JP2021525782A - 心筋緻密化障害の治療方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、心筋緻密化障害(NCC)に罹患している対象を治療する方法であって、EZH2ダウンレギュレーターの治療上有効量を含む医薬組成物を上記の対象に投与することを含む方法に関する。特に、上記のEZH2ダウンレギュレーターは、NCCの病原性突然変異によって誘発されるEZH2の過剰発現を阻害することができ、その結果、エピジェネティックな変化を引き起こすDNAメチルトランスフェラーゼ(DNMT)の動員を減少させる。したがって、上記のEZH2ダウンレギュレーターは、左心室心筋緻密化障害(LVNC)における機能的な遺伝子発現を回復することにより、心臓代謝および疾患の進行を改善することができる。
左心室心筋緻密化障害(LVNC)は、特に左心室の心尖部に異常な小柱形成を伴う海綿状の左心室(LV)心筋を特徴とする明確な心筋症である。人口調査によると、新たに診断された症例の平均年間発生率は、10歳未満の子供10万人あたり0.11であり、生後1年で最も高かった(乳児10万人あたり0.83)。診断から10年後に死亡または移植がなかったのはわずか48%であった。通常、乳児期初期に主な拡張表現型の症状を示した子供は、長期転帰がさらに悪化した。LVNCは、孤立した状態として現れるか、先天性心疾患、神経筋疾患、または遺伝性症候群に関連する可能性がある。LVNCの病因に関与する遺伝子変異には、MIB1、TBX20、TAZとLMNAの2つのカルシウム処理遺伝子、NUMB/NUMBL、ミトコンドリアゲノム変異(遠位22q11・2)、およびサルコメアをコードする遺伝子(MYH7、ACTC1、 TNNT2、MYBPC3、TPM1、LDB3、およびTNNI3)の変異が含まれる。心血管代謝機能障害は、LVNCの病態生理学の一部としても説明されている。
本発明は、NCCに罹患している対象に、EZH2ダウンレギュレーター、例えばスタチン、特にシンバスタチンの治療上有効量を含む医薬組成物を投与することを含む、心筋緻密化障害(NCC)に罹患している対象を治療する方法を提供する。
左心室緻密化障害(LVNC)の病因は、多因子である。左心室緻密化障害(LVNC)の予後は、特に乳児期に発症した人では不良である。うっ血防止薬が失敗した人は、移植を検討する必要がある。満たされていない医療ニーズと移植のための小さな心臓の欠如のために、精密医療は、乳児期に発症する人々によって緊急に必要とされている。本発明は、安全な治療薬を特定するために、LVNC患者のiPSC(LVNC−hiPSC−CM)に由来するヒト心筋細胞において薬物の転用およびスクリーニングを実施する。さらに、同定された薬剤であるシンバスタチンの効果は、LVNC患者の遺伝子変異に基づく変異マウスにおいてインビボで確認している。このようなアプローチは、重度の心不全表現型を持つこれらのLVNC患者に新しい治療アプローチを提供する。
一実施形態では、心臓代謝は、心臓の脂肪酸代謝、グルコース代謝、およびミトコンドリア呼吸鎖を含む。したがって、スタチンは、心臓代謝とミトコンドリア機能を改善する。なお、心臓代謝は、βアドレナリン作動性応答性を含む。したがって、スタチンは、βアドレナリン作動性応答性を回復することもできる。
したがって、EZH2ダウンレギュレーター(例えば、スタチン)は、NCCまたはLVNCの症状を治療することができる。一実施形態では、EZH2ダウンレギュレーターは、NCCまたはLVNCに罹患している対象の心臓機能を改善して、NCCまたはLVNCを治療する。好ましい実施形態では、スタチンは、NCCまたはLVNCに罹患している対象の心臓機能を改善して、NCCまたはLVNCを治療する。より好ましい実施形態では、心臓機能は、心臓代謝および心室機能を含む。
hiPSC研究
左心室心筋緻密化障害(LVNC)の患者と正常な健康な女性にそれぞれ由来するヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)株は、2つのアプローチによって再プログラムされた。各患者の1つの株は、4つのYamanaka因子(Klf4、Myc、Sox2、Oct4。NTUのHong−Nerng Ho博士により実施)を運ぶレンチウイルスによって皮膚細胞から再プログラムされ、もう1つの株は、4つのYamanaka因子を運ぶセンダイウイルス(スタンフォード大学のJoseph C.Wu博士により実施)によって末梢血単球(PBMC)から再プログラムされた。患者は、遺伝子検査、hiPSCへの再プログラミングおよび薬理学的研究のために患者の組織/血球を収集することに同意した。薬物効果は、同じ患者の2つの株に由来するヒト心筋細胞に同じ用量で同じ薬物をテストすることによって検証され、各株には少なくとも3つの独立した繰り返しがあった。細胞の短縮は、Ionoptixシステム(Westwood、MA、USA)で測定され、ミトコンドリア機能は、Agilent seahorse analyzer(Seahorse Bioscience、MA、USA)で評価された。
Seahorseアッセイを70日目に実施し、矢印で示された試薬を含むXFミトストレステストキットを順次追加する条件下で、ミトコンドリアOCR(酸素消費率)およびECAR(細胞外酸性化率)を測定した。データは、各ウェルの総細胞タンパク質で正規化された。OCRとECARの関係は、基礎(オリゴマイシン前)および最大呼吸容量(FCCP後)の条件下で測定された。
プロテオミクス分析
シンバスタチンの有りまたは無しで処理されたhiPSC由来心筋細胞の総タンパク質は、プロテアーゼおよびホスファターゼ阻害剤カクテルを含むRIPAバッファー(Thermo Fisher Scientific株式会社、USA)によって抽出された。サンプルは、トリプシンによってさらに消化された。脱塩および乾燥後、LTQ−OrbitrapVelos質量分析計システムによってLC−MS/MS分析を実行した。ペプチドおよびタンパク質グループIDは、MASCOTデータベース検索によって7ppmのプリカーサー質量精度と0.5DaのMS/MS精度で取得された。大規模な質量分析の生データは、ラベルフリーの定量化方法でUniprotヒトデータベースに基づいてMaxQuantソフトウェアによってさらに分析され、続いてPerseusソフトウェアを使用して統計分析が行われた。
シンバスタチンの有りまたは無しで処理されたhiPSC由来の心筋細胞の全RNAは、TRIzol試薬(Introgen、Thermo Fisher Scientific株式会社、USA)によって抽出された。全RNAは、Quick−RNAキット(Zymol Research、CA、USA)により、TRIzol−クロロホルムホモジネートの上部水層からさらに精製された。TruSeq Stranded mRNAシーケンスは、PhalanxBiotechによって実行された。簡単に説明すると、500ngの高品質な全RNA(RIN値>8)のインプットからpolyA mRNAを精製、断片化し、第1鎖および第2鎖のcDNAを合成した。バーコード化されたリンカーをライゲーションして、インデックス付きライブラリを生成した。ライブラリは、Quantus Fluorometer(Promega、Madison、WI)でPromega QuantiFluordsDNAシステムを使用して定量化された。ライブラリのサイズと純度は、Agilent 2200TapeStation機器で高感度D1000スクリーンテープを使用して分析した。ライブラリをプールし、ペアエンド100 bp Rapid Runフォーマットを使用してIllumina HiSeq2500シーケンサーで実行し、サンプルあたり合計4,000万回のリードを生成した。シーケンシング後、低品質の塩基を除去するために、トリミングされた生のリードがTrimmomaticによるシーケンシングに使用された。生データのクレンジングにも、次の基準が適用された:(1)スライディングウィンドウ(4ベース幅)の平均品質が15を下回ったときにカットオフすること、および(2)35bpより短い読み取りは破棄されること。リードがゲノムにアラインメントされた後、Cuffquantを結果のアラインメントファイルで使用して、遺伝子および転写産物の発現プロファイルを計算した。Cufflinksパッケージの一部であるCuffdiffは、2つ以上の条件から発現プロファイルを取得してアセンブリをマージし、マッピングされた総ミリオン(FPKM)フラグメントあたりの転写産物のキロベースあたりのRNA−Seqフラグメントの数を計算することによって、発現レベルを推定した。Cuffdiffは、観察された変化の統計的有意性をテストし、転写時または転写後のレベルで差次的に調節された遺伝子を特定した。クロスオミクスデータは、プロテオームとトランスクリプトームのデータを1つのペルセウスマトリックスに結合することにより、Perseusソフトウェアによってさらに分析された。両方のオミクス列がソートされ、ランクに変換された。各注釈用語に対して2変量テストが実行された。遺伝子オントロジー(GO)濃縮分析を実行して、分類のGOシステムに基づいて機能特性を備えた遺伝子のセットを解釈した。分子間の潜在的な相互作用は、STRINGによって予測された。
シンバスタチンの有りまたは無しで処理された心筋細胞の遺伝子発現の違いは、Illumina Eco リアルタイムPCRシステムを用いた絶対定量法によって確認された。簡単に説明すると、抽出したmRNAの逆転写に続いて、テンプレートcDNAをOmiGreenバッファーで目的の遺伝子のプライマーと混合し、未知のサンプルの範囲をカバーする5つの10倍段階希釈の標準でPCRを実行した。各サンプルにおける18SRNAの発現も、内部対照として定量化された。
C57BL/6jバックグラウンドにおけるTnnt2(R154W)−およびMypn(S1291T)−ノックインマウスは、国立台湾大学ゲノム医学センターの遺伝子ノックアウトマウスコア研究所によって作成された。遺伝的にヘテロ接合のLVNCマウス(Tnnt2(R154W)+/−::Mypn(S1291T)+/−)は、Tnnt2(R154W)+/−とMypn(S1291T)+/−マウスの交配から得られた。遺伝子型を確認するために、PCRおよびDNAシーケンシングを行った。すべての動物の手順とプロトコルは、AAALAC認定施設によって承認された。
テューキー検定による多重比較を伴う反復測定二元配置分散分析を使用して、iFaおよびiHのLVNC−hiPSC−CMにおける50日目と70日目に、DMSO群とシンバスタチン群との間の細胞短縮速度の違いを区別した。線形回帰分析を実施して、LVNC−hiPSC−CMにおけるβアドレナリン作動性刺激に対する変力反応の違い、およびDMSOベヒクル群とシンバスタチン群との間のLVNCマウスにおけるグルコースのLVEFまたは心臓代謝率の変化を明らかにした。
患者の特徴と遺伝情報
患者(iH)は、1週間の活動が不十分であったため、生後6か月で施設に入院した。初期評価では、灌流不良、肝臓腫大、心臓肥大、および著しく上昇したNT−proBNP(>35000pg/mL)が明らかになった。強心薬サポート下の心エコー図は、左心室(LV)の拡張(LV拡張末期径のZスコア、4.7)と左心室収縮性の障害(LV駆出率、30.3%)を示した。コンピューター断層撮影は、正常な冠状動脈、左心室収縮性が低くて緻密化がない拡張型左心室を示した。心筋炎調査は陰性であった。左心室緻密化障害を伴う拡張型心筋症と診断された。全身状態は徐々に改善したが、投与量の減少(lose dosage)の範囲でミルリノンを離脱することの困難が観察された。患者(iH)は入院42日後に退院した。家族のスクリーニングにより、患者(iH)の父親(iFa)も拡張型LVと低LV駆出率を持っていることが確認された。
LVNC患者(iH)および患者(iH)の父親(iFa)に由来するヒト心筋細胞による疾患モデリングを実施して、心機能障害の進行を再現した機能異常を特徴づけた。インビトロ分化後50日目に、LVNC−hiPSC−CMは、筋細胞収縮の低下(図1A〜図1B)、βアドレナリン作動性応答性の喪失(図1C)、心血管代謝機能障害(図1D)、および心臓収縮とミトコンドリア呼吸鎖の機能性分子における異常なオミクス(図1E〜図1F)を含む異常な心臓表現型を発症した。経路分析は、異常なエピジェネティックな調節が異常な新代謝および筋肉構造に関連している可能性があることを予測した(図2A)。絶対定量的リアルタイムPCR検証により、LVNC心筋細胞(iH&iFa)でEZH2の異常な過剰発現が見つかった(図2B)。直接EZH2阻害剤(gsk)は、心臓ミトコンドリア機能障害を変化させなかったが、DNMT阻害剤(zeb)は、LVNC心臓ミトコンドリア機能を回復することができた(図2C)。EZH2の過剰発現は、DNMTの動員を増加させて、LVNC筋細胞のエピジェネティックな特徴を変化させ、その結果、機能的な遺伝子発現の障害を引き起こす可能性があることを示した。したがって、EZH2発現のダウンレギュレーションは、病態特異的な作用様式でLVNC心筋細胞の心機能を改善するための実行可能な治療戦略となると考えられた。このLVNC−hiPSC−CMモデルでの薬物リポジショニングスクリーニングにより、シンバスタチンは、LVNC心筋細胞におけるEZH2発現を選択的にダウンレギュレートできるものとして特定された(図3A)。30日目から70日目までのシンバスタチン治療後の心臓収縮およびβアドレナリン作動性反応の回復において、シンバスタチンの有益な効果は、他のもの(アトルバスタチン、ロバスタチン、フルバスタチンを含む)よりも優れた(図3B)。これらのLVNC−hiPSC−CMの心臓代謝機能の改善において、低用量のシンバスタチン治療(図3Cの5μM、iH、s5)は、高用量の治療(図3Cの10μM、iH、s10)よりも優れた効果を示した。シンバスタチン治療は、ミトコンドリア呼吸鎖分子(図3D)および心臓代謝(図3E)における遺伝子発現を有意に増加させることができた。さらに、LVNC心筋細胞の細胞サイズは、分化後70日目に大きくなった(図4A)。30日目から70日目までのシンバスタチン治療は、筋細胞サイズの変化を著しく弱めた(図4A)。サルコメアアクチニンαまたはトロポニンTのいずれかの密度も、シンバスタチンで処理された心筋細胞では著しく増加した。プロテオミクス分析により、シンバスタチンは、iH−およびiFa−LVNC心筋細胞の両方で、筋肉の収縮および代謝過程の機能を備えたタンパク質の発現を有意に回復できることが実証された(図4B〜図4D)。
薬物投与(シンバスタチン:3.5mg/3.6μL/kg/日、DMSO:3.6μL/kg/日)は、ミニ浸透圧ポンプ(ALZETモデル2006、Durect株式会社クパチーノ、CA、USA)をLVNCマウスの背中の皮下空間に移植して、それぞれ10、12、14週齢から、6週間行われた。エンドポイントで、空腹時LVNCマウスの心臓グルコース代謝率(MRGlu)を測定した。ベヒクル処置LVNCマウスの心臓グルコース取り込みは、高齢のLVNCマウスの心臓機能の悪化と並行して徐々に減少した(図5A)。シンバスタチンは、LVNCマウスの加齢後に発生した心臓のグルコース代謝率の低下を有意に逆転させ、これは、シンバスタチンがLVNCマウスの心臓のグルコース代謝を改善したことを示した。また、シンバスタチンは心臓収縮機能を有意に改善した(図5B)。さらに、LVNC心機能の良好な予後を維持するために、継続的な低用量シンバスタチン治療が必要であった。
Claims (11)
- 心筋緻密化障害に罹患している対象を治療するための方法であって、心筋緻密化障害に罹患している前記対象に、EZH2ダウンレギュレーターの治療上有効量を含む医薬組成物を投与することを含む、方法。
- 前記心筋緻密化障害は、左心室緻密化障害を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記EZH2ダウンレギュレーターの治療上有効量は、病原性突然変異で引き起こされるEZH2過剰発現を阻害することにより、心筋緻密化障害を治療するのに十分である、請求項1に記載の方法。
- 前記EZH2ダウンレギュレーターの治療上有効量は、心臓機能を改善することにより、心筋緻密化障害を治療するのに十分である、請求項1に記載の方法。
- 前記心臓機能は、心臓代謝および心室機能を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記EZH2ダウンレギュレーターは、少なくとも4週間、毎日対象に投与される、請求項1に記載の方法。
- 前記EZH2ダウンレギュレーターは、スタチンを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記スタチンはシンバスタチンである、請求項7に記載の方法。
- 前記対象はヒトである、請求項1に記載の方法。
- 前記EZH2ダウンレギュレーターの治療上有効量は、0.01mg/kg/日から10mg/kg/日の範囲にある、請求項1に記載の方法。
- 前記シンバスタチンの治療上有効量は、0.01mg/kg/日から10mg/kg/日の範囲にある、請求項8に記載の方法。
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