JP2018502112A - 脳疾患を処置するための方法および組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2014年12月30日に出願された米国仮出願第62/098,085号の優先権の利益を主張し、当該出願は本明細書に参考として援用される。
本発明は、国立衛生研究所によって授与されたNS50210およびNS052789−S1の下で政府の支援を受けて行われた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
ハンチントン病(HD)は、タンパク質ハンチンチン(HTT)(1993)をコードする、ハンチンチンのエキソン1においてCAG反復増殖によって引き起こされる致死的な常染色体優性神経変性疾患である。全組織および脳領域におけるHTT発現にも関わらず、線条体は、最も深刻かつ早期の変性を示す。変異体HTT(mHTT)は、複数の細胞経路に負の影響を及ぼす(ミトコンドリア生合成(Cuiら、2006;Tsunemiら、2012)、コレステロールホメオスタシス(KarasinskaおよびHayden, 2011;ValenzaおよびCattaneo, 2011;Valenzaら、2005)、軸索成長(Liら、2001)、およびシナプス形成(MilnerwoodおよびRaymond, 2010)が挙げられ、これらの全てが、ニューロンの機能不全および喪失に寄与し得る)。これら変化した表現型は、ある範囲の基礎的な生物学的プロセスを調節するコアとなる構成要素の破壊から生じ得る。このような一次的な病原性の事象を同定することは、治療の開発を促進する。
中枢神経系の疾患の処置は、手に負えない問題のままである。このような疾患の例は、ハンチントン病である。この障害において欠損しているタンパク質は、静脈内に送達される場合には、血液脳関門を横断しないか、または脳へと直接送達される場合には、広く分布しない。先のデータは、mTOR経路の阻害が有益であり得ることを示した。しかし、本発明者らの研究は、これが有害であることを明らかにし、また、この経路を刺激する治療は何が有益であるかを示す。
本発明は、ある種の実施形態において、必要性のある被験体において(例えば、疾患遺伝子を遺伝している被験体において)ハンチントン病(HD)を処置または防止するための方法を提供し、上記方法は、上記被験体の脳において、処置前の上記被験体における機能またはレベルと比較して、mTORC1機能を活性化するおよび/または線条体で富化されるRasホモログ(Rhes)レベルを増大させる治療剤を投与する工程を包含する。ある種の実施形態において、上記被験体は、ミトコンドリア機能不全、異常なコレステロールホメオスタシス、線条体萎縮、ドパミンシグナル伝達障害および/または低下したオートファジーを有し得る。
治療剤
ある種の実施形態において、本発明は、必要性のある被験体に治療剤を提供する。ある種の実施形態において、上記治療剤は、mTORC1調節因子を含む。
本発明はまた、RhesまたはRhebをコードする配列を含む発現カセットを提供する。
アデノ随伴ウイルス(AAV)は、パルボウイルス科の小さな非病原性ウイルスである。AAVは、複製するためにヘルパーウイルスに依存することで、この科の他のメンバーとは異なる。ヘルパーウイルスの非存在下では、AAVは、第19染色体のqアームへと位置特異的な様式で組み込まれ得る。AAVの約5kbのゲノムは、プラス極性もしくはマイナス極性いずれかの1本鎖DNAの1つのセグメントからなる。上記ゲノムの末端は、ヘアピン構造へと折りたたまれ得、ウイルスDNA複製起点として働き得る短い逆方向末端反復である。物理的には、パルボウイルスビリオンは、エンベロープに包まれておらず、その正二十面体キャプシドは、直径約20nmである。
(AAVベクター)
ITR配列の血清タイプを記載する。略語「rAAV」とは、組換えアデノ随伴ウイルス(組換えAAVベクター(もしくは「rAAVベクター」)ともいわれる)をいう。
用語「核酸」とは、1本鎖もしくは2本鎖いずれかの形態にあり、糖、ホスフェートおよび塩基(プリンもしくはピリミジンのいずれかである)を含むモノマー(ヌクレオチド)から構成される、デオキシリボヌクレオチドもしくはリボヌクレオチドおよびこれらのポリマーをいう。特段限定されなければ、上記用語は、参照核酸と類似の結合特性を有し、天然に存在するヌクレオチドに類似の様式で代謝される、天然のヌクレオチドの公知のアナログを含む核酸を含む。別段示されなければ、特定の核酸配列はまた、その保存的に改変された改変体(例えば、縮重コドン置換)および相補的配列、ならびに明示的に示される配列を包含する。具体的には、縮重コドン置換は、1以上の選択された(もしくは全ての)コドンの三番目の位置が混合塩基および/もしくはデオキシイノシン残基で置換される配列を作製することによって達成され得る。
上記外因性遺伝物質(例えば、1種以上の治療用タンパク質をコードするcDNA)は、遺伝的に改変された細胞を提供するために、遺伝子移入法(例えば、トランスフェクションもしくは形質導入)によってインビボで細胞へと導入される。種々の発現ベクター(すなわち、標的細胞への外因性遺伝物質の送達を促進するためのビヒクル)は、当業者に公知である。
本明細書で使用される場合、「細胞のトランスフェクション」とは、添加されたDNAの組み込みによって、新たな遺伝物質を細胞が獲得することをいう。従って、トランスフェクションとは、物理的もしくは化学的な方法によって、細胞へと核酸を挿入することをいう。いくつかのトランスフェクション技術は、当業者に公知であり、以下が挙げられる:リン酸カルシウムDNA共沈;DEAE−デキストラン;エレクトロポレーション;カチオン性リポソーム媒介性トランスフェクション;およびタングステン粒子促進微粒子ボンバードメント。リン酸ストロンチウムDNA共沈は、別の考えられるトランスフェクション法である。
本開示のある種の実施形態は、哺乳動物において疾患を処置するための方法を提供し、上記方法は、タンパク質または本明細書で記載されるとおりのタンパク質をコードするベクターを上記哺乳動物に投与する工程を包含する。
本発明の薬剤は、ハンチントン病と関連する少なくとも1つの症状の低下を生じるように投与される。投与される量は、以下が挙げられるが、これらに限定されない種々の要因に依存して変動する:選択された組成物、特定の疾患、哺乳動物の体重、身体的状態、および年齢、ならびに防止または処置が達成されるべきであるか否か。このような要因は、当該分野で周知の動物モデルまたは他の試験系を使用して、臨床医によって容易に決定され得る。
ハンチントン病マウスにおける異常なmTORC1活性を復元させると、疾患表現型が改善する
ラパマイシンの機械的標的(mechanistic target of rapamycin)(mTOR)は、シグナルを統合して、細胞増殖および代謝を調節するセリン−スレオニンキナーゼである(LaplanteおよびSabatini, 2012)。mTORは、2つの異なる複合体、mTORC1およびmTORC2を形成する。栄養豊富な条件下では、mTORC1が活性化され、タンパク質翻訳および細胞増殖を促進する。対照的に、栄養中止すると、mTORC1は不活性化され、細胞生存機構としてのマクロオートファジー(以降はオートファジーといわれる)が開始される。mTORC1は、ミトコンドリア生合成を正に制御し(Cunninghamら、2007)、コレステロール合成を制御することによって脂質ホメオスタシスを調節する(Petersonら、2011;Porstmannら、2008)。さらに、脳では、mTORC1は、髄鞘形成、軸索成長、および再生を促進し(Kimら、2012;Parkら、2008;Sunら、2011)、そしてmTORC1の鍵となる活性化因子である、脳で富化されるRasホモログ(Rheb)の遺伝的欠失は、皮質の厚みの低下および髄鞘形成の欠損を引き起こす(Zouら、2011)。
mTORC1活性は、HDの線条体において低下される
本発明者らの仮説の第1の試験として、本発明者らは、HD脳においてmTORC1活性を調べた。本発明者らは、mTORC1活性が、mTORC1活性の確立されたマーカーであるリボソームタンパク質S6のリン酸化(pS6)の低下によって検出されるように、HD患者およびN171−82Qマウスに由来する線条体組織において低下されることを見出した(図1A;図S1A、B)。HDマウスにおいて、mTORC1活性は、神経学的症状が始まる前に、6週齢で障害される(図1B)。低下したmTORC1活性は、mTOR、またはmTOR複合体の構成要素(例えば、RictorおよびRaptor)の低下した発現と関連しない(図1A,B;図S1A)。本発明者らは次に、線条体ニューロンを形質導入して(図S2A)(McBrideら、2008)、mTORC1の十分に確立された正の調節因子であるRhebを発現(LaplanteおよびSabatini, 2012)するアデノ随伴ウイルス(AAV)を作出した。このようにして、本発明者らは、mTORC1活性化をインビボで急性に増強し得る。本発明者らは、マウス脳においてmTORC1シグナル伝達を活性化することが以前に示された(Kimら、2012;Zouら、2011)構成的に活性なRheb変異体(caRheb;S16H)を使用した。N171−82Qマウス線条体へのAAV.caRhebの片側注射は、注射後3週間で増大したpS6によって示されるように、mTORC1活性を顕著に誘発した(図2A)。DARPP−32レベル(中型有棘ニューロン(MSN)におけるドパミンシグナル伝達の基礎的な構成要素)の選択的低下は、HDマウスおよびヒト脳における病理的進行の指標である(Bibbら、2000;Hodgesら、2006)。AAV.caRheb形質導入は、対側の注射していない組織と比較して、N171−82Qマウス線条体においてDARPP−32レベルの33%増大を促進した(図2A)。さらに、AAV.caRhebは、増大した場合に、HDモデルにおいてミトコンドリア機能および運動欠陥を改善するミトコンドリア生合成のマスター調節因子である(Cuiら、2006;Tsunemiら、2012)、ミトコンドリア転写調節因子、PPARγ共活性化因子1α(PGC1−α)の発現をアップレギュレートした(図2B)。増大したミトコンドリア活性と一致して、活性酸素種無毒化(ROS)遺伝子、SOD2、cyt−c、およびANT1のレベルも、AAV.caRheb処置脳において増大した(図2C〜F)。グルタチオンペルオキシダーゼ(HDモデル生物において近年同定された神経保護抗酸化酵素(Masonら、2013))は、caRheb形質導入後のHD脳において選択的に増大した(図2G)。改善されたプロフィールは、ウイルス注射の間接的効果またはmHTT導入遺伝子のダウンレギュレーションによって説明できなかった;類似の結果を、AAV.caRheb注射した脳をAAV.eGFP処置脳と比較した場合に得た。そしてcaRhebは、mHTT導入遺伝子発現に影響を及ぼさなかった(図S2B〜H)。本発明者らは次に、インビトロ研究を行い、mTORのATP競合インヒビターであるTorin1で、拡大した(Q111)および通常の(Q7)Httを発現する線条体の細胞(Trettelら、2000)を処理した。Torin1は、ラパマイシンによる阻害に抵抗性であるものを含むTOR機能を強力に阻害する(Thoreenら、2009)。Torin1処理は、Q7細胞およびQ111細胞においてpS6およびp−4E−BP1レベル、ならびにDARPP−32発現を低下した(図S3A)。Torin1はまた、PGC1−α、PGC1−α調節性遺伝子cAMP応答エレメント結合タンパク質(CREB)、および調節されたCREB1のトランスデューサー(TORC1)を抑制した(図S3A、B)。まとめると、本発明者らのインビトロおよびインビボでの結果は、mTORC1がWTおよび変異体HTT対立遺伝子の状況において、PGC1−αおよびPGC1−α調節性代謝遺伝子を調節することを示す。
本発明者らは次に、mTORC1活性の障害が他のHD特異的代謝経路変化の根底にあるか否かを決定した。異常なコレステロール生合成は、HDマウスおよびヒト脳において観察されてきた(KarasinskaおよびHayden、2011;ValenzaおよびCattaneo、2011)。脂質生合成に必要とされる遺伝子の発現は、ステロール調節性エレメント結合タンパク質(SREBP)の核トランス活性化によって制御される。mHTTは、細胞およびHDマウスにおいてSREBPの核トランスロケーションを阻害することが報告されている。これは、機能不全のコレステロール合成に寄与し得る(Valenzaら、2005)。mTORC1はまた、SREBPトランス活性化を調節する(Petersonら、2011;Porstmannら、2008)。mTORC1活性の低下がHDの状況においてコレステロール合成を変化させるかを決定するために、本発明者らは、培養したQ7またはQ111線条体細胞にTorin1を適用した。Torin1は、変異体細胞株および正常な細胞株の両方においてSREBP標的遺伝子HMG−CoAレダクターゼ(HMGCR)(コレステロール合成の律速酵素)およびHMGCS1の発現を低下させた(図3A、B)。
mTORC1活性は、一般に、オートファジー誘導の拮抗と関連するが、オートファジーは、mTORC1依存性および非依存性経路を通じて起こり得る。HDに関連して、基底オートファジー活性は、ニューロン生存の維持および凝集物クリアランスの促進にとって極めて重要である(Jeongら、2009;Ravikumarら、2004;Yamamotoら、2006)。よって、本発明者らは次に、AAV.caRheb処置HDマウス線条体においてオートファジーに対するmTORC1活性化の効果を試験した。本発明者らは、WTマウスと比較して、N171−82Qマウスにおいてオートファゴソーム膜関連タンパク質、LC3−IIの増大した基底レベルを見出した(図S4)。AAV.caRheb処置は、LC3−II(図4A)およびBeclin−1(オートファジー誘導に必須のタンパク質)(図4B)のレベルを増大させた。増強されたオートファジーとオートファゴリソソーム成熟(autophagolysosomal maturation)の障害との間を区別するために、電子顕微鏡(EM)を使用して、一方の大脳半球においてAAV.caRhebで、または他方の大脳半球においてAAV.eGFPで処置したマウスの脳におけるオートファゴソームおよびオートリソソームの相対数を定量した。オートファゴソーム/オートリソソーム比は、大脳半球間で類似であった一方で、オートファゴソームおよびオートリソソームの両方が、コントロール処置した対側と比較して、AAV.caRheb処置で増大した(図4C)。このことは、オートファジーが、インビボでの増大したmTORC1活性の状況において活性化されることを示唆する。本発明者らはまた、コントロール処置した(AAV.eGFP)N171−82Qマウス脳が、核小体ストレスによって誘発される線条体病理に類似の表現型(Kreinerら、2013)である電子密度の高い内質顆粒塊および細胞質オルガネラを枯渇していることに注意した(図4D)。逆にいえば、AAV.caRheb処置大脳半球における細胞は、富化された電子密度の高い細胞質オルガネラを示した。
N171−82Qマウスは、保存されたMSN数とともに著しい線条体萎縮を示す(Chengら、2011;Schillingら、1999)。mTORC1活性が罹患した脳における線条体容積にどのようにして影響を及ぼすかを調べるために、本発明者らは、11週齢(測定可能な線条体萎縮がある年齢)のN171−82Qマウスの線条体への片側AAV.caRheb注射を行い(Chengら、2011)、処置された大脳半球と処置されていない側とを比較した。AAV.caRhebは、処置されていない対側の大脳半球と比較して、MSN細胞サイズおよび線条体容積に正の影響を及ぼした(図6A〜C)。caRhebがmTORC1を通じて作用することを確認するために、本発明者らは、RAD001(公知のmTORC1インヒビター(Foxら、2010))を投与した。RAD001処置は、caRhebの形態上の効果を逆転させ、S6リン酸化を弱めた(図6A〜6C;図S6A、B)。さらに、本発明者らは、caRhebの非存在下での2週間のRAD001処置が、N171−82QマウスにおいてMSN萎縮の軽度ではあるが、有意な増悪を引き起こすことを見出した(図6A、B)。これら結果は、AAV.caRhebがMSN増殖を促進するか、またはMSNサイズを、mTORC1経路を通じて保存し、そしてインビボでのmTORC1の障害がこの表現型を増悪させることを示唆する。
線条体において、mTORは、線条体富化GTPアーゼタンパク質、Rhesによって主に調節される(Subramaniamら、2012)。以前のインビトロ研究は、HDにおいてRhesの毒性の役割を暗示する(Subramaniamら、2009)が、そのインビボでの疾患関連性は不明である。本発明者らは、RhesレベルがHDヒトおよびマウス線条体において低下することを見出した(図7AおよびS7A)。Rhebレベルは、低下しない(図S7B)。顕著なことには、Rhesは、神経学的症状の発生の前に有意に低下する;6週齢のN171−82Qマウスは、臨床症状が12〜14週齢まで明らかでないとしても、野生型Rhesレベルの73%を有する(図7AおよびS7C)。従って、本発明者らは、Rhesレベルの増強が、疾患表現型にどのように影響を及ぼすかを調べた。mHTTのN末端フラグメントは、Rhesと相互作用し、インビトロで細胞傷害性を付与することが以前に示されたので、N171−82Qモデルは、この疑問をインビボで試験するには理想的である(Subramaniamら、2009)。RhesがHD毒性の極めて重要な媒介因子である場合、N171−82Qマウス線条体におけるRhesの急性の過剰発現は、疾患表現型を増悪させると予測される。Rhesを発現するAAV(AAV.Rhes)を、7週齢のN171−82QマウスおよびWT同腹仔に注射した。以前のインビトロ研究から予測されたこととは対照的ではあるが、RhebによるmTORC1活性化に関する本発明者らの知見と一致して、Rhes過剰発現は、生理食塩水処置した疾患同腹仔と比較して、14週齢および18週齢においてロータロッド試験によって決定される場合、N171−82Qマウスにおいて運動機能を改善した(図7B)。さらに、片側注射の後、AAV.Rhesは、コントロール処置した対側の大脳半球と比較して、MSN細胞サイズを有意に増大させた(図7C)。Rhebに類似して、AAV.Rhesは、ミトコンドリア転写調節因子、PGC1−αの発現をアップレギュレートした(図7D).
累積的に、本発明者らは、mTORC1活性の障害がHDと関連する種々の表現型変化の上流にあり、代謝および変性的な表現型の根底にあり得ることを示す。本発明者らは、mTORC1活性化がHDマウスにおいてエネルギー代謝、オートファジー、および線条体の細胞機能を促進したことを見出している。mTORC1の神経保護的な役割と一致して、本発明者らは、Rhes(線条体富化mTOR活性化因子)が神経学的症状の発生の前にHD脳において減少し、そして外因的なRhes添加がHDマウスにおいて運動欠陥および脳病理を緩和することを見出している。顕著なことには、症候性HDマウスにおいて線条体の細胞増殖および機能を促進する能力は、mHTT負荷(mHTT−laden)ニューロンには可塑性があるという概念(Yamamotoら、2000)を裏付け、mTORC1活性化を介する疾患発生の後に、線条体萎縮を改善する(revert)という可能性を強調する。mHTTは、Rhes(Subramaniamら、2009)およびmTOR(Ravikumarら、2004)を結合する傾向が増大しているので、mHTTによるRhesおよびmTOR機能の付随した喪失は、HDにおける早期の変性に対して線条体をより脆弱にし得ることは可能である(図8)。線条体容積がHD患者における疾患進行の強力な予測変数である(Tabriziら、2013)ことを考慮すると、線条体のmTORC1活性を正常なレベルへと回復させる治療は、疾患を緩和し得る。mHTTがエネルギー生成に干渉する鍵となる疾患機構は、PGC−1α活性の抑制であり、その発現は、ヒト尾状核およびHDトランスジェニックマウス線条体において低下している(Cuiら、2006;Hodgesら、2006;Tsunemiら、2012)。低下したPGC−1αレベルはまた、HD脳を酸化的ストレスに対して感作し得る。なぜならPGC−1α KOマウスにおけるドパミン作動性ニューロンは、MPTP媒介性酸化的損傷に対して脆弱であるからである(St−Pierreら、2006)。脳PGC−1α発現の回復は、R6/2 HDマウスにおける線条体萎縮を改善し(Cuiら、2006)、N171−82QおよびR6/2 HDマウスモデルにおける運動表現型を改善する(Cuiら、2006;TsunemiおよびLa Spada, 2011)。mTORがHDマウス脳におけるPGC−1α活性に正の調節因子であるという本発明者らの知見は、PGC−1α活性を増強するための治療標的およびPGC−1α活性が障害され得る潜在的機構を提供する。
動物。全ての動物プロトコルは、University of Iowa Animal Care and Use Committeeによって承認された。N171−82Qマウスを、Jackson Laboratories(Bar Harbor, ME)から得、B6C3F1/Jバックグラウンドに対して維持した。マウスを、変異体ヒトHTT導入遺伝子に特異的なプライマーを使用して遺伝子型決定し、ヘミ接合性および年齢を合わせた野生型同腹仔を、示された実験のために使用した。マウスを、12時間の明/暗サイクルで制御された温度環境において飼育した。飼料および水は、自由に与えた。薬理学研究に関しては、RAD001を、LC Laboratoriesから得、2% DMSO中で2mg/mlへと希釈し、−20℃で貯蔵した。新たに解凍したビヒクルおよびRAD001(30μmol/kg)を、以前に記載されたように(Foxら、2010)、2週間にわたって胃管栄養法により1週間に3回与えた(月曜日、水曜日、および金曜日)。マウスを最後の用量の24時間後に屠殺した。
AAVベクター血清タイプ1(AAV2/1)を、この研究に使用した。RhesおよびRhebのcDNA配列を、マウス線条体cDNAライブラリーから増幅した。Flagエピトープを、ウェスタンブロット検出のためにPCRによって3’末端に組み込んだ。GTPアーゼ不活性Rhes変異体(RhesS33N)および機能亢進Rheb変異体(caRheb;S16H)を、QuikChange部位指向性変異誘発(Agilent Technology)によって生成した。変異誘発用のプライマーを、QuikChange Primer Design Program(http://www.stratagene.com)に基づいて設計した。Rhes、RhesS33N、およびcaRheb配列を、AAV発現ベクターへとニワトリβ−アクチンプロモーターの制御下でクローニングした。AAV.RhesおよびAAV.RhesS33Nベクターはまた、IRES配列の制御下で増強型GFP(eGFP)を発現する。さらに、N末端mycタグ付きN171−82Q配列を、pCMVHD−N171−82Qプラスミド(Harperら、2005)からPCR増幅し、同じAAV発現ベクターへとクローニングして、AAV.mHTTを生成した。全てのAAVは、University of Iowa Vector Coreが生成した。上記AAV力価を、RT−PCRによって決定した(Rhes:3×1012 ウイルスゲノム/ml、RhesS33N:3×1012 ウイルスゲノム/ml、caRheb:3×1012 ウイルスゲノム/ml、eGFP:3×1012 ウイルスゲノム/ml、およびmHTT(N171−82Q):3×1012 ウイルスゲノム/ml)。
線条体に使用される定位座標は、ブレグマに対して0.86mm吻側、正中に対して±1.8mm外側、頭蓋表面に対して3.5mm腹側である。N171−82QマウスおよびWT同腹仔に、7週齢において、AAV.Rhes、AAV.RhesS33N、または生理食塩水を注射した。全ての行動研究に関して、マウスには、5μlのAAVを両側に注射した。片側注射研究に関しては、AAVの5μl注射を使用した。海馬に使用した定位座標は、ブレグマに対してAP:−2.0mm、ML:+1.5mm、DV:−2.3mmである;マウスに、1μlのAAVを片側に注射した。WTマウスでのアンフェタミン誘発性回転試験に関しては、3μl AAV.mHTTを、2μl AAV.caRhebまたは2μl AAV.eGFPのいずれかとともに線条体へと共注射した。全ての研究に関する注射速度は、0.2μl/分であった。標準的な承認された方法(Harperら、2005;McBrideら、2008)を使用してマウスを示された年齢で屠殺した。
全長HTTを有する変異体(Q111)およびWT(Q7)線条体細胞(Trettelら、2000)は、Marcy MacDonald博士の厚意によりから提供された。このQ7細胞およびQ111細胞を、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM;Sigma Chemical Co, St. Louis, MO)(10% ウシ胎仔血清、1% 非必須アミノ酸、2mM L−グルタミン、および400μg/ml G418(ジェネティシン;Invitrogen, Carlsbad, CA)を補充した)中で37℃において増殖させた。mTOR阻害研究に関しては、細胞を、DMSOまたは250nM Torin1(Tocris, Bristol, UK)で24時間処理した。
組織学分析において使用したマウスを、ケタミン/キシラジンミックスで麻酔し、20mlの0.9% 冷生理食塩水で、続いて、20mlの、0.1M PO4緩衝液中の4% パラホルムアルデヒドで経心的に灌流した。脳を取り出し、一晩後固定し、40μm厚の切片を集めた。分子分析に使用したマウスを、20mlの0.9% 冷生理食塩水で灌流し、脳を取り出し、1mm厚冠状面スライスへとブロックにした。線条体の組織パンチを、組織コアラー(直径1.4mm)を使用して採取した。組織パンチを、液体窒素中で急速凍結し、使用するまで−80℃で貯蔵した。
浮いている40μmの冠状面脳切片を、中型有棘ニューロンまたはmHTT凝集物の免疫組織化学染色のためにビオチン標識抗体を使用して加工処理した。切片を、5% 通常ヤギ血清中で1時間ブロッキングし、次いで、一次抗体(DARPP−32、1:200、Cell Signaling)とともに一晩インキュベートし、洗浄した。mHTT凝集物を、em48抗体(1:200、mEM48;Emory University School of MedicineのX.J.Liから贈られた)で免疫染色した。S6リン酸化を、ホスホ−S6抗体(S235/236、1:300、Cell Signaling)で検出した。切片を、ヤギ抗ウサギまたはヤギ抗マウスビオチン化IgG二次抗体(1:200;Vector laboratories)中で1時間、室温においてインキュベートし、次いで、アビジン−ビオチン化西洋ワサビペルオキシダーゼ複合体(ABC;Vector Labs)で処理した。全ての手順において、一次抗体を削除したものをコントロールとして供した。染色した切片を、Superfrost Plusスライド(Fisher Scientific, Pittsburgh, PA)に載せた。Olympus BX60光学顕微鏡およびDP70カメラを使用して、Olympus DP Controllerソフトウェア(Olympus, Melville, NY)で画像を取り込んだ。各脳については、4つの代表的切片を選択し、70 DARPP−32陽性中型有棘ニューロン(MSN)の面積を、各大脳半球から40×対物レンズの下で、手作業で追跡した。DARPP−32陽性MSNの面積を、Olympus DP2− BSWソフトウェア(バージョン2.1)で定量した。同側の注射した側の平均MSN面積を、対側のコントロール側と比較し、平均+SEMとして表した。EM48陽性含有物は、処置群に関して盲検にされた実験者が計数した。
線条体容積を、ポイント計測法とカヴァリエリ容積推定量とを使用して計算した(MichelおよびCruz−Orive, 1988)。簡潔には、DARPP−32染色した冠状面切片(40μm厚)の画像を、Olympus BX60光学顕微鏡およびDP70カメラを使用して、Olympus DP Controllerソフトウェア(Olympus, Melville, NY)で取り込んだ。グリッドパターン付きのアセテートシートを、ランダムな角度でその画像の上に置き、線条体の上を覆っているグリッドの交点の数を計測した。480μm間隔を置いた一連の切片のランダムな体系的セットを使用した。最低200個の点を、5つの切片にわたって計数した。左および右の線条体の容積を、式、容積(対象)=ΣP(対象)×t×a(p)(ここでΣP(対象)=線条体の上を覆っている点の合計、t=切片間の距離、およびAp=面積/点)を使用することによって、点の数から同じ切片上で独立して決定した。
マウスに麻酔し、生理食塩水溶液、続いて、0.1M カコジル酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)中2.5% グルタルアルデヒドで経心的に灌流した。脳を取り出し、2.5% グルタルアルデヒド、0.1M カコジル酸ナトリウム緩衝液pH7.4中で24時間、後固定した。100μm冠状面切片をビブラトームで切り出し、0.1M カコジレート中の1% OsO4で1時間固定し、1% 酢酸ウラニルで染色し、脱水し、Eponate 812の中に包埋した。半薄1μm トルイジンブルー染色切片を、光学顕微鏡下で検鏡して、線条体を同定した。線条体の超薄切片(80nm)を、JEOL EX 1200透過型電子顕微鏡で検鏡した。
マウス線条体を採取し、50mM Tris(pH8.0)、150mM NaCl、1% NP450界面活性剤、0.1% SDS界面活性剤、0.5% デオキシコール酸、および1mM β−メルカプトエタノールとプロテアーゼインヒビター(Complete Mini, Roche Applied Science, Mannheim, Germany)およびホスファターゼインヒビター(PhosSTOP Phosphatase Inhibitor Cocktail, Roche Applied Science, Mannheim, Germany)とを含むRIPA緩衝液中で溶解した。組織を、氷上でホモジナイズし、14,000gで20分間スピンさせた。上清を分析に使用した。タンパク質濃度を、BCAアッセイ(Pierce, Rockford, IL)によって決定し、タンパク質のうちの20〜30μgを還元し、SDS−PAGEによって4%〜10% アクリルアミドゲルで分離し、0.2μm Immobilon PVDF膜(Millipore, Billerica, MA)に転写した。使用した一次抗体は以下のとおりであった:DARPP−32(1:1000、Cell Signaling)、β−アクチン(Sigma−Aldrich、1:5000)、S6(1:1000、Cell Signaling)、ホスホ−S6(S235/236、1:1000、Cell Signaling)、4EBP1(1:1000、Cell Signaling)、ホスホ−4E−BP1(T37/46、1:1000、Cell Signaling)、mTOR(1:1000、Cell Signaling)、Rictor(1:1000、Cell Signaling)、Raptor(1:1000、Cell Signaling)、CREB(1:1000、Cell Signaling)、TORC1(1:1000、Cell Signaling)、PGC1−α(1:1000、abcam)、LC3(1:1000、Novus Biologicals)、およびBeclin1(1:1000、Cell Signaling)。使用した二次抗体は、HRPヤギ抗マウスIgGおよびHRPヤギ抗ウサギIgG(Cell Signaling)であった。ブロットを、ECL Plus Western Blottting Detection System(GE Healthcare, Pittsburg, PA)を使用して発光(develop)させ、次いで、フィルムに曝した。タンパク質定量を、NIH ImageJソフトウェアまたはVersaDocTM Imaging System(Biorad)およびQuantity One R分析ソフトウェアを使用して行った。バンド密度を、同じサンプルおよびレーンのハウスキーピング(β−アクチン)バンドに対して正規化した。
ヒト剖検脳組織の冠状面切片を、影響を受けていない個体およびVonsattelグレード2、3および4のHDを有する患者から得た(Christopher Ross博士、Johns Hopkins University;New York Brain Bank at Columbia University, Alzheimer Disease Research Center, Taub Institute)。組織を、13〜49時間の範囲に及ぶ死後間隔(PMI)で急速凍結した。尾状核/被殻を、氷冷金属ステージに置いた凍結組織から切開し、プロテアーゼインヒビター(Complete Mini, Roche Applied Science, Mannheim, Germany)およびホスファターゼインヒビター(PhosSTOP Phosphatase Inhibitor Cocktail, Roche Applied Science, Mannheim, Germany)を含むRIPA緩衝液中でホモジナイズした。溶解物を、14,000gで20分間スピンさせた。その上清をウェスタンブロット分析のために集めた。さらなる凍結組織を、TRIzolを使用して、RNA抽出のために加工処理した。
RNAを、1mlのTRIzolを使用して、線条体パンチから単離した。ランダムにプライムした第1鎖相補的DNA(cDNA)合成を、製造業者のプロトコルに従って、500ngの総RNAを使用して行った(High Capacity cDNA Reverse Transcription Kit;Applied Biosystems, Foster City, CA)。リアルタイムPCRを、配列検出システム(Prism 7900HT, Applied Biosystems)でSYBR緑色PCRミックス(Invitrogen)またはTaqMan 2× Universal Master Mix(Applied Biosystems)を使用して行った。以下のTaqmanプライマー/プローブセットを、Applied Biosystemから得た:Rhes(Mm04209172_m1およびHs04188091_mH)、PGC1−α(Mm01208835_m1)、およびHMGCS1(Mm01304569_m1)、およびHDAC4(Mm01299557_m1)。SYBR緑色RT PCRのためのこれらプライマー配列は、要求に応じて入手可能である。相対的遺伝子発現を、β−アクチンに対して正規化するΔΔCT法を使用して決定した。
アンフェタミン誘発性回転アッセイ
マウスに、腹腔内アンフェタミン(3mg/kg;Sigma)を注射し、次いで、四角のプラスチック製活動チャンバ(50×50cm)の中央に個々に置いた。マウスを、20分間このチャンバの中で慣れさせ、その後、アンフェタミン誘発を行った。次いで、天井に設置したビデオカメラによって回転行動を40分間記録した。正味の回転を、40分区切りで、同側まわりの回数−対側まわりの回数として表した。
雄性N171−82Qマウスを、6週齢、そして次に、10週齢、14週齢、および18週齢においてベースライン運動機能について試験した。各試験の前に、マウスをまず、ロータロッドの上で4分間慣らし、1時間休ませた。試験を4連続日にわたって1日あたり3回試行して行った(試行間の休憩は30分間)。各試行に関して、マウスを、4分間かけて1分間あたり4〜40回転まで加速するロッド上に置き、次いで、40rpmにおいて速度を維持した。落下までの潜時(またはマウスが走ることなく2連続回転の間にしがみついていれば)、運動性能の点数付けとして使用した。試行を、300秒で停止し、その時点でロータロッド上に残っているマウスを、300秒と記録した。各日に各群について3回の試行からのデータを、平均±SEMとして示す。マウスを常に、明/暗サイクルの暗相において試験した。全ての行動実験を、マウス遺伝子型および処置について盲検にされた実験者で行った。
データを、スチューデントのt検定または一元配置分散分析、続いて、Tukeyの事後検定分析を使用して分析して、個々の群間の有意差を評価した。全ての統計分析を、GraphPad Prismバージョン5.0cを使用して行った。データは、平均±SEMとして表される。全ての場合において、P<0.05を有意と見做した。
Claims (19)
- 必要性のある被験体において(例えば、疾患遺伝子が遺伝している被験体において)ハンチントン病(HD)を処置または防止するための方法であって、前記方法は、前記被験体の脳において、処置前の前記被験体における機能またはレベルと比較して、mTORC1機能を活性化するおよび/または線条体で富化されるRasホモログ(Rhes)レベルを増大させる治療剤を投与する工程を包含する、方法。
- 前記被験体は、ミトコンドリア機能不全、異常なコレステロールホメオスタシス、線条体萎縮、ドパミンシグナル伝達障害および/または低下したオートファジーを有し得る、請求項1に記載の方法。
- 必要性のある被験体においてmHTT関連代謝表現型および/または線条体萎縮の改善を調節するための方法であって、前記方法は、前記被験体の脳において、処置前の前記被験体における機能またはレベルと比較して、mTORC1機能を活性化するおよび/または線条体で富化されるRasホモログ(Rhes)レベルを増大させる治療剤を投与する工程による、方法。
- 前記治療剤は、mTORC1調節因子を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記mTORC1調節因子は、Rhebである、請求項4に記載の方法。
- 前記Rhebは、構成的に活性なRheb変異体(caRheb;S16H)である、請求項5に記載の方法。
- 前記治療剤は、ウイルスベクター中に含まれる、請求項6に記載の方法。
- 前記ウイルスベクターは、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターである、請求項7に記載の方法。
- 前記治療剤は、Rhesを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記治療剤は、ウイルスベクター中に含まれる、請求項9に記載の方法。
- 前記ウイルスベクターは、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターである、請求項10に記載の方法。
- 前記AAVは、AAV1、AAV2、AAV5、AAV6および/またはAAV9である、請求項11に記載の方法。
- 前記AAVは、AAV2である、請求項12に記載の方法。
- 前記AAVは、AAV2/1である、請求項12に記載の方法。
- 前記治療剤は、前記被験体の脳へと、直接にまたは血流を介してかのいずれかで投与される、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記治療剤は、前記被験体の線条体、皮質または脳室空間へと投与される、請求項15に記載の方法。
- 前記被験体は、ヒトである、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 前記薬剤は、CNSにおいて1〜5箇所に注射される、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。
- 前記薬剤は、脳において1箇所に注射される、請求項18に記載の方法。
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