JP2000506373A - TGFβシグナル伝達たんぱく質、遺伝子およびその用途 - Google Patents

TGFβシグナル伝達たんぱく質、遺伝子およびその用途

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、シグナリン関連遺伝子と称する一群の脊椎動物遺伝子によってコードされるタンパク質が、TGFβ上位群のメンバーによって誘導されるシグナル伝達に関与していることを見出したことに基づく。本発明は、例えば、いろいろな脊椎動物をインビトロまたはインビボで形成および/または維持するのに用いることができる組成物および方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 TGFβシグナル伝達たんぱく質、遺伝子およびその用途 発明の背景 パターン形成は、胚細胞が分化組織から成る規則的な空間配置を形成する活動 である。細胞内因性系譜(リネージ)と細胞外因性シグナル伝達(シグナリング )の相互作用により胚形成中に高等生物の身体的複雑性が生じる。初期の身体設 計図の確立から組織系のパターニング、または組織分化中に生じる多様な細胞型 の形成に到る脊椎動物の発生における胚パターニングには誘導相互作用が必須で ある(Davidson,E.,(1990)Development 108:365-389;Gurdon.J.B.,(19 92)Cell 68:185-199;Jessell,T.M.他、(1992) Cell 68:257-270)。発 生における細胞相互作用の影響は多様である。典型的には、反応細胞は、該反応 細胞の非誘導および誘導状態のいずれとも異なる細胞を誘導することにより、あ る経路(ルート)の細胞分化から別の経路へと迂回させられる(誘導)。細胞が 近傍の細胞を誘導してあたかも自分自身のように分化させる場合もある(同質誘 導);また、細胞が近傍の細胞を自分自身のように分化しないようにする場合も ある。発生初期においては細胞相互作用は逐次的であるため、2つの細胞型間の 初期誘導が多様性を漸進的に拡大させることができる。さらに、誘導相互作用は 胚のみならず成体細胞においても起こり、そして、形態形成パターンを樹立し維 持するとともに分化を誘導するよう機能することができる(J.B.Gurdon(1992) ,Cell 68:185-199)。 幾つかのクラスの分泌ポリペプチドが、発生における組織の運命を決定する細 胞間シグナリング(シグナル伝達)を仲介することが知られている。このような シグナル伝達タンパク質の重要なグループの一つは、TGFβ上位群(superfami ly)として知られる分子であり、多くの異なる種において広範な機能を果たす。 この群の分子は、当初、アミノ末端シグナル配列を有し且ついろいろな大きさの プロドメインを有する大きな前駆体分子として合成される(Kingsley,D.M.(1 994)Genes Dev.,8:133-146)。次に該前駆体が切断されて、110〜140個のアミ ノ酸から成るカルボキシ末端成熟セグメントが得られる。活性なシグナル伝達 部分は、カルボキシ末端のヘテロダイマーまたはホモダイマーから構成される(M assague,J.(1990)Annu.Rev.CellBiol.,6:597-641)。かくして、該分子 の活性型がそのレセプターと相互作用するが、ここで、この群の分子については 該レセプターは、タイプIおよびタイプIIと呼ばれる特定の位置関係にある2種 類のセリン/スレオニンキナーゼから構成されている(Massague,J.他、(199 2)Cell 69:1067-1070;Miyazono,K.A.他、EMBO J.10:1091-1101)。TG FβはタイプIIレセプターに直接結合し、次にタイプIレセプターを補充しリン 酸化によりそれを変性する。かくしてタイプIレセプターが下流の構成成分にシ グナルを伝達するが、その詳細は未だ不明である(Wrana他、(1994)Nature 370 :341-347)。 TGFβ群に属する幾つかのメンバーは、脊椎動物の発生において顕著な役割 を果たすことが明らかにされている。発生過程のニワトリ神経管の背側にはドー サリン(dorsalin)が優先的に発現される(Basler他、(1993)Cell 73:687-702) これはインビトロで神経冠の増殖を促進し、運動ニューロンの形成を抑制し、こ のことから、背腹軸に沿った神経パターニングにおいて重要な役割を果たしてい ることが判る。ある種の骨形成蛋白質(BMP)は、皮膚下または筋肉内に移植 されると異所性骨および軟骨の形成を誘導することができる(Wozney,J.M.他(1 988) Science 242:1528-1534)。マウスにおいてはBMP5の変異は多くの骨格 要素に影響を与え、成体において外耳サイズの減少や骨折の修復能の減少などを 生じることが見出されている(Kingsley(1994)Genes Dev,8:133-146)。この ような骨組織に対する影響に加えて、BMPは、正常な発生の過程中に他の役割 も果たしている。例えば、BMPは非骨格組織においても発現され(Lyons他、( 1990)Development 109:833-844)、また、発生過程のアフリカツメガエルの胚 にBMP4を注入すると腹面/後方部の中胚葉の形成が促進される(Dale他(1992 )Development 115:573-585)。さらに、BMP5が変異したマウスにおいては、 上述した骨格異常に加えて、各種の軟組織の異常の頻度が高くなっている(Green ,M.C.(1958)J.Exp.Zool.137:75-88)。 アクチビン亜群(subfamily)に属するものは、アフリカツメガエルの発生過程 における中胚葉誘導に重要であることが見出され(GreenおよびSmith(1990)Na ture47:391-394;Thomsen 他(1990)Coll 63:485-493)、また、インヒ ビン類は、当初、下垂体細胞からの濾胞刺激ホルモンの性腺インヒビターとされ ていた。さらに、このシグナル伝達経路のアンタゴニストを用いて、胚組織を外 胚葉に転化することができる(TGFβ仲介シグナルの不存在下における発生の 欠陥経路)。BMP4およびアクチビンは、中和の有効なインヒビターであるこ とが見出されている(Wilson,P.A.およびHemmati-Brivanlou,A(1995)Natur e 376:331-333)。 TGFβ群に属するものが初期の脊椎動物発生において重要であることは、マ ウスのノーダル(nodal)遺伝子にレトロウイルスを挿入することによっても明ら かである。この挿入により、初期胚形成において原条の形成ができなくなり、中 軸中胚葉が欠失し、そして、外胚葉および胚体外外胚葉が過剰産生される(Conl on他(1991) Development 111:969-981;Iannaccone他(1991)Dev.Dynamics 194 :198-208)。予測されたnodal遺伝子産物は、以前の研究と一致しており、noda lがアクチビンおよびBMPに関連していることを示している(Zhou他、(1993) Nature 361:543-547)。TGFβ群に属するものが生殖器官の発生に果たす役割 についても研究されている。すなわち、脊椎動物の雄性発生過程においてはミュ ラー管抑制物質が機能して、卵管および子宮を形成する胚管系の退行を起こす(L eeおよびDonahoe(1993)Endocrinol.Rev.14:152-164)。 シグナル伝達(シグナリング)分子のうちTGFβ群に属するものは、さらに 、発生後も機能を継続する。TGFβは、上皮細胞、内皮細胞、平滑筋細胞、胎 児肝細胞、骨髄様細胞、赤血球様細胞、リンパ球様細胞などの多くの細胞型に対 して非増殖効果を奏する。TGFβ1を産生することができない動物は、見かけ 上の形態学的異常を伴うことなく誕生まで生存することが見出されてる(Shull 他(1992)Nature 359:693-699;Kulkarni他(1993)Proc.Natl.Acac.Sci.90 :770-774)。しかしながら、該動物は、多くの器官に大量の免疫浸潤が生じる ために離乳齢頃に死亡してしまう。このようなデータは、リンパ球増殖に対して TGFβが抑制効果を有するということと一致している(Tada他(1991)J.Immuno l 146:1077-1082)。他の別の系においては、マウスの乳組織内でTGFβトラ ンスジーンが発現することにより、生的成熟および妊娠中の乳組織の発達および 分泌機能が抑制されることが示されている(Jhappan,C.他(1993)EMBO J.12 :1835-1845;Pierce,D.F.他(1993)Genes Dev.7:2308-2317)。このよ うな抑制効果に加えて、TGFβは他の細胞型の増殖を促進することもでき、こ のことは、血管新生や結合組織細胞の増殖における役割から明らかである。これ らの活性に因り、創傷の治癒において重要な役割を果たす(Kovacs,E.J.(19 91)Immunol.Today 12:17-23)。 発明の概要 本発明は、脊椎動物内で発現される新規な一群(family)の遺伝子および遺伝子 産物を発見したことに基づくものであり、該遺伝子を以後「シグナリン(signali n)」遺伝子群と呼び、また、その産物(生成物)を「シグナリン」タンパク質と 呼ぶ。シグナリン遺伝子は、リガンドのうち形質転換性成長因子β(Transformi ng Growth Factorβ:TGFβ)上位群(superfamily)の下流に作用する細胞内 タンパク質をコードする。シグナリン遺伝子の生成物は、脊椎動物において中胚 葉誘導、腫瘍抑制ならびに分化組織から成る秩序のある空間配置の形成および維 持に広く関与しており、そして、インビトロおよびインビボのいずれにおいても 各種の脊椎動物組織を生成および/または維持するのに使用したり操作すること ができる。 総括すれば、本発明の特徴は、単離されたシグナリンポリペプチド、好ましく は、本シグナリンポリペプチドの1種またはそれ以上から成る実質的に純粋な調 製物(製剤)を提供することにある。本発明は、さらに、組換えによって産生さ れるシグナリンポリペプチドも提供する。好ましい態様として、該ポリペプチド は以下のような生物学的活性を有するものである:背面中胚葉から誘導される組 織のような中胚葉由来組織の増殖、生存および/または分化を調節する能力;神 経管、神経冠、または頭間葉から誘導される組織のような外胚葉由来の増殖、生 存および/または分化を調節する能力;原腸から誘導される組織のような内胚葉 由来組織の増殖、生存および/または分化を調節する能力。さらに、好ましい態 様においては、本発明のシグナリンタンパク質は、TGFβ群に属する分子に対 するレセプターによって仲介される分子内シグナル伝達経路を調節する能力を有 する。 1つの態様として、該ポリペプチドは、シグナリンタンパク質と同一または相 同性のものである。シグナリンタンパク質の例は、配列番号:14(SEQ ID NO.1 4)、配列番号:15(SEQ ID NO:15)、配列番号:16(SEQ ID NO.16)、配列番号 :17(SEQ ID NO.17)、配列番号:18(SEQ ID NO.18)、配列番号:19(SEQ ID NO .19)、配列番号:20(SEQ ID NO.21)、配列番号:22(SEQ ID NO.22)、配列番 号:23(SEQ ID NO.23)、配列番号:24(SEQ ID NO.24)、配列番号:25(SEQ ID NO.25)、配列番号:26(SEQ ID NO.26)、で表されるものである。脊椎動物シグ ナリン群に類似するものも本発明に包含されるものとする。例えば、配列番号: 14〜16のいずれかで表されるポリペプチドに対して少なくとも60%の相同性のあ るアミノ酸配列を有するシグナリンペプチドも包含され、さらに、それよりも配 列相同性の高いポリペプチド、例えば、相同性が70%、80%、90%またはそれ以 上であるようなものも包含されるものとする。該シグナリンポリペプチドは全長 タンパク質から構成されていてもよい(例えば、配列表に掲記しているもの)が 、さらに、特定のモチーフ/ドメインまたは任意のサイズに対応するフラグメン ト、例えば、少なくともその長さが5、10、25、50、100、150または200個のア ミノ酸から構成されるものであってもよい。好ましい態様として、該ポリペプチ ドまたはそのフラグメントは、アゴニストまたはアンタゴニストとして作用する ことにより、形質転換性成長因子β(TGFβ)に対するレセプターのシグナル 伝達活性を特異的に調節するものである。 好ましい態様の1つとして、本発明は、40kdから70kdの範囲の分子量を有する 精製されたまたは組換えによるポリペプチドに関する。例えば、αおよびβ亜群 (サブファミリー)(後述)に属する好ましいシグナリンポリペプチド鎖は、45 kdから約55kdの範囲、特に好ましくは50〜55kdの範囲の分子量を有する。別の例 としては、γ亜群(サブファミリー)に属する好ましいシグナリンポリペプチド 鎖は、60kdから約70kdの範囲、特に好ましくは63〜68kdの範囲の分子量を有する 。 他の態様として、シグナリンポリペプチドは、配列番号:28(SEQ ID N0:28) で示される一般式で表されるシグナリンモチーフを含む。好ましい態様において は、該シグナリンモチーフは、配列番号14〜26のいずれかで表されるシグナリン モチーフに対応する。別の態様として、本発明のシグナリンポリペプチドは、配 列番号:27(SEQ ID NO:27)の一般式で表されるνドメインを含む。好ましい態 様においては、該ν領域は、配列番号:14〜26の1つで示されるνドメインに対 応する。別の好ましい態様として、本発明のシグナリンポリペプチドは、配列番 号:29(SEQ ID NO:29)の一般式で表されるχドメインを含む。好ましい態様に おいては、該χ領域は、配列番号14〜26の1つで示されるχドメインに対応する 。他の好ましい態様として、本発明のシグナリンポリペプチドは、刺激または拮 抗作用により、TGFβに対するレセプターによって仲介される細胞内経路を調 節することができるものである。さらに別の好ましい態様として、該ポリペプチ ドは以下の一般式で表されるアミノ酸配列を有するものである:LDGRLQVSHRKGLP HVIYCRVWRWPDLQSHHELKPXECCEXPFXSKQKXV。さらに別の態様においては、本発明の シグナリンポリペプチドは以下の一般式で表されるアミノ酸配列を有する:LDGR LQVAGRKGFPHVIYARLWXWPDLHKNELKHVKFCQXAFDLKYDXV。さらに別の態様として、本 発明のシグナリンポリペプチドは、以下の一般式で表されるアミノ酸配列を有す るものである:LDGRLQVXHRKGLPHVIYCRLWRWPDLHSHHELKAIENCEYAFNLKKDEV。 別の好ましい態様として、本発明は、シグナリンタンパク質由来の精製された 、または組換えによるポリペプチドフラグメントであって、該ポリペプチドが野 性型のシグナリンタンパク質の活性を調節する(例えば、模倣または拮抗する) 能力を有するようなポリペプチドフラグメントに関する。好ましくは、該ポリペ プチドフラグメントはシグナリンモチーフを含む。 さらに、後述するように、本発明に従う好ましいシグナリンポリペプチドは、 天然に存在する形態のタンパク質の生物学的活性のアゴニスト(例えば、模擬体 (mimics))、あるいはアンタゴニストのいずれかになり得るものであり、例えば 、該ポリペプチドは、天然のシグナリンタンパク質に応答する細胞の分化および /または増殖および/または生存を調節することができるものである。本発明の シグナリンタンパク質のホモログ(相同体)としては、該タンパク質の変形であ って、例えば、修飾部位(チロシン、スレオニン、セリンまたはアスパラギン残 基など)を変化させる変異により翻訳後修飾(変性)に抵抗性のあるもの、また は該タンパク質に関連する酵素活性を不活性化するものが挙げられる。 本タンパク質は、さらに、キメラ分子、例えば、融合タンパク質の形態で提供 することもできる。例えば、シグナリンポリペプチドとは無関係(異質)のアミ ノ酸配列を有する第2のポリペプチドから成る第2のポリペプチド部分を含む組 換え融合タンパク質として本発明のシグナリンタンパク質を提供することができ 、ここで、該第2のポリペプチド部分は、例えば、グルタチオン−s−トランス フ ェラーゼ、アルカリホスファターゼのような酵素活性部分、エピトープタッグで ある。 好ましい態様において本発明のシグナリンポリペプチドは、TGFβレセプタ ーからのシグナル伝達を調節する。例えば、本発明のシグナリンポリペプチドに は、dpp群に属するもの、例えば、dpp、BMP2またはBMP4用のTG Fβレセプターの伝達を調節し得るものがある。別の好ましい態様として、本発 明のシグナリンポリペプチドは、dpp群に属するもの以外のTGFβのシグナ ル伝達(シグナリング)を調節する。例えば、該シグナリンポリペプチドには、 BMP5、BMP6、BMP7、BMP8、60A、GDF5、GDF6、GD F7、GDF1、Vg1、ドーサリン(dorsalin)、BMP3、GDF10、ノ ーダル(nodal)、インヒビン、アクチビンTGFβ1、TGFβ2、TGFβ3 、MIS、GDF9またはGDNEの1種またはそれ以上からのシグナル伝達に 関与しているものもある。 さらに別の態様として本発明は、シグナリンポリペプチド、またはそれと相同 性のあるポリペプチドであって、野性型のシグナリンポリペプチドの活性の少な くとも一部分を調節する(例えば模擬したり拮抗する)能力を有するポリペプチ ドをコードする核酸に関与する。ここで、シグナリンポリペプチドの例としては 、配列番号14:(SEQ ID NO:14)、配列番号15:(SEQ ID NO:15)、配列番号16:(SEQ ID NO:16)、配列番号17:(SEQ ID NO:17)、配列番号18:(SEQ ID NO:18)、配列番 号19:(SEQ ID NO:19)、配列番号20:(SEQ ID NO:20)、配列番号21:(SEQ ID NO:2 1)、配列番号22:(SEQ ID NO:22)、配列番号23:(SEQ ID NO:23)、配列番号24:(SE Q ID NO:24)、配列番号25:(SEQ ID NO:25)、配列番号26:(SEQ ID NO:26)、で表 されるものが挙げられる。他の態様として、本発明の核酸は、配列番号:1〜13 の核酸の1種またはそれ以上にストリンジェントコントロール(緊縮調節)下に ハイブリダイズする。好ましい態様において該核酸は、TGFβに対するレセプ ターのシグナル伝達活性をアゴニストまたはアンタゴニストとして作用すること により特異的に調節するポリペプチドをコードする。 他の態様として、本発明の核酸は、配列番号:28(SEQ ID NO:28)で示される 一般式で表されるシグナリンモチーフを含む。好ましい態様において該シグナリ ンモチーフは、配列番号:14〜26のいずれかで表されるシグナリンモチーフに対 応する。他の態様として本発明の核酸は、配列番号:27(SEQ ID NO:27)の一般 式で表されるνドメインを含むアミノ酸配列をコードするものである。好ましい 態様においては該コードされたν領域は配列番号:14〜26のいずれかで表される νドメインに対応する。他の態様として本発明の核酸は、配列番号:29(SEQ ID NO:29)の一般式で表されるχドメインを含む本発明のシグナリンポリペプチド をコードするものである。好ましい態様においては該コードされたχ領域は、配 列番号:14〜26のいずれかによって表されるχドメインに対応する。さらに別の 態様として本発明の核酸配列は、次の一般式で表されるアミノ酸配列を有するポ リペプチドをコードする:LDGRLQVSHRKGLPHVIYCRVWRWPDLQSHHELKPXECCEXPFXSKQK XV。他の態様として本発明の核酸は、次の一般式で表されるアミノ酸配列を有す るポリペプチドをコードする:LDGRLQVAGRKGFPHVIYARLWXWPDLHKNELKHVKFCQXAFDL KYDXV。さらに別の態様として本発明の核酸は、次の一般式で表されるアミノ酸 配列を有するポリペプチドをコードする:LDGRLQVXHRKGLPHVIYCRLWRWPDLHSHHELK AIENCEYAFNLKKDEV。 本発明は、別の態様として、シグナリンポリペプチドをコードするヌクレオチ ド配列を有する単離された核酸を提供する。好ましい態様において、このコード されたポリペプチドは、野性型のシグナリンタンパク質によって仲介される誘導 現象を特異的に模擬しまたは拮抗する。該核酸のコード配列は、配列番号:1〜 13のいずれかに表されるコード配列に同一の配列を含むものであるか、または、 それらの配列の1種以上と相同性を有するにすぎないものでもよい。 さらに、好ましい態様の1つとして、本発明のシグナリン核酸は、転写の調節 配列(例えば、転写プロモータまたは転写エンハンサー配列)であって、シグナ リン遺伝子配列に作動的に連結している配列を含む。そのような調節配列を使用 することにより、シグナリン遺伝子配列を発現ベクターとして使用するのに好適 であるようにすることができる。本発明は、さらに、該発現ベクターによってト ランスフェクションされた細胞(原核または真核のいずれも)を包含し、さらに 、該発現ベクターを用いてシグナリンタンパク質を産生させる方法も包含する。 さらに別の態様として本発明の核酸は、ストリンジェントコントロール下に、 配列番号:1〜13の1種またはそれ以上のセンス配列またはアンチセンス配列の 少なくとも12個の連続したヌクレオチド、好ましくは少なくとも25個の連続した ヌクレオチド、さらに好ましくは少なくとも40個、50個または75個の連続したヌ クレオチドに相応する核酸にハイブリダイズする。 さらに別の態様として、本発明は、免疫原生製剤(調製物)におけるシグナリ ンポリペプチドから成る免疫原に関し、ここで、該免疫原は、シグナリンポリペ プチドに対して特異的な免疫応答(例えば、体液性応答、抗体応答、細胞性応答 )を引き起こすことができるものである。好ましい態様において該免疫原は、配 列番号:14〜26のいずれかによって表されるタンパク質由来の抗原決定基(例え ば、特有の決定基)を含むものである。 さらに、別の態様として本発明は、シグナリン免疫原のエピトープに特異的に 反応する抗体または抗体製剤(調製物)にも関する。 本発明は、さらに、トランスジーンを有する非ヒトトランスジェニック動物 (例えば、マウス、ラット、ウサギ、ニワトリ、カエルまたはブタ)、例えば、 本明細書で説明しているシグナリン遺伝子を異種形態で含む(好ましくは発現す る)ような動物、もしくは内因性のシグナリン遺伝子を誤発現するような動物、 本発明のシグナリンタンパク質の1種またはそれ以上の発現が破壊されるような 動物に関する。このようなトランスジェニック動物は、変異したまたは誤発現さ れたシグナリンアレルを含む細胞障害(疾患)または組織障害(疾患)を研究し たり薬剤のスクリーニング用の動物モデルとして使用することができる。 本発明は、さらに、実質的に純粋なオリゴヌクレオチドであって、ストリンジ ェントコンディション下に、配列番号:1〜13または天然に存在するその変異体 のセンス配列またはアンチセンス配列から成る少なくとも12個の連続したヌクレ オチドにハイブリダイズするヌクレオチド配列の一領域を含むオリゴヌクレオチ ドから成るプローブ/プライマーを提供する。各群の脊椎動物シグナリンタンパ ク質に特異的な核酸プローブ、例えば、αシグナリン、βシグナリンまたはγシ グナリンを区別し得るプローブは本発明に包含されるものとする。好ましい態様 において該プローブ/プライマーは、さらに、それらに結合され検出され得るよ うになったラベル(標識)を含有する。該ラベルは、例えば、ラジオアイソトー プ、蛍光性化合物、酵素および酵素コファクターから成る群より選ぶことができ る。本発明のプローブは、あるシグナリンタンパク質の誤発現に関連する機能障 害を同定するための診断テストキットの一部として使用することができ、例えば 、 患者の血清サンプル中のシグナリンタンパク質をコードする核酸のレベルを検出 したり、細胞中のシグナリンmRNAのレベルを測定したり、または、ゲノムの シグナリン遺伝子が変異したり欠失したりしたかを調べることができる。本発明 に従うこれらの所謂「プローブ/プライマー」は、さらに、「アンチセンス」療 法、すなわち、当該シグナリンタンパク質の1種またはそれ以上をコードする細 胞mRNAおよび/またはゲノムDNAと細胞条件下で特異的にハイブリダイズ (例えば結合)するオリゴヌクレオチドプローブまたはそれらの誘導体を投与し たりインサイチュー生成させることにより該タンパク質の発現を抑制(例えば、 転写および/または翻訳を抑制することにより)する治療の一部として使用する こともできる。好ましくは、該オリゴヌクレオチドは、少なくとも12個のヌクレ オチドから成る長さのものであり、20個、40個、50個、または70個のようなヌク レオチドから成る長さのプライマーも可能である。 さらに別の態様として本発明は、シグナリンタンパク質とシグナリン結合性タ ンパク質または核酸配列との間の相互作用の抑制剤、または促進剤としての試験 化合物をスクリーニングする分析法(アッセイ)を提供する。例えば、その方法 は、(i)シグナリンポリペプチドまたはそのフラグメント、シグナリン結合性 成分、および試験化合物を、例えば、該試験化合物がなければ、該シグナリンタ ンパク質と該結合性成分が相互作用し得るような条件下に、混合する工程;およ び(ii)該シグナリンタンパク質と該結合性成分とを含むコンプレックスの形成を 、該コンプレックスを直接定量するか、または、該シグナリンタンパク質の誘導 効果を測定することにより検出する工程を含む。試験化合物の存在下に(該試験 化合物の不存在下の場合に比べて)コンプレックスの形成に統計学的に有意の変 化(例えば減少)があれば、シグナリンタンパク質とその結合性成分との間の相 互作用の調節(例えば抑制)があることを示唆することになる。 本発明は、さらに別の態様として、シグナリン誘導に応答する哺乳動物細胞の 成長、分化または生存の一種以上を調節する方法に関する。概括すれば、該方法 は、インビボ、インビトロまたはインサイチューで実施されるか否かを問わず、 該細胞を有効量のシグナリンポリペプチドで処理して、シグナリン処理を行わな い場合に比べて、細胞の(i)成長速度、(ii)分化、または(iii)生存のうちの少な くとも1つを変化させることから成る。すなわち、本発明の方法は、該細胞に 対し天然に存在するシグナリンタンパク質と同様の効果を与えるポリペプチドを 用いて、さらに、該細胞に対し天然に存在するシグナリンタンパク質が与える効 果を拮抗するようなポリペプチドを用いて実施することができる。好ましい態様 においては、本発明の方法において用いられる該シグナリンポリペプチドは、脊 椎動物源から得られるもの、例えば脊椎動物シグナリンポリペプチドである。例 えば、好ましいポリペプチドとして、配列番号:14(SEQ ID NO:14)、配列番号: 15(SEQ ID NO:15)、配列番号:16(SEQ ID NO:16)、配列番号:17(SEQ ID NO:17) 、配列番号:18(SEQ ID NO:18)、配列番号:19(SEQ ID NO:19)、配列番号:20(S EQ ID NO:20)、配列番号:21(SEQ ID NO:21)、配列番号:22(SEQ ID NO:22)、配 列番号:23(SEQ ID NO:23)、配列番号:24(SEQ ID NO:24)、配列番号:25(SEQ I D NO:25)、配列番号:26(SEQ ID NO:26)、のいずれかで表されるアミノ酸配列( 生物活性のあるそのフラグメントを含む)と同一または相同性のあるアミノ酸配 列を有するものが挙げられる。さらに、本発明は、シグナリンポリペプチドの他 の後生動物(例えば、無脊椎動物)ホモログ(相同体)または生物活性のあるそ のフラグメント(本発明の脊椎動物由来のフラグメントと等価なもの)を使用す ることにも関する。 1つの態様として本発明の方法は、精巣細胞を処理して、精子生成を調節する ことを含む。別の態様として本発明の方法は、シグナリンポリペプチドで骨形成 細胞を処理することにより骨形成を調節するのに用いられる。同様に、被処理細 胞が軟骨形成細胞である場合には、本発明の方法は軟骨形成を調節するのに用い られる。さらに別の態様として、シグナリンポリペプチドを用いて神経細胞の分 化を調節することもでき、例えば、本発明の方法を用いて、ニューロン細胞の分 化を引き起こし、ニューロン細胞を或る分化状態に維持し、および/またはニュ ーロン細胞の生存を増進させることにより、例えば、アポプトシスその他の細胞 死を防止することができる。例えば、本発明の方法を用いて、運動ニューロン、 コリン作動性ニューロン、ドープ作動性ニューロン、セロテン作動性ニューロン 、ペプチド作動性ニューロンのようなニューロン細胞の分化を変化させることが できる。 本発明の方法は、例えば、神経細胞やその他の細胞であって、その生存状態ま たは分化状態がシグナリンの機能に依存する細胞の培養におけるような細胞培養 技術に適用することができる。さらに、シグナリンアゴニストおよびシグナリン アンタゴニストを用いて治療手術を行うことができ、例えば、中枢神経系および 末梢神経系の双方においてニューロンやその他の神経細胞の生存や維持を増進さ せることができ、また、他の外胚葉パターニングとともに中胚葉および中胚葉分 化過程のような脊椎動物の器官発生経路に影響を与えることができる。1つの態 様として、例えば、本発明の方法を実施して、動物における細胞成長、細胞分化 または細胞生存を調節するが、このために、該方法は、治療上有効量のシグナリ ンポリペプチドを投与して、シグナリン処理を行わない場合に比べて、該動物中 の1種またはそれ以上の細胞型の(i)成長速度、(ii)分化または(iii)生存のうち の少なくとも1つを変化させることから成る。 本発明は、別の態様として、被検体、例えばヒトの患者が望ましくない細胞増 殖または異常な分化制御に起因する障害(疾患)の危険性があるか否かを判定す る方法を提供する。該方法は、被検体の組織において(i)シグナリンタンパク質 、例えば配列番号:14〜26のいずれかで表されるシグナリンタンパク質またはそ のホモログをコードする遺伝子の変異;または(ii)シグナリン遺伝子の誤発現の うちの少なくとも1つによって特徴づけられる遺伝子障害(損傷)の存否を検出 することを含む。好ましい態様においては遺伝子障害の検出は以下の少なくとも 1つが存在することを確認することによって行われる:シグナリン遺伝子からの 1個以上のヌクレオチドの欠失;該遺伝子への1個以上のヌクレオチドの追加; 該遺伝子の1個以上のヌクレオチドの置換;該遺伝子の全体的な染色体の再配置 ;該遺伝子のメッセンジャーRNA転写レベルの変化;該遺伝子のメッセンジャ ーRNA転写の非野性型スプライシングパターンの存在;またはタンパク質の非 野性型レベル。 例えば、遺伝子障害を検出するには、(i)シグナリン遺伝子、例えば配列番 号:1〜13のいずれかで表される核酸、または天然に存在するその変異体、また は該シグナリン遺伝子に結合した天然の5’または3’フランギング配列のセン スまたはアンチセンス配列にハイブリダイズするヌクレオチド配列の領域を含有 するオリゴヌクレオチドを含むプローブ/プライマーを提供し;(ii)該プローブ /プライマーを組織の核酸と接触させ;さらに(iii)該プローブ/プライマーと 該核酸のハイブリダイゼーションにより遺伝子障害の有無を検出し;例えば、該 プ ローブ/プライマーを利用してシグナリン遺伝子のヌクレオチド配列、また、必 要に応じて、フランキング核酸配列のヌクレオチド配列を測定することにより該 障害を検出する。例えば、該プローブ/プライマーは、ポリメラーゼ連鎖反応( PCR)またはライゲーション連鎖反応(LCR)において用いることができる 。別の態様においては、シグナリンタンパク質に特異的に免疫応答性のある抗体 を用いるイムノアッセイによりシグナリンタンパク質のレベルを検出する。 本発明を実施するには、特にことわらない限り、細胞生物学、細胞培養、分子 生物学、トランスジェニック生物学、微生物学、組換えDNA、および免疫学に おいて慣用され当該分野で知られた技術を用いる。そのような技術は文献に詳述 されている。例えば、参照すべきものとして以下のものが挙げられる:Molecula r Cloning A Laboratory Manual,2nd Ed.,Sambrook,FritschおよびManiatis 編(Cold Spring Harbor Laboratory Press:1989);DNA Cloning,Volumes I and II(D.N.Glover ed.,1985);Oligonucleotide Synthesis(M.J.Gaited. ,1984);Mullis他、米国特許第4,683,195号;Nucleic Acid Hybridization(B .D.Hames&S.J.Higgins eds.1984);Transcription And Translation(B. D.Hames&S.J.Higgins eds.1984);Culture Of Animal Cells(R.I.Freshn ey,Alan R.Liss,Inc.,1987);Immobilized Cells And Enzymes(IRL Press ,1986);B.Perbal,A Practical Guide To Molecular Cloning(1984); 論文Methods In Enzymology(Academic Press,Inc.,N.Y.);Gene Transfer Vectors For Mammalian Cells(J.H.Miller and M.P.Calos eds.,1987,Col d Spring Harbor Laboratory);Methods In Enzymology,Vols.154and 155 (W u et al.eds.),Immunochemical Methods In Cell And Molecular Biology(Ma yerおよびWalker編、Academic Press,London,1987);Handbook Of Experimen tal Immunology,Volumes I-IV(D.M.Weir and C.C.Blackwell,eds.,1986 );Manipulating the Mouse Embryo,(Cold Spring Harbor Laboratory Press ,Cold Spring Harbor,N.Y.,1986)。 本発明のその他の特徴および効果は、以下の詳細な説明および請求の範囲から 明らかであろう。 図面の簡単な説明 図1は、本明細書において記述するシグナリンタンパク質の生物学的活性を試 験するのに用いたモデル系を図示するものである。 図2は、対照用胚、シグナリン1またはシグナリン2を注入した胚由来のアニ マルキャップ外植片の形態を示す。 図3は、対照用胚、シグナリン1を注入した胚、シグナリン2を注入した胚由 来のアニマルキャップ外植片の組織学的観察結果を示す。 図4は、PCRにより検出された、注入胚中の各種マーカーRNAの発現の様 子を示すオートラジオグラムである。ブラキュリ(Brachyury)は一般的な中胚葉 マーカーである。グースコイド(goosecoid)は背面中胚葉マーカーである。Xwnt- 8は、腹面−側部中胚葉のマーカーである。アクチンは背面中胚葉のマーカーで ある。NCAMは神経組織のマーカーである。EF−1αは遍在的に発現され、 そして、各反応に含まれるRNAの量に対する対照(コントロール)として機能 する。「E」と表示したレーンは、全胚からハーベストした総RNA(全RNA )を含有し、陽性対照(コントロール)である。「−RT」と表示したレーンは 、該陽性対照レーンと同一であるが、逆転写酵素が含まれておらず、陰性対照( コントロール)として機能する。「S1」および「S2」と表示したレーンは、 それぞれ、xe−シグナリン1およびxe−シグナリン2が注入された胚由来のサン プルに対応する。 図5は、シグナリン群(family)が少なくとも3つの異なる亜群(sub-familie s)に分類され得ることを示すマトリックスである。黒く斜線を施した枠は、シグ ナリンモチーフについて>10のミスマッチがあることを表している。 図6は、各種のヒトシグナリンタンパク質(hu−シグナリン1〜7;配列番号 (SEQ ID NO):18〜24)およびアフリカツメガエルシグナリンタンパク質(xe −シグナリン1〜4;(SEQ ID NO):14〜17)のアミノ酸配列を比較するための アラインメント(並置表)である。 図7A〜図7Cは、Xeシグナリンによる中胚葉の投与量依存性誘導を示すオー トラジオグラムである。 図7Aは、Xeシグナリン2を注入し、原腸胚期11(初期)またはオタマジャク シ期38(後期)のいずれかまで培養した動物極における各種のマーカーRNAの 発現を示すオートラジオグラムである。RNAの発現はポリメラーゼ連鎖反応( PCR)によって検出した。マーカーとレーンについては図4に示したとおりで あるが、陰性対照にはマイナス符号(−)を付けている。 図7Bは、Xeシグナリン1を注入し、オタマジャクシ期38まで培養した動物極 における各種のマーカーRNAの発現を示すオートラジオグラムである。いろい ろな濃度のXeシグナリン1を発現するアニマルポールから総RNAをハーベスト してPCRにより検出した。Xeシグナリン1は腹面中胚葉の発現のみを誘導し、 背面中胚葉の発現は誘導しない。注目すべきは、高投与量においても筋肉アクチ ンの発現(背面中胚葉)が存在しないということである。 図7Cは、Xeシグナリン1(Xmad 1と記すこともある)およびXeシグナリン 2(Xmad 2と記すこともある)の同時発現後の動物極における各種のマーカーR NAの発現を示すオートラジオグラムである。 図8は、アフリカツメガエルの発生過程中のXeシグナリン1(Xmad 1)および 2(Xmad 2)のRNA発現を示すオートラジオグラムのパネルである。 上部は、Xeシグナリン転写体が初期アフリカツメガエル胚内で均一に発現され ていることを示すオートラジオグラムである。第8期の胞胚をほぼ3分の1ずつ 切開してアニマル(A)、マージナル(M)、またはベジタル(V)とし、そし て、総RNAをハーベストした。第10期に、背面(D)および腹面(V)周辺( マージナル)領域を外植し、総RNAをハーベストした。RT−PCRによりR NAを分析して、Xeシグナリン1、Xeシグナリン2およびEF−1α転写体の存 在を調べた。その他の対照レーンは図4に記述しているとおりである。 下部は、Xeシグナリンの発現が中胚葉誘導によって影響されないことを示すオ ートラジオグラムである。胞胚期動物極キャップ(アニマルキャップ)を切開し 、対照用緩衝液(C)、130MのBMP−4タンパク質(B)、または2.3nMの アクチビオンタンパク質(A)中で培養した。40分間隔でRNAをハーベストし (最終時点は初期原腸胚期10.5に等しい)、RT−PCRにより分析してXeシグ ナリン1(M1)、Xeシグナリン2(M2)、brachyury(Bu)およびEF− 1α(EF)転写体の存在を調べた。他の対照のレーンは図4に記載したとおり であるが、陰性対照にはマイナスの符号(−)を付けている。 図9A〜図9Dは、Xeシグナリンがレセプターの下流で機能することを示すも のである。 図9Aは、ドミナントネガティブBMPレセプター(tBR)(2ng)を注 入し、さらにXeシグナリン1(M1)mRNA(2ng)を注入しまたは注入し ない胚由来の第39期アニマルキャップの形態(左欄)および組織学的図(右側) を示す写真である。小胞(V)、間葉および中皮(Me)の存在によって示され るように、該ドミナントネガティブBMPレセプターは、腹面中胚葉のXeシグナ リン1誘導をブロック(阻止)しない。 図9Bは、ドミナントネガティブBMPレセプターを注入した動物極における 各種マーカーRNAの発現を示すオートラジオグラムである。tBR(2ng) 、Xeシグナリン1(Xmad 1;2ng)、またはXeシグナリン1(M1)とtBR (2ng)を混合したものを胚に注入し培養して、図4に示すように第39期アニ マルキャップRNAを分析した。 図9Cは、Xeシグナリン1(Xmad1)が、切端レセプターの影響を逆転するこ とを示すオートラジオグラムである。ドミナントネガティブBMPレセプター( tBR)(4ng)をXmad 1(M1)mRNA(2ng)とともにもしくはそれ を用いず、または、ドミナントネガティブアクチビンレセプター(tAR)(2 ng)をXmad1(M1)mRNA(2ng)とともにもしくはそれを用いず、胚 に注入した。該切端レセプターは、TGF−βシグナルをブロックすることによ り、N−CAMを発現させる。Xeシグナリン1(Xmad 1)が同時に発現すると、 この効果が逆転する。 図9Dは、ドミナントネガティブアクチビンレセプター(tAR)は、背面中 胚葉のXeシグナリン2(Xmad 2)誘導をブロック(阻止)しないことを示すオー トラジオグラフのパネルである。ドミナントネガティブアクチビンレセプター( tAR(2ng)、Xeソクナリン2(2ng)、またはXeシグナリン2(M2) をtAR(2ng)と混合したものを胚に注入し、原腸胚期(初期)またはオタ マジャクシ期(後期)までアニマルキャップを培養した。 図10は、Xeシグナリンタンパク質が核およびサイトゾルに存在していることを 示すオートラジオグラムである。 発明の詳細な説明 脊椎動物の組織の発生および維持において特に重要であるのは、誘導と呼ばれ 、 隣接する細胞層や組織間で生じる細胞外コミュニケーション(伝達)である(Sax en他(1989)Int.J.Dev.Biol.33:21-48;Gurdon他(1987)Development 99:28 5-306)。誘導性相互作用においては、1つの細胞集団から分泌された化学的シグ ナル(信号)が、第2の細胞集団の発生上の運命に影響を与える。一般的には、 誘導性シグナルに応答した細胞は運命が変えられ、シグナル伝達する細胞の運命 と同じではない。誘導性シグナルは、発生の過程で組織のパターニング(パター ン形成)を決定するように機能する重要な調節タンパク質によって伝達される。 例えば、TGFβ亜群によって仲介されるシグナルは、脊椎動物の組織誘導に関 与することをはじめとして多種の役割を果たしていることが示されている。 本発明は、本明細書において「シグナリン(Signalins)」と称する一群の脊椎 動物遺伝子であって、TGFβ亜群に属するものによって開始される細胞間シグ ナル伝達経路において機能し、組織の運命や維持を決定するのに役割を果たす遺 伝子を発見したことに基づくものである。例えば、下記の結果から示されるよう に、脊椎動物シグナリン遺伝子によってコードされるタンパク質は各種の胚組織 および成体組織の発生および維持の調節に寄与することができる。例えば、胚誘 導中に、特定のシグナリンは、背面中胚葉および腹面中胚葉のいずれの分化およ びパターニグ(パターン形成)に関与している。 本発明によって提供される脊椎動物シグナリン遺伝子群または遺伝子産物(生 成物)群は、少なくとも7種のものから成ると考えられ、それらは、シグナリン 群(family)に属する少なくとも3種類の異なる亜群に分類することができる。 この脊椎動物シグナリンは、配列および機能のいずれにおいても、キイロショウ ジョウバエ(drosophila)およびC .elegansMAD遺伝子に類似しているようであ る(Sekelsky他(1995) Genetics 139:1347)。脊椎動物シグナリンに相応する cDNAを、当初、アフリカツメガエルからクローニングして、Xe−シグナリン 1〜4と命名した。実施例に記述するように、このアフリカツメガエルシグナリ ンのクローニング由来の縮重プライマーを用いてこの遺伝子群のヒトホモログ( 相同体)をクローニングした。その結果、少なくとも7種類の異なるヒトシグナ リン転写体を同定したので、これをHu−シグナリン1〜7と命名した。下記の表 1に各シグナリンクローンについてのヌクレオチド配列とアミノ酸配列に対する 配列番号(SEQ ID)の一覧を示す。 表1 配列表に示すシグナリン配列の一覧 見かけの分子量から、脊椎動物シグナリンタンパク質群のサイズは、非修飾ポ リペプチド鎖について、約45kdから70kdの範囲にあると考えられる。例えば、Xe −シグナリン1および3は約52.2kdの見かけの分子量を有し、Xe−シグナリン2 は約52.4kdの見かけの分子量を有し、また、Xe−シグナリン4は約64.9kdの 見かけの分子量を有する。 該脊椎動物シグナリンの配列を分析すると、これまで同定されているドメイン またはモチーフと明らかな類似性は示されなかった。しかしながら、各全長クロ ーンがシグナル配列を欠いているという事実、およびシグナリンタンパク質が核 および細胞質の両方において検出され得るという観察結果から、該脊椎動物シグ ナリン遺伝子は分子内タンパク質をコードするものであることが分かる。 叙上のことにも拘わらず、それらをクローンを注意深く調べると、少なくとも 2種類の新規なドメインが示唆されており、その一方または両方が脊椎動物シグ ナリン群に特徴的なものであるかも知れない。該シグナリン群のうち保存されて いると考えられる第1の構成要素(エレメント)は、該分子のN−末端部分に存 在しており、「νドメイン」と命名することにする。Xe−シグナリン−1に関し ては、該νドメインはアミノ酸残基Leu37〜Val30に対応している。複数の 脊椎動物シグナリンクローンをアラインメントさせると、このエレメントは以下 の共通配列で表される:LVKKLK-X(1)-CVTI-X(2)-RXLDGRLQVXXRKGXPHVIYXRWXWPDL X(3)-VCXNPYHYXRV(配列番号:27、SEQ ID NO.27)。ここで、X(1)は約17〜 25の残基を表し、X(2)は約1〜35の残基を表し、X(3)は約20〜25の残基 を表し、そして、その他のXは任意のアミノ酸を表すが、好ましくは、添付した 配列表の対応する脊椎動物シグナリン配列に示すアミノ酸を表す。 該νドメイン内に、脊椎動物シグナリン間においてのみならず、それに類似し ているキイロショウジョウバエ(drosophila)およびC .elegans MADポリペプチ ド間においても高度に保存されているモチーフが存在する。すなわち、このモチ ーフ(本明細書においては「シグナリン−モチーフ(signalin-motif)」と称する )は以下の共通配列を含む:LDGRLQVXXRKGXPHVIYXRWXWPDL(配列番号:28、(SEQ ID NO.28)。ここでも、各Xはそれぞれ独立して任意の単一のアミノ酸配列を表 すが、好ましくは、添付した配列表の対応する脊椎動物シグナリン配列に示され るアミノ酸残基を表す。 もう1つのモチーフはシグナリン群のC−末端部分に存在する。本明細書で「 χモチーフ(χmotif)と称するこのモチーフは、Xe−シグナリン−1のアミノ酸 残基Leu405〜Leu450に対応する。ここでも配列分析を行った脊椎動物クローンを アラインメントさせることにより、該χモチーフは次の共通配列によって表すこ とができる:LXXXCXXRXSFVKGWGXXXXRQXXXXTPCWIEXHLXXXLQXLDXVL(配列番号:29 、(SEQ ID NO.29)。ここで、各Xは、それぞれ独立して任意の単一のアミノ酸を 表すが、好ましくは、添付した配列表の対応する脊椎動物シグナリン配列に示さ れるアミノ酸を表す。 特定の理論に拘泥する意図はないが、保存型と思われるモチーフ(シグナリン モチーフ)の1つを分析すると、該シグナリンタンパク質群は少なくとも3種類 の異なる亜群(sub-families)に分類することができる。図5および図6に示さ れるように、Xe−シグナリン1および3ならびにhu−シグナリン1、3および7 が、シグナリンの1亜群(「α−亜群(α−サブファミリー)」または「α−シ グナリン」)を構成していると考えられる。同様に、Xe−シグナリン4ならびに hu−シグナリン4および2が第2の亜群(「β−亜群(β−サブファミリー)」 または「β−シグナリン」)を構成し、そして、Xe−シグナリン2ならびにhu− シグナリン5および6が第3の亜群(「γ−亜群(γ−サブファミリー)」また は「γ−シグナリン」)を構成する。α−亜群に属するものの間でシグナリンモ チーフ近傍のアミノ酸配列を比較することにより、LDGRLQVSHRKGLPHVIYCRVWRWPD LQSHHELKPXECCEXPFXSKQKXV(配列番号:30、SEQ ID NO.30)で表されるシグナリ ンモチーフの共通配列が明らかである。同様に、β亜群およびγ亜群は、それぞ れ、シグナリンモチーフ共通配列LDGRLQVAGRKGFPHVIYARLWXWPDLHKNELKHVKFCQXAF DLKYDXV(配列番号:31、SEQ ID N0.31)およびLDGRLQVXHRKGLPHVIYCRLWRWPDLHS HH-ELKAIENCEYAFNLKKDEV(配列番号:32、SEQ ID NO.32)によって特徴づけられ る。 さらに、後に記述するように、上記の構成要素の1種以上の保存に基づく発現 配列タッグ(EST)ライブラリーにヒトシグナリン遺伝子の一部が確認された 。これらの構成要素の分析に基づき、適当なESTフラグメントを連結し且つ該 EST配列中のエラー(例えば、フレームシフトエラー)を修正することにより 、連続するヒトシグナリンDNA配列を明らかにした。 すなわち、該EST配列の特定部分からヒトcDNAのN−末端フラグメント を組み立て、クローニングしたヒト配列hu−シグナリン1のシグナリンモチーフ を導入した。得られた170個の残基から成るフラグメント(配列番号:12(SEQ ID NO.12)(ヌクレオチド)および配列番号:25(SEQ ID NO.25)(アミノ酸)によ って表される)は、α亜群に属し、該シグナリンモチーフの外側でもα亜群に属 する他のメンバーと実質的な相同性を有する。 同様の手法により、アフリカツメガエルシグナリンクローンに基づくEST配 列からヒトシグナリンクローンの121個の残基から成るC−末端部を組み立てた 。得られたフラグメントのヌクレオチド配列(配列番号:13、SEQ ID NO.13)お よびアミノ酸配列(配列番号:26、SEQ ID NO.26)を分析することにより、Xe− シグナリン2に最も類似しており、したがって、γ亜群に属する転写体の一部と 考えられることが明らかになった。 鋳型としてEST配列を用いてヒトの推定配列を求めた後、全長ヒトシグナリ ンクローンを単離した。この全長配列は、配列番号:5(SEQ ID NO.5)(ヌク レオチド)および配列番号:18(SEQ ID NO.18)(アミノ酸)に示す。 さらに、本実験の結果から、該シグナリン群は、上記の6種類のアフリカツメ ガエルクローンおよび7種類のヒトクローンよりも有意に大きいことが示されて いる。したがって、他の亜群における場合と同様に、上記のように命名した3種 類の亜群のそれぞれに属するものが実在すると考えられる。また、異なる脊椎動 物種間に実質的な相同性(ホモロジー)が存在するという事実は、本発明によっ て提供されるシグナリン配列が、他の脊椎動物(魚、鳥類、ならびに他の両生類 および哺乳類など)からシグナリンホモログ(相同体)をクローニングするのに 使用し得ることを示している。 実験事実は、シグナリン類が、TGFβ上位群のメンバーによって仲介される シグナル伝達において機能的役割を果たすことを示している。後に詳述するよう に、単細胞胚中での異所(ectopic)発現により幾つかのシグナリンの機能を調ベ た。例えば、胞胚期においてアニマルキャップを外植し、同胞コントロール胚が 第11期(胞胚期、初期)または第38期(オタマジャクシ期、後期)のいずれかに 到達するまで培養した。培養後、外植片の形態、組織および分子マーカーを調べ た。実施例において詳述するように、Xe−シグナリン1をコードするmRNAは 外胚葉を腹面中胚葉に変化させ、これは、背面マーカー、筋肉アクチンまたはN CAMを発現しないが、腹面マーカー(グロビン)を発現する。これらのデータ から、BMPのシグナル伝達カスケードにおけるXe−シグナリン1の重要性が明 らかである。同様の方法を用いてXe−シグナリン2の役割を調べた。後の実施例 に示すように、Xe−シグナリン2も動物極の運命を変化させて外胚葉から中胚葉 にする。但し、Xe−シグナリン1とは対照的に、Xe−シグナリン2で誘導された 中胚葉は背面であるという特徴がある。Xe−シグナリン2は分子マーカー(brac hyury、Xwnt-8、goosecoidおよびアクチン)の発現を誘導し、このことも背面中 胚葉の存在を示唆している。この事実から、TGFβ、Vg1およびアクチンの シグナル伝達カスケードにおけるXe−シグナリン2の重要性が分かる。これらの データに基づき発生過程の脊椎動物胚における成長とパターニングを総合的に理 解することができ、例えば、中胚葉および/または外胚葉由来の組織に生じる 疾患の治療に関して重要な示唆を得ることができる。 後述するその他の一連の実験によれば、シグナリンの少なくとも幾つかは翻訳 後に修飾(変性)を受ける。例えば、リン酸化された該タンパク質が検出されて いる。さらに、核局在型のシグナリンタンパク質が分子量を若干変化させサイト ゾル型に修飾されたと考えられることもある。そのような修飾は、例えば、リン 酸化、ユビキチン化、アシル化等の形態で起こる。シグナリンの翻訳後修飾は、 局在化をもたらし、また、タンパク質−タンパク質相互作用および/またはタン パク質−DNA相互作用にも寄与すると考えられ、あるいは、シグナリンの本来 的な酵素活性の変化または該タンパク質の安定性(例えば、その半減期)の変化 を生じさせる。 さらに、脊椎動物シグナリン遺伝子産物(生成物は各種の組織内で特異的(選 択的)に発現されるようである。略述すれば、シグナリンモチーフ由来の縮合プ ライマーを用いて、各種の組織からヒトcDNAを増殖させた。腎臓、肝臓、胚 、乳腺、すい臓、脾臓、精巣および胸腺のそれぞれについてのPCR反応におい て、シグナリンPCR生成物に正確に対応するサイズのところで強い主要バンド が見られた。このデータの重要なところは、多様な範囲の成体組織にわたってシ グナリン遺伝子生成物が発現されるということである。 後述の「A-tract」配列分析により、各組織において多くの異なるシグナリン 転写体が発現され得ること、そして、発現のパターンは組織のタイプ毎に異なる ことが示されており、これらのことは、TGFβ上位群(superfamily)に属する 個々のメンバーに対する組織特異的応答は、各種の組織間におけるシグナリンの 特異的発現により少なくとも一部は制御され得るという考えを支持する。 この データが強く示唆するように、シグナリン群が多様であることは、TGFβ群の 各メンバーに対する応答性が多様であるという点から重要である。すなわち、或 る1つの細胞が或る特定のTGFβに対して応答する能力、および成長因子によ る誘導に際して該細胞が与える応答のタイプは、少なくとも部分的には、該細胞 内でどのシグナリン遺伝子生成物が発現され、および/または特定のTGFβ因 子から伝達されたシグナルによりどのシグナリン遺伝子生成物が拘束された(あ るいは変性された)かということに依存し得る。例えば、TGFβ群のメンバー による分化シグナル伝達に対しては、特定のシグナリンタンパク質の関与または その化学量論が重要であると考えられる。TGFβ亜群、アクチビン亜群、DV R亜群(さらに特定すれば60A亜群)、総分子因子1(GDF−1)、GDF− 3/VGR−2、ドーサリン(dorsalin)、ノーダル(nodal)、ミュラー管抑制物 質(MIS)、あるいはグリア由来好中性成長因子(GDNF)によるシグナル 伝達において特定のシグナリンタンパク質が特異的に関与すると考えられる。 かくして、本発明は、脊椎動物シグナリンをコードする核酸、シグナリンタン パク質自体、シグナリンタンパク質に免疫応答性のある抗体、およびそれらの物 質の調製に関する。さらに、本発明は、例えば脊椎動物シグナリンホモログの異 常発現(またはその喪失)のような障害(疾患)を検出し治療するための診断法 、治療法および試薬を提供するものである。さらに、シグナリンタンパク質の生 物学的機能を調節し得る薬剤を見つけ出すための薬剤探索法を提供し、そのため に、例えば、TGFβシグナル伝達経路の下流または上流成分に対する脊椎動物 シグナリンの結合製(TGFβレセプターとの相互作用など)を変化させる。そ のような薬剤は細胞の成長および/または分化を変化させて治療を行うのに有用 である。本発明のその他の特徴は以下に記述している。 便宜上、本明細書(実施例および請求の範囲を含むにおいて用いている幾つか の用語についてここで説明する。 ここで用いている「核酸」という語は、デオキシリボ核酸(DNA)および、 該当する場合には、リボ核酸(RNA)のようポリヌクレオチドを指称する。さ らに、この語は、等価なものとして、ヌクレオチドアナログから得られるRNA またはDNAのアナログを包含するものとし、また、例示している態様に該当す る場合には、一本鎖(センスまたはアンチセンス)ポリヌクレオチドおよび二本 鎖ポリヌクレオチドを包含するものとする。 ここで用いている「遺伝子」または「組換え遺伝子」という語は、本発明の脊 椎動物シグナリンポリペプチド〔エクソン配列および(必要に応じ)イントロン 配列を含む〕の1つをコードするオープンリーディングフレームを含む核酸を指 称する。「組換え遺伝子」とは、脊椎動物シグナリンポリペプチドをコードし且 つ脊椎動物シグナリンをコードするエクソン配列を含む核酸を指称するが、染色 体脊椎動物シグナリン遺伝子由来または非関連染色体遺伝子由来のイントロン配 列を含むこともある。本発明の脊椎動物シグナリンポリペプチドをコードする組 換え遺伝子の例は添付した配列表に示されている。「イントロン」という語は、 所与の脊椎動物シグナリン遺伝子に存在するDNA配列であって、タンパク質に 翻訳されず一般的にはエクソン間に見出されるものを指称する。 ここで用いている「トランスフェクション」という語は、核酸を媒体とする遺 伝子移行により受容細胞に核酸(例えば発現ベクター)を導入することを意味す る。「形質転換」とは、細胞が外因性のDNAまたはRNAを取り込むことによ り細胞の遺伝子型が変化させられる過程を指称し、例えば、形質転換細胞は組み 換え型の脊椎動物シグナリンポリペプチドを発現し、あるいは、形質転換された 遺伝子からアンチセンス発現が生じると天然型のシグナリンタンパク質の発現は 起こらなくなる。 ここで用いている「特異的にハイブリダイズする」という語は、本発明のプロ ーブ/プライマーが、少なくとも15個の連続したヌクレオチドから成る脊椎動物 シグナリン遺伝子、例えば、配列番号:1〜13のいずれに示されるシグナリン配 列、またはそれに相補的な配列、または天然に存在するその変異体にハイブリダ イズする結果、シグナリンタンパク質以外のタンパク質をコードする細胞核酸( 例えば、mRNAまたはゲノムDNA)に対して15%以下、好ましくは10%以下 特に好ましくは5%以下のバックグランドハイブリザイゼーションを有するよう にする能力を指称する。好ましい態様においては、オリゴヌクレオチドプローブ は、本発明のシグナリンパラログの1種のみを特異的に検出し、例えば、他のシ グナリンホモログにハイブリダイズすることはしない。 ここで用いている「ベクター」という語は、連結されていた他の核酸を移行す る能力のある核酸分子を指称する。好ましいベクターの1つの種類はエピソーム 、すなわち、染色体外複製能のある核酸である。好ましいベクターは、該ベクタ ーが連結されている核酸の自己複製および/または発現を行うことのできるもの である。作動的に連結された遺伝子の発現を誘導することのできるベクターをこ こでは「発現ベクター」と指称する。一般に、組換えDNA技術において有用な 発現ベクターは、「プラスミド」の形態をとるものが多く、ここで、プラスミド とは一般に環状二本鎖DNAを指称し、ベクター形態をとる場合には染色体に結 合されていない。プラスミドが最も一般的に用いられる形態のベクターであるの で本明細書においては、「プラスミド」と「ベクター」という語を相互交換的に 用 いている。但し、本発明は、同様の機能を果たし、当該分野で知られているよう な他の形態の発現ベクターも包含されるものとする。 「転写調節配列」とは、開始シグナル、エンハンサーおよびプロモーターのよ うなDNA配列であって、それらが作動的に連結されているタンパク質コード配 列の転写を誘導または制御するDNA配列を指称する一般名称として用いている 。好ましい態様においては発現を行おうとする細胞内で組換え遺伝子の発現を制 御するプロモーター配列(または他の転写調節配列)下に、組換え脊椎動物シグ ナリン遺伝子の転写が行われる。そのような組換え遺伝子は、天然型のシグナリ ンタンパク質を制御するような配列と同一または別異の転写調節配列の制御下に 置くことができる。 ここで用いる「組織特異的プロモーター」という語は、プロモーターとして機 能、すなわち、該プロモーターに作動連結された或る選択されたDNA配列の発 現を調節し、そして、組織の特定の細胞(例えば、肝臓またはすい臓由来の細胞 、ニューロン細胞)内における該選択DNAの発現に影響を与えるようなDNA 配列を意味する。さらに、この語は、主として1つの組織内で或る選択されたD NAの発現を調節するが他の組織における発現も起こすような所謂「リーキー(l eaky)」プロモーターも包含するものとする。 ここで用いている「トランスジェニック動物」とは、好ましくは非ヒト哺乳類 、鳥または両生類である動物であって、該動物の1つ以上の細胞が人間の介在、 例えば当該分野で周知のトランスジェニック技術により導入された異種核酸を含 有している動物である。該核酸は、慎重な遺伝子操作(例えば、マイクロインジ ェクションまたは組換えウイルスを感染させること)により細胞の前駆体中に導 入することにより、直接的にまたは間接的に細胞に導入される。ここでの遺伝子 操作とは、古典的な交雑育種またはインビトロ受精を包含するものではなく、組 換えDNA分子の導入に関するものである。該分子は染色体内に組み込まれるか 、あるいは染色体外複製DNAになり得る。本明細書で記述する典型的なトラン スジェニック動物においては、導入遺伝子(トランスジーン)が細胞に組換え型 の脊椎動物シグナリンタンパク質の発現(例えば、アゴニストまたはアンタゴニ ストとして)を起こさせる。但し、組換えシグナリン遺伝子がサイレントである トランスジェニック動物(例えば後述するFLPまたはCREリコンビナーゼ依 存 性構造体)も包含されるものとする。さらに、「トランスジェニック動物」とは 、人間の介在(組換え技術およびアンチセンス技術の両方を含む)により1種ま たはそれ以上のシグナリン遺伝子の分解(破壊)が起こされているような組換え 動物も包含する。 本発明における「非ヒト動物」とは、げっ歯類、非ヒト霊長類、ヒツジ、イヌ 、ウシ、ニワトリ、両生類、は虫類等の脊椎動物を含む。好ましい非ヒト動物は 、ラットおよびマウスを含むげっ歯科から選ばれ、特に好ましいのはマウスであ るが、トランスジェニック両生類(例えばアフリカツメガエル属のもの)やトラ ンスジェニックニワトリも、例えば胚形成や組織形成に影響を与える作用物質を 理解し明らかにするための重要なツールとなり得る。また、「組織特異的キメラ 動物」とは、ある種の組織中では、組換え脊椎動物シグナリン遺伝子の1種が存 在しおよび/または発現もしくは破壊されるが、別の組織ではそのようなことが 起こらないことを示す。 本明細書で用いる「導入遺伝子(トランスジーン)」という語は、核酸配列( 例えば脊椎動物シグナリンポリペプチドの1種コードし、あるいはそれに対する アンチセンス転写体を有するもの)であって、該遺伝子が導入されるトランスジ ェニック動物または細胞に対して部分的または全体的に異種、すなわち、外来性 である核酸配列、または、該遺伝子が導入されるトランスジェニック動物または 細胞の内因性遺伝子と相同的であるが、該動物のゲノム内に挿入されるように意 図されまたは挿入されることにより(例えば、天然の遺伝子の場所とは異なる場 所に挿入されたり、挿入によってノックアウトが生じるようにする)挿入後の細 胞ゲノムを変性するようにした核酸配列を意味する。選択された核酸の最適な発 現に必要とされるような1種以上の転写調節配列およびその他の核酸配列を含み 得る。 よく知られているように、ある特定のポリペプチドに対する遺伝子は、個体の ゲノム内で単一または多数のコピーとして存在し得る。そのような複製遺伝子は 、互いに同一のものであるか、または一定の変性(ヌクレオチドの置換、付加ま たは削除など)を受けたが実質的に同じ活性を有するポリペプチドをコードして いるものである。かくして、「脊椎動物シグナリンポリペプチドをコードするD NA配列」とは、特定の個体内における1種以上の遺伝子を指称し得るものとす る。 さらに、個々生物間にアレルと呼ばれるヌクレオチド配列の相違が存在すること もある。そのようなアレルに属する相違は、コードされているポリペプチドのア ミノ酸配列の違いを生じながら同じ生物学的活性のタンパク質をコードしている こともある。 「ホモロジー(相同性)」とは、2つのペプチド間または2つの核酸分子間に おける配列の類似性を指称する。ホモロジーは、比較の目的のためにアラインメ ントさせた(整合させた)各配列における位置を比較することによって決定する ことができる。被比較配列における或る位置が同一の塩基またはアミノ酸で占め られている場合には、それらの分子は該位置において相同である。配列間のホモ ロジー(相同性)の程度は、それらの配列によって共有されるマッチングすなわ ち相同(的)な位置の数の関数である。「非関連(非類似)」または「非相同( 的)」配列とは、本発明の脊椎動物シグナリン配列のどれかに関する場合、40パ ーセントより少ない同一部分、好ましくは25%以下の同一部分を共有するもので ある。 「細胞」、「宿主(ホスト)細胞」または「組換え宿主(ホスト)細胞」とい う語は、同じことを意味するものとして相互変換的に用いている。それらの語は 、特定の細胞のみならず、該細胞の子(孫)細胞(後代細胞)または子(孫)細 胞(後代細胞)となり得るものも指称するものとする。突然変異または環境の影 響により後続の世代においては、変性が起こり得るので、そのような子細胞は実 際には親細胞と同一でないこともあり得るが、本明細書で用いる当該用語の範囲 に包含されるものとする。 「キメラタンパク質」または「融合タンパク質」とは、本脊椎動物シグナリン ポリペプチドの1つをコードする第1のアミノ酸配列が、該脊椎動物シグナリン ペプチドの1つのいずれのドメインとも異種(外来性)であり実質的に相同性で ないドメイン(例えばポリペプチド部分)を定める第2のアミノ酸配列に融合し ていることである。キメラタンパク質は、第1のタンパク質を発現する生物に見 出される異種(外来)ドメインを提供することができ、あるいは、異なる種類の 生物によって発現されたタンパク質構造からなる「種間」、「遺伝子間」等の融 合体である。一般に融合タンパク質は一般式「X−シグナリン−Y」によって表 すことができ、ここで、「シグナリン」は脊椎動物シグナリンタンパク質の1つ から得られるタンパク質の一部分を表し、そして「X」および「Y」は、それぞ れ独立して、或る生物内で該脊椎動物シグナリン配列の1つと関係しないアミノ 酸配列を表す。 本明細書で用いている「形質転換性成長因子−ベータ」および「TGFβ」と いう語は、脊椎動物に遍在し、そして、大多数の後生動物成長因子、分化因子お よび形態形成因子の典型となる一群の構造的に関連するポリペプチドを表す(総 説については、Massaque他、(1990) Ann Rev Cell Biol6:597-641;Massaque 他、(1994)Trends Cell Biol.4:172-178;Kingsley(1994)Gene Dev.8 :133-146;およびSpom他、(1992)J.Cell Biol 119:1017-1021を参照)。上 述のKingsleyの文献に記述されているように、このTGFβの上位群(superfami ly)は少なくとも25のメンバーを有し、配列の相関性の高さに応じて幾つかの亜 群(sub-families)に分類することができる。最も明らかな亜群としては以下のも のが挙げられる:TGFβ亜群、これは、TGFβ上位群の他のものよりもTG Fβ−1にきわめて類似している少なくとも4種類の遺伝子から成る;アクチビ ン亜群、これは、ホモダイマーまたはヘテロダイマーすなわち2つのサブユニッ ト(インヒビンβ−Aおよびインヒビンβ−B)から成る;decapentaplegic亜 群、これは皮膚下や筋肉内に移入されると骨逸所や軟骨の形成を引き起こし得る 哺乳因子BMP2およびBMP4を含む;60A亜群、これは、骨誘導活性を有す る多数の哺乳動物ホモログが含まれる(例えば、BMP5−8)。TGFβ上位 群に属する他のメンバーとしては、総分化因子1(GDF−1)、GDF−3/ VGR−2、ドーサリン、ノーダル、ミュラー管抑制因子(MIS)、グリア由 来好中性成長因子(GDNF)が挙げられる。DPP亜群および60A亜群は、T GFβ上位群の他のメンバー同志よりも互いに最も類似した関係にあり、ともに 、DVR(dppおよびvg1 related)と呼ばれる分子集団の一部と して分類されることが多い。文脈から明らかでない限り、本明細書を通して用い るTGFβという語は、一般にTGFβ上位群に属するメンバーを指称するもの とする。TGFβ亜群に属するもの(メンバー)を指称するのは、明示している かTGFβという語を用いている文脈から明らかな場合とする。 核酸(例えばDNAまたはRNA)に関連して用いる「単離された」という語 は、巨大分子(マクロ分子)から成る天然源に存在する他のDNAまたはRNA から分離された分子を指称する。例えば、本発明の脊椎動物シグナリンポリペプ チドの1つをコードする単離された核酸とは、好ましくは、ゲノムDNA中で該 脊椎動物シグナリン遺伝子を挟んで〔フランキングして〕天然に存在する10キロ ベース(kb)以下の核酸を含むものであり、さらに好ましくは、そのような天 然に存在するフランキング配列の5kb以下を含み、最も好ましくは、そのよう な天然に存在するフランキング配列の1.5kb以下を含むものである。さらに、 ここで用いていてる「単離された」という語は、組換えDNA技術による場合に は細胞由来の物質、ウイルス由来の物質または培地が実質的に存在せず、また、 化学合成による場合には化学的前駆体やその他の化学物質が実質的に存在しない 核酸またはペプチドを指称する。また、「単離された核酸」とは、フラグメント として天然に存在せず、天然型では見出されないと考えられる核酸配列を含むも のとする。 後述するように、本発明はその1つの態様として、脊椎動物シグナリンポリペ プチドをコードする核酸配列を含む単離された核酸、および/またはそのような 核酸の等価物に関する。ここで、核酸という語は、等価物としてそのフラグメン ト(断片)を含むものとする。等価物という語は、機能的に等しいシグナリンポ リペプチドをコードするヌクレオチド配列、あるいは、本明細書に記述している 脊椎動物シグナリンタンパク質の1つの活性を有するような機能的に等しいペプ チドを含むものとする。等価なヌクレオチド配列とは、1ヶ以上のヌクレオチド の置換、付加または欠失により相違する配列(例えばアレル変異体)を含み、し たがって、遺伝子コードの縮重により、配列番号:1〜13のいずれかに示される 脊椎動物シグナリンcDNA配列のヌクレオチド配列と相違する配列を含む。等 価物は、さらに、ストリンジェントコンディション(すなわち、約1Mの塩中で 形成されるDNA二本鎖の融合(Tm)よりも約20〜27℃低い温度に相応する) 下に配列番号:1〜13のいずれかで表される配列にハイブリダイズするヌクレオ チド配列も含む。1つの態様として、等価物は、配列番号:1〜13のいずれかに 示されるヌクレオチド配列から誘導され、進化上それに関連している核酸配列も 含む。 さらに、特定の状況下では、本発明のシグナリンポリペプチドの1種のホモロ グであって、限られた性能でシグナリンアゴニスト(模倣体:mimetic)またはシ グナリンアンタゴニストとして機能し、天然型の該タンパク質の生物学的活性の 一部を促進または抑制するようなホモログを提供するのが有利なことがある。す なわち、限られた機能を有するホモログを用いる治療により特定の生物学的効果 が引き起こされ、そして、天然型のシグナリンタンパク質の生物学的活性全てに 対するアゴニストまたはアンタゴニストを用いる治療に比べて副作用も少ない。 本シグナリンタンパク質は突然変異法、例えば、点突然法や切端法(truncatio n)により調製することができる。例えば、突然変異法により、元のシグナリンポ リペプチドの生物学的と実質的と同じ活性または単にその一部を保持するホモロ グが得られる。また、アンタゴニスト型のタンパク質を形成することもでき、こ れは、例えば、シグナリンタンパク質を含むシグナル伝達カスケードの下流また は上流のメンバーに競合的に結合することにより天然型のタンパク質の機能を抑 制することができる。さらに、構成上活性なアゴニスト型のタンパク質を生成さ せることもできる。このように、本発明によって提供される脊椎動物シグナリン タンパク質またはそのホモログは、TGFβ類によるシグナル伝達の陽性(正の )調節剤または陰性(負の)調節剤のいずれにもなり得る。 一般的に、本明細書において活性(例えば、「生理活性(bioactive)」)を有 するものとして言及されているポリペプチドは、配列番号:14〜26の1種以上に 示される脊椎動物シグナリンタンパク質のアミノ酸配列の全てまたは一部に対応 する(例えば、同一であるか、または相同(的)である)アミノ酸配列を含む、 そして、天然に存在するシグナリンタンパク質の生物学的/生化学的活性の全て または一部分を模擬し(mimic)または拮抗するポリペプチドと定義される。その ような生物学的活性の例としては、発生過程の脊椎動物胚の中胚葉または外胚葉 組織の形成および分化を誘導する(または調節する)能力が挙げられる。したが って、本ポリペプチドは、幹細胞または生殖細胞(脊索中胚葉、背面中胚葉、中 間中胚葉、側方中胚葉、頭間葉由来の細胞、上皮細胞、神経管または神経冠由来 の細胞等)の分化または生存を誘導しおよび/または維持する能力によって特徴 づけることができる。さらに、本発明のシグナリンタンパク質は、器官形成を調 節する能力(例えば、骨格形成能により肢体のパターニングに影響を与える能力 を介して)のような生物学的活性を有し得る。さらに、シグナリンを特徴づける ものとして、繊維芽細胞のような細胞および免疫系の細胞の増殖を誘導または抑 制する能力を挙げることもできる。シグナリンのその他の効果は、組織の維持お よび発生後修復(例えば、骨修復または創傷治癒)に見ることができる。本発明 のシグナリンタンパク質に関連する生物学的活性としては、性的成熟または生殖 を調節する能力(ミュラー管の回帰における機能、乳汁分または卵胞刺激ホルモ ンの生成および精子形成の調節など)を挙げることができる。 本シグナリンタンパク質の生理活性としては、さらに、遺伝子の転写速度を変 化させる能力が挙げられ、これは、例えば、ホモオリゴマーまたはヘテロオリゴ マーの組成を有する転写複合体に関係する(活性化したり、または抑制する)こ とによったり、あるいは、転写複合体を構成するタンパク質の性能や適応性を変 えることにより該複合体の組成を変えることによる。さらに、シグナリン遺伝子 の生成物(産物)は、他の細胞タンパク質の翻訳後の修飾(変性)にも関与して おり、これは、例えば、固有の酵素活性の作用によったり、あるいは、酵素複合 体の調節サブユニットとして、および/またはシャペロンとして機能することに よる。 本シグナリンタンパク質の更に別の生理活性としては、TGFβレセプター、 またはそのサブユニット、特にリガンドの結合したレセプターコンプレックスと 相互作用する能力がある。 本明細書には、本シグナリンタンパク質の他の生物学的活性も記述しているが 、当業者には明らかであろう。本発明に従えば、或るペプチドが、天然型の脊椎 動物シグナリンタンパク質の特異的アゴニストまたはアンタゴニストである場合 には該ペプチドは生物活性を有している。 好ましい核酸は、例えば、配列番号:14、16、18、20および24から成る群より 選ばれるようなヒトまたはアフリカツメガエルのα−シグナリンのアミノ酸配列 と少なくとも60%の相同性、好ましくは70%の相同性、そして最も好ましくは80 %の相同性を有するアミノ酸配列を含む脊椎動物α−シグナリンポリペプチドを コードするものである。配列番号:14、16、18、20および24のいずれかに示され るアミノ酸配列に対して少なくとも約90%、より好ましくは少なくとも約95%、 そして最も好ましくは約98〜98%の相同性を有するポリペプチドをコードする核 酸も、勿論、本発明の範囲にある。1つの態様においては該核酸は、本脊椎動物 シグナリンペプチドの少なくとも1つの活性を有するペプチドをコードするcD NAである。好ましくは、該核酸は、配列番号:1、3、5、7または11のコー ド領域に対応するヌクレオチド配列の全部または一部を含むものである。 好ましい態様として、本発明は、45kdから70kdの範囲の分子量を有する精 製されたまたは組換えによるポリペプチドを提供する。例えば、α亜群およびβ 亜群の好ましいシグナリンポリペプチド鎖は、45kdから約55kdの範囲、さら に好ましくは50〜55kdの範囲の分子量を有する。他の例として、γ亜群の好ま しいシグナリンポリペプチド鎖は、60kdから約70kdの範囲、さらに好ましく は63〜68kdの範囲の分子量を有する。ある種の翻訳後修飾(例えば、リン酸化 等)は、シグナリンタンパク質のみかけの分子量を非修飾ポリペプチド鎖に比べ て増大させ得る。 他の態様において好ましい核酸は、ヒトまたはアフリカツメガエルのβ−また はγ−シグナリンのアミノ酸配列、例えば、配列番号:15、17、19、21、22およ び23から成る群より選ばれるものに少なくとも50%の相同性、好ましくは60%の 相同性、より好ましくは70%の相同性、最も好ましくは80%の相同性を有するア ミノ酸配列を有する脊椎動物β−またはγ−シグナリンの生理活性フラグメント をコードする。配列番号:15、17、19、21、22および23のいずれかに示されるア ミノ酸配列に対して少なくとも約90%、より好ましくは少なくとも約95%、そし て最も好ましくは約98〜99%の相同性を有するか、または、それと同一のポリペ プチドをコードする核酸も本発明の範囲に属する。 本発明に従う別の好ましい核酸は、配列番号:14のアミノ酸残基225〜300また は配列番号:15のアミノ酸残基230〜301の全部または一部(例えばそれらの部分 の少なくとも5、10、25または50ヶのアミノ酸残基)に対応するポリペプチドを 含むα−シグナリンポリペプチドをコードするものである。同様に、γ−シグナ リンポリペプチドをコードする好ましい核酸は、配列番号:15のアミノ酸残基18 6〜304の全部または一部に対応するポリペプチド配列の配列を含む。さらに好ま しい核酸は、配列番号:15の残基262〜304由来のポリペプチド配列の全部または 一部に対応するアミノ酸配列を含むγ−シグナリンポリペプチドをコードする。 他の好ましい態様においてはシグナリン核酸は、配列番号:17のアミノ酸残基17 9〜332の全部または一部に対応するポリペプチド配列を含むβ−シグナリンポリ ペプチド配列をコードする。さらに好ましい核酸は、配列番号:17の アミノ酸残基260〜332由来のポリペプチド配列の全部または一部に対応するアミ ノ酸配列を含むβ−シグナリンポリペプチドをコードするものである。 本発明は、別の態様として、配列番号:1〜13のいずれかで表される核酸に高 または低ストリンジェンシィコンディション下にハイブリダイズする核酸を提供 する。DNAハイブリダイゼーションを促進する好適なストリンジェンシィコン ディション(緊縮条件)、例えば、6.0×塩化ナトリウム/クエン酸ナトリウム (SSC)(約45℃)の後、2.0×SSC(50℃)で洗浄することなどは、当業 者には知られており、あるいは「Current Protocols in Molecular Biology,米 国ニューヨーク州John Wiley & Sons社発行(1989)、6.3.1-6.3.6.」に見出すこ とができる。例えば、洗浄工程の塩濃度は、低ストリンジェンシィである約2.0 ×SSC(50℃)から高ストリンジェンシィである約0.2×SSC(50℃)の範 囲から選択することができる。さらに、洗浄工程における温度は、低ストリン ジェンシィコンディションである室温から、高ストリンジェンシィコンディショ ンである約60℃に上昇させることもできる。 遺伝子コードの縮重に因り配列番号:1〜13のいずれかに示されるヌクレオチ ド配列と異なる配列を有する核酸も本発明に包含される。そのような核酸は、機 能上は等価のペプチド(すなわち、脊椎動物シグナリンポリペプチドの生物学的 活性を有するペプチド)をコードするが、遺伝子コードの縮重により配列表に示 されてる配列とは異なる配列を有する。例えば、多くのアミノ酸が複数のトリプ レットで表される。同一のアミノ酸を特定するコドン、すなわち同義コドン(例 えば、CAUおよびCACはいずれもヒスチジンをコードする)は、或る脊椎動 物ポリペプチドのアミノ酸配列に影響しない「サイレント」変異を引き起こし得 る。しかしながら、本シグナリンポリペプチドのアミノ酸配列の変化をもたらす ようにDNA配列の多型性が脊椎動物の間に存在することが予期される。所与の 種の個体間においては自然のアレル変異に因り、或る脊椎動物シグナリンポリペ プチドの或る活性を有するポリペプチドをコードする核酸に1ヶまたはそれ以上 のヌクレオチド変化(ヌクレオチドの3〜5%位まで)が生じていることは当業 者であれば理解するであろう。 本明細書において用いているシグナリン遺伝子フラグメントとは、成熟型の脊 椎動物シグナリンタンパク質全体をコードするヌクレオチド配列よりも少ない数 のヌクレオチドを有するが、全長タンパク質の或る生物学的活性を保持するポリ ペプチドを(好ましくは)コードしているような核酸を指称する。本発明におい て意図しているフラグメントのサイズは、例えば、5、10、20、50、70、100ま たは200個のアミノ酸から成る長さを有するものである。 後述の実施例に示すように、シグナリンタンパク質をコードする核酸は、多く の真核細胞のいずれかに存在するmRNAから入手することができる。また、成 体または胚由来のゲノムDNAから、本発明の脊椎動物シグナリンポリペプチド をコードする核酸を得ることもできる。例えば、本明細書に記述しているような プロトコールに従い、あるいは当業者に一般的に知られているような手法にした がって、cDNAまたはゲノムライブラリーから、シグナリンタンパク質をコー ドする遺伝子をクローニングすることができる。シグナリンタンパク質をコード するcDNAは、哺乳動物細胞(例えば、ヒト細胞。胚細胞も含む)のような細 胞から全mRNAを単離することによって得ることができる。次に、この全mR NAから二本鎖cDNAを調製した後、多くの既知の手法を用いて適当なプラス ミドまたはバクテリアファージに挿入する。また、脊椎動物シグナリンタンパク 質をコードする遺伝子は、本発明によって提供されたヌクレオチド配列情報に従 い、よく知られたポリメラーゼ連鎖反応を用いてクローニングすることもできる 。本発明の核酸はDNAであってもよくRNAであってもよい。好ましい核酸の 1つは、配列番号:1〜13から成る群より選ばれる配列によって表されるcDN Aである。 さらに本発明は、「アンチセンス」療法において単離された核酸を使用するこ とにも関する。ここで用いている「アンチセンス」療法とは、本脊椎シグナリン タンパク質の1種またはそれ以上をコードする細胞mRNAおよび/またはゲノ ムDNA、細胞条件下に特異的にハイブリダイズ(例えば結合)して、該タンパ ク質の発現を抑制する(例えば、転写および/または翻訳を抑制することによる )ようなオリゴヌクレオチドプローブまたはそれらの誘導体を投与しまたはイン サイチュ形成させることを指称する。結合は、よく知られた塩基対の相補性によ ったり、あるいは、例えば、DNA二本鎖に結合する場合には、二重らせんの主 要空隙における特異的相互作用を介して行われる。一般に「アンチセンス」療法 とは、当該分野で一般的に採用されている全範囲の技術を指称するものとし、オ リゴヌクレオチドに対する特異的結合に基づく全ての治療法を含むものとする。 アンチセンス構造体は、例えば、発現プラスミドとして提供され、これは、細 胞内で転写されると、脊椎動物シグナリンタンパク質をコードする細胞mRNA の少なくとも特性部分に相補的なRNAを産生する。別の方法として、アンチセ ンス構造体を半ビボ(ex vivo)形成したオリゴヌクレオチドプローブとし、細胞 内に導入されたときに脊椎動物シグナリン遺伝子のmRNAおよび/またはゲノ ム配列にハイブリダイズすることにより発現の抑制をもたらすようにする。その ようなオリゴヌクレオチドは、好ましくは、内生ヌクレアーゼ(例えばエンドヌ クレアーゼ)および/またはエキソヌクレアーゼに抵抗性があり、従って、イン ビボで安定な修飾オリゴヌクレオチドが好ましい。アンチセンスオリゴヌクレオ チドとして使用される核酸分子の配列は、DNAのホスホルアミデート、ホスホ チオエートおよびメチルホスホネートアナログである(米国特許第5,176,996号 、第5,264,564号および第5,256,775号も参照されたい)。また、アンチセンス療 法に有用なオリゴマーを構築する一般的方法については、例えば「Van der Kro 他(1988)Biotechniques 6:958-976」および「Stein他(1988)Cancer Res 48:2659 -2668」において総説されている。 かくして、本発明の修飾(変性)オリゴマーは、治療、診断および研究目的に 有用である。治療用途においては、一般的なアンチセンス療法に適するような方 式で用いられる。そのような治療用には、本発明のオリゴマーを各種の投与形態 (例えば、全身投与または局所投与)に適するように調製され得る。一般的な技 術や調剤法については「RemmingtonのPharmaceutical Sciences,米国ペンシルバ ニア州EastonのMeade Publixhing Co.発行」に見出される。全身投与の場合は、 注射が好ましく、例えば筋肉内注射、静脈(内)注射、腹腔内注射および皮下注 射などがある。注射用には本発明のオリゴマーは液体状、好ましくはHank液やRi nger液のような生理学的に受け入れられる緩衝液に溶かした溶液として調剤され る。さらに、本発明のオリゴマーは固体状に調製しておき、使用直前に再溶解ま たは懸濁させることもできる。さらに、凍結形態も含まれる。 全身投与は、経粘膜的手段または経皮膚的手段によって行うこともでき、ある いは、該化合物を経口投与することもできる。経粘膜または経皮投与用には、浸 透すべき障壁に適した浸透剤を調剤に際して用いる。そのような浸透剤は当該分 野で一般的に知られており、例えば、経粘膜投与用には胆汁塩やフジシン酸誘導 体が挙げられる。さらに、洗剤を用いて浸透を促進することもできる。経粘膜投 与は、経鼻スプレーにより、あるいは坐剤を用いて行うことができる。経口投与 用には、従来より知られた経口形態、例えばカプセル、錠剤、トニックにオリゴ マーが調剤される。局所投与用には本発明のオリゴマーは当該分野で一般的に知 られているような軟膏、ゲルまたはクリームなどに調製される。 治療用途の他に、本発明のオリゴマーは、標的DNAまたはRNAに特異的に 結合してそれらの有無を検出する診断試薬としても使用することができる。その ような診断テストについては後に詳述する。 同様に、本発明のアンチセンス構造体は、シグナリンタンパク質の1種の通常 の生物学的活性を拮抗することにより、インビボおよび半ビボの組織培養のいず れにおいても組織を操作する(例えば、組織の分化)のに使用することができる 。 さらに、アンチセンス技術(例えば、アンチセンス分子のマイクロインジェク ション、あるいは、シグナリンmRNAまたは遺伝子配列に対して転写体がアン チセンスであるようなプラスミドを用いるトランスフェクション)を用いて、発 生過程のシグナリンの役割、さらには、成体組織の平常な細胞の機能を研究する ことができる。そのような手法は細胞培養に利用できるが、トランスジェニック 動物の創製に使用することもできる。 本発明は、さらに、少なくとも1つの転写調節配列に作動的に結合された脊椎 動物シグナリンポリペプチドをコードする核酸を含有する発現ベクターを提供す る。作動的に結合されたとは、ヌクレオチド配列が調節配列に連結されて該ヌク レオチド配列の発現が可能になっていることを意味する。調節配列は当該技術分 野で認められており、本脊椎動物シグナリンタンパク質の発現が導かれるように 選択される。したがって、転写調節配列とは、プロモーター、エンハンサーおよ びその他の発現制御配列を含む。そのような調節配列については「Goeddel著;G ene Expression Technology:Methods in Enzymology 185,米国カルフォルニア 州San DiegoのAcademic Press社発行(1990)」に記述されている。例えば、DN Aに作動的に連結されると該DNAの発現を制御し得る広範囲の発現制御配列の いずれかをベクターに使用して、本発明の脊椎動物シグナリンポリペプチドをコ ードするDNA配列を発現されることができる。そのような有用な発現制御配 列としては、例えば、ウイルスLTR(例えば、Moloneyマウス白血病ウイルス のLTR)、SV40の初期および後期プロモーター、アデノウイルスまたはサイ トメガロウイルスの即初期プロモーター、lac系、trp系、TACまたはTRC系 、T7 RNAポリメラーゼにより発現が誘導されるT7プロモーター、ファー ジ1(phage 1)の主要オペレーターおよびプロモーター領域、fdコートタンパ ク質の制御領域、3−ホスホグリセレートキナーゼまたはその他の解糖酵素のプ ロモーター、酸ホスファターゼのプロモーター(例えばPho 5)、酵母交配因子の プロモーター、バキュロウイルス系のポリヘドロンプロモーター、および原核細 胞もしくは真核細胞またはそれらのウイルスの遺伝子の発現を制御するものとし て知られたその他の配列、ならびにこれらを組み合わせたものが挙げられる。発 現ベクターの設計は、形質転換される宿主細胞の選択および/または発現させよ うとしているタンパク質の種類のような因子に依存する。さらに、ベクターのコ ピー数、該コピー数やベクターによってコードされるその他のタンパク質(例え ば抗生物質マーカー)の発現を制御する能力も考慮しなければならない。1つの 態様として、該発現ベクターは、脊椎動物シグナリンポリペプチドのアゴニスト 活性を有するペプチドをコードするか、あるいは、該シグナリンポリペプチドの アンタゴニストであるペプチドをコードする組換え遺伝子を含む。そのようなベ クターを用いて細胞をトランスフェクションすることにより、本明細書に記述し ているような核酸によってコードされているポリペプチド(融合タンパク質を含 む)を産生させることができる。 さらに、本発明の遺伝子構造体は、遺伝子治療の一部として使用され、本脊椎 動物シグナリンタンパク質のアゴニストまたはアンタゴニストをコードする核酸 を供給することができる。すなわち、本発明は、別の態様として、特定の細胞内 において脊椎動物シグナリンポリペプチドのインビボまたはインビトロのトラン スフェクションおよび発現を行うための発現ベクターであって、天然型の該タン パク質が誤発現される組織においてシグナリン誘導シグナル伝達(シグナリング )の機能を再構成するか、もしくは該機能を排除したり;または、組織の分化を 変化させたり、もしくは細胞形質転換を抑制するような形態タンパク質を供給す るような発現ベクターに関する。 本発明の脊椎動物シグナリンポリペプチドまたはその変異体の発現構造体は、 生物学的に有効な任意の形態で投与することができ、例えば、該組換え遺伝子を インビボで細胞内に効果的に供給し得るような製剤または組成で投与することが できる。具体的な方法に際しては、該遺伝子をウイルス性ベクター(組換えレト ロウイルス、アデノウイルス、アデノ関連ウイルス、単純ヘルペスウイルス1な ど)またはバクテリアプラスミドもしくは真核生物プラスミドに挿入する。ウイ ルス性ベクターは細胞を直接トランスフェクションする。プラスミドDNAの供 給は、例えばカチオン性リポソーム(リポフェクチン)または誘導体化(例えば 抗体結合した)ポリリシン複合体、グラマシジンS、人工的なウイルスエンベロ ープまたはその他の細胞間キャリアの助けにより行うことができ、さらに、遺伝 子構造体を直接注入したり、インビボでCaPO4沈析を実施することもできる 。標的細胞の形質導入(トランスダクション)は遺伝子治療における重要な最初 の工程であるので、どの遺伝子供給システムを選ぶかということは、意図してい る標的の表現型や投与経路(例えば、局所投与か全身投与か)というような因子 に依存する。さらに、シグナリン発現のインビボトランスダクション用に提供さ れた遺伝子構造体は、細胞のインビトロトランスダクション用(例えば、後述す る半ビボ組織培養に用いられるような場合)にも有用である。 細胞内に核酸をインビボ導入するのに好ましい方法は、所望する特定のシグナ リンポリペプチドをコードする核酸(例えばcDNA)を含有するウイルスベク ターを使用することである。細胞にウイルスベクターを感染させる利点は、大量 の標的細胞が該核酸を受容することである。さらに、該ウイルスベクター内にコ ードされている分子(例えば、ウイルスベクターに含有されているcDNAによ る)が、ウイルスベクターの核酸を取り込んだ細胞内で効率的に発現される。 レトロウイルスベクターおよびアデノ関連ウイルスベクターは、外来性遺伝子 をインビボで移入する(特にヒト内に)組換え遺伝子供給システムとして一般に 考えられている。これらのベクターは細胞内に遺伝子を効率的に供給し、そして 、移入された核酸は宿主の染色体DNA内に安定して組み込まれる。レトロウイ ルスを使用する場合の最も必要なことは、その使用の安全性、特に野性型のウイ ルスが細胞集団に拡がる可能性を確認しておくことである。複製欠損したレトロ ウイルスのみを産生するような特性化された細胞系(「パッケージング細胞」と 称する)の開発により遺伝子治療におけるレトロウイルスの有用性が増大してお り、 そして、遺伝子治療における遺伝子移入に使用される欠損レトロウイルスについ て充分な特性分析がなされている(総説については、Miller,A.D.(1990)Blood 76:271)。かくして、レトロウイルスをコードする配列(gag,pol,env)の一部 が本発明タンパク質の1つをコードする核酸によって置換されて該レトロウイル スの複製が欠損しているような組換えレトロウイルスを構築することができる。 複製欠損性の該レトロウイルスは次にビリオン内にパッケージされて、標準的な 手法に従いヘルパーウイルスを使用することにより標的細胞を感染させることが できる。組換えレトロウイルスを構築し、そのようなウイルスで細胞をインビト ロまたはインビボ感染させるための方法は「Current Protocols in Molecular B iology,Ausubel,F.M.他編、Greene Publishing Associates,(1989).Secti ons 9.10-9.14」および他の標準的な実験マニュアルに見出される。好適なレト ロウイルスの例としては、当業者によく知られているpLJ,pZIP,pWE およびpEMが挙げられる。レトロウイルスシステムを調製するための好適なパ ッケージングウイルス系の例としては、ΨCrip、ΨCre、Ψ2およびΨA mが挙げられる。レトロウイルスは、多くの異なる細胞(ニューロン細胞を含む )にインビトロおよび/またはインビボで各種の遺伝子を導入するのに用いられ てきた(例えば、Eglitis他(1985)Science 230:1395-1398;Danos およびMulli gan(1988)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85:6460-6464;Wilson他(1988) Proc .Natl.Acad.Sci.USA 85:3014-3018;Armentano他(1990)Proc.Natl.Acad. Sci.USA 87:6141-6145;Huber他(1991)Proc.Natl Acad.Sci USA 88:8039-804 3;Ferry他(1991)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88:8377-8381;Chowdhury他(199 1) Science 254:1802-1805;van Beusechem他(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.US A 89:7640-7644;Kay他(1992)Human Gene Therapy 3:641-647:Dal他(1992)Proc .Natl.Acad.Sci.USA 89:10892-10895;Hwu他(1993)J.Immunol.150:4104-4 115;米国特許第4,868,116号;米国特許第4,980,286号;PCT出願WO 89/07136;PCT 出願WO 89/02468;PCT出願WO 89/05345;ならびにPCT出願WO 92/07573参照)。 さらに、ウイルス粒子表面のウイルスパッケージングタンパク質を変性させる ことにより、レトロウイルス感染範囲、したがってレトロウイルス系ベクターの 感染範囲に制限を与えることもできることが示されている(例えば、PCT公報 WO93/25234およびWO94/06920参照)。例えば、レトロウイルス系ベクターの 感染範囲を変性する手段としては次のものが挙げられる:細胞表面抗原に特異的 な抗体をウイルスのenvタンパク質にカップリング(結合)させる(Roux他(19 89)PNAS 86:9079-9083;Julan他(1992)J.Gen Virol 73:3251-3255;Gound他(1 983)Virology 163:251-254);または、細胞表面レセプターリガンドをウイルス のenvタンパク質にカップリングさせる(Neda他(1991)J Biol Chem 266:1414 3-14146)。カップリングは、タンパク質との架橋またはその他の態様(例えば 、ラクトースはenvタンパク質をアシアロ糖タンパク質に変える)で行われ、 さらに、融合タンパク質(例えば一本鎖抗体/env融合タンパク質)を生成す ることにもよる。これらの技術は、特定の種類の組織に対する感染を制限し、あ るいは該感染を導くのに有用なものであるが、エコトロピックなベクターをアン ホトロピックなベクターに変えるのにも使用できる。 さらに、レトロウイルスベクターのシグナリン遺伝子の発現を制御するような 組織特異的または細胞特異的な転写調節配列を使用することによりレトロウイル ス遺伝子供給システムの有用性をさらに向上させることができる。 本発明において有用な他のウイルス系遺伝子供給システムはアデノウイルス由 来ベクターを利用するものである。アデノウイルスのゲノムを操作して、目的と している遺伝子生成物をコードし発現はするが、通常のウイルスの溶解ライフサ イクル内で複製する能力に関しては不活性されるようにすることができる。例え ば、Berkner他(1988) Biotechniques 6:616;Rosenfeld他(1991)Science 252:43 1-434;およびRosenfeld他(1992) Cell 68:143-155を参照。アデノウイルス菌株 Adタイプ5 dl324やその他のアデノウイルス株(例えば、Ad2、Ad 3、Ad7等)由来の好適なアデノウイルスベクターが当業者には知られている 。組換えアデノウイルスは、いろいろな種類の細胞、例えば、気道上皮細胞(Ro senfeld他(1992)上で引用)、内皮細胞(Lemarchand他(1992)Proc.Natl.Acad. Sci.USA 89:6482-6486)、肝細胞(Herz and Gerard(1993)Proc.Natl.Acad.S ci.USA 90:2812-2816)および筋肉細胞(Quantin他(1992)Proc.Natl.Acad.Sci .USA 89:2581-2584)を感染させるのに使用できる点において一定の状況下では 有利である。さらに、このウイルスの粒子は比較的安定であり、精製や濃縮を受 けやすく、そして、上述したように感染度を変化させるように変性させ ることができる。さらに、導入されたアデノウイルスDNA(およびその中に含 有されている外来DNA)は、宿主細胞に取り込まれずエピソープとして保持さ れ、したがって、導入DNAが宿主ゲノムに取り込まれた場合(例えば、レトロ ウイルスDNA)の挿入突然変異によって招来される可能性のある問題を回避す ることができる。また、外来DNAに対するアデノウイルスゲノムの保持能力( 最大8キロ塩基対)は、他の遺伝子供給ベクターに比べて比較的大きい(Berkner 他、上述;Haj-AhmandおよびGraham(1986)J.Virol.57:267)。現在使用されて おり、したがって、本発明に好ましい多くの複製欠損性アデノウイルスベクター は、ウイルスのE1およびE3遺伝子の全部または一部が欠損しているがアデノ ウイルスの遺伝子情報の80%は保持されている(例えば、Jones他、(1979)Cell 16:683;Berkner 他、上述;およびCraham他によるMethods in Molecular Biol ogy,E.J.Murray,Ed.(Humana,Clifton,NJ,1991)vol.7.pp.109-127参照 )。挿入されたシグナリン遺伝子の発現は、例えば、E1Aプロモーター、主要 後期プロモーター(MLP)および関連するリーダー配列、E3プロモーター、 または外来性の付加プロモーター配列の制御下に行うことができる。 本発明の脊椎動物シグナリン遺伝子を供給するのに有用な他のウイルスベクタ ー系は、アデノ関連ウイルス(AAV:adeno-associated virus)である。アデノ関 連ウイルスは、効率的な複製および生産ライフサイクルのためにヘルパーウイル スとして他のウイルス(例えば、アデノウイルスまたはヘルペスウイルス)を必 要とする天然に存在する欠損ウイルスである(総説については「Muzyczka他、Cu rr.Topics in Micro.and Immunol.(1992)158:97-129参照)。さらに、DNA を非分裂細胞内に組み込むことがあり、そして安定な組込みが高頻度で起こる数 少ないウイルスの1つである(総説については、例えば、Flotte他(1992)Am.J .Respir.Cell.Mol.Biol.7:349-356;Samulski他、(1989)J.Virol.63:382 2-3828;およびMcLaughlin他、(1989)J.Virol.62:1963-1973を参照)。300塩基 対というような少量のAAVをパッケージし組み込むことができる。外来DNA のスペースは約4.5kbに限られている。「Tratschin他、(1985)Mol.Cell.Biol .5:3251-3261」に記載されているようなベクターを用いて細胞内にDNAを導 入することができる。AAVベクターを用いて各種の核酸がいろいろなタイプの 細胞内に導入されている(例えば、Hermonat他、(1984)Proc.Natl.A cad.Sci.USA 81:6466-6470;Tratschin H他(1985)Mol.Cell.Biol.4:2072-2 081;Wondisford他(1988)Mol.Endocrinol.2:32-39;Tratschin他(1984)J.Viro l.51:611-619;およびFlotte他(1993)J.Biol.Chem.268:3781-3790参照)。 上述したようなウイルスを用いる移入方法の他に、非ウイルス系方法を用いて 動物組織内で本シグナリンポリペプチドを発現させることもできる。遺伝子を移 入するための非ウイルス系方法の多くは、巨大分子を取込み移送する哺乳動物細 胞の通常のメカニズムに依存している。好ましい態様においては、本発明の非ウ イルス系遺伝子供給システムは、標的細胞により本シグナリンポリペプチドが取 り込まれる細胞内経路に依存する。 臨床においては、治療用の該遺伝子供給系は、当該技術分野で周知の多数の方 法のいずれかを用いて患者内に導入することができる。例えば、この遺伝子供給 系から成る薬剤を全身に導入(例えば、静脈注射による)することができ、主と して、該遺伝子供給媒体(ビヒクル)によって与えられる形質導入特異性から、 標的細胞内へのタンパク質の特異的な形質導入が起こり、転写調節配列による細 胞型または組織型発現がレセプター遺伝子の発現やその組合せを制御する。他の 態様においては、動物への導入を局在化することにより組換え遺伝子の当所の供 給は制限される。例えば、カテーテル(米国特許第5,328,470号)やステレオタ クチック注入(例えば、Chen他(1994)PANS 91:3054-3057)により、遺伝子供給 媒体(ビヒクル)を導入することができる。脊椎動物遺伝子(例えば、配列番号 :1〜13から成る群に現れるクローンのいずれか)は、例えば、「Dev他による (1994)Cancer Treat Rev.20:105-115」に記載の手法に従うエレクトロポーレ ーションにより遺伝子治療構造体として供給することができる。 遺伝子治療構造体から成る薬剤は、許容できる稀釈剤に遺伝子供給系を入れて 構成され、あるいは、緩慢な放出マトリック中に遺伝子供給媒体(ビヒクル)を 埋設して構成される。別のやり方として、組換え細胞(例えば、レトロウイルス ベクター)からインタクトの状態で完全な遺伝子供給系を得ることができる場合 には、該遺伝子供給系を産生する1種またはそれ以上の細胞から該薬剤を構成す ることができる。 本発明は、また、組換え形態のシグナリンタンパク質にも関する。組換えポリ ペプチド(天然のシグナリンタンパク質に加えて、本発明によって提供されるも の)は、配列番号:14〜26のいずれかで表されるアミノ酸配列に少なくとも60% の相同性、好ましくは70%の相同性、そして最も好ましくは80%の相同性を有す るものである。シグナリンタンパク質の活性(すなわち、アゴニスト活性または アンタゴニスト活性)を保有し、そして、配列番号:14〜26から成る群より選ば れる配列に、少なくとも90%、好ましくは95%、そして最も好ましくは約98〜99 %の相同性を有するポリペプチドも本発明の範囲に包含される。 「組換えタンパク質」という語は、組換えDNA技術により産生された本発明 のポリペプチドであって、一般的には、脊椎動物シグナリンペプチドが適当な発 現ベクター内に挿入され、該ベクターが宿主細胞を形質転換して該異種タンパク 質を産生するようになっているものを指称する。また、組換えシグナリン遺伝子 に関して「〜から誘導された(〜由来の)」という表現は、「組換えタンパク質 」を意味する場合、天然(自生)のシグナリンタンパク質のアミノ酸配列、また はそれに類似し天然型のタンパク質の変異(置換および削除(切端を含む)など )により生成したアミノ酸配列を有するタンパク質を含むものとする。 さらに本発明は、脊椎動物、特に哺乳動物(例えばヒト)由来の遺伝子によっ てコードされ、そして、配列番号:14〜26に表されるシグナリンタンパク質に進 化的に関係するアミノ酸配列を有するシグナリンポリペプチドの組換え形態に関 する。そのようなシグナリンポリペプチドは、好ましくは、アゴニストまたはア ンタゴニストとして、添付した配列表の野性型(「真性」)シグナリンタンパク 質の少なくとも1種の生物学的活性を発揮することができるものである。脊椎動 物シグナリンタンパク質に関して「進化的に関係する」という語は、天然由来の アミノ酸配列を有するポリペプチド、および、例えば組換え突然変異により誘導 された脊椎動物シグナリンポリペプチドの変異体の両方を指称する。本発明にお いて好ましいそのように進化的に関係するシグナリンタンパク質ポリペプチドは 、配列番号:14〜26から成る群より選ばれるアミノ酸配列に、少なくとも50%の 相同性、好ましくは60%の相同性、さらに、好ましくは70%の相同性、そして最 も好ましくは80%の相同性を有するものである。配列番号:14〜26から成る群よ り選ばれる配列に、少なくとも約90%、好ましくは約95%、そして最も好ましく は約98〜99%の相同性を有するポリペプチドも本発明に包含される。 本発明は、さらに、シグナリンポリペプチドを製造する方法にも関する。例え ば、本ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列の発現を導く核酸ベクターで トランスフェクションされた宿主細胞を適当な条件下で培養することにより該ペ プチドの発現を起こすようにすることができる。該細胞をハーベストし、溶解さ せ、タンパク質を単離することができる。細胞培養物は、宿主細胞、培地、およ び他の副生物を含む。細胞培養用に好適な培地は当該分野でよく知られている。 組換えシグナリンポリペプチドは細胞培地、宿主細胞またはそれらの両方から、 当該分野で知られたタンパク質精製法、例えば、イオン交換クロマトグラフィ、 ゲル濾過、超遠心、電気泳動、およびそのようなペプチドに特異的な抗体を用い る免疫アフィニティ精製を用いて単離することができる。好ましい態様において は、該組換えシグナリンポリペプチドは、その精製を容易にするドメインを含有 する融合タンパク質(例えば、GST融合タンパク質またはポリ(His)融合 タンパク質)である。 さらに本発明は、組換え型のシグナリンポリペプチドを発現するようにトラン スフェクションされた宿主細胞に関する。該宿主細胞は任意の原核または真核細 胞であることができる。すなわち、全長の該タンパク質の全てまたは選択された 一部をコードする脊椎動物シグナリンタンパク質のクローニングで得られたヌク レオチド配列を用いて、微生物または真核細胞過程を介して組換え形態の脊椎動 物シグナリンポリペプチドを産生させることができる。ポリヌクレオチドを遺伝 子構造体(例えば発現ベクター)に連結し、そして宿主〔真核(酵母、トリ、昆 虫または哺乳動物細胞)または原核(バクテリア細胞)のいずれか〕内に形質導 入またはトランスフェクションすることは、他の周知のタンパク質、例えば、M APキナーゼ、p53、WI1、PTPホスホターゼ、SRC等を製造するのに用 いられている標準的方法である。それらに類似の方法またはそれらの改変法を用 いて、本発明に従う微生学的手段または組織培養技術により組換えシグナリンポ リペプチドを調製することができる。 原核細胞もしくは真核細胞またはそれらの両方における発現用の適当なベクタ ー内に、シグナリンタンパク質またはその一部をコードする核酸を連結すること により、組換えシグナリン遺伝子を産生させることができる。組換え型のシグナ リンポリペプチドを産生させるための発現ベクターとしてはプラスミドおよびそ の他のベクターが挙げられる。例えばシグナリンポリペプチドの発現用に好適な ベクターとして次のタイプのプラスミドが挙げられる:大腸菌のような原核細胞 内発現用のpBR322由来のプラスミド、pEMBL由来のプラスミド、pE X由来のプラスミド、pBTac由来のプラスミドおよびpUC由来のプラスミ ド。 酵母内での組換えタンパク質の発現用として多くのベクターが存在する。例え ば、YEP24、YIP5、YEP51、YEP52、pYES2およびYRP 17は、S .cerevisiae(サッカロミセス・セレビシエ)内に遺伝子構造体を導 入するのに有用なクローニングおよび発現媒体である(例えば、Broach他(1983) による「Experimental Manipulation of Gene Expression,M.Inouye編、Acade mic Press社発行、p.83」を参照)。これらのベクターは、大腸菌内ではpBR 322oriの存在により、また、S.cerevisiae内ではイースト2ミクロンプ ラスミドの複製開始点により、複製を行うことができる。さらに、アンピシリン のような薬剤耐性マーカーを用いることもできる。1つの具体例として、配列番 号:1〜13で表されるシグナリン遺伝子のいずれかのコード配列をサブクローニ ングすることにより構築された発現ベクターを用いてシグナリンポリペプチドを 組換え法により調製する。 好ましい哺乳動物発現ベクターは、バクテリア(細菌)内で該ベクターの増殖 を促進するための原核配列と、真核細胞内で発現される1種またはそれ以上の真 核転写ユニットとの両者を含有するものである。pcDNAI/amp,pcD NAI/neo,pRc/CMV,pSV2gpt,pSV2neo,pSV2 −dhfr,pTk2,pRSVneo,pMSG,pSVT7,pko−ne oおよびpHygが、真核細胞のトランスフェクション用に好適な哺乳動物発現 ベクターの例である。これらのベクターのいくつかは、バクテリアプラスミド由 来の配列を(例えば、pBR322)を変化させて原核細胞および真核細胞の両 方において複製および薬剤耐性選択性を促進させる。別の方法として、ウシパピ ローマウイルス(BPV−1)、エプスタインバールウイルス(pHEBo,p REP由来およびp205)のようなウイルスの誘導体を用いて真核細胞内でタ ンパク質を過渡発現させることもできる。プラスミドの調製や宿主生物の形質転 換に用いられる各種の方法は当該分野でよく知られている。原核細胞および真核 細胞用の他の好適な発現系や一般的な組換え技術については、「Molecular Clon ing A Laboratory Manual,2nd Ed.,Sambrook編Fritsch and Maniatis(Cold Sp ring Harbor Laboratory Press:1989)16章および17章」を参照されたい。 バキュロウイルス発現系を用いて組換えシグナリンポリペプチドを発現させる ことが所望される場合もある。そのようなバキュロウイスル発現系の例としては 、pVL由来のベクター(例えば、pVL1392、pVL1393およびpV L941)、pAcUW由来のベクター(例えば、pAcUW1)、およびpB lueBac由来のベクター(例えば、β−gal含有pBlueBacIII) などが挙げられる。 シグナリンタンパク質の一部(例えば、N−末端の一部が欠失したもの、すな わち、シグナルペプチドの欠失した切端変異体)のみを発現させることを所望す る場合には、発現させるべき所望の配列を含有するオリゴヌクレオチド配列に対 して開始コドン(ATG)を付加するのが必要とされることがある。当該分野で よく知られているように、N−末端位のメチオニンは、酵素メチオニンアミノペ プチダーゼ(MAP)を用いることにより切除される。MAPは、大腸菌(Ben-B assat他(1987)J.Bacteriol.169:751-755)およびSalmonella typhimuriumから クローニングされ、そのインビトロ活性は組換えタンパク質について示されてい る(Miller他(1987)PNAS 84:1718-1722)。したがって、N−末端の除去が所望 される場合には、MAPを産生する宿主(例えば、大腸菌またはCM89またはS .cerevisiae )内でシグナリン由来のポリペプチドを発現させるインビボ、また は精製したMAPを用いるインビトロ(例えば、上述のMiller他の手法)で行う ことができる。 他のやり方として、当該ポリペプチドのコード配列を、別異のポリペプチドを コードするヌクレオチドも含む融合遺伝子の一部として導入しておくこともでき る。このタイプの発現系は、シグナリンタンパク質から成る免疫原生フラグメン トを調製することが所望される条件下に有用である。例えば、ロタウイルスのV Pカプシドタンパク質をシグナリンポリペプチドの一部の免疫学的キャリアタン パク質として用いる(モノマー形態またはウイルス粒子形態のいずれかで)こと ができる。抗体が誘発されるべきシグナリンタンパク質部分に対応する核酸は、 後期ワクシニアウイルス構造タンパク質のコード配列を含む融合遺伝子構造体に 組み入れられて、シグナリンエピトープをビリオンの一部として含む融合タンパ ク質を発現する一組の組換えウイルスを構築する。B型肝炎表面抗原を用いる免 疫原生融合タンパク質の使用に関し、組換えB型肝炎ビリオンも本目的に利用で きることが示されている。同様に、シグナリンタンパク質の一部とポリオウイル スカプシドタンパク質とを含有する融合タンパク質をコードするキメラ構造体を 創製して、該ポリペプチド抗原セットの免疫原生を高めることもできる(例えば 、EP公報No:0259149;ならびにEvans他(1989)Nature 339:385;Huang他(1988)J .Virol.62:3855およびSchlienger他(1992)J.Virol.66:2参照)。 ペプチドに基づく免疫化を行うための多抗原ペプチド(Multiple Antigen Pept ide)系を用いて免疫原を発生させることもでき、この場合は、シグナリンポリペ プチドの所望の一部分は、オリゴマー性の分枝リジンコアへのペプチドの有機科 学合成から直接的に得られる(例えば、Posnett他(1988)JBC 263:1719およびNar delli他(1992)J.Immunol.148:914参照)。シグナリンの抗原決定基は、バクテ リア(細菌)細胞によって発現され供給されることもできる。 融合タンパク質の利用が免疫原性の高めることに加えて、融合タンパク質はタ ンパク質の発現も容易にし、したがって、本発明の脊椎動物の発現にも容易にし 、したがって、本発明の脊椎動物の発現にも使用され得る。例えば、シグナリン ポリペプチドは、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST−融合)タン パク質として産生させることもできる。そのようなGST−融合タンパク質にす ると、例えば、グルタチオン誘導体化マトリックスを用いることによりシグナリ ンポリペプチドの精製が容易となる(例えば、Current Protocois in Molecular Biology,Ausubel他編(N.Y.:John Wiley & Sons発行、1991参照))。 別の態様として、精製用のリーダ配列、例えば、組換えタンパク質の所望部分 のN−末端におけるポリ−(His)/エンテロキナーゼ切断部位配列をコード する融合タンパク質を用いると、Ni2+金属樹脂を用いるアフィニティクロマト グラフィにより発現融合タンパク質の精製を行うことができる。次いで、エンテ ロキナーゼを用いる処理により精製用リーダー配列を取り除くことにより精製タ ンパク質が得られる(例えば、Hachuli他(1987)J.Chromatography 411:177;お よびJanknecht他、PNAS 88:8972参照)。 融合遺伝子を作製する技術は当業者には知られている。慣用的手法に従い異な るポリペプチド配列をコードする各種のDNAフラグメントを結合するには、連 結のための平滑末端またはスタガード末端を利用し、制限酵素分解により適当な 端部を形成し、付着端を適当に満たし、アルカリホスファターゼ処理して望まし くない結合を回避し、そして酵素連結を行う。他の態様として、自動化DNA合 成装置のような慣用手段を用いて融合遺伝子を合成することもできる。別のやり 方として、2種類の連続する遺伝子フラグメント間に相補的なオーバハングを与 えるアンカープライマーを用いる遺伝子フラグメントPCR増幅を実施し、後に アニーリングを行いキメラ遺伝子配列を得ることもできる(例えば、「Current Protocols in Molecular Biology,Ausubel他編、John Wiley & Sons社発行:199 2」参照)。 グルコシル基、脂質、リン酸、アセチル基等の他の化学的部位(モイエティ) と共有結合ないしは集合複合体を形成させることにより、シグナリンポリペプチ ドを化学修飾(変性)してシグナリン誘導体を創製することもできる。シグナリ ンタンパク質の共有結合誘導体は、タンパク質のアミノ酸側鎖またはポリペプチ ドのN−末端またはC−末端にある官能基に当該化学的部位を連結させることに より調製することができる。 本発明は、さらに、単離されたシグナリンポリペプチドであって、他の細胞タ ンパク質、特に、一般にシグナリンポリペプチドに関連していると考えられるシ グナル伝達因子および/または転写因子から単離され、あるいは、それらを実質 的に含まないシグナリンポリペプチドの入手を可能にしたものである。「他の細 胞タンパク質(「混入タンパク質」と称することもある)を実質的に含まない」 または「実質的に純粋なまたは精製された調製物(製剤)」という語は、20%( 乾重量による)以下の混入タンパク質、好ましくは5%以下の混入タンパク質を 有するシグナリンポリペプチド調製物(製剤)を包含するものとする。本明細書 に記述するクローニング遺伝子を用いることにより、精製された調製物として始 めて機能型の本ポリペプチドを得ることができる。「精製された」とは、DNA またはRNAについて言及する場合、当該分子が、他の生物学的巨大分子(マク ロ分子、例えば他のタンパク質)の実質的な不存在下に存在していることを意味 する。本明細書で用いている「精製された」という語は、好ましくは乾重量で少 なくとも80%、より好ましくは重量で95〜90%の範囲、そして最も好ましくは重 量で少なくとも99.8%の同一種のマクロ分子が存在していることを意味する〔但 し、水、緩衝液、および他の少分子、(特に5000以下の分子量を有する分子)は 存在し得る〕。ここで用いる「純粋な」という語は、好ましくは、上述の「精製 された」と同じ数値限定を有するのが好ましい。「単離された」または「精製さ れた」とは、自生状態の天然物質、または構成成分内に分離された(例えば、ア クリルアミドゲル中に)が純粋な物質または溶液(例えば、混入タンパク質が無 い、または変性剤のようなクロマトグラフィ試薬およびアクリルアミドやアガロ ースのようなポリマー)として得られていない天然物質を包含しない。好ましい 態様においては、精製されたシグナリン調製物(製剤)は、該シグナリンを産生 する同じ動物由来の混入タンパク質を含まず、このことは、例えば非ヒト細胞内 でヒトシグナリンタンパク質を組換え発現させることにより達成することができ る。 組換えポリペプチドに関して上述したように、単離されたシグナリンポリペプ チドの例は、以下の配列もしくはそれら相同な配列の1種またはそれ以上で表さ れるシグナリンポリペプチドに対応するアミノ酸配列の全部または一部を含むも のである:配列番号:14(SEQ ID No:14)、配列番号:15(SEQ ID No:15)、配列番 号:16(SEQ ID No:16)、配列番号:17(SEQ ID No:17)、配列番号:18(SEQ ID No :18)、配列番号:19(SEQ ID No:19)、配列番号:20(SEQ ID No:20)、配列番号: 21(SEQ ID No:21)、配列番号:22(SEQ ID No:22)、配列番号:23(SEQ ID No:23) 、配列番号:24(SEQ ID No:24)、配列番号:25(SEQ ID No:25)、配列番号:26(S EQ ID No:26)。 シグナリンタンパク質の単離されたペプチジル部分は、ペプチドをコードする 核酸の対応するフラグメントから組換えにより産生されたペプチドをスクリーニ ングすることにより得ることができる。さらに、当該分野で知られた技術、例え ば、Merrifield固相f-Mocまたはt-Bocケミストリーのような技術を用いてフラグ メントを化学的に合成することができる。例えば、本発明に属する或る1種のシ グナリンポリペプチドを所望の長さの幾つかのフラグメントに分割してフラグメ ントのオーバーラップが無いようにすることもできるが、好ましくは、或る所望 の長さのオーバーラッピングする幾つかのフラグメントに分割する。フラグメン トは(組換えにより、または化学合成により)調製され、そして、野性型(例 えば「真性」の)シグナリンタンパク質のアゴニストまたはアンタゴニストとし て機能し得るペプチジルフラグメントであるかを明らかにするためにテストする ことができる。 本発明の組換えシグナリンポリペプチドは、真性のシグナリンタンパク質のホ モログ、例えば、ユビキチン化または該タンパク質が関連するその他の酵素標的 反応を変化させる突然変異に因り、酵素分解切断に抵抗性のあるようなタンパク 質改変体も含むものとする。 本発明の脊椎動物シグナリンポリペプチドの構造改変は、治療または予防効果 や安定性(例えば、半ビボ保存寿命やインビボでの酵素分解変化に対する抵抗性 )を高めたり、翻訳後修飾(例えば、タンパク質のリン酸化パターンを変化させ るため)のような目的で行われ得る。そのような変性ペプチドは、天然型のタン パク質の少なくとも1種の活性を保持するように、あるいは、その特定のアンタ ゴニストを調製するように設計されたときは、本明細書で詳述しているシグナリ ンポリペプチドに機能的に等価物である。そのような変性(修飾)ペプチドは、 例えば、アミノ酸の置換、削除または付加によって得ることができる。 例えば、ロイシンをイソロイシンまたはバリンで置換し、アスパラギン酸をグ ルタミン酸で、スレオニンをセリンで、あるいは、アミノ酸を構造的に関連する アミノ酸(すなわち、イソステリックおよび/または等電的変異体)で同様に置 換しても、得られる分子の生物学的活性に大きな影響を与えないだろうと予期す ることは合理的である。保存型置換は、側鎖において類似するアミノ酸群の間で 起こる置換である。遺伝子によってコードされるアミノ酸は、4つの群に分ける ことができる:(1)酸性=アスパラギン酸、グルタミン酸;(2)塩基性=リ ジン、アルギニン、ヒスチジン;(3)非極性=アラニン、バリン、ロイシン、 イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン;お よび(4)非荷電極性=グリシン、アスパラギン、グルタミン、システィン、セ リン、ヌレオニン、チロシン。フェニルアラニン、トリプトファンおよびチロシ ンはまとめて芳香族アミノ酸として分類されることもある。同様に、アミノ酸レ パートリーは、以下のように分類することもできる:(1)酸性=アスパラギン 酸、グルタミン酸;(2)塩基性=リジン、アルギニン、ヒスチジン;(3)脂 肪族=グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、スレオ ニン(セリンおよびスレオニンは、別に芳香族−ヒドロキシルと分類されてもよ い);(4)芳香族=フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン;(5)ア ミド=アスパラギン、グルタミン;(6)含イオウ=システィンおよびメチオニ ン(例えば、「Biochemistry,2nd ed.,L.Stryer編、WH Freeman and Co.発 行、1981」参照)。 本発明は、さらに、本脊動物シグナリンタンパク質の組換え変異体、ならびに 切端変異体を形成する方法を提供するものであり、特に、TGFβレセプターか らのシグナル伝達を調節するのに機能すると考えられる変異体配列(例えばホモ ログ)を明らかにするのに有用である。そのような組換えライブラリーをスクリ ーニングする目的は、例えば、アゴニストまたはアンタゴニスのいずれかとして 機能する、あるいは、新規な活性を保有するような新規なシグナリンホモログを 得ることにある。具体的には、本発明の方法によってシグナリンホモログを処理 してTGFβ誘導経路の選択的、構成性の活性を与えることにより、該シグナリ ンホモログがTGFβに応答することのできる細胞内で発現されたときにTGF βによる誘導を模擬(mimic)するようになる。かくして、組換え由来のホモログ を得れば、天然型の該タンパク質に比べて性能を増大させることができる。 同様に、本発明の組換え法に従い、TGFβによる誘導を選択的に抑制する( 拮抗する)シグナリンホモログを得ることができる。例えば、突然変異法により 、他のシグナル経路タンパク質(またはDNA)に結合はするが、該シグナルの 伝播を防ぐことのできるようなシグナリンホモログを提供することができ、例え ば該ホモログがドミナントネガティブな変異体であるようにすることができる。 好ましい優性負性の変異体は、充分なC−末端フラグメントを含んでTGFβシ グナルにアンタゴニスト作用する。さらに、本発明の方法に従いシグナリンの特 定ドメインを操作することにより、融合タンパク質に使用されるのに好適なドメ インを得ることができる。 本発明の一つの態様として、シグナリンホモログ群またはその他の関連タンパ ク質群のアラインメントを行い、可能な限り高いホモロジーが得られるようにす る。そのような変異体集団は、例えば、単一または複数の種由来のシグナリンホ モログを含むようにしてもよい。アラインメントさせた配列の各位置に示される アミノ酸を選択して、組換え遺伝子の縮重セットを創製する。好ましい態様にお いては、核酸レベルでの組換え突然変異によりシグナリン変異体から成る広範囲 のライブラリーが作成される。例えば、合成オリゴヌクレオチドの混合物を遺伝 子配列内に酵素を用いて連結させることにより、シグナリン配列の縮重セットが 、個々のポリペプチドとして、または、該シグナリン配列のセットを含有する大 きな融合タンパク質セット(例えば、ファージディスプレイ)として発現され得 るようにする。 図6に示されるように、一群の変異体の配列を分析するには、対象とするアミ ノ酸配列についてアラインメントを行いホモロジー(相同性)を比較する。或る 特定の変異体のアライメントした配列からのアミノ酸の有無は、参照配列(実際 の配列もあれば人工的な配列もある)の選択した共通長さに対して相対的である 。配列のアラインメントに際して最大のホモロジーを保持するためには、参照配 列に対して或る変異体の配列において欠損がある場合には、アミノ酸空隙(*) によって表すことができ、一方、参照配列に対して変異体において挿入的な変異 があるときは、アラインメントしたときに無視し該変異体から除くようにする。 例えば、図6は、脊椎動物シグナリン遺伝子生成物の幾つかのシグナリンモチー フをアラインメントしたものである。シグナリンクローン由来のこのモチーフの アラインメントを分析することにより、可能なシグナリン配列を含むポリペプチ ドの縮重ライブラリーを構築することができる。 具体例として、アフリカツメガエルクローンおよびヒトクローンのシグナリン モチーフをアラインメントすることにより、以下の一般式で表されるシグナリン モチーフを含むシグナリンポリペプチドの縮重セットを得ることができる。 V−X(1)−X(2)−R−K−G−X(3)−P−H−V−I−Y−X(4)−R−X(5 )−W−R−W−P−D−L−X(6)−X(7)−X(8)−X(9)−X(10)−L−K− X(11)−X(12)−X(13)−X(14)−C−X(15)−X(16)−X(17)−F−X(18)− X(19)−K−X(20)−X(21)−X(22)−V、 上式において、各縮重位置「X」は、ヒトまたはアフリカツメガエルクローン の1種において該位置に存在するアミノ酸である。例えば、Xaa(1)はSer,Pro, またはAlaを表し;Xaa(2)はHisまたはGlyを表し;Xaa(3)はLeu,またはPheを表し;X aa(4)はCysまたはAlaを表し;Xaa(5)はValまたはLeuを表し;Xaa(6)はHisまたはGl nを表し;Xaa(7)はSerまたはアミノ酸空隙を表し;Xaa(8)はHi sまたはLysを表し;Xaa(9)はHisまたはAsnを表し;Xaa(10)はGluまたはGlyを表し; Xaa(11)はPro,AlaまたはHisを表し;Xaa(12)はLeu,Ile,ValまたはMetを表し;Xaa (13)はLysまたはGluを表し;Xaa(14)はCys,AsnまたはPheを表し;Xaa(15)はGluま たはGlnを表し;Xaa(16)はTyr,PheまたはLeuを表し;Xaa(17)はProまたはAlaを表 し;Xaa(18)はGlu,Asn,ValまたはAspを表し;Xaa(19)はSerまたはLeuを表し;Xaa(2 0)はGln,LysまたはTyrを表し;Xaa(21)はLysまたはAspを表し;Xaa(22)はGluまた はAspを表す。もっと広いライブラリーにおいては、各縮重位置Xは、アフリカ ツメガエルクローンおよびヒトクローンにおいて存在するアミノ酸残基と保存型 置換している(例えば、等電的に保存されたり、極性によって保存された)任意 のアミノ酸から選ばれ得る。さらに広いライブラリーにおいては各Xは任意のア ミノ酸から選ばれ得る。 縮重オリゴヌクレオチドから、可能なシグナリンホモログのライブラリーを構 築することのできる多数の方法がある。縮重遺伝子配列の合成は自動化DNA合 成装置で行うことができ、次に、適当な発現ベクター内に合成遺伝子を連結させ る。遺伝子の縮重セットの目的は、1つの混合物中に、可能なシグナリン配列の 所望のセットをコードする配列の全てを提供することにある。縮重オリゴヌクレ オチドの合成は当該分野でよく知られている(例えば、Narang,SA(1983)Tetr ahedron 39:3;Itakura他(1981)Recombinant DNA,Proc 3rd Cleveland Sympos .Macromolecules,ed.AG Walton,Amsterdam:Elsevier pp273-289;Itakura 他(1983)Annu.Rev.Biochem.53:323;Itakura他(1984)Science 198:1056;Ike 他(1983)Nucleic Acid Res.11:477参照)。そのような手法は、他のタンパク質 の生成にも用いられている(例えば、Scott他(1990)Science 249:386-390:Robe rts他(1992)PNAS 89:2429-2433;Devlin他(1990)Science 249:404-406;Cwirla 他(1990)PNAS 87:6378-6382;米国特許第5,223,409号、5,198,346号および5,096, 815号参照)。 同様に、或る1つのシグナリンクローンについてコード配列フラグメントのラ イブラリーを提供して、生理活性のあるフラグメントのスクリーニングおよびそ の後の選択用のシグナリンフラグメントの多様な集団を構築することもできる。 そのようなライブラリーを構築するためには各種の手法が当該分野で知られてお り、それには化学合成も含まれる。1つの態様として、コード配列フラグメント のライブラリーを作製するには、例えば、(i)シグナリンをコードする配列の 二本鎖PCRフラグメントを、ニッキングが1分子当たり約1回だけ起こるよう な条件下のヌクレアーゼで処理し;(ii)該二本鎖DNAを変性し;(iii)該DN Aを復元させて、異なるニック処理生成物由来のセンス/アンチセンス対を含む 二本鎖DNAを形成し;(iv)S1ヌクレアーゼ処理することにより、改変二重ら せんから一本鎖部分を除去し;そして(v)得られたフラグメントライブラリー を発現ベクターに連結する。この例示方法によれば、いろいろなサイズのN−末 端フラグメント、C−末端フラグメントおよび中間フラグメントをコードする発 現ライブラリーが得られる。 点突然変異法または切端法(truncation)によって作製された組換えライブラ リーの遺伝子産物についてスクリーニングを行い、さらに、或る特定の性質を有 する遺伝子生成物を得るためにcDNAライブラリーについてスクリーニングを 行うためには、広範囲の手法が当該分野で知られている。大きな遺伝子ライブラ リーについてスクリーニングを行うために最も広く用いられている手法は、一般 に、該遺伝子ライブラリーを複製性発現ベクター内にクローニングし、得られた ベクターライブラリーで適当な細胞を形質転換し、そして、所望の活性を検出す ることにより、生成物が検出された遺伝子をコードするベクターの単離が容易に なるような条件下で、組換え遺伝子を発現させることを含む。以下に記述する具 体的なアッセイ(検定法)は、組換え突然変異法によって得られた多数の縮重シ グナリン配列のククリーニングを行うのに必要とされているような大量分析にも 対処できるものである。 本シグナリンタンパク質のフラグメント(例えば、結合ドメイン)を精製する のに使用できる更に別の手法は、「Roman他(1994)Eur.J.Biochem.222:65-73 」に記載されている。Roman他は、大分子のタンパク質由来の短くてオーバラッ プしているペプチドを用いる競合結合アッセイについて記述している。このRoma n等の手法は、本シグナリンタンパク質と同様の適当なサイズ範囲のタンパク質 における結合ドメインを明らかにするのに適用されている。 1つの態様においては、胚幹細胞(ES)を利用して多様なシグナリンライブ ラリーを分析することもできる。例えば、特定のTGFβに普通に応答性のある ES細胞系に発現ベクターのライブラリーをトランスフェクションする。次に、 トランスフェクションされた細胞をTGFβに接触させ、そして、表現型マーカ ーの誘導に対するシグナリン変異体の影響を、例えば、FACSにより検出する ことができる。次にプラスミドDNAを細胞から回収して抑制を評価し、あるい は、TGFβ誘導を評価し、そして、個々のクローンの特性を更に調べる。ES 細胞の代わりに、他の細胞系を用いることもでき、より原始的なアニマルキャッ プ細胞のような細胞から、胚がん腫細胞、あるいは成熟した分化組織由来の細胞 (例えば、軟骨細胞や骨細胞)に至る細胞を用いることができる。 組換え突然変異法(combinatorial mutagenesis)によれば、変異体タンパク質 の非常に大きなライブラリー(例えば1026分子のオーダー)を作製できる。こ の大きさの組換えライブラリーは、高負荷のスクリーニング法においては技術的 に難しい。この問題を克服するためREM(recrusive ensemble mutagenesls) と呼ばれる新しい突然変異法が最近開発され、これによれば、ランダムライブラ リーにおいて非常に多量の非機能性タンパク質を回避して機能性タンパク質の頻 度のみを高めることができ、配列スペースの有用なサンプリングを行うのに要す る複雑さが減少する。REMは、適当な選択法またはスクリーニング法を用いれ ば、ライブラリーにおける機能性変異体の頻度を高めるアルゴリズムであ(Arkin およびYourvan,1992,PNAS USA 89:7811-7815;Youvan他、1992,Parallel Pro blem Solving fromNature,2., InMaennerおよびManderick編、Elsevir Publi shing Co.発行、Amsterdam.pp.401-410;Delgrabe他、1993、Protein Enginee ring 6(3):327-331)。 本発明は、さらに、本発明の脊椎動物シグナリンポリペプチドの結合を破壊す ることができるようなミメチック(模擬体:mimetics)(例えば、ペプチド性ま たは非ペプチド性作用物質)を調製することに関する。かくして、上述したよう な突然変異法は、例えば、シグナリンポリペプチドの上流において機能するタン パク質(活性のアクチベーターまたはリプレッサー)または上流で機能するタン パク質または核酸と本脊椎動物シグナリンポリペプチドの結合に関与するタンパ ク質−タンパク質相互反応に寄与するシグナリンタンパク質のデターミナントヲ マッピングするのにも有用である。具体的には、上流または下流のシグナリン成 分の分子認識に関与するシグナリンポリペプチドの重要なアミノ酸残基を決定し 、真性(天然)のシグナリンタンパク質の結合を競争的に抑制するシグナリン由 来 ペプチドメチックを構築するのに用いる。例えばスキャンニング突然変異法を用 いて、他の細胞外タンパク質との結合に関与する各シグナリンタンパク質のアミ ノ酸残基をマッピングすることにより、該相互作用を促進するようなシグナリン タンパク質の残基に模擬するペプチドミメチック化合物を得ることができる。そ のようなミメチックは、シグナリンタンパク質の通常の機能を妨害するのに使用 できる。例えば、次にようなものを用いて、該アミノ酸残基の非加水分解性のペ プチドアナログを得ることができる:ベンゾジアゼピン(例えば、Freidinger他 によるPeptides:Chemistry and Biology,G.R.Marshall編、ESCOM Publisher 発行:Leiden,オランダ1988)、アゼピン(例えばHuffman他によるPeptides:Chem istry and Biology,G.R.Marshall編ESCOM Publisher発行:Leiden.オランダ 1988)、置換されたガンマラクタム環(Garvey他によるPeptides:Chemistry and Biology,G.R.Marshall編、ESCOM Publisher発行:Leiden,オランダ1988)、ケ トメチレンプシュードペプチド(Ewenson他(1986)J Med Chem 29:295;およびEwen son他によるPept1des:Structure and Function(Proceedings of the 9th Amer ican Peptide Symposium)Pierce Chemical Co発行、Rockland,米国イリノイ州 1985)、β−らせんジペプチドコア(Nagai他(1985)Tetrahedrom Lett 26:647;お よびSato他(1986)J Chem Soc Perkin Trans 1:1231)、ならびにβ−アミノアル コール(Gordon他(1985) Biochem Biophys Res Commun126:419;およびDann他(19 86) Biochem Biophys Res Commun 134:71)。 本発明は、さらに、脊椎動物シグナリンタンパク質に対して特異的反応性を有 する抗体に関する。例えば、シグナリンタンパク質由来の抗原を用いることによ り(例えば、cDNA配列に基づく)、標準的な方法に従い抗タンパク質/抗ペ プチドの抗血清またはモノクローナル抗体を作製することができる(例えば、An tibodies:A Laboratory Manual,HarlowおよびLane編(Cold Spring Harbor Pre ss発行:1988)参照)。マウス、ハムスターまたはウサギのような啼乳動物を、免 疫原性形態のペプチド(例えば、脊椎動物シグナリンポリペプチド、または抗体 応答を引き起こす能力のある抗原フラグメント)で免疫化することができる。タ ンパク質またはペプチドに免疫原性を付与するには、キャリアに結合したり当該 分野で周知の他の技術が含まれている。シグナリンタンパク質の免疫原性のある 部分はアジュバントの存在下に投与され得る。血漿または血清中の抗体価 を検出することにより免疫化の進行をモニターする。標準的なELISAまたは その他のイムノアッセイにおいて、抗原として免疫原を用いて抗体レベルを評価 することができる。好ましい態様において本発明の抗体は、脊椎動物(例えば哺 乳動物)のシグナリンタンパク質の抗原決定基、例えば、配列番号:14〜26によ って表されるタンパク質またはそれに近似するホモログ(例えば、少なくとも85 %相同、好ましくは少なくとも90%相同、そしてさらに好ましくは少なくとも95 %相同であるもの)の抗原決定基に対して免疫特異的である。本発明の更に好ま しい態様においては、例えば、シグナリンホモログ(例えばhu−シグナリン1ま たはhu−シグナリン2)に対して免疫選択性のある抗体を得るために、抗シグナ リンポリペプチド抗体は、選択されたシグナリンに対して、例えば、85%、90% または95%以下の相同性を有するようなタンパク質と実質的に交差反応しない( すなわち、特異的に反応しない)ようにする。「実質的に交差反応しない」とは 、非相同タンパク質に対する当該抗体の結合親和性が、目的とするシグナリンに 対する該抗体の結合親和性よりも、少なくとも1桁、好ましくは少なくとも2桁 、そして、更に好ましくは少なくとも3桁小さいことを意味する。 シグナリンポリペプチドから成る抗原性調製物で動物を免疫化した後、抗シグ ナリン抗血清が得られ、所望に応じて該血清からポリクローナル抗体またはモノ クローナル抗体を単離することができる。モノクローナル抗体を得るには、免疫 化した動物から抗体産生細胞(リンパ球)をハーベストし、ミエローマ細胞のよ うな不死化用細胞を用いる標準的な体細胞融合法に従い融合を行うことによりハ イブリドーマ細胞を得ることができる。そのような技術は当該分野においては周 知であり、例えば、ハイブリドーマ技術KohlerおよびMilsteinにより開発、(197 5)Nature,256:495-497)、ヒトB細胞ハイブリドーマ技術(Kozbar他、(1983)Im munology Today,4:72)、およびヒトモノクローナル抗体を産生させるEBV− ハイブリドーマ技術(Cole他、(1985) Monoclonal Antibodies and Cancer Thera py,Alan R.Liss,Inc.pp.77-96)を参照されたい。免疫化学的方法によりハ イブリドーマ細胞のスクリーニングを行うことにより、本発明の脊椎動物シグナ リンポリペプチドに特異的に反応する抗体を得ることができ、そのようなハイブ リドーマ細胞を含む培養物からモノクローナル抗体を単離することができる。 本明細書において用いる抗体という語は、そのフラグメントであって、やはり 本脊椎動物シグナリンポリペプチドの1種に対して特異的な反応性を有するもの も包含されるものとする。抗体のフラグメント化は慣用的手法を用いて行うこと ができ、そして、全抗体について上述したのと同じ方法により該フラグメントの 有用性についてスクリーニングを行う。例えば、F(ab)2フラグメントは、 ペプシンで抗体を処理することにより形成される。得られたF(ab)2フラグ メントを処理してジスルフィド結合を還元することによりFabフラグメントが 得られる。さらに、本発明の抗体は、抗体の少なくとも1つのCDR領域によっ て与えられるシグナリンタンパク質親和性を有するような二重特異性のキメラ分 子も含むものとする。 真性のシグナリンポリペプチドまたはシグナリン変異体に対するモノクローナ ル抗体およびポリクローナル抗体(Ab)、およびFabやF(ab)2のよう な抗体フラグメントを用いて、1種またはそれ以上のシグナリンタンパク質の作 用をブロックし、そして、例えば胚形成および/または分化組織の維持における これらのタンパク質の役割を研究することができる。例えば、精製されたモノク ローナルAb(抗体)をニワトリの肢芽やマウス胚に直接注入する。同様の手法 により、シグナリンの作用をブロックしようとする部位の近傍または該領域に、 抗シグナリンモノクローナルAbを産生するハイブリドーマ、または、抗シグナ リンAbが懸濁された生分解性ゲルを移植する。この種の実験により、肢部パタ ーニングおよび組織形成に関与すると考えられる該因子およびその他の因子の役 割を理解することができる。 シグナリンエピトープに特異的に結合する抗体は、組織サンプルの免疫組織化 学的染色に使用して、各シグナリンポリペプチドの発現の量およびパターンを評 価することもできる。免疫沈降法および免疫ブロティング法による診断に抗シグ ナリン抗体を使用して、臨床テストの一部として組織内のシグナリンタンパク質 のレベル(量)を検知し、評価することができる。例えば、そのような測定は、 骨格形成疾患の発生や進行を予知評価するのに有用である。また、或る個人にお けるシグナリンタンパク質のレベルがモニターできることにより、そのような疾 患に苦しむ該患者に対する所与の治療法に対する効果を判定することができる。 シグナリンポリペプチドのレベルは、体液中の細胞(例えば、脳脊髄液または羊 膜液サンプル)から測定することができ、または組織(例えばバイオプシーで得 られたもの)中の測定を行うことができる。抗シグナリン抗体を用いる診断法と しては、例えば、退行性疾患(特に新生時に顕著なもの)の初期診断を助けるた めのイムノアッセイがある。抗シグナリンポリペプチド抗体を用いる診断法とし ては、さらに、腫瘍性または過形成性疾患の初期診断および観察を助けるための イムノアッセイも含まれる。 本発明の抗シグナリン抗体の他の用途は、λgt11、λgt18−23、λZAP およびλORF8のような発現ベクター内に構築されたcDNAライブラリーの 免疫学的スクリーニングである。コード配列が正しいリーディングフレーム内に 正しい方向で挿入されたこの種のメッセンジャーライブラリーは融合タンパク質 を生成することができる。例えば、λgt11は、アミノ酸末端がβ−ガラクトシ ダーゼアミノ酸配列から成りカルボキシ末端が外来ポリペプチドから成る融合タ ンパク質を生成する。シグナリンタンパク質の抗原エピトープ(例えば、特定の シグナリンタンパク質の他のオルソログまたは同一種由来の他のパラログ)は、 例えば、抗シグナリン抗体を感作したプレートから取り除いたニトロセルロース フィルターのような抗体を用いて検出される。次に、このアッセイにより検出さ れた陽性ファージは感作プレートから単離される。このようにして、他の動物由 来のシグナリンホモログの存在を検出しクローニングすることができ、ヒト由来 のイソ体(スプライシング変異体を含む)の代わりにすることができる。 さらに、脊椎動物由来のシグナリン遺伝子のクローニングによりヌクレオチド 配列を明らかにすることにより、他の種類の細胞(例えば、他の組織由来の細胞 )におけるシグナリンホモログおよび他の脊椎動物由来のシグナリンホモログを 同定しおよび/またはクローニングするのに用いるプローブおよびプライマーを 構築することができる。例えば、本発明は、実質的に精製されたオリゴヌクレオ チドから成るプローブ/プライマーを提供するが、ここで、該オリゴヌクレオチ ドは、配列番号:1(SEQ ID NO:1)、配列番号:2(SEQ ID NO:2)、配列番号:3 (SEQ ID NO:3)、配列番号:4(SEQ ID NO:4)、配列番号:5(SEQ ID NO:5)、配 列番号:6(SEQ ID NO:6)、配列番号:7(SEQ ID NO:7)、配列番号:8(SEQ ID NO:8)、配列番号:9(SEQ ID NO:9)、配列番号:10(SEQ ID NO:10)、配列番号 :11(SEQ ID NO:11)、配列番号:12(SEQ IDNO:12)、配列番号:13(SEQ ID NO:13 )、または天然に存在するそれらの変異体から成る群より選ばれるセンス またはアンチセンス配列の少なくとも10ヶの連続した配列にストリンジェントコ ンディション下にハイブリダイズするヌクレオチド配列の一部を含むものである 。例えば、配列番号1〜13で表される核酸配列に基づくプライマーは、シグナリ ンホモログをクローニングするためのPCR反応に使用することができる。同様 に、本シグナリン配列に基づくプローブは、同一または相同性のタンパク質をコ ードする転写体またはゲノム配列を検出するのに用いることができる。好ましい 態様においては該プローブはラベル(標識)が結合されて検出され得るようにな っており、ラベルは、ラジオアイソトープ、蛍光性化合物、酵素および酵素補助 因子(コファクター)から選ばれる。 そのようなプローブは、シグナリンタンパク質を誤発現する細胞または組織を 同定(判定)するための診断キットの一部として使用することもでき、例えば、 患者の細胞サンプル中のシグナリンコード核酸のレベルを測定したり、シグナリ ンmRNAレベルを検出したり、あるいは或るゲノムシグナリン遺伝子が変異し たり欠損しているかを判定する。 具体例として、インタクトの(生の)組織および組織サンプルの組織的スクリ ーニングを行い、シグナリンをコードする転写体の存在(または不存在)を調べ るためのシグナリン遺伝子由来ヌクレオチドプローブを作製することができる。 抗シグナリン抗体を診断に用いる場合と同様に、シグナリンメッセージ用または ゲノムシグナリン配列用のプローブを使用することにより、例えば腫瘍形成性ま たは過形成性障害(望ましくない細胞増殖など)または組織の異常分化において 見られることのあるアレル変異を予防目的および治療目的の両方から調べること ができる。上述のイムノアッセイにおいて用いられる場合と同様に、このオリゴ ヌクレオチドプローブにより、シグナリンタンパク質の発現(またはその欠如) に関連する幾つかの異常に関与する発生上の障害を分子レベルで判定できるよう になる。 かくして、本発明の方法は、異常な細胞増殖および/または分化を特徴とする ような障害に患者が冒されているか否かを判定する方法を提供する。好ましい態 様において該方法は、一般に、患者の細胞サンプルから、(i)シグナリンタン パク質をコードする遺伝子の完全性に影響する変化、または(ii)該シグナリン 遺伝子の誤発現のうち少なくともいずれかを特徴とするような遺伝子障害の有無 を検出することを含むことを特徴としている。具体的には、そのような遺伝子障 害は、(i)シグナリン遺伝子から1個またはそれ以上のヌクレオチドの欠失、 (ii)シグナリン遺伝子への1個またはそれ以上の遺伝子の付加、(iii)シグナ リン遺伝子の1個またはそれ以上のヌクレオチドの置換、(iv)シグナリン遺伝 子の全体的な染色体再配置、(v)シグナリン遺伝子のメッセンジャーRNA転 写体のレベル(量)の全体的な変化、(vii)シグナリン遺伝子の異常変性(例え ば、ゲノムDNAのメチル化パターンの異常)、(Vii)メッセンジャーRNA転 写体の非野性型スプライシングパターンの存在、(Viii)シグナリンタンパク質の 非野性型レベル、(ix)シグナリン遺伝子のアレル喪失、および(x)シグナリン タンパク質の不適当な翻訳後修飾の少なくとも1種の存在を確認することにより 検出することができる。後述するように、本発明は、シグナリン遺伝子の障害を 検出するための多くのアッセイ(分析)法を提供し、そして、重要なことは、シ グナリン依存性の異常な細胞成長、増殖および/または分化の原因となるいろい ろな分子上の原因を識別できるということである。 1例として、シグナリン遺伝子、例えば、配列番号:1〜13のいずれかで表さ れるもの、もしくは天然に存在するそれらの変異体、または天然においてシグナ リン遺伝子に連結している5'または3'のフランキング配列またはイントロン配 列もしくは天然に存在するそれらの変異体のセンスまたはアンチセンス配列にハ イブリダイズすることのできるヌクレオチド配列の一部を含む(精製された)オ リゴヌクレオチドプローブから成る核酸組成物が提供される。或る細胞の核酸を ハイブリダイゼーションが受けられるようにし、サンプルの核酸をプローブと接 触させ、該サンプルの核酸に対するプローブのハイブリダイゼーションを検出す る。そのような手法により、ゲノムレベルまたはmRNAレベルでの障害(欠損 、置換等を含む)を検出することができるとともに、mRNA転写体のレベルも 測定することができる。 態様に応じて障害の検出にはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)(例えば、米国 特許第4,683,195号および第4,683,202号参照)においてプローブ/プライマー、 例えば、アンカーPCRまたはRACE PCRを利用し、あるいは、連結(ラ イゲーション)連鎖反応(LCR)(例えば、Landegran他、(1988) Science 24 1:1077-1080;およびNakazawa他、(1944)PNAS 91:360-364参照)においてプ ローブ/プライマーを利用することを含み、後者は、シグナリン遺伝子の点突然 変異を検出するのに特に有用である。単なる例示ではあるが、該方法は、(i) 患者から細胞サンプルを集め、(ii)該サンプル細胞から核酸(例えば、ゲノム 核酸、mRNA、またはその両方)を単離し、(iii)該核酸サンプルを、シグナリ ン遺伝子に特異的にハイブリダイズする1種またはそれ以上のプローブと接触さ せて、特定の条件下でシグナリン遺伝子(存在すれば)のハイブリダイゼーショ ンおよび増殖が起こるように、さらに(iv)増殖生成物の有無を検出し、または増 殖生成物の大きさを検出し、および対照サンプルに対する長さを比較する各工程 を含む。 上述したように、本発明はその一態様として、患者から単離した細胞から、1 種またはそれ以上のシグナリンの変異が起こっているか否かを判定する診断法に 関する。該方法は、異常な細胞増殖および/または分化に起因する障害に冒され ているか否かを判定する方法を提供する。好ましい態様として、該方法は、一般 に、患者の細胞サンプルから、シグナリンをコードする遺伝子の完全性に影響す るような変化に起因する遺伝子障害の有無を検出することを特徴とする。具体的 には、そのような遺伝子障害は、(i)シグナリン遺伝子から1個またはそれ以 上のヌクレオチドの欠失、(ii)シグナリン遺伝子への1個またはそれ以上のヌク レオチドの付加、(iii)シグナリン遺伝子の1個またはそれ以上のヌクレオチド の置換、および(iv)シグナリン遺伝子のメッセンジャーRNA転写体の非野性型 スプライシングパターンのうち少なくとも1つが存在することを確認することに より検出することができる。後述するように、本発明は、シグナリン遺伝子の障 害を検出するための多数の分析法を提供し、そして、重要なことは、シグナリン 依存性の異常な細胞成長、増殖および/または分化の原因となるいろいろな分子 上の原因を識別できるということである。 態様に応じて障害の検出にはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)(例えば、米国 特許第4,683,195号および第4,683,202号参照)においてプローブ/プライマー、 例えば、アンカーPCRまたはRACE PCRを利用し、あるいは、連結連鎖 反応(LCR)(例えば、Landegran他、(1988)Science 241:1077-1080;および Nakazawa他、(1944)PNAS 91:360-364参照)においてプローブ/プライマーを利 用することを含み、後者は、シグナリン遺伝子の点突然変異を検出するのに 特に有用である(Abravay他(1995)Nuc Acid Res 23:675-682参照)。単なる例示で はあるが、該方法は、(i)患者から細胞サンプルを集め、(ii)該サンプル細胞 から核酸(例えば、ゲノム核酸、mRNA、またはその両方)を単離し、(iii) 該核酸サンプルを、シグナリン遺伝子に特異的にハイブリダイズする1種または それ以上のプライマーと接触させて、特定の条件下でシグナリン遺伝子(存在す れば)のハイブリダイゼーションおよび増殖が起こるように、さらに(iv)増殖生 成物の有無を検出し、または増殖生成物の大きさを検出し、および対照サンプル に対する長さを比較する各工程を含む。PCRおよび/またはLCRは、本明細 書に記述する変異検出に使用する手法のいずれにおいても予備的な増殖工程とし て使用するのが望ましい。 本発明方法の好ましい態様において、サンプル細胞のシグナリン遺伝子の変異 は、制限酵素切断パターの変化により明らかにされる。例えば、サンプルおよび 対照用のDNAを単離し、(必要に応じて)増幅し、1種またはそれ以上の制限 エンドヌクレアーゼを用いて分解し、ゲル電気泳動法によりフラグメントの長さ を測定する。さらに、配列特異的なリボザイムを用いて(例えば、米国特許第5, 498,531号参照)、リボザイム切断部位の出現または喪失により特異的な変異の 存在を調べることができる。 当該分野で知られている各種の配列決定反応の任意のものを用いて、シグナリ ン遺伝子の配列を直接分析し、あるいは、サンプルシグナリンの配列を対応する 野性型配列(対照配列)と比較することにより変異を検出することができる。配 列決定反応の例としては、MaximおよびGilbert(Proc Natl Acad Sci USA(1977 )74:560)またはSanger(Sanger他(1977)Proc Natl.Acad Sci 74:5463)によっ て開発された手法に基づくものが挙げられる。さらに、本発明の分析法を実施す るに当たっては、各種の自動化配列分析法を利用することかでき(Biotechniques (1995)19:448)、これには質量分析による配列決定も含まれる(例えば、PCT公 報WO 94/16101:Cohen他(1996)Adv Chromatogr 36:127-162;およびGriffin他(19 93) Appl Biochem Biotechnol 38:147-159参照)。態様によっては配列決定にお いて僅か1個、2個または3個の核酸塩基の存在を測定すればよいことは当業者 には明らかであろう。例えば、1個の核酸のみを検出するような場合はA-tract を実施すればよい。 更なる態様として、切断試薬(例えば、ヌクレアーゼ、ヒドロキシルアミン、 またはオスミウムテトラオキシド、およびピペリジン)からの防御を利用して、 RNA/RNAまたはRNA/DNAヘテロ二本鎖内のミスマッチ塩基を検出す ることもできる(Myers他(1985)Science 230:1242f)。一般に「ミスマッチ切断 (mismatch cleavage)」技術においては、先ず、野性型シグナリン配列を含有す る(ラベル化した)RNAまたはDNAを、組織サンプル由来で変異体の可能性 のあるRNAまたはDNAとハイブリダイズさせることによりヘテロ二本鎖を形 成させる。二本鎖を、該二本鎖のうちの一本鎖部分(例えば、対照鎖とサンプル 鎖との間の塩基対ミスマッチで生じてる)を切断する試薬(作用物質)で処理す る。例えば、RNA/DNA二本鎖は、RNaseで処理し、また、DNA/D NAハイブリッドはS1ヌクレアーゼで処理して、ミスマッチ領域を酵素分解す ることができる。他の態様においてはDNA/DNA二本鎖またはRNA/DN A二本鎖をヒドロキシアミンまたはオスミウムテトラオキシドで処理し、さらに ピペリジン処理することによりミスマッチ領域を酵素分解することができる。ミ スマッチ領域を酵素分解した後、変性用ポリアクリルアミドゲルでサイズに応じ た分離を行い変異部位を判定する。例えば、「cotton他(1988)Proc.Natl Acad Sci USA 85:4397;Saleeba他(1992)Methods Enzymod.217:286-295」参照。好ま しい態様においては対照用DNAまたはRNAに検出用の標識(ラベル)を施す 。 さらに別の態様として、ミスマッチ切断反応において、二本鎖DNAのミスマ ッチ塩基対を認識するタンパク質(所謂「DNAミスマッチ修復」酵素)の1種 以上を用い、細胞サンプル由来のシグナリンcDNAの点突然変異を検出しマッ ピングする。例えば、大腸菌のmutY酵素はG/AミスマッチにおけるAを切 断し、また、HeLa細胞由来のチミジンDNAグリコシラーゼはG/Tミスマ ッチにおけるTを切断する(Hsu他(1994) Carcinogenesis 15:1657-1662)。1 例として、シグナリン配列(例えば、野性型シグナリン配列)に基づくプローブ を、テスト細胞由来のcDNAまたは他のDNA生成物にハイブリダイズさせる 。DNAミスマッチ修復酵素で二本鎖を処理し、そして、(存在すれば)切断生 成物は電気泳動法等により検出することができる。例えば、米国特許第5,459,03 9号を参照。他の態様においては、電気泳動移動度の変化を利用してシグナリン 遺 伝子の変異を同定する。例えば、一本鎖コンホメーション多形性(sscp:single strand conformation polymorphism)を用いて、変異体核酸と野性型核酸との 間の電気泳動移動度の差を検出する(Orita他(1989)Proc Natl.Acad.Sci USA 86:2766;Cotton(1993)Mutat Res 285:125-144;およびHayashi(1992)Genet Anal Tech Appl 9:73-79参照)。サンプルおよび対照のシグナリン核酸の一本 鎖DNAフラグメントは変性され、そして復元され得るようになる。一本鎖核酸 の二次構造は配列に従って変化し、その結果生じる電気泳動の変化は単一の塩基 の変化の検出も可能にする。DNAフラグメントは標識化(ラベル)するか、ま たは標識化プローブで検出できる。分析感度は、(DNAよりも)、配列の変化 に対して二次構造の感度が高いRNAを用いることにより高めることができる。 好ましい態様においては、本方法をヘテロ二本鎖分析に利用して電気泳動移動度 の変化に基づきヘテロ二本鎖分子の分離を行う(Keen他(1991)Trends Gene 7:5) 。 さらに別の態様においては、変性勾配ゲル電気泳動法(DGGE)(Myers他(1 985)Nature 313:495)を用いて、勾配のある変性剤を含有するポリアクリルアミ ドゲル中での変異フラグメントまたは野性型フラグメントの移動を分析した。分 析手段としてDGGEを用いると、DNAが完全には変性しないように修飾され る(例えば、PCRにより、約40bpの高融点GCの多いDNAから成るGCク ランプを添加することによる)。別の態様においては変性剤に勾配をつける代わ りに、温度勾配を用いて対照DNAおよびサンプルDNAの移動度の相違を明ら かにする(RosenbaumおよびReissner (1987) Biophys Chem 265:12753)。 点突然変異を検出する他の手法の例としては、選択的オリゴヌクレオチドハイ ブリダイゼーション、選択的増幅、または選択的プライマー伸長が挙げられるが 、これらに限定されるものではない。例えば、オリゴヌクレオチドを調製して、 既知の変異が中央に位置するようにし、完全なマッチングが存在したときにのみ ハイブリダイゼーションが起こり得るような条件下に標的DNAにハイブリダイ ズされるようにする(Saiki他、(1986)Nature 324:163;Saiki他(1987)Proc.Nat l.Acad.Sci.USA 86:6320)。そのようなアレル特異的オリゴヌクレオチドハイ ブリダイゼーション法を用いて、オリゴヌクレオチドがPCR増幅標的DNAに ハイブリダイズされる場合には1反応当たり単一の変異を調べ、あるいは、オロ ゴヌクレオチドがハイブリダイズ用膜に結合され、ラベル化標的DNAでハイ ブリダイズされる場合は多数の異なる変異を調べるようにすることができる。選 択的PCR増幅に依存するアレル特異的増幅法を本発明に用いることもできる。 特異的増幅のプライマーとして用いるオリゴヌクレオチドは、興味対象の変異を 分子の中央に運び(その結果、増幅が差次的ハイブリダイゼーションに依存する )(Gibbs他(1989)Nucleic Acids Res.17:2437-2448)、あるいは、1つのプライ マーの3’末端にあるようにし、適当な条件下ではミスマッチが防止され、また はポリメラーゼ伸長が減少する(Prossner(1993)Tibtech 11:238)。さらに、変 異領域に新しい制限部位を導入して、制限部位切断に基づく検出ができるように 所望されることもある(Gasparini他(1992)Mol.Cell Probes 6:1)。態様によっ ては、Taqリガーゼを用いて増幅を行うこともある(Baraby(1991)Proc.Nat l.Acad.Sci.USA 88:189)。そのような場合は、5’配列の3’端に完全なマ ッチングがある場合のみ連結が起こるので、増幅の有無を調べることにより特定 部位における既知の変異の存在を検出することが可能となる。 本発明は、別の態様として、シグナリン遺伝子、もしくは天然に存在するその 変異体、または天然において該シグナリン遺伝子に結合している5’もしくは天 然に存在するその変異体のセンスまたはアンチセンス配列にハイブリダイズする ことのできるヌクレオチド配列の一部を含む(精製された)オリゴヌクレオリド から成る核酸組成物を提供する。或る細胞の核酸をハイブリダイゼーションが受 けられるようにし、サンプルの核酸をプローブと接触させ、該サンプルの核酸に 対するプローブのハイブリダイゼーションを検出する。そのような手法により、 ゲノムレベルまたはmRNAレベルでの障害(欠損、置換等を含む)を検出する ことができるとともに、mRNA転写体のレベルも測定することができる。その ようなオリゴヌクレオチドプローブは、例えば、腫瘍形成性または過形成性障害 (例えば異常細胞成長)に見られるアレル変異を予防目的および治療目的の両方 から調べるのに使用することができる。 更に別の態様としてイムノアッセイによりシグナリンタンパク質のレベル(量 )を検出することができる。例えば、バイオプシーサンプルの細胞を溶解し、該 細胞に存在するシグナリンタンパク質のレベルを標準的なイムノアッセイ法によ り定量する。他の態様として、メチル化に感受性がありシグナリン遺伝子(フラ ンキング配列およびイントロン配列を含む)中に認識部位が存在するようなエン ドヌクレアーゼの1種以上を用いて、患者由来のゲノムDNAを分解することに より、シグナリン遺伝子の異常メチル化パターンを検出することにより、シグナ リン遺伝子の異常メチル化パターンを検出することができる。例えば、「Buitin g他(1994)Human Mol Genet 3:893-895」参照。酵素分解されたDNAを電気泳動 法により分離し、例えばゲノム配列またはcDNA配列由来のプローブでハイブ リダイズする。シグナリン遺伝子のメチル化状態の判定は、サンプルDNAの制 限パターンを既知のメチル化から成る標準の制限パターンと比較することにより 行うことができる。 本発明の更に別の態様においては、本シグナリンポリペプチドを「ツーハイブ リッド(two hybrid)」アッセイまたは「相互作用トラップ(interaction trap)」 アッセイを構築するのに使用し(例えば、米国特許第5,283,317号、Zervos他(19 93) Cell 72:223-232;Madura他(1993)J.Biol.Chem.268:12046-12504; Bartel他(1993) Biotechniques 14:920-924;Iwabuchi他(1993)Oncogene 8:1693 -1696;およびBrent WO94/10300参照)、シグナリンに結合している他の細胞性 タンパク質(「シグナリン結合性タンパク質または「シグナリン−bp」)をコ ードする配列を単離することができる。そのようなシグナリン結合性タンパク質 は、例えば、シグナリング(シグナル伝達)経路の上流または下流成分として、 あるいはシグナル生理活性の二次的レギュレーターとして、シグナリンタンパク 質によるTGFβシグナルの伝播に関与していると考えられる。 簡単にいえば、相互作用トラップは、2種類の別々の融合タンパク質からイン ビボで機能性転写アクチベータータンパク質を再構成することに依存する。特に 、この方法は、ハイブリッドタンパク質を発現するキメラ遺伝子に使用できる。 具体的には、第1のハイブリッド遺伝子は、シグナリンポリペプチドをコード する配列にフレーム内で融合している転写アクチベーターのDNA結合性ドメイ ンをコードする遺伝子から成る。第2のハイブリッドタンパク質は、cDNAラ イブラリー由来のサンプル遺伝子にフレーム内で融合している転写アクチベーシ ョンドメインをコードしている。ベイト(対象)ハイブリッドタンパク質とサン プルハイブリッドタンパク質とサンプルハイブリッドタンパク質が相互作用して 、例えばシグナリン依存性複合体(コンプレックス)を形成することができる場 合には、それらは転写アクチベーターの2種類のドメインに近接させられる。こ の 近接はレポーター遺伝子(これは転写アクチベーターに応答する転写調節部位に 作動的に連結されている)の転写を起こすのに充分であり、そして、レポーター 遺伝子の発現を検出し、シグナリンタンパク質とサンプルタンパク質の相互作用 を調べるのに使用することができる。 さらに、精製され組換えによるシグナリンポリペプチドを入手できるようにし たことにより本発明は、シグナリンポリペプチドの通常の細胞機能、あるいは、 細胞分化および/または増殖ならびにそれらの関連する疾病の病原における該ポ リペプチドの役割のアゴニストまたはアンタゴニストである薬剤(シグナリンホ モログを含む)のスクリーニングに利用できるアッセイ(検定法)の開発を促進 する。一つの態様においては、該アッセイにより、シグナリンポリペプチドと、 TGFβシグナリング(シグナル伝達)経路においてシグナリンポリペプチドの 上流または下流で該シグナリンポリペプチドに相互作用する分子(タンパク質ま たはDNAのいずれでも)との間の結合を調節する化合物の能力を調べる。例え ば、該アッセイを用いて、シグナリンポリペプチドとTGFβレセプターコンプ レックスまたはそのサブユニットとの相互作用を抑制しまたは促進する化合物を 同定することができる。各種の分析フォーマットが可能であるが、本発明を考慮 すれば、それらは当業者には明らかであろう。 いろいろな化合物および天然抽出物のライブラリーをテストする薬剤のスクリ ーニングプログラムの多くの場合、所与の期間内で調査する化合物の数を下級的 に多くするため大量アッセイが望まれる。無細胞系(例えば精製されたまたは半 精製されたタンパク質について行われるような場合)で実施されるアッセイ(検 定法)は、「一次(primary)」スクリーンと呼ばれることが多く、被検化合物に よって仲介される分子標的の変更を迅速に開発し比較的簡単に検出できるように する。さらに、被検化合物の細胞毒性および/または生体適合性の影響は該イン ビトロ系では一般に無視され、アッセイの焦点は(上流または下流成分との結合 親和性の変化に示されるような)分子標的に対する薬剤の影響を見ることにある 。したがって、本発明のスクリーニングアッセイの1例においては、検討中の化 合物を、シグナリンポリペプチドの上流で機能する(該活性のアクチベーターお よびリプレッサーの両方を含む)ようなタンパク質、または、シグナリンポリペ プチドの下流で機能するようなタンパク質または核酸と接触させる(ここで該タ ン パク質等は正調節される場合と、負調節される場合とがある)。シグナリンと上 流成分または下流成分とのコンプレックス(複合体)を検出し、定量することに より、シグナリンとシグナリン結合性成分とのコンプレックス形成を抑制する( または促進する)化合物の効能が判定されることになる。化合物の効能は、被検 化合物の濃度を変えながら用量反応曲線を作成することによって評価することが できる。さらに、対照(コントロール)アッセイも行うことにより比較用の基準 線が得られる。対照アッセイにおいては、シグナリン結合性成分を含有する組成 物に単離され精製されたポリペプチドを添加し、被検化合物の不存在下にコンプ レックスの形成を定量する。 シグナリンポリペプチドとシグナリン結合性成分との間のコンプレックス形成 は、各種の手法で検出することができる。コンプレックス形成が調節されている ことは、例えば、検出可能なようにラベル(標識化)されたタンパク質(放射標 識、蛍光標識または酵素標識されたシグナリンポリペプチド)、イムノアッセイ またはクロマトグラフィによる検出を採用することにより定量することができる 。 一般的には、シグナリンまたはその結合性タンパク質のいずれかを固定化する ことにより、それらのタンパク質の一方または両方の非コンプレックス形態から コンプレックスが容易に分離されるようにするとともに、アッセイの自動化が行 えるようにすることが望まれる。候補となる薬剤(作用物質)の存在下または非 存在下における上流成分または下流成分とのシグナリンの結合は、それらの反応 物を含有し得る任意の適当な容器内で行われ得る。例としては、マイクロタイタ ープレート(微量定量プレート)、試験管、およびマイクロ遠心管が挙げられる 。1つの態様として、融合タンパク質に該タンパク質がマトリックスに結合され 得るようにしたドメインを付加する。例えば、グルタシチオン−S−トランスフ ェラーゼ/シグナリン(GST/シグナリン)融合タンパク質をグルタチオンセ ファロースビード(米国ミズリー州セントルイスのSigma Chemical製)またはグ ルタチオン誘導体化マイクロタイタープレートに吸着させ、次に、細胞ライゼー ト(溶解液)(例えば、35Sラベルしたもの)および被検化合物と混合し、得ら れた混合物をコンプレックス形成を起こすような条件下(例えば、塩分およびp Hに関し生理条件下。但し、幾分高いストリンジェント条件が好ましいこともあ る)にインキュベートする。インキュベーション後、該ビードを洗浄して非結合 ラ ベルを取り除き、マトリックスを固定化し放射ラベルを直接測定し(例えば、ビ ードをシンチラントに入れる)、あるいはコンプレックスが分解した後上澄液を 測定する。別のやり方として、マトリックスからコンプレックスを分離し、SD S−PAGEにより分離し、後述の実施例に記すような標準的な電気泳動法を用 いて、ビード画分に存在するシグナリン結合性タンパク質のレベルをゲルから定 量する。 本アッセイでは他の手法を用いてマトリックスにタンパク質を固定化すること もできる。例えば、ビオチンおよびストレプトアビジンの結合能を利用して、シ グナリンまたはそれと同起源の結合性タンパク質を固定化することもできる。当 該分野で周知の手法を用いて(例えば、米国イリノイ州RockfordのPierce Chemi cals社製のビオチン化キット)、ビオチン−NHSCN−ヒドロキシ−サクシン イミド)からビオチン化シグナリン分子を調製し、ストレプトアビジンがコード された96ウエルプレート(Pierce Chemicals社製)のウエル内で固定化すること もできる。別の方法として、シグナリンに反応性であるが上流成分または下流成 分の結合を妨害しないような抗体をプレートのウエルに導入し、抗体結合により ウエル内にシグナリンをトラップすることもできる。上述の場合のように、シグ ナリン−BPと被検化合物から成る調製物をシグナリン含有プレート内でインキ ュベートし、ウエル内にトラップされたコンプレックスの量を定量することがで きる。このようにしてコンプレックスを検出する方法、およびGST−固定化コ ンプレックスに関して上述した方法は、シグナリン結合性成分に反応性のある抗 体、または、シグナリンタンパク質に反応性であるがその結合性成分と競争する 抗体を用いてコンプレックスを免疫学的に検出することを含み、あるいは、酵素 結合アッセイ、すなわち、該結合性成分に関係する酵素活性(内因性の活性また は外因性の活性)を検出することに基づくアッセイにより、そのような検出を行 うことを含む。後者の場合、酵素をシグナリン−BPと化学的に結合させ、また はシグナリンBPとの融合タンパク質として供給することができる。具体例とし て、シグナリン−BPをセイヨウワサビペルオキシダーゼと化学的に架橋させる か、または該ペルオキシダーゼと遺伝子工学的手法により融合させ、コンプレッ クス内にトラップされたポリペプチドの量を該酵素の発色性基質(例えば、3, 3’−ジアミノ−ベンズアジンテトラハイドロクロリドまたは4−クロロ−1− ナフトールを用いて評価することができる。また、該ポリペプチドおよびグルタ チオン−S−トランスフェラーゼから成る融合タンパク質を調製し、1−クロロ −2,4−ジニトロベンゼンを用いてGST活性を検出することによりコンプレ ックスの形成を定量することもできる(Habig他(1974)J Biol Chem 249:7130)。 コンプレックスにトラップされたタンパク質の1種を免疫学的検出により定量 する方法においては、該タンパク質に対する抗体(例えば、抗シグナリン抗体) を用いることができる。別の手法として、コンプレックス中の被検出タンパク質 を融合タンパク質の形態で「エピトープ標識化(epitope tagged)」する、すなわ ち、シグナリン配列に加えて、抗体が容易に入手できる(例えば、市販されてい る)ような第2のポリペプチドを含むようにすることもできる。例えば、上述の GST融合タンパク質を用いれば、GST部位に対する抗体を使用することによ り結合の定量を行うことができる。他の有用なエピトープとしては、mycエヒ トープがあり(例えば、Ellison他(1991)J Biol Chem 266:21150-21157)、これ はc−myc由来の10ヶのアミノ酸残基を含むものである。この他に、pFLA G系(International Biotechnologies社製)やpEZZ−プロテインA系(米 国ニュージャージ州Pharamacia製)が挙げられる。 上述したような無細胞系に加えて、本発明に従い脊椎動物シグナリンタンパク 質が容易に入手できるようになったことにより、小分子のアゴニスト/アンタゴ ニスト等を同定する細胞系アッセイの構築も可能になった。TGFβによるシグ ナリン仲介型誘導に感受性のある細胞を用いて、興味対照の被検薬剤(作用物質 )の存在下または非存在下にシグナリンを過剰発現(overexpress)させ、該被検 作用物質によって仲介された標的細胞によるシグナリン誘導性応答における調節 の度合いを分析する。無細胞系の場合と同様に、シグナリン依存性誘導について の統計学に有意な変化(抑制または促進)を引き起こす作用物質を同定(判定) することができる。具体例として、胚細胞またはES細胞を用いてシグナリンポ リペプチドを異所発現させ、組織のパターン誘導に対する被検化合物の影響を測 定する。 例えば、実施例に記述するように、胚細胞内でシグナリンの過剰発現させるこ とにより、いろいろなTGFβ因子によって仲介される誘導と見かけ上同様に、 分化の構成性誘導が起こすことができる。したがって、そのような組換え細胞を 用い、シグナリンタンパク質の下流におけるシグナル伝達現象を抑制する化合物 の能力から、特定のTGFβ因子に対する抑制剤(インヒビター)を同定するこ とができる。具体例として、実施例2の組換えXe−シグナリン1アニマルキャッ プを被検化合物に接触させ、外胚葉細胞から腹面中胚葉への変化を抑制する能力 (例えば、表現型マーカーを用いることによって検出できる)によってインヒビ ターを評価する。別のテストとして、腹面中胚葉誘導に統計学的に有意な減少を 起こす化合物も選択することができる。このアッセイは、シグナリン依存性のシ グナルカスケードに応答して、遺伝子発現が上方調節または下方調節される状況 を調べることにより簡単に実施することができる。好ましい態様として、そのよ うな遺伝子の調節領域(例えば、5’フランキングプロモータ領域およびエンハ ンサー領域)は、容易に検出され得る遺伝子生成物をコードする検知性マーカー (例えば、ルシフェラーゼ)に作動的に連結されている。 薬剤スクリーニングの他の態様としてシグナリンおよびシグナリン結合性タン パク質を用いるツーハイブリッドアッセイを構築し、薬剤依存性の相互作用の抑 制および促進を評価することもできる。 シグナリンタンパク質自身が(または他のタンパク質とコンプレックスの形態 で)DNAに結合し遺伝子の転写を変性する能力がある場合には、例えば、検出 可能なマーカー遺伝子に作動的に連結した調節配列に応答性のあるシグナリンを 用いる転写型のアッセイも可能である。 さらに、上述した各アッセイは、「差次(differential)」フォーマット(様式 )で構築することもできる。すなわち、特異性に関する情報とともに、効能(有 効性)に関する情報が得られるようなフォーマットのアッセイにする。例えば、 いろいろなシグナリンに対する或る1種の被検化合物の効果を並置比較すること により選択性に関する情報が得られ、或る一群のシグナリンのみの生理活性を選 択的に調節するような化合物を明らかにすることができる。 本発明は、さらに、TGFβ因子に応答性のある細胞の分化組織を誘導しおよ び/もしくは維持し、生存を促進し、ならびに/または増殖を促進(もしくは抑 制)する方法であって、該成長因子によるシグナリン依存性シグナリング(シグ ナル伝達)を調節する作用物質(薬剤)に該細胞を接触させることによる方法に 関する。例えば、本発明に従い脊椎動物において分化した組織から秩序のある空 間配置が形成されるに際してシグナリンタンパク質が広く関与していると考えら れるということを見出したことに基づき、本発明の方法は、インビトロおよびイ ンビボのいずれにおいても一連の異なる脊椎動物組織を形成および/または維持 するのに用いることができる。「シグナリン治療剤」とは、TGF−βによるシ グナリング(シグナル伝達)に関し誘導性であるものまたは非誘導性であるもの を問わず、前述の調製物(製剤)の全てのものを指称し、例えば、本明細書に記 述する薬剤アッセイで確認された単離ポリペプチド、遺伝子治療用構造体、アン チセンス分子、ペプチドミメチックまたは作用物質を含むものとする。さらに、 キイロショウジョウバエ中で脊椎動物シグナリンタンパク質が活性を有するとい う知見に基づき、治療および診断の目的で用いられる場合、シグナリン治療剤と はDrosophilaおよびC.elegansのMADタンパク質およびそのホモログも含むも のとする。 本発明のシグナリン治療剤が治療に用いられ得る広範囲の病理学的な細胞増殖 状態が存在する。例えば、異常な細胞増殖を抑制しようとする場合に該作用物質 は治療効果がある。この治療法が効果的である疾病としては、各種の癌や白血病 、乾癬、骨疾病、繊維増殖症(例えば結合組織が関与するもの)、アテローム性 動脈硬化症およびその他の平滑筋増殖症があり、さらに、慢性の炎症が挙げられ るが、それらに限定されない。特に、本シグナリン遺伝子の両アレルが変異した り欠損すると異常増殖が起こり、したがってシグナリンは腫瘍抑制遺伝子として 機能するものと思われる。この点に関し、ヒトのすい臓癌腫の約90%に染色体18 qにおけるアレル喪失が見出されている(Hahn他(1996)Science 271:350)。D PC4(Madならびにsma−2、sma−3およびsma−4に相同な遺伝 子)は、調べたすい臓癌腫の約30%においてホモ接合体として欠損していること が見出されている。 本発明に従えば、増殖性疾患の他に、分化疾患、すなわち、例えば、有糸分裂 への不全再入を伴うことがある組織の脱分化(例えばアポトーシス)に起因する 分化疾患の治療にシグナリン治療剤を使用する。そのような退化性疾患としては 、神経系の慢性的な神経変性疾患、例えば、アルツハイマー病、パーキンソン病 、ハンチントン舞踏病、筋萎縮性側索硬化症等が挙げられ、さらに脊椎小脳変性 も含まれる。他の分化疾患としては、例えば、結合組織に関連する疾患(例えば 軟 骨細胞や骨細胞の脱分化に起因して起こるもの)が挙げられ、さらに、内皮組織 細胞および平滑筋細胞の脱分化が関与する血管疾患、腺細胞の退化変性を特徴と する胃潰瘍、および分化欠落を特徴とする腎臓障害(例えばウイルム腫瘍)が挙 げられる。 さらに、シグナリン経路の調節剤を一時的に使用することにより、例えば、器 官の発生や維持における組織のインビボ修復を行うことができる。本発明の遺伝 子構造体は、いろいろな細胞の増殖能や分化能を制御することにより、損傷を受 けた組織を修復し、あるいは、移植された組織の接合や形態を改変するのに使用 することができる。例えば、シグナリンアゴニストまたはシグナリンアンタゴニ ストを差次的に用いて、物理的、化学的または病理学的障害を受けた後のいろい ろな段階の器官修復を調節することができる。例えば、軟骨の治療、骨密度の増 化、部分的な肝臓切除後の肝臓修復、あるいは肺気腫治療における肺組織再生の 促進にそのような方法を用いることができる。 例えば、本発明の方法は細胞培養技術に応用することができる。インビトロの ニューロン培養系は、神経発生の研究、さらには栄養および成長因子、例えば神 経成長因子(NGF)、睫毛栄養因子(CNTF)、および脳由来神経栄養因子 (BDNF)の同定に必要な基本的且つ必須のツール(手段)であることが証明 されている。ニューロン細胞は最終分化してしまうと、一般的には他の最終分化 細胞タイプには変化しない。しかしながら、ニューロン細胞は簡単にその分化状 態を喪失してしまう。これが一般的に観察されるのは、該細胞が成体組織由来の 培地で成長させられている場合、および再生中に芽体を形成する場合である。本 方法は、いろいろな分化段階におけるニューロン細胞を維持するための適当な制 限的環境を確保する手段を提供し、例えば、他の成長因子の特定の活性をテスト するよう設計された細胞に用いることができる。本方法のそのような態様におい ては、TGF−β因子アクチビンによって誘導されるシグナリン仲介型シグナル を抑制する作用物質に培養細胞を接触させ、ニューロンの分化(例えば幹細胞の )を誘導し、あるいは、分化の喪失を防止することにより最終分化したニューロ ン細胞培養物を壊れないように維持することができる。MeltonおよびHemmati-Br ivanlouによるPCT公報PCT/US94/11745に記載されているように、外胚 葉組織の運命は、中胚葉および/または外皮ではなくニューロンである。特に、 アクチビンによるシグナリングを防止または拮抗させることによりニューロン運 命性経路(neuronal-fated)に従った分化が起こることが見出された。 1つの例示態様として、本方法において例えば幹細胞の培養におけるシグナリ ン治療剤の役割は、非拘束幹細胞の分化を引き起こすことにより拘束幹細胞を生 成すること、あるいは、幹細胞の発生運命の限定を引き起こして終端分化したニ ューロン細胞になるようにすることにある。例えば、本発明の方法はインビトロ で神経冠細胞の分化を誘導および/または維持して、グリア細胞、シュワン細胞 、クロム親和細胞、コリン作動性交感または副交感細胞にし、さらにはペプチド 作動性ニューロンおよびセロトニン作動性ニューロンにするのに用いることがで きる。このシグナリン治療剤は単独で使用することができ、あるいは、ニューロ ン幹細胞の特定の分化運命を特に高めるように作用する他の神経栄養因子と組み 合わせて使用することもできる。後者の場合、シグナリン治療剤により、処理さ れた細胞が特定の表現型状態に達する結果、該細胞は特定の発生経路に沿うよう にバランスが保たれて、第2の神経栄養と接触したときに適切に誘導されるもの と考えられる。同様にして、比較的未分化の幹細胞または原始神経芽細胞を培養 に際し維持して、シグナリン治療剤による処理により分化が引き起こされるよう にすることもできる。原始細胞培養物の例としては、肺(充分な分化が起こる前 でもよい)の神経板または神経管からハーベストされた細胞から成るものが挙げ られる。 本発明の更に別の態様は、ニューロン性分化(例えば、中胚葉および外胚葉分 化過程におけるTGF−βによるもの)のみならず、その他の脊椎動物器官形成 経路に関与する形態形成シグナルの調節にシグナリン治療剤を適用することに関 する。すなわち、本発明に従えば、非ニューロン系組織の形成および維持に関連 する細胞培養および治療法にもシグナリン治療剤を含む組成物を利用することが できる。 1つの態様において本発明は、シグナリンタンパク質が消化管、肝臓、肺臓お よびその他の原腸由来の器官の発生および形成の制御に関与していると考えられ ることを見出したことに基づく。後の実施例に記述しているように、シグナリン タンパク質は、TGF−β誘導シグナルに応答する細胞活性に関与していると推 測される。したがって、平常な肝臓の多くの代謝機能を有し得る人工肝臓の開発 および維持にシグナリンアゴニストおよび/またはアンタゴニストを用いること ができる。1例として、シグナリン治療剤を用いて、消化管幹細胞の分化を誘導 および/または維持して肝細胞培養物を調製し、これを細胞外マトリックスに導 入したり、あるいは、生体適合性ポリマー内に封入して、移植性の生体外人工肝 臓を形成することができる。 他の態様として、そのような人工肝臓、さらには胚性肝臓構造体の移植にシグ ナリン治療剤組成物を用いて、腹腔内移植、血管形成、および移植肝臓組織のイ ンビボ分化と維持を促進させるようにすることができる。 同様にして、すい臓培養物ならびにすい臓組織および器官の形成および維持に シグナリン治療剤を用いることもできる。 別の態様においてはインビトロの細胞培養物を用いて、シグナリン仲介シグナ ル伝達の破壊に応答して発現され、したがって、組織の発生および/または維持 に関与していると考えられる遺伝子および遺伝子生成物(産物)の同定、単離お よび研究を行うことができる。これらの遺伝子は、シグナリン遺伝子生成物の「 下流」であろう。例えば、シグナリン仲介性誘導を起こすために新しい転写が必 要とされる場合には、対照(コントロール)細胞を用いて調製した減性cDNA ライブラリーおよびシグナリン遺伝子を過剰発現する細胞を用いて、この過程に より始動または停止させられる遺伝子を単離することができる。本発明に従いそ のような遺伝子を単離するのに有用な方法の1例は、WangおよびBrownにより記 述されたPCR法を用いる協力減性ライブラリー法である(Wang他(1991)Proc. Natl.Acad.Sci.USA 88:11505-11509)。例えば、この方法を用いれば、アフ リカツメガエルにおいて甲状腺ホルモンによる処理により(または該処理なしに )尾部吸収に関与する16種類以上の遺伝子の単離に成功している。対照細胞およ び処理細胞を用い、非誘導プールから誘導プールを減じることにより、始動させ られる遺伝子を単離することができ、また、誘導プールから非誘導プールを減じ ることにより、停止させられる遺伝子を単離することができる。このようなスク リーニングから、2種類のmRNAを同定することができる。クラスIのRNA は、非処理細胞内で発現され誘導細胞内では減じられまたは排除されたRNA、 すなわち、下方調節されたRNA集団である。クラスIIのRNAは、誘導に応答 して調節されない、したがって、非処理細胞内よりは処理細胞中に多いRNAを 含む。処理細胞から抽出されたRNAと非処理細胞から抽出されたRNAとを調 べることにより、該ライブラリーから単離されたクローンを分類する一次テスト となる。各クラスのクローンの特性は配列分析によりさらに明らかにされ、それ らの胚中の時空分布は、インサイチューでの全量およびノーザンブロット分析に より決定される。 さらに別の態様においてはシグナリン治療剤を用いて、物理的、化学的または 病理学的傷害を受けたような器官を調節することができる。例えば、部分的な肝 切除後の肝臓修復にシグナリン治療剤を含む治療用組成物を利用することができ る。同様に、シグナリン治療剤を含有する治療用組成物を用いて、肝気腫治療後 の肝臓組織の再生を促進することもできる。 本発明の更に別の態様として、骨格組織(例えば骨格形成幹細胞由来のもの) のインビトロ形成、さらには骨格組織不全症のインビボ治療に、シグナリン治療 剤を含む組成物を用いることができる。特に本発明は、骨形態形成性タンパク質 (BMP)またはTGF−βの誘導性活性を高めるように調節または模擬するよ うなシグナリン治療剤を用いて、例えば、軟骨形成および/または骨形成を有効 に制御し得るようにすることに関する。「骨格組織不全症」とは、骨または結合 組織の回復が所望されている全ての部位における不全症を意味し、TGF−β誘 導性応答の調節が必要とされる限り該不全症の発生原因には関係せず、例えば、 外科的介入、腫瘍の除去、潰瘍、移植、骨折、またはその他の外傷性または変質 性状態に由来するか否かを問わないものとする。 例えば、本発明に従えば、結合組織に対する軟骨機能を回復させるのに有効な 治療法およびシグナリン治療剤組成物が得られる。該方法は、例えば、変質性衰 弱に起因する軟骨組織の欠損や損傷(例えば、関節炎)、さらに、組織に対する 外傷によって引き起こされるようなその他の物理的障害(例えば、裂傷半月板組 織の偏位、関節半月摘除、裂傷靭帯による関節の弛緩、関節の悪化、骨折、さら には遺伝病によるもの)の修復に有用である。本発明の修復法は、例えばプラス チックまたは再成形外科手術さらには歯周手術において軟骨マトリックスを再形 成するのにも有用である。本発明の方法は、さらに、以前の修復治療の改善、例 えば、半月、靭帯または軟骨の外科的修復後の改善にも適用できる。さらに、外 傷後、充分に早期に適用すれば、変質性疾病の発病や悪化を防ぐこともできる。 一つの態様として、本発明の方法は、障害のある結合組織を治療上充分量のシ グナリン治療剤で処理し、該組織に埋設されている軟骨細胞の分化および/また は増殖を刺激することにより結合組織内に軟骨修復応答を発生させることから成 る。シグナリン治療剤の処理により軟骨細胞が誘導されると、処理された細胞に よる新しい軟骨マトリックスの合成が起こる。関節軟骨、関節内軟骨(半月板) 、肋骨軟骨(真肋骨と胸骨を連結している)、靭帯、および腱のような結合組織 は、本発明の方法による再構築性および/または再生性の治療における処理に特 に敏感である。ここで再生性治療とは、組織の損傷が一目瞭然であるようなとこ ろまで進行した退化(退行)状態の治療とともに、退化が初期状態にあるかまた は切迫しているような組織の予防的治療を含む。本発明の方法は、さらに、新し い軟骨の定常的な産を維持することにより、繊維性組織への無機化の拡がりを防 止するのに使用することもできる。 1つの例示態様として、本方法は、全動関節(例えば、膝、踝、肘、股関節、 手もしくは足の指関節、下顎骨関節)の治療に使用することができる。この治療 は、関節の半月、関節の軟骨、またはそれらの両方に対して実施される。さらに 、本発明の方法は、膝の変性障害、例えば、外傷(スポーツによる傷害や過度の 疲労)や骨関節に起因する障害を治療するのに用いることもできる。シグナリン 治療剤を例えば関節鏡針を用いて関節に注入することにより障害軟骨を治療する ことができる。場合によっては、注入薬剤をヒドロゲルまたは上述したような他 の遅延放出型ビヒクルの形態にして、該薬剤と被治療組織との接触が大きく且つ 規則的になるようにすることもできる。 本発明に従えば、軟骨移植および補綴装置治療の分野に本発明の方法を用いる 。現在のところ、自家組織または同種異系軟骨の移植による軟骨の成長は成功し ていない。問題は、例えば、軟骨および繊維軟骨の特性は、異なる組織間で変化 することに起因する。例えば、関節間軟骨、靭帯および腱の間、同一の靭帯また は腱の両端部の間、あるいは組織の表面部と深部の間で変化する。これらの組織 の空間的に配置されていることは物理的性質が少しずつ変化していることであり 、同じ条件で分化を受けなかった移植が適当な対応能力を有しないと機能不全が 起こる。例えば、半月軟骨を用いて腹側十字靭帯を修復しようとすると、該組織 は化生を受けて純粋な繊維組織になる。本発明の方法は軟骨形成を促進すること に よりこの問題を解決しようとするものであり、移植された細胞の新しい環境に対 する適応性を高め、該組織の以前の発生段階の軟骨細胞に効果的に類似させるも のである。すなわち、本発明によって付与される移植組織の軟骨形成作用、およ び積極的に修復しようとしている組織に対する物理的な力が共働作用して、付与 されるべき新しい機能に適合するよう移植組織が改良される。 同様にして、本発明の方法は、補綴軟骨装置の製作およびその移植を促進する のに応用することができる。治療向上の必要性から、コラーゲン−グリコースア ミノグリカン鋳型(Stone他(1990)Clin Orthop Relat Red 252:129)、単離した軟 骨細胞(Grande他(1989)J Orthop Res 7:208;およびTakigawa他(1987)Bone Mine r 2:449)および天然または合成ポリマーに結合された軟骨細胞(Walitani他(1989 )J Bone Jt Surg 71B:74;Vacanti他(1991)Plast Reconstr Surg 88:753;von S chroeder他(1991)J Biomed Mater Res 25:329;Freed他(1993)J Biomed Mater R es 27:11およびVacanti他、米国特許第5,041,138号)に基づく新しい軟骨の創製 を目的とする研究が進められている。例えば、軟骨細胞は、ポリグリコール酸、 ポリ乳酸、アガロースゲル、またはその他の経時分解するポリマー(ポリマー骨 格の加水分解作用により無害なモノマーとなる)のようなポリマーから形成され た生分解性で生体適合性高多孔質骨格上の培地内で成長させることができる。該 マトリックスは、接合が起こるようになるまで細胞に適当な栄養分およびガス交 換が行われるように設計されている。移植に適する細胞体積と密度が得られるま で細胞をインビトロ培養することができる。そのようなマトリックスの1つの利 点は、個人毎に所望の形状に成形することができるので、最終製品が患者自身の (例えば)耳や鼻に近似するということ、あるいは、可撓性のマトリックスを用 いることにより移植時の操作が可能となる(例えば、関節の場合)ということで ある。 本発明の方法の1つの態様として、インプラント(移植組織)を培養過程中に シグナリン治療剤と接触させ、培養物内で分化された軟骨細胞を誘導および/ま たは維持させることによりインプラント内での軟骨マトリックス生成をさらに刺 激する。このような方法により、培養細胞は、軟骨形成細胞(すなわち、肥大性 細胞)に典型的な表現型を維持し、したがって、該マトリックスの密度および軟 骨組織の生成を持続する。 別の態様においては移植(インプラント)した装置をシグナリン治療剤で処理 して、移植されたマトリックスを積極的に改変し、意図した機能に適するように する。組織移植に関連して上述したように、人工的な移植物も、該マトリックス が移植される実際の物理的環境に匹敵する環境由来のものではないという欠点が ある。本発明の方法に従いマトリックス内の軟骨を活性化することにより、イン プラントは交換しようとする組織に類似する特性を取得することができる。 更に別の態様として、補綴装置の取付けを向上させるのに本方法を用いる。具 体的には、歯周補綴装置の移植に本方法を用い、周囲の結合組織の処理により該 補綴装置の周りの歯周靭帯の形成が刺激されるとともに、補綴装置近傍の繊維組 織の形成が抑制されるようにする。 更に別の態様においては、動物において骨格組織が不全な部位での骨形成を起 こすのに本発明の方法を用いることもできる。TGF−β、特にBMPは、最終 的に骨芽細胞に置換される肥大性軟骨、および骨細胞による骨マトリックスの生 成と関連している。したがって、患者の骨喪失を治療する方法の一部としてシグ ナリン治療剤の投与を行い、例えば、骨粗鬆症およびその他の骨疾患を防止しお よび/または後退させるとともに、骨の成長および変異を調節することができる 。例えば、シグナリンアゴニストを含む調製物(製剤)を用いて、例えば、BM Pの活性を模擬しまたは促進することにより軟骨内骨化作用を誘発し、軟骨組織 前駆体の形成を少なくとも促進して骨化作用の「モデル」を形成させることがで きる。シグナリンアゴニストから成る治療組成物は、必要に応じて、骨成長因子 (例えば、骨形態形成因子BMP−2およびBMP−4、さらにはアクチビンの ようなTGF−β因子)のような他の骨誘導因子で補強することもでき、また、 骨吸収インヒビター(例えば、エストロゲン、ビスホスホネート、フッ化ナトリ ウム、カルシトニンもしくはタモキシフェン、またはそれらの類似化合物)を含 むこともあり、またはそれらと組み合わせて投与してもよい。 特定の細胞型(タイプ)、特に上皮細胞および造血細胞においては、平常な細 胞増殖の特徴は、TGFβ群に属するもののような成長因子に対して応答するこ とにある。これは一般に有糸分裂後表現型への細胞分化を伴う。しかしながら、 これらの細胞型に由来するヒトの癌のかなりのパーセントにおいて、TGFβの ような成長調節剤に対する応答性が減少していることが観察されている。例えば 、 結腸直腸、肝上皮および表皮由来の腫瘍の中には、平常な場合に比べてTGFβ の成長抑制効果に対する感度と抵抗性の減少を示すものがある。この点に関し、 それらの幾つかの形質転換細胞の注目すべき特徴は、検出性のTGFβレセプタ ーが無いということである。それらの腫瘍をシグナリン治療剤で処理することに より、TGFβ仲介性抑制の有効作用を模擬できる機会が得られる。 本発明の方法の別の用途として、グリオームの治療にシグナリン治療剤を使用 することができる。グリオームは全年齢において頭蓋内腫瘍の40〜50%を占める と言われる。悪性グリオームの手術後の放射線治療、化学療法、時には免疫療法 が広く行われるようになったにも拘わらず、死亡率および罹病率は実質的によく なっていない。しかしながら、かなりの数のグリオームにおいてTGFβ応答性 の欠失が増殖制御の喪失の重要な事象であるという実験的および臨床的証拠が増 えている。レセプターの欠失または他のTGFβシグナル伝達タンパク質の欠失 による応答性減少の原因がシグナリンの上流にある場合には、シグナリン治療剤 を用いる治療により細胞増殖を有効に抑制することができる。 本発明のシグナリン治療剤は、過増殖性管疾患、例えば、平滑筋過形成(アテ ローム性動脈硬化症など)の治療、さらには、繊維症を特徴とする他の疾患、例 えば、リウマチ性関節炎、インシュリン依存性糖尿病メリタス、糸状体腎炎、硬 変症および強皮症、特に自己分泌または傍分泌TGFβシグナリングの欠失が示 唆されるような増殖性疾患の治療に使用することができる。 例えば、各種の物理的および薬学的手当を行ってもrestinosisは冠状血管形成 の効能を継続的に制限する。平滑筋細胞の脈管内膜増殖の平常な制御に関与する 重要な機構は、平滑筋細胞におけるTGFβ抑制ループの誘導と考えられる。(S cott-Burden他(1994)TexHeart Ist J 21:91-97;Graiger他(1993) Cardiovas Re s 27:2238-2247;およびGrainger他(1993)Biochem J.294:109-112)。TGFβ に対する感受性欠失、またはPDGF自己刺激などによるこの抑制性刺激に対す る無応答が、restinosisにおける異常な平滑筋増殖に寄与していることは考える 。したがって、TGFβによる誘導を模擬する本発明の遺伝子構造体を用いる遺 伝子治療により、restinosisを治療または予防することは可能であろう。該遺伝 子構造体は、例えば、ウイルス系またはリポソーム系供給組成物を用いる外皮透 内腔遺伝子移入により供給することができる(Mazur他(1994)Tex Heart Inst J.21:104-111)。心臓または血管の平滑筋を治療するためのアデノウイル スを媒体とする手法と組成物の例がPCT公報WO94/11506に記述されている。 TGFβは、ヒトの腎臓の発生と疾病における糸球体および間質部位において も重要な役割を果たしている。したがって、本方法は、糸球体症およびその他の 腎臓の増殖性障害を治療または抑制する方法を提供するものであり、本発明のシ グナリン治療剤をインビボ供給することから成る。 本発明は、さらに、中枢神経系および末梢神経系の両方において、ニューロン およびその他の神経細胞の生存を促進するためにシグナリン治療剤を適用するこ とに関する。神経系の発生過程および成体におけるTGF−β因子のニューロン 分化調節能が示唆しているように、ある種のシグナリンタンパク質が成体ニュー ロンの制御に関与していると考えられ、平常細胞の維持、機能実行およびエイジ ング;化学的または物理的に損傷を受けた細胞の修復および再生過程;およびあ る種の症状における分化欠失に起因する退化や未成熟死亡の防止に関係している と考えられる。これらのことを考慮して、本発明は、以下のことに由来する神経 学的病状の治療(予防および/または病状の軽減)に本方法を適用する:(i) 神経系に対する急性、亜急性または慢性の障害、例えば、外傷、化学的損傷、血 管の障害および不全(卒中による虚血など)、(ii)神経系のエイジング(加齢) 、例えばアルツハイマー症、(iii)神経系の慢性的な退化疾患、例えば、パーキ ンソン病、ハンチントン舞踏病、筋萎縮性側索硬化症等、さらには脊椎小脳変性 ;(iv)神経系または神経系に影響する慢性的な免疫疾病、例えば多硬化症。 多くの神経疾患は、個々の神経要素群の変性(退化)に関連しており、シグナ リン治療剤を含む療法により治療可能である。例えば、アルツハイマー病は、幾 つかの神経伝達系(新皮質に延びるもの、および皮質と併存するもののいずれも )における不全と関係している。例えば、アルツハイマー疾患者の核基底は、同 じ年齢の対照者に比べてかなりの欠失(75%)が見出されている。アルツハイマ ー病は最も一般的な痴呆形態であるが、他の幾つかの障害も痴呆を生み出し得る 。これらの幾つかは、中枢神経系のいろいろな部所(特に大脳皮質)におけるニ ューロンの死亡を特徴とする退化性疾病である。しかしながら、幾つかの痴呆は 、視床、すなわち大脳皮質内にある白色物質の変性に関係している。この場合は 、遠心性神経および求心性神経の退化(変性)による皮質領域の分離に起因して 認 識機能の不全が生じる。ハンチントン舞踏病は、皮質のコリン作動性ニューロン およびGABAergicニューロンの変性を含む。ピック病は、前部側頭葉の新皮質の 深刻なニューロン変性によるものであり、線条体のニューロンの死を伴うことが ある。このような退化性疾患の患者を治療するためにシグナリン治療剤を適用し 、ニューロンの欠失を起こすような分化およびアポトーシスを制御する(例えば 、残存しているニューロンの生存を高める)とともに、患部の幹細胞による分化 と再生を促進することができる。 退化誘導性痴呆の他に、本発明のシグナリン治療剤の1種またはそれ以上から 成る薬剤を用いて、振戦や不随意運動のような兆候をもつ神経退化性疾患を適切 に治療することもできる。例えば、パーキンソン病は、主として皮質下構造に影 響を与え、そして、黒質線状体経路、縫線核、青斑核、および迷走神経の運動核 の退化を特徴とする。バリスムは、一般に、視床下部核の損傷(急性の導管事故 に因ることが多い)に関係する。 さらに、末梢神経系の体分裂に影響を与え、神経筋障害として現れる神経形成 および筋疾患も対象とする。具体例として、本発明の方法は、筋萎縮性側索硬化 症(ALS)の治療に用いられる。ALSは、上部および下部の運動ニューロン を含む一連の障害に与えられている名称である。患者は、進行性の脊髄萎縮、進 行性球延髄、原発性側索硬化、またはこれらを組み合わせた症状を呈する。主要 な病理学的異常の特徴は、脊髄の下部運動ニューロンおよび大脳皮質の上部運動 ニューロンの選択的且つ進行性の退化が起こることである。シグナリン治療剤か ら成る製剤は、単独使用することができ、あるいは、CNTF、BDNFまたは NGFのような神経栄養因子と組み合わせて使用することもでき、ALS患者の 運動ニューロンの退化を防止および/または後退させる。 シグナリン治療剤は、末梢神経系の自律疾患、例えば平滑筋および内分泌組織 (例えば腺組織)の神経分布に影響を与える疾患の治療に用いることもできる。 例えば、本方法を用いて、心臓の横斑筋に分布している神経の退化に由来するよ うな頻脈や心房不整脈を治療することもできる。 他の態様として、本発明の方法は、中枢神経系に起こるような腫瘍性または髄 形成性転化の治療に用いることができる。例えば、TGF−βに対する応答性を 変化させることによるニューロン細胞の分化を含むシグナリン治療剤を用いて、 そのような転化細胞を有糸分裂後状態またはアポトーシス状態にすることができ る。シグナリン治療剤を用いる治療により、幾つかのニューロン性腫瘍の腫瘍性 転化に関連すると考えられる自己分泌ループ(例えばTGF−β自己刺激ループ )の破壊が促進されるのであろう。したがって、シグナリン治療剤は、例えば、 悪性グリオーム、骨髄芽腫、外胚葉腫瘍、および上衣脳室腫などの治療に用いる ことができる。 同様にして、本発明は、別の態様として、T細胞の活性化を抑制することを含 む。TGFβはT細胞の増殖を抑制することが知られており、そして、本発明に 従うシグナリンは、慢性の炎症が関与する疾病を直すのに使用することができる 。さらに、TGFβはある種のトレランスに関係しており(Chen他(1995)Nature 376:177-180)、そして、本発明を用いて、同種または異種間の移植に先立ち、ま たはアレルギーもしくは自己免疫疾患においてT細胞トレランスを誘導すること ができる。 更に別の態様として、精子形成を抑制するのにシグナリン依存性経路を調製す ることができる。精子形成は、二倍体乾細胞の有糸分裂複製が起こった後、半数 体細胞が減数分裂および最終分化して形態学的および機能的に分極した精子とな る過程である。この過程は、時間的且つ空間的な調節を示すとともに、胚と体細 胞との間の相互作用を示す。TGFβ上位群(特にアクチビン)によって仲介さ れるシグナルは、そのような細胞外刺激を伝達して精子形成に際して起こる有糸 分裂や減数裂の調節を図るのに重要な役割を果たすことは以前に明らかにされて いる(Klaij他(1994)J.Endocrinol.141:131-141)。 同様に、TGFβ群のメンバーは、女性の生殖器官の調節において重要である (Wu,T.C.他(1994)Mol.Reprod.Dev.38:9-15)。したがって、本発明の方 法によって得られたシグナリンアンタゴニストのようなTGFβインヒビターは 、避妊用調剤の一部として卵母細胞の成熟を防止するのに有用である。他の態様 として、シグナリン治療剤を用いて減少分裂の誘導を調節することにより卵母細 胞をインビトロ受精に適するようにすることもできる。そのような方法を用いれ ば、健康度や生存力が高く、切断、受精、および胚盤胞期に分化し易い均質の高 い卵母細胞集団を得ることができる。更に、シグナリン治療剤を用いて、不妊症 をもたらすような女性の生殖系の他の疾患(多のう胞卵巣症候群など)を治療す るこ ともできる。 本発明は、さらに別の態様として、本発明の異種シグナリン遺伝子を発現する トランスジェニック非ヒト動物、または、該動物の少なくとも1種の組織または 細胞型中で1種またはそれ以上のゲノムシグナリン遺伝子が破壊されたトランス ジェニック非ヒト動物に関する。すなわち、本発明は、発生に関連する疾病の動 物モデルに関し、該動物は誤発現されるシグナリンアレルを有する。例えば、1 種またはそれ以上のアレルが欠損されているか、不活性されたマウス生育する。 次に、そのようなマウスモデルを用いて、誤発現されたシグナリン遺伝子に由来 する疾患を研究し、さらに、それらの疾患の治療法を評価することができる。 さらに本発明は、トランスジェニック動物、すなわち、本発明のトランスジー ン(導入遺伝子)を含有する(該動物の)細胞から構成され、そして好ましくは (随意的であるが)該動物の1種またはそれ以上の細胞内で外来シグナリンタン パク質を発現する動物に関する。シグナリントランスジーンは、野性型の該タン パク質またはそのホモログ(アゴニストとして機能するもの、またはアンタゴニ ストとして機能するもののいずれも含まれる)、さらにはアンチセンス構造体を コードする。好ましい態様においては、トランスジーンの発現は、特定の細胞群 、組織群または発生段階に限られ、このために、例えば、所望のパターンで発現 を制御するシス作用配列を利用する。本発明においては、多くの由来分析を行う のにシグナリンタンパク質をそのようなモザイク発現させることが重要であり、 これは、例えば、胚内の組織の小区分内で発生に変化を与える可能性のあるシグ ナリン発現の欠失の効果を調べる手段にもなる。組織特異的調節配列および条件 付き調節配列を用いることにより、特定の空間パターン内でトランスジーンの発 現を制御することができる。さらに、例えば、条件付き組換えシステムあるいは 原核生物由来転写調節配列により、発現の時間的パターンを得ることもできる。 インビボの部位特異的遺伝子操作によりトランスジーン(導入遺伝子)の発現 することのできる遺伝子技術は当業者には既知である。例えば、標的細胞の遺伝 子組換えを触媒するリコンビナーゼ(組み換え用酵素)の調節発現を可能にする 遺伝子系が利用できる。ここで用いる「標的配列」とは、リコンビナーゼにより 遺伝子組換えされるヌクレオチド配列を指称する。標的配列は、リコンビナーゼ 認識配列のそばにあり、一般に、リコンビナーゼ活性を発現する細胞内に切除導 入または逆位導入されている。リコンビナーゼを触媒とする組換えは、標的配列 の組換えにより、シグナリンタンパク質の1種の発現の活性化または抑制をもた らすように設計する。例えば、組換えシグナリン遺伝子の発現を妨げる標的配列 (例えば、アンタゴニストとして機能するホモログまたはアンチセンス転写体を コードするようなもの)を切除して該遺伝子の発現を活性化するように設計する 。該タンパク質の発現に対するこの妨害作用は各種の機構に由来し得るものであ り、例えば、該シグナリン遺伝子がプロモーター成分や内部の停止コドンから離 れている場合に起こる。さらに、トランスジーンの調製に当たっては、該遺伝子 のコード配列がリコンビナーゼ認識配列に挟まれている(フランキングされてい る)ようにし、また、当初の細胞内へのトランスフェクションにおいてプロモー ター成分に対して3’から5’の方向になるようにする。このような場合には、 標的配列が逆転して該遺伝子を再配向させる、すなわち、該コード配列を、プロ モーター成分に対し該プロモーターによって誘導された転写活性が起こるような 方向に配置する。 本発明のトランジェニック動物は全て、その複数の細胞内に本発明のトランス ジーン(導入遺伝子)を含んでおり、該トランスジーンは、細胞の成長、死およ び/または分化の調節に関し「宿主(ホスト)細胞」の表現型を変化させる。本 明細書に記述するトランスジーン構造体の1種またはそれ以上を用いて本発明の トランスジェニック生物を作製することができるので、一般に外来性(外因性) 遺伝子材料に沿ってトランスジェニック生物の作製に関する一般的な記述を行う ことにする。当業者であればこの一般的な記述に基づき下記の方法や材料を利用 して特定のトランスジーン配列を生物に導入することができるであろう。 例示態様として、バクテリオファージPIから成るcre/loxPリコンビ ナーゼシステム(Lakso他(1992)PNAS 89:6232-6236;Orban他(1992)PNAS 89:6 861-6865)、またはSacchromyces cerevisiaeから成るELPリコンビナーゼシ ステム(O'Gorman他(1991)Science 251:1351-1355;PCT公報WO 92/15694)を用い て、インビボの部位特異的組換えシステムを構築することができる。Creリコ ンビナーゼは、loxP配列間に介在する標的配列の部位特異的組換えを触媒す る。loxP配列は、34塩基対のヌクレオチド反復配列であり(これにCreコ ンビナーゼが結合する)、Creリコンビナーゼ仲介性の遺伝子組換えに は必要とされる。Creリコンビナーゼが存在する場合、loxP配列の方法が その間に介在する標的配列が切除されるかまたは逆転するかということを決定し (Abremski他(1984)J.Biol.Chem.259:@1509-1514)、Creリコンビナーゼは 、該loxP配列が直接反復配列(リピート)として配向されている場合には標 的配列の切除を触媒し、loxP配列が逆転リピートとして配向されている場合 には標的配列の逆転を触媒する。 したがって、標的配列の遺伝子組換えはCreリコンビナーゼの発現に依存す る。リコンビナーゼの発現はプロモータ成分によって調節され、プロモーター成 分は調節制御を受け、例えば、組織特異的、発生段階特異的、または外部添加作 用物質により誘導性になったり抑制性になったりする。このようにプロモーター の制御が調節されることにより、リコンビナーゼ発現が該プロモーター成分によ って仲介されている細胞内においてのみ標的配列の遺伝子組換えが起こるように なる。かくして、組換えシグナリンタンパク質の発現の活性化は、リコンビナー ゼ発現の制御を通じて調節することができる。 cre/loxPリコンビナーゼシステムを用いて組換えシグナリンタンパク 質の発現を調節するには、Creリコンビナーゼおよび該シグナリンタンパク質 の両方をコードするトランスジーン(導入遺伝子)を含有するトランスジェニッ ク動物の構築が必要である。Creリコンビナーゼおよび組換えシグナリン遺伝 子の両方を含有する動物は、「ダブル」トランスジェニック動物を構築すること によって得られる。そのような動物を得るための便利な方法は、それぞれがトラ ンスジーン(例えばシグナリン遺伝子とリコンビナーゼ遺伝子)を含有する2匹 のトランスジェニック動物を交配させることである。 リコンビナーゼの介在により発現できるような様式でシグナリントランスジー ンを含有する動物を最初に構築する1つの利点は、当該タンパク質(アゴニスト またはアンタゴニストのいずれの場合でも)がトランスジェニック動物内で発現 されたときに有害になるという可能性があることに由来する。そのような場合に は、該トランスジーンがすべての組織内でサイレントであるような始祖集団を繁 殖させ維持する。この始祖集団の個々の動物を、例えば1種もしくはそれ以上の 組織内でおよび/または所望の時間的パターンでリコンビナーゼを発現する動物 と交雑させる。このようにして、例えばアンタゴニスト作用のあるシグナリンの トランスジーンがサイレントであるような始祖集団を形成することにより、該集 団由来の子孫であって、特定の組織内または特定の発生段階におけるシグナリン 仲介性誘導の破壊が例えば致命的表現型をもたらすような子孫を研究することが できる。 原核生物由来プロモーター配列を用いても同様の条件付きトランスジーン(導 入遺伝子)を得ることができ、この場合は、シグナリントランスジーンの発現を 促進するために、同時に発現される原核生物タンパク質を必要とする。プロモー ターの例およびそれに対応するトランス活性化原核生物タンパク質は米国特許第 4,833,080号に与えられている。 さらに、条件付きトランスジーンの発現は遺伝治療的な方法によって誘導する こともでき、この場合は、トランス−活性化タンパク質(例えば、リコンビナー ゼまたは原核生物タンパク質)をコードする遺伝子を組織に供給して、例えば、 細胞特異的に発現させる。この方法によれば、シグナリントランスジーンは、ト ランス−アクチベーターの導入により「始動させられる(turned on)」まで、サ イレントを保持され成人期に到ることができる。 例示態様として、本発明の「トランスジェニック非ヒト動物」は、非ヒト動物 の生殖細胞系にトランスジーンを導入することにより作製することができる。い ろいろな発生段階における胚性標的細胞を用いて、トランスジーンを導入するこ とができる。胚性標的細胞の発生における段階に応じていろいろな方法が用いら れる。本発明を実施するのに用いる動物の系統は、全体的に健康であること、胚 産生量の良好であること、胚中で前核がはっきり見えること、および生殖機能が 良好であることによって選択する。更に、ハプロタイプが重要な因子である。例 えば、トランスジェニックを作製しようとする場合は、C57BL/6またはFVB( 米国メイン州Bar HarborのJackson Laboratory)のような系統を用いることが多 い。好ましい系統はH−2b、H−2d、またはH−2qハプロタイプ(例えばC 57BL/6またはDBA/1)である。本発明の実施に用いられる系統は、そ れ自身が形質転換動物(トランスジェニック)、および/またはノックアウト( すなわち、部分的または完全に抑圧された1種以上の遺伝子を有する動物から入 手したもの)であることもある。 1つの態様として、単一期の胚にトランスジーン構造体を導入する。接合子( 接合体)はマイクロインジェクションに最適の標的である。マウスにおいてはオ スの前核は直径約20マイクロメーターの大きさに達するので1〜2plのDNA を再現性よく注入することができる。遺伝子移入の標的に接合子を用いることの 大きな利点は、多くの場合において最初の分割の前に注入DNAが宿主遺伝子内 に組み入れられるということである(Brinster他(1985)PNAS 82:4438-4442)。 この結果、トランスジェニック動物の全ての細胞が導入されたトランスジーンを 保有している。このことは、始祖から子孫にトランスジーンが効率的に伝達され 、生殖細胞の50%がトランスジーンに保持されていることにも反映されている。 一般に、前核が現れるまで受精胚を適当な培地内で培養する。この段階近くで 、上述するようにトランスジーンを含むヌクレオチド配列をメスまたはオスの前 核に導入する。マウスのような種においては、オスの前核の方が好ましい。最も 好ましいのは、卵核または接合子雌性前核によって処理される前に接合子の雄性 DNA補体に外来性遺伝子材料を添加することである。卵核または雌性前核は雄 性DNA補体に影響を与える分子を放出しているものと考えられ、これは、おそ らく、雄性DNAのプロタミンをヒストンに置換することにより、雌性と雄性の DNA補体の結合を促進して二倍体接合子を形成することによるのであろう。 このように、外来性遺伝子材料をDNAの雄性補体またはDNAのその他の補 体に添加するのは、雌性前核によって処理される前が好ましい。例えば、雄性前 核が形成された後のできるだけ早期に、すなわち、雄性前核と雌性前核が充分に されており且つそれらが細膜近くに位置しているときに、外来性遺伝子材料を初 期の雄性前核に添加する。別のやり方として、精子が脱濃縮を受けるように誘導 された後に、精子の核に外来遺伝子材料を添加することもできる。次に、外来性 遺伝子材料を含有する精子を卵子に添加するか、または脱濃縮した精子を卵子に 添加し、その後、できるだけ早めにトランスジーン構造体を添加してもよい。 胚にトランスジーンヌクレオチド配列を導入するには当該分野で知られた任意 の手段を実施すればよく、例えば、マイクロインジェクション、エレクトロポー レーション、またはリポフェクションなどがある。胚内にトランスジーンヌクレ オチド配列を導入した後、胚を時間を変えながらインビトロ培養するか、または 、代理ホスト(宿主)に再移植し、あるいはそれらの両方を行うことができる。 成熟までインビトロ培養(インキュベーション)することは本発明の範囲に属す る。 一般的な方法として約1〜7日間インビトロで胚を培養した後、代理宿主に再移 植する。 本発明の目的のためには、接合子は本質的に、完全な生物に発展することがで きる二倍体細胞を形成するためのものである。一般的に、接合子は、単数または 複数の配偶子由来の2ヶの半数体核の融合により、自然にまたは人工的に形成さ れた核を含有する卵から成る。このように、配偶子核は、自然に適合性のあるも の、すなわち、分化を受ける能力があり、機能性生物に発展する能力のある生存 力のある接合子を生み出すものでなければならない。一般的には、正倍数体が好 ましい。異数体が得られる場合には、いずれかの配偶子が由来する生物の正倍数 体の数と比較して、染色体の数は1よりも多く異なってはならない。 同様の生物学的検討事項に加えて、物理的事項も、接合子核または接合子核の 一部を形成する遺伝子材料に添加できる外来性遺伝子材料の量(例えば、体積) を支配する。遺伝子材料が全く除去されない場合には、添加することのできる外 来遺伝子材料の量は、物理的な破壊を伴わずに吸収される量によって制限される 。一般的に、挿入される外来遺伝子材料の体積は約10ピコリッターを超えない。 添加の物理的影響によって、接合子の生存力が物理的に破壊されないようにしな ければならない。DNA配列の数と種類の生物学的限界は、接合子のタイプおよ び外来遺伝子材料の機能に応じて変化するが、当業者には明らかであろう。得ら れる接合子の遺伝子材料(外来遺伝子材料を含む)は、分化を開始し維持し、接 合子を機能生物に発達させることができるような生物学的能力を有していなけれ ばならないからである。 接合子に添加されるトランスジーン(導入遺伝子)構造体のコピー数は、添加 れる外来(性)遺伝子の全量に依存し、遺伝子形質転換を起こすことができるよ うな量である。理論的には1ヶのコピーのみがあればよいことになるが、挿入さ れた外来DNA配列の各々について1ヶより多くのコピーを有する方が、該外来 DAN配列の表現型発現を増大させる点から有利であることが多い。 核の遺伝子材料の中に外来遺伝子の添加を可能とする手法であれば、細胞、核 膜またはその他の存在している細胞構造体または遺伝子構造体を破壊しない限り 任意の手法を用いることができる。外来遺伝子材料は、マイクロインジェクショ ンにより核の遺伝子材料内に優先的に挿入される。細胞および細胞構造物のマイ クロインジェクションは当該分野で知られ使用されているものである。 再移植(reimplantation)は標準的な方法を用いて実施される。一般に代理宿 主に麻酔をかけ、卵管に胚を挿入する。ある特定の宿主に移植する胚の数は種に よって変わるが、一般に、該種が自然に生み出す子孫の数に匹敵する。 適当な方法により、代理宿主のトランスジェニック子孫のスクリーニングを行 いトランスジーン(導入遺伝子)の存在および/または発現を調べる。スクリー ニングは、該トランスジーンの少なくとも一部に相補的なプローブを用い、サザ ンブロットまたはノーザンブロット分析により行われることが多い。該トランス ジーンによってコードされるタンパク質に対する抗体を用いるウエスタンブロッ ト分析を実施して、トランスジーン生成物の存在をスクリーニングする代替また は追加の方法としてもよい。典型的には、尾組織からDNAを調製し、サザン分 析またはPCRによりトランスジーンの分析を行う。別のやり方として、最も高 レベルで発現すると考えられる組織または細胞についてサザン分析またはPCR によりトランスジーンの存在および発現を調べるが、この分析にはいずれの組織 や細胞型を使用してもよい。 トランスジーンの存在を調べる代替法または追加の方法としては、適当な生化 学的アッセイ、例えば、酵素および/または免疫学的アッセイ、特定のマーカー または酵素活性についての組織学的染色、フローサイトメトリー分析などが挙げ られるが、これらに限定されるものではない。血液の分析も有用であり、血液中 のトランスジーン生成物の存在を調べるとともに、各種の型の血液細胞や他の血 液構成成分のレベル(量)に対するトランスジーンの影響を調べることができる 。 トランスジェニック動物の子孫は、該トランスジェニック動物を適当なパート ナーと交配させることにより、または、該トランスジェニック動物から入手した 卵子および/または精子のインビトロ受精により得ることができる。パートナー との交配を実施する場合は、該パートナーがトランスジェニックおよび/または ノックアウトであるときもあればそうでないときもある;トランスジェニックの 場合は、同一のもしくは異なるトランスジーン、またはそれらの両方を含有する 。別のやり方として、パートナーを親系としてもよい。インビトロ受精を採用す る場合、受精させた胚を代理宿主に移植するか、もしくはインビトロ培養を行い 、またはその両方を行う。いずれの方法を用いる場合でも、上述の方法または他 の 適当な方法により、子孫についてトランスジーンの存在を調べる。 本発明に従って作製されたトランスジェニック動物は、外来(性)遺伝子材料 (遺伝子物質)を含有している。上述したように、該外来遺伝子は、実施態様に 応じて、シグナリンタンパク質(アゴニストまたはアンタゴニストとして)、ア ンチセンス転写体、またはシグナリン変異体の産生をもたらすようなDNA配列 である。さらに、そのような態様においては、該配列は転写制御成分、例えば、 プロモーターに連結されて、特定の型の細胞内でトランスジーンの発現が行われ 得るようにするのが好ましい。 レトロウイルス感染を用いて非ヒト動物にトランスジーンを導入することもで きる。発生段階にある非ヒトの胚を胚盤胞期までインビトロ培養する。この期間 中は、割球をレトロウイルス感染の標的とすることができる(Jaenich,R.(197 6)PNAS 73:1260-1264)。酵素処理して透明帯を取り除くことにより割球を効率 的に感染させることができる(Manipulating the Mouse Embryo.Hogan編(Cold Spring Harbor Laboratory Press発行、Cold Spring Harbor,1986)。トランス ジーンを導入するのに使用するウイルスベクターシステムはトランスジーンを運 ぶ複製欠損レトロウイルスである(Jahner他(1985)PNAS 82:6027-6931;Van der Putten他(1985)PNAS 82:6148-6152)。ウイルス産生性細胞の単層上で割球を培 養することにより、感染を容易且つ効率的に行うことができる(Van der Putten ,上述;Stewart他(1987)EMBO J.6:383-388)。別のやり方として、もっと後期 の段階で感染を行うこともできる。すなわち、胞胚腔内にウイルスまたはウイル ス産生性細胞を注入する(Jahner他(1982)Nature 298:623-628)。トランスジェニ ック非ヒト動物を形成した一群の細胞のみに導入が起こるので、始祖動物の多く はトランスジーンに関してモザイクである。さらに、始祖動物は、ゲノムのいろ いろな位置においてトランスジーンの各種のレトロウイルス挿入体を含有してい ることがある(一般に、子孫動物内で分離する)。また、妊娠中の胚にレトロウ イルスを子宮内感染させることにより生殖系にトランスジーンを導入することも できる(Jahner他(1982)上述)。 トランスジーン導入用の第3のタイプの標的細胞は、胚性幹細胞(ES)であ る。ES細胞はインビトロ培養され胚と融合された予備移植胚から得られる(Eva ns他(1981) Nature 292:154-156;Bradley他(1984) Nature 309:255-258;Go ssler他(1986)PNAS 83:9065-9069;およびRobertson他(1986)Nature 322:445-44 8)。DNAトランスフェクションまたはレトロウイルスを媒体とするトランスダ クション(形質導入)により、トランスジーンはES細胞内に効率的に導入する ことができる。次に、そのような形質転換後のES細胞を非ヒト動物由来の胚盤 胞と混合する。その後、該ES細胞は胚をコロナイズし、得られるキメタ動物の 生殖系に寄与する。総説については「Jaenisch,R.(1988)Science 240:1468-14 74」参照。 一つの態様として、相同的組換えを利用して動物のゲノムを変性する方法であ る遺伝子ターゲッティング(遺伝子標的法)を用いて、培養されたES細胞の変 化を引き起こすことができる。ES細胞内で対象のシグナリン遺伝子にターゲッ トを行うことにより、キメラを作り出す動物の生殖系にそのような変化が導入さ れる。遺伝子ターゲッティングを行うには、標的とするシグナリン遺伝子座に相 同的なセグメントを含み、さらには、該シグナリンのゲノム配列に対する意図す る配列変化(例えば、挿入、削除、点変異)を含むDNAターゲッティング構造 体を組織培養細胞に導入する。次に、処理後の細胞について正確なターゲッティ ングを調べるためにスクリーニングを行い、適切にターゲットされた細胞を同定 し単離する。 本発明においては、胚性幹細胞(ES細胞)内での遺伝子ターゲッティングを シグナリン遺伝子の機能を破壊する手段としており、このために、1種またはそ れ以上のシグナリンゲノム配列と相同的な組換えを受けるように設計されたター ゲッティングトランスジーン構造体を用いている。該ターゲッティング構造体は 、シグナリン遺伝子の構成成分(エレメント)との組換えに当たり、ターゲット としているシグナリン遺伝子のコード配列内にポジティブ(陽性)のマーカーが 挿入(または置換)されているように配置する。挿入された配列は、シグナリン 遺伝子の機能を破壊するとともに陽性の選択マークを与える。シグナリンターゲ ッティング構造体の例は、後に詳述する。 一般的に、ノックアウト動物を作製するのに用いて胚性幹細胞(ES細胞)は 、作製しようとしているノックアウト動物と同一の種由来のものである。このよ うにして、例えば、ノックアウトマウスを得るには、マウスの胚性幹細胞が一般 に用いられる。 胚性幹細胞は、「Doetschmann他(1985)J.Embryol.Exp.Morphol.87:27-45 」に記述されているような当業者に周知の方法を用いて調製し維持される。いず れの細胞系のES細胞も使用可能であるが、一般的には、発生過程中の胚の生殖 系に組み込まれその一部となり、ノックアウト構造体の生殖系伝達を作り出し得 る能力に従って細胞系を選択する。すなわち、このような能力を有すると考えら れるものであれば、いずれのES細胞も使用するのに適している。ES細胞を調 製するのに一般的に使用されているマウス系の1つは、129J系である。他の ES細胞系としては、ネズミ細胞系D3(ATCC、カタログ番号CKL193 4)である。別の好ましいES細胞系はWW6細胞系である(Ioffe他(1995)PNAS 92:7357-7361)。以下の文献に記述されているような当業者に周知の方法を用い て、該細胞を培養し、ノックアウト構造体が挿入できるよう調製する(Robertso n:Teratocarcinomas and Embryonic Stem Cells:A Practical Approach,E.J .Robertson編、IRL Press,Washington.D.C.(1987):Bradley他(1986)Curre nt Toplcs in Devel.Biol.20:357-371);Hogan他、Manipulating the Mouse Embryo:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratory Press,COld S pring Harbor,NY(1986))。 ES細胞内にノックアウト構造体を挿入するには当該分野で周知の方法を用い ることができ、例えば、エレクトロポーレーション、マイクロインジェクション 、およびリン酸カルシウム処理などが挙げられる。好ましい挿入法はエレクトロ ポーレーションである。 ES細胞内に挿入する各ノックアウト構造体は、当初は、線状でなければなら ない。かくして、該ノックアウト構造体がベクター(後述)内に挿入されると、 ベクター配列内では切断するがノックアウト構造体配列内では切断しないように 選ばれた適当な制限エンドヌクレアーゼによりDNAが分解されて線形化が行わ れている。 ES細胞内へのノックアウト構造体の添加は、当業者で知られているように、 選択した挿入方法に適した条件下で行われる。ES細胞内に複数の構造体を導入 する場合には、各ノックアウト構造体を同時に導入することもできる。 ES細胞にエレクトロポーレーションを施す場合には、エレクトロポーレーシ ョン装置を用い、メーカーの使用ガイドラインに従い、ES細胞とノックアウト DNA構造体を電気パルスにかける。エレクトロポーレーション後、一般的には 、適当なインキュベーション条件下においてES細胞が回収され得るようにする 。 各種の方法を用いてスクリーニングを行うことができる。例えばマーカー遺伝 子が抗生物質耐性遺伝子の場合、致死濃度の構成物質の存在下にES細胞を培養 する。生き残ったES細胞がノックアウト構造体を組み込んだものと推測される 。マーカー遺伝子が構成物質性遺伝子ではない場合は、マーカー配列にのみハイ ブリダイズするように設計したDNA配列を用いて、ES細胞ゲノムDNAのサ ザンブロットをプローブすることもできる。別の方法としてPCRを用いること もできる。最後に、マーカー遺伝子が、活性が検出され得る酵素(例えば、β− ガラクトシダーゼ)をコードする遺伝子の場合は、適当な条件下で細胞に酵素基 質を添加し、酵素活性を分析することができる。当業者であれば、その他の有用 なマーカーおよび所与の細胞内でその存在を検出手段を熟知しているであろう。 そのようなマーカーも全て本発明の開示に包含されるものとする。 ノックアウト構造体は、ES細胞ゲノム内の幾つかの位置に組み込まれ、また 、各ES細胞ゲノム内では異なる位置に組み込まれる(無秩序挿入現象に因る) と考えられる。望ましい挿入位置は、ノックアウトされるべきDNA配列(例え ば、シグナリンのコード配列、転写調節配列など)に相補的な位置である。一般 的には、ノックアウト構造体を取り入れたES細胞の約1〜5%以下が、所望の 位置にノックアウト構造体を取り込むであろう。ノックアウト構造体を適切に取 り込んだES細胞を同定するためには、標準的な方法を用いてES細胞から全D NAを抽出する。次に、該DNAを、特定の制限酵素(単数または複数)を用い て分解したゲノムDNAに特定のパターンでハイブリダイズするように設計した プローブ(単数または複数)を用いてサザンブロット上で探査する。別の方法と して、または、上記の方法に加えて、特定のサイズと配列のDNAフラグメント を増殖するように設計されたプローブを用いるPCRによりゲノムDNAを増幅 することもできる(適切な位置にノックアウト構造体を含有する細胞のみが、適 切なサイズのDNAフラグメントを形成する)。 ノックアウト構造体を適切な位置に含有する正しいES細胞を同定した後、該 細胞を胚内に挿入する。この挿入は、当業者に知られた各種の方法で行うことが できるが、好ましい方法はマイクロインジェクションによるものである。マイク ロインジェクション用に約10〜30ヶの細胞を集めてマイクピペットに入れ、適切 な発生段階の胚内に注入して、ノックアウト構造体を含有する外来ES細胞が発 生過程の胚内に組み込まれるようにする。例えば、形質転換後のES細胞を胚盤 胞にマイクロインジェクションする。 ES細胞の挿入に用いる胚に関して適切な発生段階とは、種に依存することが 非常に大きいが、マウスの場合は約3.5日目である。妊娠しているメスの子宮を 灌流することにより胚が得られる。これを行う好適な方法は当業者には明らかで あり、例えば、「Bradley他、上述」に記述されている。 適切な発生段階にあればどの胚を使用してもよいが好ましい胚は、雄性のもの である。マウスにおいては、好ましい胚は、ES細胞遺伝子によってコードされ ている毛色とは異なる毛色をコードする遺伝子を含有するものである。このよう にして、子孫動物をスクリーニングして、モザイク毛色を探すことによりノック アウト構造体の存在(ES細胞が発生過程の胚内に組み込まれたことを示唆する )を簡単に調べることができる。例えば、ES細胞系が白色の毛の遺伝子を保有 している場合は、黒色または茶色の毛の遺伝子を保有するような胚を選択する。 胚内にES細胞が導入された後、偽妊娠した養育動物(foster)の子宮内に胚 を移植して妊娠させる。養育母親動物としては、任意の動物が使用できるが、繁 殖や生殖の能力が良好であること、および子動物を世話する能力によって選択さ れる。そのような養育母親動物は、同一の種の輸精管切除されたオスと交配させ ることにより作製されるのが一般的である。偽妊娠させた養育母親動物がどの段 階にあるかということは移植を成功させるのに重要であり、種に依存する。マウ スの場合、この段階は偽妊娠から約2〜3日後である。 養育母親動物(foster mother)から生まれた子孫動物についてスクリーニング を行い、(上述したような)毛色選択方式に従い、先ずモザイク状の毛色につい て調べる。これに追加して、あるいはこの方法に代わるものとして、子孫動物の 尾組織由来のDNAのスクリーニングを行い、上述したようにサザンブロットお よび/またはPCRを用いてノックアウト構造が存在するか否かを調べた。次に 、モザイクが現れた子孫動物がその生殖系にノックアウト構造体を保有している と考えられる場合には、それらを互いに交雑して、ホモ接合動物を作りだす。ホ モ接合体の同定は、この交雑によって生み出されたマウス、さらには、既知のヘ テ ロ接合体で野性型のマウスのゲノムDNAの当量をサザンブロットすることによ り行うことができる。 ノックアウト子孫動物を同定し、特性を明らかにするため他の手段を利用する こともできる。例えば、ノーザンブロットを用いてmRNAのプロービングを行 い、ノックアウトされた遺伝子、マーカー遺伝子、またはそれらの両方の有無を 調べることもできる。ウエスタンブロットを用いて、特定のシグナリンタンパク 質に対する抗体、またはマーカー遺伝子の生産物に対する抗体によりウエスタン ブロットを探査することにより、子孫動物のいろいろな組織内でノックアウトさ れたシグナリン遺伝子の発現レベルを調べることもできる。最後に、適当な抗体 を用いて、子孫動物由来のいろいろな組織のインサイチュー分析(例えば、細胞 を固定化し、抗体でラベルする)および/またはFACS(fluorescent activa ted cell sorting:蛍光染色細胞選別)分析を行い、ノックアウト構造遺伝子の 生成物の有無を調べることもできる。 ノックアウトないしは遺伝子破壊トランスジェニック動物を作製する他の方法 も一般に知られている。例えば、「Manipulating the Mouse Embryo.(Cold Spr ing Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,N.Y.1986)」参照。リコ ンビナーゼ依存性ノックアウト動物を作製することもでき、例えば、相同的組換 えにより標的配列を挿入して、シグナリン遺伝子の活性の組織特異的および/ま たは時間的制御がリコンビナーゼ配列によってなされ得るようにする(後述)。 幾つかの方法に従って、複数のオックアウト構造体および/または複数のトラ ンスジーン発現構造体を含有する動物が作製される。そのような調製における好 ましい方式は、一連の哺乳動物を作成し、各々が所望のトランスジーン表現型の 1種を含有するようにすることである。一連の交雑、戻し交雑および選択により 、それらの動物を一緒に飼育し、最終的には、所望のノックアウト構造体および /または発現構造体の全てを含有する単一の動物(この動物は、ノックアウト構 造体および/またはトランスジーンが存在することを除けば野性型とコンジェニ ック(遺伝的に同一)である)を作製する。 一般に、交雑および戻し交雑は、同胞種同志または親系を子孫と交配させるこ とにより行われ、育種のどの特定の過程を目的としているかに依存する。場合に よっては、多数の子孫を作製して、適切な染色体位置にノックアウト構造体およ び/またはトランスジーンの各々を含有する単一の子孫を作り出すのが必要なこ とがある。例えば、シグナリンをコードする遺伝子およびその他のTGFβ様遺 伝子(例えば、骨の形態形成タンパク質、アクチビン、ノーダル等)、他の腫瘍 抑制遺伝子(例えば、p53、DCC、p21cip1、p27kip1、Rbおよび/ またはE2F)、または発生に関与する遺伝子(例えば、hedgehog、ドーサリン 、神経栄養遺伝子)を破壊するのが望まれることもある。かくして、シグナリン および他の遺伝子の両方がノックアウトされたマウスを構築するには、本質的に 2つの実際上の選択肢がある。第一は、単一のES細胞にシグナリンおよび他の 遺伝子の両方のノックアウト構造体を注入し、両方の構造体が同じES細胞の同 じ染色体に組み込まれた形質転換細胞を同じ染色体に組み込まれた形質転換細胞 をスクリーニングする。 第2の方法では(より好ましい態様として)、2種類のノックアウト動物を作 製し、一方はシグナリンノックアウト構造体を含有し、もう一方は他の遺伝子の ノックアウト構造体を含有しているようにする。これらの動物を一緒に飼育し、 連続して交配させ、そしてスクリーニングを行い、同じ染色体上に両ノックアウ ト構造体を含有する子孫動物を得る(マウスにおいては、シグナリンをコードす る遺伝子と他の遺伝子は同じ染色体上にあるので、シグナリン遺伝子と他の遺伝 子の間にクロスオーバーが起こるとこの結果が得られる)。 本発明のトランスジェニック動物を用いて得ることのできるトランスジェニッ ク交雑の例としては、その子孫動物を第2のトランスジェニック動物と交配させ ることが挙げられ、ここで第2のトランスジェニック動物においては、別の腫瘍 抑制因子が機能的に破壊されているか、あるいは、発ガン遺伝子が過剰発現され るか、または負性調節を欠失している(機能的に過剰発現する)。例えば、本発 明に従うシグナリン破壊動物を別のトランスジェニック動物(同じ種の)であっ て、腫瘍抑制遺伝子(例えば、p53、DDC、p16ink4、p21cip1、Rb および/またはE2F)の少なくとも1つの遺伝子座が破壊されているトランス ジェニック動物と交雑させることができる。別の例示態様においては、本発明の シグナリン破壊動物をトランスジェニック動物、すなわち、少なくとも1種の発 ガン遺伝子を過剰発現するか、または以下のようなものに関して発現および/ま たは生理活性が調節されないようになっている動物と交雑させる:少なくとも1 種の発ガン遺伝子(例えば、ras、myc、cdc25AまたはB)、Bcl −2、Bcl−6、形質転換性成長因子(例えば、TGFα、TGFβなど)、 neu、int−3、ポリオーマウイルス・ミドルT抗原、SV40のラージT 抗原、パピローマウイルスのE6およびE7抗原の一方または両方、CDK4、 またはサイクリンD1。 更に別の態様においては、第2のトランスジェニック動物として、TGFβ( 例えば、BMPおよびその類似物)、hedgehog、ドーサリン、神経栄養因子など のような分化因子の破壊または過剰発現、あるいは神経栄養因子レセプター、パ ッチTGFβレセプター(例えばアクチビンレセプター)、WT−1等のような 分化の誘導に関与するレセプターまたはシグナル伝達タンパク質の機能破壊また は過剰発現によって発生に関与するシグナルが変化しているようなトランスジェ ニック動物とすることができる。 下記から理解されるように、F1×F1交雑による品種は、トランスジーン自 体の効果とともに、トランスジーン構造体によって与えられる調節および欠失パ ターンに由来する。例えば、ホモ接合またはヘテロ接合トランスジェニック動物 と第2のトランスジェニック動物(これもホモ接合またはヘテロ接合動物である )との間で交雑を行う。この交雑育種において使用する本トランスジェニック動 物のシグナリン欠陥を組織特異的、発生段階特異的、または遍在性にし、交配さ せた第2のトランスジェニック動物のトランスジーン欠陥についても同じように する。例えば、転写調節配列の制御下では、トランスジーンを組織特異的または 遍在性にすることができる。同様に、調節成分により構成性発現または誘導性発 現が得られるようにすることができる。具体例として、実施例に示すシグナリン 破壊動物を、Whey酸性タンパク質(WAP)プロモーターによって駆動され る活性化ras発ガン遺伝子を含むトランスジェニック動物と交雑させる。シグ ナリン欠陥は汎発性になるが、ras発ガン遺伝子の組換え発現は、得られる交 雑種の主として乳房上皮に限定される。このような動物は、例えば、乳ガンのモ デルとして使用できる。別の方法として、WAP−rasトランスジーンの代わ りに、シグナリン破壊動物を、チロシナーゼプロモータ/エンハンサー成分の転 写制御下に発ガン遺伝子を発現するトランスジェニック動物と交配させる。例え ば、交配後のトランスジェニック動物は、チロシナーゼプロモーターの転写調節 下にある発ガン遺伝子(例えば、活性化ras、サイクリンD1、またはCDK 4 R24C変異体)を含む。 本発明のシグナリントランスジェニック動物との遺伝的交雑種の他の例として は次のものが挙げられる。ζ−グロビン/v−Ha−rasトランスジェニック との交雑種:このトランスジェニックは、ジーターグロビンプロモーターの制御 下にv−Ha−rasを発現する。「Leder他、(1990)PNAS 87:9178-9182」によ って開発され特性が明らかにされたものであり、Charles River Laboratoryから 市販されている。このトランスジェニック系統は、ホルボールエステル(成長因 子の1つ)により皮膚が処理されると皮膚乳頭腫および鱗状細胞カルシノーマが 進行し易い。 MMTV/c−mycトランスジェニックとの交雑種:このトランスジェニッ クは、MMTCV(mouse mammary tumor virus:マウス乳腫瘍ウイルス)プロ モーターの制御下にc−mycを発現するものであり、「Stewart他(1984)Cell 38:627-637;Sinn他(1987) Cell 49:465-475により開発され特性が明らかにされ た。Charles River Laboratoryから市販されている。このトランスジーン系統は 、自生的な乳腺カルシノーマおよびその他の腫瘍を進行させる。 Eμ−mycトランスジェニックとの交雑種:このトランスジェニックはEμ エンハンサープロモーター(リンパ球細胞内で特に発現される免疫グロブリンプ ロモーター)の制御下にc−mycを発現させる。このトランスジェニックはB 細胞リンパ腫を進行させる。 mTRトランスジェニックとの交雑種:テロメラーゼリボヌクレオタンパク質 のRNA成分をコードするマウス遺伝子をクローニング(Blasio他(1995)Scienc e 269:1267-1270)。MTRを過剰発現するか、あるいはMTR発現が破壊され ているマウスを本シグナリントランスジェニック動物と交配させた。このような 遺伝的交雑種により有用な情報と疾病モデルが得られる。例えば、該動物を用い て、腫瘍の進行に対するシグナリン不全の影響を判定することができる(腫瘍は 早期に現れるか、または早期の悪性且つ侵入性段階にまで進行する)。シグナリ ンの欠損は、腫瘍の種類とその位置に影響するので、特定のヒト悪性腫瘍に対す る新しいモデルを構成する。また、これらの動物は、シグナリンとシグナリン− 腫瘍表現型との直接比較を可能にするので、化学療法を評価する良好な動物モデ ルを構成することにもなる。 実施例 本発明の実施例を以下に示すが、これらは本発明の特定の態様や例を示すための ものであり、本発明を限定しようとするものではない。実施例1 シグナリンcDNAのRT−PCRクローニング この実施例は、シグナル伝達分子のうちのシグナリン群に属するメンバーをコ ードするcDNAを得るのに使用する方法について記述するものである。それぞ れ5’および3’がBamHIまたはEcoRIリンカーで挟まれている(フラ ンキングされている)プライマーを調製し、アフリカツメガエルcDNAを増幅 するのに使用した。用いた上流プライマーの配列は以下のとおりである:CGGGAT CCTIGA(T/C)GGI(A/C)GI(T/C)TICA(A/G)(A/G)T。また、用いた下流プライマーの 配列は以下のとおりである:CGGAATTCTA(A/G)TG(A/G)TAIGG(A/G)TT(T/G/A)AT(A/ G)CA。これらの実験で用いたcDNA鋳型は、第2期、第11期および第40期にお けるアフリカツメガエル胚由来のものである。PCRの実施条件は以下のとおり とした:93℃、3分で1サイクル;42℃、1.5分;72℃、1分;93℃、1分で4 サイクル;42℃、1.5分;72℃、1分;その後、93℃、1分で30サイクル;55℃ 、1.5分;72℃、1分;最後に72℃、5分で1サイクル。このPCRフラグメン トをpBluescriptKSIIにサブクローニングした。 該PCRフラグメントは配列分析を行い、アフリカツメガエル卵母細胞cDN Aライブラリーのスクリーニングに使用した。該ライブラリーから幾つかのクロ ーンを単離し、さらに、pBluescriptKSII内にサブクローニングし、次に、 両鎖について配列分析した。実施例2 アフリカツメガエルのシグナリンタンパク質は、TGFβ上位群に関し、明らか なサブセットのシグナルを伝達。 (i)実験方法 マイクロインジェクション用合成mRNAの調製 シグナリンタンパク質をコードする合成mRNAを調製するため、全シグナリ ンcDNAを含有しpSP64−T由来のプラスミドをXbaIを用いて直鎖状 にし、文献の記述に従って転写させた(KriegおよびMelton,1987 Methods in En zymology 155.397-415)。得られたクローンをpSP64TNE−Xe−シグナリ ン1(pSP64TNE−545−1とすることもある)およびpSP64TN E−Xe−シグナリン2(pSP64TNE−545−4とすることもある)とし た。切端した(truncated)タイプI BMPレセプター(tBR)(Graff他(199 4)Cell 79:169-179)および切端タイプIIアクチビンレセプター(tAR)(He mmati-BrivanlouおよびMelton,1992 Nature 359,609-614)をコードするmRN Aについては別のところで記述している。2ngのXeシグナリン1またはXeシグ ナリン2のmRNAを注入しないか(対照)または注入した。注入mRNAの用 量が少ない場合も中胚葉を誘導し、例えば、60pgのXeシグナリン2は中胚葉 マーカーを誘導した(示さず)。 発生学的方法 文献の記述に従って(ThomsenおよびMelton,1993 Cell 74:433-441;Graff他( 1994)Cell 79:169-179)、胚を入手し、マイクロインジェクションし、培養し、 アニマルキャップを解剖した。パラフィン埋入サンプルから組織学的断片を切り 出し、geimsaで染色して写真にとった(Graff他、上述参照)。全ての胚段階は 、NieuwkoopおよびFaber 1967 Normal Table of Xenopus laevis(Daudin)(Ams terdam,North Holland Publishing Company)に従った。中胚葉誘導性タンパク 質を、0.5×MMRおよび0.5%ウシ血清アルブミンから成る緩衝液に添加した。 アクチビンはGenentech社のMather博士からいただいたものである。BMP−4 はGenetics InstituteのCeleste博士からいただいた。 RT−PCRによるRNAの分析 プロテアーゼKによる酵素分解、RNA抽出およびRT−PCR分析について は既に記述されている(Graff他(1994)Cell 79,169-179;WilsonおよびMelton. 1994 Current Biology 4,676-686)。RT−PCRにより増幅された放射性バン ドの強さが、mRNAの量を反映しており(Graff他1994 Cell 79,169-179;Wil sonおよびMelton,1994 Current Biology 4,676-686)、本実験においてはcD NA鋳型の量を変え、バンドの強さがmRNAの量に対応していることを確認す ることによりこのことを明らかにした(データは示さず)。各実験におい て(図4、図7A〜C、および図8)、各レーンにおけるPCR増幅生成物は、 アニマルキャップのプールから単離したRNAの分率(フラクション:約50分の 1)を表している。 RNA転写体をPCR検出するための条件およひ多くのプライマーの配列につ いては、brachyury、goosecoid、筋肉アクチン、NCAM、EF1αおよびグロ ビンに関して以前に記述されている(Graff他1994 Cell 79,169-179;Hemmati-B rivanlouおよびMelton,1992 Nature 359,609-614;Wilson,P.A.およびMelto n.D.A.1994 Current Biology 4,676-686)。以前に記述されていなかったプ ライマー配列を以下に5’から3’方向で示す。いずれのプライマーセットも25 サイクル使用した。 Xeシグナリン1 上流:ACA GCA GCA TTT TTG TTC AG 下流:GAG ACC GAG GAG ATG GGA TT Xeシグナリン2 上流:TCC CCT TCA GTC CGC TGC 下流:CCA ACA AGG TGC TTT TCG 卵母細胞注入およびタンパク質分画 第VI期の卵母細胞を単離し、30ngのXeシグナリンmRNAを注入し、以前の 記述に従い(Smith,L.,他1991 Cell6 7,79-87;KesslerおよびMelton,1995 Dev elopment 121,2155-216)、新しく翻訳されたタンパク質を標識化(ラベル)する ため35S−アミノ酸を含有する培地内で培養した。略述すると、卵母細胞は手で 分離し、コラゲナーゼを用いて卵胞を取り除いた。次に、該卵母細胞にシグナリ ンをコードするmRNAを30ng注入した。注入後、新しく翻訳されたタンパク 質を標識するための35S−システインおよび35S−メチオニンを含有する倍地内 で該卵母細胞を培養した。分泌タンパク質を含有する培地を分離した。20ヶの卵 母細胞を氷上で400μlの4℃緩衝液94A+〔0.25Mシュクロース、20mMのHep es pH7.4、50mMのKCl、0.5mMのMgCl2、1mMのK−EGTA p H7.4、1mMのPMSF、1ug/mlロイペプチン〕内でホモジナイズした 。この画分の名称は図6に示す。1000×gで5分間、4℃における低速遠心によ り卵黄を除去した後、膜画分およびサイトゾル画分を100,00g、45分間、4℃で の遠心により分離した(EvansおよびKay,1991,Methods in Cell Biology 36, 133-148)。手動切開により核を単離した(EvansおよびKay1991、Me thods in Cell Biology 36,133-148)。還元剤ジチオスレイトールの存在下に10 %SDS−PAGEにより、各区画につき卵母細胞1ケに相当する分を分析した 。分泌タンパク質を含有する培地を分離した(Smith.L.他、1991 Cell 67,79-8 7:KesslerおよびMelton、1995 Development 121,2155-216)。 (ii)Xeシグナリンは遺伝子の1群である。 縮重ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)プライマーを用いてアフリカツメガエル 卵母細胞ライブラリーのスクリーニングを行い、4種類の異なるシグナリンcD NAをクローニングし(図6)、ここでは、そのうちの2つについて特性分析を 行った。Xeシグナリン1およびXeシグナリン2の配列は図6に示す。Xeシグナリ ン1は、Madに76%一致しており、また、Xeシグナリン2に62%一致している 。このように高割合の配列保存があることは、Xeシグナリンがキイロショウジョ ウバエのMad遺伝子の脊椎動物ホモログであることを示している。さらに、脊 椎動物Xeシグナリンは、Madに類似する3種類のC.elegansの配列であって、 C.elegansゲノム解析プロジェクトで同定され、C.elegans Mas(CEM− 1、CEM−2およびCEM−3)と呼ばれるものにも相同性である(Sekelsky 他、1995 Genetics 139,1347-1358;Savage他、1996 Proc.Nat.Acad.Sci.9 3,790-794)。Xe−シグナリン2は、CEM−3におけるのと同じ位置に存在し ていると考えられるスプライスされたエクソンを含有している(Sekelsky他、19 95 Genetics 139,1347-1358)。カエル、マウスおよびヒトのcDNAまたは遺 伝子のクローニングにより、現在までのところ、6種類の異なるXeシグナリンが 同定されており、それらは、脊椎動物において確認されている配列(JGおよび DAMによる未発表データ)に対応する4つのクラスに分類されると考えられる 。オープンリーディングフレームから予測されるタンパク質は、分子量が50,000 から55,000ダルトンの間にあり、シグナル配列、トランスメンブレンドメイン、 または既知のタンパク質配列モチーフに対する明らかなホモロジーは含有してい ない。 (iii)シグナリンは中胚葉の形成を誘導する。 アフリカツメガエル・ラエビスの動物極(アニマルポール)外植片は一般に外 胚葉(繊毛表皮)になるが、誘導剤としてどのTGF−β上位群のリガンドが使 用されるかということに応じて、背面中胚葉または腹面中胚葉に転化し得る。ア クチビン、Vgl、TGF−βおよびノーダルは、いずれも背面中胚葉を誘導し( Rosa他、1988 Science 239,783-785;Thomsen他、1990 Cell 63,485-493;Gre en他、1990 Development 108,173-183;Dale他、1993 EMBO J.12,4471-4480 ;ThomsenおよびMelton、1993 Cell 74,433-441;Jones他、1995 Development 121,3651-3662)、一方、BMPは腹面中胚葉を誘導する(Koster他、1991 Mecha nisms of Development 33,191-200;Dale他、1992 Development 115,573-585 ;Jones他、1992 Development 115,639-647;Hemmati-Brivanlou およびThomse n、1995 Developmental Genetics 17,78-89)。これらの2つの種類の中胚葉( 背面または腹面)は、形態、組織、および分子マーカーによって簡単に区別され る。Xeシグナリンの直接発現が中胚葉を誘導する(TGF−βのようなシグナル を送る)かどうかを調べるために、Xeシグナリンタンパク質をコードする合成m RNAを有精卵の動物極に注入し、アニマルキャップを取り除き、培養し、次に 中胚葉誘導を分析した(図1)。Xeシグナリンが動物極の外植片内で発現される 場合には、腹面中胚葉が形成され、このことは、間葉および漿膜腔壁を含有する (図3)液が満たされた小胞から明らかである(図2)。Xeシグナリン1が注入 されたアニマルキャップは、背面中胚葉マーカーであるgoosecoid、筋肉アクチ ンまたは神経マーカーであるNCAMを発現しないが、腹面中胚葉の明確なマー カーであるグロビンは発現する(図4)。予期しないことであったが、Xe−シグ ナリン1による腹面中胚葉の形成は、中胚葉の初期マーカー(例えばbrachyury) の発現の不存在下に起こる(図4)。Xe brachyury発現の欠失は、初期の時点で 必ず見られる。結論として、これらのデータは、Xeシグナリン1が同じタイプの 中胚葉(腹面中胚葉)を誘導し、これはアニマルキャップがBMP−2やBMP −4によって誘導されるときに見られるものである(Koster他、Mechanisms of D evelopment 33,191-200,1991;Dale他、1992 Development 115,573-585;Jon es他、1992Development 115,639-647;Hemmati-BrivanlouおよびThomsen,、199 5 Developmental Genetics 17,78-89)。 以上のこととは対照的に、Xeシグナリン2は動物極内で発現され、その組織は 背面中胚葉に特徴的な様式に従い長く延びており(図2)、また組織学的分析は 、筋肉および脊索の存在を示している(図3)。このことは、筋肉に特異的なモ ノ クローナル抗体(12/101)、および脊索に特異的な抗体(Tまたは70.1)を用い る免疫組織化学により確認される(データは示さず)。分子分析が示すところに よれば、Xeシグナリン2によって誘導された中胚葉は、腹面マーカーであるグロ ビンを発現しないが、背面マーカー(goosecoidおよび筋肉アクチン)は発現す る(図4)。したがって、Xeシグナリン2は、アクチビン、Vgl、TGF−β 、およびノーダルと同様に背面中胚葉を誘導する。このように、Xeシグナリン1 および2は、2種類の別個の容易に区別される生物学的応答を生み出す。すなわ ち、Xeシグナリン1は腹面中胚葉を産生し、Xeシグナリン2は波面中胚葉を産生 する。 Xeシグナリン1とXeシグナリン2について見られる別個の応答が定性的な相違 であり濃度依存性のものではないことを更に示すために、この2種類のXeシグナ リンを15pgから2ngの範囲の濃度において分析した(図7A〜図7C)。Xe シグナリン2は、〜125pgから2ngに至る広い濃度範囲にわたり中胚葉を誘 導し(図7A)、そして、6Ongという用量(投与量)で中胚葉誘導を起こすこ とができる(データ示さず)。図7Aにおいて、RNAの分析はRT−PCRに よって行い図示している転写体の存在を調べた。Xeシグナリン2は、2ngから 15.6pgまで2倍稀釈しながら発現されたXeシグナリン2は異なる分子マーカー の発現を誘導するが、約125pg(RNA)の濃度から始まり、濃度依存性であ る。Xeシグナリン2の濃度が高くなるとgoosecoid(多くの背面中胚葉のマーカー である)の発現を誘導する。Xeシグナリンの濃度が低くなると、goosecoidは発現 されないが背側面マーカーであるXwnt−8が発現される。重要なことは、如 何なる濃度のXeシグナリン2も腹面マーカーであるグロビンの発現を導かないこ とである。これらの結果は、背面中胚葉を誘導するアクチビン、Vgl、TGF −βの用量を変えて得られた濃度効果を再現するものである(Green他、1990 Dev elopment 108,173-183;Green他、1992 Cell 71,731-739;WilsonおよびMelto n、1994 Current Biology 4,676-686;KesslerおよびMelton 1995 Development 121,2155-216)。 Xeシグナリン1について得られた結果は、Xeシグナリン2について得られた結 果とは対照的である(図7B)。どの用量(投与量)においてもXeシグナリン1 は、背面マーカー、すなわち、goosecoid、アクチンまたはNCAMのいずれも 誘導しないが、Xeシグナリン1は、BMP−2およびBMP−4を模擬するグロ ビンの発現は誘導する。さらに、Xeシグナリン1は、Xeシグナリン2よりも性能 がかなり低く、中胚葉を誘導するためにはナノグラム量のmRNAを必要とする と思われる。このようにBMPのようなリガンドについて得られる効果に非常に 似ており、アクチビンまたはVglよりもかなり性能が低い(Thomsen他、1990 C ell 63,485-493;ThomsenおよびMelton、1993 Cell 74,433-441;Hemmati-Bri vanlouおよびThomsen、995 Developmental Genetis 17,78-89)。 Xeシグナリン1および2をコードするmRNAを同時注入すると腹面および背 面中胚葉が形成される。図7Cにおいて、Xeシグナリン1(2ng)、Xeシグナ リン2(2ng)、またはXeシグナリン2(M1+M2、それぞれ2ng)を発 現するアニマルキャップをオタマジャクシ第38期まで培養し、全RNAをハーベ ストした。Xeシグナリン1は腹面マーカーであるグロビンの発現を誘導し、Xeシ グナリン2は背面マーカーであるアクチンの発現を誘導し、それらを組み合わせ たものは両マーカーの発現をもたらす。 これらのデータが示すように、Xeシグナリン1は、BMP−2およびBMP− 4の作用を模擬して腹面中胚葉を誘導し、他方、Xeシグナリン2は、アクチビン およびVglのような背面を含むリガンドの作用を模擬して背面中胚葉を誘導す る。このように、これらのXeシグナリンタンパク質は中胚葉誘導に際し性質の異 なる活性を有している。 (iv)シグナリンタンパク質のリン酸化 アフリカツメガエルシグナリンをコードする配列を発現ベクターにサブクロー ニングして、mycエピトープがフレーム内で、シグナリンをコードする配列に 融合するようにした。次に、この融合タンパク質をCOS細胞内で発現させた。 略述すれば、トランスフェクションされたCOS細胞をγ−〔32p〕−ATPで ラベル(標識)し、インキュベーション後、ホモジナイズし、myc−tagに 対する抗体を用いて免疫沈降させた。SDS−PAGEおよびオートラジオグラ フィーにより沈殿内の32p標識化タンパク質を検出した。重要なことは、上述の アニマルキャップアッセイによりmyc標識化タンパク質も活性であることが示 されたことである。 (v)シグナリンはTGF−βレセプター下流で機能。 TGF−βシグナル伝達カスケードにおけるXeシグナリンの位置を検討するた め、ドミナントネガティブなレセプターとして機能する切端化(truncated)レセ プターを使用した。このドミナントネガティブ型のレセプターを用いることによ り、該レセプターの上流で機能するシグナルは切端化レセプターによりブロック され、一方、レセプターの下流で作用するシグナルは影響されないと考えられる (Herskowitz、1987 Nature 329,219-222;Amaya他、1995 Cell.66,257-270 ;Hemmati-BrivanlouおよびMelton、1992 Nature 359,609-614;Graff他、1994 Cell 79,169-179;Suzuki他、1994 Proc.Natl.Acad.Sci.91,10255-10259 ;Umbhauer他、1995 Nature 376,58-62)。Xeシグナリン1は、BMP特異的経 路に位置するものと考えられ、切端化BMPレセプターは腹面中胚葉のシグナリ ン依存性の形態学的または組織学的誘導に影響を与えず、このことは、Xeシグナ リン1がドミナントネガティブなBMPレセプターと同時発現されると、小胞、 間葉および漿膜腔壁が残っているという事実から明らかである(図9A)。小胞 、間葉の形成は、Xeシグナリン1の発現(およびBMPシグナル伝達)の初期の 、そしておそらく直接的な影響であり、一方、グロビンの発現は、多くの工程を 必要とすると推測される後期の効果であり、そして切端BMPレセプターはXeシ グナリン1の機能自体をブロックすることなく後の工程を変えるのであろう。グ ロビン発現がブロックされることは、アニマルキャップに存在する内因性のBM Pシグナリング(シグナル伝達)を抑制する切端化BMPレセプターによっても 説明できると思われる(Graff他、1994 Cell 79,169-179;Suzuki他、1994 Pro c.Natl.Acad.Sci.91,10255-10259;Hawley他、1995 GenesおよびDevelopme nt 9、29232935;Sasai他、1995 Nature 376,333-336;Schmidt他、1995 Devel opmental Biology 169,37-50;WilsonおよびHemmati-Brivanlou、1995 Nature 376,331-333)。Xeシグナリン1の異所的発現が、グロビンを誘導する内因性の BMP活性を必要とする場合は、内因性のBMPシグナリングをブロックするこ とにより、切端BMPレセプターがグロビンの発現を排除すると考えられる。こ の考えを裏付けるものとして、BMP−4およびXeシグナリン1のmRNAの同 時発現(それら自身には影響を与えない量で)させると、グロビンが誘導された (データ示さず)。 Xeシグナリン1がレセプターの下流に関与しているか否かを判定する別の方法 は、Xeシグナリン1が切端されたドミナントネガティブなレセプターの表現型効 果を逆転するかということを調べることである。BMPシグナリングをブロック する切端化BMPレセプターは、N−CAMの誘導によって示されるように神経 組織の弱い誘導をもたらす(図9C)。(Sasai他、1995 Nature 376,333-336 ;Hawley他、1995 GenesおよびDevelopment 9,2923-2935)。BMPは神経組織 を誘導し、その効能は切端化BMPレセプターよりも大きい(図9C)(Hemmati -BrivanlouおよびMelton、1992、Nature 359,609-614;Schulte-Merker他、199 4、EMBO Journal 13,3533-3541;KesslerおよびMelton、1995 Development 121 ,2155-216、Hemmati-BrivanlouおよびThomsen、1995 Developmental Genetics 17,78-89)。Xeシグナリン1は、切端化レセプターのいずれかにより、N−CA Mの誘導を完全に逆転させ、このことはXeシグナリン1がレセプターの下流で機 能することを示唆している。このN−CAM発現の逆転は、BMP−4が切端化 BMPレセプターと同時発現される場合には見られない(Sasai他、1995 Nature 376,333-336)。 Xeシグナリン2はアクチビン/Vglのような背面経路において機能すると考 えられるので、ドミナントネガティブなアクチビンレセプターがXeシグナリン2 の機能をブロックするか否かということを判定するのは重要である。切端化アク チビンレセプターはアクチビンおよびVglの機能をブロックし、さらに、全て の背面中胚葉の形成をブロックする(Hemmati-BrivanlouおよびMelton、1992 Nat ure 359,609-614;Schulte-Merker他、1994 EMBO Journal 13,3533-3541;Kes slerおよびMelton、1995 Development 121,2155-216)。切端化アクチビンレセ プターをマイクロインジェクションするとNCAMが発現され、このことはドミ ナントネガティブなアクチビンレセプターが活性であることを示している(図9 D)(Hemmati-BrivanlouおよびMelton他、1992 Nature 359,609-614)。ドミ ナントネガティブなアクチビンレセプターをXeシグナリン2と同時発現させると 、Xeシグナリン2により誘導された形態伸長はブロックされない(データ示さず )。さらに、ドミナントネガティブなアクチビンレセプターは、Xeシグナリン2 により形成される中胚葉に影響を与えず、このことは、分子マーカーであるbrac huryおよび筋肉アクチンに対する影響がないことから分かる(図9D)。こ れらの結果はXeシグナリンがレセプターの下流で機能することを裏付ける。 (vi)Xeシグナリンは胚発生過程中均一に発現される。 個々のXeシグナリンは腹面中胚葉または背面中胚葉のいずれかを誘導するが両 方は誘導しないので、それらの位置または差次的な活性化により中胚葉が当初ど のように樹立されパターン形成されるかということが説明できるであろう。逆転 写PCR(RT−PCR)により、発生過程の胚のいろいろな領域におけるXeシ グナリン転写体の空間分布を調べた。cDNAは卵母細胞ライブラリーから回収 されたので、XeシグナリンRNAは母系発現される。該RNAは胞胚期に存在し 、Xeシグナリン1および2のmRNAはいずれも全ての胞胚領域に存在し、ほぼ 等しいレベル(量)である(図8)。同様に初期の原腸胚形成期にXeシグナリン 1のmRNAおよびXeシグナリン2のmRNAは、腹面および背面周辺域にほぼ 同じように分布しているようである(図8)。Xeシグナリン1およびXeシグナリ ン2経時的発現が示すところによれば、RNAは2細胞期からオタマジャクシ期 までほぼ一定のレベルで存在している(データ示さず)。背面−腹面中胚葉パタ ーンの形成中、空間的且つ時間的に一定であることは、別異のTGF−βシグナ ルが、胚の異なる側にある異なるXeシグナリンタンパク質を活性化していること を示唆している。 TGF−β上位群に属するリガンドによる中胚葉誘導がXeシグナリン遺伝子の 転写に影響を与えるか否かを調べるために外胚葉外植片にBMP−4またはアク チビンタンパク質を添加し、中胚葉が誘導されるまで40分間隔でXeシグナリンの mRNAのレベル(量)を分布した。予期されたように、BMP−4およびアク チビンの両方とも中胚葉を誘導した。ここで、分析は160分におけるbrachyuryR NAの発現により行った(図8)。Xeシグナリン1およびXeシグナリン2のmR NAのレベルは、4時点のいずれにおいても影響されず(図8)、中胚葉誘導に よりXeシグナリン1およびシグナリン2の転写が有意に影響されることはないこ とを示している。これらのデータは、初期の発生においてXeシグナリン1および Xeシグナリン2のmRNAがほぼ均一且つ定常的な量で存在していることを示し ている。 (vii)サイトゾルおよび核へのシグナリンタンパク質の局在化。 Xeシグナリンタンパク質の細胞下の位置を調べるために、第VI期卵母細胞に30 ngのXeシグナリンmRNAをマイクロインジェクションし、35S−アミノ酸を 含有する培地内で培養した。卵母細胞を分断し、SDS−PAGEにより、全タ ンパク質、分泌タンパク質、膜結合タンパク質、核タンパク質、サイトゾルタン パク質を分析した。図10は、Xeシグナリン2について得られた結果を示すもので あり、同じ結果がXeシグナリン1を用いた場合についても得られた。卵母細胞培 地由来の新たに合成されたタンパク質(分泌タンパク質を含有)を分析し、手で 核を単離し、生化学的方法により膜(メンブレン)および細胞質を分画した。新 たに合成されたタンパク質のゲル分画が示すように(図10)、Xeシグナリンは核 および細胞質のいずれにも存在するが、膜画分には存在せず培地に分泌もされな い。核および細胞質のレーンをよく見ると、核のXeシグナリンタンパク質の方が 僅かに大きいようである。この再現性のある結果は、核タンパク質が翻訳後変性 (修飾)を受けることを示唆している。Xeシグナリンが核またはサイトゾルに局 在化しているが過剰発現に因るという可能性を排除するために、Xeシグナリンを 低濃度で発現させ、ウエスタンブロットにより細胞内の位置を調べた。抗体の検 出限界レベル(図10で使用した場合よりも20〜100倍少ない量のmRNA)でXe シグナリンを発現させた場合、該タンパク質は依然としてサイトゾルおよび核の 両方に見出された。 ここに記述する結果は、Xeシグナリンが脊椎動物TGF−βシグナリング(シ グナル伝達)経路の構成成分であることを示している。個々のXeシグナリンタン パク質の発現は、背面または腹面中胚葉を産生することにより、アフリカツメガ エルの中胚葉誘導における特定群のTGF−βシグナルの効果を模擬している。 さらに、切端化レセプターがXeシグナリンシグナル伝達をブロックしないことを 示す実験、さらには、細胞内でシグナリンがDPPに応答するための遺伝学的必 要条件を示す優勢テストから、Xeシグナリンがリガンドの下流成分でありTGF −βシグナル伝達カスケードにおけるレセプターであることが裏づけられる。 この考えは、キイロショウジョウバエのMadタンパク質に関する免疫組織化 学的研究(Newfeld他、1996)および(上述した)アフリカツメガエル卵母細胞 の分画実験と一致しており、Xeシグナリンタンパク質が細胞内タンパク質である ことを示している。図9A〜Cに与えるデータは、アフリカツメガエルのXeシグ ナリンタンパク質の核型と細胞質型との間には相違があり得るということを示唆 している。他のシグナル伝達カスケードが先行すると、リガンド依存性の変化に よりXeシグナリンタンパク質が1つの区画から別の区画に変位することが起こり 得る(Verma他、1995 Genes and Development 9,2723-2735)。Xeシグナリンはセ リン−スレオニンキナーゼレセプターにより開始されるシグナル伝達カスケード の一部であるので、核型とサイトゾル型との間にサイズが相違するのはリン酸化 に因ることは考えられる。事実、予備的実験はXeシグナリンがホスホタンパク質 であることを示唆している。 Xeシグナリン1は、BMPのシグナルセットを伝達して腹面中胚葉誘導を起こ すと考えられ、一方、Xeシグナリン2はアクチビン/Vgl/ノーダルVTG− βのシグナルを伝達して背面中胚葉を形成する。アフリカツメガエルには、他に 少なくとも2種のXeシグナリンが存在する(Xeシグナリン3、4)が、これらは TGF−βと機能的関係は明らかにされていない。 アフリカツメガエルの中胚葉誘導に関し、本発明によって提供される結果が示 すように、母系ないしは接合体生XeシグナリンmRNAの分布には相違がなく、 また、それらに対応するタンパク質は将来の体軸に沿って均一に分布していると 推測される。換言すれば、初期胚の周辺域にある全ての細胞は、Xeシグナリン1 およびXeシグナリン2のmRNAを有することにより、背面または腹面中胚葉誘 導性のシグナルに応答する能力を基本的に有している。かくして、BMPシグナ ルは胚の腹面側でXeシグナリン1を活性化し、他方、背面誘導性シグナル(おそ らく、Vglまたはアクチビン)は将来背面となる側でXeシグナリン2を活性化 する。 予期されなかったことは、Xeシグナリン1による腹面中胚葉の形成がbrachyur y発現の非存在下で起こることである。Xeシグナリン1は、腹面中胚葉の分化を 直接的に活性化し、Xbraの発現を必要としないのであろう。事実、Xbra は胚体中胚葉の一般的なマーカーと考えられているが、全ての中胚葉形成がXb ra発現を必要そするということを示す実験は存しない。類似する実施例の1つ と言えるが、遺伝子neuroDは、アフリカツメガエルにおける神経形成を妨 げる初期抑制効果をバイパスさせアニマルキャップを直接ニューロンに変化させ るようである(Lee他、1995 Science 268,836-844)。 本実施例で報告する注入は全て、野性型をコードするmRNAを用いて行い、 (突然)変異体または構成的に活性型のXeシグナリンタンパク質ではない。野性 型のXeシグナリンmRNA(これは胚中に既に存在している)を注入するとなぜ 中胚葉の形成が起こるかということを説明するのに幾つかの機構が考えられ得る 。明らかに、XeシグナリンmRNAの注入は活性なXeシグナリンの生成をもたら し、そしてこれは多くの機構により起こり得るであろう。アンマルキャップ細胞 は内因性のBMPおよびアクチビンのmRNAを有しており、そして、おそらく (中胚葉を誘導するには不充分なレベルであるが)低レベルのBMPおよびアク チビンシグナル伝達経路にさらされているであろう(Hemmati-BrivanlouおよびMe lton、1992 Nature 359,609-614;Graff他、1994 Cell 79,169-179;Hawley他 、1995 GenesおよびDevelopment 9,2923-2935;Sasai他、1995 Nature 376,33 3-336;Schmidt他、1995 Developmental Biology 169,37-50;WilsonおよびHem mati-Brivanlou、1995 Nature 376,331-333)。Xeシグナリンの異所的発現は、 これらの構成性経路と組合せされることにより、シグナル伝達(Xeシグナリン1 についてはBMP、Xeシグナリン2についてはアクチビン/Vgl/ノーダル) のレベルを高め、中胚葉の誘導をもたらすと考えられる。別の可能性は、Xeシグ ナリンが負の(ネガティブ)調節下にあり、過剰のXeシグナリンを供給すること によりこの制御に打ち勝つというものである。Xeシグナリンを用いた結果に類似 するが、Wntシグナル伝達の幾つかの成分(例えば、グリコーゲン・シンサー ゼ・キナーゼ−3)のmRNAを注入するとWntシグナルの活性化が引き起こ される(He他、1995 Nature 374,617-622;PierceおよびKimelman,1995 Develop ment 121,755-765;Solol他、1995Development 121,1637-1647)。 上述したように、Xeシグナリンは、各XeシグナリンがTGF−β群からの入力 を伝送して情報を統合する場所にある。Xeシグナリンが情報のと統合、すなわち 或る1ヶの細胞が受けとるシグナルの量を測ることに関与する別の意味もある。 アフリカツメガエルの胞胚細胞が、いろいろな濃度のアクチビンに接触すると、 いろいろな種類の背面中胚葉が生み出される(Green他、1990 Developmento 108 ,173-183;Green他、1992 Cell 71,731-739;WilsonおよびMelton、1994 Curr ent Biology 4,676-686)。例えば、高濃度では脊索が形成され、低濃度では筋 肉が形成される。同様にして、Xeシグナリン2の量が異なる(Xeシグナリンの活 性量が異なると推測される)と、異なるタイプの中胚葉マーカーが発現される( 図7A〜C)。したがって、Xeシグナリンは、細胞に用いられてリガンドの濃度 を測定するための手段となることができる。例えば、リン酸のような翻訳後の変 性(修飾)は、Xeシグナリンの核酸/細胞質比を変えることによって制御するこ とができる。別の例として、個々のXeシグナリンの活性はリン酸化されたアミノ 酸残基の数によって測定することができ、該残基は該リガンドの濃度を反映して いることになる。このような生化学的メカニズムのどれがXeシグナリンの活性を 調節しているかを検討することにより、発生過程において形態形成シグナルがど のように細胞の運命を支配しているかということを理解できる。実施例3 ヒトシグナリンcDNAのRT−PCRクローニング。 実施例1および2に記述したのと同じPCRプライマーを利用して、幾つかの シグナリンクローンを単離した。略述すれば、実施例1および2の縮重PCRプ ライマーを用いて、次のPCR条件に従いヒトcDNAサンプルを増幅した:T aqポリメラーゼを標準緩衝液(124μl当たり25mMのMgCl)9μlに入 れて行った。温度サイクルは、95℃で3分、次に95℃25秒で4サイクル、42℃で 15秒、次に72℃で10秒、その後、95℃で25秒、55℃で10秒、72℃で10秒、および 73℃で10秒。得られたcDNAを標準的なプロトコールに従い配列決定した。実施例4 ヒト組織内でのシグナリン遺伝子生成物の発現。 シグナリン用縮重プライマーを用い、実施例2に記載したクローニング条件に 従い、各種の組織からヒトcDNAサンプルを増幅した。腎臓、肝臓、肺臓、乳 腺、すい臓、脾臓、精巣および胸腺から、シグナリン転写体フラグメントの該当 するサイズに現れた強い主要バンドを31サイクルで増幅した。この実施例から、 これらの成体組織のそれぞれにおいて少なくとも1種のシグナリンが発現される ことが示された。 「A」−tract配列決定(例えば、A停止のみを読む)のデータの示すところ によれば、シグナリン遺伝子生成物は全体としては遍在的に発現されるが、シグ ナリンによっては上記の組織毎に特異的に発現される。シグナリン転写体(同定 済み)の存在量比較は以下のとおりである。 ヒトのシグナリンのタイプ 消化管由来の2つの器官、すなわち肝臓とすい臓は優勢成分としてHu−シグナ リン3を有していることが認められる。また、腎臓および脾臓においては少なく とも4〜5種類の異なる型(現在まで知られている限り)が発現されている。こ のデータは、TGFシグナル伝達経路は組織特異的に破壊され得ることを示唆し ている。最後にA−tractデータは更に別のシグナリン転写体が存在することを 示しており、例えば、ヒトシグナリン群について本明細書に示している7つの配 列が全群を包含するものでないことを示唆している。実施例5 発現された配列標識(EST:expressed sequence tag)配列からのヒトシグナリン の同定。 BLAST(Baslc Local Alignment Search Tool;National Center for Biotechn ology Information)プログラムを利用して、クローニングされたシグナリン配 列の幾つかを標準データベースと比較し、クローニングしたシグナリン配列と類 似性が認められる配列について調べた。特に、多数のヒトEST配列(Boguski( 1995)Trends Biochemical Science 20:295-296参照)が、クローニングされたシ グナリンの一部に類似することが確認された。クローニングしたシグナリンを亜 群(sub-family)に分類する基準に従い、EST配列の各部分を継ぎ合わせ、配列 エラー(特にフレームシフトエラー)を修正して幾つかのヒトシグナリンクロー ンについてより完全なコード配列を得ることができた。 具体的には、ヒトcDNAのN−末端フラグメントはEST配列から組み立て 、そして、クローニングしたヒト配列(hu−シグナリン1)のシグナリンモチー フを含ませた。170個のアミノ酸残基から成るフラグメント[配列番号:12(ヌ クレオチド)および配列番号:25(アミノ酸)で表される]はα−亜群に属する メンバーの1つであり、シグナリンモチーフの外側においても該亜群のメンバー と高い相同性を有する。 同様にして、ヒトシグナリンクローンの121残基から成るC−末端部分は、ア フリカツメガエルのシグナリンクローンについての配列に基づきEST配列から 組み立てた。得られたフラグメントのヌクレオチド配列(配列番号:13)および アミノ酸配列(配列番号:26)を分析したところ、xe−シグナリン2に最も類似 しており、したがってγ−亜群に属するメンバーの転写体の一部と考えられるこ とが示された。実施例6 本出願の優先日以降、多数の全長ヒトシグナリン(DOTs、dpc−4およ びMAD様タンパク質と指称されることもある)が文献に記述されている。その 例としては、GenBankの受理番号としてU76622,U59913,U59911,U68019,U6501 9,U68018,U68019,1438077,U59913およびU59912が挙げられる。例外なく、各 クローンは、シグナリンモチーフ(本明細書ではνドメインとも称する)(配列 番号:27の一般式で表される)、および配列番号:29の一般式で表されるχドメ インを含む。 上述の全ての文献および刊行物は参考のために本明細書に導入されるものであ る。 均等物 当業者であれば単なる慣用的実験により、本明細書中に記述した特定のポリペ プチド、核酸、方法、アッセイ、および試薬の均等物を理解し確認することがで きるであろう。そのような均等物も本発明の範囲内にあり請求の範囲に包含され るものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 5/10 C12P 21/02 C C12P 21/02 C12Q 1/68 A C12Q 1/68 G01N 33/48 M G01N 33/48 33/50 T 33/50 P A61K 31/00 643 // A61P 43/00 45/00 A61K 45/00 C12N 5/00 B (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,H U,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD, MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,P T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,TJ ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN (72)発明者 グラフ,ジョナサン エム アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 02167 ニュートン バーウィック ロー ド 35 (72)発明者 ウールフ,トッド エム アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01760 ネイティック バーチ ロード 21 (72)発明者 ジン,ピン アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 02115 ボストン ナンバー4 ウエスト ランド アヴェニュー 8 (72)発明者 メルトン,ダグラス エイ アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 02172 レキンシントン スローカム ロ ード 22

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.脊椎動物の単離されたまたは組換えシグナリンポリペプチド。 2.前記脊椎動物が両生類である請求の範囲第1項のポリペプチド。 3.前記脊椎動物が哺乳類である請求の範囲第1項のポリペプチド。 4.前記哺乳類がヒトである請求の範囲第3項のポリペプチド。 5.配列番号:28の一般式で表されるシグナリンモチーフを含むアミノ酸配列か ら構成される第1項のポリペプチド。 6.TGFβレセプターにより仲介される細胞内シグナル伝達経路を刺激する請 求の範囲第1項のポリペプチド。 7.TGFβレセプターにより仲介される細胞内シグナル伝達経路を拮抗する請 求の範囲第1項のポリペプチド。 8.配列番号:14〜26の1つで表されるアミノ酸配列を含む請求の範囲第5項の ポリペプチド。 9.40〜70Kdの範囲の分子量を有する請求の範囲第1項のポリペプチド。 10.単離されたおよび/または組換えによるシグナリンポリペプチドであって 、配列番号:14〜26の1種またはそれ以上で表されるアミノ酸配列に対して少 なくとも70パーセントの相同性を有するシグナリンアミノ酸配列を含み、前記 ポリペプチドが、形質転換性成長因子β(TGFβ)に対するレセプターのシ グナル伝達活性を特徴的に調節するシグナリンポリペプチド。 11.少なくとも80%の相同性を有する請求の範囲第10項のポリペプチド。 12.45〜30Kdの範囲の分子量を有する請求の範囲第10項のポリペプチド。 13.少なくとも25アミノ酸残基の長さを有する請求の範囲第10項のポリペプチ ド。 14 TGFβレセプターにより仲介される細胞内シグナル伝達経路を刺激する 請求の範囲第10項のポリペプチド。 15.TGFβレセプターにより仲介される細胞内シグナル伝達経路を拮抗する 請求の範囲第10項のポリペプチド。 16.TGFβレセプターがdpp亜群のタンパク質のレセプター以外である請 求の範囲第10項のポリペプチド。 17.前記アミノ酸配列が配列番号:28の一般式で表されるシグナリンモチーフ を含む請求の範囲第10項のポリペプチド。 18.前記シグナリンモチーフが配列番号:14〜26の1つで表されるシグナリン モチーフに対応する請求の範囲第17項のポリペプチド。 19.前記シグナリンアミノ酸配列が、配列番号:27の一般式で表されるνドメ インを含む請求の範囲第10項のポリペプチド。 20.前記νドメインが配列番号:14〜26の1つで表される請求の範囲第19項の ポリペプチド。 21.前記シグナリンアミノ酸配列が、配列番号:29の一般式で表されるχドメ インを含む請求の範囲第10項のポリペプチド。 22.前記シグナリンアミノ酸配列が、配列番号:14〜26の1つで表されるχド メインを含む請求の範囲第21項のポリペプチド。 23.シグナリンモチーフを含む精製されたまたは組換えによるシグナリンポリ ペプチド。 24.前記シグナリンポリペプチドが、TGFβレセプターにより仲介される細 胞内シグナル伝達経路を調節する請求の範囲第23項のシグナリンポリペプチド 。 25.前記シグナリンモチーフが配列番号:28の一般式で表される請求の範囲第 23項のシグナリンポリペプチド。 26.前記シグナリンモチーフが配列番号:14〜26の1つで表されるシグナリン モチーフに対応する請求の範囲第23項のシグナリンポリペプチド。 27.前記ポリペプチドが以下の一般式で表されるアミノ酸配列を含む請求の範 囲第25項のシグナリンポリペプチド:LDGRLQVSHRKGLPHVIYCRVWRWPDLQSHHELKPX XXCEXPFXSKQKXV 28.前記ポリペプチドが以下の一般式で表されるアミノ酸配列を含む請求の範 囲第23項のシグナリンポリペプチド:LDGRLQVAGRKGFPHVIYARLWXWPDLHKNELKHVK FCQXAFDLKYDXV 29.前記ポリペプチドが以下の一般式で表されるアミノ酸配列を含む請求の範 囲第23項のシグナリンポリペプチド:LDGRLQVXHRKGLPHVIYCRLWRWPDLHSHHELKAI ENCEYAFNLKKDEV 30.前記ポリペプチドが、配列番号:14のアミノ酸225-300または配列番号: 16のアミノ酸230-301に対応するポリペプチド配列から成るフラグメントを少 なくとも含む請求の範囲第23項のシグナリンポリペプチド。 31.前記ポリペプチドが、配列番号:15のアミノ酸186-304に対応するポリペ プチド配列から成るフラグメントを少なくとも含む請求の範囲第23項のシグナ リンポリペプチド。 32.前記ポリペプチドが、配列番号:17のアミノ酸170-332に対応するポリペ プチド配列から成るフラグメントを少なくとも含む請求の範囲第23項のシグナ リンポリペプチド。 33.前記ポリペプチドが、配列番号:27の一般式で表されるνドメインを含む 請求の範囲第23項のシグナリンポリペプチド。 34.前記νドメインが配列番号:14〜26の1つに表されているνドメインに対 応する請求の範囲第33項のシグナリンポリペプチド。 35.前記ポリペプチドが、配列番号:29の一般式に表されるシグナリンχドメ インを更に含む請求の範囲第23項のシグナリンポリペプチド。 36.前記χドメインが、配列番号:14〜26の1つに表されるχドメインに対応 する請求の範囲第35項のシグナリンポリペプチド。 37.前記ポリペプチドが融合タンパク質であり、前記シグナリンモチーフに加 えて、シグナリンポリペプチド配列に無関係のアミノ酸配列を有する第2のポ リペプチド配列を更に含む請求の範囲第23項のシグナリンポリペプチド。 38.前記融合タンパク質が、第2のポリペプチド配列として、該融合タンパク 質の存在を検出するための検知可能な標識として、または、該融合タンパク質 を固定化するためのマトリックス結合性ドメインとして機能するポリペプチド を含む請求の範囲第37項のシグナリンポリペプチド。 39.配列番号:14〜26の1つにより表されるシグナリンポリペプチドをコード する核酸。 40.ストリンジェントコンディション下に配列番号:1〜13の1つまたはそれ 以上により表されるヌクレオチドにハイブリダイズする核酸によりコードされ る精製されたまたは組換えによるシグナリンポリペプチド。 41.シグナリンモチーフを含むポリペプチドであって、形質転換性成長因子β (TGFβ)に対するレセプターのシグナル伝達活性を特異的に調節するポリ ペプチドをコードする単離された核酸。 42.前記シグナリンモチーフが配列番号:28の一般式で表される請求の範囲第 41項の核酸。 43.前記シグナリンモチーフが配列番号:14〜26の1つで表されるシグナリン モチーフに対応する請求の範囲42項の核酸。 44.前記ポリペプチドが以下の一般式で表されるアミノ酸配列を含む請求の範 囲第42項の核酸:LDGRLQVSHRKGLPHVIYCRVWRWPDLQSHHELKPXECCEXPFXSKQKXV. 45.前記ポリペプチドが以下の一般式で表されるアミノ酸配列を含む請求の範 囲第42項の核酸:LDGRLQVAGRKGFPHVIYARLWXWPDLHKNELKHVKFCQXAFDLKYDXV. 46.前記ポリペプチドが以下の一般式で表されるアミノ酸配列を含む請求の範 囲第42項の核酸:LDGRLQVXHRKGLPHVIYCRLWRWPDLHSHHELKAIENCEYAFNLKKDEV. 47.前記ポリペプチドが、配列番号:14のアミノ酸225-300または配列番号: 16のアミノ酸230-301に対応するポリペプチド配列から成るフラグメントを少 なくとも含む請求の範囲第42項の核酸。 48.前記ポリペプチドが、配列番号:15のアミノ酸186-304に対応するポリペ プチド配列から成るフラグメントを少なくとも含む請求の範囲第42項の核酸。 49.前記ポリペプチドが、配列番号:17のアミノ酸170-332に対応するポリペ プチド配列から成るフラグメントを少なくとも含む請求の範囲第42項の核酸。 50.前記ポリペプチドが、配列番号:31の一般式で表されるνドメインを含む 請求の範囲第42項の核酸。 51.前記νドメインが配列番号:14〜26の1つに表されているνドメインに対 応する請求の範囲第50項の核酸。 52.前記ポリペプチドが、配列番号:29の一般式に表されるシグナリンχドメ インを更に含む請求の範囲第42項の核酸。 53.前記χドメインが、配列番号:14〜26の1つに表されるχドメインに対応 する請求の範囲第52項の核酸。 54.前記ポリペプチドが融合タンパク質であり、前記シグナリンモチーフに加 えて、シグナリンポリペプチド配列に無関係のアミノ酸配列を有する第2のポ リペプチド配列を更に含む請求の範囲第42項の核酸。 55.前記融合タンパク質が、第2のポリペプチド配列として、該融合タンパク 質の存在を検出するための検知可能な標識として、または、該融合タンパク質 を固定化するためのマトリックス結合性ドメインとして機能するポリペプチド を含む請求の範囲第54項の核酸。 56.前記ポリペプチドが、TGFβレセプターにより仲介される細胞内シグナ ル伝達経路を刺激する請求の範囲第42項の核酸。 57.前記ポリペプチドが、TGFβレセプターにより仲介される細胞内シグナ ル伝達経路を拮抗する請求の範囲第42項の核酸。 58.配列番号:1〜13の1種以上のセンスまたはアンチセンスである少なくと も60個の連続したヌクレオチドにより表される配列を有する核酸プローブに、 ストリンジェントコンディション下にハイブリダイズする請求の範囲第42項の 核酸。 59.前記ヌクレオチド配列に作動的に結合した転写調節配列を含むことにより 発現ベクターとして使用されるのに適するようになっている請求の範囲第42項 の核酸。 60.請求の範囲第42項の核酸を含み、原核細胞および真核細胞の少なくとも1 つの中で複製することができる発現ベクター。 61.請求の範囲第60項の発現ベクターによりトランスフェクションされ前記組 換えポリペプチドを発現する宿主細胞。 62.組換えシグナリンポリペプチドを製造する方法であって、細胞培地内で請 求の範囲第61項の細胞を培養して前記組換えポリペプチドを発現させ、前記細 胞培地から組み換えポリペプチドを単離することを含む方法。 63.シグナリンポリペプチドをコードするトランスジーンを保有し、脊椎動物 であるトランスジェニック動物。 64.シグナリンに対する遺伝子が破壊されている細胞を有し、脊椎動物である トランスジェニック動物。 65.組換えトランスフェクションシステムであって、 (i)請求の範囲第54項の核酸を含み、転写調節配列に作動的に結合されて真 核細胞内でシグナリンポリペプチドを発現させるようにした遺伝子構造体、 および (ii)前記遺伝子構造体を細胞に供給し、該遺伝子構造体により該細胞がトラ ンスフェクションされるようにする遺伝子供給組成物を含むシステム。 67.実質的に精製されたオリゴヌクレオチドを含む核酸組成物であって、該オ リゴヌクレオチドが、脊椎動物シグナリン遺伝子のセンスまたはアンチセンス 配列から成る少なくとも25個の連続的なヌクレオチドにストリンジェントコン ディション下にハイブリダイズするヌクレオチド配列の領域を含んでいる核酸 組成物。 68.オリゴヌクレオチドが、脊椎動物のセンスまたはアンチセンス配列の少な くとも50個の連続したヌクレオチドにストリンジェントコンディション下にハ イブリダイズする請求の範囲第67項の核酸組成物。 69.前記オリゴヌクレオチドが、それに結合され検出可能なラベルを含む請求 の範囲第67項の核酸組成物。 70.前記オリゴヌクレオチドが、2つの隣接するサブユニット間に少なくとも 1つの非加水分解性結合を有する請求の範囲第67項の核酸組成物。 71.シグナリンmRNA転写体を含有する細胞を検出するためのテストキット であって、細胞サンプル中のシグナリンタンパク質をコードする核酸のレベル を測定するための請求の範囲第67項の核酸組成物を含むテストキット。 72.シグナリン仲介性誘導に応答する哺乳動物細胞の成長、分化または生存の 1種またはそれ以上を調節する方法であって、シグナリンポリペプチドのシグ ナル伝達活性を調節する作用物質の有効量を用いて該細胞を処理することによ り、該作用物質の非存在下の細胞に比べて(i)成長速度または(ii)細胞 の生存のうちの少なくとも1つを変化させることを含む方法。 73.前記作用物質が、天然に存在するシグナリンタンパク質の前記細胞に対す る効果を模擬する請求の範囲第72項の方法。 74.前記作用物質が、天然に存在するシグナリンタンパク質の前記細胞に対す る効果を拮抗する請求の範囲第72項の方法。 75.細胞が精巣細胞であり、作用物質が精子形成を調節する請求の範囲第72項 の方法。 76.細胞が骨形成細胞であり、作用物質が骨形成を調節する請求の範囲第72項 の方法。 77.細胞が軟骨形成細胞であり、作用物質が軟骨形成を調節する請求の範囲第 72項の方法。 78.作用物質がニューロン細胞の分化を調節する請求の範囲第72項の方法。 79.シグナリンポリペプチドに対する抗体。 80.モノクローナルである請求の範囲第79項の抗体。 81.dpp亜群のメンバーに対するTGFβレセプター以外のTGFβレセプ ターのシグナル伝達活性を特異的に調節するシグナリンポリペプチド。 82 前記レセプターがBMP5、BMP6、BMP7、BMP8、または60 Aのレセプターである請求の範囲第81項のポリペプチド。 83.前記レセプターがGDF5、GDF6、GDF7、GDF1、GDF3、 Vgl、またはドーサリン(Dorsalln)のレセプターである請求の範囲第81項 のポリペプチド。 84.前記レセプターがBMP3、GDF10、またはノーダル(nodal)のレセ プターである請求の範囲第81項のポリペプチド。 85.前記レセプターがInh bAまたはInh bBのレセプターである請求の範囲第81 項のポリペプチド。 86.前記レセプターがTGFβ1、TGFβ5、TGFβ2またはTGFβ3 のレセプターである請求の範囲第81項のポリペプチド。 87.前記レセプターがMIS、GDF9、インヒビンまたはGDNFのレセプ ターである請求の範囲第81項のポリペプチド。 88.TGFβレセプターのシグナル伝達活性を特異的に調節するシグナリンポ リペプチドであって、配列番号:15または配列番号:17に少なくとも50パーセ ントの相同性を有するポリペプチド。 89.望ましくない細胞増殖または分化を特徴とする疾患に冒されている細胞を 同定するための診断法であって、(i)シグナリンタンパク質をコードする遺 伝子の異常変性または変異、および(ii)前記遺伝子の誤発現のうちの少な くとも1つを特徴とする細胞サンプル中の遺伝子損傷の有無を検出し;ここで 、前記遺伝子の野性型が、TGFβレセプターのシグナル伝達活性を調節する 能力を特徴とするシグナリンタンパク質をコードしている方法。 90.前記損傷を検出するため、 i.前記遺伝子、もしくは天然に存在するその変異体、または前記遺伝子に天 然で結合している5’もしくは3’フランキング配列のセンスまたはアンチ センス配列にハイブリダイズするヌクレオチド配列領域を含む核酸から成る 診断用プローブを提供し; ii.前記プローブを前記細胞サンプルの核酸と混合し;さらに iii.前記細胞核酸に前記プローブがハイブリダイゼーションすることにより、 前記遺伝子からの1個またはそれ以上のヌクレオチドの欠失、前記遺伝子へ の1個またはそれ以上のヌクレオチドの追加、前記遺伝子の1個またはそれ 以上のヌクレオチドの置換、前記遺伝子の全部または一部の全体的な染色体 再配置、前記遺伝子のmRNA転写体レベルの全体的な変化、または、前記 遺伝子転写体の野性型スプライシングパターンのうちの少なくとも1つを検 出する、 ことを行う請求の範囲第89項の診断法。 91.前記プローブのハイブリダイゼーションが、該プローブと細胞核酸をポリ メラーゼ連鎖反応(PCR)に供し、増幅された生成物中の異常を検出するこ とを含む請求の範囲第90項の診断法。 92.前記プローブのハイブリダイゼーションが、該プローブと細胞核酸をライ ゲーション連鎖反応(LCR)に供し、増幅された生成物中の異常を検出する ことを含む請求の範囲第90項の診断法。 93.前記プローブがストリンジェントコンディション下に、配列番号:1〜13 の1種またはそれ以上で表される核酸にハイブリダイズする請求の範囲第90項 の診断法。
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