JP2006501153A - 診断及び治療用標的としての低分子量タンパク質チロシンホスファターゼ(lmw−ptp) - Google Patents
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Abstract
Description
チロシンリン酸化は、細胞膜チロシンキナーゼ(すなわち、他のタンパク質又はペプチドをリン酸化する酵素)によって制御され、そしてチロシンキナーゼの発現の増大は、転移性のガン細胞において生じることが知られている。しかしながら、我々は、その逆の反応である脱リン酸を触媒する酵素が強力な発ガン性タンパク質であるという驚くべき発見をした。この酵素は、低分子量のタンパク質チロシンホスファターゼ(LMW−PTP)であり、そしてその発ガン性の能力は、少なくとも場合によっては受容体チロシンキナーゼEphA2に関連しており、これはまた、発ガン及び転移に関与している。
タンパク質チロシンホスファターゼ(時にホスホチロシンホスファターゼとも称される)は、PTPアーゼとして知られており、リン酸一エステルの加水分解、具体的にはタンパク質ホスホチロシル残基の脱リン酸を触媒する。3つの主要なPTPアーゼのクラス;二重特異性PTPアーゼ、高分子量PTPアーゼ及び低分子量PTPアーゼがある(Zhang, M. , Stauffacher, C. , and Van Etten, R. L. (1995), "The Three Dimensional Structure, Chemical Mechanism and Function of the Low Molecular Weight Protein Tyrosine Phosphatase," Adv. Prot. Phosphatases 9, 1-23)。複数の異なる頭字語が、低分子量(LMW)PTPアーゼについて交換可能に使用されており、それらにはLMW−PTP、LMWPTP、LMW−PTPアーゼ及びLMWPTPアーゼが含まれる。
EphA2は130kDのタンパク質であり、受容体チロシンキナーゼの最大のファミリーのメンバーである(Andres AC; Reid HH; Zurcher G; Blaschke RJ; Albrecht D; Ziemiecki A. (1994), "Expression of two novel eph-related receptor protein tyrosine kinases in mammary gland development and carcinogenesis," Oncogene 9, 1461-1467; Lidberg et al., Mol. Cell. Biol. 10:6316-6324(1990))。それは主に、上皮細胞起源、例えば乳房、肺、卵巣、結腸等の細胞において発現している。このタンパク質は、ECK、Myk2、及びSek2としても知られており、エリスロポエチン産生肝細胞性のガン腫細胞系から単離された(Hirai, H., Maru, Y., Hagiwara, K., Nishida, J. and Takaku, F. (1987) "A novel putative tyrosine kinase receptor encoded by the eph gene," Science 238:1717-1720)。多数の名前及び、異なるが関連しているEphタンパク質の増大しているファミリー、に起因して、命名委員は、前記タンパク質を公的に命名するために会合した(Flanaga JG, Gale NW, Hunter T, Pasquale EB, Tessier-Lavigne M)(1997), "Unified nomenclature for Eph family receptors and their ligands, the Ephrins," Cell 90:403-404)。前記タンパク質は、それらがGPI連結型又は膜貫通であるリガンドに結合するか否かに依存して、それぞれEphA又はEphBと命名された。EphAタンパク質は、エフリン−Aリガンドに結合し、一方、EphBタンパク質はエフリン−Bリガンドに結合する。番号は、それらが発見された順番を表す。
低分子量タンパク質チロシンホスファターゼ(LMW−PTP)は、多数の腫瘍細胞において過剰発現している。以下の例は、EphA2のホスホチロシン含量はLMW−PTPによってネガティブに制御され、発ガンにおけるこのホスファターゼの役割を確立していることを示している。それらは更に、LMW−PTPの過剰発現が、EphA2のレベルの同時の増大を誘導し、且つ非形質転換上皮細胞に悪性転換を賦与するのに十分であることを示している。LMW−PTPの増大した活性化又は発現と関連している発ガン(ガン細胞がEphA2を発現するか否か)は、本発明に従いLMW−PTPの活性を阻害することによって処置又は予防されうる。
LMW−PTPはまた、哺乳類、好ましくはヒトにおけるガン又は前ガン性の症状のマーカーとしての役割を果たすことがある。本発明は、それ故に、生体試料中のLMW−PTPを検出し、そして、任意にそれらの量又は活性を定量することによって、ガン性又は前ガン性の症状を診断し、あるいはガンを病期決定(staging)する方法も含む。本発明の診断方法は、ガンの最初の診断を得て、又はそれを確認し、あるいはガンの局在、ガンの転移、又はガンの予後についての情報を提供するために使用されることもある。前記方法は、ヒト及び獣医学的な使用にも応用可能である。
LMW−PTPは、ガンの治療剤、特にEphA2を標的とするものの有効性を評価するための代理マーカーとしての役割を果たすことがある。LMW−PTPを過剰発現するガン細胞におけるLMW−PTPの量又は活性(コントロール)は、候補の治療剤で処置された類似のガン細胞におけるLMW−PTPの量又は活性と比較される。処置された細胞におけるLMW−PTPの量又は活性の低下は、有効なガンの処置を示唆するものである。
材料と方法
タンパク質の産生。アンピシリン、N−Z−アミンA(カゼイン加水分解産物)、IPTG、及びSP−セファデックスC−50は全てSigmaから入手した。SP−セファデックスG−50は、Pharmaciaから購入した。YM3膜はAmiconから入手した。全ての他の材料は、Sigma又はBioRadのいずれかから購入した。
LMW−PTPの発現及び精製
LMW−PTPは、陽イオン交換クロマトグラフィー(典型的に、SP−セファデックスC−50カラムを用いる)、続いて、サイズ排除クロマトグラフィー(典型的に、セファデックスG50カラムを用いる)、を包含する二段階の精製スキームを用いて精製されうる。組換えタンパク質(E.コリにおける発現の後に単離されたもの)と、天然のウシ又はヒトのタンパク質との間の軽微な差異は、組換えタンパク質が、天然の組織タンパク質のように、N末端のアラニン残基上でアセチル化されていないことである。この実施例において、WT−BPTP、D129A−BPTP、及びC12A−BPTPが、pET−11発現系を用いて発現し、そして精製された。精製タンパク質、HPTP−A及びHPTP−Bのストックの補給品は既に手元にあった。
タンパク質レベル。EphA2は非形質転換MCF−10A(Neo)細胞系においてチロシンリン酸化されるが、悪性MDA−MB−231細胞系においてはされない。
免疫共沈降。2つのタンパク質を、いずれかのタンパク質に対する別々の抗体により免疫共沈降する試みがなされた。LMW−PTPの免疫共沈降は、D7のEphA2特異的抗体で免疫沈降し、続いて7.1又は10.0LMW−PTP抗体でイムノブロッティング解析をした場合、容易に検出可能であった。免疫共沈降は、10.1抗体でブロッティングした場合、より明らかであった。LMW−PTPの相対的なタンパク質レベル解析から予想されるように、LMW−PTPは、MCF−10A(Neo)細胞系からより、MDA−MB−231細胞系からより免疫共沈降した。7.1又は10.1項体のいずれかで免疫共沈降し、続いて、D7抗体でイムノブロッティングした場合、あまり劇的でない結果が得られた。D7 IPコントロールのものと大体共線性のバンドが、7.1及び10.1IPのレーンにおいて見られた。このことは、これらのバンドがEphA2を表しているであろうことを示唆している。
基質捕捉において、EphA2とLMW−PTPとの間での直接的な相互作用を検出する試みは失敗したので、代わりにin vitroでの試験が実施された。我々は、純粋なLMW−PTPが、免疫沈降によって単離されたEphA2を脱リン酸する能力を試験した。我々は、LMW−PTPがEphA2を酵素濃度依存的に且つ時間依存的に脱リン酸したことに気付いた。
ベクターの構築。MCF−10A(Neo)細胞系においてLMW−PTPを過剰発現する効果を検討するために、LMW−PTPのコード領域を含むpcDNA3真核生物発現ベクターが構築された。マイクログラム単位の量のpET−11dプラスミドが、市販のDNA精製キットを用いて容易に単離された。プライマーは、LMW−PTPのA−及びB−イソ型のコード領域を増幅するよう設計され、そして使用された。
MCF−10A(Neo)細胞におけるLMW−PTPの過剰発現が、EphA2のチロシンリン酸化状態に対する、ホスファターゼのタンパク質の増大効果を検討するために試みられた。大量の前記構築ベクターが、市販のDNA精製キットを用いて、高度に純粋な形態で単離された。この手順を用いたベクターの単離は、大きな困難なしに行われた。市販のトランスフェクションキットFuGENEは、それぞれ、「空の」pcDNA3、HPTP−A/pcDNA3及びHPTP−B/pcDNA3でMCF−10A(Neo)細胞系をトランスフェクションするために使用された。当該「空の」ベクターは本実験におけるコントロールとしての役割を果たし、その結果、EphA2のチロシンリン酸化状態のあらゆる変化が、LMW−PTPレベルの増大に起因し、そして当該哺乳類発現ベクターには起因しないと考えられるはずである。
形質転換した乳房上皮、例えばMDA−MB−231において、EphA2はチロシンリン酸化されない。しかしながら、EphA2のチロシンリン酸化の回復は、これらの細胞が過酸化バナジン酸(pervanadate)イオンで処理される場合に生じる(Zantek, N. D. (1999), Ph. D. Thesis, Purdue University)。このことは、PTPアーゼがEphA2のチロシンリン酸化の減少を引き起こしていることを強力に示唆するものである。あた、エフリンA1リガンドの可溶性形態によるEphA2の処理及び細胞表面でのEphA2の架橋は、EphA2の一過性チロシンリン酸化を引き起こす。これらの処理により時間とともに生じるEphA2のチロシンリン酸化の減少は、EphA2とのPTPアーゼの相互作用に起因すると思われる。
材料と方法
細胞系及び抗体。ヒト乳房(MCF−10A、MCF 10A ST、MCF−7、MDA−MB−231、MDA−MB−435、SK−BR−3)上皮細胞は、実施例Iに記載及び概説(Paine, T. M. , Soule, H. D., Pauley, R. J. & Dawson, P. J. (1992) Int J Cancer 50,463-473 ; Jacob, A. N., Kalapurakal, J. , Davidson, W. R. , Kandpal, G. , Dunson, N. , Prashar, Y. & Kandpal, R. P. (1999) Cancer Detection & Prevention 23,325-332 ; Shevrin, D. H. , Gorny, K. 1. & Kukreja, S. C. (1989) Prostate 15,187-194)のように培養した。ホスホチロシン(PY20)及びβ−カテニン特異的なモノクローナル抗体は、Transduction Laboratories(Lexington,KY)から購入した。ホスホチロシン(4G10)及びEphA2(クローンD7)特異的モノクローナル抗体は、Upstate Biotechnology,Inc.(Lake Placid,NY)から購入した。ビンキュリンに対するモノクローナル抗体は、NeoMarkers(Fremont,CA)から購入した。
EphA2は関連のチロシンホスファターゼによって制御される。
複数の独立した調査系は、EphA2が関連のチロシンホスファターゼによって制御されることを示唆した。最初に、EphA2は、非形質転換上皮細胞において迅速に脱リン酸されうる。ホスホチロシン抗体(PY20又は4G10)を用いたウェスタンブロット解析は、EphA2−リガンド結合のEGTA媒介型の破壊後5分以内に、より低レベルのEphA2ホスホチロシン含量を示した(図2A)。同様に、EphA2のチロシンリン酸化は、非形質転換上皮細胞の、EphA2−リガンド結合のドミナントネガティブインヒビター(例えばEphA2−Fc)とのインキュベーション後に低下した。同一の結果が、MCF−12A、MCF10−2、HEK293、MDCK及びMDBK細胞を含む、多数の非形質転換上皮細胞系を用いて得られた。これらの知見を基に、我々は、チロシンホスファターゼインヒビターが、EGTA処理に応じてのEphA2ホスホチロシン含量の減少を防ぎ得るかを問うた。事実、インヒビター、例えばオルトバナジン酸ナトリウムは、EGTAによるMCF−10A細胞の処理の後、EphA2ホスホチロシンの低下を防いだ(図2B)。
悪性細胞においてEphA2を制御し得るチロシンホスファターゼを同定するために、我々は、LMW−PTPが関連分子EphB4を制御するという最近の報告(Jacob, A. N., Kalapurakal, J. , Davidson, W. R. , Kandpal, G. , Dunson, N. , Prashar, Y. & Kandpal, R. P. (1999) Cancer Detection & Prevention 23,325-332)を検討した。我々の最初の実験は、非形質転換(MCF−10A Neo)及び悪性(MCF−7,SK−BR−3,MDA−MB−435,MDA−MB−231)の哺乳類上皮細胞におけるLMW−PTPの発現及び機能の目録を作成することから開始した(図3)。全細胞可溶化物のウェスタンブロット解析は、非形質転換MCF−10A哺乳類上皮細胞と比較した場合の、腫瘍由来乳ガン細胞における比較的高レベルのLMW−PTPを解明した。等しい試料の添加を確認するために、膜をストリッピングし、そしてコントロールタンパク質(ビンキュリン)に対する抗体で再プローブして、高レベルのLMW−PTPが添加の間違い又は悪性細胞におけるタンパク質レベルの一般化された増大を反映しなかったことを証明した。MCF−10の悪性変異体MCFneoSTも、LMW−PTP発現の増大を示し、これは、EphA2がこれらの細胞においてチロシンリン酸化されないという最近の報告(Zantek, N. D., Walker-Daniels, J. , Stewart, J. C. , Hansen, R. K. , Robinson, D., Miao, H. , Wang, B. , Kung, H. J. , Bissell, M. J. & Kinch, M. S. (2001) Clin Cancer Res 7,3640-3648)に基づくと興味深いものであった。遺伝的に適合した系の使用も、細胞期限又は培養条件に起因する潜在的な差異を排除した。従って、最高レベルのLMW−PTPが悪性上皮細胞において一貫して見られ、そしてEphA2ホスホチロシン含量に反比例していた。
チロシンリン酸化EphA2は、腫瘍細胞の増殖をネガティブに制御し、一方、リン酸化されてないEphA2は、強力な発ガンタンパク質として働く(Zelinski, D. P. , Zantek, N. D., Stewart, J. , Irizarry, A. & Kinch, M. S. (2001) Cancer Res 61, 2301-2306; Zantek, N. D. , Azimi, M. , Fedor-Chaiken, M. , Wang, B. , Brackenbury, R. & Kinch, M. S. (1999) Cell Growth & Differentiation 10,629-638)。従って、我々は、LMW−PTPの過剰発現が悪性転換を誘導するのに十分であるか否かを問うた。この疑問に取り組むために、我々は上述のMCF−10A細胞を利用し、これを野生型LMW−PTP又はベクターコントロールのいずれかでトランスフェクションした。我々の最初の研究は、単層培養におけるコントロール及びLMW−PTP過剰発現細胞の増殖速度を評価した。標準的な2次元培養条件を用いて評価した場合、LMW−PTPを過剰発現しているMCF−10A細胞の増殖速度は、対応するコントロールの増殖速度よりも有意に遅かった(P<0.05)(図7A)。
EphA2のチロシンリン酸化は、その内部移行及び分解を誘導する。従って、我々は、LMW−PTPの過剰発現が、EphA2のタンパク質レベルを増大させうると仮定した。事実、全細胞可溶化物のウェスタンブロット解析は、ベクターをトランスフェクションしたコントロールと比較した場合の、LMW−PTPを過剰発現するMCF−10A細胞におけるより高レベルのEphA2を明らかにした(図6A)。更に、このEphA2は、チロシンリン酸化されなかった(図6B)。しかしながら、ウェスタンブロット解析は、ホスホチロシンの通常のレベルがLMW−PTP形質転換細胞において変化しなかったので、低下したホスホチロシン含量がEphA2にとって選択的であったことを明らかにした(図6C)。
我々による本研究の主要な発見は、EphA2が関連のチロシンホスファターゼによって制御されるということであり、そして我々は、LMW−PTPをEphA2のチロシンリン酸化の必須の制御因子として同定している。我々はまた、LMW−PTPが転移性ガン細胞において過剰発現し、そしてLMW−PTPの過剰発現が非形質転換上皮細胞モデルに対し悪性転換を付与するのに十分であることも証明する。最後に、我々は、LMW−PTPがEphA2の発現をアップレギュレートし、そしてLMW−PTPの発ガン活性がEphA2のこの過剰発現を必要とすることを証明する。
細胞系及び試薬は、実施例IIに記載のものを使用した(Kikawa et al. , J. Biol. Chem. 277 (42): 39274-39279 (2002))。細胞の可溶化物の生成方並びに免疫沈降及びウェスタンブロット(イムノブロット)解析、EGTA及び過酸化バナジン酸処理、トランスフェクション及び選択、並びに増殖アッセイ、を実施する方法も、実施例IIに記載の通りである(Kikawa et al. , J. Biol. Chem. 277 (42): 39274-39279 (2002))。
野生型ヒトLMW−PTP、又は対応するベクターコントロールで安定的にトランスフェクションされたMCF−10A細胞の単層培養物を、顕微鏡にかけた(600x)(図10)。非形質転換(ベクター)細胞は、特徴的な上皮の形態を保持したが、LMW−PTPをトランスフェクションした細胞は、悪性上皮細胞の特徴である間充織の表現型の形をとった。従って、LMW−PTPの過剰発現は、細胞の2次元的な形態を変化することが観察された。
腫瘍細胞においてLMW−PTPを阻害するという生物学的な結果を評価するために、高度に浸潤性のMDA−MB−231細胞がLMW−PTP変異体(D129A)で安定的にトランスフェクションされた。D129Aは基質捕捉変異体として機能し、それにより腫瘍細胞において内因性LMW−PTPの活性と離れて競合する。それは、形質転換細胞においてLMW−PTPを効果的に不活性化する。
コントロール及びLMWをトランスフェクションしたMCF−10A細胞におけるEphA2(D7抗体を用いる)及びLMW−PTP(ウサギポリクローナル血清を用いる)の細胞内局在は、ホルマリン固定し(3.7%、2分)、洗剤で透過処理した(0.5%Triton−X−100を含むPBS)、カバーガラス上で培養した単層において評価した。イメージ(図16A)はニコン社製顕微鏡(600x)を用いて視覚化し、そしてイメージはニコン社製デジタルカメラ及びソフトウェアを用いて捕らえた。
局所接着の機構は、パキシリン特異的抗体を用いて決定した場合、更に免疫蛍光顕微鏡によりMDA−MB−231細胞において評価された。パキシリンの細胞内局在は、ホルマリン固定し(3.7%、2分)、洗剤で透過処理した(0.5%Triton−X−100を含むPBS)カバーガラス上で培養した単層において評価した。イメージ(図18)はニコン社製顕微鏡(600x)を用いて視覚化し、そしてイメージはニコン社製デジタルカメラ及びソフトウェアを用いて捕らえた。
サイトケラチン(図19)及びビメンチン(図20)の発現は、免疫蛍光顕微鏡を用いて評価した。サイトケラチン及びビメンチンの染色は、ホルマリン固定し(3.7%、2分)、洗剤で透過処理した(0.5%Triton−X−100を含むPBS)、カバーガラス上で培養した単層において評価した。イメージ(図18)はニコン社製顕微鏡(600x)を用いて視覚化し、そしてイメージはニコン社製デジタルカメラ及びソフトウェアを用いて捕らえた。
細胞(MCF−10A、MCF−10A Neo(コントロール)及び安定的に野生型LMW−PTPを過剰発現する、トランスフェクションしたMCF−10A細胞)を、皮下注射を介してマウスに導入した。2つの投与量レベルを使用した:約200万個及び500万個の細胞。3匹のマウスを各グループに含めた。マウスは注射してから20日目に観察され、そして腫瘍(存在する場合)のサイズを測定した。
Claims (15)
- 低分子量タンパク質チロシンキナーゼ(LMW−PTP)を発現するガン細胞を含んで成る哺乳類のガンの処置方法であって、当該哺乳類に、LMW−PTPの活性を阻害するのに有効な処置物質を投与することを含んで成る方法。
- 低分子量タンパク質チロシンキナーゼ(LMW−PTP)及びEphA2受容体分子を発現するガン細胞を含んで成る哺乳類のガンの処置方法であって、当該哺乳類に、LMW−PTPの活性を阻害するのに有効な第一の処置物質及びEphA2受容体分子の生体活性を望ましく変化させるのに有効な第二の処置物質を投与することを含んで成る方法。
- 第一及び第二の処置物質が同時に送達される、請求項2に記載の方法。
- 第一の処置物質が第二の処置物質の前に送達される、請求項2に記載の方法。
- 第二の処置物質が第一の処置物質の前に送達される、請求項2に記載の方法。
- EphA2受容体分子の生体活性を望ましく変化させることが、EphA2受容体分子のホスホチロシン含量を増大させることを含んで成る、請求項2に記載の方法。
- 少なくとも1つの処置物質が細胞毒性物質と共有結合している、請求項1又は2に記載の方法。
- ガン細胞が転移性ガン腫細胞である、請求項1又は2に記載の方法。
- 哺乳類のガンの診断方法であって:
当該哺乳類から得られる生体材料中の細胞を可溶化して細胞可溶化物を生成せしめ;
当該細胞可溶化物を、LMW−PTPと結合する診断物質と接触させて結合複合体を形成せしめ;
当該結合複合体を検出し;そして
LMW−PTPが、前記生体材料において、非ガン性生体材料と比較して過剰発現しているか否かを決定すること、を含んで成り、
LMW−PTPの過剰発現が当該哺乳類におけるガン細胞の存在の指標である、方法。 - 哺乳類のガンの診断方法であって:
LMW−PTP活性について、当該哺乳類の生体材料をアッセイし;そして
LMW−PTPが、前記生体材料において、非ガン性生体材料と比較して過剰発現しているか否かを決定すること、を含んで成り、
LMW−PTPの過剰発現が当該哺乳類におけるガン細胞の存在の指標である、方法。 - 前記生体材料が前記哺乳類中のものである、請求項10に記載の方法。
- 前記生体材料が、前記哺乳類の組織、器官又は体液を含んで成る、請求項9又は10に記載の方法。
- 前記生体材料が前記哺乳類から得られる、請求項12に記載の方法。
- 前記哺乳類から前記生体材料を得ることを更に含んで成る、請求項13に記載の方法。
- EphA2受容体分子を標的とする候補のガン治療物質の有効性を評価する方法であって:
EphA2受容体分子及びLMW−PTPを発現しているガン細胞を、候補の治療物質と接触させ、処置された細胞を生成せしめ;
当該処置されたガン細胞におけるLMW−PTPの量又は活性を決定し;
当該処置されたガン細胞におけるLMW−PTPの量又は活性を、類似の未処置のガン細胞におけるLMW−PTPの量又は活性と比較すること、
を含んで成り、
当該処置された細胞におけるLMW−PTPの量又は活性の低下が、前記候補の治療物質のEphA2ターゲティングの有効性の指標である、方法。
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