JP2012525576A - Method for diagnosing and treating muscular dystrophy - Google Patents
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Abstract
本発明は、筋ジストロフィーの症状を示している個体、又は筋ジストロフィーを発症する傾向を有する個体を特定するための方法であって、個体由来の組織試料中の、pax−7、カベオリン−3、及び/又は速筋ミオシンから選択される1つ又は複数のタンパク質の発現レベルを決定することを含む方法を記述する。筋ジストロフィーを治療するためのカベオリン−3の使用、及び該化合物を含有する組成物の使用も特許請求される。 The present invention relates to a method for identifying an individual exhibiting symptoms of muscular dystrophy or an individual having a tendency to develop muscular dystrophy, wherein pax-7, caveolin-3, and / or Alternatively, a method comprising determining the expression level of one or more proteins selected from fast muscle myosin is described. Also claimed is the use of caveolin-3 to treat muscular dystrophy and compositions containing the compounds.
Description
アッセイ
本発明は、デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)及び肢帯筋ジストロフィー(LGMD)等の筋ジストロフィーを有するか又は発症する可能性が高い個体を特定するための方法、及びアッセイキットに関する。
Assays The present invention relates to methods and assay kits for identifying individuals who have or are likely to develop muscular dystrophy such as Duchenne muscular dystrophy (DMD) and limb girdle muscular dystrophy (LGMD).
デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)は、筋細胞膜貫通型ジストロフィン−糖タンパク質複合体(DGC)の機能障害に関連した衰弱性先天性疾患の最も重篤なファミリーである。典型的なDMDは、骨格筋肉組織全体に影響を与え、DGC、ジストロフィンの本質的な細胞内成分の喪失に起因する(Hoffman et al., 1987)。症状は、初期の(約3歳)骨格筋機能の進行性障害を特徴とし、広範な筋損傷に結び付き、若年死(通常は20歳代)を引き起こす。しかしながら、一般的に呼吸筋の機能不全から生じる合併症が死院となり、DMDを有する患者の95%は心筋症を発生し、そのうち10〜30%の症例でそれが死亡の主原因となる(Cox and Kunkel, 1997)。DMDのジストロフィン欠損モデルであるmdxマウスは、心筋症;線維再生の勃発に関連する骨格筋ジストロフィー;線維症;骨格筋筋芽細胞の過剰増殖及びアポトーシスを含むDMDの出生後特徴の多くを示す(Harper et al., 2002; Smith et al., 1995)。表現型は、mdxの寿命が野生型
と比べて短縮されるものの、ヒトDMDほど重篤ではない(Chamberlain et al., 2007)。カベオリン−3の喪失は、罹患筋肉群が主に肢帯及び心臓である軽度な形態のMD、LGMD−1cをもたらし、カベオリン−3欠損マウス(cav−3-/-)は、LGMD、
T管欠損、心筋症、及び骨格筋アポトーシスを示す(Hagiwara et al., 2000; Minetti et al., 2002)。
Duchenne muscular dystrophy (DMD) is the most severe family of debilitating congenital diseases associated with dysfunction of the transmembrane dystrophin-glycoprotein complex (DGC). Typical DMD affects the entire skeletal muscle tissue and is due to the loss of DGC, the essential intracellular component of dystrophin (Hoffman et al., 1987). Symptoms are characterized by progressive impairment of early (about 3 years) skeletal muscle function, leading to extensive muscle damage and causing premature death (usually in the 20s). However, complications that generally result from respiratory muscle dysfunction become death hospitals, with 95% of patients with DMD developing cardiomyopathy, of which 10-30% are the leading cause of death ( Cox and Kunkel, 1997). Mdx mice, a dystrophin-deficient model of DMD, exhibit many of the postnatal features of DMD, including cardiomyopathy; skeletal muscular dystrophy associated with the onset of fiber regeneration; fibrosis; skeletal myoblast hyperproliferation and apoptosis (Harper et al., 2002; Smith et al., 1995). The phenotype is less severe than human DMD, although mdx lifespan is reduced compared to wild type (Chamberlain et al., 2007). Loss of caveolin-3 results in a mild form of MD, LGMD-1c, where the affected muscle groups are primarily limb glands and heart, and caveolin-3 deficient mice (cav-3 − / − ) are LGMD,
Shows T-tube deficiency, cardiomyopathy, and skeletal muscle apoptosis (Hagiwara et al., 2000; Minetti et al., 2002).
胚骨格筋は、体節の皮筋板領域に由来する(Cossu et al., 1996; Hollway and Currie, 2003)。ニワトリ胚では、真皮性筋節の全ての領域は、時間依存的な様式で筋原性前駆体をこのプロセスに提供すると考えられる(Gros et al., 2004)。ジストロフィンは、
E9.5由来の胚体節で最初に発現され、従って初期筋形成に機能を有する場合がある(Huang et al., 2000; Ilsley et al., 2002)。筋板は、周囲組織により分泌される誘導
因子の制御下で、それぞれ(E10.5から)軸上(深背筋)筋肉、及び(E11.5から)軸下(肢、腹部、横隔膜)筋肉を生成する(myf−5+)幹細胞集団になる細胞を
産生する(Hollway and Currie, 2003で概説されている)。
Embryonic skeletal muscle is derived from the segmental cutaneous muscle plate region (Cossu et al., 1996; Hollway and Currie, 2003). In chicken embryos, all regions of the dermal sarcomere appear to provide myogenic precursors to this process in a time-dependent manner (Gros et al., 2004). Dystrophin is
It is first expressed in E9.5 derived embryonic somites and thus may have a function in early myogenesis (Huang et al., 2000; Ilsley et al., 2002). The musculoskeletal muscles (from E10.5) on-axis (deep back muscles) and (from E11.5) on-axis (limbs, abdomen, diaphragm) muscles, respectively, under the control of inducers secreted by surrounding tissues. Produces cells that will generate (myf-5 + ) stem cell populations (reviewed in Hollway and Currie, 2003).
哺乳類胚骨格筋分化では、軸下系統を生成して一次筋管の足場を産生し、その後多数の二次筋管を産生する2つの筋形成急増があると考えられており、それらは新生筋肉の大部分を構成する(Cossu et al., 1996)。二次筋管は、単一のより大きな一次筋管の周囲でまとまって形成する、一次筋管より長くてより薄い、形態学的に異なる筋管のサブセットである(Cho et al., 1994)。 In mammalian embryonic skeletal muscle differentiation, it is believed that there are two myogenic surges that produce an off-axis lineage to produce a primary myotube scaffold, and then a number of secondary myotubes, which are nascent muscles. (Cossu et al., 1996). The secondary myotubes are a subset of morphologically distinct myotubes that are longer and thinner than the primary myotubes that form around a single larger primary myotube (Cho et al., 1994). .
筋管分化は、機能的な筋肉幹細胞集団の存在に依存する。Myf−5は、体節で発現され、E8.5における最も初期の筋原性制御因子(MRF)であり、筋肉分化の前に見出される唯一のMRFであり、一次及び二次筋形成の両方の全体にわたって胚筋肉群全てにおいて存続する(Cossu et al., 1996)。従って、Myf−5は、胚筋芽細胞集団の良好なマーカーである。系統分析により、衛星細胞の大多数は、体節に由来することが示唆されている(Armand et al., 1983)。広範な証拠により、今では、成体衛星細胞集団の、
特にその修復機能の正しい機能性に不可欠であるものとして、pax−7+細胞集団が関連付けられている(Zammit et al., 2006に概説されている)。Pax−7は、筋形成の
転写因子、抑制因子であり、成体骨格筋幹細胞集団(「衛星」細胞)の維持及び特化に重要な役割を果たし、E11.5由来の体節から出現する未分化筋肉幹細胞で発現される(Merrick et al., 2007: Relaix et al., 2006; Seale et al., 2000)。
Myotube differentiation depends on the presence of a functional muscle stem cell population. Myf-5 is expressed in somites and is the earliest myogenic regulator (MRF) in E8.5, the only MRF found before muscle differentiation, both primary and secondary myogenesis Persist in all embryonic muscle groups (Cossu et al., 1996). Therefore, Myf-5 is a good marker for embryonic myoblast population. Phylogenetic analysis suggests that the majority of satellite cells are derived from somites (Armand et al., 1983). With extensive evidence, now the adult satellite cell population
The pax-7 + cell population has been associated, particularly as essential to the correct functionality of its repair function (reviewed in Zammit et al., 2006). Pax-7 is a transcription factor and repressor of myogenesis, plays an important role in the maintenance and specialization of adult skeletal muscle stem cell population (“satellite” cells), and emerges from E11.5-derived somites. It is expressed in differentiated muscle stem cells (Merrick et al., 2007: Relaix et al., 2006; Seale et al., 2000).
個々の骨格筋群の機能の特異性は、妊娠後期中に開始されるプロセスである、異なる筋管への速筋ミオシンアイソフォームの適切な局在化に依存する(Merrick et al., 2007)。哺乳動物胚では、発生中(胚性及び新生児性)ミオシンアイソフォームは、成体速筋ミオシンアイソフォームを有する新生二次筋管で同時発現される(Cho et al., 1994)。後期段階では、発生中ミオシンアイソフォームは下方制御され、筋肉特異的パターンで成体ミオシン重鎖(MyHC)アイソフォームにより置換され、このプロセスは出生後数週間になるまで終了しない(Agbulut et al., 2003; Merrick et al., 2007)。胚心臓は、時間的に制御された様式で、2つのミオシンアイソフォーム(心筋ミオシンα及び遅筋/心筋ミオシンβ)を発現する。β−心筋ミオシンの突然変異は、心筋症に関与する(Geisterfer-Lowrance et al., 1990)。 Specificity of individual skeletal muscle function depends on the proper localization of fast muscle myosin isoforms into different myotubes, a process initiated during late pregnancy (Merrick et al., 2007) . In mammalian embryos, developing (embryonic and neonatal) myosin isoforms are co-expressed in neonatal secondary myotubes with adult fast muscle myosin isoforms (Cho et al., 1994). In the late phase, the developing myosin isoform is down-regulated and replaced by an adult myosin heavy chain (MyHC) isoform in a muscle-specific pattern, and this process does not end until several weeks after birth (Agbulut et al., 2003; Merrick et al., 2007). The embryonic heart expresses two myosin isoforms (myocardial myosin alpha and slow / myocardial myosin beta) in a time-controlled manner. β-myocardial myosin mutations are involved in cardiomyopathy (Geisterfer-Lowrance et al., 1990).
ジストロフィンは、筋細胞膜の細胞内側でジストログリカンのベータサブユニットと結合し、細胞外マトリックスを骨格筋筋管のアクチン細胞骨格に結合させる多機能タンパク質複合体であるDGCの本質的な成分である(Ervasti and Cambell, 1993)。出生後の
筋肉では、ジストロフィン欠乏は、DGCの完全な解体、及び大多数のDGCタンパク質の二次的下方制御をもたらす(Ohlendieck et al., 1993)。カベオリン−3は、骨格筋
カベオラ及びDGCの両方に局在化し、特異的WWドメインにより、ジストロフィンを認識及び結合するβ−ジストログリカンc−末端の同じPPXYモチーフに結合し、従ってジストロフィンとβ−ジストログリカンとの相互作用を阻止する(Jung et al., 1995; Sotgia et al., 2000)。
Dystrophin is an essential component of DGC, a multifunctional protein complex that binds to the beta subunit of dystroglycan inside the cell membrane and binds the extracellular matrix to the actin cytoskeleton of skeletal muscle myotubes ( Ervasti and Cambell, 1993). In postnatal muscle, dystrophin deficiency results in complete disassembly of DGC and secondary downregulation of the majority of DGC proteins (Ohlendieck et al., 1993). Caveolin-3 is localized to both skeletal muscle caveolae and DGC and binds to the same PPXY motif at the β-dystroglycan c-terminus, which recognizes and binds dystrophin by a specific WW domain, and thus dystrophin and β-dystrophin. Blocks interaction with glycans (Jung et al., 1995; Sotgia et al., 2000).
β−ジストログリカン結合部位に対する、カベオリン−3とジストロフィンとの競合的相互作用は、筋肉発生の幾つかの局面に重要である可能性があるが、これは、広範には研究されていない。3つの遺伝子は全て、ニワトリ胚、マウス胚、ゼブラフィッシュ胚、及びツメガエル胚で発生の初期に発現される(Biederer et al., 2000; Houzelstein et al., 1992; Nixon et al., 2005; Razani et al., 2002; Shin et al., 2003; Anderson et
al., 2007)。ゼブラフィッシュでは、これらタンパク質のいずれかの喪失が、筋形成に障害を起こし、肉眼的筋異常を引き起こすことが示されており、マウスでは、ジストログリカン欠乏が初期胚致死に結び付く(Bassett et al., 2003; Nixon et al., 2005; Parsons et al., 2002; Williamson et al., 1997)。
Competitive interactions of caveolin-3 and dystrophin to the β-dystroglycan binding site may be important for several aspects of muscle development, but this has not been extensively studied. All three genes are expressed early in development in chicken embryos, mouse embryos, zebrafish embryos, and Xenopus embryos (Biederer et al., 2000; Houzelstein et al., 1992; Nixon et al., 2005; Razani et al., 2002; Shin et al., 2003; Anderson et
al., 2007). In zebrafish, loss of either of these proteins has been shown to impair myogenesis and cause gross myopathy, and in mice, dystroglycan deficiency leads to early embryonic lethality (Bassett et al. 2003; Nixon et al., 2005; Parsons et al., 2002; Williamson et al., 1997).
本発明者らは、筋形成中のこれら2つのタンパク質の機能的役割を実証し、筋ジストロフィーを早期診断するためのアッセイを特定するために、骨格筋発生に対するカベオリン−3及びジストロフィン喪失の影響を調査した。 We have investigated the impact of caveolin-3 and dystrophin loss on skeletal muscle development to demonstrate the functional role of these two proteins during myogenesis and to identify assays for early diagnosis of muscular dystrophy did.
本発明者らは、異なるが機能的に関連する2つの骨格筋ジストロフィー変異体(mdx及びcav−3-/-)を調査することにより、DMD及びLGMD1C型の病理の重要な
要素が胚心筋及び骨格筋パターン形成過程の障害に起因すると初めて実証されることを示した。筋形成の障害は、cav−3-/-よりmdxでより初期に生じ、LGMD−1cの
表現型がより軽度であり、ジストロフィンが初期に(E9.5)発現されることと一致する。筋形成は、発生遅延、筋管形態及び置換欠損、並びに異常幹細胞挙動を示すmdx胚で重度の障害を受けた。カベオリン−3タンパク質は、mdx胚で上昇する。cav−3-/-(E15.5から)及びmdx(E11.5から)は両方とも、myf−5+胚筋芽
細胞の過剰増殖及びアポトーシス、in situでのpax−7+筋芽細胞の消耗、及び妊娠後期での全pax−7タンパク質の枯渇を示す。両方とも、心臓欠陥を有する。cav−3-/-では、腹側筋欠乏、過剰、形成異常肥大筋管、筋核の2倍増、及び速筋ミオ
シン重鎖(FMyHC)含有量の低減を含む、より限定された表現型が存在する。筋管発育不全、筋管数の低減、及びFMyHCの増加を含む幾つかのmdx胚病理は、cav−3-/-との相反性を示す。ジストロフィンが欠損し(mdx)、カベオリン−3がヘテロ
接合性である(cav−3+/-)二重突然変異体(mdxcav+/-)胚では、カベオリン−3は、野生型の50%に低減され、これらの表現型は重度に悪化し、肋間筋線維密度は71%低減され、pax−7陽性細胞は、下肢から完全に枯渇し、他所で著しく低減され
、カベオリン−3レベルの上昇に対する貢献的役割ではなく代償的役割を示唆するデータが、mdx胚で見出された。これらのデータは、初期筋肉形成におけるジストロフィンの重要な役割を実証し、カベオリン−3及びジストロフィンが、正確な線維型特化及び幹細胞機能の創出にとって不可欠であることを実証する。これらのデータは、MDの自然経過における重要なギャップを埋め、DMD/LGMDの初期診断の確立、及びこれら患者のより良好な臨床転帰に結び付く初期治療プロトコールの設計に非常に有用である。
By investigating two different but functionally related skeletal muscular dystrophy mutants (mdx and cav-3 − / − ), the key elements of pathology of DMD and LGMD1C types were found to be embryonic cardiac muscle and skeletal It was demonstrated for the first time that it was caused by an obstacle in the process of muscle pattern formation. Impaired myogenesis occurs earlier in mdx than in cav-3 − / − , with a milder LGMD-1c phenotype, consistent with early (E9.5) expression of dystrophin. Myogenesis was severely impaired in mdx embryos showing delayed development, myotube morphology and replacement defects, and abnormal stem cell behavior. Caveolin-3 protein is elevated in mdx embryos. cav-3 − / − (from E15.5) and mdx (from E11.5) are both hyperproliferation and apoptosis of myf-5 + embryonic myoblasts, depletion of pax-7 + myoblasts in situ, And depletion of total pax-7 protein at late pregnancy. Both have heart defects. cav-3 − / − has a more limited phenotype, including ventral muscle deficiency, excess, dysplastic hypertrophic myotube, doubling of myonuclei, and reduced fast myosin heavy chain (FMyHC) content Exists. Several mdx embryo pathologies, including myotube failure, myotube number reduction, and FMyHC increase, are reciprocal with cav-3 − / − . In dystrophin-deficient (mdx) and caveolin-3 heterozygous (cav-3 +/- ) double mutant (mdxcav +/- ) embryos, caveolin-3 is 50% of the wild type Reduced, these phenotypes are severely exacerbated, intercostal muscle fiber density is reduced by 71%, pax-7 positive cells are completely depleted from the lower limbs, markedly reduced elsewhere, and increased caveolin-3 levels Data suggesting a compensatory role rather than a contributing role was found in mdx embryos. These data demonstrate the important role of dystrophin in early muscle formation and demonstrate that caveolin-3 and dystrophin are essential for the creation of precise fiber type specialization and stem cell function. These data are very useful in bridging important gaps in the natural course of MD, establishing an initial diagnosis of DMD / LGMD, and designing initial treatment protocols that lead to better clinical outcomes for these patients.
従来のデュシェンヌ型筋ジストロフィーのアッセイは、ジストロフィン遺伝子の多型性を捜すことを含む。この遺伝子は大型であり、全ての多型性について検査が実施されるわけではない。例えば、19個の突然変異の検査は、65%の症例を特定したに過ぎない。現在は、疾患の家族歴がある場合のみ、この検査が実施される。しかしながら、全症例のおよそ3分の1は、個体に自然発症的に生じる新規性である。 Traditional Duchenne muscular dystrophy assays involve searching for polymorphisms in the dystrophin gene. This gene is large and not all polymorphisms are tested. For example, testing for 19 mutations identified only 65% of cases. Currently, this test is performed only if there is a family history of the disease. However, approximately one third of all cases are novelty that occurs spontaneously in individuals.
本発明者らにより特定された検査は、ジストロフィン遺伝子の多型性に基づくものではなく、筋ジストロフィーの全ての形態に潜在的に適用可能である。さらに、本検査は、出生前及び出生後のいずれの乳児にも適用可能である。より従来型の形態の診断は、小児が3〜5歳に達するまで実施されない。本アッセイは、この疾患の早期診断を可能にし、それにより、この疾患の早期治療(例えば、pax−7陽性幹細胞を置換することによる)を可能にする。 The tests identified by the present inventors are not based on polymorphisms in the dystrophin gene and are potentially applicable to all forms of muscular dystrophy. Furthermore, this test can be applied to both prenatal and postnatal infants. More conventional forms of diagnosis are not performed until the child reaches 3-5 years of age. This assay allows early diagnosis of the disease, thereby allowing early treatment of the disease (eg, by replacing pax-7 positive stem cells).
Pax−7/Myf5細胞幹細胞は、治療用途に使用されることが示唆されている(国際公開第2007/059612号)。そのような細胞は、筋原性前駆細胞として、筋ジストロフィーを含む筋肉疾患の治療に使用されることが示唆されている。これらの細胞は、新しい筋細胞の供給源としてこの疾患の治療に使用される。しかしながら、筋ジストロフィーのマーカーとしてPax−7を使用することは示唆されていない。このタンパク質は、使用される幹細胞の亜集団を特定するための2つのマーカーのうちの1つとして単に使用される。 Pax-7 / Myf5 cell stem cells have been suggested for use in therapeutic applications (WO 2007/059612). Such cells have been suggested as myogenic progenitor cells for use in the treatment of muscle diseases including muscular dystrophy. These cells are used to treat this disease as a source of new muscle cells. However, it has not been suggested to use Pax-7 as a marker for muscular dystrophy. This protein is simply used as one of two markers to identify the subpopulation of stem cells used.
本発明は、筋ジストロフィーの症状を示している個体を特定するための、筋ジストロフィーの治療又は進行をモニターするための、又は筋ジストロフィーの症状を発症する傾向を有する個体を特定する方法であって、患者由来の組織試料中の、pax−7、カベオリン−3、及び/又は速筋ミオシンから選択される1つ又は複数のタンパク質の発現レベルを決定することを含む方法を提供する。 The present invention is a method for identifying an individual exhibiting muscular dystrophy symptoms, for monitoring the treatment or progression of muscular dystrophy, or identifying an individual having a propensity to develop muscular dystrophy symptoms. A method comprising determining the expression level of one or more proteins selected from pax-7, caveolin-3, and / or fast muscle myosin in a plurality of tissue samples.
本方法は、この疾患の症状を示している個体又は症状を発症する傾向を有する個体を特定するために使用することができる。 The method can be used to identify individuals who are exhibiting symptoms of the disease or individuals who have a tendency to develop symptoms.
治療又は進行がモニターされる場合、試料中のレベルは、数日、数週間、又は数か月前等の、以前に採取された個体由来の試料中のレベルと比較することができる。 If treatment or progression is monitored, the level in the sample can be compared to the level in a sample from a previously collected individual, such as days, weeks, or months ago.
この又は各々のタンパク質の発現レベルは、例えば、筋ジストロフィーの症状を示していないか、又は筋ジストロフィーを発症する傾向を有していない個体に関連する所定のレベルと比較してもよく、及び/又は筋ジストロフィーを示している又は発症する傾向を有する個体に関連していると以前に特定されている所定のレベルと比較してもよい。 The expression level of this or each protein may be compared, for example, to a predetermined level associated with an individual who does not show symptoms of muscular dystrophy or does not have a tendency to develop muscular dystrophy, and / or muscular dystrophy May be compared to a predetermined level previously identified as being associated with an individual exhibiting or having a tendency to develop.
Pax−7及びカベオリン−3は、例えば、乳児又は早期産乳児が、筋ジストロフィーを発症する可能性が高いかどうかの初期決定に特に関連性を有すると特定されている。好ましくは、pax−7及び/又はカベオリン−3の1つ又は両方が測定される。Pax−7が測定されてもよい。カベオリン−3が測定されてもよい。 Pax-7 and caveolin-3 have been identified as particularly relevant for the initial determination of whether, for example, infants or preterm infants are likely to develop muscular dystrophy. Preferably, one or both of pax-7 and / or caveolin-3 is measured. Pax-7 may be measured. Caveolin-3 may be measured.
Pax−7及び/又はカベオリン−3は、速筋ミオシンの測定と共に又は速筋ミオシンを測定せずに、測定してもよい。 Pax-7 and / or caveolin-3 may be measured with or without measuring fast muscle myosin.
これら2つのマーカー(pax−7及びカベオリン−3)は、特に、個体が筋ジストロフィーを発症する可能性を早期に特定することを可能にする。これまでは、この疾患の発症を待つ必要があり、この疾患は個体が数歳になるまで認識されないことが多い。或いは、例えば、ジストロフィン遺伝子の特定の多型性を捜す多数の従来技術のアッセイが存在する。しかしながら、そのようなアッセイは、典型的には、そのような多型性の家族歴がある特定の家族に関連した多型性向けである。さらに、そのようなアッセイの正確性は、典型的には依然として低い。 These two markers (pax-7 and caveolin-3) make it possible in particular to identify early the likelihood that an individual will develop muscular dystrophy. Until now, it is necessary to wait for the onset of the disease, which is often not recognized until the individual is several years old. Alternatively, for example, there are numerous prior art assays that look for specific polymorphisms in the dystrophin gene. However, such assays are typically directed to polymorphisms associated with certain families with a family history of such polymorphisms. Furthermore, the accuracy of such assays is typically still low.
このように、組織試料は、個体の出生前に個体から採取されてもよく、又は出生後に採取されてもよい。筋形成は、典型的には妊娠8〜9週目から生じる。従って、潜在的には、その期以降の試料を採取してもよい。個体は、例えば小児、例えば16歳未満、12歳未満、10歳未満、6歳未満、3歳未満、2歳未満、又は1歳未満であってもよく、まだ子宮内にいてもよい。個々の患者は、年齢が出生から3又は6か月の間であってもよい。 Thus, the tissue sample may be collected from the individual before the individual's birth or may be collected after the birth. Myogenesis typically occurs from 8-9 weeks of gestation. Therefore, potentially, samples after that period may be collected. The individual may be, for example, a child, eg, less than 16 years old, less than 12 years old, less than 10 years old, less than 6 years old, less than 3 years old, less than 2 years old, or less than 1 year old, and may still be in utero. Individual patients may be between 3 and 6 months of age from birth.
筋ジストロフィー(MD)は、ヒト等の哺乳動物の筋肉を衰弱させる一群の遺伝子的な遺伝性筋肉疾患を指す。MDは、通常、進行性骨格筋衰弱、筋タンパク質の欠損、並びに筋細胞及び組織の死滅を特徴とする。好ましい疾患には、デュシェンヌ型(DMD)、肢帯型(LGMD)、エメリードレフュス型、眼咽頭型、遠位型、筋緊張性、先天性、ベッカー型、及び/又は顔面肩甲上腕型が含まれる。疾患は、DMD及び/又はLGMDであってもよい。 Muscular dystrophy (MD) refers to a group of genetically inherited muscle diseases that weaken the muscles of mammals such as humans. MD is usually characterized by progressive skeletal muscle weakness, loss of muscle proteins, and death of muscle cells and tissues. Preferred diseases include Duchenne (DMD), Limb-girdle (LGMD), Emerydrefus, Ophthalopharyngeal, Distal, Myotonic, Congenital, Becker, and / or Facial Scapulohumeral It is. The disease may be DMD and / or LGMD.
典型的には、正常個体と比較したpax−7の発現減少又はカベオリン−3の発現変更は、筋ジストロフィーの症状を示しているか又は症状を発症する傾向を有する個体を示す。 Typically, decreased expression of pax-7 or altered expression of caveolin-3 compared to a normal individual indicates an individual who is showing or has a tendency to develop symptoms of muscular dystrophy.
個体は、ヒト個体であってもよいが、筋ジストロフィー様症状を発症する多くの様々な動物も存在する。そのような動物は、典型的には哺乳動物であり、マウス、ラット、ヒツジ、イヌ、ウマ、ネコ、及び非ヒト霊長類が含まれる。 The individual may be a human individual, but there are many different animals that develop muscular dystrophy-like symptoms. Such animals are typically mammals and include mice, rats, sheep, dogs, horses, cats, and non-human primates.
速筋ミオシンが測定されてもよい。本発明者らは、速筋ミオシンが、異なる疾患で異なる発現レベルを示すことを決定した。例えば、速筋ミオシンは、デュシェンヌ型筋ジストロフィーのマウスモデルでは増加するが、肢帯筋ジストロフィーでは減少する。従って、そのタンパク質の発現レベルをアッセイすることにより、この疾患の発症可能性が高いことが示されると考えられる。好ましくは、速筋ミオシンは、pax−7及び/又はカベオリン−3の1つ又は両方のアッセイと組み合わせてアッセイされる。速筋ミオシンを単独で使用して、例えば、DMD及びLGMD等の特定のタイプの筋ジストロフィーを診断することもできる。 Fast muscle myosin may be measured. The inventors have determined that fast muscle myosin exhibits different expression levels in different diseases. For example, fast muscle myosin is increased in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy but decreased in limb girdle muscular dystrophy. Thus, assaying the expression level of the protein would indicate a high probability of developing this disease. Preferably, fast muscle myosin is assayed in combination with one or both assays of pax-7 and / or caveolin-3. Fast muscle myosin can also be used alone to diagnose certain types of muscular dystrophy such as, for example, DMD and LGMD.
このアッセイは、組織試料中のインスリン様増殖因子−2(Igf−2)の発現レベルを決定することをさらに含んでいてもよい。Igf−2は、デュシェンヌ型筋ジストロフィー等の筋ジストロフィーで過剰発現され、カベオリン−3欠乏型LGMDでは低減される。また、これは、この疾患の予後の指標をもたらす。 The assay may further comprise determining the expression level of insulin-like growth factor-2 (Igf-2) in the tissue sample. Igf-2 is overexpressed in muscular dystrophy such as Duchenne muscular dystrophy, and is reduced in caveolin-3 deficient LGMD. This also provides a prognostic indicator of the disease.
さらに、Igf−2の下流にある次の遺伝子産物をアッセイしてもよい:CDKN1c/P57kip2及び/又はpAkt。 In addition, the following gene products downstream of Igf-2 may be assayed: CDKN1c / P57kip2 and / or pAkt.
Igf−2、CDKN1c/P57kip2、及び/又はpAktは、他のタンパク質
とは別々にアッセイすることもできる。すなわち、例えば、Igf−2は、pax−7及びカベオリン−3を測定せずに、別々にアッセイしてもよい。Igf−2は、CDKN1c/P57kip2及び/又はpAktと共に使用してもよい。
Igf-2, CDKN1c / P57kip2, and / or pAkt can also be assayed separately from other proteins. Thus, for example, Igf-2 may be assayed separately without measuring pax-7 and caveolin-3. Igf-2 may be used with CDKN1c / P57kip2 and / or pAkt.
Merrick D et al(BMC Develop. Biol. (2007), 7, page 65)には、インスリン様増殖因子−2(Igf−2)が、胎児期に発現される増殖因子であることが開示された。これは既知だったが、それが骨格筋筋管で特異的に発現されることは知られていなかった。この論文の主な知見は、Igf−2が、速筋ミオシン陽性線維の比率に影響を及ぼすということだった。 Merrick D et al (BMC Develop. Biol. (2007), 7, page 65) disclosed that insulin-like growth factor-2 (Igf-2) is a growth factor expressed in the fetal period. . Although this was known, it was not known that it was specifically expressed in skeletal muscle myotubes. The main finding of this paper was that Igf-2 affects the proportion of fast muscle myosin positive fibers.
上述のタンパク質は全て、当技術分野で一般的に知られており、それらのタンパク質配列及びそのようなタンパク質をコードする核酸配列は、当技術分野で一般的に知られている。 All of the proteins described above are generally known in the art, and their protein sequences and nucleic acid sequences encoding such proteins are generally known in the art.
組織試料は、典型的には、例えば生検試料の形態の筋組織試料である。しかしながら、個体内の筋線維が変性するため、速筋ミオシン及びカベオリン−3は、筋ジストロフィーを有する個体の血液内にも見出される場合があると考えられる。 The tissue sample is typically a muscle tissue sample, for example in the form of a biopsy sample. However, it is believed that fast muscle myosin and caveolin-3 may also be found in the blood of individuals with muscular dystrophy because of the degeneration of muscle fibers within the individual.
タンパク質発現は、試料中のmRNAレベルを決定することによりタンパク質発現レベルを直接的又は間接的のいずれかで測定することにより決定することができる。 Protein expression can be determined by measuring protein expression levels either directly or indirectly by determining mRNA levels in the sample.
典型的には、タンパク質の発現レベルは、イムノアッセイにより決定することができる。上述のタンパク質に特異的な抗体は、当技術分野で一般的に知られている。そのような抗体は、当技術分野で一般的に知られている方法により、直接的又は間接的に標識することができる。例えば、組織試料は、適切に標識された抗体で免疫染色することができる。試料は、染色する前に固定することができる。本発明者らは、タンパク質に特異的な抗体、特にpax−7に特異的な抗体と共に使用する場合、パラホルムアルデヒドが特に有効であることを見出した。従って、好ましくは、使用される固定剤は、パラホルムアルデヒドである。タンパク質と抗体との結合は、当技術分野で一般的に知られている方法により決定することができる。例えば、アビジン−ビオチン法は、当技術分野で一般的に知られている。そのようなアッセイでは、典型的には、ホースラディッシュペルオキシダーゼを、3’,3,5,5’テトラメチル−ベンジジン等の基質と組み合わせて使用して有色産物を形成させ、その後それを例えば顕微鏡で視覚化することができる。本発明者らは、特に、チラミドシグナル増幅(TSA)が、例えばpax−7と共に使用された場合、特に良好な染色をもたらすことを見出した。従って、好ましくは、TSAを免疫染色に使用する。 Typically, the level of protein expression can be determined by immunoassay. Antibodies specific for the above proteins are generally known in the art. Such antibodies can be labeled directly or indirectly by methods generally known in the art. For example, a tissue sample can be immunostained with an appropriately labeled antibody. The sample can be fixed before staining. The inventors have found that paraformaldehyde is particularly effective when used with antibodies specific for proteins, particularly antibodies specific for pax-7. Preferably, therefore, the fixative used is paraformaldehyde. The binding between the protein and the antibody can be determined by methods generally known in the art. For example, the avidin-biotin method is generally known in the art. In such assays, horseradish peroxidase is typically used in combination with a substrate such as 3 ′, 3, 5, 5 ′ tetramethyl-benzidine to form a colored product that is then used, for example, under a microscope. Can be visualized. The inventors have found that tyramide signal amplification (TSA), particularly when used with pax-7, results in particularly good staining. Therefore, preferably TSA is used for immunostaining.
アルカリホスファターゼを使用することもできる。これには、3つの酵素分子(アルカリホスファターゼ)及び2つの抗体分子で構成される、予め形成された環式酵素抗酵素免疫複合体が使用される。この技術は、典型的には青色染料(Fast Blue BN)又は赤色染料(Fast Red TR)を使用することにより視覚化することができる。 Alkaline phosphatase can also be used. For this, a preformed cyclic enzyme anti-enzyme immune complex composed of three enzyme molecules (alkaline phosphatase) and two antibody molecules is used. This technique can typically be visualized by using a blue dye (Fast Blue BN) or a red dye (Fast Red TR).
イムノアッセイは、直接的に標識された抗タンパク質抗体を使用して視覚化することができる。或いは、それらは、抗タンパク質抗体に結合する抗免疫グロブリン抗体を使用することにより、間接的に視覚化してもよい。その二次抗体は、それ自体が標識されていてもよい。 Immunoassays can be visualized using directly labeled anti-protein antibodies. Alternatively, they may be visualized indirectly by using anti-immunoglobulin antibodies that bind to anti-protein antibodies. The secondary antibody may itself be labeled.
この抗体又は各抗体は、蛍光体で標識されていてもよい。そのような蛍光体は、当技術分野で一般的に知られている。それらには、例えば、フルオレセイン、フルオレセインイ
ソチオシアナート(FITC)、及びローダミンが含まれる。そのような蛍光体は、異なる色の蛍光を発する。従って、好ましくは、このアッセイ(及び実際は下記で規定するキット)で使用される抗体は、異なる蛍光体を有しているか、及び/又は視覚化法が異なっており、例えばホースラディッシュペルオキシダーゼを用いて、様々なタンパク質が、同じ組織試料からアッセイされることを可能にする。
This antibody or each antibody may be labeled with a phosphor. Such phosphors are generally known in the art. They include, for example, fluorescein, fluorescein isothiocyanate (FITC), and rhodamine. Such phosphors emit different colors of fluorescence. Preferably, therefore, the antibodies used in this assay (and indeed the kits defined below) have different fluorophores and / or have different visualization methods, for example using horseradish peroxidase , Allowing various proteins to be assayed from the same tissue sample.
タンパク質は、組織試料、部分的に精製された試料、又は試料から得られた精製タンパク質に標識抗体を添加することにより視覚化して、試料に結合した全抗体を特定することができる。試料中のタンパク質は、免疫ブロットにより精製及び視覚化してもよい。 Proteins can be visualized by adding labeled antibody to a tissue sample, partially purified sample, or purified protein obtained from the sample to identify total antibodies bound to the sample. The protein in the sample may be purified and visualized by immunoblotting.
その代わり又はそれに加えて、タンパク質の発現レベルは、この組織試料で発現されたmRNAレベルを特定することにより決定してもよい。mRNA発現のレベルは、定量ポリメラーゼ連鎖反応(QPCR)又はリアルタイムPCR(RT−PCR)により決定してもよい。この技術では、タンパク質をコードするmRNAに特異的な1対のプライマーが使用される。そのような技術は、当技術分野で一般的に周知である。 Alternatively or additionally, protein expression levels may be determined by identifying the mRNA levels expressed in the tissue sample. The level of mRNA expression may be determined by quantitative polymerase chain reaction (QPCR) or real-time PCR (RT-PCR). In this technique, a pair of primers specific for the mRNA encoding the protein is used. Such techniques are generally well known in the art.
当技術分野には、例えば、SYBR(商標)染色を使用して、定量PCRを可能にする市販の系が多数存在する。製造業者には、Applied Biosytems Limited社及びPromega Corporation社が含まれる。 There are many commercial systems in the art that allow quantitative PCR using, for example, SYBR ™ staining. Manufacturers include Applied Biosystems Limited and Promega Corporation.
本発明は、pax−7、カベオリン−3、及び/若しくは速筋ミオシンの2つ以上に特異的な2つ以上の抗体、又はpax−7、カベオリン−3、及び/若しくは速筋ミオシンの2つ以上をコードするmRNAに特異的な1対のPCRプライマーを含む、本発明による方法で使用されるキットも提供する。 The invention relates to two or more antibodies specific for two or more of pax-7, caveolin-3 and / or fast muscle myosin, or two of pax-7, caveolin-3 and / or fast muscle myosin. Also provided is a kit for use in the method according to the invention comprising a pair of PCR primers specific for the mRNA encoding the above.
タンパク質は、pax−7タンパク質又はpax−7をコードするmRNAであってもよい。その代わり又はそれに加えて、タンパク質は、カベオリン−3又はカベオリン−3をコードするmRNAであってもよい。 The protein may be a pax-7 protein or an mRNA encoding pax-7. Alternatively or additionally, the protein may be caveolin-3 or mRNA encoding caveolin-3.
加えて、タンパク質は、速筋ミオシン又は速筋ミオシンをコードするmRNAであってもよい。 In addition, the protein may be fast muscle myosin or mRNA encoding fast muscle myosin.
抗体は、上述のものの1つ等の好適な標識で直接標識されていてもよい。そのような標識には、蛍光標識、及びアルカリホスファターゼ又はホースラディッシュペルオキシダーゼ等の酵素に基づく標識が含まれる。 The antibody may be directly labeled with a suitable label, such as one of those described above. Such labels include fluorescent labels and labels based on enzymes such as alkaline phosphatase or horseradish peroxidase.
キットは、1つのタンパク質に対する抗体及び第2のタンパク質のための1対のプライマーを含んでいてもよい。或いは、キットは、2つ以上の他のタンパク質のためのPCRプライマーを含んでいてもよい。キットは、異なるタンパク質に対する2つ以上の抗体を含んでいてもよい。後者の場合は、抗体は、各タンパク質の量の実質的同時測定を可能にするために、異なる標識で標識されていてもよい。 The kit may include an antibody against one protein and a pair of primers for a second protein. Alternatively, the kit may contain PCR primers for two or more other proteins. The kit may contain two or more antibodies against different proteins. In the latter case, the antibody may be labeled with a different label to allow a substantially simultaneous measurement of the amount of each protein.
キットは、パラホルムアルデヒドをさらに含んでいてもよい。パラホルムアルデヒドは、筋肉試料の固定を可能にするのに特に効果的であることが見出されている。これは、pax−7タンパク質に特異的な抗体と組み合わせて提供されてもよい。 The kit may further include paraformaldehyde. Paraformaldehyde has been found to be particularly effective in allowing fixation of muscle samples. This may be provided in combination with an antibody specific for pax-7 protein.
キットは、Igf−2に特異的な抗体又はPCRプライマー対をさらに含んでいてもよい。 The kit may further comprise an antibody specific for Igf-2 or a PCR primer pair.
抗体がキットに提供される場合、キットは、チラミドシグナル増幅用の1つ又は複数の
試薬を含んでいてもよい。これには、例えばビオチン化チラミドが含まれていてもよい。
Where antibodies are provided in the kit, the kit may include one or more reagents for tyramide signal amplification. This may include, for example, biotinylated tyramide.
本発明によるキットは、試料を固定するための1つ又は複数の固定剤を含んでいてもよい。 The kit according to the present invention may contain one or more fixatives for fixing the sample.
キットは、キットと共に使用説明書を含んでいてもよい。説明書は、例えば、筋ジストロフィーの症状を示しているか又は筋ジストロフィーを発症する傾向を有する個体に関連するタンパク質発現の典型的なレベルに関する詳細を含んでいてもよい。説明書は、正常個体における発現レベルに関する詳細を含んでいてもよい。これにより、取得されたデータの妥当性を開業医が評価することを可能にするために、比較される個体に由来する試料から得られたデータと所定の値との比較が可能になる。既知濃度のタンパク質を有する1つ又複数の対照が提供されていてもよい。 The kit may include instructions for use with the kit. The instructions may include details regarding, for example, typical levels of protein expression associated with individuals who are showing symptoms of muscular dystrophy or who have a propensity to develop muscular dystrophy. The instructions may include details regarding expression levels in normal individuals. This allows comparison of data obtained from samples derived from the compared individuals with a predetermined value in order to allow the practitioner to evaluate the validity of the acquired data. One or more controls with known concentrations of protein may be provided.
PCRプライマーが提供される場合、キットは、定量PCRの実施を可能にするための1つ又は複数の標識又は他の試薬をさらに含んでいてもよい。これには、例えば、SYBR(商標)greenが含まれていてもよい。 Where PCR primers are provided, the kit may further include one or more labels or other reagents to allow for performing quantitative PCR. This may include, for example, SYBR ™ green.
また、キットは、アッセイ内で標準物質として使用するために、所定の濃度の1つ又は複数のタンパク質対照試料を含んでいてもよい。 The kit may also contain a predetermined concentration of one or more protein control samples for use as standards in the assay.
本発明者らにより得られた結果は、カベオリン−3を使用して、筋ジストロフィーの症状を緩和することができることも示している。 The results obtained by the inventors also show that caveolin-3 can be used to relieve the symptoms of muscular dystrophy.
従って、本発明は、患者にカベオリン−3を投与すること、又は患者におけるカベオリン−3発現を増加させることを含む、筋ジストロフィーの治療方法を提供する。筋ジストロフィーの治療においてタンパク質の発現を増加させるか又はタンパク質を提示させる方法は、以前にユートロフィンについて実証されている。カベオリン−3を同様の様式で使用できることが予測される。 Accordingly, the present invention provides a method for treating muscular dystrophy comprising administering caveolin-3 to a patient or increasing caveolin-3 expression in the patient. Methods for increasing or presenting protein expression in the treatment of muscular dystrophy have been previously demonstrated for utrophin. It is expected that caveolin-3 can be used in a similar manner.
ユートロフィンは、筋ジストロフィーの治療に有用であることが実証されている。例えば、米国特許出願第2009/054327号、米国特許出願第2008/160108号、及び国際公開第97122696号(参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる)には、このタンパク質がそのような治療に使用される方法が開示されている。 Utrophin has been demonstrated to be useful in the treatment of muscular dystrophy. For example, U.S. Patent Application No. 2009/054327, U.S. Patent Application No. 2008/160108, and WO 97122696, which are hereby incorporated by reference in their entirety, include such proteins as such treatments. The method used in is disclosed.
カベオリン−3を薬学的に許容される担体と組み合わせて含む医薬製剤も提供される。本発明は、筋ジストロフィーを治療するため使用されるカベオリン−3も提供する。 Also provided is a pharmaceutical formulation comprising caveolin-3 in combination with a pharmaceutically acceptable carrier. The present invention also provides caveolin-3 for use in treating muscular dystrophy.
以降、以下の図面を例示の目的のみで参照して、本発明を説明することにする。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following drawings by way of example only.
方法
マウスモデル
野生型(C57BL10)及び同質遺伝子型mdx及びcav−3-/-マウス系統を使
用し、C57B110を背景とするcav−3-/-ジストロフィーマウスは、Yoshito Hagiwara(東京)(Hagiwara et al., 2000)から得た。Mdx及びC57BL10は、自己施設で生成した(Merrick et al., 2007)。二重突然変異体マウス(mdxcav+/−)は、ジストロフィンがヌルであり(dys−/−)、カベオリン−3がヘテロ接合性であり(cav−3+/−)、Igf−2導入遺伝子がヘテロ接合性のジストロフィン欠損変異体を生成するために以前に記述された戦略を使用して(mdxIgf−2+/−;(Smith et al., 2000))、mdx及びcav−3-/-を交雑させることにより生成した。
遺伝子型決定は、ネオマイシン(cav−3KO導入遺伝子を検出するため)及びカベオリン−3(WT、mdx、及びcav−3+/-により発現されるが、cav−3-/-では発現されない;図7)のPCRにより達成した。示されたデータは、およそ50:50比率のmdx及びmdxcav+/-胚を含有するE15.5及びE17.5胚の各々の2匹の
異なる同腹子に由来する。同腹子数(1同腹子当たり7〜9個の胚)は、WT及びmdxから得られたものと同等だった。
Methods Mouse model Using wild-type (C57BL10) and isogenic mdx and cav-3 − / − mouse strains, cav-3 − / − dystrophic mice against C57B110 were found in Yoshito Hagiwara (Tokyo) (Hagiwara et al , 2000). Mdx and C57BL10 were generated in-house (Merrick et al., 2007). Double mutant mice (mdxcav +/−) are dystrophin null (dys − / −), caveolin-3 heterozygous (cav-3 +/−), and Igf-2 transgene heterozygous Crossing mdx and cav-3 − / − using previously described strategies to generate sex dystrophin-deficient mutants (mdxIgf−2 +/−; (Smith et al., 2000)) Generated by.
Genotyping is expressed by neomycin (to detect the cav-3KO transgene) and caveolin-3 (WT, mdx, and cav-3 +/− but not cav-3 − / − ; FIG. This was achieved by PCR in 7). The data shown is from two different littermates of each of E15.5 and E17.5 embryos containing approximately 50:50 ratios of mdx and mdxcav +/− embryos. Litter size (7-9 embryos per litter) was comparable to that obtained from WT and mdx.
マウス胚の調製
載物台に載せた野生型(WT)、cav−3-/-、mdx、及びmdxcav+/-胚を、以前と同じように固定及び処理し、パラフィンろうで包埋した(Smith and Merrick, 2008)。プラグ検出の朝(morning of plug detection)を、E0.5と推定した。切片は全て矢状断だった(5μM)。切断の平面及び深さは、Kaufman's Atlas of embryology(Kaufman, 1992)を使用して、胚の正中線(二分点)で確定した。1系統当たり少なくとも3つの別々の胚に由来する一致した野生型(WT)、cav−3-/-、mdx、及びmd
xcav−3+/-切片を、全ての分析に使用した。
Preparation of mouse embryos Wild-type (WT), cav-3 − / − , mdx, and mdxcav +/− embryos on the platform were fixed and treated as before and embedded in paraffin wax ( Smith and Merrick, 2008). The morning of plug detection was estimated to be E0.5. All sections were sagittal (5 μM). The plane and depth of the cut was established at the midline of the embryo (bisection point) using Kaufman's Atlas of embryology (Kaufman, 1992). Consistent wild type (WT), cav-3 − / − , mdx, and md from at least 3 separate embryos per line
xcav-3 +/− sections were used for all analyses.
免疫組織化学法
Igf−2、汎ミオシン(MF20)、速筋ミオシン重鎖FMyHC(My32)、及びpax−7抗体の免疫染色及び条件は、以前に記述されており(Merrick et al., 2007)、CDNK1c/p57kip2の免疫染色も、以前に記述されている(Westbury et al, 2001)。pAkt検出は、New England Biolabs(英国)Ltd社から取得した抗pAktウサギポリクローナル(No.9277)を使用して、1/100の至適力価で達成した。。長期にわたるペルオキシダーゼブロッキングステップは、全ての染色実行に含まれていた。二次抗体対照は、非染色を示した。B−心筋ミオシンは、N2.261抗体(1/1000;DHSB社製、アイオワシティ)を使用して検出した。CDNK1c/p57kip2、pAkt、IGF−2、及びFMyHC染色を、FMyHC及びIGF−2について以前に記述されているように(Merrick et al., 2007)、一定のグリッド区域での抗体陽性筋管の割合を計数することにより定量化した。データを、スチューデントt検定及びANOVAを使用して分析した。少なくとも3000個の筋管を、各データポイントで計数した。
Immunohistochemical methods Immunostaining and conditions for Igf-2, pan-myosin (MF20), fast muscle myosin heavy chain FMyHC (My32), and pax-7 antibody have been previously described (Merrick et al., 2007). CDNK1c / p57kip2 immunostaining has also been described previously (Westbury et al, 2001). pAkt detection was achieved at an optimal titer of 1/100 using an anti-pAkt rabbit polyclonal (No. 9277) obtained from New England Biolabs (UK) Ltd. . A long term peroxidase blocking step was included in all staining runs. The secondary antibody control showed unstained. B-cardiac myosin was detected using N2.261 antibody (1/1000; DHSB, Iowa City). CDNK1c / p57kip2, pAkt, IGF-2, and FMyHC staining, as described previously for FMyHC and IGF-2 (Merrick et al., 2007), percentage of antibody-positive myotubes in certain grid areas Was quantified by counting. Data were analyzed using Student's t test and ANOVA. At least 3000 myotubes were counted at each data point.
Pax−7免疫染色を、保管してあった若年ヒト筋肉生検でも実施した(図8を参照)。 Pax-7 immunostaining was also performed on stored young human muscle biopsies (see FIG. 8).
MF20染色切片における筋管形態及び定量化の分析
野生型(WT)、cav−3-/-、及びmdxに由来する矢状切断MF20染色胚を、
切片の期、平面、及び角度に関して一致させた。アーチファクトを回避するために、本発明者らは、完全に切断面にある分割及び分岐のみを計数し、これは、切片間で注意深く制御された。この分析は、分割/分岐事象を過小評価する場合がある。E13.5、E15.5、及びE17.5胚に由来する矢状断切片は、一致を容易にするために胚の正中地点で、発表されているマウスアトラス(Kaufman, 1995)に対して形態学的特徴の位置を注
意深く一致させた。切片は、誤整列及び分岐表現型の両方について、盲検法で及び2人の異なる観察者によって計数し、統計分析にかけた。得点化した各突然変異体及び野生型胚
について、グリッド目盛りを使用して、肋間筋、上肢筋及び下肢筋、並びに顔面筋領域の同じ縦に伸びる筋肉の一定の区域で、分岐を得点化した。誤整列線維の得点化は、縦断面の筋線維方向をグリッド目盛りに対して配向させ、25度の角度を超えて逸脱した線維を一定の区域で得点化することにより達成した。本発明者らは、2人の実験者がスライドを計数し、第2の実験者は系統を知らされておらず、分割/分岐がmdxでのみ特定され、統計的に有意だった場合、データは、分割/分岐の信頼できる指標であると確信する。筋管を計数する場合、本発明者らは、全ての筋管端部の確定を試みることはしなかったが(胚切片では不可能な課題である)、その代わり1系統当たり3つの異なる胚の近位、遠位、肋間、及び深背部筋の一致した切片を、一定の区域にわたって注意深く計数した(1系統当たりの計数された合計筋管:2〜3000個)。本発明者らは、これにより、筋管に対する筋核の比率、及び1切片当たりの筋管の平均数を評価することが可能だった。データ分析:ANOVA及びスチューデントt検定。
Analysis of myotube morphology and quantification in MF20 stained sections Sagittal MF20 stained embryos derived from wild type (WT), cav-3 − / − , and mdx
Matches were made in terms of section stage, plane, and angle. In order to avoid artifacts, we counted only the splits and branches that were completely at the cutting plane, which was carefully controlled between sections. This analysis may underestimate split / branch events. Sagittal sections from E13.5, E15.5, and E17.5 embryos are morphological to the published mouse atlas (Kaufman, 1995) at the midpoint of the embryo to facilitate coincidence The position of the scientific features was carefully matched. Sections were counted for both misalignment and branching phenotypes in a blinded manner and by two different observers and subjected to statistical analysis. For each mutant and wild-type embryo scored, a grid graduation was used to score branches in certain areas of the muscles that extend the same length in the intercostal, upper and lower extremity muscles, and facial muscle areas. . Scoring of misaligned fibers was achieved by orienting the muscle fiber direction of the longitudinal section with respect to the grid scale and scoring fibers that deviated beyond an angle of 25 degrees in a certain area. We have two experimenters counting slides, the second experimenter is unaware of the lineage, the split / branch is specified only in mdx, and the data is statistically significant. Is a reliable indicator of split / branch. When counting myotubes, we did not attempt to determine all myotube ends (which is an impossible task with embryo sections), but instead three different embryos per line. Matched sections of the proximal, distal, intercostal, and deep back muscles were carefully counted over a certain area (total myotubes counted per line: 2-3000). This allowed us to evaluate the ratio of myonuclei to myotubes and the average number of myotubes per section. Data analysis: ANOVA and Student t test.
胚外植片
E11.5〜E17.5胚を解剖して、骨格筋細胞が豊富な区域を単離した。全ての胚で、頭部、脊髄、及び内臓を取り除いた。より後期胚(E15.5〜E17.5)では、皮膚及び軟骨/硬骨を取り除いた。筋肉が豊富な組織を顕微解剖して微小外植片にし、微小ウエルで培養した(Smith and Merrick, 2008;Smith and Schofield, 1994)。WT、mdx、又はcav-/- E11.5外植片馴化培地(CM)を、コンフルエント培養か
ら取り出し、ろ過し(0.2μm Acrodisc(登録商標)注射器フィルター;VWR International社、英国)、標準的培地補完剤(20%FCS;2mMグルタミン)を補充し、新しいE11.5野生型外植片に添加し、18日間培養した(Smith and Schofield, 1997)。3つの胚に由来する180個の外植片を、この研究に含
めた3つの系統の各々について分析した。データはANOVAにより分析した。
Embryo explants E11.5-E17.5 embryos were dissected to isolate areas rich in skeletal muscle cells. In all embryos, the head, spinal cord, and internal organs were removed. In later embryos (E15.5 to E17.5), the skin and cartilage / bone were removed. The tissue rich in muscle was microdissected into microexplants and cultured in microwells (Smith and Merrick, 2008; Smith and Schofield, 1994). WT, mdx, or cav − / − E11.5 explant conditioned medium (CM) is removed from confluent culture, filtered (0.2 μm Acrodisc® syringe filter; VWR International, UK), standard Medium supplement (20% FCS; 2 mM glutamine) was supplemented and added to fresh E11.5 wild type explants and cultured for 18 days (Smith and Schofield, 1997). 180 explants from 3 embryos were analyzed for each of the 3 lines included in this study. Data was analyzed by ANOVA.
アウトグロース分析
アウトグロースは、骨格筋外植片の増殖率の、信頼性があり高度に再現性のある尺度である(Smith and Schofield, 1994)。外植片を3週間養殖し、各ウエルの細胞のコンフ
ルエンスレベルにより得点化した。Myf−5免疫染色(Santa Cruz社製;力価1/5000、ウサギ抗−Myf−5 c20)を使用して、E11.5〜E17.5
野生型(WT)、mdx、及びcav−3-/-外植片培養の筋肉由来を実証し、85%
を超える細胞がmyf−5+だった(Smith and Merrick, 2008)。各切片を用いて実施
された二次抗体対照は、常に負に染色された。Myf−5 c20を使用して、筋形成を広範に実証する(Frock et al., 2006;Lindon et al., 1998)。
Outgrowth analysis Outgrowth is a reliable and highly reproducible measure of the growth rate of skeletal muscle explants (Smith and Schofield, 1994). Explants were cultured for 3 weeks and scored according to the confluence level of the cells in each well. Using Myf-5 immunostaining (Santa Cruz;
Demonstrate muscle origin of wild type (WT), mdx, and cav-3 − / − explant cultures, 85%
More than 5 cells were myf-5 + (Smith and Merrick, 2008). Secondary antibody controls performed with each section always stained negative. Myf-5 c20 is used to extensively demonstrate myogenesis (Frock et al., 2006; Lindon et al., 1998).
アポトーシス及び増殖の測定
筋芽細胞の形態学的特徴を有するコンフルエント外植片培養を、ディスパーゼと共に二次培養し(Smith and Schofield, 1994)、固定する前に6時間カバーガラスに播種した
(5×103細胞/cm2)。アポトーシス性核細胞を10μg/mLのDAPIで3分間染色した(Smith et al., 1995)。増殖細胞を、Ki67(ウサギ抗Ki67、力価1/1000:Novocastra Laboratories Ltd.社製、英国)で上記のように免疫染色した。抗原回収の場合(圧力鍋を使用した)、標準的紙クリップを使用して、カバーガラスをまずしっかりとスライドガラス上に取り付けた。3回の別々の実験を、各系統(C57BL10、cav−3-/-、mdx)について重複して実施した
。
Measurement of Apoptosis and Proliferation Confluent explant cultures with morphological characteristics of myoblasts were subcultured with dispase (Smith and Schofield, 1994) and seeded on coverslips (5 ×) before fixation. 10 3 cells / cm 2 ). Apoptotic nuclei cells were stained with 10 μg / mL DAPI for 3 minutes (Smith et al., 1995). Proliferating cells were immunostained as described above with Ki67 (rabbit anti-Ki67,
タンパク質の単離及び免疫ブロット
胚からタンパク質を直接的に抽出して、RIPA緩衝液を含有するガラス製ホモジナイザー(1〜5mL;VWR International社製、英国)に入れた。標準的プロトコールを使用して免疫ブロットを実施し、ECL(Pierce社製Endoge
n Hyclone)により検出した。抗体:速筋ミオシン(My32、1:1000);α−チューブリン(1:1000、Sigma社製);pax−7(1/1000);カベオリン−3(l/1000)。ヤギ抗マウスIgG−HRP(1:2000、Santa Cruz Biotechnology社製)。タンパク濃度は、ELISA形式のブラッドフォードアッセイを使用して決定した(Merrick et al., 2007)。
Protein isolation and immunoblotting Proteins were extracted directly from embryos and placed in glass homogenizers (1-5 mL; VWR International, UK) containing RIPA buffer. Immunoblots were performed using standard protocols and ECL (Pierce Endogene).
n Hyclone). Antibody: fast muscle myosin (My32, 1: 1000); α-tubulin (1: 1000, manufactured by Sigma); pax-7 (1/1000); caveolin-3 (1/1000). Goat anti-mouse IgG-HRP (1: 2000, manufactured by Santa Cruz Biotechnology). Protein concentration was determined using the Bradford assay in an ELISA format (Merrick et al., 2007).
Pax−7 RT(逆転写)リアルタイムPCR
逆転写(RT)PCRを実施して、野生型(WT)及びmdxマウス骨格筋から単離された筋芽細胞のpax−7 mRNA量を定量化した(Smith & Schofield, 1994)。定
量データを得るために、Pax−7産物の線形化及び等化を、Igf−2について記述されているように実施した(Merrick et al, 2007)。RT−PCRを、これら定量下で、
野生型の6つの別々の単離物及びmdx筋芽細胞の6つの単離物に対して実施した。
ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)cDNA試料を、Merrick et al, (2007)に記述された
RT−PCR法により生成し、以下の試薬混合物中でのPCRにかけた:
・5μLの5×PCR緩衝液(Promega社製)
・1.5μLの25mM MgCl2(Promega社製)
・5μLの10mM dNTP(Promega社製)。
・1μLの25μMプライマー混合物、PCR dH2O(Sigma社製)中の12
.5μM順方向及び12.5μM逆方向プライマー(Alta Biosciences社製)。
・1μLのcDNA
・1μLのTaq(Promega社製)−最後に添加された試薬
Pax-7 RT (reverse transcription) real-time PCR
Reverse transcription (RT) PCR was performed to quantify the amount of pax-7 mRNA in myoblasts isolated from wild type (WT) and mdx mouse skeletal muscle (Smith & Schofield, 1994). To obtain quantitative data, linearization and equalization of the Pax-7 product was performed as described for Igf-2 (Merrick et al, 2007). RT-PCR under these quantifications,
It was performed on 6 separate isolates of wild type and 6 isolates of mdx myoblasts.
Polymerase chain reaction (PCR) cDNA samples were generated by the RT-PCR method described in Merrick et al, (2007) and subjected to PCR in the following reagent mixture:
・ 5 μL of 5 × PCR buffer (Promega)
・ 1.5 μL of 25 mM MgCl 2 (Promega)
-5 μL of 10 mM dNTP (manufactured by Promega).
• 1 μL of 25 μM primer mix, 12 in PCR dH 2 O (Sigma)
. 5 μM forward and 12.5 μM reverse primers (manufactured by Alta Biosciences).
1 μL of cDNA
1 μL Taq (Promega)-last added reagent
TaqポリメラーゼをPCR混合物(上記のような)に最後に添加して、ランダム転写を防止した。試料をプログラム可能な熱コントローラーに負荷し、熱コントローラーを、以下の通り、この遺伝子について特別にプログラムした: Taq polymerase was added last to the PCR mixture (as above) to prevent random transcription. The sample was loaded onto a programmable thermal controller, which was specifically programmed for this gene as follows:
プライマー配列:
pax7−順方向:gct−acc−agt−aca−gcc−agt−atg
pax7−逆方向:gtc−act−aag−cat−ggg−tag−atg
Primer sequence:
pax7-forward: gct-acc-agt-aca-gcc-agt-atg
pax7-reverse direction: gtc-act-aag-cat-ggg-tag-atg
Igf−2
インスリン様増殖因子2(Igf−2)は以前に報告されている。染色法及びPCR法は、Merrick D et al (2007)に考察されている。典型的には、筋生検をアッセイした。
Igf-2
Insulin-like growth factor 2 (Igf-2) has been previously reported. Staining and PCR methods are discussed in Merrick D et al (2007). Typically, muscle biopsy was assayed.
結果
分岐、線維誤整列、及び奇形筋管は、筋ジストロフィーの胚表現型を特徴付ける
野生型(WT)、cav−3-/-、及びmdxマウスを汎ミオシン抗体(MF20)で
免疫染色して、筋線維構造を明らかにした(図1)。分岐及び線維分割は、E13.5〜E17.5のmdx軸上(背部)、軸下(肢筋、呼吸筋)、及び顔面筋で見出され、それが筋管形成に関連する初期事象であることと一致する、動的な時間的及び空間的パターンを示す(図1−1A〜C及びG)。一致した期及び筋肉群では、mdx筋管は、野生型と比べてジストロフィー胚で発育不全であり、cav 3-/-筋管は肥大性であり、筋管幅
は様々である(図1−1C〜E、青色バー)。最大の形態学的欠陥は、近位肢(E15.5)よりmdx肋間(E13.5)でより初期に生じ、これら筋肉の後期発生と一致する(図1−1A)。cav−3-/-及び野生型胚筋管では、線維分割はない(図1−1A、
C、E、及びF、H)。筋管整列も、mdx筋形成の初期に障害を受ける(図1−2I)。E13.5では、最大1/8のmdx筋管は、近位肢、肋間、及び顔面筋の正中線維整列から誤配置されている(図1−2I)。これは、筋管の5%未満が誤配置されていたE13.5の野生型及びcav−3-/-筋肉とは統計的に異なる。筋管を、正中から25°
を超えて逸脱しているもの(誤整列)及び25°未満誤配置されているもの(接線性線維)に分類すると、半分を超える誤配置E13.5mdx筋管(7〜9%)が、誤整列しており(図1−2K)、残りは接線性であったが、野生型又はcav−3-/-筋肉では、誤
配置筋管は全て接線的に誤配置されていた。これは、調査した他の期にも該当した(データ非表示)。誤配置筋管の割合は、在胎齢と共に減少し、筋肉群に依存する(図1−2I)。E13.5では、mdx肋間筋の筋管の12%が不正確に整列しており、これは、在胎齢と共に減少するが、本発明者らは、全ての在胎期でmdx肋間筋における筋管の誤整列及び接線性の誤配置を見出した(E13.5〜E17.5、図1−2I、M)。同じ期のWT及びcav−3-/-の肋間筋管は、正中に対して正確に整列しており、WT又はc
av−3-/-の肋間に筋管の逸脱はなく、これら筋肉の整列機序がしっかりと制御されて
おり、mdxでは重度に障害を受けることを示唆する(図1−2H〜N)。
Results Branching, fiber misalignment, and malformed myotubes characterize the embryonic phenotype of muscular dystrophy Wild-type (WT), cav-3 − / − , and mdx mice were immunostained with pan-myosin antibody (MF20) to produce muscle The fiber structure was revealed (FIG. 1). Bifurcation and fiber division are found on the mdx axis (back), subaxis (limb muscles, respiratory muscles), and facial muscles of E13.5-E17.5, which are early events related to myotube formation A dynamic temporal and spatial pattern consistent with certain is shown (FIGS. 1-1A-C and G). In the matched stages and muscle groups, mdx myotubes are dysplastic in dystrophic embryos compared to wild type,
C, E, and F, H). Myotube alignment is also impaired early in mdx myogenesis (FIGS. 1-2I). At E13.5, up to 1/8 of the mdx myotubes are misplaced from the midline fiber alignment of the proximal limbs, intercostals, and facial muscles (FIGS. 1-2I). This is statistically different from E13.5 wild type and cav-3 − / − muscles, where less than 5% of myotubes were misplaced. Myotubes at 25 ° from midline
Classifying more than half of misaligned E13.5 mdx myotubes (7-9%) when misclassified into less than 25 ° (misalignment) and less than 25 ° misplaced (tangential fibers) Aligned (FIGS. 1-2K) and the rest were tangential, but all misplaced myotubes were tangentially misplaced in wild-type or cav-3 − / − muscles. This was also true for the other periods studied (data not shown). The proportion of misplaced myotubes decreases with gestational age and depends on the muscle group (FIGS. 1-2I). At E13.5, 12% of the myotubes of the mdx intercostal muscles are misaligned, which decreases with gestational age, but we have found that muscles in the mdx intercostal muscles at all gestational stages Pipe misalignment and tangential misplacement were found (E13.5-E17.5, FIGS. 1-2I, M). WT and cav-3 − / − intercostal myotubes in the same phase are precisely aligned to the midline, and WT or c
There was no myotube deviation between the av-3 − / − intercostals, suggesting that the alignment mechanism of these muscles is tightly controlled and severely impaired in mdx (FIGS. 1-2H-N).
ジストロフィー胚心臓の形態学的欠陥
心筋症は、LGMD(1C)及びDMDの両方の重要な臨床的帰結である。本発明者らは、MF20及び心筋β−ミオシン特異的抗体N2.261を使用して、ジストロフィー胚心臓及び野生型胚心臓の形態及びミオシン局在化パターンを実証した(図2)。文献と一致して、骨格速筋ミオシンアイソフォーム(FMyHC)は、E13.5〜E17.5の胚心臓では検出することができなかった(My32抗体、データ非表示)。心筋β−ミオシンは、E13.5〜E17.5の野生型及びジストロフィー心室及び心房筋細胞に存在する(図2−1A〜F、図2−2I〜P)。両突然変異体は、心室壁肥厚(図2−1A〜F)及び心筋細胞組織崩壊を示し、これは、cav−3-/-において大幅により悪化し
ており、筋細胞が交差した様式で形成し互いに重なりあっている(図2−1E〜F及びG〜H)。心房小柱形成も、ジストロフィー胚では障害を受けており、長くてかぎ形のmdx小柱とは対照的に、E14.5のcav−3-/-胚では短くて太い(図2−2I〜J)
。E17.5では、染色が均一であり2つの層がしっかりと隣接している野生型心房とは対照的に(図2−2K,N)、ジストロフィー心房の心筋及び心内膜細胞層の拡延又は分離、及び心筋β−ミオシンの喪失がある(図2−2K〜P)。2つのジストロフィー心臓間には明確な相異があり、E17.5のcav−3-/-では、心筋壁の染色にムラ及び減
少があり、それは小柱で最も顕著である(図2−2O)。mdxでは、染色の喪失は、心筋層の小柱間領域に広がっているが、小柱の端部では大部分が保持されている(図2−2P)。
Morphological defects in dystrophic embryonic heart Cardiomyopathy is an important clinical consequence of both LGMD (1C) and DMD. We used MF20 and the myocardial β-myosin specific antibody N2.261 to demonstrate the morphology and myosin localization pattern of dystrophic and wild-type embryonic hearts (FIG. 2). Consistent with the literature, fast skeletal muscle myosin isoform (FMyHC) could not be detected in E13.5-E17.5 embryonic heart (My32 antibody, data not shown). Myocardial β-myosin is present in E13.5-E17.5 wild type and dystrophic ventricle and atrial myocytes (FIGS. 2-1A-F, FIGS. 2-2I-P). Both mutants show ventricular wall thickening (FIGS. 2-1A-F) and myocardial cell tissue disruption, which is much worse in cav-3 − / − and formed in a manner that myocytes crossed. However, they overlap each other (FIGS. 2-1E to F and GH). Atrial trabecularization is also impaired in dystrophic embryos, as opposed to long and hooked mdx trabeculae, short and thick in E14.5 cav-3 − / − embryos (FIGS. 2-2I˜ J)
. At E17.5, in contrast to the wild-type atrium where the staining is uniform and the two layers are tightly adjacent (FIGS. 2-2K, N), There is separation and loss of myocardial β-myosin (FIGS. 2-2K-P). There is a clear difference between the two dystrophic hearts, E17.5 cav-3 − / − has uneven and reduced myocardial wall staining, most notable in the trabeculae (FIG. 2-2O). ). In mdx, the loss of staining spreads over the intertrabecular region of the myocardium, but is largely retained at the end of the trabeculae (FIG. 2-2P).
筋核誤配置及び融合異常
E15.5の野生型胚では、筋核は、筋管の長さに沿って均等に離間されており、新生筋管を除いて、縁部周辺では均等に及び螺旋形に配置されている(図3−1A、白色の星印)。mdxでは、筋核は、野生型より中心により多く配置されており、わずかにさらに離間している(図3−1B)。対照的に、cav−3-/-筋核は、互いにより近接してお
り、重度に障害を受けた筋核間隔及び核「集群化」を示し、それは筋管の端部で特に顕著である(図3−1C〜D)。横断面は、野生型筋肉ではこの期(E15.5)に末梢核及び中心核が存在することを実証し、mdx及びcav−3-/-筋肉では、中心核のみが存
在することを示す(図3−1E〜G)。これら表現型を定量化するために、本発明者らは、一定区域での筋核及び筋線維の合計を得点化して、cav−3-/-筋管は、mdx又は
野生型の筋管の2倍の筋核を含有していたことを実証し、これは、E13.5、E15.5、及びE17.5において統計的に有意である(図3−2K;p<0.05)。これらの期では、cav−3-/-にも筋管が大幅に過剰に存在し(p<0.05)、mdxの筋
管数は、わずかだが有意に(p<0.05)より少ない(図3−1H〜J、図3−2L)。cav−3-/-胚及びmdx胚の筋管数の不均衡は、E13.5〜E17.5で減少す
るが、野生型とは全ての期で統計的に異なっている。
Myonuclear misplacement and fusion abnormalities In E15.5 wild-type embryos, myonuclei are evenly spaced along the length of the myotubes, except for the new myotubes, evenly and spirally around the edges Are arranged in a shape (FIG. 3A, white star). In mdx, myonuclei are more centrally located than the wild type and are slightly further apart (FIG. 3-1B). In contrast, cav-3 − / − myonuclei are closer to each other, exhibiting severely impaired myonuclear spacing and nucleus “clustering”, which is particularly prominent at the end of the myotube (FIGS. 3-1C to D). The cross section demonstrates the presence of peripheral and central nuclei at this stage (E15.5) in wild-type muscle, and only the central nucleus is present in mdx and cav-3 − / − muscles ( FIGS. 3-1E-G). In order to quantify these phenotypes, we scored the sum of myonuclei and myofibers in a given area, and cav-3 − / − myotubes are either mdx or wild type myotubes. It was demonstrated that it contained twice myonuclei, which is statistically significant at E13.5, E15.5, and E17.5 (FIGS. 3-2K; p <0.05). In these phases, cav-3 − / − also has a significant excess of myotubes (p <0.05) and the number of myotubes of mdx is slightly but significantly less (p <0.05) (FIGS. 3-1H to J, FIGS. 3-2L). The imbalance in myotube numbers in cav-3 − / − embryos and mdx embryos decreases from E13.5 to E17.5, but is statistically different from wild type at all stages.
培養胚筋肉幹細胞の過剰増殖及びアポトーシス
胚筋肉幹細胞集団を特徴付けるため、本発明者らは、ジストロフィー及び野生型(E11.5〜E17.5)胚筋芽細胞培養を使用した(Smith and Merrick, 2008)。これら
細胞の体節由来を、myf−5染色を使用して実証した(図4)。mdx及びcav−3-/-外植片は両方とも、野生型(WT)とは異なるアウトグロース率を示す(図4−1A
〜B)。野生型と比較して、myf−5+細胞のアウトグロースは、mdxでは全ての期(E11.5〜E17.5)で、及びcav−3-/-ではE15.5〜E17.5で有意
により大きい。より初期の段階(E11.5〜E13.5)では、cav−3-/-アウト
グロース率は、野生型と判別不能であり、欠陥はこの突然変異体ではより後期に生じることを示唆する。筋芽細胞増殖(ki67免疫反応性)及びアポトーシス(Dapi染色)は両方とも、E11.5〜E17.5のmdxで有意に上昇したが、cav−3-/-では
、アポトーシス及び増殖率は、両パラメーターがmdx胚のアポトーシス及び増殖率に接近するレベルに急上昇するE15.5まで野生型のアポトーシス及び増殖率と同じである(図4−1C、図4−2E)。mdxでは、増殖(及びアポトーシス)は、野生型レベルより依然として有意に高いままであるが、E13.3からE17.5まで減少し、しかしながら、cav−3-/-筋芽細胞の増殖及びアポトーシスは、E15.5まで増加する(
図4−1C〜D、図4−2E〜F)。E17.5では、cav−3-/-の増殖率は、md
xレベルと一致してわずかに減少するが、アポトーシス率は、E15.5のcav−3-/-筋芽細胞のレベルで維持される(図4−2E)。mdx外植片由来の可溶性因子増殖因
子は、E11.5WT外植片のアウトグロースを増加させる(図4−1I)。
Hyperproliferation and apoptosis of cultured embryonic muscle stem cells To characterize embryonic muscle stem cell populations, we used dystrophic and wild type (E11.5-E17.5) embryonic myoblast cultures (Smith and Merrick, 2008). ). The somite origin of these cells was demonstrated using myf-5 staining (FIG. 4). Both mdx and cav-3 − / − explants show different outgrowth rates from wild type (WT) (FIGS. 4-1A).
~ B). Compared to the wild type, the outgrowth of myf-5 + cells was significantly greater in all phases (E11.5 to E17.5) in mdx and E15.5 to E17.5 in cav-3 − / −. large. At an earlier stage (E11.5 to E13.5), the cav-3 − / − outgrowth rate is indistinguishable from the wild type, suggesting that the defect occurs later in this mutant. Both myoblast proliferation (ki67 immunoreactivity) and apoptosis (Dapi staining) were significantly increased with mdx from E11.5 to E17.5, whereas in cav-3 − / − the apoptosis and proliferation rate was Both parameters are the same as wild-type apoptosis and proliferation rates up to E15.5, where they jump to levels approaching that of mdx embryos (FIGS. 4-1C, 4-2E). In mdx, proliferation (and apoptosis) remains significantly higher than wild-type levels, but decreases from E13.3 to E17.5, however, cav-3 − / − myoblast proliferation and apoptosis are , Increase to E15.5 (
FIGS. 4-1C to D and FIGS. 4-2E to F). At E17.5, the growth rate of cav-3 − / − is md
Although slightly reduced in line with x levels, the apoptosis rate is maintained at the level of E15.5 cav-3 − / − myoblasts (FIG. 4-2E). Soluble factor growth factor from mdx explants increases the outgrowth of E11.5WT explants (FIGS. 4-1I).
pax−7骨格筋幹細胞集団は、ジストロフィー胚では減少及び組織崩壊される
E17.5では、pax−7+幹細胞集団は、骨格筋筋管間でより低密度で分散してい
るが、pax−7タンパク質は、筋肉サイズと共に増加し続ける((Merrick et al., 2007);図5−1A〜B、G〜H、M及びO)。野生型胚では、pax−7染色強度は、在胎齢に関わらず均一及び一定である(図5−1A〜B、G〜H、及びQ;低近位肢)。E15.5〜E17.5では、cav−3-/-及びmdxは両方とも、それらの筋肉組織の
全体にわたってそれらのpax−7+細胞集団の減少を起こし、そのため、両突然変異体
ではE17.5までpax−7染色及びpax−7タンパク質が有意に減少する(図5−1C〜L、M、P;低近位肢について示されている)。これは、pax−7陽性細胞が、E17.5ではほとんど存在せず、それら残りの染色が非常に弱いcav−3-/-近位後
肢筋肉で特に明白である(図5−1J、白色の矢印)。E15.5(cav−3-/-及び
mdx)及びE17.5(mdx)では、pax−7陽性細胞断片が、ジストロフィー筋肉で見出され(図5−1L、黒色矢印により示される)、これら細胞がアポトーシスを起こしている可能性を示唆する。ジストロフィンが欠損し(mdx)、カベオリン−3がヘテロ接合性だった(cav−3+/-)突然変異胚(mdxcav−+/-)は、近位肢で非常により重度の表現型を示し、pax−7陽性細胞が、E15.5では非常に低密度で存在し(図5−1MN、及びR)、E17.5では低近位肢にほとんど全く存在せず(図5−
1O〜P)、筋組織全体にわたって非常に減少する(図7を参照)。
The pax-7 skeletal muscle stem cell population is reduced and tissue disrupted in dystrophic embryos At E17.5, the pax-7 + stem cell population is less densely distributed among skeletal muscle myotubes, but pax-7 Protein continues to increase with muscle size (Merrick et al., 2007); FIGS. 5-1A-B, GH, M and O). In wild-type embryos, the intensity of pax-7 staining is uniform and constant regardless of gestational age (FIGS. 5-1A-B, GH, and Q; low proximal limb). In E15.5 to E17.5, cav-3 − / − and mdx both cause a decrease in their pax-7 + cell population throughout their muscle tissue, and thus in both mutants E17. Pax-7 staining and pax-7 protein are significantly reduced up to 5 (FIGS. 5-1C-L, M, P; shown for low proximal limbs). This is particularly evident in cav-3 − / − proximal hind limb muscles, where pax-7 positive cells are scarcely present at E17.5 and their remaining staining is very weak (FIG. 5-1J, white Arrow). In E15.5 (cav-3 − / − and mdx) and E17.5 (mdx), pax-7 positive cell fragments were found in dystrophic muscle (FIG. 5-1L, indicated by black arrows), these This suggests that the cell may have undergone apoptosis. Dystrophin deficient (mdx), caveolin-3 was heterozygous (cav-3 +/-) mutant embryos (mdxcav- +/-) indicates a severe phenotype very proximal limb, Pax-7 positive cells are present at very low density in E15.5 (FIGS. 5-1MN and R), and almost no E17.5 is present in the low proximal limb (FIG. 5-
1O-P), it is greatly reduced across muscle tissue (see FIG. 7).
全胚免疫ブロットは、E11.5及び13.5と比較して、E15.5〜E17.5のWT(及びmdx)胚でカベオリン−3タンパク質が増加することを実証し、cav−3-/-では、カベオリン−3タンパク質が存在しないことを確認する(図5−1M〜N)。
mdxでは、カベオリン−3は、4つの別々のゲル泳動でのデンシトメトリーにより測定したところ、E11.5では検出されないが(図5−1MN)、E13.5〜E17.5のWTよりカベオリン−3含有量が数倍増加する(3つの期全てで、p=0.05;図5−1O)。Pax−7含有量は、野生型胚では妊娠と共に増加するが、E15.5〜E17.5のcav−3-/-及びmdxでは大幅に減少し、減少は、両期においてmdxより
cav−3-/-でより大きく、カベオリン−3が、妊娠後期のpax−7+筋芽細胞生存を制御している可能性を示唆する。E15.5では、mdx及びcav−3-/-ジストロフ
ィー胚のpax−7バンド強度が、それぞれ15%及び60%低減する(図5−1N、P)。E13.5では、pax−7は、cav−3-/-ではわずかに上昇し、mdxでは低
減し、これは、この期のcav−3-/-胚及びmdx胚にそれぞれ見出だされる筋管数の
増減に関連している可能性があり(図3を参照)、発生のタイミングが、これら胚で障害を受けている可能性を示唆する。
Whole embryo immunoblot demonstrated increased caveolin-3 protein in E15.5-E17.5 WT (and mdx) embryos compared to E11.5 and 13.5, cav-3 − / - with confirms that caveolin-3 protein is not present (Fig 5-1M~N).
In mdx, caveolin-3 was not detected in E11.5 (FIG. 5-1MN), as measured by densitometry on four separate gel runs, but caveolin- from the WT of E13.5 to E17.5. 3 content increases several fold (p = 0.05 for all three periods; FIG. 5-1O). Pax-7 content increases with pregnancy in wild-type embryos, but significantly decreases in cav-3 − / − and mdx of E15.5 to E17.5, and the decrease is cav-3 over mdx in both stages. Greater than -/- suggests that caveolin-3 may regulate pax-7 + myoblast survival in late pregnancy. At E15.5, the pax-7 band intensity of mdx and cav-3 − / − dystrophic embryos is reduced by 15% and 60%, respectively (FIGS. 5-1N, P). In E13.5, pax-7 is cav-3 - / - At slightly elevated, reduced in mdx, which, in this phase cav-3 - / - are found respectively in the embryo and mdx embryos It may be related to an increase or decrease in the number of myotubes (see Figure 3), and the timing of development suggests that these embryos may be damaged.
ジストロフィー胚の速筋ミオシンアイソフォームの誤局在化は、カベオリン−3及びジストロフィン欠乏胚筋肉で相反的パターンに従う
野生型では、FMyHCは、早ければE11.5において少数の二次筋管に存在し、E15.5までに、広範囲の筋肉群にわたって二次筋管の約45%に強く局在化する。筋管の約80%は、E17.5においてFMyHCを含有するが、染色強度は、多くの筋管で不均質で弱い(Merrick et al., 2007)。この動的で筋肉特異的な速筋ミオシン局在化パターンは、cav−3-/-及びmdx突然変異体胚で障害を受けており、FMyHC染色
の発生タイミング、存在する速筋ミオシン陽性筋管の総数、及び速筋ミオシン染色の強度に関する異常を示す(図6、図S1)。E13.5では、FMyHCは、幾つかのcav−3-/-筋肉ではWTを超えて上昇するが(呼吸筋で顕著)、全てのmdx筋肉及びca
v−3-/-近位筋では大幅に減少する(図6−1A〜F)。
Mislocalization of fast muscle myosin isoforms in dystrophic embryos follows a reciprocal pattern in caveolin-3 and dystrophin-deficient embryonic muscles In the wild type, FMyHC is present in a small number of secondary myotubes as early as E11.5. By E15.5, it is strongly localized in about 45% of the secondary myotubes over a wide range of muscle groups. About 80% of myotubes contain FMyHC at E17.5, but the staining intensity is heterogeneous and weak in many myotubes (Merrick et al., 2007). This dynamic, muscle-specific fast muscle myosin localization pattern is impaired in cav-3 − / − and mdx mutant embryos, the timing of the occurrence of FMyHC staining, the existing fast muscle myosin positive myotube And abnormalities related to the intensity of fast muscle myosin staining (FIG. 6, FIG. S1). At E13.5, FMyHC rises above WT in some cav-3 − / − muscles (prominent in respiratory muscles), but all mdx muscles and ca
v-3 − / − is significantly decreased in the proximal muscle (FIGS. 6-1A to F).
FMyHC+筋管の出現は、mdx胚及びE13.5のmdx胚では遅延され、同じ期
のWT又はcav−3-/-胚と比較して、FMyHC+筋管は筋肉組織の全体にわたって非常に少数である(呼吸筋、図6−1A〜F;近位筋は同様の表現型を示す(非表示))。この知見は、mdx E13.5バンドの強度が統計的に有意に低減される免疫ブロットにより(図6−2T及びU)、及びE13.5mdx胚のFMyHC+筋管が統計的に有
意に(p<0.05)欠乏していることを実証する筋管の計数(図6−2V)により支援される。合計6つのmdx及び4つのWT E13.5胚を使用して、これらのデータを実証した。mdxでは、FMyHC陽性筋管の染色強度及び割合が大幅に増加し、そのためE15.5からE17.5まで、ジストロフィン欠乏筋管のMy32染色は、野生型と比較して大幅に過剰であり、全胚免疫ブロットのFMyHCバンドの染色強度が増加する(図6−1G〜O、図6−2T)。mdx胚FMyHC含有量の増加及びcav−3-/-
胚FMyHC含有量の減少を明らかにしたデンシトメトリーにより、この結論が確認された。これは、統計的に有意であり、それぞれP<0.001及びp<0.05である(図6−2U)。野生型胚及びジストロフィー胚の一致したFMyHC免疫染色筋肉切片の定量化により、FMyHC陽性筋管の割合が、cav−3-/-胚及びmdx胚でかく乱され
ることを実証した(図6−2V)。cav−3がヘテロ接合性であるmdx胚(mdxcav−3+/-)も、E15.5(図6−1R)及びE17.5(図6−1Q、S)では、
筋管が著しく枯渇する肋間筋等の筋肉(図7−2T〜U)においてでさえ、FMyHCを下方制御せず、筋肉組織の全体にわたってFMyHC染色を増加させた。
Appearance of FMyHC + myotubes in mdx embryos mdx embryos and E13.5 delayed, the same period WT or cav-3 - / - as compared to the embryos, FMyHC + myotubes very throughout the musculature There are a few (respiratory muscles, FIGS. 6-1A-F; proximal muscles show a similar phenotype (not shown)). This finding was confirmed by immunoblotting in which the intensity of the mdx E13.5 band was statistically significantly reduced (FIGS. 6-2T and U), and the FMyHC + myotubes of E13.5 mdx embryos were statistically significantly (p <0.05) Supported by myotube counting (Figure 6-2V) demonstrating deficiency. A total of 6 mdx and 4 WT E13.5 embryos were used to demonstrate these data. In mdx, the staining intensity and rate of FMyHC-positive myotubes is greatly increased, so from E15.5 to E17.5, My32 staining of dystrophin-deficient myotubes is significantly excessive compared to the wild type, The staining intensity of the FMyHC band of the embryo immunoblot is increased (FIGS. 6-1G to O and FIGS. 6-2T). Increased mdx embryo FMyHC content and cav-3 − / −
This conclusion was confirmed by densitometry that revealed a decrease in embryonic FMyHC content. This is statistically significant, with P <0.001 and p <0.05, respectively (FIG. 6-2U). Quantification of matched FMyHC immunostained muscle sections of wild type and dystrophic embryos demonstrated that the percentage of FMyHC positive myotubes was perturbed in cav-3 − / − and mdx embryos (FIGS. 6-2V ). In mdx embryos (mdxcav-3 +/- ) in which cav-3 is heterozygous, E15.5 (FIG. 6-1R) and E17.5 (FIGS. 6-1Q, S)
Even in muscles such as the intercostal muscles (Figure 7-2T-U) where myotubes are significantly depleted, FMyHC was not down-regulated and increased FMyHC staining throughout the muscle tissue.
mdxcav+/-突然変異体胚における広範な肋間筋線維喪失及びpax−7枯渇
上方制御されたカベオリン−3が、mdx/DMD表現型に対して寛解性である可能性が高いか、又は寄与性である可能性が高いかを実証するために、本発明者らは、ジストロフィンが欠損し(mdx)、カベオリン−3ヌル突然変異がヘテロ接合性だった(cav−3+/-)二重突然変異体胚を生成した。E15.5では、これら胚は、野生型胚と比較
して、カベオリン−3の50%低減を示す(図5)。MF20及びpax−7を用いた免疫染色により、E17.5ではmdxcav−3+/-胚が、後肢pax−7筋芽細胞の喪
失(図5を参照)に加えて、pax−7陽性肋間筋芽細胞の有意な減少(図7−1A〜J)を伴うそれらの肋間筋線維の著しい枯渇も含む、より重度の表現型を示すことが実証される。線維喪失表現型は、野生型肋間筋線維では互いに密集しているmdxcav+/-肋
間の線維間に隙間(「白色の空間」)が存在することにより、低倍率でさえ識別することができる(図7−1A、D、及びF、I)。より高い倍率(図7−2K〜P)では、この表現型が、野生型(WT)、mdx、又はcav−3+/-肋間筋と比較して、線維クラス
ターがはるかに少数であることの結果であることは明らかである。この表現型は、非常に一貫しており、3つの異なるmdxcav+/-胚が示されている(図7−2N〜P;md
xcav−3+/- 1、2、及び3)。mdxでも、肋間線維は、野生型よりも低密度に
分布していると考えられ、この表現型のより軽度の形態であることが示唆される。線維密度の定量化は、一定のグリッド区域の肋間線維数を計数することにより達成し、mdx及びhet(mdxcav−3+/-)が両方とも線維密度の低減を示したことを実証した。
これは、het突然変異体では統計的に有意な低減である(p<0.05;図7−2R)。野生型の割合として表すと、mdxcav−3+/-突然変異体胚が、E17.5までに
それらの肋間筋管の71.2%の大量枯渇を示すが(図7−2S;3つの異なるE17.5 mdxcav−3+/-胚数の平均)、mdxは、3分の1(37.5%)の枯渇を示
すことを理解することができる。これら線維の大多数は、両突然変異体において速筋ミオシン(FMyHC)を発現する(図7−2U)。
Extensive intercostal muscle fiber loss and pax-7 depletion in mdxcav +/- mutant embryos Upregulated caveolin-3 is likely to be in remission or contribute to the mdx / DMD phenotype In order to demonstrate whether the dystrophin was deficient (mdx) and the caveolin-3 null mutation was heterozygous (cav-3 +/- ) double abrupt Mutant embryos were generated. At E15.5, these embryos show a 50% reduction in caveolin-3 compared to wild type embryos (FIG. 5). By immunostaining with MF20 and pax-7, in E17.5, mdxcav-3 +/− embryos showed pax-7 positive intercostal muscles in addition to the loss of hindlimb pax-7 myoblasts (see FIG. 5). It is demonstrated to show a more severe phenotype, including a significant depletion of their intercostal muscle fibers with a significant reduction in blasts (FIGS. 7-1A-J). The fiber loss phenotype can be distinguished even at low magnification by the presence of interstices (“white space”) between mdxcav +/− intercostal fibers that are closely packed together in wild type intercostal muscle fibers ( FIGS. 7-1A, D, and F, I). At higher magnification (FIGS. 7-2K-P), this phenotype indicates that there are far fewer fiber clusters compared to wild type (WT), mdx, or cav-3 +/− intercostal muscles. The result is clear. This phenotype is very consistent, showing three different mdxcav +/− embryos (FIGS. 7-2N-P; md
xcav-3 +/- 1, 2, and 3). Even in mdx, intercostal fibers are thought to be distributed at a lower density than the wild type, suggesting a milder form of this phenotype. Quantification of fiber density was achieved by counting the number of intercostal fibers in a constant grid area, demonstrating that both mdx and het (mdxcav-3 +/− ) showed a decrease in fiber density.
This is a statistically significant reduction for the het mutant (p <0.05; FIG. 7-2R). Expressed as a percentage of wild type, mdxcav-3 +/− mutant embryos show 71.2% massive depletion of their intercostal myotubes by E17.5 (FIGS. 7-2S; 3 different E17.5 mdxcav-3 +/- average number of embryos), it can be seen that mdx shows a third (37.5%) depletion. The majority of these fibers express fast muscle myosin (FMyHC) in both mutants (Figure 7-2U).
ヒト筋生検のPax−7染色
これは、図8として示されており、ヒト若年筋を上述の様式と類似した様式で染色することができることを実証する。
Pax-7 staining of a human muscle biopsy This is shown as FIG. 8 and demonstrates that young human muscle can be stained in a manner similar to that described above.
Pax−7遺伝子発現研究
RT−PCRを使用してpax−7 mRNAレベルを定量化した。これにより、DMD個体のpax−7レベルが、正常個体より低いことが示された。
Pax-7 gene expression studies Pax-7 mRNA levels were quantified using RT-PCR. This showed that the DM-7 individuals had lower pax-7 levels than normal individuals.
Igf−2障害マウス
Merrick et al (2007)は、筋線維におけるIgf−2について記述している。図9は、障害マウスのIgf−2を示す。Igf−2メッセージ(mRNA)は、mdx胚及びcow−3-/-胚で上昇する。カベオリン欠乏胚におけるIgf−2の抑制は、転写後レベ
ルにおいてである。
Igf-2 impaired mouse
Merrick et al (2007) describes Igf-2 in muscle fibers. FIG. 9 shows Igf-2 in a disabled mouse. Igf-2 message (mRNA) is elevated in mdx and cow-3 − / − embryos. Inhibition of Igf-2 in caveolin-deficient embryos is at the post-transcriptional level.
Igf−2の下流遺伝子
CDKN1/P57kp2の減少又はpAkt(リン酸化Akt)の発現変更は、図11の発現レベルにより示されているように、筋ジストロフィーに特徴的である。pAktは、MD疾患タイプ特異的な応答を示し、例えば、pAktは、カベオリン−3欠乏/LGMD−1cでは、正常筋肉と比較して低減され、mdx/DMDでは増加する。pAktの障害パターンは、Igf−2のパターンと同じである。
A decrease in the IgF-2 downstream gene CDKN1 / P57kp2 or altered expression of pAkt (phosphorylated Akt) is characteristic of muscular dystrophy, as shown by the expression levels in FIG. pAkt shows an MD disease type specific response, for example, pAkt is reduced in caveolin-3 deficiency / LGMD-1c compared to normal muscle and increased in mdx / DMD. The failure pattern of pAkt is the same as that of Igf-2.
考察
本研究では、本発明者らは、mdx及びcav−3-/-ジストロフィーマウスの胚表現
型を実証し、両タンパク質のマウス突然変異体(mdxcav−3+/-)では、胚表現型
が著しくより重度であることを示す。本発明者らは、マウス胚発生におけるジストロフィン及びカベオリン−3の重要な役割を実証し、DMD及びLGMD−1cの成体ジストロフィー表現型及び臨床像を規定する病理が、胚筋肉分化の不全に由来することを実証する。この分析の重要な知見は、表2に要約されている。
DISCUSSION In this study, we demonstrated the embryonic phenotype of mdx and cav-3 − / − dystrophic mice, and the mouse phenotype of both proteins (mdxcav-3 +/− ) Indicates significantly more severe. We have demonstrated the important role of dystrophin and caveolin-3 in mouse embryonic development, and the pathology defining the adult dystrophic phenotype and clinical picture of DMD and LGMD-1c stems from embryonic muscle differentiation failure Prove that. The key findings of this analysis are summarized in Table 2.
初期の筋肉パターン形成が、ジストロフィン欠損胚では障害を受ける
myf−5+ mdx胚筋芽細胞の増殖挙動は、E11.5から障害を受け、mdx
myf−5+筋芽細胞は、過剰増殖性であり、アポトーシス性である。Myf−5は、胚筋芽細胞集団を特徴付け、筋管分化が開始される前に、筋板で発現され(E8.5)、筋形成の全体にわたって全ての筋肉群で見出される(Hadchouel et al., 2003;Ott et al., 1991)。ジストロフィンは、E8.5でMyf−5が発現された1日後であり、完全に分化した筋板(軸上)筋管が最初に出現し、ミオシン重鎖(MyHC)が最初に発現される24時間前(E10.5)である、筋板分化中の重要な期(E9.5)で発現される(Houzelstein et al., 1992;Ott et al., 1991;Schofield et al., 1993)。初期の腹側筋形成及び二次筋形成は、FMyHC、pax−7、及びcav−3タンパク質が後に出現することにより、及びE11.5〜E13.5におけるmdx筋肉組織の不完全形成及び組織崩壊により示されるように、mdx胚において重度に障害を受け、遅延される(図1;図6及び補助データの図S1)。これらのデータは、ジストロフィンが、筋板分化に不可欠な役割を有しており、筋板分化は、mdx胚で障害を受けると、筋肉組織全体のパターン形成及び機能に重篤な帰結がもたらされることを示唆する。
Early muscular patterning is impaired in dystrophin-deficient embryos Myf-5 + mdx embryo myoblast proliferation behavior is impaired from E11.5, mdx
myf-5 + myoblasts are hyperproliferative and apoptotic. Myf-5 characterizes the embryonic myoblast population and is expressed in the muscle plate before myotube differentiation is initiated (E8.5) and is found in all muscle groups throughout myogenesis (Hadchouel et al. al., 2003; Ott et al., 1991). Dystrophin is one day after Myf-5 is expressed at E8.5, with fully differentiated muscularis (on-axis) myotubes first appearing and myosin heavy chain (MyHC) first expressed 24 It is expressed at an important stage (E9.5) during muscle plate differentiation, before time (E10.5) (Houzelstein et al., 1992; Ott et al., 1991; Schofield et al., 1993). Early ventral and secondary myogenesis is due to the later appearance of FMyHC, pax-7, and cav-3 proteins, and incomplete formation and tissue collapse of mdx muscle tissue in E11.5-E13.5 Is severely damaged and delayed in mdx embryos as shown by (Fig. 1; Fig. 6 and ancillary data Fig. S1). These data indicate that dystrophin has an essential role in muscle plate differentiation, and when muscle plate differentiation is impaired in mdx embryos, it has serious consequences for patterning and function of the entire muscle tissue I suggest that.
また、E10.5では、myf−5+筋芽細胞は、筋板から遊走して腹側筋形成を開始する(Cusella-De Angelis et al., 1992)。筋芽細胞は、hox遺伝子(pax3及び
lbx)の制御下で遊走し、隣接組織により分泌される増殖因子(wnt1及びshh)に応答して分化する(Gross et al., 2000;Hadchouel et al., 2003)。胚筋芽細胞遊走を開始させる合図は未知であり、他の組織では、幹細胞遊走は、由来組織及び目的組織からの誘導合図により制御されており、胚構造の正確なパターン形成に不可欠であり、容易に障害を受ける場合がある(Lehmann, 2001)。E10.5〜11.5の軸上筋管が、筋
板からのmyf−5+筋芽細胞の遊走を引き起こし、腹側筋形成及び二次筋形成を開始させるシグナル伝達の合図を提供すると考えることは可能である。ジストロフィンの非存在下では、これらの合図は存在せず、遊走及び開始プロセスは両方とも妨げられる。E11.5 mdxCMで培養されたE11.5 野生型外植片の異常挙動(図4−1I)は、E11.5筋板が、E11.5胚筋芽細胞集団の挙動を修飾する分泌因子を放出するという見解を支持する。mdxにおける初期筋形成の障害は、ジストロフィンのこれら初期の役割(複数可)が、ユートロフィンの役割とは異なることを示唆する。この結論は、初期胚期で排他的であるジストロフィン及びユートロフィンの公開されているmRNAのin
situパターンと一致する(Houzelstein et al., 1992;Schofield et al., 1993)。妊娠の後期段階では(以下を参照)、mdx筋形成には、これら胚によるカベオリン−3のその後の過剰産生により、又は別のタンパク質、例えばa−ユートロフィンの代償性発現により媒介され得る「追い付き」プロセスがあると考えられる。生後の筋肉では、a−ユートロフィンは、ジストロフィン欠乏筋肉で上方制御され、mdxではジストロフィンの幾つかの機能を引き継ぐことができる(Weir et al., 2004)。妊娠後期における二
重突然変異体表現型(mdxcav−3+/-)の重症度増加により、妊娠後期のmdx胚
におけるカベオリン−3の代償性効果も主張される。
Also at E10.5, myf-5 + myoblasts migrate from the muscle plate and initiate ventral myogenesis (Cusella-De Angelis et al., 1992). Myoblasts migrate under the control of the hox genes (pax3 and lbx) and differentiate in response to growth factors (wnt1 and shh) secreted by adjacent tissues (Gross et al., 2000; Hadchouel et al. , 2003). The cues that initiate embryonic myoblast migration are unknown, and in other tissues, stem cell migration is controlled by inductive cues from the source and target tissues and is essential for accurate patterning of embryonic structures, It can be easily impaired (Lehmann, 2001). Consider E10.5-11.5 axial myotubes to trigger myf-5 + myoblast migration from the muscle plate and provide signaling cues that initiate ventral and secondary myogenesis. Is possible. In the absence of dystrophin, these cues are not present and both migration and initiation processes are hindered. The abnormal behavior of E11.5 wild-type explants cultured in E11.5 mdxCM (FIGS. 4-1I) shows that the E11.5 muscle plate is a secreted factor that modifies the behavior of the E11.5 embryo myoblast population. Support the view of releasing. Impairment of early myogenesis in mdx suggests that these initial role (s) of dystrophin are different from those of utrophin. This conclusion suggests that in vitro dystrophin and utrophin published mRNAs that are exclusive in the early embryonic stage
Consistent with the situ pattern (Houzelstein et al., 1992; Schofield et al., 1993). At later stages of pregnancy (see below), mdx myogenesis is “catch-up” that can be mediated by subsequent overproduction of caveolin-3 by these embryos, or by compensatory expression of another protein, such as a-utrophin. There seems to be a process. In postnatal muscle, a-utrophin is up-regulated in dystrophin-deficient muscles and mdx can take on several functions of dystrophin (Weir et al., 2004). Due to the increased severity of the double mutant phenotype (mdxcav-3 +/- ) in late pregnancy, the compensatory effect of caveolin-3 in mdx embryos in late pregnancy is also claimed.
カベオリン−3は、筋肉制御因子(MRF)により制御され、筋管分化中に活性化され、E11.5筋板ではジストロフィンより後期で発現される(Biederer et al., 2000)
。これは、本発明者らが、E11.5の野生型胚でカベオリン−3を検出したことと一致している。MRFは、E11.5でも出現するpax−7も制御する(Merrick et al., 2007)。cav−3-/-胚では、初期筋肉パターン形成プロセスは無傷であると考えられ
、myf−5+筋芽細胞挙動は障害を受けておらず、腹側筋形成の局在化及びタイミングは、野生型と同等である。従って、カベオリン−3は、これら初期の筋形成に必要ではないと考えられる。mdxでは、カベオリン−3及びpax−7の出現は両方とも遅延され、これは、これら胚における筋形成の発生遅延の帰結であるか、又はジストロフィン活性化不全のより特異的な下流であり得る。
Caveolin-3 is regulated by muscle regulator (MRF), activated during myotube differentiation, and expressed later in dystrophin in the E11.5 muscle plate (Biederer et al., 2000).
. This is consistent with our detection of caveolin-3 in E11.5 wild-type embryos. MRF also controls pax-7, which also appears at E11.5 (Merrick et al., 2007). In cav-3 − / − embryos, the initial muscle patterning process appears to be intact, myf-5 + myoblast behavior is not impaired, and localization and timing of ventral myogenesis is wild. Equivalent to type. Therefore, caveolin-3 is not considered necessary for these initial myogenesis. In mdx, the appearance of caveolin-3 and pax-7 is both delayed, which may be a consequence of delayed development of myogenesis in these embryos, or more specific downstream of dystrophin inactivation.
腹側筋形成及び二次筋形成
後期胚事象におけるジストロフィンの役割を解釈することは、E13.5からmdx胚でカベオリン−3が上方制御されることにより複雑になる。出生後の組織では、カベオリン−3の過剰発現は、ジストロフィン下方制御及びDMD様表現型を引き起こす(Galbiati et al., 2000)。ジストロフィンの喪失は、DGCの解体及びジストロフィン−関連
タンパク質の抑制を引き起こす(Ohlendieck et al., 1993;Vaghy et al., 1998)。し
かしながら、DMD患者及び成体mdxの筋肉は、それぞれ1.5〜2.4及び2〜3倍過剰なカベオリン−3を有する(Vaghy et al., 1998)。E13.5〜E17.5のmdx胚において、本発明者らは、(期依存的な)平均3〜5倍過剰なカベオリン−3を見出し、カベオリン−3発現の障害が、ジストロフィン欠乏の初期の重要な帰結であることが示唆される。ジストロフィンの胚mRNA発現パターンは、野生型におけるジストログリカンの発現パターンと重なるが、ユートロフィンとは重ならず、このパターンは、mdx胚では変化しない(Houzelstein et al., 1992;Schofield et al., 1995)。従って、ジストロフィンは、β−ジストログリカンに対して競合的に結合することにより、カベオリン−3を負に制御することができる(Ilsley et al., 2002)。
Ventral and secondary myogenesis Interpreting the role of dystrophin in late embryonic events is complicated by the upregulation of caveolin-3 in E13.5 to mdx embryos. In postnatal tissues, overexpression of caveolin-3 causes dystrophin downregulation and a DMD-like phenotype (Galbiati et al., 2000). Loss of dystrophin causes DGC disassembly and suppression of dystrophin-related proteins (Ohlendieck et al., 1993; Vaghy et al., 1998). However, DMD patients and adult mdx muscles have 1.5-2.4 and 2-3 fold excess caveolin-3, respectively (Vaghy et al., 1998). In E13.5-E17.5 mdx embryos, we found an average (phase-dependent) 3-5 fold excess of caveolin-3, and impaired caveolin-3 expression was early in dystrophin deficiency. This is an important consequence. The dystrophin embryonic mRNA expression pattern overlaps that of wild-type dystroglycan, but not utrophin, and this pattern is unchanged in mdx embryos (Houzelstein et al., 1992; Schofield et al., 1995) ). Thus, dystrophin can negatively regulate caveolin-3 by binding competitively to β-dystroglycan (Ilsley et al., 2002).
ゼブラフィッシュの胚では、カベオリン−3突然変異体は、細胞骨格異常及び融合異常を示し、ジストロフィン突然変異体は、不安定な筋肉結合を示し、胚筋管の配置及び配向における役割を示唆する(Bassett et al., 2003;Nixon et al., 2005)。E13.5筋形成は、cav−3-/-及びmdxで障害を受け、表現型は、マウスカベオリン−3及び
ジストロフィンが、ゼブラフィッシュの対応する物質と同様の役割を有することを示唆する。E13.5のmdxにおいて、本発明者らは、筋管の誤配置、分割、及び分岐を見出した。筋管配向性の異常は、カベオリン−3欠損突然変異体では見出されない。その代りに、胚cav−3-/-筋核は、筋管端部に集群しており、cav−3-/-で出生後に報告されているT管異常を示唆する(Minetti et al., 2002)。E13.5〜E17.5の過剰なcav−3-/-筋管産生は、筋核含有量の2倍増加及び肥大も見出された。これらのデ
ータは、培養cav−3-/-筋芽細胞を使用したin vitro研究データと一致し、
この研究では、相反的表現型(筋管数の低減、より少数の筋核、及び肥大)が、カベオリン−3過剰発現筋芽細胞に見出され、カベオリン−3が筋芽細胞融合を抑制することを示唆する(Volonte et al., 2003)。E13.5のmdx胚は、発育不全筋管及び筋管数の低減を示す過剰発現表現型を部分的に再現する。筋核数は影響を受けない。しかしながら、後期段階(E15.5〜E17.5)では、カベオリン−3レベルは依然として高いままであるが、mdxの筋管数は野生型と同等である。これは、カベオリン−3は、筋管サイズを制御することができるが、E13.5の筋管異常は、過剰なカベオリン−3によるものではなく、mdxの腹側筋形成の遅延によるものである(上記の項目を参照)ことを示唆する。
In zebrafish embryos, caveolin-3 mutants show cytoskeletal and fusion abnormalities, and dystrophin mutants show unstable muscle binding, suggesting a role in embryonic myotube placement and orientation ( Bassett et al., 2003; Nixon et al., 2005). E13.5 myogenesis is impaired at cav-3 − / − and mdx, and the phenotype suggests that mouse caveolin-3 and dystrophin have a similar role as the corresponding substances in zebrafish. In E13.5 mdx, we found myotube misplacement, splitting, and bifurcation. Abnormal myotube orientation is not found in caveolin-3 deficient mutants. Instead, embryonic cav-3 − / − myonuclei are clustered at the end of the myotube, suggesting a T-tube abnormality reported postnatally in cav-3 − / − (Minetti et al., 2002). Excess cav-3 − / − myotube production from E13.5 to E17.5 was also found to double the myocardial content and hypertrophy. These data are consistent with in vitro study data using cultured cav-3 − / − myoblasts,
In this study, a reciprocal phenotype (reduced myotube number, fewer myonuclei, and hypertrophy) was found in caveolin-3 overexpressing myoblasts, and caveolin-3 suppresses myoblast fusion. This suggests (Volonte et al., 2003). E13.5 mdx embryos partially reproduce an overexpression phenotype that shows a reduction in myotubes and the number of myotubes. The number of myonuclei is not affected. However, at the late stage (E15.5-E17.5), caveolin-3 levels remain high, but the number of myotubes of mdx is comparable to the wild type. This is because caveolin-3 can control myotube size, but E13.5 myotube abnormalities are not due to excessive caveolin-3 but due to a delay in mdx ventral myogenesis. (See item above).
cav−3-/-及びmdxにおける速筋線維特異化の相反的な障害
FMyHC+筋管は、野生型軸上筋ではE11.5で最初に出現し、二次筋形成の開始を予告する(Merrick et al., 2007)。線維タイプの切り替えは、幾つかの筋管が遅筋及び速筋ミオシン発現間で切り替わり、成体線維タイプ比を実証するプロセスが始まるE15.5で始まる(Cho et al., 1994;Merrick et al., 2007)。mdxでは、FMyHC+筋管分化は、著しく障害を受け(上記の項目を参照)、速筋線維タイプ特異化は、mdx及びcav−3-/-の両方で障害を受ける(図6)。E15.5〜E17.5では、m
dxが、WTと比較して著しく過剰なFMyHCタンパク質及びより高い割合のFMyHC+筋管を有する相反的表現型が存在し、cav−3-/-では、FMyHCが大幅に低減
される。FMyHCの過剰産生は、カベオリン−3の代償的増加により促進される、E13.5のmdx筋肉における「追い付きプロセス」に起因する場合がある。しかしながら、E15.5〜17.5のcav−3-/-におけるFMYHC+筋管の喪失は、カベオリ
ン−3も速筋線維特異化に必要であり、mdxにおけるカベオリン−3の過剰産生は、この表現型には病原性であり、E15.5〜E17.5のmdxにおけるFMyHC線維の過剰産生を引き起こすことを示唆する。出生後の速筋線維は、DMD及びmdxにおいて優先的に変性し、筋肉機能に重篤な帰結がもたらされる(Webster et al., 1988)。カベオリン−3はヘテロ接合性であるが、ジストロフィンを完全に欠損している突然変異体(mdxcav−3+/-)では、FMyHC+線維は、野生型(WT)と比較してE17.
5において依然として過剰に存在しており、これが、カベオリン−3レベル単独ではなく、正確な速筋線維の割合に重要なジストロフィンとカベオリン−3との均衡の取れた関係性であることを示唆する。
Reciprocal impairment of fast muscle fiber specification in cav-3 − / − and mdx FMyHC + myotubes first appear at E11.5 in wild-type abdominal muscle and predict the onset of secondary myogenesis (Merrick et al., 2007). Fiber type switching begins at E15.5, where several myotubes switch between slow and fast muscle myosin expression, and the process of demonstrating the adult fiber type ratio begins (Cho et al., 1994; Merrick et al. , 2007). In mdx, FMyHC + myotube differentiation is markedly impaired (see above), and fast muscle fiber type specification is impaired in both mdx and cav-3 − / − (FIG. 6). In E15.5 to E17.5, m
There is a reciprocal phenotype where dx has a significantly excess FMyHC protein and a higher proportion of FMyHC + myotubes compared to WT, and in cav-3 − / − FMyHC is greatly reduced. Overproduction of FMyHC may be due to a “catch-up process” in E13.5 mdx muscle, which is facilitated by a compensatory increase in caveolin-3. However, loss of FMYHC + myotubes in cav-3 − / − at E15.5 to 17.5 requires caveolin-3 also for fast muscle fiber specification, and overproduction of caveolin-3 in mdx The type is pathogenic and suggests that it causes overproduction of FMyHC fibers in the mdx of E15.5 to E17.5. Postnatal fast muscle fibers preferentially degenerate in DMD and mdx, resulting in severe consequences for muscle function (Webster et al., 1988). In a mutant that is heterozygous for caveolin-3 but completely deficient in dystrophin (mdxcav-3 +/− ), the FMyHC + fiber is E17. Compared to the wild type (WT).
5 still exists in excess, suggesting that this is a balanced relationship between dystrophin and caveolin-3 that is important for the exact rate of fast muscle fibers, rather than caveolin-3 levels alone.
成体組織では、カベオリン−3及びジストロフィンは、DGCではβ−ジストログリカンの競合的結合により直接的に相互作用する(Sotgia et al., 2000)。これらのデータ
は、筋形成においてジストロフィン及びカベオリンが別々の役割を果たすことを実証するが、両タンパク質及び機能的DGCが、繊維タイプ特異化に必要である可能性を示唆する。
In adult tissues, caveolin-3 and dystrophin interact directly in DGC by competitive binding of β-dystroglycan (Sotgia et al., 2000). These data demonstrate that dystrophin and caveolin play distinct roles in myogenesis, but suggest that both proteins and functional DGC may be required for fiber type specification.
pax−7筋芽細胞の喪失
E15.5〜E17.5のcav−3-/-及びmdxは、pax−7+筋芽細胞の消耗及びpax−7タンパク質の著しい枯渇を示す。pax−7の喪失は、カベオリン−3が野生型胚で強力に上方制御される時点であるE15.5のcav−3-/-で急速に生じ、こ
の喪失は、E15.5のmdxよりも大きい。カベオリン−3は、pax−7自体と同じように、筋肉での生存シグナル伝達を誘発することができる。本発明者らのデータは、カベオリン−3が、E15.5のcav−3-/-でpax−7+筋芽細胞の急速な喪失に直
接的な役割を果たすことを示唆し、pax−7+筋芽細胞の消耗は、それらのカベオリン−3レベルの増加により、mdx筋肉中で部分的に補償される場合があることを示唆する(Relaix et al., 2006;Smythe et al., 2003)。この結論は、mdxcav+/-突然変
異体では、pax−7が、いずれの単一突然変異体よりも大幅に枯渇し、そのためpax−7細胞は、E17.5になるまでmdxcav+/-低近位肢筋肉には全く存在せず、他
の筋肉中で非常に低減されていることにより支持される。Pax−7+筋芽細胞は、正常
な出生後の衛星細胞出現に重要である(Relaix et al., 2006;Seale et al., 2000)。
pax−7の非存在下では(pax−7-/-マウス)、衛星細胞は、細胞数が低減され、
アポトーシスが上昇する。しかしながら、pax−3+筋芽細胞が存在するため、衛星細胞は完全には失われず、これらマウスの(出生後の)若年筋肉発達を達成及び持続させるのに十分な衛星細胞が存在すると考えられるが、成体での再生は妨げられる(Oustanina et al., 2004;Relaix et al., 2006;Seale et al., 2000)。E17.5のmdxca
v+/-胚肋間筋は、筋管並びにpax−7+細胞を著しく枯渇しているという知見は、p
ax−7が、胚筋形成にも重要な役割を果たす可能性があることを示唆する。これらにより、ジストロフィー胚は、出生後の生命に受け継がれる可能性がある筋線維を妊娠後期から生成するための能力を低減させることが示唆される。ジストロフィー筋肉再生は、異常であることが知られており、筋芽細胞アポトーシス、過剰増殖、不規則な線維サイズ、及び進行性線維沈着に関連する。mdx及びcav−3-/-筋肉は両方とも、高いレベルの
アポトーシスに関連するそれらの筋肉の変性及び再生の勃発を初期の出生後週で経験する。(Hagiwara et al., 2000;Smith et al., 1995)mdxでは、4か月目から筋肉再生
の不全が進行し、それは、mdxでは、ユートロフィンの上方制御により部分的に媒介される場合がある変性プロセスの同時低減により軽減されるが、DMDでは軽減されない(
Reimann et al., 2000;Roig et al., 2004;Roma et al., 2004)。再生は、成体cav−3-/-では詳細に研究されていない。データによると、ジストロフィー突然変異体の再
生機構は、これら突然変異体がpax−7を欠損しているため、出生時で異常であり、この早期喪失は、後になって成年期の再生プロセスの進歩性障害の根底をなす可能性があることが示唆される。pax−7+細胞の大量喪失と一緒に、E17.5のmdxcav+/-胚の呼吸筋の筋線維密度が著しく喪失することは、この結論をさらに強化し、カベオリ
ン−3レベルの増加が、mdxの(及び潜在的にはDMDの初期段階の)変性表現型において重要な代償的役割を果たすことを示唆する。
Loss of pax-7 myoblasts cav-3 − / − and mdx of E15.5 to E17.5 indicate depletion of pax-7 + myoblasts and significant depletion of pax-7 protein. The loss of pax-7 occurs more rapidly at cav-3 − / − of E15.5, which is the time point when caveolin-3 is strongly upregulated in wild-type embryos, and this loss is more than that of E15.5 mdx. large. Caveolin-3 can induce survival signaling in muscle, similar to pax-7 itself. Our data suggest that caveolin-3 plays a direct role in the rapid loss of pax-7 + myoblasts at cav-3 − / − of E15.5, pax-7 + muscle Blast depletion suggests that their increased caveolin-3 levels may be partially compensated in mdx muscle (Relaix et al., 2006; Smythe et al., 2003). This conclusion indicates that in the mdxcav +/− mutant, pax-7 is significantly more depleted than any single mutant, so that the pax-7 cells are mdxcav +/− low until E17.5. It is not present at all in the proximal limb muscles, but is supported by being greatly reduced in other muscles. Pax-7 + myoblasts are important for normal postnatal satellite cell appearance (Relaix et al., 2006; Seale et al., 2000).
In the absence of pax-7 (pax-7 − / − mice), satellite cells have a reduced cell number,
Apoptosis increases. However, because of the presence of pax-3 + myoblasts, satellite cells are not completely lost, although there may be enough satellite cells to achieve and sustain the (postnatal) juvenile muscle development of these mice. Adult regeneration is impeded (Oustanina et al., 2004; Relaix et al., 2006; Seale et al., 2000). E17.5 mdxca
The finding that v +/- embryonic intercostal muscle is significantly depleted of myotubes as well as pax-7 + cells
It suggests that ax-7 may play an important role in embryonic muscle formation. These suggest that dystrophic embryos reduce their ability to generate muscle fibers from late pregnancy that can be passed on to life after birth. Dystrophy muscle regeneration is known to be abnormal and is associated with myoblast apoptosis, hyperproliferation, irregular fiber size, and progressive fiber deposition. Both mdx and cav-3 − / − muscles experience their muscle degeneration and the onset of regeneration associated with high levels of apoptosis in the early postnatal week. (Hagiwara et al., 2000; Smith et al., 1995) In mdx, failure of muscle regeneration proceeds from the fourth month, which may be partially mediated by upregulation of utrophin in mdx. Mitigated by simultaneous reduction of the denaturation process, but not by DMD (
Reimann et al., 2000; Roig et al., 2004; Roma et al., 2004). Regeneration has not been studied in detail in adult cav-3 − / − . According to the data, the regeneration mechanism of dystrophic mutants is abnormal at birth because these mutants are deficient in pax-7, and this early loss is later advanced in the regenerative process of the adulthood This suggests that it may underlie sexual disorders. The significant loss of E17.5 mdxcav +/- embryonic respiratory muscle muscle fiber density, along with massive loss of pax-7 + cells, further reinforces this conclusion, and increased caveolin-3 levels indicate that mdx Suggests an important compensatory role in the degenerative phenotype (and potentially in the early stages of DMD).
ジストロフィーマウス表現型とMDの臨床病理との相関性
DMD及びLGMD 1cは、心筋及び骨格筋機能並びに筋肉安定性に影響を及ぼす早期発症性で進行性の小児骨格筋疾患である(Hoffman et al., 1987;Minetti et al., 2002)。DMDでは、全筋肉組織、異常なカベオリン−3発現、筋芽細胞アポトーシス、心筋症、及び再生異常の広範な進行性の機能不全である(Cox and Kunkel, 1997;Smith et
al., 1995;Vaghy et al., 1998)。
Correlation between dystrophic mouse phenotype and clinical pathology of MD DMD and LGMD 1c are early-onset and progressive pediatric skeletal muscle diseases that affect myocardial and skeletal muscle function and muscle stability (Hoffman et al. , 1987; Minetti et al., 2002). DMD is a wide range of progressive dysfunction of whole muscle tissue, abnormal caveolin-3 expression, myoblast apoptosis, cardiomyopathy, and regenerative abnormalities (Cox and Kunkel, 1997; Smith et
al., 1995; Vaghy et al., 1998).
LGMD−1Cは、類似しているが制限された筋障害性変化を示し、特に肢、横隔膜、及び心臓の筋肉に影響を及ぼす(Galbiati et al., 2001;Hagiwara et al., 2000;Smythe et al., 2003)。mdx及びcav−3-/-の出生後表現型は、DMD及びLGMDの臨床病理とほとんどの点で十分に類似しており、疾患モデルとして広く使用されている(Chamberlain et al., 2007;Chan et al., 2007;Galbiati et al., 2001;Hagiwara et al., 2000;Roig et al., 2004;Vaghy et al., 1998)。mdx及びcav−3-/-のそ
れぞれの胚表現型は、LGMD及びDMDのモデルとして、これらのマウスの妥当性を強化し、MDの根底にある機序並びにジストロフィン及びカベオリン−3の機能様式に対する新しい洞察を提供し、この疾患のヒト形態とネズミ形態との相異を精査する新しい手法を示唆する。本発明者らは、重要な発生段階を特定する;ジストロフィン及びカベオリン−3がそれぞれ重要な役割を果たし、妊娠後期の2つの新規な病理を明らかにする筋板分化(E11.5)及び二次筋形成(E13.5);MD病理の根底にある機序に対する洞察力を提供し、MDの治療介入及び早期診断のための新規経路を示唆する速筋線維特異化及びpax−7筋芽細胞の消耗。
LGMD-1C exhibits similar but limited myopathy changes, particularly affecting the limbs, diaphragm and heart muscle (Galbiati et al., 2001; Hagiwara et al., 2000; Smythe et al. al., 2003). The postnatal phenotypes of mdx and cav-3 − / − are sufficiently similar in most respects to the clinical pathology of DMD and LGMD and are widely used as disease models (Chamberlain et al., 2007; Chan et al., 2007; Galbiati et al., 2001; Hagiwara et al., 2000; Roig et al., 2004; Vaghy et al., 1998). Respective embryo phenotypes of mdx and cav-3 − / − , as models of LGMD and DMD, reinforce the validity of these mice, to the underlying mechanisms of MD and the mode of function of dystrophin and caveolin-3 It provides new insights and suggests new approaches to review the differences between the human and murine forms of the disease. We identify important developmental stages; dystrophin and caveolin-3 each play an important role, revealing two new pathologies in late pregnancy, muscle plate differentiation (E11.5) and secondary Myogenesis (E13.5); Fast muscle fiber specification and pax-7 myoblasts that provide insights into the mechanisms underlying MD pathology and suggest a novel pathway for therapeutic intervention and early diagnosis of MD Exhaustion.
心筋症、特に左室不全は、DMD及び多くの他のMDの重要な臨床的帰結であり、cav−3-/-、mdx、及びカベオリン−3過剰発現マウスの実証されている病理である(Aravamudan et al., 2003;Cox and Kunkel, 1997;Hayashi et al., 2004;Quinlan et al., 2004;Woodman et al., 2002;Yue Y et al., 2003)。ジストロフィン及びカベオリン−3は、それぞれE9.5及びE10.5のマウス胚心臓で発現する(Biederer et al., 2000;Houzelstein et al., 1992)。E13.5において、mdxは、心尖部の中程
度の肥厚及び心房小柱異常を有する。cav−3-/-では、心室の著しい肥厚、心房異常
、及び心筋症に特徴的な筋細胞組織の次第に悪化する障害があり、3〜4か月のカベオリン−3欠損マウスに見られる早期発症性の出生後心筋症と一致している。これらのデータは、カベオリン−3が正常な心臓発生に必要であり、心筋症に役割(複数可)を有し、E17.5のmdx及びcav−3-/-でβ−心筋ミオシンが誤局在化されており、小柱が
異常であり、β−心筋ミオシン異常が幾つかのよく知られている心筋症の根底にあり、従ってジストロフィー心臓におけるその発現障害が重要であることを示唆する(Cuda et al., 1993)。心房障害は、以前にいずれのマウスでも報告されていない。このmdxに関
する知見は、28歳のDMDで小柱が過剰形成されるという最近の報告が発生に由来することを示唆する(Finsterer et al., 2005)。出生後のmdx心臓は、WTレベルのβ−心筋ミオシン、及びジストロフィン欠乏を補償することができるユートロフィンレベルの増加を示すことが報告されているが、これらマウスは、進行性の心筋症を有する(Quinlan et al., 2004)。β−心筋ミオシンの局在化は、出生後にはまだ実証されておらず、従
ってその心房局在化の障害は、成体でも持続される場合があり、又は出生時若しくは若年期に失われる場合がある(Wilding et al., 2005)。
Cardiomyopathy, particularly left ventricular failure, is an important clinical consequence of DMD and many other MDs, and is a proven pathology of cav-3 − / − , mdx, and caveolin-3 overexpressing mice ( Aravamudan et al., 2003; Cox and Kunkel, 1997; Hayashi et al., 2004; Quinlan et al., 2004; Woodman et al., 2002; Yue Y et al., 2003). Dystrophin and caveolin-3 are expressed in E9.5 and E10.5 mouse embryonic hearts, respectively (Biederer et al., 2000; Houzelstein et al., 1992). At E13.5, mdx has moderate thickening of the apex and atrial trabecular abnormalities. cav-3 − / − has markedly ventricular thickening, atrial abnormalities, and progressively worsening myocyte organization characteristic of cardiomyopathy, early onset in 3-4 months caveolin-3 deficient mice Consistent with sexual postnatal cardiomyopathy. These data indicate that caveolin-3 is required for normal heart development, has a role (s) in cardiomyopathy, and β-myocardial myosin is misguided in E17.5 mdx and cav-3 − / − It has been localized, trabecular abnormalities, β-myocardial myosin abnormalities underlie some well-known cardiomyopathy, thus suggesting that impaired expression in dystrophic hearts is important ( Cuda et al., 1993). Atrial disorders have not been previously reported in any mouse. This finding on mdx suggests that the recent report that trabeculae are over-formed in 28-year-old DMD is derived from development (Finsterer et al., 2005). Postnatal mdx hearts have been reported to show WT levels of β-myocardial myosin and increased utrophin levels that can compensate for dystrophin deficiency, but these mice have progressive cardiomyopathy (Quinlan et al., 2004). The localization of β-myocardial myosin has not yet been demonstrated after birth, so its atrial localization impairment may persist in adults or may be lost at birth or at an early age. Yes (Wilding et al., 2005).
過剰増殖及び筋細胞アポトーシス上昇は、DMD/mdx及びLGMD−1c/cav−3-/-のマウス及びヒト形態の両方並びにほとんどの他のMDタイプを特徴付ける、出
生後のMD筋肉病理の十分に実証された広範な特徴である(Baghdiguian et al., 1999;Smith et al., 1995;Smith et al., 2000;Smythe et al., 2003)。ジストロフィン、
ジストログリカン、及びカベオリン−3は、生存シグナル伝達に役割を有する(Glass, 2005;Smythe et al., 2003)。mdx筋肉では、高レベルの筋芽細胞アポトーシス及び筋芽細胞過剰増殖は、出生後1週間〜成年期(Smith, 1996;Smith et al., 1995;Spencer
et al., 1997)及び(この研究では)E11.5〜E17.5の胚期中で実証される。
これらのデータは、幹細胞挙動の障害を示唆し、アポトーシスは、ジストロフィン喪失の初期帰結及びDMD病理の重要な寄与要因である。筋芽細胞アポトーシスは、後にE15.5のcav−3-/-で生じ、この表現型が、疾患の重症度の正確な予測因子である可能
性を示唆する。
Hyperproliferation and increased myocyte apoptosis are well documented postnatal MD muscle pathology characterizing both the mouse and human forms of DMD / mdx and LGMD-1c / cav-3 − / − and most other MD types (Baghdiguian et al., 1999; Smith et al., 1995; Smith et al., 2000; Smythe et al., 2003). Dystrophin,
Dystroglycan and caveolin-3 have a role in survival signaling (Glass, 2005; Smythe et al., 2003). In mdx muscle, high levels of myoblast apoptosis and myoblast hyperproliferation are observed from 1 week after birth to adulthood (Smith, 1996; Smith et al., 1995; Spencer
et al., 1997) and (in this study) demonstrated in the embryonic stage of E11.5-E17.5.
These data suggest impaired stem cell behavior, and apoptosis is an important contributor to early consequences of dystrophin loss and DMD pathology. Myoblast apoptosis later occurs at cav-3 − / − of E15.5, suggesting that this phenotype may be an accurate predictor of disease severity.
新しい洞察−MDに対する重要性
これらのデータは、筋ジストロフィーの病因に関する新しい展望を提示し、ジストロフィン及びカベオリン−3に関する胚の役割を実証し、それらは筋形成に関する理解を進歩させ、pax−7筋芽細胞の置換及び線維タイプ特異化の修飾を試みる治療戦略が、筋ジストロフィーの初期治療において生産的であり得ることを示唆する。早期診断及び治療介入は、筋ジストロフィー患者の生活の質を改善する可能性が高い。さらに、カベオリン−3、速筋ミオシン、Igf−2、CDKN1c/P57kip2、及びpAktをアッセイで使用することも示唆される。
New Insights-Importance to MD These data present a new perspective on the pathogenesis of muscular dystrophy, demonstrate the role of embryos for dystrophin and caveolin-3, which advance understanding of myogenesis, pax-7 myoblasts It suggests that therapeutic strategies that attempt to replace cells and modify fiber type specification may be productive in the initial treatment of muscular dystrophy. Early diagnosis and therapeutic intervention are likely to improve the quality of life of patients with muscular dystrophy. It is further suggested that caveolin-3, fast muscle myosin, Igf-2, CDKN1c / P57kip2, and pAkt are used in the assay.
さらなる診断アッセイのデータ
本発明者らは、ヒト骨格筋試料でのpax−7染色を以下の通り実施した:対照(非疾患)小児、31日齢(図12A〜C);16週(図12D〜F)及び12.7週(図12G〜I)の(非疾患)ヒト胎児組織。これらのデータは、正常な胎児及び新生児の骨格筋でのPax−7染色パターンが、同じ期のマウス胚及び新生児組織に見出されるものと直接比較可能(同等)であることを実証する。Pax−7+筋芽細胞は、ヒト及びマウス胎児及び新生児組織の両方に豊富であり、均一に分布しており、pax−7抗体で強く標識される。本発明者らは、10種の異なる(非筋ジストロフィー)筋肉疾患におけるpax−7陽性筋芽細胞局在化も調査し、これら疾患の各々では、pax−7陽性筋芽細胞は豊富に存在し、非疾患筋肉試料の数は著しくは異なっていなかった。代表的な試料(筋細管ミオパチー)は図12(J〜L)に示されている。しかしながら、デュシェンヌ型及びベッカー型筋ジストロフィー(DMD及びBMD)患者に由来する骨格筋試料では、結果は異なっていた(図12M〜P及び図13)。DMD及びBMDでは、pax−7陽性筋芽細胞の数は、対照と比較して著しく枯渇しており、疾患重症度と一致していた(DMD筋肉は、Pax−7細胞では、より軽度のMD形態であるベッカー型のものより一貫して枯渇していた)。Pax−7染色強度も、正常試料と比較して低減され、これは、Pax−7陽性筋芽細胞の数が少なく、主にPax−7がわずかに発現するDMD患者筋肉で特に明白だった。DMD患者筋肉は、大きな領域がpax−7陽性筋芽細胞を全く含有していなかった(図12M〜P、弱染色pax−7+細胞及びPax−7+細胞のない領域は、星印*により示されている)。これらのデータは、pax−7枯渇が、他の非MDミオパ
シー及び小児の非疾患筋生検とこれら疾患を識別するために使用することができるDMD及びBMDの初期マーカーであることを実証する。このマーカーは、単独で、又は筋肉分解のマーカー(例えば、クレアチンキナーゼ)、及び/又は筋肉再生のマーカー(例えば、発生中のミオシン、Igf−2)、及び/又はこの疾患の他のマーカー(例えば、カベオリン−3、速筋ミオシン)と組み合わせて使用して、明白な臨床徴候の発症前に(DM
Dでは、出生前、及び出生から5歳以下まで)、胎児、新生児、及び低年齢小児の筋ジストロフィーを識別することができる。これらのデータは、Pax−7を単独で、又は治療効能のマーカーとして及び疾患進行の指標として他のマーカーと組み合わせて使用することも強く支持する。
Data from further diagnostic assays We performed pax-7 staining on human skeletal muscle samples as follows: control (non-disease) children, 31 days of age (FIGS. 12A-C); 16 weeks (FIG. 12D). -F) and 12.7 weeks (FIGS. 12G-I) (non-disease) human fetal tissue. These data demonstrate that the Pax-7 staining pattern in normal fetal and neonatal skeletal muscle is directly comparable (equivalent) to that found in mouse embryos and neonatal tissues at the same stage. Pax-7 + myoblasts are abundant in both human and mouse fetal and neonatal tissues, are uniformly distributed, and are strongly labeled with the pax-7 antibody. We also investigated the localization of pax-7 positive myoblasts in 10 different (non-muscular dystrophy) muscle diseases, and in each of these diseases pax-7 positive myoblasts are abundant, The number of non-diseased muscle samples was not significantly different. A representative sample (myotubule myopathy) is shown in FIGS. 12 (J-L). However, the results were different for skeletal muscle samples from Duchenne and Becker muscular dystrophy (DMD and BMD) patients (FIGS. 12M-P and FIG. 13). In DMD and BMD, the number of pax-7 positive myoblasts was significantly depleted compared to the control, consistent with disease severity (DMD muscle was less mild in Pax-7 cells. It was more consistently depleted than the Becker type of form). Pax-7 staining intensity was also reduced compared to normal samples, which was particularly evident in DMD patient muscles with a low number of Pax-7 positive myoblasts, predominantly with a slight expression of Pax-7. DMD patient muscles did not contain any pax-7 positive myoblasts in large areas (FIGS. 12M-P, weakly stained pax-7 + cells and areas without Pax-7 + cells are indicated by asterisks *. ing). These data demonstrate that pax-7 depletion is an early marker of DMD and BMD that can be used to distinguish these diseases from other non-MD myopathy and pediatric non-disease muscle biopsies. This marker can be used alone or as a marker of muscle degradation (eg, creatine kinase) and / or a marker of muscle regeneration (eg, developing myosin, Igf-2) and / or other markers of the disease (eg, , Caveolin-3, fast muscle myosin) before the onset of overt clinical signs (DM
D can identify muscular dystrophy of fetuses, newborns, and young children before birth and from birth to 5 years of age and younger). These data also strongly support the use of Pax-7 alone or in combination with other markers as markers of therapeutic efficacy and as indicators of disease progression.
さらなる治療データ
カベオリン−3は、mdx(マウス)胚及び出生後組織、並びにDMD(ヒト)筋肉で、正常(野生型)レベルを超えて上昇する。ジストロフィンが欠損しており(mdx)、カベオリン−3がヘテロ接合性である二重突然変異体マウス胚は、カベオリン−3のレベル低減、及びジストロフィン欠損(mdx)のみに見出されるものより重度の筋肉病理を示し、高レベルのカベオリン−3が、ジストロフィンの喪失を補償することができることを示唆する。図14は、カベオリン−3のレベルが低減されて、mdxマウスの非疾患(野生型)レベルに戻ると、mdxの出生後ジストロフィー表現型では重症度も増加し、これらマウスにおけるカベオリン−3レベル増加の治療効果を確認する(図14)。ウエスタンブロッティングを使用して、本発明者らは、これら(DM−二重突然変異体)動物に見出されるカベオリン−3タンパク質のレベルが、mdxマウスのみに見出されるものと比較して、一貫して低減され、野生型マウスに見出されるレベルと同等であることを実証した(図14A)。組織学的レベルでは、mdxマウスのジストロフィー病理は、出生後3〜8週で最も重症である。重要なことには、この疾患の進行は、mdxと比較して、野生型レベルのカベオリン−3を有するジストロフィン欠損マウスで持続し、同じ年齢(9週齢)のmdx筋肉と比較して、又はカベオリン−3-/-欠損マウス(cav−3-/-)に見出される、より軽度の病理と比較して(図14D〜E)、8週後(図14B〜C)のDM(het)筋肉において進行性の重度の病理が持続する。まとめると、これらのデータは、カベオリン−3タンパク質レベルの増加が、ジストロフィン欠乏病理に対する治療効果を有し、カベオリン−3の上方制御をデュシェンヌ型筋ジストロフィーの有効な治療であると特定する。
Further treatment data Caveolin-3 is elevated above normal (wild-type) levels in mdx (mouse) embryos and postnatal tissues, and DMD (human) muscle. Double mutant mouse embryos that are deficient in dystrophin (mdx) and heterozygous for caveolin-3 have reduced levels of caveolin-3 and more severe muscles than those found only in dystrophin deficiency (mdx) It shows pathology and suggests that high levels of caveolin-3 can compensate for the loss of dystrophin. FIG. 14 shows that when caveolin-3 levels were reduced and returned to non-disease (wild-type) levels in mdx mice, the mdx postnatal dystrophy phenotype also increased in severity and increased caveolin-3 levels in these mice The therapeutic effect is confirmed (FIG. 14). Using Western blotting, we consistently compared the level of caveolin-3 protein found in these (DM-double mutant) animals compared to that found only in mdx mice. It was reduced and demonstrated to be comparable to the level found in wild type mice (FIG. 14A). At the histological level, dystrophic pathology in mdx mice is most severe at 3-8 weeks after birth. Importantly, the progression of the disease persists in dystrophin-deficient mice with wild-type levels of caveolin-3 compared to mdx and compared to mdx muscle of the same age (9 weeks of age) or Compared to the milder pathology found in caveolin-3 − / − mice (cav-3 − / − ) (FIG. 14D-E), DM (het)
Igf−2は、ジストロフィー(mdx)表現型(Smith et al, 2000)に対する寛解
効果を示すが、その機序は不明である。図15は、Igf−2が、ジストロフィー筋芽細胞におけるPax−7、Pax−3、及びカベオリン−3の発現を上方制御することができることを実証し、その治療効果の直接的機序を示唆し、このタンパク質を治療剤として別々に又はカベオリン−3等の他の治療と共に使用することに対する強力な支持を提供する(図15)。(A〜B)Igf−2は、10〜20μg/mLのIgf−2で処理した15分以内に、野生型(WT)及びジストロフィー筋芽細胞でPax−7の発現増加(mRNA)を誘導する。この効果は持続し、Pax−7は、少なくとも24時間後まで筋芽細胞で上方制御され続ける(統計的に有意である、p<0.01、スチューデントt検定)。(C−D)同様に、Igf−2は、15分以内のPax−3メッセージの上方制御を誘導し、これは、少なくとも24時間後まで持続する(20μg/mLのIgf−2:p<0.01)。(E〜F)Wt筋芽細胞のIgf−2治療の用量反応曲線は、Igf−2も、pax−7タンパク質の増殖を誘導する(本明細書では、処理後8時間を示す、p<0.01)。(G)ウエスタンブロッティングにより測定された、野生型(WT)及びジストロフィー筋芽細胞でのカベオリン−3タンパク質発現の比率は、ジストロフィー筋芽細胞でのカベオリン−3が、野生型で見出されるレベルを超えて2〜3倍上昇することを例示する。15分以内に、Igf−2処理は、野生型と比較して、ジストロフィン筋芽細胞でのカベオリン−3タンパク質の最大8倍増を誘導し、これは、少なくとも24時間後まで持続する(p<0.01、20μg/mL Igf−2)。
Igf-2 exhibits a remission effect on the dystrophic (mdx) phenotype (Smith et al, 2000), but the mechanism is unknown. FIG. 15 demonstrates that Igf-2 can upregulate the expression of Pax-7, Pax-3, and caveolin-3 in dystrophic myoblasts, suggesting a direct mechanism of its therapeutic effect Provide strong support for using this protein as a therapeutic agent separately or in conjunction with other therapies such as caveolin-3 (FIG. 15). (AB) Igf-2 induces increased expression of Pax-7 (mRNA) in wild-type (WT) and dystrophic myoblasts within 15 minutes treated with 10-20 μg / mL Igf-2 . This effect persists and Pax-7 continues to be upregulated in myoblasts until at least 24 hours (statistically significant, p <0.01, student t test). (CD) Similarly, Igf-2 induces up-regulation of Pax-3 message within 15 minutes, which lasts until at least 24 hours (20 μg / mL Igf-2: p <0 .01). (EF) Diffusion response curves of Igf-2 treatment of Wt myoblasts, Igf-2 also induces the growth of pax-7 protein (here, p <0, indicating 8 hours after treatment) .01). (G) The ratio of caveolin-3 protein expression in wild type (WT) and dystrophic myoblasts, as measured by Western blotting, exceeds the level where caveolin-3 in dystrophic myoblasts is found in the wild type. 2 to 3 times as an example. Within 15 minutes, Igf-2 treatment induces up to 8-fold increase in caveolin-3 protein in dystrophin myoblasts compared to wild type, which lasts until at least 24 hours (p <0). .01, 20 μg / mL Igf-2).
Claims (20)
(i)前記試料を免疫染色することにより、及び/又は
(ii)タンパク質の免疫ブロットにより、
決定されることを含む、請求項8に記載の方法。 One or more expression levels of the protein are
(I) by immunostaining the sample and / or (ii) by immunoblotting of the protein,
9. The method of claim 8, comprising determining.
1〜7に記載の方法で使用するためのキット。 A kit for use in the method according to claims 1 to 7, comprising an antibody specific for pax-7 protein together with paraformaldehyde.
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