JP2002519699A - カルシウム結合レセプタに対するアゴニスト及び/またはアンタゴニストの高処理能率スクリーニング特性表示及び/または用量決定方法 - Google Patents
カルシウム結合レセプタに対するアゴニスト及び/またはアンタゴニストの高処理能率スクリーニング特性表示及び/または用量決定方法Info
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Abstract
Description
ゴニストの高処理能率スクリーニング特性表示及び/または用量決定方法及び装
置と、前記方法及び装置によって同定される前記カルシウム結合レセプタのアゴ
ニスト及び/またはアンタゴニストに係る。
Receptor)の多くは、アゴニストが結合すると、細胞内カルシウム濃度
が一時的に上昇する。この変化は内部2次メッセンジャーとして作用し、多様な
生理機構の重要なモジュレーターとして作用する(Rink(1990), Ts
unoda(1993)及び Santella & Carafoli(199
7))。GPCR発現細胞における細胞内カルシウム濃度の測定を利用すること
で、このGPCRのリガンドであることが判明または推定されている種々の化合
物によるGPCRの活性化効果をモニターすることができる。
、細胞内カルシウム濃度の上昇を誘発することができる。
ンド−1のような)蛍光染料を利用するなど、幾つかの手段及び方法で検出する
ことができる。
には、複雑且つ高価な器具が必要であり、微量滴定プレートのようなプラスチッ
ク製試験用具の使用が制限される。
)しているような、GPCR及びアポエクオリンを過剰発現する細胞系を利用す
る方法がある。この方法では、アポエクオリン発現細胞を、エクオリンの補因子
であるシーレンテラジン(coelenterazine)と一緒にインキュベ
ートする。このインキュベーションの過程で、シーレンテラジンが細胞内に進入
し、アポエクオリンと複合することによって、この酵素の活性形態であるエクオ
リンを形成する。細胞をGPCRのアゴニストと一緒にインキュベートすると、
細胞内カルシウム濃度が上昇する。この上昇によって、エクオリンの触媒作用が
活性化され、その結果、シーレンテラジンが酸化され、アポエクオリン、シーレ
ンテラミド、CO2が生成し、これに発光が伴う。フォトンが放出された後、再
び発光するためには、複合体が分離し、アポエクオリンが新しいシーレンテラジ
ン分子と再度結合しなければならない。つまり、この方法では、アゴニスト添加
に続く発光が、GPCRを活性化して細胞内カルシウム濃度を上昇させるアゴニ
ストの能力を反映する。発光時間はGPCR活性化後の20〜30秒に過ぎない
から、細胞にアゴニストを添加した後、数秒間で発光を記録しなければならない
。発光をフラッシュ・タイプの信号として捕らえねばならない理由は、(1)G
PCRによってトリガーされる細胞内カルシウム濃度上昇が一時的でしかなく、
(2)既に述べたように、シーレンテラジンが酸化された後、再び発光するには
、アポエクオリンがシーレンテラジンと再度結合しなければならないことにある
。
AQ440を哺乳類細胞系の発現ヴェクトル・プラスミドにクローニングし、得
られたプラスミドを自己増殖させ、哺乳類細胞中に発光蛋白質エクオリンを生成
させることにより、哺乳類細胞系中にクラゲ発光蛋白質エクオリンを発現させる
方法を開示している。
ことができるベクトルに含まれる遺伝子符号化アポエクオリン蛋白質を開示して
いる。
または形質転換動物、及び細胞内カルシウムの調節に関与するレセプタを開示し
ている。この文献はまた、アポエクオリンを発現する前記哺乳類細胞にシーレン
テラジン補因子を添加し、フォトン放出が細胞内カルシウム濃度の目安であると
して発光量を測定するステップから成る、細胞内カルシウム測定方法をも開示し
ている。
からの細胞を、(例えば、96−ウェル・プレートのような)固形支持体上に分
散させ、次いでシーレンテラジン補因子を細胞上に添加し、インキュベートする
ことによって活性エクオリンを再構成し、さらに、細胞内カルシウム濃度の調節
に関与するレセプタに作用する薬剤を調製し、これを細胞に添加し、最後に、発
光量を測定するステップを踏まねばならない。
0秒に過ぎない。従って、細胞にアゴニストを添加した後の数秒の間に発光を記
録しなければならない。
ベルで測定するには不充分である。即ち、従来の高処理量スクリーニングでは、
数千種の化合物を試験するのにルミノメータが必要であり、微量滴定プレートの
使用が必要である。
ニスト及び/またはアンタゴニストを検出するための、公知技術の問題を伴なわ
ない方法及び装置を提供することを目的とする。
ても、微量滴定プレートのような特殊な容器に適応させながら、高処理能率で生
物学的活性物質の検出を可能にする方法及び装置を提供することにある。
供することにある。
ンタゴニストの高処理能率スクリーニング特性表示及び/または用量決定方法に
係わり、下記ステップから成る: −前記レセプタの(好ましくは分子の形態の)アゴニスト及び/またはアンタゴ
ニストを固形支持体上に載置し、 −アポエクオリン及び前記“カルシウム結合”レセプタを発現する1つまたは2
つ以上の細胞をシーレンテラジンと一緒にインキュベートすることにより、前記
細胞によって活性エクオリンを再構成し、 −前記固形支持体に前記細胞の1つまたは2つ以上を加え、 −前記細胞による発光の測定値を得る。
たはアンタゴニスト分子による)活性化の結果として、前記レセプタを含む細胞
、好ましくはその細胞膜中の細胞内カルシウム濃度を上昇させることになる、(
例えば、G−結合レセプタまたはイオンチャンネルのような)すべてのレセプタ
を意味する。
固形支持体のような容器に前記化合物を置くステップを意味し、(共有結合など
の形で)前記固形支持体に前記化合物を固定する必要はない。
好ましい。
プタ及びレセプタとカルシウム経路との結合を確実にしようとする1つまたは2
つ以上の蛋白質を発現する細胞であることが好ましい。
るG−蛋白質間の融合から得られるキメラG−蛋白質及びホスホリパーゼCβ2
蛋白質から成るグループから選択する。
数のルミノメーターを使用して求めるのが好ましい。
率スクリーニング特性表示及び/または用量決定装置にも係わり、前記装置は、
−容器、好ましくは微量滴定プレート、より好ましくは96−ウェル微量滴定プ
レートと、 −アポエクオリン及びカルシウム結合レセプタを発現する細胞を含有する培地と
、 −シーレンテラジンを含有する培地と、 −前記細胞による発光を検知し、でき得れば定量するための(1つまたは2つ以
上のディスペンサー及び測光ヘッドを装備した単一または複数のルミノメーター
のような)手段と から成る。
ステップを順次自動的に行なう手段を含むことが好ましい。
合レセプタのアゴニスト及び/またはアンタゴニストにも係る。
る。
を検出するには、発光量の測定を、アゴニストと想定される物質と細胞を接触さ
せた直後に行なわねばならない。この測光は、単管ルミノメーターを使用して容
易に行なうことができるが、処理能率は低く、このような生物学的装置を高処理
能率規模で利用することはできない。即ち: (1)細胞を被検アゴニストと接触させた直後に測光しなければならないから
、必然的に、ディスペンサーを組み込んだルミノメーターを使用せざるを得ない
。例えば、発光時間が短いため、プレートをルミノメーターの作用範囲外に置い
た状態で、その96個のウェル内の細胞に被検薬剤を注入し、次いで、プレート
をルミノメーターの作用範囲内に移して発光量を記録することは不可能である。
被検薬剤の注入後、プレートを素早く(即ち、15秒以内に)ルミノメーターの
作用範囲内へ移すことができても、従来の装置では、エクオリンのフラッシュ信
号が消える前に96個のウェルからの発光量を測定することはできない。従来の
ルミノメーターは96個の検出器を装備してはいないからである。
類の溶液を注入することはできても、個々のウェルにそれぞれ異なる薬剤を注入
することは不可能である。また、次のウェルに別の薬剤を注入するため、測光ご
とにディスペンサーを洗浄する作業は多大の時間を要し、高処理能率スケールの
測光には不向きである。これと同じ問題は、6個のディスペンサーを装備した装
置(例えば、EG&G Wallac社製の“Microbeta Jet”)
でも起こる。6個のディスペンサーでは単一の種類の溶液を注入するだけである
。
また在来型ルミノメーターを使用することにより、GPCRと結合する薬剤を高
処理能率でスクリーニングする方法を提供する。この方法では、アゴニストまた
はアンタゴニスト作用度を測定すべき溶液を、96−ウェル・プレートのウェル
に注入する。アポエクオリン及びGPCR発現細胞を培養プレートから脱離させ
(または培養懸濁液から回収し)、シーレンテラジンと一緒にインキュベートす
ることによって、活性エクオリンを再構成する。磁気攪拌子を使用してこれを懸
濁液の状態に維持し、ウェルごとに、被検アゴニスト溶液へ細胞懸濁液を注入す
る。次いで、1秒間(または30秒間以上)にわたって発光を記録する。96個
のウェルのそれぞれに同じ細胞懸濁液を注入するから、この方法では、測光ごと
にディスペンサーを洗浄する必要がなく、単一ディスペンサー・ルミノメーター
を使用して15分以内に、96件のアゴニストによるエクオリン発光測定を行な
うことができる。また、6個のディスペンサー及び測光ヘッドを装備したルミノ
メーターを使用すれば、2分以内に、96件のアゴニストによるエクオリン発光
測定を行なうことができる(例えば、EG&G Wallac社製“Micro
beta Jet”)。
で、且つ在来型ルミノメーターを使用することによって、高処理能率のスクリー
ニングを行なうことができる(10000サンプル/日)。これにより、スクリ
ーニング時間が短縮され、測光ごとに必要な薬剤量が節減される。
00個またはそれ以下)、機能的なスクリーニングを行なうことができる。
増大(例えば、細胞の破壊、細胞から培地中へのエクオリン分子放出、その場合
に起こるカルシウム濃度によってトリガーされるエクオリンからの発光などに起
因する)は見られなかった。この細胞注入では、シグナルとノイズとの比が50
以上となるのが普通であった。
既知または未知のアゴニストによるGPCRなどのようなカルシウム結合レセプ
タ刺激を、高処理能率分析するのに好適である。これらの細胞は、Sheu等(
1993年)やButtonとBrownstein (1993年)が報告し
ているように細胞質中にアポエクオリンを発現したり、Stables等(19
97年)が採用しているように、ミトコンドリア標的配列をエクオリンに添加す
ることによって、ミトコンドリア中にアポエクオリンを発現したり、さらには、
細胞のその他の部分に発現することもできる。これらの細胞はまた、過剰発現し
たレセプタをカルシウム経路に結合させるように作用する蛋白質をも発現する。
これらの蛋白質としては、天然Gα16またはGα15蛋白質(Milliga
n et al., 1996)、2つの異種G蛋白質間の融合から得られるキメ
ラG蛋白質(Komatsuzaki et al., 1997)、ホスホリパ
ーゼC−β2(Park et al., 1992)、その他の“自在結合”蛋
白質が挙げられる。これらの細胞を用意し、シーレンテラジンを添加すると、数
時間(少なくとも9時間)にわたって使用できる。添加されたシーレンテラジン
も、アゴニストによる刺激に応答して細胞が放出する光の強さも、上記時間にわ
たって安定である。
するCHO細胞系を樹立した。細胞は、10%のウシ胎児血清(FBS, Foe
tal bovine serum)を含有するHAM’sF12培地中で単層培
養した。実験当日、培地を除き、室温で5分間にわたり、PBS−EDTA(カ
ルシウムを含まず、5mMのEDTAを加えた燐酸塩緩衝食塩水, phosph
ate buffered saline)中で細胞をインキュベートした。手で
培養プレートを振とうすると共に、ピペット・アップとピペット・ダウンを繰り
返して培養容器から細胞を脱離させた。細胞を遠心分離処理し、上澄みを取り除
くことによりEDTAを除去した。FBSを含まず、0.1%ウシ血清アルブミ
ンを加えたHAM’s F12培地中にペレットを再懸濁させた。トーマ・ツァ
イス細胞計数板によって細胞をカウントし、再度遠心分離処理し、FBSを含ま
ず、0.1%ウシ血清アルブミンを加えた濃度5.106細胞/mlのHAM’
s F12培地中に再懸濁させた。シーレンテラジン(またはその誘導体、例え
ば、Molecular Probes社製のシーレンテラジンf、h、n、c
pまたはhcp)の500μMメタノール溶液を、最終濃度5μMの細胞懸濁液
に加えた。この細胞懸濁液を15〜30分毎に振とうして細胞を懸濁液状態に維
持しながら、3〜5時間にわたり、室温で暗所に貯蔵した。
で既知リガンドの種々の希釈液を用意し、96−ウェル・プレートのウェルにそ
れぞれの希釈液を50μl注入した。FBSを含まず、0.1%ウシ血清アルブ
ミンを加えた培地HAM’sF12で、細胞懸濁液を5倍に希釈し、アルミ箔で
遮光したガラスまたはプラスチック容器中に置いた。懸濁液を、磁気攪拌棒で低
速(1〜5回転/秒)で攪拌することによって、細胞を均質懸濁液の状態に維持
した。磁気攪拌棒には、細胞が潰れて培地中にエクオリンが放出されるのを防ぐ
ためのリングを設けた。尚、懸濁液中で細胞を培養するように構成した培養容器
を使用してもよい。
ト・ルミノメーターは、注入の直後、96−ウェル・プレートの各ウェルからの
発光を記録することができる。ディスペンサーの導入チューブ先端を細胞懸濁液
の底に位置させ、チューブ及びポンプの全容積が細胞懸濁液で満たされるように
、装置のデッド・ボリュームの3倍でディスペンサーを洗浄した。次いで、アゴ
ニスト溶液を含む96−ウェル・プレートをルミノメーター内へ挿入した。次い
で、ウェル毎に、50μlの細胞懸濁液(即ち、100000個の細胞)を、細
胞が破壊してエクオリンが培地中に放出されないように極力低い注入速度(0.
4秒)でウェルに分配し、直ちに、30秒間にわたって発光を記録した。最初の
ウェルの測光結果を記録した後、次のウェルに細胞を注入し、測光結果を記録し
た。以下、同様の操作を繰り返した。プレート毎に、且つそれぞれのウェルに関
して、経時的な発光の強さを表わす一連の曲線を示した(図1)。ルミノメータ
ーと組み合せたウィングロー・ソフトウェア(Winglow softwar
e)を利用して30秒間の発光の強さを積分することにより、ウェル毎に、発光
値、即ち、ウェル中に存在するアゴニストによるCCR−5の刺激値を求めた。
これらの値を、リガンド濃度の対数値に対してプロットすることによって、図2
に示すような用量応答曲線が得られる。これにより、それぞれのリガンドについ
て、半最大応答用量(EC50)を求めることができる。このデータを得るため
、3時間以内に288回の測定を行なった。
発現するCHO細胞系を樹立した。例1で述べたように細胞を処理し、希釈(1
00μl/ウェル、50000個の細胞に相当)した後、このレセプタに対する
既知アゴニストの溶液100μlに分配した。ウェル毎に発光量を20秒間にわ
たって記録した。種々のアゴニストに関して得られた用量応答曲線を図3に示す
。このデータを得るため、1時間以内に144回の測定を行なった。
6結合蛋白質を発現させるためのプラスミドによってトランスフェクション処理
した。2週間にわたり抗生物質Zeocinを作用させて、安定的にトランスフ
ェクトされた細胞だけを選び出した。これらの細胞を、10%FBSを含有する
DMEM培地中で懸濁培養した。遠心分離処理後、得られたペレットを例1で述
べたように使用することにより、エクオリン測光を行なった。この方法によって
得られたエオタキシン(eotaxin)及びMCP−4の用量応答曲線を図4
に示す。
オリンを発現するCHO細胞系を樹立した。例1で述べたように細胞を処理し、
希釈(100μl/ウェル、25000個の細胞に相当)した後、これらのレセ
プタに対する既知アゴニストの溶液50μlに分配した。ウェル毎に20秒間、
測光値を記録した。この方法で得られた用量応答曲線を図5Aに示す。
するCHO細胞系を培養した。例1で述べたように細胞を処理し、希釈(100
μl/ウェル、50000個の細胞に相当)した後、このレセプタに対する既知
アゴニストの溶液100μlに分配した。ウェル毎に20秒間、測光値を記録し
た。この方法で得られた用量応答曲線を図5Bに示す。
を注入した。この段階で、被検アンタゴニストがアゴニスト作用を具えていない
ことをチェックするため、発光現象を記録した。細胞を、アンタゴニストと一緒
に30分間インキュベートした。次いで、5HT−2Bレセプタのアゴニスト(
α−メチル−5HT)溶液を細胞に注入し、直ちに、ウェル毎に発光現象を記録
した。アンタゴニスト濃度の対数に対応する発光量の変化をプロットすることに
より、図示のグラフを得た。アンタゴニスト濃度が上昇すると、アゴニスト添加
に伴う発光量が低下した。次いで、細胞によって発現される他のレセプタのアゴ
ニスト(典型的な例としてはp2レセプタに作用するATP)を、対照としての
アンタゴニスト、細胞及びアゴニストの混合物に注入することによって、細胞が
実験の時点まで活性エクオリンを有しているか否かをチェックすることができる
。例えば、細胞内カルシウム濃度を上昇させる細胞毒性化合物は、エクオリンが
細胞中に存在するシーレンテラジンを残らず消費するように作用する。このよう
な細胞毒性化合物の存在は、ATP注入にもかかわらず信号が発生しないことで
検知される(図6)。
96−ウェル・プレートの各ウェルにおける細胞による発光の強さを時間の経過
とともに表わす一連の曲線である。スケーリングは、すべてのグラフに共通であ
る。信号の記録は30秒間にわたって行なった。リガンド濃度は、カラム1から
カラム12に向かって上昇する。測定は、すべて重複方式で行なった。即ち、ラ
インAとBとではリガンドとしてランテスを使用し、ラインCとDとではリガン
ドとしてMIP−1αを使用し、ラインEとFとではリガンドとしてMIP−β
を使用し、ラインGとHとではリガンドとしてランテスの誘導体Aを使用した。
レセプタの種々のアゴニストに関して表わす用量応答曲線である。
を、エオタキシンによるレセプタ活性化に対する応答として示す。
2レセプタ(図5B)を発現する細胞に関する用量応答曲線である。
Claims (10)
- 【請求項1】 カルシウム結合レセプタまたはカルシウム結合チャンネルま
たはその他のカルシウム結合蛋白質に対するアゴニスト及び/またはアンタゴニ
ストまたはモジュレーターの特性表示及び/または用量決定方法であって、 −アゴニスト及び/またはアンタゴニストを固形支持体上に載置し、 −アポエクオリンまたはその他の関連蛋白質及び前記カルシウム結合レセプタを
発現する1つまたは2つ以上の細胞をシーレンテラジンまたはその他の感カルシ
ウム蛋白質と一緒にインキュベートすることにより、前記細胞によって活性エク
オリンを再構成し、 −前記固形支持体に前記細胞の1つまたは2つ以上を加え、 −前記細胞による発光の測定値を得る ステップから成ることを特徴とする前記方法。 - 【請求項2】 固形支持体が微量滴定プレートであることを特徴とする請求
項1に記載の方法。 - 【請求項3】 微量滴定プレートが96−ウェル・微量滴定プレート、また
は384−ウェル・プレート、または1536−ウェル・プレートまたはその他
の形態を有するプレートであることを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 細胞が、その細胞質またはミトコンドリアまたはその他の部
分にアポエクオリンを発現することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に
記載の方法。 - 【請求項5】 カルシウム結合レセプタを発現する細胞が、内性または組み
替えG−蛋白質−結合レセプタを発現する細胞及び/または被検レセプタ(内性
または過剰発現)をカルシウム経路と結合させる作用を有する蛋白質を発現する
細胞であることを特徴とする請求項1〜4のいすれか1項に記載の方法。 - 【請求項6】 前記蛋白質を、天然Gα16またはGα15蛋白質、2つの
異なるG−蛋白質間の融合から生成するキメラG−蛋白質またはホスホリパーゼ
Cβ2蛋白質またはその他の結合蛋白質または化学物質から成るグループから選
択することを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 好ましくは複数のディスペンサー及び測光ヘッドを装備した
単一または複数のルミノメーターを使用して、発光量を測定することを特徴とす
る請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の高処理能率スクリーニ
ング特性表示及び/または用量決定方法を実施するための高処理能率スクリーニ
ング特性表示及び/または用量決定装置であって、 −微量滴定プレート、好ましくは96−ウェル・微量滴定プレートと、 −アポエクオリン及びカルシウム結合レセプタを発現する細胞を含有する培地と
、 −シーレンテラジンを含有する培地と、 −前記細胞による発光を検知する手段と から成ることを特徴とする前記装置。 - 【請求項9】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の特性表示及び/または
用量決定方法の一連のステップを自動的に行なうための手段を含むことを特徴と
する請求項8に記載の装置。 - 【請求項10】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法によって同定さ
れるレセプタのアゴニストまたはアンタゴニスト。
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