、CD28、ICOS、LAG3、OX-40、TIM3、およびVISTAの阻害剤を含むがこれらに限定されない、免疫チェックポイント阻害剤を含むことができる。
【００８７】
本発明の別の局面は、免疫療法で用いるための遺伝的に改変されたT細胞を作製する方法を含む。1つの態様において、本方法は、Dhx37遺伝子の第1のヌクレオチド配列に相補的な第1のsgRNAおよびDhx37遺伝子の第2のヌクレオチド配列に相補的な第2のsgRNAを含むベクターを、ナイーブT細胞に投与する段階を含む。1つの態様において、本方法は、Lyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子の第1のヌクレオチド配列に相補的な第1のsgRNAならびにLyn、Slc35c1、Lexm、Fam103a1およびOdcからなる群より選択される遺伝子の第2のヌクレオチド配列に相補的な第2のsgRNAを含むベクターを、ナイーブT細胞に投与する段階を含む。1つの態様において、第1のsgRNAは、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択され、第2のsgRNAは、SEQ ID NO: 1〜10からなる群より選択される。別の態様において、第1のsgRNAは、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択され、第2のsgRNAは、SEQ ID NO: 11〜820からなる群より選択される。1つの態様において、第1のsgRNAヌクレオチド配列は、SEQ ID NO: 821〜3020からなる群より選択され、第2のsgRNAヌクレオチド配列は、SEQ ID NO: 821〜3020からなる群より選択される。
【００８８】
本明細書において記載される方法により導入される変異は、単一塩基の挿入、単一塩基の欠失、フレームシフト、再配列、ならびに2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300塩基、間にある任意のおよび全ての数字の塩基の挿入または欠失を含むがこれらに限定されない、挿入または欠失の任意の組み合わせであることができる。変異は、遺伝子中にまたは非コード領域中に発生することができる。
【００８９】
本発明のある種の態様において、対象はヒトである。使用できる他の対象は、マウス、ラット、ウサギ、イヌ、ネコ、ウマ、ブタ、ウシおよびトリを含むが、これらに限定されることはない。本発明の組成物は、当技術分野において標準的な任意の手段により動物に投与することができる。例えば、ベクターを動物に注射することができる。注射は、静脈内、皮下、腹腔内、または組織もしくは臓器への直接注射であることができる。ある種の態様において、本発明の遺伝的に改変されたT細胞は動物に養子移入される。
【００９０】
CRISPR/Cas9
CRISPR/Cas9システムは、標的にした遺伝子改変を誘導するための簡単かつ効率的なシステムである。Cas9タンパク質による標的認識には、ガイドRNA(gRNA)内の「シード」配列およびgRNA結合領域の上流にあるプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)配列を含む保存されたジヌクレオチドが必要である。CRISPR/Cas9システムは、細胞株(293T細胞のような)、初代細胞、およびCAR T細胞においてgRNAを再設計することにより、事実上任意のDNA配列を切断するように操作することができる。CRISPR/Cas9システムは、単一のCas9タンパク質を2つまたはそれ以上のgRNAと共発現させることによって複数のゲノム遺伝子座を同時に標的にし、このシステムを、複数の遺伝子編集または標的遺伝子の相乗的活性化に比類なく適したものにすることができる。
【００９１】
Cas9タンパク質およびガイドRNAは、標的配列を同定かつ切断する複合体を形成する。Cas9は、REC I、REC II、ブリッジヘリックス、PAM相互作用、HNH、およびRuvCの6つのドメインから構成される。RecIドメインはガイドRNAに結合するが、Bridgeヘリックスは標的DNAに結合する。HNHおよびRuvCドメインはヌクレアーゼドメインである。ガイドRNAは、標的DNA配列に相補的な5'末端を有するように操作される。Cas9タンパク質へのガイドRNAの結合により、タンパク質を活性化する立体構造変化が起こる。活性化されると、Cas9は、そのプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)配列に一致する配列に結合することによって標的DNAを検索する。PAMは、ガイドRNAに相補的な領域の1ヌクレオチド下流内にある2または3ヌクレオチドの塩基配列である。1つの非限定的な例では、PAM配列は5'-NGG-3'である。Cas9タンパク質が、適切なPAMを有するその標的配列を見つけると、PAM上流の塩基を融解し、それらをガイドRNA上の相補領域と対合させる。次に、RuvCおよびHNHヌクレアーゼドメインは、PAM上流の3番目のヌクレオチド塩基の後ろで標的DNAを切断する。
【００９２】
遺伝子発現を阻害するために用いられるCRISPR/Casシステムの1つの非限定的な例であるCRISPRiは、米国特許出願公開第US20140068797号に記載されている。CRISPRiは、RNAガイドCas9エンドヌクレアーゼを用いてDNAの二本鎖切断を導入し、間違いを起こしやすい修復経路を誘発してフレームシフト変異を引き起こす永続的な遺伝子破壊を誘導する。触媒活性のない（catalytically dead）Cas9は、エンドヌクレアーゼ活性を欠く。ガイドRNAと共発現されると、転写伸長、RNAポリメラーゼ結合、または転写因子結合を特異的に妨げるDNA認識複合体が作製される。このCRISPRiシステムは、標的にした遺伝子の発現を効率的に抑制する。
【００９３】
CRISPR/Cas遺伝子破壊は、標的遺伝子に特異的なガイドヌクレオチド配列およびCasエンドヌクレアーゼが細胞に導入され、Casエンドヌクレアーゼが標的遺伝子の位置で二本鎖切断を導入することを可能にする複合体を形成する場合に起きる。ある種の態様において、CRISPR/Casシステムは、限定されるものではないが、pAd5F35-CRISPRベクターのような、発現ベクターを含む。他の態様において、Cas発現ベクターはCas9エンドヌクレアーゼの発現を誘導する。T7、Cas3、Cas8a、Cas8b、Cas10d、Cse1、Csy1、Csn2、Cas4、Cas10、Csm2、Cmr5、Fok1、当技術分野において公知の他のエンドヌクレアーゼ、およびそれらの任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない、他のエンドヌクレアーゼも用いられうる。
【００９４】
ある種の態様において、Cas発現ベクターを誘導することは、Cas発現ベクターにおける誘導性プロモーターを活性化する作用物質に細胞を曝露することを含む。そのような態様において、Cas発現ベクターは、抗生物質への曝露により(例えば、テトラサイクリンまたはテトラサイクリンの誘導体、例えばドキシサイクリンにより)誘導可能なものなどの、誘導性プロモーターを含む。しかしながら、他の誘導性プロモーターを使用できることが理解されるべきである。誘導剤は、誘導性プロモーターの誘導をもたらす選択的条件(例えば、作用物質、例えば抗生物質への曝露)であることができる。これにより、Cas発現ベクターの発現がもたらされる。
【００９５】
ある種の態様において、ガイドRNAおよびCas9は、リボ核タンパク質(RNP)複合体として細胞に送達されることができる。RNPは、gRNAと複合化された精製Cas9タンパク質から構成され、幹細胞および免疫細胞を含むがこれらに限定されない、複数のタイプの細胞に効率的に送達されることが当技術分野において周知である(Addgene, Cambridge, MA, Mirus Bio LLC, Madison, WI)。
【００９６】
ガイドRNAは、関心対象のゲノム領域に特異的であり、Casエンドヌクレアーゼ誘導性の二本鎖切断のその領域を標的にする。ガイドRNA配列の標的配列は、遺伝子の遺伝子座内またはゲノムの非コード領域内でありうる。ある種の態様において、ガイドヌクレオチド配列は、長さが少なくとも10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、またはそれ以上のヌクレオチドである。
【００９７】
「短いガイドRNA」または「sgRNA」ともいわれるガイドRNA (gRNA)は、Cas9ヌクレアーゼに対しての標的化特異性および足場/結合能力の両方を提供する。gRNAは、内因性細菌crRNAおよびtracrRNAに由来する標的化配列および足場配列から構成される合成RNAでありうる。gRNAは、ゲノム工学実験において特定のゲノム遺伝子座にCas9を標的化するために用いられる。ガイドRNAは、当技術分野において周知の標準的なツールを用いてデザインすることができる。
【００９８】
CRISPR複合体の形成の文脈において、「標的配列」は、標的配列とガイド配列との間のハイブリダイゼーションがCRISPR複合体の形成を促進する、ある程度の相補性を有するようにガイド配列が設計される配列をいう。ハイブリダイゼーションを引き起こし、CRISPR複合体の形成を促進するのに十分な相補性があれば、必ずしも完全な相補性は必要とされない。標的配列は、DNAまたはRNAポリヌクレオチドのような、任意のポリヌクレオチドを含みうる。ある種の態様において、標的配列は細胞の核または細胞質に位置する。他の態様において、標的配列は、真核細胞の細胞小器官、例えば、ミトコンドリアまたは核内でありうる。典型的には、内因性CRISPRシステムの文脈において、CRISPR複合体(標的配列とハイブリダイズされ、1つまたは複数のCasタンパク質と複合化されたガイド配列を含む)の形成により、標的配列の中または近傍(例えば、約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、50、またはそれ以上の塩基対内)の一方または両方の鎖の切断がもたらされる。標的配列と同様に、これが機能するのに十分であれば、完全な相補性は必要ないと考えられている。
【００９９】
ある種の態様において、CRISPRシステムの要素の発現が1つまたは複数の標的部位でのCRISPR複合体の形成を指令するように、CRISPRシステムの1つまたは複数の要素の発現を駆動する1つまたは複数のベクターが宿主細胞に導入される。例えば、Cas酵素、tracr-mate配列に連結されたガイド配列、およびtracr配列はそれぞれ、別々のベクター上の別々の調節要素に機能的に連結されうる。あるいは、同じまたは異なる調節要素から発現される2つまたはそれ以上の要素を単一のベクターにおいて組み合わせ、1つまたは複数のさらなるベクターが、第1のベクターに含まれないCRISPRシステムの任意の構成要素を提供してもよい。単一のベクターにおいて組み合わされるCRISPRシステム要素は、2番目の要素に対して5'側(その「上流」)または2番目の要素に対して3'側(その「下流」)に位置する1つの要素のような、任意の適切な方向に配置されうる。1つの要素のコード配列は、第2の要素のコード配列の同じまたは反対の鎖上に位置し、同じまたは反対の方向に配向されうる。ある種の態様において、単一のプロモーターが、CRISPR酵素をコードする転写産物および1つまたは複数のガイド配列、tracr mate配列(ガイド配列に機能的に連結されてもよい)、ならびに1つまたは複数のイントロン配列内(例えば、それぞれ異なるイントロン中、2つもしくはそれ以上の少なくとも1つのイントロン中、または全てが単一のイントロン中)に埋め込まれたtracr配列の発現を駆動する。
【０１００】
ある種の態様において、CRISPR酵素は、1つまたは複数の異種タンパク質ドメイン(例えばCRISPR酵素に加えて約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10個、もしくはそれ以上、または約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10超個、もしくはそれ以上のドメイン)を含む融合タンパク質の一部である。CRISPR酵素融合タンパク質は、任意のさらなるタンパク質配列、および任意により任意の2つのドメイン間のリンカー配列を含みうる。CRISPR酵素に融合されうるタンパク質ドメインの例としては、非限定的に、エピトープタグ、レポーター遺伝子配列、ならびに以下の活性: メチラーゼ活性、デメチラーゼ活性、転写活性化活性、転写抑制活性、転写放出因子活性、ヒストン修飾活性、RNA切断活性、および核酸結合活性の1つまたは複数を有するタンパク質ドメインが挙げられる。CRISPR酵素を含む融合タンパク質の一部を形成しうるさらなるドメインは、参照により本明細書に組み入れられる米国特許出願公開第US20110059502号に記載されている。ある種の態様において、標的配列の位置を同定するためにタグ付きCRISPR酵素が用いられる。
【０１０１】
従来のウイルスおよび非ウイルスに基づく遺伝子移入法は、哺乳動物および非哺乳動物細胞または標的組織に核酸を導入するために用いることができる。そのような方法は、培養中の細胞にまたは宿主生物中の細胞にCRISPRシステムの構成要素をコードする核酸を投与するために用いることができる。非ウイルスベクター送達システムは、DNAプラスミド、RNA (例えば、本明細書において記載されるベクターの転写産物)、裸の核酸、およびリポソームのような、送達ビヒクルと複合体化された核酸を含む。ウイルスベクター送達システムには、細胞への送達後にエピソームまたは組み込まれたゲノムのいずれかを有する、DNAおよびRNAウイルスが含まれる(Anderson, 1992, Science 256:808-813; およびYu, et al., 1994, Gene Therapy 1:13-26)。
【０１０２】
ある種の態様において、CRISPR/CasはII型CRISPR/Casシステムに由来する。いくつかの態様において、CRISPR/CasシステムはCas9タンパク質に由来する。Cas9タンパク質は、化膿連鎖球菌(Streptococcus pyogenes)、サーモフィルス菌(Streptococcus thermophilus)、または他の種に由来してもよい。
【０１０３】
一般に、Casタンパク質は少なくとも1つのRNA認識および/またはRNA結合ドメインを含む。RNA認識および/またはRNA結合ドメインは、ガイドRNAと相互作用する。Casタンパク質は、ヌクレアーゼドメイン(すなわち、DNアーゼまたはRNアーゼドメイン)、DNA結合ドメイン、ヘリカーゼドメイン、RNアーゼドメイン、タンパク質-タンパク質相互作用ドメイン、二量体化ドメイン、および他のドメインも含むことができる。Casタンパク質は、核酸結合親和性および/または特異性を増大させるため、酵素活性を改変させるため、および/またはタンパク質の別の特性を変化させるために修飾することができる。ある種の態様において、融合タンパク質のCas様タンパク質は、野生型Cas9タンパク質またはその断片に由来してもよい。他の態様において、Casは修飾Cas9タンパク質に由来してもよい。例えば、Cas9タンパク質のアミノ酸配列を修飾して、タンパク質の1つまたは複数の特性(例えば、ヌクレアーゼ活性、親和性、安定性など)を改変することができる。あるいは、修飾Cas9タンパク質が野生型Cas9タンパク質よりも小さくなるように、RNAガイド切断に関与しないCas9タンパク質のドメインをタンパク質から除去することができる。一般に、Cas9タンパク質は少なくとも2つのヌクレアーゼ(すなわち、DNアーゼ)ドメインを含む。例えば、Cas9タンパク質は、RuvC様ヌクレアーゼドメインおよびHNH様ヌクレアーゼドメインを含むことができる。RuvCおよびHNHドメインは共働して一本鎖を切断し、DNA中に二本鎖切断を生じさせる(Jinek, et al., 2012, Science, 337:816-821)。ある種の態様において、Cas9由来タンパク質は、1つの機能的ヌクレアーゼドメイン(RuvC様またはHNH様ヌクレアーゼドメインのいずれか)のみを含むように修飾することができる。例えば、Cas9由来タンパク質は、ヌクレアーゼドメインの1つが欠失または変異されて、もはや機能しなくなるように(すなわち、ヌクレアーゼ活性が存在しないように)修飾することができる。ヌクレアーゼドメインの1つが不活性であるいくつかの態様において、Cas9由来タンパク質は、二本鎖核酸にニックを導入することができる(そのようなタンパク質は「ニッカーゼ」と呼ばれる)が、二本鎖DNAを切断しない。上記の態様のいずれかにおいて、ヌクレアーゼドメインのいずれかまたは全てが、部位特異的突然変異誘発、PCR媒介性の突然変異誘発、および全遺伝子合成、ならびに当技術分野において公知の他の方法のような、周知の方法を用いて1つまたは複数の欠失変異、挿入変異、および/または置換変異によって不活性化されることができる。
【０１０４】
1つの非限定的な態様において、ベクターは、CRISPRシステムの発現を駆動する。当技術分野には、本発明において有用である適切なベクターが豊富にある。使用されるベクターは、複製に適しており、任意で、真核細胞への組み込みに適している。典型的なベクターは、転写および翻訳ターミネーター、開始配列、ならびに所望の核酸配列の発現の調節に有用なプロモーターを含む。本発明のベクターはまた、核酸標準的な遺伝子送達プロトコールに用いてもよい。遺伝子送達の方法は、当技術分野において公知である(参照により本明細書に組み入れられる米国特許第5,399,346号、同第5,580,859号、および同第5,589,466号)。
【０１０５】
さらに、ベクターは、ウイルスベクターの形で細胞に提供されてもよい。ウイルスベクター技術は、当技術分野において周知であり、例えば、Sambrook et al. (4th Edition, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 2012)に、ならびに他のウイルス学および分子生物学のマニュアルに記載されている。ベクターとして有用なウイルスは、レトロウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、ヘルペスウイルス、シンドビスウイルス、ガンマレトロウイルス、およびレンチウイルスを含むが、これらに限定されることはない。一般に、適切なベクターは、少なくとも1つの生物において機能する複製起点、プロモーター配列、好都合な制限エンドヌクレアーゼ部位、および1つまたは複数の選択マーカーを含む(例えば、WO 01/96584; WO 01/29058; および米国特許第6,326,193号)。
【０１０６】
核酸の導入
核酸を細胞に導入する方法は、物理的、生物学的、および化学的方法を含む。RNAのような、ポリヌクレオチドを宿主細胞に導入するための物理的方法は、リン酸カルシウム沈殿、リポフェクション、粒子衝撃、マイクロインジェクション、エレクトロポレーションなどを含む。RNAは、エレクトロポレーション(Amaxa Nucleofector-II (Amaxa Biosystems, Cologne, Germany))、(ECM 830 (BTX) (Harvard Instruments, Boston, Mass.)またはGene Pulser II (BioRad, Denver, Colo.), Multiporator (Eppendort, Hamburg Germany)を含む市販の方法を用いて標的細胞に導入することができる。リポフェクションを使ったカチオン性リポソーム媒介トランスフェクションを用いて、ポリマーカプセル化を用いて、ペプチド媒介トランスフェクションを用いて、または「遺伝子銃」のような微粒子銃粒子送達システムを用いて、RNAを細胞に導入することもできる(例えば、Nishikawa, et al. Hum Gene Ther., 12(8):861-70 (2001)を参照のこと)。
【０１０７】
関心対象のポリヌクレオチドを宿主細胞に導入するための生物学的方法は、DNAおよびRNAベクターの使用を含む。ウイルスベクター、特にレトロウイルスベクターは、哺乳動物、例えばヒトの細胞に遺伝子を挿入するために最も広く使われる方法になった。他のウイルスベクターは、レンチウイルス、ポックスウイルス、単純ヘルペスウイルスI、アデノウイルス、およびアデノ随伴ウイルスなどに由来してもよい。例えば、米国特許第5,350,674号および同第5,585,362号を参照されたい。
【０１０８】
ポリヌクレオチドを宿主細胞に導入するための化学的手段は、高分子複合体、ナノカプセル、ミクロスフェア、ビーズのようなコロイド分散システム、ならびに水中油型エマルジョン、ミセル、混合ミセル、およびリポソームを含めた脂質に基づくシステムを含む。インビトロおよびインビボで送達ビヒクルとして用いるための例示的なコロイドシステムは、リポソーム(例えば、人工膜小胞)である。
【０１０９】
宿主細胞に外因性核酸を導入するために、または細胞を本発明の阻害剤に曝露するために用いられる方法に関係なく、宿主細胞中の核酸の存在を確認するために、種々のアッセイ法が実施されうる。そのようなアッセイ法は、例えば、サザンおよびノザンブロッティング、RT-PCRおよびPCRのような、当業者に周知の「分子生物学的」アッセイ法; 特定のペプチドの有無を検出するような、例えば、免疫学的手段(ELISAおよびウエスタンブロット)によるまたは本発明の範囲内に入る作用物質を同定するための本明細書において記載されるアッセイ法による「生化学的」アッセイ法を含む。
【０１１０】
本発明において有用である方法および組成物は、実施例に記載されている特定の製剤に限定されないことが理解されるべきである。以下の実施例は、当業者に完全な開示および説明を提供するために記載されており、本発明者らがその発明とみなすものの範囲を限定することを意図するものではない。
【０１１１】
本発明の実践では、特に明記しない限り、分子生物学(組み換え技術を含む)、微生物学、細胞生物学、生化学および免疫学の従来の技法を用いるものであり、それらは十分に当業者の範囲内である。そのような技法は、「Molecular Cloning: A Laboratory Manual」, 第4版(Sambrook et al. (2012) Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory); 「Oligonucleotide Synthesis」 (Gait, M. J. (1984). Oligonucleotide synthesis. IRL press); 「Culture of Animal Cells」(Freshney, R. (2010). Culture of animal cells. Cell Proliferation, 15(2.3), 1); 「Methods in Enzymology」「Weir’s Handbook of Experimental Immunology」(Wiley-Blackwell; 5 edition (January 15, 1996); 「Gene Transfer Vectors for Mammalian Cells」(Miller and Carlos, (1987) Cold Spring Harbor Laboratory, New York); 「Short Protocols in Molecular Biology」(Ausubel et al., Current Protocols; 5 edition (November 5, 2002)); 「Polymerase Chain Reaction: Principles, Applications and Troubleshooting」, (Babar, M.,VDM Verlag Dr. Muller (August 17, 2011)); 「Current Protocols in Immunology」(Coligan, John Wiley & Sons, Inc. November 1, 2002)のような、文献のなかで完全に説明されている。
【０１１２】
当業者は、本明細書において記載される特定の手順、態様、特許請求の範囲、および実施例に対する多数の同等物を認識するか、または、日常的に過ぎない実験法を用いて確認できるであろう。そのような同等物は、本発明の範囲内であるとみなされ、本明細書に添付されている特許請求の範囲により包含されていた。例えば、反応時間、反応サイズ/容積、ならびに、溶媒、触媒、圧力、大気条件、例えば窒素雰囲気、および還元剤/酸化剤のような、実験試薬を含むがこれらに限定されない、当技術分野で認識されている代替物でのおよび日常的に過ぎない実験法を用いた、反応条件における改変が、本出願の範囲内であることが理解されるべきである。
【０１１３】
値および範囲が本明細書において提供されている場合は必ず、これらの値および範囲により包含されている全ての値および範囲は、本発明の範囲内に包含されるように意図されていることが、理解されるべきである。さらに、これらの範囲内に入る全ての値、および値の範囲の上限または下限もまた、本出願により企図される。
【０１１４】
以下の実施例は、本発明の局面をさらに例証する。しかしながら、それらは、本明細書において記載されているような本発明の教示または開示の限定ではまったくない。
【実施例】
【０１１５】
実験実施例
本発明を次に、以下の実施例に関して記載する。これらの実施例は例証のみの目的で提供され、本発明は、これらの実施例に限定されず、むしろ、本明細書において提供される教示の結果として明らかである全ての変形物を包含する。
【０１１６】
これらの実験において使用された材料および方法をここで記載する。
【０１１７】
マウス:
本研究には、6〜12週齢のマウス（両方の性別）が用いられた。OT-I TCRトランスジェニックマウス(OT-Iマウス)は、Hogquist et al., (1994) Cell 76, 17-27によって記載された。構成的Cas9-2A-EGFPマウス(Cas9マウス)は、Chu et al. (2016) BMC Biotechnol 16, 4; Platt et al., (2014) Cell 159, 440-455によって記載された。OT-I; Cas9マウスはOT-IおよびCas9マウスを交配させることにより作製され、Jackson Labプロトコールにしたがって遺伝子型が特定された。ナイーブCD8+ T細胞は、OT-Iマウス、Cas9マウス、およびOT-I;Cas9マウスから単離された。全ての動物は、12時間:12時間または13時間:11時間の光サイクル、室温(21〜23℃)および40〜60%の相対湿度で、標準的な個別に換気された無菌条件において飼育された。動物のコホートが複数の処置を受けていた場合、動物は、該当する場合に、性別、同腹仔、年齢のわずかな違い、ケージ、収納位置の影響を最小限に抑えるために、(1) 同腹仔を用いて動物を異なる群に無作為に割り当てること、(2) 処置の前に雌を無作為に混合し、各群での異なるケージからのマウスの均一性または表現を最大化すること、および/または(3) 各群へのマウスの無作為の割り当てにより無作為化された。
【０１１８】
T細胞CRISPRノックアウトベクター(sgRNA-Thy1.1発現ベクター)の作製:
コドン最適化および Thy1.1およびsgRNA発現カセットをGibson Assemblyを介してレンチウイルスベクターにサブクローニングすることにより、レンチウイルスT細胞CRISPRノックアウトベクター、レンチ-pLKO-U6-sgRNA(BsmBI)-EFS-Thy1.1CO-spAを作製した。
【０１１９】
ゲノム規模のマウスT細胞CRISPRノックアウトライブラリクローニング:
2つのサブライブラリ(mGeCKOaおよびmGeCKOb)における、オリジナルのマウスCRISPRノックアウトライブラリは、Sanjana et al., (2014) Nat Methods 11, 783-784からのものであった。mGeCKOaおよびmGeCKObを、Gibsonアセンブリおよびエレクトロポレーションにより等モルでT細胞CRISPRベクターにサブクローニングして、1,000個の非ターゲティング対照(NTC)を含む計129,209個のsgRNAを有する、ゲノム規模のマウスT細胞CRISPRノックアウトライブラリ(MKO)を作製した。エレクトロポレーションでは50倍超(およそ7×106個の総コロニー)のライブラリ推定カバレッジが達成された。その後、ライブラリをIllumina配列決定により配列検証した。ライブラリ全体をクローニングした固有のsgRNAの少なくとも94.1% (121,608/129,209)がマウスゲノム内の全てのタンパク質コード遺伝子およびマイクロRNAの98.3% (22,375/22,768)を標的にし、厳密な対数正規分布が設計された全てのsgRNAの大部分に当たっていた(2桁以内で90%、3桁以内で99%)。
【０１２０】
ウイルスライブラリ作製:
MKOライブラリプラスミドを、15 cm組織培養プレート中80%の集密度で低継代HEK293FT細胞にトランスフェクトした。ウイルス上清をトランスフェクション後48時間および72時間の時点で収集し、0.45 μmのろ過ユニット(Fisher/VWR)を介してろ過し、AmiconUltra 100 kD超遠心ユニット(Millipore)を用いて濃縮し、分注し、使用するまで-80℃中で貯蔵した。空のベクターに対してのウイルスも同様の方法で産生された。
【０１２１】
T細胞の単離および培養:
脾臓および腸間膜リンパ節(mLN)を表示されたさまざまなマウス系統から単離し、氷冷2% FBS [FBS (Sigma) + RPMI-1640 (Lonza)]中に入れた。臓器は、100 μmのフィルタを通してつぶすことにより調製された。リンパ球を2% FBSに懸濁した。脾臓あたり1 mlのACK溶解緩衝液(Lonza)でRBCを溶解し、室温で2分間インキュベートし、2% FBSで洗浄した。リンパ球を、40 μmフィルタを通してろ過し、MACS緩衝液(PBS + 2% FBS + 2 μM EDTA)で再懸濁した。Miltenyiにより確立されたプロトコールおよびキットを用いて、ナイーブCD8+ T細胞を単離した。ナイーブCD8+ T細胞をcRPMI (RPMI-1640 + 10% FBS + 2 mM L-グルタミン + 100U Pen/Strep (Fisher) + 49 nM β-メルカプトエタノール(Sigma))で1×106個の細胞/mlの終濃度に再懸濁した。インビボ実験用の培地には、2 ng/ml IL-2 + 2.5 ng/ml IL-7 + 50 ng/ml IL-15 + 1 μg/ml 抗CD28を補充した。インビトロ実験用の培地には、2 ng/ml IL-2 + 2 ng/ml IL-12p70 + 1 μg/ml 抗CD28を補充した。5 μg/ml 抗CD3で前処理したプレートにて細胞を培養し、37℃でインキュベートした。上記で言及したサイトカインおよび抗体は、BD, BiolegendおよびeBiosciencesから購入した。
【０１２２】
T細胞形質導入、ウイルス力価測定:
濃縮ウイルスを培地に直接添加することにより、単離直後に培養液中でT細胞を感染させた。感染3日後に、T細胞をThy1.1発現について染色し、FACSにて分析した。ウイルス力価は、使用したウイルスの体積で割った総T細胞に対して正規化されたThy1.1+ T細胞の数により各バッチについて判定された。ウイルス力価を判定するために、実験的重複のある少なくとも3用量のウイルスを用いた。
【０１２３】
抗体およびフローサイトメトリー:
CD8+ T細胞の感染性は、抗CD3 APC、抗CD8α FITC、および抗Thy1.1 PE（BioLegend）での表面染色により評価された。細胞を氷上で30分間染色した。サンプルを、3台のレーザーを備えたBD FACSAria細胞選別機にて収集し、MAC(登録商標)ワークステーションにてFlowJoソフトウェア9.9.4 (Treestar, Ashland, OR)を用い分析した。
【０１２４】
T細胞のライブラリ規模ウイルス形質導入:
T細胞は、本明細書において記載されるように単離および培養された。ウイルス力価情報を用いると、感染反復実験ごとに、計1×108超のCas9またはナイーブOT-I; Cas9 CD8+ T細胞に、上記のMKOライブラリを含む濃縮レンチウイルスにより1のMOIで形質導入して、700×超の初期ライブラリカバレッジを達成した。空のベクターを含むウイルスによる形質導入は、計1×107超のナイーブCD8+ T細胞により並行して実施された。
【０１２５】
ウイルスライブラリ感染T細胞の養子移入および組織処理:
培養0日目に、ナイーブCD8+ T細胞にレンチウイルスMKOライブラリを感染させ、これを37℃で3日間インキュベーした。培養3日目に、T細胞を収集し、氷冷PBSで洗浄し、終濃度5×107個の細胞/mlに再懸濁した。1×107個の細胞を各マウスに静脈内注射した。C57BL/6 (B6)、Cas9、またはRag1-/-マウスを各実験においてレシピエントマウスとして用いた。移入後7日目に、マウスを安楽死させ、関連臓器を単離した。皮膚流入領域リンパ節は、鼠径リンパ節、膝窩リンパ節、腋窩リンパ節、および上腕リンパ節から構成されていた。頸部リンパ節は、6つの表在性頸部リンパ節から構成されていた。腹部リンパ節は腸間膜リンパ節および膵リンパ節から構成されていた。単離された他の関連臓器は、脾臓、肝臓、膵臓、肺、筋肉および脳であった。
【０１２６】
新抗原発現ベクター(mCherry-cOVA発現ベクター)の作製:
Gibson Assemblyを介してmCherryレンチウイルスベクターにcOVAをサブクローニングすることにより、レンチウイルスmCherry-cOVA (mCh-cOVA)ベクターであるレンチ-pLKO-U6-sg(BsmBI)-EFS-mCherry-2A-cOVAを作製した。
【０１２７】
安定にトランスフェクトされたmCherry-cOVA発現細胞株の作製:
E0771ネズミ乳がん細胞にmCh-cOVA発現レンチウイルスを形質導入した。形質導入後3日後に、細胞を10個の細胞/mlに再懸濁し、各ウェル中で細胞懸濁液100 μlを培養することにより、形質導入されたE0771細胞を96ウェルプレート中で個別に培養した。2週間後、クローン性mCh+ E0771クローンを蛍光顕微鏡により同定した。mCh+ E0771クローンを樹立された抗マウス[SIINFEKL：H-2Kb]抗体で染色して、cOVA発現を判定した。cOVA発現に基づいて、異なるmCh+cOVA+クローンを選択した。クローン3は、cOVAの発現が低く均一であるため、より強い表現型を有する遺伝子を選択するため、インビボ実験に選択された。
【０１２８】
Rag1-/-マウスへのがん細胞の移植および組織処理:
5×106個のmCh+cOVA+ E0771細胞を、Rag1-/-マウスの乳房内脂肪体にまたは皮下にのいずれかで注射した。移植10日後に、ウイルスライブラリに感染したT細胞を、腫瘍担持Rag1-/-マウスに静脈内注射した。7日後、流入領域リンパ節、非流入領域リンパ節、脾臓、肺、および腫瘍を単離した。DNA抽出またはFACS分析用にサンプルを調製した。腫瘍はレンズ豆のサイズほどの、小さな断片に分解された。次に、MiltenyiのGentleMacs Octo解離器を用いて腫瘍を1 μg/mlのコラゲナーゼIVで30分間解離させ、細胞懸濁液を染色前に100 μmフィルタに2回通した。
【０１２９】
脱顆粒アッセイ法およびゲノム規模CRISPRスクリーニング:
E0771細胞にさまざまな濃度のSIINFEKLペプチドを37℃で4時間パルスすることによって実験をまず最適化し、その後、抗マウス[SIINFEKL : H-2Kb]抗体で染色し、フローサイトメトリーで分析した。1 ng/mlの用量は、抗(SIINFEKL : H-2Kb)によって検出されず試験された最大濃度に相当するために選択された。ナイーブOT-I; Cas9 CD8+ T細胞を単離し、MKOレンチウイルスライブラリで形質導入した。感染したOT-I; Cas9 CD8+ T細胞を、2 ng/ml IL-2 + 2 ng/ml IL-12p70 + 1 μg/ml 抗CD28を補充したcRPMI中5 μg/mlの抗CD3εで前処理したプレートにて6日間インキュベートした。アッセイの12時間前に、感染したOT-I; Cas9 CD8+ T細胞を2 ng/ml IL-2 + 2 ng/ml IL-12p70の存在下で未処理プレートにてインキュベートし、細胞を休止させた。6日目、アッセイの12時間前に、1×107個のE0771細胞をまた、D10培地(DMEM + 10% FBS + 100U Pen/Strep)中で10 cmプレートにプレーティングした。翌日、E0771細胞を、0または1 ng/ml SIINFEKLペプチドを補充した加温D10培地とともに4時間インキュベートした。一方、感染したOT-I; Cas9 CD8+ T細胞をcRPMI + 2 nMモネンシン + 抗CD107a PE抗体とともに終濃度1×106個の細胞/mlに再懸濁し、T細胞:播種がん細胞比 = 1:1でE0771細胞に添加した。細胞を37℃で2時間共インキュベートした。細胞を次に、氷上で30分間抗CD8 APCにより染色し、細胞をBD FACSAriaにより選別した。計1×107個のT細胞を分析し、上位5%のCD107a+細胞を選別し、ゲノムDNA抽出、CRISPRライブラリの読み出し、およびスクリーニングデータ分析に供した。計3回の生物学的反復実験を実施した。
【０１３０】
細胞およびマウス組織からのゲノムDNA抽出:
gDNA抽出の場合、3つの方法を用いた。方法1: 総数1×105個以下の細胞を有するサンプルの場合、QuickExtract溶液(Epicentre) 100 μlを細胞に直接添加し、細胞ペレットが完全に溶解するまで65℃で30〜60分間インキュベートした。方法2: 総数1×105〜2×106個の細胞を有する細胞サンプル、またはマウスリンパ節由来の組織サンプルの場合、製造元のプロトコールにしたがってサンプルをQIAamp Fast DNA Tissue Kit (Qiagen)に供した。方法3: 総数2×106個超の細胞を有する細胞サンプル、または脾臓、肺、肝臓、脳、膵臓、結腸、もしくは腫瘍サンプルのようなマウス臓器由来の組織サンプルの場合、カスタムPuregeneプロトコールを用いた。手短に言えば、凍結粉砕した組織50〜200 mgを15 mlコニカルチューブ中の溶解緩衝液(50 mM Tris、50 mM EDTA、1% SDS、pH 8) 6 mlに再懸濁し、20 mg/mlのプロテイナーゼK (Qiagen) 30 μlを組織/細胞サンプルに添加し、55℃で終夜インキュベートした。翌日、10 mg/ml RNアーゼ A (Qiagen) 30 μlを、溶解したサンプルに添加し、これを次に、25回反転させ、37℃で30分間インキュベートした。サンプルを氷上で冷却した後、予冷した7.5 M酢酸アンモニウム(Sigma) 2 mlを添加してタンパク質を沈殿させた。サンプルを高速で20秒間ボルテックスし、その後、4,000×g以上で10分間遠心分離した。次に、各チューブに固いペレットが見えたら、上清を慎重に新たな15 mlコニカルチューブの中に静かに移した。次に、100%イソプロパノール6 mlをチューブに添加し、50回反転させ、4,000×g以上で10分間遠心分離した。ゲノムDNAは、各チューブ中に小さな白色のペレットとして見えた。上清を捨て、新たに調製された70%エタノール6 mlを添加し、チューブを10回反転させ、その後、4,000×g以上で1分間遠心分離した。上清を注いで捨てた。チューブを短時間回転させ、P200ピペットを用いて残存するエタノールを除去した。10〜30分間風乾した後、DNAの外観は乳白色のペレットからわずかに半透明に変化した。次に、ddH2O 500 μlを添加し、チューブを65℃で1時間および室温で終夜インキュベートして、DNAを完全に再懸濁させた。翌日、gDNAサンプルを短時間ボルテックスした。Nanodrop (Thermo Scientific)を用いてgDNA濃度を測定した。
【０１３１】
ディープシークエンシングによるsgRNAライブラリの読み出し:
sgRNAライブラリの読み出しは、2段階PCR戦略を用いて実施し、ここでは、第1のPCRではライブラリの複雑さを完全に保持するのに十分なゲノムDNAを含み、第2のPCRでは最初のPCRからの産物に適切な配列決定アダプタを加える。
【０１３２】
PCR#1の場合、sgRNAカセットを含む領域は、T細胞CRISPRノックアウトベクターに特異的なプライマーを用いて増幅された。
2020528046.tif 000005
【０１３３】
PCRは、Phusion Flash High Fidelity Master Mix (PF)またはDreamTaq Green PCR Master Mix (DT) (ThermoFisher)を用いて実施された。PCR#1における、PFを用いた反応の場合、サーモサイクリングパラメータは、98℃で2分間、18〜24サイクル(98℃で1秒間、62℃で5秒間、72℃で30秒間)、および72℃で2分間であった。DTを用いた反応の場合、製造元のプロトコールにしたがってサーモサイクリングパラメータを調整した。各PCR#1反応では、総gDNA 3 μgを用いた。サンプルごとに、適切な数のPCR#1反応を用いて、スクリーンの完全増幅（full representation）の捕捉を行った。例えば、本発明者らの129,209 MKO sgRNAライブラリのおよそ200倍のカバレッジで、2.5×107個の細胞からのgDNAを用いた。細胞あたり6.6 pgのgDNAを想定すると、サンプルあたりおよそ160 μgのgDNAが、およそ50回のPCR#1反応において(反応あたりおよそ3 μgのgDNAで)用いられた。
【０１３４】
各生体サンプルのPCR#1産物をプールし、バーコードを付けた第2のPCRプライマーによる増幅に用いた。サンプルごとに、PCR#2反応あたり2 μlのプールされたPCR#1産物を用いて、少なくとも4回のPCR#2反応を実施した。第2のPCR産物をプールし、その後、各生体サンプルに対して正規化してから、一意にバーコード化された個別の生体サンプルを組み合わせた。次に、QiaQuickキット(Qiagen)を用いて2% E-gel EX (Life Technologies)からプールされた産物をゲル精製した。精製されたプールライブラリを次に、Low-Range Quantitative Ladder Life Technologies、dsDNA High-Sensitivity Qubit (Life Technologies)、BioAnalyzer (Agilent)および/またはqPCRを用いたゲルに基づく方法で定量化した。5〜20% PhiXで希釈したライブラリをMiSeq、HiSeq 2500またはHiSeq 4000システム(Illumina)で配列決定した。
【０１３５】
逆多重化および読み出し前処理:
Cutadaptを用いて、未加工のシングルエンドfastq読み出しファイルをフィルタリングおよび逆多重化した(Martin et al., (2011) EMBnetjournal 17, 10-12)。sgRNAスペーサー配列下流(すなわち3'末端)の余分な配列を除去するために、以下の設定: cutadapt--discard-untrimmed-
2020528046.tif 000006
を用いた。sgRNA出現の読み出しに使用されるフォワードPCRプライマーは、多重化された配列決定を容易にするために種々のバーコードを有するように設計されていたため、これらのフィルタリングされた読み出しを次に、以下の設定: cutadapt -g file:fbc.fasta --no-trimで逆多重化し、ここでfbc.fastaには、フォワードプライマー内に12個の可能なバーコード配列が含まれていた。最後に、sgRNAスペーサー上流(すなわち5'末端)の余分な配列を除去するために、本発明者らは、以下の設定: cutadapt--discard-untrimmed-
2020528046.tif 000007
を用いた。この手順により、未加工のfastq読み出しファイルを20 bp sgRNAスペーサー配列にまで減らすことができる。
【０１３６】
sgRNAスペーサーのマッピングおよびsgRNAの定量化:
各逆多重化サンプルから20 bp sgRNAスペーサー配列を抽出した後、sgRNAスペーサーを次に、MKOライブラリにマッピングした。そのために、どちらのsgRNAライブラリのボウタイ指数も、Bowtie 1.1.2のボウタイ・ビルド(bowtie-build)コマンドを用いて生成された(Langmead et al., (2009) Genome Biol 10, R25）。これらのボウタイ指数を用いて、フィルタリングされたfastq読み出しファイルを、以下の設定によりマッピングした: bowtie -v 1 --suppress 4,5,6,7 --chunkmbs 2000 -best。結果として得られたマッピング出力を用いて、ライブラリ内の各sgRNAにマッピングされた読み出しの数を定量化した。sgRNA出現棒グラフを作製するために、1読み出しの検出閾値を設定し、各サンプルに存在する一意のsgRNA数をカウントした。
【０１３７】
sgRNA存在量の正規化および概要レベルの分析:
未加工のsgRNAカウントを100万回あたりの読み出し(rpm)に変換することによって各サンプルにおける読み出し数を正規化した。特定の分析の場合にはrpm値をlog2変換に供した。相関ヒートマップを作製するために、NMF Rパッケージ (Gaujoux and Seoighe, (2010) BMC Bioinformatics 11, 367) を用い、log2 rpmカウントを用いて個々のサンプル間のピアソン相関性を計算した。各サンプル群の累積分布関数を計算するために、正規化されたsgRNAカウントを所与の群内の全てのサンプルで最初に平均化した。latticeExtra Rパッケージにおけるecdfplot関数を用いて、経験的累積分布プロットを作製した。
【０１３８】
sgRNAの濃縮分析:
3つの基準を用いて上位の候補遺伝子を同定した: (1) sgRNAが少なくとも1つの臓器サンプルにおける総読み出しの2%以上を含んだかどうか; (2) 全ての非ターゲティング対照の存在量に基づいて0.5%の偽発見率(FDR)閾値を用いてsgRNAが全ての臓器サンプルの20%以上において統計的に有意に濃縮されていると見なされたかどうか; または(3) 同じ遺伝子を標的にする2つ以上の独立したsgRNAがそれぞれ、少なくとも1つのサンプルそれぞれにおいて0.5%未満のFDRで統計的に有意であることが判明したかどうか。第1および第2の基準の場合、個々のsgRNAヒットを遺伝子に崩して、第3の基準からのヒットとの比較を容易にした。
【０１３９】
sgRNAライブラリ出現のヒートマップ:
デフォルトの設定(NMF Rパッケージ)でaheatmap関数を用い、濃縮された上位sgRNAのヒートマップを作製した。1以上のlog2 rpmを有するsgRNAのみが、ヒートマップでの視覚化に含まれていた。
【０１４０】
濃縮sgRNAの重複および有意性分析:
重複する濃縮sgRNAまたは遺伝子のベン図を作成するために、異なる統計呼び出しアルゴリズム、異なるT細胞、または異なる実験にわたって有意であることが判明した全てのsgRNAを考慮した。
【０１４１】
遺伝子オントロジーおよび経路濃縮分析:
DAVID機能注釈分析（Huang et al., (2009) Nucleic Acids Res 37, 1-13）を用いた遺伝子オントロジーおよび経路濃縮分析にさまざまな遺伝子セットを用いた。sgRNAセットの場合、sgRNAをその標的遺伝子に変換し、その後、結果として得られた遺伝子を分析に用いた。
【０１４２】
養子移入による個々の遺伝子を標的にするsgRNAを用いたT細胞の抗腫瘍機能の試験:
個々の遺伝子を標的にするsgRNAをT細胞CRISPRベクターにクローニングした。各遺伝子(例えばDhx37)を標的にする2つの独立したsgRNAを用いた（SEQ ID NO：1〜10）。本明細書において記載されるように、ウイルス調製およびT細胞感染を実施した。5×106個のmCh+cOVA+ E0771細胞をRag1-/-マウスの乳房内脂肪体にまたは皮下に注射した。移植7日後に、新鮮単離したナイーブOT-I; Cas9 CD8+ T細胞を、2 ng/ml IL-2 + 2.5 ng/mL IL-7 + 50 ng/mL IL-15 + 1 μg/ml 抗CD28を補充したcRPMI中の5 μg/mlの抗-CD3εで前処理したプレートにプレーティングし、本明細書において記載されるこれらのsgRNA含有レンチウイルス(およそ1のMOIで)に感染させ、3日間培養した。移植10日後に、5×106個のウイルス感染T細胞を、腫瘍担持Rag1-/-マウスに静脈内注射した(T細胞:初期がん細胞比 = 1:1)。PBSおよび空ベクターに感染したT細胞を養子移入対照として用いた。腫瘍サイズを、キャリパにより週1〜2回測定した。養子移入6週間後に、腫瘍を解剖し、サンプルを分子分析、細胞分析、組織分析、または単一細胞RNA-seqに供した。腫瘍成長曲線の統計的比較のために、各時点で複数のt検定を実施した(Benjamini, KriegerおよびYekutieli FDR法)。
【０１４３】
単一細胞RNA-seqのための腫瘍浸潤リンパ球(TIL)単離:
腫瘍担持マウスを指定の時点で安楽死させ、その腫瘍を収集し、氷冷2% FBS中に保持した。外科用メスを用いて腫瘍を1〜3 mmサイズの小片に切り刻み、その後、Miltenyi GentleMACS Octo Dissociatorを用いて30〜60分間1 μg/mlのコラゲナーゼIV中で消化した。腫瘍懸濁液を100 μmの細胞ストレイナに通して2回ろ過し、再び40 μmの細胞ストレイナに通してろ過し、大きなバルクを除去した。その後、腫瘍懸濁液を慎重にFicoll-Paque培地(GE Healthcare)に重ね、400 gで30分間遠心分離して、二重層界面でリンパ球を濃縮した。界面の細胞を慎重に収集し、2% FBSで2回洗浄し、カウントし、氷上で30分間、表示された抗体で染色した。次に、CD3+CD8+ TILをBD FACSAriaにて選別した。腫瘍ごとに計3×103〜2×104個のTILを収集した。
【０１４４】
TIL単一細胞RNA-seq (scRNAseq):
新鮮単離された腫瘍から選別されたTILを単一細胞RNAseqライブラリ調製に供した。10x Genomicsによるプロトコールにしたがった。手短に言えば、RT試薬ミックス、RTプライマー、添加剤A、およびRT酵素ミックスを含有するシングルセルマスターミックス(Single Cell Master Mix)を新たに調製した。Single Cell 3' Chipを10x(商標) Chip Holderに入れた。それに応じて未使用の各ウェル毎に50%グリセロール溶液、マスターミックスとともにおよそ100個の細胞/ulのTIL溶液を添加した。Single Cell 3' Gel Bead Stripを10x(商標) Vortex Adapterに入れ、30秒間ボルテックスした。次に、指定された列のウェルの底にSingle Cell 3' Gel Bead懸濁液およびPartitioning Oilを分注した。次に、完全にロードされたチップをChromium(商標) Controllerに挿入してエマルジョンを作製した。次に、GEM-RT反応、RTクリーンアップ、cDNA増幅、cDNAクリーンアップ、定量化、およびQCのためにエマルジョンを96ウェルPCRプレートに移入し、Illuminaライブラリ構築に供した。ライブラリの構築では、クリーンなインプットcDNAを断片化、末端修復およびAテーリングに供した。その後、SPRI Selectを用いて両面サイズの選択を実施し、その後アダプタのライゲーション、クリーンアップ、およびサンプルインデックスPCR、プーリング、ならびにPCRクリーンアップを行い、単一細胞RNA-seqライブラリをもたらした。酵素の断片化およびサイズ選択を用いて、製造元のプロトコールにしたがってライブラリ構築の前に、cDNAアンプリコンのサイズを最適化した。GEMインキュベーション中にR1 (リード1プライマー配列)を分子に加える。末端修復、Aテーリング、アダプターライゲーション、およびPCRを介してライブラリ構築中にP5、P7、サンプルインデックス、およびR2 (リード2プライマー配列)を加える。Single Cell 3' Protocolでは、Illuminaブリッジ増幅において用いられるP5およびP7プライマーを含むIllumina対応配列決定ライブラリが作製される。次に、この最終ライブラリを、BioAnalyzerを用いてQC化かつ定量化し、標準のIlluminaペアエンド配列決定のためにHiseq 2500 RapidRunにロードした。ここでバーコードおよび10 bpランダマー(UMI)はリード1においてコード化され、リード2はcDNA断片を配列決定するために用いる。サンプルインデックス配列は、i7インデックスリードとして組み入れられる。
【０１４５】
TIL scRNA-seqデータ処理:
TIL scRNA-seq_fastqデータは、確立されたカスタムパイプラインを用いて前処理された。手短に言えば、未加工のIlluminaデータファイルをCell Rangerに供し、cellranger mkfastqを用いてIlluminaのbcl2fastqをラップし、Chromiumで調製された配列決定サンプルを正しく逆多重化し、バーコードおよび読み出しデータをFASTQファイルに変換した。次に、cellrangerカウントを用いてFASTQファイルを取得し、マウスゲノム(mm10)へのアライメント、フィルタリング、およびUMIカウンティングを実施した。未加工の配列決定出力は、Cell Ranger 1.3 (10x Genomics) (Zheng et al., (2017) Nat Commun 8, 14049)によりcellranger mkfastq、count、およびaggr (正規化モードなし)を用いて最初に前処理された。Cell Rangerパイプラインによって課せられた初期品質管理の評価基準をパスした細胞を、種々の基準を用いてさらにフィルタリングした(Lun et al., (2016) F1000Res 5, 2122): (1) 平均を下回る標準偏差が4以上であった全ライブラリカウント(すなわちUMI数)を有する全ての細胞を除外した; (2) 平均を下回る標準偏差が4以上であったライブラリ多様性(すなわち検出された遺伝子/特徴の数)を有する全ての細胞を除外した; および(3) ミトコンドリア遺伝子がライブラリの全%を不均衡に構成していた(平均を上回る標準偏差が4以上であった)全ての細胞を除外した。これらの3つのフィルタを適用した後、さらに分析するために最終セットの細胞を保持した。27,998個の遺伝子/特徴を、フラットカットオフ評価基準を用いてさらにフィルタリングした。12データセットにわたって平均カウントが0.05未満の遺伝子を除外した。最後に、scran Rパッケージを用いたライブラリサイズによってデータを正規化した(Lun et al., (2016) F1000Res 5, 2122)。
【０１４６】
scRNA-seq t-SNE次元削減および視覚化:
最終的な正規化され処理されたデータセットを用い、デフォルト設定のRtsne Rパッケージを使ってt-SNE次元削減を実施した(Maaten, (2014) J Mach Learn Res 15, 3221-3245)。各細胞の処理条件に基づいて、個々のデータ点を色付けした。
【０１４７】
scRNA-seq差次的発現分析:
最終的な正規化され処理されたデータセットを用い、edgeR Rパッケージを使って差次的発現分析を実施した(Robinson et al., (2010) Bioinformatics 26, 139-140)。手短に言えば、edgeRでは最初に負の二項分散パラメーターを推定して、同じ処理群の細胞間の分散をモデル化する。次に、一般化線形モデルを適合させて、処理条件間で差次的に発現する遺伝子を判定する。多重仮説補正をBenjamini-Hochberg法によって実施した。有意に差次的に発現される遺伝子は、正の対数倍率変化を有する上方制御された遺伝子および負の対数倍率変化を有する下方制御された遺伝子とともに、Benjamini-Hochberg調整p < 0.05を有すると定義された。edgeR出力統計を用いて、ボルケーノ(Volcano)プロットを作成した。PANTHER分類システムを用いて、差次的に発現される遺伝子に対する遺伝子オントロジー濃縮分析を実施した(Mi et al, (2013) Nat Protoc 8, 1551-1566)。統計的な過剰表現試験を用いて、差次的に発現される遺伝子の中で濃縮されたGO (生物学的プロセス)カテゴリを同定した。ボンフェローニ(Bonferroni)多重仮説補正を実施した。
【０１４８】
差次的に発現された遺伝子のscRNA-seqヒートマップ:
差次的に発現された上位遺伝子の全体像を作成するために、1以上の絶対的なlog倍率変化を有する遺伝子を選択した。次に、データセットの各行をスケーリングして(すなわち遺伝子ごとに)、zスコアを取得した。ヒートマップの可視性を改善するために、Zスコアのダイナミックレンジを最大6に圧縮した(6+と表示)。NMF Rパッケージを用いてヒートマップを作成した(Gaujoux and Seoighe, (2010) BMC Bioinformatics 11, 367)。
【０１４９】
盲検声明:
治験責任医師は、配列決定データ分析については盲検化されたが、腫瘍の生着、養子移入、臓器および腫瘍解剖、ならびにフローサイトメトリーについては盲検化されなかった。
【０１５０】
実験の結果をこれから記載する。
【０１５１】
実施例1: 多様なTCRを有するCD8+ T細胞での輸送および生存についてのゲノム規模のT細胞ノックアウトライブラリおよび遺伝子スクリーニング
CD8+ T細胞におけるCRISPRスクリーニングを可能にするために、T細胞ノックアウトベクターをデザインおよび作製した。このベクターは、Cas9と組み合わせたゲノム編集を可能にするsgRNA発現カセット、ならびに形質導入されたCD8+ T細胞の特異的な同定および単一細胞単離のためにThy1タンパク質の共通遺伝子変種(Thy1.1)を発現するカセットを含んでいた(図1A)。大規模な遺伝子操作、したがってハイスループットスクリーニングを実施するために、ゲノム規模sgRNAライブラリをベクターにクローニングした。sgRNAライブラリは、マウスゲノム中の遺伝子を各々が標的とする128,209個のsgRNA、および1,000個の非標的化対照(NTC)を含む計129,209個のsgRNAを、50倍超の推定ライブラリカバレッジ(およそ7×106個の合計コロニー)で含んでいた。ライブラリのクローニングの成功は、Illumina配列決定により検証された(98.3%の標的とする遺伝子を網羅する、デザインされたsgRNAの密な対数正規分布)。高力価レンチウイルスをこのsgRNAライブラリ(以後MKOと呼ぶ)から作製し、それらが細胞傷害性T細胞を効率的に形質導入できるかどうかを試験した。ナイーブCD8+ T細胞を、Cas9を構成的に発現するマウスから単離し、sgRNAの送達時に遺伝的摂動を可能にした。T細胞をさまざまな濃度のMKOウイルスで形質導入し、感染3日後にフローサイトメトリーによりThy1.1表面マーカーの発現について分析した(図1B、図6A)。CD8+ T細胞の効率的な形質導入は、さまざまな濃度のMKOウイルスで検出された(図1C、図6B〜6E)。
【０１５２】
インビボでの多様なT細胞集団の輸送および生存を調節する遺伝的要因をマッピングするために、MKOライブラリを用いて、関連臓器への輸送後に養子移入された変異T細胞の生存を調べた(図1B)。最初に、MKOレンチウイルスsgRNAライブラリで形質導入することにより新鮮単離されたナイーブCas9 CD8+ T細胞を突然変異誘発させて、3回の感染反復で、初期集団の700倍超のカバレッジを達成した。形質導入の3日後に、CD8+ T細胞のMKO感染変異体プール(MKO T細胞ライブラリ)を、野生型C57BL/6 (B6)レシピエントマウス(n = 7)に養子移入した(図1C)。養子移入後、循環血中のT細胞は、リンパ器官および非リンパ器官に移動し、そこでそれらは生存するか、またはアポトーシスを受けるものと予想される。T細胞がこれらの器官に移動し、組織微小環境内で持続するかどうかを体系的に調べるために、養子移入の7日後にマウスを安楽死させ、関心対象のリンパ器官および非リンパ器官を単離し、各器官サンプルにおけるsgRNAライブラリ表現を配列決定して、どの変異体T細胞が、比較的どのくらい多く、どのくらいの頻度で、インビボで生存したかを評価した。収集および調査されたのは、代表的な非リンパ器官としての肝臓、膵臓、肺、筋肉、および脳、ならびにリンパ器官としての脾臓およびいくつかのタイプのリンパ節(LN)であった(図1B)。収集されたLNを3つの群に分けた: 鼠径リンパ節、膝窩リンパ節、腋窩リンパ節、および上腕リンパ節から構成される皮膚流入領域リンパ節(sLN); 6つの表在性頸部リンパ節から構成される頸部リンパ節(cLN); ならびに腸間膜リンパ節および膵リンパ節からなる腹部リンパ節(aLN) (図1B)。
【０１５３】
Illumina配列決定により、あらゆる臓器におけるCD8+ T細胞のsgRNAライブラリ表現および事前に注射したMKO導入T細胞の3種類の表現プールの読み出しに成功した。複製した未注射の全3種類のT細胞におけるライブラリ表現では、相互およびMKOプラスミドライブラリによって密接なクラスタが形成されたが、あらゆる臓器のライブラリ表現はクラスタを形成した(図7)。事前に注射したT細胞のライブラリ表現は、遺伝子を標的とするsgRNA (GTS)およびNTCの対数正規分布に基づくものであるが、臓器におけるsgRNA表現は、わずかなsgRNA (標的T細胞のクローン増殖の特性)が優位であることを特徴とする(図8)。ある種の臓器の大部分は、1種類または数種類のT細胞変異体(例えばマウス3のaLNサンプルの大部分を占めるプログラム細胞死タンパク質1 (PD-1/Pdcd1)を標的とするsgRNAを保有するCD8+ T細胞クローン)が占めているが(図1D)、所与の臓器はきわめて多いが優勢ではない複数のクローンで構成されることもある(図1D)。T細胞変種のモノクローン性(1種類の主要クローン)、オリゴクローン性(読み出される総比率がそれぞれ2%以上の2〜10種類の主要クローン)およびポリクローン性(2%以上読み出される10種類超のクローン)の構造は、リンパ器官と非リンパ器官のいずれにおいても存在する(図1D)。これらのデータによって、CD8+ T細胞の変異体に関する臓器の生存の全般的なランドスケープが示され、TCRのレパートリーも多様であったため、MKO CD8+ T細胞プールから入手した変種の小さなサブセットでは、新たな宿主で7日間にわたって輸送および生存した後に、インビボで濃縮が起きたことが示された。
【０１５４】
各サンプルのライブラリ表現を次いで分析し、濃縮が認められたsgRNAを確認し、1,000のNTC sgRNAと比較した。インビボでの摂動によって、種々の臓器でCD8+ Teff細胞の生存能力を向上させると考えられる遺伝子を同定するため、複数の統計学的メトリクスを用いて、sgRNAおよびMKOライブラリ表現遺伝子の順位付けを行った。偽陽性率(FDR)が0.5%以下であった場合は、各臓器で有意な濃縮が認められた一連のsgRNAが同定された。発現率(prevalence(1つの臓器で濃縮が認められる頻度)) (図1E)によって、sgRNAの順位付けを行ったところ、以下の3種類の遺伝子の最も有力なシグネチャが明らかとなった: (1) T細胞の役割と合致する免疫遺伝子(Lexm/BC055111、Socs5、Zap70など)、(2) 全般的な細胞の成長および増殖を調節する遺伝子(例えばTsc2、Nf1、PtenおよびTrp53などのがん抑制遺伝子)、ならびに(3) CD8+ T細胞で記録されていない機能を有する遺伝子または特性がほぼ評価されていない遺伝子(Sgk3、Fam103a1、Phf21a、および1110057K04Rikなど) (図1E)。非依存的な濃縮が認められたsgRNAの数によるsgRNAの順位付けでも、これらの3種類の遺伝子が確認され、上位3種類の遺伝子は、異なる3つの区分であった(Cd247−免疫、Tsc2−成長、およびBpifb3−不明) (図1F)。所与のsgRNAは、単一サンプルで読み出された比率が2%以上でなければならないとする3番目の基準も用いた場合、3つ全ての基準で有意な濃縮が認められた遺伝子は計11種類であり、ここでも免疫(Pdcd1、Cd247)、成長(Apc、Nf1、Tsc2)、および不明(Csnk1a1、Fam103a1、Fam134b、Phf21a、Prkar1a、およびRab11b)の遺伝子が示された(図1G)。PD-1としても知られているPdcd1は、十分に確立されたT細胞に発現する免疫チェックポイント調節因子であり(Ishida et al., 1992)、チェックポイント阻害の主要な標的である(Chen and Mellman, 2013)。Pdcd1が3つ全ての基準を満たしており、頑健なヒットとして出現したことから、このアプローチの妥当性に関する強力なエビデンスが得られた。有意な濃縮が認められた遺伝子の多くは、免疫系に関与する膜タンパク質である。要約すると、これらのデータは、CRISPRによってこれらの遺伝子を変えることで、インビボでのリンパ器官および非リンパ器官におけるCD8+ Teff細胞の生存率を上昇させることができる。
【０１５５】
実施例2: トランスジェニッククローン型TCRを有するエフェクターCD8+ T細胞による輸送および生存に関するゲノム規模スクリーニング
Cas9マウスではTCRのレパートリーが多様であるため、TCRプールの不均一性によって、特定の遺伝的影響がマスクされる可能性がある。この問題に対応してアイソジェニックな状況で同時に起きる実態を示すため、MHC-IのハプロタイプであるH-2Kbに発現するトリ卵白アルブミン(cOVA)のSIINFEKLペプチドを特異的に認識するトランスジェニックOT-I TCRを発現したCD8+ Teff細胞の同種プールを用いて、ゲノム規模CRISPRスクリーニングを反復して実施した。遺伝的交雑によって、Cas9およびOT-IトランスジェニックTCRの両方を発現するマウス系統(OT-I、Cas9マウス)を作製した(図2A)。これらのマウスを用いた目的は、クローン型TCRで開始した輸送後の摂動によって、インビボでの種々の臓器におけるTeff細胞の生存能力を向上させることができる遺伝子を同定することであった。同様に、ナイーブOT-I; Cas9 CD8+ T細胞を単離し、3回の感染を繰り返してMKOレンチウイルスライブラリを形質導入することにより変異誘発させた。次いでそれらを野生B6 (n = 5)またはCas9 (n = 5)レシピエントマウス(計n = 10)に養子移入した(図2A)。養子移入後7日目に、マウスを安楽死させ、関連するリンパ器官および非リンパ器官を採取し、その後Illumina配列決定を実施し、sgRNAライブラリ表現を読み出した。sgRNAライブラリ表現によって、インビボでのクローン型TCRを有するTeff細胞の変異体に関する臓器生存の全般的なランドスケープが示された。
【０１５６】
OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の輸送および生存を調節する遺伝子を同定するため、複数の統計学的メトリクスを用いて、MKOライブラリに示されたsgRNAおよび遺伝子の順位付けを行った。発現率(1つの臓器で濃縮が認められる頻度)によって、sgRNAの順位付けを再度行ったところ(図2B)、以下の3種類の遺伝子の最も有力な特性が明らかとなった: (1) 免疫遺伝子(BC055111、Hacvr2、LynおよびPdcd1など)、(2) 成長調節因子(例えばNf1) (ただし、過去のスクリーニングより少なかった)、ならびに(3) CD8+ T細胞で記録されていない機能を有する遺伝子または特性がほぼ評価されていない遺伝子(Slc35c1、Siah3、Gjb3、Tmem135、およびShisa6など) (図2B)。Tim-3としても知られているHavcr2は、十分に確立されたT細胞に発現する免疫チェックポイント調節因子であり(Chen and Flies, 2013)、免疫調節を目的とした最新のアクティブ標的である(Sakuishi et al., 2010)。非依存的な濃縮が認められるsgRNAの数でsgRNAの順位付けを行ったところ、濃縮が認められた複数のsgRNA (mir-463、Pdcd1、Slc35c1およびStradb)を有する4種類の遺伝子が確認された(図2C)。sgRNA存在量に関する基準(1つのサンプルで読み出された総比率が2%以上)も用いた場合、3つ全ての基準で有意な濃縮が認められた遺伝子は計3種類(Pdcd1、Slc35c1、およびStradb)であった(図2D)。当該データを要約したところ、これらの遺伝子を標的とするCRISPRによって、インビボでのリンパ器官および非リンパ器官におけるTCRクローン型OT-I CD8+ Teff細胞の生存率が上昇することが示唆された。
【０１５７】
多様型(Cas9 CD8+ T細胞)およびクローン型(OT-I; Cas9 CD8+ T細胞)の両TCRを対象に、T細胞の機能を調節すると考えられる遺伝子の候補を特定するため、これらの2種類のスクリーニングによって得た遺伝子セットを直接比較した。両スクリーニングで共通してヒットした計17種類の遺伝子が同定され、これらにもT細胞の免疫遺伝子(BC055111、Cd247、Hacvr2、およびPdcd1)、がん抑制因子(Nf1およびTsc2)、ならびに不明または特性未評価の遺伝子(例えばGm6927、Slc35c1、Slc2a7、Lrp6、およびZfp82)が含まれた。多様型TCRおよびクローン型TCRで共有される最上位のヒットである複数の免疫遺伝子の出現によって、このアプローチの厳密さの妥当性をさらに確認したところ、明らかになっていない遺伝子またはT細胞の機能とはこれまで関連付けられていなかった遺伝子の表現型に関する信頼度が高まった。
【０１５８】
実施例:3 モデル抗原を発現している腫瘍に浸潤しているTCR操作Teff細胞のインビボゲノム規模スクリーニング
これらの確固たる実験的および統計的方法論を確立した後に、免疫療法の場でT細胞CRISPRスクリーニングを実施した。がん細胞における同族抗原のT細胞認識を可能にするために、cOVAを構成的に発現するいくつかのクローン細胞株を作製した(図3A)。SIINFEKL: H-2Kb複合体を認識する十分に確立された抗体を用いて、SIINFEKLペプチドが表面H-2Kb上に提示されることが確認された(図3B)。E0771-mCherry-cOVA (略してE0771-mCh-cOVA)細胞株のクローン3は、H-2Kb上にいっそう低レベルのSIINFEKLペプチドを提示し、それによって表現型を有する遺伝子をさらに良好に検出するようにスクリーニングの感度を増強させたため、さらなるインビボ試験に選択された(図3B)。より低いレベルの提示SIINFEKLを発現していたにもかかわらず、クローン5は、SIINFEKL: H-2Kbのその推定される二相性提示のために選択されなかった(図3B)。Rag1-/-マウスにクローン3の細胞を5×106個移植したところ、10日以内に急速な腫瘍形成につながった(図3C〜3D)。
【０１５９】
OT-I; Cas9マウス由来ナイーブCD8+ T細胞を単離し、MKO sgRNAライブラリを用いて突然変異を誘発し、E0771-mCherry-cOVAクローン3細胞から増殖されたcOVA発現腫瘍を担持するRag1-/-マウスに、1×107個の細胞を養子移入した(図3A)。当該実験で腫瘍サイズを計測した。PBSとの大きな差で、T細胞の注射(ベクターまたはMKO導入)によって腫瘍の増殖が低下した(エンドポイント腫瘍サイズ、ベクター対PBS、対応のない両側t検定、p = 0.02。MKO対PBS、p < 0.0001) (図3C)。MKO突然変異誘発集団では、対照のベクターより強力な治療効果が認められた(エンドポイント腫瘍サイズ、MKO対ベクター、対応のない両側t検定、p = 0.03) (図3C)。この抗腫瘍効果は、皮下移植モデルでも確認されたが、その程度は低かった(図11A)。養子移入後7日目(がん細胞移植後17日目)に、マウスを安楽死させ、腫瘍浸潤リンパ球(TIL)の分析のために腫瘍を単離した。組織学的および病理学的分析を行ったところ、ベクターおよびMKO CD8+ Teff細胞が注射されたマウスの腫瘍からリンパ球が確認されたが、PBSが投与されたマウスの腫瘍では認められなかった(図11B)。臓器および腫瘍の単細胞懸濁液のフローサイトメトリー分析(マウス: n = 3)では、T細胞が注射されたRag1-/-マウスから多数のCD8+ Teff細胞が検出されたが、PBS投与群では認められなかったため(図12)、これらのサンプルで確認されたCD8+ Teff細胞は、養子移入されたことが示唆された。マウスの並行比較コホート(n = 10)から入手した代表的腫瘍を対象に、ハイスループットsgRNAライブラリ配列決定を実施したところ(図3A)、注射前にOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の突然変異を誘発したMKOおよびあらゆる腫瘍サンプルにおけるsgRNA表現型が示された(図3D、図13)。
【０１６０】
本明細書において前述されたのと同じ基準(FDR < 0.5%)を用いて、各腫瘍における有意に濃縮されたsgRNAが同定された(図3E、図10)。腫瘍における発現率でsgRNAの順位付けを行ったところ、ここでも免疫遺伝子(Tim3/Havcr2、BC055111、およびLynなど)、成長遺伝子(例えばNf1)ならびにCD8+ T細胞で記録されていない機能を有する遺伝子または全般的に特性が評価されていない遺伝子(Shisa6、Siah3、Odc1、Dhx37、および3830406C13Rikなど)の最も有力な特性が明らかになった(図3E)。非依存的な濃縮が認められたsgRNAの数によってsgRNAの順位付けを行ったところ、濃縮が認められた複数のsgRNAを有する26種類の遺伝子が明らかとなった(図3F)。注目すべき点は、2種類の遺伝子(Pdcd1およびStradb)が、濃縮が認められた4種類のsgRNAを有していたことから、これらの表現型に関する独立したエビデンスが示された(図3F)。実質的なTILクローンを示す、第3の基準であるsgRNAの存在量(単一の腫瘍で読み出された総比率が2%以上)に基づいて検討したところ、3つの全基準において、有意な濃縮が認められた遺伝子は計6種類であることが確認された(Cd247、Fam103a1、Hacvr2、Pdcd1、Prkar1a、およびStradb) (図3G)。要約すると、これらのデータは、これらの遺伝子の機能喪失によって、CD8+ Teff細胞の腫瘍浸潤および腫瘍の微小環境における生存が一貫して向上することを示唆していた。
【０１６１】
実施例4: 腫瘍抗原遭遇時にエフェクタCD8+ T細胞の脱顆粒を調節する遺伝子のハイスループット同定法
インビボでの抗腫瘍効果が認められたため、その後の実験は、腫瘍特異的な抗原を有するがん細胞を標的とし殺滅するCD8+ Teff細胞の能力を調節すると考えられる遺伝子を同定するために設定された。SIINFEKLペプチドを提示するE0771がん細胞に反応すると、OT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞が脱顆粒する共培養系を用いた脱顆粒スクリーニングを開発した(図4A)。さまざまな濃度のSIINFEKLペプチドでE0771細胞をパルスしたところ、SIINFEKLペプチドが表面のMHC-Iに用量依存的に提示されることが確認された(図4B)。ハイスループットCRISPR脱顆粒スクリーニングを実施するため、ナイーブOT-I; Cas9 CD8+ T細胞を単離し、MKOライブラリを用いて遺伝子導入した。これらの細胞を、刺激するためにIL-2、IL-12、抗CD28および抗CD3を添加したcRPMIで6日間インキュベートし、実験前に未処置のプレートに12時間静置した後、1:1の割合(T細胞：がん細胞)で突然変異誘発CD8+ Teff細胞を、SIINFEKLでパルスしたE0771細胞と共培養した。T細胞については、MHC上の同族抗原とT細胞が遭遇したときに、細胞表面に一時的に提示されるT細胞顆粒のマーカーである表面のCD107aの一時的沈着を標識する抗CD107a抗体を含有する培地を用いてインキュベートした。生物学的反復実験3回で1回あたり計1×107個のT細胞を分析した。上位5%のCD107a+ 細胞(図4C)を分類した後、ゲノムDNA抽出、CRISPRライブラリの読み出し、およびスクリーニングデータ分析に供した(図4A)。FDRの水準カットオフを0.5%未満とし、共培養にてSIINFEKLでパルスしたE0771腫瘍細胞への曝露後の分類済みCD8+CD107a+ T細胞において有意に濃縮されたsgRNAを同定した(図4D)。意外なことに、3種類全てのサンプルでこれらの3種類の遺伝子の有意な濃縮が認められ(Dhx37、Lyn、およびOdc1)、この所見は腫瘍浸潤スクリーニングでも顕著であった(図4E)。要約すると、これらのデータは、Dhx37、LynおよびOdc1が、インビボでCD8+ T細胞によって抗腫瘍活性が増強しうる有望な標的であることが確認された。
【０１６２】
実施例5: Dhx37が摂動したOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の抗腫瘍機能の向上および単一細胞のトランスクリプトームの特性
Dhx37の表現型を免疫療法モデルにおいて検討した。上記のように、Dhx37を標的とする2種類のsgRNAのクローンをT細胞CRISPRベクターに移入し、ウイルスを作製し、T細胞を感染させた。クローン3のmCh+cOVA+ E0771細胞5×106個を哺乳動物脂肪体に移植した10日後に、5×106個のsg-Dhx37またはベクターのレンチウイルスで遺伝子導入したOT-I; Cas9 CD8+ T細胞を、乳がんの腫瘍を有するマウスに養子移入した。それぞれの注射の際に、1:1 (T細胞：がん細胞)の割合で養子移入を再度行った(10日前の腫瘍のがん細胞の数は、T細胞5×106個を大幅に上回っていたことに留意)。養子移入後の最初の3日間は増殖がみられたが、その後の2.5週間で腫瘍は退縮した(図4F, 左パネル)。ベクターおよびsgDhx37に感染したOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞は、いずれも養子移入後7日目から強力な抗腫瘍効果を示した(ベクターまたはsgDhx37 対 PBS。両側t検定における17日以降の補正後のp < 0.001 (Benjamini, Krieger and Yekutieli method)) (図4F, 左パネル)。その結果、sgDhx37に感染したOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞(マウス: n = 5)では、ベクターに感染したOT-I; Cas9 CD8+ TeffT細胞が投与されたマウス(マウス: n = 4)と比較して、再発が有意に抑制された(両側t検定における37日以降の補正後のp < 0.01) (図4F, 右パネル)。これらのデータは、CRISPR/Cas9およびsgRNAによってDhx37を標的とすることで、同族抗原のcOVAを発現するE0771腫瘍に対するOT-I; Cas9 CD8+ Teff細胞の抗腫瘍効果が促進されることを実証していた。
【０１６３】
Dhx37はDEAHボックスRNAヘリカーゼであり、ゼブラフィッシュにおいてグリシン受容体の発現を経た逃避行動を調節することが報告されているが、これまで哺乳動物ではT細胞機能との関連は認められていない。推定上のATP依存性RNAヘリカーゼのドメインおよび保存は、遺伝子の発現および細胞機能に影響を及ぼす可能性があることを示している。Dhx37摂動時の遺伝子発現の変化が及ぼす影響を検討するため、TILでのsgDhx37 OT-I; Cas9 CD8+ T細胞のトランスクリプトーム分析を実施した。TILは、TILの状態に影響を及ぼしうる不均一な腫瘍微小環境下にあり、それによって遺伝子の発現に大きなばらつきが生じるため、単一細胞RNA-seq(scRNAseq)を用いて、sgDhx37 TILのトランスクリプトームを調査した。腫瘍担持マウスを安楽死させ、物理的解離および酵素分解によって腫瘍から単細胞懸濁液を作製した。染色およびFACSによって生CD3+CD8+ 細胞を分別してTILを収集した。これらの腫瘍において、TILはごくわずかな細胞で構成されるため、全腫瘍から大半の単細胞懸濁液を分別し、3×103〜2×104個の生CD3+CD8+ TILを腫瘍ごとに収集した(図5A)。収集したこれらの新鮮なTILを、エマルジョンに基づく微小流体装置にかけ、sgDhx37群およびベクター群のCD8+ TILのバーコード標識を行い、scRNAseqライブラリを作製した。ライブラリには、Illumina Hiseqプラットフォームを用いたUnique Molecular Identifier (UMI)配列決定を実施し、細胞バーコードおよび各細胞のトランスクリプトームを定量化した。
【０１６４】
scRNA-seqの生データの処理、厳密なフィルタリング、および正規化を行った最終的なデータセットは、552個の細胞(sgDhx37: n＝191個、ベクター: n＝361個)で構成され、計測したTILの発現遺伝子は計8,244種類であった。最初にt-SNEによる次元削減を実施し、これらの細胞の全体的なトランスクリプトームのランドスケープを可視化した(図5B)。この全体的な見解から、sgDhx37およびベクター処理TILは一連のトランスクリプトーム状態に及び、TIL集団間の不均一性の度合いを示している。その後、差次的発現を分析し、sgDhx37で処置したTILをベクターで処理したTILと比較したところ、有意に上方制御および下方制御された一連の遺伝子が同定された。sgDhx37 TILで有意に下方制御された遺伝子は215種類であったが、有意に上方制御された遺伝子は137種類であり(Benjamini-Hochbergによって補正したp < 0.05)、ほぼ高度に上方制御された遺伝子はRgs16、ToxおよびNr4a2であった(図5C)。Rgs16は、ヒトTリンパ球のIL-2依存性活性遺伝子として発見され、活性/エフェクタT細胞での濃縮が確認されている。Nr4a2は、胸腺における調節性T細胞(Treg)の発現および恒常性維持に必要不可欠な核内受容体であり、T細胞の活性化と関連しているが、CD8+ T細胞またはTILにおけるその特異的な機能の特性はまだ十分に評価されていない。Toxは、CD8+ T細胞およびCD4+ T細胞の発現に関与するHMGボックスタンパク質をある程度コードするが、MHCとTCRの相互作用を必要としない。その他の有意に上方制御された遺伝子には、CD8+ T細胞またはTILで明らかになっているEomes、Nr4a3、Lag3、Ccl4、Ifnar1、およびIkzf2などの免疫関連遺伝子、ならびに情報に乏しい遺伝子が含まれた(図5C)。1つの遺伝子セットにまとめると、遺伝子オントロジー分析では、sgDhx37 TILで有意な上方制御がみられた複数の免疫関連経路が明らかとなり(補正後のp < 0.05)、それらにはリンパ球の活性、サイトカイン産生の正の調節、細胞と細胞の接着の調節、免疫エフェクタプロセスの調節、ならびにインターフェロン−ガンマ産生の正の調節が含まれた(図5D)。いくらか興味深い点は、sgDhx37が上方制御された遺伝子にも、Ctla4およびPdcd1などの白血球の活性の負の調節に関与する遺伝子が含まれており、その程度は低いものの(およそ2倍の変化)、これらの遺伝子は免疫遺伝子調節の繊細なネットワークにおいて多面的な役割を果たしている可能性がある。要約すると、scRNA-seqデータによって、単細胞レベルでの不均一な腫瘍微小環境において、sgDhx37 TILのトランスクリプトームが有意に変化することが示された。
【０１６５】
実施例6
本明細書では、ゲノム編集をハイスループットスクリーニング法と組み合わせ、生理学的および病理学的(がん)設定の両方で、インビボでのCD8+ T細胞の輸送および生存を体系的に研究するために直接適用した。これらのスクリーニングは、CD8+ T細胞の輸送、生存および腫瘍浸潤を調節する遺伝的要因の大規模マップを作成し、文献において立証されていないものを含むさまざまな機能的カテゴリに属する濃縮遺伝子を同定した。Dhx37のさらなる検証により、これらのヒットの調節がインビボでの抗腫瘍活性の増強につながりうる事例が実証された。sgDhx37 TILの単一細胞トランスクリプトーム調査により免疫遺伝子シグネチャの明確な変化が明らかにされた。本研究はCD8+ T細胞に焦点を当てたが、このアプローチはCD4+ Tヘルパー細胞またはTregのような他のタイプのT細胞を研究するために容易に適用することができる。本研究における免疫療法モデルは、乳がん細胞の同所移植に基づいていたが、遺伝子操作されたマウスモデルおよび多様ながん型のゲノム編集に基づくがんモデルのような、種々のがんモデルが全て可能な選択肢である。このアプローチの利用は、CAR-T、チェックポイント遮断、または他の形態の免疫療法に直接関係がある、がんに対するT細胞の遺伝的制御の理解を促す。
【０１６６】
要約すれば、CD8+ T細胞は、細胞内病原体および腫瘍に対して開始された適応免疫応答において基本的な役割を果たし、がん免疫応答において中心的な役割を果たしている。免疫学的ネットワークの複雑さ、非常に動的な腫瘍微小環境、ならびにがん細胞および免疫細胞の繊細な相互作用により、チェックポイント阻害剤以外の他の重要な機構および潜在的な治療標的が存在しうる。本研究は原理の証明を実証し、CD8+ T細胞における偏りのない発見のためのプラットフォームを提供する。本研究はインビボでの免疫細胞のハイスループット遺伝子調査のための初期段階の参照基準として機能し、これを免疫学および免疫療法での多様な研究のために広く適用することができる。
【０１６７】
他の態様
本明細書での変数の任意の定義における要素のリストの列挙は、リストされた要素の単一の要素または組み合わせ(または部分的組み合わせ)としての変数の定義を含む。本明細書における態様の列挙は、任意の単一の態様として、または任意の他の態様もしくはその部分と組み合わせてその態様を含む。
【０１６８】
本明細書において引用されている各々のおよびあらゆる特許、特許出願、および刊行物の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。本発明は具体的な態様に関して開示されているが、本発明の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明の他の態様および変形物が当業者により考案されうることが明白である。添付の特許請求の範囲は、全てのそのような態様および同等の変形物を含むと解釈されるように意図される。
【図１Ａ】
2020528046.tif 000008
【図１Ｂ】
2020528046.tif 000009
【図１Ｃ】
2020528046.tif 000010
【図１Ｄ】
2020528046.tif 000011
【図１Ｅ】
2020528046.tif 000012
【図１Ｆ】
2020528046.tif 000013
【図１Ｇ】
2020528046.tif 000014
【図２Ａ】
2020528046.tif 000015
【図２Ｂ】
2020528046.tif 000016
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2020528046.tif 000018
【図２Ｅ】
2020528046.tif 000019
【図３Ａ】
2020528046.tif 000020
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020528046.tif 000045
【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１５Ｈ】
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【図１５Ｉ】
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【図１５Ｊ】
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【図１５Ｋ】
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【図１５Ｌ】
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【図１５Ｍ】
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【図１５Ｎ】
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【図１５Ｏ】
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【図１５Ｐ】
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【図１５Ｑ】
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【図１５Ｒ】
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【図１５Ｓ】
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【図１５Ｔ】
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【図１５Ｕ】
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【図１５Ｖ】
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【図１５Ｗ】
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【図１５Ｘ】
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【図１５Ｙ】
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【図１５Ｚ】
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【図１５ＡＡ】
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【図１５ＢＢ】
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【図１５ＣＣ】
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【図１５ＤＤ】
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【配列表】
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【国際調査報告】
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2020528046.tif 000084
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