JP2022530031A - miR-10模倣体およびその標的に関する方法および組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国特許法第119条(e)の下に、2019年4月24日に出願された米国仮特許出願第62/837,988号および2020年1月22日に出願された米国仮特許出願第62/964,382号に基づく優先権を有し、これらの米国仮特許出願はそれぞれ参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
本発明は、米国国立衛生研究所(NIH)によって交付された助成金番号DK091725の下に、米国政府の支援を受けてなされた。米国政府は本発明においてある特定の権利を有する。
世界保健機関からのデータによれば、世界には4億2500万人を超える糖尿病患者がいて、肥満の有症率が増加するにつれて、糖尿病患者の数も急速に増加している。糖尿病患者の90%は肥満でもあるので、肥満と糖尿病は密接に関係している。複雑で不均質な多遺伝子疾患である2型糖尿病(T2D)は、主に40歳を超えた成人で発生するので、成人糖尿病として公知である。T2Dは糖尿病の全診断症例の95%までを占める。残念ながら、今のところ、T2Dを根本的に治す医薬を開発することは困難である。T2Dの原因と誘導機序は今なお把握しがたいからである。興味深いことに、糖尿病患者の約半数は、胃不全麻痺を含む胃腸(GI)合併症も有する。糖尿病の特徴的徴候である異常に高い血中グルコースレベル(高血糖)が胃不全麻痺につながることは公知である。
定義
別段の定義がある場合を除き、本明細書において使用される技術用語および科学用語はすべて、本発明が関係する技術分野の当業者に一般に理解されているものと同じ意味を有する。本発明の試験のための実施では、本明細書に記載するものと類似するか等価な任意の方法および材料を使用することができるが、本明細書では好ましい材料および方法を説明する。本発明の説明および特許請求では、以下の術語を使用する。
ICC内でのmir-10b欠損の効果を調べるために、ICC特異的miR-10bノックアウト(KO)マウス系統を作製した。驚いたことに、健常成体マウスのICC内でmiRNA遺伝子をコンディショナルに欠失させると、マウスは胃不全麻痺を発生し、徐々に過体重かつ高血糖になった。これらはいずれも2型糖尿病(T2D)の特徴である。ここでは、新しいマウスモデルにおいて、GI管での蠕動運動活性の障害が肥満とT2Dの両方につながることが発見された。糖尿病患者における最も一般的な病的GI異常は、蠕動運動活性を調節するGIペースメーカー細胞であるICCの枯渇である。
一局面において、本開示の発明は、その必要のある対象において糖尿病を処置する方法であって、その対象に有効量のmiR-10a-5p模倣体またはmiR-10b-5p模倣体を投与する工程を含む、方法を提供する。糖尿病または真性糖尿病とは、ホルモンであるインスリンの生産、分泌または機能における欠陥の結果として、グルコースまたは糖の使用を適正に調節できないことに広く関連する疾患群をいう。インスリン機能の異常は、炭水化物、脂質およびタンパク質の代謝異常につながる。糖尿病は大きく2タイプに分けられる。1型、すなわちインスリン依存性真性糖尿病は、膵臓中のインスリン産生β細胞の破壊をもたらす自己免疫反応に起因し、これは結果としてインスリンの全身性の欠乏をもたらす。この疾患の処置は、主として、血中グルコースレベルを定期的に監視し、1日に数回、インスリンを注射することからなる。インスリン投薬量の管理に失敗すると、重篤な低血糖と、脳および他の機能の、生命にかかわる損傷とが起こりうる。
一局面において、本発明は、糖尿病および糖尿病に関係する状態を処置するためにmiR-10a-5pおよびmiR-10b-5pのmiRNA模倣体を使用する方法を提供する。
本開示のある特定の態様において、本発明は、内因性のmiR-10b-5p miRNAおよびmiR-10a-5p miRNAによって調節されるヒト遺伝子を標的とするいくつかのmiRNA模倣体を提供する。miRNA模倣体は、非天然二本鎖miRNA様RNAフラグメントを利用する遺伝子サイレンシングの戦略である。これらのフラグメントの5'端は、標的遺伝子にユニークな3'UTR中のコグネイト配列に対して部分的に相補的な配列を有する。このRNAフラグメントは、発現されるか細胞中に導入されると、内因性miRNAの機能を模倣して標的遺伝子に特異的に結合し、それが、遺伝子の転写後抑制を、典型的には転写の阻害によってもたらす。したがってmiRNA模倣体は、特異的遺伝子に影響を及ぼすように、正確にターゲティングされうる。本発明のさまざまな態様において、miR-10a-5p模倣体およびmiR-10b-5p模倣体は、限定するわけではないがKLF11、KIT、ロイペプチン、GLU/GLUT4、アディポネクチン、LGR5、REG4、PDX1、NEUROG3、PDGFA、LEP、LEPRおよびIRS21(miR-10a-5p)ならびにKLF7、KLF11、KIT、INSR、IRS2、およびIRS1(miR-10b-5p)を含むいくつかの標的遺伝子の発現に影響を及ぼすことができる。
本発明のいくつかの態様において、miR-10a-5p模倣体の模倣体は、miR-10a-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10a-5p、無修飾二本鎖miR-10a-5p、一本鎖化学修飾miR-10a-5p、または一本鎖無修飾miR-10a-5pである。
10a-5p模倣体1:10a二重鎖RNA
センス:
アンチセンス:
miR-10b-5p:10a-5p一本鎖RNA(miR-10a-5p)
10a阻害物質:10a-3p一本鎖RNA(miR-10a-5p阻害物質)
成熟配列に下線を引いたヒトmir-10a遺伝子(ステム-ループ)
アクセッション:MI0000266
ID:hsa-mir-10a
成熟配列mmu-miR-10a-5p(miR-10a模倣体)
アクセッション:MIMAT0000253
ID:hsa-miR-10a
成熟配列に下線を引いたマウスmir-10a遺伝子(ステム-ループ)
アクセッション:MI0000685
ID:mmu-mir-10a
成熟配列mmu-miR-10a-5p(miR-10a模倣体)
アクセッション:MIMAT0000648
ID:mmu-miR-10a
いくつかの態様において、miR-10b-5p模倣体は、miR-10b-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10b-5p、無修飾二本鎖miR-10b-5p、一本鎖化学修飾miR-10b-5p、または一本鎖無修飾miR-10b-5pである。
10b模倣体1[図5B~図5C](MC11108、Thermo Fisher Scientific):10b二重鎖RNA
センス:
アンチセンス:
10b模倣体2[図5C](C-310431-07-0005、Dharmacon):10b二重鎖RNA
10b模倣体3[図5C](219600、QIAGEN):10b RNA二重鎖
miR-10b-5p(IDT):10b-5p一本鎖RNA(miR-10b-5p)
アニールしたmiR-10b-3pとmiR-10b-5p(IDT):miR-10b-5p/3pによる10b二重鎖RNA
センス:
アンチセンス:
10b模倣体7(IDT):10b前駆体RNA
である。
成熟配列に下線を引いたヒトmir-10b遺伝子(ステム-ループ)
アクセッション番号:MI0000267
ID:hsa-mir-10b
>hsa-mir-10b MI0000267
成熟配列hsa-miR-10b-5p(miR-10b模倣体)
アクセッション:MIMAT0000254
ID:hsa-miR-10b
>hsa-miR-10b-5p MIMAT0000254
成熟配列に下線を引いたマウスmir-10b遺伝子(ステム-ループ)
アクセッション:MI0000221
ID:mmu-mir-10b
>mmu-mir-10b MI0000221
成熟配列mmu-miR-10b-5p(miR-10b模倣体)
アクセッション:MIMAT0000208
ID:mmu-miR-10b
>mmu-miR-10b-5p MIMAT0000208
陰性対照または阻害物質:
陰性対照#1(4464058、Thermo Fisher Scientific):非ターゲティング二重鎖RNA
10b阻害物質(Thermo Fisher Scientific):10b-5p阻害物質RNA(miR-10b-5pのアンチセンス)
miR-10b-3p(IDT):10b-3p一本鎖RNA(miR-10b-5p阻害物質)
その必要のある対象において糖尿病を処置する方法であって、有効量のmiR-10a-5p模倣体を対象に投与し、それによって糖尿病状態を処置する工程を含む、方法が提供される。いくつかの態様において、miR-10a-5p模倣体は、miR-10a-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10a-5p、無修飾二本鎖miR-10a-5p、一本鎖化学修飾miR-10a-5p、または一本鎖無修飾miR-10a-5pである。
miR-10a-5p模倣体またはmiR-10b-5p模倣体と薬学的に許容される担体またはアジュバントとを含む組成物が提供される。いくつかの態様において、miR-10b-5p模倣体またはmiR-10a-5p模倣体は、miR-10a-5p二重鎖もしくはmiR-10b-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10a-5pもしくは化学修飾二本鎖miR-10b-5p、無修飾二本鎖miR-10a-5pもしくは無修飾二本鎖miR-10b-5p、一本鎖化学修飾miR-10a-5pもしくは一本鎖化学修飾miR-10b-5p、または一本鎖無修飾miR-10a-5pもしくは一本鎖無修飾miR-10b-5pである。さらなる態様において、miR-10a-5p模倣体またはmiR-10b-5p模倣体は哺乳類のものである。さらなる態様において、miR-10a-5p模倣体またはmiR-10b-5p模倣体はヒトのものである。
以下に実験例を挙げて、本発明を、さらに詳しく説明する。これらの実施例は、別段の明示がある場合を除き、例示のために提供されるに過ぎず、限定を意図していない。したがって本発明は、決して、以下の実施例に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、本明細書において提供される教示の結果として自明になるありとあらゆる変形を包含すると解釈されるべきである。
肥満雌自然発生レプチン遺伝子変異体マウスLepob/ob(2型糖尿病モデル)(The Jackson Laboratory)をICC-copGFP雄マウスKitcopGFP/+(Ro、2010)と交配することで、KitcopGFP/+;Lepob/obマウスを作製した(Ro、2010)。4週、8週および12週時点で糖尿病雄KitcopGFP/+;Lepob/obマウスと健常対照雄KitcopGFP/+;Lep+/+マウスを屠殺して比較した(図1A)。レプチン変異体雄に含まれる体脂肪は健常対象よりはるかに多かった。レプチン変異体マウスの体重増加は生後4週時点で野生型(WT)の同胞より速く、その体重は、18週時点でも引き続き、対照の2倍であった(図1B)。空腹時血中グルコースレベルは、変異体では健常対照と比べてはるかに高く、11週後には歴然とした高血糖レベル(250mg/dL超)に達した(図1C)。しかしグルコースは14週後には正常レベルまで低減した。一時的高血糖(糖尿病)状態の間は、KIT発現を失うために、小腸および結腸におけるcopGFP+ICCの数が低減することが、以前に報告されている(Ro、2010)。糖尿病copGFP+ICCを、12~13週時に、3匹の雄糖尿病マウスの結腸および空腸から、週齢と性別が一致する健常非糖尿病対照と共に、それぞれFACSによって単離した。単離された空腸copGFP+ICC(JICC)および結腸copGFP+ICC(CICC)をプールしてそれぞれ1つの試料とし、それを低分子RNA単離とそれに続くmiRNAシーケンシングに使用した。糖尿病ホモ接合Lep変異体と非糖尿病WT Lepの結腸および空腸ICC内でのグローバルmiRNA発現パターンは大きく異なり(ピアソン相関係数:CICCの場合は0.55、JICCの場合は0.68)、一方、Lepヘテロ接合ICCは、ホモ接合変異体との類似性も(ピアソン相関係数:CICCの場合は0.75、JICCの場合は0.81)、WTマウスとの類似性も(ピアソン相関係数:CICCの場合は0.63、JICCの場合は0.61)示す(図1E)。驚いたことに、結腸および空腸のICCは、Lepヘテロ接合変異体遺伝子型内およびホモ接合変異体遺伝子型内では、著しく類似したmiRNA発現プロファイルを示す(ピアソン相関係数:それぞれ0.98および0.99)(図1E)。miR-10a-5p、miR-143-3pおよびmiR-10b-5pは、WT ICCでは最も高度に発現するmiRNAであるが、Lepヘテロ接合変異体およびホモ接合変異体のICCでは、それらの発現が大幅に減少していた。これら3つのmiRNAのうち、miR-10b-5pは糖尿病依存性の低減を呈した。糖尿病Lepホモ接合変異体ICCではさらなる低減が観察されたからである(図1Fおよび図1G)。これらから、糖尿病ICCではmiR-10b-5pが選択的に枯渇することの決定が容易になった。miRNAのシーケンシングとアノテーションにより、miR-10a-5pとmiR-10b-5pは、健常WT JICCおよびCICCでは最も高度に発現しているが、糖尿病JICCおよびCICCでは劇的に枯渇することが示された(図1F~図1G)。これらの結果を図1A~図1Gに示す。
Mir10b遺伝子はHoxd4の第5イントロン内に位置しており、これは、2番染色体上で、Hoxd3のイントロン1とも重なっている(図2A)。フロックス(floxed)Mir10b同腹仔(mir-10bLacZ-FLP-lox/+)をクライオアーカイブ(The Jackson Laboratory)から回収した。mir-10bLacZ-FLP-lox/+マウスをKitCreERT2/+マウスまたはROSA26FLP/+マウスと交配することで、KitCreERT2/+;mir-10bLacZ/LacZマウスおよびROSA26FLP/+;mir-10blox/loxマウスを作製した(図2A)。ROSA26FLP/+;mir-10blox/loxマウスをさらにKitCreERT2/+マウスと交配することで、KitCreERT2/+;mir-10blox/loxマウスを作製した。KitCreERT2/+;mir-10bLacZ/LacZマウスおよびKitCreERT2/+;mir-10blox/loxマウスをタモキシフェンで処置することで、ICC中のmir10bを欠失させた。5日連続してタモキシフェンを注射した両系統は、mir-10b KO(KitCreERT2/+;mir-10b-/-)をもたらした。タモキシフェンおよびオイルの注射後6ヶ月における雄mir-10b KOマウスおよび雄mir-10b WTマウスを図2Bに示す。mir-10b KOマウスはWT対照よりも重く、より多くの腹部脂肪を含んでいた。mir-10b KOマウスにおけるmir-10b欠失をqPCRによって確認した(図2C)。mir-10b KO空腸およびmir-10b KO結腸の平滑筋ではmiR-10b-5pの発現が大幅に減少していた。KO空腸およびKO結腸の平滑筋では、KITタンパク質の発現も減少していた(図2D)。miR-10b-5pはKLF11を標的とすることがTargetScanで予測されている。KO組織ではKLF11が増加していたことから、miR-10b-5pはKLF11を標的とすることが示唆される。加えて、HOXD3およびHOXD4の発現は、KO組織でも変化しなかったことから、これら2つのオーバーラップ遺伝子のイントロン領域中にコードされているMir10bの欠失は、これら2つの遺伝子の発現を妨害しなかったことが示唆される。フローサイトメトリーにおけるCD117+(KIT抗体)およびCD45-(造血細胞マーカー)選択によって分析されるICCは、mir-10b KO小腸およびmir-10b KO結腸では有意に減少していた(図2E)。空腸および結腸におけるICCの喪失は免疫組織化学によって確認された(図2F)。KO組織では、ICCのサブタイプである空腸のICC DMPおよび結腸のICC SMPが最も低減しているようであった。結果を図2A~図2Fに示す。
雄mir-10b KOマウスは中等度の肥満になり、2型糖尿病を発生したが、雌マウスはそうならなかった(図3A~図3F)。mir-10b KO雄マウスの体重は、タモキシフェン注射後、16週(4ヶ月)以降に漸進的に増加し、30週(6ヶ月半)では、対照雄mir-10b WTマウスと比較して、有意に重くなった(40.5g対32.7g)(図3A)。雄mir-10b KOマウスの血中グルコースレベルも漸進的に増加し、24週(6ヶ月)後にはマウスは高血糖(200mg/dL超)になった(図3B)。mir-10b KOマウスにおける腹腔内グルコース耐性試験(GTT)により、1~7ヶ月齢のWT対照マウスは負荷されたグルコースを2時間以内に排除できたが、mir-10b KOマウスは、1ヶ月から7ヶ月にかけて、グルコース負荷に対する応答が漸進的に損なわれることが確認された(図3C)。6~7ヶ月時のmir-10b KOマウスにはグルコース不耐性の有意な増加がある(図3D)。加えて、mir-10b KOマウスでは、1ヶ月から7ヶ月にかけて、インスリン感受性が漸進的に低下した(図3E)。4ヶ月後のmir-10b KOマウスでは、mir-10b WTマウスと比較して、インスリン抵抗性の有意な増加がある(図3F)。結果を図3A~図3Fに示す。
mir-10b KOマウスは胃不全麻痺および便秘も発生する。KOマウスは、1ヶ月齢で早くも始まる総GI通過の遷延を示し、それは3ヶ月齢まで漸進的に遅延した後、安定化して便秘になる(図4A)。3ヶ月齢において、通過時間は2倍超遅延した(125分対270分)。遅延した総GI通過は、遅い胃内容排出と遅い結腸通過に起因した。IVISインビボイメージングは、7ヶ月齢のmir-10b KOマウスにおける胃内容排出が、WT対照と比較して明確に遅延していることを示した(図4B)。KOマウスにおける胃内容排出時間は、3ヶ月齢ではほとんど2倍遅く、7ヶ月齢ではさらに遅かった(図4C)。KOマウスにおける結腸通過も、3倍超と、さらに遅延した(図4D)。さらにまた、KOマウスにおける平均糞粒頻度および平均排出量も、有意に低下した(図4E~図4F)。これらのデータはすべて、mir-10b KOマウスが大きく低減したGI運動を呈したことを、一貫して示唆している。さらに重要なことに、mir-10b KOマウスでは、グルコース耐性異常およびインスリン耐性異常より先に運動障害が起きている。結果を図4A~図4Fに示す。
Ingenuity Pathway Analysis(IPA)ソフトウェアにより、miR-10b-5pと糖尿病に関連するその標的遺伝子を解析した。この解析により、KLF4、KLF7およびKLF11を含めて、糖尿病に関連付けられる数多くのmiR-10b-5p標的が同定された(図5A)。KLF11は転写抑制因子であり、INSとの相互作用に基づくさらなる研究には、これを選択した。KLF11はインスリン(INS)プロモーター中のGCボックスとCACCCボックスの両方に結合して(Niu 2007;Neve 2005)、標的遺伝子の転写活性化を抑制する(Niu 2007)。相互作用遺伝子(INSR、IRS1、IRS2、KIT、NEUROG3、SLC2A4およびGLP1R)はGCリッチなCpGアイランドを含有することから、これらの遺伝子が潜在的なKLF11標的であることが示唆される。前駆体(pre-miR-10b)からは、2つの成熟miRNA、miR-10b-5pおよびmiR-10b-3pが生成する。この前駆体はマウスとヒトのどちらでも高度に保存されており、成熟miRNAは同じである(Kozomara 2019)。miRNA標的スクリーニングのために、化学合成された6つの形態のmiR-10b-5p模倣体(10b模倣体1、Thermo Fisher Scientificの二重鎖RNA;2、Dharmaconの二重鎖RNA;3、QIAGENの二重鎖RNA;4、IDTの一本鎖miR-10b-5p RNA;5、IDTのアニールしたmiR-10b-3pとmiR-10b-5p RNA;6、IDTの前駆体miR-10b RNA)を、マウスNIT3T3細胞およびヒトHEK293において、アンチセンスmiR-10b-5p(Thermo Fisher Scientificの一本鎖10b阻害物質、IDTの一本鎖miR-10b-3p)、2つのマウスKlf11 siRNA(siKlf11-1、siKlf11-2)およびヒトKLF11 siRNA(siKLF11-1およびsiKLF11-2)(Thermo Fisher Scientific)と共に試験した。miR-10b-5pおよびmiR-10b-3pをコードするマウスのpre-miR-10b、10b模倣体および10b阻害物質を図13Bに示す。10b模倣体および10b阻害物質をトランスフェクトしたNIH3T3細胞およびHEK293細胞における標的遺伝子に対する効果を図5Cに示す。ウェスタンブロットは、トランスフェクトされたNIH3T3細胞およびHEK293細胞において、miR-10b-5pがKlf11を効率よく標的とすることを示している(図5C)。二重鎖RNA miR-10b模倣体1はKLF11タンパク質の翻訳を最も効率よく抑制し、pre-miR-10bがそれに続いた。他の2つのmiR-10b模倣体(2および3)、一本鎖miR-10b-5p RNA、およびアニールしたmiR-10b-3p RNAとmiR-10b-5p RNAは、模倣体1よりはタンパク質の抑制がはるかに弱いか、何らの抑制も誘発しなかった。これに対し、阻害物質miR-10b-3p RNAはKLF11を激増させたことから、この阻害物質は内因性miR-10b-5pに効率よく結合し、そのレベルをノックダウンすることが示唆される。加えて、KIT発現は共存するKLF11の量によって負に調節されたことから、KLF11は、NIH3T3細胞およびHEK293細胞におけるKIT発現を抑制することが示唆される。さらなるターゲティング実験にはmiR-10b模倣体1を選択して使用した。KLF11によって抑制される糖尿病遺伝子を、4つのヒト細胞株(NIH3T3;HEK293;マウスβ細胞NIT-1;ヒトβ細胞Panc10.05)で、10b模倣体、10b阻害物質、2つのマウスsiKLF11および2つのヒトsiKLF11を使って評価した。KLF11は、NIH3T3およびHEK293ではKIT、IRS1およびIRS2を負に調節し(図5D)、マウスおよびヒトのβ細胞株ではKIT、IRS1、IRS2、INSおよびISNRを負に調節した(図5E)。10b模倣体と2つのsiKLF11-1およびsiKLF11-2はどちらもKLF11発現を減少させた。10b阻害物質を導入すると4つの細胞株のすべてでKLF11レベルが増加したことから、miR-10b-5p(模倣体)-KLF11による糖尿病遺伝子の調節経路が確認された。10b模倣体-KLF11のさらなる標的検証のために、マウスKlf11 3'UTR中のmiR-10b-5p標的部位(mKlf11 10b TS)およびヒトKLF11 3'UTR中のmiR-10b-5p標的部位(hKLF11 10b TS)を、レポーター遺伝子プラスミド中のルシフェラーゼ遺伝子の最後に挿入した(図5F)。mKlf11 10b TS 変異体(mKlf11 10b TSM:シード配列中に4つの変異)およびスクランブル配列を含有する2つのレポーター遺伝子プラスミドも構築し、陰性対照として使用した(図5F)。マウスとヒトのKLF11 10b TS配列は高度に保存されている(図5F)。これらレポーター遺伝子プラスミドのそれぞれで形質転換された4つの安定細胞株(NIH3T3、HEK293、マウスおよびヒトのβ細胞株)を作製した。6つの一連の量の10b模倣体および10b阻害物質(1~200pmol)をトランスフェクトしたNIH3T3-mKlf11 10b TSは、6、12、24および48時間後に、ルシフェラーゼ活性の用量依存的な低減および誘導を示したが、最大の低減および誘導は12時間時点であった(図5G)。10b模倣体/阻害物質をトランスフェクトしたNIH3T3-mKlf11 10b TSMではルシフェラーゼ活性の低減や誘導がなかった(図5G)。次に、mKlf11/hKLF11 10b TS、mKlf11/hKLF11 10b TSMおよび/またはスクランブルを有する4つの細胞株に、一連のさまざまな濃度で10b模倣体および10b阻害物質をトランスフェクトした。mKlf11/hKLF11 10b TSを有する4つの細胞株はすべて、10b模倣体によるルシフェラーゼの用量依存的阻害および10b阻害物質による酵素の誘導を示した(図5H)。しかしmKlf11/hKLF11 10b TSMおよび/またはスクランブルを有する細胞には、10b模倣体および10b阻害物質による有意な効果がなかった。総合すると、これらのインビトロ実験により、糖尿病遺伝子の発現を抑制するマウスKLF11とヒトKLF11の両方を、miR-10b-5pが負に調節することが実証された。結果を図5A~図5Hに示す。
10b模倣体のインビボ効果を試験するために、10b模倣体(263ng/g)をインビボjetPEIと共に、腹腔内注射によって、mir-10b KO 糖尿病マウスに送達した。3つの群(mir-10 KOマウスにおける10b模倣体注射群および注射なし群ならびにWTマウス群)における体重を、注射後、10週にわたって比較した。10b模倣体を注射したマウスは4週かけて体重が少し減少したのに対して、注射なしのKOマウスは体重が徐々に増加した(図6A)。さらに重要なことに、10b模倣体を注射したマウスでは、空腹時グルコースレベルが1週時点で直ちに正常レベル(約100mg/dL)まで低下し、10週までそれが維持された(図6B)。GTTおよびITTは、模倣体を注射したマウスではグルコース耐性およびインスリン抵抗性がWTマウスと同等にまたはそれをわずかに上回るほど改善されたことを示した(図6C~図6D)。さらにまた、模倣体を注射したマウスではGI機能が徐々に改善されて回復した。糞排出量は1週時点および2週時点では徐々に増加し、2週以降はそれが安定した(図6E)。総GI通過時間も2週時点および4週時点で減少し、その後、WTマウスと同等になった(図6F)。さらにまた、10b模倣体を注射した10b KO糖尿病マウスでは、胃内容排出時間が著しく改善され、完全に回復してWTマウスと同等になった(図6G)。10b KOマウスでは空腸および結腸中のICCが失われたが、miR-10b-5p模倣体注射後は、mir-10 KOマウスにおいてそれらが回復した(図6H)。10b KOマウスの膵臓および結腸ではKITタンパク質発現の回復も確認された。さらにまた、10b模倣体注射後のmiR-10b-5pの増加が、血中、膵臓、空腸および結腸において確認された(図6J)。結果を図6A~図6Jに示す。
次に、10b模倣体がHFHSD誘導性糖尿病マウスをレスキューできるかどうかを試験するための実験を計画した。KitcopGFP/+マウスにHFHS食または普通食のどちらかを4ヶ月間給餌した。普通食マウス(29gおよび約107mg/dL)と比べて、HFHS食マウス(約43g)は体重が大幅に増え、血中グルコースも増加した(約200mg/dL)。両方のマウス群に、10b模倣体(500ng/g)および陰性対照RNA(500ng/g)をインビボjetPEIと共に2回腹腔内注射するか(1回目の注射の後、5週の間隔をおいて2回目の注射)、または注射を行わなかった。HFHSDマウスおよび普通食マウスの3つの群(10b模倣体注射、陰性対照RNA注射および注射なし)において、体重、血中グルコースレベルおよびGI機能を、2回の注射後、15週にわたって比較した。HFHSDマウスのうち、1回目および2回目の10b模倣体注射を受けたマウスは、11週にわたって体重が増加しなかったが、HFHSDマウスを給餌した陰性対照注射マウスと何も注射していないマウスは体重が徐々に増加した(図7A)。普通食マウスの3群も徐々に体重が増加したが、その増加はHFHSD給餌マウスよりもはるかに遅かった。10b模倣体を注射したHFHS食マウスは、10b模倣体を注射した10b KOマウスで見られたように、1週時点で、空腹時グルコースレベルが直ちに著しく低下して正常レベル(90mg/dL)になった(図7B)。しかし、グルコースレベルは漸進的に反発し、5週時には前糖尿病レベル(150mg/dL)に達した。2回目の注射後はグルコースレベルが正常レベルまで下落して、10週にわたって100~140mg/dLを維持した。普通食マウスの3群はグルコースを正常レベルに維持した。GTTおよびITTは、模倣体を注射したHFHSDマウスではグルコース耐性およびインスリン抵抗性が普通食マウスと同等にまたはそれを上回るほど改善された(とりわけ2回目の注射後)ことを示した(図7C~図7D)。加えて、模倣体を注射したHFHSD群におけるGI機能は、1回目および2回目の注射群では2週時点および4週時点で、漸進的に改善し、回復した(図7E)。2回目の注射の4週後は、GI通過時間が普通食マウスの場合とほとんど同等であった。1回目の模倣体注射をしたHFHSDマウスでは平均糞粒頻度および糞排出量が1~4週は徐々に増加し、5週時点で減少した(図7F)。しかし、2回目の注射により、5週目の頻度および排出量は大きく改善され、正常食マウスと同等になった。結果を図7A~図7Fに示す。
HFHSD糖尿病マウスの血液におけるmiR-10b-5pの低減はqPCRによって確認された(図8A)。糖尿病マウスでは普通食健常対照と比較してmiRNAが劇的に低減した。10b模倣体注射により、miRNAは1週時点で63%前後回復し、2~4週時点では徐々に低下した。驚いたことに、miRNAのレベルは、6時間の絶食とそれに続くグルコース負荷後のマウスにおける血中インスリンのレベルと対をなしていた(図8B)。加えて、10b模倣体を注射したマウスでは1週時点で健常対照マウスよりインスリンが高かった。ヘモグロビンA1CのパーセントはインスリンおよびCペプチドデータの逆であった(図8C)。10b模倣体注射はA1C%を減少させ、それは1~4週時点でゆっくりリバウンドした。10b模倣体を注射したマウスの血液、膵臓、胃および結腸におけるKLF11タンパク質変化をウェスタンブロッティングで調べた(図8D)。KLF11は、何も注射していないHFHSD給餌マウスでは著しく増加し、一方、普通食給餌マウスでは、はるかに低いレベルで発現した。HFHSDマウスへの10b模倣体注射は、注射後1週時点および3週時点で、組織中のKLF11を効率よく枯渇させた(図8D)。加えて、KITは、HFHSDの組織では減少し、10b模倣体により1週時点で増加し、3週時点ではさらに増加した(図8D)。そのうえ、HFHSDではICCが失われたが、10b模倣体注射をした胃、空腸、結腸および膵では容易に検出された(図8E)。結果を図8A~図8Gに示す。
miR-10b-5pがHFHSDを給餌したマウスにおける糖尿病および胃不全麻痺の発症を防止できるかどうかを決定するために、miR-10b-5p模倣体またはmiR-10b-5p阻害物質を、HFHSDまたはNDを給餌した健常C57マウスに毎月注射した。HFHSDを給餌した非注射対照マウスの体重が急速に増加したのに対し、ND給餌対照マウスの体重は、それより遅い速度で増加した。(図39Aおよび図39B)miR-10b-5p模倣体を注射したHFHSD給餌マウスは、ND給餌対照マウスに似て、体重が5ヶ月にわたってゆっくり増加し、一方、miR-10b-5p阻害物質を注射したマウスは、HFHSD給餌群でもND給餌群でも、体重が急速に増加した。(図39C~図39E)miR-10b-5p阻害物質を注射したマウスでは血中グルコースレベルが大幅に増加し、HFHSD給餌マウスでは糖尿病レベル(>180mg/dL)に、またND給餌マウスでは前糖尿病レベル(121~179mg/dL)に達したのに対し、miR-10b-5p模倣体を注射したマウスは、5ヶ月間にわたって健常血中グルコースレベルを維持した。(図39G)miR-10b-5p模倣体を毎月注射することによって血中のmiR-10b-5pレベルが回復し維持されたのに対し、miR-10b-5p阻害物質注射後はレベルが急速に低下した。(図9H)これと合致して、インスリンおよびC-ペプチドのレベルも、miR-10b-5p模倣体またはmiR-10b-5p阻害物質を注射したマウスにおけるmiR-10b-5pのレベルと、類似するパターンに従った。(図39Iおよび図39J)どちらの飼料を給餌しても、miR-10b-5p阻害物質を注射したマウスでは、GI機能が大きく損なわれ、一方、miR-10b-5p模倣体注射はHFHSD給餌マウスを運動障害から保護した。マウスにおけるmiR-10b-5p模倣体とmiR-10b-5p阻害物質による拮抗的ターゲティング効果から、miR-10b-5pは糖尿病および遅いGI通過の発生を調節できることが確認される。さらにまた、miR-10b-5p模倣体注射によるmiR-10b-5pの回復は、HFHSD給餌マウスにおけるこれらの病的状態の発症を防止する。
マウスにおけるKIT+細胞の機能の喪失を調べるために、それぞれタモキシフェン注射により、KitCre-ERT2/+;Rosa26DTA/+(Kit-DTA)ではDTAで細胞をコンディショナルに除去し、KitCre-ERT2/+;Rosa26tdTom/+(Kit-tdTom)では細胞をtdTomatoで標識した。Kit-DTAマウスは、4週以降、WT対照より速く体重が増加した(図10A)。血中グルコースは、タモキシフェン注射後、6週以降は顕著に増加し、24週時点で高血糖レベルになった(図10B)。GTTおよびITTは、Kit-DTAマウスにおけるグルコース耐性およびインスリン感受性が2ヶ月時点および5ヶ月時点で徐々に損なわれていることを示した(図10C~図10D)。タモキシフェン注射後、7日(7D)以降、Kit-tdTomマウスの膵臓には多数のKIT+細胞が同定された(図10E)。7日時点では多くのKIT+細胞(tdTom)が膵島中のβ細胞(INS+)であるように見えたが、5ヶ月時点ではKIT+であるβ細胞は少ないようであった。これは、β細胞はKIT+細胞に由来したが、5ヶ月時点では、KIT+前駆体から派生したβ細胞の大半が失われて、新たに派生したβ細胞で置き換えられたことを示唆している。またこれは、5ヶ月まで保存されるKIT+前駆体由来細胞が少ないことも示唆している。一方、Kit-DTAマウスは、7日時点および5ヶ月時点でKIT+細胞を失っていた。5ヶ月時点でKit-DTAマウスの膵臓における膵島の数とサイズは類似していたが、β細胞はサイズが小さく、変性していた。5日時点および5ヶ月時点のKit-DTAマウスの血中では、Kit-tdTomマウスと比較して、miR-10bが顕著に低減した(図10F)。miR-10bの低減と合致して、インスリンとC-ペプチドはどちらも、5日目はわずかに、また5ヶ月時点では顕著に、低減した(図10G)。また、7日時点および5ヶ月時点のKit-DTAマウスの血液、膵臓および結腸では、KLF11が増加し、一方、KITは相応に低減した(図10H)。さらにまた、2ヶ月時点および5ヶ月時点のKit-DTAマウスでは、総GI通過時間が大きく遅延した(図10I)。結果を図10A~図10Iに示す。
次に、糖尿病および特発性胃不全麻痺を有するヒト患者からの試料を調べることで、糖尿病マウスモデルに見られたmiR-10b-5p、KLF11およびKITの異常な発現パターンがヒト患者試料において類似しているかどうかを見た。確立されたガイドラインと異常な胃内容排出シンチグラフィとに基づいて胃不全麻痺と診断された15人の成人被験者(18~65歳)と15人の対照被験者を、遺伝子発現解析に使用した。試料は、miR-10b-5p発現レベルに基づいて、4つの相異なる群、すなわち健常対照試料に対応する高発現群(HC)、特発性胃不全麻痺(IG)試料に対応し、高発現群と低発現群とに分割された中間発現群(IG-HおよびIG-L)、および糖尿病性胃不全麻痺試料に対応する低発現群(DG)に分割することができた(図11A)。マウスからのデータと合致して、インスリンとC-ペプチドのレベルはヒト試料中のmiR-10b-5p発現と相関するパターンを示した(図11Bおよび図11C)。IG-L群ではmiR-10b-5p、インスリンおよびC-ペプチドのレベルがHC群と比べて有意に低かったことから、IG-L群は前糖尿病段階であることが示唆される。IG-H群とIG-H群のA1Cレベルは正常範囲(>5.7)のHC群と類似していたことから(図11D)、A1Cでは前糖尿病状態をHC群と区別できないことが示唆された。血清中および洞中のKLF11タンパク質レベルもDG群ではHC群より高く、一方、KITレベルはDG群の方が低かった(図11E)。マウスで見られた結果と合致して、T2Dおよび/または胃不全麻痺を有するヒト患者からの試料は、miR-10b-5pの減少、KLF11の増加、KITの減少を示した。HC、IG-H、IG-LおよびDGの2つの個別血液試料からのmiRNAのディープシーケンシングにより、差次的に発現されるmiRNAが同定された。上位70の最も動的に調節されるmiRNAの発現パターンは、HCとIG-Hの間およびIG-LとDGの間のクラスタリングを示す(図11Fおよび図11G)。miR-10a-5レベルとmiR-10b-5pレベルはHCで最も高く、それに続いてそれぞれIG-H、IG-LおよびDGであった(図11G)。総合すると、HCヒト患者試料およびDGヒト患者試料におけるmiR-10b-5p、KLF11およびKITの発現レベルは、本研究で得られたマウスデータと非常に似ている。加えて、IG-HおよびIG-LにおけるmiR-10b-5p、インスリンおよびC-ペプチドの発現レベルから、これらの群は糖尿病へと進行中の前糖尿病状態にあることが示唆される。
理論に束縛されることは望まないが、このトランスジェニック動物研究およびヒト研究から得られたデータによれば、miR-10bは糖尿病、GI運動および肥満を調節するようである(図12)。miR-10b-5pは、2つの代謝転写因子KLF7とKLF11を標的とし、抑制する。これらの転写因子は、脂肪細胞、ICC、膵前駆細胞、β細胞および骨格筋細胞における細胞の増殖、分化、インスリン生産およびインスリン感受性を指図する代謝遺伝子(LEP、ADIPOQ、GLP1R、KIT、INS、INSR、SLC2A2、SLC2A4、IRS1およびIRS2)の発現を負に調節する。miR-10bは正常グルコースレベル条件下では高度に発現し、それがKLF7およびKLF11を抑制し、それによって代謝遺伝子の高発現を可能にする。しかし、高グルコース状態では、miR-10bがサイレンシングされ、それにより、前記2つの転写因子がエスケープして過剰発現状態になることを可能にし、それが、代謝遺伝子の発現をダウンレギュレートし、糖尿病、GI運動障害および肥満の発生につながる。
図13Aは、miR-10a-5pおよびmiR-10a-3pをコードするマウスmiR-10a前駆体、合成miR-10a-5p分子(miR-10a-5p模倣体)および合成miR-10a-5pアンチセンス分子(miR-10a-5p阻害物質)の配列と構造を示している。図13Bは、miR-10b-5pおよびmiR-10b-3pをコードするマウスmiR-10b前駆体、合成miR-10b-5p分子(miR-10b-5p模倣体)および合成miR-10b-5pアンチセンス分子(miR-10b-5p阻害物質)の配列と構造を示している。miR-10a-5p模倣体(U)とmiR-10b-5p模倣体(A)の間およびmiR-10a-5p阻害物質(A)とmiR-10b-5p阻害物質(U)の間の単一ヌクレオチド塩基の違いが太字で示されていることに注意されたい。次に、以降の研究ではこれらのコンストラクトを使用した。miR-10a-5p模倣体は、高脂肪高スクロース食(HFHSD)または普通食(ND)を給餌されたマウスにおける肥満および糖尿病表現型をレスキューする。(図14Aおよび図14B)体重および空腹時血中グルコースの比較。雄C57マウスに、実験全体にわたって(4~43週)、HFHSDを給餌し、miR-10a-5p模倣体または陰性対照(スクランブルRNA)を2回注射するか(22週時に1回目の注射および31週時に2回目の注射)、22週時の注射を行わず、その後、注射後(PI)21週にわたって監視した。各群n=3~6。*p<0.05および**p<0.01(HFHSDにおけるmiR-10a-5p模倣体対注射なし)。
雄C57マウスに研究全体にわたってHFHSDを給餌し、以前の研究と同様にして、miR-10a-5p模倣体または陰性対照を2回注射することで処置するか、注射を行わなかった。図15Aは、図14に示す、miR-10a-5p模倣体もしくは陰性対照(スクランブルRNA)を注射した、または注射なしの、HFHSD誘導性肥満糖尿病マウスの肉眼解剖学的変化を示している(43Wにおける、1回目の注射後、12W PI時のマウス)。(図15B)22週でmiR-10a-5p模倣体を注射した同じHFHSD誘導性肥満糖尿病マウスの、注射前およびPI4週時点の、肉眼解剖学的変化。平均BMIおよび平均胴囲の変化(図15Aおよび図15B)も評価した。各群につきn=3。*p<0.05および**p<0.01。図14において、NDを給餌し注射を行わなかった健常マウスと比較した、miR-10a-5p模倣体もしくは陰性対照(スクランブルRNA)を注射した、または注射なしの、HFHSD誘導性肥満糖尿病マウスにおける平均BMIおよび平均胴囲の変化(図16Aおよび図16B)(23週時の1回目の注射後、PI8週時点、および31週時の2回目の注射後、PI1週時点で測定した)。各群n=6~12。*p<0.05および**p<0.01。全体として、この研究は、10a模倣体を投与された糖尿病マウスにおける40%の体重減少とグルコース耐性およびインスリン耐性の改善を実証した。
miR-10b-5p模倣体注射がインスリンレベルを増加させるので、インスリンレベルに対するmiR-10a-5pの効果を調べた。HFHSDまたは普通食(ND)を給餌し、miR-10a-5p模倣体、miR-10b-5p模倣体または陰性対照(スクランブルRNA)のいずれかを注射するか、注射を行わなかった雄マウスにおいて、6時間の絶食後に、インスリンレベルの変化を評価した(31Wにおける2回目の注射後、2W PIで測定)。(図17)各実験の各条件につきn=6~12。次に、追跡研究により、miR-10b-5pまたはmiR-10a-5pのどちらかの注射後、4週にわたって、インスリンの変化を評価した。miR-10a-5p模倣体とmiR-10b-5p模倣体とではインスリンが逆に調節されることが観察された(図17)。miR-10a-5p模倣体注射は、HFHSD誘導性糖尿病マウスにおけるインスリンレベルをわずかに減少させてから、ゆっくりと回復させるが、miR-10b-5p模倣体注射は、インスリンレベルを一過性に増加させてから徐々に減少させる。HFHSDまたはNDを給餌し、miR-10a-5p模倣体またはmiR-10b-5p模倣体のどちらかを注射するか、注射を行わなかった雄マウスにおける、4週にわたる、6時間の絶食後のインスリンレベルの変化。各実験の各条件につきn=6~12。**p<0.01(HFHSDにおけるmiR-10a-5p模倣体対注射なし);##p<0.01(HFHSDにおけるmiR-10b-5p模倣体対注射なし)。次に、HFHSD誘導性糖尿病マウスのグルコース耐性およびインスリン耐性を改善するmiR-10a-5p模倣体の能力を評価した。(図18A)miR-10a-5b模倣体注射の4週後または注射なしでの腹腔内(IP)グルコース耐性試験(GTT)。(図18B)GTTの曲線下面積(AUC)プロット。各群につきn=6~12。**p<0.01。同様の研究でインスリン耐性を評価した。(図19A)miR-10a-5p模倣体の1回目の注射の4週後のIPインスリン耐性試験(ITT)。(図19B)ITTの曲線下面積(AUC)プロット。各群につきn=6~12。**p<0.01。インスリン関連代謝調節ホルモンGLP-1およびレプチンに対するmiR-10a-5p処置の効果。miR-10a-5p模倣体注射は、HFHSD誘導性糖尿病マウスにおける(図20A)GLP-1と(図20B)レプチンを増加させることがわかった。miR-10a-5p模倣体注射は、HFHSD誘導性糖尿病マウスにおける(図20A)GLP-1と(図20B)レプチンを、4週かけて、NDを給餌した健常マウスに近いホルモンレベルまで増加させ、回復させる。これらのホルモンはどちらも、そのシグナリングの増加が体重を低減することが公知である。各実験の各群につきn=4。**p<0.01(HFHSDにおけるmiR-10a-5p模倣体対注射なし)。総合すると、これらの結果から、miR-10a-5p模倣体処置マウスにおけるインスリンレベルは非糖尿病マウスと類似するレベルまで大幅に回復することが実証された。また、理論に束縛されることは望まないが、これらの結果から、miR-10a-5p模倣体による糖尿病性肥満の処置は、この状態の複数の症状を反転させうることが示唆された。
HFHSDを給餌した雄C57BL/6マウスを、miR-10a-5p模倣体もしくはスクランブル陰性対照による処置後に、または注射なしで、GI機能について評価した。(図21A~図21C)総GI通過時間、糞粒排出量および結腸通過時間を評価した(図21Aおよび図21B、23Wにおける1回目の注射後、8W PIで測定;図21C、31Wにおける2回目の注射後、2W PIで測定)。追跡研究により、HFHSDを給餌した雄糖尿病マウスまたはNDを給餌した健常マウスにおける、miR-10a-5p模倣体を注射するか、注射なしで、PI4週時点での、総GI通過時間(図21A)、糞粒排出量(図21B)および結腸通過時間(図21C)を評価した。(図21D~図21F)図21A~図21Cの個々のマウスにおける総GI通過時間、糞粒排出量および結腸通過時間の変化。各群につきn=6~18。**p<0.01。胃機能の追加尺度として、HFHSDを給餌した雄糖尿病マウスまたはNDを給餌した雄健常マウスにおいて、miR-10a-5p模倣体を注射して、または注射なしで、胃内容排出速度を測定した。蛍光性GastroSense 750(GS)を混合した食品を蛍光強制投与によって胃に適用してから、強制投与の0分後および60分後にIVIS Lumina IIIシステムで撮像した(図22)。これらのデータにより、10a模倣体による処置はGI通過時間を低減し、糞粒排出量を増加させ、胃内容排出を増加させ、結腸通過時間を大幅に低減できることが実証された。全体として、これらの観察結果から、miR-10a-5p模倣体による処置は糖尿病性肥満の改善をもたらすだけでなく、GI機能も改善することが示唆された。
miR-10a-5p模倣体およびmiR-10b-5p模倣体による処置が、既存の状態を処置することに加えて、肥満と糖尿病の発生を防止することもできるかどうかを見るために、雄C57BL/6マウスにHFHSD食を給餌してから、miR-10a-5p模倣体、miR-10b-5p模倣体または陰性対照(スクランブルRNA)を2回注射するか(1回目および2回目の注射)、注射を行わずに、HFHSDまたはNDを給餌した。(図23Aおよび図23B)NDを給餌したマウスにおける体重および空腹時血中グルコース。(図23Cおよび図23D)HFHSDを給餌したマウスにおける体重および空腹時血中グルコース。各群につきn=3。*p<0.05および**p<0.01(miR-10a-5p模倣体対注射なし);#p<0.05および##p<0.01(miR-10b-5p模倣体対注射なし)。これらのデータは、両模倣体による事前処置が、対照と比べて、肥満の発症を有意に低減し、低い血中グルコースレベルを維持できることを示した。普通食を給餌されたマウスでは、miR-10b-5p処置だけが体重増加の有意な遅延をもたらした。ただし、これに伴う血中グルコースレベルの差はなかった。ND給餌マウスのさらなる研究により、NDを給餌したマウスへのmiR-10a-5p模倣体および/またはmiR-10b-5p模倣体の注射は、9Wにおける2回目の注射後、2W PIでの空腹時グルコースレベルを変化させないことが明らかになった。各群につきn=3(図23B)。
miR-10a-5p模倣体処置およびmiR-10b-5p模倣体処置がマウスにおける肥満および糖尿病表現型を低減し防止できることが観察されたので、次に、miR-10a-5pおよびmiR-10b-5pの配列に基づく阻害物質による処置が、(図23に示す)反対の効果を有しうるかどうかを見るための研究を行った。雄C57BL/6マウスにNDまたはHSHSDを給餌してから、4Wおよび9Wにおいて、miR-10a-5p阻害物質、miR-10b-5p阻害物質、miR-10a-5p阻害物質とmiR-10b-5p阻害物質の両方(miR-10a/b-5p阻害物質)、または陰性対照(スクランブルRNA)のいずれかを2回注射するか(1回目および2回目の注射)、注射を行わず、次に、HFHSDまたは普通食(ND)を給餌した。(図24Aおよび図24B)NDを給餌したマウスにおける体重および空腹時血中グルコース。(図24Cおよび図24D)HFHSDを給餌したマウスにおける体重および空腹時血中グルコース。各群n=3。*p<0.05および**p<0.01(miR-10a-5p阻害物質対注射なし)、#p<0.05および##p<0.01(miR-10b-5p阻害物質対注射なし)、^p<0.05および^^p<0.01(miR-10a/b-5p阻害物質対注射なし)。次に、空腹時インスリンレベルに対する阻害物質の効果を評価した。NDを給餌した雄健常マウス(図25A)およびHFHSDを給餌した雄糖尿病マウス(図25B)において、9週時の2回目の注射後、PI2週時点で、miR-10a-5p阻害物質は空腹時インスリンレベルを増加させ、一方、miR-10b-5p阻害物質は空腹時インスリンレベルを減少させる。**p<0.01。加えて、阻害物質で処置されたマウスにおいて、胃内容排出を観察した。(図26)miR-10a-5p阻害物質、miR-10b-5p阻害物質または陰性対照(スクランブルRNA)のいずれかの2回目の注射後、PI4週時点での、または10週における注射なしの、NDを給餌したマウスにおける画像。GSはGastroSense 750を表す。全体として、これらのデータにより、どちらのタイプの飼料を給餌されたマウスでも、糖尿病の発症および体重増加の加速が実証された。miR-10a-5p阻害物質およびmiR-10b-5p阻害物質による処置はマウスにおける肥満および糖尿病表現型の引き金を引き、それを悪化させる。
次に、標的遺伝子発現に対するmiR-10a-5p模倣体およびmiR-10b-5p模倣体の効果を調べるために、一連の研究を企てた。(図27)観察結果は、miR-10a-5pとmiR-10b-5pとが、1回目の注射後、PI4週時点で、NDを給餌したマウスの結腸粘膜、膵臓および白色脂肪細胞における幹細胞または前駆細胞の調節に際して、キータンパク質(LGR5、REG4、PDX1、NEROG3およびPDGFRA)を異なる形で標的とすることを示した。このウェスタンブロットではGAPDHを内因性対照として使用した。以降の研究により、miR-10a-5pとmiR-10b-5pとは同じ肥満および糖尿病関連タンパク質を異なる形で標的とすることが実証された。肥満および糖尿病関連タンパク質に対するmiR-10a-5p模倣体、miR-10b-5p模倣体、miR-10a-5p阻害物質およびmiR-10b-5p阻害物質によるターゲティング効果の比較。マウス膵β細胞(NIT-1細胞)またはマウス脂肪細胞(L-M細胞)に、miR-10a-5p模倣体、miR-10b-5p模倣体、miR-10a-5p阻害物質、miR-10b-5p阻害物質もしくは陰性対照(スクランブルRNA)をトランスフェクトするか、またはトランスフェクションを行わなかった。(図28A)NIT-1細胞におけるKLF11、KIT、LEP、GLU4、ADIPOQ、IRS-1、IRS-2およびGAPDH対照のウェスタンブロット。タンパク質マーカー(M)は、対応する分子量(kDa)と共に示されている。(図28B)GAPDHで標準化した、Aにおけるタンパク質の定量。(図28C)L-M細胞におけるLEP、LEPRおよびGAPDH対照のウェスタンブロット。各群につきn=3。*p<0.05および**p<0.01。
非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)は、2型真性糖尿病患者では非常によく見られ、付随する肥満およびインスリン抵抗性と相関関係にある。上記実施例のHFHSマウスモデルを使って、miR-10a-5p模倣体による処置がHFHSDを給餌した糖尿病マウスにおける脂肪性、炎症性および線維性の肝表現型を防止しうるかまたは反転させうるかどうかを決定するための一連の研究を企てた。(図29)18週(4~22週)にわたってHFHSDを給餌した雄糖尿病C57BL/6マウスまたはNDを給餌した雄健常マウスに、22週時に1回、miR-10a-5p模倣体またはmiR-10a-5p阻害物質を注射するか、注射を行わずに、同じ飼料の給餌を続けた。それらのマウスの肝臓の肉眼像および染色像を示す。PI2週時点でHFHSDマウスおよび/またはNDマウスから肝組織を切離し、H&E染色、オイルレッドO染色(脂質)、ピクロシリウスレッド染色(線維)およびCD64(マクロファージ)で染色した。処置マウスと無処置マウスにおける肝損傷関連マーカーのレベルを評価する類似の研究を行った。(図30Aおよび図30B)22週時に1回、miR-10a-5p模倣体を注射するか、注射を行わずに、同じ飼料の給餌を続けた、18週にわたってHFHSDを給餌した雄糖尿病マウスまたはNDを給餌した雄健常マウスにおける、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(AST)およびアラニンアミノトランスフェラーゼ(ALT)に関する血液検査。HFHSDマウスおよび/またはNDマウスのASTおよびALTをPI2週時点で測定した。各群n=3。*p<0.05および**p<0.01。
インスリンおよびグルコースの調節不全、GI機能の異常および脂肪肝疾患の発生に加えて、糖尿病は、高レベルの「悪玉」LDLコレステロールと関連することが知られている。miR-10a-5p模倣体による処置はHFHSDを給餌した糖尿病マウスにおける高コレステロールをレスキューすることが見いだされた。(図31Aおよび図31B)22週時に1回、miR-10a-5p模倣体を注射するか、注射を行わずに、同じ飼料の給餌を続けた、18週にわたってHFHSDを給餌した雄糖尿病マウスまたはNDを給餌した雄健常マウスにおける、高密度リポタンパク質(HDL)および低密度リポタンパク質(LDL)/超低密度リポタンパク質(VLDL)コレステロールに関する血液検査。HFHSDマウスおよび/またはNDマウスのHDLおよびLDL/VLDLをPI2週時点で測定した。各群n=6。**p<0.01。2型糖尿病を有する患者では炎症関連サイトカインのレベルがしばしば高いことも、研究によって見いだされている。特に、これらの患者は、炎症誘発性サイトカインIL-6のレベルが高く、抗炎症性サイトカインIL-10のレベルは低い傾向にある。miR-10a-5p模倣体によるHFHSDマウスの処置はHFHSDを給餌した糖尿病マウスにおける炎症を低減することが見いだされた。(図32Aおよび図32B)22週時に1回、miR-10a-5p模倣体を注射するか、注射を行わずに、同じ飼料の給餌を続けた、18週にわたってHFHSDを給餌した雄糖尿病マウスまたはNDを給餌した雄健常マウスにおける、炎症誘発性サイトカインIL-6および抗炎症性サイトカインIL-10に関する血液検査。HFHSDマウスおよび/またはNDマウスのIL-6およびIL-10をPI2週時点で測定した。各群n=6~8。**p<0.01。
異常な心機能と糖尿病は密接に関連する。糖尿病を有する患者は心疾患および心不全を発生するリスクが上昇している。同様に、心不全を有する患者はしばしば合併症として糖尿病を発生する。miR-10b-5p模倣体による処置が心機能を改善するかどうかを決定するために、HFHSD誘導性糖尿病マウスで一連の研究を行った。HFHSDを給餌した雄糖尿病マウスおよびNDを給餌した雄健常マウスにおける心機能を、miR-10b-5p模倣体またはmiR-10b-5p阻害物質を注射するか、または注射を行わずに、心エコー法を使って評価した。(図33A)駆出率(EF)。(図33B)短縮率(FS)。(図33C)一回拍出量(SV)。(図33D)心拍数(HR)。HFHSを給餌した糖尿病マウス(注射なし)は、NDを給餌したマウス(注射なし)と比較して低減したEF、FSおよびSVを示した。NDを給餌したマウスにおけるmiR-10b-5p模倣体の注射は、EFとFSを変化させなかったが、SVを改善した。NDを給餌したマウスにおけるmiR-10b-5p阻害物質の注射はEFとFSおよびSVを低減した。HFHSDを給餌したマウスにおけるmiR-10b-5p模倣体またはmiR-10b-5p阻害物質の注射は、EF、FSおよびSVを有意に変化させなかった。心エコー検査中はすべてのマウスにおいて400~500拍/分の心拍数が維持された。各群n=3。*p<0.05および**p<0.01。
糖尿病および糖尿病関連疾患は比較的よく見られるので、この疾患の諸局面に対抗するために設計された薬物は、いくつか開発されている。それら確立された化学治療薬と比較したmiR-10a-5p模倣体およびmiR-10b-5p模倣体の相対効力は、臨床的有用性の目安になると考えられる。そこで、体重および血中グルコースに対するmiR-10a-5p、miR-10b-5pおよび治験薬miR-103/107阻害物質(RG-125)の薬物効果を比較する一連の研究を企てた。miR-10a-5p模倣体は、HFHSDを給餌したマウスにおける肥満および糖尿病表現型をレスキューする。(図34Aおよび図34B)体重および空腹時血中グルコースの比較。雄C57BL/6マウスに、実験全体にわたってHFHSDまたはNDを給餌し、22週時に、miR-10a-5p模倣体、miR-10b-5p模倣体またはmiR-103/107阻害物質のいずれかを注射するか、注射を行わず、その後、PI9週間にわたって監視した。AstraZenecaはRegulus Therapeuticsと協同して、2型糖尿病および非アルコール性脂肪性肝疾患を有する患者における、miR-103/107阻害物質(RG-125)を使った臨床試験の第1相および第2相を完了している。miR-10a-5pおよびmiR-10b-5pは、血中グルコースと体重の低下に、miR-103/107阻害物質よりも著しく改善された永続的効果を有する。各群n=3~6。*p<0.05および**p<0.01(miR-10a-5p模倣体対miR-103/7阻害物質)、#p<0.05および##p<0.01(miR-10b-5p模倣体対miR-103/7阻害物質)。
本明細書における可変部の任意の定義における要素の一覧の記載は、列挙された要素の任意の単一要素または組合せ(または副組合せ)としての当該可変部の定義を含む。本明細書における態様の記載は、任意の単一態様または他の任意の態様もしくはその一部分との組合せとしての当該態様を包含する。
Claims (65)
- その必要のある対象において糖尿病を処置する方法であって、有効量のmiR-10a-5p模倣体を該対象に投与し、それによって糖尿病状態を処置する工程を含む、該方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が、miR-10a-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10a-5p、無修飾二本鎖miR-10a-5p、一本鎖化学修飾miR-10a-5p、または一本鎖無修飾miR-10a-5pである、請求項1記載の方法。
- 前記糖尿病が2型糖尿病である、請求項1記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が哺乳動物のものである、請求項1記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体がヒトのものである、請求項1記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が操作されている、請求項1記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が、薬学的に許容される担体またはアジュバントをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 有効量のmiR-10a-5p模倣体を投与し、それによって対象の体重を低減する工程を含む、該対象の体重を低減する方法。
- 有効量のmiR-10a-5p模倣体を投与し、それによって対象における血中グルコースを低下させる工程を含む、該対象における血中グルコースを低下させる方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10a-5p模倣体を投与し、それによって該対象におけるインスリン感受性を増加させる工程を含む、インスリン感受性を増加させるための方法。
- その必要のある対象において糖尿病関連脂肪肝疾患を処置する方法であって、該対象に有効量のmiR-10a-5p模倣体を投与し、それによって該糖尿病関連脂肪肝疾患を処置する工程を含む、該方法。
- その必要のある対象において糖尿病関連炎症を低減する方法であって、該対象に有効量のmiR-10a-5p模倣体を投与し、それによって該糖尿病関連炎症を低減する工程を含む、該方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が、miR-10a-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10a-5p、無修飾二本鎖miR-10a-5p、一本鎖化学修飾miR-10a-5p、または一本鎖無修飾miR-10a-5pである、請求項8~12のいずれか一項記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が哺乳動物のものである、請求項13記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体がヒトのものである、請求項14記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が操作されている、請求項15記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が、薬学的に許容される担体またはアジュバントをさらに含む、請求項13記載の方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10a-5p模倣体を投与し、それによって該対象における胃腸疾患を処置する工程を含む、胃腸疾患を処置する方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が、miR-10a-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10a-5p、無修飾二本鎖miR-10a-5p、一本鎖化学修飾miR-10a-5p、または一本鎖無修飾miR-10a-5pである、請求項18記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体が哺乳動物のものである、請求項19記載の方法。
- 前記miR-10a-5p模倣体がヒトのものである、請求項20記載の方法。
- 前記胃腸疾患が、胃不全麻痺、機能性胃腸障害、機能性胃腸運動障害、および偽性腸閉塞からなる群より選択される、請求項18記載の方法。
- 前記機能性胃腸障害が、過敏性腸症候群、機能性便秘、および特定不能の機能性腸障害からなる群より選択される、請求項22記載の方法。
- miR-10a-5p模倣体と薬学的に許容される担体またはアジュバントとを含む組成物。
- 前記miR-10a-5p模倣体が、miR-10a-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10a-5p、無修飾二本鎖miR-10a-5p、一本鎖化学修飾miR-10a-5p、または一本鎖無修飾miR-10a-5pである、請求項24記載の組成物。
- 前記miR-10a-5p模倣体が操作されている、請求項24記載の組成物。
- 前記miR-10a-5p模倣体が、SEQ ID NO:1、2、4、5、またはそれらの組合せを含む核酸配列を含む、請求項1~23のいずれか一項記載の方法または請求項24~26のいずれか一項記載の組成物。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによって該対象におけるカハール介在細胞(ICC)増殖を増加させる工程を含む、ICC増殖を増加させるための方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が、miR-10b-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10b-5p、無修飾二本鎖miR-10b-5p、一本鎖化学修飾miR-10b-5p、または一本鎖無修飾miR-10b-5pである、請求項28記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が哺乳動物のものである、請求項29記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体がヒトのものである、請求項30記載の方法。
- 前記対象におけるICC増殖の増加により該対象におけるICCの機能が回復する、請求項28記載の方法。
- 前記ICCが前記対象の胃腸管の平滑筋内に位置する、請求項28記載の方法。
- 前記平滑筋が、前記対象の胃内、小腸内、または結腸の平滑筋内に位置する、請求項33記載の方法。
- 前記ICCが、ICC前駆体、ICC-MY、ICC-IM、ICC-DMP、ICC-SM、またはICC-SMPを含む、請求項34記載の方法。
- 前記対象がヒトである、請求項28記載の方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによって該対象におけるKIT発現を増加させる工程を含む、ICCにおけるKIT発現を増加させるための方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が、miR-10b-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10b-5p、無修飾二本鎖miR-10b-5p、一本鎖化学修飾miR-10b-5p、または一本鎖無修飾miR-10b-5pである、請求項37記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が哺乳動物のものである、請求項38記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体がヒトのものである、請求項39記載の方法。
- 前記対象におけるKIT発現の増加により該対象における前記ICCの機能が回復する、請求項37記載の方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによって該対象における胃腸疾患を処置する工程を含む、胃腸疾患を処置するための方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が、miR-10b-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10b-5p、無修飾二本鎖miR-10b-5p、一本鎖化学修飾miR-10b-5p、または一本鎖無修飾miR-10b-5pである、請求項42記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が哺乳動物のものである、請求項43記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体がヒトのものである、請求項44記載の方法。
- 前記胃腸疾患が、胃不全麻痺、機能性胃腸障害、機能性胃腸運動障害、および偽性腸閉塞からなる群より選択される、請求項43記載の方法。
- 前記機能性胃腸障害が、過敏性腸症候群、機能性便秘、および特定不能の機能性腸障害からなる群より選択される、請求項46記載の方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによって該対象の体重を低減する工程を含む、体重を低減するための方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによって該対象における血中グルコースを低下させる工程を含む、血中グルコースを低下させるための方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによって該対象における膵幹細胞(PSC)増殖または膵前駆細胞(PPC)増殖を増加させる工程を含む、KIT+ PSC増殖またはKIT+ PPC増殖を増加させるための方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによって該対象におけるインスリン感受性を増加させる工程を含む、インスリン感受性を増加させるための方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによって該対象における糖尿病を処置する工程を含む、糖尿病を処置するための方法。
- 前記糖尿病が1型または2型糖尿病である、請求項51記載の方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによってKIT発現を増加させる工程を含むことにより、PSCまたはPPCにおけるKIT発現を増加させるための方法。
- その必要のある対象に有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによってINSR、IRS2、およびIRS1の発現を増加させる工程を含む、骨格筋細胞(SkMC)におけるINSR、IRS2、およびIRS1の発現を増加させるための方法。
- その必要のある対象において糖尿病関連炎症を低減するための方法であって、有効量のmiR-10b-5p模倣体を投与し、それによって該糖尿病関連炎症を低減する工程を含む、該方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が、miR-10b-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10b-5p、無修飾二本鎖miR-10b-5p、一本鎖化学修飾miR-10b-5p、または一本鎖無修飾miR-10b-5pである、請求項48~56のいずれか一項記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が哺乳動物のものである、請求項57記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体がヒトのものである、請求項58記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が操作されている、請求項57記載の方法。
- 前記miR-10b-5p模倣体が、薬学的に許容される担体またはアジュバントをさらに含む、請求項57記載の方法。
- miR-10b-5p模倣体と薬学的に許容される担体またはアジュバントとを含む組成物。
- 前記miR-10b-5p模倣体が、miR-10b-5p二重鎖、化学修飾二本鎖miR-10b-5p、無修飾二本鎖miR-10b-5p、一本鎖化学修飾miR-10b-5p、または一本鎖無修飾miR-10b-5pである、請求項62記載の組成物。
- 前記miR-10b-5p模倣体が操作されている、請求項62記載の組成物。
- 前記miR-10b-5p模倣体が、SEQ ID NO:6、7、8、9、10、12、13、またはそれらの組合せを含む核酸配列を含む、請求項28~61のいずれか一項記載の方法または請求項62~64のいずれか一項記載の組成物。
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