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JP5580043B2 - Radiosensitization enhancer - Google Patents

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Description

本発明は、ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子がゲノムに組み込まれた組換えウイルスを含む、放射線増感増強剤に関する。   The present invention relates to a radiosensitizing enhancer comprising a recombinant virus in which a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene are integrated in the genome.

癌は、診断方法及び臨床管理の進歩にもかかわらず、依然として世界における主な死亡原因である(Parkin DM et al.CA Cancer J Clin.2005;55:74−108、Jemal A,et al.Cancer.2004 1;101:3−27)。進行癌に対する現在の治療法としては、外科的切除、放射線治療、及び細胞障害性の化学療法が挙げられ、これらの方法を併用することにより、癌患者の生存率を改善することができる。しかしながら、多くの癌患者は、これらの治療法に対してしばしば内因性または獲得性の抵抗性を有するため、病気の進行を余儀なくされる(Vokes EE,et al.Clin Cancer Res.2005;11:5045s−5050s、Milas L,et al.Head Neck.2003;25:152−67)。
放射線治療及び化学療法は、癌細胞のみを標的とすることができないことが問題となっている。従って、腫瘍細胞のみを選択的に傷害するが、正常細胞は傷害しない抗癌剤が必要とされる。
このような状況において、腫瘍細胞特異的に選択的に増殖するウイルスは、新しい癌の治療法をもたらす。このウイルスは、腫瘍組織のみにおいて選択的に増殖後、腫瘍細胞の融解を誘導するように設計される(Kirn D,et al.Nat.Med.,7:781−787,2001、Hawkins LK,et al.Lancet Oncol.2002;3:17−26)。癌細胞を効果的に標的にするためには、多様な癌において発現するが、正常細胞においては発現しない、組織または細胞特異的なプロモーターを必要とする。
テロメラーゼは、染色体末端を完全に複製するために関与するリボヌクレオタンパク質複合体である(Blackburn EH.Nature(Lond.)1991;350:569−573)。テロメラーゼは、ヒトの癌の85%以上において活性を示す(Kim NW,et al.Science 1994;266:2011−2015)が、正常体細胞では増殖細胞のみで活性を示す(Shay JW,et al Curr Opin Oncol 1996;8:66−71)。テロメラーゼの活性化は、発癌における重要なステップであると考えられ、その活性は、ヒトテロメラーゼ逆転写酵素(hTERT)の発現と密接に関連している(Nakayama J,et al.Nat Genet 1998;18:65−68)。
hTERTプロモーターは、テロメラーゼ活性を有する腫瘍細胞のみで活性化することから、腫瘍細胞においてその下流にあるウイルス遺伝子の選択的発現を可能とし、選択的ウイルス増殖を導く。
本発明者らは、hTERTプロモーター配列が、内部リボソーム結合部位(IRES)と連結したE1A及びE1B遺伝子の発現を駆動する、弱毒アデノウイルス5型ベクター(OBP−301又はテロメライシンという)を構築した(Kawashima T,et al.Clin Cancer Res 2004;10:285−292)。テロメライシンは、ヒト癌細胞において効率的に増殖し、ヒト癌細胞株の顕著な細胞障害を誘導した。一方、テロメラーゼ活性を有しない正常ヒト細胞においては、細胞障害だけではなく、増殖も強く抑制された。
OBP−301の単独療法は、前臨床試験における優れた結果に基づいて臨床開発が進められているが、良好な治療結果を得るためには、in vivoにおいて抗腫瘍効果を促進するための集学的治療が重要である。実際に、腫瘍融解ウイルスについての臨床試験の多くは、化学療法又は放射線治療との組み合わせで実施されている(Khuri FR,et al.Nat Med 2000;6:879−885、Reid T,et al.Cancer Res 2002;62:6070−6079、Hecht JR,et al.Clin Cancer Res 2003;9:555−561、Galanis E,et al.Gene Ther 2005;12:437−445)。
電離放射線は、主にDNA分子を標的とし、二本鎖切断(DSB)を誘導する(Kim CH,et al.J Pharmacol Exp Ther.2002;303:753−9)。二本鎖切断は、非相同末端結合(NHEJ)、相同組換えなどの通常の分子プロセスによって修復され得る(Cahill D,et al.Front Biosci.2006;11:1958−76)。
DNA依存性プロテインキナーゼ(DNA−PK)は、セリン/スレオニンキナーゼ活性を有する核タンパク質であり、NHEJ経路に必須の構成成分である。DNA−PKは、触媒サブユニットであるDNA−PKcs及び調節サブユニットであるKu自己抗原(Ku70/80)を含む(Gottlieb TM,et al.Cell.1993;72:131−42、Jeggo PA.Mutat Res.1997;384:1−14)。DSBの誘導に対する細胞の生存率は、NHEJによるDNA修復に大きく依存する(Wang H,et al.Nucleic Acids Res.2001;29:1653−60)。DNAが修復されない場合は、DNA損傷により染色体消失及び細胞死が起こりうる(Dikomey E,et al.Int J Radiat Biol.1998;73:269−78)。従って、DNA−PKは、ヒトの腫瘍が放射線治療及び遺伝毒性の化学療法に対して抵抗性を獲得する上で重要である可能性がある。実際に、DNA−PKcs又はKuのいずれかの発現が欠損した腫瘍細胞は、顕著な放射線感受性を示し(Lees−Miller SP,et al.Science.1995;267:1183−5)、DNA−PKの標的阻害は、薬剤抵抗性の癌細胞の感受性を高め、細胞障害を促進する(Kim CH,et al.J Pharmacol Exp Ther.2002;303:753−9)。さらに、Ku70/80は、核へ移行し、DSBの修復の間、DNA−PKcsと物理的に相互作用する(Koike M,et al.J Cell Sci.1999;112:4031−9、Koike M,et al.Oncogene.1999;18:7495−505、Koike M,et al.Biochem Biophys Res Commun.2000;276:1105−11)。
Despite advances in diagnostic methods and clinical management, cancer remains the leading cause of death worldwide (Parkin DM et al. CA Cancer J Clin. 2005; 55: 74-108, Jema A, et al. Cancer). 2004 1; 101: 3-27). Current therapies for advanced cancer include surgical excision, radiation therapy, and cytotoxic chemotherapy, which can be combined to improve the survival rate of cancer patients. However, many cancer patients are forced to progress because they often have intrinsic or acquired resistance to these therapies (Vokes EE, et al. Clin Cancer Res. 2005; 11: 5045s-5050s, Milas L, et al. Head Neck. 2003; 25: 152-67).
Radiotherapy and chemotherapy are problematic because they cannot target only cancer cells. Therefore, there is a need for anticancer agents that selectively damage only tumor cells but not normal cells.
In such circumstances, viruses that selectively grow in a tumor cell-specific manner provide a new treatment for cancer. This virus is designed to induce tumor cell thawing after selective growth in only tumor tissue (Kirn D, et al. Nat. Med., 7: 781-787, 2001, Hawkins LK, et al. Lancet Oncol. 2002; 3: 17-26). Effective targeting of cancer cells requires a tissue or cell specific promoter that is expressed in a variety of cancers but not in normal cells.
Telomerase is a ribonucleoprotein complex involved to fully replicate the chromosome ends (Blackburn EH. Nature (Lond.) 1991; 350: 569-573). Telomerase is active in more than 85% of human cancers (Kim NW, et al. Science 1994; 266: 2011-2015) but is active only in proliferating cells in normal somatic cells (Shay JW, et al Curr). Opin Oncol 1996; 8: 66-71). Activation of telomerase is thought to be an important step in carcinogenesis, and its activity is closely related to the expression of human telomerase reverse transcriptase (hTERT) (Nakayama J, et al. Nat Genet 1998; 18 : 65-68).
Since the hTERT promoter is activated only in tumor cells having telomerase activity, it enables selective expression of viral genes downstream thereof in tumor cells, leading to selective viral growth.
We constructed an attenuated adenovirus type 5 vector (referred to as OBP-301 or telomerisin) in which the hTERT promoter sequence drives expression of the E1A and E1B genes linked to an internal ribosome binding site (IRES) (Kawashima) T, et al. Clin Cancer Res 2004; 10: 285-292). Telomerisin proliferated efficiently in human cancer cells and induced significant cell damage in human cancer cell lines. On the other hand, in normal human cells having no telomerase activity, not only cell damage but also proliferation was strongly suppressed.
OBP-301 monotherapy is under clinical development based on excellent results in preclinical studies, but in order to obtain good therapeutic results, multidisciplinary studies to promote antitumor effects in vivo Treatment is important. In fact, many clinical trials for oncolytic viruses have been performed in combination with chemotherapy or radiation therapy (Kuri FR, et al. Nat Med 2000; 6: 879-885, Reid T, et al. Cancer Res 2002; 62: 6070-6079, Hecht JR, et al. Clin Cancer Res 2003; 9: 555-561, Galanis E, et al. Gene Ther 2005; 12: 437-445).
Ionizing radiation primarily targets DNA molecules and induces double-strand breaks (DSB) (Kim CH, et al. J Pharmacol Exp Ther. 2002; 303: 753-9). Double strand breaks can be repaired by conventional molecular processes such as non-homologous end joining (NHEJ), homologous recombination (Chill D, et al. Front Biosci. 2006; 11: 1958-76).
DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) is a nuclear protein having serine / threonine kinase activity and an essential component in the NHEJ pathway. DNA-PK contains the catalytic subunit DNA-PKcs and the regulatory subunit Ku autoantigen (Ku70 / 80) (Gottlieb ™, et al. Cell. 1993; 72: 131-42, Jeggo PA. Mutat. Res. 1997; 384: 1-14). Cell viability for induction of DSB is highly dependent on DNA repair by NHEJ (Wang H, et al. Nucleic Acids Res. 2001; 29: 1653-60). If the DNA is not repaired, DNA damage can cause chromosome loss and cell death (Dikomey E, et al. Int J Radiat Biol. 1998; 73: 269-78). Therefore, DNA-PK may be important for human tumors to acquire resistance to radiation therapy and genotoxic chemotherapy. Indeed, tumor cells deficient in the expression of either DNA-PKcs or Ku show significant radiosensitivity (Lees-Miller SP, et al. Science. 1995; 267: 1183-5) and DNA-PK Target inhibition increases the sensitivity of drug-resistant cancer cells and promotes cytotoxicity (Kim CH, et al. J Pharmacol Exp Ther. 2002; 303: 753-9). In addition, Ku70 / 80 translocates to the nucleus and physically interacts with DNA-PKcs during DSB repair (Koike M, et al. J Cell Sci. 1999; 112: 4031-9, Koike M, et al. Oncogene. 1999; 18: 7495-505, Koike M, et al. Biochem Biophys Res Commun. 2000; 276: 1105-11).

本発明は、腫瘍の有効な放射線療法を可能とする放射線増感増強剤を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、hTERTプロモーター、IRES、E1A及びE1B遺伝子を含む弱毒アデノウイルス5型ベクター(OBP−301又はテロメライシンという)が癌の放射線に対する感受性を増加させること、及び放射線の治療効果を増強することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
(1)ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれた組換えウイルスを含む、放射線増感増強剤。
(2)ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれ、かつ、標識タンパク質をコードする遺伝子及び該遺伝子の発現を制御しうるプロモーターを含む標識カセットがウイルスゲノムのE3領域に組み込まれた組換えウイルスを含む、放射線増感増強剤。
(3)放射線照射前、照射後及び照射中の時期から選ばれる少なくとも1つの時期に投与されることを特徴とする、ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれた組換えウイルスを含む、放射線併用用抗腫瘍剤。
(4)放射線照射前、照射後及び照射中の時期から選ばれる少なくとも1つの時期に投与されることを特徴とする、ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれ、かつ、標識タンパク質をコードする遺伝子及び該遺伝子の発現を制御しうるプロモーターを含む標識カセットがウイルスゲノムのE3領域に組み込まれた組換えウイルスを含む、放射線併用用抗腫瘍剤。
(5)前記放射線増感増強剤又は放射線併用用抗腫瘍剤の製造における、ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれた組換えウイルスの使用。
(6)前記放射線増感増強剤又は放射線併用用抗腫瘍剤の製造における、ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれ、かつ、標識タンパク質をコードする遺伝子及び該遺伝子の発現を制御しうるプロモーターを含む標識カセットがウイルスゲノムのE3領域に組み込まれた組換えウイルスの使用。
(7)前記組換えウイルスを含む、放射線耐性腫瘍に対する治療剤。
本発明において、上記増感増強剤又は抗腫瘍剤は、腫瘍又は癌の放射線に対する感受性を高めることができる。ヒトテロメラーゼのプロモーターとしては、例えばhTERTプロモーターが挙げられ、標識タンパク質をコードする遺伝子の発現を制御しうるプロモーターとしては、例えばサイトメガロウイルスプロモーター又はhTERTプロモーター、あるいは発癌及び発癌抑制因子プロモーターが挙げられる。また、標識タンパク質としては例えばGFP(Green Fluorescence Protein)を挙げることができる。ウイルスは、アデノウイルスであることが好ましい。
本発明により、癌の放射線療法において腫瘍又は癌細胞にOBP−301などの本発明の組換えウイルスを感染させておくと、該ウイルスは、腫瘍細胞の放射線に対する感受性を増加させることができる。また、あらかじめ腫瘍又は癌細胞を放射線照射した後にOBP−301などの本発明の組換えウイルスを感染させると、該ウイルスは、腫瘍細胞を効果的に殺傷することができる。さらに、本発明の組換えウイルスは、放射線や抗癌剤に耐性を示す腫瘍又は癌細胞を効果的に殺傷することができる。従って、本発明に使用されるウイルスは、放射線の感受性を高めることによって顕著な抗腫瘍効果を示すことができ、放射線との併用療法に極めて有用である。
An object of the present invention is to provide a radiosensitization enhancer that enables effective radiotherapy of tumors.
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that an attenuated adenovirus type 5 vector (referred to as OBP-301 or telomerisin) containing the hTERT promoter, IRES, E1A and E1B genes is sensitive to cancer radiation. The inventors have found that it is possible to increase and enhance the therapeutic effect of radiation, and have completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.
(1) A radiosensitization enhancer comprising a recombinant virus in which a replication cassette comprising a human telomerase promoter, E1A gene, IRES sequence and E1B gene in this order is incorporated in the E1 region of the viral genome.
(2) Human telomerase promoter, E1A gene, IRES sequence, and replication cassette containing E1B gene in this order are incorporated into the E1 region of the viral genome, and a gene encoding a marker protein and a promoter capable of controlling the expression of the gene A radiosensitization enhancer comprising a recombinant virus in which a label cassette comprising is incorporated into the E3 region of the viral genome.
(3) A replication cassette comprising a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene in this order, which is administered at least one time selected from before irradiation, after irradiation and during irradiation. An antitumor agent for combined use with radiation, comprising a recombinant virus incorporated into the E1 region of the viral genome.
(4) A replication cassette containing a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene in this order, which is administered at least one time selected from before, after and during irradiation. Incorporated in the E1 region of the virus genome, and a recombinant virus comprising a recombinant virus in which a marker cassette containing a gene encoding a marker protein and a promoter capable of controlling the expression of the gene is incorporated in the E3 region of the virus genome Antitumor agent.
(5) A set in which a replication cassette containing a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene in this order is incorporated in the E1 region of the viral genome in the production of the radiosensitizing enhancer or the antitumor agent for combined use with radiation. Use of replacement viruses.
(6) a replication cassette containing a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene in this order in the production of the radiosensitizing enhancer or the antitumor agent for combined use with radiation is incorporated in the E1 region of the viral genome; Use of a recombinant virus in which a marker cassette comprising a gene encoding a marker protein and a promoter capable of controlling the expression of the gene is incorporated in the E3 region of the virus genome.
(7) A therapeutic agent for a radiation resistant tumor, comprising the recombinant virus.
In the present invention, the sensitization enhancer or antitumor agent can increase the sensitivity of a tumor or cancer to radiation. Examples of the promoter of human telomerase include the hTERT promoter, and examples of the promoter capable of controlling the expression of the gene encoding the labeled protein include the cytomegalovirus promoter or the hTERT promoter, and the oncogenic and tumor suppressor promoters. Examples of the labeled protein include GFP (Green Fluorescence Protein). The virus is preferably an adenovirus.
According to the present invention, when a tumor or cancer cell is infected with a recombinant virus of the present invention such as OBP-301 in cancer radiotherapy, the virus can increase the sensitivity of tumor cells to radiation. In addition, when a recombinant virus of the present invention such as OBP-301 is infected after irradiation of tumor or cancer cells in advance, the virus can effectively kill tumor cells. Furthermore, the recombinant virus of the present invention can effectively kill tumors or cancer cells that are resistant to radiation and anticancer agents. Therefore, the virus used in the present invention can exhibit a remarkable antitumor effect by increasing the sensitivity of radiation, and is extremely useful for combination therapy with radiation.

図1Aは、ヒト癌細胞におけるテロメラーゼ特異的腫瘍融解アデノウイルスと放射線との併用によるin vitroでの抗腫瘍効果を示す図である。OBP−301感染及び電離放射線の用量又は線量依存的に細胞障害活性が示される。
図1Bは、ヒト癌細胞におけるテロメラーゼ特異的腫瘍融解アデノウイルスと放射線との併用によるin vitroでの抗腫瘍効果を示す図である。ヒト癌細胞へのOBP−301の感染により放射線増感増強効果が示される。
図1Cは、ヒト癌細胞におけるテロメラーゼ特異的腫瘍融解アデノウイルスと放射線の併用によるin vitroでの抗腫瘍効果を示す図である。図は、OBP−301及び/又は放射線処置後のヒト癌細胞の位相差画像(倍率×100)を示す。
図1Dは、ヒト癌細胞におけるテロメラーゼ特異的腫瘍融解アデノウイルスと放射線との併用によるin vitroでの抗腫瘍効果を示す図である。図は、ヒト癌細胞におけるウイルスのin vitro増殖及び拡散(倍率×100)を示す。
図2Aは、放射線照射したヒト癌細胞における腫瘍融解アデノウイルスの増殖に関する評価を示す図である。ヒト癌細胞におけるCAR発現のフローサイトメトリー分析結果が示されている。
図2Bは、放射線照射したヒト癌細胞における腫瘍融解アデノウイルスの増殖に関する評価を示す図である。放射線照射したヒト癌細胞におけるOBP−301感染後のアデノウイルスE1Aタンパク質の発現が示されている。
上パネル:45kDアデノウイルスE1Aタンパク質、下パネル:ローディングコントロールとしての42kDアクチン。
図2Cは、放射線照射したヒト癌細胞における腫瘍融解アデノウイルスの増殖に関する評価を示す図である。放射線照射したヒト癌細胞におけるOBP−301の増殖効率が示されている。
図3Aは、ヒト癌細胞におけるアデノウイルスの感染性に対する電離放射線の効果を示す。放射線照射したヒト癌細胞において、非増殖性GFP発現アデノウイルスベクター(Ad−GFP)を感染させた後のGFP蛍光発現が示されている。
明視野での顕微鏡観察(上パネル)、及び処置から48時間後のGFP発現(下パネル)(倍率×200)。
図3Bは、ヒト癌細胞におけるアデノウイルスの感染性に対する電離放射線の効果を示す図である。放射線照射したA431及びA549細胞におけるAd−GFP感染後のGFP発現レベルのフローサイトメトリー分析結果が示されている。
図3Cは、ヒト癌細胞におけるアデノウイルスの感染性に対する電離放射線の効果を示す図である。A431、A549及びTE8細胞におけるOBP−301の感染効率の比較分析結果が示されている。
図4Aは、ヒト癌細胞におけるDNA−PKタンパク質複合体の発現及び局在性に対するOBP−301の感染の効果を示す図である。OBP−301感染後のA549細胞におけるDNA−PKcsの発現が示されている。
上パネル:350kDアデノウイルスE1Aタンパク質、下パネル:ローディングコントロールとしての42kDアクチン。
図4Bは、ヒト癌細胞におけるDNA−PKタンパク質複合体の発現及び局在性に対するOBP−301の感染の効果を示す図である。OBP−301を感染させたA549細胞におけるKuタンパク質の細胞内局在が示されている。
Kuタンパク質は緑で示しPI染色DNAは赤で示す(倍率×1000)。
図5Aは、nu/nuマウスの側腹に、樹立したA549を異種移植したときの腫瘍に対するOBP−301の腫瘍内注射及び局所放射線照射の抗腫瘍効果を示す図である。p<0.05、**p<0.01(Student’s t検定)。
図5Bは、nu/nuマウスの側腹に、樹立したA549を異種移植したときの腫瘍に対するOBP−301の腫瘍内注射及び局所放射線照射の抗腫瘍効果を示す図である。
処置から37日後の腫瘍の代表的な肉眼的所見を示す。
図5Cは、nu/nuマウスの側腹に、樹立したA549を異種移植したときの腫瘍に対するOBP−301の腫瘍内注射及び局所放射線照射の抗腫瘍効果を示す図である。腫瘍のパラフィルム切片のヘマトキシリン・エオシン染色結果を示す(倍率×200(上パネル)、×400(下パネル))。
図6は、放射線耐性株の作製手順の概略を示す図である。
図7は、親株と放射線耐性株におけるCD133陽性細胞の割合をフローサイトメトリーによって解析した結果を示す図である。
a:親株と放射線耐性株におけるCD133陽性細胞の存在をCD133−APC抗体を用いてフローサイトメトリーによって解析した結果を示す図である。
b:親株及び放射線耐性株におけるCD133陽性細胞の割合を示すグラフである。
図8は、放射線耐性株におけるCD133陽性細胞及びCD133陰性細胞をFACSによりソートした後に、ソートした細胞群の純度をフローサイトメトリーによって解析した結果を示す図である。
図9は、CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞の自己複製能力(repopulation/self−renewal ability)をフローサイトメトリーによって解析した結果を示す図である。
図10は、白血病抑制因子(Leukemia inhibitory factor)の存在下におけるCD133陽性細胞及びCD133陰性細胞の自己複製能力をフローサイトメトリーによって解析した結果を示す図である。
図11は、CD133陽性細胞の未分化スフェア形成を示す図である。
図12は、スフェアに含まれるCD133陽性細胞及びCD133陰性細胞の割合を、フローサイトメトリーによって解析した結果を示す図である。
図13は、CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞の抗癌剤(5−FU)耐性をXTTアッセイにより解析した結果を示す図である。統計的有意差(p<0.05)は、アスタリスクで示す。
図14は、CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞の抗癌剤(シスプラチン)耐性をXTTアッセイにより解析した結果を示す図である。統計的有意差(p<0.05)は、アスタリスクで示す。
図15は、CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞の抗癌剤(パクリタキセル)耐性をXTTアッセイにより解析した結果を示す図である。統計的有意差(p<0.05)は、アスタリスクで示す。
図16は、CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞の放射線耐性をXTTアッセイにより解析した結果を示す図である。統計的有意差(p<0.05)は、アスタリスクで示す。
図17は、テロメライシンのCD133陽性細胞及びCD133陰性細胞に対する抗腫瘍効果をXTTアッセイにより解析した結果を示す図である。
図18は、CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞におけるhTERT発現量の比較を示す図である。
FIG. 1A is a diagram showing the in vitro antitumor effect of a combination of telomerase-specific oncolytic adenovirus and radiation in human cancer cells. Cytotoxic activity is demonstrated in a dose dependent or dose dependent manner with OBP-301 infection and ionizing radiation.
FIG. 1B is a graph showing the in vitro antitumor effect of a combination of telomerase-specific oncolytic adenovirus and radiation in human cancer cells. Radiosensitization enhancing effect is shown by infection of human cancer cells with OBP-301.
FIG. 1C is a diagram showing the in vitro antitumor effect of telomerase-specific oncolytic adenovirus in combination with radiation in human cancer cells. The figure shows a phase contrast image (magnification x100) of human cancer cells after OBP-301 and / or radiation treatment.
FIG. 1D is a diagram showing the in vitro antitumor effect of a combination of telomerase-specific oncolytic adenovirus and radiation in human cancer cells. The figure shows in vitro growth and spread (magnification x100) of virus in human cancer cells.
FIG. 2A is a diagram showing an evaluation of the oncolytic adenovirus growth in irradiated human cancer cells. The results of flow cytometric analysis of CAR expression in human cancer cells are shown.
FIG. 2B shows an assessment of oncolytic adenovirus growth in irradiated human cancer cells. Shown is the expression of adenovirus E1A protein following OBP-301 infection in irradiated human cancer cells.
Upper panel: 45 kD adenovirus E1A protein, lower panel: 42 kD actin as a loading control.
FIG. 2C shows an assessment of oncolytic adenovirus growth in irradiated human cancer cells. The growth efficiency of OBP-301 in irradiated human cancer cells is shown.
FIG. 3A shows the effect of ionizing radiation on the infectivity of adenovirus in human cancer cells. GFP fluorescence expression after infection of non-proliferating GFP-expressing adenoviral vector (Ad-GFP) in irradiated human cancer cells is shown.
Microscopic observation in bright field (upper panel), and GFP expression 48 hours after treatment (lower panel) (magnification × 200).
FIG. 3B shows the effect of ionizing radiation on the infectivity of adenovirus in human cancer cells. Shown are the results of flow cytometry analysis of the level of GFP expression after Ad-GFP infection in irradiated A431 and A549 cells.
FIG. 3C shows the effect of ionizing radiation on the infectivity of adenovirus in human cancer cells. The comparative analysis results of the infection efficiency of OBP-301 in A431, A549 and TE8 cells are shown.
FIG. 4A shows the effect of OBP-301 infection on the expression and localization of DNA-PK protein complexes in human cancer cells. The expression of DNA-PKcs in A549 cells after OBP-301 infection is shown.
Upper panel: 350 kD adenovirus E1A protein, lower panel: 42 kD actin as a loading control.
FIG. 4B shows the effect of OBP-301 infection on the expression and localization of DNA-PK protein complexes in human cancer cells. Intracellular localization of Ku protein in A549 cells infected with OBP-301 is shown.
Ku protein is shown in green and PI-stained DNA is shown in red (magnification x1000).
FIG. 5A is a diagram showing the antitumor effect of intratumoral injection of OBP-301 and local irradiation on tumors when xenografted A549 was established in the flank of nu / nu mice. * P <0.05, ** p <0.01 (Student's t test).
FIG. 5B is a diagram showing the antitumor effect of intratumoral injection of OBP-301 and local irradiation on tumors when xenografted A549 was transplanted into the flank of nu / nu mice.
Shown are representative gross findings of the tumor 37 days after treatment.
FIG. 5C is a diagram showing the antitumor effect of intratumoral injection of OBP-301 and local irradiation on tumors when xenografted A549 was established in the flank of nu / nu mice. The results of hematoxylin and eosin staining of tumor parafilm sections are shown (magnification × 200 (upper panel), × 400 (lower panel)).
FIG. 6 is a diagram showing an outline of a procedure for producing a radiation resistant strain.
FIG. 7 is a diagram showing the results of analyzing the ratio of CD133 positive cells in the parent strain and the radiation resistant strain by flow cytometry.
a: It is a figure which shows the result of having analyzed the presence of CD133 positive cell in a parent strain and a radiation resistant strain by the flow cytometry using CD133-APC antibody.
b: A graph showing the ratio of CD133 positive cells in the parent strain and the radiation resistant strain.
FIG. 8 is a diagram showing the results of analyzing the purity of sorted cell groups by flow cytometry after sorting CD133-positive cells and CD133-negative cells in a radiation resistant strain by FACS.
FIG. 9 is a diagram showing the results of analyzing the self-replication ability (repopulation / self-renewability) of CD133 positive cells and CD133 negative cells by flow cytometry.
FIG. 10 is a diagram showing the results of analyzing the self-replication ability of CD133 positive cells and CD133 negative cells in the presence of leukemia inhibitory factor by flow cytometry in the presence of leukemia inhibitory factor.
FIG. 11 is a diagram showing the undifferentiated sphere formation of CD133 positive cells.
FIG. 12 is a diagram showing the results of analyzing the ratio of CD133 positive cells and CD133 negative cells contained in the sphere by flow cytometry.
FIG. 13 is a diagram showing the results of analysis of anti-cancer drug (5-FU) resistance of CD133 positive cells and CD133 negative cells by XTT assay. Statistical significance (p <0.05) is indicated with an asterisk.
FIG. 14 is a diagram showing the results of analysis of anti-cancer drug (cisplatin) resistance of CD133 positive cells and CD133 negative cells by XTT assay. Statistical significance (p <0.05) is indicated with an asterisk.
FIG. 15 is a diagram showing the results of analyzing the resistance of anti-cancer agent (paclitaxel) in CD133 positive cells and CD133 negative cells by XTT assay. Statistical significance (p <0.05) is indicated with an asterisk.
FIG. 16 is a diagram showing the results of analyzing the radioresistance of CD133 positive cells and CD133 negative cells by XTT assay. Statistical significance (p <0.05) is indicated with an asterisk.
FIG. 17 shows the results of analyzing the antitumor effect of telomerisin on CD133 positive cells and CD133 negative cells by XTT assay.
FIG. 18 is a diagram showing a comparison of hTERT expression levels in CD133 positive cells and CD133 negative cells.

以下、本発明を詳細に説明する。以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施の形態のみに限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施をすることができる。
なお、本明細書において引用した全ての文献、および公開公報、特許公報その他の特許文献は、参照として本明細書に組み込むものとする。また、本明細書は、2007年4月27日に出願された本願優先権主張の基礎となる日本国特許出願(特願2007−119858号)の明細書及びに記載の内容を包含する。
1.概要
腫瘍融解アデノウイルスは、標準的な癌治療とは異なるメカニズム、及び一般的な治療方法との相乗的な相互作用により腫瘍細胞を殺傷することがこれまで説明されてきた。しかしながら、併用療法の相乗効果の背景にある分子メカニズムは十分に明らかとなっていない。
そこで本発明者らは、ウイルス増殖を調節することが可能なヒトテロメラーゼ逆転写酵素(hTERT)プロモーターを有する、テロメラーゼ特異的増殖アデノウイルス(OBP−301又はテロメライシンという)を構築し、併用療法の相乗効果について検討した。
本発明の一態様として、実施例に示すように、OBP−301感染と電離放射線照射併用による抗腫瘍効果は、XTTアッセイによりin vitroで評価した。アデノウイルスの感染性及び細胞内増殖は、定量的リアルタイムPCRにより評価した。DNAプロテインキナーゼ(PK)触媒サブユニット(DNA−PKcs)の発現およびKu70/80の核移行に対するOBP−301の効果は、それぞれウエスタンブロッティング及び免疫蛍光染色により検討した。また、nu/nuマウスに移植されたヒトの皮下腫瘍の増殖に対する治療効果を、肉眼的観察及び組織化学的染色により比較した。
その結果、放射線照射後にOBP−301を感染させると顕著なin vitro細胞障害を誘導した。放射線照射は、OBP−301の細胞内増殖速度には影響しなかったが、OBP−301による細胞障害性を促進した。また、放射線照射後にOBP−301を感染した場合は、ヒト肺癌細胞であるA549においてDNA−PKcs発現が減少した。Ku70/80タンパク質は、電離放射線照射後はA549細胞の核に蓄積したが、OBP−301の感染後は細胞質に蓄積した。OBP−301の細胞内注射と局所放射線照射とを併用した場合は、A549腫瘍を異種移植したnu/nuマウスにおいて相乗的に有意に治療効果を示し、それぞれ単独で処置した場合よりも効果はさらに高いものであった。
以上のことから、本発明者らは、電離放射線照射及びOBP−301の感染を併用した場合、電離放射線照射によりウイルスの感染性が増加するとともに、OBP−301の感染によりDNA修復を阻害し、その結果、両者が互いに腫瘍細胞の感受性を増加させることを見出した。この併用療法は、in vitroおよびin vivoの両方において抗腫瘍効果を促進した。
さらに、本発明者らは、腫瘍の悪性化や放射線耐性などをもたらす癌幹細胞の特異的なマーカーであるCD133に着目して鋭意検討を行った結果、本発明のウイルスが、放射線耐性及び抗癌剤耐性を有するCD133陽性細胞に対して抗腫瘍効果を有することを見出した。
2.本発明の組換えウイルス
本発明の組換えウイルスは、ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含むポリヌクレオチドがゲノムに組み込まれたウイルスをいう。用いられるウイルスは特に限定されないが、安全性等の点からアデノウイルスが好ましい。また、アデノウイルスの中でも、使用の簡便さ等の点からタイプ5のアデノウイルスが特に好ましい。
本発明に使用される組換えウイルスは、ヒトテロメラーゼのプロモーターにより、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子が駆動される。腫瘍細胞では正常細胞と比較してテロメラーゼの発現が極めて高いため、テロメラーゼが含まれる腫瘍細胞においてはテロメラーゼプロモーターが活性化し、これにより本発明に含まれる組換えウイルスが増殖する。このように、本発明の医薬組成物に含まれる組換えウイルスは、正常細胞では増殖せず、腫瘍細胞でしか増殖しないので、癌細胞特異的及びテロメラーゼ特異的に増殖及び複製されることになる。その結果、腫瘍細胞内では、ウイルス増殖による細胞障害が起こり、これにより、本発明に使用される組換えウイルスは腫瘍細胞を特異的に死滅させることができる。このような組換えウイルスを、本発明において放射線増感増強剤又は放射線併用用抗腫瘍剤として使用することができる。
「テロメラーゼのプロモーター」は、テロメラーゼの転写開始部位を決定し、その頻度を直接的に調節する。テロメラーゼとは、真核生物染色体の複製時の短縮に拮抗して、テロメア長を維持する酵素である。このようなテロメラーゼのプロモーターの種類は、目的とする遺伝子の発現に用いるウイルスに対応しうる、適切なプロモーターであればいかなるものでもよく、特に限定されるものではないが、例えば、ヒトテロメラーゼ逆転写酵素(hTERT)のプロモーターが好ましい。hTERTは、その5’末端の上流1.4kbpの領域で、多くの転写因子結合配列が確認されており、その領域がhTERTプロモーターと考えられるが、中でも、翻訳開始部位の上流181bpの配列が下流の遺伝子発現に重要なコア領域である。本発明において、このコア領域を含むものであれば、限定されずに使用することができるが、このコア領域を完全に含む上流378bp程度の配列をhTERTプロモーターとして使用するのが好ましい。この378bp程度の配列は、181bpのコア領域単独の場合と比べて、その遺伝子発現効率が同等であることが確認されている。455bpの長さのhTERTプロモーターの塩基配列を配列番号1に示す。また、181bpのコア領域の塩基配列を配列番号5に示す。
hTERTプロモーターは、配列番号1に示される塩基配列又はそのコア領域の塩基配列(配列番号5)のほか、配列番号1又はコア領域の塩基配列からなるDNAに対し相補的な塩基配列よりなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつhTERTプロモーターとしての活性を有するヌクレオチドの塩基配列も含まれる。このようなヌクレオチドは、配列番号1で表される塩基配列又はコア領域の塩基配列からなるポリヌクレオチド、又はその断片をプローブとして、コロニーハイブリダイゼーション、プラークハイブリダイゼーション、サザンブロット等の公知のハイブリダイゼーション法により、cDNAライブラリー及びゲノムライブラリーから得ることができる。cDNAライブラリーの作製方法については、「Molecular Cloning,A Laboratory Manual 2nd ed.」(Cold Spring Harbor Press(1989))を参照することができる。また、市販のcDNAライブラリー及びゲノムライブラリーを用いてもよい。上記ハイブリダイゼーションにおいてストリンジェントな条件としては、たとえば、1×SSC〜2×SSC、0.1%〜0.5%SDS及び42℃〜68℃の条件が挙げられ、より詳細には、60〜68℃で30分以上プレハイブリダイゼーションを行った後、2×SSC、0.1%SDS中、室温で5〜15分の洗浄を4〜6回行う条件が挙げられる。ハイブリダイゼーション法の詳細な手順については、「Molecular Cloning,A Laboratory Manual 2nd ed.」(Cold Spring Harbor Press(1989);特にSection9.47−9.58)等を参照することができる。また、配列番号1に示す塩基配列又はコア領域の塩基配列と50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、98%以上又は99%以上の相同性を有し、かつhTERTプロモーターとしての活性を有するヌクレオチドの塩基配列も、用いることができる。
本発明において、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含むこととしたのは、IRES配列をE1A遺伝子とE1B遺伝子との間に挿入したものを使用すると、ウイルスが宿主細胞に感染した際に、増殖能力が高くなるためである。E1A遺伝子及びE1B遺伝子は、E1遺伝子に含まれる遺伝子であるが、このE1遺伝子とは、ウイルスの有するDNA複製に関する初期遺伝子(early:E)と後期遺伝子(late:L)のうちの初期遺伝子の一つをいい、ウイルスゲノムの転写の制御に係わるタンパク質をコードしている。E1A遺伝子によりコードされるE1Aタンパク質は、感染可能なウイルス産生に必要な遺伝子群(E1B、E2、E4等)の転写を活性化する。E1B遺伝子でコードされるE1Bタンパク質は、後期遺伝子(L遺伝子)のmRNAが、感染した宿主細胞の細胞質へ蓄積するのを助け、宿主細胞のタンパク質合成を阻害することで、ウイルスの複製を促進する。E1A遺伝子、E1B遺伝子の塩基配列を、それぞれ配列番号2及び配列番号3に示す。
E1A及びE1Bは、それぞれ配列番号2及び配列番号3に示される塩基配列のほか、配列番号2及び配列番号3からなるDNAに対し相補的な塩基配列よりなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ各々E1A及びE1Bとしての活性を有するタンパク質をコードする塩基配列も含まれる。このような塩基配列は、それぞれ配列番号2及び配列番号3で表される塩基配列からなるポリヌクレオチド、又はその断片をプローブとして、コロニーハイブリダイゼーション、プラークハイブリダイゼーション、サザンブロット等の公知のハイブリダイゼーション法により、cDNAライブラリー及びゲノムライブラリーから得ることができる。cDNAライブラリーの作製方法及びストリンジェントな条件は前記と同様である。また、配列番号2又は3に示す塩基配列と50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、98%以上又は99%以上の相同性を有し、かつE1A及びE1Bとしての活性を有するヌクレオチドの塩基配列も用いることができる。
IRES(Internal Ribosome Entry Site)とは、ピコルナウイルス科に特異的なタンパク質合成開始シグナルであり、18SリボソームRNAの3’末端と相補的な配列があるためリボソーム結合部位としての役割を果たすと考えられている。ピコルナウイルス科のウイルス由来mRNAはこの配列を介して翻訳されることが知られている。IRES配列からの翻訳効率は高く、mRNAの途中からでもキャップ構造非依存的にタンパク質合成が行われる。したがって、本ウイルスでは、ヒトテロメラーゼのプロモーターによりE1A遺伝子とIRES配列の下流にあるE1B遺伝子の両方が独立に翻訳される。IRESを使用すると、テロメラーゼのプロモーターの発現制御がE1A遺伝子、E1B遺伝子に独立して及ぶために、E1A遺伝子あるいはE1B遺伝子のいずれか一方をテロメラーゼのプロモーターで制御する場合に比べて、ウイルスの増殖をより厳格にテロメラーゼ活性を有する細胞に限定することができる。IRES配列を配列番号4に示す。
また、IRESは、配列番号4に示される塩基配列のほか、配列番号4からなるDNAに対し相補的な塩基配列よりなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつIRESとしての活性を有するタンパク質をコードする塩基配列も含まれる。このような塩基配列は、配列番号4で表される塩基配列からなるポリヌクレオチド、又はその断片をプローブとして、コロニーハイブリダイゼーション、プラークハイブリダイゼーション、サザンブロット等の公知のハイブリダイゼーション法により、cDNAライブラリー及びゲノムライブラリーから得ることができる。cDNAライブラリーの作製方法及びストリンジェントな条件は、前記と同様である。また、配列番号4に示す塩基配列と50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、98%以上又は99%以上の相同性を有し、かつIRESとしての活性を有するヌクレオチドの塩基配列も用いることができる。
また、本発明において、ヒトテロメラーゼのプロモーターは、E1遺伝子の上流に位置する。テロメラーゼ活性を有する細胞内で増殖を促進することができるからである。
本発明の組換えウイルスに含まれる遺伝子は、通常の遺伝子工学的手法により得ることができる。例えば、遺伝子工学的手法として一般的に用いられているDNA合成装置を用いた核酸合成法を使用することができる。また、鋳型となる遺伝子配列を単離又は合成した後に、それぞれの遺伝子に特異的なプライマーを設計し、PCR装置を用いてその遺伝子配列を増幅するPCR法(Current Protocols in Molecular Biology,John Wiley & Sons(1987)Section 6.1−6.4)又はクローニングベクターを用いた遺伝子増幅法を用いることができる。上記方法は、Moleculer cloning 2nd Edt.Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)等に従い、当業者ならば容易に行うことができる。得られたPCR産物の精製には公知の方法を用いることができる。たとえば、エチジウムブロマイドを用いる方法、SYBR GreenI(Molecular probes社)を用いる方法、GENECLEAN(フナコシ)、QIAGEN(QIAGEN社)等によるアガロースゲルを用いる方法、DEAE−セルロース濾紙を用いる方法、フリーズ&スクイーズ法、透析チューブを用いる方法等がある。アガロースゲルを用いる場合には、アガロースゲル電気泳動し、DNA断片をアガロースゲルより切り出して精製する。必要に応じて、慣用の配列決定法により期待された遺伝子が得られていることを確認することができる。例えば、ジデオキシヌクレオチドチェーンターミネーション法(Sanger et al.(1977)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:5463)等により行うことができる。また、適当なDNAシークエンサー(例えば、ABI PRISM(アプライドバイオシステムズ社))を利用して配列を解析することも可能である。
その後、上記のようにして得られた各々の遺伝子を所定の順序となるように連結させる。まず、上記各々の遺伝子を公知の制限酵素等で切断し、切断した当該遺伝子のDNA断片を公知のベクターに公知の方法に従って挿入し、連結する。公知のベクターとしては、脳心筋炎ウイルス(ECMV)のIRES(mRNA内部のリボソーム結合部位)が含まれていて、1種類のmRNAから2箇所のオープンリーディングフレーム(ORF)を翻訳することが可能なpIRESベクターのほか、大腸菌由来のプラスミド(pCR4、pCR2、pCR2.1、pBR322、pBR325、pUC12、pUC13など)、枯草菌由来のプラスミド(pUB110、pTP5、pC194など)、酵母由来プラスミド(pSH19、pSH15など)、λファージなどのバクテリオファージ、レトロウイルス、ワクシニアウイルス、バキュロウイルスなどの動物ウイルスなどが用いられ、この他、pA1−11、pXT1、pRc/CMV、pRc/RSV、pcDNAI/Neoなども用いられる。本発明の場合は、pIRESベクターを用いると、マルチクローニングサイトに、順次必要な遺伝子を挿入することにより、「ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子」をこの順に含む組み換え遺伝子を作製することができるため、好ましい。DNAの連結には、DNAリガーゼを用いることができる。上記組換え遺伝子のウイルスへの組み込みは、例えばエレクトロポレーション法、リポソーム法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等を用いることができる。
本発明において、ヒトテロメラーゼとしてhTERTを用いる場合について以下に具体的に説明する。
293細胞等のE1遺伝子を発現している細胞からE1A−S、E1A−AS、E1B−S、E1B−AS等のプライマーを用いて、RT−PCR及び/又はDNA−PCRを行うことによりE1A遺伝子及びE1B遺伝子を増幅し、必要に応じてTAクローニング等の公知の方法を用いて配列を確認した後、公知の制限酵素でE1A及びE1BのDNA断片を切り出すことができる。
次に、本発明に使用されるhTERT−E1A−IRES−E1Bからなる遺伝子は、公知のベクター(例えばpIRES等)に『E1A−IRES−E1B』の順になるように各遺伝子を、マルチクローニングサイト等を利用して挿入することにより作製することができる。次いで、MluI、BglIII等の制限酵素で切り出したhTERTプロモーター配列を、E1Aの上流に挿入することができる。
必要に応じて、pShuttleなどの公知ベクターに含まれるサイトメガロウイルス(CMV)プロモーターをMfeI、NheI等の適当な制限酵素により取り除き、その部位にphTERT−E1A−IRES−E1Bから制限酵素NheIおよびNotIで切り出した配列を挿入することができる。このように、本発明に使用されるhTERT−E1A−IRES−E1Bからなるカセットを組込んだアデノウイルスを、特に「テロメライシン」(「Telomelysin」)又は「OBP−301」という。hTERTプロモーターの制御下にアデノウイルスの増殖に必要なE1遺伝子を発現させることによって、ウイルスを癌細胞特異的に増殖させることができる。
組換えウイルスを細胞に感染させるには、例えば、以下の方法で感染させることができる。まず、ヒト大腸癌細胞SW620、ヒト肺癌細胞A549、H1299等の細胞を適当な培養液が入った培養プレートに播き、炭酸ガス存在下で、37℃で培養する。培養液は、動物細胞培養に一般的に使用されるDMEM、MEM、RPMI−1640などが採用され、必要に応じて血清、抗生物質、ビタミン等を添加することができる。培養した細胞に一定量の本ウイルス、例えば、0.1〜10MOI(multiplicity of infection)、好ましくは、0.1〜1MOIを接種することにより感染させる。MOIとは、一定量の培養細胞に一定量のウイルス粒子を感染させる場合のウイルス量(感染単位)と細胞数の比をいい、ウイルスを細胞に感染させる際の指標として用いられる。
ウイルス増殖を確認するには、ウイルス感染細胞を回収し、DNAを抽出し、本ウイルスが有する適当な遺伝子を標的とするプライマーを用いてリアルタイムPCRを行うことで定量的に解析することができる。
3.テロメライシン−GFP
本発明は、ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれ、かつ、標識タンパク質をコードする遺伝子及び該遺伝子の発現を制御しうるプロモーターを含む標識カセットがウイルスゲノムのE3領域に組み込まれた組換えウイルスを、放射線増感増強剤又は放射線併用用抗腫瘍剤として提供する。標識カセットは、プロモーター及び標識タンパク質をコードする遺伝子を含むものであり、プロモーターとしては、例えばCMV(サイトメガロウイルス)プロモーター(配列番号6)、hTERTプロモーター(配列番号1)などが挙げられる。あるいは、発癌及び発癌抑制因子プロモーターを使用することも可能である。「発癌及び発癌抑制因子プロモーター」とは、癌細胞で発現が増強あるいは減弱している因子のプロモーターを意味し、例えばp16プロモーター及びDR5プロモーターが挙げられる。
これらのプロモーターにより標識タンパク質をコードする遺伝子が駆動される。
本発明においては、標識タンパク質をコードする遺伝子としてGFP(Green fluorescence protein)を使用した組み換えウイルスを「テロメライシン−GFP」という。
テロメライシン−GFPの標識カセットに含まれる組換え遺伝子は、通常の遺伝子工学的手法により得ることができる。例えば、遺伝子工学的手法として一般的に用いられているDNA合成装置を用いた核酸合成法を使用することができる。また、鋳型となる遺伝子配列を単離又は合成した後に、それぞれの遺伝子に特異的なプライマーを設計し、PCR装置を用いてその遺伝子配列を増幅するPCR法(Current Protocols in Molecular Biology,John Wiley & Sons(1987)Section 6.1−6.4)又はクローニングベクターを用いた遺伝子増幅法を用いることができる。上記方法は、Moleculer cloning 2nd Edt.Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)等に従い、当業者であれば容易に行うことができる。得られたPCR産物の精製には公知の方法を用いることができる。たとえば、エチジウムブロマイドを用いる方法、SYBR GreenI(Molecular probes社)を用いる方法、GENECLEAN(フナコシ)、QIAGEN(QIAGEN社)等によるアガロースゲルを用いる方法、DEAE−セルロース濾紙を用いる方法、フリーズ&スクイーズ法、透析チューブを用いる方法等がある。アガロースゲルを用いる場合には、アガロースゲル電気泳動し、DNA断片をアガロースゲルより切り出して精製する。必要に応じて、慣用の配列決定法により期待された遺伝子が得られていることを確認することができる。例えば、ジデオキシヌクレオチドチェーンターミネーション法(Sanger et al.(1977)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:5463)等により行うことができる。また、適当なDNAシークエンサー(例えば、ABI PRISM(アプライドバイオシステムズ社)を利用して配列を解析することも可能である。その後、上記のようにして得られた遺伝子を公知の制限酵素等で切断し、切断した当該遺伝子のDNA断片を、上記標識タンパク質をコードする遺伝子断片の上流に、当該遺伝子を駆動させうるように上記プロモーターをコードする遺伝子断片を配置するように組換え遺伝子を設計する。このとき、プラスミドとして、シャトルプラスミドpHM11などを用いることができる。そして、DNAリガーゼを用いて両遺伝子を連結させ、ベクターに挿入し、標識カセット組換え遺伝子を作製する。
公知のベクターとしては、pShuttleベクター、大腸菌由来のプラスミド(pCR4、pCR2、pCR2.1、pBR322、pBR325、pUC12、pUC13など)、枯草菌由来のプラスミド(pUB110、pTP5、pC194など)、酵母由来プラスミド(pSH19、pSH15など)、λファージなどのバクテリオファージ、レトロウイルス、ワクシニアウイルス、バキュロウイルスなどの動物ウイルスなどの他、pA1−11、pXT1、pRc/CMV、pRc/RSV、pcDNAI/Neoなどが用いられる。
その後、上記複製カセット及び標識カセットを含む組換え遺伝子を、適当な制限酵素を用いて切り出し、適当なウイルス発現ベクター挿入することにより、組換えウイルスを作製することができる。ウイルス発現ベクターには、アデノウイルス、レトロウイルス、ワクシニアウイルス、バキュロウイルスなどが挙げられえるが、上記したように、アデノウイルス、特にタイプ5のアデノウイルスが好ましい。カセットのウイルスへの組み込みは、例えばエレクトロポレーション法、リポソーム法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等を用いることができる。
本発明では、具体的には、シャトルプラスミドpHM11にpEGFP−N1(CLONTECH)由来のCMV−EGFP−SV40P(A)を挿入し、このプラスミドのCsp451断片を、phTERT−E1A−IRES−E1Bを組み込んだpShuttleベクターのClaI部位に挿入することによってテロメライシン−GFP組換え遺伝子を得ることができる。
本発明では、具体的には、上記のように作製した組換え遺伝子から、公知の制限酵素により必要な部分の配列を切り出し、Adeno−X Expression System(CLONTECH)等の市販のキットを用いてAdeno−X Viral DNA等のウイルスのDNAに挿入することができる(得られたものを「AdenoX−hAIB」という。)。
そして、このAdenoX−hAIBを公知の制限酵素により線状化した後、293細胞等の培養細胞にトランスフェクションすることで、感染性のある組換えウイルスを作製することができる。
4.放射線増感増強剤
本明細書において、放射線増感増強とは、放射線治療の効果を増強すること、及び放射線照射を併用したときに腫瘍を効果的に殺傷できるように腫瘍の放射線に対する感受性を高めることのいずれか一方又は両者を意味する。従って、本発明の放射線増感増強剤の使用態様は、放射線照射前に腫瘍に投与する形態、放射線照射中に腫瘍に投与する形態、放射線照射後に腫瘍に投与する形態、及び放射線耐性となった腫瘍に投与する形態のいずれをも含むものであり、これらの形態の組合せも含む。このような薬剤として、本発明ではテロメライシン又はテロメライシン−GFPが使用される。「放射線」としては、電離放射線、粒子線及び放射性同位体から生じる放射線、例えばX線、γ線、α線、β線、電子線、陽子線、及び中性子線などが挙げられるが、好ましくはγ線である。処置の対象となる生物としては、例えば、ヒト、マウス、ラット、ハムスター、モルモット、ウサギ、ネコ、イヌ、ブタ、ウシ、ウマ、ヤギ、サルなどの哺乳動物又はそれらの一部が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明において、放射線増感の対象となる腫瘍としては、あらゆる種類の腫瘍を用いることができる。例えば、頭頸部、胃、大腸、肺、肝、前立腺、膵、食道、膀胱、胆嚢・胆管、乳房、子宮、甲状腺、卵巣等における固形癌、あるいは白血病、リンパ腫、肉腫、間葉系腫瘍等に有効である。また、皮膚の基底細胞癌や癌幹細胞などにも有効である。ヒトの組織由来の腫瘍細胞及び癌幹細胞のほとんどはテロメラーゼ活性の上昇を示しており、本発明の組み換えウイルスはそのようなテロメラーゼ活性により増殖が活発になった腫瘍細胞に全般的に作用しうる。
近年の研究により、いくつかの種類の腫瘍には、癌幹細胞と呼ばれる細胞が存在することが明らかになっている。癌幹細胞は、腫瘍再形成能を有し腫瘍を悪性化し、放射線や抗癌剤耐性をもたらすことが知られている。また、癌幹細胞は、特異的なマーカーであるCD133をその細胞表面に発現することが知られており、他の腫瘍細胞と識別できることが明らかになっている。
本発明において、放射線増感の対象となる腫瘍細胞には、放射線耐性又は抗癌剤耐性を有するものも含まれる。
上記のように、腫瘍細胞では正常細胞と比較してテロメラーゼの発現が極めて高い。従って、本発明の組換えウイルスは、正常細胞では増殖せず、腫瘍細胞のみで増殖するため、結果として腫瘍細胞を特異的に死滅させることができる。そして、ウイルスの感染によって腫瘍細胞の放射線に対する感受性が高まることから、より効果的に腫瘍を殺傷することができる。
放射線を照射するときの照射量は、一般的には60〜70Gyが標準的照射量と考えられているが、照射部位によって適宜変更することができる。また、これらの上限及び下限の照射量の範囲から適宜線量の範囲を選択することが可能である。本発明の組換えウイルスは腫瘍の放射線に対する感受性を高めるため、癌の一般的放射線療法で使用される線量よりも少なくて済む。
5.医薬組成物
本発明の組み換えウイルスを含む医薬組成物は、上記放射線増感増強剤のほか、放射線照射と併用するための抗腫瘍剤として、あるいは放射線に耐性となった腫瘍に対する治療剤として使用することができる。
これは、テロメライシンが腫瘍細胞に及ぼす細胞死の作用機序が、従来の抗がん剤によるアポトーシスの作用機序とは異なること、さらに、テロメライシンは、抗腫瘍作用を有する物質で腫瘍細胞が処理された場合でも、何らその影響を受けずに、その細胞内での増殖複製を行うことができるといった、テロメライシンの性質により達成されたものである。
本発明の医薬組成物は、そのまま患部に適用することもできるし、あらゆる公知の方法、例えば、静脈、筋肉、腹腔内又は皮下等の注射、あるいは鼻腔、口腔又は肺からの吸入、経口投与、カテーテルなどを用いた血管内投与等により生体(対象となる細胞や臓器)に導入することもできる。さらに、本発明の医薬組成物に含まれる組換えウイルスは、他の抗腫瘍作用を有する物質(他の抗腫瘍剤)を併用することも可能である。この場合、組換えウイルスと他の抗腫瘍剤とを同時に投与することもできるし、一方を投与後、一定時間経過後に他方を投与する方法により生体に導入することもできる。
また、例えば凍結などの方法により扱いやすくした後、そのまま用いてもよく、あるいは賦形剤、増量剤、結合剤、滑沢剤等公知の薬学的に許容される担体、公知の添加剤(緩衝剤、等張化剤、キレート剤、着色剤、保存剤、香料、風味剤、甘味剤等が含まれる。)などと混合することができる。
本発明の医薬組成物は、錠剤、カプセル剤、散剤、顆粒剤、丸剤、液剤、シロップ剤等の経口投与剤、注射剤、外用剤、坐剤、点眼剤等の非経口投与剤などの形態に応じて、経口投与又は非経口投与することができる。好ましくは、筋肉、腹腔等への局部注射(特に腫瘍内注射)、静脈への注射等が例示される。
投与量は、有効成分の種類、投与経路、投与対象、患者の年齢、体重、性別、症状その他の条件により適宜選択されるが、腫瘍の放射線に対する感受性が高まるため、ウイルスの一日投与量としては、10〜1011PFU(plaque forming units)程度、好ましくは10〜1011PFU程度とするのがよく、1日1回投与することもでき、数回に分けて投与することもできる。また、本発明のウイルスを使用する際には、公知の免疫抑制剤等を用いることにより、生体の免疫を抑制し、ウイルスが感染し易くすることもできる。
ここで、本発明において、「併用」とは、本発明の組換えウイルス(医薬組成物)の投与と放射線照射との組合せを意味するが、本発明のウイルスの投与時期は放射線照射の時期を問わず、放射線照射前であっても照射後であっても照射中であってもよく、さらに、これらの時期を任意に組み合わせることが可能である。放射線照射後に投与する場合は、その投与時期は照射直後〜48時間以内、好ましくは直後〜24時間以内である。但し、放射線照射によって治療効果が得られない患者(例えば放射線照射に対し耐性である腫瘍を有する患者)に対しても、本発明の医薬組成物を投与することができる。その場合の本発明の組換えウイルスの投与時期は不問であり、以前の放射線照射の時期から相当程度時間又は日数が経過しても投与することができる。また、放射線照射前に投与する場合は、その投与時期は照射前24〜96時間前、好ましくは48〜72時間前である。さらに、放射線照射と医薬組成物投与の処置間隔および処置回数は、腫瘍の大きさや患者の臨床症状に応じて適宜設定することができる。例えば、放射線を総線量を調節しながら週2〜7日間(好ましくは5日間)連日照射し、その照射期間中に医薬組成物を数回投与することが可能である。
本発明の医薬組成物は、以下の理由で副作用が生じる可能性は極めて低いと考えられ、非常に安全な製剤であるということができる。
(1)正常の体細胞ではテロメラーゼ活性がほとんどなく、また、造血細胞等の浮遊細胞では本発明のウイルスは感染しにくい。
(2)本発明のウイルスは増殖能を有するので、通常の遺伝子治療で用いられている非増殖性ウイルスよりも低い濃度で使用することができる。
(3)本発明のウイルスが過剰に投与された場合であっても、生体内の通常の免疫作用によって抗ウイルス作用が働く。
(4)放射線照射の感受性を高めることができるため、放射線量及び/又は本発明のウイルス量を少なくしても抗腫瘍効果を得ることができる。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. The following embodiment is an example for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention to this embodiment alone. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.
It should be noted that all documents cited in the present specification, as well as published publications, patent gazettes, and other patent documents are incorporated herein by reference. In addition, the present specification includes the description and the contents of the Japanese patent application (Japanese Patent Application No. 2007-11985), which is the basis of the priority claim of the present application filed on April 27, 2007.
1. Overview
Oncolytic adenoviruses have been previously described to kill tumor cells through a different mechanism than standard cancer treatments and synergistic interactions with common treatment modalities. However, the molecular mechanism behind the synergistic effects of combination therapy has not been fully elucidated.
Therefore, the present inventors constructed a telomerase-specific growth adenovirus (referred to as OBP-301 or telomerisin) having a human telomerase reverse transcriptase (hTERT) promoter capable of regulating virus growth, and synergistic combination therapy. The effect was examined.
As an embodiment of the present invention, as shown in the Examples, the antitumor effect of OBP-301 infection and ionizing radiation combined use was evaluated in vitro by XTT assay. Adenovirus infectivity and intracellular proliferation were assessed by quantitative real-time PCR. The effects of OBP-301 on the expression of DNA protein kinase (PK) catalytic subunit (DNA-PKcs) and the nuclear translocation of Ku70 / 80 were examined by Western blotting and immunofluorescence staining, respectively. In addition, the therapeutic effect on the growth of human subcutaneous tumors implanted in nu / nu mice was compared by macroscopic observation and histochemical staining.
As a result, when OBP-301 was infected after irradiation, significant in vitro cell damage was induced. Irradiation did not affect the intracellular growth rate of OBP-301, but promoted cytotoxicity by OBP-301. Moreover, when OBP-301 was infected after irradiation, DNA-PKcs expression decreased in A549 which is a human lung cancer cell. Ku70 / 80 protein accumulated in the nucleus of A549 cells after ionizing radiation, but accumulated in the cytoplasm after infection with OBP-301. When combined with intracellular injection of OBP-301 and local radiation, synergistically significant therapeutic effect was obtained in nu / nu mice xenografted with A549 tumor, and the effect was even greater than when each was treated alone It was expensive.
From the above, the present inventors, when ionizing radiation irradiation and OBP-301 infection are used in combination, increase the infectivity of the virus by ionizing radiation irradiation, inhibit DNA repair by infection with OBP-301, As a result, they found that both increase the sensitivity of tumor cells. This combination therapy promoted anti-tumor effects both in vitro and in vivo.
Furthermore, as a result of intensive studies focusing on CD133, which is a specific marker of cancer stem cells that brings about malignant tumor or radiation resistance, the present inventors have found that the virus of the present invention is resistant to radiation and anticancer drugs. It was found to have an antitumor effect on CD133 positive cells having
2. Recombinant virus of the present invention
The recombinant virus of the present invention refers to a virus in which a polynucleotide containing a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene in this order is incorporated into the genome. The virus to be used is not particularly limited, but adenovirus is preferable from the viewpoint of safety and the like. Among adenoviruses, type 5 adenovirus is particularly preferable from the viewpoint of ease of use.
In the recombinant virus used in the present invention, the E1A gene, the IRES sequence and the E1B gene are driven by a human telomerase promoter. Since the expression of telomerase is extremely high in tumor cells as compared with normal cells, the telomerase promoter is activated in tumor cells containing telomerase, and thus the recombinant virus included in the present invention grows. As described above, the recombinant virus contained in the pharmaceutical composition of the present invention does not grow on normal cells but grows only on tumor cells, so that it is propagated and replicated specifically for cancer cells and telomerase. . As a result, in the tumor cells, cell damage due to virus growth occurs, whereby the recombinant virus used in the present invention can specifically kill the tumor cells. Such a recombinant virus can be used as a radiosensitization enhancer or an antitumor agent for combined use with radiation in the present invention.
The “telomerase promoter” determines the transcription start site of telomerase and directly regulates its frequency. Telomerase is an enzyme that maintains telomere length by antagonizing shortening during replication of eukaryotic chromosomes. The type of telomerase promoter is not particularly limited as long as it is a suitable promoter that can correspond to the virus used for expression of the target gene. For example, human telomerase reverse transcription An enzyme (hTERT) promoter is preferred. hTERT is a region of 1.4 kbp upstream of its 5 ′ end, and many transcription factor binding sequences have been confirmed, and this region is considered to be the hTERT promoter. Among them, the sequence of 181 bp upstream of the translation start site is downstream. It is an important core region for gene expression. In the present invention, any core region can be used as long as it contains this core region. However, it is preferable to use an upstream sequence of about 378 bp completely including this core region as the hTERT promoter. This sequence of about 378 bp has been confirmed to have the same gene expression efficiency as compared to the case of the 181 bp core region alone. The nucleotide sequence of the 455 bp long hTERT promoter is shown in SEQ ID NO: 1. The base sequence of the 181 bp core region is shown in SEQ ID NO: 5.
The hTERT promoter is a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the core region (SEQ ID NO: 5) as well as the nucleotide sequence of the core region (SEQ ID NO: 5). A nucleotide sequence of a nucleotide that hybridizes under stringent conditions and has activity as an hTERT promoter is also included. Such a nucleotide is a known hybridization method such as colony hybridization, plaque hybridization, Southern blotting, etc. using a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or the nucleotide sequence of the core region, or a fragment thereof as a probe. Can be obtained from a cDNA library and a genomic library. For a method for preparing a cDNA library, “Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd ed.” (Cold Spring Harbor Press (1989)) can be referred to. Commercially available cDNA libraries and genomic libraries may also be used. Examples of stringent conditions in the above hybridization include conditions of 1 × SSC to 2 × SSC, 0.1% to 0.5% SDS, and 42 ° C. to 68 ° C., and more specifically, 60 to An example is a condition in which pre-hybridization is performed at 68 ° C. for 30 minutes or more, followed by washing 4 to 6 times in 2 × SSC, 0.1% SDS at room temperature for 5 to 15 minutes. For the detailed procedure of the hybridization method, “Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd ed.” (Cold Spring Harbor Press (1989); in particular, Section 9.47-9.58) and the like can be referred to. In addition, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, 95% or more, 98% or more, or 99% or more homology with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or the core region A nucleotide base sequence having nucleotides and having activity as an hTERT promoter can also be used.
In the present invention, the E1A gene, the IRES sequence, and the E1B gene are included in this order when the IRES sequence inserted between the E1A gene and the E1B gene is used when the virus infects the host cell. This is because the proliferation ability is increased. The E1A gene and the E1B gene are genes included in the E1 gene. The E1 gene is an early gene (early: E) and an early gene (late: L) related to DNA replication of the virus. One is a protein that is involved in the regulation of transcription of the viral genome. The E1A protein encoded by the E1A gene activates the transcription of genes (E1B, E2, E4, etc.) necessary for the production of infectable viruses. The E1B protein encoded by the E1B gene promotes viral replication by helping the late gene (L gene) mRNA accumulate in the cytoplasm of the infected host cell and inhibit host cell protein synthesis. . The base sequences of E1A gene and E1B gene are shown in SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3, respectively.
E1A and E1B hybridize under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 in addition to the base sequences shown in SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3, respectively. And a base sequence encoding a protein having activity as E1A and E1B, respectively. Such a base sequence is a known hybridization method such as colony hybridization, plaque hybridization, Southern blotting, etc., using a polynucleotide comprising the base sequences represented by SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 or a fragment thereof as a probe. Can be obtained from a cDNA library and a genomic library. The method for preparing the cDNA library and the stringent conditions are the same as described above. Further, it has a homology of 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, 95% or more, 98% or more, or 99% or more with the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 3. In addition, nucleotide base sequences having activity as E1A and E1B can also be used.
IRES (Internal Ribosome Entry Site) is a protein synthesis initiation signal specific to the Picornaviridae family and is thought to play a role as a ribosome binding site because it has a sequence complementary to the 3 'end of 18S ribosomal RNA. It has been. It is known that mRNA derived from the virus of the Picornaviridae family is translated through this sequence. The translation efficiency from the IRES sequence is high, and protein synthesis is performed independent of the cap structure even in the middle of mRNA. Therefore, in this virus, both the E1A gene and the E1B gene downstream of the IRES sequence are independently translated by the human telomerase promoter. When IRES is used, the expression of the telomerase promoter is controlled independently of the E1A gene and the E1B gene. Therefore, compared to the case where either the E1A gene or the E1B gene is controlled by the telomerase promoter, the virus growth is increased. More strictly, it can be limited to cells having telomerase activity. The IRES sequence is shown in SEQ ID NO: 4.
In addition to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 4, IRES is a protein that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a complementary nucleotide sequence to DNA consisting of SEQ ID NO: 4 and has activity as an IRES A nucleotide sequence encoding is also included. Such a nucleotide sequence can be obtained by using a polynucleotide library comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 4 or a fragment thereof as a probe by a known hybridization method such as colony hybridization, plaque hybridization, Southern blotting, etc. And can be obtained from a genomic library. The method for preparing the cDNA library and the stringent conditions are the same as described above. Further, it has 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, 95% or more, 98% or more or 99% or more homology with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 4, and IRES Nucleotide base sequences having activity as can also be used.
In the present invention, the human telomerase promoter is located upstream of the E1 gene. This is because proliferation can be promoted in cells having telomerase activity.
The gene contained in the recombinant virus of the present invention can be obtained by ordinary genetic engineering techniques. For example, a nucleic acid synthesis method using a DNA synthesizer generally used as a genetic engineering technique can be used. In addition, after isolating or synthesizing a gene sequence as a template, a primer method specific to each gene is designed, and the gene sequence is amplified using a PCR apparatus (Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1987) Section 6.1-6.4) or gene amplification methods using cloning vectors can be used. The above method is described in Molecular cloning 2nd Edt. According to Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989), it can be easily performed by those skilled in the art. A known method can be used to purify the obtained PCR product. For example, a method using ethidium bromide, a method using SYBR Green I (Molecular probes), a method using agarose gel by GENECLEAN (Funakoshi), QIAGEN (QIAGEN), a method using DEAE-cellulose filter paper, a freeze & squeeze method, There is a method using a dialysis tube. When an agarose gel is used, it is subjected to agarose gel electrophoresis, and a DNA fragment is cut out from the agarose gel and purified. If necessary, it can be confirmed that the expected gene is obtained by a conventional sequencing method. For example, a dideoxynucleotide chain termination method (Sanger et al. (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463) can be used. It is also possible to analyze the sequence using an appropriate DNA sequencer (for example, ABI PRISM (Applied Biosystems)).
Thereafter, the genes obtained as described above are ligated in a predetermined order. First, each of the above genes is cleaved with a known restriction enzyme or the like, and the cleaved DNA fragment of the gene is inserted into a known vector according to a known method and ligated. Known vectors include encephalomyocarditis virus (ECMV) IRES (ribosome binding site inside mRNA), and can translate two open reading frames (ORFs) from one kind of mRNA. In addition to pIRES vectors, plasmids derived from E. coli (pCR4, pCR2, pCR2.1, pBR322, pBR325, pUC12, pUC13, etc.), plasmids derived from Bacillus subtilis (pUB110, pTP5, pC194, etc.), yeast-derived plasmids (pSH19, pSH15, etc.) ), Bacteriophage such as λ phage, animal viruses such as retrovirus, vaccinia virus, baculovirus, etc., and pA1-11, pXT1, pRc / CMV, pRc / RSV, pcDNAI / Neo Domo used. In the case of the present invention, when a pIRES vector is used, a recombinant gene containing “human telomerase promoter, E1A gene, IRES sequence and E1B gene” in this order is prepared by sequentially inserting necessary genes into the multicloning site. This is preferable. DNA ligase can be used for DNA ligation. For example, electroporation method, liposome method, spheroplast method, lithium acetate method or the like can be used for incorporation of the recombinant gene into a virus.
In the present invention, the case where hTERT is used as human telomerase will be specifically described below.
E1A gene by performing RT-PCR and / or DNA-PCR using primers such as E1A-S, E1A-AS, E1B-S, E1B-AS from cells expressing E1 gene such as 293 cells The E1B gene is amplified and, if necessary, the sequence is confirmed using a known method such as TA cloning, and then the E1A and E1B DNA fragments can be excised with a known restriction enzyme.
Next, the gene consisting of hTERT-E1A-IRES-E1B used in the present invention is placed in a known vector (eg, pIRES) in the order of “E1A-IRES-E1B”, and the multiple cloning sites, etc. It can produce by inserting using. Subsequently, the hTERT promoter sequence excised with restriction enzymes such as MluI and BglIII can be inserted upstream of E1A.
If necessary, the cytomegalovirus (CMV) promoter contained in a known vector such as pShuttle is removed with an appropriate restriction enzyme such as MfeI or NheI, and the restriction enzyme NheI or NotI is removed from that site from phTERT-E1A-IRES-E1B. The cut out sequence can be inserted. Thus, an adenovirus incorporating a cassette consisting of hTERT-E1A-IRES-E1B used in the present invention is particularly referred to as “telomerisin” or “OBP-301”. By expressing the E1 gene necessary for the growth of adenovirus under the control of the hTERT promoter, the virus can be propagated specifically in cancer cells.
In order to infect a cell with the recombinant virus, for example, it can be infected by the following method. First, cells such as human colon cancer cells SW620, human lung cancer cells A549 and H1299 are seeded on a culture plate containing an appropriate culture solution, and cultured at 37 ° C. in the presence of carbon dioxide gas. As the culture solution, DMEM, MEM, RPMI-1640 or the like generally used for animal cell culture is adopted, and serum, antibiotics, vitamins and the like can be added as necessary. The cultured cells are infected by inoculating a certain amount of the virus, for example, 0.1 to 10 MOI (multiplicity of infection), preferably 0.1 to 1 MOI. MOI refers to the ratio of the amount of virus (infectious unit) to the number of cells when a certain amount of cultured cells is infected with a certain amount of virus particles, and is used as an index when a cell is infected with a virus.
In order to confirm viral growth, virus-infected cells can be collected, DNA can be extracted, and quantitative analysis can be performed by performing real-time PCR using a primer targeting an appropriate gene of the present virus.
3. Telomerisin-GFP
In the present invention, a replication cassette containing a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene in this order is incorporated into the E1 region of the viral genome, and a gene encoding a marker protein and the expression of the gene can be controlled. A recombinant virus in which a labeled cassette containing a promoter is incorporated into the E3 region of the viral genome is provided as a radiosensitization enhancer or an antitumor agent for combined use with radiation. The labeling cassette includes a promoter and a gene encoding a labeling protein. Examples of the promoter include a CMV (cytomegalovirus) promoter (SEQ ID NO: 6) and an hTERT promoter (SEQ ID NO: 1). Alternatively, carcinogenesis and tumor suppressor promoters can be used. The “oncogenic and tumor suppressor promoter” means a promoter of a factor whose expression is enhanced or attenuated in cancer cells, and examples thereof include a p16 promoter and a DR5 promoter.
These promoters drive the gene encoding the labeled protein.
In the present invention, a recombinant virus that uses GFP (Green fluorescence protein) as a gene encoding a labeled protein is referred to as “telomerisin-GFP”.
The recombinant gene contained in the telomerisin-GFP labeling cassette can be obtained by ordinary genetic engineering techniques. For example, a nucleic acid synthesis method using a DNA synthesizer generally used as a genetic engineering technique can be used. In addition, after isolating or synthesizing a gene sequence as a template, a primer method specific to each gene is designed, and the gene sequence is amplified using a PCR apparatus (Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1987) Section 6.1-6.4) or gene amplification methods using cloning vectors can be used. The above method is based on Molecular cloning 2 nd Edt. According to Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989) and the like, it can be easily performed by those skilled in the art. A known method can be used to purify the obtained PCR product. For example, a method using ethidium bromide, a method using SYBR Green I (Molecular probes), a method using agarose gel by GENECLEAN (Funakoshi), QIAGEN (QIAGEN), a method using DEAE-cellulose filter paper, a freeze & squeeze method, There is a method using a dialysis tube. When an agarose gel is used, it is subjected to agarose gel electrophoresis, and a DNA fragment is cut out from the agarose gel and purified. If necessary, it can be confirmed that the expected gene is obtained by a conventional sequencing method. For example, a dideoxynucleotide chain termination method (Sanger et al. (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463) can be used. It is also possible to analyze the sequence using an appropriate DNA sequencer (for example, ABI PRISM (Applied Biosystems)), and then cleave the gene obtained as described above with a known restriction enzyme or the like. Then, the recombinant gene is designed so that the gene fragment encoding the promoter is arranged upstream of the gene fragment encoding the labeled protein so that the cut DNA fragment of the gene can be driven. At this time, the plasmid such as shuttle plasmid pHM11 can be used as a plasmid, and both genes are ligated using DNA ligase and inserted into a vector to prepare a labeled cassette recombinant gene.
Known vectors include pShuttle vectors, E. coli-derived plasmids (pCR4, pCR2, pCR2.1, pBR322, pBR325, pUC12, pUC13, etc.), Bacillus subtilis-derived plasmids (pUB110, pTP5, pC194, etc.), yeast-derived plasmids ( pSH19, pSH15, etc.), bacteriophages such as λ phage, animal viruses such as retrovirus, vaccinia virus, baculovirus, etc., as well as pA1-11, pXT1, pRc / CMV, pRc / RSV, pcDNAI / Neo, etc. .
Thereafter, the recombinant gene containing the replication cassette and the labeling cassette is excised using an appropriate restriction enzyme and inserted into an appropriate viral expression vector, whereby a recombinant virus can be produced. Examples of the viral expression vector include adenovirus, retrovirus, vaccinia virus, baculovirus, etc. As mentioned above, adenovirus, particularly type 5 adenovirus is preferred. For incorporation of the cassette into the virus, for example, an electroporation method, a liposome method, a spheroplast method, a lithium acetate method, or the like can be used.
In the present invention, specifically, CMV-EGFP-SV40P (A) derived from pEGFP-N1 (CLONTECH) was inserted into shuttle plasmid pHM11, and the Csp451 fragment of this plasmid was incorporated into phTERT-E1A-IRES-E1B. A telomerisin-GFP recombinant gene can be obtained by inserting into the ClaI site of the pShuttle vector.
In the present invention, specifically, a necessary sequence is excised from a recombinant gene prepared as described above using a known restriction enzyme, and a commercially available kit such as Adeno-X Expression System (CLONTECH) is used. It can be inserted into viral DNA such as -X viral DNA (the resulting product is referred to as "AdenoX-hAIB").
Then, this AdenoX-hAIB is linearized with a known restriction enzyme and then transfected into cultured cells such as 293 cells, whereby an infectious recombinant virus can be produced.
4). Radiosensitization enhancer
In the present specification, enhancement of radiosensitization is either one of enhancing the effect of radiotherapy and increasing the sensitivity of the tumor to radiation so that the tumor can be effectively killed when used in combination with radiation. Or both. Therefore, the use mode of the radiosensitization enhancer of the present invention became the form administered to the tumor before irradiation, the form administered to the tumor during radiation irradiation, the form administered to the tumor after radiation irradiation, and the radiation resistance. It includes any form administered to the tumor and includes combinations of these forms. As such a drug, telomerisin or telomerisin-GFP is used in the present invention. Examples of “radiation” include ionizing radiation, radiation generated from particle beams and radioisotopes, such as X-rays, γ-rays, α-rays, β-rays, electron beams, proton beams, and neutron beams. Is a line. Examples of organisms to be treated include mammals such as humans, mice, rats, hamsters, guinea pigs, rabbits, cats, dogs, pigs, cows, horses, goats, monkeys, or a part thereof. It is not limited to these.
In the present invention, all kinds of tumors can be used as a tumor to be radiosensitized. For example, solid cancer in head and neck, stomach, large intestine, lung, liver, prostate, pancreas, esophagus, bladder, gallbladder / bile duct, breast, uterus, thyroid, ovary, etc., or leukemia, lymphoma, sarcoma, mesenchymal tumor, etc. It is valid. It is also effective for basal cell carcinoma of the skin and cancer stem cells. Most of the tumor cells and cancer stem cells derived from human tissues show an increase in telomerase activity, and the recombinant virus of the present invention can generally act on tumor cells whose proliferation has been activated by such telomerase activity.
Recent research has revealed that some types of tumors have cells called cancer stem cells. It is known that cancer stem cells have a tumor remodeling ability, malignant tumors, and bring resistance to radiation and anticancer drugs. In addition, cancer stem cells are known to express a specific marker, CD133, on the cell surface, and it has been clarified that they can be distinguished from other tumor cells.
In the present invention, the tumor cells to be subjected to radiosensitization include those having radiation resistance or anticancer drug resistance.
As described above, telomerase expression is extremely high in tumor cells compared to normal cells. Therefore, the recombinant virus of the present invention does not grow on normal cells but grows only on tumor cells, and as a result, tumor cells can be specifically killed. And since the sensitivity with respect to the radiation of a tumor cell increases by the infection of a virus, a tumor can be killed more effectively.
In general, the irradiation amount when irradiating with radiation is considered to be 60 to 70 Gy as a standard irradiation amount, but can be appropriately changed depending on the irradiation site. In addition, it is possible to appropriately select a dose range from the upper and lower dose ranges. The recombinant virus of the present invention increases the sensitivity of tumors to radiation and thus requires less than the dose used in general radiation therapy for cancer.
5. Pharmaceutical composition
The pharmaceutical composition containing the recombinant virus of the present invention can be used as an antitumor agent for use in combination with irradiation, or as a therapeutic agent for a tumor that has become resistant to radiation, in addition to the above-described radiosensitizing enhancer. .
This is because the mechanism of cell death that telomerisin exerts on tumor cells is different from the mechanism of apoptosis caused by conventional anticancer drugs, and telomerisin is treated with a substance that has antitumor effects. This is achieved by the property of telomerisin that even if it is applied, it can proliferate and replicate in the cell without any influence.
The pharmaceutical composition of the present invention can be applied to the affected area as it is, or any known method, for example, injection such as intravenous, intramuscular, intraperitoneal or subcutaneous, inhalation from the nasal cavity, oral cavity or lung, oral administration, It can also be introduced into a living body (target cell or organ) by intravascular administration using a catheter or the like. Furthermore, the recombinant virus contained in the pharmaceutical composition of the present invention can be used in combination with other substances having other antitumor effects (other antitumor agents). In this case, the recombinant virus and the other antitumor agent can be administered at the same time, or can be introduced into the living body by a method in which one is administered and the other is administered after a lapse of a certain time.
Further, for example, it may be used as it is after being easily handled by a method such as freezing, or it may be used as it is, or a known pharmaceutically acceptable carrier such as an excipient, a bulking agent, a binder or a lubricant, a known additive (buffer) Agents, tonicity agents, chelating agents, coloring agents, preservatives, fragrances, flavoring agents, sweetening agents, etc.).
The pharmaceutical composition of the present invention includes tablets, capsules, powders, granules, pills, solutions, syrups and other oral administration agents, injections, external preparations, suppositories, ophthalmic preparations and the like. Depending on the form, it can be administered orally or parenterally. Preferably, local injection into muscle, abdominal cavity, etc. (particularly intratumoral injection), intravenous injection, and the like are exemplified.
The dosage is appropriately selected according to the type of active ingredient, administration route, administration subject, patient age, body weight, sex, symptom, and other conditions. 10 6 -10 11 About PFU (place forming units), preferably 10 9 -10 11 It may be about PFU and can be administered once a day or divided into several times. Further, when using the virus of the present invention, by using a known immunosuppressive agent or the like, the immunity of the living body can be suppressed and the virus can be easily infected.
Here, in the present invention, “combination” means a combination of administration of the recombinant virus (pharmaceutical composition) of the present invention and irradiation, but the administration time of the virus of the present invention is the time of irradiation. Regardless, before irradiation, after irradiation, or during irradiation, it is possible to arbitrarily combine these periods. In the case of administration after irradiation, the administration time is immediately after irradiation within 48 hours, preferably immediately after within 24 hours. However, the pharmaceutical composition of the present invention can also be administered to a patient who cannot obtain a therapeutic effect by irradiation (for example, a patient having a tumor that is resistant to irradiation). In this case, the administration time of the recombinant virus of the present invention is not limited, and can be administered even if a considerable amount of time or days have passed since the previous irradiation time. Moreover, when administering before irradiation, the administration time is 24 to 96 hours before irradiation, Preferably it is 48 to 72 hours before. Furthermore, the treatment interval and the number of treatments between irradiation and pharmaceutical composition administration can be appropriately set according to the size of the tumor and the clinical symptoms of the patient. For example, it is possible to irradiate radiation daily for 2 to 7 days (preferably 5 days) while adjusting the total dose, and to administer the pharmaceutical composition several times during the irradiation period.
The pharmaceutical composition of the present invention is considered to have a very low possibility of causing side effects for the following reasons, and can be said to be a very safe preparation.
(1) Normal somatic cells have little telomerase activity, and floating cells such as hematopoietic cells are less susceptible to infection with the virus of the present invention.
(2) Since the virus of the present invention has a proliferation ability, it can be used at a lower concentration than a non-proliferative virus used in normal gene therapy.
(3) Even when the virus of the present invention is excessively administered, the antiviral action is exerted by the normal immune action in vivo.
(4) Since the sensitivity of irradiation can be increased, the antitumor effect can be obtained even if the radiation dose and / or the virus dose of the present invention is reduced.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

本発明者らは、腫瘍融解アデノウイルスをヒト癌細胞に感染させたときの当該ヒト癌細胞におけるDNA−PKcsの発現及びKu70/80の細胞内局在に対する放射線増感効果を検討した。また、本発明者らは、電離放射線により、標的細胞におけるアデノウイルスの取り込みが変化するか否かを検討した。さらに、放射線治療を併用した場合の腫瘍融解ウイルス療法の治療効果を、in vitro及びin vivoの両方で検討した。
1.材料及び方法
(1)細胞株及び細胞培養
ヒト非小細胞肺癌(NSCLC)細胞株であるA549及びヒト類表皮癌細胞株であるA431は、10%牛胎児血清(FCS)添加Nutrient Mixture(Ham’s F−12)含有ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)で培養した。別のヒトNSCLC細胞株であるH1299及びヒト食道癌細胞株であるTE8は、10%FCS、25mM N−2−ヒドロキシエチルピペラジン−N’−エタンスルホン酸(HEPES)、100units/mlペニシリン、及び100μg/mlストレプトマイシンを添加したRPMI1640培地で単層培養により通常の方法で増殖させた。
(2)組換えアデノウイルス
腫瘍特異的に選択的に増殖する組換えアデノウイルスベクターであるOBP−301(テロメライシシ)は、以前構築され、特徴付けられている(Kawashima T,et al.Clin Cancer Res 2004;10:285−292、Taki M,et al.Oncogene.2005;24:3130−40、Umeoka T,et al.Cancer Res.2004;64:6259−65、Watanabe T,et al.Exp Cell Res.2006;312:256−65)。本実施例においては、サイトメガロウイルスプロモーターの制御下に緑色蛍光タンパク質(GFP)をコードするcDNAを含む、選択的増殖性OBP−401(Fujiwara T,et al.Int J Cancer.2006;119:432−40、Kishimoto H,et al.Nature Med(in press),2006.)、及びGFPをコードするcDNAを含む非増殖性のE1欠失アデノウイルスベクター(Ad−GFP)(Umeoka T,et al.Cancer Res.2004;64:6259−65)も使用した。これらのウイルスは、CsCl段階勾配超遠心分離により精製後、CsCl直線的勾配超遠心分離により精製した。ウイルス力価及び感染力価は、293細胞を用いてプラークアッセイにより測定した。
(3)細胞生存率測定
96ウェルプレートに、1000細胞/ウェルでヒト腫瘍細胞を播種し、12時間後に放射線に曝露した。その後、XTT(3’−[1−(フェニルアミノカルボニル)−3,4−テトラゾリウム]−ビス(4−メトキシ−6−ニトロ)ベンゼンスルホン酸ナトリウム水和物)アッセイを行った。細胞は、MBR−1520R(Hitachi Medical Co.、東京、日本)を用いて、所定の線量のγ線(0〜25Gy)を単回照射した。放射線照射直後に、細胞に所定のMOI(multiplicity of infection)のOBP−301を感染させた。細胞生存率は、Cell Proliferation Kit II(Roche Molecular Biochemicals,indianapolis,IN)を用いて製造業者により提供されたプロトコールに従って処置し、5日後に測定した。
(4)蛍光顕微鏡観察
Ad−GFP又はOBP−401を感染させた後、ヒト癌細胞におけるGFP遺伝子の発現は、Eclipse TS−100蛍光顕微鏡(Nikon、東京)を用いて評価し、写真を撮影した(倍率:×200)。
(5)フローサイトメトリー
フローサイトメトリーによる分析では、2×10細胞を抗コクサッキーアデノウイルス受容体(CAR)マウスモノクローナル抗体(RmcB;Upstate Biotechnology,Lake Placid,NY)を用いて、4℃で30分間標識し、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)結合ウサギ抗マウスIgG二次抗体(Zymed Laboratories Inc.,San Francisco,CA)を加えてインキュベートし、FACScalliburフローサイトメーター(Becton Dickinson,Mountain View,CA)及びCELL Questソフトウェアを用いて分析した。画面上のウインドウでは死細胞及び残渣を排除するようセットした。GFP遺伝子のみの発現もFACScalliburで評価した。
(6)定量的リアルタイムPCRアッセイ
細胞は、25cmフラスコに5x10の細胞数で播種し、48時間後に放射線照射した。細胞は、mock又は所定の線量のγ線に曝露し、その後1.0MOIのOBP−301を2時間感染させた。ウイルスを除去後、細胞を37℃でインキュベートし、2、24、48、及び72時間後にそれぞれトリプシンで処理して回収し細胞内増殖分析に供した。
DNAは、QIAamp DNA Mini Kit(Qiagen Inc.,Valencia,CA)を用いて抽出し、E1A遺伝子についてLightCycler instrument(Roche Molecular Biochemicals)を用いて定量的リアルタイムPCRアッセイを実施した。E1Aに用いた特異的プライマーの配列は以下の通りである。
PCRによる増幅では、95℃、600秒の変性ステップ後、95℃、10秒の変性、58℃、15秒のアニーリング、及び72℃、8秒の伸長反応を1サイクルとしてこれを40サイクル行った。データは、LightCyclerソフトウェア(Roche Molecular Biochemicals)を用いて分析した。未処置の細胞の値で割ることにより標準化した値をそれぞれのサンプルについて示した。
(7)ウエスタンブロット分析
本実施例では、E1Aに対する一次抗体(PharMingen International,San Diego,CA)、DNA−PKcsに対する一次抗体(BD Transduction Laboratories,Lexington,KY)、及びペルオキシダーゼ結合二次抗体(Amersham,Arlington Heights,IL)を使用した。細胞は、冷リン酸緩衝生理食塩水(PBS)で2回洗浄した後、回収し、プロテイナーゼ阻害剤(0.1mMフッ化フェニルメチルスルホニル、0.5mM NaVO)含有溶解バッファー[10mM Tris(pH7.5)、150mM NaCl、50mM NaF、1mMエチレンジアミン四酢酸(EDTA)、10%グリセロール、0.5%NP40]に溶解した。細胞溶解液は、氷上で20分静置後、4℃、10分間、14,000rpmで遠心分離した。その上清は、全細胞抽出物として用いた。タンパク質濃度は、Bio−Rad method(Bio−Rad,Richmond,CA)を用いて測定した。等量のタンパク質(50μg)を5分間煮沸し、6−12.5%(w/v)のポリアクリルアミドゲルを用い、還元条件下で電気泳動を行った。タンパク質は、Hybond−ポリフッ化ビニリデン(PVDF)転写膜(Amersham Life Science,Buckinghamshire,UK)に転写し、一次抗体とともにインキュベートした後、ペルオキシダーゼ結合二次抗体を加えてさらにインキュベートした。Amersham ECL chemiluminescence system(Amersham、東京)を用いて、結合した抗体のペルオキシダーゼ活性を検出した。
(8)免疫蛍光染色
組織培養チャンバースライド(Nunc,Inc.,Naperville,IL)上でセミコンフルエントになった細胞に所定の処理を行い、次にアセトンで固定し、PBSで3回洗浄した。次に、スライドをKu70/80に対する一次抗体(BD PharMingen,San Jose,CA)とともに37℃で1時間インキュベートした。スライドは、PBSで3回洗浄した後、二次抗体であるFITC結合ヤギ抗マウス抗体(Immunotech,Co.,Marseille,France)とともに37℃で20分間インキュベートした。さらに、スライドをPBSで3回洗浄した後、ヨウ化プロピジウム(PI)で染色し(Molecular Probes,Eugene,OR)、緩衝グリセロール溶液をマウントして蛍光顕微鏡観察に用いた。
(9)in vivoヒト腫瘍モデル
ヒトNSCLC細胞であるA549(2×10細胞/マウス)を、5−6週齢雌BALB/c nu/nuマウスの側腹部に皮下注射し、直径約5mmになるまで増殖させた。その時点において、マウスを4つのグループに無作為に割り当て、各マウスに3Gy/腫瘍の線量で1日目から2日ごとに放射線を照射した。放射線照射直後に、50μlのOBP−301含有溶液(1投与量:1×10PFU/個体)又はPBSを腫瘍に注射した。各腫瘍の垂直方向直径を3日ごとに測定し、腫瘍体積は、以下の計算式を用いて計算した。
腫瘍体積(mm)=a×b×0.5
式中、aは最長径、bは最短径であり、0.5は楕円形の体積を計算するための定数である。実験プロトコールは、岡山大学動物実験倫理審査委員会により承認された。
(10)統計分析
全てのデータは、平均±SDで示した。グループ間の差については、Student’s t検定を用いて統計学的有意差を検討した。0.05未満のP値が統計学的有意差を意味する。
2.結果
(1)ヒト癌細胞株に対するOBP−301と放射線の併用によるin vitroでの抗腫瘍効果
本発明者らは、in vitroにおいてOBP−301と電離放射線が相互作用する可能性を検討するため、まず初めに、異なる臓器由来の4種類のヒト癌細胞株(肺[A549、H1299]、食道[TE8]、及び表皮[A431])に対し、各種用量又は線量の効果を評価した。細胞には、γ線の単回照射を行った後、mock又はOBP−301のいずれかを感染させ、処置から5日後に細胞生存率をXTTアッセイにより評価した。実験条件を最適化するため、OBP−301を単独で用いた場合に0〜100%の細胞障害をもたらすOBP−301の濃度を選択した。
代表的な用量又は線量反応曲線を図1Aに示す。放射線を併用することにより、OBP−301の細胞障害活性は、実験に用いた全ての細胞株において用量又は線量依存的に増加した。図1Aにおいて、データは、mockを処置した細胞に対する生存細胞の比率として示し、3重(triplicate)試験の平均±SDとして示す。
A431及びA549細胞の細胞生存率を、処置から5日後に評価した。A431細胞においては、10MOIのOBP−301の感染により、電離放射線の細胞障害性が5.7倍に増加した(mock、OBP−301感染細胞において、それぞれLD50=4.0、0.7Gy)。A549細胞においては、1MOIのOBP−301の感染により、電離放射線の細胞障害性が4倍に増加した(mock、OBP−301感染細胞において、それぞれLD50=2.4、0.6Gy)(図1B)。対照的に、非増殖性Ad−GFPを感染させても、放射線治療に対する効果は認められなかった。図1Bにおいて、放射線の線量反応曲線はmockを処置した細胞に対する比率として示し、3重試験の平均±SDとして示す。3種の独立した実験の代表的な結果を示す。
A431及びTE8細胞に対し、1Gy放射線照射、10MOIのOBP−301の感染、又は両者の併用(放射線照射後のOBP−301感染)を実施し、細胞の形態は、処置から5日後に評価した。位相差顕微鏡観察の場合、1Gyの放射線の単回照射のみを行ったときは、A431細胞及びTE8細胞は5日目にサブコンフルエントになるまで増殖することが示された。一方、放射線を10MOIのOBP−301感染と組み合わせた場合は、膨張した細胞、及び浮遊細胞を特徴とする、広範な細胞死による細胞生存率の迅速な低下が認められた(図1C)。OBP−301の感染単独でも効果を示したが、電離放射線は明らかにOBP−301の細胞障害効果を促進し、OBP−301感染とγ線照射の併用は、A431及びTE8両者において顕著な細胞障害効果を誘導した。
本発明者らは、腫瘍融解ウイルス療法と放射線治療の併用後のウイルスの増殖及び拡散を、視覚的にも確認した。OBP−401は、ウイルス分布をGFP蛍光によってモニタすることができる点で有利である。A549細胞に2Gyで放射線照射後、0.1MOIでOBP−401を感染させ、処置から5日後に蛍光顕微鏡により観察した。ほとんどの細胞は細胞死に至ったが、GFP発現は強力かつ持続的であり、このことは、ウイルス増殖および周囲の腫瘍細胞への拡散を示している。GFP発現は、γ線照射と併用した場合にもOBP−401を感染させたA549細胞において検出された(図1D)。これらの結果は、腫瘍融解ウイルス療法と放射線治療の併用が抗腫瘍効果をin vitroにおいて促進することを示すものである。
(2)ヒト癌細胞におけるOBP−301のウイルス増殖に対する放射線の効果
本発明者らは、フローサイトメトリーを用いて細胞表面におけるCAR(抗コクサッキーアデノウイルス受容体)の発現に対する放射線の効果を測定した。A431及びA549細胞に1又は10Gyの線量で放射線照射し、24時間後にフローサイトメトリーにより分析した。細胞は、抗CARモノクローナル抗体とともにインキュベートし、次にFITC標識ヤギ抗マウスIgG二次抗体で検出した。FITC結合アイソタイプ適合(matched)正常マウスIgG1を全ての実験においてコントロールとして用いた。CAR陽性細胞の比率は、A431細胞においては100%、A549細胞においては99%であり、これらの発現レベルは、低線量(1Gy)及び高線量(10Gy)のγ線照射後においても維持された(図2A)。
本発明者らは、ウエスタンブロット分析によりOBP−301のウイルス増殖に対する放射線の効果を検討した。具体的には、A431及びA549細胞に、mockを処置或いは1又は2Gyの放射線を照射し、10又は1MOIのOBP−301を感染させ、所定の時点で回収した。また、293細胞は、陽性対照として用いた。全細胞溶解液は、ゲル電気泳動、PVDF膜への転写、及びE1Aタンパク質のウエスタンブロットに供した。
ウエスタンブロット分析を行った結果、γ線照射後であっても、A431及びA549細胞において、OBP−301の感染が容易に検出可能なレベルのE1Aタンパク質の発現を誘導することが示された(図2B)。これらの結果は、hTERTプロモーターが、放射線照射された腫瘍細胞において転写的に活性を有することを示した。
さらに本発明者らは、子ウイルスの増殖に対する電離放射線の効果を定量的リアルタイムPCR分析により検討した。A431、TE8、及びA549細胞に1Gy(A431、TE8)又は2Gy(A549)の線量で放射線照射し、次に1.0MOIのOBP−301を2時間感染させた。細胞は、感染から72時間にわたり所定の時点で回収し、抽出したDNAをアッセイした。OBP−301の細胞内ウイルスコピー数は、γ線を照射した場合と照射していない場合において、時間経過とともに4〜6桁増加した(図2C)。感染から約48時間後にプラトーに達した。これらの結果は、電離放射線はOBP−301の増殖を妨害しないことを示している。
(3)ヒト癌細胞におけるアデノウイルスの感染に対する放射線の効果
アデノウイルス剤の感染効率は、アデノウイルスが複雑な細胞侵入過程を有するため、外部刺激のみならず細胞種に依存して大きく異なる。従って、本発明者らは、放射線照射によってアデノウイルスのヒト癌細胞株への感染性を改善することができるか否かを、GFP遺伝子を発現する非増殖性アデノウイルスベクター(Ad−GFP)を用いて検討した。
ヒト癌細胞であるA431及びA549に、異なる放射線量(1〜10Gy)の放射線照射を行い、次にそれぞれ50MOI、10MOIのAd−GFPを感染させた。48時間後、GFP発現を蛍光顕微鏡観察により評価した。GFP発現は、放射線を照射していないA431及びA549細胞の一部において認められるが、γ線に曝露したA431及びA549細胞では、より高レベルのGFP発現が認められ、蛍光強度は線量依存的に増加した(図3A)。また、A431及びA549細胞の両者において、放射線量の増加に伴いGFPの発現レベルが増大することが示された(図3B)。具体的には、上記の通り処置した細胞の平均蛍光強度(MFI)を、フローサイトメトリーにより分析した。非照射Ad−GFP感染細胞のMFI値を1.0とし、放射線照射細胞の相対的MFI値を非照射細胞のMFI値に対する比率として計算した。γ線照射後の相対的MFI値における増加が線量依存的であることは注目に値する。このことは、ヒト癌細胞におけるアデノウイルスの取り込みが電離放射線によって増大することを示している。
放射線がOBP−301の感染性を増大させるか否かを評価するため、1Gy(A431及びTE8)又は2Gy(A549)の線量でγ線を照射後、A431、A549、及びTE8細胞に1.0MOIのOBP−301を感染させた。感染から2時間後に抽出したDNAを用いて行った定量的リアルタイムPCR分析により、放射線照射した細胞におけるOBP−301感染後のE1AのDNA量は、放射線を照射していない細胞よりも1.8〜2.5倍高いことが示された(図3C)。従って、OBP−301感染前の電離放射線照射により、ウイルス取り込みを増大させて腫瘍融解活性を高めることが示された。
(4)ヒト癌細胞における放射線誘発DNA損傷の修復に対するOBP−301感染の効果
電離放射線誘発DNA DSBの修復に対するOBP−301感染の効果を検討するために、本発明者らは、放射線を照射したOBP−301感染A549細胞及び照射していないOBP−301感染A549細胞を用いて、DNA修復タンパク質であるDNA−PKcsの発現をウエスタンブロット分析により検討した。具体的には、A549細胞に、mockを処置又は2Gyの放射線を照射し、mockを感染又は1MOIのOBP−301を感染させ、処置から12時間後に細胞を回収した。全細胞溶解液は、電気泳動し、DNA−PKcsについてウエスタンブロットを行った。DNA−PKcsタンパク質発現は、NIHイメージソフトウェアを用いた濃度測定スキャニング(densitometric scanning)により定量し、アクチンのシグナルを用いて標準化した。その結果、DNA−PKcsの発現は、1.0MOIのOBP−301の感染によって、12時間後に10倍以上減少した。OBP−301の感染後に2Gyの電離放射線に曝露しても、DNA−PKcsの発現レベルの減少に影響しなかった(図4A)。同様の結果は、A431細胞においても認められた。このことは、OBP−301の感染によってDNA損傷の修復が阻害されることを示すものである。
Kuタンパク質は、DNA−PKcs依存性DSB修復において重要な役割を果たしており、また、アンチセンスによるKuタンパク質の機能抑制は、電離放射線に対する腫瘍の感受性を高める可能性がある(Li GC,et al.Cancer Res.2003;63:3268−74.)。また、Kuタンパク質複合体(Ku70及びKu80から構成される)は、独立して細胞質から核へと移行することが報告されている(Koike M,et al.J Cell Sci.1999;112:4031−9、Koike M,et al.Oncogene.1999;18:7495−505、Koike M,et al.Biochem Biophys Res Commun.2000;276:1105−11)。
そこで本発明者らは、OBP−301の感染がA549細胞におけるKu70/80の細胞内局在に影響するか否かを検討した。具体的には、A549細胞に、mockを処置又は2Gyの放射線を照射し、mockを感染又は1MOIのOBP−301を感染させ、次に処置から12時間後に固定し、抗Ku70/Ku80抗体(Ku70及びKu80のサブユニットの双方を検出する抗体)を用いて染色した。細胞はPIでも染色した。
抗Ku70/Ku80抗体を用いた間接免疫蛍光染色により、無刺激の条件で核及び細胞質における強く広範な染色が示された。2Gyの線量の放射線を照射すると、核においてKuの染色が強く誘導され、反対に、細胞質のKu発現の減少に関与した。対照的に、OBP−301を感染させると、細胞質のKuの染色が増加した。このことは、OBP−301の感染がKuタンパク質の核移行をブロックすることを示すものである。さらに、電離放射線を照射する前にOBP−301を感染させても、Kuの核への移行がブロックされ、Ku発現は細胞質に維持された(図4B)。
(5)ヒト腫瘍異種移植片におけるOBP−301の腫瘍内注射と放射線照射の併用による抗癌活性
本発明者らは、OBP−301と放射線との併用によるヒト細胞A549に対するin vivoにおける治療効果を評価した。A549細胞(2×10細胞/投与)を、異種移植片としてnu/nuマウスの後側腹(hind flank)に移植した。触知可能な直径7−12mmのA549腫瘍を有するマウスに3Gyの局所放射線照射を行った後、10PFUのOBP−301又はPBSのいずれかを、1日目から2日ごとに3サイクルで腫瘍内注射した。PBSをコントロールとして用い、6匹のマウスを1グループとして用いた。アデノウイルスDNAの損傷を防止するため、放射線照射は、OBP−301の注射の前に行った。OBP−301の腫瘍内投与又は放射線照射のいずれか一方でも、処置の開始から42日後にmockを処置した腫瘍と比較すると有意に腫瘍増殖は抑制された(p<0.05)。OBP−301と放射線とを併用すると、いずれか一方の方法により処置したマウス(p<0.05)及びmockを処置した腫瘍(p<0.01)と比較した場合、より顕著で有意に腫瘍増殖が阻害された(図5A)。図5Aにおいて、腫瘍の増殖は、腫瘍の平均体積±SEMによって示した。
OBP−301と局所放射線照射を併用処置した腫瘍は、処置から37日後の他のコホートのマウスの腫瘍と比較して、肉眼的にも明らかに小さく、併用処置が極めて有効であることが示された(図5B)。これに対し、非増殖性アデノウイルスを腫瘍内注射した場合は、放射線照射の併用にかかわらず、A549腫瘍の増殖に対する効果が認められなかった。局所放射線照射又はOBP−301感染のいずれかを3サイクル行い、10日後に切除された腫瘍の切片を用いて病理組織学的分析を行った。その結果、OBP−301を感染させた場合は、組織が明らかに退縮し、未処置の腫瘍と比較して腫瘍細胞密度の減少を示した。OBP−301の注射と放射線照射とを併用処置すると、広範な組織破壊が生じ、腫瘍細胞密度がさらに減少した。さらに、併用療法によって誘導される細胞融解の変化(cytolytic changes)においては、硝子化した無細胞性の間質(hyalinized acellular stroma)への置換が認められた(図5C)。また、腫瘍における広範なウイルス分布を、アデノウイルスヘクソン(hexon)タンパク質の免疫組織化学染色により確認した。
(6)考察
本発明者らは、OBP−301の感染と電離放射線の相互の増感増強効果を検討し、in vitro及びin vivoにおける併用による抗癌効果を見出した。
腫瘍融解ウイルス療法は、ヒトの癌の分子的側面の理解及びウイルスゲノムの遺伝子改変に関する技術開発に基づいて、今後さらに成長する可能性のある分野である。しかしながら、腫瘍融解ウイルス療法それ自体によっては、標的腫瘍において高いウイルス力価が持続するにもかかわらず、前臨床動物モデル又は臨床研究ではめったに腫瘍を死滅させることができない。
ウイルスは、現在の治療方法によるものとは異なるメカニズムにより腫瘍融解を引き起こす。従って、本発明の腫瘍融解ウイルス療法は、相乗的な作用機序により、有用な集学的臨床アプローチをもたらすものである。テロメラーゼ特異的腫瘍融解アデノウイルスであるOBP−301は、大部分のヒトの癌におけるテロメラーゼの発現活性により、多様なヒト癌細胞を効率的に殺傷することができる新規の生物剤である。
ヒトアデノウイルス血清型5に由来するアデノウイルス剤の感染効率は、CARの発現に依存して大きく異なる(Wickham TJ,et al.Cell.1993;73:309−19)。実際に、本発明者らは、低レベルのCARしか発現しない一部の腫瘍に対してはOBP−301が効果を示さないこと(Taki M,et al.Oncogene.2005;24:3130−40)、及びヒストンデアセチラーゼ(HDAC)阻害剤であるFR901228を処置した腫瘍細胞におけるCARのアップレギュレーションが、細胞内ウイルス増殖量を増大させ、これにより、相乗的な抗腫瘍効果を促進すること(Watanabe T,et al.Exp Cell Res.2006;312:256−65)を以前に示した。HDAC阻害剤とは対照的に、本発明者らは、放射線照射は試験に用いた標的細胞株全てにおいてCARの発現を有意に増加しないことを見出した。また、放射線治療は、in vivoにおいてE1B55kDa欠失腫瘍融解アデノウイルスであるONYX−015の感染との併用効果を示すにもかかわらず、in vitroにおいて悪性グリオーマ細胞においてCAR発現を変化させなかったこと(Geoerger B,et al.Br J Cancer.2003;89:577−84)が報告されている。しかしながら、興味深いことに、アデノウイルスの感染性が電離放射線の照射後に増加することが、OBP−301そのものだけでなく非増殖性Ad−GFPでも確認された。OBP−301の感染から2時間経過直後のウイルスDNAのレベルは、未処置の細胞よりも放射線照射した細胞において明らかに高い値を示した。
これらの結果は、ウイルス感染前に放射線照射を行ってもOBP−301によるCAR非依存性の細胞侵入を可能にし、それにより、アデノウイルス感染のCAR依存性による制限を克服しうることを示す。
OBP−301は、腫瘍細胞に放射線照射することにより効率よく取り込まれるが、増殖量は、放射線照射の有無に関係なく3種類の細胞株において変化しなかった。このことは、感染前に放射線照射しても基本的なウイルス増殖サイクルは変化しないことを示している。
本発明者らのデータは、OBP−301の感染後のDNA−PKcsタンパク質の発現において有意なダウンレギュレーションを示した。以前報告されたように、考えられる説明の一つは、アデノウイルスE4産物が、DNA−PKとの物理的な複合体を形成することによって、DNA−PK依存性DSB修復を阻害するというものである(Boyer J,et al.Virology.1999;263:307−12)。
DNA DSBは、Ku複合体とDNA−PKの相互作用を促進し、DNA損傷のより効率的な修復を確実にするため、Kuタンパク質は電離放射線への応答において核へ移行する。本発明者らは、OBP−301の感染がこの核移行を阻害し、細胞質におけるKu発現の増加を引き起こすことを見出した。従って、OBP−301を感染させた腫瘍細胞は、電離放射線への感受性をより高めると言える。
本発明者らのin vitroにおける研究は、OBP−301感染及び電離放射線が互いにヒト腫瘍細胞の感受性を高め、これにより併用療法の効果を増加し得ることを示す。電離放射線は、迅速なDNA DSBを引き起こし、ウイルスの取り込みを促進する。一方、OBP−301の感染は、ウイルスが増殖し、その細胞障害効果を誘導し、細胞の放射線への感受性を高めるために時間を必要とする。従って、実際の臨床応用においては、外部放射線治療(external−beam radiotherapy)後にOBP−301の腫瘍内注射を行うことが、併用効果を最大にする治療計画として適切であろう。
患者は多くの場合、月曜日から金曜日まで一日毎に放射線治療を受けることから、OBP−301は、腫瘍内投与により、次の放射線治療までの間に腫瘍病巣において増殖し、拡散することが可能となる。本発明者らのin vitroにおける実験は、相対的に低用量のOBP−301(1〜10MOI)が、種々のヒト腫瘍細胞株において電離放射線の細胞障害活性を有意に促進することを示した。さらに、GFP発現腫瘍融解ウイルス(OBP−401)の感染及び増殖は、蛍光顕微鏡で観察した場合に、単回治療後に生き残った腫瘍細胞において認められた。このことは、反復治療が、ウイルス感染により予め放射線に増感した腫瘍細胞を殺傷する上でより効果的であることを示している。この推測は、in vivo異種移植モデルにおいて確認することができた。
OBP−301の腫瘍内注射と局所放射線照射とを組み合わせて交互に一日間隔で3サイクル行うことにより、長期間にわたり、異種移植したA549腫瘍の増殖が明らかに阻害された。また、組織学的分析は、OBP−301と放射線の併用が、それぞれの方法を単独で行うよりも腫瘍破壊においてより大きな効果をもたらすことを示した。
本発明者らの実験で示されたin vivoにおける優れた抗腫瘍活性については、いくつか説明をすることができる。第一に、上述したように、放射線治療とウイルス療法の反復サイクルは、腫瘍細胞の両治療法に対する感受性を高め、それにより、相乗的な抗腫瘍活性を得ることができる。第二に、OBP−301は、高いテロメラーゼ活性を伴って、放射線照射した腫瘍において増殖の促進を示す内皮細胞を殺傷することにより血管供給を阻害する(Tsai JH,et al.Cancer Biol Ther.2005;4:1395−1400)。また、局所放射線照射それ自身は、腫瘍部位における血管内皮細胞を攻撃し得るが、一方で局所注射したOBP−301の血流への移動を防止する。実際に、電離放射線は内皮細胞の増殖、管形成、遊走、及びクローン原性細胞の生存(clonogenic survival)を阻害する(Abdollahi A,et al.Cancer Res.2003;63:8890−8.)。
また、ウイルス療法及び放射線治療は、明確なメカニズムにより、腫瘍の異なる部分における腫瘍細胞を標的とすることが考えられる。例えば、腫瘍を低酸素状態にすると、腫瘍細胞は電離放射線に対してより抵抗性となり(Hockel M,et al.J Natl Cancer Inst.2001;93:266−76.)、腫瘍領域に局在する細胞は、低酸素条件下において生存し増殖し得る。このため、電離放射線に抵抗性を有する低酸素条件下の腫瘍細胞をいかにして殺傷するかが臨床上の課題となっている。
一方、低酸素状態は、低酸素誘導因子1α(HIF−1α)によってhTERT遺伝子プロモーターの転写活性を誘導すること(Nishi H,et al.Mol Cell Biol.2004;24:6076−83、Anderson CJ,et al.Oncogene.2006;25:61−9)から、OBP−301は、低酸素条件下であっても増殖し、腫瘍細胞を効率的に殺傷すると推測し得る。従って、hTERT特異的腫瘍融解ウイルス療法は、局所放射線治療後に生存している腫瘍細胞を死滅させるために効果的である。
この併用療法の別の利点としては、これらの治療法が異なる細胞障害メカニズムによって機能することから、交差耐性の可能性が低いことが挙げられる。
要約すると、本発明者らのデータは、OBP−301の感染と電離放射線とが互いにそれぞれの生物学的効果を改善し、それにより互いに増強し、in vivoの前臨床モデルにおける抗腫瘍活性を大きく促進することを示す。
The present inventors examined the radiosensitizing effect on the expression of DNA-PKcs and the intracellular localization of Ku70 / 80 in human cancer cells when the tumor cells were infected with oncolytic adenovirus. In addition, the present inventors examined whether adenovirus uptake in target cells is changed by ionizing radiation. Furthermore, the therapeutic effect of oncolytic virus therapy when combined with radiotherapy was examined both in vitro and in vivo.
1. Materials and methods
(1) Cell lines and cell culture
A549, which is a human non-small cell lung cancer (NSCLC) cell line, and A431, a human epidermoid cancer cell line, are Dulbecco's modified Eagle medium containing Nutrient Mixture (Ham's F-12) supplemented with 10% fetal calf serum (FCS). DMEM). Another human NSCLC cell line, H1299, and human esophageal cancer cell line, TE8, are 10% FCS, 25 mM N-2-hydroxyethylpiperazine-N′-ethanesulfonic acid (HEPES), 100 units / ml penicillin, and 100 μg. The cells were grown in a normal manner by monolayer culture in RPMI 1640 medium supplemented with / ml streptomycin.
(2) Recombinant adenovirus
Recombinant adenoviral vector, OBP-301 (telomerici), which selectively grows in a tumor-specific manner has been previously constructed and characterized (Kawashima T, et al. Clin Cancer Res 2004; 10: 285-292). Taki M, et al. Oncogene.2005; 24: 3130-40, Umeoka T, et al. Cancer Res.2004; 64: 6259-65, Watanabe T, et al.Exp Cell Res.2006; 312: 256- 65). In this example, selective proliferative OBP-401 (Fujiwara T, et al. Int J Cancer. 2006; 119: 432, which contains a cDNA encoding green fluorescent protein (GFP) under the control of the cytomegalovirus promoter. -40, Kishimoto H, et al. Nature Med (in press), 2006.), and a non-proliferating E1-deleted adenoviral vector (Ad-GFP) containing cDNA encoding GFP (Umeoka T, et al. Cancer Res. 2004; 64: 6259-65) was also used. These viruses are CsCl 2 After purification by step gradient ultracentrifugation, CsCl 2 Purified by linear gradient ultracentrifugation. Viral and infectious titers were measured by plaque assay using 293 cells.
(3) Cell viability measurement
A 96-well plate was seeded with human tumor cells at 1000 cells / well and exposed to radiation 12 hours later. Thereafter, an XTT (3 ′-[1- (phenylaminocarbonyl) -3,4-tetrazolium] -bis (4-methoxy-6-nitro) benzenesulfonate sodium hydrate) assay was performed. The cells were irradiated once with a predetermined dose of γ-rays (0 to 25 Gy) using MBR-1520R (Hitachi Medical Co., Tokyo, Japan). Immediately after the irradiation, the cells were infected with OBP-301 having a predetermined MOI (multiplicity of effect). Cell viability was treated with Cell Proliferation Kit II (Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, IN) according to the protocol provided by the manufacturer and measured after 5 days.
(4) Fluorescence microscope observation
After infection with Ad-GFP or OBP-401, the expression of the GFP gene in human cancer cells was evaluated using an Eclipse TS-100 fluorescence microscope (Nikon, Tokyo), and photographs were taken (magnification: × 200). .
(5) Flow cytometry
2 × 10 for flow cytometric analysis 5 Cells were labeled with anti-Coxacky adenovirus receptor (CAR) mouse monoclonal antibody (RmcB; Upstate Biotechnology, Lake Placid, NY) for 30 minutes at 4 ° C. and fluorescein isothiocyanate (FITC) -conjugated rabbit anti-mouse IgG Subsequent antibodies (Zymed Laboratories Inc., San Francisco, Calif.) Were added and incubated and analyzed using a FACSCalibur flow cytometer (Becton Dickinson, Mountain View, Calif.) And CELL Quest software. The window on the screen was set to exclude dead cells and debris. Expression of only the GFP gene was also evaluated by FACScallibur.
(6) Quantitative real-time PCR assay
The cell is 25cm 2 5x10 in flask 4 And the cells were irradiated 48 hours later. Cells were exposed to mock or a predetermined dose of gamma radiation and then infected with 1.0 MOI of OBP-301 for 2 hours. After removing the virus, the cells were incubated at 37 ° C. and treated with trypsin after 2, 24, 48, and 72 hours, respectively, and collected for intracellular proliferation analysis.
DNA was extracted using QIAamp DNA Mini Kit (Qiagen Inc., Valencia, Calif.), And quantitative real-time PCR assay was performed on the E1A gene using LightCycler instrument (Roche Molecular Biochemicals). The sequence of the specific primer used for E1A is as follows.
In amplification by PCR, after a denaturation step of 95 ° C. and 600 seconds, denaturation at 95 ° C., 10 seconds, 58 ° C., 15 seconds of annealing, and 72 ° C., 8 seconds of extension reaction were performed as 40 cycles. . Data was analyzed using LightCycler software (Roche Molecular Biochemicals). Values normalized by dividing by the value of untreated cells are shown for each sample.
(7) Western blot analysis
In this example, primary antibodies against E1A (PharMingen International, San Diego, Calif.), Primary antibodies against DNA-PKcs (BD Transduction Laboratories, Lexington, KY), and peroxidase-conjugated secondary antibodies (Amersham, IL) used. The cells were washed twice with cold phosphate buffered saline (PBS) and then recovered, followed by proteinase inhibitor (0.1 mM phenylmethylsulfonyl fluoride, 0.5 mM Na 3 VO 4 ) -Containing lysis buffer [10 mM Tris (pH 7.5), 150 mM NaCl, 50 mM NaF, 1 mM ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), 10% glycerol, 0.5% NP40]. The cell lysate was allowed to stand on ice for 20 minutes and then centrifuged at 14,000 rpm at 4 ° C. for 10 minutes. The supernatant was used as a whole cell extract. Protein concentration was measured using the Bio-Rad method (Bio-Rad, Richmond, CA). An equal amount of protein (50 μg) was boiled for 5 minutes and electrophoresed under reducing conditions using a 6-12.5% (w / v) polyacrylamide gel. The protein was transferred to a Hybond-polyvinylidene fluoride (PVDF) transfer membrane (Amersham Life Science, Buckinghamshire, UK), incubated with the primary antibody, and further incubated with a peroxidase-conjugated secondary antibody. The peroxidase activity of the bound antibody was detected using an Amersham ECL chemistry sequence system (Amersham, Tokyo).
(8) Immunofluorescence staining
Semi-confluent cells were treated on tissue culture chamber slides (Nunc, Inc., Naperville, IL), then fixed with acetone and washed 3 times with PBS. The slides were then incubated with a primary antibody against Ku70 / 80 (BD PharMingen, San Jose, Calif.) At 37 ° C. for 1 hour. The slides were washed three times with PBS and then incubated with a secondary antibody FITC-conjugated goat anti-mouse antibody (Immunotech, Co., Marseille, France) at 37 ° C. for 20 minutes. Further, the slide was washed three times with PBS, then stained with propidium iodide (PI) (Molecular Probes, Eugene, OR), and a buffered glycerol solution was mounted and used for observation with a fluorescence microscope.
(9) In vivo human tumor model
Human NSCLC cells A549 (2 × 10 6 Cells / mouse) were injected subcutaneously into the flank of 5-6 week old female BALB / c nu / nu mice and allowed to grow to a diameter of approximately 5 mm. At that time, mice were randomly assigned to 4 groups and each mouse was irradiated every 3 days from day 1 at a dose of 3 Gy / tumor. Immediately after irradiation, 50 μl of OBP-301-containing solution (1 dose: 1 × 10 8 Tumors were injected with PFU / individual) or PBS. The vertical diameter of each tumor was measured every 3 days, and the tumor volume was calculated using the following formula.
Tumor volume (mm 3 ) = A × b 2 × 0.5
In the formula, a is the longest diameter, b is the shortest diameter, and 0.5 is a constant for calculating an elliptical volume. The experimental protocol was approved by the Okayama University Animal Experiment Ethics Committee.
(10) Statistical analysis
All data are expressed as mean ± SD. About the difference between groups, the statistical significance difference was examined using the Student's t test. A P value of less than 0.05 means a statistically significant difference.
2. result
(1) Anti-tumor effect in vitro by combined use of OBP-301 and radiation on human cancer cell lines
In order to examine the possibility of interaction between OBP-301 and ionizing radiation in vitro, the present inventors firstly prepared four types of human cancer cell lines derived from different organs (lung [A549, H1299], esophagus). [TE8] and epidermis [A431]) were evaluated for the effects of various doses or doses. Cells were irradiated with a single dose of γ-ray, then infected with either mock or OBP-301, and cell viability was assessed by XTT assay 5 days after treatment. In order to optimize the experimental conditions, the concentration of OBP-301 that caused 0-100% cell damage when OBP-301 was used alone was selected.
A representative dose or dose response curve is shown in FIG. 1A. By combining radiation, the cytotoxic activity of OBP-301 increased in a dose- or dose-dependent manner in all cell lines used in the experiment. In FIG. 1A, data is shown as the ratio of viable cells to mock treated cells and is shown as the mean ± SD of triplicate test.
Cell viability of A431 and A549 cells was assessed 5 days after treatment. In A431 cells, 10 MOI of OBP-301 infection resulted in a 5.7-fold increase in the cytotoxicity of ionizing radiation (in mock and OBP-301 infected cells, LD 50 = 4.0, 0.7 Gy). In A549 cells, infection with 1 MOI of OBP-301 resulted in a 4-fold increase in the cytotoxicity of ionizing radiation (in mock and OBP-301 infected cells, LD 50 = 2.4, 0.6 Gy) (FIG. 1B). In contrast, infection with nonproliferative Ad-GFP had no effect on radiation therapy. In FIG. 1B, the radiation dose response curve is shown as the ratio of mock to treated cells and is shown as the mean ± SD of triplicate tests. Representative results from three independent experiments are shown.
A431 and TE8 cells were subjected to 1 Gy irradiation, 10 MOI OBP-301 infection, or a combination of both (OBP-301 infection after irradiation), and cell morphology was assessed 5 days after treatment. In the case of phase contrast microscopy, A431 cells and TE8 cells were shown to proliferate on day 5 until they became subconfluent when only a single irradiation of 1 Gy radiation was performed. On the other hand, when radiation was combined with 10 MOI OBP-301 infection, a rapid decline in cell viability due to extensive cell death, characterized by swollen and floating cells, was observed (FIG. 1C). OBP-301 infection alone showed an effect, but ionizing radiation clearly promotes the cytotoxic effect of OBP-301, and the combined use of OBP-301 infection and gamma irradiation is a marked cytotoxicity in both A431 and TE8. Induced effect.
The inventors also visually confirmed the growth and spread of the virus after the combined use of oncolytic virus therapy and radiation therapy. OBP-401 is advantageous in that virus distribution can be monitored by GFP fluorescence. A549 cells were irradiated with 2 Gy, then infected with OBP-401 at 0.1 MOI, and observed with a fluorescence microscope 5 days after the treatment. Although most cells led to cell death, GFP expression is strong and persistent, indicating viral growth and spread to surrounding tumor cells. GFP expression was also detected in A549 cells infected with OBP-401 when combined with gamma irradiation (FIG. 1D). These results indicate that the combined use of oncolytic virus therapy and radiation therapy promotes anti-tumor effects in vitro.
(2) Effect of radiation on virus growth of OBP-301 in human cancer cells
We used flow cytometry to measure the effect of radiation on the expression of CAR (anti-coxsackie adenovirus receptor) on the cell surface. A431 and A549 cells were irradiated at a dose of 1 or 10 Gy and analyzed by flow cytometry 24 hours later. Cells were incubated with anti-CAR monoclonal antibody and then detected with FITC-labeled goat anti-mouse IgG secondary antibody. FITC-bound isotype-matched normal mouse IgG1 was used as a control in all experiments. The proportion of CAR positive cells was 100% in A431 cells and 99% in A549 cells, and their expression levels were maintained after low dose (1 Gy) and high dose (10 Gy) gamma irradiation. (FIG. 2A).
The present inventors examined the effect of radiation on virus growth of OBP-301 by Western blot analysis. Specifically, A431 and A549 cells were treated with mock or irradiated with 1 or 2 Gy of radiation to infect 10 or 1 MOI of OBP-301 and collected at a predetermined time point. In addition, 293 cells were used as a positive control. Whole cell lysate was subjected to gel electrophoresis, transfer to PVDF membrane, and Western blot of E1A protein.
As a result of Western blot analysis, it was shown that infection of OBP-301 induces an easily detectable level of E1A protein expression in A431 and A549 cells even after γ-irradiation (FIG. 5). 2B). These results indicated that the hTERT promoter is transcriptionally active in irradiated tumor cells.
Furthermore, the present inventors examined the effect of ionizing radiation on the propagation of the child virus by quantitative real-time PCR analysis. A431, TE8, and A549 cells were irradiated with a dose of 1 Gy (A431, TE8) or 2 Gy (A549) and then infected with 1.0 MOI of OBP-301 for 2 hours. Cells were harvested at predetermined time points for 72 hours after infection and the extracted DNA was assayed. The number of intracellular viral copies of OBP-301 increased by 4 to 6 orders of magnitude over time when irradiated with γ rays and when not irradiated (FIG. 2C). A plateau was reached approximately 48 hours after infection. These results indicate that ionizing radiation does not interfere with the growth of OBP-301.
(3) Effects of radiation on adenovirus infection in human cancer cells
The infection efficiency of adenovirus agents varies greatly depending not only on external stimuli but also on the cell type since adenoviruses have a complex cell entry process. Therefore, the present inventors determined whether or not the infectivity of adenovirus to human cancer cell lines can be improved by irradiation, using a non-proliferative adenovirus vector (Ad-GFP) expressing the GFP gene. We examined using.
Human cancer cells A431 and A549 were irradiated with different radiation doses (1-10 Gy) and then infected with 50 MOI and 10 MOI of Ad-GFP, respectively. After 48 hours, GFP expression was assessed by fluorescence microscopy. GFP expression is observed in a portion of A431 and A549 cells that have not been irradiated, but higher levels of GFP expression are observed in A431 and A549 cells exposed to gamma radiation, and the fluorescence intensity is dose dependent. Increased (FIG. 3A). Moreover, in both A431 and A549 cells, it was shown that the expression level of GFP increases with an increase in radiation dose (FIG. 3B). Specifically, the mean fluorescence intensity (MFI) of the cells treated as described above was analyzed by flow cytometry. The MFI value of non-irradiated Ad-GFP infected cells was taken as 1.0, and the relative MFI value of irradiated cells was calculated as a ratio to the MFI value of non-irradiated cells. It is noteworthy that the increase in relative MFI value after gamma irradiation is dose dependent. This indicates that adenovirus uptake in human cancer cells is increased by ionizing radiation.
To assess whether radiation increases the infectivity of OBP-301, A431, A549, and TE8 cells are 1.0 MOI after γ-irradiation at a dose of 1 Gy (A431 and TE8) or 2 Gy (A549). Of OBP-301. According to quantitative real-time PCR analysis performed using DNA extracted 2 hours after infection, the amount of E1A DNA after OBP-301 infection in irradiated cells was 1.8 to more than that of cells not irradiated with radiation. It was shown to be 2.5 times higher (FIG. 3C). Therefore, it was shown that irradiation with ionizing radiation before OBP-301 infection increases virus uptake and enhances oncolytic activity.
(4) Effect of OBP-301 infection on repair of radiation-induced DNA damage in human cancer cells
To investigate the effect of OBP-301 infection on the repair of ionizing radiation-induced DNA DSB, we used irradiated and non-irradiated OBP-301 infected A549 cells. The expression of DNA-PKcs, a DNA repair protein, was examined by Western blot analysis. Specifically, A549 cells were treated with mock or irradiated with 2 Gy radiation, infected with mock or infected with 1 MOI of OBP-301, and the cells were collected 12 hours after the treatment. Whole cell lysates were electrophoresed and Western blotted for DNA-PKcs. DNA-PKcs protein expression was quantified by densitometric scanning using NIH image software and normalized using the actin signal. As a result, the expression of DNA-PKcs decreased more than 10 times after 12 hours by infection with 1.0 MOI of OBP-301. Exposure to 2 Gy ionizing radiation after infection with OBP-301 did not affect the decrease in the expression level of DNA-PKcs (FIG. 4A). Similar results were observed in A431 cells. This indicates that OBP-301 infection inhibits repair of DNA damage.
Ku protein plays an important role in DNA-PKcs-dependent DSB repair, and suppression of Ku protein function by antisense may increase tumor sensitivity to ionizing radiation (Li GC, et al. Cancer Res. 2003; 63: 3268-74.). In addition, the Ku protein complex (composed of Ku70 and Ku80) has been reported to independently migrate from the cytoplasm to the nucleus (Koike M, et al. J Cell Sci. 1999; 112: 4031- 9, Koike M, et al. Oncogene. 1999; 18: 7495-505, Koike M, et al. Biochem Biophys Res Commun. 2000; 276: 1105-11).
Therefore, the present inventors examined whether infection with OBP-301 affects the intracellular localization of Ku70 / 80 in A549 cells. Specifically, A549 cells were treated with mock or irradiated with 2 Gy radiation, infected with mock or infected with 1 MOI of OBP-301, then fixed 12 hours after treatment, and anti-Ku70 / Ku80 antibody (Ku70 And an antibody that detects both Ku80 subunits). Cells were also stained with PI.
Indirect immunofluorescence staining with anti-Ku70 / Ku80 antibodies showed strong and extensive staining in the nucleus and cytoplasm under unstimulated conditions. Irradiation with a dose of 2 Gy strongly induced Ku staining in the nucleus and, conversely, contributed to a decrease in cytoplasmic Ku expression. In contrast, infection with OBP-301 increased cytoplasmic Ku staining. This indicates that OBP-301 infection blocks nuclear translocation of Ku protein. Furthermore, even when OBP-301 was infected before irradiation with ionizing radiation, the transfer of Ku to the nucleus was blocked, and Ku expression was maintained in the cytoplasm (FIG. 4B).
(5) Anticancer activity by combined use of intra-tumor injection of OBP-301 and irradiation in human tumor xenografts
The present inventors evaluated the therapeutic effect in vivo with respect to human cell A549 by combined use of OBP-301 and radiation. A549 cells (2 × 10 6 Cells / dose) were transplanted into the hin / flank of nu / nu mice as xenografts. Mice with palpable 7-12 mm diameter A549 tumors were irradiated with 3 Gy local radiation and 10 8 Either PFU OBP-301 or PBS was injected intratumorally in 3 cycles every 2 days from day 1. PBS was used as a control and 6 mice were used as a group. In order to prevent damage to adenoviral DNA, irradiation was performed prior to injection of OBP-301. Tumor growth was significantly suppressed by either intratumoral administration or irradiation of OBP-301 compared to tumors treated with mock 42 days after the start of treatment (p <0.05). When OBP-301 and radiation were used in combination, tumors were more prominent and significantly more significant when compared to mice treated with either method (p <0.05) and mock treated tumors (p <0.01). Proliferation was inhibited (Figure 5A). In FIG. 5A, tumor growth was shown by mean tumor volume ± SEM.
Tumors treated with OBP-301 and local radiation in combination were clearly smaller compared to tumors in mice from other cohorts 37 days after treatment, indicating that the combined treatment is extremely effective. (FIG. 5B). In contrast, when non-proliferative adenovirus was injected intratumorally, no effect on the growth of A549 tumor was observed regardless of the combined use of irradiation. Three cycles of either local irradiation or OBP-301 infection were performed, and histopathological analysis was performed using sections of the tumor excised 10 days later. As a result, when OBP-301 was infected, the tissue was clearly regressed, showing a decrease in tumor cell density compared to untreated tumors. The combined treatment of OBP-301 injection and radiation resulted in extensive tissue destruction and further decreased tumor cell density. Furthermore, in cytolytic changes induced by the combination therapy, replacement with a vitrified acellular stroma (hyalinized acellular stroma) was observed (FIG. 5C). In addition, extensive virus distribution in tumors was confirmed by immunohistochemical staining of adenovirus hexon protein.
(6) Consideration
The present inventors examined the mutual sensitization enhancing effect of OBP-301 infection and ionizing radiation, and found an anticancer effect by combined use in vitro and in vivo.
Oncolytic virus therapy is a field that has the potential to grow further in the future, based on an understanding of the molecular aspects of human cancer and the development of technology for genetic modification of the viral genome. However, oncolytic virus therapy itself rarely kills tumors in preclinical animal models or clinical studies, despite high virus titers persisting in the target tumor.
Viruses cause tumor lysis by a different mechanism than that by current treatment methods. Thus, the oncolytic virus therapy of the present invention provides a useful multidisciplinary clinical approach through a synergistic mechanism of action. OBP-301, a telomerase-specific oncolytic adenovirus, is a novel biological agent that can efficiently kill a variety of human cancer cells by telomerase expression activity in most human cancers.
The infection efficiency of adenoviral agents derived from human adenovirus serotype 5 varies greatly depending on the expression of CAR (Wickham TJ, et al. Cell. 1993; 73: 309-19). Indeed, we have found that OBP-301 has no effect on some tumors that express only low levels of CAR (Taki M, et al. Oncogene. 2005; 24: 3130-40). And upregulation of CAR in tumor cells treated with the histone deacetylase (HDAC) inhibitor FR901228 increases intracellular viral growth and thereby promotes synergistic anti-tumor effects (Watabebe T, et al. Exp Cell Res. 2006; 312: 256-65) have been shown previously. In contrast to HDAC inhibitors, we have found that irradiation does not significantly increase CAR expression in all target cell lines used in the study. In addition, radiation therapy did not change CAR expression in malignant glioma cells in vitro despite showing the combined effect with the infection of ONYX-015, an E1B55 kDa-deficient oncolytic adenovirus, in vivo ( Geoerger B, et al. Br J Cancer. 2003; 89: 577-84). Interestingly, however, it was confirmed not only with OBP-301 itself but also with non-proliferative Ad-GFP that adenovirus infectivity increases after irradiation with ionizing radiation. Viral DNA levels immediately after 2 hours of infection with OBP-301 were clearly higher in irradiated cells than in untreated cells.
These results show that CARP-independent cell invasion by OBP-301 is possible even when irradiated prior to viral infection, thereby overcoming the CAR-dependent limitations of adenoviral infection.
OBP-301 was efficiently taken up by irradiating tumor cells, but the amount of proliferation did not change in the three types of cell lines regardless of the presence or absence of irradiation. This indicates that irradiation with radiation prior to infection does not change the basic viral growth cycle.
Our data showed significant down-regulation in the expression of DNA-PKcs protein after infection with OBP-301. As previously reported, one possible explanation is that the adenovirus E4 product inhibits DNA-PK-dependent DSB repair by forming a physical complex with DNA-PK. (Boyer J, et al. Virology. 1999; 263: 307-12).
The DNA DSB promotes the interaction of the Ku complex with DNA-PK and ensures more efficient repair of DNA damage so that the Ku protein translocates to the nucleus in response to ionizing radiation. The inventors have found that infection with OBP-301 inhibits this nuclear translocation and causes an increase in Ku expression in the cytoplasm. Therefore, it can be said that tumor cells infected with OBP-301 further increase the sensitivity to ionizing radiation.
Our in vitro studies show that OBP-301 infection and ionizing radiation can increase the sensitivity of human tumor cells to each other, thereby increasing the effectiveness of combination therapy. Ionizing radiation causes rapid DNA DSB and promotes viral uptake. On the other hand, infection with OBP-301 requires time for the virus to grow, induce its cytotoxic effects, and increase the sensitivity of the cells to radiation. Therefore, in actual clinical application, intra-tumor injection of OBP-301 after external-beam radiotherapy would be appropriate as a treatment plan to maximize the combined effect.
Because patients often receive radiation treatment daily from Monday to Friday, OBP-301 can grow and spread in tumor foci between treatments following intratumoral administration. Become. Our in vitro experiments showed that relatively low doses of OBP-301 (1-10 MOI) significantly promoted the cytotoxic activity of ionizing radiation in various human tumor cell lines. Furthermore, infection and proliferation of GFP-expressing oncolytic virus (OBP-401) was observed in tumor cells that survived a single treatment when observed with a fluorescence microscope. This indicates that repeated treatment is more effective at killing tumor cells previously sensitized to radiation by viral infection. This assumption could be confirmed in an in vivo xenograft model.
The combination of OBP-301 intratumoral injection and local irradiation in alternating three cycles at daily intervals clearly inhibited the growth of xenografted A549 tumors over a long period of time. Histological analysis also showed that the combined use of OBP-301 and radiation had a greater effect on tumor destruction than performing each method alone.
There are several explanations for the excellent antitumor activity in vivo shown in our experiments. First, as described above, repeated cycles of radiotherapy and viral therapy can increase the sensitivity of tumor cells to both treatments, thereby obtaining synergistic anti-tumor activity. Second, OBP-301 inhibits vascular supply by killing endothelial cells that show enhanced proliferation in irradiated tumors with high telomerase activity (Tsai JH, et al. Cancer Biol Ther. 2005). 4: 1395-1400). Also, local radiation itself can attack vascular endothelial cells at the tumor site, while preventing locally injected OBP-301 from moving into the bloodstream. Indeed, ionizing radiation inhibits endothelial cell proliferation, tube formation, migration, and clonogenic survival (Abdolahi A, et al. Cancer Res. 2003; 63: 8890-8.).
Viral therapy and radiation therapy may also target tumor cells in different parts of the tumor by distinct mechanisms. For example, when the tumor is hypoxic, the tumor cells become more resistant to ionizing radiation (Hockel M, et al. J Natl Cancer Inst. 2001; 93: 266-76.) And are localized in the tumor area. Cells can survive and grow under hypoxic conditions. For this reason, how to kill tumor cells under hypoxic conditions that are resistant to ionizing radiation has become a clinical issue.
On the other hand, hypoxia induces the transcriptional activity of the hTERT gene promoter by hypoxia inducible factor 1α (HIF-1α) (Nishi H, et al. Mol Cell Biol. 2004; 24: 6076-83, Anderson CJ, et al. Oncogene.2006; 25: 61-9), it can be inferred that OBP-301 proliferates even under hypoxic conditions and efficiently kills tumor cells. Thus, hTERT-specific oncolytic virus therapy is effective for killing surviving tumor cells after local radiation therapy.
Another advantage of this combination therapy is the low likelihood of cross-resistance because these therapies function by different cytotoxic mechanisms.
In summary, our data indicate that OBP-301 infection and ionizing radiation improve each other's biological effects and thereby enhance each other, greatly enhancing anti-tumor activity in in vivo preclinical models. Indicates to promote.

近年の研究により、いくつかの種類の腫瘍には、癌幹細胞と呼ばれる細胞が存在することが明らかになっている。癌幹細胞とは、正常幹細胞の自己複製様式に類似した特徴を有する腫瘍細胞であり、腫瘍再形成能を有し腫瘍を悪性化する。そして、放射線耐性や抗癌剤耐性をもたらすことが知られている。
従って、腫瘍の放射線療法及び化学療法を効果的に実施するためには、放射線耐性や抗癌剤耐性を有する癌幹細胞を殺傷することが求められる。
また、癌幹細胞は、特異的なマーカーであるCD133をその細胞表面に発現する。
そこで、本発明者らは、放射線耐性及び抗癌剤耐性を有する癌幹細胞がCD133陽性であることに着目し、本発明のウイルスが、放射線耐性株の細胞群から単離したCD133陽性細胞に対して抗腫瘍効果を示すか否かについて検討を行った。
1.細胞株の準備
ヒト胃癌細胞(MKN45)(以下「親株」ともいう)を37℃、5%CO2の条件下で7日間RPMI1640培地(SIGMA社)で培養した後、2Gyの電離放射線を照射し、その後14日間の回復期間(細胞集団が再成長する期間)を設けた。電離放射線の照射と回復期間の設定は3回繰り返して行った(計6Gyの照射)。その結果、電離放射線耐性株(MKN45R3)を得た(図6)。
得られた放射線耐性株(MKN45R3)及び親株(MKN45)におけるCD133陽性細胞の割合を、それぞれCD133−APC抗体(MiltenyiBiotec社)及びFACS(Becton−Dicknson社)を用いてフローサイトメトリーによって解析した。
その結果、親株の細胞群におけるCD133陽性細胞の割合は平均約2%であり、放射線耐性株の細胞群におけるCD133陽性細胞の割合は平均約22%であった。この結果から、CD133陽性細胞の割合は放射線耐性株の細胞群において著しく上昇することがわかった(図7)。
前記放射線耐性株の細胞群からCD133陰性細胞(CD133−)およびCD133陽性細胞(CD133+)を、FACSを用いてそれぞれソートした。その結果、CD133陰性細胞は、97.5%の純度でソートすることが可能であり、CD133陽性細胞は76.5%の純度でソートすることが可能であった(図8)。
ソート後のCD133陰性細胞およびCD133陽性細胞は、その後の実験に用いた。
2.CD133陽性細胞の自己複製能力
上記1.で得られたソート後のCD133陰性細胞及びCD133陽性細胞の自己複製能力(repopulation/self−renewal ability)を、フローサイトメトリーによって検討した。
具体的には、放射性耐性株の細胞群をFACSでソートした直後の、CD133陰性細胞が大多数を占めるCD133陰性細胞群、及びCD133陽性細胞が大多数を占めるCD133陽性細胞群を、それぞれ分化促進因子であるウシ血清10%を加えたRPMI1640培地(SIGMA社)中、37℃、5%CO2の条件下で2週間培養した。この過程において、ソート直後の細胞、培養1週間後の細胞、及び培養2週間後の細胞に含まれるCD133陰性細胞及びCD133陽性細胞をFACSを用いて定量した(図9)。
その結果、CD133陽性細胞が大多数を占めるCD133陽性細胞群に含まれる細胞は、CD133陽性細胞とCD133陰性細胞に分化増殖したが、CD133陰性細胞が大多数を占めるCD133陰性細胞群に含まれる細胞は、主にCD133陰性細胞として増殖した。
次に、分化抑制因子である白血病抑制因子(Leukemia inhibitory factor)の存在下におけるCD133陽性細胞の自己複製能力を、フローサイトメトリーで検討した。
具体的には、放射性耐性株の細胞群をFACSでソートした直後の、CD133陰性細胞が大多数を占めるCD133陰性細胞群、及びCD133陽性細胞が大多数を占めるCD133陽性細胞群を、それぞれ分化促進因子であるウシ血清10%及び分化抑制因子である白血病抑制因子(10ng/ml)を加えたRPMI1640培地中、37℃、5%CO2の条件下で1週間培養した。その結果、ソート直後の、CD133陽性細胞が大多数を占めるCD133陽性細胞群において、CD133陽性細胞からCD133陰性細胞への分化は抑制され、CD133陽性細胞群に占めるCD133陽性細胞の割合は、白血病抑制因子を添加しなかった場合と比較して上昇した(図10)。
3.CD133陽性細胞の未分化スフェア形成
スフェアとは、幹細胞が無血清培地で接着せず浮遊している状態で、未分化なまま増殖する際に形成する細胞のコロニーであると言われている。そこで、本節では、ソート後のCD133陽性細胞が大多数を占めるCD133陽性細胞群がスフェアを形成するか否かについて検討を行い、さらにスフェアに含まれる細胞について検討を行った。
CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞を、FACSによりソート、分離した後、ウシ血清を含まず、上皮増殖因子(Invitrogen社)と塩基性線維芽細胞増殖因子(Invitrogen社)を含むRPMI1640培地(SIGMA社)中、37℃、5%CO2の条件下で2週間増殖させた。その結果、CD133陽性細胞が大多数を占めるCD133陽性細胞群は容易にスフェアを形成したが、CD133陰性細胞が大多数を占めるCD133陰性細胞群は線維芽細胞様の増殖を示し、スフェアをほとんど形成しなかった(図11)。
また、CD133抗体を用いてスフェアをフローサイトメトリーで分析すると、CD133陽性細胞が大多数を占めるCD133陽性細胞群から培養して得られたスフェアの細胞は、CD133陽性細胞とCD133陰性細胞の両方を含んでいた(図12右パネル)。これに対し、CD133陰性細胞が大多数を占めるCD133陰性細胞群から培養した細胞は、CD133陰性細胞のみを含んでいた(図12左パネル)。この結果は、CD133陽性細胞が自己複製能力を有していることを示すものである。
4.CD133陽性細胞とCD133陰性細胞の抗癌剤耐性、放射線耐性についての検討、並びにテロメライシン(OBP−301)の抗腫瘍効果の検討
FACSによりソートしたCD133陽性細胞群とCD133陰性細胞群を、96−ウェル培養プレートに1ウェルあたり5×10個の細胞数で播種し、37℃、5%CO2の条件下で24時間培養した。
以下に示すとおり、化学抗癌剤の投与、電離放射線の照射、テロメライシン感染のいずれかを行い、7日後にXTTアッセイで細胞の生存率を測定した。
(1)CD133陽性細胞とCD133陰性細胞の抗癌剤耐性についての検討
上記培養細胞に、5−FU、シスプラチン(CDDP)、パクリタキセルをそれぞれ異なる濃度で処理し、7日後にXTTアッセイで生存率を測定した。薬剤耐性は次式で計算した。
(薬剤投与群の吸光度)/(未処理の群の吸光度)×100%
CD133陽性細胞とCD133陰性細胞を5−FU、シスプラチン(CDDP)、パクリタキセルで処理した結果をそれぞれ、図13、図14、図15に示す。実験は3度繰り返して行い、同様の結果が得られた。統計的有意差(p<0.05)はアスタリスクで示した。
実験の結果、CD133陽性細胞は化学抗癌剤に対して高い薬剤耐性を示した。
(2)CD133陽性細胞とCD133陰性細胞の放射線耐性についての検討
上記培養細胞に3〜10Gyの放射線を照射し、7日後にXTTアッセイで生存率を測定した。電離放射線耐性は次式で計算した。
(放射線照射後の細胞の吸光度)/(未処理の細胞の吸光度)×100%
結果を図16に示した。CD133陽性細胞は、電離放射線に対して高い耐性を示した。
実験は3回繰り返し行い、同様の結果を得た。統計学的有意差(p<0.05)はアスタリスクで示した。
(3)癌幹細胞に対するテロメライシンの抗腫瘍効果
上記放射線耐性の癌幹細胞に3MOI〜40MOIのテロメライシンを投与し、7日後、XTTアッセイで細胞の生存率を調べた。
耐性は次式で計算した。
(テロメライシン投与群の吸光度/未処理の群の吸光度)×100
テロメライシンの抗腫瘍効果の結果を図17に示した。テロメライシンは、CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞の両細胞を効果的に投与量依存的に殺傷することがわかった。
5.hTERT活性の比較
癌幹細胞は自己再生能、コロニー形成能、多分化能、腫瘍形成能などの特徴を有する。自己再生能や多分化能の特徴から、癌幹細胞は高いテロメラーゼ活性を示す可能性があり、テロメライシンの抗腫瘍効果が発揮できると期待される。
CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞でテロメラーゼ発現が異なる可能性を検討するため、ヒトテロメラーゼ逆転写酵素(hTERT)のmRNAレベル、テロメラーゼ触媒性サブユニット、テロメラーゼ活性のlimiting factorを測定し、比較した。
CD133陽性細胞及びCD133陰性細胞を培養し、それぞれの全RNAをRNeasy Micro kit(キアゲン)を用いて抽出した。抽出した全RNAはDNaseによって処理し、引き続き、ランダムヘキサマーとMuLV逆転写酵素(アプライドバイオシステムズ)によって逆転写した。SYBR Green Real−Time Core Reagents(アプライドバイオシステムズ)を用いてリアルタイムPCRを行った。18μlのPCR反応液につき、2μlの希釈したcDNA(全RNA100ngをテンプレートとして得られたもの)を加えた。発現レベルはハウスキーピング遺伝子のh−PBGD(ロシュ)によって正規化した。
その結果、図18に示すとおり、CD133陽性細胞でのhTERT発現量は、CD133陰性細胞よりも高かった。
本実施例により、テロメライシン(OBP−301)を放射線照射後の腫瘍細胞に感染させることにより、放射線耐性を有する腫瘍細胞を殺傷できることが明らかとなった。これは、本発明の薬剤が放射線治療の効果を著しく増強することを示すものであり、また、本発明の薬剤が放射線と併用するための抗腫瘍剤として顕著な効果を有することを示すものである。
Recent research has revealed that some types of tumors have cells called cancer stem cells. A cancer stem cell is a tumor cell having characteristics similar to the self-renewal mode of a normal stem cell, has a tumor remodeling ability, and malignantizes a tumor. And it is known that radiation resistance and anticancer drug resistance are brought about.
Therefore, in order to effectively carry out tumor radiation therapy and chemotherapy, it is required to kill cancer stem cells having radiation resistance and anticancer drug resistance.
Cancer stem cells express CD133, a specific marker, on the cell surface.
Therefore, the present inventors focused on the fact that cancer stem cells having radiation resistance and anticancer drug resistance are CD133-positive, and the virus of the present invention is anti-CD133-positive against CD133-positive cells isolated from a cell group of radiation-resistant strains. It was examined whether or not it showed a tumor effect.
1. Preparation of Cell Line Human gastric cancer cells (MKN45) (hereinafter also referred to as “parent line”) were cultured in RPMI 1640 medium (SIGMA) for 7 days under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2, and irradiated with 2 Gy ionizing radiation, Thereafter, a recovery period of 14 days (period in which the cell population re-growth) was provided. The irradiation with ionizing radiation and the setting of the recovery period were repeated three times (total 6 Gy irradiation). As a result, an ionizing radiation resistant strain (MKN45R3) was obtained (FIG. 6).
The ratio of CD133 positive cells in the obtained radiation resistant strain (MKN45R3) and parent strain (MKN45) was analyzed by flow cytometry using CD133-APC antibody (Miltenyi Biotec) and FACS (Becton-Dickson), respectively.
As a result, the ratio of CD133 positive cells in the parent cell group averaged about 2%, and the ratio of CD133 positive cells in the radiation resistant cell group averaged about 22%. From this result, it was found that the ratio of CD133 positive cells was significantly increased in the cell group of the radiation resistant strain (FIG. 7).
CD133 negative cells (CD133−) and CD133 positive cells (CD133 +) were sorted from the cell group of the radiation resistant strain using FACS, respectively. As a result, CD133 negative cells could be sorted with a purity of 97.5%, and CD133 positive cells could be sorted with a purity of 76.5% (FIG. 8).
Sorted CD133 negative cells and CD133 positive cells were used in subsequent experiments.
2. Self-replication ability of CD133 positive cells The self-replication ability (repopulation / self-renewability) of the sorted CD133 negative cells and CD133 positive cells obtained in (1) was examined by flow cytometry.
Specifically, the CD133-negative cell group in which the majority of CD133-negative cells and the CD133-positive cell group in which the majority of CD133-positive cells occupy immediately after sorting the cell groups of the radioresistant strains by FACS, respectively, promotes differentiation. The cells were cultured in RPMI 1640 medium (SIGMA) supplemented with 10% bovine serum, a factor, at 37 ° C. and 5% CO 2 for 2 weeks. In this process, CD133-negative cells and CD133-positive cells contained in cells immediately after sorting, cells after 1 week of culture, and cells after 2 weeks of culture were quantified using FACS (FIG. 9).
As a result, the cells included in the CD133 positive cell group in which the majority of CD133 positive cells are differentiated and proliferated into CD133 positive cells and CD133 negative cells, but the cells in the CD133 negative cell group in which the majority of CD133 negative cells are included. Grew mainly as CD133 negative cells.
Next, the self-replication ability of CD133 positive cells in the presence of leukemia inhibitory factor, which is a differentiation inhibitory factor, was examined by flow cytometry.
Specifically, the CD133-negative cell group in which the majority of CD133-negative cells and the CD133-positive cell group in which the majority of CD133-positive cells occupy immediately after sorting the cell groups of the radioresistant strains by FACS, respectively, promotes differentiation. Cultured in RPMI 1640 medium supplemented with 10% bovine serum as a factor and leukemia inhibitory factor (10 ng / ml) as a differentiation inhibitor under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2 for 1 week. As a result, in the CD133-positive cell group in which the majority of CD133-positive cells are immediately after sorting, differentiation from CD133-positive cells to CD133-negative cells is suppressed, and the ratio of CD133-positive cells in the CD133-positive cell group is the leukemia suppression. It rose compared with the case where a factor was not added (FIG. 10).
3. Formation of undifferentiated spheres of CD133-positive cells A sphere is said to be a colony of cells formed when proliferating undifferentiated in a state where stem cells are not adhered in a serum-free medium and are floating. Therefore, in this section, whether or not the CD133-positive cell group in which the sorted CD133-positive cells occupy the majority forms spheres was examined, and further, the cells contained in the spheres were examined.
After sorting and separating CD133 positive cells and CD133 negative cells by FACS, RPMI 1640 medium (SIGMA) without bovine serum and containing epidermal growth factor (Invitrogen) and basic fibroblast growth factor (Invitrogen) The cells were grown for 2 weeks under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2. As a result, the CD133-positive cell group in which the majority of CD133-positive cells occupy the majority formed spheres easily, but the CD133-negative cell group in which the majority of CD133-negative cells accounted for showed fibroblast-like proliferation and formed almost spheres. Did not (Figure 11).
In addition, when the spheres were analyzed by flow cytometry using the CD133 antibody, the cells of the spheres obtained by culturing from the CD133 positive cell group in which the majority of the CD133 positive cells occupy both CD133 positive cells and CD133 negative cells. (Figure 12 right panel). On the other hand, cells cultured from the CD133 negative cell group in which CD133 negative cells occupy the majority contained only CD133 negative cells (FIG. 12 left panel). This result indicates that CD133-positive cells have a self-replicating ability.
4). Examination of anti-cancer drug resistance and radiation resistance of CD133 positive cells and CD133 negative cells, and examination of anti-tumor effect of telomerisin (OBP-301) A CD133 positive cell group and a CD133 negative cell group sorted by FACS were 96-well culture plate The cells were seeded at 5 × 10 2 cells per well and cultured under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2 for 24 hours.
As shown below, administration of a chemical anticancer agent, irradiation with ionizing radiation, or telomelysin infection was performed, and cell viability was measured by XTT assay after 7 days.
(1) Examination of anticancer drug resistance of CD133 positive cells and CD133 negative cells The above cultured cells were treated with 5-FU, cisplatin (CDDP) and paclitaxel at different concentrations, and the survival rate was measured by XTT assay after 7 days. . Drug resistance was calculated by the following formula.
(Absorbance of drug administration group) / (Absorbance of untreated group) × 100%
The results of treating CD133 positive cells and CD133 negative cells with 5-FU, cisplatin (CDDP), and paclitaxel are shown in FIG. 13, FIG. 14, and FIG. 15, respectively. The experiment was repeated three times with similar results. Statistical significance (p <0.05) is indicated with an asterisk.
As a result of the experiment, CD133-positive cells showed high drug resistance against chemical anticancer agents.
(2) Examination of radiation resistance of CD133 positive cells and CD133 negative cells The cultured cells were irradiated with 3 to 10 Gy of radiation, and the survival rate was measured by XTT assay after 7 days. The ionizing radiation resistance was calculated by the following formula.
(Absorbance of cells after irradiation) / (Absorbance of untreated cells) × 100%
The results are shown in FIG. CD133 positive cells were highly resistant to ionizing radiation.
The experiment was repeated three times with similar results. Statistical significance (p <0.05) is indicated with an asterisk.
(3) Anti-tumor effect of telomerisin on cancer stem cells 3 MOI to 40 MOI of telomerisin was administered to the above-mentioned radiation resistant cancer stem cells, and 7 days later, the cell viability was examined by XTT assay.
The resistance was calculated by the following formula.
(Absorbance of telomerisin administration group / absorbance of untreated group) × 100
The results of the antitumor effect of telomerisin are shown in FIG. Telomerisin has been shown to effectively kill both CD133-positive and CD133-negative cells in a dose-dependent manner.
5. Comparison of hTERT activity Cancer stem cells have characteristics such as self-renewal ability, colony formation ability, pluripotency, and tumor formation ability. From the characteristics of self-renewal ability and pluripotency, cancer stem cells may exhibit high telomerase activity and are expected to exert the antitumor effect of telomerisin.
In order to examine the possibility that telomerase expression is different between CD133-positive cells and CD133-negative cells, mRNA levels of human telomerase reverse transcriptase (hTERT), telomerase catalytic subunit, and limiting factor of telomerase activity were measured and compared.
CD133 positive cells and CD133 negative cells were cultured, and each total RNA was extracted using RNeasy Micro kit (Qiagen). The extracted total RNA was treated with DNase and subsequently reverse transcribed with random hexamer and MuLV reverse transcriptase (Applied Biosystems). Real-time PCR was performed using SYBR Green Real-Time Core Reagents (Applied Biosystems). 2 μl of diluted cDNA (obtained using 100 ng of total RNA as a template) was added per 18 μl of the PCR reaction solution. Expression levels were normalized by the housekeeping gene h-PBGD (Roche).
As a result, as shown in FIG. 18, the expression level of hTERT in CD133 positive cells was higher than that in CD133 negative cells.
According to the present example, it was revealed that tumor cells having radiation resistance can be killed by infecting tumor cells after irradiation with telomerisin (OBP-301). This indicates that the drug of the present invention remarkably enhances the effect of radiation therapy, and also indicates that the drug of the present invention has a remarkable effect as an antitumor agent for use in combination with radiation. is there.

本発明により、癌の放射線療法において腫瘍又は癌細胞にOBP−301を感染させておくと、腫瘍細胞の放射線に対する感受性を増加させることができる。また、あらかじめ腫瘍又は癌細胞を放射線照射した後にOBP−301を感染させると、腫瘍細胞を効果的に殺傷することができる。さらに、本発明により、放射線や抗癌剤に耐性を示す腫瘍又は癌細胞を効果的に殺傷することができる。従って、本発明に使用されるウイルスは、放射線の感受性を高めることによって顕著な抗腫瘍効果を示すことができ、放射線との併用療法に極めて有用である。   According to the present invention, when a tumor or cancer cell is infected with OBP-301 in radiation therapy for cancer, the sensitivity of the tumor cell to radiation can be increased. Further, when OBP-301 is infected after previously irradiating a tumor or cancer cell with radiation, the tumor cell can be effectively killed. Furthermore, the present invention can effectively kill tumors or cancer cells that are resistant to radiation or anticancer agents. Therefore, the virus used in the present invention can exhibit a remarkable antitumor effect by increasing the sensitivity of radiation, and is extremely useful for combination therapy with radiation.

配列番号7:合成DNA
配列番号8:合成DNA
[配列表]
SEQ ID NO: 7: synthetic DNA
Sequence number 8: Synthetic DNA
[Sequence Listing]

Claims (17)

ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれた組換えウイルスを含む、放射線照射又は抗癌剤投与により放射線又は抗癌剤に対する耐性を獲得した腫瘍又は癌に対する抗腫瘍剤。 Promoter of the human telomerase, tumors E1A gene, replication cassette comprising an IRES sequence and an E1B gene in this order comprises a recombinant virus incorporated into the E1 region of the viral genome, have acquired resistance to radiation or anticancer by irradiation or anticancer drugs Or an antitumor agent for cancer. ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれ、かつ、標識タンパク質をコードする遺伝子及び該遺伝子の発現を制御しうるプロモーターを含む標識カセットがウイルスゲノムのE3領域に組み込まれた組換えウイルスを含む、放射線照射又は抗癌剤投与により放射線又は抗癌剤に対する耐性を獲得した腫瘍又は癌に対する抗腫瘍剤。 A label comprising a replication cassette containing a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene in this order in the E1 region of the viral genome, and a gene encoding a marker protein and a promoter capable of controlling the expression of the gene cassette comprises a recombinant virus incorporated into the E3 region of the viral genome, the anti-tumor agent for acquired tumor or cancer resistance to radiation or anticancer drugs by irradiation or anticancer drugs. 前記組換えウイルスが106〜1011PFU/日の用量で患者に投与される、請求項1又は2に記載の抗腫瘍剤。 The antitumor agent according to claim 1 or 2, wherein the recombinant virus is administered to a patient at a dose of 10 6 to 10 11 PFU / day. ヒトテロメラーゼのプロモーターがhTERTプロモーターである、請求項1又は2に記載の抗腫瘍剤。   The antitumor agent according to claim 1 or 2, wherein the human telomerase promoter is an hTERT promoter. 標識タンパク質がGFPである、請求項2に記載の抗腫瘍剤。   The antitumor agent according to claim 2, wherein the labeled protein is GFP. 標識タンパク質をコードする遺伝子の発現を制御しうるプロモーターがサイトメガロウイルスプロモーター又はhTERTプロモーターである、請求項2に記載の抗腫瘍剤。   The antitumor agent according to claim 2, wherein the promoter capable of controlling the expression of the gene encoding the labeled protein is a cytomegalovirus promoter or an hTERT promoter. ウイルスがアデノウイルスである、請求項1又は2に記載の抗腫瘍剤。   The antitumor agent according to claim 1 or 2, wherein the virus is an adenovirus. 標識タンパク質をコードする遺伝子の発現を制御しうるプロモーターが発癌及び発癌抑制因子プロモーターである、請求項2に記載の抗腫瘍剤。   The antitumor agent according to claim 2, wherein the promoter capable of controlling the expression of the gene encoding the labeled protein is a carcinogenesis and tumor suppressor promoter. 腫瘍又は癌が癌幹細胞である請求項1又は2に記載の抗腫瘍剤。   The antitumor agent according to claim 1 or 2, wherein the tumor or cancer is a cancer stem cell. 腫瘍又は癌がCD133陽性のものである請求項1又は2に記載の抗腫瘍剤。   The antitumor agent according to claim 1 or 2, wherein the tumor or cancer is CD133 positive. 請求項1、3、4、7、9及び10のいずれか1項に記載の剤の製造における、ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれた組換えウイルスの使用。   The production of the agent according to any one of claims 1, 3, 4, 7, 9, and 10, wherein the replication cassette containing a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene in this order is E1 of the viral genome. Use of recombinant virus integrated into the region. 請求項2〜10のいずれか1項に記載の剤の製造における、ヒトテロメラーゼのプロモーター、E1A遺伝子、IRES配列及びE1B遺伝子をこの順に含む複製カセットがウイルスゲノムのE1領域に組み込まれ、かつ、標識タンパク質をコードする遺伝子及び該遺伝子の発現を制御しうるプロモーターを含む標識カセットがウイルスゲノムのE3領域に組み込まれた組換えウイルスの使用。   In the manufacture of the agent according to any one of claims 2 to 10, a replication cassette comprising a human telomerase promoter, an E1A gene, an IRES sequence, and an E1B gene in this order is incorporated into the E1 region of the viral genome, and labeled Use of a recombinant virus in which a marker cassette comprising a gene encoding a protein and a promoter capable of controlling the expression of the gene is incorporated in the E3 region of the viral genome. ヒトテロメラーゼのプロモーターがhTERTプロモーターである、請求項11又は12に記載の使用。   Use according to claim 11 or 12, wherein the human telomerase promoter is the hTERT promoter. 標識タンパク質がGFPである、請求項12に記載の使用。   Use according to claim 12, wherein the labeled protein is GFP. 標識タンパク質をコードする遺伝子の発現を制御しうるプロモーターがサイトメガロウイルスプロモーター又はhTERTプロモーターである、請求項12に記載の使用。   The use according to claim 12, wherein the promoter capable of controlling the expression of the gene encoding the labeled protein is a cytomegalovirus promoter or an hTERT promoter. ウイルスがアデノウイルスである、請求項11又は12に記載の使用。   Use according to claim 11 or 12, wherein the virus is an adenovirus. 標識タンパク質をコードする遺伝子の発現を制御しうるプロモーターが発癌及び発癌抑制因子プロモーターである、請求項12に記載の使用。   The use according to claim 12, wherein the promoter capable of controlling the expression of the gene encoding the labeled protein is an oncogenic and tumor suppressor promoter.
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