СИСТЕМНАЯ ДОСТАВКА И РЕГУЛИРУЕМАЯ ЭКСПРЕССИЯ ПАРАКРИННЫХ ГЕНОВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ И ИНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
SYSTEM DELIVERY AND REGULATED EXPRESSION OF PARACRINE GENES FOR TREATMENT OF CARDIOVASCULAR AND OTHER DISEASES

Заявление в отношении права на изобретение, сделанного при исследовании, финансируемом из федерального бюджета
Изобретение было сделано при государственной поддержке за счет гранта № HL088426, выделенного Национальными институтами здоровья (NIH), DHHS. Правительство имеет определенные права на данное изобретение.
Область техники
Это изобретение имеет отношение к клеточной и молекулярной биологии и медицине. Данное изобретение предоставляет композиции и методы in vitro и ex vivo. В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы лечения, улучшения состояния или защиты (предохранения) индивидуума или пациента от болезни, инфекции или состояния, чувствительного к повышенному или устойчивому уровню паракринного полипептида in vivo, включая: предоставление нуклеиновой кислоты или гена, кодирующих паракринный полипептид, функционально связанных с последовательностью, регулирующей транскрипцию; или средства для экспрессии, вектора, рекомбинантного вируса или эквивалента, содержащих в себе кодирующую паракринный фактор нуклеиновую кислоту, ген, транскрипт или мРНК, при этом средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус или эквивалент может экспрессировать кодирующую паракринный фактор нуклеиновую кислоту, транскрипт или мРНК в клетке или in vivo; и введение или доставку кодирующей паракринный полипептид нуклеиновой кислоты, гена, транскрипта или мРНК, функционально связанного с последовательностью, регулирующей транскрипцию, или средства для экспрессии, вектора, рекомбинантного вируса или эквивалента нуждающемуся в этом индивидууму или пациенту и посредством этого лечение, улучшение состояния или защиты (предохранения) индивидуума или пациента от болезни, инфекции или состояния, чувствительного к повышенному уровню паракринного полипептида.
Уровень техники
Недавно было показано, что внутривенная инъекция вирусного вектора, кодирующего человеческий Фактор ГХ, содержащийся в недостаточном количестве при гемофилии В, увеличивала концентрацию Фактора IX в сыворотке субъектов с гемофилией В до такого уровня, при котором уменьшается необходимость вливания экзогенного Фактора IX. Однако 1) этот белок не подвергается регулируемой экспрессии и поэтому не обеспечивал возможность оптимальной «подгонки» уровней трансгена в сыворотке, 2) эта система не обеспечивала возможности выключения экспрессии трансгена в случае нежелательных или непредвиденных эффектов и 3) данный ген, Фактор IX, не являлся паракринным геном, не имел полезных эффектов на сердечнососудистую систему и, следовательно, не мог использоваться для лечения сердечной недостаточности.
Раскрытие изобретения
Данное изобретение предоставляет способы лечения, улучшения состояния и защиты (предохранения) индивидуума или пациента от какой-либо болезни, инфекции или состояния, чувствительного к повышенному уровню паракринного полипептида in vivo. В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы лечения, улучшения состояния и предотвращения болезни, инфекции или состояния, чувствительного к повышенному или устойчивому уровню паракринного пептида или полипептида in vivo включающие:
(a) (i) предоставление кодирующей паракринный полипептид нуклеиновой кислоты, или гена, функционально связанных с последовательностью, регулирующей транскрипцию; или средства для экспрессии, вектора, рекомбинантного вируса или эквивалента, содержащего кодирующую паракринный фактор нуклеиновую кислоту или ген, или экспрессирующую паракринный полипептид нуклеиновую кислоту, транскрипт или мРНК, при этом средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус, или эквивалент может экспрессировать кодирующую паракринный фактор нуклеиновую кислоту, ген, транскрипт или мРНК в клетке или in vivo; и
(ii) введение или доставку кодирующей паракринный полипептид нуклеиновой кислоты, гена, транскрипта или мРНК, функционально связанного с последовательностью, регулирующей транскрипцию, или средства для экспрессии, вектора, рекомбинантного вируса или эквивалента в клетку или индивидууму или пациенту, нуждающемуся в этом,
и посредством этого лечение, улучшение состояния или предохранение (защиту) индивидуума или пациента от болезни, инфекции или состояния, чувствительного к повышенному или устойчивому уровню паракринного полипептида;
(b) способ (а), согласно которому средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус или эквивалент представляет собой или содержит:
аденоассоциированный вирус (AAV), лентивирусный вектор или аденовирусный вектор,
AAV серотипа AAV5, AAV6, AAV8 или AAV9,
происходящий от макаки-резус AAV, или происходящий от макаки-резус AAV AAVrh.10hCLN2,
AAV капсидный мутант или AAV гибридный серотип,
органотропный AAV, или кардиотропный AAV, или кардиотропный AAVM41 мутант,
при этом необязательно AAV создается с целью увеличения эффективности нацеливания на специфический тип клеток, который является непермессивным относительно дикого типа (дт) AAV, и/или с целью улучшения эффективности инфицирования клеток только интересующего типа,
и необязательно габридный AAV перенацеливается или создается в виде гибридного серотипа с помощью одной или более модификаций, включающих: 1) транскапсидацию, 2) адсорбцию биспецифического антитела к поверхности капсида, 3) создание мозаичного капсида и/или 4) создание химерного капсида;
(c) способ (а), согласно которому кодирующая паракринный фактор нуклеиновая кислота, ген, транскрипт или мРНК является функционально связанным с регулируемой или индуцибельной последовательностью, регулирующей транскрипцию;
(d) способ (с), согласно которому регулируемая или индуцибельная последовательность, регулирующая транскрипцию, является регулируемым или индуцибельным промотором,
в котором необязательно положительный (активатор) и/или отрицательный (репрессор) модулятор транскрипции и/или трансляции является функционально связанным с кодирующей паракринный фактор нуклеиновой кислотой, геном, транскриптом или мРНК;
(e) способ согласно любому из пунктов (а)-(d), в котором введение нуклеиновой кислоты, кодирующей паракринный полипептид, гена, транскрипта или мРНК, функционально связанного с последовательностью, регулирующей транскрипцию, или средства для экспрессии, вектора, рекомбинантного вируса или эквивалента индивидууму или пациенту, нуждающемуся в этом, приводит к высвобождению паракринного белка в кровоток или системное кровообращение или к повышенной или устойчивой экспрессии паракринного белка в клетке,
при этом необязательно высвобождение или повышенная или устойчивая экспрессия паракринного белка зависит от активации индуцибельного промотора, или дерепрессии репрессора, функционально связанного с кодирующей паракринный полипептид нуклеиновой кислотой, геном, транскриптом или мРНК; или
(f) способ по любому из пунктов (а)-(е), согласно которому болезнь, инфекция или состояние, чувствительное к повышенному уровню паракринного полипептида in vivo, является нарушением сократительной функции сердца; сердечной недостаточностью с застойными явлениями (CHF); фиброзом сердца; поражением кардиомиоцитов, дисфункцией или апоптозом; легочной гипертензией; заболеванием, раком или дисфункцией сердца, кожи, печени, легких, мышц, нервов, мозга и почек; злокачественным образованием (раком) или новообразованием; или гемофилией или гемофилией В.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения:
(a) кодирующая паракринный фактор нуклеиновая кислота или ген, функционально связанные с последовательностью, регулирующей транскрипцию; или средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус или эквивалент вводится или доставляется нуждающемуся в этом индивидууму или пациенту перорально, с помощью внутримышечной (IM) инъекции, внутривенной (IV) инъекции, подкожной (SC) или внутрикожной инъекции, подоболочечной инъекции, внутриартериальной (IA) инъекции, внутрикоронарной инъекции, с помощью ингаляции, с помощью биолистической системы доставки частиц или с использованием "генной пушки", пневматического пистолета или генной пушки HELIOS™ (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA); или
(b) кодирующая паракринный фактор нуклеиновая кислота или ген, функционально связанные с последовательностью, регулирующей транскрипцию; или средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус или эквивалент вводится или доставляется нуждающемуся в этом индивидууму или пациенту путем введения в какое-либо тканевое или жидкостное пространство в организме, которое располагается рядом или омывается (дренируется) током крови, благодаря чему кодируемый белок может секретироваться из клеток в ткань и высвобождаться в кровоток.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения паракринный полипептид или пептид представляет собой или содержит кардиотонический пептид млекопитающего, фактор роста, серелаксин, релаксин-2, урокортин-2 (UCn-2), урокортин-1 (UCn-1), урокортин-3 (UCn-3), мозговой натрийуретический пептид, простациклин синтазу, гормон роста, инсулиноподобный фактор роста-1 или любую их комбинацию; или человеческий кардиотонический пептид, человеческий фактор роста, серелаксин, релаксин-2, урокортин-2, урокортин-1, урокортин-3, мозговой натрийуретический пептид, простациклинсинтазу, гормон роста, инсулиноподобный фактор роста-11 или любую их комбинацию.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения паракринный полипептид представляет собой урокортин, урокортин-2, урокортин-1, урокортин-3, релаксин-2 или мозговой натрийуретический пептид, а болезнь или состояние является сердечной недостаточностью с застойными явлениями (CHF); или паракринный полипептид является простациклинсинтазой, а болезнь или состояние - легочной гипертензией, или болезнь или состояние является сердечной недостаточностью с застойными явлениями (CHF); или паракринный полипептид является простациклинсинтазой, а болезнь или состояние - легочной гипертензией.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения:
(a) индивидууму, пациенту или субъекту вводится стимул или сигнал, вызывающий экспрессию нуклеиновой кислоты или гена, экспрессирующих паракринный фактор, или индуцирует или активирует промотор (например, функционально связанный с экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислотой или геном), который вызывает экспрессию экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или гена;
(b) индивидууму, пациенту или субъекту вводится стимул или сигнал, вызывающий синтез активатора промотора, необязательно экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или специфический промотор гена (например, функционально связанного с экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислотой, или геном);
(c) индивидууму, пациенту или субъекту вводится стимул или сигнал, вызывающий синтез природного или синтетического активатора экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или гена или экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или специфического промотора гена,
при этом необязательно природный активатор является эндогенным фактором транскрипции;
(d) способ (с), согласно которому синтетический активатор имеет структуру «цинкового пальца», ДНК-связывающего белка, созданного для того, чтобы специфически и селективно «включать» эндогенный или экзогенный ген-мишень, при этом необязательно эндогенная мишень является нуклеиновой кислотой, экспрессирующей паракринный фактор, или геном или активатором экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или гена, или активатором промотора, функционально связанного с экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислотой или геном;
(e) любой способ из (а)-(с), согласно которому стимул или сигнал включает биологический, световой, химический или фармацевтический стимул или сигнал;
(f) индивидууму, пациенту или субъекту вводится стимул или сигнал, стимулирующий или вызывающий экспрессию посттранскрипционного активатора экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или гена, или активатор промотора, функционально связанного с экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислотой или геном, или
(g) индивидууму, пациенту или субъекту вводится стимул или сигнал, который ингибирует или вызывает ингибирование транскрипционного репрессора или посттранскрипционного репрессора экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или гена.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения химическое или фармацевтическое вещество, вызывающее экспрессию экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или гена, или вызывающее экспрессию регулируемого или индуцибельного промотора, функционально связанного с экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислотой или геном, представляет собой антибиотик для перорального приема, доксициклин или парамицин; или для индукции экспрессии экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или гена, или его эквивалента, применяется tet-регулируемая система с использованием доксициклина.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения экспрессирующая паракринный фактор нуклеиновая кислота или ген или средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус или эквивалент входит в состав жидкости, геля, гидрогеля, порошка или водосодержащей композиции.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения экспрессирующая паракринный фактор нуклеиновая кислота или ген или средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус, или эквивалент, или пептид или полипептид урокортина-2 (UCn-2) заключается в состав везикулы, липосомы, наночастицы или нанолипидной частицы (NLP) или эквивалентов или создается с целью доставки с использованием везикулы, липосомы, наночастицы или нанолипидной частицы (NLP) или эквивалентов.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения экспрессирующая паракринный фактор нуклеиновая кислота или ген или средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус или эквивалент, включается в состав, или вводится или трансфицируется в изолированную или культивируемую клетку, при этом необязательно данная клетка является клеткой млекопитающего, клеткой сердца, клеткой человека, клеткой примата, не являющегося человеком, клеткой обезьяны, клеткой мыши, клеткой крысы, клеткой морской свинки, клеткой кролика, клеткой хомяка, клеткой козы, клеткой коровы, лошади, овцы, собаки или кошки.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения экспрессирующая паракринный фактор нуклеиновая кислота или ген или средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус, или эквивалент, или пептид или полипептид урокортина-2 (UCn-2) создается в виде фармацевтической или стерильной композиции.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения экспрессирующая паракринный фактор нуклеиновая кислота или ген или средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус, или эквивалент, или пептид или полипептид урокортина-2 (UCn-2) входит в состав или доставляется при использовании, на или в сочетании с продуктом производства, искусственным органом или имплантатом.
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения экспрессирующая паракринный фактор нуклеиновая кислота или ген или средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус или эквивалент экспрессирует паракринный полипептид in vitro или ex vivo.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы лечения, улучшения состояния или защиты (предохранения) индивидуума или пациента от патологии, инфекции, болезни, расстройства или состояния, чувствительного к паракринному фактору, включающие применение способа изобретения.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы лечения, улучшения состояния при или предотвращения нарушения сократительной функции сердца; сердечной недостаточности с застойными явлениями (CHF); фиброза сердца; поражения кардиомиоцитов, дисфункции или апоптоза; легочной гипертензии; заболевания, рака или дисфункции сердца, кожи, печени, легких, мышц, нервов, мозга и почек; рака или новообразования; или гемофилии или гемофилии В, включающие применение способа изобретения.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы лечения, улучшения состояния при или предотвращения диабета или предиабета у пациента или индивидуума, включающие:
(a) осуществление способа изобретения, согласно которому паракринный полипептид или пептид содержит или состоит из урокортина-2 (UCn-2); и
(b) введение пептида или полипептида урокортина-2 (UCn-2), или нуклеиновой кислоты, гена, мРНК или транскрипта, кодирующего урокортин-2 (UCn-2), индивидууму или пациенту, нуждающемуся в этом,
при этом необязательно пептид или полипептид урокортина-2 (UCn-2) является изолированным, рекомбинантным, синтетическим и/или пептидомиметическим пептидом или полипептидом или его вариантом,
и посредством этого лечение, улучшение или предотвращение диабета или предиабета у пациента или индивидуума.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы лечения, улучшения или предотвращения ожирения у пациента или индивидуума, включающие:
(a) осуществление на практике способа изобретения, согласно которому паракринный полипептид или пептид содержит или состоит из урокортина-2 (UCn-2); и
(b) введение пептида или полипептида урокортина-2 (UCn-2) или нуклеиновой кислоты, гена, мРНК или транскрипта, кодирующего урокортин-2 (UCn-2) индивидууму или пациенту, нуждающемуся в этом,
при этом необязательно пептид или полипептид урокортина-2 (UCn-2) является изолированным, рекомбинантным, синтетическим и/или пептидомиметическим пептидом или полипептидом или его вариантом,
и посредством этого лечение, улучшение или предотвращение ожирения у пациента или индивидуума.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы подавления увеличения веса, или подавления аппетита, или стимулирования или инициирования потери веса у пациента или индивидуума, включающие:
(a) осуществление на практике способа изобретения, согласно которому паракринный полипептид или пептид содержит или состоит из урокортина-2 (UCn-2); и
(b) введение пептида или полипептида урокортина-2 (UCn-2) или нуклеиновой кислоты, гена, мРНК или транскрипта, кодирующего урокортин-2 (UCn-2), индивидууму или пациенту, нуждающемуся в этом,
при этом необязательно пептид или полипептид урокортина-2 (UCn-2) является изолированным, рекомбинантным, синтетическим и/или пептидомиметическим пептидом или полипептидом или его вариантом,
и посредством этого подавление увеличения веса, или подавление аппетита, или стимулирование или инициирование потери веса у пациента или индивидуума.
В альтернативных вариантах осуществления пептид или полипептид урокортина-2 (UCn-2) заключается в состав или создается в виде везикулы, липосомы, наночастицы или нанолипидной частицы (NLP), или заключается в состав, предназначенный для перорального введения, внутримышечной (Ш) инъекции, внутривенной (IV) инъекции, подкожной (SC) или внутрикожной инъекции, подоболочечной инъекции, внутриартериальной (IA) инъекции, внутрикоронарной инъекции, ингаляции или введения при помощи аэрозоля.
Подробности одного или более вариантов осуществления изобретения изложены в прилагаемых чертежах и описании ниже. Другие признаки, цели и преимущества изобретения станут понятны из описания и чертежей, а также пунктов формулы изобретения.
Все публикации, патенты, патентные заявки, приведенные в данном документе, во всех отношениях явным образом включены в данный документ путем отсылки.
Описание чертежей
Фигура 1 иллюстрирует типичный пример конструкции изобретения, содержащей AAV5, кодирующий IGF1, как описано в Примере 2 ниже.
Фигура 2А и Фигура 2В иллюстрируют результаты исследований, в которых культивируемые миоциты сердца новорожденных крыс были инфицированы типичной конструкцией по изобретению - AAV5.IGFI.tet, при этом IGFI был индуцирован, экспрессирован и затем измерен, как описано в Примере 2 ниже.
Фигура 3 графически иллюстрирует регулируемую экспрессию мРНК IGFI в культивируемых миоцитах сердца новорожденных крыс после введения гена с помощью AAV5.IGFI-tet, добавления и затем удаления доксициллина, как описано в Примере 2 ниже.
Фигура 4А - микрофотографии, демонстрирующие экспрессию EGFP в односторонней передней большеберцовой мышце через 3 недели после введения гена AAV5.EGFP у крыс; и Фигура 4 В - Таблица 4, суммирующая результаты эхокардиографического измерения эффектов экспрессии IGFI в скелетных мышцах при CHF, как описано в Примере 2 ниже.
Фигура 5 представляет протокол эксперимента по переносу гена с помощью конструкции AAV5.IGFI.tet по изобретению в скелетную мышцу при CHF, как описано в Примере 2 ниже.
Фигура 6 иллюстрирует эффекты введения гена AAV5.IGFI-tet на апоптоз и фиброз сердца. Фигура 6А графически иллюстрирует результаты TUNEL-окрашивания, которые показывают, что активация экспрессии IGFI (IGF-Вкл) была связана с уменьшенным апоптозом миоцитов сердца. Фигура 6В иллюстрирует окрашенные пикросириусом красным срезы не подвергавшейся инфаркту внутрижелудочковой перегородки, полученной от крыс IGF-выкл и IGF-вкл, демонстрирующие уменьшенный фиброз сердца, при этом область фракции коллагена была уменьшена. Фигура 6С графически иллюстрирует данные, полученные от крыс IGF-выкл и IGF-вкл, как описано в Примере 2 ниже.
Фигура 7 графически иллюстрирует, что внутривенное введение типичной конструкции AAV5 давало лучшие результаты в отношении увеличения уровней в сыворотке IGFI, чем внутримышечное введение: внутривенная доставка у мышей, внутримышечная доставка у крыс, как описано в Примере 2 ниже.
Фигура 8 представляет результаты (графики и изображение), показывающие относительную эффективность внутривенной доставки конструкций по изобретению AAV5 и AAV9 с использованием числа копий и экспрессии трансгена в печени и сердце в качестве конечных точек, как описано в Примере 2 ниже.
Фигура 9 иллюстрирует типичный протокол определения и тестирования наиболее подходящего вектора для использования при желаемых или определенных показаниях при осуществлении способа изобретения, как обсуждается в Примере 2 ниже.
Фигура 10(А, В, С, D, Е и F) иллюстрируют типичные векторные конструкции изобретения, как описано в Примере 2 ниже.
Фигура 11 графически иллюстрирует результаты, показывающие, что IV и AAV8 представляют собой оптимальный вектор и способ доставки для достижения устойчивых повышенных уровней сывороточного урокортина-2 (UCn-2) при паракринном подходе, как описано в Примере 3 ниже.
Фигура 12А графически иллюстрирует зависимость от времени экспрессии мРНК UCn2 в печени после IV введения типичной конструкции AAV8.CBA.UCn2; и Фигура 12В графически иллюстрирует результаты, показывающие экспрессию UCn2 мРНК в LV через 6 недель после IV введения AAV8.CBA.UCn2, как описано в Примере 3 ниже.
Фигура 13 графически иллюстрирует результаты определения, увеличивает ли перенос гена UCn2 LV-функцию у мышей путем доставки типичной конструкции по изобретению AAV8.UCn2 с помощью внутривенного (IV) введения: на Фигуре 13А графически показано, что перенос гена UCn2 увеличивал сократительную функцию LV; Фигура 13В графически иллюстрирует, что dP/dt (скорость нарастания давления в левом желудочке) была уменьшена, указывая на увеличенную релаксацию LV, как описано в Примере 3 ниже.
Фигура 14 иллюстрирует результаты, демонстрирующие эффекты введения UCn2 на сердечную недостаточность: Фиг. 14А представляет протокол исследования; а Фигуры 14В и 14С показывают результаты воздействия введения UCn2 на сердечную недостаточность, как описано в Примере 3 ниже.
Фигура 15 представляет (Фиг. 15А - график, Фиг. 15В - иммуноблот) результат IV доставки нормальным мышам типичного AAV8.CBA.UCn2; причем полученные через четыре недели образцы LV из группы с переносом UCn2 гена показали 2-кратное увеличение экспрессии бежа SERCA2a, как описано в Примере 3 ниже.
2+
2+
2+
2+
Фигура 16 представляет результаты изменения выброса Са(Саtransients) после введения UCn2 гена: Фиг. 16А графически иллюстрирует, что введение гена UCn2 увеличивало скорость понижения Са; Фиг. 16В графически иллюстрирует, что время до затухания выбросов Сабыло укорочено в миоцитах сердца, взятых у мышей, которым ввели ген UCN2, что было осуществлено за 4 недели до этого, как описано в Примере 3 ниже.
3
Фигура 17 демонстрирует, что UCn2 защищает культивируемые миоциты сердца новорожденных крыс от гипоксического повреждения: Фиг. 17А иллюстрирует, что UCn2 поддерживает нормальное морфологическое состояние через 24 часа после обработки NaN; Фиг. 17В графически иллюстрирует, что UCn2 уменьшал высвобождение LDH после обработки NaN3, как описано в Примере 3 ниже.
Фигура 18 графически иллюстрирует, что было обнаружено фосфорилирование и CREB (Фиг. 18А) и β-катенина (Фиг. 18В) в образцах LV через 4 недели после IV доставки типичной конструкции по изобретению UCn2.CBA.UCn2, как описано в Примере 3 ниже.
Фигура 19 показывает, что UCn2 оказывает влияние на регуляцию глюкозы. Мыши IV получали типичный AAV8.CBA.UCn2. Фиг. 19А иллюстрирует, что наблюдалось небольшое уменьшение уровня глюкозы в крови натощак в UCn2 группе. Фиг. 19В иллюстрирует, что перенос UCn2 гена способствует утилизации глюкозы и защищает от вызванной диетой гипергликемии, как описано в Примере 3 ниже.
Фигура 20(А, В, С, D, Е и F) иллюстрируют типичные конструкции изобретения, как описано в Примере 3 ниже.
Одинаковые условные обозначения на различных чертежах показывают одинаковые элементы.
Подробное описание изобретения
Данное изобретение предоставляет композиции и in vivo и ex vivo способы, включающие введение кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот, генов, транскриптов или мРНК с целью лечения, улучшения состояния или защиты (в качестве профилактики) индивидуумов от болезней, инфекций или состояний, чувствительных к повышенным уровням паракринных факторов in vivo. В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет композиции и способы для in vivo или in situ доставки и/или in vivo экспрессии и контролируемой экспрессии какого-либо паракринного полипептида или пептида, например, кардиотонического пептида млекопитающих, серелаксина, релаксина-2, урокортина-2, урокортина-1, урокортина-3, мозгового натрийуретического пептида, простациклин синтазы, гормона роста, инсулин-подобного фактора роста 1 или любой их комбинации; или кардиотонического пептида человека, серелаксина, релаксина-2, урокортина-2, урокортина-1, урокортина-3, мозгового натрийуретического пептида, простациклинсинтазы, гормона роста, инсулиноподобного фактора роста 1 или любой их комбинации.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет композиции и способы доставки и контролируемой экспрессии кодирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или гена или средства для экспрессии (например, вектора, рекомбинантного вируса и тому подобного), содержащего (имеющего содержащуюся в нем) кодирующую паракринный фактор нуклеиновую кислоту или ген, в результате чего паракринный белок высвобождается в кровоток или системное кровообращение, где он может оказывать благотворное действие на организм, например, сердце, в случае лечения сердечно-сосудистой болезни, или легкие или почки или другие мишени.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение обеспечивает средства для экспрессии, векторы, рекомбинантные вирусы и тому подобное с целью экспрессии in vivo кодирующей паракринный фактор нуклеиновой кислоты или гена для осуществления способов изобретения. В альтернативных вариантах осуществления средства для экспрессии, векторы, рекомбинантные вирусы и тому подобное, экспрессирующие кодирующую паракринный фактор нуклеиновую кислоту или ген, могут быть доставлены с помощью внутримышечной (IM) инъекции, внутривенной (IV) инъекции, подкожной инъекции, с помощью ингаляции, с помощью биолистической системы доставки частиц (например, так называемой "генной пушки") и тому подобного, например, амбулаторному пациенту во время визита в клинику.
В альтернативных вариантах осуществления этот "периферический" способ доставки, например, средства для экспрессии, векторы, рекомбинантные вирусы и тому подобное, введенное IM или IV, может преодолеть возникшие проблемы в тех случаях, когда гены или нуклеиновые кислоты экспрессируются непосредственно в самом органе (например, сердце, легком или почке). Кроме того, устойчивая секреция желательного паракринного белка(ов) в кровоток или системное кровообращение «обходит» трудности и издержки введения белков путем вливания, которое может быть проблематичным для многих белков, демонстрирующих очень короткое время полужизни в организме, что суммировано в Таблице 1 ниже:
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы, обеспечивающие «включение» и «выключение» экспрессии нуклеиновой кислоты, экспрессирующей паракринный фактор, или гена просто и эффективно с целью индвидуализированного лечения и с гарантией оптимальной безопасности.
В альтернативных вариантах осуществления паракринный белок или белки, экспрессированные экспрессирующей паракринный фактор нуклеиновой кислотой(ами) или геном(ами) оказывают полезные или благоприятные эффекты (например, терапевтические или профилактические) на ткань или орган, например, сердце, кровеносные сосуды, легкие, почки или другие мишени, даже в случае выделения в кровь или системное кровообращение на расстоянии (например, анатомически отдаленно) от места или мест приложения их действия.
В типичном варианте осуществления изобретения используется нуклеиновая кислота, экспрессирующая паракринный фактор, или ген, кодирующий урокортин-2, однако для осуществления способов этого изобретения могут использоваться другие нуклеиновые кислоты, экспрессирующие паракринный фактор, или гены, включая, но не ограничиваясь этим, например, для лечения сердечной недостаточности с застойными явлениями (CHF) или легочной гипертензии, урокортин-1 и урокортин-3, мозговой натрийуретический пептид (для лечения CHF), простациклинсинтазу (для лечения легочной гипертензии), гормон роста и/или инсулиноподобный фактор роста-1 или любую их комбинацию.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет варианты применения, и композиции и способы, с целью предоставления системы регулируемой экспрессии, обеспечивающей контролируемую экспрессию гена паракринного типа для лечения болезни сердца или легких, например, сердечной недостаточности с застойными явлениями (CHF) или легочной гипертензии.
Например, в альтернативных вариантах осуществления рекомбинантный вирус (например, долгоживущий вирус или вирусный вектор), вектор или вектор экспрессии, и тому подобное, может быть введен, например, системно в вену (например, IV) или с помощью внутримышечной (IM) инъекции, с помощью ингаляции или с помощью биолистической системы доставки частиц (например, так называемой "генной пушки"), например, амбулаторному пациенту в кабинете врача. В альтернативных вариантах осуществления спустя дни или недели (например, через четыре недели), индивидууму, пациенту или субъекту вводят (например, с помощью ингаляции, путем введения или проглатывания), химическое или фармацевтическое вещество, вызывающее экспрессию нуклеиновых кислот, экспрессирующих паракринный фактор, или генов; например, антибиотик для перорального приема (например, доксициклин или рапамицин) вводится один раз в день (или чаще или реже), который будет активировать экспрессию гена. В альтернативных вариантах осуществления после "активации" или индуцирования экспрессии (например, с помощью индуцибельного промотора) нуклеиновой кислоты или гена, паракринный белок синтезируется и высвобождается в сосудистое русло субъекта (например, в кровь), а затем вызывает благоприятные физиологические эффекты, например, терапевтические или профилактические, приносящие пользу индивидууму или пациенту (например, оказывает благотворное действие на функцию сердца, почек или легких), в зависимости от экспрессированного паракринного белка или белков. В том случае, когда врач или субъект хочет прекратить лечение, субъект просто прекращает прием активирующего химического или фармацевтического вещества, например, антибиотика.
Изобретатели использовали AAV вектор, кодирующий урокортин-2, и вводили данный вектор мыши, используя внутривенную доставку. Результаты показали: 1) 17-кратное увеличение уровней трансгена в сыворотке через 4-6 недель после внутривенной доставки вектора; 2) явно выраженные благоприятные эффекты на сократительную функцию сердца (систолическую функцию) и 3) явно выраженные благоприятные эффекты на сердечную релаксацию (диастолическую функцию).
В альтернативных вариантах осуществления варианты применения настоящего изобретения включают лечение тяжелой сердечной недостаточности со сниженной фракцией выброса; лечение легочной гипертензии; лечение сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса; замену текущего лечения, которое требует госпитализации и постоянных внутривенных вливаний вазоактивных пептидов для лечения легочной гипертензии и сердечной недостаточности; и лечение других состояний, при которых контролируемая экспрессия гена паракринного типа может использоваться для обеспечения благоприятных эффектов на расстоянии в организме.
Получение и манипулирование нуклеиновыми кислотами
В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения предоставляются изолированные, синтетические и/или рекомбинантные нуклеиновые кислоты или гены, кодирующие паракринные полипептиды. В альтернативных вариантах осуществления способов изобретения предоставляются экспрессирующие паракринный фактор нуклеиновые кислоты или гены в рекомбинантной форме в (например, сплайсированные в) носителе экспрессии с целью экспрессии in vivo, например, в векторе или рекомбинантном вирусе. В других альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет, например, изолированные, синтетические и/или рекомбинантные нуклеиновые кислоты, кодирующие ингибирующие нуклеиновые кислоты (например, миРНК, микроРНК, антисмысловые, рибозимы), которые могут ингибировать экспрессию генов или мРНК (мРНК), которые ингибируют экспрессию желательного паракринного гена.
В альтернативных вариантах осуществления нуклеиновые кислоты изобретения получают, выделяют и/или манипулируют ими, например, путем клонирования и экспрессии кДНК библиотек, амплификации мРНК или геномной ДНК с помощью ПЦР и тому подобного. Нуклеиновые кислоты и гены, используемые для применения на практике этого изобретения, включая ДНК, РНК, иРНК, антисмысловую нуклеиновую кислоту, кДНК, геномную ДНК, векторы, вирусы или их гибриды, могут быть выделены из целого ряда источников, созданы методами генетической инженерии, амплифицированы и/или экспрессированы/получены рекомбинантным путем. Рекомбинантные полипептиды (например, паракринные химерные белки, используемые для осуществления изобретения), полученные из этих нуклеиновых кислот, могут быть индивидуально-изолированы или клонированы и проверены относительно желательной активности. Может использоваться любая рекомбинантная система экспрессии или система доставки генной терапии, включая например, вирусные (например, AAV конструкции или гибриды) и бактериальные, системы экспрессии с использованием клеток грибов, млекопитающих, дрожжей, насекомых или растений или средства для экспрессии.
Альтернативно, нуклеиновые кислоты, используемые для осуществления этого изобретения, могут быть синтезированы in vitro с помощью хорошо известных методов химического синтеза, как описано, например, в Adams (1983) J. Am. Chem. Soc. 105:661; Belousov (1997) Nucleic Acids Res. 25:3440-3444; Frenkel (1995) Free Radic. Biol. Med. 19:373-380; Blommers (1994) Biochemistry 33:7886-7896; Narang (1979) Meth. Enzymol. 68:90; Brown (1979) Meth. Enzymol. 68:109; Beaucage (1981) Tetra. Lett. 22:1859; патенте США №4458066.
Методы манипулирования нуклеиновыми кислотами, используемыми для осуществления этого изобретения, такие как, например, субклонирование, мечение проб (например, мечение со случайными праймерами с использованием полимеразы Klenow, ник-трансляция, амплификация), секверование, гибридизация и тому подобные, хорошо описаны в научной и патентной литературе, см., например, Sambrook, ed., MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL (2ND ED.), Vols. 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory, (1989); CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY, Ausubel, ed. John Wiley & Sons, Inc., New York (1997); LABORATORY TECHNIQUES IN BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY: HYBRIDIZATION WITH NUCLEIC ACID PROBES, Part I. Theory and Nucleic Acid Preparation, Tijssen, ed. Elsevier, N.Y. (1993).
Другим подходящим способом получения и манипулирования нуклеиновыми кислотами, используемыми для осуществления способов этого изобретения, является клонирование из геномных образцов и, при необходимости, проведение скрининга и реклонирование вставок, выделенных или амплифицированных, например, из геномных клонов или клонов кДНК. Источники нуклеиновой кислоты, используемой в способах изобретения, включают геномные или кДНК-библиотеки, содержащиеся, например, в искусственных хромосомах млекопитающих (MAC), см., например, патент США №5721118; 6025155; искусственных хромосомах человека, см., например, Rosenfeld (1997) Nat. Genet. 15:333-335; дрожжевых искусственных хромосомах (YAC); бактериальных искусственных хромосомах (ВАС); искусственных хромосомах Р1, см., например, Woon (1998) Genomics 50:306-316; векторы, происходящие от бактериофага Р1 (РАС), см., например, Kern (1997) Biotechniques 23:120-124; космиды, рекомбинантные вирусы, фаги или плазмиды.
В альтернативных вариантах осуществления для применения на практике способов изобретения используются паракринные гибридные белки и кодирующие их нуклеиновые кислоты. Для осуществления этого изобретения может использоваться любой паракринный полипептид, например, урокортин-1, урокортин-2, урокортин-3, мозговой натрийуретический пептид, простациклин синтаза, гормон роста, инсулиноподобный фактор роста-1. В альтернативных вариантах осуществления паракринный белок может быть соединен с гетерологичным пептидом или полипептидом, например, пептидом для нацеливания полипептида на желательный тип клеток, такой как, кардиомиоциты или клетки легких.
В альтернативных вариантах осуществления гетерологичный пептид или полипептид, соединенный или слитый с белком для осуществления этого изобретения, может быть N-концевым сигнальным пептидом, который обеспечивает желательное свойство, например флуоресцентное обнаружение, повышенную стабильность и/или упрощенную очистку. Пептиды и полипептиды, используемые для осуществления данного изобретения, также могут быть синтезированы и экспрессированы в виде гибридных белков с одним или более дополнительными доменами, соединенными с ними, например, для получения более иммуногенного пептида, с целью более легкого выделения рекомбинантно синтезированного пептида, его идентификации и изолирования антител и экспрессирующих антитела В-клеток и т.п. Домены, облегчающие обнаружение и очистку, включают, например, металл-хелатирующие пептиды, такие как полигистидиновые участки и гистидин-триптофановые модули, которые обеспечивают возможность очистки на иммобилизованных металлах, домены протеина А, которые обеспечивают возможность очистки на иммобилизованном иммуноглобулине, и домен, используемый в системе экспрессии/аффинной очистки при помощи FLAGS (Immunex Corp, Seattle WA). Включение расщепляемых линкерных последовательностей, таких как Фактор Ха или энтерокиназа (Invitrogen, San Diego СА), между доменом для выделения и мотив-содержащим пептидом или полипептидом для облегчения очистки. Например, вектор экспрессии может включать кодирующую эпитоп нуклеиновокислотную последовательность, связанную с шестью остатками гистидина, за которой следует тиоредоксин и сайт расщепления энтерокиназой (см., например, Williams (1995) Biochemistry 34:1787-1797; Dobeli (1998) Protein Expr. Purif. 12:404-414). Остатки гистидина облегчают обнаружение и очистку, тогда как сайт расщепления энтерокиназы обеспечивает средство очистки эпитопа от остальной части гибридного белка. Методы, имеющие отношение к векторам, кодирующим гибридные белки, и применению гибридных белков, хорошо описано в научной и патентной литературе, см., например, Kroll (1993) DNA Cell. Biol., 12:441-53.
Нуклеиновые кислоты или последовательности нуклеиновых кислот, используемые для осуществления этого изобретения, могут представлять собой олигонуклеотид, нуклеотид, полинуклеотид или фрагмент любого из них, ДНК или РНК геномного или искусственного происхождения, которые могут быть одноцепочечными или двухцепочечными и могут представлять смысловую и антисмысловую цепь, пептидной нуклеиновой кислотой (ПНК) или любым ДНК-подобным или РНК-подобным веществом, естественного или искусственного происхождения. Соединения, используемые для осуществления на практике этого изобретения, включают "нуклеиновые кислоты" или "нуклеиновокислотные последовательности", включая олигонуклеотид, нуклеотид, полинуклеотид или фрагмент любого из них; и включают ДНК или РНК (например, мРНК, рРНК, тРНК, иРНК) геномного или искусственного происхождения, которые могут быть одноцепочечными или двухцепочечными; и могут быть смысловой и антисмысловой цепью, или пептидной нуклеиновой кислотой (ПНК), или любым ДНК-подобным или РНК-подобным веществом, естественного или искусственного происхождения, включая, например, иРНК, рибонуклеопротеины (например, двухцепочечные иРНК, например, иРНП). Соединения, используемые для осуществления на практике этого изобретения, включают нуклеиновые кислоты, т.е. олигонуклеотиды, содержащие известные аналоги природных нуклеотидов. Соединения, используемые для осуществления этого изобретения, включают структуры, подобные нуклеиновым кислотам, с искусственным остовом, см., например, Mata (1997) Toxicol. Appl. Pharmacol. 144:189-197; Strauss-Soukup (1997) Biochemistry 36:8692-8698; Samstag (1996) Antisense Nucleic Acid Drug Dev 6:153-156. Соединения, используемые для осуществления этого изобретения, включают "олигонуклеотиды", включая одноцепочечный полидезоксинуклеотид или полидезоксинуклеотид с двумя комплементарными нитями, который может быть синтезирован химическим путем. Соединения, используемые для осуществления этого изобретения, включают синтетические олигонуклеотиды, не имеющие 5' фосфата, и таким образом не способные связываться с другим олигонуклеотидом без добавления фосфата в виде АТФ в присутствии киназы. Синтетический олигонуклеотид может подвергаться лигированию с фрагментом, который не был дефосфорилирован.
В альтернативных аспектах соединения, используемые для осуществления на практике этого изобретения, включают гены или какой-либо сегмент ДНК, участвующий в выработке паракринного полипептида (например, урокортина-1, урокортина-2, урокортина-3, мозгового натрийуретического пептида, простациклинсинтазы, гормона роста, инсулиноподобного фактора роста-1); могут быть включены участки, предшествующие и следующие за кодирующим участком (лидерные и трейлерные), а также, в соответствующих случаях, вставочные последовательности (интроны) между отдельными кодирующими сегментами (экзонами). Термин "функционально связанный" может относиться к функциональной зависимости между двумя или более нуклеиновокислотными (например, ДНК) сегментами. В альтернативных аспектах он может относиться к функциональной зависимости последовательности, регулирующей транскрипцию и транскрибируемой последовательностью. Например, промотор может быть функционально связан с кодирующей последовательностью, такой как нуклеиновая кислота, используемая для осуществления этого изобретения, если он стимулирует или модулирует транскрипцию кодирующей последовательности в соответствующей клетке-хозяине или другой системе экспрессии. В альтернативных аспектах промотор последовательности, регулирующей транскрипцию может быть функционально связан с транскрибируемой последовательностью, где они могут физически прилегать к транскрибируемой последовательности, т.е. они могут быть действующими в цис-положении. В альтернативных аспектах последовательности, регулирующие транскрипцию, такие как энхансеры, могут и не прилегать физически или могут не располагаться в непосредственной близости к кодирующим последовательностям, транскрипцию которых они усиливают.
В альтернативных аспектах изобретение включает использование "кассет экспрессии", содержащих нуклеотидные последовательности, используемые для осуществления этого изобретения, которые способны оказывать влияние на экспрессию нуклеиновой кислоты, например, структурного гена или транскрипта (например, кодирующего паракринный белок) у хозяина, совместимые с такими последовательностями. Кассеты экспрессии могут включать, по меньшей мере, промотор, функционально связанный с последовательностью, кодирующей полипептид, или ингибирующей последовательностью; и, в одном аспекте, с другими последовательностями, например, сигналами завершения транскрипции. Кроме того, могут использоваться дополнительные факторы, необходимые или полезные при осуществлении экспрессии, например, энхансеры.
В альтернативных аспектах кассеты экспрессии, используемые для осуществления этого изобретения, также включают плазмиды, векторы экспрессии, рекомбинантные вирусы, любую форму рекомбинантного вектора с "голой ДНК" и тому подобное. В альтернативных аспектах "вектор", используемый для осуществления этого изобретения, может содержать нуклеиновую кислоту, которая может инфицировать, трансфицировать, временно или постоянно трансдуцировать клетку. В альтернативных аспектах вектор, используемый для осуществления этого изобретения, может быть «голой» нуклеиновой кислотой, или нуклеиновой кислотой, образующей комплекс с белком или липидом. В альтернативных аспектах векторы, используемые для осуществления этого изобретения, могут содержать вирусные или бактериальные нуклеиновые кислоты и/или белки и/или мембраны (например, цитоплазматическую мембрану, липид оболочки вируса и т.д.). В альтернативных аспектах векторы, используемые для осуществления этого изобретения, могут включать, но не ограничиваются этим, решшконы (например, РНК репликоны, бактериофаги), к которым могут присоединяться фрагменты ДНК и становиться реплицирующимися. Таким образом, векторы включают, но не ограничиваются этим, РНК, независимую, самореплицирующуюся кольцевую или линейную ДНК или РНК (например, плазмиды, вирусы и тому подобное, см., например, патент США №5217879), и могут включать и экспрессионную и неэкспрессионную плазмиды. В альтернативных аспектах вектор, используемый для осуществления этого изобретения, может стабильно реплицироваться клетками во время митоза как автономная структура или может включаться в геном хозяина.
В альтернативных аспектах "промоторы", используемые для осуществления этого изобретения, включают все последовательности, способные управлять транскрипцией кодирующей последовательности в клетке, например, клетке млекопитающего, такой как клетка сердца, легкого, мышцы, нерва или мозга. Таким образом, промоторы, использованные в конструкциях изобретения, включают действующие в цис-положении элементы, контролирующие транскрипцию, и регуляторные последовательности, которые вовлечены в регулирование, или модулирование момента и/или скорости транскрипции гена. Например, промотор, используемый для осуществления этого изобретения, может быть действующим в цис-положении элементом, контролирующим транскрипцию, включая энхансер, промотор, терминатор транскрипции, точку начала репликации, последовательность хромосомной интеграции, 5' и 3' нетранслируемые области или интронные последовательности, которые вовлечены в регуляцию транскрипции. Эти действующие в цис-положении последовательности, как правило, взаимодействуют с белками или другими биомолекулами для того, чтобы осуществлять (включать/выключать, регулировать, модулировать и т.д.) транскрипцию.
В альтернативных вариантах осуществления "конститутивные" промоторы, используемые для осуществления этого изобретения, могут быть промоторами, которые постоянно управляют экспрессией при большей части условий окружающей среды и состояний развития или дифференцировки клеток. В альтернативных вариантах осуществления "индуцибельные" или "регулируемые" промоторы, используемые для осуществления этого изобретения, могут направлять экспрессию нуклеиновой кислоты изобретения под влиянием условий окружающей среды, введенных химических средств или связанных с развитием условий.
Генная терапия и средства для доставки генов
В альтернативных вариантах осуществления способы изобретения включают использование систем для доставки нуклеиновой кислоты (например, гена или нуклеиновой кислоты, кодирующей полипептид) с целью доставки нуклеиновой кислоты, кодирующей паракринный фактор, или гена, или нуклеиновой кислоты экспрессирующей паракринный полипептид, транскрипта или мРНК в клетку или клетки in vitro, ex vivo или in vivo, например, в виде средства для доставки генной терапии.
В альтернативных вариантах осуществления средство для экспрессии, вектор, рекомбинантный вирус, или эквиваленты, используемые для осуществления способов изобретения, представляют собой или содержат аденоассоциированный вирус (AAV), лентивирусный вектор или аденовирусный вектор; AAV серотип AAV5, AAV6, AAV8 или AAV9; происходящий от макаки-резус AAV, или происходящий от макаки-резус AAV AAVrh.10b.CLN2; органотропный AAV, или кардиотропный AAV, или кардиотропный AAVM41 мутант; и/или AAV капсидный мутант или AAV гибридный серотип.В альтернативных вариантах осуществления AAV создается с целью увеличения эффективности нацеливания на определенный тип клеток, который является непермессивным относительно дикого типа (дт) AAV и/или с целью улучшения эффективности инфицирования только представляющего интерес типа клеток. В альтернативных вариантах осуществления гибридный AAV перенацеливается или создается в виде гибридного серотипа с помощью одной или более модификаций, включая: 1) транскапсидацию, 2) адсорбцию биспецифического антитела к поверхности капсида, 3) создание мозаичного капсида и/или 4) создание химерного капсида. В данной области техники хорошо известно, как создать капсид аденоассоциированного вируса (AAV), для того, чтобы увеличить эффективность нацеливания на определенные типы клеток, являющиеся непермессивными относительно вирусов дикого типа (дт), и улучшить эффективность инфицирования только представляющего интерес типа клеток; см., например, Wu et al., Mol. Ther. 2006 Sep; 14(3):316-27. Epub 2006 Jul 7; Choi, et al., Curr. Gene Ther. 2005 Jun; 5(3):299-310.
Например, могут использоваться происходящий от макаки-резус AAV AAVrh.l0hCLN2 или его эквиваленты, при этом происходящий от макаки-резус AAV может не ингибироваться предсуществующим иммунитетом у человека; см., например, Sondhi, et al., Hum Gene Ther. Methods. 2012 Oct; 23(5):324-35, Epub 2012 Nov 6; Sondhi, et al., Hum Gene Ther. Methods. 2012 Oct 17; указывающие, что прямое введение AAVrh.l0hCLN2 в ЦНС крыс и нечеловекообразных приматов в дозах, масштабируемых для людей, имеет подходящий профиль безопасности и опосредует значительную экспрессию в ЦНС.
Кроме того, например, могут использоваться AAV векторы, специально созданные для переноса гена к сердцу (кардиотропный AAV), например, AAVM41 мутант, имеющий улучшенную эффективность трансдукции и специфичность в миокарде, см., например, Yang, et al. Virol J. 2013 Feb 11; 10(1):50.
В связи с тем что аденоассоциированные вирусы (AAVs) являются обычными инфекционными агентами приматов, и собственно, здоровые приматы несут большой пул AAV-специфических нейтрализующих антител (NAbs), которые ингибируют AAV-опосредованные терапевтические стратегии переноса гена, способы изобретения включают отбор пациентов-кандидатов на AAV-специфические NAb до лечения, в частности, с часто используемым AAV8 капсидным компонентом, чтобы облегчить разработку персонализированного лечения и увеличить терапевтическую эффективность; см., например, Sun, et al., J. Immunol. Methods. 2013 Jan 31; 387(1-2):114-20, Epub 2012 Oct 11.
Наборы и инструкции
Изобретение предоставляет наборы, содержащие композиции и способы изобретения и включающие инструкции по их применению. Соответственно, также могут предоставляться наборы, клетки, средства для экспрессии (например, рекомбинантные вирусы, векторы) и тому подобное.
Например, в альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет наборы, содержащие композиции, используемые для осуществления этого изобретения, например, содержащие пептид или полипептид урокортина-2 (UCn-2); или нуклеиновую кислоту, кодирующую паракринный фактор, (b) жидкую или водосодержащую композицию изобретения, или (с) везикулу, липосому, наночастицу или нанолипидную частицу изобретения. В одном аспекте набор дополнительно содержит инструкции, касающиеся применения на практике каких-либо способов изобретения, например, in vitro или ex vivo способов увеличения желательного уровня паракринного фактора в кровотоке, или предохранения клетки, например, клетки сердца или легкого; или лечения, предотвращения или улучшения диабета или предиабета.
Композиции
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет композиции и способы для использования с целью увеличения уровней паракринных факторов in vivo. В альтернативных вариантах осуществления эти композиции содержат кодирующие паракринный фактор нуклеиновые кислоты, созданные для этих целей, например, средства для экспрессии или кодирующие паракринный фактор нуклеиновые кислоты, заключенные в состав буфера, солевого раствора, порошка, эмульсии, везикулы, липосомы, наночастицы, нанолипочастицы и тому подобного.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы, включающие введение пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2), или нуклеиновых кислот, кодирующих UCn-2, для лечения, улучшения или предотвращения диабета (включая диабет I типа и 2 типа или диабет зрелого возраста) или предиабета, или ожирения или избыточного веса; или с целью стимулирования потери веса, или для воздействия в качестве средства для подавления аппетита. Соответственно, изобретение предоставляет подходящие композиции и дозировки пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2) или нуклеиновых кислот, кодирующих UCn-2, с теми же целями.
В альтернативных вариантах осуществления композиции (включая композиции пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2) или нуклеиновых кислот, кодирующих паракринный фактор (например, кодирующих UCn-2)) могут быть созданы любым способом и могут применяться при целом ряде концентраций и в целом ряде форм в зависимости от желательных in vitro, in vivo или ex vivo условий, включая желательный in vivo или ex vivo способ введения и тому подобное. Подробности в отношении in vitro, in vivo или ex vivo композиций и способов введения хорошо описаны в научной и патентной литературе.
Композиции и/или носители кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот, или пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2), используемые для осуществления этого изобретения, хорошо известны в данной области техники. Композиции и/или носители, используемые для осуществления этого изобретения, могут иметь форму таблеток, пилюль, порошков, капсул, жидкостей, гелей, сиропов, взвесей, суспензий и т.д., пригодных для применения in vivo или ex vivo.
В альтернативных вариантах осуществления кодирующие паракринный фактор нуклеиновые кислоты или пептиды или полипептиды урокортина-2 (UCn-2), используемые для осуществления на практике этого изобретения, могут находиться в смеси с водным и/или буферным раствором или в виде водной и/или содержащей буфер суспензии, например, содержащей суспендирующее вещество, такое как натрий карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, альгинат натрия, поливинилпирролидон, трагакантовая камедь и гуммиарабик, и диспергирующие или увлажняющие средства, такие как фосфатид природного происхождения (например, лецитин), продукт конденсации алкиленоксида с жирной кислотой (например, полиоксиэтилен стеарат), продукт конденсации этиленоксида с алифатическим спиртом с длинной цепью (например, гептадекаэтилен-оксицетанол), продукт конденсации этиленоксида с неполным эфиром, полученным из жирной кислоты и гекситола (например, полиэтилен сорбитанмоноолеат) или продукт конденсации этиленоксида с неполным эфиром, полученным из жирной кислоты и гекситол ангидрида (например, полиэтилен-сорбитанмоноолеат). Водная суспензия также может содержать одно или более консервирующих веществ, таких как этил или н-пропил р-гидроксибензоат. Осмотические свойства композиций могут быть отрегулированы, например, с помощью подходящего буфера.
При осуществлении на практике этого изобретения соединения (например, композиции) изобретения могут содержать раствор кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот или генов, или пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2), растворенных в фармацевтически приемлемом носителе, например, подходящие для применения среды и растворители включают воду, раствор Рингера и изотонический раствор хлорида натрия. В дополнение к этому, в качестве растворителя или суспендирующей среды могут использоваться стерильные нелетучие масла. Для этой цели может использоваться любое нелетучее масло, включая синтетические моно- или диглицериды, или жирные кислоты, такие как олеиновая кислота. В одном варианте осуществления растворы и композиции, используемые для осуществления изобретения, являются стерильными и могут изготавливаться свободными от содержания нежелательного вещества. В одном варианте осуществления эти растворы и композиции стерилизуют с помощью общепринятых, хорошо известных методов стерилизации.
Растворы и композиции, используемые для осуществления изобретения, могут содержать вспомогательные вещества в случае необходимости приблизительного соответствия физиологическим условиям, такие как вещества для регулировки рН, буферные вещества и вещества, регулирующие токсичность, например, ацетат натрия, хлорид натрия, хлорид калия, хлорид кальция, лактат натрия и тому подобные. Концентрация активного средства (например, кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот или генов) в этих композициях может колебаться в широких пределах и может быть выбрана в первую очередь, исходя из объемов жидкости, вязкости и т.п., в соответствии с конкретным выбранным способом in vivo или ex vivo введения и желательными результатами, например, увеличением in vivo экспрессии паракринного фактора.
Растворы и композиции, используемые для осуществления изобретения, могут быть лиофилизированными; например, изобретение предоставляет устойчивую лиофилизированную композицию, содержащую кодирующие паракринный фактор нуклеиновые кислоты или гены, или пептиды или полипептиды урокортина-2 (UCn-2). В одном аспекте эту композицию изготавливают лиофилизацией раствора, содержащего кодирующую паракринный фактор нуклеиновую кислоту или ген, или пептиды или полипептиды урокортина-2 (UCn-2) и объемообразующий агент (наполнитель), например, маннитол, трегалозу, рафинозу и сахарозу или их смеси. Процесс изготовления устойчивой лиофилизированной композиции может включать лиофилизацию раствора, содержащего примерно 2.5 мг/мл белка, около 15 мг/мл сахарозы, около 19 мг/мл NaCl и натрий-цитратного буфера, имеющего значение рН более чем 5.5, но менее чем 6.5. См., например, патентную заявку США №20040028670.
Композиции и составы изобретения могут доставляться с помощью липосом (см. также обсуждение ниже). Используя липосомы, в частности, когда поверхность липосомы несет лиганды, специфические для клеток-мишеней, или липосомы, иным способом направленные преимущественно к конкретной ткани или органу, можно сфокусировать доставку активного вещества в клетки-мишени при применении in vivo или ex vivo.
Наночастицы, нанолипочастицы и липосомы
Изобретение также предоставляет наночастицы, нанолипочастицы, везикулы и липосомальные мембраны, содержащие соединения (например, кодирующие паракринный фактор нуклеиновые кислоты или гены, или пептиды или полипептиды урокортина-2 (UCn-2)), используемые для осуществления способов этого изобретения, например, для доставки кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот или генов или пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2) индивидууму, или пациенту или в клетки млекопитающего in vivo или ex vivo. В альтернативных вариантах осуществления эти композиции создаются для нацеливания на конкретные молекулы, включая биологические молекулы, такие как полипептиды, включая полипептиды клеточной поверхности, например, для нацеливания на желательные типы клеток, например, клетку сердца млекопитающего, клетку почки, клетку легкого, клетку нерва и тому подобного. Изобретение предоставляет многослойные липосомы, содержащие соединения, используемые для осуществления этого изобретения, например, как описано в Park, et al., США патентной публикации №20070082042. Многослойные липосомы можно изготовить с использованием смеси компонентов жировой фазы, включающих сквалан, стеролы, церамиды, нейтральные липиды или масла, жирные кислоты и лецитины с размером частиц примерно от 200 до 5000 нм, например, чтобы задерживать кодирующую паракринный фактор нуклеиновую кислоту или ген.
Липосомы могут быть изготовлены любым способом, например, как описано в Park, et al., патентной публикации США №20070042031, включая способ получения липосомы путем инкапсулирования активного вещества (например, кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот или генов, или пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2)), данный способ обеспечивает содержание водного раствора в первом резервуаре и раствора органического липида во втором резервуаре, а затем смешивание водного раствора с раствором органического липида в первой зоне смешивания с целью получения раствора липосом, при этом раствор органического липида смешивается с водным раствором, чтобы практически немедленно получить активное вещество, инкапсулированное в липосомах; а затем немедленное смешивание раствора липосом с буферным раствором для получения разбавленного раствора липосом.
В одном варианте осуществления липосомальные композиции, используемые для осуществления этого изобретения, содержат замещенный аммоний и/или полианионы, например, для нацеленной доставки соединения (например, нуклеиновых кислот, кодирующих паракринный фактор, или генов), используемого для осуществления этого изобретения, в желательный тип клеток, как описано, например, в США патентной публикации №20070110798.
Изобретение также предоставляет наночастицы, содержащие соединения (например, кодирующие паракринный фактор нуклеиновые кислоты или гены, или пептиды или полипептиды урокортина-2 (UCn-2)), используемые для осуществления на практике этого изобретения, в форме наночастиц, содержащих активное вещество (например, вторичную наночастицу), как описано, например, в патентной публикации США №20070077286. В одном варианте осуществления изобретение предоставляет наночастицы, содержащие жирорастворимое активное средство этого изобретения или жиро-солюбилизированное водорастворимое активное вещество для взаимодействия с двухвалентной или трехвалентной солью металла.
В одном варианте осуществления суспензии твердых липидных частиц могут использоваться для заключения в состав и доставки кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот или генов, или пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2), используемых для осуществления на практике изобретения, пациенту, индивидууму и в клетку млекопитающего in vivo или ex vivo, как описано, например, в США патентной публикации №20050136121.
Средства для доставки
В альтернативных вариантах осуществления любое средство доставки может использоваться для осуществления на практике способов или композиций этого изобретения, например, для доставки кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот или генов, или пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2) с целью применения способов изобретения in vivo или ex vivo. Например, могут использоваться средства доставки, содержащие поликатионы, катионные полимеры и/или катионные пептиды, такие как производные полиэтиленимина, например, как описано в патентной публикации США №20060083737.
В одном варианте осуществления для создания композиции изобретения используется комплекс высушенного полипептида с поверхностно-активным веществом, в котором поверхностно-активное вещество связано с нуклеиновой кислотой нековалентной связью, например, как описано в патентной публикации США №20040151766.
В одном варианте осуществления нуклеиновая кислота или полипептид, использованный для осуществления на практике этого изобретения, могут быть нанесены на клетки в виде полимерных гидрогелей или водорастворимых сополимеров, например, как описано в патентной публикации США №7413739; например, нуклеиновую кислоту или белок можно полимеризовать посредством реакции между сильным нуклеофильным реагентом и конъюгированной ненасыщенной связью или конъюгированной ненасыщенной группой, посредством нуклеофильного присоединения, причем каждый исходный компонент содержит по меньшей мере два сильных нуклеофильных реагента или по меньшей мере две конъюгированные ненасыщенные связи или конъюгированные ненасыщенные группы.
В одном варианте осуществления нуклеиновая кислота или белок доставляется в клетки с использованием в качестве носителей конъюгатов с пептидом, проникающим через клеточную оболочку, например, как описано в патентах США №7306783; 6589503. В одном аспекте сама нуклеиновая кислота является конъюгированной с пептидом, проникающим через клеточную оболочку. В одном варианте осуществления нуклеиновая кислота, белок и/или средство доставки являются конъюгированными с опосредующим перенос пептидом, например, как описано в патентной публикации США №5846743, которая описывает опосредующие перенос (транспортные) пептиды, являющиеся сильно основными и связанными с поли-фосфоинозитидами.
В одном варианте осуществления используется электро-пермеабилизация в качестве основного или дополнительного средства доставки кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот или генов в клетку, например, с применением какой-либо системы электропорации, как описано, например, в патентной публикации США №7109034; 6261815; 5874268.
Промышленные изделия, имплантаты и искусственные органы
Изобретение также предоставляет промышленные изделия, содержащие клетки изобретения (например, клетки, модифицированные с целью экспрессии паракринных белков, или пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2), для осуществления на практике способов изобретения), и применение клеток, полученных способами этого изобретения, включая, например, имплантаты и искусственные органы, системы биореакторов, системы клеточных культур, чашки, планшеты, пробирки, сосуды и флаконы, содержащие клетки, модифицированные, для того, чтобы экспрессировать паракринные белки для осуществления изобретения на практике. Для осуществления изобретения может использоваться любой имплантат, искусственный орган, системы биореакторов, система клеточной культуры, планшет для культуры клеток, чашка (например, чашка Петри), пробирка для культуры клеток и/или флакон для культуры клеток (например, роллерный флакон).
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет биореактор, имплантат, стент, искусственный орган или аналогичное устройство, содержащее клетки, модифицированные для экспрессии паракринных белков с целью осуществления на практике способов данного изобретения; например, включая имплантаты, описанные в USPNs 7388042; 7381418; 7379765; 7361332; 7351423; 6886568; 5270192; и опубликованных патентных заявках США №20040127987; 20080119909 (описывает ушные имплантаты); 20080118549 (описывает глазные имплантаты); 20080020015 (описывает биоактивную повязку на рану); 20070254005 (описывают биопротезы сердечного клапана, сосудистые трансплантаты, менисковые имплантаты); 20070059335; 20060128015 (описывает имплантаты печени).
Имплантация клеток in vivo
В альтернативных вариантах осуществления способы изобретения также включают имплантацию или пересадку клеток, например, клеток сердца, легких или почки, содержащих или экспресирующих кодирующие паракринный фактор нуклеиновые кислоты или гены, или пептиды или полипептиды урокортина-2 (UCn-2), используемые для осуществления изобретения; и в одном аспекте способы изобретения включают имплантацию или внедрение кодирующих паракринный фактор нуклеиновых кислот или генов (или клеток, экспрессирующих их), или пептидов или полипептидов урокортина-2 (UCn-2) в сосуд, ткань или орган ex vivo или in vivo, или имплантацию или пересадку перепрограммированной дифференцированной клетки индивидууму, нуждающемуся в этом.
Клетки могут быть выделены из индивидуума, обработаны с использованием композиций и/или способов данного изобретения и «вставлены» заново (например, инъецированы или пересажены) в ткань, орган или индивидууму с помощью любого известного метода или протокола. Например, дедиффиренцированные и перепрограммированные клетки или перепрограммированные дифференцированные клетки могут быть имплантированы вторично (например, инъецированы или пересажены) с использованием микросфер, например, как описано в патенте США №7442389; например, в одном аспекте, носитель клеток включает объемообразующее средство, содержащее шарообразные и гладкие микрочастицы полиметилметакрилата, предварительно загруженные в смесь и систему доставки, и аутологичный носитель, содержащий эти клетки. В другом варианте осуществления клетки повторно вводятся в ткань, орган и/или нуждающемуся в этом индивидууму в биосовместимой перекрестно сшитой матрице, как описано, например, в опубликованной патентной заявке США №20050027070.
В другом варианте осуществления клетки изобретения (например, клетки, полученные при осуществлении способов этого изобретения) повторно вводят (например, инъецируют или пересаживают) в ткань, орган и/или индивидууму, нуждающемуся в этом, или защищают биосовместимым, неиммуногенным покрытием, например, как на поверхности синтетического имплантата, как описано в патенте США №6969400, где описан протокол, в котором цАМФ-независимая АС (аденилатциклаза) может быть конъюгирована с полиэтиленгликолем, который можно модифицировать с целью включения нескольких нуклеофильных групп, таких как первичная аминогруппа или тиольная группа.
В одном варианте осуществления клетки изобретения (например, клетки, полученные при осуществлении способов этого изобретения) повторно вводят (например, инъецируют или пересаживают) в ткань, орган и/или индивидууму, нуждающемуся в этом, с помощью методов трансплантации, как описано, например, патентами США №7442390; 5733542.
Любой способ доставки полипептидов, нуклеиновых кислот и/или клеток в ткань или орган (например, легкие, почки, сердце) может использоваться, и эти протоколы хорошо известны в данной области техники, например, как описано в патенте США № (USPN) 7514401, который описывает, например, использование внутрикоронарной (1С), внутривенной (TV) и/или локальной доставки (миокардиальной инъекции) полипептидов, нуклеиновых кислот и/или клеток в сердце in situ. Например, в альтернативных вариантах осуществления для доставки полипептидов, нуклеиновых кислот и/или клеток в ткань или орган (например, легкое, сердце, почку) может использоваться доставка аэрозольных частиц лекарственного средства в легкие и в кровоток, генная терапия, длительные вливания, повторные инъекции и/или полимеры с замедленным высвобождением. В альтернативных вариантах осуществления нуклеиновые кислоты и/или клетки могут вводиться через катетер в коронарные артерии или путем прямой инъекции в левое предсердие или в миокард желудочка посредством ограниченной торакотомии; или доставляться в миокард через катетер, проложенный в ходе катетеризации сердца; или доставляться в полость перикарда.
В альтернативных вариантах осуществления нуклеиновые кислоты или белки, использованные для осуществления этого изобретения, или вектор, содержащий нуклеиновую кислоту, использованную для осуществления изобретения (например, AAV, или аденовирусный генотерапевтический вектор), или везикулу, липосому, наночастицу или нанолипидную частицу (NLP) изобретения и тому подобное, вводят в ткань или орган (например, легкое, почку, сердце); например, как описано в USPN 7,501,486, например, полипептиды изобретения, содержащие аминокислотную последовательность CRPPR (SEQ ID NO:1), аминокислотную последовательность CARPAR (SEQ ID NO:2) или ее пептидомиметик, или аминокислотную последовательность CPKRPR (SEQ ID NO:3) или ее пептидомиметик.
Композиции, используемые для осуществления этого изобретения, могут применяться в комбинации с другими терапевтическими средствами, например, ангиогенными средствами, антитромботическими средствами, противовоспалительными средствами, иммуносупрессорными средствами, антиаритмическими средствами, ингибиторами фактора некроза опухолей, ингибиторами эндотелина, ингибиторами ангиотензин-превращающего фермента, антагонистами кальция, антибиотиками, противовирусными средствами и вирусными векторами.
Композиции, используемые для осуществления на практике этого изобретения, могут использоваться для улучшения или лечения целого ряда кардиопатий и сердечнососудистых болезней, например, болезней коронарных артерий (CAD); атеросклероза; тромбоза, рестеноза; васкулита, включая аутоиммунный и вирусный васкулит, такой как нодозный полиартериит, синдром Чарга-Стросса, артериит Такаясу, болезнь Кавасаки и риккетсиозный васкулит; атеросклеротической аневризмы; гипертрофии миокарда; врожденного порока сердца (CHD); ишемической болезни сердца и ангины; приобретенных клапанных/эндокардиальных болезней; первичных миокардиальных болезней, включая миокардит; аритмию и отторжение трансплантата; метаболических миокардиальных болезней и кардиомиопатии, такой как застойная, гипертрофическая и рестриктивная кардиомиопатия, и/или пересадки сердца. В альтернативных вариантах осуществления композиции, используемые для осуществления этого изобретения, например, пептиды или полипептиды урокортина-2 (UCn-2), используются для лечения, улучшения или предупреждения диабета или предиабета у пациента или индивидуума; или подавления увеличения веса или подавления аппетита, или стимулирования или инициирования потери веса у пациента или индивидуума; или лечения, улучшения или предотвращения диабета у пациента или индивидуума.
Далее изобретение будет описано на основании следующих примеров, однако должно быть понятно, что изобретение не ограничивается такими примерами.
Примеры
Пример 1: Внутривенная доставка AAV9. кодирующего урокортин-2. улучшает сердечную деятельность у нормальных мышей
Данный пример демонстрирует эффективность варианта осуществления изобретения: внутривенная доставка ААV9/урокортин-2 (или AAV9/UCn2) обеспечивала длительное увеличение сывороточного UCn2 и улучшение сократительной функции LV, свидетельствуя об эффективности данного варианта осуществления изобретения при лечении сердечной недостаточности.
11
В ходе данного исследования мы разработали и исследовали относительную эффективность двух серотипов адено-ассоциированного вируса (AAV) (AAV5 и AAV9), кодирующих урокортин-2 (UCn-2), являющийся вазоактивным пептидом из семейства кортикотропин-высвобождающих гормонов, который оказывает многообразные благоприятные воздействия на животных и пациентов с сердечной недостаточностью. AAV5.Ucn-2 и AAV9.Ucn-2 (5×10 геномных копий, гк) вводили с помощью внутривенной инъекции (IV). Через четыре недели после введения гена наблюдался повышенный уровень AAV ДНК (количественная ПЦР) в тканях печени (AAV5.UCn2: 2,601,839 копий/мкг; AAV9.UCn2: 30,121,663 копий/мкг) и сердца (AAV5: 87,635копий/мкг; AAV9: 300,529 копий/мкг); и аналогичным образом наблюдался повьппенный уровень мРНК по сравнению с эндогенным UCn2 (AAV5.Ucn-2: 68±хх-кратно; AAV9.Ucn-2: 8,575).
В образцах левого желудочка увеличение уровня мРНК Ucn2 наблюдалось только при введении AAV9.UCn2 (в 28 раз по сравнению с эндогенной мРНК). Уровень Ucn-2 в плазме был повышен (AAV5.UCn2: от 2,7 нт/мл до 3.6 нг/мл, p<0.0001; AAV9.UCn2). Наконец, в связи с повышением уровня UCn2 в сыворотке наблюдалось улучшение сократительной функции LV.
Пример 2: Перенос гена с целью лечения сердечно-сосудистых заболеваний
Данный пример демонстрирует эффективность о варианта осуществления изобретения для получения высокого выхода трансгенной экспрессии в сердце (сердечной ткани) легким и безопасным в применении способом.
В альтернативных вариантах осуществления изобретение предоставляет способы с использованием средств для экспрессии, например, векторов, кодирующих трансген паракринного типа. В данном варианте осуществления трансген действует как гормон, оказывающий воздействие на сердце после высвобождения в кровоток из удаленного места. В альтернативных вариантах осуществления этот подход может способствовать решению проблемы, связанной с достижением высокого выхода кардиального введения гена, и дает возможность лечения пациентов путем системного введения (инъекций) в ходе визита в клинику.
Мы исследовали несколько векторов серотипа AAV и способов доставки, и успешно завершили исследования, направленные на подтверждение механизма действия введения паракринного гена. Крысам с сильной дилатационной CHF в скелетные мышцы вводили вектор на основе адено-ассоциированного вируса 5 (AAV5), кодирующий инсулиноподобный фактор роста I (IGFI) под контролем тетрациклина. Это сделало возможной активацию экспрессии IGFI путем добавления доксициклина в питьевую воду для крыс. Данная система обеспечивала длительное увеличение сывороточного уровня IGFI и улучшение сердечной деятельности при сердечной недостаточности.
В альтернативных вариантах осуществления а) перенос гена IGFI используется для улучшения сократительной функции; b) AAV векторы и промоторы используются для внутривенной доставки для обеспечения максимального уровня экспрессии трансгена при минимальных нецелевых воздействиях; с) регулируемая экспрессия трансгена используется для обеспечения возможности точного регулирования уровня трансгена в сыворотке и подавления или активации экспрессии при необходимости; d) используется введение генов паракринной экспрессии, например, в крысиной модели CHF; и е) используются эффективные дозы AAV, а активаторы трансгенной экспрессии используются после внутривенного введения вектора, например, у нормальных свиней, с использованием сывороточного парактринного фактора (например, IGFI) в качестве конечной точки.
В альтернативных вариантах осуществления IV инъекция AAV вектора с регулируемой экспрессией селективных пептидов будет оказывать благоприятные воздействия при сердечной недостаточности по механизму паракринно-опосредованного действия.
1-4
5
6, 7
Выбор вектора. В альтернативных вариантах осуществления используются векторы на основе адено-ассоциированного вируса (AAV), обеспечивая возможность продолжительной экспрессии трансгена, превосходящей аденовирусную, одновременно избегая возможности инсерционного мутагенеза, связанного с использованием лентивирусных векторов. Длительное повышение сывороточного уровня Фактора ГХ, эритропоэтина и α1-антитрипсина было подтверждено у собак и нечеловекообразных приматов спустя годы после единичных инъекций AAV векторов. В нашей лаборатории подтверждено длительное (>1 года) повышение сывороточного уровня IGFI после внутримышечной инъекции AAV5.IGFJ.-tet у крыс. Несмотря на то что в ходе последних клинических исследований было обнаружено, что некоторые серотипы AAV стимулируют иммунный ответ, применение современного поколения AAV векторов в ходе доклинических испытаний на приматах, по-видимому, не связано с подобными проблемами.
AAV серотипы: В альтернативных вариантах осуществления используется AAV серотип AAV2, но в некоторых вариантах осуществления, предпочтительно использование "псевдотипированных" AAV векторов. Эти серотипы AAV, включающие AAV5, AAV6, AAV8 и AAV9, представляют собой гибридные конструкции, которые включают капсид AAV2 и уникальные компоненты репликации, которые отражены в их специфической номенклатуре. В альтернативных вариантах осуществления используется внутривенное введение AAV6, AAV8 и AAV9; данные вектора демонстрируют значительное распространение и трансгенную экспрессию в сердце, печени, скелетных мышцах и других тканях.
Мы обнаружили, что внутривенный способ введения AAV5 лучше, чем внутримышечный, увеличивает сывороточный уровень IGFI, как проиллюстрировано на Фигуре 7, которая графически показывает сывороточный уровень свободного IGFI через 3 месяца после IV в сравнении с ГМ AAV5.IGFI.tet переносом гена. Внутривенное введение у мышей (n=3, каждая группа) обеспечивала 2-кратное увеличение сывороточного IGFI после активации экспрессии IGFI доксициклином (Вкл); внутримышечное введение у крыс (n=9, каждая группа) обеспечивала>1.3-кратное увеличение сывороточного IGFI через 5 недель после активации экспрессии IGFI. Р-значения, показанные черточками над столбцами: сравнение внутри группы (t-тест, 2 хвостовая вероятность). Изменение IGFI в сыворотке было больше после внутривенного введения AAV5.IGFI.tet (р<0.001).
При внутривенном способе введения AAV9 превосходил AAV5 по показателям уровня трансгенной экспрессии в ткани печени и сердца, как показано на Фигуре 8. Данные Фигуры 8 показывают относительную эффективность внутривенного способа введения типичных конструкций AAV5 и AAV9 изобретения с использованием числа копий и уровня трансгенной экспрессии в ткани печени и сердца в качестве конечных точек.
В альтернативных вариантах осуществления AAV8, подобно AAV9, обеспечивает генерализованную экспрессию, но с большей долей в печени по сравнению с другими органами, - свойство, которое мы предлагаем использовать в сочетании с промотором, специфическим для ткани печени.
8
8
В альтернативных вариантах осуществления используются самокомплементарные AAV векторы (scAAV), способные обеспечить более высокий уровень экспрессии трансгена, чем их одноцепочечные (ssAAV) аналоги. Трансгенная экспрессия с применением ssAAV векторов (емкость 4.7 тпо) отсрочена на 4-6 недель до момента синтеза комплементарной цепи ДНК. Благодаря кодированию комплементарной цепи ДНК в самом векторе, scAAV (емкость 3.3 тпо) делает возможной трансгенную экспрессию в 2 недельный срок и приводит к более высокой трансгенной экспрессии по сравнению с его ssAAV аналогом.
Только один вектор с регулируемой экспрессией (AAV8.TBG.IGFI.tet) может быть подходящим для создания scAAV конструкции, остальные являются слишком большими, как проиллюстрировано на Фигуре 10. Однако если данный вектор выбран для исследований на свиньях, ssAAV может использоваться для обеспечения лучшего выхода при производстве больших количеств. Аналог scAAV может использоваться для применения в медицинских целях, благодаря преимуществу более высокого уровня экспрессии, что позволяет снизить необходимые дозы и повысить безопасность в клинических исследованиях.
Промотор vs ткань-мишень. В альтернативных вариантах осуществления промотор, выбранный для трансгенной экспрессии в AAV векторах, обладает некоторой тканевой зависимостью. В альтернативных вариантах осуществления промоторы, используемые для применения изобретения, включают: промоторы β-актина кур (СВА); глобулина, связывающего тиреоидный гормон (TBG, печень-специфический); и вируса саркомы Рауса (RSV). В этом отношении CMV является неизменно лучшим промотором в скелетной и сердечной мускулатуре. Недавние исследования показали, что CMV промотор подвержен метилированию в печени, что со временем приводит к прекращению трансгенной экспрессии. Потеря экспрессии в печени приведет к снижению уровня трансгена в сыворотке. Поэтому мы отказались от использования CMV промотора, остановив выбор на столь же надежных промоторах, менее подверженных метилированию: промоторах β-актина кур (СВА); глобулина, связывающего тиреоидный гормон (TBG, печень-специфический); и вируса саркомы Рауса (RSV), как показано на Фигуре 10.
Регулируемая экспрессия. В альтернативных вариантах осуществления с использованием долговременной экспрессии при AAV-опосредованном переносе гена трансгенная экспрессия подавляется в случае, если наблюдаются неблагоприятные эффекты. Регулируемая экспрессия также дает возможность скорее периодической, чем постоянной доставки. В альтернативных вариантах осуществления система может быть сконструирована таким образом, что активатор подавляет или активирует экспрессию трансгена. В тех случаях, когда требуется приблизительно постоянный уровень трансгенной экспрессии, предпочтительной является "Выкл" система (например, прием перорального активатора только тогда, когда трансгенная экспрессия нежелательна, например, в случае побочных эффектов). В альтернативных вариантах осуществления, в тех случаях, когда требуется прерывающаяся трансгенная экспрессия, предпочтительной является "Вкл" система (например, прием перорального активатора только в тех случаях, когда трансгенная экспрессия желательна).
9-12
3, 4
Эти альтернативные варианты осуществления дают возможность жесткого контроля и, при оптимизации лечения определенного заболевания, обеспечивают способы приема минимального количества активатора. В альтернативных вариантах осуществления используются системы регулируемой экспрессии, например, экдизон, тамоксифен, тетрациклин, рапамицин; большой размер системы с использованием экдизона может потребовать двухвекторной стратегии, что может быть сложным для разработки клинического (протокола) введения гена вследствие ограничений регуляции. Система с использованием тамоксифена, не будучи громоздкой, требует менее хорошо переносимого активатора, чем тетрациклиновая система (тамоксифен vs доксициклин). В альтернативных вариантах осуществления пригодными могут быть только две из доступных возможностей (регуляция тетрациклином и рапамицином), и они являются единственными системами, которые были протестированы на модели крупных животных. Обе эти системы обладают аналогичными чертами (Таблица 2, выше): представляющий интерес ген находится под контролем сконструированного транскрипционного фактора, индуцируемого активирующим лекарственным средством (аналогом тетрациклина или рапамицина).
Экспрессия, регулируемая тетрациклином. В альтернативных вариантах осуществления в изобретении используется регулируемая тетрациклином экспрессия при переносе гена:
S
13
a) базальный уровень экспрессии трансгена ("подтекание"). В отличие от предшествующих rtTA конструкций, современные rtTA-варианты, такие как предлагаемый нами (вариант) и использованный в недавних исследованиях (rtTA2-M2), обеспечивают устойчивую тетрациклин-зависимую экспрессию при отсутствии базальной активности.
b) Постоянное применение тетрациклина напротив (vis-a-vis) переносимости пациентом и побочных эффектов.
11
13
14
15
14, 16
- Интенсивное изучение системы регуляции тетрациклином в ходе in vitro исследований показало, что для стимулирования трансгенной экспрессии достаточно 0.001 нг/мл доксициклина, а ее максимум достигается при 0.1 мг/мл, что составляет 10-кратное уменьшение ЕС50 по сравнению с системой первого поколения. У людей единичная пероральная доза доксициклина, равная 200 мг, обеспечивает средние концентрации в плазме и тканях, равные 1.5 мкг/мл через 24 часа, что в 15 раз больше, чем требуется для максимального уровня экспрессии. Однократная суточная доза доксициклина, равная 10-20 мг, может быть достаточной для полной активации трансгенной экспрессии у человека. Дозы, равные 200 мг/день, хорошо переносятся пациентами при постоянном пероральном использовании доксициклина при акне и хронических инфекциях

16
16
- ORACEA (доксициклин 40 мг перорально один раз в день) одобрен FDA для постоянного использования при лечении розацеа. Эта доза, на 80% более низкая, чем доза 200 мг, необходимая для лечения инфекции, обеспечивает противовоспалительный эффект, который способствует лечению розацеа, но не обладает антимикробным действием, и не приводит к появлению организмов, резистентных к антибиотику (клинические данные за 11 лет). Каждая капсула содержит 40 мг ангидрида доксициклина в виде 30 мг гранул с немедленным высвобождением и 10 мг гранул с отсроченным высвобождением. Субъектам с аллергией на тетрациклин, повышенной фоточувствительностью, беременным или кормящим женщинам или детям младше 9 лет (изменение цвета зубов, возможные нарушения роста трубчатых костей) не следует употреблять доксициклин. За 5 лет клинического применения наиболее распространенным побочным эффектом применения доксициклина были умеренные жалобы, связанные с работой желудочно-кишечного тракта.
17
18
- Тетрациклины могут снижать экспрессию и активность матриксных металлопротеиназ и оказывают влияние на процесс ремоделирования левого желудочка (LV) при введении в первые несколько дней после инфаркта миокарда (ИМ). Однако в предлагаемых предклинических исследованиях доксициклин вводят в течение 5 недель после ИМ, когда расширение камеры LV и образование рубца являются стабильными и равными в разных группах. Ранее нами было установлено, что доксициклин не оказывает влияния на ремоделирование LV, ТТМР или экспрессию ММР в предлагаемой мышиной модели ИМ-индуцированной CHF. В клинических условиях тетрациклин не будет использоваться в острой фазе инфаркта миокарда.
3,15
18,19
S
5
20
7
- с) Иммунный ответ на компоненты rtTA системы. Иммунный ответ на tet-регулятор не был установлен при длительном исследовании AAV4.tet и AAV5.tet введения гена (внутриретинальном) у нечеловекообразных приматов, когда наблюдалась длительная тетрациклин-зависимая трансгенная экспрессия в течение 2,5 лет продолжения исследования. В сердечной ткани мышей, экспрессирующих высокий уровень rtTA, или у мышей и крыс после AAVS-опосредованной регулируемой экспрессии IGFI с использованием rtTA2-M2 регуляторного элемента воспаления не наблюдается. По всей видимости, у нечеловекообразных приматов внутримышечная доставка AAV.tet, в отличие от внутриретинальной или сосудистой доставки, приводит к затуханию регулируемой экспрессии вследствие возникновения иммунного ответа на бактериальные и вирусные компоненты трансактиваторного фьюжн-белка. Иммунный ответ на tet-регулятор может представлять собой и одновременно обуславливаться рапамицин-регулирующей системой, которая не включает бактериальные или вирусные белки и не связана с индукцией иммунного ответа. В Таблице 2 приведены преимущества и ограничения tet- и рапамициновой регуляции.
21
22
12
12
4
4
10
Рапамицин-регулируемая экспрессия. В альтернативных вариантах осуществления используется макролид сиролимус (рапамицин), продукт бактерии Streptomyces hygroscopicus, который первоначально был разработан как противогрибковое средство, после чего было обнаружено его антипролиферативное и иммуносупрессивное действие. В настоящее время рапамицин используется в клинике: а) для предотвращения отторжения при трансплантации органов (2 мг P.O. (per os, перорально), один раз в день, что обеспечивает средний сывороточный уровень 12±6 нг/мл); и b) в стентах с лекарственным покрытием для уменьшения рестеноза после ангиопластики вследствие его антипролиферативного действия. Рапамицин увеличивает продолжительность жизни у мышей, по-видимому, препятствует разрушительным эффектам старения и используется как адьювант при лечении мультиформной глиобластомы. Рапамицин связывает цитоплазматический FK-связывающий белок 12 (FKBP12) и ингибирует сигнальный путь mTOR (мишень рапамицина в клетках млекопитающих). Серин-треониновая протеинкиназа mTOR влияет на клеточный рост и пролиферацию и способствует выживанию клетки. Практическая значимость рапамицина для генной терапии заключается в его способности к димеризации - свойству, которое используется в рапамицин-регулируемой системе экспрессии. В данной системе ДНК-связывающий и активаторный домены сконструированного транскрипционного фактора экспрессируются по отдельности как гибридные белки, которые активируются путем образования сшивки в результате введения бивалентного "димеризующего" лекарственного средства, в данном случае рапамицина или аналога рапамицина. Экспрессия является дозозависимой, обратимой и запускается наномолярными концентрациями активатора. Рапамициновая система не содержит вирусных или бактериальных белков, и таким образом, маловероятна стимуляция иммунного ответа. У макак внутримышечное введение AAV1, кодирующего эритропоэтин, обеспечивало Rap-регулируемую экспрессию (26 отдельных циклов индукции), продолжавшуюся до 6 лет без снижения уровня эритропоэтина, и отсутствие иммунного ответа к регуляторным компонентам. Предполагаемым недостатком рапамицина является иммуносупрессия. Однако решение этой проблемы может быть найдено благодаря пероральному использованию аналога рапамицина (АР22594), который активирует трансгенную экспрессию так же эффективно, как и рапамицин, проявляет минимальные иммуносупрессивные свойства и не ингибирует mTOR. Кроме того, в качестве активатора более эффективными являются еженедельные, а не ежедневные дозы, что дополнительно снижает «нецелевые» эффекты. Для определения зависимости «доза-ответ» перорально вводимого АР22594, начиная с пероральных доз, аналогичных эффективным при использовании у макак (0.45 мг/кг, один раз в неделю), и необходимых интервалов между приемом доз могут использоваться свиньи.
Инсулиноподобный фактор роста (IGFD
5
Выбор IGFI. Гормон роста (GH) проявляет множество своих эффектов посредством активации IGFI, а многие воздействия IGFI опосредованы Akt. Благодаря конвергенции сигналов от GH через IGFI к Akt, выбор должен быть сделан в сторону IGFI, а не GH или Akt. Повышенный уровень экспрессии GH будет предсказывать увеличение уровня глюкозы в сыворотке и повышение кровяного давления - неблагоприятные эффекты, которых можно избежать посредством выбора IGFI. Повышенный уровень экспрессии Akt предположительно будет приводить к снижению апоптоза и вероятно иметь другие благоприятные действия, не обеспечиваемые Akt, такие как усиленный ангиогенез. Таким образом, мы остановили выбор на введении гена IGFI для первоначальных предклинических исследований CHF, и недавно показали, что введение гена IGFI улучшает сердечную деятельность при сердечной недостаточности у крыс (см. Фигуры 1-8 и Таблицы 4 и 5).
23
IGFI-сигналинг.IGF, первоначально известные как соматомедины, представляют собой семейство пептидов, которые опосредуют множество различные анаболических и митогенных воздействий GH. Два соматомедина, структурно и метаболически схожих с инсулином, были выделены из плазмы человека в 1978 и получили название IGFI и IGFII. Впоследствии было показано, что IGFI (соматомедин С) регулируется IGF посредством циркулирующего GH. Молекула IGFI имеет молекулярную массу 7.6 кДа и состоит из 70 аминокислот, соединенных в одну цепь с 3 дисульфидными мостиками. Исходно полагали, что IGFI образуется только в печени, затем было показано его образование во многих тканях, включая кишечник, мозг, почки, легкие и сердце. Печень-специфическая деления гена IGFI у крыс не приводит к изменению нормального роста и развития, что указывает на то, что IGFI, широко экспрессируемый в других тканях, включая сердце, регулирует рост и развитие посредством локального высвобождения в тканях по паракринному механизму.
24
24
24
IGFI принадлежит к семейству белков, включающему лиганды (IGFI, IGFII, инсулин), шесть известных связывающих белков (IGFBP 1-6) и рецепторы клеточной поверхности, включая рецепторы IGFI и инсулина. В результате трансляции IGFI образуется препропептид, включающий амино-концевой сигнальный пептид, А, В, С и D домены и вариабельный карбокси-концевой Е-пептид. У человека известны три изоформы про-IGFI (про-IGFIa, npo-IGFIb и npo-IGFIc), отличающиеся только аминокислотным составом вариабельного Е-пептида. IGF-связывающие белки (IGFBP) действуют как белки-переносчики и продлевают время полужизни IGF путем ингибирования деградации. Почти весь циркулирующий IGFI (98%) преимущественно связан с IGFBP-3 (80%).
IGFI и IGFII демонстрируют высокую аффинность связывания с IGFI-рецептором во всех тканях, за исключением печени. IGF рецептор обладает 60% гомологией с рецептором инсулина и содержит тирозинкиназный домен. Связывание с IGFI-рецептором приводит к автофосфорилированию остатка тирозина. Это приводит к активации рецептора и фосфорилированию субстратов, включая субстрат рецептора инсулина, который активирует разнообразные сигнальные каскады, включая пути РО-киназы/Akt и митоген-активируемой протеинкиназы (МАРК) и другие, многие из которых оказывают благоприятное воздействие на сердечнососудистую систему (см. параграфы и Таблицу 3 ниже).
24
25
26
25,27
Эффекты повышенного уровня IGFI. Повышенный сывороточный IGFI снижает уровень инсулина в сыворотке, увеличивает чувствительность к инсулину и улучшает липидные профили. Однако введение белка IGFI может привести к пониженному кровяному давлению и гипогликемии. GH, препятствующий действию инсулина, повышает уровень глюкозы в сыворотке. Способность IGFI увеличивать усвоение глюкозы в сердце может играть роль в постишемическом восстановлении функции LV после введения IGFI. IGFI увеличивает мышечный кровоток и обладает сосудорасширяющей активностью, посредством рецептор-зависимых и -независимых воздействий и продукции оксида азота. Комбинированное метаболическое и сосудорасширяющее действие внутривенного введения человеку высоких доз IGFI может привести к головокружению и гиперемии (покраснению лица) - более низкие дозы улучшают сердечную деятельность, не оказывают влияния на кровяное давление или уровень глюкозы в сыворотке и не связаны с какими-либо симптомами.
28
25, 29, 30
27, 29, 30-33
34, 35, 38
Активация рецептора IGFI вызывает многочисленные клеточные ответы, включая регуляцию генной экспрессии, стимулирование миогенеза, продвижение клеточного цикла, иммуномодуляцию и биосинтез стероидных гормонов. В сердечной ткани IGFI и сигнальный путь IGFI рецептор/РВК/Акг оказывают благоприятное воздействие на функционирование, рост и выживание кардиомиоцитов. Более того, IGF демонстрирует ангиогенное действие, улучшает сократительные функции сердечной ткани в норме  и при сердечной недостаточности и ингибирует апоптоз. Все эти черты делают IGFI перспективным для CHF-терапии (Таблица 3).
IGFI белок в лечении сердечных заболеваний (Таблица 3)
29
30
31
34
32
38
39
Предклинические исследования. Эффекты введения рекомбинантных человеческих белков IGFI или GH были исследованы на животных моделях сердечнососудистых заболеваний. IGFI оказывает положительный инотропный эффект на изолированное сердце крысы и сосочковую мышцу хорька; GH не обладает инотропным эффектом на эти ткани. Аналогичный инотропный эффект IGFI был обнаружен на изолированной сосочковой мышце собак с сердечной недостаточностью, вызванной кардиостимуляцией. Введение IGFI нормальным крысам в течение 4 недель улучшало сердечную деятельность и вызывало концентрическую гипертрофию LV . Совместному введению IGFI и GH нормальным крысам в течение двух недель сопутствовали увеличение LV dP/dt и гипертрофия LV. Введение IGFI перед ишемией миокарда и реперфузией у крыс снижало высвобождение креатинкиназы и уменьшало апоптоз.Сочетанное введение IGFI и GH или только IGFI в течение четырех недель после ИМ улучшало деятельность LV у крыс. Введение GH крысам в течение 4 недель после ИМ увеличивало систолическую функцию LV, уменьшало фиброз сердечной мышцы и апоптоз кардиомиоцитов и улучшало выживание. На модели стримуляции CHF у свиней GH повышал сывороточный уровень IGFI, улучшал деятельность LV и снижал напряжение стенки LV.
27
40, 41
42, 43
44
Клинические исследования. Использование белков GH или IGFI в клинике привлекло большое внимание, несмотря на малочисленность крупных плацебо-контролируемых исследований. Острые гемодинамические эффекты введения IGFI были исследованы в слепом плацебо-контролируемом перекрестном исследовании CHF пациентов (n=8). Четырехчасовые инфузии IGFI увеличивали сердечный выброс, снижали сопротивление сосудов и уменьшали давление в правом предсердии и давление заклинивания легочных капилляров  Постоянное введение белка IGFI у пациентов с CHF не оценивалось. Использование белка GH у пациентов с CHF привело к сомнительным результатам. Два небольших неконтролируемых открытых исследования 14 пациентов с CHF показали, что три месяца терапии белком GH увеличивали сывороточный уровень IGFI, улучшали деятельность LV и клиническое состояние. Рандомизированные плацебо-контролируемые испытания GH (белка), использованного в течение периода длительностью до 3 месяцев у пациентов с CHF, не изменяли функцию LV или клиническое состояние. В наиболее современном обзоре литературы по терапии белком GH сделан вывод, что доказательства эффективности при ишемической и идиопатической клинической CHF отсутствуют, возможно, в связи с кинетикой введения пептида. Таким образом, в альтернативных вариантах осуществления способы введения гена настоящего изобретения путем обеспечения длительной экспрессии IGFI могут превосходить терапию белком IGFI.
35,45
46
47
Повышенная экспрессия сердечного IGFI или GH. Направленная экспрессия человеческого IGFI в сердечной мышце крыс, с учетом сопутствующего увеличения выработки GFI кардиомиоцитами, увеличивает сывороточный уровень IGFI приблизительно в два раза. Для этих крыс характерен увеличенный вес сердца и гиперплазия кардиомиоцитов, но не увеличение объема кардиомиоцитов. После ИМ наблюдались уменьшенный апоптоз кардиомиоцитов и повышенное фосфорилирование Akt. Направленная экспрессия IGFI в сердечной мышце уменьшает связанное с возрастом старение клеток вместе с уменьшением теломеразной активности, укорочением теломер и повреждением ДНК. У этих крыс наблюдалась повышенная активация Akt и улучшение деятельности LV в возрасте 22 месяцев по сравнению с нетрансгенными особями из того же помета Ко-экспрессия сердечного IGFI на фоне кардиомиопатии (модель кроссбридинга) по-видимому, предотвращает апопоз в сердце, LV ремоделирование и дисфункцию LV. Однако поскольку CHF никогда не присутствовала, данная стратегия не является эквивалентной лечению уже существующей CHF, - подход, который является центральной темой в настоящем предложении.
48
49
Для того, чтобы определить, будет ли перенос гена GH влиять на ремоделирование LV после ИМ, аденовирус, кодирующий GH (Ad.GH) вводили напрямую в сердечную мышцу крыс в момент закупорки коронарных артерий Инъекции были сделаны в пограничную область между подвергавшимся опасности и живым миокардом. Через 6 недель после ИМ и введения гена наблюдались благоприятные воздействия на конечно-диастолический размер LV, LV dP/dt и толщину стенки в области инфаркта. Те же ученые впоследствии показали, что у крыс Ad.GH, введенный в пограничную с инфарктом зону, через три недели после закупорки коронарной артерии увеличивал LV dP/dt и ослаблял расширение LV и истощение стенки через три недели после инъекции  Перенос гена GH в течение или через 3 недели после ИМ, по всей видимости, обладает положительным влиянием на ремоделирование LV.
50
При инъекции аденовируса, кодирующего IGFI (Ad.IGFI), в подвергавшееся опасности воздействия ложе перфузии непосредственно перед закупоркой коронарной артерии у крыс распространение инфаркта снижалось на 50%, что, по первоначальному предположению, являлось результатом уменьшения апоптоза. Данное исследование не затрагивало эффекты от введения гена IGFI на ремоделирование LV после ИМ. Было показано, что опосредованный аденовирусом перенос гена IGFI уменьшает индуцированный гипоксией апоптоз миоцитов in vitro, и на крысиной модели ишемии/реперфузии, до введения кодирующего IGFI аденвируса уменьшает размер инфаркта приблизительно на 50% (р<0.003), хотя трансген экспрессировался приблизительно только на 15% ишемического участка, что соответствует местному паракринному эффекту. Действие экспрессии IGFI при глобальной сердечной недостаточности не было исследовано.
Возможные побочные эффекты IGFI
51
52,53
54
Выживание. По-видимому, нарушение GH/IGFI системы увеличивает, а не снижает продолжительность жизни крыс с нормальной сердечной деятельностью. Однако мы предлагаем увеличить экспрессию IGFI в условиях тяжелой CHF, которая предполагает значительно повышенный риск краткосрочной летальности. Данные, подтверждающие, что ингибирование IGF увеличивает продолжительность жизни при CHF, отсутствуют. Напротив, повышенный сывороточный уровень IGFI у человека уменьшает частоту возникновения CHF и смертность. Эпидемиологические исследования показали, что люди с низким сывороточным уровнем IGFI подвергаются повышенному риску развития ишемической болезни сердца. В исследовании Framingham индивидуумы со значениями сывороточного уровня IGFI выше медианного демонстрировали частоту возникновения CHF на 50% меньше по сравнению с теми, чьи показатели были ниже медианы. Недавние отчеты показывают, что ингибиторы ангиотензин-превращающего фермента (ACEI), которые продлевают жизнь при CHF, повышают IGFI-передачу сигнала. Наши данные показывают, что перенос гена IGFI улучшает сердечную деятельность у крыс с сердечной недостаточностью, и мы собираемся определить наличие положительного воздействия на выживаемость.
55
55
56
54
Рак. Клинические эпидемиологические исследования указывают на корреляцию между повышением сывороточного уровня IGFI (>2-кратное увеличение) и раком предстательной железы и пременопаузальным раком молочной железы, однако критерий того, что эта корреляция является причинно обусловленной, отсутствует. Следует отметить, что заболеваемость раком предстательной железы увеличивается с возрастом, тогда как сывороточная концентрация IGFI уменьшается. У раковых пациентов может возникать повышенный сывороточный уровень IGFI в опухоли. В действительности, повышенная экспрессия IGFI в эпителии предстательной железы крыс повышает сывороточные концентрации IGFI и может приводить к неоплазии предстательной железы. Повышенные сывороточные концентрации IGFI также могут являться следствием изменений в пищевом статусе у раковых пациентов. Можно предположить, что IGFI может усиливать рост опухоли вследствие ангиогенеза и понижения апоптоза. Направленная экспрессия IGFIb в сердце, с сопутствующим продолжительным повышением сывороточного IGFI, не связана с раком предстательной железы или молочной железы, и сочетанное увеличение сывороточного уровня IGFI и GH не повышает заболеваемость раком предстательной железы, молочной железы или легких у пациентов с акромегалией. Роль IGFI в возникновении или прогрессировании рака является гипотетической. Представляется целесообразным, что терапия, увеличивающая экспрессию IGFI, должна ограничить сывороточные концентрации IGFI, а также обеспечить способы, необходимые для прекращения экспрессии при необходимости. Мы предлагаем достичь этих целей посредством введения гена с помощью регулируемого вектора экспрессии, который повышает концентрации IGFI в сыворотке и, таким образом, оказывает благотворное действие на сердечнососудистую систему.
Новизна исследования. Эти исследования направлены на разработку метода введения гена IGFI при клинической CHF. Перенос гена IGFI (или GH) не использовался при клинической CHF. Двойные слепые плацебо-контролируемые клинические испытания белка GH/IGFI при CHF не были успешными, возможно, по причине относительно небольшого биологического времени полужизни белка GH/IGFI - проблемы, преодолеть которую можно путем введения гена. Несмотря на то что введение генов GH и IGFI в сердце использовался перед закупоркой коронарных сосудов для уменьшения размера инфаркта в исследованиях на животных, ни одно из предыдущих исследований не исследовало введение гена IGFI при CHF по существу. Кроме того, предполагаемый подход на основе паракринного действия с использованием системной доставки вектора экспрессии с продолжительной и регулируемой экспрессией является новым и может применяться с другими действующими по принципу паракринных факторов пептидами для лечения широкого спектра сердечнососудистых заболеваний.
Резюме. Вследствие ограничений предклинических и клинических исследований в отношении прогнозируемых преимуществ введения пептида IGFI при лечении тяжелой CHF и гипотетической перспективы введения гена IGFI, основанного на паракринном действии, мы приступили к исследованиям в нашей лаборатории (см. Предварительные данные), спланированным так, чтобы обойти препятствия и недостатки длительной или продолжительной периодической внутривенной инфузии пептида.
57
58
Другие пептиды, оказывающие благоприятное действие. Несмотря на то что использование IGFI является обоснованным, следует отметить, что способы паракринной генной терапии изобретения также подходят для любых циркулирующих пептидов, оказывающих благоприятное воздействие на сердечно-сосудистую систему. Например, урокортин-2 представляет собой недавно обнаруженный вазоактивный пептид из семейства кортикотропин-высвобождающего фактора, действие которого опосредовано рецепторами кортикотропин-высвобождающего фактора типа 2, которые сильно экспрессируются в сердце и сосудистой системе. Инфузии пептида урокортина-2 оказывают разнообразные благоприятные воздействия на животных и пациентов с сердечной недостаточностью. BNP является другим биологически эффективным пептидом, подходящим для лечения клинической CHF, который может доставляться аналогичным способом. Более того, аналоги простациклина могут быть эффективными при лечении легочной гипертензии, однако современные средства (эпопростенол и трепростинил) требуют постоянного системного введения, а само лечение связано с высокой смертностью. В альтернативных вариантах осуществления способ изобретения предоставляет вектор с регулируемой экспрессией, кодирующий простациклинсинтазу, в качестве генной терапии паракринного типа легочной гипертензии. Фактически, любые современные пептидные терапевтические средства, которые требуют длительных или продолжительных периодических внутривенных вливаний, могут быть подходящими для такого подхода введения гена.
6
AAV и иммунный ответ в клинических исследованиях. Продолжительная трансгенная экспрессия после внутримышечной или внутрисосудистой доставки AAV векторов у грызунов являлась скорее правилом, чем исключением. Однако исследования у пациентов были искажены ограниченной экспрессией вследствие иммунного ответа на трансген и иногда на AAV вектор как таковой. Эти и другие исследования позволяют сделать два заключения. 1) Внутримышечная (по сравнению с внутрисосудистой) доставка AAV как правило вызывает повышенный иммунный ответ на трансген и AAV капсид; и 2) успех у грызунов вследствие их относительной иммунотолерантности не всегда означает успех у людей. Исследования на грызунах и свиньях могут проводиться, принимая во внимание человека:
59
59
60
Могут быть выбраны AAV серотипы (AAV8 и AAV9), которые наименее вероятно связаны с предсуществующими нейтрализующими антителами у людей. Например, AAV8 связан с наиболее низкой распространенностью анти-AAV нейтрализующих антител (19% vs 59% для AAV1 и 50% для AAV2). Более того, среди меньшинства людей с AAV8/9 антителами 75-90% этих субъектов обладает низким титром, что на настоящее время делает AAV8 и AAV9 оптимальным выбором в отношении предполагаемого иммунного ответа. Сыворотка человека почти не обладает серопозитивной реакцией на происходящие от макаки-резус AAV векторы, такие как AAVrh.32.33, что обеспечивает наличие альтернативного вектора в случае, если AAV8 и AAV9 оказываются неподходящими, несмотря на то что опыт предклинического и клинического (использования) AAVrh.32.33 ограничен.
6
Внутримышечного введения AAV векторов следует избегать, поскольку они могут вызвать иммунный ответ у крупных животных.
Могут использоваться два видо-специфических IGFI белка: крысиный и свиной. Может использоваться как крысиный, так и свиной IGFI. Использование видоспецифического IGFI будет уменьшать иммунный ответ на трансген. Клинические исследования могут проводиться с оптимальным вектором, кодирующим человеческий IGFI.
Внутривенная доставка AAV8 и AAV9 привлекательна благодаря своей простоте и тому, что при этом достигаются, вероятно, наиболее высокие сывороточные уровни терапевтического трансгена при наименьшей возможной дозе AAV. Несмотря на то что серопревалентность к этим AAV векторам является важной у свиней и приматов, включая человека, это не являлось важным фактором у грызунов. Предварительный отбор образцов у свиней от нашего поставщика не дал доказательств наличия антител к AAV8 или AAV9 у 7 из 9 протестированных свиней.
В альтернативных вариантах осуществления экспрессия трансгена изобретения ограничивается одним органом, например, если такая стратегия обеспечивает терапевтические сывороточные уровни этого трансгена. Например, типичный вектор изобретения представляет собой AAV8 с гепатоцит-специфическим промотором (TBG, глобулин, связывающий тиреодиный гормон человека).
Перенос гена с использованием IGFI
Несмотря на то что мы остановили выбор на IGFI для исследований подтверждения механизма действия, в альтернативных вариантах осуществления изобретение включает использование любого из перечисленных в этом описании кандидатных генов, и любой из этих генов может быть эффективным для достижения предполагаемого результата. Например, изобретение предоставляет способы и композиции для эффективной доставки любого паракринного полипептида, например, кардиотонического пептида млекопитающих, серелаксина, релаксина-2, урокортина-2, урокортина-1, урокортина-3, мозгового натрийуретического пептида, простациклинсинтазы, гормона роста, инсулиноподобного фактора роста-1 или их любой комбинации; или человеческого урокортина-2, урокортина-1, урокортина-3, мозгового натрийуретического пептида, простациклинсинтазы, гормона роста, инсулиноподобного фактора роста-1 или их любой комбинации.
S
Мы сконструировали типичный вектор AAV5, кодирующий крысиный IGFI (типа А), находящийся под контролем элемента, чувствительного к тетрациклину (TRE): Фигура 1 иллюстрирует типичную конструкцию изобретения, содержащий AAV5, кодирующий IGF1; этот типичный AAV5 вектор обеспечивает регулируемую экспрессию IGFI: ITR, инвертированный концевой повтор; TRE, тетрациклин-чувствительный элемент; IGFIAU1, инсулиноподобный фактор роста-I; SVpA, полиА из SV40 вирусного генома (действующий в двух направлениях); rtTA2M2, обратный тетрациклин-контролируемый трансактиватор; CMV, промотор раннего гена цитомегаловируса человека. Общий размер вставки (2823 по) подходит для scAAV5 вектора (емкость 3.3 тпо).
Кодирующая последовательность включает сигнальный пептид для внеклеточной секреции IGFI. Мы использовали данный вектор (AAV5.IGFI.tet) в экспериментах по переносу гена на культивируемых кардиомиоцитах: Фигура 2А иллюстрирует данные исследования, в котором культивируемые неонатальные кардиомиоциты крыс инфицировали AAV5.IGFI.tet (10,000 гк/клетку, 2d); изображения гелей показывают, что экспрессия IGFI была индуцирована доксициклином (+Dox) (2 иг/мл, 3d), но не происходила при отсутствии доксициклина (-Dox). IGFI обнаруживали в среде методом иммуноблоттинга при помощи анти-АШ антител. Фигура 2 В иллюстрирует результаты, где в аналогичных экспериментах кардиомиоциты лизировали при помощи Akt лизирующего буфера (10 минут, 4°C) и центрифугировали (12,000×g, 10 минут); общую Akt и фосфо-Akt обнаруживали при помощи анти-Akt и анти-фосфо-Т308-Akt антител. Экспрессия IGFI была связана с активацией Akt. После инфекции трансгенная экспрессия не детектировалась («подтекание» отсутствовало) до активации доксициклином (Фигура 2А).
S
13
Использованный нами вектор (Фигура 1) содержит более современный вариант rtTA (rtTA2-M2), который, в отличие от предыдущих rtTA конструкций, обеспечивает сильную доксициклин-зависимую экспрессию и низкий уровень или отсутствие базальной активности.
Регулируемая экспрессия IGFI в культивируемых кардиомиоцитах
4
В культивируемые миоциты сердца новорожденных вводили ген с помощью AAV5.IGFI-tet (10 /клетку, 2 дня). Как показано графически на Фигуре 3, в среду добавляли доксициклин (2 мкг/мл), и экспрессию мРНК IGFI оценивали количественно при помощи RT-PCR в реальном времени. Экспрессия мРНК IGFI повышалась (по сравнению с нестримулированными клетками) до 1,5 раз за 30 минут и достигала пика 14-кратного увеличения через 24 часа. Через 48 часов мРНК IGFI было немного меньше (10-кратное увеличение), что отражает деградацию доксициклина. Для «выключения» экспрессии IGFI доксициклин удаляли с помощью четырех последовательных промываний PBS ("отмывка", см. Фигуру 3). После удаления доксициклина количество мРНК IGFI быстро уменьшалось.
Введение AAV5.IGFI.tet в скелетные мышцы улучшает сердечную деятельность при
сердечной недостаточности
5
5
Введение гена в скелетные мышцы. В ходе первоначальных исследований непрямой внутрикоронарной доставки AAV5.IGFI.tet на мышиной модели сердечной недостаточности (Фигура 1) было обнаружено значительное улучшение функций сердца при сердечной недостаточности после нацеленной доставки в сердце. Однако экспериментальная проверка концепции с целью демонстрации эффективности введения на основе паракринного механизма нуждается в доставке вектора в скелетные мышцы. Для этих основополагающих исследований мы использовали внутримышечную доставку AAV5.IGFI.tet в переднюю большеберцовую мышцу крыс. AAV5 был выбран благодаря его хорошо известному высокому уровню экспрессии после IM введения в скелетные мышцы. Во всех случаях мы обнаружили экспрессию IGFI в среде (эксперименты на культуре клеток), и долговременную экспрессию IGFI в сердце (мышиная модель CHF) и сыворотке (крысиная модель после IM введения, мышиная после IV введения), и соответствующее улучшение функций при сердечной недостаточности.
В исследовании на крысах на первом этапе была изучена пригодность введения AAV5.EGFP в скелетные мышцы для обеспечения долговременной трансгенной экспрессии, как показано на Фигуре 4А: микрофотографии показывают экспрессию EGFP в односторонней передней болыпеберцовой мышце крыс через 3 недели после введения гена AAV5.EGFP. Противоположная передняя болыпеберцовая мышца от тех же животных, которая не подвергалась инъекции, продемонстрировала отсутствие экспрессии EGFP. Фигура 4 В представляет собой Таблицу 4, которая обобщает данные по эхокардиографии, оценивающие эффекты экспрессии IGFI в скелетных мышцах при CHF.
ИМ модель CHF и протокол эксперимента
12
ИМ индуцировали у крыс путем закупорки (окклюзии) проксимальной левой коронарной артерии, приводящей к обширному трансмуральному инфаркту и тяжелому нарушению функции LV. Через неделю после ИМ крысам с нарушенной функцией LV вводили 2×10 геномных копий (гк) AAV5.IGFI.tet в переднюю болыпеберцовую мышцу. Через четыре недели (5 недель после ИМ) крысы с фракцией выброса LV (EF)<35% были случайным образом распределены в две группы: одна группа получала доксициклин с питьевой водой для активации экспрессии IGFI (IGF-Вкл; n=10), другая не получала доксициклин (IGF-выкл; n=9). Через десять недель после ИМ (5 недель после активации экспрессии IGFI), размер и функцию LV оценивали при помощи эхокардиографии и гемодинамического исследования; Фигура 5 иллюстрирует протокол эксперимента по скелетно-мышечному переносу гена AAV5.IGFI.tet при CHF.
5
Результат.IGF-Вкл крысы демонстрировали увеличенную фракцию выброса LV (р=0.02) и уменьшенный конечно-систолический размер LV (р=0.03) (Таблица 4, см. Фигуру 4 В). Более того, сократительная функция LV, оцененная по скорости развития давления (LV +dP/dt) в ходе инъекции добутамина, улучшалась после инициирвания экспрессии IGFI (р=0.001) (Таблица 5, следующая страница). Кроме того, наблюдались желаемые изменения систолического объема крови (р=0.007) и систолической работы (р=0.003) (Таблица 5). Сывороточный уровень IGFI был повышен через 5 недель после активации трансгена (IGF-Выкл: 164±24 нг/мл; IGF-Вкл: 218±11 нг/мл; р=0.008; n=9 для каждой группы). Эти данные свидетельствуют о том, что инъекция AAV5.IGFI.tet в скелетные мышцы делает возможной тетрациклин-активируемую экспрессию, увеличивает сывороточный уровень IGFI и улучшает сердечную деятельность при сердечной недостаточности. В альтернативных вариантах осуществления могут использоваться менее иммуногенные AAV векторы, при этом они могут использоваться в виде внутривенной, а не внутримышечной инъекции, для того, чтобы избежать развития иммунного ответа и испытать две регулируемые системы экспрессии.
Апоптоз и фиброз сердечной ткани (Фигура 6)
Фигура 6 иллюстрирует эффекты AAV5.IGFI-tet введения гена на апоптоз и фиброз сердца. Фигура 6А графически иллюстрирует результаты TUNEL-окрашивания, которые показывают, что активация экспрессии IGFI (IGF-Вкл) была связана с уменьшенным апоптозом кардиомиоцитов (р<0.0001; 2-факторный анализ ANOVA), апоптоз был больше снижен в пограничной области, чем в отдаленной. Фигура 6В иллюстрирует окрашенные пикросириусом красным срезы не подвергавшейся инфаркту внутрижелудочковой перегородки, полученной от крыс IGF-Выкл и IGF-Вкл, демонстрирующие уменьшенный кардиофиброз, при этом область фракции коллагена была уменьшена (р=0.048); Фигура 6С графически иллюстрирует данные, полученные от крыс IGF-Выкл и IGF-Вкл.
10
12
Сравнение внутривенной и внутримышечной доставки AAV5.IGFI.tet. В предварительных исследованиях мы определили, мог ли внутривенный перенос гена увеличить уровень циркулирующего IGFI. Через одну неделю после внутривенного введения AAV5.IGFI.tet (5×10 гк на мышь, в хвостовую вену) мышей случайным образом разделили на две группы: одна группа получала доксициклин с питьевой водой для активации экспрессии IGFI (IGF-Вкл), другая не получала (IGF-Выкл). Поскольку большая часть циркулирующего IGFI связана с IGFI-связывающими белками (IGFBP) с высокой аффинностью и является биологически неактивной, мы измеряли свободный сывороточный IGFI, биологически активную форму IGFI, который оказался в 2 раза выше у мышей IGF-Вкл, чем у мышей IGF-Выкл, через 3 месяца после активации экспрессии IGFI (Фигура 7, следующая страница). С использованием стратегии внутримышечного AAV5.IGFI.tet (2×10 гк на крысу) введения гена, изложенной в разделе 2.2.1.2, мы обнаружили увеличение свободного сывороточного уровня IGFI в 1,3 раза в группе IGF-Вкл по сравнению с группой IGF-Выкл через пять недель после активации экспрессии IGFI (Фигура 7). Эти данные позволяют предположить, что внутривенное введение AAV5.IGFI.tet более эффективно, чем внутримышечная, в отношении сывороточных концентраций IGFI.
6
Более того, стратегия внутривенного введения, по-видимому, позволяет избежать индуцирования иммунного ответа, который наблюдается после внутримышечного введения AAV. Эти эксперименты предоставляют решающие результаты нашего исследования, касающиеся практической осуществимости.
Внутривенное введение: AAV5 по сравнению с AAV9.
11
Затем мы определили относительную эффективность внутривенного введения AAV5 по сравнению с AAV9 с использованием числа копий и трансгенной экспрессии в печени и сердце в качестве конечных точек, как проиллюстрировано на Фигуре 8. Мы использовали самокомплементарные (sc) AAV векторы, делающие возможной более раннюю экспрессию по сравнению с одноцепочечными (ss) AAV векторами. Мышам внутривенно вводили scAAV5.CMV.EGFP или scAAV9.CMV.EGFP (5×10 гк), через 21 день мышей забивали. Для сравнения числа копий ДНК AAV в печени и сердце были использованы PCR праймеры к общим последовательностям в обоих векторах. В печени AAV9 по сравнению с AAV5 обеспечивал 3-кратное повышение как числа ДНК копий AAV, так и уровня экспрессии EGFP; в сердце наблюдалось 5-кратное увеличение числа ДНК копий AAV и 8-кратное увеличение уровня экспрессии EGFP. Эти данные показывают, что по сравнению с внутривенным введением AAV5, введение AAV9 может обеспечить более высокие сывороточные уровни трансгена.
Методы
Фигура 10 иллюстрирует типичные векторы и дизайн векторов изобретения: с использованием внутривенного введения трех векторов, выбранных в ходе предварительного исследования и с учетом биологических свойств, могут быть определены относительные достоинства широко распространенных и экспрессирующихся векторов AAV8 и AAV9 (Фигура 10А) и AAV8 с печень-специфическим промотором (Фигура 10В). Критерием эффективности может являться сывороточный уровень IGFI через 6 недель после введения. Оптимальный AAV вектор используется для создания двух векторов с регулируемой экспрессией (Tet и Rap), которые могут быть сравнены после внутривенного введения крысам, как проиллюстрировано на Фигурах 10 C-F. Критерием эффективности может являться сывороточный уровень IGFI, в этом случае измеренный через 16 недель после активации трансгенной экспрессии (20 недель после введения).
Фигуры 10А и В. AAV векторы были взяты для первичных исследований на крысах с целью определения наиболее подходящего для дальнейшего исследования AAV серотипа. Эти векторы кодируют крысиный IGFI (нерегулируемая экспрессия) под контролем СВА (AAV8 & AAV9) или TBG (AAV8). Самый лучший из них по показателям сывороточного уровня IGFI и продолжительности экспрессии может использоваться в дальнейших исследованиях по определению оптимальной системы регуляции.
S
Фигуры 10C-F. Векторы-кандидаты для исследования на крысах с целью определения оптимальной регулируемой системы экспрессии. С использованием лучшего по результатам первоначального исследования AAV вектора (выше) были созданы и протестированы 2 вектора с регулируемой экспрессией: один с регуляцией тетрациклином, другой с регуляцией рапамицином. Эти векторы кодируют крысиный IGFI под контролем RSV (AAV8 & AAV9) или TBG (AAV8). Поскольку СВА промотор слишком велик для рапамицин-регулируемого вектора, вместо него использовали RSV. Лучшую из этих двух систем регуляции выбирают для создания оптимального вектора, кодирующего свиной IGFI, для последующего исследования на нормальных свиньях. ITR, инвертированный концевой повтор; TRE, тетрациклин-чувствительный элемент; IGFI, инсулиноподобный фактор роста-I; SVpA, полиА SV40 вирусного генома (действующий в двух направлениях); rtTA2M2, обратный тетрациклин-контролируемый трансактиватор; SV40en, энхансер вируса обезьян 40; ПромТВО, промотор глобулина, связывающего тиреоидный гормон; Пром RSV, промотор вируса саркомы Рауса; FRB-р6, часть FRAP, белка, взаимодействующего с рапамицином, объединенная с субъединицей транскрипционного фактора NF-κВ (р65); IRE, внутренний участок повторной посадки рибосомы; ZF, цинковый палец HD1 - ДНК-связывающий домен; FKBP, FK506 связывающий белок; рА, минимальный сайт полиаденилирования; ZBD, цинковый палец HD - ДНК-связывающий домен (8 копий).
Мы не ожидаем, что иммунный ответ на AAV будет играть важную роль у крыс, несмотря на то что такой ответ является важным у собак, свиней, человека и других приматов. Иммунный ответ должен быть тщательно оценен. Биораспределение AAV (например, с применением количественной ПЦР с использованием праймеров для амплификации общих во всех векторах последовательностей) и токсичность (например, с использованием гистологического анализа) можно оценить количественно.
Размер группы. Первичным критерием успеха может быть сывороточный уровень IGFI, имеющий коэффициент вариации 20%. Для обнаружения 30% различия в сывороточном уровне IGFI между группами, при условии, что α ошибка составляет 0.05 и β ошибка составляет 0.10, потребуется группа размером n=10.
Пример 3: Введение AAV8. кодирующего урокортин-2. улучшает сердечную функцию
Этот пример демонстрирует, что в альтернативных вариантах осуществления способов этого изобретения паракринный трансген действует как гормон и оказывает кардиоэффекты после высвобождения в кровоток из удаленного места. Этот типичный подход может преодолеть проблему достижения высокого выхода кардиовведения гена и сделать возможным лечение пациентов путем системного введения в ходе визита в клинику. Кроме того, этот типичный подход может устранить необходимость внутривенного введения (IV) доставки терапевтических пептидов и тем самым избежать повторных и длительных пребываний в стационаре, высокой смертности и колоссальных экономических затрат. В альтернативных вариантах осуществления наиболее подходящим вектором для достижения этих целей является адено-ассоциированный вирус типа 8 (AAV8), который обеспечивает продолжительную и экстенсивную экспрессию после внутривенного введения у грызунов, свиней и приматов.
В альтернативных вариантах осуществления способов в качестве терапевтического трансгена используется урокортин-2, недавно обнаруженный вазоактивный пептид из семейства кортикотропин-высвобождающих гормонов. Урокортин-2 может оказывать воздействие посредством рецепторов кортикотропин-высвобождающего фактора типа 2, которые сильно экспрессируются в сердце и сосудистой системе. Исследования на животных и пациентах с застойной сердечной недостаточностью показали, что желаемые гемодинамические эффекты введения пептида урокортина-2, включая улучшение сократительной функции независимо от нагрузки, что указывает на прямое воздействие на сердце. Мы установили, что внутривенное введение AAV8c использованием промотора β-актина кур обеспечивает длительный высокий сывороточный уровень UCn2 и улучшает сердечную функцию при сердечной недостаточности у мышей.
Для того чтобы выбрать самые лучшие отдельные варианты осуществления для применения этого аспекта изобретения, могут быть проведены исследования на мышах и свиньях, например: а) определение регулируемой трансгенной экспрессии для возможности точного регулирования уровня трансгена в сыворотке и подавления или активации экспрессии при необходимости; и b) определение безопасности, эффективности и механизма действия введения гена урокортина-2 с использованием этого иллюстративного подхода на основе паракринного механизма на животной модели, принятой в этой области техники, - мышиной модели CHF. Также, при использовании нормальных свиней можно определить: а) минимальную эффективную дозу вектора, необходимую для повышения сывороточного UCn2; b) биораспределение вектора и трансгена; и с) токсичность.
Потенциальные преимущества способов паракринного введения гена по сравнению с IV инфузией пептидов показаны в Таблице 1 (выше). В альтернативных вариантах осуществления применение способов изобретения позволяет избежать инфекции и уменьшить повторное и продолжительное пребывание в стационаре, тем самым сокращая затраты. В альтернативных вариантах осуществления системная доставка вектора при паракринном переносе гена является преимуществом благодаря обеспечению наиболее высокого уровня экспрессии для любой дозы AAV. Потенциальная безопасность и эффективность этого подхода была недавно продемонстрирована на ранней фазе клинического исследования введения гена у пациентов с гемофилией В, - исследования, которое возродило генную терапию. В альтернативных вариантах осуществления способы паракринного введения гена изобретения могут подходить для любого циркулирующего пептида, оказывающего благоприятное воздействие на сердечно-сосудистую систему.
6-10
11
12, 13
14
15
16
В альтернативных вариантах осуществления AAV делает возможной более длительную трансгенную экспрессию, чем аденовирус, и позволяет избежать связанного с применением ретровирусов явления инсерционного мутагенеза. Постоянная трансгенная экспрессия была показана у крупных животных через годы после единичных инъекций AAV векторов. Мы подтвердили это факт на мышах и крысах. Несмотря на то что в ходе недавних клинических исследований было обнаружено, что некоторые серотипы AAV вызывают иммунный ответ после IM инъекции, для более современного поколения AAV векторов (AAV5, 6, 8 и 9) такие явления у приматов не характерны. IV доставка AAV превосходит IM в отношении сывороточных уровней трансгена, и AAV9 и AAV8 превосходят AAV5 (неопубликованные данные). Более того, предсуществующие анти-AAV8 антитела не так широко распространены у людей (19%), как к другим серотипам AAV, включая AAV1 и AAV2 (50-59%). Наши данные, графически проиллюстрированные на Фигуре 11, указывают на то, что IV введение AAV8 представляет собой оптимальной вектор и способ доставки для достижения длительного повышения уровней сывороточного UCn2 для паракринного подхода. Фигура 11 иллюстрирует данные по IV доставке AAV9.CMV.UCn2 (9.CMV), AAV9.CBA.UCn2 (9.СВА) по сравнению с AAV8.CBA.UCn2 (8.СВА); эти данные показывают, что применение всех векторов было сопряжено со значительным увеличением сывороточного UCn2 через 6 недель. Числа в столбиках указывают размер образца для каждой группы; р-значение получены из анализа ANOVA. ITR - инвертированный концевой повтор; SVpA -полиА из вирусного генома SV40; UCn2 - урокортин-2; СВА - промотор куриного β-актина; CMV - энхансер цитомегаловируса человека.
17
Несмотря на устойчивость в поперечно-полосатой мускулатуре, CMV-промотор подвержен метилированию и инактивации в печени, и наши данные показывают, что лучшими являются промоторы, менее подверженные метилированию. Действительно, как проиллюстрировано на Фигуре 11, несмотря на то что CMV обеспечивал постоянное 2-кратное увеличение UCn2 после IV введения вектора, использование промотора куриного β-актина (СВА) приводило к 15.7-кратному увеличению сывороточного UCn2. Также может использоваться гепатоцит-специфический промотор глобулина, связывающего тиреоидный гормон (TBG).
18, 21
9, 10, 22-26
В альтернативных вариантах осуществления конструкции и способы изобретения обеспечивают возможность регулируемой экспрессии, например, «выключения» экспрессии. Вследствие потенциальной возможности длительной экспрессии, обеспеченной AAV-переносом гена, в случае развития неблагоприятных эффектов является желательной возможность «выключения» экспрессии. Регулируемая экспрессия также обеспечивает возможность периодической, а не постоянной доставки трансгена. В альтернативных вариантах осуществления конструкции и способы изобретения используют регулируемые экспрессионные системы такие как, например: экдизон, тамоксифен, тетрациклин, рапамицин. Размер системы экдизона требует двухвекторной стратегии, а тамоксифен имеет ограничения, связанные с токсичностью. Системы регуляции тетрациклином и рапамицином (Таблица 2) были протестированы на моделях крупных животных.
27
S
11, 26, 28, 29, 30
26, 31
31, 32
24
25
В альтернативных вариантах осуществления конструкции и способы изобретения используют интенсивно изучавшуюся tet-регулируемую систему. В отличие от предыдущих rtTA конструкций, rtTA варианты этого изобретения (например, rtTA2-М2), обеспечивают устойчивую tet-зависимую экспрессию при отсутствии базальной активности (т.е. «подтекания» (промотора)) и в 10 раз более высокую чувствительность к тетрациклину (максимальная активация трансгенной экспрессии при концентрации 0,1 мкг/мл). Одинарная суточная доза доксициклина, равная 10-20 мг, может являться достаточной для полной активации трансгенной экспрессии у человека  Дозы доксициклина, равные 200 мг/день, хорошо переносятся пациентами при постоянном пероральном использовании при акне и хронических инфекциях.Тетрациклины могут снижать активность матриксных металлопротеиназ и оказывают влияние на процесс ремоделирования левого желудочка (LV) при введении в первые несколько дней после ИМ. Ранее мы показали, что доксициклин не влияет на ремоделирование LV, TIMP или экспрессию ММР в предложенной мышиной модели ИМ-индуцированной CHF, где доксициклин назначается через 5 недель после ИМ. В клинических условиях тетрациклин не используется в острой фазе ИМ.
9
25, 28, 29
S
11
10
Потенциальную проблему представляет собой иммунный ответ на компоненты rtTA системы, но он не был обнаружен в исследовании (внутриретинального) AAV4.tet- и AAV5.tet-введения гена на нечеловекообразных приматах, в котором тетрациклин-зависимая трансгенная экспрессия продолжалась в течение 2.5 лет исследования. Мы не наблюдали воспаления в сердце мышей при экспрессии высоких уровней rtTA или у мышей после AAV5-опосредованной регулируемой экспрессии IGFI с использованием tTA2-M2 регуляторного элемента. По-видимому, в отличие от внутриретинальной или васкулярной, IM доставка AAV.tet у нечеловекообразных приматов не приводит к затуханию регулируемой экспрессии вследствие иммунного ответа на бактериальные и вирусные компоненты трансактиваторующего гибридного белка. Одновременно может быть протестирован иммунный ответ на tet-регулируемую и рапамицин-регулируемую системы, которые не содержат бактериальные или вирусные белки и не связаны с индукцией иммунного ответа. В Таблице 2 приведены преимущества и ограничения tet-и рапамициновой регуляции.
23
34
35
10, 35-37
10
В рапамицин-регулируемой системе трансгенная экспрессия запускается наномолярными концентрациями рапамицина или аналога рапамицина и является дозозависимой и обратимой. Рапамицин используется в клинике для подавления иммунного ответа, препятствует разрушительным эффектам старения у мышей и ингибирует мультиформную глиобластому путем блокирования сигнального пути mTOR («мишень рапамицина в клетках млекопитающих»). Пероральный аналог рапамицина АР22594, который активирует трансгенную экспрессию так же эффективно, как рапамицин, проявляет минимальные иммуносупрессивные свойства и не ингибирует mTOR. Для определения зависимости «доза-ответ» перорально вводимого АР22594 и необходимых интервалов между приемом доз могут использоваться свиньи, начиная с пероральных доз, аналогичных эффективным при использовании у макак (0.45 мг/кг, один раз в неделю).
38-41
42, 43, 44
45, 46
47, 48
49-51
В альтернативных вариантах осуществления конструкции и способы изобретения экспрессируют in vivo урокортин-2, включая UCn1, UCn2 и UCn3 (38-40 аминокислот (аа)), который принадлежит к семейству кортикотропин-высвобождающего фактора (CRF). Эти пептиды могут стимулировать рецепторы кортикотропин-высвобождающего фактора типа 1 и 2 (CRF1, CRF2). UCn1 связывается с CRFR1 и CRFR2, но UCn2 и Ucn3 связываются только с CRFR2, который экспрессируется в кардиомиоцитах, сосудистой системе, кишечнике, мозге и скелетных мышцах. Несмотря на то что UCn1 был обнаружен при LPS-индуцированном воспалении и влиял на изменение проницаемости тканей,  разнообразные эффекты UCn2 связаны с благоприятными биологическими эффектами, отчасти благодаря его аффинности к CRFR2. Эффекты UCn2 не являются полностью цАМФ-зависимыми. Например, CRFR2-десенсибилизация (падение чувствительности) после связывания UCn2 активирует PI3K/Akt-сигналинг путем транслокации β-аррестина. Кроме того, повышение ERKl/2-сигналинга происходит посредством диссоциации β и γ субъединиц G-белка. Эти не зависящие от цАМФ события способствуют уменьшению апоптоза кардиомиоцитов. Инфузии пептида UCn2 при предклинической и клинической CHF последовательно показали благотворные воздействия на функцию LV и уменьшали активацию симпатоадреналовой системы.
52
2+
53
54
55-57
49
58, 59
50, 51
60
Как перечислено в Таблице 3 ниже, помимо других благоприятных эффектов инфузия UCn2 с использованием способов и композиций изобретения может увеличить сократительную функцию независимо от условий нагрузки, что указывает на прямое воздействие на сердце. Механизмы инотропных эффектов не установлены. Недавние исследования позволили предположить благоприятные воздействия на транспорт Са, продолжительность потенциала действия, ишемически-реперфузионное повреждение, и систему ренин-альдостерон. Безопасность и эффективность инфузий UCn2 была подтверждена на модели CHF крупных животных, на здоровых людях и пациентах с CHF. Недавняя редакция способствует его использованию при CHF класса 3 и 4.
51
Поскольку время полужизни UCn2 в плазме составляет 15 минут, требуются постоянные вливания. В противоположность этому, в альтернативных вариантах осуществления перенос гена UCn2 по паракринному механизму изобретения позволяет избежать затруднений, связанных с постоянными инфузиями пептида, как отмечено в Таблице 1 выше. Ввиду экспрессии в двух предлагаемых видах только видоспецифического UCn2, иммунный ответ на трансген отменяется.
11
Доказательство механизма действия введения гена по паракринному механизму. Мы доказали, что паракринное введение гена путем IM инъекции AAV5, кодирующего инсулиноподобный фактор роста-I (AAV5.IGFI), улучшает функцию сердца при сердечной недостаточности. Мы также показали, что IV введение AAV8, кодирующего UCn2, не только обеспечивает длительный высокий уровень сывороточного UCn2 (>15-кратное увеличение), но и улучшает функцию сердца в норме и при сердечной недостаточности.
17
Выбор AAV вектора и промотора. Из опубликованных ранее исследований было очевидно, что IV AAV8 или AAV9 может обеспечить более высокие уровни трансгенной экспрессии, чем другие AAV серотипы, и что оптимальными будут CMV или СВА промоторы, которые, как правило, являются наиболее функциональными. Поэтому мы сконструировали AAV8 и два AAV9 вектора, кодирующих мышиный UCn2 под контролем CMV или СВА, для того, чтобы определить какой вектор будет наиболее эффективно увеличивать сывороточный уровень UCn2, как проиллюстрировано на Фигуре 11. Использовали коммерчески доступный UCn2-специфичный ELISA. AAV9.CMV повышал уровень UCn2 в сыворотке в 2,3 раза, который (несмотря на то что он ниже уровня, полученного при применении двух других векторов) может быть достаточным для терапевтического ответа. В то же время AAV8.CBA вызывал 15.7-кратное увеличение сывороточного UCn2 (AAV8.CBA.UCn2: 109±7 нг/мл, n=9; Контроль: 7±1 нг/мл). Такой высокий уровень сывороточного UCn2 может дать возможность снижения дозы AAV8. Преимущество AAV8.CBA и AAV9.CBA над AAV9.CMV может отражать или относительную устойчивость СВА или подверженность CMV метилированию и инактивации в печени. Таким образом, для дополнительного исследования мы остановили выбор на AAV8.CBA.
Распределение и экспрессия AAV8.CBA.UCn2 после внутривенном введении. В альтернативных вариантах осуществления конструкции и способы изобретения экспрессируют UCn2 in vivo благодаря стратегии введения гена на паракринной основе и могут использоваться для повышения сывороточного уровня UCn2. Альтернативные варианты осуществления не требуют экспрессии UCn2 в сердце как таковом (per se), потому что это эффекты циркулирующего UCn2, т.е. его воздействия на сердце и сосудистую систему, которые будут обеспечивать терапевтические эффекты трансгена, - это воздействия, которые не требуют экспрессии UCn2 в самих кардиомиоцитах.
11
11
11
Экспрессия UCn2 в печени. Как проиллюстрировано на Фигуре 12, через 6 недель после IV введения AAV8.CBA.UCn2 (5×10 гк; см. Фигуру 11) наблюдалось 15.7-кратное увеличение сывороточного UCn2, связанное с зависимым от времени увеличением экспрессии мРНК UCn2 в печени, которое выходило на плато через 4-6 недель после введения, что хорошо коррелировало с устойчивым повышением сывороточного UCn2. Фигура 12А графически иллюстрирует временную зависимость экспрессии мРНК UCn2 в печени после введения AAV8.CBA.UCn2 (5×10 гк, IV). Экспрессия UCn2 в печени (каждый столбик представляет собой среднее значение, полученное от 2 мышей) достигала плато через 4-6 недель после введения, что коррелировало с плато сывороточного UCn2 (данные не приведены). Фигура 12В графически иллюстрирует данные, показывающие экспрессию мРНК UCn2 в LV через 6 недель после введения AAV8.CBA.UCn2 (5×10 гк, IV). Аналогично высокие уровни мРНК UCn2 наблюдались в образцах скелетных мышц (данные не приведены).
Экспрессия UCn2 в сердце. Несмотря на то что экспрессия UCn2 в сердце не требуется для оказания благоприятных эффектов генной терапии на паракринной основе, мы подтвердили значительное увеличение экспрессии мРНК UCn2 в образцах LV через 6 недель после IV ведения AAV8.CBA.UCn2, см. Фигуру 12В. В альтернативных вариантах осуществления конструкции изобретения, содержащий, например, AAV8, включая присутствие ДНК AAV8 и мРНК UCn2, может вводиться в и/или экспрессироваться в каком-либо органе или органах, включая скелетные мышцы, легкие, мозг, почки, селезенку, тонкий кишечник, костный мозг.
11
Перенос гена UCn2 у мышей в норме. Чтобы определить, улучшает ли перенос гена UCn2 функцию LV, мы вводили нормальным мышам внутривенно (IV) либо AAV8.UCn2 (5×10 гк) либо физиологический раствор (контроль). Через пять недель после введения гена UCn2, мышей подвергали инвазивной процедуре, в ходе которой катетер Миллара (1.4F) помещали в камеру LV для определения развития давления. Получение и анализ данных по группам проводили вслепую. Перенос гена UCn2 повышал сократительную функцию LV (LV +dP/dt) (Фигура 13А, слева); -dP/dt показатель также был уменьшен, указывая на улучшение релаксации LV (Фигура 13В, правая панель). Не были обнаружено отрицательных воздействий на массу LV, гистологические показатели, структуру или функцию LV. Фигура 13 графически иллюстрирует функционирование LV у нормальных мышей через 6 недель после IV доставки AAV8.CBA.UCn2 (по сравнению с контрольной группой мышей, которым вводили физиологический раствор). Фигура 13А: LV +dp/dt; Фигура 13 В. LV -dP/dt. Значения представляют собой среднее±SE. Числа внутри столбиков означают размер группы. Перенос гена UCn2 улучшал как сократительную функцию, так и расслабление сердечной мышцы.
11
Перенос гена UCn2 у мышей с CHF. Для индукции тяжелой CHF у мышей мы применяли окклюзию проксимальной левой коронарной артерии - модель, которую мы часто использовали и которая имитирует особенности клинической CHF на основе ишемии. Как показано в протоколе (Фигура 12А), через 3 недели после коронарной окклюзии мы проводили эхокардиографию для подтверждения тяжелой дисфункции и расширения камеры LV. Затем мышей распределили по группам случайным образом - для IV введения AAV8.CBA.UCn2 (5×10 пена мышь) или для введения эквивалентного объема физиологического раствора. Через пять недель после рандомизации мышей подвергали повторной эхокардиографии, провели измерения развития и уменьшения давления в LV и брали первую производную этих показателей, LV +dP/dt. Получение и анализ данных по группам проводили вслепую. Несмотря на заметное нарушение функции LV, которое наблюдалось на момент введения гена UCn2, фракционное изменение площади LV (FAC%), показатель суррогатной фракции выброса, было увеличено (Фигура 14В). Перенос гена UCn2 также улучшал систолическую (LV +dP/dt) и диастолическую (LV -dP/dt) функцию LV (Фигура 14С). Пик LV +dP/dt был увеличен до приближающегося к норме значения, подтверждая, что предлагаемая стратегия заслуживает разработки в качестве новой терапии CHF. Фигуры 14В и 14С иллюстрируют данные, показывающие эффекты введения гена UCn2 при сердечной недостаточности: Фигура. 14А: через 3 недели после ИМ и развития CHF мыши IV получали AAV8.UCn2 или физиологический раствор; через 5 недель после введения гена (8 недель после ИМ) оценивали LV функцию (слепое исследование); Фигура 14В. Перенос гена UCn2 увеличивал фракционное изменение площади LV (%FAC); Фигура 14С. Перенос гена UCn2 увеличивал пик LV +dP/dt и пик -dP/dt, указывая на заметный лечебный эффект на систолическую и диастолическую функцию LV при сердечной недостаточности.
2+
Перенос гена UCn2: воздействие на транспорт Ca в сердце
11
53
С2.5.1. Перенос гена UCn2 изменяет экспрессию SERCA2a. AAV8.CBA.UCn2-перенос гена (5×10 гк, IV) был сопряжен с повышением экспрессии мРНК и белка SERCA2a в образцах LV, полученных от мышей через 4 недели после введения гена (Фигура 15). Эти изменения, как можно было ожидать, способствуют доступности Са для миофиламентов, и, таким образом, улучшают и систолическую, и диастолическую функции, как мы наблюдали в норме и при сердечной недостаточности после введения гена UCn2 (Фигуры 13 и 14), что является вероятным механизмом улучшения функции LV при переносе гена UCn2. Аналогичный эффект пептида UCn2 был описан для изолированных кардиомиоцитов.
11
2+
Фигура 15 иллюстрирует результаты эксперимента (Фигура 15А - график, Фигура 15 В - иммуноблот), в котором нормальным мышам IV вводили AAV8.CBA.UCn2 (5×10гк) или физиологический раствор (CON); и через четыре недели образцы LV из группы введения гена UCn2 демонстрировали 2-кратное увеличение экспрессии белка SERCA2a. При иммуноблотинге сигнал нормализовали по содержанию TnI. Числа в столбиках обозначают размер группы. Эти изменения экспрессии SERCA2a, как можно было ожидать, способствуют доступности Садля миофиламентов, и тем самым улучшают систолическую и диастолическую функции LV.
2+
11
2+
2+
2+
3+
1/2
Введение гена UCn2 и выброс Са. Кардиомиоциты (СМ) выделяли из мышей через 4 недели после введения AAV8.CBA.UCn2 (5×10 гк, IV). В качестве контроля использовали мышей, которым IV вводили физиологический раствор. В ходе измерения кардиомиоциты иСп2-мышей инкубировали с 24 нМ раствором пептида UCn2 для имитации сывороточного уровня UCn2 in vivo. Кардиомиоциты мышей, подвергавшихся переносу гена UCn2, показали изменение выброса Сас уменьшенным t, как проиллюстрировано на Фигуре 16: выброс Сапосле введения гена UCn2: Фигура 16А графически показывает, что перенос гена UCn2 увеличивал скорость снижения Са; Фигура 16В графически иллюстрирует, что время до снижения выброса Саt было укорочено в кардиомиоцитах мышей, которые подвергались переносу гена UCn2 за 4 недели до этого. Эксперименты были проведены в трех повторах. Столбики обозначают среднее ±SE; числа в столбиках обозначают число кардиомиоцитов; числа над столбиками указывают р-значение.
3
3
3
UCn2 является кардиопротектором. Для исследования воздействия UCn2 на гипоксическое повреждение, мы обработали культуру миоцитов сердца новорожденных крыс азидом натрия (NaN), который необратимо связывает кофактор гема в цитохромоксидазе и ингибирует митохондриальное дыхание, имитируя опосредованную гипоксией цитотоксичность. Обработка UCn2 защищала кардиомиоциты от повреждения, судя по морфологии и по сниженному высвобождению LDH, как проиллюстрировано на Фигуре 17. UCn2 также защищает изолированные кардиомиоциты от повреждений, вызванных гипоксией и последующей реоксигенацией (р<0.001; данные не приведены). Фигура 17 показывает, что UCn2 защищает культивируемые кардиомиоциты новорожденной крысы от гипоксических повреждений: Фигура 17А иллюстрирует, что UCn2 (60 нМ) сохраняет нормальную морфологию клеток через 24 часа после обработки NaN (10 мМ); Фигура 17В графически иллюстрирует, что UCn2 уменьшал высвобождение LDH после обработки NaN (р<0.001).
11
Действие на CREB и β-катенин. Образцы LV были взяты у мышей через 4 недели после введения AAV8.CBA.UCn2 (5×10 гк, IV). Мыши, получавшие IV физиологический раствор, использовались в качестве контроля. Образцы LV от мышей, которым вводили ген UCn2, показали усиленное фосфорилирование CREB (3-кратное увеличение, р<0.01, Фигура 18А). CREB представляет собой транскрипционный фактор, который делает возможной CRE-опосредованную экспрессию гена в сердце. Кроме того, введение гена UCn2 был сопряжен с 2-кратным увеличением фосфорилирования β-катенина в LV (р<0.0001, Фигура 18В). Повышенное фосфорилирование р-катенина снижает накопление β-катенина во вставочных дисках кардиомиоцитов и тем самым уменьшает ригидность сердца и диастолическую дисфункцию. Это может вносить вклад в наблюдаемое нами явление, когда перенос гена UCn2 улучшает расслабление LV в норме и при сердечной недостаточности. Фигура 18 графически иллюстрирует, что фосфорилирование и CREB (Фигура 18А) и β-катенина (Фигура 18В) было обнаружено в образцах LV через 4 недели после IV доставки UCn2.CBA.UCn2. Контрольные мыши получали физиологический раствор.
11
11
11
Некардиологические эффекты введения гена UCn2. IV доставка AAV8.CBA.UCn2 (5×10 гк) оказывает положительное действие на метаболизм глюкозы - антидиабетический эффект. Например, мыши, которым вводили ген UCn2, являются резистентными к гипергликемии, вызванной диетой с высоким содержанием жиров (HFD), что является моделью диабета 2 типа, используемой в предклинических исследованиях (Фигура 19А). Пониженный уровень глюкозы обусловлен повышенной утилизацией глюкозы, как следует из исследования толерантности к глюкозе HFD-мышей (Фигура 19В). Фигура 19 представляет данные, показывающие, что UCn2 влияет на регуляцию глюкозы. Мышам IV вводили AAV8.CBA.UCn2 (5×10 гк, n=8) или физиологический раствор (n=8), затем мыши получали стандартный рацион в течение 3 недель. Небольшое уменьшение уровня глюкозы в крови натощак наблюдалось в группе UCn2. Затем мыши получали рацион с высоким содержанием жиров (HFD) в течение 8 недель. В контроле, как и предполагалось, наблюдалась гипергликемия, однако у UCn2-мышей сохранялся нормальный уровень глюкозы в крови. Фигура 19В. Мышам IV вводили AAV8.CBA.UCn2 (5×10 гк, n=8) или физиологический раствор (n=8), затем мыши получали HFD в течение 2 месяцев, после чего были проведены исследования толерантности к глюкозе. Мышам натощак вводили глюкозу (2 мг/г массы тела, IP) и измеряли уровень глюкозы. Результаты показывают, что введение гена UCn2 способствует утилизации глюкозы и защищает от вызванной диетой гипергликемии.
Фигура 20 иллюстрирует типичные конструкции изобретения: сокращения: ITR, инвертированный концевой повтор; TRE, тетрациклин-чувствительный элемент; SVpA, полиА из SV40 вирусного генома (действующий в двух направлениях); rtTA2SM2, обратный тетрациклин-контролируемый трансактиватор; SV40en, энхансер вируса обезьян 40; Пром TBG, промотор глобулина, связывающего тиреоидный гормон; Пром RSV, промотор вируса саркомы Рауса; FRB-р6, часть FRAP, белка, взаимодействующего с рапамицином, объединенная с субъединицей транскрипционного фактора NF-κВ (р65); IRE, внутренний участок повторной посадки рибосомы; ZF, цинковый палец HD1 - ДНК-связывающий домен; FKBP, FK506 связывающий белок; рА, минимальный сайт полиаденилирования; ZBD, цинковый палец HD - ДНК-связывающий домен (8 копий).
Был описан ряд вариантов осуществления изобретения. При этом должно быть понятно, что могут быть сделаны различные модификации без отклонения от существа и объема изобретения. Соответственно, другие варианты осуществления включаются в рамки приведенных ниже пунктов формулы изобретения.
Источники информации
1. Roger VL, Go AS, Lloyd-Jones DM, Benjamin EJ, Berry JD, Borden WB et al. Heart disease and stroke statistics-2012 update: a report from the American Heart Association. Circulation 2012; 125: e2-e220. PMID: 22179539.
2. Nathwani AC, Tuddenham EG, Rangarajan S, Rosales C, McIntosh J, Linch DC et al. Adenovirus-associated virus vector-mediated gene transfer in hemophilia B. N Engl J Med 2011; 365: 2357-2365. PMCID: PMC3265081.
3. Buchlis G, Podsakoff GM, Radu A, Hawk SM, Flake AW, Mingozzi F et al. Factor DC expression in skeletal muscle of a severe hemophilia B patient 10 years after AAV-mediated gene transfer. Blood 2012; in press. PMID: 22271447.
4. Flotte TR, Trapnell BC, Humphries M, Carey B, Calcedo R, Rouhani F et al. Phase 2 clinical trial of a recombinant adeno-associated viral vector expressing alpha 1-antitrypsin: interim results. Hum Gene Ther 2011; 22: 1239-1247. PMCID: PMC3205788.
5. Brantly ML, Spencer LT, Humphries M, Conlon TJ, Spencer CT, Poirier A et al. Phase I trial of intramuscular injection of a recombinant adeno-associated virus serotype 2 alphal-antitrypsin (AAT) vector in AAT-deficient adults. Hum Gene Ther 2006; 17:1177-1186. PMID: 17115945.
6. De BP, Heguy A, Hackett NR, Ferris B, Leopold PL, Lee J et al. High levels of persistent expression of alphal-antitrypsin mediated by the nonhuman primate serotype rh.10 adeno-associated virus despite preexisting immunity to common human adeno-associated viruses. Mol Ther 2006; 13: 67-76. PMID: 16260185.
7. Gao GP, Lu Y, Sun X, Johnston J, Calcedo R, Grant R et al. High-level transgene expression in nonhuman primate liver with novel adeno-associated virus serotypes containing self-complementary genomes. J Virol 2006; 80: 6192-6194. PMCID: PMC 1472562.
8. Nathwani AC, Rosales C, Mcintosh J, Rastegarlari G, Nathwani D, Raj D et al. Long-term safety and efficacy following systemic administration of a self-complementary AAV vector encoding human FLX pseudotyped with serotype 5 and 8 capsid proteins. Mol Ther 2011; 19: 876-885. PMCID: PMC3098629.
9. Stieger K, Le Meur G, Lasne F, Weber M, Deschamps JY, Nivard D et al. Long-term doxycycline-regulated transgene expression in the retina of nonhuman primates following subretinal injection of recombinant AAV vectors. Mol Ther 2006; 13: 967-975. PMID: 16442848.
10. Rivera VM, Gao GP, Grant RL, Schnell MA, Zoltick PW, Rozamus LW et al. Long-term pharmacologically regulated expression of erythropoietin in primates following AAV-mediated gene transfer. Blood 2005; 105: 1424-1430. PMID: 15507527.
11. Lai NC, Tang T, Gao MH, Saito M, Miyanohara A, Hammond HK. Improved function of the failing rat heart by regulated expression of insulin-like growth factor I via intramuscular gene transfer. Hum Gene Ther 2012; 23:255-261. PMID: 22017392.
12. Mingozzi F, Meulenberg JJ, Hui DJ, Basner-Tschakarjan E, Hasbrouck NC, Edmonson SA et al. AAV-1-mediated gene transfer to skeletal muscle in humans results in dose-dependent activation of capsid-specific T cells. Blood 2009; 114: 2077-2086. PMCID: PMC2744569.
13. Manno CS, Pierce GF, Arruda VR, Glader B, Ragni M, Rasko JJ et al. Successful transduction of liver in hemophilia by AAV-Factor IX and limitations imposed by the host immune response. Nat Med 2006; 12: 342-347. PMID: 16474400.
14. Hildinger M, Auricchio A, Gao G, Wang L, Chirmule N, Wilson JM. Hybrid vectors based on adeno-associated virus serotypes 2 and 5 for muscle-directed gene transfer. J Virol 2001; 75: 6199-6203. PMCID: PMC114336.
15. Fang H, Lai NC, Gao MH, Miyanohara A, Roth DM, Tang T, Hammond HK. Comparison of adeno-associated virus serotypes and delivery methods for cardiac gene transfer. Hum Gene Ther Methods 2012; Oct 17 [Epub ahead of print] PMID: 23075106.
16. Boutin S, Monteilhet V, Veron P, Leborgne C, Benveniste O, Montus MF, Masurier C. Prevalence of serum IgG and neutralizing factors against adeno-associated virus (AAV) types 1, 2, 5, 6, 8, and 9 in the healthy population: implications for gene therapy using AAV vectors. Hum Gene Ther 21:704-712, 2010.
17. Everett RS, Evans HK, Hodges BL, Ding EY, Serra DM, Amalfitano A. Strain-specific rate of shutdown of CMV enhancer activity in murine liver confirmed by use of persistent [El(-), E2b(-)] adenoviral vectors. Virology 2004; 325: 96-105. PMID: 15231389.
18. Hoppe UC, Marban E, Johns DC. Adenovirus-mediated inducible gene expression in vivo by a hybrid ecdysone receptor. Mol Ther 2000; 1: 159-164. PMID: 10933926.
19. Sipo I, Wang X, Hurtado Pico A, Suckau L, Weger S, Poller W et al. Tamoxifen-regulated adenoviral El A chimeras for the control of tumor selective oncolytic adenovirus replication in vitro and in vivo. Gene Ther 2006; 13: 173-186. PMID: 16136163.
20. Goverdhana S, Puntel M, Xiong W, Zirger JM, Barcia C, Curtin JF et al. Regulatable gene expression systems for gene therapy applications: progress and future challenges. Mol Ther 2005; 12: 189-211. PMCID: PMC2676204.
21. Rivera VM, Clackson T, Natesan S, Pollock R, Amara JF, Keenan T et al. A humanized system for pharmacologic control of gene expression. Nat Med 1996; 2: 1028-1032. PMID: 8782462.
22. Stieger K, Belbellaa B, Le Guiner C, Moullier P, Rolling F. In vivo gene regulation using tetracycline-regulatable systems. Adv Drug Deliv Rev 2009; 61: 527-541. PMID: 19394373.
23. Harrison DE, Strong R, Sharp ZD, Nelson JF, Astle CM, Flurkey K et al. Rapamycin fed late in life extends lifespan in genetically heterogeneous mice. Nature 2009; 460: 392-395. PMCID: PMC2786175.
24. Villarreal FJ, Griffin M, Omens J, Dillmann W, Nguyen J, Covell J. Early short-term treatment with doxycycline modulates postinfarction left ventricular remodeling. Circulation 2003; 108: 1487-1492.
25. Lai NC, Tang T, Gao MH, Saito M, Takahashi T, Roth DM et al. Activation of cardiac adenylyl cyclase expression increases function of the failing ischemic heart in mice. J Am Coll Cardiol2008; 51: 1490-1497. PMID: 18402905.
26. Stieger K, Mendes-Madeira A, Meur GL, Weber M, Deschamps JY, Nivard D et al. Oral administration of doxycycline allows tight control of transgene expression: a key step towards gene therapy of retinal diseases. Gene Ther 2007; 14: 1668-1673. PMID: 17914405.
27. Goverdhana S, Puntel M, Xiong W, Zirger JM, Barcia C, Curtin JF, Soffer EB, Mondkar S, King GD, Hu J, Sciascia SA, Candolfi M, Greengold DS, Lowenstein PR, Castro MG. Regulatable gene expression systems for gene therapy applications: progress and future challenges. Mol Ther 12: 189-211, 2005.
28. Gao MH, Bayat H, Roth DM, Yao Zhou J, Drumm J, Burhan J et al. Controlled expression of cardiac-directed adenylylcyclase type VI provides increased contractile function. Cardiovasc Res 2002; 56: 197-204. PMID: 12393090.
29. Tang T, Hammond HK, Firth A, Yang Y, Gao MH, Yuan JXJ, Lai NC. Adenylyl cyclase 6 improves calcium uptake and LV function in aged heart. J Am Coll Cardiol 2011; 57: 1846-1855. PMID:21527140.
30. Urlinger S, Baron U, Thellmann M, Hasan MT, Bujard H, Hillen W. Exploring the sequence space for tetracycline-dependent transcriptional activators: novel mutations yield expanded range and sensitivity. Proc Natl Acad Sci USA 97:7963-7968, 2000.
31. Rolain JM, Mallet MN, Raoult D. Correlation between serum doxycycline concentrations and serologic evolution in patients with Coxiella burnetii endocarditis. J Infect Dis 2003; 188: 1322-1325. PMID: 14593588.
32. Berman B, Perez OA, Zell D. Update on rosacea and anti-inflammatory-dose doxycycline. Drugs Today (Bare) 2007; 43: 27-34. PMID: 17315050.
33. Herzog RW, Hagstrom JN, Kung SH, Tai SJ, Wilson JM, Fisher KJ et al. Stable gene transfer and expression of human blood coagulation factor LX after intramuscular injection of recombinant adeno-associated virus. Proc Natl Acad Sci USA 1997; 94: 5804-5809. PMCID: PMG20861.
34. Minniti G, Muni R, Lanzetta G, Marchetti P, Enrici RM. Chemotherapy for glioblastoma: current treatment and future perspectives for cytotoxic and targeted agents. Anticancer Res 2009; 29: 5171-5184. PMID: 20044633.
35. Zoncu R, Efeyan A, Sabatini DM. mTOR: from growth signal integration to cancer, diabetes and ageing. Nat Rev Mol Cell Biol 2011; 12: 21-35. PMID: 21157483.
36. Yang W, Digits CA, Hatada M, Narula S, Rozamus LW, Huestis CM et al. Selective epimerization of rapamycin via a retroaldol/aldol mechanism mediated by titanium tetraisopropoxide. Org Lett 1999; 1: 2033-2035. PMID: 10905864.
37. Abraham RT, Wiederrecht GJ. Immunopharmacology of rapamycin. Annu Rev Immunol 1996; 14: 483-510. PMID: 8717522.
38. Davidson SM, Rybka AE, Townsend PA. The powerful cardioprotective effects of urocortin and the corticotropin releasing hormone (CRH) family. Biochem Pharmacol. 2009; 77:141-150. PMID: 18817752.
39. Perrin MH, Vale WW. Corticotropin releasing factor receptors and their ligand family. Ann NY Acad Sc i. 1999; 885:312-328. PMID: 10816663.
40. Eckart K, Radulovic J, Radulovic M, Jahn O, Blank T, Stiedl O, Spiess J. Actions of CRF and its analogs. Curr Med Chem. 1999; 6:1035-1053. PMID: 10519912.
41. Wiley KE, Davenport AP. CRF2 receptors are highly expressed in the human cardiovascular system and their cognate ligands urocortins 2 and 3 are potent vasodilators. Br J Pharmacol 2004; 143:508-514. PMCID: PMC1575420.
42. Imperatore A, Florio P, Torres PB, Torricelli M, Galleri L, Toti P, Occhini R, Picciolini E, Vale W, Petraglia F. Urocortin 2 and urocortin 3 are expressed by the human placenta, deciduas, and fetal membranes. Am J Obstet Gynecol. 2006; 195:288-295. PMID: 16626608.
43. Boorse GC, Denver RJ. Widespread tissue distribution and diverse functions of corticotropin-releasing factor and related peptides. Gen Comp Endocrinol. 2006; 146:9-18. PMID: 16413023.
44. Wiley KE, Davenport AP. CRF2 receptors are highly expressed in the human cardiovascular system and their cognate ligands urocortins 2 and 3 are potent vasodilators. Br J Pharmacol 143:508-514, 2004.
45. Singh LK, Boucher W, Pang X, Letourneau R, Seretakis D, Green M, Theoharides TC. Potent mast cell degranulation and vascular permeability triggered by urocortin through activation of corticotropin-releasing hormone receptors. J Pharmacol Exp Ther. 1999; 288:1349-1356. PMID: 10027877.
46. Emeto TI, Moxon JV, Rush C, Woodward L, Golledge J. Relevance of urocortins to cardiovascular disease. J Mol Cell Cardiol. 2011; 51:299-307. PMID: 21689660.
47. Hauger RL, Grigoriadis DE, Dallman MF, Plotsky PM, Vale WW, Dautzenberg FM.,. International Union of Pharmacology. XXXVI. Current status of the nomenclature for receptors for corticotropin-releasing factor and their ligands. Pharmacol. Rev. 2003; 55:21-26. PMID: 12615952.
48. Perrin MH, Donaldson CJ, Chen R, Lewis KA, Vale WW. Cloning and functional expression of a rat brain corticotropin releasing factor (CRF) receptor. Endocrinology. 1993; 133:3058-3061. PMID: 8243338.
49. Hinkle RT, Donnelly E, Cody DB, Bauer MB, Isfort RJ. Urocortin II treatment reduces skeletal muscle mass and function loss during atrophy and increases nonatrophying skeletal muscle mass and function. Endocrinology 144: 4939-4946, 2003.
50. Davis ME, Pemberton CJ, Yandle TG, Fisher SF, Lainchbury JG, Frampton CM, Rademaker MT, Richards AM. Urocortin 2 infusion in healthy humans: hemodynamic, neurohormonal, and renal responses. J Am Coll Cardiol. 30:461-741, 2007.
51. Davis ME, Pemberton CJ, Yandle TG, Fisher SF, Lainchbury JG, Frampton CM, Rademaker MT, Richards M. Urocortin 2 infusion in human heart failure. Eur Heart J 28: 2589-2597, 2007.
52. Bale TL, Hoshijima M, Gu Y, Dalton N, Anderson KR, Lee KF, Rivier J, Chien KR, Vale WW, Peterson KL. The cardiovascular physiologic actions of urocortin II: acute effects in murine heart failure. Proc Natl Acad Sci USA 101:3697-3702, 2004.
2+
53. Yang LZ, Kockskamper J, Khan S, Suarez J, Walther S, Doleschal B, Unterer G, Khafaga M, Machler H, Heinzel FR, Dillmann WH, Pieske B, Spiess J. cAMP- and Ca/calmodulin-dependent protein kinases mediate inotropic, lusitropic and arrhythmogenic effects of urocortin 2 in mouse ventricular myocytes. Br J Pharmacol 162:544-56, 2011.
54. Meili-Butz S, Biihler K, John D, Buser P, Vale WW, Peterson KL, Brink M, Dieterle T. Acute effects of urocortin 2 on cardiac function and propensity for arrhythmias in an animal model of hypertension-induced left ventricular hypertrophy and heart failure. Eur J Heart Fail. 12:797-804, 2010.
55. Brar BK, Jonassen AK, Stephanou A, Santilli G, Railson J, Knight RA,Yellon DM, Latchman DS. Urocortin protects against ischemic and reperfusion injury via a MAPK-dependent pathway. J Biol Chem 275:8508-8514, 2000.
56. Brar BK, Jonassen AK, Egorina EM, Chen A, Negro A, Perrin MH, Mjos OD, Latchman DS, Lee KF, Vale W. Urocortin-II and urocortin-III are cardioprotective against ischemia reperfusion injury: an essential endogenous cardioprotective role for corticotropin releasing factor receptor type 2 in the murine heart. Endocrinology 145:24-35, 2004.
57. Barry SP, Lawrence KM, McCormick J, Soond SM, Hubank M, Eaton S, Sivarajah A, Scarabelli TM, Knight RA, Thiemermann C, Latchman DS, Townsend PA, Stephanou A. New targets of urocortin-mediated cardioprotection. J Mol Endocrinol 45: 69-85, 2010.
58. Rademaker MT, Charles CJ, Espiner EA, Fisher S, Frampton CM, Kirkpatrick CM, Lainchbury JG, Nicholls MG, Richards AM, Vale WW. Beneficial hemodynamic, endocrine, and renal effects of urocortin in experimental heart failure: comparison with normal sheep.J Am Coll Cardiol 40:1495-1505, 2002.
59. Miriam T, Rademaker MT, Charles CJ, Nicholls MG, Richards AM. Urocortin 2 inhibits furosemiderinduced activation of renin and enhances renal function and diuretic responsiveness in experimental heart failure. Circ Heart Fail 2: 532-540, 2009.
60. Tang WHW, Francis GS. Exploring new drugs for heart failure: the case of urocortin. Eur Heart J 28: 2561-2562, 2007.
61. Haurigot V, Mingozzi F, Buchlis G, Hui DJ, Chen Y, Basner-Tschakarjan E, Arruda VR, Radu A, Franck HG, Wright JF, Zhou S, Stedman HH, Bellinger DA, Nichols TC, High KA. Safety of AAV factor DC peripheral transvenular gene delivery to muscle in hemophilia B dogs. Mol Ther 18:1318-1329, 2010.
62. Roth DA, McKirnan MD, Canestrelli I, Gao MH, Dalton N, Lai NC, Roth DM, Hammond HK. Intracoronary delivery of an adenovirus encoding fibroblast growth factor-4 in myocardial ischemia: effect of serum antibodies and previous exposure to adenovirus. Human Gene Ther 17:230-238, 2006.
63. Kaspar BK, Roth DM, Lai NC, Drumm JD, Erickson DA, McKirnan MD, Hammond HK. Myocardial gene transfer and long-term expression following intracoronary delivery of AAV. J Gene Med 7: 316-324, 2005.