JP2011050250A - デノボ癌を自然発症するモデル動物及びその用途 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】活性化RET遺伝子がヘテロ型に遺伝子導入されているとともに、エンドセリンレセプターB遺伝子がヘテロ型に欠損しており、デノボメラノーマを自然発症する齧歯類遺伝子改変動物が提供される。
【選択図】なし
Description
[1]活性化RET遺伝子がヘテロ型に遺伝子導入されているとともに、エンドセリンレセプターB遺伝子がヘテロ型に欠損しており、デノボメラノーマを自然発症する齧歯類遺伝子改変動物。
[2]活性化RET遺伝子が、c-RET遺伝子とRFP遺伝子のハイブリットによって生じた癌遺伝子RFP-RET遺伝子である、[1]に記載の遺伝子改変動物。
[3]活性化RET遺伝子がメタロチオネインIプロモーターに連結している、[1]又は[2]に記載の遺伝子改変動物。
[4]齧歯類がマウスである、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物。
[5][1]〜[4]のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物を用いることを特徴とする、デノボ癌の予防又は治療に有効な物質のスクリーニング法。
[6]以下のステップ(1)及び(2)を含んでなる、[5]に記載のスクリーニング法:
(1)[1]〜[4]のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物に被験物質を取り込ませるステップ;
(2)前記遺伝子改変動物が発症するデノボメラノーマに対して被験物質が予防又は治療効果を示すか否かを評価し、評価結果に基づき被験物質の有効性を判定するステップ。
[7]ステップ(2)における評価が、腫瘍の発生の有無、腫瘍が発生するまでの時間、生じる腫瘍の数、腫瘍の数の増減、生じる腫瘍の大きさ、腫瘍の大きさの増減、腫瘍の悪性度、腫瘍の悪性度の変化、体重の増減、既知の腫瘍マーカーの発現や活性の増減、既知のメラノーマ関連分子の発現量や活性の増減、寿命の長短、転移の有無、転移臓器の分布や割合、腫瘍の浸潤度からなる群より選択される一以上の項目についての評価である、[6]に記載のスクリーニング法。
[8]腫瘍の形成を認めた後にステップ(1)を実施し、
ステップ(2)における評価が、腫瘍の数の増減、腫瘍の大きさの増減、腫瘍の悪性度の変化、体重の増減、既知の腫瘍マーカーの発現や活性の増減、既知のメラノーマ関連分子の発現量や活性の増減、寿命の長短、転移の有無、転移臓器の分布や割合、腫瘍の浸潤度からなる群より選択される一以上の項目についての評価である、[6]に記載のスクリーニング法。
[9]以下のステップを更に含む、[6]〜[8]のいずれか一項に記載のスクリーニング法:
(3)活性化RET遺伝子がヘテロ型に遺伝子導入されており、多段階発癌メラノーマを発症する齧歯類遺伝子改変動物に被験物質を取り込ませるステップ;
(4)前記遺伝子改変動物が発症する多段階発癌メラノーマに対して被験物質が予防又は治療効果を示すか否かを評価し、評価結果に基づき被験物質の有効性を判定するステップ;
(5)ステップ(2)の判定結果とステップ(4)の判定結果を総合し、デノボ癌又は多段階発癌の癌のいずれに対して被験物質が特異的であるか、或いは両方に有効であるかを判定するステップ。
[10]デノボ癌がデノボメラノーマである、[5]〜[9]のいずれか一項に記載のスクリーニング法。
[11]多段階発癌の癌が多段階発癌メラノーマである、[9]に記載のスクリーニング法。
[12][1]〜[4]のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物が形成した腫瘍組織を試料として用いることを特徴とする、デノボ癌の発症又は進展機構の解析法。
[13]以下のステップ(1)及び(2)を含んでなる、[12]に記載の解析法:
(1)[1]〜[4]のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物が形成した腫瘍組織を採取するステップ;
(2)採取した腫瘍組織を試料として、遺伝子発現・活性解析、形態学的解析、生化学的解析、分子生物学的解析、細胞生物学的解析、生理学的解析、精神・神経学的解析からなる群より選択される一以上の解析を行うステップ。
[14]デノボ癌がデノボメラノーマである、[12]又は[13]に記載の解析法。
[15]以下のステップを更に含む、[12]〜[14]のいずれか一項に記載の解析法:
(3)活性化RET遺伝子がヘテロ型に遺伝子導入されており、多段階発癌メラノーマを発症する齧歯類遺伝子改変動物が形成した腫瘍組織を採取するステップ;
(4)採取した腫瘍組織を試料として、遺伝子発現・活性解析、形態学的解析、生化学的解析、分子生物学的解析、細胞生物学的解析、生理学的解析、精神・神経学的解析からなる群より選択される一以上の解析を行うステップ;
(5)ステップ(2)の解析結果とステップ(4)の解析結果を比較するステップ。
本発明の第1の局面はデノボメラノーマを自然発症する齧歯類遺伝子改変動物に関する。本発明の齧歯類遺伝子改変動物はデノボ癌のモデルとして有用である。「デノボ癌」とは、正常細胞から直接に悪性腫瘍(癌)を発症する癌のタイプであり、正常細胞が良性腫瘍や前癌状態を経て少しずつ悪性腫瘍になっていく多段階発癌と呼ばれるタイプと対照をなす。メラノーマにおいてもこれら二つのタイプがあり、本明細書では前者のタイプのメラノーマを「デノボメラノーマ」と称し、後者のタイプのメラノーマを「多段階発癌メラノーマまたは母斑関連メラノーマ」と称して区別する。
本発明の第2の局面は上述の遺伝子改変動物の用途に関する。第1の用途としてデノボ癌の予防又は治療に有効な物質のスクリーニング法が提供される。尚、本発明のスクリーニング法に使用する遺伝子改変動物はデノボ癌の一つである「デノボメラノーマ」を発症するものであり、本発明では「デノボメラノーマ」に対する効果を指標として被験物質の有効性を判定することになるが、異なる癌腫であってもその発症機構や表現型に高い類似性が認められることが多いという事実や、経験上、ある癌腫に対して有効な物質が他の癌腫に対しても同様に有効性を示すことがあるという事実に鑑みれば、メラノーマのみならず、他の癌腫に対しても本発明が有効であるといえる。即ち本発明は、デノボ癌に対して有効な物質をスクリーニングする汎用的な方法となり得る。但し、好ましい一態様ではデノボメラノーマに対して有効な物質をスクリーニングする手段として本発明は利用される。
(1)本発明の遺伝子改変動物に被験物質を取り込ませるステップ
(2)前記遺伝子改変動物が発症するデノボメラノーマに対して被験物質が予防又は治療効果を示すか否かを評価し、評価結果に基づき被験物質の有効性を判定するステップ
(3)活性化RET遺伝子がヘテロ型に遺伝子導入されており、多段階発癌メラノーマを発症する齧歯類遺伝子改変動物に被験物質を取り込ませるステップ
(4)前記遺伝子改変動物が発症する多段階発癌メラノーマに対して被験物質が予防又は治療効果を示すか否かを評価し、評価結果に基づき被験物質の有効性を判定するステップ
(5)ステップ(2)の判定結果とステップ(4)の判定結果を総合し、デノボ癌又は多段階発癌の癌のいずれに対して被験物質が特異的であるか、或いは両方に有効であるかを判定するステップ
(1)本発明の遺伝子改変動物が形成した腫瘍組織を採取するステップ
(2)採取した腫瘍組織を試料として、遺伝子発現・活性解析、形態学的解析、生化学的解析、分子生物学的解析、細胞生物学的解析、生理学的解析、精神・神経学的解析からなる群より選択される一以上の解析を行うステップ。
(3)活性化RET遺伝子がヘテロ型に遺伝子導入されており、多段階発癌メラノーマを発症する齧歯類遺伝子改変動物が形成した腫瘍組織を採取するステップ
(4)採取した腫瘍組織を試料として、遺伝子発現・活性解析、形態学的解析、生化学的解析、分子生物学的解析、細胞生物学的解析、生理学的解析、精神・神経学的解析からなる群より選択される一以上の解析を行うステップ
(5)ステップ(2)の解析結果とステップ(4)の解析結果を比較するステップ
(1)マウス
メタロチオネインI/RFP-RETトランスジェニックマウス(304/B6系統のRETマウス)(参考文献17)とエンドセリンレセプターB(Ednrb)ヘテロ欠損マウス(参考文献21)を交配し、Ednrbの発現量が半減するRETマウス(Ednrb(+/-);RETマウス)を作製した。中部大学の動物実験委員会(受理番号18001)及び組換えDNA実験安全委員会(受理番号06-01)の承認の下、本研究を行った。
High Pure RNA Isolation Kit(ロッシュ・ダイアグノスティクス)を用いて全RNAを調製した。操作方法は添付のプロトコールに従った。SupercriptTMIII reverse transcriptase(インビトロジェン。RT enzyme mix、RT reaction mixを含む)を用いて全RNAを逆転写し、cDNAを得た。操作方法は添付のプロトコール通りとした。Platinum SYBR Green PCR master mix(アプライド・バイオシステムズを用い、ABI Prism7500 sequence detection system(アプライド・バイオシステムズ)内でリアルタイム定量RT-PCRを行った(参考文献32)。PCRには以下のプライマーセットを使用した。
MCAM用プライマー:フォワードプライマー 5’- AGGGAGGTTGCTACCTGTGT-3’(配列番号3); リバースプライマー 5’-AGCCACTGGACTCGACAATC-3’(配列番号4)
E-カドヘリン用プライマー:フォワードプライマー 5’-CAAAGTGACGCTGAAGTCCA-3’(配列番号5); リバースプライマー 5’-TACACGCTGGGAAACATGAG-3’(配列番号6)
N-カドヘリン用プライマー:フォワードプライマー 5’-GCTGAAAATAGACCCCGTGA-3’(配列番号7); リバースプライマー 5’-TTCCTGTCCCACTCATAGGC-3’(配列番号8)
MT1-MMP用プライマー:フォワードプライマー 5’-GACTGTCCAAAATGAGGATC-3’(配列番号9); リバースプライマー 5’-TCTTTGTGGGTGACCCTGAC-3’(配列番号10)
Ednrb用プライマー:フォワードプライマー 5’-GCTTAATCCCTTTCAGAAAACAGCC-3’(配列番号11); リバースプライマー 5’-GGCAAGCAGAAGTAGAAACTGAAC-3’(配列番号12)
HPRT(内部標準)用プライマー:フォワードプライマー 5’-CTTTGCTGACCTGCTGGATT-3’(配列番号13); リバースプライマー 5’- TATGTCCCCCGTTGACTGAT-3’(配列番号14)
5μm厚のパラフィン切片を用意した。切片を脱パラフィン後、0.25%過マンガン酸カリウムで50分間処理し、更に5%シュウ酸で5分間、処理した後(脱メラニン処理)、免疫組織化学に使用した。免疫組織化学にはVECTASTAIN(登録商標) ABC Kit (VECTOR)及びVECTOR VIP (VECTOR)を使用した。操作方法は添付のプロトコールに従った。1次抗体として抗Ki-67ウサギポリクローナルIgG抗体(Novocastra、1:1000希釈)と抗EdnrBウサギポリクローナルIgG抗体(CHEMICON、1:500希釈)を使用した。対比染色にはメチルグリーン(VECTOR)を用いた。
5μm厚のパラフィン切片をマイヤーのヘマトキシリン・エオシン(Muto Pure Chemicals)染色に供した。ImageJ64ソフトウエアを用いて核及び細胞質のサイズを測定した。
(1)RETマウスに生じたメラノサイト系腫瘍の組織病理学的解析による腫瘍ステージの定義化
ヒトの癌においては、良性腫瘍と悪性腫瘍の中間段階に相当する前癌腫瘍が存在することが組織病理学的観点から報告されている。本研究で我々は、RETマウスにおけるメラノサイト系良性腫瘍とメラノーマをより詳しく解析を行うことで、良性腫瘍とメラノーマの中間の性質を持つ前癌腫瘍を定義することに成功した。RETマウスに生じた良性腫瘍(腫瘍サイズ<1,000 mm3)は、核のサイズが均一であり、分裂している細胞が確認されないことから、組織病理学的にヒトのメラノサイト系良性腫瘍に類似している(図1B)。一方、悪性腫瘍(腫瘍サイズ>8,000 mm3)は、不均一な核の大きさを持つ非対称細胞で構成され、分裂活性が高い(図1D)。また、Ki-67陽性細胞数(=分裂細胞数)も良性腫瘍と比べて非常に多い(図1E,F)。これらの特徴は、これまでに報告されたヒトのメラノーマと類似している(参考文献17)。RETマウス由来の、1,000-8,000 mm3の腫瘍は、組織病理学的に良性と悪性の中間の特徴を示し、前癌腫瘍に相当すると考えられる(図1A,C,F)。RETマウスの前癌腫瘍は、核の大きさが均一な細胞集団と、非対称細胞集団が混在している(図1C)。また、前癌腫瘍の核のサイズ(図1H)、核-細胞質面積比(N/C比)(図1I)、Ki-67陽性細胞数比(Ki-67 インデックス)(図1J)は、統計学的に良性腫瘍と悪性腫瘍の中間の特徴を示した。良性腫瘍を発症したマウスでは肺転移が見られず(n>100)、前癌腫瘍を持つマウスでは0%(n=18)、悪性腫瘍を持つマウスでは43.8%のマウスで肺転移が観察された。腫瘍サイズとステージの関係を調べると、1,000 mm3未満の腫瘍の80%(18/22)が良性腫瘍、1,000-8,000 mm3の腫瘍の80%が前癌腫瘍(11/13)、8,000 mm3より大きい腫瘍のすべてが(13/13)悪性腫瘍であった(図4A)。これらの結果より、RETマウスにおけるメラノーマ形成は、腫瘍未形成、良性腫瘍、前癌腫瘍、悪性腫瘍と段階的に進み、ヒトの多段階発癌メラノーマ形成に類似性が高いことが示された。
RETマウスの3つの腫瘍段階を生化学的に特徴づけるために、RETマウスの3つの腫瘍段階において、メラノーママーカー遺伝子[MCAM (melanoma cell adhesion molecule), E-カドヘリン、N-カドヘリン、MT1-MMP(メンブレンタイプ-I マトリックスメタロプロテイナーゼ)]の発現量を定量PCR法を用いて調べた。これら4つの遺伝子は、メラノーマの増殖、接着、浸潤、血管新生、転移に関わっていると報告されている(参考文献27〜30)。MCAM、N-カドヘリン、MT1-MMPの遺伝子発現レベルは、良性腫瘍では低く、悪性腫瘍では高く、E-カドヘリンの遺伝子発現レベルは、逆に良性腫瘍で高く(図2A、C, D)、悪性腫瘍では低かった(図2B)。これら4つの遺伝子発現の変化は、過去のヒト腫瘍における報告と一致する(参考文献29)。前癌腫瘍におけるMCAM、N-カドヘリン、MT1-MMPの遺伝子発現レベルは良性腫瘍と同じであったが(図2A、C, D)、E-カドヘリンの遺伝子発現レベルは悪性腫瘍と同じであった(図2B)。これらの結果より、組織病理学的解析から前癌腫瘍と判断されるRETマウス由来の腫瘍は、分子レベルにおいても良性腫瘍と悪性腫瘍の中間に相当し、前癌腫瘍であると新しく定義できる。メラノーマ形成過程における、Ednrb遺伝子の効果を知るために、RETマウス由来の腫瘍でEdnrbの発現量を調べたところ、悪性腫瘍では、良性腫瘍や前癌腫瘍と比較して転写レベルでも(図2E)、タンパク質レベルでも(図2F,H)減少していた。この結果より、RETマウスではメラノーマの進行に伴ってEdnrbの発現量が減少することが示唆された。
メラノーマ形成過程におけるEdnrb遺伝子発現量減少の効果を調べるために、Ednrb(+/-);RETマウスを作製した。Ednrb(+/-);RETマウスの腫瘍はメラノサイトマーカー(Dct)、メラノーママーカー(S100)とも陽性であることから、これらの腫瘍がメラノサイト系腫瘍であることを確認した(図5A〜C)。また、RETマウスの1,000 mm3未満の腫瘍とEdnrb(+/-);RETマウス由来の腫瘍の間でEdnrb遺伝子の発現量を比較したところ、Ednrb(+/-);RETマウス由来の腫瘍ではEdnrbの発現量の減少が確認できた(図3C,F,N)。次に、Ednrb(+/-);RETマウスとRETマウスの1,000 mm3未満の腫瘍について病理組織学的解析を行った。核の大きさ(図3G)、N/C比(図3H)、Ki-67インデックス(図3I)を調べるRETマウスの悪性腫瘍と類似していた。RETマウス由来の腫瘍では、82.6%(19/23)が良性、17.4%(4/23)が前癌腫瘍であったのに対し、Ednrb(+/-);RETマウス由来の腫瘍は、病理組織解析によると68.8%(11/16)が悪性、31.2%(5/16)が前癌腫瘍であった。加えて、生化学的解析によると、Ednrb(+/-);RETマウスの腫瘍では、RETマウスの同様のサイズの腫瘍と比較して、MCAM遺伝子(図3J)、N-カドヘリン遺伝子 (図3L)、MT1-MMP遺伝子(図3M)の発現レベルが高く、E-カドヘリン遺伝子(図3K)の発現レベルは低かった。これらの結果は、Ednrb(+/-);RETマウス由来の1,000 mm3未満の腫瘍は悪性であることを示唆している。
RETマウスの腫瘍が、腫瘍サイズ依存的に進行する多段階発癌メラノーマであることが確認された。また、RETマウスの悪性腫瘍では、良性腫瘍と比較してEdnrb遺伝子の発現量が減少していることを見出した。一方、メラノーマ形成過程におけるEdnrb遺伝子の機能を明らかにするためにEdnrb(+/-);RETマウスを作製し、その腫瘍を組織病理学的方法、生化学的方法を用いて解析した。臨床病態的、組織病理学的解析から、ヒトのメラノーマは、多段階発癌とデノボ癌に分けられている(参考文献10〜12)。これまでの研究から、メラノーマの20〜25%はメラノサイト系良性腫瘍が次第に悪性に進行する多段階発癌のプロセスを踏み(多段階発癌メラノーマ)、75〜80%は良性段階なしで突然発生する(デノボメラノーマ)ことが判明している。多段階発癌の生じる時期は、デノボメラノーマよりも早い。これらの疫学的な特徴に加えて、多段階発癌メラノーマとデノボメラノーマについて臨床病態的、組織病理学的な違いも報告されている。多段階発癌タイプのメラノーマを持つ患者の転移率はデノボメラノーマ患者よりも低い。このことから、デノボメラノーマの予防法や治療法の開発は多段階発癌タイプのメラノーマよりも重要であると言える。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
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Claims (15)
- 活性化RET遺伝子がヘテロ型に遺伝子導入されているとともに、エンドセリンレセプターB遺伝子がヘテロ型に欠損しており、デノボメラノーマを自然発症する齧歯類遺伝子改変動物。
- 活性化RET遺伝子が、c-RET遺伝子とRFP遺伝子のハイブリットによって生じた癌遺伝子RFP-RET遺伝子である、請求項1に記載の遺伝子改変動物。
- 活性化RET遺伝子がメタロチオネインIプロモーターに連結している、請求項1又は2に記載の遺伝子改変動物。
- 齧歯類がマウスである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物を用いることを特徴とする、デノボ癌の予防又は治療に有効な物質のスクリーニング法。
- 以下のステップ(1)及び(2)を含んでなる、請求項5に記載のスクリーニング法:
(1)請求項1〜4のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物に被験物質を取り込ませるステップ;
(2)前記遺伝子改変動物が発症するデノボメラノーマに対して被験物質が予防又は治療効果を示すか否かを評価し、評価結果に基づき被験物質の有効性を判定するステップ。 - ステップ(2)における評価が、腫瘍の発生の有無、腫瘍が発生するまでの時間、生じる腫瘍の数、腫瘍の数の増減、生じる腫瘍の大きさ、腫瘍の大きさの増減、腫瘍の悪性度、腫瘍の悪性度の変化、体重の増減、既知の腫瘍マーカーの発現や活性の増減、既知のメラノーマ関連分子の発現量や活性の増減、寿命の長短、転移の有無、転移臓器の分布や割合、腫瘍の浸潤度からなる群より選択される一以上の項目についての評価である、請求項6に記載のスクリーニング法。
- 腫瘍の形成を認めた後にステップ(1)を実施し、
ステップ(2)における評価が、腫瘍の数の増減、腫瘍の大きさの増減、腫瘍の悪性度の変化、腫瘍の悪性度の変化、体重の増減、既知の腫瘍マーカーの発現や活性の増減、既知のメラノーマ関連分子の発現量や活性の増減、寿命の長短、転移の有無、転移臓器の分布や割合、腫瘍の浸潤度 からなる群より選択される一以上の項目についての評価である、請求項6に記載のスクリーニング法。 - 以下のステップを更に含む、請求項6〜8のいずれか一項に記載のスクリーニング法:
(3)活性化RET遺伝子がヘテロ型に遺伝子導入されており、多段階発癌メラノーマを発症する齧歯類遺伝子改変動物に被験物質を取り込ませるステップ;
(4)前記遺伝子改変動物が発症する多段階発癌メラノーマに対して被験物質が予防又は治療効果を示すか否かを評価し、評価結果に基づき被験物質の有効性を判定するステップ;
(5)ステップ(2)の判定結果とステップ(4)の判定結果を総合し、デノボ癌又は多段階発癌の癌のいずれに対して被験物質が特異的であるか、或いは両方に有効であるかを判定するステップ。 - デノボ癌がデノボメラノーマである、請求項5〜9のいずれか一項に記載のスクリーニング法。
- 多段階発癌の癌が多段階発癌メラノーマである、請求項9に記載のスクリーニング法。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物が形成した腫瘍組織を試料として用いることを特徴とする、デノボ癌の発症又は進展機構の解析法。
- 以下のステップ(1)及び(2)を含んでなる、請求項12に記載の解析法:
(1)請求項1〜4のいずれか一項に記載の遺伝子改変動物が形成した腫瘍組織を採取するステップ;
(2)採取した腫瘍組織を試料として、遺伝子発現・活性解析、形態学的解析、生化学的解析、分子生物学的解析、細胞生物学的解析、生理学的解析、精神・神経学的解析からなる群より選択される一以上の解析を行うステップ。 - デノボ癌がデノボメラノーマである、請求項12又は13に記載の解析法。
- 以下のステップを更に含む、請求項12〜14のいずれか一項に記載の解析法:
(3)活性化RET遺伝子がヘテロ型に遺伝子導入されており、多段階発癌メラノーマを発症する齧歯類遺伝子改変動物が形成した腫瘍組織を採取するステップ;
(4)採取した腫瘍組織を試料として、遺伝子発現・活性解析、形態学的解析、生化学的解析、分子生物学的解析、細胞生物学的解析、生理学的解析、精神・神経学的解析からなる群より選択される一以上の解析を行うステップ;
(5)ステップ(2)の解析結果とステップ(4)の解析結果を比較するステップ。
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