標準プラスミドCAR (キメラ抗原受容体)発現ベクター

概要

将来性のあるガン治療法として、キメラ抗原受容体(chimeric antigen receptor:CAR)を利用して腫瘍関連抗原を認識するT細胞(CAR-T細胞)を作製する方法が注目されています。CAR-T細胞療法は患者本人から採取されたT細胞(自家的)もしくは健康なドナーから採取されたT細胞(同種的)にCARを発現させ、抗原への結合によって腫瘍細胞を標的としてT細胞が活性化するように設計します。

CARは4コンポーネントから構成されています。1) 細胞外抗原認識ドメイン。特異性が確認されているモノクローナル抗体由来の単鎖可変領域フラグメント(scFv)から構成される。scFvは抗原特異的モノクローナル抗体の可変領域の軽鎖と重鎖がリンカーペプチドで連結された構造をしている。2) 細胞外ヒンジ。scFVを膜貫通ドメインに連結してCARの安定性と柔軟性をもたらす。3) 膜貫通ドメイン。CARを細胞膜につなぎ留め、抗原結合ドメインと細胞内シグナルドメインの橋渡しをする。受容体の発現と安定性を高めるために重要な役割を果たす。4) 細胞内シグナルドメイン。T細胞受容体(TCR)のCD3-zetaドメイン由来でありITAMs(immunoreceptor tyrosine-based activation motifs)を内包している。ITAMsは抗原への結合とともにリン酸化されて下流シグナル伝達系を活性化してT細胞を活性化します。さらに細胞内シグナルドメインに複数の(CD28、CD137由来の)共刺激ドメインを加えることで、T細胞の増殖性と持続性を上昇させることができます。

CARは過去数年にわたる細胞内シグナルドメインの改良によって進化しています。第一世代CARはCD3-zeta シグナルドメインだけを持っていました。第一世代CARを発現するT細胞は活性化できるものの、細胞毒性と増殖率が低いためにin vivoでの抗腫瘍活性が貧弱でした。続いてCD3-zetaシグナルドメインに加えて共刺激ドメインを付加した第二世代CARの出現によって、CAR‐T細胞のin vivo増殖性、拡張性および持続性の大幅な改善をもたらしました。CD3-zetaドメインに加えて2つのシス共刺激ドメインを細胞内シグナルドメインに付加した第三世代CARは抗腫瘍活性をさらに改善しました。第二世代CARを基に開発された第四世代CARは恒常的もしくは誘導的にサイトカイン発現する様に改良した細胞内シグナルドメインをもちます。同様に第二世代CARを基に開発された第五および最新世代CARはサイトカイン受容体の細胞内シグナルドメインを組み込んでいます。

当社の標準プラスミドCAR発現ベクターはウイルスを用いずに第二世代CAR発現カセットをT細胞に導入できます。標準プラスミドCAR発現ベクターは一過的に導入され、一部の細胞のみ(1%未満)でゲノムへの挿入が起こります。

 

当ベクターシステムに関する詳細な情報ついては下記の論文を参照してください

References Topic
Br J Cancer. 120:26 (2019) Review on next-generation CAR T cells
BMC Biotechnol. 18:4 (2018) Optimizing DNA electroporation for producing engineered CAR T cells
Mol Ther Oncolytics. 3:16014 (2016) Review on CAR models
J Immunother. 32:689 (2009) Construction and pre-clinical evaluation of an anti-CD19 CAR
Mol Ther. 17:1453 (2009) In vivo characterization of chimeric receptors containing CD137 signal transduction domains

特徴

当社の標準プラスミドCAR発現ベクターは第二世代CARの発現および、E.coliでの高コピー数複製と高い導入効率を実現します。ベクターが導入された細胞はマーカー遺伝子の発現による薬剤選択もしくは可視化によって選別することができます。

メリット

簡便さ:標準プラスミドCAR発現ベクターのT細胞への導入は簡便なエレクロトポレーション法を利用します。T細胞への導入前にパッケージング操作などが必要になるウイルスベクターは技術の習熟が必要となり時間がかかります。

安全性:標準プラスミドCAR発現ベクターはエレクロトポレーション法でT細胞へ導入され、ゲノムに挿入されることなく細胞内に一過的に維持されます。これによってレンチウイルスやレトロウイルスベクターに付随する、ゲノムへのベクター挿入による変異リスクを避けることができます。

低コスト:臨床グレードのプラスミドベクターの作製コストはウイルスベクターと比較して非常に低くなり、プラスミドベクターを利用したCAR-T細胞の臨床開発のコストパフォーマンスは高くなります。CAR-T細胞の臨床効果はマウスモデルを用いた前臨床試験では正確に予期することはできず、臨床試験で決定されるべきであるので、CAR-T細胞療法の開発段階で大きな利点となります。

デメリット

エレクトロポレーション法の弊害:標準プラスミドCAR発現ベクターは通常エレクトロポレーション法によってT細胞に導入されます。エレクトロポレーション法はT細胞にダメージを与え、機能的なCAR-T細胞の獲得数が減少させます。それゆえ、必要数をそろえるためにT細胞を長期間ex vivo培養する必要があり、時間経過とともに細胞の長期記憶が消失して表現型が変化する危険性をはらみます。

ベクターDNAがゲノムへ挿入されない:従来のプラスミドベクターによる遺伝子導入法はベクターのほとんどが宿主ゲノムへ挿入されずにエピソームDNAとして維持されるために、ベクターは細胞内で短い期間のみ維持されます。非常に低い頻度ですが(細胞タイプによって102-106細胞あたり1回)、ベクターの宿主ゲノムへ挿入が起こります。薬剤耐性や蛍光マーカーがプラスミドベクターに組み込まれているならば、薬剤選択やセルソーターによって挿入が起こった細胞を選別できます。

基本コンポーネント

Promoter: CARを発現するプロモーター。

Kozak: Kozak配列。真核生物での翻訳開始を促進すると考えられているためORFの開始コドンの前に配置される。

CD8-leader: T細胞表面の糖タンパク質CD8 alphaドメインのシグナルペプチド。タンパク質のT細胞表面への輸送と局在に必要。

scFv: 特異性が確認されているモノクローナル抗体由来の単鎖可変領域フラグメント。抗原特異性にしたがって細胞を認識する。

Hinge: CARの細胞外ヒンジ領域。scFVと膜貫通ドメインを連結して、CARタンパク質発現と機能の安定性と柔軟性をもたらす。

Transmembrane domain: CARの膜貫通ドメイン。CARを細胞膜につなぎ留め、抗原結合ドメインと細胞内シグナルドメインの橋渡しをする。受容体の発現と安定性を高める。

Costimulatory domain: CARの共刺激ドメイン。CAR-T細胞の生存率、増殖率および活性化状態の持続性を上昇させる。

CD3zeta: T細胞受容体のCD3ζ鎖。T細胞による免疫反応を活性化する。

SV40 late pA: SV40(Simian virus 40)のlateポリアデニレーションシグナル。CARの転写を停止する。

CMV promoter: ヒトCMV immediate earlyプロモーター。マーカー遺伝子を普遍的に発現する。

Marker: 薬剤選択用遺伝子(ネオマイシン耐性など)や視覚化用遺伝子(EGFPなど)、もしくはデュアルレポーター遺伝子(EGFP/Neoなど)。ベクターが導入された細胞の薬剤選択もしくは可視化を可能にする。

BGH pA: ウシ成長因子ポリアデニレーションシグナル。マーカー遺伝子の転写を停止する。

Ampicillin: アンピシリン耐性遺伝子。 E.coliへのアンピシリン耐性によるプラスミドの維持を可能にする。

pUC ori: pUC複製起点。E.coliでプラスミドを高コピーで維持する。