プラスミド
DNA
の体内動態制御による
遺伝子治療・
DNA
ワクチン療法の最適化
【研究の背景】
ヒトゲノム全塩基配列の解析が完了し生体現象が遺伝子レベルで明らかになりつつある今、目的タンパク質を遺伝子という形で患者に投与する遺伝子治療や
DNA
ワクチンなどが注目を集めています。患者体内の標的細胞内への遺伝子の運び屋（ベクター）として、安全性・汎用性の観点からプラスミド
DNA(pDNA)
を基本とする非ウィルスベクターの確立が期待されています。標的指向性・導入効率の改善を目的として様々なキャリアーの開発が広く行われているものの、未だその遺伝子導入効率は不十分であるのが現状です。
ところが、
DNA
の血管内投与に関しては、キャリアーを用いない裸の
pDNA(naked pDNA)
を大容量の水溶液とともに静脈内へ投与するだけで非常に高いレベルの遺伝子発現が肝臓で得られるハイドロダイナミクス法が最近報告されました
1
。本法はユニークな
in vivo
遺伝子導入方法として注目されていますが、その詳細なメカニズムはほとんど明らかになっていません。また、
DNA
ワクチンとして局所へ遺伝子を投与する際には、抗原提示細胞への効率的なデリバリーおよび免疫系の活性化がより重要になると考えられますが、局所投与後の
pDNA
の体内動態についても不明な点が多いのが現状です。
【これまでの研究成果】
有効な遺伝子治療・
DNA
ワクチン療法は、目的タンパク質が標的部位で効率的に発現してはじめて実現できます。そのためには、
pDNA
の体内動態とその遺伝子発現・免疫応答との関連を明らかにし、得られた情報に基づき
pDNA
の体内動態を制御することが不可欠であると考えられます。我々はこれまで、静脈内投与後および局所投与後の
naked pDNA
の体内動態を検討し、基本的な動態特性を明らかにしています
2, 3
。また、ハイドロダイナミクス法による静脈内投与後の
pDNA
の体内動態についても検討を行い、肝取り込みがレセプターなどを介さない非特異的なものであることも見出しています
2
。さらに、本法をインターフェロン遺伝子に適用し、高い遺伝子発現と優れた治療効果が得られることを証明すると共に、非特異的な炎症性サイトカインの誘導がほとんど起きず、本法が導入遺伝子選択的なサイトカインの抗腫瘍効果を
in vivo
で評価できる有用な手段であることを明らかにしました
4
。
局所投与については、
pDNA
の抗原提示細胞への効率的なデリバリーを目的としてメチル化ウシ血清アルブミン
(mBSA)
をキャリアーとして選択し、これを
pDNA
と複合体を形成させることで
pDNA
局所投与時の体内動態が制御可能であることを明らかにしました
4
。さらに、
DNA
ワクチン療法への応用を想定しモデル抗原として卵白アルブミンをコードする
pDNA
を用い、複合体化することにより効率的に免疫応答を誘導できることも見出しています。
今後、肝臓の血管内皮細胞やクッパ−細胞などの初代培養系を用い、より詳細な
pDNA
肝臓取り込み機構の解明を目指すとともに、ハイドロダイナミクス法のメカニズムを明らかにし、本法を遺伝子だけではなく様々な機能分子の
in vivo
細胞内デリバリー法として応用していくつもりです。また、
pDNA/mBSA
複合体局所投与時の免疫誘導における詳細なメカニズムを解明し、より最適な
DNA
ワクチン療法の実現を目指します。
【参考文献】
-
Hydrodynamics-based transfection in animals by systemic administration of plasmid DNA.
Liu F, Song Y, and Liu D.
Gene Ther. (1999) 6: 1258-1266.- Hepatic uptake and gene expression mechanisms following intravenous administration of plasmid DNA by conventional and hydrodynamics-based procedures.
Kobayashi N, Kuramoto T, Yamaoka K, Hashida M, and Takakura Y.
J. Pharmacol. Exp. Ther. (2001) 297: 853-860. Abstract(PubMed)- Control of disposition and gene expression characteristics of plasmid DNA following local administration by complexation with methylated BSA.
Kawase A, Isaji K, Kobayashi N, and Takakura Y.
(manuscript in preparation)- Therapeutic effect of intravenous interferon gene delivery with naked plasmid DNA in murine metastasis models.
Kobayashi N, Kuramoto T, Chen S, Watanabe Y, and Takakura Y.
(submitted)
- Hepatic uptake and gene expression mechanisms following intravenous administration of plasmid DNA by conventional and hydrodynamics-based procedures.