AAVベクター媒介伝達における必須金属イオンの役割

Role of Essential Metal Ions in AAV Vector-Mediated Transduction.

• Himanshu K Rambhai
• Frederick J Ashby
• Keyun Qing
• Arun Srivastava

抄録

金属元素は全細胞タンパク質の約半分の必須成分であり、これまでに知られている酵素の約3分の1は金属酵素である。いくつかの細胞性タンパク質や酵素が組換えアデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターの伝達効率に影響を与えていることは間違いありませんが、このプロセスにおける金属イオンの正確な役割については、これまで詳細に研究されていませんでした。本研究では、10種類の必須金属イオン（カルシウム、コバルト、銅、鉄、マグネシウム、マンガン、モリブデン、カリウム、ナトリウム、亜鉛）がAAVベクターの導入効率に及ぼす影響を系統的に評価した。本研究では、鉄、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ナトリウムの5つの必須金属イオンはほとんど効果がなく、カルシウムはAAV2ベクターの伝達効率を強く阻害したことを報告した。銅とカリウムは低濃度ではそれぞれ約5倍、約2倍の伝達効率の向上を示したが、高濃度では両金属とも強く阻害された。また、カルシウムは伝達効率を約3倍阻害した。2つの金属イオン(コバルトと亜鉛)は、用量依存的に最大10倍まで伝達効率を増加させた。コバルトと亜鉛の併用は、AAV2ベクターの導入効率に相加的以上の効果をもたらした(約30倍)。AAV血清型1〜6（AAV1-AAV6）ベクターの導入効率もまた、亜鉛によって増強された。同様に、一本鎖(ss)および自己相補的(sc)AAV3ベクターの両方の導入効率は、亜鉛によって増強された。亜鉛処理はまた、ヒト肝細胞株において、scAAV3ベクターが媒介する治療用タンパク質であるヒト凝固因子IX（hF.IX）の発現を用量依存的に増加させることにもつながりました。必須金属イオンを媒介としたこの単純な増強戦略は、ヒト遺伝子治療における最適な使用のためにAAVベクターの用量を下げるために有用である可能性がある。

Metal elements are essential components of approximately half of all cellular proteins, and approximately one-third of all known enzymes thus far are metalloenzymes. Several cellular proteins and enzymes undoubtedly impact the transduction efficiency of recombinant adeno-associated virus (AAV) vectors, but the precise role of metal ions in this process has not been studied in detail. In the present studies, we systematically evaluated the effects of all 10 essential metal ions (calcium, cobalt, copper, iron, magnesium, manganese, molybdenum, potassium, sodium, and zinc) on the transduction efficiency of AAV vectors. We report herein that five essential metal ions (iron, magnesium, manganese, molybdenum, and sodium) had little to no effect, and calcium strongly inhibited the transduction efficiency of AAV2 vectors. Whereas copper and potassium increased the transduction efficiency by ∼5-fold and ∼2-fold, respectively, at low concentrations, both essential metals were strongly inhibitory at higher concentrations. Calcium also inhibited the transduction efficiency by ∼3-fold. Two metal ions (cobalt and zinc) increased the transduction efficiency up to ∼10-fold in a dose-dependent manner. The combined use of cobalt and zinc resulted in more than an additive effect on AAV2 vector transduction efficiency (∼30-fold). The transduction efficiency of AAV serotypes 1 through 6 (AAV1-AAV6) vectors was also augmented by zinc. Similarly, the transduction of both single-stranded (ss) and self-complementary (sc) AAV3 vectors was enhanced by zinc. Zinc treatment also led to a dose-dependent increase in expression of a therapeutic protein, the human clotting factor IX (hF.IX), mediated by scAAV3 vectors in a human hepatic cell line. This simple strategy of essential metal ion-mediated enhancement may be useful to lower the dose of AAV vectors for their optimal use in human gene therapy.

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