JP2011524164A - 小分子rnaに基づく治療および診断ならびに小分子rnaの実験的研究におけるエンドリソソーム系および分泌小胞(エキソソーム様)の用途 - Google Patents
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Abstract
Description
sorting complex required for transport)複合体は、ユビキチン化タンパク質を認識し、MVB内に出芽する小胞内に選別し、小胞は、リソソームに送達され得るか、またはエキソソームとして細胞外空間内に放出され得る。RNAサイレンシング機構は膜とは無関係であるといわれることが多いが、Ago2(Argonaute−2)が少なくとも、未知の膜と緊密に会合する可能性があると他の証拠から示唆されている。GW182は、ユビキチン結合ドメインを含有し、ユビキチン化される。ESCRT複合体の幾つかのメンバーを標的とするSiRNAは、miRNA活性をブロックしたが、MVBへのGW182の局在化を著しく乱すことはなかった。GW182は、miRNAをも含有したエキソソーム中に明確に濃縮された。最後に、エキソソームは、BIG2(ブレフェルジンA阻害グアニンヌクレオチド交換タンパク質2)に依存してmiRNA活性を標的細胞に移行させた。
(i)好ましくは以前にsiRNAおよび/またはmiRNAで治療された患者の体液からエキソソームまたは小胞を単離するステップと、
(ii)前記エキソソーム中のsiRNAおよび/またはmiRNAおよび/または標的mRNAのレベルを測定するステップと、
(iii)場合により、前記レベルを対照と比較し、
次いでsiRNAおよび/またはmiRNAの送達速度および/または効率を決定するステップと
を含む。
required for transport)、Alix、LBPA(リゾビスホスファチジン酸)から、または脂質ラフトの形成、コレステロール(例えば、NPC1、HMGCR、HMG CoA還元酵素)もしくはスフィンゴミエリン(スフィンゴミエリナーゼ)、例えばGW4869の代謝もしくは選別に由来し得る。
(a)体液からエキソソームまたは小胞を単離するための手段と、
(b)前記エキソソーム中のsiRNAおよび/またはmiRNAおよび/または標的mRNAのレベルを測定するための手段と
を含むキットである。
complex required for transport)に由来し得る。
材料および方法
抗体
抗体を以下のように得た。ウサギおよびマウス免疫グロブリンG(Sigma−Aldrich、St.Quentin Fallavier、France)、抗モノおよびポリユビキチン化タンパク質クローンFK2[Tebu−bio、Le Perray en Yvelines、France]、抗Dcp1aウサギポリクローナル(J.Lykke−Andersen、University of Coloradoの寄贈)、抗GW182(血清18033)、抗Ge−1(血清1C6)、および正常ヒト血清(M.Fritzler、University of Calgaryの寄贈)。
10%FBS(リン酸緩衝食塩水)と非必須アミノ酸(Invitrogen、Paris、France)とOPI(オキサロアセテート、ピルベートおよびウシインスリン)培地補助剤(Sigma−Aldrich)とを含有するRPMI1640(Roswell Park Memorial Institute1640緩衝液)中でMono−Mac6細胞系(DSMZ、Braunschweig、Germany ACC−124)を培養した。
細胞を、8〜24時間、0.5〜1.0×106細胞/mLの密度で増殖させた。細胞を、5分間、400gで遠心分離し、上清を除去した。同じプロセスを、1200g(5分間)、10000g(30分間)で遠心分離により繰り返した。100000gでの遠心分離(1時間、SW27ロータ、Beckman−Coulter、Roissy、France)の後、すべての上清をマイクロピペットにより除去し、その後の分析のためにPBS中においてペレットを回収した。
細胞を、遠心分離(90g、5分間)により濃縮し、培地中に再懸濁し、直ちに解析した。使用するフルオロフォアの明るさおよび63×対物レンズにより可能となる最小面(0.4〜1.2μm)を使用して488nmおよび561nmのレーザによるZeiss LSM510共焦点顕微鏡で画像を取り込んだ。使用するフィルタは、500〜530nm(GFP)および550〜650(N−ローダミン−ホスファチジルエタノールアミン、ローダミン蛍光タンパク質(RFP)であった)。ImageJを使用して画像を解析した。
(Vidal,M.、Mangeat,P.、およびHoekstra,D.Aggregation reroutes molecules from a recycling to a vesicle−mediated secretion pathway during reticulocyte maturation.J.Cell Sci.110、1867〜1877頁(1997)[46])に記載されるように手法を行った。本質的に、PBS中で細胞を2回洗浄し、エタノールにおける3μM N−Rh−PE(Avanti Polar Lipids、Alabaster、AL、USA)を細胞懸濁液内にハミルトン注射器で注入した。ボルテックスした後、細胞を4℃で1.5時間インキュベートした。細胞を2回洗浄し、培養培地中で再懸濁し、5%のCO2で37℃で4時間インキュベートした後、共焦点解析を行った。
GFP−hAgo2(Jakymiw,A.ら、Disruption of GW bodies impairs mammalian RNA interference.Nat.Cell Biol.7、1267〜1274頁(2005)[47])(11590)、YFP−CD82(Sherer,N.M.ら、Visualization of retroviral replication in living cells reveals budding into multivesicular bodies.Traffic.4、785〜801頁(2003)[48])(1819)、(1817)、Gag−RFP[48](1814)、Sec61β−GFP(Voeltz,G.K.、Prinz,W.A.、Shibata,Y.、Rist,J.M.、およびRapoport,T.A.A class of membrane proteins shaping the tubular endoplasmic reticulum.Cell.124、573〜586頁(2006)[49])(15108)を発現するプラスミドをAddgene(Cambridge、MA、USA)を介して入手した。GFP−GW182−GFP[3](Ed Chan、University of Florida、USA)と、TIA−1の顕性不活性バージョン(Kedersha,N.L.、Gupta,M.、Li,W.、Miller,I.、およびAnderson,P.RNA−binding proteins TIA−1(T−cell intracellular antigen 1)and TIAR(T−CELL restricted intracellular antigen related protein)link the phosphorylation of eIF−2 alpha to the assembly of mammalian stress granules.J.Cell Biol.147、1431〜1442頁(1999)[7])(Nancy Kedersha Brigham and Women’s Hospital and Harvard Medical School、Boston、MA、USA)と、eIF2aの構成的活性バージョン[7](Randall Kaufmann、University of Michigan、Ann Arbor、MI、USA)とを発現するプラスミドは、Nancy Kedershaの寄贈であった。
20μM MG132(プロテアソーム阻害剤)とコンプリートプロテアーゼ阻害剤カクテル(Roche、Meylan、France)とを有するPBSにおいて、0.5%NP−40(ノニルフェノキシルポリエトキシルエタノール40)、10%グリセロールにおいて20×106細胞/mLの濃度で細胞を溶解した。4℃で20分間回転させた後、溶解物を16000gで30分間遠心分離した。溶解物に抗体を添加した(GW182およびGe−1については1/400、ならびに対照の正常ヒト血清;2μgマウスIgMまたは抗ユビキチンFK2;1/400抗Dcp1aおよび当量のウサギIg[Dcp1a濃度のELISA測定により決定される])。3時間後、タンパク質Gアガロース(Roche、Meylan、France)または抗マウスIgM−アガロース(Sigma−Aldrich)を1時間添加した。3回の洗浄を溶解緩衝液により行い、12000gで1分間遠心分離した。
0.25%Formvar膜(EMS)を被覆したニッケルカバーガラス(100メッシュ、EMS、Pennsylvania、USA)上で精製エキソソームを静置した。2%酢酸ウラニルで30秒間染色した後、カバーガラスを乾燥させ、透過型電子顕微鏡(Hitachi H600、75KV)を使用して視覚化した。
DPBS(Dulbeccoリン酸緩衝食塩水)(Invitrogen)中に再懸濁させた精製エキソソームを、Malvern Instruments(Malvern、UK)からのZetasizer Nano Sで解析した。40マイクロLの石英キュベット中において試料を負荷し、20℃で2分間の平衡化時間の後、5回の測定を自動モードで行った。実験データを、粒子が球体であると仮定してマルチプルナローモードで処理し、溶媒の屈折率および粘度について補正した(それぞれ、溶媒組成から算出される通り1.332および1.029)。平均エキソソーム径を、散乱光の強度の関数としての粒度分布のプロットから導き出した。
トータルRNAを、Trizol LS(Invitrogen)を有する100μLのPBS中においてエキソソーム(100×106の細胞に由来する)から抽出し、10μLの水の中で再懸濁した。2μLのエキソソームRNAまたは0.5μLのトータルRNAを、総体積20μLで1時間、37℃で交換緩衝液B(Fermentas、St.Remy les Chevreuse、France)および5μCurie γATP中で1μLのT4ポリヌクレオチドキナーゼと共にインキュベートした。40μLの水を添加し、過剰なγATP(アデノシン三リン酸)をG25ミニカラム(GE Healthcare、Orsay、France)で除去した。RNAを、前述のように6M尿素を含有する15%ポリアクリルアミドゲル上を移動させた。
MonoMac−6細胞からのライブラリーについての200μgのトータルRNAとエキソソームからの2μgのトータルRNAとを使用して、記載されるように(Pfeffer,S.Identification of Virally Encoded MicroRNAs.Methods Enzymol.427:51〜63頁(2007)[50])、小分子RNAクローニングを行った。454テクノロジー(www.454.com)を使用してライブラリーを配列決定した。以下のデータベースを使用して、記載されるように(Pfeffer,S.、Lagos−Quintana,M.、およびTuschl,T.Cloning of small RNA molecules.Curr.Protoc.Mol.Biol.Chapter26:Unit26.4.、Unit(2005)[51])、配列に注釈をつけた。ゲノム配列は、UCSC Genome Browserデータベース(NCBI build37、2007年7月)からのものだった。tRNA(移行リボ核酸)、rRNA(リボソームリボ核酸)、snRNA(小型核リボ核酸)、snoRNA(小型核小体リボ核酸)およびscRNA(小型細胞質リボ核酸)配列を、Genbankのリリース158(2007年2月15日)から抽出した。
miR−206についての標的を含むESR(エストロゲン受容体)の3’UTR(3’非翻訳領域)を含む0.2μgのプラスミド(Adams,B.D.、Furneaux,H.、およびWhite,B.A.The micro−ribonucleic acid(miRNA)miR−206 targets the human estrogen receptor−alpha(ERalpha)and represses ERalpha messenger RNA and protein expression in breast cancer cell lines.Mol.Endocrinol.21、1132〜1147頁(2007)[13])、miR−206またはK12−4を発現する2μgのいずれかのプラスミド、およびtsg101、vps36、hrs、alixまたはGW182を標的とするいずれかの対照siRNAまたはsiRNA(50nM)で細胞をトランスフェクションした。Glo−Max Multi蛍光リーダ(Promega)でDual Luciferase Reporter Assay Kit(Promega、Madison、USA)を使用してルシフェラーゼ活性を30時間後に読み取った。siRNA活性の増加率を、以下のように算出した(例えばtsg101)。([ホタル/ウミシイタケルシフェラーゼ]K4 miRNA+tsg101 siRNA/[ホタル/ウミシイタケルシフェラーゼ]+206miRNA+tsg101 siRNA)/([ホタル/ウミシイタケルシフェラーゼ]+miRNA K4+対照siRNA/[ホタル/ウミシイタケルシフェラーゼ]+miRNA206+対照siRNA)。
一群の細胞を250nM GFP siRNAまたは対照siRNAでトランスフェクションし、8時間培養した後、エキソソームを単離した。エキソソームペレットを、1.2mLのX−VIVO15培地(Lonza、St.Beauzire、France)中において再懸濁した。第2群の細胞を、eGFPN1を発現する1μgのプラスミドでトランスフェクションした。EGFPN1プラスミドのトランスフェクションの1時間後、X−VIVO15培地(Lonza、St.Beauzire、France)中で細胞を2回洗浄し、500μLのエキソソーム含有X−VIVO15中に0.4×106の細胞を再懸濁させた。標的細胞中における標的発現の阻害率を、100−(GFP siRNAを含有するエキソソームの幾何平均/対照siRNAを含有するエキソソームの幾何平均)として、GFP+細胞上でゲーティングして算出した。エキソソームによるmiRNA移行の実験を、エキソソーム産生細胞中へのmiR−206またはmir−K12−4を発現するプラスミドのトランスフェクションと標的細胞内へのmiR−K12−4についての標的部位を含むpsiCHECKプラスミドのトランスフェクションとを除いて上と同様に繰り返した。対照siRNAまたはBIG2 siRNAを、miR−206およびmiR−K12−4で共トランスフェクションした。ホタルルシフェラーゼ発現の阻害率を、(miRK12−4を含有するエキソソームを有するホタル/ウミシイタケルシフェラーゼ)/(miR−206を含有するホタル/ウミシイタケルシフェラーゼエキソソーム)として算出した。
miRNA活性のアッセイ以外のすべての実験について、5×106の細胞を、Solution V(Amaxa、Cologne、Germany)中でNucleofector IIで、製造業者の説明書に従ってトランスフェクションした。遺伝子発現の阻害のために、50nM siRNAを使用した。miRNA活性を評価する実験のため、250μg/mLのDEAE−デキストラン(Promega、Charbonnieres、France)を使用して、FBSを含まない100μLの培養培地中において、1×106の細胞をトランスフェクションした。細胞は、37℃で1.5時間インキュベートした。10μLのDMSOを添加した。3分後、2mLの細胞培養培地を添加し、細胞を遠心分離し、FBSを含有するRPMI1640中で30時間再懸濁させた。
miRNA機構の成分は多胞体と共局在する
ホスファチジルエタノールアミンに対する自己抗体は、GW182に対する自己抗体と共局在し[5]、GawkyショウジョウバエGW182相同体のノックダウンは、拡大したMVBをもたらす[2]。N−ローダミン標識ホスファチジルエタノールアミン(N−Rh−PE)は、MVB中に選択的に蓄積する(Vidal,M.、Mangeat,P.、およびHoekstra,D.Aggregation reroutes moleculesfrom a recycling to a vesicle−mediated secretion pathway during reticulocytematuration.J.Cell Sci.110,1867〜1877頁(1997)[6])。したがって、本発明者らは、Ago2およびGW182がN−Rh−PEおよびMVBと共局在するのかについて試験した。N−Rh−PEによるMVBの正確な標識は、CD82との共局在性(図1A)、およびSec61βまたはGFPとの共局在性の欠如(図1B、C)により確認された。GFP−GW182は、有意な比率でN−Rh−PEと共局在した中断構造を標識した。同様の結果は、GFP−Ago2について見出された(図1F、G)。また、Ago2−GFPはGagとも共局在し、別のタンパク質はMVB中に選択的に蓄積した(図1H)。
MVBに対する選別タンパク質の主要な機構は、ユビキチン化タンパク質と結合するESCRT複合体である。本発明者らは、ユビキチン化タンパク質との会合のための、または特異的もしくは抗Ub抗体との免疫沈降による直接的ユビキチン化のためのRNAサイレンシング機構の幾つかの成分を試験した。陽性対照としてのトランスフェリン受容体(TfrR)を、抗Ub抗体により免疫沈降するタンパク質の中で検出することができたが、逆に、免疫沈降したTfrRは、抗Ub抗体によって検出することができた(図3A)。Dcp1a免疫沈降物中において、ユビキチン化タンパク質をわずかに検出した。これらのタンパク質はDcp1aの分子量と一致せず、抗Ub抗体により免疫沈降したタンパク質の中でDcp1aは検出されなかった(図3B)。したがって、Dcp1aは、多少のユビキチン化タンパク質と弱くまたは一時的に相互作用し得るが、直接ユビキチン化しない可能性がある。GW182は、他のタンパク質においてしばしばユビキチンと結合するUBAドメインを有するが、UBAドメインを有するタンパク質は、しばしばそれ自身でユビキチン化する(Peschard,P.ら、Structural basis for ubiquitin−mediated dimerization and activation of the ubiquitin protein ligase Cbl−b.Mol.Cell.27、474〜485頁(2007)[9])。抗Ub抗体は、抗GW182抗血清との反応性があるタンパク質を免疫沈降させ(図3C)、抗GW182抗体は、GW182の大きさに一致したユビキチン化タンパク質を免疫沈降させた(図3C)。抗GW182血清は、主にGW182を認識すると共に、Ge−1を認識する抗体をも含む。Ge−1はユビキチン化タンパク質の中で検出されなかったが(図3D)、このことは、Ge−1ではなくGW182がユビキチン化され、かつ検出されたユビキチン会合タンパク質であることを示唆する。
MVBへの成分の局在化は、サイレンシング機構のmRNA、miRNAおよび/またはタンパク質成分を効率的に再組織するための手段を提供することができる。本発明者らは、この局在化を乱すことがmiRNA活性に影響を及ぼし得ると仮定した。
miRNA経路の成分がMVBに局在することから、それらの成分を、MVB内におけるILV内にパッケージし、エキソソームとしばしば称されるものとして細胞外空間内に放出することが可能だった。この可能性を検討するため、本発明者らは、最初に、本発明者らの手中にある確立されたプロトコルによって精製されたエキソソームの同一性および純度の特性決定を行った。精製されたエキソソームを、トランスフェリン受容体、CD63およびユビキチン化タンパク質、エキソソームのすべての古典的マーカーの中で高度に濃縮した(Buschow,S.I.、Liefhebber,J.M.、Wubbolts,R.、およびStoorvogel,W.Exosomes contain ubiquitinated proteins.Blood Cells Mol.Dis.35、398〜403頁(2005)[14]、Thery,C.、Zitvogel,L.、およびAmigorena,S.Exosomes:composition,biogenesis and function.Nat.Rev.Immunol.2,569〜579頁(2002)[15])(図5A)。精製されたエキソソームは、電子顕微鏡観察により視覚化した際に予想された大きさおよび形態の小胞を含有した(図5B)。本発明者らの調製物中におけるエキソソームの純度を確立するため、本発明者らは2つの方法を用いた。第1に、ブレフェルジンA阻害グアニンヌクレオチド交換タンパク質(BIG2、補足図1に示されるノックダウン)を標的とするsiRNAは、エキソソーム様小胞の放出に重要であり(Islam,A.ら、The brefeldin A−inhibited guanine nucleotide−exchange protein,BIG2,regulates the constitutive release of TNFR1 exosome−like vesicles.J.Biol.Chem.282、9591〜9599頁(2007)[16])エキソソーム放出を約50%低下させた(図4C)。使用する単球細胞中におけるトランスフェクション効率の適度なレベル(プラスミドDNAにより約50%)を考慮に入れると、これは、大多数の精製材料がエキソソームから成ることを示唆する。第2に、本発明者らは、精製されたエキソソームの均質性を数量化するために動的光散乱を用いた。精製材料は、エキソソームに一致した平均的大きさを有し、大きさが均質で(低分散の単一の母集団を認めることができる)、99%超の相対純度を有した(図4D)。これは、標準的手法により精製されるエキソソームが非常に純粋であることを示唆する。
miRNA経路の成分がMVBに局在することから、それらの成分は、最終的にはエキソソーム中に分泌され得る。本発明者らは、エキソソーム陽性対照について上で実施したように、ウエスタンブロットを用いて、全細胞溶解物からの等量のタンパク質と比較してエキソソーム中におけるRNAサイレンシングのタンパク質成分の存在を調べた。Ago2は、全細胞溶解物と同等の量のエキソソーム中において見出された。際立って、GW182は、全細胞溶解物と比較してエキソソーム中において非常に濃縮され(図6A)、Dcp1aはほとんど存在しなかった。
エキソソームをマクロファージおよび樹状細胞に標的とし、続いて形質膜陥入する(Morelli,A.E.ら、Endocytosis,intracellular sorting,and processing of exosomes by dendritic cells.Blood.104、3257〜3266頁(2004)[18])。エキソソームに会合するタンパク質をペプチドに分解することが可能であり、エキソソームを取る細胞のMHCクラスI上に提示することができる[15]。これは、エキソソームまたはエキソソームの幾つかの成分が、リソソームにおける完全な分解の前にサイトゾルに流出することができることを示唆する。植物およびC・エレガンスにおいて、miRNAの細胞間輸送が発生するので(Voinnet,O.Non−cell autonomous RNA silencing.FEBS Lett.579、5858〜5871頁(2005)[19])、本発明者らは、エキソソームによって輸送されるsiRNAまたはmiRNAが標的細胞中における遺伝子発現を阻害することができたのかについて試験した。GFPを標的とするsiRNAまたは対照siRNAで細胞をトランスフェクションし、エキソソームを8〜12時間後に精製し、GFP発現細胞に添加した。GFP発現は、対照siRNAでトランスフェクションした細胞に由来するエキソソームとインキュベートした細胞と比較して、GFP siRNAトランスフェクション細胞からのエキソソームと共にインキュベートした細胞中において7.3%低下した(図7A)。GFP siRNAエキソソームによるGFP発現の減少は、添加した再懸濁エキソソームの数と共に増加した(図7A、100μLのエキソソームで1.58%、対して500μLのエキソソームで7.3%)。標的細胞中におけるGFP siRNAの効果は、6時間と比較して24時間でわずかに減少した(図7B、6時間でGFP発現の6.1%の阻害、対して24時間で4.3%)。
本発明者らは、有意な比率のRNAサイレンシング機構がMVBと共局在することを示す。本発明者らは、RNAサイレンシング機構の少なくとも2つの分離可能なプールがMVBと会合することを示唆する。GW182、多少のAgo2およびmiRNAを含むが少しのDcp1aしか含まない一方のプールを、ILV中において細胞質RNAから隔離する。これらのILVを、エキソソームとして放出することができる。エキソソーム中におけるmiRNAの最初の説明([17])は、細胞質の内容のランダム負荷と解釈することができた。MVBにおけるGW182およびAgo2の共局在性、ならびにエキソソーム中におけるGW182の明瞭な濃縮およびDcp1aの欠如がある場合、miRNAおよび場合によってはそのmRNA標的は、エキソソーム中への負荷のための選択的選別プロセスを受ける可能性がある。GW182はエキソソーム中において非常に濃縮されるが、一方で、少しのDcp1aしか存在しなかった。これは、エキソソーム中へのP−ボディの、すべてではないが、幾つかの成分を集める特異的選別機構が存在することを示唆する。GW182のUBAドメイン、およびGW182の共有結合性ユビキチン化は、MVBとのその相互作用とエキソソーム内への選別とを駆動することができる。逆に、Dcp1aのユビキチン化の欠如は、エキソソーム内へのその負荷を好まない可能性がある。Ago2は、ユビキチン化タンパク質と会合し(Matsumoto,M.ら、Large−scale analysis of the human ubiquitin−related proteome.Proteomics.5、4145〜4151頁(2005)[20])、GW182に結合するが、(El−Shami,M.ら、Reiterated WG/GW motifs form functionally and evolutionarily conserved ARGONAUTE−binding platforms in RNAi−related components.Genes Dev.21、2539〜2544頁(2007)[21])、このことは、エキソソーム中におけるその外観のための機構を示唆する。Dcp1aは、GW182がILVに送達される前にP−ボディ複合体から位置を変化させることができるか、または、場合によっては、GW182がエキソソーム中にパッケージされ、Dcp1aがリソソーム分解のための明瞭なILV内にパッケージされる。
材料および方法
エキソソーム精製
前述のように分画遠心分離によりエキソソームを精製した(Raposo,G.ら、B lymphocytes secrete antigen−presenting vesicles.J Exp Med183、1161〜72頁(1996)[82])。
488nmおよび561nmのレーザおよび63×対物レンズによるZeiss LSM510共焦点顕微鏡で画像を取り込んだ。使用するフィルタは、500〜530nm(GFP)および550〜650nm(N−Rh−PE、RFP)だった。
DPBS(Invitrogen)中に再懸濁させた精製エキソソームを、40マイクロLの石英キュベット中においてMalvern Instruments(Malvern、UK)からのZetasizer Nano Sで解析した。20℃で2分間の平衡化の後、5回の測定を自動モードで行った。実験データを、球状粒子と仮定してマルチプルナローモードで製造業者のソフトウェアにより処理した。溶媒の屈折率(1.332)および粘度(1.029)についての補正を用いた。
miRNA活性を試験するため、miR−206についての標的部位を含むESRの3’UTRを発現する0.2ugのプラスミド、miR−206またはK12−4を発現する2μgのいずれかのプラスミド、および10nM siRNAで細胞をトランスフェクションした。Glo−Max Multi蛍光リーダ(Promega)でDual Luciferase Reporter Assay Kit(Promega、Madison、USA)を使用してルシフェラーゼ活性を30時間後に読み取った。他の実験において、ウミシイタケルシフェラーゼを発現する0.2ugプラスミド、2つの結合let−7a標的部位またはその突然変異バージョン(図11d)、構築体、Let−7aおよびb(Doench,J.G.およびSharp,P.A.Specificity of microRNA target selection in translational repression.Genes Dev18、504〜11頁(2004)[56])、ホタルルシフェラーゼを発現する1ugプラスミドpGL3、および10nM対照または特異的siRNAで細胞をトランスフェクションし、上記のように解析した。特異的miRNAによる阻害ルシフェラーゼ発現率を、例えば、tsg101([特異的luc/対照luc.]特異的miRNA+tsg101 siRNA/[特異的luc/対照luc]対照miRNA+tsg101 siRNA)として算出した。miRNA活性率を、100−阻害ルシフェラーゼ発現率として算出した。
示されるすべての誤差棒は、平均値の標準誤差を表す。
抗体を、以下のように得た。ウサギおよびマウス免疫グロブリンG(Sigma−Aldrich、St.Quentin Fallavier、France)、抗CD63(Santa Cruz Biotech、Santa Cruz、CA、USA)、抗モノおよびポリユビキチン化タンパク質クローンFK2[Tebu−bio、Le Perray en Yvelines、France]、抗Dcp1aウサギポリクローナル(J.Lykke−Andersen、University of Coloradoの寄贈)、抗GW182(血清18033、最初に論文Eystatioyら、Mol.Biol.Cell2002 13:1338[95]において、自己免疫性患者から採取し、かつUniversity of Calgary CanadaのMarvin Fritzlerにより特性が評価された「発端患者血清」、以下の抗Ge−1血清1C6の導出と同じ)、抗Ge−1(血清1C6)、および正常ヒト血清(M.Fritzler、University of Calgaryの寄贈)、抗hrs(ab56468、ABCAM)、抗alix(クローン2H11、Santa Cruz)。
10%FBSと非必須アミノ酸(Invitrogen、Paris、France)とOPI培地補助剤(Sigma−Aldrich)とを含有するRPMI1640中でMono−Mac6細胞系(DSMZ、Braunschweig、Germany ACC−124)を培養した。あるいは、X−Vivo−15無血清培地(Lonza、Levallois、France)中でMono−Mac6を培養した。5%FBSを補充したDMEM中でHela細胞を増殖させた。記載されるように(Vidal,M.、Mangeat,P.およびHoekstra,D.Aggregation reroutes molecules from a recycling to a vesicle−mediated secretion pathway during reticulocyte maturation.J Cell Sci110(Pt16)、1867〜77頁(1997)[58])、細胞に3μM N−Rh−PE(Avanti Polar Lipids、Alabaster、AL、USA)を負荷した。
GFP−hAgo2(11590)(Addgene)(Jakymiw,A.ら、Disruption of GW bodies impairs mammalian RNA interference.Nat Cell Biol 7、1267〜1274頁(2005)[83])、YFP−CD82(1819)(Addgene)(Sherer,N.M.ら、Visualization of retroviral replication in living cells reveals budding into multivesicular bodies.Traffic 4、785〜801頁(2003)[57])、Gag−RFP(1814)(Addgene)([57])、Sec61β−GFP(15108)(Addgene)、および無傷の(11325)(Addgene)または突然変異した(11324)2つのlet−7a標的部位56を含む3’UTRを発現するプラスミドをAddgene(Cambridge、MA、USA)を介して入手した。GFP−GW182(Ed Chan、University of Florida、USA)と、Dcp1a−RFPと、Dcp1a−GFPと、TIA−184の顕性不活性バージョン(Nancy Kedersha Brigham and Women’s Hospital and Harvard Medical School、Boston、MA、USA)と、eIF2aの構成的活性バージョン(Randall Kaufmann、University of Michigan、Ann Arbor、MI、USA)とを発現するプラスミドは、Nancy Kedershaの寄贈であった。
記載されるように(Pfeffer,S.、Lagos−Quintana,M.およびTuschl,T.Cloning of small RNA molecules.Curr Protoc Mol Biol Chapter26、Unit26 4(2005)[85])、MonoMac6細胞からの200μgのRNA、またはMonoMac6由来エキソソームからの2μgのRNAを使用して、小分子RNAクローニングを行った。GATC(Konstanz、Germany)により454パイロシークエンシングテクノロジー(www.454.com)を使用してライブラリーを配列決定した。以下のデータベースを使用して、配列に注釈をつけた。ゲノム配列は、UCSC Genome Browserデータベース(NCBI build37、2007年7月)からのものだった。tRNA、rRNA、sn−snoRNAおよびscRNA配列を、Genbankのリリース158(2007年2月15日)から抽出した。miRBaseバージョン10.1を使用してmiRNAを同定した。
Let−7aについての標的部位を有する1μgのレポータープラスミドでMono−Mac−6細胞をトランスフェクションした(図11d)。24時間後、細胞を、PBS中で3回洗浄し、0.250Mショ糖、78mM KCl、4mM MgCl2、8.4mM CaCl2、10mM EGTA、50mM Hepes−NaOH pH7.0における70行程のダウンス型ホモジナイザにより破砕した。膜選別実験のため、細胞溶解物を1000g(5分間)で2回遠心分離し、続いて16000g(45分間)で遠心分離した。250μLのPBS中でペレットを再懸濁させ、Trizol LS(Invitrogen)を使用してRNAを250μLの上清からのものと並行して抽出した。エキソソーム選別実験を同様に行い、Trizol LSを使用してRNAの抽出のために250μLのPBS中において全細胞および精製エキソソームを再懸濁させた。
エキソソームと比較した神経膠芽細胞腫細胞における転写物の相対的濃縮を詳述する比較mRNAマイクロアレイが最近公開された([2])。200単位の背景閾値を越えたシグナルを検出する19619本のプローブの中で、13504本(31.17%)が、細胞よりもエキソソーム中における高レベルで検出された。エキソソーム中におけるmiRNA標的mRNAの低下を評価するため、本発明者らは、マイクロアレイ53に使用する神経膠芽細胞腫細胞およびエキソソーム中における高レベルで検出される11のmiRNAのために実験的に確認された標的(miRecord)を利用した。同様に解析して、45のmiRNA抑制mRNAの内で6(13.63%、期待値14、χ2=6.636、p=0.01)がエキソソーム中において過度に多かった。miRNAが標的としないmRNAのセットは容易に利用可能ではないことから、本発明者らは、場合によってはmiRNA63による調節を最小限に抑えるために、3’UTR86を短縮した傾向がある一組のハウスキーピング遺伝子(Eisenberg,E.およびLevanon,E.Y.Human housekeeping genes are compact.Trends Genet19、362〜5頁(2003)[86])を利用した。ハウスキーピングmRNA(1577本の合計プローブ)の内、568本(35.89%、期待値492、χ2=16.641、p<0.0001)が、細胞と比較してエキソソーム中において濃縮された。
エキソソームに似ている分泌小胞から抽出されたRNA([52])(直径50〜100nm)はmiRNAを含む(Skog,J.ら、Glioblastoma microvesicles transport RNA and proteins that promote tumour growth and provide diagnostic biomarkers.Nat Cell Biol10、1470〜6頁(2008)[53])。かかる小胞がmiRNA活性に必要なタンパク質を含むのかについて試験するため、本発明者らは、エキソソームを分泌することが知られている培養単球を使用した。本発明者らは、エキソソームに一致する大きさが均一な集団を形成する形態的に一様の小胞を精製した(図9a〜b)。これらを、CD63(公知のエキソソームマーカー)において非常に濃縮した(図9a)。さらに、エキソソーム解放の放出に必要であるブレフェルジンA阻害グアニンヌクレオチド交換タンパク質2(BIG2)のRNAi(Islam,A.ら、The brefeldin A−inhibited guanine nucleotide−exchange protein,BIG2,regulates the constitutive release of TNFR1 exosome−like vesicles.J Biol Chem 282、9591〜9頁(2007)[54])は、小胞収率を約50%低下させた(図9c)。精製エキソソーム様材料は、全細胞溶解物中において非常により小さいが多少のAgo2を含有し、Ago2への結合によるmiRNA機能に必要であるGW182において非常に濃縮された(図9d)。透過化処理された精製小胞の免疫金標識および電子顕微鏡観察によって、このGW182濃縮がさらに確認された(図9e)。逆に、P−ボディ成分Dcp1aは、デキャッピング複合体中におけるDcp1aと相互作用するGe−1のように全細胞溶解物と比較して分泌小胞中においてわずかに検出可能だった(Yu,J.H.、Yang,W.H.、Gulick,T.、Bloch,K.D.およびBloch,D.B.Ge−1 is a central component of the mammalian cytoplasmic mRNA processing body.Rna11、1795〜802頁(2005)[55])(図9d)。同様の結果は、無血清培地中で培養した単球で(ウシ血清からの小胞の寄与を除外する)(図13a)、およびHela(図13b)およびエクスビボ由来樹状細胞(データ示さず)から第三者(S.Amigorenaおよび同僚、Institut Curie、Paris)により独立して精製されたエキソソームで得られた。
siRNA/miRNAまたはその阻害剤による動物または患者の治療の約12時間〜4日後に、siRNAまたはmiRNAが標的とする組織または細胞を排出する部位からの血清、上清または体液(例えば、前立腺または腎臓標的siRNA用尿試料)の採取の第一段階を実現する。
miRNA/siRNAを模倣するか、または阻害する分子を、本発明を使用するそれらの標的および標的外の効果についてスクリーニングすることができる。
Claims (20)
- 標的器官または標的細胞への/標的器官または標的細胞中のsiRNA、miRNAまたは関連分子の送達速度および/または効率を決定する方法であって、前記標的器官または標的細胞のエキソソームまたは小胞中の、前記siRNAおよび/またはmiRNA、ならびに/あるいは前記miRNAおよび/または前記siRNAが標的とするmRNAのレベルを測定することを含む方法。
- (i)好ましくは以前にsiRNAおよび/またはmiRNAで治療された患者の体液からエキソソームまたは小胞を単離するステップと、
(ii)前記エキソソーム中のsiRNAおよび/またはmiRNAおよび/または標的mRNAのレベルを測定するステップと、
(iii)場合により、前記レベルを対照と比較し、次いで、内在形態または治療薬形態のsiRNAおよび/またはmiRNAの送達速度および/または効率を決定するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記体液が、血液産物、尿、肺洗浄液および唾液、他の体液、または培養細胞の上清から選択される、請求項1または2のいずれか一項に記載の方法。
- siRNAおよび/またはmiRNAおよび/または標的mRNAのレベルの前記測定が、qRT−PCRにより、あるいはマイクロアレイまたは他のチップ上のハイブリダイゼーションにより、あるいはゲルもしくは膜上または溶液中でのハイブリダイゼーションにより実施される、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記対照が、治療された、治療されていない、または対照で治療された個体、動物または細胞のsiRNAおよび/またはmiRNAおよび/またはmRNAおよび/または他のRNAおよび/または小胞の定量を許容する他の分子、あるいはその成分である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ステップ(i)〜(iii)が、siRNAおよび/またはmiRNA治療の前および後、および最終的にはその間に実施される、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
- 標的器官または標的細胞へのsiRNAおよび/またはmiRNAの送達効率または活性を決定するための、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記siRNAおよび/またはmiRNAの送達効率または活性が、治療後のエキソソーム中のmiRNA、siRNAまたは標的mRNAのレベルの低下または変化によって認識される、請求項7に記載の方法。
- 全細胞のmRNAの含量を決定する前記ステップが、mRNAマイクロアレイ、miRNAもしくはsiRNAが標的とするmRNAまたは他のRNAもしくはDNAを同定する大規模方法、qRT−PCR、大規模多重遺伝子アプローチから選択される方法を用いて実施される、請求項7乃至8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記標的器官または標的細胞の膜画分中および全細胞中の、前記siRNAおよび/または前記miRNA、および/または前記miRNAおよび/または前記siRNAが標的とする前記mRNAのレベルを測定することを含む、請求項7乃至9のいずれか一項に記載の方法。
- エキソソーム、膜画分および全細胞の中におけるmi/siRNA標的mRNAの比を比較するステップを含む、請求項7乃至10のいずれか一項に記載の方法。
- miRNAまたはsiRNA治療薬の(1つまたは複数の)標的を同定するための、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。
- siRNAおよび/またはmiRNA治療薬または他の分子により行われる治療の効率を決定するための、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記治療が、RNA、小分子RNA、例えばmiRNA、siRNAおよびpiRNA、mRNAまたは非コードRNAの活性および/または細胞間移行を調節するための多胞体(MVB)の形成、相互作用または活性に関与するタンパク質、脂質、RNAまたは他の分子により実施される、請求項13に記載の方法。
- 前記タンパク質が、Alix、Hrs、vps36(液胞タンパク質選別会合タンパク質36)、EAP30(30kDAのELL会合タンパク質、SNF8)、EF1a(延長因子1a)およびBIG2、hps4(ヘルマンスキー−パドラック症候群4)、hps1(ヘルマンスキー−パドラック症候群1)、PRNP(プリオンタンパク質)、SCFユビキチンリガーゼ(Skp1−Cullin−F−ボックスタンパク質)、Surfeit−4、V0またはV1ATPアーゼ(V0またはV1アデノシン三リン酸分解酵素)、vps41、COGC4(保存されたオリゴマーゴルジ成分4)、ATG3(オートファジー関連タンパク質3)、ATG8、COG4、PI3K(ホスファチジルイノシトール3−キナーゼ)、NEDD4L(発生的に発現が下方制御された神経前駆細胞4様)、ARFGEF4(ADPリボシル化因子グアニンヌクレオチド交換因子4タンパク質)、CHML(コロイデレミア様)、RAB10(ras関連GTP結合タンパク質10)、RAB35、RALB(V−ralサル白血病ウイルス癌遺伝子相同体B)、RAPGEF6(Rapグアニンヌクレオチド交換因子6)、SCD(ステアロイルCoAデサチュラーゼ)、GIPC1(GIPC PDZドメイン含有ファミリー、メンバー1)、SCGB1D1(セクレトグロビン、ファミリー1D、メンバー1)、UBE2M(ユビキチン共役酵素E2M)、USP10(ユビキチン特異的プロテアーゼ10)、EEF2(真核生物翻訳伸長因子2)、LILRB1(白血球免疫グロブリン様受容体、サブファミリーB)、RAB36、RANBP2(Ran結合タンパク質2)、SFRP2(分泌性Frizzled関連タンパク質2)、SLC4A4(溶質キャリアファミリー4、重炭酸ナトリウム共輸送体、メンバー4)、SMPD3(スフィンゴミエリンホスホジエステラーゼ3)、スフィンゴミエリナーゼ、スフィンゴミエリンシンターゼ1、スフィンゴミエリンシンターゼ2、Epopamil結合タンパク質、usp22(ユビキチン特異的プロテアーゼ22)、trpc3(一過性受容器電位カチオンチャネル、サブファミリーC、メンバー3)、CLCN7(クロライドチャネル7)、CTSC(カテプシンC)、LAMR1(ラミニン受容体1)、RNF32(リングフィンガータンパク質32)、ERI3(増強されたRNAi−3)、HMGCR(3−ヒドロキシ−3−メチルグルタリルCoA還元酵素)、NPC1(ニーマン−ピック病、C1型)、SLC6A4(ナトリウム依存性セロトニントランスポータ、溶質キャリアファミリー6メンバー4)、FAU、THEA(ACOT11、アシル補酵素Aチオエステラーゼ11)、CKAP4、COG1−8タンパク質、vps1−45タンパク質、CHMPファミリータンパク質、選別ネキシン、rab5、7、9、38、Arf2、Arf6、GGA1−3、スフィンゴミエリンおよびステロール代謝遺伝子および薬物(例えば、GW4869、スフィンゴミエリンエステラーゼ)、MVBまたはエキソソーム内への選別のその関与に関連するコレステロールまたは脂質ラフト分割および代謝に影響を及ぼす薬物および遺伝子、特にNPC1、HMGCR、およびコレステロール低下薬のスタチンクラスから成る群から選択される、請求項14に記載の方法。
- 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法を含む、ヒト、腫瘍または胎児の遺伝子型を調べるため、および/またはその状態の特性を決定するための方法。
- 生物、細胞または植物におけるmiRNAまたは小分子RNAの活性をコントロールするための方法であって、
タンパク質、またはこのタンパク質の活性を修飾する化学物質、またはこのタンパク質を標的とするsiRNAもしくはmiRNAもしくはその関連分子を生物に投与することを含み、
このタンパク質が、Alix、Hrs、vps36(液胞タンパク質選別会合タンパク質36)、EAP30(30kDAのELL会合タンパク質、SNF8)、EF1a(延長因子1a)およびBIG2、hps4(ヘルマンスキー−パドラック症候群4)、hps1(ヘルマンスキー−パドラック症候群1)、PRNP(プリオンタンパク質)、SCFユビキチンリガーゼ(Skp1−Cullin−F−ボックスタンパク質)、Surfeit−4、V0またはV1ATPアーゼ(V0またはV1アデノシン三リン酸分解酵素)、vps41、COGC4(保存されたオリゴマーゴルジ成分4)、ATG3(オートファジー関連タンパク質3)、ATG8、COG4、PI3K(ホスファチジルイノシトール3−キナーゼ)、NEDD4L(発生的に発現が下方制御された神経前駆細胞4様)、ARFGEF4(ADPリボシル化因子グアニンヌクレオチド交換因子−4タンパク質)、CHML(コロイデレミア様)、RAB10(ras関連GTP結合タンパク質10)、RAB35、RALB(V−ralサル白血病ウイルス癌遺伝子相同体B)、RAPGEF6(Rapグアニンヌクレオチド交換因子6)、SCD(ステアロイルCoAデサチュラーゼ)、GIPC1(GIPC PDZドメイン含有ファミリー、メンバー1)、SCGB1D1(セクレトグロビン、ファミリー1D、メンバー1)、UBE2M(ユビキチン共役酵素E2M)、USP10(ユビキチン特異的プロテアーゼ10)、EEF2(真核生物翻訳伸長因子2)、LILRB1(白血球免疫グロブリン様受容体、サブファミリーB)、RAB36、RANBP2(Ran結合タンパク質2)、SFRP2(分泌性Frizzled関連タンパク質2)、SLC4A4(溶質キャリアファミリー4、重炭酸ナトリウム共輸送体、メンバー4)、SMPD3(スフィンゴミエリンホスホジエステラーゼ3)、スフィンゴミエリナーゼ、スフィンゴミエリンシンターゼ1、スフィンゴミエリンシンターゼ2、Epopamil結合タンパク質、usp22(ユビキチン特異的プロテアーゼ22)、trpc3(一過性受容器電位カチオンチャネル、サブファミリーC、メンバー3)、CLCN7(クロライドチャネル7)、CTSC(カテプシンC)、LAMR1(ラミニン受容体1)、RNF32(リングフィンガータンパク質32)、ERI3(増強されたRNAi−3)、HMGCR(3−ヒドロキシ−3−メチルグルタリルCoA還元酵素)、NPC1(ニーマン−ピック病、C1型)、SLC6A4(ナトリウム依存性セロトニントランスポータ、溶質キャリアファミリー6メンバー4)、FAU、THEA(ACOT11、アシル補酵素Aチオエステラーゼ11)、CKAP4、COG1−8タンパク質、vps1−45タンパク質、CHMPファミリータンパク質、選別ネキシン、rab5、7、9、38、Arf2、Arf6、GGA1−3、スフィンゴミエリンおよびステロール代謝遺伝子および薬物(例えば、GW4869、スフィンゴミエリンエステラーゼ)、MVBまたはエキソソーム内への選別のその関与に関連するコレステロールまたは脂質ラフト分割および代謝に影響を及ぼす薬物および遺伝子、特にNPC1、HMGCR、およびコレステロール低下薬のスタチンクラスから選択される、方法。 - 診断または治療のための候補分子のスクリーニングのための、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法の用途。
- 前記候補分子が、RNA、小分子RNA、例えばmiRNA、siRNAおよびpiRNA、mRNAまたは非コードRNAの活性および/または細胞間移行を調節するための、多胞体(MVB)の形成に関与するタンパク質または脂質から選択される、請求項18に記載の用途。
- (a)体液からエキソソームまたは小胞を単離するための手段と、
(b)前記エキソソーム中のsiRNAおよび/またはmiRNAおよび/または標的mRNAのレベルを測定するための手段と
を含むキット。
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