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JPWO2016158851A1 - 血管内皮増殖因子受容体に結合する核酸アプタマー - Google Patents

血管内皮増殖因子受容体に結合する核酸アプタマー Download PDF

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Abstract

【課題】血管新生を制御するVEGFとその受容体に関連する種々の疾患、例えば、腫瘍血管新生、糖尿病性網膜症及び慢性関節リウマチ等の疾患の診断及び治療に有用な、血管内皮増殖因子受容体に対する新規な核酸アプタマーを提供する。【解決手段】配列番号1〜5に示されるヌクレオチド配列を含み、ヒトVEGF受容体に対して特異的に結合することを特徴とする核酸アプタマー。好ましい態様では、上記核酸アプタマーは、検出を容易とするために、その5’末端又は3’末端にプライマー認識配列、蛍光標識、ビオチン、アビジン若しくはストレプトアビジン又はその他の特異的結合タグペプチドと連結されていてもよい。【選択図】図1

Description

本発明は、血管内皮増殖因子(VEGF)受容体に対して特異的に結合し得る核酸及びその核酸を含む組成物等に関する。
血管新生は、生理的な条件下のみならず、腫瘍血管新生、糖尿病性網膜症及び慢性関節リウマチ等の疾患に関連する重要な生物学的過程である。血管新生には、血管内皮増殖因子(VEGF:Vascular Endothelial Growth Factor)とその受容体、アンジオポエチン−Tie受容体、エフリン−Eph4受容体等の多くのシグナル伝達系が関与するが、とりわけVEGFとその受容体は、血管内皮細胞の増殖や血管透過性の亢進に関与する重要な役割を果たす。
VEGFは,内皮細胞特異的増殖因子であり、分子量約20kDaのサブユニットによる二量体が形成された34〜45kDaの糖タンパク質であって,新脈管形成の促進、血管透過性の増強およびその他の活性などの広い範囲の活性を有する。VEGFは成長因子の血小板由来増殖因子(PDGF)ファミリーに属しており、PDGFのAおよびB鎖とアミノ酸レベルで約18%のホモロジーを有する。さらに,VEGFは、PDGFファミリーに属するすべての成長因子に共通の8個の保存システイン残基を含む。
VEGFは,特定の高親和性細胞表面レセプターに結合することにより、血管内皮細胞に対するその影響を発揮する。内皮細胞においては150及び130kDaのレセプターが同定されている。VEGFレセプターは,保存された細胞質触媒的キナーゼドメインおよび親水性のキナーゼ配列を特徴とするレセプターチロシンキナーゼ(RTKs)のスーパーファミリーに属する。VEGFレセプターの細胞外ドメインは、VEGF結合機能に関与していると考えられる7個のイムノグロブリン様ドメインから構成される。
VEGFの2つの最も多量かつ高親和性のレセプターは、VEGFR1(Flt−1)及びVEGFR2(KDR/Flk−1)である。VEGFR1は、渋谷らにより初めて単離された遺伝子で、構造類似性からfms様チロシンキナーゼ(Flt−1)と称される(非特許文献1)。一方、VEGFR2はVEGFR1に比べてVEGFとの親和性は低いが自己リン酸化は高レベルで生じ、キナーゼ活性は他の代表的な受容体キナーゼとほぼ同程度である(非特許文献2)。KDRのネズミホモログは、KDRと85%のアミノ酸ホモロジーを有し、flk−1(胎児肝臓キナーゼ−1)と称される(非特許文献3)。内皮細胞で発現し、病的血管新生に直接関わるVEGFR2は、炎症性疾患の進展にはあまり強く関与せず、単球、マクロファージ系に発現するVEGFR1が、炎症細胞の動員や機能活性化を介して炎症に深く関わることが示唆されている。
特許文献1には、VEGF RNAを標的とするある種のアンチセンスオリゴヌクレオチドを用いてVEGF発現を阻害することが記載されている。非特許文献4には、特定のVEGF特異的高親和性RNAアプタマーを用いてVEGFのそのレセプターへの結合を阻害することが記載されている。特許文献2には、ある種の抗VEGF受容体モノクローナル抗体を使用して内皮細胞に及ぼすVEGFの影響を中和することが記載されている。しかしながら、VEGF受容体に対して特異的に結合する核酸アプタマーの塩基配列に関する報告はない。
タンパク質や細胞に対して特異的に吸着する新規のアプタマーの探索には試験管内進化法(in vitro selection法)が最も有効な手段として用いられている。特にSELEX(Systematic Evolution of Ligands by Exponential enrichment)法は大きく分けて目的核酸分子の選別と選別されたアプタマーの増幅の2ステップがある。(例えば、特許文献3)この選別と増幅を、選択圧を高めながら繰り返すことにより、高い親和性を有する核酸断片が得られる。さらに、近年では様々な改良が加えられ、より少ないサイクル回数でアプタマーを回収できる、効率・選択性において優れた手法などが報告されている。これらアプタマーは従来診断、治療に用いられてきた抗体の特性でもあるターゲットに対する高親和性や特異性は言うまでも無く、化学的に短時間で合成することが可能であり、さらにその分子修飾も安価に行うことができ、作用機序が単純で、免疫原性もほとんどないという、抗体にはない様々な利点がある。
国際公開WO95/04142号公報 国際公開WO95/21868号公報 国際公開WO91/19813号公報
Shibuya et al., 1990, Oncogene 5, 519 Sawano et al., 1996, Cell Growth Diff, 7, 213-221 Mathews et al., 1991, Proc.Natl.Acad.Sci., USA ,88, 9026 Jellinek et al., 1994, Biochemistry 33, 10450
以上のような背景の下に、本発明は、血管新生を制御するVEGFとその受容体の役割をさらに詳細に解明すること、例えば、VEGF受容体の種々の細胞での発現量やその経時的なモニタリングを通じて生細胞におけるその機能をより精密に検出し、これに関連する種々の疾患、例えば、腫瘍血管新生、糖尿病性網膜症及び慢性関節リウマチ等の疾患の診断及び治療に有用な、血管内皮増殖因子受容体に対する新規な核酸アプタマーを提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、磁性微粒子を用いるSELEX法により、VEGF受容体に対して特異的な結合能を有するヌクレオチド配列を特定し、当該特定の配列を有する核酸がVEGF受容体に対する特異的アプタマーとして機能し得ることを新規に見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、一つの態様において、配列番号1〜5に示されるヌクレオチド配列を含み、VEGF受容体に対して特異的に結合することを特徴とする核酸アプタマーを提供する。ここで、これらのアプタマーがRNAの場合は、配列番号1〜5の塩基配列においてT(チミン)はU(ウラシル)である。本発明の好ましい態様では、上記核酸アプタマーは、検出を容易とするために、その5’末端又は3’末端にプライマー認識配列、蛍光標識、ビオチン、アビジン若しくはストレプトアビジン又はその他の特異的結合タグペプチドと連結されていてもよい。
本発明の異なる態様では、上記本発明の核酸アプタマーを含む、ヒトVEGF受容体の検出用組成物、検出用キット又は検出方法を提供する。好ましい態様では、前記核酸アプタマーをヒト内皮細胞、血管組織、血液、血清及び、血漿よりなる群から選択される生体から採取された試料と接触させる工程、及び当該試料と本発明の核酸アプタマーとの結合による応答を観測することによってヒトVEGF受容体の存在を検出する工程を含む、血管新生に関連する疾患の診断方法である。
本発明のさらに異なる態様において、上記本発明の核酸アプタマーを含む、血管新生に関連する疾患の予防又は治療用医薬組成物、そのような治療用医薬組成物の製造のための上記本発明の核酸アプタマーの使用、又は本発明の核酸アプタマーを含む、血管新生に関連する疾患の治療用ドラッグデリバリーシステムを提供する。
本発明によれば、VEGF受容体の検出、血管新生に関連する疾患の診断を可能とするために有用な新規な材料としての核酸アプタマーを提供することができる。すなわち、VEGF受容体に特異的に結合しうる新規核酸アプタマーを提供することにより、VEGF受容体とVEGFとの結合部位の探索や、血管新生とその制御機構の解析に用いることができる。
磁性微粒子の表面に固定化したVEGF受容体(VEGFR1及びVEGFR2)を用いてSELEX法によるアプタマーの選別方法を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施することができる。
1.核酸アプタマー
本明細書において「核酸アプタマー」とは、例えば約20〜200塩基長のような短い配列を有する核酸分子であって、ターゲットとなる分子や物質を特異的に認識できる一本鎖核酸分子を意味し、本発明に係る核酸アプタマーは、VEGF受容体に対して特異的に結合する機能を有する一本鎖核酸分子である。
本発明に係る核酸アプタマーの結合ターゲットとしては、VEGF受容体であり、好ましくはヒトVEGF受容体であり、より好ましくはヒトVEGF受容体1(VEGFR1)又はヒトVEGF受容体2(VEGFR2)である。VEGFR1及びVEGFR2は、例えば、組換えDNA技術を用いて培養細胞等で発現可能であり、あるいは研究用試薬として市販されている。典型的な態様において、本発明に係る核酸アプタマーは、以下に示す配列番号1〜5で表されるヌクレオチド配列を含む。なお、本明細書においては、ヌクレオチド配列は、5’末端から3’末端方向に左から右に記載する。また、当該アプタマーがRNAの場合には、前記核酸配列においてTはUである。
<配列番号1>
5’−GTGATGGTCGGAGATGGATGGGGCAGCTTAGGTC−3’
<配列番号2>
5’−GTCGTGGCGGGGTTTTGTTTTGGTCGGGGGGTG−3’
<配列番号3>
5’−GGGGGGTGGGGTCGGGTGTTGGTCGTGGGGGGCG−3’
<配列番号4>
5’−TAGGTGGGTTCGGGGGGTGCTGGTCGGGGGGTG−3’
<配列番号5>
5’−TGGGTTTAGGTTGGGTGGTTGGGTGGGGGGGGCG−3’
本明細書において、用語「特異的」とは、VEGF受容体に対する本発明に係る核酸アプタマーの選択的結合を指す。アプタマーは、VEGF受容体タンパク質又はそれを細胞膜上に発現する細胞を、所定の条件下において、無関係のタンパク質若しくは細胞に対する結合と比較することによって、結合特異性について試験され得る。本発明に係る核酸アプタマーは、VEGF受容体に対して、無関係のタンパク質若しくは細胞に対してよりも少なくとも2倍、少なくとも5倍、少なくとも7倍、好ましくは少なくとも10倍結合する場合に、そのアプタマーは特異的であると考えられる。「無関係のタンパク質」とは、VEGF受容体タンパク質とは異なるタンパク質であり、その構造及び機能等がVEGF受容体と異なればよい。特異的結合の結合様式は特に限定されず、共有結合、イオン結合、水素結合、静電的又は疎水的な相互作用等が含まれる。
本発明に係る核酸アプタマーは、ヒトVEGF受容体に対して特異的に結合するという機能を有する限り、上記配列番号1〜5に示す配列における1もしくは複数のヌクレオチドが置換、欠失、又は付加された配列であってもよい。好ましくは、当該置換、欠失、又は付加されるヌクレオチドは、1〜3個であり、より好ましくは1又は2個であり、さらに好ましくは1個である。
また、かかるヌクレオチドの置換、欠失、又は付加が存在する場合、本発明に係る核酸アプタマーの配列は、上記配列番号1〜5のそれぞれと90%以上、好ましくは93%以上、さらに好ましくは96%以上の同一性を有する配列(以下、「相同体」という場合がある。)であることができる。ここで、本明細書で用いる場合、用語「配列同一性」は、当該技術分野で一般に認められた意味を示す。該用語は、典型的には配列解析プログラムによって(例えば、Karlin and Altschul, 1990, PNAS 87:2264-2268; Karlin and Altschul, 1993, PNAS 90:5873-5877)または目視検査によって調べたとき、参照核酸配列の同一のヌクレオチドにマッチした主題の核酸配列のヌクレオチドの数をいう。
1もしくは複数のヌクレオチドが置換される場合、当該置換はユニバーサル塩基によってなされることができる。用語「ユニバーサル塩基」は、当該技術分野で一般に認められたその意味を示す。すなわち、該用語は、一般的に、標準DNA/RNAの各塩基とほとんど区別なく塩基対を形成し、細胞内酵素によって認識されるヌクレオチド塩基類似体をいう(例えば、Loakes et al., 1997, J. Mol. Bio. 270:426-435)。ユニバーサル塩基の非限定的な例としては、C−フェニル、C−ナフチル及び他の芳香族の誘導体、イノシン、アゾールカルボザミド(carbozamide)、ならびにニトロアゾール誘導体(3’−ニトロピロール、4−ニトロインドール、5−ニトロインドール、及び6−ニトロインドールなど)が挙げられる(Loakes, 2001, Nucleic Acids Res. 29:2437)。
また、本発明に係る核酸アプタマーは、ヒトVEGF受容体に対して特異的に結合するという機能を有する限り、その長さに上限はない。しかし、合成の容易さや抗原性の問題等を考慮すると、本実施の形態における核酸アプタマーの長さは、上限としては、例えば200塩基以下、好ましくは150塩基以下、より好ましくは100塩基以下である。
全塩基の数が少ない場合、化学合成及び大量生産がより容易で、かつ費用面における長所も大きい。また、化学修飾も容易で生体内の安全性も高く、毒性も低くなる。下限としては、上記配列番号1〜5における塩基数以上、すなわち34塩基以上である。核酸アプタマーは1本鎖(ssDNA)であることが好ましいが、ヘアピンループ型の構造をとることにより部分的に2本鎖構造を形成する場合であっても、その核酸アプタマーの長さは1本鎖の長さとして計算するものとする。
好ましい実施態様において、本発明に係る核酸アプタマーは、上記配列番号1〜5で示されるヌクレオチド配列からなる群から選択されるいずれかの配列、及びその5’及び3’末端側にそれぞれプライマー認識配列よりなるヌクレオチド配列であることができる。すなわち、この場合、当該核酸アプタマーは、
5’−P−X−P−3’
で表されるヌクレオチド配列を有する。ここで、Xは、配列番号1〜5で示されるヌクレオチド配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列、又はそれらの配列において1〜3個のヌクレオチドの置換、欠失、又は付加を含む配列である。P及びPは、PCR増幅のために導入された第1及び第2プライマー認識配列である。好ましくは、Pは、GCCTGTTGTGAGCCTCCT(配列番号6)であり、及びPは、CGCTTATTCTTGTCTCCC(配列番号7)である。
本発明に係る核酸アプタマーは、生体内における安定性の増大のために、化学修飾されていてもよい。そのような化学修飾の非限定的な例としては、糖鎖部分での化学的置換(例えば、2’−0メチル化)、リン酸エステル部分での化学的置換(例えば、ホスホロチオエート化、アミノ基、低級アルキルアミノ基、アセチル基等)、及び塩基部分での化学的置換が挙げられる。同様に、5’又は3’末端に付加的な塩基を有することもできる。該付加的塩基の長さは通常5塩基以下である。該付加的塩基は、DNAでもRNAでもよいが、DNAを用いるとアプタマーの安定性を向上させることができる場合がある。このような付加的塩基の配列としては、例えばug−3’、uu−3’、tg−3’、tt−3’、ggg−3’、guuu−3’、gttt−3’、ttttt−3’、uuuuu−3’などの配列が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、本発明に係る核酸アプタマーは、後述のVEGF受容体の検出方法又は当該検出用キットにおいて用いるために、例えば5’末端又は3’末端に連結した検出標識を有することができる。かかる検出標識としては、蛍光標識が好ましいが、ラマン散乱標識、酵素標識、さらに赤外線標識を用いてもよい。
蛍光標識は、当該技術分野において慣用されている蛍光標識剤を用いることができるが、例えば、グリーンフルオレセントプロテイン(GFP)、蛍光タンパク質、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、6−カルボキシフルオロセイン−アミノヘキシル、フルオレセイン誘導体、Alexa Fluor 350、Alexa Fluor 405、Alexa Fluor 488、Alexa Fluor 647、Alexa Fluor 750、ローダミン、6−カルボキシテトラメチルローダミン、TAMRA(登録商標)、フィコエリスリン(PE)、フィコシアニン(PC)、PC5、PC7、Cy色素、Cy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7、TexasRed、アロフィコシアニン(APC)、アミノメチルクマリンアセテート(AMCA)、Marina Blue、 Cascade Blue、 Cascade Yellow、 Pacific Blue、 SPRD、テトラメチルローダミンイソチオシアネート(TRITC)、R110、mC1B、CellTracker色素、CFSE、JC−1、PKH、DCFH−DA、DHR、FDA、Calcein AM、ニトロベンゾオキサジアゾール(NBD)基、ジメチルアミノスルホニルベンゾオキサジアゾール基、acridine(Acd)、dansyl(Dns)、7−ジメチルアミノクマリン−4−アセティックアシッド(DMACA)、5−((2−アミノエチル)アミノ)ナフタレン−1−スルホニックアシッド(EDANS)、ナフタレン、アントラセン及びプロトポルフィリン9など市販のオリゴヌクレオチド固相合成サービスで導入できる蛍光団が挙げられる。
さらに、蛍光物質の近傍に該蛍光物質の発する蛍光エネルギーを吸収するクエンチャー(消光物質)がさらに結合されていてもよい。かかる実施態様においては、検出反応の際に蛍光物質とクエンチャーとが分離して蛍光が検出される。
酵素標識の例としては、β−ガラクトシダーゼ、β−グルコシダーゼ、アルカリフォスファターゼ、パーオキシダーゼ、リンゴ酸脱水素酵素等が挙げられる。また、発光基質として、ルミノール、ルミノール誘導体、ルシフェリン、ルシゲニンなどを標識剤として用いてもよい。
ラマン散乱標識に関しては、前記の蛍光標識されたアプタマーの例えば5’末端又は3’末端に金属表面と結合能を有する置換基として特に限定するものではないが、チオール(SH)基、アルキルアミノ基、芳香族アミノ基、カルボキシル基を導入し、これを例えば、金ナノ粒子表面に吸着させることにより当該アプタマー吸着金属粒子から発せられる増強ラマン散乱光を検出することで細胞認識を行うものである。この場合、特に限定するものではないが、金属ナノ粒子として、金、銀、銅、鉄、珪素、量子ドットなどを用いることができる。
2.核酸アプタマーの選別
本発明の核酸アプタマーは、当該技術分野において周知のインビトロセレクション法を用いて選別及び取得することができる。そのような手法の好ましい例として、試験管内進化法(Systematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment:SELEX法)が用いられる。
当該SELEX法は、ターゲット物質に結合する核酸リガンド(アプタマー)の選別と、PCR(Polymerase Chain Reaction)による指数関数的な増幅を複数回繰り返すことにより、ターゲット物質に親和性を有する核酸分子(一本鎖DNA、RNA)を得るというものである。
なお、これら以外にも当該技術分野において周知の方法を用いて本発明の核酸アプタマーを選別及び取得することもできる。
上述のとおり、「インビトロセレクション法」は、ランダムなヌクレオチド配列を含む核酸分子のプール(例えば、DNAプール)から標的分子や細胞に対して親和性を持つアプタマー分子を選択し、親和性を持たない分子を排除する方法である。当該選択されたアプタマー分子のみをPCR法等で増幅し、さらに親和性による選択をするというサイクルを繰り返すことにより、強い結合能を持つアプタマー分子を濃縮することができる。
具体的には、まず、20〜300塩基、好ましくは30〜150、より好ましくは30〜100塩基程度のランダムなヌクレオチド配列(塩基配列)領域を含む一本鎖核酸フラグメントを調製する。ランダマイズされた一本鎖核酸フラグメント群の作製は、化学的核酸合成法、自動核酸合成機を利用した合成法、PCR法等の増幅を利用した合成法、これらの組み合わせなどによって行うことができる。DNAからRNAの作製のために、二本鎖DNAライブラリーを鋳型にして例えばT7RNAポリメラーゼなどのRNAポリメラーゼによるインビトロ転写によって一本鎖RNAライブラリーを作成することもできる。これらの一本鎖核酸フラグメントは、PCR増幅を可能にするために、その両端にプライマーとなるべき塩基配列を有するものを用いることが好ましい。
プライマー認識配列部分は、PCR増幅後にプライマー部分を制限酵素によって切除し得るように適当な制限酵素サイトを有するようにしてもよい。用いるプライマー認識配列部分の長さは、特に限定されるものではないが、約20〜50、好ましくは20〜30塩基程度である。また、PCR増幅後の一本鎖DNAを電気泳動などで分離可能とするために、5’側末端に、放射標識、蛍光標識などによる標識を行ってもよい。
次に、上記で得られたランダムなヌクレオチド配列を有する核酸フラグメント(ライブラリープール)と、磁性微粒子等の担体に固定化した標的分子とを適当な濃度比で混合し、適当な条件下でインキュベートする。インキュベート後、混合物を遠心機にかけて、核酸フラグメント−標的分子複合体と遊離核酸フラグメントとを分離する。分離溶液の上澄み部分を除去し、得られた複合体から回収した一本鎖核酸フラグメントを用いてPCR反応を行うことで標的分子結合性核酸配列の増幅を行う。この後、標的分子と複合体を形成しうる核酸フラグメントを当該技術分野において周知の手法に従って一本鎖化する。そのような手法としては、例えば、ストレプトアビジン固定化磁性粒子とビオチンとの結合を利用する分離が挙げられる。これにより、増幅した核酸二重鎖のうち細胞結合能を有するssDNAを分離することができ、さらにDNAポリメラーゼなどのPCR反応溶液中に含まれる不要な共存物質を除去することができる。その後、回収されたssDNAをライブラリープールとして用いて同様の操作を行う。
上述の核酸フラグメントと標的分子との混合、標的分子と結合した核酸フラグメントの分離、PCR増幅、増幅された核酸フラグメントを再び標的分子との結合に使用するまでの一連の操作は数ラウンドを行う。ラウンドを繰り返し行うことにより、より特異的にターゲット細胞と結合する核酸分子を選別することができる。得られた核酸フラグメントは、当該技術分野において周知の手法によりその配列解析を行うことができる。
また、本発明のアプタマーの選別(スクリーニング)方法は、上記標的分子が、ファミリーを構成する複数種のタンパク質等の分子からなることが好ましい。具体的には、VEGF受容体のみならず、血小板由来増殖因子(PDGF)ファミリー、胎盤増殖因子(PlGF)なども含むがこれらに限定されない。その際、そのファミリーを構成する各分子を交互に用いて前記ラウンドを繰り返すことが好ましい。このような操作を行うことにより、それぞれのファミリータンパク質に共通する立体構造部分に結合する核酸アプタマーを取得できる可能性があり、非特異的な結合を抑制して、本来の各タンパク質ファミリーの機能を担う構造部分に結合することができると考えられる。
したがって、本発明の1つの実施形態では、以下の工程を含む核酸アプタマーのスクリーニング方法が提供され、当該方法は、
(a)標的分子と複数種の一本鎖核酸フラグメントとを接触させて、標的分子と一本鎖核酸フラグメントとの複合体を形成させ、
(b)前記複合体を形成していない一本鎖核酸フラグメントを除去し、
(c)前記複合体を解離させて得られる一本鎖核酸フラグメントを含む候補核酸フラグメント群を取得し、
(d)前記候補核酸フラグメント群を増幅し、
(e)前記(a)〜(d)の工程を複数回繰り返し、
(f)所定の回数繰り返した後の候補核酸フラグメント群の塩基配列を決定し、重複して検出される塩基配列からなる重複性核酸フラグメントを特定し、
(g)前記工程(e)における繰り返し数の増加に伴って、存在頻度が増加する前記重複性核酸フラグメントを選択する、工程を含み、前記標的分子が、ファミリーを構成する複数種の分子の1つであり、その各分子を交互に用いて前記工程(e)を繰り返すことを特徴とする。
前記複合体が、担体に固定化された標的分子を用いて形成され、前記工程(e)で得られた候補核酸フラグメント群と、標的分子が固定化されていない担体とを接触させて当該担体と複合体を形成しない候補核酸フラグメントをさらに選択する対抗選択工程を含むことが好ましい。
前記重複性核酸フラグメントの塩基配列は、前記標的分子が固定化されていない担体のみに結合する核酸フラグメントの塩基配列を含まないことがさらに好ましい。
3.VEGF受容体の検出用組成物、検出方法、及びキット
上述のように、本発明に係る核酸アプタマーは、VEGF受容体に対して特異的に結合する機能を有することから、当該VEGF受容体の検出において好適に用いることができ、本発明の核酸アプタマーを含む検出用組成物は、VEGF受容体を発現する細胞に対する検出マーカーとしても用いることができる。
具体的には、本発明の核酸アプタマーを含む検出用組成物を内皮細胞、血管組織、血液、血清及び血漿よりなる群から選択される生体から採取された試料と接触させ、その後、当該試料と核酸アプタマーとの結合による応答(シグナルの有無)を観測することによってVEGF受容体の存在を検出する。
当該生体から採取された試料は、動物から採取したものであって、最小侵襲で確保可能な試料または分泌体液、インビトロ細胞培養液成分試料等であれば、その形態は特に限定されない。
また、VEGF受容体の存在を検出するための「応答」は、蛍光応答もしくはラマン散乱応答であることが好ましく、そのため上記で述べたとおり、蛍光応答においては核酸アプタマーの5’末端又は3’末端にTAMRA(登録商標)、FITC等の蛍光標識剤を連結させることが好ましい。またラマン散乱応答においては核酸アプタマーの5’末端又は3’末端にCy3.5(登録商標)、TAMRA(登録商標)、FITC等の蛍光標識剤を連結させ、さらに前記のチオール(SH)基、アルキルアミノ基、芳香族アミノ基、カルボキシル基を導入し、これを例えば、金ナノ粒子表面に吸着させることが好ましい。
また、本発明のVEGF受容体の検出用組成物は、その簡便性や携帯性を高めるため核酸アプタマーを含むキットとして提供することもできる。当該キットにおいて核酸アプタマーは、通常、適当な濃度となるように溶解された水溶液の態様で、或いは該核酸アプタマーが固相担体上に固定されたDNAアレイの態様で提供されることができる。
例えば、核酸アプタマーの末端にビオチンを結合させて複合体を形成し、固相担体の表面にストレプトアビジンを固定化させて、ビオチンとストレプトアビジンの相互作用によって核酸アプタマーを固相担体表面に固定化することができる。当該キットには、必要に応じて他の試薬等を適宜含んでいても良く、例えば、添加剤として、溶解補助剤、pH調節剤、緩衝剤、等張化剤などの添加剤を用いることができ、これらの配合量は当業者に適宜選択可能である。
4.医薬組成物及びDDS
別の態様において、本発明は、上記核酸アプタマーを含有する、VEGF受容体の検出、診断又は治療用医薬組成物を提供するものである。好ましくは、当該医薬組成物は、核酸アプタマーに加えて、有効量のVEGF受容体の検出、診断又は治療のための医薬化合物(有効成分)、及び医薬上許容される担体を含むことができる。
本発明の医薬組成物中に含まれるその他の有効成分は、血管新生に関連する疾患、例えば、腫瘍血管新生、糖尿病性網膜症又は関節リウマチ等の予防又は治療に有効なものであれば、特に限定されるものではないが、好ましくはその他の血管新生阻害剤である。かかる血管新生阻害剤の例としては、マトリックスメタロプロテアーゼ阻害剤、プロテインキナーゼC−β阻害剤、血管内皮成長因子(VEGF)阻害剤、塩基性FGF結合分子、パクリタキセル、ラパマイシン、フマギリン、ドキソルビシンおよび多数の他の薬剤等が挙げられる。
アテローム性動脈硬化症を回避するために一般的に使用される薬剤のクラスは、コレステロール値をコントロールする能力を有することからスタチン類と総称される。これらは、付加的特性として血管新生阻害能を有することから、本発明の医薬組成物におけるその他の医薬化合物としても有用である。
したがって、本発明の医薬組成物は、アトルバスタチン、シンバスタチン、ロバスタチン、プラバスタチン、メバスタチン等のスタチン類を含み得る。典型的には、本発明の医薬組成物は経口投与されるが、非経口投与を採用することもできる。本発明の医薬組成物に含まれるその他の薬剤は、コエンザイムQ等の抗酸化剤、ホモシステイン濃度を下げる葉酸、ビタミンB6、およびB12等の特定のビタミンB、ニコチン酸治療、クロフィブラート、ゲムフィブロジル、およびフェノフィブラート等のフィブリン酸誘導体、プロブコール等のコレステロール輸送阻害剤、コレスチラミンおよびコレスチポール等の非吸収性樹脂等を含む。
本発明の医薬組成物中に含まれる医薬上許容される担体としては、例えば、ショ糖、デンプン等の賦形剤、セルロース、メチルセルロース等の結合剤、デンプン、カルボキシメチルセルロース等の崩壊剤、ステアリン酸マグネシウム、エアロジル等の滑剤、クエン酸、メントール等の芳香剤、安息香酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム等の保存剤、クエン酸、クエン酸ナトリウム等の安定剤、メチルセルロース、ポリビニルピロリドン等の懸濁剤、界面活性剤等の分散剤、水、生理食塩水等の希釈剤、ベースワックス等が挙げられるが、それらに限定されるものではない。

本発明に係る医薬組成物の標的部位への送達を促進するために、当該組成物には、さらに核酸導入用試薬を含むこともできる。該核酸導入用試薬としては、アテロコラーゲン、リポソーム、ナノパーティクル、リポフェクチン、リプフェクタミン、DOGS(トランスフェクタム)、DOPE、DOTAP、DDAB、DHDEAB、HDEAB、ポリブレン、或いはポリエチレンイミン等の陽イオン性脂質等を用いることが出来る。
本発明の医薬組成物は、例えば、哺乳動物(例えば、ヒト、ラット、マウス、ウサギ、ヒツジ、ブタ、ウシ、ネコ、イヌ、サル等)に対して投与することができる。
本発明の医薬組成物は、多様な製剤形態、例えば、カプセル剤、錠剤、液剤等の剤形をとることができ、限定はしないが、より一般的には、液剤化され、注射剤とされるか、または、経口剤とされるか、又は徐放剤とされる。
当該注射剤は、当該技術分野における周知の方法より調製することができる。例えば、滅菌水、緩衝液、生理食塩水等の適切な溶媒に溶解した後、フィルター等で濾過して滅菌し、次いで無菌的な容器に充填することにより調製することができる。
経口剤としては、例えば、錠剤、顆粒剤、細粒剤、散剤、軟又は硬カプセル剤、液剤、乳剤、懸濁剤、シロップ剤等の剤形に製剤化される。
徐放剤としては、例えば、錠剤、顆粒剤、細粒剤、散剤、軟又は硬カプセル剤、マイクロカプセル等の剤形に製剤化される。製剤化する場合には、好ましくは、例えば、アルブミン、グロブリン、ゼラチン、マンニトール、グルコース、デキストラン、エチレングリコール等の安定化剤が添加され得る。
さらに、本発明の医薬組成物の製剤化においては、例えば、賦形剤、溶解補助剤、酸化防止剤、無痛化剤、等張化剤等の必要な補助添加物を含んでもよい。
液状製剤とした場合は、凍結保存又は凍結乾燥等により水分を除去して保存するのが望ましい。凍結乾燥剤は、使用時に注射用蒸留水等を加え、再溶解して使用される。
また、徐放剤とした場合、徐放用担体として例えば、可溶性コラーゲン又は可溶性コラーゲン誘導体、ゼラチン等のタンパク質、セラミックス多孔体、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、キチン又はキチン誘導体、水膨潤性高分子ゲル等を使用することができる。
本発明の医薬組成物は、その形態に応じた適切な投与経路により投与され得る。経口的に又は非経口的投与することが可能であるが、非経口的に投与する場合は、例えば、注射剤の形態にして静脈、動脈、皮下、筋肉内等に投与することができる。また、徐放剤の形態にして生体内、例えば患部、皮下、筋肉内等に埋め込むことにより投与することができる。
投与量及び投与回数等は、投与の目的、投与方法、癌の種類、大きさ、投与対象者の状況(性別、年齢、体重など)によって異なるが、基本的には上記有効成分における望ましい投与形態に従う。
また、本発明の核酸アプタマーをリポソームやナノ粒子等の輸送材料の表面に付着もしくは内包させることによって、当該輸送材料中に含まれる医薬成分をVEGF受容体に選択的に輸送することができる。従って、更なる態様において、本発明は上記核酸アプタマーを含有する、血管新生に関連する疾患の予防又は治療用ドラッグデリバリーシステムを提供するものである。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
[実施例1] アプタマーの選別
SELEX法を用いて、34塩基のランダムな配列を有するDNAプールからVEGFR1およびVEGFR2に対し特異的に結合するアプタマーの選別を行った。図1は、磁性粒子を用いるSELEX法の工程を示す。詳細は以下のとおりである。用いるランダムDNAは1本鎖であるが、これを以後センス鎖とする。標的分子であるVEGFR1およびVEGFR2は、R&Dシステムズ社から購入し、Pierce社製の磁性粒子表面に固定化し、これを用いた。
DNAプール(図1における一本鎖DNAライブラリー)は、以下の配列を有する全長が70塩基でランダム配列部分(N)が34塩基のオリゴDNAを用いた。
DNAプール ランダム34(日本遺伝子研究所社製)
配列:5’−GCCTGTTGTGAGCCTCCT(N34)CGCTTATTCTTGTCTCCC−3’(配列番号8)
長さ:70塩基(ランダム配列は中央の34塩基)
分子量:21391.3g/mol
モル吸光係数:630475L/mol・cm
ランダム配列の両末端の塩基配列はPCRの時に用いるプライマー配列である。
磁性粒子表面へのVEGFR1およびR2の固定化は、磁性粒子に添付してある説明書に従い行った。
磁性粒子を用いるSELEXの実施例
タンパク質固定化磁性粒子を17μLとり、磁石を用いながらバッファーI(リン酸バッファー、pH7.4、Ca、Mgフリー、2mM EDTA、0.1%HSA)で良く洗浄したのち、10μM濃度に調整したDNAプール20μLを添加し、30分間室温で混ぜ合わせる。その後、磁石を用いながらバッファーIで洗浄を3回行うことでターゲット結合性DNAと非結合性DNAを分離した。最終的に溶液を50μLのTEバッファーに置換したのち、95℃で10分加熱し、タンパク質固定化磁性粒子に吸着したDNAをはがした。回収した上澄み液にはタンパク質結合能を有するセンス鎖DNAが含まれているので、これを、PCR法を用いて増幅した。増幅したDNAは2重鎖構造をしており、アンチセンス鎖を形成するプライマー配列にはビオチンが修飾されているため、この2重鎖から目的とするセンス鎖のみをストレプトアビジン固定化磁性粒子を用いて精製・回収した。この回収した一本鎖DNAを再びタンパク質固定化磁性粒子と混合し、上記手順を繰り返した。図1に示すように、まずVEGFR1固定化磁性粒子に対して上記手順を行い、その後VEGFR2固定化磁性粒子に対して上記操作を行った。これを1サイクルとし、計4サイクルおよび5サイクル行ったところで得られたDNAを、次世代シーケンサー(Ion Torrent PGM)を用いて解析した。この解析により得られたシーケンスデータをR1−4R、R1−5R、R2−4R、R2−5Rとする。
さらに、上記5サイクル行ったところで得られた一本鎖DNAをVEGFR1またはVEGFR2を修飾していない磁性粒子と混合し、まず上澄みを回収した。その後、バッファーIで洗浄を3回行い、最終的に溶液を50μLのTEバッファーに置換したのち、95℃で10分加熱し、未修飾磁性粒子に対して高い親和性を有するDNAを回収した。ここで得られたDNAを次世代シーケンサー(Ion Torrent PGM)を用いて解析した。この解析により得られたシーケンスデータをnegativeとする。また、上記操作で回収した上澄み(磁性粒子に対する親和性が低い一本鎖DNAを含む溶液)をVEGFR1固定化磁性粒子と混合し、上記と同様の洗浄・加熱回収・増幅・一本鎖化の操作を行った。ここで得られたDNAを次世代シーケンサーを用いて解析した。この解析により得られたシーケンスデータをR1−6Rとする。さらに、ここで得られた一本鎖DNAを未修飾磁性粒子と混合し、まず上澄みを回収した。その後バッファーIで洗浄を3回行い、最終的に溶液を50μLのTEバッファーに置換したのち、95℃で10分加熱し、未修飾磁性粒子に対して高い親和性を有するDNAを回収した。ここで得られたDNAを次世代シーケンサー(Ion Torrent PGM)を用いて解析した。この解析により得られたシーケンスデータをnegativeとする。また、上記操作で回収した上澄み(磁性粒子に対する親和性が低い一本鎖DNAを含む溶液)をVEGFR2固定化磁性粒子と混合し、上記と同様の洗浄・加熱回収・増幅・一本鎖化の操作を行った。ここで得られたDNAを次世代シーケンサーを用いて解析した。この解析により得られたシーケンスデータをR2−6Rとした。
シーケンスデータ解析の実施例
得られたシーケンスデータ、R1−4R、R1−5R、R2−4R、R2−5R、negative(×2)、R1−6R、R2−6Rで得られた各配列の数をソフトウエア(CLC)を用いて解析した。さらに、これらシーケンスデータをエクスポート後、ひとつに混ぜ合わせたファイルを作成し、ソフトウエア(ClustalXなど)を用いてアラインメントを行った。得られた解析結果から、negativeの配列を含まず、且つ4Rから6Rになるにつれて存在割合が増大している配列を選び出した。このようにして選択されたDNAアプタマーの塩基配列は以下のとおりである。
<No.11(配列番号1)>
5’−GTGATGGTCGGAGATGGATGGGGCAGCTTAGGTC−3’
<No.17(配列番号2)>
5’−GTCGTGGCGGGGTTTTGTTTTGGTCGGGGGGTG−3’
<No.18(配列番号3)>
5’−GGGGGGTGGGGTCGGGTGTTGGTCGTGGGGGGCG−3’
<No.22(配列番号4)>
5’−TAGGTGGGTTCGGGGGGTGCTGGTCGGGGGGTG−3’
<No.23(配列番号5)>
5’−TGGGTTTAGGTTGGGTGGTTGGGTGGGGGGGGCG−3’
<No.24(配列番号9)>
5’−GGGGGAGTGATGTTGGGGTTGGGGGGTGGGGGCG−3’
表面プラズモン共鳴センサーを用いる結合定数の算出
表面プラズモン共鳴センサー(biacoreX)を用いて、得られた核酸アプタマーとVEGFR1およびVEGFR2に対する結合能を評価した。まず、説明書に書かれている操作を参照し、核酸アプタマーをセンサーチップ表面に固定化した。その後、濃度の異なるVEGFR1又はVEGFR2タンパク質をインジェクトしセンサーグラムを得た。このセンサーグラムを、ソフトウエア(bia-evaluation)を用いて single cycle analysisにより解析を行うことで、表1に示すような解離定数が算出できた。
さらに1〜3サイクル目のシーケンスデータを用いて0072と同様の解析を行った。選抜した塩基配列は以下のとおりである。
<No.01(配列番号10)>
5’−GTCGTGTTTGTTGTTGTTTTCATTTTTGCGGCCC−3’
<No.02(配列番号11)>
5’−GCTGATAGGATGGGTTGTAGGTCTAGGGGGGGGCC−3’
表面プラズモン共鳴センサー(biacoreX)を用いて、得られた核酸アプタマーとVEGFR1およびVEGFR2に対する結合能を評価した。まず、説明書に書かれている操作を参照し、VEGFR1と核酸アプタマー間の結合を評価する場合はVEGFR1をセンサーチップ表面に固定化した。一方、VEGFR1と核酸アプタマー間の結合を評価する場合は核酸アプタマーをセンサーチップ表面に固定化した。その後、表2に示した濃度の異なる核酸アプタマー又はVEGFR2タンパク質をインジェクトしセンサーグラムを得た。このセンサーグラムを、ソフトウエア(bia-evaluation)を用いて single cycle analysisにより解析を行うことで、表2に示すような解離定数が算出できた。
これらの結果より明らかなように、上記いずれのDNAアプタマーもVEGFR1及びVEGFR2の両方に結合するという興味深い結合挙動を示すが、すべてのDNAアプタマーは、VEGFR2よりもVEGFR1により強く結合することが分かる。この理由は明らかではないが、天然のVEGF(VEGF-A)についても、VEGFR2よりもVEGFR1により強く結合することが知られている。つまり、本発明のDNAアプタマーは、天然のリガンドと同様の結合挙動を示すことから、VEGFの阻害剤として機能することが示唆される。
本発明の核酸アプタマーは、蛍光標識等、検出手段に合わせた化学修飾が容易であるため、VEGF受容体の検出キットを作製するうえで抗体を利用するよりも有利であり、さらに、血管新生阻害剤等の薬物をコンジュゲートさせることで、当該薬剤をターゲット部位に確実に作用させることが可能である。また、化学合成が容易であることから、抗体のような大がかりな培養装置を必要とせず、製造のための手間やコストを抑制できるという利点もあり、その産業上の利用価値は極めて大きい。

Claims (18)

  1. 配列番号1〜5で示されるヌクレオチド配列からなる群から選択されるいずれか一つの核酸配列を含み、血管内皮増殖因子(VEGF)受容体に対して特異的に結合することを特徴とする核酸アプタマーであって、前記アプタマーがRNAの場合には、前記核酸配列においてTはUであることを特徴とする核酸アプタマー。
  2. 前記VEGF受容体が、VEGFR1及びVEGFR2のいずれか一方又は両方である請求項1に記載の核酸アプタマー。
  3. VEGFR1及びVEGFR2の両方に対して特異的に結合する請求項1に記載の核酸アプタマー。
  4. DNAアプタマーである請求項1〜3のいずれか記載の核酸アプタマー。
  5. VEGF受容体が、ヒトVEGF受容体である請求項1〜4のいずれか記載の核酸アプタマー。
  6. 糖鎖部分での化学的置換、リン酸エステル部分での化学的置換及び核酸塩基部分での化学的置換からなる群より選択される、少なくとも1つの化学修飾を含む、請求項1〜5のいずれか記載の核酸アプタマー。
  7. 5’末端又は3’末端に蛍光標識を有する、請求項1〜6のいずれか記載の核酸アプタマー。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の核酸アプタマーが蛍光発光し得る金属ナノ粒子(量子ドット)表面に吸着されている核酸アプタマー。
  9. 5’末端または3’末端に蛍光標識を有する請求項1〜8のいずれかに記載の核酸アプタマーがラマン散乱活性を有する金属である金、銀、銅、鉄及び珪素から選ばれる一種以上の粒子に吸着されている核酸アプタマー。
  10. 5’末端又は3’末端が、ビオチン、アビジン若しくはストレプトアビジン又はその他の特異的結合タグペプチドと連結される、請求項1〜6のいずれか記載の核酸アプタマー。
  11. 請求項1〜10のいずれかに記載の核酸アプタマーを含む、ヒトVEGF受容体の検出用組成物。
  12. 請求項1〜10のいずれかに記載の核酸アプタマーを含む、ヒトVEGF受容体の検出用キット。
  13. 請求項1〜10いずれかに記載の核酸アプタマーを用いることを特徴とする、血管新生に関連する疾患の診断方法。
  14. 前記核酸アプタマーを内皮細胞、血管組織、血液、血清及び、血漿よりなる群から選択される生体から採取された試料と接触させる工程、及び当該試料と核酸アプタマーとの結合による応答を観測することによってVEGF受容体の存在を検出する工程を含む、請求項13に記載の診断方法。
  15. 前記応答が、蛍光応答である、請求項14に記載の診断方法。
  16. 請求項1〜10のいずれかに記載の核酸アプタマーを含有する、血管新生に関連する疾患の予防又は治療用医薬組成物。
  17. 前記血管新生に関連する疾患が、腫瘍血管新生、糖尿病性網膜症又は慢性関節リウマチである請求項16に記載の医薬組成物。
  18. 標的分子に対し特異的に結合する核酸アプタマーのスクリーニング方法であって、
    (a)標的分子と複数種の一本鎖核酸フラグメントとを接触させて、標的分子と一本鎖核酸フラグメントとの複合体を形成させ、
    (b)前記複合体を形成していない一本鎖核酸フラグメントを除去し、
    (c)前記複合体を解離させて得られる一本鎖核酸フラグメントを含む候補核酸フラグメント群を取得し、
    (d)前記候補核酸フラグメント群を増幅し、
    (e)前記(a)〜(d)の工程を複数回繰り返し、
    (f)所定の回数繰り返した後の候補核酸フラグメント群の塩基配列を決定し、重複して検出される塩基配列からなる重複性核酸フラグメントを特定し、
    (g)前記工程(e)における繰り返し数の増加に伴って、存在頻度が増加する前記重複性核酸フラグメントを選択する、
    工程を含む核酸アプタマーのスクリーニング方法であって、
    前記標的分子が、ファミリーを構成する複数種の分子の1つであり、その各分子を交互に用いて前記工程(e)を繰り返すことを特徴とするスクリーニング方法。
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