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JP2019512271A - T細胞疲弊状態特異的遺伝子発現調節因子およびその使用 - Google Patents

T細胞疲弊状態特異的遺伝子発現調節因子およびその使用 Download PDF

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JP2019512271A JP2019500738A JP2019500738A JP2019512271A JP 2019512271 A JP2019512271 A JP 2019512271A JP 2019500738 A JP2019500738 A JP 2019500738A JP 2019500738 A JP2019500738 A JP 2019500738A JP 2019512271 A JP2019512271 A JP 2019512271A
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Abstract

本発明は、T細胞疲弊の状態に特異的な遺伝子発現調節因子の特定、ならびにその使用に基づく。一態様では、ゲノム領域を含む哺乳動物の操作T細胞であって、ゲノム領域が、1)少なくとも1つの遺伝子の遺伝子発現を調節し、2)哺乳動物由来の疲弊CD8+T細胞のゲノム内で選択的にクロマチン接近可能であり、ゲノム領域が遺伝子修飾されており、遺伝子修飾が少なくとも1つの遺伝子の発現を調整する、操作T細胞が提供され得る。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、2016年3月21日に出願された米国仮出願番号第62/310,903号、および2016年9月23日に出願された米国仮出願番号第62/398,948号の利益を主張しており、前記仮出願の各々の全体の内容は、この参照によってそれらの全体が本明細書中に援用される。
権利の陳述
本発明は、国立衛生研究所によって授与された認可番号AI115712,AI091493,AI082630,MH105979,およびHG007910の下、政府支援でなされた。政府は、本発明において特定の権利を有する。
発明の背景
T細胞疲弊は、T細胞機能障害の獲得状態であり、がんおよび慢性ウイルス感染の特質である(Wherryら(2007年)、Immunity、27巻:670〜684頁;Zajacら(1998年)、J. Exp. Med.、188巻:2205〜2213頁)。近年、がんにおけるT細胞疲弊を逆転させるための処置は著しく有効であることが証明されている(Barberら(2006年)、Nature、439巻:682〜687頁;Topalianら(2012年)、New Engl. J. Med.、366巻:2443〜2454頁)。キメラ抗原受容体(CAR)−T細胞療法も血液悪性腫瘍に対して高度に有効であることが証明されている(Porterら(2011年)、New Engl. J. Med.、365巻:725〜733頁)が、固形腫瘍を処置するための操作T細胞の疲弊の発生は、依然としてそのより広範な使用に対する大きな障壁である(Longら(2015年)、Nat. Med.、21巻:581〜590頁)。T細胞疲弊を調節する機構の特定は、がん免疫療法のための免疫チェックポイント遮断および養子T細胞療法の有効性を改善しうる(Barberら(2006年)、Nature、439巻:682〜687頁;Topalianら(2012年)、New Engl. J. Med.、366巻:2443〜2454頁;Porterら(2011年)、New Engl. J. Med.、365巻:725〜733頁)。しかしながら、T細胞疲弊を調整するための現在の戦略は、免疫チェックポイントなどのエフェクター遺伝子発現産物の発現を直接調整することに依拠し、生理学的レベルのかかるエフェクター遺伝子発現産物は正常なT細胞機能に要求されることが多いため、このような調整は、望まれない副作用をもたらす。加えて、このような戦略は薬物抵抗性を生じやすく、免疫病理をもたらしうる。したがって、当技術分野では、エフェクター遺伝子発現産物を生理学的に関連性のあるレベルで保護する、T細胞またはT細胞に影響する細胞においてかかる遺伝子発現産物の発現を調整するために有用な組成物および方法を特定する必要性が高い。
herryら(2007年)、Immunity、27巻:670〜684頁 Zajacら(1998年)、J. Exp. Med.、188巻:2205〜2213頁 Barberら(2006年)、Nature、439巻:682〜687頁 Topalianら(2012年)、New Engl. J. Med.、366巻:2443〜2454頁 Porterら(2011年)、New Engl. J. Med.、365巻:725〜733頁 Longら(2015年)、Nat. Med.、21巻:581〜590頁) Barberら(2006年)、Nature、439巻:682〜687頁 Topalianら(2012年)、New Engl. J. Med.、366巻:2443〜2454頁 Porterら(2011年)、New Engl. J. Med.、365巻:725〜733頁
発明の要旨
本発明は、がんおよび/または慢性感染から生じるものなどの疲弊T細胞が、阻害性受容体PD−1の持続性発現を含む遺伝子発現の独特のパターンを有するという発見に少なくとも部分的に基づく。例えば、このような遺伝子発現パターンに寄与する疲弊CD8T細胞のエピジェネティックな状況は、機能性メモリーCD8T細胞のものとは大いに異なる。感染中のCD8T細胞の分化は、接近可能なクロマチン領域が大きく再形成されてエンハンサーの機能的モジュールに組織化されると共に起こる。疲弊CD8T細胞は、機能性CD8T細胞には見出されない特有のエンハンサーモジュール、および状態特異的な転写因子結合の広範囲にわたるネットワークを獲得する。例えば、Pdcd1遺伝子座から−23kb離れた1つのエンハンサーは、疲弊T細胞およびPD−1を持続的に発現する他のリンパ球にしか見出されない。本明細書に記述されるゲノム編集は、このエンハンサーがPD−1の高発現に要求されることを明示する。このように、T細胞疲弊は、それらの機能障害に重要な遺伝子の状態特異的調節と共に起こる。こうした遺伝子発現の状態特異的ゲノム調節因子は、疲弊CD8T細胞またはT細胞機能に影響する細胞において優先的に遺伝子発現を変化させるための、例えばゲノム編集による調整のための標的である。エンハンサー、サプレッサー、およびプロモーターなどのT細胞疲弊特異的ゲノム調節エレメントを選択的にターゲティングすると、がんおよび/またはウイルス感染において起こるようなT細胞疲弊の発生を防止すると同時に、PD−1などの遺伝子の正常な生理学的調節を維持することができる。
一態様では、ゲノム領域を含む哺乳動物の操作T細胞であって、ゲノム領域が、1)少なくとも1つの遺伝子の遺伝子発現を調節し、2)哺乳動物由来の疲弊CD8+T細胞のゲノム内で選択的にクロマチン接近可能であり、ゲノム領域が遺伝子修飾されており、遺伝子修飾が少なくとも1つの遺伝子の発現を調整する、操作T細胞が提供される。
本発明の任意の態様に適用することができ、かつ/または本明細書に記述される任意の他の実施形態と組み合わせることができる、多数の実施形態がさらに提供される。例えば、一実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域の活性は上方制御される(例えば、操作されたゲノム遺伝子の発現調節領域は、哺乳動物T細胞における少なくとも1つの遺伝子の発現を、操作されたゲノム遺伝子の発現調節領域を含まない哺乳動物由来の同じT細胞型における少なくとも1つの遺伝子の発現と比較して少なくとも5%上方制御する)。別の実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域の活性は下方制御される(例えば、操作されたゲノム遺伝子の発現調節領域は、哺乳動物T細胞における少なくとも1つの遺伝子の発現を、操作されたゲノム遺伝子の発現調節領域を含まない哺乳動物由来の同じT細胞型における少なくとも1つの遺伝子の発現と比較して少なくとも5%下方制御する)。さらに別の実施形態では、少なくとも1つの遺伝子の発現は、少なくとも1つの遺伝子の転写または翻訳である。なおも別の実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域またはその一部分は欠失している。別の実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域またはその一部分はゲノム編集により欠失しており、任意選択で、ゲノム編集は構成的または誘導的に発現される(例えば、CRISPR−Cas9 RNAガイド操作ヌクレアーゼ(RGEN:RNA−guided engineered nuclease)、ジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)、転写活性化因子様エフェクター(TALE)、ホーミングメガヌクレアーゼ、および相同組換えからなる群から選択されるゲノム編集など)。さらに別の実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域は、表1A〜1Kに示される調節領域からなる群から選択される。
なおも別の実施形態では、哺乳動物は免疫障害の動物モデルであり、任意選択で、免疫障害は慢性免疫障害である。別の実施形態では、動物モデルはマウスモデルである。なおも別の実施形態では、哺乳動物はヒトである。別の実施形態では、ヒトは免疫障害に罹患しており、任意選択で、免疫障害は慢性免疫障害である。
さらに別の実施形態では、慢性免疫障害は慢性感染またはがんである。なおも別の実施形態では、感染は、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、C型肝炎ウイルス(HCV)、B型肝炎ウイルス(HBV)、アデノウイルス、サイトメガロウイルス、エプスタイン・バーウイルス、単純ヘルペスウイルス1、単純ヘルペスウイルス2、ヒトヘルペスウイルス6、水痘帯状疱疹ウイルス、B型肝炎ウイルス、D型肝炎ウイルス、パピローマウイルス、パルボウイルスB19、ポリオーマウイルスBK、ポリオーマウイルスJC、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、ヒトT細胞白血病ウイルスI、ヒトT細胞白血病ウイルスII、Leishmania、Toxoplasma、Trypanosoma、Plasmodium、SchistosomaおよびEncephalitozoonからなる群から選択される作用因子によって生じる。別の実施形態では、慢性感染は潜伏感染ではない。さらに別の実施形態では、がんは血液がんまたは固形がんである。なおも別の実施形態では、固形がんは、肺がん、非小細胞肺がん(NSCLC)、皮膚がん、黒色腫、子宮頸がん、子宮がん、卵巣がん、乳がん、膵がん、胃がん、食道がん、結腸直腸がん、肝がん、前立腺がん、腎がん、膀胱がん、頭頸部がん、肉腫、リンパ腫、および脳がんからなる群から選択される。別の実施形態では、疲弊CD8+T細胞は、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する。さらに別の実施形態では、T細胞はCD8+T細胞である。なおも別の実施形態では、CD8+T細胞は、非疲弊T細胞または疲弊T細胞である。別の実施形態では、非疲弊CD8+T細胞は、ナイーブ細胞、機能的エフェクター細胞、またはメモリー細胞である。別の実施形態では、疲弊CD8+T細胞は、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する。さらに別の実施形態では、T細胞は、哺乳動物から単離され、操作され、哺乳動物にex vivoで戻された初代T細胞である。なおも別の実施形態では、T細胞は、哺乳動物内にin vivoで存在するか、またはin vitroで培養される。
別の態様では、哺乳動物T細胞を操作して哺乳動物T細胞における少なくとも1つの遺伝子の発現を調整する方法であって、遺伝子の遺伝子発現調節領域を遺伝子修飾することを含み、遺伝子発現調節領域が哺乳動物由来の疲弊CD8+T細胞内で選択的にクロマチン接近可能であり、遺伝子修飾が少なくとも1つの遺伝子の発現を調整する、方法が提供される。
上述のように、本発明の任意の態様に適用することができ、かつ/または本明細書に記述される任意の他の実施形態と組み合わせることができる、多数の実施形態がさらに提供される。例えば、一実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域は上方制御される(例えば、操作されたゲノム遺伝子の発現調節領域は、哺乳動物T細胞における少なくとも1つの遺伝子の発現を、操作されたゲノム遺伝子の発現調節領域を含まない哺乳動物由来の同じT細胞型における少なくとも1つの遺伝子の発現と比較して少なくとも5%上方制御する)。別の実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域は下方制御される(例えば、操作されたゲノム遺伝子の発現調節領域は、哺乳動物T細胞における少なくとも1つの遺伝子の発現を、操作されたゲノム遺伝子の発現調節領域を含まない哺乳動物由来の同じT細胞型における少なくとも1つの遺伝子の発現と比較して少なくとも5%下方制御する)。さらに別の実施形態では、少なくとも1つの遺伝子の発現は、少なくとも1つの遺伝子の転写または翻訳である。なおも別の実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域またはその一部分は欠失している。別の実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域またはその一部分はゲノム編集により欠失しており、任意選択で、ゲノム編集は構成的または誘導的に発現される。さらに別の実施形態では、ゲノム編集は、CRISPR−Cas9 RNAガイド操作ヌクレアーゼ(RGEN)、ジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)、転写活性化因子様エフェクター(TALE)、ホーミングメガヌクレアーゼ、および相同組換えからなる群から選択される。なおも別の実施形態では、ゲノム遺伝子の発現調節領域は、表1A〜1Kに示される調節領域からなる群から選択される。別の実施形態では、哺乳動物は免疫障害の動物モデルであり、任意選択で、免疫障害は慢性免疫障害である。さらに別の実施形態では、動物モデルはマウスモデルである。なおも別の実施形態では、哺乳動物はマウスまたはヒトである。別の実施形態では、哺乳動物はヒトである。さらに別の実施形態では、ヒトは免疫障害に罹患しており、任意選択で、免疫障害は慢性免疫障害である。なおも別の実施形態では、慢性免疫障害は慢性感染またはがんである。別の実施形態では、感染は、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、C型肝炎ウイルス(HCV)、B型肝炎ウイルス(HBV)、アデノウイルス、サイトメガロウイルス、エプスタイン・バーウイルス、単純ヘルペスウイルス1、単純ヘルペスウイルス2、ヒトヘルペスウイルス6、水痘帯状疱疹ウイルス、B型肝炎ウイルス、D型肝炎ウイルス、パピローマウイルス、パルボウイルスB19、ポリオーマウイルスBK、ポリオーマウイルスJC、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、ヒトT細胞白血病ウイルスI、ヒトT細胞白血病ウイルスII、Leishmania、Toxoplasma、Trypanosoma、Plasmodium、SchistosomaおよびEncephalitozoonからなる群から選択される作用因子によって生じる。さらに別の実施形態では、慢性感染は潜伏感染ではない。なおも別の実施形態では、がんは血液がんまたは固形がんである。別の実施形態では、固形がんは、肺がん、非小細胞肺がん(NSCLC)、皮膚がん、黒色腫、子宮頸がん、子宮がん、卵巣がん、乳がん、膵がん、胃がん、食道がん、結腸直腸がん、肝がん、前立腺がん、腎がん、膀胱がん、頭頸部がん、肉腫、リンパ腫、および脳がんからなる群から選択される。さらに別の実施形態では、疲弊CD8+T細胞は、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する。なおも別の実施形態では、T細胞はCD8+T細胞である。別の実施形態では、CD8+T細胞は、非疲弊T細胞または疲弊T細胞である。さらに別の実施形態では、非疲弊CD8+T細胞は、ナイーブ細胞、機能的エフェクター細胞、またはメモリー細胞である。なおも別の実施形態では、疲弊CD8+T細胞は、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する。別の実施形態では、T細胞は、哺乳動物から単離された初代T細胞である。さらに別の実施形態では、T細胞は、哺乳動物内にin vivoで存在するか、またはin vitroで培養される。なおも別の実施形態では、少なくとも1つの遺伝子は、少なくとも2つの遺伝子である。
さらに別の態様では、非疲弊CD8+T細胞の疲弊を防止する方法であって、本明細書に記述される任意の方法に従って非疲弊CD8+T細胞を操作することを含む、方法が提供される。一実施形態では、非疲弊CD8+T細胞は、ナイーブ細胞、機能的エフェクター細胞、またはメモリー細胞である。さらに別の実施形態では、本方法は、操作された非疲弊CD8+T細胞を対象に投与することをさらに含む。
なおも別の態様では、疲弊CD8+T細胞においてCD8+T細胞疲弊を逆転させる方法であって、本明細書に記述される任意の方法に従って疲弊CD8+T細胞を操作することを含む、方法が提供される。一実施形態では、疲弊CD8+T細胞は、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する。別の実施形態では、本方法は、操作された疲弊CD8+T細胞を対象に投与することをさらに含む。
別の態様では、対象の免疫障害を処置する方法であって、本明細書に記述される操作T細胞を対象に投与することを含む、方法が提供される。一実施形態では、操作T細胞は、局部投与または全身投与される。別の実施形態では、全身投与は、静脈内、筋肉内、腹腔内、または関節内である。さらに別の実施形態では、対象に投与される操作T細胞は、対象に対して自己、同系、同種、または異種である。なおも別の実施形態では、対象に投与される操作T細胞は、薬学的に許容される製剤において投与される。別の実施形態では、操作T細胞は、対象への投与後に、少なくとも1つの遺伝子の少なくとも5%調整された発現を維持する。さらに別の実施形態では、本方法は、1つまたは複数の抗免疫障害剤を含む治療有効量の医薬組成物を対象に投与することをさらに含む。なおも別の実施形態では、本方法は、CD8+T細胞を、CD8+T細胞疲弊を防止または逆転させる1つまたは複数の薬剤と接触させることをさらに含む。別の実施形態では、1つまたは複数の薬剤は、免疫チェックポイント阻害剤である。さらに別の実施形態では、免疫チェックポイントは、PD−1、PD−L1、PD−L2、LAG−3、TIM−1、CTLA−4、VISTA、B7−H2、B7−H3、B7−H4、B7−H6、2B4、ICOS、HVEM、CD160、gp49B、PIR−B、KIRファミリー受容体、TIM−1、TIM−4、BTLA、SIRPアルファ(CD47)、CD48、2B4(CD244)、B7.1、B7.2、ILT−2、ILT−4、TIGIT、およびA2aRからなる群から選択される。なおも別の実施形態では、哺乳動物は免疫障害の動物モデルであり、任意選択で、免疫障害は慢性免疫障害である。別の実施形態では、動物モデルはマウスモデルである。さらに別の実施形態では、哺乳動物はマウスまたはヒトである。なおも別の実施形態では、哺乳動物はヒトである。別の実施形態では、ヒトは免疫障害に罹患しており、任意選択で、免疫障害は慢性免疫障害である。さらに別の実施形態では、慢性免疫障害は慢性感染またはがんである。なおも別の実施形態では、感染は、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、C型肝炎ウイルス(HCV)、B型肝炎ウイルス(HBV)、アデノウイルス、サイトメガロウイルス、エプスタイン・バーウイルス、単純ヘルペスウイルス1、単純ヘルペスウイルス2、ヒトヘルペスウイルス6、水痘帯状疱疹ウイルス、B型肝炎ウイルス、D型肝炎ウイルス、パピローマウイルス、パルボウイルスB19、ポリオーマウイルスBK、ポリオーマウイルスJC、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、ヒトT細胞白血病ウイルスI、ヒトT細胞白血病ウイルスII、Leishmania、Toxoplasma、Trypanosoma、Plasmodium、SchistosomaおよびEncephalitozoonからなる群から選択される作用因子によって生じる。別の実施形態では、慢性感染は潜伏感染ではない。さらに別の実施形態では、がんは血液がんまたは固形がんである。なおも別の実施形態では、固形がんは、肺がん、非小細胞肺がん(NSCLC)、皮膚がん、黒色腫、子宮頸がん、子宮がん、卵巣がん、乳がん、膵がん、胃がん、食道がん、結腸直腸がん、肝がん、前立腺がん、腎がん、膀胱がん、頭頸部がん、肉腫、リンパ腫、および脳がんからなる群から選択される。
図1は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、CD8T細胞疲弊が、接近可能なクロマチンの広範囲にわたる変化に関連することを示す。パネルAは、実験の概略図を示す。パネルBは、Ccr7およびIfng遺伝子座における代表的なATAC−seqトラックを示す。パネルCは、定常および変化ありのクロマチン接近可能領域の割合を示す。パネルDは、各時点における新たな領域の発達軌道を示す。パネルEは、細胞状態間のクロマチン接近可能領域における重複を示す。パネルFは、急性CD8T細胞状態と慢性CD8T細胞状態との間での非差次的な領域(左)および差次的な領域(右)の分布を示す。パネルGは、非差次的な遺伝子間領域(明灰色)および差次的な遺伝子間領域(暗灰色)の全てにおける最も近いTSSまでの距離を示す。パネルHは、遺伝子発現によって測定される状態(左)とクロマチン接近可能性によって測定される状態(右)との間の類似性の相関ネットワークを示す。エッジ長は類似性(1−スピアマン係数)に対応する。 図1は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、CD8T細胞疲弊が、接近可能なクロマチンの広範囲にわたる変化に関連することを示す。パネルAは、実験の概略図を示す。パネルBは、Ccr7およびIfng遺伝子座における代表的なATAC−seqトラックを示す。パネルCは、定常および変化ありのクロマチン接近可能領域の割合を示す。パネルDは、各時点における新たな領域の発達軌道を示す。パネルEは、細胞状態間のクロマチン接近可能領域における重複を示す。パネルFは、急性CD8T細胞状態と慢性CD8T細胞状態との間での非差次的な領域(左)および差次的な領域(右)の分布を示す。パネルGは、非差次的な遺伝子間領域(明灰色)および差次的な遺伝子間領域(暗灰色)の全てにおける最も近いTSSまでの距離を示す。パネルHは、遺伝子発現によって測定される状態(左)とクロマチン接近可能性によって測定される状態(右)との間の類似性の相関ネットワークを示す。エッジ長は類似性(1−スピアマン係数)に対応する。
図2は、パネルA、B、C、D、E、F、G、H、およびIと識別された9つのパネルを含み、これらは、マウスCD8+T細胞由来のクロマチン接近可能領域の特徴を示す。パネルAは、示されているように、条件毎のクロマチン接近可能領域の数を、重複する転写開始部位(TSS)、エクソン、イントロン、および遺伝子間エリアに分割したものを示す。パネルBは、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の状態についての生物学的複製物間のピーク強度の相関性を示す散布図である。パネルCは、43,171個全てのChARにおける、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の状態についての生物学的複製物の主成分分析を示す。パネルDは、5つ全ての細胞状態からのATAC−seq断片サイズを示す。パネルEは、5つ全ての細胞状態に関する、全ての遺伝子間クロマチン接近可能領域の最も近いTSSまでの距離を(合計に対する百分率として)示す。パネルFは、5つ全ての細胞状態に関する、ATACピーク内における、進化的保存、調節領域状態、およびヒストンマークについてアノテーションを行った領域のエンリッチメント倍率を示す。パネルGは、全てのTSS(黒色)、H3K27acピーク(暗灰色)、およびH3K27me3(明灰色)間のATACシグナルを組み合わせたものを示す。パネルHは、ナイーブ(灰色の記号)、CD8T細胞、および急性感染後(白色の記号)または慢性感染後(黒色の記号)のものにおける、経時的なクロマチン接近可能領域によってカバーされるゲノムの割合を示す。パネルIは、下に灰色/白色の記号で示されている組合せでの8日目および27日目の急性感染および慢性感染のCD8T細胞における共通のクロマチン接近可能領域と差次的なクロマチン接近可能領域との数を示す(差次的領域q<0.05)。 図2は、パネルA、B、C、D、E、F、G、H、およびIと識別された9つのパネルを含み、これらは、マウスCD8+T細胞由来のクロマチン接近可能領域の特徴を示す。パネルAは、示されているように、条件毎のクロマチン接近可能領域の数を、重複する転写開始部位(TSS)、エクソン、イントロン、および遺伝子間エリアに分割したものを示す。パネルBは、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の状態についての生物学的複製物間のピーク強度の相関性を示す散布図である。パネルCは、43,171個全てのChARにおける、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の状態についての生物学的複製物の主成分分析を示す。パネルDは、5つ全ての細胞状態からのATAC−seq断片サイズを示す。パネルEは、5つ全ての細胞状態に関する、全ての遺伝子間クロマチン接近可能領域の最も近いTSSまでの距離を(合計に対する百分率として)示す。パネルFは、5つ全ての細胞状態に関する、ATACピーク内における、進化的保存、調節領域状態、およびヒストンマークについてアノテーションを行った領域のエンリッチメント倍率を示す。パネルGは、全てのTSS(黒色)、H3K27acピーク(暗灰色)、およびH3K27me3(明灰色)間のATACシグナルを組み合わせたものを示す。パネルHは、ナイーブ(灰色の記号)、CD8T細胞、および急性感染後(白色の記号)または慢性感染後(黒色の記号)のものにおける、経時的なクロマチン接近可能領域によってカバーされるゲノムの割合を示す。パネルIは、下に灰色/白色の記号で示されている組合せでの8日目および27日目の急性感染および慢性感染のCD8T細胞における共通のクロマチン接近可能領域と差次的なクロマチン接近可能領域との数を示す(差次的領域q<0.05)。
図3は、パネルA、B、C、およびDと識別された4つのパネルを含み、これらは、CD8T細胞内の状態特異的エンハンサーが、機能的に明確なクラスの遺伝子に対してマッピングするモジュールを形成することを示す。パネルAは、細胞状態間の類似性(縦列)によってクラスタリングした、接近可能性に差がある全ての領域の強度(横列)を示す、ピークのヒートマップである。パネルBは、各細胞状態でのパネルAの各モジュールにおける近傍の遺伝子のmRNA発現の横列を正規化した平均を示すヒートマップである。各モジュールの情報遺伝子が右側に示されている。パネルCは、各細胞状態における各モジュールでの平均遺伝子発現と平均クロマチン接近可能性との間の相関性を示す。文字記号は、パネルA〜Bに示されたモジュールに対応する。パネルDは、各モジュール(縦列)におけるGene Ontologyターム(横列)のエンリッチメントを示すヒートマップである。P値(二項検定)は、1−log10として提示されている。 図3は、パネルA、B、C、およびDと識別された4つのパネルを含み、これらは、CD8T細胞内の状態特異的エンハンサーが、機能的に明確なクラスの遺伝子に対してマッピングするモジュールを形成することを示す。パネルAは、細胞状態間の類似性(縦列)によってクラスタリングした、接近可能性に差がある全ての領域の強度(横列)を示す、ピークのヒートマップである。パネルBは、各細胞状態でのパネルAの各モジュールにおける近傍の遺伝子のmRNA発現の横列を正規化した平均を示すヒートマップである。各モジュールの情報遺伝子が右側に示されている。パネルCは、各細胞状態における各モジュールでの平均遺伝子発現と平均クロマチン接近可能性との間の相関性を示す。文字記号は、パネルA〜Bに示されたモジュールに対応する。パネルDは、各モジュール(縦列)におけるGene Ontologyターム(横列)のエンリッチメントを示すヒートマップである。P値(二項検定)は、1−log10として提示されている。
図4は、状態間で差次的な領域の比較を示す。グラフは、5つの細胞状態での差次的な領域全てのシグナル強度に適用した、所与の数のK平均クラスターを使用したギャップ統計を示す。
図5は、パネルA、B、C、D、E、F、G、H、およびIと識別された9つのパネルを含み、これらは、CRISPR/Cas9媒介性エンハンサー編集の結果を示す。パネルAは、ゲノム編集戦略の概略図を示す。パネルBは、EL4細胞に使用したCRISPR PD−1をターゲティングするsgRNAおよびターゲティングしないsgRNAを示す。パネルCは、ゲノム欠失のスクリーニングおよびSanger配列決定のために使用したPCRプライマーを示す。パネルDは、対照(明灰色)または−23.8kb領域をターゲティングする二重カットsgRNAをトランスフェクトしたEL4細胞におけるPD−1発現のヒストグラムを示す。パネルEは、対照sgRNA、単一エンハンサーsgRNA、および二重エンハンサーsgRNAを受けたEL4細胞のゲノムDNAを使用したPCRスクリーニング結果を提供するゲルを示す。パネルFは、二重エンハンサーをターゲティングするsgRNAを受けた45個のEL4単一細胞クローンのゲノムDNAを使用したPCRスクリーニング結果を提供するゲルを示す。パネルGは、WT(白色の棒)であるか、または−23.8kbエンハンサーが欠失(Del)しているEL4単一細胞クローンにおける、PD−1の発現を示す(p<0.0002、PD−1発現のMann−Whitney順位和検定)。パネルHは、代表的なEL4単一細胞クローンのエンハンサーの配列を示す。クローン数はパネルAのものと対応し、矢印はsgRNAによる予想されるカット部位を示す。パネルIは、WTまたはDelクローンにおける相対的なmRNA発現を示す(p<0.005、T検定)。 図5は、パネルA、B、C、D、E、F、G、H、およびIと識別された9つのパネルを含み、これらは、CRISPR/Cas9媒介性エンハンサー編集の結果を示す。パネルAは、ゲノム編集戦略の概略図を示す。パネルBは、EL4細胞に使用したCRISPR PD−1をターゲティングするsgRNAおよびターゲティングしないsgRNAを示す。パネルCは、ゲノム欠失のスクリーニングおよびSanger配列決定のために使用したPCRプライマーを示す。パネルDは、対照(明灰色)または−23.8kb領域をターゲティングする二重カットsgRNAをトランスフェクトしたEL4細胞におけるPD−1発現のヒストグラムを示す。パネルEは、対照sgRNA、単一エンハンサーsgRNA、および二重エンハンサーsgRNAを受けたEL4細胞のゲノムDNAを使用したPCRスクリーニング結果を提供するゲルを示す。パネルFは、二重エンハンサーをターゲティングするsgRNAを受けた45個のEL4単一細胞クローンのゲノムDNAを使用したPCRスクリーニング結果を提供するゲルを示す。パネルGは、WT(白色の棒)であるか、または−23.8kbエンハンサーが欠失(Del)しているEL4単一細胞クローンにおける、PD−1の発現を示す(p<0.0002、PD−1発現のMann−Whitney順位和検定)。パネルHは、代表的なEL4単一細胞クローンのエンハンサーの配列を示す。クローン数はパネルAのものと対応し、矢印はsgRNAによる予想されるカット部位を示す。パネルIは、WTまたはDelクローンにおける相対的なmRNA発現を示す(p<0.005、T検定)。
図6は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、疲弊特異的エンハンサーの高分解能機能的マッピングが、PD−1を調節する最小配列を特定することを示す。パネルAは、示されているように、CD8T細胞、EL4細胞株、および造血性系列のATAC−seqトラックを示す(Lara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁)。矢印は個々のChARを示す。パネルAは、AおよびA’のサブパネルに分かれていることに留意されたい。パネルBは、陰性対照ミニマルプロモーター(左)、CMVプロモーター構築物(中央)、およびPdcd1−23.8kbエンハンサー構築物(右)を形質導入した、EL4(上)および活性化CD8T細胞(下)におけるGFPレポーター発現を示す。3〜4つの複製物の平均が棒グラフに示されている。パネルCは、対照(左)または二重カットsgRNA(右)をトランスフェクトしたEL4細胞における野生型(WT)または欠失(Del)対立遺伝子の比率を示す、細胞分取ゲーティング(上パネル)および対応するPD−1エンハンサー領域のゲノムPCR(下パネル)の結果を示す。パネルDは、代表的なEL4野生型(明灰色)またはエンハンサー欠失単一細胞クローンのPD−1発現を示す。パネルEは、PD−1 high集団およびlow集団内の示されている位置におけるsgRNA(灰色の記号)の正規化されたエンリッチメントを示す。対照の非ターゲティングsgRNAは、5bp間隔で仮マッピングされている(pseudo−mapped)。暗色の円形記号は、−23.8kbエンハンサーにおいて最大の効果を有した21個のsgRNAに対応し、これらの同質遺伝子系統を後に産生した。パネルFは、−23.8kbエンハンサーにおけるスコアが上位であった21個のsgRNAに関する、パネルEの正規化されたエンリッチメントスコアと、個別にトランスフェクトしたEL4細胞のPD−1のMFIとの間の相関性を示す。パネルGは、−23.8kbエンハンサー内のTFフットプリントおよびsgRNA活性の重複を示す。慢性d27において結合確率>0.9のTFフットプリントが上に示されている。線は、上位スコアのsgRNAのカット部位を表す。PD−1のMFIの変化は、各sgRNAの対照ガイドをトランスフェクトした集団に対するものである(円形記号、左軸)。sgRNA活性により引き起こされたPD−1のMFI変化の10bpの移動平均が黒色で示されている(右軸)。パネルHは、慢性d27に対する急性d27のCD8T細胞における差次的なTFフットプリントのボルケーノプロットである。 図6は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、疲弊特異的エンハンサーの高分解能機能的マッピングが、PD−1を調節する最小配列を特定することを示す。パネルAは、示されているように、CD8T細胞、EL4細胞株、および造血性系列のATAC−seqトラックを示す(Lara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁)。矢印は個々のChARを示す。パネルAは、AおよびA’のサブパネルに分かれていることに留意されたい。パネルBは、陰性対照ミニマルプロモーター(左)、CMVプロモーター構築物(中央)、およびPdcd1−23.8kbエンハンサー構築物(右)を形質導入した、EL4(上)および活性化CD8T細胞(下)におけるGFPレポーター発現を示す。3〜4つの複製物の平均が棒グラフに示されている。パネルCは、対照(左)または二重カットsgRNA(右)をトランスフェクトしたEL4細胞における野生型(WT)または欠失(Del)対立遺伝子の比率を示す、細胞分取ゲーティング(上パネル)および対応するPD−1エンハンサー領域のゲノムPCR(下パネル)の結果を示す。パネルDは、代表的なEL4野生型(明灰色)またはエンハンサー欠失単一細胞クローンのPD−1発現を示す。パネルEは、PD−1 high集団およびlow集団内の示されている位置におけるsgRNA(灰色の記号)の正規化されたエンリッチメントを示す。対照の非ターゲティングsgRNAは、5bp間隔で仮マッピングされている(pseudo−mapped)。暗色の円形記号は、−23.8kbエンハンサーにおいて最大の効果を有した21個のsgRNAに対応し、これらの同質遺伝子系統を後に産生した。パネルFは、−23.8kbエンハンサーにおけるスコアが上位であった21個のsgRNAに関する、パネルEの正規化されたエンリッチメントスコアと、個別にトランスフェクトしたEL4細胞のPD−1のMFIとの間の相関性を示す。パネルGは、−23.8kbエンハンサー内のTFフットプリントおよびsgRNA活性の重複を示す。慢性d27において結合確率>0.9のTFフットプリントが上に示されている。線は、上位スコアのsgRNAのカット部位を表す。PD−1のMFIの変化は、各sgRNAの対照ガイドをトランスフェクトした集団に対するものである(円形記号、左軸)。sgRNA活性により引き起こされたPD−1のMFI変化の10bpの移動平均が黒色で示されている(右軸)。パネルHは、慢性d27に対する急性d27のCD8T細胞における差次的なTFフットプリントのボルケーノプロットである。 図6は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、疲弊特異的エンハンサーの高分解能機能的マッピングが、PD−1を調節する最小配列を特定することを示す。パネルAは、示されているように、CD8T細胞、EL4細胞株、および造血性系列のATAC−seqトラックを示す(Lara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁)。矢印は個々のChARを示す。パネルAは、AおよびA’のサブパネルに分かれていることに留意されたい。パネルBは、陰性対照ミニマルプロモーター(左)、CMVプロモーター構築物(中央)、およびPdcd1−23.8kbエンハンサー構築物(右)を形質導入した、EL4(上)および活性化CD8T細胞(下)におけるGFPレポーター発現を示す。3〜4つの複製物の平均が棒グラフに示されている。パネルCは、対照(左)または二重カットsgRNA(右)をトランスフェクトしたEL4細胞における野生型(WT)または欠失(Del)対立遺伝子の比率を示す、細胞分取ゲーティング(上パネル)および対応するPD−1エンハンサー領域のゲノムPCR(下パネル)の結果を示す。パネルDは、代表的なEL4野生型(明灰色)またはエンハンサー欠失単一細胞クローンのPD−1発現を示す。パネルEは、PD−1 high集団およびlow集団内の示されている位置におけるsgRNA(灰色の記号)の正規化されたエンリッチメントを示す。対照の非ターゲティングsgRNAは、5bp間隔で仮マッピングされている(pseudo−mapped)。暗色の円形記号は、−23.8kbエンハンサーにおいて最大の効果を有した21個のsgRNAに対応し、これらの同質遺伝子系統を後に産生した。パネルFは、−23.8kbエンハンサーにおけるスコアが上位であった21個のsgRNAに関する、パネルEの正規化されたエンリッチメントスコアと、個別にトランスフェクトしたEL4細胞のPD−1のMFIとの間の相関性を示す。パネルGは、−23.8kbエンハンサー内のTFフットプリントおよびsgRNA活性の重複を示す。慢性d27において結合確率>0.9のTFフットプリントが上に示されている。線は、上位スコアのsgRNAのカット部位を表す。PD−1のMFIの変化は、各sgRNAの対照ガイドをトランスフェクトした集団に対するものである(円形記号、左軸)。sgRNA活性により引き起こされたPD−1のMFI変化の10bpの移動平均が黒色で示されている(右軸)。パネルHは、慢性d27に対する急性d27のCD8T細胞における差次的なTFフットプリントのボルケーノプロットである。 図6は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、疲弊特異的エンハンサーの高分解能機能的マッピングが、PD−1を調節する最小配列を特定することを示す。パネルAは、示されているように、CD8T細胞、EL4細胞株、および造血性系列のATAC−seqトラックを示す(Lara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁)。矢印は個々のChARを示す。パネルAは、AおよびA’のサブパネルに分かれていることに留意されたい。パネルBは、陰性対照ミニマルプロモーター(左)、CMVプロモーター構築物(中央)、およびPdcd1−23.8kbエンハンサー構築物(右)を形質導入した、EL4(上)および活性化CD8T細胞(下)におけるGFPレポーター発現を示す。3〜4つの複製物の平均が棒グラフに示されている。パネルCは、対照(左)または二重カットsgRNA(右)をトランスフェクトしたEL4細胞における野生型(WT)または欠失(Del)対立遺伝子の比率を示す、細胞分取ゲーティング(上パネル)および対応するPD−1エンハンサー領域のゲノムPCR(下パネル)の結果を示す。パネルDは、代表的なEL4野生型(明灰色)またはエンハンサー欠失単一細胞クローンのPD−1発現を示す。パネルEは、PD−1 high集団およびlow集団内の示されている位置におけるsgRNA(灰色の記号)の正規化されたエンリッチメントを示す。対照の非ターゲティングsgRNAは、5bp間隔で仮マッピングされている(pseudo−mapped)。暗色の円形記号は、−23.8kbエンハンサーにおいて最大の効果を有した21個のsgRNAに対応し、これらの同質遺伝子系統を後に産生した。パネルFは、−23.8kbエンハンサーにおけるスコアが上位であった21個のsgRNAに関する、パネルEの正規化されたエンリッチメントスコアと、個別にトランスフェクトしたEL4細胞のPD−1のMFIとの間の相関性を示す。パネルGは、−23.8kbエンハンサー内のTFフットプリントおよびsgRNA活性の重複を示す。慢性d27において結合確率>0.9のTFフットプリントが上に示されている。線は、上位スコアのsgRNAのカット部位を表す。PD−1のMFIの変化は、各sgRNAの対照ガイドをトランスフェクトした集団に対するものである(円形記号、左軸)。sgRNA活性により引き起こされたPD−1のMFI変化の10bpの移動平均が黒色で示されている(右軸)。パネルHは、慢性d27に対する急性d27のCD8T細胞における差次的なTFフットプリントのボルケーノプロットである。 図6は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、疲弊特異的エンハンサーの高分解能機能的マッピングが、PD−1を調節する最小配列を特定することを示す。パネルAは、示されているように、CD8T細胞、EL4細胞株、および造血性系列のATAC−seqトラックを示す(Lara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁)。矢印は個々のChARを示す。パネルAは、AおよびA’のサブパネルに分かれていることに留意されたい。パネルBは、陰性対照ミニマルプロモーター(左)、CMVプロモーター構築物(中央)、およびPdcd1−23.8kbエンハンサー構築物(右)を形質導入した、EL4(上)および活性化CD8T細胞(下)におけるGFPレポーター発現を示す。3〜4つの複製物の平均が棒グラフに示されている。パネルCは、対照(左)または二重カットsgRNA(右)をトランスフェクトしたEL4細胞における野生型(WT)または欠失(Del)対立遺伝子の比率を示す、細胞分取ゲーティング(上パネル)および対応するPD−1エンハンサー領域のゲノムPCR(下パネル)の結果を示す。パネルDは、代表的なEL4野生型(明灰色)またはエンハンサー欠失単一細胞クローンのPD−1発現を示す。パネルEは、PD−1 high集団およびlow集団内の示されている位置におけるsgRNA(灰色の記号)の正規化されたエンリッチメントを示す。対照の非ターゲティングsgRNAは、5bp間隔で仮マッピングされている(pseudo−mapped)。暗色の円形記号は、−23.8kbエンハンサーにおいて最大の効果を有した21個のsgRNAに対応し、これらの同質遺伝子系統を後に産生した。パネルFは、−23.8kbエンハンサーにおけるスコアが上位であった21個のsgRNAに関する、パネルEの正規化されたエンリッチメントスコアと、個別にトランスフェクトしたEL4細胞のPD−1のMFIとの間の相関性を示す。パネルGは、−23.8kbエンハンサー内のTFフットプリントおよびsgRNA活性の重複を示す。慢性d27において結合確率>0.9のTFフットプリントが上に示されている。線は、上位スコアのsgRNAのカット部位を表す。PD−1のMFIの変化は、各sgRNAの対照ガイドをトランスフェクトした集団に対するものである(円形記号、左軸)。sgRNA活性により引き起こされたPD−1のMFI変化の10bpの移動平均が黒色で示されている(右軸)。パネルHは、慢性d27に対する急性d27のCD8T細胞における差次的なTFフットプリントのボルケーノプロットである。
図7は、パネルA、B、C、D、E、F、およびGと識別された7パネルを含み、これらは、PD−1エンハンサーのin situ飽和変異誘発の結果を示す。パネルAは、プールスクリーニングのライブラリーにおけるsgRNAの組成を示す。パネルBは、隣接するsgRNAカット部位間のギャップの分布を示す。パネルCは、対照を形質導入したEL4(灰色)と比較した、プールsgRNAを形質導入したEL4におけるPD−1分布(左)を示す。ゲートは、PD−1 highおよびPD−1 lowの分取画分を示す。highおよびlowの分取集団中のPD−1の分取後分布が示されている(右)。パネルDは、形質導入後のEL4と対比したプラスミドプールにおけるsgRNA表現の相関性を示す。パネルEは、3つの複製物間のPD−1 high集団およびlow集団におけるsgRNAエンリッチメントスコアを示す。パネルFは、PD−1 high集団およびlow集団内の−23.8kbエンハンサーにおける全てのsgRNA(灰色の記号)の正規化されたエンリッチメントを示し、sgRNAエンリッチメントの10bp移動平均が黒色で示されている。パネルGは、個々に検証するために選択した、−23.8kbエンハンサー内のPD−1 low画分に集中していた32個のsgRNAの配列を示す。−23.8kbエンハンサーの始点からの相対位置が左に示されている。 図7は、パネルA、B、C、D、E、F、およびGと識別された7パネルを含み、これらは、PD−1エンハンサーのin situ飽和変異誘発の結果を示す。パネルAは、プールスクリーニングのライブラリーにおけるsgRNAの組成を示す。パネルBは、隣接するsgRNAカット部位間のギャップの分布を示す。パネルCは、対照を形質導入したEL4(灰色)と比較した、プールsgRNAを形質導入したEL4におけるPD−1分布(左)を示す。ゲートは、PD−1 highおよびPD−1 lowの分取画分を示す。highおよびlowの分取集団中のPD−1の分取後分布が示されている(右)。パネルDは、形質導入後のEL4と対比したプラスミドプールにおけるsgRNA表現の相関性を示す。パネルEは、3つの複製物間のPD−1 high集団およびlow集団におけるsgRNAエンリッチメントスコアを示す。パネルFは、PD−1 high集団およびlow集団内の−23.8kbエンハンサーにおける全てのsgRNA(灰色の記号)の正規化されたエンリッチメントを示し、sgRNAエンリッチメントの10bp移動平均が黒色で示されている。パネルGは、個々に検証するために選択した、−23.8kbエンハンサー内のPD−1 low画分に集中していた32個のsgRNAの配列を示す。−23.8kbエンハンサーの始点からの相対位置が左に示されている。
図8は、パネルA、B、C、およびDと識別された4つのパネルを含み、これらは、ChIP−Seqデータを用いた転写因子フットプリンティングの評価の結果を示す。パネルAは、Gzmb遺伝子座における、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8および慢性d27の細胞状態でのATAC−seqピークを示すIGVトラック、ならびにin vitro活性化CD8+T細胞のc−Jun、Batf、およびIRF4のChIPトラックを示す。パネルBは、示されている転写因子(TF)の代表的なTFフットプリントを示す。パネルCは、全ゲノムにわたる、BATFおよびIRF4に関する正規化されたChIP−SeqリードとCentipede事後確率との相関性を示す。パネルDは、IRF4およびBATF結合の存在/非存在を呼び出すために使用したCentipede事後確率の様々なカットオフのROCプロットを示す(ChIP−SeqピークはTF結合を特定するための標準として使用した)。 図8は、パネルA、B、C、およびDと識別された4つのパネルを含み、これらは、ChIP−Seqデータを用いた転写因子フットプリンティングの評価の結果を示す。パネルAは、Gzmb遺伝子座における、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8および慢性d27の細胞状態でのATAC−seqピークを示すIGVトラック、ならびにin vitro活性化CD8+T細胞のc−Jun、Batf、およびIRF4のChIPトラックを示す。パネルBは、示されている転写因子(TF)の代表的なTFフットプリントを示す。パネルCは、全ゲノムにわたる、BATFおよびIRF4に関する正規化されたChIP−SeqリードとCentipede事後確率との相関性を示す。パネルDは、IRF4およびBATF結合の存在/非存在を呼び出すために使用したCentipede事後確率の様々なカットオフのROCプロットを示す(ChIP−SeqピークはTF結合を特定するための標準として使用した)。
図9は、パネルAおよびBと識別された2つのパネルを含み、これらは、クロマチン接近可能領域における転写因子フットプリンティングを示す。パネルAは、7つのChARモジュール(縦列)における100個の転写因子(TF)の相対的なエンリッチメント倍率(横列)を示す。横列および縦列は階層的にクラスタリングされている。急性感染および慢性感染における差次的な遺伝子発現および推測される差次的なTF結合による重み付けを行うことにより、TFランクを決定した。パネルBは、5つ全ての状態での推測されるTF結合事象の合計数(上)、またはd8およびd27における急性と慢性との間の差(下)を示す。 図9は、パネルAおよびBと識別された2つのパネルを含み、これらは、クロマチン接近可能領域における転写因子フットプリンティングを示す。パネルAは、7つのChARモジュール(縦列)における100個の転写因子(TF)の相対的なエンリッチメント倍率(横列)を示す。横列および縦列は階層的にクラスタリングされている。急性感染および慢性感染における差次的な遺伝子発現および推測される差次的なTF結合による重み付けを行うことにより、TFランクを決定した。パネルBは、5つ全ての状態での推測されるTF結合事象の合計数(上)、またはd8およびd27における急性と慢性との間の差(下)を示す。
図10は、パネルA、B、およびCと識別された3つのパネルを含み、これらは、クロマチン接近可能領域における転写因子フットプリンティングの結果を示す。パネルAは、TFモチーフにおける相対的な結合活性をナイーブCD8T細胞と急性d8のCD8T細胞とで対比したボルケーノプロットである。パネルBは、−23.8kb PD−1エンハンサー内のフットプリントを有するSox3、RAR、およびTBX21のモチーフを示す。パネルCは、遺伝子に隣接する領域(四角形のノード)内のTFモチーフにおける推測される結合(円形のノード)を提供するネットワーク図を示す。遺伝子は、mRNA発現により、感染後7日目(上)および27日目(下)において、急性感染と慢性感染との間で上方制御されたもの(左)、下方制御されたもの(右)、または未変化のもの(中央)に分割されている。TFノードは、慢性感染(左)または急性感染(右)における状態特異的結合の偏りを示すために着色されている。エッジは、3クラスの遺伝子(急性感染において上方制御されたもの、慢性感染において上方制御されたもの、または未変化のもの)に対する状態特異的な結合事象の相対割合を示すようにグレーディングされている。慢性感染において最も優先的に特定された結合事象を表すエッジは最左にあり、急性感染において最も優先的に見られたものは最右にある。 図10は、パネルA、B、およびCと識別された3つのパネルを含み、これらは、クロマチン接近可能領域における転写因子フットプリンティングの結果を示す。パネルAは、TFモチーフにおける相対的な結合活性をナイーブCD8T細胞と急性d8のCD8T細胞とで対比したボルケーノプロットである。パネルBは、−23.8kb PD−1エンハンサー内のフットプリントを有するSox3、RAR、およびTBX21のモチーフを示す。パネルCは、遺伝子に隣接する領域(四角形のノード)内のTFモチーフにおける推測される結合(円形のノード)を提供するネットワーク図を示す。遺伝子は、mRNA発現により、感染後7日目(上)および27日目(下)において、急性感染と慢性感染との間で上方制御されたもの(左)、下方制御されたもの(右)、または未変化のもの(中央)に分割されている。TFノードは、慢性感染(左)または急性感染(右)における状態特異的結合の偏りを示すために着色されている。エッジは、3クラスの遺伝子(急性感染において上方制御されたもの、慢性感染において上方制御されたもの、または未変化のもの)に対する状態特異的な結合事象の相対割合を示すようにグレーディングされている。慢性感染において最も優先的に特定された結合事象を表すエッジは最左にあり、急性感染において最も優先的に見られたものは最右にある。
図11は、パネルA、B、C、D、およびEと識別された5つのパネルを含み、これらは、ヒトCD8T細胞のクロマチン接近可能領域およびマウスのオルソロガスな領域の特徴を示す。パネルAは、代表的なヒト試料における四量体集団、ナイーブ集団、およびエフェクターメモリー集団の細胞分取戦略を示す。パネルBは、全てのヒト試料のATACピークにおける、公表されているヒト初代T細胞中のヒストンマークについてアノテーションされた領域のエンリッチメント倍率を示す。パネルCは、全てのNHGRI GWAS SNPのエンリッチメントを示す。点線は、p=0.05(超幾何分布検定)を示す。パネルDは、免疫系疾患関連SNPのエンリッチメントを示す。パネルEは、ランダムに選択された領域と比べたオルソロガスな調節領域における自己免疫疾患SNPのエンリッチメント倍率を示すヒートマップである。縦列は階層的にクラスタリングされている。 図11は、パネルA、B、C、D、およびEと識別された5つのパネルを含み、これらは、ヒトCD8T細胞のクロマチン接近可能領域およびマウスのオルソロガスな領域の特徴を示す。パネルAは、代表的なヒト試料における四量体集団、ナイーブ集団、およびエフェクターメモリー集団の細胞分取戦略を示す。パネルBは、全てのヒト試料のATACピークにおける、公表されているヒト初代T細胞中のヒストンマークについてアノテーションされた領域のエンリッチメント倍率を示す。パネルCは、全てのNHGRI GWAS SNPのエンリッチメントを示す。点線は、p=0.05(超幾何分布検定)を示す。パネルDは、免疫系疾患関連SNPのエンリッチメントを示す。パネルEは、ランダムに選択された領域と比べたオルソロガスな調節領域における自己免疫疾患SNPのエンリッチメント倍率を示すヒートマップである。縦列は階層的にクラスタリングされている。 図11は、パネルA、B、C、D、およびEと識別された5つのパネルを含み、これらは、ヒトCD8T細胞のクロマチン接近可能領域およびマウスのオルソロガスな領域の特徴を示す。パネルAは、代表的なヒト試料における四量体集団、ナイーブ集団、およびエフェクターメモリー集団の細胞分取戦略を示す。パネルBは、全てのヒト試料のATACピークにおける、公表されているヒト初代T細胞中のヒストンマークについてアノテーションされた領域のエンリッチメント倍率を示す。パネルCは、全てのNHGRI GWAS SNPのエンリッチメントを示す。点線は、p=0.05(超幾何分布検定)を示す。パネルDは、免疫系疾患関連SNPのエンリッチメントを示す。パネルEは、ランダムに選択された領域と比べたオルソロガスな調節領域における自己免疫疾患SNPのエンリッチメント倍率を示すヒートマップである。縦列は階層的にクラスタリングされている。
図12は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、マウスにおける疲弊特異的エピジェネティックプロファイルが、HIV感染およびHCV感染における抗原特異的な疲弊ヒトT細胞で保存されていることを示す。パネルAは、ナイーブ試料、HIV四量体試料、およびCMV四量体試料のIFNG遺伝子座における代表的なATAC−seqトラックを示す(上)。IFNGにおけるヒトゲノムに対するマウスのクロマチン接近可能領域のマッピングが示されている(ブロック、下)。このパネルはサブパネルAおよびA’に分かれており、サブパネルA’はTBX21遺伝子座におけるATAC−seqトラックをさらに示すことに留意されたい。パネルBは、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の状態に関して、ヒトゲノム(hg19)に対して全体的/部分的にマッピングされた全てのピークの百分率を示す。パネルCは、マウスのオルソロガスなChARにおけるPICS SNPのエンリッチメントを示す。点線は、p=0.05(超幾何分布検定)を示す。パネルDは、マウスおよびヒトの比較分析の概略図を示す。パネルEは、示されているヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。パネルFは、単一のHCV感染ドナーに由来する、ナイーブ、HCV C63B四量体、HCV 174D四量体、Flu MP四量体、およびエフェクターメモリーCD8T細胞集団における、フローサイトメトリーにより測定したPD−1およびCD39の発現を示す。パネルGは、C63Bおよび174Dエピトープをコードするウイルス配列を示す。パネルHは、示されているように単一のHCV感染ドナーに由来するヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。 図12は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、マウスにおける疲弊特異的エピジェネティックプロファイルが、HIV感染およびHCV感染における抗原特異的な疲弊ヒトT細胞で保存されていることを示す。パネルAは、ナイーブ試料、HIV四量体試料、およびCMV四量体試料のIFNG遺伝子座における代表的なATAC−seqトラックを示す(上)。IFNGにおけるヒトゲノムに対するマウスのクロマチン接近可能領域のマッピングが示されている(ブロック、下)。このパネルはサブパネルAおよびA’に分かれており、サブパネルA’はTBX21遺伝子座におけるATAC−seqトラックをさらに示すことに留意されたい。パネルBは、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の状態に関して、ヒトゲノム(hg19)に対して全体的/部分的にマッピングされた全てのピークの百分率を示す。パネルCは、マウスのオルソロガスなChARにおけるPICS SNPのエンリッチメントを示す。点線は、p=0.05(超幾何分布検定)を示す。パネルDは、マウスおよびヒトの比較分析の概略図を示す。パネルEは、示されているヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。パネルFは、単一のHCV感染ドナーに由来する、ナイーブ、HCV C63B四量体、HCV 174D四量体、Flu MP四量体、およびエフェクターメモリーCD8T細胞集団における、フローサイトメトリーにより測定したPD−1およびCD39の発現を示す。パネルGは、C63Bおよび174Dエピトープをコードするウイルス配列を示す。パネルHは、示されているように単一のHCV感染ドナーに由来するヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。 図12は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、マウスにおける疲弊特異的エピジェネティックプロファイルが、HIV感染およびHCV感染における抗原特異的な疲弊ヒトT細胞で保存されていることを示す。パネルAは、ナイーブ試料、HIV四量体試料、およびCMV四量体試料のIFNG遺伝子座における代表的なATAC−seqトラックを示す(上)。IFNGにおけるヒトゲノムに対するマウスのクロマチン接近可能領域のマッピングが示されている(ブロック、下)。このパネルはサブパネルAおよびA’に分かれており、サブパネルA’はTBX21遺伝子座におけるATAC−seqトラックをさらに示すことに留意されたい。パネルBは、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の状態に関して、ヒトゲノム(hg19)に対して全体的/部分的にマッピングされた全てのピークの百分率を示す。パネルCは、マウスのオルソロガスなChARにおけるPICS SNPのエンリッチメントを示す。点線は、p=0.05(超幾何分布検定)を示す。パネルDは、マウスおよびヒトの比較分析の概略図を示す。パネルEは、示されているヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。パネルFは、単一のHCV感染ドナーに由来する、ナイーブ、HCV C63B四量体、HCV 174D四量体、Flu MP四量体、およびエフェクターメモリーCD8T細胞集団における、フローサイトメトリーにより測定したPD−1およびCD39の発現を示す。パネルGは、C63Bおよび174Dエピトープをコードするウイルス配列を示す。パネルHは、示されているように単一のHCV感染ドナーに由来するヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。 図12は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、マウスにおける疲弊特異的エピジェネティックプロファイルが、HIV感染およびHCV感染における抗原特異的な疲弊ヒトT細胞で保存されていることを示す。パネルAは、ナイーブ試料、HIV四量体試料、およびCMV四量体試料のIFNG遺伝子座における代表的なATAC−seqトラックを示す(上)。IFNGにおけるヒトゲノムに対するマウスのクロマチン接近可能領域のマッピングが示されている(ブロック、下)。このパネルはサブパネルAおよびA’に分かれており、サブパネルA’はTBX21遺伝子座におけるATAC−seqトラックをさらに示すことに留意されたい。パネルBは、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の状態に関して、ヒトゲノム(hg19)に対して全体的/部分的にマッピングされた全てのピークの百分率を示す。パネルCは、マウスのオルソロガスなChARにおけるPICS SNPのエンリッチメントを示す。点線は、p=0.05(超幾何分布検定)を示す。パネルDは、マウスおよびヒトの比較分析の概略図を示す。パネルEは、示されているヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。パネルFは、単一のHCV感染ドナーに由来する、ナイーブ、HCV C63B四量体、HCV 174D四量体、Flu MP四量体、およびエフェクターメモリーCD8T細胞集団における、フローサイトメトリーにより測定したPD−1およびCD39の発現を示す。パネルGは、C63Bおよび174Dエピトープをコードするウイルス配列を示す。パネルHは、示されているように単一のHCV感染ドナーに由来するヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。 図12は、パネルA、B、C、D、E、F、G、およびHと識別された8つのパネルを含み、これらは、マウスにおける疲弊特異的エピジェネティックプロファイルが、HIV感染およびHCV感染における抗原特異的な疲弊ヒトT細胞で保存されていることを示す。パネルAは、ナイーブ試料、HIV四量体試料、およびCMV四量体試料のIFNG遺伝子座における代表的なATAC−seqトラックを示す(上)。IFNGにおけるヒトゲノムに対するマウスのクロマチン接近可能領域のマッピングが示されている(ブロック、下)。このパネルはサブパネルAおよびA’に分かれており、サブパネルA’はTBX21遺伝子座におけるATAC−seqトラックをさらに示すことに留意されたい。パネルBは、ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の状態に関して、ヒトゲノム(hg19)に対して全体的/部分的にマッピングされた全てのピークの百分率を示す。パネルCは、マウスのオルソロガスなChARにおけるPICS SNPのエンリッチメントを示す。点線は、p=0.05(超幾何分布検定)を示す。パネルDは、マウスおよびヒトの比較分析の概略図を示す。パネルEは、示されているヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。パネルFは、単一のHCV感染ドナーに由来する、ナイーブ、HCV C63B四量体、HCV 174D四量体、Flu MP四量体、およびエフェクターメモリーCD8T細胞集団における、フローサイトメトリーにより測定したPD−1およびCD39の発現を示す。パネルGは、C63Bおよび174Dエピトープをコードするウイルス配列を示す。パネルHは、示されているように単一のHCV感染ドナーに由来するヒト試料中の、マウスのナイーブ、メモリー、および疲弊エンハンサーにオルソロガスな領域における平均クロマチン接近可能性を示すヒートマップである。
図13は、パネルA、B、およびCと識別された3つのパネルを含み、これらは、PD−1の上流にある−23kbエンハンサー配列の生殖系列欠失を有するマウスの特徴付けを示す。パネルAは、PCRによるこのようなエンハンサー配列の生殖系列欠失の概略図を示す。パネルBは、ゲノムに生殖系列欠失を導入するために使用されるマウスに対する微量注入および移植の方法を図示する。パネルCは、生存した7体の子孫の間で、−23kbエンハンサー配列を含有するChAR領域をゲル電気泳動によって比較し、7体の子孫のうち2体(すなわち、ms4およびms6)においてエンハンサー配列が欠失していたことを明示する。
図14は、パネルA、B、C、D、およびEと識別された5つのパネルを含み、これらは、−23kb PD−1エンハンサーの生殖系列欠失を有するマウスの特徴を野生型マウスに対して比較する。パネルAは、2つのミックスのマウスを生成するための養子細胞移入戦略の概略図を示す。パネルBは、パネルAで生成された2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の特徴付けと、フローサイトメトリーを使用してそれらの細胞集団ならびにトランスジェニックTCRおよびPD−1の発現レベルを比較した結果とを示す。パネルCは、パネルAで生成された2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の特徴付けと、MFIを使用してそれらのPD−1の発現レベルを比較した結果とを示す。パネルDは、d8における2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の増殖速度(log倍率変化として)を比較する。パネルEは、d15における2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の増殖速度(log倍率変化として)を比較する。 図14は、パネルA、B、C、D、およびEと識別された5つのパネルを含み、これらは、−23kb PD−1エンハンサーの生殖系列欠失を有するマウスの特徴を野生型マウスに対して比較する。パネルAは、2つのミックスのマウスを生成するための養子細胞移入戦略の概略図を示す。パネルBは、パネルAで生成された2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の特徴付けと、フローサイトメトリーを使用してそれらの細胞集団ならびにトランスジェニックTCRおよびPD−1の発現レベルを比較した結果とを示す。パネルCは、パネルAで生成された2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の特徴付けと、MFIを使用してそれらのPD−1の発現レベルを比較した結果とを示す。パネルDは、d8における2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の増殖速度(log倍率変化として)を比較する。パネルEは、d15における2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の増殖速度(log倍率変化として)を比較する。 図14は、パネルA、B、C、D、およびEと識別された5つのパネルを含み、これらは、−23kb PD−1エンハンサーの生殖系列欠失を有するマウスの特徴を野生型マウスに対して比較する。パネルAは、2つのミックスのマウスを生成するための養子細胞移入戦略の概略図を示す。パネルBは、パネルAで生成された2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の特徴付けと、フローサイトメトリーを使用してそれらの細胞集団ならびにトランスジェニックTCRおよびPD−1の発現レベルを比較した結果とを示す。パネルCは、パネルAで生成された2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の特徴付けと、MFIを使用してそれらのPD−1の発現レベルを比較した結果とを示す。パネルDは、d8における2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の増殖速度(log倍率変化として)を比較する。パネルEは、d15における2つのミックスのマウスに由来するCD8+T細胞の増殖速度(log倍率変化として)を比較する。
棒ヒストグラム、曲線、または凡例に関連付けられた他のデータを示すあらゆる図において、各指標に関して左から右に提示される棒、曲線、または他のデータは、凡例の四角の上から下に直接的かつ順番に対応する。
発明の詳細な説明
本発明は、がんおよび/または慢性ウイルス感染から生じるものなどの疲弊T細胞が、阻害性受容体PD−1の持続性発現を含む遺伝子発現の独特のパターンを有するという発見に少なくとも部分的に基づく。疲弊T細胞に対して状態特異的であり、機能的メモリーCD8T細胞のものとは大いに異なる、クロマチン接近可能なゲノム遺伝子調節領域(例えば、プロモーターに対して遠位側にあるかプロモーター自体の中にあるかを問わず、遺伝子発現エンハンサーまたは遺伝子発現サプレッサー)が特定された。これらの領域はクロマチン接近可能であるため、転写因子がこの領域に物理的に結合して、遺伝子発現の調節を媒介することができる。本明細書に記述されるように、このような疲弊T細胞における遺伝子の状態特異的調節はそれらの機能障害に重要であり、疲弊CD8T細胞またはT細胞機能に影響する細胞において優先的に遺伝子発現を変化させるための、例えばゲノム編集による調整の標的となる。慢性ウイルス感染のマウスモデルにおける疲弊CD8T細胞は、機能的モジュールに組織化されるエンハンサーの広範囲にわたる状態特異的パターンを獲得する。Pdcd1遺伝子座から−23.8kb離れた1つのエンハンサーは、疲弊T細胞およびPD−1を持続的に発現する他のリンパ球にしか見出されない。ゲノム編集は、それがPD−1の高発現に要求されることを示した。エンハンサーのCas9媒介性in situ飽和変異誘発は、疲弊CD8T細胞におけるRAR、T−bet、およびSox3の結合した転写因子モチーフに対応する重要な最小配列を正確に示す。マウスの疲弊CD8T細胞で特定された状態特異的エンハンサープロファイルは、HIVおよびHCV感染に応答するヒトの疲弊した抗原特異的CD8T細胞において保存されている。T細胞疲弊の詳細な機能的エンハンサーのマップは、状態特異的な調節配列を明らかにし、疲弊CD8T細胞において優先的に遺伝子発現を変化させうるゲノム編集のための標的を提示する。
非疲弊T細胞においてT細胞疲弊を防止するため、および/または疲弊T細胞においてT細胞疲弊を逆転させるために、エンハンサー、サプレッサー、および/またはプロモーターなどのT細胞疲弊特異的でクロマチン接近可能なゲノム調節エレメントを選択的にターゲティングすると、がんおよび/またはウイルス感染などの慢性免疫障害において起こるようなT細胞疲弊を調整すると同時に、PD−1などの遺伝子の正常な生理学的調節を維持することができる。遺伝子の転写開始部位の近位側にあり単一の遺伝子を調節する遺伝子発現調整領域は、典型的には、プロモーター増強または抑制遺伝子発現調整領域と称され、遺伝子の転写開始部位の遠位側にあり単一よりも多くの遺伝子を調節しうる遺伝子発現調整領域は、典型的には、エンハンサーおよびサプレッサーと称される。
したがって本発明は、部分的には、少なくとも1つの遺伝子の遺伝子発現を調節するゲノム領域の遺伝子修飾により、哺乳動物T細胞(例えば、非疲弊T細胞または疲弊T細胞)における少なくとも1つの遺伝子の発現が調整されたT細胞を操作するための組成物および方法に関し、このゲノム領域は、疲弊CD8+T細胞のゲノム内で選択的にクロマチン接近可能である。加えて、慢性免疫障害(例えば、がんおよび/または慢性ウイルス感染)に罹患した対象を処置するための方法が提供される。さらに、多数のさらなる予後判定方法、診断方法、および治療方法も本明細書に記述される。
I. 定義
「1つの(a)」および「1つの(an)」という冠詞は、本明細書では、その冠詞の文法上の目的語の1つまたは1つより多く(すなわち、少なくとも1つ)を指すために使用される。例として、「1つの要素(an element)」は、1つの要素または1つより多くの要素を意味する。
対象におけるマーカーの「量」、例えば、マーカーの発現もしくはコピー数、またはマーカーのタンパク質レベルは、マーカーの量が、量を査定するために用いられるアッセイの標準誤差よりも多い量だけ、好ましくはその量の少なくとも2倍、より好ましくは3倍、4倍、5倍、10倍、またはそれよりも多い倍数だけ、正常なレベルよりもそれぞれ多いかまたは少ない場合に、マーカーの正常な量よりも「有意に」高いかまたは低い。代替的に、対象におけるマーカーの量は、その量が、マーカーの正常な量よりも少なくとも約2倍、好ましくは少なくとも約3倍、4倍、または5倍、それぞれ高いかまたは低い場合に、正常な量よりも「有意に」高いかまたは低いと考えることができる。
マーカーの「発現レベルの変化」という用語は、試験試料、例えば、がんを患う対象から得られた試料中のマーカーの発現レベルまたはコピー数で、発現またはコピー数を査定するために用いられるアッセイの標準誤差よりも多いかまたは少なく、対照試料(例えば、関連疾患を有しない健康な対象由来の試料)中のマーカーまたは染色体領域の発現レベルまたはコピー数、好ましくは、いくつかの対照試料中のマーカーまたは染色体領域の平均発現レベルまたはコピー数の、好ましくは少なくとも2倍、より好ましくは3倍、4倍、5倍、もしくは10倍、またはそれよりも多い倍数であるものを指す。発現レベルの変化は、発現またはコピー数を査定するために用いられるアッセイの標準誤差よりも多いかまたは少なく、対照試料(例えば、関連疾患を有しない健康な対象由来の試料)中のマーカーの発現レベルまたはコピー数、好ましくは、いくつかの対照試料中のマーカーの平均発現レベルまたはコピー数の、好ましくは少なくとも2倍、より好ましくは3倍、4倍、5倍、もしくは10倍、またはそれよりも多い倍数である。
マーカーの「変化した活性」という用語は、疾患状態において、例えば、腫瘍または自己免疫試料において、正常な対照試料中のマーカーの活性と比較して増加または減少した、マーカーの活性を指す。マーカーの変化した活性は、例えば、マーカーの発現の変化、マーカーのタンパク質レベルの変化、マーカーの構造の変化、または、例えば、マーカーと同じかもしくは異なる経路に関与する他のタンパク質との相互作用の変化、または、転写活性化因子もしくは阻害剤との相互作用の変化の結果でありうる。
バイオマーカーの「構造の変化」という用語は、正常または野生型の遺伝子またはタンパク質と比較して、バイオマーカー核酸もしくはタンパク質内の変異または対立遺伝子変異形、例えば、マーカー核酸もしくはタンパク質の発現または活性に影響する変異の存在を指す。例えば、変異としては、置換変異、欠失変異、または付加変異が挙げられるが、これらに限定されない。変異は、バイオマーカー核酸のコード領域に存在しても非コード領域に存在してもよい。
本明細書において特に明記されない限り、「抗体(antibodyおよびantibodies)」という用語は、天然に存在する形態の抗体(例えば、IgG、IgA、IgM、IgE)および組換え抗体、例えば単鎖抗体、キメラ抗体およびヒト化抗体、および多特異性抗体、ならびに前述のもの全ての断片および誘導体で、少なくとも1つの抗原性結合部位を有する断片および誘導体を広く包含する。抗体誘導体は、抗体にコンジュゲートされたタンパク質または化学部分を含みうる。抗体および抗体断片に関して本明細書に列挙される特性は、本明細書に記述されるFc融合タンパク質にも適用される。
本明細書で使用される「抗体」という用語は、抗体の「抗原結合性部分」(または単純に「抗体部分」)も含む。本明細書で使用される「抗原結合性部分」という用語は、抗原(例えば、PD−1ポリペプチドまたはその断片)に特異的に結合する能力を保持する抗体の1つまたは複数の断片を指す。抗体の抗原結合機能は、全長抗体の断片によって行われうることが示されている。抗体の「抗原結合性部分」という用語に包含される結合性断片の例としては、(i)VLドメイン、VHドメイン、CLドメイン、およびCH1ドメインからなる一価断片であるFab断片;(ii)ヒンジ領域におけるジスルフィド架橋によって連結された2つのFab断片を含む二価断片であるF(ab’)2断片;(iii)VHドメインおよびCH1ドメインからなるFd断片;(iv)抗体の単一のアームのVLドメインおよびVHドメインからなるFv断片、(v)VHドメインからなるdAb断片(Wardら(1989年)、Nature、341巻:544〜546頁);および(vi)単離された相補性決定領域(CDR)が挙げられる。さらに、Fv断片の2つのドメインであるVLおよびVHは別々の遺伝子によってコードされるが、組換え法を使用して合成リンカーによりVLおよびVHを結合させることができ、この合成リンカーにより、VLおよびVHは、VL領域およびVH領域が対になって一価のポリペプチドを形成する単一のタンパク質鎖(単鎖Fv(scFv)として公知;例えば、Birdら(1988年)、Science、242巻:423〜426頁;およびHustonら(1988年)、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、85巻:5879〜5883頁;およびOsbournら(1998年)、Nat. Biotechnol.、16巻:778頁を参照されたい)になることができる。このような単鎖抗体も、抗体の「抗原結合性部分」という用語に包含されるよう意図される。完全なIgGポリペプチドまたは他のアイソタイプをコードする発現ベクターを生成するために、特定のscFvの任意のVHおよびVL配列をヒト免疫グロブリンの定常領域cDNAまたはゲノム配列に連結させることができる。VHおよびVLは、タンパク質化学または組換えDNA技術のいずれかを使用した、免疫グロブリンのFab、Fv、または他の断片の生成において使用することもできる。ダイアボディといった他の形態の単鎖抗体も包含される。ダイアボディとは、VHドメインおよびVLドメインが単一のポリペプチド鎖上で発現されるが、これら2つのドメインを同じ鎖上で対合させるには短すぎるリンカーを使用することにより、これらのドメインを別の鎖の相補性ドメインと強制的に対合させて2つの抗原結合部位を作出した、二価の二重特異性抗体である(例えば、Holliger, P.ら(1993年)、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、90巻:6444〜6448頁;Poljak, R. J.ら(1994年)、Structure、2巻:1121〜1123頁を参照されたい)。
なおもさらに、抗体またはその抗原結合性部分は、抗体または抗体部分と1つまたは複数の他のタンパク質またはペプチドとの共有結合または非共有結合による会合によって形成された、より大きなイムノアドヘシンポリペプチドの一部であってもよい。このようなイムノアドヘシンポリペプチドの例は、四量体scFvポリペプチドを作製するためのストレプトアビジンコア領域の使用(Kipriyanov, S.M.ら(1995年)、Human Antibodies and Hybridomas、6巻:93〜101頁)、ならびに二価のビオチン化scFvポリペプチドを作製するためのシステイン残基、マーカーペプチド、およびC末端ポリヒスチジンタグの使用(Kipriyanov, S.M.ら(1994年)、Mol. Immunol.、31巻:1047〜1058頁)を含む。Fab断片およびF(ab’)2断片などの抗体部分は、それぞれ、全抗体のパパイン消化またはペプシン消化などの従来型技術を使用して、全抗体から調製することができる。さらに、抗体、抗体部分、およびイムノアドヘシンポリペプチドは、本明細書に記述されるように、標準的な組換えDNA技術を使用して得ることができる。
抗体は、ポリクローナルまたはモノクローナル;異種、同種、または同系;またはそれらの修飾形態(例えば、ヒト化抗体、キメラ抗体など)であってもよい。抗体は完全にヒトであってもよい。好ましくは、本発明の抗体は、PD−1ポリペプチドまたはその断片に、特異的に、または実質的に特異的に結合する。本発明の抗体はまた、このような抗原を他のB7ファミリーメンバーなどの密接に関係した抗原から区別することができるように、このような抗原に対して選択的であってもよい。本明細書で使用される「モノクローナル抗体」および「モノクローナル抗体組成物」という用語は、抗原の特定のエピトープと免疫反応する能力がある1つの種の抗原結合部位だけを含有する抗体ポリペプチドの集団を指し、一方、「ポリクローナル抗体」および「ポリクローナル抗体組成物」という用語は、特定の抗原と相互作用する能力がある複数種の抗原結合部位を含有する抗体ポリペプチドの集団を指す。モノクローナル抗体組成物は、典型的には、それが免疫反応する特定の抗原に対して単一の結合親和性を提示する。
本明細書で使用される「遮断」剤または「アンタゴニスト」とは、それが結合する抗原の少なくとも1種の生物学的活性を阻害または低減するものである。例えば、抗PD−1抗体はPD−1に結合し、1つまたは複数のリガンド、例えばPD−L1および/またはPD−L2に結合するPD−1の能力を阻害する。ある特定の実施形態では、本明細書に記述される遮断抗体またはアンタゴニスト抗体またはそれらの断片は、抗原の所与の生物学的活性を実質的にまたは完全に阻害する。ある特定の実施形態では、「インバースアゴニスト」という用語が、正常に対する相反作用を促進する薬剤を指すために使用される。例えば、PD−1インバースアゴニストは、免疫応答の共阻害とは対照的に共刺激を促進することができる。
「バイオマーカー」または「マーカー」という用語は、T細胞疲弊を示すものと決定された本発明の測定可能な実体を指す。例えば、本明細書に記述されるバイオマーカーは、T細胞における少なくとも1つの遺伝子の発現を調整するゲノム調節領域でありうる。別の実施形態では、本明細書に記述されるバイオマーカーは、T細胞により発現され、T細胞活性および/またはT細胞疲弊(例えば、疲弊T細胞における高い持続的なPD−1の発現および/または活性)に関係する、エフェクター遺伝子またはその産物でありうる。バイオマーカーはまた、限定されないが、細胞型(例えば、操作T細胞)、細胞比(例えば、操作T細胞と疲弊T細胞の比)、核酸(例えば、ゲノム核酸および/または転写された核酸)、およびタンパク質、特に表1に提供されるものを含みうる。バイオマーカーは、本明細書にさらに記述される目的の免疫障害を処置するために不要な免疫反応を下方制御する免疫学的標的または薬剤をさらに含みうる。バイオマーカー活性の調整(例えば、増加または減少)は、任意の数の方法で(例えば、対照、比、ベースラインとの比較などの使用を含む、本明細書に記述される措置に従って)測定することができる。例えば、操作された疲弊CD8+T細胞内で選択的にクロマチン接近可能であるゲノム調節領域は、少なくとも1つの遺伝子の遺伝子発現(例えば、遺伝子転写および/または翻訳)の、操作されたゲノム調節領域を含まない同じ生物由来の同じT細胞型における少なくとも1つの遺伝子の転写および/または翻訳と比較した低減によって測定して、少なくとも1つの遺伝子に対するエンハンサー活性を減少させることができる。遺伝子発現の調整は経時的に査定することができる。調整とは、少なくとも1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%、110%、120%、130%、140%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000%、またはそれを超える、または境界値を含むその間の任意の範囲(例えば、5%〜100%)の変化を意味しうる。
本明細書に記述されるバイオマーカーは、任意の個別のかかるバイオマーカーまたはそれらの組合せに関して本明細書に記述される特色の任意の組合せを指すように使用されうることに留意されたい。例えば、本発明のバイオマーカー分子を記述するために、生物間のオルソログ、配列組成、同一性百分率、配列長、ドメイン構造、機能的活性、変異状態などの任意の組合せが使用されうる。
「遮断」抗体または抗体「アンタゴニスト」とは、それが結合する抗原の少なくとも1種の生物学的活性を阻害または低減するものである。ある特定の実施形態では、本明細書に記述される遮断抗体またはアンタゴニスト抗体またはそれらの断片は、抗原の所与の生物学的活性を実質的にまたは完全に阻害する。
「体液」という用語は、身体から排泄または分泌される流体のほか、通常は身体から排泄または分泌されない流体(例えば、羊水、房水、胆汁、血液および血漿、脳脊髄液、耳垢および耳滓、カウパー液または尿道球腺液、乳糜、粥状液、便、膣液(female ejaculate)、間質液、細胞内液、リンパ液、月経液、母乳、粘液、胸水、膿汁、唾液、皮脂、精液、血清、汗、滑液、涙、尿、膣潤滑液、硝子体液、および嘔吐物)を指す。ある特定の実施形態では、Tリンパ球およびその亜集団などのリンパ球を含む体液が使用される。
「二重特異性抗体」または「多特異性抗体」という用語は、1つより多くのエピトープを認識した抗体を指す。このような抗体は、同じ薬剤を使用して異なるタンパク質をターゲティングするのに有用である。このような抗体の作製方法は、当技術分野で周知である(少なくとも、米国特許第5,798,229号;米国特許第5,989,830号;およびHolligerら(2005年)、Nat. Biotech.、23巻:1126〜1136頁を参照されたい)。
「がん」または「腫瘍」または「過剰増殖障害」という用語は、無制御の増殖、不死性、転移能、急速な増殖および増殖速度、ならびにある特定の特徴的な形態学的特色などの、発がん性細胞に典型的な特徴を保有する細胞の存在を指す。がん細胞は腫瘍の形態であることが多いが、このような細胞は動物内に単独で存在する場合もあれば、白血病細胞などの非腫瘍形成性がん細胞である場合もある。「がん」という用語は、悪性がんだけでなく前悪性がんも含む。本明細書に記述される「前悪性病変」という用語は、がん性ではないが、がん性になる潜在性を有する病変を指す。これには、「前悪性障害」または「潜在的に悪性の障害」という用語も含まれる。特にこれは、悪性形質転換のリスクが通常より高い良性の形態学的かつ/または組織学的に変化した組織、ならびに、局所的な組織の臨床的外見を必ずしも変化させるとは限らないが、その組織における前がん性病変またはがんの発生の通常より高いリスクに関連する疾患または患者の習慣(白板症、紅板症、紅白板症(erytroleukoplakia)扁平苔癬(苔癬反応))、および組織学的検査が細胞の非定型性もしくは異形成を示した任意の病変またはエリアを指す。
がんとしては、B細胞がん、例えば、多発性骨髄腫、ワルデンシュトレームマクログロブリン血症、例えば、アルファ鎖病、ガンマ鎖病、およびミュー鎖病などの重鎖病、良性モノクローナル高ガンマグロブリン血症、および免疫細胞アミロイドーシス、黒色腫、乳がん、肺がん、気管支がん、結腸直腸がん、前立腺がん、膵がん、胃がん、卵巣がん、膀胱がん、脳または中枢神経系のがん、末梢神経系がん、食道がん、子宮頸がん、子宮がんまたは子宮内膜がん、口腔または咽頭のがん、肝がん、腎がん、精巣がん、胆道がん、小腸がんまたは虫垂がん、唾液腺がん、甲状腺がん、副腎がん、骨肉腫、軟骨肉腫、血液組織のがんなどが挙げられるが、これらに限定されない。本発明により包含される方法に適用可能ながん型の他の非限定的な例としては、ヒト肉腫および癌腫、例えば、線維肉腫、粘液肉腫、脂肪肉腫、軟骨肉腫、骨原性肉腫、脊索腫、血管肉腫、内皮肉腫(endotheliosarcoma)、リンパ管肉腫、リンパ管内皮肉腫(lymphangioendotheliosarcoma)、滑膜腫、中皮腫、ユーイング腫瘍、平滑筋肉腫、横紋筋肉腫、結腸癌、結腸直腸がん、膵がん、乳がん、卵巣がん、前立腺がん、扁平細胞癌、基底細胞癌、腺癌、汗腺癌、皮脂腺癌、乳頭癌、乳頭腺癌、嚢胞腺癌、髄様癌、気管支原性肺癌、腎細胞癌、肝細胞腫、胆管癌、肝がん、絨毛癌、精上皮腫、胎児性癌、ウィルムス腫瘍、子宮頸がん、骨がん、脳腫瘍、精巣がん、肺癌、小細胞肺癌、膀胱癌、上皮癌、神経膠腫、星状細胞腫、髄芽腫、頭蓋咽頭腫、上衣腫、松果体腫、血管芽腫、聴神経腫瘍、乏突起神経膠腫、髄膜腫、黒色腫、神経芽細胞腫、網膜芽細胞腫;白血病、例えば、急性リンパ性白血病および急性骨髄性白血病(骨髄芽球性白血病、前骨髄球性白血病、骨髄単球性白血病、単球性白血病および赤白血病);慢性白血病(慢性骨髄性(顆粒球性)白血病および慢性リンパ性白血病);ならびに真性多血症、リンパ腫(ホジキン病および非ホジキン病)、多発性骨髄腫、ワルデンシュトレームマクログロブリン血症、および重鎖病が挙げられる。一部の実施形態では、がんは本質的に上皮性であり、膀胱がん、乳がん、子宮頸がん、結腸がん、婦人科がん、腎臓がん、喉頭がん、肺がん、口腔がん、頭頸部がん、卵巣がん、膵がん、前立腺がん、または皮膚がんを含むが、これらに限定されない。他の実施形態では、がんは、乳がん、前立腺がん、肺がん、または結腸がんである。さらに他の実施形態では、上皮がんは、非小細胞肺がん、非乳頭状腎細胞癌、子宮頸癌、卵巣癌(例えば、漿液性卵巣癌)、または乳癌である。上皮がんは、漿液性、類内膜性、粘液性、明細胞、ブレンナー、または未分化を含むがこれらに限定されない、様々な他の方法で特徴付けられうる。
「コード領域」という用語は、アミノ酸残基に翻訳されるコドンを含むヌクレオチド配列の領域を指し、一方、「非コード領域」という用語は、アミノ酸に翻訳されないヌクレオチド配列の領域(例えば、5’および3’の非翻訳領域)を指す。
「相補的」という用語は、2つの核酸鎖の領域間、または同じ核酸鎖の2つの領域間の、配列相補性の広範な概念を指す。第1の核酸領域のアデニン残基は、第2の核酸領域の残基がチミンまたはウラシルであれば、第1の領域と逆平行である第2の核酸領域の残基と特異的な水素結合(「塩基対合」)を形成する能力をもつことが公知である。同様に、第1の核酸鎖のシトシン残基は、第2の核酸鎖の残基がグアニンであれば、第1の鎖と逆平行である第2の核酸鎖の残基と塩基対合する能力をもつことが公知である。2つの領域が逆平行に配されているとき、第1の領域の少なくとも1つのヌクレオチド残基に第2の領域の残基と塩基対合する能力があれば、核酸の第1の領域は、同じまたは異なる核酸の第2の領域と相補的である。第1の領域は第1の部分を含み、第2の領域は第2の部分を含み、それにより、第1および第2の部分が逆平行に配されているとき、第1の部分のヌクレオチド残基の少なくとも約50%、好ましくは少なくとも約75%、少なくとも約90%、または少なくとも約95%に、第2の部分内のヌクレオチド残基と塩基対合する能力があることが好ましい。より好ましくは、第1の部分の全てのヌクレオチド残基は、第2の部分内のヌクレオチド残基と塩基対合する能力をもつ。
「対照」という用語は、試験試料中の調節性産物および/または発現産物との比較を提供するために好適な任意の参照基準を指す。効率のため、発現産物について記述するが、この記述は、発現産物を調節するエレメントに等しく適用される。一実施形態では、対照は、発現産物レベルが検出され、試験試料の発現産物レベルと比較される、「対照試料」を得ることを含む。このような対照試料は、転帰が既知である対照の免疫障害患者からの試料(保管された試料でも過去の試料測定値でもよい);正常な患者もしくは免疫障害患者などの対象から単離された正常組織もしくは細胞、正常な患者もしくは免疫障害患者などの対象から単離された初代培養細胞/組織、免疫障害患者の同じ臓器もしくは身体における位置から得られた隣接する正常細胞/組織、正常な対象から単離された組織もしくは細胞試料、または保管所から得られた初代細胞/組織を含むがこれらに限定されない、任意の好適な試料を含みうる。別の好ましい実施形態では、対照は、ハウスキーピング遺伝子を含むがこれに限定されない任意の好適な源からの参照基準の発現産物レベル、正常な組織(または他の過去に分析された対照試料)からの発現産物レベル範囲、ある特定の転帰(例えば、1年、2年、3年、4年にわたる生存期間など)を有するかもしくはある特定の処置(例えば、標準ケア免疫障害療法)を受けている患者群または一組の患者からの試験試料における過去に決定された発現産物レベル範囲を含みうる。このような対照試料および参照基準の発現産物レベルが本発明の方法において対照として組み合わせて使用されうることは、当業者には理解されよう。一実施形態では、対照は、正常な、または非免疫障害の細胞/組織試料を含みうる。別の好ましい実施形態では、対照は、一組の患者、例えば一組の免疫障害患者、またはある特定の処置を受けている一組の免疫障害患者、または別の転帰に対して1種の転帰を有する一組の患者に関する発現レベルを含みうる。前者の場合では、各患者の特異的発現産物レベルは、パーセンタイルの発現レベルに割り当てられるか、または、参照基準発現レベルの平均(meanまたはaverage)より高いものまたは低いもののいずれかとして表されうる。別の好ましい実施形態では、対照は、正常細胞、併用化学療法で処置された患者の細胞、および目的の処置に応答した免疫障害を有する患者の細胞を含みうる。別の実施形態では、対照は、ある集団における特定の遺伝子の発現の測定値、例えば平均レベルを、同じ集団におけるハウスキーピング遺伝子の発現レベルと比較したものを含む場合もある。このような集団は、正常な対象、いかなる処置も受けたことのない(すなわち、処置ナイーブの)免疫障害患者、標準ケア療法を受けている免疫障害患者、または目的の処置に応答した免疫障害を有する患者を含みうる。別の好ましい実施形態では、対照は、試験試料中の2つの細胞型および/または遺伝子の発現産物レベルの比を決定し、参照基準中の同じ2つの細胞型および/または遺伝子の任意の好適な比と比較すること;試験試料中の2つまたはそれよりも多くの細胞型および/または遺伝子の発現産物レベルを決定し、任意の好適な対照における発現産物レベル間の差違を決定すること;ならびに、試験試料中の2つまたはそれよりも多くの細胞型および/または遺伝子の発現産物レベルを決定し、それらの発現を、試験試料中のハウスキーピング細胞型および/または遺伝子の発現に対して正規化し、任意の好適な対照と比較することを含むがこれらに限定されない、発現産物レベルの比の変換を含む。特に好ましい実施形態では、対照は、試験試料と同じ系列および/または種類である対照試料を含む。別の実施形態では、対照は、免疫障害を有する全ての患者といった一組の患者の試料における、またはそれに基づく、パーセンタイルとしてグループ分けされた発現産物レベルを含みうる。一実施形態では、対照発現産物レベルが確立され、ここで、例えば特定のパーセンタイルに対してより高いかまたはより低い発現産物のレベルが、転帰を予測するための基礎として使用される。別の好ましい実施形態では、転帰が既知である免疫障害対照患者からの発現産物レベルを使用して対照発現産物レベルが確立され、試験試料からの発現産物レベルが、転帰を予測するための基礎としての対照発現産物レベルと比較される。以下のデータにより明示されるように、本発明の方法は、試験試料中の発現産物のレベルを対照と比較するにあたって、特定のカットポイントの使用に限定されない。
バイオマーカー核酸の「コピー数」とは、細胞(例えば、生殖系列細胞および/または体細胞)における特定の遺伝子産物をコードするDNA配列の数を指す。一般に、所与の遺伝子に関して、哺乳動物は各遺伝子の2つのコピーを有する。しかしながら、コピー数は、遺伝子増幅または複写によって増加することもあれば、欠失によって低減することもある。例えば、生殖系列コピー数変化は、1つまたは複数のゲノム遺伝子座における変化で、前記1つまたは複数のゲノム遺伝子座が、対照における生殖系列コピーの正常な補体のコピー数(例えば、特定の生殖系列DNAおよび対応するコピー数が決定されたものと同じ種の生殖系列DNAにおける正常なコピー数)によって構成されていないものを含む。体細胞コピー数変化は、1つまたは複数のゲノム遺伝子座における変化で、前記1つまたは複数のゲノム遺伝子座が、対照の生殖系列DNAにおけるコピー数(例えば、体細胞DNAおよび対応するコピー数が決定されたものと同じ対象の生殖系列DNAにおけるコピー数)によって構成されていないものを含む。
バイオマーカー核酸の「正常な」コピー数(例えば、生殖系列および/または体細胞)またはバイオマーカー核酸もしくはタンパク質の「正常な」発現レベルとは、免疫障害に罹患していない対象、例えばヒトに由来するか、または、免疫障害を有する同じ対象の対応する非免疫障害組織に由来する、生体試料、例えば、組織、全血、血清、血漿、口腔掻爬物(buccal scrape)、唾液、脳脊髄液、尿、便、および骨髄を含有する試料における、活性/発現レベルまたはコピー数である。
「対象に好適な処置レジメンを決定する」という用語は、本発明による分析の結果に基づいて、またはそれに本質的に基づいて、またはそれに少なくとも部分的に基づいて、開始、修正、および/または終了される、対象のための処置レジメン(すなわち、対象の免疫障害の防止および/もしくは処置のために使用される単一の療法または異なる療法の組合せ)の決定を意味するものとする。一例は、T細胞疲弊を防止するもしくは逆転させるため、および/または免疫障害を処置するために、操作T細胞を提供するかどうかを決定することである。この決定は、本発明による分析の結果に加えて、例えば、初期および/または投与時の操作T細胞集団において遺伝子発現または活性がいかに調整されているかに基づいて、処置される対象の個人的特徴に基づいてもよい。ほとんどの場合において、対象に好適な処置レジメンの実際の決定は、担当医または医師によって行われる。
「発現シグネチャー」または「シグネチャー」という用語は、2つまたはそれよりも多くの協調的に発現されたバイオマーカーの群を指す。例えば、このシグネチャーを構成する遺伝子、タンパク質などは、特異的な細胞系列、分化段階、または特定の生物学的応答中に発現される場合がある。バイオマーカーは、それらが発現される細胞型の生物学的態様を反映しうる。発現データおよび遺伝子発現レベルは、コンピュータ可読媒体、例えば、マイクロアレイまたはチップ読み取りデバイスと併せて使用されるコンピュータ可読媒体に格納することができる。このような発現データを操作して、発現シグネチャーを生成することができる。
分子または細胞は、かなりの割合の分子または細胞が基質から解離することなく基質を流体(例えば、標準的なクエン酸食塩水、pH7.4)で濯ぐことができるように、それが基質と共有結合または非共有結合で会合している場合に、基質に「固定」または「付着」している。
本明細書で使用される、細胞バイオマーカーの発現に関連した「高」、「低」、「中等度」、および「陰性」という用語は、1つまたは複数の参照細胞によるバイオマーカーの細胞発現に対する、発現されるバイオマーカーの量を指す。バイオマーカーの発現は、限定されないが、1つまたは複数のバイオマーカーゲノム核酸、リボ核酸、および/またはポリペプチドの、細胞レベル、活性、構造などの分析を含む、本明細書に記述される任意の方法に従って決定することができる。一実施形態では、これらの用語は、バイオマーカーを、それぞれ、最も高いレベル、中等度のレベル、または最も低いレベルで発現する細胞集団の、規定の百分率を指す。このような百分率は、バイオマーカーを高発現あるいは弱発現する細胞集団の上位0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%、8.0%、8.5%、9.0%、9.5%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、またはそれよりも多く、または境界値を含むその間の任意の範囲として定義することができる。バイオマーカーを検出可能なほど発現しない細胞は、バイオマーカー発現が「陰性」であるため、「低」という用語は、このような細胞を除外する。「中等度」という用語は、バイオマーカーを発現するが、それを「高」レベルで発現する集団よりも低いレベルで発現する細胞を含む。別の実施形態では、これらの用語は、定性的または統計的なプロット領域により特定されるバイオマーカー発現の細胞集団も指す場合もあれば、これを代替的に指す場合もある。例えば、フローサイトメトリーを使用して分取された細胞集団は、当技術分野で周知の方法に従い、検出可能な部分の分析に基づいて、例えば平均蛍光強度などに基づいて、明確なプロットを特定することにより、バイオマーカー発現レベルを基礎として判別することができる。このようなプロット領域は、目的のバイオマーカーに関して、当技術分野で周知の方法に基づき、数、形状、重複などによって精密化することができる。さらに別の実施形態では、これらの用語は、さらなるバイオマーカーの発現の存在または非存在によって決定される場合もある。
「相同性」という用語は、同じ核酸鎖の2つの領域間、または2つの異なる核酸鎖の領域間の、ヌクレオチド配列類似性を指す。両方の領域内のヌクレオチド残基位置が同じヌクレオチド残基で占有されている場合、これらの領域はその位置において相同である。各領域の少なくとも1つのヌクレオチド残基位置が同じ残基で占有されていれば、第1の領域は第2の領域と相同である。2つの領域間の相同性は、2つの領域のうち同じヌクレオチド残基で占有されているヌクレオチド残基位置の割合という観点で表される。例として、ヌクレオチド配列5’−ATTGCC−3’を有する領域およびヌクレオチド配列5’−TATGGC−3’を有する領域は、50%の相同性を共有する。第1の領域は第1の部分を含み、第2の領域は第2の部分を含み、それにより、それぞれの部分のヌクレオチド残基位置の少なくとも約50%、好ましくは少なくとも約75%、少なくとも約90%、または少なくとも約95%が同じヌクレオチド残基で占有されていることが好ましい。より好ましくは、それぞれの部分の全てのヌクレオチド残基位置が同じヌクレオチド残基で占有されている。
本明細書で使用される「免疫チェックポイント」という用語は、CD4+T細胞およびCD8+T細胞の細胞表面における分子群を意味する。これらの分子は、抗腫瘍免疫応答を下方調整または阻害することにより、免疫応答を微調整する。免疫チェックポイントタンパク質は当技術分野で周知であり、限定されないが、CTLA−4、PD−1、VISTA、B7−H2、B7−H3、PD−L1、B7−H4、B7−H6、ICOS、HVEM、PD−L2、CD160、gp49B、PIR−B、KIRファミリー受容体、TIM−1、TIM−3、TIM−4、LAG−3、BTLA、SIRPアルファ(CD47)、CD48、2B4(CD244)、B7.1、B7.2、ILT−2、ILT−4、TIGIT、およびA2aRを含む(例えば、WO2012/177624を参照されたい)。本発明の方法で有用な免疫チェックポイント阻害剤として機能しうる免疫療法剤としては、当技術分野で周知のある特定のクラスの抗体など、エフェクター機能を有するFc融合タンパク質が挙げられるが、これに限定されない。
「抗免疫チェックポイント療法」という用語は、免疫チェックポイント核酸および/またはタンパク質を阻害する薬剤の使用を指す。1つまたは複数の免疫チェックポイントの阻害は、阻害シグナル伝達を遮断または別様に中和して、免疫調整を促進することができる。免疫チェックポイントを阻害するのに有用である例示的な薬剤としては、免疫チェックポイントタンパク質またはその断片に結合し、かつ/またはそれを不活性化もしくは阻害することのできる、抗体、小分子、ペプチド、ペプチド模倣薬、天然リガンド、および天然リガンドの誘導体のほか、免疫チェックポイント核酸またはその断片の発現および/もしくは活性を下方制御することのできる、RNA干渉、アンチセンス、核酸アプタマーなどが挙げられる。免疫応答を上方制御するための例示的な薬剤としては、タンパク質およびその天然の受容体の間の相互作用を遮断する1つまたは複数の免疫チェックポイントタンパク質に対する抗体;1つまたは複数の免疫チェックポイントタンパク質の非活性化形態(例えば、ドミナントネガティブなポリペプチド);1つまたは複数の免疫チェックポイントタンパク質とその天然の受容体との間の相互作用を遮断する小分子またはペプチド;天然の受容体に結合する融合タンパク質(例えば、抗体または免疫グロブリンのFc部分に融合した免疫チェックポイント阻害タンパク質の細胞外部分);免疫チェックポイント核酸の転写または翻訳を遮断する核酸分子などが挙げられる。このような薬剤は、1つまたは複数の免疫チェックポイントとその天然の受容体(例えば、抗体)との間の相互作用を直接的に遮断して、阻害シグナル伝達を防止し、免疫応答を上方制御することができる。代替的に、薬剤は、1つまたは複数の免疫チェックポイントタンパク質とその天然の受容体との間の相互作用を間接的に遮断して、阻害シグナル伝達を防止し、免疫応答を上方制御してもよい。例えば、安定化した細胞外ドメインなどの免疫チェックポイントタンパク質リガンドの可溶性バージョンは、その受容体に結合して、適切なリガンドに結合する受容体の有効濃度を間接的に低減することができる。一実施形態では、抗PD−1抗体、抗PD−L1抗体、および/または抗PD−L2抗体は、単独にしても組合せにしても、免疫チェックポイントを阻害するために使用される。これらの実施形態は、PD−1経路などの特定の免疫チェックポイントに対する特異的療法(例えば、抗PD−1経路療法、ないしはPD−1経路阻害剤療法としても公知)にも適用可能である。
「PD−1」とは、PD−L1およびPD−L2を公知のリガンドとして有する共阻害性受容体として機能する免疫グロブリン遺伝子スーパーファミリーのメンバーを指す免疫チェックポイント阻害剤である。PD−1は過去に、アポトーシス細胞死に関与するタンパク質を選択するための減算クローニングに基づく手法を使用して特定された。PD−1は、PD−L1に結合するその能力に基づき、CD28/CTLA−4ファミリー分子のメンバーである。CTLA−4のように、PD−1は、抗CD3に応答してT細胞の表面で急速に誘導される(Agataら、25(1996年)、Int. Immunol.、8巻:765頁)。しかしながら、CTLA−4とは対照的に、PD−1は、B細胞の表面でも(抗IgMに応答して)誘導される。PD−1はまた、胸腺細胞および骨髄系細胞のサブセットでも発現される(Agataら(1996年)上記;Nishimuraら(1996年)、Int. Immunol.、8巻:773頁)。
代表的なヒトPD−1バイオマーカーの核酸およびアミノ酸配列は、GenBankデータベースのNM_005018.2およびNP_005009.2において公に利用可能である(Ishidaら(1992年)、20 EMBO J、11巻:3887頁;Shinoharaら(1994年)、Genomics、23巻:704頁;米国特許第5,698,520号も参照されたい)。PD−1は、免疫グロブリンスーパーファミリードメインと、膜貫通ドメインと、免疫受容体チロシンベース阻害性モチーフ(ITIM)を含む細胞内領域とを含有する、細胞外領域を有する(Ishidaら(1992年)、EMBO J.、11巻:3887頁;Shinoharaら(1994年)、Genomics、23巻:704頁;および米国特許第5,698,520号)。これらの特色は、gp49B、PIR−B、およびキラー阻害性受容体(KIR)も含む、免疫阻害性受容体と呼ばれるより大きなポリペプチドファミリーも定義する(VivierおよびDaeron(1997年)、Immunol. Today、18巻:286頁)。多くの場合、これらの受容体のチロシルリン酸化ITIMモチーフは、SH2−ドメイン含有ホスファターゼと相互作用し、阻害シグナルをもたらすと仮定される。これらの免疫阻害性受容体のサブセットは、MHCポリペプチド、例えばKIRに結合し、CTLA4は、B7−1およびB7−2に結合する。MHC遺伝子とB7遺伝子との間には系統的な関係があると提唱されている(Henryら(1999年)、Immunol. Today、20巻(6号):285〜8頁)。ヒト以外の生物におけるPD−1オルソログの核酸およびポリペプチド配列は周知であり、例えば、マウスPD−1(NM_008798.2およびNP_032824.1)、ラットPD−1(NM_001106927.1およびNP_001100397.1)、イヌPD−1(XM_543338.3およびXP_543338.3)、ウシPD−1(NM_001083506.1およびNP_001076975.1)、およびニワトリPD−1(XM_422723.3およびXP_422723.2)を含む。
PD−1ポリペプチドとは、阻害シグナルを免疫細胞に伝達することにより免疫細胞エフェクター機能を阻害する能力、または例えば可溶性の単量体形態で存在する場合に免疫細胞の共刺激を(例えば、競合阻害により)促進する能力をもつ阻害性受容体である。好ましいPD−1ファミリーメンバーは、PD−1と配列同一性を共有し、1つまたは複数のB7ファミリーメンバー、例えば、B7−1、B7−2、PD−1リガンド、および/または抗原提示細胞上の他のポリペプチドに結合する。
「PD−1活性」という用語は、PD−1ポリペプチドが、例えば、抗原提示細胞上の天然PD−1リガンドとかみ合うことにより、活性化された免疫細胞において阻害シグナルを調整する能力を含む。PD−1は、CTLA4と同様の方式で阻害シグナルを免疫細胞に伝達する。免疫細胞における阻害シグナルの調整は、免疫細胞の増殖および/または免疫細胞によるサイトカイン分泌の調整をもたらす。したがって、「PD−1活性」という用語は、PD−1ポリペプチドがその天然のリガンドに結合する能力、免疫細胞の共刺激シグナルまたは阻害シグナルを調整する能力、および免疫応答を調整する能力を含む。PD−1活性を調整する薬剤は、当技術分野で周知である。代表的な例としては、限定されないが、MDX−1106、Merck 3475、およびCT−011などの抗体が挙げられる。MDX−1106は、MDX−1106−04、ONO−4538、またはBMS−936558としても公知であり、PCT公開番号WO2006/121168および米国特許第8,0088,449号に記述されている完全ヒトIgG4抗PD−1モノクローナル抗体である。Merck 3475は、SCH−900475およびペンブロリズマブとしても公知であり、PCT公開番号WO2009/114335;米国特許第8,354,509号;およびHamidら(2013年)、New Engl. J. Med.、369巻:134〜144頁に記述されているヒト化IgG4抗PD−1モノクローナル抗体である。ピディリズマブ(CT−011;CureTech)は、PD−1に結合するヒト化IgGlモノクローナル抗体である。ピディリズマブおよび他のヒト化抗PD−1モノクローナル抗体は、PCT公開番号WO2009/101611に開示されている。同様に、AMP−224(B7−DCIg;Amplimmune)は、PD−1とPD−L1との間の相互作用を遮断するPD−L2 Fc融合可溶性受容体であり、PCT公開番号WO2010/027827およびWO2011/066342に開示されている。さらに、多くの他の抗PD−1 Fc融合タンパク質が、米国特許第8,609,089号、米国特許公開第2010/028330号、米国特許公開第2012−0114649号、およびPCT公開番号WO2014/089113に記述されているように、当技術分野で公知である。
「PD−1リガンド」という用語は、PD−1受容体の結合パートナーを指し、PD−L1(Freemanら(2000年)、J. Exp. Med.、192巻:1027頁)およびPD−L2(Latchmanら(2001年)、Nat. Immunol.、2巻:261頁)の両方を含む。少なくとも2種類のヒトPD−1リガンドポリペプチドが存在する。PD−1リガンドタンパク質は、シグナル配列、ならびにIgVドメイン、IgCドメイン、膜貫通ドメイン、および短い細胞質側尾部を含む。PD−L1(配列データはFreemanら(2000年)、J. Exp. Med.、192巻:1027頁を参照されたい)およびPD−L2(配列データはLatchmanら(2001年)、Nat. Immunol.、2巻:261頁を参照されたい)はいずれも、B7ポリペプチドファミリーのメンバーである。PD−L1およびPD−L2はいずれも、胎盤、脾臓、リンパ節、胸腺、および心臓において発現される。膵臓、肺、および肝臓ではPD−L2のみが発現され、一方で胎児肝ではPD−L1のみが発現される。活性化された単球および樹状細胞では両方のPD−1リガンドが上方制御されるが、PD−L1発現の方がより広範である。例えば、PD−L2は、DC、マクロファージ、および骨髄由来マスト細胞で誘導的に発現されるが、PD−L1は、マウスの造血細胞(例えば、T細胞、B細胞、マクロファージ、樹状細胞(DC)、および骨髄由来マスト細胞)および非造血細胞(例えば、内皮細胞、上皮細胞、および筋細胞)で構成的に発現され、より高いレベルまで上方制御されることが公知である(Butteら(2007年)、Immunity、27巻:111号を参照されたい)。
PD−1リガンドは、ある特定の保存された構造的および機能的な特色を有するポリペプチドファミリーを含む。タンパク質または核酸分子を指すために使用される場合の「ファミリー」という用語は、本明細書で定義されるように、共通の構造的ドメインまたはモチーフを有し、十分なアミノ酸またはヌクレオチド配列相同性を有する、2つまたはそれよりも多くのタンパク質または核酸分子を意味するよう意図される。このようなファミリーメンバーは、天然に存在する場合も天然に存在しない場合もあり、同じ種に由来する場合も異なる種に由来する場合もある。例えば、ファミリーは、ヒト起源の第1のタンパク質ならびにヒト起源の他の明確なタンパク質を含有する場合もあれば、代替的に、非ヒト起源の相同体を含有する場合もある。ファミリーのメンバーはまた、共通の機能的特徴を有する場合もある。PD−1リガンドは、B7ポリペプチドファミリーのメンバーである。本明細書で使用される「B7ファミリー」または「B7ポリペプチド」という用語は、B7ポリペプチドとの、例えば、B7−1(CD80)、B7−2(CD86)、誘導性共刺激リガンド(ICOS−L)、B7−H3、B7−H4、VISTA、B7−H6、B7h(Swallowら(1999年)、Immunity、11巻:423頁)、および/またはPD−1リガンド(例えば、PD−L1またはPD−L2)との配列相同性を共有する、共刺激性ポリペプチドを含む。例えば、ヒトB7−1およびB7−2は、デフォルトパラメータ(ギャップペナルティを存在(existence)11および伸長(extension)1に設定したBlosum62マトリックス(NCBIのウェブサイトを参照されたい))を用い、NCBIのBLASTプログラムを使用して比較したときにおよそ26%のアミノ酸配列同一性を共有する。B7ファミリーという用語はまた、免疫細胞機能を調整する能力をもつ、これらのポリペプチドの変異形も含む。B7ファミリーの分子は、シグナルドメイン、IgVドメイン、およびIgCドメインを含む、いくつかの保存された領域を共有する。IgVドメインおよびIgCドメインは、当技術分野で認識されているIgスーパーファミリーメンバードメインである。これらのドメインは、Igフォールドと呼ばれる明確なフォールディングパターンを有する構造単位に対応する。Igフォールドは、それぞれが5〜10アミノ酸の逆平行β鎖からなる2つのβシートのサンドイッチ構造から構成され、全てではないが大部分において2つのシート間には保存されたジスルフィド結合がある。Ig、TCR、およびMHC分子のIgCドメインは同じ種類の配列パターンを共有し、IgスーパーファミリーにおいてC1セットと呼ばれている。他のIgCドメインは、他のセットに含まれる。IgVドメインも配列パターンを共有し、Vセットドメインと呼ばれる。IgVドメインはIgCドメインよりも長く、β鎖のさらなる対を含有する。
「免疫障害」という用語は、不要な免疫応答によって特徴付けられる状態を指す。一部の実施形態では、免疫障害は、所望の抗免疫障害応答が免疫応答を抑制するようなものである。本明細書にさらに記述されるように、こうした免疫応答の下方制御が所望される状態は当技術分野で周知であり、限定されないが、移植片対宿主病(GVHD)、炎症、または自己免疫疾患、例えば全身性エリテマトーデス、多発性硬化症、アレルギー、過敏性応答、ワクチン接種効率の改善が要求される障害、および調節性T細胞の産生または機能の増加が要求される障害における、組織、皮膚、および臓器移植の状況を含む。他の実施形態では、免疫障害は、所望の応答が、免疫応答の増加であるようなものである。こうした免疫応答の上方制御が所望される状態は当技術分野で周知であり、限定されないが、がん、感染(例えば、寄生虫感染、細菌感染、蠕虫感染、またはウイルス感染)などへの対抗といった、CD4+エフェクターT細胞の産生または機能の増加が要求される障害を含む。
「急性免疫障害」という用語は、がん、またはウイルス、細菌、寄生虫、マイコプラズマ、真菌などのような感染作用因子など、標的の抗原およびこのような標的の抗原を含む宿主を根絶する、適切な免疫応答によって解決されうる状態を指す。このような状態は比較的短期であり、数日から数週間ほど持続する。
対照的に、「慢性免疫障害」という用語は、宿主免疫応答の誘導により効果的に除去または排除されない状態を指す。慢性免疫障害では、感染作用因子またはがん細胞などの標的の抗原(および/または標的の抗原を含む宿主)および免疫応答が平衡に達し、その結果、対象は、症状の発現を必ずしも伴わずに、長期間(すなわち、数か月から数年の期間またはさらには一生涯)にわたり、標的の抗原または標的の抗原を含む宿主を維持する(例えば、感染状態またはがんに罹患した状態のままである)。慢性免疫障害は、宿主細胞の急速な殺傷またはさらには宿主細胞に過剰な損傷をもたらすことなく標的の抗原が維持される、無症状段階および増殖性段階の両方を伴いうる。標的の抗原または標的の抗原を含む宿主の検出は、当技術分野で周知であり、例えば米国特許第6,368,832号、同第6,579,854号、および同第6,808,710号、ならびに米国特許出願公開第20040137577号、同第20030232323号、同第20030166531号、同第20030064380号、同第20030044768号、同第20030039653号、同第20020164600号、同第20020160000号、同第20020110836号、同第20020107363号、および同第200201067号に記述されている、多くの方法のうちの任意の1つに従って行うことができる。一部の実施形態では、慢性免疫障害は、例えば、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、C型肝炎ウイルス(HCV)、T細胞白血病ウイルス、エプスタイン・バーウイルス、サイトメガロウイルス、ヘルペスウイルス、水痘帯状疱疹ウイルス、麻疹、パポーバウイルス、プリオン、肝炎ウイルス、アデノウイルス、パルボウイルス、パピローマウイルス、プリオンなどを含むがこれらに限定されない、ウイルスへの感染などの感染の結果である。慢性免疫障害は、例えば、慢性状態および潜伏状態を含む。本明細書で使用される場合、慢性免疫障害は、慢性状態、潜伏状態、またはそれらの両方に限定されることがある。
「慢性状態」では、標的の抗原は、長期間であっても、疾患の徴候および症状が存在するか存在しないかにかかわらず、常に対象において検出されうる。感染から生じる慢性状態の非限定的な例としては、B型肝炎(B型肝炎ウイルス(HBV)により生じる)およびC型肝炎(C型肝炎ウイルス(HCV)により生じる)、アデノウイルス、サイトメガロウイルス、エプスタイン・バーウイルス、単純ヘルペスウイルス1、単純ヘルペスウイルス2、ヒトヘルペスウイルス6、水痘帯状疱疹ウイルス、B型肝炎ウイルス、D型肝炎ウイルス、パピローマウイルス、パルボウイルスB19、ポリオーマウイルスBK、ポリオーマウイルスJC、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、ヒトT細胞白血病ウイルスI、およびヒトT細胞白血病ウイルスIIが挙げられる。寄生虫による持続感染は、例えば、Leishmania、Toxoplasma、Trypanosoma、Plasmodium、SchistosomaおよびEncephalitozoonによる感染の結果として生じうる。
感染を伴う慢性状態の特定の種類は、感染作用因子(例えばウイルス)が見たところ不活性で休眠状態であり、そのため対象が徴候または症状を常に呈するわけでない、「潜伏状態」として公知である。潜伏ウイルス感染において、ウイルスは、症状が再び現れるまで長期間にわたって宿主との平衡状態を保つ:しかしながら、疾患の再活性化が起こるまで実際のウイルスを検出することができないのが典型的である。感染の潜伏とは、ウイルスなどの病原性感染作用因子が細胞内で休眠状態のままでいる能力である。例えば、潜伏ウイルス感染は、ある特定のウイルスの生活環において初期感染後にウイルスの産生が終わる期間である。しかしながら、ウイルスゲノムは完全に根絶されるわけではない。この結果、宿主が新たなウイルスに感染することなく、ウイルスが再活性化し、多量のウイルス子孫を産生し始めることができる(ウイルスの生活環の溶解部分)。ウイルスは宿主の中に無期限に留まりうる。一実施形態では、ウイルス潜伏は、ウイルスがインキュベーション期間中であるが休眠状態ではない、臨床的潜伏と同一ではない。潜伏感染の非限定的な例としては、単純ヘルペスウイルス(HSV)−1により生じる感染(単純疱疹(fever blisters))、HSV−2により生じる感染(性器ヘルペス)、および水痘帯状疱疹ウイルスVZVにより生じる感染(水痘−帯状疱疹)が挙げられる。
本明細書で使用される「免疫療法剤」という用語は、宿主免疫系を刺激して対象の免疫調整を促進することができる任意の分子、ペプチド、抗体、または他の薬剤を含みうる。様々な免疫療法剤が、本明細書に記述される組成物および方法において有用である。
「誘導性」プロモーターとは、遺伝子産物をコードまたは特定化するポリヌクレオチドに作動可能に連結すると、実質的に化学物質、調節エレメントなどの誘導因子が細胞内に存在するときにのみ遺伝子産物を生細胞内で産生させる、ヌクレオチド配列である。
「阻害する」という用語は、例えば特定の作用、機能、または相互作用の減少、限定、または遮断を含む。一部の実施形態では、免疫障害は、免疫障害の少なくとも1つの症状が軽減、終結、減速、または防止された場合に「阻害される」。本明細書で使用される場合、免疫障害は、免疫障害の再発または伝播が低減、減速、遅延、または防止された場合にも「阻害される」。
「相互作用」という用語は、2つの分子間の相互作用に言及する場合、分子の互いとの物理的接触(例えば、結合)を指す。一般に、このような相互作用は、前記分子の一方または両方の活性をもたらす(これにより生物学的効果が生じる)。
「単離された抗体」とは、異なる抗原特異性を有する他の抗体を実質的に含まない抗体を指すことを意図する。さらに、単離された抗体は、他の細胞物質および/または化学物質を実質的に含まない場合がある。
「単離されたタンパク質」とは、細胞から単離された場合もしくは組換えDNA技術によって産生された場合は他のタンパク質、細胞物質、分離媒体、および培養培地を実質的に含まないタンパク質、または化学的に合成された場合は化学前駆体もしくは他の化学物質を実質的に含まないタンパク質を指す。「単離された」もしくは「精製された」タンパク質またはその生物学的に活性な部分は、抗体、ポリペプチド、ペプチド、または融合タンパク質が由来する細胞または組織源からの細胞物質または他の混入タンパク質を実質的に含まないか、あるいは、化学的に合成された場合は化学前駆体または他の化学物質を実質的に含まない。「細胞物質を実質的に含まない」という表現には、バイオマーカーポリペプチドまたはその断片で、それが単離または組換え産生された細胞の細胞成分からタンパク質が分離しているものの調製物が含まれる。一実施形態では、「細胞物質を実質的に含まない」という表現には、約30%未満(乾燥重量基準)の非バイオマーカータンパク質(本明細書では「混入タンパク質」とも称される)、より好ましくは約20%未満の非バイオマーカータンパク質、さらにより好ましくは約10%未満の非バイオマーカータンパク質、最も好ましくは約5%未満の非バイオマーカータンパク質を有する、バイオマーカータンパク質またはその断片の調製物が含まれる。抗体、ポリペプチド、ペプチド、もしくは融合タンパク質、またはそれらの断片、例えば、それらの生物学的に活性な断片が、組換え産生される場合、それが培養培地を実質的に含まないこと、すなわち、培養培地がタンパク質調製物の体積の約20%未満、より好ましくは約10%未満、最も好ましくは約5%未満に相当することも好ましい。
本明細書で使用される、「K」という用語は、特定の抗体−抗原間の相互作用の解離平衡定数を指すことを意図する。開示される本発明の抗体の結合親和性は、標準的な抗体−抗原アッセイ、例えば、競合アッセイ、飽和アッセイ、またはELISAもしくはRIAなどの標準的なイムノアッセイによって測定または決定されうる。
「キット」とは、本発明のマーカーの発現を特異的に検出し、かつ/または治療学的に影響を及ぼすための、少なくとも1つの試薬、例えば、治療薬、プローブ、小分子などを含む、あらゆる製造品(例えば、パッケージまたは容器)である。キットは、本発明の方法を行うためのユニットとして宣伝されても、配布されても、または販売されてもよい。キットは、本発明の方法において有用な組成物を発現させるために必要な1つまたは複数の試薬を含みうる。ある特定の実施形態では、キットは、参照基準、例えば、免疫学的応答、細胞の増殖、分裂、遊走、生存、またはアポトーシスを制御するシグナル伝達経路に影響したりこのシグナル伝達経路を調節したりしないタンパク質をコードする核酸をさらに含みうる。当業者には、一般的な分子タグ(例えば、緑色蛍光タンパク質およびベータ−ガラクトシダーゼ)、GeneOntologyの参照により細胞の増殖、分裂、遊走、生存、もしくはアポトーシスをもたらす経路のいずれにも分類されていないタンパク質、または遍在するハウスキーピングタンパク質を含むがこれらに限定されない、このような多くの対照タンパク質が想起されうる。キット内の試薬は、個別の容器において用意されても、単一の容器内の2つまたはそれよりも多くの試薬の混合物として用意されてもよい。加えて、キット内の組成物の使用について記述する説明資料が含まれてもよい。
「ネオアジュバント療法」という用語は、一次処置の前に与えられる処置を指す。ネオアジュバント療法の例としては、化学療法、放射線療法、およびホルモン療法を挙げることができる。例えば、乳がんの処置において、ネオアジュバント療法は、大きな乳がんを有する患者が乳房温存手術を受けることを可能にしうる。
バイオマーカーの「正常な」発現レベルとは、ゲノム遺伝子の発現調節領域を調整するように操作されていない細胞および/または免疫障害に罹患していない対象の細胞などの対照と比較した、対象、例えばヒト患者の細胞など、関連性のある細胞におけるバイオマーカーの発現レベルである。バイオマーカーの「過剰発現」または「有意に高い発現レベル」とは、発現を査定するために用いられるアッセイの標準誤差よりも高く、対照試料(例えば、バイオマーカー関連疾患を有しない健康な対象由来の試料)中のバイオマーカーの発現活性またはレベル、好ましくは、いくつかの対照試料中のバイオマーカーの平均発現レベルと比べて、好ましくは少なくとも10%、より好ましくは1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20倍、またはそれよりも高い、試験試料中の発現レベルを指す。バイオマーカーの「有意に低い発現レベル」とは、対照試料(例えば、バイオマーカー関連疾患を有しない健康な対象由来の試料)中のバイオマーカーの発現レベル、好ましくは、いくつかの対照試料中のバイオマーカーの平均発現レベルと比べて、少なくとも10%、より好ましくは1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20倍、またはそれよりも低い、試験試料中の発現レベルを指す。このような「有意な」レベルは、例えば発現、阻害、細胞傷害、細胞増殖、細胞比などに関して本明細書に記述される、任意の他の測定パラメータにも適用される場合がある。
「所定の」バイオマーカーの量および/または活性の測定値という用語は、単なる例であるが、特定の処置のために選択されうる対象を評価するため、処置に対する応答を評価するため、かつ/または疾患状態を評価するために使用される、バイオマーカーの量および/または活性の測定値でありうる。所定のバイオマーカーの量および/または活性の測定値は、免疫障害の有無にかかわらず、細胞集団または患者集団において決定されうる。所定のバイオマーカーの量および/または活性の測定値は、あらゆる患者に等しく適用可能な単一の数である場合もあれば、所定のバイオマーカーの量および/または活性の測定値は、患者の特定の亜集団によって異なる場合もある。対象の年齢、体重、身長、および他の要因が、個体の所定のバイオマーカーの量および/または活性の測定値に影響する場合がある。さらに、所定のバイオマーカーの量および/または活性は、各細胞、細胞株、対象などに関して個別に決定されうる。一実施形態では、本明細書に記述される方法において決定および/または比較される量は、絶対測定値に基づく。別の実施形態では、本明細書に記述される方法において決定および/または比較される量は、比(例えば、ハウスキーピングないしは概して一定のバイオマーカーの発現に対して正規化された血清バイオマーカー)などの相対的測定値に基づく。所定のバイオマーカーの量および/または活性の測定値は、任意の好適な標準でありうる。例えば、所定のバイオマーカーの量および/または活性の測定値は、患者選択が査定されているヒトと同じものから得られても、それと異なるものから得られてもよい。一実施形態では、所定のバイオマーカーの量および/または活性の測定値は、同じ患者の過去の査定から得られる場合がある。このようにして、患者の選択の進行を経時的にモニタリングすることができる。加えて、対照は、対象がヒトである場合、別のヒトまたは複数のヒト、例えば、ヒトの選択群の査定から得られてもよい。このようにして、選択が査定されているヒトの選択の程度を、好適な他のヒト、例えば、目的のヒトと同様の状況にある他のヒト、例えば同様または同じ状態を患っており、かつ/または同じ民族群のものと比較することができる。
「予測的」という用語は、療法の前、その間、またはその後の、バイオマーカー核酸、タンパク質、および/または調節の状況、例えば、遺伝子発現調節の活性過剰または活性低下、ならびに腫瘍の出現、発現、増殖、寛解、再発、または抵抗性を、T細胞疲弊の防止、T細胞疲弊の逆転、免疫障害の処置に対する応答、例えば抗免疫チェックポイント阻害剤処置などのさらなる抗免疫障害療法ありまたはなしの操作T細胞療法に対する応答の見込みを決定するために使用することを含む。このようなバイオマーカーの予測的使用は、例えば、(1)コピー数の増加または減少(例えば、FISH、FISHおよびSKY、単一分子配列決定、例えば、当技術分野において少なくともJ. Biotechnol.、86巻:289〜301頁に記述されているもの、またはqPCRによる)、バイオマーカー核酸の過剰発現または過小発現(例えば、ISH、ノーザンブロット、またはqPCRによる)、バイオマーカータンパク質および/もしくはバイオマーカー代謝物の増加または減少(例えば、IHCによる)、あるいは活性の増加または減少(例えば、アッセイした関連性のあるヒト慢性免疫障害の種類または試料のうち約5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、100%超、またはそれよりも多くにおいて、例えば、バイオマーカーの調整によって決定されたもの);(2)慢性免疫障害に罹患した対象、例えばヒトに由来する、生体試料、例えば、組織、全血、血清、血漿、口腔掻爬物、唾液、脳脊髄液、尿、便、または骨髄を含有する試料中の、その絶対的な存在もしくは非存在またはその相対的な調整;(3)免疫障害を有する患者の臨床サブセット(例えば、療法に応答しているもの、または療法への抵抗性を生じているもの)における、その絶対的な存在もしくは非存在またはその相対的な調整により、確認されうる。
「防止する」、「防止すること」、「防止」、「予防的処置」などの用語は、疾患、障害、または状態を有しないが、それらを発症するリスクがあるか、またはそれらを発症しやすい対象において、疾患、障害、または状態を発症する確率を低減させることを指す。
「プローブ」という用語は、具体的に意図される標的分子、例えば、バイオマーカー核酸によってコードされるか、またはバイオマーカー核酸に対応する、ヌクレオチド転写物またはタンパク質に、選択的に結合する能力のある、あらゆる分子を指す。プローブは、当業者によって合成することも、または適切な生物学的調製物から得ることもできる。本明細書に記述されるように、標的分子を検出する目的で、プローブは、標識されるように具体的に設計されていてもよい。プローブとして利用することのできる分子の例としては、RNA、DNA、タンパク質、抗体、および有機分子が挙げられるが、これらに限定されない。
「予後判定」という用語は、可能性の高い免疫障害の経過および転帰または疾患からの回復の見込みの予測を含む。一部の実施形態では、統計的アルゴリズムの使用により、個体の免疫障害の予後判定が行われる。例えば、予後判定は、手術、ある臨床的サブタイプの免疫障害(例えば、がんまたは慢性感染)の発症、1つまたは複数の臨床的因子の発生、または疾患からの回復でありうる。
「抵抗性」という用語は、抗免疫障害療法に対する免疫障害試料または哺乳動物の獲得抵抗性または自然抵抗性(すなわち、治療的処置に対して非応答性であること、または治療的処置に対する応答が低減または限定されていること)、例えば、治療的処置への応答が、25%またはそれを超えて、例えば、30%、40%、50%、60%、70%、80%、またはそれを超えて、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍、15倍、20倍まで、またはそれを超えて低減されていることを指す。応答の低減は、抵抗性が獲得される前の同じ免疫障害試料または哺乳動物と比較することにより測定しても、治療的処置に対する抵抗性を有しないことが公知の異なる免疫障害試料もしくは哺乳動物と比較することにより測定してもよい。化学療法に対する典型的な獲得抵抗性は「多剤抵抗性」と呼ばれる。多剤抵抗性は、P糖タンパク質によって媒介される場合もあれば、他の機構によって媒介される場合もあり、哺乳動物が多剤抵抗性微生物または微生物の組合せに感染した際に生じる場合もある。治療的処置に対する抵抗性の決定は、当技術分野では日常的であり、通常の熟練した臨床医の技術の範囲内であり、例えば、「感作」として本明細書に記述される細胞増殖アッセイおよび細胞死アッセイにより測定することができる。一部の実施形態では、「抵抗性を逆転させる」という用語は、一次抗免疫障害療法(例えば、抗免疫チェックポイント阻害剤、化学療法薬、および/または放射線療法)と組み合わせて第2の薬剤を使用すると、一次療法単独では統計的に有意な減少をもたらすことができない状況での免疫障害組織と比較して、免疫障害組織を統計的有意なレベル(例えば、p<0.05)で有意に減少させることが可能であることを意味する。例えば、これは一般に、無処置の腫瘍が対数的に増殖しているときに行われる腫瘍体積測定に適用される。
「療法に対する応答」という用語は、操作T細胞療法などの療法に対する免疫障害のあらゆる応答、好ましくは症状の変化、例えば、ネオアジュバントもしくはアジュバント化学療法の開始後の感染またはウイルス負荷、腫瘍質量および/または体積の低減などに関する。T細胞機能、例えばCD4+および/またはCD8+エフェクター機能、ならびにその抗原特異的機能は、当技術分野で周知であり、かつ/または本明細書に記述される、多数のアッセイに従って査定することができる。過剰増殖障害応答は、例えば、有効性について、またはネオアジュバントもしくはアジュバントの状況下で査定することができ、ここでは、全身性介入後の腫瘍のサイズが、CT、PET、マンモグラム、超音波、または触診により測定した初期のサイズおよび寸法と比較されうる。応答は、生検または外科的切除後の腫瘍のキャリパー測定または病理学的検査によって査定することもできる。応答は、腫瘍体積の百分率変化のように定量的に記録される場合もあれば、「病理学的完全奏功」(pCR:pathological complete response)、「臨床的完全寛解」(cCR:clinical complete remission)、「臨床的部分寛解」(cPR:clinical partial remission)、「臨床的安定疾患」(cSD:clinical stable disease)、「臨床的進行性疾患」(cPD:clinical progressive disease)のように定性的に記録される場合もあれば、他の定性的基準で記録される場合もある。過剰増殖障害応答の査定は、ネオアジュバントまたはアジュバント療法の開始後早期、例えば、数時間後、数日後、数週間後、または好ましくは数か月後に行われうる。応答査定の典型的な終点は、ネオアジュバント化学療法の終結時または残留腫瘍細胞および/もしくは腫瘍母地の外科的除去時である。これは、ネオアジュバント療法の開始から3か月後が典型的である。一部の実施形態では、本明細書に記述される治療的処置の臨床的有効性は、臨床利益率(CBR:clinical benefit rate)を測定することによって決定されうる。臨床利益率は、療法終了時から少なくとも6か月経った時点における、完全寛解(CR)している患者の百分率、部分寛解(PR)している患者の数、および安定疾患(SD)を有する患者の数の和を決定することにより測定される。この式の簡潔表現は、CBR=6か月にわたるCR+PR+SDである。一部の実施形態では、特定のがん治療レジメンのCBRは、少なくとも25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%であるか、またはそれよりも多い。がん療法に対する応答を評価するためのさらなる基準は「生存期間」に関し、これには、次の全てが含まれる:全生存期間としても公知である、死亡までの生存期間(ここで前記死亡は、無関係の原因のものでも、腫瘍に関連するものでもよい);「無再発生存期間」(ここで再発という用語は、局在化再発および遠隔再発の両方を含むものとする);無転移生存期間;無疾患生存期間(ここで疾患という用語は、がんおよびがん関連疾患を含むものとする)。前記生存期間の長さは、規定の始点(例えば、診断時または処置開始時)および終点(例えば、死、再発、または転移)を参照することによって計算されうる。加えて、処置の有効性に関する基準は、化学療法への応答、生存確率、所与の期間中における転移の確率、および腫瘍再発の確率を含むように拡大されてもよい。例えば、適切な閾値を決定するためには、特定のがん治療レジメンを対象の集団に施し、その転帰を、任意のがん療法を施す前に決定されたバイオマーカー測定値と相関させることができる。転帰の測定値は、ネオアジュバント設定で与えられる療法に対する病理学的応答でありうる。代替的に、全生存期間および無疾患生存期間などの転帰の尺度は、バイオマーカー測定値が既知である対象のがん療法後の期間にわたってモニタリングしてもよい。ある特定の実施形態では、投与される用量は、がん治療剤について当技術分野で公知の標準的な用量である。対象がモニタリングされる期間は様々でありうる。例えば、対象は、少なくとも2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、45、50、55、または60か月にわたってモニタリングされてもよい。がん療法の転帰と相関するバイオマーカー測定閾値は、実施例の節に記述されるものなどの当技術分野で周知の方法を使用して決定することができる。
本明細書で使用される「RNA干渉剤」は、RNA干渉(RNAi)によって標的バイオマーカー遺伝子の発現に干渉するかまたはそれを阻害する、任意の薬剤として定義される。このようなRNA干渉剤としては、本発明の標的バイオマーカー遺伝子と相同であるRNA分子を含む核酸分子、またはその断片、短干渉RNA(siRNA)、およびRNA干渉(RNAi)によって標的バイオマーカー核酸の発現に干渉するかもしくはそれを阻害する小分子が挙げられるが、これらに限定されない。
「RNA干渉(RNAi)」は、標的バイオマーカー核酸と同一かまたはそれと高度に類似する配列のRNAの発現または導入が、その標的の遺伝子から転写されたメッセンジャーRNA(mRNA)の配列特異的分解または特異的な転写後遺伝子サイレンシング(PTGS)をもたらし(Coburn, G.およびCullen, B.(2002年)、J. of Virology、76巻(18号):9225頁を参照されたい)、それにより標的バイオマーカー核酸の発現が阻害される、進化的に保存されたプロセスである。一実施形態では、RNAは二本鎖RNA(dsRNA)である。このプロセスは、植物、無脊椎動物、および哺乳動物の細胞において記述されている。自然界では、RNAiは、長いdsRNAのsiRNAと呼ばれる二本鎖断片への前進的切断を促進するdsRNA特異的エンドヌクレアーゼのダイサーによって開始される。siRNAは、標的mRNAを認識し切断するタンパク質複合体に組み込まれる。RNAiは、標的バイオマーカー核酸の発現を阻害またはサイレンシングするために、核酸分子、例えば、合成siRNA、shRNA、または他のRNA干渉剤を導入することにより開始することもできる。本明細書で使用される、「標的バイオマーカー核酸発現の阻害」または「マーカー遺伝子発現の阻害」は、標的バイオマーカー核酸または標的バイオマーカー核酸によりコードされるタンパク質の発現またはタンパク質活性またはレベルのあらゆる減少を含む。減少は、RNA干渉剤によりターゲティングされない標的バイオマーカー核酸の発現または標的バイオマーカー核酸によってコードされるタンパク質の活性もしくはレベルと比較して、少なくとも30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、もしくは99%、またはそれよりも多くの減少でありうる。
少なくとも1つのバイオマーカーの存在またはレベルを検出または決定するために使用される「試料」という用語は、典型的には、全血、血漿、血清、唾液、尿、便(例えば、糞便)、涙、および任意の他の体液(例えば、「体液」の定義において上述したもの)、または小腸、結腸試料、もしくは外科的切除組織などの組織試料(例えば、生検)である。ある特定の事例では、本発明の方法は、試料中の少なくとも1つのマーカーの存在またはレベルを検出または決定する前に個体から試料を得ることをさらに含む。一部の実施形態では、Tリンパ球またはそのサブセットを含む任意の試料が、本発明に従って有用である。
「感作する」という用語は、療法(例えば、操作T細胞療法)による関連免疫障害のより有効な処置が可能になるような方法で、感染細胞またはがん細胞などの免疫障害細胞を変化させることを意味する。一部の実施形態では、正常細胞は、正常細胞がその療法によって過度に傷つけられるほどの影響は受けない。治療的処置に対する感受性の増加または感受性の低減は、細胞増殖アッセイ(Tanigawa N、Kern D H、Kikasa Y、Morton D L、Cancer Res、1982年;42巻:2159〜2164頁)、細胞死アッセイ(Weisenthal L M、Shoemaker R H、Marsden J A、Dill P L、Baker J A、Moran E M、Cancer Res、1984年;94巻:161〜173頁;Weisenthal L M、Lippman M E、Cancer Treat Rep、1985年;69巻:615〜632頁;Weisenthal L M、In: Kaspers G J L、Pieters R、Twentyman P R、Weisenthal L M、Veerman A J P編、Drug Resistance in Leukemia and Lymphoma、Langhorne, P A: Harwood Academic Publishers、1993年:415〜432頁;Weisenthal L M、Contrib Gynecol Obstet、1994年;19巻:82〜90頁)を含むがこれらに限定されない、本明細書に後述される特定の処置および方法について当技術分野で公知の方法に従って測定される。感受性または抵抗性は、動物において、ある期間、例えば、ヒトでは6か月間およびマウスでは4〜6週間にわたり、慢性免疫障害症状の低減を測定することによって測定することもできる。組成物または方法は、処置感受性の増加または抵抗性の低減が、かかる組成物または方法の非存在下の処置感受性または抵抗性と比較して、25%またはそれよりも多く、例えば、30%、40%、50%、60%、70%、80%、またはそれよりも多く、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍、15倍、20倍まで、またはそれよりも多い場合に、治療的処置に対する応答を感作する。治療的処置に対する感受性または抵抗性の決定は、当技術分野では日常的であり、通常の熟練した臨床医の技術の範囲内である。本明細書に記述される、がん療法の有効性を増強させるためのいかなる方法も、過剰増殖性細胞ないしはがん性細胞(例えば、抵抗性細胞)をがん療法に対して感作するための方法に等しく適用されうることを理解されたい。
「短干渉RNA」(siRNA)は、本明細書では「小分子干渉RNA」とも称され、標的遺伝子の発現を例えばRNAiによって阻害するように機能する薬剤として定義される。siRNAは、化学合成される場合もあれば、in vitro転写により産生される場合もあれば、宿主細胞内で産生される場合もある。一実施形態では、siRNAは、約15〜約40ヌクレオチド長、好ましくは約15〜約28ヌクレオチド、より好ましくは約19〜約25ヌクレオチド長、より好ましくは約19、20、21、または22ヌクレオチド長の二本鎖RNA(dsRNA)分子であり、各鎖に約0、1、2、3、4、もしくは5ヌクレオチド長を有する3’および/または5’オーバーハングを含有する場合がある。オーバーハングの長さは2つの鎖同士の間で独立しており、すなわち、一方の鎖のオーバーハングの長さは、第2の鎖のオーバーハングの長さに依存しない。siRNAには、標的メッセンジャーRNA(mRNA)の分解または特異的な転写後遺伝子サイレンシング(PTGS)によってRNA干渉を促進する能力があることが好ましい。別の実施形態では、siRNAは、低分子ヘアピン(別称ステムループ)RNA(shRNA)である。一実施形態では、これらのshRNAは、短い(例えば、19〜25ヌクレオチドの)アンチセンス鎖、続いて5〜9ヌクレオチドのループ、および類似したセンス鎖から構成されている。代替的に、センス鎖がヌクレオチドループ構造に先行してもよく、アンチセンス鎖が続いてもよい。これらのshRNAは、プラスミド、レトロウイルス、およびレンチウイルス内に含有され、例えばpol III U6プロモーター、または別のプロモーターから発現されてもよい(例えば、参照により本明細書に組み込まれている、Stewartら(2003年)、RNA Apr;9巻(4号):493〜501頁を参照されたい)。RNA干渉剤、例えばsiRNA分子は、本発明のマーカー遺伝子、例えば、免疫障害においてその発現または源を低減しなければならないマーカー遺伝子(例えば表1に列記されたマーカー)の発現を阻害することにより、対象の免疫障害を処置、防止、または阻害するために、免疫障害を有するかまたは免疫障害を有するリスクのある対象に投与されてもよい。
「小分子」という用語は、当技術分野の用語であり、約1000分子量未満または約500分子量未満の分子を含む。一実施形態では、小分子は、ペプチド結合のみを含むわけではない。別の実施形態では、小分子はオリゴマーではない。活性についてスクリーニングされうる例示的な小分子化合物としては、ペプチド、ペプチド模倣薬、核酸、炭水化物、有機小分子(例えば、ポリケタイド)(Caneら(1998年)、Science、282巻:63頁)、および天然物抽出ライブラリーが挙げられるが、これらに限定されない。別の実施形態では、化合物は、小さな有機非ペプチド性化合物である。さらなる実施形態では、小分子は生合成物ではない。
「対象」という用語は、任意の健康な動物、哺乳動物、もしくはヒト、または免疫障害に罹患した任意の動物、哺乳動物、もしくはヒトを指す。「対象」という用語は「患者」と互換性がある。
「生存期間」という用語には、次の全てが含まれる:全生存期間としても公知である、死亡までの生存期間(ここで前記死亡は、無関係の原因のものでも、腫瘍に関連するものでもよい);「無再発生存期間」(ここで再発という用語は、局在化再発および遠隔再発の両方を含むものとする);無疾患生存期間(ここで疾患という用語は、免疫障害および免疫障害関連疾患を含むものとする)。前記生存期間の長さは、規定の始点(例えば、診断時または処置開始時)および終点(例えば、死、再発、または転移)を参照することによって計算されうる。加えて、処置の有効性に関する基準は、療法への応答、生存確率、所与の期間中における再発の確率などを含むように拡大されてもよい。
「相乗効果」という用語は、2つまたはそれよりも多くの抗免疫障害剤または療法の効果を組み合わせたもので、かかる各薬剤または療法単独の別々の効果の和よりも大きくなりうるものを指す。一部の実施形態では、相乗効果は、単独療法と同様の有効性を提供するが、単独療法と比べて、不要な副作用の低減といった他の予想外の改善を伴う場合がある。
「治療効果」という用語は、動物、特に哺乳動物、より特定するとヒトにおける、薬理学的に活性な物質により引き起こされる局所的または全身的な効果を指す。したがってこの用語は、動物もしくはヒトにおいて、疾患の診断、治癒、緩和、処置、もしくは防止、または望ましい身体的もしくは精神的発達および状態の増強において使用されるよう意図される、あらゆる物質を意味する。「治療有効量」という表現は、あらゆる処置に適用可能な合理的な利益/リスク比において何らかの所望される局所的または全身的な効果をもたらす、かかる療法または物質の量を意味する。ある特定の実施形態では、化合物の治療有効量は、その治療指数、可溶性などに依存する。例えば、本発明の方法により発見されたある特定の化合物は、かかる処置に適用可能な合理的な利益/リスク比をもたらすのに十分な量で投与されうる。
本明細書で使用される「治療有効量」および「有効量」という用語は、本発明の化合物を含む化合物、物質、または組成物の量で、動物の少なくとも細胞亜集団においてあらゆる医療処置に適用可能な合理的な利益/リスク比で何らかの所望される治療効果をもたらすのに有効な量を意味する。本化合物の毒性および治療有効性は、例えばLD50およびED50を決定するための、細胞培養物または実験動物における標準的な薬学的手順によって、決定することができる。高い治療指数を呈する組成物が好ましい。一部の実施形態では、薬剤のLD50(致死投与量)を測定することができ、これは例えば、薬剤の投与なしと比べて少なくとも10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、200%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、またはそれよりも多く低減していることがある。同様に、薬剤のED50(すなわち、症状の最大半量の阻害を実現する濃度)を測定することができ、これは例えば、薬剤の投与なしと比べて少なくとも10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、200%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、またはそれよりも多く増加していることがある。また同様に、薬剤のIC50(すなわち、最大半量の効果、例えばがん細胞に対する細胞傷害効果もしくは細胞分裂停止効果、またはウイルス複製もしくは負荷の阻害を実現する濃度)を測定することができ、これは例えば、薬剤の投与なしと比べて少なくとも10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、200%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、またはそれよりも多く増加していることがある。一部の実施形態では、アッセイにおける効果は、少なくとも約10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、またはさらには100%阻害されうる。別の実施形態では、悪性度またはウイルス負荷の少なくとも約10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、またはさらには100%の減少が実現されうる。
「組織特異的」プロモーターとは、遺伝子産物をコードまたは特定化するポリヌクレオチドに作動可能に連結すると、実質的に細胞がプロモーターに対応する組織型の細胞である場合にのみ遺伝子産物をヒト生細胞内で産生させる、ヌクレオチド配列である。例えば、Foxp3、CD25、または他のTreg選択的またはTreg特異的なプロモーターを使用して、Treg内で選択的または特異的にポリヌクレオチドを発現させることができる。
「転写されたポリヌクレオチド」または「ヌクレオチド転写物」とは、バイオマーカー核酸の転写、および存在する場合はRNA転写物の通常の転写後プロセシング(例えば、スプライシング)、およびRNA転写物の逆転写によって作製された成熟mRNAの全てまたは一部分に対して相補的または相同であるポリヌクレオチド(例えば、mRNA、hnRNA、cDNA、またはかかるRNAもしくはcDNAの類似体)である。
本明細書で使用される「無応答性」または「耐性」という用語は、刺激、例えば、活性化受容体またはサイトカインによる刺激に対する、免疫細胞の不応性を含む。無応答性は、例えば、免疫抑制薬への曝露または高用量の抗原への曝露が原因で生じうる。本明細書で使用される「アネルギー」または「耐性」という用語は、活性化受容体を媒介した刺激への不応性を含む。このような不応性は一般に抗原特異的であり、寛容化抗原への曝露が終わった後も持続する。例えば、T細胞におけるアネルギーは(無応答性と対照的に)、サイトカイン産生、例えばIL−2の欠如によって特徴付けられる。T細胞アネルギーは、T細胞が抗原に曝露され、第2のシグナル(例えば、共刺激シグナル)の非存在下で第1のシグナル(T細胞受容体またはCD−3媒介性シグナル)を受けると生じる。これらの条件下では、細胞を同じ抗原に再曝露しても(再曝露が共刺激性ポリペプチドの存在下で起こったとしても)、サイトカインを産生することができず、したがって増殖することができない。しかしながら、アネルギー性T細胞は、サイトカイン(例えば、IL−2)と共に培養すると増殖する。例えば、T細胞アネルギーは、ELISAまたは指標細胞株を使用した増殖アッセイにより測定される、Tリンパ球によるIL−2産生の欠如によって観察される場合もある。代替的に、レポーター遺伝子構築物を使用してもよい。例えば、アネルギー性T細胞は、5’IL−2遺伝子エンハンサーの制御下の異種性プロモーターにより、またはエンハンサー内に見出されうるAP1配列の多量体により誘導される、IL−2遺伝子転写を開始することができない(Kangら(1992年)、Science、257巻:1134頁)。
本明細書で使用される「ベクター」という用語は、連結した別の核酸を輸送する能力がある核酸を指す。ベクターの1つの種類は「プラスミド」であり、これは、さらなるDNAセグメントがライゲーションされうる環状二本鎖DNAループを指す。別の種類のベクターは、さらなるDNAセグメントがウイルスゲノムにライゲーションされうるウイルスベクターである。ある特定のベクターには、それらが導入された宿主細胞において自律複製を行う能力がある(例えば、細菌複製起点を有する細菌ベクターおよびエピソーム哺乳動物ベクター)。他のベクター(例えば、非エピソーム哺乳動物ベクター)は、宿主細胞に導入されると宿主細胞のゲノムに統合されることにより宿主ゲノムと共に複製される。さらに、ある特定のベクターには、それらが作動可能に連結した遺伝子の発現を導く能力がある。このようなベクターは、本明細書では「組換え発現ベクター」または単純に「発現ベクター」と称される。概して、組換えDNA技術において役立つ発現ベクターは、プラスミドの形態であることが多い。プラスミドはベクターの最も一般的に使用される形態であるため、本明細書では、「プラスミド」および「ベクター」は互換的に使用される場合がある。しかしながら、本発明は、均等な機能を果たすウイルスベクター(例えば、複製欠損レトロウイルス、アデノウイルス、およびアデノ随伴ウイルス)など、かかる他の形態の発現ベクターを含むよう意図される。
II. T細胞クロマチン接近可能なゲノム遺伝子の発現調節領域
「クロマチン接近可能」ゲノム領域は、転写因子が結合し遺伝子発現の調節を媒介するための物理的空間をもたらすため、遺伝子発現調節領域を特定する。実施例にさらに後述するように、様々な種類のT細胞(例えば、ナイーブCD8+T細胞、高機能エフェクターCD8+T細胞、メモリーCD8+T細胞、および疲弊CD8+T細胞)の様々なクロマチン接近可能調節領域セットを分析し、互いと比較した。多くのクロマチン接近可能なゲノム遺伝子の発現調節領域が、所与の目的のT細胞型に選択的または特異的に存在することが決定された。以下に提供する表1A〜1Kは、疲弊CD8+T細胞に対して選択的かつ/または特異的であり、本明細書に記述される本発明の実施形態に従って有用である、クロマチン接近可能なゲノム遺伝子の発現調節領域を記述する。これらの領域は、疲弊CD8+T細胞において選択的かつ/または特異的に、転写因子が結合し、遺伝子発現の調節、例えばPD−1の過剰発現を媒介するために利用可能である。
「特異的」という用語は、排他的な作用または機能を指す。一例において、疲弊CD8+T細胞などの疲弊T細胞のゲノム内に特異的に存在するゲノム遺伝子の発現調節領域は、ナイーブT細胞、高機能エフェクターT細胞、またはメモリーT細胞のゲノム内に存在しない。別の例では、細胞における遺伝子の発現の特異的な調整とは、その細胞集団における遺伝子の発現および/または活性の調整のみを指し、他の細胞集団におけるものは指さない。さらに別の例では、所定の抗原に対する抗体の特異的結合とは、他の抗原に結合することなく目的の抗原に結合する抗体の能力を指す。典型的に、抗体は、BIACORE(登録商標)アッセイ機器において、分析物として目的の抗原を、リガンドとして抗体を使用し、表面プラズモン共鳴(SPR)技術により決定した場合に、およそ1×10−7M未満、例えばおよそ10−8M、10−9M、10−10M、10−11M未満、またはそれよりもさらに低い親和性(K)で結合し、所定の抗原または密接に関係した抗原以外の非特異的抗原(例えば、BSA、カゼイン)への結合に関するその親和性と比べて、少なくとも1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、もしくは10.0倍、またはそれよりも高い親和性で、所定の抗原に結合する。加えて、KはKの逆数である。「抗原を認識する抗体」および「抗原に対して特異的な抗体」という表現は、本明細書では「抗原に特異的に結合する抗体」という用語と互換的に使用される。
対照的に、「選択的」という用語は、優先的な作用または機能を指す。選択的バイオマーカーは、本発明の目的では、別段の記載がない限り特異的なマーカーも包含する。例えば、疲弊CD8+T細胞などの「疲弊T細胞のゲノム内に選択的に存在する」ゲノム遺伝子の発現調節領域は、ナイーブT細胞、多機能エフェクターT細胞、またはメモリーT細胞のうちの1つまたは複数のゲノム内に存在しない。別の例として、選択的結合とは、1つの抗原の結合を別のものと比べて優先的に判別する抗体の能力を指す相対的な用語である。二重特異性または多特異性抗体は、複数の抗原標的の局所的な有効濃度の増加に起因する、単一の位置において発現される複数の抗原標的に対する結合親和性の増加に基づいて、ある特定の抗原または細胞集団を選択的にターゲティングすることができる。「選択的」という用語は、他の標的と比べた特定の目的の標的における優先的な効果という観点で数量化することができる。例えば、測定変数(例えば、非操作T細胞におけるPD−1発現と対比した操作T細胞におけるPD−1発現)は、意図されないまたは望まれない標的と対比して、目的の標的において、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、1倍、1.5倍、2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍、5倍、5.5倍、6倍、6.5倍、7倍、7.5倍、8倍、8.5倍、9倍、9.5倍、10倍、11倍、12倍、13倍、14倍、15倍、16倍、17倍、18倍、19倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍、45倍、50倍、55倍、60倍、70倍、80倍、90倍、100倍、もしくはそれよりも高く、または境界値を含むその間の任意の範囲(例えば、50%〜16倍)、異なる場合がある。同じ倍率分析を使用して、所与の組織、細胞集団、測定変数、測定効果など、例えば細胞比、過剰増殖性細胞の増殖速度または体積、T細胞機能または増殖の速度などにおける影響の規模を確認することができる。
一般に、「核酸分子」という用語は、DNA分子(すなわち、cDNAまたはゲノムDNA)およびRNA分子(すなわち、mRNA)、ならびにヌクレオチド類似体を使用して生成されたDNAまたはRNAの類似体を含むよう意図される。「ゲノム核酸」は、一般に、宿主ゲノムと同じ核酸の種類を有する(例えば、ヒトゲノムDNAでは二本鎖DNA、C型肝炎ウイルスゲノムRNAでは一本鎖RNAなど)。核酸分子は一本鎖であっても二本鎖であってもよいが、好ましくは二本鎖DNAである。「単離された」核酸分子とは、核酸の天然源に存在する他の核酸分子から分離されたものである。好ましくは、「単離された」核酸は、その核酸が由来する生物のゲノムDNAにおいて天然に核酸の端部にある配列(すなわち、核酸の5’末端および3’末端に位置する配列)を含まない。例えば、様々な実施形態において、表1に列記されるか本明細書に記述される1つまたは複数のバイオマーカーに対応する単離された核酸分子は、その核酸が由来する細胞(すなわち、T細胞)のゲノムDNAにおいて天然に核酸分子の端部にあるヌクレオチド配列を、約5kb、4kb、3kb、2kb、1kb、0.5kb、または0.1kb未満含有する場合がある。さらに、「単離された」核酸分子は、他の細胞物質を、または組換え技術により産生された場合は培養培地を、または化学合成された場合は化学前駆体もしくは他の化学物質を、実質的に含まない場合がある。
上述のように、本発明は、表に示されるゲノム核酸領域に加えて、列記された領域を含むゲノム核酸配列、またはヒトを含むマウス以外の哺乳動物のゲノム内にあるそれらのオルソログを想定する。加えて、5’末端、3’末端、または5’末端および3’末端の両方に、約1bp、2bp、3bp、4bp、5bp、10bp、15bp、20bp、25bp、30bp、35bp、40bp、45bp、50bp、55bp、60bp、65bp、70bp、75bp、80bp、85bp、90bp、95bp、100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp、700bp、800bp、900bp、1000bp、1100bp、1200bp、1300bp、1400bp、1500bp、1600bp、1700bp、1800bp、1900bp、2000bp、2100bp、2200bp、2300bp、2400bp、2500bp、2600bp、2700bp、2800bp、2900bp、もしくは3000bp、または境界値を含むその間の任意の範囲(例えば、1bp〜222bp)をさらに含む、列記された領域、またはそれらのオルソログも含まれる。加えて、任意の部分またはその断片が想定される。さらに、全長にわたってかかる領域と少なくとも80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、またはそれよりも多くの同一性を有する核酸配列を含むあらゆるゲノム核酸配列、またはその部分/断片が想定される。記述される核酸分子は、列記された領域の核酸の機能を有しうる。
かかる領域は、標準的な分子生物学技術および本明細書において提供される配列情報を使用して単離することができる。例えば、ヒトcDNAは、ハイブリダイゼーションプローブとしての核酸分子の全てもしくは一部分またはその断片、および標準的なハイブリダイゼーション技術(すなわち、Sambrook, J.、Fritsh, E. F.、およびManiatis, T.、Molecular Cloning: A Laboratory Manual.、第2版、Cold Spring Harbor Laboratory、Cold Spring Harbor Laboratory Press、Cold Spring Harbor、NY、1989年に記述されているもの)を使用して、ヒト細胞株から単離することができる。さらに、本発明の核酸分子は、表1に列記された1つもしくは複数のバイオマーカーもしくはそれらの断片の配列、または相同ヌクレオチド配列に基づいて設計された、オリゴヌクレオチドプライマーを使用したポリメラーゼ連鎖反応によって単離することができる。PCR増幅のための合成オリゴヌクレオチドプライマーは、当技術分野で周知の方法に従って設計することができる。本発明の核酸は、鋳型としてのゲノムDNAおよび適切なオリゴヌクレオチドプライマーを使用し、標準的なPCR増幅技術に従って増幅させることができる。そのように増幅された核酸は、適切なベクターにクローニングし、DNA配列分析による特徴付けを行ってもよい。さらに、表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーのヌクレオチド配列に対応するオリゴヌクレオチドは、標準的な合成技術により、すなわち、自動DNA合成機を使用して、調製することができる。
表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーのヌクレオチド配列に基づくプローブは、同じもしくは相同のタンパク質をコードする所望の転写物またはゲノム配列を検出または確認するために使用することができる。好ましい実施形態では、プローブは、それに結合した標識群をさらに含み、すなわち、標識群は、放射性同位元素、蛍光化合物、酵素、または酵素補因子でありうる。このようなプローブは、例えば、対象の細胞試料中の1つまたは複数のバイオマーカー核酸のレベルを測定すること、すなわち、表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーのmRNAレベルを検出することにより、表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーを発現する細胞または組織を特定するための診断試験キットの一部として使用されうる。
表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーのアミノ酸配列における変化をもたらすDNA配列多型が集団(例えば、哺乳動物集団および/またはヒト集団)内に存在しうることは、当業者には察知されよう。このような遺伝子多型は、天然の対立遺伝子のバリエーションに起因して集団内の個体間に存在しうる。本明細書で使用される「遺伝子」および「組換え遺伝子」という用語は、表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカー、好ましくは哺乳動物の、例えば、ヒトのタンパク質をコードする、オープンリーディングフレームを含む核酸分子を指す。このような天然の対立遺伝子のバリエーションは、典型的に、表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーのヌクレオチド配列における1〜5%の分散をもたらしうる。あらゆるこのようなヌクレオチドのバリエーションと、天然の対立遺伝子のバリエーションの結果であり、表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーの機能的活性を変化させない、表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーにおいて結果として生じるアミノ酸多型とが、本発明の範囲内であるよう意図される。さらに、他の種に由来する表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーをコードする核酸分子である。
集団内に存在しうる、表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカーの天然に存在する対立遺伝子変異形に加えて、変異によってヌクレオチド配列またはその断片に変化を導入することにより、表1に列記されたバイオマーカーの機能的能力を変化させることなく、表1に列記されたバイオマーカーの核酸配列における変化がもたらされうることが、当業者にはさらに察知されよう。
配列の比較および2つの配列間の相同パーセントの決定は、数学的アルゴリズムを使用して達成されうる。好ましくは、アライメントは、Clustal法を使用して行われうる。マルチプルアライメントパラメータは、GAP Penalty=10、Gap Length Penalty=10を含む。DNAアライメントでは、ペアワイズアライメントパラメータは、Htuple=2、Gap penalty=5、Window=4、およびDiagonal saved=4であってもよい。
最後に、本発明の遺伝子座およびバイオマーカー(例えば、表1に列記されたバイオマーカー)に関する核酸およびアミノ酸配列の情報は当技術分野で周知であり、National Center for Biotechnology Information(NCBI)などの公的に利用可能なデータベースにおいて、また実施例に記述されるように、容易に利用可能である。
III. T細胞およびT細胞のゲノム遺伝子の発現調節領域の遺伝子修飾
本明細書で使用される「免疫細胞」という用語は、免疫応答においてある役割を果たす細胞を指す。免疫細胞は造血性起源であり、B細胞およびT細胞などのリンパ球;ナチュラルキラー細胞;単球、マクロファージ、好酸球、マスト細胞、好塩基球、および顆粒球などの骨髄系細胞を含む。例えば、抗原反応性T細胞とは、目的の抗原に選択的に結合し、抗原の認識に基づいて免疫学的応答を調整するT細胞である。免疫細胞は、末梢血中に見出される場合がある。「末梢血細胞サブタイプ」という用語は、好酸球、好中球、T細胞、単球、NK細胞、顆粒球、およびB細胞を含むがこれらに限定されない、末梢血中に通常見出される細胞型を指す。一部の免疫細胞は「抗原提示細胞」であり、専門の抗原提示細胞(例えば、Bリンパ球、単球、樹状細胞、ランゲルハンス細胞)、ならびに他の抗原提示細胞(例えば、ケラチノサイト、内皮細胞、アストロサイト、線維芽細胞、およびオリゴデンドロサイト)を含む。
免疫細胞は免疫応答を媒介する。「免疫応答」という用語は、免疫系の細胞、例えばB細胞、T細胞(CD4またはCD8)、調節性T細胞、抗原提示細胞、樹状細胞、単球、マクロファージ、NKT細胞、NK細胞、好塩基球、好酸球、または好中球による、刺激への応答を指す。一実施形態では、この応答は特定の抗原に対して特異的(「抗原特異的応答」)であり、CD4 T細胞、CD8 T細胞、またはB細胞によるそれらの抗原特異的受容体を介した応答を指す。別の実施形態では、免疫応答は、CD4+応答またはCD8+応答などのT細胞応答である。これらの細胞によるこのような応答は、例えば、細胞傷害、増殖、サイトカインもしくはケモカインの産生、トラフィッキング、または食作用を含むことがあり、応答を受けている免疫細胞の性質に依存しうる。さらに別の実施形態では、免疫応答は、細胞傷害性CD8+細胞が抗原特異的応答をもたらすときに生じるようなエフェクターT細胞応答である。「免疫応答」という用語は、T細胞媒介性かつ/またはB細胞媒介性の免疫応答を含む。例示的な免疫応答としては、T細胞応答、例えば、サイトカイン産生および細胞性細胞傷害が挙げられる。加えて、免疫応答という用語は、T細胞活性化に間接的に影響される免疫応答、例えば、抗体産生(液性応答)、およびサイトカイン応答細胞、例えばマクロファージの活性化を含む。
T細胞は免疫細胞のクラスであり、一般に、調節性T細胞(Treg)および従来型T細胞(Tconv)の2つのサブクラスに分けられる。
Tregとは、約5〜10%の循環CD4+T細胞集団を含み、自己反応性リンパ球を優位に抑制するよう作用し、自然免疫応答および適応免疫応答を制御する、天然に存在するCD4+CD25+FOXP3+Tリンパ球である(PiccirilloおよびShevach(2004年)、Semin. Immunol.、16巻:81〜88頁;FehervariおよびSakaguchi(2004年)、Curr. Opin. Immunol.、16巻:203〜208頁;Azumaら(2003年)、Cancer Res.、63巻:4516〜4520頁;Cederbomら(2000年)、Eur. J. Immunol.、30巻:1538〜1543頁;Maloyら(2003年)、J. Exp. Med.、197巻:111〜119頁;Serraら(2003年)、Immunity、19巻:877〜889頁;ThorntonおよびShevach(1998年)、J. Exp. Med.、188巻:287〜296頁;Janssensら(2003年)、J. Immunol.、171巻:4604〜4612頁;Gasteigerら(2013年)、J. Exp. Med.、210巻:1167〜1178頁;Sitrinら(2013年)、J. Exp. Med.、210巻:1153〜1165頁;SchmittおよびWilliams(2013年)、Front. Immunol.、4巻:1〜13頁)。天然のTregはまた、低量のCD127を発現し、胸腺において発生し、GITRおよびCTLA−4を発現する。誘導されたTregとは、胸腺の外側の末梢(例えば、粘膜関連リンパ組織(MALT))においてCD25発現を獲得し、低レベルのCD45RBを発現し、Foxp3またはCD25を自然には発現しないCD4+T細胞である。誘導されたTregは、末梢におけるCD4+ナイーブ従来型T細胞に対するTGFベータの影響に基づいて、Foxp3、CD25、CTLA−4、およびGITR/AITRの発現を獲得する。Tregは、少なくとも部分的には、従来型T細胞(Tcon)の増殖、拡大、およびエフェクター活性を阻害することにより、この抑制を実現する。Tregは、T細胞の助けおよび活性化を阻害することによる細胞間の接触、IL−10もしくはTGF−βなどの免疫抑制性サイトカインの放出、グランザイムBなどの細胞傷害性分子の産生、IL−2レベルの枯渇、または組織内の栄養素の変更のいずれかによって、エフェクターT細胞がその(自己)標的を破壊することを抑制する。Tregの枯渇は、IL−2誘導性抗腫瘍免疫を増強させることが示された(Imaiら(2007年)、Cancer Sci.、98巻:416〜23頁)。
対照的に、TconvまたはTeffとしても公知である従来型T細胞は、1つまたは複数のT細胞受容体の発現のおかげで免疫応答を増加させるエフェクター機能(例えば、サイトカイン分泌、細胞傷害活性、抗自己認識など)を有する。TconまたはTeffは一般に、TregではないあらゆるT細胞集団と定義され、例えば、ナイーブT細胞、活性化T細胞、メモリーT細胞、休止Tcon、または例えばTh1もしくはTh2系列に向かって分化したTconを含む。一部の実施形態では、Teffは、非Treg T細胞のサブセットである。一部の実施形態では、Teffは、CD4+TeffまたはCD8+Teff、例えばCD4+ヘルパーTリンパ球(例えば、Th0、Th1、Tfh、またはTh17)およびCD8+細胞傷害性Tリンパ球である。
「ナイーブTcon」とは、骨髄内で分化し、胸腺における中心的な正の選択および負の選択の過程を経るのに成功したが、未だ抗原への曝露によって活性化されてない、CD4T細胞またはCD8+T細胞である。ナイーブTconは、一般的に、L−セレクチン(CD62L)の表面発現、CD25、CD44、またはCD69などの活性化マーカーの非存在、およびCD45ROなどのメモリーマーカーの非存在によって特徴付けられる。したがって、ナイーブTconは、不活発で非分裂性であり、恒常的な生存のためにインターロイキン−7(IL−7)およびインターロイキン−15(IL−15)を要求すると考えられている(少なくともWO2010/101870を参照されたい)。このような細胞の存在および活性は、免疫応答の抑制という文脈では望まれない。
Tregとは異なり、「エフェクターTcon」はアネルギー性ではなく、抗原に基づくT細胞受容体の活性化に応答して増殖することができる(Lechlerら(2001年)、Philos. Trans. R. Soc. Lond. Biol. Sci.、356巻:625〜637頁)。エフェクターTconは、CD4+T細胞である場合もあれば、CD8+T細胞である場合もある。これらはそれぞれ、MHCクラスIまたはIIの分子に関連する抗原を認識し、一般に、CD25、CD44、またはCD69などの活性化マーカーを発現するが、CD45ROなどのメモリーマーカーは発現しないのが一般的である。一般に、Treg数の増加、Treg活性の増加、および/またはTreg細胞死(例えば、アポトーシス)の減少は、ある範囲の免疫障害(例えば、cGVHD)に関連する不要な免疫反応を抑制するために有用である。Tregはまた、炎症の抑制においても重要である。進行中の炎症という文脈では、処置は、TconまたはGVHDを悪化させうる他のエフェクターを活性化させることなく、Tregを優先的に増強させうる。Tregのin vivoでの有効な増大はまた、Treg機能障害がますます関与している、末梢耐性異常の他の障害(例えば、SLE、T1D、MS、乾癬、RA、IBD、血管炎などの自己免疫疾患)に直接関連性がある(Grinberg-Bleyerら(2010年)、J. Exp. Med.、207巻:1871〜1878頁;Buckner(2010年)、Nat. Rev. Immunol.、10巻:849〜859頁;Humrichら(2010年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、107巻:204〜209頁;Carboneら(2014年)、Nat. Med.、20巻:69〜74頁)。
「メモリーTcon」とは、少なくとも3つの明確なT細胞亜集団により代表される、抗原を経験したT細胞(すなわち、過去に抗原に曝露され、抗原に応答したことのあるT細胞)である。メモリーTconは、急速に繁殖し、抗原に再曝露されるとより強力な免疫応答を誘発しうる。メモリーTcon亜集団は、ケモカイン受容体、CCR7、およびL−セレクチン(L-selection)(CD62L)の差次的な発現に基づいて差別化されうる(Sallustoら(2000年)、Curr. Top. Microbiol. Immunol.、251巻:167〜171頁)。例えば、ナイーブ細胞のようなステムメモリーT細胞(Tscm)は、CD45RO−、CCR7+、CD45RA+、CD62L+(L−セレクチン)、CD27+、CD28+、およびIL−7Rα+であるが、これらはまた、多量のCD95、IL−2Rβ、CXCR3、およびLFA−1を発現し、メモリー細胞に独特な多数の機能的性状を示す(Gattinoniら(2011年)、Nat. Med.、17巻:1290〜1297頁)。セントラルメモリー細胞(Tcm)は、L−セレクチンおよびCCR7を発現し、IL−2を分泌するが、IFNγまたはIL−4は分泌しない。エフェクターメモリー細胞(Tem)は、L−セレクチンまたはCCR7を発現しないが、IFNγおよびIL−4などのエフェクターサイトカインを産生する。
「疲弊Tcon」とは、T細胞機能を漸進的に喪失したT細胞である。「疲弊」または「無応答性」とは、細胞が通常の入力シグナルに応答してその通常の機能または活性を行わない状態を指し、活性化受容体またはサイトカインを介した刺激などの刺激に対する免疫細胞の不応性を含む。そのような機能または活性としては、増殖もしくは細胞分裂、細胞周期の開始、サイトカイン産生、細胞傷害、トラフィッキング、食作用活性、またはそれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない。通常の入力シグナルとしては、受容体(例えば、T細胞受容体、B細胞受容体、共刺激受容体など)を介した刺激を挙げることができるが、これに限定されない。
疲弊免疫細胞は、細胞傷害活性、サイトカイン産生、増殖、トラフィッキング、食作用活性、またはそれらの任意の組合せが、対応する同じ種類の対照免疫細胞と比べて少なくとも10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、99%、またはそれよりも多く低減している場合がある。一実施形態では、疲弊している細胞は、CD8+T細胞(例えば、抗原特異的なエフェクターCD8+T細胞)である。CD8細胞は通常、IL−2などのサイトカインに応答するほか、T細胞受容体および/または共刺激受容体による刺激に応答して増殖する(例えば、クローン的に拡大する)。したがって、疲弊CD8 T細胞とは、通常の入力シグナルに応答して増殖および/またはサイトカインの産生を行わないものである。エフェクター機能の疲弊は、いずれは末期疲弊または完全疲弊、そして最終的には欠失に至る、いくつかの段階に従って表現されうることが周知である(Yiら(2010年)、Immunol.、129巻:474〜481頁;WherryおよびAhmed(2004年)、J. Virol.、78巻:5535〜5545頁)。第1の段階では、機能的T細胞が、IL−2産生の喪失、TNFα産生の低減、ならびに増殖能および/またはex vivo溶解能力の低減を含む、エフェクター機能のサブセットの喪失によって特徴付けられる「部分的疲弊I」期に入る。第2の段階では、部分的に疲弊したT細胞が「部分的疲弊II」期に入り、抗原刺激後にIL−2およびTNFα両方の産生が終わり、IFNγ産生が低減する。「完全疲弊」または「末期疲弊」は、抗原刺激後に、IL−2、TNFα、およびIFNγの産生の欠如、ならびにex vivo溶解能力および増殖ポテンシャルの喪失を含め、CD8+T細胞が全てのエフェクター機能を喪失すると起こる。完全に疲弊したCD8+T細胞とは、通常の入力シグナルに応答して、増殖、標的細胞の溶解(細胞傷害)、および/またはIL−2、TNFα、もしくはIFNγなどの適切なサイトカインの産生を行わないものである。このようなエフェクター機能の欠如は、抗原負荷が高く、かつ/またはCD4の助けが少ないときに起こりうる。この階層的な機能喪失は、例えばPD−1、TIM−3、LAG−3などの共阻害分子(co−inhibitor)免疫受容体の発現にも関連している(Dayら(2006年)、Nature、443巻:350〜4頁;Trautmannら(2006年)、Nat. Med.、12巻:1198〜202頁;およびUrbaniら(2006年)、J. Virol.、80巻:1398〜1403頁)。末期疲弊T細胞のマーカーとしてのエオメソデルミン(EOMES)の高発現およびTBETの低発現など、他の分子マーカーも免疫細胞疲弊の階層的段階を区別する(Paleyら(2012年)、Science、338巻:1220〜1225頁)。疲弊T細胞のさらなるマーカーには、Bcl−bの低減およびBLIMP−1(Pdrm1)の産生増加などがある。
加えて、Tregおよび/またはTeffは、単一源または複数源(例えば、単一の対象または複数の対象)から得ることができる。複数とは、少なくとも2つ(例えば、1つより多く)を指す。さらに別の実施形態では、非ヒト哺乳動物はマウスである。目的の細胞型が得られる動物は、成体、新生児(例えば、生後48時間未満)、発育中、または子宮内のものであってもよい。目的の細胞型は、初代細胞、幹細胞、樹立がん細胞株、不死化初代細胞などでありうる。
ある特定の実施形態では、目的のT細胞は、特定源から得ることができる。例えば、免疫障害の哺乳類動物モデルを目的のT細胞の源として使用してもよい。別の例では、宿主対象の免疫系を改変ないしは選出して、移植細胞と免疫学的適合性があるようにすることができる。例えば、一実施形態では、対象は、ヒト細胞と適合性になるように「ヒト化」されうる。「免疫系ヒト化」という用語は、ヒトのHSC系列細胞ならびにヒトの獲得免疫細胞および自然免疫細胞を含むマウスなどの動物が、宿主動物に拒絶されることなく生存することにより、ヒトの造血発生ならびに獲得免疫および自然免疫の両方が宿主動物において再構成可能になることを指す。獲得免疫細胞は、T細胞およびB細胞を含む。自然免疫細胞は、マクロファージ、顆粒球(好塩基球、好酸球、および好中球)、DC、NK細胞およびマスト細胞を含む。代表的な非限定的例としては、SCID−hu、Hu−PBL−SCID、Hu−SRC−SCID、NSG(NOD−SCID IL2r−ガンマ(ヌル)は、自然免疫系、B細胞、T細胞、およびサイトカインシグナル伝達を欠く)、NOG(NOD−SCID IL2r−ガンマ(短縮型))、BRG(BALB/c−Rag2(ヌル)IL2r−ガンマ(ヌル))、およびH2dRG(Stock−H2d−Rag2(ヌル)IL2r−ガンマ(ヌル))マウス(例えば、Shultzら(2007年)、Nat.Rev. Immunol.、7巻:118頁;Pearsonら(2008年)、Curr. Protocol. Immunol.、15巻:21頁;Brehmら(2010年)、Clin. Immunol.、135巻:84〜98頁;McCuneら(1988年)、Science、241巻:1632〜1639頁、米国特許第7,960,175号、および米国特許公開第2006/0161996号を参照されたい)、ならびにRag1(B細胞およびT細胞を欠く)、Rag2(B細胞およびT細胞を欠く)、TCRアルファ(T細胞を欠く)、パーフォリン(cD8+T細胞は細胞傷害機能を欠く)、FoxP3(機能的CD4+調節性T細胞を欠く)、IL2rg、またはPrflなどの免疫関連遺伝子の関連するヌル変異体、ならびにPD−1、PD−L1、Tim3、および/または2B4の変異体またはノックアウトが挙げられ、ヒト免疫細胞の効率的な生着を可能にし、かつ/またはマウスなどの免疫低下動物のコンパートメント特異的モデルを提供する(例えば、PCT公開番号WO2013/062134を参照されたい)。加えて、NSG−CD34+(NOD−SCID IL2r−ガンマ(ヌル)CD34+)ヒト化マウスは、マウスなどの動物モデルにおいてヒト遺伝子および腫瘍活性を研究するために有用である。
本明細書で使用される場合、生物学的物質源から「得られる」とは、生物学的物質の源をドナーから採取または分割する任意の従来型方法を意味する。例えば、生物学的物質は、固形腫瘍、血液試料、例えば末梢血または臍帯血試料から得られても、骨髄または羊水などの別の体液から採取されてもよい。このような試料を得るための方法は、当業者には周知である。本発明では、試料は新鮮である(すなわち、冷凍することなくドナーから得られる)場合がある。さらに、試料をさらに操作して、拡大前に外来性または不要な成分を除去してもよい。試料はまた、貯蔵されたストックから得られてもよい。例えば、細胞株または末梢血もしくは臍帯血などの流体の場合、かかる細胞株または流体の低温貯蔵バンクまたはその他の貯蔵バンクから試料が引き出されてもよい。このような試料は、任意の好適なドナーから得ることができる。
周知の免疫細胞の特徴を使用して、目的のT細胞を精製、濃縮、および/または単離することができる。「濃縮T細胞」とは、他の細胞および/またはT細胞に対して所望されるT細胞集団(例えば、本発明の操作T細胞)を、組成物中の所望されるT細胞の他の細胞に対する比が、少なくとも1:2、1:1.9、1:1.8、1:1.7、1:1.6、1:1.5、1:1.4、1:1.3、1:1.2、1:1.1、1:1、1:0.9、1:0.8、1:0.7、1:0.6、1:0.5、1:0.4、1:0.3、1:0.2、1:0.1、もしくはそれよりも高い、またはその間の任意の範囲もしくはその間の任意の値となるような割合で含む、組成物を指す。このような比は、T細胞を含む組成物を様々な方法論により精製することによって実現されうる。例えば、Tregの精製は、CD8+およびCD19+の共枯渇(co−depletion)をCD25+細胞の正の選択と組み合わせて使用して行うことができる。このような濃縮Tregは、細胞マーカーおよび/または生存率という観点でさらに定義することができる。例えば、濃縮Treg細胞組成物は、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、99%超、またはそれよりも高い、またはその間の任意の範囲もしくはその間の任意の値の、全細胞生存率を有しうる。これは、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、99%超、またはそれよりも多く、またはその間の任意の範囲もしくはその間の任意の値の、CD4+CD25+細胞を含みうる。これは、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、99%超、またはそれよりも多く、またはその間の任意の範囲もしくはその間の任意の値の、FoxP3+細胞を含みうる。Tregは、本明細書に記述される任意の好適なルート、例えば注入によって投与されうる。Tregはまた、他の免疫調整剤の前に、それと同時に、またはその後に投与されてもよい。このような方法論および測定基準は、当技術分野で周知の方法を使用して、いかなる目的のT細胞集団にも適応されうる。
一実施形態では、フローサイトメトリーとも称される蛍光標識細胞分取(FACS)を使用して、様々な細胞集団を分取および分析する。細胞性マーカーまたは他の目的の特異的マーカーを有する細胞を、その細胞性マーカーに結合する抗体または典型的には抗体の混合物でタグ付けする。異なるマーカーを指向する各抗体を、検出可能な分子、特に、他の抗体と共役した他の蛍光染料から区別されうる蛍光染料にコンジュゲートする。蛍光色素を励起する光源に一連のタグ付けまたは「染色された」細胞を通過させ、細胞からの発光スペクトルを検出して、特定の標識抗体の存在を決定する。当技術分野ではマルチカラー蛍光細胞分取とも称される、異なる蛍光色素の同時検出により、異なる一組の細胞マーカーを提示する細胞を特定し、集団内の他の細胞から単離することができる。限定としてではなく例として、側方散乱(SSC)、前方散乱(FSC)、および生体染料染色(例えば、ヨウ化プロピジウムによるもの)を含む他のFACSパラメータは、サイズおよび生存率に基づく細胞の選択を可能にする。HSCおよび関連する系列細胞のFACS分取および分析は当技術分野で周知であり、例えば、米国特許第5,137,809号、同第5,750,397号、同第5,840,580号、同第6,465,249号;Manzら(2002年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、99巻:11872〜11877頁;およびAkashiら(2000年)、Nature、404巻:193〜197頁に記述されている。蛍光標識細胞分取に関する一般的指針は、例えば、Shapiro(2003年)、Practical Flow Cytometry、第4版、Wiley-Liss(2003年)およびOrmerod(2000年)、Flow Cytometry: A Practical Approach、第3版、Oxford University Pressに記述されている。
有用な細胞集団を単離する別の方法は、特異的な細胞表面マーカーと相互作用する抗体またはリガンドが結合する固体または不溶性の基質を用いる。免疫吸着技術では、抗体を含有する基質(例えば、ビーズのカラム、フラスコ、磁性粒子など)に細胞を接触させ、結合していない細胞を全て除去する。免疫吸着技術は、臨床的採取において多数の細胞を直接扱うようにスケールアップしてもよい。好適な基質は、限定としてではなく例として、プラスチック、セルロース、デキストラン、ポリアクリルアミド、アガロース、および当技術分野で公知の他のもの(例えば、Pharmacia Sepharose 6MBマクロビーズ)を含む。磁性または常磁性のビーズを含む固体基質を使用した場合、ビーズに結合した細胞は、磁性分離器によって容易に単離されうる(例えば、KatoおよびRadbruch(1993年)、Cytometry、14巻:384〜92頁)。親和性クロマトグラフィー細胞分離は、表面に選択的リガンドが固定化された支持体に細胞の懸濁液を通すことを典型的に含む。リガンドは、細胞上のその特異的標的分子と相互作用し、マトリックス上に捕捉される。結合した細胞は、カラムの泳動緩衝液への溶出剤の添加によって遊離し、遊離細胞がカラムを通して洗い流され、均質な集団として採取される。当業者には明らかであるように、吸着技術は、特異的抗体を用いるものに限定されず、非特異的な吸着を使用する場合がある。例えば、シリカへの吸着は、細胞調製物から食細胞を除去するための単純な手順である。
FACSおよびほとんどのバッチ式免疫吸着技術は、正の選択および負の選択両方の手順に適応されうる(例えば、米国特許第5,877,299号を参照されたい)。正の選択では、所望の細胞を抗体で標識し、残りの未標識/不要な細胞から除去する。負の選択では、不要な細胞を標識して除去する。用いることのできる負の選択の別の種類は、不要な細胞を除去するための抗体/補体処置または免疫毒素の使用である。
細胞の精製または単離は、上述の方法の組合せも含むことを理解されたい。典型的な組合せは、不要な細胞および細胞物質の大部分を除去するのに有効な初期手順、例えば白血球除去を含みうる。第2のステップは、前駆細胞集団のうちの1つまたは複数に一般的なマーカーを発現する細胞の、基質に結合した抗体の免疫吸着による単離を含みうる。所望される細胞の実質的に純粋な集団を得るために、一組の特異的細胞性マーカーに対する抗体を用いたFACS分取など、異なる細胞型の分解能を上昇させるさらなるステップを使用してもよい。
目的の細胞は、本発明に従って遺伝子修飾することができ、ここで生物または細胞のゲノムは、本発明のバイオマーカーの発現および/または活性を修飾するように操作されうる。本発明による「操作T細胞」は、例えば、ゲノム領域を含むように遺伝子修飾された目的のT細胞であって、ゲノム領域が、1)少なくとも1つの遺伝子の遺伝子発現を調節し、2)哺乳動物由来の目的のT細胞(例えば、哺乳動物由来の疲弊CD8+T細胞)のゲノム内で選択的にクロマチン接近可能であり、ゲノム領域が遺伝子修飾されており、遺伝子修飾が少なくとも1つの遺伝子の発現を調整する、目的のT細胞である。例えば、CD8+T細胞は、実施例に記述される疲弊CD8+T細胞において選択的にクロマチン接近可能である疲弊CD8+T細胞選択的なPD−1ゲノム遺伝子発現エンハンサー、または別の哺乳動物におけるそのオルソログを修飾する(例えば、欠失させる)ことにより、疲弊CD8+T細胞により高レベルで発現されるPD−1の発現および/または活性を調整するために、組換え技術を使用して遺伝子修飾されていてもよい。
一実施形態では、遺伝子修飾は、ゲノム遺伝子の発現調節領域の全てまたは一部分の欠失である。欠失は、それ自体における欠失であってもよいし、または遺伝子修飾前のゲノム遺伝子の発現調節領域内に存在しない配列を挿入することによる事実上の欠失であってもよい。実施例に記述されるように、転写因子はクロマチン接近可能なゲノム遺伝子の発現調節領域に結合することが公知であり、この領域またはその一部分の実際の欠失または推定的欠失は、転写因子が目的の遺伝子に結合し、その遺伝子発現調節を媒介する能力を妨害する。この領域のいかなる部分の欠失も、目的の遺伝子の遺伝子発現調節を調整すると考えられている。後述されるように、遺伝子修飾によりもたらされる遺伝子発現調整量を決定するためのアッセイは、当技術分野において日常的である。エンハンサーゲノム領域の欠失は目的の遺伝子の転写を低減させるが、サプレッサーゲノム領域の欠失は目的の遺伝子の転写を増加させる。同様に、エンハンサーゲノム領域を安定化させるゲノム修飾、例えば、転写因子結合モチーフの配列を最適化することによる転写因子との接触点の強化は、エンハンサーゲノム領域では目的の遺伝子の転写を低減させ、サプレッサーゲノム領域においては目的の遺伝子の転写を減少させる。
ゲノム編集方法は当技術分野で周知である。例えば、ターゲティングによる、またはターゲティングによらない遺伝子ノックアウト法を使用して、例えば、対象への注入の前に対象のTregをex vivoで組換え操作することができる。例えば、レトロウイルス挿入、人工染色体技術、遺伝子挿入、組織特異的プロモーターを用いたランダム挿入、遺伝子ターゲティング、転位エレメント、および/または外来DNAの導入もしくは修飾DNA/修飾核DNAの産生のための任意の他の方法を使用して、欠失、挿入、および/または変異によってゲノム内の標的DNAを操作することができる。
他の修飾技術は、ゲノムからDNA配列を欠失させること、および/または核DNA配列を変化させることを含む。例えば、相同組換えを使用した部位指向性変異誘発により、核DNA配列を変化させてもよい。このような方法は一般に、本発明の組換え発現ベクターが導入された宿主細胞を使用する。「宿主細胞」および「組換え宿主細胞」という用語は、本明細書では互換的に使用される。これらの用語は、特定の対象細胞のみならず、このような細胞の子孫または潜在的な子孫も指すものと理解される。ある特定の修飾は変異あるいは環境的影響に起因して後の世代で生じうるため、このような子孫は実際には親細胞と同一でない場合があるが、それでも、本明細書で使用されるこの用語の範囲内に含まれる。ベクターDNAは、従来型の形質転換またはトランスフェクション技術により、原核細胞または真核細胞に導入することができる。
本明細書で使用される「形質転換」および「トランスフェクション」という用語は、リン酸カルシウム共沈もしくは塩化カルシウム共沈、DEAE−デキストラン媒介性トランスフェクション、リポフェクション、または電気穿孔を含む、宿主細胞に外来核酸を導入するための当技術分野で認識されている多様な技術を指すことを意図する。宿主細胞の形質転換またはトランスフェクションを行うための好適な方法は、Sambrookら(上記)および他の実験室マニュアルに見出すことができる。哺乳動物細胞の安定なトランスフェクションでは、使用される発現ベクターおよびトランスフェクション技術に応じて、小さな割合の細胞のみが外来DNAをそれらのゲノムに統合されうることが公知である。これらの統合体を特定し選択するためには一般に、選択可能マーカー(例えば、抗生物質への抵抗性に関するもの)をコードする遺伝子が目的の遺伝子と共に宿主細胞に導入される。好ましい選択可能マーカーとしては、G418、ハイグロマイシン、およびメトトレキサートなどの薬物に対する抵抗性を与えるものが挙げられる。導入された核酸が安定にトランスフェクトされた細胞は、薬物選択によって特定することができる(例えば、選択可能マーカー遺伝子を組み込んだ細胞は生存するが、その他の細胞は死亡する)。
同様に、CRISPR−Cas系がゲノム核酸の正確な編集のために(例えば、非機能的変異またはヌル変異を作出するために)使用されうる。このような実施形態では、CRISPRガイドRNAおよび/またはCas酵素が発現されうる。例えば、ガイドRNAのみを含有するベクターを、Cas9酵素に対してトランスジェニックな動物または細胞に投与してもよい。同様の戦略を使用してもよい(例えば、デザイナージンクフィンガー、転写活性化因子様エフェクター(TALE)、またはホーミングメガヌクレアーゼ)。このような系は当技術分野で周知である(例えば、米国特許第8,697,359号;SanderおよびJoung(2014年)、Nat. Biotech.、32巻:347〜355頁;Haleら(2009年)、Cell、139巻:945〜956頁;KarginovおよびHannon(2010年)、Mol. Cell、37巻:7頁;米国特許公開第2014/0087426号および同第2012/0178169号;Bochら(2011年)、Nat. Biotech.、29巻:135〜136頁;Bochら(2009年)、Science、326巻:1509〜1512頁;MoscouおよびBogdanove(2009年)、Science、326巻:1501頁;Weberら(2011年)、PLoS One 6:e19722頁;Liら(2011年)、Nucl. Acids Res.、39巻:6315〜6325頁;Zhangら(2011年)、Nat. Biotech.、29巻:149〜153頁;Millerら(2011年)、Nat. Biotech.、29巻:143〜148頁;Linら(2014年)、Nucl. Acids Res.、42巻:e47頁を参照されたい)。このような遺伝子戦略は、当技術分野で周知の方法に従い、構成的発現系を使用する場合もあれば、誘導性発現系を使用する場合もある。
得られた細胞集団は、直接使用しても、後日使用するために冷凍してもよい。凍結保存のための多様な媒体およびプロトコールが当技術分野では公知である。一般に、冷凍媒体は、約5〜10%のDMSO、10〜90%の血清アルブミン、および50〜90%の培養培地を含む。細胞を貯蔵するために有用な他の添加物は、限定としてではなく例として、トレハロースなどの二糖類(Scheinkonigら(2004年)、Bone Marrow Transplant.、34巻:531〜536頁)、またはヘタスターチ(すなわち、ヒドロキシエチルデンプン)などの血漿増量剤を含む。一部の実施形態では、リン酸緩衝食塩水などの等張緩衝液を使用してもよい。例示的な凍結保存用組成物は、4%のHSA、7.5%のジメチルスルホキシド(DMSO)、および2%のヘタスターチを含む細胞培養培地を有する。凍結保存のための他の組成物および方法は当技術分野で周知であり、記述されている(例えば、Broxmeyerら(2003年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、100巻:645〜650頁を参照されたい)。細胞は、約−135℃未満の最終温度で貯蔵される。
IV. 遺伝子発現および操作T細胞の機能の分析
少なくとも1つの目的の遺伝子の遺伝子発現の調整、ならびにT細胞機能は、当技術分野で周知の方法に従い、また実施例に例示されるように決定することができる。例えば、T細胞活性、増殖、アポトーシス、サイトカイン産生レパートリー、細胞表面マーカー発現などが分析されうる。さらに、リンパ球サブセットの表現型分析、免疫応答の低減につながる免疫調整の機能的アッセイ、血漿サイトカインなどが、本明細書にさらに記述されるように分析されうる。特に、免疫応答、転移、疾患寛解、疾患再発、腫瘍再発、死、自己免疫、アレルギー(例えば、喘息、アトピー性皮膚炎、アレルギー性結膜炎、花粉アレルギー、食物アレルギーなど)、ワクチン接種応答、免疫耐性、免疫疲弊、免疫記憶、免疫学的エピトープ応答、サイトカイン応答、細胞の相対的表示、遺伝的摂動、および/または他の免疫効果の調整といった、本明細書に記述される方法の結果を決定するための方法は、当技術分野で周知であり、本明細書に記述されるとおりである。例えば、標的核酸遺伝子発現および/または目的の配列の決定は、当技術分野で公知の多様な配列決定方法を使用して行うことができる。好ましい実施形態では、特定の遺伝的摂動は、核酸またはその産物(例えば、mRNA)の測定によって特徴付けられる。マーカー発現は多様な方法でモニタリングすることができ、その方法にはmRNAレベル、タンパク質レベル、またはタンパク質活性を検出することが含まれ、これらはいずれも標準的な技術を使用して測定されうる(例えば、Ausubelら編、Current Protocols in Molecular Biology、John Wiley & Sons、New York、1987〜1999年を参照されたい)。検出は、遺伝子発現レベル(例えば、ゲノムDNA、cDNA、mRNA、タンパク質、または酵素の活性)の数量化を含む場合もあれば、代替的に、遺伝子発現レベルの、特に対照レベルと比較した定性的査定である場合もある。検出されているレベルの種類は文脈から明らかであろう。様々な増幅法および検出法を使用してもよい。例えば、mRNAをcDNAに逆転写した後にポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)を用いること、または、米国特許第5,322,770号に記述されるように両方のステップに単一の酵素を使用すること、または、mRNAをcDNAに逆転写した後に対称ギャップリガーゼ連鎖反応(RT−AGLCR)、リアルタイムPCR、NASBA、リガーゼ連鎖反応(Barany、1991年、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、88巻:189〜193頁)、自家持続配列複製(Guatelliら、1990年、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、87巻:1874〜1878頁)、転写増幅系(Kwohら、1989年、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、86巻:1173〜1177頁)、Q−ベータレプリカーゼ(Lizardiら、1988年、Bio/Technology、6巻:1197頁)、ローリングサークル複製(Lizardiら、米国特許第5,854,033号)、標的媒介増幅、自家持続配列複製(SSR)、転写増幅などを用いることは、本発明の範囲内である。当技術分野の現状において、遺伝子発現の絶対的レベルおよび相対的レベルを決定するための多くの技術が公知であり、本発明において使用するのに好適な一般的に使用される技術は、in situハイブリダイゼーション、マイクロアレイ、チップアレイ、遺伝子発現連続解析(SAGE)、ノーザン分析、RNアーゼ保護アッセイ(RPA)、マイクロアレイおよびPCRに基づく技術、例えば定量的PCRおよびディファレンシャルディスプレイPCRを含む。例えば、ノーザンブロッティングは、変性アガロースゲルでRNAの調製物を泳動させ、活性化セルロース、ニトロセルロース、またはガラスもしくはナイロン膜などの好適な支持体にそれを移すことを含む。次いで、放射標識したcDNAまたはRNAを調製物とハイブリダイズさせ、洗浄し、オートラジオグラフィによって分析する。
ある特定の実施形態では、核酸の検出は、ハイブリダイゼーションによる配列決定(SBH:sequencing by hybridization)、ライゲーションによる配列決定(SBL:sequencing by ligation)、定量的増分蛍光ヌクレオチド付加配列決定(QIFNAS:quantitative incremental fluorescent nucleotide addition sequencing)、段階的ライゲーションおよび切断、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)、分子ビーコン、TaqMan(登録商標)レポータープローブ消化、パイロシークエンシング、蛍光in situ配列決定(FISSEQ:fluorescent in situ sequencing)、FISSEQビーズ(米国特許第7,425,431号)、ゆらぎ配列決定(wobble sequencing)(PCT/US05/27695)、マルチプレックス配列決定(2008年2月6日出願の米国特許出願第12/027,039号;Porrecaら(2007年)、Nat. Methods、4巻:931頁)、重合コロニー(POLONY)配列決定(米国特許第6,432,360号、同第6,485,944号、および同第6,511,803号、ならびにPCT/US05/06425);ナノグリッドローリングサークル配列決定(ROLONY)(2008年5月14日出願の米国特許出願第12/120,541号)、対立遺伝子特異的オリゴライゲーションアッセイ(例えば、オリゴライゲーションアッセイ(OLA)、ライゲーションされた線形プローブおよびローリングサークル増幅(RCA)の読み取りを使用した単一鋳型分子OLA、ライゲーションされたパッドロックプローブ、ならびに/またはライゲーションされた環状パッドロックプローブおよびローリングサークル増幅(RCA)の読み取りを使用した単一鋳型分子OLA)などを含むがこれらに限定されない方法を使用して達成されうる。ハイスループット配列決定法、例えば、Roche 454、Illumina SolexaまたはMiSeqもしくはHiSeq、AB−SOLiD、Helicos、Polonatorプラットフォームなどのプラットフォームを使用した環式アレイ配列決定でのハイスループット配列決定法も、利用することができる。ハイスループット配列決定法は、2009年3月24日出願の米国特許出願第61/162,913号に記述されている。多様な光に基づく配列決定技術が当技術分野で公知である(Landegrenら(1998年)、Genome Res.、8巻:769〜76頁;Kwok(2000年)、Pharmocogenom.、1巻:95〜100頁;およびShi(2001年)、Clin. Chem.、47巻:164〜172頁)(例えば、米国特許公開第2013/0274117号、同第2013/0137587号、および同第2011/0039304号を参照されたい)。
同様に、目的のポリペプチドおよび/または細胞は、フローサイトメトリー、蛍光標識細胞分取(FACS)、蛍光顕微鏡法、検出可能細胞バーコード技術(detectable cell barcode technology)(米国特許公開第2011/0263457号)、免疫拡散法、免疫電気泳動、ラジオイムノアッセイ(RIA)、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)、免疫蛍光アッセイ、ウェスタンブロッティング、結合剤−リガンドアッセイ、免疫組織化学技術、凝集、補体アッセイ、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、薄層クロマトグラフィー(TLC)、超拡散(hyperdiffusion)クロマトグラフィーなどを含むがこれらに限定されない、当技術分野で周知の多くの方法に従って区別することができる(例えば、参照により組み込まれている、「Basic and Clinical Immunology」、SitesおよびTerr編、Appleton and Lange、Norwalk、Conn.、217〜262頁、1991年)。抗体を1つのエピトープまたは複数のエピトープと反応させ、標識されたポリペプチドまたはその誘導体を競合的に転置することを含む、結合剤−リガンドイムノアッセイ法が好ましい。
加えて、操作T細胞のT細胞機能は、実施例にさらに記述されるように、当技術分野で周知の方法に従って査定することができる。例えば、操作T細胞は、活性化に関するT細胞活性、応答性、および/または能力もしくは受容性の増加につながる所与の処置または一組の状態を指す、「低減した疲弊」または「低減した無応答性」について査定されうる。T細胞活性は、T細胞とリコール抗原、共刺激の非存在下の抗CD3、および/またはイオノマイシンを接触させることによって測定することができる。また、T細胞の増殖は、例えば、H−チミジン組み込みアッセイまたは細胞数によりアッセイされた関連性のある抗原の存在下で測定されうる。関連性のある抗原への曝露後のT細胞活性化のマーカーはまた、例えば、T細胞活性化を示す細胞表面マーカー(例えば、CD69、CD30、CD25、およびHLA−DR)および/またはT細胞疲弊を示す細胞表面マーカーのフローサイトメトリー分析によってアッセイすることができる。一部の実施形態では、アッセイは、例えば免疫細胞をin vivoで抗原チャレンジすることによるin vivoアッセイでありうる。例えば、TCRトランスジェニックおよび他のトランスジェニックマウスのT細胞の均質集団を発現する動物モデル、例えば、H−Y抗原TCRトランスジェニック;ハトチトクロムC抗原TCRトランスジェニック;またはヘマグルチニン(HA)TCRトランスジェニックは、移入されるT細胞によって認識される抗原を構成的に発現する宿主に移入されうる。このようなモデルでは、レシピエントマウスにより構成的または誘導的に発現される抗原に特異的なTCRを発現するT細胞は、典型的には、即時拡大および増殖期に続いて無応答性期間に入るが、これは、抗原が除去されたとき、および/または抗原発現が阻害されたときに逆転する。したがって、T細胞がアッセイにおいて(例えば、免疫調整剤のさらなる処置ありまたはなしで)対照T細胞よりも著しく増殖または拡大したり、サイトカイン活性を示したりすれば、T細胞疲弊は低減している。このような増殖の測定は、抗原を発現するレシピエント動物に移入される前の増殖の追跡を可能にするBrDU、CFSE、もしくは別の生体内染料で標識されたT細胞、またはサイトカインレポーターT細胞を使用してin vivoで行ってもよいし、あるいは、細胞増殖および/またはサイトカイン産生を分析するためのex vivo法、例えばチミジン増殖アッセイ、ELISA、サイトカインビーズアッセイなどを使用して行ってもよい。さらに、免疫細胞疲弊の低減は、腫瘍浸潤リンパ球または確立した腫瘍から流れ出るリンパ節内のTリンパ球の検査により査定することができる。このようなT細胞は、例えば、上述の免疫阻害性受容体などの細胞表面分子の発現および上述のものなどのサイトカインの分泌減少による疲弊の特色を呈する。したがって、例えば、1)(例えば、腫瘍関連ペプチドを含有する主要組織適合抗原クラスIまたはクラスIIの四量体によって決定される)腫瘍関連抗原に対する抗原特異性を有するT細胞の分量および/または活性の増加が観察され、かつ/または2)高レベルの適切なサイトカインおよび細胞溶解性エフェクター分子、例えばグランザイムBを分泌する能力があるT細胞の分量および/または活性の増加が観察されれば、T細胞疲弊は低減している。
V. 対象のT細胞疲弊を調整し免疫障害を処置する治療法
本明細書では、1)少なくとも1つの遺伝子の遺伝子発現を調節し、かつ2)哺乳動物由来の疲弊CD8+T細胞のゲノム内に存在するゲノム領域を含むように、T細胞を遺伝子操作することであって、ゲノム領域が遺伝子修飾されており、遺伝子修飾が少なくとも1つの遺伝子の発現を調整するように、遺伝子操作することが明示される。このようなT細胞疲弊状態特異的な遺伝子発現の調整は、T細胞疲弊を調整(例えば、防止または逆転)しうる。T細胞疲弊の調整は、対象の免疫障害を処置するために使用することができる。遺伝子操作T細胞は、単独で使用されても、あるいは抗体、小分子、ペプチド、ペプチド模倣薬、天然リガンド、低分子非コードRNA、例えばmiRNA、プレmiRNA、プリmiRNA、miRNA*、抗miRNA、miRNA結合部位など、RNA干渉、アンチセンス、核酸アプタマー、リボザイムなどを含む、本明細書に記述される他のT細胞疲弊および/または免疫障害調整剤と組み合わせて使用されてもよい。
a. 対象
一実施形態では、対象は哺乳動物(例えば、マウス、ラット、霊長類、非ヒト哺乳動物、ならびにイヌ、ネコ、ウシ、およびウマなどの家畜)であり、好ましくはヒトである。成体の対象のほか、小児の対象も想定される。小児対象は、本明細書に記述されるように処置されるほか、最大で成体の対象に使用される用量の治療剤を使用して処置されてもよい。一部の実施形態では、対象は、免疫障害のマウスモデルなど、目的の障害の動物モデルを提示する哺乳動物である。
本発明の方法の別の実施形態では、対象は、抗免疫障害療法などの処置を受けたことがない。さらに別の実施形態では、対象は、このような処置を受けたことがある。なおも別の実施形態では、対象は、免疫適格性または免疫不適格性である。
「免疫適格性(応答性)」対象とは、抗原への曝露後に通常または所望の免疫応答を確立するのに要求される免疫細胞および免疫機能を含む対象である。一実施形態では、免疫適格性対象は、完全にインタクトな免疫系を有する野生型対象である。別の実施形態では、免疫適格性対象は、完全にインタクトであるが成熟中の免疫系を有する野生型対象(例えば、若年対象)である。さらに別の実施形態では、免疫適格性対象は、免疫系(例えば、獲得対自然および/または液性対細胞傷害性)の特異的なアームを使用して免疫応答を媒介するために要求されるインタクトな免疫系を有する。
「免疫不適格性」対象とは、1つもしくは複数の免疫細胞型を欠いているか、または抗原への曝露後に少なくとも1つの免疫応答の通常もしくは所望のレベルを確立するその免疫機能を欠いている対象である。免疫不適格性対象は、日和見感染、例えばウイルス、真菌、原虫、または細菌への感染、プリオン病、およびある特定の新生物の影響をより受けやすい。「免疫不全」対象とは、例えば重症複合免疫不全症(SCID)マウスの場合にそうであるように、自然の宿主免疫応答をしかけることができない対象である。「免疫低下」対象は、免疫適格性対象と比べて少なくとも1つの免疫学的機能が実質的に低減している。いずれの場合においても、免疫学的機能および/もしくは細胞型の低減または非存在は、多くの異なる周知の方式から生じうる。例えば、全ての免疫細胞およびそれらのあらゆる突起を生み出す造血幹細胞(HSC)は、発生、機能、分化、生存期間などにおいて悪影響を受ける場合がある。
免疫不適格性対象は、当技術分野で周知の多くの異なる方法において生成することができる。それらは、多数の組合せにおける様々なパラメータの機能および/または数を調整することから生じうる。例えば、所望の免疫不適格性をもたらすために、休止中、有糸分裂中、高分化型、有糸分裂後、未活性化型、活性化型などの免疫細胞集団が調整のためにターゲティングされうる。「休止」細胞とは、非複製状態にある非周期細胞を指す。休止細胞は活性化すると複製し分裂する能力を有しうるが、非周期細胞であるため不活発である。したがって、「休止」細胞は、分裂するよう刺激され、次いで不活発な非分裂期に戻るように操作された、単純に操作された免疫細胞ではない。休止細胞は「ナイーブ」である場合があり、これは、それらが骨髄で分化し、胸腺内で正の選択および負の選択を受けることに成功し、成熟しているが活性化されておらず、メモリー細胞ではない免疫細胞であることを意味する。ナイーブT細胞は一般的に、L−セレクチン(CD62L)の表面発現;活性化マーカー、CD25、CD44、またはCD69の非存在;およびメモリーCD45ROアイソフォームの非存在によって特徴付けられる。それらはまた、IL−7受容体−αのCD127、および共通γ鎖のCD132のサブユニットからなる、機能的IL−7受容体を発現する。ナイーブ状態において、T細胞は、不活発で非分裂性であり、恒常的生存機構のために共通ガンマ鎖サイトカインであるIL−7およびIL−15を要求すると考えられている。対照的に、活性化T細胞は、表面マーカーであるCD25、CD44、CD62Llow、およびCD69を発現するか、またはそれらの発現を上方制御し、メモリーT細胞にさらに分化する場合がある。ナイーブB細胞は抗原に曝露されたことがないものであるが、これは、それらが抗体を分泌するメモリーB細胞または血漿細胞のいずれかになるためである。一実施形態では、休止細胞は繁殖状態または倍加状態に入るよう誘起されると「活性化」され、細胞周期、細胞分裂、または有糸分裂に入っている細胞を含みうる。別の実施形態では、休止細胞は、免疫応答を生成する高分化型の成熟免疫学的細胞の活性(例えば、T細胞またはB細胞機能)を開始する抗原またはサイトカインなどの外部シグナルに出会うと「活性化」される場合もある。
一実施形態では、かかる対象は、規定または未確定の遺伝子修飾によって得られる。このような遺伝子修飾の代表的な非限定的例は、免疫低下動物に関して上述されている。さらに、「重症複合免疫不全症(SCID)」という用語は、T細胞の非存在およびB細胞機能の欠如によって特徴付けられる状態を指す。遺伝子修飾により引き起こされるSCIDの一般的形態としては、IL2RG遺伝子におけるガンマ鎖遺伝子変異およびリンパ球表現型T(−)B(+)NK(−)により特徴付けられるX連鎖SCID;ならびにJak3遺伝子変異およびリンパ球表現型T(−)B(+)NK(−)、ADA遺伝子変異およびリンパ球表現型T(−)B(−)NK(−)、IL−7Rアルファ鎖変異およびリンパ球表現型T(−)B(+)NK(+)、CD3デルタまたはイプシロン変異およびリンパ球表現型T(−)B(+)NK(+)、RAG1/RAG2変異およびリンパ球表現型T(−)B(−)NK(+)、Artemis遺伝子変異およびリンパ球表現型T(−)B(−)NK(+)、CD45遺伝子変異およびリンパ球表現型T(−)B(+)NK(+)により特徴付けられる常染色体劣性SCIDが挙げられる。別の例では、免疫不全である遺伝子修飾された対象は、一般的にscid変異と称される重症複合免疫不全症変異、Prkdcscidを有する(例えば、Bosmaら(1989年)、Immunogenet.、29巻:54〜56頁を参照されたい)。scid変異に対してホモ接合性であるマウスは、機能的T細胞およびB細胞の非存在、リンパ球減少症、低グロブリン血症、および正常な造血性微小環境によって特徴付けられる。scid変異は、例えば、周知の方法を使用したscid変異のマーカーの検出により、検出されうる。
別の実施形態では、かかる対象は、免疫細胞機能または数の非遺伝的減耗(non−genetic ablation)によって得られる。他の薬剤を使用して、免疫細胞機能または数を減耗させてもよい。例えば、高周波電磁放射の致死量以下の照射または致死的な照射でそれらをコンディショニングしてもよい。放射線は、電離放射線でありうる。放射線療法は、ガンマ線、X線、またはプロトンビームであってもよい。放射線療法の例としては、外照射療法、放射性同位元素(I−125、パラジウム、イリジウム)の組織内移植、ストロンチウム−89などの放射性同位元素、胸部放射線療法、腹腔内P−32放射線療法、ならびに/または全腹部および骨盤放射線療法が挙げられるが、これらに限定されない。放射線療法の概説については、Hellman、Chapter 16: Principles of Cancer Management: Radiation Therapy、第6版、2001年、DeVitaら編、J. B. Lippencott Company、Philadelphiaを参照されたい。放射線療法は、外照射として施すことも、放射線が遠隔源から向けられる遠隔療法として施すこともできる。放射線処置はまた、内科療法として施すことも、放射能源が体内でがん細胞もしくは腫瘍塊の近くに配置される近接照射療法として施すこともできる。光感作薬、例えばヘマトポルフィリンおよびその誘導体、Vertoporfin(BPD−MA)、フタロシアニン、光感作薬Pc4、デメトキシ−ヒポクレリンA;ならびに2BA−2−DMHAの投与を含む、光線力学的療法の使用も包含される。
同様に、免疫細胞機能または数の非遺伝的減耗は、ブスルファンまたはナイトロジェンマスタードなどの放射線様作用薬での処置によってもたらされうる。他の免疫細胞 細胞減少薬としては、とりわけ、シクロホスファミド、イホスファミド、エトポシド、シトシンアラビノシド、カルボプラチン、および他の化学療法剤が挙げられる(Montilloら(2004年)、Leukemia、18巻:57〜62頁;Dasguptaら(1996年)、J. Infusional Chemother.、6巻:12頁;およびWrightら(2001年)、Blood、97巻:2278〜2285頁)。他のクラスの細胞減少薬としては、次の化合物群:白金化合物、細胞傷害性抗生物質、代謝拮抗薬、有糸分裂阻害剤、アルキル化剤、ヒ素化合物、DNAトポイソメラーゼ阻害剤、タキサン、ヌクレオシド類似体、植物アルカロイド、および毒素の中から選択されるもの;ならびにそれらの合成誘導体が挙げられるが、これらに限定されない。例示的な化合物としては、アルキル化剤:シスプラチン、トレオスルファン、およびトロホスファミド;植物アルカロイド:ビンブラスチン、パクリタキセル、ドセタキセル(docetaxol);DNAトポイソメラーゼ阻害剤:テニポシド、クリスナトール、およびマイトマイシン;葉酸代謝拮抗薬:メトトレキサート、ミコフェノール酸、およびヒドロキシ尿素;ピリミジン類似体:5−フルオロウラシル、ドキシフルリジン、およびシトシンアラビノシド;プリン類似体:メルカプトプリンおよびチオグアニン;DNA代謝拮抗薬:2’−デオキシ−5−フルオロウリジン、アフィディコリングリシネート、およびピラゾロイミダゾール;および有糸分裂阻害剤:ハリコンドリン、コルヒチン、およびリゾキシンが挙げられるが、これらに限定されない。1つまたは複数の化学療法剤(例えば、FLAG、CHOP)を含む組成物も使用されうる。FLAGは、フルダラビン、シトシンアラビノシド(Ara−C)、およびG−CSFを含む。CHOPは、シクロホスファミド、ビンクリスチン、ドキソルビシン、およびプレドニゾンを含む。別の実施形態では、PARP(例えば、PARP−1および/またはPARP−2)阻害剤が使用され、このような阻害剤は当技術分野で周知である(例えば、オラパリブ、ABT−888、BSI−201、BGP−15(N−Gene Research Laboratories,Inc.);INO−1001(Inotek Pharmaceuticals Inc.);PJ34(Sorianoら、2001年;Pacherら、2002年b);3−アミノベンズアミド(Trevigen);4−アミノ−1,8−ナフタルイミド(Trevigen);6(5H)−フェナントリジノン(Trevigen);ベンズアミド(米国特許第Re.36,397号);およびNU1025(Bowmanら)。作用機構は一般に、PARPに結合しその活性を減少させるPARP阻害剤の能力に関連している。PARPは、ベータ−ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)のニコチンアミドおよびポリ−ADP−リボース(PAR)への変換を触媒する。ポリ(ADP−リボース)およびPARPはいずれも、転写、細胞増殖、ゲノム安定性、および発癌の調節に結びつけられている(Bouchard V. J.ら、Experimental Hematology、31巻、6号、2003年6月、446〜454頁(9段);Herceg Z.、Wang Z.-Q.、Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis、477巻、1号、2001年6月2日、97〜110頁(14段))。ポリ(ADP−リボース)ポリメラーゼ1(PARP1)は、DNA一本鎖破壊(SSB)の修復における重要な分子である(de Murcia J.ら、1997年、Proc Natl Acad Sci USA、94巻:7303〜7307頁;Schreiber V、Dantzer F、Ame J C、de Murcia G(2006年)、Nat Rev Mol Cell Biol、7巻:517〜528頁;Wang Z Qら(1997年)、Genes Dev、11巻:2347〜2358頁)。PARP1機能の阻害によるSSB修復のノックアウトは、相同指向(homology−directed)DSB修復に欠陥があるがん細胞の合成致死を誘起しうるDNA二本鎖破壊(DSB)を誘導する(Bryant H Eら(2005年)、Nature、434巻:913〜917頁;Farmer Hら(2005年)、Nature、434巻:917〜921頁)。
免疫細胞機能または数の非遺伝的減耗は、免疫系媒介細胞集団を枯渇させる抗体などの薬剤での処置、または免疫系媒介細胞集団を優先的に枯渇させる薬剤での処置によってもたらされうる(例えば、Hayakawaら(2009年)、Stem Cells、27巻:175〜182頁を参照されたい)。例えば、抗CD4抗体および抗CD8抗体を使用して、それぞれ、CD4+T細胞およびCD8+T細胞を中和および/または枯渇させることができる。同様に、抗CD3抗体は全てのT細胞を枯渇させるために使用することができ、抗B220抗体および/または抗CD19抗体は全てのB細胞を枯渇させるために使用することができ、抗CD11b抗体はマクロファージを枯渇させるために使用することができ、抗Ly−6G(Gr−1)抗体は単球および顆粒球を枯渇させるために使用することができ、抗NK1.1抗体はナチュラルキラー(NK)細胞を枯渇させるために使用することができる。
1つもしくは複数の免疫細胞型または機能の免疫不適格性を確認するためのアッセイもまた、当技術分野で周知である。細胞の分化能、ひいては免疫細胞集団の存在または非存在を決定することは、典型的には、様々な高分化型細胞への発達を許容する条件に細胞を曝露することにより実施される。これらの条件は一般に、骨髄またはリンパ系列の発達を許容する培養培地中のサイトカインと増殖因子の混合物を含む。コロニー形成培養アッセイは、限界希釈を介して細胞をin vitroで培養すること、およびそれらの継続的発達から生じる細胞の型を査定することに依拠する。この種類の一般的なアッセイは、サイトカインを補充したメチルセルロース培地に基づく(例えば、MethoCult、Stem Cell Technologies、Vancouver、CanadaおよびKennedyら(1997年)、Nature、386巻:488〜493頁)。造血性経路における分化を許容するサイトカインおよび増殖因子の製剤は、Manzら(2002年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、99巻:11872〜11877頁;米国特許第6,465,249号;およびAkashiら、Nature、404巻:193〜197頁に記載されている。サイトカインは、SCF、FLT−3リガンド、GM−CSF、IL−3、TPO、およびEPOを含む。別のin vitroアッセイは、典型的には造血発生を支援するためにストロマ細胞を使用する長期培養開始細胞(LTC−IC)アッセイである(例えば、Ploemacheら(1989年)、Blood、74巻:2755〜2763頁およびSutherlandら(1995年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、87巻:3745頁を参照されたい)。
対象の免疫不適格状態を決定するのに好適な別の種類のアッセイは、宿主動物への細胞のin vivo投与、および造血系の再増殖の査定に依拠する。レシピエントは、拒絶を制限するように免疫低下または免疫不全であり、同種または異種の細胞移植の受け入れを許容する。この種類の有用な動物系は、NOD/SCID(Pflumioら(1996年)、Blood、88巻:3731頁;Szilvassymら(2002年)、Methods in Molecular Medicineの「Hematopoietic Stem Cell Protocol」、Humana Press;Greinerら(1998年)、Stem Cells、16巻:166〜177頁;Piacibelloら(1999年)、Blood、93巻:3736〜3749頁)またはRag2欠損マウス(Shinkaiら(1992年)、Cell、68巻:855〜867頁)である。注入された細胞を起源とする細胞は、宿主動物の骨髄、脾臓、または血液から細胞を回収し、典型的にはFACS分析によって、特異的な細胞性マーカーを提示する細胞の存在を決定すること(すなわち、マーカー表現型決定)により査定される。移植細胞に特異的なマーカーの検出により、内在性細胞と移植細胞との区別ができるようになる。例えば、ヒト形態の細胞マーカー(例えば、HLA抗原)に対して特異的な抗体は、好適な免疫不全マウスに移植されると、ヒト細胞を特定する。
本発明の方法は、T細胞疲弊を防止するもしくは逆転させるため、免疫障害を処置するため、および/または本明細書に記述される遺伝子操作T細胞の投与に対するその応答性を決定するために使用されうる。活性化された免疫細胞の機能は、免疫細胞応答を下方制御すること、免疫細胞における特異的アネルギーを誘導すること、またはそれらの両方によって阻害されうる。
例えば、本発明の方法は、抗原とかかる方法の治療用組成物を共投与することにより特異的な抗原に対する耐性を誘導するために使用することができる。耐性は、特異的なタンパク質に対して誘導されうる。一実施形態では、アレルゲン(例えば、食物アレルゲン)に対する免疫応答、または免疫応答が望まれない外来タンパク質に対する免疫応答が阻害されうる。例えば、第VIII因子を頻繁に受ける患者は、この凝固因子に対する抗体を生成する。本発明の方法における組換え第VIII因子の共投与により(または第VIII因子への物理的連結、例えば、架橋により)、免疫応答の下方調整をもたらすことができる。同様の方式において、クローン除去の低減および/または疲弊(例えば、T細胞疲弊)の増加を誘導することができる。
免疫応答の下方制御は、限定されないが、造血幹細胞移植拒絶反応(例えば、移植片対宿主病(GVHD))、自己免疫疾患、例えば全身性エリテマトーデス、多発性硬化症、アレルギー、移植、過敏性応答、CD4+T細胞産生または機能の増加が要求される障害、ワクチン接種効率の改善が要求される障害、および調節性T細胞産生または機能の増加が要求される障害における、組織、皮膚、および他の固形臓器移植(例えば、腎臓、肝臓、心臓、および血管柄付複合組織移植)の状況を含む、本発明によるいくつかの他の「免疫障害」を処置するために有用である。例えば、免疫細胞機能の遮断は、組織移植における組織破壊の低減をもたらす。典型的に、組織移植において、移植片の拒絶は、それが免疫細胞により異物として認識された後、移植片を破壊する免疫反応によって開始される。移植前または移植時における本明細書に記述される薬剤の投与は、阻害シグナルの生成を促進しうる。さらに、阻害は、免疫細胞をアネルギー化することにより、対象の耐性を誘導するために十分である場合もある。長期耐性の誘導により、これらの遮断試薬の度重なる投与の必要性が回避される。
免疫応答の下方調整は、1型糖尿病(T1D)および多発性硬化症などの自己免疫疾患の処置においても有用である。多くの自己免疫障害は、自己組織に対して反応性があり、疾患の病理に関与するサイトカインおよび自己抗体の産生を促進する、免疫細胞の不適切な活性化の結果である。自己反応性免疫細胞の活性化の防止は、疾患の症状を低減または排除しうる。本明細書に記述される薬剤の投与は、疾患のプロセスに関与しうる自己抗体またはサイトカインの生成を防止するのに有用である。さらに、本発明の方法は、自己反応性免疫細胞の抗原特異的耐性を誘導することができ、これは疾患の長期緩和をもたらしうる。自己免疫障害の防止または軽減における試薬の有効性は、ヒト自己免疫疾患の十分に特徴付けられたいくつかの動物モデルを使用して決定することができる。例としては、マウス実験的自己免疫性脳炎、MRL/lpr/lprマウスまたはNZBハイブリッドマウスにおける全身性エリテマトーデス、マウス自己免疫コラーゲン関節炎、NODマウスおよびBBラットにおける真性糖尿病、ならびにマウス実験的重症筋無力症が挙げられる(例えば、Paul編、Fundamental Immunology、Raven Press、New York、第3版、1993年、第30章を参照されたい)。
免疫細胞活性化の阻害はまた、例えば、IgE産生の阻害によるアレルギーおよびアレルギー反応の処置において治療的に有用である。アレルギー反応は、アレルゲンの進入ルートおよびマスト細胞または好塩基球に対するIgEの沈着パターンに応じて、本質的に全身性である場合もあれば、局所的である場合もある。したがって、本発明の方法による、免疫細胞媒介性の(例えば、食物に対する)アレルギー応答の局所的または全身的な阻害。一実施形態では、アレルギーはアレルギー性喘息である。
免疫細胞活性化の阻害は、免疫細胞の寄生虫感染およびウイルス感染においても治療的に重要でありうる。例えば、後天性免疫不全症候群(AIDS)では、免疫細胞活性化によりウイルス複製が刺激される。これらの相互作用の調整は、ウイルス複製の阻害をもたらすことによりAIDSの経過を好転させうる。これらの相互作用の調整はまた、妊娠の維持を促進するのに有用でありうる。胚または胎児の免疫学的拒絶のために自然流産のリスクがある女性(例えば、自然流産を過去に経験した女性または妊娠困難の経験がある女性)を、これらの相互作用を調整する薬剤で処置してもよい。
本発明の方法による免疫応答の下方制御は、自己組織の自己免疫攻撃を処置するのに有用である場合もある。したがって、自己免疫障害などの自己免疫攻撃により増悪する状態、ならびに心疾患、心筋梗塞、および粥状動脈硬化などの状態を調整することは、本発明の範囲内である。
好ましい実施形態では、免疫障害は移植片対宿主病(例えば、慢性GVHD)である。多くの血液悪性腫瘍患者にとって、同種造血幹細胞移植(HSCT)が唯一の治癒の機会を提示する。残念ながら、大きな障壁が依然として存在し、中でも注目すべきは疾患再発およびGVHDである。HSCTを受けている患者の40%超が再発し、50%超は、かなりの罹患率および死亡率に関連する多系統の免疫兆候を伴う衰弱性状態であるcGVHDを発症する(Kahlら(2007年)、Blood、110巻:2744〜2748頁;Perez-Simonら(2008年)、Biol. Blood Marrow Transplant.、14巻:1163〜1171頁)。小児集団における発生率はこれより低いが、cGVHDは、HSCT後100日間を超えて生存する小児の20〜50%において生じ、依然として悪性疾患に関する同種HSCT後の非再発罹患率および死亡率の主因である(Bairdら(2010年)、Pediatr. Clin. North Am.、57巻:297〜322頁)。ドナー細胞媒介性免疫応答はGVLおよびGVHD反応の一因である。新たに生着したドナー免疫系による残存腫瘍細胞の認識および破壊が不十分であれば、患者の悪性腫瘍が再発し、宿主抗原に対する反応が制御されなければ、GVHDが生じる(Antin(1993年)、Blood、82巻:2273〜2277頁;Ferraraら(2009年)、Lancet、373巻:1550〜1561頁)。慢性GVHDの病理発生には、同種(ドナー/レシピエント多型)抗原および自己(ドナー/レシピエント非多型)抗原に対する炎症性T細胞応答およびB細胞応答が関与し、これは依然として同種HSCT後の一般的な問題および主要な治療上の課題であり、長期生存者は生活の質の低下および死亡率の増加を経験することが多い(Subramaniamら(2007年)、Leukemia、21巻:853〜859頁)。HCTのための幹細胞源として骨髄ではなく動員末梢血前駆細胞がますます使用されることにより、cGVHDの発生率は明らかに増加した(Cutlerら(2001年)、J. Clin. Oncol.、19巻:3685〜3691頁;Leeら(2007年)、Blood、110巻:4576〜4583頁)。鎌状赤血球貧血、免疫不全症、および先天性代謝疾患などの非悪性適応症のために同種HSCTがますます行われていることから、小児患者におけるcGVHDの発生率は上がると予想されている。成人および小児の両方において、cGVHDに関連する炎症性または線維性の変化は、最も一般的には皮膚、眼、口、肝臓、および気道に関与する。PD−1発現および/または阻害は、任意の養子細胞療法、例えば幹細胞療法、臓器移植などに先立って下方制御されうる。
対照的に、本発明は、例えばT細胞疲弊を防止または逆転させることにより免疫応答を増加させるための方法も提供する。免疫応答を上方制御する薬剤は、既存の免疫応答の増強または初期免疫応答の誘発という形態でありうる。したがって、本組成物および方法を使用して免疫応答を増強することは、がんを処置するために有用であるが、感染性疾患(例えば、細菌、ウイルス、または寄生虫)、寄生虫感染、および免疫抑制疾患の処置にも有用でありうる。
例示的な感染性障害としては、ヘルペスまたは帯状疱疹などのウイルス性皮膚疾患が挙げられ、この場合、かかる薬剤は皮膚に局所送達されうる。加えて、インフルエンザ、感冒、および脳炎などの全身性ウイルス疾患も、かかる薬剤の全身投与により軽減される場合がある。好ましい一実施形態では、本明細書に記述される免疫応答を上方制御する薬剤は、Trypanosoma cruzi感染症中にこの寄生虫に対する防御免疫応答を容易にするために、アルギナーゼ/iNOSのバランスを調整するのに有用である。
感染患者における免疫応答は、例えば、患者から免疫細胞を除去し、免疫細胞と本明細書に記述される薬剤をin vitroで接触させ、in vitroで刺激された免疫細胞を患者に再導入することによるex vivo手法によって、増強させることもできる。
b. 薬剤の投与
上述のように、本発明の調整方法は、T細胞を遺伝子操作して、ゲノム領域を調整することによりT細胞における少なくとも1つの遺伝子の発現を調整することを含み、ここでこのゲノム領域は、疲弊CD8+T細胞のゲノム内で選択的にクロマチン接近可能であり、ゲノム領域は少なくとも1つの遺伝子を調節する。操作T細胞は、in vitroで分析される場合も、ex vivoで分析される(すなわち、対象から単離し、in vivoの質を可能な限り保護するように設計された最低限の操作により対象の体外で操作することを、単独で、あるいは操作された細胞を対象に投与し戻すことと共に行う)場合もある。代替的に、操作T細胞は、T細胞疲弊を調整するため、および/または免疫障害を処置するために、上述の対象に投与されてもよい。
操作T細胞は対象宿主と免疫適合関係を有し、このような関係はいずれも、本発明による使用のために想定される。例えば、Tregおよび/またはTeffは同系でありうる。「同系」という用語は、特に抗原または免疫学的反応に関して遺伝学的に同一である同じ種に由来する状態、同じ種を起源とする状態、または同じ種のメンバーである状態を指す場合がある。これらは、マッチするMHC型を有する一卵性双生児を含む。したがって、「同系移植」とは、ドナーから、ドナーと遺伝学的に同一であるか、または望まれない有害な免疫原性応答(例えば、本明細書に記述される免疫学的スクリーン結果の解釈に反対するようなもの)を伴わずに移植を行うために十分な免疫学的適合性があるレシピエントへの、細胞の移入を指す。
移入細胞が同じ対象から得られ、同じ対象に移植される場合、同系移植片は「自己」でありうる。「自己移植」とは、対象自身の細胞または臓器の採取および再注入もしくは移植を指す。自己細胞の排他的または補足的な使用は、細胞を宿主に投与し戻すことの多くの有害作用、特に移植片対宿主反応を排除または低減しうる。
移入細胞が同じ種の異なるメンバーから得られ、同じ種の異なるメンバーに移植されるが、有害な免疫原性応答を回避するために十分にマッチする主要組織適合(MHC)抗原を有する場合、同系移植片は、「マッチ同種」でありうる。MHCミスマッチ度の決定は、当技術分野で公知であり使用されている標準的試験に従って達成されうる。例えば、ヒトのMHC遺伝子には移植生物学において重要なものと特定される少なくとも6つの主要カテゴリーがある。HLA−A、HLA−B、HLA−CはHLAクラスIタンパク質をコードし、HLA−DR、HLA−DQ、およびHLA−DPはHLAクラスIIタンパク質をコードする。これらの群のそれぞれにおける遺伝子は、ヒト集団に見出される多数のHLA対立遺伝子または変異形に反映されるように高度に多型性があり、これらの群における個体間の差違は、移植細胞に対する免疫応答の強度に関連している。MHCマッチ度を決定するための標準的方法では、HLA−B群およびHLA−DR群、またはHLA−A群、HLA−B群、およびHLA−DR群における対立遺伝子を検査する。したがって、それぞれ、2つまたは3つのHLA群における、少なくとも4つ、さらには5つまたは6つのMHC抗原について試験が行われる場合がある。血清学的MHC試験では、各HLA抗原型に対する抗体を1つの対象(例えば、ドナー)の細胞と反応させて、その抗体と反応するある特定のMHC抗原の存在または非存在を決定する。これを、他の対象(例えば、レシピエント)の反応性プロファイルと比較する。抗体とMHC抗原の反応は、典型的には、抗体を細胞と共にインキュベートし、次いで補体を添加して細胞溶解を誘導すること(すなわち、リンパ球毒性試験)によって決定される。この反応物を検査し、反応物中の溶解した細胞の量に従って段階分けする(例えば、MickelsonおよびPetersdorf(1999年)、Hematopoietic Cell Transplantation、Thomas, E. D.ら編、28〜37頁、Blackwell Scientific、Malden、Mass.を参照されたい)。他の細胞ベースのアッセイとしては、標識抗体を使用したフローサイトメトリーまたは酵素結合イムノアッセイ(ELISA)が挙げられる。MHC型を決定するための分子法は周知であり、一般に、HLAタンパク質をコードする特異的遺伝子配列を検出するために合成プローブおよび/またはプライマーを用いる。特定のHLA型に関連する制限断片長多型を検出するためのハイブリダイゼーションプローブとして合成オリゴヌクレオチドを使用してもよい(Vaughn(2002年)、Method. Mol. Biol. MHC Protocol、210巻:45〜60頁)。代替的に、プライマーをHLA配列の(例えば、ポリメラーゼ連鎖反応またはライゲーション連鎖反応による)増幅のために使用してもよく、その産物は、直接DNA配列決定、制限断片多型分析(RFLP)、または一連の配列特異的オリゴヌクレオチドプライマー(SSOP)を用いたハイブリダイゼーションによって、さらに検査してもよい(Petersdorfら(1998年)、Blood、92巻:3515〜3520頁;Morishimaら(2002年)、Blood、99巻:4200〜4206頁;および、MiddletonおよびWilliams(2002年)、Method. Mol. Biol. MHC Protocol、210巻:67〜112頁)。
典型的には近親交配により、移入細胞と対象の細胞とが、単一遺伝子座などの規定の遺伝子座において異なる場合、同系移植片は「類遺伝子性」でありうる。「類遺伝子性」という用語は、同じ種に由来すること、同じ種を起源とすること、または同じ種のメンバーであることを指し、ここで、このメンバーは、小さな遺伝子領域、典型的には単一遺伝子座(すなわち、単一の遺伝子)を除いては遺伝学的に同一である。「類遺伝子性移植」とは、ドナーからレシピエントへの細胞または臓器の移入で、レシピエントが単一遺伝子座を除いてはドナーと遺伝学的に同一であるものを指す。例えば、いくつかの対立遺伝子型のCD45が存在し、CD45.1またはCD45.2の対立遺伝子バージョンが発現されるかどうかに関して異なる類遺伝子性マウス株が存在する。
対照的に、「ミスマッチ同種」とは、有害な免疫原性応答を誘発するのに十分な規定数のMHC抗原の血清学的分析または分子分析など、当技術分野で使用される標準的アッセイによって典型的に決定した場合に、非同一の主要組織適合(MHC)抗原(すなわち、タンパク質)を有する、同じ種に由来すること、同じ種を起源とすること、または同じ種のメンバーであることを指す。「部分的ミスマッチ」とは、メンバー間、典型的にはドナーとレシピエントとの間の、試験されたMHC抗原の部分的なマッチを指す。例えば、「半ミスマッチ」とは、試験されたMHC抗原の50%が2つのメンバー間で異なるMHC抗原型を示すことを指す。「完全(fullまたはcomplete)」ミスマッチとは、試験された全てのMHC抗原が2つのメンバー間で異なることを指す。
同様に、対照的に、「異種」とは、例えば、ヒトおよび齧歯類、ヒトおよびブタ、ヒトおよびチンパンジーなどの異なる種に由来すること、異なる種を起源とすること、または異なる種のメンバーであることを指す。「異種移植」とは、ドナーからレシピエントへの細胞または臓器の移入で、レシピエントがドナーの種とは異なる種であるものを指す。
細胞ベースの薬剤に関して、操作T細胞は、対象の体重1キログラム当たり、0.1×10、0.2×10、0.3×10、0.4×10、0.5×10、0.6×10、0.7×10、0.8×10、0.9×10、1.0×10、5.0×10、1.0×10、5.0×10、1.0×10、5.0×10、またはそれよりも多く、またはその間の任意の範囲もしくはその間の任意の値の細胞を投与されうる。移植される細胞の数は、所与の期間中に所望される生着レベルに基づいて加減してよい。一般に、1×10〜約1×10個の細胞/体重1kg、約1×10〜約1×10個の細胞/体重1kg、または約1×10個の細胞/体重1kg、または必要に応じてそれよりも多くの細胞が移植されうる。一部の実施形態では、平均サイズのマウスに対して、合計で少なくとも約0.1×10、0.5×10、1.0×10、2.0×10、3.0×10、4.0×10、または5.0×10個の細胞の移植が有効である。
例えば、遺伝子操作T細胞、ならびに幹細胞、遺伝子操作T細胞、および通常のTregの養子細胞移入、遺伝子操作T細胞および細胞ベースのワクチン、CAR T細胞と組み合わせた遺伝子操作T細胞など、2つまたはそれよりも多くの細胞型を組み合わせ投与してもよい。例えば、養子細胞ベースの免疫療法を遺伝子操作T細胞と組み合わせてもよい。周知の養子細胞ベースの免疫療法様式は、限定されないが、自己または同種腫瘍細胞の照射、腫瘍溶解物またはアポトーシス性腫瘍細胞、抗原提示細胞ベースの免疫療法、樹状細胞ベースの免疫療法、養子T細胞移入、養子CAR T細胞療法、自己免疫増強療法(AIET)、がんワクチン、および/または抗原提示細胞を含む。このような細胞ベースの免疫療法は、1つまたは複数の遺伝子産物を発現して、免疫応答、例えばGM−CSFなどのサイトカインの発現をさらに調整するように、かつ/または腫瘍関連抗原(TAA)抗原、例えばMage−1、gp−100などを発現するように、さらに修正することができる。遺伝子操作T細胞の他の細胞型に対する比は1:1でありうるが、所望される任意の量で(例えば、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1、9:1、9.5:1、10:1、またはそれよりも高く)調整することができる。
移植細胞の生着は、例えば、限定されないが、腫瘍体積、サイトカインレベル、投与時間、移植後の1つまたは複数の時点で対象から得られた目的の細胞のフローサイトメトリー分析などの様々な方法のうちのいずれによって査定されてもよい。例えば、待機1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28日間の時間ベースの分析は、腫瘍採取の時間を示唆しうる。このような測定基準はいずれも、抗免疫障害療法への応答に対する変数の影響を決定するために周知のパラメータに従って加減することのできる変数である。加えて、移植細胞は、例えばサイトカイン、細胞外マトリックス、細胞培養支持体などの他の薬剤と共移植されてもよい。
加えて、本発明の免疫調整剤は、免疫細胞媒介性免疫応答を調整するために、医薬品の投与に好適な生物学的に適合性のある形態で対象に投与されるか、または別様に対象の身体外部に適用されてもよい。「in vivo投与に好適な生物学的に適合性のある形態」とは、治療効果がいかなる毒性効果をも上回る投与形態を意味する。「対象」という用語は、免疫応答が誘発されうる生きている生物、例えば、哺乳動物を含むよう意図される。対象の例としては、ヒト、イヌ、ネコ、マウス、ラット、およびそれらのトランスジェニック種が挙げられる。本明細書に記述される薬剤の投与は、治療活性量の薬剤を単独でまたは薬学的に許容される担体と組み合わせて含む、任意の薬理学的形態であってよい。
本発明の治療用組成物の治療活性量での投与とは、所望の結果を実現するのに必要な投与量および期間で有効な量として定義される。例えば、薬剤の治療活性量は、個体の疾患状態、年齢、性別、および体重、ならびに個体において所望の応答を誘発するペプチドの能力などの要因によって異なりうる。投与量レジメンは、最適な治療応答をもたらすように加減することができる。例えば、いくつかの分割用量を毎日投与してもよいし、または、治療状況の緊急事態によって示されるように用量を比例的に低減させてもよい。
併用剤形または単一の薬剤の同時投与は、患者体内に所望される調整剤のそれぞれが有効量で同時に存在することをもたらしうる。
投与は、当技術分野で一般に公知の方法を使用して達成することができる。細胞を含む薬剤は、直接注射によって、または、血管内投与、脳内投与、非経口投与、腹腔内投与、静脈内投与、硬膜外投与、脊髄内投与、胸骨内投与、関節内投与、滑液嚢内投与、くも膜下腔内投与、動脈内投与、心臓内投与、もしくは筋肉内投与を含むがこれらに限定されない、当技術分野で使用される任意の他の手段によって所望の部位に導入されてもよい。例えば、目的の対象に、様々なルートによって移植細胞を生着させることができる。かかるルートとしては、静脈内投与、皮下投与、特定の組織への投与(例えば、局所移植)、大腿骨骨髄腔への注射、脾臓への注射、胎児肝の腎被膜下投与などが挙げられるが、これらに限定されない。細胞は、1回の注入で投与されても、または所望の効果をもたらすのに十分な規定の期間にわたる連続的注入によって投与されてもよい。移植細胞の移植、生着査定、およびマーカー表現型決定分析のための例示的な方法は、当技術分野で周知である(例えば、Pearsonら(2008年)、Curr. Protoc. Immunol.、81巻:15.21.1〜15.21.21頁;Itoら(2002年)、Blood、100巻:3175〜3182頁;Traggiaiら(2004年)、Science、304巻:104〜107頁;Ishikawaら、Blood(2005年)106巻:1565〜1573頁;Shultzら(2005年)、J. Immunol.、174巻:6477〜6489頁;およびHolyoakeら(1999年)、Exp. Hematol.、27巻:1418〜1427頁を参照されたい)。
例えば、本明細書に記述される治療剤は、注射(皮下、静脈内など)、経口投与、吸入、経皮適用、または直腸投与などの簡便な方式で投与することができる。投与ルートに応じて、活性化合物は、酵素、酸、および化合物を不活性化しうる他の自然条件の作用から化合物を保護するための物質でコーティングされうる。例えば、非経口投与以外の薬剤の投与では、薬剤の不活性化を防止する物質で薬剤をコーティングすること、または薬剤をこの物質と共投与することが望ましい場合がある。
薬剤は、適切な担体、希釈剤、もしくはアジュバントにおいて個体に投与されても、酵素阻害剤と共投与されても、またはリポソームなどの適切な担体において投与されてもよい。薬学的に許容される希釈剤は、食塩水および緩衝水溶液を含む。アジュバントは、その最も広い意味で使用され、インターフェロンなどの任意の免疫刺激化合物を含む。本明細書において想定されるアジュバントは、レゾルシノール、非イオン性界面活性剤、例えばポリオキシエチレンオレイルエーテルおよびn−ヘキサデシルポリエチレンエーテルを含む。酵素阻害剤は、膵臓トリプシン阻害剤、ジイソプロピルフルオロホスフェート(DEEP)、およびトラジロールを含む。リポソームは、水中油中水型エマルションならびに従来型のリポソームを含む(Sternaら(1984年)、J. Neuroimmunol.、7巻:27頁)。
薬剤はまた、非経口投与されても腹腔内投与されてもよい。グリセロール、脂質ポリエチレングリコール、およびそれらの混合物中の分散物、ならびに油中の分散物を調製することもできる。通常の保管および使用条件下では、これらの調製物は、微生物の増殖を防止するための保存剤を含有しうる。
注射用途に好適な薬剤の医薬組成物は、滅菌水溶液(水溶性の場合)または分散物、ならびに滅菌注射用溶液または分散物を即時調製するための滅菌粉末を含む。全ての場合において、組成物は無菌であることが好ましく、また、容易な注入性(syringeability)が存在する程度に流動性でなければならない。これは、製造および保管の条件下で安定であり、細菌および真菌などの微生物の混入作用から保護されることが好ましい。担体は、例えば、水、エタノール、ポリオール(例えば、グリセロール、プロピレングリコール、および液体ポリエチレングリコールなど)、ならびにそれらの好適な混合物を含有する、溶媒または分散媒とすることができる。適切な流動性は、例えば、レシチンなどのコーティング剤を使用することにより、分散物の場合は要求される粒径を維持することにより、また、界面活性剤を使用することにより、維持することができる。微生物の作用の防止は、様々な抗菌剤および抗真菌剤、例えば、パラベン、クロロブタノール、フェノール、アスコルビン酸、チメロサールなどによって実現することができる。多くの場合において、等張剤、例えば、糖、マンニトール(manitol)、ソルビトールなどの多価アルコール、塩化ナトリウムを組成物中に含めることが好ましい。注射用組成物の長期吸収は、吸収を遅延させる薬剤、例えば、モノステアリン酸アルミニウムおよびゼラチンを組成物中に含めることによってもたらすことができる。
滅菌注射用溶液は、必要に応じて上記に列挙した成分のうちの1つまたは組合せと共に、適切な溶媒中に必要量で遺伝子操作T細胞および/または他の本発明の薬剤(例えば、抗体、ペプチド、融合タンパク質、または小分子)を組み込んでから濾過滅菌することによって調製することができる。一般に、分散物は、基本分散媒および上記に列挙したもののうち必要とされる他の成分を含有する滅菌ビヒクルに、活性化合物を組み込むことによって調製される。滅菌注射用溶液を調製するための滅菌粉末の場合では、好ましい調製方法は、事前に滅菌濾過されたその溶液から薬剤と任意のさらなる所望の成分の粉末をもたらす、真空乾燥および冷凍乾燥である。
上述のように、薬剤が好適に保護されている場合、タンパク質は、例えば、不活性希釈剤または吸収可能な食用担体と共に経口投与することができる。本明細書で使用される「薬学的に許容される担体」には、ありとあらゆる溶媒、分散媒、コーティング剤、抗菌剤および抗真菌剤、等張剤ならびに吸収遅延剤などが含まれる。このような媒体および薬剤を薬学的に活性な物質に使用することは、当技術分野で周知である。いずれかの従来型の媒体または薬剤が活性化合物と不適合である場合を除き、治療用組成物中にそれを使用することが想定される。補助的な活性化合物を組成物中に組み込むこともできる。
非経口組成物は、投与の容易さおよび投与量の均一性のために、単位剤形で製剤化することが特に有利である。本明細書で使用される「単位剤形」とは、処置される哺乳動物対象のための投与量単位として適した物理的に別個の単位を指し、各単位は、要求される薬学的担体との関連で所望の治療効果をもたらすように計算された所定分量の活性化合物を含有する。本発明の単位剤形の仕様は、(a)活性化合物特有の特徴および実現すべき特定の治療効果、ならびに(b)個体の感受性の処置のためにかかる活性化合物の調剤を行う技術分野に固有の制限に左右され、それらに直接依存する。
一実施形態では、本発明の治療剤は抗体である。本明細書に定義されるように、抗体の治療有効量(すなわち、有効投与量)は、約0.001〜30mg/体重1kg、好ましくは約0.01〜25mg/体重1kg、より好ましくは約0.1〜20mg/体重1kg、さらにより好ましくは約1〜10mg/体重1kg、2〜9mg/kg、3〜8mg/kg、4〜7mg/kg、または5〜6mg/kgの範囲である。当業者であれば、対象の疾患もしくは障害の重症度、過去の処置、全体的健康、および/または年齢、ならびに存在する他の疾患を含むがこれらに限定されない、ある特定の要因が、対象を有効に処置するために要求される投与量に影響しうることを察知するであろう。さらに、治療有効量の抗体での対象の処置は、単一の処置を含む場合もあれば、好ましくは、一連の処置を含む場合もある。好ましい例において、対象は、約1〜10週間、好ましくは2〜8週間、より好ましくは約3〜7週間、さらにより好ましくは約4、5、または6週間にわたり、1週間に1回、約0.1〜20mg/体重1kgの範囲の抗体で処置される。処置のために使用される抗体の有効投与量は特定の処置の過程において増加または減少しうることも察知されよう。投与量の変化は、診断アッセイの結果から生じてもよい。一部の実施形態では、処置の有効性が生じ、これは、投与開始後1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14日以内、またはそれよりも後に、直接的または間接的に測定することができる。
一部の実施形態では、バイオマーカー核酸分子が有用であり、これをベクターに挿入し、遺伝子療法ベクターとして使用してもよい。遺伝子療法ベクターは、例えば、静脈内注射、局所的投与(米国特許第5,328,470号を参照されたい)、または定位注射(例えば、Chenら(1994年)、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、91巻:3054〜3057頁を参照されたい)によって、対象に送達することができる。遺伝子療法ベクターの医薬品調製物は、許容される希釈剤中に遺伝子療法ベクターを含んでもよいし、遺伝子送達ビヒクルが包埋された徐放性マトリックスを含んでもよい。代替的に、完全な遺伝子送達ベクターが、組換え細胞からインタクトに産生されたもの、例えば、レトロウイルスベクターであり得る場合、医薬品調製物は、遺伝子送達系を産生する1つまたは複数の細胞を含んでもよい。
哺乳動物、ヒト、もしくは非ヒト、またはそれらの細胞にポリヌクレオチドを導入するための任意の手段は、本発明の様々な構築物を意図されるレシピエントに送達するために、本発明の実践に合わせて適応させてよい。本発明の一実施形態では、DNA構築物は、トランスフェクションにより、すなわち、「裸の」DNAの送達により、またはコロイド状分散系との複合体において、細胞に送達される。コロイド系には、高分子複合体、ナノカプセル、微小球、ビーズ、ならびに水中油型エマルション、ミセル、混合ミセル、およびにリポソームを含む脂質ベースの系が含まれる。本発明の好ましいコロイド系は、脂質複合体化DNAまたはリポソーム製剤化DNAである。前者の手法では、DNAを例えば脂質と共に製剤化する前に、所望のDNA構築物を有する導入遺伝子を含有するプラスミドをまず発現について実験的に最適化してもよい(例えば、5’非翻訳領域におけるイントロンの包含および不必要な配列の排除(Felgnerら、Ann NY Acad Sci、126〜139頁、1995年)。次いで、公知の方法および材料を使用して、DNAを例えば様々な脂質またはリポソーム材料と共に製剤化することを行って、これをレシピエント哺乳動物に送達してもよい。例えば、Canonicoら、Am J Respir Cell Mol Biol、10巻:24〜29頁、1994年;Tsanら、Am J Physiol、268巻;Altonら、Nat Genet.、5巻:135〜142頁、1993年、およびCarsonらによる米国特許第5,679,647号を参照されたい。
リポソームのターゲティングは、解剖学的要因および機構的要因に基づいて分類することができる。解剖学的分類は、例えば、臓器特異的、細胞特異的、および小器官特異的な選択性レベルに基づく。機構的ターゲティングは、それが受動的であるか能動的であるかに基づいて区別されうる。受動的ターゲティングは、洞様毛細血管を含有する臓器内の細網内皮系(RES)の細胞に分布するリポソームの自然な傾向を利用する。その一方で、能動的ターゲティングは、モノクローナル抗体、糖、糖脂質、もしくはタンパク質などの特異的リガンドとリポソームを共役させることにより、または天然に存在する局在化部位以外の臓器および細胞型のターゲティングを実現するためにリポソームの組成もしくはサイズを変更することにより、リポソームを変化させることを含む。
ターゲティング送達系の表面は、多様な方法で修飾されうる。リポソームのターゲティング送達系の場合、ターゲティングリガンドをリポソーム二重層と安定に会合した状態に維持するために、脂質群をリポソームの脂質二重層に組み込んでもよい。脂質鎖をターゲティングリガンドに接続させるためには、様々な連結基を使用することができる。裸のDNA、または送達ビヒクル、例えばリポソームと会合したDNAは、対象のいくつかの部位に投与されうる(以下参照)。
核酸は、任意の所望されるベクターで送達されうる。これらは、アデノウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクター、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクター、およびプラスミドベクターをはじめとする、ウイルスベクターまたは非ウイルスベクターを含む。例示的なウイルスの種類は、HSV(単純ヘルペスウイルス)、AAV(アデノ随伴ウイルス)、HIV(ヒト免疫不全ウイルス)、BIV(ウシ免疫不全ウイルス)、およびMLV(マウス白血病ウイルス)を含む。核酸は、ウイルス粒子中、リポソーム中、ナノ粒子中、およびポリマーとの複合をはじめとする、十分に効率的な送達レベルをもたらす任意の所望される形式で投与することができる。
目的のタンパク質または核酸をコードする核酸は、プラスミドもしくはウイルスベクター、または当技術分野で公知の他のベクター中にあってもよい。このようなベクターは周知であり、特定用途にいずれを選択してもよい。本発明の一実施形態では、遺伝子送達ビヒクルは、プロモーターおよびデメチラーゼコード配列を含む。好ましいプロモーターは、組織特異的プロモーター、ならびにチミジンキナーゼプロモーターおよびチミジル酸シンターゼプロモーターなどの細胞増殖により活性化されるプロモーターである。他の好ましいプロモーターとしては、ウイルスへの感染によって活性化可能なプロモーター、例えばα−インターフェロンプロモーターおよびβ−インターフェロンプロモーター、ならびにエストロゲンなどのホルモンによって活性化可能なプロモーターが挙げられる。使用することのできる他のプロモーターとしては、MoloneyウイルスLTR、CMVプロモーター、およびマウスアルブミンプロモーターが挙げられる。プロモーターは、構成的であっても誘導的であってもよい。
別の実施形態では、WO90/11092および米国特許第5,580,859号に記述されているように、裸のポリヌクレオチド分子が、遺伝子送達ビヒクルとして使用される。このような遺伝子送達ビヒクルは、増殖因子DNAまたはRNAのいずれであってもよく、ある特定の実施形態では、殺傷されたアデノウイルスに結びつけられる。Curielら、Hum. Gene. Ther.、3巻:147〜154頁、1992年。任意選択で使用することのできる他のビヒクルとしては、DNA−リガンド(Wuら、J. Biol. Chem.、264巻:16985〜16987頁、1989年)、脂質−DNAの組合せ(Felgnerら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、84巻:7413〜7417頁、1989年)、リポソーム(Wangら、Proc. Natl. Acad. Sci.、84巻:7851〜7855頁、1987年)、および微粒子銃(microprojectiles)(Williamsら、Proc. Natl. Acad. Sci.、88巻:2726〜2730頁、1991年)が挙げられる。
遺伝子送達ビヒクルは、ウイルス複製起点またはパッケージングシグナルなどのウイルス配列を任意選択で含みうる。これらのウイルス配列は、アストロウイルス、コロナウイルス、オルソミクソウイルス、パポーバウイルス、パラミクソウイルス、パルボウイルス、ピコルナウイルス、ポックスウイルス、レトロウイルス、トガウイルス、またはアデノウイルスなどのウイルスから選択されうる。好ましい実施形態では、増殖因子遺伝子送達ビヒクルは、組換えレトロウイルスベクターである。組換えレトロウイルスおよびその様々な使用は、例えば、Mannら、Cell、33巻:153頁、1983年、CaneおよびMulligan、Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA、81巻:6349頁、1984年、Millerら、Human Gene Therapy、1巻:5〜14頁、1990年、米国特許第4,405,712号、同第4,861,719号、および同第4,980,289号、ならびにPCT出願番号WO89/02,468、WO89/05,349、およびWO90/02,806を含む、多数の参考文献に記述されている。例えば、EP0,415,731;WO90/07936;WO94/03622;WO93/25698;WO93/25234;米国特許第5,219,740号;WO9311230;WO9310218;VileおよびHart、Cancer Res.、53巻:3860〜3864頁、1993年;VileおよびHart、Cancer Res.、53巻:962〜967頁、1993年;Ramら、Cancer Res.、53巻:83〜88頁、1993年;Takamiyaら、J. Neurosci. Res.、33巻:493〜503頁、1992年;Babaら、J. Neurosurg.、79巻:729〜735頁、1993年(米国特許第4,777,127号、GB2200651、EP0345242、およびWO91/02805)に記述されているものを含め、多数のレトロウイルス遺伝子送達ビヒクルが本発明において利用されうる。
本発明のポリヌクレオチドを送達するために使用することのできる他のウイルスベクター系は、ヘルペスウイルス、例えば、単純ヘルペスウイルス(1997年5月20日交付のWooらによる米国特許第5,631,236号、およびNeurovexによるWO00/08191)、ワクシニアウイルス(Ridgeway(1988年)、Ridgeway、「Mammalian expression vectors」、In: Rodriguez R L、Denhardt D T編、Vectors: A survey of molecular cloning vectors and their uses. Stoneham: Butterworth;BaichwalおよびSugden(1986年)、「Vectors for gene transfer derived from animal DNA viruses: Transient and stable expression of transferred genes」、In: Kucherlapati R編、Gene transfer. New York: Plenum Press;Couparら(1988年)、Gene、68巻:1〜10頁)、およびいくつかのRNAウイルスに由来する。好ましいウイルスとしては、アルファウイルス、ポックスウイルス、アレナウイルス、ワクシニアウイルス、ポリオウイルスなどが挙げられる。これらは、様々な哺乳動物細胞にとって、いくつかの魅力的な特色を提示する(Friedmann(1989年)、Science、244巻:1275〜1281頁;Ridgeway、1988年、上記;BaichwalおよびSugden、1986年、上記;Couparら、1988年;Horwichら(1990年)、J. Virol.、64巻:642〜650頁)。
他の実施形態では、組換えバイオマーカーポリペプチドおよびその断片が対象に投与されうる。一部の実施形態では、増強した生物学的特性を有する融合タンパク質が構築され、投与されうる。加えて、バイオマーカーポリペプチドおよびその断片は、望ましい生物学的活性のさらなる増強、例えば生体利用能の増加、およびタンパク質分解の減少のために、当技術分野で周知の薬理学的方法(例えば、ペグ化、グリコシル化、オリゴマー化など)に従って修飾されてもよい。
バイオマーカー活性の刺激は、バイオマーカーが異常に下方制御されている状況および/またはバイオマーカー活性の増加が有益な効果を有する可能性が高い状況において望ましい。同様に、バイオマーカー活性の阻害は、バイオマーカーが異常に上方制御されている状況および/またはバイオマーカー活性の減少が有益な効果を有する可能性が高い状況において望ましい。
加えて、これらの調整剤は、例えば、化学療法剤、ホルモン、抗血管新生薬、放射標識、化合物との、または手術、寒冷療法、および/もしくは照射療法との併用療法において、投与することもできる。先行する処置法は、他の形態の従来型療法(例えば、当業者に周知の免疫障害のための標準治療処置)と併せて、従来型療法と連続的に、従来型療法の前に、従来型療法の後にのいずれで投与してもよい。例えば、これらの調整剤は、治療有効用量の免疫抑制剤または免疫抑制療法と共に投与してもよい。
別の実施形態では、免疫応答は、既存の耐性、クローン除去、および/または疲弊(例えば、T細胞疲弊)を維持するために、本明細書に記述される方法によって下方制御されうる。例えば、対象が有意な免疫応答をしかけることができない抗原、例えば自己抗原に対する、免疫応答が維持されうる。
一実施形態では、免疫細胞が対象から得られ、本明細書に記述される薬剤の存在下でex vivo培養されて、Tregが修飾され、かつ/または、免疫細胞の活性化を増強させる免疫細胞の集団が除去されるか、もしくはそれらがさらに除去される。さらなる実施形態では、濾過された免疫細胞が次いで対象に投与される。例えば、一次活性化シグナルおよび共刺激シグナルを免疫細胞に与えることにより、免疫細胞をin vitroで刺激することができるため、様々な薬剤を使用して、エフェクター免疫細胞の共刺激および増殖を低減させ、かつ/または阻害調節性(inhibitory regulatory)免疫細胞を促進することもできる。一実施形態では、免疫細胞は、PCT出願番号WO94/29436に記述されている方法に従ってex vivoで培養される。共刺激性ポリペプチドは、可溶性であっても、細胞膜に結合していても、またはビーズなどの固体表面に結合していてもよい。同様に、例えば架橋などの当技術分野で公知の技術を使用して、または組換えDNA技術により、免疫細胞の枯渇を促進するのに有用な薬剤を毒素にさらに連結させても、または作動可能に結合させてもよい。このような薬剤は、所望の細胞の細胞破壊をもたらしうる。一実施形態では、二重特異性抗体などの抗体に毒素をコンジュゲートしてもよい。このような抗体は、例えば、ある特定の型の細胞にしか見出されないマーカーを使用して、特異的な細胞集団をターゲティングするために有用である。免疫毒素の調製は、概して、当技術分野で周知である(例えば、米国特許第4,340,535号およびEP44167を参照されたい)。毒素部分をポリペプチドとコンジュゲートするために首尾よく用いることのできる、多数の種類のジスルフィド結合含有リンカーが公知である。一実施形態では、立体的に「妨害」されたジスルフィド結合を含有するリンカーは、それらのin vivo安定性がより高く、したがって作用部位において結合する前の毒素部分の放出が防止されることから好ましい。本発明のポリペプチドまたは抗体にコンジュゲートすることのできる多種多様な毒素が公知である。例としては、多数の有用な植物由来、真菌由来、またはさらには細菌由来の毒素が挙げられ、これらは、例として、様々なA鎖毒素、特にリシンA鎖、リボソーム不活性化タンパク質、例えばサポリンまたはゲロニン、α−サルシン、アスペルギリン、レストリクトシン、リボヌクレアーゼ、例えば胎盤リボヌクレアーゼ、血管新生薬、ジフテリア毒素、およびPseudomonas外毒素などを含む。本発明との関連で使用するのに好ましい毒素部分は、炭水化物残基を修飾または除去するよう処理された毒素A鎖、脱グリコシル化A鎖である。(米国特許第5,776,427号)。このような細胞傷害剤のうちの1つまたは組合せ(例えば、リシン融合物)の患者への注入は、免疫細胞の死をもたらしうる。
なおも別の実施形態では、本明細書に記述される薬剤の投与の前に、それと同時に、またはその後に、リンパ枯渇(lymphodepletion)のステップを組み込むことにより、本明細書に記述される処置方法の有効性が増強しうる。例えば、記述される薬剤を投与することの治療利益は、このような投与をリンパ枯渇後またはそれと併せて行うことにより、相乗的に増強しうる。様々な形態および様々なレベルでリンパ枯渇を実現するための方法が、当技術分野で周知である(例えば、米国特許第7,138,144号を参照されたい)。例えば、「一過的なリンパ枯渇」という用語は、通常は免疫療法前のリンパ球およびT細胞の破壊を指す。これは、投与が適用される対象集団の全てのメンバーに対して概して非致死的である1回用量または複数用量の放射線の投与を指す「致死量以下の照射」を含め、いくつかの方法で達成することができる。完全なリンパ枯渇の場合は骨髄破壊的であるが、一過的なリンパ枯渇は骨髄破壊的ではないことが一般的であり、そのため、対象の造血能または免疫能は、破壊されたリンパ球およびT細胞集団を再生させるのに十分にインタクトな状態を保つ。対照的に、「致死的な照射」は、投与が対象集団の一部のメンバーには概して致死的であるが全てのメンバーには致死的でないときに行われ、「致死量以上(supralethal)の照射」は、投与が対象集団の全てのメンバーに概して致死的であるときに行われる。
用途および目的に応じて、例えば、標準的なプロトコールに従った、照射、骨髄破壊剤での処置、および/または免疫抑制剤での処置の任意の組合せにより、一過的なリンパ枯渇または完全なリンパ枯渇がもたらされうる。例えば、生物学的方法は、免疫抑制細胞の投与、または、例えばFas−リガンドおよびCTLA4−Igなどの免疫反応性を阻害する能力のある生物学的分子の投与によるものを含む。骨髄破壊剤の例としては、ブスルファン、ジメチルミレラン、メルファラン、およびチオテパが挙げられる。免疫抑制剤の例としては、プレドニゾン、メチルプレドニゾロン、アザチオプリン、シクロスポリンA、シクロホスファミド、フルダラビン、CTLA4−Ig、抗T細胞抗体などが挙げられる。
照射に関し、致死量以下の用量の照射は一般に、全身照射1〜7.5Gyの範囲内であり、致死用量は一般に、全身照射7.5〜9.5Gyの範囲内であり、致死量以上の用量は、全身照射9.5〜16.5Gyの範囲内である。
用途および目的に応じて、この照射用量は、単回用量として投与されても、分割用量として投与されてもよい。同様に、1回用量または複数用量の照射の投与は、本質的に身体部分またはその一部分のみで骨髄減少(myeloreduction)または骨髄破壊が誘導されるように、本質的に身体部分またはその一部分のみに対して達成されてもよい。当技術分野では広く認識されているように、対象は、手足などの身体部分への超高レベルの選択的照射を致死量以下のコンディショニングとして耐えられる場合があるが、この超高レベルは、全身照射のために使用された場合は致死的または致死量以上のコンディショニングとなる(例えば、Breitz(2002年)、Cancer Biother Radiopharm.、17巻:119頁;Limit(1997年)、J. Nucl. Med.、38巻:1374頁;および、DritschiloおよびSherman(1981年)、Environ. Health Perspect.、39巻:59頁を参照されたい)。このような身体部分またはその一部分の選択的照射は、免疫障害の処置において、特異的な組織または免疫細胞集団などの特定の血液コンパートメントをターゲティングするために有利に使用することができる。
c. T細胞疲弊および/または免疫障害の調整に有用なさらなる薬剤および療法
本明細書に記述される遺伝子操作T細胞は、単独で使用することも、1つまたは複数のさらなる治療剤と組み合わせて使用することもできる。本明細書に記述される調整剤(例えば、抗体、小分子、ペプチド、融合タンパク質、または小核酸)は、医薬組成物に組み込み、対象にin vivoで投与することができる。組成物は、単一のかかる分子または薬剤を含有しても、本明細書に記述される薬剤の任意の組合せを含有してもよい。本明細書に記述される「単一活性剤」は、本明細書において提供される方法および組成物に従い、当技術分野で公知の他の薬理学的に活性な化合物(「第2の活性剤」)と組み合わせることができる。免疫応答の調整の恩恵を受ける状態の処置において、ある特定の組合せが相乗的に機能すると考えられる。第2の活性剤は、大分子(例えば、タンパク質)であっても小分子(例えば、合成無機分子、有機金属分子、または有機分子)であってもよい。例えば、抗PD−L1抗体および抗TIM−3抗体を、抗LAG−3抗体、抗PD−L2抗体、抗CTLA4抗体など、またはそれらの組合せとさらに組み合わせてもよい。
ある特定の事例では、免疫応答をさらに増大させるために、免疫応答を上方制御する他の薬剤、例えば、共刺激性受容体を介してシグナルを伝達する他のB7ファミリーメンバーの形態をさらに投与することが望ましい場合がある。このようなさらなる薬剤および療法をさらに後述する。
免疫応答を上方制御する薬剤は、様々なポリペプチド(例えば、病原体由来のポリペプチド)に対するワクチンにおいて予防的に使用されうる。病原体(例えば、ウイルス)に対する免疫は、免疫応答を上方制御する薬剤と共にウイルスタンパク質を適切なアジュバントにおいてワクチン接種することにより誘導することができる。
別の実施形態では、本明細書に記述される免疫応答機能の上方制御または増強は、腫瘍免疫の誘導に有用である。
別の実施形態では、免疫応答は、既存の耐性、クローン除去、および/または疲弊(例えば、T細胞疲弊)が克服されるように、本明細書に記述される方法によって刺激されうる。例えば、対象が有意な免疫応答をしかけることができない抗原、例えば腫瘍特異的抗原などの自己抗原に対する免疫応答が、本明細書に記述される免疫応答を上方制御する適切な薬剤を投与することによって誘導されうる。一実施形態では、腫瘍特異的抗原などの自己抗原が共投与されてもよい。別の実施形態では、本薬剤は、能動免疫のプロセスにおいて外来抗原に対する応答を後押しするためのアジュバントとして使用されてもよい。
一実施形態では、免疫細胞が対象から得られ、本明細書に記述される薬剤の存在下でex vivo培養されて、免疫細胞の集団が拡大し、かつ/または免疫細胞の活性化が増強される。さらなる実施形態では、免疫細胞が次いで対象に投与される。免疫細胞は、例えば、当技術分野で公知のように、免疫細胞に一次活性化シグナルおよび共刺激シグナルを与えることにより、in vitroで刺激することができる。様々な薬剤を使用して免疫細胞の増殖を共刺激することもできる。一実施形態では、免疫細胞は、PCT出願番号WO94/29436に記述されている方法に従ってex vivoで培養される。共刺激性ポリペプチドは、可溶性であっても、細胞膜に結合していても、またはビーズなどの固体表面に結合していてもよい。
さらに別の実施形態では、例えば架橋などの当技術分野で公知の技術を使用して、または組換えDNA技術により、免疫応答を上方制御するのに有用な本明細書に記述される薬剤を毒素にさらに連結させても、または作動可能に結合させてもよい。このような薬剤は、所望の細胞の細胞破壊をもたらしうる。一実施形態では、二重特異性抗体などの抗体に毒素をコンジュゲートしてもよい。このような抗体は、例えば、ある特定の型の細胞にしか見出されないマーカーを使用して、特異的な細胞集団をターゲティングするために有用である。免疫毒素の調製は、概して、当技術分野で周知である(例えば、米国特許第4,340,535号およびEP44167を参照されたい)。毒素部分をポリペプチドとコンジュゲートするために首尾よく用いることのできる、多数の種類のジスルフィド結合含有リンカーが公知である。一実施形態では、立体的に「妨害」されたジスルフィド結合を含有するリンカーは、それらのin vivo安定性がより高く、したがって作用部位において結合する前の毒素部分の放出が防止されることから好ましい。本発明のポリペプチドまたは抗体にコンジュゲートすることのできる多種多様な毒素が公知である。例としては、多数の有用な植物由来、真菌由来、またはさらには細菌由来の毒素が挙げられ、これらは、例として、様々なA鎖毒素、特にリシンA鎖、リボソーム不活性化タンパク質、例えばサポリンまたはゲロニン、α−サルシン、アスペルギリン、レストリクトシン、リボヌクレアーゼ、例えば胎盤リボヌクレアーゼ、血管新生薬、ジフテリア毒素、およびPseudomonas外毒素などを含む。本発明との関連で使用するのに好ましい毒素部分は、炭水化物残基を修飾または除去するよう処理された毒素A鎖、脱グリコシル化A鎖である(米国特許第5,776,427号)。このような細胞傷害剤のうちの1つまたは組合せ(例えば、リシン融合物)の患者への注入は、免疫細胞の死をもたらしうる。
別の実施形態では、免疫応答の調整の恩恵を受ける状態の処置において、ある特定の組合せが相乗的に機能する。第2の活性剤は、大分子(例えば、タンパク質)であっても小分子(例えば、合成無機分子、有機金属分子、または有機分子)であってもよい。例えば、免疫チェックポイント阻害剤を、目的の状態の処置に有用な他の薬剤または療法とさらに組み合わせてもよい。
さらに、ある特定の免疫療法を使用して免疫応答を促進することができる。免疫療法は、がん抗原または疾患抗原に対する予め形成された抗体の投与(例えば、任意選択で化学療法剤または毒素に連結させたモノクローナル抗体の腫瘍抗原への投与)によって実現される、宿主の短期間の保護のための受動免疫を含みうる。免疫療法は、細胞傷害性リンパ球が認識するがん細胞株のエピトープを使用することに重点を置く場合もある。代替的に、腫瘍もしくはがんの開始、進行、および/または病理に結びつけられる生体分子を選択的に調整するために、アンチセンスポリヌクレオチド、リボザイム、RNA干渉分子、三重らせんポリヌクレオチドなどを使用してもよい。
一実施形態では、免疫療法は、養子細胞ベースの免疫療法を含む。周知の養子細胞ベースの免疫療法様式は、限定されないが、自己または同種腫瘍細胞の照射、腫瘍溶解物またはアポトーシス性腫瘍細胞、抗原提示細胞ベースの免疫療法、樹状細胞ベースの免疫療法、養子T細胞移入、養子CAR T細胞療法、自己免疫増強療法(AIET)、がんワクチン、および/または抗原提示細胞を含む。このような細胞ベースの免疫療法は、1つまたは複数の遺伝子産物を発現して、免疫応答、例えばGM−CSFなどのサイトカインの発現をさらに調整するように、かつ/または腫瘍関連抗原(TAA)抗原、例えばMage−1、gp−100、患者特異的ネオ抗原ワクチンなどを発現するように、さらに修正することができる。
別の実施形態では、免疫療法は、非細胞ベースの免疫療法を含む。大分子活性剤の例としては、造血性増殖因子、サイトカイン、ならびにモノクローナル抗体およびポリクローナル抗体が挙げられるが、これらに限定されない。典型的な大分子活性剤は、天然に存在するタンパク質または人工的に作製されたタンパク質などの生物学的分子である。本発明において特に有用なタンパク質としては、in vitroまたはin vivoで造血前駆体細胞ならびに免疫学的に活性な形成細胞(poietic cell)の生存および/または増殖を刺激するタンパク質が挙げられる。他のものは、細胞における委任(committed)赤血球前駆細胞の分裂および分化をin vitroまたはin vivoで刺激する。特定のタンパク質としては、IL−2(組換えIL−2(「rIL2」)およびカナリアポックスIL−2を含む)、IL−10、IL−12、IL−15、およびIL−18などのインターロイキン;インターフェロンアルファ−2a、インターフェロンアルファ−2b、インターフェロンアルファ−n1、インターフェロンアルファ−n3、インターフェロンベータ−Ia、およびインターフェロンガンマ−Ibなどのインターフェロン;GM−CFおよびGM−CSF;ならびにEPOが挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書において提供される方法および組成物に使用することのできる特定のタンパク質としては、米国では商品名Neupogen(登録商標)(Amgen、Thousand Oaks、Calif.)で販売されているフィルグラスチム;米国では商品名Leukine(登録商標)(Immunex、Seattle、Wash.)で販売されているサルグラモスチム;および米国では商品名Epogen(登録商標)(Amgen、Thousand Oaks、Calif.)で販売されている組換えEPOが挙げられるが、これらに限定されない。組換え型および変異型のGM−CSFは、全て参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第5,391,485号、同第5,393,870号、および同第5,229,496号に記述されているように調製することができる。組換え型および変異型のG−CSFは、全て参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第4,810,643号、同第4,999,291号、同第5,528,823号、および同第5,580,755号に記述されているように調製することができる。
一実施形態では、ワクチンを増強させるアジュバントありまたはなしで抗原を含む組成物が使用される。このような組成物は、例えばペプチド組成物、腫瘍溶解性ウイルス、融合タンパク質を含む組換え抗原などの多くの周知の形態で存在する。さらに別の実施形態では、例えばIL−2、IL−6、IL−7、IL−12、IL−17、IL−23などの免疫調整性インターロイキン、ならびにそれらの調整因子(例えば、遮断抗体またはより強力もしくは長時間持続性の形態)が使用される。別の実施形態では、例えばCCL3、CCL26、およびCXCL7などの免疫調整性ケモカイン、ならびにそれらの調整因子(例えば、遮断抗体またはより強力もしくは長時間持続性の形態)が使用される。別の実施形態では、免疫抑制をターゲティングする免疫調整性分子、例えばSTAT3シグナル伝達調整因子、NFカッパBシグナル伝達調整因子、および免疫チェックポイント調整因子が使用される。「免疫チェックポイント」および「抗免疫チェックポイント療法」という用語は上述されている。
さらに別の実施形態では、免疫調整薬、例えば免疫細胞分裂停止薬(immunocytostatic drug)、グルココルチコイド、細胞分裂停止薬、イムノフィリンおよびそれらの調整因子(例えば、ラパマイシン、カルシニューリン阻害剤、タクロリムス、シクロスポリン(ciclosporin)(シクロスポリン(cyclosporin))、ピメクロリムス、アベチムス、グスペリムス、リダフォロリムス、エベロリムス、テムシロリムス、ゾタロリムスなど)、ヒドロコルチゾン(コルチゾール)、酢酸コルチゾン、プレドニゾン、プレドニゾロン、メチルプレドニゾロン、デキサメタゾン、ベタメタゾン、トリアムシノロン、ベクロメタゾン、酢酸フルドロコルチゾン、酢酸デオキシコルチコステロン(doca)アルドステロン、非グルココルチコイドステロイド、ピリミジン合成阻害剤、レフルノミド、テリフルノミド、葉酸類似体、メトトレキサート、抗胸腺細胞グロブリン、抗リンパ球グロブリン、サリドマイド、レナリドミド、ペントキシフィリン、ブプロピオン、クルクミン、カテキン、オピオイド、IMPDH阻害剤、ミコフェノール酸、ミリオシン、フィンゴリモド、NF−xB阻害剤、ラロキシフェン、ドロトレコギンアルファ、デノスマブ、NF−xBシグナル伝達カスケード阻害剤、ジスルフィラム、オルメサルタン、ジチオカルバメート、プロテアソーム阻害剤、ボルテゾミブ、MG132、Prol、NPI−0052、クルクミン、ゲニステイン、レスベラトロール、パルテノライド、サリドマイド、レナリドミド、フラボピリドール、非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)、三酸化ヒ素、デヒドロキシメチルエポキシキノマイシン(DHMEQ)、I3C(インドール−3−カルビノール)/DIM(ジ−インドールメタン)(13C/DIM)、Bay 11−7082、ルテオリン、細胞透過性ペプチドSN−50、IKBaスーパーリプレッサーの過剰発現、NFKBデコイオリゴデオキシヌクレオチド(ODN)、またはこれらのいずれかの誘導体もしくは類似体が使用される。なおも別の実施形態では、免疫調整性の抗体またはタンパク質が使用される。例えば、CD40、Toll様受容体(TLR)、OX40、GITR、CD27、もしくは4−1BBに結合する抗体、T細胞二重特異性抗体、抗IL−2受容体抗体、抗CD3抗体、OKT3(ムロモナブ)、オテリキシズマブ、テプリズマブ、ビジリズマブ、抗CD4抗体、クレノリキシマブ、ケリキシマブ、ザノリムマブ、抗CD11a抗体、エファリズマブ、抗CD18抗体、エルリズマブ、ロベリズマブ、抗CD20抗体、アフツズマブ、オクレリズマブ、オファツムマブ、パスコリズマブ、リツキシマブ、抗CD23抗体、ルミリキシマブ、抗CD40抗体、テネリキシマブ、トラリズマブ、抗CD40L抗体、ルプリズマブ、抗CD62L抗体、アセリズマブ、抗CD80抗体、ガリキシマブ、抗CD147抗体、ガビリモマブ(gavilimomab)、Bリンパ球刺激因子(BLyS)阻害抗体、ベリムマブ、CTLA4−Ig融合タンパク質、アバタセプト、ベラタセプト、抗CTLA4抗体、イピリムマブ、トレメリムマブ、抗エオタキシン1抗体、ベルチリムマブ、抗a4−インテグリン抗体、ナタリズマブ、抗IL−6R抗体、トシリズマブ、抗LFA−1抗体、オデュリモマブ(odulimomab)、抗CD25抗体、バシリキシマブ、ダクリズマブ、イノリモマブ、抗CD5抗体、ゾリモマブ、抗CD2抗体、シプリズマブ、ネレリモマブ、ファラリモマブ(faralimomab)、アトリズマブ、アトロリムマブ、セデリズマブ、ドルリモマブ・アリトクス(dorlimomab aritox)、ドルリキシズマブ(dorlixizumab)、フォントリズマブ、ガンテネルマブ、ゴミリキシマブ、レブリリズマブ(lebrilizumab)、マスリモマブ(maslimomab)、モロリムマブ(morolimumab)、パキセリズマブ、レスリズマブ、ロベリズマブ、タリズマブ、テリモマブ・アリトクス(telimomab aritox)、バパリキシマブ(vapaliximab)、ベパリモマブ、アフリベルセプト、アレファセプト、リロナセプト、IL−1受容体アンタゴニスト、アナキンラ、抗IL−5抗体、メポリズマブ、IgE阻害剤、オマリズマブ、タリズマブ、IL12阻害剤、IL23阻害剤、ウステキヌマブなどである。
同様に、化学療法剤は当技術分野で周知である。例えば、化学療法剤としては、アルキル化剤、例えばチオテパおよびシクロホスファミド(Cytoxan(商標));スルホン酸アルキル、例えばブスルファン、インプロスルファンおよびピポスルファン;アジリジン、例えばベンゾドーパ、カルボコン、メツレドーパ、およびウレドーパ;アルトレタミン(alfretamine)、トリエミレンメラミン(triemylenemelamine)、トリエチレンホスホラミド、トリエチレンチオホスホラミド、およびトリメミロロメラミン(trimemylolomelamine)を含むエミレルミン(emylerumines)およびメミラメラミン(memylamelamines);アセトゲニン(とりわけブラタシンおよびブラタシノン);カンプトテシン(合成類似体トポテカンを含む);ブリオスタチン;カリスタチン;CC−1065(そのアドゼレシン、カルゼルシンおよびビセレシン合成類似体を含む);クリプトフィシン(特にクリプトフィシン1およびクリプトフィシン8);ドラスタチン;デュオカルマイシン(合成類似体、KW−2189およびCBI−TMIを含む);エリュテロビン;パンクラチスタチン;サルコジクチン;スポンジスタチン;ナイトロジェンマスタード、例えばクロラムブシル、クロルナファジン、コロホスファミド(cholophosphamide)、エストラムスチン、イホスファミド、メクロレタミン、メクロレタミンオキシド塩酸塩、メルファラン、ノベンビチン、フェネステリン、プレドニムスチン、トロホスファミド、ウラシルマスタード;ニトロソウレア、例えばカルムスチン、クロロゾトシン、フォレムスチン(foremustine)、ロムスチン、ニムスチン、ラニムスチン;抗生物質、例えばエンジイン抗生物質(例えば、カリチアマイシン、とりわけカリチアマイシンガンマ1Iおよびカリチアマイシンファイ1I);ダイネマイシンAを含むダイネマイシン;ビスホスホネート、例えばクロドロネート;エスペラミシン;ならびにネオカルジノスタチンクロモフォアおよび関連する色素タンパク質エンジイン抗生物質発色団、アクラシノマイシン、アクチノマイシン、オースラマイシン、アザセリン、ブレオマイシン、カクチノマイシン、カラビシン、カルミノマイシン、カルジノフィリン、クロモマイシン、ダクチノマイシン、ダウノルビシン、デトルビシン、6−ジアゾ−5−オキソ−L−ノルロイシン、ドキソルビシン(Adramycin(商標))(モルホリノ−ドキソルビシン、シアノモルホリノ−ドキソルビシン、2−ピロリノ−ドキソルビシンおよびデオキシドキソルビシンを含む)、エピルビシン、エソルビシン、イダルビシン、マルセロマイシン、マイトマイシン、例えばマイトマイシンC、ミコフェノール酸、ノガラマイシン、オリボマイシン、ペプロマイシン、ポトフィロマイシン、ピューロマイシン、ケラマイシン、ロドルビシン、ストレプトニグリン、ストレプトゾシン、ツベルシジン、ウベニメクス、ジノスタチン、ゾルビシン;代謝拮抗薬、例えばメトトレキサートおよび5−フルオロウラシル(5−FU);葉酸類似体、例えばデモプテリン(demopterin)、メトトレキサート、プテロプテリン、トリメトレキサート;プリン類似体、例えばフルダラビン、6−メルカプトプリン、チアミプリン、チオグアニン;ピリミジン類似体、例えばアンシタビン、アザシチジン、6−アザウリジン、カルモフール、シタラビン、ジデオキシウリジン、ドキシフルリジン、エノシタビン、フロクスウリジン;アンドロゲン、例えばカルステロン、プロピオン酸ドロモスタノロン、エピチオスタノール、メピチオスタン、テストラクトン;抗副腎剤、例えばアミノグルテチミド、ミトタン、トリロスタン;葉酸補充剤、例えばフロリン酸(frolinic acid);アセグラトン;アルドホスファミドグリコシド;アミノレブリン酸;エニルウラシル;アムサクリン;ヘストラブシル(hestrabucil);ビスアントレン;エダトラキサート(edatraxate);デフォファミン;デメコルチン;ジアジクオン;エルホルムチン(elformthine);酢酸エリプチニウム;エポチロン;エトグルシド;硝酸ガリウム;ヒドロキシ尿素;レンチナン;ロニダミン;マイタンシノイド、例えばマイタンシンおよびアンサマイトシン;ミトグアゾン;ミトキサントロン;モピダモール;ニトラクリン;ペントスタチン;フェナメト(phenamet);ピラルビシン;ロソキサントロン;ポドフィリン酸;2−エチルヒドラジド;プロカルバジン;PSK(商標);ラゾキサン;リゾキシン;シゾフィラン;スピロゲルマニウム;テヌアゾン酸;トリアジコン;2,2’,2’’−トリクロロトリエミラミン(2,2’,2’’−tricUorotriemylamine);トリコテセン(とりわけT−2トキシン、ベラクリンA、ロリジンAおよびアングイジン);ウレタン;ビンデシン;ダカルバジン;マンノムスチン;ミトブロニトール;ミトラクトール;ピポブロマン;ガシトシン;アラビノシド(「Ara−C」);シクロホスファミド;チオペタ(thiopeta);タキソイド、例えば、パクリタキセル(Taxol(商標)、Bristol Meyers Squibb Oncology、Princeton、N.J.)およびドセタキセル(Taxoteret(商標)、Rhone−Poulenc Rorer、Antony、France);クロラムブシル;ゲムシタビン(Gemzar(商標));6−チオグアニン;メルカプトプリン;メトトレキサート;白金類似体、例えばシスプラチンおよびカルボプラチン;ビンブラスチン;白金;エトポシド(VP−16);イホスファミド;ミトロキサントロン(mitroxantrone);バンクリスチン(vancristine);ビノレルビン(Navelbine(商標));ノバントロン;テニポシド;エダトレキサート;ダウノマイシン;アミノプテリン;ゼローダ(xeoloda);イバンドロネート;CPT−11;トポイソメラーゼ阻害剤RFS2000;ジフルオロメチルオルニチン(DMFO);レチノイド、例えばレチノイン酸;カペシタビン;ならびに上記のうちのいずれかの薬学的に許容される塩、酸、または誘導体が挙げられる。「化学療法剤」の定義には、例えば、タモキシフェン(Nolvadex(商標)を含む)、ラロキシフェン、ドロロキシフェン、4−ヒドロキシタモキシフェン、トリオキシフェン、ケオキシフェン、LY117018、オナプリストン、およびトレミフェン(Fareston(商標))を含む、抗エストロゲン薬および選択的エストロゲン受容体調整因子(SERM)などの、腫瘍に対するホルモン作用を調節または阻害するように作用する抗ホルモン剤;副腎におけるエストロゲン産生を調節する酵素であるアロマターゼの阻害剤、例えば、4(5)−イミダゾール、アミノグルテチミド、酢酸メゲストロール(Megace(商標))、エキセメスタン、ホルメスタン、ファドロゾール、ボロゾール(Rivisor(商標))、レトロゾール(Femara(商標))、およびアナストロゾール(Arimidex(商標));ならびにフルタミド、ニルタミド、ビカルタミド、リュープロリド(leuprohde)、およびゴセレリンなどの抗アンドロゲン薬;ならびに上記のうちのいずれかの薬学的に許容される塩、酸、または誘導体も含まれる。一部の実施形態では、阻害剤は、Rac1の出力を下方制御する。化学療法剤および他の抗がん剤のさらなる例は、米国特許公開第2013/0239239号および同第2009/0053224号に記述されている。
免疫応答を増強する栄養補助剤、例えばビタミンA、ビタミンE、ビタミンCなどは、当技術分野で周知であり(例えば、米国特許第4,981,844号および同第5,230,902号ならびにPCT公開番号WO2004/004483を参照されたい)、本明細書に記述されている方法において使用することができる。
同様に、薬剤および免疫療法以外の療法またはそれらの組合せを使用して、免疫応答を刺激することにより、その恩恵を受ける状態を処置することができる。例えば、化学療法、放射線、エピジェネティック修飾因子(例えば、ヒストンデアセチラーゼ(HDAC)修飾因子、メチル化修飾因子、リン酸化修飾因子など)、ターゲティングによる療法などが当技術分野で周知である。
さらに別の実施形態では、「ターゲティングによる療法」という用語は、選択された生体分子と選択的に相互作用することによりがんを処置する薬剤の投与を指す。例えば、ベバシズマブ(Avastin(登録商標))は、腫瘍増殖に付随する血管新生を阻害するように血管内皮増殖因子をターゲティングするヒト化モノクローナル抗体である(例えば、米国特許公開第2013/0121999号、WO2013/083499、およびPrestaら(1997年)、Cancer Res.、57巻:4593〜4599頁を参照されたい)。一部の場合では、ターゲティングによる療法は、標的が免疫調整性機能を調節するかどうかに応じて、免疫療法の形態でありうる。
「ターゲティングによらない療法」という用語は、選択された生体分子と選択的に相互作用しなくともがんを処置する薬剤の投与を指す。ターゲティングによらない療法の代表的な例としては、限定されないが、化学療法、遺伝子療法、および放射線療法が挙げられる。
別の実施形態では、ホルモン療法が使用される。ホルモンによる治療的処置は、例えば、ホルモンアゴニスト、ホルモンアンタゴニスト(例えば、フルタミド、ビカルタミド、タモキシフェン、ラロキシフェン、リュープロリド酢酸塩(LUPRON)、LH−RHアンタゴニスト)、ホルモンの生合成およびプロセシングの阻害剤、ならびにステロイド(例えば、デキサメタゾン、レチノイド、デルトイド、ベタメタゾン、コルチゾール、コルチゾン、プレドニゾン、デヒドロテストステロン、グルココルチコイド、ミネラルコルチコイド、エストロゲン、テストステロン、プロゲスチン)、ビタミンA誘導体(例えば、全トランス型レチノイン酸(ATRA));ビタミンD3類似体;抗ゲスターゲン薬(antigestagens)(例えば、ミフェプリストン、オナプリストン)、または抗アンドロゲン薬(例えば、酢酸シプロテロン)を含みうる。
さらに別の実施形態では、処置方法は、免疫応答をさらに下方調整するために、共刺激性経路の活性、例えばB7−1、B7−2、またはB7−3などの他のBリンパ球抗原の活性を遮断する薬剤をさらに使用する場合がある。対象の免疫細胞媒介性免疫応答をより有効に下方制御するために、免疫応答を下方調整する2つの別々の薬剤が単一の組成物として組み合わせられる場合もあれば、別々に(同時または経時的に)投与される場合もある。さらに、免疫応答に影響を与えるために、本薬剤のうちの1つまたは複数の治療活性量を他の下方調整試薬と併せて使用してもよい。他の免疫調整試薬の例としては、限定されないが、共刺激シグナルを遮断する抗体(例えば、CD28またはICOSに対するもの)、CTLA4のアゴニストとして作用する抗体、および/または他の免疫細胞マーカーに対する抗体(例えば、CD40に対するもの、CD40リガンドに対するもの、またはサイトカインに対するもの)、融合タンパク質(例えば、CTLA4−Fc)、ならびに免疫抑制薬(例えば、ラパマイシン、シクロスポリンA、またはFK506)が挙げられる。
さらに、免疫チェックポイントタンパク質の活性を促進する薬剤が有用である。
「免疫チェックポイントタンパク質」という用語は、抗腫瘍免疫応答を下方調整または阻害することにより免疫応答を微調整する、CD4+T細胞および/またはCD8+T細胞の細胞表面上の分子の群を指す。免疫チェックポイントタンパク質は当技術分野で周知であり、限定されないが、上述のCTLA−4、ならびにPD−1、VISTA、B7−H2、B7−H3、PD−L1、B7−H4、B7−H6、ICOS、HVEM、PD−L2、CD160、gp49B、PIR−B、KIRファミリー受容体、TIM−1、TIM−3、TIM−4、LAG−3、BTLA、SIRPアルファ(CD47)、CD48、2B4(CD244)、B7.1、B7.2、ILT−2、ILT−4、TIGIT、およびA2aRを含む(例えば、WO2012/177624を参照されたい)。免疫チェックポイントタンパク質のレベルおよび活性を促進するのに有用な薬剤は、当技術分野で周知である。
なおも別の実施形態では、任意の第1選択または第2選択の免疫障害処置を本発明の方法と組み合わせてもよい。代表的な例としては、ステロイド系、ミコフェノール酸モフェチル(MMF)、およびペントスタチンが挙げられるが、これらに限定されない(例えば、Buscaら(2000年)、Bone Marrow Transplant、25巻:1067〜1071頁;Bergerら(2007年)、J. Pediatr. Hematol. Oncol.、29巻:678〜687頁;Jacobsohnら(2009年)、Blood、114巻:4354〜4360頁を参照されたい)。
本明細書では、少なくとも1、2、3、4、5、10、20個、またはそれよりも多くの小核酸もしくはアンチセンスオリゴヌクレオチドまたはそれらの誘導体を含むか、あるいはそれらを発現する能力のある、1つまたは複数の核酸を含む組成物も提供され、ここで、細胞における前記小核酸もしくはアンチセンスオリゴヌクレオチドまたはそれらの誘導体は、細胞条件下で細胞核酸(例えば、小さな非コードRNA、例えばmiRNA、プレmiRNA、プリmiRNA、miRNA*、抗miRNA、miRNA結合部位、それらの変異形および/もしくは機能的変異形、細胞mRNAまたはその断片)と特異的にハイブリダイズ(例えば、結合)する。一実施形態では、細胞における小核酸もしくはアンチセンスオリゴヌクレオチドまたはそれらの誘導体の発現は、例えば、本発明の1つまたは複数のバイオマーカー、例えば、表1に列記された1つまたは複数のバイオマーカー、またはそれらの断片を含むものの転写、翻訳および/または小核酸プロセシングを阻害することにより、細胞核酸および/またはタンパク質の発現または生物学的活性を阻害することができる(Zengら(2002年)、Mol. Cell、9巻:1327〜1333頁;Tuschl(2002年)、Nat. Biotechnol.、20巻:446〜448頁;Brummelkampら(2002年)、Science、296巻:550〜553頁;Miyagishiら(2002年)、Nat. Biotechnol.、20巻:497〜500頁;Paddisonら(2002年)、Genes Dev.、16巻:948〜958頁;Leeら(2002年)、Nat. Biotechnol.、20巻:500〜505頁;およびPaulら(2002年)、Nat. Biotechnol.、20巻:505〜508頁;米国特許第5,176,996号、同第5,264,564号、および同第5,256,775号;van der Krolら(1988年)、BioTechniq.、6巻:958〜976頁;Steinら(1988年)、Cancer Res.、48巻:2659〜2668頁;Wagner(1994年)、Nature、372巻:333頁;Letsingerら(1989年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、86巻:6553〜6556頁;Lemaitreら(1987年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、84巻:648〜652頁;PCT公開番号WO88/09810およびWO89/10134;Zon(1988年)、Pharm. Res.、5巻:539〜549頁)。
小核酸および/またはアンチセンスオリゴヌクレオチドは、中性のペプチド様骨格を含有する場合もある。このような分子はペプチド核酸(PNA)オリゴマーと呼ばれ、例えば、Perry-O’Keefeら(1996年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、93巻:14670頁;Eglomら(1993年)、Nature、365巻:566頁;Gautierら(1987年)、Nucl. Acids Res.、15巻:6625〜6641頁;Inoueら(1987年)、Nucl. Acids Res.、15巻:6131〜6148頁;Inoueら(1987年)、FEBS Lett.、215巻:327〜330頁;Sarinら(1988年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、85巻:7448〜7451頁;Elbashirら(2001年)、Nature、411巻:494〜498頁;McManusら(2002年)、RNA、8巻:842頁;Xiaら(2002年)、Nat. Biotechnol.、20巻:1006頁;およびBrummelkampら(2002年)、Science、296巻:550頁に記述されている。
細胞mRNA転写物を触媒的に切断するように設計されたリボザイム分子を、細胞mRNAの翻訳および細胞ポリペプチドの発現、またはそれらの両方を防止するために使用することもできる(PCT公開番号WO90/11364;Sarverら(1990年)、Science、247巻:1222〜1225頁;および米国特許第5,093,246号;HaseloffおよびGerlach(1988年)、Nature、334巻:585〜591頁;Zaugら(1984年)、Science、224巻:574〜578頁;Zaugら(1986年)、Science、231巻:470〜475頁;Zaugら(1986年)、Nature、324巻:429〜433頁;WO88/04300;およびBeenら(1986年)、Cell、47巻:207〜216頁)。
細胞遺伝子の転写の阻害のために三重らせん形成において使用される核酸分子は、一本鎖であり、デオキシリボヌクレオチドから構成されていることが好ましい。これらのオリゴヌクレオチドの塩基組成は、相当な長さの一続きのプリンまたはピリミジンのいずれかが二重鎖のうちの1つの鎖に存在することを概して必要とするHoogsteen塩基対合規則により、三重らせん形成を促進するべきである。ヌクレオチド配列はピリミジンに基づいてもよく、これにより、結果として生じる三重らせんの関連した3つの鎖を横切るTATおよびCGCの三塩基がもたらされる。ピリミジンリッチな分子は、その鎖と平行な配向にある二重鎖のうちの単一の鎖のプリンリッチな領域との塩基相補性をもたらす。加えて、プリンリッチである、例えば、一続きのG残基を含有する核酸分子を選択してもよい。これらの分子は、GC対が豊富なDNA二重鎖と三重らせんを形成し、この三重らせんでは、標的の二重鎖のうちの単一の鎖にプリン残基の大部分が位置し、三重鎖の3つの鎖を横切るCGC三塩基がもたらされる。
代替的に、三重らせん形成のためにターゲティングされうる潜在的な配列は、いわゆる「スイッチバック」核酸分子を作出することにより増加させることができる。スイッチバック分子は、それらが二重鎖のうち一方の鎖とまず塩基対合し、次いで他方と塩基対合するように、交互になった5’−3’、3’−5’方式で合成され、相当な長さの一続きのプリンまたはピリミジンのいずれかが二重鎖のうちの1つの鎖に存在する必要性が排除される。
本明細書で提示される方法および組成物の小核酸(例えば、miRNA、プレmiRNA、プリmiRNA、miRNA*、抗miRNA、もしくはmiRNA結合部位、またはそれらの変異形)、アンチセンスオリゴヌクレオチド、リボザイム、および三重らせん分子は、DNAおよびRNA分子の合成のための当技術分野で公知の任意の方法によって調製されうる。これらは、当技術分野で周知のオリゴデオキシリボヌクレオチドおよびオリゴリボヌクレオチドを化学合成するための技術、例えば、固相ホスホラミダイト化学合成などを含む。代替的に、RNA分子は、アンチセンスRNA分子をコードするDNA配列のin vitroおよびin vivo転写によって生成されてもよい。このようなDNA配列は、T7またはSP6ポリメラーゼプロモーターなどの好適なRNAポリメラーゼプロモーターを組み込む多種多様なベクターに組み込まれてもよい。代替的に、使用されるプロモーターに応じて構成的または誘導的にアンチセンスRNAを合成するアンチセンスcDNA構築物を細胞株に安定に導入してもよい。
さらに、細胞内安定性および半減期を増加させる手段として、核酸分子への様々な周知の修飾を導入してもよい。可能性のある修飾としては、分子の5’末端および/もしくは3’末端へのリボヌクレオチドもしくはデオキシリボヌクレオチドのフランキング配列の付加、またはオリゴデオキシリボヌクレオチド骨格内におけるホスホジエステラーゼ結合の代わりのホスホロチオエートもしくは2’O−メチルの使用が挙げられるが、これらに限定されない。ポリペプチド、小核酸、およびアンチセンスオリゴヌクレオチドが、例えばタンパク質検出の手段として機能する別のペプチドまたはポリペプチド(例えば、異種性ペプチド)にさらに連結されうることは、当業者であれば容易に理解するであろう。本発明における検出に有用な標識ペプチドまたはポリペプチド部分の非限定的な例としては、限定されないが、西洋ワサビペルオキシダーゼ、アルカリホスファターゼ、ベータ−ガラクトシダーゼ、またはアセチルコリンエステラーゼなどの好適な酵素;FLAGタグ、MYCタグ、HAタグ、またはHISタグなどのエピトープタグ;緑色蛍光タンパク質などのフルオロフォア;染料;放射性同位元素;ジゴキシゲニン;ビオチン;抗体;ポリマー;ならびに、当技術分野において、例えばPrinciples of Fluorescence Spectroscopy、Joseph R. Lakowicz(編者)、Plenum Pub Corp、第2版(1999年7月)において公知の他のものが挙げられる。
これらの薬剤は、対象に投与するのに好適な医薬組成物に組み込むことができる。このような組成物は典型的に、抗体、ペプチド、融合タンパク質、小分子など、および薬学的に許容される担体を含む。本明細書で使用される「薬学的に許容される担体」は、医薬品の投与と適合性のある、ありとあらゆる溶媒、分散媒、コーティング剤、抗菌剤および抗真菌剤、等張剤ならびに吸収遅延剤などを含むよう意図される。このような媒体および薬剤を薬学的に活性な物質に使用することは、当技術分野で周知である。いずれかの従来型の媒体または薬剤が活性化合物と不適合である場合を除き、組成物中にそれを使用することが想定される。補助的な活性化合物を組成物中に組み込むこともできる。
本発明の医薬組成物は、その意図される投与ルートと適合性があるように製剤化される。投与ルートの例としては、非経口投与、例えば、静脈内投与、皮内投与、皮下投与、経口投与(例えば、吸入)、経皮(局所)投与、経粘膜投与、および直腸投与が挙げられる。非経口適用、皮内適用、もしくは皮下適用のために使用される溶液または懸濁液は、次の成分を含みうる:滅菌希釈剤、例えば注射用水、食塩水溶液、固定油、ポリエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコールまたは他の合成溶媒;抗菌剤、例えばベンジルアルコールまたはメチルパラベン;抗酸化剤、例えばアスコルビン酸または亜硫酸水素ナトリウム;キレート剤、例えばエチレンジアミン四酢酸;緩衝剤、例えば酢酸塩、クエン酸塩、またはリン酸塩、および塩化ナトリウムまたはデキストロースなどの浸透圧加減のための薬剤。酸または塩基、例えば塩酸または水酸化ナトリウムでpHを加減してもよい。非経口調製物は、ガラスもしくはプラスチック製のアンプル、使い捨てシリンジ、または複数用量バイアルに封入してもよい。
注射用途に好適な医薬組成物は、滅菌水溶液(水溶性の場合)または分散物、ならびに滅菌注射用溶液または分散物を即時調製するための滅菌粉末を含む。静脈内投与の場合、好適な担体は、生理食塩水、静菌水、Cremophor EL(商標)(BASF、Parsippany、NJ)、またはリン酸緩衝食塩水(PBS)を含む。全ての場合において、組成物は無菌であるべきであり、容易な注入性が存在する程度に流動性であるべきである。これは、製造および保管の条件下で安定でなければならず、細菌および真菌などの微生物の混入作用から保護されているべきである。担体は、例えば、水、エタノール、ポリオール(例えば、グリセロール、プロピレングリコール、および液体ポリエチレングリコールなど)、ならびにそれらの好適な混合物を含有する、溶媒または分散媒とすることができる。適切な流動性は、例えば、レシチンなどのコーティング剤を使用することにより、分散物の場合は要求される粒径を維持することにより、また、界面活性剤を使用することにより、維持することができる。微生物の作用の防止は、様々な抗菌剤および抗真菌剤、例えば、パラベン、クロロブタノール、フェノール、アスコルビン酸、チメロサールなどによって実現することができる。多くの場合において、等張剤、例えば、糖、マンニトール、ソルビトールなどの多価アルコール、塩化ナトリウムを組成物中に含めることが好ましい。注射用組成物の長期吸収は、吸収を遅延させる薬剤、例えば、モノステアリン酸アルミニウムおよびゼラチンを組成物中に含めることによってもたらすことができる。
滅菌注射用溶液は、必要に応じて上記に列挙した成分のうちの1つまたは組合せと共に、適切な溶媒中に必要量で活性化合物を組み込んでから濾過滅菌することによって調製することができる。一般に、分散物は、基本分散媒および上記に列挙したもののうち必要とされる他の成分を含有する滅菌ビヒクルに、活性化合物を組み込むことによって調製される。滅菌注射用溶液を調製するための滅菌粉末の場合では、好ましい調製方法は、事前に滅菌濾過されたその溶液から活性成分と任意のさらなる所望の成分の粉末をもたらす、真空乾燥および冷凍乾燥である。
経口組成物は一般に、不活性希釈剤または食用担体を含む。これらは、ゼラチンカプセルに封入される場合もあれば、錠剤に圧縮される場合もある。治療的経口投与の目的では、活性化合物は、賦形剤に組み込まれ、錠剤、トローチ、またはカプセルの形態で使用されうる。経口組成物は、洗口剤として使用するための流動性担体を使用して調製することもでき、この流動性担体中の化合物は経口的に適用され、ゆすぎおよび吐出、または嚥下が行われる。薬学的に適合性のある結合剤および/またはアジュバント材料を組成物の一部として含めてもよい。錠剤、丸剤、カプセル、トローチなどは、次の成分または同様の性質の化合物のうちのいずれかを含有しうる:微結晶セルロース、トラガカントガム、もしくはゼラチンなどの結合剤;デンプンもしくはラクトースなどの賦形剤、アルギン酸、Primogel、もしくはトウモロコシデンプンなどの崩壊剤;ステアリン酸マグネシウムもしくはSterotesなどの潤滑剤;コロイド状二酸化ケイ素などの流動促進剤(glidant);スクロースもしくはサッカリンなどの甘味剤;またはペパーミント、サリチル酸メチル、もしくはオレンジ風味料などの風味剤。
吸入による投与の場合、化合物は、好適な推進剤、例えば二酸化炭素などのガスを含有する加圧容器もしくは分注器、またはネブライザから、エアロゾルスプレーの形態で送達される。
全身投与も、経粘膜手段または経皮手段によるものでありうる。経粘膜または経皮投与の場合、透過されるべきバリアに適切な浸透剤が製剤中に使用される。このような浸透剤は一般に当技術分野で公知であり、例えば、経粘膜投与の場合は、洗剤、胆汁酸塩、およびフシジン酸誘導体を含む。経粘膜投与は、鼻腔スプレーまたは坐薬の使用によって達成されうる。経皮投与の場合、活性化合物は、当技術分野で一般に公知のように、軟膏、膏薬、ゲル、またはクリームに製剤化される。
化合物は、坐薬(例えば、カカオバターおよび他のグリセリドなどの従来型の坐薬ベースを用いて)または直腸送達のための停留かん腸の形態で調製される場合もある。
一実施形態では、調整剤は、インプラントおよびマイクロカプセル化送達系を含む制御放出製剤など、身体からの急速な排除から化合物を保護する担体と共に調製される。エチレン酢酸ビニル、ポリ酸無水物、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリオルトエステル、およびポリ乳酸など、生分解性、生体適合性のポリマーを使用してもよい。このような製剤の調製方法は当業者には明らかであろう。また材料は、Alza CorporationおよびNova Pharmaceuticals,Incから商業的に得ることができる。リポソーム懸濁液(モノクローナル抗体またはウイルス抗原を含む感染細胞にターゲティングされたリポソームを含む)を薬学的に許容される担体として使用することもできる。これらは、例えば米国特許第4,522,811号に記述されているように、当業者に公知の方法に従って調製することができる。
経口組成物または非経口組成物は、投与の容易さおよび投与量の均一性のために、単位剤形で製剤化することが特に有利である。本明細書で使用される単位剤形とは、処置される対象のための投与量単位として適した物理的に別個の単位を指し、各単位は、要求される薬学的担体との関連で所望の治療効果をもたらすように計算された所定分量の活性化合物を含有する。本発明の単位剤形の仕様は、活性化合物特有の特徴、実現すべき特定の治療効果、および個体の処置のためにかかる活性化合物の調剤を行う技術分野に固有の制限に左右され、それらに直接依存する。
かかる化合物の毒性および治療有効性は、例えば、LD50(集団の50%に対して致死的な用量)およびED50(集団の50%において治療的に有効な用量)を決定するための、細胞培養物または実験動物における標準的な薬学的手順によって決定することができる。毒性効果と治療効果との間の用量比が治療指数であり、これは、LD50/ED50の比として表すことができる。高い治療指数を呈する化合物が好ましい。毒性の副作用を呈する化合物を使用してもよいが、非感染細胞に対する損傷の可能性を最小限に抑えることにより副作用を低減させるために、かかる化合物を患部組織の部位にターゲティングする送達系を設計するよう注意すべきである。
細胞培養アッセイおよび動物実験から得られたデータは、ヒトに使用するための、ある範囲の投与量を処方するのに使用されうる。かかる化合物の投与量は、毒性がほとんどまたは全くないED50を含む、ある範囲の循環濃度内であることが好ましい。投与量は、用いられる剤形および利用される投与ルートに応じて、この範囲内で異なってもよい。本発明の方法において使用されるいずれの化合物についても、治療有効用量は初めに細胞培養アッセイから推定されうる。用量は、動物モデルにおいて、細胞培養下で決定されたIC50(すなわち、症状の最大半量の阻害を実現する試験化合物の濃度)を含む循環血漿濃度範囲を実現するように処方されうる。このような情報を使用して、ヒトにおいて有用な用量をより正確に決定することができる。血漿中のレベルは、例えば、高速液体クロマトグラフィーによって測定することができる。
上述の調整剤は、前記薬剤をコードする発現可能な核酸の形態で投与されてもよい。このような核酸およびそれらが含有された組成物も、本発明により包含される。例えば、本発明の核酸分子をベクターに挿入し、遺伝子療法ベクターとして使用してもよい。遺伝子療法ベクターは、例えば、静脈内注射、局所的投与(米国特許第5,328,470号を参照されたい)、または定位注射(例えば、Chenら(1994年)、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、91巻:3054〜3057頁を参照されたい)によって、対象に送達することができる。遺伝子療法ベクターの医薬品調製物は、許容される希釈剤中に遺伝子療法ベクターを含んでもよいし、遺伝子送達ビヒクルが包埋された徐放性マトリックスを含んでもよい。代替的に、完全な遺伝子送達ベクターは、組換え細胞からインタクトに産生されたもの、例えば、レトロウイルスベクターであり得る場合、医薬品調製物は、遺伝子送達系を産生する1つまたは複数の細胞を含んでもよい。
医薬組成物は、投与に関する説明と一緒に容器、パック、または分注器に含まれていてもよい。
d. 臨床的有効性
臨床的有効性は、当技術分野で公知の任意の方法によって測定することができる。例えば、さらなる治療剤ありまたはなしの操作T細胞の投与などの療法への応答は、療法に対するT細胞疲弊および/または免疫障害、例えば腫瘍の応答の任意の調整、好ましくはネオアジュバントもしくはアジュバント化学療法の開始後の腫瘍質量および/または体積の変化に関する。
例えば、感染作用因子により生じる免疫障害の処置に関する臨床的有効性は、対象における感染性微生物(例えば、ウイルス、細菌、真菌、マイコプラズマ、または寄生虫)の負荷の低減を、無処置の対照におけるかかる負荷と比べて決定することを含みうる。均等な無処置の対照と比較した場合、そのような低減または防止の程度は、任意の標準的技術により測定して少なくとも5%、10%、20%、40%、50%、60%、80%、90%、95%、または100%である。感染作用因子は、当技術分野で公知の任意の標準的方法によって検出した際に完全に除去されている場合がある。診断およびモニタリングは、例えば、生体試料(例えば、組織生検、血液検査、または尿検査)における微生物負荷のレベルを検出すること、生体試料中の感染作用因子のバイオマーカー代理マーカーのレベルを検出すること、慢性免疫障害に関連した症状を検出すること、または慢性免疫障害に典型的な免疫応答に関与する免疫細胞を検出すること(例えば、抗原特異的な疲弊CD8+T細胞の検出)を含みうる。
がんに対する臨床的有効性を査定することもできる。腫瘍応答は、ネオアジュバントまたはアジュバントの状況下で査定することができ、ここでは、全身性介入後の腫瘍のサイズが、CT、PET、マンモグラム、超音波、または触診により測定した初期のサイズおよび寸法と比較される場合があり、腫瘍の細胞充実性が、組織学的に推定され、処置開始前に取られた腫瘍生検の細胞充実性と比較される場合がある。応答は、生検または外科的切除後の腫瘍のキャリパー測定または病理学的検査によって査定することもできる。応答は、腫瘍体積または細胞充実性の百分率変化のように定量的に記録される場合もあれば、残留がん負荷量(Symmansら、J. Clin. Oncol.(2007年)、25巻:4414〜4422頁)もしくはMiller−Payneスコア(Ogstonら(2003年)、Breast(Edinburgh、Scotland)、12巻:320〜327頁)などの半定量的スコアリングシステムを使用して、「病理学的完全奏功」(pCR)、「臨床的完全寛解」(cCR)、「臨床的部分寛解」(cPR)、「臨床的安定疾患」(cSD)、「臨床的進行性疾患」(cPD)のように定性的に記録される場合もあれば、他の定性的基準で記録される場合もある。腫瘍応答の査定は、ネオアジュバントまたはアジュバント療法の開始後早期、例えば、数時間後、数日後、数週間後、または好ましくは数か月後に行われうる。応答査定の典型的な終点は、ネオアジュバント化学療法の終結時または残留腫瘍細胞および/もしくは腫瘍母地の外科的除去時である。
一部の実施形態では、本明細書に記述される治療的処置の臨床的有効性は、臨床利益率(CBR)を測定することによって決定されうる。臨床利益率は、療法終了時から少なくとも6か月経った時点における、完全寛解(CR)している患者の百分率、部分寛解(PR)している患者の数、および安定疾患(SD)を有する患者の数の和を決定することにより測定される。この式の簡潔表現は、CBR=6か月にわたるCR+PR+SDである。一部の実施形態では、特定の抗免疫チェックポイント阻害剤治療レジメンのCBRは、少なくとも25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%であるか、またはそれよりも多い。
療法に対する応答を評価するためのさらなる基準は「生存期間」に関し、これには、次の全てが含まれる:全生存期間としても公知である、死亡までの生存期間(ここで前記死亡は、無関係の原因のものでも、腫瘍に関連するものでもよい);「無再発生存期間」(ここで再発という用語は、局在化再発および遠隔再発の両方を含むものとする);無転移生存期間;無疾患生存期間(ここで疾患という用語は、がんおよびがん関連疾患を含むものとする)。前記生存期間の長さは、規定の始点(例えば、診断時または処置開始時)および終点(例えば、死、再発、または転移)を参照することによって計算されうる。加えて、処置の有効性に関する基準は、化学療法への応答、生存確率、所与の期間中における転移の確率、および腫瘍再発の確率を含むように拡大されてもよい。
例えば、適切な閾値を決定するためには、ある治療レジメンを対象の集団に施し、その転帰を、その療法または任意の療法を施す前に決定されたバイオマーカー測定値と相関させることができる。転帰の測定値は、ネオアジュバント設定で与えられる療法に対する病理学的応答でありうる。代替的に、全生存期間および無疾患生存期間などの転帰の尺度は、バイオマーカー測定値が既知である対象の抗免疫チェックポイント阻害剤療法後の期間にわたってモニタリングしてもよい。ある特定の実施形態では、同じ用量の治療剤が各対象に投与される。関連する実施形態では、投与される用量は、かかる薬剤について当技術分野で公知の標準的な用量である。対象がモニタリングされる期間は様々でありうる。例えば、対象は、少なくとも2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、45、50、55、または60か月にわたってモニタリングされてもよい。ある療法の転帰と相関するバイオマーカー測定閾値は、実施例の節に記述されるものなどの方法を使用して決定することができる。
VI. さらなる方法
記述される治療方法に関して上述のように、本発明は、操作T細胞を単独で、あるいはさらなる治療剤と組み合わせて投与することにより、対象におけるT細胞疲弊および/または免疫障害を防止する予防方法も提供する。不要なT細胞疲弊および/または不要な免疫障害のリスクがある対象は、例えば、当技術分野で公知の診断アッセイまたは予後判定アッセイのうちのいずれかまたはそれらの組合せによって特定することができる。予防用薬剤の投与は、不要な免疫応答に関連する症状の兆候の前に行われてもよい。処置に使用される適切な薬剤(例えば、抗体、ペプチド、融合タンパク質、または小分子)は、臨床適応症に基づいて決定することができ、当技術分野で周知の診断アッセイならびに本明細書に記述されるものを使用して特定することができる。
本発明はまた、さらに後述される診断方法も提供する。
診断方法、予後判定方法、治療方法、またはそれらの組合せなど、本明細書に記述されるいずれの方法においても、方法のステップは全て、単一の動作主体によって行われても、または代替的に、1つを超える動作主体によって行われてもよい。例えば、治療的処置を提供する動作主体によって直接的に診断が行われてもよい。代替的に、治療剤を提供する人物が診断アッセイの実行を要求してもよい。診断医および/または治療介入者が診断アッセイ結果を解釈して、治療戦略を決定してもよい。同様に、このような代替的プロセスは、予後判定アッセイなどの他のアッセイにも適用されうる。
本発明は、対象におけるin vivo処置に制限されない。例えば、T細胞は、ex vivo手順(例えば、体外での免疫細胞のプロセシングおよび細胞の身体への再投与)のために対象から単離されてもよい。同様に、T細胞およびその改変形態は、in vitroで培養されてもよい。PD−1エンハンサーなどの本発明のバイオマーカーの発現および/または活性は、T細胞内においてin vitroで、ex vivoで、またはin vivoで選択的に調整することができ、細胞プロセス(例えば、細胞増殖、分化、死など)または免疫応答(例えば、細胞傷害、サイトカイン産生など)に対して結果として生じる効果は、in vitro、ex vivo、またはin vivoで分析することができる。このように、操作T細胞は、T細胞疲弊生物学を単独で、あるいは調節性T細胞などの他の細胞型および/または試験化合物での処置などの操作と組み合わせてアッセイするために、in vitroで使用されてもよい。さらに、かかる操作は組み合わせて行うことができる。例えば、T細胞を対象から単離し、組換え遺伝子操作に供し、対象に再投与し、次いで治療薬の全身投与をin vivoで提供してもよい。
一態様では、本発明は、診断アッセイ、予後判定アッセイ、および臨床治験のモニタリングを予後判定(予測的)目的で使用することにより個体を予防的に処置する、予測的医学の分野に関する。したがって、本発明の一態様は、生体試料(例えば、血液、血清、細胞、または組織)という文脈において、疲弊CD8+T細胞のゲノム内に選択的に存在するゲノム領域の量および/または活性レベルを単独で、あるいはゲノム領域が発現を調節する少なくとも1つの遺伝子の発現との関連で決定することにより、疲弊CD8+T細胞の存在および/または免疫障害に罹患した個体の状態を特定するための診断アッセイに関する。かかるアッセイを予後判定または予測の目的のために使用することにより、バイオマーカーポリペプチド、核酸発現もしくは活性によって特徴付けられるかまたはそれらに関連する障害の開始前または再発後の個体を予防的に処置することができる。当業者であれば、いずれの方法も表1に列記されたバイオマーカーのうちの1つまたは複数(例えば、組合せ)を使用しうることを察知するであろう。
本発明の別の態様は、表1に列記されたバイオマーカーの発現または活性に対する薬剤(例えば、薬物、化合物、および小核酸ベースの分子)の影響をモニタリングすることに関する。例えば、一態様では、T細胞疲弊および/または免疫応答を調整する薬剤を特定するための方法は、操作T細胞のT細胞機能を促進または阻害する候補薬剤の能力がもたらされることを決定することを伴う。一実施形態では、アッセイは、操作T細胞の、他の細胞型、例えばTreg、Teff、細胞ベースのワクチンなどとの物理的および/または機能的相互作用を査定する。別の実施形態では、アッセイは、遺伝子修飾から生じる遺伝子発現調整の量を査定する。アッセイはまた、発現が遺伝子調整によって調整される1、2、3、4、5、6、7、8、9、10個、またはそれよりも多くの遺伝子の分析を組み合わせてもよい。
アッセイは細胞ベースのアッセイであり、例えば、本明細書に記述されるように修飾されたT細胞を試験薬剤と接触させ、目的の免疫関連細胞同士の間の物理的および/または機能的相互作用を調整(例えば、刺激または阻害)する試験薬剤の能力を決定することを含みうる。ポリペプチドが互いに結合または互いと相互作用する能力を決定することは、例えば、直接結合を測定すること、または免疫細胞応答のパラメータを測定することによって達成されうる。
例えば、直接結合アッセイでは、複合体中の標識タンパク質を検出することにより免疫関連生体分子の結合が決定されうるように、ポリペプチドが放射性同位元素または酵素標識と共役されうる。例えば、ポリペプチドを直接的あるいは間接的に125I、35S、14C、またはHで標識し、放射性同位元素を放射線放出の直接計数またはシンチレーション計数によって検出してもよい。代替的に、ポリペプチドを例えば西洋ワサビペルオキシダーゼ、アルカリホスファターゼ、またはルシフェラーゼで酵素標識し、適切な基質の産物への変換を決定することにより酵素標識を検出してもよい。
相互作用物のうちのいずれも標識することなく、目的の免疫関連生体分子または細胞同士の間の相互作用を調整する化合物の能力を決定することも、本発明の範囲内である。例えば、マイクロフィジオメーターを使用すると、いずれのポリペプチドも標識することなく、免疫関連生体分子ポリペプチド同士の間の相互作用を検出することができる(McConnellら(1992年)、Science、257巻:1906〜1912頁)。本明細書で使用される「マイクロフィジオメーター」(例えば、Cytosensor)とは、細胞がその環境を酸性化させる速度を光アドレス可能電位差測定センサ(LAPS:light−addressable potentiometric sensor)を使用して測定する分析機器である。この酸性化速度の変化は、化合物と受容体との間の相互作用の指標として使用されうる。
好ましい実施形態では、所与の一組の免疫関連生体分子または細胞同士の間の物理的および/または機能的相互作用をアンタゴナイズまたはアゴナイズする試験薬剤(例えば、核酸、ポリペプチド、抗体、融合タンパク質、ペプチド、または小分子)の能力を決定することは、一組の免疫関連生体分子ポリペプチドのうちの1つまたは複数のメンバーの活性を決定することによって達成されうる。例えば、ポリペプチドの活性は、細胞二次メッセンジャー(例えば、PD−1下流シグナル伝達活性)の誘導を検出すること、適切な基質の触媒/酵素活性を検出すること、レポーター遺伝子(検出可能なマーカー、例えば、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼをコードする核酸に作動可能に連結した標的応答性調節エレメントを含むもの)の誘導を検出すること、またはポリペプチドにより調節される細胞応答、例えば様々な自己免疫応答、アレルギー応答(例えば、喘息、アトピー性皮膚炎、アレルギー性結膜炎、花粉アレルギー、食物アレルギーなど)、ワクチン接種応答、免疫寛容応答、がん免疫療法応答、免疫疲弊応答、免疫記憶応答、もしくは免疫学的エピトープ応答を検出することにより、決定されうる。前記ポリペプチドに結合またはこれと相互作用する試験薬剤の能力を決定することは、例えば、増殖アッセイにおいて免疫細胞の共刺激もしくは阻害を調整する化合物の能力を測定すること、または前記ポリペプチドがその一部分を認識する抗体に結合する能力に干渉することにより、達成されうる。
免疫応答を調整する試験薬剤は、それらがアッセイに加えられたときに免疫細胞増殖および/もしくはエフェクター機能を調整する能力、またはアネルギー、クローン除去、および/もしくは疲弊を調整する能力によって特定されうる。例えば、活性化受容体を介してシグナル伝達を刺激する薬剤の存在下で細胞が培養されうる。活性化薬剤の存在下での細胞増殖またはエフェクター機能(例えば、抗体産生、サイトカイン産生、食作用)を測定するために、細胞活性化のいくつかの認識された読み取り情報が用いられてもよい。この活性化を遮断する試験薬剤の能力は、測定されている増殖またはエフェクター機能の減少をもたらす薬剤の能力を、当技術分野で公知の技術を使用して測定することにより、容易に決定されうる。
例えば、本発明の薬剤は、共刺激および/もしくは共阻害を阻害または増強させる能力について、例えばFreemanら(2000年)、J. Exp. Med.、192巻:1027頁、およびLatchmanら(2001年)、Nat. Immunol.、2巻:261頁に記述されているようなT細胞アッセイにおいて試験することができる。目的の免疫細胞は、例えば抗CD3抗体で活性化させ、本明細書に記述される修飾されたT細胞を提示してもよい。T細胞の増殖は、Hチミジンの組み込みによって測定されうる。アッセイは、アッセイ中にCD28共刺激を用いて行っても、用いずに行ってもよい。
代替的に、本発明の薬剤は、免疫細胞によって産生されるサイトカインまたは免疫細胞におけるその産生が免疫応答調整に応答して増強もしくは阻害されるサイトカインの細胞産生を調整する能力について、試験されてもよい。例えば、目的の免疫細胞は、一次活性化シグナルによりin vitroで準最適に刺激されうる。例えば、ホルボールエステル、抗CD3抗体、または好ましくはMHCクラスII分子と会合した抗原で操作T細胞が刺激され、例えば、刺激性形態のB7ファミリー抗原により、例えば、B7ポリペプチドをコードしその表面でペプチドを発現する核酸をトランスフェクトされた細胞により、または、可溶性の刺激性形態のペプチドにより、共刺激シグナルが与えられてもよい。培地に放出された公知のサイトカインは、ELISAによって特定されてもよいし、抗体がサイトカインを遮断して、サイトカインにより誘導される免疫細胞の増殖もしくは他の細胞型の増殖を阻害する能力によって特定されてもよい。例えば、IL−4 ELISAキットが、IL−7遮断抗体と同様にGenzyme(Cambridge MA)から入手可能である。本明細書に記述されるように修飾され、アッセイに加えられたTregの作用を査定してもよい。免疫関連生体分子間の相互作用を刺激または遮断することがサイトカインプロファイルに及ぼす影響がこれにより決定されうる。
上述のアッセイ法の1つまたは複数の実施形態では、タンパク質の一方もしくは両方の非複合形態から複合形態を分離することを容易にするため、ならびにアッセイの自動化に対応するために、いずれかのポリペプチドを固定化することが望ましい場合がある。ポリペプチドに対する試験化合物の結合は、反応物質を含有するのに好適な任意の容器内で達成されうる。このような容器の例としては、マイクロタイタープレート、試験管、および微小遠心管が挙げられる。一実施形態では、タンパク質のうちの一方または両方がマトリックスに結合できるようにするドメインを付加する融合タンパク質が提供されうる。例えば、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ/免疫関連ポリペプチド融合タンパク質、またはグルタチオン−S−トランスフェラーゼ/標的融合タンパク質が、グルタチオンセファロースビーズ(Sigma Chemical、St.Louis、MO)またはグルタチオン誘導体化マイクロタイタープレート上に吸収されてもよく、これらは次いで試験化合物と組み合わされ、この混合物は、複合体形成を促す条件下で(例えば、塩およびpHに関して生理学的な条件で)インキュベートされる。インキュベーション後、ビーズまたはマイクロタイタープレートウェルが洗浄され、結合していない成分があれば除去され、ビーズの場合はマトリックスが固定化され、例えば上述のように、直接的あるいは間接的に、複合体が決定される。代替的に、複合体がマトリックスから解離され、標準的な技術を使用してポリペプチド結合または活性のレベルが決定されてもよい。
代替的な実施形態では、目的の免疫関連ポリペプチドの活性を調整する試験化合物の能力を決定することは、細胞ベースのアッセイに関して上述のように、例えばポリペプチドの下流で機能するポリペプチドの活性を調整する試験化合物の能力を決定することによって達成されうる。例えば、これまでに記述されているように、二次メッセンジャーのレベルを決定してもよいし、適切な標的に対する相互作用物質であるポリペプチドの活性を決定してもよいし、または適切な標的に対する相互作用物質の結合を決定してもよい。
一部の実施形態では、免疫に関連する目的の指標の調整に関する決定は、対照(この用語は上述されている)、および過剰発現、活性過剰、過小発現、活性低下など(これらの用語も上述されている)の決定と比較して行うことができる。
別の態様では、表1、図、および実施例に列記された1つもしくは複数のバイオマーカーまたはそれらの断片を含む、本発明の1つまたは複数のバイオマーカーの発現もしくは活性に対する薬剤の影響(例えば、T細胞疲弊および/または免疫障害の調整)のモニタリングは、基本的な薬物スクリーニングのみならず、臨床治験においても適用されうる。例えば、本明細書に記述されるスクリーニングアッセイにより決定された、表1、図、および実施例に列記された1つもしくは複数のバイオマーカー、またはそれらの断片を含む遺伝子発現を調整する薬剤の効力は、目的の遺伝子の発現調整および/またはその機能的帰結(例えば、T細胞疲弊および/または免疫障害の調整)を呈する対象の臨床治験においてモニタリングすることができる。このような臨床治験では、バイオマーカーの直接的な発現および/もしくは活性またはT細胞疲弊および/もしくは免疫障害の状態の調整の間接的な結果を、特定の細胞の表現型の「読み取り情報」またはマーカーとして使用することができる。
一部の実施形態では、本発明は、薬剤(例えば、操作T細胞、アゴニスト、アンタゴニスト、ペプチド模倣薬、ポリペプチド、ペプチド、核酸、小分子、または本明細書に記述されるスクリーニングアッセイにより特定された他の薬物候補)で対象を処置することの効力をモニタリングするための方法であって、(i)薬剤の投与前に対象から投与前試料を得るステップと、(ii)投与前試料中の、表1、図、および実施例に列記された1つもしくは複数のバイオマーカーまたはそれらの断片を含む、本発明の1つまたは複数のバイオマーカーの発現レベルおよび/または活性を検出するステップと、(iii)対象から1つまたは複数の投与後試料を得るステップと、(iv)投与後試料中のバイオマーカーの発現レベルまたは活性を検出するステップと、(v)投与前試料中のバイオマーカーまたはその断片の発現レベルもしくは活性を1つまたは複数の投与後試料中のバイオマーカーのものと比較するステップと、(vi)それに従って対象への薬剤の投与を変更するステップとを含む、方法を提供する。例えば、1つもしくは複数のバイオマーカーの発現または活性を、検出されたものよりも高いレベルまで増加させるため(例えば、薬剤の効力を増加させるため)に、薬剤の投与の増加が望ましい場合がある。代替的に、バイオマーカーの発現または活性を、検出されたものよりも低いレベルまで減少させるため(例えば、薬剤の効力を減少させるため)に、薬剤の投与の減少が望ましい場合がある。このような実施形態によれば、観察可能な表現型応答が存在しなくとも、バイオマーカーの発現または活性を薬剤の効力の指標として使用することができる。
ある特定の実施形態では、本発明の方法がコンピュータプログラムおよびコンピュータシステムを実施することも、当業者には察知されよう。例えば、コンピュータプログラムを使用して、本明細書に記述されるアルゴリズムを行うことができる。またコンピュータシステムは、本発明の方法を実施する際にコンピュータシステムにより使用されうる複数のバイオマーカーシグナル変化/プロファイルを含む、本発明の方法により生成されたデータを格納し操作することができる。ある特定の実施形態では、コンピュータシステムは、バイオマーカー発現データを受信し、(ii)データを格納し、(iii)本明細書に記述される任意の数の方法(例えば、適切な対照と比べた分析)でデータを比較して、がん性組織または前がん性組織における情報的バイオマーカーの状態を決定する。他の実施形態では、コンピュータシステムは、(i)決定された発現バイオマーカーレベルを閾値と比較し、(ii)前記バイオマーカーレベルが閾値から有意に(例えば、上または下に)調整されているかどうかの指標、または前記指標に基づく表現型を出力する。
ある特定の実施形態では、このようなコンピュータシステムも本発明の一部と考えられる。多数の種類のコンピュータシステムを使用して、生物情報学および/またはコンピュータ技術分野の当業者が保有する知識に従って本発明の分析方法を実施することができる。かかるコンピュータシステムの動作中、いくつかのソフトウェアコンポーネントをメモリーにロードすることができる。ソフトウェアコンポーネントは、当技術分野で標準的なソフトウェアコンポーネントと、本発明に特別なコンポーネントとの両方(例えば、Linら(2004年)、Bioinformatics、20巻、1233〜1240頁に記述されているdCHIPソフトウェア、当技術分野で公知の放射基底機械学習アルゴリズム(RBM))を含みうる。
本発明の方法は、使用される特定のアルゴリズムを含む、式の記号入力および高レベルな処理仕様を可能にする数学的ソフトウェアパッケージにおいてプログラミングまたはモデリングすることもでき、これにより、ユーザーが個々の式およびアルゴリズムを手順どおりプログラミングする必要がなくなる。このようなパッケージとしては、例えば、Mathworks(Natick、Mass.)のMatlab、Wolfram Research(Champaign、Ill.)のMathematica、またはMathSoft(Seattle、Wash.)のS−Plusが挙げられる。
ある特定の実施形態では、コンピュータは、バイオマーカーデータを格納するためのデータベースを含む。このような格納されたプロファイルは、後の時点で目的の比較を行うためにアクセスおよび使用されうる。例えば、対象の非がん性組織に由来する試料中のバイオマーカー発現プロファイルおよび/または同じ種の関連性のある集団における目的の遺伝子座情報の集団ベースの分布から生成されたプロファイルが格納され、対象のがん性組織または対象のがん性であると疑われる組織に由来する試料のものと後に比較されうる。
本明細書に記述される例示的なプログラム構造およびコンピュータシステムのほか、他の代替的なプログラム構造およびコンピュータシステムも、当業者には容易に明らかとなるであろう。かかる代替的システムは、上述のコンピュータシステムおよびプログラム構造から趣旨においても範囲においても逸脱しないものであり、したがって添付の特許請求の範囲内に包含されるよう意図される。
VII. キット
本発明は、キットも包含する。例えば、キットは、操作T細胞を単独あるいは他の免疫調整剤と組み合わせて含み、好適な容器内にパッケージングされ、かかる試薬の使用に関する説明をさらに含んでいてもよい。キットはまた、別々の容器にパッケージングされた投与ツールなどの他の構成要素を含有してもよい。
本発明の他の実施形態を以下の実施例に記述する。本発明を以下の実施例によってさらに解説するが、実施例はさらなる限定と解釈されてはならない。本出願全体ならびに図において引用される全ての参考文献、特許、および公開特許出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
(実施例1)
実施例2〜6の材料および方法
a. マウス
野生型C57/BL/6N(CD45.2+)マウスおよび類遺伝子性B6.SJL−Ptprca Pepcb/BoyJ(CD45.1+)マウスをUS National Cancer Instituteから得た。C57BL/6N P14マウス(LCMV特異的T細胞受容体トランスジェニック)はインハウスで飼育した。雄マウスは6〜10週齢で使用した。全ての動物実験は、University of PennsylvaniaのAnimal Care and Use Guidelinesに従って行った。
b. リンパ球の感染および単離
Lara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁;Guptaら(2015年)、PLoS Pathogens、11巻:e1005177頁;Kurachiら(2014年)、Nat. Immunol.、15巻:373〜383頁;およびOdorizziら(2015年)、J. Exp. Med.、212巻:1125〜1137頁に記述されているように、LCMV株を産生し、力価測定した。LCMV Armstrong(2×10個のプラーク形成単位)の腹腔内注射またはLCMVクローン13(4×10個のプラーク形成単位)の静脈内注射により、2つのマウスコホートを感染させた。ドナーP14細胞は全て、CD8ネガティブセレクション(Miltenyi Biotec)を使用してナイーブな脾臓から調製した。エフェクターCD8T細胞、メモリーCD8T細胞、および疲弊CD8T細胞を生成するために、およそ1〜2×10個のP14細胞をレシピエントマウスに移入してから、1日後にLCMV感染を行った。標的エフェクター/メモリー/疲弊P14細胞は、感染後(p.i.:post−infection)8日目(d8)または27日目(d27)のレシピエント脾臓からのみ採取した。CD45.2 FITC Abおよび抗FITC微生物(Miltenyi)を使用した濃縮の後、細胞を染色し、Aria(商標)II(BD)により分取した。ナイーブおよびエフェクター/メモリー/疲弊CD8T(P14)細胞は、それぞれCD8TCRVa2CD62LCD44lo集団およびCD8TCRVa2CD45.2CD45.1集団に対するゲーティングによって分取した。フローサイトメトリーには、次のBioLegendによる蛍光色素コンジュゲート抗体を使用した:抗TCR Vα2(B20.1)、抗CD8α(53−6.7)、抗CD44(IM7)、抗CD45.1(A20)、抗CD45.2(104)、および抗CD62L(MEL14)。
c. ATAC−seq
生物学的複製物(ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、慢性d27、およびEL4)それぞれにつきおよそ40〜50,000個の細胞を冷PBS中で1回洗浄し、50μLの冷溶解緩衝液(10mM Tris−HCl、pH7.4、10mM NaCl、3mM MgCl、0.1% IGEPAL(登録商標)CA−630)に溶解した。溶解した核を、Buenrostroら(2013年)、Nature Methods、10巻:1213〜1218頁およびLongら(2015年)、Nat. Med.、21巻:581〜590頁に記述されているTn5転位反応ミックス中でインキュベートし、MinElute(登録商標)Reaction Cleanupキット(Qiagen)を使用して精製した。Pippin Prep(商標)2% Agarose Gel CassettesおよびPippin Prep(商標)DNA Size Selection System(Sage Science)を使用して、急性d8、急性d27、慢性d8、および慢性d27の一組の複製物、ならびにナイーブ細胞およびEL4細胞の両方の生物学的複製物から、ATAC−seq断片のうち、115〜600塩基対(bp)のサイズの断片を選択した。サイズ選択後、ATACライブラリーを増幅させ、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を使用してNextera(商標)配列決定プライマーのライゲーションを行った。最後に、Agencourt(登録商標)AMPure(登録商標)XPビーズクリーンアップ(Beckman Coulter/Agencourt)を使用してPCRプライマーを除去し、TapeStation機を使用してライブラリー品質を検証した。Illumina HiSeq(商標)2000配列決定システムを使用し、高品質の「マルチプレックスな」DNAライブラリーの配列決定を行った。
d. ATAC−Seqデータおよびゲノムとのアライメントの品質管理
FASTQCパイプライン(Babraham Bioinformatics)をリードに使用し、bowtieソフトウェアバージョン1.1.1(Langmeadら(2009年)、Genome Biol.、10巻:R25頁)を用いて参照ゲノム(mm9)とのアライメントを行った。ゲノム内に特有な位置に対してマッピングされたリードのみを保持した[「−m1」]。重複したリードは、bamファイルにおいてPICARDソフトウェアを使用してマーキングし、プライマー配列の混入について調べた。
e. ATAC−Seqデータにおけるピークの特定
リードを参照ゲノムに対してアライメントした後、プラス鎖と並んだリードを+4塩基対(bp)移動させ、マイナス鎖と並んだリードは−5bp移動させた(Buenrostroら(2013年)、Nature Methods、10巻:1213〜1218頁;Longら(2015年)、Nat. Med.、21巻:581〜590頁)。5つの複製対のそれぞれにつき、samtoolsソフトウェアを使用することにより2つの複製物をマージし、macs2ソフトウェアバージョン2.1.0を使用してピークを呼び出し、ここでFDRは0.001に設定し、「nomodel」およびデフォルトのマウスゲノムサイズオプションを使用した。ピークの母集団を生成するために、重複する領域のマージと同時にこれらピークの全ての和集合を行った。
f. ピーク内の活性の差の特定
シフトしたATAC−Seqカット部位をデータから抽出し、各ピーク領域に該当した数を計数した。次いでDESeq2ソフトウェアを使用して、ピーク間のカット部位の存在量の差を特定した。5つの条件のペアワイズ比較を全て行い、FDRが0.05未満であったものを差次的とみなした。
g. ATAC−Seqピークにおけるゲノム特色のエンリッチメント
各試料につき、マウスゲノムにおけるカバー率と比べたゲノム特色のエンリッチメントについてMACS2ソフトウェアによって計算されたピークセットを調査した。各ゲノム特色に関して、エンリッチメント倍率を[ATAC−Seqピーク領域とゲノム特色の重複/ピーク領域の全サイズ]/[マウスゲノムとゲノム特色の重複/マウスゲノムの有効サイズ]として計算した(ここで全てのサイズは塩基対で表される)。
マウスゲノムの有効サイズは、2,716,965,481bpに設定した。二項検定を使用してP値を計算し、ここで、n=ピークの数、x=アノテーションにより重複したピークの数、p=(マウスゲノムとの重複/マウスゲノムの有効サイズ)であった。
使用したゲノム特色には、(i)Ensembleデータベース(Flicekら(2011年)、Nucl. Acids Res.、39巻:6頁)の調節性特色アノテーション、(ii)ORegAnnoデータベース(Griffithら(2008年)、Nucl. Acids Res.、36巻:13頁)により見出される調節性特色、(iii)multiz30wayアルゴリズムによってアノテーションされる保存領域(ここではmultiz30wayスコアが>0.7の領域を検討する)、(iv)RepeatMasker(ワールドワイドウェブ上でrepeatmasker.orgにて利用可能)によってアノテーションされる反復領域、(v)推定プロモーター領域(RefSeqにおいてアノテーションされた転写物の10kb上流および1kb下流に位置)(Pruittら(2007年)、Nucl. Acids Res.、35巻:5頁)、(vi)RefSeqにおける遺伝子本体(gene body)のアノテーション、(vii)3’近位領域(3’末端に対して1kb上流および5kb上流に位置)、(viii)ヒストンマーク、H3K4me1、H3K4me3、H3K27ac、H3K36me3、およびH3K27me3(ポリコーム抑制)と共に、BATF、IRF4、c−Jun、JunD、およびJunBの結合が集中した領域、ならびにPoised Enhancer、Active Enhancer、Bivalent Promoter、Developmental Enhancer、およびInitソフトウェアを使用したさらなるアノテーションが含まれた。CD8+T細胞におけるプロモーターを使用した(Kurachiら(2014年)、Nat. Immunol.、15巻:373〜383頁およびLara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁)。また、EL4細胞の2つの複製物に関してこの研究において得られたピークを加えた。
h. クラスターおよび遺伝子オントロジー分析
GENE−E(Broad Institute)ソフトウェアを使用して、5つ全ての細胞状態でのChARシグナル強度差にK平均クラスタリングを適用した。MATLABのギャップ統計を使用してクラスターの最適な数を決定した。デフォルト設定のGREATソフトウェア(ワールドワイドウェブ上でbejerano.stanford.edu/great/public/html/にて利用可能)を使用して、近傍の遺伝子とのChARの会合およびモジュール内のGene Ontologyタームのエンリッチメントを決定した。全ての有意なGOタームは表1に列挙されており、選択されたGOタームは図3Dにヒートマップとして提示されている。
i. CRISPR設計
ワールドワイドウェブ上でbroadinstitute.org/rnai/public/analysis-tools/sgrna-design-v1にて利用可能である公的に利用可能なツールに基づいてオンターゲット効率を最大化するために、sgRNAを特定化するオリゴ配列を選択した。Shalemら(2014年)、Science、343巻:84〜87頁およびGjoneskaら(2015年)、Nature、518巻:365〜369頁において過去に記述されているように、一本鎖sgRNAオリゴ(Integrated DNA Technologies)をアニーリングし、PXPR003にライゲーションした。レンチウイルスパッケージングまたはヌクレオフェクションを使用し、sgRNAプラスミドを細胞株に導入した。レンチウイルス産生では、10%(vol/vol)FBSを含むDMEMに293T細胞を播種した。TurboFect(商標)(ThermoFisher)を使用し、sgRNAプラスミドならびにパッケージングプラスミドのΔ8.9およびVSV−gを細胞にトランスフェクトした。ウイルス上清を72時間後に収集した。ヌクレオフェクションでは、EL4細胞を100μlのNucleofector(商標)溶液および2μgのsgRNAプラスミドと混合した。次いで、Nucleofector(商標)Kit L(Lonza)およびAmaxa Nucleofector(商標)I機のC−09プログラムを使用して、細胞のトランスフェクションを行った。
j. 細胞培養
10%(vol/vol)FBS、HEPES、ペニシリン/ストレプトマイシン、およびβ−メルカプトエタノールを含むRPMI(R10培地)中で、EL4細胞(ATCC)を培養した。上述のようにレンチウイルスにパッケージングされたPLX304プラスミドを使用し、Cas9発現細胞株を産生した。次いでCas9発現細胞にsgRNAプラスミドを形質導入またはトランスフェクトし、ピューロマイシンを使用してプラスミドの存在について選択し、選択3〜5日後の後続実験の全てに使用した。限界希釈を使用し、バルクEL4の単一細胞クローンを作製した。
k. レポーターアッセイ
レンチウイルス構築物内のGFP発現を駆動するTATAボックスミニマルプロモーターの上流に、−23.8kb PD−1エンハンサーの781bpのコアに対応するDNA配列(chr1:113 95971119〜95971900、mm9)、およびCMVプロモーターをクローニングした。上述のようにプラスミドをレンチウイルスにパッケージングした。20,000xgで2時間にわたる超遠心分離によってウイルス上清を100倍に濃縮した。
CD8ネガティブセレクションMACS(登録商標)キット(Miltenyi Biotec)を使用してナイーブ脾臓からCD8T細胞を単離し、R10培地中で培養した。形質導入前にin vitro活性化を行うため、組換えヒトIL−2(100U/ml、R&D Systems)の存在下で24時間にわたり、プレートに結合した抗CD3(4μg/ml;2C11;BD Pharmingen)および抗CD28(4μg/ml;37.51;BD Pharmingen)でナイーブ細胞を刺激した。In vitroで活性化したT細胞およびEL4細胞に、ポリブレン(5μg/ml)とのインキュベーションおよびスピンインフェクション(37℃で45分間にわたり2,000RPM)によって濃縮ウイルスを形質導入した。形質導入の48〜72時間後、フローサイトメトリーによってGFP発現を測定した。
l. エンハンサーの欠失
Pdcd1のTSSから−23.8kbの領域を、この領域の端部にある一対のsgRNAターゲティング配列を使用して欠失させた。−23.8kbターゲティングsgRNAまたは陰性対照sgRNAをトランスフェクトしたEL4細胞(図8Aおよび9A)を異なるレベルのPD−1発現に基づいて分取し、ゲノムPCRを使用して、分取したEL4における欠失を検出した。50μlのQuickExtract(商標)DNA溶液を使用して、ゲノムDNAをバルクおよびクローン細胞株から単離し、製造元の説明に従ってインキュベートした。欠失スクリーニングプライマー対を使用して各試料からのゲノムDNAにPCRを行い(図8Bおよび9B)、EtBrを含む1%アガロースゲル上で泳動させた。クローン株では、二対立遺伝子欠失クローンは欠失バンドのみのPCR増幅を有するものとして定義されたが、非欠失(non−deleter)クローンはWTバンドのみを増幅させた。PCR増幅産物をSanger配列決定に提出することにより欠失を検証した。
m. RT−qPCR
クローン細胞株ならびに対照sgRNAを受けたバルク集団をRLT中に溶解させ、RNeasy(登録商標)Plus Miniキット(Qiagen)を使用してRNAを抽出した。ImProm−II(商標)Reverse Transcriptase(Promega)を使用してcDNAを生成し、ViiA(商標)7 Quantitative PCR機器でTaqMan(登録商標)プローブを使用して分析した。
n. In situ飽和変異誘発
公的に利用可能なオンラインツール(ワールドワイドウェブ上でportals.broadinstitute.org/gpp/public/analysis-tools/sgrna-designにて利用可能)を使用し、9つ全てのPD−1エンハンサーおよび全てのPD−1エクソン内のCas9−NGGプロトスペーサー隣接モチーフの存在により拘束される、可能性のある全てのタイリングsgRNAを設計した。非ターゲティングsgRNAは、Broad InstituteのGenomics Perturbation Platformによって設計した。sgRNAオリゴは全て、Lara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁およびRaimondiら(2006年)、J. Immunol.、176巻:2808〜2816頁において過去に記述されているように合成し、lentiGuide−Puroベクター骨格にクローニングした。プラスミドライブラリーを上述のようにレンチウイルスにパッケージングし、ポリブレン(5μg/ml)とのインキュベーションおよびスピンインフェクション(37℃で45分間にわたり2,000RPM)によってCas9発現EL4に形質導入した。対照の形質導入は、およそ0.3の感染多重度で1,000倍のライブラリーカバー率が確実となるように行った。ピューロマイシンを用いて72時間にわたる形質導入細胞の選択を行い、選択後の試料を開始0日目(d0)のライブラリー表現とした。実験の全体を通して、細胞の培養は、1,000倍のライブラリーカバー率が常時確実となるように行った。
ライブラリー形質導入細胞を抗PD−1蛍光抗体で染色し、PD−1 high集団およびPD−low集団に分取した(図7C)。選択後d20からd50の間に複製分取を行い、DNeasy(登録商標)Blood and Tissue Kit(Qiagen)を使用し、分取された集団からゲノムDNAを単離した。選択後d0のバルク細胞、インプットプラスミドプール、ならびに分取された集団を、Lara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁およびRaimondiら(2006年)、J. Immunol.、176巻:2808〜2816頁において過去に記述されているように配列決定した。ライブラリー配列決定深度に対してリードを正規化することにより、各試料中のSgRNAの存在量を数量化した。PD−1 low集団に対するPD−1 high集団におけるSgRNAエンリッチメントを次のように計算した:1)各試料中のsgRNA存在量を対数変換し;2)sgRNA表現の初期変動を埋め合わせるために、d0のsgRNA存在量をその各試料中の存在量から減算し;3)少なくとも1つの分取試料中で検出されなかったsgRNAがあれば、細胞ドロップアウトとしてさらなる分析から除外し;4)各分取試料(highおよびlowは別々に分析した)に関し、対照ガイドの分布と相対的にzスコアを計算して、エンハンサーをターゲティングするsgRNAおよびエクソンをターゲティングするsgRNAの存在量を正規化し;5)PD−1 lowコンパートメント内の各sgRNAについて正規化されたスコアをPD−highコンパートメント内のスコアから減算して、各複製物の各sgRNAについて正規化されたエンリッチメントスコアを生成し;6)各sgRNAのエンリッチメントスコアを複製物間で平均した。エンハンサーをターゲティングするsgRNAおよびエクソンをターゲティングするsgRNAの切断部位はマウスゲノム(mm9)に対してマッピングし、一方、対照の非ターゲティングsgRNAは5bp間隔で仮マッピングした。
o. 個々のsgRNAの検証
−23.8kbエンハンサー内のPD−1 low画分に集中していた32個のsgRNAを個々に検証するために選択した。各sgRNAを表すオリゴ(IDT)をCas9およびsgRNAの二重送達構築物に個別にクローニングした。次いで、過去に記述されているようにプラスミドをEL4細胞にヌクレオフェクトし、32個の同質遺伝子細胞株を産生した。ヌクレオフェクションの18〜36時間後、ピューロマイシン中で各細胞株の選択を行い、R10培地中で培養した。PD−1発現または対応するアイソタイプ対照について細胞を染色した。各細胞株におけるPD−1発現の幾何平均蛍光強度(MFI)を、アイソタイプ対照による染色のMFIに対して正規化した。
p. ゲノム内のモチーフの特定
ワールドワイドウェブ上のmeme-suite.org/db/motifsにあるデータベースのリストにおいて利用可能な、Jolma 2013(Jolmaら(2013年)、Cell、152巻:327〜339頁)、Chen 2008(Chenら(2008年)、Cell、133巻:1106〜1117頁)、UniPROBE(マウス)(Humeら(2015年)、Nucl. Acids Res.、43巻:22頁)、およびJASPAR 2014(主要な脊椎動物)(Mathelierら(2014年)、Nucl. Acids Res.、42巻:7頁)のPWMデータベースを使用した。次いで、FIMO(Grantら(2011年)、Bioinformatics、27巻:1017〜1018頁)および1×10−5の閾値を使用して、マウスゲノムのバージョン9におけるモチーフを呼び出した。最初に合計1,446個のモチーフから始め、ヒットがゼロまたは150万超のものがあれば除去した。次に、各モチーフにつき、進化的保存およびTSSまでの距離を加えた。各モチーフに見出される進化的保存の平均を求め、bedtoolsソフトウェア(Quinlan(2010年)、Bioinformatics、26巻:841〜842頁)の「closest」関数を使用して、各モチーフの最も近いTSSを見出した。UCSCゲノムブラウザからTSSのファイルを作成した。
q. centipedeソフトウェアを使用した転写因子(TF)フットプリントの推測
Centipedeプログラムを使用して、各モチーフインスタンスにおける転写因子(TF)結合の事後確率を推測した。各モチーフに関する進化的保存スコア、TSSまでの距離、およびPWMスコアを、モチーフ周囲の220bpのウィンドウ内のあらゆる位置に見出されるATAC−Seqカットの数と併せて、別々に両方の鎖に伝えた。モデルの正確度を評価するために、保存なしの別個のCentipedeインスタンスを実行し、進化的保存、TSSまでの距離、およびPWMスコアの事後確率を回帰し、少なくとも1つの試料中で進化的保存と強い正の関連を有しなかったもの(係数検定の片側Z値に対してP<0.05)は除去した。
r. TFと条件との関連の特定
所与のTFが条件に関連していたかどうかを試験するために、条件の全てのペアワイズの組合せに対する超幾何分布検定を実施した。TFが、他の条件と対比して所与の条件において活性であったピーク内で偶然に予想されるよりも頻繁に見出された場合に、そのTFは、所与の条件において差次的に結合したものとしてマーキングした。
s. TFのランク付け
過去に公開されたデータセット(Doeringら(2012年)、Immunity、37巻:1130〜1144頁;Buenrostroら(2013年)、Nat. Methods、10巻:1213〜1218頁)から各TFの正規化されたmRNA発現を得て、急性感染と慢性感染との間の対数倍率変化の絶対値を7日目(d7)および30日目(d30)に計算した。次いで、TFを超幾何学的P値に関連付け、d8およびd27(上記のとおり)の結合差を数量化した。次いで各TFを、これら4つのアノテーションに関して最大の差を示すものから最小の差を示すものへとランク付けし、d7〜8およびd27〜30における遺伝子発現およびTF結合の変化を表した。各TFの最終ランクは、4つの個々のスコアの平均として決定した。
t. 領域に対するTF結合の分析
0.90またはそれよりも高い事後確率カットオフを使用して、領域に対する転写因子の結合をCentipedeから推測した。106個の転写因子モチーフのそれぞれについて、ゲノムワイドな結合を推測した。これらの転写因子モチーフは、それらのランク付け(上位100、上記のとおり;表1)およびCD8T細胞生物学における公知の関連性(JUND、RUNX3、JUNB、STAT5A−STAT5B、FOXP1、およびTCF7)によって決定された。これら106個のTFをさらに、それらの結合差およびCD8T細胞転写調節における公知の役割に基づいて、50個にフィルタリングした。次いで、急性状態および慢性状態における50個のTFの各TFモチーフインスタンスにおける結合を分析した。各結合事象を、急性のみに存在するもの、慢性のみに存在するもの、またはこれらの両方に存在するものとして分類した。こうした急性感染または慢性感染におけるモチーフ結合の比較は、d8およびd27の両方で行った。したがって、d8およびd27において、慢性感染に特有な、急性感染に特有な、または共通の、TFモチーフ1つ当たりの結合事象の百分率の計算値を決定した。共通した結合とは対照的に、急性感染のみまたは慢性感染のみのいずれかにおけるTF結合のこの偏りを、各時点における慢性感染に見られる全ての特有な結合事象の百分率として数量化した。さらに、GREATソフトウェアを使用して、少なくとも1つの結合モチーフを含有する各領域を、標的遺伝子に関連付けた。これで、全ての標的遺伝子を、d7およびd30における急性感染と慢性感染との間のmRNA発現によって上方制御されたもの、下方制御されたもの、または未変化であったものとして定義することができた(Doeringら(2012年)、Immunity、37巻:1130〜1144頁)。このように、TFモチーフと近くの標的遺伝子との間の各結合事象(>0.95のよりストリンジェントな確率カットオフを使用して定義される)を、急性感染において上方制御された遺伝子をターゲティングしたもの、慢性感染において上方制御された遺伝子をターゲティングしたもの、または未変化の遺伝子をターゲティングしたものに分類した(表1)。
u. 対象
Seattle Natural ProgressionのコホートからHIVに感染した4名の参加者をこの研究のために選択した(Sunshineら(2014年)、J. Virol.、88巻:1354〜1365頁)。発症者は、過去1年間に>10,000RNAコピー/mlのウイルス負荷中央値を有したものとして定義した。研究した全ての対象は慢性感染であり、抗レトロウイルス療法ナイーブであった。およそ4000万〜6000万個のPBMCを各対象から得た。関連性のある施設内倫理委員会が全てのヒト対象プロトコールを承認し、全ての対象が登録前に書面によるインフォームドコンセントを提供した。治験に登録した単一のHCV感染患者についてベースライン試料を得て、成功した抗ウイルス療法が、遺伝子型1aのC型肝炎ウイルス感染(NCT02476617)に対する自然免疫応答および適応免疫応答に及ぼす効果を評価した。このHCV対象は、828,000IU/mlのHCVウイルス負荷で慢性的に感染していた。発現したHLAクラスI対立遺伝子に基づき、HLAクラスI多量体を使用して、ウイルス特異的なCD8 T細胞応答をスクリーニングした。HCV A*02:01 C63B CINGVCWTV、HCV A*24:01 174D VIAPAVQTNW、およびインフルエンザA*02:01 MP GILGFVFTLをターゲティングする応答を特定した。白血球除去を介して得られたPBMCから、FACSによって多量体結合CD8T細胞を単離した。患者は、この施設内倫理委員会が承認した研究に同意していた。
正常なボランティアから密度遠心分離によりPBMCを得て、CMV四量体T細胞応答についてスクリーニングした。関連性のある施設内倫理委員会がこのヒト対象プロトコールを承認し、全ての対象が登録前に書面によるインフォームドコンセントを提供した。
v. ATAC−seqのためのヒトリンパ球集団の単離
10% FBSを補充した温かいRPMI中でPBMCを急速に解凍した。MACS(登録商標)CD8ネガティブセレクションキット(Miltenyi Biotec)を使用し、CD8T細胞を濃縮した。濃縮後、細胞を染色し、FACSAria(商標)セルソーター(BD Biosciences)で分取した(細胞分取戦略については図11Aを参照されたい)。フローサイトメトリーには、次のBiolegendによる蛍光色素コンジュゲート抗体を使用した:抗CD45RA(HI100)、抗CCR7(G043H7)、抗2B4(C1.7)、抗CD3(OKT3)、抗275CD39(A1)、抗PD−1(EH12.2H7)、および抗CD8a(SK1)。フローサイトメトリーには、次の蛍光色素コンジュゲート多量体を使用した:HIV A*03:01 RLRPGGKKK、HIV A*02:01 SLYNTVATL、HIV B*08:01 GEIYKRWII、CMV A*02:01 pp65−NLV NLVPMVATV、HCV A*02:01 C63B CINGVCWTV、HCV A*24:01 174D VIAPAVQTNW、およびインフルエンザA*02:01 MP GILGFVFTL。10% FBSを補充したPBS中で最大70,000個の細胞を分取し、過去に記述されているようにATAC−seqライブラリーを生成した。出発材料が限られているため、Illumina HiSeq2000シーケンサーでのマルチプレックスな配列決定前にATACライブラリーのサイズ選択は行わなかった。過去に記述されているように、配列決定後の品質管理、ヒトATACリードのヒトゲノム(hg19)とのアライメント、MACS2ピーク呼び出し、およびDESeq2ピーク正規化を行った。
w. ヒトゲノムに対するピークのマッピングおよびSNP分析
Gjoneskaら(2015年)、Nature、518巻:365〜369頁およびErnstら(2011年)、Nature、473巻:43〜49頁に記述されているように、オルソロガスなマウスChAR(mm10)をヒトゲノム(hg19)に対してマッピングした。マッピングアルゴリズムがmm10における入力領域を要求したため、UCSCリフトオーバーツールをChARに適用して、それらをmm9からmm10に移した。NHGRIカタログ(ワールドワイドウェブ上でebi.ac.uk/gwas/にて利用可能)の「免疫系疾患」としてアノテーションされたGWAS SNPを、免疫関連のものとして定義した。超幾何分布検定を行い、マッピングされたエンハンサーの、全てのGWAS SNPS、免疫関連SNPS、ならびにPICS SNPとの重複を数量化した。
x. マウスおよびヒトのデータの比較分析
5つの細胞状態(ナイーブ、急性d8、急性d27、慢性d8、慢性d27)で特定された全てのマウスピークを、MACS2で呼び出されたピークに基づく3つのカテゴリー:急性および慢性d27に対してナイーブ細胞において一意的に特定されたピーク(マウスナイーブのみ)、ナイーブおよび慢性d27に対して急性d27細胞において一意的に特定されたピーク(マウスメモリーのみ)、ならびにナイーブおよび急性d27に対して慢性d27細胞において一意的に特定されたピーク(マウス疲弊のみ)に分割した。これら3つのカテゴリーのうちの1つに分類されなかった全てのマウスピークは、さらなる分析から除外した。3つのカテゴリー(ナイーブ、メモリー、疲弊)におけるオルソロガスなマウスピークをヒトゲノムに対してマッピングし、全てのヒト試料中で独立して呼び出された少なくとも1つのMACS2ヒトピークとの重複についてフィルタリングした。次いで、各ヒト試料に関し、マウスのオルソロガスなピークの3つのカテゴリー(ナイーブ、メモリー、疲弊)の平均クロマチン接近可能性を別々に計算した。各カテゴリーにおける平均クロマチン接近可能性を正規化して、ピークの3つのクラス間に固有のクロマチン接近可能性の差を埋め合わせた。
y. HCVエピトープの増幅および高深度配列決定
HCVエピトープの174DおよびC63Bに関し、次の条件を使用して、これらのエピトープ周囲のアンプリコンを生成した。この反応は、0.4μMの2x First Strand Buffer、センス(A2F:AAC GTT GCG ATC TGG AAG ACまたはA3F:GCT CTC ATG ACC GGC TTT AC)、およびアンチセンスプライマー(A2R:GGA AGC GTG GTT GTC TCA ATまたはA3R:AGA GAT CTC CCG CTC ATC CT)、ならびにSuperscript III RT/Platinum Taq Mix(Invitrogen)からなり、次の条件:50℃で30分間にわたるcDNA合成、続いて94℃で2分間の熱変性を用い、PCR増幅条件は、40×(94℃、15秒;55℃、30秒;68℃、180秒)、最終伸長は68℃で5分間であった。NexteraXT DNA Library Prep Kitを製造元のプロトコールに従って使用し、PCRアンプリコンの断片化およびバーコード化を行った。2×250bp V2試薬キットを使用し、Illumina MiSeqプラットフォームで試料のプーリングおよび配列決定を行った。Illumina MiSeq配列決定から得られたペアエンドリードを、VICUNA de novoアセンブラーソフトウェア(Yangら(2012年)、BMC Genomics、13巻:475頁)を使用してHCVコンセンサス配列にアセンブルし、V−FAT v1.0で終了した。Mosaik v2.1.73ソフトウェアを使用してこのコンセンサスにリードをマッピングし直し、V−Phaser v2.0ソフトウェア(Yangら(2013年)、BMC Genomics、14巻:674頁;Hennら(2012年)、PLoS Pathogens、8巻:e1002529頁)を使用して宿主内変異形を呼び出した。全てのリードは、受託番号SRR3951347でNCBI Sequence Read Archiveに受託されている。
(実施例2)
ナイーブCD8T細胞のクロマチン接近可能性は、分化中に大規模にリモデリングされる
疲弊CD8T細胞において、エンハンサーおよびプロモーターなどの調節領域を特定するために、ATAC−seq(Buenrostroら(2013年)、Nat. Methods、10巻:1213〜1218頁)を使用して、リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス(LCMV)感染に応答して分化する抗原特異的CD8T細胞における接近可能クロマチンの領域の境界を定めた(図1A)。急性LCMV感染は、感染後(p.i.)8日目(d8)に高度に機能的なエフェクターCD8T細胞を誘発し、これは感染後d27に防御的なメモリーCD8T細胞に分化する。対照的に、慢性LCMV感染は疲弊CD8T細胞を生じる(Wherryら(2007年)、Immunity、27巻:670〜684頁;Zajacら(1998年)、J. Exp. Med.、188巻:2205〜2213頁;Barberら(2006年)、Nature、439巻:682〜687頁;Doeringら(2012年)、Immunity、37巻:1130〜1144頁;Paleyら(2012年)、Science、338巻:1220〜1225頁)。ナイーブCD8T細胞の初期分析および感染後d8およびd27における分析は、各状態において22,646個から31,969個の間のクロマチン接近可能領域(ChAR)を特定した(FDR<0.001;図2Aおよび表1)。生物学的複製物と予想される断片サイズ分布との高い相関性により、良好なデータ品質が確認された(Buenrostroら(2013年)、Nat. Methods、10巻:1213〜1218頁)(図2B〜2D)。転写開始部位(TSS)、エクソン、イントロン、および遺伝子間領域にまたがるChARの分布は、過去の報告(Thurmanら(2012年)、Nature、489巻:75〜82頁)と一致していた(図2Aおよび2E)。予想されたとおり、各状態のChARは、高い進化的保存、調節性アノテーション、活性化プロモーターおよびエンハンサーヒストンマークの領域が強く集中していたが、ポリコーム抑制された領域は枯渇していた(Thurmanら(2012年)、Nature、489巻:75〜82頁;Ernstら(2011年)、Nature、473巻:43〜49頁)(図2Fおよび2G)。
ナイーブCD8T細胞のクロマチン接近可能性は、分化中に(DE−seq2、FDR<0.05)大規模にリモデリングされたことが見出された(図1B〜1C)。ChARの大部分(71%、図1C)は、ナイーブCD8T細胞が分化を経るにつれ、出現したか(例えば、Ifng遺伝子座におけるもの)(図1B)、あるいは消滅した(例えば、Ccr7)(図1B)。ChARの増加および損失は不均衡であった;感染後d8で一過的に検出されたもの(d8のみ;急性14.9%、慢性19.6%)(図1D)あるいはナイーブ細胞から損失したもの(ナイーブのみ;全領域に対して急性11.3%;慢性12.6%)(図1D)よりも大幅に高い割合の領域が、感染後d8に出現して持続したか(d8およびd27;急性31.6%、慢性38.8%)(図1D)、またはd27にのみ出現した(d27のみ;急性14.3%、慢性16.9%)(図1D)。したがって、ナイーブCD8T細胞状態からの分化は、クロマチン接近可能性の減少よりもむしろ、純増加に関連している(図2H)。
(実施例3)
機能的エフェクターCD8+T細胞またはメモリーCD8+T細胞と比べた疲弊CD8+T細胞における状態特異的ゲノム調節領域
疲弊CD8T細胞のChARを、機能的エフェクターCD8T細胞またはメモリーCD8T細胞において見出されたものと比較したところ、調節領域のパターンに顕著な大域的差が見出された。感染後d8および/またはd27において慢性感染に応答するCD8T細胞には存在したが、急性感染では存在しなかった、合計7,368個のChARが特定された(図1Eおよび2I)。加えて、感染後d8および/またはd27において急性感染では存在したが、疲弊CD8T細胞においては欠如していた、4,395個の領域が特定された。急性感染と慢性感染との間で差次的な調節領域は、エンハンサーの特色を示した:差次的な調節領域は、TSSが枯渇しており(非差次的な領域における14%に対して5%)、遺伝子間およびイントロン領域が集中しており(37%対29%および45%対31%)(図1F)、遺伝子プロモーターに対して遠位である(図1G)という傾向があった。疲弊CD8T細胞と機能的CD8T細胞との間での調節領域のプロファイルの差の規模は、遺伝子発現に見られたものよりも大きかった。全てのChARの44.48%が、差次的に発現した遺伝子の9.75%のみと比較して、各時点における機能的細胞と疲弊細胞との間に差次的に存在したことが見出された(両方の値はFDR<0.05で推定した)。この所見と一致して、遺伝子発現による各T細胞状態間のランクの相関性は、調節領域のレベルにおけるものよりも大幅に高かった(図1H)。これらの結果は、CD8T細胞分化中の状態変化には、遺伝子発現の検査によって明らかであるものよりも大きな接近可能クロマチン再編成が付随することを示す。
教師なしクラスタリングにより、同様の活性パターンを有する差次的なChARの「モジュール」を特定した(図4および5A)。高度に状態特異的な活性パターンを表す調節領域の7つのモジュールが特定された。モジュールa〜eは、それぞれ、ナイーブ、急性感染後d8、急性感染後d27、慢性感染後d8、および慢性感染後d27のCD8T細胞において主に活性なChARに対応した。モジュールfは、ナイーブT細胞と急性感染後d27との間で共通した一組のChARを特定し、モジュールgは、ナイーブと慢性感染後d8との間で共通したChARを含有した(図3B)。各モジュール内のChARの平均ピーク強度と隣接遺伝子の平均遺伝子発現との間に、高度に有意な正の相関(p<0.001)が見出された(図3B〜3C)。これらの結果は、平均して、各モジュールに含有されたChARが、対応する遺伝子の抑制よりもむしろ活性化に関連する傾向があったことを示す。
それぞれの状態特異的モジュールにおける遺伝子は、対応するT細胞状態において公知の機能を有する多くのものを含んだ。例えば、ナイーブT細胞において最も活性の高いモジュールaは、Ccr7およびLef1に隣接するChARを含有した(図3D)。慢性感染後d8およびd27において活性なモジュールdは、阻害性受容体Pdcd1およびHavcr2(これはTim3をコードする)ならびに転写因子Batfに隣接するChARを含有した。これらの遺伝子は全て、疲弊CD8T細胞において上方制御される(Wherryら(2007年)、Immunity、27巻:670〜684頁;Doeringら(2012年)、Immunity、37巻:1130〜1144頁)。活性調節領域のモジュラー構造は明確な調節プログラムに関連付けられるという仮説を立て、各モジュール内のChARに隣接する遺伝子の機能を調査した。実際、各モジュールにおける遺伝子の機能的クラスは、Gene Ontologyタームのエンリッチメントによって測定すると明確であった(図3Dおよび表1)。例えば、ナイーブ関連モジュールaは、ヒストンリシンメチル化、IL−2産生の調節、および幹細胞分裂に関与する遺伝子と関連付けられた。対照的に、主に急性感染後d8の細胞において活性であったモジュールbは、細胞走化性およびCD8α−β T細胞分化の調節に関与する遺伝子に関連付けられた。疲弊に関連付けられたモジュールeは、サイトカイン産生の負の調節、LPS媒介性シグナル伝達の負の調節、T細胞活性化の負の調節、およびIL−10産生の調節に関与する遺伝子が集中していた。このように、ナイーブCD8T細胞、エフェクターCD8T細胞、メモリーCD8T細胞、および疲弊CD8T細胞を区別するChARは、機能的に明確な遺伝子のプログラムを正に調節する状態特異的モジュールに組織化される。
(実施例4)
疲弊CD8+T細胞における状態特異的ゲノム調節領域は疲弊CD8+T細胞で差次的に発現される遺伝子を調節する
次に、疲弊細胞に特異的な調節領域が、疲弊CD8T細胞で差次的に発現される遺伝子を調節しうるかどうかを試験しようと試みた。PD−1の持続的発現は疲弊CD8T細胞の中核的特色であるが、PD−1は、急性LCMV感染中にエフェクターCD8T細胞によっても一過的に発現される(Barberら(2006年)、Nature、439巻:682〜687頁;Doeringら(2012年)、Immunity、37巻:1130〜1144頁)。公知の調節領域における持続的脱メチル化がヒトの疲弊CD8T細胞(Youngbloodら(2013年)、J. Immunol.、191巻:540〜544頁)およびマウスモデル(Youngbloodら(2011年)、Immunity、35巻:400〜412頁)で観察されているものの、疲弊CD8T細胞におけるPD−1発現が、機能的CD8細胞に存在しない疲弊特異的調節領域によって調節されるかどうかは、不明なままである。9個のChARがPdcd1遺伝子座の45kb内で特定され(図6A)、また、過去に記述されている、エンハンサー活性のある領域(−1.5kbおよび−3.7kb)に対応するもの数個が見出された(図6A)(Austinら(2014年)、J. Immunol.、192巻:4876〜4886頁);これらは、急性感染および慢性感染の両方で存在した。Pdcd1 TSSのおよそ−23.8kb上流にあるさらなる領域で、慢性感染の感染後d8およびd27において疲弊CD8T細胞でのみ認識できるクロマチン接近可能性を示し、また急性感染のナイーブCD8T細胞、エフェクターCD8T細胞、またはメモリーCD8T細胞ではこれを示さなかったものが特定された(図6A)。
このChARは、疲弊CD8T細胞における持続的な高レベルの発現に要求されるPD−1のエンハンサーとして機能しうるという仮説を立てた。この考えと一致して、この領域は、上位ランクの疲弊関連TFのうちの2つ:Runx2(Bestら(2013年)、Nat. Immunol.、14巻:404〜412頁)およびレチノイン酸受容体アルファ(Rara)(Allieら(2013年)、J. Immunol.、190巻:2178〜2187頁;Guoら(2014年)、J. Immunol.、192巻:3336〜3344頁)のフットプリントを含む。これにより、マウスEL4 T細胞株のこの領域、および過去に公開されたDHS(Vierstraら(2014年)、Science、346巻:1007〜1012頁)またはATAC−seqデータ(Lara-Astiasoら(2014年)、Science、345巻:943〜949頁)における、クロマチン接近可能性の調査が促された。クロマチン接近可能性は、顆粒球、単球、B細胞、およびNK細胞などの高分化型細胞型を含むLinScaKit細胞からの造血細胞の分化の間中、いかなる有意なレベルでも検出されなかったことが見出された(図6A)。しかしながら、いずれも高レベルのPD−1を構成的に発現することができる(Austinら(2014年)、J. Immunol.、192巻:4876〜4886頁;Raimondiら(2006年)、J. Immunol.、176巻:2808〜2816頁)、EL4細胞および調節性T細胞の同じ領域において、ChARが特定された。T細胞エンハンサーとしての−23.8kb ChARの機能を試験するため、この領域に対応する781bpの断片(すなわち、mm9 buildのchr1:113 95,971,118〜95,971,899)をレポーター構築物にクローニングしたところ、以下の配列を有した(これは、この参照により表1に完全に組み込まれるものとする):
この断片は、ミニマルプロモーターのみをコードするベクターと比べて、EL4細胞およびin vitro活性化CD8T細胞におけるレポーター遺伝子発現の10〜12倍の増加を誘導するのに十分であった(図6B)。これは、−23.8kbにおけるChARがエンハンサーとして機能しうることを示唆する。
次いで、−23.8kbエンハンサーが高レベルのPD−1発現に必要であったかどうかを試験した。このエンハンサー部位で持続的な高レベルのPD−1発現およびオープンクロマチンの両方を有するEL4細胞において、その位置における1.2kbの断片を欠失させるために、CRISPR/Cas9ヌクレアーゼを使用した(Shalemら(2014年)、Science、343巻:84〜87頁;Canverら(2015年)、Nature、527巻:192〜197頁)(図5A〜5E)。次いで、いくつかの手法を使用し、−23.8kb領域の損失がPD−1発現に影響したかどうかを試験した。第1に、この領域が高レベルのPD−1発現に要求されたことが決定された。エンハンサーの端部にある一対のsgRNAまたは対照ガイドをCas9発現EL4細胞にトランスフェクトし、これらの細胞をPD−1発現が異なった亜集団に分取し、これらの細胞の各亜集団におけるエンハンサー欠失または野生型対立遺伝子の相対的な存在量をゲノムPCRによって試験した(図6C)。−23.8kbをターゲティングする一対のsgRNAをトランスフェクトしたEL4細胞では、PD−1発現が最も低い細胞が、エンハンサー欠失バンドの最も高い存在量、および野生型バンドの最も低い存在量を有した。
第2に、−23.8kb sgRNA対をトランスフェクトしたPD−1loEL4細胞から多数の単一細胞クローンを生成した。スクリーニングした45個のクローン中9個(20%)(図5F〜5G)が−23.8kb領域の欠失を有するものと特定され、欠失クローンの幾何平均蛍光強度(MFI)は非欠失クローンよりも有意に低かった(Mann−Whitney検定P<0.002)ことがさらに見出された(図5G)。−23.8kb ChARの欠失は、Sanger配列決定(図5H)を使用して確認され、9個全てのクローンが、標的ChARの二対立遺伝子欠失を示したPCR欠失バンドを有することが見出された。図5Hに示される配列は次のとおりである:
この領域の欠失はPD−1発現を63.2%減少させたが、発現を完全に損失させたわけではなく、EL4細胞内のさらなる調節領域もPD−1発現の調節に関与していたことを示唆している(図6D)。
第3に、発現が検出可能でありPdcd1遺伝子座の1.5Mb以内にある全ての遺伝子の発現を数量化することにより、−23.8kb ChARの欠失がPD−1発現を特異的に減少させたかどうかを査定した。PD−1 mRNAの発現のみが、−23.8kb ChARの欠失によって有意に減少した(図5I)。この結果は、疲弊CD8T細胞に存在するが機能的CD8T細胞には存在しない−23.8kb ChARが、高レベルのPD−1発現を維持するのに要求されるエンハンサーとして機能することを示す。
次に、−23.8kbエンハンサー内の特異的配列によるPD−1発現の調節への機能的寄与を特定しようと試みた。Cas9媒介性in situ飽和変異誘発を使用した。プロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)(Canverら(2015年)、Nature、527巻:192〜197頁;Vierstraら(2015年)、Nat. Methods、12巻:927〜930頁)により拘束される、このエンハンサー内の可能性のある全てのsgRNAを設計した。Pdcd1遺伝子座に隣接する他の調節エレメントを含む−23.8kbエンハンサーの変異誘発を行うことの影響を比較するために、ATAC−seq分析により定義された他の8つのPD−1調節配列をターゲティングする同様のタイリングされた一組のsgRNAも設計した(図6A)。Cas9発現EL4細胞に、エンハンサーをターゲティングする1,754個のsgRNA、陽性対照としてPdcd1エクソンをターゲティングする117個のsgRNA、および陰性対照として200個の非ターゲティングsgRNAのプールを形質導入した(図7A)。隣接するsgRNA同士の間の距離中央値は5bpであり、sgRNAの90%が互いから18bp以内に含まれたため、PD−1発現を妨害するゲノム切断部位を高分解能で特定することができた(図7B)。
形質導入されたEL4は、PD−1を高発現するか低発現するかに基づいて集団に形質導入し、抽出されたゲノムDNAの配列決定を使用して、2つの画分内の個々のsgRNAの存在量を数量化した(図7C)。PD−1 high画分とlow画分との間で均等に分布していた非ターゲティングsgRNAと比較して、Pdcd1エクソンをターゲティングするsgRNAは、予想されたとおり、PD−1 low画分に高度に集中していた(図6Eおよび7D〜7E)。9つの調節領域中8つをターゲティングするsgRNAもまた、PD−1 low画分において様々な程度(p<0.00001〜p<0.01)に有意に集中していたことが見出され、8つの調節領域のそれぞれにおいてPD−1発現に影響する重要な配列の密な表現が示された。しかしながら、−35.6kb ChARにおけるsgRNAは、CTCFにより媒介されるPdcd1遺伝子座の境界の外側にこの領域が位置するという以前の観察(Austinら(2014年)、J. Immunol.、192巻:4876〜4886頁)と一致して、PD−1発現には有意な影響を及ぼさなかった。
PD−1 low画分に集中していたエンハンサー内のsgRNAのうちの1つをそれぞれトランスフェクトした、同質遺伝子系統のCas9発現EL4細胞32個を生成することにより、−23.8kbエンハンサー内のsgRNAに注目した。PD−1陰性画分(PD−1 high:low比は平均を>1SD下回る)に最も強く集中していたsgRNAのプール設定において予測された活性と、個々の細胞株におけるPD−1のMFIに対するそれらの影響との間には、強い相関性(p=0.0041)(図6F)が見出された。この結果は、プールスクリーニングにより、エンハンサーの重要な配列を高い特異性で妨害するsgRNAが特定されたことを示す。予測された切断部位の位置を調べると、エンハンサーの中で切断がPD−1発現に顕著な影響を与えた3つの重要な領域が明らかになった(図6G、灰色の網掛け)。
次に、−23.8kbエンハンサーにおけるこれらの重要な領域が、in vivoの疲弊CD8T細胞における転写因子(TF)結合の明確なパターンに関連していたかどうかが問われた。TF ChIP実験は、疲弊CD8T細胞の希少集団では実行可能ではないため、d27の疲弊CD8T細胞のATAC−seqトラックを分析して、公知のTFモチーフと比較したトランスポサーゼによるカット部位の減衰に基づいてTF結合を推測した(すなわち、TFフットプリンティング)(Pique-Regiら(2011年)、Genome Res.、21巻:447〜455頁)(図8A〜8Bおよび表1)。このデータにおけるTFフットプリンティングを検証するために、この手法によりTF結合のChIP−seqデータが再現可能であることをまず確認した。TFフットプリンティングをin vitro活性化CD8T細胞におけるBATFおよびIRF4の既存のTF ChIPデータと比較したところ、高レベルの感受性および特異性(AUC=0.77および0.84)が見出された(図8C〜8D)。ナイーブ細胞および急性感染後d8の細胞における差次的なTFフットプリント(結合部位を呼び出す事後確率>0.90)(図8A〜8D)も特定された。この分析により、AP−1ファミリーTFのBatf、Jun、およびFos、ならびにナイーブT細胞調節因子のLef1(KaechおよびCui(2012年)、Nat. Rev. Immunol.、12巻:749〜761頁;Kurachiら(2014年)、Nat. Immunol.、15巻:373〜383頁)を含む、エフェクター機能の公知の調節因子に関連するモチーフが回収された(図10A)。
ATAC−seqデータのTFフットプリンティング分析を検証したところ、慢性d27疲弊T細胞の−23.8kb PD−1エンハンサー内にTFフットプリントが特定された。EL4細胞におけるPD−1発現を低減させたsgRNAの切断部位は、in vivoで疲弊CD8細胞において見出されるTF結合モチーフ内に有意に集中していた(P=8.63×10、超幾何分布検定)ことが見出された。妨害に対する最大の感受性を有する3つのTFフットプリントは、in vivoの疲弊CD8T細胞におけるSox3、T−bet(Tbx21によりコードされる)、およびレチノイン酸受容体(RAR)のモチーフに対応した(図6Gおよび10B)。これらのデータに基づき、−23.8kbエンハンサーにおけるこれらのモチーフに対するTF結合は、疲弊CD8T細胞内のPD−1の調節において重要な役割を果たすと考えられる。
これらのモチーフにおけるTF結合の増加がT細胞疲弊のより一般的な特色であるかどうかを決定するため、ゲノムワイドなTFフットプリンティングをd27の慢性感染と急性感染との間で比較し、推測される結合の有意な差を示した135個のTFモチーフを特定した(図6Hおよび表1)。上位ランクのTFは活性調節領域の複数のモジュールで優先的結合の明確なパターンを示すことが見出されたという事実を含め、いくつかの特色により、これらのTFモチーフにおける結合がT細胞疲弊の調節における役割を果たす可能性が高いことが示された(図9A)。第1に、結合モチーフは、感染後d27に急性感染に対して慢性感染のCD8T細胞間で差次的に発現された遺伝子において、差次的に発現されなかった遺伝子と比べてより頻繁に観察された(超幾何学的P=9.85×10−3、差次的な遺伝子発現FDR<0.05)(図10A)。第2に、分析から回収された多くの結合モチーフは、T−bet(Tbx21;Paleyら(2012年)、Science、338巻:1220〜1225頁)、Eomes(Paleyら(2012年)、Science、338巻:1220〜1225頁)、Batf(Quigleyら(2010年)、Nat. Med.、16巻:1147〜1151頁)、Blimp1(Shinら(2009年)、Immunity、31巻:309〜320頁)、Nfatc1(Martinezら(2015年)、Immunity、42巻:265〜278頁)、Nr4a2(Giordanoら(2015年)、EMBO J.、34巻:2042〜2058頁)、およびMafb(Giordanoら(2015年)、EMBO J.、34巻:2042〜2058頁)を含め、疲弊における役割が公知であるTFに対応した(図6Hおよび10C)。第3に、他の差次的なTFフットプリントは、AP−1ファミリーTFと相互作用する(de Graziaら(1994年)、J. Exp. Med.、180巻:1485〜1497頁)Pou2f2(Oct−2としても公知)、ナイーブCD8T細胞の不活発性を調節する(Fengら(2011年)、Nature Immunol.、12巻:544〜550頁)Foxp1、および腫瘍微小環境においてCD8T細胞機能を促進する(Guoら(2014年)、J. Immunol.、192巻:3336〜3344頁)一方でCD8T細胞記憶発達を負に調節する(Allieら(2013年)、J. Immunol.、190巻:2178〜2187頁)レチノイン酸受容体アルファ(Rara)などの、T細胞疲弊調節因子としてもっともらしく新規の候補を示唆する。注目すべきことに、レチノイン酸受容体アルファモチーフ(Rara)におけるTFフットプリントは疲弊CD8T細胞に有意に集中していた(FDR=3.14×10−13)ことが見出され、このTFファミリーの疲弊CD8T細胞における役割がPD−1を超えてより大きな転写プログラムの調節まで及ぶことが示された。
疲弊CD8T細胞における新たなTF結合事象の獲得によって主に特徴付けられた慢性感染における、経時的なTF結合の広範囲にわたる変化も見出された。上述のように、例えば、Tbx21およびEomesは、感染後d8では慢性感染と比べて急性感染においてより多くの領域に結合したが、感染後d27までには両方のTFが、末期疲弊におけるそれらの公知の役割(Paleyら(2012年)、Science、338巻:1220〜1225頁)と一致して、疲弊CD8T細胞内で多数の新たな結合部位を獲得していた(図10Cおよび9B)。より一般的には、感染後d8からd27にかけてのTFの結合パターンが感染後d27までには慢性感染における新たな部位での優先的な結合に向かう顕著なシフトが観察された(図10C)。これに対応して、疲弊における差次的なTF結合事象の数がメモリーと比べて増加した(図9B)。このように、T細胞疲弊は、経時的なTF結合の広範囲にわたるリプログラミングと共に発展する。
(実施例5)
疲弊CD8+T細胞の状態特異的ゲノム調節領域はヒト疾患との関連性がある
LCMV感染のマウスモデルの分析は、T細胞疲弊が明確なエピジェネティック状態に関連することを示唆する。マウスモデルにおける疲弊特異的エンハンサープロファイルもまたヒト疲弊CD8T細胞の特色であったかどうかを試験するために、治療を受けていない慢性進行性HIVを有する4名の対象のHIV特異的な四量体CD8T細胞におけるクロマチン接近可能性の大域的パターンを分析した(図11Aおよび表1)。これらのパターンを、健康なドナーのサイトメガロウイルス(CMV)特異的CD8T細胞において見出されるものと比較した。各ドナーのナイーブ(CCR7CD45RA)およびエフェクターメモリー(CCR7CD45RA)のバルク集団を対照として用いた。各ドナーのChARは、活性化クロマチンマークに関連する領域が高度に集中しており、抑制的なマークを含有する領域が枯渇していたことが見出され、良好なデータ品質が確認された(図11B)。
マウスモデルにおいて特定されたChARをそれらとオルソロガスなヒト領域に対してマッピングし、全てのマウスChARの80〜85%とのアライメントに成功した(Gjoneskaら(2015年)、Nature、518巻:365〜369頁;Villarら(2015年)、Cell、160巻:554〜566頁)(図12A〜12B)。5つ全てのマウスCD8T細胞状態からマッピングされた領域は、疾患関連SNP(PICS SNP、P<2.77×10−8;超幾何分布検定)(Farhら(2015年)、Nature、518巻:337〜343頁)(図12C)、特に免疫関連NHGRI GWAS SNP(P<3.70×10−30)が有意に集中しており(図11C〜11E)、マッピングされた領域が免疫系における重要な調節領域に対応したことを示唆している。しかしながら、PDCD1遺伝子座における領域は、過去に観察されたように(Austinら(2014年)、J. Immunol.、192巻:4876〜4886頁)、マウスモデルからマッピングされたものの中になく、マウスモデルで観察された−23.8kbエンハンサーのオルソログを検出する能力は限定されている。
ナイーブ細胞、メモリー細胞(急性d27)、または疲弊細胞(慢性d27)に特有の重複しない一組のChARをマウスにおいて特定し、各ヒト試料においてオルソロガスな領域内のクロマチン接近可能性について試験した(図12D)。大部分のドナーのヒトナイーブCD8T細胞は、メモリー特異的領域または疲弊特異的領域よりも、マウスにおいて定義されたナイーブ特異的領域において有意に高いクロマチン接近可能性を示した。健康なドナーにおいて、CMV特異的四量体CD8T細胞およびエフェクターメモリー細胞では、メモリー特異的領域が集中していた(MW検定、P=0.01〜P<0.0001)(図12E)。対照的に、4名中3名の対象のHIV特異的四量体細胞は、メモリー特異的領域よりも疲弊特異的領域において有意に高いクロマチン接近可能性を示した(MW検定、p=0.05〜p<0.001)。興味深いことに、HIV感染対象のエフェクターメモリーCD8T細胞は、疲弊特異的領域においても高いクロマチン接近可能性を示したが、これはおそらく、そのコンパートメント内の、または異常分化したバイスタンダーT細胞による、未測定の疲弊HIV特異的T細胞の結果と思われる(Stelekatiら(2014年)、Immunity、40巻:801〜813頁)。
これらの所見は、同じドナーから得た複数の四量体集団における疲弊特異的なエピジェネティックパターンを調査することにより、慢性HCV感染を有する対象において確認された。2つの異なるHCVエピトープに特異的な四量体CD8T細胞、およびインフルエンザ(Flu)に特異的なもの、ならびにバルクナイーブ細胞およびエフェクターメモリー細胞を単離した。予想されたとおり、フローサイトメトリーは、ナイーブCD8T細胞が疲弊マーカーPD−1およびCD39に対して一様に陰性であったことを明示した。HCV C63Bエピトープに特異的な四量体CD8T細胞の大部分は、慢性感染におけるHCV特異的CD8T細胞に関して過去に記述されているように、高レベルのPD−1(Rutebemberwaら(2008年)、J. Immunol.、181巻:8215〜8225頁;Kasprowiczら(2008年)、J. Virol.、82巻:3154〜3160頁)およびCD39(Guptaら(2015年)、PLoS Pathogens、11巻:e1005177頁)を発現した(図12F)。しかしながら、174Dエピトープに特異的なHCV四量体細胞は、機能的Flu四量体細胞の染色パターンと酷似して、PD−1およびCd39−lowであった。この対象のHCVゲノムの配列決定は、174DエピトープがC63Bエピトープとは異なって広範囲にわたるウイルス回避を受けたことを明らかにし、野生型ウイルス配列は検出不可能であった。これは、174D四量体T細胞が同族抗原に出会わなくなったことを示唆する(図12G)。この観察と一致して、C63B Tet細胞が、疲弊特異的領域においてメモリー領域よりも有意に高いクロマチン接近可能性(MW検定、p=0.01)を示したことが決定された。対照的に、174D四量体細胞は、インフルエンザ特異的CD8T細胞と同様に、メモリー特異的領域において高いクロマチン接近可能性を示した(MW検定、p=0.04)(図12H)。このように、マウス疲弊CD8T細胞に見出されるクロマチン接近可能性の状態特異的パターンは、ヒト疲弊CD8T細胞において保存されている。
(実施例6)
疲弊CD8+T細胞の状態特異的ゲノム調節領域はヒト疾患との関連性がある
疲弊CD8+T細胞には存在するが機能的CD8+T細胞には存在せず、in vitroで高レベルのPD−1発現を維持するのに要求されるエンハンサーとして機能する、PD−1の−23kb上流にあるChAR領域の発見に加えて、このChARのin vivoでの役割の特徴付けを行った。この領域の生殖系列欠失を有するマウスを生成した(図13A)。簡潔に述べると、C57BL/6J卵子にCas9 mRNAならびにin vitro検証したsgRNAを注射し、その後、偽妊娠の雌に移植した(図13B)。生存した7体の子孫のうち2体のマウスが、ChARのヘテロ接合性欠失を有し(図13C)、1体がその子孫に対立遺伝子を伝えることができた。これらのマウスをP14 TCRトランスジェニック株と交配して、ホモ接合性エンハンサー欠失動物ならびにWT対照同腹仔を、それぞれCD45.1シングルポジティブなバックグラウンドおよびCD45.1/CD45.2ダブルポジティブなバックグラウンドで生成した。次いで、急性および慢性のLCMV感染中にこの欠失がCD8+T細胞に及ぼす影響を養子細胞移入戦略の使用により査定した(図14A)。2つのミックスを作出した:一方は、CD45.1/CD45.2(DP)を有する野生型(WT)細胞と対比してCD45.1のみ(SP)でマーキングされたエンハンサー欠失細胞を含有し、他方はDPバックグラウンドと対比してSPバックグラウンドのWT細胞を含有した。各ミックスで同腹仔ドナーマウスを使用し、レシピエントマウスはCD45.2シングルポジティブC57BL/6Jバックグラウンドであった。さらなる分析において、Armstrongおよびクローン13感染動物のコホートからのデータを組み合わせ、統計学的検出力を求めた。
データは、類遺伝子でマーキングされたWT対WT細胞集団がin vivoで均等に回収され、トランスジェニックTCRおよび阻害性受容体PD−1の同様の発現を有することを示す(図14B)。対照的に、エンハンサー欠失細胞集団は、競合的ミックスにおいてWT細胞を打ち負かし、したがって、大幅に高い率で回収される(図14B)。それらはまた、WT集団(p=0.36、対応t検定)と比較して、PD−1の発現がより低い(エンハンサー欠失に対してp=0.02、対応t検定)(図14B〜14C)。WT対WTミックスと比較して、WT細胞に対するエンハンサー欠失集団のエンリッチメントlog2倍率は、d8において(p<0.001、t検定)、またd15において(p=0.0044、t検定)有意に高かった(図14D〜14E)。まとめると、これらのデータは、プロモーターの−23kb上流にあるPD−1エンハンサーの遺伝子欠失が、急性および慢性両方のウイルス感染におけるPD−1の発現をin vivoで低下させ、T細胞増殖および/または生存期間を増加させることを示す。
前述の内容に基づき、マウスおよびヒトの疲弊CD8T細胞が、それらの機能的対応物とは明確に異なる調節領域の大域的なパターンを示すことが見出された。これらのデータは、本発明者らがT細胞疲弊を理解する上で重要な3つの意義を有する。
第1に、このデータは、エンハンサー接近可能性のリモデリングと新たなTF結合の組合せと共に疲弊が生じることを示し、疲弊CD8T細胞が単純に「持続的エフェクター」ではなく、むしろ、それらの機能的対応物とは明確に異なる分化状態であるモデルを支持する。この状態の可塑性の特定、そしてこれを元に戻すことができるかどうか、またはいかに元に戻すことができるかは、重要な問題となる。回避されたエピトープを認識しなくなったHCV特異的CD8T細胞において疲弊特異的なエピジェネティックプロファイルが存在しないことは、抗原負荷量の低減が疲弊を回復させる重要な要因でありうることを示すが、縦断的研究における確認が待たれる。T細胞疲弊のエピジェネティックプロファイルを元に戻すために慢性抗原曝露を止めることのないチェックポイント遮断は、がん免疫療法に重要な意義を有する。
第2に、in vivoでのTFフットプリンティングと組み合わせたin vitroでのエンハンサーのin situ変異誘発が、エンハンサー機能の精細なマッピングに有用な手法であることが、本明細書で明示された。TF ChIP研究の実現可能性は、関連性のある細胞をわずかしか単離することのできない状況では限定されている。代替として、TFフットプリンティングをin vivoで使用することで、疲弊CD8T細胞の状態特異的エンハンサーにおけるTF結合が推測されるモチーフが特定され、Cas9媒介性飽和変異誘発をin vitroで使用したこれらのTFフットプリンティングの機能が証明された。この手法はTFモチーフの縮重により限定される(例えば、T−betモチーフには、実際にはエオメソデルミンなどの他のT−box因子が結合する場合がある)が、RARファミリーのTFといった潜在的な新規のT細胞疲弊調節因子の役割を明らかにする能力を強調する。
第3に、疲弊T細胞における状態特異的エンハンサーのマッピングは、養子T細胞療法の治療有効性を改善する機会を提供すると考えられる。がんに対するキメラ抗原受容体を発現するように操作されたT細胞の注入は、操作T細胞産物におけるT細胞疲弊の発生を部分的な理由として、固形腫瘍においてはあまり成功していなかった(Longら(2015年)、Nat. Med.、21巻:581〜590頁;Stromnesら(2015年)、Cancer Cell、28巻:638〜652頁)。疲弊への抵抗性をもたせるための治療用T細胞のゲノム編集は魅力的な概念であり、PD−1遺伝子座の欠失を調査する最近の研究につながった(Hendelら(2015年)、Nat. Biotechnol.、33巻:985〜989頁;Schumannら(2015年)、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、112巻:10437〜10442頁)。しかしながら、PD−1の不可逆的な欠失は、慢性感染においてT細胞の過剰な活性化を防止するその重要な調節性役割を考えれば望ましくない場合がある(Odorizziら(2015年)、J. Exp. Med.、212巻:1125〜1137頁)。対照的に、疲弊CD8T細胞の機能を損なう遺伝子を調節する疲弊特異的エンハンサーの編集(Canverら(2015年)、Nature、527巻:192〜197頁)は、エクソンをターゲティングするよりも「微調整可能(tunable)」状態特異的であるT細胞機能調整のさらなる手法を提供すると考えられる。例えばこれは、T細胞の阻害には寄与するがPD−1の生理学的調節は保つ、過剰発現の防止のための手法を提供する。ヒトの疲弊CD8T細胞に対して特異的なエンハンサーの詳細な機能的マップの作成は、治療用途のためのT細胞の理にかなった改変に向けた重要なステップとなると考えられる。
参照による組み込み
本明細書において言及される公開文献、特許、および特許出願は全て、あたかも各個別の公開文献、特許、または特許出願が参照により組み込まれることが明確に個別に示されているかのように、その全体において参照により本明細書に組み込まれる。矛盾する場合、本明細書におけるあらゆる定義を含め、本出願が優先する。
また、ワールドワイドウェブ上でThe Institute for Genomic Research(TIGR)により運営されているもの、および/またはワールドワイドウェブ上でNational Center for Biotechnology Information(NCBI)により運営されているものといった、公開データベースにおけるエントリーに相関する受託番号を参照する、あらゆるポリヌクレオチドおよびポリペプチド配列も、その全体において参照により組み込まれる。
均等物
当業者であれば、日常的な実験を使用するだけで、本明細書に記述される本発明の特定の実施形態の多くの均等物を認識するか、または確かめることができるであろう。かかる均等物は、続く特許請求の範囲に包含されるよう意図される。
表1
要旨および凡例
表1Aは、8日目または27日目における急性状態と慢性状態との間で差次的な領域を示す。
表1Bは、27日目における急性状態と慢性状態との間で差次的な領域を示す。
表1Cは、8日目&27日目における急性状態と慢性状態との間で差次的な領域を示す。
表1Dは、27日目に現れ、そして活性である領域を示す。
表1Eは、8日目および27日目に現れ、そして活性である領域を示す。
表1Fは、8日目および27日目における急性状態と慢性状態との間でのみ差次的な領域を示す。
表1Gは、27日目における急性状態と慢性状態との間でのみ差次的な領域を示す。
表1Hは、バルクナイーブCD8T細胞およびエフェクターメモリーCD8T細胞において、ならびにCMV、インフルエンザ、HIV、またはHCVに応答する抗原特異的CD8T細胞において特定された、ヒトのクロマチン接近可能領域の全てを示す。
表1Iは、表1Hのヒトのクロマチン接近可能領域のうち、マウスのナイーブCD8T細胞、メモリーCD8T細胞、および疲弊CD8T細胞に由来するマウスのオルソロガスな領域に関連しうるもののみを示す。
表1Jは、表1Iのヒトのクロマチン接近可能領域のうち、マウスの疲弊CD8T細胞に対して特異的なマウスのオルソロガスな領域に関連するもののみを示す。
表1Kは、分析した高分解能のPdcd1エンハンサー配列全てのsgRNA配列およびゲノム位置のアノテーションを示す。
表1A〜1Kにおいて略語で標識された縦列は以下に対応する。
表1A〜1Kに示される以下の遺伝子発現用語は以下に対応する。
加えて、表1A〜1Kに示される領域は、NCBI Mouse Assembly MGSCv37(2010年9月23日)(GenBankアセンブリ受託番号GCA_000000055.16およびRefSeqアセンブリ受託番号GCF_000001635.18にてアクセス可能)に対応付けられ、「build mm9」またはGenome Reference Consortium Human Assembly GRCh37(2009年3月3日)(GenBankアセンブリ受託番号GCA_000001405.1およびRefSeqアセンブリ受託番号GCF_000001405.13にてアクセス可能)として公知であり、また「build hg19」として公知である。
*表1には、列記された領域を含むゲノム核酸配列、またはヒトを含むマウス以外の哺乳動物のゲノム内にあるそのオルソログも含まれる。加えて、5’末端、3’末端、または5’末端および3’末端の両方に、約1bp、2bp、3bp、4bp、5bp、10bp、15bp、20bp、25bp、30bp、35bp、40bp、45bp、50bp、55bp、60bp、65bp、70bp、75bp、80bp、85bp、90bp、95bp、100bp、200bp、300bp、400bp、500bp、600bp、700bp、800bp、900bp、1000bp、1100bp、1200bp、1300bp、1400bp、1500bp、1600bp、1700bp、1800bp、1900bp、2000bp、2100bp、2200bp、2300bp、2400bp、2500bp、2600bp、2700bp、2800bp、2900bp、もしくは3000bp、または境界値を含むその間の任意の範囲(例えば、1bp〜222bp)をさらに含む、列記された領域、またはそれらのオルソログも含まれる。加えて、任意の部分またはその断片が想定される。さらに、全長にわたってかかる領域と少なくとも80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、またはそれよりも多くの同一性を有する核酸配列を含むあらゆるゲノム核酸配列、またはその部分/断片が想定される。記述される核酸分子は、列記された領域の核酸の機能を有しうる。

Claims (81)

  1. ゲノム領域を含む哺乳動物の操作T細胞であって、前記ゲノム領域が、1)少なくとも1つの遺伝子の遺伝子発現を調節し、2)前記哺乳動物由来の疲弊CD8+T細胞のゲノム内で選択的にクロマチン接近可能であり、前記ゲノム領域が遺伝子修飾されており、前記遺伝子修飾が前記少なくとも1つの遺伝子の発現を調整する、操作T細胞。
  2. ゲノム遺伝子の発現調節領域の活性が上方制御される、請求項1に記載の操作T細胞。
  3. 操作された前記ゲノム遺伝子の発現調節領域が、前記哺乳動物T細胞における前記少なくとも1つの遺伝子の発現を、操作された前記ゲノム遺伝子の発現調節領域を含まない前記哺乳動物由来の同じT細胞型における前記少なくとも1つの遺伝子の発現と比較して少なくとも5%上方制御する、請求項2に記載の操作T細胞。
  4. 前記ゲノム遺伝子の発現調節領域の活性が下方制御される、請求項1に記載の操作T細胞。
  5. 操作された前記ゲノム遺伝子の発現調節領域が、前記哺乳動物T細胞における前記少なくとも1つの遺伝子の発現を、操作された前記ゲノム遺伝子の発現調節領域を含まない前記哺乳動物由来の同じT細胞型における前記少なくとも1つの遺伝子の発現と比較して少なくとも5%下方制御する、請求項4に記載の操作T細胞。
  6. 前記少なくとも1つの遺伝子の発現が、前記少なくとも1つの遺伝子の転写または翻訳である、請求項1から5のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  7. 前記ゲノム遺伝子の発現調節領域またはその一部分が欠失している、請求項1から6のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  8. 前記ゲノム遺伝子の発現調節領域またはその前記一部分がゲノム編集により欠失しており、任意選択で、前記ゲノム編集が構成的または誘導的に発現される、請求項7に記載の操作T細胞。
  9. 前記ゲノム編集が、CRISPR−Cas9 RNAガイド操作ヌクレアーゼ(RGEN)、ジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)、転写活性化因子様エフェクター(TALE)、ホーミングメガヌクレアーゼ、および相同組換えからなる群から選択される、請求項8に記載の操作T細胞。
  10. 前記ゲノム遺伝子の発現調節領域が、表1A〜1Kに示される調節領域からなる群から選択される、請求項1に記載の操作T細胞。
  11. 前記哺乳動物が免疫障害の動物モデルであり、任意選択で、前記免疫障害が慢性免疫障害である、請求項1から10のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  12. 前記動物モデルがマウスモデルである、請求項11に記載の操作T細胞。
  13. 前記哺乳動物がマウスまたはヒトである、請求項1から10のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  14. 前記哺乳動物がヒトである、請求項13に記載の操作T細胞。
  15. 前記ヒトが免疫障害に罹患しており、任意選択で、前記免疫障害が慢性免疫障害である、請求項14に記載の操作T細胞。
  16. 前記慢性免疫障害が慢性感染またはがんである、請求項11または15に記載の操作T細胞。
  17. 前記感染が、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、C型肝炎ウイルス(HCV)、B型肝炎ウイルス(HBV)、アデノウイルス、サイトメガロウイルス、エプスタイン・バーウイルス、単純ヘルペスウイルス1、単純ヘルペスウイルス2、ヒトヘルペスウイルス6、水痘帯状疱疹ウイルス、B型肝炎ウイルス、D型肝炎ウイルス、パピローマウイルス、パルボウイルスB19、ポリオーマウイルスBK、ポリオーマウイルスJC、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、ヒトT細胞白血病ウイルスI、ヒトT細胞白血病ウイルスII、Leishmania、Toxoplasma、Trypanosoma、Plasmodium、SchistosomaおよびEncephalitozoonからなる群から選択される作用因子によって生じる、請求項16に記載の操作T細胞。
  18. 前記慢性感染が潜伏感染ではない、請求項16または17に記載の操作T細胞。
  19. 前記がんが血液がんまたは固形がんである、請求項18に記載の操作T細胞。
  20. 前記固形がんが、肺がん、非小細胞肺がん(NSCLC)、皮膚がん、黒色腫、子宮頸がん、子宮がん、卵巣がん、乳がん、膵がん、胃がん、食道がん、結腸直腸がん、肝がん、前立腺がん、腎がん、膀胱がん、頭頸部がん、肉腫、リンパ腫、および脳がんからなる群から選択される、請求項19に記載の操作T細胞。
  21. 前記疲弊CD8+T細胞が、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する、請求項1から20のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  22. 前記T細胞がCD8+T細胞である、請求項1から21のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  23. 前記CD8+T細胞が、非疲弊T細胞または疲弊T細胞である、請求項22に記載の操作T細胞。
  24. 非疲弊CD8+T細胞が、ナイーブ細胞、機能的エフェクター細胞、またはメモリー細胞である、請求項23に記載の操作T細胞。
  25. 疲弊CD8+T細胞が、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する、請求項23に記載の操作T細胞。
  26. 前記T細胞が、前記哺乳動物から単離され、操作され、前記哺乳動物にex vivoで戻された初代T細胞である、請求項1から25のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  27. 前記T細胞が、前記哺乳動物内にin vivoで存在するか、またはin vitroで培養される、請求項1から25のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  28. 哺乳動物T細胞を操作して前記哺乳動物T細胞における少なくとも1つの遺伝子の発現を調整する方法であって、前記遺伝子の遺伝子発現調節領域を遺伝子修飾することを含み、前記遺伝子発現調節領域が前記哺乳動物由来の疲弊CD8+T細胞内で選択的にクロマチン接近可能であり、前記遺伝子修飾が前記少なくとも1つの遺伝子の発現を調整する、方法。
  29. ゲノム遺伝子の発現調節領域が上方制御される、請求項27に記載の方法。
  30. 操作された前記ゲノム遺伝子の発現調節領域が、前記哺乳動物T細胞における前記少なくとも1つの遺伝子の発現を、操作された前記ゲノム遺伝子の発現調節領域を含まない前記哺乳動物由来の同じT細胞型における前記少なくとも1つの遺伝子の発現と比較して少なくとも5%上方制御する、請求項29に記載の方法。
  31. ゲノム遺伝子の発現調節領域が下方制御される、請求項28に記載の方法。
  32. 操作された前記ゲノム遺伝子の発現調節領域が、前記哺乳動物T細胞における前記少なくとも1つの遺伝子の発現を、操作された前記ゲノム遺伝子の発現調節領域を含まない前記哺乳動物由来の同じT細胞型における前記少なくとも1つの遺伝子の発現と比較して少なくとも5%下方制御する、請求項31に記載の方法。
  33. 前記少なくとも1つの遺伝子の発現が、前記少なくとも1つの遺伝子の転写または翻訳である、請求項28から32のいずれか一項に記載の方法。
  34. 前記ゲノム遺伝子の発現調節領域またはその一部分が欠失している、請求項28から33のいずれか一項に記載の方法。
  35. 前記ゲノム遺伝子の発現調節領域またはその前記一部分がゲノム編集により欠失しており、任意選択で、前記ゲノム編集が構成的または誘導的に発現される、請求項34に記載の方法。
  36. 前記ゲノム編集が、CRISPR−Cas9 RNAガイド操作ヌクレアーゼ(RGEN)、ジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)、転写活性化因子様エフェクター(TALE)、ホーミングメガヌクレアーゼ、および相同組換えからなる群から選択される、請求項35に記載の方法。
  37. 前記ゲノム遺伝子の発現調節領域が、表1A〜1Kに示される調節領域からなる群から選択される、請求項28に記載の方法。
  38. 前記哺乳動物が免疫障害の動物モデルであり、任意選択で、前記免疫障害が慢性免疫障害である、請求項28から37のいずれか一項に記載の方法。
  39. 前記動物モデルがマウスモデルである、請求項38に記載の方法。
  40. 前記哺乳動物がマウスまたはヒトである、請求項28から37のいずれか一項に記載の方法。
  41. 前記哺乳動物がヒトである、請求項40に記載の方法。
  42. 前記ヒトが免疫障害に罹患しており、任意選択で、前記免疫障害が慢性免疫障害である、請求項41に記載の方法。
  43. 前記慢性免疫障害が慢性感染またはがんである、請求項38または42に記載の方法。
  44. 前記感染が、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、C型肝炎ウイルス(HCV)、B型肝炎ウイルス(HBV)、アデノウイルス、サイトメガロウイルス、エプスタイン・バーウイルス、単純ヘルペスウイルス1、単純ヘルペスウイルス2、ヒトヘルペスウイルス6、水痘帯状疱疹ウイルス、B型肝炎ウイルス、D型肝炎ウイルス、パピローマウイルス、パルボウイルスB19、ポリオーマウイルスBK、ポリオーマウイルスJC、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、ヒトT細胞白血病ウイルスI、ヒトT細胞白血病ウイルスII、Leishmania、Toxoplasma、Trypanosoma、Plasmodium、SchistosomaおよびEncephalitozoonからなる群から選択される作用因子によって生じる、請求項43に記載の方法。
  45. 前記慢性感染が潜伏感染ではない、請求項43または44に記載の方法。
  46. 前記がんが血液がんまたは固形がんである、請求項45に記載の方法。
  47. 前記固形がんが、肺がん、非小細胞肺がん(NSCLC)、皮膚がん、黒色腫、子宮頸がん、子宮がん、卵巣がん、乳がん、膵がん、胃がん、食道がん、結腸直腸がん、肝がん、前立腺がん、腎がん、膀胱がん、頭頸部がん、肉腫、リンパ腫、および脳がんからなる群から選択される、請求項46に記載の方法。
  48. 前記疲弊CD8+T細胞が、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する、請求項28から47のいずれか一項に記載の方法。
  49. 前記T細胞がCD8+T細胞である、請求項28から48のいずれか一項に記載の方法。
  50. 前記CD8+T細胞が、非疲弊T細胞または疲弊T細胞である、請求項49に記載の方法。
  51. 非疲弊CD8+T細胞が、ナイーブ細胞、機能的エフェクター細胞、またはメモリー細胞である、請求項50に記載の方法。
  52. 疲弊CD8+T細胞が、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する、請求項50に記載の方法。
  53. 前記T細胞が、前記哺乳動物から単離された初代T細胞である、請求項28から52のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  54. 前記T細胞が、前記哺乳動物内にin vivoで存在するか、またはin vitroで培養される、請求項28から52のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  55. 前記少なくとも1つの遺伝子が、少なくとも2つの遺伝子である、請求項28から54のいずれか一項に記載の操作T細胞。
  56. 非疲弊CD8+T細胞の疲弊を防止する方法であって、請求項28から55のいずれか一項に記載の方法に従って前記非疲弊CD8+T細胞を操作することを含む、方法。
  57. 前記非疲弊CD8+T細胞が、ナイーブ細胞、機能的エフェクター細胞、またはメモリー細胞である、請求項56に記載の方法。
  58. 操作された前記非疲弊CD8+T細胞を対象に投与することをさらに含む、請求項56または57に記載の方法。
  59. 疲弊CD8+T細胞においてCD8+T細胞疲弊を逆転させる方法であって、請求項28から55のいずれか一項に記載の方法に従って前記疲弊CD8+T細胞を操作することを含む、方法。
  60. 前記疲弊CD8+T細胞が、チェックポイント阻害剤、PD−1(Pdcd1)、TIM−3(Havcr2)、LAG−3(Lag3)、CTLA−4(Ctla4)、2B4(CD244)、CD39(Entpd1)、CD160、エオメソデルミン(Eomes)、T−BET(Tbx21)、BATF、BLIMP−1(Prdm1)、NFATC1、NR4A2、MAFB、OCT−2(Pou2f2)、Foxp1、レチノイン酸受容体アルファ(Rara)、およびそれらの組合せからなる群から選択されるT細胞疲弊バイオマーカーを発現する、請求項58に記載の方法。
  61. 操作された前記疲弊CD8+T細胞を対象に投与することをさらに含む、請求項59または60に記載の方法。
  62. 対象の免疫障害を処置する方法であって、請求項1から27のいずれか一項に記載の操作T細胞を前記対象に投与することを含む、方法。
  63. 前記操作T細胞が、局部投与または全身投与される、請求項62に記載の方法。
  64. 前記全身投与が、静脈内、筋肉内、腹腔内、または関節内である、請求項62または63に記載の方法。
  65. 前記対象に投与される前記操作T細胞が、前記対象に対して自己、同系、同種、または異種である、請求項62から64のいずれか一項に記載の方法。
  66. 前記対象に投与される前記操作T細胞が、薬学的に許容される製剤において投与される、請求項62から65のいずれか一項に記載の方法。
  67. 前記操作T細胞が、前記対象への投与後に、前記少なくとも1つの遺伝子の前記少なくとも5%調整された発現を維持する、請求項62から66のいずれか一項に記載の方法。
  68. 1つまたは複数の抗免疫障害剤を含む治療有効量の医薬組成物を前記対象に投与することをさらに含む、請求項62から67のいずれか一項に記載の方法。
  69. 前記CD8+T細胞をCD8+T細胞疲弊を防止または逆転させる1つまたは複数の薬剤と接触させることをさらに含む、請求項62から68のいずれか一項に記載の方法。
  70. 前記1つまたは複数の薬剤が、免疫チェックポイント阻害剤である、請求項69に記載の方法。
  71. 前記免疫チェックポイントが、PD−1、PD−L1、PD−L2、LAG−3、TIM−1、CTLA−4、VISTA、B7−H2、B7−H3、B7−H4、B7−H6、2B4、ICOS、HVEM、CD160、gp49B、PIR−B、KIRファミリー受容体、TIM−1、TIM−4、BTLA、SIRPアルファ(CD47)、CD48、2B4(CD244)、B7.1、B7.2、ILT−2、ILT−4、TIGIT、およびA2aRからなる群から選択される、請求項69または70に記載の方法。
  72. 前記哺乳動物が免疫障害の動物モデルであり、任意選択で、前記免疫障害が慢性免疫障害である、請求項62から71のいずれか一項に記載の方法。
  73. 前記動物モデルがマウスモデルである、請求項72に記載の方法。
  74. 前記哺乳動物がマウスまたはヒトである、請求項62から71のいずれか一項に記載の方法。
  75. 前記哺乳動物がヒトである、請求項74に記載の方法。
  76. 前記ヒトが免疫障害に罹患しており、任意選択で、前記免疫障害が慢性免疫障害である、請求項75に記載の方法。
  77. 前記慢性免疫障害が慢性感染またはがんである、請求項72または75に記載の方法。
  78. 前記感染が、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、C型肝炎ウイルス(HCV)、B型肝炎ウイルス(HBV)、アデノウイルス、サイトメガロウイルス、エプスタイン・バーウイルス、単純ヘルペスウイルス1、単純ヘルペスウイルス2、ヒトヘルペスウイルス6、水痘帯状疱疹ウイルス、B型肝炎ウイルス、D型肝炎ウイルス、パピローマウイルス、パルボウイルスB19、ポリオーマウイルスBK、ポリオーマウイルスJC、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、ヒトT細胞白血病ウイルスI、ヒトT細胞白血病ウイルスII、Leishmania、Toxoplasma、Trypanosoma、Plasmodium、SchistosomaおよびEncephalitozoonからなる群から選択される作用因子によって生じる、請求項77に記載の方法。
  79. 前記慢性感染が潜伏感染ではない、請求項77または78に記載の方法。
  80. 前記がんが血液がんまたは固形がんである、請求項79に記載の方法。
  81. 前記固形がんが、肺がん、非小細胞肺がん(NSCLC)、皮膚がん、黒色腫、子宮頸がん、子宮がん、卵巣がん、乳がん、膵がん、胃がん、食道がん、結腸直腸がん、肝がん、前立腺がん、腎がん、膀胱がん、頭頸部がん、肉腫、リンパ腫、および脳がんからなる群から選択される、請求項80に記載の方法。
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