JP2008504358A - 造血成長因子での神経学的障害の治療 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、係属している、2003年12月31日に出願されたPCT/IB03/006446の一部継続出願であって、放棄されている、2002年12月31日に出願された米国出願第10/331,755号の継続出願である、係属している、2003年9月11日に出願された米国出願第10/659,295号の一部継続出願でもある。
発明の分野
本発明は、少なくとも1つの造血成長因子を投与することによって、哺乳動物において神経学的疾患を治療する方法に関する。
関連技術の議論
成長因子は、発生するニューロン細胞の生存、増殖、成熟および外植を調節するのに実質的に関与する蛋白質である。例えば、非常に多数の成長因子の発現は、種々の脳傷害に応答して増加する。多くの因子は内因性神経保護および神経向性効果を呈する(Arvidsson A.,et al., Neuroscience 2001;106:27−41:Larsson E.,et al., J Cereb Blood Flow Metab 1999;19:1220−8;Mattson MP,et al., J Neurotrauma 1994;11:3−33;Semkova I.,et al., Brain Res Brain Res Rev 1999;30:176−88参照)。これらの効果は、脳外傷および発作後におけるイン・ビトロおよびイン・ビボでの内因性投与後にも報告されている(Semkova I.,et al.,Brain Res.Rev.1999;30:176−88;Fisher M.,et al., J.Cereb.Blood Flow Metab.1995;15:953−9;Schaebitz WR,et al., Stroke 2001;32:1226−33;Schaebitz WR,et al.,Stroke 2000;31:2212−7参照)。高親和性膜受容体への結合の後、成長因子の効果は細胞内シグナル変換事象のカスケードによって媒介され(Kernie Sg.et al.,Arch Neurol 2000;57:654−7)、これは、細胞を誘導して成長させ、分化させ;あるいは細胞生存に対して親和性支持体を供する。
ント:免疫グロブリン−様ドメイン、ヘマトポエチン−受容体ドメイン、および3つのフィブロネクチンタイプ−IIIドメイン(レクチン受容体においては2つ)を含有する。このサブグループは「受容体のgp130ファミリー」と命名され(Mosley,et
al.,J. Biol Chem.1996,271,32635−43)およびレクチン受容体(LPTR)、顆粒球コロニー刺激因子受容体(GCSFR)、インターロイキン−6/−11/LIF/OSM/CNTF共通ベータ鎖(GP130)、白血病阻害因子受容体(LIFR)、オンコスタチン−M受容体ベータ鎖(OSMR)、インターロイキン−12受容体ベータ−1鎖(IL12RB1)、インターロイキン−12受容体ベータ−2鎖(IL12RB2)を含む。これらの受容体鎖は、同族体サイトカインへの結合に際して、ホモ二量体化し(GCSFR、GP130、LPTR)またはヘテロ二量体化する(LIFRまたはOSMRとGP130、IL12RB1とIL12RB2)。加えて、プロ部位コンセンサスパターンはこの受容体ファミリーに特徴的である。これは:
N−x(4)−S−x(28,35)−[LVIM]−x−W−x(0,3)−P−x(5,9)−[YF]−x(1,2)−[VILM]−x−W(配列番号:1)である。
al.,J. of Infectious Diseases, Vol.185:1490−501,2002)。GCSFは、報告されているところによると、ある程度結晶化し(EP 344 796)、GCSFの全体的構造は推定されているが、概略レベルに過ぎない(Bazan, Immunology Today 11:350−354(1990);Parry et al., J.Molecular Recognition 8:107−110(1988))。
ものであろう。急性相後における機能的回復の多くは、脳の可塑性によるようであり、脳の隣接する皮質領域が損傷された領域によって以前行われた機能を受け継ぐ(Chen R.Cohen IL,Hallett M.Neuroscience 2002;111(4):761−73)。再組織化を説明するために提唱された2つの主なメカニズムは、以前存在したが機能的に不活性な連結のマスク解除、および対側急速成長のような新しい連結の成長である(Chen R.Cohen LG,Hallett M.Neuroscience 2002;111(4):761−73)。短期間可塑的変化は、低下したGABA作動性阻害によるらしい興奮性シナプスへの阻害を取り除くことによって媒介される(Kaas JH.Annu Rev Neurosci.1991:14:137−67;Jones EG.Cereb. Cortex.1993 Sep−Oct;3(5):361−72)。長期にわたって起こる可塑性変化は、NMDA受容体活性化および増加した細胞内カルシウム濃度を必要とする長期増強(LTP)のような潜在的シナプスのマスク解除に加えてメカニズムを含む(Hess and Donoghue,J Neurophysiol.1994 71(6):2543−7)。長期変化は、シナプスの形状、数、サイズおよびタイプの変化を伴う軸索再生および急速成長にも関係する(Kaas JH.Annu Rev Neurosci.1991;14:137−67.,3:)。
Circulation, 74,IV138−53,Hossmann(1993)
, Resuscitation,26,225−35)。まず、より多数の患者は心臓循環停止後に血流力学的に安定させることができ;しかしながら、それらの多くは中枢神経系負傷のため死亡する。心臓停止後の脳損傷の個人的、社会的および経済的結果は破壊的である。従って、心臓停止および蘇生(「全身虚血症および再灌流」)研究における最も重要な論点の1つは大脳蘇生および停止後の大脳損傷である(Safar(1986), Circulation,74,IV138−53,Safar,et al.(2002),Crit Carem ed,30,p.140−4)。現在、いずれの停止後療法尺度による心臓停止の間における低酸素症によって引き起こされるニューロンに対する一次的損傷を減少させるのは可能でない。主な病理生理学的論点は低酸素症および引き続いての壊死、フリーラジカル形成および細胞カルシウム流入を伴う再灌流負傷、興奮性アミノ酸の放出、大脳微小循環再灌流障害、およびプログラムされたニューロン死滅またはアポトーシスである(Safar(1986), Circulation,74,IV138−53,Safar,et al.(2002),Crit Carem Med,30,140−4)。
記憶喪失)またはMCI(軽い認識障害)またはARCD(年齢−関連認識減衰)としてヒトで知られた非−病理学的疾患がある。
タイプ8のSCA8、フリードライヒの運動失調および歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症DRPLA/ホー−リバー症候群である(Harby and Gwinn−Harby(1998),Science,282,1075−9)(Martin(1999),N
Engl J Med,340,1970−80)(Schols,et al.(1997),Ann Neurol,42,924−32)。
al.(2002),Nat Med,8,143−9)。
療することができる。治療の全目的は視覚のさらなる喪失を防止することである。緑内障による視覚の喪失は不可逆的であるので緊急なものである。IOPを制御下に維持することは、緑内障から視覚の喪失を予防するための鍵である。
従って、本発明の1つの目的は、GCSF、GM−CSF、IL−3、IL−5、その誘導体、そのミメティック、およびその組合せのような造血因子、またはそれらの因子を分泌する細胞を哺乳動物に投与して、神経学的にまたは精神医学的疾患を治療することによって、該哺乳動物において該疾患を治療する方法を提供することにある。
の神経細胞培養に対する該培養の生存性を増強させることによって、神経細胞培養の生存性を増強させる方法を提供させることにある。そのような方法において、造血因子を用いて、培養の細胞を接触させることができるか、あるいは造血因子をコードし、発現するポリヌクレオチドを用いて供することができる。
ヒトIL−3、IL−5、およびGM−CSFに対する受容体はヘマトポエチン受容体スーパーファミリーのメンバーである。マルチ−サブユニット受容体は顆粒球−マクロファージCSF(GM−CSF)、インターロイキン−3(IL−3)およびIL−5に対する受容体のような2つのサブユニットタイプよりなることができ、ここに、αサブユニットは各リガンドに対して特異的であって、βサブユニットは全ての3つのβcにつき共通であり、双方の鎖はシグナリングに参画する。GM−CSF、IL−3、IL−5受容体サブファミリーにおいて、興味を引く差が出現し始めており、これは造血細胞機能におけるこれらの受容体の役割についての示唆を有することができる。主な差は、βcを持つIL−3Rα、およびβcを持つIL−5Rαの二量体化のためのIL−3およびIL−5についての絶対的要件に存し、他方、対照的に、GM−CSFRの少なくともいくつかは、恐らくは、予め形成された複合体として存在する(Guthridge, et al.(2004),Blood,103,820−7)。これは、IL−3、IL−5およびGM−CSFが受容体−サブユニットを共有さえするが、それらはそれらの特異的機能において相違することを示す。
インターロイキン3(IL−3)はよく知られた造血因子である。本明細書中に記載する本発明の方法で使用することができるIL−3は、公知であって、入手可能なそれらの全長コーディング配列、蛋白質配列、ならびに種々の機能的変種、キメラ蛋白質、ムテインおよびミメティックである。コーディングDNAおよび蛋白質の双方の構造が公知である。例えば、IL−3およびIL−3蛋白質配列をコードするDNAは配列番号:68−84の配列を含む。
、IL−3は全てのタイプの循環造血前駆細胞の拡大を引き起こす。IL−3は、初期非−系列に託された造血前駆細胞の、顆粒球、マクロファージ、赤血球系細胞、巨核細胞、および肥満細胞コロニーへの分化も支持する。IL−3は、骨髄培養における非−造血間質細胞のクローン増殖も刺激する。IL−3は、イン・ビトロおよびイン・ビボにおける造血幹細胞のためのプライミング因子の1つであり、それは、該細胞をエリスロポチエン、GM−CSFおよびIL6のような後期作用因子に対して応答性とする。IL−3はコロニー刺激因子に対する受容体の増大した発現も誘導する。
Techniques in Biochemistry and Molecular Biology−−Hybridization with Nucleic Acids Probes,Part I, Chapter 2”Overview of
principles of hybridization and the strategy of nucleic acid assays“,Elsevier, New York(1993;およびCurrent Protocols in Molecular Biology, Chaptor 2, Ausubel, et al.,Eds., Greene Publishing and Wiley−Interscience, New York(1995)参照)。アミノ酸およびポリヌクレオチド同一性、相同性および/または同様性はClustalWアルゴリズム、MEGALIGN(商標), Lasergene, Wisconsinを用いて決定することができる。
802(1994);およびOlson et al.,J.Med.Chem.36:3039−3049(1993)参照)を含む。
al(2002)Nephrol Dial Transplant 17:8−12;Siren AL,Ehrenreich H(2001)Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci 251:179−184)。加えて、IL−3は、例えば、(G−CSF、GM−CSFまたはM−CSFのような)種々のコロニー刺激因子、SCF(幹細胞因子)、SCPF(幹細胞増殖因子)、種々のインターロイキン(IL1、IL4、IL5、IL6、IL11、IL12)、LIF、TGF−β、MIP−1−α、TNF−α、およびまた多くの他の低分子量因子と組み合わせて用いることができる。
Cells,12,253−61)(Anderson and Applbaum(1994,Curr Opin Hematol,1,203−9)(Buescher,McIlheran,Banks and Vadhan−Rag(1993),Exp Hematol,21,1467−72);またはプロメガポエチン;IL−3/トロンボポエチン、Pharmacia(Farese,Smith,Giri,Siegel,McKearn and MacVittie(2001),Stem Cells,19,329−38)である。増強された活性は前記したように生物学的活性アッセイで測定することができる。1つの実施形態において、IL−3を修飾し、または処方し、あるいは血液−脳関門を通過し、または脳組織に対するその分布係数をシフトさせるその能力を増加させるIL−3ミメティックとして存在させる。そのような修飾の実施例はPTDまたはTAT配列の付加である(Cao et al.(2002)J.Neurosci.22:5423−5431;Mi et al.(2000)Mol.Ther.2:339−347;Morris et al.(2001)Nat Biotechnol 19:1173−1176;Park et al.(2002)J Gen Virol 83:1173−1181)。これらの配列は突然変異形態で用いることもでき、蛋白質のアミノ−カルボキシ末端においてさらなるアミノ酸を加えることもできる。また、いずれかのIL−3製剤の静脈内適用にブラジキニンまたは類似の物質を加えると、脳または脊髄へのその送達を支持するであろう(Emerich et al.(2001)Clin Pharmacokinet 40:105−123;Siegal et al.(2002)Clin Pharmacokinet 41:171−186)。
な中枢的作用に適合しない。さらに、IL−3の神経向性作用の基礎となるメカニズムは解明されていない。Wen et al.は、IL−3が、ニューロン生存を促進することが知られているBcl−xL蛋白質の受容体−媒介発現を通じての海馬CA1領域での遅延されたニューロン死滅を妨げることを示した。虚血症障害に応答してアップレギュレートされるにも拘らず、海馬CA1領域におけるIL−3Rアルファは、虚血症に対して許容されるCA3領域におけるよりもかなり弱く発現されるので、リガンドと相互作用するIL−3Rの不足は、虚血症に対するCA1ニューロンの脆弱性を説明することができる(Wen, et al.(1998), J Exp Med,188,635−49)。
インターロイキン5(IL−5)はよく知られた造血因子である。本明細書中に記載する本発明の方法で使用することができるIL−5は、公知であって入手可能である、全長コーディング配列、蛋白質配列ならびに種々の機能的変種、キメラ蛋白質、ムテインおよびミメティックである。コーディングDNAおよび蛋白質双方の構造は知られている。例えば、IL−5およびIL−5蛋白質をコードするDNAが配列番号:85ないし92の配列を含む。
the strategy of nucleic acids probe assays”Elsevier,New York(1993);およびCurrent Protocols in Molecular Biology, Chapter 2, Ausubel,et al.,Eds.,Greene Publishing and Wiley−Interscience, New York(1995)参照)。アミノ酸およびポリヌクレオチドの同一性、相同性および/または同様性は、ClustalWアルゴリズム、MEGALIGN(商標), Lasergene, Wisconsinを用いて決定することができる。
cell growth factor activities in:Clemens MJ et al.(eds)Lymphokines and Interferons. A practical Approach, pp.323−43,IRL
Press, Oxford 1987;(Schoenbeck,et al.(1991), J Immunol Methods, 137,47−54)(Taguchi, et al.(1990), J Immunol Methods, 128,65−73)に記載されている。
ることができる。
顆粒球−コロニー刺激因子(GCSF)はよく知られた増殖因子である。本明細書中に記載された本発明の方法で使用することができるGCSFは、公知であって、かつ入手可能な、全長コーディング配列、蛋白質配列、ならびに種々の機能的変種、ムテイン、およびミメティックである。以下の議論においては、これらをGCSF誘導体という。
−刺激因子を組換えにより生産する方法は知られている(WO 87/01132;米国特許第4,810,643号)。例えば、G−CSFに対応するいくつかのアミノ酸配列は図10、および配列表、すなわち、配列番号:28、29、30、31、32および33に示される。
Amino Acid Mimetics and Peptidomimetics, London:JAI Press(1997);Gante,Peptidmimetica−massgeschneiderte Enzyminhibitoren
Angew.Chem.106:1780−1802(1994);およびOlson
et al.,J.Med.Chem.36:3039−3049(1993)参照)。
al.(2001)Stem Cells,19,514−21,Farese,et
al.(2001)Stem Cells,19,522−33,MacVitte,et al.(2000)Blood,95,837−45参照。加えて、GCSF誘導体は、米国特許第6,004,548号に記載された、(セリンのような)もう1つのアミノ酸で置換された、(174アミノ酸種(配列番号:37)の、またはさらなるアミノ酸がN−末端メチオニンである175アミノ酸を有するもの(配列番号:38)の)位置17、36、42、64、および74におけるシステインを持つもの、第1の(N−末端)位置においてアラニンを持つGCSF;EP 0 335 423に記載されたGCSF活性を有するポリペプチドにおける少なくとも1つのアミノ酸の修飾;EP 0 272 703に記載された蛋白質のN−末端領域において置換されたまたは欠失されたアミノ酸を有するGCSF誘導体;EP 0 459 630に記載された、当該誘導体がSer17残基によって置き換えられた天然配列の少なくともCys17、およびSer27残基によって置き換えられた天然配列のAsp27を有する、天然に生じるGCSFの生物学的特性の少なくとも1つ、および5mg/mlにおける少なくとも35%の溶液安定性を有する天然に生じるGCSFの誘導体;EP 0 459 630に記載された、当該蛋白質のアミノ酸配列を変化させることなく、N−末端が組換え宿主細胞における蛋白質の増強された発現のために修飾された、GCSFをコードする修飾されたDNA配列;EP 0 243 153に記載された、酵母を用いる組換え生産において増大した収率用の少なくとも1つの酵母KEX2プロテアーゼプロセッシング部位を不活化することによって修飾されたGCSF;米国特許第4,904,584号に記載されたリシン改変蛋白質;WO/9012874(US 5,166,322)に記載された蛋白質のシステイン改変変種;AU−A−10948/92に記載された、原核生物発現後の分子の折畳みを助ける目的でのGCSF分子のいずれかの末端へのアミノ酸への付加;AU−A−76380/91に記載された、174アミノ酸でのGCSFの位置50ないし56における、(配列番号:37)、および177アミノ酸でのGCSFの位置53ないし59における、(配列番号:39)、および/または174アミノ酸での成熟GCSFの位置43、79、156および170の4つのヒスチジン残基の少なくとも1つにおける、または177アミノ酸での成熟GCSFの位置46、82、159または173における、配列Leu−Gly−His−Ser−Leu−Gly−Ile(配列番号:11)の置換;およびGB 2 213 821に記載された、選択された領域のカセット突然変異誘発を容易とするための制限部位、および所望の発現系への遺伝子の組込みを容易とするためのフランキング制限部位を取り込む合成GCSF−コーディング核酸配列を含む。G−CSFアナログのさらなる例は、配列番号:64および65、および米国特許第6,632,426号に記載された他のものを含む。前記の内容をここに引用して援用する。
al.,Immunology 75:468−74(1992);Tanaka H
and Kaneko Journal of Pharmacobiodyn. 15:359−66(1992);Tie F et al., Journal of Immunological Methods 149:115−20(1992);Watanabe M et al., Anal.Biochem.195:38−44(1991)。
とができる。GCSFのそのような好ましい修飾または処方は、増大した抗アポトーシス効果および/または神経形成の増加に導く。そのような修飾のための例はミエロポエチン−1、GCSF/IL−3融合蛋白質であり(McCubrey, et al.(2001),Leukemia,15,1203−16)、あるいはプロゲニポエチン(progenipoietin)−1(ProGP−1)は、ヒト胎児肝臓チロシンキナーゼflt−3およびG−CSF受容体に結合する融合蛋白質である。
顆粒球−マクロファージコロニー刺激因子(GMCSF)はよく知られた成長因子である(例えば、図18、配列番号:25、26および27参照)。本明細書中に記載された本発明の方法で使用することができるGMCSFは、公知であって、入手可能な、全長コーディング配列、蛋白質配列、および種々の機能的変種、キメラ蛋白質、ムテイン、およびミメティック、例えば、PEG化形態またはアルブミン−カップルド形態である。コーディングDNAおよび蛋白質双方の構造、ならびに哺乳動物多能性顆粒球マクロファージコロニー−刺激因子を組換えにより生産する方法は公知である(米国特許第5,641,663号)。GMCSF受容体もまた公知であって、例えば、米国特許第5,629,283号に記載されている。
ましくは、野生型哺乳動物GMCSF活性の生物学的活性の少なくとも20%、好ましくは50%、より好ましくは少なくとも75%および/または最も好ましくは少なくとも90%を保有し−生物学的活性の量は25%、30%、35%、40%、45%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、95%;およびその間の全ての値およびサブ範囲を含む。さらに、GMCSFの機能的誘導体、変種、ムテインおよび/またはミメティックは野生型哺乳動物GMCSF活性に対して100%以上の生物学的活性を有することもでき−生物学的活性の量は少なくとも105%、少なくとも110%、少なくとも125%、少なくとも150%、および少なくとも200%を含む。
al Blood 72:1340−7(1988);Katzen NA et al European Cytokine Network 3:365−72(1992);Lewis CE et al Journal of Immunological Methods 127:51−9)(1990);Mortensen BT et al Experimental Hematology 21:1366−70(1993);Oez S et al Experimental Hematology 18:1108−11(1990);Roncaroli F et al Journal of Immunological Methods 158:191−6(1993);Sallerfors B and Olofsson European Jounal of Haematology 49:199−207(1992);Zenke G et al Journal of Immunoassay 12:185−206(1991)。
al(2002)Clin Pharmacokinet 41:171−186)。異なる適当な形態および誘導体の実施例はサルグラモスチム(Leukine(登録商標))、Prokine(登録商標)、Leucotropin(登録商標)、またはモルグラモスチム(Leucomax(登録商標))である。
いない。これらの研究は、確かに、発作のような神経変性および虚血性障害の治療のためのGMCSFの使用を示唆しない。
本発明の他の実施形態において、その治療的作用、好ましくはその神経保護作用を指示する組合せ製剤を用いることができる。これらの組合せによって発揮される効果は累積的であるか、または超相加的/相乗的であり得る。1つの実施形態において、前記した因子は、相互の組合せで用いられる。同様に、エリスロポエチンおよびその誘導体のような1以上のさらなる造血成長因子は、最近、強力な神経保護特性を媒介することが示されている。(例えば、Brines et al(2000),Proc Natl Acad
Sci USA 97:10526−10531;Cerami et al(2002)Nephrol Dial Transplant 17:8−12;Siren al,Ehrenreich H(2001)Eur Arch Psychiatry
Clin Neurosci 251:179−184)。加えて、例えば(M−CSFのような)種々のコロニー刺激因子、SCF(幹細胞因子)、SCPF(幹細胞増殖因子)、(前記したもの、例えば、IL1、IL4、IL6、IL11、IL12以外の)種々のインターロイキン、LIF、TGF−β、MIP−1−α、TNF−αおよび、また、多くの他の低分子量因子との組合せ。
本発明に従って治療することができる神経学的疾患は一般に3つのクラス:虚血性または低酸素メカニズムを持つ病気;神経変性病(Adams et al,Principles of Neurology,1997,6th Ed.,New York,pp 1048 ff);および神経細胞の死滅に関連する神経学的および精神病学的病気に分類される。本発明に従って治療することができる他の神経学的疾患は、認識能力の増強、および神経膠芽細胞腫、神経膠星状細胞腫、髄膜腫および神経鞘腫のような、脳腫瘍の治療も含む。
に行うことができる。従って、本発明のもう1つの実施形態においては、単独、相互に組み合わせた、および/または1以上のさらなる因子と組み合わせたGCSFおよびGMCSFのような造血増殖因子を用いて、パーキンソン病を治療することができる。さらなる実施形態において、単独、相互に組み合わせた、および/または1以上のさらなる因子と組み合わせたIL3およびIL5とを用いることができる。
889−909))。
・一次(原発性)パーキンソニズム−パーキンソン病(散在性、家族性)
・二次(後天性、症候性)パーキンソニズム−感染性(脳炎後、遅延ウィルス)、薬物−誘導(ドーパミンアンタゴニストおよびデプレター)、片側萎縮(ヘミパーキンソニズム)、水頭症(常圧水頭症)、低酸素症、感染性(脳炎後)、代謝(副甲状腺機能不全)、トキシン(MPTP、CO、MN、Hg.CS2、メタノール、エタノール)、外傷(ボクシング性脳障害)、腫瘍、および血管(多発性梗塞状態)
・遺伝性変性パーキンソニズム−ハンチントン病、ウィルソン病、ハレルフォルデン−シュパッツ病、オリーブ橋小脳および脊髄小脳変性、神経有棘赤血球増加症、ルバグ(Lubag)(X−連鎖ジストニア−パーキンソニズム)、および層壊死を伴うミトコンドリア細胞障害
・多発性系変性(パーキンソニズム+)−皮質−基底神経節変性、認知症症候群(アルツハイマー病、散在性レビー小体病、前頭側頭骨痴呆症)、リティコ−ボディッヒ(Lytico−Bodig)(グアナミアンパーキンソニズム−認知症−ALS)、多発性系萎縮症候群(線条体黒質変性、シャイ−ドレーガ症候群、散在性オリーブ橋小脳変性(OPAC)、運動ニューロン病パーキンソニズム)、進行性淡蒼球萎縮、および進行性核上麻痺
本発明者らは、本明細書中に含まれた考察によって、GCSFおよびGMCSFが神経形成を増強し、虚血性病変後の挙動結果を改善する能力を有することを示した。神経形成は、神経ネットワークの増大した可塑性に至り得、およびニューロンの暫時の喪失を置き換えることができる1つのメカニズムである。従って、本発明の1つの実施形態は、本明細書中での投与の考察に従って本明細書中に記載された1以上の組成物を個人に投与することによって、認知喪失に罹った、それを呈する、および/またはそのあるレベル迄と考えられる個体に対する認知能力の改善または増加を供することである。別の実施形態において、認識増強は、非−病理学的疾患下で有用でさえある個人、例えば、認知損傷が存在しない個人を益することもできる。
鬱病の重症度を分類しようとする試みが為されており、例えば、(Abdel−Khalek(2003), Psychol Rep,93,544−60)は以下の8つの基本的な次元を確認した、すなわち、子供および若者の鬱病のプロフィールを定義するための、悲観主義、弱い集中、睡眠の問題、性的冷感症、疲労、孤独、低い自尊心、および身体的不満。
の神経変性障害をリストする:
1.多発性硬化症
2.外傷的脳負傷:鬱病は外傷的脳負傷(TBI)を持つ患者も冒かす:TBIを持つ患者の30%および38%の間は鬱病であると分類することができる(Seel and Kreuzer 03)。
3.発作:発作患者のほぼ30%は臨床的には鬱病とされる(Williams 86)。
4.認知症およびアルツハイマー病
5.偏頭痛
6.パーキンソン病:鬱病兆候はPD患者のほぼ半分で起こり、これは、PD患者についての機能的損傷のかなりの原因である。PDにおける鬱病は、単純に、心理社会学的ストレスおよび不能に対する反応であるというよりはむしろ、基本となる神経解剖学的変性に対して2次的であることを示唆する蓄積されつつある証拠がある。鬱病の発生は、特別な皮質および皮質下経路の中枢セロトニン作動性機能および神経変性の変化に相関する。従って、PDにおける共病態鬱病の理解は、メランコリーの神経解剖学的基礎の理解を増すことができる。
7.癲癇:癲癇は社会的、職業的および心理学的機能に対する複雑な効果を有する慢性疾患である。いくつかの精神病学的障害は、一般的集団と比較して癲癇を持つ個人における増大した罹患率を有することが示されている。鬱病は最も普通の精神病学的共存症のように見えるが、不安および他の診断は広くは調べられていない。しかしながら、癲癇においては、鬱病障害には、頻繁に、原発性鬱病のそれとは異なり、Diagnostic and Statistical Manual of Psychiatric Disorders−Fourth Editionに含まれる基準に適合しない臨床的特徴も存在し得る。いくつかの研究は、鬱病または心理学的苦痛が、発作の頻度および重症度、職業または推進状態さえも含めた、健康−関連の生活の質の最も強力な予測体であり得ることを見出している(Gilliam, et al.(2003), Epilepsy Behav,4 Suppl 4,26−30)。癲癇を持つ臨床的に鬱病の人々は、より高いレベルの認識された重症度を報告しており、発作、ならびに同様なタイプの発作を経験している非鬱病の人々よりは総じての発作回復に関してより大きな問題に悩んでいる。発作活性の報告に対する鬱病兆候の広範囲の影響は、癲癇を持つ人々は鬱病についてスクリーニングすべきことを示唆する。これらのデータは、癲癇を持つ人々の間で鬱病を検出し、治療する重要性を強調する(Gilliam,Hecimovic, and
Sheline(2003)Epilepsy Behav,4 Suppl 4,26−30)。
8.ハンチントン病:ハンチントン病(HD)は、個人の運動制御、認識および情緒的安定性における劣化として表される神経変性プロセスである。情緒的不安定は、パーソナリティの変化、不安および刺激のような種々の兆候を介して反映される。認識減衰はハンチントン病(HD)における運動兆候に先行し得る。鬱病はHDにおいて普通であり、認識損傷に連結されてきた。鬱病の気分、およびDNA突然変異の長さを用いることによって計算された病気開始迄の見積もられた時間は、共に、働く記憶性能の有意な予測体であった。知見はHDについての前兆候的個人での現存の研究と合致し、それに寄与し、認識減衰(すなわち、鬱病の気分)に対する潜在的に救済可能な寄与を確認する(Nehl,et al.(2001),J Neuropsychiatry Clin Neurosci,13,342−6)。鬱病はここにリストしない他の身体の病気に関しても起こり得る。
子、例えば、G−CSF.GM−CSF.IL3および/またはIL5処置を用いて、鬱病を治療することができる。
Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry,27,729−39,D’Sa and Duman(2002), Bipolar Disord,4,183−94,Duman,et al.(2001),J Pharmacol Exp Ther,299,401−7,Duman et al.(1999),Biol Psychiatry,46,1181−91)。
ある、または鬱病兆候を発症することが予想される患者への投与による予防的鬱病療法を提供することができる。さらなる実施形態において、IL−3およびIL−5を、単独で、相互に組み合わせて、および/または1以上のさらなる因子と組み合わせて用いることができる。
示されるような、ニューロンにおけるそれらの抗−アポトーシス活性を持つGCSFおよびGMCSF、および(神経形成および可塑性を増強することによる)それらのプロ−再生能力は、本明細書中に記載された組成物を多発性硬化症を治療するための新しい療法として用いることができるのを裏付ける。さらなる実施形態において、IL−3およびIL−5を、単独で、相互に組み合わせて、および/または1以上のさらなる因子と組み合わせることができる。
e)(Cambrigde,Massachusetts)、DAPIまたはHOECHST33342染色に続いてのアポトーシス特徴を持つ細胞核のカウンティング(凝縮、断片化)、切断−特異的抗体(例えば、Promegaカスパーゼ3抗体)での免疫染色後における活性化されたカスパーゼ3に対して陽性の細胞のカウンティング、または細胞溶解物におけるカスパーゼ3活性についてのアッセイ(例えば、ApoOne Assay,Promega;ウェスタンブロット,Elisas)、または細胞生存またはアポトーシス特徴を測定するのに適したいずれかの他のアッセイを、細胞死滅または相対的細胞生存性を評価するために用いることができる。別法として、他の細胞、例えば、分化したPC12細胞、HN33細胞、SHSY5細胞、初代海馬ニューロン、初代運動ニューロン、初代感覚神経節細胞、初代中脳培養、ニューロン幹細胞、分化したES細胞、または当該分野で知られた他のニューロン−様細胞、あるいは1以上のニューロン表現型を呈する細胞を用いることができる。本明細書中において例示した時間および濃度も変化させることができ、例えば、GCSFは刺激物と同時に、または該刺激物の前または後に適用することができる。因子(または因子の組合せ)の変化させる濃度、例えば、0.1ないし100μg/mlを用いることもできる。原理的には、このアッセイを、脳スライス培養で用いるのに適合させることもできる。
1スコア点が、テストを行うことができないことに対し、またはテストした反射が欠如することに対して与えられ;かくして、より高いスコアでは、負傷がより重症である。
al.(2003),J Neurochem,86,267−72)のような)新規な抗酸化剤、大脳内に送達された神経向性因子(Anderson,et al.(1996),Proc Natl Acad Sci USA,93,7346−51);(Perez−Navarro,et al.(2000),J Neurochem,75,2190−9)、抗グルタミン作動性薬物の使用(Kieburtz(1999),J Neural Transm Suppl,55,97−102)、またはカスパーゼ阻害剤の使用(Toulmond,et al.(2004),Br J Pharmacol,141,689−97)を含む。
CSF、GM−CSF、IL−3またはIL−5である。本発明のもう1つの実施形態において、例えば、G−CSF、GM−CSF、IL−3およびIL−5のような造血成長因子を、単独で、相互に組み合わせて、および/または1以上のさらなる因子と組み合わせて用いて、緑内障を治療し、および/または予防的神経保護療法を供することができる。
and Vinik(2003),Exp Diabesity Res,4,271−85)。
−グルクロニダーゼ遺伝子における遺伝的欠陥によって引き起こされたリソソーム貯蔵病の治療における神経幹細胞(NSC)。NSCはヒトリソソーム貯蔵病における散在性CNS病巣の治療用の有用な遺伝子導入ビークルとして働き、神経学的障害に罹った患者の治療において潜在的に適応できる(Meng,et al.(2003),J Neurosci Res,74,266−77)。
たは運動活性、ロータロッド性能などのような他の運動性能アッセイは、リードアウトとしてやはり有用であり得る。
値は平均±SDとして表す。全てのデータを獲得した後、ランダム化コードを解除することができる。ANOVAおよび引き続いてのポストhoc Fisher保護最小有意差検定を用いて、生理学的パラメータのような連続変数の差の統計学的有意性を決定した。t−検定は、ニューロン損傷および免疫組織化学データの比較のために用いることができる。マン−ホイットニーU検定は、死亡率およびMPO免疫組織化学のような非パラメータデータのために行うことができる。Ap値<0.05は統計学的に有意であると考えられる。
最近、神経学的病気を治療するための新しい神経細胞を形成する(神経形成)重要性が認識されている。多くの他の組織とは異なり、成熟した脳は制限された再生能力を有し、細胞の特殊化の異常な程度は、残存する健康な組織が損傷した脳の機能を取り得る程度を制限する。しかしながら、大脳ニューロンは成人の脳に常に存在する前駆体細胞に由来し、従って、成人脳における内因性神経前駆体の刺激は治療能力を有する。
al.(2002),Cell Transplant,11,275−81,Li et al.(2002),Neurology,59,514−23)。かくして、幹
細胞はイン・ビトロにてGCSFまたはGMCSF、または他の造血因子によって処理することができ、次いで、異なる経路を介して、本明細書中に記載された病気のいずれかを持つ患者に注射することができる。
G−CSF、GM−CSF、IL−3、IL−5および他の因子、誘導体、遺伝子、およびその組み合わせは、限定されるものではないが、液状溶液または懸濁液、錠剤、丸剤、粉末、坐薬、ポリマーマイクロカプセルまたはマイクロベシクル、リポソーム、および注射または注入溶液を含む種々の投与形態にて投与することができる。好ましい形態は、投与の様式および治療的適用に依存する。
たり、または組み合わせとして約100ngないし約10mg/kg体重の範囲とすることができる、年齢、人種、性別、および個々の患者に基づく他の因子に基づいて決定することができる。例えば、本発明の方法で用いられるGCSFの量は約5ないし約60μg/kg、およびGMCSFでは約5ないし約750μg/kg体重であろう。同様に、IL−3、またはIL−3ミメティック、IL−5、またはIL−5−ミメティックを、G−CSFおよびGM−CSFについて記載された所与の用量および処方で投与することができ、例えば、治療上有効量のIL−3またはIL−5は約1ないし約1000μg/kg体重とすることができる。因子を組み合わせて投与する場合、それらは投与に先立って予め混合し、同時に投与し、あるいは直列に単独で投与することができる。
−920,1999に記載された)移植されたミニ−ポンプ、好ましくは移植された皮下とすることができる遅延放出および一定長期間適用に特に適したデバイスも提供する。そのようなポンプはインスリン療法で有用であることが知られている。そのようなポンプの例は、Animas,Dana Diabecare,Diltec Cozm,Disetronic Switzerland,Medtronic,およびNipro Amigoによって製造された/配布されたもの、ならびに、例えば、その関連内容をここに引用して援用する米国特許第5474552号;第6558345号;第6122536号;第5492534号;および第6551276号に記載されたものを含む。
Frey(2001),Clin Pharmacokinet,40,907−46,Tirucherai,et al.(2001),Expert Opin Biol Ther,1,49−66,Jin,et al.(2003),Ann Neurol,53,405−9,Lemere,et al.(2002),Neurobiol Aging,23,991−1000,Lawrence(2002),Lancet,359,1674,Liu,et al.(2001),Neurosci Lett,308,91−4)に見出すことができる。鼻腔内適用では、G−CSF、GM−CSF、IL−3、IL−5および/または本明細書中に記載された他の組成物は、溶媒、洗剤、および鼻血管を広げ、灌流を増加させる等を行う薬物のような、鼻上皮の浸透、または血管への送達を増加させる物質と組み合わせることができる。
Medicine 7:33−40(2001);Somia et al.,Nature Reviews 1:91−99(2000);およびVan Deutekom et al.,Neuromuscular Disorders 8:135−148(1998)。
組成物、例えば、医薬組成物と組み合わせて投与するか否かに応じて、あるいは薬物動態学、薬物の性質および代謝の個々の差に応じてやはり変化させることができる。同様に、量は、細胞の特定のタイプ、またはベクターを導入する手段に応じてイン・ビトロ適用で変化させることができる。
本発明を実施するためには、GCSF、GMCSFの誘導体(例えば、GCSF−またはGMCSF−ミメティック)、および/またはニューロンを保護するその能力を保有し、また、白血球に対して減少した作用を有し、それにより、潜在的有害効果を低下させる
他の造血因子が好ましい。従って、本発明の1つの実施形態は、神経細胞上のGCSFまたはGM−CSF受容体に結合し、本出願で記載されたGM−CSFまたはGCSFで観察された神経保護効果を刺激する化合物についてスクリーニングすることである。
Natl Acad Sci USA(1999)96(1):151−6)、または二量体化事象のためのレポータシステム、例えば、二重スイッチシステム(DE 10211063.8)、ベータ−galレポータシステム(Rossi F et al.,Proc Natl Acad Sci USA(1997)94(16):8405−10)、または分裂−ユビキチンシステム(WO 954/29195,US 5,585,245、またはJohnsson,N.and Varshavsky,Proc Natl Acad Sci USA(1994)91(22):10340−4)を用いてアッセイすることができる。
ェラーゼ、SEAP(分泌されたアルカリ性ホスファターゼ)、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)、緑色蛍光蛋白質(GFP)、または普通の遺伝子発現レポータのようなレポータ遺伝子に連結されたTF応答性エレメントを含むレポータ構築体を用いることによって測定することができる。細胞をレポータ構築体でトランスフェクトした後、細胞をテスト物質に接触させ、レポータ発現の量を同定することができる。
本発明の基礎となる実験は、GCSFはイン・ビトロで神経保護的であり、GCSFが一過的病変大脳虚血症後に有意な梗塞低下効果を示す。また対側性側におけるニューロンは、抗GCSFR−抗体の特異的結合を呈し、これはGCSF受容体を示す。ニューロン上のGCSFRの存在は新規であって、ウェスタンブロット、RT−PCR、および脳中の詳細な免疫組織化学によって、およびPCRおよび培養した初代ニューロンにおける免疫細胞化学によって確認した。さらに、STAT3の核トランスロケーションによって判断したSTAT3活性化は、対照と比較してGCSF処理動物の領域のニューロンにおいて有意に増加した。イン・ビボ虚血症実験において(中央大脳動脈閉塞、MCAO)、双方の群を比較した場合に、レーザードッパーフローメトリー(ldf)によって測定された大脳血流に対する効果はなかった。MCAO実験の間における双方の群の間の生理学的パラメータおよび重量減衰の有意な差はなかった。死亡率は、MCAO実験における対照と比較して、GCSF処理した動物において有意に改良された。神経向性血液カウント(NGC)、対照と比較して、GCSF処理動物において24時間後に有意に増加した。神経向性顆粒球(NG)が虚血性圏内に侵入する尺度としてのミエロペルオキシダーゼ(NPO)−染色は、GCSF処理動物および対照の間で有意に異ならなかった。
おいて認識可能な副作用を示さなかった。
GC)のアポトーシス細胞死滅を遅延させることによって、放出、エフェクター機能の増強、および寿命の延長を刺激することが知られており、これは全ての種類の感染に対する防御の身体の第1線である(Hartung T.,Curr Opin Henatol 1998;5:221−5)。好中球は微小血管を閉塞しかねず、白血球の引き続いての侵入は、蛋白質分解酵素、酸素フリーラジカル、インターロイキン、および大脳虚血症後の梗塞のサイズおよび結果を劣化させることが知られているTNF−α−効果の放出をトリガーする(Del Zoppo GJ,Stroke 1991;22:1276−83;Jean WC,et al.,Neurosurgery 1998;43:1382−96;Matsuo Y,et al.,Brain Res.1994;656:344−52)。対照的に、GCSFは、有意な抗−炎症効果を有し:末梢感染TNF−α、IL−1β、IL−2、IL−6およびIL−8のモデルで低下し、IL−1β受容体−アンタゴニストを上昇させる(Gorgen I,et al.,J Immunol 1992;149:918−24;Heard so,et al.,Crit.Care Med.1999;27:1019−21;Heard SO,et al.,Crit.Care Med.1998;26:748−54;Hebert JC,et al.,Arch.Surg.1990;125:1075−8;Lundblad R,et al.,Crit.Care Med.1996;24:820−6.;Squadrito F,et al.,Br J Pharmacol 1997;120:333−9)。GCSFは健康なボランティアにおいてイン・ビトロおよびイン・ビボにおいてTNF−α放出を低下させ、TNF、IL−6、IL−8、およびIL−1βに対するアンタゴニストのレベルを上昇させた(Hartung T,Curr Opin Hematol 1998;5:221−5;Gorgen I,et al.,J.Immunol.1992;149:918−24;Heard SO,et al.,Crit Care Med 1999;27:1019−21)。さらに、肺および回腸における低下した好中球浸潤が、GCSFの投与および小腸の再灌流から15分後に、内臓虚血症および再灌流のモデルで観察された(Sqeadrito F,et
al.Br J Pharmacol 1997;120:333−9)。これらの発見と合致して、虚血症圏への好中球浸潤の増加が発見されたが、全神経向性顆粒球(NGC)はGCSF処理の後に増加した。
R,et al.,Stroke 1995;26:2154−8;disucation 2158−9)。しかしながら、ここに示したように、GCSF処理は全身血圧を低下させず、あるいはLDFによって測定されたように対照群と比較して大脳血流を変化させなかった。
病変―誘導海馬発芽を支持することを報告したが、著者らは機能的結果の尺度を研究しなかった。ここに示す結果は、臨床的に重要な用量のプロトコルのGCSF投与が大脳虚血症後の機能的回復を誘導することを示す。可塑性の増強に対する能力は虚血症の損傷に明瞭には制限されないのみならず、蘇生または分娩時問題のため、また恐らくは、アルツハイマー病のような認知症のため、および精神分裂症の神経変性態様のため、パーキンソン病および筋萎縮性側索硬化症(ALS)、トリヌクレオチド反復病、大脳虚血症のような神経変性病についても重要である。
大脳虚血症についての実験のための方法の概観
虚血症は、ラットにおいて、中央大脳動脈の縫合閉塞モデルを用いて誘導した(90分)。虚血症の誘導から30分後に、動物(群当たりn=12)は、90分間の静脈内での60μg−kg体重のGCSF、またはビークルを受けた。梗塞容量は、虚血症から24時間後に、TTC(塩化2、3、5−トリフェニルテトラゾリウム)−染色に基づいて計算した。GCSFRの発現は免疫組織化学によって実験し、RT−PCRおよび免疫ブロッティングによって確認した。STAT3の発現は免疫組織化学によって実験した。機能的回復におけるGCSFの効果は、ベンガルローズ光血栓モデルにおいて実験した。
この実験で表した値は平均±SDである。全てのデータを獲得した後、ランダム化暗号を解除した。ANOVAおよび引き続いてのポストhoc Fisher保護最小有意差検定またはボンフェロニー相関を用いて、イン・ビトロデータおよび生理学的パラメータについての差の統計学的有意性またはテストバッテリーにおける機能的結果を決定した。t−検定を、死後梗塞容量、MPO、およびSTAT3免疫組織化学の比較で用いた。カイ−平方検定を、死亡率データのために行った。p値<0.05は統計学的に有意と考えた。
GCSFは梗塞容量を131.96mm3±112.7mm3に低下させたのに対して、対照群においては278.9mm3±91.56mm3(p<0.05)まで低下させた。免疫組織化学、ウェスタンブロッティング、およびRT−PCRは、ニューロンおよび神経膠細胞におけるGCSF受容体の存在を明らかにした。GCSFは、対照と比較して、梗塞の末梢においてSTAT3を有意に活性化させた(p<0.05)。GCSFは、ベンガルローズ光血栓のモデルにおける虚血症の後に、機能的回復を改善するのに効果的である。
病変大脳虚血症(MCAO、中央大脳動脈閉塞)を誘導するための手法
実験プロトコルは地方倫理委員会によって認可された。体重が280ないし320gの24匹の雄Wistarラット(Charles River,ドイツ)をランダムに以下の群に割り当てた:A(対照群、n=12、90分間の虚血症、血管閉塞から30分後に開始する90分間の2ml生理食塩水0.9%での処理);B(GCSF群、n=12、90分間の虚血症、血管閉塞から30分後に開始する90分間の2ml生理食塩水0.9%に溶解させた60μg/kg体重の組換えヒトGCSF、Neupogen(登録商標)、Amgen,Europe B.V.,オランダでの処理。別法として、いずれか
のGCSFまたは誘導体、または他の源(もう1つの製造業者(例えば、RocheによりLenogastrim(商標)またはChugaiによるGranocyte(商標)またはHGSによるAlbugranin(商標)またはRoche/AmgenによるNeulasta(商標))の処方をここで用いることができる。
レーザー−ドップラーフローメトリー(LDF)(Periflux 4001 Master,Perimed AB,スウェーデン)を用いて、MCAの閉塞の間および後に、大脳血流(CBF)をモニターした。動物を定位フレームに入れた後、動物の頭蓋を露出させ右側4mm外側およびブレグマに対して2mm尾側に、顕微鏡下で直径1.5mmの穴をドリルで開けた。硬膜は無傷のまま残し、LDFプローブ(直径1.4mm)をバー穴に入れた。CBFモニタリングについて選択された領域は、ラットにおけるMCA閉塞モデルの虚血性領域に対応した。
MCA閉塞から24時間後に、ラットをケタミン150mg/kg体重で麻酔し、断頭した。脳を切開し、2mm厚みの5つの冠スライスに切断し、塩化2,3,5−トリフェニルテトラゾリウム(TTC)の2%溶液中で37℃にて30分間インキュベートし、10%緩衝化ホルマリン溶液中への浸漬によって固定した。電荷カップルドデバイスカメラ(EDH−1000HRコンピュータカメラ,Electrim Corporation,Princetown,NJ,USA)を用いて、TTC−染色切片を写真に撮った。盲検調査者が、コンピュータ化イメージアナライザー(Bio Scan Optimas,Edmonds,WA)で梗塞のサイズを測定した。脳浮腫の効果を保障するために、正しい梗塞容量を従前に詳細に記載されているように計算した:但し、梗塞領域は左半球領域−(右半球領域−梗塞領域)と同等である。(Schaebitz WA,et
al.,Stroke 2001;32:1226−33)。梗塞容量は対側性半球のパーセンテージとして表した。
GCSFは、病変大脳虚血症後に優れた神経保護効果を達成した。腹腔内GCSF処理
動物における平均梗塞容量は131.96mm3±112.7mm3であったのに対し、対照群では278.9mm3±91.56mm3であり、あるいは全半球の9.96±8.31%(n=12)対22.7±6.69%(p<0.05;図1)であった。
用いた免疫組織化学方法
梗塞下脳におけるSTAT3活性化(図6)およびGCSFR分布の形態学的分析、および神経向性顆粒球のカウントのために、GCSF−処理動物および対照の2−mm−厚みの脳スライスを、0.1モル/lのリン酸緩衝液中の4%パラホルムアルデヒドで24時間浸漬固定した(群当たりn=5)パラフィン−包埋の後、1−μm−厚みの切片を切り出し、H&E染色、Nissl染色および免疫組織化学分析で用いた。
病変大脳虚血症における免疫組織化学実験の結果
ミエロペルオキシダーゼ(MPO)染色は、双方の群の非−虚血性半球における神経向性顆粒球(NG)を検出しなかった。MPO染色は、虚血性半球における定量されたMPO陽性細胞に基づいて、GCSF処理動物および対照の間で有意に異ならなかった(14±17.6対14.3±12.5,n.s.)。
ウェスタンブロット(図3)
免疫ブロッティングでは脳組織(2時間の一過性虚血症)を、4℃にて20容量(w/v)のホモゲナイゼーション緩衝液(320mMスクロース、0.1mMフッ化フェニルメチルスルホニル、および2μg/mlペプスタチン)中で溶解させた。ホモゲネートを9,200Gにおいて4℃にて15分間遠心した。ペレットを1/10のホモゲナイゼーション容量に再懸濁させた後、蛋白質測定(Bio−Rad蛋白質−アッセイ、Munich,ドイツ)についてのアリコットを分離し、試料を酸化窒素中で迅速に凍結させ、−70℃で貯蔵した。レーン当たり15μgの蛋白質を、4M尿素を含有する8%SDSポリアクリルアミドゲルに負荷し、標準条件下で電気泳動に付した。半乾燥ブロッティングによって蛋白質を電気泳動によりImmobilon−P(商標)膜(Millipore Corp.,Eschborn,ドイツ)に移した。室温(RT)にて1時間、TBST(20mMトリス塩基、pH7.6、137mM NaClおよび0.05%Tween−20)中の3%無脂肪ドライミルク中でブロッキングした後膜を一次GCSFR抗体と共に(1:500)4℃にて1晩インキュベートした。TBST中で洗浄した後、適当なホースラディッシュペルオキシダーゼ−コンジュゲーティッド2次抗体の1:2.000希釈と共に膜をRTにて1時間インキュベートした。免疫反応性バンドを、増強されたケモルミネセンス(Amersham Intl.,Braunschweig,ドイツ)での直線範囲で可視化した。
脳におけるGCSF受容体についてのPCR(図2A)
ラットを深く麻酔し、経心臓的に灌流した後、脳を迅速に切開した。製造業者の指令に従って、RNA−クリーンキット(AGS,Heidelberg,ドイツ)によってRNAを脳から抽出した。合計10μgのRNAをMMLV逆転写酵素およびランダムヘキサマーで逆転写した。PCRでは、ネズミGCSFRのエクソン5および7からの以下のプライマーを用いた:センス、5’−CCC CTC AAA CCT ATC CTG
CCT C−3’(配列番号:5);およびアンチセンス、5’−TCC AGG CAG AGA TCA GCG AAT G−3’(配列番号:6)(Ashihara
E,et al.,J Cell Phyciol 1997;171:343−56)。PCRは以下のプロトコルに従って行った:3分94℃、1分94℃、1分58℃、および1分72℃(40サイクル)。生成物を2%アガロースゲルで分析した。
ALSマウスモデルにおける生存テスト
従前の実験は、ALSのSOD1マウスモデルはヒトにおける療法の成功を予測する(Cleveland and Rothstein)(2001),Nat Rev Neurosci,2,806−19)。そのような分析における主な評価項目は運動兆候の開始、および死亡率の双方である。例えば、運動兆候の開始は、20rpmのスピードにおいてマウスが7分間ロータロッド上に留まることができない最初の日と定義することができる(Li,et al)2000),Science,288,335−9)。死亡率は死亡の日、あるいは欠損が余りにひどくて、マウスが犠牲にならざるを得ない日としてスコア取りされる(例えば、無気力および自分自身を直立できないこと)。さらなるパラメータは、グリップ強度テストによる運動強度、脊髄中の運動ニューロンのカウント、神経の厚み(例えば、坐骨神経、横隔膜神経)、および脊髄運動ニューロンにおけるアポトーシス染色の存在の測定によって決定される。GCSFは、例えば、60ug/kg体重/日において、予め決定された用量にて浸透圧ポンプを介して大脳室に注入することができる。別法として、GCSFは、一日当たり60ug/kg体重の用量、またはより高い用量において静脈内または腹腔内注射を介して与えられる。別法として、PEG処方(前記参照)、またはアルブミン処方(前記参照)、または他の遅延放出処方のようなGCSFの遅延―放出形態を投与する。別法として、いずれかのGCSFまたは誘導体、他の源の処方(もう1つの製造業者)例えば、RocheからのLENOGASTRIM(商標)、Chugai Pharma、Co.Ltd.,からのGRANOCYTE(商標)、Human Genome ScincesからのALBUGRANIN(商標)、またはRoche/AmgenからのNEULASTA(商標)))を用いる。処理は、SOD1 G93A突然変異体の後期プレ兆候段階における60日において開始する。未処理家族性ALSマウスにおいて、運動損傷は12ないし14週齢に出現し、他方、20週齢前には麻痺は観察されない。平均余命は140ないし170日である。効果的な治療は、15%を超えて対照群と比較して寿命を延長するはずである(Cleveland
& Rothstein)2001),Nat.Rev.Neurosci.,2,806−19)。治療のための対照群として、ビークルおよびzVADfmk(このモデルにおいて有効性を示した優れたカスパーゼ阻害剤)処理動物を共に用いる。各群は各々10匹の動物を含む。
GCSFの効率実験に適した利用できるパーキンソン病の種々のげっ歯類モデルがある(Grunblatt,et al.(2000),J Neurol,247 Suppl 2,II95−102.)。1つのよく特徴付けられたモデルは1−メチル−4−フェニルー1,2,3,6−テトラヒドロピリジン(MPTP)の使用である。MPTP−HClの4用量(1用量あたり15mg/kg)を2時間の間隔で腹腔内注射を介して8週齢雄マウス(n=20)に与えることができる。偽−処理動物は生理食塩水を受ける。最後のMPTP処理マウスを犠牲にしてから7日後に、20匹の動物はMPTP処理、およびGCSFの毎日の用量(静脈内、60ug/kg体重)双方を受ける。その時点まで、マウスを運動パラメータ(ロータロッド性能、自由移動)双方について分析する。10匹のマウスの脳を、各々、免疫組織化学について処理して、(商業的に入手可能な抗体を用いて)チロシンヒドロキシラーゼまたはドーパミントランスポーターに対して陽性である黒質におけるニューロンの合計数、アポトーシス−陽性ニューロンの数(TUNEL染色、カスパーゼー3染色)をアッセイする。MPTP処理後の残存するドーパミン作動性ニューロンを、MPTP+GCSFを受けるもの、および偽群と比較する。
実験プロトコルは、地方倫理委員会によって認可された。体重が280ないし320gの雄Wistarラット(Charles River,ドイツ)を以下の群に割り当てた;A(対照群、n=6)、虚血症、虚血症から1時間後に開始する静脈内ボーラス注入としての0.5ml生理食塩水0.9%での処理;B(GCSF群、n=6)、虚血症、虚血症から1時間後に開始する静脈内ボーラスとしての0.5ml生理食塩水0.9%に溶解させた5μg脳GCSF(Amgen)での処理。別法として、いずれかのGCSFまたは誘導体、または他の源の処方(もう1つの製造業者)、例えば、Rocheによるレノガストリム(Lenogastrim)(商標)、またはChugaiによるグラノサイト(商標)、またはHGSによるアルブグラニン(Albugranin)(商標),またはRoche/Amgenによるニューラスタ(商標))をここで用いることができる。1ないし5日後における尾静脈を介する反復静脈内ボーラス。C(偽操作群、n=6)、偽操作、虚血症なし、虚血症から1時間後に開始する静脈内ボーラス注入としての0.5ml生理食塩水0.9%での処理。
100mg/kg体重ケタミン塩酸塩(WDT,Garbsen,ドイツ)の筋肉内注射で動物を麻酔した。必要であれば、50mg/kg体重で麻酔を維持した。平均動脈血圧、および血中ガスの連続的モニタリングのために、PE−50ポリエチレンチューブを右大腿動脈に挿入した。右大腿静脈に、処置注入のためにPE−50チューブによりカニューレを入れた。実験の間に、直腸温度をモニターし、サーモスタット制御加熱パッド(Foeehr Medical Instruments,ドイツ)によって37℃に維持した。
reproducible brain infarction by photchemically initiated thrombosis.Ann Neurol.1985;17:497−504.)の方法に従って、光血栓症虚血症をラット右壁皮質において誘導した。動物をケタミン塩酸塩で麻酔し、定位フレームに入れ、頭蓋表面の露出のために頭皮を切り開いた。照射のために、1.5−mm開口を持つ繊維―光学束を、ブレグマーから4mm後に、かつ中線から4mm側方に、頭蓋上に定位にて置いた。頭蓋に冷白色光ビーム(150W)を20分間照射した。最初の2分間の照射の間に、染料ローズベンガル(0.133mL/kg体重、10mg/mL生理食塩水)を静脈内注射した。偽―操作動物は、ローズベンガルの注入および照射無くして、前記したのと同一の実験手法を受けた。外科的処置の後に、カテーテルを取り出し、動物を麻酔から回復させ、食料および水を自由に与えた。
全ての動物において、実験群を知らされていなかった調査者によって、虚血症前に、およびベースラインにおいて、虚血症から2、3、4、5および6週間後に、一群の挙動テストを行った。ロータロッドテストのために、ラットを加速ロータロッドシリンダー上に置き、動物がロータロッド上に留まった時間を測定した(Hamm et al,J N
eurotrauma 1994 Apr;11(2):187−96,Chen J,Li Y,wang L,Zhang Z,LuD,LuM,Chopp M.Therapeutic Benefit of Intravenous Administration of Bone Marrow Stromal Cells After
Cerebral Ischemia in Rats.Stroke.2001;32:1005.)。スピードを5分以内で4rpmから40rpmまでゆっくりと増加させた。もし動物がラングから落ちるか、またはデバイスを握り、かつラング上を歩くことを試みることなく2連続回転の間に回れば、実験を終了した。訓練ならびにテスト手法において、任意の時間制限をロータロッドシリンダー上での500秒においてラットに設定した。虚血症から3日前に、動物を訓練した。デバイスでの平均持続(秒単位)、外科的処置から1日前に3ロータロッド測定で記録した。運動テストデータは、内部ペースライン対照(外科的処置前に)と比較した、ロータロッド上での平均持続(3回のトライアル)のパーセンテージとして表す。
Cells After Cerebral Ischemia in Rats Stroke 2001;32:1005.)。全てのラットをテスト環境に慣れさせた。最初のテストにおいて、(等しいサイズ、113.1mm2の)接着剤―裏打ち紙ドットの2つの小さなピースを、各前足の手根の末端側―ぎょう骨を占める両側性触覚刺激体として用いた。ついで、ラットをそのケージに戻した。前足からの各刺激体を除去する時間を各前足について1日当たり5トライアルで記録した。個々のトライアルは少なくとも5分だけ分離した。外科的処置の前に、動物を3日間訓練した。一旦ラットが10秒以内にドットを取り除くことができれば、それらを虚血症に付した。
欠乏に対して与え;従って、スコアがより高ければ、負傷はより重症である。
全ての動物についての直腸温度、pH、pCO2、pO2、ヘマトクリット(hct)、血中グルコース、心拍、平均動脈血脈、体重、死亡率についての群の間で統計学的差は観察されなかった(データは示さず)。
ニューロンの調製
10ないし12の皮質はE18段階(胚日18)胚から調製した。組織は、HBSS(ハンクス平衡塩溶液、Bio Withakker)中のトリプシン[10mg/ml]/EDTA/DNase[5mg/ml](Roche Diagnostics)を用いて解離した。消化は4部の培地(神経基礎培地+1ml 50×B−27補足物(Invitrogen)+0.5mM L−グルタミン+25μMグルタメート(gulta
mate))を用いて停止させ、800gにおいて室温にて5分間遠心した。ペレットを5mlの培地に溶解させ、カウンティング(Neubauerスライド)によって細胞数を測定した。ポリ−L−リシンで被覆したカバーグラス上の24−ウェルプレートのウェル当たり250000細胞の密度にて細胞を平板培養した。
調製から14日後に、ニューロンをPBS(Gibco)で洗浄し(37℃)、氷上において2%パラホルムアルデヒドで10分間固定した。次いで、細胞をPBS(4℃)で洗浄し、4℃にて貯蔵した。細胞をPBS中の50mMグリシン中で10分間インキュベートし、次いで、PBSで洗浄した。PBS中の0.2%トリトンX−100(Sigma)を用いて、細胞を氷上で浸透させ、室温にてブロッキング溶液(PBS中の0.2%トリトン−X100、4%正常ヤギ血清(NGS)(Jackson Immunoresearch Laboratories))と共にインキュベートした。一次抗体(マウスGCSFRのC−末端に対して向けられたウサギ―抗−GCSF−Rezeptor−抗体、M−20;sc694;Santa Cruz Biotechnology,Inc.)を、(0.1%トリトンX100/2%NGS中の)1:800の希釈で用い4℃にて一晩インキュベートした。次いで、細胞を1%NGS/PBSで洗浄し、室温にて二次抗体(抗−ウサギ−FITC,1:400;dianova)と共に30分間インキュベートした。次いで、細胞を1%NGS/PBS中で軽く洗浄し、核を逆染色するためにHoechst 33342(Molecular Probes)(PBS中1:10000)で染色した。最後に、カバーグラスを1%NGS/PBS中で2回、PBS中で2回、10mMトリス/HCl、pH7.6中で10分間1回、軽く洗浄した。カバーグラスをAquamount(Polyscience)を用いて埋め込んだ。
神経幹細胞は、記載されているように、公知の自然発生神経形成、4ないし6週齢の雄Wisterラットの、海馬、嗅球、および脳室下帯で脳領域から単離した(Ray J
et al(1993),Proc Natl Acad Sci USA90:3602−6)。プロトコルは、合衆国のNational Research Councilによって是認された動物の使用に関する方針に合致し、ドイツ国の法律の要件を満たす。簡単に述べれば、動物を1%(v/v)イソフルラン、70%N2O、29%酸素で麻酔し、断頭によって犠牲にした。脳を摘出し、4.5g/Lグルコース(DPBS/Glc)を補足した50mLの氷冷ダルベッコのリン酸緩衝化生理食塩水(DPBS)中で洗浄した。6匹の動物からの海馬、嗅球、および脳室下帯を切り開き、10mLのDPBS/Glc中で洗浄し、1600×gにおいて4℃にて遠心した。上清の除去の後に、組織をハサミおよびノミでホモゲナイズした。組織ピースを、800gにおいて、DPBS/Glc培地で5分間洗浄し、3つのペレットを、ハンクスの平衡塩溶液(HBSS)中の0.01%(w/v)パパイン、0.1%(w/v)ディスパーゼII(中性プロテアーゼ)、0.01%(w/v)DNaseI、および12.4mM硫酸マグネシウム中に再懸濁させた。組織をプラスチックピペットチップで粉砕し、室温にて40分間インキュベートしたが、10分ごとに溶液をよく混合した。懸濁液を800×gにおいて4℃にて5分間遠心し、ペレットを2mMのL−グルタミン、100ユニット/mLのペニシリンおよび100ユニット/mLのストレプトマイシンを補足した10mLのDMEM−ハム
F−12培地中で3回洗浄した。次いで、細胞ペレットを、B27から(Invitrogen、Carlsbad,CA,USA)、2mMのLグルタミン、100ユニット/mLのペニシリンおよび100ユニット/mLのストレプトマイシン20ng/mLのEGF、20ng/mLのFGF−2、および2μg/mLのヘパリンを補足した1mLの神経基礎培地に再懸濁させた。細胞を25,000ないし100,000細胞/mLの濃度にて6−ウェル皿中で滅菌条件下にて平板培養した皿を5%CO2中で37℃にてインキュベートした。細胞培養基を1週間に1回交換し、そこでは、培地の約2/3を交換した(Ray J et al(1993),Proc Natl Acad Sci USA90:3602−6)。
製造業者の推奨(RNeasyキット,Qiagen)に従い、凍結したストックから解凍した後に培養にて3週間増殖させた海馬幹細胞(図12)から標準プロトコルに従ってRNAを単離した。標準条件を用い、オリゴdTプライマー、スーパースクリプトII逆転写酵素(Gibco)を用いてcDNAを合成した。ポリメラーゼ鎖反応(PCR)を以下のサイクリング条件:3分94°、30秒94°、30秒60°、1分72°で32サイクルにてプライマー対「ラットGCSFR−frag−8s」GCGGGCAAATCAGGATCTCAC(配列番号:2)、および「ラットGCSFR−frag−287as」CGAAGCTCAGCTTGATCCAGG(配列番号:3)を用いて行った。プライマーは、TBLASTXサーチによってラットゲノムデータベースから確認されたラットGCSFRの断片から誘導した(図11参照)。反応条件:2mM MgCl2、200uM dNTP、200nM各プライマー1ユニットのTaqポリメラーゼ(Invitrogen)/25μL。PCR産物を1.5%アガロースゲルで分解した。特異的PCR産物の長さは279bpであり、以下の配列(配列番号:4)であった(プライマー配列には下線を施す):
ニューロスフィアの免疫細胞化学:
神経幹細胞からなるニューロスフィアをピペットでスライドグラス上に置き、カバーグラスを該細胞の上に置き、該スライドグラスを−80℃に少なくとも30分間置いた。カバーグラスを取り除き、直ちに、0.1Mリン酸緩衝液、pH7.4中の4%PFA(パラホルムアルデヒド)に入れた。細胞を20分間固定した。細胞を1%FCSおよび0.02%NaN3を含むPBS(pH7.4)中で3×5分洗浄した。細胞を、0.5%TX−100を含有するPBS中で10分間浸透させた。抗原を、1%FCSおよび0.02%NaN3を含有するPBS(pH7.4)中で60分間ブロックした。細胞を、PBS中の0.001mg/mlの濃度の核染料DAPIで12分間染色した。次いで、1%FCSおよび0.02%NaN3を含有するPBS(pH7.4)で2×5分洗浄した。最初の抗体を2時間適用し、各々、抗−G−GSF 1:1000、抗−G−CSF−R
1:1000、抗−GM−CSF−R 1:1000(Santa Cruz)の濃度にて、1%FCSおよび0.02%NaN3を含有するPBS(pH7.4)に希釈した。細胞を、1%FCSおよび0.02%NaN3を含有するPBS(pH7、5)で3×5分洗浄した。次いで、第2の抗体(ヤギ抗−ウサギIgG−FITC,(DAKO))を、1:30の濃度にて、1%FCSおよび0.02%NaN3を含有するPBS(pH
7.4)中で60分間適用した。細胞を1%FCSおよび0.02%NaN3を含有するPBS(pH7.4)中で3×5分洗浄した。細胞に最後にAquamountおよびカバーグラスを設置した。
動物を100mg/kg体重のケタミン塩酸塩(WDT,Garbsen,ドイツ)の筋肉内注射で麻酔した。必要であれば、50mg/kg体重で麻酔を維持した。PE−50ポリエチレンチューブを、平均動脈血圧、および血中ガスの継続的モニタリングのために右大腿動脈に挿入した。処理注入のためにPE−50チューブによって、右大腿静脈にカニューレを入れた。実験の間、直腸温度をモニターし、サーモスタット制御加熱パッドによって37℃で維持した(Foehr Medical Instruments,ドイツ)。
brain infarction by photochemically initiated thrombosis.Ann Neurol.1985;17:497−504の方法に従って、光血栓症虚血症をラット右壁皮質において誘導した。動物をケタミン塩酸塩で麻酔し、定位フレームに入れ、頭蓋表面の露出のために頭皮を切り開いた。照明のために、1.5−mm開口を持つ繊維−光学束を、ブレグマに対して4mm後にかつ中線から4mm側方に、頭蓋に定位にて置いた。頭蓋に冷白色光ビーム(150W)で20分間照射した。最初の2分間の照射の間に、染料ローズベンガル(0.133ml/kg体重,10mg/ml生理食塩水)を静脈内に注射した。偽−操作動物は、ローズベンガルの注入および照射なくして、前記したのと同一の実験手法を受けた。外科的処置の後、カテーテルを取り出し、動物を麻酔から回復させ、食料および水を自由に与えた。種々の時点(各々、虚血症および偽操作後6時間、48時間、21日)に従って動物を殺し、同側および対側性双方の皮質領域の調製は当業者に公知である。
RNAは、病巣側に対して同側−および対側性であるラットを皮質領域試料から、標準的プロトコル(Chomczynski and Sacchi(Anal Biochem(1987),162,156−9)、続いてQiagen Rneasyミニキット精製)に従って単離した(組織試料の突き止めについては図13a参照;ここに:3対4)。EP 0 743 367 A2およびUS 5,876932に記載されたRMDD(制限媒介示差表示)−プロトコルに従い、cDNA合成は1μgの全RNAから行った。第1ストランドおよび第2ストランドの合成、およびMboI消化の後、アダプター連結を行った。プライマー組み合わせのサブセットでの2つのPCR反応を行った。引き続いて、PCR反応を変性ゲルに負荷し、ナイロン膜(GATC Biotech AG,Konstanz,ドイツ)にブロットした。ビオチン−標識バンドを通常のストレプトアビジン−ペルオキシダーゼ反応で可視化した。皮質領域からのPCR試料を以下の順序でゲルにロードした;同側:ナイーブ(未処理)、偽6時間、偽48時間、偽21日
、および6時間、48時間、21日光血栓症;対側性:偽6時間、偽48時間、偽21日、および6時間、48時間および21日光血栓症。同側−および対側性領域において異なる強度を有するバンドをナイロン膜から切り出し、対応するPCR産物の再増幅を行った。増幅された産物をpCR−BluntII−TOPOベクター(Invitrogen
GmbH,Karlsruhe,ドイツ)にクローン化し、T7およびM13revプライマー(ABI 3700)で配列決定した。得られた配列をEMBL−データベースと比較した。同側−および対側性皮質領域双方において48時間後にアップレギュレートされた配列を同定した(図14)。同定されたEST−配列をEST−データベースにおけるBLASTN−サーチで拡大し、マウスGM−CSFRアルファをコードするマウス相同配列を、スクリーニングプログラム(BLAST,TBLASTN(Altschul,et al.(1997),Nucleic Acids Res,25,3389−402))を用いることによって、EST−およびゲノムデータベース(ensembl;www.ensembl.org)で同定した。
25bio−2.clb4−4−4:CTCGGAGACGCTGAGGAAGGACCTG(配列番号:13)
3’ブロック−2.clb4−4−4:CTGCGGCCCTAGACCACGCCCACCGCTCCCCGTGACGTCG(配列番号:14)。
(ORFは単一クローンについて決定し該配列は配列番号:40として示され、対応するアミノ酸配列は配列番号:41として示される。)
実施例11−GMCSF受容体アルファは大脳虚血症の光血栓モデルにおいてアップレギュレートされる(定量的PCRによる確認)。
TTGCCATGGACAAGATG(配列番号:18))。相対的調節レベルは、シクロフィリンへの正規化および偽−操作動物に対する視覚の後に得られた。図14は、同側−および対側性側での48時間後におけるGNCSFRアルファのアップレギュレーションを示す。光血栓症の誘導から21日後に、検出可能な有意な調節はなかった(図14b)。誤差バーは標準偏差を示し、これらは3倍系列希釈cDNA−試料から計算され、測定の信頼性を反映する。
調製から1週間後に、ニューロンをPBS(Gibco)(37℃)で洗浄し、氷上において2%パラホルムアルデヒドで10分間固定した。次いで、細胞をPBS(4℃)で洗浄し、次いで、PBS中の50mMグリシン中で10分間インキュベートし、次いで、PBSで洗浄した。PBS中の0.2%トリトンX−100(Sigma)を用いて細胞を氷上で浸透させ、室温にて、ブロッキング溶液(PBS中の0.2%トリトン−X100、4%正常ヤギ血清(NGS)(Jackson Immunoresearch Laboratories))と共にインキュベートした。一次抗体(マウスGMCSFRのC−末端に対して向けられたウサギ−抗−GM−CSF−受容体−抗体、M−20;sc−691;Santa Cruz)を(0.1%トリトン−X100/2%NGS中の)1:300の希釈で用い、4℃にて一晩インキュベートした。次いで、細胞を1%NGS/PBSで洗浄し、室温にて二次抗体(抗−ウサギ−FITC,1:400;dianova)と共に30分間インキュベートした。次いで、細胞を1%NGS/PBS中で軽く洗浄し、核を逆染色するためにHoechst33342(Molecular Probes)(PBS中1:10,000)で染色した。最後に、カバーグラスを1%NGS/PBS中で2回、PBS中で2回、および10mMトリス/HCl、pH7.6中で10分間1回、軽く洗浄した。Aquamount(Polyscience)を用いてカバーグラスを埋め込んだ。
ouncilによって承認された動物の使用についての方針に合致し、かつドイツ国法律の要件を満足する。簡単に述べると、動物を1%(v/v)イソフルラン、70%N2O、29%酸素で麻酔し、断頭によって犠牲にした。脳を摘出し、4.5g/Lグルコースを補足した50mL氷冷ダルベッコのリン酸緩衝化生理食塩水(DPBS)(DPBS/Glc)中で洗浄した。6匹の動物からの海馬、嗅球、および脳室下帯を切り開き、10mLのDPBS/Glc中で洗浄し、1600×gにおいて4℃にて5分間遠心した。上清の除去の後、組織をハサミおよびメスでホモジナイズした。組織ピースをDPBS/Glc培地で800gにおいて5分間洗浄し、3つのペレットを、ハンクスの平衡塩溶液(HBSS)中の0.01%(w/v)パパイン、0.1%(w/v)ジスパーゼII(中性プロテアーゼ)、0.01%(w/v)DNaseI、および12.4mM硫酸マグネシウムに再懸濁させた。組織をプラスチックピンセットチップで粉砕し、室温にて40分間インキュベートしたが、10分毎に、溶液を十分混合した。懸濁液を800×gにおいて4℃にて5分間遠心し、ペレットを2mM L−グルタミン、100ユニット/mLペニシリンおよび100ユニット/mLストレプトマイシンを補足した10mLのDMEM−ハムF12培地中で3回洗浄した。次いで、細胞ペレットを、B27(Invitrogen,Carlsbad,CA,USA)、2mM L−グルタミン、100ユニット/mLペニシリンおよび100ユニット/mLストレプトマイシン20ng/mL EGF、20ng/mL FGF2、および2μg/Lヘパリンを補足した1mL神経基礎培地に再懸濁した。細胞を、25,000ないし100,000細胞/mLの濃度にて6−ウェル皿中で滅菌条件下に置いた。皿を5%CO2中にて37℃でインキュベートした。細胞培養基を1週間に1回交換し、そこでは、培地の約2/3を置き換えた(Ray J
et al(1993)Proc Natl Acad Sci USA 90:3602−6)。
RNAは、製造業者の推奨(RNeasyキット,Qiagen)に従い、凍結されたストックからそれらを解凍後に培養にて3週間増殖させた海馬幹細胞から、標準プロトコルに従って単離した。cDNAは、標準条件を用いオリゴdTプライマースーパースクリプトII逆転写酵素(Gibco)を用いて合成した。ポリメラーゼ鎖反応(PCR)は、プライマー対「ラットBR4−4s96」ACGTCGTTGGCTCAGTTATGTC(配列番号:19)、および「ラットBR4−4as272」ATTTATGTCAGAGATGGAGGATGG(配列番号:20)を用い、以下のサイクリング条件で行った:3分94°、30秒94°、30秒60°、1分72°;で32サイクル。反応条件:2mM MgCl2、200uM dNTP、200nM各プライマー、1ユニットのTaqポリメラーゼ(Invitrogen)/25μL。PCRは1.5%アガロースゲルで分解した。特異的PCR産物の長さは176bpであり、以下の配列であった(プライマー配列には下線を施す):
GCSFおよびGMCSFが血液−脳関門を通過するか否かを知るのは望ましい。脳組織におけるケモカリンの検出のために、高度に感受性のアビジン−ビオチン相互作用を利
用するためにGCSF/GM−CSFをビオチニル化する。G−CSF(Neurogen,Amgen)を、ビオチン−XX−SE(Molecular Probes B 1606)を用いてビオチニル化した。G−CSFを、250mMソルビトールおよび0.004%Tween−80およびビオチン−XX−SEを添加した20mM炭酸ナトリウム緩衝液pH8に希釈した。室温での1時間後にトリス−緩衝液pH8を50mM濃度まで加えて、未反応標識試薬をクエンチした。試料をTLA110ローター(Beckman Instruments)にて45000rpmで30分間回転させて、凝集物を除去した。
Supersignalケミルミネセンス試薬を用いてシグナルを検出した。
GCSF/GMCSFの神経保護作用を、NGF−処理PC12細胞でイン・ビトロにて測定した。PC12細胞を、40,000細胞/ウェルの密度にてポリ−l−リシン(0.01%最終濃度)で被覆した96ウェルプレートに撒いた。細胞を1000mgグルコース/lおよび10%HS(ウマ血清)、5%FCS(胎児ウシ血清)、1%ペニシリン/ストレプトマイシンを含有するDMEM培地中に維持した。次いで、製造業者の推奨に従い、Lipofectamine2000(登録商標)トランスフェクション試薬(Gibco BRL)(0.2ug DNA/ウェル)を用い、(レニラルシフェラーゼ遺伝子をコードする)pSV40−RLでトランスフェクトした。トランスフェクション直後に、NGF(神経成長因子)を40ng/mLの濃度にて加えてPC12の分化を誘導した。処理後24時間においてPC12細胞は拡大した突起を持つニューロン−様形態を発生させる。次いで、細胞を変化させる濃度のH2O2(図1b)、および変化させる濃度(1ないし100ng/ml)のGCSFで処理した。EPOを、0.01U/mlないし1U/mlの濃度にてイン・ビトロにおける公知の神経保護能力を持つ物質に対する陽性対照として加えた(Cerami,et al.(2002),Nephrol Dial Transplant,17,8−12.,Kawakami,et al.(2001),J Biol Chem,276,39469−75.,Sinor and Greenberg(2000),Neurosci Lett,290,213−5.,Chong,et al.(2002),J Cereb Blood Flow Metab,22,503−14)。24時間後に、培地上清を捨て、受動性溶解緩衝液(Promega)を用いて細胞を溶解させた。次いで、レニラルシフェラーゼ活性をルミノメータ(Mithras,Berthold)に記録し、読みを相対的光単位として表した。このアッセイは、検出可能なルシフェラーゼの量として細胞の生存を測定する。従って、相対的光単位がより高いと、より多くの細胞が生存したことになる。このアッセイにおいて、GCSFはPC12細胞の用量−依存性神経保護を示し、これはエリス
ロポエチンよりも優れていた。
GCSF/GMCSFの神経保護作用は、NGF−処理PC12細胞についてイン・ビトロで測定した。PC12細胞を、40,000細胞/ウェルの密度にて、ポリ−l−リシン(0.01%最終濃度)で被覆した96ウェルプレートに撒いた。細胞を、1000mgグルコース/lおよび10%HS(ウマ血清)、5%FCS(胎児ウシ血清)、1%ペニシリン/ストレプトマイシンを含有するDMEM培地中に維持した。次いで、製造業者の推奨に従い、Lipofectamine2000(登録商標)トランスフェクション剤(Gibco BRL)(0.2ugDNA/ウェル)を用い、(レニラルシフェラーゼ遺伝子をコードする)pSV40−RLで細胞をトランスフェクトした。トランスフェニルクション直後に、NGF(神経成長因子)を40ng/mlの濃度で加えて、PC12細胞の分化を誘導した。処理後24時間において、PC12細胞は、拡大された突起を持つニューロン−様形態を発生する。次いで、変化させる濃度のH2O2で(図1b,図23)、および変化させる濃度(1ないし100ng/ml)のGCSFおよびGMCSFで細胞を処理した。EPOは、0.01U/mlないし1U/ml(図1b)、また
は0.5U/ml(図23)の濃度にて、イン・ビトロでの公知の神経保護能力を持つ物質に対する陽性対照として加えた(Cerami,et al.(2002),Nephrol Dial Transplant,17,8−12.,Kawakami.et
al.(2001),J Biol Chem,276,39469−75.,Sinor and Greenberg(2000),Neurosci Lett,290,213−5.,Chong,et al.(2002),J Cereb Blood
Flow Metab,22,503−14)。24時間後に、培地上清を捨て、受動的溶解緩衝液(Promega)を用いて細胞を溶解させた。次いで、レニラルシフェラーゼ活性をルミノメーター(Mithras,Berthold)に記録し、読みを相対的光単位として表した。このアッセイは、細胞の生存を検出可能なルシフェラーゼの量として測定する。従って、相対的光単位がより高いと、より多くの細胞が生存したことになる。このアッセイにおいて、GCSFならびにGMCSFは、エリスロポエチンよりも優れたPC12細胞の用量−依存性神経保護を示した。
実験プロトコルは地方倫理委員会によって承認された。280ないし320gの体重の40匹の雄Wistarラット(Charles River,ドイツ)を以下の群にランダムに割り当てた:A)血栓塞栓症血管閉塞から1時間後における、1時間の間の10mg rt−PA/kg体重での初期血栓溶解;B)血栓塞栓症血管閉塞から3時間後における、1時間の間の10mg rt−PA/kg体重での後期血栓溶解;C)血栓溶解なし、しかし、血栓塞栓症虚血症から30分後に開始する、90分間の2ml生理食塩水0.9%中の60μg/kg体重の組換えG−CSF(Neupogen(登録商標),Amgen,Europe B.V.,オランダ)での処理;D)血栓塞栓症血管閉塞から3時間後における1時間の10mg rt−PA/kg体重での後期血栓溶解と組み合わせた、血栓塞栓症虚血症から30分後に開始する90分間の2ml生理食塩水0.9%中の60μg/kg体重の組換えG−CSF(Neupogen(登録商標),Amgen,Europe B.V.,オランダ)での処理。
視溶液中の4%パラホルムアルデヒトで24時間固定する。パラフィン−包埋後に、1−μm厚みのセクションを切断し、TTC、H&E、およびNissl染色および免疫組織化学分析のために用いる。
値は平均±SDである。全てのデータを獲得した後、ランダム化暗号を解除する。ANOVAおよび引き続いてのポストHOC Fisher保護最小有意差検定を用いて、生理学的パラメータおよび梗塞容量のような連続変数の差の統計学的有意性を決定する。マン−ホイットニーU検定を死亡率のような非パラメータデータのために行う。p値<0.05は統計学的に有意であると考えられる。
用いた免疫組織化学方法
パラフィン−包埋組織のセクション(2μm)をそれらをキシロールで2×5分、100%エタノールで2×2分処理し、次いで、96%から70%まで減少させる濃度のエタノールで処理することによって、脱パラフィン化した。最後に、セクションを蒸留水で洗浄し、マイクロ波で処理した(15分間の600Wにおけるクエン酸緩衝液)。その後、セクションを蒸留水で洗浄し、抗原を0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)中で3×5分ブロックした。0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)に希釈したGCFS−受容体抗血清(SC694;Santa Cruz Biotechnology,Santa Cruz,CA,USA;1:100)を、湿潤チャンバー中で室温にて1時間インキュベートした、次いで、セクションを、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)で3×2分洗浄した。次いで、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)中で、第2の抗体(ヤギ抗−ウサギFab−FITC,dianova,1:50)を4℃にて適用した。1×TBS(pH7.4)中の0.2%BSAでセクションを3×2分洗浄した後、1×TBS(pH7.4)中の0.2%BSAに1:100希釈したGCSF抗血清(SC13102;Santa Cruz Biotechnology,Santa Cruz,CA,USA)を室温にて1時間適用した。セクションを前記したように3回洗浄し、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)中に1:200希釈したビオチニル化ヤギ抗−ウサギIgG(Vector Laboratories,USA)と共に30分間インキュベートした。再度セクションを洗浄した後、TRITC−コンジュゲーテッドストレプトアビジン(dianova;1:200)を室温にて1.5時間適用した。次いで、セクションを1×TBSで3×2分洗浄し、1×TBS中に1:10000希釈した核染料DAPIで10分間染色した。最後に、セクションを1×TBSで3×2分洗浄し、蛍光用の設置培地を設置した
(Vectashield,Vector Laboratories,USA)。オリンパスIX81顕微鏡、および「Analysis」ソフトウェアパッケージ(Soft
Imaging Systems,Stuttgart,ドイツ)でデジタル的に写真を撮った。
GCSF受容体(図25a,d,g)は、海馬(図25aないしc歯状回、dないしf門)および皮質(図25gないしi)双方において、そのリガンドとの共局所化を示す(図25b,e,h)。同一ニューロンが受容体およびリガンド双方を発現するという驚くべき発見は、神経系の新規な内因性神経保護システムを支持するGCSFのオートクリンシグナリングメカニズムを示唆する。
免疫組織化学的方法
免疫組織化学は実施例20に記載したように行った。GCSFR抗血清およびヤギ抗−ウサギFab−FITCとセクションとのインキュベーションの後に、セクションを1×TBS(pH7.4)中の0.2%BSAで3×2分洗浄した。その後、GMCSFR抗血清(SC690;Santa Cruz Biotechnology,Santa Cruz,CA,USA;1:100)を室温にて1時間適用した。ビオチニル化ヤギ抗−ウサギIgG(Vector Laboratories,USA)およびTRITC−コンジュゲーテッドストレプトアビジン(dianova;1:200)とのインキュベーションを含めた以下の手法を、実施例2においてGCSF検出について記載したように行った。
GCSF受容体(図26a,d,g)およびGMCSF受容体(図26b,e,h)は、海馬および皮質(図26c,f,i)双方において同一ニューロンで発現される。図26は、海馬の歯状回(aないしc)および門(dないしf)における、ならびに皮質(gないしi)における、ニューロン上での双方の受容体の共発現を示す。この知見は、さらに、GCSFおよびGMCSFが組み合わせて用いて、神経学的疾患を治療し、および造血因子の神経保護特性は組み合わせて起用によって促進され得るという主張を説明する。
初代培養ニューロンは、作用メカニズムを解明するためのツールである。従って、我々は、G−CSF受容体が培養の21日後に海馬または皮質ニューロンで発現されるか否かをチェックした。事実、我々は、皮質ならびにほとんどの海馬ニューロン双方での発現をPCR(先の実施例)および免疫細胞化学によって確認した。発作病理生理学における最も重要なメカニズムのうちの1つは、遅延したニューロン細胞死滅である(Choi(1996),Curr Opin Neurobiol,6,667−72,Schneider,et al.(1999),Nat Med,5,554−9,Mattson(2000),Nat Rev Mol Cell Biol,1,120−9)。従っ
て、我々は、G−CSFはニューロン中のアポトーシスカスケードに干渉するのではないかと仮説を立てた。G−CSF受容体を発現することが判明した初代ニューロン培養において、大脳虚血症の間における重要な事象である酸化窒素への暴露は、PARP−切断(示さず)によって証明されるようにプログラムされた細胞死滅の用量−依存性増加に導く。50ng/mlのG−CSFでの処理は、図27に例示されるように、NOR3処理の後にアポトーシス細胞死滅を劇的に低下させた。造血系の系列の細胞において、GM−CSF受容体は、Janusキナーゼ2(JAK2)およびシグナルトランスデューサおよびトランスアクチベータ(stat)蛋白質(Jak−stat経路)を介してその抗−アポトーシスシグナルを伝達する(例えば、(Epling−Burnette,et al.(2001),J Immunol,166,7486−95,Sakamoto,et al.(2003),Int J Hamatol,77,60−70))。我々はstat1またはstat5のリン酸化によって活性化を検出できなかったが(図27、パートIII)、stat3は、他の細胞型においてJAK−statキネティクスに典型的な時間−依存的なG−CSFの添加によって強くリン酸化された(図27、パートIV)(図27、パートV;のKuroki,M.&O‘Flaherty,J.T.Extracellular signal−regulated protein kinase(ERK)−dependent and ERK−independent
pathways target STAT3 on serine−727 in human neutrophils stimulated by chemotactic factors and cytokines.Biochem J341(Pt3),691−6(1999):から採取し、適合させた)。培養基へのG−CSFの添加によって惹起されたstat3 tyr705リン酸化は、G−CSF受容体/JAK2経路を介して特異的に媒介された。というのは、阻害剤AG490によるJAK2/stat3連結のブロッキングは、G−CSFの存在下における劇的に低下したシグナルに導いたからである(図X)。stat3活性化は、bclファミリーの抗−アポトーシス蛋白質の誘導に導く(Yoshida,et al.(2002),J Exp Med,196,641−53,Sakai and Kraft(1997),J Biol Chem,272,12350−8,Nielsen,et al.(1999),Leukemia,13,735−8)。ニューロン培養へのG−CSFの添加は、ニューロンにおける大脳虚血症の間での、Bcl−X1およびBcl−2双方、優れた抗−アポトーシス蛋白質の時間−依存性増加に導いた(図27、パートVI)。興味深いことには、最近の報告は神経負傷後の運動ニューロンについての必須の生存蛋白質としてのstat3を示唆する(Schweizer,et al.(2002),J Cell Biol,156,287−97)。従って、G−CSFは、stat5およびNF−kB活性化を含むEPOの提案された抗−アポトーシスメカニズムとは異なって作用するようである(Digicaylioglu and Lipton(2001),Nature,412,641−7)。
ラットからの初代皮質ニューロンは以下のようにして創製した:10ないし12の皮質をラット胚E18から切り出した。組織は、HBSS(BioWhitakker,Taufkirchen,ドイツ)中の10mg/mlトリプシン、5mg/mlEDTA/DNase(Roche diagnostics,Mannheim,ドイツ)を用いて解離した。1×B−27補足物を含有する4部の神経基礎培地を用いて消化を停止させた(Invitrogen,Karlsruhe,ドイツ)。遠心後に、ペレットを5mlの培地に溶解させ、ポリ−L−リシンで被覆したカバーグラス上の24−ウェルプレートのウェル当たり250,000細胞の密度にて細胞を平板培養した。培地は、典型的には、50mlの神経基礎培地(Life technologies,Karlsruhe,ドイツ)、1mlの補足物B27(Life technologies)、5μlのbFGF(Sigma,19μgを100μlの10mMトリス/HCl pH7に溶
解させた)、および50μlのペニシリン/ストレプトマイシン(Life technologies)を含有する。
v1.29(http://rsb.info.nih.gob/ij/index.html)を用い、PARP切断をスキャンされたオートラジオグラフで定量した。
大脳虚血症のMCAOモデル
病変大脳虚血症(MCAO)、中央大脳動脈閉塞)を誘導する手法は、実施例1に記載したように行った。
虚血症/再灌流についてランダム化された動物での実験は、従前に詳細に記載されているように行った(Brambrink,et al.(2000),J Cereb Blood Flow Metab,20,1425−36)。簡単に述べれば、ラットを
麻酔し(クロラールヒドレート)、経口的にチューブを入れ、機械的に通気した(実験を通じて35ないし40mmHgにおいてPaCO2、95ないし110mmHgにおいてPaCO2)。双方の総頸動脈(CCA)を露出させ、血液サンプリンクおよびMABP(Sirecust 310,Siements,Danvers,MA,USA)の継続的モニタリングのため、ポリエチレンチューブ(PE−50)でカテーテル処理した。右側では、一過的大脳虚血症を誘導するために後に用いるCCAの周りにナイロン糸を緩くループとした。動物の頭部をEEGおよびCBF測定のために定位フレームにて固定した(詳細については、(Brambrink,Schneider,Noga,Astheimer,Gotz,Korner,Heimann,Welschof and Kempski(2000),J Cereb Blood Flow Metab,20,1425−36)参照)。カルバリウムを、中央切開によって露出させ、塩素化銀ピンEEG電極を保持するために設計された2つの窪みを作製した(Praxinos and Watson(1986)brain atlasに従って左体性感覚皮質および前頭洞に渡って位置させた。高速歯ドリル)。右半球に渡って、約24mm2の頭蓋骨を取り出し、薄い骨層を残した(右側に1.3ないし5.3mm側方に高く、ブレグマから1.5ないし7.5mmの後頭側)。コンピュータ駆動マイクロマニピュレータで制御されたレーザードップラー−フロープローブ(波長:780μm,BPM 403A、TSI
Inc.,St.Paul,MN,USA)を使用して、「スキャンニング技術」を用い、30の位置における領域的大脳血流(rCBF)を測定した(Soehle,et al.(2000),Acta Neurochir Suppl,76,181−4)。対側性側において(左側に対して3.3ないし5.3mm側方、ブレグマから5.0ないし7.0mm後頭側)、より小さい(4mm2)ウィンドウを確立して、静止レーザードップラー−フロープローブ(波長:780μm,BPM2,Vasamedices Inc.,St.Paul,MN,USA)を用い、局所的大脳血流(lCBF)を測定した。温度プローブは、従前に記載されているように、((Brambrink,et al.(1999),J Neurosci Methods,92,111−22))、右側側頭筋肉に、左側耳介管において、および直腸中6cm深さに入れた。コア温度(サーモスタッド制御加熱ブランケット)および側頭筋肉温度(梗塞下熱ラジエータ近く)を、実験手法を通じて37.5±0.1℃に制御した。動物の下方体セクションを気密チャンバーに入れた。これは、電子的に調節された真空ポンプによって低圧を確立することを可能とし、それにより、制御された様式で(「低圧低血圧」)動物の動脈血圧を低下させる(静脈プーリング)。外科的安定化期間から30分後に、右頸動脈の周りの規定された錘に付着させたナイロン糸を引っ張って、血管を閉塞することによって(動脈圧力は左頸動脈に入れられたカテーテルによって測定した)、一過的全大脳虚血症を開始させた;低圧低血圧技術を用い、MABPを同時に35mmHgに低下させた。脳虚血症は、連続的lCBF、rCBF、およびEEG測定によって確認した。全大脳虚血症の15分後に、該糸を切断し、真空を停止させて、再灌流を行った。回復から90分後、CCAカテーテルを取り除き、切開を閉じ、動物をベンチレータから引き離した。抜管(再灌流の110分前後)において、かつ安定した活力のある兆候の存在下で、ラットをそのケージに戻し、加熱ブランケットを用いて、熱喪失を妨げた。
RNAは、標準的なプロトコル((Chomczynski and Sacchi(1987),Anal Biochem,162,156−9)、続いてQiagen RNeasy(商標)ミニキット精製に従って単離した。組織試料は、各々、全大脳虚血症の後に、全ラット脳から、および病変大脳虚血症後の種々の時点に病巣側に対して同側−および対側から採取した。cDNAは、標準条件を用い、オリゴdTプライマー、スーパースクリプトII逆転写酵素(Gibco)を用いて10μgの全RNAから合成した。DNA二本鎖のSYBR−緑色染色にて、Lightcycler(登録商標)システム(Roche Diagnosties,Mannheim,ドイツ)を用い、定量的
PCRを行った。サイクリング条件は以下の通りであった:GCSFR:5分95℃、5秒95℃、10秒66℃、30秒72℃;10秒84℃で50サイクル;GCSF:5分95℃、5秒95℃、10秒64℃、30秒72℃;10秒88℃で50サイクル。融解曲線は以下のパラメータで行った:95℃から50℃へ冷却;0.2℃/秒にて99℃までランピング。以下のプライマー対を用いた:「ラットGCSFR−frag−32s」CCA TTG TCC ATC TTG GGG ATC(配列番号:42)、「ラットGCSFR−frag−265as」CCT GGA AGC TGT TGT TCC ATG(配列番号:43)、「ラットGCSF−345s」CAC AGC GGG
CTC TTC CTC TAC CAA(配列番号:44)、および「ラットGCSF−862as」AGC AGC GGC AGG AAT CAA TAC TCG(配列番号:45)。Lightcycler(登録商標)PCRは、製造業者の推奨(Roche Diagnositics)に従って、SYBR緑色マスターミックスを用いて行った。産物の特異性は、融解点分析およびアガロースゲル電気泳動によって確認した。試料のcDNA含有量はシクロフィリンの発現レベルに対して正規化した(プライマー:「cys5」ACC CCA CCG TGT TCT TCG AC(配列番号:46);「acyc300」CATTTGCCATGGACAAGATG(配列番号:47))。相対的調節レベルは、シクロフィリンに対する正規化、および偽−操作動物との比較に由来した。誤差バーは標準偏差を示し、これらは3倍系列希釈されたcDNA−試料から計算され、測定の信頼性を反映する。
光血栓症皮質虚血症の虚血性モデルを前記実施例に記載したように行った。
光血栓症虚血症の誘導から6時間後に、受容体およびリガンド双方について、図29中の矢印によって示されるように、原発性虚血症病巣の周囲領域(「領域」)におけるニューロンの増強された染色に対する明瞭な証拠があった。この知見は、我々が、神経系の新規な内因性神経保護システムを発見したという原理の基礎となる。また、それは、領域帯におけるGCSFの主な作用メカニズムが事実抗アポトーシスらしいことの基礎となる。
用いた免疫組織化学方法
実験は実施例21に記載したように行った。GCSF抗血清の代わりに、1×TBS(pH7.4)中の0.2%BSAに1:200希釈したモルモット抗−ダブルコルチン(DCX)ポリクローナル抗体(Chemicon International,ドイツ)を適用した。1×TBS(pH7.4)中の0.2%BSAでのセクション3×2分の洗浄後、それを、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)に1:200希釈したビオチニル化ヤギ抗−モルモットIgG(Vector Laboratories,USA)と共に30分間インキュベートした。セクションを洗浄した後再度、実施例21に記載されたプロトコルに従い、TRITC−コンジュゲーテッドストレプトアビジン(dianova;1:200)を室温にて1.5時間適用した。
図30は、海馬の歯状回(aないしf)および門(gないしi)におけるニューロンでのGCSF受容体(a,d,g)およびダブルコルチン(b,e,h)の発現を示す。G−CSF受容体および初期ニューロンマーカダブルコルチン(Jin,et al.(2001),Proc Natl Acad Sci USA,98,4710−5)双方の発現の重複(図30c,f,i)は、ニューロン分化初期段階におけるG−CSFの機能的役割を示す。
神経幹細胞(NSC)の創製
ラットからの成体神経幹細胞の創製は、実施例9に記載されたように行った。
B.V.,オランダ)の添加から4日後に、細胞を収穫し、RNAを単離した。未処理細胞を対照として供した。
SVZのGCSF−処理および未処理ニューロスフィアのRNAは、製造業者のプロトコルに従い、Qiagen RNeasyミニキットを用いて単離した。cDNAは、標準条件を用い、オリゴdTプライマー、スーパースクリプトII逆転写酵素(Gibco)を用い、2μgの全RNAから合成した。定量的PCRは、DNA二本鎖のSYBR−緑色染色にてLightcyclerシステム(Roche Diagnosiecs,Mannheim,ドイツ)を用いて行った。サイクリング条件は以下の通りであった:
ネスチンおよびNSE(ニューロン特異的エノラーゼ):3分95℃、5秒95℃、10秒58℃、30秒72℃;10秒81℃で50サイクル;ベータIII−チューブリン:3分95℃、5秒95℃、10秒65℃、30秒72℃;10秒87℃で50サイクル;PLP:3分95℃、5秒95℃、10秒62℃、30秒72℃;10秒84℃で50サイクル;GFAP:3分95℃、5秒95℃、10秒60℃、30秒72℃;10秒81℃で50サイクル。融解曲線は以下のパラメータを用いて測定した:95℃から50℃に冷却;0.2℃/秒において99℃までランピング。以下のプライマー対を用いた:「ラットネスチン−プラス」AGG AAG AAG CTG CAG CAG AG(配列番号:48)、「ラットネスチン−マイナス」TTC ACC TGC TTG GGC TCT AT(配列番号:49)、「ラットNSE−プラス」GGC AAG GAT GCC ACT AAT GT(配列番号:50)、「ラットNSE−マイナス」AGG GTC AGC AGG AGAC TTG A(配列番号:51)、「ラットベータIII−tub−716s」CCA CCT ACG GGG ACC TCA A
CC AC(配列番号:52)、「ラットベータIII−tub−1022as」GAC
ATG CGC CCA CGG AAG ACG(配列番号:53)、「ラットPLP−518s」TCA TTC TTT GGA GCG GGT GTG(配列番号:54)、「ラットPLP−927as」TAA GGA CGG CAA AGT TGT AAG TGG(配列番号:55)、「ラットGFAP3’−1123s」CCT TTC TTA TGC ATG TAC GGA G(配列番号:56)、「ラットGFAP3’−1245as」GTA CAC TAA TAC GAA GGC ACT
C(配列番号:57)。Lightcycler PCRは、SYBR緑色マスターミックスを用い、製造業者の推奨(Roche diagnostics)に従って行った。産物の特異性は、融解点分析およびアガロースゲル電気泳動によって確認した。試料のcDNA含有量は、シクロフィリン(プライマー:「cys5」ACC CCA CCG
TGT TCT TCG AC(配列番号:58)、「acyc300」CAT TTG CCA TGG ACA AGA TG(配列番号:59))の発現レベルに対して正規化した。相対的調節レベルはシクロフィリンに対する正規化、および未処理細胞に対する比較に由来した。図31は、GCSF処理から4日後における、ニューロンマーカNSEおよびベータIII−チューブリンの強力かつ濃度依存性のアップレギュレーションを示す。PLPおよびGFAPはGCSF−濃度に依存して中程度に調節される。誤差バーは、3倍系列希釈cDNA−試料から計算された標準偏差を示し、測定の信頼性を反映する。
用いた免疫組織化学方法
パラフィン−包埋組織(2μm)のセクションは、それをキシロールで2×5分、100%エタノールで2×2分、次いで、96%から70%までへの減少させる濃度のエタノールでそれを処理することによって脱パラフィン化した。最後に、セクションを蒸留水で洗浄し、マイクロ波処理した(600Wにおいて15分間のクエン酸緩衝液)。その後、セクションを蒸留水で洗浄し、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)中で抗原を3×5分ブロックした。0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)に希釈したGMCSF受容体抗血清(SC690;Santa Cruz Biotechnology,Santa Cruz,CA,USA;1:100)を、湿潤チャンバー中で室温にて1時間インキュベートした。次いで、セクションを、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)で3×2分洗浄した。次いで、第2の抗体(ヤギ抗−ウサギFab−FITC,dialova,1:50)を、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)中で4℃にて1晩適用した。セクションを1×TBS(pH7.4)中の0.2%BSAで3×2分洗浄した後、1×TBS(pH7.4)中の0.2%BSAに1:100希釈したGMCSF抗血清(SC13101;Santa Cruz Biotechnology,Santa Cruz,CA,USA)を室温にて1時間適用した。セクションを前記したように3×洗浄し、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)中に1:200希釈したビオチニル化ヤギ抗−ウサギIgG(Vector
Laboratories,USA)と共に30分間インキュベートした。セクションを洗浄した後、再度、TRITC−コンジュゲーテッドストレプトアビジン(dianova;1:200)を室温にて1.5時間適用した。次いで、セクションを1×TBSで3×2分洗浄し、1×TBS中に1:10000希釈した核染料DAPIで10分間染色した。最後に、セクションを1×TBSで3×2分洗浄し、蛍光(Vectashield,Vector Laboratories,USA)のために設置培地を設置した。オリンパスIX80顕微鏡、および「Analysis」ソフトウェアパッケージ(Soft Imaging Systems,Stuttgart,ドイツ)でデジタル的に写真を撮った。
けるいずれかの蛍光キャリーオーバーの不存在についてチェックした。第2の対照として、全ての二重−蛍光染色は2次抗体についてスイッチされたクロモフォアで行った。
GMCSF受容体(図32a,d,g)およびGMCSF(図32b,e,h)は、歯状回(図32a−c)、門(図32d−f)および皮質(図32g−i)におけるニューロンに共局所化する。これらのデータは、GMCSFがオートクリンリガンドであるという見解を支持する。
病変大脳虚血症(MCAO、中央大脳動脈閉塞)を誘導するための手法は、実施例1に記載されたように行った。
全虚血症モデル
外科的調製および一過的全大脳虚血症は、前記したように行った。
定量的PCR
RNA単離およびcDNA合成は前記したプロトコルに従って行った。サイクリング条件は以下の通りであった:GCSFR:5分95℃、5秒95℃、10秒62℃、30秒72℃;10秒80℃で50サイクル;GCSF:5分95℃、5秒95℃、10秒60℃、30秒72℃;10秒81℃で50サイクル。融解曲線は以下のパラメータで行った:95℃から50℃へ冷却;0.2℃/秒において99℃へランピング。以下のプライマー対を用いた:ラットGCSFR「BR4−4s96」ACG TCG TTG GCT
CAG TTA TGT C(配列番号:60)、「BR4−4as272」ATT TAT GTC AGA GAT GGA GGA TGG(配列番号:61)、「ラットGCSF−723s」GGA GCT CTA AGC TTC TAG ATC(配列番号:62)、および「ラットGCSF−908as」GGC TCA ATG TGA TTT CTT GGG(配列番号:63)。Lightcycler(登録商標)PCRは、製造業者の推奨(Roche Diagnostics)に従い、SYBR緑色マスターミックスを用いて行った。融解点分析およびアガロースゲル電気泳動によって、産物の特異性を確認した。試料のcDNA含有量は、シクロフィリン(プライマー:「cys5」ACC CCA CCG TGT TCT TCG AC(配列番号:58);「acyc300」CATTTGCCATGGACAAGATG(配列番号:59))の発現レベルに対して正規化した。相対的調節レベルはシクロフィリンへの正規化、および偽−操作動物に対する比較に由来した。誤差バーは標準偏差を示し、これらは3倍系列希釈cDNA−試料から計算し、測定の信頼性を反映する。
用いた免疫組織化学方法
実験は前記したように行った。GMCSF抗血清の代わりに、1×TBS(pH7.4)中の0.2%BSAに1:200希釈したモルモット抗−ダブルコルチン(DCX)ポリクローナル抗体(Chemicon International,ドイツ)を適用した。1×TBS(pH7.4)中の0.2%BSAでセクションを3×2分洗浄した後、
それらを、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)中に1:200希釈したビオチニル化ヤギ抗−ブタIgG(Vector Laboratories,USA)と共に30分間インキュベートした。セクションを再度洗浄した後、前記したプロトコルに従い、TRITC−コンジュゲーテッドストレプトアビジン(dianova;1:200)を室温にて1.5時間適用した。
図34は、海馬の歯状回(aないしc)および門(dないしi)におけるニューロンでのGMCSF受容体(a,d,g)およびダブルコルチン(b,e,h)の発現を示す。G−CSF受容体および初期ニューロンマーカダブルコルチン(Jin,Minami,Lan,Mao,Batteur,Simon and Greenberg(2001),Proc Natl Acad Sci USA,98,4710−5)(図34c,f,i)の双方の発現の重複は、ニューロン分化の初期段階におけるGMCSFの機能的役割を示し、発作、パーキンソン病、ALSおよび多くの他の病気のような、影響する神経形成が治療剤であり得る全ての神経変性病へのGMCSFの適用の基礎となる。
神経幹細胞の創製
ラットからの成体神経幹細胞の創製は実施例9に記載したように行った。細胞を800×gにおいて5分間遠心し、上清を除去し、それを1×PBSで1回洗浄することによって、細胞を2ないし3週間毎に継代した。1mlのアキュターゼ(Accutase)(Sigma)中への再懸濁、および37℃における15分間のインキュベーションの後、細胞をカウントし、6ウェルプレート中のウェル当たり1.5ないし2.0×105細胞の密度で平板培養した。海馬に由来する神経幹細胞を、10ng/mlのGMCSF(Leukine(登録商標),Berlex,Schering AG ドイツ)での第4継代後に刺激し、3日後に、それをRNA単離のために収穫した。未処理細胞を対照として供した。
SVZのGMCSF−処理および未処理ニューロスフィアのRNAを、製造業者の推奨に従い、Qiagen RNeasyミニキットを用いて単離した。標準的条件を用い、オリゴdTプライマー、スーパースクリプトII逆転写酵素(Gibco)を用い、cDNAを5μgの全RNAから合成した。定量的PCRは、DNA二本鎖のSYBR−緑色染色でのLightcyclerシステム(Roche Diagnostics,Mannheim,ドイツ)を用いて行った。Lightcycler PCRの性能、サイクリング条件およびベータIII−チューブリン、NSE、PLP、およびGFAPで用いたプライマー対は前記した。相対的調節レベルは、シクロフィリンへの正規化、および未処理細胞に対する比較に由来した。神経幹細胞の分化能力、および分化した細胞の特異的マーカ発現は系統的に説明する。10ng/mlのGMCSFでの神経幹細胞の処理の結果、ベータIII−チューブリン(n=3;p<0.05,両側t−検定)、および程度は低いが成熟ニューロンについてのマーカであるNSEの有意に誘導された発現をもたらす(図35B)。PLPおよびGFAPの発現レベルで観察された変化はなかった。
刊行物で入手できるほとんどのデータは、G−SCFおよび関連サイトカインの血清レベルについての情報を含む。しかしながら、神経学的障害の療法でのG−CSFの効果的
な使用のための1つの重要なパラメータは、血液−脳−関門(BBB)の通過である。この問題は特に興味深いものである。なぜならば、多くのタンパク質性薬物は血液およびニューロンの間のこの天然の境界を横切ることができないことが知られているからである。他方、エリスロポエチンおよび顆粒球−マクロファージコロニー刺激因子(GM−CSF)のような造血因子を含めたいくつかの蛋白質については、それらはBBBを通過することができ、CNS中のニューロンに対して効果的となることが示された(McLay,et al.(1997),Brain,120,2083−91.,Brines,et
al.(2000),Proc Natl Acad Sci USA,97,10526−31)。
G25(Amersham Biosciences,Freiburg ドイツ)カラムで精製した。サイズ排除クロマトグラフィーによって分析すると、精製された蛋白質は正しい分子量の単一ピークとして未標識標準化合物と共に溶出された。放射性標識蛋白質は雌Sprague−Dawleyラット(250ないし300g)の尾静脈を介して注射した。競合的摂取実験のために、冷蛋白質を標識された化合物と混合し、共注射した。少し前に、切開ラットをロンプン/ケタネストで麻酔し、(注射から1、4および24時間後に)下腹部大動脈を介して100mlの生理食塩水を灌流して、血液を取り出した。全脳および血液を切開し、乾燥ブロットし、重量を測定した。血液を遠心して、血清を得た。注入物の試料と共に、放射能をγ−カウンター(LB951G,Berthold,ドイツ)で測定して、組織の%ID/gを計算した。結果は、G−CSFが脳に存在することを示し、アルブミンと比較して、血液脳関門の通過は経時的に4ないし5のファクターだけ増大した。放射性標識の注射から24時間後に採取した試料は、1および4時間と比較して増大したレベルを示す(図36)。これらの観察は、血液に静脈内注射されたG−CSFがBBBを横切り、主として、CNS−ニューロン上の特異的受容体を活性化することができるのを示す。
GM−CSFは血液−脳−関門を通過できることを示すために、我々は、G−CSFの代わりに実施例31に記載されたヨウ素化されたGM−CSFでラットを注射した。実験は同様な結果を示し、静脈内投与後におけるラット脳でのGM−CSFおよびアルブミン存在の比較は、GM−CSFレベル(脳対−血清の比率)は、アルブミンよりも3ないし4倍高いことを示す。データは、GM−CSFは血液−脳−関門を通過できることを示す(図37)。
G−CSFおよびGM−CSFはALSの治療で有益であるという考えは2つの方法から由来した:最初に、GCSFおよびGMCSF双方に対する受容体およびリガンドは、
共に、脊髄の前角において大きな運動ニューロンで発現される。第2に、G−CSFがアポトーシスカスケードを逆反応させることによって部分的に作用するという証明は、ALSで作動するアポトーシスメカニズムに対する証拠に照らして非常に魅力的である(Li,et al.(2000),Science,288,335−9)。ALSについての最も普通に用いられるマウスモデルは、家族性ヒトALSを担うことが示されたSOD1遺伝子における突然変異を運ぶトランスジェニックマウスである。それらのうち最も頻繁に用いられるのはSOD1(G93A)トランスジェニック系列である。典型的には、これらのマウスは低下したライフスパンを有し、運動弱点の進行性兆候を示し、これは、挙動テスト(例えば、グリップ強力テスト、ロータロッドテスト)によって容易にアクセスすることができる。治療効果についての多数のテストがこれらのマウスで行われており、リルゾール、ミノサイクリン、カルニチンその他のような物質について生命−延長効果を示している。これらのマウスは臨床的に予測される重要性を有すると考えられる。というのは、ヒトにおいて唯一認可された薬物であるリルゾールはこれらのマウスで保護効果を有し、他方、ヒト試験で失敗したBDNFは有しないからである。従って、我々は、ALSのSOD1−トランスジェニックマウスモデルにおいて、G−CSFが平均余命または機能的結果を延長するかをテストした。SOD1および野生型マウスに、生後60日から出発し、10μg/KGのBW G−CSFまたはビークルを同時に注射し、経時的にモニターした。結果は、G−CSF処理群におけるより長い平均余命についての明瞭な傾向(図38A)、ならびに運動機能(グリップ強度テスト(図38B))の改善を示し、これは、経時的にいくつかの測定点において有意性に到達した。さらに、処理群において増大した体重の傾向があった。
MPTPモデル:
パーキンソン病(PD)の最も特徴付けられているモデルは、ニューロトキシン、1−メチル−4−フェニル−1,2,3,6−テトラヒドロピリジン(MPTP)を用いて開発された。パーキンソンモデルにおいてGCSFの効率を調べるために、我々は、8週齢雄マウスにおいてMPTPを投与した。マウスの各群(n=15)にMPTP−HClまたは生理食塩水の反復した腹腔内注射(30mg/kg、5mg/kgの濃度において5連続日の間毎日1回)、および緩衝液、GCSF(0.03mg/kg/;5mg/kg)またはミノサイクリン(45mg/kg;5mg/kg)の反復皮下(22連続日の間毎日1回)投与を与えた。GCSFの最初の適用はMPTP(または群0については生理食塩水)の直後に行ったが、双方の化合物の可能な相互作用のため、ミノサイクリンはそれから30分後に投与した。各群の全ての動物は22日に犠牲にした。その時点まで、マウスは運動活性(加速ロータロッドについて共に分析し、体重を毎日測定した。さらに、層および座核におけるドーパミン、3,4−ジヒドロキシフェニル酢酸(DOPAC)およびホモバニリン酸(HVA)の濃度を測定するために、各脳を電気化学的検出でのHPLC分析に付す。
パラメータは、そのトキシン後に生存するニューロンの数である。従って、チロシンヒドロキシラーゼ(TH)免疫組織化学およびTH−陽性ニューロンの血清学的定量は各動物の中脳セクションで行った(Triarhou,et al.(1998),J Neurocytol,17,221−32)。
MPTPモデル
GCSFについて記載したように、パーキンソンモデルにおけるGMCSFの効果は以下の実験で確認される(これまでの実施例参照)。
前記にて例示したように、GCSFならびにGMCSFはマウスにおけるMPTPモデルで強い神経保護特性を有した。これはヒトパーキンソン病に対する適用性について非常に強い証拠である。というのは、MPTPは、ヒトにおいてPDを引き起こすその能力のため発見されたトキシンだからである。
アンフェタミンまたはアポモルフィン(Ungersetedt 1971)に応答しての回転挙動を調べることによって評価することができる。容易にかつ良好な定量可能な運動欠乏は、このモデルの主な利点を構成する。挙動パラメータに加え、免疫組織化学後のチロシンヒドロキシラーゼ(TH)陽性ニューロンの線条体レベル、およびHPLC分析後におけるドーパミンおよびその代謝産物レベルもまた測定することができる。6OHDAは、PDラットモデルにおいてGCSFおよびGMCSFの効果を確認するのに用いることができる。成体Sprague−Dawleyラット(体重250g)は、黒質または線条体への2μl 6OHDA中の8μgの1回の定位注射後に片側が病変する。異なる用量のGCSF(0.03mg/kg;0.1mg/kg、またはその他)を、2週間の間の病変直後に毎日皮下投与することができる。処理した動物の他の群は、6OHDAの注射直後に単一用量の層内または黒質内GCSFまたはGMCSF(300μg/kg)を受ける。MPTPモデル実験に関しては、ミノサイクリンは神経保護参照化合物(45mg/kg、毎日1回、皮下)として用いることができる。偽動物および緩衝液で処理した病変動物を対照群として用いる。病変から2週間後に、動物を回転挙動テストに付す。ラットにアポモルフィンを皮下注射し、ボールケージに入れ、1時間に渡る対側性回転の数を記録する。各動物群についての回転の数は、標準統計学的テストを用いて比較する。挙動テストの後、動物を殺し、TH−陽性ニューロンの合計数をアッセイするための免疫組織化学のために、およびドーパミンのレベルを測定するためのHPLCのために処理する。
mcsfの新規なミメティックスを含めた、新規な神経保護薬物を見出すためのスクリーニングツールとして、ニューロン中のstat3系を用いる可能性も示す。
我々は、ラットにおける発作についての最も認められたモデル、中央大脳動脈閉塞モデル(MCAO)においてGMCSFで実験を行った。
差を示し、これらは3倍系列希釈cDNA−試料から計算され、測定の信頼性を反映する。
多数の成長因子受容体によって活性化することができるもう1つの優れた抗―アポトーシス形質導入経路はPI3K/Akt経路(Dudek,et al.(1997),Science,275,661−5)である。AktはPI3−キナーゼおよびキナーゼPDKを介して活性化され、活性なAktはSer473。リン酸化のレベルによって測定することができる。未処理細胞において、リン酸化Aktに対応する目に見えるかすかなバンドのみがあった(図43A、第1のレーン)。20ng/mlのG−CSFを加えてから5分後に、G−CSF添加後少なくとも1時間安定に出現したリン酸化Aktの実質的な増加があった(図43A)。Akt総レベルは一定のままであった(図43A、第2列)。Aktの誘導と平行して、我々はわずかなサイズの差がある2つのバンドとして出現した上流キナーゼPDK1のなおより強いリン酸化を観察した(図43B)。興味深いことには、PDKおよびAkt双方の活性化は、2層で出現し15分においてシグナルは一時的に減少した。G−CSF添加から5分後のAkt5のリン酸化はPI3−キナーゼ阻害剤LY294002によって完全にブロックすることができた(図43C)。かくして、Aktはニューロン中のG−CSFによって誘導された顕著なシグナルであり、公
知のPI3−キナーゼPDK経路を介して活性化されるように見える。
GM−CSFもまた、GM−CSF添加後少なくとも1時間安定に出現したリン酸化Aktの実質的増加に導いた(図44A)、Aktの誘導と平行して、我々は、上流キナーゼPDK1のなおより強いリン酸化を観察した(図44A)。GM−CSF添加から5分後のAktのリン酸化は、PI3−キナーゼ阻害剤LY294002によって完全にブロックすることができた(図44A)。かくして、Aktはニューロン中のGM−CSFによって誘導された顕著なシグナルであり、GM−CSF受容体に由来する、その同族PI3−Kキナーゼ−PDK経路を介して活性化される。サイトカイン受容体において由来し得る第3の経路はRaf−Erk経路である。Erk 1/2はニューロン生存を促進することが示されており(Anderson and Tolkovsky(1999),J Neurosci,19,664−73,Xia,et al.(1995),Science,270,1326−31)、虚血症モデルにおいてBDNFの保護作用を媒介する(Han and Holtzman(2000),J Neurosci,20,5775−81)。事実、GM−CSFもまた、リン酸化によるErk1/2の迅速であるが一過性の活性化を誘導した(図44B)。驚くべきことに我々もまた、GM−CSF添加後少なくとも1時間より強く出現し、継続した新しく発見されたErk5の活性化を検出した(図44B)。Erk5もまたニューロン生存シグナルの媒介に関連付けられている(Watson,et al.(2001),Nat Neurosci,4,981−8)。
また、IL−3は、IL−3添加後5分および1時間に検出されたリン酸化されたAkt,の実質的な増加に導いた(図47)。かくして、Aktはニューロン中のIL−3によって誘導された顕著なシグナルである、その同族PI3−キナーゼ−IL−3受容体に由来するPDK経路を介して活性化される。GCSFおよびGMCSFについては、我々もまた、PDKがニューロン細胞のIL−3刺激によってリン酸化されることを示すことができた(図47)。該リン酸化はIL−3刺激の開始後5分および1時間に検出できた。
IL−5は、IL−5添加後5分および1時間に検出された、IL−3について記載されたような、リン酸化されたAktおよびPDKの実質的増加に導いた(図47)。かくして、AktおよびPDKはニューロン中のIL−5によって誘導された顕著なシグナルである、IL−5受容体に由来するその同族PI3−キナーゼーPDK経路を介して活性
化される。
H2O2の濃度を増大させて、GM−CSFの発現は、未処理ニューロンと比較して同様に4倍まで増加する(図45)。細胞死滅の刺激後におけるGM−CSFのこの濃度―依存性誘導により、GM−CSFが脳損傷後に内因性神経保護因子として作用するであろうという示唆が確認される。
虚血症モデル
遠位MCA/CCA閉塞モデル。一過的左総頚動脈/MCA(CCA/MCA)閉塞は従前に記載されているように達成された。簡単に述べれば、一晩絶食させた動物をクロラールヒドレート(0.45g/kg IP)で麻酔した。右大腿静脈および動脈に、動脈血圧記録および薬物投与のためにカニューレを入れた。コア体温を、虚血症および最初の1時間の再灌流の間、フィード−前方温度コントローラの使用を通じて36.5±0.5℃に維持した。同側CCAを単離し、腹側頸部中線切開を通じてタグを付した。0.005−インチ直径のステンレス鋼ワイヤー(Small Parts Inc)を、MCAの主な分岐に対して近位の、およびレンズ核線条体動脈に対して遠位である、嗅脳溝に対して吻側の左MCA真下に置いた。次いで、動脈をリフトし、ワイヤーを時計回りに回転させて、閉塞を確実とした。次いで、CCAを無外傷動脈瘤クリップで閉塞させた。MCA閉塞の座に対して3mm遠位である皮質表面の大脳灌流を、レイザードップラーフローメーター(LDF)(モデルBPM2、Vesamedic)測定した。(大脳灌流の相対的値を表す)LDFスケールで初期値の10%ないし15%の大脳灌流を呈する動物のみを実験に含めた。虚血症誘導後60分に開始し、50μg/kgのG―CSFを20分間に渡って静脈内に注入した。MCA/CCA閉塞の180分後に、閉塞手法を逆に行うことによって再灌流を確立した。再灌流から72時間後に、動物を再度麻酔し、50mLの生理食塩水で経心臓的に灌流した。灌流された単離の脳をセクショニングのために氷冷PBSに移した。TTC染色によって梗塞容量を測定した。全ての手法は動物の人道的世話のためのNational Institutes of Healthガイドラインに適合し,動物福祉制度委員会によって認可された。
神経幹細胞(NSC)の創製
ラットからの成体神経幹細胞の創製は、実施例9に記載したように行った。神経幹細胞のルシフェラーゼレポータでのトランスフェクションのために、それらを1週間に1回継代し、ルシフェラーゼ実験をイン・ビトロにて14週間後に行った。
イン・ビトロでの成体神経幹細胞に対するG−CSF処理の効果を、さらに、適当なβ―III−チューブリンプロモータ断片の制御下でルシフェラーゼを用いてレポータ戦略によって調べた。(従前に記載された)クラスIII β―チューブリン遺伝子プロモータ(断片―450ないし+54)を、PCRのために鋳型としてゲノムDNAを用いることによって増幅し、次いで、pGL3−Basicホタルルシフェラーゼレポータベクター(Promega)のMlu I/Xho I部位に該断片を挿入した。pRL SV40ベクター(Promega)を内部対照ベクターとして供した。DNAトランスフェクションのために、細胞を解離し、35000細胞/ウェルの密度にてポリーL−オルニチン/ラミニンー被覆96−ウェルプレート上で平板培養した。24時間の培養の後、細胞を1×ダルベッコのリン酸緩衝化生理食塩水(DPBS,Gibco)で1回洗浄した
。pGL3−P−p−βIIIチューブリンベクター(150ng/ウェル)およびpRL SV40ベクター(100ng/ウェル)での共トランスフェクションを、リポフェクトアミン方法(Invitrogen)に従って行った。pGL3−basicホタルルシフェラーゼレポータベクターを陰性対照して供し、陽性対照として、細胞をpCMV−ルシフェラーゼで共トランスフェクトした。神経基礎培地を加えることなく、DPBSを除去した後、DNA−Lipofectamine2000複合体を各ウェルに加えた。24時間のトランスフェクトされた細胞のインキュベーションに続き、Opti−MEMを除去し、細胞を神経基礎培地中の種々の濃度のG−CSF(Neupogen(登録商標),Amgen,Europe B.V.,オランダ)(5ng/ml,10ng/ml,100ng/ml)で48時間刺激した。イン・ビトロ分化についての対照として5%胎児ウシ血清(FCS)を培地に加え、マイトジェンを取り除くことによって、幹細胞を処理した。次いで、Promegaの指令に従い、細胞を収穫して、ルシフェラーゼアッセイのための細胞抽出物を調製した、細胞をホタルおよびレニラ(Renilla)ルシフェラーゼで共トランスフェクトしたので、デュアルールシフェラーゼレポータアッセイ系(Promega)を用い、レニラルシフェラーゼによって媒介される反応からのものに対するホタルルシフェラーゼによって媒介される反応からのルミネセンズシグナルの比率を、ルミノメーター(Berthold Tcchnologies,Mithras LB940)で測定した。
1mlプラスチックピペッド中のニューロスフィアを粉砕することによって単一細胞懸濁液を作製し、次いで、細胞を遠心によってペレット化した。1×リン酸―緩衝化生理食塩水(PBS)中への再懸濁後に、1×PBS中の同一容量の2%パラホルムアルデヒド(PFA)を加え、1%PFAの最終濃度をもたらすことによって、細胞を固定した。細胞を氷上で15分間インキュベートし、1×PBSで1回洗浄し、次いで、1×PBSに溶解させた0.2%tween20中への再懸濁によって浸透させた。氷上での15分間のインキュベーションの後、胎児ウシ血清(FCS)をブロッキングのために1:50希釈で加えた。一次抗体を、1:100希釈で加えたモノクローナルマウス抗―ラットMAP2抗体(Sigma)として供した。細胞を氷上で2時間インキュベートし、1×PBS中の0.1%tween20で3回洗浄した。ロバ抗―マウスFITC−コンジュゲーテッド二次抗体(Dianova)との氷上での30分間のインキュベーションに続き、細胞を、1×PBS中の0.1%tween20で再度3回洗浄し、FACS分析のために、最後に1×PBSに再度懸濁させた。細胞のフローサイトメトリーをFACSCalibur(Becton−Dickinson)で行った。細胞を、光の前方および右角度(側方)散乱によって、およびFITC蛍光について、適切なフィルターシステムを介して分析した。
神経幹細胞(NSC)の創製
ラットからの成体神経幹細胞の創製は、実施例9に記載したように行った。神経幹細胞
のルシフェラーゼレポータでのトランスフェクションのために、それを1週間に1回継代し、イン・ビトロにて14週間後にルシフェラーゼ実験を行った。
イン・ビトロにて成体神経幹細胞に対するGM−CSF処理の効果を調べるために、β−III−チューブリンプロモータ断片の制御下でルシフェラーゼを用いるレポータ戦略を実施例44に記載するように用いた。神経幹細胞を、神経基礎培地中の種々の濃度のGM−CSF(Leukine(登録商標),Berlex,Schering AG ドイツ)(0.5ng/ml、5ng/ml、10ng/ml)で神経幹細胞を48時間刺激した。図51において、ルシフェラーゼ−活性の濃度−依存性増加が、神経幹細胞のGM−CSF処理の後に示される。10ng/mlのGM−CSFの濃度では、同一分化−誘導効果が、bFGFおよびEGFを除き、標準分化プロトコルとして知られたFCFを加えることにより達成することができる。
FACS分析
ニューロンマーカMAP2についての抗体染色を実施例44に記載したように行った。MAP2−陽性細胞のカウントは、未処理における28.36±2.26%からGM−CSF処理幹細胞における56.86±8.36まで図52に示すように増加する(p<0.03;N=3)。かくして、GM−CSFは、成体神経幹細胞において神経形成を有意に誘導する。
免疫組織化学方法
パラフィン−包埋組織(2μm)のセクションを、それをキシロールで2×5分、100%エタノールで2×2分処理し、次いで、96%から70%まで減少させる濃度のエタノールで処理することによって脱パラフィン化した。最後に、セクションを蒸留水で洗浄し、マイクロ波処理した(600Wにおける15分間のクエン酸緩衝液)。その後、セクションを蒸留水で洗浄し、抗原を、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)中で3×5分ブロックした。0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)に希釈したGM−CSF抗血清(SC13101;Santa Cruz Biotechnology,Santa Cruz,CA,USA;1:100)を湿潤チャンバー中にて室温で1時間インキュベートした。次いで、セクションを、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)で3×2分洗浄した。次いで、ビオチニル化二次抗体(ヤギ抗−ウサギ、Vector Laboratories,1:200)を、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)中で30分間適用した。0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)でセクションを3×2分洗浄した後、セクションを、飽和量のTRITC−コンジュゲーテッドストレプトアビジン(Dianova 1:200)と共に室温にて1時間インキュベートした。0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)で3×2分洗浄した後再度、GM−CSF受容体アルファ抗血清(Chemicon,1:100)を適用した。1時間後、セクションを、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)で3×2分洗浄した。前記したように、ビオチニル化二次抗体(ヤギ抗−マウス、Vector Laboratories,1:200)を適用することによって検出を行い、その後、セクションをCy5−コンジュゲーテッドストレプトアビジン(Dianova 1:200)と共にインキュベートした。セクションを1×TBSで3×2分洗浄した後、それを、1×TBS中に1:10000希釈した核染料DAPI
で10分間染色した。最後に、セクションを1×TBSで3×2分洗浄し、蛍光(Vectashield,Vector Laboratories,USA)のために設置培地を設置した。オリンパスIX80顕微鏡、および「Analysis」ソフトウェアパッケージ(Soft Imaging Systems,Stuttagart,ドイツ)でデジタル的に写真を撮った。
ヒト前頭皮質において、図53c、fに示すように、GM−CSF受容体アルファ(図53a,d)がGM−CSFと同一ニューロンで発現され(図53b,e)、ここに、2つの染色は合わされる。かくして、GM−CSFおよびその受容体の発現はマウスおよびラット脳に制限されないが、ヒト脳においても見出すことができる。
実施例47:G−CSF受容体はヒト脳で発現される。
免疫組織化学方法
パラフィン−包埋組織(2μm)のセクションを実施例46に記載したように処理した。簡単に述べれば、クエン酸緩衝液での脱パラフィン化およびマイクロ波処理の後、セクションを、0.2%BSAを含有する1×TBS(pH7.4)でブロックした。洗浄の後、G−CSF受容体抗血清(SC694;Santa Cruz Biotechnology,Santa Cruz,CA,USA;1:100)を湿潤チャンバー中で1時間適用した。ビオチニル化二次抗体(ヤギ抗−ウサギ、Vector Laboratories,1:200)とのインキュベーションおよびCy5−コンジュゲーテッドストレプトアビジン(Dianova 1:200)での検出に続き、核を、1×TBS中に1:10000希釈したDAPIで10分間染色した。最後に、セクションを設置し、オリンパスLX81顕微鏡、および「Analysis」ソフトウェアパッケージ(Soft Imaging Systems,Stuttgart,ドイツ)でデジタル的に写真を撮った。
GM−CSF受容体アルファについて実施例46に示したように、G−CSF受容体はヒト脳の前頭皮質で発現された(図54)。
ラットからの初代皮質ニューロンを実施例12に記載したように作製した。調製から2週間後にニューロンを種々の濃度のH2O2(0μM、300μM、450μM、600μMおよび900μM)で6時間処理した。培地を捨て、溶解緩衝液を加えることによって、かつQiagan RNeasyミニキットによるRNA−調製のための製造の業者の推奨に従い、細胞をプレートから掻き落とした。G−CSFに関するLight Cycler測定を実施例23に記載するように行った。
増大させる濃度のH2O2で細胞死滅が生起するにつれ、G−CSFの発現は同様に増加した(図55)。これらの結果は、G−CSFが、脳損傷後に内因性神経保護因子として作用するであろうという示唆を確認する。
正常なラット脳におけるIL−5受容体の分布を系統的に評価するために、パラフィン−包埋組織(2μm)のセクションを脱パラフィン化し、マイクロ波処理した(500wにおける10分間のクエン酸緩衝液)。その後、セクションをIL−5受容体アルファ抗
血清(AF533;R&D Systems;1:100)と共に湿潤チャンバー中で室温にて1時間インキュベートした。クロモゲン(DAKO,Glostrup,Denmark)としてのDABでのABC技術を用いて染色を可視化した。陰性対照を一次抗血清を省くことによって行った。
IL−5受容体アルファの発現は、前頭皮質(図56a)において、歯状回(図56b)において、嗅球の僧帽細胞(図56c)において、および小脳のプルキニエ細胞(図56d)において検出された。
本実施例において、我々は、ヒト起源の細胞に対するG−CSFおよびGM−CSFの神経保護能力をテストした。従って、我々は、ヒト神経芽腫細胞系SHSY5Yを用いた。酸化的ストレスをモデル化するために、G−CSF/GM−CSFの存在または不存在下で細胞をNO−ドナーNOR3で処理し、増加したカスパーゼ3/7活性を損傷についての尺度として用いた。細胞を96ウェルプレートに(5×104細胞/ウェル)2日間で撒いた。酸化的ストレスを誘導するために、G−CSF(50μg/ml)の有りまたは無しにて、細胞を150μMのNor3で5時間処理した。次いで、製造業者のプロトコルに従って、Caspase−Glowアッセイ(Promega)によってカスパーゼ3/7活性を測定し、プレートリーダー(Berthold)でルミネセンスを検出した。図57は、G−CSF[60ng/ml]およびGM−CSF[20ng/ml]が、共に、ヒト神経芽腫細胞においてNOR3惹起カスパーゼ活性を低下させることを示す。これは双方のサイトカインの神経保護効果の基礎となり、ヒトニューロン細胞がそれらに対して感受性であることを示す。
Claims (57)
- GCSF、GMCSF、IL−3、IL−5、その誘導体、そのミメティック、およびその組合せよりなる群から選択される造血因子を、神経学的疾患を治療するのに十分な量で、それを必要とする哺乳動物に投与することを特徴とする哺乳動物において神経学的疾患を治療する方法。
- 該神経学的疾患が、虚血症に関係する病理生理学的メカニズムを持つ神経学的病気、低酸素症に関係する病理生理学的メカニズムを持つ神経学的病気、神経変性病、および神経細胞死滅が伴う神経系の病気よりなる群から選択される請求項1記載の方法。
- 該神経学的疾患が、虚血症または低酸素症に関係する病理生理学的メカニズムを持つ神経学的病気である請求項1記載の方法。
- 虚血症または低酸素症に関係する病理生理学的メカニズムを持つ神経学的病気が発作である請求項3記載の方法。
- さらに、1以上のさらなる造血因子を投与することを含む請求項1記載の方法。
- 該神経学的疾患が精神医学的疾患である請求項1記載の方法。
- 該精神医学疾患が鬱病である請求項6記載の方法。
- 該精神医学的疾患が認知症または多発性硬化症である請求項1記載の方法。
- 該造血因子がG−CSF、GM−CSF、その誘導体、そのミメティック、その組合せよりなる群から選択され、ここに、該さらなる造血因子がエリスロポエチンである請求項5記載の方法。
- GCSF、GMCSF、IL−3、IL−5、その誘導体、およびそのミメティックよりなる群から選択される少なくとも2つの造血因子を含む組合せを含み、ここに、該さらなる造血因子がエリスロポエチンである請求項5記載の方法。
- 該神経学的疾患が発作、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、神経外傷、心臓停止による大脳虚血症、手術手法の間における大脳虚血症、多発性硬化症、ハンチントン病、緑内障、神経障害、リソソーム貯蔵病、または脊髄負傷である請求項1記載の方法。
- 該造血因子がIL−3、その誘導体、そのミメティック、またはその組合せである請求項1記載の方法。
- 該造血因子がIL−5、その誘導体、そのミメティック、またはその組合せである請求項1記載の方法。
- さらに、血流力学的に活性な化合物を投与することを含む請求項1記載の方法。
- さらに、組織プラスミノーゲンアクチベータを哺乳動物に投与することを含む請求項1記載の方法。
- さらに、血液脳関門の通過を容易とする剤を投与することを含む請求項1記載の方法。
- さらに、抗−アポトーシス剤を投与することを含む請求項1記載の方法。
- 該神経学的疾患が発作である請求項15記載の方法。
- さらに、組織プラスミノーゲンアクチベータを哺乳動物に投与することを含む請求項10記載の方法。
- 該造血因子がヒト因子であるか、またはヒト因子に由来する請求項1記載の方法。
- 該哺乳動物がヒトである請求項1記載の方法。
- 該造血因子が直接的大脳内注射、静脈内、動脈内、経口及び皮下よりなる群から選択される1以上の投与様式によって投与される請求項1記載の方法。
- 該造血因子の投与が、哺乳動物に投与した場合、神経学的疾患を治療するのに十分な量の造血因子を発現するポリヌクレオチドを投与することを含む請求項1記載の方法。
- 該ポリヌクレオチドがウィルスベクターまたはリポソームと共に投与される請求項23記載の方法。
- 神経幹細胞組成物を、GCSF、GMCSF、IL−3、IL−5、その誘導体、そのミメティック、およびその組合せよりなる群から選択される造血因子と接触させ;引き続いて、神経幹細胞を哺乳動物に投与することを特徴とする、それを必要とする哺乳動物において神経学的疾患を治療する方法。
- 該神経学的疾患が、虚血症に関係する病理生理学的メカニズムを持つ神経学的病気、低酸素症に関係する病理生理学的メカニズムを持つ神経学的病気、神経変性病、および神経細胞死滅を伴う神経系の病気よりなる群から選択される請求項25記載の方法。
- 該神経学的疾患が虚血症または低酸素症に関係する病理生理学的メカニズムを持つ神経学的病気である請求項26記載の方法。
- 虚血症または低酸素症に関係する病理生理学的メカニズムを持つ該神経学的病気が発作である請求項27記載の方法。
- 該神経学的疾患が精神医学的疾患である請求項25記載の方法。
- 該精神医学的疾患が鬱病である請求項29記載の方法。
- 該精神医学的疾患が認知症または多発性硬化症である請求項25記載の方法。
- さらに、神経幹細胞組成物を1以上のさらなる造血因子と接触させることを含む請求項25記載の方法。
- 該造血因子がGCSF、GMCSF、その誘導体、そのミメティック、その組合せよりなる群から選択され、ここに、該さらなる造血因子がエリスロポエチンである請求項32記載の方法。
- 該神経幹細胞組成物を、GCSF、GMCSF、IL−3、IL−5、その誘導体、およびそのミメティックよりなる群から選択される少なくとも2つの造血因子;およびエリ
スロポエチンの組合せと接触させる請求項33記載の方法。 - 該神経学的疾患が発作、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、神経外傷、心臓停止による大脳虚血症、手術手法の間における大脳虚血症、多発性硬化症、ハンチントン病、緑内障、神経障害、リソソーム貯蔵病、または脊髄負傷である請求項25記載の方法。
- 該造血因子がIL−3、その誘導体、そのミメティック、またはその組合せである請求項25記載の方法。
- 該造血因子がIL−5、その誘導体、そのミメティック、またはその組合せである請求項25記載の方法。
- 該造血因子がヒト因子であるか、またはヒト因子に由来する請求項25記載の方法。
- 該哺乳動物がヒトである請求項25記載の方法。
- 該神経幹細胞組成物がヒト神経幹細胞を含む請求項25記載の方法。
- IL−3、IL−5、その誘導体、そのミメティック、およびその組合せよりなる群から選択される造血因子をコードする1以上のポリヌクレオチドを哺乳動物に移植された細胞に導入することを含み、ここに、該細胞は該1以上のポリヌクレオチドを導入するに先立っての細胞生存に対して細胞の生存を増強するのに十分な量で造血因子を発現することを特徴とする、哺乳動物に移植された細胞の生存を増強させる方法。
- 該細胞が、さらに、1以上のさらなる造血因子を発現し、それを分泌する請求項41記載の方法。
- 該さらなる造血因子がGCSF、GMCSF、エリスロポエチン、その誘導体、そのミメティック、およびその組合せよりなる群から選択される請求項42記載の方法。
- 該造血因子がIL−3、その誘導体、そのミメティック、またはその組合せである請求項41記載の方法。
- 該造血因子がIL−5、その誘導体、そのミメティック、またはその組合せである請求項41記載の方法。
- 該哺乳動物がヒトである請求項41記載の方法。
- 該細胞が神経細胞である請求項41記載の方法。
- 該神経細胞が神経幹細胞である請求項47記載の方法。
- 該細胞が幹細胞である請求項47記載の方法。
- 該細胞が、さらに、IL−3受容体およびIL−5受容体の一方または双方を発現する請求項41記載の方法。
- 該細胞が哺乳動物の神経組織に移植される請求項41記載の方法。
- 神経細胞培養を、造血因子と接触させるに先立っての培養に対して神経細胞培養の生存
性を増強させる量の、IL−3、IL−5、その誘導体、そのミメティック、およびその組合せよりなる群から選択される造血因子と接触させることを特徴とする神経細胞培養の生存性を増強させる方法。 - 該神経細胞培養が神経幹細胞を含む請求項52記載の方法。
- 1以上のポリヌクレオチドを神経細胞培養の細胞に導入することを含み、ここに、該ポリヌクレオチドはIL−3、IL−5、その誘導体、そのミメティック、およびその組合せよりなる群から選択される造血因子を発現させ、ここに、該ポリヌクレオチドは、造血因子との接触に先立っての培養に対して神経細胞培養の生存性を増強させるのに十分な量の造血因子を発現させることを特徴とする、神経細胞培養の生存性を増強させる方法。
- 該ポリヌクレオチドがウィルスベクターまたはリポソームで投与される請求項54記載の方法。
- 投与に先立っての哺乳動物に対して哺乳動物の認識能力を増強させるのに十分な量の、IL−3、IL−5、その誘導体、そのミメティックおよびその組合せよりなる群から選択される造血因子を投与することを特徴とする、それを必要とする哺乳動物の認識を増強させる方法。
- 該哺乳動物がヒトである請求項56記載の方法。
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