JP2013224860A - Post-transcriptional control of expression of mdr1/p-glycoprotein (p-gp) by micro-rna 145 (mir-145) - Google Patents

Post-transcriptional control of expression of mdr1/p-glycoprotein (p-gp) by micro-rna 145 (mir-145) Download PDF

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Kenji Ikemura
健治 池村
Takuya Iwamoto
卓也 岩本
Masahiro Okuda
真弘 奥田
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KINJO GAKUIN
Mie University NUC
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KINJO GAKUIN
Mie University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for determining an effect of medication discharged outside a cell by P-gp.SOLUTION: A biological sample collected from a subject is examined by a method that includes a step for measuring an amount of human miR-145 and determines an effect of medication discharged outside a cell by P-gp. It is preferable that the medication may be one selected from a group comprising anti-cancer drug, immunosuppressive drug, anti-HIV drug, colchicine, digoxin, quinidine, verapamil, and steroid. Further, it is preferable that the biological sample is blood.

Description

本発明は、miR-145がMDR1/P-gpの転写後調節に係る機構に関し、P-gpによって細胞外に排泄される薬物の効果を判定するキットなどに関する。   The present invention relates to a mechanism related to post-transcriptional regulation of MDR1 / P-gp by miR-145, and relates to a kit for determining the effect of a drug excreted extracellularly by P-gp.

Multidrug resistance protein 1 (MDR1)遺伝子にコードされたP-糖タンパクは、細胞外へ薬物を輸送するATP結合カセットトランスポータであり(Schwab et al., 2003:非特許文献は、全て末尾に著書名をアルファベット順にして記載した。)、様々な正常組織(肝臓,小腸,腎臓、脳、胎盤など)に加えがん細胞に発現し、薬物の体内動態制御や抗がん薬耐性に重要な役割を果たしているがん(Cordon-Cardo et al., 1990; Gottesman et al., 2002)。P-gpの発現量及び機能には、大きな個人差が存在することが知られている(Masuda and Inui, 2006)。我々は既報において、肝虚血再灌流後に、小腸におけるP-gpの発現量が上昇することを報告した(Ikemura et al., 2009)。しかしながら、肝虚血再灌流後に小腸のP-gp発現量が増加するメカニズムについては、依然として不明であった。近年、P-gpの発現量及び機能の個人差には、MDR1 mRNA の安定性あるいはmRNA からの翻訳調節が影響している可能性が示され(Kimchi-Sarfaty et al., 2007; Wang and Sadee, 2006)、P-gpの転写後調節機構の解明が重要視されている。
機能性小分子RNAであるマイクロRNA(miRNA)は、新たな転写後調節因子として注目されている(E Eulalio et al., 2008)。miRNAは、標的とするmRNAの3'-非翻訳領域(3'-UTR)に結合することによって、mRNAの分解や翻訳を抑制する(Filipowicz et al., 2008; Kim, 2005)。近年、miRNAの役割は、がん研究領域のみならず、薬物動態領域においても注目を集めており、薬物トランスポータ、薬物代謝酵素、及び核内受容体の転写後調節に関与することが報告されている(Dalmasso et al., 2011; Pan et al., 2009; Takagi et al., 2010; Takagi et al., 2008)。また、miR-27a及びmiR-451が、何らかの転写因子に作用し、間接的にP-gpの発現を調節することが報告されている(Li et al., 2010; Zhu et al., 2008)。
The P-glycoprotein encoded by the Multidrug resistance protein 1 (MDR1) gene is an ATP-binding cassette transporter that transports drugs out of the cell (Schwab et al., 2003: All non-patent literature is named at the end. ), Expressed in cancer cells in addition to various normal tissues (liver, small intestine, kidney, brain, placenta, etc.), and plays an important role in drug pharmacokinetics control and anticancer drug resistance (Cordon-Cardo et al., 1990; Gottesman et al., 2002). It is known that there are large individual differences in the expression level and function of P-gp (Masuda and Inui, 2006). In a previous report, we reported that the expression level of P-gp in the small intestine increased after hepatic ischemia reperfusion (Ikemura et al., 2009). However, the mechanism by which the amount of P-gp expression in the small intestine increases after hepatic ischemia reperfusion remains unclear. In recent years, it has been shown that the stability of MDR1 mRNA or translational regulation from mRNA may affect individual differences in the expression level and function of P-gp (Kimchi-Sarfaty et al., 2007; Wang and Sadee , 2006), elucidation of the post-transcriptional regulatory mechanism of P-gp is regarded as important.
Micro RNA (miRNA), a small functional RNA, has attracted attention as a new post-transcriptional regulator (E Eulalio et al., 2008). miRNA inhibits mRNA degradation and translation by binding to the 3′-untranslated region (3′-UTR) of the target mRNA (Filipowicz et al., 2008; Kim, 2005). In recent years, the role of miRNA has attracted attention not only in the cancer research area but also in the pharmacokinetic area, and it has been reported to be involved in post-transcriptional regulation of drug transporters, drug metabolizing enzymes, and nuclear receptors. (Dalmasso et al., 2011; Pan et al., 2009; Takagi et al., 2010; Takagi et al., 2008). It has also been reported that miR-27a and miR-451 act on some transcription factor and indirectly regulate P-gp expression (Li et al., 2010; Zhu et al., 2008). .

しかし、miRNAがMDR1の3'-UTRへの直接的な作用により、P-gpの発現量及び機能を制御するというデータは得られていない。
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、P-gpによって細胞外に排泄される薬物の効果を判定するキットなどを提供することである。
However, there is no data that miRNA controls the expression level and function of P-gp by direct action of MDR1 on 3′-UTR.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a kit for determining the effect of a drug excreted extracellularly by P-gp.

本発明者は、肝虚血再灌流後の小腸におけるmiRNAの発現変動と、小腸上皮細胞におけるP-gpの転写後調節におけるmiRNAの役割を調べた結果、miR-145がMDR1の3'-UTRへの直接的な作用によって、mRNAからの翻訳抑制を介してP-gpの発現量及び機能を制御することを見出し、本発明を完成するに至った。
こうして、本願発明に係る薬物効果診断用キットは、(A)被験者から採取した生物学的サンプルを固定する工程と、(B)ヒトmiR-145量を測定する工程と、(C)該工程(B)に基づき、P-gpによって細胞外に排泄される薬物を検出・測定・判定する工程と、を備えることを特徴とする。
上記発明において、P-gpによって細胞外に排出される薬物が、抗がん薬、免疫抑制薬、抗HIV薬、コルヒチン、ジゴキシン、キニジン、ベラパミル、ステロイドからなる群から選択される一つのものであることが好ましい。
また、生物学的サンプルが、血液及び尿であることが好ましい。
また、上記課題を解決するための発明に係るP-gpによって細胞外に排泄される薬物の効果を判定する方法は、被験者から採取された生物学的サンプルについて、ヒトmiR-145量を測定する工程を含むことを特徴とする。
P-gpとは、MDR1遺伝子によってコードされた分子量約18万の膜タンパク質である。P-gpは、細胞膜上に存在して細胞毒性を有する化合物などの細胞外排出を行うトランスポータであり、各種の正常組織(例えば、小腸、肺、腎臓の近位尿細管、血液脳関門の毛細血管内皮細胞等)に発現している。P-gpは、ATP-binding Cassette Subfamily B 1(ABCB1)、又はMultidrug resistance protein 1(MDR1)とも呼ばれる。P-gpは1280個のアミノ酸から構成されており、12回膜貫通型の糖タンパク質である。アミノ基側末端及びカルボキシル基側末端は、共に細胞内に存在しており、12個の膜貫通ドメインのうち6個目と7個目の間、及びカルボキシル基末端には、ATP結合ドメインが存在している。
The present inventor examined the miRNA expression change in the small intestine after hepatic ischemia-reperfusion and the role of miRNA in post-transcriptional regulation of P-gp in small intestinal epithelial cells. The inventors have found that the expression level and function of P-gp can be controlled through the suppression of translation from mRNA by direct action on the RNA, and the present invention has been completed.
Thus, the drug effect diagnostic kit according to the present invention comprises (A) a step of fixing a biological sample collected from a subject, (B) a step of measuring the amount of human miR-145, (C) the step ( And a step of detecting, measuring and determining a drug excreted extracellularly by P-gp based on B).
In the above invention, the drug excreted extracellularly by P-gp is one selected from the group consisting of anticancer drugs, immunosuppressive drugs, anti-HIV drugs, colchicine, digoxin, quinidine, verapamil, and steroids. Preferably there is.
The biological sample is preferably blood and urine.
The method for determining the effect of a drug excreted extracellularly by P-gp according to the invention for solving the above-mentioned problem is to measure the amount of human miR-145 in a biological sample collected from a subject. Including a process.
P-gp is a membrane protein having a molecular weight of about 180,000 encoded by the MDR1 gene. P-gp is a transporter that excretes extracellular compounds such as compounds that exist on the cell membrane and has cytotoxic properties. Various normal tissues (eg small intestine, lung, proximal tubule of kidney, blood brain barrier) Expressed in capillary endothelial cells). P-gp is also called ATP-binding Cassette Subfamily B 1 (ABCB1) or Multidrug resistance protein 1 (MDR1). P-gp is composed of 1280 amino acids and is a 12-transmembrane glycoprotein. Amino-terminal and carboxyl-terminal ends are both present in the cell, and there is an ATP-binding domain between the sixth and seventh of the 12 transmembrane domains and at the carboxyl-terminal end. doing.

P-gpによって細胞外に排泄される薬物としては、例えば、抗がん薬(イリノテカン、ドキソルビシン、ビンブラスチン、パクリタキセルなど)、免疫抑制薬(タクロリムス、シクロスポリンAなど)、抗HIV薬、コルヒチン、フェキソフェナジン、ジゴキシン、キニジン、ベラパミル、オセルタミビル、ロペラミド、ステロイドなどが例示される。これらのうち、抗がん薬、免疫抑制薬、またはジゴキシンであることが好ましい。
マイクロRNA(miRNA)とは、細胞内に存在する20〜25塩基程度の1本鎖RNAで、タンパク質には翻訳されないノンコーディングRNA(ncRNA)であり、他の遺伝子の発現を調節する機能を有すると考えられている。mature miRNAの元となるDNA配列は、miRNAよりも長く、かつmiRNA配列と、ほぼ相補的な逆向きの配列とを含んでいる。このDNA配列が1本鎖RNAに転写されると、miRNA配列と逆相補配列は結合して2本鎖となり、全体としてヘアピンループ構造をとって、primary miRNA(pri-miRNA)となる。pri-miRNA分子の一部が核内のDroshaによって切断されると、miRNA前駆体(pre-miRNA)となり、次いでpre-miRNA分子はキャリアタンパク質(Exportin-5)によって核外に輸送された後、Dicerによって20-25塩基のmiRNA配列となる。miRNAの一部には、mRNAに相補的な配列(多くは、3'-UTR領域に対する配列)が含まれており、そのmRNAとmiRNAとの結合により、mRNAの翻訳抑制や、mRNAの分解を引き起こすと考えられている。このように、miRNAはタンパク質の翻訳を制御する機能があると考えられている。
Examples of drugs excreted extracellularly by P-gp include anticancer drugs (irinotecan, doxorubicin, vinblastine, paclitaxel, etc.), immunosuppressive drugs (tacrolimus, cyclosporin A, etc.), anti-HIV drugs, colchicine, fexoso Examples include phenazine, digoxin, quinidine, verapamil, oseltamivir, loperamide, steroid and the like. Of these, anticancer drugs, immunosuppressive drugs, or digoxin are preferable.
MicroRNA (miRNA) is a single-stranded RNA of about 20 to 25 bases that is present in cells and is a noncoding RNA (ncRNA) that is not translated into protein and has the function of regulating the expression of other genes. It is considered to be. The DNA sequence that forms the mature miRNA is longer than the miRNA, and includes the miRNA sequence and a nearly complementary reverse sequence. When this DNA sequence is transcribed into single-stranded RNA, the miRNA sequence and the reverse complementary sequence are combined to form a double strand, and take a hairpin loop structure as a whole to become a primary miRNA (pri-miRNA). When part of the pri-miRNA molecule is cleaved by Drosha in the nucleus, it becomes a miRNA precursor (pre-miRNA), and then the pre-miRNA molecule is transported out of the nucleus by a carrier protein (Exportin-5), Dicer results in a 20-25 base miRNA sequence. A part of miRNA contains a sequence complementary to mRNA (mostly a sequence for 3'-UTR region), and binding of the mRNA and miRNA suppresses translation of mRNA or degrades mRNA. It is thought to cause. Thus, miRNA is thought to have a function of controlling protein translation.

miR-145は、miRNAの一種である。miR-145は、5'-GUCCAGUUUUCCCAGGAAUCCCU-3'(配列番号1)の配列を有している。miR-145は、様々な組織において、豊富に発現しており、がんの進行に伴いその発現が減少し、腫瘍細胞の発達及び転移の抑制に関連することが見出されつつある。今回の本発明者の知見によって、miR-145がMDR1の3'-UTRへの直接的な作用によって、mRNAからの翻訳抑制を介してP-gpの発現及び機能を制御することが明らかとされた。
生物学的サンプルとは、対象者から体外に採取されたものを意味しており、各組織からの採取片や、血液(血清、血漿、血球(赤血球、白血球を含む))が含まれる。miRNAは、組織中、唾液中、尿中、及びヒト血漿中でも安定に存在することが知られている。このため、本発明においては、簡易かつ繰り返しの採取が行える血液(血漿)又は尿を生物学的サンプルとして利用できる可能性がある。
miR-145の発現量を測定する工程(方法)としては、一般にmiRNAの測定に採用されている方法、例えば、ノーザンハイブリダイゼーション、マイクロアレイ、RNaseプロテクションアッセイ、TaqManR MicroRNA アッセイを用いることができる。これらのうち、感度等の観点から、TaqMan MicroRNA アッセイを用いることが好ましい。
本発明によれば、被験者から採取された生物学的サンプルについて、ヒトmiR-145量を測定する。miR-145は、MDR1の3'-UTRへの直接的な作用によって、mRNAからの翻訳抑制を介してP-gpの発現及び機能を制御する。このため、miR-145量が低い場合には、P-gpの発現が抑制されず、P-gpによる細胞外への薬物の排泄活性が高いので、薬物の効果が低くなり、薬物投与量を増加させる等の対応を取れる。一方、miR-145量が高い場合には、P-gpの発現が抑制されるため、P-gpによる細胞外への薬物の排泄活性が低いので薬物の効果が高くなり、薬物投与量を減少させる等の対応を取れる。
miR-145 is a kind of miRNA. miR-145 has the sequence 5′-GUCCAGUUUUCCCAGGAAUCCCU-3 ′ (SEQ ID NO: 1). miR-145 is abundantly expressed in various tissues, and its expression decreases as cancer progresses, and it has been found to be associated with tumor cell development and suppression of metastasis. The present inventor's findings clarified that miR-145 regulates the expression and function of P-gp through repression of translation from mRNA by direct action of MDR1 on 3'-UTR. It was.
The biological sample means a sample collected from a subject outside the body, and includes a collected piece from each tissue and blood (serum, plasma, blood cells (including red blood cells and white blood cells)). miRNA is known to exist stably in tissues, saliva, urine, and human plasma. For this reason, in the present invention, blood (plasma) or urine that can be collected easily and repeatedly may be used as a biological sample.
As a step (method) for measuring the expression level of miR-145, methods generally used for miRNA measurement, such as Northern hybridization, microarray, RNase protection assay, and TaqMan R MicroRNA assay can be used. Of these, the TaqMan MicroRNA assay is preferably used from the viewpoint of sensitivity and the like.
According to the present invention, the amount of human miR-145 is measured for a biological sample collected from a subject. miR-145 regulates P-gp expression and function through translational repression from mRNA by direct action of MDR1 on 3′-UTR. Therefore, when the amount of miR-145 is low, the expression of P-gp is not suppressed, and the drug excretion activity to the outside by P-gp is high. You can take measures such as increasing it. On the other hand, when miR-145 is high, the expression of P-gp is suppressed, and the drug excretion activity by P-gp is low. You can take actions such as

このように、本発明によれば、P-gpによって細胞外に排泄される薬物の効果を判定するキットが提供される。   Thus, according to the present invention, a kit for determining the effect of a drug excreted extracellularly by P-gp is provided.

ヒト(A)、ラット(B)及びマウス(C)のMDR1 及びMdr1a mRNA の3'-UTRにおいて、miR-145の標的結合部位をmiRandaプログラムによって予測したときの結果を示す図である。It is a figure which shows the result when the target binding site of miR-145 is estimated by the miRanda program in 3'-UTR of MDR1 and Mdr1a mRNA of human (A), rat (B) and mouse (C). miR-145, Mdr1a 及び Mdr1b の発現量を小腸上部(A, D, G)、小腸中部(B, E, H)、及び小腸下部(C, F, I)で確認した結果を示すグラフである。miR-145発現量(A, B, C)はRT-PCR法で測定し、U6 snRNA 発現量に基づき補正した。Mdr1a(D, E, F)及びMdr1b(G, H, I)のmRNA量はRT-PCR法で測定し、GAPDHの発現量に基づき補正した。各データは、平均値±S.E.(n=5)にて示した。グラフ中、「*」は、偽処置ラットに比較して5%の危険率で有意であったことを示す(P<0.05)。It is a graph showing the results of confirming the expression level of miR-145, Mdr1a and Mdr1b in the upper small intestine (A, D, G), middle small intestine (B, E, H), and lower small intestine (C, F, I) . miR-145 expression level (A, B, C) was measured by RT-PCR and corrected based on U6 snRNA expression level. The mRNA levels of Mdr1a (D, E, F) and Mdr1b (G, H, I) were measured by RT-PCR and corrected based on the expression level of GAPDH. Each data is shown as an average value ± S.E. (N = 5). In the graph, “*” indicates that it was significant at a 5% risk rate compared to sham-treated rats (P <0.05). HEK293細胞において、miR-145がMDR1 mRNAの3'-UTRへの作用を示すグラフである。MDR1 mRNAの3'-UTR配列を導入したレポータープラスミド(50 ng)と、miR-145前駆体(10, 30, 50 nM)またはmiR-コントロール前駆体(50 nM)またはVehicle(Control)をHEK293細胞にコトランスフェクションし、24時間後にルシフェラーゼ活性を測定した。各データは、3回の独立した試験結果の平均値±S.E.にて示した。グラフ中、「**」はコントロールに比較して1%の危険率(P<0.01)で有意であったことを、「***」はコントロールに比較して0.1%の危険率(P<0.001)で有意であったことを示す。3 is a graph showing the effect of miR-145 on 3′-UTR of MDR1 mRNA in HEK293 cells. Reporter plasmid (50 ng) with 3'-UTR sequence of MDR1 mRNA and miR-145 precursor (10, 30, 50 nM) or miR-control precursor (50 nM) or vehicle (Control) in HEK293 cells The luciferase activity was measured 24 hours later. Each data is shown as an average value ± S.E. Of three independent test results. In the graph, “**” was significant at 1% risk (P <0.01) compared to control, and “***” was 0.1% risk (P <0.01) compared to control. 0.001) is significant. Caco-2細胞において、miR-145阻害物質がmiR-145, MDR1 mRNA 及びP-gpの発現量に対して与える影響を確認した試験結果を示すグラフである。Caco-2細胞に50nM miR-145阻害物質または50nM miR-コントロール阻害物質またはVehicle(Control)をトランスフェクションした後、48時間経過後のデータを示した。(A)miR-145量はRT-PCT法によって測定し、U6 snRNA 発現量に基づき補正した。(B)MDR1 mRNA量はRT-PCR法によって測定し、GAPDH 発現量に基づき補正した。(C)Caco-2細胞におけるP-gp及びVillinの発現量は、ウエスタンブロット分析によって求めた。(D)P-gp発現量は、Villinのデータに基づき補正した。各データは、3回の独立した試験結果の平均値±S.E.にて示した。グラフ中、「*」は、コントロールに比較して5%の危険率で有意であったことを示す(P<0.05)。It is a graph which shows the test result which confirmed the influence which the miR-145 inhibitor has with respect to the expression level of miR-145, MDR1 mRNA, and P-gp in Caco-2 cell. Data after 48 hours after transfection of Can-2 cells with 50 nM miR-145 inhibitor, 50 nM miR-control inhibitor or Vehicle (Control) are shown. (A) The amount of miR-145 was measured by the RT-PCT method and corrected based on the U6 snRNA expression level. (B) MDR1 mRNA level was measured by RT-PCR method and corrected based on GAPDH expression level. (C) The expression levels of P-gp and Villin in Caco-2 cells were determined by Western blot analysis. (D) The expression level of P-gp was corrected based on Villin data. Each data is shown as an average value ± S.E. Of three independent test results. In the graph, “*” indicates that it was significant at a risk rate of 5% compared to the control (P <0.05). Caco-2細胞において、P-gpを介したRho123輸送活性を示す結果である。Caco-2細胞に50nM miR-145阻害物質または50nM miR-コントロール阻害物質またはVehicle(Control)をトランスフェクションした。48時間後にシクロスポリンA(CsA; 10μM)の存在下または非存在下において、1μM ローダミン123(Rho123)と共に37℃、1時間インキュベーションした。(A)CsAの存在下または非存在下におけるCaco-2細胞中のRho123蓄積量を示すデータである。(B)CsAの存在下におけるRho123の細胞内蓄積量からCsAの非存在下におけるRho123の細胞内蓄積量を減算することによって算出した、P-gpを介したRho123の輸送活性を示すデータである。各データは、3回の独立した試験結果の平均値±S.E.にて示した。グラフ中、「*」は、コントロールに比較して5%の危険率で有意(P<0.05)であったこと示す。「††」は、CsA非存在下のCaco-2細胞中のRho123の蓄積量に比較して1%の危険率で有意(P<0.01)に相違したことを示す。This is a result showing Rho123 transport activity via P-gp in Caco-2 cells. Caco-2 cells were transfected with 50 nM miR-145 inhibitor or 50 nM miR-control inhibitor or Vehicle (Control). After 48 hours, the cells were incubated with 1 μM rhodamine 123 (Rho123) at 37 ° C. for 1 hour in the presence or absence of cyclosporin A (CsA; 10 μM). (A) Data showing the amount of Rho123 accumulated in Caco-2 cells in the presence or absence of CsA. (B) Data showing the transport activity of Rho123 via P-gp, calculated by subtracting the intracellular accumulation of Rho123 in the absence of CsA from the intracellular accumulation of Rho123 in the presence of CsA . Each data is shown as the mean ± SE of three independent test results. In the graph, “*” indicates that the risk rate was 5% (P <0.05) compared with the control. “ †† ” indicates a significant difference (P <0.01) with a 1% risk rate compared to the amount of Rho123 accumulated in Caco-2 cells in the absence of CsA.

次に、本発明の実施形態について、図表を参照しつつ説明するが、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶ。
材料と方法
<試験材料>
miR-145前駆体(Pre-miRTM miRNA precursor, AM17100, プロダクトID PM11480)、miR-145阻害物質(Anti-miRTM inhibitor, AM17000, プロダクトID AM11480)、miR-145前駆体に対するコントロールオリゴ(Pre-miRTM Negative control, AM17110)、及びmiR-145阻害物質に対するコントロールオリゴ(Anti-miRTM Negative control、AM17010)は、Ambion社(Austin, TX, USA)から入手した。Rho123は、和光純薬から入手した。その他の試薬は、全て利用可能な最高純度のものを用いた。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited by these embodiments, and various forms can be made without changing the gist of the invention. Can be implemented. Further, the technical scope of the present invention extends to an equivalent range.
Materials and methods <Test materials>
miR-145 precursor (Pre-miR TM miRNA precursor, AM17100, product ID PM11480), miR-145 inhibitor (Anti-miR TM inhibitor, AM17000, product ID AM11480), control oligo for miR-145 precursor (Pre- miR Negative control, AM17110) and control oligos for miR-145 inhibitors (Anti-miR Negative control, AM17010) were obtained from Ambion (Austin, TX, USA). Rho123 was obtained from Wako Pure Chemical. All other reagents were of the highest available purity.

<動物>
9週齢のWistar系雄性ラットを実験に使用した(SLCジャパン株式会社より入手)。ラットは、実験前12時間絶食させ、水は自由摂取させた。本実験は、動物実験のための三重大学審査委員会によって承認され、アメリカ国立衛生研究所(NIH)のガイドライン(Institute of Laboratory Animal Resources, 1996)に従って実施した。
肝虚血再灌流モデルラットの詳細は、我々の既報に報告の通りである(Ikemura et al., 2009)。簡単に説明すると、ラットに50 mg/kgのペントバルビタールを腹腔内投与した後、血管クリップを使用して肝臓の左葉及び中葉への血流を60分間遮断することにより、70%肝部分虚血を起こさせた。模擬処置ラットは、肝臓の左葉及び中葉への血流遮断を行うことなく、それ以外は同じ処置を行った。再灌流から12時間後、小腸(上部、中部、および下部)の組織を採取した。
<Animals>
9-week-old Wistar male rats were used in the experiment (obtained from SLC Japan Co., Ltd.). Rats were fasted for 12 hours prior to the experiment and water ad libitum. This experiment was approved by the Mie University Review Board for Animal Experiments and was performed according to the National Institutes of Health (NIH) guidelines (Institute of Laboratory Animal Resources, 1996).
Details of hepatic ischemia-reperfusion model rats are as reported in our report (Ikemura et al., 2009). Briefly, after intraperitoneal administration of 50 mg / kg pentobarbital to rats, blood flow to the left and middle lobes of the liver was blocked for 60 minutes using a vascular clip, resulting in 70% hepatic partial imagination. Raised blood. The mock-treated rats were treated in the same way without blocking the blood flow to the left and middle lobes of the liver. Twelve hours after reperfusion, small intestine (upper, middle, and lower) tissues were collected.

<Total RAN抽出とRT-PCR>
Total RNAは、mirVanaTM miRNA分離キット(Ambion、Austin, TX,)を用いて単離した。miRNAはTaqManR MicroRNA 逆転写キットおよびmiR-145とU6に対するTaqManR MicroRNAアッセイ(いずれもApplied Biosystems, Foster, CA, USA)を使用し、ステムループ・ハイブリダイゼーションによりTotal RNAから目的のmature miRNAのみを逆転写した。 MDR1 mRNA発現量に対しては、PrimeScriptTM RT試薬キット(タカラバイオ株式会社)を用い、添付のマニュアルに従って、Total RNA(100 ng)からcDNAを合成した。その後、cDNAは、SYBRR Premix Ex TaqTM(タカラバイオ株式会社)を用いてRT-PCRを行った。PCRに用いたプライマーは、次の通りであった。ヒトMDR1センス5'-CCCATCATTGCAATAGCAGG-3'(配列番号2)、ヒトMDR1アンチセンス5'-TGTTCAAACTTCTGCTCCTGA-3'(配列番号3)、ラットMdr1aセンス5'-GACGGAATTGATAATGTGGACA-3'(配列番号4)、ラットMdr1aアンチセンス5'-GTACGTCGTCATCCAGAGC-3'(配列番号5)、ラットMdr1bセンス5'-GAAATAATGCTTATGAATCCCAAAG-3'(配列番号6)、ラットMdr1bアンチセンス5'-GGTTTCATGGTCGTCGTCTCTTGA-3'(配列番号7)、ヒトおよびラットGAPDHセンス5'-CCTTCATTGACCTCAACTA-3'(配列番号8)、ヒトおよびラットのGAPDHのアンチセンス5'-GGAAGGCCATGCCAGTGAG-3'(配列番号9)。特定のDNA産物の増幅と検出は、ABI7300 Sequence Detection System(Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)を用いて行った。miR-145発現量は、U6 sn RNA発現量に基づき補正した。MDR1 mRNA発現量は、GAPDH発現量に基づき補正した。
<Total RAN extraction and RT-PCR>
Total RNA was isolated using the mirVana miRNA isolation kit (Ambion, Austin, TX). For miRNA, use TaqMan R MicroRNA Reverse Transcription Kit and TaqMan R MicroRNA Assay for miR-145 and U6 (both Applied Biosystems, Foster, CA, USA), and extract only the desired miRNA from total RNA by stem-loop hybridization. Reverse transcribed. For the expression level of MDR1 mRNA, cDNA was synthesized from total RNA (100 ng) using PrimeScript RT reagent kit (Takara Bio Inc.) according to the attached manual. Thereafter, cDNA was subjected to RT-PCR using SYBR R Premix Ex Taq TM (Takara Bio Inc.). The primers used for PCR were as follows. Human MDR1 sense 5'-CCCATCATTGCAATAGCAGG-3 '(SEQ ID NO: 2), human MDR1 antisense 5'-TGTTCAAACTTCTGCTCCTGA-3' (SEQ ID NO: 3), rat Mdr1a sense 5'-GACGGAATTGATAATGTGGACA-3 '(SEQ ID NO: 4), rat Mdr1a antisense 5'-GTACGTCGTCATCCAGAGC-3 '(SEQ ID NO: 5), rat Mdr1b sense 5'-GAAATAATGCTTATGAATCCCAAAG-3' (SEQ ID NO: 6), rat Mdr1b antisense 5'-GGTTTCATGGTCGTCGTCTCTTGA-3 '(SEQ ID NO: 7), human And rat GAPDH sense 5′-CCTTCATTGACCTCAACTA-3 ′ (SEQ ID NO: 8), human and rat GAPDH antisense 5′-GGAAGGCCATGCCAGTGAG-3 ′ (SEQ ID NO: 9). Amplification and detection of specific DNA products was performed using the ABI7300 Sequence Detection System (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). The miR-145 expression level was corrected based on the U6 sn RNA expression level. The MDR1 mRNA expression level was corrected based on the GAPDH expression level.

<RNAラベリングとmiRXploreTM マイクロアレイを用いたハイブリダイゼーション>
単離したRNAサンプルの品質と安定性は、Agilent2100バイオアナライザープラットフォーム(Agilent Technologies, Boeblingen, Germany)を用いて評価した。RNAサンプルは、miRXploreTM社(Miltenyi Biotec, Bergisch-Gladbach, Germany)のプロトコールに従い、模擬処置ラットと肝虚血再灌流後のラットから得られた小腸上部サンプルを、それぞれHy3とHy5で標識した。その後、標識したサンプルは、HybTMハイブリダイゼーション・ステーション(Miltenyi Biotec, Bergisch-Gladbach, Germany)を使用して、miRXploreTMマイクロアレイによって、一晩ハイブリダイズさせた。
<RNA labeling and hybridization using miRXplore TM microarray>
The quality and stability of the isolated RNA samples were evaluated using the Agilent 2100 bioanalyzer platform (Agilent Technologies, Boeblingen, Germany). RNA samples were labeled with Hy3 and Hy5 according to the protocol of miRXplore (Miltenyi Biotec, Bergisch-Gladbach, Germany), respectively. The labeled samples were then hybridized overnight with the miRXplore microarray using the Hyb hybridization station (Miltenyi Biotec, Bergisch-Gladbach, Germany).

<miRXploreTMマイクロアレイによる解析>
ハイブリダイズしたmiRXploreTMマイクロアレイの蛍光シグナルは、レーザスキャナシステム(Agilent Technologies, Boeblingen, Germany)を用いて検出した。miRXploreTMマイクロアレイイメージにおける各スポットの平均シグナルと平均バックグラウンド強度を測定するために、 ImaGeneRソフトウェア(Biodiscovery, El Segundo)を使用した。PIQORTMアナライザ・ソフトウェア(Miltenyi Biotec, Bergisch-Gladbach, Germany)を用い、バックグラウンドを減算処理した後、正味のシグナル強度のデータの正規化を行い、miRNAのHy5/Hy3比率を計算した。カットオフ値を1.5倍と設定した。
<Analysis with miRXplore TM microarray>
The fluorescent signal of the hybridized miRXplore microarray was detected using a laser scanner system (Agilent Technologies, Boeblingen, Germany). ImaGene R software (Biodiscovery, El Segundo) was used to measure the average signal and average background intensity of each spot in miRXplore microarray images. The PIQOR analyzer software (Miltenyi Biotec, Bergisch-Gladbach, Germany) was used to subtract the background and then normalize the net signal intensity data to calculate the Hy5 / Hy3 ratio of miRNA. The cut-off value was set to 1.5 times.

<細胞培養>
培養ヒト腸上皮細胞がんCaco-2と、ヒト胎児腎由来の細胞株HEK293は、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(Rockville, MD,USA)から入手した。Caco-2細胞は、10%ウシ胎児血清および1%非必須アミノ酸を添加したダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)で、抗生物質を添加しないで培養し、継代数40〜60の間で使用した。 HEK293細胞は、10%ウシ胎児血清を含むDMEMで、抗生物質を添加しないで培養し、継代数60〜70の間で使用した。これらの細胞は、加湿大気中5%二酸化炭素下で37℃で培養した。
<Cell culture>
Cultured human intestinal epithelial cell carcinoma Caco-2 and cell line HEK293 derived from human fetal kidney were obtained from American Type Culture Collection (Rockville, MD, USA). Caco-2 cells were cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) supplemented with 10% fetal bovine serum and 1% non-essential amino acids without the addition of antibiotics and used between passages 40-60. HEK293 cells were cultured in DMEM containing 10% fetal bovine serum without adding antibiotics and used between passages 60-70. These cells were cultured at 37 ° C. in a humidified atmosphere under 5% carbon dioxide.

<Caco 2細胞へのmiR-145阻害物質のトランスフェクション>
SiPORTTM NeoFXTMトランスフェクション試薬(Ambion, Austin, TX, USA)とOpti-MEMI培地(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)を使用し、操作手順に従って、プラスチックプレート上で培養したCaco-2細胞に対し、50 nM miR-145阻害物質、50 nM miRコントロール阻害物質、またはVehicleをトランスフェクションした。48時間後、Rho123輸送活性の測定、または、細胞からTotal RNAおよびタンパク質を抽出した。
<Transfection of miR-145 inhibitors into Caco 2 cells>
For Caco-2 cells cultured on plastic plates using SiPORT NeoFX transfection reagent (Ambion, Austin, TX, USA) and Opti-MEMI medium (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) , 50 nM miR-145 inhibitor, 50 nM miR control inhibitor, or Vehicle. After 48 hours, Rho123 transport activity was measured or total RNA and protein were extracted from the cells.

<ルシフェラーゼ・アッセイ>
MDR13'-UTRの683 塩基対の断片をpLightSwitchレポーターベクター(Swithgear Genomics, Menlo Park, CA, USA)のルシフェラーゼ遺伝子の下流に挿入した。96ウェルプレート上で培養したHEK293細胞に対し、リポフェクタミン2000(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)を用いて、50ng のMDR1 3'-UTRレポータープラスミドと50nMのmiR-145前駆体またはコントロール前駆体とをコトランスフェクションした。24時間後、細胞のルシフェラーゼ活性をLightSwtchルシフェラーゼアッセイsystemTM(Swithgear Genomics, Heidelberg, Germany)とAppliskanTMルミノメーター(Thermo scientific, USA)を用いて測定した。
<Luciferase assay>
A 683 base pair fragment of MDR13'-UTR was inserted downstream of the luciferase gene of the pLightSwitch reporter vector (Swithgear Genomics, Menlo Park, CA, USA). For HEK293 cells cultured on 96-well plates, using Lipofectamine 2000 (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA), add 50 ng MDR1 3'-UTR reporter plasmid and 50 nM miR-145 precursor or control precursor. Co-transfected. After 24 hours, cellular luciferase activity was measured using a LightSwtch luciferase assay system (Swithgear Genomics, Heidelberg, Germany) and an Appliskan luminometer (Thermo scientific, USA).

<P-gpに対するウエスタンブロッティング>
Caco-2細胞から単離したタンパク質(12.5μg)を7.5%SDS-PAGEにより分離した。C219モノクローナル抗体(Calbiochem, San Diego, CA, USA)を用いてP-gpに対するウエスタンブロット法を既報に従って(Shimomura et al., 2002)実施した。Villinに対するポリクローナル抗体(Santa Cruz Biotechnology, Inc., Santa Cruz, CA, USA)を添付のマニュアルに従って使用した。各レーンのバンドの相対強度は、画像処理ソフトウエア:Image J 1.38(National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)を用いて測定し、P-gpとVillinの強度比を求めた(Omae et al., 2005)。
<Western blotting for P-gp>
Protein isolated from Caco-2 cells (12.5 μg) was separated by 7.5% SDS-PAGE. Western blotting for P-gp using the C219 monoclonal antibody (Calbiochem, San Diego, CA, USA) was performed as previously reported (Shimomura et al., 2002). A polyclonal antibody against Villin (Santa Cruz Biotechnology, Inc., Santa Cruz, CA, USA) was used according to the attached manual. The relative intensity of the band in each lane was measured using image processing software: Image J 1.38 (National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA) to determine the intensity ratio of P-gp and Villin (Omae et al ., 2005).

<Caco 2細胞によるRho123輸送試験>
Caco-2細胞を用いてRho123の細胞内蓄積量を調べた。使用したインキュベーション溶液の組成は、145 mM NaCl、3mM KCl、1mM CaCl2、0.5mM MgCl2、5mM D-glucose、5mM HEPES(pH7.4)であった。培養用培地を除去した後、上記インキュベーション溶液にて細胞を1回洗浄した後、P-gp阻害薬であるシクロスポリンA(10μM)の存在下または非存在下で、37℃にて30分間プレインキュベートした。プレインキュベーション後、細胞を10μM シクロスポリンAの存在下または非存在下で、1μM Rho123と共に、37℃にて1時間インキュベーションした。その後、薬液を除去し、氷冷した3%牛血清アルブミンを含むインキュベーション培地にて1回、氷冷したインキュベーション培地にて2回洗浄した。細胞を1N NaOHで可溶化し、細胞のタンパク量をクマシー・ブリリアント・ブルー・タンパク質アッセイキット(ナカライテスク)を使用して、Bradford法(Bradford, 1976)により測定した。このとき、ウシγグロブリンを標準品として用いた。Rho123の細胞内蓄積量を確認するために、抽出溶液1mL(インキュベーション溶液:メタノール=50:50)で溶出し、HPLCによりRho123の測定を行った。 HPLC分析には、HPLCシステム(LC-20AB、島津製作所)を使用し、逆相Chemcobond 5-ODS-Hカラム(4.0×150ミリメートル、株式会社ケムコ)と蛍光検出器(RF-10AXL、島津製作所)を用いた。カラム温度は40℃に設定した。Rho123の溶出には、20mM 酢酸ナトリウム(pH4.0):メタノール=20:80を使用し、1 ml/minの流速で行った。蛍光検出器の波長は、励起波長488 nm、測定波長535 nmとした。
<Rho123 transport test using Caco 2 cells>
The intracellular accumulation of Rho123 was examined using Caco-2 cells. The composition of the incubation solution used was 145 mM NaCl, 3 mM KCl, 1 mM CaCl 2 , 0.5 mM MgCl 2 , 5 mM D-glucose, 5 mM HEPES (pH 7.4). After removing the culture medium, the cells were washed once with the above incubation solution and then preincubated for 30 minutes at 37 ° C in the presence or absence of the P-gp inhibitor cyclosporin A (10 µM). did. After preincubation, cells were incubated with 1 μM Rho123 in the presence or absence of 10 μM cyclosporin A for 1 hour at 37 ° C. Thereafter, the drug solution was removed and washed once with an ice-cooled incubation medium containing 3% bovine serum albumin and twice with an ice-cold incubation medium. Cells were solubilized with 1N NaOH, and the amount of cellular protein was measured by the Bradford method (Bradford, 1976) using Coomassie Brilliant Blue Protein Assay Kit (Nacalai Tesque). At this time, bovine gamma globulin was used as a standard product. In order to confirm the intracellular accumulation of Rho123, elution was performed with 1 mL of extraction solution (incubation solution: methanol = 50: 50), and Rho123 was measured by HPLC. For HPLC analysis, an HPLC system (LC-20AB, Shimadzu Corp.) was used. Reversed-phase Chemcobond 5-ODS-H column (4.0 × 150 mm, Chemco Corp.) and fluorescence detector (RF-10AXL, Shimadzu Corp.) Was used. The column temperature was set to 40 ° C. Rho123 was eluted with 20 mM sodium acetate (pH 4.0): methanol = 20: 80 at a flow rate of 1 ml / min. The wavelength of the fluorescence detector was an excitation wavelength of 488 nm and a measurement wavelength of 535 nm.

<統計解析>
すべてのデータは、平均値±S.E.として表した。統計解析は、GraphPad Prism5.02(GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA)を用い、ダネット検定に続けて、一元配置分散分析を行った。2群間の差は、対応のないt-検定によって行った。有意水準はp<0.05とした。
<Statistical analysis>
All data were expressed as mean ± SE. Statistical analysis was performed using GraphPad Prism 5.02 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA), followed by Dunnett's test followed by one-way analysis of variance. Differences between the two groups were performed by unpaired t-test. The significance level was p <0.05.

試験結果
<肝虚血再灌流後の小腸におけるmiRNA発現変動とMdr1aおよびMdr1b mRNA発現量>
偽処置ラット及び肝虚血再灌流処置ラットの小腸上部から単離したRNAサンプルをmiRbase version 16.0に準じたmiRExploreTM マイクロアレイを用いて475個種類のラットmature miRNAに対してスクリーニングしたところ、模擬処置ラットに比較し、1.5倍以上に上昇または1.5分の1以下に減少したmiRNAのリストを表1に示した。
Test results <MiRNA expression changes and Mdr1a and Mdr1b mRNA expression levels in the small intestine after hepatic ischemia reperfusion>
RNA samples isolated from the upper small intestine of sham-treated rats and hepatic ischemia-reperfusion treated rats were screened against 475 types of mature miRNA using miRExplore TM microarray according to miRbase version 16.0. Table 1 shows a list of miRNAs that were increased 1.5 times or more or decreased to 1 / 1.5 or less.

肝虚血再灌流後の小腸上部において、10種類のmiRNAが減少し、4種類のmiRNAが増加していた。これらのmiRNAのうち、miRandaプログラムを用いた標的予測検索により、ヒト、ラット、及びマウスにおいて、減少が認められたmiR-145のみが、MDR1及びMdr1aの3’-UTRに相補的配列を有し、MDR1及びMdr1a遺伝子の発現を調節する因子である可能性が示された(図1)。一方、マイクロアレイ解析から検出された他のmiRNAは、MDR1及びMdr1aの3'-UTRに相補的配列は存在しなかった。更に、模擬処置ラット及び肝虚血再灌流後ラットから抽出したTotal RNAを用いたRT-PCR解析によって、小腸におけるmiR-145発現量を測定した。図2A, 2B及び2Cには、各ラット群の小腸におけるU6 snRNA発現量に基づき補正したmiR-145発現量を示した。肝虚血再灌流後の小腸上部(2A)、小腸中部(2B)、及び小腸下部(2C)のmiR-145量は、模擬処置ラットのmiR-145発現量に比べると、それぞれ約33%、47, 48%に減少していた。このデータは、マイクロアレイ解析の結果とほぼ同様の結果であった(表1)。模擬処置ラット及び肝虚血再灌流後ラットの小腸上部、小腸中部、及び小腸下部の Mdr1a mRNA 発現量及び Mdr1b mRNA 発現量をRT-PCR解析によって評価した(図2D-2I)。模擬処置ラット及び肝虚血再灌流後ラットの両群において、小腸の Mdr1a 及びMdr1b mRNA 発現量には有意な差違が認められなかった。   Ten miRNAs decreased and four miRNAs increased in the upper small intestine after hepatic ischemia-reperfusion. Of these miRNAs, only miR-145, which was found to decrease in humans, rats, and mice by target prediction search using the miRanda program, has a sequence complementary to the 3'-UTR of MDR1 and Mdr1a. The possibility of being a factor that regulates the expression of the MDR1 and Mdr1a genes was shown (FIG. 1). On the other hand, other miRNAs detected from the microarray analysis did not have complementary sequences to the 3′-UTR of MDR1 and Mdr1a. Furthermore, the miR-145 expression level in the small intestine was measured by RT-PCR analysis using total RNA extracted from mock-treated rats and rats after hepatic ischemia-reperfusion. 2A, 2B and 2C show the miR-145 expression level corrected based on the U6 snRNA expression level in the small intestine of each group of rats. The amount of miR-145 in the upper small intestine (2A), middle small intestine (2B), and lower small intestine (2C) after hepatic ischemia-reperfusion was approximately 33% compared to the miR-145 expression in the mock-treated rats, It decreased to 47, 48%. This data was almost the same as the result of microarray analysis (Table 1). Mdr1a mRNA expression level and Mdr1b mRNA expression level in mock-treated rats and rats after hepatic ischemia-reperfusion were evaluated by RT-PCR analysis (FIG. 2D-2I). There were no significant differences in the expression levels of Mdr1a and Mdr1b mRNA in the small intestine in both the mock-treated rats and the rats after hepatic ischemia-reperfusion.

<HEK293細胞におけるMDR1の3'-UTRに対するmiR-145の抑制効果>
miR-145がMDR1 mRNAの3'-UTRに対して直接作用する否かを確認するために、ルシフェラーゼ・レポーター遺伝子の下流に miR-145予想標的結合部位を含むMDR1 の3'-UTR配列を導入し、このレポータプラスミドとmiR-145前駆体またはmiR-コントロール前駆体をHEK293細胞にコトランスフェクションした。MDR1 の3'-UTRに対するmiR-145の抑制効果をHEK293細胞のルシフェラーゼ活性を測定することにより評価した。図3に示すように、ルシフェラーゼ活性は、miR-145の過剰発現により、用量依存的に有意に減少した。一方、miR-コントロール前駆体では、ルシフェラーゼ活性への有意な影響は認められなかった。
<Inhibitory effect of miR-145 on 3'-UTR of MDR1 in HEK293 cells>
In order to confirm whether miR-145 acts directly on the 3'-UTR of MDR1 mRNA, the MDR1 3'-UTR sequence containing the miR-145 predicted target binding site was introduced downstream of the luciferase reporter gene. The reporter plasmid and miR-145 precursor or miR-control precursor were cotransfected into HEK293 cells. The inhibitory effect of miR-145 on 3'-UTR of MDR1 was evaluated by measuring luciferase activity in HEK293 cells. As shown in FIG. 3, luciferase activity was significantly reduced in a dose-dependent manner by miR-145 overexpression. On the other hand, miR-control precursors did not have a significant effect on luciferase activity.

<Caco-2細胞におけるMDR1 mRNA及びP-gp発現量に対するmiR-145の役割>
miR-145を介したP-gpの発現調節を確認するために、Caco-2細胞にmiR-145阻害物質、miR-コントロール阻害物質、またはVehicle(コントロール)をトランスフェクションした。miR-コントロール阻害物質をトランスフェクションした場合には、miR-145発現量に対しては何の影響も及ぼさなかった。miR-145阻害物質をトランスフェクションすると、48時間後にはCaco-2細胞中のmiR-145量は、コントロールに比較し、16%程度に減少を示した(図4)。このことから、miR-145阻害物質のトランスフェクションにより、miR-145発現量がノックダウンされていることが確認された。
Caco-2細胞へのトランスフェクションから48時間後に、Total RNAを使用して、MDR1のmRNA濃度をRT-PCR法によって測定した。図4Bには、GAPDH発現量に基づき補正したMDR1のmRNA発現量を示した。MDR1 mRNA発現量は、miR-145阻害物質またはmiR-145コントロール阻害物質のトランスフェクションによっては、変化はみられなかった(図4B)。トランスフェクションから48時間後のCaco-2細胞から得られたサンプルについて、P-gp及びVillinの発現量をウエスタンブロット法で比較した(図4C)。図4Dには、Villinのシグナルに基づき補正したP-gp発現量の結果を示した。P-gp発現量は、コントロールに比べると、miR-145阻害物質のトランスフェクションによって、約160%程度まで上昇した。一方、miR-145コントロール阻害物質のトランスフェクションによっては、P-gp発現量は変化しなかった。
<Role of miR-145 on the expression level of MDR1 mRNA and P-gp in Caco-2 cells>
In order to confirm the regulation of P-gp expression via miR-145, Caco-2 cells were transfected with miR-145 inhibitor, miR-control inhibitor, or vehicle (control). Transfection with miR-control inhibitor had no effect on miR-145 expression. When miR-145 inhibitor was transfected, after 48 hours, the amount of miR-145 in Caco-2 cells decreased to about 16% compared to the control (FIG. 4). This confirmed that miR-145 expression level was knocked down by miR-145 inhibitor transfection.
48 hours after transfection into Caco-2 cells, mRNA concentration of MDR1 was measured by RT-PCR using total RNA. FIG. 4B shows the MDR1 mRNA expression level corrected based on the GAPDH expression level. The expression level of MDR1 mRNA was not changed by transfection of miR-145 inhibitor or miR-145 control inhibitor (FIG. 4B). For samples obtained from Caco-2 cells 48 hours after transfection, the expression levels of P-gp and Villin were compared by Western blotting (FIG. 4C). FIG. 4D shows the result of the expression level of P-gp corrected based on the signal of Villin. The expression level of P-gp increased to about 160% by transfection of the miR-145 inhibitor compared to the control. On the other hand, P-gp expression level did not change by transfection of miR-145 control inhibitor.

<Caco-2細胞におけるP-gpの機能に及ぼすmiR-145の影響>
P-gpの排泄輸送活性に対するmiR-145の役割を調べるために、Caco-2細胞にmiR-145阻害物質、miR-コントロール阻害物質、またはVehicle(コントロール)をトランスフェクションしたときのP-gpを介したRho123輸送機能をシクロスポリンA(CsA, P-gp阻害物質)を用いて調べた。図5Aに示すように、miR-145阻害物質をトランスフェクションしたCaco-2細胞では、CsA非存在下のRho123細胞内蓄積量は、Vehicle(コントロール)に比較すると有意ではないものの、減少する傾向にあった。miR-145阻害物質またはmiR-コントロール阻害物質をトランスフェクションしたCaco-2細胞では、CsA存在下のRho123細胞内蓄積量は、CsA非存在下の細胞内蓄積量に比較すると有意に増大した。図5Bには、CsAの存在下におけるRho123の細胞内蓄積量からCsAの非存在下でのRho123の細胞内蓄積量を減算することによって算出したP-gpを介したRho123の輸送活性を示した。miR-145阻害物質をトランスフェクションしたCaco-2細胞では、P-gpを介したRho123の輸送活性は、コントロールの約280%まで増加した。一方、miR-145コントロール阻害物質をトランスフェクションしたCaco-2細胞では、P-gpの機能に対しては、影響が認められなかった。
<Influence of miR-145 on P-gp function in Caco-2 cells>
To investigate the role of miR-145 on the excretory transport activity of P-gp, P-gp when Caco-2 cells were transfected with miR-145 inhibitor, miR-control inhibitor, or vehicle (control) Mediated Rho123 transport function was examined using cyclosporin A (CsA, P-gp inhibitor). As shown in Fig. 5A, in Caco-2 cells transfected with miR-145 inhibitors, Rho123 intracellular accumulation in the absence of CsA tends to decrease, although not significant compared to Vehicle (control). there were. In Caco-2 cells transfected with miR-145 inhibitor or miR-control inhibitor, Rho123 intracellular accumulation in the presence of CsA was significantly increased compared to intracellular accumulation in the absence of CsA. FIG. 5B shows the transport activity of Rho123 via P-gp calculated by subtracting the intracellular accumulation of Rho123 in the absence of CsA from the intracellular accumulation of Rho123 in the presence of CsA. . In Caco-2 cells transfected with miR-145 inhibitors, the transport activity of Rho123 via P-gp increased to about 280% of the control. On the other hand, Caco-2 cells transfected with miR-145 control inhibitor showed no effect on P-gp function.

<考察>
P-gp(MDR1)は、薬物体内動態やがん細胞の薬剤耐性を規定する排泄トランスポータである。肝虚血再灌流後に小腸におけるP-gp発現量が上昇することは解明してきたが、この現象に関する詳細なメカニズムは、依然として不明のままである。miRNAは、薬物トランスポータや薬物代謝酵素の転写後調節を通じて、薬物体内動態変動や薬剤耐性獲得に重要な役割を果たしている。本研究の目的は、肝虚血再灌流後における小腸でのmiRNAの発現変動と、小腸上皮細胞におけるP-gpの転写後調節に及ぼすmiRNAの役割を調べることである。
まず、肝虚血再灌流後における小腸のP-gp発現量上昇の調節機構を探る為、小腸各部位におけるMdr1a及びMdr1b mRNA発現量について検討した(図2)。しかしながら、すべての部位においてMdr1a及びMdr1b mRNA発現量に、2群間で有意な差はみられなかったことから、肝虚血再灌流後におけるP-gp発現量上昇には転写調節ではなく、転写後調節の関与の可能性が示された。次に、miRNAを介したP-gpの転写後調節機構を探るために、模擬処置ラットと肝虚血再灌流後ラットを用いて、小腸上部におけるmiRNAの発現変動を比較した。表1に示すように、肝虚血再灌流後ラットでは、小腸上部において様々なmiRNAの発現量の変動が示された。これらのうち、miRandaプログラムを用いた解析によって、減少がみられたmiR-145は、MDR1 及びMdr1a mRNAの3'-UTRに相補的配列を持つことから、miR-145の発現減少に着目した(図1)。RT-PCRによって小腸上部、中部、下部のmiR-145発現量を測定したところ、それぞれ約33%、47%、48%まで減少が認められた(図2)。
<Discussion>
P-gp (MDR1) is an excretion transporter that regulates drug pharmacokinetics and drug resistance of cancer cells. Although it has been elucidated that the amount of P-gp expression in the small intestine increases after hepatic ischemia reperfusion, the detailed mechanism for this phenomenon remains unclear. miRNA plays an important role in drug pharmacokinetics and acquisition of drug resistance through post-transcriptional regulation of drug transporters and drug metabolizing enzymes. The purpose of this study was to investigate the changes in miRNA expression in the small intestine after hepatic ischemia reperfusion and the role of miRNA in post-transcriptional regulation of P-gp in small intestinal epithelial cells.
First, in order to investigate the regulation mechanism of the increase in P-gp expression level in the small intestine after hepatic ischemia reperfusion, we examined the expression level of Mdr1a and Mdr1b mRNA in each part of the small intestine (FIG. 2). However, there was no significant difference between the two groups in the Mdr1a and Mdr1b mRNA expression levels at all sites, so the increase in P-gp expression levels after hepatic ischemia-reperfusion was not transcriptional regulation but transcription. The possible involvement of post-regulation was shown. Next, in order to investigate the post-transcriptional regulation mechanism of P-gp mediated by miRNA, we compared miRNA expression fluctuations in the upper small intestine using mock-treated rats and rats after hepatic ischemia-reperfusion. As shown in Table 1, in the rat after hepatic ischemia / reperfusion, various miRNA expression levels were changed in the upper small intestine. Of these, miR-145, which was reduced by analysis using the miRanda program, has a complementary sequence to the 3'-UTR of MDR1 and Mdr1a mRNA, and thus focused on miR-145 expression reduction ( Figure 1). When the expression levels of miR-145 in the upper, middle, and lower parts of the small intestine were measured by RT-PCR, they were reduced to about 33%, 47%, and 48%, respectively (FIG. 2).

この結果は、表1に示すようにマイクロアレイ解析の結果とほぼ同様であった。以上より、P-gp発現量とmiR-145発現量は、負の相関を示した。一方で、マイクロアレイ解析により検出された他のmiRNAには、MDR1及びMdr1aの3'-UTRに対する相補的配列は認められなかったものの、他のmiRNAが、何らかのP-gpの転写因子に作用し、間接的にP-gpの翻訳を調節する可能性は否定できない。さらに、miR-21は、肺がん細胞において、腫瘍抑制タンパク質であるprogrammed cell death 4(PDCD4)の発現制御を介して、P-gpの発現を増加させることが報告されている(Bourguignon et al., 2009)。本研究では、表1のマイクロアレイ解析の結果に示すように、肝虚血再灌流後にmiR-21の発現量は増加していた。データには示さないが、RT-PCR解析の結果では、模擬処置ラットと肝虚血再灌流後ラットとにおいてmiR-21の発現には有意差が認められなかったことから、肝虚血再灌流後における小腸のP-gp発現量の増加は、miR-21を介した発現調節の関与は少ないものと考えられた。   This result was almost the same as the result of microarray analysis as shown in Table 1. From the above, P-gp expression level and miR-145 expression level showed a negative correlation. On the other hand, other miRNAs detected by microarray analysis did not have complementary sequences to MDR1 and Mdr1a 3′-UTR, but other miRNAs act on some P-gp transcription factors, The possibility of indirectly regulating the translation of P-gp cannot be denied. Furthermore, miR-21 has been reported to increase the expression of P-gp in lung cancer cells via the regulation of programmed cell death 4 (PDCD4), a tumor suppressor protein (Bourguignon et al., 2009). In this study, as shown in the results of microarray analysis in Table 1, miR-21 expression increased after hepatic ischemia reperfusion. Although not shown in the data, the results of RT-PCR analysis showed that there was no significant difference in miR-21 expression between mock-treated rats and rats after hepatic ischemia reperfusion. The subsequent increase in the expression level of P-gp in the small intestine was thought to be less involved in miR-21-mediated expression regulation.

MDR1がmiR-145によって直接的に制御されているか否かを確認するために、HEK293細胞を使用して、MDR1の3'-UTRを含むプラスミドを用いたルシフェラーゼアッセイを行った(図3)。その結果、MDR1はmiR-145によって制御されていることが示された。次いで、Caco-2細胞を用いて、miR-145がP-gpに関して、タンパク質レベル、mRNAレベル、及び機能に如何なる影響を及ぼしているかをノックダウン・アプローチによって調べた。miR-145阻害物質をトランスフェクションしたところ、MDR1 mRNA発現量は変化させずに、P-gp発現量を増加させると共に、Rho123輸送活性を増加させることが分かった。(図4B,4C,4D,5B)。これらの結果より、P-gpはmiR-145によって調節を受けており、その制御機構は、MDR1の3'-UTRへの直接的な作用によってmRNAからの翻訳を抑制することであると分かった。これらの知見は、miRNAが、MDR1の3'-UTRへの直接的な作用によって、P-gpの発現を制御することを示す初めてのものである。   In order to confirm whether MDR1 is directly controlled by miR-145, luciferase assay using a plasmid containing MDR1 3′-UTR was performed using HEK293 cells (FIG. 3). As a result, it was shown that MDR1 is controlled by miR-145. Caco-2 cells were then used to examine how miR-145 affects protein levels, mRNA levels, and function with respect to P-gp by a knockdown approach. When the miR-145 inhibitor was transfected, it was found that the MDR1 mRNA expression level was not changed, but the P-gp expression level was increased and the Rho123 transport activity was increased. (Fig. 4B, 4C, 4D, 5B). These results indicate that P-gp is regulated by miR-145, and that the regulation mechanism is to suppress translation from mRNA by direct action of MDR1 on 3'-UTR. . These findings are the first to show that miRNA regulates P-gp expression by direct action of MDR1 on 3′-UTR.

miR-145は、小腸(細胞当たり7942コピー)、腎臓(細胞当たり2130コピー)、脳(細胞当たり991コピー)、及び肝臓(細胞当たり606コピー)を含め、正常のヒト組織においても偏在的かつ豊富に発現している(Lee et al., 2008)。多くの研究報告によれば、miR-145の発現量は、結腸がん(Michael et al., 2003)、乳がん((Iorio et al., 2005; Kim et al., 2011)、及び肺がん(Yanaihara et al., 2006)を含む種々のがん細胞においてその発現量が減少していることが知られ、腫瘍細胞の発達及び転移の抑制に関わるがん抑制miRNAとしての役割について幅広い研究がなされている。また、がんShiらによれば、miR-145を過剰発現させると、グルココルチコイドによって引き起こされる抗がん薬耐性が減弱し、P-gpの基質であるマイトマイシンへの感受性が増大すると報告している(Shi et al., 2012)。このように、miR-145は、がんの発生機構やがん細胞の薬剤耐性についても重要な役割を果たしている。   miR-145 is ubiquitous and abundant in normal human tissues, including small intestine (7942 copies per cell), kidney (2130 copies per cell), brain (991 copies per cell), and liver (606 copies per cell) (Lee et al., 2008). According to many studies, miR-145 expression levels are determined in colon cancer (Michael et al., 2003), breast cancer ((Iorio et al., 2005; Kim et al., 2011), and lung cancer (Yanaihara). et al., 2006) are known to have decreased expression levels in various cancer cells, including extensive studies on the role of tumor suppressor miRNAs involved in tumor cell development and metastasis suppression. Cancer Shi et al. Also report that miR-145 overexpression reduces the resistance to anticancer drugs caused by glucocorticoids and increases the sensitivity of P-gp to mitomycin. (Shi et al., 2012) Thus, miR-145 plays an important role in the mechanism of cancer development and drug resistance of cancer cells.

本研究の結果、miR-145が、MDR1の3'-UTRへの直接的な作用によって、mRNAからの翻訳抑制を介してP-gpの発現及び機能を制御することが明らかとなった。また、肝虚血再灌流後の小腸上皮細胞に発現するP-gpの発現・機能上昇にも深く関与するものと考えられた。更に、本研究は、P-gp発現量及び機能の個体差に関する新規メカニズム及びがん細胞の薬剤耐性に関する理解を深めるデータを提供するものであると考えられた。
このように、本実施形態によれば、MDR1によって細胞外に排泄される薬物の効果を判定するキット及び方法を提供できた。
As a result of this study, it was clarified that miR-145 regulates the expression and function of P-gp through translational suppression from mRNA by direct action of MDR1 on 3'-UTR. It was also thought to be deeply involved in the expression and function enhancement of P-gp expressed in small intestinal epithelial cells after hepatic ischemia reperfusion. Furthermore, this study was thought to provide data to deepen our understanding of drug-resistance of cancer cells and novel mechanisms regarding individual differences in P-gp expression and function.
Thus, according to the present embodiment, a kit and a method for determining the effect of a drug excreted extracellularly by MDR1 can be provided.

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Claims (4)

(A)被験者から採取した生物学的サンプルを固定する工程と、
(B)ヒトmiR-145量を測定する工程と、
(C)該工程(B)に基づき、P-gpによって細胞外に排泄される薬物を検出・測定・判定する工程と、
を備えることを特徴とする薬物効果診断用キット。
(A) fixing a biological sample collected from a subject;
(B) measuring the amount of human miR-145;
(C) based on the step (B), detecting, measuring and determining a drug excreted extracellularly by P-gp;
A drug effect diagnostic kit comprising:
P-gpによって細胞外に排出される薬物が、抗がん薬、免疫抑制薬、抗HIV薬、コルヒチン、ジゴキシン、キニジン、ベラパミル、ステロイドからなる群から選択される一つのものであることを特徴とする薬物効果診断用キット。 The drug excreted extracellularly by P-gp is one selected from the group consisting of anticancer drugs, immunosuppressive drugs, anti-HIV drugs, colchicine, digoxin, quinidine, verapamil, and steroids A drug effect diagnostic kit. 生物学的サンプルが、血液又は尿であることを特徴とする請求項1または2に記載の薬物効果診断用キット。 The kit for diagnosis of drug effect according to claim 1 or 2, wherein the biological sample is blood or urine. 請求項1〜3のいずれか一つに記載の薬物効果診断用キットを用いて測定する方法であって、被験者から採取された生物学的サンプルについて、ヒトmiR-145量を測定する工程を含むことを特徴とするP-gpによって細胞外に排泄される薬物の効果を判定する方法。 A method for measuring using the drug effect diagnostic kit according to any one of claims 1 to 3, comprising a step of measuring the amount of human miR-145 in a biological sample collected from a subject. A method for determining the effect of a drug excreted extracellularly by P-gp.
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