JP2006158339A - betaKlotho GENE, Cyp7al GENE, AND THEIR USE - Google Patents

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陽一 鍋島
Shinji Ito
慎二 伊藤
Yoko Nabeshima
曜子 鍋島
Toshihiko Fujimori
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain substances that promote the metabolism of cholesterol using a gene through elucidating the function of the gene involved in cholesterol metabolism. <P>SOLUTION: It has been found that βKlotho protein inhibits the expression of a gene encoding cholesterol 7α-hydroxylase and the cholesterol 7α-hydroxylase promotes synthesizing bile acid from cholesterol. The substances inhibiting the expression of a gene encoding the βKlotho protein and promoting the expression of the gene encoding the cholesterol 7α-hydroxylase, respectively, promote the metabolism of cholesterol respectively, being useful for preventing or treating arteriosclerosis, obesity and gallstone formation, etc. Antibodies to the βKlotho protein and the gene encoding the cholesterol 7α-hydroxylase are also usable per se for promoting cholesterol metabolism. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、コレステロールから胆汁酸の合成を調節するβKlotho、及びコレステロール7αヒドロキシラーゼ(Cyp7a1)、これらのタンパク質をコードする遺伝子、これらの遺伝子を用いてコレステロールの代謝を促進する物質をスクリーニングする方法、これらのタンパク質に対する抗体、並びにコレステロール代謝促進剤に関する。   The present invention relates to βKlotho that regulates the synthesis of bile acids from cholesterol, cholesterol 7α hydroxylase (Cyp7a1), genes encoding these proteins, and a method for screening substances that promote cholesterol metabolism using these genes, The present invention relates to antibodies against these proteins and cholesterol metabolism promoters.

胆汁酸は、肝臓においてコレステロールから合成される。胆汁酸は、小腸からの脂肪の吸収に重要な役割を果たしており、脂肪に溶解する性質を有する。さらに、胆汁酸の生合成は、余剰のコレステロールを除去するための実質的に唯一の経路である。   Bile acids are synthesized from cholesterol in the liver. Bile acids play an important role in the absorption of fat from the small intestine and have the property of dissolving in fat. Furthermore, bile acid biosynthesis is essentially the only route to remove excess cholesterol.

一方、腸内細菌により生産される疎水性の副次的な胆汁酸は毒性を有する。従って、胆汁酸の正確なコントロールを行うことが動物にとって重要である。   On the other hand, hydrophobic secondary bile acids produced by intestinal bacteria are toxic. Therefore, it is important for animals to have precise control of bile acids.

胆汁酸合成の律速段階はコレステロール7αヒドロキシラーゼ(CYP7A1)によって触媒されており、多数の因子により厳密に制御されている。その代表が、胆汁酸によるネガティブフィードバック制御である。幾つかの核受容体に介される経路がこの制御に伴うことが示されている(Endocr Rev 23,443-463(2002);J.Lipid Res 43,533-543(2002))。胆汁酸は、肝臓から分泌された後、小腸から再吸収され肝臓に再度運ばれる。胆汁の膜透過は、幾つかのキャリアタンパク質及びABCトランスポーターによって行われている。   The rate-limiting step of bile acid synthesis is catalyzed by cholesterol 7α hydroxylase (CYP7A1) and is strictly controlled by a number of factors. A representative example is negative feedback control using bile acids. Several nuclear receptor-mediated pathways have been shown to accompany this regulation (Endocr Rev 23, 443-463 (2002); J. Lipid Res 43, 533-543 (2002)). Bile acids are secreted from the liver, then reabsorbed from the small intestine and transported back to the liver. Bile membrane permeation is performed by several carrier proteins and ABC transporters.

胆汁酸代謝の適正な制御のためには、このような腸肝循環が完全に行われることが必要である。   In order to properly control bile acid metabolism, such enterohepatic circulation must be completely performed.

ここで、肝臓細胞において発現している遺伝子として、βKlotho遺伝子がある。マウスβKlotho遺伝子は、Klothoタンパク質に構造が類似したタンパク質をコードしている(Mech Dev 98,115-119(2000))。Klothoタンパク質及びβKlothoタンパク質は共にタイプI膜タンパク質であり、二つのグリコシダーゼ様ドメインを有している。これらのタンパク質において、グルタミン酸残基が活性発現に必須であり、このことから、これら両タンパク質はグリコシダーゼファミリー1の中のサブファミリーを構成すると考えられている。   Here, the βKlotho gene is a gene expressed in liver cells. The mouse βKlotho gene encodes a protein similar in structure to the Klotho protein (Mech Dev 98, 115-119 (2000)). Both Klotho and βKlotho proteins are type I membrane proteins and have two glycosidase-like domains. In these proteins, glutamic acid residues are essential for activity expression, and it is considered that these two proteins constitute a subfamily in glycosidase family 1.

βKlothoタンパク質は、肝臓、膵臓、及び脂肪組織で発現しているが(Mech Dev 98,115-119(2000))、その分子機能は不明である。   βKlotho protein is expressed in liver, pancreas and adipose tissue (Mech Dev 98, 115-119 (2000)), but its molecular function is unknown.

このように、コレステロールの胆汁酸への合成に関与する経路は解明されていないが、コレステロールの代謝に関与する遺伝子を特定することができれば、動脈硬化や肥満のような生活習慣病の改善のための薬剤の開発に有用である。     Thus, although the pathway involved in the synthesis of cholesterol into bile acids has not been elucidated, if a gene involved in cholesterol metabolism can be identified, it can be used to improve lifestyle-related diseases such as arteriosclerosis and obesity. It is useful for the development of drugs.

本発明は、コレステロールの代謝に関与する遺伝子の機能を解明し、この遺伝子を用いてコレステロールの代謝を促進する物質を得ることを目的とする。   An object of the present invention is to elucidate the function of a gene involved in cholesterol metabolism and to obtain a substance that promotes cholesterol metabolism using this gene.

上記目的を達成するために、本発明者らは、βKlotho遺伝子のノックアウトマウスを作製し、このノックアウトマウスでは血清コレステロール値が若干低減すること、糞便の単位重量当たりの胆汁酸の排泄量が著しく増大すること、体重が低減すること、過剰にコレステロールを摂取しても血清コレステロール値が正常範囲に留まること、過剰にコレステロールを摂取しても胆嚢に胆石(コレステロール結石)が生じないことを見出した。   In order to achieve the above object, the present inventors have produced a knockout mouse of βKlotho gene, in which the serum cholesterol level is slightly reduced, and the amount of bile acid excreted per unit weight of stool is remarkably increased. It was found that the body weight decreased, the serum cholesterol level remained in the normal range even when excessive cholesterol was consumed, and that gallstones (cholesterol stones) were not generated in the gallbladder even when excessive cholesterol was consumed.

また、βKlotho遺伝子のノックアウトマウスではCyp7a1遺伝子の発現が亢進していることを見出した。     We also found that the expression of Cyp7a1 gene was increased in knockout mice of βKlotho gene.

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、以下の遺伝子などを提供する。   The present invention has been completed based on the above findings, and provides the following genes and the like.

1. 以下の(1)又は(2)のポリヌクレオチド。
(1) 配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(2) 配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつプロモーター活性を有するポリヌクレオチド。
1. The following polynucleotide (1) or (2):
(1) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
(2) A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and has promoter activity.

2. 以下の(3)又は(4)のポリヌクレオチド。
(3) 配列番号2に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(4) 配列番号2に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼの発現を阻害する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
2. The following polynucleotide (3) or (4):
(3) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
(4) A polynucleotide that encodes a polypeptide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 under stringent conditions and has an activity of inhibiting the expression of cholesterol 7α-hydroxylase.

3. 項1に記載のポリヌクレオチドと、これにより発現できるように連結された構造遺伝子とを含むベクター。     3. A vector comprising the polynucleotide according to item 1 and a structural gene linked so as to be expressed thereby.

4. 構造遺伝子がレポーター遺伝子である項3に記載のベクター。     4). Item 4. The vector according to Item 3, wherein the structural gene is a reporter gene.

5. 構造遺伝子が項2に記載のポリヌクレオチドである項3に記載のベクター。     5. Item 4. The vector according to Item 3, wherein the structural gene is the polynucleotide according to Item 2.

6. 項3〜5のいずれかに記載のベクターを保持する試験細胞。     6). Item 6. A test cell carrying the vector according to any one of items 3 to 5.

7. 項6に記載の試験細胞と被験物質とを接触させる工程と、
この試験細胞における構造遺伝子の発現量を、被験物質を接触させない試験細胞における構造遺伝子の発現量と比較して、構造遺伝子の発現を阻害する物質を選択する工程と
を含むコレステロール代謝促進剤のスクリーニング方法。
7). Contacting the test cell according to Item 6 with a test substance;
Comparing the expression level of the structural gene in the test cell with the expression level of the structural gene in the test cell not in contact with the test substance, and selecting a substance that inhibits the expression of the structural gene. Method.

8. 以下の(5)又は(6)のポリペプチド。
(5) 配列番号3に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド。
(6) 配列番号3に記載のアミノ酸配列において1又は2以上のアミノ酸が欠失、付加、又は置換されたアミノ酸配列からなり、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼの発現を阻害する活性を有するポリペプチド。
8). The following polypeptide (5) or (6).
(5) A polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3.
(6) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 and having an activity of inhibiting the expression of cholesterol 7α-hydroxylase.

9. 項8に記載のポリペプチドを特異的に認識する抗体。     9. Item 9. An antibody that specifically recognizes the polypeptide of Item 8.

10. 項9に記載の抗体を含むコレステロール代謝促進剤。     10. Item 10. A cholesterol metabolism promoter comprising the antibody according to Item 9.

11. 項9に記載の抗体を含む動脈硬化の予防又は治療剤。     11. An agent for preventing or treating arteriosclerosis, comprising the antibody according to Item 9.

12. 項9に記載の抗体を含む肥満の予防又は治療剤。     12 Item 10. A prophylactic or therapeutic agent for obesity comprising the antibody according to Item 9.

13. 項9に記載の抗体を含む胆石形成の予防又は治療剤。     13. An agent for preventing or treating gallstone formation, comprising the antibody according to Item 9.

14. 以下の(7)又は(8)のポリヌクレオチド。
(5) 配列番号4に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(6) 配列番号4に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつプロモーター活性を有するポリヌクレオチド。
14 The following polynucleotide (7) or (8):
(5) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4.
(6) A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 4 under stringent conditions and has promoter activity.

15. 以下の(9)又は(10)のポリヌクレオチド。
(9) 配列番号5に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(10) 配列番号5に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼ活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
15. The following polynucleotide (9) or (10):
(9) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5.
(10) A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5 under stringent conditions and encodes a polypeptide having cholesterol 7α-hydroxylase activity.

16. 項14に記載のポリヌクレオチドと、これにより発現できるように連結された構造遺伝子とを含むベクター。     16. Item 15. A vector comprising the polynucleotide according to Item 14 and a structural gene linked so as to be expressed thereby.

17. 構造遺伝子がレポーター遺伝子である項16に記載のベクター。     17. Item 17. The vector according to Item 16, wherein the structural gene is a reporter gene.

18. 構造遺伝子が項15に記載のポリヌクレオチドである項16に記載のベクター。     18. Item 17. The vector according to Item 16, wherein the structural gene is the polynucleotide according to Item 15.

19. 項16〜18のいずれかに記載のベクターを保持する試験細胞。     19. Item 19. A test cell carrying the vector according to any one of Items 16 to 18.

20. 項19に記載の試験細胞と被験物質とを接触させる工程と、
この試験細胞における構造遺伝子の発現量を、被験物質を接触させない試験細胞における構造遺伝子の発現量と比較して、構造遺伝子の発現を促進する物質を選択する工程と
を含むコレステロール代謝促進剤のスクリーニング方法。
20. The step of bringing the test cell according to Item 19 into contact with the test substance;
Comparing the expression level of the structural gene in the test cell with the expression level of the structural gene in the test cell not contacted with the test substance, and selecting a substance that promotes the expression of the structural gene. Method.

21. 項15に記載のポリヌクレオチドを含むコレステロール代謝促進剤。     21. Item 16. A cholesterol metabolism promoter comprising the polynucleotide according to Item 15.

22. 項15に記載のポリヌクレオチドを含む動脈硬化の予防又は治療剤。     22. Item 16. A preventive or therapeutic agent for arteriosclerosis comprising the polynucleotide according to Item 15.

23. 項15に記載のポリヌクレオチドを含む肥満の予防又は治療剤。     23. Item 18. A prophylactic or therapeutic agent for obesity comprising the polynucleotide according to Item 15.

24. 項15に記載のポリヌクレオチドを含む胆石形成の予防又は治療剤。     24. Item 16. A preventive or therapeutic agent for gallstone formation, comprising the polynucleotide according to Item 15.

25. 以下の(11)又は(12)のポリペプチド。
(11) 配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド。
(12) 配列番号6に記載のアミノ酸配列において1又は2以上のアミノ酸が欠失、付加、又は置換されたアミノ酸配列からなり、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼ活性を有するポリペプチド。
25. The following polypeptide (11) or (12):
(11) A polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6.
(12) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, and having cholesterol 7α-hydroxylase activity.

本発明によれば、βKlotho遺伝子の発現を阻害することにより、CYP7A1遺伝子の発現が亢進し、コレステロールから胆汁酸の合成が促進されることが見出された。   According to the present invention, it has been found that inhibition of βKlotho gene expression enhances CYP7A1 gene expression and promotes bile acid synthesis from cholesterol.

このことから、βKlotho遺伝子の発現を抑える物質やβKlothoタンパク質に対する抗体は、コレステロール代謝の促進に有用である。     Therefore, substances that suppress the expression of βKlotho gene and antibodies against βKlotho protein are useful for promoting cholesterol metabolism.

また、CYP7A1遺伝子の発現を促進する物質も、コレステロール代謝の促進に有用である。さらに、Cyp7a1遺伝子は、それ自体を患者の体内に導入する遺伝子治療剤として用いることにより、コレステロールの代謝を促進することができる。     A substance that promotes the expression of the CYP7A1 gene is also useful for promoting cholesterol metabolism. Further, the Cyp7a1 gene can promote metabolism of cholesterol by using the Cyp7a1 gene itself as a gene therapy agent that is introduced into the body of a patient.

これらは、血清コレステロール値を低減させることから、動脈硬化の予防又は治療剤、肥満の予防又は治療剤、及び胆石(胆嚢コレステロール結石)形成の予防又は治療剤などとして有用である。     Since these reduce serum cholesterol levels, they are useful as preventive or therapeutic agents for arteriosclerosis, preventive or therapeutic agents for obesity, and preventive or therapeutic agents for gallstone (gallbladder cholesterol stones) formation.

以下、本発明を詳細に説明する。
βKlotho遺伝子
本発明の第1のポリヌクレオチドは、βKlotho遺伝子に隣接した上流に存在する調節領域であり、以下の(1)又は(2)に示すものである。
(1) 配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(2) 配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつプロモーター活性を有するポリヌクレオチド。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
βKlotho gene The first polynucleotide of the present invention is a regulatory region existing upstream of the βKlotho gene, and is shown in the following (1) or (2).
(1) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
(2) A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and has promoter activity.

また本発明の第2のポリヌクレオチドは、βKlotho構造遺伝子であり、以下の(3)又は(4)に示すものである。
(3) 配列番号2に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(4) 配列番号2に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼ(Cyp7a1タンパク質)の発現を阻害する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
The second polynucleotide of the present invention is a βKlotho structural gene and is shown in the following (3) or (4).
(3) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
(4) a polypeptide encoding a polypeptide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 under stringent conditions and has an activity of inhibiting the expression of cholesterol 7α-hydroxylase (Cyp7a1 protein) nucleotide.

配列番号1は、ヒトβKlotho遺伝子の上流隣接調節領域のゲノム配列であり、配列番号2は、ヒトβKlotho遺伝子のcDNA配列である。   SEQ ID NO: 1 is the genomic sequence of the upstream adjacent regulatory region of the human βKlotho gene, and SEQ ID NO: 2 is the cDNA sequence of the human βKlotho gene.

本発明において、ポリヌクレオチド(オリゴヌクレオチドを含む)には、当該塩基配列を有するポリヌクレオチド及びそれに相補的なポリヌクレオチドが含まれる。また、ポリヌクレオチドには、特に言及しない限り、DNA及びRNAの双方が含まれる。また、DNAには、その塩基配列を有する1本鎖DNAの他に、それに相補的な1本鎖DNA、及び2本鎖DNAが含まれる。DNAには、特に言及しない限り、cDNA、ゲノムDNA及び合成DNAが含まれる。RNAには、特に言及しない限り、totalRNA、mRNA、rRNA及び合成RNAが含まれる。     In the present invention, polynucleotides (including oligonucleotides) include polynucleotides having the base sequence and polynucleotides complementary thereto. Polynucleotides include both DNA and RNA unless otherwise specified. In addition to single-stranded DNA having the base sequence, DNA includes single-stranded DNA and double-stranded DNA complementary thereto. Unless otherwise stated, DNA includes cDNA, genomic DNA, and synthetic DNA. Unless otherwise specified, RNA includes total RNA, mRNA, rRNA and synthetic RNA.

(1)及び(3)のポリヌクレオチドは、例えば、ヒトcDNAライブラリブラリーから、それぞれ配列番号1及び2に基づき設計したプローブを用いてハイブリダイゼーションによるスクリーニングにより得ることができる。   The polynucleotides (1) and (3) can be obtained, for example, from a human cDNA library library by hybridization screening using probes designed based on SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively.

本発明において、ストリンジェントな条件としては、例えば2×SSC、1×デンハルト溶液中で60℃程度の条件が挙げられる。     In the present invention, stringent conditions include, for example, conditions of about 60 ° C. in 2 × SSC and 1 × Denhardt's solution.

(1)又は(3)のポリヌクレオチドに基づき(2)又は(4)のポリヌクレオチドを得る方法について述べれば、生物学的機能を喪失しない改変は、例えば、翻訳後に得られるタンパク質の構造保持の観点から、極性、電荷、可溶性、親水性/疎水性、極性等の点で、置換前のアミノ酸と類似した性質を有するアミノ酸に置換することができる。例えば、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリンは非極性アミノ酸に分類され;セリン、トレオニン、システイン、メチオニン、アスパラギン、グルタミンは極性アミノ酸に分類され;フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンは芳香族側鎖を有するアミノ酸に分類され;リジン、アルギニン、ヒスチジンは塩基性アミノ酸に分類され;アスパラギン酸、グルタミン酸は酸性アミノ酸に分類される。従って、同じ群のアミノ酸から選択して置換することができる。   Regarding the method for obtaining the polynucleotide of (2) or (4) based on the polynucleotide of (1) or (3), modifications that do not lose biological function are, for example, the retention of the structure of the protein obtained after translation. From the viewpoint, the amino acid can be substituted with an amino acid having properties similar to the amino acid before substitution in terms of polarity, charge, solubility, hydrophilicity / hydrophobicity, polarity and the like. For example, glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, proline are classified as nonpolar amino acids; serine, threonine, cysteine, methionine, asparagine, glutamine are classified as polar amino acids; phenylalanine, tyrosine, tryptophan Lysine, arginine and histidine are classified as basic amino acids; aspartic acid and glutamic acid are classified as acidic amino acids. Accordingly, substitution can be made by selecting from the same group of amino acids.

また、一つのアミノ酸が数個の翻訳コドンを有する場合、この翻訳コドン内での塩基の置換も勿論可能である。例えば、アラニンは、GCA、GCC、GCG、GCTの4つの翻訳コドンを有するところ、当該コドンの3番目の塩基はATGC間で相互に置換可能である。   In addition, when one amino acid has several translation codons, it is of course possible to substitute a base within the translation codon. For example, alanine has four translation codons, GCA, GCC, GCG and GCT, and the third base of the codon can be substituted between ATGCs.

(2)及び(4)のポリヌクレオチドには、例えばヒトのポリヌクレオチドに対応する他の生物種のポリヌクレオチドが含まれる。このようなポリヌクレオチドは、例えばNCBIのblastサーチ(www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)により選抜することができる。具体的には、例えば配列番号1又は2の塩基配列をNCBIのblastサーチにかけて、他の生物種の塩基配列データベース及びESTデータベースより相同性の高い配列を検索する。検索により選択された塩基配列の相同性が例えば90%以上の塩基配列を選抜することにより、対応する他の生物種の対応遺伝子を選抜することができる。また(1)又は(3)のポリヌクレオチドの全長又は一部を用いた他生物種の遺伝子ライブラリーのスクリーニングや5’−RACE等により同定することができる。   The polynucleotides (2) and (4) include, for example, polynucleotides of other species corresponding to human polynucleotides. Such polynucleotides can be selected, for example, by NCBI blast search (www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/). Specifically, for example, the base sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 is subjected to NCBI blast search to search for sequences having higher homology than base sequence databases and EST databases of other species. By selecting a nucleotide sequence having a nucleotide sequence homology of 90% or more selected by the search, for example, a corresponding gene of another corresponding species can be selected. Further, it can be identified by screening a gene library of another species using the full length or a part of the polynucleotide of (1) or (3), 5'-RACE or the like.

βKlotho遺伝子の調節領域は、この調節領域による遺伝子発現を阻害する物質のスクリーニングに使用することができる。このスクリーニングにより得られる物質は、ヒトにおいて、βKlotho遺伝子の発現を阻害し、それによりCyp7a1の発現を促進して、コレステロールから胆汁酸の合成を促進する。   The βKlotho gene regulatory region can be used to screen for substances that inhibit gene expression by this regulatory region. The substance obtained by this screening inhibits the expression of βKlotho gene in humans, thereby promoting the expression of Cyp7a1 and promoting the synthesis of bile acids from cholesterol.

またβKlotho構造遺伝子は、上記スクリーニングにおいて調節領域により発現させる遺伝子として使用できる他、適当なベクターに挿入してβKlothoタンパク質の大量生産に用いることができる。βKlothoタンパク質の抗体は、βKlothoタンパク質の活性を阻害するため、コレステロールの代謝促進に有用である。
βKlothoタンパク質
本発明の第1のポリペプチドは、βKlothoタンパク質であり、以下の(5)又は(6)に示すものである。
(5) 配列番号3に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド。
(6) 配列番号3に記載のアミノ酸配列において1又は2以上(好ましくは3以下)のアミノ酸が欠失、付加、又は置換されたアミノ酸配列からなり、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼの発現を阻害する活性を有するポリペプチド。
The βKlotho structural gene can be used as a gene to be expressed by the regulatory region in the above screening, or can be inserted into an appropriate vector and used for mass production of βKlotho protein. Since the βKlotho protein antibody inhibits the activity of βKlotho protein, it is useful for promoting metabolism of cholesterol.
βKlotho protein The first polypeptide of the present invention is βKlotho protein, which is shown in the following (5) or (6).
(5) A polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3.
(6) It consists of an amino acid sequence in which one or more (preferably 3 or less) amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, and inhibits the expression of cholesterol 7α-hydroxylase. A polypeptide having activity.

(6)のポリペプチドは、ヒト又は他の生物種の細胞ないしは組織から公知のタンパク質精製方法により精製する方法、後述する本発明の形質転換体(試験細胞)から単離、精製する方法、又は化学合成法等により製造することができる。   The polypeptide of (6) is a method of purifying from cells or tissues of human or other species by a known protein purification method, a method of isolating and purifying from the transformant (test cell) of the present invention described later, or It can be produced by a chemical synthesis method or the like.

(5)のポリペプチドから(6)のポリペプチドを得る方法は、ポリヌクレオチドについて説明した通りである。  The method for obtaining the polypeptide (6) from the polypeptide (5) is as described for the polynucleotide.

このポリペプチドの活性を阻害することにより、コレステロールの代謝が促進されることから、このポリペプチドは、その活性を阻害する物質のスクリーニングや、抗体の作製に使用できる。
抗体
本発明の抗体は、上記の第1のポリペプチド(βKlothoタンパク質)を特異的に認識する抗体である。この抗体は、ポリクローナル抗体でもよく、モノクローナル抗体でもよい。本発明の抗体には、βKlothoタンパク質を構成するアミノ酸配列の連続する5アミノ酸、好ましくは10アミノ酸からなるポリペプチドに対して抗原結合性を有する抗体も含まれる。さらに、これらの抗体の誘導体(キメラ抗体等)やペルオキシダーゼのような酵素で標識したものも本発明の抗体に含まれる。
Since the metabolism of cholesterol is promoted by inhibiting the activity of this polypeptide, this polypeptide can be used for screening for substances that inhibit the activity and for the production of antibodies.
Antibody The antibody of the present invention is an antibody that specifically recognizes the first polypeptide (βKlotho protein). This antibody may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody. The antibody of the present invention also includes an antibody having an antigen binding property to a polypeptide consisting of 5 amino acids, preferably 10 amino acids, in which the amino acid sequence constituting the βKlotho protein is continuous. Furthermore, derivatives of these antibodies (chimeric antibodies, etc.) and those labeled with an enzyme such as peroxidase are also included in the antibodies of the present invention.

これらの抗体は、周知の製造方法(例えばCurrent protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al.(1987) Publish. John Wiley and Sons. Section 11.12〜11.13)に従って製造することができる。     These antibodies can be produced according to well-known production methods (for example, Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publish. John Wiley and Sons. Sections 11.12 to 11.13).

具体的には、本発明の抗体がポリクローナル抗体である場合には、βKlothoタンパク質を用いて家兎等の非ヒト動物を免疫し、この免疫動物の血清から常法に従って得ることができる。モノクローナル抗体である場合には、例えば、βKlothoタンパク質又はその部分配列を有するポリペプチドを用いてマウス等の非ヒト動物を免疫し、この免疫動物の脾臓細胞と骨髄腫細胞とを細胞融合させることにより得られたハイブリドーマから得ることができる(Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al.(1987) Publish. John Wiley and Sons. Section 11.4〜11.11)。   Specifically, when the antibody of the present invention is a polyclonal antibody, non-human animals such as rabbits can be immunized using βKlotho protein and obtained from the sera of the immunized animals according to a conventional method. In the case of a monoclonal antibody, for example, a non-human animal such as a mouse is immunized with a βKlotho protein or a polypeptide having a partial sequence thereof, and spleen cells and myeloma cells of the immunized animal are fused. It can be obtained from the resulting hybridoma (Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publish. John Wiley and Sons. Section 11.4-11.11).

この抗体は、βKlothoタンパク質の活性を阻害するため、コレステロール代謝促進剤として好適に使用できる。
Cyp7a1遺伝子
本発明の第3のポリヌクレオチドは、Cyp7a1構造遺伝子に隣接する上流に存在する調節領域であり、以下の(7)又は(8)に示すものである。
(7) 配列番号4に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(8) 配列番号4に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつプロモーター活性を有するポリヌクレオチド。
Since this antibody inhibits the activity of βKlotho protein, it can be suitably used as a cholesterol metabolism promoter.
Cyp7a1 gene The third polynucleotide of the present invention is a regulatory region located upstream adjacent to the Cyp7a1 structural gene, as shown in (7) or (8) below.
(7) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4.
(8) A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 4 under stringent conditions and has promoter activity.

本発明の第4のポリヌクレオチドは、Cyp7a1構造遺伝子であり、以下の(9)又は(10)に示すものである。
(9) 配列番号5に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(10) 配列番号5に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼ活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
The fourth polynucleotide of the present invention is a Cyp7a1 structural gene, as shown in (9) or (10) below.
(9) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5.
(10) A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5 under stringent conditions and encodes a polypeptide having cholesterol 7α-hydroxylase activity.

配列番号4は、ヒトCyp7a1遺伝子の上流隣接調節領域のゲノム配列であり、配列番号5は、ヒトCyp7a1遺伝子のcDNA配列である。   SEQ ID NO: 4 is the genomic sequence of the upstream adjacent regulatory region of the human Cyp7a1 gene, and SEQ ID NO: 5 is the cDNA sequence of the human Cyp7a1 gene.

Cyp7a調節領域は、Cyp7a1遺伝子の発現を促進して、コレステロールの代謝を促進する物質のスクリーニングに使用できる。Cyp7a1構造遺伝子は、上記スクリーニングにおいて調節領域により発現させる構造遺伝子として使用できる他、それ自体、例えばCyp7a1の発現が低下したり、Cyp7a1タンパク質の活性が低下している患者のコレステロール代謝促進のための遺伝子治療剤として使用できる。
コレステロール代謝促進用遺伝子治療剤
本発明のコレステロール代謝促進用遺伝子治療剤は、本発明の第4のポリヌクレオチド(Cyp7a1構造遺伝子及びそれと等価なポリヌクレオチド)を含む。第4のポリヌクレオチドは、ベクターに担持させ、直接体内に導入してもよく、又ヒトから細胞を採取してベクターを導入した後体内に戻すこともできる。ベクターとしては、レトロウイルス、アデノウイルス、ワクシニアウイルス等の遺伝子治療に使用できることが知られているものを制限なく使用できるが、レトロウイルスが推奨される。
The Cyp7a regulatory region can be used to screen for substances that promote Cyp7a1 gene expression and promote cholesterol metabolism. The Cyp7a1 structural gene can be used as a structural gene expressed by the regulatory region in the above screening, as well as, for example, a gene for promoting cholesterol metabolism in patients whose Cyp7a1 expression is decreased or whose Cyp7a1 protein activity is decreased It can be used as a therapeutic agent.
Gene therapy agent for promoting cholesterol metabolism The gene therapy agent for promoting cholesterol metabolism of the present invention comprises the fourth polynucleotide of the present invention (Cyp7a1 structural gene and polynucleotide equivalent thereto). The fourth polynucleotide may be carried on a vector and introduced directly into the body, or cells may be collected from a human and introduced into the body and then returned to the body. As the vector, any of those known to be usable for gene therapy such as retrovirus, adenovirus, and vaccinia virus can be used without limitation, but a retrovirus is recommended.

また、本発明の第4のポリヌクレオチドをリポソームに封入して送達するマイクロインジェクションなどを使用して細胞に導入することもできる。
Cyp7a1タンパク質
本発明の第2のポリペプチドは、Cyp7a1タンパク質であり、以下の(11)又は(12)のポリペプチドである。
(11) 配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド。
(12) 配列番号6に記載のアミノ酸配列において1又は2以上(好ましくは3以下)のアミノ酸が欠失、付加、又は置換されたアミノ酸配列からなり、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼ活性を有するポリペプチド。
Alternatively, the fourth polynucleotide of the present invention can be introduced into cells using microinjection or the like in which liposomes are encapsulated and delivered.
Cyp7a1 protein The 2nd polypeptide of this invention is Cyp7a1 protein, and is the following polypeptide of (11) or (12).
(11) A polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6.
(12) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or more (preferably 3 or less) amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 and having cholesterol 7α-hydroxylase activity .

このポリペプチドの活性を促進する物質は、コレステロールから胆汁酸の合成を促進する。従って、このポリペプチドは、コレステロールの代謝を促進する物質のスクリーニングに使用できる。
組み換えベクター・形質転換体
本発明のベクターは、本発明の第2のポリヌクレオチド(βKlotho構造遺伝子又はそれと等価なポリヌクレオチド。ここではDNA)又は第4のポリヌクレオチド(Cyp7a1構造遺伝子又はそれと等価なポリヌクレオチド。ここでは、DNA)を発現できるように組み込んだベクターである。
Substances that promote the activity of the polypeptide promote the synthesis of bile acids from cholesterol. Therefore, this polypeptide can be used for screening for substances that promote cholesterol metabolism.
Recombinant Vector / Transformant The vector of the present invention comprises a second polynucleotide (βKlotho structural gene or a polynucleotide equivalent thereto, DNA here) or a fourth polynucleotide (Cyp7a1 structural gene or a polynucleotide equivalent thereto) of the present invention. Nucleotide, here a vector that has been integrated so that DNA) can be expressed.

本発明のポリヌクレオチドを導入するベクターとしては、公知のベクターを宿主に応じて広い範囲から選択することができる。例えば大腸菌を宿主とする場合にはpBR322、pUC12、pUC119、pBluescript等、バチルス属細菌を宿主とする場合にはpUB110、pC194等が挙げられる。酵母を宿主とする場合にはYip5、Yep24等が挙げられる。昆虫細胞を宿主とする場合にはAcNPV等が挙げられる。動物細胞を宿主とする場合にはpUC18、pUC19等が挙げられる。     As a vector into which the polynucleotide of the present invention is introduced, a known vector can be selected from a wide range depending on the host. For example, pBR322, pUC12, pUC119, pBluescript and the like are used when Escherichia coli is used as a host, and pUB110 and pC194 are used when a Bacillus bacterium is used as a host. When using yeast as a host, Yip5, Yep24 and the like can be mentioned. AcNPV etc. are mentioned when using an insect cell as a host. When animal cells are used as hosts, examples include pUC18 and pUC19.

宿主も公知のものを制限なく使用できる。例えば大腸菌(例えばK12)、バチルス属細菌(例えばMI114)のような細菌、酵母(例えばAH22)、昆虫細胞(例えばSf細胞)、動物細胞(例えばVero細胞、Hela細胞、CV1細胞、COS1細胞、CHO細胞等)が挙げられる。   Any known host can be used without limitation. For example, bacteria such as E. coli (eg K12), bacteria such as Bacillus (eg MI114), yeast (eg AH22), insect cells (eg Sf cells), animal cells (eg Vero cells, Hela cells, CV1 cells, COS1 cells, CHO Cell etc.).

形質転換体は、後述するスクリーニング用の試験細胞として用いることができ、またβKlothoタンパク質又はCyp7a1タンパク質の大量生産のために使用することもできる。スクリーニングに使用する場合は、動物細胞、特にヒト由来の細胞を用いることが好ましい。   The transformant can be used as a test cell for screening described later, and can also be used for mass production of βKlotho protein or Cyp7a1 protein. When used for screening, it is preferable to use animal cells, particularly human-derived cells.

本発明の組み換えベクターによる宿主の形質転換方法も、公知の方法から、宿主に応じて適した方法を選択すればよい。公知の導入方法としては、リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、DEAEデキストラン法等が挙げられる。形質転換体からベクターが有する薬剤耐性マーカーなどを指標にして形質転換体を選択すればよい。
本発明のポリペプチドの製造方法
本発明のポリペプチドは、上記の形質転換体を培養し、培養された形質転換体から回収することにより得られる。
The host transformation method using the recombinant vector of the present invention may be selected from known methods according to the host. Known introduction methods include calcium phosphate method, electroporation method, lipofection method, DEAE dextran method and the like. What is necessary is just to select a transformant from the transformant using the drug resistance marker etc. which a vector has as a parameter | index.
Production Method of Polypeptide of the Present Invention The polypeptide of the present invention is obtained by culturing the above transformant and recovering from the cultured transformant.

形質転換体の培養条件は、形質転換体の種類に応じた条件を適宜選択すればよい。形質転換体が微生物である場合は、微生物の培養に通常使用される液体培地又は平板培地を用いて培養すればよい。培養温度は微生物の生育可能温度内であればよく、例えば15〜40℃程度が挙げられる。培地のpHも微生物の生育可能範囲であればよく、例えば6〜8程度が挙げられる。培養時間は、その他の培養条件により異なるが、通常1〜5日間程度、特に1〜2日間程度とすればよい。温度シフト型やIPTG誘導型等の誘導型の発現ベクターを用いる場合には、誘導時間は1日間以内、特に数時間程度とすればよい。   What is necessary is just to select suitably the culture | cultivation conditions of a transformant according to the kind of transformant. When the transformant is a microorganism, it may be cultured using a liquid medium or a plate medium usually used for culturing the microorganism. The culture temperature should just be in the temperature which can grow microorganisms, for example, about 15-40 degreeC is mentioned. The pH of the medium may be within the range in which microorganisms can grow, and examples thereof include about 6 to 8. The culture time varies depending on other culture conditions, but is usually about 1 to 5 days, particularly about 1 to 2 days. When an induction type expression vector such as a temperature shift type or an IPTG induction type is used, the induction time may be within one day, particularly about several hours.

形質転換体が哺乳動物細胞である場合にも、当該細胞に応じて適した条件で培養すればよい。例えばFBSを添加したDMEM培地(ニッスイ社製等)を用い、5%CO2存在下に36〜38℃程度の温度で、数日ごとに新しい培地に交換しながら培養することができる。細胞がコンフルエントになるまで増殖したら、例えばトリプシンPBS溶液を加えて個々の細胞に分散させ、得られた細胞の懸濁液を数倍に希釈して新しいシャーレに播種し継代を続ければよい。培養日数は、通常2〜5日間程度、特に2〜3日間程度とすることが好ましい。 Even when the transformant is a mammalian cell, it may be cultured under conditions suitable for the cell. For example, DMEM medium (Nissui, etc.) supplemented with FBS can be used and cultured at a temperature of about 36 to 38 ° C. in the presence of 5% CO 2 while being replaced with a new medium every few days. Once the cells have grown to confluence, for example, trypsin PBS solution may be added to disperse the cells, and the resulting cell suspension may be diluted several times and seeded in a new petri dish to continue passage. The culture days are usually about 2 to 5 days, particularly about 2 to 3 days.

形質転換体が昆虫細胞の場合も、細胞の種類に応じて適した培養条件とすればよい。例えばFBS及びYeastlateを含むGrace's medium等の昆虫細胞用培地を用いて、25〜35℃程度で培養することができる。培養時間は1〜5日間程度、特に2〜3日間程度とすることが好ましい。また、ベクターとしてBaculovirus等のウィルスを含む形質転換体の場合は、培養時間は細胞質効果が現れて細胞が死滅する前まで(例えば3〜7日間程度、特に4〜6日間程度)とするのが好ましい。
培養終了後、形質転換体の細胞を遠心分離等で集め、必要に応じて、細胞を適当なバッファーに懸濁した後、ポリトロン、超音波処理、ホモジナイザー等で破砕すればよい。得られた破砕液から公知のタンパク質精製方法、例えばイオン交換、疎水、ゲルろ過、アフィニティ等の各種クロマトグラフィーに供することにより、本発明のポリペプチドを精製することができる。
コレステロール代謝促進剤のスクリーニング方法
第1の方法(βKlotho調節領域を使用)
第1の方法では、本発明の第1のポリヌクレオチド(βKlotho調節領域又はそれと等価なポリヌクレオチド)と、それにより発現できるように連結された構造遺伝子とを含むベクターを保持する細胞を試験細胞として使用する。
Even when the transformant is an insect cell, the culture conditions may be suitable depending on the cell type. For example, it can culture | cultivate at about 25-35 degreeC using culture media for insect cells, such as Grace's medium containing FBS and Yeastlate. The culture time is preferably about 1 to 5 days, particularly about 2 to 3 days. Further, in the case of a transformant containing a virus such as Baculovirus as a vector, the culture time should be until the cytoplasmic effect appears and the cells die (for example, about 3 to 7 days, particularly about 4 to 6 days). preferable.
After completion of the culture, the transformant cells are collected by centrifugation or the like, and if necessary, the cells are suspended in an appropriate buffer and then disrupted with polytron, ultrasonic treatment, homogenizer or the like. The polypeptide of the present invention can be purified from the obtained disrupted solution by subjecting it to known protein purification methods such as ion chromatography, hydrophobicity, gel filtration, affinity chromatography and the like.
Cholesterol metabolism promoter screening method
First method (using βKlotho regulatory region)
In the first method, a cell holding a vector containing the first polynucleotide of the present invention (βKlotho regulatory region or a polynucleotide equivalent thereto) and a structural gene linked so as to be expressed thereby is used as a test cell. use.

即ち、本発明の第1のコレステロール代謝促進物質のスクリーニング方法は、試験細胞と被験物質とを接触させる工程と、
この試験細胞における構造遺伝子の発現量を、被験物質を接触させない試験細胞における構造遺伝子の発現量と比較して、構造遺伝子の発現を阻害する物質を選択する工程と
を含む方法である。
That is, the first method for screening a substance for promoting cholesterol metabolism according to the present invention comprises a step of contacting a test cell with a test substance,
Comparing the expression level of the structural gene in the test cell with the expression level of the structural gene in the test cell not contacted with the test substance, and selecting a substance that inhibits the expression of the structural gene.

構造遺伝子としては、βKlotho構造遺伝子又はそれと等価なポリヌクレオチド(本発明の第2のポリヌクレオチド)などの適当な構造遺伝子を用いてもよいが、レポーター遺伝子を用いることにより簡単にその発現量を測定できる。
第2の方法(Cyp7a1調節領域を使用)
第2の方法では、本発明の第2のポリヌクレオチド(Cyp7a1調節領域又はそれと等価なポリヌクレオチド)と、それにより発現できるように連結された構造遺伝子とを含むベクターを保持する細胞を試験細胞として使用する。
As a structural gene, an appropriate structural gene such as a βKlotho structural gene or a polynucleotide equivalent thereto (second polynucleotide of the present invention) may be used, but its expression level can be easily measured by using a reporter gene. it can.
Second method (using Cyp7a1 regulatory region)
In the second method, a cell holding a vector containing the second polynucleotide of the present invention (Cyp7a1 regulatory region or a polynucleotide equivalent thereto) and a structural gene linked so as to be expressed thereby is used as a test cell. use.

即ち、本発明の第2のコレステロール代謝促進物質のスクリーニング方法は、試験細胞と被験物質とを接触させる工程と、
この試験細胞における構造遺伝子の発現量を、被験物質を接触させない試験細胞における構造遺伝子の発現量と比較して、構造遺伝子の発現を促進する物質を選択する工程と
を含む方法である。
That is, the second method for screening a substance for promoting cholesterol metabolism according to the present invention comprises a step of bringing a test cell into contact with a test substance,
Comparing the expression level of the structural gene in the test cell with the expression level of the structural gene in the test cell not contacted with the test substance, and selecting a substance that promotes the expression of the structural gene.

構造遺伝子としては、Cyp7a1構造遺伝子又はそれと等価なポリヌクレオチド(本発明の第4のポリヌクレオチド)などの適当な構造遺伝子を用いてもよいが、レポーター遺伝子を用いることにより簡単にその発現量を測定できる。
<レポーター遺伝子>
本発明方法においてレポーター遺伝子は、その遺伝子の発現を定性的又は定量的に確認できる遺伝子をいう。
As a structural gene, an appropriate structural gene such as Cyp7a1 structural gene or a polynucleotide equivalent thereto (the fourth polynucleotide of the present invention) may be used, but its expression level can be easily measured by using a reporter gene. it can.
<Reporter gene>
In the method of the present invention, the reporter gene refers to a gene that can qualitatively or quantitatively confirm the expression of the gene.

レポーター遺伝子としては、例えば公知のレポーター遺伝子を広く使用できる。このような公知のレポーター遺伝子としては、ルシフェラーゼ遺伝子、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)遺伝子、分泌型アルカリフォスファターゼ(SEAP)、ヒト成長ホルモン(hGH)、β−グルクロニダーゼ(GUS)、緑色蛍光蛋白(GFP)のような、酵素であってその酵素による生成物の定量が可能な酵素、発光タンパク質、蛍光タンパク質、細胞外分泌タンパク質、着色タンパク質、細胞死を引き起こすタンパク質等が挙げられる。これらのうち、ルシフェラーゼ遺伝子は、高感度であること、活性の測定が容易であること等により好ましい。   As the reporter gene, for example, known reporter genes can be widely used. Such known reporter genes include luciferase gene, chloramphenicol acetyltransferase (CAT) gene, secreted alkaline phosphatase (SEAP), human growth hormone (hGH), β-glucuronidase (GUS), green fluorescent protein ( GFP), an enzyme capable of quantifying a product by the enzyme, a photoprotein, a fluorescent protein, an extracellular secreted protein, a colored protein, a protein that causes cell death, and the like. Of these, the luciferase gene is preferable because of its high sensitivity and easy activity measurement.

これらは、内在性のプロモーター領域が欠損したレポータープラスミドまたは内在性のエンハンサーが欠損したレポータープラスミドとして市販されている。ルシフェラーゼプラスミドとしては、pT811uc、pSluc2、pXP1/pXP2(いずれも、Nordeen,1988)等が市販されている。   These are commercially available as reporter plasmids lacking the endogenous promoter region or reporter plasmids lacking the endogenous enhancer. As luciferase plasmids, pT811uc, pSluc2, pXP1 / pXP2 (all of which are Nordeen, 1988) are commercially available.

レポーター遺伝子の発現量を測定するにあたっては、前記のレポータータンパク質のうち、SEAPおよびhGHは分泌型タンパク質であるため細胞の培養上清のタンパク質発現量を定量すればよく、その他のレポータータンパク質は界面活性剤等を用いて溶解した細胞溶解物中のタンパク質発現量をこれらのタンパク質に応じた方法で測定すればよい。   In measuring the expression level of the reporter gene, among the above reporter proteins, SEAP and hGH are secreted proteins, so the amount of protein expression in the cell culture supernatant can be quantified. What is necessary is just to measure the protein expression level in the cell lysate melt | dissolved using the agent etc. by the method according to these proteins.

ルシフェラーゼ遺伝子の発現量は、細胞溶解物について、ルシフェラーゼにより触媒されるルシフェリンの分解による蛍光をルミノメーターを用いて検出することにより定量することができる。また、細胞が発する蛍光をルミノメーターを用いて検出することもできる。   The expression level of the luciferase gene can be quantified in the cell lysate by detecting the fluorescence due to the degradation of luciferin catalyzed by luciferase using a luminometer. Moreover, the fluorescence emitted by the cells can also be detected using a luminometer.

後述するように、レポーター遺伝子の発現量は、必ずしも正確に定量する必要はなく、目視等により大まかに定量する(定性的に確認する)こともできる。   As will be described later, the expression level of the reporter gene is not necessarily quantified accurately, but can be roughly quantified (confirmed qualitatively) by visual observation or the like.

これらのレポーターアッセイは、マニュアル作業でも行えるが、機械を用いて自動で行ういわゆるハイスループットスクリーニング(組織培養工学、Vol23,No.13,521-524, 米国特許第5,670,113号)を用いることにより迅速かつ簡便に行うことができる。
<その他の構造遺伝子>
レポーター遺伝子以外の構造遺伝子、例えばβKlotho遺伝子を用いる場合のその発現量は、対応するmRNA量を測定することにより測定できる。このmRNA量は、プローブを用いたノーザンブロット等の公知の方法で測定できる。具体的には、ノーザンブロット法を利用する場合には、試験細胞から常法に従いRNAを調製し、ナイロンメンブレン等にトランスファーし、放射性同位元素や蛍光物質等で標識したプローブとハイブリダイズさせた後、プローブとRNAとの2重鎖を標識に応じた方法で検出すればよい。
Although these reporter assays can be performed manually, they can be performed quickly and easily by using so-called high-throughput screening (tissue culture engineering, Vol23, No.13, 521-524, US Pat. It can be carried out.
<Other structural genes>
In the case of using a structural gene other than the reporter gene, for example, βKlotho gene, its expression level can be measured by measuring the corresponding mRNA level. The amount of mRNA can be measured by a known method such as Northern blot using a probe. Specifically, when using Northern blotting, RNA is prepared from test cells according to a conventional method, transferred to a nylon membrane, etc., and hybridized with a probe labeled with a radioisotope or fluorescent substance. What is necessary is just to detect the double chain | strand of a probe and RNA by the method according to a label | marker.

また、構造遺伝子の発現量は、タンパク質を直接定量することによっても測定できる。このタンパク質の量は、例えば抗体を用いたウェスタンブロット法等の公知の方法により測定できる。
<試験細胞>
試験細胞としては、それには限定されないが、哺乳動物細胞又は昆虫細胞などを用いることができる。
The expression level of the structural gene can also be measured by directly quantifying the protein. The amount of this protein can be measured by a known method such as Western blotting using an antibody.
<Test cell>
Test cells include, but are not limited to, mammalian cells or insect cells.

哺乳動物細胞としては、例えばベロ細胞、ヒーラ細胞、CV1細胞、ナマルバ細胞、COS1細胞、CHO細胞等の公知の細胞を使用できる。 昆虫細胞としては、例えばSf細胞、MG1細胞、High FiveTM細胞等の公知の細胞を使用できる。ヒトにおけるβKlotho発現調節をより正確に反映させるためにはヒト細胞を用いることが好ましい。 Examples of mammalian cells that can be used include known cells such as Vero cells, HeLa cells, CV1 cells, Namalva cells, COS1 cells, and CHO cells. As insect cells, known cells such as Sf cells, MG1 cells, and High Five cells can be used. In order to more accurately reflect the regulation of βKlotho expression in humans, it is preferable to use human cells.

このような細胞に、第1のポリヌクレオチド(βKlotho遺伝子の発現調節領域)、又は第2のポリヌクレオチド(Cyp7a1遺伝子の発現調節領域)とそれにより発現することができるように連結された構造遺伝子とを含む適当なベクターを導入したものを試験細胞として使用すればよい。
<被験物質>
本発明のスクリーニング方法において、被験物質の種類は特に制限されない。例えばタンパク質、ペプチド、これらをコードするDNA、非ペプチド性物質(糖質、脂質など)、有機低分子化合物、無機低分子化合物、発酵生産物、細胞抽出液、細胞の核抽出液、植物抽出液、動物組織抽出液、微生物の培養上清等を用いることができる。これらは自然界から単離されたものであってもよく、人工的に合成されたものであってもよい。これらの物質の種類および分子量は特に制限されないが、細胞内への移行性を考慮すれば、低分子化合物であるのが好ましい。
<接触・判定>
試験細胞と被験物質との接触は、例えば以下のようにして行うことができる。すなわち、ベクターを保持する細胞は、その細胞に適した培地を用いて継代し、対数増殖期の状態になるように培養しておく。被験物質を接触させる際には、細胞を20〜30%程度コンフルエントになるように播き、24時間程度培養する。次いで、被験物質を、その種類によって異なるが例えば1 nM〜100μM 程度の濃度になるように細胞培養に添加する。次いで、37℃程度で、12〜48時間程度インキュベートする。
In such a cell, a first polynucleotide (expression control region of βKlotho gene) or a second polynucleotide (expression control region of Cyp7a1 gene) and a structural gene linked so as to be expressed thereby What is necessary is just to use what introduce | transduced the appropriate vector containing this as a test cell.
<Test substance>
In the screening method of the present invention, the type of test substance is not particularly limited. For example, proteins, peptides, DNA encoding these, non-peptide substances (saccharides, lipids, etc.), organic low molecular weight compounds, inorganic low molecular weight compounds, fermentation products, cell extracts, cell nuclear extracts, plant extracts Animal tissue extracts, microbial culture supernatants, and the like can be used. These may be isolated from nature or may be artificially synthesized. The kind and molecular weight of these substances are not particularly limited, but a low molecular weight compound is preferable in consideration of transferability into cells.
<Contact / Judgment>
The contact between the test cell and the test substance can be performed, for example, as follows. That is, the cells carrying the vector are subcultured using a medium suitable for the cells and cultured so as to be in a logarithmic growth phase. When contacting the test substance, the cells are seeded so as to be about 20-30% confluent and cultured for about 24 hours. Next, the test substance is added to the cell culture so as to have a concentration of about 1 nM to 100 μM, for example, depending on the type. Next, it is incubated at about 37 ° C. for about 12 to 48 hours.

この後、被験物質を接触させた試験細胞における構造遺伝子の発現量と被験物質を接触させない試験細胞における構造遺伝子の発現量とを比較すればよい。比較は、各場合の発現量を測定した上で行ってもよいが、目視などにより直接比較してもよい。   Thereafter, the expression level of the structural gene in the test cell contacted with the test substance may be compared with the expression level of the structural gene in the test cell not contacted with the test substance. The comparison may be performed after measuring the expression level in each case, but may be performed directly by visual observation or the like.

被験物質を用いることにより、構造遺伝子の発現量が被験物質を接触させない対照の例えば70%以下、好ましくは50%以下になる場合には、構造遺伝子の発現が抑制されたと判定すればよい。また、構造遺伝子の発現量が対照の例えば150%以上、好ましくは200%以上になる場合には、その発現が促進されたと判定すればよい。   If the expression level of the structural gene is, for example, 70% or less, preferably 50% or less of the control in which the test substance is not contacted by using the test substance, it may be determined that the expression of the structural gene is suppressed. Further, when the expression level of the structural gene is, for example, 150% or more, preferably 200% or more of the control, it may be determined that the expression is promoted.

この方法によると、細胞膜受容体などを介して間接的にβKlotho遺伝子又はCyp7a1遺伝子の調節領域の活性に影響を与える物質の他、細胞内に取り込まれて直接調節領域に結合してその活性に影響を与える低分子化合物、細胞内に取り込まれて他の細胞内タンパク質に作用することにより間接的に調節領域に作用する低分子化合物などが選択される。   According to this method, in addition to substances that indirectly affect the activity of the regulatory region of βKlotho gene or Cyp7a1 gene via cell membrane receptors etc., it is taken into the cell and directly binds to the regulatory region to affect its activity A low molecular weight compound that can be taken into the cell and act on other intracellular proteins to act indirectly on the regulatory region.

βKlotho調節領域を用いた第1の方法により得られる構造遺伝子の発現を阻害する物質、及び、Cyp7a1遺伝子の調節領域を用いた第2の方法により得られる構造遺伝子の発現を促進する物質は、コレステロールの代謝を促進するため、動脈硬化の予防又は治療剤、肥満の予防又は治療剤、胆石(胆嚢コレステロール結石)形成の予防又は治療剤などとして好適に使用できる。
実施例
以下、実施例を示して、本発明をより詳細に説明する。
<動物・食餌>
マウスは、特殊無菌条件したで飼育され、以下の実施例において全ての実験はInstitute's animal careガイドラインに従って行われた。標準食餌はNMF食(Oriental Yesast)である。他の食餌の、Basal食(コードNo.5795)、1% CA食(カタログNo.58794)、1% CDCA食(コードNo.5T11)、及び粥腫発生食(コードNo.5806C-Q)はPMI Feed Inc.から購入した。代謝実験において、マウスは、代謝ケージにおいて別々に飼育し、3日間24時間ごとに糞便及び尿を回収した。
<抗体・タンパク質解析>
βKlotho cDNAの一部分(アミノ酸814-967に対応)をpGEX4T-1のEcoRIサイトにクローニングし、E.coli BL21に導入した。SDS-PAGEに余分離後に、βKlotho-GSTに該当するバンドをゲルから抽出し、ラットに注射した。免疫されたラットの胸腺細胞をハイブリドーマの選択後に、モノクローナル抗体の作製に使用した。
<ノーザンブロッティング>
Total RNAをTotal RNA分離システム(Promega)を用いて抽出し、30μgをノーザンブロッティングに用いた。ブロットをイメージングプレート(Fuji Film)に暴露し、STORM860スキャナー(Molecular Dynamics)により解析した。検出プローブは、PT-PCRで増幅したcDNA断片を用いた。各断片はpT7Blue T-ベクター(Novagen)にクローニングし、配列を決定した。
A substance that inhibits the expression of the structural gene obtained by the first method using the βKlotho regulatory region and a substance that promotes the expression of the structural gene obtained by the second method using the regulatory region of the Cyp7a1 gene are cholesterol Therefore, it can be suitably used as a prophylactic or therapeutic agent for arteriosclerosis, a prophylactic or therapeutic agent for obesity, a prophylactic or therapeutic agent for gallstone (gallbladder cholesterol stone) formation, and the like.
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
<Animals and food>
Mice were bred under special aseptic conditions and in the following examples all experiments were performed according to Institute's animal care guidelines. The standard diet is an NMF diet (Oriental Yesast). Other diets, Basal diet (code No.5795), 1% CA diet (catalog No.58794), 1% CDCA diet (code No.5T11), and edema-producing diet (code No.5806C-Q) Purchased from PMI Feed Inc. In metabolic experiments, mice were housed separately in metabolic cages and feces and urine collected every 24 hours for 3 days.
<Antibody / protein analysis>
A part of βKlotho cDNA (corresponding to amino acids 814-967) was cloned into the EcoRI site of pGEX4T-1 and introduced into E. coli BL21. After further separation by SDS-PAGE, a band corresponding to βKlotho-GST was extracted from the gel and injected into rats. Immunized rat thymocytes were used to generate monoclonal antibodies after selection of hybridomas.
<Northern blotting>
Total RNA was extracted using Total RNA separation system (Promega), and 30 μg was used for Northern blotting. The blot was exposed to an imaging plate (Fuji Film) and analyzed with a STORM860 scanner (Molecular Dynamics). A cDNA fragment amplified by PT-PCR was used as a detection probe. Each fragment was cloned into pT7Blue T-vector (Novagen) and sequenced.

βKlotho遺伝子の完全欠失マウスの作製
マウスβKlotho部位は、少なくとも8個のエクソンからなる。ES細胞において、相同組換えにより、推定上のエクソン1の殆どが欠失したジーンターゲッティングベクターを構築した(図1A)。
Generation of a mouse completely lacking βKlotho gene The mouse βKlotho site consists of at least 8 exons. In ES cells, a gene targeting vector in which most of the putative exon 1 was deleted was constructed by homologous recombination (FIG. 1A).

βKlotho部位を含むゲノムDNAをマウス129SVJゲノムライブラリーから単離した。標的ベクターの5'-armは、推定上の最初のATGを含むエクソンの部分を含む6.4kbのEcoRI断片をカバーしていた。プロモーターのないEGFP遺伝子及びPGKneoカセットを、これらの二つのarmの間に、loxP5171(5'側)及びloxP配列に前方が隣接したEGFP遺伝子とともに挿入した。PGKneoカセットは、loxP配列の反対側の隣接領域に存在する。ベクターDNAを直線化し、TTS ES細胞にエレクトロポレーションにより導入した。G418耐性クローンを選択し、サザンブロッティングにより選択した。439クローンから3クローンを選択し、段階ICR胚細胞に注入した。一つのクローンから誘導された二つのキメラにおいて、胚伝達が起こった。雄のキメラは雌のC57B1/6マウスと交尾し、ヘテロ接合の子孫が交雑受精してβKlotho完全欠失マウスが得られた。   Genomic DNA containing the βKlotho site was isolated from the mouse 129SVJ genomic library. The 5′-arm of the target vector covered a 6.4 kb EcoRI fragment containing the exon part containing the putative first ATG. An EGFP gene without a promoter and a PGKneo cassette were inserted between these two arms together with the loxP5171 (5 ′ side) and the EGFP gene whose front is adjacent to the loxP sequence. The PGKneo cassette is present in the adjacent region on the opposite side of the loxP sequence. Vector DNA was linearized and introduced into TTS ES cells by electroporation. G418 resistant clones were selected and selected by Southern blotting. Three clones were selected from 439 clones and injected into stage ICR embryo cells. Embryo transmission occurred in two chimeras derived from one clone. Male chimeras were mated with female C57B1 / 6 mice, and heterozygous offspring were cross-fertilized to yield βKlotho complete deletion mice.

これらのヘテロ接合の親から生まれた子孫を本研究に使用した。しかし、C57B1/6への5回の戻し交配によりヘテロ接合の親からの子孫では同じ表現型も観察された。   Offspring born from these heterozygous parents were used in this study. However, the same phenotype was also observed in offspring from heterozygous parents by 5 backcrosses to C57B1 / 6.

ゲノムDNAにおいてβKlotho部位が破壊されていることを確認するために、ヘテロ接合マウス及びホモ接合マウスについて、ターゲッティングベクターの隣接上流域のプローブを用いてサザン解析を行った。結果を図1A及び図1Bに示す。     In order to confirm that the βKlotho site was destroyed in the genomic DNA, Southern analysis was performed on heterozygous mice and homozygous mice using a probe in the upstream region adjacent to the targeting vector. The results are shown in FIGS. 1A and 1B.

また、βKlotho mRNA発現の除去をノーザンブロッティングで確認した(図1C)。さらに、残りのエクソンの異なる領域をカバーする幾つかのプライマーセットを用いてRT-PCRによっても確認した(データなし)。     Further, the removal of βKlotho mRNA expression was confirmed by Northern blotting (FIG. 1C). Furthermore, it was also confirmed by RT-PCR using several primer sets covering different regions of the remaining exons (data not shown).

βKlothoタンパク質の欠損は、βKlothoタンパク質内の第2内部リピート(βKL2)のC末端部を認識するモノクローナル抗体を用いたウェスタンブロッティングによっても確認された(図1D)。βKlothoと同じ組織分布を示すEGFPの転写の欠失が検出されたが、ウェスタンブロティングではEGFPタンパク質の欠失は検出されなかった(データなし)。     Deletion of βKlotho protein was also confirmed by Western blotting using a monoclonal antibody that recognizes the C-terminal part of the second internal repeat (βKL2) in βKlotho protein (FIG. 1D). A deletion of EGFP transcription showing the same tissue distribution as βKlotho was detected, but no deletion of EGFP protein was detected by Western blotting (data not shown).

βKlotho-/-マウスは、標準条件下で、生存でき、繁殖力があり、大体正常であった。ホモ接合のマウスの数(+/+:+/-:-/-=297:624:193)は、Mendelianより少なかった。体重は、野生型及びヘテロ接合の腹違いのマウスよりかなり少なかった(図1E)。統計的に有意な減少は、両性において離乳期前には観察されなかった。また、雄ではその後も観察されなかった。体重の減少は、肝臓及び性腺脂肪のサイズの違いのためではなかった。C57B1/6に5回戻し交配した群では体重の若干の減少の再現性は認められなかった(データなし)。 βKlotho − / − mice were viable and fertile under normal conditions and were generally normal. The number of homozygous mice (+ / +: +/-:-/-= 297: 624: 193) was less than Mendelian. Body weight was significantly less than wild-type and heterozygous littered mice (FIG. 1E). A statistically significant decrease was not observed before weaning in both sexes. In males, it was not observed thereafter. Weight loss was not due to differences in liver and gonadal fat sizes. There was no reproducibility of the slight decrease in body weight in the group that was backcrossed 5 times to C57B1 / 6 (no data).

ヘマトキシリン及びエオシンで染色したβKlotho発現組織を含む種々の組織をよく観察した。しかし、βKlotho-/-マウスと野生型マウスとの間で、組織には違いは認められなかった。また、両者で、血清トリグリセリド、脂肪酸、コレステロール、リン脂質,及び肝臓及び膵臓に由来する酵素活性のようなβKlotho発現組織に値する血清マーカーは、両表現型の間で有意差は認められなかった。 Various tissues including βKlotho expressing tissues stained with hematoxylin and eosin were observed well. However, there was no difference in tissue between βKlotho − / − mice and wild type mice. In both cases, serum triglycerides, fatty acids, cholesterol, phospholipids, and serum markers worthy of βKlotho-expressing tissues such as enzyme activity derived from the liver and pancreas were not significantly different between the two phenotypes.

胆汁酸の合成及び排泄の評価
βKlotho発現組織は脂質の代謝に関与する。従って、この分子が脂質の代謝に何らかの点で関与していると予測された。しかし、トリグリセリド、脂肪酸、リン脂質のような脂質代謝の血清マーカーは、βKlotho-/-マウスで有意には変化していなかった(データなし)。
Evaluation of bile acid synthesis and excretion βKlotho expressing tissues are involved in lipid metabolism. Therefore, it was predicted that this molecule is involved in lipid metabolism in some way. However, serum markers of lipid metabolism such as triglycerides, fatty acids and phospholipids did not change significantly in βKlotho − / − mice (data not shown).

血清コレステロール値は、統計的な有意差は認められなかたが、若干減少していた(図2A)。これにより、βKlotho-/-マウスにおけるコレステロールの代謝に注目することになった。コレステロールが胆汁酸に転換される肝臓においてβKlothoが強く発現していることから、βKlotho-/-マウスにおけるコレステロールの代謝を検討することにした。 Serum cholesterol levels were slightly decreased, although no statistically significant difference was observed (FIG. 2A). This led to a focus on cholesterol metabolism in βKlotho − / − mice. Since βKlotho is strongly expressed in the liver where cholesterol is converted into bile acids, we decided to investigate the metabolism of cholesterol in βKlotho − / − mice.

βKlotho-/-マウスでは野生型マウスに比べて、糞便中への胆汁酸の排泄量が著しく高かった(図2B)。毎日の食餌の摂取量及び全摂取量は、両群で違わなかった(図2C)。しかし、胆汁酸の貯留量は、βKlotho-/-マウスでは若干多かった(図2D)。 In βKlotho − / − mice, the amount of bile acid excreted in feces was significantly higher than that in wild-type mice (FIG. 2B). Daily food intake and total intake were not different in both groups (Figure 2C). However, bile acid accumulation was slightly higher in βKlotho − / − mice (FIG. 2D).

CY7A1は、主要な胆汁酸合成経路の最初の段階であり、律速段階である段階を触媒するため、胆汁酸の生産に最も重要な酵素である(nnu Rev Biochem 72,137-174(2003))。Cyp7a1は、βKlotho-/-マウスにおいて野生型の腹違いのマウスに比べて著しく亢進していた(図2E)。これは5回の再現性があった。また、20以上の腹違いのマウスについて同じ結果が得られた(データなし)。 CY7A1 is the most important enzyme in the production of bile acids because it catalyzes the first step of the major bile acid synthesis pathway and the rate-limiting step (nnu Rev Biochem 72,137-174 (2003)). Cyp7a1 was markedly enhanced in βKlotho − / − mice compared to wild-type litter mice (FIG. 2E). This was reproducible 5 times. In addition, the same results were obtained for 20 or more mice with no stomach (data not shown).

ステロール12α-ヒドロキシラーゼ(CYP8B1)のような他の酵素は、最も豊富な胆汁酸であるコーリックアシッド(CA)の生産に不可欠で重要である。従って、この遺伝子の発現を調べたところ、Cyp8b1もまたβKlotho-/-マウスにおいて著しく亢進していた(図2E)。 Other enzymes, such as sterol 12α-hydroxylase (CYP8B1) are essential and important for the production of coric acid (CA), the most abundant bile acid. Therefore, when the expression of this gene was examined, Cyp8b1 was also significantly enhanced in βKlotho − / − mice (FIG. 2E).

腸肝循環の阻害により胆汁酸合成を評価できることが報告されている(J.Biol.Chem.278,33920-33927(2003))。従って、循環の状態を調べた。I-babpの発現(腸の胆汁酸結合タンパク質)は、胆汁酸の吸収に応答して誘導されることが知られている(FEBS Lett 384,131-134(1996))。I-babpの発現は、βKlotho-/-マウスにおいて著しく亢進していた(図2F)。このことは、胆汁酸の十二指腸への分泌が増大したことを反映していると考えられ、従って、βKlotho-/-マウスにおいて胆汁酸の吸収が完全であると考えられる。 It has been reported that bile acid synthesis can be evaluated by inhibition of enterohepatic circulation (J. Biol. Chem. 278, 33920-33927 (2003)). Therefore, the state of circulation was examined. Expression of I-babp (intestinal bile acid binding protein) is known to be induced in response to bile acid absorption (FEBS Lett 384, 131-134 (1996)). I-babp expression was markedly enhanced in βKlotho − / − mice (FIG. 2F). This is thought to reflect the increased secretion of bile acids into the duodenum, and therefore bile acid absorption is considered to be complete in βKlotho − / − mice.

肝臓細胞及び腸細胞の胆汁酸トランスポーターの発現における遺伝子型の違いは検出されなかった(データなし)。さらに、胆汁酸の貯留量は、腸管循環欠失マウスでは減少していたが、βKlotho-/-マウスでは若干増大していた。 No genotype differences were detected in the expression of bile acid transporters in liver cells and intestinal cells (data not shown). Furthermore, bile acid accumulation was decreased in mice lacking intestinal circulation, but slightly increased in βKlotho − / − mice.

これらの結果より、βKlotho-/-マウスにおいて、胆汁酸の腸管循環は余り損失を受けていないことが分かる。 These results show that in βKlotho − / − mice, the intestinal circulation of bile acids has not received much loss.

コレステロール結石の形成
C57B1/6αマウスに、コレステロール及び胆汁酸を含む特別食餌を与えるとコレステロール結石ができることが報告されている。これは雌より雄で著しい。マウスにおいて、ラットCYP7A1の過剰発現により結石形成が抑制されることが報告されている(Thromb Vasc Biol 22,121-126(2002))。
Cholesterol stone formation
C57B1 / 6α mice have been reported to produce cholesterol stones when fed a special diet containing cholesterol and bile acids. This is more pronounced in males than in females. It has been reported that stone formation is suppressed by overexpression of rat CYP7A1 in mice (Thromb Vasc Biol 22,121-126 (2002)).

ここでは、βKlotho-/-マウスにおいて、コレステロール及び胆汁酸を含む特別食餌に対する反応を調べた。上記文献と同様に、野生型マウスでは結石の形成が促進された。その数は、変化するが雄では効果的であった(図3A)。これに対して、βKlotho-/-マウスでは、雄でさえ結石形成は認められなかった(図3A)。各遺伝子型群について14匹以上のマウスを調べたが、例外は無かった。また、胆嚢サイズは、両性とも、野生型マウスよりβKlotho-/-マウスの方が小さかった(図3A矢印)。 Here, the response to a special diet containing cholesterol and bile acids was examined in βKlotho − / − mice. Similar to the above document, calculus formation was promoted in wild-type mice. The number varied but was effective in males (FIG. 3A). In contrast, in βKlotho − / − mice, stone formation was not observed even in males (FIG. 3A). Over 14 mice were examined for each genotype group with no exceptions. In both sexes, the gallbladder size was smaller in βKlotho − / − mice than in wild type mice (FIG. 3A arrow).

胆汁の過飽和時に、コレステロール結晶が結石を形成する。結石形成開始には多くの因子が伴うことが知られている(Gastroenterol Clin North Am 28,99-115(1999))。しかし、最も重要な因子は、胆汁酸及びリン脂質に対して過剰のコレステロールが存在することである(Z Ernahrungswiss 10,239-252(1971))。胆汁酸合成が亢進している変異型マウスは、結石形成に耐性であるり、胆汁酸合成の増大は予防に十分であるように見える。ウルソデオキシコーリックアシッド(UDCA)の長期投与が胆汁における結石を溶解するという事実もこれを支持している。     During bile supersaturation, cholesterol crystals form stones. Many factors are known to accompany the initiation of stone formation (Gastroenterol Clin North Am 28,99-115 (1999)). However, the most important factor is the presence of excess cholesterol relative to bile acids and phospholipids (Z Ernahrungswiss 10, 239-252 (1971)). Mutant mice with increased bile acid synthesis appear to be resistant to stone formation or increased bile acid synthesis appears to be sufficient for prevention. This is supported by the fact that long-term administration of ursodeoxycoric acid (UDCA) dissolves stones in bile.

結石耐性のメカニズムを解明するために、βKlotho-/-マウスにおけるコレステロールの挙動を検討した。肝臓及び血清の量、及び糞便の排泄量を調べた。通常の食餌量の条件下では、肝臓のコレステロールは、両性でβKlotho-/-マウスでは若干亢進していた。しかし、統計的な有意差は認められなかった(図3B)。糞便中のコレステロールの排泄量は、有意には違わなかった(図3C)。上記特別食餌に変えると肝臓及び糞便中のコレステロールは著しく亢進した。しかし、どの遺伝子型群も性別の差は認められなかった(図3B,図3C)。血清コレステロールは、上記の特別食餌により著しく亢進した。しかし、遺伝子型依存的な有意差は雌でのみ認められた(図3D)。 To elucidate the mechanism of calculus resistance, we investigated the behavior of cholesterol in βKlotho − / − mice. The amount of liver and serum and fecal excretion were examined. Under normal dietary conditions, hepatic cholesterol was slightly elevated in both sexes in βKlotho − / − mice. However, no statistically significant difference was observed (Figure 3B). Fecal cholesterol excretion was not significantly different (Figure 3C). Changing to the above special diet significantly increased cholesterol in the liver and feces. However, there was no gender difference in any genotype group (Fig. 3B, Fig. 3C). Serum cholesterol was significantly increased by the special diet. However, genotype-dependent significant differences were observed only in females (FIG. 3D).

肝臓のフリーのコレステロールのトランスポーターであるAbcg5及びAbcg8の発現を調べところ、両遺伝子型でmRNAの発現量には差は認められなかった。従って、βKlotho-/-マウスにおいて、胆汁へのコレステロールの排泄は亢進していないと考えられる。 When the expression of Abcg5 and Abcg8, which are free cholesterol transporters in the liver, was examined, no difference was found in the expression level of mRNA between the two genotypes. Therefore, it is considered that cholesterol excretion into bile is not enhanced in βKlotho − / − mice.

種々の食餌条件下での遺伝子発現プロファイル
両遺伝子型で、肝臓における遺伝子発現プロファイルを比較した。脂質、ステロイド、及び生体異物に関与する核受容体、トランスポーター、P-450s、その他の酵素、リポプロテイン、及びアポリポプロテインをコードする30以上の遺伝子について、ノーザンブロッティングで、各性の腹違いの同性の対の違いを調べた。
Gene expression profiles under different dietary conditions Gene expression profiles in the liver were compared for both genotypes. Northern blotting of the same sex of each sex difference between more than 30 genes encoding lipids, steroids and xenobiotic nuclear receptors, transporters, P-450s, other enzymes, lipoproteins, and apolipoproteins I examined the difference of the pair.

また、遺伝子型依存的に発現が変化する幾つかの遺伝子を同定した。Hmg-CoAレダクターゼ(3-ヒドロキシ-3-メチルグルタリルコエンザイムAレダクターゼ(Hmgr))、即ちコレステロール生合成の律速段階を触媒する酵素が、βKlotho-/-マウスにおいて、雌、雄ともに、強く亢進していた(図4A)。Fxr(ファーネソイドXレセプター、NR1H4)の発現、及びLdlr(低密度リポプロテイン受容体)の発現も若干増大していた(データなし)。Shp(スモールヘテロダイマーパートナー,NRB2)の発現は、βKlotho-/-マウスにおいて殆どの場合で減少していた(1例では、両遺伝子型で同じ)(図4B)。 In addition, several genes whose expression changes depending on the genotype were identified. Hmg-CoA reductase (3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase (Hmgr)), an enzyme that catalyzes the rate-limiting step of cholesterol biosynthesis, is strongly enhanced in both females and males in βKlotho − / − mice. (FIG. 4A). The expression of Fxr (farnesoid X receptor, NR1H4) and Ldlr (low density lipoprotein receptor) was also slightly increased (data not shown). Shp (small heterodimer partner, NRB2) expression was almost always reduced in βKlotho − / − mice (in one case, the same for both genotypes) (FIG. 4B).

βKlotho-/-マウスにおいて、コレステロール及び胆汁酸の代謝が変化していたことから、これらのパラメーターについて食餌条件の効果を試験した。マウスは、離乳期から基本食餌を与えられ、次いで、胆汁酸含有食にシフトした(図4C上段)。Cyp7a1の発現は、これらの条件下では野生型マウスでは検出されなかった。しかし、βKlotho-/-マウスでは実質的に減少しなかった。一方、Cyp8b1の発現は、遺伝子型にかかわらず、食餌中の胆汁酸により完全に減少した(図4C)。FXRの直接のターゲットであるShp、及びBsepの発現についても検討した。Bsepの発現は、遺伝子型にかかわらず、食餌中のCDCAによりかなり亢進した。一方、CAの場合はそれほど明確ではなかった(図4C)。 In βKlotho − / − mice, metabolism of cholesterol and bile acids was altered, so the effect of dietary conditions on these parameters was tested. Mice were given a basal diet from the weaning period and then shifted to a bile acid-containing diet (top of FIG. 4C). Cyp7a1 expression was not detected in wild-type mice under these conditions. However, there was no substantial decrease in βKlotho − / − mice. On the other hand, Cyp8b1 expression was completely reduced by dietary bile acids regardless of genotype (FIG. 4C). The expression of Shp and Bsep, which are direct targets of FXR, was also examined. Bsep expression was significantly enhanced by dietary CDCA regardless of genotype. On the other hand, CA was not so clear (Figure 4C).

基本食餌を与えた野生型マウスと比較して、変異型マウスではShpの発現が若干高かった。両遺伝子型において、食餌の胆汁酸を加えることにより、発現レベルは亢進した。変異型ではこの誘導は穏やかであった。Shpの発現量とCyp7a1の発現量は反比例の関係にあった(図4C)。βKlotho-/-の発現は、食餌の切り替えにより大きく影響されなかった(データなし)。 Shp expression was slightly higher in mutant mice compared to wild-type mice fed the basic diet. In both genotypes, expression levels were increased by adding dietary bile acids. In the mutant form, this induction was mild. There was an inverse relationship between the expression level of Shp and the expression level of Cyp7a1 (FIG. 4C). βKlotho − / − expression was not significantly affected by dietary switching (data not shown).

これらの結果から、Cyp7a1の抑制に及ぼす胆汁酸の影響は、二つのシグナル経路に分かれると考えられる。一つは、SHP非依存性の経路であり、他方はSHP依存性の経路であり、βKlothoは前者の経路に関与する。また、βKlothoはCyp7a1の転写制御に特異的に関与し、Cyp8b1の転写制御には関与しないと考えられる。   From these results, it is considered that the influence of bile acids on the inhibition of Cyp7a1 is divided into two signal pathways. One is an SHP-independent pathway, the other is an SHP-dependent pathway, and βKlotho is involved in the former pathway. ΒKlotho is specifically involved in the transcriptional regulation of Cyp7a1 and is not considered to be involved in the transcriptional regulation of Cyp8b1.

Aは、マウスβKlothoの破壊のストラテジーを示す図である。上段は、標的ベクター、中段は野生型アレル、下段は破壊されたアレルを示す。数字は、推定上の翻訳開始位置からの距離を示す。 Bは、Eco-RV消化ゲノムDNAのサザンブロット解析の結果を示す図である。 Cは、βKlotho遺伝子発現のノーザンブロット解析の結果を示す図である。 Dは、βKlothoタンパク質の発現のウェスタンブロット解析の結果を示す図である。WATは脂肪組織を示す。WATは白色脂肪組織を示す。 Eは、βKlotho(-/-)(-/+)(+/+)マウス間の成長曲線を比較した図である。各群5-12匹のマウスで2-6週間にわたりトレースした。エラーバーは標準偏差を示す。A is a diagram showing a strategy for destruction of mouse βKlotho. The upper row shows the target vector, the middle row shows the wild type allele, and the lower row shows the destroyed allele. The numbers indicate the estimated distance from the translation start position. B is a diagram showing the results of Southern blot analysis of Eco-RV digested genomic DNA. FIG. C is a diagram showing the results of Northern blot analysis of βKlotho gene expression. D is a figure which shows the result of the Western blot analysis of the expression of (beta) Klotho protein. WAT indicates adipose tissue. WAT indicates white adipose tissue. E is a graph comparing growth curves among βKlotho (− / −) (− / +) (+ / +) mice. 5-12 mice in each group were traced over 2-6 weeks. Error bars indicate standard deviation. 野生型及びノックアウトマウスの間で幾つかのパラメーターを比較した図である。 Aは、血清コレステロールレベルを各群4-6匹で比較したものを示す。 Bは、各群4-6匹のマウスの糞便を3日間集め、各群12-18サンプルについて全胆汁酸の排泄量を測定し平均したものを示す。 Cは、3日間の各表現型4個体の毎日の食餌の摂取量及び糞便の排泄量を示す。 Dは、各群4-10匹のマウスの胆汁酸の貯留量の比較を示す。 Eは、βKlotho-/-マウスと野生型マウスとの間でCyp7a1及びCyp8b1の発現を比較したものを示す。各表現型の肝臓から得た30μgの全RNAを使用した。2回の独立した実験の代表的な値を使用した。左覧にノーザンブロットを示し、Gapdhレベルを補う相対的発現レベルを右覧に示す。 Fは、腸内胆汁酸結合タンパク質(I-babp)の発現を示す。全小腸から得た30μgの全RNAを使用した。齢及び性が同じ腹違いの動物からサンプルを採取した。動物には、標準食を与えた7週齢を用いた。M は雄を示し、Fは雌を示す。エラーバーは標準偏差を示す。*P<0.05である。FIG. 6 compares several parameters between wild type and knockout mice. A shows a comparison of serum cholesterol levels between 4-6 animals in each group. B shows stool collected from 4-6 mice in each group for 3 days, and the amount of total bile acid excretion was measured and averaged for 12-18 samples in each group. C shows the daily food intake and fecal excretion of each of the four phenotypes for 3 days. D shows a comparison of bile acid retention in 4-10 mice in each group. E shows a comparison of the expression of Cyp7a1 and Cyp8b1 between βKlotho − / − mice and wild type mice. 30 μg of total RNA from each phenotype liver was used. Representative values from two independent experiments were used. The Northern blot is shown on the left and the relative expression level that complements the Gapdh level is shown on the right. F shows expression of intestinal bile acid binding protein (I-babp). 30 μg of total RNA obtained from the whole small intestine was used. Samples were taken from animals of the same abdominal age and sex. The animals used were 7 weeks old on a standard diet. M represents a male and F represents a female. Error bars indicate standard deviation. * P <0.05. Aは、粥腫発生食により野生型マウスではコレステロール結石が形成されたこと(左)、及びβKlotho-/-マウスでは形成されなかった こと(右)を示す。食餌投与スケジュールは上に示す。各スケジュールの後にマウスを殺した。胆嚢を矢印で示す。左覧に挿入したのはいくつかの結石を有する野生型胆嚢の拡大写真である。他の個体からの胆嚢の例は以下に示す。 Bの左覧は、標準食(NMF)を与えた7週齢マウスの肝臓コレステロールレベルの平均を示す。粥腫発生食(Athero)を与えた14週齢のマウスの肝臓コレステロールレベルの平均を右覧に示す。各群4-7匹のマウスを用いた。 Cは、糞便中の平均コレステロール濃度を示す図である。左覧は、標準食を与えた7週齢のマウスについて3日間糞便を集めた結果であり、右覧は、粥腫発生食を与えた14週齢のマウスについて3日間糞便を集めた結果である。各群3-4匹のマウスを用いた。同じ個体からの糞便を解析に用いた。 Dは、14週齢の粥腫発生食摂取マウスの血清コレステロールレベルを示す図である。各群4-7匹のマウスを用いた。エラーバーは標準偏差を示す。*P<0.05、**P<0.005である。A shows that cholesterol stones were formed in wild-type mice (left) and not formed in βKlotho − / − mice (right) by an atherogenic diet. The dietary administration schedule is shown above. Mice were killed after each schedule. The gallbladder is indicated by an arrow. Inserted in the left view is an enlarged photo of a wild-type gallbladder with several stones. Examples of gallbladder from other individuals are shown below. The left panel of B shows the average liver cholesterol level of 7-week-old mice fed a standard diet (NMF). The average liver cholesterol level of 14-week-old mice fed an atherogenic diet (Athero) is shown on the right. 4-7 mice were used for each group. C is a figure which shows the average cholesterol density | concentration in feces. The left view is the result of collecting stool for 3 days for a 7-week-old mouse fed the standard diet, and the right view is the result of collecting stool for 3 days for a 14-week-old mouse fed the atherogenic diet. is there. 3-4 mice were used for each group. Feces from the same individual were used for analysis. D is a figure which shows the serum cholesterol level of the 14-week-old mouse | mouth ingesting the atherogenic diet. 4-7 mice were used for each group. Error bars indicate standard deviation. * P <0.05, ** P <0.005. Aは、βKlotho-/-マウスにおけるHmgrのmRNA発現亢進を示す図である。2回の独立した実験の代表的なデータを示す。左覧はノーザンブロットであり、右欄はGapdhを補う相対的発現レベルを示す。 Bは、Shp発現レベルを示す図である。実験はAと同様に行った。#は表現型間で発現レベルが類似しているケースを示す。 Cの上段は、食餌中の胆汁酸の効果の試験に用いた食餌スケジュールを示す。各スケジュールの最後にマウスを殺した。SHP標的遺伝子であるCyp7a1,Cyp8b1、FXR標的遺伝子であるShp,Bsepの発現に及ぼす食餌中のCA及びCDCAの効果を示す。肝臓から得た30μgの全RNAをノーザンブロットに用いた。各条件について2匹の独立した個体を用いて得た結果を示す。Gapdhの発現レベルを内部コントロールに用いた。A is a graph showing increased Hmgr mRNA expression in βKlotho − / − mice. FIG. Representative data from two independent experiments are shown. The left column is a Northern blot, and the right column shows the relative expression level supplementing Gapdh. B is a figure which shows Shp expression level. The experiment was performed in the same manner as A. # Indicates a case where expression levels are similar between phenotypes. The top row of C shows the diet schedule used to test the effect of bile acids in the diet. Mice were killed at the end of each schedule. The effects of CA and CDCA in the diet on the expression of Cyp7a1, Cyp8b1, SHP target genes and Shp, Bsep, FXR target genes are shown. 30 μg of total RNA obtained from the liver was used for Northern blot. The results obtained using two independent individuals for each condition are shown. The expression level of Gapdh was used as an internal control.

Claims (25)

以下の(1)又は(2)のポリヌクレオチド。
(1) 配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(2) 配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつプロモーター活性を有するポリヌクレオチド。
The following polynucleotide (1) or (2):
(1) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
(2) A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and has promoter activity.
以下の(3)又は(4)のポリヌクレオチド。
(3) 配列番号2に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(4) 配列番号2に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼの発現を阻害する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
The following polynucleotide (3) or (4):
(3) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
(4) A polynucleotide that encodes a polypeptide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 under stringent conditions and has an activity of inhibiting the expression of cholesterol 7α-hydroxylase.
請求項1に記載のポリヌクレオチドと、これにより発現できるように連結された構造遺伝子とを含むベクター。 A vector comprising the polynucleotide according to claim 1 and a structural gene linked so as to be expressed thereby. 構造遺伝子がレポーター遺伝子である請求項3に記載のベクター。 The vector according to claim 3, wherein the structural gene is a reporter gene. 構造遺伝子が請求項2に記載のポリヌクレオチドである請求項3に記載のベクター。 The vector according to claim 3, wherein the structural gene is the polynucleotide according to claim 2. 請求項3〜5のいずれかに記載のベクターを保持する試験細胞。 A test cell carrying the vector according to claim 3. 請求項6に記載の試験細胞と被験物質とを接触させる工程と、
この試験細胞における構造遺伝子の発現量を、被験物質を接触させない試験細胞における構造遺伝子の発現量と比較して、構造遺伝子の発現を阻害する物質を選択する工程と
を含むコレステロール代謝促進剤のスクリーニング方法。
Contacting the test cell according to claim 6 with a test substance;
Comparing the expression level of the structural gene in the test cell with the expression level of the structural gene in the test cell not in contact with the test substance, and selecting a substance that inhibits the expression of the structural gene. Method.
以下の(5)又は(6)のポリペプチド。
(5) 配列番号3に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド。
(6) 配列番号3に記載のアミノ酸配列において1又は2以上のアミノ酸が欠失、付加、又は置換されたアミノ酸配列からなり、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼの発現を阻害する活性を有するポリペプチド。
The following polypeptide (5) or (6).
(5) A polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3.
(6) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 and having an activity of inhibiting the expression of cholesterol 7α-hydroxylase.
請求項8に記載のポリペプチドを特異的に認識する抗体。 An antibody that specifically recognizes the polypeptide according to claim 8. 請求項9に記載の抗体を含むコレステロール代謝促進剤。 A cholesterol metabolism promoter comprising the antibody according to claim 9. 請求項9に記載の抗体を含む動脈硬化の予防又は治療剤。 A prophylactic or therapeutic agent for arteriosclerosis comprising the antibody according to claim 9. 請求項9に記載の抗体を含む肥満の予防又は治療剤。 A preventive or therapeutic agent for obesity comprising the antibody according to claim 9. 請求項9に記載の抗体を含む胆石形成の予防又は治療剤。 A prophylactic or therapeutic agent for gallstone formation, comprising the antibody according to claim 9. 以下の(7)又は(8)のポリヌクレオチド。
(5) 配列番号4に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(6) 配列番号4に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつプロモーター活性を有するポリヌクレオチド。
The following polynucleotide (7) or (8):
(5) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4.
(6) A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 4 under stringent conditions and has promoter activity.
以下の(9)又は(10)のポリヌクレオチド。
(9) 配列番号5に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(10) 配列番号5に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼ活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
The following polynucleotide (9) or (10):
(9) A polynucleotide comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5.
(10) A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5 under stringent conditions and encodes a polypeptide having cholesterol 7α-hydroxylase activity.
請求項14に記載のポリヌクレオチドと、これにより発現できるように連結された構造遺伝子とを含むベクター。 A vector comprising the polynucleotide according to claim 14 and a structural gene ligated so as to be expressed thereby. 構造遺伝子がレポーター遺伝子である請求項16に記載のベクター。 The vector according to claim 16, wherein the structural gene is a reporter gene. 構造遺伝子が請求項15に記載のポリヌクレオチドである請求項16に記載のベクター。 The vector according to claim 16, wherein the structural gene is the polynucleotide according to claim 15. 請求項16〜18のいずれかに記載のベクターを保持する試験細胞。 A test cell carrying the vector according to any one of claims 16 to 18. 請求項19に記載の試験細胞と被験物質とを接触させる工程と、
この試験細胞における構造遺伝子の発現量を、被験物質を接触させない試験細胞における構造遺伝子の発現量と比較して、構造遺伝子の発現を促進する物質を選択する工程と
を含むコレステロール代謝促進剤のスクリーニング方法。
Contacting the test cell of claim 19 with a test substance;
Comparing the expression level of the structural gene in the test cell with the expression level of the structural gene in the test cell not contacted with the test substance, and selecting a substance that promotes the expression of the structural gene. Method.
請求項15に記載のポリヌクレオチドを含むコレステロール代謝促進剤。 A cholesterol metabolism promoter comprising the polynucleotide according to claim 15. 請求項15に記載のポリヌクレオチドを含む動脈硬化の予防又は治療剤。 An agent for preventing or treating arteriosclerosis comprising the polynucleotide according to claim 15. 請求項15に記載のポリヌクレオチドを含む肥満の予防又は治療剤。 A preventive or therapeutic agent for obesity comprising the polynucleotide according to claim 15. 請求項15に記載のポリヌクレオチドを含む胆石形成の予防又は治療剤。 A preventive or therapeutic agent for gallstone formation comprising the polynucleotide according to claim 15. 以下の(11)又は(12)のポリペプチド。
(11) 配列番号6に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド。
(12) 配列番号6に記載のアミノ酸配列において1又は2以上のアミノ酸が欠失、付加、又は置換されたアミノ酸配列からなり、かつコレステロール7α-ヒドロキシラーゼ活性を有するポリペプチド。
The following polypeptide (11) or (12):
(11) A polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6.
(12) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, added or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, and having cholesterol 7α-hydroxylase activity.
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