JP2020071206A - Method for determining cardiac toxicity based on atp active measurement - Google Patents

Method for determining cardiac toxicity based on atp active measurement Download PDF

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山本 正道
Masamichi Yamamoto
正道 山本
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Abstract

To provide a new method for determining whether a drug will cause a drug-induced long QT syndrome in the field of drug development instead of a cell membrane potential measuring method.SOLUTION: There is provided a method for determining whether an inspection target material will cause a cardiac toxicity, and the method includes the steps of: injecting an inspection target material into a nonhuman transgenic animal which presents a fluorescent protein containing an ATP bonding part, a fluorescent protein as a donor for transferring a fluorescent resonance energy, and a fluorescent protein as an acceptor; measuring a fluorescent signal from the heart of the nonhuman transgenic animal; and determining whether the inspection target material will cause a cardiac toxicity according to the measured fluorescence signal.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する方法に関する。本発明はまた、薬物の候補物質ライブラリーを製造する方法、及び被験物質が心毒性を生じるか否かの判定用の心筋細胞又は非ヒトトランスジェニック動物に関する。   The present invention relates to a method for determining whether a test substance causes cardiotoxicity. The present invention also relates to a method for producing a drug candidate substance library, and a cardiomyocyte or non-human transgenic animal for determining whether a test substance causes cardiotoxicity.

薬物の開発において、その効能及び毒性について適切に評価することは重要である。薬物の毒性として、患者に重篤な不整脈を引き起こす薬物誘発性QT延長症候群が知られている。薬物誘発性QT延長症候群は、薬物の投与後に心電図上のQT間隔の延長が生じ、非持続性多形性心室頻拍(トルサード・ド・ポアンツ;TdP)から、しばしば心室細動が起こり、失神又は突然死をきたす重篤な状態である。   In drug development, it is important to properly evaluate its efficacy and toxicity. As a drug toxicity, drug-induced long QT syndrome that causes serious arrhythmia in a patient is known. In the drug-induced long QT syndrome, the QT interval on the electrocardiogram is prolonged after administration of the drug, and non-sustained polymorphic ventricular tachycardia (Torsade de Pointes; TdP) often causes ventricular fibrillation, resulting in syncope. Or, it is a serious condition that causes sudden death.

薬物誘発性QT延長症候群におけるQT間隔の延長は、調和のとれた心臓の拍動を投与された薬物が心筋細胞のイオンチャネルに作用し、その調和を乱すことによって生じると考えられている。薬物が、薬物誘発性QT延長症候群を引き起こすか否かを判定する方法として、細胞の膜電位測定法が知られている(非特許文献1)。   Prolongation of QT interval in drug-induced prolongation of QT syndrome is considered to be caused by a drug administered with a harmonious heart beat, which acts on the ion channels of cardiomyocytes and disturbs its harmonies. A cell membrane potential measurement method is known as a method for determining whether a drug causes drug-induced long QT syndrome (Non-patent Document 1).

薬理雑誌(2005)126、p321〜327Pharmacological magazine (2005) 126, p321-327.

ベラパミル(Verapamil)、Vanoxerineなどの薬物は、イオンチャネルであるhERGチャネルに作用するが、QT間隔の延長を引き起こさないことが知られている。従って、薬物の開発の分野には、薬物が薬物誘発性QT延長症候群を引き起こすか否かを判定するにあたって、細胞の膜電位測定法に代わる新規な方法についての要求が存在する。   Drugs such as Verapamil and Vanoxerine are known to act on the ion channel hERG channel but not to prolong the QT interval. Therefore, there is a need in the field of drug development for new alternatives to cell membrane potential measurement in determining whether a drug causes drug-induced long QT syndrome.

医薬品の開発においては、その開発過程で副作用として不整脈が認められた候補物質は、開発過程から排除され、上市されるとはない。他方、開発過程では副作用として不整脈が認められずに上市された医薬品の中には、投与した患者に不整脈を生じさせてしまうものが複数存在した。副作用としての不整脈が上市後に認められた場合、及び上市前であっても開発の後期に副作用としての不整脈が認められた場合、それまでの医薬品の開発コストを浪費させてしまうという問題があった。従って、医薬品の開発の分野には、医薬品の候補物質が不整脈を生じさせるのか否かを、より早期に判定可能な方法に対する要求が存在する。   In the development of pharmaceuticals, candidate substances for which arrhythmia was observed as a side effect during the development process are excluded from the development process and are not marketed. On the other hand, in the development process, some arrhythmias were not seen as a side effect, and some of the drugs that were launched on the market were those that caused arrhythmia in the administered patients. If an arrhythmia as a side effect was observed after launch, and if an arrhythmia as a side effect was observed in the late stage of development even before launch, there was a problem of wasting the development cost of the drug until then. .. Therefore, in the field of drug development, there is a demand for a method capable of determining whether or not a drug candidate substance causes arrhythmia earlier.

本発明者は、心電図上のQT延長などの兆候が見られないような低濃度の薬物の存在下であっても、心臓のATP濃度に変化が生じることを見出した。これにより、本発明者は、心臓におけるATP濃度を測定することで、被験物質がQT延長症候群などの心毒性をきたすか否かを判定することができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下に関する。   The present inventor has found that there is a change in the ATP concentration in the heart even in the presence of a drug at a low concentration that does not show signs such as QT prolongation on the electrocardiogram. Thus, the present inventor has found that it is possible to determine whether or not the test substance causes cardiotoxicity such as QT prolongation syndrome by measuring the ATP concentration in the heart, and completed the present invention. That is, the present invention relates to the following.

[項1] 被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する方法であって、被験物質を、ATP結合部分と、蛍光共鳴エネルギー移動のためのドナーとしての蛍光タンパク質と、アクセプターとしての蛍光タンパク質とを含む融合タンパク質を含む融合タンパク質を発現する非ヒトトランスジェニック動物に投与する工程;前記非ヒトトランスジェニック動物の心臓からの蛍光シグナルを測定する工程;及び測定された蛍光シグナルに基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程を含む、判定方法。 [Claim 1] A method for determining whether or not a test substance causes cardiotoxicity, the test substance comprising an ATP-binding moiety, a fluorescent protein as a donor for fluorescence resonance energy transfer, and a fluorescent protein as an acceptor. Administering to a non-human transgenic animal expressing a fusion protein comprising a fusion protein comprising: a step of measuring a fluorescence signal from the heart of the non-human transgenic animal; and, based on the measured fluorescence signal, A determination method comprising a step of determining whether or not a test substance causes cardiotoxicity.

[項2] 前記非ヒトトランスジェニック動物が、その染色体上のROSA26遺伝子座に挿入された前記融合タンパク質をコードするDNAを含み、及び、前記DNAがCAGプロモーター配列と作動可能に連結されている、項1に記載の判定方法。
[項3] 被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する方法であって、被験物質を、ATP結合部分と、蛍光共鳴エネルギー移動のためのドナーとしての蛍光タンパク質と、アクセプターとしての蛍光タンパク質とを含む融合タンパク質を含む融合タンパク質を発現する心筋細胞と接触させる工程;前記心筋細胞からの蛍光シグナルを測定する工程;及び測定された蛍光シグナルに基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程を含む、判定方法。
[項4] 前記心筋細胞が、その染色体上のROSA26遺伝子座に挿入された前記融合タンパク質をコードするDNAを含み、及び、前記DNAがCAGプロモーター配列と作動可能に連結されている、項3に記載の判定方法。
[Claim 2] The non-human transgenic animal contains DNA encoding the fusion protein inserted into the ROSA26 locus on its chromosome, and the DNA is operably linked to a CAG promoter sequence, The determination method according to Item 1.
[Claim 3] A method for determining whether or not a test substance causes cardiotoxicity, the test substance comprising an ATP-binding moiety, a fluorescent protein as a donor for fluorescence resonance energy transfer, and a fluorescent protein as an acceptor. A step of contacting a cardiomyocyte expressing a fusion protein containing a fusion protein containing; a step of measuring a fluorescent signal from the cardiomyocyte; and whether the test substance causes cardiotoxicity based on the measured fluorescent signal A determination method including a step of determining whether or not.
[Item 4] In item 3, wherein the cardiomyocyte contains DNA encoding the fusion protein inserted into the ROSA26 gene locus on its chromosome, and the DNA is operably linked to a CAG promoter sequence. Judgment method described.

[項5] 前記判定工程が、前記蛍光シグナルと第1の閾値とを比較する工程を含む、項1〜項4のいずれか一項に記載の判定方法。
[項6] 前記ATP結合部分が、イノシンモノホスフェート脱水素酵素2(IMPDH2)のCBSドメイン又はその断片若しくはその改変体、GlnK1又はその断片若しくはその改変体、或いはATP合成酵素のεサブユニット又はその断片若しくはその改変体である、項1〜項5のいずれか一項に記載の判定方法。
[項7] 前記ATP結合部分が、ATP合成酵素のεサブユニット又はその断片若しくはその改変体である、項1〜項6のいずれか一項に記載の判定方法。
[項8] 前記融合タンパク質において、前記ドナーとしての蛍光タンパク質及び前記アクセプターとしての蛍光タンパク質のいずれか一方が前記ATP結合部分のアミノ末端側に連結されており、その他方が前記ATP結合部分のカルボキシ末端側に連結されている、項1〜項7のいずれか一項に記載の判定方法。
[Item 5] The determination method according to any one of Items 1 to 4, wherein the determination step includes a step of comparing the fluorescence signal with a first threshold value.
[Claim 6] The ATP-binding portion is a CBS domain of inosine monophosphate dehydrogenase 2 (IMPDH2) or a fragment thereof or a variant thereof, GlnK1 or a fragment thereof or a variant thereof, or an ε subunit of ATP synthase or a portion thereof. Item 6. The determination method according to any one of Items 1 to 5, which is a fragment or a modified form thereof.
[Item 7] The determination method according to any one of Items 1 to 6, wherein the ATP-binding portion is an ε subunit of ATP synthase, a fragment thereof, or a modified form thereof.
[Item 8] In the fusion protein, one of the fluorescent protein as the donor and the fluorescent protein as the acceptor is linked to the amino terminal side of the ATP-binding portion, and the other is carboxy of the ATP-binding portion. Item 8. The determination method according to any one of Items 1 to 7, which is linked to the terminal side.

[項9] 前記蛍光シグナルが、ドナーとしての蛍光タンパク質に由来する蛍光強度(以下「ドナー側の蛍光強度」という)、アクセプターとしての蛍光タンパク質に由来する蛍光強度(以下「アクセプター側の蛍光強度」という)、ドナー側の蛍光強度に対するアクセプター側の蛍光強度の比(=[アクセプター側の蛍光強度]/[ドナー側の蛍光強度])、又はドナーとしての蛍光タンパク質の蛍光寿命である、項1〜項8のいずれか一項に記載の判定方法。
[項10] 前記非ヒトトランスジェニック動物がトランスジェニックマウスである、項1〜項9のいずれか一項に記載の判定方法。
[項11] 前記心筋細胞が、前記融合タンパク質を発現する非ヒトトランスジェニック動物由来の心筋細胞、又は前記融合タンパク質を発現する幹細胞から作製された心筋細胞である、項3〜項9のいずれか一項に記載の判定方法。
[Item 9] The fluorescence signal is derived from a fluorescent protein serving as a donor (hereinafter referred to as “donor side fluorescent intensity”), and a fluorescent intensity derived from a fluorescent protein serving as an acceptor (hereinafter referred to as “acceptor side fluorescent intensity”). 1), the ratio of the fluorescence intensity on the acceptor side to the fluorescence intensity on the donor side (= [fluorescence intensity on acceptor side] / [fluorescence intensity on donor side]), or the fluorescence lifetime of the fluorescent protein as a donor. Item 9. The determination method according to any one of Item 8.
[Item 10] The determination method according to any one of Items 1 to 9, wherein the non-human transgenic animal is a transgenic mouse.
[Item 11] Any one of Items 3 to 9, wherein the cardiomyocytes are non-human transgenic animal-derived cardiomyocytes expressing the fusion protein or cardiomyocytes prepared from stem cells expressing the fusion protein. The determination method according to one item.

[項12] 薬物の候補物質ライブラリーを製造する方法であって、2種以上の被験物質の各々について、心毒性を生じるか否かを判定する項1〜項11のいずれか一項に記載の判定方法を実施する工程;及び前記工程において、心毒性を生じないと判定された被験物質を選抜し、薬物の候補物質ライブラリーを製造する工程を含む、製造方法。
[項13] 被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する用の、ATP結合部分と、蛍光共鳴エネルギー移動のためのドナーとしての蛍光タンパク質と、アクセプターとしての蛍光タンパク質とを含む心筋細胞又は融合タンパク質を含む融合タンパク質を発現する非ヒトトランスジェニック動物。
[項14] 被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する方法であって、被験物質を心筋細胞と接触させる工程、及び前記心筋細胞におけるATP濃度を測定する工程;又は被験物質を非ヒト動物に投与する工程、及び前記非ヒト動物の心臓におけるATP濃度を測定する工程を含み、測定されたATP濃度に基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程をさらに含む、判定方法。
[Claim 12] A method for producing a drug candidate substance library, wherein the determination is made as to whether or not each of two or more test substances causes cardiotoxicity. And a step of producing a library of drug candidate substances by selecting a test substance which has been determined not to cause cardiotoxicity in the process.
[Claim 13] A cardiomyocyte comprising an ATP-binding moiety for determining whether a test substance causes cardiotoxicity, a fluorescent protein as a donor for fluorescence resonance energy transfer, and a fluorescent protein as an acceptor, or Non-human transgenic animals expressing fusion proteins, including fusion proteins.
[Claim 14] A method for determining whether or not a test substance causes cardiotoxicity, comprising the steps of contacting the test substance with cardiomyocytes, and measuring the ATP concentration in the cardiomyocytes; or The method further comprises the step of administering to an animal, and the step of measuring the ATP concentration in the heart of the non-human animal, and further the step of determining whether or not the test substance causes cardiotoxicity based on the measured ATP concentration. , Judgment method.

心臓におけるATPの需要と供給のバランスが取れている場合の概念図(図1a)、ATPの需要に対してATPの供給が小さい場合の概念図(図1b)、及びATPの需要に対してATPの供給が大きい場合の概念図(図1c)。A conceptual diagram when the supply and demand of ATP in the heart are balanced (Fig. 1a), a conceptual diagram when the supply of ATP is smaller than the demand of ATP (Fig. 1b), and ATP for the demand of ATP Schematic diagram when the supply of water is large (Fig. 1c). 生理食塩水を投与したトランスジェニックマウスの心臓の蛍光画像(図2a:投与開始0min、図2b:投与開始後60min)。生食塩水投与開始0minの心電図(図2c)、投与開始後60minの心電図(図2d)。前記トランスジェニックマウスの心臓におけるATP濃度変化を示すグラフ(図2e)。Fluorescence images of hearts of transgenic mice administered with physiological saline (Fig. 2a: 0 min after administration, Fig. 2b: 60 min after administration). An electrocardiogram at 0 minutes after the start of administration of a saline solution (FIG. 2c), and an electrocardiogram at 60 minutes after the start of administration (FIG. 2d). The graph which shows the ATP density | concentration change in the heart of the said transgenic mouse (FIG. 2e). ジソピラミド投与開始前後のトランスジェニックマウスの心電図(投与開始前:図3a上、投与開始後:図3a下)。前記トランスジェニックマウスの心臓の蛍光画像(投与開始0min:図3b左、投与開始後60min:図3b右)、及び心臓におけるATP濃度変化を示すグラフ(図3c)。Electrocardiograms of transgenic mice before and after the start of disopyramide administration (before the start of administration: on top of FIG. 3a, after the start of administration: bottom of FIG. 3a). A fluorescence image of the heart of the transgenic mouse (start of administration 0 min: left of FIG. 3b, post-administration 60 min: right of FIG. 3b), and a graph showing changes in ATP concentration in the heart (FIG. 3c). Nifekalant(図4a)、Levofloxacin(図4b)、Alfuzosin hydrochloride(図4c)、Procainamide(図4d)、Droperidol(図4e)、及びErythromycin(図4f)を投与したトランスジェニックマウスの心臓の蛍光画像(投与開始後0min:左上図、投与開始後60min:右上図)及びATP濃度変化を示すグラフ(下図)。Nifekalant (Fig. 4a), Levofloxacin (Fig. 4b), Alfuzosin hydrochloride (Fig. 4c), Procainamide (Fig. 4d), Droperidol (Fig. 4e), and Erythromycin (Fig. 4f) were administered to the hearts of transgenic mice (Fig. 4f). 0 min after start: upper left figure, 60 min after start of administration: upper right figure) and a graph showing changes in ATP concentration (lower figure). Amphotericin B(図5a)、Azithromycin(図5b)、Ciprofloxacin(図5c)、及びMetronidazole(図5d)を投与したトランスジェニックマウスの心臓の蛍光画像(投与開始後0min:左上図、投与開始後60min:右上図)及びATP濃度変化を示すグラフ(下図)。Fluorescence image of the heart of a transgenic mouse administered with Amphotericin B (Fig. 5a), Azithromycin (Fig. 5b), Ciprofloxacin (Fig. 5c), and Metronidazole (Fig. 5d) (0 min after administration: upper left, 60 min after administration: (Upper right figure) and a graph showing changes in ATP concentration (lower figure). Vanoxerine(図6a)、Verapamil(図6b)及びFurosemide(図6c)を投与したトランスジェニックマウスの心臓の蛍光画像(投与開始後0min:左上図、投与開始後60min:右上図)及び心臓におけるATP濃度変化を示すグラフ(下図)。Fluorescence images of the hearts of transgenic mice to which Vanoxerine (Fig. 6a), Verapamil (Fig. 6b) and Furosemide (Fig. 6c) were administered (0min after administration: upper left, 60min after administration: upper right) and ATP concentration in the heart. Graph showing changes (lower figure). 5−FU(図7a)、Cyclophosphamide(図7b)、及びIfosfamide(図7c)を投与したトランスジェニックマウスの心臓の蛍光画像(投与開始後0min:左上図、投与開始後60min:右上図)及び心臓におけるATP濃度変化を示すグラフ(下図)。Fluorescence images of the heart of transgenic mice administered with 5-FU (Fig. 7a), Cyclophosphamide (Fig. 7b), and Ifosfamide (Fig. 7c) (0 min after administration: upper left, 60 min after administration: upper right) and heart. 3 is a graph showing changes in ATP concentration in FIG.

本明細書において「心毒性」は、心臓に悪影響を及ぼす薬物誘発性の毒性を意味する。心毒性は、限定するものではないが、不整脈、心不全、及びQT延長症候群が挙げられる。   As used herein, "cardiotoxicity" means drug-induced toxicity that adversely affects the heart. Cardiotoxicity includes, but is not limited to, arrhythmias, heart failure, and long QT syndrome.

本明細書において「不整脈」は、心機能のうち調律機能が異常を呈する状態を意味する。不整脈は、限定するものでないが、催不整脈、上室性頻拍、「心室性期外収縮」、「心房(上室)期外収縮」、「持続性心室頻拍」、「心房細動」、「心房頻拍」、「心房粗動」、「房室ブロック」及び「洞不全症候群」が挙げられる。本明細書において「催不整脈」は、物質の投与により既存の不整脈が増悪すること、又は新たな不整脈が発生することを意味する。本明細書において「上室性頻拍」は、刺激の源が洞結節、心房筋又は心室接合部にある頻拍を意味する。   As used herein, the term “arrhythmia” refers to a state in which the rhythm function of the cardiac functions is abnormal. Arrhythmias include, but are not limited to, arrhythmias, supraventricular tachycardia, "ventricular extrasystole", "atrial (supraventricular) extrasystole", "sustained ventricular tachycardia", "atrial fibrillation". , "Atrial tachycardia", "atrial flutter", "atrioventricular block" and "sinus insufficiency syndrome". In the present specification, “proarrhythmia” means that existing arrhythmia is exacerbated or new arrhythmia occurs by administration of a substance. As used herein, “supraventricular tachycardia” means a tachycardia in which the source of stimulation is at the sinus node, atrial muscle or ventricular junction.

本明細書において「期外収縮」は、洞結節のつくる規則的な拍動とは別に、他の部位から興奮が始まり、心臓が洞結節よりの刺激より早く収縮する状態を意味する。本明細書において「心室性期外収縮」は、刺激の発生部位が房室結節の下の心室で生じる期外収縮を意味する。心室性期外収縮は、限定するものではないが、交感神経を緊張させる薬物、例えばカテコラミン又はカフェインによって誘発されうる。   In the present specification, “extra systole” means a state in which, apart from the regular beats generated by the sinus node, excitement starts from another site and the heart contracts faster than the stimulation from the sinus node. As used herein, "ventricular extrasystole" means extrasystole that occurs in the ventricle below the atrioventricular node where the stimulus occurs. Premature ventricular contractions can be induced by, but not limited to, sympathomimetic drugs such as catecholamines or caffeine.

本明細書において「心房(上室)期外収縮」は、刺激の発生部位が心房から心室結節までの期外収縮を意味する。心房(上室)期外収縮は、例えばテオフィリン、抗コリン薬又はβ2刺激薬などの気管支拡張薬によって誘発されうる。上室性期外収縮の状態が悪化すると「心房細動」、「心房頻拍」又は「心房粗動」を発症しうる。本明細書において「心房細動」は、心房の拍数が全く不規則で且つ高頻度になる状態を意味する。本明細書において「心房頻拍」は、心房起源の発作性頻拍症を意味する。本明細書において「心房粗動」は、心房が洞結節からの刺激に応じて興奮収縮をするのではなく、心房自体で発生した規則正しい頻回の興奮を連続する状態を意味する。   As used herein, the term "atrial (supraventricular) premature contraction" means premature contraction from the atrium to the ventricular nodule where the stimulus occurs. Premature atrial (supraventricular) contractions can be induced by bronchodilators, such as theophylline, anticholinergics or β2-agonists. When the state of supraventricular extrasystole worsens, "atrial fibrillation", "atrial tachycardia" or "atrial flutter" may develop. As used herein, “atrial fibrillation” means a state in which the atrial heart rate becomes completely irregular and high frequency. As used herein, "atrial tachycardia" means paroxysmal tachycardia of atrial origin. In the present specification, “atrial flutter” means a state in which the atria do not excite and contract in response to a stimulus from a sinus node, but continue the regular and frequent excitement occurring in the atrium itself.

本明細書において「房室ブロック」は、心房・心室間の興奮伝導障害を意味する。本明細書において「洞不全症候群」は、洞房結節又は洞結節下流の伝導系が原因で除脈をきたす状態を意味する。   As used herein, "atrioventricular block" means impaired conduction of conduction between the atria and ventricles. As used herein, "sinus dysfunction syndrome" means a condition that causes bradycardia due to the sinus node or the conduction system downstream of the sinus node.

本明細書において「心不全」は、心臓(主として左心)の機能障害による体内各臓器及び四肢末梢の灌流障害に起因する息切れを主徴とし、動悸、倦怠感、運動耐容能の低下などをきたす症候群を意味する。心不全は、限定するものではないが、左心不全、右心不全及び両心不全が挙げられる。一例において、心不全は左心不全又は両心不全である。   In the present specification, "heart failure" is mainly caused by shortness of breath due to impaired perfusion in various organs in the body and peripheral limbs due to dysfunction of the heart (mainly left heart), and causes palpitation, malaise, decrease in exercise tolerance, etc. Means a syndrome. Heart failure includes, but is not limited to, left heart failure, right heart failure and bilateral heart failure. In one example, the heart failure is left heart failure or bilateral heart failure.

本明細書において「QT延長症候群(LQTS)」は、薬物誘発性QT延長症候群を意味し、重症心室性不整脈(例えば「心室頻拍」及び「心室細動」)を生じ、眩暈、脳虚血症状(例えば失神)又は突然死をきたしうる症候群を意味する。本明細書において「心室頻拍(VT)」は、心室の異所性始点で起こる発作性頻拍を意味する。本明細書において「心室細動(VF)」は、心室が上位中枢からの興奮によらず、個々の心室固有筋が無秩序に興奮する状態を意味する。本明細書において「トルサード・ド・ポワント(TdP)」は一過性の心室細動又は多形成心室頻拍を意味する。   As used herein, “long QT syndrome (LQTS)” means drug-induced long QT syndrome, which causes severe ventricular arrhythmias (eg, “ventricular tachycardia” and “ventricular fibrillation”), dizziness, cerebral ischemia. By a syndrome that can cause symptoms (eg syncope) or sudden death. As used herein, "ventricular tachycardia (VT)" refers to paroxysmal tachycardia that occurs at the ectopic origin of the ventricles. In the present specification, “ventricular fibrillation (VF)” means a state in which individual ventricular proper muscles are excited in a chaotic manner, irrespective of the excitation of the ventricles from the upper centers. As used herein, "torsade de pointe (TdP)" means transient ventricular fibrillation or polymorphic ventricular tachycardia.

本明細書において「被験物質」は、限定するものではないが、薬物としての利用に興味がある物質、薬物の候補物質として開発された物質、又は薬物として利用されている物質が挙げられる。被験物質は、例えば、有機分子、核酸、タンパク質、又は脂質、若しくはそれらの組合せである。被験物質は、公知の方法により調製することができ、又は商業的に入手可能である。   In the present specification, the “test substance” includes, but is not limited to, a substance that is interested in use as a drug, a substance developed as a drug candidate substance, or a substance used as a drug. The test substance is, for example, an organic molecule, a nucleic acid, a protein, or a lipid, or a combination thereof. The test substance can be prepared by a known method, or is commercially available.

一例において、被験物質は、公知の方法に従って、動物に投与される。被験物質の動物への投与は、限定するものではないが、経口投与又は非経口投与される。他の例において、被験物質は、公知の方法に従って、細胞と接触される。被験物質の細胞への接触は、例えば、前記細胞を培養している場合、限定するものではないが、被験物質を細胞培養液に添加することが挙げられる。被験物質は、例えば、1種又は2種以上の被験物質の組合せであってもよい。   In one example, the test substance is administered to the animal according to known methods. Administration of the test substance to the animal is, but not limited to, oral administration or parenteral administration. In another example, the test substance is contacted with the cells according to known methods. The contact of the test substance with the cells is, for example, when the cells are cultured, but is not limited thereto, and the test substance may be added to the cell culture medium. The test substance may be, for example, one kind or a combination of two or more kinds of test substances.

本明細書において、薬物の候補物質のライブラリーの製造において用いられる「2種以上の被験物質」は、限定するものではないが、10種以上、100種以上、又は1000種以上の被験物質を含む。薬物の候補物質のライブラリーの製造において用いられる2種以上の被験物質は、例えば、理化学研究所が提供する化合物ライブラリー(URL:http://www.cbrg.riken.jp/npd/ja/announce.html)、東京大学 創薬機構が管理又は提供する各種化合物ライブラリー(https://www.ddi.u−tokyo.ac.jp/chemical_library/)、フナコシ株式会社から商業的に入手可能な化合物ライブラリー(TOCRISCREEN(登録商標))、及びシグマ アルドリッチ ジャパン合同会社から商業的に入手可能な各種化合物ライブラリー(例えばSALOR)が挙げられる。   In the present specification, “two or more test substances” used in the production of a library of drug candidate substances include, but are not limited to, 10 or more, 100 or more, or 1000 or more test substances. Including. The two or more test substances used in the production of the drug candidate substance library are, for example, compound libraries (URL: http://www.cbrg.riken.jp/npd/ja/ provided by RIKEN. Announce.html), various compound libraries (https://www.ddi.u-tokyo.ac.jp/chemical_library/) managed or provided by the University of Tokyo Drug Discovery Agency, commercially available from Funakoshi Co., Ltd. A compound library (TOCRISCREEN (registered trademark)), and various compound libraries commercially available from Sigma-Aldrich Japan GK (for example, SALOR) are included.

本明細書において「融合タンパク質」は、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)のためのドナーとしての蛍光タンパク質と、アクセプターとしての蛍光タンパク質と、ATP結合部分とを含むタンパク質を意味する。前記融合タンパク質は、限定するものではないが、公知のATP結合部分の遺伝子をコードするDNAと、FRETのドナーとしての蛍光タンパク質をコードするDNAと、アクセプターとしての蛍光タンパク質をコードするDNAとを用いて遺伝子工学技術により調製することができる。一例において、前記融合タンパク質は、Nakano,M,ACS Chem Biol,2011;6,709−715に記載の方法に従って、調製することができる。   As used herein, "fusion protein" means a protein containing a fluorescent protein as a donor for fluorescence resonance energy transfer (FRET), a fluorescent protein as an acceptor, and an ATP binding moiety. The fusion protein includes, but is not limited to, a DNA encoding a gene for a known ATP-binding portion, a DNA encoding a fluorescent protein as a FRET donor, and a DNA encoding a fluorescent protein as an acceptor. It can be prepared by genetic engineering technology. In one example, the fusion protein can be prepared according to the method described in Nakano, M, ACS Chem Biol, 2011; 6,709-715.

前記融合タンパク質は、限定するものではないが、FRETのためのドナーとしての蛍光タンパク質及びアクセプターとしての蛍光タンパク質のいずれか一方の蛍光タンパク質が前記ATP結合部分のアミノ末端(A末端)側に連結されており、その他方の蛍光タンパク質が前記ATP結合部分のカルボキシ末端(C末端)側に連結されている。一例において、FRETのための2種類の蛍光タンパク質の一方が前記ATP結合部分のA末端側に連結されており、前記2種類の蛍光タンパク質の他方が前記ATP結合部分のC末端側に連結されている。前記2種類の蛍光タンパク質は、前記ATP結合部分とリンカー配列を介して連結されていてもよい。   The fusion protein is not limited, but either one of the fluorescent protein as a donor for FRET and the fluorescent protein as an acceptor is linked to the amino-terminal (A-terminal) side of the ATP-binding portion. The other fluorescent protein is linked to the carboxy terminal (C terminal) side of the ATP binding portion. In one example, one of the two types of fluorescent proteins for FRET is linked to the A-terminal side of the ATP binding part, and the other of the two types of fluorescent proteins is linked to the C-terminal side of the ATP binding part. There is. The two types of fluorescent proteins may be linked to the ATP binding part via a linker sequence.

前記2種類の蛍光タンパク質は、限定するものではないが、前記融合タンパク質のATP結合部分にATPが結合した場合にFRETを生じるように配置されている。他の例において、2種類の蛍光タンパク質は、前記融合タンパク質のATP結合部分にATPが結合した場合にFRETが解消するように配置されている。   The two types of fluorescent proteins are, but are not limited to, arranged so as to cause FRET when ATP binds to the ATP binding portion of the fusion protein. In another example, the two types of fluorescent proteins are arranged so that FRET is eliminated when ATP binds to the ATP-binding portion of the fusion protein.

本明細書において「蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)」は、ドナーとしての蛍光タンパク質とアクセプターとしての蛍光タンパク質が一定の距離以内に近づいた時に、ドナーとしての蛍光タンパク質が吸収した光エネルギーがアクセプターとしての蛍光タンパク質に移動する現象を意味する。FRETの検出は、通常、ドナーとしての蛍光タンパク質に励起波長を照射し、ドナーとしての又はアクセプターとしての蛍光タンパク質由来の蛍光シグナルを測定することにより行われる。   In the present specification, "fluorescence resonance energy transfer (FRET)" means that when a fluorescent protein as a donor and a fluorescent protein as an acceptor come within a certain distance, the light energy absorbed by the fluorescent protein as a donor becomes as an acceptor. It means the phenomenon of migration to fluorescent proteins. Detection of FRET is usually performed by irradiating a fluorescent protein as a donor with an excitation wavelength and measuring a fluorescent signal derived from the fluorescent protein as a donor or an acceptor.

一例において、ドナーとしての蛍光タンパク質由来の蛍光強度を測定する場合、2種類の蛍光タンパク質が一定の距離より近い位置にあると、アクセプターとしての蛍光タンパク質に光エネルギーが吸収されるためにドナーとしての蛍光タンパク質由来の蛍光強度は小さくなり、距離が一定の距離より離れると蛍光強度が大きくなる。アクセプターとしての蛍光タンパク質由来の蛍光強度を測定する場合はその逆で、距離が一定の距離より近い位置にあるとアクセプターとしての蛍光タンパク質由来の蛍光強度が大きくなり、距離が一定の距離より離れると蛍光強度は強度が小さくなる。   In one example, when measuring the fluorescence intensity derived from a fluorescent protein as a donor, if two types of fluorescent proteins are located at a position closer than a certain distance, the fluorescent protein as an acceptor absorbs light energy, so that The fluorescence intensity derived from the fluorescent protein decreases, and the fluorescence intensity increases when the distance is greater than a certain distance. Conversely, when measuring the fluorescence intensity derived from the fluorescent protein as the acceptor, the fluorescence intensity derived from the fluorescent protein as the acceptor increases when the distance is closer than a certain distance, and when the distance is greater than the certain distance. The fluorescence intensity becomes smaller.

他の例において、ドナーとしての蛍光タンパク質由来の蛍光寿命を測定する場合、ドナーとしての蛍光タンパク質とアクセプターとしての蛍光タンパク質とが一定の距離より遠い位置にあると、そのドナーとしての蛍光タンパク質はその固有の蛍光寿命を示し、それらの距離が一定の距離より近い位置にあると、ドナーとしての蛍光タンパク質の蛍光寿命は短くなる。   In another example, when measuring the fluorescence lifetime derived from a fluorescent protein as a donor, if the fluorescent protein as a donor and the fluorescent protein as an acceptor are located at a position distant from a certain distance, the fluorescent protein as a donor When they show intrinsic fluorescence lifetimes and their distance is closer than a certain distance, the fluorescence lifetime of the fluorescent protein as a donor becomes short.

本明細書において「蛍光タンパク質」は、限定するものではないが、シアンフルオレセントプロテイン(CFP)、イエローフルオレセントプロテイン(YFP)、ブルーフルオレセントプロテイン(BFP)、グリーンフルオレセントプロテイン(GFP)、レッドフルオレセントプロテイン(RFP)及びオレンジフルオレセントプロテイン(OFP)が挙げられる。他の例において、Nature Methods vol.9,No.10,1005−1012(2012)のTable1に記載の蛍光タンパク質も利用できる。蛍光タンパク質は、公知の方法により調製することができる、又は商業的に入手可能である。例えば、CFPとしてはInvitrogen社からCFPを、YFPとしてはInvitrogen社からYFPを又はEvrogen社からPhi−Yellowを、GFPとしてはClontech社からEGFPを又はEvrogen社からTag−GFPを、RFPとしてはClontech社からDsRed2−monomerを又はEvrogen社からHcRed−Tandemを商業的に入手可能である。   As used herein, “fluorescent protein” includes, but is not limited to, cyan fluorescent protein (CFP), yellow fluorescent protein (YFP), blue fluorescent protein (BFP), green fluorescent protein ( GFP), Red Fluorescent Protein (RFP) and Orange Fluorescent Protein (OFP). In another example, Nature Methods vol. 9, No. The fluorescent protein described in Table 1 of 10,1005-1012 (2012) can also be used. Fluorescent proteins can be prepared by known methods or are commercially available. For example, CFP is Invitrogen CFP, YFP is Invitrogen YFP or Evrogen Phi-Yellow, GFP is Clontech EGFP or Evrogen Tag-GFP, and RFP is Clontech. DsRed2-monomer or HcRed-Tandem from Evrogen.

前記融合タンパク質における、FRETのための2種類の蛍光タンパク質は、限定するものではないが、CFP、YFP、BFP、GFP、RFP及びOFPからなる群より選択される、FRETを生じる2種類の蛍光タンパク質の組合せである。一例において、FRETを生じる2種類の蛍光タンパク質の組合せは、CFP、YFT、BFP及びGFPからなる群より選択される1種のドナーとしての蛍光タンパク質と、FRP及びOFPからなる群より選択される1種のアクセプターとしての蛍光タンパク質との組合せである。一例において、FRETを生じる2種類の蛍光タンパク質の組合せは、CFPとYFPとの組合せ、BFPとGFPとの組合せ、又はGFPとRFPとの組合せが挙げられる。ドナーとしての蛍光タンパク質及びアクセプターとしての蛍光タンパク質のうちいずれがATP結合部分のA末端側、C末端側に連結されていてもよい。   The two types of fluorescent proteins for FRET in the fusion protein include, but are not limited to, two types of FRET-producing fluorescent proteins selected from the group consisting of CFP, YFP, BFP, GFP, RFP and OFP. Is a combination of. In one example, the combination of two fluorescent proteins that produce FRET is selected from the group consisting of FRP and OFP, with one fluorescent protein selected from the group consisting of CFP, YFT, BFP and GFP, and 1 A combination with a fluorescent protein as an acceptor of the species. In one example, the combination of two fluorescent proteins that produce FRET includes a combination of CFP and YFP, a combination of BFP and GFP, or a combination of GFP and RFP. Either a fluorescent protein as a donor or a fluorescent protein as an acceptor may be linked to the A-terminal side or the C-terminal side of the ATP-binding portion.

本明細書において「ATP結合部分」は、アデノシン三リン酸(ATP)との結合又は解離によりその立体構造に構造変化が生じるペプチドを意味する。前記ATP結合部分は、限定するものではないが、アデノシン二リン酸(ADP)、アデノシン一リン酸(AMP)、又はアデノシン酸との結合が、ATPとの結合と比べて、10倍以上、100倍以上、又は1000倍以上小さい。一例において、ATP結合部分はイノシンモノホスフェート脱水素酵素2(IMPDH2)のCBSドメインである。この例において、前記CBSドメインとFRETのためのドナー及びアクセプターとしてのCFP及びYFPとを含む融合タンパク質が知られている(Nat Biotechnol.2007;25(2):170−172.)。   In the present specification, the “ATP-binding moiety” means a peptide that undergoes a structural change in its three-dimensional structure upon binding or dissociation with adenosine triphosphate (ATP). The ATP-binding portion is not limited, but the binding with adenosine diphosphate (ADP), adenosine monophosphate (AMP), or adenosine acid is 10 times or more than that with ATP. Double or more, or 1000 or more times smaller. In one example, the ATP binding moiety is the CBS domain of inosine monophosphate dehydrogenase 2 (IMPDH2). In this example, a fusion protein containing the CBS domain and CFP and YFP as donors and acceptors for FRET is known (Nat Biotechnol. 2007; 25 (2): 170-172.).

他の例において、ATP結合部分は、GlnK1又はその断片若しくはその改変体が挙げられる。前記GlnK1は、細菌におけるアンモニウム同化及び窒素固定の調節に関与することが知られている三量体PII様シグナル伝達タンパク質である。この例において、前記Glnk1とFRETのためのドナー及びアクセプターとしてのCFP及びYFP(circularly permuted monomeric Venus)とを含む融合タンパク質が知られている(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2633436/)。   In another example, the ATP-binding moiety includes GlnK1 or a fragment or variant thereof. GlnK1 is a trimeric PII-like signaling protein known to be involved in the regulation of ammonium assimilation and nitrogen fixation in bacteria. In this example, a fusion protein containing the above Glnk1 and CFP and YFP (circularly permuted monomeric Venus) as donors and acceptors for FRET is known (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/). pmc / articles / PMC263334 /).

他の例において、ATP結合部分は、ATP合成酵素F ATPaseのεサブユニット、又はそれらの断片若しくは改変体が挙げられる。前記εサブユニットは、いずれの生物種由来のものであってもよい。ATP結合部分は、限定するものではないが、微生物由来のεサブユニットである。ATP結合部分は、例えば、Bacillus sp.PS3由来(GenBank accession No.AB044942)又はBacillus subtilis由来(GenBank accession No.Z28592)のεサブユニットである。 In another example, the ATP binding moiety includes the ε subunit of ATP synthase F 0 F 1 ATPase, or a fragment or variant thereof. The ε subunit may be derived from any species. The ATP binding moiety is, but is not limited to, the ε subunit of microbial origin. ATP-binding moieties are described, for example, in Bacillus sp. It is an ε subunit derived from PS3 (GenBank accession No. AB044942) or from Bacillus subtilis (GenBank accession No. Z28592).

前記εサブユニットは、N末端ドメインとC末端ドメインの2つのドメインを含む。N末端ドメインは、εサブユニットのN末端側から85番目くらいまでのアミノ酸で構成され、10本程度のβストランドからなる。C末端ドメインは、εサブユニットのC末端側から45番目くらいまでのアミノ酸で構成され、2本のαへリックスからなる。C末端ドメインは、εサブユニット単独の場合は折り畳まれた結晶構造を示す。前記εサブユニットは、ATP合成酵素の他のサブユニットであるγサブユニットと複合体を構成する場合は、伸びた構造を示す。また生化学的な実験結果から、γサブユニット等との複合体中では、εサブユニットのC末端ドメインはATPの有無により構造変化を起こし、ATPがなければ伸びた状態であり、ATPが存在すると折り畳まれた構造になることが示される。これらにより、εサブユニットはATPが存在しない場合ではC末端ドメインが伸びた、又は動きやすい状態にあり、ATPが結合すると折り畳まれたコンパクトな状態になるものと考えられる。   The ε subunit contains two domains, an N-terminal domain and a C-terminal domain. The N-terminal domain consists of about 85 amino acids from the N-terminal side of the ε subunit, and consists of about 10 β strands. The C-terminal domain is composed of about 45 amino acids from the C-terminal side of the ε subunit, and consists of two α-helices. The C-terminal domain shows a folded crystal structure when the ε subunit alone. The ε subunit shows an extended structure when it forms a complex with the γ subunit which is another subunit of ATP synthase. In addition, from the results of biochemical experiments, in the complex with the γ subunit and the like, the C-terminal domain of the ε subunit undergoes a structural change depending on the presence or absence of ATP, and if there is no ATP, it is in an extended state and ATP exists. Then it is shown that it has a folded structure. From these, it is considered that the C-terminal domain of the ε subunit is extended or easily moved in the absence of ATP, and becomes a folded and compact state when ATP binds.

前記εサブユニットは、例えば、全長、その断片又は改変体であってよい。前記断片は、εタンパク質において少なくともATP特異的に構造変化を生じうる部位を担う構造を提供するペプチドであればよい。一例において、前記断片は、N末端ドメインとC末端ドメインの2つのドメインを含み、それらがATPの存在により構造変化を生じうるペプチドである。他の例において、前記改変体は、天然型のεサブユニット又はその断片のアミノ酸配列に、限定するものではないが、1または数個(例えば2〜5個)のアミノ酸が、置換、欠失、挿入又は付加されている。一例において、εサブユニットとATPとの反応によるεタンパク質の構造変化を阻害しうる物質がεサブユニットに結合するのを防ぐために、前記εサブユニットの全長又はその断片のアミノ酸配列を一部置換してもよい。他の例において、前記εサブユニット又はその断片において、他のサブユニットであるγサブユニットとの相互作用に必要な疎水性のアミノ酸残基を、親水性のアミノ酸残基に置換することができる。   The ε subunit may be, for example, full length, a fragment or a variant thereof. The fragment may be a peptide that provides a structure responsible for at least a site capable of causing a structural change in the ε protein in an ATP-specific manner. In one example, the fragment is a peptide containing two domains, an N-terminal domain and a C-terminal domain, which can undergo a structural change due to the presence of ATP. In another example, the variant is not limited to the amino acid sequence of a natural type ε subunit or a fragment thereof, but one or several (for example, 2 to 5) amino acids are substituted or deleted. , Inserted or added. In one example, in order to prevent a substance capable of inhibiting the structural change of the ε protein due to the reaction of the ε subunit and ATP from binding to the ε subunit, the amino acid sequence of the full length of the ε subunit or a fragment thereof is partially substituted. You may. In another example, in the ε subunit or a fragment thereof, a hydrophobic amino acid residue required for interaction with another subunit, γ subunit, can be replaced with a hydrophilic amino acid residue. ..

ATP結合部分として、上記した菌種以外の菌種から得られたεサブユニットも用いることができる。εサブユニットは、生物種が異なればATPへのアフィニティーが異なることが知られている(J.Biological Chemistry 2003;278,36013−36016、及びFEBS Letters 2005;579,6875−6878)。前記融合タンパク質は、ATP結合部分によって、低濃度のATP濃度でFRETによる蛍光シグナルが変化するものから、高濃度のATP濃度でFRETによる蛍光シグナルが変化するものまで種々の融合タンパク質を調製することができる。   As the ATP binding portion, an ε subunit obtained from a bacterial species other than the above bacterial species can also be used. It is known that the ε subunit has different affinities for ATP in different species (J. Biological Chemistry 2003; 278, 36013-36016, and FEBS Letters 2005; 579, 6875-6878). As the fusion protein, various fusion proteins can be prepared from those in which the fluorescence signal by FRET changes at low ATP concentration to those in which the fluorescence signal by FRET changes at high ATP concentration depending on the ATP binding moiety. it can.

融合タンパク質のATP濃度に対する反応性は、ATP結合部分の生物種以外に、ATP結合部分に対する変異導入によっても改変することができる。ATP結合部分をコードするDNAは、公知の方法により調製することができる。ATP結合部分をコードするDNAに対する変異導入は、公知の方法に従って、実施することができる。所望の特性を有する改変ATP結合部分は、限定するものではないが、変異導入したDNAから改変ATP結合部分を生成し、該改変体をELISA又はファージディスプレイ法を利用したスクリーニング方法に従ってスクリーニングすることによって、得ることができる。得られた改変ATP結合部分は、限定するものではないが、表面プラズモン共鳴を利用してその結合定数又は解離定数を測定することができる。測定した結合定数又は解離定数に基づいて、所望の範囲のATP濃度でFRETによる蛍光シグナルが変化する融合タンパク質を調製することができる。   The reactivity of the fusion protein with respect to the ATP concentration can be modified by introducing a mutation into the ATP-binding portion in addition to the biological species of the ATP-binding portion. The DNA encoding the ATP binding part can be prepared by a known method. Mutagenesis in the DNA encoding the ATP-binding portion can be performed according to a known method. The modified ATP-binding moiety having desired properties is not limited to, but is produced by producing a modified ATP-binding moiety from mutated DNA and screening the modified product according to a screening method using an ELISA or a phage display method. ,Obtainable. The obtained modified ATP-binding portion can be measured for its binding constant or dissociation constant using surface plasmon resonance, but is not limited thereto. Based on the measured binding constant or dissociation constant, a fusion protein in which the fluorescence signal by FRET changes in the desired range of ATP concentration can be prepared.

本明細書において「蛍光シグナル」は、限定するものではないが、蛍光強度、蛍光強度比、蛍光寿命が挙げられる。蛍光シグナルは、公知の方法により測定することができる。蛍光シグナルは、限定するものではないが、分光光度計、蛍光寿命測定装置などの商業的に入手可能な装置を用いて測定することができる。   In the present specification, the “fluorescence signal” includes, but is not limited to, fluorescence intensity, fluorescence intensity ratio, fluorescence lifetime. The fluorescent signal can be measured by a known method. Fluorescent signals can be measured using commercially available devices such as, but not limited to, spectrophotometers, fluorescence lifetime measuring devices and the like.

一例において、蛍光シグナルは、前記融合タンパク質を発現する非ヒトトランスジェニック動物の心臓からの蛍光シグナルである。この例において、蛍光シグナルは、限定するものではないが、前記非ヒトトランスジェニック動物の胸部を開胸して露出された心臓表面全体からの蛍光シグナル、又は前記心臓の一部(例えば心房部分又は心室部分)からの蛍光シグナルである。心臓の一部からの蛍光シグナルは、例えば、心臓表面全体からの蛍光シグナルを所定時間測定した後に、測定時間内で蛍光シグナルの変化が大きかった領域部分からの蛍光シグナルである。このような蛍光シグナル変化が大きかった領域部分の抽出は、プログラムなどを用いて自動的に又は半自動的に行われてもよく、或いは解析者により行われてもよい。   In one example, the fluorescent signal is a fluorescent signal from the heart of a non-human transgenic animal expressing the fusion protein. In this example, the fluorescent signal includes, but is not limited to, the fluorescent signal from the entire exposed cardiac surface of the non-human transgenic animal thoracotomy, or a portion of the heart (e.g., atrial portion or The fluorescence signal from the ventricle). The fluorescence signal from a part of the heart is, for example, a fluorescence signal from a region portion in which the fluorescence signal from the entire surface of the heart is measured for a predetermined time and then the change in the fluorescence signal is large within the measurement time. Extraction of such a region portion where the fluorescence signal change is large may be performed automatically or semi-automatically using a program, or may be performed by an analyst.

他の例において、蛍光シグナルは、前記融合タンパク質を発現する心筋細胞からの蛍光シグナルである。
本明細書において、前記融合タンパク質を発現する「心筋細胞」は、限定するものではないが、前記融合タンパク質を発現する非ヒトトランスジェニック動物由来の心筋細胞、前記融合タンパク質を発現する幹細胞由来の心筋細胞が挙げられる。この例において、前記幹細胞由来の心筋細胞は、限定するものではないが、前記融合タンパク質を発現する胚性幹細胞から作製された心筋細胞、又は前記融合タンパク質を発現する人工多能性幹細胞から作製された心筋細胞である。一例において、前記融合タンパク質を発現する人工多能性幹細胞は、ヒト体細胞から公知の方法に従って誘導された人工多能性幹細胞(ヒトiPS細胞)である。
In another example, the fluorescent signal is a fluorescent signal from cardiomyocytes expressing the fusion protein.
In the present specification, the “cardiomyocyte” expressing the fusion protein includes, but is not limited to, a non-human transgenic animal-derived cardiomyocyte expressing the fusion protein, and a stem cell-derived myocardium expressing the fusion protein. Cells. In this example, the stem cell-derived cardiomyocytes include, but are not limited to, cardiomyocytes made from embryonic stem cells expressing the fusion protein, or made from induced pluripotent stem cells expressing the fusion protein. Cardiomyocytes. In one example, the induced pluripotent stem cells expressing the fusion protein are induced pluripotent stem cells (human iPS cells) derived from human somatic cells according to a known method.

蛍光シグナルを測定する条件は、限定するものではないが、心臓又は心筋細胞の生理的機能を妨げないよう当業者により適宜設定される。一例において、蛍光シグナルは、1秒間の励起光の照射及び露光による撮影を、10秒間隔で60分間行われる。   The conditions for measuring the fluorescence signal are not limited, but are appropriately set by those skilled in the art so as not to interfere with the physiological function of the heart or cardiomyocytes. In one example, the fluorescence signal is obtained by irradiating excitation light for 1 second and photographing by exposure at 10-second intervals for 60 minutes.

一例において、前記融合タンパク質に由来する蛍光シグナルは、FRETが生じている場合、ドナーとしての蛍光タンパク質に対して励起光を照射することによって、ドナーとしての蛍光タンパク質及びアクセプターとしての蛍光タンパク質からそれぞれ得ることができる。一例において、2種類の蛍光タンパク質由来の蛍光シグナルは、公知の方法に従って、各蛍光タンパク質由来の蛍光シグナルに分光し、測定することができる。測定された各蛍光タンパク質由来の蛍光シグナルから、FRET効率を算出することができる。   In one example, the fluorescence signal derived from the fusion protein is obtained from a fluorescent protein as a donor and a fluorescent protein as an acceptor by irradiating a fluorescent protein as a donor with excitation light when FRET occurs. be able to. In one example, the fluorescent signals derived from two types of fluorescent proteins can be measured by spectrally splitting the fluorescent signals derived from each fluorescent protein according to a known method. The FRET efficiency can be calculated from the measured fluorescence signal derived from each fluorescent protein.

本明細書において「FRET効率」は、ドナーとしての蛍光タンパク質に吸収されたエネルギーのうち、アクセプターとしての蛍光タンパク質に移動する割合を意味する。一例において、FRET効率は、ドナーとしての蛍光タンパク質に由来する蛍光強度(「ドナー側の蛍光強度」)に対するアクセプターとしての蛍光タンパク質に由来する蛍光強度(アクセプター側の蛍光強度」)の比(=[アクセプター側の蛍光強度]/[ドナー側の蛍光強度])であってよい。   In the present specification, “FRET efficiency” means a ratio of energy absorbed by a fluorescent protein serving as a donor to transfer to a fluorescent protein serving as an acceptor. In one example, the FRET efficiency is the ratio of the fluorescence intensity derived from the fluorescent protein as the acceptor (fluorescence intensity on the acceptor side) to the fluorescence intensity derived from the fluorescent protein as the donor (“fluorescence intensity on the donor side”) (= [ The fluorescence intensity on the acceptor side] / [fluorescence intensity on the donor side]).

他の例において、FRET効率は、ドナーとしての蛍光タンパク質の蛍光寿命である。他の例において、アクセプター側の蛍光強度又はドナー側の蛍光強度は、FRET効率を反映して変動し得る。このため、アクセプター側の蛍光強度又はドナー側の蛍光強度をみかけのFRET効率として利用することができる。   In another example, FRET efficiency is the fluorescence lifetime of a fluorescent protein as a donor. In other examples, the acceptor side fluorescence intensity or the donor side fluorescence intensity may vary to reflect FRET efficiency. Therefore, the fluorescence intensity on the acceptor side or the fluorescence intensity on the donor side can be used as the apparent FRET efficiency.

本明細書において「非ヒトトランスジェニック動物」は、前記融合タンパク質を発現するように作製された、ヒトを除く動物を意味する。非ヒトトランスジェニック動物は、限定するものではないが、前記融合タンパク質をコードするDNAを非ヒト動物の染色体上に組み込んで、前記融合タンパク質を発現させることで得ることができる。   As used herein, "non-human transgenic animal" means an animal excluding humans, which is produced so as to express the fusion protein. The non-human transgenic animal can be obtained by, but not limited to, integrating the DNA encoding the fusion protein into the chromosome of the non-human animal and expressing the fusion protein.

前記融合タンパク質をコードするDNAは、限定するものではないが、非ヒトトランスジェニック動物の細胞で機能するよう、プロモーターの制御下で発現される。前記プロモーターとしては、限定するものではないが、β−アクチンプロモーター、CMVプロモーター、CAG(CAGGS)プロモーターが挙げられる。一例において、前記プロモーターは、発現効率の観点から、例えば、CAG(CAGGS)プロモーターである。他の例において、前記プロモーターは、時期特異的プロモーター又は組織特異的プロモーターである。   The DNA encoding the fusion protein is expressed under the control of a promoter so that it functions in, but is not limited to, cells of non-human transgenic animals. Examples of the promoter include, but are not limited to, β-actin promoter, CMV promoter, and CAG (CAGGS) promoter. In one example, the promoter is, for example, the CAG (CAGGS) promoter from the viewpoint of expression efficiency. In another example, the promoter is a time-specific promoter or a tissue-specific promoter.

融合タンパク質をコードするDNAを相同組換えによって染色体上の内因性遺伝子と置き換える場合、前記DNAは、限定するものではないが、染色体上の目的部位と相同な配列を含む。一例において、染色体上の目的部位は、Rosa26遺伝子座である。Rosa26遺伝子座は、限定するものではないが、ヒトRosa26遺伝子座(Irion S, et al.,Nature Biotechnology volume 25, pages 1477-1482 (2007))、マウスRosa26遺伝子座、その他の動物における対応する遺伝子座が挙げられる。マウスROSA26遺伝子座は、Friedrich及びSorianoにより1991年に、レトロウイルスを感染させた胚性幹(ES)細胞を用いるジーントラップ実験により発見された(Friedrich,G.及びP.Soriano,Genes&Development,1991,5,1513〜1523)。   When the DNA encoding the fusion protein is replaced by an endogenous gene on the chromosome by homologous recombination, the DNA includes, but is not limited to, sequences homologous to the site of interest on the chromosome. In one example, the site of interest on the chromosome is the Rosa26 locus. The Rosa26 locus includes, but is not limited to, the human Rosa26 locus (Irion S, et al., Nature Biotechnology volume 25, pages 1477-1482 (2007)), the mouse Rosa26 locus, and corresponding genes in other animals. There is a seat. The mouse ROSA26 locus was discovered by Friedrich and Soriano in 1991 by gene trap experiments with retrovirus-infected embryonic stem (ES) cells (Friedrich, G. and P. Soriano, Genes & Development, 1991,). 5, 1513-1523).

融合タンパク質をコードするDNAは、限定するものではないが、Cre recombinase又はFlp recombinaseなどの遺伝子組換えタンパク質によって認識されるlox系配列を代表とする認識配列を含んでもよい。一例において、プロモーターと融合タンパク質をコードするDNAの間にストップコドン及び/又は薬剤耐性遺伝子を配置し、Cre recombinaseが発現したときに、該プロモーターと融合タンパク質をコードするDNAが直接連結し、該プロモーターによる転写が開始するようにすることができる。lox系配列としては、例えば、loxP、lox71、lox66、lox511、lox2272、Vlox(VCre)、Slox(SCre)が挙げられる。他の例において、FLPにより認識されるFRT配列を、認識配列として使用してもよい。   The DNA encoding the fusion protein may include a recognition sequence represented by a lox-type sequence recognized by a recombinant protein such as, but not limited to, Cre recombinase or Flp recombinase. In one example, a stop codon and / or a drug resistance gene is arranged between the promoter and the DNA encoding the fusion protein, and when Cre recombinase is expressed, the promoter and the DNA encoding the fusion protein are directly linked, Transcription can be initiated. Examples of the lox-based array include loxP, lox71, lox66, lox511, lox2272, Vlox (VCre), and Slox (SCre). In other examples, FRT sequences recognized by FLP may be used as recognition sequences.

一例において、融合タンパク質をコードするDNAは、選択マーカーを含む。「選択マーカー」は、選択マーカーが導入された細胞に選択可能な表現型を提供する遺伝エレメントを意味する。選択マーカーは、限定するものではないが、細胞の増殖を阻害するか又は細胞を殺傷する薬剤に対して、耐性を与えるタンパク質をコードした遺伝子である。選択マーカーは、公知のものを特に制限なく用いることができる。選択マーカーは、例えば、Neo遺伝子、Hyg遺伝子、hisD遺伝子、Gpt遺伝子、及びBle遺伝子が挙げられる。選択マーカーの存在を選択するために有用な薬物としては、限定するものではないが、Neo遺伝子に対してはG418、Hyg遺伝子に対してはハイグロマイシン、hisD遺伝子に対してはヒスチジノール、Gpt遺伝子に対しては6−チオキサンチン、そしてBle遺伝子に対してはブレオマイシンが挙げられる。   In one example, the DNA encoding the fusion protein contains a selectable marker. "Selectable marker" means a genetic element that provides a selectable phenotype to cells into which the selectable marker has been introduced. Selectable markers are, but are not limited to, genes encoding proteins that confer resistance to agents that inhibit cell growth or kill cells. Any known selection marker can be used without particular limitation. Examples of the selection marker include Neo gene, Hyg gene, hisD gene, Gpt gene, and Ble gene. Drugs useful for selecting the presence of a selectable marker include, but are not limited to, G418 for the Neo gene, hygromycin for the Hyg gene, histidinol for the hisD gene, and Gpt gene. For 6-thioxanthine, and for the Ble gene bleomycin.

前記非ヒトトランスジェニック動物は、例えば、国際公開公報WO2015/108102号、Hoganら、Manipulating the Mouse Embryo: A Laboratory Manual、Cold Spring Harbor Laboratory(1986)、米国特許第5,616,491号および5,750,826号に記載の方法に従って作製することができる。具体的には、前記非ヒトトランスジェニック動物は、以下の(a)〜(g)の工程を含む方法により得ることができる:
(a)融合タンパク質をコードするDNAを含むターゲッティングベクターを非ヒト動物の胚性幹(ES)細胞に導入する工程;(b)前記融合タンパク質をコードするDNAが挿入された染色体を有するES細胞を選択する工程;(c)選択したES細胞を受精卵に導入する工程;(d)前記受精卵を偽妊娠雌性非ヒト動物の卵管あるいは子宮に移植する工程;(e)前記非ヒト動物を飼育し、産まれた仔から、生殖系列キメラを選択する工程;(f)前記生殖系列キメラを交配させ、産まれた仔から、前記融合タンパク質をコードするDNAが挿入された染色体を有する個体を選択する工程;(g)工程(f)で得られた個体同士を交配させ、産まれた仔から、両方の相同染色体において、前記融合タンパク質をコードするDNAが挿入されたホモ接合体を選択する工程。
Examples of the non-human transgenic animal include WO 2015/108102, Hogan et al., Manipulating the Mouse Embryo: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory (1986), US Pat. It can be prepared according to the method described in No. 750,826. Specifically, the non-human transgenic animal can be obtained by a method including the following steps (a) to (g):
(A) introducing a targeting vector containing a DNA encoding the fusion protein into an embryonic stem (ES) cell of a non-human animal; (b) an ES cell having a chromosome into which the DNA encoding the fusion protein is inserted. (C) introducing the selected ES cells into a fertilized egg; (d) transplanting the fertilized egg into the oviduct or uterus of a pseudopregnant female non-human animal; (e) the non-human animal A step of selecting a germline chimera from the bred and born pups; (f) mating the germline chimera, and selecting an individual having a chromosome into which the DNA encoding the fusion protein is inserted from the pups born Step: (g) The individuals obtained in step (f) are crossed with each other, and the DNA encoding the fusion protein is inserted into both homologous chromosomes from the offspring. Selecting a homozygote was.

一例において、非ヒトトランスジェニック動物は、遺伝子工学的手法により、前記融合タンパク質をコードするDNAがその染色体上のROSA26遺伝子座に挿入されている。他の例において、非ヒトトランスジェニック動物は、遺伝子工学的手法により、前記融合タンパク質をコードするDNAはCAGプロモーター配列と作動可能に連結されている。他の例において、非ヒトトランスジェニック動物は、遺伝子工学的手法により、前記融合タンパク質をコードするDNAがその染色体上のROSA26遺伝子座に挿入され、かつ、前記DNAはCAGプロモーター配列と作動可能に連結されている。   In one example, the non-human transgenic animal has a DNA encoding the fusion protein inserted into the ROSA26 locus on its chromosome by a genetic engineering technique. In another example, the non-human transgenic animal is genetically engineered to have the DNA encoding the fusion protein operably linked to a CAG promoter sequence. In another example, the non-human transgenic animal has a DNA encoding the fusion protein inserted into the ROSA26 locus on its chromosome by a genetic engineering technique, and the DNA is operably linked to a CAG promoter sequence. Has been done.

前記非ヒトトランスジェニック動物は、例えば、マウス、ラット、ウサギ、ヤギ、ブタ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、ヒツジ、ウシ、マーモセットのトランスジェニック動物である。一例において、前記非ヒトトランスジェニック動物は、トランスジェニックマウス、トランスジェニックラット又はトランスジェニックウサギである。他の例において、前記非ヒトトランスジェニック動物はトランスジェニックマウスである。   The non-human transgenic animal is, for example, a mouse, rat, rabbit, goat, pig, dog, cat, guinea pig, hamster, sheep, cow, marmoset transgenic animal. In one example, the non-human transgenic animal is a transgenic mouse, transgenic rat or transgenic rabbit. In another example, the non-human transgenic animal is a transgenic mouse.

前記非ヒトトランスジェニック動物は、公知の方法に従って作製された疾患モデル非ヒトトランスジェニック動物であってよい。疾患モデル非ヒトトランスジェニック動物は、限定するものではないが、糖尿病モデル動物、癌疾患モデル動物、及び感染症モデル動物が挙げられる。   The non-human transgenic animal may be a disease model non-human transgenic animal produced according to a known method. Disease model non-human transgenic animals include, but are not limited to, diabetes model animals, cancer disease model animals, and infectious disease model animals.

本明細書において前記融合タンパク質を発現する「幹細胞」は、限定するものではないが、前記融合タンパク質を発現するように作製された胚性幹細胞及び人工多能性幹細胞が挙げられる。前記幹細胞は、限定するものではないが、遺伝子工学的手法により、前記融合タンパク質をコードするDNAがその染色体上に挿入されている。一例において、前記幹細胞は、その染色体上のROSA26遺伝子座に挿入されており、前記DNAはCAGプロモーター配列と作動可能に連結されている。前記幹細胞は、例えば、国際公開公報WO2015/108102号に記載の方法に従って作製することができる。前記人工多能性幹細胞は、限定するものではないが、前記融合タンパク質を発現する体細胞にリプログラミング因子を導入することによって調製することができる。   In the present specification, the “stem cell” expressing the fusion protein includes, but is not limited to, embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells produced so as to express the fusion protein. Although not limited, the stem cell has a DNA encoding the fusion protein inserted into its chromosome by a genetic engineering technique. In one example, the stem cell is inserted at the ROSA26 locus on its chromosome and the DNA is operably linked to a CAG promoter sequence. The stem cells can be produced, for example, according to the method described in International Publication WO2015 / 108102. The induced pluripotent stem cells can be prepared by, but not limited to, introducing a reprogramming factor into somatic cells expressing the fusion protein.

前記幹細胞は、例えば、ヒト、マウス、ラット、ウサギ、ヤギ、ブタ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、ヒツジ、ウシ、マーモセット由来の細胞が挙げられる。一例において、前記幹細胞は、ヒト由来の細胞である。一例において、前記幹細胞は、ヒト体細胞由来の人工多能性幹細胞である。幹細胞から心筋細胞を作製する方法としては、限定するものではないが、胚様体形成法でサイトカインを用いて心筋細胞を分化誘導する方法(例えば、Nature.2008May22;453(7194):524−8)、接着培養でサイトカインを使わずに心筋細胞を分化誘導する方法(例えば、Proc Natl Acad Sci USA.,2012July3;109(27):E1848−57)、接着培養と、浮遊培養とを併用し、サイトカインを使わずに心筋細胞を分化誘導する方法(例えばCell Rep.,2012Nov29;2(5):1448−60)などが知られている。一例において、心筋細胞は、前記幹細胞を心筋細胞への分化を誘導する因子と共に培養することによって調製される。   Examples of the stem cells include human, mouse, rat, rabbit, goat, pig, dog, cat, guinea pig, hamster, sheep, cow, and marmoset-derived cells. In one example, the stem cells are human-derived cells. In one example, the stem cells are induced pluripotent stem cells derived from human somatic cells. The method for producing cardiomyocytes from stem cells is not limited, but a method for inducing differentiation of cardiomyocytes using a cytokine in the embryoid body formation method (for example, Nature. 2008 May 22; 453 (7194): 524-8). ), A method of inducing differentiation of cardiomyocytes without using cytokines in adherent culture (for example, Proc Natl Acad Sci USA., 2012 July 3; 109 (27): E1848-57), combined use of adherent culture and suspension culture, A method for inducing differentiation of cardiomyocytes without using cytokines (for example, Cell Rep., 2012 Nov29; 2 (5): 1448-60) is known. In one example, cardiomyocytes are prepared by culturing the stem cells with factors that induce differentiation into cardiomyocytes.

投与された被験物質が心毒性を生じるか否かの「判定」は、心臓におけるATPの供給と需要(消費)のバランスが乱されるか否かにより決定される。理論に拘泥するものではないが、心臓は、血液を大動脈に駆動するポンプ作用を有する。心臓のポンプ作用は心筋によって担われている。心筋はそのエネルギー源として大量のATPの供給を必要とし、ポンプ作用によりそのATPを大量に消費する。正常な心臓では、ATPの需要と供給のバランスが保たれていると考えられ(図1a)、心臓におけるATP濃度は安定していると考えられる。   The “determination” of whether or not the administered test substance causes cardiotoxicity is determined by whether or not the balance between supply and demand (consumption) of ATP in the heart is disturbed. Without being bound by theory, the heart has a pumping action that drives blood into the aorta. The pumping action of the heart is carried by the myocardium. Myocardium needs to supply a large amount of ATP as its energy source, and consumes a large amount of ATP by its pumping action. In the normal heart, ATP supply and demand are considered to be balanced (Fig. 1a), and ATP concentration in the heart is considered to be stable.

これに対して、例えば心虚血などにより、ATPの供給が滞るとATP供給に対してATP消費が大きくなり、ATPの需要と供給のバランスが乱れる(図1b)。また、除脈や心収縮低下などにより、ATPが消費されにくくなるとATP供給に対してATP消費が小さくなり、ATPの需要と供給のバランスが乱れる(図1c)。このようなATPの需要と供給のバランスの乱れが生じると、心臓におけるATP濃度は変動すると考えられる。以上から、投与された被験物質が心毒性を生じるか否かの判定は、心臓におけるATP濃度の変化に基づいて決定される。   On the other hand, if the supply of ATP is delayed due to, for example, cardiac ischemia, ATP consumption will increase relative to the ATP supply, and the balance between supply and demand of ATP will be disturbed (FIG. 1b). Further, when ATP is less likely to be consumed due to bradycardia or reduced systole, ATP consumption becomes smaller than ATP supply, and the balance between supply and demand of ATP is disturbed (FIG. 1c). When such an imbalance between supply and demand of ATP occurs, it is considered that the ATP concentration in the heart fluctuates. From the above, the determination of whether or not the administered test substance causes cardiotoxicity is determined based on the change in ATP concentration in the heart.

ATPの需要と供給のバランスは、拍動する心筋細胞でも保たれていると推測される。従って、他の例において、投与された被験物質が心毒性を生じるか否かの判定は、心筋細胞におけるATPの供給と需要(消費)のバランスが乱されるか否かにより、即ち、心筋細胞におけるATP濃度の変化に基づいて決定される。   It is speculated that the balance between supply and demand of ATP is maintained even in beating cardiomyocytes. Therefore, in another example, the determination of whether the administered test substance causes cardiotoxicity depends on whether the balance between supply and demand (consumption) of ATP in cardiomyocytes is disturbed, that is, cardiomyocyte It is determined based on the change in the ATP concentration in.

1つの実施形態において、ATP濃度は蛍光シグナルから算出することができる。一例において、ATP濃度は、前記融合タンパク質を発現する細胞の細胞質に所定濃度となるようにATPを導入し、前記細胞からの蛍光シグナルとATP濃度との関係を示す検量線を得て、前記融合タンパク質を発現する濃度未知のATPを含む心筋細胞又は心臓からの蛍光シグナルと前記検量線とから得ることができる。この例において、細胞の細胞質に所定濃度のATPを導入する方法としては、限定するものではないが、細胞の細胞膜に孔を設け、その培養液にATPを所定濃度となるように添加することによって実施することができる。   In one embodiment, ATP concentration can be calculated from the fluorescent signal. In one example, the ATP concentration is introduced into the cytoplasm of cells expressing the fusion protein to a predetermined concentration, ATP is introduced, and a calibration curve showing the relationship between the fluorescence signal from the cells and the ATP concentration is obtained to obtain the fusion protein. It can be obtained from a fluorescence signal from a cardiomyocyte or heart containing a protein-expressing ATP of unknown concentration and the calibration curve. In this example, the method of introducing a predetermined concentration of ATP into the cytoplasm of the cell is not limited, but by providing a hole in the cell membrane of the cell and adding ATP to the culture solution to a predetermined concentration. Can be implemented.

他の例において、ATP濃度は、前記融合タンパク質を発現する細胞から前記細胞からの蛍光シグナルを測定し、及び測定後に細胞中のATP濃度を測定し、それぞれ測定した蛍光シグナル及び細胞中のATP濃度との関係を示す検量線を得て、前記融合タンパク質を発現する濃度未知のATPを含む心筋細胞又は心臓からの蛍光シグナルと前記検量線とから得ることができる。前記例において、細胞のATP濃度を測定する方法としては、公知の方法、例えばルシフェラーゼ法を用いることができる。   In another example, the ATP concentration is determined by measuring a fluorescence signal from the cell expressing the fusion protein, and measuring the ATP concentration in the cell after the measurement, and measuring the fluorescence signal and the ATP concentration in the cell, respectively. Can be obtained from the fluorescence signal from a cardiomyocyte or heart containing ATP of unknown concentration expressing the fusion protein and the calibration curve. In the above example, as a method for measuring the ATP concentration of cells, a known method, for example, the luciferase method can be used.

前記のようにして得られた検量線からATP濃度を得るには、上記した検量線の利用に代えて、前記検量線にモデル式をフィッティングして得られた関数を用いてもよい。前記モデル式は、例えば、Hillの式である。この例において、フィッティングにより得られた関数に対して、濃度未知の心筋細胞又は心臓から得られた蛍光シグナルを前記関数に適用することで、前記サンプルのATP濃度を算出することができる。   In order to obtain the ATP concentration from the calibration curve obtained as described above, a function obtained by fitting a model formula to the calibration curve may be used instead of using the calibration curve described above. The model formula is, for example, Hill's formula. In this example, the ATP concentration of the sample can be calculated by applying a fluorescence signal obtained from a cardiomyocyte or heart of unknown concentration to the function obtained by fitting.

1つの実施形態において、投与された被験物質が心毒性を生じるか否かの判定は、測定された蛍光シグナルと、第1の閾値とを比較することにより行われる。この実施形態において、融合タンパク質はATPが結合することによってFRETが生じる。
一例として、測定された蛍光シグナルはFRET効率であり、第1の閾値は、被験物質を投与していない場合に測定されたFRET効率の最大値より大きい数値(例えば、前記最大値の3倍)である。測定されたFRET効率が、第1の閾値以上の場合、投与された被験物質は心毒性を生じると判定される。この例において、測定された蛍光シグナルが、第1の閾値未満の場合、投与された被験物質は心毒性を生じないと判定される。
In one embodiment, the determination of whether the administered test substance causes cardiotoxicity is made by comparing the measured fluorescence signal with a first threshold. In this embodiment, the fusion protein results in FRET upon binding of ATP.
As an example, the measured fluorescence signal is the FRET efficiency, and the first threshold value is a numerical value larger than the maximum value of the FRET efficiency measured when the test substance is not administered (for example, 3 times the maximum value). Is. If the measured FRET efficiency is greater than or equal to the first threshold, the administered test substance is determined to cause cardiotoxicity. In this example, the administered test substance is determined not to be cardiotoxic if the measured fluorescence signal is below the first threshold.

上記実施形態の他の例において、投与された被験物質が心毒性を生じるか否かの判定は、測定された蛍光シグナルと、第1の閾値より小さい第2の閾値と比較することをさらに含む。一例として、第2の閾値は、被験物質を投与していない場合に測定されたFRET効率の最小値よりも小さい数値である。測定されたFRET効率が、第1の閾値未満であり、第2の閾値以上の場合、投与された被検物資は心毒性を生じないと判定される。この例において、測定された蛍光シグナルが、第1の閾値以上または第2の閾値未満の場合、投与された被験物質は心毒性を生じと判定される。   In another example of the above embodiments, determining whether the administered test substance causes cardiotoxicity further comprises comparing the measured fluorescence signal with a second threshold that is less than the first threshold. .. As an example, the second threshold value is a numerical value smaller than the minimum value of the FRET efficiency measured when the test substance is not administered. If the measured FRET efficiency is below the first threshold value and above the second threshold value, it is determined that the administered test substance does not cause cardiotoxicity. In this example, the administered test substance is determined to be cardiotoxic if the measured fluorescence signal is greater than or equal to the first threshold and less than the second threshold.

上記実施形態では、測定された蛍光シグナルはFRET効率であったが、本態様はこれに限定されない。例えば、測定された蛍光シグナルは、測定時間に対するFRET効率を表す関数(f(x))の所定時間区間[a,b]におけるFRET効率の積分値であってよい。   In the above embodiment, the fluorescence signal measured was the FRET efficiency, but the present aspect is not limited thereto. For example, the measured fluorescence signal may be an integrated value of the FRET efficiency in the predetermined time section [a, b] of the function (f (x)) representing the FRET efficiency with respect to the measurement time.

上記実施形態では、第1の閾値と第2の閾値とは共にFRET効率であったが、本態様はこれに限定されない。例えば、第1の閾値がFRET効率に関するものであり、第2の閾値がFRET効率の積分値であってよい。上記実施形態では、1つの閾値、または2つの閾値と比較することを含んだが、本態様はこれに限定されない。他の実施形態では、3つの閾値と比較してもよい。上記実施形態では、融合タンパク質はATPが結合することによってFRETが生じるものであったが、本態様はこれに限定されない。例えば、融合タンパク質はATPが結合することによってFRETが解消されるものであってよい。   In the above embodiment, both the first threshold value and the second threshold value are FRET efficiency, but the present aspect is not limited to this. For example, the first threshold may relate to FRET efficiency and the second threshold may be an integral value of FRET efficiency. Although the above embodiment includes comparison with one threshold value or two threshold values, the present aspect is not limited thereto. In other embodiments, three thresholds may be compared. In the above-described embodiment, the fusion protein is one in which FRET is generated by binding ATP, but the present aspect is not limited thereto. For example, the fusion protein may be one in which FRET is eliminated by binding ATP.

1つの態様において、被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する方法が提供される。前記判定方法は、被験物質を、ATP結合部分と、蛍光共鳴エネルギー移動のためのドナーとしての蛍光タンパク質と、アクセプターとしての蛍光タンパク質とを含む融合タンパク質を発現する非ヒトトランスジェニック動物に投与する工程;前記非ヒトトランスジェニック動物の心臓からの蛍光シグナルを測定する工程;及び測定された蛍光シグナルに基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程を含む。本件明細書に記載した、被験物質に関する特徴、融合タンパク質に関する特徴、非ヒトトランスジェニック動物に投与する工程に関する特徴、及び非ヒトトランスジェニック動物の心臓からの蛍光シグナルを測定する工程に関する特徴などは、この態様に適用される。   In one aspect, a method of determining whether a test substance produces cardiotoxicity is provided. The determination method is a step of administering a test substance to a non-human transgenic animal expressing a fusion protein containing an ATP binding moiety, a fluorescent protein as a donor for fluorescence resonance energy transfer, and a fluorescent protein as an acceptor. Measuring the fluorescence signal from the heart of the non-human transgenic animal; and determining whether the test substance causes cardiotoxicity based on the measured fluorescence signal. As described in the present specification, the characteristics regarding the test substance, the characteristics regarding the fusion protein, the characteristics regarding the step of administering to a non-human transgenic animal, and the characteristics regarding the step of measuring the fluorescence signal from the heart of the non-human transgenic animal, etc., This applies to this aspect.

上記態様において、前記融合タンパク質を発現する非ヒトトランスジェニック動物は、前記融合タンパク質を発現する心筋細胞を含む心臓を有する非ヒトキメラ動物に置き換えることができる。この態様において、被験物質を、前記融合タンパク質を発現する非ヒトキメラ動物に投与する工程;前記非ヒトキメラ動物の心臓からの蛍光シグナルを測定する工程;及び測定された蛍光シグナルに基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程を含む、判定方法が提供される。本件明細書に記載した、被験物質を非ヒトトランスジェニック動物に投与する工程に関する特徴、及び非ヒトトランスジェニック動物の心臓からの蛍光シグナルを測定する工程に関する特徴などは、非ヒトトランスジェニック動物を非ヒトキメラ動物に読み替えたうえで、この態様にも適用される。   In the above aspect, the non-human transgenic animal expressing the fusion protein can be replaced with a non-human chimeric animal having a heart containing cardiomyocytes expressing the fusion protein. In this embodiment, the step of administering a test substance to a non-human chimeric animal expressing the fusion protein; the step of measuring a fluorescent signal from the heart of the non-human chimeric animal; and the test substance based on the measured fluorescent signal. A determination method is provided that includes a step of determining whether or not causes cardiotoxicity. The characteristics of the step of administering a test substance to a non-human transgenic animal described in the present specification, the characteristics of measuring a fluorescence signal from the heart of the non-human transgenic animal, and the like are non-human transgenic animals. The present invention is also applied to this embodiment after being read as a human chimeric animal.

本明細書において「非ヒトキメラ動物」は、前記融合タンパク質を発現する細胞と、前記細胞と異種の非ヒト細胞とが混在する動物であって、前記融合タンパク質を発現する細胞由来の心筋細胞を含む心臓を有する動物を意味する。非ヒトキメラ動物は、公知の発生工学的手法により(例えば、Wu et al.,2017,Cell,168,473−486)、作製することができる。一例において、非ヒトキメラ動物は、前記融合タンパク質を発現する幹細胞を、遺伝子工学により心臓を形成しないように改変された、前記細胞と異なる種の非ヒト幹細胞で構成される胚に注入することにより作製することができる。この例において、前記融合タンパク質を発現する幹細胞は、例えば、胚性幹細胞又は人工多能性幹細胞(例えばヒト体細胞から公知の方法に従って誘導された人工多能性幹細胞(ヒトiPS細胞))であってよい。   As used herein, the term “non-human chimeric animal” refers to an animal in which cells expressing the fusion protein and non-human cells heterologous to the cells coexist, and includes cardiomyocytes derived from cells expressing the fusion protein. It means an animal with a heart. The non-human chimeric animal can be produced by a known developmental engineering method (for example, Wu et al., 2017, Cell, 168, 473-486). In one example, a non-human chimeric animal is prepared by injecting a stem cell expressing the fusion protein into an embryo composed of a non-human stem cell of a species different from the cell, which has been modified by genetic engineering so as not to form a heart. can do. In this example, the stem cells expressing the fusion protein are, for example, embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells (eg induced pluripotent stem cells derived from human somatic cells according to known methods (human iPS cells)). You may.

1つの態様において、被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する方法が提供される。1つの実施形態において、前記判定方法は、被験物質を心筋細胞と接触させる工程;前記心筋細胞におけるATP濃度を測定する工程;及び測定されたATP濃度に基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程を含む。他の実施形態において、前記判定方法は、被験物質を非ヒト動物に投与する工程、及び前記非ヒト動物の心臓におけるATP濃度を測定する工程;及び測定されたATP濃度に基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程を含む。この態様において、心筋細胞又は心臓におけるATP濃度の測定は、限定するものではないが、公知の測定方法(例えば、磁気共鳴分光法(MRS))を利用することができる。本件明細書に記載した、被検物質に関する特徴、被験物質を心筋細胞と接触させる方法、心筋細胞に関する特徴、及びATP濃度に基づいて被検物質が心毒性を生じるか否かの判定に関する特徴等は、この態様にも適用される。   In one aspect, a method of determining whether a test substance produces cardiotoxicity is provided. In one embodiment, the determination method comprises the step of contacting a test substance with cardiomyocytes; the step of measuring the ATP concentration in the cardiomyocytes; and the test substance causes cardiotoxicity based on the measured ATP concentration. It includes a step of determining whether or not. In another embodiment, the determination method comprises the step of administering a test substance to a non-human animal, and measuring the ATP concentration in the heart of the non-human animal; and the test substance based on the measured ATP concentration. Determining whether or not causes cardiotoxicity. In this aspect, the measurement of ATP concentration in cardiomyocytes or heart can be performed by using a known measurement method (for example, magnetic resonance spectroscopy (MRS)), but is not limited thereto. Characteristics of the test substance, methods of contacting the test substance with cardiomyocytes, features of the cardiomyocytes, and features of determining whether the test substance causes cardiotoxicity based on the ATP concentration, etc. described in the present specification Also applies to this aspect.

本明細書において「非ヒト動物」は、ヒト以外の動物を意味する。非ヒト動物は、限定するものではないが、脊椎動物、特に哺乳動物である。非ヒト動物は、例えば、マウス、ラット、ウサギ、ヤギ、ブタ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、ヒツジ、ウシ又はマーモセットである。   As used herein, “non-human animal” means an animal other than human. Non-human animals are, but are not limited to, vertebrates, especially mammals. Non-human animals are, for example, mice, rats, rabbits, goats, pigs, dogs, cats, guinea pigs, hamsters, sheep, cows or marmosets.

本明細書において「薬物の候補物質」は、上記態様のいずれかの判定方法において心毒性を生じないと判定された被験物質を意味する。判定方法を実施する工程の判定結果の表現は、「心毒性を生じる」又は「心毒性を生じない」に限定されず、例えば、「心毒性を生じるおそれがある/そのおそれが小さい又はそのおそれがない」、「心毒性が懸念される/懸念されない」、「薬物の候補物質である/ない」であってよい。本明細書において「薬物の候補物質ライブラリー」は、2種以上の薬物の候補物質(例えば、10種以上、100種以上、又は1000種以上の薬物の候補物質)を含む。   In the present specification, the “drug candidate substance” means a test substance which is determined not to cause cardiotoxicity by the determination method according to any one of the above aspects. The expression of the judgment result of the step of carrying out the judgment method is not limited to "causes cardiotoxicity" or "does not cause cardiotoxicity". “There is no concern”, “cardiotoxicity is concerned / not concerned”, “drug candidate is / is not”. As used herein, the “drug candidate substance library” includes two or more drug candidate substances (eg, 10 or more, 100 or more, or 1000 or more drug candidate substances).

1つの態様において、薬物の候補物質ライブラリーを製造する方法が提供される。前記製造方法は、薬物の候補物質のライブラリーの製造において用いられる2種以上の被験物質の各々について、心毒性を生じるか否かを判定する上記判定方法を実施する工程;及び前記工程において、心毒性を生じないと判定された被験物質を選抜し、薬物の候補物質ライブラリーを製造する工程を含む。本件明細書において判定方法等に関して上記した特徴は、本態様の判定方法等にも適用される。   In one aspect, a method of producing a drug candidate library is provided. The above-mentioned production method is a step of carrying out the above-mentioned determination method of determining whether or not cardiotoxicity is caused for each of two or more test substances used in the production of a library of drug candidate substances; The step of selecting a test substance determined not to cause cardiotoxicity and producing a drug candidate substance library is included. The features described above regarding the determination method and the like in the present specification are also applied to the determination method and the like of this aspect.

1つの態様において、被験物質が心毒性を生じるか否かの判定用の、ATP結合部分と、蛍光共鳴エネルギー移動のためのドナーとしての蛍光タンパク質と、アクセプターとしての蛍光タンパク質とを含む融合タンパク質を発現する心筋細胞、非ヒトキメラ動物又は非ヒトトランスジェニック動物が提供される。判定方法及び非ヒトトランスジェニック動物等に関して上記した特徴は、本態様の心筋細胞、非ヒトキメラ動物及び非ヒトトランスジェニック動物にも適用される。   In one embodiment, a fusion protein comprising an ATP binding moiety, a fluorescent protein as a donor for fluorescence resonance energy transfer, and a fluorescent protein as an acceptor for determining whether a test substance causes cardiotoxicity. Expressing cardiomyocytes, non-human chimeric animals or non-human transgenic animals are provided. The features described above regarding the determination method and the non-human transgenic animal are also applied to the cardiomyocyte, the non-human chimeric animal, and the non-human transgenic animal of the present embodiment.

以下、具体的な実施例を記載するが、それらは本発明の好ましい実施形態を示すものであり、添付する特許請求の範囲に記載の発明をいかようにも限定するものではない。   Hereinafter, specific examples will be described, but they show preferred embodiments of the present invention, and do not limit the invention described in the appended claims in any way.

[比較例1]
(1)融合タンパク質を発現するトランスジェニックマウス
国際公開公報WO2015/108102号に記載の方法に従って創出された、ATP濃度に依存して異なる色の蛍光を発するトランスジェニックマウスを用いた。
[Comparative Example 1]
(1) Transgenic Mouse Expressing Fusion Protein A transgenic mouse that was created according to the method described in International Publication WO2015 / 108102 and emits different color fluorescence depending on the ATP concentration was used.

前記トランスジェニックマウスは、Bacillus subtilis由来のATP合成酵素のεサブユニット(R122K/R126K)と、そのN末端に緑色蛍光タンパク質(cp173−mEGFP)及び前記εサブユニットのC末端に赤色蛍光タンパク質(mKusabiraOrange)とが融合された融合タンパク質(GO−ATeam2(Nakano,M,ACS Chem Biol,2011;6,709−715)を発現している。前記融合タンパク質をコードするDNAは、前記トランスジェニックマウスにおいて、染色体上のROSA26遺伝子座に挿入されており、CAGプロモーター配列と作動可能に連結されている。   The transgenic mouse comprises a Bacillus subtilis-derived ATP synthase ε subunit (R122K / R126K), a green fluorescent protein (cp173-mEGFP) at its N-terminus, and a red fluorescent protein (mKusabilaOrange) at the C-terminus of the ε subunit. ) Is fused with (GO-ATeam2 (Nakano, M, ACS Chem Biol, 2011; 6,709-715).) The DNA encoding the fusion protein is expressed in the transgenic mouse. It is inserted at the ROSA26 locus on the chromosome and is operably linked to the CAG promoter sequence.

前記トランスジェニックマウスでは、ATPが前記融合タンパク質中のεサブユニット部分と結合すると、融合タンパク質において融合された2つの蛍光タンパク質の間でFRETが生じる。このFRETによって、ATPが結合する前と後とで、前記融合タンパク質から異なる色の蛍光シグナルが発せられる。具体的には、前記融合タンパク質は、ATPが結合する前には主として緑色(ピーク波長:509nm)の蛍光シグナルを発し、ATP結合後には主として赤色(ピーク波長:559nm)の蛍光シグナルを発する。ATPとεサブユニットとは、ATP濃度依存的に結合する。前記トランスジェニックマウスの心臓全体又はその一部から発せられる蛍光シグナル又は蛍光シグナルの変化を測定することによって、前記マウスの心臓又はその一部のATP濃度又はATP濃度の変化を調べることができる。   In the transgenic mouse, ATP binding to the epsilon subunit portion in the fusion protein results in FRET between the two fluorescent proteins fused in the fusion protein. This FRET causes the fusion protein to emit fluorescent signals of different colors before and after ATP binding. Specifically, the fusion protein mainly emits a green (peak wavelength: 509 nm) fluorescent signal before ATP binding, and mainly emits a red (peak wavelength: 559 nm) fluorescent signal after ATP binding. ATP and the ε subunit are bound in an ATP concentration-dependent manner. By measuring the fluorescence signal or the change in the fluorescence signal emitted from the whole heart of the transgenic mouse or a part thereof, the change in the ATP concentration or the ATP concentration of the heart of the mouse or a part thereof can be examined.

(2)蛍光画像測定
前記トランスジェニックマウスをイソフルランにて麻酔した後に、気管挿管した。頚静脈から毎分15μLの流速で生理食塩水(0.9% NaCl水溶液)を投与した。麻酔した前記トランスジェニックマウスに開胸手術を施し、心臓を露出させた。露出された心臓に、光源 Xcite LED110から励起フィルター470/40nmを通じた励起光を照射し、心臓からの蛍光シグナルを、Dual−View(日本ローパー社製、BP515/30、DM540、BP575/40)にて前記融合タンパク質の緑色蛍光タンパク質由来の蛍光シグナル(G)と赤色蛍光タンパク質由来の蛍光シグナル(R)とに分光した。心臓の各蛍光画像をORCA−Flash4.0(浜松ホトニックス社)にて撮影した。
(2) Fluorescence image measurement The transgenic mouse was anesthetized with isoflurane and then tracheal intubated. Physiological saline (0.9% NaCl aqueous solution) was administered through the jugular vein at a flow rate of 15 μL / min. The anesthetized transgenic mouse was subjected to a thoracotomy to expose the heart. The exposed heart is irradiated with excitation light from the light source Xcite LED 110 through the excitation filter 470/40 nm, and the fluorescence signal from the heart is converted to Dual-View (Nippon Roper Co., BP515 / 30, DM540, BP575 / 40). Then, the fusion protein was separated into a fluorescent signal (G) derived from a green fluorescent protein and a fluorescent signal (R) derived from a red fluorescent protein. Each fluorescence image of the heart was taken with ORCA-Flash 4.0 (Hamamatsu Photonics).

撮影開始時(0min)に得られた各蛍光画像を重ね合わせた(図2a)。励起光は、撮影時のみ照射した。撮影は、露光時間1秒にて10秒間隔で60分間行った(図2b)。   The fluorescence images obtained at the start of imaging (0 min) were overlaid (Fig. 2a). Excitation light was applied only during imaging. Photographing was performed for 60 minutes at 10 second intervals with an exposure time of 1 second (FIG. 2b).

(3)心電図及び直腸温測定
心臓の撮影と並行して心電図及び直腸の温度を計測した。心電図には生理食塩水の投与前(図2c)と投与後(図2d)との間に有意な変化は見られなかった。また、直腸温にも有意な変化はなかった。
(3) Electrocardiogram and rectal temperature measurement Electrocardiogram and rectal temperature were measured in parallel with imaging of the heart. The electrocardiogram showed no significant change between before and after administration of physiological saline (FIG. 2c). There was also no significant change in rectal temperature.

(4)ATP濃度算出
(4.1)蛍光強度比と繊維芽細胞内のATP濃度
前記融合タンパク質を発現するトランスジェニックマウスから、繊維芽細胞を樹立した。樹立した繊維芽細胞の細胞膜に孔を設けるために、前記繊維芽細胞の培養液にα−toxinを添加した。次いで、種々の濃度となるようATPを前記培養液に添加して約10分間培養した後、前記繊維芽細胞の蛍光画像を取得した。各ATP濃度での、緑色蛍光タンパク質由来の蛍光強度(G)に対する赤色蛍光タンパク質由来の蛍光強度(R)の蛍光強度比(=[蛍光強度(R)]/[蛍光強度(G)])を算出した。算出した蛍光強度比を、ATP濃度に対してプロットした散布図を作成した。
(4) ATP concentration calculation (4.1) Fluorescence intensity ratio and ATP concentration in fibroblasts Fibroblasts were established from the transgenic mouse expressing the fusion protein. Α-toxin was added to the culture solution of the fibroblasts in order to provide pores in the cell membrane of the established fibroblasts. Then, ATP was added to the culture solution so as to have various concentrations and cultured for about 10 minutes, and then a fluorescence image of the fibroblast was obtained. The fluorescence intensity ratio of the fluorescence intensity (R) derived from the red fluorescent protein to the fluorescence intensity (G) derived from the green fluorescent protein (= [fluorescence intensity (R)] / [fluorescence intensity (G)]) at each ATP concentration Calculated. A scatter diagram was prepared by plotting the calculated fluorescence intensity ratio against the ATP concentration.

(4.2)蛍光強度比と受精卵のATP濃度
前記融合タンパク質を発現するトランスジェニックマウスから受精卵を採取した。採取した受精卵を含む培養液をスライドグラス上におき、前記培養液に解糖系の阻害剤(2−デオキシ−D−グルコース;2DG)及び電子伝達系の阻害剤(Antimycin A)を添加した。前記阻害剤の添加後に、前記受精卵から得られる蛍光強度の比が変化したときに撮影し、その直後に受精卵をそれぞれ物理的に破砕した。破砕前に受精卵の体積を見積もった。受精卵の破砕液中のATP濃度をLuciferase法にて定量した。定量した破砕液のATP濃度と破砕液から受精卵のATP含有量を算出し、算出したATP含有量及び受精卵の体積から受精卵のATP濃度を算出した。各受精卵の蛍光強度比を、前記受精卵のATP濃度に対してプロットした散布図を作成した。
(4.2) Fluorescence intensity ratio and ATP concentration of fertilized eggs Fertilized eggs were collected from transgenic mice expressing the fusion protein. A culture solution containing the collected fertilized eggs was placed on a slide glass, and a glycolytic inhibitor (2-deoxy-D-glucose; 2DG) and an electron transfer inhibitor (Antimycin A) were added to the culture solution. .. After the addition of the inhibitor, an image was taken when the ratio of fluorescence intensity obtained from the fertilized egg changed, and immediately after that, the fertilized egg was physically disrupted. The volume of fertilized eggs was estimated before crushing. The ATP concentration in the disrupted liquid of fertilized eggs was quantified by the Luciferase method. The quantified ATP concentration of the disrupted liquid and the ATP content of the fertilized egg were calculated from the disrupted liquid, and the ATP concentration of the fertilized egg was calculated from the calculated ATP content and the volume of the fertilized egg. A scatter plot was prepared by plotting the fluorescence intensity ratio of each fertilized egg against the ATP concentration of the fertilized egg.

(4.3)蛍光強度比とATP濃度
上記(4.1)で作成した散布図に示された蛍光強度比とATP濃度との曲線と、上記(4.2)で作成した散布図に示された蛍光強度比とATP濃度との曲線とがほぼ一致した。そこで、(4.1)で得られた蛍光強度比とATP濃度のデータ及び(4.2)で得られた蛍光強度比とATP濃度のデータから、各ATP濃度と蛍光強度比との散布図を作成した。
(4.3) Fluorescence intensity ratio and ATP concentration Shown in the scatter plot created in (4.2) above and the curve of fluorescence intensity ratio and ATP concentration shown in the scatter plot created in (4.1) above. The obtained fluorescence intensity ratio and the curve of the ATP concentration almost matched. Therefore, from the fluorescence intensity ratio and ATP concentration data obtained in (4.1) and the fluorescence intensity ratio and ATP concentration data obtained in (4.2), a scatter diagram of each ATP concentration and fluorescence intensity ratio It was created.

作成した散布図に示された蛍光強度比とATP濃度との曲線に対して、Hillの式[R=(Rmax−Rmin)×[ATP]/[ATP]+K )+Rmin]をフィッティングした[式中、Rは蛍光強度比であり、Rmaxは最大の蛍光強度比であり、Rminは最小の蛍光強度比であり、Kdは前記融合タンパク質のεサブユニットとATPとの解離定数(1.6[nM])であり、[ATP]はATP濃度である。]。フィッティングにより、
が得られた。
Against the curve of the fluorescence intensity ratio and ATP concentrations indicated in scatter diagram created, Hill equation [R = (R max -R min ) × [ATP] n / [ATP] n + K d n) + R min [Wherein R is the fluorescence intensity ratio, R max is the maximum fluorescence intensity ratio, R min is the minimum fluorescence intensity ratio, and Kd is the ε subunit of the fusion protein and ATP] Dissociation constant (1.6 [nM]), and [ATP] is the ATP concentration. ]. By fitting,
was gotten.

重ね合わせた蛍光画像の色は、緑色蛍光タンパク質由来の蛍光強度(G)に対する赤色蛍光タンパク質由来の蛍光強度(R)の蛍光強度比を反映している。(式1)を用いることで、各画像の興味ある領域(region of interest;ROI)の蛍光強度比からATP濃度が算出される。図2a及び図2bの重ね合わせ画像の右横には、色変化とATP濃度との関係を示す棒が示されている。   The colors of the superimposed fluorescence images reflect the fluorescence intensity ratio of the fluorescence intensity (R) derived from the red fluorescent protein to the fluorescence intensity (G) derived from the green fluorescent protein. By using (Equation 1), the ATP concentration is calculated from the fluorescence intensity ratio of the region of interest (ROI) of each image. A bar showing the relationship between the color change and the ATP density is shown on the right side of the superposed images of FIGS. 2a and 2b.

(5)ATP濃度変化
生理食塩水の投与直後の測定開始時(0分)から60分間の持続投与の間のATP濃度の変化(ΔATP(mM)=[測定時(分)のATP濃度(mM)]−[測定開始時(0分)のATP濃度(mM)])を示す(図2e)。図2eは、比較例1の測定系ではATP濃度は0.05mM程度の変動の範囲内で安定していることを示す。
(5) ATP Concentration Change ATP concentration change (ΔATP (mM) = [ATP concentration at measurement (min) (mM) from the start of measurement (0 minutes) immediately after administration of physiological saline to continuous administration for 60 minutes) )]-[ATP concentration (mM) at the start of measurement (0 minutes)]) (Fig. 2e). FIG. 2e shows that in the measurement system of Comparative Example 1, the ATP concentration is stable within a fluctuation range of about 0.05 mM.

[実施例1]
頚静脈からジソピラミド(Disopyramide)を投与したことを除いて、比較例1と実質的に同じ方法で、心電図の測定(図3a)、蛍光画像の取得(図3b)、及びATP濃度を測定した(図3c)。
[Example 1]
The electrocardiogram measurement (FIG. 3a), the fluorescence image acquisition (FIG. 3b), and the ATP concentration were measured in substantially the same manner as in Comparative Example 1 except that disopyramide was administered through the jugular vein. Figure 3c).

図3aは、0.2[mg/ml]のジソピラミドが心電図に有意な変化を示さないことを示す。図3b及び図3cは、ジソピラミドの投与により、心臓におけるATP濃度が経時的に増加したことを示す。   Figure 3a shows that 0.2 [mg / ml] disopyramide shows no significant changes in electrocardiogram. Figures 3b and 3c show that administration of disopyramide increased the ATP concentration in the heart over time.

ジソピラミドは、Naチャネルを遮断し、心筋収縮力を減少させることによって、心室頻脈を治療するために用いられる抗不整脈薬(クラス1a不整脈剤)である。ジソピラミドは、心電図にT波の形態異常を伴う再分極異常(QT延長)を呈し、トルサード・ド・ポワント(TdP)などの重症心室性不整脈を生じて、突然死をきたしうることが知られている。   Disopyramide is an antiarrhythmic drug (Class 1a arrhythmic agent) used to treat ventricular tachycardia by blocking Na channels and reducing myocardial contractility. It is known that disopyramide presents with repolarization abnormality (QT prolongation) accompanied by T-wave morphological abnormality in the electrocardiogram, and may cause severe ventricular arrhythmia such as torsade de pointe (TdP), resulting in sudden death. There is.

実施例1では、心電図からQT延長が認められなかった濃度でのジソピラミドであっても(図3a)、心臓におけるATP濃度に有意な変化が検出された(図3b及びc)。この結果は、本実施形態に係る発明によれば、心電図でQT延長が認められないような被験物質の投与条件であっても、QT延長症候群を来しうる物質を見つけ出すことが可能であることを示す。   In Example 1, even with disopyramide at a concentration at which no QT prolongation was observed from the electrocardiogram (Fig. 3a), a significant change in ATP concentration in the heart was detected (Figs. 3b and c). This result indicates that, according to the invention of the present embodiment, it is possible to find a substance capable of causing QT prolongation syndrome even under the administration conditions of a test substance in which QT prolongation is not observed in the electrocardiogram. Indicates.

[実施例2〜14]
下記表の被験物質を投与したことを除いて、実施例1と実質的に同じ方法で、心臓でのATP濃度の時間変化を測定した。
[Examples 2 to 14]
The time-dependent change in ATP concentration in the heart was measured in substantially the same manner as in Example 1 except that the test substances in the table below were administered.

実施例2〜14では、60分間のATP濃度変化の測定において、生理食塩水を用いた場合のATP濃度変化の最大値(約0.05mM、比較例1)の3倍のATP濃度変化の値(0.15mM)を第1の閾値とし、ATP濃度変化の最大値が、第1の閾値未満であった被験物質を、心毒性を生じないと判定し、第1の閾値以上であった被験物質を、心毒性を生じると判定する。本実施形態において、心毒性を生じないと判定された物質は、薬物の候補物質と特定される。   In Examples 2 to 14, in the measurement of the ATP concentration change for 60 minutes, the value of the ATP concentration change three times the maximum value (about 0.05 mM, Comparative Example 1) of the ATP concentration change when physiological saline was used. (0.15 mM) as the first threshold value, the maximum value of ATP concentration change was less than the first threshold value, the test substance was judged not to cause cardiotoxicity, and the test value was above the first threshold value. The substance is determined to cause cardiotoxicity. In the present embodiment, a substance determined not to cause cardiotoxicity is specified as a drug candidate substance.

実施例2〜11の被験物質はいずれも、ATP濃度変化の最大値が第1の閾値(0.15mM)以上であり(図4及び図5)、心毒性を生じるおそれがあると判定された。
実施例12〜14の被験物質はいずれも、ATP濃度変化の最大値が第1の閾値未満であり(図6)、心毒性を生じないと判定された。
In all of the test substances of Examples 2 to 11, the maximum value of the change in ATP concentration was the first threshold value (0.15 mM) or more (FIGS. 4 and 5), and it was determined that cardiotoxicity might occur. ..
It was determined that all the test substances of Examples 12 to 14 had the maximum change in ATP concentration less than the first threshold value (FIG. 6) and did not cause cardiotoxicity.

実施例1の被験物質は、ATP濃度変化の最大値が第1の閾値(0.15mM)以上であり(図3)、心毒性を生じるおそれがあると判定された。したがって、本実施形態において、実施例1〜14の被験物質のうち実施例1〜11の被験物質が心毒性を生じるおそれがあると判定された。   The maximum value of ATP concentration change of the test substance of Example 1 was not less than the first threshold value (0.15 mM) (FIG. 3), and it was determined that cardiotoxicity might occur. Therefore, in the present embodiment, it was determined that the test substances of Examples 1 to 11 among the test substances of Examples 1 to 14 may cause cardiotoxicity.

実施例1〜11の候補物質は、アメリカ食品衛生局(FDA)にTdPを生じうる化合物として登録されている。実施例1〜11の候補物質は、本実施形態においても心毒性を生じるおそれがあると判定された。これらの結果は、本実施形態によれば、心毒性を生じるおそれがあると判定された被験物質を、被験物質のライブラリーから除くことによって薬物の候補物質ライブラリーを製造することができることを示す。   The candidate substances of Examples 1 to 11 are registered with the US Food and Drug Administration (FDA) as compounds capable of producing TdP. It was determined that the candidate substances of Examples 1 to 11 may cause cardiotoxicity also in this embodiment. These results indicate that, according to the present embodiment, a drug candidate substance library can be produced by removing a test substance determined to cause cardiotoxicity from the test substance library. ..

本実施形態において、実施例1〜14の被験物質のうち実施例12〜14の被験物質が心毒性を生じないと判定された。
実施例12及び13の被験物質は、実験的に心臓の再分極に影響を及ぼさないこと、又はQT間隔延長をきたさないことが知られている。本実施形態においても、実施例12及び13の化合はいずれも心毒性を生じないと判定された。これらの結果は、本実施形態によれば、心毒性を生じない物質を集めることで、薬物の候補物質ライブラリーを製造することができることを示す。
In the present embodiment, it was determined that the test substances of Examples 12 to 14 among the test substances of Examples 1 to 14 did not cause cardiotoxicity.
It is known that the test substances of Examples 12 and 13 experimentally have no effect on repolarization of the heart or that they do not prolong the QT interval. Also in this embodiment, it was determined that the compounds of Examples 12 and 13 did not cause cardiotoxicity. These results indicate that according to this embodiment, a drug candidate substance library can be produced by collecting substances that do not cause cardiotoxicity.

[実施例15〜17]
下記表の被験物質を投与したことを除いて、実施例1と実質的に同じ方法で、心臓でのATP濃度の時間変化を測定した。
[Examples 15 to 17]
The time-dependent change in ATP concentration in the heart was measured in substantially the same manner as in Example 1 except that the test substances in the table below were administered.

実施例15〜17では、ATP濃度の変化を示す関数(f(x))の区間[0、60]での積分値について0(ゼロ)を第2の閾値とした。本実施形態において、第2の閾値未満であった被験物質は心毒性を生じるおそれがあると判定される。   In Examples 15 to 17, 0 (zero) was set as the second threshold value for the integral value of the function (f (x)) indicating the change in the ATP concentration in the interval [0, 60]. In the present embodiment, the test substance that is less than the second threshold value is determined to be likely to cause cardiotoxicity.

図7a〜cから理解されるように、実施例15〜17でのATP濃度の変化を示す関数の区間[0、60]での積分値は負(<0)の値であった。したがって、本実施形態において、実施例15〜17の被験物質はいずれも、心毒性を生じるおそれがあると判定された。   As can be seen from FIGS. 7A to 7C, the integrated value in the section [0, 60] of the function showing the change in the ATP concentration in Examples 15 to 17 was a negative (<0) value. Therefore, in the present embodiment, it was determined that all the test substances of Examples 15 to 17 may cause cardiotoxicity.

実施例15〜17の被験物質はいずれも、心電図異常や心室機能障害を呈しうることが知られている。本実施形態においても、実施例15〜17はいずれも心毒性を生じるおそれがあると判定された。これらの結果は、本実施形態によれば、被験物質ライブラリーから心毒性を生じるおそれがある物質を特定するのに有用であることを示している。   It is known that all the test substances of Examples 15 to 17 can exhibit abnormal electrocardiogram and ventricular dysfunction. Also in this embodiment, it was determined that all of Examples 15 to 17 might cause cardiotoxicity. These results indicate that, according to this embodiment, it is useful for identifying a substance that may cause cardiotoxicity from a test substance library.

[実施例18]
実施例1〜17では、前記トランスジェニックマウスの心臓全体でのATP濃度の変化を測定した。実施例18では、被験物質イホスファミドについて、心室部分のATP濃度の変化を測定した(図7c、左心室部分)。被験物質イホスファミドについて、心臓全体のATP濃度の変化を測定した場合と比べて(図7c、心臓全体)、心室部分のATP濃度の変化の方が(図7c、左心室部分)、より大きいダイナミックレンジで測定できた。この結果は、心臓の特定部分のATP濃度変化を測定することで、より感度よく被験物質が心毒性を生じるおそれがあるか否かを判定できることを示している。
[Example 18]
In Examples 1 to 17, changes in ATP concentration in the whole heart of the transgenic mouse were measured. In Example 18, changes in the ATP concentration in the ventricle part of the test substance ifosfamide were measured (FIG. 7c, left ventricle part). For the test substance ifosfamide, the change in the ATP concentration in the ventricle (Fig. 7c, left ventricle) was larger than that in the case where the change in the ATP concentration in the whole heart was measured (Fig. 7c, whole heart). I was able to measure. This result indicates that by measuring the change in ATP concentration in a specific part of the heart, it is possible to more sensitively determine whether or not the test substance may cause cardiotoxicity.

Claims (9)

被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する方法であって、
被験物質を、ATP結合部分と、蛍光共鳴エネルギー移動のためのドナーとしての蛍光タンパク質と、アクセプターとしての蛍光タンパク質とを含む融合タンパク質を発現する非ヒトトランスジェニック動物に投与する工程;
前記非ヒトトランスジェニック動物の心臓からの蛍光シグナルを測定する工程;及び
測定された蛍光シグナルに基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程を含む、判定方法。
A method for determining whether a test substance causes cardiotoxicity,
Administering a test substance to a non-human transgenic animal expressing a fusion protein comprising an ATP binding moiety, a fluorescent protein as a donor for fluorescence resonance energy transfer, and a fluorescent protein as an acceptor;
A method for determining, comprising: measuring a fluorescent signal from the heart of the non-human transgenic animal; and determining whether the test substance causes cardiotoxicity based on the measured fluorescent signal.
被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する方法であって、
被験物質を、ATP結合部分と、蛍光共鳴エネルギー移動のためのドナーとしての蛍光タンパク質と、アクセプターとしての蛍光タンパク質とを含む融合タンパク質を含む融合タンパク質を発現する心筋細胞と接触させる工程;
前記心筋細胞からの蛍光シグナルを測定する工程;及び
測定された蛍光シグナルに基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程を含む、判定方法。
A method for determining whether a test substance causes cardiotoxicity,
Contacting the test substance with cardiomyocytes expressing a fusion protein comprising a fusion protein comprising an ATP binding moiety, a fluorescent protein as a donor for fluorescence resonance energy transfer, and a fluorescent protein as an acceptor;
A method for determining, comprising a step of measuring a fluorescent signal from the cardiomyocyte; and a step of determining whether or not the test substance causes cardiotoxicity based on the measured fluorescent signal.
前記ATP結合部分が、イノシンモノホスフェート脱水素酵素2(IMPDH2)のCBSドメイン又はその断片若しくはその改変体、GlnK1又はその断片若しくはその改変体、或いはATP合成酵素のεサブユニット又はその断片若しくはその改変体である、請求項1又は2に記載の判定方法。   The ATP-binding portion is a CBS domain of inosine monophosphate dehydrogenase 2 (IMPDH2) or a fragment thereof or a modified form thereof, GlnK1 or a fragment or a modified form thereof, or an ε subunit of ATP synthase or a fragment or a modified form thereof. The determination method according to claim 1, which is a body. 前記ATP結合部分が、ATP合成酵素のεサブユニット又はその断片若しくはその改変体である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の判定方法。   The determination method according to claim 1, wherein the ATP-binding portion is an ε subunit of ATP synthase, a fragment thereof, or a modified form thereof. 前記融合タンパク質において、前記ドナーとしての蛍光タンパク質及び前記アクセプターとしての蛍光タンパク質のいずれか一方が前記ATP結合部分のアミノ末端側に連結されており、その他方が前記ATP結合部分のカルボキシ末端側に連結されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の判定方法。   In the fusion protein, one of the fluorescent protein as the donor and the fluorescent protein as the acceptor is linked to the amino-terminal side of the ATP-binding portion, and the other is linked to the carboxy-terminal side of the ATP-binding portion. The determination method according to claim 1, which is performed. 前記心筋細胞が、前記融合タンパク質を発現する非ヒトトランスジェニック動物由来の心筋細胞、又は前記融合タンパク質を発現する幹細胞から作製された心筋細胞である、請求項2〜5のいずれか一項に記載の判定方法。   The cardiomyocyte is a cardiomyocyte derived from a non-human transgenic animal that expresses the fusion protein, or a cardiomyocyte prepared from a stem cell that expresses the fusion protein. Judgment method. 被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する方法であって、
被験物質を心筋細胞と接触させる工程、及び前記心筋細胞におけるATP濃度を測定する工程;又は
被験物質を非ヒト動物に投与する工程、及び前記非ヒト動物の心臓におけるATP濃度を測定する工程を含み、
測定されたATP濃度に基づいて、前記被験物質が心毒性を生じるか否かを判定する工程をさらに含む、判定方法。
A method for determining whether a test substance causes cardiotoxicity,
A step of contacting a test substance with cardiomyocytes, and a step of measuring the ATP concentration in the cardiomyocytes; or a step of administering the test substance to a non-human animal, and a step of measuring the ATP concentration in the heart of the non-human animal ,
The determination method further comprising the step of determining whether or not the test substance causes cardiotoxicity based on the measured ATP concentration.
薬物の候補物質ライブラリーを製造する方法であって、
2種以上の被験物質の各々について、心毒性を生じるか否かを判定する請求項1〜7のいずれか一項に記載の判定方法を実施する工程;及び
前記工程において、心毒性を生じないと判定された被験物質を選抜し、薬物の候補物質ライブラリーを製造する工程を含む、製造方法。
A method for producing a drug candidate substance library, comprising:
A step of carrying out the determination method according to any one of claims 1 to 7 for determining whether or not each of two or more test substances causes cardiotoxicity; and, in the step, no cardiotoxicity occurs. A method for producing, comprising a step of selecting a test substance determined to be and producing a drug candidate substance library.
被験物質が心毒性を生じるか否かの判定用の、ATP結合部分と、蛍光共鳴エネルギー移動のためのドナーとしての蛍光タンパク質と、アクセプターとしての蛍光タンパク質とを含む融合タンパク質を発現する心筋細胞又は非ヒトトランスジェニック動物。   Cardiomyocytes expressing a fusion protein containing an ATP binding moiety, a fluorescent protein as a donor for fluorescence resonance energy transfer, and a fluorescent protein as an acceptor for determining whether a test substance causes cardiotoxicity, or Non-human transgenic animal.
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