JP2018503596A - Tdp−43の病理学的形態に対する抗体及びその使用 - Google Patents

Tdp−43の病理学的形態に対する抗体及びその使用 Download PDF

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Abstract

新規のTDP−43の病理学的形態、当該TDP−43の病理学的形態に対するモノクローナル抗体、及びその使用が本明細書に開示される。この新規のTDP−43の病理学的形態は、直径約2〜400nmの球状粒子サイズを有することを特徴とする。本開示の第2の態様は、TDP−43オリゴマー関連疾患の予防又は処置のための医薬品又は医薬組成物を製造するための抗体の使用を提供することである。【選択図】図11

Description

本発明の背景
1.本発明の分野
本開示は、トランス活性化応答(TAR)−DNA−結合タンパク質43kDa(TDP−43)の新規の病理学的形態、当該TDP−43の病理学的形態に対する抗体、及びその使用に関する。
2.関連技術の説明
神経変性疾患は、現代社会において重要な健康問題になってきている。WHOの報告によると、2025年には、世界の高齢者人口の75%を超える人々が、いくつかの種類の神経変性疾患を患うだろうとされている。前頭側頭葉変性症(FTLD)は、米国の65歳未満の人々において、認知症の2番目に一般的な形態であり、43kDaのトランス活性化応答(TAR)−DNA−結合タンパク質(TDP−43)が、散発性及び家族性FTLD症例の大部分、及び筋萎縮性側索硬化症(ALS)における主要な疾患タンパク質であることが同定された。加えて、TDP−43は、アルツハイマー病患者の最大57%に存在していた。現在、これらの疾患の治癒法又は処置法は存在せず、TDP−43の病理学的形態の形成を調節し得る分子を同定するために、顕著な努力がなされてきた。
上記を考慮すると、関連技術において、TDP−43の病理学的形態を調節し得る分子を同定する必要があり、そのような分子は、TDP−43の病理学的形態の形成に起因する神経変性疾患の予防又は処置のための医薬品の製造のための潜在的な薬物候補となるだろう。
本発明は、トランス活性化応答(TAR)−DNA−結合タンパク質43kDa(TDP−43)オリゴマーが、アルツハイマーアミロイド−β(Aβ)をクロスシーディングして、アミロイドオリゴマーを形成する能力を有し、インビトロ及びインビボで神経毒性であるという所見に基づく。したがって、当該TDP−43オリゴマーに結合する能力を有する分子(例えば、抗体)は、TDP−43タンパク質症を抑制する可能性があり、それ故に、TDP−43の病理学的形態の沈着に起因する神経変性疾患の診断、防止又は処置に適切な医薬品(すなわち、ワクチン及び受動免疫)の製造に有用である。
したがって、本開示は、TDP−43オリゴマーに特異的に結合する抗体又はそのフラグメントを提供することを目的とする。この抗体は、配列番号:1、配列番号:2及び配列番号:3のアミノ酸配列を含む重鎖可変領域;及び配列番号:5、配列番号:6及び配列番号:7のアミノ酸配列を含む軽鎖可変領域を含む。
TDP−43は、直径約2〜400nmの粒子サイズを特徴とする。好ましくは、TDP−43オリゴマーは、直径約40〜60nmの球状粒子サイズを有する。
いくつかの好ましい実施形態によれば、本抗体の重鎖可変領域は、配列番号:4のアミノ酸配列を有し、本抗体の軽鎖可変領域は、配列番号:8のアミノ酸配列を有する。
一つの例において、本抗体は、受託番号BCRC960494として、台湾(HsinChu、Taiwan、R.O.C.)にある食品工業開発研究機関(FIDRI)の生物資源収集センター(BCRC)に寄託されたハイブリドーマ細胞系統によって産生される。
別の例において、本抗体は、受託番号BCRC960495としてBCRCに寄託されたハイブリドーマ細胞系統によって産生される。
さらに別の例において、本抗体は、受託番号BCRC960496としてBCRCに寄託されたハイブリドーマ細胞系統によって産生される。
さらなる例において、本抗体は、受託番号BCRC960497としてBCRCに寄託されたハイブリドーマ細胞系統によって産生される。
またさらなる例において、本抗体は、受託番号BCRC960498としてBCRCに寄託されたハイブリドーマ細胞系統によって産生される。
したがって、本開示の第2の態様は、TDP−43オリゴマー関連疾患の予防又は処置のための医薬品又は医薬組成物を製造するための上述の抗体の使用を提供することである。この医薬品又は医薬組成物は、有効量の上述の抗体;及び治療的に許容される添加剤を含む。
本開示の好ましい実施形態によれば、本抗体は、配列番号:1、配列番号:2及び配列番号:3のアミノ酸配列を含む重鎖可変領域;及び配列番号:5、配列番号:6及び配列番号:7のアミノ酸配列を含む軽鎖可変領域を含む。1つの特定の例において、重鎖可変領域は、配列番号:4のアミノ酸配列を有し、軽鎖可変領域は、配列番号:8のアミノ酸配列を有する。
他の好ましい実施形態によれば、抗体は、受託番号BCRC960494、BCRC960495、BCRC960496、BCRC960497、又はBCRC960498としてBCRCに寄託されたハイブリドーマ細胞系統のいずれかによって産生されてよい。
本発明の抗体は、医薬組成物の全質量に基づき約0.1%〜99質量%のレベルで存在する。いくつかの実施形態において、本発明の抗体は、医薬組成物の全質量に基づき少なくとも1質量%のレベルで存在する。ある実施形態において、本発明の抗体は、医薬組成物の全質量に基づき少なくとも5質量%のレベルで存在する。さらに他の実施形態において、本発明の抗体は、医薬組成物の全質量に基づき少なくとも10質量%のレベルで存在する。またさらに他の実施形態において、本発明の抗体は、医薬組成物の全質量に基づき少なくとも25質量%のレベルで存在する。
本開示の医薬品又は医薬組成物によって処置可能なTDP−43オリゴマー関連疾患は、アルツハイマー病、嗜銀顆粒性疾患、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、グアムのALS−パーキンソン痴呆症候群、血管性認知症、前頭側頭型認知症、意味性認知症、レビー小体型認知症、ハンチントン病、脊髄小脳性運動失調、封入体ミオパシー、封入体筋炎、海馬硬化症、又はパーキンソン病のいずれかであってよい。
したがって、本開示の第3の態様は、被験体においてTDP−43オリゴマー関連疾患の予防又は処置のための方法を提供することである。この方法は、TDP−43タンパク質症を阻害又は抑制するように、治療的に有効量の本発明の抗体を被験体に投与するステップを含む。
いくつかの好ましい実施形態によれば、本抗体は、配列番号:1、配列番号:2及び配列番号:3のアミノ酸配列を含む重鎖可変領域;及び配列番号:5、配列番号:6及び配列番号:7のアミノ酸配列を含む軽鎖可変領域を含む。1つの特定の例において、重鎖可変領域は、配列番号:4のアミノ酸配列を有し、軽鎖可変領域は、配列番号:8のアミノ酸配列を有する。
他の好ましい実施形態によれば、抗体は、受託番号BCRC960494、BCRC960495、BCRC960496、BCRC960497、又はBCRC960498としてBCRCに寄託されたハイブリドーマ細胞系統によって産生されてよい。
本開示の方法によって処置され得るTDP−43オリゴマー関連疾患は、アルツハイマー病(AD)、嗜銀顆粒性疾患、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、グアムのALS−パーキンソン痴呆症候群、血管性認知症、前頭側頭型認知症、意味性認知症、レビー小体型認知症、ハンチントン病、脊髄小脳性運動失調、封入体ミオパシー、封入体筋炎、海馬硬化症、又はパーキンソン病(PD)である。
本開示の第4の態様は、被験体においてTDP−43オリゴマー関連疾患の診断のための方法を提供することである。この方法は、被験体から生体試料を採取するステップ;生体試料を有効量の本発明の抗体と接触させることにより、生体試料中のTDP−43オリゴマーの量を決定するステップ;及び生体試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量を、健康な被験体から得られたコントロール試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量と比較するステップ;を含み、ここで、生体試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量が、コントロール試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量よりも顕著に高い又は低いことが、被験体が神経変性疾患を患っていることを示す。
本開示の好ましい実施形態によれば、生体試料は、脳生検試料、脳脊髄液試料、全血試料、血清試料、血漿試料、尿試料、又は粘液試料である。
いくつかの好ましい実施形態によれば、本抗体は、配列番号:1、配列番号:2及び配列番号:3のアミノ酸配列を含む重鎖可変領域;及び配列番号:5、配列番号:6及び配列番号:7のアミノ酸配列を含む軽鎖可変領域を含む。1つの特定の例において、重鎖可変領域は、配列番号:4のアミノ酸配列を有し、軽鎖可変領域は、配列番号:8のアミノ酸配列を有する。
他の好ましい実施形態によれば、抗体は、受託番号BCRC960494、BCRC960495、BCRC960496、BCRC960497、又はBCRC960498としてBCRCに寄託されたハイブリドーマ細胞系統のいずれかによって産生されてよい。
したがって、本開示の第5の態様は、生体試料中のTDP−43の病理学的形態の検出のためのキットを提供することである。検出結果は、その生体試料の被験体が、TDP−43オリゴマー関連疾患を患っているかどうかを決定するための基準として使用してよい。キットは、少なくとも、容器、及び生体試料中のTDP−43オリゴマーを検出するための試薬を含み、ここで、試薬が、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体、及び説明文であって、容器に関連付けられかつ生体試料中のTDP−43の病理学的形態(すなわち、本明細書に記載のTDP−43オリゴマー)を検出するための本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体の使い方を示す説明文、を含む。説明文は、パンフレット、テープ、CD、VCD又はDVDの形態であってよい。キットは、TDP−43オリゴマーの非存在又は健康な被験体におけるTDP−43オリゴマーの正常レベルを示すネガティブコントロールをさらに含んでよい。
本発明の1又は複数の実施形態の詳細が、以下の添付の説明に記載されている。本発明の他の特徴及び利点が、詳細な説明、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本説明は、添付の図面に照らして読まれる以下の詳細な説明から、よりよく理解されるであろう。
図1は、全長TDP−43がアミロイド様オリゴマーを形成することを示す。
280nmでの吸収によってモニターされたE. coliから精製された全長TDP−43の分析用サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)(実線)又はスロットブロット法の強度により定量化されたヒトHEK293細胞から精製された全長TDP−43の分析用サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)(破線)。分子量標準の保持時間を示している。 抗アミロイドオリゴマー抗体、A11を用いる、TDP−43のドットブロット法。SEC前(プレロードTDP−43)及びSEC後(ボイド容量、TDP−43オリゴマー)の新鮮に精製されたTDP−43及びバッファーをA11で免疫染色した。 バッファー、又は9M 尿素、7.2M GdnHCl、若しくは2% SDSを含有するバッファー中で、90℃1時間の加熱を行って又は行わずに、新鮮に精製されたTDP−43をドットした。3つのレプリカを作製し、A11抗体、抗N−末端TDP−43抗体(残基1−260)、及び抗C−末端TDP−43抗体(残基250−414)によって別々にプロービングした。 TDP−43オリゴマーのTEM画像(スケールバー、500nm)。単一のオリゴマーのズームイン画像が左上に示されている(スケールバー、50nm)。 TDP−43オリゴマーのAFM画像(スケールバー、500nm)。単一のオリゴマーのズームイン画像が左上に示されている(スケールバー、50nm)。 SECから得られたTDP−43のオリゴマー画分のDLS分析。粒子直径が、散乱光強度及び粒子数に対してプロットされている。 SECから得られたTDP−43のオリゴマー画分のDLS分析。粒子直径が、散乱光強度及び粒子数に対してプロットされている。
図2は、TDP−43のコンホメーション、ThT蛍光、及びDNA結合を示す。
全長TDP−43(実線)及び短い形態のTDP−43(破線)の遠UV CDスペクトル。250〜190nmのスペクトルが示されている。 全長TDP−43(実線)及び短い形態のTDP−43(破線)のBis−ANS蛍光スペクトル。バッファーシグナルが示されている(点線)。 Aβ線維と比較した、TDP−43のThT結合。全長TDP−43(■、実線)、短い形態のTDP−43(●、破線)、及びAβ線維(▲、点線)のThT蛍光発光スペクトル。Aβ線維のみがThT結合シグナルを示した。 蛍光滴定によってモニターされたTDP−43のTAR DNA結合。TDP−43の全長(四角)及び短い形態(丸)を、一本鎖TAR DNA−A部位(塗りつぶされたシンボル)及び−B部位(空白のシンボル)で滴定した。280nmで励起しながら、350nmでのTDP−43又はTDP−43sの発光最大値をモニターした。示されたデータは開始点に正規化されたものであり、示された線は適合線である。
図3は、Aβに対するTDP−43のクロスシーディングを示す。
TDP−43を用いない及び0.4〜4%の範囲の濃度のTDP−43を用いる、Aβ線維化のThTアッセイ。シーディングされたTDP−43のモル比のパーセンテージが示されている。 0時間での、TDP−43を含む及び含まない、Aβの光誘導性架橋(PICUP)アッセイ。シーディングされたTDP−43のモル比のパーセンテージが示されている。 4% TDP−43を含む及び含まない、Aβの終点生成物のTEM画像(スケールバー、100nm)。
図4は、TDP−43オリゴマーが神経突起変性を誘導し、インビトロ及びインビボで神経毒性であることを示す。
MTTアッセイ(図4A)及びLDHアッセイ(図4B)によって実施された、ヒトBE(2)−C細胞に対するTDP−43の細胞毒性(n=3、平均値±S.E.M.)。 MTTアッセイ(図4A)及びLDHアッセイ(図4B)によって実施された、ヒトBE(2)−C細胞に対するTDP−43の細胞毒性(n=3、平均値±S.E.M.)。 MTTアッセイを用いる、1次ニューロン培養物に対するTDP−43の細胞毒性。MTTアッセイにおける細胞生存能力はバッファーコントロールに対して正規化される(n=3、平均値±標準偏差)。統計値は、図4A及び図4Cについてはチューキーの事後検定を伴う一元配置分散分析によって、図4Bについては両側の対応のないスチューデントのt検定によって、分析した(*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001)。 コントロール又はTDP−43、0.44μMで処置した1次ニューロンの免疫細胞化学。試料を、MAP−2免疫染色、GFAP免疫染色、及びDAPI染色に供した。 海馬内TDP−43注射は、マウス海馬のCA領域において、ニューロン喪失を示した。バッファーコントロール及びTDP−43の海馬注射(各群n=3)を実施した。ニューロン特異性マーカーNeuN及び核特異性色素DAPIによる海馬領域の免疫組織化学が示されている。病変部は矢印によって示されている(スケールバー、50μm)。
図5は、TDP−O抗体がTDP−43オリゴマーを特異的に認識することを示す。
ネイティブバッファー、又は9M 尿素、7.2M GdnHCl、若しくは2% SDSを含有するバッファー中で、90℃1時間の加熱を行って又は行わずに、新鮮に精製されたTDP−43を、TDP−43オリゴマーを免疫原として使用して新しく作製されたポリクローナル抗体、TDP−Oによってプロービングされるドットブロット法に供した。TDP−OによるTDP−43コンホメーションの免疫反応性は、図1Cに示されるA11によるものと同様であった。 Aβオリゴマーを、A11及びTDP−O抗体によってプロービングされるドットブロット法に供した。A11はAβオリゴマーを認識することができたが、TDP−Oはできなかった。 3倍濃縮されたTDP−43(実線)及び3倍濃縮されていないTDP−43(点線)をSECに供した。TDP−43オリゴマー(★)、TDP−43モノマー(☆)、及び分子量標準の溶出体積が示されている。 1mlのSEC画分を回収し、TDP−O(上のブロット)及びN1−260抗体(下のブロット)によるドットブロット法に供した。 SECからの精製されたTDP−43オリゴマー及びモノマーをELISAにより特徴付けた。TDP−43試料をELISAプレート上に用量依存的にコーティングした。TDP−43オリゴマーをTDP−O(■)及びN1−260(□)抗体によりプロービングし、TDP−43モノマーをTDP−O(●)及びN1−260(○)抗体によりプロービングした。TDP−O抗体は、TDP−43オリゴマーに対して顕著な高い特異性を有する。
図6は、FTLD−TDPのトランスジェニックマウスモデルにおいて、TDP−43オリゴマーが存在し、年齢と共に増加することを示す。
野生型並びに6月齢及び12月齢のTDP−43Tg+/+トランスジェニックマウスの脳スライスにおける、ヒトTDP−43及びTDP−43オリゴマーの免疫蛍光染色。抗TDPオリゴマー染色、TDP−43染色、及びDAPI染色をした細胞が示されている(スケールバー、100μm)。ブロッキングされた領域が、最後の列において、より高い倍率で提示された(スケールバー、25μm)。 定量化された結果は、サイトゾルにおいてTDP−O及びTDP−43の沈着を有する細胞の比率が年齢依存性であったことを示した。(1群あたりn=3、各マウスにつきランダムな5つの視野を計算した。データを平均値±S.E.Mとして表す。統計値は、テューキーの事後検定を伴う一元配置分散分析によって分析した(*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001)。)
図7は、TDP−43オリゴマーがFTLD−TDP患者に存在することを示す。合計で、3のFTLD−TDP症例、3の神経学的及び病理学的に正常な、年齢が合致したコントロール、及び3のTDP−43封入体を有しないアルツハイマー病症例(「神経変性疾患コントロール」として)を調べた。代表的な画像が示されている。(A)、(C)、及び(E) FTLD−TDP患者の海馬(C)及び前頭皮質切片(A、E)における、TDP−O抗体によるTDP−43の免疫組織化学的染色。TDP−Oは、濃く染色された、卵形又は不規則な形状であるが目立たない細胞質封入体(矢印)及び変性神経突起(矢頭)を表すニューロピルにおけるコンマ形のプロファイルを同定した。(E)に示されるようないくつかの皮質領域において、神経細胞質は粗い粒状免疫反応性を示した。(B)、(D)、及び(F) TDP−Oは、コントロール被験体の脳を染色しなかった。TDP−O抗体は、モノマーTDP−43の抗体とは対照的に、核を染色しなかった。これは、ミスフォールドTDP−43に対する特異性を実証する。全てのパネルのスケールバーは20μmである。
図8は、罹患海馬から免疫沈降されたTDP−43オリゴマーの免疫金標識を示す。FTLD−TDP患者の海馬を摘出し、TDP−O抗体によって免疫沈降させた。溶出液を、N−末端TDP−43抗体で免疫金標識するEMに供した(スケールバー、50nm)。
FTLD−TDPにおけるTDP−43オリゴマー(スケールバー、100nm)。 TDP−43オリゴマーのズームイン画像(スケールバー、50nm)。
図9は、TDP−O mAbsがTDP−43オリゴマーに対してより高い特異性を示すことを示す。それぞれTDP−O−3、−5、−8、−9、及び−10ハイブリドーマ細胞によって産生される、様々な濃度のTDP−O mAbs(1−2x10−5μg/mL)をELISAアッセイに使用して、SDS変性又は非変性TDP−43を検出した。
図10は、TDP−O mAbsが、精製されたTDP−43オリゴマーに対してより高い特異性を示すことを示す。TDP−Oハイブリドーマ細胞の条件培地を使用して、サイズ排除クロマトグラフィーからの精製されたTDP−43オリゴマー及びモノマーをELISAアッセイによって検出した。
TDP−43オリゴマー及びモノマーをSuperdex200 10/300 GLカラムによって分離及び回収した。 TDP−O−3、−5、−8、−9、及び−10ハイブリドーマ細胞系統の条件培地を使用して、TDP−43オリゴマー及びモノマーをELISAアッセイによって検出した。
図11は、5の単離されたTDP−Oモノクローナル抗体の重鎖可変領域(V)及び軽鎖可変領域(V)のコンセンサスアミノ酸配列を示す。Xは任意のアミノ酸残基を表し、CDRは相補性決定領域(complementarity determining region)の略語である。
図12は、TDP−Oモノクローナル抗体がTDP−43オリゴマー誘導細胞毒性を救済することを示す。MTTアッセイを実施して、BE(2)−C細胞の細胞生存能力を調べた。データは平均値±標準偏差として示される。統計的分析を、一元配置分散分析によって、*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001で実施した。この結果は、TDP−43オリゴマーによって誘導された毒性が、TDP−O抗体の処置によって有意に救済されたことを示した。
説明
添付の図面に関連して以下に提供される詳細な説明は、本例の説明として意図されており、本例が構築又は利用され得る唯一の形態を示すことを意図するものではない。この説明は、本例の機能及び本例を構築及び動作させるための一連のステップを示す。しかしながら、同一又は同等の機能及び一連のステップは、異なる例によって達成され得る。
I.定義
本明細書で使用される用語「TDP−43タンパク質症」は、43kDaのトランス活性化応答(TAR)−DNA−結合タンパク質(TDP−43)と特に結びついた疾患を指す。TDP−43は、ユビキチン陽性封入体を伴う前頭側頭葉変性症(FTLD−U)、及び筋萎縮性側索硬化症(ALS)と結びついていることが知られる疾患タンパク質である。それ故に、TDP−43タンパク質症は、アルツハイマー病(AD)、嗜銀顆粒性疾患、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、グアムのALS−パーキンソン痴呆症候群、血管性認知症、前頭側頭型認知症、意味性認知症、レビー小体型認知症、ハンチントン病、脊髄小脳性運動失調、封入体ミオパシー、封入体筋炎、海馬硬化症、又はパーキンソン病(PD)を含むが、これらに限定されない。
本明細書で使用される用語「有効量」は、投与時及び必要な時間、TDP−43オリゴマー関連疾患の処置に関して所望の治療結果を達成するのに有効な量を指す。
フレーズ「医薬的に許容される」は、ヒトに投与されたときに、「一般に安全とみなされる」、例えば、生理的に耐容され、典型的には、胃の不調、目まいなどのアレルギー性又は同様の有害反応を生じない、分子実体及び組成物を指す。好ましくは、本明細書で使用される、用語「医薬的に許容される」は、連邦又は州政府の規制当局によって承認されていること、又は動物における、及びより具体的にはヒトにおける使用についての、米国薬局方又は他の一般に認識されている薬局方に収載されていることを意味する。
用語「投与された(administered)」、「投与する(administering)」又は「投与(administration)」は、本明細書において交換可能に使用され、本開示の二重特異性抗体又は組成物を直接に投与することを意味する。
用語「被験体」又は「患者」は、本開示の組成物及び/又は方法で処置可能な、ヒト種を含む動物を指す。用語「被験体」又は「患者」は、1つの性別が特定されていない限り、オスとメスの両方の性別を指すことが意図される。したがって、用語「被験体」又は「患者」は、がんの処置から恩恵を受け得る任意のほ乳類を含む。「被験体」又は「患者」の例は、ヒト、ラット、マウス、モルモット、サル、ブタ、ヤギ、ウシ、ウマ、イヌ、ネコ、トリ及びニワトリを含むがこれらに限定されない。例示的な実施形態において、患者はヒトである。
本明細書で使用される用語「処置する(treat)」又は「処置(treatment)」は、所望の薬理的及び/又は生理的効果を得ること、例えば、TDP−43の病理学的形態の存在を検出すること、器官萎縮を防止若しくは救済すること、又は認知症若しくは筋肉の衰弱及び硬直の発症を阻害することを意味することが意図される。この効果は、疾患又はその症候を完全に又は部分的に防止するという点において予防的、及び/又は疾患及び/又は疾患に起因する有害効果の部分的な又は完全な治癒という点において治療的であり得る。本明細書で使用される「処置」は、ほ乳類、特にヒトにおける疾患の防止的(例えば、予防的)、治癒的又は緩和的処置を含み;かつ(1)疾患になりやすい可能性があるが、まだそれを有するとは診断されていない個体における、疾患又は状態(例えば、がん又は心不全)の発症の防止的(例えば、予防的)、治癒的又は緩和的処置;(2)疾患の(例えば、その発症を阻止することによる)阻害;又は(3)疾患の軽減(例えば、疾患に関連する症候の低減)を含む。
用語「抗体(antibody)」又は「抗体(antibodies)」は、最も広い意味で使用され、特にモノクローナル抗体、ポリクローナル抗体、多重特異性抗体(例えば、二重特異性抗体)、及び抗体フラグメントを、それらが所望の生物学的活性を示す限り、すなわち、それがタンパク質及び/又は他の分子の複合混合物中のその標的抗原を優先的に認識するときに、抗原に特異的に結合する生物学的活性を示す限り、包含する。本願の一つの実施形態によれば、本発明の抗体は、TDP−43オリゴマーを特異的に認識するポリクローナル抗体である。
本明細書で使用される用語「モノクローナル抗体」は、実質的に均質な抗体の集団から得られた抗体を指し、任意の特定の方法による抗体の産生を必要とするように構築されるべきものではない。様々なエピトープに対する様々な抗体を典型的に含むポリクローナル抗体とは対照的に、各モノクローナル抗体は、抗原上の単一の決定基(すなわち、エピトープ)に対するものである。本開示のモノクローナル抗体は、ハイブリドーマ法又は組換えDNA法によって作製してよい。本明細書のモノクローナル抗体は、特に、「キメラ」又は「組換え」抗体を含み、ここで、それらが所望の生物学的活性を示す限り、重鎖及び/又は軽鎖の一部が、特定の種に由来する抗体又はある抗体クラス若しくはサブクラスに属する抗体中の対応する配列と同一又は相同である一方で、鎖の残りが、別の種に由来する抗体又は別の抗体クラス若しくはサブクラスに属する抗体中の対応する配列と同一又は相同であり、当該抗体のフラグメントも同様である。
非ヒト(例えば、マウス)抗体の「ヒト化」形態は、非ヒト免疫グロブリンに由来する最小配列を含むキメラ抗体である。ヒト化抗体は、所望の特異性又は親和性を有する、マウス、ラット、ウサギ、又は非ヒト霊長類などの非ヒト種からの超可変領域残基によって、超可変領域残基が置き換えられているヒト免疫グロブリンである。いくつかの場合において、ヒト免疫グロブリンのFvフレームワーク領域(FR)残基は、対応する非ヒト残基によって置き換えられる。一般に、ヒト化抗体は、全ての又は実質的に全てのFR領域がヒト免疫グロブリン配列のFR領域である、少なくとも1、及び典型的には2の可変ドメインの、実質的に全てを含むだろう。ヒト化抗体は、免疫グロブリン定常領域(Fc)の少なくとも一部、典型的にはヒト免疫グロブリンの少なくとも一部を任意選択的に含んでよい。
単数形「a」、「and」、及び「the」は、文脈が明確に指示しない限り、複数の指示対象を含むものとして本明細書で使用される。
II.本発明の説明
43kDaのトランス活性化応答(TAR)−DNA−結合タンパク質(TDP−43)は、散発性のユビキチン陽性封入体を伴う前頭側頭葉変性症(FTLD−U)、及び筋萎縮性側索硬化症(ALS)の全てのサブタイプのユビキチン化ミスフォールド凝集体における疾患タンパク質として同定されている。本研究において、発明者は、全長TDP−43が、アルツハイマーアミロイド−β(Aβ)をクロスシーディングしてアミロイドオリゴマーを形成する、構造的に安定な球状オリゴマーを形成することを予期せず発見した。それ故に、薬剤(例えば、抗体)が当該TDP−43オリゴマーに結合することができる場合、当該薬剤は、TDP−43のタンパク質症及び/又はAβオリゴマー化(ただしこれに限定されない)などの後続の事象に対するTDP−43の効果を抑制又は阻害し得る。したがって、当該薬剤は、TDP−43の病理学的形態の沈着及び/又は凝集に起因する神経変性疾患を防止又は処置するのに適切な医薬品(例えば、ワクチン又は受動免疫)の製造に有用である。
したがって、本開示の第1の態様は、抗体、特に、本発明の実施例で同定されたTDP−43オリゴマーを認識し、それにより、タンパク質、特に、TDP−43の、疾患に関連する凝集を阻害する抗体を提供することである。一般に、タンパク質凝集プロセスは、いったん開始すると自己伝播様式で進み、さらなるタンパク質分子のコンホメーション変化及び/又は重合が誘導される凝集カスケードが起こり、これがタンパク質分解に耐性のある有毒な生成物の形成を引き起こす。このように形成されたタンパク質凝集は、アルツハイマー病(AD)、嗜銀顆粒性疾患、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、グアムのALS−パーキンソン痴呆症候群、血管性認知症、前頭側頭型認知症、意味性認知症、レビー小体型認知症、ハンチントン病、脊髄小脳性運動失調、封入体ミオパシー、封入体筋炎、海馬硬化症、又はパーキンソン病(PD)などの神経変性疾患の近位の原因であると考えられている。
本開示の好ましい実施形態によれば、TDP−43オリゴマーは、直径約2〜400nmの粒子サイズを有することを特徴とする。好ましくは、TDP−43オリゴマーは、直径約20〜400nmの、例えば直径20〜30nm、30〜40nm、40〜50nm、50〜60nm、60〜70nm、70〜80nm、80〜90nm、90〜100nm、100〜120nm、120〜140nm、140〜160nm、160〜180nm、180〜200nm、200〜220nm、220〜240nm、240〜260nm、260〜280nm、280〜300nm、300〜320nm、320〜340nm、340〜360nm、360〜380nm、及び380〜400nmの粒子サイズを有する。より好ましくは、TDP−43オリゴマーは、直径約40〜60nmの球状粒子サイズを有する。
本発明の抗体は、上述のTDP−43オリゴマー、そのエピトープ、並びにその様々なコンホメーション及びエピトープに、特異的に結合する。好ましい実施形態において、本明細書に開示される抗体は、病理学的TDP−43、特に、直径約2〜400nmの球状粒子サイズを有することを特徴とする全長TDP−43オリゴマーに優先的に結合する。
所望のモノクローナル抗体を産生するために、最初に、マウス、ラット又はウサギなどの動物を、適切な用量のTDP−43オリゴマーで免疫化する。一般に、動物をTDP−43オリゴマーで免疫化する際に、アジュバントとTDP−43オリゴマー溶液が一緒に混合される。本発明に有用なアジュバントの例は、フロイント完全アジュバント(FCA)、フロイント不完全アジュバント(FIA)、及び水酸化アルミニウムアジュバントを含む。免疫化は一般に、抗原の静脈内、皮下、腹腔内又は筋肉内注射によって主に行われる。免疫化間隔は特に限定されない。免疫化は、数日間〜数週間、好ましくは2〜3週間の間隔で、1〜10回、好ましくは2〜5回行ってよい。免疫化の結果、抗体価が吸光度レベルにおいて2以上になると、動物は約1ヶ月間放置される。次いで、再免疫化が少なくとも1回行われる。最終免疫化の数日後、好ましくは3〜5日後に、脾細胞及び所属リンパ節を除去する。免疫化後に血液試料を定期的に採取し、遠心分離に共して血清を分離する。次いで、得られた血清を、任意の適切な方法による抗体価の測定に供する。この任意の適切な方法は、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)、酵素イムノアッセイ(EIA)、又はラジオイムノアッセイ(RIA)を含むがこれらに限定されない、一つの好ましい例において、抗体価はELISAによって測定される。次いで、TDP−43オリゴマーに対して高い抗体価を示す動物に最終免疫化を行う。
抗体産生細胞は、免疫化動物の脾細胞及び所属リンパ節などから調製される。抗体産生細胞の調製において、組織破片及び赤血球を可能な限り除去することが好ましい。市販の赤血球除去剤をこの目的のために使用してよい。代替的に、塩化アンモニウム及びトリスのバッファーを調製及び使用してよい。このように調製された抗体産生細胞は、骨髄腫細胞などの不死細胞と直ちに融合されて、抗体を産生しながら半永久的に増殖し続けるハイブリドーマ細胞を生じる。マウスなどの動物に由来する一般的に入手可能な細胞株を使用してよい。本発明において使用するのに好ましい細胞株は、効率的に融合し、抗体の安定で高いレベルの産生を支持し、ヒポキサンチン、チミジン及びアミノプテリンを含有するHAT選択培地に対して感受性である細胞株であるべきであり、抗体産生細胞と融合された場合にのみそこに生存するべきである。骨髄腫細胞の例は、マウス骨髄腫細胞系統(骨髄腫FO細胞など)及びヒト骨髄腫細胞系統(Karpas 707Hなど)を含むがこれらに限定されない。
細胞融合は通常、約200〜20,000ダルトンの平均分子量を有するPEGなどの細胞融合プロモーターの存在下で、脾細胞又はリンパ節細胞を市販の入手可能な骨髄腫細胞と混合することにより行われる。代替的に、細胞融合は、電気融合などの電気的刺激を利用した市販の細胞融合装置で行ってよい。融合の後、得られた細胞をHAT培地で希釈し培養する。
次いで、目的のハイブリドーマを、融合された細胞から選択する。HAT培地中で培養された、生存する融合された細胞は、コロニーを形成するだろう。次いで、各培養ウェルの上清を回収し、TDP−43オリゴマーに対する抗体価の有無について調べる。確認の方法としては、TDP−43オリゴマー又はTDP−43モノマーがプレート上にコーティングされ、スクリーニング判定基準として使用される、ELISA、EIA又はRIAを使用してよい。抗体陽性ウェルが同定されると、次いで細胞を、アミノプテリンを含有しないHT培地中で培養する。しばらく培養した後、培養上清中の抗体価を再び確認する。次いで、最終的に選択された細胞をクローニングに供し、単一細胞を得る。TDP−43オリゴマーに対して高い特異性を示すクローンを選択し、ある程度増殖させてハイブリドーマを樹立する。
本開示の好ましい実施形態によれば、5のハイブリドーマ、TDP−O−3、TDP−O−5、TDP−O−8、TDP−O−9及びTDP−O−10を選択した。モノクローナル抗体は、任意の既知の方法によって単離又は調製してよい。例えば、抗体は、血清濃度の低い培地中でハイブリドーマを培養することによって得られた培養上清から調製してよい。代替的に、ハイブリドーマを動物の腹腔内に注射し、得られた腹水を回収して抗体を調製してよい。抗体は、親和性カラム、ゲルろ過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィーなどを用いる方法によって精製又は単離してよい。これらの既知の方法はいずれも、適宜選択してよく、又は組み合わせて使用してよい。
特定の実施形態によれば、本開示のモノクローナル抗体は、受託番号BCRC960494、BCRC960495、BCRC960496、BCRC960497、又はBCRC960498として、食品工業開発研究機関(FIDRI)(HsinChu、Taiwan、R.O.C.)の生物資源収集研究センター(BCRC)に寄託されているハイブリドーマ細胞系統TDP−O−3、TDP−O−5、TDP−O−8、TDP−O−9及びTDP−O−10によってそれぞれ産生される。
好ましい実施形態によれば、本明細書に開示されるモノクローナル抗体は、重鎖及び軽鎖可変領域にそれぞれ位置するコンセンサス配列を含む。したがって、本明細書に記載のモノクローナル抗体は、配列番号:1、配列番号:2及び配列番号:3のアミノ酸配列を含む重鎖可変領域;及び配列番号:5、配列番号:6及び配列番号:7のアミノ酸配列を含む軽鎖可変領域をそれぞれ含む。好ましくは、ヒト化モノクローナル抗体は、配列番号:4の重鎖可変領域、及び配列番号:8の軽鎖可変領域を含む。本開示に記載のアミノ酸配列、特に配列番号:1〜6、及び8のなかでも、Xaaは、本技術分野において知られている任意のL体又はD体アミノ酸残基を表す。一つの例において、Xaaは酸性アミノ酸残基(例えば、アスパラギン酸又はグルタミン酸)である。別の例において、Xaaは塩基性アミノ酸残基(例えば、リシン、アルギニン、又はヒスチジン)である。さらなる例において、Xaaは非極性アミノ酸残基(例えば、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、又はトリプトファン)である。さらに別の例において、Xaaは非電荷極性アミノ酸残基(例えば、グリシン、アスパラギン、グルタミン、システイン、セリン、スレオニン、又はチロシン)である。
代替的に、抗TDP−43オリゴマーモノクローナル抗体は、DNAクローニング又はDNA合成によって産生されてよい。抗TDP−43オリゴマーmAbsをコードするDNAは、モノクローナル抗体の重鎖及び軽鎖をコードする遺伝子に特異的に結合する能力を有するオリゴヌクレオチドプローブを使用するなどの、従来の手順の使用によって、容易に単離及び配列決定されてよい。ハイブリドーマ細胞(例えば、TDP−O−3、TDP−O−5、TDP−O−8、TDP−O−9又はTDP−O−10ハイブリドーマ)は、当該DNAの好ましい源の役割を果たす。DNAが単離されると、このDNAを発現ベクターに入れることができ、次いでこの発現ベクターを、免疫グロブリンタンパク質を産生しない、E. Coli細胞、サルCOS細胞又はチャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞又は骨髄腫細胞などの宿主細胞に遺伝子導入して、組換え宿主細胞中で所望のモノクローナル抗体を合成する。
次いで、このように産生されたモノクローナル抗体及び当該抗体をコードするDNAを使用して、キメラ抗体(例えば、二重特異性抗体)、ヒト化抗体及び/又はそれらに由来する抗体フラグメントを産生することができる。
非ヒト起源モノクローナル抗体の主要な関心事は、レシピエントに対するその免疫原性であり、これは場合によっては危険なアレルギー性反応を引き起こす。ほとんどのモノクローナル抗体はマウス起源のものであり、ヒトに注射すると免疫原性であることが判明している。本発明の抗TDP−43オリゴマーmAbsの免疫原性を低減するために、マウス抗TDP−43オリゴマーAbsの重鎖及び軽鎖の可変ドメインを、ヒト抗体の定常領域に取り付けることによって、ヒト化抗体が産生される。
ヒト化抗TDP−43オリゴマー抗体を作り出すために、当該抗体をコードするDNAを単離及び配列決定し、次いでヒト化構築物を作り出すのに使用した。
本開示の好ましい実施形態によれば、CDR(相補性決定領域)グラフト化が用いられ、ここで、ヒト抗体のVH及びVL遺伝子中のCDR領域が、適当なCDRコードセグメント(例えば、TDP−43オリゴマーの結合に関与するアミノ酸セグメントをコードする抗TDP−43オリゴマーAbs中のDNAセグメントなど)で置き換えられる。したがって、得られる抗体は、CDRのみが元のマウス抗体からのものである一方、VH及びVL遺伝子中のフレームワーク領域及び定常領域遺伝子(すなわち、CK又はCH1−H−CH2−CH3)がヒトIgGのものである、可変領域を有する。
好ましい実施形態において、ヒト化抗TDP−43オリゴマーmAbは、重鎖可変ドメイン及び軽鎖可変ドメインを含む。産生された後、ヒト化抗TDP−43オリゴマーmAbsは、クロスフローろ過、親和性カラムクロマトグラフィー、ゲルろ過などを含む本技術分野の標準手順にしたがって精製してよい。ヒト化抗体は、マウス抗TDP−43オリゴマーAbsと同一又は実質的に同様の様式で機能するものであるということが理解されるべきである。好ましくは、ヒト化抗TDP−43オリゴマーAbs(Fab又は全長IgGのいずれかの形態)は、マウスバージョンと比較して、ヒト被験体における使用においてより有利であるものである。いくつかの実施形態において、ヒト化抗TDP−43オリゴマーAbsは、本開示の二重特異性抗体の産生において使用される。
本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、TDP−43タンパク質症の任意のインビボ又はインビトロモデルの使用によって特徴付けることができる。当業者は、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体が、例7に記載の動物モデルのような、マウスモデルにおいて特徴付けることができることを容易に理解する。代替的に、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、例8に記載のヒトAD試料によって特徴付けることができる。
一つの例において記載されるインビトロデータによれば、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、TDP−43オリゴマーによって誘導された細胞毒性に対し阻害効果を有する。この例によれば、TDP−43オリゴマー誘導細胞毒性を阻害するのに十分な本抗TDP−43オリゴマー抗体の濃度は、約0.001−5.0mg/mlであり、例えば、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、又は5.0mg/mlである。好ましくは、濃度は約0.01−1.0mg/mlである。より好ましくは、濃度は約0.02−0.08mg/mlである。
当業者は、TDP−43タンパク質症の実験モデルを防止的設定又は治療的設定において使用することができることを理解する。防止的設定において、動物の投与は、TDP−43タンパク質症又はその症候の発症の前に開始し、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、TDP−43タンパク質症又はその症候の発症を防止、低減又は遅延させるその能力について評価される。治療的設定において、動物の投与は、TDP−43タンパク質症又はその症候の発症の後に開始し、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、TDP−43タンパク質症又はその症候の発症を処置、低減又は緩和させるその能力について評価される。TDP−43タンパク質症の症候は、試験被験体の脳、脊髄、脳脊髄液又は血清における病理学的TDP−43沈着の蓄積を含むがこれらに限定されない。
したがって、本開示は、Aβの凝集に関連する神経変性疾患を処置するための医薬組成物又は医薬品を提供する。組成物は、有効量の本明細書に記載の本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体;及び医薬的に許容される添加剤を含む。本開示の医薬組成物又は医薬品によって処置可能なTDP−43オリゴマー関連疾患は、アルツハイマー病、嗜銀顆粒性疾患、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、グアムのALS−パーキンソン痴呆症候群、血管性認知症、前頭側頭型認知症、意味性認知症、レビー小体型認知症、ハンチントン病、脊髄小脳性運動失調、封入体ミオパシー、封入体筋炎、海馬硬化症、又はパーキンソン病を含むが、これらに限定されない。
一般に、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、医薬組成物の全質量に基づき約0.1%〜99質量%のレベルで存在する。いくつかの実施形態において、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、医薬組成物の全質量に基づき少なくとも1質量%のレベルで存在する。ある実施形態において、抗TDP−43オリゴマー抗体は、医薬組成物の全質量に基づき少なくとも5質量%のレベルで存在する。さらに他の実施形態において、抗TDP−43オリゴマー抗体は、医薬組成物の全質量に基づき少なくとも10質量%のレベルで存在する。またさらに他の実施形態において、抗TDP−43オリゴマー抗体は、医薬組成物の全質量に基づき少なくとも25質量%のレベルで存在する。
いくつかの実施形態において、本発明の医薬品又は前記医薬組成物は、神経変性疾患の症候を改善させることが知られている薬剤をさらに含む。このような薬剤の例は、AChEI、Aβ阻害剤、又はムスカリンレセプターアゴニストなどを含むが、これらに限定されない。
医薬品又は前記医薬組成物は、Remington's Pharmaceutical Sciences、17th edition、ed. Alfonoso R. Gennaro、Mack Publishing Company、Easton、Pa(1985)に記載されるような、許容される医薬手順にしたがい調製される。医薬的に許容される添加剤は、製剤中の他の成分と適合性であり、生物学的に許容されるものである。
本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、経口投与、腹腔内投与、頭蓋内投与、髄腔内投与、筋肉内投与、静脈内投与、経皮投与、直腸投与又は吸入による投与などの本技術分野において知られている任意の手段によって、単独又は従来の医薬的に許容される添加剤と組み合わせて投与してよい。一つの好ましい実施形態において、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、被験体に静脈内投与される。別の好ましい実施形態において、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、被験体に髄腔内投与される。
適用可能な固体添加剤は、香味剤、潤滑剤、可溶化剤、懸濁剤、フィラー、滑剤、圧縮助剤、バインダー又は錠剤崩壊剤又はカプセル化材料としても作用し得る1又は複数の物質を含んでよい。粉末において、添加剤は、微細に分割された活性成分と混合されている、微細に分割された固体である。錠剤において、活性成分は、必要な圧縮特性を有する添加剤と適切な割合で混合され、所望の形状及びサイズに圧縮されている。粉末及び錠剤は、好ましくは、最大99%の活性成分を含有する。適切な固体添加剤は、例えば、リン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、タルク、糖、ラクトース、デキストリン、デンプン、ゼラチン、セルロース、メチルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリジンなどを含む。
本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、例えば、静脈内、筋肉内、皮下、髄腔内、腹腔内、又は小脳内注射によって投与することのできる滅菌溶液又は懸濁液である、液体医薬組成物に処方してもよい。経口投与は、液体又は固体の組成物形態であってよい。
本発明の医薬品又は前記医薬組成物はまた、口腔粘膜を介する薬物送達のための、頬及び/又は舌下薬物投与単位などの、粘膜適用のための様々な投与形態に処方されてもよい。医薬的に許容され、適切な付着の程度及び所望の薬物放出プロファイルの両方を提供し、投与される活性薬剤及び頬及び/又は舌下薬物投与単位中に存在し得る任意の他の成分と適合性である、幅広い生分解性ポリマーの添加剤を使用してよい。一般に、ポリマーの添加剤は、口腔粘膜の湿った表面に付着する親水性のポリマーを含む。ポリマーの添加剤の例は、アクリル酸ポリマー及びコポリマー;加水分解ポリビニルアルコール;ポリエチレンオキシド;ポリアクリレート;ビニルポリマー及びコポリマー;ポリビニルピロリドン;デキストラン;グアーガム;ペクチン;デンプン;並びにセルロース系ポリマーを含むがこれらに限定されない。
したがって、本発明は、TDP−43オリゴマー関連疾患のほ乳類、好ましくはヒトを処置する方法も提供し、この方法は、本明細書に記載の抗TDP−43オリゴマー抗体を含有する本発明の医薬品又は前記医薬組成物の投与を含む。当該医薬品又は組成物は、組成物の1又は複数の活性成分を適当な又は所望の作用部位に有効に輸送し得る任意の経路、例えば、口、鼻、肺、受動的又はイオントフォレーシス送達などの経皮、又は非経口、例えば、直腸、デポー、皮下、静脈内、髄腔内、筋肉内、鼻腔内、小脳内、点眼液又は軟膏の経路など、によって、ほ乳類、好ましくはヒトに投与される。さらに、本発明の化合物と他の活性成分は併用投与又は同時投与されてよい。
いくつかの実施形態において、被験体に投与される有効な用量は、約1〜100mg/Kg被験体体重、例えば、約10、20、30、40、50、60、70、80、90又は100mg/Kg被験体体重であり、好ましくは約50〜70mg/Kg被験体体重、例えば50、60又は70mg/Kg被験体体重であり、最も好ましくは約50mg/Kg被験体体重である。用量は、単一のアリコートで、又は代替的に1より多いアリコートで、投与することができる。
本開示の任意選択の実施形態によれば、本方法は、アセチルコリンエステラーゼ阻害剤(AChEI)、Aβ阻害剤、又はムスカリンレセプターアゴニストを、上述の抗TDP−43オリゴマー抗体と同時に又は逐次的に、被験体に投与するステップをさらに含んでよい。
いくつかの実施形態において、AChEIは、アランタミン、シムセリン、ドネペジル、ER 127528、ガランタミン、ガンスチグミン、ヒューペルジンA、フェンセリン、フェネチルノルシムセリン、リバスチグミン、RS 1259、SPH 1371、タクリン、チアシムセリン、又はザナペジルのいずれかである。他の実施態様において、Aβ阻害剤は、バピネオズマブ、PTB2、scyllo−イノシトール、PPI 1019、RS 0406、SP 233、EGCG、Exberyl−1、又はSEN 606のいずれかである。ムスカリンレセプターアゴニストは、オキソトレモリン又はキサノメリンである。
本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体はまた、被験体におけるTDP−43オリゴマー関連疾患の検出又は診断のためのツールとして使用してもよい。したがって、本発明は、TDP−43オリゴマー関連疾患を有する又は有すると疑われる被験体を検出又は診断するための方法を提供する。この方法は、被験体から生体試料を採取するステップ;生体試料を有効量の本抗体と接触させることにより、生体試料中のTDP−43オリゴマーの量を決定するステップ;及び生体試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量を、健康な被験体から得られたコントロール試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量と比較するステップを含み、生体試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量が、コントロール試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量よりも顕著に高い又は低いことが、被験体がTDP−43オリゴマー関連疾患を患っていることを示す。
本明細書に記載の生体試料は、脳生検試料、脳脊髄液試料、全血試料、血清試料、血漿試料、尿試料、粘液試料及びそれらの精製された又はろ過された形態を含むが、これらに限定されない。
抗体結合は、ラジオイムノアッセイ、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)、「サンドイッチ」イムノアッセイ、(例えば、コロイド金、酵素又は放射性同位元素標識を用いる)インシトゥイムノアッセイ、ウエスタンブロット、凝集アッセイ(例えば、ゲル凝集アッセイ、血球凝集アッセイなど)、補体結合アッセイ、免疫蛍光アッセイ、及び免疫電気泳動アッセイなどの、本技術分野において知られている技術によって検出してよい。一つの実施形態において、抗体結合は、ELISAの使用によって検出される。いくつかの実施形態において、自己抗体は、体液中に検出され、この体液は、脳脊髄液、全血、血清、血漿、粘液、及びそれらの精製された又はろ過された形態を含むがこれらに限定されない。一つの好ましい例において、抗体は脳脊髄液試料から検出された。他の実施態様において、抗体は脳生検試料から検出される。
当業者に本発明を使用するためのツールを提供するために、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体は、神経変性疾患の診断、検出又は確認のためのキットに組み立てられる。好ましい実施形態において、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体に反応性であるTDP−43の病理学的形態の存在を使用して、被験体に予後診断を提供する。例えば、コントロール(健康な被験体に由来する)と比較して、生体試料中に、顕著に異なるレベルの、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体に反応性であるTDP−43の病理学的形態が検出されることは、TDP−43オリゴマー関連疾患の発生を示すものである。提供される情報はまた、処置過程を指図するためにも使用される。例えば、ある被験体がTDP−43の病理学的形態を有することが判明した場合、AD、ALS及びPDなどのTDP−43オリゴマー関連疾患の処置のための療法は、それらが有効である可能性がより高い、より早い時期に開始され得る。
一つの実施形態において、本発明は、本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体の使用によるTDP−43オリゴマー関連疾患の診断のためのキットを提供する。キットに含まれる部品は、容器、生体試料中のTDP−43オリゴマーを検出するための試薬であって、本発明の一つの例において記載の手順にしたがって調製された本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体を含む試薬、及び説明文であって、容器に関連付けられかつ生体試料中のTDP−43の病理学的形態(又は本明細書に記載のTDP−43オリゴマー)を検出するための本発明の抗TDP−43オリゴマー抗体の使い方を示す説明文である。説明文は、パンフレット、テープ、CD、VCD又はDVDの形態であってよい。キットは、抗TDP−43オリゴマー抗体と複合体を形成するTDP−43オリゴマーの、健康な被験体における正常レベルを示すネガティブコントロールをさらに含んでよい。
以下、本発明を、限定ではなく実証の目的のために提供されている以下の実施形態を参照して、より具体的に説明する。
実施例
材料及び方法
材料
HEK細胞から単離されたヒトTDP−43は、OriGene Technologies, Inc.(Rockville、MD、USA)から得た。生成物の説明に基づき、TDP−43を、TrueORFクローン、RC210639で一過的に遺伝子導入されたヒトHEK293細胞から得た。組換えTDP−43は、C−末端Myc−DDKタグを有した。過剰発現した組換えTDP−43タンパク質を、抗DDK親和性カラムを用いて精製した。短い形態のTDP−43(残基101−285)を、Kuoら(Nucleic Acids Res(2009)37、1799−1808)によって記載された手順にしたがって調製する。ドットブロット法のための抗N−末端残基1−260TDP−43抗体(N1−260として表示される)及び免疫組織化学のための抗TDP−43抗体は、両方共Abcam(Cambridge、UK)から購入した。抗C−末端残基350−414TDP−43抗体(C350−414として表示される)はNovus(Littleton、CO、USA)製であり、抗アミロイドオリゴマー抗体A11はBioSource(Invitrogen、Carlsbad、CA、USA)製であった。抗DDKモノクローナル抗体はOriGene Technologies, Inc製であった。Aβペプチドは、ゲノミクス研究センター、アカデミアシニカのペプチド合成施設によって合成した。他の化学物質は、Sigma Aldrich(St. Louis、MO、USA)又はAmresco(Solon、OH、USA)から購入した。全ての細胞培養試薬は、さらに表示するものを除いては、Gibco(Invitrogen)から購入した。
TDP−43の精製
N−末端His−タグTDP−43を、全長TDP−43をコードするcDNAを含むプラスミドpCMV−Taq2Bからクローニングした。増幅産物をXhoI/BamHIで二重消化し、pET14bベクター(Novagen、Merck KGaA、Darmstadt、Germany)にサブクローニングして、N−末端His−タグを作製した。N−末端His−タグ化TDP−43をE. coli株Rosetta2(Novagen、Merck KGaA、Darmstadt、Germany)中で形質転換及び過剰発現させた。細胞を採取し、氷上の、500mM NaCl、10% グリセロール、1mM DTT、2% RNase A、2% DNase I、及びプロテアーゼ阻害剤カクテル(完全、EDTAフリー、Roche Applied Science、Mannheim、Germany)を含有する30mM トリス−HClバッファー、pH 8中で、マイクロフルイダイザーにより溶解した。溶解物を27,000×g、4℃で遠心分離した。上清を、30mM トリス、pH 8、500mM NaCl、1mM DTT、20mM イミダゾール、及び10% グリセロールを含有するバッファー中で平衡化したNi−NTA親和性カラム(GE healthcare Bio−Sciences AB、Uppsala、Sweden)にロードした。同一のランニングバッファー中でイミダゾールステップグラジエントを実施した。TDP−43は、およそ200mM のイミダゾールで溶出した。精製されたhis−タグ化TDP−43タンパク質をSDS−PAGEで泳動し、クーマシーブルー染色によって同定した。組換えTDP−43は、余分のN−末端残基MGSSHHHHHHSSGLVPRGSHMLEを有した。計算される分子質量は47,147Daである。示されるように、タンパク質をさらに透析した。タンパク質濃度を、Nick Pace(Paceら、(1995)、Protein Sci 4、2411−2423)により記載された等式にしたがう、44,920cm−1−1の消衰係数の280nmでの吸収により、バックグラウンド差し引き後に定量化した。短い形態のTDP−43については、15,470cm−1−1の消衰係数を使用した。
サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)
Superdex−200 10/300 GL分析用ゲルろ過カラム(GE healthcare Bio−Sciences AB、Uppsala、Sweden)を、30mM トリス、pH 7.4、150mM NaClを含有するランニングバッファー中の分子量マーカー、フェリチン(440kDa)、β−アミラーゼ(200kDa)、ウシ血清アルブミン(66kDa)、チトクロームC(12.4kDa)により標準化した。流速は0.5ml/minであった。0.2μmフィルター膜によりろ過した、E. coli由来の、300μlの体積の組換えTDP−43を、Superdex−200カラムにインジェクションした。1mlの画分をフラクションコレクターによって自動的に回収した。プレロード試料及びオリゴマー画分を回収し、オリゴマー画分からのシグナルが非常に希釈されていることに起因して、異なる暴露時間でA11(1:1000)によってプロービングされる、ドットブロット法に供した。オリゴマー画分は、動的光散乱で特徴づけた。2μMのHEK細胞から得られた100μlの体積のTDP−43もまた、同一の手順で調べた。画分をスロットブロット法により分析した。
スロットブロット法
HEK293細胞から単離されたTDP−43のサイズ排除クロマトグラフィーの画分は、それらが低い濃度であるため、スロットブロット法によって調べた。1mlの画分毎に200μlのアリコートを、自家真空システムを備えるBio−Dot SF精密ろ過装置(Bio−Rad、Hercules、CA、USA)にロードした。抗DDKモノクローナル抗体(OriGene Technologies, Inc.、Rockville、MD、USA)を、検出のための一次抗体として使用した。強度をImage J 1.42(国立衛生研究所、MD、USA)によって定量化した。
ドットブロット法
精製されたTDP−43を、変性剤を含む又は含まない、10mM トリス−HClバッファー、pH 8に10倍希釈した。様々な状態の各試料は、変性剤なしであるか、9M 尿素、7.2M GdnHCl、又は2% SDSのいずれかを含有する。最終TDP−43濃度は0.4μMであった。試料を、1時間、室温又は90℃でインキュベートした。TDP−43試料2μlをニトロセルロース膜上にドットし、ドットブロット法に供した。簡単に言うと、ブロッキング及び0.002% Tween20(TBST)を含有するトリス緩衝生理食塩水での洗浄後、膜を、TBSTを含む5% ミルク中の抗N−末端残基1−260TDP−43抗体(1:2,000)、抗C−末端残基350−414TDP−43抗体(1:2,000)、及び抗アミロイドオリゴマー抗体、A11(1:1,000)に供し、続いて対応するホースラディッシュペルオキシダーゼ結合二次抗体抗ウサギ又は抗マウスIgG(1:5,000;Millipore、Billerica、Massachusetts、USA)に供した。膜をECL化学発光試薬(Millipore)で可視化した。ss
透過型電子顕微鏡法
新鮮に精製されたTDP−43を、10mM トリス含有バッファー、pH 8中で、4℃で一晩透析した。試料を、17,000×g、4℃で、30分間遠心分離して沈殿物を除去し、上清を定量化してTEMイメージングに供した。TDP−43試料を、グロー放電された、400メッシュFormvar炭素被覆銅グリッド(EMS Inc.、Hatfield、PA、USA)上に5分間置き、リンスし、2% 酢酸ウラニルで陰性染色した。試料は、Tecnai G2 Spirit TWIN TEM(FEI、Hillsboro、OR、USA)又はHitachi H−7000 TEM(Hitachi Inc.、Japan)で、75kVの加速電圧で調べた。
原子間力顕微鏡法
新鮮に精製されたTDP−43を、10mM トリス含有バッファー、pH 8中で、4℃で一晩透析した。試料を、17,000×g、4℃で、30分間遠心分離して沈殿物を除去し、上清を定量化してAFMイメージングに供した。10μLの体積のTDP−43を新鮮にスライスされた雲母(Ted Pella、Redding、CA、U.S.A.)上に滴下し、試料付着のために5分間インキュベートした。試料を、1mlのddHOによって洗浄し、傾斜した雲母の最上部から穏やかに除去した。試料を室温で乾燥させ、タッピングモードを用いるAFMイメージング(Nanonics、Jerusalem、Israel)に供した。ばね定数が1.6N/m及び先端半径が<10nmのAFMチップ、PPP−ZEILR(Nanosensors、Neuchatel、Switzerland)を実験に用いた。
動的光散乱
SECからの溶出オリゴマー画分を動的光散乱に使用した。試料は、30mM トリス、pH 7.4、及び150mM NaClを含有するバッファー中にあった。データは、50mWレーザファイバーを備えるZetasizer Nano ZS動的光散乱装置(Malvern Instruments、Worcestershire、UK)で取得した。粘度及び屈折率の適当なパラメーターを各溶液について設定し、温度を25℃に保った。
円二色性
新鮮に精製されたTDP−43を、10mM トリス含有バッファー、pH 8中で、4℃で一晩透析した。試料を、17,000×g、4℃で、30分間遠心分離して沈殿物を除去し、上清を定量化してCD測定に供した。遠UV CDスペクトルを、円形石英セル(Hellma、Forest Hills、NY、USA)中で、Jasco J−815分光旋光計(Jasco Inc.、Easton、MD、USA)によって、1mmの経路長で、室温で測定した。スペクトルを250〜190nmで収集し、バッファーバックグラウンドで補正した。
内部及びBis−ANS蛍光分光法
新鮮に精製されたTDP−43を、10mM トリス含有バッファー、pH 8中で、4℃で一晩透析した。試料を、17,000×g、4℃で、30分間遠心分離して沈殿物を除去し、上清を定量化した。1.5μMでのTDP−43の内部蛍光を、280又は295nmで励起しながら305〜400nmで収集した。TDP−43、TDP−43s、及びバッファーコントロールのBis−ANSスペクトルを、400nmで励起して450〜600nmで収集した。試料は、0.8μMのTDP−43及び5μMのBis−ANSを含有する。全ての実験は、FluoroMax−3分光蛍光光度計(Horiba Jobin Yvon、Kyoto、Japan)を用いて、循環水浴を用い25℃で行った。
チオフラビンT結合
新鮮に精製されたTDP−43を、10mM トリス含有バッファー、pH 8中で、4℃で一晩透析した。試料を、17,000×g、4℃で、30分間遠心分離して沈殿物を除去し、上清を定量化した。TDP−43試料及びAβ40線維を使用して、チオフラビンT結合を検出した。1μMの試料を、等モルチオフラビンTと混合し、442nmで励起し、455〜505nmの発光スペクトルを収集した。25μMのAβ40線維ストックを、以前に記載されたように(Chen and Glabe、J. Biol. Chem.(2006)281、24414−24422)調製した。簡単に言うと、合成Aβを6M GdnHClに溶解し、10mM リン酸バッファー、pH 7.4にリフォールディングした。次いで、25μMのAβを、25℃で、静止状態で、10日間より長くインキュベートした。次いで、実験前に成熟線維を1μMに希釈した。スペクトルをバッファーバックグラウンドから差し引いた。
コンゴーレッド分光法
透析されたTDP−43及び成熟Aβ線維、0.5μMの吸光度を、400nm〜600nmで、10μM コンゴーレッドの存在下で、UV/vis分光光度計DU800(Beckman Coulter、CA)によって測定した。
OC抗体によるドットブロット法
透析されたTDP−43及びAβ線維(2μl、0.5μM)をニトロセルロース膜上にドットし、標準ドットブロット手順を実施した。OC抗体(Millipore、1:10,000)及びHRP結合抗ウサギIgG(1:10,000)を用いた。
DNA結合の蛍光滴定
蛍光滴定を用いて、DNA結合の際のタンパク質コンホメーション変化をモニターした。30mM トリス−HCl、pH 8中、1.5μMの、新鮮に精製され透析された全長TDP−43及び短い形態のTDP−43(残基101−285)を、TAR DNA A−部位(配列番号:9)及びB−部位(配列番号:10)を含む一本鎖TAR DNAで滴定した。内部タンパク質蛍光を280nmで励起して、TDP−43のコンホメーション変化をモニターした。発光スペクトルをFluoroMax−3分光蛍光光度計(Horiba Jobin Yvon、NJ、USA)によって収集した。全長又は短い形態のTDP−43についての350nmでの発光最大値を収集し、DNAコントロールで差し引き、希釈因子で補正した。次いで、データを開始強度に正規化し、さらに、以下の単一のタンパク質及びリガンド結合等式(Chenら、Protein Sci(2004)13、2196−2206)に当てはめた。
式中、γは、結合したタンパク質比を表す観察されたシグナル変化の比であり、Pは総TDP−43濃度であり、Lは総リガンド濃度であり、Kdは解離定数である。データ及び当てはめは、DNA及びTDP−43の比率に対してプロットされている。
オリゴマークロスシーディング及びThTアッセイ
Aβは、我々の以前のプロトコル(Chenら、J. Biol. Chem.(2011)286、9646−9656;Niら、FASEB(2011)25、1390−1401)にしたがい調製した。Aβ40を、8M GdnHClを含有するバッファーA(10mM リン酸ナトリウム、pH 7.4)に溶解し、リフォールディングし、280nmでの吸収(ε=1,280cm−1−1)を用いて定量化した。25μM Aβ、50μM ThT、及び0〜1μM(0−4%)の範囲の様々な濃度の新鮮に透析されたTDP−43を含有する実験試料を、10mM トリス−HCl、pH 8、及び150mM NaCl中に調製した。次いで、試料を、96穴ELISAプレート中で、静止状態で、透明フィルムで密封してインキュベートし、マイクロプレートリーダー(SpectraMax M5、Molecule Devices)によって、25℃で様々な時間でモニターした。ThT発光は、442nmで励起しながら485nmで測定した。
光誘導性架橋(PICUP)
この実験は、以前に記載されたように(Bitanら、J. Biol. Chem.(2001)276、35176−35184)実施した。簡単に言うと、SDS−PAGEでの泳動を容易にするために、Aβストックを、8M 尿素及び10mM リン酸ナトリウム含有バッファー、pH 7.4を使用することにより調製した。25μMのAβ試料を、10mM トリス−HCl、pH 8、及び150mM NaClを含有し、TDP−43を示される様々な濃度で含む又は含まないバッファー中に調製した。試料を直ちにPICUPアッセイに供した。90%のAβ溶液を、5%の3mM Ru(Bpy)及び5%の20mM APSと混合した。混合後、試料を、密閉チャンバー内で、手動スイッチを用いて、30秒間、青色光LEDに暴露した。SDS−PAGE試料バッファーを添加することによって架橋反応を停止させ、試料を16% トリス−トリシンSDS−PAGEで泳動した。すべての活動は遅延なく実施された。このゲルを、Aβ残基1−17を認識する抗Aβ抗体6E10(Chemicon Inc.、Billerica、MA)及び抗N−末端TDP−43 1−260抗体を用いるウエスタンブロッティングに供した。
ヒト神経芽細胞腫を用いるTDP−43の細胞毒性試験
TDP−43の細胞毒性試験を実施するために、MTT(3−[4,5−ジメチルチアゾール−2−イル]−2,5−ジフェニル−テトラゾリウムブロミド)及び乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)(Promega、Madison、WI、アメリカ合衆国)アッセイを、ヒト神経芽細胞腫BE(2)−C細胞(ATCC番号CRL−2268)を使用して最初に用いた。この細胞を、10% ウシ胎仔血清(FBS;Biological Industry)を含むRPMI増殖培地(Gibco)中で、37℃で、5% CO及び加湿雰囲気下で培養した。1ウェルあたり合計60,000細胞を、透明96穴ELISAプレート(Corning、NY、USA)に播種し、一晩インキュベートした。次いで細胞を洗浄し、40μlの血清フリーRPMI培地によって置き換え、続いて透析バッファーで連続的に希釈された10μlのTDP−43試料を添加した。TDP−43試料は、新鮮に透析し遠心分離した。この上清を用い、透析バッファーはバッファーコントロールの役割を果たした。細胞を24時間さらにインキュベートし、標準プロトコルにしたがいMTTアッセイを実施した。短く述べると、7μlの体積の5mg/ml MTTを各ウェルに添加し、細胞を3時間インキュベートした。次いで、培地を捨て、紫色ホルマザン結晶が完全に溶解するまでDMSOを添加して、細胞を溶解させた。ELISAプレートリーダー(SpectraMax M5、Molecular Devices、USA)によって570及び690nmでの吸光度を測定し、570nmでのシグナルを690nmのシグナルから差し引いた。5つのレプリカから得られたデータを平均し、細胞を含まない試料バックグラウンドで補正した。細胞生存能力を、バッファーで処置した細胞を100%として用いるデータの正規化の後に示した。LDHアッセイを製造者のプロトコルにしたがい実施した。簡単に言うと、20,000個の細胞を増殖培地に播種し、24時間インキュベートした。試料を、MTTアッセイに記載されるように処置した。LDH基質をアッセイバッファーと混合し、室温に保った。基質添加前に、細胞を室温に30分間冷却した。暗所で1時間インキュベートした後、基質蛍光を560nmで励起し、590nmでの発光をELISAプレートリーダーによって測定した。データを3つのレプリカから取得し、平均し、細胞を含まない試料バックグラウンドによって補正した。MTT及びLDHアッセイのp−値は、対応のないスチューデントのt検定を用いて計算した。
マウス1次皮質ニューロンを用いるTDP−43の細胞毒性試験
妊娠C57BL/6JNarlマウスを、National Yang Ming University、Taipei、台湾の施設内動物実験委員会(Institutional Animal Care and Use Committee)(IACUC)の承認を得て、国立実験動物センター(National Laboratory Animal Center)(NLAC、台湾)から購入した。1次皮質ニューロン培養物は、胚生19日目のマウスから作製し、2μM FdUを含有するneurobasal培地(21103049、GIBCO、USA)を含む96穴プレート(2x10細胞/ウェル)に播種した。8日間インビトロで増殖させた後、1次ニューロン培養物を、新鮮に透析された可溶性TDP−43で24時間処置し、次いで0.5mg/ml MTTと共に3時間インキュベートした。透析バッファーはバッファーコントロールの役割を果たした次いで、MTTホルマザン結晶を、10% SDS及び20mM HClを含有する等しい体積の溶解バッファーによって一晩溶解した。各ウェルの波長570nmでの吸光度を、ELISAプレートリーダー(TECAN、Switzerland)で測定した。データを3つのレプリカから取得し、平均し、細胞を含まない試料バックグラウンドによって補正した。MTTアッセイのp−値は、対応のないスチューデントのt検定を用いて計算した。
免疫細胞化学
12mmガラスカバースリップを備える24穴プレートで1次ニューロン細胞を培養し(3×10細胞/ウェル)、各ウェルをポリ−D−リシンでコーティングした。細胞は、TDP−43(0.6μM)又はバッファーコントロールで、24時間、37℃で、5% CO2の加湿雰囲気中で処置し、4% パラホルムアルデヒドによって、20分間、室温で固定した。次いで、細胞を、PBSで10分間、3回洗浄し、ブロッキングバッファー(0.3% トリトンx−100及び10% FBSを含有するPBS)で、1時間、室温でブロッキングした。ブロッキング後、微小管結合タンパク質−2(MAP−2)(MAB378、Millipore、USA)及びポリクローナルウサギ抗グリア線維性酸性タンパク質(GFAP)(Z0334、DAKO、Glostrup、Denmark)の一次抗体によって、2時間、室温で、細胞を最初にハイブリダイズし、次いで、Texas−Red結合ヤギ抗マウスIgG(AbD Serotec、UK)又はFITC結合ヤギ抗ウサギIgG(Millipore、USA)の蛍光色素結合二次抗体によって、1時間、室温で、ハイブリダイズした。最終的に、DAPI(VECTASHIELD(登録商標)+DAPI、H−1200、Vector Lab.)を含有するゲルをマウントすることによって細胞をマウントし、Olympus蛍光顕微鏡(BX−61、Olympus)によって観察した。
TDP−43の海馬内注射
National Cheng Kung University(NCKU)(Tainan、台湾)の動物センターにおいて、NCKUのIACUCのガイドラインにしたがって、購入及び繁殖させた2月齢のオスC57/BL6Jマウスを、海馬内注射に適用した。動物は、ノーズチューブを介するイソフルラン吸入(酸素中1.2%)で麻酔した。各動物は、組換え全長TDP−43の両側海馬内注射を受けた。定位固定座標は、ブレグマに関して以下の通りであった:前後方向(AP)、−2mm;内外側方向(ML)、±1mm;背腹方向(DV)、−2mm。注射針を所望の深さにゆっくりと接近させ、マイクロシリンジ(Hamilton Company、NV、USA)に連結されたステンレス鋼シリンジ針(33ゲージ)を用いて、1μl/minの注射速度で、2μlのTDP−43、2.2μMを注射した。針をさらに5分間そのままにし、注射されたTDP−43の拡散を制限した。
マウス脳の免疫蛍光染色
12月齢のオスの野生型マウス、並びに6月齢の及び12月齢のTDP−43Tg+/+トランスジェニックマウスを免疫蛍光染色に採用した。全てのマウスもまた、NCKUのIACUCのガイドラインにしたがって、NCKUの動物センターにおいて飼養した。TDP−43注射の2週間後に、成体マウスを深く麻酔し、4% パラホルムアルデヒド(PFA)/0.01M リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、pH 7.4で経心腔的に灌流した。脳を除去し、次いで30% スクロース/4% PFA溶液中に一晩保存した。10μm厚の切片を、0.01M PBS中に0.2% トリトンX−100及び5% 正常ロバ血清を含有するブロッキング溶液で、室温で1時間処置した。海馬内注射の実験のために、切片を、マウスモノクローナル抗NeuN(1:300、Millipore、Temecula、CA)中で、4℃で一晩インキュベートし、Alexa Fluor555結合ロバ抗マウス抗体(1:300、Chemicon、Temecula、CA)中で、室温で1時間インキュベートした。次いで、切片をDAPIで対比染色し、蛍光マウント培地(DAKO、Glostrup、Denmark)でマウントした。全ての切片を、正立蛍光顕微鏡(BX51、Olympus、Tokyo、Japan)下で調べた。トランスジェニックマウスにおける共局在研究のために、切片を抗TDP−43抗体(1:1000、Abcam、ab104223)、TDPO(1:1000、LTK BioLaboratories、台湾)、Alexa Fluor488結合ヤギ抗ウサギ抗体及びAlexa Fluor555結合ロバ抗マウス抗体(1:300、Invitrogen)と共にインキュベートした。次いで、切片をDAPIと共にインキュベートし、蛍光マウント培地(蛍光マウント培地;Dako)でカバースリップをかけた。全ての切片を、レーザー走査共焦点顕微鏡(Nikon TE2000EPFS−C1−Si)で調べた。
TDP−43オリゴマー特異性ポリクローナル抗体の産生及び特徴付け
精製された全長TDP−43を、10mM トリス−HCl、pH 8.0中で、4℃で透析し、およそ0.2mg/mlに濃縮して免疫原とした。ポリクローナル抗体産生のための標準プロトコル(LTK BioLaboratories、台湾)にしたがって、ニュージーランド白色ウサギをこの免疫原で免疫化した。簡単に言うと、0.5mlの免疫原を2週間間隔でウサギに注射した。6回の注射後、ウサギを屠殺し、使用のために血清を得た。ドットブロット法及びELISAによるTDP−Oの特徴付けのために、全長TDP−43を、30mM トリス−HCl、pH 8.0、及び150mM NaClを含有するバッファー中のSEC(Superdex−200 10/300 GL、GE healthcare Bio−Sciences AB、Uppsala、Sweden)に、0.3ml/minの流速で供した。1mlの画分を回収し、TDP−O及びN1−260抗体によってプロービングされるドットブロット法に供した。TDP−43オリゴマー及びモノマー画分を、Micro BCA(商標)タンパク質アッセイキット(Thermo Scientific、Rockford、IL)によってさらに定量化し、連続的に希釈してELISAプレート上にコーティングした。標準プロトコルにしたがうELISAを実施した。簡単に言うと、コーティングされた試料を、一晩4℃でインキュベートし、次いで、2時間室温で、TBST中10% スキムミルクでブロッキングした。プレートを洗浄し、TDP−O(TBST中の3% スキムミルク中、1:12,500)又は抗N−末端残基1−260TDP−43抗体(TBST中の3% スキムミルク中、1:1,000希釈)によって、2時間室温でプロービングした。洗浄後、プレートを抗ウサギホースラディッシュペルオキシダーゼ結合二次抗体(1:1,000;Merck Millipore、Billerica、Massachusetts、USA)に、2時間室温で供し、洗浄し、次いで、100μlの3,3,5,5−テトラメチルベンジジン(TMB、Merck Millipore、Billerica、Massachusetts、USA)によって可視化した。100μlの250mM HClを添加することによって反応を停止し、SpectraMax M5(Molecular Device、Sunnyvale、CA)によって、吸光度を450nmで読み取った。
β5線維の作製
TDP−43フラグメントのRRM2ドメイン内のβ5ペプチドを化学的に合成した(MDBio, Inc.、USA)。このペプチドをアセトニトリルによって可溶化し、PBSバッファー(pH 7.4)で10倍に、5mg/mlに希釈した。17,000×gで30分間の遠心分離の後に上清を回収し、0.2μmフィルター膜(Pall、USA)を通してろ過した。次いで、試料を、静止状態で、室温で7日間インキュベートした。β5線維が形成され、形態をTEMによって観察した。試料を、上述の手順にしたがい、TDP−O抗体によりプロービングされるドットブロット法に供した。
FTLD−TDP患者の脳組織のTDP−O染色
パラフィン包埋組織切片をキシレンで3回洗浄して脱ワックスした。次いで、組織をアルコールグラジエントを介して水和させ、続いて1x TBSで5分間洗浄した。10mM クエン酸ナトリウム(pH 6)を使用して、15分間フルパワー(1,500ワット)でマイクロウェーブを作動させることによって、抗原回復を実施した。組織を1x TBS中の3% 過酸化水素中で20分間インキュベートすることにより、内因性ペルオキシダーゼ活性をブロッキングし、続いて1x TBSで5分間洗浄した。組織を、10% 正常ヤギ血清(Invitrogen)中で、1時間、周囲温度でインキュベートすることにより、非特異的結合をブロッキングした。抗体バッファー(5% ウシ血清アルブミン及び0.5% Tween−20を補充した1x TBS)中に、一次抗体を1:1000に希釈し、一晩4℃で組織に適用した。スライドを洗浄バッファー(1x TBS/0.5% Tween−20)中で3回洗浄した。ビオチン化二次抗体を、抗体バッファー中1:500希釈で、1時間、周囲温度で適用した。組織を洗浄バッファー中で3回洗浄し、次いでVectastain ABCペルオキシダーゼ試薬(Vector Labs、PK−6100)と共に30分間インキュベートし、続いて1x TBS中で1回洗浄した。次いで、DABペルオキシダーゼ基質試薬(Vector Labs、SK−4100)に、2−10分間組織を暴露して、最適な染色を達成した。Mayersヘマトキシリン溶液(Sigma Aldrich)で組織を対比染色し、次いでアルコールグラジエントを介して脱水し、続いてキシレン洗浄した。組織スライドをPermount(Sigma Aldrich)を使用してマウントした。3のコントロール、3のFTLD−TDP、及び3のAD患者からの死後の脳試料が、University of California Davisのアルツハイマー病センターから提供された。この研究は、施設内治験審査委員会によって承認された。死後に研究組織を共有するためのインフォームドコンセントを、全ての患者から得た。
FTLD−TDP脳における、TDP−43オリゴマーのIP及び免疫標識
2のコントロール及び1のFTLD−TDP患者の凍結脳組織を、50mM トリス、pH 7.4、150mM NaCl、0.5% トリトンX−100、及びプロテアーゼ阻害剤カクテル(Calbiochem、Merck Millipore)を含有する溶解バッファーで、〜0.05g/mlに溶解した。溶解させた試料を、組織粉砕器(Wheaton、NJ、USA)によって、氷上でホモジナイズした。ホモジナイズ後、17,000xgで、10分間、4℃での遠心分離後に可溶性画分を回収し、IP分析のために保存した。組織分画の前に、製造者の手順にしたがい、IPビーズ上にTDP−O抗体が架橋されたものを調製した。簡単に言うと、合計40μgのTDP−O抗体を、10μlのタンパク質A及びG Mag Sepharose(商標)Xtra(GE healthcare)のそれぞれと共に、結合バッファー(50mM トリスpH 7.5、150mM NaCl)中で、室温で1時間インキュベートした。ビーズ上に抗体を結合させた後、架橋試薬(50mM ピメルイミド酸ジメチル二塩酸塩及び200mM トリエタノールアミン、pH 8.9)によって、室温で1時間、架橋を実施し、100mM エタノールアミン、pH 8.9を、室温で30分間添加することによって、反応を停止した。次に、海馬の可溶性画分を、TDP−O抗体架橋IPビーズと共に、室温で1時間インキュベートした。非結合種は、結合バッファーでの少なくとも6回の洗浄によって除去した。Gentle Ag/Ab溶出バッファー(Thermo)、pH 6.6によって標的タンパク質を溶出し、溶出液をEMイメージング及び免疫金標識のために保存した。免疫金標識のために、10μlの溶出液を、400メッシュFormvar炭素被覆銅グリッド(EMS Inc.、Hatfield、PA、USA)上に5分間置き、PBSによって洗浄し、次いでPBS溶液中1% BSAによって、室温で1時間ブロッキングした。ブロッキング後、0.1% BSA含有PBS溶液中のN1−260抗体(1:5,000、ab57105、Abcam)によって、室温で1時間、グリッドを標識し、高塩濃度tween(HST)バッファー(50mM トリス、pH 7.5、500mM NaCl、及び0.1% Tween−20)及びPBSによって洗浄した。洗浄後、グリッドを、6nm金結合2次抗マウスIgG抗体(1:40、Jackson ImmunoResearch)と共に、室温で1時間インキュベートした。HST洗浄及びPBS洗浄によって非結合抗体を除去した。次いで、1% グルタルアルデヒド含有PBSによって、室温で10分間グリッドを固定し、ddHOによって6回洗浄した。最終的に、グリッドをリンスし、2% 酢酸ウラニルで陰性染色し、FEI Tecnai G2 F20 S−TWIN TEMでのTEMイメージングに供した。
モノクローナルTDP−O抗体の精製
製造者の手順にしたがい、タンパク質Gアガロースキット(KPL)によって、モノクローナルTDP−O抗体を精製した。簡単に言うと、20% エタノール中に供給されたタンパク質Gアガロース(1.5ml)を使い捨てカラムに注いだ。10mlの洗浄バッファー(0.1M リン酸ナトリウム、pH 7.4、0.15M NaCl)で樹脂を洗浄した。TDP−Oハイブリドーマ細胞の条件培地(5ml)を5mlの結合バッファーで希釈した。次いで、混合された試料溶液をカラムにロードし、混合のためにカラムを反転させた。次いで、カラムを、OD280nmが0に近づくまで、5mlの洗浄バッファーによって4回洗浄した。次いで、1mlの溶出バッファー(0.2M グリシン、pH 2.85)を添加することによって抗体を穏やかに溶出し、240μlの5X洗浄バッファーを含む回収チューブに回収した。抗体を濃縮し、Amicon Ultra−4 30kDaカットオフ(Millipore)によって、バッファーを洗浄バッファーに交換した。280nmでの吸光度によって抗体の濃度を定量化した(1mg抗体の吸光度=1.34)。
間接ELISA
ELISA96穴プレート(Nunc MaxiSorp)を、TBS(50mM トリス、pH 7.4、150mM NaCl)中200μlに溶解した20ngの全長TDP−43オリゴマータンパク質で、4℃で一晩コーティングした。コーティング溶液を除去した後、0.2% SDSを含む及び含まないTBSバッファーをコーティングされたウェルに室温で1時間添加した。SDSを含むTBSバッファーで処置したTDP−43オリゴマーは変性する一方で、SDSを含まないTBSバッファーで処置したTDP−43オリゴマーはオリゴマーコンホメーションを維持することとなる。処置後、バッファーを除去し、200μlのTBSTバッファー(20mM トリス、pH 7.6、137mM NaCl、0.001% Tween20)中10% スキムミルクで、2時間室温で、ウェルをブロッキングした。PBST(300μl/ウェル)で3回洗浄した後、5% スキムミルクを含有するTBST中に希釈されたmTDP−O抗体(0.00001〜2μg/ml)100μlを添加し、1時間室温でインキュベートした。300μlのPBSで2回洗浄した後、TBST中の5% スキムミルク中に希釈された、100μlのHRP結合抗マウス抗体(1:1,000)を続いて用いることによって、結合した抗体を検出した。1時間室温でインキュベートし、300μlのPBSによって2回洗浄した後、3,3',5,5'−テトラメチルベンジジン(KPL SureBlue)(100μl)を各ウェルに添加し、混合物を10分間室温でインキュベートした。100μlの250mM HClを混合物に添加することによって反応を停止し、SpectraMax M5(Molecular Devices)によって、450nmでの光学的密度を測定した。
間接ELISAアッセイのためのTDP−43オリゴマー及びモノマーの調製
Amicon Ultra−4 30kDaカットオフを使用することによって、TDP−43タンパク質(180μg/ml)を3から1mlに濃縮した。濃縮されたTDP−43タンパク質溶液、500μlを、Superdex 200 10/300 GLカラムにロードし、30mM トリス、pH 8.0、50mM NaClで、0.3ml/minの流速で溶出した。画分(500μl毎画分)を回収し、TDP−43オリゴマー又はモノマーを含有する画分を別々にプールした。micro BCAアッセイ(Thermo)によってタンパク質濃度を定量化した。TDP−43モノマー又はオリゴマー(300ng)を96穴ELISAプレート(Nunc MaxiSorp)上にコーティングした。TDP−Oハイブリドーマ細胞の条件培地(100μl)(1:1,000)を使用して、上述の間接ELISAアッセイによりTDP−43オリゴマーを検出した。
抗体アイソタイプの決定
mTDP−O抗体のアイソタイピングを、ELISAマウスモノクローナル抗体(mAb)アイソタイピングキット(Thermo)によって、製造者の手順にしたがい実施した。このアッセイにおいて、個々のウェルが抗マウス重鎖補足抗体(抗IgG、IgG2a、IgG2b、IgG、IgA及びIgM)又は抗マウス軽鎖補足抗体(カッパ又はラムダ)でプレコーティングされているELISAストリップウェルプレートを使用した。簡単に言うと、TDP−Oハイブリドーマ細胞系統の条件培地をTBS中で50倍に希釈し、試料を8ウェルストリップの各ウェルに添加した。次いで、HRP結合抗マウスIgG+IgA+IgM(50μl)を8ウェルストリップの各ウェルに添加し、反応物を1時間室温でインキュベートした。3回洗浄した後、TMB基質(75μl)を各ウェルに添加し、プレートを、室温で、暗所で10分間インキュベートした。次に、75μlの0.18M 硫酸を添加することにより反応を停止した。SpectraMax M5(Molecular Devices)によって各ウェルの吸光度を450nmで読み取った。
Ig可変(V)遺伝子のクローニング及び配列決定
GeneJET RNA精製キット(Thermo)を使用して、全RNAを2×10ハイブリドーマ細胞から調製した。Maxima First Strand cDNA合成キット(Thermo)を使用することにより、cDNA合成を行った。次いで、マウスIg−Primer Sets(Novagen)及びGoTaq(登録商標)G2 Green Master Mix(Promega)を使用して、Ig重鎖及びカッパ遺伝子を増幅した。TOPO(登録商標)TA Cloning(登録商標)キット(Invitrogen)によってPCR産物をクローニングした。最終的に、DNA配列決定を、Mission Biotechによって実施した。
細胞毒性アッセイ
MTTアッセイを用いて、TDP−43オリゴマー誘導細胞毒性に対するモノクローナルTDP−O抗体の阻害効果を調べた。ヒト神経芽細胞腫BE(2)−C細胞(ATCC #CRL−2268)を、37℃で、5% CO下でインキュベートし、10% ウシ胎仔血清を含むRPMI培地中で培養した。細胞を、96穴プレートのRPMI培地中に、1ウェルあたり40,000細胞で播種し、24時間インキュベートした。ダルベッコのPBSでさらに希釈することなく、又は2倍若しくは4倍希釈して、モノクローナルTDP−O−3(5mg/ml)を調製した。培地を捨て、FBSを含まないRPMI培地によって細胞を1回洗浄した。RPMI培地(40μl)を各ウェルに添加し、続いて20μlの1.5μM TDP−43オリゴマー及び1μlの5、2.5、又は1.25mg/ml TDP−O抗体溶液を添加した。さらに24時間細胞をインキュベートした。その後、7μlの5mg/ml MTT溶液を添加し、3時間インキュベートした。培地を捨て、DMSOを使用してホルマザン結晶を溶解した。570及び690nmでの吸光度をELISAマイクロプレートリーダーSpectraMax M5(Molecular Devices)によって測定した。570nmと690nmとの間の吸光度差を計算し、平均し(n=3)、細胞を含まないバックグラウンドを差し引いた。バッファーコントロールを使用して各データセットを正規化した。一元配置分散分析によって統計的分析を実施した。
例1 全長TDP−43は凝集体を容易に形成する
この例において、TDP−43病理のメカニズムを調査した。E. coliの組換え全長ヒトTDP−43(N−末端His−タグを有するTDP−43、MW 47,145Da)及びHEK293細胞から精製されたTDP−43タンパク質を、「材料及び方法」に記載の手順にしたがい、それぞれ得た。次いで、このようにして得られたTDP−43タンパク質をSEC分析に供した。結果を図1Aに示す。図1Aに明示されるように、86%超のTDP−43がボイド容量に溶出した。そしてスロットブロット法は、2の異なる源からの組換え全長TDP−43タンパク質の大部分が、大きな凝集体を容易に形成することを確認した。TDPタンパク質症が封入体(IB)形成を特徴とし、高分子量凝集体が組換え全長TDP−43において見出されたため、我々は、TDP−43が、アミロイドーシスにおけるアミロイドオリゴマーに似たオリゴマーを形成する可能性があると推測した。したがって、Aβオリゴマー模倣体に対して作製された、コンホメーション依存性抗アミロイドオリゴマー特異性抗体、A11を使用して、TDP−43オリゴマーを調べたところ、我々は、両方のTDP−43試料がA11と免疫反応性であり、対応するバッファーはA11と免疫反応性でなかったことを見出した(図1B)。希釈されたTDP−43を含有するオリゴマー画分は、より弱い強度を示した。
認識がコンホメーション依存性であるかどうかを確認するために、様々な変性方法を用いて、A11並びに抗N−末端及びC−末端TDP−43抗体によるドットブロット法にTDP−43オリゴマーを供する前に、TDP−43オリゴマーを破壊した(図1C)。タンパク質を、様々なバッファー、すなわち、9M 尿素、7.2M GdnHCl、又は2% SDSを含む又は含まないバッファー中でインキュベートし、90℃で1時間さらに処置した。A11の検出について、加熱は、ネイティブバッファーにおける検出シグナルを顕著に変化させなかった。しかしながら、シグナルは高い濃度の尿素又はGdnHClの存在下で弱められ、追加の加熱処置によってほぼ無くなった。シグナルは、2% SDSの存在下で、加熱に関係なく、検出されなかった。対照的に、抗N−末端抗体は、すべての条件にわたって一貫して、TDP−43を認識した。これは、等しい量のタンパク質がドットされたことを確認するものである。試料が尿素及び加熱で変性された場合又は試料がGdnHClで、加熱して又は加熱せずに変性された場合には、抗C−末端抗体による認識は、少なくなった又は完全に喪失した。これらの所見は、抗C−末端TDP−43抗体によって認識されるエピトープが、これらの変性条件下で変化することを示す。
まとめると、これらの結果は、組換え全長TDP−43が、アミロイドオリゴマーと共通のエピトープを共有する高分子量種を容易に形成することを示した。これらの種は、化学的変性下では安定性が高いが、SDS感受性である。
例2 全長TDP−43は不均一球状オリゴマーを形成する
この例において、透過型電子顕微鏡法(TEM)(図1D)及び原子間力顕微鏡法(AFM)(図1E)によって、凝集体の形態を観察した。TEMは、いくつかのスフェロイド状及びリング状の特徴を有する不均一球状種を明らかにしたが、一方で、AFMは、ほとんどがスフェロイドであり、リング状構造はほとんどないことを明らかにした(図1E、挿入図)。粒子サイズ分布は、TEM画像に基づき計算した。球状粒子の大部分は、直径が約40〜60nmであった(データは示されず)。AFMによって調べられたリング状オリゴマーは、高さが6nmであった(データは示されず)。加えて、SECから溶出されたオリゴマー画分の動的光散乱(DLS)もまた、粒子サイズが直径40〜400nmの範囲の不均一分布を示した(図1F)。これらの粒子の最も大きい集団は、約50〜60nmの直径を有した(図1G)。これは、TEM研究からの結果と一致する。イメージング及びサイズ分布の所見を組み合わせて、我々の結果は、全長TDP−43が、球状超微細構造を有する不均一粒子を形成したことを示した。この結果は、野生型TDP−43及びALS結合TDP−43変異体がオリゴマーを形成したことを示唆する以前の報告と一致する(Johnsonら、J. Biol. Chem(2009)284、20329−20339)。まとめると、我々は、構造的に及び免疫学的に、これらのTDP−43種が、いくつかの神経変性疾患において神経毒性であると幅広く考えられている球状アミロイドオリゴマーに、非常に似ていたことを見出した。
例3 TDP−43オリゴマーは、コンホメーション的及び機能的に区別できる
TDP−43オリゴマーをさらに調べるために、TDP−43オリゴマーの2次構造を遠UV円二色性(CD)によって特徴付けた。結果を図2Aに示す。2つの二重最小値が、210及び222nm付近にそれぞれ観察された。これはおそらくα−らせん構造を表す。このスペクトルは、その結晶構造中のほとんどがβ−ストランドである2つのRRMを含む、短い形態のマウスTDP−43(残基101−265、プロットではTDP−43sとして表示される)のものとは異なる(Kuoら、Nucleic Acids Res(2009)37、1799−1808)。内部芳香族残基の励起から得られる蛍光スペクトルは、およそ340nmで発光最大値を示した。これは、TDP−43のチロシン及びトリプトファン残基が溶媒暴露されたことを示す(データは示されず)。さらに、暴露された疎水性のタンパク質表面を検出するために、タンパク質フォールディング時の部分的にフォールディングされていない中間体を通常プロービングする外部蛍光色素Bis−ANSを用いた。結果を図2Bに示す。図2Bに示されるように、全長TDP−43は、短い形態のTDP−43よりも大きい程度に、Bis−ANSと反応した。これは、全長TDP−43オリゴマーが短い形態のTDP−43とは異なる疎水性暴露表面積を有することを、さらに示唆する。
加えて、古典的なアミロイド色素チオフラビンT(ThT)もまた使用して、全長TDP−43がThTに結合するかどうかを調べた。結果を図2Cに示す。ThT結合から生じる全長又は短い形態のTDP−43のいずれについても、蛍光発光ピークは見られなかった。対照的に、同一のタンパク質濃度、1μMのAβ線維は、強い蛍光発光を示した(図2C)。これは、チオフラビンを用いる病理学的調査結果と一致する。同様に、コンゴーレッドとのTDP−43オリゴマー結合及び抗線維抗体OCとのその免疫反応性は、全て陰性であった(データは示されず)。これらの結果及びCDデータは、TDP−43オリゴマーがクロスβシート構造を採用していそうにないことを示唆する。しかしながら、さらなる特徴付けのための原子レベルの構造研究が必要である。
正常な、機能的TDP−43が特定の核酸配列に結合すると仮定して、次いで我々は、TDP−43オリゴマーがDNA結合能力を妨げるかどうかを調査した。蛍光滴定を採用して、DNA結合の際のタンパク質コンホメーション変化をモニターした。結果を図2Dに示す。簡単に言うと、TDP−43オリゴマーを一本鎖TAR DNA−A部位又は−B部位で滴定し、これらのssDNAとミクロモル以下の親和性で結合すると報告されている(Kuoら、Nucleic Acids Res(2009)37、1799−1808)短い形態のTDP−43と比較した。図2Dに明示されるように、TAR DNA−A部位及び−B部位の両方は、低いssDNA濃度で短い形態のTDP−43蛍光を消光し、一方で、消光のレベルは、全長TDP−43において顕著に低減した。データは、TDP−43及びssDNAの1:1化学量論を示す「材料及び方法」セクションにおいて記載した単一のタンパク質及びリガンド結合等式によく当てはまった。当てはめから得られた解離定数、Kdは、TAR−Aで滴定した全長TDP−43、TAR−Bで滴定した全長TDP−43、TAR−Aで滴定した短い形態のTDP−43、及びTAR−Bで滴定した短い形態のTDP−43についてそれぞれ、7.05±0.82、6.27±0.68、0.20±0.09、及び0.38±0.10μMである。この結果は、短い形態についてのssDNA結合が、TAR−A部位及び−B部位がTDP−43に対する同様の親和性を有する、全長TDP−43についてのssDNA結合の15倍よりも強いことを示した。この所見は、全長TDP−43オリゴマーのRRMが、結合領域のマスキングのために、DNA結合から妨害されるか、又はDNA結合能力が低下した異常コンホメーションを有することを示す。全長TDP−43内に残った発光変化は、試料におけるTDP−43モノマーの小さい集団の存在に起因する可能性がある。まとめると、これらの結果は、TDP−43オリゴマーが、短い形態のTDP−43とは異なる生物物理学的及び生化学的特性を有することを実証した。これは、それらのコンホメーションが区別できることを示す。
例4 TDP−43オリゴマーは、Aβをアミロイドオリゴマーに変換する
この例において、クロスシーディング実験によって、TDP−43がAβ線維化経路に影響を与え得るかどうかを調査した。
最初に、TDP−43オリゴマーの非存在下、及び0.4〜4%の範囲のTDP−43オリゴマーの存在下でのThTアッセイによって、Aβ40線維化を調べた。結果を図3Aに示す。TDP−43がAβ線維化を用量依存的に強く阻害したことが見出された(図3A)。4% TDP−43の存在は、およそ180時間の実験時間全体の間に、Aβ線維化を完全に抑制した。次いで、光誘導性架橋(PICUP)を実施して、開始時点で現れた一過性Aβ種を調べた。この結果は、Aβ単独は、架橋後に、主にモノマー、ダイマー、トリマー、及びテトラマーを形成した一方で、TDP−43オリゴマーはより高分子量のAβ種をシーディングする働きをしたことを示した(図3B)。Aβペンタマーが、TDP−43添加下で用量依存的に観察された。また、〜55kDaに移動するものと、〜105から>210kDaまででスメアになっているものとの、2つのより大きな集合体が観察された。SDS−非耐性TDP−43モノマーに加えて、〜55kDaの種及び〜80から>210kDaまでのスメアを引き起こすいくつかの種が見出された。TEMイメージングを用いたさらなる分析は、Aβが線維形成を受けずに、4% TDP−43オリゴマーの存在下で直径が<10nmの球状オリゴマーに変換され、一方で、予想通り、Aβ単独は依然として成熟アミロイド線維を形成したことを示した(図3C)。TDP−43オリゴマーシードは、Aβオリゴマーの直径よりも大きい、>50nmの直径を保持した(データは示されず)。これらの結果は、TDP−43オリゴマーがAβオリゴマー形成を誘導することができることを支持した。これは、TDP−43がアミロイドと共通の特性を共有することを再び示す。
例5 TDP−43オリゴマーは、神経突起変性及び毒性を誘導する
この例において、TDP−43オリゴマーが神経毒性及び神経突起変性を引き起こし得るかどうかを調査した。
簡単に言うと、ヒト神経芽細胞腫BE(2)−C細胞を、連続的に希釈された、圧倒的にオリゴマーを含有するTDP−43試料で処置し、MTT及びLDHアッセイによって細胞毒性効果を調べた。結果を図4A〜4Cに示す。MTTアッセイは、0.44μM TDP−43の存在下で、バッファーコントロールと比較して、細胞生存能力のおよそ20%の低下を示した(図4A)。組換えTDP−43の乏しい溶解性のために、より高いTDP−43濃度での毒性実験は不可能であった。同様の結果がLDHアッセイにおいて見出され、0.44μM TDP−43が有意なレベルの細胞死を誘導した(図4B)。TDP−43は、マウスの1次皮質ニューロンにおいて用量依存性神経毒性を生じ、ここで0.6μMのTDP−43は、細胞生存能力のおよそ20%の低下を引き起こした(図4C)。
加えて、マウスの皮質ニューロンからの免疫組織化学研究は、0.6μM TDP−43が、神経突起の収縮を誘導し、ニューロンの密度及び数を低下させたことを明らかにした(図4D)。インビボでのTDP−43オリゴマーの神経毒性効果をさらに試験するために、2μlの2.2μM TDP−43をマウスの海馬領域に注射し、免疫蛍光染色によって神経細胞の生存を調べた。ニューロンマーカーNeuN免疫反応性及びDAPI染色によって決定されたように、TDP−43を注射したマウスのCA1層において、かなりの量の神経細胞が失われた(図4E)が、バッファーを注射したマウスにおいては失われなかったことが見出された。この結果は、組換え全長TDP−43オリゴマーの海馬における注射が毒性を誘導することを示した。
例6 TDP−43オリゴマー特異性ポリクローナル抗体の産生及び特徴付け
抗アミロイドオリゴマー抗体(すなわち、A11)が異なるアミロイドと交差反応したため、TDP−43オリゴマーがこの疾患に存在するかどうかを検証するために、「材料及び方法」セクションに記載の手順にしたがい、ウサギにおいて組換えTDP−43オリゴマーを免疫原として使用して、ポリクローナル抗体を作製した。このようにして得られたポリクローナル抗体をTDP−Oと命名する。
全長TDP−43オリゴマーのコンホメーションに対するTDP−O抗体の特異性を、「材料及び方法」セクションに記載のような様々な変性条件下で、ドットブロット法によって調べた。結果を図5Aに示す。1:125,000希釈のTDP−Oは、ネイティブバッファー中で、加熱(90℃、1時間)に関係なく、全長TDP−43と反応することができた。しかしながら、2% SDSが存在し、加熱をした場合又はしなかった場合には、抗体とTDP−43オリゴマーとの間の反応性は消失した。さらに、全長TDP−43が7.2M GdnHCl又は9M 尿素で、室温で1時間より長く処置された場合には、反応性は低下しなかった。これは、このタンパク質が高い濃度の化学的変性剤の下で安定性であったことを示した。しかしながら、反応性シグナルは、追加の加熱を用いると減少し始めた。これは、TDP−Oがコンホメーション依存性抗体であることを示す。まとめると、TDP−Oからのドットブロット法の結果は、A11のものと定性的に同一であった(図5A対図1C)。
TDP−OがA11のような一般的なアミロイドオリゴマー抗体よりもTDP−43特異性であるかどうかを試験するために、A11及び/又はTDP−Oを使用して、Aβオリゴマーに対する抗体特異性を調べた。図5Bに示されるように、TDP−Oは、Aβオリゴマーを認識することができなかった。このことは、それがTDP−43オリゴマーに対して特異性であることを実証している。ELISAも実施して、TDP−OとTDP−43オリゴマー及びモノマーとの間の反応性を定量的に特徴付けた。比較目的のために、N−末端残基1−260(N1−260)を認識するTDP−43抗体を用いた。全長TDP−43のオリゴマー及びモノマー画分を調製するために、およそ1μMの全長TDP−43又は3倍以上に濃縮されたTDP−43試料をSECにロードし、1mlの溶出画分を回収した(図5C)。次いで、画分1〜18からの濃縮されたTDP−43のSEC画分を、TDP−O又はN1−260抗体によるドットブロット法に供した。結果を図5Dに示す。TDP−Oが、ボイド容量に溶出されたTDP−43オリゴマーに対応する、画分番号5〜7と強く反応したことが見出された。対照的に、N1−260は、画分6、及び画分15〜18と強い反応性を示した。これは、この抗体がTDP−43のオリゴマー形態及びモノマー形態の両方を認識し得ることを示す。
さらに、TDP−Oに対するTDP−43オリゴマーの特異性を、N1−260抗体をコントロールとして使用したELISAによって定量化した。micro−BCAアッセイによるタンパク質定量化後、TDP−43オリゴマー及びモノマー画分を連続的に希釈してELISAプレート上にそれぞれコーティングした。標準ELISAプロトコルにしたがい、TDP−O及びN1−260を適用及び可視化した。図5Eに示される結果は、TDP−O抗体が、TDP−43モノマーよりもTDP−43オリゴマーに対して強い反応性を示し(EC50<0.5μg/ml)、一方で、N1−260抗体がTDP−43オリゴマー又はモノマーに対して同様の反応性を示したことを示した(図5E)。さらに、以前に報告されたように(Wangら、J Biol Chem(2013)288、9049−9057)、TDP−OがTDP−43の線維の形態ではなくオリゴマーの形態を認識することを保証するために、TDP−43のRRM2ドメイン内の5番目のβ−ストランドから作製されたβ5線維をドットした(データは示されず)。結果は、TDP−OがTDP−43オリゴマーのみを認識し、β5線維を認識しないことを明確に示した。まとめると、本出願のポリクローナルTDP−O抗体は、Aβ種と交差反応することなく、TDP−43オリゴマーのコンホメーションを特異的に認識し得る。
例7 TDP−43オリゴマーはトランスジェニックマウス脳に存在する
インビボでのTDP−43オリゴマーの存在を調べるために、野生型マウス及び6月齢及び12月齢のFTLD−TDP−43トランスジェニックマウスの脳切片に免疫組織化学的染色を実施した。結果を図6A及び6Bに示す。前脳において全長TDP−43を発現するFTLD−TDP−43トランスジェニックマウスは、それらが年をとるにつれて起こる学習/記憶能力及び運動機能におけるそれらの不全について、FTLD−TDP様病理を再現することが報告されている(Tsaiら、J Exp Med(2010)207、1661−1673)。この例において、FTLD−TDP−43トランスジェニックマウスの脳切片を、抗TDP−43及びTDP−Oで免疫蛍光染色し、DAPIで対比染色した。予想通り、野生型マウスにおいては、TDP−43が圧倒的に核に見出された。対照的に、FTLD−TDPトランスジェニックマウスにおいて、TDP−43が主にサイトゾルに見出され、TDP−Oシグナルもまた検出された。顕著な量のTDP−43及びTDP−Oシグナルが細胞において共局在することが見出され、二重陽性シグナルを有する細胞の数は年齢とともに増加した。シグナルの出現及び共局在は、アミロイド様TDP−43オリゴマーがFTLD−TDPトランスジェニックマウス脳に存在し、その量が年齢とともに増加することを示唆した。
例8 TDP−43オリゴマーはFTLD−TDP患者の脳に存在する
ヒト疾患におけるTDP−43オリゴマーの関連性を評価するために、TDP−43免疫反応性封入体を有するFTLD患者のサブグループを使用して、FTLD−TDP患者におけるTDP−43オリゴマーの存在を調査した。TDP−Oポリクローナル抗体を使用して、病理学的に確認されたFTLD−TDPの3症例、年齢が合致した非認知症コントロールの3症例、及び「疾患コントロール」として、TDP−43病理のない、病理学的に確認されたADの3症例の、海馬及び前頭皮質切片を免疫染色した。TDP−O抗体は、FTLD−TDP患者のTDP−43封入体と類似しているように見える、様々な神経細胞質封入体(図7、パネルA及びC)及び変性神経突起(図7、パネルA)を同定した。いくつかの領域において、神経細胞質が、粒状パターンに強く染色された(図7、パネルE)。対照的に、ニューロンリポフスチンからの非特異的反応性を除いて、TDP−Oは、コントロール脳に対しても(図7、パネルB、D、及びF)、TDP−43病理を欠くAD脳に対しても(データは示されず)、顕著な免疫反応性を示さなかった。TDP−Oポリクローナル抗体は、正常組織中の核を染色することができなかった。このことは、それが、核に通常存在するTDP−43モノマーと反応しないという我々の生化学的観察と一致する。加えて、TDP−Oポリクローナル抗体によって認識されるTDP−43の形態を検証するために、我々は、コントロール及び罹患ヒト海馬を用いたTDP−Oによる免疫沈降(IP)を実施した。海馬のトリトン可溶性画分を調製し、架橋TDP−Oポリクローナル抗体を用いたIPに供した。溶出液を、N−末端TDP−43抗体(N1−260)で免疫標識するEMに供した(図8A及び8B)。我々は、直径がおよそ50nmの、丸い、球状TDP−43凝集体を、罹患試料において観察することに成功したが、コントロール試料においては観察できず、この種はN1−260抗体によって認識された。これは、それらがN−末端を切断されていないことを示す。全体として、我々のTDP−Oポリクローナル抗体を使用することにより、我々は、TDP−43オリゴマーがFTLD−TDP患者の脳に存在することを実証した。
例9 TDP−43オリゴマー特異性モノクローナル抗体(mAb)の産生及び特徴付け
この例において、ELISAアッセイを実施して、TDP−O−3、−5、−8、−9、及び−10ハイブリドーマ細胞から産生された各mAbsの、SDS変性した又はしていないTDP−43オリゴマーに対する特異性を調べた。結果を図9に示す。5つのハイブリドーマ細胞系統から産生されたモノクローナル抗体は全て、変性TDP−43タンパク質よりも非変性TDP−43オリゴマーに対して、高い結合活性を示した。この結果は、これらのmAbsが、TDP−43オリゴマーに対して特異性を有し、それらがコンホメーション依存性抗体であることを示した。
単離されたmAbsの結合特異性を確認するために、TDP−43オリゴマー及びモノマーをゲルろ過により精製し(図10A)、次いでELISA用のプレート上にそれぞれコーティングして、各mAbsの特異性を確認した。図10Bに示される結果は、TDP−O−3、−5、−8、−9、及び−10ハイブリドーマ細胞系統から産生されたmAbsのそれぞれが、TDP−43オリゴマーを特異的に認識し得ることを確認した。
ELISAマウスmAbアイソタイピングキット(Thermo)も使用して、TDP−O mAbsのアイソタイプを決定した。結果を表1に要約する。
表1に示される結果によれば、TDP−O−3、−5、−8、−9、及び−10ハイブリドーマ細胞系統によって産生されるmAbsは、IgG2a及びカッパ軽鎖に対して、より反応性が高い。したがって、これらのmAbsは、IgG2a及びカッパ軽鎖サブクラスに属する。
このように単離された5つのmAbsを配列分析に供し、コンセンサス配列を決定して図11に示した。
例10 TDP−43オリゴマー特異性mAbは、TDP−43オリゴマー誘導細胞毒性を阻害する
TDP−O抗体が、TDP−43オリゴマーによって誘導された細胞毒性を阻害することができるかどうかを調べるために、「材料及び方法」に記載のように、示された投与量で、モノクローナルTDP−O抗体(すなわち、TDP−O−3)と共に又は無しで、TDP−43オリゴマーによって、ヒト神経芽細胞腫BE(2)−C細胞をそれぞれ処置した。次いで、細胞生存能力をMTTアッセイにより測定した。この結果は、TDP−43オリゴマーが、BE(2)−C細胞に対する有意な毒性を誘導し、当該細胞毒性現象が、TDP−O抗体の投与によって首尾よく回復したことを示した(図12)。
結論として、本開示は、Aβをクロスシーディングしてアミロイドオリゴマーを形成し、神経変性疾患と関連している、TDP−43の病理学的形態を予期せず発見するものである。したがって、本開示は、TDP−43タンパク質症を抑制するのに有用な抗体を提供することを目的とする。前述の実施例の結果は、本抗TDP−43抗体がTDP−43の病理学的形態に特異的に結合し、TDP−43誘導細胞毒性を抑制し、それ故に、それらがTDP−43関連神経変性疾患を防止及び/又は処置する潜在的な手段として作用し得ることを、確認及び支持する。
実施形態の上記の説明が単なる例として与えられており、当業者によって様々な変更がなされ得ることが理解されるだろう。上記の明細書、実施例及びデータは、本発明の例示的な実施形態の構造及び使用の完全な説明を提供する。本発明の様々な実施形態が、ある程度具体的に、又は1又は複数の個々の実施形態を参照して、上述されているが、当業者は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に多数の変更を行うことができる。

Claims (11)

  1. トランス活性化応答(TAR)−DNA−結合タンパク質43kDa(TDP−43)に特異的に結合する、抗体又はそのフラグメントであって、
    配列番号:1、配列番号:2及び配列番号:3のアミノ酸配列を含む重鎖可変領域;及び
    配列番号:5、配列番号:6及び配列番号:7のアミノ酸配列を含む軽鎖可変領域
    を含む、抗体又はそのフラグメント。
  2. 前記重鎖可変領域が、配列番号:4のアミノ酸配列を有し、前記軽鎖可変領域が、配列番号:8のアミノ酸配列を有する、請求項1に記載の抗体。
  3. 前記TDP−43オリゴマーが、直径約2〜400nmの球状粒子サイズを有する、請求項1に記載の抗体。
  4. 前記TDP−43オリゴマーが、直径約40〜60nmの粒子サイズを有する、請求項3に記載の抗体。
  5. TDP−43オリゴマー関連疾患の予防又は処置のための医薬組成物であって、有効量の請求項1に記載の抗体;及び医薬的に許容される担体を含む、医薬組成物。
  6. 前記TDP−43オリゴマー関連疾患が、アルツハイマー病、嗜銀顆粒性疾患、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、グアムのALS−パーキンソン痴呆症候群、血管性認知症、前頭側頭型認知症、意味性認知症、レビー小体型認知症、ハンチントン病、脊髄小脳性運動失調、封入体ミオパシー、封入体筋炎、海馬硬化症、又はパーキンソン病である、請求項5に記載の医薬組成物。
  7. 前記重鎖可変領域が、配列番号:4のアミノ酸配列を有し、前記軽鎖可変領域が、配列番号:8のアミノ酸配列を有する、請求項5に記載の医薬組成物。
  8. 被験体の生体試料からTDP−43オリゴマー関連疾患を診断する方法であって、
    前記生体試料を有効量の請求項1に記載の抗体と接触させることにより、前記生体試料中のTDP−43オリゴマーの量を決定するステップ;及び
    前記生体試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量を、健康な被験体から得られたコントロール試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量と比較するステップ;を含み、
    前記生体試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量が、前記コントロール試料中で検出されたTDP−43オリゴマーの量よりも顕著に高い又は低いことが、前記被験体が前記TDP−43オリゴマー関連疾患を患っていることを示す、方法。
  9. 前記TDP−43オリゴマー関連疾患が、アルツハイマー病、嗜銀顆粒性疾患、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、グアムのALS−パーキンソン痴呆症候群、血管性認知症、前頭側頭型認知症、意味性認知症、レビー小体型認知症、ハンチントン病、脊髄小脳性運動失調、封入体ミオパシー、封入体筋炎、海馬硬化症、又はパーキンソン病である、請求項8に記載の方法。
  10. 前記生体試料が、脳生検試料、脳脊髄液試料、全血試料、血清試料、血漿試料、尿試料、又は粘液試料である、請求項8に記載の方法。
  11. 前記重鎖可変領域が、配列番号:4のアミノ酸配列を有し、前記軽鎖可変領域が、配列番号:8のアミノ酸配列を有する、請求項8に記載の方法。
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