JP2005514930A - Ingapの発現を調節する因子の検出アッセイ - Google Patents

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Abstract

レポーター構造体は、哺乳類のINGAP5’−制御領域又はその断片、哺乳類のINGAP又は異種プロモーターから得られる最小プロモーターエレメント、並びにレポーター遺伝子を含有する。レポーター構造体を使用して、単独又は組み合わせでレポーター遺伝子の発現を増加又は減少させる作用因子についてスクリーニングすることができる。あるいは、レポーター構造体を使用して、ハムスターINGAP5’制御領域又はその断片に結合する作用因子についてスクリーニングすることができる。

Description

本発明は、遺伝子の発現を調節する因子の検出アッセイの分野に関する。より詳細には、本発明は、レポーター構造体及びINGAP遺伝子の発現を調節する作用因子を同定するための方法に関する。
膵島新生遺伝子関連タンパク質(INGAPタンパク質)は、通常の胚形成時の膵島の発達を繰り返すような方式で、膵臓内に存在する前駆細胞からの膵島細胞新生を誘発することができる、膵臓の腺房細胞タンパク質として確認されている。INGAPは、膵臓に関係した前駆体細胞からランゲルハンス島の成長及び分化を刺激することが可能な点において独特である。これらの膵島は、生理的に血糖の乱れ(perturbation)に応答可能な成熟インスリン分泌特性を発達させる。この潜在的な抗糖尿病療法は、いくつかの生物種にわたる類似性を示し、生物学的反応を与えることが示されている。
進行性自己免疫反応がインスリン産生β細胞の選択的破壊をもたらす1型真性糖尿病では、膵島細胞の質量が失われている。2型真性糖尿病は、いわゆる成人発症性の疾病であるが、若い肥満の人々にも増えている症状であり、β細胞の質量が正常時の60%程度減少している場合がある。膵臓内で機能するβ細胞の数は、糖尿病の進行、過程、及び結末にきわめて重要である。I型糖尿病では、β細胞の質量が正常時の2%未満に減少する。II型糖尿病で発生するような重度のインスリン抵抗性に直面した場合でも、糖尿病が進行するのは、β細胞の質量の代償性増加が不十分な場合に限られる。したがって、主形態のいずれの糖尿病の進行も、適応β細胞成長の欠如及びその後のインスリン分泌の不足とみなすことができる。前駆体細胞からの膵島及びβ細胞の成長を刺激することは、膵島新生として知られ、糖尿病を改善させる興味深い手法である。β当該技術分野では、動物であるか培養細胞であるかを問わず、INGAPの発現を調節できる作用因子を同定する方法が必要とされている。
本発明の目的は、哺乳類のINGAP遺伝子から得られる5’−制御領域を含有するレポーター構造体を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、INGAPの発現を調節する作用因子を同定する方法を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、INGAP5’−制御領域の核酸又は断片を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、INGAPの発現を増加させる方法を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、INGAPの発現を調節するキットを提供することである。
本発明のこれら及び他の目的を、後述する1つ以上の実施形態によって提供する。
本発明の1つの態様では、レポーター構造体が提供される。レポーター構造体は、制御領域ヌクレオチド配列と、検出可能な産物を符号化するヌクレオチド配列とを含む。本発明の1つの態様では、レポーター構造体は、ベクター内で提供される。制御領域ヌクレオチド配列は、検出可能な産物を符号化するヌクレオチド配列に連結している。制御領域ヌクレオチド配列には、配列番号:23であるINGAPゲノム配列の5’制御領域の1つ以上の断片を含めてもよいし、又は5’制御領域の全長を含めてもよい。レポーター構造体の1つの実施形態では、プロモーターエレメントは、制御領域ヌクレオチド配列と、検出可能な産物を符号化するヌクレオチド配列との間に存在する。プロモーターエレメントは、INGAP制御配列内に存在するプロモーターエレメント群から選択してよい。あるいは、レポーター構造体を含むベクター内に存在するプロモーターエレメントを使用してもよい。検出可能な産物を符号化する前記ヌクレオチド配列によって符号化される検出可能な産物は、核酸又はタンパク質のいずれかであり得る。検出可能な産物が、必ずしもINGAP遺伝子核酸又はタンパク質である必要はない。
本発明のもう1つの実施形態では、INGAPの発現を調節する作用因子を同定する方法が提供される。この方法は、細胞を試験作用因子と接触させることを含んでおり、この細胞が本発明のレポーター構造体を含む。細胞内における検出可能な核酸又はタンパク質産物の発現が判定される。試験作用因子が細胞内で検出可能な産物の発現を調節する場合、その試験作用因子がINGAP発現のモジュレーターとして同定される。
本発明のもう1つの実施形態では、ハムスターのINGAP遺伝子(配列番号:2)のゲノム配列を含む単離核酸又はその断片が提供される。
本発明のもう1つの実施形態によれば、INGAPの発現を調節する作用因子の生体外同定法が提供される。この方法は、ヌクレオチド配列の転写及び翻訳が可能な無細胞システムにおいて、試験作用因子を本発明のレポーター構造体と接触させることを含む。検出可能な産物の発現が判定される。試験物質が検出可能な産物の発現を調節する場合、その物質がINGAP発現のモジュレーターとして同定される。
本発明のもう1つの実施形態によれば、INGAPの発現を調節する作用因子の生体外同定法が提供される。この方法は、試験作用因子を本発明の核酸と接触させる工程を含む。試験作用因子が核酸に結合するかどうか判定される。試験作用因子が核酸に結合する場合、その試験作用因子がINGAP発現のモジュレーターとして同定される。
本発明のもう1つの実施形態によれば、INGAPの発現を増加させる方法が提供される。INGAPの発現を直接的又は間接的に刺激する因子、例えば、サイトカイン、ケモカイン、成長因子、又は薬剤の有効量が、INGAPの発現を増加させる必要のある哺乳類に投与される。
本発明のもう1つの実施形態によれば、INGAPの発現を調節するキットが提供される。このキットは、INGAP発現のモジュレーターと、INGAPの発現を調節するためのINGAP発現モジュレーターの使用説明書とを含む。
本発明のもう1つの実施形態によれば、膵島細胞機能の低下に関連した疾病状態を処置するために、哺乳類においてINGAPの発現を調節する方法が提供される。この方法は、有効量のINGAP発現モジュレーターを哺乳類に投与し、それによって哺乳類におけるINGAPの発現の程度を変化させる工程を含む。
引用されるすべての文献は、その関連部分において本明細書に引用して援用するが、いずれの文献の引用も、それが本発明に関連する先行技術であるとの容認として解釈されるべきではない。
(定義)
本明細書及び添付の請求項で使用する時、文脈で特に明確に指定しない限り、単数表現には複数のものを指す場合が含まれることに留意しなければならない。
用語「プロモーター」は、転写の開始及び速度が制御される遺伝子領域を定義するために使用される。それには、RNAポリメラーゼが結合する部位と、さらに、制御タンパク質、例えば、転写因子、リプレッサーなどが結合する部位とが含有される。転写開始部位と転写速度を調節する他の部位とを区別するために、プロモーター領域は、一般に「最小プロモーターエレメント」と「制御領域」とに細分される。したがって、用語「最小プロモーターエレメント」又は単に「プロモーター」と呼ばれることもある用語には、TATAボックス、GCリッチ配列、及びCAATボックスを含めてよく、「制御領域」は、普通、転写因子及び他の因子が結合するヌクレオチド配列の長い伸張部である。ほとんどの真核細胞遺伝子は、多くの異なる転写因子が結合する長い制御領域を有する。所与の種類の細胞、組織、器官、又は生命体における所与の遺伝子の発現又は発現の欠如は、その制御領域で起こる相互作用に支配される。
用語「転写因子」は、遺伝子の制御領域においてDNAの短い伸張部に結合するタンパク質を記述するために使用される。転写因子は、転写因子同士と同様に、RNAポリメラーゼと相互作用することがある。したがって、転写因子は、ホルモン又はセカンドメッセンジャー、DNA、RNA、他の転写因子、又は他のタンパク質に結合することがある。それらは、所与の遺伝子の転写を活性化又は抑制することがある。また転写因子は、時に「エンハンサー」又は「リプレッサー」とも呼ばれる。転写因子結合部位を使用して、遺伝子の5’−制御領域に結合し、遺伝子の発現を調節する作用因子を同定することができる。
用語「レポーター」は、異種プロモーター又はエンハンサーエレメントに付着した符号化配列を記述するために使用され、その産物は、核酸にせよタンパク質にせよ、容易に検出され、定量化可能である。一般的なレポーター遺伝子をいくつか挙げれば、β−ガラクトシダーゼ(lacZ)、クロラムフェニコール・アセチルトランスフェラーゼ(cat)、β−グルクロニダーゼ(GUS)、及び緑色蛍光タンパク質(GFP)が挙げられる。
「レポーター構造体」は、核酸の小片であり、これには好適なベクタープラスミドDNA内に含有されるプロモーターエレメント及びレポーター遺伝子が含まれる。制御領域ヌクレオチド配列は、それらが転写因子結合部位を含有するかどうか判定するために、プロモーターエレメントの5’クローンであってもよい。レポーター構造体含有ベクターは、多くの転写因子を含有する細胞に導入される。転写因子によるレポーター遺伝子の活性化を、レポーター遺伝子の産物の検出及び定量化によって観察してもよい。
用語「作用因子」は、本明細書では、INGAPの発現を調節するあらゆる手段を本質的に記述するために使用される。作用因子は、化学的化合物、生物学的作用因子、又は物理的な力、機械的な仕掛け、又はこれらのいずれかの組み合わせであってよい。
(INGAPプロモーター及び制御領域)
本発明者らは、INGAP遺伝子が、PMA及びLIFを含めた多くの既知の転写因子による調節の影響を受けやすい5’−制御領域によって制御されることを発見した。
本発明では、さらに、INGAP遺伝子の5’−制御領域ヌクレオチド配列を、INGAP遺伝子の発現を調節可能な作用因子を同定するスクリーニングアッセイにおいて使用できることが発見された。これらの調節作用因子には、1型及び2型の両方の真性糖尿病、内分泌腺及び非内分泌腺の低形成、肥大、腺腫、腫瘍形成、及び膵島細胞症が挙げられるが、これらに限定されない病的状態を処置する治療薬としての可能性がある。
ほとんどの遺伝子と同様に、哺乳類のINGAPは、イントロン及びエクソンが後続する5’−制御領域を有する。哺乳類(ハムスター種)のINGAP遺伝子の配列は、配列番号:2として与えられる。図1は、ハムスターのINGAP遺伝子の5’−制御領域、イントロン、及びエクソンの相対的位置関係の詳細を示す。イントロン1〜5の境界、並びにTATAボックス及びポリAシグナルの場所を、表1に記載する。
Figure 2005514930
哺乳類のINGAPのプロモーターエレメントを含めた5’−制御領域のヌクレオチド配列は、配列番号:1に部分的に示され、配列番号:2及び23に完全に示される(配列番号:2のヌクレオチド1〜3137)。配列番号:1のヌクレオチド1〜3120は、配列番号:2及び配列番号:23のヌクレオチド1〜3120と同一である。5’−制御領域の概観が図2に示されている。図2には、代表的な転写エンハンサー/リプレッサー結合部位も示されている。5’−制御領域のヌクレオチド1〜3123について予測される転写エンハンサー/リプレッサー結合部位が、図3に示されている。本明細書末尾の表3は、これらの転写因子及びそれらの結合部位、並びに制御領域におけるそれらの場所を詳細に示す。潜在的転写因子の結合解析は、マットインスペクター・プロフェッショナル(MatInspectorprofessional)(商標)を用いて実施された。これは、転写因子結合部位に関するマトリックス記述のライブラリーを用いて、長さ無制限の配列における一致部分の場所を特定する、生物情報学ソフトウェアである(クヴァント.K.(Quandt,K.)、フレシュ.K.(Frech,K.)、カラス.H.(Karas,H.)、ウィンゲンダー.E.(Wingender,E.)、ウェルナー.T.(Werner,T.)(1995)、核酸研究(Nucleic Acids Res.)23、4878〜4884)。
表3は、機能による類似マトリックスファミリーへの分類(「ファミリー/マトリックス」)に基づいて、予測される結合タンパク質(「詳細」)を記載している。表には、タンパク質に結合すると予測されるDNA配列(「配列」)、センスDNAであるかアンチセンスDNAであるか(「Str」)、及び配列番号:2における配列の場所(「位置」)が記載されている。さらに、マトリックスの連続最高保存ヌクレオチドとの類似性(「コア類似性」)及びそのマトリックス中の全ヌクレオチドとの類似性(「マトリックス類似性」)、並びに非制御試験配列において最小数の一致が見られるように規定された最適値(「最適値」)も、表に記載されている。マットインスペクター・プロフェッショナル(MatInspectorprofessional)(商標)で使用されるアルゴリズムの詳細について言及する。
最適値:このマトリックス類似性は、非制御試験配列において最小数の一致が見られるように規定された最適値である(すなわち、このマトリックス類似性によって、偽陽性一致の数が最小限に抑えられる)。このマトリックス類似性は、ユーザーがマットインスペクター・プロフェッショナル(MatInspectorprofessional)(商標)のマトリックス類似性閾値として「最適化」をチェックする時に使用される。
ファミリー:各マトリックスは、いわゆるマトリックスファミリーに属しており、この場合、機能的に類似のマトリックスが同じグループに分類されるので、マットインスペクター・プロフェッショナル(MatInspectorprofessional)(商標)プロフェッショナルによる重複一致がなくなる(ファミリーオプションが選択された場合)。例えば、マトリックスファミリーV$NFKBには、NFκBについて5つの類似マトリックス(V$NFκB.01、V$NFκB.02、V$NFκB.03、V$NFκB50.01、V$NFκB65.01)と同様に、NFκB関連因子c−Relについて1つのマトリックス(V$CREL.01)が含まれる。
マトリックス:マットインスペクター・プロフェッショナル(MatInspectorprofessional)(商標)のマトリックスは、次の7つの群のうちの1つを示す識別名を有しており:脊椎動物(V$)、昆虫(I$)、植物(P$)、菌類(F$)、線虫(N$)、バクテリア(B$)、及びその他の機能的エレメント(O$);その後に、マトリックスが指す因子についての頭文字と、同一因子の異なるマトリックスを区別する続き番号とが続く。したがって、V$OCT1.02は、脊椎動物のOct−1因子に関する第2マトリックスを示す。
コア類似性:マトリックスの「コア配列」は、マトリックスの連続最高保存位置(普通は4つ)として定義される。コア類似性は、本明細書に記載の通りに計算される。最大のコア類似性である1.0は、マトリックスの最高保存塩基が配列に正確に一致した時にだけ得られる。コア類似性よりも重要であるのがマトリックス類似性であり、これは、マトリックスの全長にわたる全ての塩基を考慮する。
マトリックス類似性:マトリックス類似性は、本明細書に記載の通りに計算される。マトリックスに完全に一致している場合、1.00のスコアが与えられ(各配列位置がマトリックス中のその位置での最高保存ヌクレオチドに相当する)、マトリックスとの「良好な」一致とは、普通、>0.80の類似性を有する場合である。マトリックスの高保存位置における不一致は、低保存領域における不一致よりもマトリックス類似性を低下させる。
本発明のもう1つの態様は、レポーター構造体を提供する。レポーター構造体は、配列番号:23の5’制御領域ヌクレオチド配列断片(例えば、エンハンサー及び/又はリプレッサー結合部位含有領域)と、プロモーターエレメント(配列番号:23のINGAP制御領域ヌクレオチド配列から得られるものであってもなくてもよい)と、レポーター遺伝子とを含有する。5’−制御領域ヌクレオチド配列は、レポーター遺伝子の上流に位置する。5’制御領域ヌクレオチド配列に結合する様々な転写因子の同一性を判定し、INGAP遺伝子の5’制御ヌクレオチド配列内の結合場所を解明するには、欠失解析を使用してその領域をマッピングしてもよい。制御領域ヌクレオチド配列の1つ以上の断片を、初めに、様々な転写因子活性化因子に対するそれらの応答性について解析してもよい。関心領域が判定された後、制御領域内の異なる場所から得られるDNAを組み合わせて強固で反応性のあるレポーター構造体を製造できる場合、さらに細かいマッピングを実施してもよい。INGAP5’−制御領域DNA又はその断片のようなDNA配列は、当該技術分野において周知の方法によって操作することができる。そのような技術の例には、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、制限酵素エンドヌクレアーゼによる消化、ライゲーション、及び遺伝子歩行が挙げられるが、これらに限定されない。5’−制御領域のようなDNA断片のクローニングは、当該技術分野において周知である。
遺伝子の発現レベルを定量化するもう1つの手法は、遺伝子の転写を測定することである。ビオチンもしくはジゴキシゲニンで標識されたプライマー、オリゴヌクレオチドプローブ(オリゴプローブ)を使用して、又は転写物にジゴキシゲニンを取り込ませた直後に転写物を固相上に捕捉するのに、PCR−ELISAを使用してもよい(ワツィンガー.F.(Watzinger,F.)及びリオン.T.(Lion,T.)(2001)核酸研究(Nucleic Acids Res.)、29、e52)。捕捉した後に、転写物を、酵素標識アビジン又は標準ELISAフォーマットに類似の抗ジゴキシゲニンレポーター分子を使用して検出することができる。もう1つの手法は、リアルタイムPCRを用いてレポーター遺伝子の転写を検出することである(マッケイ.I.M.(Mackay,I.M.)及びニッチェ.A.(Nitsche,A.)、核酸研究(Nucleic Acids Res.)2002年3月15日;30(6)、1292〜305)。リアルタイムPCRでは、蛍光発生ヌクレオチドが使用され、ポリメラーゼがレポーター遺伝子を転写する時に転写の進行がリアルタイムで監視される。
レポーター構造体中のプロモーターエレメントは、5’−制御領域と同一の遺伝子から得られるものであってもなくてもよい。一例として、INGAP5’−制御領域から得られるエンハンサー/リプレッサー領域、又はINGAP5’−制御領域から得られるエンハンサー/リプレッサー領域の断片を、異種の最小プロモーターエレメント、例えば、最小CMVプロモーター(ボシャート(Boshart)他、1985)、並びにTK(ノルディーン(Nordeen、1988)、IL−2、及びMMTVのプロモーターなどの上流にクローニングしてもよい。
遺伝子の転写は、最小プロモーターの周囲から始まる。図4は、哺乳類のINGAP遺伝子(配列番号:2)について予測される転写開始部位を示す。配列番号:2は、TATAボックス、GCボックス、CAATボックス、及び転写開始部位のような真核細胞のプロモーター認識エレメントを同定する、マーティン・リース(Martin Reese)によって設計された「神経回路網プロモーター予測(Neural Network Promoter Prediction)」プログラムを使用して解析された。これらのプロモーターエレメントは、配列中に様々な距離で隔てられた様々な組み合わせで存在する。このプログラムは、インターネット上で入手可能であり、http://www.fruitfly.org/seq_tools/promoter.htmlにある。
レポーター構造体を使用して、INGAPの発現を単独又は組み合わせで調節する作用因子を同定することができる。このような作用因子には、制御領域に直接結合することによってINGAPの発現を調節するものもある一方、INGAP制御領域に結合する転写因子の発現を調節するものもある。
レポーター構造体を、一時的又は安定的に、生体外で、又は膵管を通じて生体内で、宿主細胞にトランスフェクションすることができ、さらにアッセイシステムに導入された試験作用因子にトランスフェクションすることができる。試験作用因子の例には、有機及び無機化学剤、炭水化物、タンパク質、オリゴヌクレオチド、コレシストキニン、機械的に誘発された圧力、並びに膵管閉塞を引き起こす作用因子が挙げられるが、これらに限定されない。レポーター遺伝子産物の発現は、使用されるレポーター遺伝子に適したアッセイによって判定することができる。そのようなアッセイの例には、β−ガラクトシダーゼ又はルシフェラーゼについての発光アッセイ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼについての酵素アッセイ、及び蛍光タンパク質についての蛍光検出が挙げられるが、これらに限定されない。このようなアッセイは、当該技術分野において周知であり、当業者は、選択されたレポーターに適したアッセイを選択することができる。試験作用因子がレポーター遺伝子産物の発現を調節する場合、その試験作用因子がINGAP発現のモジュレーターとして同定される。好ましくは、増加又は減少レベルは、少なくとも50%、100%、200%、500%、又は1000%であるが、統計的に有意ないずれかの変化を調節作用の指標にすることもできる。また当業者は、未処理細胞において、並びにプロモーターのないレポーター遺伝子だけでトランスフェクションされた処理細胞及び未処理細胞において、レポーター遺伝子産物の発現を判定してもよい。このような判定を使用して、発現のバックグラウンドレベルを決定することができる。
また、試験作用因子は、膵臓分泌液の分画によって得ることもできる。膵臓分泌液の代表的な採取方法として、膵管閉塞法を使用することができる。膵臓分泌液は、当該技術分野において周知の方法によって分画することができる。例としては、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、サイズ排除クロマトグラフィー、疎水性相互作用カラム法、及び密度勾配遠心分離法が挙げられる。個々の分画は、本明細書に記載の方法を使用して、レポーター遺伝子の発現を調節する作用因子について検査することができる。個々の分画は、レポーター遺伝子の発現を調節する作用因子を同定するためにさらに分画することができる。同定された試験作用因子を使用して、INGAPの発現を調節することができる。
宿主細胞は、好適なアッセイシステムにおけるトランスフェクション及びメンテナンスに適したあらゆる細胞であり得る。好適な細胞の例には、哺乳類細胞、ヒト細胞、マウス細胞、ラット細胞、サル細胞、イヌ細胞、ウシ細胞、及びブタ細胞が挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、使用される細胞はヒト細胞である。細胞は、形質転換細胞株であっても初代細胞であってもよい。また、多くの異なる種類の細胞にわたって制御を監視する場合、全器官エクスプラントを使用してもよい。当該技術分野には、細胞にレポーター構造体のDNAをトランスフェクション又はインフェクションする多くの方法が存在する。そのような方法には、リポフェクション、電気穿孔法、リン酸カルシウム沈殿、DEAEデキストラン、遺伝子銃、及び変性ウイルス法(例えば、組換えアデノウイルス又は組換えレトロウイルス)が挙げられるが、これらに限定されない。当業者は、所与の種類の細胞及びアッセイシステムと併せて使用するのに適した方法を容易に選択することができる。
レポーター構造体は、生体内で膵臓の細胞に直接導入することもできる。レポーター構造体を生体内で膵臓の細胞に導入する方法の例には、逆行性膵管潅流法及び生体内電気穿孔法(ミール(Mir)、2001)が挙げられる。レポーター構造体は、レポーター遺伝子産物を符号化し、これが生体内で容易に測定される。試験作用因子は、全身投与又は局所投与することができ、生体内でのレポーター遺伝子の発現は、使用される特定のレポーターに適したアッセイによって判定することができる。そのような例には、緑色蛍光タンパク質についての蛍光アッセイが挙げられる。
INGAPの発現を調節する作用因子の同定方法は、生体外でも遂行することができる。レポーター遺伝子の転写及び/又は翻訳に十分な条件下で、レポーター構造体を生体外で試験作用因子と接触させることができる。そのような方法には、ウサギの網状赤血球溶解産物又はコムギ胚芽抽出物のような構成成分を利用することができる。その後、前述したように、所与のレポーター遺伝子に適したアッセイを用いてレポーター遺伝子の発現レベルを決定することができる。試験作用因子がレポーター遺伝子の発現を調節する場合、その試験作用因子がINGAP発現のモジュレーターとして同定される。変化の閾値レベルは、前述したように作業者が設定することができる。
代替的に、試験作用因子を、単離して精製されたINGAP5’−制御DNA分子と接触させることもでき、その試験作用因子がDNA分子に結合するかどうか判定することができる。試験作用因子は、化学剤、タンパク質、又は核酸にすることができる。適切なINGAP5’−制御DNA分子には、配列番号:2のヌクレオチド1〜6586、5’−制御領域DNA(配列番号:1もしくは配列番号:23)、又は5’−制御領域のいずれかの断片、好ましくは1つ以上のエンハンサー/リプレッサー結合部位を含有する断片が含まれる。試験作用因子がDNA断片に結合するかどうか判定する方法は、当該技術分野において周知であり、例えば、電気泳動移動度シフトアッセイ(EMSA)がある。例えば、サンブルック(Sambrook)ら、分子クローニング:実験マニュアル(MOLECULAR CLONING:A LABORATORY MANUAL)、第2版、1989年、9.50〜9.51ページを参照のこと。5’−制御領域の断片は、開示されている塩基配列(配列番号:2)を使用して当該技術分野において周知の方法によって得ることができる。そのような方法の例には、PCR、制限酵素による消化、及び化学合成が挙げられる。5’−制御領域(配列番号:1又は23)内のいずれのDNA断片も使用することができる。作用因子が結合する正確な場所は、例えば、より小さな断片を利用して試験作用因子に関する結合部位を精密にマッピングすることによって、決定することができる。アッセイにおいて結合する試験作用因子は、調節活性を必要とする他のアッセイにおいてさらに検査することができる。
レポーター遺伝子の発現を増加又は減少させる作用因子は、INGAP発現のモジュレーターとして使用することができる。モジュレーターは、そのような調節の必要のある哺乳類に投与することができる。INGAP発現の調節が必要な可能性のある哺乳類の例は、膵臓機能が低下している、特に膵島細胞の機能が低下している哺乳類である。そのような哺乳類には、真性糖尿病、耐糖能異常、空腹時血糖異常、高血糖症、肥満症、及び膵機能不全の哺乳類が挙げられる。
INGAP発現のモジュレーターとして同定される作用因子は、膵島細胞機能の低下に付随した疾病を処置するためのキットにおいて供給することができる。このキットは、単一又は分割容器内で、単一又は分割用量のINGAP発現モジュレーターを含む。INGAP発現モジュレーターの使用説明書を含めてもよい。この説明書は、単に、読み手にウェブサイト又は他の情報源のような別の場所を参照させるものでもよい。
レポーター遺伝子の発現を増加させる作用因子を使用して、INGAPの発現を増加させ、膵島細胞機能の低下に関連した疾病状態を処置することができる。レポーター遺伝子の発現を減少させる作用因子を使用して、INGAPの発現を減少させ、膵島細胞の異常活性に関連した疾病状態又はINGAP発現の抑制が望まれる疾病を処置することができる。そのような作用因子の例には、PMA、LIF、インターロイキン−6、オンコスタチンM、及び毛様体神経性因子が挙げられるが、これらに限定されない。作用因子には、経口、静脈内、筋肉内、動脈内、髄内、鞘内、心室内(intraventricular)、経皮、皮下、腹腔内、鼻腔内、非経口、局所、舌下、直腸、又は逆行性膵管潅流法が挙げられるが、これらに限定されない、任意の数の経路で投与することができる。経口投与用の作用因子は、当該技術分野において周知の製薬上許容可能なキャリアを使用して、経口投与に適した用量で配合することができる。このようなキャリアによって、医薬組成物を、哺乳類が摂取する、錠剤、丸剤、糖衣錠、カプセル錠、液体、ゲル、シロップ、スラリー、懸濁液などに配合できるようになる。静脈内、筋肉内、動脈内、経皮、及び皮下注射用の作用因子は、当該技術分野において周知の製薬上許容可能なキャリアを用いて、哺乳類への注射に適した用量で配合することができる。鼻腔内、局所、及び直腸投与用の作用因子は、当該技術分野において周知の製薬上許容可能なキャリアを用いて、哺乳類への表面投与に適した用量で配合することができる。INGAPの発現を増加させる必要のある哺乳類には、例えば、真性糖尿病、耐糖能異常、空腹時血糖異常、高血糖症、肥満症、及び膵機能不全の哺乳類が挙げられる。INGAPの発現を減少させる必要のある哺乳類には、例えば、低血糖症の哺乳類が挙げられる。
以下の実施例は、説明の目的で提示されるものであって、本明細書に開示される発明を制限するものではない。
(実施例1)
(ハムスターINGAPゲノム配列及び構造)
ハムスターのINGAPゲノム配列及び構造は、遺伝子歩行(クロンテック(Clontech))及びDNA配列決定法によって決定された。遺伝子歩行は、ゲノムDNAにおいて、cDNAのような既知の配列からプロモーターに向かって上流に、又は下流に歩行する方法である。この方法は、クローニングされていない、アダプターがライゲーションされた4つのゲノム断片ライブラリーを使用する。次の注目すべき事項を除いて、製造業者が推奨するプロトコルに従う:すなわち、クローニングされていない、アダプターがライゲーションされたゲノム断片ライブラリーの形成には、ハムスターのゲノムDNAを使用した。
クローニングされていない、アダプターがライゲーションされたゲノム断片ライブラリーを形成するために、ハムスター細胞からゲノムDNAを精製した。4つの別個のアリコートを、PvuII、StuI、DraI、又はEcoRVによって完全に消化した。消化、制限酵素の不活性化、及び脱ホスホリル化の後、DNA断片の別個のプールそれぞれをアダプターにライゲーションさせた。図5を参照のこと。ライゲーション反応に必要なリン酸塩基をもたらすために、アダプターをリン酸化させた。また、短いアダプターの3−プライム側が、アダプターのコンカテマー形成を防ぐためにアミン基を含有することにも留意すべきである。
既知の塩基配列の各領域(すなわち、INGAP遺伝子のエクソン)について、2つの遺伝子特異的プライマー(GSP1及びGSP2)を設計した。断片の場所、並びにGSP1及びGSP2の場所については、図6を参照のこと。遺伝子特異的プライマーは、断片1_2及び14_5を除く全ての断片についてリバースPCRプライマーとして設計された。断片1_2及び14_5についての遺伝子特異的プライマーは、フォワードプライマーとして設計された。アダプタープライマー1(AP1)及びアダプタープライマー2(AP2)(図5)は、リバースPCRプライマーである断片1_2及び14_5を除き、全ての断片についてフォワードPCRプライマーであった。PCR反応において、外側の遺伝子特異的プライマー(GSP1)をアダプタープライマー1とともに使用した。特異性を増大させるために、内側の遺伝子特異的プライマー(GSP2)及びアダプタープライマー2を使用して、第2のネステッドPCRを調製した。第1反応の小さなアリコートは、第2反応のテンプレートの働きをした。遺伝子歩行に用いた遺伝子特異的PCRプライマーを表2に記載し、INGAPゲノム塩基配列の構築に使用した方策を図6及び図7に示す。図6の矢じりは、アダプタープライマー(AP1及びAP2)を表し、丸は、遺伝子特異的プライマー(GSP1及びGSP2)を表す。
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PCR断片の配列を決定して、INGAP5’−制御領域、イントロン、イントロン/エクソン接合部、及び3−プライムポリアデニル化領域のヌクレオチド配列を決定した。ハムスターINGAPゲノムDNAのヌクレオチド配列は、配列番号:2に示されている。
(実施例2)
(レポーター構造体へのハムスターINGAP5’−制御領域断片のクローニング)
INGAP5’−制御領域を構築するために、個々のPCR断片を、2つの隣接断片内に位置するユニークな制限部位のところで一緒に接合した。図6及び図7は、INGAP5’−制御領域を1つにつなぎ合わせるのに使用された方策の詳細を示す。断片8_3及び2_3は、ユニークなSphI部位で接合され;14_3及び8_3は、ユニークなBbsI部位で接合され;16_3及び14_3は、ユニークなPstI部位で接合された。ハムスターINGAP5’−制御領域DNAのヌクレオチド配列は、配列表の配列番号:1及び23に示されている。
ハムスターINGAP5’−制御領域又は5’−制御領域の断片は、レポータープラスミドであるpβGal−塩基(Basic)(クロンテック(Clontech))にクローニングされた。5’−制御領域又は断片は、遺伝子歩行アダプタープライマーから得られるユニークなXmaI部位、及び制御領域の3−プライム部位に位置するユニークなBglII部位を利用してクローニングされた。図8は、pβGal−塩基にクローニングされた断片の詳細を示している。断片のサイズは、断片の右側に示され、断片のヌクレオチドの数として表されている。
(実施例3)
(INGAPの発現を調節する因子をスクリーニングするためのアッセイシステム)
INGAPのプロモーター解析で、共通転写因子結合部位を含めた潜在的プロモーター近位調節部位がいくつか確認された;すなわち、cAMP応答エレメント(CRE)、AP−1、及びSTATである。プロモーター断片レポーター遺伝子構造体を、293T細胞に一時的にトランスフェクションし、分泌アルカリホスファターゼの共トランスフェクションを使用して、トランスフェクション効率を標準化した。
INGAP5’−制御領域断片である、2_3sP(配列番号:37)、2_3dP(配列番号:38)、2_3pP(配列番号:36)、14_3P(配列番号:34)、16_3P(配列番号:31)、又は19_3P(配列番号:23)を含有するレポーター構造体を、ヒト細胞にトランスフェクションした。また、ハムスターINGAP DNAをもたないpβGal−塩基プラスミドも、内生レポーター活性のレベルを評価するためのコントロールとしてヒト細胞にトランスフェクションした。トランスフェクションから2日後、細胞をPMAで24時間処理したか、又は処理しなかった。プロモーター活性レベルを決定するために、β−ガラクトシダーゼについての発光アッセイを用いてβ−ガラクトシダーゼ遺伝子産物の量を決定した。図9Aは、構造体14_3Pが最も強くINGAPの発現を活性化し、次が2_3pP及び16_3Pであったことを示している。
INGAP5’−制御領域DNAヌクレオチド2030〜3120を含有するレポーター構造体を、ヒト細胞にトランスフェクションした。また、ハムスターINGAP DNAをもたないpβGal−塩基プラスミドも、内生レポーター活性のレベルを評価するためのコントロールとしてヒト細胞にトランスフェクションした。トランスフェクションから2日後、細胞をLIFで24時間処理したか、又は処理しなかった。プロモーター活性レベルを決定するために、β−ガラクトシダーゼについての発光アッセイを用いてβ−ガラクトシダーゼ遺伝子産物の量を決定した。図9Bは、その結果を示している。LIFが、哺乳類INGAPの5’−制御領域の活性を増加させることが判定された。フォルスコリン(cAMP/CREB/CREの活性化因子)は、遺伝子の発現を調節しなかった(データは示さず)。
ヒト細胞内に存在する時に、ハムスターINGAP5’−制御領域はヒト転写因子によって転写促進されることに留意することが重要である。したがって、レポーター遺伝子に連結させると、ハムスターINGAPの5’−制御領域は、INGAPの発現を調節する因子についてスクリーニングするための感度の高いアッセイシステムを形成する。
(実施例4)
(5’−制御領域におけるPMA及びLIFを介した転写因子の結合のおよその場所の決定)
PMA開始型又はLIF開始型の転写因子結合のおよその場所をマッピングするために、ハムスターINGAP5’−制御領域の様々な断片を、pβGal−塩基にクローニングした。図8を参照のこと。レポーター構造体にクローニングされた断片は、2_3sP(配列番号:37)、2_3dP(配列番号:38)、2_3pP(配列番号:36)、14_3P(配列番号:34)、16_3P(配列番号:31)、又は19_3P(配列番号:23)であった。レポーター構造体をヒト細胞にトランスフェクションした。トランスフェクションから2日後、細胞を様々な濃度のPMA又はLIFで24時間処理した。使用されたPMAの濃度は、6ng/ml、17ng/ml、50ng/ml、100ng/ml、又は300ng/mlであった。使用されたLIFの濃度は、1ng/ml、10ng/ml、又は30ng/mlであった。プロモーター活性レベルを決定するために、β−ガラクトシダーゼの発光アッセイを用いてβ−ガラクトシダーゼ遺伝子産物の量を決定した。図10及び図11は、それぞれPMA及びLIF処理に関する結果を示す。PMA及びLIFの両方が細胞のレポーター構造体を活性化した。DNA接触部位の正確な場所は、より小さな断片のハムスターINGAP5’−制御領域をクローニングすることによって、また、部位指定突然変異又は欠失によって、さらに狭めることができる。
(実施例5)
(INGAP遺伝子の発現増加(upregulation)のRNA解析)
INGAPのRNAレベルが、STATを通じてシグナルを発生するサイトカインによって刺激された後で増加するかどうか判定するために、ラットのアンフォクライン(amphocrine)膵臓細胞であるAR42JをIL−6(1000U/ml)で24時間処理した。当該技術分野において周知の技術、例えば、トライゾール(TRIzol)(登録商標)試薬を使用して、処理細胞及び未処理細胞から総RNAを抽出した。
同量の総RNA(10μg)を2.5%ホルムアルデヒドゲルに取り込ませ、循環ポンプを用いてバッファを一定して循環させながら70Vで4時間電気泳動した。ゲルを写真撮影し、室温において水で2回洗浄し、20倍のSSCに浸した。標準的な手順に続いて、ゲルをナイロン膜(アマーシャム(Amersham))に移動し、20倍のSSC中に一晩置いた。膜を20倍のSSCで洗浄して、膜に付着していた可能性のある寒天を除去し、80℃で4時間焼いた。
ランダム・プライム標識キット(Random Prime Labeling kit)(ロシュ−BMB(Roche-BMB))及びα−P32dCTP(ICN)を使用して、100ナノグラムのハムスターINGAPのcDNAを標識した。標準的な手順に続いて、約2000万カウントを使用し、一晩42℃において20mlハイブリダイゼーションバッファ中でハイブリダイゼーションを実施した。ブロットを次のように洗浄した:2倍のSSCを用いて室温で2回、それぞれ10分間洗浄;2倍のSSCを用いて42℃で2回、それぞれ10分間洗浄;1倍のSSCを用いて55℃で2回、それぞれ10分間洗浄。膜をフィルム(XOMAT−コダック(Kodak))に露光させ、一晩−80℃に維持してから現像した。
IL−6で処理したところ、INGAP遺伝子の発現が増加した(図12)。これらのデータは、AP−1−結合転写因子及びSTAT−結合転写因子を高める細胞外因子が、INGAP遺伝子の発現の制御に関与していることを実証している。これらの研究は、膵島新生を誘発させる手段として、INGAPの発現の向上が適していることを示唆している。
本発明の特定の実施形態について説明し記載したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正が可能であることが、当業者には自明である。したがって、本発明の範囲内にあるそのような全ての変更及び修正を添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
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ハムスターINGAP遺伝子構造の注釈。イントロン1〜5の境界は、表1に記載されている。 十分に特徴化された周知である多くの転写因子結合部位を示す、ハムスターINGAP遺伝子の5’制御領域(配列番号:2のヌクレオチド1〜3137)の概観を示す図。最小プロモーターエレメントは、下線を記した領域(CAATボックス、TATAボックス、及びGCボックス)を含有する。 ハムスターINGAP遺伝子の5’制御領域(配列番号:1)のヌクレオチド1〜3123に関する、十分に特徴化された周知である多くの転写因子結合部位の略図。表3は、これらの転写因子結合部位をさらに記載している。 ハムスターINGAP遺伝子(配列番号:2)の5’制御領域(配列番号:1)内の予測される転写開始部位を示す図。予測される開始部位は、太字体のヌクレオチドによって示されている。プロモーター配列について、開始及び終止ヌクレオチド番号が示されている。これらの番号は、ハムスターINGAP遺伝子(配列番号:2)のヌクレオチド番号を指す。 遺伝子歩行において使用されるアダプタープライマー構造及び配列を示す図。アダプタープライマー1(AP1)及びアダプタープライマー2(AP2)が示されている。 ハムスターINGAP遺伝子を再構築するための方策を示す図。ハムスターINGAP遺伝子は、遺伝子歩行技術を用いて再構築された。遺伝子歩行のためのPCR増幅において使用される、断片及び遺伝子特異的プライマー(GSP1及びGSP2)が示されている。断片は、各断片内の特有の制限酵素部位を使用して1つに接合された。個々のプライマーのヌクレオチド配列は、表2に記載されている。 ハムスターINGAP遺伝子を再構築するための方策を示す図。ハムスターINGAP遺伝子は、遺伝子歩行技術を用いて再構築された。遺伝子歩行のためのPCR増幅において使用される、断片及び遺伝子特異的プライマー(GSP1及びGSP2)が示されている。断片は、各断片内の特有の制限酵素部位を使用して1つに接合された。個々のプライマーのヌクレオチド配列は、表2に記載されている。 β−ガラクトシダーゼレポーター遺伝子のpβGal−塩基の上流にクローニングされた、INGAP5’制御領域の断片を示す図。左側の標示は、pβGal−塩基の上流にクローニングされた、配列番号:23のヌクレオチド断片を指す。 βガラクトシダーゼレポーター遺伝子(pβGal−塩基)の上流にクローニングされたハムスターINGAP DNAの5’制御領域(配列番号:23)の様々な断片を含有するレポーター構造体によってトランスフェクションされたヒト胚腎臓細胞(293T)、又はINGAP DNAを含有しないレポーター構造体におけるレポーター活性を示す図。細胞は、ホルボールミリステートアセテートによって刺激される。プロモーター活性は、β−ガラクトシダーゼ発光アッセイを用いて細胞中に存在するβ−ガラクトシダーゼのレベルを決定することによって評価される。 βガラクトシダーゼレポーター遺伝子の上流にクローニングされたハムスターINGAPの5’制御領域(配列番号:23)のヌクレオチド2030〜3137を含有するレポーター構造体によってトランスフェクションされたヒト胚腎臓細胞(293T)、又はINGAP DNAを含有しないレポーター構造体におけるレポーター活性を示す図。細胞は、白血病阻害因子によって刺激される。プロモーター活性は、β−ガラクトシダーゼ発光アッセイを用いて細胞中に存在するβ−ガラクトシダーゼのレベルを決定することによって評価される。 βガラクトシダーゼレポーター遺伝子の上流にクローニングされたハムスターINGAPの5’制御領域の様々な断片(図8参照)を含有するレポーター構造体によってトランスフェクションされた、ヒト胚腎臓細胞(293T)におけるレポーター活性を示す図。細胞は、ホルボールミリステートアセテートによって刺激される。使用されるPMAの濃度は、6ng/ml、17ng/ml、50ng/ml、100ng/ml、又は300ng/mlである。プロモーター活性は、β−ガラクトシダーゼ発光アッセイを用いて細胞中に存在するβ−ガラクトシダーゼのレベルを決定することによって評価される。 βガラクトシダーゼレポーター遺伝子の上流にクローニングされたハムスターINGAPの5’制御領域の様々な断片(図8参照)を含有するレポーター構造体によってトランスフェクションされた、ヒト胚腎臓細胞(293T)におけるレポーター活性を示す図。細胞は、ヒト白血病阻害因子(hLIF)によって刺激される。使用されるhLIFの濃度は、1ng/ml、10ng/ml、又は30ng/mlである。プロモーター活性は、β−ガラクトシダーゼ発光アッセイを用いて細胞中に存在するβ−ガラクトシダーゼのレベルを決定することによって評価された。 サイトカインIL−6で処理された、又は未処理の、ラットのアンフィクライン(amphicrine)膵臓細胞であるAR42JにおけるINGAP遺伝子の発現増加(upregulation)に関するRNA解析を示す。総RNAは、INGAP遺伝子についてのノーザン(Northern)解析によって調査される。
【配列表】
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Claims (10)

  1. 配列番号:2の単離核酸塩基配列。
  2. レポーター構造体であって、
    a.検出可能な産物を符号化するヌクレオチド配列と、
    b.検出可能な産物を符号化するヌクレオチド配列の5’末端部に連結された制御領域ヌクレオチド塩基配列と
    を含み、前記制御領域ヌクレオチド塩基配列が、配列番号:2のヌクレオチド1〜3137から選択される1つ以上の領域で構成されるレポーター構造体。
  3. レポーター構造体であって、さらに、
    a.前記制御領域ヌクレオチド配列と、検出可能な産物を符号化するヌクレオチド配列との間に存在する、プロモーターエレメントを含むことを特徴とする請求項3に記載のレポーター構造体。
  4. 前記制御領域ヌクレオチド塩基配列が、配列番号:1、2、23、32、35、37、28、24、25、26、27、29、30、31、33、34、38、及び36からなる群から選択されることを特徴とする請求項3又は4に記載のレポーター構造体。
  5. 前記プロモーターエレメントが、配列番号:2から選択されることを特徴とする請求項4に記載のレポーター構造体。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のレポーター構造体を含むことを特徴とする宿主細胞。
  7. INGAPの発現を調節する作用因子の同定法であって、
    a.請求項7に記載の宿主細胞を試験作用因子と接触させることと、
    b.細胞内の検出可能なタンパク質又は核酸産物の発現を判定することと、
    c.前記試験作用因子が細胞内で検出可能な産物の発現を調節する場合に、前記試験作用因子をINGAP発現のモジュレーターとして同定することと
    を含む方法。
  8. INGAPの発現を調節する作用因子の生体外同定法であって、
    a.前記ヌクレオチド配列の転写及び翻訳に十分な条件下で、請求項3又は4に記載のレポーター構造体を試験物質と接触させることと、
    b.検出可能なタンパク質又は核酸産物の発現を判定することと、
    c.前記試験物質が検出可能な産物の発現を調節する場合に、前記試験物質をINGAP発現のモジュレーターとして同定することと
    を含む方法。
  9. INGAPの発現を調節する作用因子の生体外同定法であって、
    a.請求項2に記載の核酸又はその断片を試験作用因子と接触させることと、
    b.核酸への前記試験作用因子の結合を判定することと、
    c.前記試験作用因子が核酸に結合する場合に、前記試験作用因子をINGAP発現の潜在的モジュレーターとして同定することと
    を含む工程。
  10. INGAPの発現を必要とする哺乳類においてその発現を調節する方法であって、前記哺乳類においてINGAPの発現を刺激する有効量の因子を、哺乳類に投与することを含む方法。

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