JP2012513591A - 敗血症の検出のための方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、敗血症及びこの重症度の診断、検出、又は、予後のための方法に関する。より具体的には、この方法は、敗血症のためのマーカーとして、敗血症を有している、あるいは、有している疑いのある個体の血小板中のグランザイムBの存在、又は、量を用いる。(バックグラウンドレベルを超えた)グランザイムBの存在は、敗血症の存在を示し、また、グランザイムBの量は、この病気の重症度と直接的に相関する(濃度がより高いほど、この病気がより重篤である)。
【選択図】 図2
【選択図】 図2
Description
本願は、2008年12月22日出願の米国仮特許出願第61/139,936号に対する優先権を主張するものであり、これは、参照により本明細書に盛り込まれる。
本発明は、敗血症及びこの重症度の診断、検出、又は、予後のための方法に関する。より具体的には、本発明は、敗血症のためのマーカーとして、血小板中のグランザイムBの存在、及び、量を用いる。
抗生物質、救命医療、及び、器官サポートモダリティにおける、数十年間の価値ある進歩にもかかわらず(ホッチキスら(Hotchkiss et al.),N Engl J Med,348:138−150,2003、及び、ラッセル(Russell),N Engl J Med 355:1699−1713,2006)、敗血症による死亡率は、約40%と概ね変わらなかった(アンガスら(Angus et al.),Crit Care Med 29:1303−1310,2001)。事実、敗血症は、米国において毎年215,000人の死亡原因である。これは、急性心筋梗塞による死亡率と類似しており(アンガスら(Angus et al.),2001)、これを10番目の主要な死亡原因にしている(コチャネックら(Kochanek et al.),Natl Vital Stat Rep52:1−47,2004)。最近のパラダイムシフトは、敗血症関連の死亡が、深刻なリンパ球アポトーシスに付随して起こる免疫不全に一部起因することを示す(ホッチキスら(Hotchkiss et al.),Nat Rev Immunol 6:813−822,2006)。実際、このアポトーシスは、進行性の敗血症、及び、多臓器機能不全の診断上の特徴と考えられる。しかしながら、アポトーシスの病因は不明である。
敗血症は、感染症によって引き起こされた全身の炎症性の状態によって特徴づけられる。全身性の炎症では、敗血症の場合で見られるように、炎症特異反応カスケードが、無制御な方法で全身に広がり、過度の免疫反応を背景に生死にかかわるようになる。敗血症のための最新の定義は、レヴィーら(Levy et al.)(Critical Care Medicine 31(4):1250−1256,2003)が発表した。
炎症過程は、多くの物質(これらは、主にタンパク質性、あるいは、ペプチド性である)によって制御される、もしくは、一定の生体分子の発生を伴う。炎症反応に関与する内因性の物質は、特に、サイトカイン、メディエータ、血管刺激物質、急性期タンパク質、及び/又は、ホルモン調整物質を含む。炎症反応は、炎症過程を活性化する内因性の物質(例えば、TNF−α)、及び、非活性化する物質(例えば、インターロイキン10)の両方を含む複雑な生理的反応である。内因性の炎症特異的物質の個々のグループの発生、及び、可能性のある役割についての現在の知識は、例えば、ベイスハイゼンら(Beishuizen et al.)(Advances in Clinical Chemistry 33:55−131,1999)、及び、ギャベイら(Gabay et al.)(The New England Journal of Medicine 340(6):448−454,1999,448−454)中に開示される。最近の文献は、敗血症関連の免疫不全が、深刻なリンパ球アポトーシスの原因であることを示す(ホッチキスら(Hotchkiss et al.) 2003、ラッセル(Russell) 2006、ホッチキスら(Hotchkiss et al.),Scand J Infect Dis.35(9):585−592,2003、グローズドンクら(Groesdonk et al.),J Immunol. 179(12):8083−8089,2007、ホッチキスら(Hotchkiss et al.),J Immunol. 174(8):5110−5118,2005、及び、ウェッシュら(Wesche et al.),J Leukoc Biol. 78(2):325−37,2005)。また、脾臓、肺、及び、腸のような他の末端器官において、アポトーシスがよく見られる(クラウサーら(Crouser et al.),Am. J. Respir. Crit. Care Med. 161(5):1705−1712,2000)。実際、このアポトーシスは、進行性の敗血症の診断上の特徴と考えられる。
診断目的のためには、炎症過程に関連する内因性の物質の複雑なカスケードにおいて、この役割を知る必要がない、各バイオマーカーと疾患との信頼できる相関関係が、最重要である。ボュオン(Bohuon)の米国特許第5,639,617号は、敗血症のマーカーとして、ペプチドであるプロカルシトニンを開示する。ベルクマンら(Bergmann et al.)の米国特許第6,756,483号は、炎症過程そして敗血症に積極的に関与する形態として、完全プロカルシトニンペプチドのアミノ酸3−116を含む、短くされたプロカルシトニンを開示する。
敗血症のための他のマーカーは、カルバモイルリン酸シンターゼ1(CPS1)又はそのN末端フラグメント(米国特許第7,413,850号)と、CD25、CD11c、CD33、及び、CD66bの白血球(米国特許第5,830,679号)と、3−クロロチロシン又は3−ブロモチロシン(米国特許第6,939,716号)と、そして、C5aR(米国特許第7,455,837号)とを含む。
敗血症、あるいは、敗血症疑いのある多くの患者が、24〜48時間の期間にわたる急速な衰えを示す。従って、診断、及び、治療送達の迅速な方法が、効果的な患者のケアにとって不可欠である。敗血症と診断し、かつ、治療することができる薬剤の必要性が依然としてあることは疑いもない。
敗血症の研究は、脾臓、及び、他の末端器官における血小板の蓄積を実証している(シバザキら(Shibazaki et al.),Infect Immun 64:5290−5294,1996、及び、ドレークら(Drake et al.),Am J Pathol 142:1458−1470,1993)。さらに、活性化された血小板に由来する微粒子には、血管内皮(アゼヴェードら(Azevedo et al.),Endocr Metab Immune Disord Drug Targets 6:159−164,2006、ガンビンら(Gambim et al.),Crit Care 11:R107,2007、及び、ヤニシェフスキーら(Janiszewski et al.),Crit Care Med 32:818−825,2004)、及び、平滑筋(ヤニシェフスキーら(Janiszewski et al.),2004)への細胞傷害活性を有する。しかしながら、血小板は無核で、骨髄に存在する巨核球によって与えられた細胞質成分のみを有し、デノボ遺伝子転写をする能力がない。従って、これらの従来の研究は、血小板機能の変化が転写後のレベルであると仮定した。血小板は、確かにmRNAの蓄積を含む。また、多くの研究は、mRNAプロファイリングを用いて、ヒト血小板のトランスクリプトームを報告している(ラグハバチャリら(Raghavachari et al.),Circulation 115:1551−1562,2007、ディットリッヒら(Dittrich et al.),Thromb Haemost 95:643−651, 2006、ヒルマンら(Hillmann et al.),J Thromb Haemost 4:349−356,2006、及び、アウエハントら(Ouwehand et al.),J Thromb Haemost 5 Suppl 1:188−195,2007)。また、血小板が、外部刺激に応じて、これらのトランスクリプトームの翻訳を調節することも確立されている(ウェイリッチら(Weyrich et al.),Blood 109:1975−1983,2007、ウェイリッチら(Weyrich et al.),Proceedings of the National Academy of Sciences 95:5556−5561,1998、及び、ジマーマンら(Zimmerman et al.),Arterioscler Thromb Vasc Biol 28:s17−24,2008)。しかしながら、実験的敗血症、又は、臨床的敗血症のような、全身性の刺激の機能に応じて、血小板のmRNAプールで急激な変化を示す研究はない。
ゲノム規模でのmRNA分析を通じて、本発明者は、グランザイムBが敗血症を有する対象の血小板において上方制御され、また、血小板中のグランザイムBの量が、直接敗血症の重症度に対応することを発見した。従って、本出願は、敗血症の診断、検出、又は、予後のための方法に関する。これは、先行技術の試験より高感度で、かつ、より信頼性がある。
本発明は、敗血症の進行を検出、診断、又は、モニターする方法を提供する。この方法は、敗血症を有している、あるいは、有している疑いのある個体の血小板中のグランザイムBの存在、又は、量を決定することを含む。(バックグラウンドレベルを超えた)グランザイムBの存在は、敗血症の存在を示し、また、グランザイムBの量は、この病気の重症度と直接的に相関する(濃度がより高いほど、この病気がより重篤である)。
本発明は、敗血症を有している個体の治療をモニターする方法をさらに提供する。この方法は、敗血症で苦しむ個体に薬剤組成物を投与すること、及び、この個体の血小板中のグランザイムBの存在、又は、量を決定することを含む。グランザイムBの量が治療に渡って減少する場合、この治療は、良好であると考えられる。しかしながら、治療は、グランザイムBの量がバックグラウンドレベルまで減少する、又は、不検出になるまで、継続するべきである。
本発明は、敗血症の発症又は進行を調整することができる薬剤のためのスクリーニング方法をさらに提供する。この方法は、敗血症で苦しむ個体をこの薬剤に曝露すること、及び、この個体の血小板中のグランザイムBの存在、又は、量を決定することを含む。この薬剤は、薬剤の投与の際、グランザイムBの量が治療に渡って減少する、もしくは、バックグラウンドレベルにまで低下すれば、敗血症の発症又は進行を調整する能力があると考えられる。
本発明の実施形態において、グランザイムBの量は、免疫測定法、核酸分析(好ましくはmRNA)、又は、基質分解を用いて、血小板中のグランザイムB遺伝子産物を検出するによって決定される。本明細書で列挙されるような遺伝子産物は、核酸(DNA又はRNA)、及び/もしくは、タンパク質であり得る。DNA及びRNAの場合では、例えば、オリゴヌクレオチドプローブとのハイブリダイゼーションを通じて、検出できる。タンパク質の場合には、例えば、特異的結合反応(例えば、免疫測定法)、及び、基質分解のような様々なタンパク質相互作用を通じて、検出できる。
グランザイムBの決定用の試料は、個体から血液を採取することにより得ることができる。一実施形態において、血液試料中の血小板を溶解し、血小板から放出されたグランザイムBを分析することができる。あるいは、例えば、グランザイムBを標的とする免疫染色を用いて血小板を染色し、例えば、この技術分野において公知である血球計算法技術を用いて、染色した細胞を観察することができる。別の実施形態において、グランザイムBは、試料から直接検出することができる。
本発明の血清試験は、単独で、もしくは、本発明の背景技術において先に開示されたマーカーのような、この技術分野において公知の他の診断法と連動して用いることができる。
多くの生物学的機能が、転写制御を通じて(例えば、開始の制御、RNA前駆体の提供、RNAプロセシング等を通じて)、及び/又は、翻訳制御を通じて、様々な遺伝子の発現を改変することにより達成される。例えば、細胞周期、細胞分化、及び、細胞死のような基本的な生物学的プロセスは、多くの場合、個々の遺伝子の発現レベル、又は、一群の遺伝子の発現レベルの変動が特徴である。
遺伝子発現における変化は、病因にも関連付けられる。例えば、機能性腫瘍抑圧遺伝子の十分な発現の欠如、及び/又は、癌遺伝子/癌原遺伝子の過発現は、細胞の腫瘍化、又は、過形成の増殖に導くことができた(マーシャル(Marshall) (1991) Cell 64:313−326、ヴァイルベルク(Weirlberg) (1991),Science 254:1138−1146)。従って、個別の遺伝子、又は、グループの遺伝子(例えば、癌遺伝子、又は、腫瘍抑制因子)の発現レベルの変化は、さまざまな疾患の存在及び進行のための指標として役立つ。
また、遺伝子発現の変化をモニタリングすることで、薬物スクリーニングの開発中に一定の利点を提供し得る。多くの場合、薬物は、これらの薬物が細胞に対して有するに他の効果に関係なく、主要な標的と相互作用する能力に対してスクリーニング、もしくは、プレスクリーニングされる。多くの場合、このような他の効果は、全身動物中の毒性を引き起こし、これが、可能性のある薬物の開発及び使用を妨げる。
本発明者は、敗血症に関連付けられるマーカーとして、血小板中のグランザイムBを同定している。また、血小板中のグランザイムBの変化は、疾患状態、疾患進行、薬物毒性、薬物効果、及び、薬物代謝をモニターするために用いることができるマーカーと同様に、診断上の使用のための有用なマーカーを提供することができる。具体的には、本発明者は、血小板中のグランザイムBの上方制御、及び、敗血症の存在の間の直接の相関を発見した。存在するグランザイムBの量は、敗血症の重症度と直接相関する。
診断法としての血小板中のグランザイムBの使用
本明細書で記述されるように、血小板中のグランザイムBは、敗血症の検出、診断、又は、予後のための診断上のマーカーとして用いることができる。例えば、患者からの試料は、本明細書に記載された方法のうち任意の方法によって、又は、当業者に知られる他の方法によって、分析されてもよい。また、血小板中のグランザイムBの発現レベルは、正常な血小板(敗血症を有しない個体の血小板)において発見された発現レベルと、もしくは、グランザイムBのバックグラウンドレベルと、比較されてもよい。正常な個体、又は、病気の個体の血清からの発現レベルに実質上似ている血小板中のグランザイムBの発現レベルは、例えば、疾患診断、及び/又は、予後を助けるために用いられてもよい。血小板中のグランザイムBのレベルの比較は、研究者又は診断医によって行われてもよく、また、コンピュータ及びデータベースを活用して行われてもよい。
本明細書で記述されるように、血小板中のグランザイムBは、敗血症の検出、診断、又は、予後のための診断上のマーカーとして用いることができる。例えば、患者からの試料は、本明細書に記載された方法のうち任意の方法によって、又は、当業者に知られる他の方法によって、分析されてもよい。また、血小板中のグランザイムBの発現レベルは、正常な血小板(敗血症を有しない個体の血小板)において発見された発現レベルと、もしくは、グランザイムBのバックグラウンドレベルと、比較されてもよい。正常な個体、又は、病気の個体の血清からの発現レベルに実質上似ている血小板中のグランザイムBの発現レベルは、例えば、疾患診断、及び/又は、予後を助けるために用いられてもよい。血小板中のグランザイムBのレベルの比較は、研究者又は診断医によって行われてもよく、また、コンピュータ及びデータベースを活用して行われてもよい。
一般的に、血小板中のグランザイムBのバックグラウンド量は検出できない。それ故、好ましくは、少しでもグランザイムBレベルが検出できれば常に、敗血症の存在が指摘される。しかしながら、用いられるアッセイに応じて、診断を適切に行なうために、バックグラウンドのグランザイムBレベルを決定することは重要である。一般的に、血小板の約40%以上がグランザイムBを発現する場合に、重症の敗血症が指摘される。血小板の約20〜40%がグランザイムBを発現する場合に、中程度の敗血症が存在する。
薬物スクリーニングのための血小板中のグランザイムBの使用
本発明によれば、敗血性の患者の治療に対する候補薬物又は候補薬剤の効果を評価するために、血小板中のグランザイムBのレベルをマーカーとして用いることができる。
本発明によれば、敗血性の患者の治療に対する候補薬物又は候補薬剤の効果を評価するために、血小板中のグランザイムBのレベルをマーカーとして用いることができる。
薬物候補を用いて敗血症で苦しむ患者を治療し、この疾患の進行を経時的にモニターする。この方法は、患者を薬剤で治療すること、この患者からの試料周期的に得ること、これらの試料から血小板中のグランザイムBのレベル、又は、量を決定すること、経時的にグランザイムBのレベルを比較して、敗血症の進行に対するこの薬剤の効果を決定することを含む。
本発明の候補薬物又は候補薬剤は、炭水化物だけでなく、ペプチド、小分子、ビタミン誘導体であり得るが、これらに限定されない。陰性の主要タンパク質、これらのタンパク質をコード化するDNA、これらのタンパク質の抗体、これらのタンパク質のペプチドフラグメント、又は、これらのタンパク質の模倣体を、機能に影響を与えるために患者へ導入してもよい。本明細書で用いられるような「模倣体」は、化学的に親ペプチドと異なるが、組織分布的に、及び、機能的に親ペプチドと類似する構造を提供するための、ペプチド分子の1つの領域、又は、いくつかの領域の変更を表す(グラント(Grant) (1995),in Molecular Biology and Biotechnology,マイヤーズ編(Meyers (editor) VCH Publishersを参照)。当業者は、本発明の候補薬物又は候補薬剤の構造的な性質に関して、限定がないことを容易に認識することができる。
疾患進行をモニターするための血小板中のグランザイムBの使用
また、上述のように、疾患進行(例えば、敗血症の発生)のモニタリングのために、血小板中のグランザイムBの発現をマーカーとして用いることができる。例えば、患者からの試料は、本明細書で記述された任意の方法で分析してもよく、また、血小板中のグランザイムBの発現レベルを、感染していない個体で発見された発現レベルと比較してもよい。この疾患の進行を追跡するため、血小板中のグランザイムBのレベルを経時的にモニターすることができる。本方法は、疾患進行をモニターするのに特に有用である。なぜなら、血小板中のグランザイムBの発現が、この疾患の重症度に比例するためである。グランザイムBの発現レベルの比較は、研究者又は診断医によって行われてもよく、また、コンピュータ及びデータベースを活用して行われてもよい。
また、上述のように、疾患進行(例えば、敗血症の発生)のモニタリングのために、血小板中のグランザイムBの発現をマーカーとして用いることができる。例えば、患者からの試料は、本明細書で記述された任意の方法で分析してもよく、また、血小板中のグランザイムBの発現レベルを、感染していない個体で発見された発現レベルと比較してもよい。この疾患の進行を追跡するため、血小板中のグランザイムBのレベルを経時的にモニターすることができる。本方法は、疾患進行をモニターするのに特に有用である。なぜなら、血小板中のグランザイムBの発現が、この疾患の重症度に比例するためである。グランザイムBの発現レベルの比較は、研究者又は診断医によって行われてもよく、また、コンピュータ及びデータベースを活用して行われてもよい。
アッセイフォーマット
血小板中のグランザイムBの上方制御は、メッセンジャーリボ核酸(mRNA、メッセンジャーRNA)及びタンパク質の両レベルにおいて一目瞭然である。血小板中のグランザイムBは、mRNAレベルによって、もしくは、タンパク質レベルの生化学的測定値によってのいずれかで決定されるが、これは、敗血症に関連付けられることが分かっている。
血小板中のグランザイムBの上方制御は、メッセンジャーリボ核酸(mRNA、メッセンジャーRNA)及びタンパク質の両レベルにおいて一目瞭然である。血小板中のグランザイムBは、mRNAレベルによって、もしくは、タンパク質レベルの生化学的測定値によってのいずれかで決定されるが、これは、敗血症に関連付けられることが分かっている。
本発明の一実施形態において、グランザイムBのレベルは、免疫測定法によって検出される。一般的に、免疫測定法は、グランザイムB、及び、anti−グランザイムB抗体の結合を伴う。結合の存在、及び、量は、試料中に存在するグランザイムBの存在、及び、量を示す。免疫測定法の例は、ELISA、放射免疫検定、免疫ブロット法、及び、免疫染色(これらは、この技術分野において周知である)を含むが、これらに制限されない。この抗体は、ポリクローナル又はモノクローナルであり得る。また、好ましくは、容易な検出のために標識化される。この標識は、ビオチン、蛍光性の分子、放射性の分子、色素形成基質、化学発光、及び、酵素であり得るが、これらに制限されない。
一実施形態において、ELISAは、固定されたモノクローナルanti−グランザイムB抗体によりグランザイムBを捕捉し、その後、ビオチン化されたポリクローナルanti−グランザイムB抗体を用いて検出することに基づくが、これは、血清グランザイムBを検出するために用いられる。このシステムでは、マルチウェルプレートのウェルを、モノクローナル抗体でコーティングし、例えば、ミルク又はアルブミンでブロックする。その後、試料をウェルに加え、モノクローナル抗体によりグランザイムBを捕捉するために培養する。その後、プレートはポリクローナル抗体、及び、ストレプトアビジンアルカリホスファターゼの共役体を用いて検出されてもよい。
別の実施形態において、グランザイムBのレベルは、血清中の核酸レベル、好ましくは、グランザイムBのmRNAを測定することにより検出することができる。これは、グランザイムBのmRNAに対して特異的なオリゴヌクレオチドプローブを有する試料中において、好ましくは厳しい条件で、核酸をハイブリダイズすることにより達成される。本発明の方法、及び、アッセイにおいて用いられる核酸試料は、任意の利用可能な方法又はプロセスによって用意されていてもよい。また、全RNAを分離する方法は、この技術分野における知識を有する者に周知である。例えば、核酸の分離方法、及び、精製方法は、以下の第3章に詳細に記載されている。Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology:Hybridization With Nucleic Acid Probes,Part I−Theory and Nucleic Acid Preparation,ティッセン(Tijssen),(1993) 編者(editor) Elsevier Press。このような試料は、RNA試料を含むだけでなく、興味のある細胞又は組織から分離されたmRNA試料から合成されたcDNA(相補的DNA)を含む。また、このような試料は、cDNAから増幅されたDNA、及び、増幅されたDNAから転写されたRNAを含む。この技術分野における知識を有する者であれば、ホモジネートを用い得る前に、ホモジネート中に存在するRNase(リボヌクレアーゼ)を阻害、又は、破壊することが望ましいことを認識するだろう。
核酸ハイブリダイゼーションは、プローブ及び標的の核酸と接触することを単純に伴う。この状態の下で、このプローブ、及び、この相補の標的は、相補的塩基対を通じて安定したハイブリッド二本鎖を形成することができる(ロックハートら(Lockhart et al.)の米国特許第6,333,155号、これは参照により本明細書に盛り込まれる)。核酸ハイブリダイゼーションの方法は、この技術分野において周知である。好ましい実施形態において、このプローブは、ビーズ、マイクロアレイ、又は、遺伝子チップのような固体担体上に固定される。
このハイブリダイズされた核酸は、試料である核酸、又は、プローブに付着した1又は複数の標識の検出することにより通常は検出する。この標識は、この技術分野における知識を有する者に周知の多くの任意の方法によって組込まれでもよい(ロックハートら(Lockhart et al.)の米国特許第6,333,155号、これは参照により本明細書に盛り込まれる)。一般的に使用される標識は、ビオチン、蛍光性の分子、放射性の分子、色素形成基質、化学発光の標識、酵素、及び、同種のものを含むが、これらに制限されない。核酸をビオチン化する方法は、蛍光性の分子及び放射性の分子をオリゴヌクレオチド及びヌクレオチドへ導入する方法と同様にこの技術分野において周知である。
抗体プローブ及び核酸プローブは、具体的には本明細書で開示されるが、グランザイムBのタンパク質、又は、mRNAを特異的に結合する任意の分子は、抗体プローブ又は核酸プローブのものと同様の方法でグランザイムB上方制御を検出するために用いることができる。特異的結合反応は、例えば、WO 第2008/021055号、米国特許第7,321,829号、米国特許第7,267,992号、米国特許第7,214,346号、米国特許第7,138,232号、米国特許第7,153,681号、米国特許第7,026,002号、米国特許第6,891,057号、米国特許第6,589,798号、米国特許第5,939,021号、米国特許第5,723,345号、及び、米国特許第5,710,006号に教示され、これらは、参照により本明細書に盛り込まれる。
特異的結合反応のための検出方法、特に免疫測定法及び核酸アッセイのための検出方法は、蛍光性の標識、放射性の標識、化学発光の標識、色原体の標識、その他、一般的に用いられる標識と同様に周知である。簡潔に言えば、蛍光性の標識は、これらの吸収波長、及び、蛍光放出波長、並びに、強度によって、最も直接的に同定、かつ、定量することができる。適切な波長の光源を用いる顕微鏡/カメラの設定は、蛍光性の標識を検出するための便利な方法である。放射性の標識は、標準的なオートラジオグラフィ、リン光体画像解析、又は、CCD検出器によって、視覚化されてもよい。他の検出システムが利用可能で、かつ、この技術分野において公知である。
別の実施形態において、グランザイムBは酵素であるため、この検出は、基質分解を通じて達成できる。この実施形態において、試料は、グランザイムBの基質に接触するようにする。基質の分解を測定して、グランザイムBのレベルを間接的に得る。この場合、分解速度が高ければ高いほど、存在するグランザイムBのレベルも高い。グランザイムBのための基質は、例えば、OncoImmunin,Inc.(ゲーサーズバーグ、メリーランド州)、CalBiochem(サンディエゴ、カリフォルニア州)、及び、A.G.Scientific,Inc.(サンディエゴ、カリフォルニア州)を通じて、市販で入手可能である。グランザイムBのための基質、及び、これらの方法は、例えば、以下で開示される。ケップリンガーら(Koeplinger, et al.),Protein Exp. Purif. 18:378,2000、カラハシら(Karahashi et al.),Biol. Pharm. Bull. 23:140,2000、ハリスら(Harris, et al.),J. Biol. Chem. 273:27364,1998、ソーンベリーら(Thornberry et al.),J. Biol. Chem. 272:17907,1997、ハリスら(Harris et al.),J. Biol. Chem. 273:27364,1998、及び、ソーンベリーら(Thornberry et al.),J. Biol. Chem. 272:17907,1997。これらは参照により本明細書に盛り込まれる。これらの基質、又は、その酵素の産物は、蛍光分析で、又は、比色分析で検出することができる。
さらなる記述がなくとも、この技術分野における通常の知識を有する者であれば、先の記述、及び、以下に説明する実施例を用いることで、本発明の化合物を製造及び利用し、また、クレームされた方法を実施することができると考えられる。以下の実施例は本発明を説明するために挙げられる。本発明がこの実施例に記載された具体的な条件、又は、詳細に制限されるものではないことが理解されるべきである。
方法
動物
マウスは、Jackson Laboratories(バーハーバー,メイン州,USA)から購入し、通常の動物施設において飼育、繁殖させた。すべての実験は、我々の動物実験委員会(Institutional Animal Care and Use Committee)によって承認された。以前に述べられたように(ウィチターマンら(Wichterman et al.),J Surg Res 29:189−201,1980)、盲腸の結紮及び穿刺は、8〜12週の老年雄マウスにおいて、時間=0時間で行なわれた。簡潔に言えば、自然換気でのイソフルラン麻酔の下で、長さ1cmの中線腹部切開を通じて盲腸を摘出して、4−0の絹糸(Ethicon,コーニーリア,ジョージア州,USA)で緩く結紮し、18のゲージ針で近接して2度穿刺した。腹において糞便物質を絞り出した。また、腸は、元の場所へ戻した。この切開は4−0のナイロン縫合糸で閉鎖した。マウスは、4ml/体重100gの皮下の生理食塩水で蘇生させた。
動物
マウスは、Jackson Laboratories(バーハーバー,メイン州,USA)から購入し、通常の動物施設において飼育、繁殖させた。すべての実験は、我々の動物実験委員会(Institutional Animal Care and Use Committee)によって承認された。以前に述べられたように(ウィチターマンら(Wichterman et al.),J Surg Res 29:189−201,1980)、盲腸の結紮及び穿刺は、8〜12週の老年雄マウスにおいて、時間=0時間で行なわれた。簡潔に言えば、自然換気でのイソフルラン麻酔の下で、長さ1cmの中線腹部切開を通じて盲腸を摘出して、4−0の絹糸(Ethicon,コーニーリア,ジョージア州,USA)で緩く結紮し、18のゲージ針で近接して2度穿刺した。腹において糞便物質を絞り出した。また、腸は、元の場所へ戻した。この切開は4−0のナイロン縫合糸で閉鎖した。マウスは、4ml/体重100gの皮下の生理食塩水で蘇生させた。
血小板分離
心内血液は、クエン酸ナトリウム(Becton−Dickinson,フランクリンレイクス,ニュージャージー州,USA)中へ直接引き込み、直ちに、25℃、770rpmで10分間、遠心分離機にかけた。血小板は、Ficoll−Paque(商標) Plus(GE Healthcare Bio−Sciences Corporation,ピスカタウェイ,ニュージャージー州,USA)を通じて、単一の高速遠心分離によって、多血小板血漿から分離した。血小板分離物の塗抹標本の顕微鏡検査は、>90%の血小板純度を示した。mRNA研究を意図した血小板は、Trizol(登録商標)(Invitrogen,カールスバード,カリフォルニア州,USA)中に直ちに播種した。機能的な研究を意図した血小板は、フォルマールら(Vollmar et al.)(Microcirculation 10:143−152,2003)が記載したように、無関係のタンパク質を除去するために、10mLのセファロース2Bゲルカラムを通してろ過した。血小板濃度は、手動の血球計を用いて測定した。また、PBSで希釈することにより試料間の濃度を均等にした。
心内血液は、クエン酸ナトリウム(Becton−Dickinson,フランクリンレイクス,ニュージャージー州,USA)中へ直接引き込み、直ちに、25℃、770rpmで10分間、遠心分離機にかけた。血小板は、Ficoll−Paque(商標) Plus(GE Healthcare Bio−Sciences Corporation,ピスカタウェイ,ニュージャージー州,USA)を通じて、単一の高速遠心分離によって、多血小板血漿から分離した。血小板分離物の塗抹標本の顕微鏡検査は、>90%の血小板純度を示した。mRNA研究を意図した血小板は、Trizol(登録商標)(Invitrogen,カールスバード,カリフォルニア州,USA)中に直ちに播種した。機能的な研究を意図した血小板は、フォルマールら(Vollmar et al.)(Microcirculation 10:143−152,2003)が記載したように、無関係のタンパク質を除去するために、10mLのセファロース2Bゲルカラムを通してろ過した。血小板濃度は、手動の血球計を用いて測定した。また、PBSで希釈することにより試料間の濃度を均等にした。
巨核球分離
マウス巨核球は、Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium(IMDM)で洗い流すことにより、マウスの脛骨及び大腿骨から分離した。結果として生じる骨髄の懸濁液を処理し、メーカーのプロトコルに従い、正の選択のためにビオチンで標識化したanti−CD42d抗体を用いて、StemSep(登録商標)磁性重力カラム(StemCell Technologies,バンクーバー,ブリティッシュコロンビア州,カナダ)に通した。純度は、Wright’s stain(Sigma−Aldrich,セントルイス,ミズーリ州,USA)を用いて光顕微鏡検査で確認した。血小板の際に記述したように、mRNAを分離した。
マウス巨核球は、Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium(IMDM)で洗い流すことにより、マウスの脛骨及び大腿骨から分離した。結果として生じる骨髄の懸濁液を処理し、メーカーのプロトコルに従い、正の選択のためにビオチンで標識化したanti−CD42d抗体を用いて、StemSep(登録商標)磁性重力カラム(StemCell Technologies,バンクーバー,ブリティッシュコロンビア州,カナダ)に通した。純度は、Wright’s stain(Sigma−Aldrich,セントルイス,ミズーリ州,USA)を用いて光顕微鏡検査で確認した。血小板の際に記述したように、mRNAを分離した。
脾臓摘出
健康な対照の脾臓を除去して、40μmのメッシュの細胞ストレーナを通して、直ちにすりつぶした。脾細胞は遠心分離機にかけ、洗浄して、Ficoll−Paque(商標) Plus(GE Healthcare Bio−Sciences)を通して相にした。CD4+細胞は、メーカーのプロトコルに従って、StemSep(登録商標)の磁性重力カラム(StemCell)を用いて分離した。
健康な対照の脾臓を除去して、40μmのメッシュの細胞ストレーナを通して、直ちにすりつぶした。脾細胞は遠心分離機にかけ、洗浄して、Ficoll−Paque(商標) Plus(GE Healthcare Bio−Sciences)を通して相にした。CD4+細胞は、メーカーのプロトコルに従って、StemSep(登録商標)の磁性重力カラム(StemCell)を用いて分離した。
発現プロファイリング
発現量は、dChip差分モデル・プローブセット・アルゴリズム(http://biosun1.harvard.edu/complab/dchip/)、及び、Probe Logarithmic Intensity Error Estimation(PLIER)(Affymetrix,サンタクララ,カリフォルニア州)アルゴリズムを用いて計算した。dChip及びPLIERの信号は、Hierarchical Clustering Explorer(HCE)(ソら(Seo et al.),Bioinformatics 20:2534−2544,2004)へ取り込んだ。また、プロファイルの適切なグループ化のため、結果として生じる監視なしクラスタを視覚的に検討した。最も適切なプロファイルのグループ化を有するアルゴリズムからの信号を、各種(すなわち、マウス=dChip、ヒト=PLIER)の範囲内で、その後の分析のために用いて、GeneSpring GX(Agilent Technologies、サンタクララ,カリフォルニア州,USA)へ取り込んだ。マウスのデータセット(NCBI GEO Record #GSE10343)、及び、ヒトのデータセット(NCBI GEO Record #GSE 10361)を、各チップ内で50パーセンタイルに標準化し、また、チップを制御するために1遺伝子ごとに標準化した。one−way ANOVA(一元配置分散分析)(p≦0.001)は、multiple testing correctionsではなく、cross−gene error modelを用いて、特異的に発現したプローブセットのリストを経時的に生成した。
発現量は、dChip差分モデル・プローブセット・アルゴリズム(http://biosun1.harvard.edu/complab/dchip/)、及び、Probe Logarithmic Intensity Error Estimation(PLIER)(Affymetrix,サンタクララ,カリフォルニア州)アルゴリズムを用いて計算した。dChip及びPLIERの信号は、Hierarchical Clustering Explorer(HCE)(ソら(Seo et al.),Bioinformatics 20:2534−2544,2004)へ取り込んだ。また、プロファイルの適切なグループ化のため、結果として生じる監視なしクラスタを視覚的に検討した。最も適切なプロファイルのグループ化を有するアルゴリズムからの信号を、各種(すなわち、マウス=dChip、ヒト=PLIER)の範囲内で、その後の分析のために用いて、GeneSpring GX(Agilent Technologies、サンタクララ,カリフォルニア州,USA)へ取り込んだ。マウスのデータセット(NCBI GEO Record #GSE10343)、及び、ヒトのデータセット(NCBI GEO Record #GSE 10361)を、各チップ内で50パーセンタイルに標準化し、また、チップを制御するために1遺伝子ごとに標準化した。one−way ANOVA(一元配置分散分析)(p≦0.001)は、multiple testing correctionsではなく、cross−gene error modelを用いて、特異的に発現したプローブセットのリストを経時的に生成した。
qRT−PCR
cDNAは、メーカーのプロトコルによってSuperScript(商標) III First−Strand Synthesis System(Invitrogen)を用いて合成した。DNAプライマー(Invitrogen)は、既知の遺伝子配列に従って以下のように設計した。グランザイムA(順方向)5’−GAA CCA CTG CTA CTC GGC ATC TGG [FAM]TC−3’、グランザイムA(逆方向)5’−CAG AAA TGT GGC TAT CCT TCA CC−3’、グランザイムB(順方向)5’−GAC GAT CCT GCT CTG ATT ACC CAT CG[FAM]C−3、グランザイムB(逆方向)5’−TCA GAT CCT GCC ACC TGT CCT A−3’。GAPDHを含有したウェルは、陽性対照として役立ち、また、ポリメラーゼなしのウェルは、陰性対照として役立った。反応は、ABI PRISM(登録商標) 7900HT PCR装置(Applied Biosystems,フォスターシティー,カリフォルニア州,USA)を用いて行った。また、Sequence Detection System 2.2 Software(Applied Biosystems)を用いて計算した。発現量は、試料のGAPDHのmRNA発現に対して標準化された。
cDNAは、メーカーのプロトコルによってSuperScript(商標) III First−Strand Synthesis System(Invitrogen)を用いて合成した。DNAプライマー(Invitrogen)は、既知の遺伝子配列に従って以下のように設計した。グランザイムA(順方向)5’−GAA CCA CTG CTA CTC GGC ATC TGG [FAM]TC−3’、グランザイムA(逆方向)5’−CAG AAA TGT GGC TAT CCT TCA CC−3’、グランザイムB(順方向)5’−GAC GAT CCT GCT CTG ATT ACC CAT CG[FAM]C−3、グランザイムB(逆方向)5’−TCA GAT CCT GCC ACC TGT CCT A−3’。GAPDHを含有したウェルは、陽性対照として役立ち、また、ポリメラーゼなしのウェルは、陰性対照として役立った。反応は、ABI PRISM(登録商標) 7900HT PCR装置(Applied Biosystems,フォスターシティー,カリフォルニア州,USA)を用いて行った。また、Sequence Detection System 2.2 Software(Applied Biosystems)を用いて計算した。発現量は、試料のGAPDHのmRNA発現に対して標準化された。
アポプトーシスの検出
健康な対照マウスからのCD4+脾細胞は、10ng/mLの組み換えのTNFα(Sigma−Aldrich)で90分間前処理した血小板を用いて、もしくは、用いずに、37℃及び5%のCO2で、対照又は敗血性のマウスから分離した血小板と90分間共培養した。脾細胞アポプトーシスは、DNA切断の原位置での検出のための定量的な比色測定法である、TiterTACS(商標)(Trevigen,ゲーサーズバーグ,メリーランド州,USA)により評価した。全試料は、メーカーのプロトコルに従い、陰性対照、及び、ヌクレアーゼに誘導された陽性対照で標準化したデータを用いて3回繰り返して行われた。
健康な対照マウスからのCD4+脾細胞は、10ng/mLの組み換えのTNFα(Sigma−Aldrich)で90分間前処理した血小板を用いて、もしくは、用いずに、37℃及び5%のCO2で、対照又は敗血性のマウスから分離した血小板と90分間共培養した。脾細胞アポプトーシスは、DNA切断の原位置での検出のための定量的な比色測定法である、TiterTACS(商標)(Trevigen,ゲーサーズバーグ,メリーランド州,USA)により評価した。全試料は、メーカーのプロトコルに従い、陰性対照、及び、ヌクレアーゼに誘導された陽性対照で標準化したデータを用いて3回繰り返して行われた。
統計的分析
データは、Microsoft Excel 2007(レドモンド,ワシントン州,USA)で管理した。統計的有意性は、対応のある、もしくは、対応のないT検定を用いて、SPSS 15(SPSS,シカゴ,イリノイ州,USA)で試験した。結果は、別段の定めがない限り、平均±標準誤差(SEM)として報告する。
データは、Microsoft Excel 2007(レドモンド,ワシントン州,USA)で管理した。統計的有意性は、対応のある、もしくは、対応のないT検定を用いて、SPSS 15(SPSS,シカゴ,イリノイ州,USA)で試験した。結果は、別段の定めがない限り、平均±標準誤差(SEM)として報告する。
結果
敗血症は血小板細胞死遺伝子発現を誘導する。
盲腸結紮穿孔(CLP)を受けたすべてのマウスでは、犠死時において、毛づくろいの減少、嗜眠、及び、肉眼的・病理学的な腹膜炎を含む、腹膜の敗血症と一致する徴候及び症状が進行した。これらのマウスでは、48時間にわたって重篤な体重減少が進行した(平均±SEM0h対48h:−14.8±1.6%,p<0.0001)。研究された96匹のマウスのうちの14匹のマウス(14.6%)は、CLPの後状態で6〜48時間の間で死亡したため、最終分析には含まれなかった。
敗血症は血小板細胞死遺伝子発現を誘導する。
盲腸結紮穿孔(CLP)を受けたすべてのマウスでは、犠死時において、毛づくろいの減少、嗜眠、及び、肉眼的・病理学的な腹膜炎を含む、腹膜の敗血症と一致する徴候及び症状が進行した。これらのマウスでは、48時間にわたって重篤な体重減少が進行した(平均±SEM0h対48h:−14.8±1.6%,p<0.0001)。研究された96匹のマウスのうちの14匹のマウス(14.6%)は、CLPの後状態で6〜48時間の間で死亡したため、最終分析には含まれなかった。
各時点(CLP後状態で0(未治療)、24、及び、48時間)において、5匹のマウスからプールした血小板mRNAの発現プロファイル[Mouse 430 plus 2.0 GeneChips(登録商標)(Affymetrix,サンタクララ,カリフォルニア州,USA)]は、59のプローブセットを示し、56の固有の遺伝子を表した(表1に示す)。これは、研究された時間間隔にわたって別個に調節された。これらの遺伝子は、主として敗血症への対応で従来よく記載されていた、遺伝子オントロジーの生物学的プロセスのグループ(細胞粘着、細胞増殖調節、走化性、炎症性及び免疫反応、タンパク質分解、並びに、情報伝達)に関する。これらのうち、6つのプローブセットは、細胞死用遺伝子オントロジーの分子機能グループ(GO:0008219)に属した。特に、0〜48時間の間では、グランザイムA及びグランザイムB(強力な細胞傷害性セリンプロテアーゼ)は、>100倍に上方制御された(倍率変化=549.6、及び、141.3(各々))。
我々は、治験審査委員会(Institutional Review Board)が承認した、1歳から18歳の間(8.8±1.3)の敗血性の小児(n=17)に関する研究において、ヒト敗血症におけるこれらの細胞死遺伝子の発現を調査した。9名の参加者(53%)が男性だった。敗血症の診断は、敗血症のためのコンセンサス定義から小児科学に適した基準を用いてなされた(ボーンら(Bone et al.),Chest 101:1481−1483,1992、プルーら(Proulx et al.),Chest 109:1033−1037,1996、及び、プルーら(Proulx et al.),Crit Care Med 22:1025−1031,1994)。我々は、臨床データ及び検査データ(すなわち、前の24時間で最多の極値)を72時間にわたって集めた。相対的な臨床重症度は、Hierarchical Clustering Explorer(HCE)(http://www.cs.umd.edu/hcil/hce/)における、すべての生の臨床データ及び検査データの監視なしクラスタ化により決定した(図1)。臨床的な変数及び検査の変数によって、参加者らを2つのグループに明確にクラスタ化した。グループ1(n=6)は、「重篤」と指定された。なぜなら、これが、他と比べて著しく高い重症度の疾病スコア[すなわち、平均のPediatric Risk of Mortality (PRISM) III (ポラックら(Pollack et al.),Crit Care Med 24:743−752,1996)スコア(17.0±2.7対4.5±1.1,p<0.001)]、及び、より長期の入院期間(45.5±10.6日、対、13.7±2.8日,p=0.029)を有するためである。グループ2(n=11)は、「中程度」と指定された。また、死亡率、及び、ショックの存在を含む、他の分析された結果変数に関して、重篤なグループと著しく異なっていなかった。
マウスデータの予備検証として、Human U133A GeneChip(登録商標)(Affymetrix)を用いて、1名の例示された重篤な敗血性のヒト対象、及び、1名の例示された中程度の敗血性のヒト対象からの血小板mRNAをプロファイリングし、3名の健康な若年成人層の対照における血小板遺伝子発現と比較した。この小グループの試料に対して、統計的に強健なゲノム規模での事前評価を行なう意図はなく、むしろ、我々は、マウス研究で同定された6つの細胞死遺伝子のための異種間のスクリーニングに対して注目した。これらのうち、グランザイムBのみが、重篤な対象において、72時間(倍率増加=2.9)にわたって特異的に調節された。いずれのグループにおいても、研究された他の細胞死遺伝子は、差異的発現を示さなかった。
巨核球血小板の転写軸における敗血症に誘導された変化の検証
定量的な逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応(qRT−PCR)は、マイクロアレイによって検出されたマウス血小板のグランザイムA及びグランザイムBの上方制御を検証するために用いられた。我々は、敗血症の誘導後、最初の24時間のみを調査した。なぜなら、グランザイムの大部分の上方制御は、この期間中に起こるマイクロアレイによって見られるからである。敗血性のマウス(n=12(1時点当たり3匹のマウス、プールせず))の独立したコホートにおいて、グランザイムBのmRNA発現が、0〜24時間の間に著しく増加した(mean±SE0h対24h:0.77±0.61対11.94±3.65,p=0.04)(図2)。グランザイムAのmRNAの発現は、これと同じ時間にわたって著しくは増加しなかった(mean±SE0h対24h:1.57±2.73対2.61±4.53,p=0.11)。
定量的な逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応(qRT−PCR)は、マイクロアレイによって検出されたマウス血小板のグランザイムA及びグランザイムBの上方制御を検証するために用いられた。我々は、敗血症の誘導後、最初の24時間のみを調査した。なぜなら、グランザイムの大部分の上方制御は、この期間中に起こるマイクロアレイによって見られるからである。敗血性のマウス(n=12(1時点当たり3匹のマウス、プールせず))の独立したコホートにおいて、グランザイムBのmRNA発現が、0〜24時間の間に著しく増加した(mean±SE0h対24h:0.77±0.61対11.94±3.65,p=0.04)(図2)。グランザイムAのmRNAの発現は、これと同じ時間にわたって著しくは増加しなかった(mean±SE0h対24h:1.57±2.73対2.61±4.53,p=0.11)。
血小板は、無核で、かつ、転写の機構を欠くため、我々は、自己由来の巨核球の同時測定によって、敗血症における増加した血小板グランザイムBのmRNA発現をさらに検証できると仮定した。qRT−PCRを用いて、我々は、血小板qRT−PCR検証ステップにおいて用いた同じマウスから同時に得た骨髄巨核球における血小板グランザイムBのmRNA発現を測定した。巨核球グランザイムBのmRNAの相対的な発現は、24時間で、著しく増加した(mean±SE0h対24h:2.88±0.27対8.25±0.52,p=0.05)。血小板グランザイムBのmRNA発現は、巨核球のそれのすぐ後に経時的に続いた(図2)。巨核球グランザイムAのmRNA発現は変化しなかった(mean±SEM0h対24h:3.18±0.54対2.99±0.12,p=0.42)。
敗血症は血小板グランザイムBのタンパク質発現を誘導する。
グランザイムBのmRNAの上方制御が、グランザイムBのタンパク質発現の増加を説明するかどうかを決定するため、敗血性のマウス、及び、対照のマウスからクエン酸全血をさらに採集した。これを1%のパラホルムアルデヒドで固定し、透過処理して、適切なアイソタイプ対照、及び、陰性の(未標識の)対照を用いて、anti−グランザイムB(clone 16G6(eBioscience,サンディエゴ,カリフォルニア州,USA))で細胞内染色した。フローサイトメトリーのデータは、FACSCalibur(商標)System(BD Biosciences,サンホセ,カリフォルニア州,USA)で生成して、CD61+(clone 2C9.G2(BD))の血小板でゲーティングし、FlowJo 7.2(Tree Star,Inc.,アシュランド,オレゴン州,USA)を用いて分析した。敗血性のマウス(n=9)からの血小板は、24時間の後に、細胞内のグランザイムBのタンパク質発現における増加を示した(mean±SEM0h対24h:4.4±1.3対19.6±6.3%,p=0.039)。腫瘍壊死因子(TNF)αで血小板をさらに活性化しても、細胞内のグランザイムBは変化しなかった(データ示さず)。
グランザイムBのmRNAの上方制御が、グランザイムBのタンパク質発現の増加を説明するかどうかを決定するため、敗血性のマウス、及び、対照のマウスからクエン酸全血をさらに採集した。これを1%のパラホルムアルデヒドで固定し、透過処理して、適切なアイソタイプ対照、及び、陰性の(未標識の)対照を用いて、anti−グランザイムB(clone 16G6(eBioscience,サンディエゴ,カリフォルニア州,USA))で細胞内染色した。フローサイトメトリーのデータは、FACSCalibur(商標)System(BD Biosciences,サンホセ,カリフォルニア州,USA)で生成して、CD61+(clone 2C9.G2(BD))の血小板でゲーティングし、FlowJo 7.2(Tree Star,Inc.,アシュランド,オレゴン州,USA)を用いて分析した。敗血性のマウス(n=9)からの血小板は、24時間の後に、細胞内のグランザイムBのタンパク質発現における増加を示した(mean±SEM0h対24h:4.4±1.3対19.6±6.3%,p=0.039)。腫瘍壊死因子(TNF)αで血小板をさらに活性化しても、細胞内のグランザイムBは変化しなかった(データ示さず)。
異種間の検証ステップにおいて、敗血性の小児、及び、健康な小児からのクエン酸全血を同様の方法で調査した。この場合、フローサイトメトリーのデータは、細胞内のグランザイムB(クローンGB11(BD))用に染色されたCD61+(クローンVI−PL2(BD))血小板で生成した。「重篤」な1名の敗血症の対象、及び、「中程度」の3名の敗血症の対象に対して、入院の1日後、及び、3日後にグランザイムBを測定し、定期検査用に血液を採取した、同様の年齢の健康な対照小児(n=10)と比較した。重篤な対象からの血小板は、1日目(49.7%)及び3日目(44.3%)の両方において、細胞内のグランザイムBを発現した(図3)。中程度の敗血性の対象のうちの1名のみが、グランザイムBをいくらか発現した。また、3日目(24.0%)にのみであった。対照小児からの血小板中には、測定可能な細胞内のグランザイムBはなかった。さらに、血小板活性化状態(すなわち、CD62P+)は、グランザイムBの発現に作用しなかった。さらに、敗血性の小児からの血小板において、我々は、タンパク質[すなわち、Fasリガンド(FasL)、インターロイキン(IL)1β、TNFα、及び、TNF関連アポトーシス誘導リガンド(TRAIL)]を誘導する他のアポプトーシスの表面発現を検出しなかった。
血小板は、グランザイムBを介する敗血症におけるリンパ球毒性のあるエフェクターである。
敗血性のマウス、及び、敗血性のヒトからの血小板中のグランザイムBの我々の発見の結果、血小板がこのシナリオではリンパ球毒性があり得ると我々は仮定した。この問題を調査するために、CLPの後状態で18時間のマウスからの血小板を健康な対照マウスから分離されたCD4+脾細胞と共培養した。敗血性かつ野生型の(すなわち、C57BL6)マウスからの血小板は、疑似野生型マウスからの血小板と比較して、際立った脾細胞アポプトーシスを誘導した(アポプトーシス速度=26.0±3.4対3.9±3.4%,p=0.007)(図4)。この共培養実験を、敗血性のグランザイムBヌル(−/−)マウス(すなわち、B6.129S2−Gzmbtm1Ley)からの血小板で繰り返した。この場合、敗血性の血小板による誘導された脾細胞アポプトーシスの完全な欠如があった。注目すべきことに、活性化されていない対照の血小板が、リンパ球毒性を有しなかったのと同様に、TNFαによりさらに活性化された野生型の血小板も、リンパ球毒性を有しなかった(4.5±1.3%,p=0.88)(図4)。
敗血性のマウス、及び、敗血性のヒトからの血小板中のグランザイムBの我々の発見の結果、血小板がこのシナリオではリンパ球毒性があり得ると我々は仮定した。この問題を調査するために、CLPの後状態で18時間のマウスからの血小板を健康な対照マウスから分離されたCD4+脾細胞と共培養した。敗血性かつ野生型の(すなわち、C57BL6)マウスからの血小板は、疑似野生型マウスからの血小板と比較して、際立った脾細胞アポプトーシスを誘導した(アポプトーシス速度=26.0±3.4対3.9±3.4%,p=0.007)(図4)。この共培養実験を、敗血性のグランザイムBヌル(−/−)マウス(すなわち、B6.129S2−Gzmbtm1Ley)からの血小板で繰り返した。この場合、敗血性の血小板による誘導された脾細胞アポプトーシスの完全な欠如があった。注目すべきことに、活性化されていない対照の血小板が、リンパ球毒性を有しなかったのと同様に、TNFαによりさらに活性化された野生型の血小板も、リンパ球毒性を有しなかった(4.5±1.3%,p=0.88)(図4)。
考察
敗血症関連の死亡率は、深刻なリンパ球アポトーシスに付随して起こる免疫不全に一部起因する(ホッチキスら(Hotchkiss et al.) 2003、ラッセル(Russell) 2006、ホッチキスら(Hotchkiss et al.),Scand J Infect Dis 35:585−592,2003、グローズドンクら(Groesdonk et al.),J Immunol 179:8083−8089,2007、ホッチキスら(Hotchkiss et al.),J Immunol 174:5110−5118,2005、及び、ウェッシュら(Wesche et al.),J Leukoc Biol 78:325−337,2005)。この広範囲なリンパ球細胞死亡に関与する生物学的機構は分からないが、この機構は、Toll様受容体、及び、MyD88(ペック−パーマーら(Peck−Palmer et al.) J Leukoc Biol 2008:jlb.0807528,2008)を通じた直接の病原体シグナル伝達に一部寄与している。しかしながら、これらの研究において、我々は、敗血症のマウス実験モデルでの時系列研究を行なうことにより、このプロセスにおいて血小板が直接の役割を果たす可能性を探った。敗血症における全身性の撹乱に対する血小板の反応が、細胞死に関連する遺伝子のmRNA発現の変化の原因となり得ると仮定するため、第1のスクリーニングツールとしてマイクロアレイを用いた。その後、一連のマウス及びヒトの研究を通じて、このモデルを試験した。我々の実験により、我々は、巨核球−血小板の転写軸における敗血症に誘導された変化を特徴づけ、結果として生じる血小板に強いリンパ球毒性があるという斬新な発見を提示するに至った。第2に、敗血症に誘導されたマウスモデルからの血小板を用いて、我々は、セリンプロテアーゼである、グランザイムBが、このリンパ球毒性の原因であると同定した。グランザイムは、ナチュラルキラー(NK)リンパ球、及び、細胞傷害性Tリンパ球が、細胞傷害性果粒内で最も一般的に分泌する細胞傷害性セリンプロテアーゼのグループの1つである(マソンら(Masson et al.),Cell 49:679−685,1987)。グランザイムBは、これらのプロテアーゼ(他のヒトグランザイムは、グランザイムA、グランザイムH、グランザイムK、及び、グランザイムMを含む)の中で最もよく特徴づけられ、また、複数の既知のカスパーゼ標的、及び、カスパーゼ非依存性基質の増え続けるリストを有している。これらは、ポリADPリボースポリメラーゼ(PARP)(フローリッチら(Froelich et al.),Biochem Biophys Res Commun 227:658−665,1996)、及び、繊維芽細胞増殖因子受容体−1(FGFR1)(ローブら(Loeb et al.),J Biol Chem 281:28326−28335,2006)を含む。グランザイムBは、通常は、共放出されたパーフォリンのチャネルを通じて標的細胞に入るだけでなく(トラパニら(Trapani et al.),J Biol Chem 273:27934−27938,1998)、独立して入ることができる(チョイら(Choy et al.),Arterioscler Thromb Vasc Biol 24:2245−2250,2004、フロリアンら(Florian et al.),FEBS letters 562:87−92,2004、及び、ゴンデックら(Gondek et al.),J Immunol 174:1783−1786,2005)。いったん、標的細胞に入ると、細胞質のグランザイムBは、いくつかの細胞内のアポトーシス促進性システインプロテアーゼ(最も著名で、かつ、最も研究されたものは、カスパーゼ3である)を開裂する(トラパニら(Trapani et al.) 1998)。あるいは、グランザイムBは、Bidに誘導されたミトコンドリアの損傷を介してアポトーシスを誘導することが示されている(ウォーターハウスら(Waterhouse et al.),J Biol Chem 280:4476−4482,2005、ウォーターハウスら(Waterhouse et al.),Cell Death Differ 13:607−618,2006、及び、ウォーターハウスら(Waterhouse et al.),Immunol Cell Biol 84:72−78,2006)。グランザイムBがカスパーゼ媒介性の機序、及び、カスパーゼ非媒介性の機序によって同時に細胞死を誘導することが示されていることに注目することは重要である(ローブら(Loeb et al.) 2006、及び、ブレーデマイヤーら(Bredemeyer et al.),J Biol Chem 281:37130−37141,2006)。さらに、ウォンら(Wong et al.)は、グランザイムBが、小児の敗血症性ショック非生存者からの全血において、生存者と比較して上方制御された転写物の一つあることを示した(ウォンら(Wong et al.),Physiol Genomics 30:146−155,2007)。
敗血症関連の死亡率は、深刻なリンパ球アポトーシスに付随して起こる免疫不全に一部起因する(ホッチキスら(Hotchkiss et al.) 2003、ラッセル(Russell) 2006、ホッチキスら(Hotchkiss et al.),Scand J Infect Dis 35:585−592,2003、グローズドンクら(Groesdonk et al.),J Immunol 179:8083−8089,2007、ホッチキスら(Hotchkiss et al.),J Immunol 174:5110−5118,2005、及び、ウェッシュら(Wesche et al.),J Leukoc Biol 78:325−337,2005)。この広範囲なリンパ球細胞死亡に関与する生物学的機構は分からないが、この機構は、Toll様受容体、及び、MyD88(ペック−パーマーら(Peck−Palmer et al.) J Leukoc Biol 2008:jlb.0807528,2008)を通じた直接の病原体シグナル伝達に一部寄与している。しかしながら、これらの研究において、我々は、敗血症のマウス実験モデルでの時系列研究を行なうことにより、このプロセスにおいて血小板が直接の役割を果たす可能性を探った。敗血症における全身性の撹乱に対する血小板の反応が、細胞死に関連する遺伝子のmRNA発現の変化の原因となり得ると仮定するため、第1のスクリーニングツールとしてマイクロアレイを用いた。その後、一連のマウス及びヒトの研究を通じて、このモデルを試験した。我々の実験により、我々は、巨核球−血小板の転写軸における敗血症に誘導された変化を特徴づけ、結果として生じる血小板に強いリンパ球毒性があるという斬新な発見を提示するに至った。第2に、敗血症に誘導されたマウスモデルからの血小板を用いて、我々は、セリンプロテアーゼである、グランザイムBが、このリンパ球毒性の原因であると同定した。グランザイムは、ナチュラルキラー(NK)リンパ球、及び、細胞傷害性Tリンパ球が、細胞傷害性果粒内で最も一般的に分泌する細胞傷害性セリンプロテアーゼのグループの1つである(マソンら(Masson et al.),Cell 49:679−685,1987)。グランザイムBは、これらのプロテアーゼ(他のヒトグランザイムは、グランザイムA、グランザイムH、グランザイムK、及び、グランザイムMを含む)の中で最もよく特徴づけられ、また、複数の既知のカスパーゼ標的、及び、カスパーゼ非依存性基質の増え続けるリストを有している。これらは、ポリADPリボースポリメラーゼ(PARP)(フローリッチら(Froelich et al.),Biochem Biophys Res Commun 227:658−665,1996)、及び、繊維芽細胞増殖因子受容体−1(FGFR1)(ローブら(Loeb et al.),J Biol Chem 281:28326−28335,2006)を含む。グランザイムBは、通常は、共放出されたパーフォリンのチャネルを通じて標的細胞に入るだけでなく(トラパニら(Trapani et al.),J Biol Chem 273:27934−27938,1998)、独立して入ることができる(チョイら(Choy et al.),Arterioscler Thromb Vasc Biol 24:2245−2250,2004、フロリアンら(Florian et al.),FEBS letters 562:87−92,2004、及び、ゴンデックら(Gondek et al.),J Immunol 174:1783−1786,2005)。いったん、標的細胞に入ると、細胞質のグランザイムBは、いくつかの細胞内のアポトーシス促進性システインプロテアーゼ(最も著名で、かつ、最も研究されたものは、カスパーゼ3である)を開裂する(トラパニら(Trapani et al.) 1998)。あるいは、グランザイムBは、Bidに誘導されたミトコンドリアの損傷を介してアポトーシスを誘導することが示されている(ウォーターハウスら(Waterhouse et al.),J Biol Chem 280:4476−4482,2005、ウォーターハウスら(Waterhouse et al.),Cell Death Differ 13:607−618,2006、及び、ウォーターハウスら(Waterhouse et al.),Immunol Cell Biol 84:72−78,2006)。グランザイムBがカスパーゼ媒介性の機序、及び、カスパーゼ非媒介性の機序によって同時に細胞死を誘導することが示されていることに注目することは重要である(ローブら(Loeb et al.) 2006、及び、ブレーデマイヤーら(Bredemeyer et al.),J Biol Chem 281:37130−37141,2006)。さらに、ウォンら(Wong et al.)は、グランザイムBが、小児の敗血症性ショック非生存者からの全血において、生存者と比較して上方制御された転写物の一つあることを示した(ウォンら(Wong et al.),Physiol Genomics 30:146−155,2007)。
我々の実験は、血小板が、敗血症におけるグランザイムBが原因で、実際に強いリンパ球毒性があることを示した。我々の結果は、様々な炎症性疾患状態、特に適応免疫に関するものにおける血小板及びリンパ球の間の相互調節性の重要な相互作用を実証する従来の研究に基礎として確立している。例えば、血小板CD40は、Tリンパ球CD40リガンドに結合し、CCL5(これは、さらにTリンパ球を活性化して、それ故、免疫反応を増幅する)の血小板放出を誘導することが示されている(ダネーゼら(Danese et al.),J Immunol 172:2011−2015,2004)。特に敗血症において、血小板に由来する微粒子は、血管内皮(アゼヴェードら(Azevedo et al.) 2006、ガンビンら(Gambim et al.) 2007、及び、ヤニシェフスキーら(Janiszewski et al.) 2004、並びに、平滑筋(ヤニシェフスキーら(Janiszewski et al.) 2004)に対して細胞傷害性があることが示されている。しかしながら、我々の知っている限りでは、我々のものは、疾患損傷に応じて血小板トランスクリプトームの急激な変化を検討する最初の研究である。我々は、骨髄における巨核球が全身性の敗血症に応答し、グランザイムBを含めるために血小板のトランスクリプトームを変化させることを発見した。
敗血症における血小板中のグランザイムBの存在は、血小板活性化が、この発現に影響を与えるようには見えないという事実を特に踏まえると、興味深い問題を提起する、つまり、転写後調節がないことを示唆する。まず、グランザイムBが、巨核球カスパーゼ活性化(これは、正常な血小板形成には必須である)の役割を果たし得る(クラークら(Clarke et al.),J Cell Biol 160:577−587,2003)。そうならば、敗血症での血小板の過剰新生において、その巨核球がグランザイムBのmRNAを上方制御することで、結果として、血小板中にこの転写物を含ませ得る。もう一つとしては、血小板グランザイムBが、ある点において、進化の利点を表わしたということである。多種多様の機序を通じてアポトーシスを誘導するグランザイムBの能力により、細胞内の病原体での免疫回避戦略の迂回が有望な機序となる。実際、細胞傷害性T細胞からのグランザイムBが、トキソプラズマ種及びマラリア原虫種に対する防御の役割を果たす可能性があるという証拠がある(ハードら(Hurd et al.),Int J Parasitol 2004;34:1459−1472,2004、及び、ギャブリレッシュら(Gavrilescu et al.),Infect Immun 71:6109−6115,2003)。
まとめると、我々は、血小板が、マウス敗血症、及び、ヒト敗血症におけるグランザイムBを上方制御すると結論付ける。我々は、敗血性のマウスからの血小板が、グランザイムBの作用を介して、生体外において、健康な脾細胞で際立ったアポトーシスを誘導することをさらに示した。我々の発見は、敗血症における概念的な進歩を確立する:敗血性の巨核球は、急性的に変化したmRNAプロファイルを用いて血小板を産生し、これらの血小板は、グランザイムBを介してリンパ球毒性を媒介する。リンパ球アポトーシスが敗血症関連の死亡率に寄与すると仮定すると、血小板グランザイムBの調節が、検討及び治療の重要な新しい目標になる。
本発明の一定の現在好ましい実施形態が本明細書で具体的に記述されているが、本明細書で示され記述された様々な実施形態の変形及び修正が、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、行なわれてもよいことは、この分野における知識を有する者にとって明らかだろう。従って、添付されたクレーム、及び、適用可能な法規によって必要とされる程度にのみ本発明が制限されるべきことが意図される。
Claims (43)
- 個体における敗血症の進行を検出、診断、又は、モニターする方法であって、該個体の血小板中のグランザイムBの存在を決定するステップを備えることを特徴とする敗血症の進行を検出、分析、又は、モニターする方法。
- 該決定するステップは、免疫測定法によって達成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 該免疫測定法は、ELISAであることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 該免疫測定法は、免疫ブロット法であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 該決定するステップは、核酸レベルの測定により達成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 該核酸は、mRNAであることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 該mRNAは、グランザイムBをコード化することを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 該核酸レベルは、ノーザンブロット法によって測定されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 該核酸レベルは、マイクロアレイ分析によって測定されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 該決定するステップは、
グランザイムBと特異的に結合する分子と、該個体からの試料を接触させるステップと、
該グランザイムB及び該分子の間の結合の存在を検出するステップと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 該分子は、抗体であることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 該抗体は、モノクローナル抗体、及び、ポリクローナル抗体よりなる群から選ばれることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 該分子は、標識化されていることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 該標識は、ビオチン、蛍光性の分子、放射性の分子、色素形成基質、化学発光、及び、酵素よりなる群から選ばれることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 該決定するステップは、
該個体の血小板からmRNAを分離するステップと、
該グランザイムBのmRNAと特異的にハイブリダイズするプローブと、該分離されたmRNAを接触させるステップと、
該プローブ、及び、該mRNAの間の結合の存在を検出するステップと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 該プローブは、核酸プローブであることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 該プローブは、オリゴヌクレオチドであることを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 該プローブは、標識化されていることを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 該標識は、ビオチン、蛍光性の分子、放射性の分子、色素形成基質、化学発光、及び、酵素よりなる群から選ばれることを特徴とする請求項18に記載の方法。
- 該プローブは、固体の基質に付着していることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 該プローブは、マイクロアレイ上にあることを特徴とする請求項15の方法。
- 敗血症の個体の治療をモニターする方法であって、
敗血症を治療するための組成物を該個体に投与するステップと、
該個体の血小板中のグランザイムBの存在を決定するステップと、
を備えることを特徴とする敗血症の個体の治療をモニターする方法。 - 該決定するステップは、免疫測定法によって達成されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 該免疫測定法は、ELISAであることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 該免疫測定法は、免疫ブロット法であることを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 該決定するステップは、核酸レベルの測定により達成されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 該核酸は、mRNAであることを特徴とする請求項26に記載の方法。
- 該mRNAは、グランザイムBをコード化することを特徴とする請求項27の方法。
- 該核酸レベルは、ノーザンブロット法によって測定されることを特徴とする請求項25に記載の方法。
- 該核酸レベルは、マイクロアレイ分析によって測定されることを特徴とする請求項25に記載の方法。
- 該決定するステップは、
特異的にグランザイムBを結合する分子と、個体の血清を接触させるステップと、
該グランザイムB及び該分子の間の結合の存在を検出するステップと、
を備えることを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 該分子は、抗体であることを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 該抗体は、モノクローナル抗体、及び、ポリクローナル抗体よりなる群から選ばれることを特徴とする請求項32に記載の方法。
- 該分子は、標識化されていることを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 該標識は、ビオチン、蛍光性の分子、放射性の分子、色素形成基質、化学発光、及び、酵素よりなる群から選ばれることを特徴とする請求項34に記載の方法。
- 該決定するステップは、
該血小板からmRNAを分離するステップと、
該グランザイムBのmRNAと特異的にハイブリダイズするプローブと、該分離されたmRNAを接触させるステップと、
該プローブ、及び、該mRNAの間の結合の存在を検出するステップと、
を備えることを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 該プローブは、核酸プローブであることを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 該プローブは、オリゴヌクレオチドであることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 該プローブは、標識化されていることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 該標識は、ビオチン、蛍光性の分子、放射性の分子、色素形成基質、化学発光、及び、酵素よりなる群から選ばれることを特徴とする請求項39に記載の方法。
- 該プローブは、固体の基質に付着していることを特徴とする請求項38に記載の方法。
- 該プローブは、マイクロアレイ上にあることを特徴とする請求項38に記載の方法。
- 該敗血症の進行に対する該組成物への効果を決定するために該個体のグランザイムBの存在を経時的に比較するステップをさらに備えることを特徴とする請求項22に記載の方法。
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