JP2004503583A - 癌の治療のための、マトリックス・メタロプロテアーゼ阻害剤の使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、マトリックス・メタロプロテアーゼの発現に影響を及ぼす、好ましくはその発現を阻害することによる癌の治療における、活性作用物質、特に阻害剤の使用に関する。この活性作用物質の標的は特に、マトリックス・メタロプロテアーゼ9(MMP−9)シグナル伝達経路の上流制御因子に関することが可能である。本発明に従って、特にp38βおよびp38γの阻害剤を適用することが可能であり、マイトジェン活性化キナーゼキナーゼ6(MMK6)およびマイトジェン活性化キナーゼキナーゼ3(MKK3)の阻害剤も同様に適用することができる。
Description
【0001】
本発明は、マトリックス・メタロプロテアーゼ発現の活性作用物質、特に阻害剤の使用に関する。さらに詳細には、本発明は、癌、特に癌の浸潤の治療に関連した、かかる薬剤の使用に関する。
【0002】
公知のように、細胞外マトリックスの分解は非常に複雑なプロセスであり、それは、多くの病理学的および生理学的プロセスの一部である。それによって、細胞外マトリックスのタンパク分解性の分解は、非腫瘍性組織再構築プロセスにおける役割と同様に、癌の浸潤においても非常に重要な役割を果たす。癌の浸潤性表現型は、数種類のプロテアーゼの活性および発現に非常に依存する。この腫瘍細胞媒介性の細胞外マトリックスのタンパク質分解におけるマトリックス・メタロプロテアーゼ酵素の役割は、十分に証明されている。これらのマトリックス・メタロプロテアーゼの1つは、MR92,000のIV型コラゲナーゼ(MMP−9)である。MMP−9は、大部分がIV型コラーゲンで構成され、かつ間質性区画から上皮を通常分離する構造である、基底膜を分解する(1、2)。多くの成長因子が、次にシグナル伝達経路を活性化する膜貫通チロシン受容体に結合させることによって、MMP−9および他のプロテアーゼの発現を誘導する(3、4)。しかしながら、いくらかの細胞系によって、かかる成長因子の非存在下でさえ、大量のプロテアーゼが生成され、根底にある一つのメカニズムとして、シグナル伝達カスケードの構成的活性が示唆されている(5)。実際に、シグナル伝達経路の構成的活性が、腎細胞癌、白血病ならびに多くの他の癌について記述されている。シグナル伝達経路のこれらの構成的活性に関して、H.オカ(Oka)等の出版物およびS.C.キム(Kim)の出版物を参照する(6、7)。
【0003】
ストレス−およびマイトジェン−活性化プロテインキナーゼ(SAPKおよびMAPK)が、シグナル伝達経路において中心的な役割を担うことは当業者には公知である。p38/RK、JNK/SAPK、およびp42/p44 MAPK/ERKを含む、3つの主要なサブファミリーが存在する。一般に、ERKは、マイトジェンおよび分化(differentiative)因子によって刺激され、JNKおよびp38は、紫外線、浸透ストレスなどの環境ストレスによって活性化されるが、炎症性サイトカインによってもまた活性化される。3つのサブファミリーすべてが、アポトーシスを制御し、ERKは負の制御因子であるが、JNKおよびp38は正の制御因子である(8)。今までに、SAPK3またはERK6およびp38δ(12)とも呼ばれ(12)、SAPK4とも呼ばれる、4種類のp38ヒト・アイソフォーム:p38α(9),p38β(10),p38γ(11)がクローン化されている。α−およびβ−アイソフォームは主に、炎症誘発性シグナルを核に仲介し、アポトーシスを制御するのに関与している(8)。p38γは、筋肉の発達および低酸素ストレスに対する応答において役割を果たすと意味づけられている(13、14)。p38αおよびp38βは、ヒト組織に広く分布しており、それらの発現は、脳および心臓で最も大量であることが見出された(10)。SAPK3は主に、骨格筋に存在する(15、16)。SAPK4の機能については、ほとんど知られていない。高レベルの発現が、唾液腺、下垂体および副腎組織において見出された(12)。p38アイソフォームの重要な上流制御因子には、プロテインキナーゼMKK6およびMKK3が含まれる。
【0004】
癌の浸潤および転移におけるマトリックス・メタロプロテアーゼの関与に関する、今までの知見および研究は、種々のマトリックス・メタロプロテアーゼ酵素ドメインの機能および阻害ドメインとのそれらの相互作用に焦点が当てられている。例えば、細胞外マトリックスの分解に関与するマトリックス・メタロプロテアーゼのタンパク質分解活性は、それらの内在性タンパク質阻害剤、メタロプロテアーゼの組織阻害剤(TIMP)によって正確に制御されなければならないことが知られている。メタロプロテアーゼのこれらの組織阻害剤は、腫瘍細胞によるマトリックスの分解において重要な役割も果たす。TIMPおよびMMPの活性は、数種類の癌腫において、例えば腎細胞腫において、胃癌においてもまた同様に分析された。これらの研究に関して、A. Kugler および G.I. Murray等の出版物を参照する(17、18)。メタロプロテアーゼのこれらの組織阻害剤は、分泌型メタロプロテアーゼの活性の制御において非常に重要な役割を担う分泌タンパク質のファミリーである。今までに、それらのうちの3種類が特徴づけられている(TIM1、TIMP2およびTIMP3)。それらは、プロメタロプロテアーゼの活性に影響を及ぼし、特に組織再構築および炎症プロセス中に、細胞外マトリックスのタンパク質分解を調節する働きをする。マトリックス・メタロプロテアーゼのこれらの組織阻害剤のキャラクタリゼーションは、D.T.デンハート(Denhardt)等の出版物に記載されている(19)。マリマスタット(marimastat)(BB−2516)と同様の合成マトリックス・メタロプロテアーゼ阻害剤、ミクロモル範囲でIC50値を有するブタンジアミド誘導体もまた存在する。C. サイモン(Simon)等(20)は、ホルボールミリステートアセテート(PMA)で処理した後の、ヒト扁平上皮癌細胞系(UM−SCC−1)における強化されたMMP−9分泌およびインビトロ(in vitro)浸潤性、皮膚発癌の研究で広く用いられている公知の発癌プロモーター((21)で概説されている)を、一般的なp38阻害剤SB 203580を使用することによって阻害することができることを実証した。
【0005】
現在、驚くべきことに、p38の構成的活性は、MKK6および/またはMKK3経路もまた同様に、癌細胞におけるMMP−9の高レベルな発現で非常に重要な役割を果たしていることが見出されている。これらの予想外の発見の結果として、癌、特に癌の浸潤を治療するための、MMP−9発現の下流制御因子に対して標的化される/作られる活性作用物質の使用が可能となる。
【0006】
このように、活性作用物質を癌の治療に利用できるようにすることの本発明の問題は、請求項1および2に記載の使用によって解決される。好ましい実施形態を従属請求項3から17に記載する。これらの請求項すべての内容は、これによって参照により本明細書中に組み込まれる。
【0007】
本発明に従って、癌の治療のために、真核細胞におけるマトリックス・メタロプロテアーゼの発現に影響を及ぼすため、特に発現を阻害するために、少なくとも1種類の活性作用物質を使用する。特にこれは、相当する薬剤または相当する医薬組成物を製造するための、かかる活性作用物質の使用もまた包含する。本発明に従って、その活性作用物質は任意に、その薬学的に許容される塩の形で、および任意に許容可能な担体と共に使用することができる。
【0008】
本発明に従って使用される活性作用物質は、癌、好ましくは癌の浸潤に関与する上述のマトリックス・メタロプロテアーゼに影響を及ぼす、特にマトリックス・メタロプロテアーゼを阻害することが好ましい活性作用物質である。本発明に従って、癌の浸潤に関与する好ましいマトリックス・メタロプロテアーゼは、マトリックス・メタロプロテアーゼ9である。
【0009】
本発明の好ましい一実施形態において、使用する活性作用物質は、マトリックス・メタロプロテアーゼのシグナル伝達経路の少なくとも1種類のメンバーに対して、特にMMP−9シグナル伝達経路の1種類のメンバーに対して標的化されることが好ましい。このMMP−9シグナル伝達経路の1種類の好ましいメンバーは、いわゆるp38タンパク質ファミリーである。本発明に従った使用において、これらのp38タンパク質のうちの1つは、p38βタンパク質であり、本発明の使用に従った、他の好ましいメンバーは、p38γ(SAPK3またはPRK6)タンパク質である。本発明による活性作用物質の他の好ましい標的は、マイトジェン活性化プロテインキナーゼキナーゼファミリーである。このマイトジェン活性化プロテインキナーゼキナーゼファミリーの好ましい2種類のメンバーは、マイトジェン活性化プロテインキナーゼキナーゼ6(MKK6)およびマイトジェン活性化プロテインキナーゼキナーゼ3(MKK3)である。本発明に従った使用において、MMP−9シグナル伝達経路の1種類のメンバーを単独で、活性作用物質によって標的化することができるが、活性作用物質によって標的化されるMMP−9シグナル伝達経路の2種類または3種類以上の異なるメンバーのランダムな組み合わせもまた存在することができる。
【0010】
他の好ましい実施形態では、マトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の、好ましくはMMP−9シグナル伝達経路の活性化因子(activator)、制御因子および/または生物学的前駆物質を、活性作用物質によって標的化し、かつ/またはそれらに影響を及ぼすこともまた任意に可能である。これらの活性化物質、制御因子および/または生物学的前駆物質は例えば、プロテアーゼの酵素活性の制御に関与することが知られているキナーゼ、プロテアーゼの発現レベルを担うAP−1様の転写因子および他の転写因子、プロメタロプロテアーゼの活性化を担うプロテアーゼまたは組織阻害剤、または活性作用物質によって影響を受け得る、現在でさえ未知の化合物であってもよい。
【0011】
本発明に従って、公知の活性作用物質または新規な活性作用物質もまた使用することが可能である。本発明の好ましい一実施形態では、その活性作用物質は、マトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の少なくとも1種類のメンバー、好ましくはMMP−9シグナル伝達経路に対して特異的な阻害能力を有する化合物である。この活性作用物質は、低分子量(MW)、特にMW<1000を有する比較的小さな分子であることが好ましい。かかる活性作用物質は、イミダゾール誘導体であることがさらに好ましい。Calbiochem社(米国、カリフォルニア州サンディエゴ)からどちらも入手可能な、SB203580(MW377,4)もしくはSB 202190(MW331,3)のようなかかるイミダゾール誘導体は、キナーゼ発現の強力な阻害剤であることが知られている。本発明の他の好ましい実施形態において、その活性作用物質は、p38タンパク質の阻害剤である。これは、p38タンパク質の公知の阻害剤またはさらに新規な阻害剤であることも可能である。本発明の他の好ましい実施形態では、その活性作用物質は、マイトジェン活性化キナーゼキナーゼファミリーの阻害剤である。この阻害剤は、この記述で使用されている標準分子生物学技術で作成されるキナーゼの非感受性変異体(dead mutants)のような、マイトジェン活性化キナーゼキナーゼキナーゼファミリーのペプチド阻害剤、または新規な阻害剤化合物であることも可能である。数種類の阻害剤が知られており、Y. フカミ(Fukami)等,J.C.リー(Lee)等,およびD.ファブロ(Fabbro)等(22〜24)の出版物において、それらのいくつかを見つけ出すことができる。
【0012】
本発明による他の好ましい実施形態において、その活性作用物質は、マトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の活性化物質、制御因子および/または生物学的前駆物質の阻害剤であり、キナーゼ阻害剤、転写因子阻害剤、例えばAP−1阻害剤、組織阻害剤、プロテアーゼ阻害剤およびマトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の他の公知の阻害剤または新規な阻害剤であってもよい。
【0013】
本発明による他の好ましい実施形態において、その活性作用物質は、マトリックス・メタロプロテアーゼの発現を阻害する、好ましくはp38および/またはマイトジェン活性化キナーゼキナーゼ活性を阻害するペプチドまたはポリペプチドをコードするポリヌクレオチドである。このペプチドは、例えばp38キナーゼの欠損変異体、マイトジェン活性化キナーゼキナーゼの非感受性変異体および当業者に公知の他のペプチドであることが可能である。
【0014】
本発明は、すべての種類の癌、特にマトリックス・メタロプロテアーゼの過剰発現を有する癌、したがってこの癌の高浸潤性および高転移性を有する癌の治療に用いることができる。MMP−9の過剰発現は、頭、首、皮膚および胃の扁平上皮癌で報告され、胃の線維肉腫でもまた同様に報告された。増大したMMP−9レベルは、大腸癌、乳癌および肝細胞癌を有する患者の血清においても見出された。したがって、治療可能な疾患の中でも、上記の癌を特に参照する。一般に知られているように、転移性疾患(しかし、それ自体、浸潤癌の増殖である場合も多い)は、癌患者の生存を制限する。癌におけるシグナル伝達経路の構成的活性の理由は、現在まで未知である。それは、遺伝子増幅もしくはオートクリンループなどの成長因子受容体遺伝子の突然変異から、つまり同一組織におけるリガンドおよび受容体の発現から、生じる可能性がある。癌の浸潤はこれらの癌において厄介な問題であることから、上述の癌は、本発明による活性作用物質の有効な標的である。
【0015】
本発明に従って、活性作用物質の投与形態を選択することが可能である。この形態は、患者の年齢、性別または他の特性、癌の重症度および他のパラメーターに適応させることができる。従来の薬剤担体、希釈剤または従来の添加剤が存在することができる。
【0016】
投与量は、臨床状況および患者の状態の関数として自由に選択することができる。
【0017】
最終的に、本発明は、真核細胞におけるマトリックス・メタロプロテアーゼの発現に影響を及ぼす、特に発現を阻害する少なくとも1種類の活性作用物質を含有する、癌を治療するための医薬組成物または薬剤を含む。かかる組成物または薬剤の個々の特徴に関して、それに対応する上記の説明文を参照する。
【0018】
上述の特徴および本発明の更なる特徴は、サブクレームと共に好ましい実施形態の以下の説明から集めることができる。個々の特徴は、個々に、またはサブコンビネーションの形で実施することができる。
【0019】
材料および方法
ベクター:他に記述されているように(31〜33)、セリン207およびトレオニン211をグルタミン酸によって置換することにより、MKK−6の構成的に活性な変異体を産生し、セリン207およびトレオニン211をアラニンによって置換することにより、ドミナントネガティブなMKK−6表現型を産生し(34)、およびp38キナーゼの通常のTGY配列におけるフェニルアラニンによるアラニンおよびチロシンよってトレオニンを置換することによりキナーゼ欠損p38変異体を産生し、その結果得られたすべてのcDNAを、他に記述されているように(11、35、36)、哺乳類の発現ベクターpcDNA3にサブクローニングした。MMP−9プロモーターの5’欠失断片によって、または突然変異したプロモーター(−79 AG−1 mt)によって操作される(driven)CATレポーターが、他に記述されている(37)。TAM−67構築物(construct)は、3番目〜122番目のアミノ酸を欠いている突然変異体c−junタンパク質をコードする(38)。*5AP−1 pBLCAT構築物は、最小チミジンキナーゼプロモーターのCATレポーターの前にあるAP−1の5つの反復からなる(39)。
【0020】
組織培養および材料。UM−SCC−1細胞(当業者には公知であり、ミシガン州ミシガン、アナーバーの大学、Dr.トーマス・ケアリー(Thomas Carey))から入手可能)、Hlac82(当業者には公知であり、ドイツ、チュービンゲンの大学、Dr.ハンス(Hans)ピーター(Peter)ゼナー(Zenner)から入手可能)およびNIH3T3細胞(ほぼすべての細胞生物学研究室によって保持されており、Dr.ハンス(Hans)ピーター(Peter)ゼナー(Zenner)からも入手可能である。上記参照)を、10%ウシ胎児血清(FBS、Gibco Life Technologies社、ドイツ、カールスルーエ)を補充したMcCoy5A培地中に保持した。酵素電気泳動法およびウェスタンブロット法の条件培地を回収するために、指示される場合には、同時に添加されるSB 203580(Calbiochem社、カリフォルニア州サンディエゴ)または担体(DMSO)と共にまたは無しに、80%融合UM−SCC−1、Hla82およびNIH3T3細胞をそれぞれ、無血清培地(McCoy5A培地、当業者には公知の成分であり、Gibco Life Technologies社(ドイツ、カールスルーエ)から入手可能)中で48時間インキュベートした。以下では、「無血清培地」は「SFM]とも省略される。0.2mg/ml MTT生体染色中で細胞をインキュベートし、DMSOに溶解したホルマザン結晶のアリコートを分光測定によって570nmにて読み取った後、その培地を回収し、増殖を決定した。細胞付着に12時間見込み(0日目)、その後4日まで(1日目から4日目)血清および無血清条件下の後に、同時に添加した様々な量のSB 203580を用いて、成長曲線を記述のように(25)作成した。
【0021】
酵素電気泳動法。0.1%(重量/容積)ゼラチンを含有するSDS−PAGEゲルを用いて、酵素電気泳動法を記述と同様に正確に行い(20、25)、MMP−9についてアッセイした。MMP依存性タンパク質分解を、暗い領域中の白い区域として検出した。
【0022】
ウェスタンブロット法。条件培地中のMMP−9を検出するために、等しい個数の細胞からの培地を還元剤の非存在下にて変性させ、タンパク質をSDS−PAGEによって分離し、次いでニトロセルロースフィルターに移した。そのフィルターを3%BSAでブロックし、マトリックス・メタロプロテアーゼに対するマウスのモノクローナル抗体(#IM37L Oncogene Research Products、Calbiochem社(マサチューセッツ州ケンブリッジ))と共にインキュベートした。続いて、そのブロットを、ホースラディッシュペルオキシダーゼ抱合型抗ウサギIgGと共にインキュベートし、ECL(化学発光増幅)、製造元(Amersham Life Science社、イリノイ州アーリントンハイツ)によって記述されている市販の免疫ブロット検出システムによって、免疫反応性バンドを可視化した。ホスホ−p38およびデホスホ−p38を等しく認識するモノクローナル抗体(sc−535−Gおよびsc−6023、カリフォルニア州サンタクルーズ、サンタクルーズ)を用いて、p38αおよびSAPK3タンパク質を検出した。簡潔には、PMSF(100mg/ml)およびオルトバナジン酸ナトリウム(1mM)を含有するRIPAバッファー中で細胞を抽出した。SDS−PAGEを用いて、変性条件下で抽出したタンパク質を分離した。フィルターを3%BSAでブロックし、続いて、一次抗体とともに一晩インキュベートした。免疫反応性バンドを可視化するために、ECLシステムを再度使用した。
【0023】
p38α活性についてのゲル中(In−gel)キナーゼアッセイおよびSAPK3活性アッセイ。p38α活性のキナーゼアッセイを記述のように(20)行った。簡潔には、バッファーA[1%NP40(オクチルフェノキシポリエトキシエタノール)、25mMトリス−HCl(pH7.4)、25mM NaCl、1mMバナジン酸ナトリウム、10mM NaF、10nMピロリン酸ナトリウム、10nMオカダ酸、0.5mM EGTA、および1mMフッ化フェニルメチルスルホニル]で細胞を抽出した。抽出したタンパク質を、ヒトおよびマウスp38αと免疫反応性の抗p38α抗体(sc−535−G、カリフォルニア州サンタクルーズ、サンタクルーズ)2μgと、免疫沈降のためのタンパク質Aアガロースビーズ(2mg)と共にインキュベートした。そのビーズをバッファーAで洗浄し、2×サンプルバッファー中に再懸濁し、ミエリン塩基性タンパク質を含有するポリアクリルアミドゲル中で、免疫複合体を電気泳動した。20%2−プロパノール、5mM 2−メルカプトエタノール、6MグアニジンHClおよび0.04%Tween40−5mM2−メルカプトエタノールを含有するバッファーでゲルを処理した。次いで、そのゲルを、2mMジチオスレイトール−0.1mM EGTA−5mM MgCl2を含有するバッファー中の10μM ATPおよび25μCiの[32P]ATPと共に25℃で1時間インキュベートし、5%トリクロロ酢酸および1%ピロリン酸ナトリウムを含有する溶液中で洗浄し、乾燥させ、オートラジオグラフィーを行った。SAPK3活性のために、バッファーA中で細胞を抽出し、抽出したタンパク質を、ヒトおよびマウスSAPK3と免疫反応性の抗SAPK3抗体(06−603、Upstate Biotechnology社、米国、ニューヨーク州レークプラシッド)2μgと、タンパク質Gアガロースビーズと共にインキュベートした。バッファーAおよびキナーゼバッファー(50mM HEPES、0.1mM EDTA、0.0001%Brij35、0.0001%β−メルカプトエタノール、150mM NaCL、01mg/mlウシ血清アルブミン)中でビーズを洗浄し、反応バッファー(キナーゼバッファー、0.3mM ATP、0.4M MgCl2)40μl中で基質としての1μgATF2とのキナーゼ反応に30℃で30分間かけた。その反応を、2×還元サンプルバッファーを添加することによって終結させ、100℃に5分間加熱した。遠心分離によって、ビーズを除去した。抗ホスホ−ATF2抗体を用いて、上述のように上清を免疫ブロットにかけた。ECLシステムを用いて、免疫反応性ビーズを可視化した。
【0024】
in vitro浸潤アッセイ。1/3希釈Matrigel(登録商標)/SFM(Becton Dickinson社、マサチューセッツ州ベッドフォード)でコーティングされた、孔径8μmを有するフィルターを用いて、記述のように(20、25)浸潤アッセイを行った。同様な濃度でSB 203580もしくはDMSO、SB 203580の担体を含有するSFM中で、細胞をプレーティングした。マウスモノクローナルMMP−9抗体(#IM09L、Oncogene Research Products、マサチューセッツ州ケンブリッジ)(0.5、1および10μg/ml)を用いた実験で、SFM+SFMの抗体+ほぼ同量の免疫前血清中で、細胞をいずれもプレーティングした。チャンバー中での全活性のパーセンテージとして、フィルター下側でMTT活性に基づいて、浸潤の量を決定した。
【0025】
その後のCAT−ELISAによる一過性トランスフェクション。製造元により記述されているように、一過性トランスフェクションのためのLipofectamin(登録商標)(GIBCO、Life Technologies社、ドイツ、カールスルーエ)を用いて、一過性トランスフェクションを行った。記述のように(26)pCDNA3−MKK−6もしくは−MKK−3の構成的に活性な変異体(0.03〜3μg)、またはプロモーター構築物に対して1倍もしくは2倍モル過剰量を有するドミナントネガティブなp38α、β、SAPK3、SAPK4またはMKK6変異体(親切にも、Dr. J.ハン(Han)、Scripps Research Institute社、カリフォルニア州ラ・ホーヤによって提供された)と共に、転写開始部位もしくはプロモーターレスのCAT構築物(SV0)(3μg)を含む、MMP9野生型プロモーター670bpを含有するCATレポーター構築物を、UM−SCC−1およびNIH3T3細胞にコンフルエンス(confluence)70%で同時にトランスフェクトした。トランスフェクトされるDNA量を、偽の対照ベクターを用いて各サンプルにおいて等化した。CATタンパク質発現を測定するCAT ELISAを、製造元(Roche Diagnostics社、ドイツ、マンハイム)に従って行った。
【0026】
実験1
10%ウシ胎児血清(FBS、Gibco Life Technologies社、ドイツ、カールスルーエ)を補充したMcCoy5A培地中で、UM−SCC−1細胞をプレーティングし、翌日に、SB 203580(10μM、Calbiochem社、カリフォルニア州サンディエゴ)または担体(ジメチルスルホキシドDMSO、0.01%)を含有する無血清培地を補充した。48時間後、条件培地を収集し、増殖速度を3−(4,5−ジメチルチアゾール−2−イル)−2,5−ジフェニルテトラゾリウムブロミド(MTT)でアッセイした。増殖の差に対して正規化された条件培地のアリコートを、モノクローナル抗MMP−9抗体を用いて免疫ブロットにかけた。続いて、ホースラディッシュペルオキシダーゼ抱合型抗ウサギIgGと共にインキュベートし、製造元(Amersham社、イリノイ州アーリントンハイツ)によって記述されているようにECLによって、免疫反応性バンドを可視化した。タンパク質発現の70%の減少が、濃度計による測定に従って示された。そのデータは、3通りの(triplicate)実験に特有のものである。
【0027】
実験1の結果を図1に示す。
【0028】
図1Aは、大量のMMP−9を構成的に産生し、かつin−vitroおよびin−vivo浸潤表現型を表す扁平上皮癌細胞系UM−SCC−1は、イミダゾール誘導体SB 203580での処理によって影響を受けることを示している。免疫ブロット分析によって証明されるように、SB 203580によって、濃度10μMで、MMP−9タンパク質の発現が約70%減少した。
【0029】
図1Bでは、Matrigel(登録商標)でプレコートされたフィルター上に、無血清培地中でUM−SCC−1細胞をプレーティングし、様々な量のSB 203580と共に60時間インキュベートして、in−vitro浸潤をアッセイした。担体(DMSO)の濃度を0.1%に維持した。浸潤は、Matrigel(登録商標)に浸潤する細胞のパーセンテージとして表され、異なる濃度の抗体で処理した際の浸潤は、平均パーセンテージ+/−S.E.で表され、各グループにおける3つのシャーレを表す。そのデータは、3通りの(triplicate)実験に特有のものである。図1Bは、濃度5μMおよび10μMをそれぞれ用いた場合、in−vitro浸潤が用量依存的に43+/−9%および69+/−8%減少することを示している。
【0030】
図1Cは、p38阻害剤5μMおよび10μMにUM−SCC−1細胞を5日間まで暴露した結果、in−vitro浸潤に対する阻害効果を担うべき化合物の抗分裂促進的効果を除いて、細胞成長は影響を受けないことを示している。p38アイソフォームは、SB 203580に対するそれらの感受性に関して異なる。報告されるIC50は、p38αで0.1μMであるが、p38γでは5〜10μMである。p38γおよびp38δは、イミダゾール誘導体によって阻害されない(27)。したがって、MMP−9発現およびUM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤を低減するのに必要なSB 203580の濃度は、p38βのIC50と密接に合致する。この実験において、様々な量のSB 203580と共に、10%FBSを含有する培地中で細胞を5日間成長させた。生細胞数は、0.2mg/ml MTT−生体染色および指示された日にDMSOに溶解したホルマザン結晶を分光測定によって570nmにて連続して読み取ることによって決定した。そのデータポイントは、3通りの実験に特有のものである。
【0031】
このように、実験1およびそれに関連する図1から、p38SAPK阻害剤SB 203580が、細胞成長に全く影響を及ぼすことなく、MMP−9の高レベルな発現およびUM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤を低減することが示されている。
【0032】
実験2
この実験では、Matrigel(登録商標)でプレコートしたフィルター上に、無血清培地中で異なる細胞系をプレーティングし、インキュベートした。浸潤は、平均パーセンテージ+/−S.E.で示され、各グループにおいて3つのシャーレを表す。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。MMP−9がUM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤に必要かどうかの問題に取り組むために、3種類の異なる細胞系(UM−SCC−1、NIH3T3、Hlac82)の最初の発現を、それらのin−vitro浸潤の挙動と相関付けた。図2Aは、細胞系の浸潤性に密接に対応する条件培地中のMMP−9の量を示す。UM−SCC−1細胞が最大量のプロテアーゼを産生し、最大量の浸潤表現型を示す一方、検出可能なMMP−9を全く分泌しないNIH3T3細胞は、Matrigel(登録商標)コートフィルター上での浸潤性が格段に低かった。興味深いことに、試験細胞系のMMP−2分泌と浸潤性との間には相関関係がなかった。これは、MMP−2の活性化に、NIH3T3細胞上で発現しない可能性のある、異なる膜タイプのマトリックス・メタロプロテアーゼ(MT−MMP)(21)の存在が必要なためである可能性がある。
【0033】
図2Bに従って、異なる細胞系を無血清培地に変更し、48時間培養した。条件培地を収集し、MTTを用いて細胞数を決定した。細胞数の違いに対して補正された条件培地のアリコートを、記述のように(20、25)、かつ当業者に公知のように、酵素電気泳動によってMMP−9活性についてアッセイした。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。最も高い量のMMP−9を発現する細胞系のみが、酵素電気泳動で明瞭なバンドを示す。
【0034】
最後に、UM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤表現型に対するMMP−9活性の必要性を実証するために、図2Cにおいて、Matrigel(登録商標)でプレコートしたフィルター上に、無血清培地中でUM−SCC−1細胞をプレーティングし、様々な量の抗MMP−9抗体(0.5、1、10μg/ml)または製造元により提供される等量の免疫前血清と共に60時間インキュベートした。浸潤は、Matrigel(登録商標)に浸潤する細胞のパーセンテージとして表される。MMP−9または製造元から提供される免疫前血清の活性型および潜在型を認識する、異なる濃度の抗体で処理した際の浸潤は、平均パーセンテージ+/−S.E.で示され、各グループにおいて3つのシャーレを表す。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。図2Cは、増大濃度の抗体を用いたin−vitro浸潤が用量依存的に減少することを示している。
【0035】
このように、実験2およびそれに関連する図2から、細胞系のin−vitro浸潤には、UM−SCC−1細胞の条件培地中へのMMP−9分泌の必要性があることが示されている。したがって、SB 203580は、p38シグナル伝達経路を介してMMP−9の発現を低減することによって、UM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤を阻害すると結論づけることができる。
【0036】
実験3
MMP−9発現は、プロモーターレベルでほとんど独占的に制御されるため、MMP−9発現の制御における、異なるp38アイソフォームの役割をさらに特徴づけるために、製造元によって記述されるようにLipofectamin(登録商標)(Gibco Life Technologies社、ドイツ、カールスルーエ)および野生型MMP−9プロモーターによって操作されるクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)レポーターまたはプロモーターレスのCAT構築物(SV0)およびドミナントネガティブなp38α、p38β、p38γおよびp38δもしくは空ベクター(pCDNA3)を含む、指定量(2は、レポーター構築物に対して2倍モル過剰量のエフェクタープラスミドである)の発現ベクターを用いて、UM−SCC−1細胞を一過的にトランスフェクトした。トランスフェクトしたDNA量の違いを空ベクターで正規化した。タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物を、製造元(Roche Diagnostics社、ドイツ、マンハイム)に従ってCAT−ELISAを用いて、CAT発現に関してアッセイした。データは、対照の平均パーセント+/−S.Eとして表され、各グループにおける2つのシャーレを表し、3通りの異なる実験で行われた。当業者に公知の標準分子生物学技術によって、哺乳類発現ベクターpCDNA3にクローニングされたp38キナーゼおよび得られたすべてのcDNAの典型的なTGY配列において、トレオニンをアラニンによって、およびチロシンをフェニルアラニンによって置換することにより、キナーゼ欠損変異体を作成した。
【0037】
図3Aに従って、SB 203580感受性アイソフォーム変異体、p38βは、2倍モル過剰量でCATレポータにより操作されるMMP−9プロモーターの活性を62+/−20%阻害することが見出され、それと全く対照的に、p38α変異体は、MMP−9プロモーター活性を21+/−20%低減するのみであった。p38δ変異体は、MMP−9プロモーターを55+/−9%阻害した。p38γ変異体とのトランスフェクションは、MMP−9プロモーターを実質上静まらせた。つまり、プロモーター活性が99.9+/−0.5%阻害された。プロモーターレスのCAT構築物のトランスフェクションでは、著しいCAT発現は示されなかった。
【0038】
図3Aによって、p38αはそうではないが、p38βおよびp38δの他にp38γ、ドミナントネガティブ発現構築物が、MMP−9プロモーター活性を低下させることが示されている。この実験はさらに、MMP−9プロモーターの構成的活性に、p38αではなくp38βが関与していることを裏付けており、それらは、MMP−9プロモーターの構成的活性におけるp38δの役割および最も重要なことにはp38γの役割を裏付けている。
【0039】
図3B−Eにおいて、UM−SCC−1およびNIH3T3細胞を、10%FBSを含有する培地中に保持した。タンパク質抽出物(同等のタンパク質)およびゲル中キナーゼアッセイを上述のように作成し、ポリクローナル抗p38α−またはSAPK3−抗体を用いた免疫ブロット(B)および(D)に、あるいは基質としてMBPを用いたゲル中キナーゼアッセイ(C)に、あるいは基質として組換えATF2を用いた免疫キナーゼ(immunokinase)反応(E)にかけた。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。これらの実験によって、キナーゼ欠損変異体によるp38αの阻害後に観察される、MMP−9プロモーター活性の少なめな減少も、キナーゼの発現および/または活性の欠失(missing)が原因でありうるということが排除された。このために、UM−SCC−1細胞およびNIH3T3細胞(ネガティブコントロール)を、p38αの活性および発現についてアッセイした。p38γの発現および活性もまた、ポリクローナルSAPK3抗体での免疫沈降によって、続いて同様な実験でのキナーゼ反応によって分析した。
【0040】
図3B〜Eから判断できるように、タンパク質、p38αおよびp38γ両方の存在が、両方の細胞系(図3BおよびC)において示された。しかしながら、p38アイソフォーム両方の酵素活性は、NIH3T3細胞で検出不可能であるのに対して、UM−SCC−1細胞では高いことが見出された。したがって、p38αおよびp38γは、UM−SCC−1細胞中に存在し、かつ構成的に活性である。
【0041】
実験4
ここでは、UM−SCC−1およびNIH3T3細胞を無血清培地に変更し、48時間培養した。条件培地を収集し、MTTを用いて細胞数を決定した。細胞数の違いに対して補正された条件培地のアリコートを、酵素電気泳動によってMMP−9活性についてアッセイした。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。
【0042】
図4Aによって、NIH3T3はそうではないが、UM−SCC−1細胞は、マトリックス・メタロプロテアーゼ9(MMP−9)を発現することが示されている。
【0043】
MKK6タンパク質キナーゼは、p38アイソフォームを広く活性化するため(p38αおよびSAPK4/p38δアイソフォームのむしろ特異的活性化因子として働くMKK3と対照的に)(26、30)、MMP−9の制御におけるMKK6の役割を決定するために、図4Bにおいて、野生型MMP−9プロモーターによって操作されるCATレポーターまたはプロモーターレスのCAT構築物(SV0)およびキナーゼの非感受性MKK6変異体をコードする指定量(2は、レポーター構築物に対して2倍モル過剰量のエフェクタープラスミドである)の発現ベクターを用いて、UM−SCC−1細胞を一過的にトランスフェクトした。キナーゼの非感受性表現型は、上記の出版物(26)に従ってセリン151およびトレオニン155をアラニンと置換することによって作成した。MMP−9活性の99+/−0.5%の大幅な減少が観察された。これらのデータによって、MKK6キナーゼ欠損変異体は、UM−SCC−1細胞においてMMP−9プロモーター活性を阻害し、かつMKK6は、p38アイソフォームを介してシグナル伝達するらしい、MMP−9の上流制御因子であることが実証されている。
【0044】
MMP−9プロモーターの制御におけるMKK6の役割をさらに特徴づけるために、MKK6キナーゼの構成的活性化の効果を調べた。図4Cにおいて、野生型MMP−9プロモーターによって操作されるCATレポーターまたはプロモーターレスのCAT構築物(SV0)およびキナーゼの非感受性MKK6変異体をコードする指定量(2は、レポーター構築物に対して2倍モル過剰量のエフェクタープラスミドである)の発現ベクターまたは空ベクターを用いて、NIH3T3細胞を一過的にトランスフェクトした。トランスフェクトしたDNA量の違いを、空ベクターで正規化した。タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物を、CAT−ELISAを用いて、CAT発現に関してアッセイした。データは、対照の平均パーセント+/−S.Eとして表され、各グループにおける2つのシャーレを表し、3通りの異なる実験で行われた。MKK6の構成的活性化は、J.ハーン(Hahn)の出版物(26)に従って、セリン151およびトレオニン155をグルタミン酸で置換することによって達成された。内在性刺激物質によって、プロモーターの活性化が妨げられるのを避けるために、内在性MMP−9を発現しないNIH3T3細胞(図4A)を用いた。1倍モル過剰量でCATレポーターおよびMKK6変異体を同時にトランスフェクトした後、MMP−9プロモーターの5倍活性化が示された。同様に作成されたMKK3変異体を用いて、同じ実験を繰り返し行った。同様のモル過剰量で、観察されたプロモーターの誘導は、わずか2.8倍であった。
【0045】
図4Cから、MKK6によって、すべてのp38アイソフォーム(p38γを含む)がむしろ非特異的に活性化され、MKK3はさらに厳密に、p38αおよびp38δを標的化することが実証されている。これらの結果は、MMP−9の制御におけるp38γの役割を裏付けるものである。
【0046】
実験5
この実験では、野生型MMP−9プロモーターの5’フランキング領域によって操作されるCATレポーター(3μg)および構成的活性化MKK−6タンパク質(MKK6(Glu))をコードする発現ベクター(0.4μg)を、670bp−CATレポーターに対するエフェクタープラスミドのモル比0.1〜1で、NIH3T3細胞に一過的にトランスフェクトした。DNA量の違いを、空ベクターで正規化した。タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物を、CAT−ELISAを用いて、CAT発現に関してアッセイした。対照(MMP−9 670bp−CAT構築物)に対する誘導の平均倍数(average fold)±SEを示し、データは3通りの異なる実験を表す。
【0047】
特異的p38シグナル伝達経路の活性化因子MKK−6による刺激に必要とされるプロモーター領域を決定するために、92kDaコラゲナーゼ野生型プロモーターの5’欠失断片によって操作されるCATレポーターを、NIH3T3細胞に同時にトランスフェクトした。MMP−9プロモーターの144bp断片を含む、試験されたすべての構築物が、MKK−6によって同様に活性化された(MMP−9の量に対するMKK−6構築物のモル比0.1で3.5倍)。それと対照的に、90bpまたは73bpの5’フランキング配列によって操作されるCATレポーター構築物を使用した場合、たとえ刺激が達成されたとしてもわずかであり、−144と転写開始部位と間の領域における特定の転写因子結合部位が、MKK−6依存性MMP−9プロモーター活性化に必要とされることが示唆されている(図5A)。配列のこの部分の研究によって、−79にAP−1(活性化転写因子1)結合部位が存在することが示された(37)。AP−1は、Fos(c−Fos、FosB、Fra1、Fra2)およびJun(c−Jun、JunD、JunB)ファミリーメンバーで構成されるタンパク質二量体である。結果として生じた複合体は、AP−1部位またはテトラデカノイルホルボール(TPA)応答エレメント(TRE)として公知の特異的DNA配列に結合する。この用語は、タンパク質発現およびリン酸化の増大のために、TPAが強力に、AP−1のDNA結合を刺激するという事実を意味する(40)。MMP−9プロモーターは、かかるTREエレメントを含有する。1つのAP−1部位は−79で見出され、もう1つは、主要な転写開始部位から離れた−540で見出された(37、41)。次いで、MKK−6によるMMP−9プロモーターの活性化におけるTRE−エレメントの役割を決定した。点突然変異をAP−1部位(−79)を導入することによって(TTTGTCA中にTGAGTCA)(37)、MKK−6による完全長の野生型MMP−9プロモーターの誘導能が完全に抑止された。MMP−9プロモーターの近位144bpの5’フランキング領域内に含まれる、MKK−6依存性トランス活性化に対する、MMP−9プロモーターのこの領域の必要性が、これによって示されている(図5B)。
【0048】
実験6
この実験では、構造的に活性化されたMKK−6変異タンパク質(MKK6(Glu))をコードする構築物(1μg)、最小チミジンキナーゼプロモーターからなるプロモーターによって操作されるCATレセプター、および5つのAP−1モチーフの反復(1μg)(5*AP−1)、およびキナーゼ欠損p38タンパク質アイソフォーム変異体(p38α、p38β、p38γ、p38δ)をコードするベクター(2μg)を、NIH3T3細胞に一過的にトランスフェクとした。5*AP−1構築物における最小チミジンキナーゼプロモーターの効果を対照するために、AP−1の反復を欠くプラスミドを同様の量で使用した(1μg、pBLCAT)。トランスフェクトしたDNA量の違いを、空ベクター(pcDNA3)で正規化した。CAT−ELISAを用いて、タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物をCAT発現についてアッセイした。データは、対照(5*AP−1 CATレポーター)に対するCAT発現の誘導の倍加として表される。そのデータは、2通りの異なる実験を表す(図6A)。図6Bにおいて、構成的に活性化されたMKK−6変異タンパク質をコードする構築物(MKK6(Glu))(4μg)、670bp野生型MMP−9プロモーターによって操作されるCATレポーター(3μg)、およびトランス活性化ドメインを欠くc−junタンパク質をコードするベクター(TAM67)(2μg)を、NIH3T3細胞に一過的にトランスフェクトした。トランスフェクトしたDNA量の違いを、空ベクター(それぞれ、pcDNA3、CMV5)で正規化した。CAT−ELISAを用いて、タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物を、CAT発現についてアッセイした。データは、対照(MMP−9野生型プロモーターのCAT構築物)に対する、CAT発現の誘導の倍加として表される。その実験は、2通りの異なる実験を表す。
【0049】
MKK6依存性誘導に対する、MMP−9野生型プロモーターの近位領域におけるAP−1部位の存在および完全性の必要性によって、MKK−6がAP−1依存性転写の活性因子であることが示唆された。したがって、最小チミジンキナーゼプロモーターの前方の5回反復されるAP−1コンセンサス部位によって操作されるCATレポーターと共に、構成的に活性なMKK−6構築物を、NIH3T3細胞に同時にトランスフェクトした。MKK−6は、5*AP−1のCATレポーター構築物を強く活性化することが見出された。プロモーターからAP−1の反復を除去することによって、またはp38アイソフォームドミナントネガティブ変異体のいずれかの同時トランスフェクションによって、この活性化を抑止した。その結果MKK−6は実際に、p38キナーゼ活性を必要とする経路を介して、AP−1依存性転写を活性化することができる(図6A)。
【0050】
その転写活性化ドメインを欠くc−jun(TAM67)の発現は、MKK−6依存性MMP−9プロモーターの活性化を抑止する。MKK−6依存性MMP−9プロモーターの転写活性化には、近位のTREエレメント(−79)および数種類のp38キナーゼアイソフォームによるAP−1依存性転写を活性化するMKK−6の能力が必要とされることが示された。したがって、MKK−6が、転写因子AP−1の活性化によってMMP−9野生型プロモーターの活性を誘導することは明らかである。これを実証するために、そのトランス活性化ドメインを欠いており、このためドミナントネガティブAP−1変異体として働くc−junタンパク質(42)を、活性化されたMKK−6変異体と共に、NIH3T3細胞に同時にトランスフェクトした。一過的に発現したタンパク質は、fosたんぱく質に結合し、かつMMP−9プロモーターにおいてTREエレメントに結合するためにインタクトなAP−1と競合する、トランス活性化が欠乏したAP−1複合体を産生する。この変異体タンパク質の発現によって、既知の対照(空ベクター)とは対照的に、完全長MMP−9プロモーターCATレポーターの量に対してモル比0.5〜1で、MKK−6依存性MMP−9プロモーター活性化がほぼ完全に阻害され、MKK−6依存性MMP−9プロモーターのトランス活性化に対する、AP−1複合体の推定的な必要性が示されている(図6B)。
【0051】
実験5および6の結果から、MKK−6は、MMP−9プロモーターの誘導に必要とされるAP−1依存性転写活性を誘導することが可能であり、MKK−6により仲介される活性化に、MMP−9プロモーターにおいて近位のAP−1部位が必要であることが示されている。
【0052】
実験すべての結果から、本発明に従って、癌、好ましくは癌転移の浸潤性が、MMP−9シグナル伝達経路の下流制御因子に影響を及ぼす、特にその制御因子を阻害する活性作用物質の投与によって、正に影響を受けるであろうことが明確に実証されている。
【0053】
文献
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【図面の簡単な説明】
【図1】MMP−9発現に対するSB203580の影響(図1A)。
【図2】UM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤(図1B)および成長(図1C)。
【図3】異なる細胞系におけるin−vitro浸潤に対するMMP−9分泌の必要量(図2A)、および抗MMP−9抗体と共にインキュベートした後のin−vitro浸潤のパーセンテージ(図2C)。
【図4】異なる細胞系におけるMMP−9の発現(図2B)
【図5】ドミナントネガティブなp38アイソフォームタンパク質で処理した後のMMP−9プロモーター活性の影響(図3A)。
【図6】2種類の異なる細胞系におけるp38αおよびp38γの発現(図3B〜E)。
【図7】2種類の異なる細胞系におけるMMP−9の発現(図4A)。
【図8】キナーゼ欠損MKK6(図4B)および構成的に活性なMKK6およびMKK3(図4C)変異体で処理した後のMMP−9プロモーター活性の影響。
【図9】MKK−6によるMMP−9プロモーター活性の誘導(図5A)、およびMKK−6依存性プロモーター活性化に対する、AP−1モチーフにおける点突然変異の影響(図5B)。
【図10】CATレポーターに対する、構成的に活性化されたMKK−6の影響(図6A)、および異なるベクターで処理した後のMKK−6依存性MMP−9プロモーターの活性化(図6B)。
本発明は、マトリックス・メタロプロテアーゼ発現の活性作用物質、特に阻害剤の使用に関する。さらに詳細には、本発明は、癌、特に癌の浸潤の治療に関連した、かかる薬剤の使用に関する。
【0002】
公知のように、細胞外マトリックスの分解は非常に複雑なプロセスであり、それは、多くの病理学的および生理学的プロセスの一部である。それによって、細胞外マトリックスのタンパク分解性の分解は、非腫瘍性組織再構築プロセスにおける役割と同様に、癌の浸潤においても非常に重要な役割を果たす。癌の浸潤性表現型は、数種類のプロテアーゼの活性および発現に非常に依存する。この腫瘍細胞媒介性の細胞外マトリックスのタンパク質分解におけるマトリックス・メタロプロテアーゼ酵素の役割は、十分に証明されている。これらのマトリックス・メタロプロテアーゼの1つは、MR92,000のIV型コラゲナーゼ(MMP−9)である。MMP−9は、大部分がIV型コラーゲンで構成され、かつ間質性区画から上皮を通常分離する構造である、基底膜を分解する(1、2)。多くの成長因子が、次にシグナル伝達経路を活性化する膜貫通チロシン受容体に結合させることによって、MMP−9および他のプロテアーゼの発現を誘導する(3、4)。しかしながら、いくらかの細胞系によって、かかる成長因子の非存在下でさえ、大量のプロテアーゼが生成され、根底にある一つのメカニズムとして、シグナル伝達カスケードの構成的活性が示唆されている(5)。実際に、シグナル伝達経路の構成的活性が、腎細胞癌、白血病ならびに多くの他の癌について記述されている。シグナル伝達経路のこれらの構成的活性に関して、H.オカ(Oka)等の出版物およびS.C.キム(Kim)の出版物を参照する(6、7)。
【0003】
ストレス−およびマイトジェン−活性化プロテインキナーゼ(SAPKおよびMAPK)が、シグナル伝達経路において中心的な役割を担うことは当業者には公知である。p38/RK、JNK/SAPK、およびp42/p44 MAPK/ERKを含む、3つの主要なサブファミリーが存在する。一般に、ERKは、マイトジェンおよび分化(differentiative)因子によって刺激され、JNKおよびp38は、紫外線、浸透ストレスなどの環境ストレスによって活性化されるが、炎症性サイトカインによってもまた活性化される。3つのサブファミリーすべてが、アポトーシスを制御し、ERKは負の制御因子であるが、JNKおよびp38は正の制御因子である(8)。今までに、SAPK3またはERK6およびp38δ(12)とも呼ばれ(12)、SAPK4とも呼ばれる、4種類のp38ヒト・アイソフォーム:p38α(9),p38β(10),p38γ(11)がクローン化されている。α−およびβ−アイソフォームは主に、炎症誘発性シグナルを核に仲介し、アポトーシスを制御するのに関与している(8)。p38γは、筋肉の発達および低酸素ストレスに対する応答において役割を果たすと意味づけられている(13、14)。p38αおよびp38βは、ヒト組織に広く分布しており、それらの発現は、脳および心臓で最も大量であることが見出された(10)。SAPK3は主に、骨格筋に存在する(15、16)。SAPK4の機能については、ほとんど知られていない。高レベルの発現が、唾液腺、下垂体および副腎組織において見出された(12)。p38アイソフォームの重要な上流制御因子には、プロテインキナーゼMKK6およびMKK3が含まれる。
【0004】
癌の浸潤および転移におけるマトリックス・メタロプロテアーゼの関与に関する、今までの知見および研究は、種々のマトリックス・メタロプロテアーゼ酵素ドメインの機能および阻害ドメインとのそれらの相互作用に焦点が当てられている。例えば、細胞外マトリックスの分解に関与するマトリックス・メタロプロテアーゼのタンパク質分解活性は、それらの内在性タンパク質阻害剤、メタロプロテアーゼの組織阻害剤(TIMP)によって正確に制御されなければならないことが知られている。メタロプロテアーゼのこれらの組織阻害剤は、腫瘍細胞によるマトリックスの分解において重要な役割も果たす。TIMPおよびMMPの活性は、数種類の癌腫において、例えば腎細胞腫において、胃癌においてもまた同様に分析された。これらの研究に関して、A. Kugler および G.I. Murray等の出版物を参照する(17、18)。メタロプロテアーゼのこれらの組織阻害剤は、分泌型メタロプロテアーゼの活性の制御において非常に重要な役割を担う分泌タンパク質のファミリーである。今までに、それらのうちの3種類が特徴づけられている(TIM1、TIMP2およびTIMP3)。それらは、プロメタロプロテアーゼの活性に影響を及ぼし、特に組織再構築および炎症プロセス中に、細胞外マトリックスのタンパク質分解を調節する働きをする。マトリックス・メタロプロテアーゼのこれらの組織阻害剤のキャラクタリゼーションは、D.T.デンハート(Denhardt)等の出版物に記載されている(19)。マリマスタット(marimastat)(BB−2516)と同様の合成マトリックス・メタロプロテアーゼ阻害剤、ミクロモル範囲でIC50値を有するブタンジアミド誘導体もまた存在する。C. サイモン(Simon)等(20)は、ホルボールミリステートアセテート(PMA)で処理した後の、ヒト扁平上皮癌細胞系(UM−SCC−1)における強化されたMMP−9分泌およびインビトロ(in vitro)浸潤性、皮膚発癌の研究で広く用いられている公知の発癌プロモーター((21)で概説されている)を、一般的なp38阻害剤SB 203580を使用することによって阻害することができることを実証した。
【0005】
現在、驚くべきことに、p38の構成的活性は、MKK6および/またはMKK3経路もまた同様に、癌細胞におけるMMP−9の高レベルな発現で非常に重要な役割を果たしていることが見出されている。これらの予想外の発見の結果として、癌、特に癌の浸潤を治療するための、MMP−9発現の下流制御因子に対して標的化される/作られる活性作用物質の使用が可能となる。
【0006】
このように、活性作用物質を癌の治療に利用できるようにすることの本発明の問題は、請求項1および2に記載の使用によって解決される。好ましい実施形態を従属請求項3から17に記載する。これらの請求項すべての内容は、これによって参照により本明細書中に組み込まれる。
【0007】
本発明に従って、癌の治療のために、真核細胞におけるマトリックス・メタロプロテアーゼの発現に影響を及ぼすため、特に発現を阻害するために、少なくとも1種類の活性作用物質を使用する。特にこれは、相当する薬剤または相当する医薬組成物を製造するための、かかる活性作用物質の使用もまた包含する。本発明に従って、その活性作用物質は任意に、その薬学的に許容される塩の形で、および任意に許容可能な担体と共に使用することができる。
【0008】
本発明に従って使用される活性作用物質は、癌、好ましくは癌の浸潤に関与する上述のマトリックス・メタロプロテアーゼに影響を及ぼす、特にマトリックス・メタロプロテアーゼを阻害することが好ましい活性作用物質である。本発明に従って、癌の浸潤に関与する好ましいマトリックス・メタロプロテアーゼは、マトリックス・メタロプロテアーゼ9である。
【0009】
本発明の好ましい一実施形態において、使用する活性作用物質は、マトリックス・メタロプロテアーゼのシグナル伝達経路の少なくとも1種類のメンバーに対して、特にMMP−9シグナル伝達経路の1種類のメンバーに対して標的化されることが好ましい。このMMP−9シグナル伝達経路の1種類の好ましいメンバーは、いわゆるp38タンパク質ファミリーである。本発明に従った使用において、これらのp38タンパク質のうちの1つは、p38βタンパク質であり、本発明の使用に従った、他の好ましいメンバーは、p38γ(SAPK3またはPRK6)タンパク質である。本発明による活性作用物質の他の好ましい標的は、マイトジェン活性化プロテインキナーゼキナーゼファミリーである。このマイトジェン活性化プロテインキナーゼキナーゼファミリーの好ましい2種類のメンバーは、マイトジェン活性化プロテインキナーゼキナーゼ6(MKK6)およびマイトジェン活性化プロテインキナーゼキナーゼ3(MKK3)である。本発明に従った使用において、MMP−9シグナル伝達経路の1種類のメンバーを単独で、活性作用物質によって標的化することができるが、活性作用物質によって標的化されるMMP−9シグナル伝達経路の2種類または3種類以上の異なるメンバーのランダムな組み合わせもまた存在することができる。
【0010】
他の好ましい実施形態では、マトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の、好ましくはMMP−9シグナル伝達経路の活性化因子(activator)、制御因子および/または生物学的前駆物質を、活性作用物質によって標的化し、かつ/またはそれらに影響を及ぼすこともまた任意に可能である。これらの活性化物質、制御因子および/または生物学的前駆物質は例えば、プロテアーゼの酵素活性の制御に関与することが知られているキナーゼ、プロテアーゼの発現レベルを担うAP−1様の転写因子および他の転写因子、プロメタロプロテアーゼの活性化を担うプロテアーゼまたは組織阻害剤、または活性作用物質によって影響を受け得る、現在でさえ未知の化合物であってもよい。
【0011】
本発明に従って、公知の活性作用物質または新規な活性作用物質もまた使用することが可能である。本発明の好ましい一実施形態では、その活性作用物質は、マトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の少なくとも1種類のメンバー、好ましくはMMP−9シグナル伝達経路に対して特異的な阻害能力を有する化合物である。この活性作用物質は、低分子量(MW)、特にMW<1000を有する比較的小さな分子であることが好ましい。かかる活性作用物質は、イミダゾール誘導体であることがさらに好ましい。Calbiochem社(米国、カリフォルニア州サンディエゴ)からどちらも入手可能な、SB203580(MW377,4)もしくはSB 202190(MW331,3)のようなかかるイミダゾール誘導体は、キナーゼ発現の強力な阻害剤であることが知られている。本発明の他の好ましい実施形態において、その活性作用物質は、p38タンパク質の阻害剤である。これは、p38タンパク質の公知の阻害剤またはさらに新規な阻害剤であることも可能である。本発明の他の好ましい実施形態では、その活性作用物質は、マイトジェン活性化キナーゼキナーゼファミリーの阻害剤である。この阻害剤は、この記述で使用されている標準分子生物学技術で作成されるキナーゼの非感受性変異体(dead mutants)のような、マイトジェン活性化キナーゼキナーゼキナーゼファミリーのペプチド阻害剤、または新規な阻害剤化合物であることも可能である。数種類の阻害剤が知られており、Y. フカミ(Fukami)等,J.C.リー(Lee)等,およびD.ファブロ(Fabbro)等(22〜24)の出版物において、それらのいくつかを見つけ出すことができる。
【0012】
本発明による他の好ましい実施形態において、その活性作用物質は、マトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の活性化物質、制御因子および/または生物学的前駆物質の阻害剤であり、キナーゼ阻害剤、転写因子阻害剤、例えばAP−1阻害剤、組織阻害剤、プロテアーゼ阻害剤およびマトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の他の公知の阻害剤または新規な阻害剤であってもよい。
【0013】
本発明による他の好ましい実施形態において、その活性作用物質は、マトリックス・メタロプロテアーゼの発現を阻害する、好ましくはp38および/またはマイトジェン活性化キナーゼキナーゼ活性を阻害するペプチドまたはポリペプチドをコードするポリヌクレオチドである。このペプチドは、例えばp38キナーゼの欠損変異体、マイトジェン活性化キナーゼキナーゼの非感受性変異体および当業者に公知の他のペプチドであることが可能である。
【0014】
本発明は、すべての種類の癌、特にマトリックス・メタロプロテアーゼの過剰発現を有する癌、したがってこの癌の高浸潤性および高転移性を有する癌の治療に用いることができる。MMP−9の過剰発現は、頭、首、皮膚および胃の扁平上皮癌で報告され、胃の線維肉腫でもまた同様に報告された。増大したMMP−9レベルは、大腸癌、乳癌および肝細胞癌を有する患者の血清においても見出された。したがって、治療可能な疾患の中でも、上記の癌を特に参照する。一般に知られているように、転移性疾患(しかし、それ自体、浸潤癌の増殖である場合も多い)は、癌患者の生存を制限する。癌におけるシグナル伝達経路の構成的活性の理由は、現在まで未知である。それは、遺伝子増幅もしくはオートクリンループなどの成長因子受容体遺伝子の突然変異から、つまり同一組織におけるリガンドおよび受容体の発現から、生じる可能性がある。癌の浸潤はこれらの癌において厄介な問題であることから、上述の癌は、本発明による活性作用物質の有効な標的である。
【0015】
本発明に従って、活性作用物質の投与形態を選択することが可能である。この形態は、患者の年齢、性別または他の特性、癌の重症度および他のパラメーターに適応させることができる。従来の薬剤担体、希釈剤または従来の添加剤が存在することができる。
【0016】
投与量は、臨床状況および患者の状態の関数として自由に選択することができる。
【0017】
最終的に、本発明は、真核細胞におけるマトリックス・メタロプロテアーゼの発現に影響を及ぼす、特に発現を阻害する少なくとも1種類の活性作用物質を含有する、癌を治療するための医薬組成物または薬剤を含む。かかる組成物または薬剤の個々の特徴に関して、それに対応する上記の説明文を参照する。
【0018】
上述の特徴および本発明の更なる特徴は、サブクレームと共に好ましい実施形態の以下の説明から集めることができる。個々の特徴は、個々に、またはサブコンビネーションの形で実施することができる。
【0019】
材料および方法
ベクター:他に記述されているように(31〜33)、セリン207およびトレオニン211をグルタミン酸によって置換することにより、MKK−6の構成的に活性な変異体を産生し、セリン207およびトレオニン211をアラニンによって置換することにより、ドミナントネガティブなMKK−6表現型を産生し(34)、およびp38キナーゼの通常のTGY配列におけるフェニルアラニンによるアラニンおよびチロシンよってトレオニンを置換することによりキナーゼ欠損p38変異体を産生し、その結果得られたすべてのcDNAを、他に記述されているように(11、35、36)、哺乳類の発現ベクターpcDNA3にサブクローニングした。MMP−9プロモーターの5’欠失断片によって、または突然変異したプロモーター(−79 AG−1 mt)によって操作される(driven)CATレポーターが、他に記述されている(37)。TAM−67構築物(construct)は、3番目〜122番目のアミノ酸を欠いている突然変異体c−junタンパク質をコードする(38)。*5AP−1 pBLCAT構築物は、最小チミジンキナーゼプロモーターのCATレポーターの前にあるAP−1の5つの反復からなる(39)。
【0020】
組織培養および材料。UM−SCC−1細胞(当業者には公知であり、ミシガン州ミシガン、アナーバーの大学、Dr.トーマス・ケアリー(Thomas Carey))から入手可能)、Hlac82(当業者には公知であり、ドイツ、チュービンゲンの大学、Dr.ハンス(Hans)ピーター(Peter)ゼナー(Zenner)から入手可能)およびNIH3T3細胞(ほぼすべての細胞生物学研究室によって保持されており、Dr.ハンス(Hans)ピーター(Peter)ゼナー(Zenner)からも入手可能である。上記参照)を、10%ウシ胎児血清(FBS、Gibco Life Technologies社、ドイツ、カールスルーエ)を補充したMcCoy5A培地中に保持した。酵素電気泳動法およびウェスタンブロット法の条件培地を回収するために、指示される場合には、同時に添加されるSB 203580(Calbiochem社、カリフォルニア州サンディエゴ)または担体(DMSO)と共にまたは無しに、80%融合UM−SCC−1、Hla82およびNIH3T3細胞をそれぞれ、無血清培地(McCoy5A培地、当業者には公知の成分であり、Gibco Life Technologies社(ドイツ、カールスルーエ)から入手可能)中で48時間インキュベートした。以下では、「無血清培地」は「SFM]とも省略される。0.2mg/ml MTT生体染色中で細胞をインキュベートし、DMSOに溶解したホルマザン結晶のアリコートを分光測定によって570nmにて読み取った後、その培地を回収し、増殖を決定した。細胞付着に12時間見込み(0日目)、その後4日まで(1日目から4日目)血清および無血清条件下の後に、同時に添加した様々な量のSB 203580を用いて、成長曲線を記述のように(25)作成した。
【0021】
酵素電気泳動法。0.1%(重量/容積)ゼラチンを含有するSDS−PAGEゲルを用いて、酵素電気泳動法を記述と同様に正確に行い(20、25)、MMP−9についてアッセイした。MMP依存性タンパク質分解を、暗い領域中の白い区域として検出した。
【0022】
ウェスタンブロット法。条件培地中のMMP−9を検出するために、等しい個数の細胞からの培地を還元剤の非存在下にて変性させ、タンパク質をSDS−PAGEによって分離し、次いでニトロセルロースフィルターに移した。そのフィルターを3%BSAでブロックし、マトリックス・メタロプロテアーゼに対するマウスのモノクローナル抗体(#IM37L Oncogene Research Products、Calbiochem社(マサチューセッツ州ケンブリッジ))と共にインキュベートした。続いて、そのブロットを、ホースラディッシュペルオキシダーゼ抱合型抗ウサギIgGと共にインキュベートし、ECL(化学発光増幅)、製造元(Amersham Life Science社、イリノイ州アーリントンハイツ)によって記述されている市販の免疫ブロット検出システムによって、免疫反応性バンドを可視化した。ホスホ−p38およびデホスホ−p38を等しく認識するモノクローナル抗体(sc−535−Gおよびsc−6023、カリフォルニア州サンタクルーズ、サンタクルーズ)を用いて、p38αおよびSAPK3タンパク質を検出した。簡潔には、PMSF(100mg/ml)およびオルトバナジン酸ナトリウム(1mM)を含有するRIPAバッファー中で細胞を抽出した。SDS−PAGEを用いて、変性条件下で抽出したタンパク質を分離した。フィルターを3%BSAでブロックし、続いて、一次抗体とともに一晩インキュベートした。免疫反応性バンドを可視化するために、ECLシステムを再度使用した。
【0023】
p38α活性についてのゲル中(In−gel)キナーゼアッセイおよびSAPK3活性アッセイ。p38α活性のキナーゼアッセイを記述のように(20)行った。簡潔には、バッファーA[1%NP40(オクチルフェノキシポリエトキシエタノール)、25mMトリス−HCl(pH7.4)、25mM NaCl、1mMバナジン酸ナトリウム、10mM NaF、10nMピロリン酸ナトリウム、10nMオカダ酸、0.5mM EGTA、および1mMフッ化フェニルメチルスルホニル]で細胞を抽出した。抽出したタンパク質を、ヒトおよびマウスp38αと免疫反応性の抗p38α抗体(sc−535−G、カリフォルニア州サンタクルーズ、サンタクルーズ)2μgと、免疫沈降のためのタンパク質Aアガロースビーズ(2mg)と共にインキュベートした。そのビーズをバッファーAで洗浄し、2×サンプルバッファー中に再懸濁し、ミエリン塩基性タンパク質を含有するポリアクリルアミドゲル中で、免疫複合体を電気泳動した。20%2−プロパノール、5mM 2−メルカプトエタノール、6MグアニジンHClおよび0.04%Tween40−5mM2−メルカプトエタノールを含有するバッファーでゲルを処理した。次いで、そのゲルを、2mMジチオスレイトール−0.1mM EGTA−5mM MgCl2を含有するバッファー中の10μM ATPおよび25μCiの[32P]ATPと共に25℃で1時間インキュベートし、5%トリクロロ酢酸および1%ピロリン酸ナトリウムを含有する溶液中で洗浄し、乾燥させ、オートラジオグラフィーを行った。SAPK3活性のために、バッファーA中で細胞を抽出し、抽出したタンパク質を、ヒトおよびマウスSAPK3と免疫反応性の抗SAPK3抗体(06−603、Upstate Biotechnology社、米国、ニューヨーク州レークプラシッド)2μgと、タンパク質Gアガロースビーズと共にインキュベートした。バッファーAおよびキナーゼバッファー(50mM HEPES、0.1mM EDTA、0.0001%Brij35、0.0001%β−メルカプトエタノール、150mM NaCL、01mg/mlウシ血清アルブミン)中でビーズを洗浄し、反応バッファー(キナーゼバッファー、0.3mM ATP、0.4M MgCl2)40μl中で基質としての1μgATF2とのキナーゼ反応に30℃で30分間かけた。その反応を、2×還元サンプルバッファーを添加することによって終結させ、100℃に5分間加熱した。遠心分離によって、ビーズを除去した。抗ホスホ−ATF2抗体を用いて、上述のように上清を免疫ブロットにかけた。ECLシステムを用いて、免疫反応性ビーズを可視化した。
【0024】
in vitro浸潤アッセイ。1/3希釈Matrigel(登録商標)/SFM(Becton Dickinson社、マサチューセッツ州ベッドフォード)でコーティングされた、孔径8μmを有するフィルターを用いて、記述のように(20、25)浸潤アッセイを行った。同様な濃度でSB 203580もしくはDMSO、SB 203580の担体を含有するSFM中で、細胞をプレーティングした。マウスモノクローナルMMP−9抗体(#IM09L、Oncogene Research Products、マサチューセッツ州ケンブリッジ)(0.5、1および10μg/ml)を用いた実験で、SFM+SFMの抗体+ほぼ同量の免疫前血清中で、細胞をいずれもプレーティングした。チャンバー中での全活性のパーセンテージとして、フィルター下側でMTT活性に基づいて、浸潤の量を決定した。
【0025】
その後のCAT−ELISAによる一過性トランスフェクション。製造元により記述されているように、一過性トランスフェクションのためのLipofectamin(登録商標)(GIBCO、Life Technologies社、ドイツ、カールスルーエ)を用いて、一過性トランスフェクションを行った。記述のように(26)pCDNA3−MKK−6もしくは−MKK−3の構成的に活性な変異体(0.03〜3μg)、またはプロモーター構築物に対して1倍もしくは2倍モル過剰量を有するドミナントネガティブなp38α、β、SAPK3、SAPK4またはMKK6変異体(親切にも、Dr. J.ハン(Han)、Scripps Research Institute社、カリフォルニア州ラ・ホーヤによって提供された)と共に、転写開始部位もしくはプロモーターレスのCAT構築物(SV0)(3μg)を含む、MMP9野生型プロモーター670bpを含有するCATレポーター構築物を、UM−SCC−1およびNIH3T3細胞にコンフルエンス(confluence)70%で同時にトランスフェクトした。トランスフェクトされるDNA量を、偽の対照ベクターを用いて各サンプルにおいて等化した。CATタンパク質発現を測定するCAT ELISAを、製造元(Roche Diagnostics社、ドイツ、マンハイム)に従って行った。
【0026】
実験1
10%ウシ胎児血清(FBS、Gibco Life Technologies社、ドイツ、カールスルーエ)を補充したMcCoy5A培地中で、UM−SCC−1細胞をプレーティングし、翌日に、SB 203580(10μM、Calbiochem社、カリフォルニア州サンディエゴ)または担体(ジメチルスルホキシドDMSO、0.01%)を含有する無血清培地を補充した。48時間後、条件培地を収集し、増殖速度を3−(4,5−ジメチルチアゾール−2−イル)−2,5−ジフェニルテトラゾリウムブロミド(MTT)でアッセイした。増殖の差に対して正規化された条件培地のアリコートを、モノクローナル抗MMP−9抗体を用いて免疫ブロットにかけた。続いて、ホースラディッシュペルオキシダーゼ抱合型抗ウサギIgGと共にインキュベートし、製造元(Amersham社、イリノイ州アーリントンハイツ)によって記述されているようにECLによって、免疫反応性バンドを可視化した。タンパク質発現の70%の減少が、濃度計による測定に従って示された。そのデータは、3通りの(triplicate)実験に特有のものである。
【0027】
実験1の結果を図1に示す。
【0028】
図1Aは、大量のMMP−9を構成的に産生し、かつin−vitroおよびin−vivo浸潤表現型を表す扁平上皮癌細胞系UM−SCC−1は、イミダゾール誘導体SB 203580での処理によって影響を受けることを示している。免疫ブロット分析によって証明されるように、SB 203580によって、濃度10μMで、MMP−9タンパク質の発現が約70%減少した。
【0029】
図1Bでは、Matrigel(登録商標)でプレコートされたフィルター上に、無血清培地中でUM−SCC−1細胞をプレーティングし、様々な量のSB 203580と共に60時間インキュベートして、in−vitro浸潤をアッセイした。担体(DMSO)の濃度を0.1%に維持した。浸潤は、Matrigel(登録商標)に浸潤する細胞のパーセンテージとして表され、異なる濃度の抗体で処理した際の浸潤は、平均パーセンテージ+/−S.E.で表され、各グループにおける3つのシャーレを表す。そのデータは、3通りの(triplicate)実験に特有のものである。図1Bは、濃度5μMおよび10μMをそれぞれ用いた場合、in−vitro浸潤が用量依存的に43+/−9%および69+/−8%減少することを示している。
【0030】
図1Cは、p38阻害剤5μMおよび10μMにUM−SCC−1細胞を5日間まで暴露した結果、in−vitro浸潤に対する阻害効果を担うべき化合物の抗分裂促進的効果を除いて、細胞成長は影響を受けないことを示している。p38アイソフォームは、SB 203580に対するそれらの感受性に関して異なる。報告されるIC50は、p38αで0.1μMであるが、p38γでは5〜10μMである。p38γおよびp38δは、イミダゾール誘導体によって阻害されない(27)。したがって、MMP−9発現およびUM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤を低減するのに必要なSB 203580の濃度は、p38βのIC50と密接に合致する。この実験において、様々な量のSB 203580と共に、10%FBSを含有する培地中で細胞を5日間成長させた。生細胞数は、0.2mg/ml MTT−生体染色および指示された日にDMSOに溶解したホルマザン結晶を分光測定によって570nmにて連続して読み取ることによって決定した。そのデータポイントは、3通りの実験に特有のものである。
【0031】
このように、実験1およびそれに関連する図1から、p38SAPK阻害剤SB 203580が、細胞成長に全く影響を及ぼすことなく、MMP−9の高レベルな発現およびUM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤を低減することが示されている。
【0032】
実験2
この実験では、Matrigel(登録商標)でプレコートしたフィルター上に、無血清培地中で異なる細胞系をプレーティングし、インキュベートした。浸潤は、平均パーセンテージ+/−S.E.で示され、各グループにおいて3つのシャーレを表す。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。MMP−9がUM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤に必要かどうかの問題に取り組むために、3種類の異なる細胞系(UM−SCC−1、NIH3T3、Hlac82)の最初の発現を、それらのin−vitro浸潤の挙動と相関付けた。図2Aは、細胞系の浸潤性に密接に対応する条件培地中のMMP−9の量を示す。UM−SCC−1細胞が最大量のプロテアーゼを産生し、最大量の浸潤表現型を示す一方、検出可能なMMP−9を全く分泌しないNIH3T3細胞は、Matrigel(登録商標)コートフィルター上での浸潤性が格段に低かった。興味深いことに、試験細胞系のMMP−2分泌と浸潤性との間には相関関係がなかった。これは、MMP−2の活性化に、NIH3T3細胞上で発現しない可能性のある、異なる膜タイプのマトリックス・メタロプロテアーゼ(MT−MMP)(21)の存在が必要なためである可能性がある。
【0033】
図2Bに従って、異なる細胞系を無血清培地に変更し、48時間培養した。条件培地を収集し、MTTを用いて細胞数を決定した。細胞数の違いに対して補正された条件培地のアリコートを、記述のように(20、25)、かつ当業者に公知のように、酵素電気泳動によってMMP−9活性についてアッセイした。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。最も高い量のMMP−9を発現する細胞系のみが、酵素電気泳動で明瞭なバンドを示す。
【0034】
最後に、UM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤表現型に対するMMP−9活性の必要性を実証するために、図2Cにおいて、Matrigel(登録商標)でプレコートしたフィルター上に、無血清培地中でUM−SCC−1細胞をプレーティングし、様々な量の抗MMP−9抗体(0.5、1、10μg/ml)または製造元により提供される等量の免疫前血清と共に60時間インキュベートした。浸潤は、Matrigel(登録商標)に浸潤する細胞のパーセンテージとして表される。MMP−9または製造元から提供される免疫前血清の活性型および潜在型を認識する、異なる濃度の抗体で処理した際の浸潤は、平均パーセンテージ+/−S.E.で示され、各グループにおいて3つのシャーレを表す。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。図2Cは、増大濃度の抗体を用いたin−vitro浸潤が用量依存的に減少することを示している。
【0035】
このように、実験2およびそれに関連する図2から、細胞系のin−vitro浸潤には、UM−SCC−1細胞の条件培地中へのMMP−9分泌の必要性があることが示されている。したがって、SB 203580は、p38シグナル伝達経路を介してMMP−9の発現を低減することによって、UM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤を阻害すると結論づけることができる。
【0036】
実験3
MMP−9発現は、プロモーターレベルでほとんど独占的に制御されるため、MMP−9発現の制御における、異なるp38アイソフォームの役割をさらに特徴づけるために、製造元によって記述されるようにLipofectamin(登録商標)(Gibco Life Technologies社、ドイツ、カールスルーエ)および野生型MMP−9プロモーターによって操作されるクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)レポーターまたはプロモーターレスのCAT構築物(SV0)およびドミナントネガティブなp38α、p38β、p38γおよびp38δもしくは空ベクター(pCDNA3)を含む、指定量(2は、レポーター構築物に対して2倍モル過剰量のエフェクタープラスミドである)の発現ベクターを用いて、UM−SCC−1細胞を一過的にトランスフェクトした。トランスフェクトしたDNA量の違いを空ベクターで正規化した。タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物を、製造元(Roche Diagnostics社、ドイツ、マンハイム)に従ってCAT−ELISAを用いて、CAT発現に関してアッセイした。データは、対照の平均パーセント+/−S.Eとして表され、各グループにおける2つのシャーレを表し、3通りの異なる実験で行われた。当業者に公知の標準分子生物学技術によって、哺乳類発現ベクターpCDNA3にクローニングされたp38キナーゼおよび得られたすべてのcDNAの典型的なTGY配列において、トレオニンをアラニンによって、およびチロシンをフェニルアラニンによって置換することにより、キナーゼ欠損変異体を作成した。
【0037】
図3Aに従って、SB 203580感受性アイソフォーム変異体、p38βは、2倍モル過剰量でCATレポータにより操作されるMMP−9プロモーターの活性を62+/−20%阻害することが見出され、それと全く対照的に、p38α変異体は、MMP−9プロモーター活性を21+/−20%低減するのみであった。p38δ変異体は、MMP−9プロモーターを55+/−9%阻害した。p38γ変異体とのトランスフェクションは、MMP−9プロモーターを実質上静まらせた。つまり、プロモーター活性が99.9+/−0.5%阻害された。プロモーターレスのCAT構築物のトランスフェクションでは、著しいCAT発現は示されなかった。
【0038】
図3Aによって、p38αはそうではないが、p38βおよびp38δの他にp38γ、ドミナントネガティブ発現構築物が、MMP−9プロモーター活性を低下させることが示されている。この実験はさらに、MMP−9プロモーターの構成的活性に、p38αではなくp38βが関与していることを裏付けており、それらは、MMP−9プロモーターの構成的活性におけるp38δの役割および最も重要なことにはp38γの役割を裏付けている。
【0039】
図3B−Eにおいて、UM−SCC−1およびNIH3T3細胞を、10%FBSを含有する培地中に保持した。タンパク質抽出物(同等のタンパク質)およびゲル中キナーゼアッセイを上述のように作成し、ポリクローナル抗p38α−またはSAPK3−抗体を用いた免疫ブロット(B)および(D)に、あるいは基質としてMBPを用いたゲル中キナーゼアッセイ(C)に、あるいは基質として組換えATF2を用いた免疫キナーゼ(immunokinase)反応(E)にかけた。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。これらの実験によって、キナーゼ欠損変異体によるp38αの阻害後に観察される、MMP−9プロモーター活性の少なめな減少も、キナーゼの発現および/または活性の欠失(missing)が原因でありうるということが排除された。このために、UM−SCC−1細胞およびNIH3T3細胞(ネガティブコントロール)を、p38αの活性および発現についてアッセイした。p38γの発現および活性もまた、ポリクローナルSAPK3抗体での免疫沈降によって、続いて同様な実験でのキナーゼ反応によって分析した。
【0040】
図3B〜Eから判断できるように、タンパク質、p38αおよびp38γ両方の存在が、両方の細胞系(図3BおよびC)において示された。しかしながら、p38アイソフォーム両方の酵素活性は、NIH3T3細胞で検出不可能であるのに対して、UM−SCC−1細胞では高いことが見出された。したがって、p38αおよびp38γは、UM−SCC−1細胞中に存在し、かつ構成的に活性である。
【0041】
実験4
ここでは、UM−SCC−1およびNIH3T3細胞を無血清培地に変更し、48時間培養した。条件培地を収集し、MTTを用いて細胞数を決定した。細胞数の違いに対して補正された条件培地のアリコートを、酵素電気泳動によってMMP−9活性についてアッセイした。そのデータは、3通りの実験に特有のものである。
【0042】
図4Aによって、NIH3T3はそうではないが、UM−SCC−1細胞は、マトリックス・メタロプロテアーゼ9(MMP−9)を発現することが示されている。
【0043】
MKK6タンパク質キナーゼは、p38アイソフォームを広く活性化するため(p38αおよびSAPK4/p38δアイソフォームのむしろ特異的活性化因子として働くMKK3と対照的に)(26、30)、MMP−9の制御におけるMKK6の役割を決定するために、図4Bにおいて、野生型MMP−9プロモーターによって操作されるCATレポーターまたはプロモーターレスのCAT構築物(SV0)およびキナーゼの非感受性MKK6変異体をコードする指定量(2は、レポーター構築物に対して2倍モル過剰量のエフェクタープラスミドである)の発現ベクターを用いて、UM−SCC−1細胞を一過的にトランスフェクトした。キナーゼの非感受性表現型は、上記の出版物(26)に従ってセリン151およびトレオニン155をアラニンと置換することによって作成した。MMP−9活性の99+/−0.5%の大幅な減少が観察された。これらのデータによって、MKK6キナーゼ欠損変異体は、UM−SCC−1細胞においてMMP−9プロモーター活性を阻害し、かつMKK6は、p38アイソフォームを介してシグナル伝達するらしい、MMP−9の上流制御因子であることが実証されている。
【0044】
MMP−9プロモーターの制御におけるMKK6の役割をさらに特徴づけるために、MKK6キナーゼの構成的活性化の効果を調べた。図4Cにおいて、野生型MMP−9プロモーターによって操作されるCATレポーターまたはプロモーターレスのCAT構築物(SV0)およびキナーゼの非感受性MKK6変異体をコードする指定量(2は、レポーター構築物に対して2倍モル過剰量のエフェクタープラスミドである)の発現ベクターまたは空ベクターを用いて、NIH3T3細胞を一過的にトランスフェクトした。トランスフェクトしたDNA量の違いを、空ベクターで正規化した。タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物を、CAT−ELISAを用いて、CAT発現に関してアッセイした。データは、対照の平均パーセント+/−S.Eとして表され、各グループにおける2つのシャーレを表し、3通りの異なる実験で行われた。MKK6の構成的活性化は、J.ハーン(Hahn)の出版物(26)に従って、セリン151およびトレオニン155をグルタミン酸で置換することによって達成された。内在性刺激物質によって、プロモーターの活性化が妨げられるのを避けるために、内在性MMP−9を発現しないNIH3T3細胞(図4A)を用いた。1倍モル過剰量でCATレポーターおよびMKK6変異体を同時にトランスフェクトした後、MMP−9プロモーターの5倍活性化が示された。同様に作成されたMKK3変異体を用いて、同じ実験を繰り返し行った。同様のモル過剰量で、観察されたプロモーターの誘導は、わずか2.8倍であった。
【0045】
図4Cから、MKK6によって、すべてのp38アイソフォーム(p38γを含む)がむしろ非特異的に活性化され、MKK3はさらに厳密に、p38αおよびp38δを標的化することが実証されている。これらの結果は、MMP−9の制御におけるp38γの役割を裏付けるものである。
【0046】
実験5
この実験では、野生型MMP−9プロモーターの5’フランキング領域によって操作されるCATレポーター(3μg)および構成的活性化MKK−6タンパク質(MKK6(Glu))をコードする発現ベクター(0.4μg)を、670bp−CATレポーターに対するエフェクタープラスミドのモル比0.1〜1で、NIH3T3細胞に一過的にトランスフェクトした。DNA量の違いを、空ベクターで正規化した。タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物を、CAT−ELISAを用いて、CAT発現に関してアッセイした。対照(MMP−9 670bp−CAT構築物)に対する誘導の平均倍数(average fold)±SEを示し、データは3通りの異なる実験を表す。
【0047】
特異的p38シグナル伝達経路の活性化因子MKK−6による刺激に必要とされるプロモーター領域を決定するために、92kDaコラゲナーゼ野生型プロモーターの5’欠失断片によって操作されるCATレポーターを、NIH3T3細胞に同時にトランスフェクトした。MMP−9プロモーターの144bp断片を含む、試験されたすべての構築物が、MKK−6によって同様に活性化された(MMP−9の量に対するMKK−6構築物のモル比0.1で3.5倍)。それと対照的に、90bpまたは73bpの5’フランキング配列によって操作されるCATレポーター構築物を使用した場合、たとえ刺激が達成されたとしてもわずかであり、−144と転写開始部位と間の領域における特定の転写因子結合部位が、MKK−6依存性MMP−9プロモーター活性化に必要とされることが示唆されている(図5A)。配列のこの部分の研究によって、−79にAP−1(活性化転写因子1)結合部位が存在することが示された(37)。AP−1は、Fos(c−Fos、FosB、Fra1、Fra2)およびJun(c−Jun、JunD、JunB)ファミリーメンバーで構成されるタンパク質二量体である。結果として生じた複合体は、AP−1部位またはテトラデカノイルホルボール(TPA)応答エレメント(TRE)として公知の特異的DNA配列に結合する。この用語は、タンパク質発現およびリン酸化の増大のために、TPAが強力に、AP−1のDNA結合を刺激するという事実を意味する(40)。MMP−9プロモーターは、かかるTREエレメントを含有する。1つのAP−1部位は−79で見出され、もう1つは、主要な転写開始部位から離れた−540で見出された(37、41)。次いで、MKK−6によるMMP−9プロモーターの活性化におけるTRE−エレメントの役割を決定した。点突然変異をAP−1部位(−79)を導入することによって(TTTGTCA中にTGAGTCA)(37)、MKK−6による完全長の野生型MMP−9プロモーターの誘導能が完全に抑止された。MMP−9プロモーターの近位144bpの5’フランキング領域内に含まれる、MKK−6依存性トランス活性化に対する、MMP−9プロモーターのこの領域の必要性が、これによって示されている(図5B)。
【0048】
実験6
この実験では、構造的に活性化されたMKK−6変異タンパク質(MKK6(Glu))をコードする構築物(1μg)、最小チミジンキナーゼプロモーターからなるプロモーターによって操作されるCATレセプター、および5つのAP−1モチーフの反復(1μg)(5*AP−1)、およびキナーゼ欠損p38タンパク質アイソフォーム変異体(p38α、p38β、p38γ、p38δ)をコードするベクター(2μg)を、NIH3T3細胞に一過的にトランスフェクとした。5*AP−1構築物における最小チミジンキナーゼプロモーターの効果を対照するために、AP−1の反復を欠くプラスミドを同様の量で使用した(1μg、pBLCAT)。トランスフェクトしたDNA量の違いを、空ベクター(pcDNA3)で正規化した。CAT−ELISAを用いて、タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物をCAT発現についてアッセイした。データは、対照(5*AP−1 CATレポーター)に対するCAT発現の誘導の倍加として表される。そのデータは、2通りの異なる実験を表す(図6A)。図6Bにおいて、構成的に活性化されたMKK−6変異タンパク質をコードする構築物(MKK6(Glu))(4μg)、670bp野生型MMP−9プロモーターによって操作されるCATレポーター(3μg)、およびトランス活性化ドメインを欠くc−junタンパク質をコードするベクター(TAM67)(2μg)を、NIH3T3細胞に一過的にトランスフェクトした。トランスフェクトしたDNA量の違いを、空ベクター(それぞれ、pcDNA3、CMV5)で正規化した。CAT−ELISAを用いて、タンパク質量の違いに対して正規化された細胞抽出物を、CAT発現についてアッセイした。データは、対照(MMP−9野生型プロモーターのCAT構築物)に対する、CAT発現の誘導の倍加として表される。その実験は、2通りの異なる実験を表す。
【0049】
MKK6依存性誘導に対する、MMP−9野生型プロモーターの近位領域におけるAP−1部位の存在および完全性の必要性によって、MKK−6がAP−1依存性転写の活性因子であることが示唆された。したがって、最小チミジンキナーゼプロモーターの前方の5回反復されるAP−1コンセンサス部位によって操作されるCATレポーターと共に、構成的に活性なMKK−6構築物を、NIH3T3細胞に同時にトランスフェクトした。MKK−6は、5*AP−1のCATレポーター構築物を強く活性化することが見出された。プロモーターからAP−1の反復を除去することによって、またはp38アイソフォームドミナントネガティブ変異体のいずれかの同時トランスフェクションによって、この活性化を抑止した。その結果MKK−6は実際に、p38キナーゼ活性を必要とする経路を介して、AP−1依存性転写を活性化することができる(図6A)。
【0050】
その転写活性化ドメインを欠くc−jun(TAM67)の発現は、MKK−6依存性MMP−9プロモーターの活性化を抑止する。MKK−6依存性MMP−9プロモーターの転写活性化には、近位のTREエレメント(−79)および数種類のp38キナーゼアイソフォームによるAP−1依存性転写を活性化するMKK−6の能力が必要とされることが示された。したがって、MKK−6が、転写因子AP−1の活性化によってMMP−9野生型プロモーターの活性を誘導することは明らかである。これを実証するために、そのトランス活性化ドメインを欠いており、このためドミナントネガティブAP−1変異体として働くc−junタンパク質(42)を、活性化されたMKK−6変異体と共に、NIH3T3細胞に同時にトランスフェクトした。一過的に発現したタンパク質は、fosたんぱく質に結合し、かつMMP−9プロモーターにおいてTREエレメントに結合するためにインタクトなAP−1と競合する、トランス活性化が欠乏したAP−1複合体を産生する。この変異体タンパク質の発現によって、既知の対照(空ベクター)とは対照的に、完全長MMP−9プロモーターCATレポーターの量に対してモル比0.5〜1で、MKK−6依存性MMP−9プロモーター活性化がほぼ完全に阻害され、MKK−6依存性MMP−9プロモーターのトランス活性化に対する、AP−1複合体の推定的な必要性が示されている(図6B)。
【0051】
実験5および6の結果から、MKK−6は、MMP−9プロモーターの誘導に必要とされるAP−1依存性転写活性を誘導することが可能であり、MKK−6により仲介される活性化に、MMP−9プロモーターにおいて近位のAP−1部位が必要であることが示されている。
【0052】
実験すべての結果から、本発明に従って、癌、好ましくは癌転移の浸潤性が、MMP−9シグナル伝達経路の下流制御因子に影響を及ぼす、特にその制御因子を阻害する活性作用物質の投与によって、正に影響を受けるであろうことが明確に実証されている。
【0053】
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【図面の簡単な説明】
【図1】MMP−9発現に対するSB203580の影響(図1A)。
【図2】UM−SCC−1細胞のin−vitro浸潤(図1B)および成長(図1C)。
【図3】異なる細胞系におけるin−vitro浸潤に対するMMP−9分泌の必要量(図2A)、および抗MMP−9抗体と共にインキュベートした後のin−vitro浸潤のパーセンテージ(図2C)。
【図4】異なる細胞系におけるMMP−9の発現(図2B)
【図5】ドミナントネガティブなp38アイソフォームタンパク質で処理した後のMMP−9プロモーター活性の影響(図3A)。
【図6】2種類の異なる細胞系におけるp38αおよびp38γの発現(図3B〜E)。
【図7】2種類の異なる細胞系におけるMMP−9の発現(図4A)。
【図8】キナーゼ欠損MKK6(図4B)および構成的に活性なMKK6およびMKK3(図4C)変異体で処理した後のMMP−9プロモーター活性の影響。
【図9】MKK−6によるMMP−9プロモーター活性の誘導(図5A)、およびMKK−6依存性プロモーター活性化に対する、AP−1モチーフにおける点突然変異の影響(図5B)。
【図10】CATレポーターに対する、構成的に活性化されたMKK−6の影響(図6A)、および異なるベクターで処理した後のMKK−6依存性MMP−9プロモーターの活性化(図6B)。
Claims (17)
- 癌治療のための薬剤または医薬組成物を製造するための、真核細胞におけるマトリックス・メタロプロテアーゼの発現に影響を及ぼす、特にその発現を阻害する、活性作用物質の使用。
- 真核細胞が、マトリックス・メタロプロテアーゼの発現に影響を及ぼす、特にその発現を阻害する活性作用物質によって処理されることを特徴とする、癌の治療方法。
- 前記マトリックス・メタロプロテアーゼが、マトリックス・メタロプロテアーゼ−9(MMP−9)であることを特徴とする、請求項1または2に記載の使用または方法。
- 前記活性作用物質が、マトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の少なくとも1種類のメンバーに対して標的化されることを特徴とする、請求項1から3の一項に記載の使用または方法。
- 前記メンバーが、p38タンパク質ファミリーのメンバーであることを特徴とする、請求項4に記載の使用または方法。
- 前記p38タンパク質が、p38βタンパク質であることを特徴とする、請求項5に記載の使用または方法。
- 前記p38タンパク質が、p38γ(SAPK3またはERK6)タンパク質であることを特徴とする、請求項5に記載の使用または方法。
- 前記メンバーが、マイトジェン活性化キナーゼキナーゼファミリーのメンバーであることを特徴とする、請求項4に記載の使用または方法。
- 前記マイトジェン活性化キナーゼキナーゼが、マイトジェン活性化キナーゼキナーゼ6(MKK6)またはマイトジェン活性化キナーゼキナーゼ3(MKK3)であることを特徴とする、請求項8に記載の使用または方法。
- 前記活性作用物質が、マトリックス・メタロプロテアーゼシグナル伝達経路の活性化因子、制御因子および/または生物学的な前駆物質に対して標的化されることを特徴とする、請求項1から9の一項に記載の使用または方法。
- 前記活性作用物質が、小分子化合物、好ましくは分子量(MW)<1000を有する小分子化合物であることを特徴とする、請求項1から10の一項に記載の使用または方法。
- 前記小分子化合物が、イミダゾール誘導体であって、前記イミダゾール誘導体が、好ましくはSB 203580またはSB 202190である、請求項11に記載の使用または方法。
- 前記活性作用物質が、マトリックス・メタロプロテアーゼの発現に影響を及ぼす、好ましくはその発現を阻害するペプチド、好ましくは、ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドであることを特徴とする、請求項1から12の一項に記載の使用または方法。
- 前記癌が、浸潤性表現型の癌であることを特徴とする、請求項1から13の一項に記載の使用または方法。
- 前記癌が;
a)扁平上皮癌、好ましくは、頭、首、皮膚若しくは胃の扁平上皮癌、または
b)大腸癌、乳癌若しくは肝細胞癌、または
c)胃の線維肉腫であることを特徴とする、請求項1から14の一項に記載の使用または方法。 - 少なくとも1種類の適合量の活性作用物質を含有する医薬組成物であって、前記活性作用物質が、真核細胞におけるマトリックス・メタロプロテアーゼの発現に影響を及ぼし、好ましくはその発現を阻害し、かつ任意に薬学的に許容される担体をさらに含む医薬組成物。
- 請求項4から13の一項に定義される活性作用物質によってさらに特徴づけられる、請求項16に記載の医薬組成物。
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