JP2015517463A - 黄色ブドウ球菌感染および関連状態を処置および予防する方法 - Google Patents

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Abstract

CD11b阻害剤を投与することを含む、対象における黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を処置および予防する方法に関する。さらに、ヒトCD11bを発現する非ヒトトランスジェニック動物、ならびに黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態の処置および予防のための新規治療法を特定する方法における前記非ヒトトランスジェニック動物の使用に関する。

Description

本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、2012年5月2日出願の米国仮特許出願第61/641,543号の恩典を主張するものである。
本発明は、国立衛生研究所より与えられた助成金番号1R56AI091856−01A1のもと、政府の援助を受けて行われた。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。
発明の分野
本発明は、黄色ブドウ球菌感染を処置および予防する方法、ならびに黄色ブドウ球菌感染の処置および予防のための新規治療法を特定する方法に関する。
発明の背景
黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus(「S.aureus」))は、人口の25%超に片利共生的に定着する細菌である。重要なことに、この生物は、その初期の定着部位を破壊することができ、細菌の播種および疾患をもたらす。黄色ブドウ球菌は、院内感染の主な原因であり、感染性心内膜炎ならびに皮膚および軟組織感染の最も一般的な病原体であり、食中毒の4大原因の1つである。総計で、黄色ブドウ球菌は、米国の病院内で年間120万人超の患者に感染している。ヒトの健康に対する黄色ブドウ球菌の脅威は、黄色ブドウ球菌感染に対する最後の砦と考えられる抗生物質、バンコマイシンに耐性である株を含む、抗生物質耐性株(すなわち、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)株)の出現によってさらに強調される。これらの事実は、この重要な病原体に対する新規の治療法を開発する重要性を強調する。
黄色ブドウ球菌は、この細菌が、異なる種類の免疫細胞、特に身体の主要な防御システムを構成する白血球の亜集団による攻撃を無効化し、かつそれに耐えることを可能にする多種多様な毒性因子および毒素を生成する。これらの毒性因子および毒素の生成は、黄色ブドウ球菌に感染状態を維持させる(Nizet,″Understanding How Leading Bacterial Pathogens Subvert Innate Immunity to Reveal Novel Therapeutic Targets,″J.Allergy Clin.Immunol.120(1):1322(2007)(非特許文献1))。これらの毒性因子の中で、黄色ブドウ球菌は、2つの非関連タンパク質またはサブユニットの相乗作用によって宿主防御細胞および赤血球の膜を損傷させる、いくつかの二成分性ロイコトキシンを生成する(Menestrina et al.,″Mode of Action of Beta−Barrel Pore−Forming Toxins of the Staphylococcal Alpha−Hemolysin Family,″Toxicol.39(11):1661−1672(2001)(非特許文献2)を参照されたい)。これらの二成分性ロイコトキシンの中で、γ−溶血素(HlgABおよびHlgCB)およびパントン−バレンタインロイコシジン(PVL)が最も良く特徴付けられている。
哺乳類細胞に対するロイコシジンの毒性は、2つの成分の作用を伴う。第1のサブユニットは、クラスSサブユニット(すなわち、「緩徐溶出型」)と呼ばれ、第2のサブユニットは、クラスFサブユニット(すなわち、「急速溶出型」)と呼ばれる。SおよびFサブユニットは、相乗的に作用し、単球、マクロファージ、樹状細胞、および好中球(集合的に食細胞として知られる)を含む白血球上に孔を形成する(Menestrina et al.,″Mode of Action of Beta−Barrel Pore−Forming Toxins of the Staphylococcal Alpha−Hemolysin Family,″Toxicol.39(11):1661 1672(2001)(非特許文献2))。二成分性毒素が標的細胞膜に孔を形成する機構は、完全に理解されているわけではない。これらの毒素の提案される作用機構は、多くの場合は受容体を通じてSサブユニットが標的細胞膜に結合した後、FサブユニットがSサブユニットに結合し、それによりオリゴマーを形成し、次いで該オリゴマーが標的細胞膜中に挿入する予備孔を形成することを含む(Jayasinghe et al.,″The Leukocidin Pore:Evidence for an Octamer With Four LukF Subunits and Four LukS Subunits Alternating Around a Central Axis,″Protein.Sci.14(10):2550 2561(2005)(非特許文献3))。二成分性ロイコトキシンによって形成された孔は、典型的に、カチオン選択性である。孔形成は、溶解を介して細胞死を引き起こし、それは標的白血球の場合、カチオンの流入に起因する浸透不均衡から生じることが報告されている(Miles et al.,″The Staphylococcal Leukocidin Bicomponent Toxin Forms Large Ionic Channels,″Biochemistry40(29):8514 8522(2001)(非特許文献4))。
MRSA感染を処置するのに効果的な治療法の設計は、特に困難である。メチシリンおよび関連抗生物質への耐性に加えて、MRSAは、マクロライド(例えば、エリスロマイシン)、β−ラクタマーゼ阻害剤の組み合わせ(例えば、ユナシン、オーグメンチン)、およびフルオロキノロン(例えば、シプロフロキサシン)、ならびにクリンダマイシン、トリメトプリム/スルファメトキシゾール(バクトリム)、およびリファンピンに対する著しいレベルの耐性を有することも見出されている。重篤な黄色ブドウ球菌感染の場合、臨床医は、静脈内バンコマイシンを用いてきた。しかしながら、上記のように、黄色ブドウ球菌のバンコマイシン耐性が報告されている。したがって、黄色ブドウ球菌感染に効果的に効く新たな抗生物質薬を開発する必要性がある。
本発明は、当該技術分野におけるこのような制限および他の制限を克服することに向けられる。
Nizet,″Understanding How Leading Bacterial Pathogens Subvert Innate Immunity to Reveal Novel Therapeutic Targets,″J.Allergy Clin.Immunol.120(1):1322(2007) Menestrina et al.,″Mode of Action of Beta−Barrel Pore−Forming Toxins of the Staphylococcal Alpha−Hemolysin Family,″Toxicol.39(11):1661−1672(2001) Jayasinghe et al.,″The Leukocidin Pore:Evidence for an Octamer With Four LukF Subunits and Four LukS Subunits Alternating Around a Central Axis,″Protein.Sci.14(10):2550 2561(2005) Miles et al.,″The Staphylococcal Leukocidin Bicomponent Toxin Forms Large Ionic Channels,″Biochemistry40(29):8514 8522(2001)
本発明の第1の態様は、対象における黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置する方法に関する。この方法は、黄色ブドウ球菌感染を有する危険性があるか、または有する対象を選択することと、対象における黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに有効な条件の下で、CD11b阻害剤を選択された対象に投与することと、を含む。
本発明の別の態様は、ゲノムが、ヒトCD11bをコードするポリヌクレオチド配列を含む安定的に組み込まれた発現構築物を含む、トランスジェニック非ヒト動物に関する。本発明の他の態様は、本発明のトランスジェニック非ヒト動物を使用し、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した候補化合物を特定する方法に関する。
本発明の別の態様は、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる化合物を特定する方法に関する。この方法は、候補化合物のコレクションを提供することと、ヒトCD11bを発現する細胞の集団を提供することと、を含む。この方法は、前記細胞の集団を、LukAB媒介性細胞毒性を誘導することができる作用物質で処置することと、処置された細胞の集団を、コレクションからの1つ以上の候補化合物と接触させることと、をさらに含む。この方法は、前記1つ以上の候補化合物の存在下および非存在下で、処置された細胞の集団におけるLukAB媒介性細胞毒性レベルを測定することと、前記1つ以上の候補化合物の存在下と非存在下とで、測定されたLukAB媒介性細胞毒性レベルを比較することと、をさらに含む。前記1つ以上の候補化合物の非存在下と比較して、前記1つ以上の候補化合物の存在下でのLukAB媒介性細胞毒性レベルの減少により、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる化合物が特定される。
本発明の別の態様は、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる候補化合物を特定する方法に関する。この方法は、候補化合物のコレクションを提供することと、LukAB結合ドメインを含む単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントを提供することと、を含む。この方法は、単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントを、標識LukA、LukB、および/または標識LukABタンパク質を含む作用物質で処置することと、処置された、単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントを、コレクションからの1つ以上の候補化合物と接触させることと、をさらに含む。単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントへの標識LukA、LukB、および/または標識LukABの結合レベルを、1つ以上の候補化合物の存在下および非存在下で測定し、単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントへの標識LukA、LukB、および/またはLukABの結合レベルを、前記1つ以上の候補化合物の存在下と非存在下とで比較する。この比較に基づいて、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる1つ以上の候補化合物を特定する。
黄色ブドウ球菌は、米国の病院内で年間120万超の患者に感染し、米国内で年間約40,000人の死亡を伴う。この細菌は、院内感染および市中感染の主な原因であり、感染性心内膜炎、皮膚、および軟組織感染の最も一般的な病原体であり、食中毒の4大原因の1つである。ヒトの健康に対する黄色ブドウ球菌の脅威は、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)を含む、抗生物質耐性株の出現によってさらに強調される。これらの事実は、新規の治療法の開発のための新たな標的を特定する重要性を強調する。本発明は、CD11bが、黄色ブドウ球菌毒性因子ロイコトキシンAB(LukAB)に対するヒト細胞受容体であるという発見に関する。LukABは、メチシリン感受性およびメチシリン耐性黄色ブドウ球菌の両方の、ヒト好中球に対する細胞毒性特性に関与し、ヒト細胞上のその細胞受容体の特定により、黄色ブドウ球菌感染から防御するための新たな治療的アプローチが可能になる。さらに、この毒性受容体の発見は、黄色ブドウ球菌感染について研究し、新規の治療法を特定するための改善された動物モデルの作製およびスクリーニングアッセイを可能にする。
LukABおよび黄色ブドウ球菌細胞毒性を示す。図1Aは、同質遺伝子型の野生型(WT)およびΔlukAB変異MSSAおよびMRSA株から単離された分泌タンパク質による中毒化時のヒト多形核白血球(PMN)の生存率のグラフである。ΔlukAB変異株からの分泌タンパク質で処置された細胞において観察された生存率の増加は、プラスミドによりlukABをトランスで発現させることによって反転した(ΔlukAB/plukAB)。宿主細胞の生存率は、細胞代謝活性を監視する試薬であるCellTiterを用いて監視した。図1Bは、ヒト全血および一次ヒトPMN中の黄色ブドウ球菌生存を示すグラフである。コロニー形成単位は、インプットCFUに対して正規化した。図1Cは、表示された株で感染させたマウスの感染後96時間の腎臓における細菌負荷を示すグラフである。結果は、6超の異なるドナー(図1Aおよび1B)および1群当たり20匹のマウス(図1C)からのPMN/全血の平均±S.E.Mを表す。は、WTと比較して統計的に有意な差を示す(ANOVA p<0.05)。 異なるヒト細胞におけるLukAB誘導細胞毒性の用量反応である。このグラフは、精製されたLukABによる中毒化時の表示された細胞の生存率を示す。宿主細胞の生存率は、細胞代謝活性を監視する試薬であるCellTiterを用いて監視した。結果は、三つ組の試料の平均+S.E.M.を表す。 一次好中球に対するLukABおよび黄色ブドウ球菌の細胞毒性を示す。このグラフは、同質遺伝子型の野生型(WT)およびΔlukAB変異MSSA株から単離された分泌タンパク質による中毒化時のヒト(hPMN)および一次マウス(mPMN)好中球の生存率を示す。宿主細胞の生存率は、細胞代謝活性を監視する試薬であるCellTiterを用いて監視した。結果は、少なくとも6つの独立した試料の平均±S.E.M.を表す。 LukABが、ヒトインテグリンMac−1(CD11b/CD18)と直接相互作用することを示す。図4Aは、Ni−NTAビーズを使用する、hisタグ付きLukABによるビオチン化PMN−HL60溶解物のプルダウンであり、試料は、ニトロセルロース膜に転写され、DyLightストレプトアビジンでプローブされた。図4Bは、抗CD11b抗体を使用する、上記のhisタグ付きロイコトキシンによるPMN−HL60溶解物のプルダウンの免疫ブロットである。図4Cは、上記のhisタグ付きロイコトキシンによる精製されたMac−1のプルダウンのSypro Rubyタンパク質染色であり、図4Dは、抗CD11b抗体による対応する免疫ブロットを示す。 CD11bが、宿主細胞のLukAB媒介性殺滅に必要かつ十分であることを実証する。図5Aは、10μg/mlのLukABによる1時間のHL60またはPMN−HL60細胞の中毒化後の細胞生存率を示す棒グラフである。細胞生存率は、代謝色素CellTiterで測定した。図5Bは、非標的化(NT)shRNAウイルスと比較して、CD18 shRNAウイルスで形質導入されたPMN−HL60細胞におけるCD18およびCD11b表面レベルのフローサイトメトリープロットである。図5Cは、10μg/mlのLukABまたはPVLによる1時間のNTおよびCD18 shRNA PMN−HL60細胞の中毒化に伴う孔形成を定量化する棒グラフである。孔形成は、蛍光色素臭化エチジウム(EtBr)で測定した。図5Dは、図5Bについて記載の通り測定されたCD11b shRNAウイルスまたは非標的化(NT)shRNAウイルスで形質導入されたHL60細胞およびPMN−HL60細胞におけるCD18およびCD11b表面レベルを示す。図5Eは、10μg/mlのLukABまたはPVLによる1時間のNTおよびCD11b shRNA PMN−HL60細胞の中毒化に伴う孔形成を定量化する棒グラフである。孔形成は、EtBrで測定した。図5Fは、40μg/mlのLukABまたはPVLによる2時間の、CD11bをトランスフェクトされた293T細胞の中毒化を示す。CD11b細胞の枯渇率は、中毒化後に細胞を抗CD11b抗体で染色し、フローサイトメトリー分析を行うことによって決定した。図5Fの棒グラフは、2つの独立した実験の平均を示す。FACSプロットは、代表的な実験に基づく。全ての他のデータは、別段の指示がない限り、三つ組の試料の平均±標準偏差(SD)として表される。***は、一元配置分散分析によるP<0.0001を示す。 CD18のノックダウンが、PMN−HL60細胞表面上の複数のβ2インテグリンの枯渇をもたらすことを示す。NTにおける特定の抗体(中塗りの黒色)およびPMN−HL60細胞におけるCD18 shRNA(灰色線)を用いるフローサイトメトリーによって決定されるCD18、CD11b、CD11c、およびCD11a細胞表面レベルを、アイソタイプ対照抗体(黒色線)と比較した。 LukABが、CD11bのIドメインを標的として細胞を殺滅することを実証する。図7Aは、3つの異なる抗CD11bクローン(α−CD11b)を含む10μg/mlのインテグリン特異的抗体(α−CD11a、α−CD11c、およびα−CD18)、または抗体なし(No Ab)で処置された後、2.5μg/mlのLukABで1時間中毒化したPMNの生存率を示す棒グラフである。膜損傷は、蛍光色素SYTOXグリーンで測定した。結果は、8つのドナーから単離されたPMNの平均±SEMを表す。図7Bは、10μg/mlのLM2/1またはアイソタイプ対照で処理された後、中毒化され、上記の通り評価されたPMNの生存率を示す。結果は、4つのドナーから単離されたPMNの平均±SEMを表す。図7Cは、抗CD11b抗体を用いるフローサイトメトリー分析により決定される、PMN−HL60と比較した、空ベクター(EV)、WT CD11b、またはI欠失CD11bウイルスで安定的に形質導入されたHL60細胞上のCD11b表面レベルを示す。図7Cに記載される安定的に形質導入されたHL60細胞系の生存率を、10μg/mlのLukABで1時間中毒化した後にPMN−HL60と比較し、膜損傷(図7D)および細胞代謝(図7E)を、それぞれ図7Aおよび図5Aに記載の通り評価した。データは、三つ組の試料の平均±SDとして表される。は、一元配置分散分析によるP<0.05を示し、**は、P<0.01を示し、***は、P<0.0001を示す。 LukABが、マウスCD11b Iドメインと比較して、ヒトCD11b Iドメインに優先的に結合することを示す。図8Aは、EtBrを用いて測定された、20μg/mlのLukABまたは10μg/mlのLukEDによる1時間の中毒化後の腹腔浸出細胞(PEC)における孔形成を示す棒グラフである。データは、三つ組の試料の平均±SDとして表される。図8Bは、抗Ly6Gおよび抗CD11b抗体を使用した、PEC上のLy6GおよびCD11b表面レベルを示すフローサイトメトリー分析である。図8Cは、CLUSTALW法を使用した、DNASTAR MegAlineソフトウェアを用いて構築されたヒト、ゴリラ、ウサギ、およびマウスIドメインのアミノ酸配列アラインメントの系統樹である。図8Dは、競合ドットブロットアッセイの結果を示し、精製された組換えヒトCD11b Iドメインを、5μg/mlの蛍光標識されたLukAB(FITC−LukAB)および10倍過剰(50μg/ml)の未標識LukABまたは未標識PVLとインキュベートした。FITC−LukAB結合は、デンシトメトリーによって定量化した。図8Eは、5μg/mlのFITC−LukABとインキュベートした精製された組換えヒトまたはマウスCD11b Iドメインのドットブロットである。FITC−LukAB結合は、デンシトメトリーによって定量化した。 CD11bが、細胞をエクスビボ感染における細胞外黄色ブドウ球菌によるLukAB媒介性殺滅に対して感受性にすることを実証する。図9Aは、表示された感染多重度(MOI)における、非オプソニン化された野生型(WT)CA−MRSA USA300または同質遺伝子型lukAB変異体(ΔlukAB)による2時間の感染後の、図5Bに記載される非標的(NT)またはCD11b shRNA PMN−HL60細胞の生存率を示すグラフである。膜損傷は、SYTOXグリーンで測定した。データは、三つ組の試料の平均±SDとして表される。図9Bは、10μg/mlのCD11b特異的抗体(3つの異なるクローン)に続いて表示されたMOIの非オプソニン化WT USA300による1時間の感染で処置されたPMNの生存率を示すグラフである。膜損傷は、SYTOXグリーンで測定した。結果は、8つのドナーから単離されたPMNの平均±SEMを表す。は、一元配置分散分析によるP<0.05を示し、***は、P<0.0001を示す。 CD11bのノックダウンが、PMN−HL60細胞による黄色ブドウ球菌のオプソニン化媒介性貪食に影響しないことを示す。オプソニン化を用いて(図10B)または用いずに(図10A)様々なMOIのGFP−USA300に感染させたNTおよびCD11b shRNA PMN−HL60細胞における貪食された細菌の量は、フローサイトメトリーによって決定した。リソスタフィンの存在下で感染を行い、細胞外細菌からのGFPシグナルを排除した。 貪食された黄色ブドウ球菌のLukAB媒介性細胞損傷および増殖の回復が、CD11bに依存することを実証する。図11Aは、様々なMOIのオプソニン化WTまたはΔlukAB USA300による90分間の感染後の図5Dに記載される非標的(NT)またはCD11b shRNA PMN−HL60細胞の生存率を示すグラフである。膜損傷は、SYTOXグリーンで測定した。データは、三つ組の試料の平均±SDとして表される。図11Bは、MOI10でのNTまたはCD11b shRNA PMN−HL60細胞の感染時のオプソニン化WTまたはΔlukAB USA300の増殖を示すグラフである。細菌コロニー形成単位は、同期化の1、2、または3時間後にPMN−HL60細胞を溶解した後に希釈平板法によって決定した。増殖%を決定するために、細菌数をゼロ時点でのインプットに対して正規化し、これを100%に設定した。結果は、2つの独立した感染からの三つ組の試料の平均±SDを表す。図11Cの顕微鏡写真は、感染前に蛍光コンジュゲート抗CD11b抗体またはアイソタイプ対照で染色することによって決定される、MOI10のオプソニン化GFP−USA300による感染後のPMNにおける、または感染していないPMNにおけるCD11bの局在化を示す。同期化後に細胞を固定し、Applied Precision PersonalDV生細胞撮像システムを使用して画像を撮像した。各条件の代表的な画像を示す。図11Dは、LM2/1抗CD11b抗体またはアイソタイプ対照で前処置されたPMNの、MOI10のGFP−USA300による感染を示す。赤色のEtBr染色は、孔形成を示す。同期化後0分および30分に蛍光顕微鏡を使用して画像を撮像し、30分後の代表的な画像を示す。図11Eは、図11Dに示される画像から得られた視野当たりの臭化エチジウム陽性PMNの定量化を示すグラフである。結果は、感染後(T0)および30(T30)分での2つのドナーから単離されたPMNの感染からの3つの独立した計数の平均を表す。**は、一元配置分散分析によるP<0.001を示し、***は、P<0.0001を示す。 抗CD11b LM2/1抗体によるPMNの処置が、黄色ブドウ球菌の貪食を阻害しないことを示す。α−CD11b LM2/1抗体またはアイソトープ対照抗体による前処置後にオプソニン化GFP−USA300に感染したPMNにおける細菌局在化。同期化直後(T0)に蛍光画像を撮像した。赤色のバックグラウンドEtBr染色もこの時点で示される。
発明の詳細な説明
本発明の第1の態様は、対象における黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置する方法に関する。この方法は、黄色ブドウ球菌感染を有する危険性があるか、または有する対象を選択することと、対象における黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに有効な条件の下で、CD11b阻害剤を選択された対象に投与することと、を含む。
現在、黄色ブドウ球菌感染の大部分は、MRSAに起因する(Moran et al.,″Methicillin−Resistant S.aureus Infections Among Patients in the Emergency Department,″The New England Journal of Medicine 355:666−674(2006)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。以前は、MRSA感染の大部分は、院内起源(HA−MRSA)であると考えられていたが、現在、感染は、医療施設に曝露していない他の健常な個人において発生している(すなわち、コミュニティ関連MRSA(CA−MRSA))(Klevens et al.,″Invasive Methicillin−Resistant Staphylococcus aureus Infections in the United States,″Jama 298:1763−1771(2007)およびKlevens et al.,″Changes in the Epidemiology of Methicillin−Resistant Staphylococcus aureus in Intensive Care Units in US Hospitals,1992−2003,″Clin.Infect.Dis.42:389−391(2006)、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる)。これらのCA−MRSA関連の感染はより重篤であり、HA−MRSA感染と比較して、より高い死亡率をもたらす(Deleo et al.,″Community−Associated Methicillin−Resistant Staphylococcus aureus,″Lancet 375:1557−1568(2010)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。近年の報告は、HA−MRSA感染と関連付けられるものと比較して、CA−MRSA感染と関連付けられる株の毒性の増加が、主に好中球(PMN)媒介性殺滅を回避するCA−MRSA関連株の強化された能力に起因することを示唆した(Voyich et al.,″Insights into Mechanisms Used by Staphylococcus aureus to Avoid Destruction by Human Neutrophils,″J.Immunol.175:3907−3919(2005)、Wang et al.,″Identification of Novel Cytolytic Peptides as Key Virulence Determinants for Community−Associated MRSA,″Nat.Med.13:1510−1514(2007)、Li et al.,″Evolution of Virulence in Epidemic Community−Associated Methicillin−Resistant Staphylococcus aureus,″Proc.Nat′l Acad.Sci.U.S.A.106:5883−5888(2009)、Dumont et al.,″Characterization of a New Cytotoxin That Contributes to Staphylococcus aureus Pathogenesis,″Mol.Microbiol.79:814−825(2011)、およびAlonzo III et al.,″Staphylococcus aureus Leucocidin ED Contributes to Systemic Infection by Targeting Neutrophils and Promoting Bacterial Growth in Vivo,″Mol.Microbiol.83:423−435(2012)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。黄色ブドウ球菌は、細胞毒素および細胞溶解ペプチドのコレクションでPMNを標的化および殺滅することによって、PMN媒介性殺滅を回避する(Wang et al.,″Identification of Novel Cytolytic Peptides as Key Virulence Determinants for Community−Associated MRSA,″Nat.Med.13:1510−1514(2007)、Dumont et al.,″Characterization of a New Cytotoxin That Contributes to Staphylococcus aureus Pathogenesis,″Mol.Microbiol.79:814−825(2011)、Alonzo III et al.,″Staphylococcus aureus Leucocidin ED Contributes to Systemic Infection by Targeting Neutrophils and Promoting Bacterial Growth in Vivo,″Mol.Microbiol.83:423−435(2012)、Loffler et al.,″Staphylococcus aureus Panton−Valentine Leukocidin is a Very Potent Cytotoxic Factor for Human Neutrophils,″PLoS Pathog.6:e1000715(2010)、およびVentura et al.,″Identification of a Novel Staphylococcus aureus Two−Component Leukotoxin Using Cell Surface Proteomics,″PLoS One5:e11634(2010)、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる)。この点に関して、ヒト感染と関連付けられる黄色ブドウ球菌株は、最大4つの異なる二成分性ロイコトキシンを生成することができる。これらの二成分性ロイコトキシンは、宿主食細胞に対する顕著な選択性を呈する毒素のβ−バレル孔形成ファミリーのメンバーである。ブドウ球菌ロイコトキシンの細胞毒性特性は、インビトロでの標的細胞膜における八量体孔の形成に起因し、これは、細胞膨潤をもたらし、最終的に細胞死に至る(Ferreras et al.,″The Interaction of Staphylococcus aureus Bi−Component Gamma−Hemolysins and Leucocidins With Cells and Lipid Membranes,″Biochim.Biophys.Acta 1414:108−126(1998)、Jayasinghe & Bayley,″The Leukocidin Pore:Evidence for an Octamer With Four LukF Subunits and Four LukS Subunits Alternating Around a Central Axis,″Protein Sci.14:2550−2561(2005)、Sugawara−Tomita et al.,″Stochastic Assembly of Two−Component Staphylococcal Gamma−Hemolysin into Heteroheptameric Transmembrane Pores With Alternate Subunit Arrangements in Ratios of 3:4 and 4:3,″J.Bacteriol.184:4747−4756(2002)、Menestrina et al.,″Mode of Action of Beta−Barrel Pore−Forming Toxins of the Staphylococcal Alpha−Hemolysin Family,″Toxicon 39:1661−1672(2001)、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる)。4つの異なる二成分性ロイコトキシンの中で、ロイコトキシンAB(LukAB)は、主に、ヒト好中球に対するMSSAおよびMRSA両方のそれぞれの細胞毒性特性に関与する(下記実施例、およびその全体が参照により本明細書に組み込まれる、Torresの米国特許公開第2011/0274693号参照)。
毎年MRSAにかかる多数の個人を考えると、これらの感染の相当な割合が、伝統的な抗生物質処置の経過に対して不能となる可能性がある。そのような感染を処置する革新的な手法は、黄色ブドウ球菌感染に対する防御に関与する最も重要な生得的免疫細胞であるPMNの殺滅に関与する、LukAB等の黄色ブドウ球菌毒性因子を阻害することである。本明細書に記載の通り、出願人は、ヒトPMN上のLukABの細胞受容体としてCD11bを特定した。LukABのCD11bへの結合は、LukAB細胞毒性の第1のステップであり、LukABオリゴマー化および孔形成が続き、細胞死に至る。したがって、CD11b阻害剤等のLukAB/CD11b相互作用を阻害する薬剤は、LukAB細胞毒性をブロックし、さらにはPMNの枯渇を予防し、生得的免疫系による黄色ブドウ球菌の自然排除を促進するために臨床的に有効である。本発明の好適な実施形態において、CD11b阻害剤は、その生理的リガンドに対するCD11bの結合に干渉することなく、CD11b/LukAB相互作用を選択的に阻害する。
本発明のこの態様に従い、好適なCD11b阻害剤としては、非限定的に、タンパク質またはペプチド阻害剤、抗体、および小分子が挙げられ、これらのうちの多くは、以下に記載の通り当該技術分野において知られている。
CD11bの例示のペプチド阻害剤は、UK−279276としても知られる組換え好中球阻害因子(rNIF)を含む。NIFは、イヌ鉤虫(Ancylostoma caninum)から単離およびクローニングされた41−kDa糖タンパク質である(Moyle et al.,″A Hookworm Glycoprotein That Inhibits Neutrophil Function is a Ligand for the Integrin CD11b/CD18,″J.Biol.Chem.209(13):10008−10015(1994)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。NIFは、CD11b/CD18受容体複合体(Mac−1、Mo1、αMβ2、およびCR3としても知られる)に高い親和性で結合し、それにより内皮細胞上でその生理的リガンドへのCD11b/CD18受容体の結合をブロックする。本発明に従い、rNIF(UK−279276)を含む治療組成物は、CD11bとのLukABの相互作用を容易に阻害し、その後誘導される細胞毒性を予防する。
本発明の方法における使用に適した別の例示のタンパク質またはペプチド阻害剤は、LukAB受容体結合ドメインを含む組換え可溶性タンパク質である。本発明の好適な実施形態において、可溶性タンパク質は、組換えヒトCD11bタンパク質またはCD11b LukAB結合ドメインを含む。LukAB結合ドメインを含む例示の可溶性タンパク質は、CD11bのIドメインを含む可溶性タンパク質またはそのフラグメントである。CD11bのIドメインは、SEQ ID NO:2のアミノ酸残基147〜337(NCBIアクセッション番号NP_000632)およびSEQ ID NO:4の残基147〜337(NCBIアクセッション番号NP_001139280)にまたがる。CD11bタンパク質を含む別の例示の可溶性タンパク質は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、Danaらの″Expression of a Soluble and Functional Form of the Human β2 Integrin CD11b/CD18,″Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88:3106−3110(1991)により記載される可溶性ヒトCD11b/CD18受容体である。本発明のこの態様に従い、可溶性LukAB受容体結合タンパク質を含む本発明の治療組成物は、黄色ブドウ球菌LukAB毒性因子に結合し、そのCD11b発現標的細胞(例えば、食細胞)との相互作用およびその後誘導される細胞毒性を予防する。
本発明のこの態様の別の実施形態において、CD11b阻害剤は、CD11bまたはCD11b/CD18特異的抗体である。本明細書で使用されるとき、用語「抗体」は、天然供給源または組換え供給源に由来する無傷の免疫グロブリン、ならびに無傷の免疫グロブリンの免疫反応性部分(すなわち、抗原結合部分)を含むことを意味する。本発明の抗体としては、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体、抗体フラグメント、ダイアボディ(diabody)、トリボディ(tribody)、ペンタボディ(pentabody)、ナノボディ、遺伝子操作された形態の抗体、およびそれらの組合せが挙げられる。好適な抗体としては、全長(すなわち、天然に存在するか、または正常な免疫グロブリン遺伝子フラグメント組換えプロセスによって形成される)免疫グロブリン分子(例えば、IgG抗体)およびその免疫活性フラグメント(すなわち、全長免疫グロブリン分子の特定結合部分を含む)が挙げられ、これらも天然に存在し得るか、または自然界で合成され得る。したがって、用語「抗体フラグメント」は、例えばF(ab′)、F(ab)、Fab′、Fab、Fv,scFv等の抗体の一部分を含む。構造に関係なく、抗体フラグメントは、全長抗体によって認識される同じ抗原と結合し、本発明の文脈では、CD11bまたはCD11b/CD18に特異的に結合し、LukAB結合を妨げる。好ましい実施形態において、本発明の抗体は、CD11bのLukAB結合ドメイン、すなわちCD11bのIドメインに結合するが、CD11bの他のドメインに結合しないため、CD11b/CD18受容体の他の生理的リガンドが受容体に結合するのを可能にする一方で、黄色ブドウ球菌LukAB結合を特異的にブロックする。抗体および抗体フラグメントを作製およびスクリーニングする方法は、当該技術分野において周知である。
本発明のモノクローナル抗体は、任意の哺乳類動物、例えば、非限定的に、齧歯類、ウサギ、イヌ、ヤギ、ウマ、ラクダ、ラマ、ニワトリ、ヒトに由来し得る。
モノクローナル抗体の生成方法は、当該技術分野において周知の技術を使用して行われ得る(MONOCLONAL ANTIBODIES−PRODUCTION,ENGINEERING AND CLINICAL APPLICATIONS(Mary A.Ritter and Heather M.Ladyman eds.,1995)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。一般に、このプロセスは、関心対象の抗原(すなわち、Cd11bまたはそのフラグメント)でインビボまたはインビトロであらかじめ免疫化された哺乳類の脾臓から免疫細胞(リンパ球)を得ることを含む。
次いで、抗体分泌リンパ球を、骨髄腫細胞、または細胞培養物中で無限に複製することができる形質転換細胞と融合させ、それにより不死化免疫グロブリン分泌細胞株を生成する。哺乳類骨髄種細胞、または細胞培養物中で無限に複製することができる他の融合パートナーとの融合は、標準の周知技術によって、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)または他の融合剤を使用することによって達成される(Milstein and Kohler,″Derivation of Specific Antibody−Producing Tissue Culture and Tumor Lines by Cell Fusion,″Eur J Immunol 6:511(1976)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。不死化細胞株は、好ましくはマウスであるが、他の哺乳類種の細胞に由来してもよく、ある栄養素の利用に必須の酵素を欠損し、急速な増殖が可能であり、良好な融合能力を有するように選択される。得られる融合細胞、すなわちハイブリドーマを培養し、得られるコロニーを、所望のモノクローナル抗体の生成についてスクリーニングする。そのような抗体を生成するコロニーをクローニングし、インビボまたはインビトロのいずれかで増殖させて、大量の抗体を生成する。
本発明の別の実施形態において、モノクローナルCD11b抗体または抗体フラグメントは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、McCaffertyらの″Phage Antibodies:Filamentous Phage Displaying Antibody Variable Domains,″Nature 348:552−554(1990)に記載の技術を使用して作製された抗体ファージライブラリーから単離することができる。それら全体が参照により本明細書に組み込まれる、Clackson et al.,″Making Antibody Fragments using Phage Display Libraries,″Nature 352:624−628(1991)、およびMarks et al.,″By−Passing Immunization.Human Antibodies from V−Gene Libraries Displayed on Phage,″J.Mol. Biol.222:581−597(1991)は、ファージライブラリーを使用した、マウスおよびヒト抗体の単離についてそれぞれ説明する。次の刊行物は、鎖シャフリングによる高親和性(nM範囲)ヒト抗体の生成(Marks et al.,BioTechnology 10:779−783(1992)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、ならびに非常に大きなファージライブラリーを構築するための戦略としてのコンビナトリアルな感染およびインビボ組換えについて説明している(Waterhouse et al.,Nuc.Acids.Res.21:2265−2266(1993)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。したがって、これらの技術は、モノクローナル抗体の単離のための伝統的なモノクローナル抗体ハイブリドーマ技術に対する実行可能な代替物である。
あるいは、モノクローナル抗体は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、Cabillyらの米国特許第4,816,567号に記載のような組換えDNA法を使用して作製することができる。モノクローナル抗体をコードするポリヌクレオチドは、例えば、抗体の重鎖および軽鎖をコードする遺伝子を特異的に増幅させるオリゴヌクレオチドプライマーを使用するRT−PCRによって、成熟B細胞またはハイブリドーマ細胞から単離される。次いで、重鎖および軽鎖をコードする単離されたポリヌクレオチドは、好適な発現ベクターにクローニングされ、該ベクターは、さもなければ免疫グロブリンタンパク質を生成しない大腸菌(E. coli)細胞、サルCOS細胞、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞、または骨髄腫細胞等の宿主細胞にトランスフェクトされたときに、モノクローナル抗体を生成する。
CD11b抗体は、ヒト化抗体またはキメラ抗体でもあり得る。非ヒト(例えば、齧歯類)抗体の「ヒト化」形態は、非ヒト抗体に由来する最小配列を含有するキメラ抗体である。大部分において、ヒト化抗体は、ヒト免疫グロブリン(レシピエント抗体)であり、レシピエントの高頻度可変領域からの残基が、所望の抗体特異性、親和性、および能力を有するマウス、ラット、ウサギ、または非ヒト霊長類等の非ヒト種(ドナー抗体)の高頻度可変領域からの残基により置き換えられる。場合によっては、ヒト免疫グロブリンのフレームワーク領域(FR)残基は、対応する非ヒト残基により置き換えられる。さらに、ヒト化抗体は、レシピエント抗体またはドナー抗体において見出されない残基を含んでよい。これらの修飾は、抗体の性能をさらに洗練させる。一般に、ヒト化抗体は、少なくとも1つ、および典型的に2つの可変ドメインの実質的に全てを含み、高頻度可変ループの全てまたは実質的に全ては、非ヒト免疫グロブリンのそれに対応し、FR領域の全てまたは実質的に全ては、ヒト免疫グロブリン配列のそれである。ヒト化抗体は、任意で、免疫グロブリン定常領域(Fc)の少なくとも一部分、典型的にヒト免疫グロブリンのそれも含む。さらなる詳細については、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる、Jones et al., Nature 321:522−525(1986)、Riechmann et al.,Nature 332:323−329(1988)、およびPresta,Curr.Op.Struct.Biol.2:593−596(1992)を参照されたい。
キメラ抗体は、好ましくは、ヒト抗体定常領域に実質的または排他的に由来する定常領域、およびヒト以外の哺乳類からの可変領域の配列に実質的または排他的に由来する可変領域を有する。キメラ化プロセスは、マウス(または他の非ヒト哺乳類)抗体の高頻度可変領域またはCDR以外の可変領域を、対応するヒト配列で置き換えることによってもより効果的にすることができる。CDR以外の可変領域は、可変フレームワーク領域(FR)としても知られている。本発明のさらに他のモノクローナル抗体は、それらがLukAおよび/またはLukBならびにCD11bの両方に対し特異性を有することにおいて二重特異性である。二重特異性抗体は、好ましくは、ヒトであるか、またはヒト化される。
本明細書の実施例に記載の通り、CD11b特異的抗体は、当該技術分野において知られている(それら全体が参照により本明細書に組み込まれる、Dana et al.,″Two Functional Domains in the Phagocyte Membrane Glycoprotein Mo1 Identified with Monoclonal Antibodies,″J.Immunol.137:3259−3263(1986)、およびJaeschke et al.,″Functional Inactivation of Neutrophils with Mac−1(CD11b/CD18)Monoclonal Antibody Protects Against Ischemia−Reperfusion Injury in Rat Liver,″Hepatology 17(5)915−923(1993)も参照)。特に好適な抗体は、CD11bのヒトIドメインに結合するマウスLM2/1 CD11b抗体(Santa Cruz)である。LM2/1 CD11b抗体と同じ抗原結合ドメインを有する同様の抗体、すなわち、ヒト抗体またはヒト化抗体も本発明の方法での使用に好適である。多数の他のヒトCD11bおよびCD11b/CD18抗体も市販されており、例えば、DAKO(Carpinteria,CA)からの抗CR3(CD11b/CD18)抗体および2LPM19c(抗CD11b抗体)、ならびにSanta Cruz Biotechnology(Santa Cruz,CA)からのαM−44抗体(CD11b)を参照されたい。
本発明のこの態様の別の実施形態において、好適なCD11b阻害剤は、小分子阻害剤である。好適な小分子CD11b阻害剤は、当該技術分野において知られており、2−[4−(3,4−ジヒドロ−2H−キノリン−1−イル)−ブタ−1,3−ジエニル]−1−チルナフト[1,2−d]チアゾール−1−イウム;クロリド(化合物1)およびその誘導体、ならびに1−エチル−2−/3−/1−エチルベンゾチアゾリン−2−イリジエン/プロペニル/−チアゾリウム;ヨージド(化合物2)およびその誘導体が挙げられる(Bansal et al.,″Small Molecule Antagonists of Complement Receptor Type 3 Block Adhesion and Adhesion−Dependent Oxidative Burst in Human Polymorphonuclear Leukocytes,″J.Pharm.Exp.Therap.304(3):1016−1024(2003)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。これらの小分子阻害剤(すなわち、化合物1および2)の好適な誘導体は、インビトロリガンド結合アッセイまたは細胞接着アッセイを使用して測定される、CD11b/CD18受容体複合体へのリガンド結合をブロックする能力を維持する任意の誘導体化合物を含む。本発明の方法での使用にも好適な例示の誘導体小分子阻害剤は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、Bansal et al.,″Small Molecule Antagonists of Complement Receptor Type 3 Block Adhesion and Adhesion−Dependent Oxidative Burst in Human Polymorphonuclear Leukocytes,″J.Pharm.Exp.Therap.304(3):1016−1024(2003)により説明される。
本発明の方法での使用に好適なCD11bの別の小分子阻害剤は、N−[9H−(2,7−ジメチルフルオレニル−9−メトキシ)カルボニル]−L−ロイシン(NPC 15669)を含む(Bator et al.,″N−[9H−(2,7−dimethylfluorenyl−9−methoxy)carbonyl]−L−leucine,NPC 15669,Prevents Neutrophil Adherence to Endothelium and Inhibits CD11b/CD18 Upregulation,″Immunopharmacology 23(2):139−49(1992)参照、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。
本発明の方法に従う処置に好適な対象としては、非限定的に、任意の動物、好ましくは哺乳類、より好ましくはヒトが挙げられる。好適な対象としては、免疫無防備状態および非免疫無防備状態の乳幼児、若年者、および成人が挙げられる。本発明の一実施形態において、対象は、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)感染を有するか、または有する危険性がある。本発明の別の実施形態において、対象は、メチシリン感受性黄色ブドウ球菌(MSSA)感染を有するか、または有する危険性がある。他の好適な対象としては、黄色ブドウ球菌感染から生じる状態、すなわち黄色ブドウ球菌関連状態、例えば、皮膚創傷および感染、組織膿瘍、毛包炎、骨髄炎、肺炎、熱傷様皮膚症候群、敗血症、化膿性関節炎、心筋炎、心内膜炎、ならびに毒素性ショック症候群等を有し得るか、または発症する危険性がある対象が挙げられる。
本発明の一実施形態において、CD11b阻害剤は、黄色ブドウ球菌感染または関連状態にかかる危険性のある対象における黄色ブドウ球菌感染の発症を予防、遅延、または阻害するように予防的に投与される。本発明のいくつかの実施形態において、CD11b阻害剤の予防的投与は、個体における黄色ブドウ球菌感染を完全に予防するのに有効である。他の実施形態において、予防的投与は、さもなければそのような投与が無い状態では発症する感染を、完全に予防する、すなわち、個体における黄色ブドウ球菌感染を実質的に予防または阻害するのに有効である。
本発明の別の実施形態において、CD11b阻害剤は、黄色ブドウ球菌感染を有する個体に治療的に投与され、感染のさらなる進展を阻害する、すなわち、個体における他の細胞への感染の広がりを阻害する。
本発明の治療組成物は、処置される黄色ブドウ球菌感染の性質に応じて、併用療法の一部として別の活性剤と併せて投与することができる。そのような追加の活性剤としては、抗感染剤、抗生物質、および抗菌剤が挙げられる。
本発明において有効であり得る代表的な抗感染剤としては、バンコマイシンおよびリソスタフィンが挙げられる。他の抗感染剤としては、その全体が参照により本明細書に組み込まれるTorresらの米国特許出願公開第2011/0274693号に記載のLukAB阻害剤、その全体が参照により本明細書に組み込まれるTorresらの米国特許出願公開第2013/0017203号に記載のLukED阻害剤または抗体、およびその全体が参照により本明細書に組み込まれるTorresらの同第2013/0039885号に記載のCCR5阻害剤が挙げられる。
本発明において有効であり得る代表的な抗生物質および抗菌剤としては、ペニシリナーゼ耐性ペニシリン、セファロスポリン、およびカルバペネムが挙げられ、バンコマイシン、リソスタフィン、ペニシリンG、アンピシリン、オキサシリン、ナフシリン、クロキサシリン、ジクロキサシリン、セファロチン、セファゾリン、セファレキシン、セフラジン、セファマンドール、セフォキシチン、イミペネム、メロペネム、ゲンタマイシン、テイコプラニン、リンコマイシン、およびクリンダマイシンを含む。これらの抗生物質の投与量は、当該技術分野において周知である(例えば、MERCK MANUAL OF DIAGNOSIS AND THERAPY(Beers & Berkow eds.,2004)参照、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。抗感染剤、抗生物質、および/または抗菌剤は、投与前に組み合わされ得るか、または同時に(同じ組成物の一部として、または異なる組成物によって)投与されるか、または本発明のCD11b阻害剤組成物に連続して投与されてよい。ある実施形態において、投与は繰り返される。
本発明の治療組成物は、単回投与で、または複数回投与プロトコルに従い投与されてよい。例えば、本発明の一実施形態において、1回または2回投与といった比較的少ない用量の治療組成物が投与される。本発明の別の実施形態において、治療組成物は、より頻繁に、例えば、感染レベルが減少するか、または消滅するまで毎日投与される。一般に、数日または数週間の期間にわたる反復投与を含む従来の抗生物質療法を含む実施形態において、抗生物質は、例えば、少なくとも5日間、10日間、またはさらに14日間以上の期間に1日1回、2回、または3回以上摂取され得るが、CD11b阻害剤組成物は、1回または2回のみ投与される。しかしながら、異なる投与量、投与のタイミング、および治療組成物および抗生物質の相対量が、処置される対象および感染に基づいて当業者により選択および調節されることができ、そうされるべきである。
黄色ブドウ球菌感染を予防するために本発明のCD11b阻害性組成物を使用する文脈において、阻害性CD11b組成物の濃度は、黄色ブドウ球菌感染の予防または実質的な予防、特に、影響を受け易い集団(すなわち、乳幼児、若年者、成人、または免疫無防備状態の乳幼児、若年者、もしくは成人)における黄色ブドウ球菌の予防を達成するのに十分でなければならない。黄色ブドウ球菌感染を処置するために治療組成物を使用する文脈において、CD11b阻害性組成物の投与量は、LukAB媒介性細胞毒性を阻害するのに十分であり、かつ、症状の数の低減、少なくとも1つの症状の重篤度の減少、または少なくとも1つの症状のさらなる進行の遅延、またはさらには感染の全体的な軽減を達成することができる投与量である。
LukAB媒介性細胞毒性を阻害するためのCD11b阻害剤の治療上有効な量は、標準手順に従い決定することができ、例えば、組成物中のこれらの活性剤の濃度、投与の形態および頻度、処置(または予防)される黄色ブドウ球菌感染の重篤度、ならびに年齢、体重、および健康および免疫状態全般等の対象の詳細を含む多数の要素を考慮する。一般的なガイダンスは、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、REMINGTON′S PHARMACEUTICAL SCIENCES(Mack Publishing Company 1990)に見出すことができる。所望されるか、または必要とされる予防的または治療的効果を提供する投与量に到達するまで、医師は、CD11b阻害性組成物を投与してよい。この治療の進行は、従来のアッセイにより容易に監視され得る。
本発明の薬剤は、予防的および/または治療的処置のために非経口、局所的、静脈内、経口、皮下、腹腔内、鼻腔内、または筋肉内手段によって投与され得る。
本発明の薬剤は、非経口投与のために製剤化されてよい。薬剤の溶液または懸濁液は、ヒドロキシプロピルセルロース等の界面活性剤と好適に混合された水中に調製することができる。分散液はまた、グリセロール中、液体ポリエチレングリコール中、およびそれらの油中混合物中に調製することができる。例示的な油は、石油、動物、植物、または合成起源の油、例えば、ピーナッツ油、大豆油、または鉱物油である。一般に、水、生理食塩水、水性デキストロースおよび関連糖溶液、ならびにプロピレングリコールまたはポリエチレングリコール等のグリコールは、特に注射液に好ましい液体担体である。通常の保管および使用条件下で、これらの調製物は、微生物の増殖を防ぐための保存剤を含有する。
注射用途に好適な薬学的製剤としては、滅菌水溶液または分散液、および滅菌注射液または分散液の即時調製のための滅菌粉末が挙げられる。全ての場合において、形態は、滅菌でなければならず、容易な注射可能性が存在する程度に流体でなければならない。これは、製造および保管の条件下で安定でなければならず、細菌および真菌等の微生物の混入作用から保護されなければならない。担体は、例えば、水、エタノール、ポリオール(例えば、グリセロール、プロピレングリコール、および液体ポリエチレングリコール)、それらの好適な混合物、および植物油を含有する、溶媒または分散媒体であり得る。
本発明の薬剤を全身に送達することが望ましい場合、それらは注射による、例えば、ボーラス注射または連続注入による非経口投与のために製剤化されてよい。注射のための製剤は、単位剤形の状態で、例えば、アンプルまたは複数回投与容器中に、追加の保存剤とともに提示されてよい。組成物は、油性または水性ビヒクル中の懸濁液、溶液、またはエマルション等の形態をとることができ、また、懸濁剤、安定剤、および/または分散剤等の調合剤を含有してよい。
本発明の薬剤の腹腔内または髄腔内投与は、Medtronic,Northridge,CAにより記載されるもの等の注入ポンプを使用して達成することもできる。そのようなデバイスは、所望の化合物の連続注入を可能にし、反復注入および反復操作を回避する。
前述の製剤に加えて、薬剤はデポー調製物として製剤化されてもよい。そのような長期作用性製剤は、好適なポリマーもしくは疎水性材料(例えば、許容される油中のエマルションとして)またはイオン交換樹脂と製剤化され得るか、あるいはわずかに可溶性の誘導体として、例えば、わずかに可溶性の塩として製剤化され得る。
本発明の別の態様は、ゲノムが、ヒトCD11bをコードするポリヌクレオチド配列を含む安定的に組み込まれた発現構築物を含む、トランスジェニック非ヒト動物に関する。
ヒトCD11bをコードする好適なヌクレオチド配列は、当該技術分野において知られており、SEQ ID NO:1(NCBIアクセッション番号NM_000632)およびSEQ ID NO:3(NCBIアクセッション番号NM_001145808)として以下に示される。対応するCD11bアミノ酸配列も、それぞれSEQ ID NO:2(NCBIアクセッション番号NP_000632)およびSEQ ID NO:4(NM_00001139280)として以下に示される。
SEQ ID NO:1
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ヒトCD11bタンパク質またはポリペプチドをコードするポリヌクレオチド配列は、当業者に周知の任意の標準方法によってトランスジェニックマウスのゲノムに組み込まれ得る。当該技術分野において知られている多様な技術のいずれかを使用し、導入遺伝子を動物に導入して、トランスジェニック動物の初代系統を生成することができる(例えば、Hogan et al.,Manipulating the Mouse Embryo:A Laboratory Manual(Cold Spring Harbor Laboratory,1986)、Hogan et al.,Manipulating the Mouse Embryo:A Laboratory Manual(Cold Spring Harbor Laboratory,1994)、およびLazzariniの米国特許第5,602,299号、Krimpenfortの同第5,175,384号、Ginsburgの同第6,066,778号、Satoらの同第6,037,521号参照、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる)。そのような技術としては、限定されないが、前核微量注入(Wagnerらの米国特許第4,873,191号、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、生殖細胞系へのレトロウイルス媒介性遺伝子移入(Van der Putten et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 82:6148−6152(1985)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、胚幹細胞中の遺伝子標的化(Thompson et al.,Cell 56:313−321(1989)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、胚の電気穿孔(Lo et al.,Mol.Cell.Biol.3:1803−1814(1983)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、および精子媒介性遺伝子移入(Lavitrano et al.,Cell 57:717−723(1989)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)が挙げられる。
例えば、様々な発生段階での胚細胞を使用して、トランスジェニック動物の生成のための導入遺伝子を導入することができる。胚細胞の発生段階に応じて異なる方法が使用される。接合体は、微量注入のための良好な標的であり、接合体を微量注入する方法は周知である(Wagnerらの米国特許第4,873,191号参照、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。マウスにおいて、雄前核は、直径約20マイクロメートルのサイズに到達し、1〜2ピコリットル(pl)のDNA溶液の再現性のある注入を可能にする。遺伝子移入のための標的としての接合体の使用は、大部分において、注入されたDNAが第1の分割前に宿主ゲノムに組み込まれるという主な利益を有する(Brinster et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 82:4438−4442(1985)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。結果として、トランスジェニック非ヒト動物の全ての細胞は、組み込まれた導入遺伝子を担持する。生殖細胞の50%が導入遺伝子を内包するため、これは、一般に初代の子孫への導入遺伝子の効率的伝達にも反映される。
本発明のトランスジェニック動物は、胚幹(ES)細胞への標的ベクターの導入によって作製することもできる。ES細胞は、適切な条件下で着床前の胚をインビトロで培養することによって得られる(Evans et al.,Nature 292:154−156(1981)、Bradley et al.,Nature 309:255−258(1984)、Gossler et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA83:9065−9069(1986)、およびRobertson et al.,Nature 322:445−448(1986)、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる)。導入遺伝子は、電気穿孔、リン酸カルシウム共沈殿、プロトプラストまたはスフェロプラスト融合、リポフェクションおよびDEAE−デキストラン媒介性トランスフェクションを含む、当該技術分野において知られている多様な方法を使用して、DNAトランスフェクションによってES細胞に効率的に導入することができる。導入遺伝子は、レトロウイルス媒介性形質導入または微量注入によってES細胞に導入することもできる。その後、そのようなトランスフェクトされたES細胞は、胚盤胞期の胚の胞胚腔へのそれらの導入の後、胚に定着することができ、得られるキメラ動物の生殖細胞系に寄与することができる(その全体が参照により本明細書に組み込まれる、Jaenisch,Science 240:1468−1474(1988)において概説される)。トランスフェクトされたES細胞の胞胚腔への導入前に、トランスフェクトされたES細胞は、導入遺伝子が選択の手段を提供する場合、導入遺伝子を組み込んだES細胞を濃縮するための様々なそのような選択プロトコルに供され得る。あるいは、PCRを使用して、導入遺伝子を組み込んだES細胞についてスクリーニングすることができる。この技術は、胞胚腔への移入前の適切な選択条件下での、トランスフェクトされたES細胞の増殖の必要性をなくす。
さらに、レトロウイルス感染を使用して、導入遺伝子を非ヒト動物に導入することもできる。発生中の非ヒト胚をインビトロで胚盤胞期まで培養することができる。この時期の間、割球はレトロウイルス感染の標的であり得る(Janenich,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 73:1260−1264(1976)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。導入遺伝子を導入するために使用されるウイルスベクター系は、典型的に、導入遺伝子を担持する複製欠損レトロウイルスである(Jahner et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA82:6927−6931(1985)、Van der Putten et al.Proc.Natl.Sci.USA82:6148−6152(1985))。トランスフェクションは、ウイルス生成細胞の単層上で割球を培養することによって容易かつ効率的に得られる。あるいは、感染をより遅い段階で行うことができる。当該技術分野において知られているレトロウイルスまたはレトロウイルスベクターを使用してトランスジェニック動物を作製する追加の手段は、レトロウイルス粒子またはレトロウイルスを生成するマイトマイシンC処置された細胞を、受精卵または早期胚の囲卵腔中に微量注入することを含む(Onionsの第WO90/08832号、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。
本発明は、全ての細胞に導入遺伝子を担持するトランスジェニック非ヒト動物、ならびに全てではないが一部の細胞に導入遺伝子を担持する動物を提供し、すなわち、導入遺伝子の発現は、導入遺伝子の上流に置かれた細胞特異的プロモーターおよび/またはエンハンサーエレメントによって制御される。本発明の一実施形態において、ヒトCD11bを発現するトランスジェニック動物は、白血球のみにおいてCD11b導入遺伝子を発現する。本発明のこの実施形態に従い、白血球特異的プロモーター配列は、ヒトCD11bをコードするポリヌクレオチド配列に機能的に連結される。好適な白血球特異的プロモーターとしては、非限定的に、LSP1プロモーター(Malone et al,″Leukocyte−Specific Expression of the pp52(LSP1)Promoter is Controlled by the cis−acting pp52 Silencer and Anti−Silencer Elements,″Gene 268:9−16(2001)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、マクロシアリンプロモーター(Li et al.,″The Macrosialin Promoter Directs High Levels of Transcriptional Activity in Macrophages Dependent on Combinational Interactions Between Pu.1 and c−Jun,″J.Biol.Chem.273:5389−5399(1998)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、リゾチームプロモーター(Bonifer et al.,″Tissue Specific and Position Independent Expression of the Complete Gene Domain for the Chicken Lysozyme in Transgenic Mice,″EMBO J.9:2843−48(1990)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、および通常CD11bを発現する細胞(例えば、顆粒球、単球、マクロファージ、およびナチュラルキラー細胞)中でのみヒトCD11bの発現を促進する骨髄特異的CD11bプロモーター(Pahl et al.,″Characterization of the Myeloid−Specific CD11b Promoter,″Blood 79:865−870(1992)およびHickstein et al.,"Identification of the Promoter of the Myelomonocytic Leukocyte Integrin CD11b,″Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:2105−09(1992)、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる)が挙げられる。トランスジェニック動物における導入遺伝子発現を駆動するのに好適な発現構築物またはクローニング構築物は、当該技術分野において周知である。発現構築物の他の構成要素は、強力なポリアデニル化部位、適切な制限エンドヌクレアーゼ部位、および転写物がスプライシングされることを保証するイントロンを含む。
ヒトCD11bをコードするポリヌクレオチドは、任意の非ヒト動物に挿入され得る。一実施形態において、動物は、齧歯類、例えば、マウスである。トランスジェニックモデルの作製に一般に使用されるマウスの好適な系統としては、非限定的に、CD−1(登録商標)ヌードマウス、NU/NUマウス、BALB/Cヌードマウス、BALB/Cマウス、NIH−IIIマウス、SCID(登録商標)マウス、非近交系SCID(登録商標)マウス、SCIDベージュマウス、C3Hマウス、C57BL/6マウス、DBA/2マウス、FVBマウス、CB17マウス、129マウス、SJLマウス、B6C3F1マウス、BDF1マウス、CDF1マウス、CB6F1マウス、CF−1マウス、Swiss Websterマウス、SKH1マウス、PGPマウス、およびB6SJLマウスが挙げられる。
トランスジェニック動物をスクリーニングおよび評価し、ヒトCD11bが全ての細胞上で発現または白血球上で特異的に発現される表現型を有する動物を選択する。初期スクリーニングは、例えば、サザンブロット分析またはPCR技術を使用して行い、動物細胞を分析して導入遺伝子の組み込みが起こったことを検証することができる。トランスジェニック動物の細胞中の導入遺伝子のmRNA発現レベルは、限定されないが、動物から得られた組織試料のノーザンブロット分析、インサイチューハイブリダイゼーション分析、および逆転写PCR(rt−PCR)を含む技術を使用して、評価することもできる。さらに、ヒトCD11bの表面発現は、蛍光分子とコンジュゲートされたヒト特異的抗CD11b抗体を使用して、フローサイトメトリーによって評価することができる。トランスジェニック非ヒト哺乳類は、本発明の方法において有効な表現型を有する動物を特定するようにさらに特徴付けることができる。特に、トランスジェニック非ヒト動物を黄色ブドウ球菌に曝露することができ、白血球細胞死を調べることができる。
本発明の別の態様は、本発明のトランスジェニック非ヒト動物を使用して、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した候補化合物を特定する方法に関する。本発明のこの態様の一実施形態において、候補化合物を特定する方法は、候補化合物のコレクションを提供することを含む。この方法は、ヒトCD11bを発現するトランスジェニック動物を、LukAB媒介性白血球死を誘導することができる作用物質に曝露することと、1つ以上の候補化合物をトランスジェニック動物に投与することと、をさらに含む。この方法は、1つ以上の候補化合物が投与されたトランスジェニック動物におけるLukAB媒介性白血球死のレベルを測定することと、1つ以上の候補化合物が投与されたトランスジェニック動物におけるLukAB媒介性白血球死のレベルを1つ以上の候補化合物が投与されなかったトランスジェニック動物におけるLukAB媒介性白血球死の対照レベルと比較することと、をさらに含む。LukAB媒介性細胞死の対照レベルは、LukAB作用物質を投与して、候補化合物を投与しなかったトランスジェニック動物におけるLukAB媒介性細胞死のレベルである。対照レベルと比較して、トランスジェニック動物におけるLukAB媒介性白血球死のレベルを低減する候補化合物は、黄色ブドウ球菌および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した化合物として特定される。
本発明のこの方法に従い、LukAB媒介性白血球死、またはヒトCD11bタンパク質を発現する任意の細胞の細胞死を誘導することができる作用物質としては、非限定的に、黄色ブドウ球菌、特にMRSAもしくはMSSA株、単離されたLukA、LukB、もしくはLukABタンパク質複合体を含む組成物、組換えにより生成されたLukA、LukB、もしくはLukABタンパク質複合体を含む組成物、またはLukA、LukB、もしくはLukABタンパク質複合体を生成するよう操作された原核細胞および/もしくは真核細胞が挙げられる。
本発明のこの態様の一実施形態において、候補化合物は、好適な予防剤を特定するための手段として、トランスジェニック動物を、LukAB細胞毒性を誘導することができる作用物質に曝露する前に投与される。あるいは、候補化合物は、好適な治療剤を特定するための手段として、トランスジェニック動物をLukAB作用物質に曝露した後に投与される。
トランスジェニック齧歯類を使用して、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した候補化合物を特定するための本発明の別の方法は、候補化合物のコレクションを提供するステップと、ヒトCD11bを発現するトランスジェニック動物を黄色ブドウ球菌に曝露するステップと、コレクションからの1つ以上の候補化合物をトランスジェニック動物に投与するステップと、を含む。この方法は、1つ以上の候補化合物が投与されたトランスジェニック動物における黄色ブドウ球菌感染レベルを測定することと、1つ以上の候補化合物が投与されたトランスジェニック動物における黄色ブドウ球菌感染レベルを、黄色ブドウ球菌に曝露されたが1つ以上の候補化合物が投与されていないトランスジェニック動物における対照黄色ブドウ球菌感染レベルと比較することと、対照黄色ブドウ球菌感染レベルと比較して、トランスジェニック動物における黄色ブドウ球菌感染レベルを低減する候補化合物を、黄色ブドウ球菌および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した化合物として特定することと、をさらに含む。
黄色ブドウ球菌感染レベルを測定することは、非限定的に、動物の生存、細胞生存率、炎症反応、細菌負荷、および感染関連病理を含む、黄色ブドウ球菌感染の任意の1つ以上の指標の評価または測定を包含する。動物の生存および/または細胞生存率を増加させ、動物における炎症反応または細菌負荷を低減し、感染の病理を改善する候補化合物は、黄色ブドウ球菌および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した化合物である。
本発明のこの態様の一実施形態において、候補化合物は、好適な予防剤を特定するための手段として、トランスジェニック動物を黄色ブドウ球菌に曝露する前に投与される。あるいは、候補化合物は、好適な治療剤を特定するための手段として、トランスジェニック動物を黄色ブドウ球菌に曝露した後に投与される。
本発明の別の態様は、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる化合物を特定する方法に関する。この方法は、典型的に、インビトロ、すなわち、細胞培養物中で行われる。この方法は、候補化合物のコレクションを提供することと、ヒトCD11bを発現する細胞の集団を提供することと、を含む。この方法は、細胞の集団をLukAB媒介性細胞毒性を誘導することができる作用物質で処置することと、処置された細胞の集団を、コレクションからの1つ以上の候補化合物と接触させることと、をさらに含む。この方法は、1つ以上の候補化合物の存在下および非存在下で、処置された細胞の集団におけるLukAB媒介性細胞毒性レベルを測定することと、1つ以上の候補化合物の存在下と非存在下とで、測定されたLukAB媒介性細胞毒性レベルを比較することと、をさらに含む。1つ以上の候補化合物の非存在下と比較して、1つ以上の候補化合物の存在下でのLukAB媒介性細胞毒性レベルの減少により、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる化合物が特定される。
本発明のこの態様に従い、使用するのに適したヒトCD11bを発現する細胞は、ヒト白血球、例えば、単球、顆粒球、マクロファージ、およびナチュラルキラー細胞が挙げられる。他の好適な細胞としては、CD11bを発現するように操作された任意の有核細胞、例えば、ヒトCD11bポリヌクレオチド配列を含有する発現構築物(例えば、SEQ ID NO:1または3のヌクレオチド配列を含む発現構築物)を安定的または一過的にトランスフェクトされた細胞が挙げられる。
本明細書に記載の通り、本発明のこの方法は、LukAB媒介性細胞毒性およびヒト食細胞の溶解をもたらす事象のカスケードのいくつかの局面を阻害する薬剤を特定するように設計される。カスケードの一部である標的事象としては、例えば、食細胞上のCD11b受容体へのLukAおよび/またはLukBの結合、LukAへのLukBの結合(LukABオリゴマー化)、およびLukABオリゴマーにより形成された膜孔の閉塞が挙げられる。このアッセイは、LukAB結合ドメインを含むヒトCD11bタンパク質またはそのフラグメントを発現する任意の哺乳類または非哺乳類細胞、好適な培養培地、および単離された、または組換えLukAおよび/またはLukB、または黄色ブドウ球菌を利用する。このアッセイは、ヒトCD11bを発現する細胞が、LukAB細胞毒性を誘導することができる作用物質と接触される前、接触中、または接触された後に細胞に曝露される細胞毒性の標識マーカーをさらに含む。この細胞毒性の標識マーカーは、細胞生死判別色素、細胞不透過性色素、および/または細胞溶解の指標を含んでよい。
当業者であれば、次のプロトコルが単なる例証であり、反応条件、検出可能な標識の選択、および装置(例えば、検出および定量化のための器具)等の様々な操作パラメータが、適切と判断されるように変えてよいことを理解するであろう。次の方法は、概して、影響されるカスケードにおける正確な事象を必ずしも明らかにすることなく、LukAB細胞毒性を阻害する薬剤を特定することに向けられる。
CD11b−LukAB細胞毒性の阻害剤を特定するために、ヒトCD11bを発現する細胞(例えば、ヒト食細胞またはヒトCD11bをトランスフェクトされたマウス食細胞)を、384ウェル透明底部ブラック組織培養処理済プレート(Corning)に5×10細胞/ウェルで、10%の熱非働化ウシ胎児血清(FBS)を補充した最終容量50μlのRPMI(Gibco)中に置く。次いで、細胞を試験化合物/分子(約5μl/異なる濃度)と接触/混合/反応/処置してよく、次いで、LukAおよびLukBで中毒化されてよく、好ましい実施形態において、これらは実質的に精製され(5μlの約0.001〜2μM溶液)、好ましくはLukAおよびLukBによる食細胞の中毒化を可能にする培養条件下で、例えば、1時間、37℃、5%COで、一緒に添加される。対照として、細胞は、培養培地(100%生存)および0.1% v/v Triton X100(100%死滅)で処理されてよい。
これらの実施形態において、次いで、上記の通り処置された細胞を、CellTiter(Promega)等の細胞生存率を監視するための色素(細胞の代謝活性の定量化により培養物中の生存細胞の数を測定することによって吸光度を介した細胞生存率の決定を可能にする)とインキュベートし、追加の期間の間インキュベートしてもよい(例えば、約2時間、37℃、5%CO)。次いで、プレートリーダー、例えば、Envision 2103マルチラベルリーダー(Perkin−Elmer)を使用して492nmで比色反応を測定すること等によって細胞生存率が決定されてよい。生存細胞のパーセントは、例えば、次の式を使用することによって計算されてよい:%生存率=100×[(Ab492試料−Ab492Triton X)/(Ab492組織培養培地)]。生存率パーセントの増加は、LukAB細胞毒性の阻害を示唆する。
このアッセイの変形形態は、膜損傷アッセイと呼ばれる。これらの実施形態において、上記の通り処置された細胞(例えば、試験化合物/分子で細胞を処置すること、次いで精製されたLukAまたはLukABで細胞を中毒化することを含む)は、次いで、SYTOXグリーン等の細胞不透過性蛍光色素(0.1μM、Invitrogen)と(製造者の指示に従って)インキュベートし、例えば、さらに15分間、室温暗所でインキュベートしてよい。膜損傷の指標としての蛍光は、次いで、Envision 2103マルチラベルリーダー(Perkin−Elmer)等のプレートリーダーを使用して、励起485nm、放出535nmで測定されてよい。蛍光の減少は、LukAB細胞毒性の阻害を示唆する。
これらのアッセイは共に、ヒトCD11bを発現する細胞に対するLukAB細胞毒性作用を阻害または低減する化合物の特定を容易にする。特に上記の方法が阻害活性を明らかにする場合、追加の方法が、独立してまたは上記の方法と併せて使用されてよく、これは当業者が、生化学カスケードのどの事象が、薬剤により影響されるか、または標的化されるかをより正確に決定するのを可能にする。これらの事象としては、CD11b受容体へのLukA、LukB、またはLukABの結合、LukAへのLukBの結合(LukABオリゴマー化)、およびLukABオリゴマーによって形成された膜孔の閉塞が挙げられる。
中毒化プロセスの第1のステップであると考えられる、標的細胞へのLukA、LukB、またはLukABの結合をブロックまたは低減する阻害剤をスクリーニングするために、ヒトCD11bを発現する細胞(例えば、PMN−HL60細胞)を、384ウェル平底組織培養処理済プレート(Corning)に2.5×10細胞/ウェルで、10%の熱非働化ウシ胎児血清(FBS)を補充した最終容量50μlのRPMI(Gibco)中に置いてよい。次いで、細胞を試験化合物/分子(約5μl/異なる濃度)で処置し、約0.01〜2μM溶液の精製された蛍光標識されたLukA、LukB、またはLukAB(例えば、FITC、Cy3、Cy5、APC、PE)5ulで1時間、37℃、5%COで中毒化してよい。試験化合物/分子の有効性を評価するために、例えば、ハイコンテンツスクリーニングおよびハイコンテンツ分析のために設計された自動蛍光顕微鏡撮像システム(例えば、Cellomics ArrayScan ECSリーダー(Thermo Scientific)(励起485nm、放出535nm))を使用して、CD11bへのLukA、LukB、またはLukABの結合の指標として、細胞関連蛍光が測定されてよい。
中毒化プロセスの第2のステップであると考えられる、LukA/LukB相互作用をブロックまたは低減する阻害剤をスクリーニングするために、ヒトCD11bを発現する細胞(例えば、PMN−HL60細胞)を、384ウェル平底組織培養処理済プレート(Corning)に2.5×10細胞/ウェルで、10%の熱非働化ウシ胎児血清(FBS)を補充した最終容量50μlのRPMI(Gibco)中に置いてよい。次いで、細胞を試験化合物/分子で処置し、精製されたLukAおよび精製されたLukBの混合物で中毒化してよく、LukBは、FITC、Cy3、Cy5、APC、PE等の蛍光分子で蛍光標識され、中毒化プロセスが完了するように置かれる(例えば、1時間、37℃、5%CO)。試験化合物/分子の有効性を評価するために、例えば、ハイコンテンツスクリーニングおよびハイコンテンツ分析のために設計された自動蛍光顕微鏡撮像システム(例えば、Cellomics ArrayScan ECSリーダー(Thermo Scientific)(励起485nm、放出535nm))を使用して、LukA/LukB−FITC相互作用の指標として、細胞関連LukB−FITC蛍光が測定されてよい。
LukAB孔の形成をブロックまたは阻害する阻害剤、細胞溶解をもたらすエフェクター分子をスクリーニングするために、ヒトCD11bを発現する細胞(例えば、PMN−HL60細胞)を、384ウェル透明底ブラック組織培養処理済プレート(Corning)に2.5×10細胞/ウェルで、10%の熱非働化ウシ胎児血清(FBS)および50μMの臭化エチジウムカチオン色素を補充した最終容量50μlのRPMI(Gibco)中に置いてよい。LukAB孔は、この色素の取り込みを促進する。次いで、細胞を試験化合物/分子(約5μl/異なる濃度)で処置し、次いで、精製されたLukAB(約0.001〜2μM)で10〜20分間、37℃、5%COで中毒化してよい。膜損傷の指標としての蛍光は、次いで、Envision 2103マルチラベルリーダー(Perkin−Elmer)等のプレートリーダーを使用して測定されてよい。蛍光の減少は、LukAB孔の阻害を示唆する。対照として、PMN−HL60細胞は、培養培地(陰性対照)および0.01% v/v Triton X100(陽性対照)で処理されてよい。
本発明の別の態様は、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる候補化合物を特定する方法に関する。この方法は、候補化合物のコレクションを提供することと、LukAB結合ドメインを含む単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントを提供することと、を含む。この方法は、単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントを、標識LukA、LukB、および/または標識LukABタンパク質を含む作用物質で処置することと、処置された、単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントを、コレクションからの1つ以上の候補化合物と接触させることと、をさらに含む。単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントへの標識LukA、LukB、および/または標識LukABの結合レベルを、1つ以上の候補化合物の存在下および非存在下で測定し、単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントへの標識LukA、LukB、および/またはLukABの結合レベルを、1つ以上の候補化合物の存在下と非存在下とで比較する。この比較に基づいて、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる1つ以上の候補化合物を特定する。
本発明のこの態様に従い、候補化合物の非存在下と比較して、候補化合物の存在下での単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントへのLukA、LukB、および/またはLukAB結合の減少により、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる化合物が特定される。
本発明のこの態様に従い、候補CD11b阻害剤の存在下および非存在下でインビトロリガンド結合アッセイを行う方法は、当該技術分野において周知である(例えば、Bansal et al.,″Small Molecule Antagonists of Complement Receptor Type 3 Block Adhesion and Adhesion−Dependent Oxidative Burst in Human Polymorphonuclear Leukocytes,″J. Pharm.Exp.Therap.304(3):1016−1024(2003)参照、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。これらの方法は、典型的に、Cai et al.,″Energetics of Leukocyte Integrin Activation,″J.Biol.Chem.270:14358−65(1995)に記載され、Bansal et al.,″Small Molecule Antagonists of Complement Receptor Type 3 Block Adhesion and Adhesion−Dependent Oxidative Burst in Human Polymorphonuclear Leukocytes,″J.Pharm.Exp.Therap.304(3):1016−24(2003)(いずれもそれら全体が参照により本明細書に組み込まれる)により修正される方法を使用し、適切な細胞、例えば、ヒトPMNからのCD11bまたはCD11b/CD18受容体複合体の単離および精製を含む。あるいは、CD11b、そのフラグメント、またはCD11b/CD18は、組換えにより生成され得る。LukAB結合ドメインを含むCD11bのペプチドまたはポリペプチドが、本発明の方法に利用されるとき、所望のペプチドまたはポリペプチドは合成で生成され得る。本発明のこの態様は、単離された、または組換えLukA、LukB、およびLukABタンパク質の精製および標識化をさらに含む。LukAおよびLukBをコードするポリヌクレオチド配列、ならびにLukAおよびLukBを合成または単離する方法は、その全体が参照により本明細書に組み込まれるTorresらの米国特許公開第2011/0274693号において詳述される。最後に、候補CD11b阻害剤の存在下および非存在下で、単離されたCD11b受容体、そのフラグメント、またはCD11b/CD18受容体複合体への標識LukA、LukB、および/またはLukAB結合を測定する方法は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、Bansal et al.,″Small Molecule Antagonists of Complement Receptor Type 3 Block Adhesion and Adhesion−Dependent Oxidative Burst in Human Polymorphonuclear Leukocytes,″J. Pharm.Exp.Therap.304(3):1016−24(2003)において十分に説明される。
以下の実施例は、本発明の実施形態を説明するために提供されるが、本発明の範囲を限定することは決して意図しない。
実施例1〜7の材料および方法
細胞培養物
HL60およびHEK293T細胞は、37℃、5%COで、別段の記載がない限り、いずれも10%ウシ胎仔血清(FBS、Atlanta Biologicals)、ペニシリン(100U/ml)、およびストレプトマイシン(0.1mg/ml)(Mediatech)を補充したRPMIおよびDMEM中にそれぞれ維持した。HL60細胞は、1.5%ジメチルスルホキシド(DMSO、Sigma Aldrich)で72時間、約2.5×10でPMN−HL60細胞へと分化させた。形質導入されたHL60細胞は2μg/mlピューロマイシン中に維持した。
一次ヒトPMNの単離
血液試料を、匿名の健常なドナーからバフィーコートとして得た(New York Blood Center)。New York City Blood Centerは、この研究に関与した全ての参加者から文書によるインフォームドコンセントを得た。PMNは、デキストラン勾配によって単離した。
黄色ブドウ球菌からのHis−LukAB精製
組換えLukABを黄色ブドウ球菌から共精製するために、LukAをN末端6x−ヒスチジン(His)タグと融合させた構築物を作製した。この構築物は、最初にlukABプロモーター領域およびlukAシグナル配列を黄色ブドウ球菌ニューマンゲノムDNAからPCR増幅することによって、複数のクローニングステップを通じて作製し、6X−Hisタグをコードするヌクレオチドは、lukAシグナル配列(ss)の後に、次のプライマー:
Figure 2015517463
を使用して付加した。増幅された配列を、XmaIおよびBamHIを使用して、pOS1プラスミド(Schneewind et al.,″Sorting of Protein A to the Staphylococcal Cell Wall,″Cell70(2):267−281(1992)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)にクローニングした。次いで、lukAB遺伝子間領域を有するlukBを、黄色ブドウ球菌ニューマンゲノムDNAから次のプライマー:
Figure 2015517463
を用いてPCR増幅した。この配列を、BamHIおよびPstIを用いてpOS1 PlukAB−sslukA−6Hisベクターにクローニングした。最後に、成熟lukAを、次のプライマー:
Figure 2015517463
を用いてPCR増幅した。この配列を、BamHIおよびXbaIを用いてpOS1 PlukAB−sslukA−6His−lukBベクターにクローニングし、PlukAB−sslukA−6His−lukA−lukBを得た。組換えプラスミドを大腸菌DH5αに形質転換し、形質転換体をアンピシリン耐性によって選択した。陽性クローンを、黄色ブドウ球菌ニューマンΔlukABに形質転換した(Dumont et al.,″Characterization of a New Cytotoxin That Contributes to Staphylococcus aureus Pathogenesis,″Mol.Microbiol.79(3):814−825(2011)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。
10μg/mlクロラムフェニコールを含むトリプシン大豆ブロス(TSB)中で5時間、37℃、180rpmで約1.5のOD600まで株を増殖させることにより、タンパク質を黄色ブドウ球菌から精製した。次いで、細菌を4000rpm、4℃で15分間ペレット状にし、上清を回収して、0.2μmフィルターを通して濾過した。培養上清を、10mMイミダゾールの存在下、30分間4℃で攪拌しながらニッケル−NTA樹脂(Qiagen)とインキュベートした。試料をカラムに適用し、25mMイミダゾールを補充したトリス緩衝生理食塩水(TBS:50mMトリス、150mM NaCl、pH7.5)で洗浄し、500mMイミダゾールで溶出した。タンパク質を1X TBS+10%グリセロール中、4℃で終夜透析した。
LukABとMac−1との相互作用を検出するための生化学研究
ストレプトアビジンによるプルダウン生成物の検出の場合、PMN−HL60細胞を、EZ−linkスルホ−NHS−LC−ビオチン(Thermo Scientific)と冷PBS中、30分間、4℃で回転させながらインキュベートした。急冷するために、次いで、反応細胞を冷PBS中100mMの冷グリシンで洗浄した。細胞を、EDTAを含まないプロテアーゼ阻害剤カクテル(Thermo Scientific)含有冷TBS中に再懸濁し、1% N−オクチル−β−D−グルコピラノシド(Affimetrix)を用いて30分間、4℃で回転させながら可溶化した。試料を15000rpm、4℃で30分間遠心分離し、可溶化部分を含有する上清を回収した。可溶化部分(約2×10細胞から)を、30分間、4℃で回転させながら、10μg(5μg/100万個の細胞)のHis−LukABとインキュベートするか、またはTBSとモックインキュベートした。試料を、10mMイミダゾールの存在下、50μlのニッケル樹脂と1時間、4℃で回転させながらインキュベートした。樹脂を1XPBS+50mMイミダゾールで洗浄し、タンパク質を1XPBS+500mMイミダゾールで溶出した。試料を4XSDS沸騰緩衝液中で沸騰させ、4〜15% SDS−PAGE勾配(BioRad)で80Vで流した後、ニトロセルロース膜に30Vで1時間転写した。膜をPBS中0.01% tweenで1時間ブロッキングし、次いで、1:1000のストレプトアビジン−Dylight 680(Thermo Scientific)と1時間インキュベートした。膜を乾燥させ、Odyssey赤外線撮像システム(LI−COR Biosciences)を使用して走査した。
PMN−HL60溶解物を用いるプルダウンも、Hisタグ付きLukAB、Hisタグ付きLukED(Alonzo et al.,″Staphylococcus aureus Leucocidin ED Contributes to Systemic Infection by Targeting Neutrophils and Promoting Bacterial Growth in Vivo,″Mol.Microbiol.83(2):423−435(2012)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、またはHisタグ付きPVL(Alonzo et al.,″CCR5 is a Receptor for Staphylococcus aureus Leukotoxin ED,″Nature 493(7430):51−55(2013)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)を用いて、ビオチン化なしで上記の通りに行い、試料は、15% SDS−PAGEで流し、ニトロセルロース膜に1ampで1時間転写した。膜を、抗CD11b抗体(クローン23843、R&D Systems)でプローブし、これを1:25,000で希釈されたAlexaFluor−680コンジュゲート抗ウサギ二次(Invitrogen)抗体およびOdyssey撮像システムを使用して検出した。
精製されたLukABおよび精製されたMac−1を用いるプルダウンの場合、4μgの組換えMac−1(R&D Systems)を、0.1% N−オクチル−β−D−グルコピラノシドの存在下、4μgの精製された組換えHis−LukAB、His−LukED、His−PVL、またはPBSと、30分間、4℃で回転させながらインキュベートした。試料を100μlニッケル樹脂とインキュベートし、洗浄して上記の通り溶出した。4XSDS緩衝液中の沸騰させた試料を、4〜15%勾配ゲル上に流した。試料の1セットを、抗CD11b抗体を用いる免疫ブロットによって上記の通り処理した。他の試料セットの場合、ゲルを総タンパク質染料Sypro Ruby(Invitrogen)を用いて製造者の指示に従い染色した。
PMN(2×10個)を1% N−オクチル−β−D−グルコピラノシドで可溶化し、可溶性部分を20μgのHis−LukABとインキュベートし、複合体を上記の通りニッケル樹脂で精製した。試料を4〜15%勾配ゲル上に流し、Sypro Rubyで染色した。レーン全体をゲルから切除し、質量分析に供した。
蛍光活性化細胞選別(FACS)分析
細胞を、蛍光コンジュゲート抗体を用いて30分間氷上で染色した後、1XPBS+2%FBS+0.05%アジ化ナトリウム(FACS緩衝液)で洗浄した。非コンジュゲート抗体の場合は、細胞を、一次抗体抗体を用いて30分間氷上で染色した後、FACS緩衝液で洗浄し、蛍光コンジュゲート二次抗体を用いて30分間氷上で染色した後、FACS緩衝液で洗浄した。全てのFACSデータは、FACSDivaソフトウェアを使用し、LSRIIフローサイトメーター(BD Biosciences)で取得した。データは、Flowjoソフトウェア(Treestar)を使用して分析した。
FACS分析のための抗体
一次ヒト細胞およびヒト細胞系の表面染色に使用される抗体としては、次が挙げられる:抗CD11b−APC(クローンICRF44)、抗CD18−PE/Cy5(クローンTS1/18)、抗CD11a−FITC(クローンHI111)、および抗CD11c−PerCP/Cy5.5(クローンBu15)(Biolegend)。LukABとCD11bとの相互作用をマッピングするための抗体としては、上に列挙されるヒト特異的抗体の非コンジュゲート型ならびにLM2/1(Santa Cruz)およびCBRM1/5(BioLegend)抗CD11bクローンが挙げられる。I欠失CD11bを検出するために、ヤギ抗CD11b(ポリクローナル)を抗ヤギIgG−APC(R&D Systems)とともに使用した。
マウスMac−1を発現する一次マウス細胞293T細胞の表面染色に使用される抗体としては、次が挙げられる:抗CD11b−APC(クローンM1/70)および抗Ly−6G−FITC(クローン1A8)(BD Pharmingen)。
CD11b cDNAでのHEK293T細胞のトランスフェクション
HEK293T細胞を、製造者の指示に従い、Lipofectamine 2000(Invitrogen)を使用して、全長ヒトCD11b cDNA(OriGene)を含有するpCMV6−XL5プラスミドまたは空ベクターとインキュベートした。トランスフェクション効率は、GFP生成対照ベクターで決定されるように70〜80%の間であり、CD11b表面レベルは、フローサイトメトリーにより48時間後に決定された。この時点で、LukABまたはPVLに対する感受性が、40μg/mlの各毒素またはPBSを2時間、37℃、5% COで細胞に添加することによって決定された。次いで、細胞を洗浄し、α−CD11b−APC(クローンICRF44)で染色した。CD11b細胞の枯渇は、フローサイトメトリーによって測定し、PBS処置されたCD11b細胞のパーセントを100%に正規化した。
オーバーラップPCRによるhCD11b I欠失変異体の作製
ヒトCD11bからのIドメインの欠失は、オーバーラップPCRによって達成され、Iドメインの5′セグメント上流およびIドメインの3′セグメント下流が、ヒトCD11b cDNA(OriGene)を含有するpCMV6−XL5ベクターから増幅された。5′UTRを含まないがKozak配列を含むCD11bの5′セグメントの増幅の場合、次のプライマー:
Figure 2015517463
を使用した。CD11bの3′セグメントの増幅の場合、次のプライマー:
Figure 2015517463
を使用した。2つのセグメントを、次のプライマー:
Figure 2015517463
を使用して、オーバーラップPCRによって連結した。野生型(WT)ヒトCD11bも、この最後のプライマーセットでOriGeneプラスミドから増幅させた。増幅された配列を、XbaIおよびNotIを使用してpLenti−CMV−GFP−Puro(Addgene)にクローニングし、pLenti−CMV−hCD11b−puroおよびpLenti−CMV−I欠失hCD11b−puro構築物を得た。組換えプラスミドを大腸菌RecA5α(New England BioLabs)に形質転換し、形質転換体を、アンピシリン耐性によって選択した。
ヒトCD11bおよびCD18のレンチウイルスに基づくノックダウンおよびCD11bの過剰発現
レンチウイルスのshRNA発現ベクターのストックを、前述の通り(Unutmaz et al.,″Cytokine Signals are Sufficient for HIV−1 Infection of Resting Human T Lymphocytes,″J.Exp.Med.189(11):1735−1746(1999)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、HEK293T細胞に次のプラスミド:pMDG gag−pol、pRSV−Rev、pVSV−G Env、およびSIGMA MISSION TRC 1.5ライブラリーから購入したpLKO.1CD11bまたはCD18 shRNA構築物をリン酸カルシウムコトランスフェクションすることによって、生成した。次のshRNA配列:
Figure 2015517463
をCD11bに対して使用し、
Figure 2015517463
をCD18に対して使用した。上清を48時間後に回収し、遠心分離して濾過し、細胞残渣を除去し、前述の通りJurkat細胞上で力価を測定した(Unutmaz et al.,″Cytokine Signals are Sufficient for HIV−1 Infection of Resting Human T Lymphocytes,″J.Exp.Med.189(11):1735−1746(1999)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。HL60細胞を、それぞれのウイルスまたは空ベクター対照ウイルスで72時間形質導入した後、2μg/mlのピューロマイシンで選択し、これは約95〜99%の形質導入されていない細胞を殺滅させることが決定された。生存細胞を増殖させ、ノックダウンをフローサイトメトリーによって確認した。
レンチウイルス発現ベクターのストックを、前述の通り(Hofmann et al.,″The Vpx Lentiviral Accessory Protein Targets SAMHD1 for Degradation in the Nucleus,″J.Virol.86(23):12552−12560(2012)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、Lipofectamine 2000を使用して、HEK293T細胞に次のプラスミド:pMDG gag−pol、pRSV−Rev、pVSV−G Env、およびpLenti−CMV−hCD11b−puroまたはpLenti−CMV−I欠失hCD11b−puroをコトランスフェクションすることによって、作製した。ウイルスを回収し、HL60細胞に上記の通り形質導入した。生存細胞を増殖させ、野生型およびI欠失CD11b表面レベルをフローサイトメトリーによって確認した。細胞をBD Biosciences FACSAria細胞選別器を使用して選別し、α−CD11b抗体で染色される細胞の上位25%を回収した。
腹腔滲出細胞(PEC)の誘発
マウスPECを、加熱殺菌された黄色ブドウ球菌を用いて前述の通り誘発した(Alonzo et al.,″CCR5 is a Receptor for Staphylococcus aureus Leukotoxin ED,″Nature 493(7430):51−55(2013)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。
FITC−LukABの作製
組換えN末端フルオレセイン標識LukABを作製するために、黄色ブドウ球菌ニューマンゲノムDNAからのLukAの成熟タンパク質コード配列をPCR増幅し、次のプライマー:
Figure 2015517463
を使用して、システインをシグナル配列の後のN末端に付加した。増幅された配列を、BamH1およびXbalを使用して、上記の通りPlukAB−sslukA−6His−lukBにクローニングした。組換えプラスミドを大腸菌DH5αに形質転換し、形質転換体を、アンピシリン耐性によって選択した。陽性クローンを、黄色ブドウ球菌ニューマンΔlukABに形質転換した(Dumont et al.,″Characterization of a New Cytotoxin That Contributes to Staphylococcus aureus Pathogenesis,″Mol.Microbiol.79(3):814−825(2011)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。タンパク質を上記の通り黄色ブドウ球菌から精製し、20倍モル過剰のAlexa Fluor−488 C5マレイミド(Invitrogen)で終夜、4℃で攪拌しながら標識化した。10%グリセロール含有TBS中で10kDa分子量カットオフ透析カセットを用いた透析によって過剰な色素を除去した。標識タンパク質の活性をサイトメトリーアッセイによって確認した。
Flagタグ付きCD11b Iドメインの大腸菌からの精製
C末端3XFlagタグおよびN末端6X−Hisタグを有する組換えヒトおよびマウスCD11b Iドメインを作製するために、ヒトおよびマウスIドメインをpCMV6−XL5およびpCMV−EntryヒトおよびマウスCD11b cDNA構築物(OriGene)からそれぞれ増幅させた。C末端6X−グリシンリンカーに続いて3X−Flagタグを有するヒトIドメインの増幅の場合、次のプライマーを使用した:
Figure 2015517463
。C末端6X−グリシンリンカーに続いて3X−Flagタグを有するマウスIドメインの増幅の場合、次のプライマーを使用した:
Figure 2015517463
。ベクターがコードする6X−Hisタグが、IドメインのN末端に存在するように、増幅された配列を、NdeIおよびXhoIを用いてpET15bベクター(Novagen)にクローニングした。組換えプラスミドを大腸菌T7 LysY lacQに形質転換し、形質転換体を、アンピシリン耐性によって選択した。
大腸菌からタンパク質を精製するために、株を37℃、180rpmで、100μg/mlアンピシリンを補充したLuria−Bertani(LB)ブロス中で0.5のOD600まで増殖させ、次いで、1mM IPTGで3時間、37℃、180rpmで誘導した。細菌を溶解し、溶解物をニッケル樹脂とインキュベートした。Hisタグ付きIドメインを500mMイミダゾールで溶出した。
LukAB−CD11b Iドメイン相互作用を決定するためのドットブロット分析
5〜0.156μgの精製された組換えヒトおよびマウスCD11b Iドメインを、ドットブロット真空(BioRad)を使用してPVDF膜に吸収させた。膜を1X TBS中2%BSAで1時間ブロッキングし、次いで、TBS+2% BSA中5μg/mlの精製されたFITC−LukABと1時間インキュベートした。競合アッセイの場合、10倍過剰(50μg/ml)の非標識精製LukABまたはPVLも膜とインキュベートした。FITC−LukABの結合は、Odyssey赤外線撮像システムを使用して検出し、AlphaImagerソフトウェアを使用して、デンシトメトリーによって定量化した。
Mac−1およびCD11b IドメインへのLukAB結合の表面プラズモン共鳴分析
表面プラズモン共鳴(SPR)は、前述の通りBiacore T100システム(GE)を使用して実行した(Huergo et al.,″The Campylobacter Jejuni Dps Protein Binds DNA in the Presence of Iron or Hydrogen Peroxide,″J.Bacteriol.(2013)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。簡単に言うと、組換えMAC−1(R&D Systems)または組換えIドメイン(マウスおよびヒト)を、NHS捕捉キットを使用して、シリーズSセンサーチップCM5(GE)のフローセル2〜4の上に固定化し、フローセル1をブランク固定化として実行した。LukABおよびその変異体を、マルチサイクルカイネティクスを使用して、0.625〜25ug/mLの範囲の濃度で流し、各相互作用に対し少なくとも3回の実験を行った。シングルサイクルカイネティクスを利用し、マルチサイクルカイネティクスの完了前に濃度を最適化した。全てのSPR実験の流動緩衝液は、pH6.8の1xPBSであった。
細胞毒性アッセイ
細胞を前述の通り中毒化した(Dumont et al.,″Characterization of a New Cytotoxin That Contributes to Staphylococcus aureus Pathogenesis,″Mol.Microbiol.79(3):814−825(2011)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。簡単に言うと、1ウェル当たり1×10個の細胞を、1〜2時間、37℃、5% COで、表示された濃度の精製組換えLukABで中毒化した。細胞膜損傷、毒素孔形成、または細胞代謝を、SYTOXグリーン(Invitrogen)、臭化エチジウム(MP biomedicals)、またはCellTiter(Promega)でそれぞれ評価した。抗インテグリン抗体を用いた実験の場合、抗体を中毒化の30分前に室温で添加し、抗体は中毒化の間存在した。
黄色ブドウ球菌によるインビトロおよびエクスビボ感染
これらの感染は、ΔlukAB、lukABで染色体的に補完されたΔlukAB(ΔlukAB::lukAB)、または野生型(WT)USA300クローン型LAC株を用いて前述の通り行った。簡単に言うと、細胞外黄色ブドウ球菌によるPMNまたはPMN−HL60の殺滅を決定するために、正規化されたUSA300を、1ウェル当たり1×10個の細胞と、感染多重度(MOI)100、50、10、または1で、37℃、5% COで1〜2時間インキュベートした。抗インテグリン抗体を用いた実験の場合、抗体を感染の30分前に室温で添加し、抗体は感染の間存在した。膜損傷は、SYTOXグリーンを使用して評価した。
PMN−HL60に感染したときに貪食された黄色ブドウ球菌の増殖回復を決定するために、オプソニン化USA300を、1ウェル当たり1×10個のPMN−HL60と、MOI10で遠心分離によって同期させた。同期化後30分、60分、120分、および180分に、PMN−Hl60をサポニンで溶解し、連続的に希釈した。回復した細菌は、コロニー形成単位CFUを数えることによって決定した。
オプソニン化黄色ブドウ球菌に感染した後のPMNまたはPMN−HL60の膜損傷も、上記の通りPMNおよび細菌を調製することによって決定され、SYTOXグリーンは同期化後1〜2時間で添加した。
蛍光顕微鏡法
PMNを、構成的にGFPを発現するようにpOS1−PsarA−sod RBS−sgfpで形質転換されたオプソニン化LAC WT、ΔlukAB、およびΔlukAB::lukAB株に感染させた。
黄色ブドウ球菌を貪食するPMNにおけるCD11bの位置を決定するために、PMNを抗CD11b−APC(ICRF44)抗体またはそれぞれのアイソタイプ対照(マウスIgG1κ−APC、クローンMOPC−21、BioLegend)を用いて30分間氷上で前染色した。次いで、PMNを35mmガラス底マイクロウェル皿(20mmマイクロウェル、1.5厚、非コーティング、MatTek)に3×10個の細胞を置き、MOI10で、GFP−USA300と同期させた。PMNのプレートを、感染の非存在下でCD11b染色を検出するためにモック感染させた。ウサギ血清からアフィニティー精製されたポリクローナル抗LukA抗体およびリソスタフィン(Ambi Products LLC)を添加し、細胞外細菌の効果を排除した。リソスタフィンとの37℃、5% COでの10分間のインキュベーション後、細胞を1XPBS中2%のパラホルムアルデヒドおよび0.1Mのリジンを用いて30分間氷上で固定した。プレートを1XPBSで洗浄し、撮像するまで1XPBS中に4℃で保管した。画像は、Olympus IX−71倒立顕微鏡、CoolSnap HQ2 CCDカメラ、およびzスタック能力を持つSoftWorx suiteを備える、Applied Precision PersonalDV生細胞撮像システムで60X油浸対物レンズを使用して撮像した。画像は、ImageJソフトウェアを使用して処理した。
中和抗体の存在下でのGFP−USA300および臭化エチジウムの取り込みを撮像するために、PMNを抗CD11b(LM2/1、Santa Cruz)抗体またはそれぞれのアイソタイプ対照(マウスIgG1、Santa Cruz)を用いて30分間室温で前処置した。次いで、PMNを上記の通り感染させ、Axiovert 40 CFL蛍光顕微鏡(Zeiss)の40X対物レンズ、Axiocam ICc 1(Zeiss)、およびZeissによるZenソフトウェアを使用し、同期化後0分および30分に画像を撮像した。
統計
データは、別段の指示がない限り、一元配置分散分析およびターキーの多重比較事後試験(GraphPad Prism 第5.0版、GraphPad Software)を使用して分析した。本明細書に提示されるデータは、別段の指示がない限り、同様の結果をもたらした少なくとも3つの独立した実験のうちの1つに由来する。
実施例1−LukABはヒト好中球における黄色ブドウ球菌の細胞毒性特性を媒介する
ヒト多形核細胞を、同質遺伝子型の野生型およびlukAB変異体(ΔlukAB)メチシリン感受性黄色ブドウ球菌(MSSA)およびメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)株から単離された分泌タンパク質に曝露した。野生型黄色ブドウ球菌株からの分泌タンパク質へのPMNの曝露は、CellTiterアッセイによって調べられる強力な細胞死をもたらした(図1A、黒色バー)。対照的に、lukAB変異体株からの分泌タンパク質へのPMNの曝露は、細胞死を著しく低減させた(図1A、灰色バー)。ΔlukAB株によりもたらされた細胞毒性活性の欠失は、図1Aに示されるように(白色バー)、lukABを発現するプラスミドで株を形質転換することによって回復した(ΔlukAB/pLukAB)。これらのデータは、LukABが、ヒト好中球に対するMSSAおよびMRSA株両方の細胞毒性特性に関与することを示す。
LukABの重要性は、LukABが、ヒト全血および一次ヒトPMNのエクスビボ感染中の黄色ブドウ球菌生存に重要であるという所見によりさらに支持される(図1B、黒色(WT)および白色(ΔlukAB/pLukAB)バーを灰色バー(ΔlukAB)と比較する)。さらに、腎膿瘍のマウスモデルを使用し、インビボでの黄色ブドウ球菌病原性に対するLukABの寄与を決定した。このモデルにおいて、マウスに黄色ブドウ球菌を含有する眼窩後注射でチャレンジを行い、次いで、感染後96時間に安楽死させた。腎臓ホモジネート中の細菌負荷を、黄色ブドウ球菌病原性の尺度として使用する。このモデルを使用し、lukABを欠失する同質遺伝子型変異体は、WT CA−MRSAと比較して、腎組織における細胞負荷の約100倍の減少を呈する(図1C、灰色バー)。lukAB変異体の表現型は、プラスミドによりlukABをトランスで発現させることによって部分的に補完された(図1C、白色バー)。集合的に、これらのデータは、LukABが、黄色ブドウ球菌病原性に重要な毒性因子であることを示す。
精製された組換え毒素を用いる実験は、LukABが、ヒトPMN、単球(一次およびTHP1細胞の両方)、マクロファージ、および樹状細胞を含む、多様なヒト細胞を標的化および殺滅するために必要かつ十分であることを明らかにした(図2、Dumont et al.,″Characterization of a New Cytotoxin that Contributes to Staphylococcus aureus Pathogenesis,″Mol.Microbiol.79(3):814−25も参照、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。対照的に、マスト細胞(RBL3H3)、リンパ球(Jurkat)、上皮細胞(HepG2および293T)、および赤血球は、LukABに対し高度に不応性である(図2)。さらに、ヒト骨髄細胞系HL60のPMN様細胞(「PMN−HL60」)への分化は、これらの細胞をLukAB細胞毒性に対して高度に感受性にする(図2)。
上に提示されるデータは、LukABがヒト食細胞を標的化および殺滅することを示す(図2)。重要なことに、一次マウス好中球を用いる実験は、同質遺伝子型の野生型黄色ブドウ球菌から単離された分泌タンパク質が、マウス細胞とインキュベートされるとき、細胞毒性が全くまたはほとんど観察されないため、LukABがヒト特異的であると思われることを明らかにした(図3)。これらのデータは、ヒト細胞系を用いた研究に基づいて、黄色ブドウ球菌により生成される最も重要なロイコトキシンであるLukABの寄与が、感染のマウスモデルにより十分に測定されないことを示唆するため、これらは極めて大きな意味を有する。したがって、ヒト食細胞をLukABに対して感受性にする細胞決定因子の特定は、ヒトにおける黄色ブドウ球菌感染の病理生物学をより良く表すトランスジェニック動物の作製を可能にする。
実施例2−LukABはインテグリンαM/β2(Mac−1またはCR3)と直接相互作用する
LukABと相互作用する宿主タンパク質を特定するために、LukABに対し極めて敏感であるHL60骨髄細胞系から分化された短命の好中球様細胞であるPMN−HL60細胞を用いて、プルダウンアッセイを行った(Dumont et al.,″Characterization of a New Cytotoxin That Contributes to Staphylococcus aureus Pathogenesis,″Mol.Microbiol.79(3):814−825(2011)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。溶解物をHisタグ付きLukABとインキュベートし、ニッケルカラムを使用して毒素−宿主タンパク質複合体を単離した。PMN−HL60細胞上の表面タンパク質を、LukABとのインキュベーション前にビオチン化し、宿主タンパク質が、蛍光コンジュゲートストレプトアビジンを使用して可視化され得るようにする(図4A)。この技術を用いることによって、多数の宿主タンパク質がLukABと会合することが観察された(図4A)。ビオチン化なしでヒト血液から単離された一次ヒトPMNを用いてプルダウンを繰り返し、LukABによるプルダウン中に富む細胞因子の識別および量を、質量分析によって決定した。最も豊富なLukAB相互作用細胞表面タンパク質は、CD18およびCD11bであり(表1)、これらはそれぞれ、インテグリンαM/β2、CR3、またはMac−1として知られ本明細書ではMac−1と呼ばれるインテグリン複合体のαおよびβ成分である。LukEDまたはPVLではなく、LukABとCD11bとの会合は、CD11b特異的抗体を用いた免疫ブロットによって確認した(図4B)。LukABとMac−1との特異的および直接相互作用は、プルダウンが精製された組換え毒素および精製された受容体を用いて行われたときに確認された。総タンパク質染色は、LukEDまたはPVLではなくLukABが、それぞれ約150kDaおよび95kDaである、精製されたMac−1複合体のCD11bおよびCD18サブユニットの両方をプルダウンすることができることを明らかにした(図4C)。免疫ブロットは、他の毒素ではなく、LukABによるプルダウンにおけるCD11bの存在をさらに検証した(図4D)。
(表1)LukAB相互作用細胞因子の質量分析
Figure 2015517463
LukABのMac−1との直接相互作用をより良く特徴付けるために、表面プラズモン共鳴(SPR)分析を行ったところ、LukABが、用量依存的および飽和可能にMac−1に結合し、約38.4nMの解離定数(Kd)をもたらすことを示した(表2)。
(表2)LukAB/Mac−1相互作用のSPR分析
Figure 2015517463
実施例3−Mac−1のCD11bサブユニットは、細胞をLukABに対して感受性にするのに必要かつ十分である。
LukABに対する細胞の感受性とMac−1との関連を提供するために、HL60細胞を、非標的化shRNA(NT shRNA)またはCD18 shRNAを含有するウイルスで形質導入した。これらの細胞のLukABへの感受性を強化するために、安定的に形質導入されたHL60細胞系をPMN−HL60に分化させ(図5A)、CD18およびCD11bの細胞表面レベルに対するshRNAの効果をフローサイトメトリーによって確認した(図5B)。NT shRNA細胞と比較して、CD18 shRNA細胞は、CD18を顕著に枯渇した(図5B)。CD18は、全てのインテグリンαサブユニットの安定性および表面局在化に必要であるため(Weber et al.,″Characterization of Lymphocyte Function−Associated Antigen 1(LFA−1)−Deficient T Cell Lines:The AlphaL and Beta2 Subunits are Interdependent for Cell Surface Expression,″J.Immunol.158(1):273−279(1997)、Springer et al.,″Inherited Deficiency of the Mac−1,LFA−1,p150,95 Glycoprotein Family and Its Molecular Basis,″J.Exp.Med.160(6):1901−1918(1984)、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる)、CD11bもCD18 shRNA細胞において枯渇した(図5B)。したがって、CD18を標的化することによって、Mac−1枯渇細胞系を作製した。精製されたLukABを用いたCD18 shRNA細胞の中毒化は、Mac−1がLukAB孔の形成に必要であることを明らかにした(図5C)。対照的に、PVLは、Mac−1非依存的に孔を形成した。これは、LukABおよびPVLが異なる細胞決定因子を利用してそれらの細胞毒性を作用させることを示す(図5C)。
Mac−1に加えて、PMN−HL60は、CD11a/CD18(LFA)およびCD11c/CD18(p150/95)で装飾され、CD18の枯渇は、これらのβ2インテグリンの表面レベルの低減も同様にもたらした(図6)。Mac−1複合体のノックダウンが、LukABへの耐性の増加に関与し、β2インテグリンの全体的なノックダウンではないことを保証するために、HL60細胞をCD11b標的化shRNAで安定的に形質導入した。この戦略は、CD18レベルに対する著しい効果なしに、CD11bの顕著な枯渇をもたらした(図5D)。実際に、CD11b標的化shRNAで形質導入された細胞上で観察されたMac−1レベルは、親HL60細胞のそれに類似した(図5D)。CD11bの枯渇は、細胞をLukAB孔に対して耐性にするが、PVL孔に対しては耐性にしない(図5E)。これらの所見は、CD11bが細胞をLukABに対して感受性にするために重要であることを実証する。
CD11bが細胞をLukABに対して感受性にするのに十分であるかどうかを決定するために、機能獲得実験を行った。HEK293T細胞は、CD18の非存在下でCD11b表面局在化を支持することができることが示されている(Solovjov et al.,″Distinct Roles for the Alpha and Beta Subunits in the Functions of Integrin AlphaMbeta2,″J.Biol.Chem.280(2):1336−1345(2005)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。したがって、これらの細胞に、CD11bをコードするプラスミドまたは空プラスミドのいずれかを一過的にトランスフェクトし、CD11b表面レベルをフローサイトメトリーによって決定した(図5F)。PVLではなく、LukABによるこれらの細胞の中毒化は、CD11bHEK293T細胞の大部分(80〜90%)の枯渇をもたらし、CD11bが、細胞をLukABに対して感受性にするのに必要かつ十分であることを確認した(図5F)。
実施例4−CD11bのIドメインは、標的細胞に対するLukAB媒介性毒性に必要である
LukAB細胞毒性が、CD11b特異的抗体でブロックされ得るかどうかを調べた。LukABで中毒化する前に、一次PMNを、CD11bを標的化する3つの異なる抗体、ならびにCD18、CD11a、およびCD11cに対する抗体で前処置した。全ての3つのCD11b抗体およびCD18抗体は、ある程度のLukAB毒性のブロッキングを示すが、LM2/1 CD11b抗体のみが、未処置の細胞またはアイソタイプ対照と比較したときに、LukAB活性を著しく阻害した(図7A〜7B)。
LM2/1抗体は、CD11b Iドメイン(またはAドメイン)を認識し、該ドメインは、大部分の内因性Mac−1リガンドが、金属イオン依存性接着部位(MIDAS)を介して結合する場所である(Arnaout et al.,″Integrin Structure,Allostery,and Bidirectional Signaling,″Annu.Rev.Cell Dev.Biol.21:381−410(2005)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。LM2/1のブロッキングのデータに基づいて、CD11bのIドメインが、標的細胞のLukAB媒介性殺滅に必要であると仮定した。この可能性に対処するために、前述の通りオーバーラップPCRを使用してIドメインを欠失させた変異型CD11bを構築した(Yalamanchili et al.,″Folding and Function of I Domain−Deleted Mac−1 and Lymphocyte Function−Associated Antigen−1,″J.Biol.Chem.275(29):21877−21882(2000)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。Iドメインの欠失が、CD11bとCD18との相互作用またはMac−1とIドメインを必要としない内因性リガンドとの相互作用に影響しないことが確認されている(Yalamanchili et al.,″Folding and Function of I Domain−Deleted Mac−1 and Lymphocyte Function−Associated Antigen−1,″J.Biol.Chem.275(29):21877−21882(2000)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。HL60細胞に、野生型(WT)CD11b、I欠失CD11b、または空ベクター対照を含有する構築物から作製されたウイルスで形質導入した。これらの細胞は、LukABに対して高度に耐性であり、低レベルのCD11bを有するため選択した(図5Aおよび5D)。Iドメインが細胞毒性に必須である場合、外因性WT CD11bは、これらの細胞をPMN−HL60細胞と同様に感受性にし、一方、I欠失型のCD11bはそうではないであろう。形質導入および安定的組み込みに続いて、HL60細胞系の表面上のCD11bのレベルを、WTおよびI欠失型のCD11bの両方を認識するα−CD11b抗体を用いて、フローサイトメトリーにより評価した(図7C)。WTおよびI欠失CD11bの両方は、PMN−HL60細胞のそれに相当するか、またはそれより高いレベルで表面に露出していた(図7C)。外因性WT CD11bは、空ベクター対照HL60細胞と比較した、膜損傷および細胞死の増加によって証明されるように、HL60細胞をLukABに対して感受性にした(図7D〜7E)。外因性WT CD11bを有するHL60細胞によって呈される感受性のレベルは、分化させたPMN−HL60細胞に相当した。対照的に、外因性I欠失CD11bを有するHL60細胞は、PMN−HL60細胞に対して同等レベルの表面CD11bを有するにもかかわらず、LukAB媒介性細胞毒性に対して高度に耐性であった(図7C〜7E)。
実施例5−LukABは、マウスCD11b Iドメインと比較して、ヒトCD11b Iドメインに対してより高い親和性を示す。
精製されたLukABは、ヒトおよびサルPMNに対して高度に細胞毒性であり、ウサギPMNに対して中度に毒性であり、マウスPMNに対して低度に毒性であることが示された(図3)(Malachowa et al.,″Staphylococcus aureus Leukotoxin GH Promotes Inflammation,″J.Infect.Dis.206(8):1185−1193(2012)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。これらの所見は、LukABが、血液精製されたPMNを種特異的に標的化することを示唆する。LukEDに対して高度に感受性であるマウス腹腔滲出細胞(PEC)は、LukABに対し耐性である(図8A)。PECは、主に動員されたPMN(Ly6G/CD11b)、ならびに単球およびマクロファージ(Ly6G/CD11b)からなり、それら全てが高レベルの表面CD11bを有する(図8B)。
毒性活性(図7C〜7D)に関するCD11b Iドメインの必要性と共に、LukABの種特異性を考慮して、異なる種からのこのドメインの保存を調べた。ヒト、ゴリラ、ウサギ、およびマウスCD11b Iドメインのアミノ酸配列のアラインメントは、予想通り、グリラが最もヒトに類似し(98.6%同一性)、続いてウサギ(79.1%同一性)、次いでマウス(78.1%同一性)に類似することを明らかにした(図8C)。これらのデータは、これらの種からのPMNに対するLukABの指向性と相関する(Malachowa et al.,″Staphylococcus aureus Leukotoxin GH Promotes Inflammation,″J.Infect.Dis.206(8):1185−1193(2012)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。これらの差が、CD11b Iドメインに対するLukABの結合に影響し得るかどうかを調査するために、LukAB−CD11b Iドメイン相互作用を検出するドットブロットアッセイを開発した。蛍光標識LukABとヒトCD11b Iドメインとの間の用量依存的相互作用が観察され、これは非標識PVLとではなく過剰な非標識LukABと競合した(図8D)。このアッセイを使用するヒト対マウスCD11b IドメインとのLukAB結合の比較は、LukABがヒトCD11b Iドメインに優先的に結合することを明らかにした(図8E)。SPR分析は、LukABが1.92nMのおおよそのKdでヒトCD11b Iドメインに結合し、1.06MのLukAB−マウスCD11b Iドメイン相互作用のそれよりも約8〜9log低いことを明らかにした(表1)。
実施例6−細胞外黄色ブドウ球菌は、CD11bを利用して感染中にLukAB媒介性細胞損傷を引き起こす
黄色ブドウ球菌感染におけるCD11bの役割を確認するために、NTまたはCD11b shRNA PMN−HL60細胞を、CA−MRSA USA300株LACまたはLukABを欠失する同質遺伝子型変異体(ΔlukAB)に感染させた。WT USA300は、LukAB依存的にNT PMN−HL60細胞を殺滅した(図9A)。対照的に、CD11b表面レベルが、shRNA(CD11b)によってこれらの細胞で低減されるとき、WT USA300は、もはや細胞損傷を引き起こさず、代わりにlukAB変異体株に類似する(図9A)。
精製されたヒトPMNのUSA300株によるエクスビボ感染を行い、LukAB媒介性細胞損傷が、感染前の抗CD11b抗体での前処置によりブロックされ得るかどうかを試験した。これらの実験は、抗IドメインLM2/1抗体が、USA300媒介性細胞損傷を中和することに成功したことを明らかにし(図9B)、したがって黄色ブドウ球菌−PMN相互作用中のCD11b Iドメインの、LukAB媒介性標的化に関する役割を確認した。
実施例7−貪食された黄色ブドウ球菌は、CD11bのLukAB媒介性標的化を利用して細胞損傷を引き起こし、内部からの脱出を促進する
貪食後のLukAB媒介性細胞損傷が、PMN内からのUSA300の早期脱出および続くUSA300の増殖を促進することが近年確認された。CD11bがLukABの細胞内細胞毒性活性に寄与するかどうかを決定するために、NTおよびCD11b shRNA PMN−HL60細胞をオプソニン化USA300に感染させ、同期させて貪食を促進した。重要なことに、CD11bの枯渇は、USA300の貪食に影響しなかった(図10A〜10B)。これらの条件下で、CD11bのノックダウンにより、WT USA300によって引き起こされる細胞損傷が消失した(図11A)。
これらの実験は、貪食されたUSA300が、LukABを用いてPMN−HL60媒介性増殖制限を妨げることを明らかにした(図11B)。しかしながら、CD11bのノックダウンは、ΔlukAB変異体株と比較した、WT USA300の増殖の利点を排除した(図11B)。
CD11bが、貪食された黄色ブドウ球菌によってPMN内から脱出するために利用されるために、CD11bは、黄色ブドウ球菌を取り囲む食胞膜中に存在しなければならない。黄色ブドウ球菌の貪食中のCD11bの位置を決定するために、ヒトPMNを蛍光標識されたα−CD11b抗体または蛍光標識されたアイソタイプ対照で事前染色し、続いてGFP−USA300に感染させた。同期化後に感染した細胞を固定し、zスタック能力を持つApplied Precision PersonalDV生細胞撮像システムを使用して撮像した。感染していないヒトPMNにおいて、CD11b染色は、細胞の細胞膜全体に分散される(図11C)。しかしながら、USA300による感染時に、CD11bは、貪食されたGFP−USA300と付随することがわかった(図11C)。
LM2/1抗CD11b中和抗体を、貪食されたUSA300により引き起こされるLukAB媒介性PMN損傷をブロックする試みに使用した。これらの実験の場合、GFP−USA300 WT、同質遺伝子型ΔlukAB、またはlukABで染色体的に補完した同質遺伝子型ΔlukABに感染させる前に、PMNをLM2/1抗体またはアイソタイプ対照で前処置した。これらの実験は、細胞外細菌および細胞外LukABの潜在的寄与を排除するためのリソスタフィンおよび抗LukA、ならびに孔形成を測定するための蛍光色素臭化エチジウムの存在下で行った。特に、PMN内で観察されたGFP−USA300の量がLM2/1処置に関わらず同様であったため、感染前のLM2/1での前処置は、黄色ブドウ球菌の貪食をブロックしない(図12)。貪食されたUSA300は、PMNがアイソタイプ対照抗体で前処置されるとき、同期化後30分でLukAB媒介性孔形成を引き起こした(図11D)。対照的に、LM2/1前処置は、LukAB媒介性孔形成の減少をもたらし(図11D〜11E)、lukAB変異体株で観察された表現型を模倣した。
実施例1〜7に関する論考
この研究は、細胞を特異的に標的化および殺滅するためにブドウ球菌ロイコトキシンLukABによって利用される細胞分子としての、Mac−1インテグリンのCD11bの特定について説明する。この結論は、LukABが、Mac−1複合体(特にCD11bのIドメイン)と直接相互作用し、ノックダウンおよび機能獲得分析によって証明されるように、CD11bが、細胞をLukABに対して感受性にするのに必要かつ十分であるという所見によって支持される。
LukEDおよびPVL等の他の二成分性毒素ではなく、LukABによって特異的に利用される細胞標的の特定は、ブドウ球菌ロイコトキシンが特定の細胞型を標的化するための非重複機構を有することを強調する。CCR5は、近年、リンパ球、マクロファージ、および樹状細胞を標的化および殺滅するためにLukEDによって利用される細胞受容体として特定された(Alonzo et al.,″CCR5 is a Receptor for Staphylococcus aureus Leukotoxin ED,″Nature 493(7430):51−55(2013)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。しかしながら、単球およびPMNは、CCR5非依存的にLukEDによって殺滅され、追加の細胞受容体が、これらの細胞を標的化するためにLukEDによって利用され得ることを示唆する(Alonzo et al.,″CCR5 is a Receptor for Staphylococcus aureus Leukotoxin ED,″Nature 493(7430):51−55(2013)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。単一のブドウ球菌毒素が、複数の受容体を標的化し得るという事実、および各毒素が別個の非重複受容体を利用し得るという事実は、黄色ブドウ球菌が、既に広範なレパートリーの毒素で排除することができる細胞型の数を大幅に増加させる。
PMN等の生得的免疫細胞の標的化された殺滅は、黄色ブドウ球菌ならびに多数の他のヒト病原体の病原性に重要である。Mac−1は、PMN、マクロファージ、単球、および樹状細胞を含む(Ho & Springer,″Mac−1 Antigen:Quantitative Expression in Macrophage Populations and Tissues, and Immunofluorescent Localization in Spleen,″J.Immunol.128(5):2281−2286(1982)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、LukABによって標的化される細胞の全てで発現され(Dumont et al.,″Characterization of a New Cytotoxin That Contributes to Staphylococcus aureus Pathogenesis,″Mol.Microbiol.79(3):814−825(2011)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、貪食、細胞活性化、細胞媒介性殺滅、および化学走性等の複数の細胞機能に関与する(Solovjov et al.,″Distinct Roles for the Alpha and Beta Subunits in the Functions of Integrin AlphaMbeta2,″J.Biol.Chem.280(2):1336−1345(2005)、Hynes R.O.,″Integrins:Bidirectional, Allosteric Signaling Machines,″Cell 110(6):673−687(2002)、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる)。本研究は、細胞外黄色ブドウ球菌および貪食された黄色ブドウ球菌の両方が、LukABを用いて、CD11bを標的化することにより、感染中にPMN損傷を引き起こすことを実証する。CD11bが貪食された黄色ブドウ球菌を取り囲むという所見は、食胞からの黄色ブドウ球菌のLukAB媒介性脱出とCD11bを関連付ける。
ヒトCD11b IドメインのLukABの細胞標的としての特定は、この毒素によって呈される観察された種特異性についての説明を提供する。マウスCD11b Iドメインに対するLukABの親和性は、ヒトCD11b Iドメインに対して観察されたものよりも約8〜9log低く、以前に報告されたマウスPMNの感受性と相関する(Malachowa et al.,″Staphylococcus aureus Leukotoxin GH Promotes Inflammation,″J.Infect.Dis.206(8):1185−1193(2012)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。結合親和性の差は、アミノ酸配列アラインメントに基づくこれら2つの種からのIドメイン間の発散配列相同性によって説明される可能性が最も高く、これにより、2つのIドメイン間の78.1%の同一性が得られた。特に、USA300がlukABをインビボでマウス膿瘍において発現すること、および該毒素が、マウス腎膿瘍モデルにおける感染プロセスおよび細菌負荷の両方に寄与することが観察された(Dumont et al.,″Characterization of a New Cytotoxin That Contributes to Staphylococcus aureus Pathogenesis,″Mol.Microbiol.79(3):814−825(2011)、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。LukABは、この腎膿瘍形成マウスモデルにおいて役割を果たすが、ヒトPMNと比較して、マウスPMNのこの毒素への顕著な耐性は、マウスモデルが、ヒトにおける黄色ブドウ球菌病理生物学に対するLukABの真の寄与を過小評価することを示唆する。黄色ブドウ球菌によって生成される漸増する数の毒性因子(例えば、超抗原、CHIPS、PVL、LukAB)の種特異的活性は(Vandenesch et al.,″Staphylococcus aureus Hemolysins,Bi−Component Leukocidins,and Cytolytic Peptides:A Redundant Arsenal of Membrane−Damaging Virulence Factors?″Front Cell Infect.Microbiol.2:12 (2012)、Rooijakkers et al.,″Staphylococcal Innate Immune Evasion,″Trends Microbiol.13(12):596−601(2005)、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる)、黄色ブドウ球菌の病原性を研究するために現在用いられている動物モデルの制限を強調する。したがって、改善された動物モデルは、黄色ブドウ球菌の完全な毒性能力を理解するために重要であり、これは、この重要なヒト病原体に効くことができる有効な薬物の開発に不可欠である。
本発明は、例示の目的で詳述されたが、そのような詳細は単にその目的のためであり、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者はそこに変更を行うことができることが理解される。

Claims (38)

  1. 対象における黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置する方法であって、
    黄色ブドウ球菌感染を有するか、または有する危険性のある対象を選択することと、
    前記対象における黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに有効な条件の下で、CD11b阻害剤を前記選択された対象に投与することと、を含む、方法。
  2. 前記黄色ブドウ球菌感染が、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)感染またはメチシリン感受性黄色ブドウ球菌(MSSA)感染である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記CD11b阻害剤が、タンパク質またはペプチド阻害剤を含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記CD11b阻害剤が、組換え好中球阻害因子(rNIF)である、請求項3に記載の方法。
  5. 前記CD11b阻害剤が、LukAB受容体結合ドメインを含む組換え可溶性タンパク質またはペプチドである、請求項3に記載の方法。
  6. 前記組換え可溶性タンパク質またはペプチドが、SEQ ID NO:2の残基147〜337に対応するアミノ酸配列を含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記CD11b阻害剤が、CD11b特異的抗体である、請求項1に記載の方法。
  8. 前記CD11b特異的抗体が、CD11bのIドメインに結合する、請求項7に記載の方法。
  9. 前記CD11b阻害剤が、小分子阻害剤である、請求項1に記載の方法。
  10. 前記CD11b阻害剤が、2−[4−(3,4−ジヒドロ−2H−キノリン−1−イル)−ブタ−1,3−ジエニル]−1−チルナフト[1,2−d]チアゾール−1−イウム;クロリド、1−エチル−2−/3−/1−エチルベンゾチアゾリン−2−イリジエン/プロペニル/−チアゾリウム,ヨージド、およびそれらの誘導体からなる群から選択される、請求項9に記載の方法。
  11. 前記選択された対象に、前記CD11b阻害剤と併せて、抗感染剤、抗生物質、および抗菌剤からなる群から選択される薬剤を投与することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  12. 黄色ブドウ球菌感染から生じる状態が、処置または予防され、前記状態が、皮膚創傷および感染、組織膿瘍、毛包炎、骨髄炎、肺炎、熱傷様皮膚症候群、敗血症、化膿性関節炎、心筋炎、心内膜炎、ならびに毒素性ショック症候群からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  13. 前記投与が、経口的に、吸入によって、鼻腔内滴下によって、局所的に、経皮的に、非経口的に、皮下に、静脈内注射、動脈内注射、筋肉内注射、胸膜内に、腹腔内に、または粘膜への適用によって行われる、請求項1に記載の方法。
  14. 前記投与を繰り返すことをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  15. 前記対象が、乳幼児、若年者、または成人である、請求項1に記載の方法。
  16. 前記対象が、免疫無防備状態の乳幼児、若年者、または成人である、請求項1に記載の方法。
  17. 前記黄色ブドウ球菌感染および/または前記黄色ブドウ球菌感染から生じる状態が予防される、請求項1に記載の方法。
  18. 前記黄色ブドウ球菌感染および/または前記黄色ブドウ球菌感染から生じる状態が処置される、請求項1に記載の方法。
  19. ゲノムが安定的に組み込まれた発現構築物を含む、トランスジェニック非ヒト動物であって、前記発現構築物が、ヒトCD11bをコードするポリヌクレオチド配列を含む、トランスジェニック非ヒト動物。
  20. 前記発現構築物が、ヒトCD11bをコードする前記ポリヌクレオチド配列に機能的に連結された白血球特異的プロモーターをさらに含む、請求項19に記載のトランスジェニック非ヒト動物。
  21. 前記動物が、齧歯類である、請求項19に記載のトランスジェニック非ヒト動物。
  22. 前記動物が、マウスである、請求項19に記載のトランスジェニック非ヒト動物。
  23. 黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した候補化合物を特定する方法であって、
    候補化合物のコレクションを提供することと、
    請求項19に記載のトランスジェニック非ヒト動物を、LukAB媒介性白血球死を誘導することができる作用物質に曝露することと、
    前記コレクションからの1つ以上の候補化合物を、前記トランスジェニック動物に投与することと、
    前記1つ以上の候補化合物が投与された前記トランスジェニック動物におけるLukAB媒介性白血球死のレベルを測定することと、
    前記1つ以上の候補化合物が投与された前記トランスジェニック動物における前記LukAB媒介性白血球死のレベルを、前記1つ以上の候補化合物が投与されなかったトランスジェニック動物におけるLukAB媒介性白血球死の対照レベルと比較することと、
    前記比較に基づき、前記対照レベルと比較して前記トランスジェニック動物における前記LukAB媒介性白血球死のレベルを低減する前記コレクションの候補化合物を、黄色ブドウ球菌および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した化合物として特定することと、を含む、方法。
  24. 前記作用物質が、黄色ブドウ球菌である、請求項23に記載の方法。
  25. 前記作用物質が、単離された黄色ブドウ球菌LukABタンパク質を含む、請求項23に記載の方法。
  26. 前記作用物質が、組換えにより生成されたLukABタンパク質を含む、請求項23に記載の方法。
  27. 前記投与が、前記曝露の前に行われる、請求項23に記載の方法。
  28. 前記投与が、前記曝露の後に行われる、請求項23に記載の方法。
  29. 黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した候補化合物を特定する方法であって、
    候補化合物のコレクションを提供することと、
    請求項19に記載のトランスジェニック非ヒト動物を黄色ブドウ球菌に曝露することと、
    前記コレクションからの1つ以上の候補化合物を、前記トランスジェニック動物に投与することと、
    前記1つ以上の候補化合物が投与された前記トランスジェニック動物における黄色ブドウ球菌感染レベルを測定することと、
    前記1つ以上の候補化合物が投与された前記トランスジェニック動物における前記黄色ブドウ球菌感染レベルを、前記1つ以上の候補化合物が投与されていないトランスジェニック動物における対照黄色ブドウ球菌感染レベルと比較することと、
    前記比較に基づき、前記対照黄色ブドウ球菌感染レベルと比較して前記トランスジェニック動物における黄色ブドウ球菌感染レベルを低減する候補化合物を、黄色ブドウ球菌および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置するのに適した化合物として特定することと、を含む、方法。
  30. 前記投与が、前記曝露の前に行われる、請求項29に記載の方法。
  31. 前記投与が、前記曝露の後に行われる、請求項29に記載の方法。
  32. 黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる化合物を特定する方法であって、
    候補化合物のコレクションを提供することと、
    ヒトCD11bを発現する細胞の集団を提供することと、
    前記細胞の集団をLukAB媒介性細胞毒性を誘導することができる作用物質で処置することと、
    前記処置された細胞の集団を、前記候補化合物のコレクションからの1つ以上の候補化合物と接触させることと、
    前記1つ以上の候補化合物の存在下および非存在下で、前記処置された細胞の集団におけるLukAB媒介性細胞毒性レベルを測定することと、
    前記1つ以上の候補化合物の存在下と非存在下とで、前記測定されたLukAB媒介性細胞毒性レベルを比較することと、
    前記比較に基づき、候補化合物を特定することであって、前記1つ以上の候補化合物の非存在下と比較して、前記1つ以上の候補化合物の存在下での前記LukAB媒介性細胞毒性レベルの減少により、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる1つ以上の化合物が特定される、ことと、を含む、方法。
  33. 細胞毒性の標識マーカーを提供することと、
    前記ヒトCD11bを発現する細胞の集団を、前記処置中に前記細胞毒性の標識マーカーに曝露することと、
    前記細胞毒性の標識マーカーを検出することであって、前記細胞集団におけるLukAB媒介性細胞毒性レベルの前記測定が、前記検出に基づいている、ことと、をさらに含む、請求項32に記載の方法。
  34. 前記細胞毒性の標識マーカーが、細胞生死判別色素、細胞不透過性色素、および/または細胞溶解のマーカーを含む、請求項33に記載の方法。
  35. 前記ヒトCD11bを発現する細胞が、白血球である、請求項32に記載の方法。
  36. 前記ヒトCD11bを発現する細胞が、ヒトCD11bおよび/またはCD11b/CD18を発現するように操作されたヒトまたは非ヒト有核細胞である、請求項32に記載の方法。
  37. 黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる候補化合物を特定する方法であって、
    候補化合物のコレクションを提供することと、
    LukAB結合ドメインを含む単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントを提供することと、
    前記単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントを、標識LukA、LukB、および/または標識LukABタンパク質を含む作用物質で処置することと、
    前記処置された、単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントを、前記コレクションからの1つ以上の候補化合物と接触させることと、
    1つ以上の候補化合物の存在下および非存在下での、前記単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントへの前記標識LukA、LukB、および/または標識LukABの結合レベルを測定することと、
    前記1つ以上の候補化合物の存在下と非存在下とで、前記単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントへの前記LukA、LukB、および/またはLukABの結合レベルを比較することと、
    前記比較に基づいて、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができる1つ以上の候補化合物を特定することと、を含む、方法。
  38. 前記1つ以上の候補化合物の非存在下と比較して、前記1つ以上の候補化合物の存在下での前記単離されたCD11b受容体またはそのフラグメントへのLukA、LukB、および/またはLukAB結合の減少により、前記1つ以上の候補化合物が、黄色ブドウ球菌感染および/または黄色ブドウ球菌感染から生じる状態を予防または処置することができるとして特定される、請求項37に記載の方法。
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