JP2014113124A - 腫瘍の診断剤、医薬組成物及びスクリーニング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】腫瘍の診断および治療に有用な抗体並びに抗腫瘍剤のスクリーニング方法を提供する。
【解決手段】特定のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応し、リン酸化されたセリンのリン酸化p62蛋白質を認識し、リン酸化されていないセリンの非リン酸化p62蛋白質を認識しない抗リン酸化p62抗体を利用する、腫瘍の診断及び治療。そのリン酸化を阻害する物質、または脱リン酸化する物質をスクリーニングすることによって得る、抗腫瘍剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、腫瘍の診断剤、医薬組成物及びスクリーニング方法に関する。
Nrf2(nuclear factor erythroid 2−related factor 2)は転写因子の一つであるが、細胞がストレスを受けていない状態では、ユビキチンE3リガーゼアダプター蛋白質Keap1(Kelch−like ECH−associated protein 1)に捕獲され、ユビキチン化を受けることによりプロテアソームによって恒常的に分解されている。しかし、所定のストレス状態では、Keap1が修飾され、Nrf2との結合が阻害されるため、Nrf2は核内に蓄積し、一連の抗酸化タンパク質および解毒酵素の遺伝子発現を誘導するという生体防御システムが構築される。一部の肺がんなどでは、Nrf2またはKeap1に変異が生じ、これらの相互作用ができなくなった結果、抗がん剤耐性を獲得していることが知られていた(例えば、非特許文献1参照)。
一方、選択的オートファジーのアダプター分子として知られるp62は、Keap1に対して、Nrf2が結合する領域と共通のドメイン(aa309−624)に結合することができる。したがって、オートファジーの減弱、もしくはp62の過剰発現により、細胞内にp62が蓄積した場合には、Keap1とNrf2の結合は競合阻害を受け、遊離されたNrf2が上記の生体防御システムを発動する(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。
これまでに、p62は、肝臓がんやグリオーマなどの悪性腫瘍において過度に蓄積することが知られていた。そこでは、Keap1とp62の結合増加が、悪性化した肝臓がんの増殖に有利に働くことが示唆され、両者の結合阻害ががん治療のターゲットと考えられた。
国際公開WO2011/083637号
Komatsu M. et al., Nat. Cell Biol. 2010 vol.12 p.213-23
本発明は、腫瘍の診断および治療に有用な抗体並びに抗腫瘍剤のスクリーニング方法を提供することを目的とする。
マウスp62のKeap1結合領域(aa346−359)(以下、KIRという。)は生物種間で高く保存されており、そこに存在するSTGEのアミノ酸配列を用いてKeap1と相互作用している。しかしながら、p62KIRとKeap1の結合親和性は、Nrf2より著しく低いことが生化学的解析で示されており、細胞内でのKeap1とp62の結合のメカニズムは明らかではなかった。本発明者らは、配列番号1のp62のアミノ酸配列における351番目のセリンがリン酸化されることで、KIRのKeap1−DCドメインに対する結合親和性がNrf2−ETGEのKeap1−DCドメインに対する結合親和性と同程度まで増強されることを見出し、本発明の完成に至った
本発明の一実施形態は、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンがリン酸化されている、単離されたリン酸化p62タンパク質、または前記リン酸化セリンを有する一部である。
本発明の他の一実施形態は、前記リン酸化p62タンパク質を認識し、前記セリンがリン酸化されていない非リン酸化p62タンパク質を認識しない抗リン酸化p62抗体またはその一部である。
本発明のさらに他の一実施形態は、前記抗体またはその一部をコードするDNAである。
本発明のさらに他の一実施形態は、前記DNAを含み、前記抗体またはその一部を発現することができる発現ベクターである。
本発明のさらに他の一実施形態は、前記DNAを有し、前記抗体またはその一部を発現する細胞である。
本発明のさらに他の一実施形態は、前記抗体を産生するハイブリドーマである。
本発明のさらに他の一実施形態は、前記抗リン酸化p62抗体を含有する、腫瘍の診断剤である。前記腫瘍が肝がんであってもよい。
本発明のさらに他の一実施形態は、前記抗リン酸化p62抗体またはその一部、前記発現ベクター、または前記細胞を含有する、医薬組成物である。この医薬組成物が、抗腫瘍剤であってもよい。この抗腫瘍剤の治療対象とする腫瘍が、肝がんであってもよい。
本発明のさらに他の一実施形態は、p62タンパク質に対し、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンのリン酸化を阻害する物質、リン酸化された前記セリンを脱リン酸化する物質をスクリーニングする、抗腫瘍剤のスクリーニング方法である。
本発明のさらに他の一実施形態は、前記リン酸化p62タンパク質とKeap1の結合を阻害する物質をスクリーニングする、抗腫瘍剤のスクリーニング方法である。
前記いずれのスクリーニング方法においても、前記抗腫瘍剤の治療対象とする腫瘍が、肝がんであってもよい。
本発明のさらに他の一実施形態は、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンがグルタミン酸またはアスパラギン酸で置換されている、単離された変異p62タンパク質、または前記変異アミノ酸を有する一部である。
本発明のさらに他の一実施形態は、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンがグリシンまたはアラニンで置換されている、単離された変異p62タンパク質、または前記変異アミノ酸を有する一部である。
本発明のさらに他の一実施形態は、前記変異p62タンパク質、または前記変異アミノ酸を有する一部をコードするDNAである。
本発明によって、腫瘍の診断および治療に有用な抗体並びに抗腫瘍剤のスクリーニング方法を提供することができるようになった。
様々な種におけるp62のホモログ(配列番号11〜19)のKeap1−interacting region(KIR)およびLC3認識配列(LRS)のアライメントを示す図である。黒およびグレーを付した部分は、それぞれ、完全保存および部分的保存の同一のアミノ酸配列を示す(上から、マウス、ラット、ヒト、オランウータン、ウシ、ネッタイツメガエル、アフリカツメガエル、フグ、ゼブラフィッシュのp62を示す)。 等温滴定熱量測定による、Keap1−DC(配列番号24)と、非リン酸化p62−KIR(配列番号21)、リン酸化p62−KIR、またはNrf2−ETGEモチーフ(配列番号26)との結合等温線を示す図である。 Strepタグを付けたp62をHEK293T細胞中で発現させ、StrepTactinにより得た沈殿物に対してラムダタンパク質ホスファターゼ(Lamda PP)で処理したもの(+)、および処理していないもの(−)を準備し、抗p62抗体および抗リン酸化p62抗体をそれぞれ用いて行なったイムノブロッティングの結果を示す図である。 FLAGタグを付けたp62w.t.(配列番号1)(正常型p62)、アデノウイルス感染系を用いて351番目のセリンをグルタミン酸に置換したS351E(配列番号2)(疑似リン酸化型p62)、351番目のセリンをアラニンに置換したS351A(配列番号4)(非リン酸化型p62)、および352番目のトレオニンをアラニンに置換したT352A(配列番号6)(Keap1との結合能の欠損型p62)を過剰発現させたマウスの正常肝細胞から調製した抽出液のイムノブロッティングの結果を示す図である。 FLAGタグを付けたKeap1(配列番号23)をGFP、GFP−p62 S351E(配列番号2)またはGFP−p62 S351A(配列番号4)と共発現させたHEK293T細胞の抽出液における、FLAG抗体を用いた免疫沈降物のイムノブロッティングの結果を示す図である。 抗p62抗体と抗リン酸化p62抗体と、または抗リン酸化p62抗体とKeap1とにより免疫染色した、HCCの画像である。バー:10μm Huh−1親株、Huh−1_p62−/−、または野生型p62(配列番号7)又はp62変異型(p62S349E(配列番号8)、S349A(配列番号9)またはT350A(配列番号10))を導入したHuh1_p62−/−細胞を、それぞれヌードマウスの皮下に移植した。(a)移植から50日後のマウスおよびマウスから取り出した腫瘍の画像である。(b)移植から50日後の腫瘍の容積(左)および重量(右)を示す図である。
実施の形態及び実施例に特に説明がない場合には、M. R. Green & J. Sambrook (Ed.), Molecular cloning, a laboratory manual (4th edition), Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York (2012); F. M. Ausubel, R. Brent, R. E. Kingston, D. D. Moore, J.G. Seidman, J. A. Smith, K. Struhl (Ed.), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons Ltd.などの標準的なプロトコール集に記載の方法、あるいはそれを修飾したり、改変した方法を用いる。また、市販の試薬キットや測定装置を用いる場合には、特に説明が無い場合、それらに添付のプロトコールを用いる。
なお、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的に実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。
==リン酸化p62タンパク質==
本発明は、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンがリン酸化されている、単離されたリン酸化p62タンパク質、または前記リン酸化セリンを有する一部である。
「p62(またはp62タンパク質)」は、ユビキチン結合タンパク質として知られている。p62のアミノ酸配列またはそれをコードするヌクレオチド配列の情報は、一般に利用可能な配列データベースから入手することができる。それらのデータベースのアクセッション番号のいくつかをここに記載する。[データベース名称:アクセッション番号(種名)]:NCBI:NP_003891.1(ヒト)、NCBI:NM_003900.4(ヒト)、NCBI:NP_035148.1(マウス)、NCBI:NM_011018.2(マウス)Swiss-Prot:008623.1(ラット)、NCBI:NP_787037.2(ラット)、NCBI:NM_175843.3(ラット)、Swiss-Prot:Q5RBA5.1(オランウータン)。本明細書中で「p62」という場合、p62の種々(例えば、哺乳動物種(例えば、ヒト、サル、ウシ、ブタ、マウス、ラットなど)、は虫類、両生類、魚類など。)のホモログが含まれるものとする。そのようなホモログのアミノ酸配列は、例えば、マウスp62のアミノ酸配列(配列番号1)に対して、例えば、80%以上、85%以上、90%以上、もしくは95%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列、またはマウスp62のアミノ酸配列(配列番号1)において1〜数個(例:2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20個、もしくはそれ以上)のアミノ酸残基の欠失、置換、挿入、もしくは付加を有するアミノ酸配列からなる。
本明細書において「リン酸化p62タンパク質」とは、351番目のセリンがリン酸化されたマウスp62(配列番号1)、またはこのセリンに対応するセリン(ラットp62では348番目のセリン、ヒトp62(配列番号7)では349番目のセリン、オランウータンp62では349番目のセリン、ウシp62では349番目のセリン、ネッタイツメガエルp62では355番目のセリン、アフリカツメガエルp62では357番目のセリン、フグp62では332番目のセリン、ゼブラフィッシュp62では260番目のセリン)がリン酸化されているマウス以外の哺乳動物種(例:ヒト、サル、ウシ、ラット等)もしくはその他の種(例:は虫類、両生類、魚類等)のp62のホモログを意味する。
また、本明細書において「リン酸化セリンを有する一部」とは、リン酸化された、マウスp62における351番目のセリン、またはp62のホモログにおいて対応するリン酸化セリンを有する、単離されたp62の一部を意味する。ここで、「一部」とは、アミノ酸が2個以上、好ましくは5個以上、より好ましくは10個以上、さらに好ましくは50個以上からなるペプチドであればよく、また、400個以下、好ましくは300個以下、より好ましくは200個以下、さらに好ましくは100個以下からなるペプチドであればよい。
また、本明細書において、「単離された」とは生体内に存在するものではないということを意味し、製造方法については限定されない。従って、細胞から抽出されたものであっても、化学的に合成されたものであっても、生体外にあればよく、その製法によっては限定されない。
なお、本発明のタンパク質またはその一部は、マウスp62における351番目のセリン、またはp62のホモログにおいて対応するセリンが、グルタミン酸またはアスパラギン酸に置換され、リン酸化p62タンパク質を模した変異p62タンパク質(本明細書では「疑似リン酸化p62変異タンパク質」と呼ぶ)(例えば、マウスp62の場合、配列番号2または3)、または当該セリンが、アラニンまたはグリシンに置換され、非リン酸化p62タンパク質を模した変異p62タンパク質(本明細書では「疑似非リン酸化p62変異タンパク質」と呼ぶ)(例えば、マウスp62の場合、配列番号4または5)であってもよく、変異アミノ酸を有する変異p62タンパク質の一部であってもよい。
以上に記載したタンパク質またはその一部は、化学合成されたものであってもよく、大腸菌や哺乳類培養細胞などで発現させた組換えタンパク質や組換えペプチドであってもよい。当業者は、in vitro mutagenesisを含み、常法によって組換えタンパク質や組換えペプチドを作製できる。
なお、本明細書において「Keap1相互作用領域(Keap1−Interacting Region:KIR)」とは、マウスp62(配列番号1)のアミノ酸配列中の346番目〜359番目のアミノ酸残基からなる部分アミノ酸配列の領域(配列番号20)、またはマウス以外の哺乳動物種(例:ヒト、サル、ウシ、ラット等)もしくはその他の種(例:は虫類、両生類、魚類等)のp62のアミノ酸配列中の上記部分アミノ酸配列の領域に対応する高度に保存されたアミノ酸配列の領域であって、Keap1と特異的に結合するp62上の領域を指すものとする(図1を参照)。
Keap1(Kelch-like ECH-associated protein 1)のアミノ酸配列またはそれをコードするヌクレオチド配列の情報は、一般に利用可能な配列データベースから入手することができる。それらのデータベースにおけるアクセッション番号のいくつかをここに記載する。[データベース名称:アクセッション番号(種名)]:Swiss-Prot:Q14145.2(ヒト)、Swiss-Prot:Q9Z2X8.1(マウス)、GenBank:BAA34639.1(マウス)、GenBank:AB020063.1(マウス)、Swiss-Prot:Q684M4.1(ブタ)。本明細書中で「Keap1」という場合、keap1の種々(例えば、哺乳動物種(例:ヒト、サル、ウシ、ブタ、マウス、ラットなど)、は虫類、両生類、魚類など。)のホモログが含まれるものとする。そのようなホモログのアミノ酸配列は、例えば、ヒトKeap1のアミノ酸配列(配列番号25)に対して、例えば、80%以上、85%以上、90%以上、もしくは95%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列、またはヒトKeap1のアミノ酸配列において1〜数個(例:2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20個、もしくはそれ以上)のアミノ酸残基の欠失、置換、挿入、もしくは付加を有するアミノ酸配列からなる。
==抗リン酸化p62抗体==
本明細書中、「抗リン酸化p62抗体」とは、マウスp62(配列番号1)においては351番目のセリン、または他の動物種においては当該セリンに対応するセリンがリン酸化されたリン酸化p62タンパク質を認識し、マウスp62においては351番目のセリン、または他の動物種においては当該セリンに対応するセリンがリン酸化されていないp62タンパク質(本明細書では「非リン酸化p62タンパク質」と称する)を認識しない抗体を意味する。この抗体は、リン酸化p62タンパク質と結合するが、非リン酸化p62タンパク質とは結合しない抗体、あるいは、リン酸化p62タンパク質と反応するが、非リン酸化p62タンパク質とは反応しない抗体であってもよい。また、抗体が認識する対象のp62の由来する動物種は特に限定されないが、哺乳類であることが好ましく、マウス、ラット、ヒトのp62であることがより好ましい。なお、抗体の抗原認識についての種特異性は特に限定されず、例えば、ヒトp62についてのみリン酸化p62と非リン酸化p62を識別できる抗体、マウスp62についてのみリン酸化p62と非リン酸化p62を識別できる抗体、ヒトとヒト以外のp62についてリン酸化p62と非リン酸化p62を識別できる抗体(例えば、ヒトとマウスについてリン酸化p62と非リン酸化p62を識別できる抗体や、ヒトとサルについてはリン酸化p62と非リン酸化p62を識別できるが、マウスについては識別できない抗体)、など、様々な認識パターンが考えられる。
抗リン酸化p62抗体は、リン酸化p62タンパク質に対して高い結合親和性を有している抗体であって、結合定数(Ka)が10-1以上、好ましくは1010-1以上、より好ましくは1011-1以上であることが好ましい。また、非リン酸化p62タンパク質に対しては低い結合親和性を有している抗体であって、結合定数(Ka)が10-1以下、好ましくは10-1以下、より好ましくは10-1以下であることが好ましい。なお、抗リン酸化p62抗体は、疑似リン酸化p62変異タンパク質を認識し、非リン酸化p62タンパク質を認識しないことが好ましい。
また、この抗体は、モノクローナル抗体でも、ポリクローナル抗体でもよく、ヒト型抗体等の人工抗体であっても構わない。これらの抗体は、当業者には明らかな製造方法に従って製造することができる。抗体産生に用いる抗原としては、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンがリン酸化されている、単離されたリン酸化p62タンパク質、または前記リン酸化セリンを有する一部などが使用できる。リン酸化セリンのかわりにアスパラギン酸やグルタミン酸を導入した疑似リン酸化p62変異タンパク質または当該アスパラギン酸やグルタミン酸を有する一部を用いてもよい。これらペプチドの詳細は、上述した通りである。抗体は、リン酸化p62タンパク質抗原カラムの吸着画分を、さらに非リン酸化p62タンパク質抗原カラムへ通した溶出画分を得る方法により、最終的に、非リン酸化p62タンパク質は認識せずにリン酸化p62タンパク質を認識する抗体を精製することが可能である。
本明細書中、「抗リン酸化p62抗体の一部」とは、可変領域を含む抗原結合断片を意味し、Fabフラグメント、F(ab´)フラグメント等が例示できる。これらのフラグメントは、例えば、モノクローナル抗体をタンパク質分解酵素によって部分消化することにより得ることができる。なお、タンパク質分解酵素としては、FabフラグメントやF(ab´)フラグメントを得ることができるものであればどのようなものであってもよいが、例えば、ペプシン、フィシン等の分解酵素を用いることができる。
さらに他の実施態様として、抗リン酸化p62抗体またはそのフラグメントをコードするDNA、またはそのDNAを有し、抗リン酸化p62抗体またはそのフラグメントを発現する発現ベクターが挙げられる。これらのDNAや発現ベクターは、当業者には明らかな製造方法に従って製造することができる。
抗リン酸化p62抗体またはそのフラグメントは、大腸菌や哺乳類の培養細胞などで機能するプロモーターを用いて発現ベクターを作製し、宿主細胞内に導入して抗体やそのフラグメントを発現させ、精製することによって作製しても良い。その際、シグナルペプチドを付加し、細胞外に分泌させるのが好ましい。
==腫瘍の診断剤==
Keap1−DCに対する結合定数(Ka)は、実施例に示すように、非リン酸化p62のKIRが(5.67±1.19)x10-1、Nrf2−ETGEが(6.83±2.16)x10-1であるので、非リン酸化p62が存在しても、通常はKeap1とNrf2が優先的に結合している。しかしながら、リン酸化p62−KIRのKeap1−DCに対する結合定数は(5.12±1.80)x10-1であり、非リン酸化p62のKIRより約100倍高く、Keap1−DCとNrf2−ETGEの結合定数と同レベルである。従って、p62は、リン酸化されることによって、Nrf2と共存していてもKeap1と結合できるようになり、Nrf2が遊離する。そして遊離Nrf2はその標的遺伝子群の発現を促すため、悪性化したがんの増殖において有利に働く。
このように、がん細胞内で、リン酸化p62が多く存在するほど、遊離Nrf2は増加する。したがって、リン酸化p62を検出又は定量することにより、腫瘍の悪性化を診断することができる。
具体的には、一定時間をおいて、2回またはそれ以上、患者の腫瘍細胞におけるリン酸化p62を定量し、リン酸化p62の量、または全体のp62に対する割合が増加していれば、その腫瘍は悪性化しており、減少していれば良化していると判断できる。そして、この方法を用いれば、抗がん剤の有効性を確認することもできる。つまり、抗がん剤を投与した前後で患者の腫瘍細胞におけるリン酸化p62を定量し、リン酸化p62の量、または全体のp62に対する割合が増加していればその腫瘍に有効でなく、減少していれば有効であると判断できる。そして、この有効性に基づいて、使用する抗腫瘍剤を選択することができる。Nrf2の標的遺伝子群には、多剤排出トランスポーター遺伝子が含まれており、一部の肺癌細胞ではNrf2の活性化を介した抗腫瘍剤耐性が知られている。したがって、リン酸化p62の減少を指標として選択された抗腫瘍剤は、薬剤耐性を起こしにくい薬剤であるとも言える。
リン酸化p62の検出方法は、特に限定されないが、抗体を用いるアッセイ、すなわち免疫アッセイであることが好ましく、例えばイムノブロッティンブ法、ELISA法又は免疫組織染色法が挙げられる。
抗リン酸化p62抗体は、このように、簡便にリン酸化p62を検出し、又は定量することができるので、腫瘍の診断剤として有用である。
==医薬組成物==
本発明にかかる医薬組成物は、抗リン酸化p62抗体またはその一部、抗リン酸化p62抗体またはその一部をコードするDNAを含み、抗リン酸化p62抗体またはその一部を発現することができる発現ベクター、抗リン酸化p62抗体またはその一部をコードするDNAを有し、抗リン酸化p62抗体またはその一部を発現する細胞を含有し、例えば、抗腫瘍剤として用いることができる。この抗リン酸化p62抗体またはその一部は、リン酸化p62タンパク質がKeap1に結合することを阻害する阻害抗体であることが好ましく、特にKeap1−DCドメイン(例えば、aa309−624(配列番号27)の領域や、aa321-609(配列番号24)の領域)に結合することを阻害する阻害抗体であることが好ましい。
医薬組成物の投与対象は、脊椎動物であれば特に限定されないが、ヒトであることが好ましい。例えば、腫瘍患者に本発明の医薬組成物を投与することにより、腫瘍細胞の増殖を抑制させることが期待できる。抗腫瘍剤の治療対象とする腫瘍としては、特に限定されないが、p62のリン酸化によって悪性化している腫瘍であればよいが、肝がんであることが好ましい。
この医薬組成物は、必要に応じて薬学的に許容される担体を添加し、錠剤、粉剤、顆粒剤、散剤、カプセル剤、液剤、乳剤、懸濁剤などに剤形化しても良く、これにより、抗腫瘍剤を製造することができる。ここで用いられる薬学的に許容される担体は、調製される医薬の形態に応じて、慣用されている担体の中から適宜選択して用いることができる。例えば、医薬が溶液形態として調製される場合、担体として、精製水(滅菌水)または生理学的緩衝液、グリコール、グリセロール、オリーブ油のような注射投与可能な有機エステルなどを使用することができる。また、この医薬には、慣用的に用いられる安定剤、賦形剤などを含ませることができる。医薬の投与方法には特に制限はなく、各種製剤形態、患者の年齢、性別、その他の条件、疾病の重篤度等に応じて適宜決定すればよいが、製剤形態としては、特に注射剤、点滴剤、噴霧剤等の非経口投与形態が好ましい。特に注射剤や点滴剤として用いる場合は、必要に応じて塩溶液、ブドウ糖やアミノ酸等の通常の補液などと混合して静脈内、筋肉内、皮内、皮下もしくは腹腔内に投与する。この医薬は、単独で使用してもよいし、あるいは他の薬剤(例えば、他の抗腫瘍剤や、症状を緩和する薬剤など)と組み合わせて使用してもよい。
==抗腫瘍剤のスクリーニング方法==
本発明にかかる抗腫瘍剤のスクリーニング方法は、p62タンパク質に対し、候補物質が、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンのリン酸化を阻害できるかどうか、あるいはリン酸化されたセリンを脱リン酸化できるかどうかを評価することにより行なうことができる。また、候補物質が、リン酸化p62タンパク質とKeap1の結合を阻害するかどうかを評価することによっても行うこともできる。実施例で示すように、これらの物質は、腫瘍細胞の増殖を抑制するのに有効である。よって、本発明にかかるスクリーニング方法によれば、抗腫瘍剤を効率的に得ることが可能になる。抗腫瘍剤の治療対象とする腫瘍としては、特に限定されないが、p62のリン酸化によって悪性化している腫瘍であればよく、例えば、肝がんであることが好ましい。また、候補物質は特に限定されず、抗体などのタンパク質や高分子であっても、化合物などの低分子であっても構わない。
具体的なスクリーニング方法は、当業者が適宜設計することができるが、例えば、候補物質を、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリンがリン酸化されたリン酸化p62を有するマウス培養細胞に添加し、添加前後で、リン酸化p62の量を測定し、その量が、投与前より投与後に低下すれば、その化合物は抗腫瘍剤の可能性を有する。リン酸化p62タンパク質の量は、リン酸化p62タンパク質を認識し、当該セリンがリン酸化されていない非リン酸化p62タンパク質を認識しない抗リン酸化p62抗体を用いてイムノブロッティング等を行うことにより定量することができる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されることはない。
<実施例1>
本実施例では、p62がリン酸化することにより、Keap1に対する結合親和性が増強することについて示す。
(1)細胞外におけるリン酸化p62のKeap1に対する結合親和性
等温滴定熱量測定によりマウスKeap1−DC(aa321-609、配列番号24)と、非リン酸化マウスp62のKIR(配列番号21)、リン酸化マウスp62のKIR(配列番号21)、およびマウスNrf2のETGEモチーフ(配列番号26)との相互作用の結合等温線を作成した(図2)。
まず、MicroCaliTC200システム(GEヘルスケア社)を用いて等温滴定熱量測定を25℃で行なった。0.1mM非リン酸化KIR(348VDPSTGELQ356、配列番号21)を2.5μlずつ、攪拌シリンジ(1000rpm)から200μlの0.1mM Keap1−DCに3分間隔で16回投入した。0.6mMリン酸化KIR(348VDP(pS)TGELQ356)を1.3μlずつ、攪拌シリンジ(1000rpm)から200μlの0.06mM Keap1−DCに2分間隔で30回投入した。0.4mMNrf2−ETGEモチーフ(76LDEETGEFL84、配列番号26)を1μlずつ、攪拌シリンジ(1000rpm)から200μlの0.04mM Keap1−DC(配列番号24)に2分間隔で40回投入した。結合データはOrigin7(GEヘルスケア社)を用いて解析した。
==結果==
Keap1−DCに対する結合定数(Ka)はそれぞれ、非リン酸化KIRが(5.67±1.19)x10-1、リン酸化p62−KIRが(5.12±1.80)x10-1、Nrf2−ETGEが(6.83±2.16)x10-1であった。
Keap1−DCに対する結合親和性は、リン酸化p62のKIRが非リン酸化p62のKIRより約100倍高く、それはKeap1−DCとNrf2−ETGEの結合親和性に匹敵していた。
(2)抗リン酸化p62抗体の作製
配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリンをリン酸化し、さらにN末端にシステイン残基を付加したアミノ酸配列、CKEVDP(pS)TGELQSLQ(配列番号22)からなるペプチドを合成し、HPLCで精製した。この抗原ペプチドに対し、N末端システイン残基へKLH(Keyhole-limpet hemocyanin,スカシガイヘモシアニン)をキャリアとしてMBS(m-Maleimidobenzoyl-N-hydroxysuccinimide ester)法で結合させた。作製したコンジュゲーションペプチド(合成ペプチド3mg+キャリアタンパク質2mg)を5mLのリン酸緩衝液で溶解し、免疫動物のウサギ1羽に対して、初回は、合成ペプチド200μgに相当する量を完全フロイントアジュバントと混合したエマルジョンを皮下注射によって投与した。14日後に、合成ペプチド100μgに相当する量を不完全フロイントアジュバントと混合したエマルジョンを皮下注射によって投与した。その後、14日毎に同様な抗原投与をさらに4回行った。初回の抗原投与から77日目に全採血し、20mLの抗血清を得た。次に、抗原に用いたリン酸化p62ペプチドを固相化したアフィニティーカラムを作製し、これを用いて抗血清に含まれるリン酸化p62と結合する抗体をアフィニティー精製した。精製抗体を、さらに非リン酸化p62ペプチドを固相化したアフィニティーカラムへ通すことで、素通り画分に回収された精製抗体を、リン酸化p62と特異的に結合する抗リン酸化p62抗体とした。
作製した抗リン酸化p62抗体の、リン酸化p62タンパク質(配列番号1)に対する特異性を確認した。Strepタグを付けたp62(配列番号1)をHEK293T細胞中で発現させた。この細胞抽出液からStrep-p62タンパク質をStrepTactinセファロース(IBA社)でアフィニティー精製した。精製したStrep-p62タンパク質をラムダタンパク質ホスファターゼ(Lamda PP)で処理したもの(+)、および処理していないもの(−)を準備し、各々の試料を12%ビス−トリスゲルおよびMOPS-SDSバッファーを用いてNuPAGE電気泳動システム(Invitrogen社)により分離、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜にトランスファーした。リン酸化に関わらずp62のC末領域を認識する抗p62抗体(GP-62C:Progen Biotechnik社)(図3左PVDFメンブレン)と、ここで作製した抗リン酸化p62抗体(図3右PVDFフメンブレン)を用いてイムノブロッティング解析を行なった。
==結果==
抗リン酸化p62抗体は、リン酸化p62タンパク質を認識し、非リン酸化p62タンパク質を認識しないことが確認できた。
(3)細胞内におけるリン酸化p62とKeap1の相互作用
FLAGタグを付けた配列番号1のp62w.t.(正常型)、配列番号1のp62の351番目のセリンをグルタミン酸に置換したS351E(配列番号2)(擬似リン酸化型p62)、配列番号1のp62の351番目のセリンをアラニンに置換したS351A(配列番号4)(非リン酸化型p62)、および配列番号1のp62の352番目のトレオニンをアラニンに置換したT352A(配列番号6)(Keap1との結合能の欠損型p62)を、アデノウイルス作製キット(タカラバイオ株式会社)により、野生型p62(p62w.t)(配列番号1).および変異型p62(p62S351E(配列番号2)、p62S351A(配列番号4)およびp62T352A(配列番号6))をコードするDNAをそれぞれ組み込んだアデノウイルスを作製した。次に、正常肝細胞を2mlの増殖培地(10%ウシ胎児血清,5U/mLペニシリン,50μg/mLストレプトマイシンを含むウイリアムスE培地)中で24時間培養した後、その培地を、アデノウイルスをMOIが50となるように添加した培地と交換し、そのまま細胞を培養した。培地交換から24時間後、細胞全体の抽出液(Total)及び核画分の抽出液(Nucleus)を調製した。次に、細胞全体の抽出液を用いて、抗FLAG抗体(Sigma Chemical社)によって免疫沈降物(IP:FLAG(p62))を得た。次に、試料を12%ビス−トリスゲルおよびMOPS−SDSバッファーを用いてNuPAGE電気泳動システム(Invitrogen社)により分離し、PVDF膜にトランスファーした。そして、抗p62抗体(GP62C:Progen Biotechnik社)、抗Keap1抗体(Proteintech Group社)、抗リン酸化p62抗体、抗Nqo1抗体(Abcam社)、抗Actin抗体(MAB1501R:Millipore社)、抗Nrf2抗体(H-300:Santa Cruz Biotechnology社)、抗LaminB抗体(M-20:Santa Cruz Biotechnology社)を用いてイムノブロッティングを行った。実験は3回行い、その代表的な結果を図4に示す。
==結果==
細胞内Keap1は、S351AよりもS351E(配列番号6)に結合した。また、S351Eを発現させた細胞内では、核内へのNrf2の著しい蓄積が生じ、さらにNrf2の標的であるNqo1のタンパク質の発現も誘導されていた。
(4)細胞内におけるリン酸化p62の、Nrf2とKeap1の相互作用への影響
FLAGタグをN末端に結合させたマウスKeap1(配列番号23)と、GFP、GFP−p62、GFP−S351E(配列番号2)またはGFP−S351A(配列番号4)を発現させたHEK293T細胞を、溶解用バッファーにより溶解して細胞抽出液を得た。次に抗FLAG抗体(Sigma Chemical社)を用いて免疫沈降を行い、FLAGタグを付加したKeap1およびKeap1と相互作用しているタンパク質複合体を回収した。細胞抽出液(crude)と回収したタンパク質複合体(IP:FLAG(Keap1))を12%ビス−トリスゲルおよびMOPS-SDSバッファーを用いてNuPAGE電気泳動システム(Invitrogen社)によりゲルに展開し、抗FLAG抗体(Sigma Chemical社)、抗GFP抗体(Invitrogen社)、抗p62抗体(GP62C:Progen Biotechnik社)、抗Nrf2抗体(H−300:Santa Cruz Biotechnology社)、抗アクチン抗体(MAB1501R:Chemicon International社)を用いて、イムノブロッティングを行った。結果を図5に示す。
==結果==
S351Eの過剰発現により、Keap1と相互作用しているタンパク質複合体の中に、Nrf2が検出されなかった。すなわち、S351Eの過剰発現によってNrf2とKeap1の相互作用が消失した。
==まとめ==
このように、p62はリン酸化されることによってKeap1との結合親和力が増強してKeap1と結合するようになり、それに伴って、Nrf2はKeap1から解離するようになる。
<実施例2>
本実施例では、p62のリン酸化が腫瘍細胞の増殖に関係していることを示す。
(1)ヒト肝細胞癌の免疫染色
ヒト肝細胞癌(細胞名:Huh−1)を、10%ウシ胎児血清、5U/mlペニシリンおよび50μg/mlストレプトマイシンを含有させたWillium’s E 培地中で培養した。
ヒト肝細胞癌をディッシュ上で培養し、4%パラホルムアルデヒド含有PBS溶液で15分間固定し、50μg/mlジギトニンで10分間の膜透過処理を施し、0.1%(vol/vol)ゼラチン(Sigma Chemical 社、#G−9391)含有PBSで30分間ブロッキングした。
次に、第一抗体と1時間インキュベートした。この第一抗体としては、抗p62抗体(GP62C:Progen Biotechnik社)、抗Keap1抗体(Proteintech Group社)および作製した抗リン酸化p62抗体を用い、抗p62抗体と抗リン酸化p62抗体と、または抗リン酸化p62抗体と抗Keap1抗体による二重免疫染色を行なった。洗浄後、Alexa Fluor488を結合させた抗モルモットIgG二次抗体(Invitrogen社)または、Alexa Fluor647を結合させた抗ウサギIgG二次抗体(Invitrogen社)添加して30分間インキュベートした。細胞は、プランアクロマート対物レンズ(63×/1.40 Oil DIC, Carl Zeiss社)を用いて共焦点レーザースキャン顕微鏡システム(LSM510 META, Carl Zeiss社)で観察した。
==結果==
図6に示したように、ヒト肝細胞癌におけるp62陽性凝集体のp62はリン酸化されており、その凝集体にはKeap1が含まれていた。
(2)p62のリン酸化とHCCの増殖について
まず、ヒトp62(配列番号7)の349番目のセリンをグルタミン酸に置換したS349E(配列番号8)(疑似リン酸化型p62)、ヒトp62の349番目のセリンをアラニンに置換したS349A(配列番号9)(非リン酸化型p62)、およびヒトp62の350番目のトレオニンをアラニンに置換したT350A(配列番号10)(Keap1との結合能の欠損型p62)をコードするp62cDNAを作製した。
次に、Huh−1細胞に対してZinc Finger Nucleaseシステム(Sigma−Aldrich社、 CompoZr(登録商標)Zinc Finger Nuclease)を用いて、p62がノックアウトされた[Huh−1_p62−/−]細胞株を作製した。次に、アデノウイルス作製キット(タカラバイオ株式会社)を用いて、p62w.t.およびp62変異型を組み込んだアデノウイルスを作製した。そして、[Huh−1_p62−/−]細胞株を2mlの増殖培地(10%ウシ胎児血清、5U/mlペニシリンおよび50μg/mlストレプトマイシンを含有させたWillium’s E 培地)中で24時間培養した後、その培地を、アデノウイルスをMOIが50となるように添加した新鮮培地に交換し、そのまま細胞を培養することにより、先に得られた[Huh−1_p62−/−]細胞株に対して、野生型ヒトp62(配列番号7)を導入した[Huh−1_p62−/−_p62w.t.]細胞株、S349E(配列番号8)を導入した[Huh−1_p62−/−_p62S349E]細胞株、S349A(配列番号9)を導入した[Huh−1_p62−/−_p62S349A]細胞株、T350A(配列番号10)を導入した[Huh−1_p62−/−_p62T350A]細胞株を作製した。
次に、各細胞をそれぞれヌードマウスの皮下に移植した。図7(a)は[Huh−1]親株(図中左上)、[Huh−1_p62−/−]細胞株(図中右上)、[Huh−1_p62−/−_p62w.t.]細胞株(図中左中央)、[Huh−1_p62−/−_p62S349E]細胞株(図中右中央)、[Huh−1_p62−/−_p62S349A]細胞株(図中左下)、および[Huh−1_p62−/−_p62T350A]細胞株(図中右下)をそれぞれ3匹に移植して50日後のマウスおよびマウスから取り出した腫瘍の写真である。そして、細胞株それぞれにつき5匹のマウスに移植して、移植から50日後の腫瘍の容積(左)および重量(右)を測定した。細胞株ごとにそれらの平均値±標準誤差を算出し、図7(b)のグラフに示す。
==結果==
p62(S349E)を[Huh−1_p62−/−]に導入した腫瘍細胞をヌードマウスに移植すると、in vivoで腫瘍細胞の増殖が有意に促進された(p<0.05、t検定)(図7(b))。
このように、p62のリン酸化が腫瘍細胞を悪性化させるので、抗リン酸化p62抗体を用いることで、腫瘍の性質を診断することおよび腫瘍の治療と対策を考案することが可能となる。
また、S349AやT350AをHuh−1_p62−/−に導入しても、腫瘍細胞の増殖力は回復しない(図7(b))。このことから、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、またはこのセリンに対応するセリンのリン酸化を阻害する物質、またはリン酸化されたそのセリンを脱リン酸化する物質、あるいはリン酸化p62タンパク質とKeap1の結合を阻害する物質をスクリーニングすることにより、抗腫瘍剤をスクリーニングすることができると考えられる。

Claims (17)

  1. 配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンがリン酸化されている、単離されたリン酸化p62タンパク質、または前記リン酸化セリンを有する一部。
  2. 請求項1に記載のリン酸化p62タンパク質を認識し、前記セリンがリン酸化されていない非リン酸化p62タンパク質を認識しない抗リン酸化p62抗体またはその一部。
  3. 請求項2に記載の抗体またはその一部をコードするDNA。
  4. 請求項3に記載のDNAを含み、請求項1または2に記載の抗体またはその一部を発現することができる発現ベクター。
  5. 請求項3に記載のDNAを有し、請求項2に記載の抗体またはその一部を発現する細胞。
  6. 請求項2に記載の抗体を産生するハイブリドーマ。
  7. 請求項2に記載の抗リン酸化p62抗体を含有する、腫瘍の診断剤。
  8. 前記腫瘍が肝がんであることを特徴とする、請求項7に記載の診断剤。
  9. 請求項2に記載の抗リン酸化p62抗体またはその一部、請求項4に記載の発現ベクター、または請求項5に記載の細胞を含有する、医薬組成物。
  10. 請求項9に記載の医薬組成物を含有する、抗腫瘍剤。
  11. 治療対象とする腫瘍が、肝がんである、請求項10に記載の抗腫瘍剤。
  12. p62タンパク質に対し、配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンのリン酸化を阻害する物質、リン酸化された前記セリンを脱リン酸化する物質をスクリーニングする、抗腫瘍剤のスクリーニング方法。
  13. 請求項1に記載のリン酸化p62タンパク質とKeap1の結合を阻害する物質をスクリーニングする、抗腫瘍剤のスクリーニング方法。
  14. 前記抗腫瘍剤の治療対象とする腫瘍が、肝がんである、請求項12または13に記載のスクリーニング方法。
  15. 配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンがグルタミン酸またはアスパラギン酸で置換されている、単離された変異p62タンパク質、または前記変異アミノ酸を有する一部。
  16. 配列番号1のアミノ酸配列における351番目のセリン、または当該セリンに対応するセリンがグリシンまたはアラニンで置換されている、単離された変異p62タンパク質、または前記変異アミノ酸を有する一部。
  17. 請求項15または16に記載の前記変異p62タンパク質、または前記変異アミノ酸を有する一部をコードするDNA。
JP2012271249A 2012-12-12 2012-12-12 腫瘍の診断剤、医薬組成物及びスクリーニング方法 Active JP6418719B2 (ja)

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