JP2009232732A - Variant fgf - Google Patents

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JP2009232732A JP2008081826A JP2008081826A JP2009232732A JP 2009232732 A JP2009232732 A JP 2009232732A JP 2008081826 A JP2008081826 A JP 2008081826A JP 2008081826 A JP2008081826 A JP 2008081826A JP 2009232732 A JP2009232732 A JP 2009232732A
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Akihiko Koseki
明彦 古関
Riyo Harada
理代 原田
Shuichi Hiraoka
秀一 平岡
Hirou Murakami
宏宇 村上
Akihiko Okawa
昭彦 大河
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Chiba University NUC
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
Chiba University NUC
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To discover gene mutation taking part in synostosis, to provide a method for judging onset risk of the disease based thereon, and to provide a variant FGF having modified affinity to sulfated glycosaminoglycan, and modified interstitial diffusibility. <P>SOLUTION: The method for judging the onset risk of the synostosis includes detecting the presence or absence of the substitution of Asn143 of FGF9 polypeptide with Thr, or the mutation of a codon encoding the Asn143 in Fgf9 gene to a codon encoding the Thr. The mutant FGF polypeptide in which the Asn taking part in hydrogen bond between monomers in an FGF homodimer is substituted with the Thr is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、変異体FGF及びその用途に関する。より具体的には、本発明は硫酸化プロテオグリカンに対する親和性の低下した変異体FGF、該変異体FGFを含む医薬、該変異体FGFの有無を検出することを特徴とする骨癒合症の発症リスクの判定方法等に関する。   The present invention relates to mutant FGF and uses thereof. More specifically, the present invention relates to a risk of developing osteosynthesis characterized by detecting mutant FGF with reduced affinity for sulfated proteoglycan, a drug containing the mutant FGF, and the presence or absence of the mutant FGF. It is related with the determination method etc.

骨格形態発生は、関節の協調した発生を伴い、その位置が骨格のレイアウトを決定する。関節は構造的及び機能的に不均一である。滑膜関節は、軟骨細胞の初期凝集から生じ、引き続き関節腔により隔てられた別々の骨格構造へ分化する。対照的に、縫合線は、未熟で急速に分裂している造骨性の前駆体(このうちの一部は骨芽細胞となり、新たな骨を産生する)を含む、狭い領域により隔てられた2つの骨の板を含む。   Skeletal morphology generation is accompanied by coordinated generation of joints, and its position determines the layout of the skeleton. The joint is structurally and functionally heterogeneous. Synovial joints arise from the initial aggregation of chondrocytes and subsequently differentiate into separate skeletal structures separated by joint spaces. In contrast, the sutures were separated by a narrow area containing immature and rapidly dividing osteogenic precursors, some of which become osteoblasts and produce new bone Includes two bone plates.

線維芽細胞増殖因子(FGF)受容体における機能獲得型の変異は、軟骨異形成症及び頭蓋骨縫合線早期癒合症を生じ、骨および関節の両方の発生におけるFGFシグナリングの機能に脚光を当てている。特に、線維芽細胞増殖因子受容体2(Fgfr2)ローカスにおける優性変異が関与しているアントレー−ビクスラー症候群(Antley−Bixler syndrome:ABS)において橈上腕(radiohumeral)骨癒合症及び頭蓋骨縫合線早期癒合症が同時発生することは、滑膜関節及び縫合線発生の両方におけるFGFシグナリングの寄与を示唆する(非特許文献1)。同様の症候群性の関節欠陥が、クルーゾン症候群に関連するFgfr2cの機能獲得型を発現するマウス(非特許文献2)や、異所性で恒常的に活性なFGFR1キナーゼドメインを発現しているマウス(非特許文献3)においても見られる。これらの知見は、FGFシグナリングが関節及び縫合線発生を阻害する一方で、軟骨形成及び/又は骨形成を促進することを示唆する。従って、FGFシグナリングに対する時空間的な制約が、骨および関節の両方の協調した発生を達成するのかもしれない。   Gain-of-function mutations in the fibroblast growth factor (FGF) receptor result in chondrodysplasia and cranial suture early healing, highlighting the function of FGF signaling in both bone and joint development . In particular, radiohumeral and early cranial suture fusion in Antley-Bixler syndrome (ABS) involving a dominant mutation in fibroblast growth factor receptor 2 (Fgfr2) locus Co-occurring suggests the contribution of FGF signaling in both synovial joint and suture development (Non-Patent Document 1). A mouse with a similar syndrome-like joint defect expressing a gain-of-function form of Fgfr2c associated with Cluson syndrome (Non-patent Document 2) or a mouse expressing an ectopic and constitutively active FGFR1 kinase domain ( Non-patent document 3). These findings suggest that FGF signaling promotes cartilage formation and / or bone formation while inhibiting joint and suture development. Thus, spatiotemporal constraints on FGF signaling may achieve coordinated development of both bones and joints.

局所的なFGFシグナリングは、いくつかの異なるレベルにおいて調節されている。第1に、FGFリガンドの時空間的に制限された発現がある。22のFGFリガンドのなかで、FGF2、FGF4、FGF7、FGF8、FGF9、FGF10、FGF17及びFGF18は肢芽及び発生中の骨格において発現している。これらのうち、機能欠失型の変異により、FGF2、FGF9及びFGF18の軟骨形成及び/又は骨形成への機能的関与が実証されている(非特許文献4〜7)。マウスにおけるFGF9の過剰発現による軟骨形成異常の表現型の誘導も、FGF9が軟骨形成に影響を及ぼす能力を実証している(非特許文献8)。FGFシグナリングに関与する他のエレメントはヘパラン硫酸プロテオグリカン(HSPGs)である。マウス及びキイロショウジョウバエにおける遺伝学的研究は、HSPGsがFGFリガンドの分布及び受容体結合を制御することを示唆する(非特許文献9及び10)。マウスにおいて、HSPGグリコサミノグリカン鎖合成に必要な鍵となるグリコシルトランスフェラーゼ酵素であるExt1における低形質変異は、肘及び膝関節の癒合を引き起こす(非特許文献11)。特に、Ext1の神経特異的ノックアウトにより、脳パターン形成時のFGF8の適切な分布におけるヘパラン硫酸(HS)の必要性が明らかとなった。更に、他のHS生合成遺伝子であるNdst1はレンズ発生の間のFGFシグナリングに必要である。これらの知見を合わせると、FGF/HS相互作用が、関節発生を含む器官発生時のFGFシグナリングを制御していることが示唆される。最後に、FGF9の構造解析により、FGF9が、シグナル伝達能力に影響を与え得るホモ二量体を形成し得ることが示唆されている(非特許文献12及び13)。FGF9のホモ二量体化は、FGF9のいくつかの重要な受容体結合部位を閉鎖するため、自動阻害メカニズムがFGF9依存的シグナル伝達を調節するよう機能しているのかもしれない。しかしながら、この提唱された自動阻害メカニズムは、まだその機能の実証がなされていない。   Local FGF signaling is regulated at several different levels. First, there is a spatiotemporally restricted expression of FGF ligand. Among the 22 FGF ligands, FGF2, FGF4, FGF7, FGF8, FGF9, FGF10, FGF17 and FGF18 are expressed in the limb buds and the developing skeleton. Among these, the functional involvement of FGF2, FGF9, and FGF18 in cartilage formation and / or bone formation has been demonstrated by a loss-of-function mutation (Non-Patent Documents 4 to 7). Induction of chondrogenic phenotype by overexpression of FGF9 in mice has also demonstrated the ability of FGF9 to affect cartilage formation (Non-patent Document 8). Other elements involved in FGF signaling are heparan sulfate proteoglycans (HSPGs). Genetic studies in mice and Drosophila melanogaster suggest that HSPGs regulate FGF ligand distribution and receptor binding (Non-Patent Documents 9 and 10). In mice, hypomorphic mutations in Ext1, a key glycosyltransferase enzyme required for HSPG glycosaminoglycan chain synthesis, cause elbow and knee joint fusion (Non-Patent Document 11). In particular, the nerve-specific knockout of Ext1 revealed the need for heparan sulfate (HS) in the proper distribution of FGF8 during brain pattern formation. Furthermore, another HS biosynthetic gene, Ndst1, is required for FGF signaling during lens development. Together, these findings suggest that the FGF / HS interaction controls FGF signaling during organ development, including joint development. Finally, structural analysis of FGF9 suggests that FGF9 can form a homodimer that can affect signal transduction ability (Non-patent Documents 12 and 13). Since homodimerization of FGF9 closes several important receptor binding sites in FGF9, an autoinhibition mechanism may function to regulate FGF9-dependent signaling. However, the function of this proposed autoinhibition mechanism has not yet been demonstrated.

以上のように、種々のFGFが関節及び縫合線の発生に関与していること、そしてFGFRの機能獲得型変異により骨癒合症が誘導されることが報告されているが、そのリガンドであるFGFの変異が骨癒合症を誘導することは全く知られていない。また、FGFの変異が硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性やその組織内拡散性に影響を及ぼすことも知られていない。   As described above, it has been reported that various FGFs are involved in the development of joints and sutures, and that osteosynthesis is induced by a gain-of-function mutation of FGFR. It is not known at all that this mutation induces osteosynthesis. It is also not known that FGF mutations affect the affinity for sulfated glycosaminoglycans and their tissue diffusibility.

本発明者らは、自然発生マウス変異体、肘−膝関節癒合症(elbow-knee-synostosis、Eks)が、ABS様骨格異常、橈上腕(radiohumeral)及び脛大腿(tibiofemoral)の骨癒合症、頭蓋骨縫合線早期癒合症及び肺形成不全を呈することを以前報告している(非特許文献14)。   The inventors have found that spontaneous mouse mutants, elbow-knee-synostosis (Eks), have ABS-like skeletal abnormalities, radiohumeral and tibiofemoral osteosynthesis, It has been previously reported that it exhibits early fusion of the skull suture and pulmonary hypoplasia (Non-patent Document 14).

一方、特許文献1には、種々のFGF変異体が開示されている。該文献には、FGFの変異がその受容体特異性の変化を誘導することが記載されている。しかし、FGFの組織内拡散性や硫酸化グリコサミノグリカンとの親和性への影響については記載されていない。
WO02/036732 Reardon, W., Smith, A., Honour, J.W., Hindmarsh, P., Das, D., Rumsby, G., Nelson, I., Malcolm, S., Ades, L., and Sillence, D. et al., (2000). Evidence for digenic inheritance in some cases of Antley-Bixler syndrome? J. Med. Genet. 37, 26-32. Eswarakumar, V.P., Horowitz, M.C., Locklin, R., Morriss-Kay, G.M., and Lonai, P. (2004). A gain-of-function mutation of Fgfr2c demonstrates the roles of this receptor variant in osteogenesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101, 12555-12560. Wang, Q., Green, R.P., Zhao, G., and Ornitz, D.M. (2001). Differential regulation of endochondral bone growth and joint development by FGFR1 and FGFR3 tyrosine kinase domains. Development 128, 3867-3876. Montero, A., Okada, Y., Tomita, M., Ito, M., Tsurukami, H., Nakamura, T., Doetschman, T., Coffin, J.D., and Hurley, M.M. (2000). Disruption of the fibroblast growth factor-2 gene results in decreased bone mass and bone formation. J. Clin. Invest. 105, 1085-1093. Hung, I.H., Yu, K., Lavine, K.J., and Ornitz, D.M. (2007). FGF9 regulates early hypertrophic chondrocyte differentiation and skeketal vascularization in the developing stylopod. Dev. Biol. 307, 300-313. Liu, Z., Xu, J., Colvin J.S., and Ornitz, D.M. (2002). Coordination of chondrogenesis and osteogenesis by fibroblast growth factor 18. Genes Dev. 16, 859-869. Ohbayashi, N., Shibayama, M., Kurotaki, Y., Imanishi, M., Fujimori T., Itoh, N., and Takada, S. (2002). FGF18 is required for normal cell proliferation and differentiation during osteogenesis and chondrogenesis. Genes Dev. 16, 870-879. Garofalo, S., Kliger-Spatz, M., Cooke, J.L., Wolstin, O., Lunstrum, G.P., Moshkovitz, S.M., Horton, W.A., and Yayon, A. (1999). Skeletal dysplasia and defective chondrocyte differentiation by targeted overexpression of fibroblast growth factor 9 in transgenic mice. J. Bone Miner. Res. 14, 1909-1915. Ornitz, D.M. (2000). FGFs, heparan sulfate and FGFRs: complex interactions essential for development. BioEssays 22, 108-112. Nybakken, K., and Perrimon, N. (2002). Heparan sulfate proteoglycan modulation of developmental signaling in Drosophila. Biochim. Biophys. Acta 19, 280-291. Koziel, L., Kunath, M., Kelly, O.G., and Vortkamp, A. (2004). Ext1-dependent heparin sulfate regulates the range of Ihh signaling during endochondral ossification. Dev. Cell 6, 801-813. Plotnikov, A.N., Eliseenkova, A.V., Ibrahimi, O.A., Shriver, Z., Sasisekharan, R., Lemmon, M.A. and Mohammadi, M. (2001). Crystal structure of fibroblast growth factor 9 reveals regions implicated in dimerization and autoinhibition. J. Biol. Chem. 276, 4322-4329. Hecht, H.J., Adar, R., Hofmann, B., Bogin, O., Weich, H., and Yayon, A. (2001). Structure of fibroblast growth factor 9 shows a symmetric dimer with unique receptor- and heparin-binding interfaces. Acta. Cryst. D57, 378-384. Murakami, H., Okawa, A., Yoshida, H., Nishikawa, S., Moriya, H., and Koseki, H.(2002). Elbow knee synostosis (Eks): a new mutation on mouse Chromosome 14. Mamm. Genome 13, 341-344.
On the other hand, Patent Document 1 discloses various FGF mutants. The document describes that FGF mutations induce changes in their receptor specificity. However, there is no description on the influence of FGF on tissue diffusivity and affinity with sulfated glycosaminoglycan.
WO02 / 036732 Reardon, W., Smith, A., Honour, JW, Hindmarsh, P., Das, D., Rumsby, G., Nelson, I., Malcolm, S., Ades, L., and Sillence, D. et al., (2000). Evidence for digenic inheritance in some cases of Antley-Bixler syndrome? J. Med. Genet. 37, 26-32. Eswarakumar, VP, Horowitz, MC, Locklin, R., Morriss-Kay, GM, and Lonai, P. (2004) .A gain-of-function mutation of Fgfr2c demonstrates the roles of this receptor variant in osteogenesis.Proc. Natl Acad. Sci. USA. 101, 12555-12560. Wang, Q., Green, RP, Zhao, G., and Ornitz, DM (2001). Differential regulation of endochondral bone growth and joint development by FGFR1 and FGFR3 tyrosine kinase domains.Development 128, 3867-3876. Montero, A., Okada, Y., Tomita, M., Ito, M., Tsurukami, H., Nakamura, T., Doetschman, T., Coffin, JD, and Hurley, MM (2000). Disruption of the fibroblast growth factor-2 gene results in decreased bone mass and bone formation.J. Clin. Invest. 105, 1085-1093. Hung, IH, Yu, K., Lavine, KJ, and Ornitz, DM (2007) .FGF9 regulates early hypertrophic chondrocyte differentiation and skeketal vascularization in the developing stylopod. Dev. Biol. 307, 300-313. Liu, Z., Xu, J., Colvin JS, and Ornitz, DM (2002) .Coordination of chondrogenesis and osteogenesis by fibroblast growth factor 18. Genes Dev. 16, 859-869. Ohbayashi, N., Shibayama, M., Kurotaki, Y., Imanishi, M., Fujimori T., Itoh, N., and Takada, S. (2002) .FGF18 is required for normal cell proliferation and differentiation during osteogenesis and chondrogenesis. Genes Dev. 16, 870-879. Garofalo, S., Kliger-Spatz, M., Cooke, JL, Wolstin, O., Lunstrum, GP, Moshkovitz, SM, Horton, WA, and Yayon, A. (1999). Skeletal dysplasia and defective chondrocyte differentiation by targeted overexpression of fibroblast growth factor 9 in transgenic mice. J. Bone Miner. Res. 14, 1909-1915. Ornitz, DM (2000) .FGFs, heparan sulfate and FGFRs: complex interactions essential for development.BioEssays 22, 108-112. Nybakken, K., and Perrimon, N. (2002). Heparan sulfate proteoglycan modulation of developmental signaling in Drosophila. Biochim. Biophys. Acta 19, 280-291. Koziel, L., Kunath, M., Kelly, OG, and Vortkamp, A. (2004) .Ext1-dependent heparin sulfate regulates the range of Ihh signaling during endochondral ossification. Dev. Cell 6, 801-813. Plotnikov, AN, Eliseenkova, AV, Ibrahimi, OA, Shriver, Z., Sasisekharan, R., Lemmon, MA and Mohammadi, M. (2001) .Crystal structure of fibroblast growth factor 9 reveals regions implicated in dimerization and autoinhibition. Biol. Chem. 276, 4322-4329. Hecht, HJ, Adar, R., Hofmann, B., Bogin, O., Weich, H., and Yayon, A. (2001) .Structure of fibroblast growth factor 9 shows a symmetric dimer with unique receptor- and heparin- binding interfaces. Acta. Cryst. D57, 378-384. Murakami, H., Okawa, A., Yoshida, H., Nishikawa, S., Moriya, H., and Koseki, H. (2002). Elbow knee synostosis (Eks): a new mutation on mouse Chromosome 14. Mamm Genome 13, 341-344.

本発明の第1の目的は、関節癒合症や縫合線早期癒合症に関与し得る遺伝子変異を見出し、それに基づく該疾患の発症リスクの判定方法を提供することである。
本発明の第2の目的は、硫酸化グリコサミノグリカンに対する親和性や組織内拡散性が改変された変異体FGFを提供することである。
The first object of the present invention is to find a genetic mutation that can be involved in joint fusion and early suture fusion, and to provide a method for determining the risk of developing the disease based on the gene mutation.
The second object of the present invention is to provide a mutant FGF with modified affinity for sulfated glycosaminoglycan and tissue diffusibility.

本発明者らは、Eks変異マウスにおいて、Asn143がThrに置き換わるFgf9遺伝子の新たなミスセンス変異を同定した。本発明者らは、この変異アレルをFgf9Eksと命名し、この変異がFGF9のホモ二量体化を妨げ、その結果、FGF9のヘパリンに対する親和性が減少し、またFGFR結合及び活性化が減少することを見出した。同時に、FGF9Eksが発生中の組織においてより拡散速度が早いことを見出した。これらの結果より、FGF9Eksが関節予定部位及び縫合線において、異所性のFGF9シグナリングを引き起こし、肘膝関節癒合及び縫合線早期癒合を発症させると強く示唆された。分子動態計算により、FGF9Eksのヘパリンに対する親和性の低下は、そのヘパリンに対する固有の親和性の変化よりも、むしろ単量体型の優性によるものであることが示唆された。そこで本発明者らは、FGFシグナリングがそのHSへの親和性の制御を通して制限されており、その少なくとも一部は、FGF9の単量体/二量体平衡によりコントロールされていることを示唆した。
以上の知見に基づき、本発明が完成された。
The present inventors have identified a new missense mutation in the Fgf9 gene in which Asn143 replaces Thr in Eks mutant mice. We have named this mutant allele Fgf9 Eks, and this mutation prevents FGF9 homodimerization, resulting in decreased affinity of FGF9 for heparin and reduced FGFR binding and activation. I found out. At the same time, it was found that the diffusion rate was faster in tissues where FGF9 Eks were developing. These results strongly suggested that FGF9 Eks cause ectopic FGF9 signaling at the joint prosthesis site and suture line, causing elbow knee joint fusion and early suture fusion. Molecular dynamics calculations suggested that the decrease in affinity of FGF9 Eks for heparin was due to monomeric dominance rather than a change in its intrinsic affinity for heparin. The present inventors therefore suggested that FGF signaling is restricted through control of its affinity for HS, at least a portion of which is controlled by the monomer / dimer equilibrium of FGF9.
Based on the above findings, the present invention has been completed.

即ち、本発明は以下に関する。
[1]FGFホモ二量体内の単量体間水素結合に寄与するAsnがThrに置換された変異体FGFポリペプチド。
[2]FGFがFGF9である、[1]記載のポリペプチド。
[3]AsnがAsn143である、[2]記載のポリペプチド。
[4]配列番号2、4、6、8、12又は14で表されるアミノ酸配列を含む、[3]記載のポリペプチド。
[5][1]〜[4]のいずれかに記載のポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド。
[6]配列番号1、3、5、7、11又は13で表されるヌクレオチド配列を含む、[5]記載のポリヌクレオチド。
[7]配列番号1又は3で表されるヌクレオチド配列の塩基番号428のシトシンを含む15塩基以上の連続したヌクレオチド配列からなる配列番号1又は3で表されるヌクレオチド配列の部分配列、又はその相補配列を含むポリヌクレオチド。
[8][5]記載のポリヌクレオチドを含むベクター。
[9][8]記載のベクターが導入された形質転換体。
[10][1]記載のポリペプチドを含む医薬。
[11][2]記載のポリペプチドを含む骨折治療剤。
[12]FGF9ポリペプチドのAsn143のThrへの置換、又はFgf9遺伝子におけるAsn143をコードするコドンのThrをコードするコドンへの変異の有無を検出することを含む、骨癒合症の発症リスクの判定方法。
[13]FGF9ポリペプチドのAsn143のThrへの置換、又はFgf9遺伝子におけるAsn143をコードするコドンのThrをコードするコドンへの変異の有無を検出するための試薬を含む、骨癒合症の発症リスクの診断剤。
[14]被検物質がFGFのホモ二量体化を促進又は阻害するか否か検定すること、及びFGFのホモ二量体化を促進又は阻害した被検物質をFGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を調節し得る物質として得ることを含む、FGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を調節し得る物質のスクリーニング方法。
That is, the present invention relates to the following.
[1] A mutant FGF polypeptide in which Asn contributing to intermonomer hydrogen bonding in an FGF homodimer is replaced with Thr.
[2] The polypeptide according to [1], wherein FGF is FGF9.
[3] The polypeptide according to [2], wherein Asn is Asn143.
[4] The polypeptide according to [3], comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 12, or 14.
[5] A polynucleotide comprising a nucleotide sequence encoding the polypeptide according to any one of [1] to [4].
[6] The polynucleotide according to [5], comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 11, or 13.
[7] A partial sequence of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 consisting of a continuous nucleotide sequence of 15 or more bases containing cytosine of base number 428 of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3, or its complement A polynucleotide comprising a sequence.
[8] A vector comprising the polynucleotide according to [5].
[9] A transformant introduced with the vector according to [8].
[10] A medicament comprising the polypeptide according to [1].
[11] A fracture therapeutic agent comprising the polypeptide according to [2].
[12] A method for determining the risk of developing bone fusion, comprising detecting the presence or absence of a substitution of a codon encoding Asn143 in the Fgf9 gene to a Thr-encoding codon encoding Asr143 in the FGF9 polypeptide .
[13] A risk of developing bone fusion, comprising a reagent for detecting the presence or absence of a substitution of Asn143 in Thg of FGF9 polypeptide or a codon encoding Asn143 in the Fgf9 gene to a codon encoding Thr Diagnostic agent.
[14] Testing whether or not a test substance promotes or inhibits homodimerization of FGF, and a test substance that promotes or inhibits homodimerization of FGF as a sulfated glycosamino acid of FGF A method for screening a substance capable of regulating the affinity of FGF for sulfated glycosaminoglycan, comprising obtaining the substance as a substance capable of regulating the affinity for glycan.

本発明により、骨癒合症の発症リスクの新たな判定方法が提供される。従前には、FGFRの変異が骨癒合症を引き起こすことが知られていたが、そのリガンドであるFGFの変異の骨癒合症への関与は知られていない。従って、本発明は、従前とは全く異なる観点から骨癒合症の発症リスクを評価する方法を提供するものである。
また、本発明により、硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性が低下した変異体FGFが提供される。本発明の変異体FGFは生体内での拡散性に優れており、投与部位近辺の硫酸化グリコサミノグリカンにトラップされることなく、患部の深部にまで到達するので、浸透性の優れたFGF製剤として有用である。
The present invention provides a new method for determining the risk of developing osteosynthesis. Previously, it was known that mutations in FGFR cause osteosynthesis, but the involvement of FGF mutations, which are its ligands, in osteosynthesis is not known. Therefore, the present invention provides a method for evaluating the onset risk of osteosynthesis from a completely different viewpoint.
The present invention also provides a mutant FGF having a reduced affinity for sulfated glycosaminoglycans. The mutant FGF of the present invention is excellent in diffusibility in the living body and reaches the deep part of the affected area without being trapped by the sulfated glycosaminoglycan in the vicinity of the administration site. Useful as a formulation.

1.変異体FGFポリペプチド
本発明は、FGFホモ二量体内の単量体間水素結合に寄与するアスパラギン(Asn)がスレオニン(Thr)に置換された変異体FGFポリペプチドを提供するものである。本発明の変異体FGFポリペプチドは、野生型FGFのアミノ酸配列又はその部分配列を含み、且つ該アミノ酸配列においてFGFホモ二量体内の単量体間水素結合に寄与するAsnがThrに置換されている。
1. Mutant FGF Polypeptide The present invention provides a mutant FGF polypeptide in which asparagine (Asn) contributing to intermonomer hydrogen bonding in an FGF homodimer is replaced with threonine (Thr). The mutant FGF polypeptide of the present invention includes an amino acid sequence of wild-type FGF or a partial sequence thereof, and Asn that contributes to hydrogen bonding between monomers in the FGF homodimer is substituted with Thr in the amino acid sequence. Yes.

FGFは、公知のサイトカインであり、そのアミノ酸配列やヌクレオチド配列も公知である。本発明において用いられるFGFは、哺乳動物由来のものであれば特に限定されない。該哺乳動物としては、例えば、マウス、ラット、ハムスター、モルモット等のげっ歯類やウサギ等の実験動物、ブタ、ウシ、ヤギ、ウマ、ヒツジ、ミンク等の家畜、イヌ、ネコ等のペット、ヒト、サル、アカゲザル、マーモセット、オランウータン、チンパンジー等の霊長類等を挙げることが出来る。哺乳動物は、好ましくはげっ歯類(例えば、マウス)又は霊長類(例えば、ヒト)である。   FGF is a known cytokine, and its amino acid sequence and nucleotide sequence are also known. The FGF used in the present invention is not particularly limited as long as it is derived from a mammal. Examples of the mammal include laboratory animals such as rodents and rabbits such as mice, rats, hamsters, and guinea pigs, domestic animals such as pigs, cows, goats, horses, sheep and minks, pets such as dogs and cats, and humans Primates such as monkeys, rhesus monkeys, marmosets, orangutans and chimpanzees. The mammal is preferably a rodent (eg mouse) or a primate (eg human).

ヒト及びマウスにおいては、FGF1〜FGF23が確認されている(表1)。ヒトFGF19はマウスFGF15のオルソログであるので、ヒト及びマウスのFGFファミリーは22のメンバーで構成される(TRENDS in Genetics, Vol.20, No.11, p.563-569, 2004、Genome Biol., vol.2, 3005.1-3005.12, 2001)。本明細書において、FGFの呼称はヒトFGFのノメンクラチャに従うものとする。表1に、ヒト及びマウスの野生型FGFのアミノ酸配列のGenbankアクセッション番号を示す。   FGF1 to FGF23 have been confirmed in humans and mice (Table 1). Since human FGF19 is an ortholog of mouse FGF15, the human and mouse FGF families are composed of 22 members (TRENDS in Genetics, Vol. 20, No. 11, p. 563-569, 2004, Genome Biol., vol.2, 3005.1-3005.12, 2001). In this specification, the designation of FGF follows the nomenclature of human FGF. Table 1 shows the Genbank accession numbers of the human and mouse wild-type FGF amino acid sequences.

FGFは、系統発生学的解析に基づき7つのサブファミリー(FGF1サブファミリー、FGF4サブファミリー、FGF7サブファミリー、FGF8サブファミリー、FGF9サブファミリー、FGF11サブファミリー及びFGF19サブファミリー)に分類される。FGF1サブファミリーは、FGF1(aFGF)及びFGF2(bFGF)からなる。FGF4サブファミリーは、FGF4、FGF5及びFGF6からなる。FGF7サブファミリーは、FGF3、FGF7(KGF)、FGF10及びFGF22からなる。FGF8サブファミリーは、FGF8、FGF17及びFGF18からなる。FGF9サブファミリーは、FGF9、FGF16及びFGF20からなる。FGF11サブファミリーは、FGF11、FGF12、FGF13及びFGF14からなる。FGF19サブファミリーは、FGF19、FGF21及びFGF23からなる。   FGF is classified into seven subfamilies (FGF1 subfamily, FGF4 subfamily, FGF7 subfamily, FGF8 subfamily, FGF9 subfamily, FGF11 subfamily and FGF19 subfamily) based on phylogenetic analysis. The FGF1 subfamily consists of FGF1 (aFGF) and FGF2 (bFGF). The FGF4 subfamily consists of FGF4, FGF5 and FGF6. The FGF7 subfamily consists of FGF3, FGF7 (KGF), FGF10 and FGF22. The FGF8 subfamily consists of FGF8, FGF17 and FGF18. The FGF9 subfamily consists of FGF9, FGF16 and FGF20. The FGF11 subfamily consists of FGF11, FGF12, FGF13 and FGF14. The FGF19 subfamily consists of FGF19, FGF21 and FGF23.

本発明に用いられるFGFは、好ましくはFGF9サブファミリーのメンバーであり、より好ましくはFGF9である。   The FGF used in the present invention is preferably a member of the FGF9 subfamily, more preferably FGF9.

野生型のFGF9ポリペプチドは、溶液中で単量体とホモ二量体との間の平衡状態にある。FGF9ポリペプチドのホモ二量体においては、FGF9単量体同士が水素結合を介して会合している。後述の実施例の結果から、FGF9ポリペプチドにおいては、この水素結合にアミノ酸番号143のアスパラギン(Asn143)が寄与することが明らかになった。FGFのアミノ酸配列を配列同一性に基づき整列すると、FGF9のAsn143に対応するAsnが高度に保存されていることから(図8)、FGF9以外のFGFについても、このAsnが単量体間水素結合に寄与している可能性が考えられる。各FGFにおいて単量体間水素結合に寄与するAsnのアミノ酸番号を表1に示す。   Wild-type FGF9 polypeptide is in equilibrium between monomer and homodimer in solution. In a homodimer of FGF9 polypeptide, FGF9 monomers are associated with each other through hydrogen bonds. From the results of Examples described later, it was revealed that asparagine (Asn143) of amino acid number 143 contributes to this hydrogen bond in the FGF9 polypeptide. When the amino acid sequence of FGF is aligned based on sequence identity, Asn corresponding to Asn143 of FGF9 is highly conserved (FIG. 8), and this Asn is also hydrogen bonding between monomers for FGFs other than FGF9. The possibility of contributing to The amino acid numbers of Asn that contribute to intermonomer hydrogen bonding in each FGF are shown in Table 1.

尚、本明細書において、各FGFのアミノ酸番号は、野生型FGFの全長アミノ酸配列(即ち、シグナルペプチドが切断されていない未成熟フォームのアミノ酸配列)を基準として表す。基準となる野生型FGFの全長アミノ酸配列は、上記表1中のGenbankアクセッション番号で特定されるアミノ酸配列のうち2008年3月19日における最新バージョンのアミノ酸配列である。例えば、ヒトFGF9の基準アミノ酸配列のGenbankアクセッション番号のバージョンはBAA03572.1(GI:391719)であり、マウスFGF9の基準アミノ酸配列のGenbankアクセッション番号のバージョンはBAA07410.1(GI:1107459)である。   In this specification, the amino acid number of each FGF is expressed with reference to the full-length amino acid sequence of wild-type FGF (that is, the amino acid sequence of an immature form in which the signal peptide is not cleaved). The full-length amino acid sequence of the reference wild-type FGF is the latest version of the amino acid sequence as of March 19, 2008 among the amino acid sequences specified by the Genbank accession numbers in Table 1 above. For example, the version of Genbank accession number of the reference amino acid sequence of human FGF9 is BAA03572.1 (GI: 391719), and the version of Genbank accession number of the reference amino acid sequence of mouse FGF9 is BAA07410.1 (GI: 1107459). is there.

本発明のポリペプチドがFGFの部分アミノ酸配列を含み、且つ該アミノ酸配列においてFGFホモ二量体内の単量体間水素結合に寄与するAsnがThrに置換されている場合、該部分アミノ酸配列は、FGFホモ二量体内の単量体間水素結合に寄与するAsnを含み、且つ最終的に得られる変異体FGFポリペプチドが、野生型FGFの全長アミノ酸配列からなるポリペプチドと実質的に同質の活性を有している限り、その長さは限定されない。通常、該部分配列の長さは、通常100アミノ酸以上、好ましくは120アミノ酸以上である。「実質的に同質の活性」としては、FGFの全長アミノ酸配列からなるポリペプチドのFGF受容体活性化機能等が挙げられる。「実質的に同質」とは、それらの活性が定性的に(例:生理学的に、又は薬理学的に)同質であることを意味する。したがって、上記の活性の程度といった量的要素については同等であることが好ましいが、異なっていてもよい(例えば約0.1〜約10倍、好ましくは約0.5〜約2倍)。FGF受容体活性化機能は、対応するFGF受容体を発現したBaF3細胞を変異体FGFポリペプチドの存在下で培養し、その増殖の程度を[H]チミジンの取り込みにより測定することにより評価することができる。例えば、変異体FGF9ポリペプチドの活性はFGFR2受容体を発現したBaF3細胞を用いて評価することができる。 When the polypeptide of the present invention contains a partial amino acid sequence of FGF, and Asn contributing to hydrogen bonding between monomers in the FGF homodimer is substituted with Thr in the amino acid sequence, the partial amino acid sequence is The mutant FGF polypeptide that contains Asn that contributes to hydrogen bonding between monomers in the FGF homodimer and that is finally obtained has substantially the same activity as the polypeptide consisting of the full-length amino acid sequence of wild-type FGF As long as it has, the length is not limited. Usually, the length of the partial sequence is usually 100 amino acids or more, preferably 120 amino acids or more. Examples of “substantially the same quality of activity” include the FGF receptor activation function of a polypeptide comprising the full-length amino acid sequence of FGF. “Substantially homogeneous” means that their activities are qualitatively (eg, physiologically or pharmacologically) homogeneous. Accordingly, the quantitative factors such as the above-mentioned degree of activity are preferably equivalent, but may be different (for example, about 0.1 to about 10 times, preferably about 0.5 to about 2 times). The FGF receptor activation function is evaluated by culturing BaF3 cells expressing the corresponding FGF receptor in the presence of the mutant FGF polypeptide and measuring the degree of proliferation by incorporation of [ 3 H] thymidine. be able to. For example, the activity of a mutant FGF9 polypeptide can be assessed using BaF3 cells that expressed the FGFR2 receptor.

通常、FGFポリペプチドは、N末端に細胞外分泌のためのシグナルペプチドが結合した未成熟フォームとしてまず産生される。その後、シグナルペプチドが切断され、未成熟FGFは成熟FGFとなる。従って、FGFの部分アミノ酸配列の好ましい態様としては、FGFの全長アミノ酸配列からそのシグナル配列を除去して得られるアミノ酸配列(成熟FGFのアミノ酸配列)を挙げることができる。それぞれのFGFのシグナルペプチドは、SignalP等の公知の配列解析ツールを用いて、各アミノ酸配列から推測することが可能である。例えば、FGF9のシグナルペプチドは、N末端の1〜33アミノ酸である。   Usually, the FGF polypeptide is first produced as an immature form in which a signal peptide for extracellular secretion is bound to the N-terminus. Thereafter, the signal peptide is cleaved, and immature FGF becomes mature FGF. Accordingly, a preferred embodiment of the partial amino acid sequence of FGF includes an amino acid sequence (amino acid sequence of mature FGF) obtained by removing the signal sequence from the full-length amino acid sequence of FGF. Each FGF signal peptide can be estimated from each amino acid sequence using a known sequence analysis tool such as SignalP. For example, the signal peptide of FGF9 is N-terminal 1-33 amino acids.

本発明の変異体FGFポリペプチドにおいては、FGFホモ二量体内の単量体間水素結合に寄与するAsnがThrに置換されている。例えば、本発明の変異体FGF9ポリペプチドにおいては、Asn143がThrに置換されている。この置換により、FGFのホモ二量体化に欠陥が生じ、硫酸化グリコサミノグリカン(ヘパリン、ヘパラン硫酸等)への親和性が低下し、生体内での拡散性が高まるものの、本発明の変異体FGFポリペプチドは、野生型FGFと実質的に同等の活性を有している。「実質的に同質の活性」としては、FGFの全長アミノ酸配列からなるポリペプチドのFGF受容体活性化機能等が挙げられる。「実質的に同質」とは、それらの活性が定性的に(例:生理学的に、又は薬理学的に)同質であることを意味する。したがって、上記の活性の程度といった量的要素については同等であることが好ましいが、異なっていてもよい(例えば約0.1〜約10倍、好ましくは約0.5〜約2倍)。FGF受容体活性化機能は、対応するFGF受容体を発現したBaF3細胞を変異体FGFポリペプチドの存在下で培養し、その増殖の程度を[H]チミジンの取り込みにより測定することにより評価することができる。例えば、変異体FGF9ポリペプチドの活性はFGFR2受容体を発現したBaF3細胞を用いて評価することができる。 In the mutant FGF polypeptide of the present invention, Asr that contributes to hydrogen bonding between monomers in the FGF homodimer is replaced with Thr. For example, in the mutant FGF9 polypeptide of the present invention, Asn143 is replaced with Thr. Although this substitution causes defects in homodimerization of FGF and the affinity for sulfated glycosaminoglycans (heparin, heparan sulfate, etc.) is reduced and diffusibility in vivo is increased, The mutant FGF polypeptide has substantially the same activity as wild-type FGF. Examples of “substantially the same quality of activity” include the FGF receptor activation function of a polypeptide comprising the full-length amino acid sequence of FGF. “Substantially homogeneous” means that their activities are qualitatively (eg, physiologically or pharmacologically) homogeneous. Accordingly, the quantitative factors such as the above-mentioned degree of activity are preferably equivalent, but may be different (for example, about 0.1 to about 10 times, preferably about 0.5 to about 2 times). The FGF receptor activation function is evaluated by culturing BaF3 cells expressing the corresponding FGF receptor in the presence of the mutant FGF polypeptide and measuring the degree of proliferation by incorporation of [ 3 H] thymidine. be able to. For example, the activity of a mutant FGF9 polypeptide can be assessed using BaF3 cells that expressed the FGFR2 receptor.

尚、本明細書中、FGF9におけるAsn143のThrへの置換を「N143T」と表す場合がある。また、Asn143がThrに置換されたFGF9ポリペプチドを、「FGF9Eks」と表す場合がある。 In the present specification, substitution of Asn143 to Thr in FGF9 may be expressed as “N143T”. In addition, the FGF9 polypeptide in which Asn143 is replaced with Thr may be represented as “FGF9 Eks ”.

本発明の変異体FGFポリペプチドは、FGFに由来するアミノ酸配列に加え、1または2個以上(例えば1〜500個、好ましくは1〜100個程度、より好ましくは1〜15個程度)の付加的なアミノ酸を含んでいてもよい。このようなアミノ酸付加は、本発明の変異体FGFポリペプチドが、対応するFGF受容体活性化機能を有する限り許容される。付加されるアミノ酸配列は、特に限定されないが、例えば、ファーストメチオニン、ポリペプチドの検出や精製等を容易にならしめるためのタグを挙げることが出来る。タグとしては、Flagタグ、ヒスチジンタグ、c-Mycタグ、HAタグ、AU1タグ、GSTタグ、MBPタグ、蛍光タンパク質タグ(例えばGFP、YFP、RFP、CFP、BFP等)、イムノグロブリンFcタグ等を例示することが出来る。アミノ酸配列が付加される位置は、好ましくは、ポリペプチドのN末端又はC末端である。   In addition to the amino acid sequence derived from FGF, 1 or 2 or more (for example, about 1 to 500, preferably about 1 to 100, more preferably about 1 to 15) additions are added to the mutant FGF polypeptide of the present invention. May contain typical amino acids. Such amino acid addition is permissible as long as the mutant FGF polypeptide of the present invention has a corresponding FGF receptor activation function. The amino acid sequence to be added is not particularly limited, and examples thereof include a tag for facilitating detection and purification of fast methionine and polypeptide. Tags include Flag tag, histidine tag, c-Myc tag, HA tag, AU1 tag, GST tag, MBP tag, fluorescent protein tag (eg GFP, YFP, RFP, CFP, BFP, etc.), immunoglobulin Fc tag, etc. It can be illustrated. The position where the amino acid sequence is added is preferably the N-terminus or C-terminus of the polypeptide.

本発明のポリペプチドに含まれる具体的なアミノ酸配列としては、配列番号2、4、6、8、12又は14で表されるアミノ酸配列を挙げることができる。配列番号2で表されるアミノ酸配列は、野生型ヒトFGF9の全長アミノ酸配列のAsn143がThrに置換されたものである。配列番号4で表されるアミノ酸配列は、野生型マウスFGF9の全長アミノ酸配列のAsn143がThrに置換されたものである。配列番号6で表されるアミノ酸配列は、配列番号2で表されるアミノ酸配列から、シグナル配列(N末端の33アミノ酸残基)を除去したものである。配列番号8で表されるアミノ酸配列は、配列番号4で表されるアミノ酸配列から、シグナル配列(N末端の33アミノ酸残基)を除去したものである。配列番号12で表されるアミノ酸配列は、配列番号6で表されるアミノ酸配列の第1番目のアミノ酸(Ser)をMetに置換したものである。配列番号14で表されるアミノ酸配列は、配列番号8で表されるアミノ酸配列の第1番目のアミノ酸(Asn)をMetに置換したものである。   Specific examples of the amino acid sequence contained in the polypeptide of the present invention include the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 12, or 14. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is obtained by replacing Asn143 of the full-length amino acid sequence of wild-type human FGF9 with Thr. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 is obtained by replacing Asn143 of the full-length amino acid sequence of wild-type mouse FGF9 with Thr. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 is obtained by removing the signal sequence (N-terminal 33 amino acid residues) from the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8 is obtained by removing the signal sequence (N-terminal 33 amino acid residues) from the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 12 is obtained by replacing the first amino acid (Ser) of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 with Met. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 14 is obtained by replacing the first amino acid (Asn) of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8 with Met.

本発明のポリペプチドは修飾されていてもよい。該修飾としては、脂質鎖の付加(脂肪族アシル化(パルミトイル化、ミリストイル化等)、プレニル化(ファルネシル化、ゲラニルゲラニル化等)等)、リン酸化(セリン残基、スレオニン残基、チロシン残基等におけるリン酸化)、アセチル化、糖鎖の付加(Nグリコシル化、Oグリコシル化)等を挙げることが出来る。   The polypeptide of the present invention may be modified. Examples of such modifications include lipid chain addition (aliphatic acylation (palmitoylation, myristoylation, etc.), prenylation (farnesylation, geranylgeranylation, etc.), phosphorylation (serine residue, threonine residue, tyrosine residue) Phosphorylation), acetylation, addition of sugar chain (N-glycosylation, O-glycosylation) and the like.

また、本明細書において用語「本発明のポリペプチド」は、その塩をも含む意味として用いられる。ポリペプチドの塩としては生理学的に許容される酸(例:無機酸、有機酸)や塩基(例:アルカリ金属塩)などとの塩が用いられ、とりわけ生理学的に許容される酸付加塩が好ましい。この様な塩としては、例えば、無機酸(例えば、塩酸、リン酸、臭化水素酸、硫酸)との塩、あるいは有機酸(例えば、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、フマル酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、蓚酸、安息香酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸)との塩などが挙げられる。   Further, in this specification, the term “polypeptide of the present invention” is used to mean a salt thereof. Polypeptide salts include salts with physiologically acceptable acids (eg, inorganic acids, organic acids) and bases (eg, alkali metal salts), and particularly physiologically acceptable acid addition salts. preferable. Such salts include, for example, salts with inorganic acids (eg hydrochloric acid, phosphoric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid) or organic acids (eg acetic acid, formic acid, propionic acid, fumaric acid, maleic acid, succinic acid). Acid, tartaric acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid) and the like.

本発明のポリペプチドの製造方法については特に制限はなく、該ポリペプチドは公知のペプチド合成法に従って製造してもよく、また公知の遺伝子組み換え技術を用いて製造してもよい。ペプチド合成法は、例えば、固相合成法、液相合成法のいずれであってもよい。本発明のポリペプチドを構成し得る部分ペプチドもしくはアミノ酸と残余部分とを縮合し、生成物が保護基を有する場合は保護基を脱離することにより目的とするポリペプチドを製造することができる。   The method for producing the polypeptide of the present invention is not particularly limited, and the polypeptide may be produced according to a known peptide synthesis method or may be produced using a known gene recombination technique. The peptide synthesis method may be, for example, either a solid phase synthesis method or a liquid phase synthesis method. If the partial peptide or amino acid that can constitute the polypeptide of the present invention is condensed with the remaining portion, and the product has a protecting group, the protecting polypeptide can be eliminated to produce the desired polypeptide.

遺伝子組み換え技術を用いて本発明のポリペプチドを製造する場合には、先ず後述するような本発明のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを取得し、該ポリヌクレオチドを含む発現ベクターで宿主を形質転換し、得られる形質転換体を培養することによって、該ポリペプチドを製造することができる。該ポリヌクレオチド、遺伝子組み換え技術を用いた本発明のポリペプチドの製造方法については本明細書中後述する。   When the polypeptide of the present invention is produced using gene recombination technology, first, a polynucleotide encoding the polypeptide of the present invention as described below is obtained, and a host is transformed with an expression vector containing the polynucleotide. The polypeptide can be produced by culturing the obtained transformant. The method for producing the polypeptide of the present invention using the polynucleotide and gene recombination techniques will be described later in this specification.

本発明の変異体FGFポリペプチドは、野生型FGFポリペプチドと同様の生理活性を有しており、且つ野生型FGFポリペプチドと比較して、硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性が低く、生体内での拡散性に優れている。本発明のポリペプチドを生体に投与すると、投与部位近辺の硫酸化グリコサミノグリカンにトラップされることなく患部の深部にまで到達し得る。従って、本発明のポリペプチドは、創傷、褥創、火傷、血栓症、閉塞性動脈硬化症、骨疾患、脱毛症、肝臓病、膵臓病、糖尿病、腎臓病、心臓病、筋萎縮性側索硬化症等の治療薬として有用である。また、本発明の変異体FGF9ポリペプチドは、骨癒合症の発症メカニズムの研究のための試薬や、後述の骨癒合症の発症リスクの判定方法におけるポジティブコントロールとしても有用である。   The mutant FGF polypeptide of the present invention has the same physiological activity as the wild-type FGF polypeptide, and has a lower affinity for sulfated glycosaminoglycans than the wild-type FGF polypeptide, Excellent diffusibility in vivo. When the polypeptide of the present invention is administered to a living body, it can reach the deep part of the affected area without being trapped by the sulfated glycosaminoglycan in the vicinity of the administration site. Therefore, the polypeptide of the present invention is a wound, wound, burn, thrombosis, obstructive arteriosclerosis, bone disease, alopecia, liver disease, pancreatic disease, diabetes, kidney disease, heart disease, muscle atrophic lateral cord. It is useful as a therapeutic drug for sclerosis. In addition, the mutant FGF9 polypeptide of the present invention is useful as a reagent for studying the onset mechanism of osteogenesis and as a positive control in a method for determining the onset risk of osteosynthesis described below.

2.ポリヌクレオチド
本発明は上記本発明のポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドを提供するものである。該ポリヌクレオチドは、DNAであってもRNAであってもよく、あるいはDNA/RNAキメラであってもよいが、好ましくはDNAが挙げられる。また、該ポリヌクレオチドは二本鎖であっても、一本鎖であってもよい。二本鎖の場合は、二本鎖DNA、二本鎖RNAまたはDNA:RNAのハイブリッドでもよい。
2. Polynucleotide The present invention provides a polynucleotide comprising a nucleotide sequence encoding the polypeptide of the present invention. The polynucleotide may be DNA, RNA, or a DNA / RNA chimera, preferably DNA. The polynucleotide may be double-stranded or single-stranded. In the case of a double strand, it may be a double-stranded DNA, a double-stranded RNA, or a DNA: RNA hybrid.

本発明のポリヌクレオチドとしては、配列番号1、配列番号3、配列番号5、配列番号7、配列番号11又は配列番号13で表されるヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドを挙げることが出来る。配列番号1で表されるヌクレオチド配列は配列番号2で表されるアミノ酸配列からなる本発明のポリペプチドを、配列番号3で表されるヌクレオチド配列は配列番号4で表されるアミノ酸配列からなる本発明のポリペプチドを、配列番号5で表されるヌクレオチド配列は配列番号6で表されるアミノ酸配列からなる本発明のポリペプチドを、配列番号7で表されるヌクレオチド配列は配列番号8で表されるアミノ酸配列からなる本発明のポリペプチドを、配列番号11で表されるヌクレオチド配列は配列番号12で表されるアミノ酸配列からなる本発明のポリペプチドを、配列番号13で表されるヌクレオチド配列は配列番号14で表されるアミノ酸配列からなる本発明のポリペプチドを、それぞれコードする。   Examples of the polynucleotide of the present invention include a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 11 or SEQ ID NO: 13. The nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 is the polypeptide of the present invention comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 3 is the book comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4. The polypeptide of the present invention is represented by the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, the polypeptide of the present invention consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6, and the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 7 is represented by SEQ ID NO: 8. The polypeptide of the present invention consisting of the amino acid sequence, the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 11 is the polypeptide of the present invention consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 12, Each of the polypeptides of the present invention consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 14 is encoded.

尚、本明細書において、Asn143をコードするコドンがThrをコードするコドンに置換されたFgf9遺伝子変異アレルを「Fgf9Eks」又は「Eksアレル」と表す場合がある。 In the present specification, the Fgf9 gene mutation allele in which the codon encoding Asn143 is replaced with the codon encoding Thr may be represented as “Fgf9 Eks ” or “Eks allele”.

本発明のポリヌクレオチドは、公知の配列情報や本明細書の配列表に記載された配列情報を利用することにより適当なプライマーを設計し、FGFをコードするDNAクローンやcDNA等を鋳型として用い、PCRによって直接増幅することができる。或いは、配列情報に基づいて、ポリヌクレオチド合成装置により変異体FGFポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを合成してもよい。   For the polynucleotide of the present invention, an appropriate primer is designed by utilizing known sequence information or sequence information described in the sequence listing of the present specification, and a DNA clone or cDNA encoding FGF is used as a template. It can be amplified directly by PCR. Alternatively, a polynucleotide encoding a mutant FGF polypeptide may be synthesized by a polynucleotide synthesizer based on the sequence information.

取得された本発明のポリヌクレオチドは、目的によりそのまま、または所望により制限酵素で消化するか、リンカーを付加した後に、使用することができる。該ポリヌクレオチドはその5’末端側に翻訳開始コドンとしてのATGを有し、また3’末端側には翻訳終止コドンとしてのTAA、TGAまたはTAGを有していてもよい。これらの翻訳開始コドンや翻訳終止コドンは、適当な合成DNAアダプターを用いて付加することができる。   The obtained polynucleotide of the present invention can be used as it is or after digestion with a restriction enzyme or addition of a linker, if desired. The polynucleotide may have ATG as a translation initiation codon on the 5 'end side, and may have TAA, TGA or TAG as a translation stop codon on the 3' end side. These translation initiation codon and translation termination codon can be added using an appropriate synthetic DNA adapter.

本発明のポリヌクレオチドは、本発明のポリペプチドの製造(後述)や、本発明の判定方法(後述)に有用である。   The polynucleotide of the present invention is useful for the production of the polypeptide of the present invention (described later) and the determination method of the present invention (described later).

また、本発明は、配列番号1又は3で表されるヌクレオチド配列の塩基番号428のシトシンを含む15塩基以上(例えば18塩基以上、好ましくは20塩基以上、より好ましくは25塩基以上)の連続したヌクレオチド配列からなる部分配列、又はその相補配列を含むポリヌクレオチド(本発明の部分ポリヌクレオチド)を提供する。   In the present invention, 15 or more bases (for example, 18 bases or more, preferably 20 bases or more, more preferably 25 bases or more) containing cytosine of nucleotide number 428 of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 are consecutive. A polynucleotide (partial polynucleotide of the present invention) comprising a partial sequence consisting of a nucleotide sequence or a complementary sequence thereof is provided.

本発明の部分ポリヌクレオチドは、後述の判定方法において、変異FGF9アレルを検出するためのプローブとして有用である。   The partial polynucleotide of the present invention is useful as a probe for detecting a mutant FGF9 allele in the determination method described later.

3.ベクター及び形質転換体
本発明は、上記本発明のポリヌクレオチドを含むベクターを提供するものである。ベクターとしては発現ベクター、クローニングベクター等を挙げることができ、目的に応じて選択することが可能であるが、好ましくは、ベクターは発現ベクターである。該発現ベクターは、本発明のポリヌクレオチドを適当な発現ベクター中のプロモーターの下流に機能的に連結することにより製造することができる。ベクターの種類としては、プラスミドベクター、ウイルスベクター等を挙げることができ、用いる宿主に応じて適宜選択することが出来る。
3. Vector and transformant The present invention provides a vector comprising the polynucleotide of the present invention. Examples of the vector include an expression vector and a cloning vector, and can be selected according to the purpose. Preferably, the vector is an expression vector. The expression vector can be produced by operably linking the polynucleotide of the present invention downstream of a promoter in an appropriate expression vector. Examples of the vector include plasmid vectors and virus vectors, and can be appropriately selected depending on the host to be used.

宿主としては、例えば、エシェリヒア属菌(エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)等)、バチルス属菌(バチルス・サブチルス(Bacillus subtilis)等)、酵母(サッカロマイセス セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)等)、昆虫細胞(夜盗蛾の幼虫由来株化細胞(Spodoptera frugiperda cell;Sf細胞)等)、昆虫(カイコの幼虫等)、哺乳動物細胞(ラット神経細胞、サル細胞(COS-7等)、チャイニーズハムスター細胞(CHO細胞等)等)等が用いられる。   Examples of the host include Escherichia bacteria (Escherichia coli, etc.), Bacillus bacteria (Bacillus subtilis, etc.), yeasts (Saccharomyces cerevisiae, etc.), insect cells (night stealing) Larvae-derived cell lines (Spodoptera frugiperda cells; Sf cells), insects (larvae of silkworms), mammalian cells (rat neurons, monkey cells (COS-7, etc.), Chinese hamster cells (CHO cells, etc.) Etc.) is used.

哺乳動物としては、例えば、マウス、ラット、ハムスター、モルモット等のげっ歯類やウサギ等の実験動物、ブタ、ウシ、ヤギ、ウマ、ヒツジ、ミンク等の家畜、イヌ、ネコ等のペット、ヒト、サル、アカゲザル、マーモセット、オラウータン、チンパンジーなどの霊長類を挙げることが出来る。   Examples of mammals include, for example, laboratory animals such as rodents and rabbits such as mice, rats, hamsters, and guinea pigs, domestic animals such as pigs, cows, goats, horses, sheep and minks, pets such as dogs and cats, humans, Primates such as monkeys, rhesus monkeys, marmosets, orangutans and chimpanzees.

プラスミドベクターとしては、大腸菌由来のプラスミドベクター(例、pBR322,pBR325,pUC12,pUC13)、枯草菌由来のプラスミドベクター(例、pUB110,pTP5,pC194)、酵母由来プラスミドベクター(例、pSH19,pSH15)等を挙げることができ、用いる宿主の種類や使用目的に応じて適宜選択することが出来る。   Plasmid vectors derived from Escherichia coli (eg, pBR322, pBR325, pUC12, pUC13), plasmid vectors derived from Bacillus subtilis (eg, pUB110, pTP5, pC194), yeast-derived plasmid vectors (eg, pSH19, pSH15), etc. And can be appropriately selected according to the type of host used and the purpose of use.

ウイルスベクターの種類は、用いる宿主の種類や使用目的に応じて適宜選択することが出来る。例えば、宿主として昆虫細胞を用いる場合には、バキュロウイルスベクター等を用いることが出来る。また、宿主として哺乳動物細胞を用いる場合には、モロニーマウス白血病ウイルスベクター、レンチウイルスベクター、シンドビスウイルスベクター等のレトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター、ヘルペスウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクター、パルボウイルスベクター、ワクシニアウイルスベクター、センダイウイルスベクター等を用いることが出来る。   The type of viral vector can be appropriately selected according to the type of host used and the purpose of use. For example, when insect cells are used as the host, baculovirus vectors can be used. When mammalian cells are used as hosts, Moloney murine leukemia virus vectors, lentivirus vectors, Sindbis virus vectors and other retrovirus vectors, adenovirus vectors, herpes virus vectors, adeno-associated virus vectors, parvovirus vectors, Vaccinia virus vectors, Sendai virus vectors, and the like can be used.

また、プロモーターは、用いる宿主の種類に対応して、該宿主内で転写を開始可能なものを選択することが出来る。例えば、宿主がエシェリヒア属菌である場合、trpプロモーター、lacプロモーター、T7プロモーターなどが好ましい。宿主がバチルス属菌である場合、SPO1プロモーター、SPO2プロモーター、penPプロモーターなどが好ましい。宿主が酵母である場合、PHO5プロモーター、PGKプロモーターなどが好ましい。宿主が昆虫細胞である場合、ポリヘドリンプロモーター、P10プロモーターなどが好ましい。宿主が哺乳動物細胞である場合、サブゲノミック(26S)プロモーター、CMVプロモーター、SRαプロモーターなどが好ましい。   In addition, a promoter that can initiate transcription in the host can be selected according to the type of host to be used. For example, when the host is Escherichia, trp promoter, lac promoter, T7 promoter and the like are preferable. When the host is Bacillus, SPO1 promoter, SPO2 promoter, penP promoter and the like are preferable. When the host is yeast, PHO5 promoter, PGK promoter and the like are preferable. When the host is an insect cell, a polyhedrin promoter, a P10 promoter and the like are preferable. When the host is a mammalian cell, a subgenomic (26S) promoter, CMV promoter, SRα promoter and the like are preferable.

本発明のベクターは、所望によりエンハンサー、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、SV40複製オリジン(以下、SV40oriと略称する場合がある)などを、それぞれ機能可能な態様で含有していてもよい。選択マーカーとしては、例えば、ジヒドロ葉酸還元酵素(以下、dhfrと略称する場合がある)遺伝子〔メソトレキセート(MTX)耐性〕、アンピシリン耐性遺伝子(Ampと略称する場合がある)、ネオマイシン耐性遺伝子(Neoと略称する場合がある、G418耐性)等が挙げられる。 The vector of the present invention may contain an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker, an SV40 replication origin (hereinafter sometimes abbreviated as SV40ori) and the like in a functional manner, if desired. . Examples of selectable markers include dihydrofolate reductase (hereinafter sometimes abbreviated as dhfr) gene [methotrexate (MTX) resistance], ampicillin resistance gene (sometimes abbreviated as Amp r ), neomycin resistance gene (Neo). G418 resistance) which may be abbreviated as r ).

上記本発明のベクターを、自体公知の遺伝子導入法(例えば、リポフェクション法、リン酸カルシウム法、マイクロインジェクション法、プロプラスト融合法、エレクトロポレーション法、DEAEデキストラン法、Gene Gunによる遺伝子導入法等)に従って上記宿主へ導入することにより、該ベクターが導入された形質転換体(本発明の形質転換体)を製造することができる。導入されるベクターとして発現ベクターを使用することにより、該形質転換体は本発明のポリペプチドを発現し得る。本発明の形質転換体は、本発明のポリペプチドの製造などに有用である。   The vector of the present invention is prepared according to a gene transfer method known per se (eg, lipofection method, calcium phosphate method, microinjection method, proplast fusion method, electroporation method, DEAE dextran method, gene transfer method using Gene Gun, etc.) By introducing it into a host, a transformant introduced with the vector (transformant of the present invention) can be produced. By using an expression vector as the introduced vector, the transformant can express the polypeptide of the present invention. The transformant of the present invention is useful for producing the polypeptide of the present invention.

本発明の形質転換体を、宿主の種類に応じて、自体公知の方法で培養し、培養物から本発明のポリペプチドを単離することにより、本発明のポリペプチドを製造することが出来る。宿主がエシェリヒア属菌である形質転換体の培養は、LB培地やM9培地等の適切な培地中、通常約15〜43℃で、約3〜24時間行なわれる。宿主がバチルス属菌である形質転換体の培養は、適切な培地中、通常約30〜40℃で、約6〜24時間行なわれる。宿主が酵母である形質転換体の培養は、バークホールダー培地等の適切な培地中、通常約20℃〜35℃で、約24〜72時間行なわれる。宿主が昆虫細胞または昆虫である形質転換体の培養は、約10%のウシ血清が添加されたGrace’s Insect medium等の適切な培地中、通常約27℃で、約3〜5日間行なわれる。宿主が動物細胞である形質転換体の培養は、約10%のウシ血清が添加されたMEM培地等の適切な培地中、通常約30℃〜40℃で、約15〜60時間行なわれる。いずれの培養においても、必要に応じて通気や撹拌を行ってもよい。培養物からの本発明のポリペプチドの単離・精製は、例えば、菌体溶解液や培養上清を、逆相クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィーなどの複数のクロマトグラフィーに供することにより達成することができる。   The polypeptide of the present invention can be produced by culturing the transformant of the present invention by a method known per se according to the type of host and isolating the polypeptide of the present invention from the culture. The transformant whose host is Escherichia is cultured in an appropriate medium such as LB medium or M9 medium, usually at about 15 to 43 ° C. for about 3 to 24 hours. The transformant whose host is Bacillus is cultured in a suitable medium, usually at about 30 to 40 ° C. for about 6 to 24 hours. The transformant whose host is yeast is cultured in a suitable medium such as a Burkholder medium, usually at about 20 ° C. to 35 ° C. for about 24 to 72 hours. Culturing of a transformant whose host is an insect cell or an insect is carried out in an appropriate medium such as Grace's Insect medium supplemented with about 10% bovine serum, usually at about 27 ° C. for about 3 to 5 days. The transformant whose host is an animal cell is cultured in an appropriate medium such as MEM medium supplemented with about 10% bovine serum, usually at about 30 ° C. to 40 ° C. for about 15 to 60 hours. In any culture, aeration and agitation may be performed as necessary. For isolation and purification of the polypeptide of the present invention from the culture, for example, the cell lysate and the culture supernatant are subjected to multiple chromatography such as reverse phase chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, etc. Can be achieved.

4.医薬
上述の通り、本発明の変異体FGFポリペプチドは、野生型FGFポリペプチドと実質的に同質の活性を維持しており、且つ野生型FGFポリペプチドと比較して、硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性が低く、生体内での拡散性に優れている。本発明のポリペプチドを生体に投与すると、投与部位近辺の硫酸化グリコサミノグリカンにトラップされることなく患部の深部にまで到達し得る。
4). As pharmaceutical above, mutant FGF polypeptides of the present invention, wild-type FGF polypeptide substantially maintains the same activity, and as compared to wild-type FGF polypeptide, sulfated glycosaminoglycans It has a low affinity for and has excellent diffusibility in vivo. When the polypeptide of the present invention is administered to a living body, it can reach the deep part of the affected area without being trapped by sulfated glycosaminoglycan in the vicinity of the administration site.

一方、各FGFは、創傷、褥創、火傷、血栓症、閉塞性動脈硬化症、骨疾患、脱毛症、肝臓病、膵臓病、糖尿病、腎臓病、心臓病、筋萎縮性側索硬化症等の疾患の治療に有用であることが知られているか、もしくは示唆されている。   On the other hand, each FGF has wound, wound, burn, thrombosis, obstructive arteriosclerosis, bone disease, alopecia, liver disease, pancreatic disease, diabetes, kidney disease, heart disease, amyotrophic lateral sclerosis, etc. It is known or suggested to be useful in the treatment of other diseases.

特にFGF2は、創傷、褥創、閉塞性動脈硬化症(血管新生効果)、FGF5は閉塞性動脈硬化症(血管新生効果)、FGF9は骨折、筋萎縮性側索硬化症、FGF18は骨折、脱毛症(発毛、育毛効果)の治療に有用であることが知られている。また、FGF5は脱毛効果が知られている。   In particular, FGF2 is wound, wound, obstructive arteriosclerosis (angiogenic effect), FGF5 is obstructive arteriosclerosis (angiogenic effect), FGF9 is fracture, amyotrophic lateral sclerosis, FGF18 is fracture, hair loss It is known to be useful for the treatment of symptom (hair growth, hair growth effect). FGF5 is known to have a hair loss effect.

従って、本発明の変異体FGFポリペプチドは、患部への浸透性に優れた、上記各疾患の治療薬として有用である。   Therefore, the mutant FGF polypeptide of the present invention is useful as a therapeutic agent for each of the above diseases, which has excellent permeability to the affected area.

本発明のポリペプチドを含有する医薬製剤は、活性成分として該ポリペプチド単独で、あるいは任意の他の治療のための有効成分との混合物として含有することができる。また、それら医薬製剤は、活性成分を薬理学的に許容される一種もしくはそれ以上の担体と一緒に混合し、製剤学の技術分野においてよく知られている任意の方法により製造される。   The pharmaceutical preparation containing the polypeptide of the present invention can be contained as the active ingredient alone or as a mixture with any other therapeutic active ingredient. In addition, these pharmaceutical preparations are produced by any method well known in the technical field of pharmaceutics by mixing the active ingredient with one or more pharmacologically acceptable carriers.

投与経路は、治療に際し最も効果的なものを使用するのが望ましく、通常は、経皮、静脈内又は骨髄内等の非経口で投与される。   It is desirable to use the most effective route for treatment, and it is usually administered parenterally such as transdermally, intravenously or intramedullarily.

非経口投与に適当な製剤は、好ましくは受容者の血液と等張である活性化合物を含む滅菌水性剤からなる。例えば、注射剤の場合は、塩溶液、ブドウ糖溶液または塩水とブドウ糖溶液の混合物からなる担体等を用いて注射用の溶液を調製する。これら非経口剤には、更に、必要に応じて溶解補助剤、緩衝剤、pH調整剤、等張化剤、無痛化剤、保存剤等を添加することもできる。また、非経口に適当な製剤は、本発明のポリペプチドを注射用蒸留水または植物油に懸濁して調製したものであってもよく、この場合、必要に応じて基剤、懸濁化剤、粘調剤等を添加することができる。また、非経口に適当な製剤は、本発明のポリペプチドの粉末又は凍結乾燥品を用時溶解する形であってもよく、必要に応じて賦形剤等を添加することができる。   Formulations suitable for parenteral administration preferably comprise a sterile aqueous solution containing the active compound that is isotonic with the blood of the recipient. For example, in the case of an injection, a solution for injection is prepared using a carrier comprising a salt solution, a glucose solution, or a mixture of salt water and a glucose solution. To these parenteral agents, a solubilizing agent, a buffering agent, a pH adjusting agent, a tonicity agent, a soothing agent, a preservative, and the like can be further added as necessary. A preparation suitable for parenteral use may be prepared by suspending the polypeptide of the present invention in distilled water for injection or vegetable oil. In this case, a base, a suspending agent, A thickener or the like can be added. A formulation suitable for parenteral use may be a form in which the polypeptide powder or freeze-dried product of the present invention is dissolved at the time of use, and an excipient or the like can be added as necessary.

本発明のポリペプチドの投与量および投与回数は、投与形態、患者の年齢、体重、治療すべき症状の性質もしくは重篤度により異なるが、通常、静脈内投与等の非経口投与の場合、成人一人当り約0.001mg〜1gを一日一回ないし数回投与する。しかしながら、これら投与量および投与回数に関しては、前述の種々の条件により変動する。   The dosage and frequency of administration of the polypeptide of the present invention vary depending on the dosage form, patient age, body weight, nature or severity of the condition to be treated, but usually in the case of parenteral administration such as intravenous administration, About 0.001 mg to 1 g per person is administered once to several times a day. However, the dose and the number of doses vary depending on the various conditions described above.

4.骨癒合症の発症リスクの判定方法
後述の実施例に示されるように、Fgf9遺伝子においてAsn143をコードするコドンのThrをコードするコドンへの変異を有するEksマウスは、橈上腕(radiohumeral)、脛大腿(tibiofemoral)及び頭蓋骨縫合線において骨癒合症を発症する。従って、本発明は、FGF9ポリペプチドのAsn143のThrへの置換、又はFgf9遺伝子におけるAsn143をコードするコドンのThrをコードするコドンへの変異の有無を検出することを含む、骨癒合症の発症リスクの判定方法を提供するものである。
4). Method for Determining Risk of Occlusion of Osteolysis As shown in the Examples below, an Eks mouse having a mutation of a codon encoding Asn143 to a codon encoding Thr in the Fgf9 gene is composed of a radiohumeral, a tibia and a thigh (Tibiofemoral) and skull sutures develop osteosynthesis. Therefore, the present invention relates to the risk of developing osteosynthesis comprising detecting the presence or absence of a substitution of Asn143 in Thr of FGF9 polypeptide or a codon encoding Asn143 in the Fgf9 gene to a codon encoding Thr. The determination method is provided.

ポリペプチドにおける変異を直接検出する場合は、例えば、本発明の変異体FGF9ポリペプチドを特異的に認識する抗体を用いた免疫学的手法により、変異体FGF9ポリペプチドの存在が免疫特異的に検出される。あるいは、マススペクトルにより、ポリペプチドの質量の変化として検出することも可能である。   In the case of directly detecting a mutation in the polypeptide, for example, the presence of the mutant FGF9 polypeptide is immunospecifically detected by an immunological technique using an antibody that specifically recognizes the mutant FGF9 polypeptide of the present invention. Is done. Alternatively, it can be detected as a change in the mass of the polypeptide by mass spectrum.

免疫学的手法を用いる場合、例えば、まず被検脊椎動物から採取した生体試料より、変異体FGF9ポリペプチドを測定可能なサンプルを調製する。生体試料としては、FGF9を発現し得る部位(骨組織、軟骨組織、結合組織、腎臓組織、血清等)を用いることが好ましい。   When using an immunological technique, for example, a sample capable of measuring a mutant FGF9 polypeptide is first prepared from a biological sample collected from a test vertebrate. As the biological sample, it is preferable to use a site capable of expressing FGF9 (bone tissue, cartilage tissue, connective tissue, kidney tissue, serum, etc.).

変異体FGF9をELISA、ウェスタンブロット法、スポット法、凝集法、抗体アレイ、表面プラズモン共鳴等の免疫学的方法により検出する場合、通常、生体試料より液体サンプルが調製される。例えば、生体試料が組織や細胞の場合、これらを機械的に破砕したり、可溶化剤で処理すること等により可溶化物を調製する。本発明の変異FGF9ポリペプチドをフローサイトメトリー法や免疫学的組織染色等の免疫学的方法により検出する場合は、組織や細胞等の生体試料は適宜固定等の処理に付され、抗体により染色される。   When the mutant FGF9 is detected by an immunological method such as ELISA, Western blotting, spot method, aggregation method, antibody array, surface plasmon resonance, etc., a liquid sample is usually prepared from a biological sample. For example, when the biological sample is a tissue or a cell, a solubilizate is prepared by mechanically crushing them or treating them with a solubilizer. When the mutant FGF9 polypeptide of the present invention is detected by an immunological method such as flow cytometry or immunological tissue staining, biological samples such as tissues and cells are appropriately subjected to treatment such as fixation and stained with antibodies. Is done.

上記検出の結果、本発明の変異FGF9ポリペプチドが検出された場合、測定対象の脊椎動物個体は骨癒合症を発症するリスクが高いと判定することが出来る。反対に、本発明の変異FGF9ポリペプチドが検出されなかった場合は、測定対象の脊椎動物個体は骨癒合症を発症するリスクが低いと判定することが出来る。   As a result of the detection, when the mutant FGF9 polypeptide of the present invention is detected, it can be determined that the vertebrate individual to be measured has a high risk of developing osteosynthesis. On the contrary, when the mutant FGF9 polypeptide of the present invention is not detected, it can be determined that the vertebrate individual to be measured has a low risk of developing osteosynthesis.

また、後述の実施例に示すように、Eksマウスにおいては、Fgf9遺伝子座の一方のアレルのみがN143T変異を有している場合には、両方のアレルがN143T変異を有している場合と比較して骨癒合症の症状は軽微である。従って、上記検出の結果、本発明の変異FGF9ポリペプチドが検出された場合であっても、同時に野生型FGF9が検出された場合には、野生型FGF9が検出されなかった場合と比較して、発症し得る骨癒合症の症状は軽微であると判定することが出来る。逆に野生型FGF9が検出されなかった場合は、同時に野生型FGF9が検出された場合と比較して、より重篤な骨癒合症を発症するリスクが高いと判定することができる。   In addition, as shown in the Examples below, in Eks mice, when only one allele of the Fgf9 locus has the N143T mutation, it is compared with the case where both alleles have the N143T mutation. And the symptoms of osteosynthesis are minor. Therefore, as a result of the above detection, even when the mutant FGF9 polypeptide of the present invention is detected, when wild-type FGF9 is simultaneously detected, compared to the case where wild-type FGF9 is not detected, It can be determined that the symptoms of osteosynthesis that may develop are minor. Conversely, when wild-type FGF9 is not detected, it can be determined that the risk of developing a more severe osteosynthesis is higher than when wild-type FGF9 is detected at the same time.

Fgf9遺伝子におけるAsn143をコードするコドンのThrをコードするコドンへの変異の有無を検出する場合は、まず、被検脊椎動物から採取した生体試料から染色体DNA、全RNA又はmRNAを調製する。生体試料としては、上述の細胞、組織又は器官等が用いられるが、入手の容易性を考慮すれば、血液、毛髪、つめ、皮膚、粘膜等が用いられることが好ましい。また、変異の解析という観点からは、FGF9ポリペプチドを発現し得る部位(骨組織、軟骨組織、結合組織、腎臓組織、血清等)を用いることが好ましい。生体試料からの染色体DNA、全RNA又はmRNAの調製は、当該分野で周知の方法によって行なうことができ、また、市販のキットを用いてもよい。   When detecting the presence or absence of a mutation of the codon encoding Asn143 in the Fgf9 gene to the codon encoding Thr, first, chromosomal DNA, total RNA, or mRNA is prepared from a biological sample collected from the test vertebrate. As the biological sample, the above-described cells, tissues, organs, and the like are used. In consideration of availability, blood, hair, nails, skin, mucous membranes, and the like are preferably used. Further, from the viewpoint of analysis of mutation, it is preferable to use a site (bone tissue, cartilage tissue, connective tissue, kidney tissue, serum, etc.) capable of expressing FGF9 polypeptide. Preparation of chromosomal DNA, total RNA, or mRNA from a biological sample can be performed by a method well known in the art, or a commercially available kit may be used.

上述のようにして得られた染色体DNA、全RNA又はmRNAに含まれる、FGF9ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドがAsn143をコードするコドンのThrをコードするコドンへの変異を有するか否かを決定する。Asn143をコードするコドンは、通常AAT又はAACであり、好ましくはAACである。Thrをコードするコドンは、通常ACT、ACA、ACC又はACGであり、好ましくはACCである。   Determine whether the polynucleotide encoding FGF9 polypeptide contained in the chromosomal DNA, total RNA or mRNA obtained as described above has a mutation of the codon encoding Asn143 to the codon encoding Thr . The codon encoding Asn143 is usually AAT or AAC, preferably AAC. The codon encoding Thr is usually ACT, ACA, ACC or ACG, preferably ACC.

当該変異は周知の方法によって解析することができる。当該方法としては、例えば、RFLP(制限酵素切断断片長多型)法、PCR−SSCP(一本鎖DNA高次構造多型解析)法(例えば、Biotechniques, 16, 296-297 (1994)参照)、ASO(Allele Specific Oligonucleotide)ハイブリダイゼーション法(例えば、Clin. Chim. Acta, 189, 153-157 (1990)参照、ダイレクトシークエンス法(例えば、Biotechniques, 11, 246-249 (1991)参照)、ARMS(Amplification Refracting Mutation System)法(例えば、Nuc. Acids. Res., 19, 3561-3567 (1991)参照)、変性濃度勾配ゲル電気泳動(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)法(例えば、Biotechniqus, 27, 1016-1018 (1999)参照)、RNaseA切断法(例えば、DNA Cell. Biol., 14, 87-94 (1995)参照)、化学切断法(例えば、Biotechniques, 21, 216-218 (1996)参照)、DOL(Dye-labeled Oligonucleotide Ligation)法(例えば、Genome Res., 8, 549-556 (1998)参照)、TaqMan PCR法(例えば、Genet. Anal., 14, 143-149 (1999)参照)、インベーダー法(例えば、Science, 5109, 778-783 (1993); Nat. Biotechnol., 17, 292-296 (1999) 参照)、MALDI−TOF/MS(Matrix Assisted Laser Desorption-time of Flight/Mass Spectrometry)法(Genome Res., 7, 378-388 (1997)参照)、TDI(Template-directed Dye-terminator Incorporation)法(例えば、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 10756-10761 (1997)参照)、サザンブロッティング法等が挙げられる。   The mutation can be analyzed by a well-known method. Examples of the method include RFLP (restriction fragment length polymorphism) method and PCR-SSCP (single-stranded DNA higher-order structure polymorphism analysis) method (see, for example, Biotechniques, 16, 296-297 (1994)). ASO (Allele Specific Oligonucleotide) hybridization method (see, for example, Clin. Chim. Acta, 189, 153-157 (1990), direct sequencing method (see, for example, Biotechniques, 11, 246-249 (1991)), ARMS ( Amplification Refracting Mutation System (for example, see Nuc. Acids. Res., 19, 3561-3567 (1991)), Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (for example, Biotechniqus, 27, 1016-1018) (See 1999)), RNase A cleavage method (see, for example, DNA Cell. Biol., 14, 87-94 (1995)), chemical cleavage method (see, for example, Biotechniques, 21, 216-218 (1996)), DOL ( Dye-labeled Oligonucleotide Ligation (eg Genome Res., 8, 549-556 (199 8)), TaqMan PCR method (for example, see Genet. Anal., 14, 143-149 (1999)), Invader method (for example, Science, 5109, 778-783 (1993); Nat. Biotechnol., 17, 292-296 (1999)), MALDI-TOF / MS (Matrix Assisted Laser Desorption-time of Flight / Mass Spectrometry) method (see Genome Res., 7, 378-388 (1997)), TDI (Template-directed Dye) -terminator Incorporation) method (for example, see Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 10756-10761 (1997)), Southern blotting method and the like.

例えば上述の本発明のポリヌクレオチドや部分ポリヌクレオチドをプローブとして用いることにより、ASOハイブリダイゼーション法や、RNaseA切断法によって変異の有無を検出することが可能である。或いは、配列番号2、4、6、8、12又は14で表されるアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドにおいて、配列番号2又は4についてはアミノ酸番号143のアミノ酸(Asn又はThrである)を、配列番号6、8、12又は14についてはアミノ酸番号110のアミノ酸(Asn又はThrである)をコードするコドンを含む領域を増幅し得るプライマーを用いたPCRの産物のヌクレオチド配列を解析することによって変異の有無を検出することが可能である。更に、変異により消失する制限酵素部位(例えばBsrI)を利用して、PCR産物の制限酵素消化産物の大きさを測定することによっても変異の有無を検出することが可能である。   For example, by using the above-described polynucleotide or partial polynucleotide of the present invention as a probe, the presence or absence of mutation can be detected by the ASO hybridization method or the RNase A cleavage method. Alternatively, in the polynucleotide encoding the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 12 or 14, for SEQ ID NO: 2 or 4, the amino acid of amino acid number 143 (which is Asn or Thr) For numbers 6, 8, 12 or 14, mutations were analyzed by analyzing the nucleotide sequence of the PCR product using primers that can amplify the region containing the codon encoding amino acid number 110 (which is Asn or Thr). The presence or absence can be detected. Furthermore, the presence or absence of mutation can be detected by measuring the size of the restriction enzyme digestion product of the PCR product using a restriction enzyme site (eg, BsrI) that disappears due to the mutation.

上記検出の結果、上記変異が検出された場合、測定対象の脊椎動物個体は骨癒合症を発症するリスクが高いと判定することが出来る。反対に、上記変異が検出されなかった場合は、測定対象の脊椎動物個体は骨癒合症を発症するリスクが低いと判定することが出来る。   As a result of the detection, when the mutation is detected, it can be determined that the vertebrate individual to be measured has a high risk of developing osteosynthesis. On the other hand, when the mutation is not detected, it can be determined that the vertebrate individual to be measured has a low risk of developing osteosynthesis.

また、後述の実施例に示すように、Eksマウスにおいては、Fgf9遺伝子座の一方のアレルのみがN143T変異を有している場合には、両方のアレルがN143T変異を有している場合と比較して骨癒合症の症状は軽微である。従って、上記検出の結果、上記変異が検出された場合であっても、同時に野生型アレル(Asn143をコードするコドン)が検出された場合には、野生型アレルが検出されなかった場合と比較して、発症し得る骨癒合症の症状は軽微であると判定することが出来る。逆に野生型アレルが検出されなかった場合は、同時に野生型アレルが検出された場合と比較して、より重篤な骨癒合症を発症するリスクが高いと判定することができる。   In addition, as shown in the Examples below, in Eks mice, when only one allele of the Fgf9 locus has the N143T mutation, it is compared with the case where both alleles have the N143T mutation. And the symptoms of osteosynthesis are minor. Therefore, even if the above mutation is detected as a result of the detection, if the wild type allele (codon encoding Asn143) is detected at the same time, the wild type allele is not detected. Thus, it can be determined that the symptoms of osteogenesis that can develop are minor. Conversely, when a wild type allele is not detected, it can be determined that the risk of developing a more severe osteosynthesis is higher than when a wild type allele is detected at the same time.

また、本発明は、FGF9ポリペプチドのAsn143のThrへの置換、又はFgf9遺伝子におけるAsn143をコードするコドンのThrをコードするコドンへの変異の有無を検出するための試薬を含む、骨癒合症の発症リスクの診断剤を提供する。該診断剤を用いることにより、上述の骨癒合症の発症リスクの判定を容易に実施することが可能である。   The present invention also includes a reagent for detecting the presence or absence of substitution of Asn143 in Thr of FGF9 polypeptide or mutation of a codon encoding Asn143 in the Fgf9 gene into a codon encoding Thr. Provide diagnostic agents for risk of onset. By using the diagnostic agent, it is possible to easily determine the risk of developing the above-mentioned osteosynthesis.

該試薬としては、特に限定されないが、例えば、
(1)本発明の変異体FGF9ポリペプチドを特異的に認識する抗体;
(2)本発明のポリヌクレオチド;
(3)本発明の部分ポリヌクレオチド;
(4)配列番号2、4、6、8、12又は14で表されるアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドにおいて、配列番号2又は4についてはアミノ酸番号143のアミノ酸(該アミノ酸はAsn又はThrである)を、配列番号6、8、12又は14についてはアミノ酸番号110のアミノ酸(該アミノ酸はAsn又はThrである)をコードするコドンを含む領域を増幅し得るプライマー;
等を挙げることが出来る。
Although it does not specifically limit as this reagent, For example,
(1) an antibody that specifically recognizes the mutant FGF9 polypeptide of the present invention;
(2) the polynucleotide of the present invention;
(3) the partial polynucleotide of the present invention;
(4) In the polynucleotide encoding the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 12 or 14, SEQ ID NO: 2 or 4 is the amino acid of amino acid number 143 (the amino acid is Asn or Thr) A primer that can amplify a region comprising a codon that encodes the amino acid of amino acid number 110 for SEQ ID NO: 6, 8, 12, or 14 (the amino acid is Asn or Thr);
Etc. can be mentioned.

上述の試薬に加えて、更に上記検査方法において用いられる種々の試薬(例えば、タンパク質抽出用試薬、標識抗体、染色体DNA調製試薬、全RNA調製試薬、mRNA調製試薬、制限酵素(例えばBsrI)、試薬や生体試料を希釈するための緩衝液、陽性対照、陰性対照、反応容器、検査プロトコールを記載した指示書など)を含めることにより、骨癒合症の発症リスクの判定用キットとしてもよい。これらの要素は必要に応じて予め混合しておくことも出来る。また、必要に応じて保存剤や防腐剤を各要素に加えることも出来る。該判定用キットは、上記骨癒合症の発症リスクの判定を簡便に実施することを可能とするため極めて有用である。   In addition to the reagents described above, various reagents used in the above-described testing methods (eg, protein extraction reagents, labeled antibodies, chromosomal DNA preparation reagents, total RNA preparation reagents, mRNA preparation reagents, restriction enzymes (eg, BsrI), reagents) And a buffer for diluting a biological sample, a positive control, a negative control, a reaction container, an instruction describing a test protocol, and the like) may be used as a kit for determining the risk of developing bone fusion. These elements can be mixed in advance if necessary. Moreover, a preservative and preservative can also be added to each element as needed. The determination kit is extremely useful because it makes it possible to easily determine the risk of developing the above osteosynthesis.

5.スクリーニング方法
後述の実施例に示されるように、FGFのホモ二量体化が阻害され、単量体の存在量が多くなると、FGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性が低下する。従って、FGFのホモ二量体化をコントロールすることにより、FGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を調節することができる。そこで、本発明は、被検物質がFGFのホモ二量体化を促進又は阻害するか否か検定すること、及びFGFのホモ二量体化を促進又は阻害した被検物質をFGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を調節し得る物質として得ることを含む、FGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を調節し得る物質のスクリーニング方法を提供する。
5). Screening Method As shown in the examples described later, when the homodimerization of FGF is inhibited and the amount of monomer increases, the affinity of FGF for sulfated glycosaminoglycans decreases. Therefore, by controlling the homodimerization of FGF, the affinity of FGF for sulfated glycosaminoglycan can be adjusted. Accordingly, the present invention is to test whether or not a test substance promotes or inhibits homodimerization of FGF, and to test the test substance that promotes or inhibits homodimerization of FGF for sulfation of FGF. Provided is a screening method for a substance capable of regulating the affinity of FGF for sulfated glycosaminoglycan, comprising obtaining the substance as a substance capable of regulating the affinity for glycosaminoglycan.

本発明のスクリーニング方法に供される被検物質は、いかなる公知化合物及び新規化合物であってもよく、例えば、核酸、糖質、脂質、蛋白質、ペプチド、有機低分子化合物、コンビナトリアルケミストリー技術を用いて作製された化合物ライブラリー、固相合成やファージディスプレイ法により作製されたランダムペプチドライブラリー、あるいは微生物、動植物、海洋生物等由来の天然成分等が挙げられる。   The test substance used for the screening method of the present invention may be any known compound and novel compound, for example, using nucleic acid, carbohydrate, lipid, protein, peptide, low-molecular-weight organic compound, combinatorial chemistry technique. Examples include a compound library prepared, a random peptide library prepared by solid-phase synthesis or a phage display method, or natural components derived from microorganisms, animals and plants, marine organisms, and the like.

被検物質がFGFのホモ二量体化を促進又は阻害するか否かの検定においては、適当な緩衝液中でFGFを被検物質と接触させ、被検物質の存在下におけるFGFのホモ二量体化の程度を測定する。ホモ二量体化の程度の測定は、分析的超遠心分離やゲル濾過クロマトグラフィー等の公知の方法により行うことが出来る。例えば、分析的超遠心分離によれば、溶液中のFGFの平均分子量を測定することが可能である。溶液中のFGFが全て単量体の場合は、この平均分子量は、FGF単量体の計算上の分子量と同一となる。一方、溶液中のFGFが全て二量体である場合には、平均分子量はFGF単量体の計算上の分子量の2倍になる。そして、単量体と二量体とが共存する場合には、平均分子量はFGF単量体の計算上の分子量の1〜2倍の間の値を示し、二量体化が促進すると平均分子量は高くなるので、この平均分子量を指標に単量体/二量体比を算出することができる。   In testing whether or not a test substance promotes or inhibits homodimerization of FGF, FGF is brought into contact with the test substance in an appropriate buffer, and the homodimer of FGF in the presence of the test substance. Measure the degree of merification. The degree of homodimerization can be measured by a known method such as analytical ultracentrifugation or gel filtration chromatography. For example, analytical ultracentrifugation can measure the average molecular weight of FGF in solution. When all the FGF in the solution is monomer, this average molecular weight is the same as the calculated molecular weight of the FGF monomer. On the other hand, when all FGF in the solution is a dimer, the average molecular weight is twice the calculated molecular weight of the FGF monomer. And when a monomer and a dimer coexist, the average molecular weight shows a value between 1 and 2 times the calculated molecular weight of the FGF monomer, and when the dimerization is promoted, the average molecular weight Therefore, the monomer / dimer ratio can be calculated using this average molecular weight as an index.

次いで、被検物質の存在下におけるFGFのホモ二量体化の程度が、被検物質の非存在下におけるFGFのホモ二量体化の程度と比較される。ホモ二量体化の程度の比較は、好ましくは、有意差の有無に基づいて行なわれる。被検物質の非存在下におけるホモ二量体化の程度は、被検物質の存在中でのホモ二量体化の程度の測定に対し、事前に測定した値であっても、同時に測定した値であってもよいが、実験の精度、再現性の観点から同時に測定した値であることが好ましい。   Next, the degree of homodimerization of FGF in the presence of the test substance is compared with the degree of homodimerization of FGF in the absence of the test substance. The comparison of the degree of homodimerization is preferably performed based on the presence or absence of a significant difference. The degree of homodimerization in the absence of the test substance was measured at the same time, even if it was a value measured in advance for the measurement of the degree of homodimerization in the presence of the test substance. Although it may be a value, it is preferably a value measured simultaneously from the viewpoint of the accuracy and reproducibility of the experiment.

比較の結果、FGFのホモ二量体化を促進又は阻害した被検物質が選択され、該物質がFGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を調節し得る物質として獲得される。即ち、FGFのホモ二量体化を促進した被検物質はFGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を増強する物質として獲得され、FGFのホモ二量体化を阻害した被検物質はFGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を低下させる物質として獲得される。   As a result of the comparison, a test substance that promotes or inhibits homodimerization of FGF is selected, and the substance is obtained as a substance that can regulate the affinity of FGF to sulfated glycosaminoglycan. That is, the test substance that promoted homodimerization of FGF was obtained as a substance that enhances the affinity of FGF for sulfated glycosaminoglycan, and the test substance that inhibited homodimerization of FGF was Acquired as a substance that reduces the affinity of FGF for sulfated glycosaminoglycans.

上記スクリーニング方法により得られる物質を、FGFを含有する医薬と併用すると、FGFの生体内での拡散性を調節することができる。例えば、FGFを投与局所に局在化させたい場合には、FGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を増強する物質をFGFと併用すればよい。一方、FGFを患部の深部にまで到達させたい場合には、FGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を低下させる物質をFGFと併用すればよい。   When the substance obtained by the above screening method is used in combination with a drug containing FGF, the diffusibility of FGF in vivo can be controlled. For example, when FGF is desired to be localized at the administration site, a substance that enhances the affinity of FGF for sulfated glycosaminoglycan may be used in combination with FGF. On the other hand, when FGF is desired to reach the deep part of the affected area, a substance that lowers the affinity of FGF for sulfated glycosaminoglycan may be used in combination with FGF.

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下に示す実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited at all by the Example shown below.

(方法)
Fgf9遺伝子の変異の検出
Eks変異体表現型に寄与する変異を同定するために、mRNAの逆転写―PCR(RT−PCR)及びRT−PCR産物の直接シークエンシング(ABI PRIZM 310 Genetic Analyzer; Applied Biosystems, Foster City, CA)を通じて、正常マウス(+/+)、ヘテロ接合体マウス(Eks/+)及びホモ接合体マウス(Eks/Eks)からのcDNAの配列を調べた。Eksアレルのジェノタイピングのため、Eks変異をまたぐゲノムDNAを、特異的プライマー(5'-CACAGGAATGTGTGTTCAGA -3'(配列番号:9)及び5'- GGTCCACTGGTCTAGGTAAA -3'(配列番号:10))を用いたPCRにより増幅し、続いてPCR産物をBsrI制限酵素により消化した。野生型マウスは、147bp及び42bpの2つのバンドを示し、一方Eksアレルは189bpの1つのバンドを示す。
(Method)
Detection of mutations in the Fgf9 gene To identify mutations that contribute to the Eks mutant phenotype, reverse transcription of mRNA—PCR (RT-PCR) and direct sequencing of RT-PCR products (ABI PRIZM 310 Genetic Analyzer; Applied Biosystems Foster City, Calif.), The sequences of cDNA from normal mice (+ / +), heterozygous mice (Eks / +) and homozygous mice (Eks / Eks) were examined. For genotyping of the Eks allele, use the specific primers (5′-CACAGGAATGTGTGTTCAGA-3 ′ (SEQ ID NO: 9) and 5′-GGTCCACTGGTCTAGGTAAA-3 ′ (SEQ ID NO: 10)) PCR product was subsequently digested with BsrI restriction enzyme. Wild type mice show two bands of 147 bp and 42 bp, while the Eks allele shows one band of 189 bp.

骨格及び組織学的標本調製
既述(Kessel and Gruss. 1990)の様に、E17.5胎仔の骨および軟骨をアリザリンレッド及びアルシアンブルーにより染色した。組織学的標本作製のため、組織を4%パラホルムアルデヒドで固定し、パラフィン中に包埋し、5μmに薄切し、ヘマトキシリン及びエオジンで染色した。
Skeletal and histological specimen preparation E17.5 fetal bone and cartilage were stained with alizarin red and alcian blue as described previously (Kessel and Gruss. 1990). For histological preparation, tissues were fixed with 4% paraformaldehyde, embedded in paraffin, sliced to 5 μm, and stained with hematoxylin and eosin.

In situ ハイブリダイゼーション
既述(Kessell and Gruss. 1991)の様に、放射線標識されたFgf9(MGI: 104723)、Gdf5(MGI: 95688)、Col2a1(MGI: 88452)、Spp1(MGI: 98389)、Runx2(MGI: 99829)、Fgfr1(MGI: 95522)、Fgfr2(MGI: 95523)及びFgfr3(MGI: 95524)のRNAを用いて、パラフィン切片のIn situハイブリダイゼーションを行った。ホールマウントIn situハイブリダイゼーションを既述(Iseki et al., 1997)の様に行った。
As described in in situ hybridization (Kessell and Gruss. 1991), radiolabeled Fgf9 (MGI: 104723), Gdf5 (MGI: 95688), Col2a1 (MGI: 88452), Spp1 (MGI: 98389), Runx2 (MGI: 99829), Fgfr1 (MGI: 95522), Fgfr2 (MGI: 95523) and Fgfr3 (MGI: 95524) RNA were used for in situ hybridization of paraffin sections. Whole mount in situ hybridization was performed as previously described (Iseki et al., 1997).

分析的超遠心分離
全ての分析的超遠心分離は、Beckman Coulter XL-I分析的超遠心分離機を用いて行った。サンプルを120mM NaClを含む、25mM酢酸アンモニウム緩衝液(pH5.5)中に溶解した。比容積はSEDNTERP ソフトウェアにより0.7317mL/g(正常型FGF9タンパク質;FGF9WT)又は0.7322mL/g(Eks変異型FGF9タンパク質;FGF9Eks)と見積もられた。全ての実験は20℃、280nmの吸光波長で行われた。沈降平衡試験は、6チャンネルセンターピースにより、0.8、0.4及び0.2mg/mlで行った。FGF9WTについては12、14及び16krpmで、FGF9Eksについては14、16及び18krpmでデータを取得した。、12、14及び16時間において各スピードについてのスキャンを取るために16時間の全平衡時間を用いた。沈降平衡データをBeckman XL-A/XL-Iデータ解析ソフトウェアを用いて解析した。沈降速度試験は、ダブルセクターセンターピースにより行った。タンパク質濃度は0.4、0.3又は0.2mg/mlで行った。吸光度データは40krpmで5分間毎に100回スキャンした。測定データはSEDFITソフトウェアで解析した。
Analytical ultracentrifugation All analytical ultracentrifugation was performed using a Beckman Coulter XL-I analytical ultracentrifuge. The sample was dissolved in 25 mM ammonium acetate buffer (pH 5.5) containing 120 mM NaCl. The specific volume was estimated to be 0.7317 mL / g (normal FGF9 protein; FGF9 WT ) or 0.7322 mL / g (Eks mutant FGF9 protein; FGF9 Eks ) by SEDNTERP software. All experiments were performed at 20 ° C. and an absorption wavelength of 280 nm. Sedimentation equilibrium tests were conducted at 0.8, 0.4 and 0.2 mg / ml with a 6 channel centerpiece. Data were acquired at 12, 14 and 16 krpm for FGF9 WT and 14, 16 and 18 krpm for FGF9 Eks . A total equilibration time of 16 hours was used to scan for each speed at 12, 14 and 16 hours. Sedimentation equilibrium data was analyzed using Beckman XL-A / XL-I data analysis software. The sedimentation rate test was conducted with a double sector centerpiece. The protein concentration was 0.4, 0.3 or 0.2 mg / ml. Absorbance data was scanned 100 times every 5 minutes at 40 krpm. The measurement data was analyzed with SEDFIT software.

マイトジェニックアッセイ
FGF9WT及びFGF9EksがFGFRを介してシグナルを伝達する能力を、特定のFGFRを発現しているBaF3細胞を用いたマイトジェニックアッセイにより、既述(Ornitz et al., 1996)の様に解析した。96ウェルアッセイプレートの1ウェルあたり5000個の細胞を、多様な濃度のFGF9及びヘパリン(Wako)を含む培地中へ播種した。ヘパリンとFGF9WT又はFGF9Eksを各ウェルに加え、全量を1ウェルあたり200μlとした。次に細胞を37℃で36時間インキュベートした。20μlの培地に溶解した1μCiの[H]チミジンを各ウェルに加えた。4時間後に、グラスファイバー紙を通す濾過により細胞を回収し、取り込まれた[H]チミジンをWallac MicroBeta TriLuxシンチレーションカウンター(PerkinElmer)でカウントした。
Mitogenic assay The ability of FGF9 WT and FGF9 Eks to transmit signals via FGFR was determined by mitogenic assay using BaF3 cells expressing specific FGFR as described (Ornitz et al., 1996). Was analyzed. 5000 cells per well of a 96 well assay plate were seeded into medium containing various concentrations of FGF9 and heparin (Wako). Heparin and FGF9 WT or FGF9 Eks were added to each well to make a total volume of 200 μl per well. The cells were then incubated for 36 hours at 37 ° C. 1 μCi of [ 3 H] thymidine dissolved in 20 μl of medium was added to each well. After 4 hours, cells were harvested by filtration through glass fiber paper and incorporated [ 3 H] thymidine was counted with a Wallac MicroBeta TriLux scintillation counter (PerkinElmer).

ヘパリン親和性クロマトグラフィー
3mgのFGF9WT及びFGF9Eksを、120mM NaClを含む25mM酢酸アンモニウム緩衝液(pH5.5)で平衡化した1mlのHiTrapヘパリンカラム(GE healthcare)にロードした。結合したFGF9WT及びFGF9Eksを、同一の緩衝液中でのNaClの線形グラジエント(120mM〜2.0M)で溶出した。
Heparin affinity chromatography 3 mg of FGF9 WT and FGF9 Eks were loaded onto a 1 ml HiTrap heparin column (GE healthcare) equilibrated with 25 mM ammonium acetate buffer (pH 5.5) containing 120 mM NaCl. Bound FGF9 WT and FGF9 Eks were eluted with a linear gradient of NaCl (120 mM-2.0 M) in the same buffer.

FGF9−ヘパリン相互作用の表面プラズモン共鳴分析
FGF9WT−ヘパリン及びFGF9Eks−ヘパリンの相互作用を測定するための表面プラズモン共鳴分析をBIAcore 3000装置(Biacore AB, Uppsala, Sweden)を用いて行った。ストレプトアビジン結合センサーチップSA上へヘパリン(Wako)を固相化するために、HBS−EP緩衝液中の100μg/mlビオチン化ヘパリンを10μl/分の流速で注入し、63反応単位(RU)固相化した。全ての試験は室温で行い、容積容量効果(bulk solvent effects)による屈折率異常は、使用したFGF9WT及びFGF9Eks濃度での非コートセンサーチップ上の反応を差し引くことにより補正した。動力学的なデータを得るために、HBS−EP中の、異なる濃度の解析対象(FGF9WT及びFGF9Eks)を、20μl/分の流速で、ヘパリンセンサーチップ上へ注入した。各サンプル注入の最後(120s)に、HBS−EP緩衝液をセンサーの表面を通過させ、解離相をモニターした。120sの解離に続き、5μlの1MのNaCl(HBS−EP中)の注入によりセンサー表面を完全に再生した。各相互作用の動力学的パラメータを決定するために、5つの異なる解析対象濃度を用いた。動力学的パラメータは、BIAevaluationソフトウェアを用いてセンサグラムを包括的に1:1モデルにあてはめることにより得た。
Surface Plasmon Resonance Analysis of FGF9- Heparin Interactions Surface plasmon resonance analysis to measure FGF9 WT -heparin and FGF9 Eks -heparin interactions was performed using a BIAcore 3000 instrument (Biacore AB, Uppsala, Sweden). In order to immobilize heparin (Wako) on the streptavidin-coupled sensor chip SA, 100 μg / ml biotinylated heparin in HBS-EP buffer was injected at a flow rate of 10 μl / min, and 63 reaction units (RU) were immobilized. Phased. All tests were performed at room temperature and refractive index anomalies due to bulk solvent effects were corrected by subtracting the response on the uncoated sensor chip at the FGF9 WT and FGF9 Eks concentrations used. To obtain kinetic data, different concentrations of analytes (FGF9 WT and FGF9 Eks ) in HBS-EP were injected onto the heparin sensor chip at a flow rate of 20 μl / min. At the end of each sample injection (120s), HBS-EP buffer was passed over the sensor surface and the dissociation phase was monitored. Following dissociation of 120 s, the sensor surface was completely regenerated by injection of 5 μl of 1M NaCl (in HBS-EP). Five different analyte concentrations were used to determine the kinetic parameters for each interaction. Kinetic parameters were obtained by fitting the sensorgrams comprehensively to a 1: 1 model using BIAevaluation software.

分子動態(MD)シミュレーション
単量体FGF9WT、二量体FGF9WT、単量体FGF9WT−ヘパリン、二量体FGF9WT−ヘパリン、及びFGF9EksについてのこれらのMDのためのスタートとなる構造は、PDB (PDB ID: 1IHK) (Plotnikov et al, 2001)から採用した。単量体FGF9WT及び二量体FGF9Eksの構造は、FGF9WTに基づき、分子モデリングソフトウェアMOE(Chemical Computing Group, Inc.)を用いて構築した。6糖(UAP-SGN-IDU-SGN-IDU-SGN)をヘパリンオリゴ糖として用いた。UAPは1,4−ダイデオキシ−5−デヒドロ−O2−スルホ−グルクロン酸、SGNはO6−ジスルホ−グルコサミン、IDUは1,4−ダイデオキシ−O2−スルホ−グルクロン酸である。単量体FGF9WT−ヘパリン及び二量体FGF9WT−ヘパリンシミュレーションのため、ヘパリンオリゴ糖を、MDシミュレーションから獲得したFGF9WT構造へ、分子ドッキングプログラムGOLD(version 3.0) (Verdonk et al, 2003)を用いて結合した。ドッキングプロトコールにおいては、標準的なGAパラメータの初期設定を用い、GoldScoreをスコアリング機能として用いた。単量体FGF9Eks−ヘパリン及び二量体FGF9Eks−ヘパリンの構造は、FGF9WT−ヘパリン複合体と同様に構築した。MDシミュレーションのためのスタートとなる構造は、TIP3P水分子で球状に囲んだ(Jorgensen et al., 1983)。エネルギー最小化の後、全てのMDシミュレーションは、MDGRAPE3システム(Narumi et al., 2006)のための改変Amber 8.0(Case et al., 2004)を用いて、300Kで10nsの間行われた。アンバーff03力場(Duan et al., 2003)を適用し、シミュレーション時間ステップを1fsにセットした。結合自由エネルギーは、分子機能ポワソン−ボルツマン/表面面積(MM-PBSA)法(Srinivasan et al., 1998)により、最終2ns MD軌道を用いて計算した。
Molecular dynamics (MD) simulations monomer FGF9 WT, dimer FGF9 WT, monomer FGF9 WT - heparin, dimeric FGF9 WT - start to become structures for these MD for heparin, and FGF9 Eks is , PDB (PDB ID: 1IHK) (Plotnikov et al, 2001). The structures of monomeric FGF9 WT and dimeric FGF9 Eks were constructed based on FGF9 WT using molecular modeling software MOE (Chemical Computing Group, Inc.). Hexasaccharide (UAP-SGN-IDU-SGN-IDU-SGN) was used as the heparin oligosaccharide. UAP is 1,4-dideoxy-5-dehydro-O2-sulfo-glucuronic acid, SGN is O6-disulfo-glucosamine, and IDU is 1,4-dideoxy-O2-sulfo-glucuronic acid. For the simulation of monomeric FGF9 WT -heparin and dimeric FGF9 WT -heparin, the molecular docking program GOLD (version 3.0) (Verdonk et al, 2003) was used to convert heparin oligosaccharides to the FGF9 WT structure obtained from MD simulation. Combined. In the docking protocol, standard GA parameter default settings were used and GoldScore was used as the scoring function. The structures of monomeric FGF9 Eks -heparin and dimeric FGF9 Eks -heparin were constructed in the same manner as the FGF9 WT -heparin complex. The starting structure for MD simulation was enclosed in a sphere with TIP3P water molecules (Jorgensen et al., 1983). After energy minimization, all MD simulations were performed at 300 K for 10 ns using a modified Amber 8.0 (Case et al., 2004) for the MDGRAPE3 system (Narumi et al., 2006). Amber ff03 force field (Duan et al., 2003) was applied and the simulation time step was set to 1 fs. The binding free energy was calculated by the molecular functional Poisson-Boltzmann / surface area (MM-PBSA) method (Srinivasan et al., 1998) using the final 2 ns MD orbital.

レトロウイルス性異所性発現
マウスFGF9WT及びFGF9EkscDNAをRCASBP(A)ベクター(Hughes et al.,1987)中にクローニングした。ウイルス溶液を、ハンブルガー−ハミルトン(HH)段階17のニワトリ胚の後肢芽中に注入した。マウスFgf9転写産物の発現及び骨格変化を、注入の2日及び5日後に、それぞれ調べた。
Retroviral ectopic expression mouse FGF9 WT and FGF9 Eks cDNA were cloned into RCASBP (A) vector (Hughes et al., 1987). The virus solution was injected into the hindlimb buds of a Hamburger-Hamilton (HH) stage 17 chicken embryo. Mouse Fgf9 transcript expression and skeletal changes were examined 2 and 5 days after injection, respectively.

マウス胎仔頭蓋骨でのFGF9 Eks ビーズの皮下挿入
100μg/mlのFGF9WT又はFGF9Eksに浸漬したAffiGel-Blueビーズ(Bio-Rad, Richmond, CA)をE15マウス頭蓋骨上に、子宮外外科手術により既述(Iseki et al., 1997)の様に移植した。手術した頭を24時間後に回収し、Spp1転写産物をホールマウントin situハイブリダイゼーションにより検出した。Spp1発現面積は、NIHイメージソフトウェアを用いて測定した。
Subcutaneous insertion of FGF9 Eks beads in mouse fetal skulls AffiGel-Blue beads (Bio-Rad, Richmond, Calif.) Immersed in 100 μg / ml FGF9 WT or FGF9 Eks were described on E15 mouse skulls by extrauterine surgery. (Iseki et al., 1997). Surgery heads were collected 24 hours later and Spp1 transcripts were detected by whole mount in situ hybridization. The Spp1 expression area was measured using NIH image software.

マウス前肢芽内へのFGF9 Eks ビーズの移植
500μg/mlのFGF9WT又はFGF9Eksに浸漬したAffiGel-Blueビーズ(Bio-Rad, Richmond, CA)を、E10.5のFgf9−/−の前肢芽の背側及び中央領域内に移植した。次に、肢芽を、無血清培地[BGJb、2mg/ml BSA、ペニシリン(50units/ml)、ストレプトマイシン(50μg/ml)]中で、湿性、37℃及び5% CO環境にて、トランスウェルフィルター(Costar, Coaning)上で2時間培養した。外植片を4%パラホルムアルデヒド中で固定し、パラフィン中に包埋した。ビーズの赤道を通る切片を、抗ヒトFGF9抗体(R&D Systems)並びに細胞及び組織染色キットHRP-AEC system (R&D Systems)を用いて、外因性のFGF9について解析した。シグナル面積及び強度をNIHイメージソフトウェアを用いて解析した。
Implantation of FGF9 Eks beads into mouse forelimb buds AffiGel-Blue beads (Bio-Rad, Richmond, Calif.) Soaked in 500 μg / ml FGF9 WT or FGF9 Eks were used for E10.5 Fgf9 − / − Transplanted into the dorsal and central regions. The limb buds were then transwelled in a serum-free medium [BGJb, 2 mg / ml BSA, penicillin (50 units / ml), streptomycin (50 μg / ml)] in a humid, 37 ° C. and 5% CO 2 environment. Incubate on filter (Costar, Coaning) for 2 hours. Explants were fixed in 4% paraformaldehyde and embedded in paraffin. Sections through the equator of the beads were analyzed for exogenous FGF9 using an anti-human FGF9 antibody (R & D Systems) and a cell and tissue staining kit HRP-AEC system (R & D Systems). Signal area and intensity were analyzed using NIH image software.

FGF9 WT 及びFGF9 Eks 発現及び精製
精製したFGF9WT及びFGF9Eksは、E.coliでの組換えタンパク質製造を除き、本質的には既述(Koyama et al., 2001)の方法に従って製造した。最初の33個のN末端残基は分泌にのみ関係しているので、本発明者らは、最初のMet及びそれに続きFGF9WT及びFGF9Eksの35番目から208番目のポリペプチド配列をコードするcDNA断片をRT−PCRにより製造した。各断片をpColdIVバクテリア発現ベクター(Takara)内のNdeIとHindIII部位の間に挿入した。得られたプラスミドをE.coli BL21株に導入し、組換えタンパク質の生産を、1mM イソプロピル−1−チオ−β−D−ガラクトピラノシドを補充したSB培地中で、15℃にて24時間誘導した。バクテリアを回収し、続いてリソゾーム処理及び超音波処理により破砕した。遠心分離により細胞片を除去し、硫酸アンモニウムの25%飽和による分画、及びそれに続いて50%硫酸アンモニウムにより上清を沈降させることにより、FGF9WT及びFGF9Eksを上清から回収した(図9A)。沈降物を25mM酢酸アンモニウム緩衝液(pH5.5)に溶解し、1%硫酸アンモニウムを含む25mM酢酸アンモニウム緩衝液(pH5.5)に対して透析した。得られた画分を、図14に示すように、一連のクロマトグラフィーカラム(TOYOPEARL AF-Heparin HC- 650M カラム (TOSOH)、TOYOPEARL CM-650M カラム(TOSOH)、TOYOPEARL HW-50F カラム(TOSOH))を通すことにより更に分画した。本発明者らは、これらのクロマトグラフィー工程を既述(Koyama et al., 2001)の緩衝液系を用いて行った。この方法により、20LのE.coli培養液から、200mgの高度に精製されたFGF9WT及び100mgのFGF9Eksを得た(図9B)。
FGF9 WT and FGF9 Eks expression and purified purified FGF9 WT and FGF9 Eks Except for the production of recombinant protein in E. coli, it was produced essentially according to the method described previously (Koyama et al., 2001). Since the first 33 N-terminal residues are only involved in secretion, we have the cDNA encoding the first Met followed by the 35th to 208th polypeptide sequences of FGF9 WT and FGF9 Eks. Fragments were produced by RT-PCR. Each fragment was inserted between the NdeI and HindIII sites in the pColdIV bacterial expression vector (Takara). The resulting plasmid was transformed into E. coli. E. coli strain BL21 was introduced and recombinant protein production was induced in SB medium supplemented with 1 mM isopropyl-1-thio-β-D-galactopyranoside at 15 ° C. for 24 hours. Bacteria were collected and subsequently disrupted by lysosome treatment and sonication. Cell debris was removed by centrifugation and FGF9 WT and FGF9 Eks were recovered from the supernatant by fractionating with 25% saturation of ammonium sulfate followed by sedimentation of the supernatant with 50% ammonium sulfate (FIG. 9A). The precipitate was dissolved in 25 mM ammonium acetate buffer (pH 5.5) and dialyzed against 25 mM ammonium acetate buffer (pH 5.5) containing 1% ammonium sulfate. As shown in FIG. 14, the obtained fractions were subjected to a series of chromatography columns (TOYOPEARL AF-Heparin HC-650M column (TOSOH), TOYOPEARL CM-650M column (TOSOH), TOYOPEARL HW-50F column (TOSOH)). Further fractionation by passing through. The inventors performed these chromatographic steps using the buffer system described previously (Koyama et al., 2001). In this way, 20 L of E. 200 mg of highly purified FGF9 WT and 100 mg of FGF9 Eks were obtained from the E. coli culture (FIG. 9B).

分析的ゲル濾過クロマトグラフィー
精製したFGF9WT及びFGF9Eks(2mg/mlを100μl)を、120mM NaClを含む25mMの酢酸アンモニウム緩衝液(pH5.5)で平衡化したSuperdex75 10/300 GLカラム (GE healthcare)にロードした。サンプルは同一の緩衝液で溶出した。
Analytical gel filtration chromatography Purified FGF9 WT and FGF9 Eks (2 mg / ml in 100 μl) equilibrated with 25 mM ammonium acetate buffer (pH 5.5) containing 120 mM NaCl (GE healthcare) ). Samples were eluted with the same buffer.

(結果)
EksはFgf9におけるミスセンス変異により生じる
Eks変異はマウス第14染色体上の多型マーカーD14Mit62とD14Mit5の間にマップされた(Murakami et al., 2002)。この区間に位置する169個の遺伝子の中から、Fgf9に焦点をあてた。ホモのEksマウスからのFgf9cDNAの配列解析の結果、第428位においてAからCへの置換が生じ、その結果Asn143のThrへの置換が生じることが明らかとなった(図1A)。興味深いことに、Asn143残基はほとんどのFGFタンパク質において高度に保存されている(図8)。
(result)
The Eks mutation caused by a missense mutation in Fgf9 was mapped between polymorphic markers D14Mit62 and D14Mit5 on mouse chromosome 14 (Murakami et al., 2002). Of the 169 genes located in this section, the focus was on Fgf9. As a result of sequence analysis of Fgf9 cDNA from homozygous Eks mice, it was found that a substitution from A to C occurred at position 428, resulting in a substitution of Asn143 to Thr (FIG. 1A). Interestingly, the Asn143 residue is highly conserved in most FGF proteins (Figure 8).

本発明者らは、遺伝学的なアプローチを用い、Fgf9におけるN143T置換がEks表現型に寄与するか否か決定した。Fgf9Eks変異によりC57BL/6、DBA/2J 及びJF1/Ms系統に存在するBsrI制限酵素部位が除去されるので、PCR断片をBsrI消化することにより野生型と変異アレルとを区別することができる(図1B)。Fgf9Eks変異及びEks座を遺伝学的に分離することができるか試験するため、Fgf9Eks/+マウスを交雑受精させた。試験した976匹の子又は胎仔のうち、230匹(24%)及び516匹(53%)がそれぞれホモ接合性及びヘテロ接合性のEks表現型を有しており、N143T変異についてそれぞれホモ接合性及びヘテロ接合性であった。従って、Eks表現型とFgf9における変異はすべての事例において共分離(co-segregate)されていた。 We used a genetic approach to determine whether the N143T substitution in Fgf9 contributes to the Eks phenotype. Since the BsrI restriction enzyme site present in the C57BL / 6, DBA / 2J and JF1 / Ms strains is removed by the Fgf9 Eks mutation, the wild type and the mutant allele can be distinguished by digesting the PCR fragment with BsrI ( FIG. 1B). To test whether the Fgf9 Eks mutation and Eks locus could be genetically isolated, Fgf9 Eks / + mice were cross-fertilized. Of the 976 offspring or fetuses tested, 230 (24%) and 516 (53%) have homozygous and heterozygous Eks phenotypes, respectively, and are homozygous for the N143T mutation, respectively. And heterozygous. Therefore, the Eks phenotype and the mutation in Fgf9 were co-segregated in all cases.

本発明者らは、次に、Eks表現型がFgf9ヌル変異の導入により改変され得るか試験した。ホモ接合性のFgf9ヌル変異体(Fgf9−/−)は肺形成不全、雄から雌への性転換、及び近節短縮(rhizomelia)を呈するが、関節又は縫合線の骨癒合症は示さない(Colvin et al, 2001; Colvin et al., 2001; Hung et al., 2007)。本発明者らは、配合へテロ接合性変異体(Fgf9Eks/−)の表現型を、Eksホモ接合性マウス(Fgf9Eks/Eks)及びFgf9−/−マウスと比較した。Fgf9+/−及びFgf9Eks/+マウスにおいて見られた微かな肺形成不全は、Fgf9Eks/−マウスにおいて顕著に悪化した(図1C)。Fgf9Eks/−マウスにおける肺形成不全の程度は、Fgf9−/−とFgf9Eks/Eksの中間であった。Fgf9Eks/−マウスにおける肘骨癒合症は、Fgf9Eks/Eksマウスにおいて見られるように連結している軟骨の骨化を伴っていたが、Fgf9Eks/+、Fgf9−/−及びFgf9+/−マウスにおいては観察されなかった(図1D)。Fgf9Eks/−マウスは性転換を示さなかった。2000近くの減数分裂においてEksおよびFgf9の間での組換えがないこと、及びFgf9Eks/−マウスにおける肺及び関節表現型がヘテロ接合体と比較して増強されていることは、Eks変異がFgf9における対立遺伝子であることの強力な証拠を提供する。 We next tested whether the Eks phenotype could be altered by the introduction of the Fgf9 null mutation. Homozygous Fgf9 null mutant (Fgf9 − / − ) exhibits pulmonary hypoplasia, male-to-female reversal, and rhizomelia, but does not show joint or suture osteosynthesis ( Colvin et al, 2001; Colvin et al., 2001; Hung et al., 2007). We compared the phenotype of the formulated heterozygous mutant (Fgf9 Eks / − ) to Eks homozygous mice (Fgf9 Eks / Eks ) and Fgf9 − / − mice. The slight pulmonary dysplasia seen in Fgf9 +/− and Fgf9 Eks / + mice was significantly worse in Fgf9 Eks / − mice (FIG. 1C). The extent of pulmonary dysplasia in Fgf9 Eks / − mice was intermediate between Fgf9 − / − and Fgf9 Eks / Eks . Elbow osteosynthesis in Fgf9 Eks / − mice was accompanied by ossification of cartilage linked as seen in Fgf9 Eks / Eks mice, but Fgf9 Eks / + , Fgf9 − / − and Fgf9 +/−. It was not observed in mice (FIG. 1D). Fgf9 Eks / − mice showed no sex change. The absence of recombination between Eks and Fgf9 in nearly 2000 meiosis and the enhanced lung and joint phenotype in Fgf9 Eks / − mice compared to heterozygotes indicate that the Eks mutation is Fgf9. Provides strong evidence of being an allele of

Fgf9 Eks/Eks と機能獲得型Fgfr変異体の表現型の類似
本発明者らは第1にEks変異体と、Fgfr1(Wang et al., 2001)及びFgfr2c(Fgfr2C342Y) (Eswarakumar et al., 2004)の機能獲得型変異体の間で表現型の類似点があるかどうか調べた。Fgfr1機能獲得型トランスジェニックマウスにおいては、肘関節発生の開始にまず障害が起こるので(Wang et al., 2001)、本発明者らはFgf9Eks/Eksマウスの関節発生を調べた(図2A)。Growth and differentiation factor 5 (Gdf5)(Storm and Kingsley, 1996)及びprocollagen, type II alpha 1 (Col2a1) (Nalin et al., 1995)が肘関節予定域と軟骨凝集でそれぞれ特異的に発現していた。関節腔予定域におけるGdf5発現が、Fgf9+/+対照マウスにおいてE11.5には観察されたが(図2Aa及び2Ae)、Fgf9Eks/Eksマウスにおいては皆無であった(図2Af)。軟骨の解析により、E11.5野生型胎仔では肘関節予定域におけるCol2a1発現の欠失が観察された(図2Ag)。Gdf5発現の欠失と一致して、Fgf9Eks/EksマウスにおいてはCol2a1発現の欠失部位が無かった(図2Ah)。この分子表現型は、関節予定域において活性型Fgfr1キナーゼドメインを異所性に発現しているトランスジェニックマウスにおいて見られたものと極めて類似している(Wang et al., 2001)。
Similar to the phenotype of Fgf9 Eks / Eks and gain-of-function Fgfr mutants . We firstly compared the Eks mutant with Fgfr1 (Wang et al., 2001) and Fgfr2c (Fgfr2 C342Y ) (Eswarakumar et al. We investigated whether there were phenotypic similarities among the gain-of-function mutants of 2004). In Fgfr1 gain-of-function transgenic mice, a failure first occurs in the initiation of elbow joint development (Wang et al., 2001), so we examined joint development in Fgf9 Eks / Eks mice (FIG. 2A). . Growth and differentiation factor 5 (Gdf5) (Storm and Kingsley, 1996) and procollagen, type II alpha 1 (Col2a1) (Nalin et al., 1995) were specifically expressed in the elbow joint planned area and cartilage aggregation, respectively. . Gdf5 expression in the planned joint space was observed at E11.5 in Fgf9 + / + control mice (FIGS. 2Aa and 2Ae), but none in Fgf9 Eks / Eks mice (FIG. 2Af). Analysis of cartilage revealed a loss of Col2a1 expression in the planned area of the elbow joint in the E11.5 wild-type fetus (FIG. 2Ag). Consistent with the deletion of Gdf5 expression, there was no deletion site for Col2a1 expression in Fgf9 Eks / Eks mice (FIG. 2Ah). This molecular phenotype is very similar to that seen in transgenic mice ectopically expressing the active Fgfr1 kinase domain in the planned joint area (Wang et al., 2001).

Fgfr2C342Yマウスにおける頭蓋骨縫合線の早期癒合は、頭蓋骨縫合線間充織内における過剰な造骨性の分化の結果である(Eswarakumar et al., 2004)。Fgf9Eks/Eksマウスが同様の組織学的特徴を有しているか明らかにするため、本発明者らは、発生中の頭蓋骨縫合線における初期骨芽細胞分化マーカー、Secreted phosphoprotein 1 (Spp1、別名Osteopontin)(Iseki et al., 1997)及びRunt related transcription factor 2 (Runx2) (Yoshida et al., 2005)の発現を調べた。E15.5において、Fgf9+/+及びFgf9Eks/Eksマウスは、類似した頭蓋骨縫合線組織像を示した(図2Ba−2Bf)。しかしながら、E16.5では、Fgf9Eks/Eksマウスにおいては、Fgf9+/+と比較して、前頭骨と頭頂骨の重なりが大きくなっていた(図2Bg及び2Bh)。前骨芽細胞及び骨芽細胞の分化マーカーあるSpp1の発現ドメインは、Fgf9+/+マウスにおいては前頭骨及び頭頂骨の幅広い分離を示したが(図2Bi)、しかしながらFgf9Eks/Eksマウスにおいては顕著な重なりがあった(図2Bj)。Runx2は、前頭骨及び頭頂骨の先行端における未成熟な骨芽細胞において発現する。E15.5及びE16.5のFgf9Eks/Eksマウスの両方において、Runx2発現が縫合を満たしたことは、頭蓋縫合線間充織内に未成熟な骨芽細胞が蓄積していることを示唆する(図2Bf及び2Bl)。更に、Runx2発現ドメインの強度は、Fgf9Eks/Eksマウスにおいて低いようであり(図2Bl)、このことは骨芽細胞の分化が亢進していることを示唆する。まとめると、これらの知見は、Fgf9Eks変異が、将来の関節及び縫合線内における過剰なFGFRシグナルを媒介し、その結果、関節及び縫合線発生の開始を阻害することを示唆する。 Early fusion of the skull suture in Fgfr2 C342Y mice is the result of excessive osteogenic differentiation within the skull suture mesenchyme (Eswarakumar et al., 2004). To elucidate whether Fgf9 Eks / Eks mice have similar histological characteristics, we have identified an early osteoblast differentiation marker, Secreted phosphoprotein 1 (Spp1, also known as Osteopontin in developing skull sutures). ) (Iseki et al., 1997) and Runt related transcription factor 2 (Runx2) (Yoshida et al., 2005) were examined. At E15.5, Fgf9 + / + and Fgf9 Eks / Eks mice showed similar skull suture histology (FIGS. 2Ba-2Bf). However, at E16.5, in the Fgf9 Eks / Eks mice, the overlap of the frontal and parietal bones was greater compared to Fgf9 + / + (FIGS. 2Bg and 2Bh). The expression domain of Sppl, a differentiation marker for preosteoblasts and osteoblasts, showed a wide separation of frontal and parietal bone in Fgf9 + / + mice (FIG. 2Bi), however, in Fgf9 Eks / Eks mice There was a significant overlap (FIG. 2Bj). Runx2 is expressed in immature osteoblasts at the leading edge of the frontal and parietal bones. Runx2 expression filled sutures in both E15.5 and E16.5 Fgf9 Eks / Eks mice, suggesting the accumulation of immature osteoblasts within the cranial suture mesenchyme (FIGS. 2Bf and 2Bl). Furthermore, the strength of the Runx2 expression domain appears to be low in Fgf9 Eks / Eks mice (FIG. 2B1), suggesting that osteoblast differentiation is enhanced. Taken together, these findings suggest that the Fgf9 Eks mutation mediates excessive FGFR signaling in future joints and sutures, and consequently inhibits initiation of joint and suture development.

Eks変異はFGF9のホモ二量体化を障害する
FGF9WTとFGF9Eksタンパク質の二量体化の程度を分析的超遠心分離により比較した。FGF9WT及びFGF9EksをE.coliで発現し、カラムクロマトグラフィーで精製した(図9)。
Eks mutation impairs homodimerization of FGF9 The extent of dimerization of FGF9 WT and FGF9 Eks proteins was compared by analytical ultracentrifugation. FGF9 WT and FGF9 Eks It was expressed in E. coli and purified by column chromatography (FIG. 9).

精製した組み換え型タンパク質FGF9WT及びFGF9Eksの分子量及び平衡定数を沈降平衡遠心分離により決定した(図3A及び3B)。FGF9WT及びFGF9Eksの測定された平均分子量は、それぞれ39,264及び32,929Daであったのに対して、単量体の計算上の分子量は、それぞれ20,090及び20,077Daであった。これらのデータは、FGF9Eksは単量体と二量体の両方として平衡状態で存在するが、FGF9WTはほとんどが二量体として存在することを示唆する。FGF9WT及びFGF9Eksの計算上の結合定数は、それぞれ10.4μM−1及び0.119μM−1であった。これらの結果は、ゲル濾過カラムにおいてFGF9EksがFGF9WTと比較して遅れて溶出することと一致している(図10)。本発明者らは更に沈降速度遠心分離によりFGF9Eksの沈降係数を測定した。c(s)沈降係数分布のオーバーレイプロットは、FGF9WTが3.0Sに一峰性ピークを有するのに対して、FGF9Eksは二峰性のピーク(2.2S及び3.1S)を有する(図3C及び3D)。このことは、FGF9Eksが主に単量体として存在するのに対して、FGF9WTは主に二量体として存在することを示唆する。従って、FGF9Eksはホモ二量体形成が障害されており、このことは構造解析から推測されているFGF9の活性を制御する自己抑制機能に影響を及ぼし得る。 The molecular weight and equilibrium constant of the purified recombinant proteins FGF9 WT and FGF9 Eks were determined by sedimentation equilibrium centrifugation (FIGS. 3A and 3B). The measured average molecular weights of FGF9 WT and FGF9 Eks were 39,264 and 32,929 Da, respectively, whereas the calculated molecular weights of the monomers were 20,090 and 20,077 Da, respectively. . These data suggest that FGF9 Eks exist in equilibrium as both monomers and dimers, whereas FGF9 WT exists mostly as dimers. FGF9 WT and FGF9 binding constants on calculations Eks were respectively 10.4MyuM -1 and 0.119μM -1. These results are consistent with the fact that FGF9 Eks elutes later than FGF9 WT in the gel filtration column (FIG. 10). The inventors further measured the sedimentation coefficient of FGF9 Eks by sedimentation rate centrifugation. The overlay plot of the c (s) sedimentation coefficient distribution shows that FGF9 WT has a unimodal peak at 3.0S, whereas FGF9 Eks has bimodal peaks (2.2S and 3.1S) (Fig. 3C and 3D). This suggests that FGF9 Eks exists mainly as a monomer, whereas FGF9 WT exists mainly as a dimer. Therefore, FGF9 Eks are impaired in homodimer formation, which may affect the self-inhibitory function that controls the activity of FGF9, which is inferred from structural analysis.

FGF9 Eks はFGFRsを介した過剰なシグナリングを媒介しない
本発明者らは、次に個々の受容体を発現しているBaF3細胞(Ornitz et al., 1996)に対するFGF9WT及びFGF9Eksの細胞分裂促進活性を検定することにより、FGF9WTとFGF9EksのFGFR活性化能力を比較した。FGFRを発現しているBaF3細胞株を、1μg/mlのヘパリン存在下で、様々な濃度のFGF9により処理した。FGF9WTと比較すると、FGF9EksはFGFR1c、−2b、−2c、−3b及び−4を発現する細胞に対してより小さい活性を示した(表2、図11A−G)。
FGF9 Eks do not mediate excessive signaling through FGFRs We next mitogenic FGF9 WT and FGF9 Eks against BaF3 cells expressing individual receptors (Ornitz et al., 1996) By comparing the activity, the FGFR activating ability of FGF9 WT and FGF9 Eks was compared. BaF3 cell lines expressing FGFR were treated with various concentrations of FGF9 in the presence of 1 μg / ml heparin. Compared to FGF9 WT , FGF9 Eks showed less activity against cells expressing FGFR1c, -2b, -2c, -3b and -4 (Table 2, FIGS. 11A-G).

表2は、FGF9Eksの細胞分裂促進活性とFGF9WTのそれとの比較を示す。FGF9Eksの細胞分裂促進活性は、FGF9濃度依存的アッセイについては200及び1000pM FGF9の2つの濃度で、ヘパリン濃度依存的アッセイについては1.56及び6.25μg/mlの濃度で平均化し、これらの濃度でのFGF9WTの活性に対して標準化した。 Table 2 shows a comparison of the mitogenic activity of FGF9 Eks with that of FGF9 WT . The mitogenic activity of FGF9 Eks was averaged at two concentrations of 200 and 1000 pM FGF9 for FGF9 concentration dependent assays and 1.56 and 6.25 μg / ml for heparin concentration dependent assays. Normalized to activity of FGF9 WT at concentration.

ヘパリンがFGF9活性を増強する能力を調べるために、BaF3細胞株を0.2nMのFGF9WT又はFGF9Eksの存在下で様々な濃度のヘパリンにより処理した。FGF9Eksは、一部のFGFRでヘパリン濃度依存的分裂促進応答を示さなかった(表2、図11H−11N)。FGF9EksはFGFRを介した過剰なシグナリングを示さなかったので、変異体タンパク質の他の特性がEksマウスの表現型に寄与すると考えられた。 To examine the ability of heparin to enhance FGF9 activity, the BaF3 cell line was treated with various concentrations of heparin in the presence of 0.2 nM FGF9 WT or FGF9 Eks . FGF9 Eks did not show a heparin concentration-dependent mitogenic response in some FGFRs (Table 2, FIGS. 11H-11N). Since FGF9 Eks did not show excessive signaling via FGFR, other properties of the mutant protein were thought to contribute to the Eks mouse phenotype.

FGF9におけるAsn143Thr変異はヘパリンに対する親和性を低減する
FGF9Eksの低減したヘパリン濃度依存的分裂促進活性は、FGF9のヘパリンに対する親和性が減少しているかもしれないことを示唆する。この可能性を調べるため、本発明者らはまず、ヘパリン親和性クロマトグラフィーによりFGF9/ヘパリン親和性を測定した。FGF9WTは1.50M NaClで、単一ピークとしてヘパリン結合アガロースから溶出された(図4A)。対照的に、ほとんどのFGF9Eksは1.38M NaClで溶出され、少量の画分が1.10M NaClで溶出された。更に、FGF9Eksの溶出プロファイルはFGF9WTのそれよりもブロードであった。
Asn143Thr mutation in FGF9 reduces affinity for heparin Reduced heparin concentration-dependent mitogenic activity of FGF9 Eks suggests that FGF9's affinity for heparin may be reduced. To investigate this possibility, the inventors first measured FGF9 / heparin affinity by heparin affinity chromatography. FGF9 WT was 1.50 M NaCl and eluted from heparin-conjugated agarose as a single peak (FIG. 4A). In contrast, most FGF9 Eks were eluted with 1.38 M NaCl and a small fraction was eluted with 1.10 M NaCl. Furthermore, the elution profile of FGF9 Eks was broader than that of FGF9 WT .

本発明者らは、次に、表面プラズモン共鳴分析を用いてFGF9Eks/ヘパリン相互作用の速度定数を測定した(図4B及び4C)。得られたセンサーグラムを包括的に1:1相互作用モデルにあてはめ、動力学的パラメータを決定した(表3)。 We next measured the rate constant of the FGF9 Eks / heparin interaction using surface plasmon resonance analysis (FIGS. 4B and 4C). The resulting sensorgrams were comprehensively fitted to a 1: 1 interaction model to determine kinetic parameters (Table 3).

表3には、FGF9WT及びFGF9Eksとヘパリンとの相互作用の動力学的パラメーターを示す。3つの独立した試験において、k、k及びK値を分析対象(FGF9WT及びFGF9Eks)の5つの濃度を用いたセンサーグラムから算出した。 Table 3 shows the kinetic parameters of the interaction of FGF9 WT and FGF9 Eks with heparin. In three independent experiments, it was calculated from k a, sensorgram using five concentrations of k b and analyte K D values (FGF9 WT and FGF9 Eks).

FGF9Eksの結合速度定数(k)は、FGF9WTのそれよりもわずかに大きかったのに対し、FGF9Eksの解離速度定数(k)は、FGF9WTのそれよりも18倍大きかった。FGF9WT及びFGF9Eksの解離定数(K)は、それぞれ0.71±0.02nM及び5.24±0.03nMであり、このことはFGF9Eksタンパク質のヘパリン親和性が86%減少したことを意味する。 FGF9 Eks binding rate constant (k a) is, while was slightly larger than that of FGF9 WT, FGF9 Eks dissociation rate constant (k b) is was 18 times greater than that of FGF9 WT. The dissociation constants (K D ) of FGF9 WT and FGF9 Eks were 0.71 ± 0.02 nM and 5.24 ± 0.03 nM, respectively, indicating that the heparin affinity of the FGF9 Eks protein was reduced by 86%. means.

単量体のFGF9は二量体のFGF9よりもヘパリンに対して低い親和性を有する
FGF9Eks変異は、単量体/二量体平衡と同時に、ヘパリン/HSへの親和性に影響を及ぼす。Asn143Thr変異が、直接的にFGF9のヘパリンに対する親和性に影響を及ぼしたのか、あるいは直接的にホモ二量体化に影響を及ぼし、二次的にヘパリン親和性に影響を及ぼしたのかは不明である。FGF9の単量体型及び二量体型は平衡状態にあるので、この2種のFGF9のヘパリンに対する親和性を直接生化学的に測定することは不可能である。本発明者らはそこで、分子動態(MD)シミュレーションを用いてFGF9の単量体及び二量体におけるヘパリン結合ドメインのコンフィギュレーションを解析し、MM−PBSA法を用いてFGF9とヘパリンの間の結合自由エネルギーを計算した。
Monomeric FGF9 has a lower affinity for heparin than dimeric FGF9 The FGF9 Eks mutation affects the affinity for heparin / HS as well as the monomer / dimer equilibrium. It is unclear whether the Asn143Thr mutation directly affected the affinity of FGF9 for heparin or directly affected homodimerization and secondarily affected heparin affinity is there. Since the monomeric and dimeric forms of FGF9 are in equilibrium, it is not possible to directly biochemically measure the affinity of the two FGF9s for heparin. We therefore analyzed the configuration of the heparin binding domain in FGF9 monomers and dimers using molecular dynamics (MD) simulations and the binding between FGF9 and heparin using the MM-PBSA method. Free energy was calculated.

FGF9WTの二量体及びFGF9Eksの二量体についてのMDシミュレーションは、Eks変異が2つのFGF9単量体の間の2つの水素結合の欠失を生じることを示した。二量体FGF9WTにおいてAsn143はTyr67、Arg69、及びTyr145と単量体間水素結合を形成したが(図5A)、Thr143は二量体FGF9EksにおいてTyr145のみと水素結合を形成した(図5B)。他の単量体間水素結合であるArg62−Asp193及びArg64−Asp193は、Eks変異により影響を受けなかった。結果として、FGF9WT及びFGF9Eksについてのホモ二量体化の結合自由エネルギーは、それぞれ−101.21及び−69.47kcal/molであった。この違いから、FGF9WTと比較してFGF9Eksは単量体/二量体平衡が単量体側へシフトしていると予想される。この予想は、図3に示した試験データとよく一致する。 MD simulations for the FGF9 WT dimer and the FGF9 Eks dimer showed that the Eks mutation resulted in the loss of two hydrogen bonds between the two FGF9 monomers. Asn143 formed intermonomer hydrogen bonds with Tyr67, Arg69, and Tyr145 in the dimeric FGF9 WT (FIG. 5A), whereas Thr143 formed hydrogen bonds only with Tyr145 in the dimeric FGF9 Eks (FIG. 5B). . Other intermonomer hydrogen bonds, Arg62-Asp193 and Arg64-Asp193, were not affected by the Eks mutation. As a result, the binding free energy of homodimerization for FGF9 WT and FGF9 Eks was −101.21 and −69.47 kcal / mol, respectively. From this difference, FGF9 Eks is expected to shift the monomer / dimer equilibrium to the monomer side compared to FGF9 WT . This expectation is in good agreement with the test data shown in FIG.

FGF9のヘパリン結合親和性をモデル化するために、本発明者らは、2:2:2 FGF2−FGFR1−ヘパリン結晶構造(Protein Data Bank (PDB) ID: 1FQ9)(Schlessinger et al., 2000)に基づき、2:2 FGF9WT−ヘパリン及び2:2 FGF9Eks−ヘパリン複合体のMDシミュレーションを行った。それぞれの複合体における2つのヘパリンオリゴ糖の構造は強力な静電気的な反発により影響されるので、複合体から一方のヘパリンオリゴ糖がはじき出された(data not shown)。この解析は、2:2 FGF9−ヘパリン複合体は不安定であることを示唆した。対照的に、2:1 FGF9WT−ヘパリン、2:1 FGF9Eks−ヘパリン、1:1 FGF9WT−ヘパリン及び1:1 FGF9Eks−ヘパリン複合体のMDシミュレーションは、これらの複合体が安定であることを示唆した。FGF9−ヘパリン複合体のMDシミュレーションは、2:1 FGF9WT−ヘパリン(二量体FGF9WT−ヘパリン)と2:1 FGF9Eks−ヘパリン(二量体FGF9Eks−ヘパリン)複合体とのヘパリン結合自由エネルギーの差を示さなかった(図5C及び5D)。これは、負にチャージしたヘパリンオリゴ糖鎖と、両方の二量体複合体における二量体接合面の溝のヘパリン結合部位に位置する塩基性アミノ酸残基の配列との間の強力な相互作用によるものである。更に、ヘパリンオリゴ糖鎖の可動性が静電的相互作用の維持を促進している。同様に、1:1 FGF9WT−ヘパリン(単量体FGF9WT−ヘパリン)と1:1 FGF9Eks−ヘパリン(単量体FGF9Eks−ヘパリン)複合体のヘパリン結合自由エネルギーに有意な差は無かった(図5E及び5F)。これもヘパリンオリゴ糖鎖の可動性、ヘパリンオリゴ糖鎖の強力な負のチャージ、及びヘパリン結合部位における多くの塩基性アミノ酸残基の存在によるものである。従って、Eks変異は単量体又は二量体FGF9−ヘパリン複合体のヘパリン結合親和性に対して顕著には影響を与えない。二量体FGF9のヘパリン結合自由エネルギー(図5C及び5D)は、FGF9WT及びFGF9Eksの両方の単量体FGF9−ヘパリンよりも小さいので(図5E及び5F)、FGF9Eksタンパク質のヘパリンに対する親和性低下は、主には、単量体/二量体平衡が単量体側へシフトしたことによると強く示唆される。 To model the heparin binding affinity of FGF9, we have a 2: 2: 2 FGF2-FGFR1-heparin crystal structure (Protein Data Bank (PDB) ID: 1FQ9) (Schlessinger et al., 2000). Based on the above, MD simulations of 2: 2 FGF9 WT -heparin and 2: 2 FGF9 Eks -heparin complex were performed. Since the structure of the two heparin oligosaccharides in each complex was affected by strong electrostatic repulsion, one heparin oligosaccharide was ejected from the complex (data not shown). This analysis suggested that the 2: 2 FGF9-heparin complex is unstable. In contrast, MD simulations of 2: 1 FGF9 WT -heparin, 2: 1 FGF9 Eks -heparin, 1: 1 FGF9 WT -heparin and 1: 1 FGF9 Eks -heparin complex are stable in these complexes. I suggested that. MD simulation of FGF9-heparin complex shows heparin binding freedom between 2: 1 FGF9 WT -heparin (dimeric FGF9 WT -heparin) and 2: 1 FGF9 Eks -heparin (dimeric FGF9 Eks -heparin) complex. No energy difference was shown (FIGS. 5C and 5D). This is a strong interaction between negatively charged heparin oligosaccharide chains and the sequence of basic amino acid residues located at the heparin binding site in the groove of the dimer interface in both dimer complexes Is due to. Furthermore, the mobility of the heparin oligosaccharide chains promotes the maintenance of electrostatic interactions. Similarly, there was no significant difference in the heparin binding free energy of 1: 1 FGF9 WT -heparin (monomer FGF9 WT -heparin) and 1: 1 FGF9 Eks -heparin (monomer FGF9 Eks -heparin) complex. (FIGS. 5E and 5F). This is also due to the mobility of the heparin oligosaccharide chain, the strong negative charge of the heparin oligosaccharide chain, and the presence of many basic amino acid residues at the heparin binding site. Thus, the Eks mutation does not significantly affect the heparin binding affinity of the monomeric or dimeric FGF9-heparin complex. Since the free energy of heparin binding of dimeric FGF9 (FIGS. 5C and 5D) is smaller than that of monomeric FGF9-heparin of both FGF9 WT and FGF9 Eks (FIGS. 5E and 5F), the affinity of FGF9 Eks protein for heparin The decrease is strongly suggested mainly due to the shift of the monomer / dimer equilibrium to the monomer side.

将来の肘関節及び頭蓋縫合線におけるFgf9及びFgfrの発現
本発明者らは、FGF9Eksはヘパリンに対する親和性が低いので、組織内におけるFGF9Eksの拡散性が上昇し、正常なシグナリングドメインの外における異所性の局在を引き起こし、その結果としてFGFRsの異所性の活性化を生じると仮説を立てた。
Expression of Fgf9 and Fgfr in future elbow joints and cranial sutures We have found that FGF9 Eks has a low affinity for heparin, thus increasing the diffusivity of FGF9 Eks within the tissue and outside the normal signaling domain It was hypothesized that it would cause ectopic localization, resulting in ectopic activation of FGFRs.

本発明者らは、E10.5及びE11.5マウスの前肢芽におけるFgf9並びにFgfr1、−2及び−3の発現を調べた。Fgf9は、Fgf9+/+及びFgf9Eks/Eksの両方において、主に筋芽細胞において発現していた(図12A、12B、12I、及び12J)。E10.5では、Fgf9+/+及びFgf9Eks/Eks組織の両方において、Fgfr1、−2及び−3は肢芽間充織において分散して発現しており、Col2a1の発現ドメインと重なっていた(図12C−12H)。E11.5ではFgfr2及びFgfr3が主に軟骨性凝集部位に発現し、Fgfr1は軟骨性凝集部位を囲むように発現していた(図12K−12P)。従って、肘関節予定域の間充織細胞でFgfrsが発現している。 We examined the expression of Fgf9 and Fgfr1, -2 and -3 in the forelimb buds of E10.5 and E11.5 mice. Fgf9 was predominantly expressed in myoblasts in both Fgf9 + / + and Fgf9 Eks / Eks (FIGS. 12A, 12B, 12I, and 12J). In E10.5, in both Fgf9 + / + and Fgf9 Eks / Eks tissues, Fgfr1, -2 and -3 were expressed dispersedly in the limb bud mesenchyme and overlapped with the expression domain of Col2a1 ( FIG. 12C-12H). In E11.5, Fgfr2 and Fgfr3 were mainly expressed in the cartilage aggregation site, and Fgfr1 was expressed so as to surround the cartilage aggregation site (FIGS. 12K-12P). Therefore, Fgfrs is expressed in the mesenchymal cells of the planned elbow joint area.

以前の報告は、Fgf9が発生中の前頭骨及び頭頂骨において発現し、特にその骨の周辺部において強く発現していることを示している(Hajihosseini and Heath, 2002)。Fgfr1、−2及び−3は発生中の前頭骨及び頭頂骨ドメインの中および周囲に発現している(Johnson et al., 2000)。従って、Fgf9及びFgfrsの発現パターンは、本発明者らの癒合発症機序モデルと矛盾がない。   Previous reports have shown that Fgf9 is expressed in the developing frontal and parietal bones, particularly strongly in the periphery of the bone (Hajihosseini and Heath, 2002). Fgfr1, -2 and -3 are expressed in and around the developing frontal and parietal bone domains (Johnson et al., 2000). Therefore, the expression patterns of Fgf9 and Fgfrs are consistent with our fusion onset mechanism model.

FGF9 WT 及びFGF9 Eks の異所性の発現はどちらも関節及び縫合線の発生を阻害し得る
本発明者らは次に、レトロウイルス(RCAS)形質導入によってニワトリ肢芽内にFGF9WT及びFGF9Eksを異所性に発現させることにより、関節発生に対するFGF9WT及びFGF9Eksの阻害効果を調べた。RCAS−FGF9WT、RCAS−FGF9Eks、又は空RCASウイルスを、側板中胚葉の将来の後肢芽領域に感染させた。外因性のFGF9WT及びFGF9Eksが感染の2日後には後肢芽全体に発現していた(図6Aa及び6Ab)。空ウイルスを用いたときには、異常は観察されなかったが(図6Ac−6Ae)、FGF9WTの異所性発現は顕著な後肢関節癒合及び骨格の萎縮を引き起こした(図6Ac)。骨格の萎縮は、Fgf9をCol2a1プロモーター及びエンハンサーの下で過剰発現させたトランスジェニックマウスにおいて観察されたそれと類似していた(Garofalo et al., 1999)。興味深いことに、RCAS−Fgf9Eksウイルスを感染に用いた場合には、膝関節形成は再現性よく障害されたが、後肢の萎縮は観察されなかった(図6Ad)。このFGF9WTとFGF9Eksとの違いは、あるFGFRを介したFGF9Eksシグナリングが弱いことによるものかもしれない。関節形成の欠損は、後肢の遠位関節においてもみられ(図13)、これはFgfr1の機能獲得型トランスジェニックマウスにおいても見られた表現型である(Wang et al., 2001)。
The ectopic expression of FGF9 WT and FGF9 Eks can both inhibit joint and suture development. We next introduced FGF9 WT and FGF9 Eks into chicken limb buds by retroviral (RCAS) transduction. Was ectopically expressed to examine the inhibitory effect of FGF9 WT and FGF9 Eks on joint development. RCAS-FGF9 WT , RCAS-FGF9 Eks , or empty RCAS virus was used to infect the future hindlimb bud region of the lateral plate mesoderm. Exogenous FGF9 WT and FGF9 Eks were expressed throughout hindlimb buds 2 days after infection (FIGS. 6Aa and 6Ab). When empty virus was used, no abnormalities were observed (FIG. 6Ac-6Ae), but ectopic expression of FGF9 WT caused significant hindlimb joint fusion and skeletal atrophy (FIG. 6Ac). Skeletal atrophy was similar to that observed in transgenic mice overexpressed Fgf9 under the Col2a1 promoter and enhancer (Garofalo et al., 1999). Interestingly, when RCAS-Fgf9 Eks virus was used for infection, knee joint formation was reproducibly impaired, but no hindlimb atrophy was observed (FIG. 6Ad). This difference between FGF9 WT and FGF9 Eks may be due to weak FGF9 Eks signaling through some FGFR. Defects in arthroplasty are also found in the distal joints of the hind limb (FIG. 13), a phenotype also found in Fgfr1 gain-of-function transgenic mice (Wang et al., 2001).

縫合線発生に対するFGF9WT及びFGF9Eksの阻害効果を調べるため、FGF9浸漬Affigel−Blueビーズを、E15の正常マウス胎仔頭蓋骨の縫合線へ子宮外外科手術により移植した。移植手術の前に、本発明者らは1つのAffigel−Blueビーズに含まれるFGF9WT及びFGF9Eksの量を調べ、およそ等量が含まれていることを確認した(図14)。FGF9により発現が誘導される初期骨芽細胞分化マーカーであるSpp1の発現を子宮内インキュベーションの24時間後に調べた。正常なマウス胎仔では前頭骨原基と頭頂骨原基の間の縫合部ではSpp1発現が観察されないが、FGF9WT及びFGF9Eksビーズの移植時は、双方とも、縫合部でSpp1発現が観察された(図6Ba及び6Bc)。 To examine the inhibitory effect of FGF9 WT and FGF9 Eks on suture development, FGF9-immersed Affigel-Blue beads were implanted by extrauterine surgery into E15 normal mouse fetal skull sutures. Prior to transplantation, the inventors examined the amounts of FGF9 WT and FGF9 Eks contained in one Affigel-Blue bead and confirmed that approximately equal amounts were included (FIG. 14). The expression of Spp1, an early osteoblast differentiation marker whose expression is induced by FGF9, was examined 24 hours after in utero incubation. In normal mouse fetuses, Spp1 expression was not observed at the suture site between the frontal bone primordium and the parietal bone primordium, but when FGF9 WT and FGF9 Eks beads were implanted, Spp1 expression was observed at both suture sites. (FIGS. 6Ba and 6Bc).

FGF9 Eks は発生中の組織内においてFGF9 WT よりも拡散性が増大している
FGF9 Eks の組織内拡散性増大がEksマウスにおける関節癒合表現型を説明し得るという仮説を更に検証するため、FGF9WT及びFGF9Eksの拡散性をビーズ移植後の頭蓋において測定した(図6B)。FGF9はSpp1発現を誘導するので、本発明者らはSpp1の高発現領域を、FGF9がその効果を及ぼす距離の指標として測定した。FGF9Eksビーズの移植は、FGF9WTビーズの移植と比較して、Spp1が発現誘導された領域をより大きく拡大させ、このことはFGF9Eksタンパク質はより広範な領域にわたり拡散し得ることを示唆する。
FGF9 Eks are more diffuse than FGF9 WT in developing tissues
To further verify the hypothesis that increased tissue diffusivity of FGF9 Eks could explain the joint fusion phenotype in Eks mice , diffusivity of FGF9 WT and FGF9 Eks was measured in the skull after bead transplantation (FIG. 6B). Since FGF9 induces Spp1 expression, the present inventors measured the high expression region of Spp1 as an index of the distance that FGF9 exerts its effect. Transplantation of FGF9 Eks beads expands the region in which Spp1 is induced to expression compared to transplantation of FGF9 WT beads, suggesting that FGF9 Eks protein can diffuse over a wider region.

次に、本発明者らはFGF9Eksの拡散性を前肢芽において調べた。FGF9WT又はFGF9Eks浸漬Affigel−Blueビーズを、E10.5のFgf9−/−胎仔の背側及び中央の前肢芽領域内へ移植した。移植から2時間後に組織を固定、包埋し、ビーズの赤道部で切片を作成し、ビーズから間充織組織内へ放出されたFGF9WT又はFGF9Eksタンパク質を、FGF9抗体を用いて免疫組織化学的に検出した(図6Ca及び6Cb)。FGF9EksはFGF9WTよりもより広い範囲で肢芽間充織中に浸透しており(図6Cc)、FGF9EksがFGF9WTよりも高拡散性であるという仮説を支持した。まとめると、本発明者らの結果は、Eks変異体マウスにおける関節形成阻害及び縫合線早期癒合は、細胞間隙を経由したFGF9Eksの組織内高拡散による異所性のFGF9シグナリングによって生じたものであることを強く示唆する(図6D及び6E)。 Next, we examined the diffusivity of FGF9 Eks in the forelimb buds. FGF9 WT or FGF9 Eks soaked Affigel-Blue beads were implanted into the dorsal and central forelimb bud regions of E10.5 Fgf9 − / − fetuses. Two hours after transplantation, the tissue was fixed and embedded, a section was prepared at the equator of the bead, and FGF9 WT or FGF9 Eks protein released from the bead into the mesenchymal tissue was subjected to immunohistochemistry using an FGF9 antibody. (Figures 6Ca and 6Cb). FGF9 Eks penetrated the limb bud mesenchyme to a greater extent than FGF9 WT (FIG. 6Cc), supporting the hypothesis that FGF9 Eks is more diffusive than FGF9 WT . In summary, our results indicate that joint formation inhibition and early suture fusion in Eks mutant mice were caused by ectopic FGF9 signaling through high interstitial diffusion of FGF9 Eks via the intercellular space. This is strongly suggested (FIGS. 6D and 6E).

ホモ二量体化はFGF9/16/20サブファミリー(Mohammadi et al., 2005)及びFGF2(Ornitz et al., 1992; Venkataraman et al., 1999)でも報告されている。他のFGFではホモ二量体化がその活性にどの程度影響を及ぼすのかはまだ知られていない。Fgf9における変異が、ホモ二量体化、ヘパリン/HSへの親和性及び生物学的活性に影響を与えたことは、FGFホモ二量体化に影響を与える医薬が、FGF活性を調節するツールとして有用であることを示唆する。   Homodimerization has also been reported in the FGF9 / 16/20 subfamily (Mohammadi et al., 2005) and FGF2 (Ornitz et al., 1992; Venkataraman et al., 1999). It is not yet known how much homodimerization affects the activity of other FGFs. The fact that mutations in Fgf9 affected homodimerization, heparin / HS affinity and biological activity is a tool by which drugs that affect FGF homodimerization regulate FGF activity As useful as.

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本発明により、骨癒合症の発症リスクの新たな判定方法が提供される。従前には、FGFRの変異が骨癒合症を引き起こすことが知られていたが、そのリガンドであるFGFの変異の骨癒合症への関与は知られていない。従って、本発明は、従前とは全く異なる観点から骨癒合症の発症リスクを評価する方法を提供するものである。
また、本発明により、硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性が低下した変異体FGFが提供される。本発明の変異体FGFは生体内での拡散性に優れており、投与部位近辺の硫酸化グリコサミノグリカンにトラップされることなく、患部の深部にまで到達するので、浸透性の優れたFGF製剤として有用である。
The present invention provides a new method for determining the risk of developing osteosynthesis. Previously, it was known that mutations in FGFR cause osteosynthesis, but the involvement of FGF mutations, which are its ligands, in osteosynthesis is not known. Therefore, the present invention provides a method for evaluating the onset risk of osteosynthesis from a completely different viewpoint.
The present invention also provides a mutant FGF having a reduced affinity for sulfated glycosaminoglycans. The mutant FGF of the present invention is excellent in diffusibility in the living body and reaches the deep part of the affected area without being trapped by the sulfated glycosaminoglycan in the vicinity of the administration site. Useful as a formulation.

EksマウスのFgf9遺伝子におけるミスセンス変異。(A)+/+ 及び Eks/Eksマウス由来のFgf9 cDNAの核酸配列。Eks変異体は、428位にAからCへの置換を有しており、Asn143のThrへの置換を生じる。Eksミスセンス変異を矢頭で示し、対応するアミノ酸を紫で示す。(B)Eks変異のジェノタイピング。(A)において検出されたEks変異体におけるFgf9遺伝子の核酸置換を含む189bpのゲノムPCR断片はBsrI制限酵素により消化されないが、+/+、C57BL/6、DBA/2J及びJF1/Ms マウスからのPCR断片は消化された。(C)Fgf9ヌルアレルの導入による、Eksマウスにおける肺表現型の相乗的増強。E17.5胎仔の肺の体重量比を各遺伝子型の間で比較した。データは、少なくとも5匹の胚の平均値±標準誤差により表す。Fgf9+/−及びFgf9Eks/+胚で見られる肺形成不全はEks/−において有意に悪化する(アスタリスク)(p<0.001)。(D)Fgf9ヌルアレルの導入によるEksマウスにおける肘関節骨癒合症の状態の変化。Fgf9+/+、Fgf9Eks/+、Fgf9Eks/−及びFgf9Eks/EksマウスのE17.5における前肢をアルシアンブルーおよびアリザリンレッドにより染色した。Fgf9Eks/−マウスにおける肘関節骨癒合症の程度は、Fgf9Eks/+とFgf9Eks/Eksとの間であった。Missense mutation in the Fgf9 gene of Eks mice. (A) Nucleic acid sequence of Fgf9 cDNA from + / + and Eks / Eks mice. The Eks mutant has an A to C substitution at position 428, resulting in a Thr substitution of Asn143. The Eks missense mutation is indicated with an arrowhead and the corresponding amino acid is indicated in purple. (B) Genotyping of Eks mutation. The 189 bp genomic PCR fragment containing the nucleic acid substitution of the Fgf9 gene in the Eks mutant detected in (A) is not digested by BsrI restriction enzyme, but from + / +, C57BL / 6, DBA / 2J and JF1 / Ms mice. The PCR fragment was digested. (C) Synergistic enhancement of lung phenotype in Eks mice by introduction of Fgf9 null allele. The body weight ratio of the E17.5 fetal lung was compared between each genotype. Data are expressed as mean ± standard error of at least 5 embryos. Lung hypoplasia seen in Fgf9 +/− and Fgf9 Eks / + embryos is significantly worse in Eks / − (asterisk) (p <0.001). (D) Change of the state of elbow osteosynthesis in Eks mice by introduction of Fgf9 null allele. Forelimbs at E17.5 of Fgf9 + / + , Fgf9 Eks / + , Fgf9 Eks / − and Fgf9 Eks / Eks mice were stained with Alcian Blue and Alizarin Red. The degree of elbow osteosynthesis in Fgf9 Eks / − mice was between Fgf9 Eks / + and Fgf9 Eks / Eks . Fgf9Eks/Eksマウスの肘関節予定域における異所性軟骨細胞分化、および頭蓋縫合線における異常な骨芽細胞局在。(A)肢芽における関節発生の解析。E10.5およびE11.5におけるFgf9+/+及びFgf9Eks/Eks胎仔の前肢におけるGdf5およびCol2al遺伝子の発現をin situハイブリダイゼーションにより検出した。gにおける矢印は、肘関節予定域におけるCol2al発現の間隙を示す。バー、100μm。(B)頭蓋縫合線発生の解析。E15.5及びE16.5におけるFgf9+/+及びFgf9Eks/Eks胎仔の頭蓋縫合線の切片を、ヘマトキシリン及びエオジン(HE)で染色し(a、b、g及びh)、示したプローブを用いたin situハイブリダイゼーション(c-f 及びi-l)により調べた。fb, 前頭骨; pb, 頭頂骨。バー、100μm。Ectopic chondrocyte differentiation in the elbow joint planned area of Fgf9 Eks / Eks mice and abnormal osteoblast localization in the cranial suture. (A) Analysis of joint development in limb buds. Expression of Gdf5 and Col2al genes in the forelimbs of Fgf9 + / + and Fgf9 Eks / Eks fetuses at E10.5 and E11.5 were detected by in situ hybridization. The arrow in g shows the gap | interval of Col2al expression in an elbow joint plan area. Bar, 100 μm. (B) Analysis of cranial suture generation. Sections of cranial sutures of Fgf9 + / + and Fgf9 Eks / Eks fetuses at E15.5 and E16.5 were stained with hematoxylin and eosin (HE) (a, b, g and h), using the indicated probes We examined by in situ hybridization (cf and il). fb, frontal bone; pb, parietal bone. Bar, 100 μm. FGF9Eksは二量体形成が阻害されている。 分析的超遠心分離によりFGF9WT及びFGF9Eksのホモ二量体化を調べた。(A及びB)沈降平衡法解析。0.4mg/mlのFGF9WT(A)及びFGF9Eks(B)を用いたときの、16000rpm、20℃での沈降平衡状態における吸光度分布を示す。実線は、単一種と仮定する非相互作用分離モデルでのグローバル解析を行ったベストフィットプロットである。沈降平衡法のデータはBeckman XL-A/XL-I解析ソフトウェアで解析した。上のパネルは残差分析の結果である。FGF9WT及びFGF9Eksの平均分子量は、それぞれ、39,264 及び 32,929 Daと見積もられた。FGF9WT及びFGF9Eksの結合定数は、それぞれ、10.4μM−1及び0.119μM−1と求められた。(C及びD)FGF9WT及びFGF9Eksの沈降速度法解析。0.2、0.3及び0.4mg/mlでの、FGF9WT(C)及びFGF9Eks(D)の沈降係数分布。FGF9WTは3.0Sにおいて一峰性ピークを示す。FGF9Eksは二峰性のピーク(2.2S及び3.1S)を示す。FGF9 Eks are inhibited from dimer formation. The homodimerization of FGF9 WT and FGF9 Eks was examined by analytical ultracentrifugation. (A and B) Sedimentation equilibrium analysis. The absorbance distribution in the sedimentation equilibrium state at 16000 rpm and 20 ° C. when 0.4 mg / ml FGF9 WT (A) and FGF9 Eks (B) are used is shown. The solid line is a best-fit plot obtained by global analysis using a non-interaction separation model that assumes a single species. The sedimentation equilibrium data were analyzed with Beckman XL-A / XL-I analysis software. The upper panel is the result of the residual analysis. The average molecular weights of FGF9 WT and FGF9 Eks were estimated to be 39,264 and 32,929 Da, respectively. Coupling constants of FGF9 WT and FGF9 Eks, respectively, was determined to 10.4MyuM -1 and 0.119μM -1. (C and D) Sedimentation rate analysis of FGF9 WT and FGF9 Eks . Precipitation coefficient distribution of FGF9 WT (C) and FGF9 Eks (D) at 0.2 , 0.3 and 0.4 mg / ml. FGF9 WT shows a unimodal peak at 3.0S. FGF9 Eks shows a bimodal peak (2.2S and 3.1S). FGF9Eksのヘパリン親和性低下。 FGF9WT及びFGF9Eksのヘパリン親和性を、ヘパリン親和性クロマトグラフィー(A)及び表面プラズモン共鳴解析(B及びC)を用いて調べた。(A)FGF9WT及びFGF9Eksをヘパリン結合アガロースカラムにロードし、120mMから2.0MへのNaClの線形グラジエントにより溶出した(黒線)。FGF9WT(青線)及びFGF9Eks(赤線)の溶出は280nmにおける吸光度により測定した。(B及びC)固相化したヘパリンとのFGF9WT(B)及びFGF9Eks(C)の相互作用のセンサーグラム。FGF9WT又はFGF9Eks濃度を以下のように示す:62.5nMは赤、31.3nMは茶色、15.6nMは青色、7.8nMは緑色、3.9nMは紫色。バイオセンサーチップ反応を、X軸は時間、Y軸はΔRUで示した。測定は室温で行った。Reduced heparin affinity of FGF9 Eks . The heparin affinity of FGF9 WT and FGF9 Eks was examined using heparin affinity chromatography (A) and surface plasmon resonance analysis (B and C). (A) FGF9 WT and FGF9 Eks were loaded onto a heparin-conjugated agarose column and eluted with a linear gradient of NaCl from 120 mM to 2.0 M (black line). The elution of FGF9 WT (blue line) and FGF9 Eks (red line) was measured by absorbance at 280 nm. (B and C) Sensorgram of the interaction of FGF9 WT (B) and FGF9 Eks (C) with solid phased heparin. The FGF9 WT or FGF9 Eks concentrations are indicated as follows: 62.5 nM is red, 31.3 nM is brown, 15.6 nM is blue, 7.8 nM is green, 3.9 nM is purple. The biosensor chip reaction is represented by time on the X-axis and ΔRU on the Y-axis. The measurement was performed at room temperature. FGF9のホモ二量体化はそのヘパリン親和性を制御する。 MDシミュレーションの最終構造。重要な水素結合を形成するヘパリンとタンパク質残基を球及び棒及び空間充填モードで示す。各残基の名前を1文字表記アミノ酸コード、残基番号、及び鎖コードで示す。(A及びB)二量体FGF9WT(A)及び二量体FGF9Eks(B)についてのMDシミュレーションの最終構造。FGF9のN143T置換は、単量体間水素結合の欠失を生じる。(C−F)二量体FGF9WT−ヘパリン(C)、二量体FGF9Eks−ヘパリン(D)、単量体FGF9WT−ヘパリン(E)及び単量体FGF9Eks−ヘパリン(F)についてのMDシミュレーションの最終構造。各複合体について計算された結合自由エネルギーを構造の下に示す。データは、各々200個のMDスナップショットから得たエネルギーの平均値±標準偏差として示す。The homodimerization of FGF9 controls its heparin affinity. The final structure of MD simulation. Heparin and protein residues that form important hydrogen bonds are shown in spheres and bars and space-filling mode. The name of each residue is indicated by a one-letter amino acid code, residue number, and chain code. (A and B) Final structure of MD simulation for dimer FGF9 WT (A) and dimer FGF9 Eks (B). N143T substitution of FGF9 results in loss of intermonomer hydrogen bonding. (CF) About Dimeric FGF9 WT -Heparin (C), Dimeric FGF9 Eks -Heparin (D), Monomeric FGF9 WT -Heparin (E) and Monomeric FGF9 Eks -Heparin (F) The final structure of MD simulation. The calculated binding free energy for each complex is shown below the structure. Data are shown as mean values ± standard deviation of energy from each of the 200 MD snapshots. 関節癒合及び頭蓋骨縫合線早期癒合症は、FGF9Eksの組織内高拡散性に由来するFGF9Eksの異所性シグナル伝達が発症原因である可能性が高い。(A)ニワトリ後肢芽におけるFgf9WT及びFgf9Eksの異所性発現による関節癒合。HHステージ17のニワトリにRCAS−Fgf9WT、RCAS−Fgf9Eks又は空RCASウイルスを感染させ、Fgf9WT又はFgf9Eksの発現を誘導した。感染の2日後に、Fgf9プローブを用いたin situハイブリダイゼーション(a及びb)及び感染の5日後に、アルシアンブルーでの染色(c−e)により後肢を調べた。c−e中の矢印は膝関節位置を示す。Fgf9WT及びFgf9Eksの異所性発現は膝関節癒合(c−d)を生じた。Fgf9WTの異所性発現は後肢の重篤な関節癒合を生じ(c)、Fgf9Eksの異所性発現は骨格萎縮を生じなかった(d)。(B)頭蓋骨原基におけるFGF9WT及びFGF9Eksの拡散能測定。FGF9タンパク質を含有するAffiGel-BlueビーズをE15マウス頭蓋へ移植し、24時間後にE16でin situハイブリダイゼーションによりSpp1 mRNAを検出し、頭蓋骨原基における外因性FGF9WT及びFGF9Eksの拡散能を評価した。(a−d)Spp1についてのホールマウントin situハイブリダイゼーション。FGF9WT(a)及びFGF9Eks(c)ビーズを移植した側は、局在化した強いシグナルを示し、これは外因性のFGF9タンパク質の拡散部位を意味している。移植していない対照側(b及びd)は、前頭骨原基及び頭頂骨原基における内在性の発現を表す弱いシグナルのみ検出された。(e)FGF9WT及びFGF9Eksの拡散性。前頭骨原基及び頭頂骨原基における拡散面積(%)を、全シグナルに対する強いシグナルの面積比から推定した。データは6回の操作の平均値±標準誤差で示す(p<0.005)。FGF9Eks(赤色バー)はFGF9WT(青色バー)よりも高い拡散性を示す。(C)FGF9タンパク質を含有するAffiGel-Blueビーズの移植による、E10.5前肢芽におけるFGF9WT及びFGF9Eksの拡散性の試験。移植2時間後の外因性のFGF9WT(a)及びFGF9Eks(b)の拡散をFGF9抗体により検出した。(c)FGF9WTとFGF9Eksの拡散面積の比較。データは5回の操作の平均値(FGF9WT=100%)±標準誤差で表す。FGF9Eks(赤色バー)の拡散性がFGF9WT(青色バー)の拡散性よりも高いことは統計学的に有意であった(p<0.05)。(D)Fgf9Eks/Eksマウスにおける肘関節癒合症の発症メカニズム。Fgf9Eks/Eksマウスにおいて、肘関節予定域におけるFGF9Eksの過剰拡散による異所性FGF9シグナリングが関節癒合症を誘導し得る。(E)Fgf9Eks/Eksマウスにおける頭蓋骨縫合線早期癒合症の発症メカニズム。Fgf9Eks/Eksマウスにおいて、頭蓋縫合線におけるFGF9Eksの過剰拡散による異所性FGF9シグナリングが縫合線早期癒合を誘導し得る。There is a high possibility that joint fusion and early fusion of the skull suture are caused by ectopic signaling of FGF9 Eks derived from the high diffusivity of FGF9 Eks in the tissue. (A) Joint fusion by ectopic expression of Fgf9 WT and Fgf9 Eks in chicken hindlimb buds. HH stage 17 chickens were infected with RCAS-Fgf9 WT , RCAS-Fgf9 Eks or empty RCAS virus to induce the expression of Fgf9 WT or Fgf9 Eks . Two days after infection, hind limbs were examined by in situ hybridization with Fgf9 probe (a and b) and 5 days after infection by staining with alcian blue (ce). Arrows in ce indicate knee joint positions. Ectopic expression of Fgf9 WT and Fgf9 Eks resulted in knee fusion (cd). Ectopic expression of Fgf9 WT resulted in severe hind limb joint fusion (c) and ectopic expression of Fgf9 Eks did not result in skeletal atrophy (d). (B) Diffusion ability measurement of FGF9 WT and FGF9 Eks in the skull primordium. AffiGel-Blue beads containing FGF9 protein were transplanted into the E15 mouse skull, and after 24 hours, Spp1 mRNA was detected by in situ hybridization at E16, and the diffusibility of exogenous FGF9 WT and FGF9 Eks in the skull primordia was evaluated. . (Ad) Whole mount in situ hybridization for Spp1. The side transplanted with FGF9 WT (a) and FGF9 Eks (c) beads showed a strong localized signal, indicating the diffusion site of exogenous FGF9 protein. The non-transplanted control sides (b and d) detected only weak signals representing endogenous expression in the frontal and parietal bone primordia. (E) Diffusivity of FGF9 WT and FGF9 Eks . The diffusion area (%) in the frontal bone primordium and parietal bone primordium was estimated from the area ratio of the strong signal to the total signal. Data are shown as the mean ± standard error of 6 operations (p <0.005). FGF9 Eks (red bar) shows higher diffusivity than FGF9 WT (blue bar). (C) Examination of diffusivity of FGF9 WT and FGF9 Eks in E10.5 forelimb buds by implantation of AffiGel-Blue beads containing FGF9 protein. The diffusion of exogenous FGF9 WT (a) and FGF9 Eks (b) 2 hours after transplantation was detected with FGF9 antibody. (C) Comparison of diffusion areas of FGF9 WT and FGF9 Eks . Data are expressed as the mean of 5 operations (FGF9 WT = 100%) ± standard error. It was statistically significant (p <0.05) that the diffusivity of FGF9 Eks (red bar) was higher than that of FGF9 WT (blue bar). (D) Onset mechanism of elbow joint fusion in Fgf9 Eks / Eks mice. In Fgf9 Eks / Eks mice, ectopic FGF9 signaling by overdiffusion of FGF9 Eks in the elbow joint planned area can induce joint fusion. (E) The onset mechanism of skull suture early fusion in Fgf9 Eks / Eks mice. In Fgf9 Eks / Eks mice, ectopic FGF9 signaling by overdiffusion of FGF9 Eks in the cranial suture can induce early suture fusion. Eksホモ接合性マウスにおける肺形成不全。(A−B)出生時の+/+(A)及びEks/Eks(B)マウスの肺。Lung hypoplasia in Eks homozygous mice. (AB) + / + (A) and Eks / Eks (B) mouse lungs at birth. 構造に基づくヒトFGFの配列アライメント。 FGF9EksにおけるN143T変異周辺のアミノ酸配列と、他のヒトFGFファミリータンパク質の対応するドメインの配列とを配列同一性に基づき整列した。FGF9におけるAsn143と平行する位置の各FGFタンパク質のアミノ酸を赤色ボックスで示す。Structure-based sequence alignment of human FGF. The amino acid sequences around the N143T mutation in FGF9Eks and the sequences of the corresponding domains of other human FGF family proteins were aligned based on sequence identity. The amino acid of each FGF protein at a position parallel to Asn143 in FGF9 is indicated by a red box. FGF9WT及びFGF9Eksタンパク質の精製。(A)FGF9WT及びFGF9Eksタンパク質の精製に用いた方法の概要。(B)精製したFGF9WT及びFGF9EksのSDS/PAGE。FGF9WT及びFGF9Eksの両方とも、約20kDaの分子量に検出された。Purification of FGF9 WT and FGF9 Eks proteins. (A) Overview of methods used for purification of FGF9 WT and FGF9 Eks proteins. (B) SDS / PAGE of purified FGF9 WT and FGF9 Eks . Both FGF9 WT and FGF9 Eks were detected at a molecular weight of about 20 kDa. ゲル濾過クロマトグラフィー上で、FGF9Eksの分子量はFGF9WTの分子量よりも小さい。 サンプルを別々にSuperdex 75 10/300 GLカラムへアプライした。溶出されたFGF9WT(青線)及びFGF9Eks(赤線)は280nmでの吸光度で検出した。矢印は分子量マーカーの溶出位置を示す:67kDa、アルブミン;43kDa、オボアルブミン;25kDaキモトリプシノゲン;13.7kDa、リボヌクレアーゼA。On gel filtration chromatography, the molecular weight of FGF9 Eks is smaller than the molecular weight of FGF9 WT . Samples were applied separately to a Superdex 75 10/300 GL column. The eluted FGF9 WT (blue line) and FGF9 Eks (red line) were detected by absorbance at 280 nm. The arrow indicates the elution position of the molecular weight marker: 67 kDa, albumin; 43 kDa, ovalbumin; 25 kDa chymotrypsinogen; 13.7 kDa, ribonuclease A. FGF9EksのFGFRを介したシグナル伝達能力の部分変化。(A−G)FGF9WT及びFGF9EksのFGF9濃度用量依存的細胞分裂促進活性。FGFR1b(A)、FGFR1c(B)、FGFR2b(C)、FGFR2c(D)、FGFR3b(E)、FGFR3c(F)又はFGFR4(G)を発現しているBaF3細胞を、1μg/mlヘパリンの存在下で、様々な濃度のFGF9WT(青丸)及びFGF9Eks(赤三角)で処理した。細胞増殖は、36時間培養後の[H]チミジン取り込みにより測定した。ヘパリン濃度依存的なFGF9WT及びFGF9Eksの細胞分裂促進活性。FGFR1b(H)、FGFR1c(I)、FGFR2b(J)、FGFR2c(K)、FGFR3b(L)、FGFR3c(M)又はFGFR4(N)を発現しているBaF3細胞を、0.2nMのFGF9WT又はFGF9Eksの存在下で様々な濃度のヘパリンにより処理した。細胞増殖を上述のように決定した。データは三連の測定結果の平均値±標準誤差である。これらのデータは少なくとも2つの独立した試験のうちの代表的なものである。Partial change in signaling ability of FGF9 Eks via FGFR. (AG) FGF9 concentration dose-dependent mitogenic activity of FGF9 WT and FGF9 Eks . BaF3 cells expressing FGFR1b (A), FGFR1c (B), FGFR2b (C), FGFR2c (D), FGFR3b (E), FGFR3c (F) or FGFR4 (G) in the presence of 1 μg / ml heparin And treated with various concentrations of FGF9 WT (blue circles) and FGF9 Eks (red triangles). Cell proliferation was measured by [ 3 H] thymidine incorporation after 36 hours of culture. Heparin concentration-dependent mitogenic activity of FGF9 WT and FGF9 Eks . BaF3 cells expressing FGFR1b (H), FGFR1c (I), FGFR2b (J), FGFR2c (K), FGFR3b (L), FGFR3c (M) or FGFR4 (N), 0.2 nM FGF9 WT or Treated with various concentrations of heparin in the presence of FGF9 Eks . Cell proliferation was determined as described above. The data is the mean value of the triplicate measurement results ± standard error. These data are representative of at least two independent trials. Fgf9は筋芽細胞に発現しており、一方Fgfrsは肘関節予定域の間充織細胞に発現している。 E10.5及びE11.5の両方でのFgf9+/+及びFgf9Eks/Eks胎仔の前肢芽におけるFgf9、Fgfr1、Fgfr2及びFgfr3の発現をin situハイブリダイゼーションにより検出した。バー、100μm。Fgf9 is expressed in myoblasts, while Fgfrs is expressed in mesenchymal cells in the planned elbow joint area. Expression of Fgf9, Fgfr1, Fgfr2, and Fgfr3 in forelimb buds of Fgf9 + / + and Fgf9 Eks / Eks fetuses at both E10.5 and E11.5 was detected by in situ hybridization. Bar, 100 μm. Fgf9WT及びFgf9Eks異所性発現後のニワトリ後肢の遠位関節癒合。 RCAS−Fgf9WT(A)、RCAS−Fgf9Eks(B)、又は空RCASウイルス(C)を感染させた後のニワトリ後肢をアルシアンブルーで染色した。A−Cにおける矢印は遠位関節を示す。Distal joint fusion of chicken hind limbs after ectopic expression of Fgf9 WT and Fgf9 Eks . Chicken hind limbs after infection with RCAS-Fgf9 WT (A), RCAS-Fgf9 Eks (B), or empty RCAS virus (C) were stained with Alcian blue. The arrows in AC indicate the distal joint. AffiGel-BlueビーズのFGF9WT及びFGF9Eks容量。 AffiGel-BlueビーズのFGF9WT又はFGF9Eks保持量を測定した。ビーズをFGF9WT又はFGF9Eks溶液(500μg/ml)中に浸漬し、続けてSDS−PAGE及びウェスタンブロッティング解析によりFGF9を検出することで決定した。レーン1−6、1レーンあたり、FGF9WT又はFGF9Eks溶液(500μg/ml)に浸漬した1個のビーズのウェスタンブロッティング。レーン7、8、組換えFGF9WT及びFGF9Eks(100ng)。1個のAffiGel-Blueに含まれるFGF9WT及びFGF9Eksの量はおよそ等しい。FGF9 WT and FGF9 Eks capacity of AffiGel-Blue beads. FGF9 WT or FGF9 Eks retention amount of AffiGel-Blue beads was measured. The beads were soaked in FGF9 WT or FGF9 Eks solution (500 μg / ml) followed by detection of FGF9 by SDS-PAGE and Western blotting analysis. Lane 1-6 Western blotting of one bead immersed in FGF9 WT or FGF9 Eks solution (500 μg / ml) per lane. Lanes 7, 8, recombinant FGF9 WT and FGF9 Eks (100 ng). The amount of FGF9 WT and FGF9 Eks contained in one AffiGel-Blue is approximately equal.

Claims (14)

FGFホモ二量体内の単量体間水素結合に寄与するAsnがThrに置換された変異体FGFポリペプチド。   A mutant FGF polypeptide in which Asn contributing to intermonomer hydrogen bonding in an FGF homodimer is replaced with Thr. FGFがFGF9である、請求項1記載のポリペプチド。   The polypeptide of claim 1, wherein the FGF is FGF9. AsnがAsn143である、請求項2記載のポリペプチド。   The polypeptide of claim 2, wherein Asn is Asn143. 配列番号2、4、6、8、12又は14で表されるアミノ酸配列を含む、請求項3記載のポリペプチド。   The polypeptide according to claim 3, comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 12, or 14. 請求項1〜4のいずれかに記載のポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド。   A polynucleotide comprising a nucleotide sequence encoding the polypeptide according to claim 1. 配列番号1、3、5、7、11又は13で表されるヌクレオチド配列を含む、請求項5記載のポリヌクレオチド。   The polynucleotide according to claim 5, comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 11, or 13. 配列番号1又は3で表されるヌクレオチド配列の塩基番号428のシトシンを含む15塩基以上の連続したヌクレオチド配列からなる配列番号1又は3で表されるヌクレオチド配列の部分配列、又はその相補配列を含むポリヌクレオチド。   A partial sequence of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 consisting of a continuous nucleotide sequence of 15 or more bases containing cytosine of base number 428 of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 or a complementary sequence thereof Polynucleotide. 請求項5記載のポリヌクレオチドを含むベクター。   A vector comprising the polynucleotide according to claim 5. 請求項8記載のベクターが導入された形質転換体。   A transformant into which the vector according to claim 8 has been introduced. 請求項1記載のポリペプチドを含む医薬。   A medicament comprising the polypeptide according to claim 1. 請求項2記載のポリペプチドを含む骨折治療剤。   A fracture therapeutic agent comprising the polypeptide according to claim 2. FGF9ポリペプチドのAsn143のThrへの置換、又はFgf9遺伝子におけるAsn143をコードするコドンのThrをコードするコドンへの変異の有無を検出することを含む、骨癒合症の発症リスクの判定方法。   A method for determining the risk of developing bone fusion, comprising detecting the presence or absence of a substitution of Asn143 in a FGF9 polypeptide with Thr or a mutation in a codon encoding Asn143 in a Fgf9 gene to a codon encoding Thr. FGF9ポリペプチドのAsn143のThrへの置換、又はFgf9遺伝子におけるAsn143をコードするコドンのThrをコードするコドンへの変異の有無を検出するための試薬を含む、骨癒合症の発症リスクの診断剤。   A diagnostic agent for risk of developing bone fusion, comprising a reagent for detecting the substitution of Asn143 in Thr of FGF9 polypeptide or the mutation of a codon encoding Asn143 in the Fgf9 gene to a codon encoding Thr. 被検物質がFGFのホモ二量体化を促進又は阻害するか否か検定すること、及びFGFのホモ二量体化を促進又は阻害した被検物質をFGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を調節し得る物質として得ることを含む、FGFの硫酸化グリコサミノグリカンへの親和性を調節し得る物質のスクリーニング方法。   Testing whether or not the test substance promotes or inhibits homodimerization of FGF, and converts the test substance that promotes or inhibits homodimerization of FGF to sulfated glycosaminoglycan of FGF A method for screening a substance capable of regulating the affinity of FGF for sulfated glycosaminoglycan, comprising obtaining the substance as a substance capable of regulating affinity.
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