JP2016540763A - 最適な体重及び血糖を維持するための新規ポリペプチドホルモンの同定 - Google Patents
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Abstract
Description
I.アスプロシン
STNETDASNIEDQSETEANVSLASWDVEKTAIFAFNISHVSNKVRILELLPALTTLTNHNRYLIESGNEDGFFKINQKEGISYLHFTKKKPVAGTYSLQISSTPLYKKKELNQLEDKYDKDYLSGELGDNLKMKIQVLLH。アスプロシンは、ヒト細胞から単離することができ、従ってもはや天然ではない、又は特定の実施形態において、それは組換えであってもよい。本明細書で称される通り、配列番号1の天然の配列が、組換え手段によって生成される場合、得られたポリペプチドは、組換えアスプロシンと称することができる。組換えアスプロシンの別の例の配列は、標識又はタグを含む。例えば、大腸菌(E.coli)における翻訳のための開始コドンを含むようにN末端のメチオニンを伴って結合しているHisタグ(配列番号2)は、以下の通りである:
MHHHHHHSTNETDASNIEDQSETEANVSLASWDVEKTAIFAFNISHVSNKVRILELLPALTTLTNHNRYLIESGNEDGFFKINQKEGISYLHFTKKKPVAGTYSLQISSTPLYKKKELNQLEDKYDKDYLSGELGDNLKMKIQVLLH。アスプロシンの実施形態は、機能的誘導体若しくはその機能的フラグメントを含み、有効量を与えたときに哺乳動物個体の食欲を増加させ及び/又は体重を増やす能力を有する場合、その誘導体若しくはフラグメントは機能的であると考え得る。そのような活性は、例えば脂肪量の増加を評価するためのMRIスキャン又は体重計を使用する体重の測定を含めた任意の適切な手段によって測定することができる。特定の実施形態において、例えばin vitroでの脂肪細胞分化の促進をアッセイすることによって、機能的活性を評価することができる。特定の実施形態において、アスプロシン又は機能的フラグメント若しくは機能的誘導体は、可溶性である。アスプロシン又は機能的フラグメント若しくは機能的誘導体は、融合タンパク質に含まれることができる。
アスプロシンの生物学的機能的等価物は、「野生型」又は標準的なタンパク質をコードするする能力を保持すると同時に固有の配列を含有するように操作されたポリヌクレオチドから産生することができる。これは、遺伝暗号の変質、即ち、同じアミノ酸をコードする複数のコドンの存在によって達成することができる。一例において、当業者は、ポリヌクレオチドがタンパク質をコードする能力を損なうことなくそのポリヌクレオチドに制限酵素認識配列を導入したいと思うことができる。
本発明は、多くの態様において、適切なポリヌクレオチドの転写及び翻訳による、細胞でのペプチド並びにポリペプチドの合成を利用する。これらのペプチド並びにポリペプチドは、20種「天然の」アミノ酸及びその翻訳後修飾を含むことになる。しかしながら、in vitroペプチド合成は、修飾及び/又は異常アミノ酸の使用を可能にする。例示的な修飾及び/又は異常アミノ酸は、当技術分野において公知であるが、それに限定されない。
上述の生物学的機能的等価物に加えて、本発明者らは、構造的若しくは機能的に類似の化合物を製剤化して、本発明のペプチド又はポリペプチドの重要な部分を模倣できることも考える。ペプチド模倣体と称されることがあるそのような化合物は、本発明のペプチドと同じ様式で使用することができ、それ故に、また機能的等価物である。特定の実施形態において、模倣体は、アスプロシンのβプリーツを1つ又は複数含む。
本開示の実施形態は、アスプロシンの、1つ又は複数のインヒビターを含む。特定の実施形態において、ある場合にはインヒビターは抗体でないが、インヒビターは抗体である。特定の実施形態において、インヒビターは、1つ又は複数の小分子、1つ又は複数のアプタマー、1つ又は複数の非抗体ファージディスプレイ由来ペプチド、その組合せなどであってもよい。特定の実施形態において、アスプロシンのインヒビターは、アスプロシンに特異的に結合し、それを不活性化する。特定の実施形態において、インヒビターは可溶性である。いくつかの実施形態において、アスプロシンの可溶性受容体媒介阻害の方法及び組成物がある。特定の実施形態において、RNAi及び/又はマイクロRNA媒介阻害を利用することができ、例えば、特定の実施形態において、アスプロシンは、FBN1から分離して自身の転写単位を有する。
一般にアスプロシンに対するポリクローナル抗体は、アスプロシン若しくはそのフラグメント及びアジュバントの複数回の皮下(sc)又は腹膜内(ip)注射により、動物に産生させることができる。二官能性又は誘導体化剤、例えばマレイミドベンゾイルスルホスクシンイミドエステル(システイン残基を介するコンジュゲーション)、N−ヒドロキシスクシンイミド(リジン残基を介する)、グルタルアルデヒド、無水コハク酸、SOCl2又はR1N=C=NR(式中、R及びR1は、異なるアルキル基である)を使用して、標的アミノ酸配列を含有するアスプロシン若しくはフラグメントを、免疫される種において免疫原性であるタンパク質、例えばスカシガイヘモシアニン、血清アルブミン、ウシサイログロブリン又は大豆トリプシンインヒビターにコンジュゲートすることは有用であり得る。
特定の実施形態において、モノクローナル抗体は、個体において体重を減らすために使用するアスプロシンのインヒビターとして生成し、利用することができる。モノクローナル抗体のための免疫原は、アスプロシンポリペプチド全長であることができ、又はそのフラグメントであってもよい。モノクローナル抗体の生成に利用できる免疫原の例示的な配列は、以下の通りである:
非ヒト抗体をヒト化する方法は、当技術分野において周知である。一般に、ヒト化抗体は、非ヒトである供給源から導入されたアミノ酸残基を1つ又は複数有する。これらの非ヒトアミノ酸残基を、「移入」(import)可変ドメインから一般に取り出される「移入」残基としばしば称する。ヒト化は、Winter及び共同研究者(Jonesら、Nature 321、522〜525頁[1986年];Riechmannら、Nature 332、323〜327頁[1988年];Verhoeyenら、Science 239、1534〜1536頁[1988年])の方法に従って齧歯類CDR又はCDR配列をヒト抗体の対応する配列で置換することにより基本的に実行することができる。従って、そのような「ヒト化」抗体は、キメラ抗体(Cabilly、上記)であり、完全なヒト可変ドメインより実質的に少ないドメインが、非ヒト種由来の対応する配列によって置換されている。実際に、一般にヒト化抗体は、いくつかのCDR残基及び場合によりいくつかのFRの残基が齧歯類抗体中の類似部位由来の残基によって置換されているヒト抗体である。
ヒトモノクローナル抗体は、ハイブリドーマ方法によって作製することができる。ヒトモノクローナル抗体を産生するためのヒト骨髄腫及びマウスヒトヘテロ骨髄腫細胞系については、例えば、Kozbor、J.Immunol.133、3001頁(1984年)、及びBrodeur、ら、Monoclonal Antibody Production Techniques and Applications、51〜63頁(Marcel Dekker、Inc.New York、1987年)に記述されている。
二重特異性抗体は、少なくとも2つの異なる抗原に対する結合特異性を有するモノクローナル、好ましくはヒト又はヒト化抗体である。この場合、結合特異性の1方は、アスプロシンに対してであり、他方は、他の任意の抗原、好ましくは別の受容体又は受容体サブユニットに対してである。例えば、アスプロシン及びアスプロシン受容体又は異なる2つのアスプロシン受容体を特異的に結合する二重特異性抗体は、本発明の範囲内である。
ヘテロコンジュゲート抗体も、本発明の範囲内である。ヘテロコンジュゲート抗体は、2つの共有結合した抗体からなる。そのような抗体は、例えば、不要な細胞へ免疫系細胞を標的すること(米国特許第4,676,980号)、及びHIV感染の治療(PCT出願公開番号WO91/00360及びWO92/200373;欧州特許第03089号)に提唱された。ヘテロコンジュゲート抗体は、任意の都合のいい架橋方法を使用して作製することができる。適切な架橋剤は当技術分野において周知であり、米国特許第4,676,980号においていくつかの架橋技術と一緒に開示されている。
本開示の実施形態は、体重増進を必要とする個体において体重を増加させる方法及び組成物を含む。個体は、例えば脂肪量の増加を必要とする場合がある。個体は、病状若しくは病態を含めた様々な理由又は別の理由により体重増進を必要とする場合がある。個体が、病状により低体重である場合、病状は、遺伝的な状態である場合もそうでない場合もあり、又は遺伝性の状態である場合もそうでない場合もある。特定の実施形態において、低体重の原因は、遺伝、代謝及び/又は疾患によるものであり得る。特定の実施形態において、病状は、症状として低体重である。いくつかの場合において、低体重になる症状は、その病状の全ての個体に存在するが、その病状の全てではない個体に存在する場合もある。低体重になる症状は、脂肪代謝調節、脂肪貯蔵及び炎症過程と関係のある経路の異常による場合があるが、いくつかの場合には、低体重は、脂肪代謝調節、脂肪貯蔵及び炎症過程と直接関係しない。個体は、いくつかの場合には、新生児早老症様症候群、マルファン症候群、HIV感染、甲状腺機能亢進症、癌、結核、胃腸若しくは肝臓問題、医薬副作用、又は神経性食欲不振症若しくは神経性過食症などの精神病により低体重になる場合がある。例えば、悪液質を有する個体は、本開示の方法及び組成物に供することができる。悪液質は、例えば、癌、AIDS、慢性閉塞性肺疾患、多発性硬化症、うっ血性心不全、結核、家族性アミロイド多発神経障害、水銀中毒、ホルモン不全症などを含めた任意の理由の結果であり得る。
本開示の実施形態において、個体は、その体重を測定する及び/若しくはそのBMIを測定する並びに/又は脂肪量の測定のためにMRI及び/若しくは二重エネルギーX線吸収測定(DEXA)スキャンを行うなどによって体重増進を必要とするか決定される。個体は、体重増進を必要とすることが公知である又は体重増進が必要になる疑いがある若しくは体重増進が必要になるリスクがある場合がある。個体は、体重増進を必要とすることを自身で決定してもよく、及び/又は適切な開業医によって決定されてもよい。
本開示の実施形態は、体重減少を必要とする個体において体重を低下させる方法及び組成物を含む。個体は、例えば脂肪量の低下を必要とする場合がある。個体は、病状若しくは病態を含めた様々な理由又は別の理由により体重減少を必要とする場合がある。個体が、病状により体重減少を必要とする場合、病状は、遺伝的な状態である場合もそうでない場合もあり、及び遺伝性の状態である場合もそうでない場合もある。体重減少を必要とする原因は、遺伝、代謝及び/又は病気によるものであり得る。特定の実施形態において、病状は、症状として過体重又は肥満である。いくつかの場合において、過体重又は肥満になる症状は、その病状の全ての個体に存在するが、その病状の全てではない個体に存在する場合もある。過体重又は肥満になる症状は、脂肪代謝調節、脂肪貯蔵及び炎症過程と関係のある経路の異常による場合があるが、いくつかの場合には、過体重又は肥満は、脂肪代謝調節、脂肪貯蔵及び炎症過程と直接関係しない。個体は、糖尿病;甲状腺機能低下;メタボリックシンドロームを含めた代謝障害;医薬物による副作用;アルコール中毒;摂食障害;睡眠不足;運動不足;坐業的な生活様式;栄養不足;依存症停止;及び/又はストレスのせいで過体重若しくは肥満である場合があるが;いくつかの実施形態において、そのような状態は過体重又は肥満の結果である。
本開示の実施形態において、個体は、その体重を測定する及び/若しくはそのBMIを測定する並びに/又は脂肪量の判定のためにMRI及び/若しくはDEXAスキャンを行うなどによって体重減少を必要とするか決定される。個体は、体重減少を必要とすることが公知である又は体重減少が必要になる疑いがある若しくは体重減少が必要になるリスクがある場合がある。個体は、体重減少を必要とすることを自身で決定してもよく、及び/又は適切な開業医によって決定されてもよい。
特定の実施形態において、個体は、体内(例えば血漿中を含める)のアスプロシンのレベルに基づいて体重の増加が必要であると診断される又は体重の増加を必要としやすいと診断される。適切なサンプルは、個体から得ることができ、サンプルを得た当事者又は第3の当事者によって加工することができる。サンプルは、分析の前に適切な条件下で保管及び/又は運搬されることができる。特定の実施形態において、アスプロシンのレベルが特定のレベルより低いことが決定される場合、個体が、体重増進を必要とすることが公知である又は体重増進が必要になりやすいことが公知であり、適切な量のアスプロシン又はその機能的フラグメント若しくは機能的誘導体を個体に与える。特定の実施形態において、診断は、個体が体重増進を必要とする若しくは体重増進が必要になりやすいことを同定するためではなく、むしろ体重増進が必要になる又はそれに感受性になる原因を同定するために、アスプロシンレベルに基づいて行われる。
本発明の医薬組成物は、薬学的に許容できる担体に溶解若しくは分散させた1つ若しくは複数のアスプロシン(又は機能的フラグメント又は機能的誘導体)又は1つ若しくは複数のアスプロシンインヒビターを有効量含む。句「薬学的又は薬理学的に許容できる」とは、必要に応じて例えばヒトなどの動物に投与した場合に、副、アレルギー又は他の有害反応を生じない分子的実体及び組成物のことを指す。Remington:The Science and Practice of Pharmacy、第21版 Lippincott Williams及びWilkins、2005年に例示されるように、少なくとも1つのアスプロシン(又は機能的フラグメント又は機能的誘導体)又は少なくとも1つのアスプロシンインヒビターを含有する医薬組成物の調製は、本開示に照らして当業者に公知になり、参照により本明細書に組み込む。更に、動物(例えば、ヒト)投与の場合、調製物は、FDA Office of Biological standards(FDA Office of Biological standards)による要求に応じて無菌性、発熱性、一般的な安全性及び純度水準を満たすべきであることは理解されよう。
本発明の好ましい実施形態において、アスプロシン(又は機能的フラグメント又は機能的誘導体)又はアスプロシンインヒビターは、消化性経路によって投与するために製剤化される。消化性経路とは、組成物が消化管と直接接触する投与の考え得る全ての経路を含む。特に、本明細書に開示する医薬組成物は、経口、頬側、直腸又は舌下に投与することができる。従って、これらの組成物を、不活性希釈剤若しくは吸収可能な食用担体と共に製剤化することができ、又はそれらを堅い又は柔らかい殻のゼラチンカプセルに封入することができ、又はそれらを錠剤に圧縮することができ、又はそれらを治療食の食物に直接入れることができる。
更なる実施形態において、アスプロシン(又は機能的フラグメント又は機能的誘導体)又はアスプロシンインヒビターは、非経口経路によって投与することができる。本明細書で使用される場合、用語「非経口的」は、消化管を迂回する経路を含む。特に、本明細書に開示する医薬組成物は、例えば、それだけには限らないが、静脈内、皮内、筋肉内、動脈内、くも膜下腔内、皮下、又は腹膜内に投与することができる、米国特許第6,7537,514号、第6,613,308号、第5,466,468号、第5,543,158号;第5,641,515号;及び第5,399,363号(各々を特に参照によりその全体を本明細書に組み込む)。
本発明の他の好ましい実施形態において、活性化合物アスプロシン(又は機能的フラグメント又は機能的誘導体)又はアスプロシンインヒビターは、様々な多岐にわたる経路、例えば局所(即ち、経皮的)投与、粘膜投与(鼻腔内、膣等)及び/若しくは吸入による投与用として製剤化することができる。
本明細書に記述される組成物のいずれかが、キットに含まれ得る。非限定的な例において、アスプロシン(又は機能的フラグメント若しくは機能的誘導体)及び/又はアスプロシンインヒビターが、キットに含まれ得る。従ってキットは、適切な容器手段中に、アスプロシン(又は機能的フラグメント若しくは機能的誘導体)及び/又はアスプロシンインヒビターを含むことになる。
最適な脂肪量を維持するために重要な脂肪由来ポリペプチドホルモン
新生児早老症様症候群(NPS)関連脂肪異栄養症
NPSは、顔面及び四肢に主に影響を及ぼす皮下脂肪組織の減少による先天性のるい痩によって特徴づけられる(Hou、ら、2009年;O’Neill、ら、2007年)。表現型は、皮下脂肪の不足によりやせた表皮及び浮き出た脈管構造により出生時に(及び子宮内成長遅延として出生前でも)一般に明らかである(O’Neill、ら、2007年)。患者は、全ての年齢で、年齢における正常より、標準偏差の数倍だけ低い肥満指数(BMI)を示す(O’Neill、ら、2007年)。NPS患者は、顔面異形の特徴及び皮下脂肪の減少ため早老性のように見えるが、白内障、若白髪又はインスリン抵抗性など真性の早老症の通常の特徴を有さない(O’Neill、ら、2007年)。臨床検査によって、2名の個体をNPSと同定し、そのるい痩表現型を駆動する機序が本明細書において特徴づけられる。両方の患者のBMIは極度に低く(図1b)、臀筋範囲を相対的に残して顔面及び四肢に主に影響を及ぼす皮下脂肪の減少を肉眼的に示す(図1a)。両方の患者の空腹時血漿グルコース及びインスリンレベルが正常なことは、その患者のインスリン感受性及びグルコース処理が正常であることを示唆する(O’Neill、ら、2007年)。その患者が、家族でただ一人の罹患したメンバーであることから、潜在的de novo突然変異又は劣性遺伝であることがまず示唆される(図1b)。
全エキソーム及びサンガー配列決定の組合せにより、両方の患者のFBN1遺伝子におけるde novoヘテロ接合性、3’突然変異が同定された(図1b、1c)。類似の症例に関する文献検索により、同一の表現型とFBN1 3’トランケーション突然変異の両方について記述している5つの症例報告が発見された(Graul−Neumann、ら、2010年;Horn及びRobinson、ら、2011年;Goldblatt、ら、2011年;Takenouschi、ら、2013年;Jacquinet、ら、2014年)。7例全ての患者(本開示のそれを含む)が、NPSと診断され、全員が、およそ8600塩基対のコード領域の71塩基対区分内にトランケーション突然変異を有していた(図1c)。最後から2番目のエクソンの3’ 50ヌクレオチドに起こる突然変異の7つ全て(図1c)で、ナンセンス変異依存分解が回避されており、フレームシフトによりフィブリリン−1タンパク質のC末端トランケーションを生ずると予測される(図1d)。FBN1は、眼、大動脈など大血管及び骨格に一般に影響を及ぼす結合組織障害であるマルファン症候群と関連する遺伝子である(Pyeritz、ら、2009年)。患者は、一般に長身で、痩せており、その高さと比較して指端距離が長い(Pyeritz、ら、2009年)。本開示の患者は、古典的なマルファン症候群患者と大きく異なるように見えたが、注意深い身体的検査により、本開示の患者においてマルファン症候群の診断のための改定されたGhent疾病分類に基づくマルファン症候群の特徴のを有することが分かった(Loeys、ら、2010年)。これは、FBN1に3’突然変異を持つNPSに関連する、公開されている5つの症例報告によって確証された(Graul−Neumann、ら、2010年;Horn及びRobinson、ら、2011年;Goldblatt、ら、2011年;Takenouschi、ら、2013年;Jacquinet、ら、2014年)。従って、これらのNPS患者は、マルファン症候群の表現型(脈管、眼、骨格の特徴)と部分的な脂肪異栄養とを兼ね備える。脂肪異栄養は、NPS患者に固有の外見を与えるため、関連するマルファン症候群を診断する作業が相対的に難しい。これにより、これら患者においてFBN1突然変異が同定されるまでの数十年にわたって、NPSが、マルファン症候群とつながりのないそれ自身の固有の臨床的存在であると記述されいた理由が説明できる(OMIM 264090)。フィブリリン−1は、モジュラータンパク質であり、その中で異なるモジュールに影響を及ぼす突然変異が、異なる表現型(マルファン症候群、先端短肢異形成症、幸福顔貌骨異形成症、スティッフスキン症候群[Stiff skin syndrome]、ヴェィユ−マルケサーニ症候群)をもたらす(Pyeritz、ら、2009年;Davis、ら、2012年)。従って、更に別の症候群とフィブリリン−1突然変異との関連は、意外でない。臨床及び分子診断の確定により、本実施例は、フィブリリン−1 C末端トランケーション突然変異が脂肪異栄養をもたらす機序を解明する。
FBN1は、皮下脂肪の減少したNPS表現型と一致して、ヒト脂肪組織において高レベルで発現する(Biogps.org、ホモサピエンスプローブセット:202765_s_at)。マウスにおいて、Fbn1は、褐色脂肪組織及び骨格筋と比較して白色脂肪組織において特異的に発現する(図2a)。脂肪細胞へのヒト前脂肪細胞の分化は、FBN1発現の増加をもたらした(図2b)、一方で高脂肪食に数週間曝露したマウスにおいて鼠径部脂肪組織におけるFbn1発現の減少が、観察された(図2c)。
フィブリリン−1は、2871アミノ酸プロタンパク質として作製され、細胞から分泌され、フーリンと呼ばれる細胞外プロテアーゼによってC末端で切断される(Milewicz、ら、1995年;Ritty、ら、1999年;Raghunath、ら、1999年;Wallis、ら、2003年)。これにより、140アミノ酸のC末端切断産物(CTポリペプチド)が放出され、細胞外基質成分として働く成熟フィブリリン−1が得られる(Milewicz、ら、1995年;Ritty、ら、1999年;Raghunath、ら、1999年;Wallis、ら、2003年)。7つ全てのNPS突然変異は、切断部位の周りに集中しており、CTポリペプチドにヘテロ接合性の欠失を生じる(図1d)。CTポリペプチドは、タンパク質の他の部分と比較して最も高い進化的な保存性を示し、他の種と比較した場合、生物学的に重要な役割を示唆する(図3a、3b)。正常な生理的条件下で、CTポリペプチドは、安定なままであり、NPS表現型に関連して独立した機能を有すると考えられた。ウェスタンブロッティングにより、ヒト及びマウスの血漿において固有の、少しの16kDa交差反応実体の存在が確認された(図3c、3d)。肥満マウス及びヒトからの血漿を使用すると、両方の種においてCTポリペプチドのレベルが、体脂肪蓄積に比例していることが判明した(図3c、3d)。FBN1は、白色脂肪組織において高発現し、NPS表現型は、白色脂肪量の減少によって臨床的に区別されるので、CTポリペプチドは、ギリシア語の「白」であるAsprosに因んでアスプロシンと命名された。
NPS突然変異の影響を、NPS患者及び非罹患の対照対象の皮膚線維芽細胞を使用してin vitroで細胞の脂肪生成分化に関して試験した。細胞を、いくつかの転写因子及び脂肪特異的遺伝子の発現の増加を誘導する脂肪生成誘導カクテルに7日間曝露した(Jaager、ら、2012年)。WT細胞と比較して、NPS変異体線維芽細胞は、脂肪生成分化が著しく損なわれていた(図4a)。この異常は、WT FBN1又は分泌形態のアスプロシンのいずれかの過剰発現によってレスキューできるが(図4d)、シグナルペプチド無しで発現し結果として細胞内にトラップされるアスプロシンではレスキューされない(図4c、4e、4f)。アスプロシンの脂肪生成効果が作用するのが細胞外であることを確認するために、組換えアスプロシンを、大腸菌に生成させた。培地への組換えアスプロシンの添加は、WT細胞における脂肪生成分化を促進し(図4g)、NPS変異体細胞における脂肪生成異常をレスキューするのに十分であった(図4h)。
先ずはin vivoでのアスプロシンの効果を試験するために、それを、標準的な食事を給餌したWTマウスにおいてCMVプロモーターの制御下にWT FBN1又はGFPのcDNAを保有するアデノウイルスを使用して肝臓で発現させた。大量のアスプロシンが、FBN1アデノウイルスに曝露したマウスの循環血液中に存在していた(図7)ことは、肝臓によるプロフィブリリンの正しい分泌及び切断を示唆した。アデノウイルス注射の10日後、マウスに対するMRIスキャンは、循環アスプロシンがより多いマウスにおいて2.5倍の脂肪量の増加を示したが(図5a)、非脂肪量に変化はなかった(図5b)。そのようなマウスの体重は、対照マウスのそれと比べて比例して増加した(図5c)。
極度に無脂肪であることに加えて、NPS患者は、インスリン感受性でもある(O’Neill、ら、2007年)。過度の循環アスプロシンに曝露したマウスの反対の生理的プロファイルは、NPS表現型が、循環アスプロシンレベルの減少による可能性があることを裏付ける。そのヘテロ接合遺伝子型からは、NPS患者が、非罹患の対照と比較して半分の循環アスプロシンを有するはずであることが予測されるが、これらの患者において循環アスプロシンは検出できなかった(図6a)。CTポリペプチドは、細胞からのプロフィブリリン分泌に必要であることが最近示された(Jensen、ら、2014年)。その非存在下では、ナンセンス変異依存分解を回避した、トランケートされたプロフィブリリンは、細胞内にトラップされたままである(Jensen、ら、2014年)。従って、NPSにおける変異体であるトランケートされたプロフィブリリンは、優性阻害様式で作用して、WT対立形質のプロフィブリリンの分泌を妨げると考えられた。これは、少なくとも、ナンセンス変異依存分解を受ける、又は遺伝子全体が欠失される(その両方ともトランケートされたプロフィブリリンを発現できない)、よりN末端側でのトランケーションがある患者において、NPS表現型が古典的なマルファン症候群と異なる理由も説明できる。この理論を試験するために、アスプロシンのレベルを、NPS細胞及びトランケートされたプロフィブリリン変異体の過剰発現があるWT細胞からの細胞培養培地でアッセイした。両方の例において、予想通り、培地中のアスプロシンレベルが著しく減少した(図6b、6d)。加えて、WT細胞における変異体プロフィブリリンの過剰発現が、培地へのフィブリリン−1分泌の量を減少させるのに十分だったことは、NPSで見られるマルファン症候群表現型に対する病因の優性阻害様式を示唆した(図13)。
研究対象及び倫理記載
ベイラー医科大学における施設内倫理委員会に承認された3つのプロトコールのうち1つの下で、参加の前に全ての対象からインフォームドコンセントを得た。
臨床医は、直接の既往歴、物理学的検査及び家族の既往歴の分析によって研究対象を評価した。医療記録及び注釈の形態で臨床情報を再検討した。これらの対象との問診は、電話によっても行った。家族を、患者と一緒に面談した。利用可能である場合はいつでも、以前の診断研究、手術の報告又は放射線学的研究からの報告を再検討した。インフォームドコンセントの後に、皮膚線維芽細胞を単離するための皮膚生検を、適当な麻酔及び一般的な予防措置下で実行した。
患者番号1及び彼女の両親からのゲノムDNAを、全エキソーム配列決定に供した(トリオ分析)。全エキソーム配列決定に利用される方法は、以前に詳細に記載されている(Lupski、ら、2013年)。要約すれば、ゲノムDNA 1mgを、Covarisプレート(Covaris、Inc.Woburn、MA)中で超音波処理により断片化した。ゲノムDNAサンプルを、記述されている通りIlluminaペアエンドライブラリに構築した(Lupski、ら、2013年)。前捕捉ライブラリを、BCM−HGSC CORE exome capture designと一緒にプールし、溶液中でハイブリダイズさせた(Bainbridge、ら、2011年)(52Mb、Nimble−Gen)。捕捉したDNAフラグメントを、1サンプルにつき9〜10Gb産生するIllumina HiSeq 2000プラットフォームで配列決定し、206以上の最少深度までカバーされる標的エキソーム塩基を平均90%達成した。
産生した配列リードを、HGSC Mercury分析パイプラインを使用してGRCh37(hg19)ヒトゲノム参照アセンブリにマップし、整列した。Atlas2スイートを使用してバリアントを決定し、コールして、バリアントコールファイル(VCF)を産生した高品質のバリアントを、組織内で開発したアノテーションツールのスイートを使用してアノテーションした。
患者番号2のゲノムDNAを、サンガー配列決定に供した。プライマー3を使用してFBN1遺伝子のイントロン−エクソン境界を含むエクソン65及び66を包含するようにプライマーを設計した。サンガーリードを、Lasergene Seqmanソフトウェアを使用して分析した。
10週齢の雄のWT C57/Bl6マウスを、全てのin vivo研究に使用した。マウスを、檻当たり2〜5匹で、12時間の明/12時間の暗周期で、飼料及び水への不断の接近ありで飼育した。尾静脈注射により、マウスを、アデノウイルス媒介遺伝子導入(マウス当たり1011個ウイルス粒子)に曝露した。皮下注射により、マウスに、2.6μM Hisタグ組換えアスプロシン又は組換えGFPを10日間、毎日注射した。ウイルス注入又はペプチド注射の10日間後にマウスを屠殺し、血漿及び様々な器官を摘出した。ベイラー医科大学動物飼育利用委員会は、全ての実験を承認した。
FBN1 cDNAを保有するアデノウイルスを、標準的なAd5ベクター系を使用してCMVプロモーターの制御下にFBN1コード領域をクローニングすることにより作った。対応するGFPアデノウイルスを、ベイラー医科大学ベクター開発コアから購入した。
ヒトFBN1(2732〜2871アミノ酸)cDNAを、クローニングし、大腸菌において発現させるためにpSPEプラスミドにその後サブクローニングした。大腸菌に発現させた融合タンパク質は、N末端に6個のアミノ酸Hisタグ及び140アミノ酸の野生型C末端FBN1(2732〜2871アミノ酸)から構成される長さ146アミノ酸である。HisタグGFPを、対照ポリペプチドとしてThermo Scientificから購入した。
身体組成を、ECHO−MRIシステム(Echo medical systems、Texas)で分析した。マウス血清を、心穿刺によって得られる血液から調製し、COBAS Integra 400 plus analyzer(Roche)で分析した。マウスレプチンELISAキット(Millipore)、NEFA C テストキット(Wako)、マウスアディポネクチンELISAキット(Millipore)及び血清/血漿トリグリセリド検出キット(Sigma)を使用することにより、血漿レプチン、FFA、アディポネクチン及びトリグリセリドレベルをそれぞれ測定した。
マウス鼠径部脂肪組織サンプルを、H&E染色のために10%ホルムアルデヒドに固定した。凍結肝臓をオイルレッドO染色に使用して、肝臓トリグリセリド含有量を評価した。
GTTの場合、空腹期間の6時間後に1.5gグルコース/kg体重の腹腔内注射を実行した。ITTの場合、空腹期間の4時間後にレギュラーインスリン(ヒューマリンR;0.75単位/kg体重)の腹腔内注射を投与した。血糖値を、血糖計(Life Scan)を使用して測定した。
WT FBN1(アミノ酸1〜2871)、140アミノ酸アスプロシン(アミノ酸2732〜2871)及びN末端で天然の27アミノ酸のFBN1シグナルペプチドと結合したアスプロシン(アミノ酸1〜27+アミノ酸2732〜2871)を、pCMV6−Neoベクター系を使用してCMVプロモーターの制御下にサブクローニングした。GFPを発現する同じベクター又は空のベクターを、対照として使用した。
NPS対象から単離したヒト皮膚線維芽細胞又は非罹患の対照対象由来WT皮膚線維芽細胞を、標準的なプロトコールを使用して脂肪生成分化に供した。脂肪生成を刺激するために、培地を2μMインスリン、1μMデキサメタゾン、0.25mMイソブチルメチルキサンチン及び10−7Mロシグリタゾンで7日間補充した。in vitro遺伝子導入には、発現プラスミドを用いる標準的なトランスフェクション方法を使用した。
標準的なRNA抽出手順(Qiagen製RNeasy Mini Kit)を利用した。逆転写を、製造者のプロトコールを使用してSuperscript IIIキット(Invitrogen)を使用して実施した。遺伝子発現分析の場合、QPCRを、Roche製配列特異的プライマー及びプローブ(Universal Probe Library)を使用して実行した。TBPを、全ての遺伝子発現アッセイの内部対照として使用した。ウェスタンブロッティングを、アスプロシンに対した作られたマウスモノクローナル抗体を使用して血漿又は細胞培養培地に対して標準的な方法を使用して実行し、その抗体はAbnova(カタログ番号H00002200−M01)から購入した。フィブリリン−1に対するマウスモノクローナル抗体を、Abcam(カタログ番号ab3090)から購入した。培地に対するウェスタンブロッティングの場合、細胞を7日間脂肪生成分化に供し、続いて誘導培地をMediatech製のCellgro ITS(インスリン、トランスフェリン、セレニウム)で補充した無血清DMEMで3日間置き換える。そのとき、ウェスタンブロッティングを始める前に、培地を、Amicon Ultra−2 Centrifugal filter unitを使用して濃縮した。
全ての結果を、平均±SEMとして示した。必要に応じて、P値を、対応のないスチューデントt−検定又はANOVAによって算出した。*P<0.05、**P<0.01及び***P<0.001。
フィブリリン−1 C末端ポリペプチドの機能獲得のin vivo影響の決定。
フィブリリン−1タンパク質は、50年前に同定された(Guba、ら、1964年)。細胞外基質の維持におけるその機能(特に大動脈平滑筋における)並びに健康及び疾患におけるその役割について多くが公知である(Davis及びSummers、ら、2012年;Reinhardt、ら、1995年)。その構造は「モジュール状」であることが知られており、つまり、タンパク質の異なる部分における突然変異が異なる臨床予後をもたらす。そのように、その突然変異は、マルファン症候群、先端短肢異形成症、幸福顔貌骨異形成症、スティッフスキン症候群及びヴェィユ−マルケサーニ症候群と関連する(Davis及びSummers、2012年)。全エキソーム配列決定及び既存の文献を使用して、それは、新生児早老症様症候群(NPS)として公知の稀な、るい痩障害とも関連する。
A.マウスにおいて組換えフィブリリン−1 C末端ポリペプチド及びGFPを注射する:
8週齢のC57/Bl6 WT及びPPARγヌル(脂肪異栄養症)マウスに、組換えC末端ポリペプチド又は組換えGFP 20μgを、皮下手法を使用して2日毎に合計5用量それぞれ注射する。組換えポリペプチドは、細菌発現その後の精製及びエンドトキシン除去を使用して以前に生成された。マウスにおける内在性血漿レベルを評価した予備データに基づいてそれぞれ20μgの用量を決定した。注射の10日後に、性別を一致させた各群のマウス8匹を全てのアッセイにおいて比較した。
マウスを麻酔し、体重及び長さを記録する。それらをDEXAアナライザ(Oosting、ら、2012年)に入れ、正確な測定スキャンを実行する前にスカウトスキャンを実行する。マウス当たりの照射線量を、300μSvでセットする。データの分析にあたって、対象の領域を定義する。分析は、頭部範囲を除く全身測定を含むことができる。ソフトウェアによりカウントデータを、骨及び非骨成分に転換する。情報は、各マウスの体重、身長、骨及び脂肪量、骨量密度並びに非脂肪量について生成される。DEXA測定及び分析は、BCMの「Mouse Phenotyping Core Facility」で実行する。安楽死後に、鼠径部脂肪体を抽出し、撮影し、計量する。
フィブリリン−1 C末端ポリペプチドの過剰発現の結果として生物全体での、代謝変化を同定するために、RNAseqを利用する。絶食及び給餌したマウスからのEDTA血漿を、瀉血によって採集する。凍結し、暗号化したサンプルを、Metabolon、Inc.(Durham、NC)に送り、本来の供給源とだけ関連する固有の識別子によってMetabolonシステムに登録する。品質管理の目的で回収標準を抽出過程の第1の工程の前に添加する。サンプル調製は、小分子の回収を最大にしつつタンパク質を除去するための一連の専用の有機及び水性抽出を使用する。抽出したサンプルを、ガスクロマトグラフィー/質量分析(GC/MS)及び液体クロマトグラフィー/質量分析(LC/MS)プラットフォームによる分析用として等量ずつに分ける。操作に関するいくつかの反復サンプルを、各サンプルを少量含有する均一なプールから作る。生のMSデータファイルを、リレーショナルデータベースにロードする。ピークを、Metabolonの専用のピーク組み込みソフトウェアを使用して同定し、コンポーネント部分を、別々の特別に設計された複合データ構造体に保管する。化合物を、精製した標準のライブラリ項目又は反復性の未知の物質に対する比較によって同定する。公知の化学物質の同定は、LC及びGC両方のプラットフォームへの配布のためにLIMSに登録されている市販され、精製されている1,000個超の標準化合物との比較に基づく。実態的統計学は、分類変数及び連続変数に対する平均±標準偏差(平均±SD)の度数によって示され、その後ボンフェローニ事後検定分析して統計的有意性を得る。この技術を使用して、様々なクラス(アシルカルニチン、有機酸、アミノ酸、ペプチド、イオン等)のおよそ3000個の別々の血漿代謝産物を、不偏的様式で同時にアッセイすることができる。
フィブリリン−1 C末端ポリペプチドの過剰発現の結果として脂肪組織におけるゲノム全体での、転写変化を同定するために、RNAseqを利用する。総RNAを、以前に急速冷凍した鼠径部脂肪組織から単離する。配列決定反応を、個別の5匹のマウス鼠径部白色脂肪細胞に由来のプールしたRNAサンプルで行う。4レーンのフローセルを、Genome Analyzer IIによるサンプルの配列決定に使用する。Genome Analyzer(GA)は、38サイクル行う。サイクル1〜38におけるGAからの画像をGAパイプラインソフトウェア(v1.3、Illuminaソフトウェア)で分析して、画像分析、ベースコール及び参照ゲノムに対する配列整列化を行う。配列は、ELANDソフトウェアで整列化する。整列させたリードをIllumina CASAVAプログラム(v1.0)の入力として使用して、参照ゲノムの遺伝子、エクソン及びスプライス結合部位に整列する配列リードを計数する。諸特徴(遺伝子、エクソン及びスプライス結合部位)に整列している配列の生の計数を、対応するその特徴の長さで生の計数を割ることによりCASAVAによって標準化する。DEGseq及びDEseqの入力として遺伝子当たりのリード計数を使用して、差次的に発現している遺伝子を同定する。両方のツールが、統計パッケージR及びBioconductorによって利用可能である。DEGseq及びDESeqは、異なる統計的手法(ポアソン分布、負の二項分布)を使用して、差次的遺伝子発現の確率を評価する。P≦0.001及び発現レベルにおける2倍の変化(標準化した)を、カットオフ基準として使用する。
フィブリリン−1 C末端ポリペプチドの機能消失のin vivoの影響を決定する。
フィブリリン−1タンパク質は、酵素のフーリン/PACEファミリーによるタンパク質分解プロセッシングを受けることが示されているC末端切断部位(RGRKRRモチーフ)を含有する(Ritty,ら、1999年;Raghunath、ら、1999年;Wallis、ら、2003年;Milewicz、ら、1995年)。この結果、2つのフラグメント、即ち細胞外基質への適当な挿入のための切断事象によって決まる機能的フィブリリン−1(約2500アミノ酸)(Raghunath、ら、1999年;Milewicz、ら、1995年)、及びそれ独自の機能が未知のより小さいC末端ポリペプチド(約140アミノ酸)を得られる。NPS表現型をもたらすFBN1におけるヘテロ接合性突然変異の6つ全てに共通の結果は、C末端ポリペプチドの大多数の減少である。実際にC末端フラグメントのハプロ不全が表現型に関与する場合、そのフラグメントをその正常レベルに復元することにより、表現型をレスキューするはずである。この考えがin vitroで検討され、C末端ポリペプチドの発現を回復させること、並びに単純に培地に添加することによってC末端ポリペプチドに変異体細胞を曝露することが、NPS関連の脂肪分化及び炎症誘発性異常をレスキューすることが判明した(図15)。
A.WT及び遺伝的肥満マウスを、フィブリリン−1 C末端ポリペプチドを標的にしているモノクローナル抗体に曝露する:
8週齢のC57/Bl6 WT及びob/ob(機能消失レプチン突然変異で肥満マウス)マウスに、抗−CT−フィブリリン−1 IgG又は非特異的IgG 500μgを、腹膜内手法を使用して毎日、合計5用量注射する。フィブリリン−1 C末端抗体を標的しているモノクローナル抗体は、Sigma Inc.から以前に入手し、組織内で確認した。注射の10日後に、性別を一致させた各群のマウス8匹を全てのアッセイにおいて比較した。
体脂肪蓄積に対するフィブリリン−1 C末端ポリペプチドの中和の影響は、目的1Cに記載の通りDEXAスキャン及び鼠径部脂肪パッド体重を使用して測定される。抗−CT−フィブリリン−1 IgG及び対照IgGに曝露した性別を一致させた8週齢のWT並びにob/obマウス8匹を、評価する。
抗−CT−フィブリリン−1 IgG及び対照IgGに曝露した性別を一致させた8週齢のWT並びにob/obマウス8匹に由来のEDTA血漿を、瀉血によって採集する。代謝学分析を、目的1Dに記載の通り実行する。
総RNAを、抗−CT−フィブリリン−1 IgG及び対照IgGに曝露した性別を一致させた8週齢のWT並びにob/obマウス15匹に由来の以前に急速冷凍した鼠径部脂肪組織から単離する。配列決定反応を、個別の5匹のマウス鼠径部白色脂肪細胞に由来のプールしたRNAサンプルで行う(N=3)。本明細書の他の部分に記述されるように、RNAseq分析を行う。
図17は、血漿CTポリペプチド(アスプロシン)量の増加が、アスプロシンを注射したマウスにおける過食症を引き起こすことを示す。本開示の実施形態において、方法は、体重を増やす又は脂肪量を増加させる必要がある個体にCTポリペプチドを有効量与えることを含む。
本開示の実施形態の重要性
レプチンの発見は、極端な体重をもたらす遺伝性障害が、肥満、糖尿病及びメタボリックシンドロームの理解において非常に有益になる可能性があることを示す(Friedman、2009年)。最適な脂肪量の維持に必要であり、その起源が細胞外基質タンパク質であるフィブリリン−1と関連する新規のポリペプチドホルモン、アスプロシンについて本明細書に記述する。この点では、アスプロシンは、エンドスタチン、即ち異なる細胞外基質タンパク質であるコラーゲンXVIIIのC末端切断産物である血管形成調節因子に似ている(O’Reilly、ら、1997年)。従って、いくつかの細胞外基質成分が、親タンパク質とは別の機能があるC末端切断産物の担体として進化した可能性があると考えることは合理的であり得る。
本明細書に記載の特許及び刊行物の全ては、本発明に関係する当業者のレベルの指標となる。特許並びに刊行物の全ては、各個の刊行物が参照により組み込まれることが特別に及び個々に示される場合と同程度に参照により本明細書に組み込む。
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Claims (29)
- 組換えアスプロシンポリペプチド又はその機能的誘導体若しくは機能的フラグメント。
- 前記アスプロシンポリペプチドが、配列番号1の配列を含む、請求項1に記載のポリペプチド。
- 薬学的に許容できる担体に含まれる、請求項1又は2に記載のポリペプチド。
- 前記機能的誘導体又はそのフラグメントが、配列番号1と比較して1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、又は20個以上のアミノ酸改変を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記機能的誘導体又はその機能的フラグメントが、配列番号1のN末端トランケーションを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記トランケーションが、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、若しくは100個以下のアミノ酸であるか、又は前記トランケーションが、少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、若しくは100個のアミノ酸である、請求項5に記載のポリペプチド。
- 前記機能的誘導体又はその機能的フラグメントが、配列番号1のC末端トランケーションを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記トランケーションが、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、若しくは100個以下のアミノ酸であるか、又は少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、若しくは100個のアミノ酸である、請求項7に記載のポリペプチド。
- 前記機能的誘導体又はその機能的フラグメントが、配列番号1内に内部欠失を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載にポリペプチド。
- 前記内部欠失が、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、若しくは100個以下のアミノ酸であるか、又は少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、若しくは100個のアミノ酸である、請求項9に記載のポリペプチド。
- 前記アスプロシン機能的誘導体又はそのフラグメントが、配列番号1と少なくとも70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98又は99%同一である配列を含むことができる、請求項1〜11のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記ポリペプチドが標識されている、請求項1〜11のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 個体において天然のアスプロシンのレベルを調節する工程を含む、該個体の体重を調節する方法。
- 前記個体の体重が不十分な場合、天然のアスプロシンのレベルを増加させる、請求項13に記載の方法。
- 前記個体の体重が過剰である場合、天然のアスプロシンのレベルを低下させる、請求項13に記載の方法。
- 天然のアスプロシンのレベルが、アスプロシンの転写を調節することによって調節される、請求項13に記載の方法。
- 天然のアスプロシンのレベルが、アスプロシンの翻訳を調節することによって調節される、請求項13に記載の方法。
- 天然のアスプロシンのレベルが、細胞からのアスプロシンの分泌を調節することによって調節される、請求項13に記載の方法。
- 天然のアスプロシンのレベルが、アスプロシンの安定性を調節することによって調節される、請求項13に記載の方法。
- 個体に請求項1〜12のいずれか一項に記載のポリペプチドを有効量与える工程を含む、該個体の体重を増加させる方法。
- 前記個体の食欲レベルを増加させる、請求項20に記載の方法。
- 個体にアスプロシンのインヒビターを有効量与える工程を含む、該個体の体重を低下させる方法。
- 前記インヒビターが抗体である、請求項22に記載の方法。
- 前記インヒビターが小分子である、請求項22に記載の方法。
- 個体にアスプロシンのインヒビターを有効量与える工程を含む、該個体の血中グルコースのレベルを低下させる方法。
- 個体に請求項1〜12のいずれか一項に記載のポリペプチドを有効量与える工程を含む、該個体の血中グルコースのレベルを増加させる方法。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載のポリペプチドを含むキットであって、前記ポリペプチドが、適切な容器に入れてある、キット。
- 個体に請求項1〜12のいずれか一項に記載のポリペプチドを有効量与える工程を含む、該個体の食欲を刺激する方法。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載のポリペプチドのインヒビター。
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