JP2008086314A - インテグリン結合キナーゼ(integrin−linkedkinase)、その阻害剤およびこれらの阻害剤を用いる医学的治療の方法、遺伝子治療ならびに偽基質阻害剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ILKは、細胞増殖の調整、細胞接着の調整、細胞移動の調整、および細胞浸潤の調整に用いることができる。ILK活性の阻害剤には、(1)DNA、RNAまたはILKの構造的成分に向けての遮蔽物、(2)ILKに対する偽基質阻害剤、および(3)ILK活性を特異的に阻害する薬物が含まれる。これらの阻害剤によって治療される疾患には、癌、白血病、固形腫瘍、慢性炎症性疾患、関節炎、骨粗鬆症および心血管疾患が含まれる。ILK活性の診断法には、ILKのヌクレオチド配列に由来するDNAに基づく試薬、およびILKに対する抗体による生検由来の増幅されたILK DNAの試料、またはILK mRNAもしくは蛋白質の発現増強の選別が含まれる。また、ILK活性を特異的に阻害する薬物をスクリーニングするアッセイ法を提供。
【選択図】なし
Description
細胞外基質(ECM)の蛋白質は、基本的な細胞および組織に作用してその挙動に影響を及ぼす。ECMは細胞の構造、増殖、生存、分化、運動性を調節し、生物体レベルでは適切な発生の調節を行う。ECM蛋白質はインテグリンと呼ばれる1つのクラスの細胞膜貫通性受容体(cell membrane-spanning receptor)を介して細胞と相互作用する。ECMは生物シグナルであり、インテグリン受容体はこのシグナルの(細胞原形質膜の両端にまたがる)特異的な変換器(transducer)である。インテグリンは増殖性疾患においても重要であり、創傷治癒および炎症、血管新生のほかに、腫瘍の転移および浸潤などの過程を媒介する。
本発明は、本明細書で「ILK」と称するインテグリン結合キナーゼ(integrin-linked kinase)である、単離および精製されたセリン/トレオニンキナーゼに関する。ILKは生細胞においてβ1インテグリン分子の細胞質部分と結合し、インテグリンとプロテインキナーゼとの間の相互作用に関する第一の生理学的証拠を提供する。
本発明により、本発明者らはインテグリンとILKとの間に物理的な関係があることを示した。より重要なことに、本発明者らは、ILK蛋白質の調節不全性の(dysregulated)発現によってインテグリンの機能が調整されることを示し、これによってILKとインテグリンとの間に生物的関係があることを提供した。ILKの調節不全性の発現により、細胞増殖、細胞接着、細胞移動および細胞浸潤が調整される。このため、ILKの調節不全性発現の活性を阻害する製品は、癌、白血病、固形腫瘍、慢性炎症性疾患、関節炎および骨粗鬆症をはじめとする適応症の治療において治療的な効果を有する。
部分的cDNAであるBIT-9を、β1インテグリンサブユニットの細胞質ドメインを発現するおとり(bait)プラスミドを用いるツーハイブリッドスクリーニング4にて単離した。BIT-9挿入物を用いて、ヒト胎盤cDNAライブラリーからクローンを単離した。1.8kbのクローンであるPlac5がプロテインキナーゼをコードするcDNAと高度の類似性を有することが判明し(図1a〜c)、ノーザンブロットにて広範に発現された1.8kbの転写物が認められた(図1d)。Plac5から導出されたアミノ酸残基186〜451には、多数のプロテインチロシンキナーゼおよびセリン/トレオニンキナーゼの触媒ドメインとの高度の相同性を有するドメインが含まれる(図1b)。残基33〜164は赤血球アンキリンで最初に同定されたモチーフ5を4回反復して含んでおり(図1c)、これが付加的な蛋白質-蛋白質相互作用6,7の媒介に関与するドメインを規定すると考えられる。アフィニティ精製された抗ILK抗体(実施例3に記載する方法を参照のこと)を哺乳動物細胞抽出物のウェスタンブロット分析に用い、見かけの分子量が59kDaである保存された蛋白質(p59ILK、図1e)が検出された。
インビトロでのキナーゼ活性の分析のために、細菌に発現させた融合蛋白質であるGST-ILK132をSDS-PAGEバンドにて精製し、外因性基質であるミエリン塩基性蛋白質の存在下または非存在下において[γ-32P]ATPとともにインキュベートした(図2)。これらのアッセイにおいてGST-ILK132は自己リン酸化し、MBPを効率的に標識した(図2a)。PC3細胞溶解物の抗GST-ILK132(抗体91-3)との免疫沈降物を、精製された組換えGST-ILK132を用いて実施した実験と同様に、[γ-32P]ATPとともにインキュベートした。ILKの免疫複合体は、p59ILKに相当する見かけの分子量59kDaの蛋白質(図2b)、ならびに内因性ILK基質と思われる見かけの分子量32kDaおよび70kDaの細胞性蛋白質を標識した(図2b)。また、本発明者らは、β1インテグリン特異的免疫複合体キナーゼアッセイにおいて、約32kDaおよび70kDaの細胞リン蛋白質(セリン/トレオニン)も認めている(提示せず)。
免疫蛍光実験により、ILKおよびβインテグリンが限局性の斑の中に共存することが示された(提示せず)。この会合を無損傷の哺乳動物細胞においてさらに試験するために、本発明者らは、インテグリンの発現がすでに詳しく特徴分析されているPC3細胞の溶解物における免疫共沈アッセイを実施した10。PC3細胞の溶解物を特異的な抗インテグリン抗体13によって免疫沈降させ、抗ILK抗体92-2を用いるウェスタンブロット法によって免疫複合体を分析した。抗ILK抗体の特異性は免疫沈降およびウェスタンブロット法によって試験した(図3a、b)。本発明者らは、抗フィブロネクチン受容体(FNR、α5/α3 βインテグリン)および抗ビトロネクチン受容体(VNR、αvβ3/β5インテグリン)の各抗体を用いて得られた免疫複合体にてp59ILKを検出したが、非免疫性血清を用いて得られたものでは検出されなかった(図3c)。3つの抗β1モノクローナル抗体もPC3溶解物からのp59ILKと免疫共沈を生じ、このことからp59ILKの相互作用がβインテグリンに特異的であることが裏づけられた(図3d)。抗VNR免疫複合体中にp59ILKが検出されたことから、ILKがβ3および/またはβ5インテグリンサブユニットとも相互作用することが示唆される。
本発明者らは次に、ILKキナーゼ活性のフィブロネクチン依存的な調節について試験した。ラット腸上皮細胞であるIEC-1811をフィブロネクチン上に平板培養した場合には、プラスチック上に平板培養した細胞または懸濁液中においた細胞と比べて、免疫複合体キナーゼアッセイにおけるMBPのILKによるリン酸化は低下した(図4a)。このフィブロネクチン依存的なILK活性の低下は、活性化されたH-ras対立遺伝子を発現しているIEC-18細胞では抑止され11、これらの細胞ではILK活性のECMによる調節がras形質転換によって破壊されていることが示された。完全長ILKのcDNAを含む発現ベクターであるpCMV-ILKは、IEC-18細胞に安定的にトランスフェクトされた。pCMV-ILKの12個の安定性のクローンのそれぞれおよびベクター対照形質転換株を選択し、p59ILKの発現レベルについて特徴を分析した。2つの代表的な過剰発現性のサブクローンであるILK13-A1a3および-A1a4を図示する(図4b)。p59ILKの過剰発現によってIEC-18細胞の上皮形態は破壊された。ILK13クローンはより屈折性が高くなり、親細胞およびILK14細胞の典型的な「敷石状」形態とは対照的な星状の形態を呈してLN、FNおよびVN上で増殖した(図4c)。本発明者らは、ILK13-A1a3および-A4aサブクローン、対照形質転換株であるILK14-A2C3および-A2C6、ならびにIEC-18細胞を、さまざまな濃度のインテグリン基質であるラミニン(LN)、フィブロネクチン(FN)およびビトロネクチン(VN)上で平板培養した。ILK14およびIEC-18細胞の接着性は同一であったが、過剰発現性サブクローンのそれはこれらのすべての基質上では有意に低下した(図4d)。免疫沈降分析では、細胞表面インテグリンの発現には影響がないことが示された(図示せず)。付着非依存性の増殖に対するp59ILK過剰発現の影響を、軟アガロースにおけるILK形質転換株のコロニー形成能をアッセイすることによって検討した。IEC-18および形質転換対照株とは著しく対照的に、4つの独立したp59ILK過剰発現性サブクローンであるILK13-A4a、A1a3、A4d3およびA4C12は、これらのアッセイにおいてコロニーを形成した(図4e)。組織培養プラスチック上でのこれらのすべてのクローンの増殖速度は対照速度と同一であった。
細胞の運動性におけるILKの役割は、炎症および創傷治癒などの正常な生理過程、ならびに腫瘍の浸潤性および転移性腫瘍の伝播、または骨粗鬆症(骨は本質的には骨芽細胞すなわち造骨細胞が分泌する細胞外基質であり、この沈着はインテグリンの発現レベルおよび機能によって調整される)を含む病的な状態に関して重要な意味がある。細胞の移動性はインテグリン-ECM相互作用に依存する動的な過程である。プロテインキナーゼの「オン-オフ」切り替え機能は、ECM基質に関するインテグリンの親和状態を動的に調節するための理想的な機構を提供する。したがって、本発明者らは現在、極めて特異的な抗ILK抗体(このためILK機能を阻害する)を細胞の細胞質中に微量注入することが細胞移動に及ぼす影響をアッセイしているところである。最初にこれらの影響は固形基質上に播かれた内皮細胞においてアッセイされる予定であるが、ECM蛋白質を含む3次元ゲルを介しての細胞移動の試験にも拡げる予定である。
ILK cDNAの配列は、ILK活性の「アンチセンス」阻害のための合成オリゴヌクレオチドの設計および作製のための情報を提供する。この用語は、アンチセンスオリゴヌクレオチド(AO)として知られる、特異的なメッセンジャーRNAのコード鎖またはセンス鎖の逆相補物を用いるという方策に由来する。その相補的なmRNAと結合することにより、AOはそのmRNAが蛋白質に翻訳されるのを阻害し、それによって細胞内に正常な蛋白質が蓄積することを防止する。mRNAのどの領域が最も効果的に翻訳を阻害するかを予測することはできないが、本発明者らは、それが最もこの目的には成功率の高い試薬を提供するとの理由から、図1に規定した通りの推定上の翻訳開始部位に最も近接しているILK mRNA配列に由来するILK AOを検討する予定である。
本発明者らが分裂中期の(すなわち、分離されて同定可能な)ヒト染色体への蛍光インサイチューハイブリダイゼーション(FISH)によってILKの染色体座に関するより高解像度のマッピングを実施したところ、ILK遺伝子は染色体11p15に位置していた。FISHは当業者には公知である。より微細な解像度では、この領域にある既知のマーカー遺伝子を用いる。11p15領域は、いくつかの特定の遺伝子(例えば、インスリン様成長因子2すなわちIGF2など)がインプリントされている(すなわち、母性または父性に由来する染色体のいずれかから優先的に発現される)ことが示されている指標である。このインプリントにより、2つの遺伝された遺伝子のコピーのうち1つが機能的欠失すなわち「ノックアウト」が効率的に提供される。このため、インプリントされた対立遺伝子からは補償性活動が得られないことから、インプリントされていない対立遺伝子(コピー)の変異によってより大きな結果が得られる。また、11p15は、乳癌患者のサブセットにおいて、異型接合性喪失すなわちLOHにさらされる領域としても同定されている。LOHは、例えば遺伝子欠失などによって一方の対立遺伝子の喪失をもたらし、さまざまな癌の発生に対する多くの癌抑制遺伝子(例えば乳癌におけるBRCA1、大腸癌におけるDCC、および網膜芽腫におけるRB1)に寄与する根底となる。
ILKの過剰発現は、細胞・細胞間相互作用を媒介する重要な上皮細胞接着分子であるE-カドヘリンのダウンレギュレーションをもたらす(Dedherら、未発表の観察結果)。上皮細胞においてILKの過剰発現によってE-カドヘリンの喪失が誘導されることは、ILKがインビボでの腫瘍形成を促進することを示唆する。この考えを検討するため、本発明者らは、胸腺欠損のヌードマウスに、さまざまなレベルのILKを発現している細胞を、皮下注射した。マウスには、高レベル(ILK13-A1a3およびA4a)または低レベル(IEC-18およびILK14-A2C3)のILK(107細胞/マウスをPBS中に含む)を発現している細胞を皮下接種した。3週後に接種部位での腫瘍形成に関してマウスを観測した。ILKを過剰発現するILK13細胞(107細胞/マウス)を注入されたマウスの50〜100%では3週間以内に腫瘍が生じたが、ILKの発現レベルがより低いIEC-18またはILK14細胞を同数だけ注入されたマウスには腫瘍はまったく検出されなかった(表I)。したがって、これらの上皮細胞におけるILKの過剰発現によって、インビボでの腫瘍形成は促進される。
表1:ILK過剰発現性のIEC-18細胞の腫瘍形成能
細胞系 3週後の時点で腫瘍を有していたマウスの数
IEC-18 0/6
ILK14-A2C3 0/6
ILK13-A1a3 6/6
ILK13-A4a 3/6
ヒト乳癌におけるインテグリン結合キナーゼの発現は、ヒト乳癌生検標本のパラフィン包埋切片の免疫組織化学染色によって明らかになっている。アフィニティ精製された抗ILKポリクローナル抗体を用い、その後に二次抗体を結合させた。観察された陽性染色は、抗体をILK共役セファロースビーズによって吸収させることで完全に抑止された。顕微鏡写真は、2つの腫瘍試料からの切片を表す。これまでに合計30の試料を検討した。いずれの場合にも、ILKの発現レベルは腫瘍組織では正常な乳管および乳腺小葉と比べて顕著に高くなっている。図5Aは、上皮細胞の単層を有する良好に形成された乳管を呈する正常な領域を示している。ILKの染色は上皮細胞において最も顕著である。間質は陰性と認められる。図5Bは、乳管癌のインサイチュー像(DCIS)を示している。複数の細胞層が存在し、腫瘍細胞におけるILK染色の顕著な増強を伴っている。図5Cおよび5Dには浸潤性の癌が描出されている。図5Aに示されている正常組織と比べてILKの発現が顕著に増強している。
Claims (25)
- インテグリン結合キナーゼである、単離および精製されたセリン/トレオニンキナーゼ。
- 細胞増殖の調整、細胞接着の調整、細胞移動の調整および細胞浸潤の調整からなる群より選択される用途のための、請求項1記載のセリン/トレオニンキナーゼ。
- 請求項1記載のキナーゼの単離されたヌクレオチド分子。
- mRNA、cDNA、センスDNA、アンチセンスDNA、1本鎖DNAおよび2本鎖DNAからなる群より選択される、請求項3記載の分子。
- インテグリン結合キナーゼであるセリン/トレオニンキナーゼの欠陥のあるアミノ酸配列をコードする単離されたヌクレオチド分子。
- 請求項1記載のセリン/トレオニンキナーゼの阻害剤。
- 抗体である、請求項6記載の阻害剤。
- インテグリン結合キナーゼの天然または模倣性の基質である、請求項6記載の阻害剤。
- キナーゼの第2のヌクレオチド分子と結合する第1のヌクレオチド分子である、請求項6記載の阻害剤。
- 第2のヌクレオチド分子が、mRNA、cDNA、センスDNA、アンチセンスDNA、1本鎖DNAおよび2本鎖DNAからなる群より選択される、請求項8記載の阻害剤。
- セリン/トレオニンキナーゼの阻害剤を用いることによって哺乳動物における疾患を治療する方法。
- セリン/トレオニンキナーゼの天然または模倣性の基質を用いることによって哺乳動物における疾患を治療する方法。
- キナーゼの第2のヌクレオチド分子と結合する第1のヌクレオチド分子を用いることによって哺乳動物における疾患を治療する方法。
- 第2のヌクレオチド分子が、mRNA、cDNA、センスDNA、アンチセンスDNA、1本鎖DNAおよび2本鎖DNAからなる群より選択される、請求項13記載の方法。
- 細胞活動を調整する方法であって、該細胞活動が、細胞増殖、細胞接着、細胞移動および細胞浸潤からなる群より選択される、請求項10、請求項11、請求項12または請求項13記載の方法。
- 阻害剤および担体を含む医薬品の哺乳動物への投与をさらに含む、請求項10記載の方法。
- 疾患が、癌、白血病、固形腫瘍、慢性炎症性疾患、関節炎、骨粗鬆症および心血管疾患からなる群より選択される、請求項10、請求項11、請求項12または請求項13記載の方法。
- 細胞活動を調整するための、請求項1記載のセリン/トレオニンキナーゼの阻害剤を担体とともに含む医薬品であって、該細胞活動が、細胞増殖、細胞接着、細胞移動および細胞浸潤からなる群より選択される医薬品。
- 阻害剤が、セリン/トレオニンキナーゼの天然または模倣性の基質である、請求項18記載の医薬品。
- 細胞活動を調整するための、請求項1記載のセリン/トレオニンキナーゼの第2のヌクレオチド分子と結合する第1のヌクレオチド分子を担体とともに含む医薬品であって、該細胞活動が、細胞増殖、細胞接着、細胞移動および細胞浸潤からなる群より選択される医薬品。
- 請求項3または請求項4記載のヌクレオチド分子を含む診断用キット。
- 請求項1記載のセリン/トレオニンキナーゼを含む診断用キット。
- 請求項6記載の阻害剤を含む診断用キット。
- 請求項1記載のキナーゼを含む、請求項1記載のセリン/トレオニンキナーゼの阻害剤をスクリーニングするためのアッセイ。
- 請求項3または4記載のヌクレオチド分子を含む、セリン/トレオニンキナーゼの阻害剤をスクリーニングするためのアッセイ。
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