遺伝子治療におけるレンチウイルスベクター

遺伝子治療におけるレンチウイルスベクターは、レンチウイルスを使用して生物に遺伝子を挿入、変更、または削除する方法です。

レンチウイルスは、エイズなどの病気の原因となるウイルスのファミリーであり、宿主細胞のゲノムにDNA を挿入することで感染します。^{[1]このようなウイルスの多くは、}遺伝子治療におけるウイルスの使用研究の基礎となっていますが、レンチウイルスは非分裂細胞に感染する能力が独特であるため、より幅広い潜在的な用途があります。^{[2]レンチウイルスは}内因性(ERV) になり、ゲノムを宿主の生殖細胞ゲノムに統合できるため、ウイルスはそれ以降、宿主の子孫に受け継がれます。科学者は、レンチウイルスの感染メカニズムを使用して、遺伝子治療に望ましい結果をもたらします。遺伝子治療におけるレンチウイルスベクターは、ルイジ・ナルディーニによって開拓されました。^{[3] [4]}

レンチウイルスはレトロウイルスであり、逆転写酵素を持つ一本鎖RNA ゲノムを持っています。レンチウイルスには、宿主細胞の外膜への付着を助ける突出した糖タンパク質を持つウイルスエンベロープもあります。ウイルスには、細胞に入るとウイルスの遺伝物質の転写を行う逆転写酵素分子が含まれています。ウイルスゲノム内には、ウイルス配列を宿主細胞ゲノムに組み込むのに役立つ特定のタンパク質をコードするRNA配列があります。 「gag」遺伝子は、ウイルスのヌクレオカプシドタンパク質の構造成分であるマトリックス（MA/p17）、カプシド（CA/p24）、およびヌクレオカプシド（NC/p7）タンパク質をコードします。「pol」ドメインは、逆転写酵素とインテグラーゼ酵素をコードします。最後に、ウイルスゲノムの「env」ドメインは、ウイルスの表面にある糖タンパク質とエンベロープをコードします。^{[1] [全文引用が必要]}

レンチウイルスが宿主細胞に感染し複製するには、複数のステップが必要です。最初のステップでは、ウイルスは表面糖タンパク質を使用して細胞の外表面に付着します。より具体的には、レンチウイルスは宿主の標的細胞の表面にあるCD4糖タンパク質に付​​着します。次に、ウイルス物質が宿主細胞の細胞質に注入されます。細胞質内で、ウイルス逆転写酵素がウイルス RNA ゲノムの逆転写を行い、ウイルス DNA ゲノムを作成します。次に、ウイルス DNA は宿主細胞の核に送られ、ウイルス酵素インテグラーゼの助けを借りて宿主細胞のゲノムに組み込まれます。これ以降、宿主細胞はウイルス RNA 全体を転写し、ウイルスの構造タンパク質、特にウイルスカプシドとエンベロープを形成するタンパク質を発現し始めます。次に、レンチウイルス RNA とウイルスタンパク質が組み立てられ、十分な量が作られると、新しく形成されたビリオンが 宿主細胞から出ていきます。^[要出典]

レンチウイルスを用いた遺伝子治療には2つの方法が提案されている。体外法では、患者から細胞を抽出し、培養する。次に、治療用遺伝子を運ぶレンチウイルスベクターを培養物に導入して感染させる。これで修正された細胞は、患者に注入できるまで培養を続ける。体内遺伝子治療は、患者に遺伝子を運ぶウイルスベクターをサンプルとして注入する方法である。^[5]

レンチウイルスは、細胞に有益な遺伝子を挿入するためのベクターとして機能するように改変されています。核膜を貫通できず、有糸分裂中の細胞にしか作用できない他のレトロウイルスとは異なり、レンチウイルスは細胞が分裂しているかどうかに関係なく感染することができます（主にカプシドタンパク質によることが示されています）。^[6]ニューロン などの多くの細胞型は成体生物では分裂しないため、レンチウイルス遺伝子治療は、これらの細胞型に影響を与える症状の治療に適しています。^[7]

レンチウイルスベクター^{[8]のいくつかの実験的応用は、}糖尿病、マウス血友病A、前立腺癌、慢性肉芽腫性疾患、血管疾患などの疾患を治療するための遺伝子治療で行われてきました。^[要出典]

HIV由来レンチウイルスベクターは、コアクチベーター PSIP1を介して特定の遺伝子を標的とする能力があるため、広く開発されている。^[9]この標的特異性により、正常に機能する遺伝子にランダムに挿入されるリスクのないレンチウイルス遺伝子ベクターの開発が可能になる。HIVは病原性があるため、病気を引き起こす特性と自己複製能力を除去するために遺伝子改変する必要がある。これは、治療用トランスジーンの導入に不要なウイルス遺伝子を削除することで実現できる。「gag」および「env」ドメインを標的とすることで、遺伝子治療における有効性を失うことなくHIV-1ゲノムの十分な部分を削除し、患者に組み込まれるウイルス遺伝子を最小限に抑えることができると提案されている。^[10] HIV-1の使用に伴うリスクを軽減する別の方法として、遺伝子を破壊するのではなく、置き換えることもできる。^[7]

ネコ免疫不全ウイルス^[11]や馬伝染性貧血ウイルス^[12]などの他のレンチウイルスは、遺伝子治療に使用するために開発されており、ヒト宿主に重篤な疾患を引き起こすことができないことから注目されています。特に馬伝染性貧血ウイルスは、造血幹細胞においてHIV-1よりもいくらか優れた働きをすることが示されている^[13]

歴史的に、レンチウイルスベクターには、遺伝子の機能に影響を与える核DNAの変異である挿入変異誘発という副作用を持つ強力なウイルスプロモーターが含まれていました。 ^{[14]これらの強力なウイルスプロモーターは、}癌形成の主な原因であることが示されました。^[14]その結果、ウイルスプロモーターは細胞プロモーターと制御配列に置き換えられました。^[14]

前述のように、レンチウイルスは非分裂細胞に感染する独自の能力を持っています。それに加えて、レンチウイルスベクターを他のウイルスベクターと区別する特性がいくつかあります。レンチウイルスが特定の治療に適しているかどうかを判断する際には、このような特性を考慮することが重要です。

ガンマレトロウイルスはレンチウイルスのようなレトロウイルスです。マウス白血病ウイルス(MLV) は、遺伝子治療での使用が最初に研究されたウイルスの 1 つです。しかし、最近の研究では、分裂しない細胞に統合できるレンチウイルスが有利になっています。より実用的には、ガンマレトロウイルスはがん遺伝子プロモーターの近くに統合する親和性があり、腫瘍の有害なリスクをもたらします。^[15] MLV は複製能力がある可能性があり、つまり宿主細胞内で複製できます。これらの複製能力のあるウイルスは、安定した遺伝子伝達と腫瘍および組織特異的な標的化を提供します。^[16]

遺伝子治療において、アデノウイルスはレンチウイルスとは多くの点で異なり、レンチウイルスよりも優れた利点もあります。アデノウイルスはレンチウイルスよりも形質導入効率が高いです。^[5]第二に、ほとんどのヒト細胞はアデノウイルスの受容体を持っています^{[17]これは、ヒトの}アデノウイルス性疾患が多種多様であることによるものと考えられます。しかし、これには欠点があります^[論説] - アデノウイルスはヒトに頻繁に感染するため、体内で免疫反応が起こります。このような反応は、アデノウイルスベクター療法の効率を低下させ、組織の炎症などの副作用を引き起こす可能性があります。^[18]この免疫反応を利用して癌細胞を標的にし、ワクチンを開発する研究が行われています。^[19] MLVとアデノウイルスの利点を活用するために、ハイブリッドアデノウイルスレトロウイルス（具体的にはMLV）も開発されています。^[20]

重症複合免疫不全症（SCID）のADA欠損型は、2021年に報告された複数年にわたる研究で非常にうまく治療されました。治療を受けた患者の95％以上が36か月後も無症状のままであり、患者の100％がこの通常は致命的な病気から生き延びました。自己不活性化レンチウイルスベクターであるEFS-ADA LVを使用して、機能的なADA遺伝子を自己CD34 +造血幹細胞および前駆細胞（HSPC）に挿入しました。^[21]

血管内皮細胞遺伝子治療による血管移植の成果を高めることを目的とした研究では、レンチウイルスの第3世代が、冠動脈バイパスなどの処置における中等度の静脈移植および移植への遺伝子送達に効果的であることが示されました。ウイルスはゲノムの大部分を失うように適応しているため、必要な遺伝子を宿主細胞に移植する際の安全性と有効性が向上します。この治療法の欠点は、長期的な遺伝子発現にはプロモーターの使用が必要であり、トランス遺伝子発現の増加につながる可能性があることが研究で説明されています。研究者は、自己不活性化プラスミドを追加し、水疱性口内炎ウイルス糖タンパク質を擬似型化することでより普遍的な向性を作り出すことでこれを達成しました。^[22]

慢性肉芽腫性疾患（CGD）では、食細胞中のニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸オキシダーゼ（NADPHオキシダーゼ）酵素の成分の変異の結果として免疫機能が欠損しており、この酵素はスーパーオキシドフリーラジカルの生成を触媒する。この酵素が欠損すると、食細胞は取り込んだ細菌を効果的に殺すことができず、肉芽腫が形成される可能性がある。マウスで行われた研究では、変異CGDタンパク質の1つの正常バージョンを発現する系統特異的レンチウイルスベクターの使用を強調し、白血球が機能的なバージョンのNADPHオキシダーゼを生成できるようにした。科学者らは、水疱性口内炎Gタンパク質を含む擬似型ウイルスを293T細胞にトランス感染させることによって、このレンチウイルス株を開発した。ウイルスベクターの役割は、これらの食細胞で機能的なNADPHオキシダーゼ遺伝子の産生を増加させることであった。彼らは骨髄細胞に対する親和性を作り出すためにこれを行いました。^[23]

前立腺がんの場合、レンチウイルスはトラスツズマブに結合してアンドロゲン感受性LNCaPおよび去勢抵抗性C4-2ヒト前立腺がん細胞株に付着するように変形します。これら2つの細胞は、前立腺がんに関連するホルモンであるヒト上皮成長因子受容体2（HER-2）の過剰分泌を主に担っています。これらの細胞に付着してゲノムを変更することで、レンチウイルスはがんを引き起こす細胞の進行を遅らせ、殺すことさえできます。研究者は、ウイルスゲノムのFab領域を操作することでベクターの特異性を引き起こし、シンドビスウイルスで擬似型化しました。^[24]

血友病Aは、マウスのレンチウイルスベクターを用いた遺伝子治療でも研究されている。ベクターは、血友病Aで影響を受ける第VIII因子の量を増やすために造血細胞を標的とする。しかし、レンチウイルスベクターはこの目的を完全に達成できなかったため、これは引き続き研究対象となっている。彼らは、293T細胞にウイルスをトランス感染させ、ウイルスベクターの世代を表現する2bF8と呼ばれるウイルスを作成することでこれを実現した。^[25]

研究では、マウスの子宮内にIL-10発現遺伝子を含むレンチウイルスベクターを注入すると、関節リウマチを抑制・予防し、一定の遺伝子発現を持つ新しい細胞を作り出すことができることもわかっています。これは、幹細胞と遺伝子治療のためのウイルスベクターの子宮内接種に関するデータに貢献しています。この研究におけるウイルスベクターの標的は滑膜細胞でした。正常に機能する滑膜細胞はTNFαとIL-1を産生します。^[26]

多くの子宮内研究と同様に、糖尿病に対するレンチウイルスベクター遺伝子治療は、遺伝子治療の影響を受ける幹細胞が実際のウイルス介入によって作成された新しい遺伝子を持つ新しい細胞を作成するため、子宮内でより効果的です。ベクターは膵臓内の細胞を標的とし、糖尿病の制御に役立つインスリン分泌遺伝子を追加します。ベクターはサイトメガロウイルスプロモーターを使用してクローン化され、その後293T細胞に共感染されました。^[27]

成熟したニューロンは分裂しないため、レンチウイルスは分裂に依存しない遺伝子治療に最適です。レンチウイルス遺伝子治療の研究は、進行したパーキンソン病の患者^[28]や霊長類の加齢に伴うニューロン萎縮^{[29]を対象に実施されています。}

• レンチウイルスベクターを用いた網膜遺伝子治療

• 生物学におけるレトロウイルスの位置
• レトロウイルスにおけるGagおよびGag-Pro-Polタンパク質の合成
• 概要: レトロウイルス リソースの概要